JPS6370880A - 定着装置 - 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】 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定着装置に関するもの
であり、特に前記画像形成′！１ｔＦａにおいてシート
状転写材又は記録材等を搬送及び定着するために、内部
に弾性層を有し°表層として弗素樹脂層を形成せしめた
、加熱源にて加熱される加熱用弾性回転体と、内部に弾
性層を有し表層として弗素樹脂層を形成せしめ、前記加
熱用弾性回転体に押接される加圧用弾性回転体とを有し
た定着装置に関するものである。加熱用弾性回転体及び
加圧用弾性回転体はローラ状又はベルト状とされるが、
以下、本発明の説明は主として加熱用弾性回転体及び加
圧用弾性回転体が共にローラ状とされる定着装置に関連
して行なう、従って、本発明はこれに限定されるもので
はないことを理解されたい。

−びＬＩ！ｉ。

従来、電子写真複写装置等の画像形成装置において、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２ａに弾性層４ａを設け、更に該弾性層４ａの上表
面に樹脂Ｍ６ａを形成した構造の定着用の弾性回転体、
つまり弾性を有した加熱及び加圧用の定着ローラ１ａが
提案されている。斯る定着ローラ１ａでは、弾性層４ａ
はシリコーンゴム又は弗素ゴムとされ、樹脂層６ａ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
混合物が利用されている。

このような構造の定着ローラの最大の問題点は、耐久に
よる接着力の低下にある。つまり、長期間の使用により
ゴム層から成る弾性層４ａと樹脂層６ａとの間に部分的
な剥離が生じ使用不可能となり、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。

本発明者等は、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、弗素樹脂層を未
焼成状態にて弾性層上に配設した後、結晶点以上に加熱
焼成することにより形成された弾性回転体を使用すれば
耐久性が著しく向上することを見出した。更に研究実験
を進めた結果、斯る構成の弾性回転体を使用したとして
も、加熱用弾性回転体と加圧用弾性回転体の弗素樹脂層
を異なる材質にて形成した場合には加熱用弾性回転体と
加圧用弾性回転体との間に摩擦帯電が起こり易く、オフ
セットや紙の巻き付きが頻繁に発生することが分かった
。

更に、本発明者等の研究により、加熱用弾性回転体及び
加圧用弾性回転体の弗素樹脂層に発生する気孔（ボイド
）の最大気孔率及びクラックが定着性、離型性、オフセ
ット性、耐久性等に大きく影響を与えることを見出した
。

本発明は斯る新規な知見に基づきなされたものである。

ｍと１勺 従って、本発明の目的は１紙等のシート状被搬送物の搬
送性、定着性、Ｊｉｌｔ！性、耐久性、耐摩耗性は勿論
のこと、特にオフセット性及び転写材の巻付き性を改良
した定若装２を提供することである。

。　占　　　するための− 上記目的は、本発明に係る定着装置にて達成される。要
約すれば本発明は、内部に弾性層を有し表層として弗素
樹脂層を形成せしめた、加熱源にて加熱される加熱用弾
性回転体と、内部に弾性層を有し表層として弗素樹脂層
を形成せしめ、前記加熱用弾性回転体に押接される加圧
用弾性回転体とを有した定着装置において、前記加熱用
弾性回転体及び加圧用弾性回転体の弗素樹脂層は、同一
の材料を使用し、且つ弾性層上に未焼成状態にて配設し
た後、結晶点以上に加熱焼成することにより形成された
ことを特徴とする定着装置である。

本発明の好ましい実施態様において、弾性層はシリコー
ンゴム又は弗素ゴムで形成され、又加熱用弾性回転体及
び加圧用弾性回転体の弗素樹脂層は液体が侵入し得な−
い程度の、つまり平均孔径が０．１ルｍ以下の微細な気
孔を有し、加熱用弾性回転体の樹脂層の最大気孔率は１
０％以下であり、加圧用弾性回転体の樹脂層の最大気孔
率は１５％以下とされ、更に少なくとも加圧用弾性回転
体の樹脂層は１弾性層側にクランクが存在する不連続部
が位置し、表面側に平滑表面部が位置するように構成さ
れる。

