JP4425434B2

JP4425434B2 - Pressure roller

Info

Publication number: JP4425434B2
Application number: JP2000214211A
Authority: JP
Inventors: 孝一安孫子; 信行助川
Original assignee: Canon Chemicals Inc
Current assignee: Canon Chemicals Inc
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: JP2002031978A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンター等の電子写真画像形成装置等の定着装置で使用される加圧ローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機およびレーザービームプリンター等の画像定着装置では、定着ローラ及び加圧ローラを用いて、トナー画像を熱および圧力によって紙上に定着させる方式がとられている。このため、使用される加圧ローラには、定着ローラとの間に適正なニップを得るために弾性層が必要であり、かつ２００℃前後のトナー定着温度での使用に耐える、耐熱性が必要である。更に、ローラ表面に、トナーが付着することを抑制するために、トナー離型性も必要とされる。
【０００３】
そのため、加圧ローラの構造としては、従来から、芯金上にシリコーンゴム弾性層を形成し、その外周にトナー離形性を付与するために、フッ素ゴム層およびフッ素樹脂層をコーティングするか、又はフッ素樹脂チューブを被覆させたものが用いられてきた。
【０００４】
加圧ローラのシリコーンゴム弾性層を形成するシリコーンゴム組成物としては、上記使用環境、すなわち２００℃前後の定着温度での使用に耐える必要があることから、２００℃程度の温度に対するシリコーンゴムの物性の変化を低減した材料（特開平１１−０８０６６９号公報）が提案されている。
【０００５】
しかしながら、ローラ表面の離型層を、フッ素ゴム層およびフッ素樹脂層をコーティングにより形成する場合には、シリコーンゴム弾性層の表面に原料のディスパージョンを塗布したのち、層を成膜させるために、フッ素樹脂の融点以上の温度、すなわち３００℃前後の温度で熱処理をする必要がある。
【０００６】
したがって、３００℃の熱処理での物性の低下が抑制されたシリコーンゴム組成物でなければ、加圧ローラのシリコーンゴム弾性層は、加工時に熱劣化し、物性が低下した状態となる。
【０００７】
この様なシリコーンゴム弾性層の場合においても、毎分印字速度が６枚程度、総印字枚数５０Ｋ枚程度の比較的低速機種のレーザービームプリンターに対しては、そのシリコーンゴム組成物の硬度が高いことや、製品寿命から要求される総通紙枚数が少ないことなどの理由から、製品化が可能であった。
【０００８】
しかしながら、近年、複写機およびレーザービームプリンター等の高速および高耐久化の傾向が著しく、それに伴い加圧ローラに要求される性能も厳しいものとなってきている。
【０００９】
即ち、印字速度が高速化することにより、必然的に一枚あたりの定着時間が短くなるため、鮮明な定着画像を得るためには加圧ローラと定着ローラのニップ幅を広くする必要があり、そのためには、加圧ローラのシリコーンゴム弾性層を低硬度化する必要がある。
【００１０】
一方、シリコーンゴム弾性層を低硬度化することにより、高温熱処理による物性の低下は大きくなり、高速および高耐久機種の使用に耐えられず破壊する場合があった。この結果、トナー離型性を確保するために設けたフッ素ゴム層およびフッ素樹脂層が剥離してしまい、定着画像がトナーにより汚染されたり、紙詰まりを引き起こす場合があった。
【００１１】
この様な不具合を回避するためのひとつの方法として、トナー離型層として、フッ素樹脂チューブを被覆する方法がある。この方法によると、ローラの加工時に高温の焼成工程がないため、シリコーンゴム弾性層の熱劣化がなく、また離型層自身の膜の厚さにより、ローラの強度が増していることなどから、シリコーンゴム弾性層を低硬度化することが可能で、その場合でもローラは破壊することなくトナー離型性を維持することができる。
【００１２】
しかしながら、この方法による加圧ローラは、そのフッ素樹脂チューブの膜厚が大きいため、ローラ表面の微視的な硬度が高くなり、トナー離型性が低下する場合があった。このため永続的に鮮明な画像を得るためには、加圧ローラのクリーニング機構および定期的なメンテナンス等が必要となる場合があり、定着機の構成が複雑になる、ランニングコストが高額となる等の不具合が発生する場合があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上の様な状況に鑑み、本発明においては、低硬度のシリコーンゴム弾性層を採用し、その上にフッ素ゴム層およびフッ素樹脂を形成することにより、低硬度で耐久性があり、長期連続使用後もトナー離型性が低下せず、鮮明な定着画像が永続的に得られる加圧ローラを得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明によれば、芯金の外周に、少なくとも、シリコーンゴム弾性層、フッ素ゴム層およびフッ素樹脂層がこの順で積層されてなる加圧ローラであって、該シリコーンゴム弾性層は、厚みが２ｍｍ乃至５ｍｍであり、ＪＩＳ−Ａ硬度が５°乃至３０°であり、密封状態で３００℃４０分間加熱後のＪＩＳ−Ａ硬度変化の絶対値が３°以下であり、該フッ素ゴム層は厚みが１２μｍ乃至４０μｍであり、該フッ素樹脂層は、厚みが７μｍ乃至２０μｍであることを特徴とする加圧ローラが提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
シリコーンゴム弾性層、フッ素ゴム層およびフッ素樹脂層の特性および形状を以上の範囲とすることにより、長期連続使用後もトナー離型性が低下せず、鮮明な定着画像が永続的に得られる加圧ローラを得ることができる。その詳細を以下に説明する。
【００１６】
