(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金と、該芯金の周面に設けられた、ＪＩＳ−Ａ硬度計で硬度１５以下の付加反応架橋硬化型シリコーンゴムからなる耐熱ゴム弾性体層と、この耐熱ゴム弾性体層の周面に設けられた厚さ７０μｍ以下のフッ素樹脂表面層とを具備し、
前記耐熱ゴム弾性体層が、ゴム１００重量部に対し、平均粒径２μｍ以上のシリコーン樹脂パウダーを３重量部以上１０重量部以下及び高分子ゴム材料からなる耐熱高分子ゲルを２重量部以上７重量部以下含むことを特徴とする定着器用加圧ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型、軽量、低消費電力型の電子写真複写機、プリンター、ファクシミリー装置等に用いられる定着器用加圧ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、電子複写機等に用いられる定着器の説明図である。この定着器は、熱定着ロール11と、この熱定着ロール11とともにニップ部を形成する加圧ロール12とから構成されている。前記熱定着ロール11は、内部にヒータ13を備えた芯金14と、この芯金14の周面に被覆されたフッ素樹脂層15とを具備している。前記加圧ロール12は、芯金16と、この芯金16の周面に設けられた弾性体層17とを具備している。前記熱定着ロール11と加圧ロール12間を紙等の基材18が走行し、この基材18上のトナー（インク）19ａはロール11，12間を通過後、定着されたトナー19ｂとなる。
【０００３】
ところで、近年、プリンター等の軽量化、小型化、低消費電力化に伴ない、熱定着ロールとともに使用される定着器用加圧ロールとしては、図２〜図４に示すような定着器用加圧ロールが提案され、実用化されている。
【０００４】
(1) 図２のタイプ（ＵＳＰ−３９１２９０１）
図中の符番21は加圧ロールであり、芯金22と、この芯金22の周面に設けられた耐熱ゴム弾性体層23と、この耐熱ゴム弾性体層23の周面に設けられたフッ素樹脂層24とから構成されている。ここで、前記耐熱ゴム弾性体層23に使用されるゴム材料としては、耐熱性のあるエチレン・プロピレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどとそれらの発泡体（スポンジ）形状の構造のゴムが一般的である。また、最外層としてフッ素樹脂層24を用いるのは、フッ素樹脂が耐熱性および定着トナー（インク）との離形性の良い材料であるからである。こうしたフッ素樹脂としては、ＰＦＡ樹脂（パーフルオロアルキルビニールエーテル）が一般的である。前記フッ素樹脂層24の厚みは、チューブ形状を使用するにあたっては３０〜４５０μｍが使用可能で、プリンター等の定着器においては５０〜１００μｍが一般的である。また、フッ素樹脂でコーティングする方法においては、大体２０〜３０μｍが一般的に使用されている。一方、熱定着ロール25は、内部にヒータ26を有した芯金27と、該芯金27の周面に設けられたフッ素樹脂層28とから構成されている。前記加圧ロール21と熱定着ロール25との間を紙等の基材29が走行するようになっている。
【０００５】
(2) 図３のタイプ（特開平７−３６３０２）
このタイプは、熱定着側が、加圧ロール21と近接した位置に設けられたセラミックヒータ31と、駆動ロール32と、テンションロール33と、前記セラミックヒータ31，駆動ロール32及びテンションロール33を囲むように配置された無端ベルト形状の定着用フィルム34とから構成されている。前記定着用フィルム34は、駆動ローラ32の回転によって時計回りの方向に走行するようになっている。前記加圧ローラ21は、下方から定着用フィルム34をセラミックヒータ31に押し付けニップ部を形成させる。
【０００６】
(3) 図４のタイプ（特開平８−６４１１）
このタイプは図３の改良型で、熱定着側が、加圧ロール21に近接した位置にヒータ41を有し２つ湾曲部42ａ，42ｂをもつ支持体42と、この支持体42の上部に設けられたフィルム走行用ガイド43と、前記支持体42及びガイド43を囲むように配置された無端ベルト形状の定着用フィルム44とから構成されている。
