JP2010271514A - オイル塗布ローラ及び定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、オイル塗布のバラツキを少なく抑え、安定した定量塗布が可能である。
【解決手段】定着装置を構成するローラに離型オイルを塗布するためのオイル塗布ローラ１であって、ローラ芯金２の外周に離型オイル保持層３を備え、離型オイル保持層３として多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、かつ、メラミン系フォームにシリコーンオイルを含浸させ、メラミン系フォームの表面部３ａに、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させ、さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜４を設けた。また、ローラ芯金１２の外周に離型オイル保持層１３を備え、離型オイル保持層１３として多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、かつ、メラミン系フォームの全体に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させ、さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜１４を設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファックス等に用いられる定着ローラ、加圧ローラに離型オイルを塗布するためのオイル塗布ローラ及び定着装置に関する。

複写機やプリンタ等において、記録材に転写されたトナー像を定着ローラと加圧ローラの間を通し、熱と圧力で画像を定着する方法が広く行われている。このような定着装置においては、定着時に定着ローラがトナーと接触するため、トナーの一部が定着ローラ表面に付着したまま残り、別の記録材と接触するときに記録材に付着して汚損したり、記録材がローラに付着して巻きついてしまうこともある。このような現象を防止するため、例えばローラにシリコーンオイル等の離型オイルを塗布したものがある。

また、近年では、オイルレストナー機などトナー自体に離型成分を含有したものがあるが、特に高速機においてはトナー自体に離型成分を含有させることで、離型オイル塗布の必要量は少なくなったものの、シリコーンオイルなどの離型オイルを塗布する必要は依然としてある。

また、定着部に離型オイルを塗布するための部材として、各種ローラ形状のものが考えられている。即ち、オイル塗布量の制御を可能とするものとして耐熱性フェルト又は多孔質材の表面に、即ちローラの表面に耐熱性の微多孔質膜の層を設け、これによりオイル透過量の制御を行わせることが考えられている。

このほか、更に微量なオイル量を精度良く均一に塗布することを可能とし、熱や汚れ、機械的な変形に強く、長期間にわたって安定して一定量のオイルを透過せしめるものとして、微多孔質膜の代りに、微多孔質膜の空隙部にシリコーンゴムとオイルの混合物を充填した複合膜をオイル透過制御層として使用することも考えられている。

従来、定着装置を構成する定着ローラ、加圧ローラに離型オイルを塗布するためのオイル塗布ローラにおいては、オイル塗布ローラの芯金の周りに配置したシリコーンオイル含浸層からシリコーンオイルを供給するが、そのための機構として、肉厚多孔質組織材の表面に対して多孔質ポリテトラフルオロエチレンの空隙組織にシリコーンゴムと離型オイルとの混合物を含浸させた後、架橋して形成されるオイル透過量制御膜層を設けたものがある（特許文献１）。

特公平６−７３０５１号公報

ところで、従来の離型オイル塗布は、構造が複雑、且つ製造工程も複雑で、製造コス トが高く、更にオイル塗布のバラツキがあり、かつ耐久性が十分でないという問題があ った。

この発明は、かかる実情を考慮してなされたもので、簡単な構成で、オイル塗布のバラツキを少なく抑え、安定した定量塗布が可能なオイル塗布ローラ及び定着装置を提供するものである。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成 した。

請求項１に記載の発明は、定着装置を構成するローラに離型オイルを塗布するためのオイル塗布ローラであって、
ローラ芯金の外周に離型オイル保持層を備え、
前記離型オイル保持層として多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、
かつ、前記メラミン系フォームにシリコーンオイルを含浸させ、
前記メラミン系フォームの表面部に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させ、
さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜を設けたことを特徴とするオイル塗布ローラである。

請求項２に記載の発明は、定着装置を構成するローラに離型オイルを塗布するためのオイル塗布ローラであって、
ローラ芯金の外周に離型オイル保持層を備え、
前記離型オイル保持層として多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、
かつ、前記メラミン系フォームの全体に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させ、
さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜を設けたことを特徴とするオイル塗布ローラである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のオイル塗布ローラを装着したことを特徴とする定着装置である。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

