ローラ・定着装置・画像形成装置
【課題】管材の吸液性の優劣に拘わらず管材と外層との接着強度を画一的に強めることができ、長期に亘って断熱性と良好なローラ機能を維持できるローラ、該ローラを有する定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】加圧ローラ６５は、紙管６６と、該紙管６６の表面付近に設けられたポリイミドシートからなる表下層６７と、紙管６６の表面層６６ａに固定されたシリコーンゴムからなる耐熱性弾性層６８を有している。紙管６６は、シート状のセルロース繊維からなる紙にバインダー（接着剤）を塗布し、一定荷重を掛けながら巻き付けてローラ状に形成していき、表層付近に下層６７を一層挿入し、さらに紙を巻き付けて紙−ポリイミド−紙の積層ローラとしている。
【解決手段】加圧ローラ６５は、紙管６６と、該紙管６６の表面付近に設けられたポリイミドシートからなる表下層６７と、紙管６６の表面層６６ａに固定されたシリコーンゴムからなる耐熱性弾性層６８を有している。紙管６６は、シート状のセルロース繊維からなる紙にバインダー（接着剤）を塗布し、一定荷重を掛けながら巻き付けてローラ状に形成していき、表層付近に下層６７を一層挿入し、さらに紙を巻き付けて紙−ポリイミド−紙の積層ローラとしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラ、該ローラを有し記録媒体にトナーよりなる画像を定着する定着装置、該定着装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタあるいはそれらの少なくも２つの機能を有する複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置には、転写材、例えば記録紙上に付着(転写)されたトナー像を加熱溶融して記録紙上に定着する定着装置が用いられている。定着装置としては、内部にハロゲンランプ等の加熱手段を有する加熱ローラと、この加熱ローラに圧接する加圧ローラとを有するいわゆる「熱ローラ定着方式」のものがよく知られている。
この方式の定着装置によれば、トナー像が形成された記録紙を加熱ローラと加圧ローラとのニップ部に通過させて、加熱手段による熱により記録紙上のトナーを溶融するとともに加圧し、トナー像を記録紙に定着している。
【０００３】
また、例えば特許第２８９２３８１号公報に開示されているように、「ベルト定着方式」の定着装置も知られている。この方式の定着装置は、転写紙を搬送する定着ベルトと、定着ベルトを張架する加熱ローラ及び定着ローラと、定着ベルトを介して定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、定着ベルトを一定の力で張架するテンションローラを有している。
加熱ローラは、熱伝導率が良好なアルミニウムあるいは鉄等の薄肉金属からなる芯金と、この芯金の内部に設けられたハロゲンヒータを有する構成となっている。定着ローラは、アルミニウムあるいは鉄等の芯金の外側に断熱層を有する構成となっている。断熱層は耐熱性が必要であり、シリコーンゴムや多孔質セラミックスなどが使用されている。
【０００４】
加圧ローラは、芯金の外周にフッ素系樹脂、シリコーンゴム等の耐熱性弾性層を設け、さらのその表面にフッ素樹脂等からなる離型層を形成した構成となっている。テンションローラには、アルミニウム製の芯金が用いられている。
ベルト定着方式の定着装置では、加熱ローラによって定着ベルトが加熱され、転写紙上のトナーを加熱溶融させて転写紙上に定着している。
熱ローラ定着方式の定着装置では、転写紙上のトナーは、ハロゲンランプにより加熱された加熱ローラと対向する加圧ローラの間を通過することにより定着される。熱ローラ定着方式の場合、加熱ローラは加圧ローラに対向して圧力をかけるため、ベルト定着方式の加熱ローラよりも厚い芯金が必要になる。
【０００５】
上述した従来の定着装置では、電源投入後加熱手段によって加熱ローラを加熱しても定着ベルト（ベルト定着方式の場合）や加熱ローラ（熱ローラ定着方式の場合）がトナーの溶融に必要な温度まで昇温するまでに数分の時間を要するため、定着装置は画像形成装置における他の手段（現像手段、転写手段等）よりも長い立ち上り時間を必要とし、ユーザーの待ち時間が長いという問題があった。
また、画像形成装置の待機時において、記録動作を行う時、操作開始から記録動作（コピーやプリント）を速やかに開始するためには、すなわち、加熱ローラをトナーの溶融に必要な温度まで昇温するためには、記録動作を行っていない待機時においても、その加熱手段に電力を供給し、加熱ローラの温度を常時一定温度に維持する必要がある。
しかしながら、加熱手段に常時電力を供給する定着装置は、画像形成装置全体の消費電力量に対する電力量の占める割合が大きく、画像形成装置の低消費電力化の妨げとなっている。
【０００６】
上記の不具合を防止するため、加圧ローラを断熱化して加熱ローラや定着ベルトから加圧ローラに奪われる熱量を少なくし、立ち上り時間を短縮する方法が提案されている。
断熱化の手段としては、例えば特開２００４−８６２１９号公報に開示されているように、結合された繊維間に多数の気孔が形成されている多孔質形成体、多孔質セラミックス、多孔質樹脂等が知られている。
特許第２９９９７４０号公報には、加圧ローラの断熱化として紙管を使用する例が開示されている。具体的には、金属製の軸の表面に紙管を設け、その表面に弾性ゴム層を設け、さらにその表面に離型層を設ける構成となっている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２９９９７４０号公報
【特許文献２】特開平３−４６４５０号公報
【特許文献３】特開２００４−３５４６７０号公報
【特許文献４】特許第２８９２３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ローラの断熱性を向上させるために、多孔質材料で形成された紙管等の管材を用い、その表面に弾性層をあるいは離型層を設ける場合、一般的には管材の表面に接着剤を塗布し、その接着力により固定するようになっている。
しかしながら、多孔質材料で形成された管材に接着剤を塗布する場合、管材の多孔質構造による吸液性により接着剤が管材の表面下に染込み、接着性（固定強度）が低下するという問題があった。
管材の吸液性が特に高い場合には、本来の目的である接着固定に供される前に接着剤のほとんどが管材に浸透し、飽和するまで接着に有効な量が得られず、その結果大量の接着剤が必要になるという問題があった。
この場合、管材の気孔部が接着剤で埋まるため、断熱性が却って低下するという副作用が強まることになる。
【０００９】
接着剤の多くは粘度が低く、紙に浸透してしまう。このため、例えば紙管上に離型性に優れたＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）を接着する場合、紙管に接着剤を塗布しても接着剤は紙管表面にほとんど残らず、ＰＦＡチューブを被せても早期に剥がれてしまう不具合があった。
同様に、紙管と弾性層としてのシリコーンゴムとの接着性を向上させるため、紙管とシリコーンゴム間に接着剤を塗布しても良好な接着強度が得られないという問題があった。
上述のように、画像形成装置の定着装置等においては外層として弾性層や離型層を有するローラが使用されており、ローラの機能の安定維持は定着装置等の機能に影響を及ぼすため、その断熱材（管材）と外層間の接着強度の重要性は極めて大きい。
しかしながら、紙管等の採用により断熱性を高めても、紙管等と外層との接着強度が低下して早期にローラ機能が損なわれ、断熱化の利点を十分に活かせない状況にあった。
【００１０】
