JPS62153982A - 定着用弾性回転体及びその製造方法 - 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、事務機に最適であり、具体的
には、一般紙類搬送ローラ、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、この分野でに、トナー１象に接する加熱ローラと
して芯金に四弗化エチレン樹脂全被覆したローラを、ト
ナー１象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全被覆したローラ金、用いる
のが一般的である。

しかじながら、トナー鎖側に設けられた加熱ローラ表面
は、剛体に近いものであるため、トナー隊ヲ加圧して熱
全伝達する際の熱伝達速度が遅く、トナー１象の凹凸に
対してのなじみも少ない。従って、得られる画家性、定
着性はゴムローラをトナー１＃！側に用いた場合に比べ
て悪く、トナー１象が定着されるシートのカール発生量
も大きい。逆にトナー側ローラにゴムローラを用いた場
合は離型性が悪いためオフセットが増大し、耐摩耗性が
低いため当接部材（分離爪やセンサー等）によって摩耗
し部分的定着不良及び部分的オフセットも増大してしま
う。

このようにゴムローラ、樹月旨ローラは、いずれも長所
短所があり、これらの長所を兼ね備えた弾性ローラが望
まれてい友。

これに対して提案されているローラに、特開昭５８−２
８６４号、特開昭５８−５７７０号及び特開昭５８−２
７１７５号がある。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を塗布してなる
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。

しかしこれらは特開昭５７−１３５８７１号公報に開示
された上記混合塗料を希望するローラに適用すること全
開示するものであるため、実際の定着使用条件に適する
定着ローラを得ることはできなかった。具体的に上記技
術開示に基いてローラを作成したところ、混合層表面に
樹脂成分全長く得ることはできず、せいぜい２μ程度が
限度であった。又、このロー２は表面の樹脂層が十分な
焼成を受けていないために摩耗が激しく、数十枚の通紙
さえもできない。定着用ローラ自体にとって上記混合層
は極めて薄い層しか形成できず、所望の弾性を得るため
には特開昭５８−５７７０号に開示のようにこの混合層
の下層に新たにゴム層を必要とすることも既に知られて
いる。

ところが、ローラの基体にゴム層を設け、その上層に上
記混合層を形成し直接４００℃の高温下で３０分高温焼
成すると、確かに混合層表面には弗素樹脂がわずかに多
くなる（３μ程度）が、その下層にあるゴム層が解重合
を起こして弾性を失ってしまう。

従って、ローラとしての特性を得ることは、混合層表面
に樹脂成分を多くすることと相反しており１両特性を満
足した弾性ローラを長期使用に耐え得るように得ること
は困難であった。

特に定着装置に用いられる定着用又は加圧用又は加熱用
の弾性ローラとしては、ゴム層の弾性と混合層表面の樹
脂成分増大化は、定着性や加熱、加圧等の諸口的を満足
する上で極めて重要であるが、現実的には長期実用に耐
え得る離型性及び弾性を有するに一うを得ることは願望
の域を出なかった。

一方、単純にゴムローラを形成し、その表面に樹脂層を
形成するものとして実用化されているものに特公昭４７
−２０７４７号公報に開示されたローラがある。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二弗素化エチレン・プロピレン）　１に
カフセ１０４．４℃で加熱収縮させた後１８２．２℃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
の技術では熱収縮量チューブの肉淳を５０μ以上にしか
形成できないので、下層のゴム層の弾性を相殺してしま
い、この方法では弾性を生かしたローラができない。つ
まシ、この公報によるロー２に、精度が悪く、しかも製
造工程が多いために高価で、１、適切な定着効果を奏す
ることもできない。

又、特開昭５７−８９７８５号公報に開示され九ローラ
及び特開昭５９−７４５７８号に開示されたローラがあ
るが、いずれも製造されたローラの構成を示していす、
前者、後者とも焼成温度が３００℃である点及び前者は
フッソ樹脂材質が４弗化エチレン−６弗化ブｇピレン共
重合体であることを考慮すると、こ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実用で
きないものである。

なぜならば、これらは、シリコーンゴムローラ表面に弗
素樹脂液金塗布したものであるが、弗素樹脂液が４弗化
エチレン樹脂の場合、弗素樹脂の結晶化は３２７℃（結
晶融点）以上の高温（好ましくは３４０℃〜３６０℃）
に、又、弗素樹脂液力４　弗化エチレン−パーフルオロ
ビニールエーテル共重合体の場合、３０６℃（結晶融点
）以上の高温（好ましくは３２０℃〜３４０℃）に加熱
された後に得られるものでおって％３００℃の低温では
弗素樹脂は溶融せず、乾燥された粉末状態のままで残り
、フィルム化しないため樹脂特性が得られないからであ
る。しかもこれらの公報には希望的数値として、前者で
はフッ素樹脂が０．１μ〜５０μ、後者では樹脂圧が０
．１　ｍｍ以下で良いと挙げられているだけで、実現性
の根拠はどこにも見られない。このように３００℃のよ
うな結晶融点以下の低温焼成では樹脂特性が得られない
ばかりでなく、ゴム層と樹脂表面との接着性が悪く樹脂
強度も弱いため、簡単に剥離してしまう。

