JPS6370877A - 弾性回転体及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 −の１ 本発明は、電子写真複写装置、プリンターその他種々の
画像形成装置において使用される弾性回転体及びその製
造法に関するものであり、特に前記画像形成装置におい
てシート状転写材又は記録材等を搬送又は定着するため
の搬送又は定着用のローラ又はベルトとして好適に使用
されるりＩ性回転体及びその”ＪＪ造法に関するもので
ある。

以下、本発明の説明は主として定着ローラ及び定２＋７
装置に関連して行なうが１本発明はこれに限定されるも
のではないこと）理解されたい。

′　　　　　び・・　へ 従来、電子写真複写装置等の画像形成装置において、一
般に紙とされるシート状転写材又は記録材を所定の経路
に沿って搬送する搬送ローラには搬送性、離型性、耐久
性が要求される。特に、転写紙上の未定着トナー像に熱
を付与し且つ該溶融トナーのオフセットを防止しながら
該転写紙を所定経路へと搬送しなければならない定着ロ
ーラにはより厳しい条件下での搬送性、離型性、耐摩耗
性、定着性及び耐久性が要求される。

上記要求を満たすために、第３図に例示されるように、
芯金２に弾性層４を設け、更に該弾性層４の上表面に樹
脂層（離型層）６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ｌが提案されている。斯る定着ロー
ラでは、弾性層はシリコーンゴム又は弗素ゴムとされ、
樹脂層としては弗素樹脂チューブあるいは、弗素樹脂と
弗素ゴムの混合物が利用される。

このような構造の定着ローラの最大の問題点は、＃久に
よる接着力、っまりＣ！Ｅ着性の低下にある。つまり、
長期間の使用によりゴム層から成る弾性層４と樹脂層６
との間に部分的な剥離が生じ使用不可能となり１通常複
写装置の定着器に使用した場合においてはＡ４サイズで
１万枚から５万枚の定着が、つまり複写が使用限度であ
った。

木発明者等は、このような数多くの利点を有する弾性層
の上に樹脂層を有する弾性回転体の耐久性を向上せしめ
るべく数多くの研究実験を行った結果、従来の弾性回転
体の耐久性を劣化させる原因の一つは弾性層上に樹脂層
を形成する際に、該樹脂層を焼成する温度が弾性層の耐
久温度よりも高温となることにあることを見出した０本
発明者等は、更に研究実験を行なった結果、弾性層と樹
脂層との間に弗素樹脂を含有した中間樹脂被膜層を形成
することにより弾性回転体の耐久性が飛躍的に向上し、
従来の弾性回転体が有する問題点が解決されることが分
かった。

本発明は斯る新規な知見に基づきなされたものである。

三ｍ的 従って、本発明の目的は、紙等のシート状被搬送物の搬
送性、定着性、耐摩耗性は勿論のこと。

特に耐久性が飛躍的に向上した弾性回転体及びその製造
法を提供することである。

ロ　占　　　　るため 上記目的は、本発明に係る弾性回転体にて達成される。

要約すれば本発明は、内部に形成された耐熱性弾性層と
、該弾性層の外層として形成され紫外線硬化された弗素
樹脂を含む中間被膜と、外被として形成された弗素樹脂
を含む離型層とを有することを特徴とする弾性回転体で
ある。該弾性回転体は、耐熱性弾性層の上に弗素樹脂を
含む中間樹脂被膜層を紫外線硬化により形成し、更に該
中間樹脂被膜層の上に弗素樹脂を含む離型層を。

好ましくは誘電加熱により焼成することにより好適に製
造される。又、中間樹脂被膜層は弗素樹脂を３〜１０％
含有するのが好適である。

１直１ 次に本発明に係る弾性回転体を図面に即して更に詳しく
説明する。

第１図及び第２図は、本発明に係る弾性回転体を、電子
写真複写装置においてトナー像を加熱定着する定着装置
に利用されるローラに具現化した一実施例を示す。

定着装置は、概略第１図に例示されるように、通常内部
に加熱源Ｈを有し、転写紙Ｐに担持された未定着のトナ
ー像Ｔと接する定着ローラｌと、該定着ローラｌにトナ
ー像を担持した該転写紙Ｐを押し付ける加圧ローラ１０
とから構成される。