本発明のシリコーンゴム弾性層を形成するシリコーンゴム組成物のＪＩＳ−Ａ硬度は５°以上３０°以下とされる。このため、シリコーンゴム弾性層の硬度は十分低く、加圧ローラおよび定着ローラの間で十分なニップ幅を確保することができ、鮮明な定着画像を得ることができる。
【００１７】
なお、同様の理由から、本発明のシリコーンゴム弾性層を形成するシリコーンゴム組成物のマイクロゴム硬度は３５°以上６０°以下であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明で使用されるシリコーンゴム組成物としては、アルミ箔で密封された状態で３００℃４０分間の熱処理（密封老化試験）前後で、ＪＩＳ−Ａ硬度の変化量が±３°以内のものが使用される。この様なシリコーンゴム組成物を使用することにより、フッ素ゴム層およびフッ素樹脂層形成時の焼成工程おいてシリコーンゴム弾性層の劣化が抑制されるため、長期連続使用後も良好な特性を保持する加圧ローラを製造することができる。
【００１９】
なお、同様の理由から、本発明のシリコーンゴム弾性層を形成するシリコーンゴム組成物のマイクロゴム硬度の密封老化試験前後での変化量は、±２°以内であることが好ましい。
【００２０】
以上の様な硬度に関する特性を実現するためには、シリコーンゴム組成物としては、分子中に少なくとも２個のケイ素原子に直結するアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン（Ａ）と、分子中に少なくとも２個のケイ素原子に直結する水素原子（活性水素）を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン（Ｂ）とを含んでなるシリコーンゴム原料を硬化して得られるものが好ましい。
【００２１】
また、シリコーンゴム原料としては、加工性に優れている、硬化反応にともなう副生成物の発生がないため寸法安定性が良好である、硬化後の物性が安定している等の理由から、付加反応架橋型シリコーンゴム、中でも、付加反応架橋型液状シリコーンゴムが好ましい。
【００２２】
オルガノポリシロキサン（Ａ）は、シリコーンゴム原料のベースポリマーであり、その分子量は特に限定されない。しかしながら、加工特性および得られるシリコーンゴム組成物の特性等の観点から、オルガノポリシロキサン（Ａ）の粘度は、下限値としては１０Ｐａ・ｓ以上が好ましく、５０Ｐａ・ｓ以上がより好ましく、上限値としては３００Ｐａ・ｓ以下が好ましく、２００Ｐａ・ｓ以下がより好ましい。
【００２３】
オルガノポリシロキサン（Ａ）のアルケニル基は、オルガノハイドロジェンポリシロキサン（Ｂ）の活性水素と反応して架橋点を形成する部位であり、その種類は特に限定されないが、活性水素との反応性が高い等の理由から、ビニル基およびアリル基の少なくとも一方であることが好ましく、ビニル基が特に好ましい。
【００２４】
オルガノハイドロジェンポリシロキサン（Ｂ）は、硬化工程における付加反応の架橋材の働きをするもので、一分子中のケイ素原子結合水素原子の数は２個以上であり、硬化反応を最適に行わせるために、３個以上の比較的低分子量のポリマーが好ましい。
【００２５】
ここで、オルガノポリシロキサン（Ａ）のアルケニル基に対する、オルガノハイドロジェンポリシロキサン（Ｂ）の水素原子（活性水素）のモル比は、０．３以上１．２以下であることが好ましい。
【００２６】
シリコーンゴム組成物において、オルガノポリシロキサン（Ａ）及びオルガノハイドロジェンポリシロキサン（Ｂ）が使用される場合、アルケニル基に対する活性水素のモル比は、理論上１であれば良い。しかしながら、得られるシリコーンゴム組成物の特性の観点から、従来は、１．３以上２．０以下、即ち活性水素が過剰とされることが一般的であった。
【００２７】
これに対し、アルケニル基に対する活性水素のモル比を、０．３以上１．２以下とすることにより、密封老化試験の前後におけるＪＩＳ−Ａ硬度およびマイクロゴム硬度の変化を抑制できる。
【００２８】
その理由については明らかではないが、従来と比較して本発明においては、活性水素に対してアルケニル基が過剰となっているため、シリコーンゴム弾性層形成直後は、未反応のアルケニル基が残存していると考えられる。
【００２９】
このため、フッ素ゴム層およびフッ素樹脂層を加熱焼成により作製する工程において、仮にシリコーンゴム弾性層が熱劣化を受けたとしても、未反応のアルケニル基が反応することにより、熱劣化による性能の低下を補うためだと推察している。
【００３０】
本発明のシリコーンゴム原料には、必要に応じて、無機系充填剤、白金系触媒、硬化反応抑制剤等を添加することができる。
【００３１】
無機系充填剤は、硬化後のシリコーンゴム組成物の機械的強度、耐熱性、電気的特性等を改良するために、適宜混合されるが、その種類としては、粉末シリカ、石英粉、アルミナ粉を例示することができ、これらを組み合わせて使用することもできる。
【００３２】
更に、必要に応じて、疎水化処理が行われたヒュームドシリカ、疎水化処理が行われていない親水性ヒュームドシリカ、乾式シリカ微粒子表面のシラノール基をオルガノシロキサン基および／またはオルガノシリル基で封鎖することにより疎水化処理されたもの等のシリカ系充填剤；炭酸カルシウム、珪藻土等の無機系充填材；酸化鉄、炭酸亜鉛、酸化チタン、カーボンブラック等の耐熱性向上用充填剤等を添加する場合もある。
【００３３】
なお、他の特性を損なうことなく加圧ローラの良好な特性を実現するために、上記の充填剤の配合量は、オルガノポリシロキサン（Ａ）及びオルガノハイドロジェンポリシロキサン（Ｂ）の総量１００質量部に対して、０．１質量部以上１００質量部以下が好ましい。
【００３４】
白金系触媒は、シリコーンゴム原料中に分散しやすい白金化合物の形にして使用され、その配合量は一般に白金として１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下が好ましいが、この範囲に限定されることなく、目標とする可使時間、硬化時間、製品形状等により適宜選択される。
【００３５】
