JP2000305396A

JP2000305396A - フッ素樹脂被覆弾性加圧ローラおよび加熱定着装置

Info

Publication number: JP2000305396A
Application number: JP2000041067A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kishino; 一夫岸野; Hideo Kawamoto; 英雄川元; Osamu Saotome; 修五月女; Yuji Kitano; 祐二北野; Masaaki Takahashi; 正明高橋; Masato Yoshioka; 真人吉岡; Yasumasa Otsuka; 康正大塚; Toshihiko Ochiai; 俊彦落合; Kenji Karashima; 賢司辛島; Akira Hayakawa; 亮早川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】低温低湿下でかつ間欠運転条件下でも、紙粉
付着に起因するトナー汚れのない加圧ローラの提供と、
該加圧ローラの長期間使用においても、信頼性の高いフ
ィルム加熱定着装置を提供することを課題とし、更に炭
カル紙の通紙時においても加圧ローラのトナー汚れを防
止すること。【解決手段】芯金上に少なくともゴム弾性層／接着層
／フッ素樹脂離型層が順次積層されたフッ素樹脂被覆弾
性加圧ローラにおいて、該ローラ表面のマイクロゴム硬
度が５０°以下、表面粗さが３μｍ以下、および水との
接触角が１０５°以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機・ＬＢＰ等
の電子写真画像形成装置に用いられる加圧ローラおよび
加熱定着装置に関するものである。更に詳細には、記録
材を搬送するために、記録材を挟持するローラに関する
ものであり、特に電子写真方式や静電記録方式といった
記録方式における記録材上にトナーを永久固着するため
に用いられる加熱定着方式に使用される加圧ローラに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真方式の複写機、プリンタ
ー等の多くは定着手段として熱効率、安全性の良好な接
触加熱型の熱ローラ定着方式や、省エネルギータイプの
フィルム加熱方式を採用している。

【０００３】熱ローラ定着方式の加熱定着装置は、加熱
用回転体としての加熱ローラ（定着ローラ）と、圧接さ
せた加圧用回転体としての弾性加圧ローラとを基本構成
とし、この一対のローラを回転させて該ローラ対の圧接
ニップ部（定着ニップ部）に、未定着画像（トナー画
像）を形成担持させた被加熱材としての被記録材（転写
材シート・静電記録紙・エレクトロファックス紙・印字
用紙等）を、導入して圧接ニップ部を挟持搬送通過させ
ることにより、加熱ローラからの熱と圧接ニップ部の加
圧力によって未定着画像を被記録材面に永久固着画像と
して熱圧定着させるものである。

【０００４】ここで用いられる弾性加圧ローラとして
は、円柱あるいは円筒芯金上に、弾性層を形成し、その
外周面にトナー離型層としてのフッ素樹脂層を成膜した
ものが多く用いられる。転写材と加熱部材との接触面積
を確保するため、加圧ローラには十分な弾性が要求さ
れ、弾性層は比較的厚く設定されている。弾性層の材質
は耐熱性の観点からシリコーンゴムがよく使われてい
る。

【０００５】また、フィルム加熱方式の定着装置は、例
えば特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５
７８７８号公報、同４−４４０７５〜４４０８３、同４
−２０４９８０〜２０４９８４各号公報に開示されてお
り、発熱体に加熱用回転体である耐熱性フィルム（定着
フィルム）を加圧用回転体（弾性ローラ）で密着させて
摺動搬送させ、該耐熱性定着フィルムを挟持して加熱体
と加圧部材とで形成される圧接ニップ部に未定着画像を
担持した被記録材を導入して耐熱フィルムと一緒に搬送
させて、耐熱性フィルムを介して付与される加熱体から
の熱と圧接ニップ部の加圧力によって未定着画像を被記
録材上に永久画像として定着させる装置である。

【０００６】フィルム加熱式の加熱装置は、加熱体とし
て低熱容量線状加熱体を、フィルムとして薄膜の低熱容
量のものを用いることができるので、省電力化・ウエイ
トタイム短縮化（クイックスタート性向上）が可能であ
る。

【０００７】また、この種の定着方式においては、定着
フィルムの駆動方式にフィルム内周面に駆動ローラを設
け、フィルムにテンションを加えながら駆動する方式、
フィルムをフィルムガイドにルーズに嵌合させ、加圧用
回転体を駆動することにより、フィルムを加圧用回転体
に対し従動回転させる方式が知られているが、近年では
部品点数が少なくて済むことから、後者の加圧用回転体
駆動方式が採用されることが多い。

【０００８】ここで用いられる弾性加圧ローラとして
は、円柱あるいは円筒芯金上に、シリコーンゴム弾性層
あるいはシリコーンスポンジ層を形成し、その外周面に
直接あるいは接着層を介してトナー離型層としてのフッ
素樹脂層を成膜したものが、多く用いられている。フッ
素樹脂層はフッ素樹脂チューブを被覆することにより形
成されたものや、フッ素樹脂系塗料を塗工・焼成する工
程を経て形成されたものが実用化されている。転写材と
加熱部材との接触面積を確保するため、加圧ローラには
十分な弾性が要求され、弾性層は比較的厚く設定されて
いる。

【０００９】また、近年上記加圧ローラ駆動型のフィル
ム方式の加熱定着装置に限らず、熱ローラ定着装置、あ
るいは定着フィルム駆動型の加熱定着装置において、高
速化の要望が強く、同時に画像形成装置の小型化が要求
されている。また、省電力の為、加熱効率をあげること
によりスタンバイ温調を行わない加熱定着装置が増えて
きている。