本発明は、管材の吸液性の優劣に拘わらず管材と外層との接着強度を画一的に強めることができ、長期に亘って断熱性と良好なローラ機能を維持できるローラ、該ローラを有する定着装置及び画像形成装置の提供を、その主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、多孔質材料で形成された管材の表面に接着剤により外層を固定した複層構造を有し、画像形成装置に用いられるローラにおいて、上記管材の表面付近に、上記管材への上記接着剤の浸透を妨げる表下層を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のローラにおいて、上記表下層は吸液性の低い材料で形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載のローラにおいて、上記管材は紙管であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のローラにおいて、上記紙管は紙を連続的に積層した構成を有していることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載のローラにおいて、上記紙管の嵩密度は０．７７ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、請求項３、４又は５に記載のローラにおいて、上記紙管には難燃性物質を含浸していることを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項４に記載のローラにおいて、上記表下層はシート状であり、該表下層を上記紙管を製造する際に紙層と紙層との間に挟み込んで形成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の発明では、請求項３、４、５、６又は７に記載のローラにおいて、上記外層は弾性層であることを特徴とする。
【００１９】
請求項９に記載の発明では、請求項３、４、５、６又は７に記載のローラにおいて、上記外層は離型性の高い材料で形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載のローラにおいて、上記離型性の高い材料は、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１１に記載の発明では、定着ローラと、他のローラと、これらのローラ間に掛け渡され加熱される無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して該定着ローラに対向して配置された加圧ローラとを有する定着装置において、上記定着ローラと上記加圧ローラのうち少なくとも一方が請求項３、４、５、６、７又は８に記載のローラであることを特徴とする。
【００２２】
請求項１２に記載の発明では、定着ローラと、他のローラと、これらのローラ間に掛け渡され加熱される無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置された加圧ローラと、上記定着ベルトに当接し該定着ベルトの緩みを規制するテンションローラとを有する定着装置において、上記テンションローラが、請求項３、４、５、６、７、８、９又は１０に記載のローラであることを特徴とする。
【００２３】
請求項１３に記載の発明では、加熱される定着ローラと、該定着ローラに対向して配置され該定着ローラとの間でニップを形成する加圧ローラを有する定着装置において、上記加圧ローラが請求項３、４、５、６、７又は８に記載のローラであることを特徴とする。
【００２４】
請求項１４に記載の発明では、外面側から加熱される定着ローラと、該定着ローラに対向して配置され該定着ローラとの間でニップを形成する加圧ローラを有する定着装置において、上記定着ローラが請求項３、４、５、６、７、９又は１０に記載のローラであることを特徴とする。
【００２５】
請求項１５に記載の発明では、画像形成装置において、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０に記載のローラを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、管材と外層の固定を少量の接着剤で確実に行うことができ、ローラの断熱性とローラ機能を長期に亘って安定させることができる。
特に請求項３に記載の発明によれば、断熱性の高いローラを安価に製造することができる。
特に請求項４に記載の発明によれば、断熱性の高いローラを一層安価に製造することができる。
特に請求項５に記載の発明によれば、紙管のみで剛性を得ることができ、金属芯金が不要となるので断熱性をさらに高めることができる。
特に請求項６に記載の発明によれば、単体では耐熱性が低いセルロース繊維を使用することができ、一般的な故紙を使用できるために、安価で環境にやさしいローラとすることができる。
特に請求項７に記載の発明によれば、製造の容易性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図６に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて本実施形態における画像形成装置としてのタンデム型直接転写方式のカラー画像形成装置（カラープリンタ）の概略構成を説明する。
カラープリンタは、１つの手差しトレイ２０と、２つの給紙カセット２１、２２の３つの給紙トレイを有しており、手差しトレイ２０より給紙されたシート状記録媒体としての図示しない転写紙は給紙手段２３により最上のものから順に１枚ずつ分離され、レジストローラ対８へ向けて搬送される。給紙トレイ２１又は２２から給紙された転写紙Ｐは、給紙手段２４により最上のものから順に１枚ずつ分離され、搬送ローラ対２５を介してレジストローラ対８へ向けて搬送される。
【００２８】
給紙された転写紙Ｐは、レジストローラ対８で一旦停止され、スキューを修正された後、後述する最上流に位置する感光体（感光体ドラム）１Ｍ上に形成された画像の先端と転写紙Ｐの搬送方向の所定位置とが一致するタイミングで、図示しないレジストクラッチのオン制御によるレジストローラ対８の回転動作により転写体としての転写ベルト５２へ向けて搬送される。
転写紙Ｐは、転写ベルト５２とこれに当接した図示しない紙吸着ローラとで構成される紙吸着ニップを通過する際、紙吸着ローラに印加されるバイアスにより転写ベルト５２に静電力で吸着され、所定のプロセス線速にて搬送される。
【００２９】
転写ベルト５２に吸着された転写紙Ｐには、転写ベルト５２を挟んで各色の像担持体としての感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋに対応した位置に配置された転写バイアス印加部材としての転写ローラ５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｙ、５１Ｂｋに、トナーの帯電極性と逆極性の転写バイアスが印加されることにより、各感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋに作像された各色のトナー像がマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）の順で転写される。
【００３０】
各色の転写工程を経た転写紙Ｐは、下流側の駆動ローラ２６の部位で転写ベルト５２から曲率分離され、定着装置３０へ搬送される。定着装置３０における定着ベルト６３と加圧ローラ６５により構成される定着ニップを通過することにより、トナー像が熱と圧力により転写紙Ｐに定着される。定着がなされた転写紙Ｐは、片面印刷モードの場合には、装置本体上面に形成された排紙トレイ３３へと排出される。
予め両面印刷モードが選択されている場合には、定着装置３０を出た転写紙Ｐは、図示しない反転ユニットへ送られ、該ユニットにて表裏を反転されてから転写ユニット３４の下部に位置する両面搬送ユニット３５に搬送される。転写紙Ｐは該両面搬送ユニット３５から再給紙され、搬送ローラ対３６、２５を経てレジストローラ対８へ搬送される。以降は、片面印刷モード時と同様の動作を経て定着装置３０を通過し、排紙トレイ３３へと排出される。
【００３１】
４つの感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋの周囲には、それぞれ帯電手段２、露光手段３、現像手段４、クリーニング手段６等が配置されている。これらは色別の欧文字で区別しているだけで、同様の構成を有している。露光手段３は、１つのユニットとして形成され、各感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋに対してそれぞれ露光光３Ｍ、３Ｃ、３Ｙ、３Ｂｋを射出する。
