(57)【要約】【目的】定着用回転体の最外層を薄膜化するに際して、これをフッ素樹脂の塗布層から形成する場合においても、フッ素樹脂製チューブの被覆層から形成する場合と比較して、耐磨耗性を同等以上にすることの出来る定着用回転体、及び、この定着回転体を備えた定着装置を提供することである。【構成】この発明に係わる定着用ローラは、芯金１８と、この芯金１８の外周にこれを取り巻くように配設された弾性層２４と、芯金１８に最外層として被覆されたフッ素樹脂層２８とを具備し、フッ素樹脂層２８は、弾性層２４の外周面に塗布により形成された塗布層であり、このフッ素樹脂層２８には、充填剤が重量％で０．０５〜１．０の範囲で分散されていることを特徴としている。【選択図】        図１
2005077581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の基材と、
この基材の外周にこれを取り巻くように配設された弾性層と、
前記基材に最外層として被覆されたフッ素樹脂層と、
を具備し、
前記フッ素樹脂層は、前記弾性層の外周面に塗布により形成された塗布層であり、
該フッ素樹脂層には、充填剤が重量％で０．０５〜１．０の範囲で分散されていることを特徴とする定着用回転体。
【請求項２】
前記フッ素樹脂層の層厚が、３０μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着用回転体。
【請求項３】
前記定着用回転体は、芯金を円筒状の基材として備えた定着用ローラであることを特徴とする請求項１に記載の定着用回転体。
【請求項４】
前記定着用回転体は、可撓性を有するベルト基材を円筒状の基材として備えた定着用ベルトであることを特徴とする請求項１に記載の定着用回転体。
【請求項５】
前記充填剤は、モース硬度で５以上の材料であることを特徴とする請求項１に記載の定着用回転体。
【請求項６】
前記充填剤は、シリカを含むことを特徴とする請求項５に記載の定着用回転体。
【請求項７】
前記充填剤は、アルミナを含むことを特徴とする請求項５に記載の定着用回転体。
【請求項８】
前記フッ素樹脂層は、フッ素樹脂としてＰＦＡを含むことを特徴とする請求項１に記載の定着用回転体。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の定着用回転体を、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる定着ローラとして備えることを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の定着用回転体を、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる定着ベルトとして備えることを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の定着用回転体を、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる加圧ローラとして備えることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、円筒状の基材の外周を弾性層で覆い、更に、この弾性層の外周をフッ素樹脂で覆った構成の定着用回転体、この定着用回転体を備えた定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、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・静電記録方式・磁気記録方式等の適宜の作像プロセス機構により被記録材（転写材・静電記録紙・印刷紙等）に転写方式（間接方式）或いは直接方式で目的の画像情報に対応させて形成担持させた未定着トナー像を、被記録材面に加熱・加圧定着させるための定着装置としては、定着ローラ及び加圧ローラを備えた所謂２ローラ方式の装置構成が広く用いられている。
【０００３】
図３に、従来の２ローラ方式の定着装置の概略構成を示す。参照符号８０は、加熱用回転体としての定着ローラを示している。この定着ローラ８０のアルミニウム製の中空芯金８２の内部には、加熱手段としてのハロゲンランプ８１が配設されている。このハロゲンランプ８１に対して、不図示の電源から通電して発熱させて、定着ローラ８０を、中空芯金８２の内部から、被加熱材としての被記録材Ｐ（以下、転写材と記す）上のトナー画像のトナーを融解させるのに十分な温度に加熱するように構成されている。