【００１０】このような装置において前記の要求を満た
すためには、比較的低圧力で、小径の定着ローラ、加圧
ローラを使用せざるを得ず、画像形成装置の被記録材搬
送速度が速い場合、被記録材に十分な熱量を供給するた
めには、定着ローラまたは定着フィルムと加圧ローラの
圧接ニップ幅を低圧力で大きくする必要があり、このた
めに加圧ローラのローラ硬度を低下させた加圧ローラの
開発が試みられている。

【００１１】例えば、特開平７−２７１２３３号公報で
は、低硬度の定着加圧ローラを提供する目的で、液状シ
リコーンから形成されたシリコーンゴム層内に、その長
さ方向に連続した中空孔を設けた定着用加圧ローラを提
案し、さらにシリコーンゴム層上にフッ素樹脂表面層を
有する場合、Ａｓｋｅｒ−Ｃ型硬度計（１ｋｇｆ）で測
定した表面硬度が６０度以下であることを提案してい
る。

【００１２】また、特開平７−２７１２３３号公報で
は、加圧ローラの弾性層を多孔質シリコーンゴムで形成
された硬度３５〜５０°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ）なるスポン
ジ層と該スポンジ層上に被覆したＰＦＡチューブで形成
し、ローラ硬度を４５〜６０°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ）に設
定した紙しわの発生を防止した定着性良好な加圧ローラ
が提案されている。

【００１３】前記した特開昭６３−３１３１８２号公
報、特開平２−１５７８７８号公報等には、少なくとも
固定支持された加熱体（ヒータ）と該加熱体に対向圧接
しつつ搬送される定着用の耐熱性の円筒フィルム（以
下、フィルムと称する）とからなるヒータユニットと、
このヒータユニットに対し記録材を密着させる加圧部材
とを有し、上記加熱体の熱をフィルムを介して記録材へ
付与することにより記録材表面に形成担持されている未
定着画像（トナー像）を該記録材表面に加熱定着させる
フィルム加熱定着装置が提案・実用化されている。

【００１４】このような加熱定着装置の一例を図３に示
し、以下に説明する。図３において、１０１は円筒形状
のフィルムであり、基層に厚さ４０〜６０μｍのポリイ
ミドフィルムを用い、その外周面（記録材およびトナー
像と接触する面）に厚さ４０〜６０μｍのＰＦＡおよび
ＰＦＡ中にＰＴＦＥを分散させた離型層が形成されてい
る。

【００１５】１０２は加熱体としてのヒータであり、記
録材Ｐの搬送方向に直交する方向を長手方向とする絶縁
性、耐熱性、低熱容量のセラミック基板と、その表面に
長手方向に沿って印刷された抵抗発熱体と、前記セラミ
ック基板の抵抗発熱体の露呈面とは反対側で、該基板に
接触させて設けた温度検知素子１０３（サーミスタ等）
を基本構成とするものである。

【００１６】前記ヒータ１０２は、横断面半円弧桶型の
フィルムガイド１０４（ヒータステー）に発熱体を露呈
させるようにして、断熱、固定支持されている。また、
ヒータ１０２の温度制御は、温度検知素子１０３の出力
に応じて、制御手段（図示せず）により電源（図示せ
ず）から抵抗発熱体（図示せず）に対する通電制御を行
うことにより実施される。

【００１７】１０８は、ヒータ１０２、サーミスタ１０
３、フィルムガイド１０４等からなるヒータユニット
が、加圧ローラ１０５により加圧された際に変形しない
ように設けられた逆Ｕ字形の補強板金である。なお、フ
ィルム１０１はその内周径が少なくとも前記補強板金１
０８を含むフィルムガイド１０４の長さより大きくなる
ように構成されている。

【００１８】加圧ローラ１０５は芯金１０６と耐熱ゴム
１０７により構成され、ヒータ１０２に対し不図示の加
圧手段により総圧５〜１５ｋｇｆの圧力で加圧されてい
る。さらに、加圧ローラ１０５は不図示の駆動系により
回転駆動（矢印の反時計回り）される。これにより、フ
ィルム１０１がヒータ１０２の抵抗発熱体表面に密着摺
動して、フィルムガイド１０４の周囲を矢印の時計方向
に回転する。このとき、ヒータ１０２とフィルム１０１
の内面の摺動摩擦を軽減するために、両者の間に耐熱性
のグリスを介在させている。

【００１９】以上の構成により、フィルム１０１と加圧
ローラ１０５の間に記録材Ｐが案内され、ニップ部Ｎを
通過することで、記録材上のトナー像は該記録材上に加
熱定着される。

【００２０】上記加熱定着装置は、従来一般的である熱
ローラ定着装置に比べ、ヒータ部の熱容量を数十分の一
にすることが可能であり、かつ昇温の早い発熱体を用い
ることが可能であるため、加熱部分が定着可能となる温
度に達するまでの時間を数秒〜十数秒程度にすることが
可能である。従って熱ローラ定着装置においては実現が
困難であった所謂、オンデマンド定着が可能となる。

【００２１】また、この加熱定着装置ではヒータ１０２
の抵抗発熱体が印刷してある側と反対面にサーミスタ１
０３を当接させ、ヒータ１０２が異常昇温した場合、そ
の情報をサーミスタ１０３から受け取った制御手段がス
イッチング素子（図示せず）を制御して通電を遮断する
ようにしている。

【００２２】しかしながら、上記した従来型の加圧ロー
ラを上記加熱定着装置に使用し、低温環境下に間欠運転
条件で運転した場合には、加圧ローラ表面のトナー汚れ
により、定着画像の乱れ、紙シワ、加圧ローラへの紙巻
き付き等がより多く生じる場合がある。

