JPH067289B2 - 弾性ロ−ラ及びそれを有する定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （分 野） 本発明は第１発明として画像形成装置等に使用される加
圧用又は搬送用又は加熱用等の弾性ローラ、第２発明と
してこの弾性ローラを有する定着装置、に関する。

（従来技術） 従来、多用されているローラにはゴムローラや樹脂ロー
ラがあるが、いずれも長所短所があり、これらの長所を
兼ね備えた弾性ローラが望まれていた。

これに対して提案されているローラに、特開昭58-2864
号、特開昭58-5770号及び特開昭58-27175 号がある。こ
れらの提案は、前者が金属ローラ表面に弗素ゴムと弗素
樹脂との混合塗料を塗布してなるローラを、後者はゴム
ローラ表面に弗素ゴムと弗素樹脂との混合塗料を塗布し
てなるローラを、夫々開示している。

しかしこれらは特開昭57-135871号公報に開示された上
記混合塗料を希望するローラに適用することを開示する
だけで実際の使用に適する技術が開示されていなかつ
た。

上記技術開示に基いてローラを作成したところ、混合層
表面に樹脂成分を多く取るためには高温下でこの混合層
を焼成することが重要であることが判明した。ローラ自
体にとつて上記混合層は極めて薄い層しか形成できず、
所望の弾性を得るためには特開昭58-5770号に開示のよ
うにこの混合層の下層に新たにゴム層を必要とすること
も既に知られている。

ところが、ローラの基体にゴム層を設け、その上層に上
記混合層を形成し直接280〜300℃の高温下で３０分高温
焼成すると、確かに混合層表面には弗素樹脂が多くなつ
てくるが、その下層にあるゴム層が解重合を起こして弾
性を失つてしまう。

従つて、ローラとしての特性を得ることは、混合層表面
に樹脂成分を多くすることと相反しており、両特性を満
足した弾性ローラを長期使用に耐え得るように得ること
は困難とされていた。

特に定着装置に用いられる定着用又は加圧用又は加熱用
の弾性ローラとしては、ゴム層の弾性と混合層表面の樹
脂成分増大化は、定着性や加熱、加圧等の諸目的を満足
する上で極めて重要であるが、現実的には長期実用に耐
え得る離型性及び弾性を有するローラを得ることは願望
の域を出なかつた。

（目 的） 本発明は、ゴム層と、ゴム材と樹脂材とを混合している
素材からなる混合層と、を有するローラに実用化し得る
程度の弾性等の物性を付与せしめてなるローラを提供す
ることを目的とする。

本発明の他の目的は、定着装置に要求される弾性や強度
を満足できるローラを備えた定着装置を提供すること目
的とする。

（本発明の特徴） 本発明は上記目的を達成するために、ローラ基体上にま
ずゴム層を形成し、この後ゴム材と樹脂材とを混合して
いる素材からなる混合層を、このゴム層の解重合を防止
し且つ混合層表面に樹脂成分を比較的多く形成するた
め、異なる設定温度の第１，第２設定温度を順に高くな
るような順序で各所定時間の加熱処理することに特徴を
有する。これによつて本発明の弾性ローラは、十分な弾
性を有し混合層表面に樹脂成分が多くなつており、樹脂
及びゴム材夫々の特有な効果を合わせ持つことができ
る。

（実施例の説明） 第１図は本発明の第１発明例の弾性ローラＡの断面図を
示す。弾性ローラＡは中空円筒状の金属性基体３にプラ
イマーで接着された熱加硫後のゴム層２を有し、表面弾
性層として弗素ゴムと弗素樹脂とを混合成分として有し
外表面側に樹脂成分の多い混合層１を備えている。

この弾性ローラＡのゴム層２の弾性と混合層１の弾性及
び表面樹脂性は第２図の段階的加熱処理によつて得られ
る。

上記弾性ローラＡのゴム層２は、一次加硫、二次加硫等
の熱加硫を受けて一般的なゴム弾性を得た状態で金属性
基体３に固定される。このゴム層２のゴム弾性を得るた
めの一次加硫温度を温度T₀とする（室温加硫の場合は室
温とする）。混合層１を得るために、ゴム層２にコーテ
イングされた少なくとも、ゴム材と樹脂材とを混合して
いる素材は、ゴム層２と共に以下の加熱処理を受ける。

第２図はローラ基体上にゴム物性を特性として有するゴ
ム層２と、ゴム層２に対して相対的に上側の層として少
なくともゴム材と樹脂材を混合している素材からなる未
加熱処理の混合層を設けたローラ（以下未処理ローラと
称する）をステツプ段階で加熱処理する行程の例を示し
ている。

