JPH0746252B2 - 弾性回転体及び定着装置 - Google Patents

弾性回転体及び定着装置

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JPH0746252B2 JP61216928A JP21692886A JPH0746252B2 JP H0746252 B2 JPH0746252 B2 JP H0746252B2 JP 61216928 A JP61216928 A JP 61216928A JP 21692886 A JP21692886 A JP 21692886A JP H0746252 B2 JPH0746252 B2 JP H0746252B2
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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
材又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り、又該弾性回転体は定着装置の定
着用ローラとして特に有効に使用される。従つて、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。
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
般と紙とされるシート状転写材又は記録材を所定の経路
に沿つ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
を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、第３図に例示されるように、
芯金2aに弾性層4aを設け、更に該弾性層4aに上表面に樹
脂層6aを形成した構造の定着用弾性回転体、つまり弾性
ローラ1aが提案されている。斯る定着ローラでは、弾性
層はシリコーンゴム又は弗素ゴムとされ、樹脂層として
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用ローラは、単にシリコーンゴム
のみより成る定着ローラに比較して搬送性、離型性、耐
摩耗性、定着性及び耐久性等において良好な性能を示す
ものではあるが、定着性及び弾性の点で満足し得るもの
ではない。つまり、従来の第３図に図示する如き定着用
ローラ1aはトナー像を加圧して熱を伝達する際の熱伝達
速度が遅く、又適度な弾性を有していないためにトナー
像の凹凸に対しての馴染みが少なくトナー像の内部への
熱の伝達が十分に達成されず、所謂、低温オフセットが
発生していた。又、トナー像への熱伝達を良好とすべ
く、定着ローラのトナー像への押圧力を大とすればトナ
ー像が潰され、画像の品質を劣化する原因となつた。
更に、斯る従来の定着用ローラでは主としてローラの弾
性等に起因する搬送定着時の転写材のカールの問題、更
には高湿環境下においての転写材のシワの問題が発生
し、これら問題の早急な解決が切望されている。
本発明者等は、上述のように数多くの利点と同時に問題
点をも有する、弾性層の上に樹脂層を有した弾性回転体
を更に良好なものとするべく数多くの研究実験を行つた
結果、従来の弾性回転体の弾性体層を熱伝導性の良好な
弾性体層とし、特に、該弾性体層の内層として熱伝導性
の良好な第１プライマー層を、又該弾性体層の外層とし
て熱絶縁性の良好な第２のプライマー層を形成し、該第
２プライマー層の外側に外被として樹脂層を形成するこ
とによつて搬送性、離型性、耐摩耗性及び耐久性を維持
したまま良好な定着性及び適度の弾性を提供し、斯る弾
性回転体を特に定着装置に使用した場合には、低温オフ
セツト及び画像潰れのない、つまり定着性及び画像性の
良好な高品質の画像を得ることができ、且つ被定着材で
ある転写材、記録材のカール及びシワの発生を大幅に低
減し得ることを見出した。
つまり、芯金に弾性体層を設け、更に該弾性体層に塗布
された樹脂材を焼成することで形成された樹脂層とを有
する弾性回転体において、樹脂層の内側の第２プライマ
ー層が比較的熱伝導率が低いので、樹脂材焼成時の熱が
弾性体層に伝わりにくく弾性体層の熱による劣化を防止
することができ、更に、弾性体層の内側の第１プライマ
ー層は比較的熱伝導率が高いので、樹脂材焼成時の熱が
弾性体層に伝わっても熱を素早く伝播することができ弾
