JPS62153978A - 定着用弾性回転体の製造方法及びその定着用弾性回転体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、一般の弾性回転体に関し、特に表面樹脂層を
有する弾性回転体に関する。

本発明は製造方法及びそれによって得られた弾性回転体
に関するが、その利用は、事務機に最適であシ、具体的
には、ご紋紙類搬送ローラ、ベルト、特に有効なものに
加熱定着用ローラ、ベルトが挙げられる。

（従来技術） 従来、一般搬送の分野では１回転体に要求される条件が
多く、搬送性を確実にするための弾性。

耐久性や汚れ防止のための離型性、とシわけ、回転体の
摩擦帯電の防止効果である。ところが、このような条件
を満たす回転体は複雑で高価なものとなっていた。

特に、画家形成装置に用いられるものはこれらの条件が
重要である。例えば、トナー隊に接する加熱ローラとし
て芯金に四弗化エチレン樹脂を被覆したローラを、トナ
ー慮の加熱加圧時間を増すため加熱ローラに圧接する加
圧ローラとしてゴム層を被覆したローラを用いるのが一
般的である。

最近、ゴムの弾性と樹脂の表面性台無ね備えようとした
ものが、特開昭５８−２８６４号、特開昭５８−５７７
０号及び特開昭５８−２７１７５号の各公報に見られる
。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全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。

一方、単純にゴムローラを形成し、その表面に樹脂Ｉ−
ヲ形成するものとして実用化されているものに特公昭４
７−２０７４７号公報に開示されたロー５　カ６る。こ
のローラは、シリコーンゴムローラの表面全研磨した上
に接着剤金塗布し、予めゴムローラ径より大径の熱収縮
性チューブ（ＦＥＰ：弗素化エチレン・プロピレン）を
かぶせ、１０４．４℃で加熱収縮させた後１８２２℃で
１時間加熱したものである。しかし、この方法では、熱
収縮量が均一にならないために所定形状のローラを得る
ことが困難であり、樹脂チューブを予め形成した後、内
面の清掃を極めて良く行わなければならない。又、現在
の技術では熱収縮性チューブの肉淳を５０μ以上にしか
形成できないので、下層のゴム層の弾性全相殺してしま
い、この方法では弾性を生かしたローラができない。つ
まり、この公報によるローラは、精度が悪く、しかも製
造工程が多いために高価であり、適切な定着効果金臭す
ることもできない。

又、特開昭５７−８９７８５号公報に開示されたローラ
及び特開昭５９−７４５７８号に開示されたローラがあ
るが、これらのローラは表面の樹脂層が十分な焼成を受
けていないために、或いはこれを受けていても表面の樹
脂層に耐熱耐摩耗性がないために、摩耗が激しく、数十
枚の通紙さえもできず、定着ローラとしては使用できな
いものである。

（解決すべき問題点） これらの従来技術に対して、出願人は、新規な樹脂を下
層弾性体層が存在する状態で加熱焼成する技術を開発、
提案している。

この焼成を行った後に弾性回転体全急冷する工程におい
て、製造後の弾性回転体の耐摩耗性、密着強度にバラツ
キが大きくなり、極端な場合は、耐久性が低下してしま
う場合も見られた。

本発明は、出願人が新規技術として提案した内容に対し
て、より安定性をもたらすこと全問題認識するものであ
る。

（発明の目的） 本発明の目的は表面樹脂特性を有し、全体として弾性が
適度にある弾性回転体の耐摩耗性、耐久性を↓り安定し
たものにできる製造方法及びそれによって製造される弾
性回転体の提供にある。

（発明の概要） 本発明は上記目的を達成するもので、弾性回転体の樹脂
層と弾性体層の関係に着目し、弾性回転体の製造時、焼
成後の冷却方法により弾性体層と樹脂層の密着性、耐久
性とを左右するものであること金究明したものである。