硬化反応抑制剤としては、アセチレンアルコール類、環状メチルビニルシロキサン、シロキサン変性アセチレンアルコール類等を例示することができる。
【００３６】
必要な充填剤等が配合されたシリコーンゴム原料の粘度は特に制限されないが、成形加工性等の観点から、１０Ｐａ・ｓ以上３００Ｐａ・ｓ以下が好ましい。
【００３７】
以上に説明してきたシリコーンゴム組成物よりなるシリコーンゴム弾性層の厚みは、２ｍｍ以上５ｍｍ以下とされる。シリコーンゴム弾性層の厚みをこの範囲とすることにより、加圧ローラおよび定着ローラの間で十分なニップ幅を実現でき、シリコーンゴム弾性層の破壊等も抑制でき、加圧ローラの良好な特性を長時間維持することができる。
【００３８】
本発明におけるフッ素ゴム層の厚みは１２μｍ以上４０μｍ以下とされる。フッ素ゴム層の厚みをこの範囲とすることにより、良好なトナーの離型性を実現でき、フッ素ゴム層の破壊および剥離等を抑制でき、加圧ローラの良好な特性を長時間維持することができる。
【００３９】
フッ素ゴム層は、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）及びテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等がフッ素ゴムラテックスに分散された水溶性塗料を塗布し、焼成して形成することができる。
【００４０】
また、フッ素ゴムラテックスとしては、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系共重合体（ＦＫＭ）のラテックス等が好適に使用される。
【００４１】
本発明におけるフッ素樹脂層の厚みは７μｍ以上２０μｍ以下とされる。フッ素樹脂層の厚みをこの範囲とすることにより、良好なトナーの離型性を実現でき、フッ素樹脂層の破壊および剥離等を抑制でき、加圧ローラの良好な特性を長時間維持することができる。
【００４２】
フッ素樹脂層は、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が分散された水性塗料を塗布し、焼成して形成することができる。
【００４３】
以下では、本発明で開示される加圧ローラの製造方法の例を、図１を用いて説明する。
【００４４】
先ず、円筒形成形金型を用いて、シリコーンゴム原料を芯金１０上にて、例えば１４０℃で８分間、加熱硬化させシリコーンゴム弾性層２０を成形する。芯金としては、機械的強度に問題がなければ、アルミニウム、鉄、ステンレス等いずれの材質でも良いが、特に軽量化が可能で、腐食しにくい等の理由から、アルミニウムが好適に用いられる。また、シリコーンゴム弾性層の形成に先立ち、芯金をプライマー処理することもできる。
【００４５】
次に、このシリコーンゴム弾性層の硬化後の物性を安定させる、シリコーンゴム弾性層中の反応残渣および未反応低分子分を除去する等を目的として、例えば２００℃で４時間熱処理する。
【００４６】
その後、得られたシリコーンゴム弾性層の表面上に、フッ素ゴム及びフッ素樹脂を水性塗料に分散させたディスパージョンを、例えばスプレー法等により必要な膜厚に塗布する。なお、塗布に先立ち、シリコーンゴム弾性層をプライマー処理することもできる。
【００４７】
そして、例えば３００℃で４０分の熱処理により焼成することにより、フッ素ゴム層３０およびフッ素樹脂層４０を成膜する。
【００４８】
なお、本発明においては、必要に応じて、プライマー層および接着層等を形成することもできる。また、下地層、バリア層、拡散防止層等の機能層を形成することもできる。
【００４９】
以上の様な方法により製造される加圧ローラを用いれば、高品位の定着画像を長期間維持することができるため、本発明の定着ローラは、複写機およびレーザービームプリンター等の画像定着装置に好適に配設される。
【００５０】
【実施例】
以下に実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、これらは、本発明を何ら限定するものではない。なお、以下特に明記しない限り、試薬等は市販の高純度品を用いた。
【００５１】
先ず、シリコーンゴム組成物のＪＩＳ−Ａ硬度およびマイクロゴム硬度、並びに、密封状態下での耐熱性試験（密封老化試験）の評価方法について説明する。
【００５２】
（ア）シリコーンゴム組成物のＪＩＳ−Ａ硬度（°）：シリコーンゴム原料をテストピース用金型に投入し、１２０℃×１０分で硬化させ、その後オーブンにて２００℃×４時間の熱処理を行い、厚さ６ｍｍのテストピースを作製した。得られたテストピースのＪＩＳ−Ａ硬度を、ＪＩＳＫ６３０１に準じて測定した。
【００５３】
（イ）シリコーンゴム組成物のマイクロゴム硬度（°）：円筒形成形金型を用いて、シリコーンゴム原料を金属芯上にて１４０℃×８分加熱硬化させ、その後オーブンにて２００℃×４時間の熱処理を行い、ローラ形状のテストピースを作製した。得られたローラの硬度を、アスカーマイクロゴム硬度計ＭＤ−１Ｃ型（高分計器株式会社製）を用いて測定し、シリコーンゴム組成物のマイクロゴム硬度とした。
【００５４】
（ウ）密封老化試験：上記方法にて、作製したテストピースをアルミ箔で包み、オーブンにて３００℃×４０分間熱処理を行った。熱処理後、上記と同様の方法にて硬度の測定を行い、熱処理前後での硬度の変化量を確認した。
【００５５】
（実施例１）加圧ローラ１
シリコーンゴム原料として付加反応架橋型液状シリコーンゴムＤＹ３５−２０６３（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）を使用し、上記（イ）の方法に従って、直径φ１２ｍｍのアルミニウム芯上に、シリコーンゴム弾性層を形成した。
【００５６】
次に、得られたシリコーンゴム弾性層上に、プライマーＧＬＰ１０３ＳＲ（ダイキン工業社製）を４μｍの膜厚で塗布し、その上にフッ素樹脂を含有したフッ素ゴムディスパージョンＧＬＳ２１３（ダイキン工業社製）を膜厚３０μｍとなる様にスプレー塗布し、更にフッ素樹脂ディスパージョンテフロン８５５−６０１（三井・デュポン・フロロケミカル社製）を膜厚８μｍとなる様に塗布した。その後、オーブンで３００℃×４０分の熱処理を行い、フッ素ゴム層およびフッ素樹脂層を形成し、加圧ローラ１を製造した。
