JPH06100875B2 - トナ−像定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は互いに押圧接触させて回転駆動させた定着ロー
ラと加圧ローラとからなる並行一対のローラ対間に未定
着トナー像支持材を導入通過させることによりトナー像
を像支持材面に加熱定着、又は加圧定着、又は加熱加圧
定着させる方式のトナー像定着装置に関する。

上記のようなローラ式のトナー像定着装置としては従来
から加熱加圧定着方式のものが多用されているので、以
下その方式のものを例にして説明する。第１図はその一
例の極く概略構成を示す横断側面図である。図に於て１
及び２は互いに適度に押圧接触させて上下に並行に軸受
支持させた定着ローラと加圧ローラであり、矢示方向に
回転駆動される。

定着ローラ１はアルミニウム等の中空金属ローラ11を芯
金とし、その外周面を耐熱性・耐摩耗性のトナー離形性
材料層12で比較的薄く被覆処理（例えば0.5mm厚程度）
した全体外径例えば60mm程度のもので、芯金中空にはハ
ロゲンヒータ等のヒータ13を挿入内蔵させてある。定着
ローラ１は全体に該ヒータ13により加熱され、不図示の
自動温調回路（14はその構成部材の１つであるサーミス
タ等の定着ローラ表面温度センサを示す）によりローラ
外周面温度が常に所定の略一定温度（例えば180〜200
℃）に維持管理される。

加圧ローラ２は鉄・アルミニウム等の金属ローラ21を芯
金とし、その外周面を耐熱性・耐摩耗性のトナー離形性
材料層22で上記定着ローラ１の場合よりは肉厚に被覆処
理（例えば5mm厚）した全体外径例えば60mm程度（定着
ローラ１と略同じ）のものである。本例の加圧ローラ２
は芯金21を中空にしてその中にシーズヒータ23を挿入内
蔵させて該ローラ２も適当に加熱するようにしたものを
示したが、加熱しないものもある。

３は定着ローラ１と加圧ローラ２との相互当接ニップ
部、Ｗはそのニップ部幅である。

４は定着ローラ面クリーニング装置であり、本例のもの
はウエブ式の装置である。即ち41は繰り出し軸42の装填
保持させたロール巻のクリーニングウエブであり、その
ウエブの自由端を巻取軸43に係止し上記両軸42・43間の
ウエブ部分を押当てローラ（例えばシリコーンゴムスポ
ンジ）44で定着ローラ１の外面に押付け状態にすると共
に、繰り出し軸側のロール巻ウエブを巻取り軸側へ少し
づつ低速で巻取り移動（例えば1m/1万枚（A4版）通紙）
させることにより定着ローラ外面をクリーニングするも
のである。

５は未定着トナー像支持材である。具体的には電子写
真、静電記録、その他従来公知の適宜の画像形成原理・
方式の不図示の画像形成部（Ａ）にてその表面に未定着
トナー画像Ｔの形成された転写紙・エレクトロファック
ス紙・静電記録紙等であり、回転駆動状態の定着ローラ
１と加圧ローラ２間にトナー像担持面側を定着ローラ１
側にして導入される。６はローラ１・２間への未定着ト
ナー像支持材導入ガイド部材を示す。而して未定着トナ
ー画像Ｔはローラ１・２間にニップ部３を通過する過程
で定着ローラ１の熱、及びローラ１・２の相互押圧力に
より像支持材５面に永久固着像として加熱加圧定着され
る。

定着ローラ１に於てその被覆層は12の層厚を肉薄に設定
するのは該層の外面即ち定着ローラ外周面へのヒータ熱
の伝導補給を迅速に行わせるためである。

又定着ローラ１はその被覆層12即ち耐熱性・耐摩耗性・
トナー離形性材料層としてPTFE（４弗化エチレン樹脂）
・PFA（４弗化エチレン−フロロアルコキシエチレン共
重合樹脂）等の弗素系樹脂を利用した所謂テフロン被覆
ローラと、シリコーンゴム・弗素ゴム・EPDM・ヒドリン
ゴム・フロロシリコーンゴム等の弾性体材料を利用した
弾性体被覆ローラとがある。加圧ローラ２の被覆層22は
後者の弾性体材料を利用して構成される。

