JPH10171281A - 定着用加圧ロールおよび加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ニップ幅を広く形成しても亀裂を生じること
がなく、長期にわたり良好な定着画像を維持できる加圧
ロールと、定着温度に昇温するまでの時間を短縮するこ
とが可能な加熱定着装置を提供する。 【解決手段】 本発明の加圧ロール１は、軸体１ａの外
周面を被覆する弾性層１ｂおよび表面層１ｃの少なくと
も２層構造からなる。弾性層１ｂは硬度がアスカーＣで
２５°以下であり、表面層１ｃは切断時伸びが１８０％
以上のゴム材料で構成される。また、加熱定着装置は、
ニップ形成時の加圧ロール１の外周長が無荷重状態の時
の１．１倍以上になるよう、加圧ロール１と加熱ロール
２を圧接させることが好ましい。さらに、加熱ロール２
の好適な中空軸体２ａとしては、肉厚０．２５〜１．０
０ｍｍのアルミニウムや、肉厚０.１０〜０.８５ｍｍの
鉄およびステンレス鋼が用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機，
レーザプリンター，ファクシミリ等の電子写真プロセス
を利用した画像形成装置における定着用加圧ロールおよ
び加熱定着装置に関する。より具体的には、用紙等の転
写材に担持された未定着トナー像を定着処理する加圧ロ
ールおよび同ロールを備えた加熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真プロセスを利用した画像形成装
置の定着装置は、加熱した２本のロール間に一定の圧力
を加えてニップと呼ばれる接触領域を形成し、このニッ
プ領域内を未定着トナー像が転写された転写材を通過さ
せることにより、定着を行う方法が一般的である。この
ような加熱定着装置は、オーブン定着法等の他の定着方
式に比べて、熱効率が高いため高速定着への応用が可能
であり、定着性に優れ、安全性が高い等の利点がある。
反面、加熱ロールへの通電開始から定着温度に上昇する
までに要する時間（ウォームアップタイム）が長いとい
う欠点がある。省エネの観点から、待機時に定着ロール
に取り付けられたヒータの電源を切るか、または定着ロ
ールの表面温度を定着温度より低い温度に保持するよう
な制御システムが従来から採用されている。しかし、こ
のようなシステムにおいて、待機後の再起動時の待ち時
間は定着装置のウォームアップタイムに相当するため、
これを可及的に短くする要請が強まっている。一般に、
加熱ロールには金属製の中空軸体表面にフッ素樹脂等の
離型性に優れた材料をコーティングしたロールを用いる
ことが多く、ウォームアップタイムを短くするために
は、中空軸体を薄肉化することが望ましい。しかし、中
空軸体の厚さを薄くすると、硬度の高い弾性層を有する
ロールを加圧ロールとして用いた場合、加熱ロールが撓
んでしまい、定着不良や紙シワを発生する原因となる。

