定着装置用ローラ、定着装置、及び、画像形成装置
【課題】芯金の通紙領域に発泡シリコーンゴムからなる弾性層と離型層とが順次形成されたローラにおける通紙領域端部での破壊発生を防止して長寿命の定着装置用ローラを提供する。
【解決手段】芯金表面に発泡シリコーンゴムからなる弾性層と、前記弾性層の表面中央の通紙領域に離型層と、前記弾性層表面の両端付近の非通紙領域にスリップ防止のためのグリップ層と、を有する定着装置用ローラにおいて、前記離型層の両端付近に前記非通紙領域に近づくに従い拡径された拡径部が形成され、かつ、前記拡径部以外の前記離型層の弾性層側面が前記弾性層に接着されている定着装置用ローラ。
【解決手段】芯金表面に発泡シリコーンゴムからなる弾性層と、前記弾性層の表面中央の通紙領域に離型層と、前記弾性層表面の両端付近の非通紙領域にスリップ防止のためのグリップ層と、を有する定着装置用ローラにおいて、前記離型層の両端付近に前記非通紙領域に近づくに従い拡径された拡径部が形成され、かつ、前記拡径部以外の前記離型層の弾性層側面が前記弾性層に接着されている定着装置用ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどに用いられ、未定着トナー画像を定着させる定着装置において用いられる断熱加圧ローラなどの定着装置用ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式を採用する画像形成装置では、転写紙やＯＨＰ用シートなどの記録材上の未定着トナー画像を加熱定着する定着装置を備えている。定着装置には、これまでヒートロール方式が広く用いられてきた。ヒートロール方式では、加熱された定着ローラに加圧ローラを圧接させてニップ部を形成し、ニップ部に記録材を通過させて未定着トナー画像を定着する。
【０００３】
このような定着装置の一部ではウォーミングアップタイムの短縮による省エネ効果を出すために、定着ローラもしくは加圧ローラを、連続気泡を有する発泡体からなる発泡弾性層を構成することにより低熱容量化させている。また、この様な構成により低硬度化による広いニップ幅が確保できるので、優れた定着性を得ることができる。
【０００４】
また、定着ローラもしくは加圧ローラの通紙領域には、未定着トナーや紙粉の付着を防止するために、表面層をＰＦＡ（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）やＦＥＰ（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）等のフッ素系樹脂などの離形性の高い材質で構成されている。
【０００５】
しかしながら、このような発泡弾性層と離型層とではそれぞれ、線膨張係数が、弾性層２×１０-4、離型層が１２×１０-5と大きく異なるために、定着プロセス温度（通常１５０℃程度）では、発泡弾性層が膨らみ、離型層を径方向に拡張しようとする力が生じる。このとき、通紙領域では発泡弾性層の膨張を離型層が抑えることになるが、離型層の端部では、発泡弾性層の膨張の影響を大きく受けるために、離型層に亀裂が生じ、その後の亀裂進行によって離型層全体が破壊される、あるいは、離型層と発泡弾性層との界面に応力が集中し、このとき発泡体の強度が弱いために発泡弾性層自体に破壊が生じ、いずれにしてもローラの寿命が短くなると云う問題がある。
【０００６】
ここで、特許第３３８２６１１号（特許文献１）で提案された技術では、芯金、弾性層、離型層を順次形成する際に、非加熱時の離型層に皺が生じるように形成する。このような、いわば”余裕”を持たせた構成により、加熱時の離型層に大きな応力が集中するのを防ぐ。なお、前記離型層の皺は加熱時（使用時）に弾性層が膨張することで離型層が平滑化して解消される。
【０００７】
この技術では、長時間使用すると発泡ゴムは圧縮永久歪により、ローラ径が収縮する。そのため、加熱しても離型層は平滑にはならず、良好な定着性が得られない。また、両端にグリップ層を設けていないため膨張時にクラウン形状になるとしているが、両端にグリップ層を設ける形状では、離型層のチューブがないため、グリップ層の膨張が大きく、逆クラウン形状になるので、離型層端部に膨張による歪が発生し、ローラの寿命が短くなると云う問題が依然として残る。
【０００８】
