JP2002351247A - 加圧ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着フィルムへのオフセットトナーが加圧ロ
ール側に付着して蓄積することにより汚れることがな
い、画像定着装置用の、加圧ローラを提供する。 【解決手段】 シリコーンゴム系材料からなる基層およ
びフッ素系材料からなる離型層を有する加圧ローラにお
いて、該離型層がフッ素樹脂を主材とする表層およびフ
ッ素ゴムを主材とする中間層から形成されており、該表
層の厚みＡおよび中間層の厚みＢの合計（Ａ+Ｂ）が15
〜30μm、且つ、Ａ＜Ｂであって、該加圧ローラの表面
硬度が35〜50°であり、表面粗さ（十点平均粗さ）Rzが
0＜Rz≦2.0であることを特徴とする加圧ローラ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザービームプ
リンタ、複写機等の電子写真技術を利用した画像形成装
置の画像定着装置における加圧ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真技術を用いた画像形成装置にお
いて、未定着画像を記録材に定着させるための手段とし
て、熱定着方式やフィルム定着方式がある。熱定着方式
は、未定着トナー画像を担持した記録材が、ヒーターを
内蔵する定着ローラと加圧ローラとの間を通過する際
に、ヒーターの熱によってトナーが融解し、圧力によっ
て記録材に定着する。フィルム定着方式では、未定着ト
ナー画像を担持した記録材が、定着フィルムおよび内蔵
ヒーターからなる定着ユニットと加圧ローラとの間を通
過する際に、ヒーターの熱によってトナーが溶融し、圧
力によって記録材に定着する。最近ではフィルム定着方
式の画像定着装置の開発が進み、多くが実用化されてい
る。

【０００３】加圧ローラは、一般的には、芯金上に、弾
性体からなる基層を設け、その外側に離型層を設けて構
成される。芯金としては、耐熱性およびコストの点から
金属製のものが好ましく用いられる。基層はシリコーン
ゴム系材料の弾性体からなり、耐熱性・耐久性に優れ、
適度なニップ幅を有する。また定着時のオフセットトナ
ーの融着を防ぐために、表面にフッ素樹脂層を形成して
離型性を持たせることが多い。また、さらに離型性を高
めるために、表面のフッ素樹脂層を平滑に仕上げること
もある。

【０００４】ローラへのフッ素樹脂層の形成方法として
は、ローラをフッ素樹脂製チューブで覆う方法や、フッ
素樹脂ディスパージョンをスプレー塗装した後、フッ素
樹脂の融点以上まで加熱する方法などがある。また、表
面の平滑化方法としては、高温かつ平滑な平板にフッ素
樹脂層形成ローラを押し付けて回転させて平滑面を得る
方法（特開平８−１１８５６１号公報）、フッ素樹脂層
形成ローラよりも熱膨張の小さく、かつ内面が平滑なポ
リイミドチューブをローラに被せて近赤外線ヒーターで
加熱し、ローラの膨張によりチューブの内面を転写する
ことで平滑面を得る方法（特開平９−２７７３７８号、
特開平１１−２４７８４１号公報）などがある。

【０００５】記録材に転写されたトナーの全てが定着装
置によって記録材に定着されることが望ましいが、定着
されなかったトナー（オフセットトナー）が定着フィル
ムに付着し、加圧ローラ側に移行、蓄積することでロー
ラが汚れ、さらには記録材を汚すという問題を生じる。
定着ユニット内のヒーターは一定温度に制御されている
ものの、環境温度や記録材の種類により溶融したトナー
の状態は変化する。低温では、トナーの溶融が十分でな
いため記録材への付着力が不足し、記録材から剥がれて
定着フィルム側に付着するコールドオフセットの状態と
なり、高温では、トナーが溶融しすぎることでトナー内
の凝集力が不足し、定着フィルム側に付着するホットオ
フセットの状態となる傾向がみられる。

