定着用ローラ
【目的】電磁誘導加熱を利用して金属製薄肉スリーブを発熱させる際に、出力ロスを抑えた状態で、発熱させることを実質的に可能とする定着用ローラを提供することである。
【構成】この発明に係わる定着用ローラ１２は、合成樹脂製の芯体１６と、この芯体１６の外周を取り巻くように配設された少なくとも独立気泡型の多孔質体層２２と、この多孔質体層２２の外周を被覆すると共に、電磁誘導により発熱可能な薄肉金属製のスリーブ基材２６ａ及びこのスリーブ基材２６ａの外周面を被覆するように配設された弾性層２６ｂを備える金属製薄肉スリーブ２６と、この金属製薄肉スリーブ２６の外周に被覆された離型層２８とを具備することを特徴としている。
【構成】この発明に係わる定着用ローラ１２は、合成樹脂製の芯体１６と、この芯体１６の外周を取り巻くように配設された少なくとも独立気泡型の多孔質体層２２と、この多孔質体層２２の外周を被覆すると共に、電磁誘導により発熱可能な薄肉金属製のスリーブ基材２６ａ及びこのスリーブ基材２６ａの外周面を被覆するように配設された弾性層２６ｂを備える金属製薄肉スリーブ２６と、この金属製薄肉スリーブ２６の外周に被覆された離型層２８とを具備することを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、合成樹脂製の芯体の外周を多孔質体層で覆い、更に、この多孔質体層の外周を金属製薄肉スリーブで被覆した構成の定着用ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置において、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式等の適宜の作像プロセス機構により被記録材（転写材・感光紙・静電記録紙・印刷紙等）に転写方式（間接方式）或いは直接方式で目的の画像情報に対応させて形成担持させた未定着トナー像を、被記録材面に加熱・加圧定着させるための定着装置としては、定着ローラ及び加圧ローラを備えた所謂２ローラ方式の装置構成が広く用いられている。
【０００３】
ここで、本願特許出願と同一出願人より、特許文献１に示すように、「芯金とこれの外周を取り巻くように配設された少なくとも独立気泡を有する多孔質体層とを備えて構成される多孔質体を、金属製薄肉スリーブの内径寸法以上の外径寸法を有するように加工する第１の工程と、この多孔質体の外周面及び前記金属製薄肉スリーブの内周面の少なくとも一方に接着剤を塗布する第２の工程と、前記多孔質体と金属製薄肉スリーブとを加圧容器内に収納して加圧し、該多孔質体の外径を、該金属製薄肉スリーブの内径よりも径小にさせる第３の工程と、前記加圧容器内において、前記多孔質体を前記金属製薄肉スリーブ内に挿入して、スリーブ体を形成する第４の工程と、前記スリーブ体を、前記加圧容器から取り出し、前記多孔質体が膨張して該多孔質体の外周面を前記金属製薄肉スリーブの内周面に密着させる第５の工程と、前記接着剤を固化して、前記多孔質体と前記金属製薄肉スリーブとを接着する第６の工程とを具備することを特徴とする定着用ローラの製造方法。」が提供され、この製造方法により製造された定着用ローラは、実際に回転駆動させた状態において、長期間に渡り使用可能な状態を継続させることができるとされている。
【特許文献１】特開２００４−５３９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この特許文献１に記載の技術においては、定着ローラの外周に配設された発熱源としてのハロゲンランプに代わり電磁誘導加熱装置を用いることを考える場合、この電磁誘導加熱装置により、芯金自体が発熱してしまい、出力ロスを引き起こして、効率低下を招くことになり、実質的に、電磁誘導加熱装置を用いるメリットを発揮出来ないでいた。
【０００５】
また、仮に、出力ロスという問題点を無視したとしても、弾性層としてシリコーンゴムを発泡させてなるスポンジ（以下、単にシリコーンスポンジと言う。）が採用されているため、電磁誘導加熱装置により芯金が発熱することにより、シリコーンスポンジにおける芯金との界面が熱劣化して、耐久性を低下させる結果を引き起こすことになり、この観点でも、電磁誘導加熱装置を用いるシステムの実用化には遠く及ばないものであった。
【０００６】
この発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、この発明の主たる目的は、電磁誘導加熱を利用して金属製薄肉スリーブを発熱させる際に、出力ロスを抑えた状態で、発熱させることを実質的に可能とする定着用ローラを提供することである。
【０００７】
また、この発明の他の目的は、電磁誘導加熱を利用して金属製薄肉スリーブを発熱させた場合においても、多孔質体層の芯金との界面の熱劣化を効果的に抑制することの出来る定着用ローラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した問題点を解決し、目的を達成するため、この発明に係わる定着用ローラは、請求項１の記載によれば、合成樹脂製の芯体と、この芯体の外周を取り巻くように配設された少なくとも独立気泡型の多孔質体層と、この多孔質体層の外周を被覆すると共に、電磁誘導により発熱可能な薄肉金属製のスリーブ基材及びこのスリーブ基材の外周面を被覆するように配設された弾性層を備える金属製薄肉スリーブと、この金属製薄肉スリーブの外周に被覆された離型層とを具備することを特徴としている。
【０００９】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項２の記載によれば、前記芯体を構成する合成樹脂は、エンジニアリングプラスティックスであることを特徴としている。
【００１０】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項３の記載によれば、前記エンジニアリングプラスティックスは、芳香族ポリアミドを含むことを特徴としている。
【００１１】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項４の記載によれば、前記エンジニアリングプラスティックスは、補強材が含有されていることを特徴としている。
【００１２】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項５の記載によれば、前記補強材は、ガラス繊維を含むことを特徴としている。
【００１３】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項６の記載によれば、前記多孔質体は、エマルジョン組成物から調製されたシリコーンエラストマ−から形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、芯体を合成樹脂製とすることで、この定着用ローラを電磁誘導加熱装置により加熱されるシステム中で用いると、芯体が電磁誘導により発熱することが無く、出力ロスが効果的に抑えられ、エネルギーの有効利用を図ることができ、この結果、電磁誘導加熱装置からのエネルギーを、薄肉スリーブの発熱に出力ロスすることなく集中的に利用することができ、この薄肉スリーブを定着可能温度にするための発熱時間を短くすることができることになる。
【００１５】
また、この発明によれば、芯体を合成樹脂製としたため、この定着用ローラを電磁誘導加熱装置により加熱されるシステム中で用いると、芯体が電磁誘導により発熱することが無く、多孔質体における芯金との界面が、熱劣化することなく、耐久性が良好に維持されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、添付図面を参照して、この発明に係わる定着用ローラの一実施例の構成を説明するが、以下の説明においては、この発明に係わる定着用ローラを、２ローラ方式の定着装置の定着ローラに適用した場合につき、詳細に説明するものとする。
【００１７】
（定着装置１０の説明）
まず、定着装置１０の概略構成を、図１を参照して説明する。この定着装置１０には、この発明に係わる一実施例の定着用ローラが適用されるところの、加熱用回転体としての定着ローラ１２が装着されている。また、この定着ローラ１２には、加圧部材としての加圧ローラ１４が、所定の圧力で転接している。
【００１８】