【００２３】加圧ローラのトナー汚れは、まず転写紙の
紙粉がローラ表面に付着し、それが核となって、定着フ
ィルム側から移行したトナーが蓄積する現象が観察され
た。また、この紙粉付着は、加圧ローラの表面温度の低
い状態で運転された時ほど著しいことが確認された。

【００２４】スタンバイ温調機能を持たない様な省電力
化加熱定着装置においては、加圧ローラ表面が暖められ
る前に転写紙と接触する為、紙粉付着も生じ易くなって
いる。

【００２５】この現象は次のように考えられる。

【００２６】紙粉は加圧ローラ表面に付着しているトナ
ーの上に付着する。このとき、加圧ローラ表面が十分に
加熱されている場合には、トナーが軟化しているので、
搬送されてくる転写紙に付着して加圧ローラ表面から除
去され易い。このとき、トナーと共に紙粉も加圧ローラ
表面から除去される。しかし、加圧ローラ表面が十分に
加熱されていない場合は、このような紙粉の除去は生じ
にくい。

【００２７】また、先に述べたように、特にフィルム加
熱方式の加熱定着装置においては、省電力化・ウエイト
タイム短縮化（クイックスタート性向上）の要請から、
加熱部材（定着フィルム）の熱容量が小さく加圧ローラ
が温まりにくい構成になっており、また画像形成装置の
小型化の要請から、このような装置においては比較的低
圧力で、小径の定着フィルム、加圧ローラを使用せざる
を得ず、静電オフセット性に対して厳しい構成をとって
いる。特に低温環境下の間欠運転条件では、定着フィル
ムにオフセットしたトナーは多くなりがちである。

【００２８】この現象は次のように考えられる。

【００２９】転写紙に付着しているトナーには、静電的
に定着フィルム面への吸引力が作用している。この静電
吸引力は、例えば、トナーを吸引している転写紙の電荷
が定着フィルム面に移行することにより生ずる。加圧ロ
ーラ表面が十分に加熱されているときには、定着フィル
ムからの熱に加えて、加圧ローラからの熱も転写紙を通
してトナーを加熱させる。そのためトナーが十分に軟化
されており、その粘着力で、定着フィルム面には転写さ
れない。しかし、加圧ローラ表面が十分に加熱されてい
ないときには、加圧ローラ側からの熱が少なく、トナー
が十分に軟化されていないため転写紙への粘着力が小さ
いため、静電吸引力によって、トナーの１部が定着フィ
ルム面にオフセット（静電オフセット）する。

【００３０】定着フィルムにオフセットしたトナーは、
加圧ローラに移行蓄積してゆき、それに起因する定着画
像の乱れ、紙シワ、加圧ローラへの紙巻き付きがより生
じる場合がある。

【００３１】従来の加圧ローラは、定着性、搬送性を確
保するのが目的のローラ全体の低硬度化に関するもので
あり、ローラ表面の紙粉付着現象の解決策とはならな
い。

【００３２】また、従来の多くの定着装置においては、
コストダウン等の目的でクリーニング装置を持たないも
のが多くなってきている。さらに近年の高画質化を目指
したトナーの小粒径化もクリーニング手段でのクリーニ
ングを困難なものとし、この傾向に拍車をかけている。
一方、紙を長期に保存するために、酸性紙から中性紙へ
の移行が進み、紙のてん料として炭酸カルシウムが多く
使われるようになってきている。さらには、再生紙など
には炭酸カルシウムとタルクといった複数の無機材料を
てん料として含むものが増加している。

【００３３】しかしながら、このようなてん料は、加圧
ローラ、定着ローラ、定着フィルム等に付着して離型性
を低下させるという弊害があり、このため加圧ローラの
表面にトナーが堆積して画像上に汚点を生じたり、ある
いは紙を周囲に巻き付かせてジャムを形成したりする問
題を生じている。

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電子写真画
像形成装置の加熱定着装置に使われる加圧ローラにおい
て、低温環境下、間欠運転条件で運転した場合において
も、長期にわたり表面汚れのない安定した離型性、すな
わち耐久使用性と適度なグリップ性を付与して、常に良
好な部材搬送性を持った加圧ローラと、長期使用にわた
り信頼性の高いフィルム加熱型定着装置を提供すること
を目的としたものである。

【００３５】また本発明の他の目的は、本来の定着特性
および耐久性を満たすと共に、加圧ローラ表面へのトナ
ーの固着を防止して、画像の汚れやジャムといった問題
をも防止できる加圧ローラおよび加熱定着装置を提供す
るものである。

【００３６】

【課題を解決するための手段】本発明は、芯金上に少な
くともゴム弾性層、接着層、フッ素樹脂離型層が順次積
層されたフッ素樹脂被覆弾性加圧ローラにおいて、該加
圧ローラ表面のマイクロゴム硬度が５０°以下でありか
つ水との接触角が１０５°以上で、表面粗さＲｚ（十点
平均粗さ）が３．０μｍ以下であることを特徴とするフ
ッ素樹脂被覆弾性加圧ローラを提供するものである。

【００３７】加圧ローラ表面の硬度が低く柔軟性に富む
と、ニップ内およびその周辺でのローラ周方向の伸縮が
繰り返し生じ、紙粉が付着しづらくなると共に、一旦静
電気等何らかの作用で付着した紙粉も順次落とされるも
のと考えられる。従って、紙粉付着に起因する加圧ロー
ラ表面のトナー汚れを防止することが可能となる。加圧
ローラ表面のマイクロゴム硬度が５０°を超える場合
は、加圧ローラ表面のニップ内およびその周辺でのロー
ラ周方向の十分な伸縮性に欠け、上記の効果が期待でき
ない場合がある。