【０００６】このようなオフセットトナーが加圧ローラ
側に移行、蓄積して汚れるのを防ぐため、上述のように
加圧ローラにフッ素樹脂層を形成する方法、表面を平滑
にする方法等の方法が用いられるが、オフセットトナー
の加圧ローラへの移行を完全に防止するのは困難であ
る。またフィルム定着方式の定着ユニットでは、フィル
ムの熱容量が小さいために、定着ユニット内のヒーター
を短時間で昇温させることができ省電力化に有効である
反面、加圧ローラは通紙時以外には加熱されず、温まり
にくい構成であるため、加圧ローラに付着したオフセッ
トトナーが再び溶融して記録材に付着して排出されにく
く、特に、低温低湿環境かつ間欠運転での使用時に定着
フィルムへのオフセットトナーが多くなり、加圧ローラ
が汚れやすくなる傾向があるという問題があった。

【０００７】また記録材に関して、紙には白色度・平滑
度・重さを上げるために鉱物質の粉末（填料）が添加さ
れており、白色度の高いものを好むヨーロッパでは、填
料として炭酸カルシウムが多く使われている。この炭酸
カルシウムが加圧ローラに付着することによりトナーと
の離型性が低下し、加圧ローラの汚れがさらに促進され
るという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、定着
フィルムへのオフセットトナーが加圧ローラ側に付着し
て蓄積することにより汚れることがない加圧ローラを提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、シリコ
ーンゴム系材料からなる基層およびフッ素系材料からな
る離型層を有する加圧ローラにおいて、該離型層がフッ
素樹脂を主材とする表層およびフッ素ゴムを主材とする
中間層から形成されており、該表層の厚みＡおよび中間
層の厚みＢの合計（Ａ+Ｂ）が15〜30μm、且つ、Ａ＜Ｂ
であって、該加圧ローラの表面硬度が35〜50°であり、
表面粗さ（十点平均粗さ）Rzが0＜Rz≦2.0である加圧ロ
ーラにより、本案の課題は解決される。又、これに加
え、該加圧ローラの表面粗さ（十点平均粗さ）Rzが0＜R
z≦1.0であることにより、いっそうの問題解決に至る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て説明する。

【００１１】本発明において、加圧ローラは、芯金上
に、シリコーンゴム系材料からなる基層およびフッ素系
材料からなる離型層を設けて構成される。芯金として
は、耐熱性およびコストの点から金属製のものが好まし
く用いられる。

【００１２】本発明において、加圧ローラの基層のシリ
コーンゴム系材料の材質および厚さは特に限定されない
が、加熱体と圧接し記録材を挟持、加熱するのに十分な
ニップを確保し得る弾性を示すものがよい。より具体的
には、耐熱性、耐久性などを考慮し、硬度10〜30°（Ｊ
ＩＳ-Ａ）のシリコーンゴムが挙げられる。

【００１３】この加圧ローラの離型層は、シリコーンゴ
ム系材料からなる基層の表面にフッ素系材料であるフッ
素樹脂あるいはフッ素ゴムを主材とするディスパージョ
ンをスプレー塗装し、加熱焼成することにより得られ
る。表層のフッ素樹脂としては、四フッ化エチレン−六
フッ化プロピレン樹脂（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン-
パーフルオロアルキルビニルエーテル樹脂（ＰＦＡ）、
四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等があり、中間層の
フッ素ゴムにはFEP、フッ化ビニリデン‐FEP共重合体等
がある。表層および中間層に用いる材料は所望の性能に
応じて適宜選択することができる。

【００１４】この離型層の厚みは、表層の厚みＡおよび
中間層の厚みＢの合計（Ａ+Ｂ）で表すことができる
が、この値（Ａ＋Ｂ）は15〜30μmの範囲内であるのが
好ましい。この厚みが適度に薄い場合には、加圧ローラ
表面が弾性を示し搬送性に優れる。ただし薄すぎると耐
久性が不足し、使用予定枚数に至る以前に加圧ローラ表
面の離型性が低下する傾向が見られる。