また、この定着ローラ１２の外周には、この定着ローラ１２の表面を外部より発熱するための外部発熱手段としての電磁誘導加熱方式を利用した電磁誘導加熱器４０が非接触の状態で配設されている。更に、この定着ローラ１２の外周面には、この表面温度を測定するためのサーミスタ３８が接触配置されている。
【００１９】
この定着ローラ１２は、鉄等の金属製駆動軸の長手方向端部にある不図示の駆動ギアを介して、不図示の駆動系により、矢印で示す方向に回転駆動されるように構成されている。一方、加圧ローラ１４は、鉄製の芯金１８の長手方向両端部にある不図示の軸受を介して、不図示の加圧バネにより、定着ローラ１２側へ圧接された状態で、定着ローラ１２の回転に従動して矢印で示す方向に回転する。参照符号Ｎは、この両ローラ１２、１４が互いに転接する圧接ニップ部を示している。
【００２０】
（定着ローラ１２の説明）
この発明の一実施例に係わる定着ローラ１２は、図２に取り出して示すように、合成樹脂製の芯体１６と、この芯体１６の外周に、第１の接着剤層２０を介してこれを取り巻くように配設された多孔質体層２２と、この多孔質体層２２の外周を被覆するように、第２の接着剤層２４を介して接着された金属製薄肉スリーブ２６と、この金属製薄肉スリーブ２６の外周に被覆された離型層２８とを備えて、基本的に構成されている。詳細は後述するが、金属製薄肉スリーブ２６は、多孔質体層２２の外周を被覆すると共に、電磁誘導により発熱可能な薄肉金属製のスリーブ基材２６ａ及びこのスリーブ基材２６ａの外周面を被覆するように配設された弾性層２６ｂを備えるように構成されており（図３）、上述した離型層２８は、金属製薄肉スリーブ２６の外周、即ち、弾性層２６ｂの外周を被覆するように配設されているものである。
【００２１】
上述した第1及び第2の接着剤層２０，２４を構成する接着剤は、共に、例えばシリコーンゴム系接着剤が用いられており、例えば、２液付加ＬＴＶ（商品名：ＳＥ１７００、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）が用いられている。また、ＲＴＶ（商品名：ＫＥ４５、信越化学工業社製）の接着剤も、用いられ得るものである。
【００２２】
一方、上述した多孔質体層２２を構成する多孔質体として、本願出願と同一の出願人より本願発明で用いられる独立気泡型の多孔質体として、特許文献２に示す特許出願がなされている。
【特許文献２】特開２００５−２０６７８４号公報
【００２３】
即ち、この一実施例において、多孔質体層２２を構成する多孔質体としては、この特許文献２に開示された多孔質体を用いているものであり、具体的には、独立気泡型のシリコーンエラストマー多孔質体であり、更に詳細には、シリコーンエラストマーで作られた母体（マトリックス）とこの母体中に分散・分布した多数の閉じたセル（独立気泡）を含むものと表現することができるものであるが、既に特許文献２の実施例１に開示されているため、その説明を省略するが、本願発明の特徴として以下詳細に説明しているように、芯体を合成樹脂製としているので、多孔質体層２２は、チューブ上に加工したものを芯体１６に外嵌させて接着させても良いし、芯体１６の材料を構成する合成樹脂が耐熱性のある樹脂の場合には、芯体１６の外周に直接に射出成形しても良いものである。
【００２４】
ここで、本件発明の特徴をなす事項であるが、芯体１６は、上述したように合成樹脂製であり、具体的には、エンジニアリングプラスティックス（三菱エンプラ社製：商品名レニー：型番１０２２Ｈ）から例えば一体成形されている。特に、この実施例では、芯体１６は、ガラス繊維で強化されており、そのガラス繊維の含有量は５０％となっている。また、物理的性質としての密度は、１．６５（ｇ／ｃｍ３）を呈し、吸水率としては、０．１４％（但し、２０℃水中、２４ｈ）、１．１％（但し、５０％ＲＨ平衡）を呈するように形成されている。
【００２５】
また、この一実施例で用いられる芯体１６を構成する合成樹脂は、機械的特性として、曲げ強度は３９０（Ｍｐａ）であり、曲げ弾性率は１８，４００（Ｍｐａ）を呈するように形成されている。更に、上述した合成樹脂は、熱的特性として、荷重たわみ温度として、２３０℃（１．８０Ｍｐａ時）及び２３８℃（０．４５Ｍｐａ時）を、また、線膨張係数として、１．Ｅ−５（１／℃）（ＭＤ）及び４．Ｅ−５（１／℃）（ＴＤ）を、夫々呈するように形成されている。尚、上述した合成樹脂は、この実施例においては、電気的特性としては、導電性を有することは必須ではなく、導電性を帯びることが好ましい場合には、導電性を担保する導電材（例えばカーボンブラック等）を混入することにより、任意の範囲で体積抵抗率や表面抵抗率を呈するように形成することが出来るものである。
【００２６】
尚、この実施例における芯体１６を構成する合成樹脂は、上述したようなエンジニアリングプラスティクス（三菱エンプラ社製：商品名レニー：型番１０２２Ｈ）に限定されること無く、例えば、同社製の型番１００２Ｈ等も用いることが出来ることは、言うまでもない。要は、この定着ローラの使用状況に応じて適切な仕様を呈するエンジニアリングプラスティックスを任意に用いることが出来るものである。
【００２７】
上述した芯体１６を構成する合成樹脂の材料（組成物）としては、芳香族ポリアミド、ガラス繊維、及び導電材粒子を含み、脂肪族ポリアミドを更に含みえる樹脂組成物から形成されるものである。芳香族ポリアミドは、主鎖に芳香族基を有するポリアミドであり、メタキシリレンジアミンと、アジピン酸、グルタル酸、ピメリン酸等のα、ω−脂肪族ジアルボン酸との重縮合反応により得られるものである。メタキシリレンジアミンとアジピン酸とか得られる芳香族ポリアミドは、ポリアミドＭＸＤ６として知られている。
【００２８】
脂肪族ポリアミドは、ヘキサメチレンジアミン等のポリメチレンジアミンと脂肪族ジカルボン酸との重縮合物の構造を有し、ポリアミド６、ポリアミド６．６等が含まれる。ガラス繊維としては、それ自体既知のものを用いることが出来るものである。
【００２９】
ガラス繊維の直径は、１〜５０μｍであることが好ましく、またその長さは、０．１〜１０ｍｍであることが好ましいものである。
【００３０】
導電材としては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、ランプブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラックや、炭素繊維等を好適に用いることが出来るものである。また、炭素繊維の直径は、１〜５０μｍであることが好ましく、またその長さは、０．１〜１０ｍｍであることが好ましい。導電材としては、カーボンブラックと炭素繊維とを併用することが出来るものである。
【００３１】
次に、芯体１６として合成樹脂の組成成分を種々変化させた実施例１乃至４を調製し、夫々の機械的強度を求めたので、以下に説明する。
【００３２】
芳香族ポリアミドとして三菱ガス化学社製ポリアミドＭＸＤ６を、脂肪族ポリアミドとして三菱エンジニアリングプラスチック社製ノバミッド（登録商標）１００７Ｊを、ガラス繊維として朝日ファイバーグラス社製ＣＳ０３−ＪＡＦＴ２を、カーボンブラックとして三菱化学社製＃３０５０Ｂを用い、下記表1に示す組成の樹脂組成物から直径１４ｍｍ、面長（ゴム加工部）２３５ｍｍのシャフトを射出成形し、ジャーナル部を切削加工で仕上げ、強度測定用の合成樹脂製芯体を得た。
【表１】
【００３３】
得られた芯体の曲げ弾性率、曲げ強度、ガラス転移点、比重、体積抵抗を夫々測定した。その結果を表２に示す。尚、曲げ弾性率及び曲げ強度は、東洋精機製作所社製ストログラフＶ１０−Ｃにより、ガラス転移点は、島津製作所社製熱分析装置ＤＳＣ−６０により、比重は、アルファマミラージュ社製電子比重形ＭＤ−２００Ｓにより、体積抵抗率は、アドバンテスト社製抵抗系Ｒ８３４０により、夫々測定した。
【表２】
【００３４】
上記した表２から明らかなように、実施例１乃至４の芯体は、全て、１５ＧＰＡ以上の曲げ弾性率を示し、また、２５０ＭＰａ以上の曲げ強度を示し、定着ローラ１２の芯体１６として金属製の芯金に替えて用いるに十分な機械的強度を有していることが判った。
【００３５】