１崖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、本発明に係る定着装置を、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
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と接する加熱ローラｌと、該加熱ローラ１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。

加熱ローラｌ及び加圧ローラ１０は同様の構成とされ、
芯金２．１２．弾性層４．１４及び樹脂層６．１６から
成る。

定着装置には、加熱ローラ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、及び加
熱ローラｌの表面にシリコ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。

加熱ローラ１は、アルミ等の熱伝導の良好な芯金２と、
該芯金２上に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ｔ１は０．３ｍｍ〜０．８ｍｍ、反発
弾性率は６５％〜８５％）と、該弾性層４上に形成され
た樹脂層６とから成る。樹脂層６は、好ましくは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１本実施例で層厚ｔｚ
は１０ｇｍ〜３０μｍ、膜強度は５０ｋｇ／ｃｒｎ’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ｌＯは上
記加熱ローラｌ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、シリコーンゴム弾性層１４の厚
さｔ３はｔｌより厚く。

例えば４ｍｍ〜１０ｍｍとされ、又その反発弾性率は６
５％〜８５％とされるであろう、又、樹脂層１６は加熱
ローラｌと同様にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の弗素樹脂を使用
するが層厚１．は弾性層１４より薄く、５ルｍ〜５０終
ｍの範囲とされ、膜強度は５０　ｋ　ｇ　／　ｃゴ以上
とされるであろう０本発明に従えば、加圧ローラ１０の
樹脂層１６は加熱ローラｌの樹脂層と同一の材料が選択
される。

上記加熱ローラｌ及び加圧ローラ１０は、左右対称とさ
れ、且つ好ましくは、加熱ローラｌ（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。

次に、上記の如き加熱ローラｌ及び加圧ローラｌＯの製
造方法について更に説明する。先ず、所定の径に仕上げ
された芯金２又は１２の上に加硫成型したシリコーンゴ
ム層（熱伝導度１．４Ｘ１０−’　〜　１　　、　５Ｘ
　　１　０−３ｃａｌ　　ｍｃｍ／ｓｅｃ＊ｃ　　ｒｎ
’ｓ　　℃）を形成して所望形状のシリコーンゴムロー
ラを作製する。好ましくは、該シリコーンゴムローラは
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。

次いで、シリコーンゴムローラの表面は任ｔの周知の手
段を用いて所定粗さの表面形状を有するように粗面化さ
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、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
６３０６℃、３２７℃以上に加熱されると、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１本発明においては、シリコーンゴムロ−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が
好ましい、更に具体的には、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
利用されるであろう。

これらの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、２６０℃〜２
８０℃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〜１０分程度与えられる。

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　ｍ″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、上記加熱ローラ１及び加圧ローラ１０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は強固である。

本発明者等の研究の結果、上述のようにして製造された
加熱ローラｌ及び加圧ローラ１０の弗素樹脂層６．１６
の外側表面は平滑化され離型性の良好な表面を提供する
が、第５図及び第６図に図示されるように、製造条件に
よって該樹脂層の弾性層４．１４と対面する側には白色
部分で示される亀裂（クラック）が発生し、該クラック
は樹脂ディスパージョンの乾燥状態、乾燥速度、又は隣
接する下層の表面状態によってその寸法、形状及び量が
変動することが分かった０本実施例では、ディスパージ
ョンの乾燥速度を４０〜８０℃の間の温度下で、湿度４
０〜６０％の環境下で加熱処理を行なったところ、樹脂
層の厚さＤが２５ＪＬｍに対し深さｄが８〜ｌｏＪＬｍ
のクラックが得られた。

更に、本発明者等の研究実験によると、該クラックは、
弾性回転体における弾性層と樹脂層との接着強度を向上
せしめる働きがあることが分かった。特に、加圧ローラ
１０は加熱ローラｌに押し当てられ、常に変形しながら
回転するため樹脂層と弾性層の接着力を強める必要があ
る。従って、斯るクラックを特に加圧ローラｌＯの樹脂
層に形成することが有意義である。