また、特開２００５−４９８１２公報（特許文献２）では、芯金の周りにダンベル形状（鼓形状。両端の径が中央より大きい）の発泡ゴム層、金属導電層、シリコーンゴム層、離型層を順次形成する技術が提案されている。通紙部の発泡ゴム層と金属導電層の間に空隙が形成されており、加熱時には熱膨張した発泡ゴム層が金属導電層を押し上げることで、ローラ硬度が不均一になることを防ぐ。
【０００９】
この技術では、非加熱時、昇温時の加圧をダンベル形状の弾性層の両端部で受けるために、また、ダンベル形状の弾性層の両端部と金属発熱層が接着されているために、加熱時は両端部の軸方向に膨張ができず、径方向にのみ膨張するために、膨張が金属発熱層で押さえ込まれ、通紙部以上に圧縮されるために、弾性層端部の劣化が早くなるので、ローラの寿命が短くなると云う問題が依然として残る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のように芯金の通紙領域に発泡シリコーンゴムからなる弾性層と離型層とが順次形成されたローラにおける通紙領域端部での破壊発生を防止して長寿命の定着装置用ローラを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の定着装置用ローラは、上記課題を解決するため、請求項１に記載のように、芯金表面に発泡シリコーンゴムからなる弾性層と、前記弾性層の表面中央の通紙領域に離型層と、前記弾性層表面の両端付近の非通紙領域にスリップ防止のためのグリップ層と、を有する定着装置用ローラにおいて、前記離型層の両端付近に前記非通紙領域に近づくに従い拡径された拡径部が形成され、かつ、前記拡径部以外の前記離型層の弾性層側面が前記弾性層に接着されていることを特徴とする定着装置用ローラである。
【００１２】
本発明の定着装置用ローラは、請求項２に記載のように、請求項１に記載の定着装置用ローラにおいて、前記グリップ層の形成部分が前記通紙領域に対して太径とされていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の定着装置用ローラは、請求項３に記載のように、請求項２に記載の定着装置用ローラにおいて、前記離型層の両端部が前記被通紙領域まで延長された延長部が形成され、該延長部により前記グリップ層の一部が覆われていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の定着装置用ローラは、請求項４に記載のように、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の定着装置用ローラにおいて、前記グリップ層が弾性体で構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の定着装置用ローラは、請求項５に記載のように、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の定着装置用ローラにおいて、前記離型層がフッ素製樹脂のチューブで構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の定着装置は請求項６に記載の通り、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の定着装置用ローラを有することを特徴とする定着装置である。
【００１７】
本発明の画像形成装置は、請求項７に記載の通り、請求項６に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の定着装置用ローラによれば、離型層の両端付近に前記非通紙領域に近づくに従い拡径された拡径部が形成され、かつ、前記拡径部以外の前記離型層の弾性層側面が前記弾性層に接着されている、すなわち拡径部が前記弾性層に接着されていない構成により、トナー定着の温度による非通紙領域の発泡弾性層の熱膨張が離型層の両端部の周方向の引張応力の上昇に結びつくことが少なく、このために離型層の両端部の破壊が未然に防止されている。
【００１９】
請求項２に記載の定着装置用ローラによれば、前記グリップ層の形成部分が前記通紙領域に対して太径とされている構成により、前記拡径部によるグリップ層の機能である相手側ローラ（定着ベルトを介しての場合を含む）へのグリップ力の低下を未然に防止することができる。
【００２０】