【０００７】
ところで、図２〜図４のように使用される前記加圧ロール21としては、極低硬度の耐熱ゴム弾性体層（スポンジ体を含む）の表面にフッ素樹脂層を被覆した構造が一般的である。また、装置の小型化は加圧ロールの小形化を伴い、被覆する耐熱ゴム弾性体層の厚さも制限されている。前記耐熱ゴム弾性体層として極低硬度のものを使用する理由は、小径化した加圧ロールの問題点を解決するため、つまり小さなニップ圧でも定着に必要なニップ幅を稼ぐことであり、同時に機械エネルギーを節約し、熱エネルギーの有効利用を図ったものである。更に、図３及び図４のように定着に無端ベルト形状の定着フィルムを用いかつセラミック・ヒータを熱源に使用したタイプは、定着時にのみ通電する方式を採用しており、待ち時間ゼロ、オン・デマンド、低消費電力が可能となる利点を有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、膨大な情報処理と低電力化、低価格化、小型化に伴い、低荷重、ニップ幅の拡大等による高速処理が定着器に求められており、これらの使用条件下での適応性及び耐久性の良い定着器用加圧ロールが求められている。特に、プリンターにおいては、小型化における加圧ロールの外径の縮小化（小径化）の条件下でのニップ幅の拡大の要求が求められているが、図２及び図３のような従来のタイプでは充分満足する結果がえられない。
【０００９】
一方、図４のタイプの装置においては、加圧ロール21により基材29と定着用フィルム44を搬送させるため低圧条件下におけるニップ幅の拡大を図るため、耐熱ゴム弾性体層23のゴム硬度を従来のＪＩＳ  Ａ２０°より更に低く１°〜５°としている。その結果、図４の装置の場合、基材（主としてコピー用紙）29と加圧ロール21の最外層であるフッ素樹脂層24との間でスリップが不連続に発生するという問題点を有する。この原因は、図３の方式から駆動ロールとテンションロールを省き、加圧ロール21に基材29の搬送と定着用フィルム44の駆動をさせたことにある。ところが、加圧ロール21の表面に設けられているフッ素樹脂層24は動摩擦係数が低いので、基材29との摩擦力が不足し、基材29との間でスリップが発生しがちである。そして、このスリップが、定着画像のずれ、定着不良、紙詰まり及び定着用フィルムの蛇行をひき起こす。そこで、耐熱ゴム弾性体層の反発弾性を小さくしてニップ時間を稼ぐ方法や、加圧ロールの表面層であるフッ素樹脂層に細工をして（例えば多孔質化）動摩擦係数を上げる方法が開発されているが、未だ満足すべき結果は得られていない。
【００１０】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、耐熱ゴム弾性体層を、ゴム１００重量部に対し、平均粒径２μｍ以上のシリコーン樹脂パウダーを３重量部以上１０重量部以下及び高分子ゴム材料からなる耐熱高分子ゲルを２重量部以上７重量部以下含ませる構成とすることによって、基材とフッ素樹脂層との間にスリップが生じるのを抑制して、定着画像のずれ、定着不良、紙詰まり、及び無端状の定着用フィルムの蛇行を回避しえる定着器用加圧ロールを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、図４のように加圧ロールで基材の搬送と定着用フィルムの駆動を行うオン・デマンド型の装置を種々研究して改良したもので、二液付加反応架橋硬化型シリコーンゴムの原料が低粘度の液状なので、シリコーン樹脂パウダー及び／又は耐熱高分子ゲルを適宜耐熱ゴム弾性体層に含ませることにより、粘度の上昇が少なく加工安定性があり、しかも高速架橋硬化が可能で生産性に優れた定着器用加圧ロールを得るに至った。
【００１２】
本発明は、芯金と、該芯金の周面に設けられた、ＪＩＳ−Ａ硬度計で硬度１５以下の付加反応架橋硬化型シリコーンゴムからなる耐熱ゴム弾性体層と、この耐熱ゴム弾性体層の周面に設けられた厚さ７０μｍ以下のフッ素樹脂表面層とを具備し、
前記耐熱ゴム弾性体層が、ゴム１００重量部に対し、平均粒径２μｍ以上のシリコーン樹脂パウダーを３重量部以上１０重量部以下及び高分子ゴム材料からなる耐熱高分子ゲルを２重量部以上７重量部以下含むことを特徴とする定着器用加圧ロールである。