即ち、本発明は、弾性体層は焼成時樹脂材より低温下に
維持され、焼成後の急冷時に弾性体層が弾性回転体使用
時の温度と同等ま′ｆｃはそれ以下になるまで樹脂層の
表面温度は弾性体層の温度より高温となる関係に維持さ
れてなることを特徴とするものである。

以下、各発明の構成をふまえて実施例の説明を行う。

（実施例） 第１図は本発明の弾性回転体たる定着用ローラを有する
定着装置の実施例説明図である。

第１図中１＃−ｊ：、未定着のトナー鐵と接する側の定
着ローラで、２は定着ローラ１に圧接回転する加圧ロー
ラで、共に本発明の定着用ローラの一例である。具体的
構成は以下のとおシである。

定着ローラエは、アルミ等の熱伝導の良好な芯金１１上
に、シリコーンゴムの比較的薄い（本例では０．３Ｍ乃
至０．８　ｍｍ範囲内の所定厚）、反撥弾性率が６５チ
〜８５チの弾性体層１２と、その上層１３にＰＦＡ樹脂
（四弗化エチレン樹脂；パーフロロアルコキシエチレン
樹脂の共重合体）。

ＰＴＦＥ　（四弗化エチレン樹脂）等の弗素樹脂を弾性
体層１２よりも薄く（本例では１０μｍ乃至２５μｍ範
囲内の所定厚）膜強度が５０ｋｌｉ’／ｃ％の以上の樹
脂層として有している。同様に加圧ローラ２はステンレ
ス、鉄等の芯金２１上に、シリコンゴム弾性体層１２の
厚さより厚く比較的厚く（本例では、４　ｍｍ乃至１０
ｍｍ範囲内の所定厚）、その反撥弾性率が６５％〜８５
チの弾性体層２２と、その上層にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の
弗素樹脂を淳い弾性体層２２の厚さより薄く（本例では
、５μ乃至３５μ範囲内の所定厚）、膜強度が５０ゆ／
　ｃｎｌの以上の樹脂層を２３を有する。

これらのローラ１，２は第３図に示した製造方法又はそ
れの目的に合致した方法によって形成されたものである
。簡単に説明すれば、次のような行程？含むものである
。

芯金の上に加硫成型したシリコーンゴム層（熱伝導度１
．４Ｘ１０　〜１．５Ｘ１０　　ｃｍ−ｃｍ／５ｅｃｔ
ｃ％・℃）全形成して所望形状のシリコンゴムローラを
作る。好ましい形状は中央部が両端に比較してわずかに
小径の逆クラウンタイプである。このゴムローラ表面に
未焼成の弗素樹脂例えばディスパージョン（水に弗素樹
脂粉末全界面活性剤により分散させたもの）、エナメル
又は粉末状態の弗素樹脂を、ゴムローラ全長にわたって
スプレー塗装、静電塗装、粉体塗装等の方法により均−
淳に塗布する。このディスパージョンは例えば弗素樹脂
の結晶融点のガラス転移点３２７℃以上に加熱されるこ
とでフィルム状の樹脂被膜を形成する。

そのため未焼成の弗素樹脂が塗布されたシリコンゴムロ
ーラは結晶融点以上（ＰＴＦＥが３２７℃以上、ＰＦＡ
が３０６℃以上）に加熱される必要がある。

ところがシリコンゴム自体は反撥弾性率や圧縮永久歪等
のゴム特性に優れているものの３００　’Ｃ以上ＶＣ，
、ましてや３０６℃、３２７℃以上に加熱されると、発
煙や解重合を起こす。これらに、良質な弗素樹脂層の形
成を妨げるばかりでなく、シリコンゴム自体のゴム特性
を失なわせてしまう。

従ってゴム層の過熱は、ゴム層の機能がなく、樹脂層の
特性もなくしてしまい、定着に適した条件を失う。

これらの理由から本発明実施例中においては、シリコン
ゴムローラ自体には発煙や解重合を起こさせないような
低温（最高でも３００℃以下）の加熱下に維持しながら
弗素樹脂の塗布層にはその結晶融点以上の高温状態を与
える焼成方法全採用した。