【００３８】また、加圧ローラ表面の水との接触角を１
０５°以上とすることにより、加圧ローラ表面エネルギ
を小さく設定でき、紙粉およびトナーの付着を低減する
ことができる。

【００３９】また、加圧ローラ表面の粗さを、３．０μ
ｍ（Ｒｚ）とすることにより、トナーがローラ表面の凹
部に侵入して、それが、さらなるトナーや紙粉の核とな
ることを防止することが出来るものである。

【００４０】本発明の、これらの物性の組合せによりト
ナー付着のない、良好な搬送性を持つ加圧ローラを提供
できるものである。

【００４１】本発明における加圧ローラ表面のマイクロ
ゴム硬度は耐摩耗性の点で１０°以上であることが好ま
しい。

【００４２】また、フッ素樹脂被覆弾性加圧ローラ表面
の水との接触角が１０５°〜１３０°であることが好ま
しい。

【００４３】また、フッ素樹脂被覆弾性加圧ローラ表面
粗さＲｚ（十点平均粗さ）が０．１〜３．０μｍである
ことをが好ましい。

【００４４】また、フッ素樹脂被覆弾性加圧ローラの弾
性層がＪＩＳ−Ａ硬度５°〜２５°のシリコーンゴムか
らなることが好ましい。

【００４５】また、フッ素樹脂被覆弾性加圧ローラの接
着層の厚みが５〜１８μｍでかつ表層フッ素樹脂の厚み
が１〜１０μｍであることが好ましい。

【００４６】更に、接着層はフッ素樹脂粉末を含むゴム
弾性体であり、その材質のＪＩＳ−Ａゴム硬度が、３０
°〜７５°であることが好ましい。

【００４７】本発明は、前記フッ素樹脂被覆弾性加圧ロ
ーラを有することを特徴とする加熱加圧定着装置を提供
するものである。

【００４８】更に、本発明は、表面にフッ素樹脂離型層
を有する定着フィルムとフッ素樹脂被覆弾性加圧ローラ
を具備する電子写真画像形成装置のフィルム加熱方式の
加熱定着装置において、定着フィルムのフッ素樹脂離型
層表面の表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が５μｍ以下で
あり、かつフッ素樹脂被覆弾性加圧ローラは、芯金上に
少なくともゴム弾性層、接着層、フッ素樹脂離型層が順
次積層された弾性ローラであって、該ローラ表面のマイ
クロゴム硬度が５０°以下でありかつ水との接触角が１
０５°以上で、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が３．０
μｍ以下であることを特徴とする加熱定着装置を提供す
るものである。

【００４９】前記した本発明でいう加圧ローラ表面のマ
イクロゴム硬度とは、ＪＩＳ−Ｋ−６２５３の“マイク
ロ試験”に準ずる方法で測定され、比較的加圧ローラ表
面近傍での硬さが反映された硬度である。スプリング式
ゴム硬度計（デュロメータ）Ａ型の約１／５の縮小モデ
ルとして市販されているマイクロゴム硬度計（商品名，
マイクロ硬度計ＭＤ−１，高分子計器社製）を用いて測
定される。

【００５０】また、接触角は、接触角計（商品名：接触
角計ＣＡ−Ｘ型，協和界面科学社製）を用いて測定され
た。

【００５１】加圧ローラ表面の硬度は、接着層の材料硬
度、接着層の厚み、フッ素樹脂離型層の厚みの組み合わ
せで決定される。接着層の材料硬度は、弾性層の材料硬
度より高ければ特に限定しない。弾性層の材料硬度と同
等かそれ以下の場合、フッ素樹脂離型層と接着層の硬度
差が大きくなり、ニップ部のローラ変形によりその界面
に応力集中が起こり、接着耐久性に問題を生じる場合が
ある。接着層の厚みは、通常、３〜３５μｍ、フッ素樹
脂離型層の厚みは、通常、１〜２０μｍの範囲で加圧ロ
ーラ表面のマイクロゴム硬度が５０°以下になるよう選
択される。

【００５２】本発明における加圧ローラ表面の接触角
は、１３０°以下であるかまたは表面粗さＲｚ（十点平
均粗さ）が０．１μｍ以上であることが好ましい。これ
は、加圧ローラ表面を、０．１μｍより小さい水準に平
滑化することにより接触角を１３０°より大きくするに
は、平滑化処理に長い時間を要するからである。

【００５３】Ｒｚは、ＪＩＳ−Ｂ０６０１に規定される
表面粗さである。即ち、Ｒｚは、粗さ曲線からその平均
線の方向に基準長さ（０．８ｍｍ）だけ抜き取り、この
抜取り部分の平均線から縦倍率の方向に測定した、最も
高い山頂から５番目までの山頂の標高（Ｙｐ）の絶対値
の平均値と、最も低い谷底から５番目までの谷底の標高
（Ｙｖ）の絶対値の平均値との和を求め、この値をマイ
クロメートル（μｍ）で表したものである。

【００５４】

【外１】なお、表面粗さの測定は（株）小坂研究所ＳＥ−３４０
０表面粗さ測定器（商品名）を用いて測定された。

【００５５】弾性層の材質はシリコーンゴムが、耐熱
性、セット性で好ましいが、シリコーンゴムの硬度（Ｊ
ＩＳ−Ａ）が５°を切るものは機械的強度が不足し、耐
久性に問題が生じる場合がある。シリコーンゴムの硬度
（ＪＩＳ−Ａ）が２５°より小さければ、ニップ部での
ローラ変形が十分に取れ、また加圧ローラ表面の伸縮も
大きくとれるので紙粉付着防止により効果がある。

