(57)【要約】【課題】定着時、オフセット現象や熱ローラへの巻き付き現象を発生することなく、高画質な画像を耐久性よく得られる定着ローラおよびこの定着ローラを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】この定着ローラは、表面コート層が少なくともフッ素系ポリマーから形成され、前記表面コート層内に導電性物質を含み、前記表面コート層の最表面には導電性物質が存在しないようにしたものである。前記導電性物質にはグラファイトを用い、前記フッ素系ポリマーには、テトラフルオロエチレンのホモポリマーあるいはポリプロピレンとのコポリマー、クロロトリフルオロエチレンのホモポリマーまたはコポリマー、３フッ化エチレンのホモポリマーまたはコポリマー、２フッ化エチレンのホモポリマーまたはコポリマー、ＰＦＡのいずれか一つを用いる。また、画像形成装置は、上記の定着ローラを備えて、未定着画像を記録材上に形成するようにした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面コート層が少なくともフッ素系ポリマーから形成され、前記表面コート層内に導電性物質を含む定着ローラであって、前記表面コート層の最表面には導電性物質が存在しないことを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
前記導電性物質とは、グラファイトであることを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ。
【請求項３】
前記フッ素系ポリマーが、テトラフルオロエチレンのホモポリマーあるいはポリプロピレンとのコポリマー、クロロトリフルオロエチレンのホモポリマーまたはコポリマー、３フッ化エチレンのホモポリマーまたはコポリマー、２フッ化エチレンのホモポリマーまたはコポリマー、ＰＦＡのいずれか一つであることを特徴とする請求項１または２に記載の定着ローラ。
【請求項４】
未定着画像を記録材上に形成する画像形成手段を有する画像形成装置であって、前記画像形成装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の定着ローラを備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着ローラおよび画像形成装置に関し、より詳細には、電子写真法、静電記録法、静電印刷法等により形成された静電潜像を記録材料に固定化させるための定着装置に用いられる定着ローラおよびこの定着ローラを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真法または静電記録法等による画像形成は、光導電性感光体または誘電体等を成膜した潜像担持体上に、受像により静電潜像を形成し、形成された静電潜像を、キャリアと混合された２成分トナーまたは現像スリーブ等をトナー供給ローラ上でブレード等によって薄層化し、かつ、適当に帯電され、微粉末化された１成分トナーを用いて現像してトナー画像とし、必要に応じて、紙等の転写材に現像されたトナー画像を転写した後、加熱圧力、溶剤蒸気等によって定着し、複写物を得るものである。
【０００３】
これらの現像法に適用するトナーの定着法としては種々あるが、熱効率が高いこと、および高速定着が可能であることから、軸方向に一様に加熱された定着ローラに加圧ローラを圧接したニップ部に、トナー画像のある転写材をニップして加熱、加圧してトナー画像を熱融着する熱ローラ定着方式が広く採用されている。このような熱ローラ定着方式で高速定着を行う場合、トナーに対しては、良好な低温定着性、すなわち、定着下限温度が低いことが要求される。しかし、このために結着樹脂として低軟化樹脂を含有させると、定着時にトナー像の一部が熱ローラ表面に付着しこれがコピー用紙上に転移して地汚れを起こす、いわゆる、ホットオフセット現象や、コピー用紙が熱ローラ表面に付着して巻き付く、いわゆる、巻き付き現象が発生しやすくなり、特に、熱ローラ温度が低いときに多く発生する。また、低軟化樹脂により保存性にも問題が生じ、輸送時等にブロッキング現象を引き起こすこともある。
【０００４】
