JPS6338712B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、電子写真装置、静電記録装置等、粉
体像を形成する画像形成装置の定着装置、更に詳
しくはローラやベルト等の回転体を有する定着装
置の改良に関する。 従来、熱ローラ定着装置においては、定着ロー
ラ表層にRTVシリコンゴムやテフロン（商品
名；デユポン社）のような離型性材料を設け、場
合によつては、更に、シリコンオイルのような離
型剤を塗布することによりオフセツトを防止して
いた。定着ローラ表面をRTVシリコンゴムで被
覆したものは一般に離型剤を塗布する必要がな
く、装置が簡単であり、かつ、シリコンゴムの弾
性力により定着性が良好であるが、離型性の経時
変化（悪化）が激しく、寿命が非常に短く、頻繁
にローラを交換しなければならなかつた。また、
シリコンオイルのような離型剤を塗布して離型性
を維持しようとすると、シリコンゴムがシリコン
オイルで膨潤してゆき、物性強度が低下してしま
いやはり頻繁にローラを交換しなければならな
い。また定着ローラ表面を４弗化エチレン−フロ
ロアルコキシエチレン共重合樹脂（以降Ａ樹脂と
称す）やポリテトラフルオロエチレン樹脂（以降
Ｂ樹脂と称す）のようなテフロン（商品名；デユ
ポン社）で被覆したローラは上記シリコンゴムと
比較して高強度でありシリコンオイルを塗布すれ
ば離型性も良好である。 しかし上記ローラは弾性がないために、上記シ
リコンゴムローラと比較して定着性が悪く、か
つ、トナー像支持材上のトナー像を定着する際、
画像をつぶす効果が大きく画質を低下させてしま
う欠点を持つている。更に、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ンゴムのような弾性
体の場合は支持材凹凸、及び、支持材上にのつて
いるトナー像の凹凸に定着ローラ形状が倣つて全
体が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。 ところがテフロン（商品名；デユポン社）のよ
うな剛体の場合は、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。 実験結果から同じトナー画像を完全定着させる
のに、シリコンゴムの方がテフロンよりも20〜25
℃低い温度で行えることが判つている。 また特開昭48−85151号公報に、４弗化エチレ
ン樹脂粉末とシリコンゴムとを混合した定着ロー
ラが開示されているがこの場合シリコンとテフロ
ンの相性が悪く分散性が悪いこと、かつ接着性が
悪いため、強度的に非常に弱いこと、及びシリコ
ンオイルのような離型剤を塗布した場合シリコン
ゴムがオイル膨潤するために物性強度の低下が非
常に大きいこと、等の問題点が多い。 一方、上述のような未定着トナー像に接触する
定着ローラに対し、そのバツクアツプローラとし
て設けられる加圧ローラにも解決すべき問題点が
ある。 即ち、定着ローラの離型性が良好であつても、
未定着トナー像の定着後、微量ではあるが定着ロ
ーラにトナーのオフセツトを生じる。このオフセ
ツトしたトナーをクリーニング部材で定着ローラ
から除去すればよいのであるが、完全には除去し
きれない。このため、定着ローラに残つたごく微
量のオフセツトトナーが紙間で定着ローラから加
圧ローラへ移行して徐々に加圧ローラが汚染され
ていく。そして、この加圧ローラに堆積するトナ
ーは定着時、紙等の支持材に付着して支持材の裏
汚れといつた問題を招来する。従つて、加圧ロー
ラにおいてもその表面の離型性を向上させる必要
があつた。 また、定着のための適正なニツプ幅を確保する
ためにも加圧ローラは高い弾性を有することが必
