JPH077230B2

JPH077230B2 - トナ−像定着装置

Info

Publication number: JPH077230B2
Application number: JP58246699A
Authority: JP
Inventors: 正明桜井; 和夫鍵浦; 修二今; 久史赤羽; 進平井; 俊光岩田; 純一深堀
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-12-24
Filing date: 1983-12-24
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPS60135976A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電子写真、静電記録、その他適宜の画像形成手
法により転写材・エレクトロファックス紙・静電記録紙
等の像支持材面に形成した未定着トナー像を永久固着像
として像支持材面に定着する装置、更に詳しくは互いに
押圧接触させて回転駆動させた定着ローラと加圧ローラ
とからなる並行一対のローラ間に未定着トナー像支持材
を導入通過させることによりトナー像を像支持材面に熱
又は加熱加圧又は圧力で定着させるローラ式トナー像定
着装置に関する。

ローラ式定着は主に加熱定着式が主流を占めているの
で、以下この例を挙げて説明する。第１図は熱ローラ式
トナー像定着装置の極く概略構成を示す横断側面図であ
る。図に於て１及び２は互いに適度に押圧接触させて上
下に並行に軸受支持させた熱ローラ（以下定着ローラと
記す）と加圧ローラであり、矢示方向に回転駆動され
る。

定着ローラ１はアルミニウム等の金属製中空ローラ11を
芯金とし、その外周囲のトナーオフセットの生じ難い耐
熱性・耐摩耗性の離難性材料層12で被覆処理し、芯金内
空にハロゲンヒータ棒等のヒータ13を挿入配設してな
り、該ヒータの発熱で加熱される。そして不図示の自動
温調手段によりヒータ13への通電がオン・オフ制御或は
通電量増減制御されて定着ローラ外周面の温度が常時所
定の略一定温度（例えば180〜200℃）に維持管理され
る。

加圧ローラ２は鉄・アルミニウム等の金属製ローラを芯
金21としその外周囲を比較的厚いゴム等の弾性材層22で
被覆したものである。

３は定着ローラ１の外周面に離型助剤としてのシリコー
ンオイルを塗布する装置であり、本例のものはかなり高
粘度のシリコーンオイルを予め含浸させた長尺のウエブ
部材31をロール巻にしたものを繰り出し軸32に装着保持
させ、そのロール巻ウエブ部材の自由端を巻取り軸33に
係止し、繰り出し軸と巻取り軸間のウエブ部材部分を押
付けローラ34で定着ローラ１面に押付け状態にすると共
に、繰り出し軸側のロール巻ウエブ部材を巻取り軸側へ
少しづつ巻取る（例えば1m/1万枚（A4版）通紙）ことに
より定着ローラ１の外周面へウエブ部材の含浸離型助剤
をコーティングする構成のものである。このウエブ部材
は定着ローラ外面のクリーニング部材も兼ねている。

而して上記定着ローラ１と加圧ローラ２との回転駆動状
態に於てその両ローラのニップ部４に未定着トナー像Ｔ
を担持した像支持材５をトナー像担持面側を定着ローラ
１側にして導入し通過させると、トナー像Ｔが定着ロー
ラ１の熱、及び定着ローラ１と加圧ローラ２の相互押圧
力により像支持材５面に永久固着像として順次に熱圧定
着処理されるものである。

なお、６は定着ローラ１の面から像支持材５を確実に分
離させるべく配設した分離爪部材、７は定着ローラ１の
温調のため該ローラ外周温度を検出するセンサ、Ｗは定
着ローラ１と加圧ローラ２の相互接触部（ニップ部）の
幅寸法（ニップ幅）を示す。

定着ローラ１に於て芯金11の外周囲を被覆する離型性材
料12の層厚は該材料層外面即ち定着ローラ外周面へのヒ
ータ熱の伝導補給が迅速になされるように一般にかなり
薄いもの（例えば0.5mm程度）に設定される。又その層
材料としては一般にPTFE（４弗化エチレン樹脂）・PFA
（４弗化エチレン−フロロアルコキシエチレン共重合樹
脂）等の弗素系樹脂、若しくはシリコーンゴム等の耐熱
・耐摩耗性ゴムが使用される。

弗素系樹脂で被覆した定着ローラはシリコーンゴム被覆
のものと比較して高強度であり、シリコーンオイルを塗
布すれば離型性も良好である。しかし被覆層に弾性がな
いために、シリコーンゴム被覆の定着ローラと比較して
トナー像Ｔの像支持材５面に対する定着性が悪く、かつ
トナー像支持材上のトナー像を定着する際画像のつぶす
効果が大きく画質を低下させてしまう欠点を持ってい
る。更に、該定着ローラにクリーニングブレード等の当
接物がある場合固いゴミがローラ上に付着してローラと
当接物間に侵入してきた場合力の逃げ場がなく、傷が生
じやすい。