【００５６】本発明のフッ素樹脂被覆弾性加圧ローラに
おいて、表層フッ素樹脂の厚みが１〜１０μｍで且つ接
着層の厚みが５〜１８μｍであることが好ましい。

【００５７】加圧ローラ表面の伸縮性は、接着層の硬さ
にも左右されるが、表層フッ素樹脂の厚みが１〜１０μ
ｍで且つ接着層の厚みが５〜１８μｍであれば、接着層
材質の硬度が９０°を超える場合でも紙粉付着防止のた
めの加圧ローラ表面の伸縮性を確保することが可能とな
る。

【００５８】本発明のフッ素樹脂被覆弾性加圧ローラに
おいて、接着層はフッ素樹脂粉末を含むゴム弾性体であ
り、その材質のＪＩＳ−Ａゴム硬度が、３０°〜７５°
であることが好ましい。

【００５９】フッ素樹脂粉末は、フッ素樹脂離型層との
接着に関与する成分であり、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ
等のフッ素樹脂の中から少なくとも一種が選ばれる。耐
熱性、接着性の観点からＦＥＰが最も好ましく、配合量
は接着性を確保されれば特に規定はしないが、例えば、
ゴム成分１００重量部に対し７０〜１３０重量部の範囲
が好んで選ばれる。

【００６０】フッ素樹脂粉末を含むゴム弾性体材質のＪ
ＩＳ−Ａゴム硬度は７５°を超えなければ、紙粉付着防
止のための加圧ローラ表面の伸縮性を確保することが可
能となる。一方、３０°を下回る場合は、フッ素樹脂離
型層と接着層の硬度差が大きくなり、ニップ部のローラ
変形によりその界面に応力集中が起こり、接着耐久性に
問題を生じる場合がある。

【００６１】図１に、本発明のフッ素樹脂被覆弾性加圧
ローラの概略断面図を示す。

【００６２】１１は鉄、アルミ等の芯金であり、芯金１
１上にはＪＩＳ−Ａ硬度５°〜２５°のシリコーンゴム
材からなる弾性層１２、接着層１３、さらに離型層とし
てＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等フッ素樹脂層１４が順次
形成されている。

【００６３】図２に、本発明におけるフィルム加熱型定
着装置の概略断面図を示す。

【００６４】図２において、２０はエンドレスベルト状
の耐熱性フィルム（定着フィルム）であり、半円弧状の
フィルムガイド部材（スティ）２３に対して周長に余裕
を持たせた形で外嵌している。

【００６５】定着フィルム２０は熱容量を小さくしてク
イックスタート性を向上させるために、膜厚を総厚１０
０μｍ以下、好ましくは６０〜２０μｍの範囲である。
耐熱性・離型性・強度・耐久性等のあるポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・
パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦ
Ａ）、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）等の単層
フィルム、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、ポ
リエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテル
スルホン（ＰＥＳ）等のフィルム表面に、フッ素系プラ
イマーを介し、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、テトラフルオロエチ
レン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等
のフッ素樹脂を離型層としてコーティングした複合層フ
ィルム等である。離型層表面の表面粗さはＲｚ５μｍ以
下のものが使用される。

【００６６】２１は本発明の加圧ローラであり、鉄、ア
ルミ等の芯金の上に弾性層、接着層、フッ素樹脂からな
る離型層を形成している。加圧ローラ２１表面のマイク
ロゴム硬度は５０°以下である。

【００６７】図２において、定着フィルム２０は加圧ロ
ーラ２１の回転により、少なくとも画像定着実行時は矢
示の時計方向に加熱体２２面に密着して該加熱体面を摺
動しながら所定の周速度、即ち不図示の画像形成部側か
ら搬送されてくる未定着トナー画像Ｔを担持した転写材
Ｐの搬送速度と、ほぼ同一周速度でシワのない状態で回
転駆動される。

【００６８】加熱体２２は、電力供給により発熱する発
熱源としての通電発熱体（抵抗発熱体）２２ａを含み、
該通電発熱体２２ａの発熱により昇温する。

【００６９】通電発熱体２２ａに対する電力給電により
加熱体２２が加熱され、また定着フィルム２０が回転駆
動されている状態において、加圧ローラ２１弾性層の変
形によって生じる弾性力により、該加熱体２２との間に
形成された圧接ニップ部Ｎ（定着ニップ部）に転写材Ｐ
が導入されることにより、該転写材Ｐがフィルム２０に
密着してフィルムと一緒の重なり状態で定着ニップ部Ｎ
を通過する。

【００７０】この転写材Ｐの定着ニップ部通過過程で、
加熱体２２からフィルム２０を介して転写材Ｐに熱エネ
ルギーが付与され、転写材Ｐ上に未定着トナー画像Ｔが
加熱溶融定着され、転写材Ｐは定着ニップ通過後フィル
ム２０から分離して排出される。

【００７１】

【発明の実施の形態】〔実施例１〕図１に示される構成
の加圧ローラを製造した。

【００７２】肉厚２ｍｍのアルミ製芯金の表面に、ゴム
長２２５ｍｍ、ゴム厚２．５ｍｍ、外形２０ｍｍのシリ
コーンゴム（商品名：ＤＹ３５−５６１Ａ／Ｂ，東レ・
ダウコーニングシリコン社製）弾性層を形成した。この
弾性層上にプライマー処理後下記（表１）実施例１−１
〜１−４に示す厚みのフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物
からなる接着層、離型層としてフッ素樹脂層を順次形成
した。フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物からなる接着層
は、下記配合Ａなる混練物のＭＩＢＫ溶液を塗工・乾燥
・硬化して積層してある。配合Ａの硬化後の硬度は９０
°であった。

