JPH09138604A - 定着ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着時、オフセット現象や転写材の熱ローラ
への巻き付き現象を発生することなく、低温定着が可能
で、高耐久、高速な熱立上りが得られるようにする。 【解決手段】 円筒形上の支持体１の表面に、ニッケル
とクロムを主成分とする帯状の発熱体２を、支持体１と
の界面を接着剤で接着固定するようにし、５mm以下の間
隔Ｄを保って螺旋状に巻き付け、発熱体２のパターンを
形成する。発熱体パターンを形成した支持体に、湿式塗
装によりフッ素を含有するポリマーをコーティングし、
ポリマーコート層４によるピンホールがなく、表面粗さ
の小さい離型層を形成し、直熱式の発熱体２に電流を流
して効率よく全体を加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、定着ローラに関し、よ
り詳細には、電子写真法，静電記録法，静電印刷法等に
おいて形成される静電潜像を記録材料に固定化させるた
めの定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真法，または、静電記録
法等による画像形成は、光導電性感光体または誘電体等
の潜像担持体上に静電潜像を形成し、形成された静電潜
像に対し、キャリアとトナーとを混合した２成分トナ
ー，または現像スリーブ等のトナー供給ローラ上で薄層
化され、かつ、適当に滞電された１成分トナーを用いて
現像し、潜像担持体上にトナー画像を形成し、必要に応
じて紙等の転写材に対しトナー画像を転写した後、転写
材に転写されたトナー画像を加熱下での加圧や、溶剤蒸
気等によって定着し、画像複写物が得られる。

【０００３】これらの現像法に適用するトナーの定着法
としては種々の方式があるが、熱効率が高いこと、およ
び高速定着が可能であることから加熱した熱ローラ（定
着ローラ）を用いる熱ローラ定着方式が広く採用されて
いる。このような熱ローラ定着方式で高速定着を行う場
合、適用するトナーに対しては良好な低温定着性、すな
わち、定着下限温度が低いことが要求される。この要求
を充たすため、トナーに結着樹脂として低温軟化樹脂を
含有させることがある。しかし、低温軟化樹脂を含有し
たトナーを用いて現像したトナー画像を定着すると、ト
ナー画像の一部が熱ローラ表面に付着し、これがコピー
用紙上に転移して地汚れを起こす、いわゆるホット・オ
フセット現象（以後、オフセット現象と記す）や、転写
材が熱ローラ表面に付着して巻き付く、いわゆる巻き付
き現象が発生しやすくなる。巻き付き現象は、特に熱ロ
ーラの温度が低いときに多く発生する。また、トナーに
低軟化性樹脂を含有した場合、保存性にも問題が生じ、
例えば、輸送時等にブロッキング現象を引き起こすこと
もある。

【０００４】一方、従来の電子写真複写機等の画像形成
装置において、未定着画像を有する記録材、例えば、未
定着トナー画像を有する転写紙に熱を付与して定着し、
かつ、溶融トナー像がオフセット現象を起こさないよう
に転写紙を所定の搬送路に向け搬送しなければならない
定着ローラに対しては、極めて厳しい条件下での搬送
性，離型性，摩耗性，定着性，そして耐久性が要求され
る。これらの要求を充たす定着ローラの一例として、芯
金上に弾性層を設け、さらにその弾性層の上表面に薄い
樹脂層を形成した構造の定着用の弾性回転体、つまり、
弾性ローラが知られている。

【０００５】このような２層構造の定着ローラは、単
に、シリコンゴムのみによる１層構造の定着ローラと比
較した場合、耐久性および耐摩耗に優れ、また、芯金上
に弾性層を持つことなく、フッ素樹脂等の樹脂層を被覆
した定着ローラと比較した場合、定着性，搬送性におい
て優れたものである。その他、従来の定着ローラを開示
したものとして、実開昭６１−１６０４６４号公報，特
開平６−３３２３１号公報，特開平６−３３２３２号公
報，特開平６−３３２３３３号公報等がある。

