JPH0695261B2 - 定着用弾性回転体及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、一般の弾性回転体に関し、特に表面樹脂層を
有する弾性回転体に関する。

本発明は製造方法及びそれによつて得られた弾性回転体
に関するが、その利用は、事務機に最適であり、具体的
には、一般紙類搬送ローラ，ベルト，特に有効なものに
加熱定着用ローラ，ベルトが挙げられる。

（従来技術） 従来、この分野では、トナー像に接する加熱ローラとし
て芯金に四弗化エチレン樹脂を被覆したローラを、トナ
ー像の加熱加圧時間を増すため加熱ローラに圧接する加
圧ローラとしてゴム層を被覆したローラを、用いるのが
一般的である。

しかしながら、トナー像側に設けられた加熱ローラ表面
は、剛体に近いものであるため、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、トナー像の凹凸に対
してのなじみも少ない。従つて、得られる画像性、定着
性のゴムローラをトナー像側に用いた場合に比べて悪
く、トナー像が定着されるシートのカール発生量も大き
い。逆にトナー側ローラにゴムローラを用いた場合は離
型性が悪いためオフセツトが増大し、耐摩耗性が低いた
め当接部材（分離爪やセンサー等）によつて摩耗し部分
的定着不良及び部分的オフセツトも増大してしまう。

このようにゴムローラ、樹脂ローラは、いずれも長所短
所があり、これらの長所を兼ね備えた弾性ローラが望ま
れていた。

これに対して提案されているローラに、特関昭58−2864
号、特開昭58−5770号及び特開昭58−27175号がある。
これらの提案は、前者が金属ローラ表面に弗素ゴムと弗
素樹脂との混合塗料を塗布してなるローラを、後者はゴ
ムローラ表面に弗素ゴムと弗素樹脂との混合塗料を塗布
してなるローラを、夫々開示している。

しかしこれらは特開昭57−135871号公報に開示された上
記混合塗料を希望するローラに適用することを開示する
ものであるため、実際の定着使用条件に適する定着ロー
ラを得ることなできなかつた。具体的に上記技術開示に
基いてローラを作成したところ、混合層表面に樹脂成分
を多く得ることはできず、せいぜい２μ程度が限度であ
つた。又、このローラは表面の樹脂層が十分な焼成を受
けていないために摩耗が激しく、数千枚の通紙さえもで
きない。定着用ローラ自体にとつて上記混合層は極めて
薄い層しか形成できず、所望の弾性を得るためには特開
昭58−5770号に開示のようにこの混合層の下層に新たに
ゴム層を必要とすることも既に知られている。

ところが、ローラの基体にゴム層を設け、その上層に上
記混合層を形成し直接400℃の高温下で30分高温焼成す
ると、確かに混合層表面には弗素樹脂がわずかに多くな
る（３μ程度）が、その下層にあるゴム層が解重合を起
こして弾性を失つてしまう。

従つて、ローラとしての特性を得ることは、混合層表面
に樹脂成分を多くすることと相反しており、両特性を満
足した弾性ローラを長期使用に耐え得るように得ること
は困難であつた。

特に定着装置に用いられる定着用又は加圧用又は加熱用
の弾性ローラとしては、ゴム層の弾性と混合層表面の樹
脂成分増大化は、定着性や加熱、加圧等の諸目的を満足
する上で極めて重要であるが、現実的には長期実用に耐
え得る離型性及び弾性を有するローラを得ることは願望
の域を出なかつた。

一方、単純にゴムローラを形成し、その表面に樹脂層を
形成するものとして実用化されているものに特公昭47−
20747号公報に開示されたローラがある。このローラ
は、シリコーンゴムローラの表面を研磨した上に接着剤
を塗布し、予めゴムローラ径より大径の熱収縮用チユー
ブ（FEP:弗素化エチレン・プロピレン）をかぶせ104.4
℃で加熱収縮させた後182.2℃で１時間加熱したもので
ある。しかし、この方法では、熱収縮量が均一にならな
いために所定形状のローラを得ることが困難であり、樹
脂チユーブを予め形成した後、内面の清掃を極めて良く
行わなければならない。又、現在の技術では熱収縮量チ
ユーブの肉厚を50μ以上にしか形成できないので、下層
のゴム層の弾性を相殺してしまい、この方法では弾性を
生かしたローラができない。つまり、この公報によるロ
ーラは、精度が悪く、しかも製造工程が多いために高価
であり、適切な定着効果を奏することもできない。