【００５７】
得られた加圧ローラ１の各種特性を評価し、結果を表１に示した。表１より、以下のことが明らかとなった。
【００５８】
第１に、シリコーンゴム組成物のＪＩＳ−Ａ硬度は２０°であり、シリコーンゴム原料中のアルケニル基に対する活性水素のモル比は０．９であるため、密封老化試験後のＪＩＳ−Ａ硬度も２０°と変化しなかった。また、シリコーンゴム組成物のマイクロゴム硬度は５６．３０°で、密封老化試験後は５７．８３°であり、変化は小さかった。
【００５９】
第２に、シリコーンゴム弾性層の厚みは２．３５ｍｍであり、フッ素ゴム層の厚みは３０μｍであり、フッ素樹脂層の厚みは８μｍであるため、第１の特性とも相乗して、１５万枚の通紙後も、加圧ローラ１は良好な特性を維持していた。
【００６０】
（比較例１）加圧ローラ２
シリコーンゴム原料として付加反応架橋型液状シリコーンゴムＤＹ３５−５６１（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）を使用した以外は、加圧ローラ１の場合と同様にして加圧ローラ２を製造した。
【００６１】
得られた加圧ローラ２の各種特性を評価し、結果を表１に示した。表１より明らかな通り、加圧ローラ２の製造に使用したシリコーンゴム原料中のアルケニル基に対する活性水素のモル比が１．３であるため、密封老化試験後において、ＪＩＳ−Ａ硬度は４°減少し、マイクロゴム硬度も３．９３°減少した。また、４．７万枚の通紙を行った時点で、シリコーンゴム弾性層の破壊が発生した。
【００６２】
（比較例２）加圧ローラ３
シリコーンゴム弾性層の厚みを１．８５ｍｍとした以外は、加圧ローラ１の場合と同様にして加圧ローラ３を製造した。
【００６３】
得られた加圧ローラ３の各種特性を評価し、結果を表１に示した。表１より明らかな通り、５万枚の通紙を行った時点で、シリコーンゴム弾性層の破壊が発生した。
【００６４】
（実施例２）加圧ローラ４
シリコーンゴム原料として付加反応架橋型液状シリコーンゴムＤＹ３５−１１９８（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）を使用し、上記（イ）の方法に従って、直径φ１４ｍｍのアルミニウム芯上に、シリコーンゴム弾性層を形成した。
【００６５】
次に、得られたシリコーンゴム弾性層の表面をプライマー処理し、その上にフッ素樹脂を含有したフッ素ゴムディスパージョンＧＬＳ２１３（ダイキン工業社製）を膜厚１５μｍとなる様にスプレー塗布し、更にフッ素樹脂ディスパージョンＥＮＡ０２０−２９（三井・デュポン・フロロケミカル社製）を膜厚８μｍとなる様に塗布した。その後、オーブンで３００℃×４０分の熱処理を行い、フッ素ゴム層およびフッ素樹脂層を形成し、加圧ローラ４を製造した。
【００６６】
得られた加圧ローラ４の各種特性を評価し、結果を表１に示した。表１より、以下のことが明らかとなった。
【００６７】
第１に、シリコーンゴム組成物のＪＩＳ−Ａ硬度は１１°であり、シリコーンゴム原料中のアルケニル基に対する活性水素のモル比は０．９であるため、密封老化試験後のＪＩＳ−Ａ硬度は、僅かに１°低下したのみであった。また、シリコーンゴム組成物のマイクロゴム硬度は４１．９０°で、密封老化試験後は４２．８０°であり、変化は小さかった。
【００６８】
第２に、シリコーンゴム弾性層の厚みは３．６０ｍｍであり、フッ素ゴム層の厚みは１５μｍであり、フッ素樹脂層の厚みは８μｍであるため、第１の特性とも相乗して、１５万枚の通紙後も、加圧ローラ４は良好な特性を維持していた。
【００６９】
（比較例３）加圧ローラ５
シリコーンゴム原料として付加反応架橋型液状シリコーンゴムＸＥ１５−Ｂ７５２６（ＧＥ東芝シリコーン社製）を使用した以外は、加圧ローラ４の場合と同様にして加圧ローラ５を製造した。
【００７０】
得られた加圧ローラ５の各種特性を評価し、結果を表１に示した。表１より明らかな通り、加圧ローラ５の製造に使用したシリコーンゴム原料中のアルケニル基に対する活性水素のモル比が１．３であるため、密封老化試験後において、ＪＩＳ−Ａ硬度は４°減少し、マイクロゴム硬度も６．６０°減少した。また、１０万枚の通紙を行った時点で、フッ素ゴム層の剥離が発生した。
【００７１】
（比較例４）加圧ローラ６
フッ素ゴム層の厚みを１０μｍとした以外は、加圧ローラ４の場合と同様にして加圧ローラ６を製造した。
【００７２】
得られた加圧ローラ６の各種特性を評価し、結果を表１に示した。表１より明らかな通り、１０万枚の通紙を行った時点で、フッ素ゴム層の剥離が発生した。
【００７３】
（比較例５）加圧ローラ７
フッ素樹脂層の厚みを６μｍとした以外は、加圧ローラ４の場合と同様にして加圧ローラ７を製造した。
【００７４】
得られた加圧ローラ７の各種特性を評価し、結果を表１に示した。表１より明らかな通り、５万枚の通紙を行った時点で、フッ素樹脂層の剥離が発生した。
【００７５】
【表１】

【００７６】
【発明の効果】
本発明における加圧ローラでは、シリコーンゴム弾性層は、厚みが２ｍｍ乃至５ｍｍとされ、ＪＩＳ−Ａ硬度が５°乃至３０°とされ、密封状態で３００℃４０分間加熱後のＪＩＳ−Ａ硬度変化の絶対値が３°以下とされ；フッ素ゴム層は、厚みが１２μｍ乃至４０μｍとされ；フッ素樹脂層は、厚みが７μｍ乃至２０μｍとされるため、低硬度で耐久性があり、長期連続使用後もトナー離型性が低下せず、鮮明な定着画像が永続的に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加圧ローラの例を説明するための模式的断面図である。
【符号の説明】
１０芯金
２０シリコーンゴム弾性層
３０フッ素ゴム層
４０フッ素樹脂層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure roller used in a fixing device such as an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a printer.
