(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金の周面にシリコーンゴムスポンジ層を介してフッ素樹脂層を設けた定着器用加圧ローラにおいて、前記シリコーンゴムスポンジ層とフッ素樹脂層の間に厚み２ｍｍ以下で熱伝導率が１×１０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃以上である高熱伝導弾性層を有することを特徴とする定着器用加圧ローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は定着器用加圧ローラに関し、特に複写機，レーザービームプリンター等における未定着画像を紙等の記録材に熱定着するための定着器用加圧ロールの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機，レーザービームプリンターなどの未定着画像を定着する方法として、一方のローラが加熱された一対のローラを用いて定着する熱定着方式が広く用いられている。
【０００３】
図１は定着装置の一例を示し、この装置は加熱定着ローラ１と、該ローラ１と対をなす加圧ローラ２から構成されている。
前記加熱定着ローラ１は、内部にヒーター３を有するアルミニウム又は鉄等からなる中空芯金４の外周に表面離型層５を設けた構成となっている。ここで、前記表面離型層５は、未定着画像との離型性に優れたシリコーンゴム又はフッ素樹脂などからなる。一方、前記加圧ローラ２は、芯金６の外周にシリコーンゴムなどからなる耐熱弾性体層７を設けた構成となっている。
【０００４】
ところで、近年、複写機等の小型化，軽量化，省エネルギー化に伴い、図２に示すような定着装置が実用化されている。この定着装置において、加熱定着ローラ21は、中空芯金４の厚みを強度的に支障のない範囲で可能なかぎり薄くし、熱容量を小さくした構成となっている。また、加圧ローラ22は、芯金６の外周にシリコーンスポンジ層23を介して薄肉のフッ素樹脂製チューブ24を被覆した構成となっている。ここで、シリコーンスポンジ層23を用いるのは、軽量でかつニップ幅を充分にとるためであり、さらに断熱体として機能させるためである。また、フッ素樹脂製チューブ24を被覆するのは、フッ素樹脂が未定着画像との離型性に優れているからである。
【０００５】
前記加圧ローラは、例えば次のようにして製作される。
１．第一の方法
(1) まず、熱加硫型シリコーンゴム（ＨＴＶシリコーンゴム）と呼ばれるオルガノポリシロキサン，補強用充填剤，増量剤，耐熱剤などからなるシリコーンゴム組成物に、加硫剤として各種パーオキサイドと各種発泡剤を加えた原料未加硫ゴムを押し出し機を用いてチューブ状に押し出し、加熱炉を通して加硫，発泡させてシリコーンゴムスポンジチューブを作る。
(2) 次に、このシリコーンゴムスポンジチューブ内に接着剤を塗布した芯金６を挿入して接着させた後、スポンジ表面を研磨してスポンジロールとする。つづいて、このスポンジロール表面に接着剤を塗布し、薄肉のフッ素樹脂製チューブ24を被覆して加圧ローラ22を製作する。
【０００６】
２．第二の方法
この方法は、上記の原料未加硫ゴムを押し出し機などを用いて接着剤で塗布した芯金に巻き付け、芯金外周に未加硫原料ゴム層を設けた後、加熱炉で加硫，発泡，接着を行ない、その後スポンジ層表面を研磨しフッ素樹脂製チューブと接着させて加圧ローラとする方法である。
【０００７】
３．第三の方法
この方法は、図３に示す通りである。
まず、原料未加硫ゴムを芯金31と一緒に押し出し機などを用いて押し出し成型し、芯金31の外周に未加硫ゴム層32を設ける。次に、内面がメッキ処理された加硫成型用中空パイプ33を用意し、前記中空パイプ33の内壁面にフッ素樹脂製チューブ34を装着する。つづいて、このフッ素樹脂製チューブ34の内側に前述した未加硫ゴムの付いた芯金31を装着した後、中空パイプ33と共に加熱することで、加硫，発泡と同時に芯金−スポンジ間の接着，スポンジ−フッ素樹脂製チューブ間の接着を同時に行ない加圧ローラを製造する。
前記シリコーンゴムスポンジ層の原料としては、ビニル基含有オルガノポリシロキサン，オルガノハイドロジエンポリシロキサン，補強用充填剤，増量剤，耐熱剤，白金化合物を加えた付加反応型シリコーンゴム（ミラブルＬＴＶシリコーンゴム）組成物に各種発泡剤を加えた未加硫原料ゴムを使用して、前記熱加硫型シリコーンゴムと同じ方法で加圧ローラを製造する方法もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した薄肉芯金の加熱定着ローラと加圧ローラからなる定着装置は、加熱定着ローラの熱容量が小さいこと、加圧ローラがスポンジによる断熱効果があることでローラ表面の温度上昇が早く、電源投入から一枚目の定着が可能になるまでの時間（ウェイトタイム）が短縮され、省エネルギーになるという利点をもっている。