【０００３】上述の対策として、弾性層を低硬度のゴム
材料で構成した加圧ロールが提案されている。例えば、
弾性層をスポンジ層で構成したロール（特公昭５９−４
４６３１号公報，特公平６−５４２８号公報）や、ＪＩ
Ｓ Ａ 硬度が３０°以下のシリコーンゴムで構成したロ
ール（特公平７−９９１７０号公報）等がある。さら
に、このような低硬度の弾性層は、表面タック（粘着
性）が強いため、またトナーによる汚染や転写材との接
触による損傷を防止する目的で、表面層を設ける必要が
ある。弾性層の外周に表面層を設けたロールの例として
は、硬度２５°以下のシリコーンゴム層外周にシリコー
ン樹脂ラテックスを被覆した弾性ローラ（特開平３−８
０２８０号公報）や、硬度２５°以下のシリコーンゴム
層を弾性層とし、その外周にフッ素ゴムとフッ素樹脂の
混合物からなる中間層を設け、更にその外周にフッ素樹
脂層を形成した加圧ロール（特開平４−１９６８６号公
報）等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような低硬度のゴ
ム材料を弾性層とする加圧ロールを用いて、ニップ幅を
広くとるように加熱ロールと圧接させると、弾性層の変
形によって表面層が引っ張られる。その結果、表面層に
上記のシリコーン樹脂ラテックス，フッ素樹脂，フッ素
ゴムとフッ素樹脂の混合物等の樹脂系や伸びの小さいゴ
ム系材料を用いると、弾性層の変形に表面層が追随しな
いため、ロール表面に細かい亀裂が発生してしまう。こ
れにより、加熱ロールに付着したトナーのうち除去しき
れないトナーが弾性層に付着してしまい、オフセットや
画像ムラの原因になっていた。また、両面コピー時には
用紙の表側に定着されたトナーが定着後に固化して、加
圧ロールを傷付けることがあった。そこで、本発明の目
的は、上述の問題点を解決しようとするものであって、
ニップ幅を広く形成しても亀裂を生じることがなく、長
期にわたりオフセットの発生のない良好な定着画像を維
持できる定着用加圧ロールおよび加熱定着装置を提供す
ることにある。さらに、加熱ロールの中空軸体を薄肉化
しても、紙シワが発生することなく、かつウォームアッ
プタイムを短縮することが可能な加熱定着装置を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ニップ幅
を広く確保でき、しかも耐久性に優れた定着用加圧ロー
ルを実現すべく、鋭意検討を重ねてきたところ、低硬度
の弾性層を切断時伸びが所定値以上のゴム材料で被覆す
ることによって、ニップ形成時の弾性層の変形に対する
追随性の良好な表面層が得られ、長期にわたって表面層
に亀裂が生じないとの知見を得て、更にかかる加圧ロー
ルと加熱ロールを一対の定着ロールとして用いた場合、
定着時のウォームアップタイムの短縮化が図られるとの
知見を得て、本発明をなすに到ったものである。すなわ
ち、本発明の定着用加圧ロールは、軸体と、その外周上
に形成された弾性層と、弾性層の外周面を被覆する表面
層の少なくとも２層構造の弾性ロールからなり、上記弾
性層は硬度がアスカーＣで２５°以下であり、表面層は
切断時伸びが１８０％以上のゴム材料で構成されたこと
を特徴とする。また、本発明の加熱定着装置は、金属製
中空軸体の外周面に樹脂層を被覆した加熱ロールと前記
定着用加圧ロールとを備え、上記中空軸体の材質として
アルミニウム、鉄またはステンレス鋼が用いられ、該軸
体の肉厚がアルミニウムの場合で０.２５〜１.００ｍ
ｍ、鉄の場合で０.１０〜０.８５ｍｍ、ステンレス鋼の
場合で０.１０〜０.８５ｍｍの範囲にあることを特徴と
する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の定着用加圧ロール１は、図１Ａに示すように、
軸体１ａの外周上に形成された弾性層１ｂおよびその外
周面を被覆する表面層１ｃの２層構造の弾性ロールから
なる。また、必要に応じて、弾性層１ｂを下層の発泡層
と上層のゴム層または発泡層の２層としたり、あるいは
弾性層１ｂと表面層１ｃの間に導電層を介在させて３層
以上の層構成とすることもできる。以下、主として２層
構造の加圧ロールについて説明する。軸体１ａは、ロー
ルの回転軸として機能するものであればいかなる材質で
もよく、鉄，ステンレス鋼，アルミニウム，アルミニウ
ム合金等の金属材料が通常用いられる。軸体は中実の棒
状でもあるいは中空のパイプ状でもよく、後者の場合は
ヒータを内蔵させて定着時に加圧ロールを加熱してもよ
い。

【０００７】弾性層１ｂを構成するゴム材料としては、
充分な定着を行えるだけの弾性と高温での物性安定性等
が必要であり、下記のゴム硬度条件を満たすものであれ
ば、特に限定されるものではないが、一般にフッ素ゴム
やシリコーンゴム等が用いられる。フッ素ゴムとして
は、例えばフッ化ビニリデン（ＶｄＦ）を主成分とする
ヘキサフルオロプロピレンとの共重合体，この共重合体
とテトラフルオロエチレンの３元共重合体，テトラフル
オロエチレンとプロピレンの交互共重合体等が挙げられ
る。シリコーンゴムとしては、液状およびミラブル型の
いずれでもよいが、ゴム弾性を低下させるフェニルシロ
キサン成分を含まないか、含んでも含有率の低いものが
好適である。また、フッ素ゴムとシリコーンゴムのブレ
ンド物を用いることができる。弾性層の硬度は、アスカ
ーＣで２５°（以下の硬度は全てアスカーＣ硬度計で測
定される数値で示す）以下、好ましくは１５°以下であ
る。弾性層を低硬度とすることにより、従来の一般的な
加圧ロールより低加重でニップ幅を広く形成することが
できる。また、弾性層の厚さは通常１〜１５ｍｍの範囲
にある。弾性層を形成するには、プレス成形，射出成
形，注入成形，押出成形といった一般的な成形方法を採
用すればよい。また、上記ゴム材料を用いて発泡成形し
てもよい。

【０００８】弾性層は、前述したように、例えば下層を
発泡層とし、上層を下層と同一または異なる材料で構成
されたゴム層や発泡層として、上記ゴム硬度条件を満足
する２層構造に形成してもよい。また、弾性層の外周面
に導電層を設ける場合は、弾性層の弾性特性やその弾性
変形に対する表面層の追随性を損なわない材質で構成す
る必要がある。例えば、カーボンブラック等の導電剤を
分散したシリコーンゴムやフッ素ゴム等のゴム材料で導
電層は形成される。その体積固有抵抗率は１０¹¹Ωcm以
下、膜厚は１０〜１００μｍの範囲にあることが好まし
い。