又、特開昭57−89785号公報に開示されたローラ及び特
開昭59−74578号に開示されたローラがあるが、いずれ
も製造されたローラの構成を示していず、前者、後者と
も焼成温度が300℃である点及び前者はフツソ樹脂材質
が４弗化エチレン−６弗化ピロピレン共重合体であるこ
とを考慮すると、このローラは表面の樹脂層が十分な焼
成を受けていないために摩耗が激しく、数千枚の通紙さ
えもできず、定着ローラとしては実用できないものであ
る。

なぜならば、これらは、シリコーンゴムローラ表面に弗
素樹脂液を塗布したものであるが、弗素樹脂液が４弗化
エチレン樹脂の場合、弗素樹脂の結晶化は327℃（結晶
融点）以上の高温（好ましくは340℃〜360℃）に、又、
弗素樹脂液が４弗化エチレン−パーフルオロビニールエ
ーテル共重合体の場合、306℃（結晶融点）以上の高温
（好ましくは320℃〜340℃）に加熱された後に得られる
ものであつて、300℃の低温では弗素樹脂は溶融せず、
乾燥された粉末状態のままで残り、フイルム化しないた
め樹脂特性が得られないからである。しかもこれらの公
報には希望的数値として、前者ではフツ素樹脂が0.1μ
〜50μ、後者では樹脂圧が0.1mm以下で良いと挙げられ
ているだけで、実現性の根拠はどこにも見られない。こ
のように300℃のような結晶融点以下の低温焼成では樹
脂特性が得られないばかりでなく、ゴム層と樹脂表面と
の接着性が悪く樹脂強度も弱いため、簡単に剥離してし
まう。

ゴム層と樹脂表層との接着性が悪いと、定着用ローラが
シートを挟持搬送した際に生じる局部応力によつて、こ
れらの層間にすべりが生じ簡単に剥離し、像乱れや定着
不良を起こすばかりでなくオフセツトが発生し、樹脂層
が分離爪等で破けてしまう。ことに300℃の低温焼成で
は樹脂としての対摩耗性がないために、特開昭59−7457
8号に示されたように、紙づまり等がないとしても２〜
３万枚の搬送ができる程度であり、実用化されにくい。

〔発明の目的〕

本発明の目的は表面樹脂特性を有し、全体として弾性が
適度にあつて、定着性、耐摩耗性、離型性を従来より優
れたものとできる弾性回転体の製造方法及びそれによつ
て得られる弾性回転体を提供することにある。

（発明の概要） 本発明は、弾性回転体の樹脂層とゴム層の関係に着目
し、弾性回転体の製造時、ゴム層の上に未焼成の樹脂材
を塗布する方法によりゴム層と樹脂層の密着性，耐久性
に対し大きな影響を与えることを究明したものである。
即ち、本発明は、弾性体上に樹脂層を有する定着用弾性
回転体を製造する製造方法において、弾性体上に未焼成
の樹脂材を混合した樹脂ディスパージョンを15℃以下に
保持して塗布し、その後樹脂ディスパージョンを樹脂材
が焼成される高温度に加熱しつつ弾性体をこの樹脂ディ
スパージョンよりも低温下に維持して弾性体上に樹脂層
を形成することを特徴とするものである。

また本発明の定着用弾性回転体は、弾性体と、この弾性
体上に未焼成の樹脂材を混合した樹脂ディスパージョン
を15℃以下に保持して塗布し、その後樹脂ディスパージ
ョンを樹脂材が焼成される高温度に加熱しつつ弾性体を
この樹脂ディスパージョンよりも低温下に維持して弾性
体上に形成された樹脂層と、を有することを特徴とする
ものである。

（実施例） 第１図は本発明の定着用ローラを有する本発明定着装置
の実施例説明図である。

第１図中１は、未定着のトナー像と接する側の定着ロー
ラで、２は定着ローラ１に圧接回転する加圧ローラで、
共に本発明の定着用ローラの一例である。具体的構成は
以下のとおりである。

定着ローラ１は、アルミ等の熱伝導の良好な芯金11上
に、シリコンゴムの比較的薄い（本例では0.3mm乃至0.8
mm範囲内の所定厚）、反撥弾性率が65％〜85％の弾性体
層12と、その上層13にPFA樹脂（四弗化エチレン樹脂；
パーフロロアルコキシエチレン樹脂の共重合体）,PTFE
（四弗化エチレン樹脂）等の弗素樹脂を弾性体層12より
も薄く（本例では10μｍ乃至25μｍ範囲内の所定厚）膜
強度が50kg/cm²の以上の樹脂層として有している。同様
に加圧ローラ２はステンレス，鉄等の芯金21上に、シリ
コンゴム弾性体層12の厚さより比較的厚く（本例では、
4mm乃至10mm範囲内の所定厚）、その反撥弾性率が65％
〜85％の弾性体層22と、その上層にPFA、PTFE等の弗素
樹脂を厚い弾性体層22の厚さより薄く（本例では、５μ
乃至35μ範囲内の所定厚）、膜強度が50kg/cm²の以上の
樹脂層23を有する。