【００１５】また、この厚みが適度に厚い場合には、耐
磨耗性などの耐久性に優れる。ただし厚すぎると表面硬
度が高くなり加圧ローラがトナーで汚れやすくなる傾向
が見られる。

【００１６】本発明の加圧ローラは、３５〜５０°の表
面硬度を有する。本発明の加圧ローラは上記厚みを適切
に選択することにより所望の表面硬度を有するようにす
ることができる。なお、本発明の加圧ローラの表面硬度
は高分子計器（株）製マイクロゴム硬度計：ＭＤ−1
タイプＡ（商品名）を使用して測定することができる。
表面硬度が前記の範囲にあれば通紙時の応力によって加
圧ローラ表面とトナーの変形量に差が生じ、加圧ローラ
に付着したトナーが剥がれ、肉眼では見えないレベルで
記録材に付着して常に排出され、加圧ローラが汚れにく
くなると推定される。

【００１７】また、この離型層の表層の厚みＡと中間層
の厚みＢとを比較すると、Ａ＜Ｂである。同程度の表面
硬度になるよう離型層を形成した場合、Ａ＜Ｂである加
圧ローラはトナー汚れの程度が軽いのに対し、Ａ＞Ｂで
ある加圧ローラはトナー汚れが悪くなる。通常、加圧ロ
ーラの表面硬度は表層と中間層の合計厚みに支配される
が、表層の厚みＡが中間層の厚みＢより大きいと表層に
よる表面硬度支配となり、先に述べたような通紙時の応
力により加圧ローラ表面とトナーの変形量の違いがＡ＜
Ｂのものに比べて生じにくくなり、加圧ローラから剥が
れて記録材に付着して排出されるトナー量が減るため蓄
積されやすいと推定される。

【００１８】これら離型層の厚み（Ａ＋Ｂ）は、所望の
性能に応じて、上記の範囲内で適宜選ぶことが好まし
い。ただし、表層の厚みＡの下限が0を超えることは明
確であるが、Ａが小さすぎる場合耐久性が不足し、使用
予定枚数に至る以前に加圧ローラ表面の離型性が低下す
る傾向が見られるところから、４μm以上であることが
より好ましい。

【００１９】また、フッ素樹脂を主材とするディスパー
ジョンをスプレー塗装後の加熱焼成ではフッ素樹脂を完
全に成膜させることは必ずしも必要ではなく、一時的に
フッ素樹脂の溶融温度まで達していればよい。さらに後
工程で表面を平滑化することで、加圧ローラのトナー汚
れを少なくすることができる。

【００２０】この加熱焼成したフッ素樹脂を主材とする
表層を有する加圧ローラの表面を、従来より知られてい
る方法で平滑化する。具体的には、例えば、加熱焼成し
たフッ素樹脂を主材とする表層を有するローラに内面が
平滑なポリイミドチューブを被せて近赤外線ヒーターで
加熱し、ローラの膨張によりポリイミドチューブの内面
を転写することで平滑面を得る場合、ローラの表面粗さ
（十点平均粗さ）Ｒｚは1μm以下まで平滑化することが
可能になる。ローラの表面粗さ（十点平均粗さ）Ｒｚは
ＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠し、例えば、サーフコーダＳ
Ｅ３５００（（株）小坂研究所製：商品名）等を使用し
て測定することができる。

【００２１】この様に表面を平滑化したフッ素樹脂を主
材とする表層を有する加圧ローラを、電子写真技術を利
用した画像形成装置のフィルム定着式画像定着装置に用
いることにより、定着フィルムへのオフセットトナーが
加圧ローラ側に付着・蓄積して起こる加圧ローラのトナ
ー汚れを防止できる。

