JP2003345158A - 定着器用加圧ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、表面粗さが小さくなりトナーオフセ
ットに対して優れているとともに、形状変化によるシワ
の発生を抑制し、定着ベルト方式での搬送スピード変化
が少なく高耐久であることを課題とする。 【解決手段】芯金２１の周面にシリコーンスポンジ層２
２を設け、その外周にフッ素樹脂からなる表面離型層２
３を設けた定着器用加圧ローラ２０において、前記シリ
コーンスポンジ層２２は、未発泡加硫時に切断時伸び２
５０％以下で引張り強さ７．０ＭＰａ以上の熱硬化型シ
リコーンゴム組成物を、加硫剤としての過酸化物パラメ
チルベンゾイルパーオキサイドと発泡剤としてのアゾビ
スイソブチロニトリルを含有させ、加硫、発泡成形させ
てなることを特徴とする定着器用加圧ローラ２０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式を用
いた複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装
置で用いられる定着器用加圧ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を用いた複写機、プリンタ
ー、ファクシミリ等の加熱定着方式として、従来、図１
に示すものが知られている。図中の付番１は定着ローラ
を示し、加圧ローラ２とともに対で使用される。前記定
着ローラ１は、内部にヒーター３を有する中空芯金４の
表面にフッ素樹脂、シリコーンゴム等からなる離型層５
が設けられている。前記加圧ローラ２は、芯金６の表面
にシリコーンゴム等からなる弾性層７を設けた構成とな
っている。このように定着ローラ１と加圧ローラ２の一
対のローラで構成されるニップ部に未定着画像を通過さ
せることで定着を行っていた。

【０００３】近年、装置の省エネルギー化を目標に、定
着ローラの中空芯金肉厚を従来と比べて薄くすることで
立ち上がり時間を短くする方式や、図２に示すようにポ
リイミド等の薄肉耐熱性樹脂表面にフッ素樹脂等の離型
層を設けた定着ベルト８を介してヒーター９により加熱
する方式も行われている。この方式によれば、熱容量の
少ない薄肉芯金や薄肉の耐熱ベルトを用いるため、立ち
上がり時間が短縮できる利点がある。このとき、加圧ロ
ーラ１１としては、芯金６の周面にシリコーンスポンジ
（下層）１２、フッ素樹脂チューブ（表面層）１３を順
次形成した低熱伝導性のものを用いている。これは、定
着ローラ、定着ベルト９から熱を奪いづらく、立ち上が
り時間をより短くするためである。

【０００４】このシリコーンスポンジ層を用いた低熱伝
導性の加圧ローラ１１の製作方式としては、下記の方法
が挙げられる。 １）芯金６の外周に熱硬化型シリコーンゴム（ミラブル
タイプシリコーンゴム）に有機発泡剤と加硫剤を配合し
た原料を巻きつけてから高温で加硫、発泡を行い、スポ
ンジ層を形成した後、表面を一定寸法に研磨、その外周
にＰＦＡ等のフッ素樹脂チューブを被覆して加圧ローラ
を製作する方法。

【０００５】２）図４に示すように、一定寸法の金型３
１の内面に回転成型やコーティング方式によりフッ素樹
脂層を設け、あるいは金型内面にフッ素樹脂チューブ３
２を装着し、その内側に発泡剤、加硫剤を配合した熱硬
化型シリコーンゴム３３を巻きつけた芯金６を挿入した
後、加熱することでフッ素樹脂内面にシリコーンスポン
ジ層を形成して加圧ローラとする方法。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】省エネルギー化をはか
るため中空芯金厚みを薄くする方法では、アルミニウム
材質で１ｍｍ以下や鉄材で０．３ｍｍ以下の中空芯金を
用いる定着ローラの検討も進められている。しかし、こ
の定着ローラを加圧ローラと圧着して使用すると、定着
ローラがたわんでしまい、紙等の記録材にしわが発生し
てしまう問題がある。

