JP3265159B2 - 定着用ローラ及び定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複写機、ＬＢＰ等の
静電写真画像形成装置の加熱定着部の定着用ローラ及び
定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複写機、ＬＢＰ等の静電写真画像形成装
置の加熱定着装置においては、加熱部材とそれに圧接さ
れた加圧部材を圧接させ、その間をトナー像が形成され
た記録紙を通過させてトナーを加熱し、トナーを記録紙
に溶融定着させる定着方法が採用されている。

【０００３】両部材がローラ形状のものを定着用ローラ
と呼び、特に加熱部材を加熱ローラ、加圧部材を加圧ロ
ーラと呼んでいる。

【０００４】定着用ローラの表面にはトナー離型性が要
求され、表面層がシリコーンゴムからなる場合は、トナ
ー離型性向上の為に、シリコーンゴムにシリコーンオイ
ルを配合する手法の採用がよく知られている。例えば、
特公平６−４６３３７号では粘度が異なるジメチルシリ
コーンオイルを最適量配合する記載、実公平６−３３９
８号には５０ｃｓ〜６００００ｃｓのジメチルシリコー
ンオイルを最適量配合することが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般的にゴム硬度の低
い材料は、架橋密度は低く、あるいは充填剤の添加量も
少ない。両要素とも配合されたオイルのしみ出し速度は
速くなる傾向がある。

【０００６】従って、ジメチルシリコーンオイル配合し
た低硬度のシリコーンゴムを表層に用いた定着用ローラ
は、オイル枯れを早期に起し、トナー離型性の耐久が充
分でなく、また、しみ出しオイルは次々に記録紙に吸収
される為、ローラの外径に細りが生じ、結果として搬送
性の維持に問題を生じていた。

【０００７】しかも最近はＬＢＰ複写機の小型化が進
み、定着装置と前工程のあるもう一つの搬送系でもある
転写装置との距離が短くなっている。この場合、１枚の
記録紙が同時に２ヶ所で搬送されるケースが生じ、定着
装置の駆動ローラの外径細りによる搬送スピード低下
は、定着装置と転写装置間での未定着トナー像の形成さ
れた記録紙の撓みを生じさせ、未定着トナー像の乱れ、
あるいは定着装置通過時の記録紙シワ等の問題を発生す
る場合がある。

【０００８】また、複写機本体の小型化に伴ない、定着
装置の小型化も進み、加圧力の低減によりローラの低硬
度化が望まれている。

【０００９】本出願に係る第１の発明の目的は、トナー
離型性の耐久に優れた低硬度シリコーンゴム定着用ロー
ラを提供するものである。

【００１０】また、第２の発明の目的は、外径細りの少
ない低硬度シリコーンゴム定着用ローラを提供するもの
である。

【００１１】更に、第３の発明の目的は、安定した搬送
性および耐久性を有する定着装置を提供するものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本出願に係る第１の発明
の目的は、定着用ローラであって、粘度が１０万ｃｓ以
上のジメチルシリコーンオイルを付加型液状シリコーン
ゴム材料に配合して加熱硬化したゴム層を芯金の外周に
被覆してなるシリコーンゴムローラであって、該ゴム層
のＪＩＳ−Ａ硬度が５〜３０°の範囲である定着ローラ
の提供によって達成される。

【００１３】前記した本発明の第２の目的は、配合する
ジメチルシリコーンオイルを付加型液状シリコーンゴム
材料１００重量部に対して５〜１８重量部の範囲で用い
ることによって達成される。

【００１４】前記した本発明の第３の目的は、加熱部材
とそれに圧接する加圧部材を有し、未定着像を支持した
転写材を該部材間で、挟持搬送して加熱定着を行なう定
着装置において上記の定着用ローラを駆動側に具備する
定着装置の提供によって達成される。

【００１５】

【発明の実施の形態】ジメチルシリコーンオイルの配合
されたシリコーンゴム材料からなる定着用ローラは、使
用段階での熱と圧縮変形により僅かずつ表面に析出し、
ゴム表面に薄い膜を形成することにより、そのトナー離
型性が維持される。