請求項１に記載の発明では、離型オイル保持層として多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、かつ、メラミン系フォームにシリコーンオイルを含浸させ、メラミン系フォームの表面部に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させたことで、メラミン系フォームを硬化させると共に、弾性を与え、さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜を設けたことで、簡単な構成で、含浸させたシリコーンオイルを外表面膜から均一に供給でき、オイル塗布のバラツキを少なく抑え、安定した定量塗布が可能である。

請求項２に記載の発明では、離型オイル保持層として多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、かつ、メラミン系フォームの全体に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させたことで、メラミン系フォームを硬化させると共に、弾性を与え、さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜を設けたことで、簡単な構成で、含浸させたシリコーンオイルを外表面膜から均一に供給でき、オイル塗布のバラツキを少なく抑え、安定した定量塗布が可能である。

請求項３に記載の発明では、定着装置に、請求項１または請求項２に記載のオイル塗布ローラを装着することで、オイル塗布ローラが硬度と弾性を有し、含浸させたシリコーンオイルを外表面膜から均一に供給でき、オイル塗布のバラツキを少なく抑え、安定した定量塗布が可能である。

定着装置の寿命を容易に延ばすことが可能となる。

第１の実施の形態の（ａ）はローラ軸方向の断面図、（ｂ）はローラ軸半径方向の断面図である。 第２の実施の形態の（ａ）はローラ軸方向の断面図、（ｂ）はローラ軸半径方向の断面図である。 定着装置の概略構成図である。

以下、この発明のオイル塗布ローラ及び定着装置の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態のオイル塗布ローラは、図１に示すように、定着装置を構成するローラに離型オイルを塗布するためのものであり、図１（ａ）はローラ軸方向の断面図、図１（ｂ）はローラ軸半径方向の断面図である。オイル塗布ローラ１は、定着装置を構成するローラに離型オイルを塗布するためのオイル塗布ローラであって、ローラ芯金２の外周に離型オイル保持層３を備える。離型オイル保持層３としては、多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、かつ、メラミン系フォームにシリコーンオイルを含浸させ、メラミン系フォームの表面部３ａに、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させ、さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜４を設けている。
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態のオイル塗布ローラは、図２に示すように、定着装置を構成するローラに離型オイルを塗布するためのものであり、図２（ａ）はローラ軸方向の断面図、図２（ｂ）はローラ軸半径方向の断面図である。オイル塗布ローラ１１は、定着装置を構成するローラに離型オイルを塗布するためのオイル塗布ローラであって、ローラ芯金１２の外周に離型オイル保持層１３を備える。離型オイル保持層１３としては、多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、かつ、メラミン系フォームの全体に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させ、さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜１４を設けている。
（ローラ芯金）
ローラ芯金に用いられる材料としては、アルミニウム、鉄、ＳＵＳ、セラミック、プラスチック、各種焼結金属、発泡金属体等が自由に使用できる。しかし、強度と加工性の高さおよびコストの面から鉄にニッケルメッキを施したものがよく使用される。

（離型オイル保持層）
第１の実施の形態では、離型オイル保持層としては、多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、かつ、メラミン系フォームにシリコーンオイルを含浸させ、メラミン系フォームの表面部に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させている。

第２の実施の形態では、離型オイル保持層としては、多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、かつ、メラミン系フォームの全体に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させている。

メラミン系フォームとは、メラミン樹脂とホルムアルデヒドを主原料として製造されたフォームを指し、通常はメラミン樹脂とホルムアルデヒドとの前縮合体に気泡安定剤、触媒、発砲剤、充填剤などを加えて加熱または電磁波加熱を加えて発泡並びに硬化させたものである。メラミン系フォームは、多孔質組織材であり、加工性はもとより、その空孔率の高さ、適当な孔径によるオイル保持性能、耐熱性及び高温時での弾性を有する点で特に好ましい。

メラミン系フォームの定形品を加熱成形するに当たり、メラミン系フォームは気孔が連泡であるために、圧縮して１６０℃以上の温度にて加熱する。加熱方法については特に限定は無いが、プレス板間あるいはオーブン等の加熱方法等がある。この場合の加熱温度並びに時間は、１５０℃〜３００℃、０．５分〜２５分、好ましくは１６０℃〜２５０℃、１分〜２５分である。

