JPH0719104B2

JPH0719104B2 - 弾性回転体及びそれを有する定着装置

Info

Publication number: JPH0719104B2
Application number: JP60297209A
Authority: JP
Inventors: 正弘後藤; 司久下; 正明桜井; 道郎重信; 猪一郎山本; 勇阪根
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPS62153984A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、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使用される弾性回転体に関するも
のであり、特に前記画像形成装置においてシート状転写
材は記録材等を搬送又は定着するための搬送又は定着用
のローラ又はベルトとして好適に使用される弾性回転体
に関するものである。さらにまた、本発明は斯かる弾性
回転体を使用した定着装置に関する。以下、本発明の説
明は主として定着ローラ及び定着装置に関連して行なう
が、本発明はこれに限定されるものではないことを理解
されたい。

従来の技術及び問題点従来、電子写真複写装置等の画像形成装置において、一
般に紙とされるシート状転写材又は記録材を所定の経路
に沿って搬送する搬送ローラには搬送性、離型性、耐久
性が要求される。特に、転写紙上の未定着トナー像に熱
と付与し且つ該溶融トナーのオフセツトを防止しながら
該転写紙を所定経路へと搬送しなければならない定着ロ
ーラにはより厳しい条件下での搬送性、離型性、耐摩耗
性、定着性及び耐久性が要求される。

上記要求を満たすために、芯金に弾性層を設け、更に該
弾性層の上表面に樹脂層を形成した構造の定着用の弾性
回転体が提案されている。斯かる定着ローラでは、弾性
層はシリコンゴムとされ、樹脂としては弗素樹脂チユー
ブあるいは、弗素樹脂と弗素ゴムの混合物が利用され
る。

このような構造の定着ローラの最大の問題点は、耐久に
よる接着力の低下にある。つまり、長時間の使用により
ゴム層から成る弾性層と樹脂層との間に部分的な剥離が
生じ使用不可能となり、通常複写装置の定着器に使用し
た場合においてはA4サイズで１万枚から５万枚の定着
が、つまり複写が使用限度であった。

発明の目的従って、本発明の目的は、上記問題点を解消すると共に
紙等のシート状被搬送物の搬送性、定着性、耐摩耗性は
勿論のこと、特に耐久性が飛躍的に向上した弾性回転体
を提供することである。

本発明の他の目的は、上記弾性回転体を利用した定着装
置を提供することである。

発明の概要上記目的は、本発明に係る弾性回転体及びそれを有する
定着装置にて達成される。要約すれば本発明は、弾性層
上に樹脂材を塗布、焼成することにより弾性層上に樹脂
層が形成された弾性回転体において、弾性層には0.5μ
ｍ〜15μｍの粒径を有する粒子状の充填剤が分散して混
入されており、弾性層の表面を研磨した時、その表面に
析出している充填剤が抜け落ちることを特徴とするもの
である。

また本発明は、未定着画像を記録材に定着する一対の回
転体を有し、この回転体対の少なくとも一方が弾性層上
に樹脂材を塗布、焼成することにより弾性層上に樹脂層
が形成された弾性回転体である定着装置において、前記
弾性回転体の弾性層には0.5μｍ〜15μｍの粒径を有す
る粒子状の充填剤が分散して混入されており、弾性層の
表面を研磨した時、その表面に析出している充填剤が抜
け落ちることを特徴とするものである。また、特に上記
充填剤の個数粒度分布の標準偏差が５μｍ以下であると
き、更には上記弾性層がシリコーンゴム層であり、上記
充填剤が石英であるときが好ましく、本発明の目的はよ
り効果的に達成できる。

実施例次に本発明に係る弾性回転体を図面に即して更に詳しく
説明する。

第１図及び第２図は、本発明に係る弾性回転体を、電子
写真複写装置においてトナー像を加熱定着する定着装置
に利用されるローラに具現化した一実施例を示す。

定着装置は、概略第１図に例示されるように、通常内部
に加熱源Ｈを有し、転写紙Ｐに担持された未定着のトナ
ー像Ｔと接する定着ローラ１と、該定着ローラ１にトナ
ー像を担持した該転写紙Ｐを押し付ける加圧ローラ10と
から構成される。定着ローラ１及び加圧ローラ10は同様
の構成とされ、芯金2,12、弾性層4,14及び樹脂層6,16か
ら成る。

定着装置には、定着ローラ１の表面温度を検知し、該表
面温度をトナー溶融可能な最適温度、例えば160℃〜200
℃に制御するための温度検知制御手段Ｇ、及び定着ロー
ラ１の表面にシリコンオイル等のオフセツト防止液を塗
布し且つ該表面のクリーニングをも行なうオフセツト防
止液塗布手段Ｃ等が設けられる。

