JPH02198477A - 定着用回転体及び定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 の１ 本発明は、電子写真複写装置、プリンター、その他種々
の画像形成装置において未定着画像を定着するのに使用
されるローラ状或いはベルト状とされる定着用回転体及
び該定着用回転体を備えた定着装置に関するものである
。

更末豊韮遣 従来、例えば電子写真複写装置等の画像形成装置におい
ては、転写紙のような転写材上に相持された未定着のト
ナー画像を永久画像とするべく、１対のローラ状の回転
体、つまり定着用ローラ及び加圧用ローラを有した定着
装置が広く用いられている。

斯る定着装置において、未定着トナー像を有した転写材
は定着用ローラと加圧用ローラとの間を通され、この通
過の間に両ローラから付与される熱と圧力により未定着
トナー像は溶融され、転写材上に永久像として定着され
る。

このような定着装置では、加熱溶融されたトナがローラ
表面にオフセットするのを防止するために、特に直接ト
ナー像と接触する定着用ローラの外表面には離型性が要
求される。又、一方では、定着用ローラは、未定着トナ
ー像の層厚の増加や、定着速度の増大を図るために弾性
を有することが必要である。

このように定着用ローラは離型性と弾性の両特性を必要
とするために、従来、ＨＴＶ　（高温加硫型）シリコー
ンゴムにて作製された下層と、ＲＴＶ（室温加硫型）シ
リコーンゴムにて作製された上層の複数層構成とされた
定着用ローラが使用されている。

が　　しようと　る しかしながら、上述のような構成の定着用ロラの離型性
を更に向上せしめるために該定着用ロラの表面にシリコ
ーンオイル等の離型剤を塗布した場合には、定着用ロー
ラが離型剤により膨潤し、ローラ径が膨らみ、加圧用ロ
ーラとの間のニップが増大し、転写材にシワが発生する
といつた問題が発生した。

このような問題を解決するべく、例えば特公昭５４−４
１３３０号公報、特公昭５４−４１３３１号公報に開示
されるように、下層と上層の間に中間層として耐油層を
設けた多層構成の定着用ロラが提案されている。

該定着用ローラにて、耐油層としてはフルオロシリコー
ンゴム、フッ素ゴム又はこれらのゴムと他のゴムとの混
合ゴムが使用され、これら材料が耐油性によるオイルバ
リア層として機能しローラに塗布された離型剤が上層を
通り下層に浸透して行くのを防止するものであった。

しかしながら、本発明者等の研究実験の結果によると、
このような構成の定着用ローラは、下層への離型剤の侵
入は防止することができるが、耐油層は上層及び下層と
の接着性が極めて弱く、種々の接着剤や、上層及び下層
に対する接着性の高いゴムを耐油層中にブレンドしても
、接着強度を十分満足いく程度に増大せしめることはで
きなかった。

特に、画像形成速度の増大に伴なう、定着温度の高温化
、加圧用ローラとの間の圧接力の増大化が必要な場合に
、更にはシャープメルト性のトナーが使用されるカラー
画像形成装置において離型性の増大を図るために多量の
離型剤が使用される場合には、定着用ローラの各層間の
接着強度の低下が促進されるために、耐油層界面近傍で
のゴムの剥離現象が極めて重要な問題となった。

従って、本発明の目的は、離型剤の使用による膨潤をな
くし、又各層間の剥離もなく、長期にわったって使用す
ることのできる定着用回転体を提供することである。

本発明の他の目的は、上記定着用回転体を使用し、高温
度、高圧接力にて、更にはカラートナーをも良好に定着
することのできる定着装置を提供することである。

るための 上記諸口的は本発明に係る定着用回転体及び定着装置に
て達成される。要約すれば本発明は、外表面にオフセッ
ト防止層を有し、内部に弾性層が形成された定着用回転
体において、前記オフセット防止層と弾性層との間にシ
リコーンワニス又はシリコーンワニスとシリコーンゴム
との混合物による耐油層を設けたことを特徴とする定着
用回転体である。

又、上記定着用回転体は、加熱源を有した定着用回転体
と、該定着用回転体に圧接する加圧用回転体とを具備し
た定着装置に好適に使用される。

即ち、本発明の一態様によると、加熱源を有した定着用
回転体と、該定着用回転体に圧接する加圧用回転体とを
具備した定着装置において、少なくとも前記定着用回転
体は、外表面にオフセット防止層を有し、内部に弾性層
が形成され、更に、前記オフセット防止層と弾性層との
間にシリコーンワニス又はシリコーンワニスとシリコー
ンゴムとの混合物による耐油層を設けたことを特徴とす
る定着装置が提供される。