本発明に係わる加熱処理は少なくとも２つの設定温度下
で所定時間の間加熱して、未処理ローラ全体を段階的に
なじませながら最終焼成温度に至らしめるものである。

第２図中で縦軸のＴ₁，Ｔ₂，Ｔ₃は夫々未処理ローラを
加熱する設定温度で、ゴム層２の一次加硫温度Ｔ₀より
高温で、Ｔ₁＜Ｔ₂＜Ｔ₃の関係になつている。尚、Ｔ₃は
最終焼成温度であり、横軸は時間である。設定温度
Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃を夫々所定時間ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃の間加熱処
理する加熱行程Ｈ₁，Ｈ₂，Ｈ₃は、本実施例では工程Ｈ₁
をｔ₁分間行い、次に工程Ｈ₂をｔ₂分間行い、さらに工
程Ｈ₃をｔ₃分間行なうといつた順に、未処理ローラを加
熱処理するものである。

このように未処理ローラに対して最終焼成温度Ｔ₃より
も低温で、しかもゴム層１の一次加硫温度以上の設定温
度（Ｈ₁，Ｈ₂等）下で所定時間（ｔ₁，ｔ₂等）の間、加
熱処理を施すことにより、下層として設けられたゴム層
２の解重合を防止できる。さらに、上記混合素材の未加
熱処理混合層に対してより高温の最終焼成処理を施すこ
とができる。このため、混合層１の表面に樹脂成分をゴ
ム成分に対して多量に形成できるので、混合層１表面の
強度（特に定着ローラとしては離型性、すべり性、耐摩
耗性が向上される）を高めることができた。又、混合層
１の下層側の内表面にゴム成分を樹脂成分に対して多量
化できるので、直接ゴム層２を下層に設けた第１図ロー
ラＡの層１，２間の接合性を向上できた。無論、層１，
２は夫々適切な弾性を持つことになり、弾性ローラＡは
充分な弾性と強度とを兼ね備えて、実用に具されること
が可能になつた。

これに対して、従来の構成は、最終焼成温度である設定
温度Ｔ₃下でのみ所定時間加熱するか又は良好な表面強
度を得るためには、短時間のうちに設定温度Ｔ₃まで急
速加熱し、設定温度Ｔ₃下で所定時間加熱するかのいず
れかだけであつたため（第２図工程Ｈ₄参照のこと）、
ゴム層２は解重合を起こし使用に適した弾性を得ること
はできなかつた。逆にゴム層２の弾性欠如を防ごうと最
終焼成温度を下げようとすると、弾性ローラ表面の樹脂
分が点在化してゴム分が表面に多量に露出するため、離
型性、すべり性、耐摩耗性が低下し、実用的でなかつ
た。

これらを比較すれば本発明の効果は極めて重要であるこ
とが理解されよう。

第３図は、上記未処理ローラを加熱処理する電気炉、流
体加熱炉又は通常の加熱炉等の炉２０の断面を示してい
る。炉２０の中には３本の未処理ローラが定位置支持板
２３に保持され、未処理ローラ近傍の温度を検知する検
知手段１９が設けられている。２１は予め第２図のグラ
フに相当するプログラムが装填された制御手段で、タイ
マーカウント器２２を備え炉内の温度を各設定温度
Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃に各所定時間ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃の間維持すべ
く、炉２２の加熱源を制御する。この例は炉内に未処理
ローラを固定しているが、ローラ表面を均一化するため
にローラを遅い速度で回転せしめても良く又、長い炉を
使用する場合は未処理ローラを移動させ、炉の一定域に
所定温度を保持するようにしても良い。

いずれにしても、第２図に例示したように未処理ローラ
を複数段階的に加熱温度を上昇させつつ加熱処理するこ
とで、ゴム層２の解重合を防止し、混合層１の表面特性
を適切なものにできる。

特に、定着装置の弾性ローラとして上記弾性ローラを使
用した場合は、混合層をローラ表面とすれば、表面に極
めて薄い樹脂成分過多の離型層であつて弾性を充分備え
た混合表面層１とその下層にさらに豊んでゴム特性を安
定して有するゴム層２を有することができる。これによ
つて従来の四弗化エチレン樹脂表面層のローラに比べ
て、オフセツトを1/2〜1/10までも減少でき、紙等の記
録材のカールを減少し、しかも画質が良好な定着性を得
ることができる。又、通常のゴムローラ、特に、一般的
に離型性の良いシリコーンゴムローラでは、離型性が劣
化する他径変化や傷の発生率も高くクリーニングしにく
いという問題があるが、弾性ローラＡではこれらの問題
を大幅に解決でき、加圧用ローラとしてではなく、トナ
ー像側の加熱ローラとしても使用できるようになつた。