【０００４】
また、転写材Ｐ上のフルカラー用トナーをオフセットすることなく、転写材上に定着するために、該定着ローラ８０の中空芯金８２の外周には、弾性層８３が被覆され、更に、この弾性層８３の外周には、離型性に優れた性能を示すポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシテトラフルオロエチレン共重合体（ＰＦＡ）などのフッ素樹脂製の離型層８４が表層として形成されている。
【０００５】
このような２ローラ式の定着装置においては、回転させた定着ローラ８０と加圧ローラ９０のニップ部Ｎに、未定着トナー像を担持させた転写材Ｐを画像面を定着ローラ８０側にして導入して挟持搬送させることで、定着ローラ８０の熱及びニップ部Ｎで作用される圧力により、フルカラートナー像が転写材Ｐ面に永久画像として加熱・加圧定着されることになる。
【０００６】
ここで、定着ローラ８０の弾性層８３は、ウォーミングアップ時間の短縮化の観点から熱容量をできるだけ小さく抑え、かつできるだけより高い熱伝導性を有する材料を用いて０．１〜３ｍｍの厚さに形成され、更に、最外層を成す離型層８４は、熱伝導性が低いために厚く形成させることが出来ず、加工性の観点から、３０〜５０μｍの厚みを有するフッ素樹脂製チューブを被覆した被覆層として形成されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来技術において、ウォーミングアップ時間の更なる短縮化が強く要望され、この要望に対応するために、最外層を成す離型層８４の膜厚を更に薄膜化する必要が生じ、より具体的には、膜厚２５μｍ以下にする必要性が発生していた。このような極端な薄膜化に対しては、離型層をフッ素樹脂を塗布した塗布層から構成することが考えられる。
【０００８】
確かに、離型層をフッ素樹脂の塗布層から構成することにより、フッ素樹脂製のチューブを被覆した被覆層よりも画質が優れている点が確認されている。しかしながら、この塗布層は、被覆層よりも耐磨耗性の点で劣っていることが指摘されており、この点での解決が強く要望されている。
【０００９】
尚、上述した課題は、定着ローラに関して指摘したが、エンドレス状のベルト基材と、この基材上に配設された弾性層と、最外層に配設されたフッ素樹脂製の離型層とを備えた定着ベルトについても、全く同様な課題が指摘されるものである。即ち、定着ローラ及び定着ベルトを包括する定着用回転体における課題が対象となるものである。
【００１０】
この発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、この発明の目的は、定着用回転体の最外層を薄膜化するに際して、これをフッ素樹脂の塗布層から形成する場合においても、フッ素樹脂製チューブの被覆層から形成する場合と比較して、耐磨耗性を同等以上にすることの出来る定着用回転体、及び、この定着回転体を備えた定着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した問題点を解決し、目的を達成するため、この発明に係わる定着用回転体は、請求項１の記載によれば、円筒状の基材と、この基材の外周にこれを取り巻くように配設された弾性層と、前記基材に最外層として被覆されたフッ素樹脂層とを具備し、前記フッ素樹脂層は、前記弾性層の外周面に塗布により形成された塗布層であり、該フッ素樹脂層には、充填剤が重量％で０．０５〜１．０の範囲で分散されていることを特徴としている。
【００１２】
また、この発明に係わる定着用回転体は、請求項２の記載によれば、前記フッ素樹脂層の層厚が、３０μｍ以下に設定されていることを特徴としている。
【００１３】
また、この発明に係わる定着用回転体は、請求項３の記載によれば、前記定着用回転体は、円筒状の基材として芯金を備えた定着用ローラであることを特徴としている。
【００１４】
また、この発明に係わる定着用回転体は、請求項４の記載によれば、前記定着用回転体は、円筒状の基材として可撓性を有するベルト基材を備えた定着用ベルトであることを特徴としている。
【００１５】
また、この発明に係わる定着用回転体は、請求項５の記載によれば、前記充填剤は、モース硬度で５以上の材料であることを特徴としている。
【００１６】
また、この発明に係わる定着用回転体は、請求項６の記載によれば、前記充填剤は、シリカを含むことを特徴としている。
【００１７】
また、この発明に係わる定着用回転体は、請求項７の記載によれば、前記充填剤は、アルミナを含むことを特徴としている。
