ローラ、及び、それを有する定着装置
【課題】弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、ローラのニップを通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラを提供する。
【解決手段】本発明のローラ３は、芯軸１の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層２を有するローラ３において、前記ローラ３の外径が該ローラ３の中央部分Ｄ３から両端部分Ｄ１，Ｄ２にかけて漸次大きくなるように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層２が鼓状に形成されているものとする。前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層２の表面には、好ましくは、ポリイミドで構成される離型層が設けられる。また、前記離型層は、好ましくは、微小な突起に覆われている。
【解決手段】本発明のローラ３は、芯軸１の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層２を有するローラ３において、前記ローラ３の外径が該ローラ３の中央部分Ｄ３から両端部分Ｄ１，Ｄ２にかけて漸次大きくなるように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層２が鼓状に形成されているものとする。前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層２の表面には、好ましくは、ポリイミドで構成される離型層が設けられる。また、前記離型層は、好ましくは、微小な突起に覆われている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＰＣ、ＬＢＰ、ファクシミリなどの電子写真方式を採用した画像形成装置において定着ローラ、加熱ローラ、加圧ローラ等として用いられるローラ、及び、それを有する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置（特許文献１を参照。）が提案されている。図５は、従来の定着ローラを用いた電子写真方式の画像形成装置の説明図である。従来の電子写真方式の画像形成装置１００、例えば、複写機及びレーザプリンタは、静電潜像が形成される感光体ドラム１０１、感光体ドラム１０１に接触して帯電処理を行う帯電ローラ１０２、レーザビーム等の露光手段１０３、感光体ドラム１０１の静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ１０４、帯電ローラ１０２にＤＣ電圧を印加するためのパワーパック１０５、感光体ドラム１０１上のトナー像を記録紙１０７に転写処理する転写ローラ１０６、転写処理後の感光体ドラム１０１をクリーニングするためのクリーニング装置１０８、感光体ドラム１０１の表面電位を測定する表面電位計１０９、並びに、加熱定着ローラ１１１及び加圧ローラ１１２からなるローラ方式の熱定着装置１１０によって構成されている。
【０００３】
この電子写真方式を用いる画像形成装置１００は、回転する感光体ドラム１０１の感光体層を帯電ローラ１０２を用いて一様に帯電させた後にレーザビーム等の露光手段１０３で露光して静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーによって現像することによりトナー像とし、このトナー像を記録紙１０７上に転写し、そして、この記録紙１０７を定着ローラ１１１及び加圧ローラ１１２からなるローラ方式の熱定着装置１１０に通過させてトナー像を熱定着するように構成されている。
【０００４】
図６は、従来の定着無端ベルトの使用状態を示す説明図である。図６に示されているように、従来の画像形成装置においては、定着ローラ１１６と、該定着ローラ１１６に間隔をあけて平行に設けられた加熱ローラ１１７と、該定着ローラ１１６と該加熱ローラ１１７との間に回動可能に設けられた定着ベルト１１４と、該定着ベルト１１４を介して定着ローラ１１６に当接するように設けられた加圧ローラ１１５と、を有するベルト方式の定着装置１１３が用いられている。このような定着ベルト１１４の基体の上には、離型性及び耐久性を考慮したシリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料で構成される弾性層を直接形成させたものが提案されている。
【０００５】
この定着装置１１３においては、トナー像が転写された記録紙１０７は、定着ベルト１１４と加圧ローラ１１５との間に規定される定着領域に通過されるので、トナー像が溶融されて、記録紙１０７に定着される。加圧ローラ１１５、定着ベルト１１４の外周面上には、前記した定着領域を通過された記録紙１０７を剥離させる剥離爪（図示せず）、前記加圧ローラ１１５及び定着ベルト１１４の表面に残留した残留トナーを除去するクリーニング部材（図示せず）、及び、表面温度を検知するサーミスタ（図示せず）が設けられている。
【０００６】
前記クリーニング部材は、シリコーンオイルを含浸させたフェルトパット、半透膜等により、残留トナーを除去すると同時に加熱ローラ１１７の表面にシリコーンオイルを塗布する。加熱ローラ１１７は、高い熱伝導性を有するアルミ、鉄、銅等の金属ローラの表面に厚さ１０〜３０μｍのフッ素系樹脂材料をコートして形成されている。フッ素系樹脂コートは、耐熱性に優れているとともにトナーに対する剥離性に優れ、加熱ローラ１１７の表面へのトナー付着により生じるオフセット画像を抑制する。一方、加圧ローラ１１５は、シリコーンゴムローラの表面にフッ素系樹脂材料薄膜をコート又は被覆して形成されている。このように加圧ローラ１１５の表面にフッ素系樹脂薄膜を形成すると、加圧ローラ１１５の表面のトナーによる汚れを抑制することができるので、加圧ローラ１１５の寿命を長くすることができる。
【０００７】
定着ベルト１１４は、ポリイミドベースの無端ベルト上に設けられたシリコーンゴムで構成された数十μ〜数百μ厚の弾性層と、前記弾性層上に設けられた数十μｍ厚の離型層と、を有したたものが主流となっている。定着ローラ１１６は、定着ベルト１１４が存在する構成の場合、加圧ローラ１１５の圧力を定着ベルト１１４の内面から受けるローラで、φ２０〜φ６０程のシリコーンゴム発泡体の中心に金属製のジャーナルを持つ構造となっている。
【０００８】
前述のような定着装置１１３の各部材は、記録紙１０７の通紙による摩擦や各部材同士の摩擦、熱によるへたりなどにより機能が低下してしまう。さらに、定着温度は、一般に１６０℃から２００℃以上もの高温になるので、定着装置１１３を構成する各部材は熱により経時的に劣化していく。その上、加熱ローラ１１７、加圧ローラ１１５、定着ベルト１１４、定着ローラ１１６への加熱は、実際に複写動作を行う時だけでなく、待機中にも予熱するために加熱されている。したがって、複写動作を実行している時間より複写動作を待機している時間の方が極端に長いような使われ方をした場合、各部材毎に設定した限界通紙枚数に達する前に、熱の影響による機能低下のために部材の交換が必要となる場合が考えられる。定着ベルト１１４においては、例えば、熱による接着剤の劣化が起こるので、接着剤の凝集破壊やシリコーンゴムの劣化によるゴム部分の凝集、破壊等が起こる。
【０００９】
このような加圧ローラ１１５、定着ローラ１１６、加熱ローラ１１７等のシリコーンゴムで構成される弾性層を有するローラにおいては、１）熱によりシリコーンゴムの加熱減量を生じるので、しわ、カール等による通紙不良を生じ易くなること、２）内層を構成するシリコーンゴムの硬度が低下するので十分な加圧ができなくなること、等の問題があった。これらの現象は、定着不良の原因となるので、ユーザーへ無用な負担を負わせることになるが、特に、最近では、マシンの要求特性としての限界通紙枚数が長くなってきたので、熱に対して余裕のあるローラが望まれている。
【特許文献１】特開２００４−２７１７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
【００１１】
即ち、本発明は、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、ローラのニップを通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラ、及び、それを有する定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載された発明は、芯軸の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層を有するローラにおいて、前記ローラの外径が該ローラの中央部分から両端部分にかけて漸次大きくなるように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層が鼓状に形成されていることを特徴とするローラである。
