JPH0830926B2

JPH0830926B2 - 定着用回転体及び定着装置

Info

Publication number: JPH0830926B2
Application number: JP1018532A
Authority: JP
Inventors: 達夫竹内; 健校條; 正明桜井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-01-27
Filing date: 1989-01-27
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPH02198478A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、電子写真複写機、静電記録装置、印刷機、
プリンタ等の画像形成装置において像担持体上に形成さ
れ、次いで記録材としての転写材上に転写されたトナー
像のような未定着画像を永久画像として定着するための
定着用回転体及び定着装置に関し、特に、内部には熱源
を有すると共に、その外周面は転写材上に転写された未
定着画像と接触して、この未定着画像を定着するための
接触、定着表面を有する定着用回転体及びこの定着用回
転体を備えた定着装置に関する。

従来技術及びその問題点従来、画像形成のためのプロセスを介して感光ドラム
の如き像担持体上に形成されるトナー像のような未定着
画像を転写材上に転写し、この未定着画像を定着するた
めにベルト、ローラー等の回転体を用いることが広く行
なわれている。特に、１対のローラ間に未定着画像を有
する転写材を通過させ、これらのローラ間で形成される
ニップ部において、熱及び圧力により転写材上の未定着
画像を定着する熱ローラ定着が装置の簡便さもあり、こ
れまでの主流として用いられてきている。

さらに、このようなローラ等の回転体を用いた定着装
置によって転写材上の未定着画像を定着する際、未定着
画像の層厚の増加や定着スピードのアップの要望のた
め、弾性を備えた定着用回転体が考えられている。この
ような定着用回転体では、必要とされる弾性と定着に必
要な離型性を満足させるために、従来、シリコーンゴ
ム、特に、RTV,LTV等のゴム、あるいはこれにシリカベ
ンガラ等の無機剤を混入したものが定着用回転体の外周
に用いられている。

しかしながら、上記の如き架橋剤を用いたゴムにおい
ては、加熱により再架橋が進んで脆弱になったり、ある
いは熱酸化により分解するので、これを外周面に配設し
ている定着用回転体の性能が損なわれる。また、離型剤
として、定着用回転体の外周に塗布されるシリコーンオ
イルによって、回転体の外周面に配設されたゴムが膨潤
し、回転体としての外径が部分的に変化し、その結果、
定着画像に悪影響を及ぼすという問題点がある。

すなわち、このような定着用回転体では、必要とされ
る弾性と定着に必要な離型性を満足し、かつ、十分な耐
刷性を有する材料は単一材質としてではなく、通常、ロ
ーラ芯金上に形成される弾性層としてのゴム（シリコー
ンゴム）層上にフッ素樹脂層あるいはシリコーン樹脂層
を設けて複数層構成とし、各層で定着に必要な機能を持
たせているのである。

しかしながら、上記したようなゴム層上にフッ素樹脂
を形成したものは、加熱によるローラ芯金及び弾性層で
ある下層ゴム層の膨張により、フッ素樹脂が引き伸ばさ
れ、この加熱プロセスが繰り返されることで、ローラ表
面上に細いシワを発生してしまうことがある。あるい
は、特開昭62−255981号公報、特開昭58−11976号公報
等に示される如く、シリコーンワニスをゴム様の弾性層
上に塗布し、シリコーン樹脂被覆層を形成した場合に
は、被覆層の硬度が高くなりすぎ、さらに、ワニスの伸
び率が、通常50％以下と低いため、下層ゴム層の著しい
伸縮にはついて行けず、その結果、定着用回転体の表面
にヒビワレを生じるだけでなく、ハガレを生じる可能性
がある。