【０００９】表面層１ｃの材質としては、弾性層と同様
にある程度の弾性と高温での物性安定性等が必要である
だけでなく、トナーに対する離型性に優れていなければ
ならず、前述のようなシリコーンゴムやフッ素ゴム等が
好ましく用いられる。その切断時伸び（ＪＩＳ Ｋ ６２
５１：旧ＪＩＳ Ｋ ６３０１）は、１８０％以上好まし
くは２００％以上である。切断時伸びが１８０％以上あ
れば、低硬度の弾性層を被覆した場合、弾性層の変性に
応じて追随するので、繰り返し使用しても亀裂が発生し
ない。そのため、長期にわたって、加圧ロールの損傷が
防止されると共に、ニップ幅が広く確保されるのでオフ
セットの発生がない。表面層の膜厚は１０〜１００μｍ
の範囲にあることが好ましい。膜厚が１０μｍ未満であ
ると、繰り返し使用により表面層が次第に磨耗し、加圧
ロールとしての機能が損なわれる。一方、膜厚が１００
μｍより厚くなると、加圧ロールの硬度が上昇するため
ニップ幅が狭くなる。ニップ幅を広く確保するには荷重
を上げることになり、そのため加熱ロールが撓んでしま
い、紙シワや定着ムラの原因となる。表面層を形成する
方法としては、ディップ塗布法，スプレー塗布法，ロー
ルコータ法等の公知の塗布法を採用することができる。

【００１０】弾性層を設けた加圧ロールは、ニップ圧に
より弾性層が変形するため、ニップ形成時の外周長が無
荷重状態時の外周長よりも長くなる。ニップ幅を広くと
るために、外径の大きいロールを用いて加圧する方法が
ある。このような方法では、荷重状態と無荷重状態にお
ける加圧ロールの外周長の比（ロール外周比という）は
小さい値となる。その場合、装置が大型化し、小型複写
機や個人向けプリンター等に適さない。ロール外周比を
大きく設定することにより、小径のロールでニップ幅を
広くとることができ、装置の小型化および高速定着が可
能となる。ロール外周比が大きいと、表面層がそれだけ
伸びなければならないので、上記１８０％以上の切断時
伸びが必要である。また、この表面層の適度な弾性と伸
びにより、用紙等の転写材や両面コピー時の表側面の既
に定着されたトナー像の界面、すなわちニップの周辺部
と中心部との間にスピード差が生じる。そのため、剥離
爪を設けなくても、用紙の剥離を助長する役割を果たす
ことになり、良好な画像を得ることが可能となる。

【００１１】上記ロール外周比は１．１倍以上あること
が好ましく、特に１．１５倍以上あることが好ましい。
ロール外周比が１．１倍以上であれば、比較的低荷重で
幅広いニップを形成することができるので、加熱ロール
の撓みに起因する紙シワの発生を防止することが可能と
なる。なお、表面層に導電性を付与して用紙との静電反
撥により、トナーの静電吸着によるオフセットや用紙の
巻き付きを防止してもよい。その場合、導電剤を分散さ
せたときの表面層の切断時伸びが所定値以上なければな
らないので、前述の導電層を弾性層と表面層の間に形成
することが好ましい。本発明の加圧ロールは外径が１５
〜５０ｍｍの範囲にあるものが用いられる。また、加圧
ロールの硬度は、弾性層を被覆する表面層等の膜厚に大
きく影響を受けるため、特に限定されるものではない
が、一般に弾性層の硬度に依存してそれより多少高い領
域にある。

【００１２】加熱ロール２は、図１Ｂに示すように、中
空軸体２ａの外周面が樹脂層２ｂで被覆されたロールか
らなり、中空軸体２ａには熱源（ヒータ）３が装着され
ている。ウォームアップタイムを短縮するためには、加
熱ロールの中空軸体２ａを薄肉化して熱容量を小さくす
る必要がある。肉厚が薄いほどウォームアップタイムは
短かくなるが、ニップ荷重により撓みが大きくなる。軸
体の材質としては、Ａ５０５２，Ａ６０６１，Ａ６０６
３，Ａ７０７５等のアルミニウム(Ａｌ)、ＳＳ４１，Ｓ
４５Ｃ，Ｓ５０Ｃ，ＳＴＫＭ１１Ａ，ＳＴＫＭ１３等の
鉄(Ｆｅ)、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼(ＳＵＳ)の他
に、銅などが挙げられる。上記金属はそれぞれ固有の熱
容量および弾性係数を有し、熱特性や剛性によって適切
な各金属製軸体の肉厚が定められる。したがって、適切
な軸体の肉厚の範囲も異なる。例えば、Ａｌを軸体とし
て用いる場合、好ましい肉厚の範囲は０.２５〜１.００
ｍｍ特に０.３５〜０.８０ｍｍである。ＦｅまたはＳＵ
Ｓを軸体として用いる場合は、０.１０〜０.８５ｍｍ特
に０.２０〜０.６０ｍｍである。軸体の肉厚が上記の値
より薄くなると、定着に必要な最低限のニップ幅を得る
ためのニップ荷重により、加熱ロールが１８０μｍ以上
も撓むことがあり、上記の好ましい範囲にあれば撓み量
を１６０μｍ以下に抑えることができる。軸体の肉厚が
上記の値より厚くなると、ウォームアップタイムがユー
ザ一般の許容限度とされる２０秒よりも長くなる。