上記定着性の違いはシリコーンゴムのような弾性体被覆
の場合は支持材５自体の面凹凸、及び支持材上にのって
いるトナー像Ｔの凹凸に対応して弾性体被覆の外面が倣
い変形して凹凸トナー像Ｔと各部均一に接触するため
に、定着性が良好であると考えられる。ところが弗素系
樹脂のように剛体被覆の場合は、上記支持材及びトナー
像の凹凸により、凸部はローラと強い接触をし、凹部は
ローラと不安定にしか接触をしないために、凹部の定着
が非常に甘くなると考えられる。

そこで定着ローラ１としては画像性を重視する観点から
弗素系樹脂被覆のものよりもシリコーンゴム被覆のもの
を利用する傾向にあり、該シリコーンゴム被覆定着ロー
ラについての種々の改善研究が積極的に行われている。

その１つとして、離型性の向上、その離型性の長期的維
持（ローラライフの長期化）等を目的として、シリコー
ンゴム被覆定着ローラ１としてその被覆ゴム層12に予め
トナー離型助剤としてシリコーンオイルを含ませたもの
を使用し、又加圧ローラ２についてもその被覆ゴム層22
に予めシリコーンオイルを含ませたものを使用するよう
にしたものがある。

シリコーンオイル含有ゴムは、例えばゴム加硫後に膨潤
工程を設けて加硫ゴム肉質内にシリコーンオイルを浸透
含有させることにより、或は生ゴムの混練時にシリコー
ンオイルを添加配合することにより得ることができる。
膨潤法によりシリコーンオイルを含有させたゴム被覆ロ
ーラを得る一例を述べると、シリコーン生ゴムに架橋
剤、及び必要に応じてフィラー（シリカ等）、その他の
添加剤を配合した生ゴム混和物をシート状に成形し、そ
れをローラ芯金外周囲にプライマを介して巻付けて接着
する。それをプレス型に納めて加熱・加圧して加硫処理
する。シリコーンゴムは熱加硫型（HTV）或は付加反応
型（LTV）が一般的であり、熱加硫型の場合は一次加硫
の段階で架橋剤である有機過酸化物が分解して加硫と同
時に分解残渣を生成する。従ってこれを取除く２次加硫
処理が行われる。付加反応型の場合も高温熱処理した方
が特性が安定する。次いで被覆層加硫済みローラをシリ
コーンオイルに浸漬して被覆層内にシリコーンオイルを
含浸させる。もしこのオイル浸漬段階での被覆層の厚味
が所要厚味よりもかなり厚い場合は略所要厚味まで研削
処理してからオイル浸漬してもよい。オイル浸漬完了後
被覆層外周を研削して所定外径のローラに仕上げる。オ
イル浸漬条件には別段限定はないが、例えば被覆層12の
厚さが0.5mmの定着ローラ１の場合は一般にオイル温度
約180℃、浸漬時間８〜24時間で行われる。被覆層22の
厚味が上記定着ローラよりも厚い（例えば5mm）加圧ロ
ーラ２の場合は浸漬時間が例えば２日程度に延長され
る。

ローラ１・２の被覆層12・22に対する含浸用シリコーン
オイルは被覆の肉質内にオイルを浸透案有させる関係
上、例えば20〜1000cs程度の範囲のものから選択使用さ
れる。20cs以下のものは被覆肉質内への浸透性はよい
が、耐熱性が悪く、又定着ローラ熱により揮発消失する
ので不適当である。1000cs以上の高粘度のものは被覆肉
質内への浸透性が悪くオイル浸漬処理に長時間を要する
し、又含浸させても被覆表面にブリードするため効果的
でない。又被覆肉質内へ含浸させるシリコーンオイル量
は定着ローラについては被覆肉質に対するオイルの平衡
膨潤（飽和含浸）を100％としたときその10％以上は含
浸させるべきであり、それ以下だとローラライフの延長
効果は低いものとなる。

尚、本明細書に於てシリコーンオイルの粘度数（cs、セ
ンチストークス）は25℃に於けるものとする。又そのオ
イルは種々の粘度のシリコーンオイルをブレンドしてそ
の粘度数に調整したオイルではなく、始めからその粘度
数の単一ピークとするものを合成製造したものとする。