性体層の熱劣化を防止することができることが分かっ
た。
本発明は斯る新規な知見に基づきなされたものである。
発明の目的 従つて、本発明の目的は、樹脂層焼成時の弾性体層の熱
劣化を防止し、かつ樹脂層と弾性体層との間の強固な密
着力を達成して、紙等のシート状被搬送物の搬送性、離
型性、耐摩耗性及び耐久性は勿論のこと、特に定着装置
用として使用した場合の定着性及び画像性が良好な弾性
回転体を提供することである。
本発明の他の目的は、低温オフセット、画像潰れをなく
し定着性及び画像性を向上せしめ、又、搬送定着される
転写材、記録材等のカール及びシワの発生を大幅に低減
した定着装置を提供することである。
問題点を解決するための手段 上記目的は、本発明に係る弾性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、基材と、この基材の
外側に設けられた弾性体層と、この弾性体層に塗布され
た樹脂材を焼成することで形成された樹脂層と、を有す
る弾性回転体において、 前記基材と前記弾性体層との間に設けられた第１プライ
マー層と、前記弾性体層と前記樹脂層との間に設けられ
た第２プライマー層と、を有し、前記第１プライマー層
は前記第２プライマー層より熱伝導率が大きいことを特
徴とする弾性回転体である。本発明の好ましい実施態様
によると、弾性体層はシリコーンゴム又は弗素ゴムで形
成され、外被樹脂層は弗素樹脂で形成される。
更に、本発明によると、前記弾性回転体を加熱用弾性回
転体及び加圧用弾性回転体等に使用した定着装置が提供
される。
実施例 次に本発明に係る弾性回転体及び定着装置を図面に即し
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未定着の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と接する加熱ローラ１と、該加熱ローラ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。加熱ローラ１及び加圧ローラ10は同様
の構成とされ、芯金２、12、第１のプライマー層３、弾
性体層４、14、第２のプライマー層５、15及び離型層と
しての外被樹脂層６、16から成る。前記弾性体層４、14
は熱伝導性の良好な材料にて形成され、又弾性体層４、
14の内層として形成された第１プライマー層３、13は熱
伝導性の良好な材料で形成され、該弾性体層４、14の外
層として形成された第２プライマー層５、15熱絶縁性の
良好な材料にて形成される。即ち、第１プライマー層
３、13は第２プライマー層５、15より熱伝導率が大とさ
れる。
定着装置には、加熱ローラ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、及び加熱ロー
ラ１の表面にシリコー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。
更に説明すれば、加熱ローラ１は、アルミ等の熱伝導の
良好な基材としての芯金２上に熱伝導性が良好なシリコ
ン系の第１プライマー層３（好ましくは熱伝導率0.6×1
0-3cal・cm/sec・cm2・℃以上、層厚２〜30μｍ）が形
成される。該第１プライマー層３の上に熱伝導性の良好
な弗素ゴム又はシリコーンゴムにて形成された弾性体層
４（好ましくは熱伝導率0.8×10-3cal・cm/sec・cm2・
℃以上、層厚0.3mm〜2.0mm）が形成される。該弾性体層
４上には熱絶縁性が良好なシリコン系又は弗素系の第２
のプライマー層５（好ましくは熱伝導率0.4×10-3cal・
cm/sec・cm2・℃以上、層厚５〜60μｍ）が形成され
る。
次いで、第２のプライマー５の上に樹脂層６が設けられ
る。該樹脂層６はPFA樹脂（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）、PTFE樹脂
（４弗化エチレン樹脂）等の弗素樹脂で作製され、好ま
しくは層厚は５μｍ〜35μｍ、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は上記加
熱ローラ１と同様の構造とされるが、芯金12はステンレ
ス、鉄等とされ、該芯金12上に熱伝導性が良好なシリコ
ン系の第１プライマー層13（好ましくは熱伝導率0.6×1
0-3cal・cm/sec・cm2・℃以上、層厚２〜30μｍ）が形