定着ローラ１は、アルミ等の熱伝導の良好な金芯２と、
該芯金２上にシリコンゴムにて形成された弾性層４（本
実施例では層厚t₁は0.3mm〜0.8mm、反発弾性率は65％〜
85％）と、該弾性層４上に形成された樹脂層６とから成
る。樹脂層６は、好ましくはPFA（４弗化エチレン樹脂
・パーフロロアルコキシエチレン樹脂の共重合体）、PT
FE樹脂（４弗化エチレン樹脂）等の弗素樹脂で作製さ
れ、本実施例で層厚t_zは10μｍ〜25μｍ、膜強度は50Kg
/cm²以上とされる。

加圧ローラ10について言えば、該加圧ローラ10は上記定
着ローラ１と同様の構造とされるが、金芯12はステンレ
ス、鉄等とされ、シリコンゴム弾性層14の厚さt₃はより
厚く、例えば4mm〜10mmとされ、又その反発弾性率は65
％〜85％とされるであろう。又、樹脂層16は定着ローラ
１と同様にPFA,PTFE等の弗素樹脂を使用するが層厚t₄は
５μｍ〜35μｍ、膜強度は50Kg/cm²以上とされるであろ
う。

上記定着ローラ１及び加圧ローラ10は、左右対称とさ
れ、且つ好ましくは、定着ローラ10（又は加圧ローラ1
0）は軸線方向中央部が両端部に比較してわずかに小径
とされた、所謂逆クラウンタイプとされる。

本実施例に従えば、上記定着ローラ１及び加圧ローラ10
には弾性層4,14と樹脂層6,16とを有し、弾性層4,14には
前述の様にシリコーンゴムを使用し該シリコーンゴムに
は、粒径が0.5〜15μｍの石英が充填剤として混入され
ており、該粒子状の充填材は個数粒度分布の標準偏差が
５μｍ以下となっている。この様なシリコーンゴムを弾
性層として用いることにより、定着層、耐久性、離型性
を十分満足する定着用ローラを製造することができる。
弾性層に充填する石英の粒径、粒度分布が上記範囲を外
れた場合には定着性、耐久性、離型性の三者を同時に全
て満足することはできない。

以下比較例をもとに本発明の数値の根拠を説明する。第
１表は弾性層であるシリコーンゴムに様々な粒径、粒度
分布を有する石英を混入し、ゴムを加硫成型した後表面
に弗素樹脂（本例ではPTFEデイスパージヨン）を塗布
し、後述する弗素樹脂には結晶融点（327℃）以上の高
温を与え、下層のゴム層にはゴムが熱劣化しない程度の
低温下（260℃以下）に維持する焼成法により焼成した
定着用ローラの耐久性、定着性、離型性についてまとめ
た表である。尚、上記焼成法は、具体的には、芯金内部
からゴム層を急冷却しながら表面の未焼成弗素樹脂を急
激に加熱する方法、又は液状弗素樹脂（ディスパージョ
ン、エナメル）自体の誘電正接がゴム層の誘電正接より
大きいことを利用した誘電加熱方法の他、この趣旨に適
合するものであれば本発明に適するものである。

第１表について更に詳しく説明すると、石英の量は生ゴ
ム100倍に対して重量で何部かという量を表わし、定着
性は10℃の環境下で80g/m²の坪量で日本工業規格A4サイ
ズの転写紙を200mm/secの速さで38枚／分プリントする
条件下で測定された。このとき定着率は以下の方法で求
めた。

直径24mmのベタ黒円形画像を形成する。その画像濃度を
D₀とし、その画像をコージンワイパーと呼ばれる不織布
（（株）興人製造の商品名ペーパーウエス；エイツシユ
ペーパーのような柔らかさと木目様の粗面を有し、クレ
ープ率32±３％、重量35±3g/m²、抗長力（縦方向で）
0.4Kg/15mm以上を示す。厚さ約200μｍの使い捨てタイ
プの抜き取り紙）で40g/cm²の荷重をかけて10往復こす
った後の画像濃度をD₁とすると、定着率＝（D₁／D₀））×100％で定まる。

尚、濃度D₁，D₀は、マクベス反射濃度計で測定した数値
で、D₀は画像濃度が1.0≦D₀≦1.1になるように画像濃度
調整された範囲内のものとする。

離型性は上記と同様の条件で転写材上に全面ベタ黒を印
字し、それを100枚連続通紙し、その後、白紙を通紙し
て白紙の汚れ状態を観察することで行なった。

弗素樹脂層とゴム層の接着力は弗素樹脂を幅10mmで一部
はがしその部分に100g〜300gフルスケールのテンシヨン
ゲージをつけ周方向に90度の剥離試験を行ないその時の
テンシヨンゲージの指示する値で代表させた。またこの
時定着用ローラの表面温度は200℃に維持して測定し
た。