定着ローラ１としてテフロン被覆ローラを用いた場合
（Ａとする）と、弾性体被覆ローラを用いた場合（Ｂと
する）に於ける、 ａ、トナー離形性；定着ローラ外周面に対するトナーの
オフセット防止性、 ｂ、そのトナー離形性の長期的持続性、 ｃ、定着性；定着ローラ像の像支持材面に対する固着
力、 ｄ、画像性；トナー画像を極度につぶしたり、とびちり
を生じさせる等なく、未定着状態時の画像品位を実質的
に保って定着すること、 ｅ、カール性；像支持材に実質的にカールぐせを与える
ことなく定着すること、 を比較すると、トナー離形性、その長期的持続性はＡの
方がＢよりも優れ、定着性・画像性・カール性について
はＢの方がＡよりも良好である。

そこで定着ローラ１としては、画像性を重視する観点か
らテフロン被覆ローラよりも弾性体被覆ローラを多く利
用する傾向にあり（特に高速機・システム機・自動両面
機等）、この場合該ローラの外周面に比較的低粘度のジ
メチルシリコーンオイル等のトナーオフセット防止液を
多量に塗布、若しくは高粘度のトナーオフセット防止液
を微量に塗布する手段を具備させて該ローラのトナー離
形性及びその持続性を可及的に向上させるようにしてい
る。

しかし比較的低粘度のトナーオフセット防止液を多量に
塗布する構成にした場合、次のようなあらたな問題を生
じた。

イ、塗布したトナーオフセット防止液の像支持材５への
しみ込み、そのしみ込みによる画像品位の低下。

ロ、定着ローラ１の弾性体被覆層12、ひいては加圧ロー
ラ２の弾性被覆層22の、トナーオフセット防止液の経時
的浸透に基づく不均一な膨潤、その不均一膨潤による像
支持材５のシワ発生、定着ムラ。

ハ、過度の膨潤によるローラ被覆層の機械的強度低下、
その低下による被覆層の損傷、被覆層と芯金との接着剥
離。

高粘度のトナーオフセット防止液を微量に塗布する構成
にした場合は上記のような問題は回避されるけれども、
トナー離形性は経時的に低下していきローラライフの長
期化効果は低いものであった。

本発明は同じく定着ローラとして弾性体被覆ローラを用
い、且つトナーオフセット防止液を活用して該ローラの
トナー離形性の向上、及びその長期的持続性を図った定
着装置であるが、トナーオフセット防止液を定着ローラ
の弾性体被覆層中に予め含有させ、その含有液を長期的
に保有させる構成形態にすることにより上記従来のトナ
ーオフセット防止液を定着ローラ外周面に塗布する構成
に於けるような問題はなく、且ローラライフを大幅に伸
ばすことを可能にしたものを提供することを目的とす
る。

即ち本発明は、トナー像と接する弾性層を備えた定着ロ
ーラと、この定着ローラと圧接しニップを形成する弾性
層を備えた加圧ローラと、を有し、未定着トナー像を担
持した記録材を前記ニップで挾持搬送し定着を行なうト
ナー像定着装置において、前記定着ローラの弾性層は予
めトナーオフセット防止液が含浸されており、前記加圧
ローラの弾性層の表面には弗素ゴム水性塗料が塗布、焼
成されていることを特徴とするトナー像定着装置を要旨
とする。

定着ローラ１の弾性体被覆層12についてその肉質にトナ
ーオフセット防止液を含有させたものにする手法として
は、例えば弾性体被覆層たるゴム材料の加硫後に膨潤を
設けて加硫ゴム肉質内にトナーオフセット防止液を浸透
含有させる、或は生ゴム材料の混練時にトナーオフセッ
ト防止液を添加配合する等が挙げられる。