定着ローラｌ及び加圧ローラｌＯは同様の構成とされ、
芯金２．１２、弾性層４．１４、中間樹脂被膜層５．１
５及び離型層としての外被樹脂層６．１６から成る。

定着装置には、定着ローラ１の表面温度を検知し、該表
面温度をトナー溶融可能な最適温度１例えば１６０℃〜
２００℃に制御するための温度検知制御手段Ｇ、及び定
着ローラ１の表面にシリコーンオイル等のオフセット防
止液を塗布し且つ該表面のクリーニングをも行なうオフ
セット防止液塗布手段Ｃ等が設けられる。

定着ローラ１は、アルミ等の熱伝導の良好な芯金２上に
弗素ゴム又はシリコーンゴムにて形成された弾性層４（
本実施例では層厚ｔｌｏ、３ｍｍ〜０．８ｍｍ、反発弾
性率は６５％〜８５％）が形成される。該弾性層４上に
は弗素樹脂を含む中間樹脂被膜層５が２〜５ｐｍ厚にて
形成される。

該中間樹脂被膜層５は紫外線硬化性の樹脂が使用され、
弗素樹脂３〜１０％含むウレタンアクリル系樹脂が好適
である０次いで、該中間樹脂被膜層５の上に樹脂層６が
設けられる。該樹脂層６はＰＦＡ樹脂（４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樹脂（４弗化エチレン樹脂）等の弗素樹脂で
作製され、本実施例で層厚ｔｚは１０ｇｍ　〜３０１Ｌ
ｍ、膜強度は５０　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ″の以上とされ
る。

加圧ローラ１０について言えば、該加圧ローラ１０は上
記定着ローラ１と同様の構造とされるが、芯金１２はス
テンレス、鉄等とされ、弗素ゴム又はシリコーンゴム弾
性層１４の厚さｔ３はより厚く、例えば４ｍｍ〜１０　
ｍ　ｍとされ、又その反発弾性率は６５％〜８５％とさ
れる。該弾性層１４上には弗素樹脂を含む中間樹脂波ｌ
１５ｉ層１５が２〜５ＪＬｍ厚にて形成される。該中間
樹脂被膜層１５は紫外線硬化性の樹脂が使用され、弗素
樹脂３〜１０％含むウレタンアクリル系樹脂が好適であ
る０次いで、該中間樹脂被膜層１５の上に樹脂層６が設
けられる。該樹脂層１６は定着ローラｌと同様にＰＦＡ
、ＰＴＦＥ等の弗素樹脂を使用するが層厚ｔ４は５ＡＬ
ｍ　〜３５ｇｍ、ｔ１５Ｉ強度は５０ｋ　ｇ　／　ｃ　
ｒｎ’以上とされるであろう。

上記定着ローラｌ及び加圧ローラｌＯは、左右対称とさ
れ、且つ好ましくは、定着ローラ１（又は加圧ローラ１
０）は軸線方向中央部が両端部に比較してわずかに小径
とされた。所謂逆クラウンタイプとされる。

上述のように１本発明の弾性回転体は、弾性層と外被樹
脂層との間に中間樹脂波ｌＦ！Ｊ暦を有した構造とされ
るために、該中間樹脂被Ｓ層が外被樹脂層に対する耐熱
保護層としての働きと、該外被樹脂層に対する密着性を
向上せしめるプライマーとしての働きとを果たし、内部
弾性層と外被樹脂層の剥離の危険性を大幅に減少させ、
且つ耐久性を著しく増大せしめることができる。

次に、上記構成の定着ローラ１及び加圧ローラ１０の製
造方法について説明する。

次に、上記構成の定着ローラ１及び加圧ローラ１０の製
造方法について説明する。

先ず、所定の径に仕上げされた芯金２又は１２の上に例
えば加硫成型したシリコーンゴム層（熱伝導度１．４Ｘ
ＩＯ−’〜１．５Ｘ１０−３）を形成して所望形状のシ
リコーンゴムローラを作製スる。好ましくは、該シリコ
ーンゴムローラは所定の粗さ、例えば１０〜２０ｐｍ程
度の表面粗さを有するように粗面化され、且つ軸線方向
中央部が両端部に比較してわずかに１例えばｌＯＯルｍ
程度小径とされた。所謂逆クラウン形状となるように研
摩される。

このようにして所定の粗さに粗面化されたゴムローラ表
面に紫外線硬化性の弗素樹脂組成物、好ましくは弗素樹
脂を３〜１０％含んだウレタンアクリル系樹脂がスプレ
ーされ、乾燥される０次いで該弗素樹脂組成物は紫外線
照射により硬化され、ゴムローラ表面に２〜５Ｂｍ厚の
中間樹脂被膜層５が形成される。

