JPH06100876B2 - 定着用ローラ及びそれを有する定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複写機、印刷機、プリンター及び複合記録装置
一般等の画像形成装置に適用される加熱、加圧、加熱加
圧等の目的に使用される定着用ローラ、及びそれを有す
る定着装置に関する。

従来、ローラ定着装置においては、定着ローラ表層に、
RTVシリコンゴムやテフロン（商品名；デュポン社）の
ような離型性材料を設け、場合によっては、更にシリコ
ンオイルのような離型剤を塗布することによりオフセッ
トを防止していた。定着ローラ表面をRTVシリコンゴム
で被覆したものは一般に離型材を塗布する必要がなく、
装置が簡単であり、かつシリコンゴムの弾性力により、
定着性が良好であるが、離型性の経時変化（悪化）が激
しく、寿命が非常に短く、頻繁に、ローラを交換しなけ
れがならなかった。またシリコンオイルのような離型剤
を塗布して離型性を維持しようとすると、シリコンゴム
がシリコンオイルで膨潤してゆき、物性強度が低下して
しまいやはり頻繁にローラを交換しなければならない。
また定着ローラ表面を４弗化エチレン−フロロアルコキ
シエチレン共重合体樹脂（以降PFAと称す）やポリテト
ラフルオロエチレン樹脂（以降PTFEと称す）等の弗素樹
脂で被覆したローラは上記シリコンゴムと比較して、高
強度であり、シリコンオイルを塗布すれば離型性も良好
である。

しかし上記ローラは弾性がないために、上記シリコンゴ
ムローラと比較して定着性が悪く、かつトナー像支持材
上のトナー像を定着する際画像をつぶす効果が大きく、
画質を低下させてしまう欠点を持っている。更にローラ
にクリーニングブレート等の当接物がある場合、固いゴ
ミがローラ上に付着してローラと当接物間に侵入してき
た場合、弾性が無いために力の逃げ場がなく傷が生じや
すい。

上記、定着性の違いはシリコンゴムのような弾性体の場
合は支持材凹凸、及び、支持材上にのっているトナー像
の凹凸に定着ローラ形状が倣って、全体が均一に接触す
るために定着性が良好であると考えられる。

ところがテフロン（商品名；デュポン社）のような剛体
の場合は、上記支持材及びトナー像の凹凸により、凸部
はローラと強い接触をし、凹部はローラと不安定にしか
接触しないために、凹部の定着が非常に甘くなると考え
られる。実験結果から同じトナー画像を完全定着させる
のに、シリコンゴムの方がテフロンよりも20〜50℃低い
温度で行えることが判っている。

また特開昭48−85151号公報に４弗化エチレン樹脂粉末
とシリコン生ゴムとを混合した定着ローラが開示されて
いるが、この場合シリコンとテフロンの相性が悪く分散
性が悪いこと、かつ接着性が悪いため、強度的に非常に
弱いこと及び、シリコンオイルのような離型剤を塗布し
た場合、シリコンゴムがオイル膨潤するために物性強度
の低下が非常に大きいこと等の問題点が多い。

また特開昭58−5770号公報に記載されているように定着
ローラの外周にゴム層を設け、そのゴム層の表面にフッ
素ゴムと弗素樹脂の混合物を塗布することによりゴム層
のもつ弾性とフッ素樹脂のもつ離型安定性を備えた定着
ローラが提案されている。この種の定着ローラの場合定
着ローラ表層にフッ素樹脂が多く存在することで離型性
を得ているが、このフッ素樹脂層は一般的にフッ素ゴム
とフッ素樹脂の混合物は260℃〜350℃で焼成するがこの
場合表層のフッ素樹脂層の厚みは高々２〜３μｍの厚さ
にすぎず定着ローラを通過する支持材の摩耗、また分離
爪やクリーニング部材等の当接物により摩耗しけずれて
しまうため長期にわたって離型層を維持することが困難
である。

またフッ素樹脂層の厚みを上記２〜３μ以上にしようと
すると焼結条件が例えば400℃以上必要となる焼成時間
が１時間以上必要となるということで下層のゴム層の劣
化がはなはだしい、また工程が複雑になる等の欠点が生
じる。その上このような場合でもフッ素樹脂層の厚みは
高々５μｍ程度にすぎない。

