(57)【要約】【課題】離型層表面の分離爪、サーミスタ等による摩耗を低減して定着不良を防止した加熱定着ローラ及びそれを有する定着装置を提供する。【解決手段】基材４、接着剤層３及び離型層１を順次有する加熱定着ローラ１０において、前記離型層１に直接接触摩耗が発生する部位に対応する前記接着剤層３と離型層１との間に、前記離型層１より硬度の高い中間層２を円周方向に設ける。前記離型層１に直接接触摩耗が発生する部位は、分離爪及び／又はサーミスタが直接接触する部位である。前記中間層２は、ビッカース硬度ＨＶが２以上の材料で構成されている。このような材料は、好ましくは、直径１０μｍ以下の炭素繊維である。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材、接着剤層及び離型層を順次有する加熱定着ローラにおいて、前記離型層に直接接触摩耗が発生する部位に対応する前記接着剤層と離型層との間に、前記離型層より硬度の高い中間層を円周方向に設けたことを特徴とする加熱定着ローラ。
【請求項２】
前記離型層に直接接触摩耗が発生する部位が、分離爪及び／又はサーミスタの直接接触する部位であることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着ローラ。
【請求項３】
前記中間層が、ビッカース硬度ＨＶが２以上の材料で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱定着ローラ。
【請求項４】
前記材料が、直径１０μｍ以下の繊維であることを特徴とする請求項３に記載の加熱定着ローラ。
【請求項５】
前記繊維が、炭素繊維であることを特徴とする請求項４に記載の加熱定着ローラ。
【請求項６】
前記繊維が、接着剤層の表面に巻きつけられていることを特徴とする請求項４に記載の加熱定着ローラ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載された加熱定着ローラを有することを特徴とする加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真式の画像形成装置に用いられる加熱定着ローラ及びそれを有する加熱定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の電子写真式の画像形成装置においては、転写紙に静電付着している未定着トナーを転写紙に溶融接着させるための定着装置が設けられている。図２は、このような、従来の定着装置の横断面図である。
【０００３】
図２に示されているように、従来の定着装置は、主として、金属からなる加熱定着ローラ２０、加熱定着ローラ２０に転写紙１５を密着させるために弾性層を保持する加圧ローラ１８、転写紙１５を定着した後転写紙１５が加熱定着ローラ２０に付着することによる転写紙１５の詰まりを防止するために転写紙１５を加熱定着ローラ２０の離型層１２から分離する機能を有する分離爪１４、及び、該加熱定着ローラ２０の温度制御に用いるサーミスタ１９により構成される。該加熱定着ローラ２０は、通常アルミニウム又は鉄系の金属で構成される芯金１１の表面にサンドブラスト等で荒らす加工を行ない、その表面にプライマー層を下地として乾燥後、このプライマー層の表面に離型性、絶縁性、熱化学的安定性の良いフッ素樹脂を被覆塗装、焼成、冷却し、続いて、テープ研磨等により表面突起物を取り除いて離型層１２を形成することにより製造される。
【０００４】
加熱定着ローラ２０は、ハロゲンランプ１３により加熱せられて、約１６５〜２３０℃に保持される。このように、加熱された加熱定着ローラ２０は、転写紙上の未定着トナー１６を溶融し、加圧ローラ１８との間で圧力をかけることにより、未定着トナー１６を定着済みトナー１７として接着せしめる。このために、サーミスタ１９が加熱定着ローラ２０の表面温度を制御のために常に加熱定着ローラ２０に接して表面温度を検知し、そして、該加熱定着ローラ２０の表面温度が高い場合にはハロゲンランプ１３の出力を下げる信号をハロゲンランプ１３の電源制御部に送り、また、表面温度が低い場合にはハロゲンランプ１３の出力を上げる信号をハロゲンランプ１３の電源制御部に送る。これにより、加熱定着ローラ２０は、その表面温度がある一定の温度幅に抑えられるので、転写紙１５の安定した定着を実現することができる。
【０００５】