【００１８】
また、この発明に係わる定着用回転体は、請求項８の記載によれば、前記フッ素樹脂層は、フッ素樹脂としてＰＦＡを含むことを特徴としている。
【００１９】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項９の記載によれば、請求項１乃至８の何れか１項に記載の定着用回転体を、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる定着ローラとして備えることを特徴としている。
【００２０】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項１０の記載によれば、請求項１乃至８の何れか１項に記載の定着用回転体を、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる定着ベルトとして備えることを特徴としている。
【００２１】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項１１の記載によれば、請求項１乃至８の何れか１項に記載の定着用回転体を、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる加圧ローラとして備えることを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、この発明に係わる定着用回転体を、２ローラ方式の定着装置の定着ローラに適用した場合の実施例１につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
先ず、図１を参照して、この発明に係わる実施例１の定着装置１０の概略構成を説明する。参照符号１２は、この発明に係わる実施例１の定着用回転体が適用されるところの、加熱用回転体としての定着ローラ（第１の実施例）を示しており、参照符号１４は、この定着ローラ１２に所定の圧力で転接する加圧部材としての加圧ローラを示している。尚、この定着ローラ１２の外周面には、この表面温度を測定するためのサーミスタ１６が接触配置されている。
【００２４】
この定着ローラ１２は、図示するように、円筒状の基材として、鉄等の金属製芯金１８を備え、この芯金の駆動軸の長手方向端部にある不図示の駆動ギアを介して、不図示の駆動系により、矢印で示す方向に回転駆動される。一方、加圧ローラ１４は、鉄等の金属製の芯金２０の長手方向両端部にある不図示の軸受を介して、不図示の加圧バネにより、定着ローラ１２側へ圧接された状態で、定着ローラ１２の回転に従動して矢印で示す方向に回転する。参照符号Ｎは、この両ローラ１２、１４が互いに転接する圧接ニップ部を示している。
【００２５】
また、この定着ローラ１２の内部には、詳細は図示していないがハロゲンランプから構成されるヒータ２２が配設されている。
【００２６】
一方、この第１の実施例の定着ローラ１２は、円筒状の基材としての芯金１８と、この芯金１８の外周に、これを全面に渡り被覆するように配設された弾性層２４と、この弾性層２４の外周に、プライマ−２６を介してこれを全面に渡り被覆するように配設された最外層としての表層２８とを備えて構成されている。
【００２７】
ここで、上述した弾性層２４は、シリコーンゴムから形成されており、具体的には、基材ゴムとしてＤＹ３９−３０２９（東レ・ダウコーニング社製）を用いている。また、プライマー２６としては、三井デュポン社製を用いている。
【００２８】
一方、上述した表層２８は、離型性を有するフッ素樹脂製材料から塗布層として形成されている。より詳細には、この実施例においては、フッ素樹脂製材料は、AW−５０００（ダイキン社製）のＰＦＡが用いられている。そして、この発明の特徴となる点であるが、この表層２８には、耐磨耗性の向上を目的として、充填材としてのシリカが０．７重量％だけ配合、即ち、均一に分散されている。ここで、このシリカは、モース硬度として７のものが採用されている。尚、この充填材の混入量の最適範囲については、後に詳細に検討する。
【００２９】
以上のように構成される定着ローラ１２の製造方法について、以下に簡単に説明する。
【００３０】
先ず、上述した基材ゴムを、厚さ０．３ｍｍとなるように外径３６ｍｍの芯金１８の外周面に形成し、別途恒温槽にて１５０℃で３０分間加熱して、架橋させ、ゴム層２４を形成する（即ち、ゴムローラを形成する）。
【００３１】