請求項２に記載の定着装置用ローラによれば、離型層端部がグリップ層で密閉される構造になるので、飛散したトナーが離型層端部未接着部へ溜まり、地汚れなどの不具合の発生を未然に防止できる。このとき、離型層とグリップ層とは接着されておらず互いに摺動が可能であり、膨張差により離型層端部にかかる応力を緩和させることができるで、離型層の破壊は発生しない。
【００２１】
請求項４に記載の定着装置用ローラによれば、前記グリップ層が弾性体により構成されているにより、前記グリップ層グリップ層が形成された部分が前記通紙領域から段を形成して太く設けられているにも係わらず、前記通紙領域において相手方ローラとの間にニップ部を形成することができるので、十分な定着性能を得ることができる。
【００２２】
請求項５に記載の定着装置用ローラによれば、前記離型層がフッ素製樹脂のチューブにより構成されている構成により、離型層の該端部の拡径部を容易に構成することができる。
【００２３】
請求項５に記載の定着装置によれば、上記定着装置用ローラを有しているために、耐久性に優れた定着装置となる。
【００２４】
請求項６に記載の画像形成装置によれば、上記定着装置を有しているために、耐久性に優れた画像形成装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る画像形成装置をモデル的に示す図である。
【図２】本発明に係る定着装置をモデル的に示す図である。
【図３】定着ベルトの一例の断面を示すモデル図である。
【図４】本発明に係る加圧ローラの回転軸に垂直な断面を示すモデル図である。
【図５】離型層の両端の拡径部の形成方法を説明するモデル図である。図５（ａ）離型層となるＰＦＡチューブを被覆した状態を示す図である。図５（ｂ）ＰＦＡチューブの不要部分を切断している状態を示す図である。図５（ｃ）ＰＦＡチューブの不要部分とスペーサを除去している状態を示す図である。図５（ｄ）本発明に係る定着装置用ローラの一例を示すモデル断面図である。
【図６】従来技術に係る定着装置用ローラの製造方法の一例を示すモデル断面図である。
【図７】本発明に係る定着装置用ローラの他の一例を示すモデル断面図である。
【図８】本発明に係る定着装置用ローラの他の一例を示すモデル断面図である。
【図９】図９（ａ）本発明に係る定着装置用ローラの他の一例の製造方法を示すモデル断面図である。図９（ｂ）図９（ａ）の本発明に係る定着装置用ローラのモデル断面図である。
【図１０】比較例の定着装置用ローラのモデル断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施形態を図に基づいて説明する。まず、図１を用いて、画像形成装置（プリンタ）全体の構成・動作について説明する。
【００２７】
このプリンタは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像をそれぞれ対応した感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ（像担持体）の表面上に形成するために電子写真方式の４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋ（像形成手段）を備えている。
【００２８】
これら画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの下方には、各画像形成部を通して用紙（記録材）を搬送するための搬送ベルト２０が張架されている。
【００２９】
各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、搬送ベルト２０にそれぞれ転接配置され，用紙（記録材）は搬送ベルト２０の表面に静電的に吸着される。
【００３０】
４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋは、略同じ構造を有する。よって、ここでは用紙の搬送方向最上流側に配設されたイエロー用の画像形成部１０Ｙについて代表して説明し、他の色用の画像形成部１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋについては同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３１】
