JPH0259468B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明は電子写真複写機における熱ローラ定着
装置、具体的には、導電性芯材上にオフセツト防
止層を積層して成る加熱ローラと、該加熱ローラ
に圧接する、導電性芯材上に絶縁層を形成して成
る圧接ローラとからなり、両ローラ間を電子写真
法により形成されたトナー像を保持する複写紙を
通過させることにより該トナー像を複写紙上に定
着させる熱ローラ定着装置、特に、加熱ローラ表
面にオフセツト防止剤を塗布しない形式の熱ロー
ラ定着装置に関する。 従来技術 この種の熱ローラ定着装置は、オフセツト防止
剤を使用するものに比べ、オフセツト防止剤によ
る複写紙の汚れがなく定着後の複写紙の手ざわり
が良いこと、また、オフセツト防止剤塗布手段が
不要であるため定着装置の簡略化及びコストダウ
ンが行なえることなどの利点がある。しかし、そ
の反面、オフセツトが非常に発生し易いという欠
点がある。従来、このオフセツトを防止する手段
として種々提案され、加熱ローラとトナー相互の
離型性を良くするための離型性及び耐熱性に優れ
た弗素樹脂をオフセツト防止層として積層した加
熱ローラを用いたり、あるいは、またトナー自体
の離型性を向上させるためそのバインダ樹脂の選
択あるいは離型剤、例えば低分子量ポリプロピレ
ンの添加など種々行なわれてはいるが、オフセツ
ト防止剤を使用しない限りオフセツトを防止する
ことは困難であつた。 更に、弗素樹脂をオフセツト防止層として積層
した加熱ローラは、その表面が複写紙や分離爪、
温調素子との接触により摩耗したり、傷が生じた
りする問題がある。特に、熱伝導を良くする目的
で、オフセツト防止層を薄くした場合、加熱ロー
ラ芯金が露出し、離型性の極端な低下をまねき、
これによつてオフセツトが発生する。従つて、オ
フセツト防止層は30μ〜40μの厚さが必要となる
が、この場合、熱伝導が悪くなり、加熱ローラ表
面温度の安定性が悪くなるという問題がある。 従来、耐摩耗を向上させる目的で、弗素樹脂に
顔料を混入したもの、或は耐摩耗の良好なバイン
ダー中に弗素樹脂粉末を混入したものがあるが、
いずれも、定着ローラとしての離型性が悪く、オ
フセツトが発生し易いという欠点があつた。 目 的 本発明は、離型性及び耐熱性に優れた弗素樹脂
をオフセツト防止層として積層した加熱ローラに
おける上述の諸問題を解決し、オフセツト防止効
果、耐摩耗性、並びに熱伝導性に優れた加熱ロー
ラを提供することを目的とする。 本発明者は、上記目的を達成するために、導電
性芯材上に弗素樹脂からなるオフセツト防止層を
例えば、ブラスト処理等で直接またはプライマー
層（接着層）を介して形成してなる加熱ローラ
と、導電性芯材上に絶縁層を形成してなる圧接ロ
ーラとを組み合せた定着装置では、正帯電トナー
像を保持する複写紙を定着したとき、初期の間だ
けオフセツト現象が発生し、ある程度時間が経過
すると発生しなくなり、他方、負帯電トナー像を
保持する複写紙を定着したとき、初期の間だけオ
フセツト現象が発生しないが、ある程度時間が経
過すると発生するようになり、その原因として、
加熱ローラと圧接ローラ間および各ローラと複写
紙間の摩擦あるいは摩擦接触により両ローラ共に
帯電し、加熱ローラは初期の間は負に帯電し始
め、ある時間経過するとそれまでとは逆に正に帯
電し、オフセツト現象がトナーの静電吸着に起因
することを実験により確認した。 それ故、弗素樹脂をオフセツト防止層として積
層した加熱ローラを用い、加熱ローラ表面にオフ
セツト防止剤を塗布しない形式の熱ローラ定着装
置においては、オフセツトの防止のためには、少
なくとも、加熱ローラを、使用する帯電トナーが
静電吸着するまで帯電させないか或は帯電トナー
と同極に帯電させること好ましくはほとんど帯電
させないようにすることの関係が必要であるこ
と。 また、同時に、耐摩耗性、熱伝導性を向上させ
るためには、上記の関係を満足するオフセツト防
止のための添加剤が耐摩耗性、熱伝導性に優れた
ものであることが必要であること。 発明の概要 本発明者は、上述の点に注目し、種々研究を重
ねた結果、弗素樹脂からなるオフセツト防止層