[0002]
[Prior art]
Image fixing devices such as copying machines and laser beam printers use a fixing roller and a pressure roller to fix a toner image on paper by heat and pressure. For this reason, the pressure roller to be used requires an elastic layer to obtain an appropriate nip between the pressure roller and heat resistance that can withstand use at a toner fixing temperature of about 200 ° C. It is. Furthermore, toner releasability is also required in order to prevent toner from adhering to the roller surface.
[0003]
Therefore, as a structure of the pressure roller, conventionally, a silicone rubber elastic layer is formed on the cored bar, and a fluororubber layer and a fluororesin layer are coated on the outer periphery in order to impart toner releasability, Or what coat | covered the fluororesin tube has been used.
[0004]
As the silicone rubber composition for forming the silicone rubber elastic layer of the pressure roller, it is necessary to withstand the use environment described above, that is, at a fixing temperature of around 200 ° C. A material (Japanese Patent Laid-Open No. 11-080669) in which the change in the thickness is reduced has been proposed.
[0005]
However, when the release layer on the roller surface is formed by coating the fluororubber layer and the fluororesin layer, the material dispersion is applied to the surface of the silicone rubber elastic layer, and then the layer is formed. It is necessary to perform heat treatment at a temperature equal to or higher than the melting point of the fluororesin, that is, a temperature around 300 ° C.
[0006]
Therefore, unless the silicone rubber composition suppresses a decrease in physical properties due to heat treatment at 300 ° C., the silicone rubber elastic layer of the pressure roller is in a state where the physical properties deteriorate due to thermal deterioration during processing.
[0007]
Even in the case of such a silicone rubber elastic layer, the hardness of the silicone rubber composition is high for a relatively low-speed laser beam printer having a printing speed of about 6 sheets per minute and a total printing number of about 50K. In other words, commercialization was possible due to the fact that the total number of sheets required for the product life is small.
[0008]
However, in recent years, the tendency for high speed and high durability of copying machines, laser beam printers, and the like has been remarkable, and the performance required for the pressure roller has become severe accordingly.
[0009]
That is, as the printing speed increases, the fixing time per sheet is inevitably shortened. Therefore, in order to obtain a clear fixed image, it is necessary to widen the nip width between the pressure roller and the fixing roller. For this purpose, it is necessary to reduce the hardness of the silicone rubber elastic layer of the pressure roller.
[0010]
On the other hand, by lowering the hardness of the silicone rubber elastic layer, the deterioration of physical properties due to high-temperature heat treatment becomes large, and sometimes the high-speed and high-endurance model cannot be used and may be destroyed. As a result, the fluororubber layer and the fluororesin layer provided to ensure toner releasability are peeled off, and the fixed image may be contaminated with toner or cause paper jams.
[0011]
One method for avoiding such problems is to coat a fluororesin tube as a toner release layer. According to this method, since there is no high-temperature baking process when processing the roller, there is no thermal degradation of the silicone rubber elastic layer, and the strength of the roller is increased due to the thickness of the release layer itself, It is possible to reduce the hardness of the silicone rubber elastic layer, and even in this case, the toner releasability can be maintained without breaking the roller.
[0012]
However, since the pressure roller by this method has a large film thickness of the fluororesin tube, the microscopic hardness of the roller surface is increased, and the toner releasability may be lowered. For this reason, in order to obtain a permanently clear image, a pressure roller cleaning mechanism and periodic maintenance may be required, which complicates the configuration of the fixing device and increases the running cost. There was a case where the trouble of this occurred.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above situation, in the present invention, a low-hardness silicone rubber elastic layer is employed, and a fluororubber layer and a fluororesin are formed thereon, thereby providing low-hardness and durability, and long-term continuous use. It is an object of the present invention to obtain a pressure roller capable of permanently obtaining a clear fixed image without lowering the toner releasability.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention for achieving the above object, there is provided a pressure roller in which at least a silicone rubber elastic layer, a fluororubber layer, and a fluororesin layer are laminated in this order on the outer periphery of a core metal, The rubber elastic layer has a thickness of 2 mm to 5 mm, a JIS-A hardness of 5 ° to 30 °, and an absolute value of JIS-A hardness change after heating at 300 ° C. for 40 minutes in a sealed state is 3 ° or less. A pressure roller is provided in which the fluororubber layer has a thickness of 12 μm to 40 μm, and the fluororesin layer has a thickness of 7 μm to 20 μm.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
By setting the properties and shapes of the silicone rubber elastic layer, fluororubber layer, and fluororesin layer within the above ranges, the toner releasability does not deteriorate even after long-term continuous use, and a clear fixed image can be obtained permanently. A pressure roller can be obtained. Details thereof will be described below.
[0016]
The silicone rubber composition forming the silicone rubber elastic layer of the present invention has a JIS-A hardness of 5 ° to 30 °. For this reason, the hardness of the silicone rubber elastic layer is sufficiently low, a sufficient nip width can be secured between the pressure roller and the fixing roller, and a clear fixed image can be obtained.
[0017]
For the same reason, the micro rubber hardness of the silicone rubber composition forming the silicone rubber elastic layer of the present invention is preferably 35 ° or more and 60 ° or less.
[0018]
The silicone rubber composition used in the present invention has a change in JIS-A hardness within ± 3 ° before and after heat treatment (sealing aging test) at 300 ° C. for 40 minutes in a state of being sealed with aluminum foil. Things are used. By using such a silicone rubber composition, since the deterioration of the silicone rubber elastic layer is suppressed in the firing step when forming the fluororubber layer and the fluororesin layer, good characteristics are maintained even after long-term continuous use. A pressure roller can be manufactured.
[0019]
For the same reason, it is preferable that the amount of change in the microrubber hardness of the silicone rubber composition forming the silicone rubber elastic layer of the present invention before and after the sealing aging test is within ± 2 °.