【００２２】更に、本発明の実施形態について図面を参
照しつつ説明をする。

【００２３】図１は、本発明の加圧ローラの模式的断面
図である。図１中、１１は本発明の加圧ローラである。
この加圧ローラ１１は、芯金１１１上に、シリコーンゴ
ム系材料からなる基層１１２、フッ素ゴムを主材とする
中間層１１３、フッ素樹脂を主材とする表層１１４が順
次形成されたものである。

【００２４】次に、本発明の加圧ローラを搭載した定着
装置の説明をする。

【００２５】図２は、本発明の加圧ローラを搭載したフ
ィルム定着方式の画像定着装置の実施形態の概略構成を
例示する模式図である。この画像定着装置２０は、加圧
ローラ２３と加熱機構からなる。この加圧ローラ２３
は、本発明の加圧ローラである。また、加熱機構は主
に、定着フィルム２１、ヒーター２２から構成される。
定着フィルムは、例えば熱硬化性プラスチック製の、フ
ィルムガイド(不図示)により支持され、このフィルムガ
イドの下面にヒーター２２が取り付けられる。

【００２６】この画像定着装置２０は、加圧ローラ２３
によって駆動を受け、記録材Ｔと定着フィルム２１は、
この加圧ローラ２３に従動する。記録材Ｔは、表面に未
定着トナーＴＴ'が担持された状態で供給され、ヒータ
ー２２で加熱された定着フィルム２１と加圧ローラ２３
のニップ部Ｎで加熱されトナーが溶融し、加圧されて定
着像ＴＴとなって排出される。

【００２７】

【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。

【００２８】＜実施例１＞直径１４ｍｍのアルミニウム
製芯金上に、硬度11゜（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴ
ム、ＤＹ３５−２０９５（東レ・ダウコーニング・シリ
コーン（株）製：商品名）にて厚み3.5ｍｍの基層を形
成し、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物、ＧＬＳ２１３
（ダイキン工業（株）製：商品名）からなる中間層（1
２μm）、フッ素樹脂からなる表層（6μm）が順次形成
されたローラを用意した。このフッ素樹脂からなる表層
は、融点245℃のＦＥＰのディスパージョン、ＥＮＡ ０
２０（三井・デュポンフロロケミカル（株）製：商品
名）をスプレーで塗装し、100℃で15分以上乾燥した
後、300℃で40分の加熱焼成を行ったものである。これ
をポリイミドチューブを使用した表面平滑化法にてフッ
素樹脂からなる表層を２７０℃で２０秒間平滑化し、加
圧ローラを作製した。作製された加圧ローラの表面粗さ
（十点平均粗さ）Rzは0.6μmであった。また、表面硬度
は37°であった(マイクロゴム硬度計：MD-1タイプA使
用。以下の測定も同じ)。

【００２９】＜実施例２＞離型層の厚みが異なること以
外は、実施例１と同様のローラを用意した。中間層の厚
み19μm、表層の厚み9μmであり、表面硬度は47°であ
った。また、実施例1と同様にフッ素樹脂からなる表層
を平滑化し、加圧ローラを作製した。作製された加圧ロ
ーラの表面粗さ(十点平均粗さ)Rzは0.8μmであった。

【００３０】＜比較例１＞離型層の厚みおよび表面硬度
が異なること以外は、実施例2と同様にして加圧ローラ
を作製した。作製された加圧ローラは中間層の厚み24μ
m、表層の厚み12μmであり、表面硬度は56°であった。
また、表面粗さ(十点平均粗さ)Rzは0.4μmであった。

【００３１】＜比較例２＞離型層の厚みおよび表面硬度
が異なること以外は、実施例2と同様にして加圧ローラ
を作製した。作製された加圧ローラは中間層の厚み8μ
m、表層の厚み10μmであり、表面硬度は36°であった。
また、表面粗さ(十点平均粗さ)Rzは0.8μmであった。

