JPS6370879A - 弾性回転体及び定着装置 - 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】 −１デ 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ｒ＆装置において使用される弾性回転体に関する
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
回転体に関するものであり、又該弾性回転体は定着装置
の定着用ローラとして特に有効に使用される。従って、
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。

の　　　　　　び　。　　　へ 従来、電子写真複写装鐙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、ＲＩ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２ａに弾性層４ａを設け、更に該弾性層４ａの上表
面に樹脂層６ａ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１ａが提案されている。断る定着ロー
ラでは、弾性層はシリコーンゴム又は弗素ゴムとされ、
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用ローラは、単にシリコーンゴム
のみより成る定着用ローラに比較して搬送性、離型性、
耐摩耗性、定着性及び耐久性等において良好な性能を示
すものではあるが、定着性及び弾性の点で満足し得るも
のではない、つまり、従来の第３図に図示する如き定着
用ローラｌａはトナー像を加圧して熱を伝達する際の熱
伝達速度が遅く、又適度な弾性を有していないためにト
ナー像の凹凸に対しての馴染みが少なくトナー像の内部
への熱の伝達が十分に達成されず、所謂、低温オフセッ
トが発生していた。又、トナー像への熱伝達を良好とす
べく、定着ローラのトナー像への押圧力を大とすればト
ナー像が潰され、画像の品質を劣化する原因となった。

更に、斯る従来の定着用ローラでは主としてローラの弾
性等に起因する搬送定着１時の転写材のカールの問題、
更には高湿環境下においての転写材のシワの問題が発生
し、これら問題の早急な解決が切望されている。

木発明者等は、上述のように数多くの利点と同吟に問題
点−をも有する、弾性層の上に樹脂層を有した弾性回転
体を更に良好なものとす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弾性体層を熱伝導性の良好
な第１の弾性体層と、該第１の弾性体層の外層として形
成された熱絶縁性の良好な第２の弾性体層とにて構成し
、更に、前記第１弾性体層、第２弾性体層及び樹脂層は
その層厚が順次小さくなるように形成することによって
搬送性、＃型性、耐摩耗性及び耐久性を維持したまま良
好な定着性及び適度の弾性を提供し、斯る弾性回転体を
特に定着装置に使用した場合には、低温オフセット及び
画像潰れのない、つまり定着性及び画像性の良好な高品
質の画像を得ることができ、且つ転写材のカール及びシ
ワの発生を大幅に低減し得ることを見出した。

本発明は斯る新規な知見に基づきなされたものである。

＾ＪＥＩＬ節 従って１本発明の目的は、紙等のシート状被搬送物の搬
送性、ＡＩ型性、耐摩耗性及び耐久性は勿論のこと、特
に定着装置用として使用した場合の定着性及び画像性が
良好な弾性回転体を提供することである。

本発明の他の目的は、低温オフセット及び画像潰れをな
くし定着性及び画像性が良好であり、又、搬送定着され
る転写材のカール及びシワの発生を大幅に低減した定着
装置を提供することである。

、　占　　　　るた 上記目的は、本発明に係る弾性回転体及び定着装置にて
達成される。要約すれば本発明は、内方に形成された熱
伝導性の良好な第１の弾性体層と、該第１の弾性体層の
外層として形成された熱絶縁性の良好な第２の弾性体層
と、°外被として形成された樹脂層とを有し、且つ前記
第１弾性体層、第２弾性体層及び樹脂層はその層厚が順
次小さくなるように形成された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、第１
及び第２弾性体層はシリコーンゴム又は弗素ゴムで形成
され、外被樹脂層は弗素樹脂で形成される。

更に１本発明によると、前記弾性回転体を加熱用弾性回
転体及び加圧用弾性回転体に使用した定着装置が提供さ
れる。

１崖１ 次に本発明に係る弾性回転体及び定着装置を図面に即し
て更に詳しく説明する。

第１図及び第２図は１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。

定着装置は、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と接する加熱ローラ１と、該加熱ローラｌ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。

加熱ローラ１及び加圧ローラ１０は同様の構成とされ、
芯金２．１２、第１の弾性体層４．１４゜第２の弾性体
層５．１５及び離型層としての外被樹脂Ｍ６．１６から
成る。前記第１の弾性体層４．１４は熱伝導性の良好な
材料にて形成され、又第２の弾性体層５，１５は熱絶縁
性の良好な材料にて形成される。

定着装置には、加熱ローラ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、及び加
熱ローラｌ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。

