定着ローラ、定着装置、及び定着ローラの製造方法
【課題】より高速領域の機種に用いた場合にも省エネ性と定着性とを両立し得る定着ローラ、定着ローラを備える定着装置、及び、定着ローラの製造方法を提供する。
【解決手段】熱源１１４より加熱され、像を定着させる定着ローラ１１であって、熱処理を施した高強度鋼管からなる芯金１１１を備え、芯金１１１は、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有することを特徴とする定着ローラ１１。
【解決手段】熱源１１４より加熱され、像を定着させる定着ローラ１１であって、熱処理を施した高強度鋼管からなる芯金１１１を備え、芯金１１１は、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有することを特徴とする定着ローラ１１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着ローラ等に関し、より詳しくは、定着装置に用いられる定着ローラ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリンタや複写機等には熱定着装置が使用され、かかる熱定着装置を構成する定着ローラの筒状芯金には、近年の省エネ事情によるリカバリータイム短縮やエネルギー消費効率低減の観点から、薄肉化による熱容量の低減が強く求められている。
一方、高速領域の機種においては、ニップ幅を広くとるなどして良好な定着状態を確保すべく、定着ローラと加圧ローラとを高圧下で圧接することが行われる。従って、高速領域の機種で用いられる定着ローラの筒状芯金には、より高い剛性を有することが求められる。
【０００３】
そして、このような事情の下、炭素鋼で薄肉の筒状芯金を形成すると共に、貫通孔を備えた多孔質弾性層を有する加圧ローラと組み合わせた定着装置（特許文献１参照）や、添加する成分を規定することによって高剛性を実現した素材を用いて筒状芯金を形成した定着ローラ（特許文献２参照）等が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第２９９４８５８号明細書
【特許文献２】特開２００４−０１２５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の定着装置を用いると、加圧ローラの弾性層が多孔質であるため、走行により経時的に弾性層の硬度が低下し、定着度の悪化やカール性の悪化、ハーフトーン画像ムラの発生といった問題が懸念される。
一方、特許文献２には、優れた剛性を有する定着ローラが記載されているが、同一肉厚の場合に更に高い剛性を有する芯金を用いた定着ローラが望まれていた。また、合金元素によっては、省資源性の観点から、剛性を高めるには有効と云えども添加が拒まれている元素があった。更に、高剛性の素材にあっては残留応力が大きくなる傾向となるため、センタレス研磨等を行う際に変形し易く、良好な研磨を行うことができない場合があった。
【０００６】
本発明は、上記のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高速領域において良好な定着性と省エネ性とを両立する定着ローラを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、高速領域において良好な定着性と省エネ性とを両立する定着ローラを備えた定着装置を提供することにある。
更に、本発明の別の目的は、高速領域において良好な定着性と省エネ性とを両立する定着ローラの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもと、本発明の定着ローラは、熱源より加熱され、像を定着させる定着ローラであって、熱処理を施した高強度鋼管からなる筒状体を備え、筒状体は、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有することを特徴としている。
【０００８】
ここで、熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃未満であることを特徴とすることができる。また、熱処理を施した後に、高強度鋼管中に観察される残留応力は、１．２Ｋｇｆ／ｍｍ２以下であることを特徴とすることができる。更に、筒状体は、その外周面に周方向に沿って形成された溝部（凹部又はつつみ状）を有することを特徴とすることができる。更にまた、溝部（凹部又はつつみ状）において、筒状体の肉厚は、少なくとも部分的に０．５ｍｍ以下であることを特徴とすることができる。
【０００９】
なお、高強度鋼管の鋼材については、引っ張り強さが７８０Ｎ／ｍｍ２以上、降伏応力が５５０Ｎ／ｍｍ２以上、伸びが１０％以上であることを特徴とすることができる。また、高強度鋼管の鋼材は、圧下率５０％以下で圧延した後、強冷却して形成されたものであって、鋼材中に観察されるフェライト結晶の粒径は、５μｍ以下であることを特徴とすることができる。
【００１０】
一方、本発明は定着装置として捉えることもでき、本発明の定着装置は、被転写体上に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、熱源と、熱源より加熱される定着ローラと、を備え、定着ローラは、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有する高強度鋼管に熱処理を施してなる筒状体を備えることを特徴としている。
ここで、定着ローラは、筒状体を芯金としてその表面に外形層を有することを特徴とすることができる。
【００１１】
また、本発明は定着ローラの製造方法として捉えることもでき、本発明の定着ローラの製造方法は、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有する高強度鋼管に熱処理を施し、筒状体を形成する工程を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高速領域において良好な定着性と省エネ性とを両立する定着ローラ及び定着装置等が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における定着装置１の構成を示す側面図である。図１に示すように、被転写体（記録材）上に担持されたトナー像を定着する定着装置１は、記録材の表面に担持されたトナー像に当接してトナー像を加熱する定着ローラ１１と、この定着ローラ１１に対向して圧接配置された加圧ローラ１２とにより主要部が構成されている。
【００１４】
定着ローラ１１は、筒状体の一例としての円筒状の芯金１１１と、その外周面に積層される外形層（本実施の形態においては、芯金１１１の外周面に積層される耐熱性弾性体層１１２と、この耐熱性弾性体層１１２の外周面に積層される離型層１１３とを総称して、外形層と呼ぶ）とを備えている。また、芯金１１１の内部には、ハロゲンヒータ等からなる熱源１１４が配設されている。
一方、加圧ローラ１２は、芯金１２１の外周面に耐熱性弾性体層１２２と、更にその外周面に耐熱性樹脂被膜あるいは耐熱性ゴム被膜による離型層１２３とが積層して形成されたものである。
そして、定着ローラ１１と加圧ローラ１２との圧接部（ニップ部）Ｎに、未定着のトナー像を担持した記録材を通過させて、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことによって、記録材にトナー像を定着することができる。
なお、ニップ部Ｎの上流側近傍には、定着ローラ１１近傍まで搬送される記録材をニップ部Ｎに送り込む搬送シュート２が配設されている。また、ニップ部Ｎの下流側近傍には、剥離補助部材３が配設され、定着ローラ１１から剥離された記録材を完全に定着ローラ１１から分離する。
【００１５】
次に、芯金１１１について説明する。本実施の形態における芯金１１１は、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有するものである。
