JPS6370878A - 弾性回転体及びその製造法 - 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】 本発明は、電子写真複写装置、プリンターその他種々の
画像形成装置において使用される弾性回転体及びその製
造法に関するものであり、特に前記画像形成装置におい
てシート状転写材又は記録材等を搬送又は定着するため
の搬送又は定着用のローラ又はベルトとして好適に使用
される弾性回転体及びその製造法に関するものである。

以下、本発明の説明は主として定着ローラ及び定着装置
に関連して行なうが、本発明はこれに限定されるもので
はないことを理解されたい。

′−の　　　　　　び　、Ｊ　　　点 従来、電子写真複写装置等の画像形成装置において、一
般に紙とされるシート状転写材又は記録材を所定の経路
に沿って搬送する搬送ローラには搬送性、離型性、耐久
性が要求される。特に、転写紙上の未定着トナー像に熱
を付与し且つ該溶融トナーのオフセットを防止しながら
該転写紙を所定経路へと搬送しなければならない定着ロ
ーラにはより厳しい条件下での搬送性、離型性、耐摩耗
性、定着性及び耐久性が要求される。

上記要求を満たすために、第３図に例示されるように、
芯金２に弾性層４を設け、更に該弾性層４の上表面に樹
脂層（ｆｉｌ型層）６を形成した構造の定着用の弾性回
転体、つまり弾性ローラ１が提案されている。斯る定着
ローラでは、弾性層はシリコーンゴムとされ、樹脂層と
しては弗素樹脂チューブあるいは、弗素樹脂と弗素ゴム
の混合物が利用される。

このような構造の定着ローラの最大の問題点は、耐久に
よる接着力、つまり密着性の低下にある。つまり、長期
間の使用によりゴム層から成る弾性層４と樹脂層６との
間に部分的な剥離が生じ使用不可能となり、通常複写装
置の定着器に使用した場合においてはＡ４サイズで１万
枚から５万枚の定着が、つまり複写が使用限度であった
。

本発明者等は、このような数多くの利点を有する弾性層
の上に樹脂層を有する弾性回転体の耐久性を向上せしめ
るべく数多くの研究実験を行った結果、従来の弾性回転
体の耐久性を劣化させる原因の一つは弾性層上に樹脂層
を形成する際に、該樹脂層を焼成する温度が弾性層の耐
久温度よりも高温となることにあることを見出した。木
発明者等は、更に研究実験を行なった結果、弾性層と樹
脂層との間に紫外線硬化型シリコーン被膜層を形成する
ことにより弾性回転体の耐久性が飛躍的に向上し、従来
の弾性回転体が有する問題点が解決されることが分かっ
た。

本発明は斯る新規な知見に基づきなされたものである。

１に１〕 従って、本発明の目的は、紙等のシート状被搬送物の搬
送性、定着性、耐摩耗性゛は勿論のこと、特に耐久性が
飛躍的に向上した弾性回転体及びその製造法を提供する
ことである。

。　占　　　　るための 上記目的は、本発明に係る弾性回転体にて達成される。

要約すれば本発明は、内部に形成された耐熱性弾性層と
、該弾性層の外層として形成され紫外線硬化型シリコー
ン被膜層と、外被として形成された弗素樹脂を含む離型
層とを有することを特徴とする弾性回転体である０本発
明の好ましい実施態様によると、耐熱性弾性層はシリコ
ーンゴムで形成され、外被離型層は弗素樹脂を３０−１
００％含有する弗素樹脂ディスパージョンにて形成され
る。

斯る弾性回転体は、耐熱性弾性層の上にシリコーン被膜
層を紫外線硬化により形成し、更に該シリコーン被膜層
の上に弗素樹脂を含む離型層を、好ましくは誘電加熱に
て焼成して形成することにより好適に製造される。