【００１３】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層の表面に、離型層が設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記離型層がポリイミドで構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４に記載された発明は、請求項２又は３に記載された発明において、前記離型層が微小な突起に覆われていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載された発明において、前記芯軸がポリイミドで構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項６に記載された発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載された発明において、前記ローラが定着ローラ、加熱ローラ、又は、加圧ローラであることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項７に記載された発明は、定着ローラと、該定着ローラに間隔をあけて平行に設けられた加熱ローラと、該定着ローラと該加熱ローラとの間に回動可能に設けられた定着ベルトと、該定着ベルトを介して定着ローラに当接するように設けられた加圧ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラ、該加熱ローラ、及び／又は、該加圧ローラとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有していることを特徴とする定着装置である。
【００１９】
請求項８に記載された発明は、定着ローラと、該定着ローラに当接するように設けられた加圧ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラ及び／又は該加圧ローラとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有していることを特徴とする定着装置である。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１，６に記載された発明によれば、芯軸の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層を有するローラにおいて、前記ローラの外径が該ローラの中央部分から両端部分にかけて漸次大きくなるように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層が鼓状に形成されているので、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、ローラのニップを通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラとすることができる。また、芯軸の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層を有しているので、その表面に離型層を有していても、問題を生じることはなく、むしろ、離型性を高めることとなる。
【００２１】
請求項２に記載された発明によれば、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層の表面に、離型層が設けられているので、トナー等の固着を防止することができる。また、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層がポリイミドで構成されているので、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の熱劣化に基づいて生じていた離型層の剥がれを防止することができる。
【００２２】
請求項３に記載された発明によれば、前記離型層がポリイミドで構成されているので、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の熱劣化に基づいて生じていた離型層の剥がれをいっそう防止することができる。
【００２３】
請求項４に記載された発明によれば、前記離型層が微小な突起に覆われているので、ローラ表面が超撥水性を有するものとなり、そのために、トナーがローラの表面にいっそう固着しなくなり、よって、ローラ寿命が向上する。
【００２４】
請求項５に記載された発明によれば、前記芯軸がポリイミドで構成されているので、前記弾性層及び前記芯軸を構成する樹脂材料がポリイミドで同一となり、そのために、前記弾性層と前記芯軸とが接着することなくシームレスとなって固着され、よって、前記弾性層と前記芯軸との剥離が全くなくなる。
【００２５】
請求項７に記載された発明によれば、定着ローラと、該定着ローラに間隔を開けて平行に設けられた加熱ローラと、該定着ローラと該加熱ローラとの間に回動可能に設けられた定着ベルトと、該定着ベルトを介して定着ローラに当接するように設けられた加圧ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラ、該加熱ローラ、及び／又は、該加圧ローラとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有しているので、従来、弾性層を有する定着ローラ、加熱ローラ、加圧ローラ等のローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、定着ローラと加圧ローラとの間に形成されるニップを通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラとすることができ、それらのために、ローラの経時劣化による不具合が改善され、よって、該定着装置の信頼性を高めることができる。
【００２６】
請求項８に記載された発明によれば、定着ローラと、該定着ローラに当接するように設けられた加圧ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラ及び／又は該加圧ローラとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有しているので、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、ローラのニップを通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラとすることができ、それらのために、ローラの経時劣化による不具合が改善され、よって、該定着装置の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、本発明の他の一実施の形態を示すローラの平面図である。図２は、本発明の一実施の形態を示すローラの表面に離型層として被覆するチューブである。図３は、本発明の一実施の形態を示す定着装置である。図４は、本発明の他の一実施の形態を示す定着装置である。
【００２９】
図１に示されているように、本発明のローラ３は、芯軸１の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層２を有している。そして、前記ローラ３の外径が該ローラ３の中央部分Ｄ３から両端部分Ｄ１，Ｄ２にかけて漸次大きくなるように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層２が鼓状に形成されている。
【００３０】
このように、芯軸１の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層２を有するローラ３において、前記ローラ３の外径が該ローラ３の中央部分Ｄ３から両端部分Ｄ１，Ｄ２にかけて漸次大きくなるように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層２が鼓状に形成されていると、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、ローラ３のニップを通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラ３とすることができる。また、芯軸１の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層２を有しているので、その表面に離型層を有していても、問題を生じることはなく、むしろ、離型性をいっそう高めることとなる。
【００３１】
本発明においては、前記芯軸１は、アルミニウム、鉄、ステンレススチール（ＳＵＳ）、セラミック、プラスチック、各種焼結金属、発泡金属体等の材料で構成されるが、本発明の目的に反しない限り、それら以外の材料であってもかまわない。
【００３２】