メラミン系フォームの熱圧縮成形フォームを用いてフォームローラを製造する場合、製造するフォームローラのローラ軸方向と熱圧縮成形フォームの製造時に於ける定形品の厚さを除く他の一辺の圧縮方向とが同一になるようにして、熱圧縮成形フォームを切削加工することによってフォームローラの直径方向の寸法安定性が良いフォームローラを製造することができる。別の表現をするとフォームローラのローラ軸方向と熱圧縮成形フォームの製造時の主の圧縮方向とがほぼ同一方向になるようにして該熱圧縮成形フォームを円形に切削加工することになる。

ここで得られたメラミン系フォームローラは寸法安定性が大きいが、特にメラミン系フォームの場合には熱硬化性が大きいことから熱成形後に元の寸法に復元しようとする力が大きいので、メラミン系フォームローラの製造はより効果的である。また、メラミン系フォームローラはメラミン樹脂の摩擦抵抗が大きいこと、メラミン樹脂の硬さが大きいこと並びに圧縮により気泡が小さくなって摩擦抵抗が更に大きくなっているため、トナーのクリーニングローラとして最適である。

メラミン系フォームにシリコーンオイルを含浸させ、ここで使用するシリコーンオイルは、通常５０〜３００ｃＳｔ （２５℃）の低粘度シリコーンオイルが使用され、特にジメチルシリコーンオイルがよく用いられる。

第１の実施の形態では、メラミン系フォームの表面部に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させる。このメラミン系フォームの表面部としては、外表面からの深さが１〜３ｍｍが弾性を与える点で、好ましい。第２の実施の形態では、メラミン系フォームの全体に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させる。

この実施の形態では、シリコーンワニス（ＳＷ）とシリコーンオイル（ＳＯ）との混合比が９０：１０〜２０：８０（ＳＷ：ＳＯ＝９０：１０〜２０：８０）である。混合比が９０：１０を下回り、例えば９５：０５となると、接着部分が多くシリコーンオイルの通油路が少なく塗布量が不足することになる。逆に、混合比が２０：８０を上回り、例えば１０：９０となると、接着部分が少なくなり接着強度が不足することになる。なお、将来的にはトナーの改良が進み、より少量のシリコーンオイルの塗布で定着ローラへのトナーの付着が抑制できるようになることも予想される。すなわち、現在は０．５〜数ｍｇ／ 枚（Ａ４換算）程度が要求されるオイル塗布量が、より少ないもの、例えば、０．２ｍｇ／ 枚程度以下の塗布量となることが予想される。このような場合は、混合物中におけるシリコーンワニスの配合割合を、例えば、シリコーンオイル１部に対してシリコーンワニス９９部とより大きくすることで対応することができる。従って、シリコーンワニスとシリコーンオイルとの混合比は９９：１〜２０：８０の範囲で使用できる。

シリコーンワニスは、一般的にシリコーンワニスと称されるものが使用できる。すなわち、シリコーンゴムの架橋密度を極端に高くしたものがシリコーンレジンであり、シリコーンワニスは未反応のシリコーンレジンを溶剤に溶かして得られる。このシリコーンワニスは３〜４官能成分が多く、シリコーンゴムに比べて接着能力が優れる。シリコーンワニスの代わりにシリコーンゴムを使用しても、接着強度が大きく低下するか、あるいはオイル塗布量が制限されるなどして実用に耐えない。また、シリコーンワニスと混合させるシリコーンオイルの具体例としては、直鎖状メチルシリコーンオイル、分岐状メチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル及びジメチル基のいくつかを他の有機基に置換えられた変性シリコーンオイルが挙げられ、その粘度は、通常２５℃で、０．０５〜１，０００，０００ ｃＳｔ、好ましくは１００〜３００，０００ｃＳｔ、より好ましくは５０００〜３０，０００ｃＳｔ である。