成される。該第１プライマー層13の上に熱伝導性の良好
な弗素ゴム又はシリコーンゴムにて形成された弾性体層
14（好ましくは熱伝導率0.8×10-3cal・cm/sec・cm2・
℃以上、層厚3mm〜10mm）が形成される。該弾性体層14
上には熱絶縁性が良好なシリコン系又は弗素系の第２の
プライマー層15（好ましくは熱伝導率0.4×10-3cal・cm
/sec・cm2・℃以下、層厚５〜60μｍ）が形成される。
次いで、第２のプライマー15の上に樹脂層16が設けられ
る。該樹脂層16はPFA樹脂（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）、PTFE樹脂
（４弗化エチレン樹脂）等の弗素樹脂で作製され、好ま
しくは層厚は５μｍ〜35μｍ、膜強度は50kg/cm2以上と
される。
上記加熱ローラ１及び加圧ローラ10は、左右対称とさ
れ、且つ好ましくは、加熱ローラ１（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。
上述のように、本発明の弾性回転体は、弾性体層を熱伝
導性の良好な弾性体層とし、該弾性体層の内層として熱
伝導性の良好な第１プライマー層を、又該弾性体層の外
層として熱絶縁性の良好な第２のプライマー層を形成
し、該第２プライマー層の外側に外被として樹脂層を形
成するために、表層の樹脂層にて搬送性、離型性、耐摩
耗性及び耐久性を確保し、下層の弾性体層並びに第１及
び第２プライマー層にて適度の弾性及び熱伝達速度を実
現することにより良好な定着性及び画像性を提供し更に
はカール、シワの発生を大幅に低減することが可能とな
つた。
次に、上記構成の加熱ローラ１及び加圧ローラ10の製造
方法について説明する。
加熱ローラ１を製造するに際し、先ず中央部の外径が5
8.3mm（肉厚6.5mm、逆クラウン量150μｍ）に仕上げさ
れたアルミニウム製の芯金２を用意し、その表面をサン
ドブラスト処理して脱脂し、乾燥させた。該芯金２上に
熱伝導率0.8×10-3cal・cm/sec・cm2・℃のシリコン系
のプライマーを７μｍ厚にて塗布し、120℃で20分間加
熱した後、その上に熱伝導性の良好な熱加硫系シリコー
ンゴムシート（熱伝導率1.5×10-3cal・cm/sec・cm2・
℃）を巻付け、160℃で30分間プレス加硫した後、ゴム
肉厚0.5mmの厚さに研削成形しシリコーンゴムローラを
作製した。
次いで、前記シリコーンゴムローラの上層に熱絶縁性の
良好な弗素系のプライマー（熱伝導率0.2×10-3cal・cm
/sec・cm2・℃）を15μｍ厚にて塗布した後、PFA粉末を
20μｍ厚にスプレー塗布し、芯金を熱絶縁性部材でマス
キング且つ該芯金の内部を空冷しながらPFA表層を340℃
で30分間赤外線加熱してPFA塗膜を焼成した後、急冷し
た。前記焼成を行なつた後の急冷によつてシリコーンゴ
ムローラ上に結晶化度が95％以下で引張強度50kg/cm2以
上、水に対する接触角100度以上の樹脂特性を示す焼成
弗素樹脂表層が、ゴムローラに対して強力な密着状態
で、しかも十分厚く形成される。
上述にて理解されるように、本発明に係る弾性回転体を
製造するに当り重要なことは、樹脂層は未焼成の樹脂材
が第２プライマー層上に塗装された後に焼成されるが、
該焼成時に少なくとも弾性体層が、該弾性体層を形成す
る材料の耐熱温度よりも低い温度下に維持されることで
ある。
該弗素樹脂層の焼成は、誘電加熱を利用しても好適に実
施し得る。好適に使用し得る誘電加熱装置の一実施例が
第４図に図示される。簡単に説明すると、誘電加熱と赤
外線外部加熱を併用した加熱方式を採用しており、マグ
ネトロン105と、マグネトロン105から発生した高周波
（950MHz〜2450Mhz）を伝波する導波管106と、導波管が
連結され内面に金属性の高周波反射板103を有する開閉
可能な樹脂容器102上下に２個ずつ赤外線外部加熱用の
反射笠付赤外線ランプ111とを有する。
樹脂容器102内には、定着ローラ１の中空内に空気流を
発生するフアン100と、容器102内に空気流を発生するフ
アン101と、が夫々容器外の駆動手段からの駆動によつ
て回転可能に設けられる。この容器は支点108を中心に
上下が開閉でき、上部に把手109が、下部にローラ１の
フランジ1Aを位置決めするアーム107が、夫々固設され
ている。
駆動手段104と、マグネトロン105と、赤外線ランプ111
との作動は制御手段110にて制御される。