また、このような芯金１１１は、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有する高強度鋼管に熱処理を施して形成することができる。
なお、本実施の形態において、「鋼」とは、Ｆｅ元素と他の元素との合金を意味する。
【００１６】
上記芯金１１１中に含まれる各元素の含量、又は、上記高強度鋼管中に含まれる各元素の含量については、以下の通りである。
（１）Ｃ元素の含量としては、０．１８質量％以下、好ましくは０．１５３質量％以下、より好ましくは０．０６６質量％以下であり、下限としては通常０．０１質量％以上、好ましくは０．０１５質量％以上、より好ましくは０．０２質量％以上である。
（２）Ｓｉ元素の含量としては、０．５５質量％以下、好ましくは０．１９５質量％以下、より好ましくは０．０２６質量％以下であり、下限としては通常０．０１質量％以上、好ましくは０．０１５質量％以上、より好ましくは０．０２質量％以上である。
（３）Ｍｎ元素の含量としては、１．６質量％以下、好ましくは０．１４０質量％以下、より好ましくは０．７５質量％以下であり、下限としては通常０．０１質量％以上、好ましくは０．０１５質量％以上、より好ましくは０．０２質量％以上である。
（４）Ｐ元素の含量としては、０．０３質量％以下、好ましくは０．０１５質量％以下、より好ましくは０．０１２質量％以下であり、下限としては通常０．００５質量％以上、好ましくは０．００７５質量％以上、より好ましくは０．０１質量％以上である。
（５）Ｓ元素の含量としては、０．０１５質量％以下、好ましくは０．００４質量％以下であり、下限としては通常０．０００５質量％以上、好ましくは０．００１質量％以上、より好ましくは０．００２質量％以上である。
（６）Ｔｉ元素の含量としては、通常、微量である。
【００１７】
更に、上記薄肉の芯金１１１中に含まれる各元素の含量、又は、上記高強度鋼管中に含まれる各元素の含量について、他の元素については以下の通りである。
（７）Ｎｂ元素の含量としては、好ましくは０％（検出限界以下）である。Ｎｂ元素の添加は、鋼の剛性を向上させる方法として有効ではあるが、天然資源としての存在量が限られていることから、上記割合が過度に大きいことは望ましくない。
（８）Ｍｏ元素の含量としては、好ましくは０％（検出限界以下）である。
【００１８】
なお、上記各元素の含量については、ＪＩＳ Ｇ０３２１に準拠して測定される値として評価したものである。
【００１９】
本実施の形態において、芯金１１１は、高強度鋼管に熱処理を施してなるものである。
まず、上記高強度鋼管の各種鋼材特性として、引っ張り強さとしては、通常７８０Ｎ／ｍｍ２以上、好ましくは８００Ｎ／ｍｍ２以上であり、通常９１０Ｎ／ｍｍ２以下、好ましくは８５０Ｎ／ｍｍ２以下である。鋼材の引っ張り強さが過度に大きいと、管の真円度不良やフレが大きいなど加工が困難な場合がある。また、過度に小さいと、管の強度が低下して塑性変形等が発生し、特に高速な機器に使用される定着ローラとしては不適当な場合や、使用が不可能な場合がある。
更に、上記鋼材の伸びとしては、通常１０％以上、好ましくは１２％以上である。鋼材の伸びが過度に大きい場合や過度に小さい場合、引っ張り強さの時の場合と同様な不具合を生じる可能性がある。
【００２０】
なお、本実施の形態において、「引っ張り強さ」、「伸び」の値は、以下のようにして測定された値である。
即ち、まず、外径３５ｍｍの鋼管を研磨し、外径３４．４ｍｍ、厚み０．４ｍｍ（両端部の厚みは０．６ｍｍ）、長さ３８０ｍｍの円筒形状の鋼管を測定対象として用いた。そして、上記鋼管を試験機にクランプしたときのつぶれを防止するため、鋼管の両端部に、長さ８０ｍｍの鉄棒を挿入後、試験機にバイスでクランプし、万能試験機（ＵＥＨ−３０型、島津製作所社製）の油圧調整つまみを調整しつつ、荷重計を観察しながら急激な荷重上昇がないように徐々に上記鋼管に荷重を加える方法で測定した。なお、引張速度は３０〜４０ｍｍ／ｍｉｎの範囲であった。その後、材料（鋼管）の破断時での荷重、及び、伸びを記録すると共に、当該荷重値と試験前に計測した鋼管の厚みから求めた鋼管の断面積とから、引っ張り強さを計算により求めた。
【００２１】
上記高強度鋼管の鋼材としては、圧下率５０％以下、特に４５％以下で圧延した後、強冷却して形成されたものであることが好ましい。
ここで、圧下率（％）＝［（入側板厚−出側板厚）／入側板厚］×１００である。
また、そのようにして得られた鋼材中に観察される、フェライト結晶の粒径としては、通常５μｍ以下、好ましくは４μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下である。フェライト結晶の粒径が過度に大きいと、低温状態での粘り強さに欠ける場合がある。
なお、本実施の形態において用いられる高強度鋼管の鋼材としては、市販品を用いることができる。
【００２２】
次に、上記高強度鋼管に施す熱処理条件について、熱処理の温度としては、通常４００℃以上、好ましくは４５０℃以上、より好ましくは５００℃以上、更に好ましくは５５０℃以上、特に好ましくは６００℃以上であり、上限として通常７５０℃未満、好ましくは６５０℃以下、より好ましくは６３０℃以下である。熱処理の温度が過度に小さいと、高強度鋼管中に含まれていた残留応力を低減する効果が得られない場合がある。一方、熱処理の温度が過度に大きいと、熱処理後の芯金１１１の引っ張り強度が小さくなり過ぎる場合がある。
中でも、熱処理温度が４５０℃以上であると、高強度鋼管中に含まれていた残留応力が急激に低減するため好適である。
更に、熱処理温度が５５０℃以上であると、高強度鋼管中に含まれていた残留応力がほぼ解消されるため好適である。
【００２３】
また、熱処理の時間としては、通常６０分以上、好ましくは９０分以上であり、上限として通常１２０分以下、好ましくは１００分以下である。熱処理時間が上記範囲を逸脱すると、所望の機械的特性が出ない場合がある。
なお、上記熱処理の環境としては、酸素を遮断した熱処理炉環境が、芯金１１１の出来栄えを確保する観点から好適である。
【００２４】
本実施の形態において、上記のような熱処理を施した後、高強度鋼管中に観察される残留応力としては、通常１．２Ｋｇｆ／ｍｍ２以下、好ましくは１．０Ｋｇｆ／ｍｍ２以下、より好ましくは０．８Ｋｇｆ／ｍｍ２以下である。上記残留応力が過度に大きいと、後述のセンタレス研磨を行う際に適切な研磨が困難になる場合がある。また、芯金１１１の経時的な使用により表面が傷つくと、残留応力により傷が成長するなど変形を増長させてしまう場合がある。
【００２５】
本実施の形態において、芯金１１１は、上記のような熱処理の後に、更にセンタレス研磨処理が施されて形成されたものである。このようなセンタレス研磨を施すことにより、加工硬化によって、芯金１１１の引っ張り強さを向上させ得る場合がある。
なお、本実施の形態において、センタレス研磨とは、その外周面を周方向に沿って研磨する処理のことをいう。研磨部の場所としては、その外周面全面であっても良いし、例えば中央部や端部など、外周面の一部のみであっても良い。
【００２６】
図２は、円筒状の芯金１１１の軸方向に沿った縦断面図を示すものである。図２において芯金１１１は、外径Ｘを有する略円筒体であり、その外周面中央部において周方向に沿った溝部（凹部又はつつみ状）Ｃが形成されている（以下、外周面において周方向に沿った溝部（凹部又はつつみ状）Ｃを形成する加工を、「プロファイル加工」と記載することがある）。
そして、溝部（凹部又はつつみ状）Ｃは、センタレス研磨によって形成されたものであり、溝部（凹部又はつつみ状）Ｃの最も深い位置から円筒端面に向けて、溝部（凹部又はつつみ状）Ｃの深さがなだらかに浅くなる断面形状を有するものである。なお、図２に示す通り、溝部（凹部又はつつみ状）Ｃの最も深い部分（肉厚の最も小さい部分）の側壁厚みがｙ１であり、溝部（凹部又はつつみ状）Ｃの形成されていない部分（肉厚の最も大きい部分）の側壁厚みがｙ２である。
【００２７】