【００１３】樹脂層２ｂは、耐熱性に優れたフッ素樹脂
やフッ素ゴムをブレンドしたフッ素樹脂で構成されるこ
とが望ましい。その膜厚は一般に１０〜５０μｍの範囲
にある。膜厚が１０μｍ未満であると繰り返し使用によ
り樹脂層が次第に磨耗し、膜厚が５０μｍより厚くなる
とウォームアップタイムが長くなる。加熱ロールは一般
に外径が２０〜５０ｍｍの範囲にあるものが用いられ
る。外径が２０ｍｍ未満であると、１．１倍以上のロー
ル外周比を得るために必要なニップ荷重が大きくなり、
ロールの撓み量が大きくなるので、ニップ均一性が悪化
する。一方、外径を５０ｍｍより大きくすると、装置が
大型化するだけでなく、軸体の強度が不足してその肉厚
を上記の値より薄くした場合、加熱ロールの許容円筒応
力が低くなり潰れてしまう。また、ウォームアップタイ
ムが長くなる。ヒータ３としては、ハロゲンランプ，赤
外線ランプ等各種の熱源を利用することができる。加熱
ロールの表面温度すなわち定着温度は、使用するトナー
によっても異なるが、１５０〜２２０℃に設定される。
図２は、加圧ロールと加熱ロールとが圧接した本発明の
加熱定着装置の概要を示している。同図において、加圧
ロール１と加熱ロール２との間のニップ部に用紙Ｐが通
過する際、ヒータ３からの熱伝導により、未定着トナー
像Ｘの定着樹脂またはワックスが溶融ないし軟化し、未
定着トナー像Ｘはニップ部を通過後に永久定着画像Ｙと
して用紙Ｐ上に定着される。この加熱定着装置おいて
は、加熱ロール２表面を離型性に優れたフッ素系樹脂で
被覆した場合、剥離爪を特に設ける必要はなく、また加
熱ロール２表面に離型剤を塗布しなくてもオフセットが
発生するようなことはない。

【００１４】本発明の作用は次のようなものである。請
求項１発明の定着用加圧ロールによれば、弾性層の硬度
が２５°以下の低硬度であるため、ニップ幅を幅広く確
保することができる。しかも、加熱ロールが撓みにくい
ため、その軸体を薄肉化することが可能である。また、
切断時伸びが１８０％以上のゴム材料を表面層として設
けたことにより、ニップ形成時の弾性層の変形に対する
追随性が良好であるため、表面層に亀裂が発生すること
がなく耐久性が高い。同時に、幅広いニップと良好な追
随性のため、用紙のニップ部通過時間を充分に確保する
ことができ、オフセット等の定着不良を発生することが
ない。請求項２発明の加熱定着装置によれば、ニップ形
成時に上記加圧ロールが変形して、その外周長が無荷重
状態の時の１．１倍以上に伸びるので、比較的低荷重で
幅広いニップが形成できるため、高速定着が可能とな
る。同時に、加熱ロールの撓みが小さい。また、加圧ロ
ールの変形量を大きくすることにより、ロールが小径で
あっても幅広くニップを形成することができるため、装
置の小型化が可能となる。請求項３発明の加熱定着装置
によれば、加熱ロールの金属製中空軸体を薄肉化したこ
とにより、電源の投入または待機後から１枚目のコピー
を得るまでのロール表面の昇温に必要なウォームアップ
タイムを短くすることができる。しかも、待機時にヒー
タの電源を切るか電力を下げておくことが可能であるた
め、消費電力が少なくなる。また、特定の材質からなる
金属製中空軸体の肉厚が所定の範囲にあれば、加熱ロー
ルの撓みを許容限度以下に小さくすることができるの
で、加熱ロールの軸方向の変形に起因する紙シワの発生
を防止することが可能となる。請求項４発明の加熱定着
装置によれば、請求項２発明に加えて請求項３発明の作
用を奏する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではな
い。なお、以下のゴムコンパウンドおよびゴム溶液の組
成を示す「部」は「重量部」を意味する。 実施例１ 両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖された粘度２
０００ｃＰのジメチルポリシロキサン１００部、両末端
がトリメチルシロキシ基で封鎖されたメチルハイドロジ
ェンポリシロキサン０．５部、乾式シリカ３０部および
塩化白金酸のイソプロパノール溶液０．１部をホバート
ミキサーにより均一に撹拌・混合して、液状シリコーン
ゴム（ＬＳＲ）コンパウンドを調製した。得られたゴム
コンパウンドを予め刷毛でプライマー処理した外径１２
ｍｍの鉄製軸体(１ａ)外周上に射出成形した後、２００
℃で４時間加硫して、硬度が２４°で厚さ７．５ｍｍの
弾性層(１ｂ)を形成した。次いで、ＶｄＦ系３元共重合
フッ素ポリマー（バイトンＢ−５０：昭和電工デュポン
社製）１００部、ヘキサフルオロイソプロピリデンビス
フェノール（商品名Curative３０）４部、ベンジルトリ
フェニルホスフェニウムクロライド（商品名Curative２
０）３部、酸化マグネシウム（＃３０：協和化学社製）
１５部、およびカーボンブラック（ＭＴCarbon：キャボ
ット社製）１０部をメチルエチルケトンに溶解させて、
フッ素ゴム溶液を調製した。予めシランカップリング剤
含有液を浸漬塗布してプライマー処理した上記弾性層
(１ｂ)の外周上に、上記ゴム溶液を浸漬塗布法により塗
布した。その後、２３０℃で４時間加熱して、切断時伸
びが１８０％で膜厚３０μｍの表面層(１ｃ)を形成し
た。このようにして製造された加圧ロール(１)の硬度は
２８°であった。