加熱ローラ１は内部にシリコーンゴム層４、５を、表面
に弗素樹脂コーテイング層６を有しているため、高周波
はシリコーンゴム層４よりも比誘電率が大きい弗素樹脂
コーテイング層６中に多量に吸収される。従つて、弗素
樹脂層６は高周波、赤外線及び恒温槽による加熱で急激
に高温化され、340℃にて15分の加熱で完全に燃焼され
る。前記焼成を行なつた後、ローラは急冷される。上記
実施例において、表層の弗素樹脂としてはPTFEデイスパ
ージヨン（ダイキン社製、４弗化エチレン樹脂デイスパ
ージヨンＤ−１）を用いるのが好適である。
このように誘電加熱を利用すれば、エネルギの損失を小
さくすることができ、又、下層の弾性体層への熱のアタ
ツクを最小限に留めることができる。
加圧ローラ10は上記加熱ローラ１と同様の方法にて製造
される。芯金12は鉄製芯金とされたが、弾性体層14、第
１及び第２プライマー層13、15並びに樹脂層16には加熱
ローラ１と同じ材料を使用し、ただ層厚は第１プライマ
ー層13が７μｍ、弾性体層14が6mm、第２プライマー層1
5が15μｍ、樹脂量16が20μｍとされ、ローラ外径は加
熱ローラ１と同じとされた。
本発明者等の実験の結果、本実施例の加熱ローラ１及び
加圧ローラ10は、弗素樹脂層焼成形成後に弾性体層４、
14はゴム劣化が殆ど見られず、焼成前のゴム特性と大略
同様の所望のゴム特性（反発弾性等）を得ることができ
た。又、表層の弗素樹脂PFA又はPTFE層６、16も完全に
焼成されており、非常に良好な離型製、耐摩耗性及び弾
性体層との接着性を示した。
上記加熱ローラ及び加圧ローラを使用して、加熱ローラ
１の表面温度を180℃に制御しながら、紙送りスピード2
00m/sec、紙送り枚数30枚/A4・分の条件で定着及び耐久
試験を行なつた。15℃の環境下での試験では、良好な定
着性を示し、又オフセツトの発生は従来の装置の優れた
ものに比較しても５分の１以下に減少され、クリーニン
グ部材の交換期を５倍以上に延命できた。又、32.5℃、
85％の環境下の試験では、搬送定着される転写紙にシワ
の発生が全くなく、且つカールも非常に少なく、ソータ
等への紙の積載性も良好であつた。更に、画像の潰れも
殆んどなく高画質の画像が得られた。
上記状態は、加圧ローラ及び加熱ローラに30万枚通紙し
ても維持され、更に50万枚通紙定着を行なつても異常は
みられなかつた。
以上説明したように本発明に従えば弾性体層の内層及び
外層に、つまり、芯金に隣接して熱伝導性の良好な第１
プライマー層と、該弾性体層の上に熱絶縁性の良好な第
２プライマー層とを有しているために、樹脂層焼成時に
第２プライマー層は熱アタツクを受けるが、より内部の
第１弾性体層は第２プライマー層が熱絶縁性が良好なた
めに熱的損傷を受ける程度が緩和され、弾性体層の熱劣
化を防止し、更に、弾性体層の内側の第１プライマー層
は比較的熱伝導率が高いために、樹脂材焼成時の熱が弾
性体層に伝わっても熱を素早く伝播することができ弾性
体層の熱劣化を防止することができ、且つ外被弗素樹脂
層と内部弾性体層との間に強固な密着力が形成されると
いう構成とされるために、30万以上の通紙耐久には充分
耐えることができ、更には50万枚以上の通紙耐久によつ
ても優れた離型性、定着力を維持し、弗素樹脂層の剥離
も生ぜず、又画像性も良好である。
又、本発明に従えば、加熱ローラ１及び加圧ローラ10を
定着装置に装着して作動させた場合弾性体層が熱伝導が
良好なため内部から外部への熱抵抗が少なく定着性及び
耐久性に有利な結果が得られた。
本発明者等の研究実験によると、第１プライマー層の熱
伝導率が0.6×10-3cal・cm/sec・cm2℃以上、弾性体層
の熱伝導率が0.8×10-3cal・cm/sec・cm2℃以上（更に
好ましくは1.2×10-3cal・cm/sec・cm2℃以上）、第２
プライマー層の熱伝導率が0.4×10-3cal・cm/sec・cm2
℃以下（更に好ましくは0.25×10-3cal・cm/sec・cm2℃
以下）であり、更に、各層の厚さが、（弾性体層）＞
（第２プライマー層）＞（第１プライマー層）、且つ
（弾性体層）＞６×（樹脂層）である場合に特に良好な
結果が得られた。
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、又、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