に、炭素繊維を９〜25重量％、好ましくは12〜20
重量％を添加することにより上述の関係を満足さ
せること、更に、フツ化炭素を炭素繊維の添加量
との和が30重量％未満好ましくは28重量％以内添
加することにより上述の耐摩耗性を著しく改善さ
せることを見出し、本発明を完成するに至つたも
のである。 本発明に係る熱ローラ定着装置は、導電性芯材
上にオフセツト防止層を積層して成る加熱ローラ
と、該加熱ローラに圧接する、導電性芯材上に絶
縁層を形成して成る圧接ローラとからなり、トナ
ー像を保持する複写紙を前記両ローラ間を通過さ
せることによりトナー像を該複写紙上に定着させ
る熱ローラ定着装置において、前記オフセツト防
止層が炭素繊維を９〜25重量％好ましくは12〜20
重量％含有する弗素樹脂更には、炭素繊維の他に
フツ化炭素を総和が30重量％未満好ましくは28重
量％以内含有する弗素樹脂からなることを特徴と
するものである。 加熱ローラおよび圧接ローラの導電性芯材の材
料としては、アルミニウム・アルミニウム合金・
ステンレス鋼などの鉄合金、その他の金属が使用
される。 プライマー層は、鉄合金・アルミ合金など前記
金属材料の接着性下塗り剤として市販されている
弗素樹脂等を含有する耐熱プライマーによつて形
成されるが、具体的には、デユポン社製クツクウ
エア（Ａプライマー）459−882、三井フロロケミ
カル製MPG−RD、などが使用される。 オフセツト防止層は、四フツ化エチレン樹脂
（PTFE）、四フツ化エチレン−パ−フルオロアル
コキシエチレン共重合樹脂（PFA樹脂）、四フ化
エチレン−六フツ化プロピレン共重合樹脂
（FEP樹脂）など離型性及び耐熱性に優れた弗素
樹脂を主体として形成され、この弗素樹脂中に、
耐摩耗性・熱伝導性・電気伝導性及び柔軟性に優
れた炭素繊維を含有する。具体的には、呉羽化学
工業社製クレカＭ−107T又はクレカＭ−201S、
三菱レイヨン社製パイロフイルNR7003又はパイ
ロフイルEHMS10STA、東レ社製トレカT008A
又はトレカM40、東邦レーヨン社製ベスフアイト
1000又は、ベスフアイトHM−6000及び日本カー
ボン社製カーボロンGF−20又はGF−３などが
使用できる。 この炭素繊維は、弗素樹脂中に９〜25重量％好
ましくは12〜20重量％添加されるが、これは９重
量％未満では、その添加効果が薄く、逆に25重量
％を超えると離型性が低下傾向にあるからであ
る。 更に、炭素繊維よりも耐摩耗性が優れ、且つ、
弗素樹脂よりも離型性が優れており、弗素と炭素
又は、黒鉛との化学反応で生成した無機質高分子
化合物で、分子式（CF）ｎで表わされるフツ化
炭素を含有する。具体的には、ダイキン工業社製
フツ化炭素、日本カーボン社製フツ化炭素などが
使用できる。 このフツ化炭素は、弗素樹脂中に上記炭素繊維
と共に添加されるが、その添加量は、炭素繊維と
の和で30重量％未満、好ましくは28重量％以内と
される。これは、その和が30重量％以上となる程
フツ化炭素を添加すると、耐摩耗性の効果が認め
られず、逆に低下するからである。 圧接ローラの絶縁層は天然ゴム、合成ゴムなど
通常採用されているゴム状弾性を示す材料で形成
される。 実施例 以下、本発明の一実施例について説明する。 第１図に示す本発明に係る熱ローラ定着装置
は、加熱ローラ１と圧接ローラ６とからなり、加
熱ローラ１は導電性芯材としての金属ローラ２の
表面に常法によりプライマー層３を形成し、その
上を９〜25重量％の炭素繊維又は、この炭素繊維
の他にその和が30重量％未満であるフツ化炭素を
含有する弗素樹脂で被覆してオフセツト防止層４
を積層する一方、金属ローラ２の内部にヒータ５
を配設されており、図示しないモータにより回転
駆動される。圧接ローラ６は芯材としての金属ロ
ーラ７の表面に絶縁層８を形成することにより構
成され、加熱ローラ１に対接されている。加熱ロ
ーラ１は定着装置の作動時、ヒータ５により加熱
されるが、その温度は使用するトナーの種類に応
じて適宜、140〜120℃に設定される。図中、９は
分離爪、１０はガイド板、１１は排紙ローラであ
る。 上記構成の定着装置は、電子写真法により形成