【００１６】一方、外径が２５ｍｍで肉厚１．０ｍｍの
Ａ５０５２製中空軸体(２ａ)表面をサンドブラストによ
りあらした後、充分に洗浄し、更にプライマーをスプレ
ーコーティングし、３００℃のオーブン中で焼き付けを
行った。次いで、その外周上にフッ素樹脂粉体塗料を静
電塗装し、３８０℃のオーブン中で１０分間焼成して、
膜厚２５μｍの樹脂層(２ｂ)を形成した。その後、上記
軸体(２ａ)内部に８１８Ｗのハロゲン棒状ランプ(３)を
装着して加熱ロール(２)を製造した。得られた加圧ロー
ルと加熱ロールとを１９０Ｎの荷重で圧接させてニップ
を形成したところ、６．５ｍｍのニップ幅が得られた。
この時のロール外周比は１．１０であった。また、ニッ
プ荷重を加えた状態での加熱ロールの撓み量を測定した
ところ１２０μｍであった。さらに、加熱ロール表面の
温度が常温から定着可能温度（１７０℃）に上昇するの
に要した時間を測定したところ、昇温時間は１９秒であ
った。

【００１７】実施例２ 乾式シリカの配合量を２０部とした以外は、実施例１と
同様にして、ＬＳＲ成形体からなる硬度１５°の弾性層
(１ｂ)を形成した。次いで、両末端がジメチルビニルシ
ロキシ基で封鎖された粘度２５００ｃＰのジメチルポリ
シロキサン１００部、両末端がトリメチルシロキシ基で
封鎖されたメチルハイドロジェンポリシロキサン０．５
部、乾式シリカ２０部、および塩化白金酸のイソプロパ
ノール溶液０．１部をメチルエチルケトンに溶解させ
て、ＬＳＲ溶液を調製した。その後実施例１と同じ加工
法により、切断時伸びが２００％で膜厚３３μｍの表面
層（１ｃ）を形成した。得られた加圧ロール(１)の硬度
は２０°であった。また、中空軸体(２ａ)として肉厚
０．６ｍｍの前記Ａｌを用いた以外は、実施例１と同様
して加熱ロール(２)を製造した。得られた加圧ロールと
加熱ロールを１８０Ｎの荷重で圧接させてニップを形成
したところ、６．８ｍｍのニップ幅が得られた。この時
のロール外周比は１．１３であり、加熱ロールの撓み量
は１４０μｍであり、前記昇温時間は１６秒であった。

【００１８】実施例３ 粘度３０００ｃＰのジメチルポリシロキサンを用い、乾
式シリカの配合量を５部とした以外は、実施例１と同様
にして、ＬＳＲ成形体からなる硬度４°の弾性層(１ｂ)
を形成した。次いで、粘度３０００ｃＰのジメチルポリ
シロキサンを用い、乾式シリカの配合量を１５部とした
以外は、実施例２と同じ加工法により、切断時伸びが２
６０％のＬＳＲからなる膜厚３２μｍの表面層(１ｃ)を
形成した。得られた加圧ロール(１)の硬度は１０°であ
った。また、中空軸体(２ａ)として肉厚０．２５ｍｍの
前記Ａｌを用いた以外は、実施例１と同様して加熱ロー
ル(２)を製造した。得られた加圧ロールと加熱ロールを
１００Ｎの荷重で圧接させてニップを形成したところ、
８．０ｍｍのニップ幅が得られた。この時のロール外周
比は１．２１であり、加熱ロールの撓み量は１５０μｍ
であり、昇温時間は１２秒であった。

【００１９】実施例４ メチルビニルシリコーンゴム１００部、２，５−ジメチ
ル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン含有
の硬化剤ペースト０．６部、および乾式シリカ２０部を
オープンロールで均一に混合して、ミラブルシリコーン
ゴムコンパウンドを調製した。得られたゴムコンパウン
ドを予め刷毛でプライマー処理した外径１２ｍｍの鉄製
中実軸体(１ａ)外周上に圧縮成形した後、１８０℃で３
０分間加硫して、硬度が２４°で厚さ７．５ｍｍの弾性
層(１ｂ)を形成した。次いで、乾式シリカの配合量を１
５部とした以外は、実施例２と同じ加工法により、切断
時伸びが２２０％のＬＳＲからなる膜厚３２μｍの表面
層(１ｃ)を形成した。得られた加圧ロール(１)の硬度は
２８°であった。また、中空軸体(２ａ)として肉厚０．
８５ｍｍのＳＴＫＭ１１Ａを用いた以外は、実施例１と
同様して加熱ロール(２)を製造した。得られた加圧ロー
ルと加熱ロールを２００Ｎの荷重で圧接させてニップを
形成したところ、６．６ｍｍのニップ幅が得られた。こ
の時のロール外周比は１．１０であり、加熱ロールの撓
み量は５０μｍであり、昇温時間は１７秒であった。