しかしながら、加熱定着ローラ２０に接している分離爪１４及びサーミスタ１９は、加熱定着ローラ２０の離型層１２を摩耗させる。通常、離型層１２の硬度は、分離爪１４及びサーミスタ１９よりも劣るので、加熱定着ローラ２０の表面で分離爪１４の接する部分及びサーミスタ１９の接する部分のみに摩耗が急速に進行する。その結果、離型層１２における摩耗した部分は、その表面粗さが大きくなるので、溶融トナーの固着、アブレシブ摩耗の増加による段差、突起物の発生等により、溶融トナーを転写紙に定着させる十分な熱を未定着トナー１６に伝えることができなくなり、そのために、それらの離型層１２の摩耗した部分が定着不良を引き起こす原因の一つとなる。したがって、離型層１２の摩耗した部分が加熱定着ローラ２０の寿命を縮める、という問題があった。
【０００６】
また、加熱定着ローラにおける分離爪位置の摩耗防止策として、分離爪が加熱定着ローラに接する圧力を下げる方策が施行されたが、この摩耗防止策では、転写紙と加熱定着ローラとの分離性をも低下させ、そのために、転写紙のジャム、又は、爪の振動によるキズが発生する、という問題があった。
また、離型層の耐摩耗性を向上させる対策として、離型層を構成するフッ素樹脂を低酸素濃度下で焼成する技術が公知（特許文献１参照）であるが、この技術は、高コストであるとと共に、制御が難しい、という問題があった。
また、加熱定着ローラ全体を水冷する技術が、公知（特許文献２参照）であるが、この技術によれば、水槽にローラ全体を運び入れるので、焼成炉から水槽への搬送設備が大規模になり、しかも、高温の加熱定着ローラを搬送するため安全性が著しく低下する、という問題があった。
【０００７】
また、分離爪先端に特定の共重合体を含有してなる層で被服することにより、高速複写機に用いた際の紙詰まりを防止する技術が公知（特許文献３参照）であるが、この技術によれば、その被服膜がすぐに剥がれてしまい、結果として、分離爪の下地（例えば、ＰＩ）で離型層表面を摩耗させてしまう、という問題があった。
また、定着用加熱ロールのフッ素系樹脂被覆層に新モース硬度８以上で所定の粒径の無機粉体を添加することによりシリコーン油のような離型剤を塗布不要の比粘着性で耐摩耗のよい加熱定着ロールとする技術が公知（特許文献４参照）であるが、この技術によれば、表層に露出した無機粉体がトナー離型性を著しく低下させ、トナーの固着による定着不良を引き起こす原因の一つとなり、結果的に、加熱定着ローラの寿命を縮めることになる、という問題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５８−５１２６４号公報
【特許文献２】
特公平６−５１３７３号公報
【特許文献３】
特公平７−８６７２６号公報
【特許文献４】
特許第１６５２７２７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
即ち、本発明は、離型層表面の分離爪、サーミスタ等による摩耗を低減して定着不良を防止した加熱定着ローラ及びそれを有する加熱定着装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、基材、接着剤層及び離型層を順次有する加熱定着ローラにおいて、前記離型層に直接接触摩耗が発生する部位に対応する前記接着剤層と離型層との間に、前記離型層より硬度の高い中間層を円周方向に設けたことを特徴とする加熱定着ローラである。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記離型層に直接接触摩耗が発生する部位が、分離爪及び／又はサーミスタの直接接触する部位であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記中間層が、ビッカース硬度ＨＶが２以上の材料で構成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、請求項３に記載された発明において、前記材料が、直径１０μｍ以下の繊維であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５に記載された発明は、請求項４に記載された発明において、前記繊維が、炭素繊維であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６に記載された発明は、請求項４に記載された発明において、前記繊維が、接着剤層の表面に巻きつけられていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７に記載された発明は、請求項１〜６のいずれかに記載された加熱定着ローラを有することを特徴とする加熱定着装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示す加熱定着ローラの一部縦断面概略説明図である。
【００１８】
