JPH02198478A - 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】 上の１ 本発明は、電子写真装置、静電記録装置、印刷機、プリ
ンタ等の画像形成装置において像担持体上に形成され、
次いで転写材−ヒに転写されたトナ像のような未定着画
像を永久画像として定着するための定着用回転体及び定
着装置に関し、特に、内部には熱源を有すると共に、そ
の外周面は転写材上に転写された未定着画像と接触して
、この未定着画像を定着するための接触、定着表面を有
する定着用回転体及びこの定着用回転体を備えた定着装
置に関する。

びその　　占 従来、画像形成のためのプロセスを介して感光ドラムの
如き像担持体上に形成ｙれるトナー像のような未定着画
像を転写材上に転写し、この未定着画像を定着するため
にベルト、ローラー等の回転体を用いることが広く行な
われている。特に、１対のローラ間に未定着画像を有す
る転写材を通過させ、これらのローラ間で形成されるニ
ップ部において、熱及び圧力により転写材上の未定着画
像を定着する熱ローラ定着が装置の簡便さもあり、これ
までの主流として用いられてきている。

さらに、このようなローラ等の回転体を用いた定着装置
によって転写材上の未定着画像を定着する際、未定着画
像の層厚の増加や定着スピードのアップの要望のため、
弾性を備えた定着用回転体が考えられている。このよう
な定着用回転体では、必要とされる弾性と定着に必要な
離型性を満足させるために、従来、シリコーンゴム、特
に、ＲＴＶ、ＬＴＶ等のゴム、あるいはこれにシリカベ
ンガラ等の無機剤を混入したものが定着用回転体の外周
に用いられている。

しかしながら、上記の如き架橋剤を用いたゴムにおいて
は、加熱により再架橋が進んで脆弱になったり、あるい
は熱酸化により分解するので、これを外周面に配設して
いる定着用回転体の性能が損なわれる。また、離型剤と
して、定着用回転体の外周に塗布されるシリコーンオイ
ルによって、回転体の外周面に配設されたゴムが膨潤し
、回転体としての外径が部分的に変化し、その結果、定
着画像に悪影響を及ぼすという問題点がある。

すなわち、このような定着用回転体では、必要とされる
弾性と定着に必要な離型性を満足し、かつ、十分な耐刷
性を有する材料は単一材質としてではなく、通常、ロー
ラ芯金上に形成される骨性層としてのゴム（シリコーン
ゴム）層上にフッ素樹脂層あるいはシリコーン樹脂層を
設けて複数層構成とし、各層で定着に必要な機能を持た
せているのである。

しかしながら、上記したようなゴム層上にフッ素樹脂を
形成したものは、加熱によるローラ芯金及び弾性層であ
る下層ゴム層の膨張により、フッ素樹脂が引き伸ばされ
、この加熱プロセスが繰り返されることで、ローラ表面
」二に細いシワを発生してしまうことがある。あるいは
、特開昭６２−２５５０８１号公報、特開昭５８−１１
９７６号公報等に示される如く、シリコーンワニスをゴ
ム様の弾性層上に塗布し、シリコーン樹脂被膜層を形成
した場合には、被膜層の硬度が高くなりすぎ、さらに、
ワニスの伸び率が、通常５０％以下と低いため、下層ゴ
ム層の著しい伸縮にはついて行けず、その結果、定着用
回転体の表面にヒビワレを生じるだけでなく、ハガレを
生じる可能性がある。

したがって、このような定着用回転体を定着装置に用い
たものでは、画像定着に悪影響を及ぼし、画像の定着不
良を生じることがある。

が　　じようと　る したがって１本発明は、上述した従来技術に鑑みなされ
たもので、その目的は、シリコーンゴム単体における表
面の熱酸化等を抑え、かつ、弾性層としての下層ゴム及
び回転体芯金の熱膨張に十分追従することが可能で、回
転体表面上にシワ、ヒビワレ、ハガレ等の発生を生じる
ことなく、高耐久性かつ高離型性を有する表面を備えた
定着用回転体及びこれを用いた定着装置を提供すること
である。

るだめの 上記目的は、本発明に係わる定着用回転体及び定着装置
によって達成される。すなわち、要約すれば本発明は、
転写材に転写された未定着画像を定着させるために用い
られる定着用回転体において、前記定着用回転体の表面
に、直鎖状のジメチルポリシロキサンと３次元網状構造
のポリシロキサンを結合させたものを１単位とするシリ
コーンレジンが塗膜されて成る定着用回転体、及び内部
に配設される熱源により表面が昇温させられる定着用回
転体を備えた一対の定着用回転体を有し前記一対の定着
用回転体間に、未定着画像が転写された転写材を挟持搬
送させて、前記未定着画像を熱と圧力で溶融、定着させ
る定着装置において、前記定着用回転体の少なくとも１
つは、その表面に直鎖状のジメチルポリシロキサンと３
次元網状構造のポリシロキサンを結合させたものをｌ単
位とするシリコーンレジンが塗膜されていることを特徴
とする定着装置である。