【０００９】
一方、近年、葉書，封筒，名刺などを連続的に定着することが増えており、このような定着器の一部分だけを使った定着を連続的に行なうと、通紙部と非通紙部との温度差が非常に大きくなり、熱膨脹による外径差が発生する。その結果、定着圧力に段差ができてしまい、通常の定着に戻したとき、紙シワが発生する問題があった。
【００１０】
そこで、ウェイトタイムをほとんど変化させずに通紙部と非通紙部の温度差を小さくする方法として、フッ素樹脂に高熱伝導付与物質を加え高熱伝導体とし、薄肉チューブにすることを試みた。しかし、高熱伝導体とするには多量の高熱伝導付与物質を加えなければならないため、フッ素樹脂の高離型性という利点が失なわれてしまうこと、また高熱伝導付与物質を加えることで加工性が悪くなり、安定して薄肉チューブを成型できないという問題があった。
【００１１】
また、シリコーンゴムスポンジに高熱伝導付与物質を加え、熱伝導率を上げることも試みられた。しかし、原料組成物への高熱伝導付与剤の混合によりシリコーンゴムスポンジの物性が低下してしまうため加圧ローラとして長期の使用に耐えらえないこと、また加圧ローラとしての熱伝導率も上がってしまい、スポンジ層を使用する利点の一つであるウェイトタイムも長くなってしまう問題があった。
【００１２】
この発明はこうした事情を考慮してなされたもので、芯金の周面のシリコーンゴムスポンジ層とこの外側のフッ素樹脂層の間に厚み２ｍｍ以下で熱伝導率が１×１０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃以上である高熱伝導弾性層を設けることにより、連続的な部分通紙においても通紙部と非通紙部の温度差が大きくならず、紙シワの発生を抑制できる定着器用加圧ローラを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、芯金の周面にシリコーンゴムスポンジ層を介してフッ素樹脂層を設けた定着器用加圧ローラにおいて、前記シリコーンゴムスポンジ層とフッ素樹脂層の間に厚み２ｍｍ以下で熱伝導率が１×１０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃以上である高熱伝導弾性層を有することを特徴とする定着器用加圧ローラである。
【００１４】
この発明において、シリコーンゴムスポンジは、オルガノポリシロキサン，補強用充填剤，パーオキサイド，発泡剤を主成分とする原料未加硫ゴムを加熱することで、硬化，発泡させて作る熱加硫型シリコーンゴムスポンジやビニル基含有オルガノポリシロキサン，オルガノハイドロジエンポリシロキサン，補強用充填剤，白金化合物，発泡剤を主成分とする未加硫原料ゴムを加熱することで硬化，発泡させて作る付加反応硬化型シリコーンゴムスポンジ等が主に用いられている。しかし、加圧ローラのスポンジ層として十分な強度，圧縮，永久ひずみを有し、かつ安定して作れるのであれば問題なく、例えばオルガノハイドロジエンポリシロキサン、シラノール基含有オルガノポリシロキサン、補強用充填剤，触媒を混合することで常温でも脱水素反応し、硬化，発泡する脱水素縮合硬化型シリコーンゴムスポンジが挙げられる。
【００１５】
また、上記反応を併用することも行なわれており、特に加圧ローラ表面の帯電を抑えるなどの目的で、シリコーンゴムスポンジの原料に導電性付与剤とし最も安価であるカーボンブラックを加えることが行なわれるが、熱加硫型シリコーンゴムスポンジ原料にカーボンブラックを加えるとその硬化剤であるパーオキサイドの反応が阻害され、加硫と発泡のバランスがくずれるため、良好なスポンジセルがえられない。この改良方法として、室温放置状態でも原料の硬化反応が早く、取扱に問題のある付加反応を少量だけ併用することで、加硫と発泡のバランスを安定させ、均一な低体積抵抗率のシリコーンスポンジが得られ、熱加硫反応と付加反応の併用は有効である。
【００１６】
この発明において、フッ素樹脂層の厚みは０．２ｍｍ以下の厚みに加工することが好ましい。そのため、加工性に優れたＰＦＡチューブが一般に用いられているが、ＦＥＰ，ＰＴＦＥ等のチューブでも問題はない。また、フッ素樹脂層について、ローラ表面の帯電を抑えるなどの目的で離型性に支障のない範囲、例えば１０％以下のカーボンブラック等の導電性付与剤を添加してもよい。