これらのローラ1,2は第３図に示した製造方法又はそれ
の目的に合致した方法によつて形成されたものである。
簡単に説明すれば、次のような行程を含むものである。

芯金の上に加硫成型したシリコーンゴム層（熱伝導度1.
4×10^-4〜1.5×10^-3）を形成して所望形状のシリコンゴ
ムローラを作る。好ましい形状は中央部が両端に比較し
てわずかに小径の逆クラウンタイプである。このゴムロ
ーラ表面に未焼成の弗素樹脂例えばデイスパージヨン
（水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
全長にわたつてスプレー塗装、静電塗装、粉体塗装等の
方法により均一厚に塗布する。このデイスパージヨンは
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イルム状の樹脂被膜を形成する。そ
のため未焼成の弗素樹脂が塗布されたシリコンゴムロー
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。

ところがシリコンゴム自体は反撥弾性率や圧縮永久歪等
のゴム特性に優れているものの300℃以上に、ましてや3
06℃、327℃以上に加熱されると、発煙や解重合を起こ
す。これらは、良質な弗素樹脂層の形成を妨げるばかり
でなく、シリコンゴム自体のゴム特性を失なわせてしま
う。従つてゴム層の過熱は、ゴム層の機能がなく、樹脂
層の特性もなくしてしまい、定着に適した条件を失う。

これらの理由から本発明実施例中においては、シリコン
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
る焼成方法を採用した。

具体的には、芯金内部からゴム層を急冷却しながら、表
面の未焼成弗素樹脂を急激に加熱する方法又は、液状弗
素樹脂（デイスパージヨン、エナメル）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（第３図参照）の他、この趣旨に適合するものであ
れば、本発明に適するものである。

この方法によつて実質的にシリコ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、260℃〜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340℃〜380℃の焼成温度が５
分乃至10分程度与えられる。この焼成を行つた後、この
ローラは急冷される。この急冷によつてシリコンゴムロ
ーラ上に結晶化度が95％以下で引張強度50kg/cm²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。

従つて、上記定着ローラ1,加熱ローラ２は、下層のシリ
コ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。

ここで第１図にもどつて、定着装置の他の構成を説明す
る。

３は、定着ローラを内部から加熱するための、ハロゲン
ランプ等のヒーターであり、定着ローラ表面温度はヒー
ター３と、温度検出素子４と、制御手段31とにより、常
にトナー溶融可能な最適温度（具体的には160℃乃至200
℃）に維持される。

５は、定着ローラ表面にシリコンオイル等のオフセツト
防止液を塗布するための、クリーニング手段をも兼ねて
いるオフセツト防止液塗布手段である。塗布手段５とし
てはフエルト様のものでも良いが、本例ではウエブを用
いている。オフセツト防止液を含有したウエブ51は、シ
リコンスポンジ等の弾性押圧ローラ52により定着ローラ
１に当接させられ、定着ローラ１表面に、微量のオフセ
ツト防止液を塗布する。また、ウエブ51は巻取りローラ
53により、供給ローラ54から徐徐に巻取られ、定着ロー
ラ１へのウエブの当接面が、不図示の制御手段により逐
次わかる構成となつている。

未定着トナー像Ｔを担持した記録紙Ｐは、入口ガイド６
にガイドされながら、ローラ対1,2の間を通過すること
によつて、トナー像Ｔは、記録紙Ｐに永久定着される。
ローラ１表面に当接する分離爪41は、ローラ表面１から
記録材を分離するために設けられている。

このように形成した定着用ローラ1,2は、従来では存在
しなかつたローラ特徴、即ち、シリコンゴム特性を熱劣
化させずに、弗素樹脂を完全に焼成しているため十分な
反撥弾性を有し圧縮永久歪の少ないシリコンゴムの利用
を可能にし、表面離型性，耐摩耗性に優れ、弾性を十分
備えた耐久性の高いものである。しかも、記録紙にトナ
ー像を定着する際に生じる応力がシリコンゴム層と弗素
樹脂層との間に集中しても、弗素樹脂層の強度が高く、
これらの密着性も良好である。