具体的数値例を挙げる。

本発明実施例では例１としてＴ₁＝240（℃)，Ｔ₂＝280
(℃)，Ｔ₃＝320(℃)〜340(℃)，ｔ₁＝１５(分)，ｔ₂＝
３０分，ｔ₃＝30分を、例２として工程Ｈ₁を除去してＴ
₂＝260(℃)，Ｔ₃＝300(℃)，ｔ₂＝３０(分)，ｔ₃＝６０
(分)を、夫々設定し、ゴム層２に熱加硫型シリコーンゴ
ムを、混合層１に弗素ゴムと弗素樹脂を１：１で混合し
た素材を、夫々主成分として、以下の弾性ローラを製造
した。

まず金属円筒に一液性ＲＴＶシリコーンゴムのプライマ
ーを塗布し、この上に熱加硫型シリコーンゴム材を0.2m
m〜２mmの範囲内の一定厚で被覆し、一次加硫を170℃で
３０分（ここで通常のゴム特性がほぼ得られる。）、二
次加硫（より、ゴム物性を安定化するために行なうもの
で、必ずしも行う必要はない）を200℃で４時間行な
う。これによつて作成されたローラに上記混合素材を主
成分とする被覆を３０μ程度施した後上記段階加熱処理
行程を行なう。

これによつて得られた弾性ローラは、混合層１表面に樹
脂成分が多くしかも混合層１とゴム層２が十分な弾性を
示し、特にゴム層２はゴム特性を遺憾無く発揮できる。

比較例として同じ構成で加熱処理をＴ₃＝260℃，ｔ₃＝
６０分のみにした比較例１と、Ｔ₃＝300℃，ｔ₃＝６０
分のみにした比較例２と、による弾性ローラを挙げる。
比較例１は混合層１表面に十分な樹脂成分が得られず、
定着装置に適用した場合、1,000枚程度の通紙でトナー
汚れが発生するばかりか傷の発生も多かつた。比較例２
はゴム層２のゴムが解重合を起こしてしまい弾性を失つ
たローラとなり使用不可であつた。

これに対し、本実施例の例１，例２の各ローラは、前述
した優れた効果を奏し、トナー離型性も良く耐久枚数が
最悪な条件下でも１０万枚以上であつて、比較例１，２
より格段に優れている。

第４図は、本発明の第２発明に相当する実施例である。

第４図では第１図乃至第３図の実施例の弾性ローラＡを
トナー像と接する加熱ローラＡ′として用いている。第
４図は記録装置に用いられる定着装置の一例で、加熱ロ
ーラＡ′の金属性基体３、不図示のプライマー、弾性ゴ
ム層２、表面混合層１については前述したものを用い
た。

加熱ローラＡ′は円筒状基体３の内部に加熱ヒータ４を
設け、ローラＡ′の表面温度を検知するための検知部材
６（本例では接触タイプ）と温度制御手段５により、ト
ナー像Ｔを記録材としての紙Ｐに定着するために必要な
温度（例えば180℃〜200℃）に維持される。加圧ローラ
Ｂは不図示の加圧手段により、加熱ローラＡ′に圧接
し、紙Ｐを加熱ローラＡ′と共に挾持搬送する。加圧ロ
ーラＢは金属性円筒状の芯金１８の上に耐熱弾性層１
７，例えばシリコーンゴム層を有する。

７はシリコーンオイルやフツ素オイル等の離型液を含浸
しているクリーニングウエブで、巻取り軸９、供給軸８
及び押圧ローラ１０により間歇的に或いは加熱ローラ
Ａ′と相対速度をもつて移動される。この移動により加
熱ローラＡ′の表面はオフセツトトナーをクリーニング
されると共にオフセツト防止用の離型液が供給される。

１２は搬送ベルトで、所定の画像形成手段により片面上
にトナー像Ｔを形成された紙Ｐを、案内板１１、加熱ロ
ーラＡ′と加圧ローラＢとの圧接部へ導く。１３は加熱
ローラＡ′より紙Ｐを分離する分離爪、１４は加圧ロー
ラＢより紙Ｐを分離する分離爪で夫々各ローラ面に当接
している。１５，１６は排出用又は他の部分へ送る排紙
ローラ対である。図中の各矢印は各部材の回転又は移動
方向である。

加熱ローラＡ′は前述したように、ゴム層２にゴム特性
を持たせた後に、加熱温度を上昇させ且つ複数の異なる
設定温度で所定時間の間加熱するという加熱段階処理を
受けて表面に樹脂成分が非常に多くしかも弾性を示す混
合層１を有しているため、適切な強度と弾性とを備えて
いる。