このゴム層２４の外周面に、上述したプライマ−２６をスプレーにより塗布し、乾燥させる。そして、上述したシリカが充填材として配合されたＰＦＡを、プライマ−２６の外周面にスプレーにより塗布し、乾燥させる。このように最外層にＰＦＡ製の塗布層を形成させたものに焼成を行う。この焼成作業が終了した時点で、最外層に、離型性を有する表層２８が形成された定着用ローラ１２が完成する。
【００３２】
次に、このように完成した定着用ローラ１２の耐磨耗性を検証する耐磨耗性試験について、以下に説明する。
【００３３】
尚、この検証試験においては、上述したように耐磨耗性の確認と共に、充填材の配合量の最適範囲を求めるべく、配合量を上述した０．７重量％に設定した第１の実施例の外に、０．１重量％、０．４重量％、１．０重量％に夫々設定された定着用ローラを第２乃至第４の実施例として製造した。また、充填材としてのシリカを配合しない（即ち、配合量として０重量％）定着用ローラを比較例として製造した。
【００３４】
更に、上述した充填材として配合したシリカと異なるモース硬度を有する他の充填材を配合し、モース硬度に着目した場合の耐磨耗性を検証すべく、モース硬度４の炭酸カルシウムを充填材として用いて、上述した第１乃至第４の実施例に対応して、０．７重量％、０．１重量％、０．４重量％、１．０重量％に夫々設定された定着用ローラを、第５乃至第８の実施例として製造した。
【００３５】
同様に、モース硬度９のアルミナを充填材として用いて、上述した第１乃至第４の実施例に対応して、０．７重量％、０．１重量％、０．４重量％、１．０重量％に夫々設定された定着用ローラを、第９乃至第１２の実施例として製造した。尚、これら第２乃至第１２の実施例の定着ローラは、上述した第１の実施例の定着ローラの構成と同一であるため、その説明を省略する。
【００３６】
そして、第１乃至第１２の実施例の定着ローラ１２並びに比較例の定着ローラを、シミュレータに組み込み、組み込んだ定着ローラの外周面に２５ｇの圧力で圧接するように分離爪を取り付け、３時間の空回転試験を行った。尚、シミュレータとしては、ＬＢＰ−２０４０（キャノン社製）の定着部を用い、定着ローラの軸方向中央部における表面温度が２００℃となるように加熱すると共に、線速として１００ｍｍ／ｓｅｃで定着ローラを回転駆動した。
【００３７】
３時間の空回転試験が終了した時点で、シミュレータから定着ローラを取り外し、表面粗さ計に組み込み、分離爪が圧接していた部分を、Ｐモードにて測定し、表面粗さ計から出力されたチャートから、定着ローラの外周面のへこみ量（磨耗量）を計測した。
【００３８】
その結果を、以下の表１に示す。
【００３９】
【表１】
2005077581.tif 000003
【００４０】
この表１に示す結果から、何れのモース硬度の充填材を用いても、充填材を配合しない場合と比較して、耐磨耗性において改善が顕著に見られたことが、判明した。特に、配合量に着目した場合には、０．０５重量％乃至１．５重量％の範囲で充填材が分散されている場合に、所望の効果が達成されることが判明した。
【００４１】
一方、このような充填材の配合量に関して、シリカを用いてオフセット試験を行い、この観点での充填材の配合量の最適範囲を検証した。このオフセット試験においては、定着部にレーザービームプリンタ（ＬＢＰ−２０４０：キャノン社製）のものを用い、トナーとしてはレーザービームプリンタ用のトナー（Ｃ１６１６：富士ゼロックス社製）を用いた。また、温度による依存度を考慮するために、定着部の温度として、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃の４種類の温度で、試験を行った。
【００４２】
この結果を、以下の表２に示す。
【００４３】
【表２】
2005077581.tif 000004
【００４４】
この表２に示す結果から、定着温度として１６０℃までを設定するとすると、充填材の配合量は、１．０重量％以下にすることが好ましいことが判明した。この結果、上述した耐磨耗性との観点での最適範囲である０．０５重量％乃至１．５重量％の範囲とを重ね合わせて、結局のところ、この実施例における最適範囲は、０．０５重量％乃至１．０重量％の範囲であることが判明した。
【００４５】
ここで、耐磨耗性の改善目標を、非配合時のへこみ量の半分（即ち、耐磨耗性として２倍の効果）と設定すると、モース硬度４の炭酸カルシウムを配合した場合では、この改善目標を達成することが出来ず、モース硬度７のシリカ及びモース硬度９のアルミナを配合した場合に、この改善目標を実質的に達成することが出来ることが判明した。このことは、耐磨耗性を達成するための充填材としては、モース硬度として少なくとも４より大きい値を呈する材料、具体的には、５以上のモース硬度を有する材料が、好適することが判明した。