したがって、このような定着用回転体を定着装置に用
いたものでは、画像定着に悪影響を及ぼし、画像の定着
不良を生じることがある。

発明が解決しようとする課題したがって、本発明は、上述した従来技術に鑑みてな
されたもので、その目的は、シリコーンゴム単体におけ
る表面の熱酸化等を抑え、かつ、弾性層としての下層ゴ
ム及び回転体芯金の熱膨張に十分追従することが可能
で、回転体表面上にシワ、ヒビワレ、ハガレ等の発生を
生じることなく、高耐久性かつ高離型性を有する表面を
備えた定着用回転体及びこれを用いた定着装置を提供す
ることである。

課題を解決するための手段上記目的は、本発明に係わる定着用回転体及び定着装
置によって達成される。すなわち、要約すれば本発明
は、ゴム層と、このゴム層の上に設けられた直鎖状のポ
リシロキサンと３次元網状構造のポリシロキサンとの共
重合体を１単位とするフェニル基を有するシリコーンレ
ジンからなる表面層と、を有することを特徴とする定着
用回転体である。

本発明の他の態様によれば、互に圧接する一対の回転
体を有し、この圧接部で前記回転体対の少なくとも一方
は、ゴム層と、このゴム層の上に設けられた直鎖状のポ
リシロキサンと３次元網状構造のポリシロキサンとの共
重合体を１単位とするフェニル基を有するシリコーンレ
ジンからなる表面層と、を有することを特徴とする定着
装置が提供される。

又は、本発明において、前記直鎖状のポリシロキサン
は、ジメチルポリシロキサン或はメチルフェニルポリシ
ロキサンであり、前記３次元網状構造のポリシロキサン
は、RSiO_2/3、R₂SiO、R₃SiO_1/2、SiO₂（Ｒはメチル基又
はフェニル基）の各構成単位が互にSi−Ｏ−Si結合され
たシリコーンワニスとされる。

すなわち、本発明は、未定着画像としての未定着トナ
ー像を有する転写材を、定着用回転体として用いられて
いる一対の熱ローラ間を通過させ、熱と圧力により、転
写材上に未定着トナー像を溶融、定着させるめの定着装
置の一方あるいは両方のローラにおいて、下層に耐熱性
の弾性層を設け、その上層に直鎖状ポリシロキサンと３
次元網目構造のポリシロキサンとの共重合体を１単位と
するフェニル基を有するシリコーンレジン層の膜を形成
した定着用回転体、及びこの定着用回転体を用いて構成
した定着装置であって、熱的に安定、かつ伸縮性に富む
高耐久性の定着用回転体を提供すると共に、画像定着に
悪影響を及ぼすことなく、良好な画像定着を得ることが
できる定着装置を提供するものである。

実施例以下、本発明を、その実施例に基づいて添付図面を参
照しつつ説明する。

第１図及び第２図を参照すると、本発明に係わる定着
用回転体が用いられている定着装置が示されており、こ
の定着装置100は、定着用回転体としての定着ローラ１
及び加圧ローラ２を備えている。定着ローラ１は、アル
ミニウムまたは鉄等からなる芯金としての中空シリンダ
３を備え、この中空シリンダ３の内部には、ハロゲンラ
ンプ等の熱源5aが備えられると共に、中空シリンダ３の
外周面には、耐熱性の弾性層４が設けられ、この弾性層
４の上層には表面層として本発明によるシリコーンレジ
ン離型層41が設けられている。

加圧ローラ２も、定着ローラ１と同様に、アルミニウ
ムまたは鉄等からなる芯金としての中空シリンダ７を備
え、この中空シリンダ７の内部には、ハロゲンランプ等
の熱源5aが備えられると共に、中空シリンダ７の外周面
には、PTFE,PFA等のフッ素樹脂層あるいはフッ素ラテッ
クス層または定着ローラ１と同様のシリコーンレジンの
離型層６が設けられている。

さらに、この定着ローラ１と加圧ローラ２は、図示し
ないバネ等によって加圧され、定着時に必要とされる熱
を転写材及びトナーに十分供給できる巾、すなわちニッ
プ巾をもって接触している。