従つて、トナー像は画質が良く、しかも細部にわたつて
定着性の良い画像として紙Ｐに加熱定着される。しかも
その際にトナー像が加熱ローラＡ′へオフセツトするの
を大幅に防止できる。

このため、本例のようにウエブ７を用いる型では、クリ
ーニング部材としてのウエブの消費を減少できると共に
オフセツト防止のための離型液供給ができる。

同時に加熱ローラＡ′自体を長期使用に耐え得る、実用
化に具すことができる。

本発明の具体的数値例については前述のものを採用すれ
ば良いが、段階加熱処理はゴム層２の一次加硫温度より
高い温度である異なる複数の設定温度を各所定時間の
間、施すものであれば良い。好ましい処理は、定着時に
使用される温度よりも高温の複数設定温度下で所定時間
行われるものが良い。又さらに好ましい処理はゴム層２
の一次加硫温度以上で、しかもこの加硫温度近傍で比較
的短時間（１０〜２０分程度）加熱した後に、240℃〜2
80℃の範囲内の所定温度で所定時間（３０分程度）加熱
しさらに300℃〜340℃の範囲内の所定温度で所定時間
（３０分〜６０分程度）加熱するといつた様に加熱温
度、加熱時間を順に高める行程を有するものが良い。無
論、加熱工程Ｈ₁，Ｈ₂，Ｈ₃の数が多い程最終焼成温度
が高くできると共にゴム弾性を失わないので好ましい。

上記工程Ｈ₁をゴム層２の二次加硫温度と同じくして加
硫工程と焼成工程を兼用しても良い。

本実施例では第１図弾性ローラＡを加熱定着ローラに適
用した例を示したが、加圧ローラＢのみ又はローラ
Ａ′，Ｂの両方に適用しても良く、この両方に弾性ロー
ラＡを使用した場合はより一層上記効果が向上される。
又、上記第４図は加熱定着装置の例を示し、本発明の実
施例として好ましいものを示したが、軽い圧力でトナー
像を圧力定着するような圧力定着装置や、転写同時定着
等の圧力定着装置又は加熱定着装置にも本発明は適用で
きる。

又、上記例は２本ローラ構成であるが、３本ローラ又は
それ以上のローラ数の定着装置の加熱ローラ、加圧ロー
ラ、離型剤供給ローラ、或いはクリーニングローラの少
なくとも一つに本発明第１発明ローラを適用したものは
本発明の第２発明に含まれるものである。本発明のゴム
層は主としてゴム材からなるものである。

（効 果） 本発明は混合層に対して相対的に下側に位置するゴム層
のゴム特性を失うことなく混合層の樹脂成分を混合層表
面に多くでき、ゴム層と混合層夫々が弾性を示し優れた
効果を奏する弾性ローラを実用化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１発明の弾性ローラの一実施例断
面図、第２図は第１図の弾性ローラを製造するにあたつ
ての段階加熱処理を説明するための図、第３図は第２図
設定温度を実施する具体例の説明図、第４図は本発明の
第２発明の定着装置の一実施例説明図である。 １は混合層、２はゴム層、３は基体、４は加熱ヒータ、
５は温度制御手段、２０は炉、Ｈ₁，Ｈ₂，Ｈ₃は加熱工
程、Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃は設定温度、ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃は所定時
間、Ａは弾性ローラ、Ａ′は加熱ローラ、Ｂは加圧ロー
ラ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコンゴム層と、このシリコンゴム層上
   に設けられフッ素ゴムとフッ素樹脂との混合物からなる
   混合層を有する弾性ローラにおいて、 熱加硫成形されたシリコンゴム層上に混合素材を被覆し
   240℃〜280℃の第１設定温度で所定時間加熱した後、こ
   の第１設定温度より高い第２設定温度で所定時間加熱す
   る工程を経て形成されることを特徴とする弾性ローラ。
2. 【請求項２】トナー像を支持する記録材を挾持搬送して
   定着を行なうローラ対の少なくとも一方がシリコンゴム
   層と、このシリコンゴム層上に設けられフッ素ゴムとフ
   ッ素樹脂との混合層を有する弾性ローラである定着装置
   において、 上記弾性ローラは熱加硫成形されたシリコンゴム層上に
   混合層素材を被覆し240℃〜280℃の第１設定温度で所定
   時間加熱した後、この第１設定温度より高い第２設定温
   度で所定時間加熱する工程を経て形成されることを特徴
   とする定着装置。