JPH10301425A - 定着ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナー離型層が弾性体の層から剥離しない定
着ローラ。 【解決手段】 トナー離型層をフッ素ゴムとフッ素樹脂
で構成し、弾性体の層との間にフッ素ゴムとフッ素樹脂
で構成する接着層を設け、前者の構成比率を９０：１０
０から１０：１００、後者の比率を１００：９０から１
００：１０のそれぞれ重量比で混合して各層を構成す
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、電子写真複写機、
レーザービームプリンター、ファクシミリ等の定着部等
に用いられる定着ローラに関し、さらに詳しくは、離型
性、耐摩耗性、などが良好であるとともに、特に定着性
と耐久性に優れた定着ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真のプロセスは、一般に、感光体
上に像露光を行って静電潜像を形成する工程、この静電
潜像に着色荷電粒子（トナー）を付着させて現像する工
程、この粉体像（トナー像）を転写紙（シート状転写材
や記録材）上に転写する工程、及び転写紙上で未定着の
粉体像を加熱等の方法で定着する工程を含んでいる。

【０００３】定着方式には、熱ローラ定着、圧力定着な
ど各種の方式がある。これらの中でも、最近最も良く用
いられる定着方式は、内部に電熱ヒータ等の加熱源を有
し、外表面上を離型性の良いゴムまたは樹脂で被覆した
一対のローラを転写紙に圧接させ、その回転するローラ
間を通過させてトナーを転写紙上に融着させる熱ローラ
定着方式である。この場合、一対のローラの一方にのみ
加熱源を設けて加熱用定着ローラとし、他方を加圧ロー
ラとしてもよい。熱ローラ定着方式は、他の定着方式と
比較して、熱効率が最も高く、かつ、高速化に適してい
るが、熱ローラの寿命が短いという欠点を持っている。

【０００４】定着ローラは、通常、ステンレス、アルミ
ニウム等の金属で形成された金属ローラ（芯金）の外表
面上に、オフセット防止のために、弾性体層や樹脂層を
設けた構造を有している。従来の定着ローラとして、例
えば、特公平１−２４３１１号公報には、金属ローラの
外面に、フッ素ゴムまたはシリコーンゴムからなる弾性
体層と、さらに、この弾性体層の上にフッ素樹脂からな
る層を被覆した構造の定着ローラが提案されている。こ
の定着ローラは、表面の非粘着性に優れているととも
に、紙の巻き付き防止用のツメ等が回転するローラに接
触した場合にも、薄く被覆してあるフッ素樹脂層と共に
弾性体層も変形し、この弾性体の変形に追従してフッ素
樹脂層も変形するため、フッ素樹脂層の摩耗や傷つきが
防止されている。

【０００５】しかし、従来のこの定着ローラでも、長期
使用の後には弾性体層とフッ素樹脂層との間に剥離が生
じやすく、この点で耐久性が十分とは言えない。特に、
シリコーンゴムからなる弾性体層とフッ素樹脂からなる
トナー離型層との組み合わせでは、両者の接着が困難で
あり界面剥離を生じ易い。

【０００６】また特開平１−１４７５７６号公報には、
弾性層の上に樹脂層が形成された定着ローラにおいて、
弾性層と樹脂層との境界をなす弾性層の表面に多数の空
孔を形成し、樹脂材が該空孔へ進入することによるアン
カー効果によって樹脂層を係止することが提案されてい
る。この方法では、金属ローラの外表面上に、例えば、
石英粉末を研磨布により除去して多数の空孔を形成し、
次いで、その上にフッ素樹脂層を設けている。しかしな
がら、弾性層を形成するシリコーンゴムと樹脂層を形成
するフッ素樹脂とは、共に本来離型性が良いため相互間
の接着力が弱く、このような物理的な係止手段を併用し
ても、使用中に接合部で剥離を生じ、耐久性の点で未だ
不十分である。