【００１３】
本発明において、前記耐熱ゴム弾性体層として、付加反応架橋硬化型シリコーンゴムを適用する理由は、液状で低粘度の材料の使用が可能で、加えられるシリコーン樹脂パウダー及び耐熱高分子ゲルによる粘度の極度の上昇が抑えられ、加工安定性が良く架橋速度が早く、均一な架橋が可能であると共に低硬度な成形物が得られ易いからである。
【００１４】
本発明において、耐熱弾性体層にシリコーン樹脂パウダーを加える理由は、前述の加圧変形時にフッ素樹脂表面層が変形するとともにゴム弾性体とシリコーン樹脂パウダーの熱膨脹係数の違いにより、基材のスリップの発生を押さえるためである。ここで、前記シリコーン樹脂パウダーとしては、市販の材料、例えば商品名：ＫＭＰ−５９０、Ｘ−５２−８５４、Ｘ−５２−８２１、Ｘ−５２−８３０、Ｘ−５２−８３１、Ｘ−５２−１０３２、Ｘ−５２−１１３９Ｋ（いずれも信越化学工業株式会社製）が挙げられる。標準タイプは表面がメチル基であり、また他の官能基としてビニル基、エポキシ基、アミノ基等が含まれたパウダーである。また、上記商品名：Ｘ−５２−１０３２に示されるように、シリコーンゴムパウダー表面をシリコーン樹脂で被覆した樹脂パウダーもこの中に含まれる。
【００１５】
なお、従来より、ロールにおいてシリコーンゴムにシリコーン樹脂パウダーを添加する技術は知られており、シリコーン組成物に関して例えば特開昭６１−１５９４４８、特開平３−１１５３５８、及び特開平４−１００８６１に具体的に開示されているが、その目的は、滑り性、耐摩耗性、離型性を向上することであり、本願発明と目的を異にするものである。また、加熱定着ロールは特開昭６１−１５８３６２に開示されている。
【００１６】
本発明において、シリコーン樹脂パウダーの粒径は平均粒径で０．８〜２０μｍが一般的であるが、加工安定性の点を考慮して２μｍ以上とする。また、シリコーン樹脂パウダーの耐熱ゴム弾性体層に対する添加量は、最終的な加圧ロールの硬度を考慮して、少なくともゴム１００重量部に対し３重量部以上とする。
【００１７】
本発明において、前記耐熱ゴム弾性体層には、弾性率低下剤としての耐熱高分子ゲルを前記したように２重量部以上添加する。ここで、耐熱ゴム弾性体層に耐熱高分子ゲルを加えるのは、耐熱高分子ゲルの弾性率が非常に低いからである。例えば、引張り弾性率は０．００１〜０．０１Ｋｇｆ／ｍｍ2 の値であり、このため低荷重で高変形の定着ロールが得られる。即ち、加圧ロールの小径化に伴い低荷重で高ニップ幅が得られることになる。これに、適用されるゲルは一般の高分子ゴム材料を１／５〜１／10の架橋密度で硬化させたゲル化物であり、耐熱性ゲルとしては、例えばフッ素ゲル、シリコーンゲル、フルオロシリコンゲル、エチレンプロピレンゲル、アクリルゲル、エポキシゲルが挙げられる。耐熱高分子ゲルの配合量を上記のように規定した理由は、２重量部未満の場合、低荷重下でのニップ幅拡大には期待できず、駆動される加圧ロール表面層のフッ素樹脂層と用紙の間でスリップが発生してしまうからである。
【００１８】
前記耐熱ゴム弾性体層には、以下の物質が加えられることに特に制約を受けない。
1)カーボン、金属、セラミックス等の導電性付与剤
2)チタン酸バリウム等の高誘電物質
3)金属粉、金属酸化物、合金、ウィスカー等の高熱伝導付与剤
4)酸化第二鉄、酸化セリウム、酸化チタン等の耐熱性向上剤
5)各種界面活性剤等の帯電防止剤
6)各種シリコーンオイル等の可塑剤及び軟化剤
7)フェライト等の磁性粉
前記耐熱高分子ゲルとして付加反応型ゲルを具体的に示すと、例えば信越化学工業株式会社製の商品名：ＫＥ１０４ＧＥＬ、ＫＥ１０５１ＧＥＬ、ＫＥ１０６２ＧＥＬ、ＫＥ１１０ＧＥＬ、ＦＥ−６３ＧＥＬが挙げられ、主にジメチル、フェニル、フルオロシリコーンゲルである。また、付加反応架橋硬化型シリコーンゴムにこの付加型ゲルを加える例は、特開昭６３−１２８９９６に述べられている。
【００１９】
本発明において、耐熱ゴム弾性体層に耐熱高分子ゲルを含有させる方法としては、下記の1)〜3)方法が挙げられる。
1)ゴム弾性体とゲルを同時に加え、架橋硬化させる方法。
【００２０】
2)予めゲル化物を生成し、その後ゴム弾性体にこのゲル化物を加え架橋硬化させる方法。