また、上述した多孔質体層２２は、少なくとも独立気泡を含むシリコーンエラストマー、即ち、独立気泡型のシリコーンエラストマーから構成されている。そして、この多孔質体層２２は、金属製薄肉スリーブ２６に嵌入前の状態において、その外径が、金属製薄肉スリーブ２６の内径よりも径大になるように、図示しない外径研磨装置により加工されている。具体的には、金属製薄肉スリーブ２６の内径は、３９．７ｍｍに設定されているが、嵌入前の多孔質体層２２の外径は、４０．５ｍｍになるように、加工されている。
【００３６】
また、上述した金属製薄肉スリーブ２６は、電磁誘導により発熱すると共に、高い熱伝導を有する金属材料、例えば、鉄・ＳＵＳ・ニッケル等、具体的には、この一実施例においては、ニッケル電鋳製のスリーブをスリーブ基材２６ａとして備えており、その内径が３９．７ｍｍ、肉厚が１０〜１００μｍ、好ましくは３０〜５０μｍ、具体的には、肉厚４０μｍの薄肉スリーブとして形成されている。また、このスリーブ基材２６ａの外周には、プライマーを介してシリコーンゴムが塗布されており、シリコーンゴム層２６ｂが弾性層として構成されている。また、このシリコーンゴム層２６ｂの外周には、接着剤を介して離型層２８を規定するフッ素樹脂としての例えばパーフルオロアルコキシテトラフルオロエチレン共重合体（ＰＦＡ）製チューブが被覆されている。
【００３７】
尚、シリコーンゴム層２６ｂの層厚としては、シリコーンゴムの硬化後の状態において２００μｍとなるように設定され、離型層２８を規定するＰＦＡ製チューブの膜厚としては、３０μｍが設定されている。また、シリコーンゴム層２６ｂと離型層２８との間を接着する接着層（図示せず）の厚さとしては、約３０μｍが設定されている。
【００３８】
ここで、この金属製薄肉スリーブ２６の製造手順について簡単に説明すると、図示しない電鋳ベルト製造装置を用いてスリーブ基材２６ａを作成し、このスリーブ基材２６ａの外表面にプライマーを塗布してこれを乾燥させ、この乾燥したプライマー層上にシリコーンゴムを硬化後において２００μｍとなるように塗布し、これを硬化させる。
【００３９】
この後、硬化したシリコーンゴムにより規定されるシリコーンゴム層２６ｂの外表面上に接着剤を約３０μｍの厚さで塗布し、この接着剤を介して接着されるようにＰＦＡチューブを被覆する。そして、接着剤を硬化させて、ＰＦＡチューブからなる離型層２８をシリコーンゴム層２６ｂの外表面に接着させて、金属製薄肉スリーブ２６を調製した後、これを所定の長さに切断して、所望寸法の金属製薄肉スリーブ２６を製造する。
【００４０】
このようにして、金属製薄肉スリーブ２６がその外表面に離型層２８を備えた状態で製造されることになる。
【００４１】
また、上述した多孔質体層２２と金属製薄肉スリーブ２６とを接着するために、多孔質体層２２の外周面及び金属製薄肉スリーブ２６の内周面の少なくとも一方、具体的には、多孔質体層２２の外周面には、これの外周への金属製薄肉スリーブ２６の嵌入に先立ち、接着剤が全面に渡り塗布されていて第２の接着剤層２４が構成されている。
【００４２】
ここで、この第２の接着剤層２４の層厚としては、５〜２００μｍの範囲が適切であり、特に、塗布量からの換算として、約５０μｍに設定されている。尚、第２の接着剤層２４の層厚が５μｍより薄いと、接着強度が担保されず、一方で、２００μｍより厚いと、多孔質体層２２の断熱効果を損なうこととなり好ましくない。従って、上記したように、第２の接着剤層２４の層厚としては、５〜２００μｍが最適な範囲となるものである。
【００４３】
また、上述した離型層２８は、ＰＴＦＥあるいはＰＦＡ等のフッ素樹脂から形成されている。例えば、金属製薄肉スリーブ２６の外周面にＰＦＡを塗布する事により形成しても良いし、ＰＦＡ製のチューブを被覆する事により形成しても良いものである。
【００４４】
一方、加圧ローラ１４は芯金１８の外周に、シリコーンゴム製の弾性層３０、そして、ＰＴＦＥあるいはＰＦＡ等の離型層３２を順次形成して構成されている。
【００４５】
次に、定着ローラ１２の表面を外部より発熱させる外部発熱手段としての電磁誘導加熱方式を利用した電磁誘導加熱器４０の構成を、図４及び図５を参照して概略的に説明する。
【００４６】
図４に示すように、電磁誘導加熱器４０は、定着ローラ１２に設けられた金属製薄肉スリーブ２６を加熱領域Ｚにて電磁誘導発熱させるためのものである。この実施の形態において、電磁誘導加熱器４０は、定着ローラ１２の外側においてこれに沿って約半周分延出するように円弧状に配設されている。即ち、図５に異なる断面方向で示すように、定着ローラ１２の外周面に沿って約半周分に渡り配設される非磁性の基台４２と、この基台４２の定着ローラ１２への対向面に形成された凹部の中央に配設されるフェライト等の磁性コア４４と、この磁性コア４４に巻き回されて定着ローラ１２の半径方向に向かって変動磁界Ｈを生成する励磁コイル４６とを備え、図示しない電源にて励磁コイル４６に給電することにより定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６の厚さ方向を貫くように変動磁界Ｈを生成し、この金属製薄肉スリーブ２６に渦電流Ｉｃを生じさせて、金属製薄肉スリーブ２６を自己発熱させるものである。
【００４７】
この実施例に示すように外部加熱手段としての電磁誘導加熱器４０を構成することにより、従来例のハロゲンヒータを用いた場合と比較して更に迅速に（即ち急激に）、定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６を発熱させて、定着ローラ１２と加圧ローラ１４とのニップ部に挟持された未定着シート上の未定着トナーを加熱することが出来ることになる。
【００４８】
上述した定着ローラ１２に対しては、この定着ローラの表面温度を検知するためのサーミスタ３８が当接されており、これにより検知された定着ローラ１２の表面温度情報は、Ａ／Ｄ変換器（不図示）を介してＣＰＵ（不図示）へと送られ、これに基づきＣＰＵ（不図示）は、ＡＣドライバ（不図示）を介して電磁誘導加熱器４０のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、定着ローラ１２の表面温度を所定値に制御するように構成されている。
【００４９】
このように、定着ローラ１２の構成が、内部に多孔質体層２２、外部に金属製薄肉スリーブ２６を形成しているので、熱容量が小さく熱伝導性に優れた金属スリーブ２６は外部からの電磁誘導加熱器４０によって出力ロスすることなく急激に加熱することができることになる。
【００５０】
ここで、金属製薄肉スリーブ２６の肉厚を薄くしすぎると、加工上の観点からも問題であるが、加工上の観点を満足するために金属製薄肉スリーブ２６の厚みをあまり厚くすると、剛性が強くなり、ニップ部Ｎのニップ幅を十分に得られなくなる問題点が発生する。以上の観点から、定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６は１０〜１００μｍの肉厚で形成することが望ましいことがわかる。
【００５１】
更に、上述したように、芯体１６をエンジニアリングプラスティックス等の合成樹脂製としたので、金属製薄肉スリーブ２６を電磁誘導加熱器４０によって電磁誘導により発熱させる状況においても、芯体１６が発熱されることはないものである。この結果、芯体を金属製とした芯金の場合には、電磁誘導加熱器４０によって電磁誘導により金属製薄肉スリーブ２６を発熱させる状況で、芯金も同様に発熱させられることになるが、この場合と比較して、この実施例においては、金属製薄肉スリーブ２６が電磁誘導加熱器４０により発熱させられる状況において、芯体１６が発熱することはないので、芯体１６と多孔質体２２との間を接着する第１の接着剤層２０が、芯体１６の加熱により損なわれることは効果的に抑制されることになるという、金属製の芯金では決して得ることの出来ない顕著な効果が奏せられることになる。
【００５２】
次に、上述した芯体１６を合成樹脂製とすることによる効果を確認するための確認試験を実施したので、以下に、その確認試験について説明する。
【００５３】
先ず、確認試験１として、上述した一実施例の構成の定着ローラ１２、即ち、実施例１で説明した材料から形成された芯体１６と、この芯体１６の外周に、第１の接着剤層２０を介して接着された独立気泡型のシリコーンエラストマーから構成され多孔質体層２２と、この多孔質体層２２の外周を被覆するように、第２の接着剤層２４を介して接着され、ニッケル電鋳製のスリーブ基材２６ａを備えた金属製薄肉スリーブ２６と、この金属製薄肉スリーブ２６の外周に弾性層３４を介して被覆された離型層２８とを備えて、基本的に構成された定着ローラ１２を用意した。