支電１ 次に、本発明に係る定着用回転体を図面に即して更に詳
しく説明する。

第１図は、本発明に係る定着用回転体を、電子写真複写
装置おいてトナー像を加熱定着する定着装置に利用され
る定着用ローラに具現化した一実施例を示す。

定着装置は、第１図に概略図示されるように、例えば転
写紙とされる転写材Ｐに担持された未定着のトナー像Ｔ
と接する定着用ローラ１と、該定着ローラ１にトナー像
を担持した該転写紙Ｐを押し付ける加圧用ローラ１０と
から構成される。

本発明に従えば、定着用ローラｌは、基材とされる、例
えばアルミニウム等の熱伝導の良好な芯金２と、該芯金
２上に形成されたＨＴＶ　（高温加硫型）シリコーンゴ
ム層の如き弾性層４と、該弾性層４上に形成された耐油
層６と、該耐油層６の外層として形成されたＲＴＶ　（
室温加硫型）シリコーンゴム層の如きオフセット防止層
８とを有し、本実施例では外径が４０　ｍ　ｍとなるよ
うに作製されている。定着用ローラｌについては後で更
に詳しく説明する。

加圧用ローラ１０は、本実施例ではアルミニウム性の芯
金１２と、該芯金の外側に形成された１ｍｍ厚のＨＴＶ
　（高温加硫型）シリコーンゴム層の如き弾性層１４と
、更にその表面に形成されたフッ素樹脂層１６とを有し
、本実施例では外径が４０　ｍ　ｍとなるように作製さ
れる。

上記定着用ローラ１及び加圧用ローラｌＯは、適当な加
圧手段（図示せず）にて所定の圧接力にて互いに押圧さ
れている。

又、定着用ローラｌ及び加圧用ローラｌＯの芯金２．１
２内にはハロゲンヒータＨが配置され、加圧用ローラ１
０の表面に当接されたサーミスタＧにより加圧用ローラ
１０の表面温度が検知され、この検知温度に基づきハロ
ゲンヒータＨが制御される。斯る温度制御により、定着
用ローラ１及び加圧用ローラ１０の温度は約１７０℃の
一定温度に保持される。

更に、本実施例の定着装置は離型剤塗布装置３０及びク
リーニング装置４０を備え、離型剤塗布装置のローラ群
３２．３３にて液槽３１に貯留された離型剤、例えばオ
イル粘度３００Ｃ３のシリコーンオイル３４を定着用ロ
ーラｌに塗布し、又、クリーニング装置４０により定着
ローラｌにオフセットしたトナーを除去する。

次に、本発明に係る定着用ローラｌについて更に詳しく
説明する。

定着用ローラｌにおいて、適度な弾性を有するべく形成
された弾性層４としては種々の材料を使用し得るが、上
述のように、引張り強度、芯金との接着性、熱伝導率、
弾性率に優れたＨＴＶシリコーンゴムが好ましい。

更に好ましくは、弾性層４としては高熱伝導性ＨＴＶシ
リコーンゴムがよい。これは、高熱伝導性のものを使用
することにより、ローラ表面に熱が速く供給され、転写
材の通過によるローラ表面温度の低下が防止され、温度
的に安定した定着が行なえるからである。

特にカラー画像形成装置の定着用ローラとして使用する
場合には、定着用ローラの温度が混色に大きく影響し、
ローラの温度変化がカラー画像の色味の変化となって影
響するために、温度的に安定した高熱伝導性ＨＴＶシリ
コーンゴムが好適である。

又、弾性層４としては、高熱伝導性メチルフェニルＨＴ
Ｖシリコーンゴムも好ましい、該メチルフェニルＨＴＶ
シリコーンゴムを使用した場合には、特に耐油性に優れ
、ローラ全体の耐油性が更に向上する。

本実施例においては、該弾性層４の熱伝導率は１．０Ｘ
１０−”ｃａＪＬ／ｃｍｓｅｃ”０のものを使用し得る
が、好ましくは上記の点を考えると０゜５　Ｘ　ｌ　０
−３ｃ　ａ　ｌ　／　ｃ　ｍ　ｓ　ｅ　ｃ　℃のものが
好ましい。

