JP2019105671A - 弾性ローラ及び画像形成装置 - Google Patents

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博之 増野
Hiroyuki Masuno
博之 増野
拓弥 松本
Takuya Matsumoto
拓弥 松本
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Abstract

【課題】本発明は、画像形成装置をより安定的に運転することが可能な定着ローラを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、少なくとも、軸体と、軸体の外周面に形成された多孔質の弾性層とを有する定着ローラであって、弾性層に含まれる単一の孔の長軸と、軸体とがなす角をβとし、βが0°以上90°未満となる孔の出現率をC0−90とし、βが90°以上180°以下となる孔の出現率をC90−180とするとき、弾性層の一方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層におけるC0−90と、弾性層の他方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層におけるC90−180との差が、0%より大きく15%以下である、定着ローラを提供する。【選択図】図2

Description

本発明は、画像形成装置の運転中に、無端ベルトの相対位置のずれを起こしにくい、弾性ローラ、及びこれを用いた画像形成装置に関する。
レーザープリンタ、ビデオプリンタ等のプリンタ、複写機、ファクシミリ、これらの複合機等には、電子写真方式を利用した各種の画像形成装置が採用されている。電子写真方式を利用した画像形成装置は多種多様のローラを備えている。例えば、感光体等の像担持体を一様に帯電させる帯電ローラ、現像剤を担持搬送して像担持体に供給する現像ローラ、現像ローラに現像剤を帯電させつつ供給する現像剤供給ローラ、像担持体の表面に残存又は付着した異物を像担持体に接触又は圧接して受領するクリーニングローラ、記録紙等の記録体に転写された現像剤像を定着させる定着ローラ等が挙げられる。これらの各種ローラは、画像形成装置が形成する画像の品質に影響を与えることから、ローラの層構成、各層に含有させる添加剤等に関して、種々検討されている。
一般に、定着ローラの製造に当たっては、シリコーンゴム中に、発泡剤を混合し、金型等を用いてこれらが混合されたシリコーンゴムを押出成型等するとともに、熱処理を行って、発泡剤を発泡させることにより、多孔質の弾性層を形成している(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−055680号公報
ここで、一般に、定着ローラは、無端ベルトを介して駆動され、加圧ローラと当接してこれと連動するが、無端ベルトが回転する際に、画像形成装置の特性により、無端ベルトが一方向に移動する現象が確認されている。画像形成装置の動作中に、無端ベルトが一方向に移動し、定着ローラや加圧ローラと無端ベルトとの相対位置にずれが生じた場合、画像形成装置の安定的な運転に支障をきたすことが懸念されていた。このため、本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、従来に比較して、定着ローラや加圧ローラと無端ベルトとの相対位置にずれが生じにくく、画像形成装置をより安定的に運転することが可能な弾性ローラ、及びこれを使用した画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の発明者らは、上記課題に鑑み、鋭意研究を行った。その結果、定着ローラや加圧ローラが押出成型される際に生じる、シリコーンゴムの対流や、熱処理の際の不均一な熱伝導に起因し、特に成形体の表層や端部において、発泡剤から形成される孔の長軸方向が、軸体と垂直な方向から一方向に偏っていることを見出した。ここで、この孔の長軸方向の傾きを、弾性層の端部において、左右非対称となるように、成形体の切り出し条件、研磨条件を調整した場合、定着ローラや加圧ローラの駆動時に、表層に一定方向の力が作用することを見出した。そして、この表層に作用する力と、無端ベルトが軸方向に移動しようとする力を対抗させることにより、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は、以下のものを提供する。
(1)少なくとも、軸体と、軸体の外周面に形成された多孔質の弾性層とを有する弾性ローラであって、弾性層に含まれる単一の孔の長軸と、軸体とがなす角をβとし、βが0°以上90°未満となる孔の出現率をC0−90とし、βが90°以上180°以下となる孔の出現率をC90−180とするとき、弾性層の一方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層におけるC0−90と、弾性層の他方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層におけるC90−180との差が、0%より大きく15%以下である、弾性ローラ。