3)ゴム弾性体中に架橋によって一部ゲル化物が生成しうる構造のゴム弾性体ポリマーを使用する方法。
【００２１】
本発明において、フッ素樹脂表面層の厚さを７０μｍ以下としたのは、７０μｍを越えると、低硬度で低加重下で高ニップ幅のロールが期待できないからである。前記フッ素樹脂の材料としては、ＰＦＡ（パーフルオロアルキルビニルエーテル）樹脂、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂、ＦＥＰ（４−フッ化エチレン−６フッ化プロピレン）樹脂、及びこれらの混合物を使用可能であり、軟化剤としてフッ素ゴムあるいは熱可塑剤フッ素ゴム等を加えることが可能である。前記フッ素樹脂表面層は、単層、多層構造、あるいは多孔質構造であってもよい。又、これらの樹脂に、導電性付与剤として、カーボン、金属、合金、セラミックス、ファイバー、ウィスカー、高誘電物質、耐摩耗材料、磁性粉を含有してもいいし、表面の形状及び表面の摩擦係数に制約は受けない。
【００２２】
（作用）
耐熱ゴム弾性体層の最外層にフッ素樹脂層を被覆した加圧ロールにおいて、シリコーンゴムで形成した耐熱ゴム弾性体層上にフッ素樹脂層を形成した状態で加圧変形させても表面のフッ素樹脂層は変形しないが、シリコーン樹脂パウダー及び／又は耐熱高分子ゲルを含ませた耐熱ゴム弾性体層上にフッ素樹脂層を形成した状態で加圧変形させると、表面のフッ素樹脂層が変形して微細な凹凸が発生する。本発明は、こうした状況を踏まえてなされたもので、耐熱ゴム弾性体層中にシリコーン樹脂パウダー及び／又は耐熱高分子ゲルを加えることによって、低加重下において基材の走行時にスリップの発生を抑制して、定着画像のずれ、定着不良、紙詰まり、及び無端状の定着用フィルムの蛇行を回避しえる防止できる定着器用加圧ロールが得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
まず、定着器用加圧ロールを図５のようにして製作する。まず、内径φ２０ｍｍの金属製シリンダー51を用意し、内面に外径φ２０．０ｍｍで厚さ５０μｍのＰＦＡ製からなるフッ素樹脂チューブ52をセットする。このフッ素樹脂チューブ52は、予め内面にケミカルエッチングを施し、接着剤としてプライマーＫＥ１０１Ａ／１３（信越化学工業株式会社製の商品名）にて塗布したものを用いた。次いで、プライマーＫＥ１０１Ａ／Ｂ（信越化学工業株式会社製の商品名）のプライマー処理を施した径φ１０ｍｍの芯金53を前記シリンダー51の中央にセットする。つづいて、下部注入口より付加反応架橋硬化型液状シリコーンゴムを圧入により注入し、パイプ54を取り外した後、恒温槽中で１２０℃で３０分加熱硬化を行う。
【００２４】
更に、冷却後、前記シリンダー51よりロールを取り外し、この得られたロールを２００℃で４時間後加硫を行い、最外層にフッ素樹脂層が被覆された外径φ２０ｍｍ±０．１５の定着器用加圧ロールを得る。この後、得られた加圧ロールを図４に示されるようなオン・デマンド型定着装置に組み入れ、スイッチＯＮスタート時より、用紙が３００枚に達するまでに紙のスリップによる用紙のシワ、カール、定着不良、画像ズレなどをチェックした。
【００２５】
フッ素樹脂表面層の材質は、比較例及び実施例ともにＰＦＡでその厚みは５０μｍとした。
（比較例１）
上記方法で加圧ロールを作製した。使用したＰＦＡフッ素樹脂チューブの厚みは５０μｍとし、他の比較例及び実施例も同様の厚みを使用した。材料は、付加反応架橋硬化型シリコーンゴムとして、商品名：Ｘ−３４−９５１Ａ（信越化学工業（株）製）５０重量部、商品名：Ｘ−３４−９５１Ｂ（信越化学工業（株）製）５０重量部とし、ロールの硬度はアスカーＣ５００ｇ加重で５５°である。
【００２６】
（比較例２、実施例１，２）
付加反応架橋硬化型シリコーンゴムとして、商品名：Ｘ−３４−９５１Ａ（信越化学工業（株）製）５０重量部、商品名：Ｘ−３４−９５１Ｂ（信越化学工業（株）製）５０重量部に、シリコーン樹脂パウダー（商品名：ＫＭＰ−５９０、信越化学工業（株）製）２重量部加えたものを比較例２とした。また、付加反応架橋硬化型シリコーンゴムの配合割合は比較例１と同じで、上記シリコーン樹脂パウダーを夫々５重量部、１０重量部としたものを、夫々実施例１、実施例２とした。比較例２、実施例２，３のロール硬度は、夫々５５°、５６°、５８°であった。下記表１はこれらの結果をまとめたものである。