具体的に膨潤法によりトナーオフセット防止液としての
シリコーンオイルを含有させたシリコーンゴム被覆定着
ローラ１を得る一例を述べると、シリコーン生ゴムに架
橋剤、及び必要に応じてフィラー（シリカ等）、その他
の添加剤を配合した生ゴム混和物をシート状に成形し、
それをローラ芯金外周囲にプライマを介して巻付けて接
着する。それをプレス型に納めて加熱・加圧して加硫処
理する。シリコーンゴムは熱加硫型（HTV）或は付加反
応型（LTV）が一般的であり、熱加硫型の場合は一次加
硫の段階で架橋剤である有機過酸化物が分解して加硫と
同時に分解残渣を生成する。従ってこれを取除く２次加
硫処理が行われる。付加反応型の場合も高温熱処理した
方が特性が安定する。次いで被覆層加硫済みのローラを
シリコーンオイルに浸漬して被覆層内にシリコーンオイ
ルを含浸させる。もしこのオイル浸漬段階での被覆層の
厚味が所要厚味よりもかなり厚い場合は略所要厚味まで
研削処理してからオイル浸漬してもよ。オイル浸漬完了
後被覆層外周を研削して所定外径のローラに仕上げる。

オイル浸漬条件は別段限定はないが、例えば被覆層12の
厚さが0.5mmの定着ローラ１の場合は一般にオイル温度
約180℃、浸漬時間８〜24時間で行うことによりオイル
を所望の含有率（膨潤度）で被覆層肉質に浸透含有させ
ることができる。又オイル浸漬処理を加熱・加圧下で行
うようにすれば浸漬時間を短縮化することができる。

含浸用シリコーンオイルは被覆の肉質内にオイルを浸透
含有させる関係上、例えば20〜1000cs程度の範囲のもの
から選択使用される。20cs以下のものは被覆肉質内への
浸透性はよいが、耐熱性が悪く、又定着ローラ熱により
揮発消失するので不適当である。1000cs以上の高粘度の
ものは被覆肉質内への浸透性が悪くオイル浸漬処理に長
時間を要するし、又含浸させても被覆表面にブリードす
るため効果的でない。また被覆肉質内へ含浸させるシリ
コーンオイル量は定着ローラについては被覆肉質に対す
るオイルの平衡膨潤（飽和含浸）を100％としたときそ
の10％以上は含浸させるべきであり、それ以下だとロー
ラライフの延長効果は低いものとなる。

被覆肉質のオイル（トナーオフセット防止液）膨潤液
（％）は、被覆材料の単位重量当りのオイルの飽和含有
率（平衡膨潤量）をａとし、被覆材料の単位重量当りの
実際のオイル含有量（抽出法等で測定）をｂとして下式
で計算される。

尚、本明細書に於てシリコーンオイルの粘度数（cs、セ
ンチストークス）は25℃に於けるものとする。又そのオ
イルは種々の粘度のシリコーンオイルをブレンドして所
定の粘度数に調整したオイルでなく、始めからその粘度
数を単一ピークとするものを合成製造したものとする。

而して定着ローラ１の弾性体被覆層12に予めトナーオフ
セット防止液（以下オイルと記す）を含有させておくこ
とにより該被覆12の含有オイルが定着ローラ１と加圧ロ
ーラ２間に導入される未定着トナー像支持材５（以下コ
ピー紙と記す）の面に毎回極々微量ずつ移行し、このこ
とによって定着ローラ１の良好なトナー離形性が生じ
る。該定着ローラ１の含有オイルの経時的減少が上記毎
回のコピー紙への微量ずつの移行分にほぼ限られるもの
であるかぎりは、定着ローラに外部からオイルを全く塗
布しなくとも定着ローラの良好なトナー離形性はかなり
長期にわたって維持され、ローラライフは長いものであ
る。

ところが定着ローラ１の含有オイルの経時的減少因子と
しては上記コピー紙への移行分の他に、定着ローラ１の
加熱による輝散（主としてオイルの低分子分）、及び加
圧ローラ２側への移行が挙げられる。前者の加熱輝散に
よる減少分は定着ローラ温度を200℃以下に設定すれは
非常に少ないものである。後者の加圧ローラ２側への移
行による減少は、 ｉ、先行のコピー紙5₁（第２図）の後端が定着ローラ１
と加圧ローラ２のニップ部を通過し後続のコピー紙5₂の
先端がニップ部へ達するまでの間に於ける両ローラ１・
２の直接接触期間、 ii、導入コピー紙が通紙可能最大サイズよりも小サイズ
のものである場合に於てそのコピー紙が通る通紙領域部
Ｐ（第２図）以外に非通紙領域部Ｑ、即ち両ローラ１・
２の直接接触回転領域、 iii、装置のウオーミングアップ期間など両ローラ・２
の直接接触回転期間、 などに、定着ローラ側被覆層12の含有オイルが、オイル
を含有できる容量の大きい加圧ローラ側被覆層22へ経時
的に浸透していくことにより生じる。