【００７３】〔配合Ａ〕フッ素ゴム生ゴム（商品名：Ｇ５０１，ダイキン工業社製）１００（重量部）ＭＴカーボン（商品名：ＴｈｅｒｍａｘＮ−９９０，ＣＡＮＣＡＲＢ社製）５酸化マグネシウム（商品名：キョーワマグＭＡ−１５０，協和化学工業社製）１５ＮＮ−ジシンナミリデン−１，６−ヘキサジアミン６ＦＥＰ粉末（商品名：５３２−８０００，デュポン社製）表層は、ＦＥＰ分散液（商品名：ＮＤ１，ダイキン工業
社製）を塗工、乾燥、焼成して形成した。

【００７４】このようにして製造された加圧ローラの表
面粗さ（Ｒｚ）は５μｍであった。そこで、表面平滑化
処理として、チューブの内径が加圧ローラの外径とほぼ
同じで、内壁が平滑なポリイミド製チューブ内に、加圧
ローラを挿入し２７０℃で２分間加熱処理を行って、芯
金の熱膨張により、加圧ローラの表層をチューブの内壁
に押し付けることで、表層の表面粗さを１μｍにした。
表層の接触角は１１０°であった。

【００７５】〔比較例１〕接着層および表層の厚みを表
１のようにした他は、実施例１−１〜１−４と同様にし
て比較例１−１〜１−３の加圧ローラを作成した。

【００７６】また、弾性層をシリコーンゴム（商品名：
ＤＹ３５−５６０Ａ／Ｂ，東レ・ダウコーニングシリコ
ン社製）を用いて形成し、表層としてＰＦＡチューブを
接着層の上には被せた以外は、実施例１−２と同様にし
て作成した加圧ローラを比較例１−４とした。なお、Ｆ
ＥＰチューブの表層については、表面平滑化処理してい
ない。比較例１−４の表面粗さ（Ｒｚ）は０．８μｍ，
接触角は１０８°である。

【００７７】

【表１】〔実施例２〕実施例１と同様にして形成された、シリコ
ーンゴム弾性層上にプライマー処理後表２に示す厚みの
フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物からなる接着層、表層
としてフッ素樹脂層を順次形成した。接着層は、実施例
２−１については下記配合Ｂ，実施例２−２については
下記配合Ｃの混練物のＭＩＢＫ溶液を塗工・乾燥・硬化
して形成された。配合Ｂ，Ｃの硬化後の（ＪＩＳ−Ａ）
硬度はそれぞれ７３°、７０°であった。

【００７８】〔配合Ｂ〕フッ素ゴム生ゴム（商品名：Ｇ５０１）１００（重量部）ＭＴカーボン（商品名：ＴｈｅｒｍａｘＮ−９９０）０酸化マグネシウム（商品名：キューワマグＭＡ−１５０）１５ＮＮ−ジシンナミリデン−１，６−ヘキサジアミン１．５ＦＥＰ粉末（商品名：３３２−８０００）１００〔配合Ｃ〕フッ素ゴム生ゴム（商品名：Ｇ６２１、ダイキン工業社製）１００（重量部）（ポリオール架橋剤添加品）ＭＴカーボン（商品名：ＴｈｅｒｍａｘＮ−９９０）０水酸化カルシウム（商品名：ＣＡＬＤＩＣ−２０００，近江化学工業社製）２酸化マグネシウム（商品名：キューワマグＭＡ−１５０）３ＦＥＰ粉末（商品名：３３２−８０００）１００実施例２−１および２−２ともに、表層のフッ素樹脂層
は、ＰＦＡ分散液（商品名：ＡＤ２，ダイキン工業社
製）を塗布、乾燥、焼成および表面平滑化処理をして形
成された。

【００７９】なお、表面平滑化処理前の表面粗さは７μ
ｍで、３００℃で３分間の表面平滑化処理を行った。

【００８０】表層の表面粗さ（Ｒｚ）は１．０μｍ，接
触角は１０５°である。

【００８１】

【表２】実施例および比較例で作製した加圧ローラを図２の加熱
定着装置に適用して性能評価を行った。

【００８２】実験に用いた定着フィルムは厚み４０μ
ｍ、外形２５ｍｍのシームレスポリイミドフィルムに５
μｍ厚みのフッ素系プライマーを介して離型層としてフ
ッ素樹脂分散液（ＰＴＦＥとＰＦＡを５０／５０でブレ
ンドしたもの）を塗工・焼成し、長さ２３０ｍｍに裁断
したものを用いた。フッ素樹脂層表面の表面粗さＲｚは
４．５μｍに仕上げてある。

【００８３】実施例１、実施例２および比較例の各ロー
ラを上記加熱定着装置に組み込み、レーザービームプリ
ンター（商品名：レーザショットＬＢＰ３２０，キヤノ
ン製）で出力した。未定着画像ののったＡ４サイズ紙を
用いて通紙テストを行った。加圧ローラを周速９０ｍｍ
／ｓｅｃで回転させ、通紙時のみ加熱体には９００Ｗの
電力を供給するように設定し、静電オフセットが生じ易
い低温低湿環境下（１５℃、１０％）、間欠運転条件
（２枚通紙＋１０ｍｉｎ放置）で各々５０００枚テスト
した。テスト中、加圧ローラの表面温度が８０℃を超え
ることはなかった。

