JPH11249472A

JPH11249472A - 加熱加圧融着構造及び方法

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Publication number: JPH11249472A
Application number: JP11000034A
Authority: JP
Inventors: Edul N Dalal; エヌダレルエデュル; Robert J Gruber; ジェイグルーバーロバート; Rabin Moser; モーザーラビン
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1999-01-04
Publication date: 1999-09-17
Also published as: US5835833A; EP0929014A3; EP0929014B1; DE69943328D1; EP0929014A2

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱加圧融着装置に比較的高濃度の官能油が
剥離剤として常に供給され、コスト面などで不利であ
る。【解決手段】第１のＲＡＭ（剥離剤管理）システム
が、エラストマー融着部材１２に、比較的高濃度（約
０．０５〜０．３モル％）の官能鎖を有する官能剥離剤
２４を供給し、次いで、第２のＲＡＭシステムが、低官
能性または非官能性を有する剥離剤４６を供給する。前
者は周期的に、後者は継続して供給される。高濃度剥離
剤２４の周期的付与には、機械開始時の比較的短い時間
と、その後必要に応じ周期的に行われる付与が含まれ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に電子写真印
刷機の加熱加圧融着装置(heat and pressure fuser)に
関し、特に、剥離剤を付与する方法とその装置（デュア
ルオイル剥離剤管理システム）に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】代表
的な電子写真印刷工程においては、光導電性部材が実質
的に均一に帯電され、その表面に感光性が付与される。
光導電性部材の帯電部は露光され、照射された領域の電
荷は選択的に消失する。これにより、光導電性部材に静
電潜像が記録される。光導電性部材に静電潜像が記録さ
れた後、現像材が接触させられ潜像が現像される。一般
に、現像材には、キャリア粒子に摩擦電気により付着す
るトナー粒子が含まれる。トナー粒子は、キャリア粒子
からドナーロールまたは光導電性部材上の潜像のいずれ
かに引きつけられる。ドナーロールに引きつけられたト
ナーは、次に、通常は光受容体である電荷潜像面に静電
潜像として現像される。トナー粒子画像は、次いで、光
導電性部材から複写基体に転写される。トナー粒子は加
熱され粒子画像が複写基体に永続的に定着される。

【０００３】熱によりトナー材を支持部材に永続的に定
着または融着させるためには、トナー材の成分が結合し
粘着性となる点までトナー材の温度を上げる必要があ
る。この処理により、トナーは、或る程度支持部材の繊
維または細孔に流入するか、またはその表面を流れる。
その後、トナー材が冷却すると、トナー材の凝固が起こ
り、トナー材は支持部材に固く付着される。

【０００４】トナー材の画像を支持基体に熱融着させる
一つの方法は、トナー画像が融着されていない基体を、
少なくとも１方の内部が加熱される一対の対向するロー
ラ部材の間に通すことである。この形式の融着システム
の動作においては、トナー画像が静電的に付着された支
持部材が、ロールの間に形成されるニップを通過し、ト
ナー画像が加熱された融着ロールに接触し、これによ
り、ニップ内のトナー画像が加熱される。ニップ形成融
着ロール(Nip Forming Fuser Roll(NFFR))融着装置にお
いては、加熱される融着ロールに、１または複数の層が
備えられる。この層は、２つのロールが圧力により係合
されると、固い方の圧力ロールにより変形される。ニッ
プの長さにより、作用時間(dwell time)すなわちトナー
粒子が加熱されたロールの表面と接触する時間が決定さ
れる。ニップ形成融着ロール(NFFR)融着装置において、
圧力ロールには、固い融着ロールにより変形される変形
可能な外層が備えられる。

【０００５】加熱される融着ロールは、通常、普通紙の
ような基体上のトナー画像に接触するロールである。少
なくとも、トナー画像に接触するロールには、通常、ト
ナーが融着部材にオフセットするのを防ぐ非付着性（低
表面エネルギー）材が与えられる。この目的のため一般
に使用される材料は、ペルフルオロアルコキシＰＦＡ(P
erFluoroAlkoxy resin)、ヴィトン（Viton（登録商標、
以下同様））、シリコーンラバーである。これら材料の
全てには、非付着性品質を維持するため、材料固有の剥
離剤が必要である。