【００５４】
そして、定着ローラ１２の外径寸法として４０ｍｍ、芯体１６の外径寸法として２８ｍｍ、多孔質体層２２の層厚として６ｍｍ、金属製薄肉スリーブ２６のスリーブ基材２６ａの肉厚として４０μｍとした。また、金属製薄肉スリーブ２６の外周面には、厚さ２００μｍの弾性層３４を介して、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブから構成された離型層２８が被覆されており、この離型層２８は、厚さ３０μｍの接着剤層により弾性層３４の外周面に接着されている。
【００５５】
そして、以上のように構成された定着ローラ１２を、電磁誘導加熱器４０としての、島田理化工業（株）製の高周波加熱装置（形式：ＳＳＴ−５Ｌ）を用いて、定着ローラ１２の表面部分に配設された金属製薄肉スリーブ２６を発熱させた場合の、定着ローラ１２の表面温度及び芯体１６の表面温度を夫々測定した。
【００５６】
その結果を、図６に示す。図６において、実線は定着ローラ１２の表面温度の変化を示しており、鎖線は芯体１６の表面温度の変化を示している。この図６から明らかなように、定着ローラ１２の表面は、金属製薄肉スリーブ２６が電磁誘導加熱器４０により発熱されることにより、急激に温度が上昇するが、樹脂製の芯体１６は全く発熱せず、発熱動作前の温度に一定に保たれていることが理解される。
【００５７】
一方、確認試験２として、上述した確認試験１で用いた定着ローラの構成の中で、芯体１６を金属製の芯金とした定着ローラ（比較例）を用意した。この定着ローラ（比較例）では、芯体を芯金とした以外は、確認試験１で用いた定着ローラ１２と同様とした。尚、この定着ローラ（比較例）における芯金は、外径２８ｍｍ、肉厚２ｍｍのＳＴＫＭ１３製の中空パイプの両端にボスを圧接して形成されている。
【００５８】
そして、以上のように構成された定着ローラ（比較例）を、確認試験１と同様に、電磁誘導加熱器４０としての、島田理化工業（株）製の高周波加熱装置（形式：ＳＳＴ−５Ｌ）を用いて、定着ローラ（比較例）の表面部分に配設された金属製薄肉スリーブを発熱させた場合の、定着ローラ（比較例）の表面温度及び芯金の表面温度を夫々測定した。
【００５９】
その結果を、図７に示す。図７において、実線は定着ローラ（比較例）の表面温度の変化を示しており、鎖線は芯金の表面温度の変化を示している。この図７から明らかなように、定着ローラ（比較例）の表面は、金属製薄肉スリーブが電磁誘導加熱器４０により発熱されることにより、急激に温度が上昇するが、出力ロスが発生していて、その温度の上昇速度は、確認試験１と比較して、遅くなっていることが理解される。また、定着ローラ（比較例）の芯金は金属製薄肉スリーブから少し遅れた状態で発熱していることが明白に理解できる。
【００６０】
このように、確認試験１及び２を実施することにより、この一実施例の定着ローラ１２においては、電磁誘導加熱器４０により発熱作用を受けた場合において、表層に位置する金属製薄肉スリーブ２６のみが発熱し、合成樹脂製の芯体１６は全く発熱していないことが明白となり、かつ、芯体１６が発熱しないことにより、出力ロスも発生せず、確認試験２における定着ローラ（比較例）との比較で明白になるように、金属製の芯金を備えた場合と比較して出力ロスも発生せずに、より急速に定着ローラ１２の表面温度が上昇することになることが明白となった。
【００６１】
この発明に係わる定着用ローラは、上述の構成に限定される事なく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である事は、言うまでもない。以下に、定着用ローラの他の実施例の構成を、添付図面を参照して説明する。尚、以下の説明において、上述した構成と同一部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６２】
また、上述した一実施例の製造方法に係わる手順においては、離型層２８を、金属製薄肉スリーブ２６の弾性層としてのシリコーンゴム層２６ｂの外周面に形成するように説明したが、この発明は、このような手順に限定されることなく、金属製薄肉スリーブ２６のスリーブ本体２６ａの外周面に直接的に形成するようにしても良いことは言うまでもない。要は、離型層２８は、金属製薄肉スリーブ２６の外周に配設されるようにすればよいものである。
【００６３】
また、上述した実施例においては、金属製薄肉スリーブ２６は、多孔質体層２２の外周に、第２の接着剤層２４を介して接着されるように説明したが、この発明は、このような構成に限定されること無く、金属製薄肉スリーブ２６と多孔質体層２２とが摩擦係合して、芯体１６を外部から回転駆動する場合に、多孔質体層２２の回転に応じて金属製薄肉スリーブ２６が連れ回りするのであれば、または、金属製薄肉スリーブ２６が外部から回転駆動する場合に、多孔質体層２２（従って、芯体１６）が連れ回りするのであれば、第２の接着剤層２４が無くても良いものである。
【００６４】
また、上述した実施例においては、金属製薄肉スリーブ２６として、ニッケル電鋳製のスリーブを用いるように説明したが、この発明は、このような構成に限定されることなく、金属製薄肉スリーブ２６として、ステンレススチール製のスリーブを用いるようにすることも出来るものである。要は、この金属製薄肉スリーブ２６は、この発明においては、電磁誘導により発熱する金属材料であれば、何でも良いものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】この発明に係わる定着用ローラを備えた定着装置の一実施例の構成を概略的に示す図である。
【図２】この発明に係わる定着用ローラを、定着ローラに適用した場合の構成を示す断面図である。
【図３】図２に示す薄肉金属製スリーブの断面構造を示す縦断面図である。
【図４】この発明に係る定着用ローラを加熱するための外部加熱手段としての電磁誘導加熱器の構成を概略的に示す正面図である。
【図５】図４に示す電磁誘導加熱器の内部構造を、定着ローラの中心軸線に沿って断面を取った状態で概略的に示す図である。
【図６】一実施例の定着ローラを、電磁誘導加熱器を用いて発熱させた場合の、この定着ローラの表面温度及び芯体の表面温度の変化状態を示す線図である。
【図７】比較例として金属製の芯金を備えた定着ローラを、電磁誘導加熱器を用いて発熱させた場合の、この定着ローラの表面温度及び芯体の表面温度の変化状態を示す線図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 定着装置
１２ 定着ローラ
１４ 加圧ローラ
１６ 定着ローラ１２の合成樹脂製の芯体
１８ 加圧ローラ１４の芯金
２０ 第１の接着剤層
２２ 多孔質体層
２４ 第２の接着剤層
２６ 金属製薄肉スリーブ
２６ａ スリーブ本体
２６ｂ シリコーンゴム層
２８ 定着ローラ１２の離形層
３０ 加圧ローラ１４の弾性層
３２ 加圧ローラ１４の離型層
３８ サーミスタ
４０ 電磁誘導加熱器
４２ 基台
４４ 磁性コア
４６ 励磁コイル
Ｎ ニップ部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、合成樹脂製の芯体の外周を多孔質体層で覆い、更に、この多孔質体層の外周を金属製薄肉スリーブで被覆した構成の定着用ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置において、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式等の適宜の作像プロセス機構により被記録材（転写材・感光紙・静電記録紙・印刷紙等）に転写方式（間接方式）或いは直接方式で目的の画像情報に対応させて形成担持させた未定着トナー像を、被記録材面に加熱・加圧定着させるための定着装置としては、定着ローラ及び加圧ローラを備えた所謂２ローラ方式の装置構成が広く用いられている。
【０００３】