一方、従来、電子写真複写機等の画像形成装置において、定着ローラは、未定着画像を有する記録材、例えば、未定着トナー像を有する転写紙に熱を付与し、かつ、溶融トナー像のオフセットを防止しながら定着する機能の他に、転写紙を所定経路へ搬送する機能を備えているので、定着ローラには、極めて厳しい条件下での搬送性、離型性、耐摩耗性、定着性、そして、耐久性が要求される。上記要求を満たすために、定着ローラの芯金上に弾性層を設け、さらにその弾性層の上表面に薄い樹脂層を形成した構造の定着用弾性回転体とした弾性ローラが知られている。このような構造の定着ローラは、単にシリコンゴムのみによりなる定着ローラと比較した場合、耐久性および摩耗性に優れ、また、芯金上に弾性層を持つことなく、フッ素樹脂等の樹脂層を被覆したローラと比較した場合、定着性、搬送性において優れたものである。しかし、近年は、定着時の圧力がトナー定着程度に重要であることが判明し、弾性層を保持せず、芯金ローラ上に離型層を付与した定着ローラの形態がとられるようになった。
【０００５】
定着ローラの本来の目的は、支持体上に形成されたトナー像を支持体に固定化させることであるが、上述のように、多くの場合、定着ローラにトナーが固着する、いわゆるオフセットと呼ばれる現象が起きる。この現象を回避するため、定着ローラ表面には、表面エネルギーが低く、他の物質との親和性が非常に小さく、非粘着性、高油滑性の材料であるフッ素系ポリマーによる表面コート層が形成される。この表面コート層は、通常、数十μmの膜厚があり、多くの場合、この表面コート層の製造方法には、粉体塗装が行われている。
【０００６】
芯金上に弾性層を設け、さらにその弾性層の上表面に薄い樹脂層を形成した定着ローラの例として、特許文献１が開示されており、また、表面エネルギーの低い材料を離型層に用いた定着ローラの例として特許文献２がある。
【０００７】
特許文献１は、芯金表面にシリコン弾性体層を有し、最外側にフッ素系樹脂被覆層をもつ定着ローラに関するものであり、シリコン弾性体層は硬さを８°乃至２０°（JIS Ａの規格による）の範囲内に定め、最外側のフッ素系樹脂は、例えば、ＰＦＡ（Perfluoroaloxyl）を用い、十分なニップ幅を確保し、圧縮永久歪みを小さくした定着ローラである。
【０００８】
特許文献２は、定着ローラ表面の材料を非粘着性に優れたフッ素カーボンとして、炭素原子（Ｃ）に対するフッ素原子（Ｆ）の比（Ｆ／Ｃ）を規定しており、（Ｆ／Ｃ）が０.５を超え、１.０未満の範囲であるとしている。
【０００９】
また、弾性層を保持せず、芯金ローラ上に離型層を付与した定着ローラとして、特許文献３がある。
特許文献３の定着ローラは、芯金ローラ表面に離形層として導電性物質を分散し、体積抵抗１０14Ωから１０17ΩとしたＰＦＡチューブを用い、定着ローラとニップ部を形成する加圧ローラの表面も体積抵抗１０14Ωから１０17ΩのＰＦＡチューブで、その下層に導電性弾性層を形成し、芯金にバイアス電源を接続することにより、トナーの電荷と同極の電圧を印加し、オフセットの発生を防いでいる。なお、導電性物質としては、カーボン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化チタン等の導電性付与粒子が用いられる。
【特許文献１】特開平６−１６７９００号公報
【特許文献２】特開平７−１４９４４８号公報
【特許文献３】特開平６−１６７９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１では、定着ローラ表面に用いる表面コート層は、離型材として、表面エネルギーの低いＰＦＡを使用しているが、表面の凹凸形状と離型性との関係に関しては、何の記載もない。このため、定着ローラ表面に十分な離型性も確保できるか否かが不明である。
特許文献２では、良好な離型性を得る条件として、定着ローラ表面組成として、フッ素と炭素との元素比（Ｆ／Ｃ）値を採用しているが、本発明者の実験結果によると、このレベルでは、離型性を保持したままで耐久性を付与することは難しいと思われる。
【００１１】
また、特許文献３では、導電性物質を分散したフッ素系樹脂チューブを使用しているが、離型層最表面に分散した導電性物質が現われる可能性があり、耐久性に問題が残る。
また、多くの場合、表面コート層の製造方法として粉体塗装が行われており、そのことが原因かどうか定かではないが、定着ローラ表面上の組成が不均一で、目的とする表面エネルギーの値が得られないことが多いため、経時的に定着ローラにトナーがオフセットする現象がよく見られる。
【００１２】