【０００６】実開昭６１−１６０４６４号公報では、両
端が断熱材を介して支持されたアルミニウム等の金属製
パイプ内にヒータを内蔵させ、このヒータの発する熱に
より金属パイプを１８０〜２００℃に加熱し、この加熱
金属パイプと非加熱の圧着ローラの間にトナー画像が現
像された用紙を通してトナー画像を熱定着させるもので
ある。

【０００７】特開平６−３３２３１号，特開平６−３３
２３２号，特開平６−３３２３３３号の各公報では、何
れも電子写真方式などで形成した未定着トナー像をもつ
記録材を加熱して定着させる加熱ローラが開示されてい
る。該加熱ローラは、円筒状基材の表面に、抵抗温度係
数が正である抵抗発熱体による抵抗パターンを設け、こ
の抵抗パターンに電流を流すことにより加熱するもので
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の定着ロ
ーラにおいて、芯金上に弾性層を設け、更に、弾性層表
面上に樹脂層を形成した２重構造の定着ローラは、定着
性，搬送性においては優れているが、発熱部が定着ロー
ラの中心部にあるため、電源投入時から定着ローラが目
的の温度に達するまでの時間が数分から数十分必要とな
り、加熱の立ち上りが遅いという問題点があった。

【０００９】また、実開昭６１−１６０４６４号公報に
よる定着ローラでは、金属パイプの表面温度が通常使用
可能な１８０〜２００℃程度になるまでには、ヒータへ
の電力投入後、５分程度の立ち上がり時間を要し、しか
も、この電力として１kWの大電力を必要としていた。ま
た、特開平６−３３２３３１号，特開平６−３３２３３
２号，特開平６−３３２３３３号の各公報による加熱ロ
ーラでは、帯状の抵抗パターンを設けた円筒状基材の表
面に保護層を有しているが、発熱体がパターン形状であ
るため、定着ローラ表面が凹凸状の粗面になり、未定着
画像を均一に定着させることが困難で、さらに、経時で
の離型性にも問題が起きる恐れがある。

【００１０】本発明は、定着時に、オフセット現象や熱
ローラへの巻き付き現象を発生することなく、省エネル
ギー定着な低温定着が可能で、熱立ち上がりが速く、高
耐久性のある定着ローラを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、少な
くとも絶縁層を有する支持体上に一定パターンを有する
発熱体を設け、該発熱体の上層に離型層を設けた定着ロ
ーラにおいて、前記パターン発熱体上に湿式で塗布され
たコート層を有することにより、定着ローラの表面粗さ
を小さくし、熱立ち上がり時間を短かくし、オフセット
や巻き付き現象を起こすことなく、優れた定着性が得ら
れるようにしたものである。

【００１２】請求項２の発明は、前記パターン発熱体上
にコートされたコート層を２層以上とし、該２層以上の
コート層の最上層を湿式で塗布されたコート層とするこ
とにより、ピンホールをなくし、定着ムラのない定着が
得られるようにしたものである。

【００１３】請求項３の発明は、前記支持体上に帯状の
発熱体を５mm以下の間隔をもって螺旋状に設けて前記パ
ターン発熱体を形成することにより、発熱パターン上の
コート層のうねり粗さを小さくし、均一な圧力を加える
ことのできる定着ローラとしたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明による定着ローラは、円筒
形状の支持体上に発熱体を巻き付け、その上に離型層を
有する構成であり、発熱体は、少くとも、ニッケルとク
ロムが主成分であり、前記離型層は、少くとも、フッ素
原子を含むポリマーである。

【００１５】図１は、本発明による定着ローラの実施の
形態を説明するための図で、図１（Ａ）は、外観図、図
１（Ｂ）は、図１（Ａ）の部分断面図であり、図中、１
は支持体、２は発熱体、３はフッ素を主成分とするポリ
マー、４はフッ素を主成分とするポリマーコート層であ
る。