ここで、上記ｙ１の値としては、通常０．５ｍｍ以下、好ましくは０．４ｍｍ以下であり、下限として、通常０．１ｍｍ以上、好ましくは０．１５ｍｍ以上である。
また、上記ｙ２の値としては、通常０．５ｍｍ以上、好ましくは０．６ｍｍ以上であり、上限として、通常１．０ｍｍ以下、好ましくは０．９ｍｍ以下である。
ｙ１，ｙ２の値が過度に大きいと、定着ローラの熱容量が大きくなり、リカバリータイムや省エネ性の観点から好ましくない。一方、上記肉厚が過度に小さいと、定着ローラの剛性に劣る場合がある。
【００２８】
一方、上記外径Ｘの値としては、通常１５ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上であり、上限として、通常５０ｍｍ以下、好ましくは４０ｍｍ以下である。外径Ｘが過度に大きいと、加圧ローラとのニップ部での変形、円筒度不良が発生する場合や、熱容量が大きくなる場合があり、リカバリータイムや省エネ性の観点から好ましくない。一方、過度に小さいと、加圧ローラとのニップ部におけるニップ幅が小さくなり、トナー像の定着性に劣る場合がある。
【００２９】
なお、上記ｙ２や外径Ｘの大きさを調節する方法としては、原管の一例としての電縫鋼管を製造する際の製造条件を調節しても良いし、電縫鋼管を適宜延伸すること（伸管すること）により調節しても良い。
【００３０】
ここで、伸管時の減面率としては、通常１５％以上、好ましくは２０％以上である。減面率が過度に小さいと、引っ張り強さや降伏点が低下する場合がある。
なお、本実施の形態において「減面率」とは、伸管前後での鋼管断面積の減少率のことであり、伸管工程の加工率を表わしている。具体的には、伸管前の管の断面における管の部分の断面積に対する、伸管後の管の断面における管の部分の断面積の比を百分率で表したものである。
【００３１】
一方、上記ｙ１の大きさを調節する方法としては、センタレス研磨条件を調節すれば良い。ここで、センタレス研磨の具体的な方法としては、例えば、芯金１１１の外周面に形成しようとする溝部（凹部又はつつみ状）Ｃの断面形状（凹部形状）に合致する凸部形状を断面形状として有する砥石を用い、芯金１１１の外周面の研磨を行う方法を挙げることができる。
【００３２】
なお、上記センタレス研磨を行う場合、用紙走行安定性や画質等の観点から、センタレス研磨後の真円度を良好に保つことが望まれる。本実施の形態において「真円度」とは、ＪＩＳ−Ｂ ７４５１に準拠して測定される指標であり、測定物の円周方向の半径変化又は円周方向及び軸方向の半径変化の測定に関する指標である。
本実施の形態において、センタレス研磨後の真円度としては、通常４０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。
【００３３】
次に、耐熱性弾性体層１１２（図１参照）について説明する。本実施の形態における耐熱性弾性体層１１２は、定着性の向上やカラートナー画像定着への対応を図るために、好ましく採用される構成である。耐熱性弾性体層１１２の材料としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられるが、特にシリコーンゴムが、弾性と熱的安定性に優れる点で好ましい。
【００３４】
上記シリコーンゴムとしては、例えば、ＲＴＶシリコーンゴム、ＨＴＶシリコーンゴム等が挙げられ、具体的には、例えば、ポリジメチルシリコーンゴム（ＭＱ）、メチルフェニルシリコーンゴム（ＰＭＱ）、メチルビニルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、フルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）などが挙げられる。
【００３５】
なお、耐熱性弾性体層１１２の厚みとしては、通常０．３ｍｍ以上、好ましくは０．４ｍｍ以上、より好ましくは０．５ｍｍ以上であり、上限として、通常、１．２ｍｍ以下、好ましくは１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．８ｍｍ以下である。当該厚みが過度に大きいと、熱伝導性が悪化し、定着不良やリカバリータイムが増大する場合があり、一方、過度に小さいと、剥離不良や圧力ムラによる画質劣化等を引き起こす場合がある。
【００３６】
更に、離型層１１３について説明する。本実施の形態における離型層１１３は、定着時におけるトナーとの離型性を向上させるために、好ましく採用される構成である。離型層１１３の材質としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フッ素樹脂等が用いられるが、これらの中で、フッ素樹脂が特に好ましい。
【００３７】
上記フッ素樹脂としては、従来公知のフッ素樹脂であれば如何なるものでも使用することができる。具体的には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン・テトラフルオロエチレン系共重合体（ＰＶｄＦまたはＥＴＦＥ）等が挙げられる。
【００３８】
なお、離型層１１３の厚みとしては、通常１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは３０μｍ以上であり、上限として、通常、１００μｍ以下、好ましくは７０μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。当該厚みが過度に大きいと、熱伝導性が悪化し、定着不良やリカバリータイムが増大する場合があり、一方、過度に小さいと、熱膨張の繰り返しによる離型層の皺寄りや、亀裂が発生する場合がある。
【００３９】
上記耐熱性弾性体層１１２，離型層１１３の積層方法としては、公知の方法を用いることができる。フッ素樹脂よりなる層については、例えば、フッ素樹脂を含む液を耐熱性弾性体層１１２の表面にコートし、加熱処理により焼き付けてもよいし、耐熱性弾性体層１１２にフッ素樹脂チューブを被せることにより形成してもよい。
【００４０】
本実施の形態の定着装置１において、定着ローラ１１は、加圧ローラ１２に圧接配置されるものである。この場合、両者の圧接圧力としては、通常０．０９８ＭＰａ以上、好ましくは０．１１８ＭＰａ以上であり、上限として、通常０．２９４ＭＰａ以下、好ましくは０．１９６ＭＰａ以下である。このような圧接圧力とすることは、定着ローラ１１を加圧ローラ１２と圧接した際に、プロファイル加工された芯金１１１を適切に撓ませ、記録材上に形成されたトナー像を良好に定着させる観点から有効である。
【００４１】
本実施の形態の定着ローラ１１は、薄肉としても高剛性を確保可能な芯金１１１を備えたものである。薄肉であることは熱容量が小さいことにつながり、また、剛性が高いことは、加圧ローラ１２との間に高い圧力が加わった場合にも変形し難いことを意味する一方、加圧ローラ１２側が変形し、ニップ幅を広く取ることが可能となることを意味する。
即ち、熱容量が小さいため、ウォームアップタイムやリカバリータイムが短く、省エネ性に優れると共に、高剛性であるため、高速印刷用の画像形成装置等に用いた場合にも被転写体の通過時間（トナーに対する加熱時間）を長く取ることができ、良好な定着性を実現することが可能となる。
【００４２】
また、剛性が高いことは、芯金１１１の径を大きく設定した場合にも過度に撓んだり潰れたりし難いことを意味し、実用上問題のない、大きな径を有する定着ローラ１１の設計が可能である。径が大きくなると、定着ローラ１１と加圧ローラ１２とのニップ幅を広く取ることが可能となるため、被転写体の通過時間を長く取ることができ、定着ローラ１１自体の加熱温度を低く設定することができる。つまり、被転写体の温度、或いは画像形成装置（定着装置）の温度を不必要に上昇させずに済み、非常に好ましい。
【００４３】
更に、本実施の形態において、芯金１１１の外周面上にはプロファイル加工による溝部（凹部又はつつみ状）Ｃが形成されている。定着ローラ１１の形状として外周面に溝部（凹部又はつつみ状）Ｃを有することは、定着ローラ１１を被転写体が通過する際の用紙しわの発生防止や用紙走行安定性を向上させる観点から好適である。