次に、第１表の結果を説明すると、定着性はゴム層の熱
伝導率と、ゴム層の硬度に依存していることがわかる。
特に、ゴム層の熱伝導率の依存度は高く十分な定着性を
得るためには、第１表からは0.7×10^-3cal・cm/sec・cm
²℃と以上必要なことがわかる。また、熱伝導率が良く
てもゴム層の硬度が硬すぎると（72度以上）になると定
着性が低下し、離型性が低下することがわかる。この熱
伝導率は石英の量に依存し、石英が多いほど熱伝導率は
高くなるが、ゴム硬度も同時に高くなる。

従って、第１表からは熱伝導率をあげて、ゴム硬度を必
要以上に高くしないためには、0.5〜15μｍこの間の石
英の依存が重要であることがわかる。

耐久性に関しては接着力が大きく依存している。即ち、
第１表からは接着力が120g/10mm幅以上のものが、20万
枚以上の耐久性を有している。この接着力に関しても0.
5〜15μｍの粒径の石英の効果が大きく、該石英の量が
多く、かつその粒度分布がシヤープに分布しているもの
ほど接着力が良くなる。上記石英の粒度分布がブロード
に分布している場合、例えば標準偏差が３μ以下のシヤ
ープな分布を有しているローラNo.6と同等な接着力を示
すためには、ローラNo.7で示したように約10部石英の量
を増やさなければならない。このとき0.5〜15μｍの大
きさの石英の量が多すぎるため、ゴム層の引張強度、引
裂強度等の物性値が低下し接着力としては良好だが耐久
途中で分離爪によりゴムが削れてしまっている。

以上から、定着ローラとしてその定着性、耐久性、離型
性をあげるためには、0.5〜15μｍの粒径の石英の存在
が大きく寄与する。そして、上記３要件を満足させるた
めには、石英の粒径の大きさ、粒度分布状態が重要であ
ることがわかる。

即ち、石英の量を増すことにより、定着性、耐久性に影
響の大きい熱伝導率、接着力を増すことが可能になる
が、例えば0.5μｍ以下の小さな石英を多量に混入する
とゴム強度は増すが、ゴム弾性が損なわれる等の欠点を
有し、さらに第１表の結果から理解される様に接着力増
大への寄与度は非常に少ない。

一方、粒径の比較的大きな0.5〜15μｍの間の石英は量
を増すことにより、接着力、熱伝導率の増大に寄与する
が、上記粒径の石英はゴム層の分子間結合力を増大させ
ることには寄与せず、ゴム層の間でほとんど独立状態で
分散している。そのため、上記石英量が多すぎると、ゴ
ム層の引張強度、引裂強度、伸び等の物性が損なわれ
る。つまり、第１表から理解されるように、接着力の増
大のためには、単に石英の量を増すだけでなく、特に0.
5〜15μｍの間の粒径を有する石英の粒度分布を揃える
ことが効果がある。

以上の結果から定着用ローラとして充分な定着性、耐久
性、離型性を同時に満足させるためには、0.5〜15μｍ
に粒径の石英をゴム層中に分散させ、かつ上記石英の粒
度分布の標準偏差を少なくすること、具体的には第１表
の結果より５μ以下にすることが好ましい。

次に粒径の比較的大きな石英をゴム層中に分散させ、か
つ粒度を揃えることにより接着力が増加する理由につい
て簡単に説明する。

ゴム層表面に析出している粒径の大きな石英は、前述の
様にゴムとの結合力が弱いため研磨時に表面から抜け落
て適度な大きさの凹部が表面に形成されることによるの
が大きな理由と考えられる。さらに、その凹部の大きさ
が、0.5μ以上の大きさをもっていることで、例えばPTF
Eのデイスパージヨンならば十分その中に流れこむこと
のできる凹部であり、ゴム表面の凹凸に追従して弗素樹
脂の密着が可能になる。

さらに、上記凹部の大きさが均一にそろっているほど加
熱時に下層のゴム層の熱膨張により弗素樹脂層への応力
が均一に分散されるため、部分的に接着力の弱いところ
が生じにくく全体としてみるとより強固な接着力を示す
ものと考えられる。

