(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱体を有する芯金の外周面上に、非晶質相から結晶相に変化したとき発熱し、かつ、非晶質相と結晶相の相転移が繰り返して行なえる相転移層と、該相転移層を被覆する保護層と、を設けた定着ローラにおいて、
前記相転移層が有機低分子系の発熱性相転移物質と樹脂結着剤を含有することを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
請求項１の定着ローラにおいて、前記芯金の外周面上にプライマー層を介して前記相転移層を設けることを特徴とする定着ローラ。
【請求項３】
請求項１の定着ローラを形成する際に、前記相転移層を前記芯金の外周面上に塗布乾燥することにより形成することを特徴とする定着ローラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は定着ローラに関し、さらに詳しくは、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、電子写真方式等により記録シートに転写されたトナー画像などを熱定着する定着装置に組み込まれる定着ローラ及びその製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を用いる画像形成装置、例えば、レーザプリンタなどは、回転する感光体ドラムを有し、この感光体ドラムを一様に帯電させた後で、レーザ走査ユニットからのレーザビームによって露光して静電潜像を形成し、その静電潜像をトナーによって現像してトナー像とし、そのトナー像を記録シート上に転写させ、さらにその記録シートを熱定着装置に通過させてトナー像を熱定着するように構成されている。
従来のこのような熱定着装置においては、例えば、アルミニウムなどの中空円筒からなる芯金の外周面にトナーの粘着を防止するためのフッ素樹脂層などからなる粘着防止層を設けた定着ローラが使用されているが、このような定着ローラは芯金の中空部に回転中心線に沿ってハロゲンランプなどのヒータを配置し、その輻射熱によって定着ローラを内側から加熱する。そして定着ローラと隣接する位置に平行に圧接する加圧ローラを設けて、加圧ローラと定着ローラとの間に記録シートを通過させることにより記録シート上に付着しているトナーが定着ローラの熱により軟化し、加圧により記録シート上に定着されるようになっている。
【０００３】
しかし、このような熱定着装置では、画像形成装置の起動時に電源が投入されてから定着ローラの表面が定着に必要な温度に達するまでに比較的長いウォームアップ時間がかかる。そこで、一般には主電源を投入したときに定着ローラのヒータにも通電を開始して定着ローラを予備加熱しておく方法が採られているが、これでは電力を浪費するため、これを避ける目的で、定着ローラのウォームアップ時間を短縮する方法が種々提案されている。
例えば、ローラの周表面又は周表面近傍に抵抗発熱層を設ける方法（特開昭５５−１６４８６０号公報、特開昭５６−１３８７６６号公報、特開平２−２８５３８３号公報など）、ローラの中空部の内面を黒化することにより輻射率を高め熱の吸収効率を上げる方法、同じく内面に凹凸を設けて表面積を大きくする方法（特開平４−３４４８３号公報、特開平４−１３４３８７号公報など）、ローラをヒートパイプで構成する方法（特開平３−１３９６８４号公報）、ローラを電磁誘導加熱する方法（実開平４−５５０５６号公報）、ローラを導電性弾性材料で構成し、これに通電して直接に発熱させる方法（特開平４−１８６２７０号公報）、正特性サーミスタ材料を用いた円筒状ヒータで定着ローラを形成する方法（特開平４−４２１８５号公報）などが提案されている。
しかし、従来の定着ローラを備えた定着装置において、ウォームアップ時間を短縮するには、ヒータなどの加熱体に大きなエネルギーを投入しなければならないという問題がある。
【０００４】
このようなところから、本発明者は、加熱体を有する定着ローラにおいて、ローラ表面に結晶質と非晶質との間で相転移が可能であって、加熱により非晶質が結晶化する際に結晶化熱を放出する性質を有する発熱性相転移物質よりなる相転移層を有する定着ローラが、加熱体に大きなエネルギーを投入することなくウォームアップ時間を十分に短縮できることを見い出した（  特開平７−１４０８２３号公報）  。
この定着ローラにおいては、非晶質状態の相転移層が定着ローラの加熱体により加熱されて結晶化温度に達したときに結晶化熱を放出し、相転移層の温度が急速に上昇し、これにより、定着ローラ表面が速やかに定着可能温度に到達するのでウォームアップ時間を十分に短縮することができる。
この定着ローラによれば、結晶化した相転移層を加熱体により一時的にその融点以上の温度にまで加熱し、次いで放冷すれば相転移層は再び非晶質状態に戻るので、再び相転移層を加熱体により加熱して結晶化熱を放出させることができるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記相転移層としては、Ｓｅなどカルコゲン又はカルコゲンを主成分とする周期律表ＩＩＩ  ないしＶＩ族の無機非晶質物質、あるいはＰＥＴやＰＢＴなどのポリエステルのような結晶性熱可塑性樹脂が発熱性相転移物質として用いられるほか、有機低分子物質中にも多くの発熱性相転移物質が存在することが見い出されており、中でもこれら有機低分子物質は相転移する際の発熱量、すなわち結晶化発熱の潜熱が大きく、非晶質から結晶質への相転移の転換効率が高分子系よりも大きいことも分かってきた。