【００１６】支持体１は、例えば、アルミニウムからな
る円筒形状をしており、支持体１上には、ニッケルとク
ロムを主成分とする合金からなる帯状の発熱体２を接着
材により絶縁しながら接着して間隔Ｄをもって巻き付け
ている。巻き付けてある発熱体２のパターンの間、すな
わち間隔Ｄの間には、フッ素を主成分とするポリマー３
が存在し、更に、上層は、同様にフッ素を主成分とする
ポリマーからなり、離型層となるポリマーコート層４を
形成している。従って、断面形状は、図１（Ｂ）に示す
ように、フッ素を主成分とする離型層となるポリマーコ
ート層４の下部層に発熱体２と支持体１が形成されてい
る。

【００１７】上記において、支持体１の材料をアルミニ
ウムとした例を示したが、アルミニウムのような金属で
なくてもよく、例えば、珪素化合物からなるガラス等の
無機物，または、耐熱性の良好なポリイミド化合物，ポ
リエーテルサルホン，ポリアミド等の樹脂でもよい。ま
た、これらに限定されるものではない。好ましくは、熱
伝導率の小さい化合物がよい。離型層となるポリマーコ
ート層に用いるポリマーとしては、少くともフッ素原子
を含有するポリマーで、例えば、テトラフルオロエチレ
ンのホモポリマー，あるいはコポリマー，クロロトリフ
ルオロエチレンのホモポリマー，またはコポリマー，３
フッ化エチレンのホモポリマー，またはコポリマー，２
フッ化エチレンのホモポリマー，またはコポリマー等が
挙げられるが、これらに限定されるものではない。

【００１８】図１においては、支持体１の上面に発熱体
２を巻き付けてパターンを形成後、巻き付けてあるパタ
ーンの間にフッ素を主成分とするポリマー３が存在し、
上層にポリマーコート層４を形成した。このように、図
１においては、表面コート層はポリマー３と一体なポリ
マーコート層４の一層のみによって形成されているが、
一層のみではなく、複数層で形成してもよい。この場合
は、最上層を離型層として好適なフッ素を主成分とする
ポリマーコート層とし、下層をフッ素を有するポリマー
でなくても、表面張力が３０dyn／cm²以下のものであれ
ばよい。また、支持体１の上面に、ポリマーの表面コー
ト層を形成してから、この上に発熱体２を巻きつけ、更
に、この上にフッ素を主成分とするポリマーコート層４
を形成してもよい。

【００１９】また、表面コート層は、乾式塗装または湿
式塗装によりコーティングできるが、湿式塗装が好まし
い。これは、乾式塗装の場合、粉体塗装となるので、塗
装後の表面形状は粉体の粒径に左右されるからである。
つまり、粉体塗装の場合、表面の凹凸が避けられず、多
くのピンホールが生じることは避けられない。したがっ
て、湿式塗装の方がこの場合は好ましい。このため、多
層コーティングをした場合、少くとも最上層は湿式塗装
でコーティングする。

【００２０】また、前記発熱体２のパターンの隙間Ｄが
５mm以上となると、発熱体２のパターン上にコーティン
グする塗装膜にうねり粗さが生じ、定着ローラとして均
一な圧力を加えることが難しくなる。したがって、発熱
体２のパターンの隙間Ｄは５mm以下であることが好まし
い。

【００２１】以下、本発明の実施例を具体的に説明する
が、本発明は、これらに限定されるものではない。 （実施例１）アルミニウムからなる３０mmφ，ｔ＝２mm
の円筒形ローラ上にニッケルとクロムを主原料とする帯
状発熱材料（ｔ＝０.１、幅１０mm）を巻き付けて両末
端とアルミニウムと発熱材料の界面を接着剤で絶縁固定
したローラＡ（パターン隙間１mm）を作製した。次に、
以下の処方で調整したフッ素型ポリマー塗料を用意し
た。