次いで、前記中間樹脂被膜Ｒ５の上に、未焼成の弗素樹
脂、例えばディスパージョン状態の弗素樹脂（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っ
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。

以上のようにして均一膜厚に塗られた弗素樹脂ディスパ
ージョン等は１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ィルム状の樹脂被
膜となるので、未焼成の弗素樹脂が塗布されたシリコー
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。

ところがシリコーンゴム自体は反撥弾性率や圧縮永久歪
等のゴム特性が優れているが、３００℃以上に、まして
や３０６℃、３２７℃以上に加熱されると１発煙や解重
合を起こす、このことは、良質な弗素樹脂層の形成を防
げるばかりでなく、シリコーンゴム自体のゴム特性を失
なわせてしまう、従って、シリコー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３
００℃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が好
ましい。

本発明に従えば、液状弗素樹脂（ディスパージョン）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
した誘電加熱方法等が好適に利用される。このとき、赤
外線外部加熱をも併用するのが好ましい。

これらの方法によって実質的に内部のシリコーンゴム弾
性層にはその厚み方向に熱的勾配が形成されるものの、
２４０℃〜２８０℃程度が、又未焼成弗素樹脂外被離型
層にはその結晶融点以上の温度（具体的にはＰＴＦＥで
３２７℃以上の３５０℃〜３８０℃の焼成温度）が５分
〜１０分程度与えられる０本発明に従えば、弾性層と弗
素樹脂外被との間に紫外線硬化された中間樹脂被膜層が
形成されているために、下層の弾性層が受ける温度的な
損傷は従来に比して大きく減少され、安定した弾性回転
体の製造が達成される。従って、外被弗素樹脂外被離型
層の厚を従来に比し増大させることも可能となり、弾性
回転体の耐久性を向上せしめることができる。

前記焼成を行なった後、ローラは急冷される。

この急冷によってシリコーンゴムローラ上に結晶化度が
９５％以下で引張強度５０　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ’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。

従って、上記定着ローラ（加熱ローラ）は、下層のシリ
コー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。

上記の構成により定着用ローラは弾性層と樹脂層は強固
な密着力を有し、特に定着済転写紙等を定着ローラから
剥離するために該定着ローラに押圧される分離爪により
弾性層と樹脂層の間にすべり押力が集中して働いた場合
にも樹脂層が弾性層から一部剥離するという現象はほと
んど生じない０本発明者等の実験によると２本発明に従
った弾性ローラは中間樹脂被膜層を有さない従来のロー
ラに比し、約３０〜５０％程度優れた密着力を有してい
ることが分かった。

従って、本発明に従った定着ローラは耐久性が大きく向
上し２０万枚〜３０万枚以上の通紙に充分耐えることが
できる。

以下、本発明について、実施例及び比較例を挙げて更に
詳しく説明する。

支呈潰」 外径３８．９ｍｍに仕上げされたアルミニウム製の芯金
２を用意し、その表面をサンドブラスト処理して脱脂し
、乾爆させた。、該芯金２上にプライマーを塗布し、そ
の上にシリコーンゴムと充填材とをよく混練し、シート
状とされたンリコーンゴム弾性材を巻付けた。該ローラ
を１７０℃、３０分間にてプレス加硫し、次いで２００
℃、１時間にてボストキュアを行ないシリコーンゴムロ
ーラを作製した。この時、シリコーンゴム層は０゜５ｍ
ｍ厚とされた。該加硫成型したシリコーンゴムローラの
シリコーンゴム層（熱伝導度１．４×ｉｏ−斗〜１．５
Ｘｌｏ−’）の表面を粗さ１０〜２０７ｚｍ程度に粗面
化し、且つ中央部が両端部に対して１００ｇｍ程度の逆
クラウン形状となるように研摩した。