本発明は上記従来の欠点を解決した新規で且つ優れた定
着効果を奏する定着用回転体を備える定着装置を提供す
るものである。

本発明の他の目的は、長期にわたって離型性及び定着性
及び強度が良好な定着装置を提供することである。上記
目的を達成するため本発明は、ローラ基体と、このロー
ラ基体上に設けられたシリコンゴム層と、このシリコン
ゴム層上に設けられたゴムと樹脂とを有する混合層と、
この混合層上に設けられた樹脂層と、を有することを特
徴とするものである。

また本発明は、記録材に未定着像を定着するための定着
用ローラを有する定着装置において、上記定着用ローラ
は、ローラ基体と、このローラ基体上に設けられたシリ
コンゴム層と、このシリコンゴム層上に設けられたゴム
と樹脂とを有する混合層と、この混合層上に設けられた
樹脂層と、を有することを特徴とするものである。

更にまた本発明は、ローラ基体と、このローラ基体上に
設けられたシリコンゴム層と、このシリコンゴム層上に
設けられたゴムと樹脂とを有する混合層と、この混合層
上に設けられた比較的溶融温度の低い樹脂層と、この樹
脂層上に設けられこの樹脂層と同等かそれより高い溶融
温度の樹脂層と、を有することを特徴とするものであ
る。

更にまた本発明は、記録材に未定着像を定着するための
定着用ローラを有する定着装置において、上記定着用ロ
ーラは、ローラ基体と、このローラ基体上に設けられた
シリコンゴム層と、このシリコンゴム層上に設けられた
ゴムと樹脂とを有する混合層と、この混合層上に設けら
れた比較的溶融温度の低い樹脂層と、この樹脂層上に設
けられこの樹脂層と同等かそれより高い溶融温度の樹脂
層と、を有することを特徴とするものである。

第１図は本発明の第１発明例の定着用ローラＡの断面図
を示す。定着用ローラＡは中空円筒状の金属性基体３に
プライマーで接着された熱加硫後のゴム層2bを有し、弗
素ゴムと弗素樹脂との混合物からなる層2aをゴム層2bの
上に塗布し、その上に弗素樹脂層１を被覆している。

この定着用ローラＡは以下の様にして得られる。

上記ローラＡのゴム層2bは、一次加硫、二次加硫等の熱
加硫を受けて一般的なゴム弾性を得た状態で金属性基体
３に固定される。

弗素ゴムと弗素樹脂からなる混合物（例えばフッ素ゴム
水性塗料：ダイエルGL213商品名ダイキン製）はスプレ
ーガン等の塗布手段により20μ厚に該ゴム層2bの上に塗
布され室温あるいは赤外線ヒータ等により加温された状
態で乾燥する。その後150℃の温度で熱風乾燥する。こ
のとき弗素樹脂と弗素ゴムの混合物の表面においては、
弗素樹脂のもつ撥水性はあまりでてこない。この上にエ
マルジョン状態のPFA樹脂を10μ厚に塗装する。このあ
と、260℃で第１次焼成を15分間行なう。この時にゴム
層2bとPFA樹脂層１との間に塗られた弗素樹脂と弗素ゴ
ムの混合物は弗素樹脂のブラウン運動により弗素樹脂が
PFA樹脂層１側に浮きでてき、同時に弗素ゴム成分の架
橋が進行する。さらにこの加熱処理により下層のゴム層
2bの解重合を防止することができる。

またPFA樹脂層１側に浮きでてきた弗素樹脂はPFA樹脂と
のなじみが良く接着強度が増す。

この工程の後350℃で30分間最終焼成を行ない表層のPFA
樹脂層を溶融し、完全に接着させ表面と平滑にする。な
おPFA樹脂層の塗装はPFA樹脂粉体状態にし、静電塗装を
行なってもよい。

また300℃以上の高温でも劣化しない超耐熱性のフッ素
ゴム、シリコンゴムを下層のゴム層として用いた場合に
は一次焼成を経ないでいきなり最終焼成工程を行なうこ
とも可能である。

この様にして得られた定着用ローラは表層に10μ以上の
フッ素樹脂の離型層を有しさらに下層のゴム層１のもつ
弾性も10μ厚程度のフッ素樹脂層では失われないため弾
性も有する定着用ローラとなる。