前記フッ素樹脂層は他の物質との接着が非常に困難なため、表面処理を行なって接着可能な状態にして使用されるのが一般で、この処理方法として例えばナフタレンとテトラヒドロフランの溶液に金属ナトリウムを加えた溶液で処理する方法、液体アンモニア溶液に金属ナトリウムを加えた溶液で処理する方法、あるいはスパッタエッチングなどの物理的処理を行なう方法があるが、いずれの処理方法でも加圧ローラとして充分な接着力が得られるのであれば使用にさしつかえない。
【００１７】
この発明において、高熱伝導弾性層の材料としては、加圧ローラの使用される１８０℃前後の温度での長期の使用に耐える耐熱性を有すると共に、加圧ローラ表面の硬さをできるだけ上昇させないような低い硬さの材料ほど好ましく、又充分な高熱伝導率を有している必要がある。例えば、高熱伝導付加反応硬化型シリコーンゴムや高熱伝導縮合反応硬化型シリコーンゴムがあるが、前記条件を満たしているのであれば、その主原料，高熱伝導付与剤の種類に限定されない。
【００１８】
この発明において、高熱伝導弾性層の厚みを２mm以下で、熱伝導率を１×１０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃以上であると限定した。ここで、厚みを２mm以下としたのは、厚みが２mmを越えると、加圧ローラ下層のシリコーンスポンジ層による断熱効果がうすれるため、ウェイトタイムが長くなってしまうことや加圧ローラ表面の硬さも上昇するため充分なニップ幅が取れなくなるという問題が発生するからである。また、熱伝導率が１×１０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃未満の場合、この発明の目的である通紙部と非通紙部の温度差を小さくし、紙シワの発生をおさえる効果がなくなってしまうためである。
【００１９】
【作用】
この発明においては、シリコーンゴムスポンジ層とフッ素樹脂層の間に厚み２ｍｍ以下で熱伝導率が１×１０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃以上である高熱伝導弾性層を有する構成になっているため、連続的な部分通紙においても通紙部と非通紙部の温度差が大きくならず、紙シワの発生を抑制できる。
【００２０】
【実施例】
以下、この発明の実施例を比較例とともに説明する。
（比較例１）
ビニル基含有オルガノポリシロキサン組成物（商品名：KE904FU 、信越化学工
業株式会社製）                                        …１００重量部
パーオキサイド（商品名：C-1 、信越化学工業株式会社製）  …１．０重量部
パーオキサイド（商品名：C-3 、信越化学工業株式会社製）  …３．０重量部
アゾビスイソブチロニトリル（発泡剤）                    …１．８重量部
これらの組成物を加え混練加工し、熱加硫型シリコーンゴム原料を調整する。次に、このスポンジ原料を押し出し機を用いて接着剤の塗布された外径１０mmφの芯金と共に押し出し成形を行ない、芯金外周にシリコーンゴム原料を巻き付ける。つづいて、この芯金を２５０℃の連続加熱炉で２０分間加熱し、発泡，加硫，接着を行なった後、２００℃のオーブンで４時間の加熱処理を行なった。
【００２１】
次に、スポンジ表面を研磨加工して約２０mmφとし、スポンジ表面に接着剤として縮合反応硬化型シリコーンゴム（商品名：KE45、信越化学工業株式会社製）を０．１〜０．２mm塗布し、内径が１９．５mmφ，肉厚５０μｍのＰＦＡチューブ内に挿入した後、室温で４８時間放置し接着剤を硬化させ、２０mmφの加圧ローラとした。
【００２２】
このようにして製作される加圧ローラ２２は、図２に示すように外径１０ｍｍφの芯金６の外周に厚み５ｍｍφのシリコーンスポンジ層２３を設け、さらにこの外周に図示しない接着剤を介して肉厚０．０５ｍｍのＰＦＡチューブ２４を設けた構成になっている。
【００２３】
こうした構成の加圧ローラを複写機の定着装置に取り付け、葉書を使用して連続的な部分通紙、定着を３０分間行ない、その直後に通常の用紙での定着に戻したところ、紙シワが発生した。このとき、通紙部と非通紙部での加圧ローラ表面の温度差を測定したところ、３２〜３７℃であった。
また、室温での加圧ローラ表面の熱伝導率を測定したところ、０．２６４×  １０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃であった。なお、熱伝導率の測定は、Ｓhotherm ＱＴＭ−ＤII迅速熱伝導率測定計（昭和電工株式会社製）を使い測定した。
【００２４】
（実施例１，２，３）
図４を参照する。