上記構成の定着装置の動作を示すと、定着ローラ１及
び加圧ローラ２の両ローラあるいは定着ローラ１は、装
置本体の電源スイッチ（図示せず）がON状態になると、
内部の熱源5,5aにより加熱され、図示しない温度センサ
ーによって、それぞれの表面温度が定着に最適となるよ
うに温調される。

次に、公知の電子写真法によって作成されて、紙また
はプラスチックフィルム等の転写材10上に転写された未
定着画像としてのトナー像11を有する転写材10が、定着
装置100の方向に供給され始めると、それぞれのローラ
１、２は矢印Ａ方向に回転する。さらに、この転写材10
が、定着ローラ１と加圧ローラ２の両ローラによって形
成される圧接部に進入すると、この転写材10は、これら
両ローラによって挟持搬送されると共に、この圧接部に
おいて圧力、熱により、転写材上のトナー像が溶融定着
され、その後、トナー像が定着された転写材10、分離爪
９により、各々のローラ１、２から剥離され、排紙され
ることとなる。

定着プロセスを終了したこれらのローラ、特に、転写
材10上のトナー像面に接触した定着ローラ１は、清掃部
材８によって、その表面をクリーニングされ、次の定着
プロセスに備えることとなる。

また、第１図には特に示さなかったが、必要に応じ
て、転写材10上のトナー像に接触するローラの表面に、
ジメチルシリコーンオイル等の離型剤を適量、塗布して
も何ら問題はない。

ここで、本発明における上記定着用回転体について、
さらに詳述する。

なお、以下の説明は加圧ローラ２にも当てはまるが、
ここでは、まず、定着ローラ１について述べる。

中空シリンダ３の外周面に耐熱性弾性層４として配設
される下層のゴム層は、高耐熱性の熱加硫型シリコーン
ゴムが用いられ、特にメチルビニルシリコーンゴムある
いはメチルフェニルシリコーンゴム、またはこれらの混
合物が用いられる。また、ゴム単体では強度的に劣るた
め、シリカ、ベンガラ等の補強充填剤を混入しても良
く、そして熱伝導性を向上させるため、カーボン、アル
ミナ等の充填剤を混練しても良い。さらに、ベースゴム
の耐油性を向上させるために、使用するゴムに含まれる
フェニル基（C₆H₅）の数を増加させ、ジメチルシリコー
ンオイルとの相性を悪くすることは耐久性を向上させる
点でより好まし選択である。

次に、耐熱性弾性層４の上に、さらに表面離型層41と
して形成されるシリコーンレジン層について述べる。こ
こで、表面離型層41に用いられる上記レジンは、シリコ
ーンゴムとシリコーンワニスの両者の特性を持つもので
あって、レジンを構成する単位が分子量で10⁴〜５×10⁵
であるジメチルポリシロキサンあるいはメチルフェニル
ポリシロキサンからなるゴム様の直鎖状ポリシロキサン
と、RSiO_2/3、R₂SiO、R₃SiO_1/2、SiO₂（Ｒはメチル基ま
たはフェニル基）の各構成単位が互いにSi−Ｏ−Si結合
で連結された、いわゆるシリコーンワニスの形状である
３次元網目構造のポリシロキサン化合物との共重合体で
あってフェニル基を有するものである。

すなわち、このレジンからなる表面離型層41は、その
硬化後、ゴム状シリコーンとワニス状シリコーンのブロ
ック共重合体となる。

このようにして形成される表面離型層41としてのレジ
ン塗膜の特性は、前述のゴム状シリコーンの分子量、及
び側鎖のメチル基、フェニル基数、また、ワニス状シリ
コーン部分の官能度とメチル基、フェニル基の数を選ぶ
ことによって変化させることが可能である。