ゴム層と樹脂表層との接着性が悪いと、定着用ローラが
シートラ挟持搬送した際に生じる局部応力によって、こ
れらの層間にすべりが生じ簡単に剥離し、渫乱れや定着
不良を起こすばかりでなくオフセットが発生し、樹脂層
が分離爪等で破けてしまう。ことに３００℃の低温焼成
では樹脂としての耐摩耗性がないために、特開昭５９−
７４５７８号に示され′ｆｃように、紙づまシ等がない
としても２〜３万枚の搬送ができる程度であり、実用化
されにくい。

〔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
適度にあって、定着性、耐摩耗性、離型性を従来より優
れたものとできる弾性回転体の製造方法及びそれによっ
て得られる弾性回転体を提供することにある。

（発明の概要） 本発明は、弾性回転体の樹脂層とゴム層の関係に着目し
１弾性回転体の製造時、ゴム層の上に未焼成の樹脂材を
塗布する方法によシゴム層と樹脂層の密着性、耐久性に
対し大きな影響を与えること全究明したものである。即
ち、本発明は弾性回転体上に１５℃以下に保持した樹脂
材混合液を塗布した後、樹脂材を焼成できる高温度に加
熱し、この際弾性体を焼成温度ニジ低温下に維持するこ
と全特徴とするものである。

（実施例） 第１図μ本発明の定着用ローラを有する本発明定着装置
の実施例説明図である。

第１図中１は、未定着のトナー鐵と接する側の定着ロー
ラで、２に定着ローラー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１は、アルミ等の熱伝導の良好な芯金１１上
に、シリコンゴムの比較的薄い（本例では０．３　ｍｍ
乃至０．８　ｍｍ範囲内の所定厚）、反撥弾性率が６５
％〜８５％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；バーフル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１０
μｍ乃至２５μｍ範囲内の所定厚）膜強度が５０に９／
ｃｆｆｌ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の淳さよシ４≠比較的厚く（本例では
。

４ｍｍ乃至１０ｍｍ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等の弗素樹脂を厚い弾性体層２２の厚さニジ
薄く（本例では％５μ乃至３５μ範囲内の所定厚）、膜
強度が５０ｋｙ／ｃ＋＋Ｉの以上の樹脂層婆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、次のような行程金倉むものである
。

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　’〜１．５　Ｘ　１０−３）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（水に弗素樹脂粉末を界面活性剤によ
り分散させたもの）、エナメル又μ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一厚に塗布する。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（ＰＴＦＢ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℃以上に、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。これらは、良質な弗素樹脂層の形成を妨げ
るばかシでなく、シリコンゴム自体のゴム特性金欠なわ
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
える焼成方法を採用した。

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よシ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、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℃〜３８０
℃の焼成温度が５分乃至１０分程度与えられる。この焼
成を行つｆｃ、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５０ｋｌｉＩ１０ｍ１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。

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、表面の弗素樹脂層に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。

３は、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あり、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ｐ−２表面にシリコンオイル郷のオフセット
防止液を塗布するための、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。オフセット防止液を含有したウェブ５１は、
シリコンスポンジ等の弾性押圧ローラ５２によシ定着ロ
ーラｌに当接させられ、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にニジ、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
段にエリ逐次わかる構成となっている。

未定着トナー１象Ｔ？担持した記録紙Ｐは１人口ガイド
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１象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。

このように形成した定着用ローラ１，２は、従来では存
在しなかったローラ特徴、即ち、シリコンゴム特性を熱
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、表面離型性、耐摩耗性に優れ、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
ナー鐵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ｔ８、定着ローラの樹
脂層１３の厚みｔｌ、加圧ローラの弾性層２２の厚みｔ
８、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２２で　　ｔ　ｓ　）　ｔ　４ 又、好ましくは　　　１４（１童＜１．＜１゜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ロン
ゴム層との密着力であり、本発明者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、未焼成の樹脂材全ゴム層の上に塗布するときの方法
が重要であることを発見した。

即ち、ダイキン社展４弗化エチレン樹脂ディスパージョ
ンＤ−１の仕様書にあるように一般には、およそ１７℃
〜２６℃程度の２つの一次転移点の間が使われているが
、しかし本発明者は、１５℃以下好ましくは１３℃以下
にディスパージョンの温度保ちながら、ゴム層としてコ
ーターロールで塗布したとき最良の状態が得られること
を見い出した。