【０００７】また、特開平７−４９６３１においては弾
性体層とフッ素樹脂からなる離型層を設けた構造の定着
ローラにおいて弾性層と離型層との間を接着させる目的
で接着層としてフッ素ゴム層を設けることが提案されて
いる。この方法では接着層と離型層が同類の材料で形成
されるため一応は良好な接着性を示すがそれでもなお長
期使用における耐久性の面では十分ではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、離型
性、耐摩耗性などが良好であるとともに、特に、定着
性、耐久性に優れた定着ローラを提供することにある。
本発明のより具体的な目的は、安定して良好な定着性を
確保していてなお、金属ローラ基材上に形成されたシリ
コーンゴムやフッ素ゴムなどの弾性体層と、その上に形
成されるトナー離型層との層間剥離の問題を解決し、長
期間にわたって安心して使用できる定着ローラを提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記従来
技術の問題点を克服するために鋭意研究した結果、金属
ローラ基材上にシリコーンゴム及びフッ素ゴムからなる
群より選ばれる少なくとも一種のゴムに充填材を配合し
たゴム組成物で形成された弾性体層、フッ素ゴムとフッ
素樹脂の混合物からなる接着層及びトナー離型層が順次
積層されている定着ローラにおいて、該接着層を、フッ
素ゴムとフッ素樹脂を１００：９０から１００：１０の
重量比で混合した混合物で形成し、かつトナー離型層を
フッ素ゴムとフッ素樹脂を１０：１００から９０：１０
０の重量比で混合した混合物で形成することにより、ロ
ーラの弾性を損なわず安定して定着性が確保されるとと
もに、層間剥離が抑制され、耐久性が著しく改善された
定着ローラの得られることを見出した。

【００１０】本発明の定着ローラは、表面のフッ素樹脂
系の表面層を有しているため、離型性、耐摩耗性等に優
れている。

【００１１】かくして、本発明によれば、トナー像が形
成された複写紙を一対のローラ間に通して、該トナー像
を複写紙上に加熱定着するための装置に使用する定着ロ
ーラであって、金属ローラの外表面上にシリコーンゴム
及びフッ素ゴムからなる群より選ばれる少なくとも一種
のゴムに充填材を配合したゴム組成物で形成された弾性
体層、フッ素ゴムとフッ素樹脂を１００：９０から１０
０：１０の重量比で混合した混合物で形成された接着
層、及びフッ素ゴムとフッ素樹脂を９０：１００から１
０：１００の重量比で混合した混合物で形成された離型
層をこの順に設けてなることを特徴とする定着ローラが
提供される。

【００１２】以下、本発明について詳述する。本発明の
定着ローラについて図１を参照しながら説明する。図１
は、本発明の定着ローラの断面略図である。本発明の定
着ローラは、金属ローラ基材（１）上にシリコーンゴム
及びフッ素ゴムからなる群より選ばれる少なくとも一種
のゴムに充填材を配合したゴム組成物で形成された弾性
体層（２）を設け、その上にフッ素ゴムとフッ素樹脂を
１００：９０から１００：１０の重量比で混合した混合
物で形成された接着層（３）、更にその上にフッ素ゴム
とフッ素樹脂を９０：１００から１０：１００の重量比
で混合した混合物で形成された離型層（４）が設けられ
ている。本発明の定着ローラでは、接着層を離型層を構
成する材料で構成したから、それらの両方に含まれるフ
ッ素ゴムとフッ素樹脂による相互接着力により接着耐久
性が著しく向上している。そして当然両方の層において
それぞれの目的に適するように構成比率を異にするよう
に設定してある。定着ローラとして使用する際には、電
熱ヒータ等の加熱源をローラ基材の中空内に設ける。

【００１３】ローラ基材（芯金）の材質としては熱伝導
の良好なアルミニウムやステンレス等の金属を使用す
る。金属ローラの外表面上に形成される弾性体層は、定
着ローラとして使用する際の高温条件に耐えうることが
必要であることから弾性材料として耐熱性のシリコーン
ゴム、フッ素ゴム、またはこれらの混合物を用いる。こ
れらの弾性材料に、熱伝導率の調整、引張り強さ、引き
裂き強さ等の機械的特性の調整、及び反発弾性の調整の
ために、充填材、その他の添加材を適宜配合してゴム組
成物とし、これを使用して弾性体層を形成する。