ここで、筒状体を形成する素材として高剛性の素材を採用する場合には、素材中に残留応力が内在し易い傾向となり、内在する残留応力が大きな場合には筒状体のプロファイル加工時に筒状体が変形し、砥石の研磨面の形状が適切に反映されず、円筒度も損なわれる場合がある。
然るに、本実施の形態においては、適切な熱処理がなされているために残留応力が低減されており、所望の加工形状を実現し易く、プロファイル加工時に円筒度が損なわれる可能性が低い。
【００４４】
また、本実施の形態の定着装置１は、本実施の形態の定着ローラ１１を備えるものである。従って、ウォームアップタイムやリカバリータイムが短く、省エネ性に優れ、高速領域での印刷においても良好な定着性を示す。このような定着装置１を用いることにより、複写機、プリンタ等の高速化、省電力化、高耐久化を達成することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００４６】
［実施例１〜６，比較例１］
Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有するＦｅ系材料を素管（原管）として用い、減面率約１８％（φ２９．００ｍｍからφ２６．２２ｍｍへ変化）で伸管した。伸管後の肉厚は０．７４ｍｍであった。なお、冷間伸管時の伸管速度は５００ｍｍ／秒〜６００ｍｍ／秒であった。
その後、表１に示す条件にて熱処理を行い、筒状体を得た。得られた筒状体のプロファイル加工性について評価した。結果を表１に示した。
次に、上記プロファイル加工を施して得られた筒状体を用い、図１に示す態様にて定着装置を形成して、その高速定着性と省エネ性とを評価した。結果を表１に併記した。
【００４７】
【表１】
【００４８】
［開き量（ｍｍ）］
筒状体の外周表面に対してレーザーを照射し、軸方向に沿って、ロール長全長に渡りレーザーを照射した際の、直後の開き幅をノギス等用いて測定した。
ここで、当該「開き量」なる指標は、筒状体中に残存する残留応力を簡易的に測定する手法である。なお、開き量と残留応力との相関について、図３に示した。
［加工性（真円度）］
センタレス研磨を行い（プロファイル加工）、以下の基準にて評価した。
◎：センタレス研磨を良好に行うことができ、得られた筒状体の円筒度は１５μｍ未満であった。
○：センタレス研磨を良好に行うことができ、得られた筒状体の円筒度は１５μｍ以上２５μｍ未満であった。
△：センタレス研磨を行うことはできたが、得られた筒状体の円筒度は２５μｍ以上であった。
×：センタレス研磨を行う際の筒状体の変形が大きく、センタレス研磨を行うことができなかった。
［プロファイル加工の有無］
上記センタレス研磨を行っている場合には「有り」と表記した。
［高速定着性］
トナー像を形成した記録材を定着装置に通過させ、目視により、以下の基準で評価した。
◎：ライン速度２５０ｍｍ／秒以上においても、均一で良好な定着が可能であった。
○：ライン速度２００ｍｍ／秒以上２５０ｍｍ／秒未満において、均一で良好な定着が可能であった。
△：ライン速度１００ｍｍ／秒以上２００ｍｍ／秒未満において、均一で良好な定着が可能であった。
×：ライン速度１００ｍｍ／秒未満においても、均一な定着は、不可能であった。
［省エネ性］
定着ローラの昇温を開始してから、定着ローラ表面が２００℃になるまでの時間を測定し、以下の基準で評価した。
◎：定着ローラ表面が所定温度になるまでの時間が１２秒未満であった。
○：定着ローラ表面が所定温度になるまでの時間が１２秒以上１５秒未満であった。
△：定着ローラ表面が所定温度になるまでの時間が１５秒以上３０秒未満であった。
×：定着ローラ表面が所定温度になるまでの時間が３０秒以上であった。
【００４９】
表１の結果から、以下の事項を読み取ることができる。
（ａ）実施例と比較例との比較から、熱処理を加えた筒状体についてはセンタレス研磨を良好に行うことができる。即ち、実施例においては、定着ローラ用芯金として良好な形状を有する筒状体を得ることができた。
（ｂ）実施例１〜４と実施例５との比較から、熱処理温度によって、残留応力値が変化した。特に熱処理温度４５０℃付近に変極点が観察された（図４参照）。
（ｃ）実施例１，２と実施例３〜５との比較から、熱処理温度が５５０℃以上であると観察される残留応力値がほぼ消失し（図４参照）、プロファイル加工後に、特に円筒度の高い筒状体を得ることができた。熱処理温度が５５０℃〜６００℃であった筒状体を用いた定着ローラは、特に優れた高速定着性を示すものであった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施の形態における定着装置の構成を示す側面図である。
【図２】円筒状の芯金の軸方向に沿った縦断面図を示すものである。
【図３】開き量と残留応力との相関を示す図である。
【図４】実施例１〜６について、熱処理温度と開き量との相関を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…定着装置、２…搬送シュート、３…剥離補助部材、１１…定着ローラ、１２…加圧ローラ、１１１，１２１…芯金、１１２，１２２…耐熱性弾性体層、１１３，１２３…離型層、１１４…熱源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着ローラ等に関し、より詳しくは、定着装置に用いられる定着ローラ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリンタや複写機等には熱定着装置が使用され、かかる熱定着装置を構成する定着ローラの筒状芯金には、近年の省エネ事情によるリカバリータイム短縮やエネルギー消費効率低減の観点から、薄肉化による熱容量の低減が強く求められている。
一方、高速領域の機種においては、ニップ幅を広くとるなどして良好な定着状態を確保すべく、定着ローラと加圧ローラとを高圧下で圧接することが行われる。従って、高速領域の機種で用いられる定着ローラの筒状芯金には、より高い剛性を有することが求められる。
【０００３】
そして、このような事情の下、炭素鋼で薄肉の筒状芯金を形成すると共に、貫通孔を備えた多孔質弾性層を有する加圧ローラと組み合わせた定着装置（特許文献１参照）や、添加する成分を規定することによって高剛性を実現した素材を用いて筒状芯金を形成した定着ローラ（特許文献２参照）等が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第２９９４８５８号明細書
【特許文献２】特開２００４−０１２５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の定着装置を用いると、加圧ローラの弾性層が多孔質であるため、走行により経時的に弾性層の硬度が低下し、定着度の悪化やカール性の悪化、ハーフトーン画像ムラの発生といった問題が懸念される。
一方、特許文献２には、優れた剛性を有する定着ローラが記載されているが、同一肉厚の場合に更に高い剛性を有する芯金を用いた定着ローラが望まれていた。また、合金元素によっては、省資源性の観点から、剛性を高めるには有効と云えども添加が拒まれている元素があった。更に、高剛性の素材にあっては残留応力が大きくなる傾向となるため、センタレス研磨等を行う際に変形し易く、良好な研磨を行うことができない場合があった。
【０００６】
本発明は、上記のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高速領域において良好な定着性と省エネ性とを両立する定着ローラを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、高速領域において良好な定着性と省エネ性とを両立する定着ローラを備えた定着装置を提供することにある。