要であつた。 このように、定着ローラのみならず、加圧ロー
ラにおいても離型性及び弾性が良好なものが望ま
れている。 本発明は、上記従来の欠点を改善したものであ
る。 本発明の目的は長期にわたつて離型性及び定着
性及び強度が良好な定着装置を提供することであ
る。 以下、本発明を実施例を掲げて説明する。 第１図に本発明の一実施例を示す。 １は加熱ローラで矢示方向１６₁に回転し、そ
れの外周面に加圧ローラ２が矢示方向１６₂に摺
擦回転する。 加熱ローラ１は金属性中空ローラ芯１₁の外周
面にフツソゴム層３を50μ厚に設け、さらにその
外周に密着する、フツソゴムとフツソ樹脂の混合
表面層４を25μ厚に設け、その内部にハロゲンヒ
ータ等のヒータ５を有している。この加熱ローラ
１の表面層４は、所望の厚さにゴム層を形成する
手段によつて形成されてよいが、本例では液状の
フツソゴムをローラ芯１₁上に50μ厚に塗布した後
150℃で加熱加硫してほぼその形状が形成される。
その後加熱ローラ１は、この表面層４上に水に分
散させた弗素ゴムと弗素樹脂および配合剤100重
量部に硬化剤液７重量部をすべて混合した溶液を
25μ厚にコーテイングした後その全体を350℃で
30分焼成して成形したものである。 上記加圧ローラ２は、公知の加圧手段によつて
少なくとも定着時加熱ローラ１に圧接するもので
ある。そのローラ２の構成は、金属製ローラ芯６
の外周面にシリコンゴム層７を比較的厚く設けて
ある。このゴム層７は加熱ローラとの圧接領域１
８を確保することを一目的としている。 加熱ローラ１の外周面には、サーミスタ、熱電
対等の感温素子８が配設され、それの検出信号を
公知の制御手段１５に導き、加熱ローラ１の外周
面の温度をヒータ５の出力又はその印加電圧等を
制御することでトナー像溶融温度に保持してい
る。 未定着なトナー像Ｔを有する紙Ｐは矢示方向１
６から両ローラ１，２間に挿入されその挾持搬送
とその温度による印加熱によつてトナー像Ｔを定
着された後装置外へ排出される。このとき紙Ｐを
加熱ローラから確実に分離するためにローラ軸方
向に沿つて複数個の分離爪９が表面層４に接触し
て設けられている。 １０は加熱ローラ１にオフセツト防止液を塗布
する塗布器であり、加熱ローラ１に当接された微
細連続気孔膜１１を通して、シリコンオイル等の
オフセツト防止液が微量づつ加熱ローラ表面に塗
布される。１３は機械の搬送時に、振動によりオ
フセツト防止液がこぼれるのを防止するためのこ
ぼれ防止部材であり、ウレタンフオームよりでき
ている。１４は気孔膜１１が加熱ローラ１に均一
に接触することを保証するチユーブで、膜１１の
形状や加熱ローラ１に対する圧接状態等を保持す
る形状保持部材である。このチユーブ１４は連続
気孔膜１１と同材質の微細連続気孔を有してい
る。上記膜１１及びチユーブ１４は気孔率80％、
孔径0.5〜1.5μの多孔質４弗化エチレン薄膜（住
友電工製；商品名フロロポア）を用いる。 オフセツト防止液としては、ジメチルシリコン
オイルの常温における粘度１万csのもの（信越化
学製KF−96H）を用いる。尚、紙Ｐの搬送方向
L₂に対して上記ローラ対の中心を結ぶ直線Ｌの
なす角を角度β（＞０）とし、ローラ対の前方に
あり紙Ｐを加熱ローラ１側へ導くガイド部材１７
と搬送方向L₂の角度α（＞０）とする。本実施例
では図示の角度α，βの関係は90゜＞β＞α＞０
である。上記構成の定着器で加熱ローラ１の径を
φ60、紙送りスピードを400mm／secとし、秤量80
ｇ／m²紙上に、トナー像を形成して定着性を調べ
たところ、圧接領域が11mmのとき140℃で良好な
定着性が得られ、画質も良好であつた。次に、34
枚／A3・分のスピードで連続してコピーをした
ところ（オイル塗布量2.5ｇ／A3・１万枚）、20