【００１４】シリコーンゴムやフッ素ゴムは汎用のもの
が使用でき、例えば、シリコーンゴムとしては、メチル
シリコーンゴム、ビニルメチルシリコーンゴム、フェニ
ルメチルシリコーンゴム、フルオロシリコーンゴムなど
を例示することができ、また、フッ素ゴムとしては架橋
反応によって弾性を示すものであり、ビニリデンフルオ
ライド（ＶＤＦ）を主成分とするいわゆるビニリデンフ
ルオライド系フッ素ゴム及びテトラフルオロエチレン
（ＴＦＥ）とプロピレン（Ｐ）との交互共重合体をベー
スとしたプロピレン／テトラフルオロエチレン系フッ素
ゴムなどを例示することができる。そしてそれぞれの例
示の群内の素材はそれぞれ単独で、あるいは２種以上を
組み合せて使用することができる。

【００１５】弾性材料に用いられる充填材としては、例
えば、カーボンブラック、タルク、マイカ、カオリン、
酸化チタン、酸化鉄、酸化クロム、炭酸カルシウム、ケ
イ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸
マグネシウム、りん酸マグネシウム、黒鉛、窒化珪素、
窒化ホウ素（ボロンナイトライド）、窒化チタン、二硫
化モリブデン、ハイドロタルサイド、金属粉等が挙げら
れるが、これらの中でも、特に、ボロンナイトライドは
弾性体層と接着層との層間接着性の向上効果が大きい。
これらの充填材は、それぞれ単独で、あるいは２種以上
を組み合わせて使用することができる。

【００１６】充填材の配合割合は、ゴム１００重量部に
対して、通常、５〜１００重量部、好ましくは１０〜８
０重量部、より好ましくは２０〜７０重量部である。こ
の配合割合が過大であると反発弾性が低下するため好ま
しくない。

【００１７】弾性体層の厚みは、所望の反発弾性と熱伝
導性等によって適宜定めることができるが、通常０．１
〜１ｍｍ、好ましくは０．１５〜０．５ｍｍ程度とす
る。本発明では、弾性体層と離型層との間に特定の材料
からなる接着層を設ける。接着層を形成する材料として
は、フッ素ゴムにフッ素樹脂を配合した混合物を使用す
る。接着層におけるフッ素樹脂としては、後述する離型
層に用いるのと同じフッ素樹脂を使用することができ
る。

【００１８】接着層としてはフッ素ゴム１００重量部に
対してフッ素樹脂を１０〜９０重量部、好ましくは２０
〜８０重量部の範囲で配合したものを使用する。この特
定の配合割合を小さくすると接着性改善効果が小さく、
逆に、過大であると接着層が硬くなり、トナーの凹凸に
沿って変形して包み込むようにしてトナーを加熱できる
という弾性体層の弾性が損なわれることにより定着不良
が引き起こされる。接着層の厚みは、０．１〜５０μ
ｍ、好ましくは１〜３０μｍ、より好ましくは５〜２０
μｍである。

【００１９】トナー離型層に使用するフッ素樹脂とは比
較的高い融点を持つ熱可塑性フッ素樹脂のことであり、
定着ローラを連続使用可能とするために特に耐熱性に優
れたものが好ましくポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキ
ルビニルエーテル共重合体（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（ＦＥ
Ｐ）、テトラフルオロエチレン／エチレン共重合体（Ｅ
ＴＦＥ）などが好ましい。

【００２０】なお、フッ素樹脂には、離型性や耐熱性な
どを損なわない限りにおいて、充填材や他の樹脂を適宜
配合してもよい。例えば、少量のポリアミドイミドを添
加したフッ素樹脂は、定着ローラとして要求される離型
性の程度が損なわれない限度において、使用可能であ
る。離型層におけるフッ素ゴムとフッ素樹脂の特定した
配合割合を外れると膜自体の機械的特性の低下を起し、
耐久性に問題を生じる。離型層の厚みは、通常、０．１
〜５０μｍ、好ましくは５〜３０μｍである。この厚み
が小さすぎると、長期の使用で表面の離型層が摩耗し
て、接着層あるいは弾性体層が露出してしまう。