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↓り大きいことを利用した誘電加熱
方法（第３図参照）の他、この趣旨に適合するものであ
れば１本発明に適するものである。

この方法によって実質的にシリコンゴムにはその厚み方
向に熱的勾配が形成されるものの、２６０℃〜２８０℃
程度が、未焼成弗素樹脂にはその結晶融点以上の温度（
具体的にはＰＴＦＥで３２７℃以上の３４０　℃〜３８
０　’Ｃの焼成温度が５分乃至１０分程度与えられる。

この焼成を行った後、このローラは急冷される。この急
冷によってシリコンゴムローラ上に結晶化度が９５％以
下で引張強度５０に９／ｃｎ！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、しかも十分淳く形
成される。

従って、上記定着ローラ１．加熱ローラ２は、下層のシ
リコンゴム自体が所望のゴム特性を樹脂層形成前とほぼ
同様に示し、表面の弗素樹脂層は完全に焼成された樹脂
特性を示し、これらの層の接着性が強固である。

ここで第１図にもどって、定着装置の他の構成を説明す
る。

３Ｖ′ｓ、、定着ローラを内部から加熱するための。

ハロゲンランプ等のヒーターでちゃ、定着ローラ表面温
度はヒーター３と、温度検出素子４と、制御手段３１と
により、常にトナー溶融可能な最適温度（具体的には１
６０℃乃至２００　℃）に維持される。

５は、定着ローラ表面にシリコンオイル等のオフセット
防止液全塗布するための、クリーニング手段をも兼ねて
いるオフセット防止液塗布手段である。塗布手段５とし
てはフェルト様のものでも良いが、本例ではウェブを用
いている。オフセット防止液全含有したウェブ５１は、
シリコンスポンジ等の弾性抑圧ローラ５２により定着ロ
ーラＩＫ当接させられ、定着ローラ１表面に、微量のオ
フセット防止液を塗布する。また、ウェブ５１は巻取り
ローラ５３により、供給ローラ５４から除徐に巻取られ
、定着ローラ１へのウェブの当接面が、不図示の制御手
段により逐次わかる構成となっている。

未定着トナーｆｌ　Ｔ　’に担持した記録紙Ｐは、入口
ガイド６にガイドされながら、ローラ対１，２の間を通
過することによって、トナー＠！Ｔは、記録紙Ｐに永久
定着される。ローラ１表面に当接する分離爪４１は、ロ
ーラ表面１から記録材を分離するために設けられている
。

来では存在しなかったローラ特徴、即ち、シリコンゴム
特性全熱劣化させずに、弗素樹脂を完全に焼成している
ため十分な反撥弾性を有し圧縮永久歪の少ないシリコン
ゴムの利用を可能にし１表面離型性、耐摩耗性に優れ１
弾性を十分備えた耐久性の高いものである。しかも、記
録紙にトナー隊を定着する際に生じる応力がシリコンゴ
ム層と弗素樹脂層との間に集中しても、弗素樹脂層の強
度が高く、これらの密着性も良好である。

上記構成においての他の特徴構成は第２図に示すように
、定着ローラの弾性層１２の厚みｔｌ。

定着ローラの樹脂層１３の厚みｔ８、加圧ローラの弾性
層２２の厚みｔ８、及び加圧ローラの樹脂層２３の厚み
ｔ、の以下の関係である。

即ち、ローラ１で　　１．）１゜ ローラ２で　　ｔ　＊　）　ｔ　ａ 又、好ましくは　　ｔ　ａ　（ｔ　＊　（ｔ　＋　（ｔ
　ｓこの構成により、基本的には定着ローラ、加圧ロー
ラ相互の相剰効果により、互いの欠点を補い互いの利点
を向上させ、得られる画質や定着性を優れたものにでき
耐久性に優れたものとなる。