上記構成においての他の特徴構成は第２図に示すよう
に、定着ローラの弾性層12の厚みt₁、定着ローラの樹脂
層13の厚みt₂、加圧ローラの弾性層22の厚みt₃、及び加
圧ローラの樹脂層23の厚みt₄の以下の関係である。

即ち、ローラ１で t₁＞t₂ ローラ２で t₃＞t₄ 又、好ましくは t₄＜t₂＜t₁＜t₃ この構成により、基本的には定着ローラ、加圧ローラ相
互の相剰効果により、互いの欠点を補い互いの利点を向
上させ、得られる画質や定着性を優れたものにでき耐久
性に優れたものとなる。

上述の特徴を有する定着用ローラにとつて耐久性を最も
左右するのは弗素樹脂層の膜強度と弗素樹脂とシリロン
ゴム層との密着力であり、本発明者は弗素樹脂の膜強度
と、かつ弗素樹脂とゴム層の密着力を強固にするために
は、未焼成の樹脂材をゴム層の上に塗布するときの方法
が重要であることを発見した。

即ち、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の仕様書にあるように一般には、およそ17℃〜
26℃程度の２つの一次転移点の間が使われているが、し
かし本発明者は、15℃以下好ましくは13℃以下にデイス
パージヨンの温度保ちながら、ゴム層としてコーターロ
ールで塗布したとき最良の状態が得られることを見い出
した。

これは、次にあげる効果によるものと思われる。つま
り、 1. 低温の方が初期粒子が集合した２次粒子,3次粒子が
発生しにくいので、ゴム表面の微細な凹凸には小径の粒
子の方が入りこみやすく、機械的に強固な密着力が得ら
れる。

2. さらに、デイスパージヨンの帯電を考えて見たとき
通常に帯電するが、低温下においては、よりに強く
帯電するためゴム層との間により大きなクーロン力が働
き密着性が向上すると考えられる。

このとき下地ゴム層の温度は好ましくは塗布する弗素樹
脂デイスパージヨンの温度よりも多少低めの方が良い。
これはデイスパージヨン自体の温度分布を不安定にする
危険を避け、結果的に良好な塗布を達成するためであ
る。具体的にはデイスパージヨンの温度が13℃であると
き、ゴム層表面の温度は10〜12℃程度が好ましい。

ここで第４図を参照しながら弾性回転体１への弗素樹脂
デイスパージヨン52の塗布方法について説明を加える。

弗素樹脂デイスパージヨン52は溶器53に貯められ常に撹
拌棒51によりゆつくりと撹拌されている。さらに下層部
と上層部の温度は温度センサー56,57により検知され温
度差があるときは制御装置58により撹拌を強めるように
なつている。

さらに、溶器53の外側には冷却水を通したパイプ54と加
熱ヒーターを内蔵したパイプ55が交互にまかれており液
温を一定に保つようにしている。

この液中にはコーターローラー50の下層がつかるように
セツトされており、コーターローラー上に総圧3kg程度
で弾性回転体１を圧接して、弾性回転体上に塗脱を５〜
７層設けるように回転させ塗布する。

第３図は、本発明定着用ローラの焼成方法を示すもので
ある。図の装置は、誘電加熱装置と赤外線外部加熱を併
用した加熱方式の一具体例で、マグネトロン105と、マ
グネトロン105から発生した高周波（950MHz〜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赤外線ランプ11
1と、反射笠を有している。

樹脂容器102内には、定着用ローラとしての定着ローラ
１の中空内に空気流を発生するフアン100と、容器102内
に空気流を発生するフアン101と、が夫々容器外の駆動
手段からの駆動によつて回転可能に設けられている。こ
の容器は支点108を中心に上下が開閉でき、上部に把手1
09が、下部にローラ１のフランジ1Aを位置決めするアー
ム107が、夫々固設されている。

110は装置の制御手段で、駆動手段104とマグネトロン10
5と赤外線ランプ111の作動を容器の閉鎖状態と所定の開
始信号の入力によつて、所定時間の間不図示の可変タイ
マーで行わせる。

定着ローラ１は下層にシリコンゴム層を表面に弗素樹脂
デイスパージヨンを有しているため、高周波はシリコン
ゴム層よりも比誘電率が大きいデイスパージヨン中に多
量に吸収される。従つて、弗素樹脂デイスパージヨンは
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℃〜350℃に加熱される。この時シリコンゴム層
は高周波吸収率が小さいためデイスパージヨンほど高温
化されず280℃程度の温度以下に加熱される。これによ
つて上述したローラ特性を得ることができる。