【００２１】本発明の定着ローラを製造する方法として
は、通常、金属ローラの外表面をサンドブラスト等によ
り粗面化し、プライマー処理を施した後その上に充填材
を配合したゴム組成物を被覆して、加硫（硬化）した
後、所望により必要形状（例えば、逆クラウン状に研
削）に成形する。未焼結フッ素樹脂とフッ素ゴムの分散
液またはこれらの混合物を含有する分散液を塗装し、乾
燥、さらに、その上に、同様の方法で未焼結フッ素樹脂
の混合割合を増やした分散液を塗装し、しかる後、加熱
焼結（焼成）する方法が挙げられる。

【００２２】本発明の定着ローラは使用の初期から良好
な定着性が得られる。それは、弾性層と離型層間の接着
層にゴム成分が含まれるため弾性体層の弾性を損なうこ
となくトナーの凹凸に沿って変形して包み込むようにト
ナーを加熱できるという効果あるためである。

【００２３】また、本発明の定着ローラは、通常の使用
条件で連続５０万枚の定着枚数に耐えることができ、層
間剥離が生じない。それは、接着層のフッ素樹脂と離型
層のフッ素樹脂が同類の材料であるため、良好な親和性
を持っているためであると推定される。

【００２４】

【実施例】以下、本発明について、実施例及び比較例を
挙げて具体的に説明する。 ［実施例１］外径６０ｍｍφのアルミニウム芯金の表面
をサンドブラストで粗面化した後、プライマー処理を施
し、その上にシリコーンゴム弾性体を２００μｍの厚み
になるように形成した。このローラの外周に接着層とし
てシリコーンゴムとフッ素ゴム用の接着剤（ダイキン工
業社製、ＧＬＰ−１０３ＳＲ）を数μｍ塗布し７０℃で
１０分間乾燥した。その上にフッ素ゴム（ダイキン工業
社製、ＧＬＳ−２１３）９０重量％に対し１０重量％の
ＰＴＦＥディスパージョン（ダイキン工業社製、ＥＫ−
４３００ＣＲＮ）を含む混合物を１０μｍの厚さに塗装
し、乾燥後、さらに、離型層としてフッ素ゴム（ダイキ
ン工業社製、ＧＬＳ−２１３）１０重量％とＰＴＦＥデ
ィスパージョン（ダイキン工業社製、ＥＫ−４３００Ｃ
ＲＮ）９０重量％を含む混合物を１５μｍの厚さに塗装
し、しかる後、４５０℃で１０分間焼成した。焼成後、
表面を研磨フィルムで磨いて定着ローラを得た。 [実施例２]フッ素ゴム（ダイキン工業社製、ＧＬＳ−２
１３）７５重量％に対し２５重量％のＰＴＦＥディスパ
ージョン（ダイキン工業社製、ＥＫ−４３００ＣＲＮ）
を含む混合物を１０μｍの厚さに塗装し、乾燥後、さら
に、離型層としてフッ素ゴム（ダイキン工業社製、ＧＬ
Ｓ−２１３）２５重量％とＰＴＦＥディスパージョン
（ダイキン工業社製、ＥＫ−４３００ＣＲＮ）７５重量
％を含む混合物を１５μｍの厚さに塗装する以外は[実
施例１]と同様にして定着ローラを得た。 [実施例３]フッ素ゴム（ダイキン工業社製、ＧＬＳ−２
１３）６０重量％に対し４０重量％のＰＴＦＥディスパ
ージョン（ダイキン工業社製、ＥＫ−４３００ＣＲＮ）
を含む混合物を１０μｍの厚さに塗装し、乾燥後、さら
に、離型層としてフッ素ゴム（ダイキン工業社製、ＧＬ
Ｓ−２１３）４０重量％とＰＴＦＥディスパージョン
（ダイキン工業社製、ＥＫ−４３００ＣＲＮ）６０重量
％を含む混合物を１５μｍの厚さに塗装する以外は[実
施例１]と同様にして定着ローラを得た。 ［比較例１］外径６０ｍｍφのアルミニウム芯金の表面
をサンドブラストで粗面化した後、プライマー処理を施
し、その上にシリコーンゴム弾性体を２００μｍの厚み
になるように形成した。このローラの外周に接着層とし
てシリコーンゴムとフッ素ゴム用の接着剤（ダイキン工
業社製、ＧＬＰ−１０３ＳＲ）を数μｍ塗布し７０℃で
１０分間乾燥した。その上にフッ素ゴム（ダイキン工業
社製、ＧＬＳ−２１３）を１０μｍの厚さに塗装し、乾
燥後、さらに、離型層としてフッ素ゴム（ダイキン工業
社製、ＧＬＳ−２１３）３０重量％とＰＴＦＥディスパ
ージョン（ダイキン工業社製、ＥＫ−４３００ＣＲＮ）
７０重量％を含む混合物を１５μｍの厚さに塗装し、し
かる後に４５０℃で１０分間焼成した。焼成後、表面を
研磨フィルムで磨いて定着ローラを得た。 ［比較例２］外径６０ｍｍφのアルミニウム芯金の表面
をサンドブラストで粗面化した後、プライマー処理を施
し、その上にシリコーンゴム弾性体を２００μｍの厚み
になるように形成した。このローラの外周に接着層とし
てシリコーンゴムとフッ素ゴム用の接着剤（ダイキン工
業社製、ＧＬＰ−１０３ＳＲ）を数μｍ塗布し７０℃で
１０分間乾燥した。その上にフッ素ゴム（ダイキン工業
社製、ＧＬＳ−２１３）７０重量％に対し３０重量％の
ＰＴＦＥディスパージョン（ダイキン工業社製、ＥＫ−
４３００ＣＲＮ）を含む混合物を１０μｍの厚さに塗装
し、乾燥後、さらに、離型層としてＰＴＦＥディスパー
ジョン（ダイキン工業社製、ＥＫ−４３００ＣＲＮ）を
１５μｍの厚さに塗装し、しかる後に４５０℃で１０分
間焼成した。焼成後、表面を研磨フィルムで磨いて定着
ローラを得た。