上述の特徴を有する定着用ローラにとって耐久性を最も
左右するのは、弗素樹脂層の膜強度と弗素樹脂とシリコ
ンゴム層との密着力であり、本発明者らは弗素樹脂の膜
強度と、かつ弗素樹脂とゴム層の密着力を強固にするた
めには、弗素樹脂焼成後の冷却方法が重要であることを
見出した〇 即ち本実施例では弗素樹脂をゴム層の上に塗布し前述し
たような方法で焼成した後急冷し、急冷時弗素樹脂の表
面温度が、下層のゴム層の温度が回転体使用時の温度、
定着の場合は定着温度、即ち、１５０℃〜２３０℃の間
になるとき、あるいはそれ以下になるまでは下層のゴム
層の温度よりも高い状態にいる必要があることを見出し
た。

第４図は冷却時弗素樹脂層の表面温度と・ゴム層の表面
温度の関係を示した図である。実線は弗素樹脂層の表面
温度、破線はゴム層の温度を示す。

このグラフでは曲線でボされるフッ素樹脂層の温度とゴ
ム層の温度が温度Ｔｏ（１７０℃）で交差し、それ以前
ではフッ素樹脂層の温度がゴム層の温度よりも高く温度
Ｔｏをすぎて両者の関係が逆転している。

上記の様な冷却法を用いることにより、弗素樹脂の膜強
度が増し、ゴム層との密着力はより強固になる。これは
、フッ素樹脂層が急冷されることによりフッ素樹脂の結
晶化度が下が９（９０〜９５−以下）膜が強固になる（
本発明者の実験によると急冷時間は定着ローラの表面温
度が２００℃になるまで４５秒以下がよい）。またフッ
素樹脂の温度低下曲線が定着温度近傍までゴム層の温度
ニジ高く、弗素樹脂層が焼成にエリ溶融し、充分冷却し
完全な被膜全形成するまでは、ゴム層が定着温度以下に
なっているために、できた膜は使用時の定着温度以下の
状態のゴム層にならっている。

そのため定着用ローラとして使用するとき実使用時の定
着温度下では、ゴム層が熱膨張し、さらにフッ素樹脂層
の熱膨張率よりも大きいことに加え、前述のフッ素樹脂
の被膜形成時の使用時の定着温度以下のゴム層の状態に
ならっているため、ゴム層は十分内側から圧力を７ツＸ
樹脂に対して加えることになシ、みかけ上、弗素樹脂が
ゴム層圧対して収縮力を働かせる形となり密着力が非常
に強固になる。

このようにして、十分な強度とゴム層に対して密着力を
有するのフッ累樹脂被膜を形成することができる。

さらにこのような冷却方法で、形成されたフッ累樹脂被
膜は５表面が滑らかで表面相さくＲＺ）で３μ以下とい
う面をつくることができるためその後研磨仕上げをする
必要もないという利点も生じる。

上記の様な効果から本発明では定着用ローラとして３０
万枚以上の定着処理を優れた定着効果と離型性全維持し
つつ行なうことができる。

以下、具体的な実施例を比較例とともに説明する。上記
定着ローラとして：樹脂層（ＰＴＦＥ）の厚み１０μ弾
性層のシリコンゴム膚の厚さが０、５　ｍｍ外径が４０
ｍｍ、内径が２８柵のローラを前述のようなゴム層の温
度を２６０〜２８０℃以下の低温下に維持しつつフッ素
樹脂層を、十分焼成できる温度である３４０〜３８０℃
の高温で焼成し、その後４０℃に保たれた水槽にいつき
に定着ローラをつけることで第４図に示したようなフッ
素樹脂層とゴム層の温度低下曲線を観察することができ
九。このとき、水槽の温度は定着ローラの熱容量により
適当に変える必要がある。