第２図では第１図の実施例の定着用ローラＡをトナー像
と接する加熱ローラＡ′として用いている。第２図は記
録装置に用いられる定着装置の一例で、加熱ローラＡ′
の金属性基体３、不図示のプライマー、弾性ゴム層2b、
混合層2a、フッ素樹脂層については前述したものを用い
た。ここでフッ素樹脂層はPFA樹脂を用いている。

加熱ローラＡ′は円筒状の基体３の内部に加熱ヒータ４
を設け、ローラＡ′の表面温度を検知するための検知部
材６（本例では接触タイプ）と温度制御手段５により、
トナー像Ｔを記録材としての紙Ｐに定着するために必要
な温度（例えば180℃〜200℃）に維持される。加圧ロー
ラＢは不図示の加圧手段により、加熱ローラＡ′に圧接
し、紙Ｐを加熱ローラＡ′と共に挟持搬送する。加圧ロ
ーラＢは金属性円筒状の芯金18の上に耐熱弾性層17、例
えばシリコーンゴム層を有する。

７はシリコーンオイルやフッ素オイル等の離型液を含浸
しているクリーニングウエブで、巻取り軸９、供給軸８
及び押圧ローラ10により間歇的に或は加熱ローラＡ′と
相対速度をもって移動される。この移動により加熱ロー
ラＡ′の表面はオフセットトナーをグリーニングされる
と共にオフセット防止用の離型液が供給される。

12は搬送ベルトで、所定の画像形成手段により片面上に
トナー像Ｔを形成された紙Ｐを、案内板11、加熱ローラ
Ａ′と加圧ローラＢとの圧接部へ導く。13は加熱ローラ
Ａ′により紙Ｐを分離する分離爪、14は加圧ローラＢよ
り紙Ｐを分離する分離爪で夫々各ローラ面に当接してい
る。15,16は排出用又は他の部分へ送る排紙ローラ対で
ある。図中の各矢印は各部材の回転又は移動方向であ
る。

加熱ローラＡ′は前述したように、ゴム層2bにゴム特性
を持たせた後に、該ゴム層２の上に弗素ゴムと弗素樹脂
からなる混合物2bを設け表層の弗素樹脂層に対するプラ
イマーとしたためにゴム層２の上に離型性のよい弗素樹
脂層が十分な厚さでかつ弾性を失わない程度に被覆され
ているため、適切な強度と弾性とを備えている。

従って、トナー像は画質が良く、しかも細部にわたって
定着性の良い画像として紙Ｐに加熱定着される。しかも
その際にトナー像が加熱ローラＡ′へオフセットするの
を大幅に防止できる。

このため、本例のようにウエブ７を用いる型では、クリ
ーニング部材としてのウエブの消費を減少できると共に
オフセット防止のための離型液供給ができる。

同時に加熱ローラＡ′自体は離型層が十分な厚さを有し
ているため長期使用による表層の摩耗に耐え得る、実用
化に具すことができる。

表１は加熱ローラＡ′に金属性基体の上に直接PTFE,PF
A,FEP等のフッ素樹脂を被覆したもの、ゴム層の上にフ
ッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物を塗装し、それを300℃
で30分焼成し、表層にフッ素樹脂を浮きださせたもの、
さらに前述の本発明を適用したところのもののそれぞれ
の表層にあるフッ素樹脂層の摩耗状態を示したものであ
る。

表１に示された結果は定着装置としては第２図に示した
構成のものを用い、加熱ローラＡ′および加圧ローラＢ
の径は40mm,記録紙搬送速度は210mm/sec,1分間にA4横送
りで30枚の割合で通紙し通算で５万枚通紙したときの状
態である。

一方、金属性基体上にゴム層，フッ素ゴムとフッ素樹脂
の混合物からなる層を形成した加熱ローラでは、表層の
離型層であるフッ素樹脂層が厚みが2.5μ薄く、また表
層および表層近傍では離型性の悪いフッ素ゴムが点在し
ているため、表層部分のわずかなけずれ等ですぐに離型
性が低下してしまう。そのため定着性は下層のゴム層の
弾性により良好だが、耐久性に非常に劣ってしまう。さ
らに使用温度を200℃に上げた場合では表層のフッ素樹
脂層の耐熱性が悪いためか耐久性はより極端に低下して
しまう。