このように、メラミン系フォームの表面部に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させ、メラミン系フォームを加熱圧縮することなく発泡体にシリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させることで弾性体を得ることができた。シリコーンワニス（ＳＷ）とシリコーンオイル（ＳＯ）との混合比が９０：１０〜２０：８０（ＳＷ：ＳＯ＝９０：１０〜２０：８０）であり、メラミン系フォームの表面部に含浸して、自然乾燥後、１２０℃、４０分で混合物を固形化することにより、メラミン系フォームの弾性を得ることができた。

すなわち、メラミン系フォームは、多孔質の連続気泡体構造になっているものであり、シリコーンワニスにシリコーンオイルを添加することにより、シリコーンオイルの気孔ができ多孔質の状態が得られる。この気孔をシリコーンワニスとシリコーンオイルの配合比の混合物によりメラミン系フォームの硬さ及び気孔の密度を調整することができる。

分岐度の高い三次元ポリマーからなるシリコーンワニスは、耐熱性、発揮性、絶縁性の特性を有し、この特性を利用して弾性体を得る。さらに、シリコーンワニスとシリコーンオイルを必要な比率で混合することにより弾性体を得ており、シリコーンワニスが多いと硬度が硬くなり、逆に少ないと柔らかくなることから必要な硬度になるように調整する。

（外表面膜）
ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜を設けている。このポリテトラフルオロエチレンの表面状態は、多孔質体となっており、その構造は網目状態で、気孔があり、０．０１〜４μｍの気孔径を有し、この気孔による透気度によってトナーが付着しにくく、表面汚れが無くなるようにすることができる。また、この気孔径を改質して一定の気孔径にすることができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレンは粒径を５μｍ以下のものを用いて塗布し、１２０℃で乾燥して厚さが４０〜８０μｍとし、直径が０．１〜４μｍである気孔を有する外表面膜４とした。このポリテトラフルオロエチレンの塗布は、乾燥重量で２ｇ／ｍ²〜２０ｇ／ｍ²の範囲であり、好ましくは６ｇ／ｍ²〜１２ｇ／ｍ²の範囲で塗布することで膜の透気度の制御が可能であり、この透気度の制御によってより安定してトナーが付着しにくく、表面汚れが無くなるようにすることができる。

（定着装置）
次に、第１の実施の形態または第２の実施の形態のオイル塗布ローラを装着した定着装置について説明する。図３は定着装置の概略構成図である。オイル塗布ローラ３３は、加熱ローラ３１に圧接し、シリコーンオイルなどの離型剤を供給する。加熱ローラ３１は、内部に石英ランプや抵抗過熱体などの熱源を有し、アルミニウムなどの円筒の表面を耐熱性弾性体で被覆したものである。加圧ローラ３２は、アルミニウムなどの円筒の表面を耐熱性弾性体で被覆したものである。加熱ローラ３１と加圧ローラ３２は定着ニップを形成し、そこを通過する用紙などの記録体上のトナー像を定着する。

図３（ａ）には、定着装置が停止しており、トナー４０が加熱ローラ３１に融着していることが示されている。

図３（ｂ）には、オイル塗布ローラ３３の回転駆動をクラッチにより解除して、加熱ローラ３１を逆回転することが示されている。これにより、オイル塗布ローラ３３は加熱ローラ３１に従動回転するため、逆回転時の起動トルクは低減される。加熱ローラ３１に融着したトナー４０は、そのまま、所定角度の逆回転により、定着ニップ直前まで移動される。ただし、移動目標位置は、高々、定着ニップまででよく、途中の位置であってもよい。なお、オイル塗布ローラ３３が加熱ローラ３１に従動するため、オイル塗布ローラ３３表面に蓄積したトナーの加熱ローラ３１による引き剥がし量は減少し、加熱ローラ３１は清浄化する。

図３（ｃ）には、所定角度の逆回転を行った後、通常の正回転に戻り定着を開始することが示されている。正回転開始とともに加熱ローラの熱源をオンするため、固着していたトナー４１は溶融し、オイル塗布ローラ３３まで戻ると加熱ローラ３１から離脱する。