又、定着用ローラｌの表層として、加熱溶融されたトナ
ーが定着用ローラ１の表面にオフセットするのを防止す
るためのオフセット防止層８が形成される。該オフセッ
ト防止層８は、特にカラー画像形成装置等のようにオフ
セットし易いシャープメルトトナーを用いる場合には、
離型剤としてシリコーンオイルが定着用ローラ１の表面
に多量塗布され離型性を高めているので、離型剤に対す
る、ぬれ性のよいＬＴＶ、ＲＴＶシリコーンゴム、特に
はシリコーンゴムの中では最も離型性にすぐれたＲＴＶ
シリコーンゴムが好ましい。

更ニ、ＲＴＶシリコーンゴムとしては２液性ＲＴＶシリ
コーンゴムでも１液性ＲＴＶシリコーンゴムでもよい。

しかし、好ましくは１液性ＲＴＶシリコーンゴムを使用
した方が、後で詳しく説明する耐油層６との接着が強固
になる。これは、１液性ＲＴＶシリコーンゴムは、加硫
前には相手物質との接着性を有しており、最終的に耐油
層６との接着が強固になるためである。

本発明に従えば、定着用ローラ１は上記弾性層４とオフ
セット防止層８との間に耐油層６を有する。該耐油層６
は、シリコーンワニスを重量パーセントで１０〜５０％
の割合で溶剤に希釈したものをディッピング又はスプレ
ー等の方法で弾性層４の外周に塗布し、硬化させること
によって形成される。

耐油層６の厚みは５〜３００＃Ｌｍ、好ましくは１０〜
２００４ｍが良い。層厚が５ＪＬｍ以下では、塗布ムラ
などにより部分的に下地ゴム層が露出する可能性があり
、オイルが下地ゴム層に浸透していってしまうことがあ
る。又、３００　ｐｍ以上に塗膜を形成する場合には、
塗布作業を数度繰り返すか、或いは塗膜液自体の固型成
分を増加させることによって作製されるために、液ダレ
による塗膜ムラ、更には乾燥硬化条件によるムラを生じ
、均質な膜が得られ難い。又、更に耐油層の膜厚をこの
ように厚くすると、定着用ローラを回転使用している内
にシリコーンワニスの機械的強度が足りず、ヒビワレ等
が発生してしまう。

本実施例で使用されるシリコーンワニスは、主に縮合タ
イプの硬化反応のものが用いられ、次に示されるように
、メチル基を１個ないし３個有するシラン化合物、及び
フェニル基を１個ないし３個有するシラン化合物を混合
したものが用いられる。

ｔ ここで、Ｍｅはメチル基、φはフェニル基である。

表層としての前記ＲＴＶシリコーンゴム層の如きオフセ
ット防止層８は、該耐油層６の上にナイフコートにより
塗布して形成される。

又、表層のＲＴＶシリコーンゴム層はナイフコートにて
塗布するのではなくスプレーコートにて塗布しても良く
、特に従来より知られている注型法にても形成すること
ができる。

ただ、オフセット防止層８は層厚が０．０１〜０．５ｍ
ｍといった薄層とされるために、注型による製法では、
製造装置のセツティング寸法精度が厳しく、量産等にお
いて難かしい点が出てくるために、ナイフコートやスプ
レー等による製造方法が量産に適していると言える。

以上の構成の定着用ローラ１を備えた第１図に示す構成
とされる定着装置を市販されているカラー電子写真装置
に組込んで実験したところ、従来の単にＨＴＶシリコー
ンゴム上にＲＴＶシリコーンゴムを被膜した定着用ロー
ラを使用した定着装置の場合には約１万枚でローラ外径
が４０ｍｍから４２　ｍ　ｍに膨れてしまい、紙シワが
発生してしまったが、本発明に係る定着用ローラを使用
した定着装置を使用した場合には、１万枚においてもロ
ーラ外径は変化せず４０　ｍ　ｍのままであり、更に２
万枚の時点においても、径は４０ｍｍのままであり、良
好な定着作動をなすことができた。

本実験においては、カラー電子写真装置には軟化点が低
く、且つ溶融粘度の低いシャープメルト性のトナーが使
用された。

シャープメルト性トナーについて更に説明すると、シャ
ープメルト性トナーは、例えばポリエステル樹脂、スチ
レン−アクリル樹脂、着色剤（染料、昇華性染料）、荷
電制御剤等を溶融混練、粉砕、分級して製造される。必
要に応じて、トナーには各種外添剤が添加され得る。