本発明においては、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層２の表面に、離型層（図示せず）が設けられている。このように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層２の表面に、離型層（図示せず）が設けられていると、トナー等の固着を防止することができる。また、前記多孔質弾性層２がポリイミドで構成されていると、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の熱劣化に基づいて生じていた離型層の剥がれを防止することができる。
【００３３】
従来においては、離形層に使用されるふっ素系樹脂チューブは、難加工性のものが多いが、接着などの工程の際に高温雰囲気下におく必要があったので、ある程度の機能を犠牲にして加工性に優れたふっ素形樹脂チューブを使用していた。しかしながら、本発明のローラ３においては、多孔質弾性層２がポリイミドで構成されているので、加工の際、耐熱性の観点からこれまで使用が限定されていたふっ素系樹脂チューブを利用することができる。前記チューブを構成するフッ素樹脂としては、ＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ等が挙げられる。これらの内、ＴＦＥ、ＦＥＰ又はＰＦＡは、トナー等の離型性に優れてオフセットが発生しにくいこと、摩擦係数が小さいこと、耐熱性及び耐久性に優れていること、等の特性を有しているので好ましい。
【００３４】
本発明においては、前記離型層は、さらに好ましくは、ポリイミドで構成される。このように、前記離型層がポリイミドで構成されていると、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の熱劣化に基づいて生じていた離型層の剥がれをいっそう防止することができる。
【００３５】
前記離型層を有するローラは、円柱状空間を有する金型の内側に、金型内径よりやや小さい径を有するふっ素樹脂系チューブセットし、接着剤を塗布する。さらに、チューブ内にローラを挿入した後、加熱処理により接着およびチューブの熱収縮を行うことで得られる。
【００３６】
本発明においては、前記離型層は、好ましくは、微小な突起に覆われているものである。このように、前記離型層が微小な突起に覆われていると、ローラ表面が超撥水性を有するものとなり、そのために、トナーがローラの表面にいっそう固着しなくなり、よって、ローラ寿命が向上する。
【００３７】
このような微小な突起に覆われた離型層を形成するには、チューブ材の軟化点付近まで加熱した微細な凹凸を持つ金型でチューブを挟み込んで、微小な凹凸を持つ金型内部で加硫発泡させること等により、図２に示されているような突起物の高さ（ｈ）に対する相当直径（ｄ）の比（ｈ／ｄ、アスペクト比）が０．８〜２．０の微小な突起郡をもつチューブ（Ｓｕ）を作成し、これをローラへ被せて接着することにより作成する。この微小突起群は、自己支持性であることが好ましい。微小突起群を構成する突起物は、先端部の相当直径よりも底面部の相当直径がわずかに大きい形状となっている。
【００３８】
本発明においては、前記芯軸１は、ポリイミドで構成されている。このように、前記芯軸１がポリイミドで構成されていると、前記多孔質弾性層２及び前記芯軸１を構成する樹脂材料がポリイミドで同一となり、そのために、前記多孔質弾性層２と前記芯軸１とが接着することなくシームレスとなって固着され、よって、前記多孔質弾性層２と前記芯軸１との剥離が全くなくなる。
【００３９】
図１，３に示すように、本発明の定着装置３０は、定着ローラ２１と、該定着ローラ２１に間隔をあけて平行に設けられた加熱ローラ２３と、該定着ローラ２１と該加熱ローラ２３との間に回動可能に設けられた定着ベルト２４と、該定着ベルト２４を介して定着ローラ２１に当接するように設けられた加圧ローラ２２と、を有している。そして、本発明の定着装置３０は、該定着ローラ２１、該加熱ローラ２３、及び／又は、該加圧ローラ２２として、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有している。
【００４０】
このように、定着ローラ２１と、該定着ローラ２１に間隔をあけて平行に設けられた加熱ローラ２３と、該定着ローラ２１と該加熱ローラ２３との間に回動可能に設けられた定着ベルト２４と、該定着ベルト２４を介して定着ローラ２１に当接するように設けられた加圧ローラ２２と、を有する定着装置３０において、該定着ローラ２１、該加熱ローラ２３、及び／又は、該加圧ローラ２２として、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有していると、従来、弾性層を有する定着ローラ２１、加熱ローラ２３、加圧ローラ２２等のローラ３における該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、定着ローラ２１と加圧ローラ２２との間に形成されるニップ通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラ３とすることができ、それらのために、ローラ３の経時劣化による不具合が改善され、よって、該定着装置の信頼性を高めることができる。
【００４１】
図１，４に示すように、本発明の定着装置４０は、定着ローラ３１と、該定着ローラ３１に当接するように設けられた加圧ローラ３２と、を有している。そして、本発明の定着装置４０は、該定着ローラ３１及び／又は該加圧ローラ３２として、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有している。このように、定着ローラ３１と、該定着ローラ３１に当接するように設けられた加圧ローラ３２と、を有する定着装置４０において、該定着ローラ３１及び／又は該加圧ローラ３２として、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有していると、従来、弾性層を有する定着ローラ３１、加圧ローラ３２等のローラ３における該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、定着ローラ３１と加圧ローラ３２との間に形成されるニップを通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラ３とすることができ、それらのために、ローラ３の経時劣化による不具合が改善され、よって、該定着装置の信頼性を高めることができる。
【００４２】
（実施例１）
１）２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、及び、２）２，２’，３，３’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物のｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルエ−テル等の芳香族ジアミンの混合物を主成分とし、この主成分に、３）ジアミノジシロキサン、及び、テトラアミノビフェニルよりなる発泡均一化のための成分、４）１，２−ジメチルイミダゾ−ルよりなる触媒（触媒量）、並びに、５）メタノ−ル、及びエタノ−ルよりなる溶剤を加えて、これらを均一に混合して溶解させた。この際、前記１）、２）、及び、３）の配合量は、重量比で、１）：２）：３）＝１：１：０．５とした。このようにして得られた混合物をエバポレ−タへ注いで、８０℃で減圧蒸発乾固し、そして、真空ポンプでの減圧下において１２時間蒸発乾固して粉末化を行うことにより粉末Ｐ（以下、「粉末Ｐ」という。）を得た後、この粉末Ｐを２．４５ＧＨｚのマイクロ波加熱によって加熱して、約１５０倍（密度 約１０ｋｇ／ｍ3 に相当）の発泡ポリイミドを得た。次に、この発泡ポリイミドを切断して長さ３１０ｍｍ、１辺３３ｍｍの直方体からなる発泡ポリイミドブロックとし、この発泡ポリイミドブロックの中心に直径φ１３ｍｍ、長さ３１０ｍｍの孔を空け、この孔に二液性エポキシ接着剤（商品名：セメダインＥＰ００１／セメダイン社製）をあらかじめ塗布した直径φ１４ｍｍ、長さ３３０ｍｍの芯軸を挿入し、この芯軸を挿入した発泡ポリイミドブロックを熱風等の加熱により、１０℃／分程度の昇温速度で２００℃程度から徐々に昇温させて、３４０℃で４０分間加熱し、最後は、Ｔｇ＋２０℃の温度にて１０分間加熱し、冷却して、これを砥石にて研削を行って、φ３０とし、両端を所定の長さでカットして、定着ローラ（Ｐ１）を得た。続いて、このようにして得た定着ローラＰ１を円筒研削機にて外径Ｄ１＝Ｄ２＝３０．０、Ｄ３＝２９．８（Ｄ１、Ｄ２及びＤ３については、図２を参照。）に研削して鼓状に加工することにより定着ローラ（Ｐ１ｂ）とした。本実施例では、記載しなかったが、前記約１５０倍の発泡ポリイミドから金型等を用いた加熱圧縮による圧縮加工によって、発泡倍率を１．５〜１００倍に低下させることで、弾性能力（ゴム硬度）を変更することが可能である。
【００４３】
（実施例２）