このようにして製造した定着リーラで定着処理を行った
ところ、３０万枚の定着後でも定着ローラは異常がみら
れず、定着効果も安定し且つ満足のいくものであった。

しかも、この定着ローラはさらなる耐久にも耐えること
ができるだけの物性を示していた。

比較例として以下の定着ローラを製造して同様の実験を
したところ以下のようになった。

１）ローラＡとして本実施例の焼成方法を用い１５℃の
水槽に放漫込んで急冷したところ、第５図（ａ）に示す
ようなフッ素樹脂層とゴム層の温度低下曲線が得られた
。

１に の定着ローラでは、フッ素樹脂層の温度低下がゴム層の
温度低下に比べ早すぎたために、定着温度近傍の密着力
が弱く２２万枚の耐久で爪部で浮きがみられた。

２）ローラＢとして本実施例の焼成方法金剛い恒温槽内
部で温度コントロールを行ない徐冷し第５図（ｂ）に示
すようなフッ素樹脂層とゴム層の温度低下曲線が得られ
た。

この定着ローラではフッ素樹脂の表面性が悪くかつ膜強
度が若干弱いためか１５万枚でサーミスタ部にオフセッ
トしたトナーにニジフッ累樹脂膜が切れてしまった。

３）ローラＣとして通常の焼成炉を用いフッ素樹脂だけ
でなくゴム層にも高温が加わるような焼成方法を用い、
それを室温で窒冷したところ第５図（Ｃ）のようなフッ
素樹脂層とゴム層の温度低下曲線が得られた。

この定着ローラではゴム層が完全に劣化しており、３万
枚で爪がローラに食いこみ、ゴム層が破壊されると同時
に密着力も弱いためか爪部の５倍の幅でフッ素樹脂層が
はがれてしまった。またクリーニングウェブのオフセッ
トトナーによる汚れも多かった。

第３図は、本発明弾性回転体の焼成方法を示すものであ
る。図の装置は、誘電加熱装置と赤外線外部加熱全併用
した加熱方式の一具体例で、マグネトロン１０５と、マ
グネトロン１０５から発生した高周波（９５０ＭＨ２〜
２４５０ＭＨｚ）’ｔ−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１０３ｆｔ有
する開閉可能な樹脂容器１０２と、上下に２個ずつ赤外
線外部加熱用の赤外線ランプ１１１と、反射笠を有して
いる。

樹脂容器１０２内には、定着用ローラとしての定着ロー
２１の中空内に空気流全発生するファン１００と、容器
１０２内１／Ｃ窒気流を発生するファン１０１と、が夫
々容器外の駆動手段からの駆動によって回転可能に設け
られている。この容器は支点１０８に中心に上下が開閉
でき、上部に把手１０９が、下部にローラ１の７ランジ
ＩＡを位置決めするアーム１０７が、夫々固設されてい
る。

１１０は装置の制御手段で、駆動手段１０４とマグネト
ロン１０５と赤外線ランプ１１１の作動を容器の閉鎖状
態と所定の開始信号の入力によって、所定時間の量子図
示の可変タイマーで行わせる。

定着ロー２１は下層にシリコンゴム層を表面に弗素樹脂
ディスパージョンを有しているため、高周波はシリコン
ゴム層よりも比誘電率が大きいナイスバージョン中に多
量に吸収される。従って。

弗素樹脂ディスパージョンは高周波、赤外線及び恒温槽
による加熱で急激に高温化され、３４０’Ｃ；〜３５０
℃に加熱される。この時シリコンゴム層は高周波吸収率
が小さいためディスパージョンはど高温化されず２８０
℃程度の温度以下に加熱される。これＫよって上述した
ローラ特性を得ることができる。

上記実施例中、弗素樹脂ディスパージョンは例えば、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
である。