以上のように、ゴム被覆定着ローラ１としてその被覆ゴ
ム層12に予めシリコーンオイルを含ませたものを使用
し、又加圧ローラ２についてもその被覆ゴム層22に予め
シリコーンオイルを含ませたものを使用することによ
り、被覆層にシリコーンオイルを含ませない場合よりも
離型性の向上、及びその離型性の長期的維持、即ちロー
ラライフの長期化がなされる。

しかしそのローラライフの長期化効果は実際上は未だ不
十分で満足すべきものではなかった。即ち従来例として
下記仕様の定着装置について試験した。

定着ローラ1:φ60mm、0.5mm厚シリコーンゴム被覆、100
csのジメチルシリコーンオイル（品番KF96、信越化学）
に180℃×８時間浸漬処理、加熱使用温度（表面温度）1
80℃。

加圧ローラ2:φ60mm、5mm厚シリコーンゴム被覆、100cs
のジメチルシリコーンオイル（同、同）に180℃×48時
間浸漬処理。

オイル塗布装置3:第１図示のようなウエブ方式、商品名
ノーメックスペーパーウエブ（不織布）、１万csのジメ
チルシリコーンオイル（品番K96H、同）含浸、ウエブ送
り速度1m/1万枚（A4版）通紙。

通紙速度:50枚／分定着ローラ１と加圧ローラ２のニップ巾W:9〜10mm 而して次の（１）及び（２）の試験を行った。

（１）強制ジャムテスト定着ローラ１と加圧ローラ２の間に未定着トナー像支持
材５を次々と導入し、予め定めた通紙枚数時点毎にその
とき上記両ローラ１・２間を通過中の像支持材５をその
ままローラ１・２間に挾ませた状態にしてローラの回転
駆動を１分間停止させる。この１分間のローラ１・２の
回転駆動停止によりローラ１・２に挾まれている像支持
材５部分のトナー像部分が定着ローラのニップ巾Ｗの領
域面に強制的にオフセットする。１分経過後ローラ１・
２を再び回転状態に戻す。そして定着ローラ１面に上記
強制的にオフセットしたトナーがクリーニングを兼用し
ているオイル塗布装置３を通過したとき定着ローラ面か
ら拭掃除去されているか否かを観察する。オフセットト
ナーが拭掃除去されている場合はそのまま通紙を次の強
制オフセット処置枚数時点まで続行する操作を繰返し、
ついにオフセットトナーが装置３で拭掃除去されなくな
った通紙時点枚数を求める。

この強制ジャムテストそのものは通常のラインコピーと
は直接関係しないが、トナーがローラに接着し、オフセ
ット原因となることから強制ジャムテストで定着ローラ
１面にオフセットしたトナーが装置３で拭掃除去されな
いほど強固に定着ローラ面に付着する現象が生じはじめ
る通紙枚数が少ないほどローラライフが短く、逆に多い
ほどローラライフが長くなるということにつながる。

（２）通紙ライフテスト低茶ローラ１と加圧ローラ２間に未定着トナー像支持材
５を次々と導入し、定着ローラ１の使用による離型性の
逐次低下で定着ローラ１面へのトナーのオフセット量が
増加することに伴なう定着画像品位の低下状態、或いは
定着ローラへのトナー像支持材巻きつき（すなわち、ジ
ャム）の有無を観察する。そしてその品位低下が実用上
許容される限界に至るか、或いは頻繁にジャムが発生す
るまでの通紙枚数を求める。

以上の（１）及び（２）の試験結果を表１の従来例欄に
示す。即ち、強制ジャムテストは23000〜28000枚程度、
通紙ライフテストは10〜15万枚程度であり、この程度で
は未だ不十分で満足すべき性能であるとすることはでき
ない。

本発明は同じく予めシリコーンオイルを含有させたゴム
被覆定着ローラと、同じくシリコーンオイルを含有させ
たゴム被覆加圧ローラとを用いたローラ式トナー像定着
装置であるが、これを更に改善して従来のものよりもロ
ーラライフを大巾に延ばすことを可能にしたものを提供
することを目的とするもので、加圧ローラゴム被覆のシ
リコーンオイル含有率は定着ローラゴム被覆のシリコー
ンオイル含有率と略同じか、それよりも大きいものにし
た点に特徴を有する。

即ち本発明者等は本発明の開発研究過程で次のような実
験を行った。

実験1:含有オイル移行実験シリコーンオイル膨潤度（含有率）の同じ、或は互いに
種々異なる２つのシリコーンオイル含有シリコーンゴム
試験片Ａ・Ｂ同士接触加圧状態に放置した場合に於ける
両試験片間の含有オイルの挙動を調べた。尚この実験に
於て試験片Ａ・Ｂは何れも同質のシリコーンゴムで、含
有シリコーンオイルは何れも100csのジメチルシリコー
ンオイル（品番K96、信越化学）を用いた。表２はその
数例を代表して示したものである。