【００２０】実施例５ 乾式シリカの配合量を３０部に変更した実施例４のミラ
ブルシリコーンゴムコンパウンドに、発泡剤としてα，
α′−アゾビスイソブチロニトリル６部を配合し、オー
プンロールで均一に混練して、発泡シリコーンゴムコン
パウンドを調製した。得られたゴムコンパウンドを押出
機に投入した後、予め刷毛でプライマー処理した外径１
２ｍｍの鉄製軸体(１ａ)と一緒に押し出すことにより、
その外周上にシリコーンゴム層を形成した。ロール仕上
がり外径と等しい内径を有する円筒状金型内面に予め離
型剤（タルク）をまぶしておき、この金型内面に上記シ
リコーンゴム層を形成したロールを固定した。この状態
で１８０℃のオーブン内で６０分間加熱して、シリコー
ンゴムを発泡させた。発泡されたロールを金型から取り
出し、２００℃のオーブン内で４時間かけて二次加硫を
行った。二次加硫後、離型剤をアルコールで拭き取っ
て、硬度が１２°で厚さ７．５ｍｍの弾性層（１ｂ）を
形成した。次いで、粘度２０００ｃＰのジメチルポリシ
ロキサンを用い、乾式シリカの配合量を２５部とした以
外は、実施例２と同じ加工法により、切断時伸びが１８
０％のＬＳＲからなる膜厚３２μｍの表面層(１ｃ)を形
成した。得られた加圧ロール(１)の硬度は１７°であっ
た。また、中空軸体(２ａ)として肉厚０．８５ｍｍのＳ
ＵＳ３０４を用いた以外は、実施例１と同様して加熱ロ
ール(２)を製造した。得られた加圧ロールと加熱ロール
を１５０Ｎの荷重で圧接させてニップを形成したとこ
ろ、７．０ｍｍのニップ幅が得られた。この時のロール
外周比は１．１５であり、加熱ロールの撓み量は４０μ
ｍであり、昇温時間は１８秒であった。

【００２１】実施例６ 乾式シリカの配合量を２０部とした以外は、実施例５と
同様にして発泡シリコーンゴムからなる硬度６°の弾性
層(１ｂ)を形成した。次いで、実施例２と同じ加工法に
より、ＬＳＲからなる膜厚３５μｍの表面層(１ｃ)を形
成した。得られた加圧ロール(１)の硬度は１１°であっ
た。また、中空軸体(２ａ)として肉厚０．１ｍｍの前記
ＳＵＳを用いた以外は、実施例１と同様して加熱ロール
(２)を製造した。得られた加圧ロールと加熱ロールを１
００Ｎの荷重で圧接させてニップを形成したところ、
７．５ｍｍのニップ幅が得られた。この時のロール外周
比は１．２０であり、加熱ロールの撓み量は１５０μｍ
であり、昇温時間は１０秒であった。

【００２２】実施例７ 実施例３と同じＬＳＲ成形体からなる弾性層(１ｂ)と、
実施例６と同じ表面層(１ｃ)を形成した。得られた加圧
ロール(１)の硬度は１０°であった。また、中空軸体
(２ａ)として肉厚０．１ｍｍの前記Ｆｅを用いた以外
は、実施例１と同様して加熱ロール(２)を製造した。得
られた加圧ロールと加熱ロールを８０Ｎの荷重で圧接さ
せてニップを形成したところ、６．５ｍｍのニップ幅が
得られた。この時のロール外周比は１．１５であり、加
熱ロールの撓み量は１４０μｍであり、昇温時間は１０
秒であった。

【００２３】比較例１ 乾式シリカの配合量を３０部とした以外は、実施例４と
同様にして、ミラブルシリコーンゴムからなる硬度３０
°の弾性層を形成した。次いで、実施例１と同じ加工法
により、フッ素ゴムからなる膜厚３２μｍの表面層を形
成した。得られた加圧ロールの硬度は３３°であった。
また、加熱ロールとして実施例１と同じロールを用い
て、後記の定着試験に供した。上記加圧ロールと加熱ロ
ールを２００Ｎの荷重で圧接させてニップを形成したと
ころ、５．０ｍｍのニップ幅が得られた。この時のロー
ル外周比は１．０７であり、加熱ロールの撓み量は１３
０μｍであり、昇温時間は１９秒であった。