(2)弾性層の軸方向中心部10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層において、C0−90が、45%以上55%以下であり、C90−180が、45%以上55%以下である、(1)に記載の弾性ローラ。
(3)弾性層に含まれる孔の孔径が、30μm以上300μm以下である、(1)又は(2)に記載の弾性ローラ。
(4)弾性層の厚みが、1mm以上50mm以下である、(1)から(3)のいずれかに記載の弾性ローラ。
(5)(1)から(4)のいずれかに記載の弾性ローラを、定着ローラ又は加圧ローラとして備えてなる画像形成装置。
本発明によれば、定着ローラ及び加圧ローラの製造条件下で、弾性層に含まれる孔の長軸が、軸体となす角βを個別に解析し、βが0°以上90°未満となる孔の出現率が、弾性層の端部において、左右非対称となるように、弾性層の切り出し条件を調整したので、弾性ローラの表層に働く一方向の力を、無担ベルトが軸方向に移動しようとする力と対抗させることが可能となり、画像形成装置において、弾性ローラを安定的に駆動することができる。
弾性層に含まれる孔の模式図を示す図面である。 本発明の弾性ローラの一例を示す図面である。 本発明の画像形成装置の一例を示す概略図である。
以下、本発明について、図面を参照して詳細に説明する。
<弾性ローラ>
本発明の弾性ローラ1は、図2に示されるように、軸体2と弾性層3と離型層4とを有する。
[軸体]
軸体2は、従来公知の弾性ローラにおいて用いられる軸体と同様の軸体を用いることができる。軸体2は、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等で構成された「芯金」と称される軸体である。軸体2は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂等の絶縁性芯体にメッキを施した軸体であってもよい。
[弾性層]
(孔の長軸の方向の分布)
本発明の弾性ローラ1は、図1に示すように、弾性層3に含まれる単一の孔の長軸(図1中I)と、軸体2(図1中X)とがなす角をβとし、βが0°以上90°未満となる孔の出現率をC0−90とし、βが90°以上180°以下となる孔の出現率をC90−180とするとき、弾性層3の一方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層3におけるC0−90と、弾性層3の他方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層3におけるC90−180との差が、0%より大きく15%以下であり、1%以上9%以下であることが好ましい。すなわち、本発明の弾性ローラ1においては、弾性層3の一方端部と他方端部との両者で、孔の傾きが、軸体2と垂直な方向とは乖離した方向を中心に分布しているものの、この孔の傾きの、軸体2と垂直な方向からの乖離の程度が、左右両端部で一定程度異なったものとなっている。このように、孔の傾きの分布が、弾性層3の左右両端部で非対称となっていることにより、弾性ローラ1を稼働する際に、一方向に力が働き、これが、無端ベルトが軸方向に移動しようとする力と対抗することによって、無端ベルトの相対位置が、弾性ローラ1の軸方向にずれてしまうことがなく、弾性ローラ1を安定的に運転することができる。なお、本発明においては、弾性層3の軸方向中心部10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層3において、C0−90が、45%以55%以下であり、C90−180が、45%以上55%以下であることが好ましい。
弾性層3における孔の長軸の方向の分布を調整するにあたっては、例えば、ポリウレタンフォーム・エラストマー用試験機「PORE!SCAN」(商品名、株式会社平泉洋行製)を使用して、所定条件下で製造された弾性層3における、孔の長軸の分布を、弾性層3の部位ごとに確認し、所定の領域におけるC0−90及びC90−180が、上記の条件を充足するように、成型後の弾性層3の両端のカット量、表面の研磨量を調整することにより、調整することが好ましい。ここで、弾性層3における孔の長軸の方向の分布については、形成する弾性層の直径、金型の大きさ、弾性層3の形成に用いる各種材料の特性、加熱成型時の加熱条件等により異なるため、「PORE!SCAN」により、孔の長軸の方向の分布を測定するにあたっては、これらの条件を、実際の製造条件と一致させて、測定することが好ましい。
なお、本発明の弾性ローラ1の弾性層に含まれる孔の孔径は、好ましくは、おおよそ、30μm以上300μm以下となることが想定され、より好ましくは、50μm以上250μm以下となることが想定される。
(弾性層の厚さ)
本発明の弾性ローラは、C0−90、及びC90−180が所定の数値となるように、両端部をカットしつつ外形を研磨しているため、弾性層3の厚さは、通常、1mm以上60mm以下であることが好ましく、2mm以上30mm以下であることがより好ましい。
(発泡ゴム組成物)