された正、又は、負帯電トナー像Ａを保持した複
写紙Ｂを両ローラ１，６間に供給し、挟圧しつつ
通過させてトナー像Ａを複写紙Ｂ上に定着させる
と、定着初期からオフセツトのない複写が得られ
ると共に、耐摩耗性・熱伝導性に優れたものであ
る。 これについては、次の実験例により詳述する。 実験例 １ 導電性芯材としてアルミニウム製ローラを用
い、常法により6μｍ厚のプライマー塗料（三井
フロロケミカル製MPG−RD）からなるプライマ
ー層をローラ表面に形成し、さらにその上に、粉
体のPFA樹脂に呉羽化学工業社製クレカＭ−
107T（繊維長さ50μ、直径７〜10μ）の炭素繊維と
ダイキン工業社製フツ化炭素（CF）ｎ（平均粒径
1μ）とを夫々表１の組成欄に示す割合で添加混
合したもの（実験No.１〜26）を焼付塗装し、研磨
により30〜40μ厚に積層してオフセツト防止層を
形成して加熱ローラを製造した。それとは別にア
ルミニウム製ローラの表面を市販のシリコーンゴ
ムで被覆して圧接ローラを製造し、これらを用い
て第１図の熱ローラ定着装置を構成した。この装
置を用いて、電子写真法により形成された正帯電
トナー像（トナー：スチレン・アクリル系樹脂を
主成分とし、平均粒径14μ、帯電量10〜12μc／
ｇ）を保持する複写紙及び同じく負帯電トナー像
（トナー：スチレン・アクリル系樹脂を主成分と
し、平均粒径14μ、帯電量８〜10μc／ｇ）を保持
する複写紙の各々について加熱ローラ温度170℃、
毎分12枚の割で定着処理し、正帯電トナー像に対
しては、連続通紙５分後、負帯電トナー像に対し
ては連続通紙20分後、30分後又は60分後のいずれ
かについてのオフセツト性を夫々調べた。その結
果を第２図に示す。 なお、接触帯電時に接触物間に温度差がある
と、その温度差によつて帯電極性が影響を受ける
現象があることから、通常採用される温度範囲を
含む範囲にて加熱ローラの温度を変化させ、各温
度におけるオフセツト性を図示してある。第２図
中、斜線部はオフセツトの度合が重い場合を、横
線部はその度合が軽い場合を、無地部はオフセツ
トが無い場合をそれぞれ示す。 第２図から明らかなように、オフセツト防止層
のPFA樹脂に炭素繊維を添加するとオフセツト
性が改善されるが、その添加量によりオフセツト
性の改善の割合が異なる。即ち、実験No.２、No.11
の如く、炭素繊維を７重量％添加してもオフセツ
ト性は改善されないが、実験No.12より９重量％添
加すると改善され、添加量の増加に従つて向上す
る。しかし、実験No.５、No.９、No.18〜20より明ら
かな如く、炭素繊維の添加量が多くなると、オフ
セツト性が低下してくる。これは、添加量の増加
によるオフセツト防止層の離型性の低下に起因す
ること、また、耐摩耗性改善の目的で添加したフ
ツ化炭素はその添加量を増加しても炭素繊維13重
量％については実験No.４、No.８、No.16、No.24では
ほとんど変化していないこと、なお炭素繊維11重
量％については、実験No.22では正帯電トナーと負
帯電トナーのオフセツト性が逆関係になり、実験
No.14では負帯電トナーのオフセツト性を改善さ
れ、炭素繊維20重量％についても実験No.18に対し
No.26のオフセツト性が若干改善されているが、他
の実験No.ではほとんど変化していないことによ
り、全体として、フツ化炭素はオフセツト性の改
善にほとんど寄与していないと言えること、ま
た、実験No.26から明らかな如く、フツ化炭素は添
加量を増加してもオフセツト防止層の離型性をそ
こなわないことが確認された。 このことより、オフセツト性の改善は炭素繊維
の添加量を比較するのみ（フツ化炭素の添加量は
考慮外）でよい。 ここで、オフセツトのない無地部、即ち非オフ
セツト温度域が広い程、オフセツト性の改善の度
合が良く、実用度が高いことを示している。 今、この関係を表１のオフセツト性の欄に、実
用面から見て、良好なものを〇、非常に良好なも
のを◎、実用性のないものを×で表示した。 なお、◎は、非オフセツト温度域が40℃以上の
ものを示す。表１のオフセツト性の欄より明らか
な如く、炭素繊維の添加量よりトナーとトナ
ーのオフセツト性の改善の程度が実験No.３、No.