ここで、本願特許出願と同一出願人より、特許文献１に示すように、「芯金とこれの外周を取り巻くように配設された少なくとも独立気泡を有する多孔質体層とを備えて構成される多孔質体を、金属製薄肉スリーブの内径寸法以上の外径寸法を有するように加工する第１の工程と、この多孔質体の外周面及び前記金属製薄肉スリーブの内周面の少なくとも一方に接着剤を塗布する第２の工程と、前記多孔質体と金属製薄肉スリーブとを加圧容器内に収納して加圧し、該多孔質体の外径を、該金属製薄肉スリーブの内径よりも径小にさせる第３の工程と、前記加圧容器内において、前記多孔質体を前記金属製薄肉スリーブ内に挿入して、スリーブ体を形成する第４の工程と、前記スリーブ体を、前記加圧容器から取り出し、前記多孔質体が膨張して該多孔質体の外周面を前記金属製薄肉スリーブの内周面に密着させる第５の工程と、前記接着剤を固化して、前記多孔質体と前記金属製薄肉スリーブとを接着する第６の工程とを具備することを特徴とする定着用ローラの製造方法。」が提供され、この製造方法により製造された定着用ローラは、実際に回転駆動させた状態において、長期間に渡り使用可能な状態を継続させることができるとされている。
【特許文献１】特開２００４−５３９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この特許文献１に記載の技術においては、定着ローラの外周に配設された発熱源としてのハロゲンランプに代わり電磁誘導加熱装置を用いることを考える場合、この電磁誘導加熱装置により、芯金自体が発熱してしまい、出力ロスを引き起こして、効率低下を招くことになり、実質的に、電磁誘導加熱装置を用いるメリットを発揮出来ないでいた。
【０００５】
また、仮に、出力ロスという問題点を無視したとしても、弾性層としてシリコーンゴムを発泡させてなるスポンジ（以下、単にシリコーンスポンジと言う。）が採用されているため、電磁誘導加熱装置により芯金が発熱することにより、シリコーンスポンジにおける芯金との界面が熱劣化して、耐久性を低下させる結果を引き起こすことになり、この観点でも、電磁誘導加熱装置を用いるシステムの実用化には遠く及ばないものであった。
【０００６】
この発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、この発明の主たる目的は、電磁誘導加熱を利用して金属製薄肉スリーブを発熱させる際に、出力ロスを抑えた状態で、発熱させることを実質的に可能とする定着用ローラを提供することである。
【０００７】
また、この発明の他の目的は、電磁誘導加熱を利用して金属製薄肉スリーブを発熱させた場合においても、多孔質体層の芯金との界面の熱劣化を効果的に抑制することの出来る定着用ローラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した問題点を解決し、目的を達成するため、この発明に係わる定着用ローラは、請求項１の記載によれば、合成樹脂製の芯体と、この芯体の外周を取り巻くように配設された少なくとも独立気泡型の多孔質体層と、この多孔質体層の外周を被覆すると共に、電磁誘導により発熱可能な薄肉金属製のスリーブ基材及びこのスリーブ基材の外周面を被覆するように配設された弾性層を備える金属製薄肉スリーブと、この金属製薄肉スリーブの外周に被覆された離型層とを具備することを特徴としている。
【０００９】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項２の記載によれば、前記芯体を構成する合成樹脂は、エンジニアリングプラスティックスであることを特徴としている。
【００１０】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項３の記載によれば、前記エンジニアリングプラスティックスは、芳香族ポリアミドを含むことを特徴としている。
【００１１】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項４の記載によれば、前記エンジニアリングプラスティックスは、補強材が含有されていることを特徴としている。
【００１２】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項５の記載によれば、前記補強材は、ガラス繊維を含むことを特徴としている。
【００１３】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項６の記載によれば、前記多孔質体は、エマルジョン組成物から調製されたシリコーンエラストマ−から形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、芯体を合成樹脂製とすることで、この定着用ローラを電磁誘導加熱装置により加熱されるシステム中で用いると、芯体が電磁誘導により発熱することが無く、出力ロスが効果的に抑えられ、エネルギーの有効利用を図ることができ、この結果、電磁誘導加熱装置からのエネルギーを、薄肉スリーブの発熱に出力ロスすることなく集中的に利用することができ、この薄肉スリーブを定着可能温度にするための発熱時間を短くすることができることになる。
【００１５】
また、この発明によれば、芯体を合成樹脂製としたため、この定着用ローラを電磁誘導加熱装置により加熱されるシステム中で用いると、芯体が電磁誘導により発熱することが無く、多孔質体における芯金との界面が、熱劣化することなく、耐久性が良好に維持されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、添付図面を参照して、この発明に係わる定着用ローラの一実施例の構成を説明するが、以下の説明においては、この発明に係わる定着用ローラを、２ローラ方式の定着装置の定着ローラに適用した場合につき、詳細に説明するものとする。
【００１７】
（定着装置１０の説明）
まず、定着装置１０の概略構成を、図１を参照して説明する。この定着装置１０には、この発明に係わる一実施例の定着用ローラが適用されるところの、加熱用回転体としての定着ローラ１２が装着されている。また、この定着ローラ１２には、加圧部材としての加圧ローラ１４が、所定の圧力で転接している。
【００１８】
また、この定着ローラ１２の外周には、この定着ローラ１２の表面を外部より発熱するための外部発熱手段としての電磁誘導加熱方式を利用した電磁誘導加熱器４０が非接触の状態で配設されている。更に、この定着ローラ１２の外周面には、この表面温度を測定するためのサーミスタ３８が接触配置されている。
【００１９】
この定着ローラ１２は、鉄等の金属製駆動軸の長手方向端部にある不図示の駆動ギアを介して、不図示の駆動系により、矢印で示す方向に回転駆動されるように構成されている。一方、加圧ローラ１４は、鉄製の芯金１８の長手方向両端部にある不図示の軸受を介して、不図示の加圧バネにより、定着ローラ１２側へ圧接された状態で、定着ローラ１２の回転に従動して矢印で示す方向に回転する。参照符号Ｎは、この両ローラ１２、１４が互いに転接する圧接ニップ部を示している。
【００２０】
（定着ローラ１２の説明）
この発明の一実施例に係わる定着ローラ１２は、図２に取り出して示すように、合成樹脂製の芯体１６と、この芯体１６の外周に、第１の接着剤層２０を介してこれを取り巻くように配設された多孔質体層２２と、この多孔質体層２２の外周を被覆するように、第２の接着剤層２４を介して接着された金属製薄肉スリーブ２６と、この金属製薄肉スリーブ２６の外周に被覆された離型層２８とを備えて、基本的に構成されている。詳細は後述するが、金属製薄肉スリーブ２６は、多孔質体層２２の外周を被覆すると共に、電磁誘導により発熱可能な薄肉金属製のスリーブ基材２６ａ及びこのスリーブ基材２６ａの外周面を被覆するように配設された弾性層２６ｂを備えるように構成されており（図３）、上述した離型層２８は、金属製薄肉スリーブ２６の外周、即ち、弾性層２６ｂの外周を被覆するように配設されているものである。
【００２１】
上述した第1及び第2の接着剤層２０，２４を構成する接着剤は、共に、例えばシリコーンゴム系接着剤が用いられており、例えば、２液付加ＬＴＶ（商品名：ＳＥ１７００、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）が用いられている。また、ＲＴＶ（商品名：ＫＥ４５、信越化学工業社製）の接着剤も、用いられ得るものである。
【００２２】
一方、上述した多孔質体層２２を構成する多孔質体として、本願出願と同一の出願人より本願発明で用いられる独立気泡型の多孔質体として、特許文献２に示す特許出願がなされている。
【特許文献２】特開２００５−２０６７８４号公報