更に説明すれば、加熱ローラ１は、アルミ等の熱伝導の
良好な芯金２上に弗素ゴム又はシリコーンゴムにて形成
された第１の弾性体層４（本実施例では熱伝導率０　、
８　Ｘ　１０−３ｃａｌ　ａ　ｃ＋ｓ／５ｅｅｓ　ｃゴ
・℃以上、層厚０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ）が形成される
。該第１の弾性体層４上には該第１の弾性体層よりも薄
層とされる第２の弾性体層５（本実施例では熱伝導率０
　、４　Ｘ　１０−３ｃａｌ　＠ｃ鵡／５ｅｃａ　ｃ　
ｍ’　嗜’Ｃ以下１層厚０．０５ｍｍ−０，５ｍｍ）が
形成される。

次いで、第２弾性体層５の上に樹脂層６が設けられる。

該樹脂層６はＰＦＡ樹脂（４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
実施例で層厚は５ルｍ　〜３５ｇｍ、Ｉｌ＊強度は５０
　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ″以上される。

加圧ローラ１０について言えば、該加圧ローラ１０は上
記加熱ローラ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、弗素ゴム又はシリコーンゴム第
１の弾性体層１４（本実施例では熱伝導率０　、８　Ｘ
　１０−’ｃａｌ　＠ｃｍ／５ｅｅｓＣｒｒ１１・℃以
上、層厚３　ｍ　ｍ　〜１’　Ｏｍ　ｍ　）が形成され
る。該第１の弾性体層１４上には該第１の弾性体層より
も薄層とされる第２の弾性体層１５（本実施例では熱伝
導率０　、４Ｘ　１０−’ｃａｌ　ｍ　ｃｍ／ｓｅｅ・
ｃｒｒＩｌ・℃以下１層厚０．０５ｍｍ　〜１．０ｍｍ
）が形成され、更に、該第２弾性体層１５の上に樹脂層
１６が設けられる。該樹脂層１６はＰＦＡ樹脂（４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、本実施例で層厚は５ＪＬｍ〜３５ｇ
ｍ、膜強度は５０　ｋ　ｇ　／　ｃゴの以上とされる。

上記加熱ローラｌ及び加圧ローラ１０は、左右対称とさ
れ、且つ好ましくは、加熱ローラ１０（又は加圧ローラ
１０）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、本発明の弾性回転体は、弾性体層を熱伝
導性の良好な第１の弾性体層と、該第１の弾性体層の外
層として形成された熱絶縁性の良好な第２の弾性体層と
にて構成し、更に、前記第１弾性体層、第２弾性体層及
び樹脂層はその層厚が順次小さくなるように形成される
ために１表層の樹脂層にて搬送性、離型性、耐摩耗性及
び耐久性を確保し、下層の第１及び第２弾性体層にて適
度の弾性及び熱伝達速度を実現することにより、良好な
定着性及び画像性を提供し更にはカール、シワの発生を
大幅に低減することが可能となつた。

次に、上記構成の加熱ローラ１及び加圧ローラ１０の製
造方法について説明する。

加熱ローラ１を製造するに際し、先ず中央部の外径が５
８．３ｍｍ（肉厚６．５ｍｍ、逆クラウンｉｌ１５０ｇ
ｍ）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、その上に熱伝導性
の良好な熱加硫型シリコーンゴムシート（熱伝導率１，
５ｘｌＯ−３ｃａｌ　ａ　ｃｔｉ／ｓｅｃ＊　ｃ　ｍ’
　ａ　’Ｏ）を巻付け、１６０℃で３０分間プレス加硫
した後、ゴム肉厚０．４ｍｍの厚さに研削成形しシリコ
ーンゴムローラを作製した。

次いで、前記シリコーンゴムローラの上に熱絶縁性の良
好な熱加硫型シリコーンゴムシート（熱伝導率０　、３
Ｘ　Ｉ　Ｏ−’ｃａｌ　＊ｃｍ／５ｅｃａｃ　ｒｎ”＊
”ｃ）を巻付け、１７０℃で３０分間プレス加硫した後
、１８０℃で１５分間、２００℃で３０分間、２２０℃
で１時間の２次加硫を行なった。その後、トータルのゴ
ム肉厚０．５ｍｍ（即ち第２弾性体層の厚みは０．１ｍ
ｍ）の厚さとなるように研削成形した。

次いで、このようにして作製されたシリコーンゴムロー
ラの上に、ＰＦＡ粉末を２０ｇｍ厚にスプレー塗布し、
芯金を熱絶縁性部材でマスキングし且つ該芯金の内部を
空冷しなからＰＦＡ表層を３４０℃で３０分間赤外線加
熱してＰＦＡ塗膜を焼成した後、急冷した。前記焼成を
行なった後の急冷によってシリコーンゴムローラ上に結
晶化度が９５％以下で引張強度５０　ｋ　ｇ　／　ｃ　
ｔｎ’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。