第１の実施の形態のオイル塗布ローラを用いると、離型オイル保持層として多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、かつ、メラミン系フォームにシリコーンオイルを含浸させ、メラミン系フォームの表面部に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させたことで、メラミン系フォームを硬化させると共に、弾性を与え、さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜を設けたことで、簡単な構成で、含浸させたシリコーンオイルを外表面膜から均一に供給でき、オイル塗布のバラツキを少なく抑え、安定した定量塗布が可能である。

第２の実施の形態のオイル塗布ローラを用いると、離型オイル保持層として多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、かつ、メラミン系フォームの全体に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させたことで、メラミン系フォームを硬化させると共に、弾性を与え、さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜を設けたことで、簡単な構成で、含浸させたシリコーンオイルを外表面膜から均一に供給でき、オイル塗布のバラツキを少なく抑え、安定した定量塗布が可能である。

直径５ｍｍ長さ３００ｍｍの鉄にニッケルメッキを施したローラ芯金を、柱状に切り出したメラミン系フォームに突き刺し、エポキシ系接着剤で固定した。このメラミン系フォームにシリコーンオイルを含浸させてから、ローラ表面からはみ出た分をブレードで掻き落とした後、メラミン系フォームの表面部に、表面から深さ３ｍｍに、シリコーンワニスとシリコーンオイルとの混合比を５０：５０とした混合液を塗布し、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜を有するオイル塗布ローラを得た。このオイル塗布ローラを定着装置に用い、オイル塗布ローラを加熱ローラに圧接し、シリコーンオイルを供給するようにすると、オイル塗布ローラは、メラミン系フォームを硬化させると共に、弾性を与え、さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜を設けたことで、簡単な構成で、含浸させたシリコーンオイルを外表面膜から均一に供給でき、オイル塗布のバラツキを少なく抑え、安定した定量塗布ができた。

鉄にニッケルメッキを施したローラ芯金を、柱状に切り出したメラミン系フォームに突き刺し、エポキシ系接着剤で固定した。このメラミン系フォームにシリコーンオイルを含浸させてから、ローラ表面からはみ出た分をブレードで掻き落とした後、メラミン系フォームの全体に、シリコーンワニスとシリコーンオイルとの混合比を５０：５０とした混合液を塗布し、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜を有するオイル塗布ローラを得た。このオイル塗布ローラを定着装置に用い、オイル塗布ローラを加熱ローラに圧接し、シリコーンオイルを供給するようにすると、オイル塗布ローラは、メラミン系フォームを硬化させると共に、弾性を与え、さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜を設けたことで、簡単な構成で、含浸させたシリコーンオイルを外表面膜から均一に供給でき、オイル塗布のバラツキを少なく抑え、安定した定量塗布ができた。

この発明は、複写機、プリンタ、ファックス等に用いられる定着ローラ、加圧ローラに離型オイルを塗布するためのオイル塗布ローラ及び定着装置に適用でき、簡単な構成で、オイル塗布のバラツキを少なく抑え、安定した定量塗布が可能である。

１、１１ オイル塗布ローラ
２，１２ ローラ芯金
３，１３ 離型オイル保持層
３ａ メラミン系フォームの表面部

Claims (3)

1. 定着装置を構成するローラに離型オイルを塗布するためのオイル塗布ローラであって、
   ローラ芯金の外周に離型オイル保持層を備え、
   前記離型オイル保持層として多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、
   かつ、前記メラミン系フォームにシリコーンオイルを含浸させ、
   前記メラミン系フォームの表面部に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させ、
   さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜を設けたことを特徴とするオイル塗布ローラ。
2. 定着装置を構成するローラに離型オイルを塗布するためのオイル塗布ローラであって、
   ローラ芯金の外周に離型オイル保持層を備え、
   前記離型オイル保持層として多孔質構造であるメラミン系フォームを用い、
   かつ、前記メラミン系フォームの全体に、シリコーンワニスとシリコーンオイルの混合物を含浸させ、
   さらに、ポリテトラフルオロエチレンを塗布して外表面膜を設けたことを特徴とするオイル塗布ローラ。
3. 請求項１または請求項２に記載のオイル塗布ローラを装着したことを特徴とする定着装置。