本発明は、定着時、オフセット現象や熱ローラへの巻き付き現象を発生することなく、高画質な画像を耐久性よく得られる定着ローラおよびこの定着ローラを用いた画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、表面コート層が少なくともフッ素系ポリマーから形成され、前記表面コート層内に導電性物質を含む定着ローラであって、前記表面コート層の最表面には導電性物質が存在しないことを特徴としたものである。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記導電性物質とは、グラファイトであることを特徴としたものである。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記フッ素系ポリマーが、テトラフルオロエチレンのホモポリマーあるいはポリプロピレンとのコポリマー、クロロトリフルオロエチレンのホモポリマーまたはコポリマー、３フッ化エチレンのホモポリマーまたはコポリマー、２フッ化エチレンのホモポリマーまたはコポリマー、ＰＦＡのいずれか一つであることを特徴としたものである。
【００１６】
請求項４発明は、未定着画像を記録材上に形成する画像形成手段を有する画像形成装置であって、前記画像形成装置は、請求項１乃至３の発明の定着ローラを備えることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、定着時、オフセット現象や熱ローラへの巻き付き現象を発生することなく、高画質な画像を耐久性よく得られる定着ローラおよびこの定着ローラを用いた画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本出願人は、少なくともフッ素系ポリマーから形成される表面コート層を有する定着ローラにおいて、前記目的を達成するためには、表面コート層の化学的、物理的条件を正しく設定することが重要であることに着目して鋭意研究した結果、フッ素系ポリマーの表面コート層の層内においても最上層部およびその下層部のＦ（フッ素）とＣ（炭素）の元素の構成比および比率の均一性および表面の凹凸状態が重要であることが判明した、以下、この実験結果について述べる。
【００１９】
実験装置としては、Ｘ線光電子分光装置「ＳＳＸ−１００」（ＳＳＩ社製）であり、該Ｘ線光電子分光装置を用い、
Ｘ線スポット径１mm、出力１０kv、２０mA、真空度１×１０−９torr
で測定し、比較実験した結果、
表面コート層は、次の条件を充たすとき、前記目的を達成することができた。
【００２０】
（１）表面２０nmに存在する元素の比（Ｆ／Ｃ）が１.９０以上である。
（２）定着ローラにおける表面２０nmに存在する原素の比（Ｆ／Ｃ）の全定着ローラ表面の各部分の差は０.０５以下である。
（３）定着ローラの表面反射率が６０％以上である。
【００２１】
この理由として、トナーの定着ローラへのオフセット現象は、定着ローラ表面の表面エネルギーに起因すると考えられ、この表面エネルギーは、定着ローラ表面に存在するフッ素の露出量に依存すると考えられる。その結果、定着ローラにおいて、表面に存在する元素の比：Ｆ（フッ素）／Ｃ（炭素）が１.９０以上でないと、短期間では問題ないが、経時的にトナーが定着ローラにオフセットすることが明らかとなった。また、原因はよく分らないが、定着表面ローラ上において元素の比：Ｆ（フッ素）／Ｃ（炭素）に不均一性があると、これもオフセットの原因になることが判明した。
【００２２】
さらに、上記条件を満足したローラでも、表面の凹凸が大きいと、トナーが経時的に定着ローラにオフセットする現象が見られた。この凹凸が定着ローラ表面に存在すると、凹部にトナーが埋没し、その部分をトリガーにオフセットが発生すると考えられる。そこで、定着ローラ表面の凹凸を表面反射率で規格化することで、この問題を解決することができた。凹凸は、表面全体に存在するのであるが、表面粗さ計では、表面全体を計測することが難しいため、光による表面反射率で測定した。
【００２３】
また、定着ローラの離型層に用いられるポリマーとしては、表面エネルギーの小さいフッ素を含有するポリマーが好ましい。例えば、テトラフルオロエチレンのホモポリマーあるいはポリプロピレンとのコポリマー、クロロトリフルオロエチレンのホモポリマーまたはコポリマー、３フッ化エチレンのホモポリマーまたはコポリマー、２フッ化エチレンのホモポリマーまたはコポリマー、ＰＦＡ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００２４】
[実施例１]
芯金として、アルミニウムからなる３０mmφ、ｔ＝２mmの円筒形ローラ上にポリイミドとテフロン（登録商標）からなる塗料をプライマーとして用い、湿式のディップ法によりアルミローラにコーティングを行った。１００℃で１時間乾燥させた後、次に、テトラフルオロエチレン５０／プロピレン１の組成からなるコポリマーの塗料を前記プライマーと同様にコーティングを行い、３５０℃で１時間乾燥を行った。アルミローラ上にコートされた膜厚は８μmであった。
表面に存在する元素の比：Ｆ（フッ素）／Ｃ（炭素）は１.９６で、また、定着ローラ各部分における元素の比：Ｆ（フッ素）／Ｃ（炭素）が、各部分の差として０.０３で、定着ローラの表面反射率は８０％であった。
