JPS6371874A - 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】 °−の 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　。

従来、電子写真複写装置等の画像形ｙ１を装置において
、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。斯る定着ロー
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情を示す
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１ａ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。

本発明者等は、上述のように数多くの利点と同時に問題
点をも有する、弾性層の上に樹ｍＭ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
弾性体層とし、該弾性体層の内層として熱伝導性の良好
な第１プライマー層を、又該弾性体層の外層として熱絶
縁性の良好な第２のプライマー層を形成し、該第２プラ
イマー層の外側に外被として樹脂層を形成することによ
って搬送性、離型性、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
及び画像漬れのない、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、且つ被定着材である転
写材、記録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。

立」ＬＬ」Ｌの 従って１本発明の目的は、紙等のシート状被搬；″４　
ルー　め　妬−存　にト　　　愈１刑　妊　　　−ｉ　
窄　扛徊＆’ｌＪ＆Ｆメーー　々　セト　１士　りｎ論
のこと、特に定着装置用として使用し二横合の定着性及
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、画像漬れをなく
し定着性及び画像性を向上せしめ、又。

搬送定着される転写材、記録材等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。

ｐ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
伝導性の良好な弾性体層と、該弾性体層の内層として形
成された熱伝導性の良好なｗＳｉプライマー層と、該弾
性体層の外層として形成された熱絶縁性の良好な第２プ
ライマー層と、該第２プライマー層の外側に外被として
形成された樹脂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１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、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等に使用した定着装置が提供
される。

１盈３ 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未定着の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。

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のプライマー層３、弾性体層４．１
４、第２のプライマー層５．１５及び離型層としての外
被樹脂層６．１６から成る。

前記弾性体層４，１４は熱伝導性の良好な材料にて形成
され、又弾性体Ｒ４，１４の内層として形成された第１
プライマー層３，１３は熱伝導性の良好な材料で形成さ
れ、該弾性体層４．１４の外層として形成された第２プ
テイマ一層５．１５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。

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上に熱伝導性が良好なシリコン系の第１プ
ライマー層３（好ましくは熱伝導率０　、６Ｘ　ｌ　Ｏ
−’ｃａｌ　ｅｃｍ＃ｅｃｅｃ　ｒｒｌ＊”０以上。

層厚２〜３ｏｇｍ）が形成される。該第１プライマー層
３の上に熱伝導性の良好な弗素ゴム又はシリコーンゴム
にて形成された弾性体層４（好ましくは熱伝導率０．８
ＸｌＯ″″’ｃａ　ｌ　ｍ　ｃｍ／５ｅｃｔ　ｃ　ｒｎ
’−℃以上、層厚０．３ｍｍ　〜２．０ｍｍ）が形成さ
れる。該弾性体層４上には熱絶縁性が良好なシリコン系
又は弗素系の第２のプライマー層５（好ましくは熱伝導
率０．４Ｘ１０″″３ｃａ　ｌ　＠ｃｍ／ｓｅａ・ｃ　
ｒｎ’　Φ℃以下、層厚５〜６０牌ｍ）が形成される。

次いで、第２プライマー５の上に樹脂層６が設けられる
。該樹脂層６はＰＦＡ樹脂（４弗化工チレンｍｓ−パー
フロロアルコキシエチレン樹脂の共重合体’）、ＰＴＦ
Ｅ樹脂（４弗化エチレン樹脂）等の弗素樹脂で作製され
、好ましくは層厚は５μｍ〜３５ｇｍ、ｔｌ！強度は５
０　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ”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ｌＯ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、該芯金１２上に熱伝導性が良好
なシリコン系の第１プライマー層１３（好ましくは熱伝
導率０．６Ｘ１０−’ｃａ　１　ａ　ｃｍ／５ｅａｓ　
ｃ　ｍ”　ｅ　”０以上、層厚２〜３０ｇｍ）が形成さ
れる。該第１プライマー層１３の上に熱伝導性の良好な
弗素ゴム又はシリコーンゴムにて形成された弾性体層１
４（好ましくは熱伝導率０．８Ｘ１０−’ｃａｌ　番ｃ
ｍ／ｓｅｃ拳ｃｒｆ＊”０以上。

層厚３ｍｍ−１０ｍｍ）が形成される。該弾性体層１４
上には熱絶縁性が良好なシリコン系又は弗素系の第２の
プライマー層１５（好ましくは熱伝導率０．４Ｘ１０″
″’ｃａｌ　＠　ａｓ／ｓｅｃ＠ｃゴー”Ｏ以下、層厚
５〜６０ｇｍ）が形成される。

次いで、第２プライマー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
ｅ　バ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、好ましくは層厚は５　ｇ、ｍ〜３５　ｕＬｍ、
　！Ｉ強度は５０　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ”以上とされる
。

上記加熱ローラ１及び加圧ローラｌＯは、左右対称とさ
れ、且つ好ましくは、加熱ローラ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、本発明の弾性回転体は、９１１性体層を
熱伝導性の良好な弾性体層とし、該弾性体層の内層とし
て熱伝導性の良好な第１プライマー層を、又該弾性体層
の外層として熱絶縁性の良好な第２のプライマー層を形
成し、該第２プライマー層の外側に外被として樹脂層を
形成するために、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、下層の弾性体層並びに第１
及び第２プライマー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
なった。