画像形成部１０Ｙは、その略中央位置に搬送ベルト２０に転接された感光体ドラム１Ｙを有する。感光体ドラム１Ｙの周囲には、感光体ドラム１Ｙの表面を所定の電位に帯電させる帯電装置２Ｙ、帯電されたドラム表面を色分解された画像信号に基づいて露光し、ドラム表面上に静電潜像を形成する露光装置３Ｙ、ドラム表面上に形成された静電潜像にイエロートナーを供給して現像する現像装置４Ｙ、現像したトナー像を搬送ベルト２０を介して搬送される用紙上に転写する転写ローラ５Ｙ（転写装置）、転写されずにドラム表面に残留した残留トナーを除去するクリーナ６Ｙ、および図示しないドラム表面に残留した電荷を除去する除電ランプが、感光体ドラム１Ｙの回転方向に沿って順に配設されている。
【００３２】
搬送ベルト２０の図中右下方には、用紙を搬送ベルト２０上に給紙するための給紙機構３０が配設されている。
【００３３】
搬送ベルト２０の図中左側には、後述する本発明の実施の形態に係る定着装置４０が配設されている（この図中では、励磁コイルなどは省略）。搬送ベルト２０によって搬送された用紙は、搬送ベルト２０から連続して定着装置４０を通って延びた搬送路を搬送され、定着装置４０を通過する。
【００３４】
定着装置４０は、搬送された用紙、すなわちその表面上に各色のトナー像が転写された状態の用紙を加熱および加圧する。そして、各色のトナー像を溶融して用紙に浸透させて定着させる。また、定着装置４０の搬送経路下流側に排紙ローラを介して排紙する。
【００３５】
次に、本発明に係る定着装置を図２にて説明する。
【００３６】
ハロゲンヒータ５を内部に備えた加熱ローラ１と、加熱ローラ１と並行に配置された定着ローラ２と、加熱ローラ１と定着ローラ２とで張り渡され、これらの何れかのローラの回転により矢印Ａ方向に回転駆動される無端帯状の耐熱性の定着ベルト３と、定着ベルト３を介して定着ローラ２に圧接されるとともに定着ベルト３に対して順方向に回転する加圧ローラ４とから構成されている。
【００３７】
加熱ローラ１は、ローラ内部のハロゲンヒータ５からの熱を当接する定着ベルトへ伝熱することを目的とする。そのため、内面に黒色塗装を施すことで、ハロゲンヒータからの熱を効率良く集光しローラの発熱効率を向上させることができる。
【００３８】
材質はアルミニウム、炭素鋼等の金属からなり、特にアルミニウムは金属の中でも熱伝導率が高いことから、加熱ローラに使用するに適している。また、ベルト基材との摺動面にはフッ素樹脂等の摩擦係数の小さい樹脂で被覆し、ベルトの磨耗を低減することが好ましい。
【００３９】
定着ローラ２は、例えばステンレス、炭素鋼等の金属製の芯金２ａと、耐熱性を有するシリコーンゴム等をソリッド状または発泡状にして芯金を被覆した弾性部材２ｂとからなる。そして、加圧ローラ４からの押圧力で加圧ローラ４と定着ローラ２の間に所定幅の接触部（定着ニップ部Ｎ）を形成する。定着ローラの外径は３０〜４０ｍｍ程度、弾性部材は肉厚を３〜１０ｍｍ程度、硬度を１０〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）程度としている。
【００４０】
定着ベルト３について図３の断面図を用いて詳細に説明する。図３に示すように定着ベルト３は、基材３１の上に弾性層３２、離型層３３をこの順で積層して構成されている。
【００４１】
基材３１に求められる特性として、定着ベルト３を構成したときの耐久性、柔軟性、及び、定着温度での使用に耐え得る耐熱性が挙げられる。本発明では支持ローラ１を誘導加熱するため基材３１は絶縁性の耐熱樹脂材料、すなわち、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、フッ素樹脂等が適している。厚さは定着ベルトを構成したときの要求される熱容量、強度の関係から３０μｍ以上２００μｍ以下であることが望ましい。
【００４２】
弾性層３２は光沢むらのない均一な画像を得るために、ベルト表面に柔軟性を与える目的で形成され、ゴム硬度は５〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）、厚さは５０〜５００μｍが望ましい。また、定着温度における耐熱性から、材質としてはシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等が用いられる。
【００４３】