しかし、熱可塑性樹脂のような高分子系ではそれ自身で膜形成が容易であるが、このような低分子系有機物質を利用する場合、溶融状態や過冷却状態では粘性があるため一見して成膜しているように見えても、結晶化すると一般的には多結晶となリ、ポロポロと芯金から落ちてしまう欠点を有している。
したがって本発明の目的は、加熱体を有する芯金上に、非晶質相から結晶相に変化したとき発熱し、かつ、非晶質相と結晶相の相転移が繰り返して行なえる相転移層と該相転移層を被覆する保護層を設けた定着ローラにおいて、発熱性相転移物質として有機低分子物質を用いたとき上述したような問題がなく、また芯金と相転移層との密着性も向上した定着ローラ及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、加熱体を有する芯金上に、非晶質相から結晶相に変化したとき発熱し、かつ、非晶質相と結晶相の相転移が繰り返して行なえる相転移層と該相転移層を被覆する保護層を設けた定着ローラにおいて、相転移層が有機低分子系の発熱性相転移物質と樹脂結着剤を含有することを特徴とする定着ローラが提供される。
請求項２の発明によれば、芯金上にプライマー層を介して相転移層を設けることを特徴とする定着ローラが提供される。
請求項３の発明によれば、定着ローラを形成する際、相転移層を前記芯金上に塗布乾燥することにより形成することを特徴とする定着ローラの製造方法が提供される。
【０００７】
【作用】
請求項１及び２に記載した本発明の定着ローラによれば、相転移層を有機低分子系の発熱性相転移物質に樹脂結着剤を含有させたことから相転移層の成膜性が向上し相転移層を結晶化しても膜がポロつくことがなく、かつまた芯金と相転移層との密着性が向上し加熱冷却を繰り返してもローラ塗布層の変形がなく良好な画像が得られる。芯金上にプライマー層を介して相転移層を積層するときは密着性を更に向上できる。
また請求項３に記載した本発明の定着ローラの製造方法によれば、樹脂結着剤に有機低分子系発熱性相転移物質を分散し塗布する方法であることから樹脂結着剤中に有機低分子系の発熱性相転移物質を容易に分散でき均一な膜形成ができる。なお、溶剤を除去する加熱乾燥時に結晶化しても表面保護層で封止する際、融点以上で加熱し急冷することにより非晶質化することができるので初期化することは何ら問題はない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
本発明の定着ローラは、図１の要部拡大断面図に代表的な例を示すように、加熱体を内蔵する芯金１、相転移層２、保護層３から構成されるが、必要によりその他の接着層、通電発熱層、絶縁層等が追加されても良い。図２は芯金表面に相転移層２、保護層３を積層した状態を示す断面図である。
まず相転移層２に用いる発熱性相転移物質としては、ビスフェノールＡの誘導体、イソフタル酸ジフェニールの誘導体などが好ましく用いられる。
本発明において相転移層を形成するには、例えば、ステンレス、アルミニウムなどの芯金内にハロゲンランプ、赤外線ランプ又はニクロム線などのヒータが内蔵される定着ローラの芯金表面、或いは抵抗発熱層を有する定着ローラの抵抗発熱層上等に、上記発熱性相転移物質を樹脂結着剤に分散したものを塗布した上で乾燥することによって形成する。
このように本発明の形態例は、加熱体を有する芯金１の外周面上に、非晶質相から結晶相に変化したとき発熱し、かつ、非晶質相と結晶相の相転移が繰り返して行なえる相転移層２と、該相転移層２を被覆する保護層３とを設けた定着ローラにおいて、相転移層が有機低分子系の発熱性相転移物質と樹脂結着剤を含有するようにした構成が特徴的である。
【０００９】
上記樹脂結着剤としては、例えば、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂を用い、これに上記発熱性相転移物質とさらに熱伝導性物質、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｅ、Ｓｂ、カーボン微粒子、繊維状カーボンなどを分散させてもよい。
次に相転移層２を被覆する保護層３は、トナーなどの粘着を防止するための離型層を兼ねてもよく、従来公知の定着ローラにおける離型層の形成と同様の方法によって設けることができる。保護層の材料としては、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂、シリコーン樹脂などが用いられるが、フッ素樹脂系の熱収縮性チューブが好ましい。
保護層３に熱伝導性物質を混入させても良い。使用する熱伝導性物質としては上述したＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｅ、Ｓｂ、カーボン微粒子、繊維状カーボンなど相転移層や保護層の熱伝導率以上の熱伝導率を有するものが好ましい。
【００１０】