定着ローラ１側から加圧ローラ２側へのオイルの経時的
移行度合は被覆層12・22の材質、充填剤の種類・量、オ
イルの粘度・含有量等によって大小異なるものである
が、何れにしてもこの定着ローラ１側から加圧ローラ２
側へのオイルの経時的移行量は定着ローラ１側から導入
コピー紙に対して毎回微量ずつ移行する分よりも大き
く、これが実際上弾性体被覆層12に予めオイルを含有さ
せた定着ローラ１の良好なトナー離形性を早期に劣化さ
せる。

本発明に於て加圧ローラ２の弾性体離形性22の表層に形
成したトナーオフセット移行防止層24は上記定着ローラ
１の弾性体被覆層12内から加圧ローラ２の弾性体被覆層
22へのトナーオフセット防止液の移行を防止し、定着ロ
ーラ１の弾性体被覆層12内にトナーオフセット防止液を
長期にわたって保有させる役割をするものである。この
層24は加圧ローラ２の弾性体被覆層22の外周面に耐油性
物質の塗料組成物を塗布・乾燥（又は焼成）させる、耐
油性物質のフィルムをラミネートする等による形成する
ことができる。該層24は加圧ローラ２の弾性体被覆層22
自体の具備すべき弾力性を実質的に損なうことのないよ
うに例えば70μｍ以内の薄層として形成するのが望まし
い。

而して本発明に依れば定着ローラ１の弾性体被覆層12に
予めトナーオフセット防止液を含有させてトナー離形性
を向上させるようにしたから、前述のように定着ローラ
１の弾性体被覆層12の外周面に比較的低粘度のトナーオ
フセット防止液を多量に塗布供給して定着ローラのトナ
ー離形性の向上を図る構成のものに於ける前記イ〜ハの
ような問題を生じない。又定着ローラ１の弾性体被覆層
12内に予め含有させたトナーオフセット防止液はその経
時的減少の主因たる加圧ローラ２側の弾性体被覆層22へ
の移行が層24の存在により防止され、定着ローラ１の弾
性体定着ローラ12内に長期にわたって保有される。その
結果後述実施例に示すように定着ローラ外周面に別途ト
ナーオフセット防止液塗布処置を行うことなしに定着ロ
ーラ１は長期にわたって良好なトナー離形性を持続し、
ローラライフの大幅な延長がなされる。尚定着ローラ１
の外周面に対して微量のトナーオフセット防止液を塗布
する手段を併用するようにしてもよい。

実施例 本発明に従う下記仕様の定着装置を構成した。

（１）定着ローラ１（ジメチルシリコーンオイルを含有
させたHTVシリコーンゴム被覆ローラ） を充分に混練し、未加硫ゴムシートとし、常温で３日間
放置した。

芯金11として外径58.4mm・肉厚7mmで、外表面をブラス
ト処理したアルミニウム（A5056）製の中空体を用い、
その外表面に接着剤を塗布し、25℃・５時間放置した
後、120℃・20分間ベーキングした。その芯金外周面を
前記未加硫ゴムシートで被覆し、プレス加硫機を使用し
て圧力150kg/cm²・温度170℃・30分間１次加硫した。更
に200℃・４時間２次加硫した後、ゴム被覆層を研削処
理して外径59.3mm（ゴム被覆層肉厚0.45mm）のゴム被覆
ローラとした。

上記ゴム被覆ローラを180℃のジメチルシリコーンオイ
ル（トナーオフセット防止液、25℃に於ける粘度が100c
sのもの）中に８時間浸漬してゴム被覆層をオイル膨潤
（62％膨潤）させた後、その膨潤ゴム被覆層を仕上げ研
磨して外径59.4mmのジメチルシリコーンオイル含有のHV
Tシリコーンゴム被覆定着ローラとした。