図１において、１０は加熱定着ローラである。加熱定着ローラ１０は、基材４、接着剤層３及び離型層１を順次有している。そして、前記離型層１に直接接触摩耗が発生する部位に対応する前記接着剤層３と離型層１との間に、前記離型層１より硬度の高い中間層２が円周方向に設けられている。前記離型層１に直接接触摩耗が発生する部位は、例えば、分離爪及び／又はサーミスタが直接接触する部位である。
【００１９】
前記離型層１には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーテル共重合（ＰＦＡ）、ポリ四フッ化エチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合等の樹脂が用いられる。
【００２０】
前記中間層２は、ビッカース硬度ＨＶが２以上の材料で構成されている。このような材料は、例えば、直径１０μｍ以下の繊維であって、好ましくは、炭素繊維である。中間層２は、例えば、炭素繊維を離型層１における接触摩耗が発生する部位に対応する接着剤層３の表面に、前記接触摩耗が発生する部位の幅、例えば、分離爪幅となるように、巻き付けて形成する。離型層１は、前記中間層２の表面にフッ素樹脂分散液を塗装し、これをその溶融温度以上の温度で焼結することにより形成される。これにより、中間層２の膜厚は一定に保たれ、中間層２の表面にかかる繊維の巻きつけにより形成される凹凸によって、中間層２と離型層１とを密着させることができる。
【００２１】
前記基材（芯金）４は、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、真鍮等の金属で構成される。
【００２２】
図１に示されているように、本発明によれば、離型層１に直接接触摩耗が発生する部位に対応する接着剤層３と離型層１との間に、前記離型層１より硬度の高い中間層２を円周方向に設けたので、離型層１の表面の分離爪、サーミスタ等による摩耗を低減することができ、そのために、従来の定着ローラに生じていた、サーミスタ等による摩耗に起因する溶融トナーの固着、アブレシブ摩耗の増加による段差、摩耗筋等による突起物の発生により、溶融トナーを転写紙に定着させる十分な熱を未定着トナーに伝えることができない、といった定着不良を防止することができる。したがって、本発明によれば、離型層の表面の分離爪、サーミスタ等による摩耗によって発生する画像不良を低減をすることができると共に、膜厚及び鉛筆硬度を維持することができ、よって、熱定着ローラ及びそれを有する加熱定着装置の交換寿命を延ばすことができる。
【００２３】
また、本発明の加熱定着装置は、請求項１〜６のいずれかに記載された加熱定着ローラを有している。このように、本発明の加熱加圧が請求項１〜６のいずれかに記載された加熱定着ローラを有していると、加熱定着ローラの離型層の表面の分離爪、サーミスタ等による摩耗によって発生する画像不良を低減させることができ、そのために、加熱加圧定着装置の交換寿命を延ばすことができる。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）
表面にサンドブラストで荒らし加工を施した直径４０ｍｍアルミニウム芯金（基材）の表面に接着剤を被覆し、乾燥して接着剤層を形成した。そして、離型層に直接接触摩耗が発生する部位（図１の矢印部分参照。）に対応する前記接着剤層の表面に直径１０μｍ以下の炭素繊維を前記芯金の円周方向に分離爪幅となるように帯状に巻き付けて中間層を形成した。次に、前記接着剤層及び中間層の表面にＰＦＡの分散液を塗布してフッ素樹脂塗布層を形成し、このフッ素樹脂塗布層を３８０℃で４０分間加熱焼成して離型層を形成することにより加熱定着ローラを得た。
【００２５】
（比較例１）
表面にサンドブラストで荒らし加工を施した直径４０ｍｍアルミニウム芯金（基材）の表面に接着剤を被覆し、乾燥して接着剤層を形成した。そして、前記接着剤層及び中間層の表面にＰＦＡの分散液を塗布してフッ素樹脂塗布層を形成し、このフッ素樹脂塗布層を３８０℃で４０分間加熱焼成して離型層を形成することにより加熱定着ローラを得た。
【００２６】
（比較例２）
表面にサンドブラストで荒らし加工を施した直径４０ｍｍアルミニウム芯金（基材）の表面に接着剤を被覆し、乾燥して接着剤層を形成した。そして、離型層に直接接触摩耗が発生する部位（図１の矢印部分参照。）に対応する前記接着剤層の表面に、カーボンブラック６０重量％を含有するＰＦＡの分散液を前記芯金の円周方向に分離爪幅となるように塗布して、カーボンブラックを含有するフッ素樹脂塗布層を形成した。次に、前記接着剤層及びカーボンブラックを含有するフッ素樹脂塗布層の表面にＰＦＡの分散液を塗布してフッ素樹脂塗布層を形成し、これらのフッ素樹脂塗布層を３８０℃で４０分間加熱焼成して中間層及び離型層を形成することにより加熱定着ローラを得た。