上記実施例中、弗素樹脂デイスパージヨンは例えば、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
である。

本発明中樹脂層の膜厚を10μ以上にした時は耐久性が25
万枚以上にも向上でき、15μ以上にすれば30万枚以上の
耐久性が得られ、定着効果はその厚み増加で減少してし
まう欠点をゴム層の反撥弾性率で補うことによつて、高
度の定着性を維持できる。特に本発明はシリコーンゴム
層上に弗素樹脂を設けた時に有効である。

本発明は、上記実施例の他に定着用ローラとしてはロー
ラ状の他ベルト状のローラ（例えば転写同時定着用の中
間ベルト）やクリーニングローラ，離型剤供給用ローラ
等が含有される。特に、弗素樹脂の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（ただ
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う）、弾性によるならい効果に
よつて離型剤の均一塗布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。

又、上記第１図は加熱定着装置の例を示し、本発明の実
施例として好ましいものを示したが、軽い圧力でトナー
像を圧力定着するような圧力定着装置や、転写同時定着
等の圧力定着装置又は加熱定着装置にも本発明は適用で
きる。

又、上記例は２本ローラ構成であるが、３本ローラ又は
それ以上のローラ数の定着装置の加熱ローラ、加圧ロー
ラ、離型剤供給ローラ、或いはクリーニングローラやそ
の他のベルト状ローラを含んだ装置も、本発明に含まれ
る。

〔発明の効果〕 本発明は、上述したように弾性層が樹脂層に対して定着
温度時，熱膨張によりテンシヨンをかけることにより互
いの接触部分において凹凸部の係合密着状態を作り、こ
れを樹脂層の収縮力によつて弾性層の凸部を押圧して互
いに密着性を向上すること、さらに、ゴム層上に塗布す
る樹脂層の温度を低温に保持することで弾性ローラ表面
の平滑性を高め、一般搬送では50万枚の搬送を無理無く
達成でき、定着用回転体としても、30万枚以上の定着処
理を優れた定着効果と離型性を維持しつつ行なうことが
できる。

本発明定着用ローラ（ベルト状のローラを含む）として
共通する効果は、耐摩耗性，表面離型性に優れ、樹脂層
の表面特性とゴムの弾性特性を充分発揮させて、トナー
像や他のローラへのならい効果にも優れ、寿命が極めて
長いことである。

本発明定着装置は、上記定着用ローラを記録材を挟圧す
る一方のローラ（ベルトを含む）へ適用するとき、記録
材のカール発生を防止し、定着画像を鮮明でしかも定着
性が良いといつた効果を、従来よりも長期にわたつて維
持できる。しかも、定着の熱効率が良く定着に必要な温
度を低減（例えば20℃程）できるので消費電力を少なく
し、電力配分の少ない装置でも高速定着記録を達成でき
る。

本発明の弾性回転体は、表面がかなり平滑となり、研磨
の必要度を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明弾性回転体に相当する定着用ローラ（ベ
ルト状のローラを含む）及びそれを有する定着装置の実
施例の説明図、第２図は定着用ローラの部分拡大説明
図、第３図は定着用ローラの製法の実施例説明図、第４
図は本発明製造方法の実施例説明図である。 １は定着ローラ、２は加圧ローラ、12,22はシリコーン
ゴムの弾性体層、13,23は弗素樹脂層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桜井 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 後藤 正弘 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 山本 猪一郎 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 阪根 勇 滋賀県大津市一里山５丁目13番13号 株式 会社アイ・エン・テイ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性体上に樹脂層を有する定着用弾性回転
   体を製造する製造方法において、 弾性体上に未焼成の樹脂材を混合した樹脂ディスパージ
   ョンを15℃以下に保持して塗布し、その後樹脂ディスパ
   ージョンを樹脂材が焼成される高温度に加熱しつつ弾性
   体をこの樹脂ディスパージョンよりも低温下に維持して
   弾性体上に樹脂層を形成することを特徴とする定着用弾
   性回転体の製造方法。
2. 【請求項２】弾性体と、この弾性体上に未焼成の樹脂材
   を混合した樹脂ディスパージョンを15℃以下に保持して
   塗布し、その後樹脂ディスパージョンを樹脂材が焼成さ
   れる高温度に加熱しつつ弾性体をこの樹脂ディスパージ
   ョンよりも低温下に維持して弾性体上に形成された樹脂
   層と、を有することを特徴とする定着用弾性回転体。