又、樹脂層にクラックがなく均一な樹脂層である場合に
は、体積抵抗が高くなり、搬送時に生じる摩擦帯電によ
り回転体表面に付着する汚れを増大させるという問題が
あるが、斯るクラックが存在する樹脂層は、その体積抵
抗が１０’〜１０２のオーダ相当にて低下される。従っ
て樹脂層中に添加物を混入して低抵抗化を行なった場合
に生じる、該添加物による不要な付着物の付着、帯電に
よる汚れの発生を防止することができることが分かった
。

又、本発明に従って製造された弗素樹脂層には、極めて
微細な（平均孔径が０．１ルｍ以下）気孔（ボイド）が
でき、本来の弗素樹脂の体積抵抗が１０１１１Ωｃｍ以
上であるのに対して１０　　Ωａｍ程度にまで、つまり
ｌ　Ｏ’　　分も減少したものとなっている。上記ボイ
ドの量は樹脂ディスパージョンの乾燥速度によって規制
され、乾燥速度を急激に行なう程多く発生し極めて遅く
すると存在しなくなる０本発明者等の研究によると、加
熱ローラ１におけるボイドの気孔率は最大でも１０％以
下であることが好ましく、加圧ローラ１ｏにおけるボイ
ドの気孔率は最大でも１５％以下であることが好ましい
ことが分かった。これは以下に述べる理由からである。

弾性ローラ１．１０はボイドが多くなると、その帯電量
は少なくなり、一方ポイドが多くなり過ると例え０．１
ｇｍ以下のボイドであってもシリコーンオイルの低分子
成分が若干類ボイド内へと侵入する０本発明者等の実験
によるとゴム層の厚みが加熱ローラ１の場合に０．３〜
０．８ｍｍ程度のとき、オイル分の侵入による外径変化
への影響は、気孔率が１０％以下ならば５０万枚の通紙
でもほとんどが影響がないが、気孔率が１５％程度にな
ると若干の膨潤を生じ、又一方、加圧ローラ１０はオイ
ル侵入量そのものが加熱ローラｌに比らべて少なく１５
％程度の気孔率でもオイル侵入の影響はなく、更に加圧
ローラ１０の弾性層は厚肉ゴムとされ、そのためにオイ
ル侵入量による外径変化はほとんど無視できる。

又、一般に加圧ローラ１０は加熱ローラｌに比らべて弾
性層が厚いために帯電し易く、従って加圧ローラｌＯの
気孔率を加熱ローラ１の気孔率よりも大とすれば通紙時
に帯電した加圧ローラ１０の電荷がリークし易くなり、
特に加圧ローラ１０の帯電量を少なくすることができる
。

以上説明したように、本発明に従った構成のローラ１．
１０を用いた定着装置は、従来では存在しなかった特徴
を有している。つまり、加熱及び加圧ローラｌ及び１０
はその表層に全く同材質の弗素樹脂を用いているためロ
ーラ間の摩擦帯電を起こし難く、又、上述のように本発
明に徒えば、シリコー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に十分な反発弾性を有し
、圧縮永久歪の少ないシリコーンゴムの利用を可能にし
、表面離型性、耐摩耗性に優れ１弾性を十分に備えた耐
久性の高いものである。しかも、記録紙にトナー像を定
着する際に生じる押力がシリコー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
の密着性も良好なため従来のような急激な剥離が生じる
ことも無くなり、使用耐久枚数も数段向上した。

以下、本発明を実施例について更に詳しく説明する。

支１自１」 外径３８．９ｍｍに仕上げされた芯金２の上に加硫成型
したシリコーンゴム層（熱伝導度１．４Ｘ　　　１　　
０　−”１〜１　　　、　　５Ｘ　　　Ｉ　　　Ｏ−’
ｃａｌ　　　ｍｃｍ／ｓｅｃ　　争　ｃ　　　ｒｎ−ｍ
℃）を形成して円柱形状の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０．５ｍｍ厚とされ
た。

次いで、該シリコーンゴムローラの表面は、研削装置に
て研削され、粗面化された。このようにして、粗面化さ
れたゴムローラ表面に未焼成のＰＴＦＥ　（四弗化エチ
レン樹脂）ディスパージョン（ダイキン社製四弗化エチ
レン樹脂ディスパージョンＤ−１）が、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された。