万枚コピーしても全く問題がなかつた。また、塗
布膜とローラ間にゴミが侵入した場合を想定して
50μ粒径の鉄粉をはさんで回転させたが、全くキ
ズは生じなかつた。 上記構成を利用した実験で加熱ローラ１の表面
層４についてより好ましい範囲を説明する。この
表面層４は、成形時コーテイング厚と焼成温度に
よつてその性質が変化してくる。本実施例として
は、そのコーテイング厚（又は膜厚）が60乃至
500μで焼成温度が250乃至400℃である範囲のも
のが加熱定着ローラとしてより耐久性や定着性に
優れたものであつた。 即ち、その厚が60μより薄いと鉄粉等の固体を
挾持搬送した場合加熱ローラ１の表面層４に線状
の傷が入つてその場所で定着不良を生じた。又、
500μより大ではコーテイング膜の熱絶縁性が無
視できなくなり、温調がラフになる。従つて定着
にとつて安定した熱が印加しにくくなり好ましく
ない結果となつた。 上記数値範囲はより優れた効果を得るものであ
るが、さらに定着性を従来より増して得るために
は、70μ以上の厚みであれば良いことが判明し
た。表面層４がこの厚みであると、加熱定着ロー
ラ表面の耐久性はもとより、加熱表面として優れ
た表面温度を維持でき温度分布も安定してくると
考えられる。 次に焼成温度について説明する。このローラの
焼成温度が250℃より下であると、５万枚通紙コ
ピーで加熱ローラ表面にトナーが付着して黒く汚
れてしまつた。これは焼成温度が低いと、表面層
４がフツソゴム過多となり、フツソゴム自体の性
質がこのローラの性質を多く支配するため離型性
が悪くなると考えられる。又逆に、この焼成温度
が高くなるほど成形品表面部にフツソ樹脂分が過
多となり離型性が向上することが判つた。しかし
この焼成温度が400℃を越えるようになると、フ
ツソゴム及びフツソ樹脂の耐熱限界を越えてしま
うので所望の特性を得るのが難かしくなり、場合
によつては不可能となる。 次に上記構成の表面層４の内側にあるフツソゴ
ム層３の具体例及び効果について述べる。本実施
例では、同系種の材質を積層しているため接着強
度が非常に良好であり、加熱ローラ１の表面層４
の厚さをその表面強度のみに対応する程度の厚さ
にすることができる。又、その弾性は、下層であ
るフツソゴム層で十分補えるとともに生産上のコ
ストを下げるとともに所望の厚さが容易に得られ
る。この効果を比較するためフツソゴム層の代わ
りにシリコンゴム層を設けた実験を行つたが、シ
リコンゴム層と上記表面層４との接着性が悪く強
度的に使用できないほどもろいものであつた。上
記本実施例のものは適切な強度と優れた耐久性を
有するものである。 次に比較例として内部加熱手段を有する弾性又
は剛性ローラ表層に75μ厚の前記Ａ樹脂又はＢ樹
脂のコーテイングをしたローラを使つた場合、上
記と同一条件で良好な定着性が得られる温度は本
実施例の140℃よりも大幅に高い165℃であつた。
この理由は、前記したように本実施例の弾性体と
Ａ、Ｂ樹脂の如き剛体の差によるところが大きい
と考えられ、本実施例の特有な効果が説明され
る。又、上記と同様に、Ａ、Ｂ樹脂のコーテイン
グ加熱ローラを用い鉄粉をはさんだ場合加熱ロー
ラに線状に傷が入つてその場所で定着不良が生じ
た。これは本実施例の如く剛性と弾性とを兼ねて
備えたような弾性体の場合は、局部的な力が加え
られても、その力を吸収分散させる力が働くが、
Ａ、Ｂ樹脂のコーテイング加熱ローラの如き剛体
の場合には直接鉄粉による摩擦力等による部分応
力を受けるために損傷してしまうものと考えられ
る。 下表に、他の方法で本実施例とこのコーテイン
グ加熱ローラとの耐傷性を調べた結果を以下の表
に記す。これは、ボールペンに一定荷重（0.15
Kg）を与えてローラ上をスキヤンさせた後の傷の