[0020]
In order to realize the above-mentioned characteristics relating to hardness, the silicone rubber composition includes an organopolysiloxane (A) having an alkenyl group directly bonded to at least two silicon atoms in the molecule, and at least 2 in the molecule. What is obtained by curing a silicone rubber raw material comprising an organohydrogenpolysiloxane (B) having a hydrogen atom (active hydrogen) directly bonded to each silicon atom is preferred.
[0021]
In addition, as a silicone rubber raw material, it is added for reasons such as excellent processability, no generation of by-products due to the curing reaction, good dimensional stability, and stable physical properties after curing. Reaction cross-linked silicone rubber, among them, addition reaction cross-linked liquid silicone rubber is preferable.
[0022]
Organopolysiloxane (A) is a base polymer of a silicone rubber raw material, and its molecular weight is not particularly limited. However, the viscosity of the organopolysiloxane (A) is preferably 10 Pa · s or more, more preferably 50 Pa · s or more, and the upper limit as the viscosity of the organopolysiloxane (A) from the viewpoint of processing characteristics and the properties of the resulting silicone rubber composition. Is preferably 300 Pa · s or less, and more preferably 200 Pa · s or less.
[0023]
The alkenyl group of the organopolysiloxane (A) is a site that reacts with the active hydrogen of the organohydrogenpolysiloxane (B) to form a crosslinking point, and the type thereof is not particularly limited, but the reactivity with the active hydrogen is high. For reasons such as high, at least one of a vinyl group and an allyl group is preferable, and a vinyl group is particularly preferable.
[0024]
Organohydrogenpolysiloxane (B) serves as a cross-linking material for addition reaction in the curing process, and the number of silicon-bonded hydrogen atoms in one molecule is 2 or more, and the curing reaction is optimally performed. Therefore, 3 or more relatively low molecular weight polymers are preferred.
[0025]
Here, the molar ratio of the hydrogen atom (active hydrogen) of the organohydrogenpolysiloxane (B) to the alkenyl group of the organopolysiloxane (A) is preferably 0.3 or more and 1.2 or less.
[0026]
When the organopolysiloxane (A) and the organohydrogenpolysiloxane (B) are used in the silicone rubber composition, the molar ratio of the active hydrogen to the alkenyl group may be 1 theoretically. However, from the viewpoint of the properties of the resulting silicone rubber composition, it has been common in the past that the active hydrogen is excessively 1.3 to 2.0.
[0027]
On the other hand, when the molar ratio of active hydrogen to alkenyl group is 0.3 or more and 1.2 or less, changes in JIS-A hardness and micro rubber hardness before and after the sealing aging test can be suppressed.
[0028]
Although the reason for this is not clear, in the present invention, the alkenyl group is excessive with respect to the active hydrogen in the present invention, so that an unreacted alkenyl group remains immediately after the silicone rubber elastic layer is formed. It is thought that.
[0029]
For this reason, in the process of producing the fluororubber layer and the fluororesin layer by heating and firing, even if the silicone rubber elastic layer is subjected to thermal degradation, the unreacted alkenyl group reacts to reduce performance due to thermal degradation. It is guessed that it is to supplement.
[0030]
If necessary, an inorganic filler, a platinum catalyst, a curing reaction inhibitor and the like can be added to the silicone rubber raw material of the present invention.
[0031]
Inorganic fillers are mixed as appropriate in order to improve the mechanical strength, heat resistance, electrical properties, etc. of the silicone rubber composition after curing, and the types thereof include powdered silica, quartz powder, and alumina powder. These can be exemplified, and these can be used in combination.
[0032]
Furthermore, if necessary, the fumed silica that has been hydrophobized, the hydrophilic fumed silica that has not been hydrophobized, and the silanol groups on the surface of the dry silica fine particles can be replaced with organosiloxane groups and / or organosilyl groups. Silica-based fillers such as those hydrophobized by sealing; inorganic fillers such as calcium carbonate and diatomaceous earth; heat-resistant improving fillers such as iron oxide, zinc carbonate, titanium oxide, and carbon black There is also a case.
[0033]
In addition, in order to implement | achieve the favorable characteristic of a pressure roller, without impairing another characteristic, the compounding quantity of said filler is 100 mass of total amounts of organopolysiloxane (A) and organohydrogenpolysiloxane (B). The amount is preferably 0.1 parts by mass or more and 100 parts by mass or less with respect to parts.
[0034]
The platinum-based catalyst is used in the form of a platinum compound that is easily dispersed in the silicone rubber raw material, and the compounding amount is generally preferably 1 ppm or more and 100 ppm or less as platinum, but is not limited to this range, and can be targeted. It is appropriately selected depending on the usage time, curing time, product shape and the like.
[0035]
Examples of the curing reaction inhibitor include acetylene alcohols, cyclic methyl vinyl siloxane, siloxane-modified acetylene alcohols, and the like.
[0036]
The viscosity of the silicone rubber raw material in which necessary fillers are blended is not particularly limited, but is preferably 10 Pa · s or more and 300 Pa · s or less from the viewpoint of moldability.
[0037]
The thickness of the silicone rubber elastic layer made of the silicone rubber composition described above is 2 mm or more and 5 mm or less. By setting the thickness of the silicone rubber elastic layer within this range, a sufficient nip width can be realized between the pressure roller and the fixing roller, the destruction of the silicone rubber elastic layer can be suppressed, and the good characteristics of the pressure roller can be achieved. Can be maintained for a long time.
[0038]
The thickness of the fluororubber layer in the present invention is 12 μm or more and 40 μm or less. By setting the thickness of the fluororubber layer in this range, it is possible to achieve good toner releasability, to suppress destruction and peeling of the fluororubber layer, and to maintain good characteristics of the pressure roller for a long time. it can.
[0039]
The fluororubber layer is coated with a water-soluble paint in which tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), etc. are dispersed in fluororubber latex and fired. Can be formed.
[0040]
As the fluororubber latex, a latex of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (FKM) or the like is preferably used.