【００２３】
即ち、この一実施例において、多孔質体層２２を構成する多孔質体としては、この特許文献２に開示された多孔質体を用いているものであり、具体的には、独立気泡型のシリコーンエラストマー多孔質体であり、更に詳細には、シリコーンエラストマーで作られた母体（マトリックス）とこの母体中に分散・分布した多数の閉じたセル（独立気泡）を含むものと表現することができるものであるが、既に特許文献２の実施例１に開示されているため、その説明を省略するが、本願発明の特徴として以下詳細に説明しているように、芯体を合成樹脂製としているので、多孔質体層２２は、チューブ上に加工したものを芯体１６に外嵌させて接着させても良いし、芯体１６の材料を構成する合成樹脂が耐熱性のある樹脂の場合には、芯体１６の外周に直接に射出成形しても良いものである。
【００２４】
ここで、本件発明の特徴をなす事項であるが、芯体１６は、上述したように合成樹脂製であり、具体的には、エンジニアリングプラスティックス（三菱エンプラ社製：商品名レニー：型番１０２２Ｈ）から例えば一体成形されている。特に、この実施例では、芯体１６は、ガラス繊維で強化されており、そのガラス繊維の含有量は５０％となっている。また、物理的性質としての密度は、１．６５（ｇ／ｃｍ３）を呈し、吸水率としては、０．１４％（但し、２０℃水中、２４ｈ）、１．１％（但し、５０％ＲＨ平衡）を呈するように形成されている。
【００２５】
また、この一実施例で用いられる芯体１６を構成する合成樹脂は、機械的特性として、曲げ強度は３９０（Ｍｐａ）であり、曲げ弾性率は１８，４００（Ｍｐａ）を呈するように形成されている。更に、上述した合成樹脂は、熱的特性として、荷重たわみ温度として、２３０℃（１．８０Ｍｐａ時）及び２３８℃（０．４５Ｍｐａ時）を、また、線膨張係数として、１．Ｅ−５（１／℃）（ＭＤ）及び４．Ｅ−５（１／℃）（ＴＤ）を、夫々呈するように形成されている。尚、上述した合成樹脂は、この実施例においては、電気的特性としては、導電性を有することは必須ではなく、導電性を帯びることが好ましい場合には、導電性を担保する導電材（例えばカーボンブラック等）を混入することにより、任意の範囲で体積抵抗率や表面抵抗率を呈するように形成することが出来るものである。
【００２６】
尚、この実施例における芯体１６を構成する合成樹脂は、上述したようなエンジニアリングプラスティクス（三菱エンプラ社製：商品名レニー：型番１０２２Ｈ）に限定されること無く、例えば、同社製の型番１００２Ｈ等も用いることが出来ることは、言うまでもない。要は、この定着ローラの使用状況に応じて適切な仕様を呈するエンジニアリングプラスティックスを任意に用いることが出来るものである。
【００２７】
上述した芯体１６を構成する合成樹脂の材料（組成物）としては、芳香族ポリアミド、ガラス繊維、及び導電材粒子を含み、脂肪族ポリアミドを更に含みえる樹脂組成物から形成されるものである。芳香族ポリアミドは、主鎖に芳香族基を有するポリアミドであり、メタキシリレンジアミンと、アジピン酸、グルタル酸、ピメリン酸等のα、ω−脂肪族ジアルボン酸との重縮合反応により得られるものである。メタキシリレンジアミンとアジピン酸とか得られる芳香族ポリアミドは、ポリアミドＭＸＤ６として知られている。
【００２８】
脂肪族ポリアミドは、ヘキサメチレンジアミン等のポリメチレンジアミンと脂肪族ジカルボン酸との重縮合物の構造を有し、ポリアミド６、ポリアミド６．６等が含まれる。ガラス繊維としては、それ自体既知のものを用いることが出来るものである。
【００２９】
ガラス繊維の直径は、１〜５０μｍであることが好ましく、またその長さは、０．１〜１０ｍｍであることが好ましいものである。
【００３０】
導電材としては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、ランプブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラックや、炭素繊維等を好適に用いることが出来るものである。また、炭素繊維の直径は、１〜５０μｍであることが好ましく、またその長さは、０．１〜１０ｍｍであることが好ましい。導電材としては、カーボンブラックと炭素繊維とを併用することが出来るものである。
【００３１】
次に、芯体１６として合成樹脂の組成成分を種々変化させた実施例１乃至４を調製し、夫々の機械的強度を求めたので、以下に説明する。
【００３２】
芳香族ポリアミドとして三菱ガス化学社製ポリアミドＭＸＤ６を、脂肪族ポリアミドとして三菱エンジニアリングプラスチック社製ノバミッド（登録商標）１００７Ｊを、ガラス繊維として朝日ファイバーグラス社製ＣＳ０３−ＪＡＦＴ２を、カーボンブラックとして三菱化学社製＃３０５０Ｂを用い、下記表1に示す組成の樹脂組成物から直径１４ｍｍ、面長（ゴム加工部）２３５ｍｍのシャフトを射出成形し、ジャーナル部を切削加工で仕上げ、強度測定用の合成樹脂製芯体を得た。
【表１】
【００３３】
得られた芯体の曲げ弾性率、曲げ強度、ガラス転移点、比重、体積抵抗を夫々測定した。その結果を表２に示す。尚、曲げ弾性率及び曲げ強度は、東洋精機製作所社製ストログラフＶ１０−Ｃにより、ガラス転移点は、島津製作所社製熱分析装置ＤＳＣ−６０により、比重は、アルファマミラージュ社製電子比重形ＭＤ−２００Ｓにより、体積抵抗率は、アドバンテスト社製抵抗系Ｒ８３４０により、夫々測定した。
【表２】
【００３４】
上記した表２から明らかなように、実施例１乃至４の芯体は、全て、１５ＧＰＡ以上の曲げ弾性率を示し、また、２５０ＭＰａ以上の曲げ強度を示し、定着ローラ１２の芯体１６として金属製の芯金に替えて用いるに十分な機械的強度を有していることが判った。
【００３５】
また、上述した多孔質体層２２は、少なくとも独立気泡を含むシリコーンエラストマー、即ち、独立気泡型のシリコーンエラストマーから構成されている。そして、この多孔質体層２２は、金属製薄肉スリーブ２６に嵌入前の状態において、その外径が、金属製薄肉スリーブ２６の内径よりも径大になるように、図示しない外径研磨装置により加工されている。具体的には、金属製薄肉スリーブ２６の内径は、３９．７ｍｍに設定されているが、嵌入前の多孔質体層２２の外径は、４０．５ｍｍになるように、加工されている。
【００３６】
また、上述した金属製薄肉スリーブ２６は、電磁誘導により発熱すると共に、高い熱伝導を有する金属材料、例えば、鉄・ＳＵＳ・ニッケル等、具体的には、この一実施例においては、ニッケル電鋳製のスリーブをスリーブ基材２６ａとして備えており、その内径が３９．７ｍｍ、肉厚が１０〜１００μｍ、好ましくは３０〜５０μｍ、具体的には、肉厚４０μｍの薄肉スリーブとして形成されている。また、このスリーブ基材２６ａの外周には、プライマーを介してシリコーンゴムが塗布されており、シリコーンゴム層２６ｂが弾性層として構成されている。また、このシリコーンゴム層２６ｂの外周には、接着剤を介して離型層２８を規定するフッ素樹脂としての例えばパーフルオロアルコキシテトラフルオロエチレン共重合体（ＰＦＡ）製チューブが被覆されている。
【００３７】
尚、シリコーンゴム層２６ｂの層厚としては、シリコーンゴムの硬化後の状態において２００μｍとなるように設定され、離型層２８を規定するＰＦＡ製チューブの膜厚としては、３０μｍが設定されている。また、シリコーンゴム層２６ｂと離型層２８との間を接着する接着層（図示せず）の厚さとしては、約３０μｍが設定されている。
【００３８】
ここで、この金属製薄肉スリーブ２６の製造手順について簡単に説明すると、図示しない電鋳ベルト製造装置を用いてスリーブ基材２６ａを作成し、このスリーブ基材２６ａの外表面にプライマーを塗布してこれを乾燥させ、この乾燥したプライマー層上にシリコーンゴムを硬化後において２００μｍとなるように塗布し、これを硬化させる。
【００３９】
この後、硬化したシリコーンゴムにより規定されるシリコーンゴム層２６ｂの外表面上に接着剤を約３０μｍの厚さで塗布し、この接着剤を介して接着されるようにＰＦＡチューブを被覆する。そして、接着剤を硬化させて、ＰＦＡチューブからなる離型層２８をシリコーンゴム層２６ｂの外表面に接着させて、金属製薄肉スリーブ２６を調製した後、これを所定の長さに切断して、所望寸法の金属製薄肉スリーブ２６を製造する。
【００４０】
このようにして、金属製薄肉スリーブ２６がその外表面に離型層２８を備えた状態で製造されることになる。