実ｊＬ例。

次に本発明に係る弾性回転体を図面に即して更に詳しく
説明する。

第１図及び第２図は、本発明に係る弾性回転体を、電子
写真複写装置においてトナー像を加熱定着する定着装置
に利用されるローラに具現化した一実施例を示す。

・定着器こは、概略第１図に例示されるように、通常内
部に加熱源Ｈを有し、転写紙Ｐに担持された未定着のト
ナー像Ｔと接する定着ローラ１と。

該定着ローラ１にトナー像を担持した該転写紙Ｐを押し
付ける加圧ローラ１０とから構成される。

定着ローラ１及び加圧ローラ１０は同様の構成とされ、
芯金２．１２１弾性層４．１４、紫外線硬化型シリコー
ン被膜層５．１５及び離型層としての外被樹脂層６．１
６から成る。

定着装置には、定着ローラｌの表面温度を検知し、該表
面温度をトナー溶融可能な最適温度、例えば１６０℃〜
２００℃に制御するための温度検知制御手段Ｇ、及び定
着ローラ１の表面にシリコーンオイル等のオフセット防
止液を塗布し且つ該表面のクリーニングをも行なうオフ
セット防止液塗布手段Ｃ等が設けられる。

定着ローラ１は、アルミ等の熱伝導の良好な芯金２上に
シリコーンゴムにて形成された弾性層４（本実施例では
層厚ｔ　１０　、３ｍｍ−０、８ｍｍ１反発弾性率は６
５％〜８５％）が形成される。該弾性層４上には紫外線
硬化型シリコーン被膜Ｍ５が２〜５Ｂｍ厚にて形成され
る。該紫外線硬化型シリコーン被ａ暦５は紫外線により
硬化する樹脂、例えば信越化学株式会社製の紫外線硬化
型シリコーン（商品名、ＫＪＣ−８６５０５）等が好適
に使用される。

次いで、該紫外線硬化型シリコーン被！Ｉ層５の上に樹
脂層６が設けられる。該樹脂層６はＰＦＡ［１ｍ　（ｕ
ｎエチレン樹脂−パー７０ロアルコキシエチレン樹脂の
共重合体）、ＰＴＦＥ樹脂（４弗化エチレン樹脂）等の
弗素樹脂で作製され、本実施例で層厚ｔｚは１０ＩＬｍ
〜３０ＩＬｍ、Ｉｌ！強度は５０　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ
″の以上とされる。

加圧ローラ１０について言えば、該加圧ローラ１０は上
記定着ローラ１と同様の構造とされるが、芯金１２はス
テンレス、鉄等とされ、シリコーンゴム弾性層１４の厚
さｔ３はより厚く、例えば４　ｍ　ｍ　−１０ｍ　ｍと
され、又その反発弾性率は６５％〜８５％とされる。該
弾性層１４上には紫外線硬化型シリコーン被膜層１５が
２〜５ｐ−ｒｎ厚にて形成される。該紫外線硬化型シリ
コーン被膜層１５は紫外線により硬化する樹脂、例えば
信越化学株式会社製の紫外線硬化型シリコーン（商品名
、ＫＪＣ−８６５Ｏ３）等が好適に使用される０次いで
、該紫外線硬化型シリコーン被膜層１５の上に樹脂層１
６が設けられる。該樹脂層１６は定着ローラ１と同様に
ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の弗素樹脂を使用するが層厚ｔ４は
５ＩＬｍ〜３５疹ｍ、［強度は５０　ｋ　ｇ　／　ｃ　
ｒｎ’以上とされるであろう。

上記定着ローラ１及び加圧ローラｌＯは、左右対称とさ
れ、且つ好ましくは、定着ローラ１（又は加圧ローラ１
０）は軸線方向中央部が両端部に比較してわずかに小径
とされた、所謂逆クラウンタイプとされる。

上述のように１本発明の弾性回転体は、弾性層と外被樹
脂層との間に紫外線硬化型シリコーン被膜層を有した構
造とされるために、該紫外線硬化型シリコーン被Ｉｇ！
層が外被樹脂層に対する耐熱保護層としての働きと、該
外被樹脂層に対する密着性を向上せしめるプライマーと
しての働きとを果たし、内部弾性層と外被樹脂層の剥離
の危険性を大幅に減少させ、且つ耐久性を著しく増大せ
しめることができる。