感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋは、転写ベルト５２に当接し、転写ベルト５２を挟んで感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋにそれぞれ対応する位置に転写ローラ５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｙ、５１Ｂｋが配置されている。
【００３２】
転写ベルト５２は複数の支持部材としての支持ローラ２６、２７、２８、２９間に掛け回されて張架されている。本実施形態では、転写バイアス印加部材５１として転写ローラを採用したが、ブラシ、ブラシローラ、ブレード等他の形状であってもよい。本発明では、特に、感光体１と転写ベルト５２、転写ベルト５２と転写バイアス印加部材５１との接触の幅及びかかる圧力を規定する構成であることから、図１に記載の転写ローラが好適である。
【００３３】
図２に基づいて定着装置３０を詳細に説明する。定着装置３０は、内部に熱源としてのハロゲンヒータ６０を有する加熱ローラ６１と、定着ローラ６２と、加熱ローラ６１と定着ローラ６２間に掛け回された無端状の定着ベルト６３と、定着ベルト６３に一定の張力を付与するテンションローラ６４と、定着ベルト６３を介して定着ローラ６２に対向して配置される加圧ローラ６５を有している。符号Ｇは、転写紙Ｐを定着ニップＮに向けて案内するガイドを示す。
定着ベルト６３の基体には、ＳＵＳやニッケル等の金属、あるいは耐熱性樹脂から形成した無端状のベルト状基体を用いる。耐熱性樹脂の材質としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を使用できる。また基体の厚さは、熱伝導と強度のバランスから３０〜１００μｍのものが望ましい。定着ベルト６３の表面は、転写紙Ｐ及びトナーＴと加圧接触するため、耐熱性、耐久性に優れた表面離型層としてフッ素系樹脂等の表面離型層を被覆した構成としてある。
また、画像の均一性を得るために表面離型層の下に１００〜３００μｍ程度のシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムによる弾性層を設けている。
【００３４】
加熱ローラ６１は、例えば径がφ３０ｍｍで、芯金は熱伝導率が良好なアルミニウムあるいは鉄等の薄肉金属であり、その厚さはたわみ・つぶれ等の機械的強度と立ち上り時間の短縮から考えて０．３〜０．８ｍｍである。芯金の内面にはハロゲンヒータ６０からの熱吸収を向上させるため、黒体塗装を行ってもよい。
定着ローラは、一般的には、アルミニウムあるいは鉄等の芯金の外側に断熱層を有する。断熱層は耐熱性が必要であり、シリコーンゴムや多孔質セラミックスなどが使用される。断熱層に使用される材料の熱伝導率は低ければ低い方が効果的で、概ね０．２Ｗ／ｍ／Ｋ以下が望ましい。
加圧ローラは、一般的には、芯金の外周にフッ素系樹脂、シリコーンゴム等の耐熱性弾性層と、フッ素樹脂等からなる表面離型層を形成している。
【００３５】
転写紙Ｐの定着ベルト６３からの剥離性を良くするため、加圧ローラ６５の表面硬度を定着ローラ６２よりも硬くし、定着ベルト６３と加圧ローラ６５の間に下向きの定着ニップ部Ｎを形成している。
加圧ローラ６５の硬度を比較的高くし、ニップを狭くして面圧を高くする高圧狭ニップでも定着されるため、加圧ローラ６５の弾性層の厚さは、０から数ｍｍ程度である。
本実施形態における定着ローラ６２、加圧ローラ６５、テンションローラ６４は、定着ベルト６３の熱を奪いにくい断熱ローラとして構成されている。
加圧ローラ６５は、図３に示すように、従来のローラの芯金に相当する、多孔質材料で形成された管材としての紙管６６と、該紙管６６の表面付近に設けられた表下層６７と、紙管６６の表面層６６ａに固定されたシリコーンゴムからなる耐熱性弾性層６８を有している。
【００３６】
紙管６６は、シート状のセルロース繊維からなる紙にバインダー（接着剤）を塗布し、一定荷重を掛けながら巻き付けてローラ状に形成してゆき、表層付近にポリイミドシートからなる表下層６７を一層挿入し、さらに紙を巻き付けて紙−ポリイミド−紙の積層ローラとしている。
巻き付けて形成した紙管を乾燥した後、機械加工により胴部６５ａ、ジャーナル部６５ｂの形状を得ている。この紙管６６を難燃剤中に浸漬し、減圧することで含浸量を調整している。難燃化剤はシロキサンを使用した。
紙管６６の表面層６６ａに接着剤６９を塗布し、耐熱性弾性層６８を固定している。
【００３７】
紙管６６の表面層６６ａに接着剤６９を塗布した場合、紙管６６は多孔質であるので接着剤６９は内部に浸透してゆく。しかしながら、本実施形態では表面層６６ａの下に吸水性（吸液性）の低いポリイミド製の表下層６７が存在するので、塗布された接着剤６９は表面層６６ａのみに染み込み、それ以上の内部への浸透を阻止される。
このため、塗布された接着剤６９は薄肉の表面層６６ａにおいて直ちに飽和状態となり、耐熱性弾性層６８を接着固定するに十分な接着剤量が保持される。接着剤６９が固化した後は十分な接着強度が得られる。
したがって、接着剤６９を塗布後、接着剤６９のほとんどが紙管６６内に浸透してゆき、耐熱性弾性層６８の固定（接着強度）が早期に低下するという心配がない。
【００３８】
図２に示すように、定着ローラ６２も紙管７０の表面に耐熱性弾性層７１を固定した断熱ローラ構造となっているが、加圧ローラ６５と同様に表下層を有する構造を有している。
テンションローラは、一般的にはアルミニウム製の芯金が用いられる。本実施形態におけるテンションローラ６４は、定着ローラ６２や加圧ローラ６５と同様に定着ベルト６３の熱を奪いにくい断熱ローラとして構成されている。
図４に示すように、定着ローラ６２は、加圧ローラ６５と同様に、紙管７２の表層付近に表下層６７を挿入し、表面層７２ａに接着剤６９を塗布して離型層としてのＰＦＡチューブ７３を接着固定した構造となっている。
本実施形態において、加圧ローラ６５の耐熱性弾性層６８の表面にさらに離型層（例えばＰＦＡチューブ）を形成してもよく、テンションローラ６４の断熱ローラ構成を加圧ローラ６５に適用してもよい。
【００３９】
図５に基づいて、ローラ条件を変えた場合の実験結果を説明する。
［比較例１］
シート状のセルロース繊維からなる紙（故紙、厚さ０．２ｍｍ、嵩密度０．６７ｇ／ｃｍ３）にバインダーを塗布し、一定荷重を掛けながら巻き付ける。この時一枚のシートで巻き付けているため、紙は連続的に積層され、外径φ４０、内径φ１０、長さ３８０ｍｍの紙管が得られた。巻き付けた紙管を乾燥した後、胴部、ジャーナル部の形状を機械加工する。
この表層に接着剤を塗布し、ＰＦＡチューブを被せて離型層を形成した。
この紙管の嵩密度は、紙巻き付け後の外径より換算すると０．７２ｇ／ｃｍ３であった。
また、紙管の両端を支持し、片側３００Ｎの荷重を掛けた場合のたわみ量を測定した。たわみ量は０．７ｍｍであり、加圧ローラとして使用できない状態であった。さらに、ＰＦＡと紙管の接着力が弱く、ＰＦＡが剥がれてしまった。
また、１５０°Ｃで連続加熱した場合には紙管から焦げる臭いが発生した。
【００４０】
［比較例２］
比較例１と同様にシート状のセルロース繊維からなる紙（故紙、厚さ０．２ｍｍ、嵩密度０．６７ｇ／ｃｍ３）にバインダーを塗布し、一定荷重を掛けながら巻き付ける。この時一枚のシートを巻き付けているため、紙は連続的に積層され、外径φ４０、内径φ１０、長さ３８０ｍｍの紙管が得られた。巻き付けた紙管を乾燥した後、胴部、ジャーナル部の形状を機械加工する。
前記紙管を難燃剤中に浸漬し、減圧することで含浸量を調整する。難燃化剤はシロキサンを使用した。この表層に接着剤を塗布し、ＰＦＡチューブを被せて離型層を形成した。
この紙管の嵩密度は、紙巻き付け後の外径より換算すると０．７２ｇ／ｃｍ３であった。
また、紙管の両端を支持し、片側３００Ｎの荷重を掛けた場合のたわみ量を測定した。たわみ量は０．７ｍｍであり、加圧ローラとして使用できない状態であった。さらに、ＰＦＡと紙管の接着力が弱く、ＰＦＡが剥がれてしまった。
しかし、比較例１と異なり、１５０°Ｃで連続加熱した場合も紙管から焦げる臭い等は発生しなかった。
【００４１】
［比較例３］
比較例２と同様に紙管ローラを製作した。但し比較例２よりも紙管の巻き付けトルクを大きくした。その結果この紙管の嵩密度は、紙巻き付け後の外径より換算すると０．７７ｇ／ｃｍ３であり、比較例２よりも大きくなった。