更に、本発明の別の目的は、高速領域において良好な定着性と省エネ性とを両立する定着ローラの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもと、本発明の定着ローラは、熱源より加熱され、像を定着させる定着ローラであって、熱処理を施した高強度鋼管からなる筒状体を備え、筒状体は、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有することを特徴としている。
【０００８】
ここで、熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃未満であることを特徴とすることができる。また、熱処理を施した後に、高強度鋼管中に観察される残留応力は、１．２Ｋｇｆ／ｍｍ２以下であることを特徴とすることができる。更に、筒状体は、その外周面に周方向に沿って形成された溝部（凹部又はつつみ状）を有することを特徴とすることができる。更にまた、溝部（凹部又はつつみ状）において、筒状体の肉厚は、少なくとも部分的に０．５ｍｍ以下であることを特徴とすることができる。
【０００９】
なお、高強度鋼管の鋼材については、引っ張り強さが７８０Ｎ／ｍｍ２以上、降伏応力が５５０Ｎ／ｍｍ２以上、伸びが１０％以上であることを特徴とすることができる。また、高強度鋼管の鋼材は、圧下率５０％以下で圧延した後、強冷却して形成されたものであって、鋼材中に観察されるフェライト結晶の粒径は、５μｍ以下であることを特徴とすることができる。
【００１０】
一方、本発明は定着装置として捉えることもでき、本発明の定着装置は、被転写体上に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、熱源と、熱源より加熱される定着ローラと、を備え、定着ローラは、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有する高強度鋼管に熱処理を施してなる筒状体を備えることを特徴としている。
ここで、定着ローラは、筒状体を芯金としてその表面に外形層を有することを特徴とすることができる。
【００１１】
また、本発明は定着ローラの製造方法として捉えることもでき、本発明の定着ローラの製造方法は、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有する高強度鋼管に熱処理を施し、筒状体を形成する工程を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高速領域において良好な定着性と省エネ性とを両立する定着ローラ及び定着装置等が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における定着装置１の構成を示す側面図である。図１に示すように、被転写体（記録材）上に担持されたトナー像を定着する定着装置１は、記録材の表面に担持されたトナー像に当接してトナー像を加熱する定着ローラ１１と、この定着ローラ１１に対向して圧接配置された加圧ローラ１２とにより主要部が構成されている。
【００１４】
定着ローラ１１は、筒状体の一例としての円筒状の芯金１１１と、その外周面に積層される外形層（本実施の形態においては、芯金１１１の外周面に積層される耐熱性弾性体層１１２と、この耐熱性弾性体層１１２の外周面に積層される離型層１１３とを総称して、外形層と呼ぶ）とを備えている。また、芯金１１１の内部には、ハロゲンヒータ等からなる熱源１１４が配設されている。
一方、加圧ローラ１２は、芯金１２１の外周面に耐熱性弾性体層１２２と、更にその外周面に耐熱性樹脂被膜あるいは耐熱性ゴム被膜による離型層１２３とが積層して形成されたものである。
そして、定着ローラ１１と加圧ローラ１２との圧接部（ニップ部）Ｎに、未定着のトナー像を担持した記録材を通過させて、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことによって、記録材にトナー像を定着することができる。
なお、ニップ部Ｎの上流側近傍には、定着ローラ１１近傍まで搬送される記録材をニップ部Ｎに送り込む搬送シュート２が配設されている。また、ニップ部Ｎの下流側近傍には、剥離補助部材３が配設され、定着ローラ１１から剥離された記録材を完全に定着ローラ１１から分離する。
【００１５】
次に、芯金１１１について説明する。本実施の形態における芯金１１１は、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有するものである。
また、このような芯金１１１は、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有する高強度鋼管に熱処理を施して形成することができる。
なお、本実施の形態において、「鋼」とは、Ｆｅ元素と他の元素との合金を意味する。
【００１６】
上記芯金１１１中に含まれる各元素の含量、又は、上記高強度鋼管中に含まれる各元素の含量については、以下の通りである。
（１）Ｃ元素の含量としては、０．１８質量％以下、好ましくは０．１５３質量％以下、より好ましくは０．０６６質量％以下であり、下限としては通常０．０１質量％以上、好ましくは０．０１５質量％以上、より好ましくは０．０２質量％以上である。
（２）Ｓｉ元素の含量としては、０．５５質量％以下、好ましくは０．１９５質量％以下、より好ましくは０．０２６質量％以下であり、下限としては通常０．０１質量％以上、好ましくは０．０１５質量％以上、より好ましくは０．０２質量％以上である。
（３）Ｍｎ元素の含量としては、１．６質量％以下、好ましくは０．１４０質量％以下、より好ましくは０．７５質量％以下であり、下限としては通常０．０１質量％以上、好ましくは０．０１５質量％以上、より好ましくは０．０２質量％以上である。
（４）Ｐ元素の含量としては、０．０３質量％以下、好ましくは０．０１５質量％以下、より好ましくは０．０１２質量％以下であり、下限としては通常０．００５質量％以上、好ましくは０．００７５質量％以上、より好ましくは０．０１質量％以上である。
（５）Ｓ元素の含量としては、０．０１５質量％以下、好ましくは０．００４質量％以下であり、下限としては通常０．０００５質量％以上、好ましくは０．００１質量％以上、より好ましくは０．００２質量％以上である。
（６）Ｔｉ元素の含量としては、通常、微量である。
【００１７】
更に、上記薄肉の芯金１１１中に含まれる各元素の含量、又は、上記高強度鋼管中に含まれる各元素の含量について、他の元素については以下の通りである。
（７）Ｎｂ元素の含量としては、好ましくは０％（検出限界以下）である。Ｎｂ元素の添加は、鋼の剛性を向上させる方法として有効ではあるが、天然資源としての存在量が限られていることから、上記割合が過度に大きいことは望ましくない。
（８）Ｍｏ元素の含量としては、好ましくは０％（検出限界以下）である。
【００１８】
なお、上記各元素の含量については、ＪＩＳ Ｇ０３２１に準拠して測定される値として評価したものである。
【００１９】
本実施の形態において、芯金１１１は、高強度鋼管に熱処理を施してなるものである。
まず、上記高強度鋼管の各種鋼材特性として、引っ張り強さとしては、通常７８０Ｎ／ｍｍ２以上、好ましくは８００Ｎ／ｍｍ２以上であり、通常９１０Ｎ／ｍｍ２以下、好ましくは８５０Ｎ／ｍｍ２以下である。鋼材の引っ張り強さが過度に大きいと、管の真円度不良やフレが大きいなど加工が困難な場合がある。また、過度に小さいと、管の強度が低下して塑性変形等が発生し、特に高速な機器に使用される定着ローラとしては不適当な場合や、使用が不可能な場合がある。
更に、上記鋼材の伸びとしては、通常１０％以上、好ましくは１２％以上である。鋼材の伸びが過度に大きい場合や過度に小さい場合、引っ張り強さの時の場合と同様な不具合を生じる可能性がある。
【００２０】
なお、本実施の形態において、「引っ張り強さ」、「伸び」の値は、以下のようにして測定された値である。