次に、上記構成の定着ローラｌ及び加圧ローラｌＯの製
造方法について説明する。

先ず、所定の径に仕上げされた芯金２又は１２の上に例
えば加硫成型したシリコーンゴム層（熱伝導度１．４Ｘ
１０−４〜１．５Ｘ１０−３）を形成して所望形状のシ
リコーンゴムローラを作製スる。好ましくは、該シリコ
ーンゴムローラは所定の粗さ１例えばｌＯ〜２０４ｍ程
度の表面粗さを有するように粗面化され、且つ軸線方向
中央部が両端部に、比較してわずかに１例えば１１００
ＪＬ程度小径とされた、所謂逆クラウン形状となるよう
に研摩される。

このようにして所定の粗さに粗面化されたゴムローラ表
面に紫外線硬化型シリコーンがスプレーされ、乾燥され
る０次いで該紫外線硬化型シリコーンは紫外線照射によ
り硬化され、ゴムローラ表面に２〜５ＪＬｍ厚の紫外線
硬化型シリコーン被膜層が形成される。

次いで、前記紫外線硬化型シリコーン被膜層の上に、未
焼成の弗素樹脂、例えばディスパージョン状態の弗素樹
Ｎ（木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
方法により均一厚に塗布する。

以上のようにして均一膜厚に塗られた弗素樹脂ディスパ
ージョン等は１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
膜となるのも、未焼成の弗素樹脂が塗布されたシリコー
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。

ところがシリコーンゴム自体は反撥弾性率や圧縮永久歪
等のゴム特性が優れているが、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、このことは、良質な弗素樹脂層の形成を防
げるばかりでなく。

シリコーンゴム自体のゴム特性を失なわせてしまう、従
って、シリコー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が好ましい。

本発明に従えば、液状弗素樹脂（ディスパージョン）自
体の誘電正接がゴム層の誘電正接より大きいことを利用
した誘電加熱方法等が好適に利用される。このとき、赤
外線外部加熱をも併用するのが好ましい。

これらの方法によって実質的に内部のシリコーンゴム弾
性層にはその厚み方向に熱的勾配が形成されるものの、
２４０℃〜２８０℃程度が、又未焼成弗素樹脂外被離型
層にはその結晶融点以上の温度（具体的にはＰＴＦＥで
３２７℃以上の３５０℃〜３８０℃の焼成温度）が５分
〜ｌＯ分程度与えられる０本発明に従えば１弾性層と弗
素樹脂外被との間に紫外線硬化された中間シリコーン被
膜層が形成されているために、下層の弾性層が受ける温
度的な損傷は従来に比して大きく減少され、安定した弾
性回転体の製造が達成される。従って、外被弗素樹脂外
被離型層の厚を従来に比し増大させることも回部となり
、弾性回転体の耐久性を向上せしめることができる。

前記焼成を行なった後、ローラは急冷される。

この急冷によってシリコーンゴムローラ上に結Ｍ化度が
９５％以下で引張強度５０　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ’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（加熱ローラ）は、下層のシリ
コー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。

上記の構成により定着用ローラ（定着ローラ及び加圧ロ
ーラ）は弾性層と樹脂層は強固な密着力を有し、特に定
石法転写紙等を定着ローラから剥離するために該定着ロ
ーラに押圧される分離爪により弾性層と樹脂層の間にす
べり押力が集中して働いた場合にも樹脂層が弾性層から
一部剥離するという現象はほとんど生じない０本発明者
等の実験によると１本発明に従った定着用弾性ローラは
紫外線硬化型シリコーン被膜層を有さない従来のローラ
に比し、約３０〜５０％程度優れた密着力を有している
ことが分かった。

従って１本発明に従った定着用ローラは耐久性が大きく
向上し２０万枚〜３０万枚以上の通紙に充分耐えること
ができる。

以下、本発明について、実施例及び比較例を挙げて更に
詳しく説明する。

見施遭」 外径３８．９ｍｍに仕上げされたアルミニウム製の芯金
２を用意し、その表面をサンドブラスト処理して脱脂し
、乾燥させた。該芯金２上にプライマーを塗布し、その
上にシリコーンゴムと充填材とをよく混練し、シート状
とされたシリコーンゴム弾性材を巻付けた。該ローラを
１７０℃、３０分間にてプレス加硫し１次いで２００℃
、１時間にてポストキュアを行ないシリコーンゴムロー
ラを作製した。この時、シリコーンゴム層は０゜５ｍｍ
厚とされた。該加硫成型したシリコーンゴムローラのシ
リコーンゴム層（熱伝導度１．４×１０−’　〜１　、
５Ｘ　Ｉ　０−３）　（７）表面を粗さｌｏ〜２０ｇｍ
程度に粗面化し、且つ中央部が両端部に対して１００ｇ
ｍ程度の逆クラウン形状となるように研摩した。