【０００６】ＰＦＡまたはシリコーンラバーに比べ、ヴ
ィトンの表面エネルギーは極めて高く、従って、ＰＦＡ
またはシリコーンラバーに適する通常の剥離剤は、ヴィ
トン面からの剥離に対しては適さない。

【０００７】無反応性の剥離剤はヴィトン面によく接着
しないので、ヴィトン（登録商標）形式の融着装置に対
し設計されるＲＡＭには、融着ロール面に反応的に結合
する官能剥離剤が必要である。このような官能油は、実
際には、従来の無反応シリコーン油に官能鎖（メルカプ
ト(mercapto)、アミノ、等の基が含まれる）が入れられ
た希薄溶液である。官能鎖(functional chains)は、化
学的結合により融着ロール面に付着し、また、無反応鎖
(non-reactive chains)は、弱い物理的（例えばファン
デルワールス）鎖により、官能鎖に付着する。官能鎖
は、ロールに結合されるが、過酷な磨耗状態に遭遇する
と、結果的に除去され、従って定期的に補充される必要
がある。剥離の失敗につながる空白点を残さないようロ
ール面を完全に覆うためには、特定の最小量の官能鎖
（０．０５〜０．３モル％程度）が必要である。ロール
面が、官能鎖で完全に覆われると、周期的に除去される
微量の官能鎖を補充する以外には、融着装置が動作する
都度、無反応鎖が継続的に補充されるだけでよい。従っ
て、初期モードに比べ、維持モードにおいては、はるか
に少ない官能鎖が要求されるだけである。

【０００８】しかし、官能油を使用する現行のＲＡＭ(r
elease agent management,剥離剤管理）は、単一の剥離
剤の形成に制限されるので、維持モードにおいても、比
較的高位の（約０．０５〜０．３モル％）の官能油が常
に供給される必要がある。ロール面に結合される余地の
ない余分な官能鎖はロール面には結合されない。従っ
て、これらは、無反応鎖と共に紙に移送される。これに
より、幾つかの問題が発生する。（１）コスト；官能油
は、無反応油より高価である、（２）複写紙に書き込む
(Write-on-copy)問題、（３）複写紙に付着する(Stick-
on-copy)問題；官能油は、無反応油より付着し難い、
（４）機種によっては、カラー複写機／印刷機のオーバ
ヘッドプロジェクタ（ＯＨＰ）の透明画上の融着装置条
痕は、余分な官能油の消耗となる。上記の三番目は、官
能油が、化学的結合により紙に執拗に付着することに関
連するものと思われる。複写紙に付着する問題は、電子
写真機によっては、ユーザに受け入れられなくなるほど
の厳しい問題である。

【０００９】米国特許第3,934,547号と米国特許第4,06
5,585号に、静電複写装置に使用される接触融着アセン
ブリが開示されている。この静電複写装置には、内部が
加熱される融着ロール構造が含まれ、これには、固い熱
伝導性コアが含まれ、これは、アセンブリの動作中、通
常は固体で熱安定性の材料の薄層で被覆され、次いで被
覆されたコアに液体剥離剤が付与される。好ましくは、
被覆材には、ヴアイダックス(Vydax)１０００のような
フルオロテロマーが含まれ、液体剥離剤には、シリコー
ン油が含まれる。