また、離型層３３に使用される材料として、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、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（ＰＦＡ）、および、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのフッ素樹脂、もしくはこれらの樹脂の混合物、あるいは一般的な耐熱性樹脂にこれらフッ素系樹脂を分散させたものが挙げられる。
【００４４】
弾性層３２を離型層３３が被覆することにより、シリコーンオイル等を使用しなくとも定着ベルトのトナー離型性が高まり、紙粉固着防止が可能となる（オイルレス化）。しかし、これらの離型性を有する樹脂は一般にゴム材料のような弾性を持たないことから、弾性層３２上に離型層３３を厚く形成するとベルト表面の柔軟性を損ない、形成される画像に光沢むらが発生してしまう。離型性と柔軟性とを両立させるためには、離型層３３の膜厚を５μｍ以上５０μｍ以下、特に１０μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。
【００４５】
また、必要に応じて、各層間にプライマー層を設けても良く、また、基材の内面に摺動時の耐久性を向上させる層、例えば、フッ素樹脂のＰＦＡやＰＴＦＥからなる層を設けても良い。
【００４６】
図４にモデル的に断面（中央付近の、回転軸に垂直な断面）を示す加圧ローラ４は、本発明に係る定着装置用ローラであり、金属製の円筒部材からなる芯金４１の側面の中央の通紙領域に、連続気泡を有する発泡シリコーンゴムからなる弾性層４２、離型層４３の順にそれぞれ積層された構造を有しており、ベルト３を介して定着ローラ２を押圧して定着ニップ部Ｎを形成している。加圧ローラ４の外径は一般的に３０〜４０ｍｍ程度である。
【００４７】
図５（ｄ）に本発明に係る加圧ローラ４の回転軸を含む平面における断面図を示す。加圧ローラ4は芯金４１、連続気泡を有する発泡シリコーンゴムから構成された弾性層４２、離型層４３、グリップ層４４から構成されている。離型層４３の両端付近に非通紙領域に近づくに従い拡径された拡径部４３ａが形成されており、この拡径部４３ａを除き、離型層４３と弾性層４２とは接着されている。
【００４８】
芯金４１にはステンレス鋼、炭素鋼など剛性の高い金属材料を用いる。芯金の肉厚については本発明では弾性層に発泡シリコーンゴムを適用することで断熱性を有しており、中空、中実は問わない。本例では肉厚２ｍｍのＳＴＫＭ材を用いた。
【００４９】
弾性層４２は連続気泡を有する発泡シリコーンゴムを用いることで断熱性を得ることができ、加熱ローラへの伝熱を低減することで機器の立ち上げ時間短縮や省エネ（ＴＥＣ値低減）化が可能となる。
【００５０】
弾性層には熱伝導率０．１〜０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ)、硬度３５〜６０°(アスカーＣ)のセル径５〜１００μｍの発泡シリコーンゴムを用いる。特に本発明では発泡シリコーンゴムとして水発泡シリコーンゴムを用いることがこのましい。
【００５１】
発泡ゴムを得る方法としては発泡剤を添加させ発泡構造を形成する化学発泡と液状シリコーンゴム中に水を乳化させ加熱することで水を揮発させ発泡構造を形成する水発泡が一般的に知られている。化学発泡ではセルのサイズが大きいため複写機の定着用回転体として用いた場合、トナーに対して均一な圧力負荷ができないため画像ムラや耐久不足(硬度低下、破断など)が起こりやすいという問題がある。一方、水発泡では微細なセルを均一に形成することできるため、先の課題を解決することができる。
【００５２】
弾性層は芯金４１の周りにエマルジョン組成物である液状シリコーンゴムを注型・加硫することで発泡体を得て形成することができる。
【００５３】
このように成形した弾性層の側面のうち、ローラ中央の通紙領域に一液熱硬化型の接着剤を均一に塗布しＰＦＡチューブを被覆し離型層４３とする。離型層４３にはＰＴＦＥ、ＦＥＰなどの離型性及び耐熱性の良い材料を用いることができる。
【００５４】
グリップ層４４は通紙領域Ｗｔと同じ幅の離型層４３の外側から通紙領域ローラ端部まで形成する。成形方法はスプレー塗装、ディップ塗装、ロールコートなどを用いる。
【００５５】