【００２７】
（比較例３）
離型層に直接接触摩耗が発生する部位に対応する接着剤層の表面に、カーボンブラック６０重量％を含有するＰＦＡの分散液を芯金の円周方向に全体にわたり塗布した以外は、前記比較例２と同様にして加熱定着ローラを得た。
【００２８】
（比較例４）
離型層に直接接触摩耗が発生する部位に対応する接着剤層の表面に直径１０μｍ以下の炭素繊維を芯金の円周方向に全体にわたり帯状に巻き付けて中間層を形成した以外は、前記比較例２と同様にして加熱定着ローラを得た。
【００２９】
次に、実施例１及び比較例１〜４において得られた加熱定着ローラを定着装置に装着して、試験条件を、分離爪の加重：４０ｇｆ、加熱定着ローラの回転数：２００ｒｐｍ、及び、試験時間：４８時間とすることにより、それらの加熱定着ローラの接触部摩耗量、膜厚バラツキ、及び、鉛筆硬度を測定して評価した。評価基準は、次のとおりとした。
（イ）接触部摩耗量
ランク１・・・多量にあり
ランク２・・・わずかにあり
ランク３・・・なし
（ロ）膜厚バラツキ
ランク１・・・多数あり
ランク２・・・わずかにあり
ランク３・・・なし
（ハ）鉛筆硬度
ランク１・・・問題有り
ランク２・・・実用上問題なし
ランク３・・・全く問題なし
【００３０】
評価結果は、次の表１に示される。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
実施例１によって得られた定着熱ローラは、中間層を有しているので、その離型層摩耗量が中間層を有していない比較例１のものより改善された。同様に、実施例比較例２〜４によって得られた定着熱ローラは、中間層を有しているので、それらの離型層摩耗量が中間層を有していない比較例１のものより改善されたが、それらの膜厚バラツキ及び鉛筆硬度は、比較例１より悪化した。その理由は、ＰＦＡの分散液の分散ムラ、及び、その塗装のバラツキにより表面状態が安定しなかったためと考えられる。特に、分離爪幅に塗装した比較例２は、その塗装部分を起点として密着力が低下した。また、実施例１によって得られた定着熱ローラは、比較例４で得られた定着熱ローラと同等の膜厚バラツキを有しているが、その鉛筆硬度が比較例４で得られた定着熱ローラより優れている。その理由は、比較例４では、接着剤層が離型層との密着力にまったく関与しなかったためと考えられ、また、実施例１では、接着剤層が摩耗部以外で関与するので、補強効果があったと考えられる。
【００３３】
以上のとおり、実施例１（本発明）によれば、離型層に分離爪、サーミスタ等による直接接触摩耗が発生する部位に対応する接着剤層と離型層との間に、前記離型層より硬度の高い中間層を円周方向に設けたので、離型層の表面の分離爪、サーミスタ等による摩耗によって発生する画像不良を低減をすることができ、しかも、膜厚及び鉛筆硬度を維持することができる。したがって、加熱定着ローラ及び加圧ローラの交換寿命を延ばすことができる。
【００３４】
【発明の効果】
（１）請求項１〜３に記載された発明によれば、加熱定着ローラにおける離型層に分離爪、サーミスタ等による直接接触摩耗が発生する部位に対応する接着剤層と離型層との間に、前記離型層より硬度の高い中間層を円周方向に設けたので、離型層の表面の分離爪、サーミスタ等による摩耗によって発生する画像不良を低減をすることができると共に、膜厚及び鉛筆硬度を維持することができ、それらのために、加熱定着ローラ及び加圧ローラの交換寿命を延ばすことができる。
【００３５】
（２）請求項４〜６に記載された発明によれば、中間層を構成する材料が、直径１０μｍ以下の繊維であるので、これを接着剤層の表面に巻きつけると、中間層の膜厚は一定に保たれ、中間層の表面にかかる繊維の巻きつけにより形成される凹凸によって、中間層と離型層とを密着させることができる。
【００３６】
（３）請求項７に記載された発明によれば、請求項１〜６のいずれかに記載された加熱定着ローラを有しているので、加熱定着ローラの離型層の表面の分離爪、サーミスタ等による摩耗によって発生する画像不良を低減させることができ、そのために、加熱加圧定着装置の交換寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す加熱定着ローラの一部縦断面概略説明図である。
【図２】従来の定着装置の横断面図である。
【符号の説明】
１　離型層
２　中間層
３　接着剤層
４　基材（芯金）
１０　加熱定着ローラ
【図１】
2004125942.tif 000004
【図２】
2004125942.tif 000005