６、No.10、No.13、No.20、No.22では異なつている。 次に、加熱ローラの耐摩耗性を調べた。 これは、JIS規格、K7204のテーバー式摩耗試
験機を用い、試験条件として、摩耗輪CS−17、
荷重１Kg、回転数1500回における摩耗質量を求め
た。その結果を表１の耐摩耗性欄に示すと共に、
フツ化炭素（CF）ｎの添加量０、１、５、15重
量％に関する炭素繊維の添加量とテーバー摩耗質
量との関係を求め、これを第３図に示す。 表１、第３図より明らかなように、オフセツト
防止層が従来のPFA樹脂のみでは、13mgの摩耗
質量が生じるのに対し、炭素繊維を添加すること
により耐摩耗性が改善され、フツ化炭素を添加す
るとその改善は著しい。また、第３図よりフツ化
炭素（CF）ｎの添加量を15重量％より増加する
と、その曲線が更に左側に深くシフトすることが
推測される。しかし、フツ化炭素の添加量が炭素
繊維との和において30重量％以上になると、表１
の実験No.10、No.19、No.20、No.25、No.26より明らか
な如く耐摩耗性の改善は見られず、逆に低下して
好ましくないことが確認された。 ここで、上述の両実験結果より、オフセツト
性、耐摩耗性についての総合評価を行ない、 両者が改善されている場合 〇 一方でも改善されていない場合 × として第１表に示した。 この総合評価より、炭素繊維の添加量は９〜25
重量％、フツ化炭素の添加量は炭素繊維との和に
おいて30重量％未満であると、オフセツト性と耐
摩耗性とがPFA樹脂のみの従来の場合に比べ優
れたものとなる。さらに、フツ化炭素（CF）ｎ
の添加量は炭素繊維の添加量が９重量％のとき、
20重量％まで可能であるが、第３図よりフツ化炭
素（CF）ｎ＝15重量％曲線が（CF）ｎ＝５重量
％曲線に比べ、炭素繊維添加量が９重量％以上、
11重量％未満の狭い範囲において耐摩耗性が優れ
ているのみであり、11〜20重量％の広い範囲にお
いてはフツ化炭素（CF）ｎ＝５重量％の方が優
れていること、また、フツ化炭素（CF）ｎ＝１
重量％曲線は、（CF）ｎ＝０重量％曲線より耐摩
耗性がわずかしか改善されていないこと、これに
対し、（CF）ｎ＝５重量％曲線は著しく改善され
ていることにより、フツ化炭素（CF）ｎの添加
量は５重量％程度が好ましいと言える。 また、この炭素繊維又はフツ化炭素の添加によ
り、熱伝導性も著しく改善され、加熱ローラの表
面温度は安定したものであつた。 なお、PFA樹脂に炭素繊維９〜20重量％、フ
ツ化炭素５重量％を夫々添加したもの、即ち、摩
耗質量５mg以下の場合、実施例の加熱ローラのオ
フセツト防止層の厚さを約20μと薄くしても耐摩
耗性は十分であり、これにより更に、熱伝導性を
向上させることができた。 次に、オフセツト性の改善と加熱ローラの帯電
特性との関係を調べるために、加熱ローラが温度
170℃に設定され、A4サイズの複写紙を白紙のま
ま11cm／秒の速度で毎分12枚を40Kg圧に設定され
た両ローラ間を通過させ、その際の加熱ローラの
円周上の最大と最小の表面電位を振動型表面電位
計により測定した。今、実験No.１、11、12、14、
16及び22についてその結果を第４図〜第９図に示
す。これより明らかなように、この帯電特性は、
第１０図に示す如き、曲線Ａ〜Ｄの４つに大別さ
れる。 即ち、曲線Ａは、ほとんど或いは全く帯電しな
い場合、曲線Ｂは当初から正に帯電し、その表面
電位は＋200V以下である場合、曲線Ｃは帯電極
性が通紙時間により負から正に変化するが、その
表面電位は−100V〜＋200Vの範囲にある場合、
及び曲線Ｄは曲線Ｃと同じ関係であるが、曲線Ｃ
に比べて大きく変化する場合である。 上記測定結果による帯電特性を、表１の帯電特