グリップ層の材料としては、グリップ力を得るためタック性を有すること、ニップ部を形成するために弾性体であること、定着温度に対する耐熱性を有すること、の３つの特性を満足することが必要となる。このような材料として、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどのゴム材料が挙げられる。
【００５６】
次に、離型層４３の両端の拡径部の形成方法を図５で説明する。芯金４１の周りに弾性層４２を注型・加硫した後、所定のローラ径になるように弾性層４２に対して研削加工を行い、通紙領域Ｗｔの両外側からローラ両端部までにそれぞれグリップ層４４を形成する。そして、このグリップ層４４の上にこの例では厚さ０．５ｍｍのスペーサ５１を被せ、通紙領域Ｗｔに接着剤を塗布し、その後、通紙領域Ｗｔ及びスペーサ全体に係るように離型層４３となるＰＦＡチューブを被覆する（図５（ａ）参照）。このとき、離型層４３はスペーサ５１に近づくに従い拡径され、かつ、この拡径部では弾性層４２から離間して空間Ｓが形成されているために離型層４３と弾性層４２とは接着されない。
【００５７】
次に図５（ｂ）に示すように、上記空間Ｓの位置にカッターＣを当てて、離型層４３を形成するＰＦＡチューブを切断する。
【００５８】
ＰＦＡチューブを切断した後、端部のＰＦＡチューブとスペーサ５１とをローラ端部側に引っ張ることで（図５（ｃ）参照）、本発明に係る加圧ローラ４が得られる。
【００５９】
ここで、通紙領域Ｗｔとグリップ層４４との間に段差を設けない場合には、図６に示すように、通紙領域Ｗｔに離型層４３を形成するためにＰＦＡチューブにカッターを切り込ませると、カッターＣがＰＦＡチューブを突き破り、弾性層４２にくい込む。このとき、弾性層４２にはカッターＣによる切れ目が生じ、このようにして作製したローラを用いると上記の切れ目から破断が生じるおそれがある。このように破断が生じると、水発泡シリコーンゴムの強度が化学発泡ゴムの強度より低いために、破談が短時間でローラ全体に広がり、破壊されてしまう。
【００６０】
しかしながら、図５（ｂ）に示されるように、通紙領域Ｗｔとグリップ層４４との間に段差がある場合、カッターＣの食い込み量を空間Ｓまでとすることにより、弾性層４２に達する切れ込みを防止でき、このとき、切れ込みを原因とするローラ破壊をあらかじめ防ぐことができる。
【００６１】
また、このようにして形成された離型層４３は、その両端がグリップ層の定着装置用ローラ中央側の端にそれぞれ接しており、離型層４３の両端部付近が端に近づくに従いそれぞれ拡径され、かつ、該離型層の該端部の拡径部が前記弾性層に接着されていない状態となっている。
【実施例】
【００６２】
以下に、本発明の実施例を示す。
【００６３】
［実施例１］
芯金に径φ２４ｍｍ、肉厚２ｍｍのＳＴＫＭ材を用い、その外側面に肉厚３ｍｍの連続気泡を有する発泡シリコーンゴム層（特願２０１１−０２７４３３（公開前）に詳細が記載されている）を成形し、この発泡シリコーンゴム層の側面のうち、ローラとして用いたときに通紙領域外となる両端部分に膜厚５０μｍのグリップ層（硬度６０°(アスカーＣ)となるシリコーンゴムから構成される）を形成し、次いで、このグリップ層の外周に厚さ０．５ｍｍのスペーサをかぶせた。
【００６４】
さらに通紙領域となる発泡シリコーンゴム層の側面部分に接着剤を塗布し、その後、図５（ｃ）に示すように通紙領域及びスペーサ全体に係るように離型層となる３０μｍのＰＦＡチューブを被覆し、図５（ｂ）に示すように空間Ｓの位置にカッターＣを当てて、離型層４３を形成するＰＦＡチューブを切断し、次いで図５（ｃ）に示すように両端の不要部分の離型層４３及びスペーサを除去して図５（ｄ）にモデル的に示す本発明に係る加圧ローラを得た。
【００６５】
［実施例２］
芯金に径φ２４ｍｍ、肉厚２ｍｍのＳＴＫＭ材を用い、その外側面に通紙領域Ｗｔは肉厚３ｍｍ、通紙領域Ｗｔの両端外側の領域では肉厚３．１ｍｍになるように発泡シリコーンゴム層（弾性層）を成形した。この外側の領域に膜厚５０μｍのグリップ層（硬度６０°(アスカーＣ)となるシリコーンゴムから構成される）を積層し、次いで、このグリップ層の外周に厚さ０．５ｍｍのスペーサをかぶせた。次いで、通紙領域にのみ接着剤を塗布し、以下、上記実施例１同様にして、図７にその断面をモデル的に示す本発明に係る加圧ローラを得た。