【０００７】この解決策としては定着ローラのたわみを
抑えるために従来と比べて低硬度にしたシリコーンスポ
ンジを用いて加圧ローラとして低圧力で圧着したり、加
圧ローラの外径形状精度を従来と比べて厳しい精度とす
ることが行われている。しかし、低硬度のシリコーンス
ポンジは発泡倍率の大きなスポンジである為、加圧ロー
ラの表面の粗さ（凹凸）が大きくなり、“トナーオフセ
ット”と呼ばれるローラ表面に付着したトナーによって
画像が汚れてしまう現象や、用紙等がローラに巻きつい
てしまう現象が起こりやすくなる問題があった。また、
加圧ローラの外径形状精度を厳しくしようとしても低硬
度のスポンジを用いたことで精度が更にばらついたり、
加圧ローラが冷えた状態と熱により温まった状態では熱
膨張により外径形状が変化するためシワの発生を完全に
抑えることは困難であった。

【０００８】定着ベルトを用いた定着方法（図２）では
加圧ローラ１１によって定着ベルト8の駆動も行ってい
るため、機械の電源を入れた直後の加圧ローラが冷えて
いる時と使用により加圧ローラが充分温まった状態では
加圧ローラの外径の変化によって記録材の搬送スピード
が変化してしまう問題があり、熱膨張をできる限り小さ
くする必要があった。

【０００９】また、近年の高画質化の要求によりトナー
粒子の小粒径化が図られており、トナーオフセットが従
来と比べてさらに起こりやすくなっているため加圧ロー
ラの表面粗さを小さくすることが要求されており、微細
で均一な発泡状態のシリコーンスポンジを使用すること
が要求されている。

【００１０】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、表面粗さが小さくなりトナーオフセットに対して優
れているとともに、形状変化によるシワの発生を抑制
し、定着ベルト方式での搬送スピード変化の少ない高耐
久の定着器用加圧ローラを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために鋭意研究した結果、定着器用加圧ロ
ーラのシリコーンスポンジとして、未発泡加硫時に切断
時伸び２５０％以下で引っ張り強さ７．０ＭＰａ以上の
熱硬化型シリコーンゴム組成物を、加硫剤としての過酸
化物パラメチルベンゾイルパーオキサイドと発泡剤とし
てのアゾビスイソブチロニトリルを含有させ、加硫、発
泡成形させたシリコーンスポンジを用いることにより高
性能の定着器用加圧ローラが得られることを見出した。

【００１２】即ち、本発明は、芯金の周面にシリコーン
スポンジ層を設け、その外周にフッ素樹脂からなる表面
離型層を設けた定着器用加圧ローラにおいて、前記シリ
コーンスポンジ層は、未発泡加硫時に切断時伸び２５０
％以下で引張り強さ７．０ＭＰａ以上の熱硬化型シリコ
ーンゴム組成物を、加硫剤としての過酸化物パラメチル
ベンゾイルパーオキサイドと発泡剤としてのアゾビスイ
ソブチロニトリルを含有させ、加硫、発泡成形させてな
ることを特徴とする定着器用加圧ローラである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明では、熱硬化型シリコーン
ゴムに、加硫剤としての過酸化物パラメチルベンゾイル
パーオキサイドと発泡剤としてのアゾビスイソブチロニ
トリルを含有した組成物を加硫、発泡させたシリコーン
スポンジを用いることが必須条件であり、この加硫剤の
硬化温度と発泡剤の分解温度の組み合わせにより異常発
泡のない均一なセルのシリコーンスポンジが得られる。

【００１４】本発明において、加硫剤としての過酸化物
パラメチルベンゾイルパーオキサイドは、熱硬化型シリ
コーンゴム１００重量部に対して０．１〜３．０重量
部、発泡剤アゾビスイソブチロニトリルは０．３〜５．
０重量部使用することが効果的である。この理由は、パ
ラメチルベンゾイルパーオキサイドは０．１重量部未満
ではその効果がほとんどなく、３．０重量部を超える
と、シリコーンスポンジにはほとんど変化ない一方でシ
リコーンスポンジの圧縮永久歪みが悪くなってしまう弊
害が発生するからである。