本発明の定着ローラを製造するには上述のように芯金上に樹脂結着剤と発熱性相転移物質を樹脂結着剤の溶剤に分散し塗布乾燥する方法が好ましい。樹脂結着剤と有機低分子系の発熱性相転移物質との混合分散比率は、１対９  程度が適当である。
上記構成を備えた定着ローラによれば、相転移層を有機低分子系の発熱性相転移物質に樹脂結着剤を含有させたことから、相転移層の成膜性が向上し、相転移層を結晶化しても膜がポロつくことがなく、かつまた芯金と相転移層との密着性が向上し加熱冷却を繰り返してもローラ塗布層の変形がなく良好な画像が得られる。
また、請求項３に記載した如く、相転移層を芯金上に塗布した上で乾燥させる製造方法によれば、樹脂結着剤に有機低分子系発熱性相転移物質を分散し塗布する方法であることから樹脂結着剤中に有機低分子系の発熱性相転移物質を容易に分散でき均一な膜形成ができる。なお、溶剤を除去する加熱乾燥時に結晶化しても表面保護層で封止する際、融点以上で加熱し急冷することにより非晶質化することができるので初期化することは何ら問題はない。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。なお、以下で示す部は重量基準である。
〔実施例１〕
ビスフェノールＡの誘導体（  分子量約５００、融点２００℃）  ９０部、ポリイミド樹脂１０部、カーボンブラックＣＢ１０部をＮ−メチルピロリドン（  ポリイミド樹脂の溶剤）  に分散し、外径４０ｍｍのＡｌ芯金上にスプレー塗布し、１２０℃の炉内で乾燥して相転移層を形成した。次に該相転移層上に導電性ＰＦＡチューブを被せて定着ローラとした。
得られた定着ローラを加熱炉にセットして、減圧しながら該誘導体の融点２００℃以上、ＰＦＡの融点３１０℃以下の温度２３０℃で加熱し、その後冷却ガスを注入して急冷却した。
〔実施例２〕
イソフタル酸ジフェニルの誘導体（  分子量６００、融点２１０℃）  ９０部、固形分１０部のアルミ粉末（  熱伝導性物質）  を分散させたエポキシ樹脂溶液を混合（  相転移物質＋熱伝導性物質／エポキシ樹脂＝８／２（  固形分））して撹拌分散し、外径４０ｍｍのＡｌ芯金を回転しながらドクターブレードで塗布し発熱性相転移層を形成した。次に実施例１と同様にして導電性ＰＦＡチューブを被せ、減圧しながら該誘導体の融点以上ＰＦＡの融点以下の温度２４０℃で加熱し、その後炉から取り出して急冷した。
〔実施例３〕
実施例１のビスフェノールＡの誘導体をポリイミド樹脂とカーボンブラックＣＢとに分散させて調製した塗布液を予め塗布して作製したシートを、プライマー（エポキシ系接着剤）  を塗布した外径４０ｍｍのＡｌ芯金に貼り付けた後、実施例１と同様に保護層を被せて加熱冷却し定着ローラを作製した。なお、図３はプライマー４を芯金１外周に被覆した上で、相転移層２、保護層３を順次積層した定着ローラの断面図である。
【００１２】
〔比較例１〕
実施例１においてビスフェノールの誘導体をポリイミド樹脂なしでＡｌ芯金上に塗布した以外は、実施例１と同様にして定着ローラを作製した。
〔比較例２〕
実施例２においてイソフタル酸ジフェニルの誘導体をエポキシ樹脂溶液を使用することなくエタノールを用いてＡｌ芯金上に塗布した以外は、実施例２と同様にして定着ローラを作製した。
〔比較例３〕
実施例３においてビスフェノールＡの誘導体をエタノールに溶かし、これをプライマー４を塗布したＡｌ芯金上に塗布した以外は実施例３と同様にして定着ローラを作製した。
上記のようにして得られた実施例１〜３の定着ローラを、リコー製電子写真複写機Ｍ２１０の定着装置に組込み、ヒーター電力９６０Ｗで加熱しながら定着ローラの表面温度の上昇状況を調べたところ、均一な温度上昇が得られ、ウォームアップも速く、更に加熱冷却を繰り返しても変形がなく画像も良好であった。プライマー層を設けた実施例３の密着性は特に優れていた。これに対して比較例１〜３の定着ローラは加熱冷却を繰り返すと段々縞状の変形（  皺）  が生じ、画像にも白抜けの斑点が発生するようになった。
なお、プライマー層を介するときは密着性を更に向上できることが判明している。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように請求項１及び２に記載した構成によれば、加熱体を有する芯金、相転移層及び保護層からなる定着ローラにおいて、相転移層を有機低分子系の発熱性相転移物質と樹脂結着剤を含有させて形成したことから、相転移層の成膜性が向上し相転移層を結晶化しても膜がポロつくことはなく、さらに芯金と相転移層との密着性が向上し加熱冷却を繰り返してもローラ塗布層の変形がなく良好な画像が得られる。
また、請求項３に記載した定着ローラの製造方法によれば、有機低分子系の発熱性相転移物質が均一に分散した相転移層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着ローラの代表的な例を示す概略断面図である。
【図２】図１の定着ローラにおける相転移層形成部の拡大図である。
【図３】本発明の定着ローラの別の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  芯金
２  相転移層
３  保護層
４  プライマー層
【図１】
0003570698.tif 000002
【図２】
0003570698.tif 000003
【図３】
0003570698.tif 000004