【００１０】米国特許第4,214,549号には、熱可塑性樹
脂が含まれるトナーの、トナー画像を複写支持体に定着
させる加熱加圧ロール融着装置が開示されている。この
装置には、内部が加熱される融着ロールが含まれ、この
融着ロールは、バックアップすなわち圧力ロールと共に
動作しニップを形成し、このニップを通り複写支持体の
画像が加熱されるロールと接触しながら通過する。加熱
される融着ロールは、外層すなわち外面により特徴付け
られる。この外面は、例えば、シリコーンラバーまたは
ヴィトン（Viton（登録商標））から製造され、これ
に、低粘性ポリマー剥離液体が付与される。剥離液体
は、溜めに収容され、計量ロール手段とドナーロール手
段により供給される。前者は、溜めのなかの剥離液体に
接触し、後者は、加熱される融着ロールの表面に接触す
る。

【００１１】米国特許第5,219,612号に、官能基を有す
るポリマー剥離剤が、融着部材の表面に付与される形式
の融着システムにおいて、支持体に熱可塑性樹脂トナー
画像を融着させる多層部材を使用する方法が開示されて
いる。多層融着部材は、順に、基礎支持部材、接着層、
タイコート層、外側エラストマー融着面から成り、接着
層には、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロ
ピレンの共重合体、接着層の重さの少なくとも２０％の
カプリング剤が含まれ、このカプリング剤に、少なくと
も１つのオルガノ官能シランと活性剤が含まれ、活性成
分のタイコート層には、ビニリデンフルオライドとヘキ
サフルオロプロピレンの共重合体が含まれ、外側エラス
トマー融着面には、ビニリデンフルオライドとヘキサフ
ルオロプロピレンの共重合体が含まれ、また、官能基を
有するポリマー剥離剤と反応し前記融着面とトナーの間
に界面障壁層を形成するに十分な量の金属酸化物が含ま
れる。

【００１２】米国特許第5,217,837号に、支持体に熱可
塑性樹脂トナー画像を融着させる融着システム多層部材
が開示されている。このシステムにおいては、官能基を
有するポリマー剥離剤が、融着部材の表面に付与され、
融着部材が、基礎支持部材、熱伝導性シリコーンエラス
トマー層、アミノシアンプライマー層、接着層、ビニリ
デンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合
体にもとづくフルオロエラストマー表面層から構成さ
れ、融着面層には、ポリマー剥離剤と相互に反応し、融
着面とトナーの間に界面障壁層を形成し、実質的にエラ
ストマーと反応しない金属酸化物が存在する。

【００１３】本発明は上記従来技術に鑑みてなされたも
のであり、その目的は上述の官能剥離剤に関するコスト
などの問題を解決することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の意図と目的に従
えば、前述の問題が解決される。これは、加熱加圧融着
装置の動作の初期すなわち開始モードにおいて、比較的
高濃度の官能鎖(a relatively high concentration of
functional chains)（０．０５〜０．３モル％程度）、
保守または運転モードにおいて、極めて低濃度、好まし
くはゼロの官能鎖（本発明の弱反応剥離剤）を提供する
ことにより行われる。これにより、現在、官能剥離材の
み使用し生じている複写紙書き込み、透明画上の融着装
置条痕、複写紙付着の問題を起こすことなく、低コスト
で必要な剥離性能が提供される。

【００１５】これは、２ＲＡＭシステムを提供する本発
明により達成される。このＲＡＭシステムの一方は、高
濃度の官能鎖を提供し、他方は、低い、好ましくはゼロ
濃度の官能鎖を提供する。可能な一実施形態において
は、最初に（例えば、機械の開始時）高濃度ＲＡＭシス
テムが作動され、次いで周期的な間隔で短く（例えば、
１００〜１０００印刷ごと、または必要に応じ）作動さ
れる。維持モードにおいては低またはゼロ濃度の官能鎖
を提供し、従って、紙に移る官能鎖が極めて少なくな
る。前述の複写紙書き込みと複写紙付着の問題を軽減
し、安価な無反応油が使用されるので運転コストが軽減
される。融着装置条痕も軽減される。初期モードＲＡＭ
システムにおける官能油は、冷えた状態にあるのでゲル
化する恐れがないという付加的な利点もある。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の一定の特徴が組
み込まれる加熱加圧融着構造１０が開示される。図１に
開示されるように、構造１０には、加熱融着ロール部材
１２と加圧ロール１４が含まれるニップ形成加圧ロール
(Nip Forming Pressure Roll(NFPR))融着装置が含まれ
る。ＮＦＰＲ融着装置において、加圧ロールには、変形
可能な層１６が含まれ、これは、固い融着ロールと柔ら
かい加圧ロールの間に加えられる圧力により変形し、細
長いニップ１８が形成され、これを通り、トナー画像２
１を載せた支持体１９例えば普通紙が通過する。明らか
なように、本発明は、加熱融着部材に変形可能な外側層
が含まれるニップ形成融着ロール(Nip Forming Fuser R
oll(NFFR))融着装置にも適する。