長さ３１０ｍｍ、１辺３３ｍｍの直方体からなる発泡ポリイミドの中心へ直径φ１０ｍｍ、長さ３１０ｍｍの孔を空け、その孔へ直径φ１０ｍｍ、長さ３３０ｍｍの接着剤を塗布した芯軸を挿入した以外は、実施例１と同様にして、芯軸を挿入した発泡ポリイミドブロックを得た。このようにして得た芯軸を挿入した発泡ポリイミドブロックを外径φ３２まで研削し、これをφ２０の円筒形の金型へ挿入し、２００℃で４０分間加熱した後、３６０℃で６０分間加熱し、冷却したところ、スプリングバックによってφ２２程度となった。このφ２２程度となった成形物の外径を砥石にて研削してφ２０とした後、その両端を所定の長さにカットして定着ローラ（Ｐ２）とした。続いて、このようにして得た定着ローラＰ２を円筒研削機にて、中央部をやや多めのＤ１＝Ｄ２＝２０．０、Ｄ３＝１９．８に研削して鼓状に加工することにより定着ローラ（Ｐ２ｂ）とした。
【００４４】
以上、実施例１，２における定着ローラ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ）を図３に示される定着装置に装着し、この定着装置に通紙して、発生したしわの枚数を測定した。測定条件は、加速条件：定着ローラ温度２３０℃、線速４００ｍｍ／ｓ、及び、ランニング時間３００時間（空回し）とし、この測定条件において１０００枚通紙した際のしわ発生枚数を測定した。測定結果は、次の表１に示される。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１より、鼓状に形成した定着ローラ（Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ）は、定着ローラ（Ｐ１、Ｐ２）に比べしわ発生量が低減されていることが分かる。
【００４７】
（実施例３）
直径φ１９．８ｍｍの円柱状空間を有する金型の内側に金型内径よりやや小さいφ１９．７の径を有しかつチューブ内面に表面接着処理を施こしたＴＦＥチューブを挿入した後、このチューブ内に前記実施例１における定着ローラ（Ｐ２ｂ）を挿入し、このチューブ内に挿入した定着ローラに加熱処理を施して、チューブと定着ローラとの接着、及び、チューブの熱収縮を行って、表面にフッ素系樹脂のチューブを有する定着ローラ（Ｐ３ａ）を得た。同様にして、ＰＦＡチューブを被覆した定着ローラ（Ｐ３ｂ）、及び、ＥＴＦＥを被覆した定着ローラ（Ｐ３ｃ）を得た。
【００４８】
以上、実施例３における定着ローラ（Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ３ｃ）を図４に示される定着装置に装着し、この定着装置に一定枚数のベタ画像の未定着トナー像をホットオフセット発生領域で通過させた後、ローラ表面の固着状況を測定した。測定条件は、加速条件：定着ローラ温度２５０℃、及び、線速３００ｍｍ／ｓとした。そして、この測定条件においてＡ３ベタ画像を通紙して固着発生までの時間を測定した。測定結果は、次の表２に示される。
【００４９】
【表２】
【００５０】
表２より、表層をふっ素系樹脂チューブで覆った定着ローラでは、トナーの固着までの時間が延びていることが分かる。
【００５１】
（実施例４）
両端に芯軸及び粉末の注ぎ口を有する蓋のついたφ３０の円筒状の中空金属パイプへ接着剤を塗布したφ１４の芯軸をセットし、注ぎ口から粉末Ｐを入れ、蓋を押し込むことで、円筒形の金型から取り出しても自重では崩れない程度の圧力をかけ、次に、蓋を外した。そして、このパイプに３．２×１０6 Ｐａの圧力をかけて３００℃で４０分間、加硫、発泡を行なって、最表層がポリイミドの定着ローラ（Ｐ４）を得た。このようにして得た定着ローラ（Ｐ４）、並びに、前記定着ローラ（Ｐ３ａ）、定着ローラ（Ｐ３ｂ）及び定着ローラ（Ｐ３ｃ）を実施例３と同様に単体ランニング試験を行った。試験結果は、次の表３に示される。
【００５２】
【表３】
【００５３】
表３より、表層をポリイミドとした定着ローラでは、耐久性が改善されたことがわかる。
【００５４】
（実施例５）
直径φ３０、長さ３１０ｍｍの円筒形金型の内面部分に、深さ１μｍ、直径５００ｎｍのピットをピッチ１μｍで形成した。その金型へ直径φ３０、長さ３２０ｍｍの内面を水で湿らせたＰＦＡチューブを挿入したあと、金型の開口部を蓋で塞いだ。そして、チューブをセットした金型を２６０℃に加熱したオーブンへ５０分間放置して取り出し、その金型が常温に戻ってから蓋を外して、中から微小な凹凸を持つチューブを取り出してチューブを得た。次に、このチューブに定着ローラ（Ｐ２）を挿入し、接着工程を経て表層に突起の高さｈが０．６μｍ、直径ｄが３５０ｎｍ、ピッチが１μｍの微小な凹凸を持つ定着ローラ（Ｐ５ｂ）を得た。
【００５５】
（実施例６）
直径φ３０、長さ３１０ｍｍの円筒形の割り金型の内面部分に、深さ１μｍ、直径５００ｎｍのピットをピッチ１μｍで形成した。その金型へ粉末Ｐと直径φ１４ｍｍ、長さ３３０ｍｍの芯軸を挿入したあと、金型の開口部を蓋で塞いだ。その際、ジャーナルは円筒形金型の中心線に沿うように設置した。そして、セットした金型を３５０℃に加熱したオーブンへ９０分間放置し取り出し、金型が常温に戻ってから、その金型の中より定着ローラを取り出して、突起の高さｈが０.７μｍ、直径ｄが４００ｎｍ、ピッチが1μｍの微小な凹凸を持つ定着ローラＰ６を得た。
【００５６】
以上、実施例５，６で得た定着ローラ（Ｐ５ｂ、Ｐ６）を定着ローラ（Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４）をリファレンスとして、実機ランニングテストを行った。テスト条件は、通紙：画像ベタ、通紙条件：１〜３ Ａ３、通紙タイミング：２００ｓｅｃ毎とし、トナー固着及び表面剥離が発生するまでの時間を計測した。結果は同一条件での５サンプル平均を掲載した。その結果は、次の表４に示される。
【００５７】
【表４】
【００５８】
表４より、定着ローラ（Ｐ５ｂ）及び定着ローラ（Ｐ６）のいずれにおいても良好な結果が得られた。
【００５９】
（実施例７）
粉末Ｐから発泡成分を除去した粉末Ｑを作成し、直径φ１４長さ３３０ｍｍの円筒形の金型へ挿入し圧力を掛けることで成形体Ｑ１を得た。次に、胴部が直径φ３０、長さ３１０ｍｍであって、芯軸部がφ１４、長さ３３０ｍｍであるローラ形状をした金型へ粉末Ｐと前記成形体Ｑ１をセットした後、この金型を３５０℃で１時間加熱した。そして、金型を常温まで冷却した後、成形物を金型から取り出して、芯軸部、胴部ともにポリイミドからなる定着ローラ（Ｐ７）を得た。
【００６０】
以上、実施例７で得た定着ローラ（Ｐ７）を定着ローラ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ３ｃ、Ｐ４、Ｐ５ｂ、Ｐ６）をリファレンスとして、実機ランニングテストを行って、異常画像が発生するまでの枚数を測定した。測定結果は、次の表５に示される。
【００６１】
【表５】
【００６２】
表５より、固着発生までの時間がＰ６と比べても３０％程度長くなることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の他の一実施の形態を示すローラの平面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示すローラの表面に離型層として被覆するチューブである。
【図３】本発明の一実施の形態を示す定着装置である。
【図４】本発明の他の一実施の形態を示す定着装置である。
【図５】従来の定着ローラを用いた電子写真方式の画像形成装置の説明図である。
【図６】従来の定着無端ベルトの使用状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 芯軸
２ 多孔質弾性層
３ ローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＰＣ、ＬＢＰ、ファクシミリなどの電子写真方式を採用した画像形成装置において定着ローラ、加熱ローラ、加圧ローラ等として用いられるローラ、及び、それを有する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置（特許文献１を参照。）が提案されている。図５は、従来の定着ローラを用いた電子写真方式の画像形成装置の説明図である。従来の電子写真方式の画像形成装置１００、例えば、複写機及びレーザプリンタは、静電潜像が形成される感光体ドラム１０１、感光体ドラム１０１に接触して帯電処理を行う帯電ローラ１０２、レーザビーム等の露光手段１０３、感光体ドラム１０１の静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ１０４、帯電ローラ１０２にＤＣ電圧を印加するためのパワーパック１０５、感光体ドラム１０１上のトナー像を記録紙１０７に転写処理する転写ローラ１０６、転写処理後の感光体ドラム１０１をクリーニングするためのクリーニング装置１０８、感光体ドラム１０１の表面電位を測定する表面電位計１０９、並びに、加熱定着ローラ１１１及び加圧ローラ１１２からなるローラ方式の熱定着装置１１０によって構成されている。
【０００３】
この電子写真方式を用いる画像形成装置１００は、回転する感光体ドラム１０１の感光体層を帯電ローラ１０２を用いて一様に帯電させた後にレーザビーム等の露光手段１０３で露光して静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーによって現像することによりトナー像とし、このトナー像を記録紙１０７上に転写し、そして、この記録紙１０７を定着ローラ１１１及び加圧ローラ１１２からなるローラ方式の熱定着装置１１０に通過させてトナー像を熱定着するように構成されている。