深さを表面粗さ計（小坂研究所製SE−3C万能表
面形状測定器：使用）で測定したものである。上
記表面層４に対するコート厚は夫々本実施例のロ
ーラを75μ厚、その他はすべて80μ厚とした。

【表】 即ち、上記の値から上記本実施例のローラは、
表面温度に応じて多少変動はするものの大きな変
化はない。これに対して上記剛性のＡ、Ｂ樹脂ロ
ーラは温度変化に応じて極端な変動を示し、傷の
深さも本実施例の1.5倍以上であり、多いもので
３倍もの深さを生じている。 従つて本実施例の加熱ローラーは、数段優れた
耐久性を示し又金属等の異物に対しても従来より
数段優れた強度を有している。 以上の説明は、剛性ローラに対する本実施例の
特徴を説明したが次に弾性いわゆるゴムローラよ
りも優れた本実施例の特徴を説明する。 この比較例として上記本実施例の如く中空金属
ローラに0.5mm厚のHTVシリコンゴム層をコーテ
イングしたローラを使つた場合、上記と同一条件
で良好な定着性が得られる温度は本実施例と同様
に140℃であつた。次に上記と同様に鉄粉をはさ
んだ場合、その大きい弾性力のため本実施例より
わずかにキズは生じなかつた。しかしながら、耐
久面では以下の欠点が見出された。即ち５万枚コ
ピーをすると、加熱ローラの外径にボコツキが生
じてシワが出やすい状態となり、トナーのオフセ
ツトも生じ易くなつた。さらにコピーを続けると
７、８万枚コピー前後に至つてはシリコンゴムと
芯金である中空金属ローラとの間が剥離してロー
ラが破損し又、0.5mm厚のフツソゴム表面層を有
するローラでは１万枚足らずで破損した。即ち、
本実施例のように定着性を維持しつつ長期にわた
つて使用できるといつた耐久性は単なるゴムロー
ラでは全く得られなかつた。 以上述べたように上記本発明を適用した加熱定
着ローラーでは、定着性が良好であり、よつて省
エネルギーが達成され、かつ、長期にわたつて安
定した性能が維持される長寿命の定着装置を完成
させることができた。 上記第１図の実施例では本発明を加熱定着ロー
ラーに適用したものを説明したが、本発明は、加
熱ローラ１に圧接する加圧ローラー２に適用した
ものやその両方に適用したものさらには圧力定着
ローラー或いは定着装置に使用される搬送ベルト
状等の回転体の表面部に適用できる。以下第２，
３図で簡単にその数個の例について説明する。 第２図は、第１図の加圧ローラ２に本発明を適
用した一実施例の説明図である。一般に加圧ロー
ラ２の表面層は、未定着画像と直接接触すること
は少なく又、その表面温度は100℃程度或いは80
℃程度等の比較的低い温度であれば十分である。
従つて最近では、加圧ローラ２には加熱源５₁を
設けることは少なく（設けずに加熱ローラ１から
の熱伝導を利用している）、加圧ローラに要求さ
れるのは適度な弾性と表面上での保温性及び耐久
性である。本実施例は上記の点を考慮して比較的
低い熱を供給する熱源５₁を内部に有する中空の
金属ローラ芯６の表面に前記フツ素ゴム層３を所
望の厚さで設け、さらに加熱ローラ１よりも厚く
コーテイングしたフツ素樹脂とフツ素ゴムよりな
る表面層４を有している。この表面層４の厚み
は、上記0.5mm程度のゴム層の弾性ローラと同様
又は、上記加熱ローラ１よりも厚くしたもの等所
望の厚さで良い。その成形時の温度も250゜乃至
400℃の範囲の前後を越えるようなものでよいが
400℃以上として離型性を向上できるものが良い。 このように、加圧ローラの表面層として、フツ
素樹脂とフツ素ゴムの混合物を有する表面層を採
用することにより、その表面層の表面部分に存在
するフツ素樹脂によつて加圧ローラの離型性を良
好なものとし、且つこの表面部分のフツ素樹脂層
が非常に薄いため、表面層において十分なゴム弾