【００１７】加熱融着ロール部材１２には、堅い（剛体
の）熱伝導性のコア２０が含まれ、外側エラストマー層
２２を支持する。層２２には、好ましくは、ビニリデン
フルオライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体に
もとづくフルオロエラストマーであるヴィトン（登録商
標）が含まれる。層２２は、金属酸化物粒子を含み、こ
れは、ポリマー剥離材２４と相互に反応し、融着面とト
ナーとの間に界面障壁層(interfacial barrier layer)
を形成する。層２２は、周知の方法に従い製造される。
剥離材２４には、官能剥離材が含まれ、これは、金属酸
化物粒子に付着する比較的高濃度（０．０５〜０．３モ
ル％程度）の官能鎖を含む。

【００１８】エラストマー層には、金属酸化物粒子も含
まれる。金属酸化物が充填されたヴィトン（登録商標）
層２２の場合には、メルカプト官能油が、酸化粒子との
相互反応のため使用される。この場合には、メルカプト
官能油は酸化粒子に結合する。層２２に、金属酸化物粒
子が充填されなければ、アミノ官能油が使用される。こ
の場合には、アミノ官能油がヴィトン（登録商標）と結
合する。アミノ官能油は、酸化粒子が含まれる層２２に
使用することもできる。

【００１９】一定量のポリマー剥離剤２４を収容する溜
め２８を含む第１のＲＡＭシステム２６により、融着ロ
ール部材１２の表面に官能剥離剤２４が供給される。

【００２０】ＲＡＭシステム２６に使用されるのに適し
た剥離剤には、官能基を有するポリマー剥離剤、例えば
メルカプト官能ポリオルガノシリキサンが含まれる。金
属酸化物が充填されるエラストマー層２２に含まれる金
属酸化物粒子は、十分な（すなわち、０．０５〜０．３
モル％）官能鎖を含むポリマー剥離剤と反応し、前記融
着面とトナーの間に界面障壁層を形成するに十分な量で
ある。

【００２１】ＲＡＭシステムは、計量ロール３０とドナ
ーロール３２を含み、溜め２８から融着ロール１２の表
面に剥離剤を搬送する。計量ロールにのみで彫るような
かき方向に接触する計量ブレード３４は、計量ロールの
表面の剥離剤の計量(meter)に使用される。

【００２２】計量ロール３０は、部分的に剥離剤２４に
浸され、ドナーロール３２に接触して回転可能に支持さ
れ、一方、ドナーロール３２は、加熱されるロール構造
１２に接触するよう支持される。図示されるように、ロ
ール３０と３２の回転方向は、溜めから加熱ロール構造
１２の表面に剥離剤２４を搬送する経路を提供する方向
である。計量ロールは、好ましくは、４−３２ＡＡ仕上
げの表面を有するニッケルまたはクロム被覆の鋼ロール
である。計量ロールの外径は、１．０インチ（２５．４
ｍｍ）である。上述のように、計量ロールは回転するよ
う支持され、この回転は、駆動される加熱ロール構造１
２から、回転可能に支持されるドナーロール３２を経由
し得られる。この方法により計量ロール３０を（加熱ロ
ール構造１２に対する実効入力トルクで）回転させるた
め、ドナーロール３２に含まれる固いコア３３に変形可
能な層３５が備えられ、この変形可能な層３５は、計量
ロールとドナーロールの間に第１のニップ３６、ドナー
ロールと加熱されるロールの間に第２のニップ３８を形
成する。ニップ３６とニップ３８により、ロールまたは
ロール構造の間で十分に剥離剤の移送が行われる。適切
なニップ長は、約０．１０インチ（２．５４ｍｍ）であ
る。