【０００４】
図６は、従来の定着無端ベルトの使用状態を示す説明図である。図６に示されているように、従来の画像形成装置においては、定着ローラ１１６と、該定着ローラ１１６に間隔をあけて平行に設けられた加熱ローラ１１７と、該定着ローラ１１６と該加熱ローラ１１７との間に回動可能に設けられた定着ベルト１１４と、該定着ベルト１１４を介して定着ローラ１１６に当接するように設けられた加圧ローラ１１５と、を有するベルト方式の定着装置１１３が用いられている。このような定着ベルト１１４の基体の上には、離型性及び耐久性を考慮したシリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料で構成される弾性層を直接形成させたものが提案されている。
【０００５】
この定着装置１１３においては、トナー像が転写された記録紙１０７は、定着ベルト１１４と加圧ローラ１１５との間に規定される定着領域に通過されるので、トナー像が溶融されて、記録紙１０７に定着される。加圧ローラ１１５、定着ベルト１１４の外周面上には、前記した定着領域を通過された記録紙１０７を剥離させる剥離爪（図示せず）、前記加圧ローラ１１５及び定着ベルト１１４の表面に残留した残留トナーを除去するクリーニング部材（図示せず）、及び、表面温度を検知するサーミスタ（図示せず）が設けられている。
【０００６】
前記クリーニング部材は、シリコーンオイルを含浸させたフェルトパット、半透膜等により、残留トナーを除去すると同時に加熱ローラ１１７の表面にシリコーンオイルを塗布する。加熱ローラ１１７は、高い熱伝導性を有するアルミ、鉄、銅等の金属ローラの表面に厚さ１０〜３０μｍのフッ素系樹脂材料をコートして形成されている。フッ素系樹脂コートは、耐熱性に優れているとともにトナーに対する剥離性に優れ、加熱ローラ１１７の表面へのトナー付着により生じるオフセット画像を抑制する。一方、加圧ローラ１１５は、シリコーンゴムローラの表面にフッ素系樹脂材料薄膜をコート又は被覆して形成されている。このように加圧ローラ１１５の表面にフッ素系樹脂薄膜を形成すると、加圧ローラ１１５の表面のトナーによる汚れを抑制することができるので、加圧ローラ１１５の寿命を長くすることができる。
【０００７】
定着ベルト１１４は、ポリイミドベースの無端ベルト上に設けられたシリコーンゴムで構成された数十μ〜数百μ厚の弾性層と、前記弾性層上に設けられた数十μｍ厚の離型層と、を有したたものが主流となっている。定着ローラ１１６は、定着ベルト１１４が存在する構成の場合、加圧ローラ１１５の圧力を定着ベルト１１４の内面から受けるローラで、φ２０〜φ６０程のシリコーンゴム発泡体の中心に金属製のジャーナルを持つ構造となっている。
【０００８】
前述のような定着装置１１３の各部材は、記録紙１０７の通紙による摩擦や各部材同士の摩擦、熱によるへたりなどにより機能が低下してしまう。さらに、定着温度は、一般に１６０℃から２００℃以上もの高温になるので、定着装置１１３を構成する各部材は熱により経時的に劣化していく。その上、加熱ローラ１１７、加圧ローラ１１５、定着ベルト１１４、定着ローラ１１６への加熱は、実際に複写動作を行う時だけでなく、待機中にも予熱するために加熱されている。したがって、複写動作を実行している時間より複写動作を待機している時間の方が極端に長いような使われ方をした場合、各部材毎に設定した限界通紙枚数に達する前に、熱の影響による機能低下のために部材の交換が必要となる場合が考えられる。定着ベルト１１４においては、例えば、熱による接着剤の劣化が起こるので、接着剤の凝集破壊やシリコーンゴムの劣化によるゴム部分の凝集、破壊等が起こる。
【０００９】
このような加圧ローラ１１５、定着ローラ１１６、加熱ローラ１１７等のシリコーンゴムで構成される弾性層を有するローラにおいては、１）熱によりシリコーンゴムの加熱減量を生じるので、しわ、カール等による通紙不良を生じ易くなること、２）内層を構成するシリコーンゴムの硬度が低下するので十分な加圧ができなくなること、等の問題があった。これらの現象は、定着不良の原因となるので、ユーザーへ無用な負担を負わせることになるが、特に、最近では、マシンの要求特性としての限界通紙枚数が長くなってきたので、熱に対して余裕のあるローラが望まれている。
【特許文献１】特開２００４−２７１７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
【００１１】
即ち、本発明は、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、ローラのニップを通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラ、及び、それを有する定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載された発明は、芯軸の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層を有するローラにおいて、前記ローラの外径が該ローラの中央部分から両端部分にかけて漸次大きくなるように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層が鼓状に形成されていることを特徴とするローラである。
【００１３】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層の表面に、離型層が設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記離型層がポリイミドで構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４に記載された発明は、請求項２又は３に記載された発明において、前記離型層が微小な突起に覆われていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載された発明において、前記芯軸がポリイミドで構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項６に記載された発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載された発明において、前記ローラが定着ローラ、加熱ローラ、又は、加圧ローラであることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項７に記載された発明は、定着ローラと、該定着ローラに間隔をあけて平行に設けられた加熱ローラと、該定着ローラと該加熱ローラとの間に回動可能に設けられた定着ベルトと、該定着ベルトを介して定着ローラに当接するように設けられた加圧ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラ、該加熱ローラ、及び／又は、該加圧ローラとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有していることを特徴とする定着装置である。
【００１９】
請求項８に記載された発明は、定着ローラと、該定着ローラに当接するように設けられた加圧ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラ及び／又は該加圧ローラとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有していることを特徴とする定着装置である。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１，６に記載された発明によれば、芯軸の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層を有するローラにおいて、前記ローラの外径が該ローラの中央部分から両端部分にかけて漸次大きくなるように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層が鼓状に形成されているので、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、ローラのニップを通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラとすることができる。また、芯軸の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層を有しているので、その表面に離型層を有していても、問題を生じることはなく、むしろ、離型性を高めることとなる。
【００２１】