【００１５】一方、発泡剤としてのアゾビスイソブチロ
ニトリルは、０．３重量部未満ではほとんど発泡の効果
が期待できず、５．０重量部を超えるほど多量に配合す
ると、過酸化物による加硫を阻害する傾向があらわれる
ために加硫の不十分な極端に圧縮永久歪みの大きなシリ
コーンスポンジとなってしまう。ここで、一般に熱硬化
型シリコーンゴムの加硫に用いられる過酸化物をパラメ
チルベンゾイルパーオキサイドと併用することも発泡、
加硫の安定化に有効であり、特にジクミルパーオキサイ
ド、２，５−ジメチル−２，５ビス（ｔ−ブチルパーオ
キシ）−ヘキサン等のジアルキルパーオキサイドを併用
することは有効である。

【００１６】熱硬化型シリコーンゴムは、一般にミラブ
ルシリコーンゴムと呼ばれるもので、オルガノポリシロ
キサンに補強性充填剤、増量充填剤、耐熱添加剤、着色
剤、分散助剤等を配合したものであるが、均一で微細な
シリコーンスポンジを安定して得るためには熱硬化型シ
リコーンゴム中の低揮発分の管理が重要である。特に、
２００℃以上の高温で加硫を行う熱空気加硫では低揮発
成分を極力少なくする必要があり、配合剤中の水分や低
分子量物質の管理が重量である。また、シリコーンゴム
組成物を高温で処理する等の方法で低揮発成分を飛ばし
てから発泡剤、加硫剤を配合し使用することも勿論有効
である。

【００１７】本発明では、熱硬化型シリコーンゴムが切
断時伸び２５０％以下で引張り強さ７．０ＭＰａ以上の
ものを使用することで熱膨張の小さい、耐久性に優れた
定着器用加圧ローラが得られる。

【００１８】ここで、熱硬化型シリコーンゴムの物性は
加硫剤の種類や硬化条件によって多少変化するが、本発
明で述べる物性は熱硬化型シリコーンゴムの物性測定で
一般に用いられているジクミルパーオキサイド又は２，
５−ジメチル−２，５ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−
ヘキサンを０．５〜２重量部配合してプレス加硫を行
い、２００℃前後の温度でポストキュアーを行った後に
ＪＩＳ Ｋ６２４９−１５（未硬化および硬化シリコー
ンゴムの試験方法）で測定した値である。

【００１９】本発明において、熱硬化型シリコーンゴム
が切断時伸び２５０％を超えると、発泡させスポンジ層
として適用した加圧ローラの熱膨張を小さくする効果が
充分ではない。また、引張り強さ７．０ＭＰａ未満で
は、加圧ローラの耐久性、特にシリコーンスポンジ層の
破泡に対して充分でない加圧ローラとなってしまう。

【００２０】一般的に、シリコーンスポンジを用いた加
圧ローラは高温、高圧での使用によりスポンジセルが徐
々に破泡を起こし硬度が下がってしまうが、破泡は加圧
ローラに係る圧力の分布によって変化するため、加圧ロ
ーラ全面で均一に起こらないために紙シワ等の発生原因
となる。特に、高発泡のシリコーンスポンジを用いた低
硬度の加圧ローラを高圧で使用すると、短時間で破泡が
発生して使用できなくなる。しかし、本発明の加圧ロー
ラでは、熱膨張が小さいとともにシリコーンスポンジの
破泡に対しても耐久性のあるものが得られる。

【００２１】本発明では、熱硬化型シリコーンゴム組成
物のウィリアムス可塑度が３００以上４５０以下であ
り、当該組成物を連続的に押出し熱空気中で加硫、発泡
させることにより、さらに均一で微細のシリコーンスポ
ンジが得られることを見出した。