即ち、まず、外径３５ｍｍの鋼管を研磨し、外径３４．４ｍｍ、厚み０．４ｍｍ（両端部の厚みは０．６ｍｍ）、長さ３８０ｍｍの円筒形状の鋼管を測定対象として用いた。そして、上記鋼管を試験機にクランプしたときのつぶれを防止するため、鋼管の両端部に、長さ８０ｍｍの鉄棒を挿入後、試験機にバイスでクランプし、万能試験機（ＵＥＨ−３０型、島津製作所社製）の油圧調整つまみを調整しつつ、荷重計を観察しながら急激な荷重上昇がないように徐々に上記鋼管に荷重を加える方法で測定した。なお、引張速度は３０〜４０ｍｍ／ｍｉｎの範囲であった。その後、材料（鋼管）の破断時での荷重、及び、伸びを記録すると共に、当該荷重値と試験前に計測した鋼管の厚みから求めた鋼管の断面積とから、引っ張り強さを計算により求めた。
【００２１】
上記高強度鋼管の鋼材としては、圧下率５０％以下、特に４５％以下で圧延した後、強冷却して形成されたものであることが好ましい。
ここで、圧下率（％）＝［（入側板厚−出側板厚）／入側板厚］×１００である。
また、そのようにして得られた鋼材中に観察される、フェライト結晶の粒径としては、通常５μｍ以下、好ましくは４μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下である。フェライト結晶の粒径が過度に大きいと、低温状態での粘り強さに欠ける場合がある。
なお、本実施の形態において用いられる高強度鋼管の鋼材としては、市販品を用いることができる。
【００２２】
次に、上記高強度鋼管に施す熱処理条件について、熱処理の温度としては、通常４００℃以上、好ましくは４５０℃以上、より好ましくは５００℃以上、更に好ましくは５５０℃以上、特に好ましくは６００℃以上であり、上限として通常７５０℃未満、好ましくは６５０℃以下、より好ましくは６３０℃以下である。熱処理の温度が過度に小さいと、高強度鋼管中に含まれていた残留応力を低減する効果が得られない場合がある。一方、熱処理の温度が過度に大きいと、熱処理後の芯金１１１の引っ張り強度が小さくなり過ぎる場合がある。
中でも、熱処理温度が４５０℃以上であると、高強度鋼管中に含まれていた残留応力が急激に低減するため好適である。
更に、熱処理温度が５５０℃以上であると、高強度鋼管中に含まれていた残留応力がほぼ解消されるため好適である。
【００２３】
また、熱処理の時間としては、通常６０分以上、好ましくは９０分以上であり、上限として通常１２０分以下、好ましくは１００分以下である。熱処理時間が上記範囲を逸脱すると、所望の機械的特性が出ない場合がある。
なお、上記熱処理の環境としては、酸素を遮断した熱処理炉環境が、芯金１１１の出来栄えを確保する観点から好適である。
【００２４】
本実施の形態において、上記のような熱処理を施した後、高強度鋼管中に観察される残留応力としては、通常１．２Ｋｇｆ／ｍｍ２以下、好ましくは１．０Ｋｇｆ／ｍｍ２以下、より好ましくは０．８Ｋｇｆ／ｍｍ２以下である。上記残留応力が過度に大きいと、後述のセンタレス研磨を行う際に適切な研磨が困難になる場合がある。また、芯金１１１の経時的な使用により表面が傷つくと、残留応力により傷が成長するなど変形を増長させてしまう場合がある。
【００２５】
本実施の形態において、芯金１１１は、上記のような熱処理の後に、更にセンタレス研磨処理が施されて形成されたものである。このようなセンタレス研磨を施すことにより、加工硬化によって、芯金１１１の引っ張り強さを向上させ得る場合がある。
なお、本実施の形態において、センタレス研磨とは、その外周面を周方向に沿って研磨する処理のことをいう。研磨部の場所としては、その外周面全面であっても良いし、例えば中央部や端部など、外周面の一部のみであっても良い。
【００２６】
図２は、円筒状の芯金１１１の軸方向に沿った縦断面図を示すものである。図２において芯金１１１は、外径Ｘを有する略円筒体であり、その外周面中央部において周方向に沿った溝部（凹部又はつつみ状）Ｃが形成されている（以下、外周面において周方向に沿った溝部（凹部又はつつみ状）Ｃを形成する加工を、「プロファイル加工」と記載することがある）。
そして、溝部（凹部又はつつみ状）Ｃは、センタレス研磨によって形成されたものであり、溝部（凹部又はつつみ状）Ｃの最も深い位置から円筒端面に向けて、溝部（凹部又はつつみ状）Ｃの深さがなだらかに浅くなる断面形状を有するものである。なお、図２に示す通り、溝部（凹部又はつつみ状）Ｃの最も深い部分（肉厚の最も小さい部分）の側壁厚みがｙ１であり、溝部（凹部又はつつみ状）Ｃの形成されていない部分（肉厚の最も大きい部分）の側壁厚みがｙ２である。
【００２７】
ここで、上記ｙ１の値としては、通常０．５ｍｍ以下、好ましくは０．４ｍｍ以下であり、下限として、通常０．１ｍｍ以上、好ましくは０．１５ｍｍ以上である。
また、上記ｙ２の値としては、通常０．５ｍｍ以上、好ましくは０．６ｍｍ以上であり、上限として、通常１．０ｍｍ以下、好ましくは０．９ｍｍ以下である。
ｙ１，ｙ２の値が過度に大きいと、定着ローラの熱容量が大きくなり、リカバリータイムや省エネ性の観点から好ましくない。一方、上記肉厚が過度に小さいと、定着ローラの剛性に劣る場合がある。
【００２８】
一方、上記外径Ｘの値としては、通常１５ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上であり、上限として、通常５０ｍｍ以下、好ましくは４０ｍｍ以下である。外径Ｘが過度に大きいと、加圧ローラとのニップ部での変形、円筒度不良が発生する場合や、熱容量が大きくなる場合があり、リカバリータイムや省エネ性の観点から好ましくない。一方、過度に小さいと、加圧ローラとのニップ部におけるニップ幅が小さくなり、トナー像の定着性に劣る場合がある。
【００２９】
なお、上記ｙ２や外径Ｘの大きさを調節する方法としては、原管の一例としての電縫鋼管を製造する際の製造条件を調節しても良いし、電縫鋼管を適宜延伸すること（伸管すること）により調節しても良い。
【００３０】
ここで、伸管時の減面率としては、通常１５％以上、好ましくは２０％以上である。減面率が過度に小さいと、引っ張り強さや降伏点が低下する場合がある。
なお、本実施の形態において「減面率」とは、伸管前後での鋼管断面積の減少率のことであり、伸管工程の加工率を表わしている。具体的には、伸管前の管の断面における管の部分の断面積に対する、伸管後の管の断面における管の部分の断面積の比を百分率で表したものである。
【００３１】
一方、上記ｙ１の大きさを調節する方法としては、センタレス研磨条件を調節すれば良い。ここで、センタレス研磨の具体的な方法としては、例えば、芯金１１１の外周面に形成しようとする溝部（凹部又はつつみ状）Ｃの断面形状（凹部形状）に合致する凸部形状を断面形状として有する砥石を用い、芯金１１１の外周面の研磨を行う方法を挙げることができる。
【００３２】
なお、上記センタレス研磨を行う場合、用紙走行安定性や画質等の観点から、センタレス研磨後の真円度を良好に保つことが望まれる。本実施の形態において「真円度」とは、ＪＩＳ−Ｂ ７４５１に準拠して測定される指標であり、測定物の円周方向の半径変化又は円周方向及び軸方向の半径変化の測定に関する指標である。
本実施の形態において、センタレス研磨後の真円度としては、通常４０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。
【００３３】
次に、耐熱性弾性体層１１２（図１参照）について説明する。本実施の形態における耐熱性弾性体層１１２は、定着性の向上やカラートナー画像定着への対応を図るために、好ましく採用される構成である。耐熱性弾性体層１１２の材料としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられるが、特にシリコーンゴムが、弾性と熱的安定性に優れる点で好ましい。
【００３４】
上記シリコーンゴムとしては、例えば、ＲＴＶシリコーンゴム、ＨＴＶシリコーンゴム等が挙げられ、具体的には、例えば、ポリジメチルシリコーンゴム（ＭＱ）、メチルフェニルシリコーンゴム（ＰＭＱ）、メチルビニルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、フルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）などが挙げられる。