【００３２】＜比較例３＞フッ素樹脂層の膜厚、表面硬
度および表面粗さが異なること以外は、実施例１と同様
にして加圧ローラを作製した。作製された加圧ローラは
中間層の厚み19μm、表層の厚み９μmであり、表面硬度
は4８°であった。また、実施例１と同様の平滑方法に
おいて、処理温度を２００℃にすることで表面粗さの大
きい加圧ローラを作製することができ、表面粗さ(十点
平均粗さ)Rzは２．５μmであった。

【００３３】＜比較例４＞フッ素樹脂層の膜厚、表面硬
度および表面粗さが異なること以外は、実施例１と同様
のローラを用意した。中間層の厚み19μm、表層の厚み5
μmであり、表面硬度は43°であった。表面の平滑化を
行わず、これを加圧ローラとして評価を行った。この時
の表面粗さ(十点平均粗さ)Rzは5.9μmであった。

【００３４】図２を用いて説明したフィルム定着方式の
画像定着装置を用いて、これらの加圧ローラの性能を評
価した。

【００３５】各加圧ローラをフィルム定着方式の画像定
着装置に組み込み、オフセットトナーが多くなりがちな
低温低湿環境（温度１５℃、湿度10％）で、間欠運転
（２枚プリント、１０分放置）にて所定のパターンを２
６枚印刷した後、OHPシートに加圧ローラのトナー汚れ
を写し取り、ＯＨＰシートの汚れの度合いを目視により
確認することによってトナーによるローラ汚れを評価し
た。（表１）ローラ汚れは、次の基準に基づき評価し
た。 ○ ＯＨＰシートに汚れまたはトナー塊の付着が認めら
れなかった。 △ ＯＨＰシート全域に軽微な汚れが認められた。 × ＯＨＰシート全域に汚れが認められた。

【００３６】

【表１】

【００３７】実施例１、実施例２とも、全域にわたり汚
れおよびトナーの塊の付着などは認められなかった。

【００３８】一方、比較例1の表面硬度が高い加圧ロー
ラは全域に汚れが認められた。

【００３９】比較例２の表層厚みが中間層厚みよりも大
きい加圧ローラは、比較例１よりは軽微であるものの全
域に汚れが認められた。

【００４０】比較例３の表面粗さが大きい加圧ローラ
は、比較例１よりは軽微であるものの全域に汚れが認め
られた。

【００４１】比較例４の表面粗さが非常に大きい加圧ロ
ーラは全域に汚れが認められた。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、オフセットトナーが付
着、蓄積して汚れることのない加圧ローラを提供でき
る。また、低温低湿環境下においても、トナー汚れを防
ぐことができる。

【００４３】さらに、本発明の加圧ローラを搭載するこ
とにより、信頼性の高い電子写真画像形成装置のフィル
ム定着方式画像定着装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加圧ローラの模式的断面図である。

【図２】本発明の加圧ローラを搭載したフィルム定着方
式の画像定着装置の実施形態の概略構成を例示する模式
図である。

【符号の説明】

１１，２３ 加圧ローラ １１１ 芯金 １１２ 基層 １１３ 中間層 １１４ 表層 ２０ 画像定着装置 ２１ 定着フィルム ２２ ヒーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H033 AA09 AA23 BB29 BB30 3J103 AA02 AA14 BA41 FA07 GA02 GA52 GA58 HA03 HA12 HA43 HA48 HA53

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコーンゴム系材料からなる基層およ
   びフッ素系材料からなる離型層を有する加圧ローラにお
   いて、該離型層がフッ素樹脂を主材とする表層およびフ
   ッ素ゴムを主材とする中間層から形成されており、該表
   層の厚みＡおよび中間層の厚みＢの合計（Ａ+Ｂ）が15
   〜30μm、且つ、Ａ＜Ｂであって、該加圧ローラの表面
   硬度が35〜50°であり、表面粗さ（十点平均粗さ）Rzが
   0＜Rz≦2.0であることを特徴とする加圧ローラ。
2. 【請求項２】 請求項１において、該離型層の表面粗さ
   （十点平均粗さ）Rzが0＜Rz≦1.0であることを特徴とす
   る加圧ローラ。