比較例２同様の方法でたわみ量を測定したら０．２ｍｍであり、金属芯金入り紙管ローラと同等であり、加圧ローラとして使用が耐えられることが判った。１５０°Ｃで連続加熱した場合も紙管から焦げる臭い等は発生しなかったが、ＰＦＡの剥がれは発生した。
【００４２】
［比較例４］
比較例３と同様に耐熱性が高いアラミド繊維（全芳香族ポリアミド、厚さ０．２ｍｍ、嵩密度０．６７ｇ／ｃｍ３）をシート状にした紙にバインダーを塗布し、一定荷重（比較例３と同等）を掛けながら巻き付けた。但し、難燃化剤の浸漬は行わなかった。同様に表層に接着剤を塗布し、ＰＦＡチューブを被せて離型層を形成した。アラミド繊維でも故紙と同等の嵩密度０．７７ｇ／ｃｍ３が得られ、たわみ量も同等の０．２ｍｍであり、金属芯金入り紙管ローラと同等であり、加圧ローラとして使用が耐えられることが判った。
また、１５０°Ｃで連続加熱した場合も紙管から焦げる臭い等は発生しなかったが、ＰＦＡの剥がれは発生した。
アラミド繊維を積層して紙管を製作しても構わないが、高価である。一般的な紙であるセルロースは安価でリサイクルできるため環境にもやさしい。但し、セルロースは耐熱性が低いため、そのまま使用することができない。そこで、セルロースに難燃性物質を含浸させることで加圧ローラに使用できるようにした。難燃処理を行うことでセルロースでも耐熱性が得られた。
【００４３】
［実施例］
比較例３と同様にシート状のセルロース繊維からなる紙（故紙、厚さ０．２ｍｍ、嵩密度０．６７ｇ／ｃｍ３）にバインダーを塗布し、一定荷重（比較例３と同等）を掛けながら巻き付けてローラを形成するが、表層付近に厚さ０．０２５ｍｍのポリイミドシートを一層挿入し、さらに紙を巻き付けて紙−ポリイミド−紙の積層ローラを形成した。
難燃剤を含浸したのち、表層に接着剤を塗布し、ＰＦＡチューブを被せて離型層を形成した。このローラのたわみ量は０．２ｍｍで金属芯金入り紙管ローラと同等であり、加圧ローラとして使用が耐えられることが判った。
また、１５０°Ｃで連続加熱した場合も紙管から焦げる臭い等は発生せず、ＰＦＡの剥がれも発生しなかった。
紙管の表層近くに低吸水性のポリイミドシートがあることで表層付近が接着剤リッチな状態になったためＰＦＡは剥がれなかった。
【００４４】
本実施形態における加圧ローラ６５をベルト定着装置に搭載し、定着可能温度までの立ち上り時間と、芯金入り紙管ローラ及び芯金なしで嵩密度の低いローラの立ち上り時間の測定結果を図６に示す。
金属芯金なしの断熱ローラを加圧ローラに使用した定着装置では電源投入後２８秒で定着可能温度に立ち上った。一方、芯金を有する加圧ローラは立ち上るのに３２秒かかっており、本発明の加圧ローラは断熱性が高いことがわかる。
また、本実施形態では、紙管による断熱ローラを加圧ローラのみならず、テンションローラ６４や定着ローラ６２にも使用しているので、立ち上り時間の一層の短縮が見込まれる。
本実施形態では紙管で強度を確保し、金属芯金を使用しないことで断熱効果をより一層向上させているが、芯金に金属や樹脂材料を使用しても構わない（以下の実施形態において同じ）。
【００４５】
図７に基づいて、第２の実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する。
本実施形態では熱ローラ方式の定着装置への適用例を示している。定着装置７４は、内部に熱源としてのハロゲンヒータ７５を有する加熱ローラ（定着ローラ）７６と、該加熱ローラ７６に対向して圧接する加圧ローラ７７を有している。
加熱ローラ７６は、アルミニウム等からなる芯金７８と、その表面に設けられた離型層としてのＰＦＡチューブ８９からなる２層構造を有している。
加圧ローラ７７は、上記実施形態における加圧ローラ６５と同様に、紙管６６と、該紙管６６の表面付近に設けられた表下層（図示せず）と、紙管６６の表面層（図示せず）に固定されたシリコーンゴムからなる耐熱性弾性層６８を有している。
本実施形態においても同様に、加圧ローラ７７について上述した接着強度及び断熱機能を得ることができる。
熱源をローラ外部に配置して加熱する構成においては、定着ローラにも上記断熱ローラ構成を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態における画像形成装置の概要正面図である。
【図２】定着装置の概要正面図である。
【図３】加熱ローラの側面断面図である。
【図４】テンションローラの側面断面図である。
【図５】ローラ条件を変えた場合の実験結果を示す図である。
【図６】立ち上がり時間の比較を示す図である。
【図７】第２の実施形態における定着装置の概要正面図である。
【符号の説明】
【００４７】
３０、７４ 定着装置
６１ 他のローラとしての加熱ローラ
６２ 定着ローラ
６３ 定着ベルト
６４ テンションローラ
６５ ローラとしての加圧ローラ
６６ 管材としての紙管
６７ 表下層
６８ 外層としての耐熱性弾性層
６９ 接着剤
７６ 定着ローラ
７７ 加圧ローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラ、該ローラを有し記録媒体にトナーよりなる画像を定着する定着装置、該定着装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタあるいはそれらの少なくも２つの機能を有する複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置には、転写材、例えば記録紙上に付着(転写)されたトナー像を加熱溶融して記録紙上に定着する定着装置が用いられている。定着装置としては、内部にハロゲンランプ等の加熱手段を有する加熱ローラと、この加熱ローラに圧接する加圧ローラとを有するいわゆる「熱ローラ定着方式」のものがよく知られている。
この方式の定着装置によれば、トナー像が形成された記録紙を加熱ローラと加圧ローラとのニップ部に通過させて、加熱手段による熱により記録紙上のトナーを溶融するとともに加圧し、トナー像を記録紙に定着している。
【０００３】
また、例えば特許第２８９２３８１号公報に開示されているように、「ベルト定着方式」の定着装置も知られている。この方式の定着装置は、転写紙を搬送する定着ベルトと、定着ベルトを張架する加熱ローラ及び定着ローラと、定着ベルトを介して定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、定着ベルトを一定の力で張架するテンションローラを有している。
加熱ローラは、熱伝導率が良好なアルミニウムあるいは鉄等の薄肉金属からなる芯金と、この芯金の内部に設けられたハロゲンヒータを有する構成となっている。定着ローラは、アルミニウムあるいは鉄等の芯金の外側に断熱層を有する構成となっている。断熱層は耐熱性が必要であり、シリコーンゴムや多孔質セラミックスなどが使用されている。
【０００４】
加圧ローラは、芯金の外周にフッ素系樹脂、シリコーンゴム等の耐熱性弾性層を設け、さらのその表面にフッ素樹脂等からなる離型層を形成した構成となっている。テンションローラには、アルミニウム製の芯金が用いられている。
ベルト定着方式の定着装置では、加熱ローラによって定着ベルトが加熱され、転写紙上のトナーを加熱溶融させて転写紙上に定着している。
熱ローラ定着方式の定着装置では、転写紙上のトナーは、ハロゲンランプにより加熱された加熱ローラと対向する加圧ローラの間を通過することにより定着される。熱ローラ定着方式の場合、加熱ローラは加圧ローラに対向して圧力をかけるため、ベルト定着方式の加熱ローラよりも厚い芯金が必要になる。
【０００５】
上述した従来の定着装置では、電源投入後加熱手段によって加熱ローラを加熱しても定着ベルト（ベルト定着方式の場合）や加熱ローラ（熱ローラ定着方式の場合）がトナーの溶融に必要な温度まで昇温するまでに数分の時間を要するため、定着装置は画像形成装置における他の手段（現像手段、転写手段等）よりも長い立ち上り時間を必要とし、ユーザーの待ち時間が長いという問題があった。
また、画像形成装置の待機時において、記録動作を行う時、操作開始から記録動作（コピーやプリント）を速やかに開始するためには、すなわち、加熱ローラをトナーの溶融に必要な温度まで昇温するためには、記録動作を行っていない待機時においても、その加熱手段に電力を供給し、加熱ローラの温度を常時一定温度に維持する必要がある。