【００２７】
【表１】
0003803165.tif 000002
【００２８】
図６は、実施例１に係る定着器用加圧ロール61の断面図であり、芯金53と、この芯金53の周面に設けられ、ＪＩＳ−Ａ硬度１５以下の付加反応架橋硬化型液状シリコーンゴムに粒径２μｍ以上のシリコーン樹脂パウダー62を５重量部含む材料からなる耐熱ゴム弾性体層63と、この耐熱ゴム弾性体層63の周面に設けられた厚さ５０μｍ以下のフッ素樹脂表面層（弗素樹脂チューブ）52とから構成されている。
【００２９】
（比較例３、実施例３，４）
付加反応架橋硬化型シリコーンゴムの商品名及び配合量は比較例１と同様で、シリコーンゲルとして商品名：ＫＥ１１０ＧＥＬ（信越化学工業（株）製）を、１重量部、３重量部、７重量部夫々用いたものを、比較例３，実施例３，実施例４とした。比較例３、実施例３，４のロール硬度は、夫々５５°、５３°、５２°であった。下記表２はこれらの結果をまとめたものである。
【００３０】
【表２】
0003803165.tif 000003
【００３１】
（比較例４、実施例５，６）
付加反応架橋硬化型シリコーンゴムの商品名及び配合量は、比較例１と同様である。シリコーン樹脂パウダーとして前記ＫＭＰ−５９０を２重量部及び前記ＫＥ１１０ＧＥＬを１重量部含有したものを比較例４、前記ＫＭＰ−５９０を３重量部及び前記ＫＥ１１０ＧＥＬを２重量部含有したものを実施例５、前記ＫＭＰ−５９０を１０重量部及び前記ＫＥ１１０ＧＥＬを７重量部含有したものを実施例６とした。比較例４、実施例５，６のロール硬度は、夫々５５°、５５°、５６°であった。下記表３はこれらの結果をまとめたものである。
【００３２】
【表３】
0003803165.tif 000004
また、上記比較例１〜４及び各実施例１〜６について、定着不良、画像ズレ、シワ、カールの数を調べたところ、下記表４に示す結果が得られた。
【００３３】
【表４】
0003803165.tif 000005
【００３４】
表４より、比較例１〜４の場合は、オン・デマンド型定着装置の問題点である用紙のスリップに起因して定着不良、画像ズレ、シワ、カールの発生が確認された。一方、実施例１〜６の場合は、シリコーン樹脂パウダーを５重量部以上及び／又は耐熱高分子ゲルを３重量部以上を含んだ耐熱ゴム弾性体層の最外層にフッ素樹脂層で被覆された定着器用加圧ロールを用いることにより、上記スリップを減少させて、これに伴う定着不良、画像ズレ、シワ、カールなどの問題が解決されたことが確認された。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、耐熱ゴム弾性体層を、ゴム１００重量部に対し、粒径２μｍ以上のシリコーン樹脂パウダーを３重量部以上１０重量部以下及び高分子ゴム材料からなる耐熱高分子ゲルを２重量部以上７重量部以下含ませることにより、基材とフッ素樹脂層との間にスリップが生じるのを抑制して、定着画像のずれ、定着不良、紙詰まり、及び無端状の定着用フィルムの蛇行を回避しえる定着器用加圧ロールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一般的な定着装置の説明図。
【図２】従来の他の定着装置の説明図。
【図３】従来のその他の定着装置の説明図。
【図４】従来のオン・デマンド型定着装置の説明図。
【図５】本発明に係る定着器用加圧ロールを製造するための装置の説明図。
【図６】本発明の実施例１に係る定着器用加圧ロールの断面図。
【符号の説明】
52…フッ素樹脂表面層、
53…芯金、
61…定着器用加圧ロール、
62…シリコーン樹脂パウダー、
63…耐熱ゴム弾性体層。
【図１】
0003803165.tif 000006
【図２】
0003803165.tif 000007
【図３】
0003803165.tif 000008
【図４】
0003803165.tif 000009
【図５】
0003803165.tif 000010
【図６】
0003803165.tif 000011