【００２５】
[実施例２]
実施例１と同様のアルミローラを用い、実施例１と同様に、プライマーをコートした後に、テトラフルオロエチレン５０／エチレン２の組成からなるコポリマーの塗料を前記プライマーと同様にコーティングを行い、３５０℃で１時間乾燥を行った。アルミローラ上にコートされた膜厚は、７μmであった。
表面に存在する元素の比：Ｆ（フッ素）／Ｃ（炭素）は１.９４で、また、定着ローラ各部分における元素の比：Ｆ（フッ素）／Ｃ（炭素）が、各部分の差として０.０２で、定着ローラの表面反射率は７５％であった。
【００２６】
[実施例３]
実施例１と同様のアルミローラを用い、実施例１と同様にプライマーをコートした後に、テトラフルオロエチレン５０／ポリプロピレン２の組成からなるコポリマーの塗料を前記プライマーと同様にコーティングを行い、３５０℃で１時間乾燥を行った。アルミローラ上にコートされた膜厚は５μmであった。
表面に存在する元素の比：Ｆ（フッ素）／Ｃ（炭素）は１.９２で、また、定着ローラ各部分における元素の比：Ｆ（フッ素）／Ｃ（炭素）が、各部分の差として０.０４で、定着ローラの表面反射率は７７％であった。
【００２７】
［比較例１］
アルミニウムからなる３０mmφ、ｔ＝２mmの円筒形ローラ上にポリイミドとテフロン（登録商標）からなる塗料をプライマーとして用い、ディップ法によりアルミローラにコーティングを行った。１００℃で１時間乾燥された後、次にテトラフルオロエチレン５０／プロピレン１の組成からなるコポリマーの粉体塗料をスプレー塗装し、３５０℃で１時間熱処理を行った。アルミローラ上にコートされた膜厚は、２１μmであった。
表面に存在する元素の比：Ｆ（フッ素）／Ｃ（炭素）は１.８３で、また、定着ローラ各部分における元素の比：Ｆ（フッ素）／Ｃ（炭素）が、各部分の差として０.１２で、定着ローラの表面反射率は５５％であった。
【００２８】
［比較例２］
アルミニウムからなる３０mmφ、ｔ＝２mmの円筒形ローラ上にポリイミドとテフロン（登録商標）からなる塗料をプライマーとして用い、ディップ法によりアルミローラにコーティングを行った。１００℃で１時間乾燥させた後、次に、テトラフルオロエチレン５０／プロピレン２の組成からなるコポリマーの粉体塗料をスプレー塗装し、３５０℃で１時間熱処理を行った。アルミローラ上にコートされた膜厚は、１８μmであった。
表面に存在する元素の比：Ｆ（フッ素）／Ｃ（炭素）は１.８０で、また定着ローラ各部分における元素の比：Ｆ（フッ素）／Ｃ（炭素）が、各部分の差として０.２１で、定着ローラの表面反射率は５０％であった。
【００２９】
以上、５種類の方法で作製したローラを用いて、リコー製複写機ＦＴ６５００に搭載し、画像出しを行った。表１は、定着特性評価結果を示したものである。
【００３０】
【表１】
2005099815.tif 000002
【００３１】
次に、表面コート層内に導電性物質を含む場合についての離型性の優れた物理的条件についての実験結果について述べる。導電性物質としてグラファイトを用いているが、表面コート層が導電性を有し、しかも、最表面にグラファイト粒が存在することなく、しかも、表面の凹凸が小さいことが前記目的を達成するための条件である。少なくとも、フッ素系ポリマーから形成される表面コート層を有する定着ローラに関して行った本出願人の実験結果によると、
（１）表面０.０５μm以内にグラファイトが存在しないが、内部には、少なくとも０.１％以上のグラファイトが存在すること。
（２）（１）のグラファイトの２次凝集粒径が５０μm以下であること。
（３）定着ローラに塗布される表面コート層の膜厚が１０μm以下であること。
が、オフセットがなく、離型性が優れて、耐久性のある定着ローラとするための条件であることが判明した。
【００３２】
上記実施結果は、定着ローラ表面コート層内部に２次粒径が５０μm以下のグラファイトを用いることにして、表面コート層の塗布を湿式法によって行うことにより、膜強度が飛躍的に向上し、離型性の耐久性を大きく改善し、本発明の目的と達成することができた。
【００３３】
また、この時、グラファイトは、表面コート層表面に存在していないことが重要である。これは、最表面にグラファイトが存在すると、その部分がオフセットの初期発生箇所となり、そこを核にトナー固着が広がるからである。このグラファイトの含有量は０.１重量％以上が必要であり、好ましくは１％以上１０％以下である。さらに、このグラファイトの２次凝集粒径が５０μm以上となると、表面にグラファイトが出現しやすくなるため、好ましくない。
【００３４】