このようにして、粗面化されたゴムローラ表面に、ウレ
タン変性アクリル樹脂３６．５重量％。

アクリル酸エステル１．５重量％、光重合開始剤重量２
％、ＰＴＦＥ９．５重量％、塗料添加剤重量０．５％、
有機溶剤（本実施例ではＭＥＫを使用したが、他に酢酸
イソブチル、メチルセロソルブ、エヂルセロソルプ、エ
タノール、キジロール、トルエン、シクロヘキサン、ｌ
−ブタノール等が使用し得る。）５０．０重量％を充分
に撹拌後、１００〜１８０メツシユのフィルターでろ過
した樹脂組成物をスプレーガンにて該ゴムローラを回転
させながら塗装した。使用したスプレーガンのガン口径
は１．３ｍｍ、空気圧は２〜３ｋｇ／ｍ″であり、スト
ローク数２〜３回をめどに、約ｌＯ〜１５延ｍ厚の塗膜
を形成した。その後６０℃の熱風にて３分間乾燥し、次
いで８０　Ｗ　／　ｃ　ｍの高圧水銀等下１５０ｃｍの
所で、約５秒間紫外線照射を行ない、弗素樹脂を硬化せ
しめ膜厚２〜５ルｍの中間樹脂液ＰＩ！Ｊ層を形成した
。

前記中間樹脂被Ｓ層の上に、未焼成のＰＴＦＥ（４弗化
エチレン樹脂）ディスパージョン（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）を、ゴムローラ
全長にわたってスプレー塗装により均一厚に塗布し、室
温にてわずかに乾燥せしめた。

以上のようにして均一膜厚に塗られ、乾燥された弗素樹
脂ディスパージョンは、誘電加熱装置にて焼成された。

使用した誘電加熱装置は、第４図に図示される構成とさ
れるが、簡単に説明すると、誘電加熱と赤外線外部加熱
を併用した加熱方式を採用しており、マグネトロン１０
５と、マグネトロン１０５から発生した高周波（９５０
ＭＨｚ　〜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反射笠付赤外線ランプ１１１とを有
する。

樹脂容器１０２内には、定着ローラｌの中空内に空気流
を発生するファン１００と、容器１０２内に空気波を発
生するファンｌｏｔと、が夫々容器外の駆動手段からの
駆動によって回転可能に設けられる。この容器は支点１
０８を中心に上下が開閉でき、上部に把手１０９が、下
部にローラ１のフランジＩＡを位置決めするアーム１０
７が、夫々固設されている。

駆動手段１０４と、マグネトロン１０５と、赤外線ラン
プ１１１との作動は制御手段１１Ｏにて制御される。

定着ローラ１は内部にシリコーンゴム層４を、表面に弗
素樹脂ディスパージョン６を、又中間に紫外線硬化され
た中間樹脂被１ＩｌｌＪｉｊ５を有しているため、高周
波はシリコーンゴム層４よりも比誘電率が大きいディス
パージョン６中に多量に吸収される。従って、弗素樹脂
デスバージョンは高周波、赤外線及び恒温層による加熱
で急激に高温化され、３５０℃〜３８０℃に加熱される
。この時シリコーンゴム層４は高周波吸収率が小さいた
めに、又中間樹脂被膜層５が耐熱保護層として作用する
ためにディスパージョンはど高温化されず２４０〜２８
０℃程度の温度以下に加熱される。

斯る方法によって実質的にシリコー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、２４０℃〜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３５０℃〜３８
０℃の焼成温度）が５分〜１０分程度与えられた。

前記焼成を行なった後、ローラは急冷した。この急冷に
よってシリコーンゴムローラ上に結晶化度が９２％で引
張強度１２０ｋｇ／ｃｍ’、水に対する接触角１１０度
の樹脂特性を示す焼成弗素樹脂表層６が、ゴムローラに
対して強力な密着状態（密着強度２５〜１８０　ｇ　７
１０　ｍ　ｍ幅）で、しかも十分厚く、本実施例で１５
＃Ｌｍの厚さで形成された。

１」１１ヱ 内部弾性層の材料としてシリコーンゴムの代りに弗素ゴ
ムを使用した以外は前記実施例１と同様にして、外径３
８．９ｍｍに仕上げされた芯金２上に内部弾性層４．中
間樹脂被膜層５、外被樹脂離型層６を形成して弾性ロー
ラ１を作製した。

本発明者等の実験の結果、本実施例の弾性ローラも実施
例１の弾性ローラと同様の性能を示した。

ｌｌ 外径が２７．８６ｍｍの鉄製芯金１２を使用した以外は
実施例１及び２と同様にしてシリコーンゴム及び弗素ゴ
ムの弾性加圧ローラ１０をそれぞれ作製した。但し、シ
リコーンゴム及び弗素ゴムから成る弾性層１４の厚さは
６　ｍ　ｍであり、中間捌詣被膜層は膜厚２〜５井ｍ、
外被とされる弗素樹脂層１６はＰＦＡ樹脂粉末を２０ル
ｍ厚に塗布し、外径４０ｍｍの弾性加圧ローラとされた
。