特に、カラートナーとしては定着性、シャープメルト性
を考慮した場合には結着樹脂としてポリエステル樹脂を
使用したものが特に好ましい。斯るシャープメルト性ポ
リエステル樹脂はジオール化合物とジカルボン酸とから
合成される分子の主鎖にエステル結合を有する高分子化
合物とされる。

本実験で使用されたシャープメルト性ポリエステル樹脂
の軟化点は６０〜１５０℃、好ましくは８０〜１２０℃
となるようにされた。このシャープメルト性トナーの軟
化特性は第２図に示す通りであった。測定は次の方法に
て行なった。

フローテスターＣＦＴ−５００形（島津製作所製）を使
用し、ダイ（ノズル）の直径０．５ｍｍ、厚み１．ｏｍ
ｍとして５０ｋｇの押出荷重を加え初期設定温度８０°
Ｃで、予熱時間３００秒の後、５°Ｃ／分の速度で等速
昇温した時描かれるトナーのプランジャー降下量−温度
曲線（以後軟化Ｓ字曲線という）を求める。試料となる
トナーは１〜３ｇ精製した微粉末を用い、プランジャー
断面積は１．ｏｃｒｒｆとする。軟化Ｓ字曲線は第２図
のようなカーブとなる。等速昇温するに従い、トナーは
徐々に加熱され流出が開始される（プランジャー降下Ａ
−Ｂ）。更に昇温すると溶融状態となったトナーは大き
く流出しくＢ＋Ｃ＋Ｄ）、プランジャー降下が停止し終
了する（Ｄ＋Ｅ）。

Ｓ字曲線の高さＨは全流出量を示し、Ｈ／２の０点に対
応する温度ＴＯはそのトナーの軟化点を示す。

このようなシャープメルト性樹脂は、溶融粘度が１０５
ｃｐを示す時の温度をＴ、、５ＸＩＯ’ｃｐを示す時の
温度をＴＺとした時、Ｔ、＝９０〜１５０°Ｃ１ｌΔＴ
ｌ＝　ＩＴＩ　−ＴＺ　Ｉ＝５〜３０′Ｃの条件を満た
す樹脂である。

これらの温度−溶融粘度特性を有するシャープメルト性
樹脂は加熱されることにより極めてシャープに粘度低下
を起こすことが特徴である。このような粘度低下が最上
部トナー層と最下部トナー層との適度な混合を生じせし
め、更にトナー層の透明性を急激に増加させ、良好な減
色混合を起こす。

このようなシャープメルト性のカラートナは、親和力が
大きく、定着用ローラにオフセットし易い。

又、本発明の他の実施例によると、耐油層６として、前
記実施例のシリコーンワニスの代りにシリコーンワニス
とンリコーンゴムの混合物を使用することができる。耐
油層６の厚みは、上述の如くに、５〜３００ＩＬｍ、好
ましくはｌＯ〜２００ＪＬｍが良い。

本実施例で用いられるシリコーンゴムはｌ液性或いは２
液性の室温硬化タイプのシリコーンゴムであって、主に
縮合タイプでワニス分との混合時には反応性ポリシロキ
サン形状のものが用いられる。又、混合されるシリコー
ンワニスは、前記シリコーンゴムと同様に、主に縮合タ
イプの硬化反応のものが用いられ１次に示される、メチ
ル基を１個ないし３個有したシラン化合物、及びフェニ
ル基を１個ないし３個有したシラン化合物を混合したも
のが用いられる。

ここで、Ｍｅはメチル基、φはフェニル基である。

好ましくは、メチル基とフェニル基の混合比率は、「メ
チル基／フェニル基」が、５以上、９９以下であれば何
ら問題はない。

次に、シリコーンゴムとシリコーンワニスの混合比につ
いて述べると、耐油層の耐熱性、及び下層への、例えば
ジメチルシリコーンオイル等の離型剤の膨潤を防ぐ等の
目的においては、シリコーンワニス分の含有量を増加さ
せることが好ましく、又、フェニル系のシリコーンワニ
ス分を増加させることは、オイル膨潤の防止、耐熱衝撃
性の向上を図るには好ましい。但し、ワニス成分が９０
％以上となるとワニス間を結ぐゴム成分が部分的になく
なることがあり、繰り返し曲げ等の能力が低下する。