【００６６】
［実施例３］
実施例１と同様にして芯金外側面に弾性層を形成した。この弾性層の側面のうち、ローラとして用いたときに通紙領域外となる両端部分に発泡成分を有しない以外は弾性層を形成したものと同じ液状シリコーンゴムで作製した膜厚０．３ｍｍのチューブをグリップ層（硬度６０°(アスカーＣ)として積層し、次いで、このグリップ層の外周に厚さ０．５ｍｍのスペーサをかぶせた。以下、上記実施例１同様にして、図８にその断面をモデル的に示す本発明に係る加圧ローラを得た。
【００６７】
［実施例４］
実施例４と同様にして芯金外側面に弾性層及びグリッド層を形成した。
【００６８】
さらに通紙領域に接着剤を塗布し、その後、図９（ａ）に示すように通紙領域及びグリッド層全体に係るように離型層となる３０μｍのＰＦＡチューブを被覆し、図示するようにグリップ層のローラ中央側端から１ｍｍの位置にカッターを当てて（このときのグリップ層への切れ込み量は０．５ｍｍとした）、離型層４３を形成するＰＦＡチューブを切断し、図９（ｂ）に示すように両端の不要部分の離型層を除去して本発明に係る加圧ローラを得た。
【００６９】
この例では離型層４３の両端は、拡径部４３ａを越えてさらに延長部４３ｂが形成され、延長部４３によりグリップ層４５の一部（通紙領域側の一部）が覆われている。
【００７０】
［比較例］
実施例１と同様にして芯金外側面に弾性層を形成し、その通紙領域のみに離型層として３０μｍのＰＦＡチューブを接着により被覆した。グリップ層には硬度６０°(アスカーＣ)となるシリコーンゴムを用い、ローラ両端の露出している弾性層上にのみ実施例1同様の膜厚５０μｍのグリップ層を形成した（図１０参照）。
【００７１】
［評価］
上記で作製した実施例１〜４および比較例に係る加圧ローラについて耐久試験を実施した。
【００７２】
耐久試験は図２にモデル的に示した定着ユニット構成を有するリコー社製画像形成装置ｉｍａｇｉｏ ＭＰＣ ２２０１を用い、加圧ローラを上記で制作したローラと交換して行った。
【００７３】
Ａ４サイズ用紙の４００ｋ（４０００００）枚通紙による耐久試験を実施し、離型層とグリップ層との境界における亀裂の発生の有無を確認した。
【００７４】
その結果、比較例に係る加圧ローラのみに亀裂が発生した。このことより、本発明に係る加圧ローラすべてで、離型層端部とグリップ部との境界で発生するせん断応力による弾性層破壊が抑制され、耐久性が向上されることが確認された。
【００７５】
実施例１〜４に係る加圧ローラでは上記のように亀裂は発生しなかったが、可撓性回転体とのグリップ力が小さいとニップ部でのスリップが起こり、定着画像不良の発生の懸念が生じる。このようにグリップ力の向上は定着装置において肝要な問題となっている。
【００７６】
ここで、グリップ力の確認実験を行った。使用する定着装置・試験条件については先の耐久試験と同様であり、始動時の定着ローラの回転トルクを計測することでグリップ力計測に代えた。
【００７７】
その結果、実施例２に係る加圧ローラにおいては、グリップ層下の弾性層４２が厚いためにニップ形成部での押圧力が高まるために、表面摩擦力が大きくなり、比較例に係る加圧ローラに比べグリップ力が高く、グリップ力向上効果が得られることが判った。
【００７８】
実施例３に係る加圧ローラについては、グリップ層の径が通紙領域より大きいことでニップ形成部での押圧力が高まること、および、ソリッドゴム（発泡されていないゴム）を用いているために押圧による変形が小さいことより接触面での圧力が高くなり、比較例に係る加圧ローラに比べグリップ力が高く、グリップ力の向上効果が得られることが判った。
【００７９】
実施例４に係る加圧ローラについては実施例３と同じ構成であるが、グリップ層に切れ込みがあっても破壊が生じずに、比較例に係る加圧ローラに比べグリップ力が高く、グリップ力の向上効果が得られることが判った。
【００８０】
そして、実際に実施例１〜４に係る加圧ローラを用いた画像定着評価において、比較例に係る加圧ローラを用いた場合に比べて定着画像不良の発生が著しく少なくなっていた。
【００８１】
このように実施例１〜４に係る加圧ローラではいずれも、比較例に係る加圧ローラに比べ、耐久性が向上しており、かつ、グリップ力向上により定着画像品質の向上が得られることが確認された。
【符号の説明】
【００８２】
１ 加熱ローラ
２ 定着ローラ