性欄に曲線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを夫々Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
で表示する。 この実験結果より明らかなように、PFA樹脂
に炭素繊維を添加することで、加熱ローラの摩擦
帯電が押えられ、これにより、正又は負の帯電ト
ナーの静電吸着が発生しなくなり、オフセツト性
が改善されることが確認された。 この実験例では、炭素繊維の添加量が９重量％
以上になると、加熱ローラの表面電位が−100V
〜＋200Vの範囲に押えられ、オフセツト性が改
善されているが、この表面電位は、使用する圧接
ローラ、複写紙の材質、環境条件特に湿度等の変
化により変化すること、更には、使用するトナー
の種類によりその帯電量が異なること等により、
オフセツト現象の範囲も変化することを考慮する
必要がある。 ここで、注目すべきことは、実験No.７、No.15、
No.23より明らかな如く、炭素繊維の添加量が12重
量％以上になると、帯電特性は曲線Ａの如く、ほ
とんど或いは全く帯電しなくなること、この場
合、上記諸条件に影響されることなく、正・負両
トナーのオフセツトを防止できること、従つて、
炭素繊維の添加量を12重量％以上とすることは、
正・負両トナーを使用する複写機の定着装置にお
ける加熱ローラとして、その実用面で最も好まし
いものであると言える。 なお、炭素繊維の添加量が25重量％を超える
と、実験No.10、No.20に示す如く、加熱ローラは帯
電しないものの、前述したように離型性の低下を
招き、オフセツト性を低下させることになるこ
と、従つて炭素繊維の添加量が12〜25重量％のと
き、上記諸条件に影響されることなく、正・負両
トナーのオフセツトが防止できる。また、フツ化
炭素の添加は、炭素繊維との総和において、実験
No.19、No.25より30重量％未満好ましくは実験No.24
より28重量％以内の範囲とする必要がある。 以上のことから、炭素繊維の添加量が12〜20重
量％であるとき、上記諸条件に影響されることな
く、正負両トナーの非オフセツト温度域が40℃以
上であり、更にフツ化炭素（CF）ｎの添加量が
５重量％であるとき、耐摩耗性が著しく改善さ
れ、オフセツト防止層の厚さも薄くでき、熱伝導
性が向上することになる。 次に、オフセツト性の改善と加熱ローラの電気
抵抗との関係を調べるために10cm角のアルミニウ
ム板上に積層したオフセツト防止層の体積抵抗を
電気抵抗測定器（タケダ理研社製ウルトラハイメ
グオームメータ）を用いて測定した。この結果を
表１の電気抵抗欄に示す。 この実験結果より、PFA樹脂への炭素繊維の
添加量の増加に従つて加熱ローラの電気抵抗が低
下すること、電気抵抗が10¹⁵Ω・cmより大の場
合、オフセツト現象が生じやすく、10¹³〜10¹⁵
Ω・cmの範囲では、オフセツト性が改善され、
10¹²Ω・cm以下、特に10¹¹Ω・cm以下10⁶Ω・cm以
上ではオフセツト性は良好であることが確認され
た。 実験例 ２ 実験例１において、PFA樹脂に添加する炭素
繊維として、三菱レイヨン社製パイロフイル
NR7003（繊維長さ６mmを１mm以下に粋砕して使
用、直径７〜8μ）を用い表２の組成欄に示す割
合で添加混合した（実験No.27〜30）以外は、実験
例１と全く同様にして実験を行なつた。オフセツ
ト性の結果を第１１図、更に、耐摩耗性、帯電特
性、電気抵抗の各結果を表２に示す。 この実験はフツ化炭素の添加量が５重量％のみ
についてであるが、実験例１の場合とオフセツト