しかしながら、加熱手段に常時電力を供給する定着装置は、画像形成装置全体の消費電力量に対する電力量の占める割合が大きく、画像形成装置の低消費電力化の妨げとなっている。
【０００６】
上記の不具合を防止するため、加圧ローラを断熱化して加熱ローラや定着ベルトから加圧ローラに奪われる熱量を少なくし、立ち上り時間を短縮する方法が提案されている。
断熱化の手段としては、例えば特開２００４−８６２１９号公報に開示されているように、結合された繊維間に多数の気孔が形成されている多孔質形成体、多孔質セラミックス、多孔質樹脂等が知られている。
特許第２９９９７４０号公報には、加圧ローラの断熱化として紙管を使用する例が開示されている。具体的には、金属製の軸の表面に紙管を設け、その表面に弾性ゴム層を設け、さらにその表面に離型層を設ける構成となっている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２９９９７４０号公報
【特許文献２】特開平３−４６４５０号公報
【特許文献３】特開２００４−３５４６７０号公報
【特許文献４】特許第２８９２３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ローラの断熱性を向上させるために、多孔質材料で形成された紙管等の管材を用い、その表面に弾性層をあるいは離型層を設ける場合、一般的には管材の表面に接着剤を塗布し、その接着力により固定するようになっている。
しかしながら、多孔質材料で形成された管材に接着剤を塗布する場合、管材の多孔質構造による吸液性により接着剤が管材の表面下に染込み、接着性（固定強度）が低下するという問題があった。
管材の吸液性が特に高い場合には、本来の目的である接着固定に供される前に接着剤のほとんどが管材に浸透し、飽和するまで接着に有効な量が得られず、その結果大量の接着剤が必要になるという問題があった。
この場合、管材の気孔部が接着剤で埋まるため、断熱性が却って低下するという副作用が強まることになる。
【０００９】
接着剤の多くは粘度が低く、紙に浸透してしまう。このため、例えば紙管上に離型性に優れたＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）を接着する場合、紙管に接着剤を塗布しても接着剤は紙管表面にほとんど残らず、ＰＦＡチューブを被せても早期に剥がれてしまう不具合があった。
同様に、紙管と弾性層としてのシリコーンゴムとの接着性を向上させるため、紙管とシリコーンゴム間に接着剤を塗布しても良好な接着強度が得られないという問題があった。
上述のように、画像形成装置の定着装置等においては外層として弾性層や離型層を有するローラが使用されており、ローラの機能の安定維持は定着装置等の機能に影響を及ぼすため、その断熱材（管材）と外層間の接着強度の重要性は極めて大きい。
しかしながら、紙管等の採用により断熱性を高めても、紙管等と外層との接着強度が低下して早期にローラ機能が損なわれ、断熱化の利点を十分に活かせない状況にあった。
【００１０】
本発明は、管材の吸液性の優劣に拘わらず管材と外層との接着強度を画一的に強めることができ、長期に亘って断熱性と良好なローラ機能を維持できるローラ、該ローラを有する定着装置及び画像形成装置の提供を、その主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、多孔質材料で形成された管材の表面に接着剤により外層を固定した複層構造を有し、画像形成装置に用いられるローラにおいて、上記管材の表面付近に、上記管材への上記接着剤の浸透を妨げる表下層を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のローラにおいて、上記表下層は吸液性の低い材料で形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載のローラにおいて、上記管材は紙管であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のローラにおいて、上記紙管は紙を連続的に積層した構成を有していることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載のローラにおいて、上記紙管の嵩密度は０．７７ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、請求項３、４又は５に記載のローラにおいて、上記紙管には難燃性物質を含浸していることを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項４に記載のローラにおいて、上記表下層はシート状であり、該表下層を上記紙管を製造する際に紙層と紙層との間に挟み込んで形成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の発明では、請求項３、４、５、６又は７に記載のローラにおいて、上記外層は弾性層であることを特徴とする。
【００１９】
請求項９に記載の発明では、請求項３、４、５、６又は７に記載のローラにおいて、上記外層は離型性の高い材料で形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載のローラにおいて、上記離型性の高い材料は、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１１に記載の発明では、定着ローラと、他のローラと、これらのローラ間に掛け渡され加熱される無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して該定着ローラに対向して配置された加圧ローラとを有する定着装置において、上記定着ローラと上記加圧ローラのうち少なくとも一方が請求項３、４、５、６、７又は８に記載のローラであることを特徴とする。
【００２２】
請求項１２に記載の発明では、定着ローラと、他のローラと、これらのローラ間に掛け渡され加熱される無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置された加圧ローラと、上記定着ベルトに当接し該定着ベルトの緩みを規制するテンションローラとを有する定着装置において、上記テンションローラが、請求項３、４、５、６、７、８、９又は１０に記載のローラであることを特徴とする。
【００２３】
請求項１３に記載の発明では、加熱される定着ローラと、該定着ローラに対向して配置され該定着ローラとの間でニップを形成する加圧ローラを有する定着装置において、上記加圧ローラが請求項３、４、５、６、７又は８に記載のローラであることを特徴とする。
【００２４】
請求項１４に記載の発明では、外面側から加熱される定着ローラと、該定着ローラに対向して配置され該定着ローラとの間でニップを形成する加圧ローラを有する定着装置において、上記定着ローラが請求項３、４、５、６、７、９又は１０に記載のローラであることを特徴とする。
【００２５】
請求項１５に記載の発明では、画像形成装置において、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０に記載のローラを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、管材と外層の固定を少量の接着剤で確実に行うことができ、ローラの断熱性とローラ機能を長期に亘って安定させることができる。
特に請求項３に記載の発明によれば、断熱性の高いローラを安価に製造することができる。
特に請求項４に記載の発明によれば、断熱性の高いローラを一層安価に製造することができる。
特に請求項５に記載の発明によれば、紙管のみで剛性を得ることができ、金属芯金が不要となるので断熱性をさらに高めることができる。
特に請求項６に記載の発明によれば、単体では耐熱性が低いセルロース繊維を使用することができ、一般的な故紙を使用できるために、安価で環境にやさしいローラとすることができる。
特に請求項７に記載の発明によれば、製造の容易性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図６に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて本実施形態における画像形成装置としてのタンデム型直接転写方式のカラー画像形成装置（カラープリンタ）の概略構成を説明する。