【００３５】
なお、耐熱性弾性体層１１２の厚みとしては、通常０．３ｍｍ以上、好ましくは０．４ｍｍ以上、より好ましくは０．５ｍｍ以上であり、上限として、通常、１．２ｍｍ以下、好ましくは１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．８ｍｍ以下である。当該厚みが過度に大きいと、熱伝導性が悪化し、定着不良やリカバリータイムが増大する場合があり、一方、過度に小さいと、剥離不良や圧力ムラによる画質劣化等を引き起こす場合がある。
【００３６】
更に、離型層１１３について説明する。本実施の形態における離型層１１３は、定着時におけるトナーとの離型性を向上させるために、好ましく採用される構成である。離型層１１３の材質としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フッ素樹脂等が用いられるが、これらの中で、フッ素樹脂が特に好ましい。
【００３７】
上記フッ素樹脂としては、従来公知のフッ素樹脂であれば如何なるものでも使用することができる。具体的には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン・テトラフルオロエチレン系共重合体（ＰＶｄＦまたはＥＴＦＥ）等が挙げられる。
【００３８】
なお、離型層１１３の厚みとしては、通常１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは３０μｍ以上であり、上限として、通常、１００μｍ以下、好ましくは７０μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。当該厚みが過度に大きいと、熱伝導性が悪化し、定着不良やリカバリータイムが増大する場合があり、一方、過度に小さいと、熱膨張の繰り返しによる離型層の皺寄りや、亀裂が発生する場合がある。
【００３９】
上記耐熱性弾性体層１１２，離型層１１３の積層方法としては、公知の方法を用いることができる。フッ素樹脂よりなる層については、例えば、フッ素樹脂を含む液を耐熱性弾性体層１１２の表面にコートし、加熱処理により焼き付けてもよいし、耐熱性弾性体層１１２にフッ素樹脂チューブを被せることにより形成してもよい。
【００４０】
本実施の形態の定着装置１において、定着ローラ１１は、加圧ローラ１２に圧接配置されるものである。この場合、両者の圧接圧力としては、通常０．０９８ＭＰａ以上、好ましくは０．１１８ＭＰａ以上であり、上限として、通常０．２９４ＭＰａ以下、好ましくは０．１９６ＭＰａ以下である。このような圧接圧力とすることは、定着ローラ１１を加圧ローラ１２と圧接した際に、プロファイル加工された芯金１１１を適切に撓ませ、記録材上に形成されたトナー像を良好に定着させる観点から有効である。
【００４１】
本実施の形態の定着ローラ１１は、薄肉としても高剛性を確保可能な芯金１１１を備えたものである。薄肉であることは熱容量が小さいことにつながり、また、剛性が高いことは、加圧ローラ１２との間に高い圧力が加わった場合にも変形し難いことを意味する一方、加圧ローラ１２側が変形し、ニップ幅を広く取ることが可能となることを意味する。
即ち、熱容量が小さいため、ウォームアップタイムやリカバリータイムが短く、省エネ性に優れると共に、高剛性であるため、高速印刷用の画像形成装置等に用いた場合にも被転写体の通過時間（トナーに対する加熱時間）を長く取ることができ、良好な定着性を実現することが可能となる。
【００４２】
また、剛性が高いことは、芯金１１１の径を大きく設定した場合にも過度に撓んだり潰れたりし難いことを意味し、実用上問題のない、大きな径を有する定着ローラ１１の設計が可能である。径が大きくなると、定着ローラ１１と加圧ローラ１２とのニップ幅を広く取ることが可能となるため、被転写体の通過時間を長く取ることができ、定着ローラ１１自体の加熱温度を低く設定することができる。つまり、被転写体の温度、或いは画像形成装置（定着装置）の温度を不必要に上昇させずに済み、非常に好ましい。
【００４３】
更に、本実施の形態において、芯金１１１の外周面上にはプロファイル加工による溝部（凹部又はつつみ状）Ｃが形成されている。定着ローラ１１の形状として外周面に溝部（凹部又はつつみ状）Ｃを有することは、定着ローラ１１を被転写体が通過する際の用紙しわの発生防止や用紙走行安定性を向上させる観点から好適である。
ここで、筒状体を形成する素材として高剛性の素材を採用する場合には、素材中に残留応力が内在し易い傾向となり、内在する残留応力が大きな場合には筒状体のプロファイル加工時に筒状体が変形し、砥石の研磨面の形状が適切に反映されず、円筒度も損なわれる場合がある。
然るに、本実施の形態においては、適切な熱処理がなされているために残留応力が低減されており、所望の加工形状を実現し易く、プロファイル加工時に円筒度が損なわれる可能性が低い。
【００４４】
また、本実施の形態の定着装置１は、本実施の形態の定着ローラ１１を備えるものである。従って、ウォームアップタイムやリカバリータイムが短く、省エネ性に優れ、高速領域での印刷においても良好な定着性を示す。このような定着装置１を用いることにより、複写機、プリンタ等の高速化、省電力化、高耐久化を達成することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００４６】
［実施例１〜６，比較例１］
Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有するＦｅ系材料を素管（原管）として用い、減面率約１８％（φ２９．００ｍｍからφ２６．２２ｍｍへ変化）で伸管した。伸管後の肉厚は０．７４ｍｍであった。なお、冷間伸管時の伸管速度は５００ｍｍ／秒〜６００ｍｍ／秒であった。
その後、表１に示す条件にて熱処理を行い、筒状体を得た。得られた筒状体のプロファイル加工性について評価した。結果を表１に示した。
次に、上記プロファイル加工を施して得られた筒状体を用い、図１に示す態様にて定着装置を形成して、その高速定着性と省エネ性とを評価した。結果を表１に併記した。
【００４７】
【表１】
【００４８】
［開き量（ｍｍ）］
筒状体の外周表面に対してレーザーを照射し、軸方向に沿って、ロール長全長に渡りレーザーを照射した際の、直後の開き幅をノギス等用いて測定した。
ここで、当該「開き量」なる指標は、筒状体中に残存する残留応力を簡易的に測定する手法である。なお、開き量と残留応力との相関について、図３に示した。
［加工性（真円度）］
センタレス研磨を行い（プロファイル加工）、以下の基準にて評価した。
◎：センタレス研磨を良好に行うことができ、得られた筒状体の円筒度は１５μｍ未満であった。
○：センタレス研磨を良好に行うことができ、得られた筒状体の円筒度は１５μｍ以上２５μｍ未満であった。
△：センタレス研磨を行うことはできたが、得られた筒状体の円筒度は２５μｍ以上であった。
×：センタレス研磨を行う際の筒状体の変形が大きく、センタレス研磨を行うことができなかった。
［プロファイル加工の有無］
上記センタレス研磨を行っている場合には「有り」と表記した。
［高速定着性］
トナー像を形成した記録材を定着装置に通過させ、目視により、以下の基準で評価した。
◎：ライン速度２５０ｍｍ／秒以上においても、均一で良好な定着が可能であった。
○：ライン速度２００ｍｍ／秒以上２５０ｍｍ／秒未満において、均一で良好な定着が可能であった。
△：ライン速度１００ｍｍ／秒以上２００ｍｍ／秒未満において、均一で良好な定着が可能であった。
×：ライン速度１００ｍｍ／秒未満においても、均一な定着は、不可能であった。
［省エネ性］
定着ローラの昇温を開始してから、定着ローラ表面が２００℃になるまでの時間を測定し、以下の基準で評価した。
◎：定着ローラ表面が所定温度になるまでの時間が１２秒未満であった。
○：定着ローラ表面が所定温度になるまでの時間が１２秒以上１５秒未満であった。