例えば、定着時の離型性をより高めるためには、ゴム
状シリコーンの分子量を30000〜200000程度にすると共
に、側鎖のメチル基が50％以上となる構成とすることが
好ましい。特に、分子量を200000以上にすると、レジン
自体がゴム様になり、離型補助剤としてジメチルシリコ
ーンオイルを用いた場合、弾性層４としての下層ゴムへ
のオイル膨潤が著しくなり、定着ローラ１外径の安定の
ためには余り好ましくない。さらに、分子量を30000以
下にすると、ゴム特性が低下して屈曲性に劣ることとな
る。また、オイル膨潤を低減するためには、側鎖に若干
量のフェニル基を持つことが好ましい。ただし、フェニ
ル基の数が50％を越える場合、十分な離型性が得られな
くなる。

次に、表面離型層41として弾性層４上に形成されるシ
リコーンレジンのワニス部分について述べると、下層に
弾性層４としてのゴム層をもつこと、及びこのレジンに
は十分な屈曲性が必要とされるが、いかに前述のゴム状
部分の分子量を30000以上に設定しても、ワニス部分で
の官能度、すなわちR/Si（Ｒはメチル基あるいはフェニ
ル基の数、Siはシリコンの数）の比が１より小さい場
合、形成された表面離型層41としてのレジン塗膜の硬度
が高くなり過ぎ、ゴムの変形について行けずヒビワレ等
を生じてしまう。

このR/Si比の適切な値は１以上で、２未満、望ましく
は、塗膜強度を得るためにも、１以上で1.7以下に設定
されるのが好ましい。さらに、ワニス側においても、メ
チル基数／フェニル基数も重要な要素であって、この値
が５以下の場合、レジン塗膜硬度が高くなり、繰り返し
曲げによって微妙なハガレを生じ、このハガレが、定着
時のオフセットを初期から誘発することがある。また、
定着時のトナー粘度が10²〜10¹²ポイズという広い幅に
おいて、十分な離型性を得るためには、メチル／フェニ
ル比を８以上1000以下とすることが好ましく、より望ま
しくは50〜200の間に設定すれば良い。

離型層41として、実際のレジン塗膜形成に当っては、
まず、アルミニウム、鉄等からなる中空シリンダ３とし
ての芯金上に、前述したHTVシリコーンゴムを圧縮、射
出等の成形法によって弾性層４を形成した後、必要とあ
れば、仕上げ精度を出すために、研摩、研削等を行う。

次に、トルエン等の溶媒で前述のシリコーンレジンを
重量パーセントで10〜50％の割合で希釈したものをディ
ップ法あるいはスプレー法等の方法で弾性層４上にコー
ティングして、乾燥させ表面離型層41を形成する。この
表面離型層41としてのレジン塗膜の厚さは５〜300μｍ
であり、好ましくは10〜70μｍが良い。レジン塗膜の厚
さが５μｍ以下では、塗工ムラなどによって部分的に弾
性層４である下地ゴム層が露出する可能性があるばかり
でなく、紙詰りのような異常に圧力の高まる事態が発生
した場合、レジン塗膜が傷つき、実際上の使用が不可能
になることもある。また、レジン塗膜の厚さが300μｍ
以上の塗膜を形成しようとすると、塗工作業を数度繰り
返す、あるいは塗膜液自体の固型成分を増加させること
によって作成するため、液だれによる塗膜ムラ、乾燥硬
化条件にムラを生じ、均質な塗膜が得られ難い。

以下、本発明による上述条件にしたがって行った実施
例と従来例としての比較例とを併記する。また、本発明
による実験例及び従来例としての比較例に記したゴム硬
度は全て、JIS加硫ゴム物理試験方法に基づくスプリン
グ式硬さ試験Ａ形の測定値である。

実験例１中空シリンダ３としての直径38mmのアルミニウム芯金
上に、ゴム硬度40°のHTVメチルフェニルシリコーンゴ
ムを肉厚1mmで弾性層４として形成し、この弾性層４上
に、シリコーンレジンのゴム状部分がジメチルポリシロ
キサンからなり、分子量で100000のものに、メチル／フ
ェニル比50、R/Si比1.7の３次元網目状のワニス部分を
もつブロック共重合シリコーンレジンを、肉厚30μｍで
表面離型層41として形成したものを定着ローラとし、ト
ナーとして、定着時のトナー粘度が10⁴ポイズ以下とな
るC2−１（キャノン製）用カラートナーを用いて、ロー
ラ表面温度170℃、周速90mm/secでフルカラー画像の定
着試験を行った。