上述にて理解されるように、本発明に係る弾性回転体を
製造するに当り重要なことは、樹脂層は未焼成の樹脂材
が第２弾性層上に塗装された後に焼成されるが、該焼成
時に少なくとも第１Ｉ３ＩｔＩ性体層が、該弾性体層を
形成する材料の耐熱温度よりも低い温度下に維持される
ことである。

該弗素樹脂層の焼成は、誘電加熱を利用しても好適に実
施し得る。好適に使用し得る誘電加熱装置の一実施例が
第４図に図示される。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１０５と、マグネトロン１０５から発生した高
周波（９５０Ｍ　Ｈｚ　〜２４５０　Ｍ　ｈ　ｚ　）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１
０２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
０８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のフランジ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。

加熱ローラｌは内部にシリコーンゴム層４．５を１表面
に弗素樹脂コーティング層６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弗素樹脂
コーティング層６中に多量に吸収される。従って、弗素
樹脂層６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℃にて１５分の加熱で完
全に焼成される。前記焼成を行なった後、ローラは急冷
される。上記実施例において１表層の弗素樹脂としては
ＰＴＦＥ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）を用いるのが好適で
ある。

このように誘電加熱を利用すれば、エネルギの損失を小
さくすることができ、又・、下層の弾性体層への熱のア
タックを最小限に留めること力くできる。

加圧ローラ１０は上記加熱ローラ１と同様の方法にて製
造される。芯金１２は鉄製芯金とされたが、第１及び第
２弾性体層１４．１５並びに樹脂層１６には加熱ローラ
１と同じ材料を使用し、ただ層厚は第１９１性体層１４
が６ｍｍ、第２弾性体層１５が０．１ｍｍ、樹脂層１６
が２０ｇｍとされ、ローラ外径は加熱ローラｌと同じと
された。

木発明者等の実験の結果、本実施例の加熱ローラｌ及び
加圧ローラ１０は、弗素樹脂層焼成形成後に第２弾性体
層５．１５の反発弾性率が減少する等のゴムの劣化が確
認されたが、第１弾性体層４．１４はゴム劣化が殆ど見
られず、全体的には焼成前のゴム特性と大略同様の所望
のゴム特性（反発弾性等）を得ることができた。又、表
層の弗素樹脂ＰＦＡ又はＰＴＦＥ層６．１６も完全に焼
成されており、非常に良好な離型性、耐摩耗性及び弾性
体層との接着性を示した。

上記加熱ローラ及び加圧ローラを使用して、加熱ローラ
１の表面温度を１８０℃に制御しながら、紙送りスピー
ド２００　ｍ　／　ｓ　ｅ　ｃ、紙送り枚数３０枚／Ａ
４・分の条祥で定着及び耐久試験を行なった。１５℃の
環境下での試験では、良好な定着性を示し、又オフセッ
トの発生は従来の装置の優れたものに比較しても５分の
１以下に減少され、クリーニング部材の交換期を５倍以
上に延命できた。又、３２．５℃、８５％の環境下の試
験では、搬送定着される転写紙にシワの発生が全くなく
、且つカールも非常に少なく、ソータ等への紙の積載性
も良好であった。更に、画像の潰れも殆んどなく高画質
の画像が得られた。

上記状態は、加圧ローラ及び加熱ローラに３０万枚通紙
しても維持され、更に５０万枚通紙定着を行なっても異
常はみられなかった。

以上説明したように本発明に従えば弾性体層が、芯金に
隣接して設けられた熱体゛導性の良好な第１弾性体層と
、該第１弾性体層の上に設けられた熱絶縁性の良好な第
２弾性体層とにて形成されるために、樹脂層焼成時に第
２弾性体層は熱アタックを受けるが、より内部の第１弾
性体層は第２弾性体層が熱絶縁性が良好なために第１弾
性体層が熱的に損傷を受ける程度が緩和され、且つ外被
弗素樹脂層と内部弾性体層との間に強固な密着力が形成
されるという構成とされるために、３０万以上の通紙耐
久には充分耐えることができ、更には５０万枚以上の通
紙耐久によっても優れた離型性、定着力を維持し、弗素
樹脂層の剥離も生ぜず、又画像性も良好である。