【００１６】また析出したシリコーンオイルは、記録紙
との接触により記録紙に移行する。従って、使用時のト
ナー離型性を長期間維持する為には、シリコーンオイル
の析出スピードと記録紙へのオイル移行量のバランスが
重要となってくる。すなわち、析出スピードが遅すぎる
と、ローラ表面のオイルが記録紙への移行量に追いつけ
ず、充分なトナー離型性を保てなくなり、析出スピード
が速すぎると、早期に配合されたオイル枯れが生じ、ト
ナー離型性が低下する。

【００１７】オイルの析出スピードは、ゴムの硬度とオ
イル粘度のバランスによって決定される。一般的にゴム
硬度の低い材料は、架橋密度は低く、充填剤の量も少な
い為、配合オイルの析出スピードは速くなる。オイル粘
度が低いと析出スピードは速くなり、高いと遅くなる傾
向がある。また配合量にも析出スピードは左右され、例
えば配合量が多いと初期の析出スピードは速くなる。

【００１８】また、高粘度のオイルほど、記録紙への移
行も押えられる事から、配合されるジメチルシリコーン
オイルの粘度は１０万ｃｓ以上であることが必要であ
り、少量の析出量でも、トナー離型性が維持できる。ジ
メチルシリコーンオイルの粘土範囲は一般的には２００
万ｃｓ迄の範囲である。２００万ｃｓを超えるものは、
加工性に問題が生じる場合がある。

【００１９】また、１０万ｃｓ以上のオイルを配合した
シリコーンゴムのＪＩＳ−Ａ硬度は、５〜３０°の範囲
でなければならない。１０万ｃｓ以上のオイルを配合し
たシリコーンゴムのＪＩＳ−Ａ硬度が３０°を越える様
な材料は材料粘度が高いので加工性に問題が生じる場合
があり、また硬化後のシリコーンゴムローラ表面への配
合オイルの析出スピードが遅すぎる為、充分なトナー離
型性が保てない。また、１０万ｃｓ以上のオイルを配合
したシリコーンゴムのＪＩＳ−Ａ硬度の５°以下になる
様な材料は強度が低く、本発明の対象とする画像形成装
置の加熱定着装置の定着用ローラには適さない。

【００２０】粘度が１０万ｃｓ以上のジメチルシリコー
ンオイルを配合するシリコーンゴム材料は、強度と離型
性のバランス及び混合時の作業性から、付加型液状シリ
コーンゴム材料の採用が特に適している。

【００２１】本発明の定着用ローラの形成に用いられる
付加型液状シリコーンゴム材料としては、一般にＬＴＶ
ゴム，ＲＴＶゴムあるいは、ＬＳＲ，ＬＩＭＳ材と呼ば
れるもののうちヒドロシリル化反応で硬化するタイプの
ものが用いられ、例えばＫＥ１６０３，ＫＥ１９４０…
（信越化学）、ＴＳＥ３４５４，ＹＥ５８２２（東芝シ
リコーン）、ＤＹ３５−５６１，ＤＹ３５−５６２，Ｃ
Ｙ５２−２０５（トーレ・ダウコーニング・シリコー
ン）が挙げられる。

【００２２】前記した第２の発明の目的は、粘度が１０
万ｃｓ以上のジメチルシリコーンオイルを付加型シリコ
ーンゴム材料１００重量部に対して５〜１８重量部の範
囲で用いることによって達成される。

【００２３】粘度が１０万ｃｓ以上のジメチルシリコー
ンオイルは、記録紙への移行が少なく、比較的少量の析
出量でローラ表面のトナー離型性を保つことができる。
ジメチルシリコーンオイルの配合量が５重量部以下で
は、長期間の使用には耐えられず、オイル枯れを生じ易
い。一方、配合量が１８重量部を越えると、使用初期で
のオイル析出スピードが速くなりすぎて使用中での外径
細りが大きくなり、搬送性に問題が生じる場合がある。

【００２４】前記した第３の発明の目的は、加熱部材と
それに圧接する加圧部材を有し、未定着像を支持した転
写材を該部材間で挟持搬送して加熱定着を行なう定着装
置において、上記した定着用ローラを駆動側に具備する
加熱定着装置の提供によって達成される。