実験例２表面離型層41としてのシリコーンレジンのワニス状部
分のメチル／フェニル比を100とした以外は１と同じ条
件で行った。

実験例３弾性層４としての下層ゴムの硬度を70°とし、この弾
性層４上に、シリコーンレジンのゴム状部分の分子量を
40000、メチル／フェニル比が２のものに、シリコーン
レジンのワニス状部分として、メチル／フェニル比が
８、R/Si比が1.5のものからなるブロック共重合シリコ
ーンレジンを肉厚30μｍで表面離型層41として形成した
ものを定着ローラとし、NP−7550（キャノン製）用のポ
リエステルトナーを用いて、ローラ温度185℃、周速380
mm/secで定着試験を行った。

比較例１中空シリンダ３としての直径58mmのアルミニウム芯金
上に、硬度40°のRTVシリコーンゴムを厚さ3mmで弾性層
４として形成し、これを定着ローラーとして用い、実験
例１と同様の試験を行った。

比較例２中空シリンダ３としての直径58mmのアルミニウム芯金
上に、硬度40°のHTVシリコーンゴムを厚さ1mmで弾性層
４として形成し、この弾性層４上にメチル／フェニル比
が50、R/Si比が1.5であるシリコーンレジンのゴム状部
分を全くもたないシリコーンレジンを肉厚30μｍで表面
離型層41として形成し、これを定着ローラーとしたもの
を、実験例３と同じ条件で定着試験にかけた。

上記５例において、全ての実験で離型補助剤として、
粘度100csのジメチルシリコーンオイルを転写材１枚当
り0.05〜0.2g塗布される形で用いた。

その結果を、以下の表１に示す。

上記表面１から明らかなように、実験例１では、オイ
ルによる膨潤量は減少し、即ち、耐油性が向上し、か
つ、低粘度状態のトナーの離型が可能であり、実験例２
では、実験例１に比べてオイルによる膨潤量は多いが、
より高温で使用が可能となり、さらに実験例３では、オ
イルによる膨潤はほとんどないという効果を得た。これ
に対し、比較例１では、オイルによる膨潤が著しく寸法
の安定性に欠け、比較例２では、少数枚の転写材に対す
る耐久性しか有さず、少数枚で小さなハガレを生じ、オ
フセットを招いた。

なお、以上の説明は、本発明による定着用回転体を未
定着トナー画像と接触し、定着する定着ローラとして用
いた実施例について述べたが、前述したように、本発明
による定着用回転体を第１図に示す加圧ローラー２とし
ても当然用いることが可能である。

この場合、加圧ローラ２の主たる目的は、定着ローラ
１と加圧ローラ２とによる接触巾（ニップ巾）の形成で
あり、本発明のシリコーンレジンによる表面離型層の作
製は、この目的に十分かなうものである。

例えば、従来は、弾性層である厚さ5mm以上のHTVメチ
ルフェニルシリコーンゴム層の上に、離型層として数10
μｍ厚のPFA等のフッ素樹脂チューブを被されたものが
加圧ローラとして用いられているが、ゴム自体の硬度を
低下させても、PFAチューブが硬く、実質的には硬度ア
ップする。このために、従来では、必要なニップ巾を確
保する圧力が大きくなり、圧力分布が生じ易くなってし
まう。

一方、実験例１に用いたシリコーンレジンを、ゴム硬
度40°、厚み5mmとして形成された弾性層の上にコート
して外径50mmの加圧ローラを作成し、同径で弾性層とし
てのゴム層をもたずに表面にポリ４フッ化エチレンをコ
ートした定着ローラを組合せて使用した場合、ニップ巾
5mmを得る圧力が16Kgであり、かつ圧力分布も生じなか
った。