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％逆クラウりｉｆ　５０μ
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上に熱伝導率０　、８Ｘ　Ｉ　Ｏ−’ｃａｌ
　＊ｃｍ／ａｅｃ＊ｃ　ｄａ　”Ｏノシリコン系のプラ
イマーを７．ｃｍ厚にて塗布し、１２０℃で２０分間加
熱した後、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　、５Ｘ　ｌ　Ｏ””ｃａｌ
　＊ｃｍ／ｓｅｃ＠ｃ　ｒｎ”働’０）を巻付け、１６
０℃で３０分間プレス加硫した後、ゴム肉厚０．５ｍｍ
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層に熱絶縁性の
良好な弗素系のプライマー（熱伝導率０　、２Ｘ　１０
−”ｃａｌ　＊ｃｓ／ｇｅｅｓｅ　ｒｎ”＊”ｃ）を１
５ｇｏｎ厚にて塗布した後、ＰＦＡ粉末を２０絡ｍ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がら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　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。

上述にて理解されるように１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ブライマー暦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弾性体層が、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（９５０Ｍ１４ｚ　〜２４５０Ｍｈｚ）を伝波する
導波管１゜６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室＄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Ｉｌｌとを有する。

樹脂容器１０２内には、定着ローラｌの中空内に空気流
を発生するファン１００と、容器１０２内ζき償襠ル塁
出十スフフッ１０！し　バ土り爵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１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暦４．５を、表面
に弗素樹脂コーティング暦６を有しているため、高周波
はシリコーンゴムＭ４よりも比誘電率が大きい弗素樹脂
コーティングＭＪ６中に多量に吸収される。従って、弗
素樹脂Ｊ！Ｊ６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、３４
０℃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
、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。

このように訓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ができる。

加圧ローラ１０は上記加熱ローラｌ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１弾性体層１
４．第１及び第２プライマー層１３．１５並びに樹脂層
１６には加熱ローラｌと同じ材料を使用し、ただ層厚は
第１プライマーＷＩ１３が７１Ｌｍ、弾性体層１４が６
ｍｍ、第２プテイマ一層１５が１５終ｍ、樹脂層１６が
２０終ｍとされ、ローラ外径は加熱ローラ１と同じとさ
れた。

本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弾性体層４
．１４はゴム劣化が殆ど見られず、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暦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
ｌの表面温度を１８０℃に制御しながら１紙送りスピー
ド２００ｍ／ｓｅｃ、紙送り枚数３０枚／Ａ４・分の条
件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１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
常はみちれなかった。

以上説明したように本発明に従えば弾性体層の内層及び
外層に、つまり、芯金に隣接して熱伝導性の良好な第１
プライマー層と、該弾性体層のＪ：に熱絶縁性の良好な
第２プライマー層とを有しているために、樹脂層焼成時
に第２プライマー層は熱アタックを受けるが、より内部
の第１弾性体暦は第２プライマー層が熱絶縁性が良好な
ために熟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
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、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−ＪＩ等の研究実験によると、第１プライマー層
の熱伝導率が０．６Ｘ１０″″’Ｃａ文−Ｃ■／ｓｅｅ
・ｃｒｎ”０以上、弾性体層の熱伝導率が０．８Ｘ１０
″″’　ｃａｎ　＋　ａｍ／５ａｃｓ　ｃ　ｔｙ？　’
Ｏ以上（更に好ましくは１　、２　Ｘ　Ｉ　Ｏ＝ｃａｊ
ｌ　＠　ｃｍ／５ｅｃ１１ｃゴ℃以上）、第２プライマ
ー層の熱伝導率が０　、４Ｘ　１０−’ｃａΩｍ　ｃｍ
／ｓｅｃ　＊　ｃ　ｒｎ”　”０以下（更に好ましくは
０．２５Ｘ　１０−’ｃａｊｌ　＊　ｃｓ＃ｅｃ＊　ｃ
　ｒｆ”ｃｊ以下）であり、更に、各層の厚さが、（弾
性体層）〉（第２プライマー層）〉（第１プライマー層
）、且つ（９１性体層）　＞６Ｘ　（樹脂層）である場
合に特に良好な結果が得られた。

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
は離型性と弾性を愉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）１弾性
によるならい効果によってＳ型材の均−Ｐ１１１ａ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−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。

ｍ丸１ 本発明は以上の如くに弾性体層の内層及び該層として熱
伝導性の良好な第１プライマー層と、熱絶縁性の良好な
第２プライマー層とを有するために、樹脂層焼成時に第
２プライマー層は熱アタックを受けるが、より内部の弾
性体層は第２プライマー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、外被樹脂層の焼成による弾性体層
の劣化がなく、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、加圧ローラを定着装
置に装着して作動させた場合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、本発明の定着装置は、
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】

ＷＳ１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 ３．１３：第１プライマー層 ４．１４：９１性体層 ５．１５：第２プライマー層 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弾性体層と、該
   弾性体層の内層として形成された熱伝導性の良好な第１
   プライマー層と、該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プライマー層と、該第２プライマー
   層の外側に外被として形成された樹脂層とを有すること
   を特徴とする弾性回転体。 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、該弾性回転体は、内
   方に形成された熱伝導性の良好な弾性体層と、該弾性体
   層の内層として形成された熱伝導性の良好な第１プライ
   マー層と、該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プライマー層と、該第２プライマー層の外
   側に外被として形成された樹脂層とを有することを特徴
   とする定着装置。 ４）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。