請求項２に記載された発明によれば、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層の表面に、離型層が設けられているので、トナー等の固着を防止することができる。また、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層がポリイミドで構成されているので、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の熱劣化に基づいて生じていた離型層の剥がれを防止することができる。
【００２２】
請求項３に記載された発明によれば、前記離型層がポリイミドで構成されているので、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の熱劣化に基づいて生じていた離型層の剥がれをいっそう防止することができる。
【００２３】
請求項４に記載された発明によれば、前記離型層が微小な突起に覆われているので、ローラ表面が超撥水性を有するものとなり、そのために、トナーがローラの表面にいっそう固着しなくなり、よって、ローラ寿命が向上する。
【００２４】
請求項５に記載された発明によれば、前記芯軸がポリイミドで構成されているので、前記弾性層及び前記芯軸を構成する樹脂材料がポリイミドで同一となり、そのために、前記弾性層と前記芯軸とが接着することなくシームレスとなって固着され、よって、前記弾性層と前記芯軸との剥離が全くなくなる。
【００２５】
請求項７に記載された発明によれば、定着ローラと、該定着ローラに間隔を開けて平行に設けられた加熱ローラと、該定着ローラと該加熱ローラとの間に回動可能に設けられた定着ベルトと、該定着ベルトを介して定着ローラに当接するように設けられた加圧ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラ、該加熱ローラ、及び／又は、該加圧ローラとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有しているので、従来、弾性層を有する定着ローラ、加熱ローラ、加圧ローラ等のローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、定着ローラと加圧ローラとの間に形成されるニップを通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラとすることができ、それらのために、ローラの経時劣化による不具合が改善され、よって、該定着装置の信頼性を高めることができる。
【００２６】
請求項８に記載された発明によれば、定着ローラと、該定着ローラに当接するように設けられた加圧ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラ及び／又は該加圧ローラとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有しているので、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、ローラのニップを通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラとすることができ、それらのために、ローラの経時劣化による不具合が改善され、よって、該定着装置の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、本発明の他の一実施の形態を示すローラの平面図である。図２は、本発明の一実施の形態を示すローラの表面に離型層として被覆するチューブである。図３は、本発明の一実施の形態を示す定着装置である。図４は、本発明の他の一実施の形態を示す定着装置である。
【００２９】
図１に示されているように、本発明のローラ３は、芯軸１の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層２を有している。そして、前記ローラ３の外径が該ローラ３の中央部分Ｄ３から両端部分Ｄ１，Ｄ２にかけて漸次大きくなるように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層２が鼓状に形成されている。
【００３０】
このように、芯軸１の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層２を有するローラ３において、前記ローラ３の外径が該ローラ３の中央部分Ｄ３から両端部分Ｄ１，Ｄ２にかけて漸次大きくなるように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層２が鼓状に形成されていると、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、ローラ３のニップを通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラ３とすることができる。また、芯軸１の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層２を有しているので、その表面に離型層を有していても、問題を生じることはなく、むしろ、離型性をいっそう高めることとなる。
【００３１】
本発明においては、前記芯軸１は、アルミニウム、鉄、ステンレススチール（ＳＵＳ）、セラミック、プラスチック、各種焼結金属、発泡金属体等の材料で構成されるが、本発明の目的に反しない限り、それら以外の材料であってもかまわない。
【００３２】
本発明においては、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層２の表面に、離型層（図示せず）が設けられている。このように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層２の表面に、離型層（図示せず）が設けられていると、トナー等の固着を防止することができる。また、前記多孔質弾性層２がポリイミドで構成されていると、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の熱劣化に基づいて生じていた離型層の剥がれを防止することができる。
【００３３】
従来においては、離形層に使用されるふっ素系樹脂チューブは、難加工性のものが多いが、接着などの工程の際に高温雰囲気下におく必要があったので、ある程度の機能を犠牲にして加工性に優れたふっ素形樹脂チューブを使用していた。しかしながら、本発明のローラ３においては、多孔質弾性層２がポリイミドで構成されているので、加工の際、耐熱性の観点からこれまで使用が限定されていたふっ素系樹脂チューブを利用することができる。前記チューブを構成するフッ素樹脂としては、ＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ等が挙げられる。これらの内、ＴＦＥ、ＦＥＰ又はＰＦＡは、トナー等の離型性に優れてオフセットが発生しにくいこと、摩擦係数が小さいこと、耐熱性及び耐久性に優れていること、等の特性を有しているので好ましい。
【００３４】
本発明においては、前記離型層は、さらに好ましくは、ポリイミドで構成される。このように、前記離型層がポリイミドで構成されていると、従来、弾性層を有するローラにおける該弾性層を構成する樹脂材料の熱劣化に基づいて生じていた離型層の剥がれをいっそう防止することができる。
【００３５】
前記離型層を有するローラは、円柱状空間を有する金型の内側に、金型内径よりやや小さい径を有するふっ素樹脂系チューブセットし、接着剤を塗布する。さらに、チューブ内にローラを挿入した後、加熱処理により接着およびチューブの熱収縮を行うことで得られる。
【００３６】
本発明においては、前記離型層は、好ましくは、微小な突起に覆われているものである。このように、前記離型層が微小な突起に覆われていると、ローラ表面が超撥水性を有するものとなり、そのために、トナーがローラの表面にいっそう固着しなくなり、よって、ローラ寿命が向上する。
【００３７】
このような微小な突起に覆われた離型層を形成するには、チューブ材の軟化点付近まで加熱した微細な凹凸を持つ金型でチューブを挟み込んで、微小な凹凸を持つ金型内部で加硫発泡させること等により、図２に示されているような突起物の高さ（ｈ）に対する相当直径（ｄ）の比（ｈ／ｄ、アスペクト比）が０．８〜２．０の微小な突起郡をもつチューブ（Ｓｕ）を作成し、これをローラへ被せて接着することにより作成する。この微小突起群は、自己支持性であることが好ましい。微小突起群を構成する突起物は、先端部の相当直径よりも底面部の相当直径がわずかに大きい形状となっている。
【００３８】
本発明においては、前記芯軸１は、ポリイミドで構成されている。このように、前記芯軸１がポリイミドで構成されていると、前記多孔質弾性層２及び前記芯軸１を構成する樹脂材料がポリイミドで同一となり、そのために、前記多孔質弾性層２と前記芯軸１とが接着することなくシームレスとなって固着され、よって、前記多孔質弾性層２と前記芯軸１との剥離が全くなくなる。
【００３９】