△：定着ローラ表面が所定温度になるまでの時間が１５秒以上３０秒未満であった。
×：定着ローラ表面が所定温度になるまでの時間が３０秒以上であった。
【００４９】
表１の結果から、以下の事項を読み取ることができる。
（ａ）実施例と比較例との比較から、熱処理を加えた筒状体についてはセンタレス研磨を良好に行うことができる。即ち、実施例においては、定着ローラ用芯金として良好な形状を有する筒状体を得ることができた。
（ｂ）実施例１〜４と実施例５との比較から、熱処理温度によって、残留応力値が変化した。特に熱処理温度４５０℃付近に変極点が観察された（図４参照）。
（ｃ）実施例１，２と実施例３〜５との比較から、熱処理温度が５５０℃以上であると観察される残留応力値がほぼ消失し（図４参照）、プロファイル加工後に、特に円筒度の高い筒状体を得ることができた。熱処理温度が５５０℃〜６００℃であった筒状体を用いた定着ローラは、特に優れた高速定着性を示すものであった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施の形態における定着装置の構成を示す側面図である。
【図２】円筒状の芯金の軸方向に沿った縦断面図を示すものである。
【図３】開き量と残留応力との相関を示す図である。
【図４】実施例１〜６について、熱処理温度と開き量との相関を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…定着装置、２…搬送シュート、３…剥離補助部材、１１…定着ローラ、１２…加圧ローラ、１１１，１２１…芯金、１１２，１２２…耐熱性弾性体層、１１３，１２３…離型層、１１４…熱源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源より加熱され、像を定着させる定着ローラであって、
熱処理を施した高強度鋼管からなる筒状体を備え、
前記筒状体は、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有することを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
前記熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃未満であることを特徴とする請求項１記載の定着ローラ。
【請求項３】
前記熱処理後に、高強度鋼管中に観察される残留応力は、１．２Ｋｇｆ／ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の定着ローラ。
【請求項４】
前記筒状体は、その外周面に周方向に沿って形成された溝部（凹部又はつつみ状）を有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の定着ローラ。
【請求項５】
前記溝部（凹部又はつつみ状）において、前記筒状体の肉厚は、少なくとも部分的に０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の定着ローラ。
【請求項６】
前記高強度鋼管の鋼材は、引っ張り強さが７８０Ｎ／ｍｍ２以上、降伏応力が５５０Ｎ／ｍｍ２以上、伸びが１０％以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着ローラ。
【請求項７】
前記高強度鋼管の鋼材は、圧下率５０％以下で圧延した後、強冷却して形成されたものであって、前記鋼材中に観察されるフェライト結晶の粒径は、５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着ローラ。
【請求項８】
被転写体上に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、
熱源と、
前記熱源より加熱される定着ローラと、を備え、
前記定着ローラは、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有する高強度鋼管に熱処理を施してなる筒状体を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
前記定着ローラは、前記筒状体を芯金としてその表面に外形層を有することを特徴とする請求項８記載の定着装置。
【請求項１０】
Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有する高強度鋼管に熱処理を施し、筒状体を形成する工程を有することを特徴とする定着ローラの製造方法。
【請求項１】
熱源より加熱され、像を定着させる定着ローラであって、
熱処理を施した高強度鋼管からなる筒状体を備え、
前記筒状体は、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有することを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
前記熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃未満であることを特徴とする請求項１記載の定着ローラ。
【請求項３】
前記熱処理後に、高強度鋼管中に観察される残留応力は、１．２Ｋｇｆ／ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の定着ローラ。
【請求項４】
前記筒状体は、その外周面に周方向に沿って形成された溝部（凹部又はつつみ状）を有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の定着ローラ。
【請求項５】
前記溝部（凹部又はつつみ状）において、前記筒状体の肉厚は、少なくとも部分的に０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の定着ローラ。
【請求項６】
前記高強度鋼管の鋼材は、引っ張り強さが７８０Ｎ／ｍｍ２以上、降伏応力が５５０Ｎ／ｍｍ２以上、伸びが１０％以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着ローラ。
【請求項７】
前記高強度鋼管の鋼材は、圧下率５０％以下で圧延した後、強冷却して形成されたものであって、前記鋼材中に観察されるフェライト結晶の粒径は、５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着ローラ。
【請求項８】
被転写体上に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、
熱源と、
前記熱源より加熱される定着ローラと、を備え、
前記定着ローラは、Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有する高強度鋼管に熱処理を施してなる筒状体を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
前記定着ローラは、前記筒状体を芯金としてその表面に外形層を有することを特徴とする請求項８記載の定着装置。
【請求項１０】
Ｃ元素を０．１８質量％以下、Ｓｉ元素を０．５５質量％以下、Ｍｎ元素を１．６質量％以下、Ｐ元素を０．０３質量％以下、Ｓ元素を０．０１５質量％以下、及びＴｉ元素を含有する高強度鋼管に熱処理を施し、筒状体を形成する工程を有することを特徴とする定着ローラの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−２４１１１９（Ｐ２００７−２４１１１９Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６６４６２（Ｐ２００６−６６４６２）
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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