【００２３】ウィック４０は、全体が剥離剤に浸され、
計量ロール３０の表面に接触する。ウイックの目的は、
ロール３０の回転中にその表面に形成される空気層を防
ぐエアシールを提供することである。ウイックが機能し
なければ、空気層が、剥離剤に浸されたロール表面に広
がるため、計量ロールと剥離剤との接触が妨げられる可
能性がある。

【００２４】ヴィトンから製造される計量すなわちワイ
パーブレード３４は、３／４×１／８の断面であり、計
量ロールと同一の長さである。計量ロールに接触するブ
レードの端部は、半径０．００１〜０．０１０インチ
（０．０２５４〜０．２５４ｍｍ）である。ブレード
は、ロール３０により引き上げられる剥離剤を所定の厚
さに計量するよう機能し、その厚さは、複写ごとの剥離
剤の消費が数マイクロリットルとなる量である。計量ロ
ールの外径が１．０インチ（２５．４ｍｍ）であると
き、ドナーロール３２の外径は１．０インチ（２５．４
ｍｍ）である。別の寸法の組み合わせでも満足な結果が
得られることは明らかである。例えば、ドナーロールと
計量ロールに、１．５インチ（３８．１ｍｍ）の径のロ
ールが使用される。ドナーロールの変形可能な層３５に
は、好ましくはシリコーンラバーが含まれる。しかし、
他の材料も使用することができる。

【００２５】数ミル程度の薄いスリーブ４２は、ロール
３２の最も外側の表面を構成し、スリーブの材料には、
シリコーン油がシリコーンラバーに浸透するのを防ぐ、
テフロン(Teflon)、ヴィトン、その他の材料が含まれ
る。ドナーロールは、スリーブ４２なしでも使用される
が、スリーブが使用されると、ドナーロールの完全性が
長期間保持され、加熱されるロール１２上のリント(lin
t)のような汚染物が計量ロール３０に移送されにくくな
ることが判っている。従って、溜めの材料は、このよう
な異物により汚染されなくなる。

【００２６】一般に、参照数字４３で示されるカム機構
は、ＲＡＭシステム２６を選択的に動かし、ドナーロー
ル３２が、適切な時間に融着装置外層２２に接触し、走
行モード(run mode)においては融着装置外層２２に接触
しないようにする。

【００２７】第２のＲＡＭシステム４４には、シリコー
ン油４６のようなポリマー剥離剤が収容される溜め４５
が含まれる。シリコーン油４６には、非官能または無反
応剥離剤または比較的低濃度の官能鎖を有する官能剥離
剤のいずれかが含まれる（これらは本発明の弱反応剥離
剤の一態様である）。シリコーン油４６は、複写走行中
融着ロール部材１２に付与され、一方剥離剤２４は、間
欠的に付与される。すなわち、最初の機械開始時と、融
着装置の耐用期間中必要とされる周期で行われる。代表
的な運転シナリオにおいては、剥離剤２４は、１０の複
写に付与され、次いで、１０〜１０００の複写の間、Ｒ
ＡＭシステム２６は開放される。

【００２８】液体剥離剤４６は、従来の技術による装置
に通常使用される材料から選ばれてよい。代表的な剥離
剤には、低濃度の官能鎖を有する官能油または非官能油
の双方が含まれる多くの通常使用されるシリコーン油が
含まれる。従って、剥離剤は、本発明の意図と目的に従
うこのシステムの他の部分と互換がとれるよう選択され
る。特に好ましい剥離剤は、約１１，０００センチスト
ークの粘度を有する単峰形低分子量ポリシロキサンであ
る。このＲＡＭシステムも、計量ロール３０、ドナーロ
ール３２、ウイック４０、ブレード３４を含む。