本実施例の芯金の上にゴム層、その上にフッ素ゴム，フ
ッ素樹脂混合物、さらにその上にフッ素樹脂（本実施例
ではPFA）層を設けた加熱ローラは使用温度が180℃およ
び200℃どちらでも秀れた耐久性を示し、かつ下層ゴム
層の弾性により秀れた定着性も得られる。

また、使用温度200℃下で金属性基体の上に直接PFA層を
設けたものと、ゴム層，フッ素ゴム，フッ素樹脂混合物
層,PFA層と順次設けたものでフッ素樹脂層摩耗量が同等
に関わらず、耐久性に差がでるのは前者のPFAローラで
はPFA膜厚が2.5μでも 表１でわかるように一般に金属性基体（表中では芯金と
記してある）の上に直接PTFE,PFA,FEP等のフッ素樹脂を
被覆したものは、定着性は弾性ローラに比べて劣るもの
の耐久性（通紙したとき加熱ローラに紙がまきつかない
状態のオフセット性を指す）に関しては使用温度120℃
ではPTFE,PFA,FEPはいずれも25万枚以上持つ。

また使用温度200℃ではPFA,FEPは耐熱性がPTFEに比べて
若干弱いため耐久性はPFAが20万枚、FEPが15万枚と低下
する。

実際には芯金の凹凸により金属部が表層近くまで突き出
ている部分があり、この部分で離型性が低下していくた
めと思われる。一方、本発明を適用した加熱ローラは金
属性基体の凹凸はゴム層で吸収し、最表層のPFA層の厚
みがほぼ均一になっているためと思われる。

本発明の具体的数値例については、下層のゴム層の厚み
が0.1〜2mm好ましくは0.2〜1.0mmが弾性および熱伝導性
の点からも望まれる。また下層のゴム層としてはシリコ
ーンゴムおよびフッ素ゴム,EPDM等が耐熱性の上から望
ましく、さらにゴム内部にカーボンブラック、又は酸化
ニッケル、酸化チタン、酸化コバルト等の金属酸化物等
の熱良導体を混合することにより、熱伝導性を高めると
ともに上層のフッ素樹脂、フッ素ゴム混合物との密着性
も増加する。

ゴム層2bの上に設けられたフッ素ゴムとフッ素樹脂から
なる混合物は厚みが５〜100μ、好ましくは５〜30μの
間にあることを表層に浮きでてくるフッ素樹脂成分が均
一となり、さらに面の凹凸が少なく最表層のフッ素樹脂
との接着性が良好となる。

最表層のフッ素樹脂はPTFE,PFA,FEP等の離型性が良好な
樹脂が望ましい。さらに厚みとしては３μ〜100μ、好
ましくは５〜30μが下層のゴム層のもつ弾性を生かし、
かつ長期耐久性に優れた定着用ローラが得られる。

また焼結工程はPFA樹脂を用いた場合、320℃〜400℃の
温度下で15分〜１時間の焼成時間が望ましい。さらに好
ましくは上記焼成工程の前に240〜280℃の温度で第１次
焼成を行い、ゴム層１を熱処理し解重合を防止すること
が望ましい。

以下、本発明の他の実施例を示す。

1.図１において、下層のゴム層2bにシリコーンゴム，フ
ッ素ゴムあるいはEPDM等耐熱性ゴムを被覆し、このゴム
層の上にフッ素ゴム，フッ素樹脂からなる混合物2aをス
プレーガン等の塗布手段により10μの厚みで塗布し、室
温あるいは赤外線ヒータ等により加温された状態で乾燥
し、その後150℃の温風乾燥を行う。さらにこの層の上
にエマルジョン状態のFEP樹脂を10μ厚に塗布する。こ
の後260℃で30分間焼成を行い、最表層にFEP樹脂層１を
形成する。このようにFEP樹脂は比較的低温度で溶融
し、かつ溶融粘度も低いため非常に焼成時流れやすい。
そのためフッ素樹脂，フッ素ゴム混合物層2aが焼成時、
フッ素樹脂が表層側に浮きでてくる現象に伴う表面の凹
凸にならってはいりこみやすく、非常に均一な接着性に
秀れている。さらに低い温度で焼成できるため、下層の
ゴム層を劣化させることがないという利点がある。また
接着性をより強固にするためにはフッ素ゴム，フッ素樹
脂層を熱風乾燥したのちその表面を荒すことも非常に有
効である。