【００２２】ウィリアムス可塑度はＪＩＳ Ｋ６２４９
（未硬化及び硬化シリコーンゴムの試験方法）−８の可
塑度試験に述べられている方法で測定する。測定条件
は、２本コールにて厚み約１ｍｍで２本ロールにからん
でから１０分間再練りを行い、直後に荷重を２分間かけ
た値である。

【００２３】加硫剤としての過酸化物パラメチルベンゾ
イルパーオキサイドと発泡剤としてのアゾビスイソブチ
ロニトリルを含有する熱硬化型シリコーンゴム原料を押
出し機にて連続的に押し出し、熱空気加硫装置を通過さ
せることで加熱を行い、発泡、加硫をさせることでバラ
ツキの少ないシリコーンスポンジが得られるが、可塑度
を３００以上とすることにより微細なシリコーンスポン
ジが得られる。ウィリアムス可塑度が４５０を超える
と、熱硬化型シリコーンゴム原料が非常に硬いものとな
り、押出し成型が困難になってしまう。その結果、シリ
コーンスポンジにスジ状の模様が発生したり、外径寸法
に凹凸が発生するなどの問題が生じてしまう。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の各実施例及び比較例に係る定
着器用加圧ローラについて、その製造方法を併記して説
明する。 （実施例１）まず、本実施例に係る定着器用加圧ローラ
２０について、図３を参照して説明する。図中の符番２
１は、表面を脱脂処理した外径１７ｍｍの鉄製芯金を示
す。この芯金２１の外周面には、図示しない接着剤層を
介して外径２５ｍｍのシリコーンスポンジ層２２が設け
られている。このシリコーンスポンジ層２２の表面に
は、表面離型層（ＰＦＡチューブ）２３が設けられてい
る。

【００２５】次に、こうした構成の定着器用加圧ローラ
の製造方法について図３を参照して説明する。 １）まず、未発泡加硫時の切断時伸びが１７０％、引張
り強さが８．５ＭＰａであり、ウィリアムス可塑度３３
０の熱硬化型シリコーンゴム（商品名：ＳＨ７４７Ｕ、
東レ・ダウコーニングシリコーン（株）製）に、過酸化
物パラメチルベンゾイルパーオキサイド０．５重量部、
発泡剤アゾビスイソブチロニトリル１．３重量部、過酸
化物ジクミルパーオキサイド１．０重量部、着色剤ベン
ガラ０．３重量部を配合し、練り加工を行い、熱硬化型
シリコーンゴム原料組成物とした。

【００２６】２）次に、この組成物を押出機にてチュー
ブ状に連続的に押出した直後、２６０℃の熱空気加硫装
置内を１５分通し加硫、発泡を行った後、一定長さに切
断し、内径約１６ｍｍ、外径約２８ｍｍのシリコーンス
ポンジを作製した。つづいて、このスポンジを２００℃
のオーブン中で１０時間加熱し、低分子量物質や分解生
成物の除去を行った。

【００２７】３）一方、表面を脱脂処理した外径１７ｍ
ｍの鉄製芯金２１の周面に、接着剤として自己接着タイ
プ液状シリコーンゴム（商品名：ＫＥ１８０１、信越化
学工業（株）製）を薄く塗布し、前記シリコーンスポン
ジ内部に挿入した。この後、１３０℃で３時間加熱して
接着剤を硬化させ、芯金にシリコーンスポンジを接着さ
せた。

【００２８】４）次に、冷却後、外径２５ｍｍに表面を
研磨してシリコーンスポンジ層２２とした。つづいて、
このシリコーンスポンジ層２２表面に自己接着タイプ液
状導電シリコーンゴム（商品名：Ｘ−32−21018、信越
化学工業製）を接着剤として薄く塗布し、内径２４．６
ｍｍ、厚さ５０μｍで内面を化学的に処理したＰＦＡチ
ューブ２３に挿入した。更に、１５０℃で２時間加熱
し、定着器用加圧ローラ２０を製造した。