これは、次にあげる効果によるものと思われる。

つまり、 １、　低温の方が初期粒子が集合した２次粒子、３次粒
子が発生しにくいので、ゴム表面の微細な凹凸には小径
の粒子の方が入りこみやすく、機械的に強固な密着力が
得られる。

２、さらに、ディスパージョンの帯電を考えて見たとき
通常○に帯電するが、低温下においては、工り○に強く
帯電するためゴム層との間により大きなり−ロンカが働
き密着性が向上すると考えられる。

このとき下地ゴム層の温度は好ましくは塗布する弗素樹
脂ディスパージョンの温度よりも多少低めの方が艮い。

これはディスパージョン自体の温度分布を不安定にする
危険を避け、結果的に良好な塗布を達成するためである
。具体的にはディスパージョンの温度が１３℃であると
き、ゴム層表面の温度は１０〜１２℃程度が好ましい。

ここで第４図を参照しながら弾性回転体１への弗素樹脂
ディスパージョン５２の塗布方法について説明を加える
。

弗素樹脂ディスパージョン５２は溶器５３に貯められ常
に撹拌棒５１によシゆつくシと攪拌されている。さらに
下層部と上層部の温度は温度センサー５６．５７により
検知され温度差があるとき線制御装置５８により攪拌を
強めるようになっている。

さらに、溶器５３の外側には冷却水を通したパイプ５４
と加熱ヒーターを内蔵したパイプ５５が交互にまかれて
おシ液温を一定に保つようにしている。

この液中１７１Ｊコーターローラー５０の下層がつかる
ようにセットされておシ、コーターローラー上に総圧３
〜程度で弾性回転体１全圧接して、弾性回転体上に塗脱
全５〜７層設けるように（ロ）転させ塗布する。

第３図は、本発明定着用ローラ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金併
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（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１．０３　
’ｅ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
ラ１の中空内に空気流を発生するファン１００と、容器
１０２内に空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［工って回転可能に設けられ
ている。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ＩＡ
ｋ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！ｉＩ２］す段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人力によって、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金表面に弗素樹脂
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ディスパージョン中に多
量に吸収される。従って、弗素樹脂ディスパージョ／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。これに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ｍ脂層の膜厚全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、定着効果はその淳み増加で減
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−モノクローラ。

離型剤供給用ローラ等が含有される。特に、弗素樹脂の
離型性と弾性を備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を夫々の用
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１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−
１象ヲ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加熱ローラ、加圧ロー
ラ、離型剤供給ローラ、或いはりリーニンダローラやそ
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。

〔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金かけることによシ互
いの接触部分において凹凸部の保合密着状態を作シ、こ
れを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、ゴム層上に塗布す
る樹脂層の温度を低温に保持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。

本発明定着用ローラ（ベルト状のローラを含む）として
共通する効果は、耐摩耗性９表面離型性に優れ、樹脂層
の表面特性とゴムの弾性特性を充分発揮させて、トナー
庫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。

本発明定着装置は、上記定着用ローラを記録材全挟圧す
る一方のローラ（ベルトラ含む）へ適用するとき、記録
材のカール発生を防止し、定着面１象を鮮明でしかも定
着性が艮いといった効果を、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金少
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。

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図は本発明弾性回転体に相当する定着用ローラ（ベ
ルト状のローラを含む）及びそれを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図は定着用ローラの製法の実施例説明図、第４図
は本発明＃遣方法の実施例説明図である。 １は定着ローラ、２μ加圧ローラ、１２．２２はシリコ
ーンゴムの弾性体層、１３．２３は弗素樹脂層。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性体上に樹脂層を有する回転体を製造する際に
   弾性体上に未焼成の樹脂材を混合してなる樹脂液状体を
   １５℃以下に保持して塗布し、その後該樹脂材を焼成で
   きる高温度に加熱しながら弾性体上に焼成して樹脂層を
   弾性体層に密着形成せしめることを特徴とする弾性回転
   体の製造方法。
2. （２）上記焼成時、樹脂材は焼成できる高温度に加熱し
   弾性層は樹脂液状体よりも相対的に低く弾性体の耐熱温
   度下に維持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の製造方法。
3. （３）上記樹脂層が弗素樹脂からなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の弾性回転体の製
   造方法。
4. （４）弾性体上に樹脂層を有する弾性回転体であって、
   樹脂層は未焼成の樹脂材を混合してなる樹脂液状体を１
   ５℃以下に保持した状態で、弾性体上に塗布され、その
   後該樹脂材を焼成できる高温度に加熱しながら焼成して
   弾性体上に密着形成されることを特徴とする弾性回転体
   。
5. （５）上記焼成時、樹脂材は焼成できる高温度に加熱さ
   れ弾性層は樹脂液状体よりも相対的に低く弾性体の耐熱
   温度下に維持されることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項記載の弾性回転体。
6. （６）上記樹脂層が弗素樹脂からなることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項又は第５項記載の弾性回転体。