【００４６】
また、このように構成された定着ローラ１２を定着装置１０が備えることにより、定着装置１０自身のライフ（寿命）を長期化させる効果を奏することが出来ることになる。
【００４７】
この発明は、上述した実施例の構成および手順に限定されることなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることは、言うまでもない。
【実施例２】
【００４８】
例えば、上述した実施例において、定着用回転体として定着ローラに適用する場合につき説明したが、この発明はこのような定着ローラへの適用に限定されることなく、例えば、図２に実施例２として示すように、定着ベルトに適用することが出来ることはいうまでもない。
【００４９】
具体的には、図２に示すように、この実施例２に係わる定着ベルトは、円筒状の基材として、可撓性を有するベルト基材３０と、ベルト基材３０の外周に、これを全面に渡り被覆するように配設された弾性層２４と、この弾性層２４の外周に、プライマ−２６を介してこれを全面に渡り被覆するように配設された最外層としての表層２８とを備えて構成されており、この表層２８は、上述した実施例１と同様に、フッ素樹脂から構成されると共に、充填材として例えばシリカが配合、即ち、均一に分散されている。尚、この実施例２においては、上述した実施例１と異なるのは、円筒状の基材の構成のみであり、その他の構成に関しては、上述した実施例１の場合と実質的に同様である。
【００５０】
このように構成された実施例２の定着ベルトを、上述の実施例１の場合と同様に、定着装置において、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる定着ベルトに適用することにより、上述した実施例１の場合と同様に、定着装置のライフ（寿命）を長期化させる効果を奏することが出来るものである。
【実施例３】
【００５１】
また、上述した実施例１においては、この発明に係わる定着用回転体を、２ローラ方式の定着装置１０において、定着ローラ１２に適用する場合につき説明したが、この発明は、このような適用に限定されることなく、実施例３として、図１に示す加圧ローラ１４に適用することが出来ることもいうまでもない。
【変形例】
【００５２】
また、上述した実施例１においては、フッ素樹脂を塗布する態様として、スプレーにより塗布するように説明したが、この発明は、このようなスプレーにより塗布することに限定されることなく、例えば、ディップ塗装、ドクター塗装、ロールコーター、はけ塗り、ガーゼ塗り等が適用可能であり、要は、フッ素樹脂を弾性層２４の表面に塗布できるものであれば、何でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように本発明によれば、定着用回転体の最外層を薄膜化するに際して、これをフッ素樹脂の塗布層から形成する場合においても、フッ素樹脂製チューブの被覆層から形成する場合と比較して、従前と同様に画質の良さの優位性を確保しつつ、耐磨耗性を同等以上にすることの出来る定着用回転体、及び、この定着回転体を備えた定着装置が提供されることになり、産業上の利用可能性はきわめて高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明に係わる定着用回転体としての定着ローラを備えた定着装置の実施例１の構成を概略的に示す図である。
【図２】この発明に係わる定着用回転体を定着ベルトに適用した場合の実施例２の構成を示す横断面図である。
【図３】従来の２ローラ式の定着装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  定着装置
１２  定着ローラ
１４  加圧ローラ
１６  サーミスタ
１８  （定着ローラ１２の）芯金（円筒状の基材：実施例１）
２０  （加圧ローラ１４の）芯金（円筒状の基材：実施例３）
２２  ヒータ
２４  弾性層
２６  プライマ−層
２８  表層（フッ素樹脂層）
３０  ベルト基材（円筒状の基材：実施例２）
Ｎ ニップ部
Ｐ 転写材（被加熱材）
【図１】
2005077581.tif 000005
【図２】
2005077581.tif 000006
【図３】
2005077581.tif 000007