性及び、耐摩耗性は略同様に改善されているこ
と、また、加熱ローラの摩擦帯電、電気抵抗につ
いても同様の傾向を示していることが確認され
た。 比較例 実験例１において、PFA樹脂に炭素繊維とフ
ツ化炭素との添加の代りに、カーボンブラツク
（三菱化成工業社製カーボンブラツクMA−８）
のみを25重量％添加した以外は、実験例１と同様
にして実験を行なつた。ここで、カーボンブラツ
クの添加量を25重量％としたのは、オフセツト性
を改善するためにオフセツト防止層に添加し得る
最大値を選んだことによる。 オフセツト性の結果は第１１図、更に、耐摩耗
性、帯電特性、電気抵抗の各結果は表２に示す。 この比較実験より、カーボンブラツクの添加の
みでもオフセツト性及び耐摩耗性は改善される
が、このためには、25重量％の添加量が必要であ
り、離型性との関係より、オフセツト性をこれ以
上改善することができないという欠点がある。 効 果 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、加熱ローラのオフセツト防止層を形成する弗
素樹脂に、炭素繊維を９〜25重量％含有させるこ
とにより、正又は負の帯電トナー像のオフセツト
が防止できると共に、耐摩耗性と熱伝導性が改善
することができ、さらに、フツ化炭素を炭素繊維
との和において30重量％未満好ましくは28重量％
以内含有させることにより、耐摩耗性を向上させ
ることができ、加熱ローラのオフセツト防止層の
厚さを薄くすることで、熱伝導性を向上させるこ
とができると共に、加熱ローラ自体のコストダウ
ンを計ることができる利点がある。 また、弗素樹脂に炭素繊維を12〜20重量％含有
させることにより、使用する圧接ローラ、複写紙
の材質、環境条件並びにトナーの帯電量等の諸条
件に影響されることなく、正・負いずれの帯電ト
ナー像のオフセツトが防止できる利点がある。 また、本発明では、オフセツト防止液を用いる
必要がなく、定着装置の簡略化及びコストダウン
を計ることができるなど優れた効果が得られる。

【表】

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱ローラ定着装置の説明
図、第２図は本発明に係る実験例１におけるオフ
セツト特性を示す図、第３図はフツ化炭素（CF）
ｎの添加量に対するテーバー摩耗質量と炭素繊維
添加量との関係を示す図、第４図〜第１０図は本
発明に係る熱ローラ定着装置における加熱ローラ
の表面電位、および従来の加熱ローラ表面電位の
変化を示すグラフ、第１１図は本発明に係る実験
例２および比較例におけるオフセツト特性を示す
図である。 １……加熱ローラ、２，７……金属ローラ、３
……プライマー層、４……オフセツト防止層、６
……圧接ローラ、８……絶縁層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導電性芯材上にオフセツト防止層を積層して
   成る加熱ローラと、該加熱ローラに圧接する、導
   電性芯材上に絶縁層を形成して成る圧接ローラと
   からなり、トナー像を保持する複写紙を前記両ロ
   ーラ間を通過させることによりトナー像を該複写
   紙上に定着させる熱ローラ定着装置において、前
   記オフセツト防止層が炭素繊維を９〜25重量％好
   ましくは12〜20重量％含有する弗素樹脂からなる
   ことを特徴とする熱ローラ定着装置。 ２ 前記弗素樹脂は炭素繊維の他にフツ化炭素を
   含有し、その含有量の和は30重量％未満好ましく
   は28重量％以内であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の熱ローラ定着装置。