カラープリンタは、１つの手差しトレイ２０と、２つの給紙カセット２１、２２の３つの給紙トレイを有しており、手差しトレイ２０より給紙されたシート状記録媒体としての図示しない転写紙は給紙手段２３により最上のものから順に１枚ずつ分離され、レジストローラ対８へ向けて搬送される。給紙トレイ２１又は２２から給紙された転写紙Ｐは、給紙手段２４により最上のものから順に１枚ずつ分離され、搬送ローラ対２５を介してレジストローラ対８へ向けて搬送される。
【００２８】
給紙された転写紙Ｐは、レジストローラ対８で一旦停止され、スキューを修正された後、後述する最上流に位置する感光体（感光体ドラム）１Ｍ上に形成された画像の先端と転写紙Ｐの搬送方向の所定位置とが一致するタイミングで、図示しないレジストクラッチのオン制御によるレジストローラ対８の回転動作により転写体としての転写ベルト５２へ向けて搬送される。
転写紙Ｐは、転写ベルト５２とこれに当接した図示しない紙吸着ローラとで構成される紙吸着ニップを通過する際、紙吸着ローラに印加されるバイアスにより転写ベルト５２に静電力で吸着され、所定のプロセス線速にて搬送される。
【００２９】
転写ベルト５２に吸着された転写紙Ｐには、転写ベルト５２を挟んで各色の像担持体としての感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋに対応した位置に配置された転写バイアス印加部材としての転写ローラ５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｙ、５１Ｂｋに、トナーの帯電極性と逆極性の転写バイアスが印加されることにより、各感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋに作像された各色のトナー像がマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）の順で転写される。
【００３０】
各色の転写工程を経た転写紙Ｐは、下流側の駆動ローラ２６の部位で転写ベルト５２から曲率分離され、定着装置３０へ搬送される。定着装置３０における定着ベルト６３と加圧ローラ６５により構成される定着ニップを通過することにより、トナー像が熱と圧力により転写紙Ｐに定着される。定着がなされた転写紙Ｐは、片面印刷モードの場合には、装置本体上面に形成された排紙トレイ３３へと排出される。
予め両面印刷モードが選択されている場合には、定着装置３０を出た転写紙Ｐは、図示しない反転ユニットへ送られ、該ユニットにて表裏を反転されてから転写ユニット３４の下部に位置する両面搬送ユニット３５に搬送される。転写紙Ｐは該両面搬送ユニット３５から再給紙され、搬送ローラ対３６、２５を経てレジストローラ対８へ搬送される。以降は、片面印刷モード時と同様の動作を経て定着装置３０を通過し、排紙トレイ３３へと排出される。
【００３１】
４つの感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋの周囲には、それぞれ帯電手段２、露光手段３、現像手段４、クリーニング手段６等が配置されている。これらは色別の欧文字で区別しているだけで、同様の構成を有している。露光手段３は、１つのユニットとして形成され、各感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋに対してそれぞれ露光光３Ｍ、３Ｃ、３Ｙ、３Ｂｋを射出する。
感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋは、転写ベルト５２に当接し、転写ベルト５２を挟んで感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋにそれぞれ対応する位置に転写ローラ５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｙ、５１Ｂｋが配置されている。
【００３２】
転写ベルト５２は複数の支持部材としての支持ローラ２６、２７、２８、２９間に掛け回されて張架されている。本実施形態では、転写バイアス印加部材５１として転写ローラを採用したが、ブラシ、ブラシローラ、ブレード等他の形状であってもよい。本発明では、特に、感光体１と転写ベルト５２、転写ベルト５２と転写バイアス印加部材５１との接触の幅及びかかる圧力を規定する構成であることから、図１に記載の転写ローラが好適である。
【００３３】
図２に基づいて定着装置３０を詳細に説明する。定着装置３０は、内部に熱源としてのハロゲンヒータ６０を有する加熱ローラ６１と、定着ローラ６２と、加熱ローラ６１と定着ローラ６２間に掛け回された無端状の定着ベルト６３と、定着ベルト６３に一定の張力を付与するテンションローラ６４と、定着ベルト６３を介して定着ローラ６２に対向して配置される加圧ローラ６５を有している。符号Ｇは、転写紙Ｐを定着ニップＮに向けて案内するガイドを示す。
定着ベルト６３の基体には、ＳＵＳやニッケル等の金属、あるいは耐熱性樹脂から形成した無端状のベルト状基体を用いる。耐熱性樹脂の材質としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を使用できる。また基体の厚さは、熱伝導と強度のバランスから３０〜１００μｍのものが望ましい。定着ベルト６３の表面は、転写紙Ｐ及びトナーＴと加圧接触するため、耐熱性、耐久性に優れた表面離型層としてフッ素系樹脂等の表面離型層を被覆した構成としてある。
また、画像の均一性を得るために表面離型層の下に１００〜３００μｍ程度のシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムによる弾性層を設けている。
【００３４】
加熱ローラ６１は、例えば径がφ３０ｍｍで、芯金は熱伝導率が良好なアルミニウムあるいは鉄等の薄肉金属であり、その厚さはたわみ・つぶれ等の機械的強度と立ち上り時間の短縮から考えて０．３〜０．８ｍｍである。芯金の内面にはハロゲンヒータ６０からの熱吸収を向上させるため、黒体塗装を行ってもよい。
定着ローラは、一般的には、アルミニウムあるいは鉄等の芯金の外側に断熱層を有する。断熱層は耐熱性が必要であり、シリコーンゴムや多孔質セラミックスなどが使用される。断熱層に使用される材料の熱伝導率は低ければ低い方が効果的で、概ね０．２Ｗ／ｍ／Ｋ以下が望ましい。
加圧ローラは、一般的には、芯金の外周にフッ素系樹脂、シリコーンゴム等の耐熱性弾性層と、フッ素樹脂等からなる表面離型層を形成している。
【００３５】
転写紙Ｐの定着ベルト６３からの剥離性を良くするため、加圧ローラ６５の表面硬度を定着ローラ６２よりも硬くし、定着ベルト６３と加圧ローラ６５の間に下向きの定着ニップ部Ｎを形成している。
加圧ローラ６５の硬度を比較的高くし、ニップを狭くして面圧を高くする高圧狭ニップでも定着されるため、加圧ローラ６５の弾性層の厚さは、０から数ｍｍ程度である。
本実施形態における定着ローラ６２、加圧ローラ６５、テンションローラ６４は、定着ベルト６３の熱を奪いにくい断熱ローラとして構成されている。
加圧ローラ６５は、図３に示すように、従来のローラの芯金に相当する、多孔質材料で形成された管材としての紙管６６と、該紙管６６の表面付近に設けられた表下層６７と、紙管６６の表面層６６ａに固定されたシリコーンゴムからなる耐熱性弾性層６８を有している。
【００３６】
紙管６６は、シート状のセルロース繊維からなる紙にバインダー（接着剤）を塗布し、一定荷重を掛けながら巻き付けてローラ状に形成してゆき、表層付近にポリイミドシートからなる表下層６７を一層挿入し、さらに紙を巻き付けて紙−ポリイミド−紙の積層ローラとしている。
巻き付けて形成した紙管を乾燥した後、機械加工により胴部６５ａ、ジャーナル部６５ｂの形状を得ている。この紙管６６を難燃剤中に浸漬し、減圧することで含浸量を調整している。難燃化剤はシロキサンを使用した。
紙管６６の表面層６６ａに接着剤６９を塗布し、耐熱性弾性層６８を固定している。
【００３７】
紙管６６の表面層６６ａに接着剤６９を塗布した場合、紙管６６は多孔質であるので接着剤６９は内部に浸透してゆく。しかしながら、本実施形態では表面層６６ａの下に吸水性（吸液性）の低いポリイミド製の表下層６７が存在するので、塗布された接着剤６９は表面層６６ａのみに染み込み、それ以上の内部への浸透を阻止される。