すなわち、本発明は、未定着画像としての未定着トナー
像を有する転写材を、定着用回転体として用いられてい
る一対の熱ローラ間を通過させ、熱と圧力により、転写
材上に未定着トナー像を溶融、定着させるための定着装
置の一方あるいは両方のローラにおいて、下層に耐熱性
の弾性層を設け、その上層に直鎖状ポリシロキサンに３
次元網目構造のポリシロキサンを結合したものを１単位
としてなるシリコーンレジン層の膜を形成した定着用回
転体、及びこの定着用回転体を用いて構成した定着装置
であって、熱的に安定、かつ伸縮性に富む高耐火性の定
着用回転体を提供すると共に、画像定着に悪影響を及ぼ
すことなく、良好な画像定着を得ることができる定着装
置を提供するものである。

実ｊＬ例 以下、本発明を、その実施例に基づいて添付図面を参照
しつつ説明する。

第１図及び第２図を参照すると、本発明に係わる定着用
回転体が用いられている定着装置が示されており、この
定着装置１００は、定着用回転体としての定着ローラ１
及び加圧ローラ２を備えている。定着ローラ１は、アル
ミニウムまたは鉄等からなる芯金としての中空シリンダ
３を備え、この中空シリンダ３の内部には、ハロゲンラ
ンプ等の熱源５が備えられると共に、中空シリンダ３の
外周面には、耐熱性の弾性層４が設けられ、この弾性層
４の上層には表面層として本発明によるシリコーンレジ
ン離型層４１が設けられている。

加圧ローラ２も、定着ローラｌと同様に、アルミニウム
または鉄等からなる芯金としての中空シリンダ７を備え
、この中空シリンダ７の内部には、ハロゲンランプ等の
熱源５ａが備えられると共に、中空シリンダ７の外周面
には、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂層あるいはフッ
素ラテックス層または定着ローラ１と同様のシリコーン
レジンの離型層６が設けられている。

さらに、この定着ローラ１と加圧ローラ２は、図示しな
いバネ等によって加圧され、定着時に必要とされる熱を
転写材及びトナーに十分供給できる巾、すなわちこツブ
巾をもって接触している。

上記構成の定着装置の動作を示すと、定着ロラｌ及び加
圧ローラ２の両ローラあるいは定着ローラ１は、装置本
体の電源スィッチ（図示せず）がＯＮ状態になると、内
部の熱源５．５ａにより加熱され、図示しない温度セン
サーによって、それぞれの表面温度が定着に最適となる
ように温調される。

次に、公知の電子写真法によって作成されて、紙または
プラスチックフィルム等の転写材１０上に転写された未
定着画像としてのトナー像１１を有する転写材ｌＯが、
定着装置ｌＯＯの方向に供給され始めると、それぞれの
ローラ１．２は矢印Ａ方向に回転する。さらに、この転
写材１０が、定着ローラ１と加圧ローラ２の両ローラに
よって形成される圧接部に進入すると、この転写材１０
は、これら両ローラによって挟持搬送されると共に、こ
の圧接部において圧力、熱により、転写材上のトナー像
が溶融定着され、その後、トナー像が定着された転写材
１０は、分離爪９により、各々のローラｌ、２から剥離
され、排紙されることとなる。

定着プロセスを終了したこれらのローラ、特に、転写材
１０上のトナー像面に接触した定着ロラ１は、清掃部材
８によって、その表面をクリニングされ、次の定着プロ
セスに備えることとなる。

また、第１図には特に示さなかったが、必要に応じて、
転写材１０上のトナー像に接触するローラの表面に、ジ
メチルシリコーンオイル等の離型剤を適量、塗布しても
何ら問題はない。