比較例１と同じ方法でシリコーンスポンジ層４１を作り、このスポンジ層４１の研磨外径だけを１９．４ｍｍφとしてスポンジロールとした。つづいて、このスポンジ層４１表面に熱伝導率が約２×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃である高熱伝導縮合硬化型シリコーンゴム（商品名：ＫＥ４５６０、信越化学工業株式会社製）を約３ｍｍの厚さでコーティングし、室温で７２時間放置し硬化させた後、表面を２０ｍｍφに研磨し、約０．３ｍｍ厚の高熱伝導弾性層４２を作る。ひきつづき、この高熱伝導弾性層４２の表面に比較例１と同じ方法で接着剤ＫＥ４５を塗布後、ＰＦＡチューブ４３内に挿入し、加圧ローラ２２を作り、実施例１とした。
【００２５】
このように、実施例１に係る加圧ローラは、図４に示すように外径１０mmφの芯金６の外周に厚み４．７mmφのシリコーンスポンジ層41を設け、この外周に厚み約０．３mmの高熱伝導弾性層42を設け、更にこの外周に接着剤を介して肉厚  ０．０５mmのＰＦＡチューブ43を設けた構成になっている。
【００２６】
また、実施例１の中でスポンジ層の研磨外径を１８．４mmφに変えて高熱伝導弾性層の厚みを約０．８mmとした以外は、実施例１と同じ方法で製作した加圧ローラを実施例２とした。
【００２７】
更に、実施例１の中でスポンジ層の研磨外径を１６．０mmφに変えて高熱伝導弾性層の厚みを約２．０mmとした以外は、実施例１と同じ方法で製作した加圧ローラを実施例３とした。
【００２８】
上記実施例１〜３に係る加圧ローラを用いて比較例１と同じ試験を行なったところ、実施例１〜３のローラ通紙部と非通紙部での加圧ローラ表面の温度差は比較例１より小さくなり、紙シワの発生はなかった。また、加熱定着ローラとのニップ幅も充分にとれ、ウェイトタイムにも問題なかった。
【００２９】
（比較例２）
実施例１の中でスポンジ層の研磨外径を１４．０mmφとし、高熱伝導弾性層の厚みを約３．０mmとした以外は、実施例１と同じ方法で製作した加圧ローラを比較例２とした。
この加圧ローラを用いて比較例１と同じ試験を行なうため定着装置に組み込んだところ、加圧ローラの高熱伝導弾性層の厚みが厚すぎるため、ローラ表面が硬くなり、定着に必要な充分なニップ幅を得られず、定着不良となってしまった。また、ウェイトタイムが長くなってしまったため、加圧ローラとしては不充分と判断し、試験をストップした。
【００３０】
（比較例３）
実施例２と同じ方法で１８．４mmφのスポンジロールを用意し、このスポンジ表面に通常の熱伝導率である縮合反応硬化型シリコーンゴムKE45（熱伝導率：  ０．５×１０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃）を３mmの厚さでコーティング，室温で硬化させた後２０mmφに研磨し、実施例２と同じ方法でＰＦＡチューブを被覆し、加圧ローラを作り、これを比較例３とした。
【００３１】
（実施例４）
実施例２と同じ方法で１８．４mmφのスポンジロールを用意し、このスポンジ表面に縮合反応硬化型シリコーンゴムKE45，KE4560を混合して熱伝導率を１×  １０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃に調整した縮合反応硬化型シリコーンゴムをコーティング，同様にして作った加圧ローラを実施例４とした。
【００３２】
上記比較例３と実施例４に係る２つの加圧ローラを用いて比較例１と同じ試験を行なったところ、比較例３に係る加圧ローラでは紙シワが発生し、加圧ローラ表面の温度差も大きかったが、実施例４に係る加圧ローラでは紙シワが発生せず、温度差も小さくなっていた。
【００３３】
（実施例５）
導電性オルガノポリシロキサン組成物（商品名：TCM5406 、東芝シリコーン株
式会社製）                                            …１００重量部
オルガノハイドロジエンポリシロキサン（商品名：TC-23B、東芝シリコーン株
式会社製）                                                …１．５重量部
白金触媒（商品名：TC-23A、東芝シリコーン株式会社製）    …０．５重量部
パーオキサイド（商品名：TC-4、東芝シリコーン株式会社製）…２．０重量部
アゾビスイソブチロニトリル（発泡剤）                    …２．０重量部
これらの組成物を加え混練加工し、熱加硫反応と付加反応を併用した導電性シリコーンゴム原料を調整する。
【００３４】
次に、このシリコーンゴム原料を押し出し機を使ってチューブ状に押し出し、２５０℃の連続加熱炉で３０分間加熱，発泡，加硫させた後、２００℃のオーブンで４時間の加熱処理を行ない導電性シリコーンスポンジチューブとした。