このため、塗布された接着剤６９は薄肉の表面層６６ａにおいて直ちに飽和状態となり、耐熱性弾性層６８を接着固定するに十分な接着剤量が保持される。接着剤６９が固化した後は十分な接着強度が得られる。
したがって、接着剤６９を塗布後、接着剤６９のほとんどが紙管６６内に浸透してゆき、耐熱性弾性層６８の固定（接着強度）が早期に低下するという心配がない。
【００３８】
図２に示すように、定着ローラ６２も紙管７０の表面に耐熱性弾性層７１を固定した断熱ローラ構造となっているが、加圧ローラ６５と同様に表下層を有する構造を有している。
テンションローラは、一般的にはアルミニウム製の芯金が用いられる。本実施形態におけるテンションローラ６４は、定着ローラ６２や加圧ローラ６５と同様に定着ベルト６３の熱を奪いにくい断熱ローラとして構成されている。
図４に示すように、定着ローラ６２は、加圧ローラ６５と同様に、紙管７２の表層付近に表下層６７を挿入し、表面層７２ａに接着剤６９を塗布して離型層としてのＰＦＡチューブ７３を接着固定した構造となっている。
本実施形態において、加圧ローラ６５の耐熱性弾性層６８の表面にさらに離型層（例えばＰＦＡチューブ）を形成してもよく、テンションローラ６４の断熱ローラ構成を加圧ローラ６５に適用してもよい。
【００３９】
図５に基づいて、ローラ条件を変えた場合の実験結果を説明する。
［比較例１］
シート状のセルロース繊維からなる紙（故紙、厚さ０．２ｍｍ、嵩密度０．６７ｇ／ｃｍ３）にバインダーを塗布し、一定荷重を掛けながら巻き付ける。この時一枚のシートで巻き付けているため、紙は連続的に積層され、外径φ４０、内径φ１０、長さ３８０ｍｍの紙管が得られた。巻き付けた紙管を乾燥した後、胴部、ジャーナル部の形状を機械加工する。
この表層に接着剤を塗布し、ＰＦＡチューブを被せて離型層を形成した。
この紙管の嵩密度は、紙巻き付け後の外径より換算すると０．７２ｇ／ｃｍ３であった。
また、紙管の両端を支持し、片側３００Ｎの荷重を掛けた場合のたわみ量を測定した。たわみ量は０．７ｍｍであり、加圧ローラとして使用できない状態であった。さらに、ＰＦＡと紙管の接着力が弱く、ＰＦＡが剥がれてしまった。
また、１５０°Ｃで連続加熱した場合には紙管から焦げる臭いが発生した。
【００４０】
［比較例２］
比較例１と同様にシート状のセルロース繊維からなる紙（故紙、厚さ０．２ｍｍ、嵩密度０．６７ｇ／ｃｍ３）にバインダーを塗布し、一定荷重を掛けながら巻き付ける。この時一枚のシートを巻き付けているため、紙は連続的に積層され、外径φ４０、内径φ１０、長さ３８０ｍｍの紙管が得られた。巻き付けた紙管を乾燥した後、胴部、ジャーナル部の形状を機械加工する。
前記紙管を難燃剤中に浸漬し、減圧することで含浸量を調整する。難燃化剤はシロキサンを使用した。この表層に接着剤を塗布し、ＰＦＡチューブを被せて離型層を形成した。
この紙管の嵩密度は、紙巻き付け後の外径より換算すると０．７２ｇ／ｃｍ３であった。
また、紙管の両端を支持し、片側３００Ｎの荷重を掛けた場合のたわみ量を測定した。たわみ量は０．７ｍｍであり、加圧ローラとして使用できない状態であった。さらに、ＰＦＡと紙管の接着力が弱く、ＰＦＡが剥がれてしまった。
しかし、比較例１と異なり、１５０°Ｃで連続加熱した場合も紙管から焦げる臭い等は発生しなかった。
【００４１】
［比較例３］
比較例２と同様に紙管ローラを製作した。但し比較例２よりも紙管の巻き付けトルクを大きくした。その結果この紙管の嵩密度は、紙巻き付け後の外径より換算すると０．７７ｇ／ｃｍ３であり、比較例２よりも大きくなった。
比較例２同様の方法でたわみ量を測定したら０．２ｍｍであり、金属芯金入り紙管ローラと同等であり、加圧ローラとして使用が耐えられることが判った。１５０°Ｃで連続加熱した場合も紙管から焦げる臭い等は発生しなかったが、ＰＦＡの剥がれは発生した。
【００４２】
［比較例４］
比較例３と同様に耐熱性が高いアラミド繊維（全芳香族ポリアミド、厚さ０．２ｍｍ、嵩密度０．６７ｇ／ｃｍ３）をシート状にした紙にバインダーを塗布し、一定荷重（比較例３と同等）を掛けながら巻き付けた。但し、難燃化剤の浸漬は行わなかった。同様に表層に接着剤を塗布し、ＰＦＡチューブを被せて離型層を形成した。アラミド繊維でも故紙と同等の嵩密度０．７７ｇ／ｃｍ３が得られ、たわみ量も同等の０．２ｍｍであり、金属芯金入り紙管ローラと同等であり、加圧ローラとして使用が耐えられることが判った。
また、１５０°Ｃで連続加熱した場合も紙管から焦げる臭い等は発生しなかったが、ＰＦＡの剥がれは発生した。
アラミド繊維を積層して紙管を製作しても構わないが、高価である。一般的な紙であるセルロースは安価でリサイクルできるため環境にもやさしい。但し、セルロースは耐熱性が低いため、そのまま使用することができない。そこで、セルロースに難燃性物質を含浸させることで加圧ローラに使用できるようにした。難燃処理を行うことでセルロースでも耐熱性が得られた。
【００４３】
［実施例］
比較例３と同様にシート状のセルロース繊維からなる紙（故紙、厚さ０．２ｍｍ、嵩密度０．６７ｇ／ｃｍ３）にバインダーを塗布し、一定荷重（比較例３と同等）を掛けながら巻き付けてローラを形成するが、表層付近に厚さ０．０２５ｍｍのポリイミドシートを一層挿入し、さらに紙を巻き付けて紙−ポリイミド−紙の積層ローラを形成した。
難燃剤を含浸したのち、表層に接着剤を塗布し、ＰＦＡチューブを被せて離型層を形成した。このローラのたわみ量は０．２ｍｍで金属芯金入り紙管ローラと同等であり、加圧ローラとして使用が耐えられることが判った。
また、１５０°Ｃで連続加熱した場合も紙管から焦げる臭い等は発生せず、ＰＦＡの剥がれも発生しなかった。
紙管の表層近くに低吸水性のポリイミドシートがあることで表層付近が接着剤リッチな状態になったためＰＦＡは剥がれなかった。
【００４４】
本実施形態における加圧ローラ６５をベルト定着装置に搭載し、定着可能温度までの立ち上り時間と、芯金入り紙管ローラ及び芯金なしで嵩密度の低いローラの立ち上り時間の測定結果を図６に示す。
金属芯金なしの断熱ローラを加圧ローラに使用した定着装置では電源投入後２８秒で定着可能温度に立ち上った。一方、芯金を有する加圧ローラは立ち上るのに３２秒かかっており、本発明の加圧ローラは断熱性が高いことがわかる。
また、本実施形態では、紙管による断熱ローラを加圧ローラのみならず、テンションローラ６４や定着ローラ６２にも使用しているので、立ち上り時間の一層の短縮が見込まれる。
本実施形態では紙管で強度を確保し、金属芯金を使用しないことで断熱効果をより一層向上させているが、芯金に金属や樹脂材料を使用しても構わない（以下の実施形態において同じ）。
【００４５】
図７に基づいて、第２の実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する。
本実施形態では熱ローラ方式の定着装置への適用例を示している。定着装置７４は、内部に熱源としてのハロゲンヒータ７５を有する加熱ローラ（定着ローラ）７６と、該加熱ローラ７６に対向して圧接する加圧ローラ７７を有している。
加熱ローラ７６は、アルミニウム等からなる芯金７８と、その表面に設けられた離型層としてのＰＦＡチューブ８９からなる２層構造を有している。
加圧ローラ７７は、上記実施形態における加圧ローラ６５と同様に、紙管６６と、該紙管６６の表面付近に設けられた表下層（図示せず）と、紙管６６の表面層（図示せず）に固定されたシリコーンゴムからなる耐熱性弾性層６８を有している。
本実施形態においても同様に、加圧ローラ７７について上述した接着強度及び断熱機能を得ることができる。
熱源をローラ外部に配置して加熱する構成においては、定着ローラにも上記断熱ローラ構成を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態における画像形成装置の概要正面図である。
【図２】定着装置の概要正面図である。
【図３】加熱ローラの側面断面図である。
【図４】テンションローラの側面断面図である。
【図５】ローラ条件を変えた場合の実験結果を示す図である。
【図６】立ち上がり時間の比較を示す図である。
【図７】第２の実施形態における定着装置の概要正面図である。
【符号の説明】
【００４７】
３０、７４ 定着装置