この実験により次の結果が得られた。

（１）オイル膨潤度が同じ試料同士に於ては両者間に於
て含有オイルの経時的相互移行は起らない。

（２）互いのオイル膨潤度が異なると、オイル膨潤度の
高い試料側のオイルが低い試料側へ移行する。

実験2:従来装置に於ける含有オイルの移行調査前記の強
制ジャムテスト・通紙ライフテストに使用したと同じ仕
様の定着装置に第２図示のように通紙可能最大サイズよ
りも小サイズの未定着トナー像支持材５を右又は左の片
側基準搬送で次々と導入して３万枚の通紙を実行する。
この場合通紙開始前の定着ローラ１及び加圧ローラ２の
各ゴム被覆層12・22中のシリコーンオイル膨潤度（初期
膨潤度）を測定（抽出法）した。その結果を表１に示
す。

又定着ローラ１について通紙した像支持材５面と接する
ローラ集面領域部を通紙部Ｐ、像支持材５の通過がなく
常に加圧ローラ２面と直接に接触して回転している上記
通紙部外のローラ集面領域部を非通紙部Ｑとする。

而して３万枚通紙終了後の定着ローラ１の通紙部Ｐと非
通紙部Ｑの両部のゴム被覆層中のシリコーンオイル膨潤
度を測定した。その結果を表１に示す。

即ち定着ローラ１のゴム被覆層12のオイル膨潤度は初期
は通紙部Ｐ・非通紙部Ｑは共に62％膨潤状態であるとこ
ろ、３万枚通紙後は通紙部Ｐは29％膨潤に、又非通紙部
Ｑは38％膨潤に低下している。非通紙部Ｑに於けるオイ
ル膨潤度の低下は上記実験１による知見から３万枚通紙
の間継続して定着ローラ１のゴム被覆層12面が直接に加
圧ローラ２のゴム被覆層22面と押圧接触していてオイル
膨潤度の大きい定着ローラ１のゴム被覆層12内の含有オ
イル分がオイル膨潤度の小さい加圧ローラ２のゴム被覆
層22側へ移行したからである。又通紙部Ｐに於ける低下
は通紙した個々の像支持材５面に極めて微量づつ付着し
て持ち去られるのも一因であるが、これは量的にはそれ
ほど多いものではなく、主因は個々の像支持材５の通紙
間隔部で定着ローラ１と加圧ローラ２とが直接に加圧接
触状態になる毎に上記非通紙部Ｑの場合と同様に定着ロ
ーラ１のゴム被覆層12側から含有オイルが加圧ローラ２
のゴム被覆層22側へ移行しているからである。

実用機の場合は上記実験２のように連続３万枚通紙を行
うケースはまずなく、装置休止期間・コピー前後の前回
転、後回転期間・空回転期間等定着ローラ１と加圧ロー
ラ２とが全長にわたって直接に押圧接触するトータル期
間が多い。そのため実用機については定着ローラ１のゴ
ム被覆層12内のオイル膨潤度低下度は上記実験２の場合
よりも更に大きくなると思われる。

従来装置に於て定着ローラ１のゴム被覆層12の初期オイ
ル膨潤度と加圧ローラ２のゴム被覆層22のそれとが前者
が大きく、後者が小さい関係になるのは、定着ローラ１
のゴム被覆層12はその層厚が小さく比較的短時間のオイ
ル浸漬処理で高率のオイル膨潤度にすることができるの
に対して、加圧ローラ２のゴム被覆層22はその層厚が大
きいものであるため高率のオイル膨潤度にするには多く
の日数をかけてオイル浸漬処理をしなければならない
し、又加圧ローラ２は未定着トナー像支持材５の裏面と
接触するものであり定着ローラ１に求められるようなト
ナー離型性はあまり必要ではないという観点から、製造
上・コストとの兼合いでせいぜい２日程度のオイル浸漬
処理で済ませているためである。

而して上記実験１・２により、シリコーンオイル含有処
理ローラを利用した従来定着装置のローラライフ長期化
効果が未だ不十分で満足すべきものにならない原因が、
定着ローラ１のゴム被覆層12中のシリコーンオイルが経
時的に加圧ローラ２のゴム被覆層22側へ移行して定着ロ
ーラ１のゴム被覆層12中のオイル膨潤度の低下、即ち離
型性の低下が比較的早期に起ることにあることが究明さ
れた。