【００２４】比較例２ 実施例３と同じＬＳＲ成形体からなる弾性層を形成し
た。次いで、カーボンブラックの配合量を前記ＭＴ Car
bon ３０部および Printex L（テグサ社製）１０部に変
更した以外は、実施例１と同じ加工法により、切断時伸
びが１２０％のフッ素ゴムからなる膜厚３５μｍの表面
層を形成した。得られた加圧ロール(１)の硬度は１０°
であった。また、加熱ロールとして実施例１と同じロー
ルを用いて定着試験に供した。上記加圧ロールと加熱ロ
ールを１００Ｎの荷重で圧接させてニップを形成したと
ころ、８．２ｍｍのニップ幅が得られた。この時のロー
ル外周比は１．２２であり、加熱ロールの撓み量は７５
μｍであり、昇温時間は１９秒であった。

【００２５】比較例３ 乾式シリカの配合量を４０部とした以外は、実施例４と
同様にして、ミラブルシリコーンゴムからなる硬度４０
°の弾性層を形成した。次いで、実施例２と同じ加工法
により、ＬＳＲからなる膜厚３０μｍの表面層を形成し
た。得られた加圧ロールの硬度は４３°であった。ま
た、加熱ロールとして実施例４と同じロールを用いて定
着試験に供した。上記加圧ロールと加熱ロールを４００
Ｎの荷重で圧接させてニップを形成したところ、６．３
ｍｍのニップ幅が得られた。この時のロール外周比は
１．１１であり、加熱ロールの撓み量は１８０μｍであ
り、昇温時間は１８秒であった。

【００２６】比較例４ 実施例３と同じＬＳＲ成形体からなる弾性層を形成し
た。次いで、実施例５と同じ加工法により、切断時伸び
が１５０％のＬＳＲからなる膜厚３３μｍの表面層を形
成した。得られた加圧ロール(１)の硬度は１０°であっ
た。また、加熱ロールとして実施例３と同じロールを用
いて定着試験に供した。上記加圧ロールと加熱ロールを
５０Ｎの荷重で圧接させてニップを形成したところ、
５．７ｍｍのニップ幅が得られた。この時のロール外周
比は１．０８であり、加熱ロールの撓み量は１００μｍ
であり、昇温時間は１２秒であった。

【００２７】比較例５ 実施例１と同じＬＳＲ成形体からなる弾性層と、比較例
４と同じ加工法によりＬＳＲからなる膜厚３０μｍの表
面層を形成した。得られた加圧ロールの硬度は２８°で
あった。また、中空軸体として肉厚１．２ｍｍの前記Ａ
ｌを用いた以外は、実施例１と同様して加熱ロールを製
造した。上記加圧ロールと加熱ロールを２００Ｎの荷重
で圧接させてニップを形成したところ、６．６ｍｍのニ
ップ幅が得られた。この時のロール外周比は１．１１で
あり、加熱ロールの撓み量は９０μｍであり、昇温時間
は２２秒であった。

【００２８】比較例６ 粘度１５００ｃＰのジメチルポリシロキサンを用い、乾
式シリカの配合量を４０部とした以外は、実施例１と同
様にして、ＬＳＲ成形体からなる硬度３５°の弾性層を
形成した。次いで、比較例３と同じＬＳＲからなる表面
層を形成した。得られた加圧ロールの硬度は３８°であ
った。また、中空軸体として肉厚０．２ｍｍの前記Ａｌ
を用いた以外は、実施例１と同様して加熱ロールを製造
した。上記加圧ロールと加熱ロールを２５０Ｎの荷重で
圧接させてニップを形成したところ、５．３ｍｍのニッ
プ幅が得られた。この時のロール外周比は１．０８であ
り、加熱ロールの撓み量は３５０μｍであり、昇温時間
は１１秒であった。

【００２９】比較例７ 比較例１と同じミラブルシリコーンゴムからなる弾性層
を形成した。次いで、実施例１と同じ加工法により、フ
ッ素ゴムからなる膜厚３４μｍの表面層を形成した。得
られた加圧ロールの硬度は３３°であった。また、中空
軸体として肉厚１．０ｍｍの前記Ｆｅを用いた以外は、
実施例１と同様して加熱ロールを製造した。上記加圧ロ
ールと加熱ロールを２００Ｎの荷重で圧接させてニップ
を形成したところ、５．０ｍｍのニップ幅が得られた。
この時のロール外周比は１．０６であり、加熱ロールの
撓み量は３０μｍであり、昇温時間は２１秒であった。

【００３０】以上の加圧ロールおよび加熱ロールの構成
をまとめて表１に示す。

【表１】

【００３１】（定着試験）次に、実施例および比較例に
おいて製造された各加圧ロールと加熱ロールをプリンタ
ー（Laser Press ４１６０：富士ゼロックス社製）に組
み込み、プリンターのプロセススピードを１７３ｍｍ／
sec に、定着温度を１７５℃に設定した。そして、連続
２０万（２００ｋ）枚のランニング試験を実施して、加
圧ロール表面層の亀裂、紙シワおよびトナーオフセット
の発生状況を調査した。また、得られた定着画像を半分
に折り、折り目でのトナーの剥がれ量を測定し、剥がれ
量の少ない定着状態を定着度グレード１とし、定着して
ない状態をグレード５として評価し、グレード３以上を
定着不良と判定した。これらの結果を表２に示す。併せ
て、各実施例および比較例に示した加圧ロールへの荷
重，その時に形成されるニップ幅と前記ロール外周比、
および加熱ロールの撓み量と前記昇温時間も表２に示
す。