【００２９】このように、上記実施例に係る定着器用加
圧ローラ２０は、芯金２１上にシリコーンスポンジ層２
２、表面離型層２３を順次設けて構成され、前記シリコ
ーンスポンジ層２２は、過酸化物パラメチルベンゾイル
パーオキサイドと発泡剤アゾビスイソブチロニトリルを
含有し、切断時伸び２５０％以下で引張り強さ７．０Ｍ
Ｐａ以上の熱硬化型シリコーンゴム組成物を加硫、発泡
成形させてなることを特徴とする。こうした加圧ローラ
２０におけるシリコーンスポンジ層２２は、セル径が５
０〜１５０μｍの微細で均一なもので、加圧ローラ表面
粗さも凹凸の少ない良好なものであった。

【００３０】こうした加圧ローラを、ベルト定着方式の
プリンター（商品名：ＬＢＰ−１８１０、キヤノン社
製）用加圧ローラとして通紙試験を行った。その結果、
従来のシリコーンスポンジを使用した加圧ローラよりも
記録材搬送スピードむらの少ない加圧ローラであり、目
標耐久枚数の１０万通紙後も記録材のシワが発生しない
高耐久の加圧ローラが得られた。

【００３１】（比較例１）実施例１と同じ原料を用い、
過酸化物の種類をオルソメチルベンゾイルパーオキサイ
ド０．５重量部とした以外は、実施例１と同じ配合で実
施例１と同じ押出し、連続熱空気加硫方法でシリコーン
スポンジを製作した。そのとき、比較例１のシリコーン
スポンジは内側部分では発泡状態が微細なセルであった
が、表面に近い部分は内側部分に比べて粗いシリコーン
スポンジとなり、バラツキが見られた。

【００３２】比較例１に係るシリコーンスポンジを芯金
に挿入し表面を研磨すると、削りとった肉厚の差により
スポンジ表面状態がバラツキ、ＰＦＡチューブ被覆後の
加圧ローラ表面に凹凸の大きな部分ができてしまった。
この加圧ローラで実施例１と同様の通紙試験を行ったと
ころ、約１．８万枚と短時間で表面の凹凸の大きな部分
を中心にしてトナーオフセットが発生し、試験を中止し
た。

【００３３】（比較例２）実施例１と同じ原料を用い、
過酸化物の種類を１、６−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ
カルボキシ）ヘキサン０．７重量部とした以外は、実施
例１と同じ配合で実施例１と同じ押出し、連続熱空気加
硫方法でシリコーンスポンジを製作した。比較例２のシ
リコーンスポンジは、セルの大きさが１〜２ｍｍと非常
に粗いものとなり、加硫も不十分なため、加圧ローラの
スポンジとしての使用を断念した。

【００３４】下記表１は、上記実施例１及び比較例１，
２における加圧ローラの硬度、切断時伸び、引張り強
度、可塑度、過酸化物、シリコーンスポンジのスポンジ
状態、及び耐久性を示したものである。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１より、実施例１の場合は、スポンジ状
態が微細で均一であり、耐久性も通紙試験で１０万枚以
上であった。これに対し、比較例１の場合は、スポンジ
状態が内外でバラツキがあり、通紙試験は１．８万枚で
トナーオフセットが発生した。また、比較例２の場合
は、スポンジ状態が非常に粗く、通紙試験ができない状
態であった。これにより、実施例１が比較例１，２に比
べて優れていることが確認された。

【００３７】（実施例２，３、比較例３，４，５）熱硬
化型シリコーンゴム原料の硬度、切断時伸び、引張り強
さ、ウィリアムス可塑度を、下記表２のように変えて実
施例１と同じように過酸化物パラメチルベンゾイルパー
オキサイド０．５重量部、発泡剤アゾビスイソブチロニ
トリル１．３重量部、着色剤ベンガラ０．３重量部を配
合し、連続的に押出し熱空気中で加硫、発泡を行いシリ
コーンスポンジを製作した。このシリコーンスポンジを
用いて実施例１と同じ方法で外径２５ｍｍの定着器用加
圧ローラを製作した。