は離型性と弾性を備えているために転写性、被クリーニ
ング性を備え（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
によるならい効果によつ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、内部弾性層としてはシリコーンゴム、
弗素ゴムの外に、耐熱性としてはより低レベルにあるEP
DM等の使用も可能とされる。
発明の効果 本発明は以上の如くに弾性体層の内層及び外層として熱
伝導性の良好な第１プライマー層と、熱絶縁性の良好な
第２プライマー層とを有するために、樹脂層焼成時に第
２プライマー層は熱アタツクを受けるが、より内部の弾
性体層は第２プライマー層のために熱的損傷を受ける程
度が緩和され、弾性体層の熱による劣化を防止すること
ができ、更に、弾性体層の内側の第１プライマー層は比
較的熱伝導率が高いので、樹脂材焼成時の熱が弾性体層
に伝わっても熱を素早く伝播することができ弾性体層の
熱劣化を防止することができ、且つ外被弗素樹脂層と内
部弾性体層との間に強固な密着力が形成され、十分な耐
久性と共に優れた離型性、定着力を維持することができ
る。
又、本発明に従えば、外被樹脂層の焼成による弾性体層
の劣化がなく、所望の適度のゴム特性（反発弾性等）を
得ることができ、斯る本発明の弾性回転体を特に定着装
置に使用した場合には、低温オフセツト及び画像潰れの
ない、つまり定着性及び画像性の良好な高品質の画像を
得ることができ、且つ被定着材である転写材、記録材の
カール及びシワの発生を大幅に低減することができる。
【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図の加熱ローラの部分拡大説明図であ
る。 第３図は、従来の加熱ローラの断面図である。 第４図は、定着用ローラの製造装置の一実施例の断面図
である。 1:加熱ローラ ３、13:第１プライマー層 ４、14:弾性体層 ５、15:第２プライマー層 ６、16:樹脂層 10:加圧ローラ
フロントページの続き (72)発明者 後藤 正弘 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 久下 司 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 (56)参考文献 特開 昭60−19178（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−137558（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基材と、この基材の外側に設けられた弾性
    体層と、この弾性体層に塗布された樹脂材を焼成するこ
    とで形成された樹脂層と、を有する弾性回転体におい
    て、 前記基材と前記弾性体層との間に設けられた第１プライ
    マー層と、前記弾性体層と前記樹脂層との間に設けられ
    た第２プライマー層と、を有し、前記第１プライマー層
    は前記第２プライマー層より熱伝導率が大きいことを特
    徴とする弾性回転体。
  2. 【請求項２】前記弾性体層はシリコーンゴム又は弗素ゴ
    ムで形成され、前記樹脂層は弗素樹脂で形成されること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の弾性回転体。
  3. 【請求項３】基材と、この基材の外側に設けられた弾性
    体層と、この弾性体層に塗布された樹脂材を焼成するこ
    とで形成された樹脂層と、を有する弾性回転体を有し、
    この弾性回転体により未定着画像を記録材に定着する定
    着装置において、 前記基材と前記弾性体層との間に設けられた第１プライ
    マー層と、前記弾性体層との間に設けられた第２プライ
    マー層と、を有し、前記第１プライマー層は前記第２プ
    ライマー層より熱伝導率が大きいことを特徴とする定着
    装置。
  4. 【請求項４】前記弾性体層はシリコーンゴム又は弗素ゴ
    ムで形成され、前記樹脂層は弗素樹脂で形成されること
    を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の定着装置。
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