弾性層3は、発泡ゴム組成物を加熱・硬化することにより作製することができる。発泡ゴム組成物は、ゴムと、発泡剤と、必要に応じて、各種添加剤等とを含有する組成物を好適に使用することができる。ゴムは各種ゴムを採用できるが、それらの中でもシリコーンゴムであることが好ましい。シリコーンゴムを含有する発泡ゴム組成物として、ビニル基含有シリコーン生ゴムと、シリカ系充填材と、発泡剤と、付加反応架橋剤と、付加反応触媒と、反応制御剤とを含有し、必要に応じて、さらに、有機過酸化物架橋剤と耐熱性向上剤と各種添加剤とを含有する付加反応型発泡シリコーンゴム組成物が好ましい。このような付加反応型発泡シリコーンゴム組成物として、例えば特開2008−076751号公報に記載されている付加反応型発泡シリコーンゴム組成物が挙げられる。
ここで、発泡剤としては、特に限定されず、公知のシリコーンゴム用発泡剤を用いることができる。発泡剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、アゾジカルボンアミド(ADCA)、ジニトロソペンタメチレンテトラミン(DPT)、ヒドラゾジカルボンアミド(HDCA)等の有機アゾ発泡剤を好適に用いることができる。
発泡剤の配合量は、発泡体の発泡倍率に応じて適宜変更することができる。発泡体の発泡倍率は、例えば、110%以上であってもよく、500%以下であっても350%以下であってもよい。発泡剤の配合量は、このような発泡倍率を達成できる量であればよい。
(離型層)
弾性層3の外周面上には、離型層4が設けられている。離型層4は、トナーと定着ローラ1との離型性を向上させて、トナーの固着を防ぐことを目的とする層である。
離型層4としては、例えば、フッ素樹脂を含む層を挙げることができる。フッ素樹脂としては、例えば、フッ化エチレン−プロピレンコポリマー(FEP)、フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)等を挙げることができる。
離型層4の厚さは特に限定されず、例えば15μm以上150μm以下であってもよく、20μm以上100μm以下であってもよい。
離型層4は、弾性層3の上にフッ素樹脂を含む塗液を塗布して形成すればよい。また、離型層4は、フッ素樹脂を含むチューブから構成されていてもよく、当該チューブで弾性層3の外周面を被覆することによって形成してもよい。
弾性層3と離型層4との間には、両者を接着するプライマー層が設けられていてもよい。プライマー層は、接着剤又はその硬化物を含む層であってもよい。接着剤としては、例えば、シリコーン系接着剤、アクリル系接着剤等を用いることができる。接着剤層の厚さは特に制限されず、例えば1μm以上100μm以下であってもよく、5μm以上50μm以下であってもよい。
<弾性ローラの製造方法>
弾性ローラ1は、軸体2の外周面に弾性層3を形成し、さらに、弾性層3の外周面に離型層4を形成して製造される。
弾性ローラ1を製造するには、まず、軸体2を準備する。例えば、軸体2は公知の方法により所望の形状に調製される。この軸体2は、弾性層3が形成される前にプライマーが塗布されていてもよい。軸体2に塗布されるプライマーとしては、特に制限はないが、弾性層3と離型層4とを接着又は密着させるプライマー層とを形成する材料と同様の樹脂及び架橋剤が挙げられる。プライマーは、所望により溶剤等に溶解され、定法、例えば、ディップ法、スプレー法等に従って、軸体の外周面に塗布される。
弾性層3は、発泡ゴム組成物を軸体2の外周面に加熱硬化して形成される。例えば、弾性層3は、公知の成型方法によって、加熱硬化と成型とを同時に又は連続して行い、軸体2の外周面に形成される。発泡ゴム組成物の硬化方法は発泡ゴム組成物の硬化に必要な熱を加えられる方法であればよく、また、弾性層3の成型方法も押出成型による連続加硫、プレス、インジェクションによる型成型等、特に制限されるものではない。発泡ゴム組成物の効果温度は、100℃以上300℃以下であることが好ましく、150℃以上250℃以下であることがより好ましい。
このようにして形成された弾性層3は、両端部をカットされるとともに、その表面が研磨、研削されて、外径及び表面状態等が調整される。また、弾性層3は、離型層4が形成される前にプライマー層が形成されてもよい。
<画像形成装置>
次に、本発明の弾性ローラ1を備えた、定着装置及び画像形成装置の一例を、図3を参照して、説明する。
本発明の弾性ローラ1は上記の特性を有しているので、画像形成装置30に具備される定着装置に装着される定着ローラ53又は加圧ローラ56として好適に用いられる。
図3に示されるように、この発明に係る画像形成装置30は、静電潜像が形成される回転可能な像担持体31、例えば感光体と、像担持体31の周囲に配置された、帯電手段32、例えば帯電ローラ、露光手段33、現像手段40、転写手段34、例えば転写ローラ及びクリーニング手段37と、記録体の搬送方向下流側に定着装置35とを備えている。この現像手段40は、従来の現像手段と基本的に同様に形成され、具体的には、図3に示されるように、現像剤収納部41と、像担持体31に現像剤42を供給する現像剤担持体44と、現像剤担持体44に現像剤42を供給する現像剤供給手段43と、現像剤42を帯電させる現像剤規制部材45とを備えている。