次いで、このスポンジチューブを接着剤の塗布された１０mmφの芯金に挿入し接着させた後、表面を研磨加工して約１８．０mmφのスポンジロールとした。
【００３５】
一方、図３に示すような内径が約２０．２mmφの加硫成型用中空パイプ33を用意し、中空パイプ33の内側に内径が約２０．０mmφで肉厚５０μｍのＰＦＡチューブ34を装着する。このＰＦＡチューブ34の内側に前記約１８．０mmφのスポンジロールをセットし、スポンジローラ表面とＰＦＡチューブ34内面の間に熱伝導率約２．１９４×１０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃である高熱伝導付加反応硬化型シリコーンゴム（商品名：SE4410、東レ・ダウコーニングシリコーン株式会社製）を注入した後、１４０℃で３０分間加熱し高熱伝導シリコーンゴムを硬化させ、室温まで冷却してシリンダーから抜き取り２０mmφの加圧ローラとし、これを実施例５とした。
この加圧ローラについても比較例１と同じ試験を行なったところ、紙シワの発生はみられなかった。
【００３６】
以上の結果をまとめて「表１」に示す。「表１」は、比較例１〜３、実施例１〜５における加圧ローラ表面の熱伝導率及び通紙部と非通紙部の温度差が紙シワの発生に与える影響を、高熱伝導弾性層の熱伝導率と高熱伝導弾性層の厚みの二因子に別けて記したものである。
【００３７】
【表１】
0003539767.tif 000002
【００３８】
上記したように、この発明は、芯金の周面にシリコーンゴムスポンジ層を介してフッ素樹脂層を設けた定着器用加圧ローラにおいて、前記シリコーンゴムスポンジ層とフッ素樹脂層の間に厚み２ｍｍ以下で熱伝導率が１×１０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃以上である高熱伝導弾性層を有することを特徴とする定着器用加圧ローラである。この発明によれば、連続的な部分通紙においても通紙部と非通紙部の温度差が大きくならず、紙シワの発生を抑制できる。
【００３９】
また、この発明は、芯金の周面にシリコーンゴムスポンジ層を介して厚さ０．２mm以下のフッ素樹脂層を設けた定着器用加圧ローラにおいて、前記シリコーンゴムスポンジ層とフッ素樹脂層の間に厚み２ｍｍ以下で熱伝導率が１×１０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃以上である高熱伝導弾性層を有することを特徴とする定着器用加圧ローラに限定される。つまり、フッ素樹脂層の厚みが０．２mm以下の定着器用ローラにおいて特に有効である。
【００４０】
更に、この発明は、芯金の周面にシリコーンゴムスポンジ層を介して厚さ    ０．２mm以下のフッ素樹脂層を設けた定着器用加圧ローラにおいて、前記シリコーンゴムスポンジ層とフッ素樹脂層の間に厚み０．３〜２mmで熱伝導率が１×  １０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃以上である高熱伝導弾性層を有することを特徴とする定着器用加圧ローラに限定される。この場合の効果は、上記「表１」から明らかのように紙シワの発生が全くないことが確認できた。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述した如くこの発明によれば、芯金の周面のシリコーンゴムスポンジ層とこの外側のフッ素樹脂層の間に厚み２ｍｍ以下で熱伝導率が１×１０-3ｃａｌ／cm・ｓ・℃以上である高熱伝導弾性層を設けることにより、連続的な部分通紙においても通紙部と非通紙部の温度差が大きくならず、紙シワの発生を抑制できる定着器用加圧ローラを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加熱定着ローラと加圧ローラからなる従来の定着装置の説明図。
【図２】加熱定着ローラと加圧ローラからなる従来の他の定着装置の説明図。
【図３】加硫成型用中空パイプを用いて加圧ローラを製作する方法の説明図。
【図４】この発明の実施例１〜３に係る定着装置の説明図。
【符号の説明】
６，31…芯金、        32…未加硫ゴム層、        33…ＰＦＡチューブ、
34…中空パイプ、      41…シリコーンスポンジ層、42…高熱伝導弾性層、
43…フッ素樹脂製チューブ。
【図１】
0003539767.tif 000003
【図２】
0003539767.tif 000004
【図３】
0003539767.tif 000005
【図４】
0003539767.tif 000006