図１，３に示すように、本発明の定着装置３０は、定着ローラ２１と、該定着ローラ２１に間隔をあけて平行に設けられた加熱ローラ２３と、該定着ローラ２１と該加熱ローラ２３との間に回動可能に設けられた定着ベルト２４と、該定着ベルト２４を介して定着ローラ２１に当接するように設けられた加圧ローラ２２と、を有している。そして、本発明の定着装置３０は、該定着ローラ２１、該加熱ローラ２３、及び／又は、該加圧ローラ２２として、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有している。
【００４０】
このように、定着ローラ２１と、該定着ローラ２１に間隔をあけて平行に設けられた加熱ローラ２３と、該定着ローラ２１と該加熱ローラ２３との間に回動可能に設けられた定着ベルト２４と、該定着ベルト２４を介して定着ローラ２１に当接するように設けられた加圧ローラ２２と、を有する定着装置３０において、該定着ローラ２１、該加熱ローラ２３、及び／又は、該加圧ローラ２２として、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有していると、従来、弾性層を有する定着ローラ２１、加熱ローラ２３、加圧ローラ２２等のローラ３における該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、定着ローラ２１と加圧ローラ２２との間に形成されるニップ通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラ３とすることができ、それらのために、ローラ３の経時劣化による不具合が改善され、よって、該定着装置の信頼性を高めることができる。
【００４１】
図１，４に示すように、本発明の定着装置４０は、定着ローラ３１と、該定着ローラ３１に当接するように設けられた加圧ローラ３２と、を有している。そして、本発明の定着装置４０は、該定着ローラ３１及び／又は該加圧ローラ３２として、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有している。このように、定着ローラ３１と、該定着ローラ３１に当接するように設けられた加圧ローラ３２と、を有する定着装置４０において、該定着ローラ３１及び／又は該加圧ローラ３２として、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有していると、従来、弾性層を有する定着ローラ３１、加圧ローラ３２等のローラ３における該弾性層を構成する樹脂材料の加熱減量に基づいて生じていた紙しわ、カール等による通紙不良の発生を少なくすると共に、定着ローラ３１と加圧ローラ３２との間に形成されるニップを通過することにより発生する紙しわの発生を少なくし、しかも、経時劣化を少なくして長寿命としたローラ３とすることができ、それらのために、ローラ３の経時劣化による不具合が改善され、よって、該定着装置の信頼性を高めることができる。
【００４２】
（実施例１）
１）２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、及び、２）２，２’，３，３’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物のｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルエ−テル等の芳香族ジアミンの混合物を主成分とし、この主成分に、３）ジアミノジシロキサン、及び、テトラアミノビフェニルよりなる発泡均一化のための成分、４）１，２−ジメチルイミダゾ−ルよりなる触媒（触媒量）、並びに、５）メタノ−ル、及びエタノ−ルよりなる溶剤を加えて、これらを均一に混合して溶解させた。この際、前記１）、２）、及び、３）の配合量は、重量比で、１）：２）：３）＝１：１：０．５とした。このようにして得られた混合物をエバポレ−タへ注いで、８０℃で減圧蒸発乾固し、そして、真空ポンプでの減圧下において１２時間蒸発乾固して粉末化を行うことにより粉末Ｐ（以下、「粉末Ｐ」という。）を得た後、この粉末Ｐを２．４５ＧＨｚのマイクロ波加熱によって加熱して、約１５０倍（密度 約１０ｋｇ／ｍ3 に相当）の発泡ポリイミドを得た。次に、この発泡ポリイミドを切断して長さ３１０ｍｍ、１辺３３ｍｍの直方体からなる発泡ポリイミドブロックとし、この発泡ポリイミドブロックの中心に直径φ１３ｍｍ、長さ３１０ｍｍの孔を空け、この孔に二液性エポキシ接着剤（商品名：セメダインＥＰ００１／セメダイン社製）をあらかじめ塗布した直径φ１４ｍｍ、長さ３３０ｍｍの芯軸を挿入し、この芯軸を挿入した発泡ポリイミドブロックを熱風等の加熱により、１０℃／分程度の昇温速度で２００℃程度から徐々に昇温させて、３４０℃で４０分間加熱し、最後は、Ｔｇ＋２０℃の温度にて１０分間加熱し、冷却して、これを砥石にて研削を行って、φ３０とし、両端を所定の長さでカットして、定着ローラ（Ｐ１）を得た。続いて、このようにして得た定着ローラＰ１を円筒研削機にて外径Ｄ１＝Ｄ２＝３０．０、Ｄ３＝２９．８（Ｄ１、Ｄ２及びＤ３については、図２を参照。）に研削して鼓状に加工することにより定着ローラ（Ｐ１ｂ）とした。本実施例では、記載しなかったが、前記約１５０倍の発泡ポリイミドから金型等を用いた加熱圧縮による圧縮加工によって、発泡倍率を１．５〜１００倍に低下させることで、弾性能力（ゴム硬度）を変更することが可能である。
【００４３】
（実施例２）
長さ３１０ｍｍ、１辺３３ｍｍの直方体からなる発泡ポリイミドの中心へ直径φ１０ｍｍ、長さ３１０ｍｍの孔を空け、その孔へ直径φ１０ｍｍ、長さ３３０ｍｍの接着剤を塗布した芯軸を挿入した以外は、実施例１と同様にして、芯軸を挿入した発泡ポリイミドブロックを得た。このようにして得た芯軸を挿入した発泡ポリイミドブロックを外径φ３２まで研削し、これをφ２０の円筒形の金型へ挿入し、２００℃で４０分間加熱した後、３６０℃で６０分間加熱し、冷却したところ、スプリングバックによってφ２２程度となった。このφ２２程度となった成形物の外径を砥石にて研削してφ２０とした後、その両端を所定の長さにカットして定着ローラ（Ｐ２）とした。続いて、このようにして得た定着ローラＰ２を円筒研削機にて、中央部をやや多めのＤ１＝Ｄ２＝２０．０、Ｄ３＝１９．８に研削して鼓状に加工することにより定着ローラ（Ｐ２ｂ）とした。
【００４４】
以上、実施例１，２における定着ローラ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ）を図３に示される定着装置に装着し、この定着装置に通紙して、発生したしわの枚数を測定した。測定条件は、加速条件：定着ローラ温度２３０℃、線速４００ｍｍ／ｓ、及び、ランニング時間３００時間（空回し）とし、この測定条件において１０００枚通紙した際のしわ発生枚数を測定した。測定結果は、次の表１に示される。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１より、鼓状に形成した定着ローラ（Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ）は、定着ローラ（Ｐ１、Ｐ２）に比べしわ発生量が低減されていることが分かる。
【００４７】
（実施例３）
直径φ１９．８ｍｍの円柱状空間を有する金型の内側に金型内径よりやや小さいφ１９．７の径を有しかつチューブ内面に表面接着処理を施こしたＴＦＥチューブを挿入した後、このチューブ内に前記実施例１における定着ローラ（Ｐ２ｂ）を挿入し、このチューブ内に挿入した定着ローラに加熱処理を施して、チューブと定着ローラとの接着、及び、チューブの熱収縮を行って、表面にフッ素系樹脂のチューブを有する定着ローラ（Ｐ３ａ）を得た。同様にして、ＰＦＡチューブを被覆した定着ローラ（Ｐ３ｂ）、及び、ＥＴＦＥを被覆した定着ローラ（Ｐ３ｃ）を得た。
【００４８】
以上、実施例３における定着ローラ（Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ３ｃ）を図４に示される定着装置に装着し、この定着装置に一定枚数のベタ画像の未定着トナー像をホットオフセット発生領域で通過させた後、ローラ表面の固着状況を測定した。測定条件は、加速条件：定着ローラ温度２５０℃、及び、線速３００ｍｍ／ｓとした。そして、この測定条件においてＡ３ベタ画像を通紙して固着発生までの時間を測定した。測定結果は、次の表２に示される。
【００４９】
【表２】
【００５０】
表２より、表層をふっ素系樹脂チューブで覆った定着ローラでは、トナーの固着までの時間が延びていることが分かる。
【００５１】
（実施例４）
両端に芯軸及び粉末の注ぎ口を有する蓋のついたφ３０の円筒状の中空金属パイプへ接着剤を塗布したφ１４の芯軸をセットし、注ぎ口から粉末Ｐを入れ、蓋を押し込むことで、円筒形の金型から取り出しても自重では崩れない程度の圧力をかけ、次に、蓋を外した。そして、このパイプに３．２×１０6 Ｐａの圧力をかけて３００℃で４０分間、加硫、発泡を行なって、最表層がポリイミドの定着ローラ（Ｐ４）を得た。このようにして得た定着ローラ（Ｐ４）、並びに、前記定着ローラ（Ｐ３ａ）、定着ローラ（Ｐ３ｂ）及び定着ローラ（Ｐ３ｃ）を実施例３と同様に単体ランニング試験を行った。試験結果は、次の表３に示される。
【００５２】
【表３】
【００５３】
表３より、表層をポリイミドとした定着ローラでは、耐久性が改善されたことがわかる。