６１ 他のローラとしての加熱ローラ
６２ 定着ローラ
６３ 定着ベルト
６４ テンションローラ
６５ ローラとしての加圧ローラ
６６ 管材としての紙管
６７ 表下層
６８ 外層としての耐熱性弾性層
６９ 接着剤
７６ 定着ローラ
７７ 加圧ローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質材料で形成された管材の表面に接着剤により外層を固定した複層構造を有し、画像形成装置に用いられるローラにおいて、
上記管材の表面付近に、上記管材への上記接着剤の浸透を妨げる表下層を設けたことを特徴とするローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のローラにおいて、
上記表下層は吸液性の低い材料で形成されていることを特徴とするローラ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のローラにおいて、
上記管材は紙管であることを特徴とするローラ。
【請求項４】
請求項３に記載のローラにおいて、
上記紙管は紙を連続的に積層した構成を有していることを特徴とするローラ。
【請求項５】
請求項４に記載のローラにおいて、
上記紙管の嵩密度は０．７７ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とするローラ。
【請求項６】
請求項３、４又は５に記載のローラにおいて、
上記紙管には難燃性物質を含浸していることを特徴とするローラ。
【請求項７】
請求項４に記載のローラにおいて、
上記表下層はシート状であり、該表下層を上記紙管を製造する際に紙層と紙層との間に挟み込んで形成したことを特徴とするローラ。
【請求項８】
請求項３、４、５、６又は７に記載のローラにおいて、
上記外層は弾性層であることを特徴とするローラ。
【請求項９】
請求項３、４、５、６又は７に記載のローラにおいて、
上記外層は離型性の高い材料で形成されていることを特徴とするローラ。
【請求項１０】
請求項９に記載のローラにおいて、
上記離型性の高い材料は、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂であることを特徴とするローラ。
【請求項１１】
定着ローラと、他のローラと、これらのローラ間に掛け渡され加熱される無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して該定着ローラに対向して配置された加圧ローラとを有する定着装置において、
上記定着ローラと上記加圧ローラのうち少なくとも一方が請求項３、４、５、６、７又は８に記載のローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
定着ローラと、他のローラと、これらのローラ間に掛け渡され加熱される無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置された加圧ローラと、上記定着ベルトに当接し該定着ベルトの緩みを規制するテンションローラとを有する定着装置において、
上記テンションローラが、請求項３、４、５、６、７、８、９又は１０に記載のローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
加熱される定着ローラと、該定着ローラに対向して配置され該定着ローラとの間でニップを形成する加圧ローラを有する定着装置において、
上記加圧ローラが請求項３、４、５、６、７又は８に記載のローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
外面側から加熱される定着ローラと、該定着ローラに対向して配置され該定着ローラとの間でニップを形成する加圧ローラを有する定着装置において、
上記定着ローラが請求項３、４、５、６、７、９又は１０に記載のローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０に記載のローラを有する画像形成装置。
【請求項１】
多孔質材料で形成された管材の表面に接着剤により外層を固定した複層構造を有し、画像形成装置に用いられるローラにおいて、
上記管材の表面付近に、上記管材への上記接着剤の浸透を妨げる表下層を設けたことを特徴とするローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のローラにおいて、
上記表下層は吸液性の低い材料で形成されていることを特徴とするローラ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のローラにおいて、
上記管材は紙管であることを特徴とするローラ。
【請求項４】
請求項３に記載のローラにおいて、
上記紙管は紙を連続的に積層した構成を有していることを特徴とするローラ。
【請求項５】
請求項４に記載のローラにおいて、
上記紙管の嵩密度は０．７７ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とするローラ。
【請求項６】
請求項３、４又は５に記載のローラにおいて、
上記紙管には難燃性物質を含浸していることを特徴とするローラ。
【請求項７】
請求項４に記載のローラにおいて、
上記表下層はシート状であり、該表下層を上記紙管を製造する際に紙層と紙層との間に挟み込んで形成したことを特徴とするローラ。
【請求項８】
請求項３、４、５、６又は７に記載のローラにおいて、
上記外層は弾性層であることを特徴とするローラ。
【請求項９】
請求項３、４、５、６又は７に記載のローラにおいて、
上記外層は離型性の高い材料で形成されていることを特徴とするローラ。
【請求項１０】
請求項９に記載のローラにおいて、
上記離型性の高い材料は、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂であることを特徴とするローラ。
【請求項１１】
定着ローラと、他のローラと、これらのローラ間に掛け渡され加熱される無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して該定着ローラに対向して配置された加圧ローラとを有する定着装置において、
上記定着ローラと上記加圧ローラのうち少なくとも一方が請求項３、４、５、６、７又は８に記載のローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
定着ローラと、他のローラと、これらのローラ間に掛け渡され加熱される無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置された加圧ローラと、上記定着ベルトに当接し該定着ベルトの緩みを規制するテンションローラとを有する定着装置において、
上記テンションローラが、請求項３、４、５、６、７、８、９又は１０に記載のローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
加熱される定着ローラと、該定着ローラに対向して配置され該定着ローラとの間でニップを形成する加圧ローラを有する定着装置において、
上記加圧ローラが請求項３、４、５、６、７又は８に記載のローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
外面側から加熱される定着ローラと、該定着ローラに対向して配置され該定着ローラとの間でニップを形成する加圧ローラを有する定着装置において、
上記定着ローラが請求項３、４、５、６、７、９又は１０に記載のローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０に記載のローラを有する画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１１０８５（Ｐ２００７−１１０８５Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９３０５２（Ｐ２００５−１９３０５２）
【出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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