[0041]
The thickness of the fluororesin layer in the present invention is 7 μm or more and 20 μm or less. By setting the thickness of the fluororesin layer within this range, it is possible to realize good toner releasability, to suppress destruction and peeling of the fluororesin layer, and to maintain the good characteristics of the pressure roller for a long time. it can.
[0042]
The fluororesin layer is coated with water-based paint in which tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), polytetrafluoroethylene (PTFE), etc. are dispersed. And can be formed by firing.
[0043]
Below, the example of the manufacturing method of the pressure roller disclosed by this invention is demonstrated using FIG.
[0044]
First, using a cylindrical mold, the silicone rubber raw material is heated and cured on the core metal 10 at 140 ° C. for 8 minutes, for example, to form the silicone rubber elastic layer 20. As the metal core, any material such as aluminum, iron, and stainless steel may be used as long as there is no problem in mechanical strength. However, aluminum is preferably used because it can be reduced in weight and hardly corroded. Further, prior to the formation of the silicone rubber elastic layer, the core metal can be subjected to primer treatment.
[0045]
Next, heat treatment is performed at 200 ° C. for 4 hours, for example, for the purpose of stabilizing physical properties after curing of the silicone rubber elastic layer, removing reaction residues and unreacted low molecular components in the silicone rubber elastic layer, and the like.
[0046]
Thereafter, a dispersion in which a fluororubber and a fluororesin are dispersed in a water-based paint is applied on the surface of the obtained silicone rubber elastic layer to a required film thickness by, for example, a spray method. Prior to application, the silicone rubber elastic layer can be primed.
[0047]
Then, for example, the fluororubber layer 30 and the fluororesin layer 40 are formed by baking by heat treatment at 300 ° C. for 40 minutes.
[0048]
In the present invention, a primer layer, an adhesive layer, and the like can be formed as necessary. In addition, functional layers such as a base layer, a barrier layer, and a diffusion prevention layer can be formed.
[0049]
Since the high-quality fixed image can be maintained for a long time by using the pressure roller manufactured by the method as described above, the fixing roller of the present invention is used in an image fixing apparatus such as a copying machine and a laser beam printer. It is suitably arranged.
[0050]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but these examples do not limit the present invention. Unless otherwise specified, commercially available high-purity products were used as reagents.
[0051]
First, the JIS-A hardness and micro rubber hardness of the silicone rubber composition, and the evaluation method of the heat resistance test (sealing aging test) in a sealed state will be described.
[0052]
(A) JIS-A hardness (°) of silicone rubber composition: A silicone rubber raw material is put into a test piece mold, cured at 120 ° C. for 10 minutes, and then heat-treated at 200 ° C. for 4 hours in an oven. The test piece of thickness 6mm was produced. The JIS-A hardness of the obtained test piece was measured according to JIS K 6301.
[0053]
(I) Micro rubber hardness (°) of silicone rubber composition: Using a cylindrical mold, the silicone rubber raw material was heated and cured on a metal core at 140 ° C. for 8 minutes, and then 200 ° C. × 4 in an oven. Heat treatment was performed for a time, and a roller-shaped test piece was produced. The hardness of the obtained roller was measured using an Asker Micro Rubber Hardness Tester MD-1 C type (manufactured by Takamine Keiki Co., Ltd.) and defined as the micro rubber hardness of the silicone rubber composition.
[0054]
(C) Sealing aging test: The test piece produced by the above method was wrapped with aluminum foil and heat-treated in an oven at 300 ° C for 40 minutes. After the heat treatment, the hardness was measured by the same method as described above, and the amount of change in hardness before and after the heat treatment was confirmed.
[0055]
(Example 1) Pressure roller 1
Using an addition reaction cross-linkable liquid silicone rubber DY35-2063 (manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.) as a silicone rubber raw material, a silicone rubber elastic layer is formed on an aluminum core having a diameter of 12 mm according to the method (a) did.
[0056]
Next, primer GLP103SR (manufactured by Daikin Industries) is applied to the obtained silicone rubber elastic layer with a film thickness of 4 μm, and a fluororubber dispersion GLS213 (manufactured by Daikin Industries) containing a fluororesin is coated thereon. Spray coating was applied to a film thickness of 30 μm, and fluororesin dispersion Teflon 855-601 (manufactured by Mitsui, DuPont, Fluorochemical Co., Ltd.) was further applied to a film thickness of 8 μm. Thereafter, heat treatment was performed in an oven at 300 ° C. for 40 minutes to form a fluororubber layer and a fluororesin layer, and the pressure roller 1 was manufactured.
[0057]
Various characteristics of the obtained pressure roller 1 were evaluated, and the results are shown in Table 1. From Table 1, the following became clear.
[0058]
First, since the JIS-A hardness of the silicone rubber composition is 20 ° and the molar ratio of active hydrogen to alkenyl groups in the silicone rubber raw material is 0.9, the JIS-A hardness after the sealing aging test is also There was no change of 20 °. Further, the micro rubber hardness of the silicone rubber composition was 56.30 °, and 57.83 ° after the sealing aging test, and the change was small.
[0059]
Second, the thickness of the silicone rubber elastic layer is 2.35 mm, the thickness of the fluororubber layer is 30 μm, and the thickness of the fluororesin layer is 8 μm. Even after the sheet was fed, the pressure roller 1 maintained good characteristics.
[0060]
(Comparative Example 1) Pressure roller 2
A pressure roller 2 was produced in the same manner as in the case of the pressure roller 1, except that an addition reaction cross-linkable liquid silicone rubber DY35-561 (manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.) was used as the silicone rubber raw material.
[0061]
Various characteristics of the obtained pressure roller 2 were evaluated, and the results are shown in Table 1. As is clear from Table 1, since the molar ratio of active hydrogen to alkenyl group in the silicone rubber raw material used in the production of the pressure roller 2 is 1.3, the JIS-A hardness is 4 ° after the sealing aging test. The micro rubber hardness also decreased by 3.93 °. In addition, when 47,000 sheets were passed, the silicone rubber elastic layer was broken.
[0062]
(Comparative Example 2) Pressure roller 3
The pressure roller 3 was manufactured in the same manner as the pressure roller 1 except that the thickness of the silicone rubber elastic layer was 1.85 mm.