【００２５】前記した第２の発明の定着用ローラは、実
用時の外径細りが少ない為、これを定着装置の駆動側に
用いても、安定した搬送スピードが保たれ、更に良好な
トナー離型性を保つ為、ローラ汚れに起因する搬送不良
も起きにくく、これを駆動側に組込むことによって安定
した搬送性、耐久性を有する静電写眞画像形成装置の加
熱定着装置とすることが可能である。

【００２６】

【実施例】装置についての説明：図１は本発明の定着用
ローラの断面概略図の１例である。

【００２７】定着用ローラ１はその金属芯金２の外周
に、粘度１０万ｃｓ以上のジメチルシリコーンオイル
（例えば、商品名ＳＨ２００、トーレ・ダウコーニング
・シリコーン）を配合した付加型液状シリコーンゴム材
料（例えば、商品名ＤＹ３５−５６１、トーレ・ダウコ
ーニング・シリコーン）からなるゴム層３を被覆するこ
とによって形成されている。

【００２８】付加型液状シリコーンゴム材料は、常温で
液状で２液タイプである。

【００２９】これらを混合する際にシリコーンオイルを
添加して一緒に攪拌混合するか、あるいは予め２液それ
ぞれにシリコーンオイルを添加攪拌混合しておき、その
後にオイル添加された２液を攪拌混合することにより混
合液を得ることができる。この混合液を所定の金型に注
入して加熱することによりローラに成型する。

【００３０】図２は本発明によるフィルム加熱方式の加
熱装置の一実施例としての加熱定着装置の要部の横断側
面図、図３は加熱定着装置の縦断正面図である。

【００３１】本例の加熱定着装置２００は特開昭４−４
４０７５〜４４０８３号公報等に開示の所謂テンション
レスタイプの装置である。

【００３２】図２において、２０１は耐熱、断熱材製の
ヒータ保持部材である。この保持部材２０１の線状加熱
体２０２（以下ヒータと記す）を支持させてある。

【００３３】このヒータ２０２付のヒータ保持部材２０
１に対して円筒型の耐熱性の定着フィルム２０３をルー
ズに外嵌させてある。即ち、円筒型の定着フィルム２０
３の内周長とヒータ２０２を含むヒータ保持部材２０１
の外周長は、フィルム２０３の方を例えば３ｍｍ程度大
きくしてあり、従ってフィルム２０３はヒータ２０２を
含む保持部材２０１に対して周長が余裕をもってルーズ
に外嵌している。また、フィルム走行時に、フィルム形
状が円を保って回転できるように、フィルム内面支持部
材（キャップ）２１６ａ保持部材２０１上部に取りつけ
られている。

【００３４】定着フィルム２０３は外径２０ｍｍ、厚み
４０μｍのポリイミド製円筒状フィルムにフッ素樹脂を
厚み１５μｍ被覆したものを用いた。

【００３５】２０４は加圧ローラ（圧接ローラ、バック
アップローラ）であり、前記第２の発明の定着用ローラ
を用いている。加圧ローラの外径は１６ｍｍであり、ゴ
ム層厚みは３ｍｍに仕上げてある。この加圧ローラ２０
４とヒータ２０２との間にフィルム２０３を挟ませて加
圧ローラ２０４をヒータ２０２に対して圧接させてあ
る。

【００３６】この加圧ローラ２０４は、図３のように、
その両端軸部２４３、２４３をそれぞれ軸受２４５、２
４５を介して装置のボディーボックス２１０の両端板２
１１、２１１間に回転自由に保持させてあり、この加圧
ローラ２０４の上にフィルム２０３を外嵌させたヒータ
２０２付のヒータ保持部材２０１を配置し、ボディーボ
ックス２１０の上部に蓋板２１２をネジ止めして取り付
けてある。そしてこの蓋板２１２の両端ラグ部２１３、
２１３と、ヒータ保持部材２０１の両端ラグ部２１４、
２１４との間にそれぞればね２１５、２１５を縮設して
あり、このばね２１５、２１５によりフィルム２０３を
外嵌させたヒータ２０２付のヒータ保持部材２０１が下
方に押圧されることで、ヒータ２０２と加圧ローラ２０
４とがフィルム２０３を挟んで圧接して定着ニップ部Ｎ
が形成される。ヒータ２０２と加圧ローラ２０４との当
接圧は、例えばＡ４幅で総圧３〜６Ｋｇｆである。