定着装置35は、図3にその断面が示されるように、被転写体36を通過させる開口52を有する筐体50内に、定着ローラ53と、定着ローラ53の近傍に配置された無端ベルト支持ローラ54と、定着ローラ53及び無端ベルト支持ローラ54に巻回された無端ベルト55と、無端ベルト55を介して定着ローラ53に圧接する加圧ローラ56と、無端ベルト55に非接触となるように配置され、無端ベルト55を介して外部から定着ローラ53を加熱する加熱手段57とを備え、無端ベルト55を介して定着ローラ53と加圧ローラ56とが互いに当接又は圧接するように回転自在に支持されてなる圧力熱定着装置である。
無端ベルト支持ローラ54は、画像形成装置に通常用いられるローラであればよく、例えば、弾性ローラ等が用いられる。無端ベルト55は、例えば、ポリアミド、ポリアミドイミド等の樹脂により、無端状に形成されたベルトであればよく、その厚さ等も適宜定着装置35に適合するように調整することができる。加圧ローラ56はスプリング等の付勢手段(図示しない)によって無端ベルト55を介して定着ローラ53に圧接している。この定着装置35においては、加圧ローラ56が装着されている。加熱手段57は、ハロゲンヒーター及び反射板等を用いた輻射加熱方法、加熱器等を直接接触させて加熱する直接接触加熱方法、並びに誘導加熱方法等が採用される。この加熱手段57は、定着ローラ53における軸線方向の長さとほぼ同じ長さを有する部材であり、定着装置35のいずれに配置されてもよいが、図3に示されるように、定着ローラ53の表面より一定の間隔を隔てて定着ローラ53に略並行に配置されるのがよい。誘導加熱方法には加熱用コイルが用いられ、この加熱用コイルは、通常、フェライト等の強磁性体で、スイッチング電源用として用いられている代表的な形状であるI型、E型及びU型等に形成され、導線が巻かれている。無端ベルト55と加圧ローラ56との圧接された間を被転写体36が通過することにより、加圧と同時に加熱され、被転写体36に転写された現像剤42(静電潜像)を定着させることができる。
本発明の画像形成装置30は、次のように作用する。まず、画像形成装置30において、帯電手段32により像担持体31が一様に帯電され、露光手段33により像担持体31の表面に静電潜像が形成される。次いで、現像手段40から現像剤42が像担持体31に供給されて静電潜像が現像され、この現像剤像が像担持体31と転写手段34との間に搬送される被転写体36上に転写される。この被転写体36は定着装置35に搬送され、現像剤像が永久画像として被転写体36に定着される。このようにして、被転写体36に画像を形成することができる。
本発明の画像形成装置30は、本発明の弾性ローラ1を装着しているので、無端ベルト55が弾性ローラ1の軸方向にずれてしまうことがなく、安定的に運転できるものである。
<実施例1>
無電解ニッケルメッキ処理が施された軸体(直径20mm×長さ350mm、SUM22)をトルエンで洗浄し、プライマー「No.101A/B」(商品名、信越化学工業株式会社製)を塗布した。プライマー処理した軸体を、ギアーオーブンを用いて180℃の温度にて30分焼成処理した後、常温にて30分以上冷却し、プライマー層を形成した。
次いで、ビニル基含有シリコーン生ゴムとシリカ系充填材との混合物(信越化学工業株式会社製のシリコーンゴム組成物「KE−904FU」)100質量部と、「架橋剤」として、信越化学工業株式会社製の「C−25B」(商品名、付加反応架橋剤)を3質量部と、「触媒」として、信越化学工業株式会社製の「C−25A」(商品名、白金触媒)を2質量部と、「化学発泡剤」として大塚化学株式会社製の「AZOシリーズ」(商品名、AIBN)を3質量部とを、二本ロールで十分に混練して、付加反応型発泡シリコーンゴム組成物を調整した。
プライマー層を形成した軸体と付加反応型発泡シリコーンゴム組成物とを押出成型機にて一体分出し、赤外線加熱炉(IR炉)を用いて付加反応型発泡シリコーンゴム組成物を250℃で10分間加熱して発泡架橋させた。その後、さらに、ギアーオーブンを用いて、200℃で7時間にわたって発泡架橋後の付加反応型発泡シリコーンゴム組成物を二次加熱し、常温にて1時間以上放置した。この成形体の両末端をカットするとともに、表層を研磨して外径10mmの弾性層を形成した。この弾性層について、弾性層に含まれる単一の孔の長軸と、軸体とがなす角βを、「PORE!SCAN」を用いて測定し、βが0°以上90°未満となる孔の出現率C0−90と、βが90°以上180°以下となる孔の出現率C90−180とを、弾性層の一方端部又は他方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層と、弾性層の軸方向中心部10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層について調べた。その結果、弾性層の一方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層のC0−90が、35%であり、C90−180が、65%であり、弾性層の他方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層のC0−90が、63%であり、C90−180が、37%であり、弾性層の軸方向中心部10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層のC0−90が、48%であり、C90−180が、52%であった。