性を活かすことができ、従つて加圧ローラの弾性
をも良好なものとすることができる。そして、こ
の加圧ローラを第１図の加熱定着ローラのように
表面部分にフツ素樹脂を有する定着ローラのバツ
クアツプローラとして適用することにより、加圧
ローラの離型性や弾性を損なうことなくその耐久
性をより向上させることができる。 これは、即ち、上記定着ローラの表面は低摩擦
であるのに対し、加圧ローラの表面も表面部分に
存在するフツ素樹脂のために低摩擦となつてお
り、従つてローラ間の接触回転による摩耗が非常
に小さいために、加圧ローラ表面の離型性を維持
でき、加圧ローラの弾性も確保できるといつたこ
とに起因するものである。 第３図は、圧力定着装置に適用でき又、加熱定
着ローラの加圧ローラとして使用するように熱源
を有していない加圧ローラ２₁を示している。こ
のローラ２₁は、金属製ローラ芯６の周面に比較
的厚い弾性を有するゴム層７₁（又は本発明の一構
成であるフツ素ゴム層）を設け、その周囲にポリ
テトラフルオロエチレン製チユーブを嵌着したも
の（又は本発明の一構成であるフツ素ゴムとフツ
素樹脂との混合層）で構成されている。このロー
ラ２₁は第１図の加熱ローラ１に圧接するローラ
として優れた効果を奏するもである。又、上記加
熱ローラ１の熱源を除いた構成のローラをトナー
像と接する側の加圧ローラとし、これに第２図の
熱源であるヒーター５₁を除いた加圧ローラ２₁を
圧接させた圧力定着装置を構成しても前述したよ
うに優れた定着性を保ち、耐久性に富んだものと
なる。 本発明はいずれにしても特許請求の範囲に特徴
を有するので以上のように定着性を維持しつつ長
期にわたつて使用できるという耐久性を有する優
れた定着装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の説明図、第２
図、第３図は夫々本発明の他の実施例を説明する
ための説明図である。 １は加熱ローラ、２，２₁は加圧ローラ、３は
フツ素ゴム層、４は表面層、５，５₁はヒータ、
６は金属製ローラ芯、８は感温素子、１５は制御
手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 未定着画像を支持する支持材を第１、第２の
   回転体間で挟持搬送することにより該未定着画像
   を該支持材に定着する定着装置において、 上記第１回転体は未定着画像に接触する側の回
   転体であつて、この第１回転体はその表面部分に
   弗素樹脂を有し、上記第１回転体とは反対側の上
   記第２回転体は弗素ゴムと弗素樹脂との混合物を
   有する表面層を有していることを特徴とする定着
   装置。 ２ 上記第２回転体は上記表面層の下側に弾性層
   が設けられている特許請求の範囲第１項に記載の
   定着装置。 ３ 上記第２回転体の表面層はその表面部分に弗
   素樹脂を多く有している特許請求の範囲第１項又
   は第２項に記載の定着装置。 ４ 上記第２回転体の表面層は弗素ゴムと弗素樹
   脂との混合物を加熱焼成することにより形成され
   る特許請求の範囲第３項に記載の定着装置。 ５ 上記第２回転体の表面層は弗素ゴムと弗素樹
   脂を水又は溶剤に分散させたものを加熱焼成して
   形成される特許請求の範囲第４項に記載の定着装
   置。 ６ 上記第１回転体は上記表面部分の下側に弾性
   層が設けられている特許請求の範囲第１項に記載
   の定着装置。 ７ 上記第１、第２回転体のうちの少なくとも第
   １回転体は加熱手段によつて加熱されている特許
   請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第
   ５項又は第６項に記載の定着装置。