【００３７】加圧ローラ２０４はその一方の軸端に固着
したギヤ２４６が画像形成装置等の本体の駆動系のギヤ
（不図示）に噛合しており、所定の周速度をもって回転
駆動されることで加圧ローラ２０４の表面摩擦力で円筒
型の定着フィルム２０３がヒータ２０２の下面に密着摺
動してヒータ保持部材２０１の回りを回転駆動される。

【００３８】このとき、フィルム内面支持部材２１６は
定着フィルム両端部の内面を支持することによって、フ
ィルムの姿勢を加圧部材からの駆動力に対して垂直に保
ち、長手方向への寄り力を規制する働きを持っている。

【００３９】このフィルム回転従動状態においてフィル
ム２０３と加圧ローラ２０４との間に未定着トナー画像
Ｔを担持させた記録材Ｐが導入されて回転するフィルム
２０３に密着してフィルムと一緒に定着ニップ部Ｎを通
過することで記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを通過する過程
でヒータ２０２の熱エネルギーがフィルム２０１を介し
て記録材Ｐに与えられてトナー像の加熱定着がなされ
る。

【００４０】即ち、記録材Ｐは、少なくとも定着ニップ
部Ｎ内では、回転加圧ローラ２０４のヒータ２０２に対
する当接圧によって滑ることなく、定着フィルム２０
３、加圧ローラ２０４と同一速度で送られる。この定着
ニップ部Ｎ通過過程を加熱および加圧工程として、ヒー
タ２０２の熱は定着フィルム２０３を介して記録材Ｐへ
伝達され、記録材Ｐ上の未定着トナー画像Ｔが溶融、加
圧される。定着ニップ部Ｎを通過した後、定着フィルム
２０３と記録材Ｐは引き続き溶融、軟化したトナーＴの
粘着力により密着したまま搬送される。この搬送過程を
冷却工程として、軟化、溶融したＴの熱が放熱され、ト
ナーＴは冷却固化し記録材Ｐ上に永久固着像が形成され
る。冷却工程後、定着フィルム２０３と記録材Ｐはトナ
ー冷却固化により容易に曲率分離し、記録材Ｐは装置よ
り排出される。

【００４１】ヒータ２０２の温度制御は、図３のサーミ
スタ２２３によるヒータ２０２の検知温度が一定となる
ように通電発熱体であるヒーター２０２への通電が制御
される。例えばサーミスタ２２３の出力をＡ／Ｄ変換
し、ＣＰＵ（中央演算装置）（不図示）に取り込み、そ
の情報をもとにトライアック（不図示）によりヒータ２
０２、即ち通電発熱体層に通電するＡＣ電源のＡＣ電圧
を位相あるいは波数制御等のパルス幅変調をかけ、ヒー
タ通電電力を制御することで行う。或はサーミスタ２２
３とＣＰＵとによる温調系によりヒータ２０２への給電
をｏｎ、ｏｆｆすることによってヒータ温度を適切な定
着温度、例えば１７０℃に制御する。

【００４２】ヒータ保持部材２０１は熱硬化性樹脂であ
るフェノール樹脂にガラスを交ぜ、剛性を上げたもので
あり、外面のヒータ嵌め込み部から内面までの肉厚は約
３．５ｍｍある。 実施例１〜９および比較例１〜２ 本発明の加熱定着装置の上流１５ｃｍの位置に、もう一
つの搬送系もかねる転写ローラ方式の転写装置を設け、
未定着画像パターンによるＡ４サイズ紙による３万枚通
紙耐久テストを表１に示す加圧ローラ実施例１〜５、比
較例１〜２について行ない、ローラ表面のトナー付着、
搬送性について調べた。各ローラはベースゴム材、配合
オイル粘度、配合オイル量を表１に示すように変えて作
成してある。