市場では、定着におけるエネルギーの省力化が叫ばれており、そのため、トナーの定着温度を下げることが必要となってきた。そのため、いくつかの検討がなされているが、未だ十分ではない。
本発明では、上記内容と共に定着ローラの表面コート層の膜厚を制御することで、この問題を解決することができた。つまり、表面コート層の膜厚を薄くすることで、伝熱特性を改善し、この効果はグラファイトを含有させることでも向上することができた。この発明の表面コート層を得る方法としては、湿式による塗布方法が好ましい、その理由としては、表面の平滑性と膜厚の制御を一度に達成できるからである。また、コスト的にも適している。これに対し、乾式塗料で塗布を行うと、膜厚の制御が難しく、また、膜の欠陥を生じてピンホールが発生しやすい原因となる。このピンホールは、オフセットの原因ともなるからである。
【００３５】
この場合も、表面コート層に用いられるポリマーとしては、表面エネルギーの小さいフッ素を含有するポリマーが好ましい。例えば、テトラフルオロエチレンのホモポリマーあるいはポリプロピレンとのコポリマー、クロロトリフルオロエチレンのホモポリマーまたはコポリマー、３フッ化エチレンのホモポリマーまたはコポリマー、２フッ化エチレンのホモポリマーまたはコポリマー、ＰＦＡ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００３６】
[実施例４]
アルミニウムからなる３０mmφ、ｔ＝２mmの円筒形ローラ上にポリイミドとテフロン（登録商標）からなる塗料をプライマーとして用い、ディップ法によりアルミローラにコーティングを行った。１００℃で１時間乾燥させた後、次に、テトラフルオロエチレン：５０／プロピレン：１の組成からなるコポリマーの塗料１００重量部にグラファイト２重量部を混合させたものを、前記プライマーと同様にコーティングを行い、３５０℃で１時間乾燥を行った。アルミローラ上にコートされた膜厚は、７μmであった。また、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）観察したときの定着ローラコート表面には、グラファイトは見られず、内部に存在するグラファイトの２次粒子径は１.３μmであった。
【００３７】
[実施例５]
実施例４と同様のアルミローラを用い、実施例４と同様にプライマーをコートした後に、テトラフルオロエチレン：５０／エチレン：２の組成からなるコポリマーの塗料１００重量部にグラファイト２重量部を混合させたものを、前記プライマーと同様にコーティングを行い、３５０℃で１時間乾燥を行った。アルミローラ上にコートされた膜厚は、６μmであった。また、表面には、グラファイトは見られず、内部に存在するグラファイトの２次粒子径は０.７μmであった。
【００３８】
[実施例６]
実施例４と同様のアルミローラを用い、実施例４と同様にプライマーをコートした後に、テトラフルオロエチレン：５０／ポリプロピレン：２の組成からなるコポリマーの塗料１００重量部にグラファイト２重量部を混合させたものを、前記プライマーと同様にコーティングを行い、３５０℃で１時間乾燥を行った。アルミローラ上にコートされた膜厚は、８μmであった。また、表面にはグラファイトは見られず、内部に存在するグラファイトの２次粒子径は１.２μmであった。
【００３９】
［比較例３］
アルミニウムからなる３０mmφ、ｔ＝２mmの円筒形ローラ上にポリイミドとテフロン（登録商標）からなる塗料をプライマーとして用い、ディップ法によりアルミローラにコーティングを行った。１００℃で１時間乾燥させた後、次に、テトラフルオロエチレン５０：／プロピレン：１の組成からなるコポリマーの粉体塗料１００重量部にグラファイト２重量部を混合させたものをスプレー塗装し、３５０℃で１時間熱処理を行った。アルミローラ上にコートされた膜厚は、２２μmであった。ＳＥＭ観察による表面には、グラファイトは見られ、内部に存在するグラファイトの２次粒子径は１５μmであった。
【００４０】
［比較例４］
アルミニウムからなる３０ｍｍφ、ｔ＝２ｍｍの円筒形ローラ上にポリイミドとテフロン（登録商標）からなる塗料をプライマーとして用い、ディップ法によりアルミローラにコーティングを行った。１００℃で１時間乾燥させた後、次にテトラフルオロエチレン：５０／プロピレン：２の組成からなるコポリマーの粉体塗料をスプレー塗装し３５０℃で１時間熱処理を行った。アルミローラ上にコートされた膜厚は、１８μｍであった。
【００４１】
以上５種類の方法で作製したローラを用いて、リコー製複写機ＦＴ６５００に搭載し画像出しを行った。表２は、定着特性評価結果を示したものである。
【００４２】
【表２】
2005099815.tif 000003