本発明中欄脂層の膜厚を１０μ以上にした時は耐久性が
２５万枚以上にも向上でき、１５μ以上にすれば３０万
枚以上の耐久性が得られ、定着効果はその厚み増加で減
少してしまう欠点をゴム層の反撥弾性率で補うことによ
って、高度の定着性を維持できる。特に本発明はシリコ
ーンゴム層上に弗素樹脂を設けた時に有効である。

本発明は、上記実施例の他に定着用ローラとしてはロー
ラ状の他ベルト状のローラ（例えば転写同時定着用の中
間ベルト）やクリーニングローラ。

離型剤供給用ローラ等が含有される。特に、弗素樹脂の
離型性と弾性金偏えているために転写性。

被クリーニング性を備え（ただし、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
う）、弾性によるならい効果によって離型剤の均一塗布
や転写ムラを防止し、耐摩耗性に優れた利点全天々の用
途でも発揮する。

又、上記第１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
］象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カロ熱ローラ、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や
その他のベルト状ローラを含んだ装置も、本発明に含ま
れる。

本発明の弾性−転体を定着用ローラ（ベルト状のローラ
を含む）として使用する効果は、耐摩耗性９表面離型性
に優れ、樹脂層の表面特性とコムの弾性特性を充分発揮
させて、トナー１象や他のローラへのならい効果にも優
れ、寿命が極めて長いことである。

さらに１本発明の弾性回転体を定着装置の記録打金挟圧
する一方のローラ（ベルトラ含む）へ適用するとき、記
録材のカール発生全防止し、定着面１象を鮮明でしかも
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安な温度？低減（例えば２０℃８
）できるので消費電力金少なくし、電力配分の少ない装
置でも高速定着記鎌を達成できる。

〔発明の効果〕

本発明は、上述したように弾性層が樹脂層に対して定着
温度時、熱膨張によりテンションをかけることにより互
いの接触部分において凹凸部の保合密着状態を作シ、こ
れ全樹脂層の収縮力によって弾性層の凸部を押圧して互
いに密着性を向上すること、さらに焼成後の冷却で急冷
することで弾性ローラ表面の平滑性を高め、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、３０万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。

また、本発明によれば室温から弾性ローラ使用時の広い
温度範囲にわたって前記と同様の効果金保つことができ
、同一の製造条件で様々な温度範囲に適合する弾性回転
体を得ることができる。

さらに５本発明の弾性回転体は、表面がかなり平滑とな
り、研磨の必要度を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の弾性回転体たる定着用ローラ（ベルト
状のローラを含む）及びその定着用ローラ分有する定着
装置の実施例の説明図、第２図は定着用ローラの部分拡
大説明図、第３図は本発明の製法の実施例説明図である
。第４図、第５図（ａ）。 第５図（ｂ）、第５図ｆ（Ｊは焼成後、冷却時の温度低
下を示したグラフである。 １は定着ローラ、２は加圧ローラ、１２．２２はシリコ
ーンゴムの弾性体層、１３．２３は弗素樹脂〜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性体層上に樹脂材を焼成することにより、弾性
   体層の上に樹脂層を形成する弾性回転体の製造方法であ
   って、弾性体層には樹脂材よりも低温下に維持しつつ且
   つ樹脂材を焼成できる高温度に加熱しながら弾性体層上
   に樹脂層を焼成し、その後急冷し、樹脂被膜を形成する
   方法であり、急冷時樹脂層の表面温度は弾性体層の温度
   が弾性回転体使用時の温度と同等またはそれ以下になる
   までは弾性体層より高温であることを特徴とする弾性回
   転体の製造方法。
2. （２）弾性体層上に樹脂材を焼成してなる弾性回転体で
   あって、弾性体層は焼成時樹脂材より低温下に維持され
   、焼成後の急冷時に弾性体層が弾性回転体使用時の温度
   と同時またはそれ以下になるまで樹脂層の表面温度は弾
   性体層の温度より高温となる関係に維持されてなること
   を特徴とする弾性回転体。