【００４３】定着ニップ幅をそろえる為、各ローラ毎に
その硬度に合せてヒータと加圧ローラの当接圧は調整し
てある。

【００４４】

【表１】 ベースゴムの付加型シリコーンゴム材はそれぞれ下記の
ものである。

【００４５】ＤＹ３５−５６１（トーレ・ダウコーニン
グシリコーン，２５°品） ＳＥ６７４６ （トーレ・ダウコーニングシリコー
ン，６０°品） 実施例１〜３は、いずれも３万枚耐久テスト終了後も加
圧ローラ表面のトナー付着汚れはなかった。搬送性につ
いては、テスト終了間際でも定着装置と転写装置間の記
録紙の撓みは僅かなものであり、特に問題はなかった。

【００４６】これは加圧ローラのオイル析出スピードが
適切で、径細りも小さい為である。以上の様に実施例１
〜３の加圧ローラを具備した加熱定着装置は安定した搬
送性と耐久性を示した。

【００４７】実施例４の加圧ローラは、トナー付着に関
しては良好であった。しかし、搬送性に関しては２万枚
を越えたあたりから外径細りに起因する記録紙の撓みが
目立ちはじめ、３万枚間際では記録紙の撓みによりニッ
ブ部突入前に未定着画像が定着フィルムと接触してしま
う場合が生じ、画像乱れが発生した。また２万枚前後か
ら紙シワの発生頻度も徐々に増えてきた。これはオイル
の配合量が多い為に、初期のオイル析出量が多くなり、
その結果、径細りが目立ったことによる。

【００４８】実施例５は、オイル配合量が少なく、２万
枚の前後でトナー付着が発生した。その後、３０００枚
毎にローラ表面の清掃を行ないテストを継続したが、搬
送性に関してはテスト終了まで問題なかった。ローラ表
面の清掃はＵＳＰ５，１３８，３９０のクリーニングシ
ートを用いた。

【００４９】比較例１は５０００枚前後でトナー付着が
目立ち出し、９０００枚時点で記録紙の加圧ローラ巻き
付きが発生した。これはオイル粘度が低い為、析出スピ
ードが速く、初期の段階で一気にオイルが抜けてしまっ
た為である。

【００５０】比較例２は加圧ローラ硬度が高く、ニップ
幅を確保する為には当接圧を上げる必要があり、その
為、通紙時に紙シワが発生する場合があった。トナー付
着は、７０００枚前後で目立ち始め、充分なトナー離型
性を有していなかった。オイルの析出スピードが著しく
遅い為と考えられる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の発明によればトナー離型性の耐久に優れた低硬度
定着用ローラを具備することができる。

【００５２】また、第２の発明によれば、トナー離型性
の耐久に優れた外径細りの少ない低硬度定着用ローラを
提供することができる。

【００５３】更に、第３の発明によれば、安定した搬送
性、耐久性を有する定着装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定着用ローラの断面概略図の１例であ
る。

【図２】本発明の加熱定着装置の要部の横断側面図の１
例である。

【図３】同じく加熱定着装置要部の縦断正面図の１例で
ある。

【符号の説明】

２０１ フィルム内面ガイド部材 ２０２ 加熱体（ヒータ） ２０３ 定着フィルム ２０４ 加圧ローラ ２１６ キャップ ２１７ 熱伝導性板材 ２４１ 中心軸 ２４２ ゴム部材層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川元 英雄 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 熊谷 裕昭 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−157879（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−47084（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−153884（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−149750（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−27155（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−7460（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粘度が１０万ｃｓ以上のジメチルシリコ
   ーンオイルを付加型液状シリコーンゴム材料に配合して
   加熱硬化したゴム層を芯金の外周に被覆してなるシリコ
   ーンゴムローラであって、該ゴム層のＪＩＳ−Ａ硬度が
   ５〜３０°の範囲内であることを特徴とする定着用ロー
   ラ。
2. 【請求項２】 配合するジメチルシリコーンオイルが付
   加型液状シリコーンゴム材料１００重量部に対して５〜
   １８重量部の範囲であることを特徴とする請求項１記載
   の定着用ローラ。
3. 【請求項３】 加熱部材とそれに圧接する加圧部材を有
   し、未定着像を支持した転写材を該部材間で、挟持搬送
   して加熱定着を行なう定着装置において請求項２記載の
   定着用ローラを駆動側に具備することを特徴とする加熱
   定着装置。