ここで、本発明における上記定着用回転体について、さ
らに詳述する。

なお、以下の説明は加圧ローラ２にも当てはまルカ、こ
こでは、まず、定着ローラ１について述べる。

中空シリンダ３の外周面に耐熱性弾性層４として配設さ
れる下層のゴム層は、高耐熱性の熱加硫型シリコーンゴ
ムが用いられ、特にメチルビニルシリコーンゴムあるい
はメチルフェニルシリコンゴム、またはこれらの混合物
が用いられる。また、ゴム単体では強度的に劣るため、
シリカ、ベンガラ等の補強充填剤を混入しても良く、そ
して熱伝導性を向上させるため、カーボン、アルミナ等
の充填剤を混練しても良い。さらに、ベースゴムの耐油
性を向上させるために、使用するゴムに含まれるフェニ
ル基（Ｃ６Ｈ５）の数を増加させ、ジメチルシリコーン
オイルとの相性を悪くすることは耐久性を向上させる点
でより好ましい選択である。

次に、耐熱性弾性層４の上に、さらに表面離型層４１と
して形成されるシリコーンレジン層について述べる。こ
こで、表面離型層４１に用いられる上記レジンは、シリ
コーンゴムとシリコーンワニスの両者の特性を持つもの
であって、レジンを構成する単位が分子量でｌＯ４〜５
Ｘ１０’であるジメチルポリシロキサンあるいはメチル
フェニルポリシロキサンからなるゴム様の直鎖状シロキ
サン高分子に、Ｒ３１Ｏ％、Ｒ２５ｉＯ，Ｒ３５ｉＯ展
、ＳｉＯ’ｚ（Ｒはメチル基またはフェニル基）の各構
成単位が互いに５ｉ−０−３ｉ結合で連結された、いわ
ゆるシリコーンワニスノ形状テある３次元網目構造のポ
リシロキサン化合物を連結させたものである。

すなわち、このレジンからなる表面離型層４１は、その
硬化後、ゴム状シリコーンとワニス状シリコーンのブロ
ック共重合体となる。

このようにして形成される表面離型層４１としてのレジ
ン塗膜の特性は、前述のゴム状シリコーンの分子量、及
び側鎖のメチル基、フェニル基数、また、ワニス状シリ
コーン部分の官能度とメチル基、フェニル基の数を選ぶ
ことによって変化させることが可能である。

例えば、定着時の離型性をより高めるためには、ゴム状
シリコーンの分子量を３００００〜２ｏｏｏｏｏ程度に
すると共に、側鎖のメチル基が５０％以上となる構成と
することが好ましい。特に、分子量を２０００００以上
にすると、レジン自体がゴム様になり、離型補助材とし
てジメチルシリコーンオイルを用いた場合、弾性層４と
しての下層ゴムへのオイル膨潤が著しくなり、定着ロチ
１外径の安定のためには余り好ましくない。

さらに、分子量を３００００以下にすると、ゴム特性が
低下して屈曲性に劣ることとなる。また、オイル膨潤を
低減するためには、側鎖に若干量のフェニル基を持つこ
とが好ましい。ただし、フェニル基の数が５０％を越え
る場合、十分な離型性が得られなくなる。

次に、表面離型層４１として弾性層４上に形成されるシ
リコーンレジンのワニス部分について述べると、下層に
弾性層４としてのゴム層をもっこと、及びこのレジンに
は十分な屈曲性が必要とされるが、いかに前述のゴム状
部分の分子量を３００００以上に設定しても、ワニス部
分での官能度、すなわちＲ／５ｔ（Ｒはメチル基あるい
はフェニル基の数、Ｓｉはシリコンの数）の比が１より
小さい場合、形成された表面離型層４１としてのレジン
塗膜の硬度が高くなり過ぎ、ゴムの変形について行けず
ヒビワレ等を生じてしまう。

このＲ／　Ｓ　ｉ比の適切な値は１以上で、２未満、望
ましくは、塗膜強度を得るためにも、１以上で１．７以
下に設定されるのが好ましい。さらに、ワニス側におい
ても、メチル基数／フェこル基数も重要な要素であって
、この値が５以下の場合、レジン塗膜硬度が高くなり、
繰り返し曲げによって微妙なハガレを生じ、このハガレ
が、定着時のオフセットを初期から誘発することがある
。

また、定着時のトナー粘度が１０２〜１０１２ボイズと
いう広い幅において、十分な離型性を得るためには、メ
チル／フェニル比を８以上１０００以下とすることが好
ましく、より望ましくは５０〜２００の間に設定すれば
良い。

離型層４１として、実際のレジン塗膜形成に当っては、
まず、アルミニウム、鉄等からなる中空シリンダ３とし
ての芯金上に、前述したＨＴＶシリコーンゴムを圧縮、
射出等の成型法によって弾性層４を形成した後、必要と
あれば、仕上げ精度を出すために、研摩、研削等を行う
。

次に、トルエン等の溶媒で前述のシリコーンレジンを重
量パーセントで１０〜５０％の割合で希釈したものをデ
イツプ法あるいはスプレー法等の方法で弾性層４上にコ
ーティングして、乾燥させ表面離型層４１を形成する。