<実施例2>
実施例1と同様の条件で、弾性層を製造するとともに、硬化した弾性層両末端のカット量、表層の研磨量を調整して、弾性層の一方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層のC0−90が、44%であり、C90−180が、56%であり、弾性層の他方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層のC0−90が、59%であり、C90−180が、41%であり、弾性層の軸方向中心部10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層のC0−90が、49%であり、C90−180が、51%である弾性層を有する定着ローラを製造した。
<比較例1>
実施例1と同様の条件で、弾性層を製造するとともに、硬化した弾性層両末端のカット量、表層の研磨量を調整して、弾性層の一方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層のC0−90が、38%であり、C90−180が、62%であり、弾性層の他方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層のC0−90が、42%であり、C90−180が、58%であり、弾性層の軸方向中心部10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層のC0−90が、51%であり、C90−180が、49%である弾性層を有する定着ローラを製造した。
<評価>
このようにして製造した各被験ローラを、電子写真式プリンタ(株式会社沖データ製、商品名:「MICROLINE 1032PS」、解像度1200dpi相当)の定着ローラとして配設した。この際、無端ベルトと各被験ローラの端部の位置を一致させた。なお、無端ベルト、現像剤、及び現像剤規制部材は電子写真式プリンタに付属の現像剤及び現像剤規制部材を用いた。この電子写真式プリンタを稼働させて、A4普通紙10,000枚を印刷した。その後、電子写真式プリンタの運転を停止させて、無端ベルトと各被験ローラとの位置のずれを測定した。
表1に示されるように、本発明の弾性ローラでは、比較例の弾性ローラに比較して、運転中の無端ベルトの、軸方向へのずれが効果的に抑制され、安定的に稼働することが可能なものであった。
1 弾性ローラ
2 軸体
3 弾性層
4 離型層
30 画像形成装置
31 像担持体
32 帯電手段
33 露光手段
34 転写手段
35 定着装置
36 被転写体
37 クリーニング手段
40 現像手段
41 現像剤収納部
42 現像剤
43 現像剤供給手段
44 現像剤担持体
45 現像剤規制部材
50 筐体
52 開口
53 定着ローラ
54 無端ベルト支持ローラ
55 無端ベルト
56 加圧ローラ
57 加熱手段
70 試験機
71 加熱ローラ
72 内部ヒータ
73 外部ヒータ
74 試験ローラ装着部
75 押圧力調整手段

Claims (5)

  1. 少なくとも、軸体と、軸体の外周面に形成された多孔質の弾性層とを有する弾性ローラであって、
    弾性層に含まれる単一の孔の長軸と、軸体とがなす角をβとし、βが0°以上90°未満となる孔の出現率をC0−90とし、βが90°以上180°以下となる孔の出現率をC90−180とするとき、
    弾性層の一方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層におけるC0−90と、弾性層の他方端部0%から10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層におけるC90−180との差が、0%より大きく15%以下である、弾性ローラ。
  2. 弾性層の軸方向中心部10%、かつ表層0%から33%の領域の弾性層において、C0−90が、45%以55%以下であり、C90−180が、45%以上55%以下である、請求項1に記載の弾性ローラ。
  3. 弾性層に含まれる孔の孔径が、30μm以上300μm以下である、請求項1又は2に記載の弾性ローラ。
  4. 弾性層の厚みが、1mm以上60mm以下である、請求項1から3のいずれかに記載の弾性ローラ。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載の弾性ローラを、定着ローラ又は加圧ローラとして備えてなる画像形成装置。
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