以上説明したように本発明では弗素樹脂層とゴム層の間
に強固な接着力を有し、更に定着ローラとして実際に使
用される高温加熱時にも充分な接着力を有しているとい
う構成となているため、20万以上の通紙耐久には充分耐
えることができ、更には30万枚以上の通紙耐久によって
も優れた離型性、定着力を維持し、弗素樹脂層の剥離も
生じない。

又、ゴム層としてシリコンゴムを用いた場合には、ゴム
硬度としては30度以上、80度以下が好ましく、伸びが15
0％以上であり、且つ100％伸び応力が10Kg/cm²以上であ
り充分なゴム弾性を有していることが必要な条件とな
る。特にゴム層の反発弾性率（本発明を定着ローラ等に
利用した場合には65〜85％が好ましい）が小さいと、高
温時の接着力増加という現象が生じにくい。このため前
述したように、ゴム層を加熱せずに弗素樹脂層を焼成す
ることが必須となる。

本発明は、上記実施例の他に、クリーニングローラ、離
型剤供給用ローラ等に利用することもでき、ベルト状と
することもできる（例えば転写同時定着用の中間ベル
ト）。特に、樹脂層として弗素樹脂を使用した場合には
離型性と弾性を揃えているために転写性、被クリーニン
グ性を揃え（但し、クリーニングローラとしては、表面
エネルギー順位等でのクリーニングを行なう）、弾性に
よらない効果によって離型材の均一塗布や転写ムラを防
止し、耐摩耗性に優れた利点を夫々の用途でも発揮する
ことができる。

本発明に従えば、弾性層としてはシリコンゴムの外に用
途によっては、弗素ゴム、EPDM等を使用することがで
き、又樹脂層としても弗素樹脂の外にシリコン樹脂等を
使用することができる。

又、本発明の弾性回転体の好ましい用途の一実施例とし
て、上記第１図には加熱定着装置の例を示したが、本発
明は、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等にも適用で
きる。又、上記実施例では２本ローラ構成としたが、３
本ローラ又はそれ以上のローラ数の定着装置とすること
ができ、更には本発明は種々の装置の加熱ローラ、加圧
ローラ、離型材供給ローラ、クリーニングローラ、その
他ベルト状ローラに具現化し得るものである。

発明の効果本発明に係る弾性回転体は、上述のように構成されるた
めに、紙等のシート状被搬送物の搬送性、定着性、耐摩
耗性は勿論のこと、特に耐久性が飛躍的に向上するとい
う効果がある。

更に言えば、本発明によると、弾性層と樹脂層との密着
強度が増大され、特に加熱条件下にては著しく、一般搬
送では50万枚の搬送を無理無く達成でき、定着用回転体
としても、20万枚以上の定着処理を優れた定着効果と離
型性を維持しつつ行なうことができる。

又、本発明を定着装置に適用した場合には、耐摩耗性、
表面離型性に優れ、樹脂層の表面特性とゴムの弾性特性
を充分発揮させて、トナー像や他のローラへのならい効
果にも優れ、寿命が極めて長くなる。又、本発明の定着
装置によると、上記弾性回転体を記録材を挟圧する少な
くとも一方のローラ（ベルトを含む）へ適用すると、記
録材のカール発生を防止し、定着画像を鮮明でしかも定
着性が良いといった効果を、従来よりも長期にわたって
維持できる。しかも、定着の熱効率が良く定着に必要な
温度を低減（例えば20℃程）できるので消費電力を少な
くし、電力配分の少ない装置でも高速定着記録を達成で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る弾性回転体及びそれを有する定
着装置の一実施例の断面図である。第２図は、第１図の定着ローラの部分拡大説明図であ
る。 1:定着ローラ 4,14:シリコーンゴムの弾性層 6,16:弗素樹脂層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桜井正明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)発明者重信道郎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)発明者山本猪一郎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)発明者阪根勇滋賀県大津市一里山５丁目13番13号株式会社アイ・エス・テイ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性層上に樹脂材を塗布、焼成することに
より弾性層上に樹脂層が形成された弾性回転体におい
て、弾性層には0.5μｍ〜15μｍの粒径を有する粒子状の充
填剤が分散して混入されており、弾性層の表面を研磨し
た時、その表面に析出している充填剤が抜け落ちること
を特徴とする弾性回転体。
【請求項２】未定着画像を記録材に定着する一対の回転
体を有し、この回転体対の少なくとも一方が弾性層上に
樹脂材を塗布、焼成することにより弾性層上に樹脂層が
形成された弾性回転体である定着装置において、前記弾性回転体の弾性層には0.5μｍ〜15μｍの粒径を
有する粒子状の充填剤が分散して混入されており、弾性
層の表面を研磨した時、その表面に析出している充填剤
が抜け落ちることを特徴とする定着装置。