このようにして、粗面化されたゴムローラ表面に、紫外
ＭＡ硬化型シリコーン（商品名ＫＪＣ〜８６５０３　：
信越化学株式会社製）を充分に攪拌後、１００〜１８０
メツシユのフィルターでろ化した後、スプレーガンにて
該ゴムローラを回転させながら塗装した。使用したスプ
レーガンのガン口径は１．３ｍｍ、空気圧は２〜３ｋｇ
／ｒｎ’であり、ストローク８２〜３回をめどに、約５
０ｐＬｍ厚の塗膜を形成した。その後６０℃の熱風にて
３分間乾燥し１次いで２　Ｋ　Ｗ　／　ｃ　ｍの高圧水
銀等下１００ｃｍの所で、約６秒間紫外線照射を行ない
、シリコーンを硬化せしめ膜厚２〜５ｐｍの紫外線硬化
型シリコーン被膜層を形成した。

前記紫外線硬化型シリコーン被膜層の上に、未焼成のＰ
ＴＦＥ　（４弗化エチレン樹脂）ディスパージョン（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
）を、ゴムローラ全長にわたってスプレー塗装により均
一厚に塗布し、室温にてわずかに乾燥せしめた。

以上のようにして均一膜厚に塗られ、乾燥された弗素樹
脂ディスパージョンは、誘電加熱装置にて焼成された。

使用した誘電加熱装置は、第４図に図示される構成とさ
れるが、簡単に説明すると、誘電加熱と赤外線外部加熱
を併用した加熱方式を採用しており、マグネトロン１０
５と、マグネトロン１０５から発生した高周波（９５０
ＭＨｚ　〜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１０３
を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反射笠付赤外線ランプ１１１とを有
する。

樹脂容器１０２内には、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
駆動によって回転可能に設けられる。この容器は支点１
０Ｂを中心に上下が開閉でき、上部に把手１０９が、下
部にローラｌの７ランジＩＡを位置決めするアーム１０
７が、夫々固設されている。

駆動手段１０４と、マグネトロン１０５と、赤外線ラン
プ１１１との作動は制御手段１１０にて制御される。

定着ローラｌは内部にシリコーンゴム層４を。

表面に弗素樹脂ディスパージョン６を、又中間に紫外線
硬化された中間シリコーンゴム層５を有しているため、
高周波はシリコーンゴム層４よりも比誘電率が大きいデ
ィスパージョン６中に多量に吸収される。従って、弗素
樹脂デスバージョンは高周波、赤外線及び恒温層による
加熱で急激に高温化され、３５０℃〜３８０”Ｏに加熱
される。この時シリコーンゴムＭ４は高周波吸収率が小
さいために、又中間シリコーン被膜層５が耐熱保ｉＩ層
として作用するためにディスパージョンはど高温化され
ず２４０〜２８０℃程度の温度以下に加熱される。

斯る方法によって実質的にシリコー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、２４０℃〜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３５０℃〜３８
０℃の焼成温度）が５分〜１０分程度与えられた。

前記焼成を行なった後、ローラを急冷した。この急冷に
よってシリコーンゴムローラ上に結晶化度が９２％で引
張強度１２０ｋｇ／ｃｒｎ’、水に対する接触角１１０
度の樹脂特性を示す焼成弗素樹脂表層６が、ゴムローラ
に対して強力な密着状態（重着強度２５〜１８０　ｇ７
１０ｍｍｍ）で、しかも十分厚く１本実施例で１５Ｂｍ
の厚さで形成された。

！Ｊｕｌノ 外径が２７．８６ｍｍの鉄製芯金１２を使用した以外は
実施例１と同様にしてシリコーンゴムの弾性加圧ローラ
１０をそれぞれ作製した。但し。

シリコーンゴムから成る弾性層１４の厚さは６ｍｍであ
り、紫外線硬化型シリコーン被膜層は膜厚２〜５ルｍ、
外被とされる弗素樹脂層１６はＰＦＡ樹脂粉末を２０ｇ
ｍ厚に塗布し、外径４０ｍｍの弾性加圧ローラとされた
。