この表面離型層４１としてのレジン塗膜の厚さは５〜３
００　ｇｍであり、好ましくは１０〜７０ｇｍが良い。

レジン塗膜の厚さが５ｐｍ以下では、塗工ムラなどによ
って部分的に弾性層４である下地ゴム層が露出する可能
性があるばかりでなく、紙詰りのような異常に圧力の高
まる事態が発生した場合、レジン塗膜が傷つき、実際上
の使用が不可能になることもある。また、レジン塗膜の
厚さが３００　ｐＬｍ以上の塗膜を形成しようとすると
、塗工作業を数度繰り返す、ある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成するため、液だれに
よる塗膜ムラ、乾燥硬化条件にムラを生じ、均質な塗膜
が得られ難い。

以下、本発明による上述条件にしたがって行つた実験例
と従来例としての比較例とを併記する。

また、本発明による実験例及び従来例としての比較例に
記したゴム硬度は全て、ＪＩＳ加硫ゴム物理試験方法に
基づくスプリング式硬さ試験Ａ形の測定値である。

支員遣」 中空シリンダ３としての直径３８　ｍ　ｍのアルミニウ
ム芯金上に、ゴム硬度４０°のＨＴＶメチルフェニルシ
リコーンゴムを肉厚１ｍｍで弾性層４として形成し、こ
の弾性層４上に、シリコーンレジンのゴム状部分がジメ
チルポリシロキサンからなり、分子量でｔｏｏｏｏｏの
ものに、メチル／フェニル比５０．Ｒ／Ｓｔ比１．７の
３次元網目状のワニス部分をもつブロック共重合シリコ
ーンレジンを、肉厚３０ｐＬｍで表面離型層４１として
形成したものを定着ローラとし、トナーとして、定着時
のトナー粘度が１０’ポイズ以下となる０２Ｃ−１（キ
ャノン製）用カラートナーを用いて、ローラ表面温度１
７０℃、周速９０　ｍ　ｍ　／　ｓｅｃでフルカラー画
像の定着試験を行った。

夾】臼１ヱ 表面離型層４１としてのシリコーンレジンのワニス状部
分のメチル／フェニル比を１００とした以外は１と同じ
条件で行った。

１翌１」 弾性層４としての下層ゴムの硬度を７０’とし、この弾
性層４上に、シリコーンレジンのゴム状部分の分子量を
４００００、メチル／フェニル比が２のものに、シリコ
ーンレジンのワニス状部分として、メチル／フェニル比
が８、Ｒ／　Ｓ　ｉ比が１．５のものからなるブロック
共重合シリコンレジンを肉厚３０ｐｍで表面離型層４１
として形成したものを定着ローラとし、ＮＰ−７５５０
（キャノン製）用のポリエステルトナーを用いて、ロー
ラ温度１８５℃、周速３８０ｍｍ／ｓｅｃで定着試験を
行った。

Ｌ較潰」 中空シリンダ３としての直径５８　ｍ　ｍのアルミニウ
ム芯金上に、硬度４０’のＲＴＶシリコーンゴムを厚さ
３　ｍ　ｍで弾性層４として形成し、これを定着ローラ
ーとして用い、実験例１と同様の試験を行った。

之較遺」 中空シリンダ３としての直径５８ｍｍのアルミニウム芯
金上に、硬度４０’のＨＴＶシリコーンゴムを厚さ１ｍ
ｍで弾性層４として形成し、この弾性層４上にメチル／
フェニル比が５０、Ｒ／Ｓｉ比が１．５であるシリコー
ンレジンのゴム状部分を全くもたないシリコーンレジン
を肉厚３０１Ｌｍで表面離型層４１として形成し、これ
を定着ローラーとしたものを、実験例３と同じ条件で定
着試験にかけた。

上記５例において、全ての実験で離型補助剤として、粘
度１００ｃｓのジメチルシリコーンオイルを転写材１枚
当り０．０５〜０．２ｇ塗布される形で用いた。

その結果を、以下の表１に示す。

表　　１ 上記表１から明らかなように、実験例１では、オイルに
よる膨潤量は減少し、かつ、低粘度状態のトナーの離型
が可能であり、実験例２では、実験例１に比べてオイル
による膨潤量は多いが、より高温で使用が可能となり、
さらに実験例３では、オイルによる膨潤はほとんどない
という効果を得た。これに対し、比較例１では、オイル
による膨潤が著しく寸法の安定性に欠け、比較例２では
、少数枚の転写材に対する耐久性しか有さず、少数枚で
小さなハガレを生じ、オフセットを招いた。