【００８４】実施例１−１〜実施例１−３はテスト中の
搬送性に関するトラブルはなく、終了後の加圧ローラ表
面の紙粉付着は軽微なものであり、トナー汚れは認めら
れなかった。実施例１−４、実施例２−１、２−２はテ
スト中の搬送性に関するトラブルはなく、終了後の加圧
ローラ表面の紙粉付着、トナー汚れは認められなかっ
た。

【００８５】比較例１−１〜１−４は、５０００枚終了
後の加圧ローラ表面にはかなりのトナー付着汚れが認め
られた。

【００８６】〔実施例３〕ローラ径２０ｍｍ、ゴム面長
２３０ｍｍ、ゴム厚３．５ｍｍ、芯金材質アルミニウ
ム、芯金長さ２６０ｍｍ、ゴム材質としてはシリコーン
ゴム（商品名：ＤＹ３５−５６１Ａ／Ｂ）を用い、その
上にダイキン工業（株）製接着剤ＧＬＰ−１０３（商品
名）を３μｍ厚に塗り、その上に、ダイキン工業（株）
製フッ素ラテックスＧＬＳ２１３（商品名）の１００重
量部に対してＦＥＰとしてダイキン工業（株）製ＮＤ１
（商品名）を５重量部、硬化剤を５重量部混合したもの
を塗布して焼成し、約２０μｍの層が形成されるように
する。さらにその上にＦＥＰとしてダイキン工業（株）
製ＮＤ１を塗布して焼成し、約５μｍの層を形成する。
次に、実施例１と同様にして表面平滑化処理を行った。
このように形成されたローラを、マイクロ表面硬度を測
定した結果、表面硬度４３°の測定値が得られた。また
このローラの水との接触角は１１０°である。表面粗さ
（Ｒｚ）は０．８μｍである。

【００８７】〔比較例２〕ローラ径２０ｍｍ、ゴム面長
２３０ｍｍ、ゴム厚３．５ｍｍ、芯金材質アルミニウ
ム、芯金長さ２６０ｍｍ、ゴム材質としてはシリコーン
ゴム（商品名：ＤＹ３５−５６１Ａ／Ｂ）を用い、その
上にダイキン工業（株）製接着剤ＧＬＰ−１０３を塗
り、その上にダイキン工業（株）製フッ素ラテックスＧ
ＬＳ２１３の１００重量部に対してＦＥＰとしてダイキ
ン工業（株）製ＮＤ１を５重量部、硬化剤を１０重量部
混合したものを塗布して焼成し、約３０μｍの層が形成
されるようにする。さらにその上にＦＥＰとしてダイキ
ン工業（株）製ＮＤ１を塗布して焼成し約１０μｍの層
を形成する。次に実施例１と同様にして表面平滑化処理
を行った。このように形成されたローラのマイクロ表面
硬度は５４°である。またこのローラの水との接触角は
１１２°である。表面粗さ（Ｒｚ）は０．５μｍであ
る。

【００８８】〔比較例３〕ローラ径２０ｍｍ、ゴム面長
２３０ｍｍ、ゴム厚３．５ｍｍ、芯金材質アルミニウ
ム、芯金長さ２６０ｍｍ、ゴム材質としてはシリコーン
ゴム（商品名：ＤＹ３５−５６１Ａ／Ｂ）を用い、その
上にダイキン工業（株）製接着剤ＧＬＰ−１０３を塗
り、その上にダイキン工業（株）製フッ素ラテックスＧ
ＬＳ２１３の１００重量部に対してＦＥＰとしてダイキ
ン工業（株）製ＮＤ１を５重量部、硬化剤を５重量部混
合したものを塗布して焼成し、約５μｍの層が形成され
るようにする。さらにその上に、ＦＥＰとしてダイキン
工業（株）製ＮＤ１を塗布して焼成し、約５μｍの層を
形成する。次に実施例１と同様にして表面平滑化処理を
行った。このように形成されたローラのマイクロ表面硬
度は３９°、水との接触角は１００°である。表面粗さ
（Ｒｚ）は４．２μｍである。

【００８９】実施例３、比較例２および３で作製された
加圧ローラを図３に示す加熱定着装置に適用して性能評
価を行った。

【００９０】加圧ローラの汚れの評価：実験はＢｏｉｓ
ｅＣａｓｃａｄｅ社Ｘ９０００紙（坪量８０ｇ／ｍ
²）を用いて１０℃／１５％ＲＨの環境において、１０
分毎にレーザービームプリンター（商品名：レーザーシ
ョットＬＢＰ３２０）で出力した２枚の未定着プリント
を定着する方法で加圧ローラの汚れを評価した。この紙
を用いた理由としては、填料として炭酸カルシウムとタ
ルクの両方が含まれるためである。実施例３の加圧ロー
ラにおいて５０００枚を越えても加圧ローラ上の汚れお
よび画像上への汚れも発生しなかった。一方、比較例２
の加圧ローラでは３００枚を越えたところあたりから少
しずつ汚れはじめ７００枚を越えたあたりで広範囲の汚
れが見られ紙上にトナー粒が付着するようになった。ま
た比較例３の加圧ローラでは１０００枚を越えたところ
あたりから少しずつ汚れはじめ１５００枚を越えたあた
りで広範囲の汚れが見られ紙上にトナー粒が付着するよ
うになった。