2.本発明の最初の実施例で用いたPFA樹脂のかわりにPTF
E樹脂を用いても、同等の製作条件で定着用ローラを作
成することができる。このときの作用効果はPFA樹脂の
場合とほとんど同じだが耐熱性においてPFA樹脂よりも
良好な特性を示す。

3.図１において、下層のゴム層2bにシリコーンゴム，フ
ッ素ゴムあるいはEPDM等耐熱性ゴムを被覆し、このゴム
層の上にフッ素ゴム，フッ素樹脂からなる混合物2aをス
プレーガン等の塗布手段により10μの厚みで塗布し、室
温あるいは赤外線ヒータ等により加温された状態で乾燥
し、その後150℃の熱風乾燥を行う。さらにこの層の上
にエマルジョン状態のFEP樹脂を５μ厚に塗布する。こ
の後260℃で15分間焼成を行い、FEP樹脂層を形成する。
さらに該FEP樹脂層の上に粉体状態のPFA樹脂を静電塗装
により10μ厚に塗布し、300℃で30分間焼成する。この
ようにして最表層には耐熱性に秀れたPFA樹脂層が形成
される。これは低溶融粘度で流れ易いという特徴を持つ
FEP樹脂層をフッ素ゴム，フッ素樹脂層の上に覆うこと
で面の均一性をもたせ、さらにその上に耐熱性に秀れ、
かつFEP樹脂に比べて溶融温度の高いPFA樹脂を表層に形
成することで秀れた結合力を得ることができ、表面層の
フッ素樹脂を十分厚くすることができる。

また最表層にPTFE樹脂を用いても同様の効果が得られ、
とくにPTFE樹脂の場合、高温でも完全に溶融せず多くの
ピンホールが存在し凹凸が厳しく、そのため表面積が大
きくなり、その凹凸中にFEP樹脂が流れこみ秀れた接着
性を示すため、非常に強度の強いものが得られる。

以上説明したように、本発明では中間層としてフッ素ゴ
ムとフッ素樹脂の混合層を有しているので下層のゴム層
と上層の樹脂層を強固な状態で結合し、表面樹脂厚を増
大させることができ、耐久性，耐摩耗性に優れた弾性を
有するローラを提供できた。このため、定着性も良好で
画質にも非常に優れているという利点も有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である定着用ローラの断面図、 第２図は本発明のローラを適用した定着装置の断面図で
ある。 １は樹脂層、2aは混合層、2bは弾性層、３は基体。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ローラ基体と、このローラ基体上に設けら
   れたシリコンゴム層と、このシリコンゴム層上に設けら
   れたゴムと樹脂とを有する混合層と、この混合層上に設
   けられた樹脂層と、を有することを特徴とする定着用ロ
   ーラ。
2. 【請求項２】記録材に未定着像を定着するための定着用
   ローラを有する定着装置において、 上記定着用ローラは、ローラ基体と、このローラ基体上
   に設けられたシリコンゴム層と、このシリコンゴム層上
   に設けられたゴムと樹脂とを有する混合層と、この混合
   層上に設けられた樹脂層と、を有することを特徴とする
   定着装置。
3. 【請求項３】ローラ基体と、このローラ基体上に設けら
   れたシリコンゴム層と、このシリコンゴム層上に設けら
   れたゴムと樹脂とを有する混合層と、この混合層上に設
   けられた比較的溶融温度の低い樹脂層と、この樹脂層上
   に設けられこの樹脂層と同等かそれより高い溶融温度の
   樹脂層と、を有することを特徴とする定着用ローラ。
4. 【請求項４】記録材に未定着像を定着するための定着用
   ローラを有する定着装置において、 上記定着用ローラは、ローラ基体と、このローラ基体上
   に設けられたシリコンゴム層と、このシリコンゴム層上
   に設けられたゴムと樹脂とを有する混合層と、この混合
   層上に設けられた比較的溶融温度の低い樹脂層と、この
   樹脂層上に設けられこの樹脂層と同等かそれより高い溶
   融温度の樹脂層と、を有することを特徴とする定着装
   置。