なお、以上の説明は、本発明による定着用回転体を未定
着トナー画像と接触、定着する定着ローラとして用いた
実施例について述べたが、前述したように、本発明によ
る定着用回転体を第１図に示す加圧ローラー２としても
当然用いることが可能である。

この場合、加圧ローラ２の主たる目的は、定着ローラ１
と加圧ローラ２とによる接触巾にツブ巾）の形成であり
、本発明のシリコーンレジンによる表面離型層の作製は
、この目的に十分かなうものである。

例えば、従来は、弾性層である厚さ５ｍｍ以上のＨＴＶ
メチルフェニルシリコーンゴム層ノ上に、離型層として
数ｌＯＩＬｍ厚のＰＦＡ等のフッ素樹脂チューブを被さ
れたちのが加圧ローラとして用いられているが、ゴム自
体の硬度を低下させても、ＰＦＡチューブが硬く、実質
的には硬度アップする。このために、従来では、必要な
ニップ巾を確保する圧力が大きくなり、圧力分布が生じ
易くなってしまう。

一方、実験例１に用いたシリコーンレジンを、ゴム硬度
４００、厚み５　ｍ　ｍとして形成された弾性層の上に
コートして外径５０　ｍ　ｍの加圧ローラを作成し、同
径で弾性層としてのゴム層をもたずに表面にポリ４フツ
化エチレンをコートした定着ローラを組合せて使用した
場合、ニップ巾５ｍｍを得る圧力が１６ｋｇであり、か
つ圧力分布も生じなかった。

これに対し、弾性層としての下層ゴムは同じものを用い
、この弾性層の上に厚さが２５ｐｍのＰＦＡチューブを
接着層を介して被せたものを加圧ローラとした場合、平
均ニップ巾５ｍｍを達成する圧力が２０ｋｇ以上となる
ほか、ローラ長手方向中央部と、端部とでは１ｍｍ近い
ニップ巾の差を生じ、かつ圧力分布が発生した。なお、
上記した各ローラーは全て直円筒形に作成されている。

また、上記説明では、定着用回転体としてローラ状のも
のについて述べてきたが、本発明は、ベルト状のものに
ついても適用できることは言うまでもない。

先豆立羞】 以上説明してきたように、本発明による定着用回転体及
び定着装置によれば、下層にゴム層のような弾性層を有
する定着用回転体の表面に直鎖構造のポリシロキサン（
ジメチルまたはメチルフェニル）と３次元網目構造のポ
リシロキサン（メチルまたはメチルフェニル）からなる
ブロック共重合体のシリコーンレジンを用いて離型層を
形成することにより以下の効果が得られた。すなわち、 １）ＲＴＶシリコーンゴムなみの高離型性を有しかつ、
ゴムよりも高密度の表面離型層であるために耐衝撃性、
耐久性が従来に比べ向上した。

２）高密度のレジンであるにもかかわらず、ワニスに比
べ２倍以上の伸縮性を有することから、表面にヒビワレ
、ハガレ等を生じることなく信頼性が増した。

３）弾性層としての下層ゴムとの密着性が高く、かつ低
硬度であるため、下層ゴムの変形がＰＦＡチューブコー
ト等に比べ低い圧力で可能であり、正分布などを生じに
くい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による定着用回転体を用いた定着装置
の一実施例の概略縦断面図である。 第２図は、第１図に用いられている定着用回転体の表面
部分（Ｘ部分）の概略拡大部分断面図である。 １：定着ローラ ２：加圧ローラ ３：中空シリンダ ４：弾性層 ５．５ａ：熱源 ６．４１：離型層 ｌＯ：転写材 １１：トナー像 １００：定着装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）転写材に転写された未定着画像を定着させるために
   用いられる定着用回転体において、前記定着用回転体の
   表面に、直鎖状のジメチルポリシロキサンと３次元網状
   構造のポリシロキサンを結合させたものを１単位とする
   シリコーンレジンが塗膜されて成る定着用回転体。 ２）内部に配設される熱源により表面が昇温させられる
   定着用回転体を備えた一対の定着用回転体を有し、前記
   一対の定着用回転体間に、未定着画像が転写された転写
   材を挟持搬送させて、前記未定着画像を熱と圧力で溶融
   、定着させる定着装置において、前記定着用回転体の少
   なくとも１つは、その表面に直鎖状のジメチルポリシロ
   キサンと３次元網状構造のポリシロキサンを結合させた
   ものを１単位とするシリコーンレジンが塗膜されている
   ことを特徴とする定着装置。