又、本発明に従えば、第１弾性体層の肉厚が第２弾性体
層と比較して厚いため第２ｇｓ性体層がゴム劣化を生じ
ても全体的には大略所望のゴム特性（反発弾性等）を得
ることができる。又、加熱ローラ１及び加圧ローラ１０
を定着装置に装着して作動させた場合第１弾性体層が熱
伝導が良好なため内部から外部への熱抵抗が少なく定着
性及び耐久性に有利な結果が得られた。

本発明者等の研究実験によると、第１弾性体層の熱伝導
率は０　、８　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’ｃａｎ　・ｃｔａ／ｓｅ
ｃ＊−ｃ　ｍ″℃以」二であり、又第２弾性体層の熱伝
導率は０゜４ＸＩＯ−３Ｃａ文ａ　ｃｍ／ｓｅｃ　ｍ　
ｃ　ｒｎ’　”Ｃ以下であることが好ましい、更に、各
層の厚さは、（第１弾性体層）〉（第２弾性体層）〉（
樹脂層）のとき良好な結果が得られ、更に好ましくは、
（第１９Ｉｌ性体層）　＞２Ｘ　（第２弾性体層）であ
り且つ（第１弾性体層）＋（第２弾性体層）　＞６Ｘ　
（樹脂層）である。

本発明は、上記実施例の他に、クリーニングローラ、離
型剤供給用ローラ等に利用することもでき、又、・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、樹脂層として弗素樹脂を使用した場合
には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（但し、クリーニングローラとしては１
表面エネルギー順位等でのクリーニングを行なう）、弾
性によるならい効果によって離型材の均一塗布や転写ム
ラを防止し、＃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。

本発明に従えば、内部弾性層としてはシリコーンゴム、
弗素ゴムの外に、耐熱性としてはより低レベルにあるＥ
　ＰＤＭ等の使用も可能とされる。

λ」Ｌ９」Ｌ釆 本発明は以上の如くに弾性体層が熱伝導性の良好な第１
弾性体層と、熱絶縁性の良好な第２弾性体層とにて形成
されるために、樹脂層焼成時に第２弾性体層は熱アタッ
クを受けるが、より内部の第１ｑａ性体歴は第２９３１
性体層のために熱的損傷を受ける程度が緩和され、且つ
外被弗素樹脂層と内部弾性体層との間に強固な密着力が
形成され、十分な耐久性と共に優れた離型性、定着力を
維持することができる。

又、本発明に従えば、第１弾性体層の肉厚が第２弾性体
層と比較して厚いため第２弾性体層がゴム劣化を生じて
も全体的には所望の適度のゴム特性（反発弾性等）を得
ることができ、又、加熱ローラ及び加圧ローラを定着装
置に装着して作動させた場合第１弾性体層が熱伝導が良
好なため内部から外部への熱抵抗が少なく定着性及び耐
久性に有利な結果が得られた。更に、本発明の定着１ｉ
、Ｍは、搬送定着されるカール、シワ、低温オフセット
といった問題を全て解決し、定着性及び画像性に優れて
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１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図の加熱ローラの部分拡大説明図である
。 第３図は、従来の加熱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。 １：加熱ローラ ４．１４：第１弾性体層 ５．１５：第２弾性体層 ６．１６：樹脂層 １０：加圧ローラ 第１図 第２図 第３図 ａ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内方に形成された熱伝導性の良好な第１の弾性体層
   と、該第１の弾性体層の外層として形成された熱絶縁性
   の良好な第２の弾性体層と、外被として形成された樹脂
   層とを有し、且つ前記第１弾性体層、第２弾性体層及び
   樹脂層はその層厚が順次小さくなるように形成されたこ
   とを特徴とする弾性回転体。 ２）第１及び第２弾性体層はシリコーンゴム又は弗素ゴ
   ムで形成され、外被樹脂層は弗素樹脂で形成される特許
   請求の範囲第１項記載の弾性回転体。 ３）未定着像を転写材又は記録材に定着するために弾性
   回転体を有した定着装置において、前記弾性回転体は、
   内方に形成された熱伝導性の良好な第１の弾性体層と、
   該第１の弾性体層の外層として形成された熱絶縁性の良
   好な第２の弾性体層と、外被として形成された樹脂層と
   を有し、且つ前記第１弾性体層、第２弾性体層及び樹脂
   層はその層厚が順次小さくなるように形成されたことを
   特徴とする定着装置。 ４）第１及び第２弾性体層はシリコーンゴム又は弗素ゴ
   ムで形成され、外被樹脂層は弗素樹脂で形成される特許
   請求の範囲第３項記載の装置。