【００２９】本発明の重要な観点は、加熱されるヒュー
ザロールに付与される油４６が、低濃度の官能鎖または
非官能鎖を含み、これにより、油２４が付与される場合
よりも少ない官能鎖が付与されることが保証されること
である。

【００３０】最後にまとめとして、本実施形態の概要を
述べる。官能油を使用する現行のＲＡＭは、単一の剥離
剤の形成に制限されるので、保守モードにおいても、比
較的高位の（約０．０５〜０．３モル％）の官能油が常
に供給される必要があるが、本実施形態では、加熱加圧
融着装置とその剥離剤管理(Release Agent Management
(RAM))システムに関し、二重ＲＡＭシステムが提供され
る。第１のＲＡＭシステムが、エラストマー融着部材
に、比較的高濃度（約０．０５〜０．３モル％）の官能
鎖を有する官能剥離剤を供給し、次いで、第２のＲＡＭ
システムが、低官能性または非官能性を有する剥離剤を
供給する。エラストマー融着部材は、金属酸化物粒子を
含むことができる。低官能剥離剤は、比較的に無反応性
である。エラストマー融着部材が、金属酸化物粒子を含
むか否かに従い、融着ロール面に周期的に供給される高
濃度の剥離剤の官能鎖は、化学的結合により融着ロール
の表面に露出する金属粒子に付着するか、エラストマー
材自身に付着する。無反応鎖は、弱い物理的（例えばフ
ァンデルワールス）鎖により、官能鎖に付着する。高濃
度剥離剤の周期的付与には、機械開始時の比較的短い時
間と、その後必要に応じ周期的に行われる付与が含まれ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が組み込まれる加熱加圧融着装置を示
す図である。

【符号の説明】

１０加熱加圧融着構造、１２加熱融着ロール部材、
１４加圧ロール、１６変形可能層、１９支持体、
２０コア、２２外側エラストマー層、２４ポリマー
剥離剤、２６第１のＲＡＭシステム、３０計量ロー
ル、３２ドナーロール、３３コア、３４計量ブレ
ード、３５変形可能層、４４第２のＲＡＭシステ
ム、４５溜め、４６シリコーン油。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロバートジェイグルーバーアメリカ合衆国ニューヨーク州ピッツフォードローズウッドドライブ 40 (72)発明者ラビンモーザーアメリカ合衆国ニューヨーク州ビクターヒドンブルックトレイル 269

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像形成装置に使用される加熱加圧融着
構造において、加熱融着部材と、前記加熱融着部材に加圧接触して支持される非加熱融着
部材と、前記加熱および非加熱融着部材の一つの外層を形成する
エラストマー材と、前記外層に比較的高濃度で官能鎖を有する官能剥離剤を
供給する第１の剥離剤管理システムと、前記外層により弱い弱反応剥離剤を供給する第２の剥離
剤管理システムと、を含む加熱加圧融着構造。
【請求項２】請求項１に記載の加熱加圧融着構造にお
いて、前記第１の剥離剤管理システムに収容される剥離
剤を選択的に付与する構造が含まれ、前記第２の剥離剤管理システムに、前記第１の剥離剤管
理システムより低い濃度の官能鎖が含まれる加熱加圧融
着構造。
【請求項３】画像形成装置の支持体にトナー画像を定
着する方法において、非加熱融着部材を加圧接触して加熱融着部材を支持し、前記加熱および非加熱融着部材の一つにエラストマー外
層を設け、前記外層に比較的高濃度で官能鎖を有する官能剥離剤を
供給し、前記官能剥離剤を供給するステップに続き、前記官能剥
離剤より少ない官能鎖を有する第２の剥離剤を供給し、トナー画像を載せた支持体を前記加熱融着部材と接触し
て通過させる方法。