これに対し、弾性層としての下層ゴムは同じものを用
い、この弾性層の上に厚さが25μｍのPFAチューブを接
着層を介して被せたものを加圧ローラとした場合、平均
ニップ巾5mmを達成する圧力が20Kg以上となるほか、ロ
ーラ長手方向中央部分と、端部とでは1mm近いニップ巾
の差を生じ、かつ圧力分布が発生した。なお、上記した
各ローラーは全て直円筒形に作成されている。

また、上記説明では、定着用回転体としてローラ状の
ものについて述べてきたが、本発明は、ベルト状のもの
についても適用できることは言うまでもない。

発明の効果以上説明してきたように、本発明による定着用回転体
及び定着装置によれば、下層にゴム層のような弾性層を
有する定着用回転体の表面に直鎖構造のポリシロキサン
（ジメチルまたはメチルフェニル）と３次元網目構造の
ポリシロキサン（メチルまたはメチルフェニル）からな
るブロック共重合体のフェニル基を有するシリコーンレ
ジンを用いて離型層を形成することにより表面層の耐熱
性及び耐油性が上がり、回転体の劣化を有効に防止する
ことができ、更には、以下の効果が得られた。すなわ
ち、１）RTVシリコーンゴムなみの高離型性を有しかつ、ゴ
ムよりも高密度の表面離型層であるために耐衝撃性、耐
久性が従来に比べ向上した。

２）高密度のレジンであるにもかかわらず、ワニスに比
べ２倍以上の伸縮性を有することから、表面にヒビワ
レ、ハガレ等を生じることなく信頼性が増した。

３）弾性層としての下層ゴムとの密着性が高く、かつ低
硬度であるため、下層ゴムの変形がPFAチューブコート
等に比べ低い圧力で可能であり、圧分布などを生じにく
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による定着用回転体を用いた定着装置
の一実施例の概略縦断面図である。第２図は、第１図に用いられている定着用回転体の表面
部分（Ｘ部分）の概略拡大部分断面図である。 1:定着ローラ 2:加圧ローラ 3:中空シリンダ 4:弾性層５、5a:熱源６、41:離型層 10:転写材 11:トナー像 100:定着装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ゴム層と、このゴム層の上に設けられた直
鎖状のポリシロキサンと３次元網状構造のポリシロキサ
ンとの共重合体を１単位とするフェニル基を有するシリ
コーンレジンからなる表面層と、を有することを特徴と
する定着用回転体。
【請求項２】前記直鎖状のポリシロキサンは、ジメチル
ポリシロキサン或はメチルフェニルポリシロキサンであ
り、前記３次元網状構造のポリシロキサンは、RSi
O_2/3、R₂SiO、R₃SiO_1/2、SiO₂（Ｒはメチル基又はフェ
ニル基）の各構成単位が互にSi−Ｏ−Si結合されたシリ
コーンワニスである請求項１に記載の定着用回転体。
【請求項３】互に圧接する一対の回転体を有し、この圧
接部で未定着画像を担持した記録材を挟持搬送し加熱定
着を行なう定着装置において、前記回転体対の少なくとも一方は、ゴム層と、このゴム
層の上に設けられた直鎖状のポリシロキサンと３次元網
状構造のポリシロキサンとの共重合体を１単位とするフ
ェニル基を有するシリコーンレジンからなる表面層と、
を有することを特徴とする定着装置。
【請求項４】前記直鎖状のポリシロキサンは、ジメチル
ポリシロキサン或はメチルフェニルポリシロキサンであ
り、前記３次元網状構造のポリシロキサンは、RSi
O_2/3、R₂SiO、R₃SiO_1/2、SiO₂（Ｒはメチル基又はフェ
ニル基）の各構成単位が互にSi−Ｏ−Si結合されたシリ
コーンワニスである請求項３に記載の定着装置。