[0063]
Various characteristics of the obtained pressure roller 3 were evaluated, and the results are shown in Table 1. As is apparent from Table 1, the silicone rubber elastic layer was broken when 50,000 sheets were passed.
[0064]
(Example 2) Pressure roller 4
Using an addition reaction cross-linkable liquid silicone rubber DY35-1198 (manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.) as a silicone rubber raw material, a silicone rubber elastic layer is formed on an aluminum core having a diameter of 14 mm according to the method (a). did.
[0065]
Next, the surface of the obtained silicone rubber elastic layer is subjected to primer treatment, and a fluorine rubber dispersion GLS213 (produced by Daikin Industries) containing a fluororesin is spray-applied on the surface so as to have a film thickness of 15 μm. Resin dispersion ENA020-29 (Mitsui / DuPont / Fluorochemical Co., Ltd.) was applied to a thickness of 8 μm. Thereafter, heat treatment was performed in an oven at 300 ° C. for 40 minutes to form a fluororubber layer and a fluororesin layer, and the pressure roller 4 was manufactured.
[0066]
Various characteristics of the obtained pressure roller 4 were evaluated, and the results are shown in Table 1. From Table 1, the following became clear.
[0067]
First, since the JIS-A hardness of the silicone rubber composition is 11 ° and the molar ratio of active hydrogen to alkenyl groups in the silicone rubber raw material is 0.9, the JIS-A hardness after the sealing aging test is Only a 1 degree drop was observed. Moreover, the micro rubber hardness of the silicone rubber composition was 41.90 °, and 42.80 ° after the sealing aging test, and the change was small.
[0068]
Second, the thickness of the silicone rubber elastic layer is 3.60 mm, the thickness of the fluororubber layer is 15 μm, and the thickness of the fluororesin layer is 8 μm. Even after the sheet was fed, the pressure roller 4 maintained good characteristics.
[0069]
(Comparative Example 3) Pressure roller 5
The pressure roller 5 was produced in the same manner as the pressure roller 4 except that addition reaction crosslinking liquid silicone rubber XE15-B7526 (manufactured by GE Toshiba Silicone) was used as the silicone rubber raw material.
[0070]
Various characteristics of the obtained pressure roller 5 were evaluated, and the results are shown in Table 1. As apparent from Table 1, since the molar ratio of active hydrogen to alkenyl group in the silicone rubber raw material used in the production of the pressure roller 5 is 1.3, the JIS-A hardness is 4 ° after the sealing aging test. The micro rubber hardness also decreased by 6.60 °. Further, the peeling of the fluororubber layer occurred when 100,000 sheets were passed.
[0071]
(Comparative Example 4) Pressure roller 6
A pressure roller 6 was manufactured in the same manner as the pressure roller 4 except that the thickness of the fluororubber layer was 10 μm.
[0072]
Various characteristics of the obtained pressure roller 6 were evaluated, and the results are shown in Table 1. As is apparent from Table 1, the peeling of the fluororubber layer occurred when 100,000 sheets were passed.
[0073]
(Comparative Example 5) Pressure roller 7
The pressure roller 7 was manufactured in the same manner as the pressure roller 4 except that the thickness of the fluororesin layer was 6 μm.
[0074]
Various characteristics of the obtained pressure roller 7 were evaluated, and the results are shown in Table 1. As is clear from Table 1, the peeling of the fluororesin layer occurred when 50,000 sheets were passed.
[0075]
[Table 1]

[0076]
【The invention's effect】
In the pressure roller according to the present invention, the silicone rubber elastic layer has a thickness of 2 mm to 5 mm, a JIS-A hardness of 5 ° to 30 °, and a JIS-A hardness change after heating in a sealed state at 300 ° C. for 40 minutes. The fluororubber layer has a thickness of 12 μm to 40 μm; and since the fluororesin layer has a thickness of 7 μm to 20 μm, it has low hardness and durability, and after long-term continuous use However, the toner releasability does not deteriorate, and a clear fixed image can be obtained permanently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a pressure roller of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Core Bar 20 Silicone Rubber Elastic Layer 30 Fluoro Rubber Layer 40 Fluoro Resin Layer

Claims

A pressure roller in which at least a silicone rubber elastic layer, a fluororubber layer, and a fluororesin layer are laminated in this order on the outer periphery of the core metal, and the silicone rubber elastic layer has a thickness of 2 mm to 5 mm; The JIS-A hardness is 5 ° to 30 °, the absolute value of JIS-A hardness change after heating at 300 ° C. for 40 minutes in a sealed state is 3 ° or less, and the fluororubber layer has a thickness of 12 μm to 40 μm The pressure roller, wherein the fluororesin layer has a thickness of 7 μm to 20 μm.

The micro rubber hardness of the silicone rubber elastic layer is 35 ° to 60 °, and the absolute value of the change in hardness of the micro rubber after heating at 300 ° C. for 40 minutes in a sealed state is 2 ° or less. Pressure roller.

The silicone rubber elastic layer comprises an organopolysiloxane having an alkenyl group directly bonded to at least two silicon atoms in the molecule, and an organohydro having a hydrogen atom (active hydrogen) directly bonded to at least two silicon atoms in the molecule. A silicone rubber composition obtained by curing a silicone rubber raw material comprising genpolysiloxane, and a molar ratio of the hydrogen atom (active hydrogen) to the alkenyl group is 0.3 to 1.2. The pressure roller according to claim 1, wherein the pressure roller is provided.

The pressure roller according to claim 3, wherein the alkenyl group is at least one of a vinyl group and an allyl group.

The fluororubber layer is coated with a water-soluble paint in which a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) or a tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) is dispersed in a fluororubber latex and baked. The pressure roller according to claim 1, wherein the pressure roller is formed as follows.

The fluororesin layer is coated with an aqueous paint in which tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) or polytetrafluoroethylene (PTFE) is dispersed. The pressure roller according to claim 1, wherein the pressure roller is formed by firing.