【００４１】
また、上述した多孔質体層２２と金属製薄肉スリーブ２６とを接着するために、多孔質体層２２の外周面及び金属製薄肉スリーブ２６の内周面の少なくとも一方、具体的には、多孔質体層２２の外周面には、これの外周への金属製薄肉スリーブ２６の嵌入に先立ち、接着剤が全面に渡り塗布されていて第２の接着剤層２４が構成されている。
【００４２】
ここで、この第２の接着剤層２４の層厚としては、５〜２００μｍの範囲が適切であり、特に、塗布量からの換算として、約５０μｍに設定されている。尚、第２の接着剤層２４の層厚が５μｍより薄いと、接着強度が担保されず、一方で、２００μｍより厚いと、多孔質体層２２の断熱効果を損なうこととなり好ましくない。従って、上記したように、第２の接着剤層２４の層厚としては、５〜２００μｍが最適な範囲となるものである。
【００４３】
また、上述した離型層２８は、ＰＴＦＥあるいはＰＦＡ等のフッ素樹脂から形成されている。例えば、金属製薄肉スリーブ２６の外周面にＰＦＡを塗布する事により形成しても良いし、ＰＦＡ製のチューブを被覆する事により形成しても良いものである。
【００４４】
一方、加圧ローラ１４は芯金１８の外周に、シリコーンゴム製の弾性層３０、そして、ＰＴＦＥあるいはＰＦＡ等の離型層３２を順次形成して構成されている。
【００４５】
次に、定着ローラ１２の表面を外部より発熱させる外部発熱手段としての電磁誘導加熱方式を利用した電磁誘導加熱器４０の構成を、図４及び図５を参照して概略的に説明する。
【００４６】
図４に示すように、電磁誘導加熱器４０は、定着ローラ１２に設けられた金属製薄肉スリーブ２６を加熱領域Ｚにて電磁誘導発熱させるためのものである。この実施の形態において、電磁誘導加熱器４０は、定着ローラ１２の外側においてこれに沿って約半周分延出するように円弧状に配設されている。即ち、図５に異なる断面方向で示すように、定着ローラ１２の外周面に沿って約半周分に渡り配設される非磁性の基台４２と、この基台４２の定着ローラ１２への対向面に形成された凹部の中央に配設されるフェライト等の磁性コア４４と、この磁性コア４４に巻き回されて定着ローラ１２の半径方向に向かって変動磁界Ｈを生成する励磁コイル４６とを備え、図示しない電源にて励磁コイル４６に給電することにより定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６の厚さ方向を貫くように変動磁界Ｈを生成し、この金属製薄肉スリーブ２６に渦電流Ｉｃを生じさせて、金属製薄肉スリーブ２６を自己発熱させるものである。
【００４７】
この実施例に示すように外部加熱手段としての電磁誘導加熱器４０を構成することにより、従来例のハロゲンヒータを用いた場合と比較して更に迅速に（即ち急激に）、定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６を発熱させて、定着ローラ１２と加圧ローラ１４とのニップ部に挟持された未定着シート上の未定着トナーを加熱することが出来ることになる。
【００４８】
上述した定着ローラ１２に対しては、この定着ローラの表面温度を検知するためのサーミスタ３８が当接されており、これにより検知された定着ローラ１２の表面温度情報は、Ａ／Ｄ変換器（不図示）を介してＣＰＵ（不図示）へと送られ、これに基づきＣＰＵ（不図示）は、ＡＣドライバ（不図示）を介して電磁誘導加熱器４０のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、定着ローラ１２の表面温度を所定値に制御するように構成されている。
【００４９】
このように、定着ローラ１２の構成が、内部に多孔質体層２２、外部に金属製薄肉スリーブ２６を形成しているので、熱容量が小さく熱伝導性に優れた金属スリーブ２６は外部からの電磁誘導加熱器４０によって出力ロスすることなく急激に加熱することができることになる。
【００５０】
ここで、金属製薄肉スリーブ２６の肉厚を薄くしすぎると、加工上の観点からも問題であるが、加工上の観点を満足するために金属製薄肉スリーブ２６の厚みをあまり厚くすると、剛性が強くなり、ニップ部Ｎのニップ幅を十分に得られなくなる問題点が発生する。以上の観点から、定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６は１０〜１００μｍの肉厚で形成することが望ましいことがわかる。
【００５１】
更に、上述したように、芯体１６をエンジニアリングプラスティックス等の合成樹脂製としたので、金属製薄肉スリーブ２６を電磁誘導加熱器４０によって電磁誘導により発熱させる状況においても、芯体１６が発熱されることはないものである。この結果、芯体を金属製とした芯金の場合には、電磁誘導加熱器４０によって電磁誘導により金属製薄肉スリーブ２６を発熱させる状況で、芯金も同様に発熱させられることになるが、この場合と比較して、この実施例においては、金属製薄肉スリーブ２６が電磁誘導加熱器４０により発熱させられる状況において、芯体１６が発熱することはないので、芯体１６と多孔質体２２との間を接着する第１の接着剤層２０が、芯体１６の加熱により損なわれることは効果的に抑制されることになるという、金属製の芯金では決して得ることの出来ない顕著な効果が奏せられることになる。
【００５２】
次に、上述した芯体１６を合成樹脂製とすることによる効果を確認するための確認試験を実施したので、以下に、その確認試験について説明する。
【００５３】
先ず、確認試験１として、上述した一実施例の構成の定着ローラ１２、即ち、実施例１で説明した材料から形成された芯体１６と、この芯体１６の外周に、第１の接着剤層２０を介して接着された独立気泡型のシリコーンエラストマーから構成され多孔質体層２２と、この多孔質体層２２の外周を被覆するように、第２の接着剤層２４を介して接着され、ニッケル電鋳製のスリーブ基材２６ａを備えた金属製薄肉スリーブ２６と、この金属製薄肉スリーブ２６の外周に弾性層３４を介して被覆された離型層２８とを備えて、基本的に構成された定着ローラ１２を用意した。
【００５４】
そして、定着ローラ１２の外径寸法として４０ｍｍ、芯体１６の外径寸法として２８ｍｍ、多孔質体層２２の層厚として６ｍｍ、金属製薄肉スリーブ２６のスリーブ基材２６ａの肉厚として４０μｍとした。また、金属製薄肉スリーブ２６の外周面には、厚さ２００μｍの弾性層３４を介して、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブから構成された離型層２８が被覆されており、この離型層２８は、厚さ３０μｍの接着剤層により弾性層３４の外周面に接着されている。
【００５５】
そして、以上のように構成された定着ローラ１２を、電磁誘導加熱器４０としての、島田理化工業（株）製の高周波加熱装置（形式：ＳＳＴ−５Ｌ）を用いて、定着ローラ１２の表面部分に配設された金属製薄肉スリーブ２６を発熱させた場合の、定着ローラ１２の表面温度及び芯体１６の表面温度を夫々測定した。
【００５６】
その結果を、図６に示す。図６において、実線は定着ローラ１２の表面温度の変化を示しており、鎖線は芯体１６の表面温度の変化を示している。この図６から明らかなように、定着ローラ１２の表面は、金属製薄肉スリーブ２６が電磁誘導加熱器４０により発熱されることにより、急激に温度が上昇するが、樹脂製の芯体１６は全く発熱せず、発熱動作前の温度に一定に保たれていることが理解される。
【００５７】
一方、確認試験２として、上述した確認試験１で用いた定着ローラの構成の中で、芯体１６を金属製の芯金とした定着ローラ（比較例）を用意した。この定着ローラ（比較例）では、芯体を芯金とした以外は、確認試験１で用いた定着ローラ１２と同様とした。尚、この定着ローラ（比較例）における芯金は、外径２８ｍｍ、肉厚２ｍｍのＳＴＫＭ１３製の中空パイプの両端にボスを圧接して形成されている。
【００５８】
そして、以上のように構成された定着ローラ（比較例）を、確認試験１と同様に、電磁誘導加熱器４０としての、島田理化工業（株）製の高周波加熱装置（形式：ＳＳＴ−５Ｌ）を用いて、定着ローラ（比較例）の表面部分に配設された金属製薄肉スリーブを発熱させた場合の、定着ローラ（比較例）の表面温度及び芯金の表面温度を夫々測定した。
【００５９】
