JPS6338713B2 - - 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、離型性の径時変化（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。又、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。 又、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
と考えられている。 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伴つている。 又、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生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は加熱ローラで矢印方向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は金属製中空ローラ芯１₁の外周
面に熱良導体を含有したJIS硬度65゜の弗素ゴム層
３を450μ厚に設け、更にその外周に密着する弗
素ゴムと弗素樹脂と熱良導体の混合表面層４を
60μ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、本例では熱良導体を分散さ
せた液状の弗素ゴムをローラ芯１₁上に450μ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上に分散させた弗素ゴムと弗素樹脂及び配合剤
100重量部に硬化剤液５重量部をすべて混合した
溶液を60μ厚にコーテイングした後、その全体を
350℃で40分焼成して成形したものである。上記
熱良導体としては、熱を伝導するものであればよ
いが詳述は後で行う。 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
１６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少量ず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膜を有してい
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１
７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。又、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、全く傷は生じな
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
1500μ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、1500μ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、更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が弗素ゴム過多となり、弗素ゴム自体の性質が
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、成形品表面部に弗素樹脂分が過多
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、弗
素ゴム及び弗素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の内側にある弗素ゴム
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熱良導体を有してい
るため接着強度及び熱伝導性が非常に良好であ
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弗素ゴム層で十分
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
するため弗素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。こ
の熱良導体としてはカーボンブラツクや酸化ニツ
ケル、酸化チタン、酸化コバルト等の金属酸化物
が好ましい。 又、熱良導体の量は弗素樹脂及び弗素ゴム又は
弗素ゴムが100重量部に対して５乃至35重量部で
特に良好な結果、例えば優れた温調やそれに伴う
安定した定着性が得られた。尚、熱良導体の量を
10重量部より少なくすると熱伝導がある範囲にと
どまつてしまうので、膜厚が500μ以上にするこ
とが難しくなる。従つて膜厚を大にすることによ
る弾性の効果即ち、傷発生率を押えて定着性を安
定することを更に向上させることができなくな
る。又、熱良導体の量を35重量部より大にすると
離型性の点で問題が生じ、離型性を向上するため
のシリコンオイル等のオフセツト防止手段が必要
不可欠となる。 更に上記熱良導体を弗素ゴム層３にカーボンブ
ラツクをゴム分100重量部に対して５〜100重量
部、表面層４の弗素ゴムと弗素樹脂100重量部に
対して、酸化ニツケル、酸化チタン、酸化コバル
ト等の金属酸化物を５乃至35重量部含有させた場
合に定着性が特に優れ、特に良好な結果が得られ
た。 次に比較例として、内部加熱手段を有する剛性
ローラ表層に80μ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、弾性体と剛体の差による
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
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、直接金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）に与えて、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。表層のコート厚は夫々本実施例のローラを
510μ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
りわずかに傷は生じなかつた。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。更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２に適用したもの
やその両方に適用したもの更には圧力定着ローラ
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
の金属製ローラ芯３の表面に上記熱良導体を含有
する弗素ゴム層３を設け、更に加熱ローラ１より
も厚くコーテイングした弗素樹脂と弗素ゴム及び
熱良導体の酸化金属を混合してならした表面層４
を有している。この表面層４の厚みは、上記0.5
mm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よりも厚くする等所望の厚みに設定す
れば良い。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することはより好まし
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、金属性ローラ芯６の周面に比較
的厚い弾性を有するゴム層７₁（又は上記弗素ゴム
層３）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（又は上記表面
層４）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
効果を奏するものである。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。尚、本発明による
第１、第２層は上記各回転体全長にわたつて設け
られることが好ましいが、一部又は大部分に設け
ても良い。

【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
弗素ゴム層、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熱良導体と
   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
   脂と熱良導体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
   脂と熱良導体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。