【００２２】［フッ素系ポリマー塗料１］ ＰＦＡ系ポリマー ：１００ｇ カーボンブラック ：２ｇ 酢酸エチル ：１５０００ｇ フッ素系界面活性剤：０.１ｇ この塗料内にローラＡを１０mm／秒の速度で投入し、全
体が塗料に浸された状態で２秒停止後、１０mm／秒の速
度で引き上げた。引き上げた状態で１時間室温で乾燥
後、炉により１５０℃の温度で２時間乾燥後、引き続き
３００℃の温度で２時間乾燥した。乾燥後、塗料を塗布
してこれをローラＢとし、該ローラＢを炉からすぐに引
き出し、室温で放置した。得られたローラ表面の粗さ
は、最大粗さ８０μmであった。

【００２３】（実施例２）アルミニウムからなる３０mm
φ、ｔ＝２mmの円筒形ローラ上にフッ素樹脂である熱収
縮ＰＦＡチューブを巻き付け、温風を吹き付けてアルミ
ニウム製ローラ上にＰＦＡ樹脂層を設けた。この時のＰ
ＦＡ層は、厚さ０.５mmであった。このローラにニッケ
ルとクロムを主原料とする帯状発熱材料（ｔ＝０.１m
m、幅１０mm）を巻き付けて両端末とアルミニウムと発
熱材料の界面を接着剤で固定したローラＢ（パターン隙
間２mm）を作製した。次に、以下の処方で調整したフッ
素型ポリマー塗料を用意した。

【００２４】［フッ素系ポリマー塗料２］ ＰＦＡ系ポリマー ：１００ｇ カーボンブラック ：３ｇ 酢酸エチル ：１５０００ｇ フッ素系界面活性剤：０.１ｇ この塗料内にローラＢを１０mm／秒の速度で投入し、全
体が塗料に浸された状態で２秒停止後、１０mm／秒の速
度で引き上げた。引き上げた状態で１時間温室で乾燥
後、炉により１５０℃の温度で２時間乾燥し、室温まで
戻し、ローラＣを作製した。引き続き、以下の処方の塗
料をコーティングした。

【００２５】［フッ素系ポリマー塗料２］ ＰＦＡ系ポリマー ：１００ｇ カーボンブラック ：２ｇ 酢酸エチル ：１５００ｇ フッ素系界面活性剤：０.１ｇ ディッピング条件は、上述と同じ条件で行い、室温で乾
燥後、引き続き３００℃の温度で２時間乾燥した。乾燥
後、塗料を塗布したローラＣを炉からすぐに引き出し、
室温で放置した。得られたローラＤは、アルミニウム支
持体／ＰＦＡ層／ニクロム発熱層／ＰＦＡ層からなる多
層構造である。得られたローラ表面の粗さは、最大粗さ
２０μmであった。

【００２６】（実施例３）実施例２と同様の方法でロー
ラＤを作製後、再度フッ素系ポリマー塗料を用いて実施
例２と同じ条件でコーティングを行い、室温で乾燥後、
引き続き３００℃の温度で２時間乾燥した。乾燥後、塗
料を塗布したローラＥを炉からすぐに引き出し、室温で
放置した。得られたローラ表面の粗さは最大粗さ１０μ
m、平均粗さは０.６μmであった。

【００２７】（実施例４）アルミニウムからなる３０mm
φ、ｔ＝２mmの円筒形ローラ上に熱収縮ＰＦＡチューブ
を巻き付け、温風を吹き付けてアルミニウム製ローラ上
にＰＦＡ樹脂層を設けた。この時のＰＦＡ層は、厚さ
０.０４mmであった。このローラにニッケルとクロムを
主原料とする帯状発熱材料（ｔ＝０.１mm、幅１０mm）
を巻き付けて、両末端とアルミニウムと発熱材料の界面
を接着剤で固定したローラＥ（パターン隙間４mm）を作
製した。次に、以下の処方で調整したフッ素型ポリマー
塗料を用意した。

【００２８】［フッ素系ポリマー塗料４］ ４フッ化エチレンとポリプロピレンの交互共重合体：１
００ｇ ビスフェノールＡＦ：２ｇ カーボンブラック ：３ｇ 酢酸エチル ：１５０００ｇ フッ素系界面活性剤：０.１ｇ この塗料にローラＥを１０mm／秒の速度で投入し、全体
が塗料に浸された状態で２秒停止後、１０mm／秒の速度
で引き上げた。引き上げた状態で１時間室温で乾燥後、
引き続き以下の処方の塗料をコーティングした。