芯金１２上への内部弾性層１４、紫外線硬化型シリコー
ン被膜層１５、外被樹脂離型層１６の形成方法は前記実
施例１．２と同様とされた。

木発明者等の実験の結果、本実施例の加圧弾性ローラ１
０も実施例１の定着弾性ローラ１と同様の件部を示した
。

上記定着ローラ及び加圧ローラを使用して、紙送りスピ
ード２００ｍ／ｓｅｅ、紙送り枚数３０枚／Ａ４・分の
条件で油紙耐久試験を行なったた、試験の結果、加圧ロ
ーラ及び定着ローラは３０万枚通紙しても異常はみられ
なかった。

以上説明したように本発明では外被弗素樹脂層と内部ゴ
ム層の間に紫外線硬化型シリコーン被膜層を設けたため
に、内部ゴム層が熱的に損傷を受けることもなく、且つ
外被弗素樹脂層と内部ゴム層の間に強固な密着力を有す
るという構成とされるために、２０万以上の通紙耐久に
は充分耐えることができ、更には３０万枚以上の通紙耐
久によっても優れた離型性、定着力を維持し、弗素樹脂
層の剥離も生じない。

又、ゴム層としてシリコーンゴムを用いた場合には、ゴ
ム硬度としては３０度以上、８０度以下が好ましく、伸
びが１５．０％以上であり、且つ１００％伸び応力が１
０　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ’以上であり充分なゴム弾性
を有していることが必要な条件となる。特にゴム層の反
撥弾性率は、本発明を定着ローラ等に利用した場合には
６５〜８５％が好ましい。

本発明は、上記実施例の他に、クリーニングローラ、Ｓ
型剤供給用ローラ等に利用することもでき、又、第５図
に図示されるように、ベルト状とすることもできる（例
えば転写同時定着用の中間ベルト）、特に、離型層とし
て弗素樹脂を使用した場合には＃ｉ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（但し、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
クリーニングを行なう）、弾性によらない効果によって
離型材の均一塗布や転ムラを防止し、耐摩耗性に優れた
利点を夫々の用途でも発揮することができる。

又」Ｌり」１里 本発明は以上の如くに内部弾性層と外被弗素樹脂層との
間に紫外線硬化型シリコーン被膜層を設けた構成とされ
るために、内部弾性層と外被弗素樹脂層との密着強度が
増大し、耐久性が向上するという効果がある。又、本発
明に従えば弾性層として材料の選択に輻ができ、より安
価な材料の使用を可能とするという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明に係る弾性回転体及びそれを有する定
着装置の一実施例の断面図である。 第２図は、第１図の定着ローラの部分拡大説明図である
。 第３図は、従来の定着ローラの断面図である。 第４図は、定着用ローラの製造装置の一実施例の断面図
である。 第５図は１本発明に係る弾性回転体の他の実施例の断面
図である。 ｌ：定着ローラ ４．１４：弾性層 ５．１５：紫外線硬化型シリコーン被 膜層 ６．１６：外被樹脂層（離型層） ｌＯ：加圧ローラ 第１図 第２図 第３図 Ｚ 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内部に形成された耐熱性弾性層と、該弾性層の外層
   として形成され紫外線硬化型シリコーン被膜層と、外被
   として形成された弗素樹脂を含む離型層とを有すること
   を特徴とする弾性回転体。 ２）耐熱性弾性層はシリコーンゴムで形成される特許請
   求の範囲第１項記載の弾性回転体。 ３）耐熱性弾性層の上にシリコーン被膜層を紫外線硬化
   により形成し、更に該シリコーン被膜層の上に弗素樹脂
   を含む離型層を焼成して形成することを特徴とする弾性
   回転体の製造法。 ４）焼成工程は誘電加熱により行なう特許請求の範囲第
   ３項記載の製造法。 ５）耐熱性弾性層はシリコーンゴムで形成される特許請
   求の範囲第３項又は第４項記載の製造法。