【００９１】実施例３および比較例２および３について
述べてきたが、その他の検討結果も含めてローラの表面
硬度と水との接触角の関係を図５に示す。ここで○はト
ナー汚れが５０００枚まで発生しないもので、△は３０
００枚でトナー汚れが発生したもの、×は早期にトナー
汚れが発生したものである。図５からもわかるように、
接触角が約１０５°以下では耐トナー汚れ性が劣る。し
かしながら接触角が１０５°以上であっても、表面硬度
が５０°以上であると耐トナー汚れ性が劣る。このこと
から耐トナー汚れ性に優れる加圧ローラを得るには、接
触角が大きい、つまり平滑性が優れており、かつ表面硬
度を柔らかくする必要があることが解る。

【００９２】加圧ローラ表面が柔らかいと紙に対する追
従性が向上し、紙粉の発生やトナーのこすり付け作用を
押さえる事が出来る。しかしながら、表面硬度を低下さ
せると加圧ローラ表面はあれる傾向にあり、その表面の
凹部にトナー汚れが堆積しやすくなってしまう。そこで
加圧ローラの表面の平滑性と硬度をバランスさせること
により、耐トナー汚れ性に優れる加圧ローラを得る事が
出来る。

【００９３】また、加圧ローラ表面の平滑性を表すパラ
メーターとして、水との接触角ではなく表面粗さを測定
した場合の結果を図６に示す。○，△，×は図５と同様
である。図６から解るように平滑性を表面粗さで表す場
合での、耐トナー汚れ性に優れる加圧ローラの範囲は、
表面硬度５０°以下、表面粗さＲｚ３．０μｍ以下であ
ることが解る。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように、電子写真画像形成
装置の加熱定着装置に使われる加圧ローラにおいて、低
温環境下、間欠運転条件で運転した場合においても、長
期にわたり表面汚れのない安定した離型性、すなわち耐
久使用性と適度なグリップ性を付与して常に良好な部材
搬送性を持った加圧ローラと、長期使用にわたり信頼性
の高いフィルム加熱型定着装置を提供することを可能と
したものである。

【００９５】一方、加圧ローラ表面マイクロゴム硬度が
５０°以下であり、水との接触角を１０５°以上で加圧
ローラ表面粗さをＲｚ３．０μｍ以下とすることによ
り、炭酸カルシウム等の紙の填料や紙粉に起因すると考
えられる加圧ローラへのトナーの付着を長期にわたり防
止できる加圧ローラおよび加熱定着装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の加圧ローラの概略断面図

【図２】実施例のフィルム加熱型定着装置の概略断面図

【図３】従来の加熱定着装置の構成概念図

【図４】加圧ローラの概略断面図の他の１例

【図５】加圧ローラ表面硬度と、加圧ローラ表面の水と
の接触角との関係を表す図

【図６】加圧ローラ表面硬度と、加圧ローラ表面粗さと
の関係を表す図

フロントページの続き (72)発明者五月女修東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者北野祐二東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者高橋正明東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者吉岡真人東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者大塚康正東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者落合俊彦東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者辛島賢司東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者早川亮東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯金上に少なくともゴム弾性層、接着
層、フッ素樹脂離型層が順次積層されたフッ素樹脂被覆
弾性加圧ローラにおいて、該加圧ローラ表面のマイクロ
ゴム硬度が５０°以下でありかつ水との接触角が１０５
°以上で、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が３．０μｍ
以下であることを特徴とするフッ素樹脂被覆弾性加圧ロ
ーラ。
【請求項２】フッ素樹脂被覆弾性加圧ローラ表面のマ
イクロゴム硬度が１０°〜５０°であることを特徴とす
る請求項１記載のフッ素樹脂被覆弾性加圧ローラ。
【請求項３】フッ素樹脂被覆弾性加圧ローラ表面の水
との接触角が１０５°〜１３０°であることを特徴とす
る請求項１記載のフッ素樹脂被覆弾性加圧ローラ。
【請求項４】フッ素樹脂被覆弾性加圧ローラ表面粗さ
Ｒｚ（十点平均粗さ）が０．１〜３．０μｍであること
を特徴とする請求項１記載のフッ素樹脂被覆弾性加圧ロ
ーラ。
【請求項５】フッ素樹脂被覆弾性加圧ローラの弾性層
がＪＩＳ−Ａ硬度５°〜２５°のシリコーンゴムからな
ることを特徴とする請求項１記載のフッ素樹脂被覆弾性
加圧ローラ。
【請求項６】フッ素樹脂被覆弾性加圧ローラの接着層
の厚みが５〜１８μｍでかつ表層フッ素樹脂の厚みが１
〜１０μｍであることを特徴とする請求項２記載のフッ
素樹脂被覆弾性加圧ローラ。
【請求項７】接着層はフッ素樹脂粉末を含むゴム弾性
体であり、その材質のＪＩＳ−Ａゴム硬度が、３０°〜
７５°であることを特徴とする請求項５記載のフッ素樹
脂被覆弾性加圧ローラ。
【請求項８】請求項１記載の加圧ローラを有すること
を特徴とする加熱加圧定着装置。
【請求項９】表面にフッ素樹脂離型層を有する定着フ
ィルムとフッ素樹脂被覆弾性加圧ローラを具備する電子
写真画像形成装置のフィルム加熱方式の加熱定着装置に
おいて、定着フィルムのフッ素樹脂離型層表面の表面粗
さＲｚ（十点平均粗さ）が５μｍ以下であり、かつフッ
素樹脂被覆弾性加圧ローラは、芯金上に少なくともゴム
弾性層、接着層、フッ素樹脂離型層が順次積層された弾
性ローラであって、該ローラ表面のマイクロゴム硬度が
５０°以下でありかつ水との接触角が１０５°以上で、
表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が３．０μｍ以下である
ことを特徴とする加熱定着装置。