【００３２】

【表２】

【００３３】表２の「定着試験」の項から明らかなよう
に、弾性層の硬度が２５°以下および表面層の切断時伸
びが１８０％以上である本発明の加圧ロールは、各評価
項目において良好な結果が得られ、耐久性も良好であっ
た。一方、表面層の切断時伸びが１５０％以下の比較例
２，４，５では、１００Ｎ，５０Ｎ，２００Ｎという比
較的低い荷重を加圧ロールに加えても亀裂が発生した。
弾性層の硬度が３５°以上の比較例３，６では、所定幅
のニップを形成するために比較的高い荷重を加圧ロール
に加える必要があり、その結果加熱ロールの撓み量が大
きくなり紙シワが初期から発生した。また、弾性層の硬
度が２５°より高く比較的高い荷重を必要とする比較例
１，３，６，７や、切断時伸びが１８０％より小さく表
面層に亀裂が発生した比較例２，４，５では、トナーオ
フセットが発生した。さらに、ロール外周比が１．１未
満でニップ幅が６．０未満の比較例１，４，６，７で
は、定着状態（定着度）が不良であった。他方、加熱ロ
ールについてみれば、Ａｌ製中空軸体の肉厚が０．２ｍ
ｍである比較例７では、ロールの撓み量が大きく、上述
のとおり紙シワが発生した。また、Ａｌ製中空軸体の肉
厚が１．２ｍｍである比較例５や、Ｆｅ製中空軸体の肉
厚が１．０ｍｍである比較例７では、昇温時間が２０秒
以上であった。因みに、中空軸体として肉厚１．０ｍｍ
のＳＵＳを用いた場合、同様に２０秒以上の昇温時間を
要した。

【００３４】

【発明の効果】本発明の定着用加圧ロールは、弾性層の
硬度を２５°以下の低硬度としたことにより、ニップ幅
を幅広く確保することができ、切断時伸びが１８０％以
上のゴム材料を表面層として設けたことにより、ニップ
形成時に変形するロールの表面に亀裂が発生するような
ことがなく耐久性が高い。また、上記加圧ロールを備え
た加熱定着装置は、加圧ロールの外周長を無荷重状態の
時の１．１倍以上のニップを形成すると、比較的低荷重
で幅広いニップが形成できるので、高速定着および装置
の小型化が可能となる。しかも、加熱ロールが撓みにく
いので、その中空軸体を薄肉化することが可能となる。
さらに、加熱ロールの金属製中空軸体を薄肉化した場合
は、ウォームアップタイムを短縮することができ、待機
時にヒータの電源を切るか電力を下げておけるので、消
費電力が少なくなる。また、加熱ロールの撓み量が小さ
いので、紙シワが発生するようなこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例として示す定着ロールの説
明図であって、図１Ａは定着用加圧ロールの断面図であ
り、図１Ｂは加熱ロールの断面図である。

【図２】 本発明の加熱定着装置の説明図である。

【符号の説明】

１…定着用加圧ロール、１ａ…軸体、１ｂ…弾性層、１
ｃ…表面層、２…加熱ロール、２ａ…中空軸体、２ｂ…
樹脂層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸体と、その外周上に形成された弾性層
   と、弾性層の外周面を被覆する表面層の少なくとも２層
   構造の弾性ロールからなり、上記弾性層は硬度がアスカ
   ーＣで２５°以下であり、表面層は切断時伸びが１８０
   ％以上のゴム材料で構成されたことを特徴とする定着用
   加圧ロール。
2. 【請求項２】 互いに圧接する加熱ロールと請求項１記
   載の加圧ロールとを備え、加圧ロールの外周長が無荷重
   状態の時の１．１倍以上になるよう、ニップ形成時に加
   圧ロールが変形することを特徴とする加熱定着装置。
3. 【請求項３】 金属製中空軸体の外周面に樹脂層を被覆
   した加熱ロールと請求項１記載の加圧ロールとを備え、
   上記中空軸体の材質としてアルミニウム、鉄またはステ
   ンレス鋼が用いられ、該軸体の肉厚がアルミニウムの場
   合で０．２５〜１．００ｍｍ、鉄の場合で０.１０〜０.
   ８５ｍｍ、ステンレス鋼の場合で０.１０〜０.８５ｍｍ
   の範囲にあることを特徴とする加熱定着装置。
4. 【請求項４】 ニップ形成時の前記加圧ロールの外周長
   が無荷重状態の時の１．１倍以上になるよう、加熱ロー
   ルと加圧ロールとを圧接させた請求項３記載の加熱定着
   装置。