【００２５】上記、実施例及び比較例で得られた各定着
ローラについて、弾性体層とフッ素樹脂の離型層との剥
離強度を測定した。また、これらの定着ローラを複写機
の定着部に配置し、ローラ表面温度１８０℃にて、連続
通紙による耐久性試験を行った。その結果を表１に示
す。

【００２６】

【表１】 （剥離強度の測定法）定着ローラの表面に、弾性体層に
届くように１ｃｍ幅の切り込みを入れ、離型層と接着層
の一部を剥がし、その部分にテンションゲージをつけ周
方向に９０度で剥離した時の強度を測定する。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、離型性、耐摩耗性、特
に定着性、耐久性等に優れた定着ローラが提供される。
本発明の定着ローラは金属ローラ基材上に形成された弾
性体層とフッ素樹脂からなる離型層との接着性が改善さ
れている。その結果、通紙中での層間剥離が抑制され、
機械的衝撃にも耐性を持ち、長期間にわたって安定して
使用できる。また、本発明の定着ローラは、フッ素樹脂
からなる離型層を備えているからオフセットが発生せ
ず、また、弾性体層を下層に有し、かつ接着層も弾性を
有するため定着性、耐摩耗性に優れている。本発明の定
着ローラは、電子写真複写機、レーザビームプリンタ、
ファクシミリ等の定着部の加熱定着ローラとして利用す
ると効果的であり、また加熱定着ローラとしてだけでな
く、耐熱性、離型性を要する弾性ローラとしても広く使
用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定着ローラの概略断面図

【符号の説明】

１ 金属芯金 ２ 弾性体層 ３ 接着層 ４ 離型層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複写紙上に形成されたトナー像を一対の
   ローラ間を通過させて加熱定着する装置に使用する定着
   ローラであって、金属ローラの外表面上にシリコーンゴ
   ム及びフッ素ゴムからなる群より選ばれる少なくとも一
   種のゴムに充填材を配合したゴム組成物で形成された弾
   性体層、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物からなる接着
   層及びトナー離型層が順次積層されている定着ローラに
   おいて、該接着層が、フッ素ゴムとフッ素樹脂を１０
   ０：９０から１００：１０の重量比で混合した混合物で
   あり、かつトナー離型層がフッ素ゴムとフッ素樹脂を９
   ０：１００から１０：１００の重量比で混合した混合物
   であることを特徴とする定着ローラ。