【００５４】
（実施例５）
直径φ３０、長さ３１０ｍｍの円筒形金型の内面部分に、深さ１μｍ、直径５００ｎｍのピットをピッチ１μｍで形成した。その金型へ直径φ３０、長さ３２０ｍｍの内面を水で湿らせたＰＦＡチューブを挿入したあと、金型の開口部を蓋で塞いだ。そして、チューブをセットした金型を２６０℃に加熱したオーブンへ５０分間放置して取り出し、その金型が常温に戻ってから蓋を外して、中から微小な凹凸を持つチューブを取り出してチューブを得た。次に、このチューブに定着ローラ（Ｐ２）を挿入し、接着工程を経て表層に突起の高さｈが０．６μｍ、直径ｄが３５０ｎｍ、ピッチが１μｍの微小な凹凸を持つ定着ローラ（Ｐ５ｂ）を得た。
【００５５】
（実施例６）
直径φ３０、長さ３１０ｍｍの円筒形の割り金型の内面部分に、深さ１μｍ、直径５００ｎｍのピットをピッチ１μｍで形成した。その金型へ粉末Ｐと直径φ１４ｍｍ、長さ３３０ｍｍの芯軸を挿入したあと、金型の開口部を蓋で塞いだ。その際、ジャーナルは円筒形金型の中心線に沿うように設置した。そして、セットした金型を３５０℃に加熱したオーブンへ９０分間放置し取り出し、金型が常温に戻ってから、その金型の中より定着ローラを取り出して、突起の高さｈが０.７μｍ、直径ｄが４００ｎｍ、ピッチが1μｍの微小な凹凸を持つ定着ローラＰ６を得た。
【００５６】
以上、実施例５，６で得た定着ローラ（Ｐ５ｂ、Ｐ６）を定着ローラ（Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４）をリファレンスとして、実機ランニングテストを行った。テスト条件は、通紙：画像ベタ、通紙条件：１〜３ Ａ３、通紙タイミング：２００ｓｅｃ毎とし、トナー固着及び表面剥離が発生するまでの時間を計測した。結果は同一条件での５サンプル平均を掲載した。その結果は、次の表４に示される。
【００５７】
【表４】
【００５８】
表４より、定着ローラ（Ｐ５ｂ）及び定着ローラ（Ｐ６）のいずれにおいても良好な結果が得られた。
【００５９】
（実施例７）
粉末Ｐから発泡成分を除去した粉末Ｑを作成し、直径φ１４長さ３３０ｍｍの円筒形の金型へ挿入し圧力を掛けることで成形体Ｑ１を得た。次に、胴部が直径φ３０、長さ３１０ｍｍであって、芯軸部がφ１４、長さ３３０ｍｍであるローラ形状をした金型へ粉末Ｐと前記成形体Ｑ１をセットした後、この金型を３５０℃で１時間加熱した。そして、金型を常温まで冷却した後、成形物を金型から取り出して、芯軸部、胴部ともにポリイミドからなる定着ローラ（Ｐ７）を得た。
【００６０】
以上、実施例７で得た定着ローラ（Ｐ７）を定着ローラ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ３ｃ、Ｐ４、Ｐ５ｂ、Ｐ６）をリファレンスとして、実機ランニングテストを行って、異常画像が発生するまでの枚数を測定した。測定結果は、次の表５に示される。
【００６１】
【表５】
【００６２】
表５より、固着発生までの時間がＰ６と比べても３０％程度長くなることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の他の一実施の形態を示すローラの平面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示すローラの表面に離型層として被覆するチューブである。
【図３】本発明の一実施の形態を示す定着装置である。
【図４】本発明の他の一実施の形態を示す定着装置である。
【図５】従来の定着ローラを用いた電子写真方式の画像形成装置の説明図である。
【図６】従来の定着無端ベルトの使用状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 芯軸
２ 多孔質弾性層
３ ローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯軸の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層を有するローラにおいて、前記ローラの外径が該ローラの中央部分から両端部分にかけて漸次大きくなるように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層が鼓状に形成されていることを特徴とするローラ。
【請求項２】
前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層の表面に、離型層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のローラ。
【請求項３】
前記離型層がポリイミドで構成されていることを特徴とする請求項２に記載のローラ。
【請求項４】
前記離型層が微小な突起に覆われていることを特徴とする請求項２又は３に記載のローラ。
【請求項５】
前記芯軸がポリイミドで構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のローラ。
【請求項６】
前記ローラが定着ローラ、加熱ローラ、又は、加圧ローラであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラ。
【請求項７】
定着ローラと、該定着ローラに間隔をあけて平行に設けられた加熱ローラと、該定着ローラと該加熱ローラとの間に回動可能に設けられた定着ベルトと、該定着ベルトを介して定着ローラに当接するように設けられた加圧ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラ、該加熱ローラ、及び／又は、該加圧ローラとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有していることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
定着ローラと、該定着ローラに当接するように設けられた加圧ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラ及び／又は該加圧ローラとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有していることを特徴とする定着装置。
【請求項１】
芯軸の表面にポリイミドで構成される多孔質弾性層を有するローラにおいて、前記ローラの外径が該ローラの中央部分から両端部分にかけて漸次大きくなるように、前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層が鼓状に形成されていることを特徴とするローラ。
【請求項２】
前記ポリイミドで構成される多孔質弾性層の表面に、離型層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のローラ。
【請求項３】
前記離型層がポリイミドで構成されていることを特徴とする請求項２に記載のローラ。
【請求項４】
前記離型層が微小な突起に覆われていることを特徴とする請求項２又は３に記載のローラ。
【請求項５】
前記芯軸がポリイミドで構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のローラ。
【請求項６】
前記ローラが定着ローラ、加熱ローラ、又は、加圧ローラであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラ。
【請求項７】
定着ローラと、該定着ローラに間隔をあけて平行に設けられた加熱ローラと、該定着ローラと該加熱ローラとの間に回動可能に設けられた定着ベルトと、該定着ベルトを介して定着ローラに当接するように設けられた加圧ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラ、該加熱ローラ、及び／又は、該加圧ローラとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有していることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
定着ローラと、該定着ローラに当接するように設けられた加圧ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラ及び／又は該加圧ローラとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラを有していることを特徴とする定着装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１１６５５７（Ｐ２００８−１１６５５７Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９７８８８（Ｐ２００６−２９７８８８）
【出願日】平成１８年１１月１日（２００６．１１．１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１日（２００６．１１．１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]