【００２９】［フッ素系ポリマー塗料５］ ４フッ化エチレンとポリプロピレンの交互共重合体：１
００ｇ ビスフェノールＡＦ：２ｇ カーボンブラック ：２ｇ 錫系触媒 ：０.１ｇ 酢酸エチル ：１５００ｇ フッ素系界面活性剤：０.１ｇ ディッピング条件は、上述と同じ条件で行い、室温で乾
燥後、引き続き３００℃の温度で２時間乾燥した。乾燥
後、塗料を塗布したローラＥを炉からすぐに引き出し、
室温で放置した。得られたローラＦはアルミニウム支持
体／ＰＦＡ層／ニクロム発熱層／フッ素系コート層から
なる多層構造である。得られたローラ表面の粗さは、最
大粗さ２０μmであった。

【００３０】［比較例１］アルミ製芯金ローラ表面に、
ＰＦＡ：１００重量部、カーボンブラック：２重量部か
らなる平均粒径１００μmの粉体塗料を用いて粉体塗装
を行った。引き続き炉にて３３０℃の温度で３時間加熱
し、ローラを作製した。ローラ内部には、ハロゲンラン
プを使用し、発熱源とした。

【００３１】［比較例２］実施例１と同様の方法でロー
ラを作製して、比較例１と同様の方法で粉体塗装を行
い、ローラを作製した。

【００３２】［比較例３］実施例１と同様の方法でロー
ラ（パターン隙７mm）を作製して、実施例１と同様の方
法で塗装を行い、定着ローラを作製した。

【００３３】［比較例４］実施例１と同様の方法でロー
ラ（パターン６mm）を作製して、実施例１と同様の方法
で塗装を行い、定着ローラを作製した。

【００３４】以上８種類の方法で作製したローラを用い
て、リコー製複写機イマジオ４２０に搭載し、画像出し
を行った。結果を表１に示した。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明は、少なくとも絶縁層を
有する支持体上に一定パターンを有する発熱体を設け、
該発熱体の上層に離型層を設けた定着ローラにおいて、
前記パターン発熱体上に湿式で塗布されたコート層を有
するので、定着ローラの表面粗さを小さくし、熱立ち上
がり時間を短かくし、オフセットのない優れた定着性が
得られるようになる。

【００３７】請求項２の発明は、前記パターン発熱体上
にコートされたコート層が２層以上であり、該２層以上
のコート層の最上層が湿式で塗布されたコート層とした
ので、ピンホールをなくし、オフセットのない優れた定
着性が得られるようになる。

【００３８】請求項３の発明は、前記支持体上に帯状の
発熱体を５mm以下の間隔をもって螺旋状に設けて前記パ
ターン発熱体を形成したことにより、発熱パターン上の
コート層のうねり粗さを小さくし、均一な圧力を加える
ことのできる定着ローラが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による定着ローラの実施の形態を説明
するための図である。

【符号の説明】

１…支持体、２…発熱体、３…フッ素を主成分とするポ
リマー、４…フッ素を主成分とするポリマーコート層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも絶縁層を有する支持体上に一
   定パターンを有する発熱体を設け、該発熱体の上層に離
   型層を設けた定着ローラにおいて、前記パターン発熱体
   上に湿式で塗布されたコート層を有することを特徴とす
   る定着ローラ。
2. 【請求項２】 前記パターン発熱体上にコートされたコ
   ート層が２層以上であり、該２層以上のコート層の最上
   層が湿式で塗布されたコート層であることを特徴とする
   請求項１に記載の定着ローラ。
3. 【請求項３】 前記支持体上に帯状の発熱体を５mm以下
   の間隔をもって螺旋状に設けて前記パターン発熱体を形
   成したことを特徴とする請求項１または２に記載の定着
   ローラ。