更に、屈曲性を増加させるためにはシリコーンゴム分を
多くすることが好ましい。但し、含有ゴムの割合が７５
体積％以上となると急激に耐油層及び下層ゴムのオイル
膨潤の割合が高まり長期の使用に際して下層へのオイル
浸透度が増し、ローラ全体の寸法精度を維持することが
困難となる。

ゴム及びワニスの混合比率は、上述の条件下において適
宜選択すれば良い。

本実施例における耐油層の塗膜の方法は、先に述べたシ
リコーンワニスの時の塗布方法と同様にして行なうこと
ができる。

先の実施例の定着用ローラとは耐油層の材料のみが異な
る本実施例に係る定着用ローラを使用して先の実施例の
場合と同様にして定着の実験を行なったところ、１万枚
においても径は４０ｍｍのままで変化せず、更に３万枚
においても径は変らず、良好な定着作動をなすことがで
きた。

本発明の更に他の実施例によれば、耐油層６としては、
上記実施例のシリコーンゴムとシリコーンワニス混合物
（以下「レジン」という。）を構造的により強固にした
タイプのレジンを使用することもできる。耐油層６の厚
みは、上述の如くに、５〜３００１Ｌｍ、好ましくは１
０〜２００ＪＬｍが良い。

このレジンは、予め、ゴム状構造である直鎖型のメチル
フェニルポリシロキサンに３次元網目構造をとるポリシ
ロキサンを付加したものを単位とし、これを室温湿気硬
化或いは脱水縮合等公知の方法により硬化したブロック
共重合体型のレジンである。

このレジンにおいて、耐油層の耐熱性及び下層へのジメ
チルシリコーンオイルの膨潤を防ぐ等の目的においては
、直鎖型のメチルフェニルポリシロキサンにおけるフェ
ニル基の数をメチル基の数の比〔メチル基／フェニル基
〕が１以上、９９以下であれば良く、好ましくは５０以
下とし、フェニル基数を多くすることが好ましい。

次に、３次元網目構造をとるポリシロキサン番とおいて
も「メチル基／フェニル基」の比が耐シリコーンオイル
性に関与し、この比が３０％以上の場合には、ジメチル
シリコーンオイルに対する親和性が増し、膨潤防止層た
り得なくなる。実際の使用に当っては「メチル基／フェ
ニル基」の比が２０以下であることが好ましい。但し、
１以下となると、フェニル基増により塗膜硬度が増大し
、割れ等を生じる可能性がある。

以上、ブロック共重合体型のレジンについて条件を記し
たが、これらの条件はそれぞれ独立でも効果があるが、
両条件の最適値に設定することでより好ましい効果が得
られる。

上記材料を使用して耐油層とした以外は上記各実施例と
同様の定着用ローラを作製し、先の実施例と同様にして
定着の実験を行なったところ、３万枚においても径の変
化はなく、継続して使用することができた。

上記各実施例では、定着用回転体はローラ形状の定着用
ローラであるとして説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではない、ベルト状の定着用ベルトとしても好
適に具現化し得るものであって、又、定着装置に好適に
使用される。

先見ニオ】 以上説明したように、本発明に係る定着用回転体は弾性
層とオフセット防止層との間に耐油層を有し、離型剤の
使用によっても膨潤が生じることがなく、又長期にわた
って使用しても各層間の剥離もないという特長を有する
と共に、該定着用回転体は、高温度、高圧接力にて使用
することもでき、該定着用回転体を使用した定着装置は
、高速画像形成装置或いはカラー画像形成装置用の定着
装置として好適に使用し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る定着用回転体を使用した定着装
置の概略断面図である。 第２図は、シャープメルトトナーの軟化特性を示すグラ
フである。 １：定着用回転体 ２：芯金 ４：弾性層 ６：耐油層 ８：オフセット防止層 １０：加圧ローラ ３０：離型剤塗布装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）外表面にオフセット防止層を有し、内部に弾性層が
   形成された定着用回転体において、前記オフセット防止
   層と弾性層との間にシリコーンワニス又はシリコーンワ
   ニスとシリコーンゴムとの混合物による耐油層を設けた
   ことを特徴とする定着用回転体。 ２）加熱源を有した定着用回転体と、該定着用回転体に
   圧接する加圧用回転体とを具備した定着装置において、
   前記定着用回転体は、外表面にオフセット防止層を有し
   、内部に弾性層が形成され、更に、前記オフセット防止
   層と弾性層との間にシリコーンワニス又はシリコーンワ
   ニスとシリコーンゴムとの混合物による耐油層を設けた
   ことを特徴とする定着装置。