、芯金１２上への内部弾性層１４、中間樹脂被膜層１５
、外被樹脂＃型層１６の形成方法は前記実施例１．２と
同様とされた。

本発明者等の実験の結果１本実施例の加圧弾性ローラ１
０も実施例１．２の定着弾性ローラ１と同様の性能を示
した。

上記定着ローラ及び加圧ローラを使用して１紙送りスピ
ード２００ｎ／、ｓ　ｅ　ｃ、紙送り枚数３０枚／Ａ４
・分の条件で通紙耐久試験を行なったた、試験の結果、
加圧ローラ及び定着ローラは３０万枚通紙しても異常は
みられなかった。

以上説明したように本発明では外被弗素樹脂層と内部ゴ
ム層の間に中間樹脂被膜層を設けたために、内部ゴム層
が熱的に損傷を受けることもなく、且つ外被弗素樹脂層
と内部ゴム層の間に強固な密着力を有するという構成と
されるために、２０万以上の通紙耐久には充分耐えるこ
とができ。

更には３０万枚以上の通紙耐久によっても優れた離型性
、定着力を維持し、弗素樹脂層の剥離も生じない。

又、ゴム層としてシリコーンゴムを用いた場合には、ゴ
ム硬度としては３０度以上、８０度以下が好ましく、伸
びが１５０％以上であり、且つ１００％伸び応力が１０
ｋｇ／Ｃｍ″以上であり充分なゴム弾性を有しているこ
とが必要な条件となる。特にゴム層の反撥弾性率は、本
発明を定着ローラ等に利用した場合には６５〜８５％が
好ましい。

本発明は、上記実施例の他に、クリーニングローラ、離
型剤供給用ローラ等に利用することもでき、又、第５図
に図示されるように、ベルト状とすることもできる（例
えば転写同時定着用の中間ベルト）、特に、離型層とし
て弗素樹脂を使用した場合には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（但し、クリ
ーニングローラとしては１表面エネルギー順位等でのク
リーニングを行なう）、弾性によらない効果によって雌
型材の均一塗布や転ムラを防止し、耐摩耗性に優れた利
点を夫々の用途でも発揮することができる。

本発明に従えば、内部弾性層としてはシリコーンゴム、
弗素ゴムの外に、耐熱性としてはより低レベルにあるＥ
　ＰＤＭ等の使用も可能とされる。

魚」Ｌの」１釆 本発明は以上の如くに内部弾性層と外被弗素樹脂層との
間に中間樹脂被膜層を設けた構成とされるために、内部
弾性層と外被弗素樹脂層との密着強度が増大し、耐久性
が向上するという効果がある。又１本発明に従えば弾性
層として材料の選択に幅ができ、より安価な材料の使用
を可能とするという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る弾性回転体及びそれを有する定
着装置の一実施例の断面図である。 第２図は、ｔｊＳ１図の定着ローラの部分拡大説明図で
ある。 第３図は、従来の定着ローラの断面図である。 第４図は、定着用ローラの製造装置の一実施例の断面図
である。 第５図は、本発明に係る弾性回転体の他の実施例の断面
図である。 ｌ：定着ローラ ４．１４：弾性層 ５．１５：中間樹脂被膜層 ６．１６：外被樹脂層（離型層） １０：加圧ローラ 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内部に形成された耐熱性弾性層と、該弾性層の外層
   として形成され紫外線硬化された弗素樹脂を含む中間樹
   脂被膜層と、外被として形成された弗素樹脂を含む離型
   層とを有することを特徴とする弾性回転体。 ２）耐熱性弾性層は弗素ゴムで形成される特許請求の範
   囲第１項に記載の弾性回転体。 ３）耐熱性弾性層はシリコーンゴムで形成される特許請
   求の範囲第１項に記載の弾性回転体。 ４）耐熱性弾性層の上に弗素樹脂を含む中間樹脂被膜層
   を紫外線硬化により形成し、更に該中間樹脂被膜層の上
   に弗素樹脂を含む離型層を焼成して形成することを特徴
   とする弾性回転体の製造法。 ５）焼成工程は誘電加熱により行なう特許請求の範囲第
   ４項記載の製造法。 ６）耐熱性弾性層は弗素ゴムで形成される特許請求の範
   囲第４項又は第５項記載の製造法。 ７）耐熱性弾性層はシリコーンゴムで形成される特許請
   求の範囲第４項又は第５項記載の製造法。