【００３８】このとき、実施例２，３と比較例３，４の
スポンジはセル径が５０〜１５０μｍの微細で均一のも
のであったが、比較例５のスポンジはセル径が１５０〜
５００μｍと粗いスポンジであった。

【００３９】また、夫々の加圧ローラの熱膨張を測定す
るため、１８０℃のオーブンで３０分間加熱、直後の外
径変化を測定した。その結果、表２に示すように、実施
例２では＋０．４１ｍｍ膨張していた。同様に、実施例
３、比較例３〜５についても測定を行ったが、切断時伸
びが２５０％以下のシリコーンゴム原料を用いた加圧ロ
ーラは熱膨張が小さいことが確認できた。

【００４０】これらの加圧ローラをベルト定着方式のプ
リンター（商品名：ＬＢＰ−１８１０、キヤノン社製）
で実施例１と同様の試験を行った。その結果、実施例
２，３に係る加圧ローラでは問題が発生せず、１０万枚
通紙を行い試験を中止した。比較例３の加圧ローラを使
用すると、プリンターの電源投入直後と連続で約２０分
間（約４００枚）通紙後での記録材の搬送スピードに差
が大きすぎるために試験をストップした。比較例４は、
使用初期では問題なかったが、約３．３万通紙で記録材
にシワが発生し、加圧ローラを取り出して調べたとこ
ろ、シリコーンスポンジ層に破泡が発生、硬度ムラが起
こってしまったためにシワが発生していた。また、比較
例５の加圧ローラでは５，６万枚で加圧ローラ表面にト
ナーが付着，画像に影響を与える状態となってしまい試
験をストップした。

【００４１】

【表２】

【００４２】表２より、実施例２，３の場合、スポンジ
状態が微細で均一であり、耐久性も通紙試験で１０万枚
以上であった。これに対し、比較例３，４の場合は、ス
ポンジ状態は微細で均一であるが、通紙試験は４００枚
で搬送ムラが生じたり（比較例３）、３．３万枚でシワ
の発生があった。また、比較例５の場合は、スポンジ状
態が非常に粗く、通紙試験も５．６万枚でトナーオフセ
ットが発生した。これにより、実施例２，３が比較例３
〜５に比べて優れていることが確認された。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、表面
粗さが小さくなりトナーオフセットに対して優れている
とともに、形状変化によるシワの発生を抑制し、定着ベ
ルト方式での搬送スピード変化の少ない高耐久の定着器
用加圧ローラを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の加熱定着方式の説明図。

【図２】従来の他の加熱定着方式の説明図。

【図３】本発明の実施例１に係る定着器用加圧ローラの
断面図。

【図４】従来の加圧ローラの製作方法の説明図。

【符号の説明】

２０…定着器用加圧ローラ、 ２１…芯金、 ２２…シリコーンスポンジ層、 ２３…表面離型層。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H033 AA09 AA15 AA23 BB29 BB30 BB31 3J103 AA02 AA14 BA41 FA12 GA02 GA57 GA60 GA66 HA03 HA04 HA12 HA43 HA53 4F074 AA90 BA14 BB03 CA21 CA23 CC04Y CD20 DA33 DA47 DA59

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 芯金の周面にシリコーンスポンジ層を設
   け、その外周にフッ素樹脂からなる表面離型層を設けた
   定着器用加圧ローラにおいて、 前記シリコーンスポンジ層は、未発泡加硫時に切断時伸
   び２５０％以下で引張り強さ７．０ＭＰａ以上の熱硬化
   型シリコーンゴム組成物を、加硫剤としての過酸化物パ
   ラメチルベンゾイルパーオキサイドと発泡剤としてのア
   ゾビスイソブチロニトリルを含有させ、加硫、発泡成形
   させてなることを特徴とする定着器用加圧ローラ。
2. 【請求項２】 前記熱硬化型シリコーンゴム組成物のウ
   イリアムス可塑度が３００以上４５０以下であることを
   特徴とする請求項１記載の定着器用加圧ローラ。