その結果を、図７に示す。図７において、実線は定着ローラ（比較例）の表面温度の変化を示しており、鎖線は芯金の表面温度の変化を示している。この図７から明らかなように、定着ローラ（比較例）の表面は、金属製薄肉スリーブが電磁誘導加熱器４０により発熱されることにより、急激に温度が上昇するが、出力ロスが発生していて、その温度の上昇速度は、確認試験１と比較して、遅くなっていることが理解される。また、定着ローラ（比較例）の芯金は金属製薄肉スリーブから少し遅れた状態で発熱していることが明白に理解できる。
【００６０】
このように、確認試験１及び２を実施することにより、この一実施例の定着ローラ１２においては、電磁誘導加熱器４０により発熱作用を受けた場合において、表層に位置する金属製薄肉スリーブ２６のみが発熱し、合成樹脂製の芯体１６は全く発熱していないことが明白となり、かつ、芯体１６が発熱しないことにより、出力ロスも発生せず、確認試験２における定着ローラ（比較例）との比較で明白になるように、金属製の芯金を備えた場合と比較して出力ロスも発生せずに、より急速に定着ローラ１２の表面温度が上昇することになることが明白となった。
【００６１】
この発明に係わる定着用ローラは、上述の構成に限定される事なく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である事は、言うまでもない。以下に、定着用ローラの他の実施例の構成を、添付図面を参照して説明する。尚、以下の説明において、上述した構成と同一部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６２】
また、上述した一実施例の製造方法に係わる手順においては、離型層２８を、金属製薄肉スリーブ２６の弾性層としてのシリコーンゴム層２６ｂの外周面に形成するように説明したが、この発明は、このような手順に限定されることなく、金属製薄肉スリーブ２６のスリーブ本体２６ａの外周面に直接的に形成するようにしても良いことは言うまでもない。要は、離型層２８は、金属製薄肉スリーブ２６の外周に配設されるようにすればよいものである。
【００６３】
また、上述した実施例においては、金属製薄肉スリーブ２６は、多孔質体層２２の外周に、第２の接着剤層２４を介して接着されるように説明したが、この発明は、このような構成に限定されること無く、金属製薄肉スリーブ２６と多孔質体層２２とが摩擦係合して、芯体１６を外部から回転駆動する場合に、多孔質体層２２の回転に応じて金属製薄肉スリーブ２６が連れ回りするのであれば、または、金属製薄肉スリーブ２６が外部から回転駆動する場合に、多孔質体層２２（従って、芯体１６）が連れ回りするのであれば、第２の接着剤層２４が無くても良いものである。
【００６４】
また、上述した実施例においては、金属製薄肉スリーブ２６として、ニッケル電鋳製のスリーブを用いるように説明したが、この発明は、このような構成に限定されることなく、金属製薄肉スリーブ２６として、ステンレススチール製のスリーブを用いるようにすることも出来るものである。要は、この金属製薄肉スリーブ２６は、この発明においては、電磁誘導により発熱する金属材料であれば、何でも良いものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】この発明に係わる定着用ローラを備えた定着装置の一実施例の構成を概略的に示す図である。
【図２】この発明に係わる定着用ローラを、定着ローラに適用した場合の構成を示す断面図である。
【図３】図２に示す薄肉金属製スリーブの断面構造を示す縦断面図である。
【図４】この発明に係る定着用ローラを加熱するための外部加熱手段としての電磁誘導加熱器の構成を概略的に示す正面図である。
【図５】図４に示す電磁誘導加熱器の内部構造を、定着ローラの中心軸線に沿って断面を取った状態で概略的に示す図である。
【図６】一実施例の定着ローラを、電磁誘導加熱器を用いて発熱させた場合の、この定着ローラの表面温度及び芯体の表面温度の変化状態を示す線図である。
【図７】比較例として金属製の芯金を備えた定着ローラを、電磁誘導加熱器を用いて発熱させた場合の、この定着ローラの表面温度及び芯体の表面温度の変化状態を示す線図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 定着装置
１２ 定着ローラ
１４ 加圧ローラ
１６ 定着ローラ１２の合成樹脂製の芯体
１８ 加圧ローラ１４の芯金
２０ 第１の接着剤層
２２ 多孔質体層
２４ 第２の接着剤層
２６ 金属製薄肉スリーブ
２６ａ スリーブ本体
２６ｂ シリコーンゴム層
２８ 定着ローラ１２の離形層
３０ 加圧ローラ１４の弾性層
３２ 加圧ローラ１４の離型層
３８ サーミスタ
４０ 電磁誘導加熱器
４２ 基台
４４ 磁性コア
４６ 励磁コイル
Ｎ ニップ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂製の芯体と、
この芯体の外周を取り巻くように配設された少なくとも独立気泡型の多孔質体層と、
この多孔質体層の外周を被覆すると共に、電磁誘導により発熱可能な薄肉金属製のスリーブ基材及びこのスリーブ基材の外周面を被覆するように配設された弾性層を備える金属製薄肉スリーブと、
この金属製薄肉スリーブの外周に被覆された離型層と、
を具備することを特徴とする定着用ローラ。
【請求項２】
前記芯体を構成する合成樹脂は、エンジニアリングプラスティックスであることを特徴とする請求項１に記載の定着用ローラ。
【請求項３】
前記エンジニアリングプラスティックスは、芳香族ポリアミドを含むことを特徴とする請求項２に記載の定着用ローラ。
【請求項４】
前記エンジニアリングプラスティックスは、補強材が含有されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の定着用ローラ。
【請求項５】
前記補強材は、ガラス繊維を含むことを特徴とする請求項４に記載の定着用ローラ。
【請求項６】
前記多孔質体は、エマルジョン組成物から調製されたシリコーンエラストマ−から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着用ローラ。
【請求項１】
合成樹脂製の芯体と、
この芯体の外周を取り巻くように配設された少なくとも独立気泡型の多孔質体層と、
この多孔質体層の外周を被覆すると共に、電磁誘導により発熱可能な薄肉金属製のスリーブ基材及びこのスリーブ基材の外周面を被覆するように配設された弾性層を備える金属製薄肉スリーブと、
この金属製薄肉スリーブの外周に被覆された離型層と、
を具備することを特徴とする定着用ローラ。
【請求項２】
前記芯体を構成する合成樹脂は、エンジニアリングプラスティックスであることを特徴とする請求項１に記載の定着用ローラ。
【請求項３】
前記エンジニアリングプラスティックスは、芳香族ポリアミドを含むことを特徴とする請求項２に記載の定着用ローラ。
【請求項４】
前記エンジニアリングプラスティックスは、補強材が含有されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の定着用ローラ。
【請求項５】
前記補強材は、ガラス繊維を含むことを特徴とする請求項４に記載の定着用ローラ。
【請求項６】
前記多孔質体は、エマルジョン組成物から調製されたシリコーンエラストマ−から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着用ローラ。
【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２００７−３２２４６３（Ｐ２００７−３２２４６３Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４９３４８（Ｐ２００６−１４９３４８）
【出願日】平成１８年５月３０日（２００６．５．３０）
【出願人】（０００２２７４１２）シンジーテック株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月３０日（２００６．５．３０）
【出願人】（０００２２７４１２）シンジーテック株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
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