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１Ｍ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（Ｉｌ
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、加熱ローラ１の中空内に空気流
を発生するファンｌＯＯと、容器１０２内に空気流を発
生するファン１０１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１０
８を中心に上下が開閉でさ、上部に把手１０９が、下部
にローラｌのフランジＩＡを位置決めするアーム１０７
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１１０にて制御される。

加熱ローラ１は下層にシリコーンゴム層２を、表面に弗
素樹脂ディスパージョンを有しているため、高周波はシ
リコーンゴム層よりも比誘電率が大きいディスパージョ
ン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、３４０℃〜３５
０℃に加熱される。この時シリコーンゴム層は高周波吸
収率が小さいためディスパージョンはど高温化されず２
８０℃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、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℃〜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で、しかも十分厚く、本実施例で
１５ｇｍの厚さで形成された。最終の加熱ローラ１の外
径は４０ｍｍであった。

叉」１九ユ 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
８．９ｍ＋ｎに仕上げされた芯金２上に内部弾性層４、
外被樹脂層６を形成して加熱ローラｌ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箋を示した。

災」１１】 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
６ｍｍであり、外被とされる弗素樹脂層１６は加熱ロー
ラ１と同様にＰＴＦＥ　（四弗化エチレン樹脂）ディス
パージョン（ダイキン社製四弗化エチレン樹脂ディスパ
ージョンＤ−１）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した。

芯金１２上への内部弾性層１４．外被樹脂層１６の形成
方法は前記実施例１，２と同様とした。

本発明者等の実験の結果、本実施例の加圧弾性ローラｌ
Ｏ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、紙送りスピ
ード２００　ｍ　／　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。

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。又、帯電による転写紙の
ローラへの巻付けも全く発生しなかった。

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１０ｋｇ
／ｃｒｒｆ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、ｇ
Ｉ型剤供給用ローラ等に利用することもでき、又、第７
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）。

ヱ」Ｌ例ｊ１里 本発明の定着装置は以上の如くに加熱用弾性回転体と加
圧用弾性回転体との樹脂層を同一材質の弗素樹脂にて作
製し、しかも該弗素樹脂は未焼成状態にて弾性層上に配
設され１次いで結晶融点以上に加熱焼成されるために、
内部弾性層と外被弗素樹脂層との密着強度が増大し、耐
久性が向上すると共に、転写材が弾性回転体に巻付くと
いった弊害をなくし得るという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、未発明に係る定着装置の一実施例の断面図で
ある。 第２図は、第１図装置に使用される定着用ローラの部分
拡大説明図である。 第３図は、従来の定着用ローラの断面図である。 ｉ４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、樹脂層に形成されたクラックを説明するため
の樹脂層の断面図である。 第６図は、樹脂層に形成されたクラックを説明するため
の弾性層側から見た樹脂層の平面拡大図である。 第７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：加熱ローラ ４．１４：弾性層 ６．１６：外被樹脂層 １０：加圧ローラ 第１図 第２図 第３図 ａ 第４図 第５図 オ、１４ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内部に弾性層を有し表層として弗素樹脂層を形成せ
   しめた、加熱源にて加熱される加熱用弾性回転体と、内
   部に弾性層を有し表層として弗素樹脂層を形成せしめ、
   前記加熱用弾性回転体に押接される加圧用弾性回転体と
   を有した定着装置において、前記加熱用弾性回転体及び
   加圧用弾性回転体の弗素樹脂層は、同一の材料を使用し
   、且つ弾性層上に未焼成状態にて配設した後、結晶点以
   上に加熱焼成することにより形成されることを特徴とす
   る定着装置。 ２）加熱用弾性回転体及び加圧用弾性回転体の弗素樹脂
   層は平均孔径が０．１μｍ以下の微細な気孔を有し、加
   熱用弾性回転体の樹脂層の最大気孔率は１０％以下であ
   り、加圧用弾性回転体の樹脂層の最大気孔率は１５％以
   下である特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３）少なくとも加圧用弾性回転体の樹脂層は、弾性層側
   にクラックが存在する不連続部が位置し、表面側に平滑
   表面部が位置するようにした特許請求の範囲第１項又は
   第２項に記載の装置。