そこで本発明は定着ローラ１側から加圧ローラ２側への
含有シリコーンオイルの経時的な移行を可及的に押える
ことによりローラライフを大幅に延ばすべく、前記実験
１の知見にもとづいて、前記したように加圧ローラゴム
被覆のシリコーンオイル含有率は定着ローラゴム被覆の
シリコーンオイル含有率と同じか、それよりも大きくし
たもので、これにより定着ローラ１側から加圧ローラ２
側への含有シリコーンオイルの経時的移行が効果的に防
止又は鈍化されてローラライフを大幅に延長させること
ができる。

又得られる定着画像はソフト画像で定着性のよいもので
あり、弗素系樹脂被覆の定着ローラに比較して定着温度
を５〜10℃程度低目に設定しても十分な定着を行わせる
ことが可能となり、省エネタイプの装置を得ることがで
きる。

本発明に於て定着ローラ１及び加圧ローラ２の各ゴム被
覆層12・22に含有させるシリコーンオイルは前記従来装
置で述べたと同じ理由で粘度20〜1000cs程度の範囲のも
のから選択使用すべきである。又定着ローラ１のゴム被
覆層12に対するオイル含浸は10％膨潤以上にする。

実施例前述従来例として挙げた仕様の定着装置に於て加圧ロー
ラ２を下記のものに付け替えて本発明に従う定着装置を
構成した。

φ60mm、5mm厚シリコーンゴム被覆、100csのジメチルシ
リコーンオイルに180℃×７日間浸漬処理、初期オイル
膨潤度63％膨潤。

この加圧ローラゴム被覆に対するシリコーンオイルの浸
漬膨潤処理はシリコーンオイルの加熱・加圧下に於て行
うことにより膨潤速度を大幅に速めることもできる。例
えば上記加圧ローラゴム被覆に対するシリコーンオイル
浸漬膨潤を180℃×2kg/cm²の加熱・加圧下で行うと３日
間で初期オイル膨潤度63％膨潤のものを得ることができ
る。

而してこの定着装置について前記（１）及び（２）の強
制ジャムテスト、通紙ライフテスト、及び実験２の含有
オイル移行調査を行った。その結果を表１の実施例欄に
示した。

即ち従来例のものとの対比に於て強制ジャムテスト・通
紙ライフテスト成績は格段によく、又含有オイル移行調
査結果は３万枚通紙後に於て定着ローラゴム被覆層12の
オイル膨潤度が通紙部Ｐ・非通紙部Ｑの何れも従来装置
の場合よりもその経時的低下度が明らかに小さく、定着
ローラ１側から加圧ローラ２側への含有オイルの移行が
効果的に押えられていることを示しており（正確には定
着ローラからコピー紙へは、毎回極微量のオイルが移行
し、そのことによって離型性が維持されている）、ロー
ラライフの十分に長い優れた定着装置であった。

又本発明実施例に於て定着ローラ１と加圧ローラ２とを
100時間連続回転駆動させ、その間通紙せず両ローラ１
・２を直接接触加圧回転状態に保たせ、又定着ローラ１
はその間所定の温調温度である略180℃に加圧保持させ
て100時間経過後の定着ローラゴム被覆のオイル膨潤度
を測定したところ、ほぼ初期オイル膨潤度が保たれてお
り、定着ローラ１側から加圧ローラ２側への含浸オイル
の移行が効果的に押えられていた。

尚表１に於ける定着ローラ及び加圧ローラの使用被覆ゴ
ム、及び表２に於ける試験片Ａ及び同Ｂの使用ゴムは何
れも100csオイルに関しての100％膨潤（平衡膨潤・飽和
膨潤）時のゴム100g当りの含有オイル量（飽和含有量）
は30g、300csオイルに関してのそれは15gのものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱ローラ式トナー像定着装置の極く概略構成を
示す横断側面図、第２図は定着・加圧ローラ対の斜面図
である。１は定着ローラ、２は加圧ローラ、３は離型助剤塗布装
置、５は未定着トナー像指示材、Ｔは未定着トナー像。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今修二神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者赤羽久史神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者平井進神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者岩田俊光神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者深堀純一神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内 (56)参考文献特開昭55−106481（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トナー像と接するシリコーンオイル含有ゴ
ム被覆層を備えた定着ローラと、この定着ローラとニッ
プを形成するシリコーンオイル含有ゴム被覆層を備えた
加圧ローラと、を有し、前記ニップでトナー像担持した
記録材を挟持搬送し定着を行なうトナー像定着装置にお
いて、前記加圧ローラのゴム被覆層のシリコーンオイル含有率
は前記定着ローラのゴム被覆層のシリコーンオイル含有
率と同じ、またはそれより大きいことを特徴とするトナ
ー像定着装置。