（２）加圧ローラ２（HTVシリコーンゴム被覆ローラ） を充分に混練し、未加硫ゴムシートとし、常温で２日間
放置した。

芯金21として外径50で、外表面をブラスト処理したステ
ンレス（SUS430）棒を用い、その外表面に前記定着ロー
ラと同様にして接着剤層を形成した。

その芯金外周面を上記未加硫ゴムシートで被覆し、次い
で前記定着ローラと同様にベーキング及び１次加硫処理
をした。次いでゴム被覆層を研磨して外径60mm（ゴム被
覆層肉厚5mm）のゴム被覆ローラとした。このゴム被覆
層のゴム硬度は40度（JISA）であった。

次いでそのゴム被覆ローラの外周面に弗素ゴム水性塗料
（商品名ダイエルGLS213、ダイキン工業）を20μｍ厚に
コーティングし、300℃・20分焼成してトナーオフセッ
ト防止液（ジメチルシリコーンオイル）移行防止層24を
形成した。上記最外層は20μｍ厚と薄いため加圧ローラ
２は弾性に富み充分なニップ幅を得ることができる。

（３）定着ローラ温度（表面管理温度）:185℃ （４）ニップ幅W:8.5mm （５）プロセススピード（通紙速度）:445mm/sec（60枚
／分（A4）） 而して上記定着装置の10万枚連続通紙定着テストを行っ
たところ、定着ローラ１の外周面に対し別途トナーオフ
セット防止液の塗布手段を具備させなくとも全く問題な
く良好な定着処理が続行された。

また、定着ローラ１に対して更に高粘度のオフセット防
止液を少量づつ塗布供給する手段を併用した場合、20万
枚通紙しても何ら問題は発生せず、さらにコピー処理を
行うことが可能であった。

尚加圧ローラ２としてトナーオフセット防止液移行防止
層43を形成しないものを用いた場合は約３万枚通紙時点
頃から定着ローラ外周面に対するトナーオフセット固着
が顕著となり、紙ジャムトラブルが発生しはじめた。こ
れは前記ｉ項・ii項に説明したように定着ローラ１と加
圧ローラ２の直接接触回転期間又は領域で、定着ローラ
１のゴム被覆層12中のトナーオフセット防止液が加圧ロ
ーラ２側のゴム被覆層22へ逐次無駄に移行して行き、そ
の結果定着ローラ１のトナー離形性が比較的短時間のう
ちに低下するためである。

定着ローラの弾性体被覆層中にトナーオフセット防止液
を予め含有させず、その被覆層の外周面に比較的低粘度
のトナーオフセット防止液を多量に塗布供給する従来方
式のものは、前述した如くオフセット防止液により、コ
ピー紙が汚染されやすくコピー品質を低下させるだけで
なく、弾性体はオフセット防止液で膨潤することにより
期間的強度が低下してゆき、10万枚以下で弾性体層が損
傷したり芯金と弾性体層が剥離したりする事故が生じ
た。また、それ以前に高温環境下ではシワが発生した。

高粘度のトナーオフセット防止液を少量づつ塗布供給す
る従来方式のものは、ローラライフは10万枚以下であっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図はローラ式トナー像定着装置の極く概略の構成
図、第２図は定着・加圧ローラ対の斜面図、第３図は加
圧ローラの弾性体被覆層の一部拡大図。 １は定着ローラ、２は加圧ローラ、11・21は芯金、12・
22は弾性体被覆層、24はトナーオフセット防止液移行防
止層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナー像と接する弾性層を備えた定着ロー
   ラと、この定着ローラと圧接しニップを形成する弾性層
   を備えた加圧ローラと、を有し、未定着トナー像を担持
   した記録材を前記ニップで挾持搬送し定着を行なうトナ
   ー像定着装置において、 前記定着ローラの弾性層は予めトナーオフセット防止液
   が含浸されており、前記加圧ローラの弾性層の表面には
   弗素ゴム水性塗料が塗布、焼成されていることを特徴と
   するトナー像定着装置。