３ 定着ベルト
４ 加圧ローラ
５ ハロゲンヒータ
４０ 定着装置
４１ 芯金
４２ 弾性層
４３ 離型層
４３ａ 拡径部
４３ｂ 延長部
Ｗｔ 通紙領域
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８３】
【特許文献１】特許第３３８２６１１号
【特許文献２】特開２００５−４９８１２公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどに用いられ、未定着トナー画像を定着させる定着装置において用いられる断熱加圧ローラなどの定着装置用ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式を採用する画像形成装置では、転写紙やＯＨＰ用シートなどの記録材上の未定着トナー画像を加熱定着する定着装置を備えている。定着装置には、これまでヒートロール方式が広く用いられてきた。ヒートロール方式では、加熱された定着ローラに加圧ローラを圧接させてニップ部を形成し、ニップ部に記録材を通過させて未定着トナー画像を定着する。
【０００３】
このような定着装置の一部ではウォーミングアップタイムの短縮による省エネ効果を出すために、定着ローラもしくは加圧ローラを、連続気泡を有する発泡体からなる発泡弾性層を構成することにより低熱容量化させている。また、この様な構成により低硬度化による広いニップ幅が確保できるので、優れた定着性を得ることができる。
【０００４】
また、定着ローラもしくは加圧ローラの通紙領域には、未定着トナーや紙粉の付着を防止するために、表面層をＰＦＡ（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）やＦＥＰ（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）等のフッ素系樹脂などの離形性の高い材質で構成されている。
【０００５】
しかしながら、このような発泡弾性層と離型層とではそれぞれ、線膨張係数が、弾性層２×１０-4、離型層が１２×１０-5と大きく異なるために、定着プロセス温度（通常１５０℃程度）では、発泡弾性層が膨らみ、離型層を径方向に拡張しようとする力が生じる。このとき、通紙領域では発泡弾性層の膨張を離型層が抑えることになるが、離型層の端部では、発泡弾性層の膨張の影響を大きく受けるために、離型層に亀裂が生じ、その後の亀裂進行によって離型層全体が破壊される、あるいは、離型層と発泡弾性層との界面に応力が集中し、このとき発泡体の強度が弱いために発泡弾性層自体に破壊が生じ、いずれにしてもローラの寿命が短くなると云う問題がある。
【０００６】
ここで、特許第３３８２６１１号（特許文献１）で提案された技術では、芯金、弾性層、離型層を順次形成する際に、非加熱時の離型層に皺が生じるように形成する。このような、いわば”余裕”を持たせた構成により、加熱時の離型層に大きな応力が集中するのを防ぐ。なお、前記離型層の皺は加熱時（使用時）に弾性層が膨張することで離型層が平滑化して解消される。
【０００７】
この技術では、長時間使用すると発泡ゴムは圧縮永久歪により、ローラ径が収縮する。そのため、加熱しても離型層は平滑にはならず、良好な定着性が得られない。また、両端にグリップ層を設けていないため膨張時にクラウン形状になるとしているが、両端にグリップ層を設ける形状では、離型層のチューブがないため、グリップ層の膨張が大きく、逆クラウン形状になるので、離型層端部に膨張による歪が発生し、ローラの寿命が短くなると云う問題が依然として残る。
【０００８】
また、特開２００５−４９８１２公報（特許文献２）では、芯金の周りにダンベル形状（鼓形状。両端の径が中央より大きい）の発泡ゴム層、金属導電層、シリコーンゴム層、離型層を順次形成する技術が提案されている。通紙部の発泡ゴム層と金属導電層の間に空隙が形成されており、加熱時には熱膨張した発泡ゴム層が金属導電層を押し上げることで、ローラ硬度が不均一になることを防ぐ。
【０００９】
この技術では、非加熱時、昇温時の加圧をダンベル形状の弾性層の両端部で受けるために、また、ダンベル形状の弾性層の両端部と金属発熱層が接着されているために、加熱時は両端部の軸方向に膨張ができず、径方向にのみ膨張するために、膨張が金属発熱層で押さえ込まれ、通紙部以上に圧縮されるために、弾性層端部の劣化が早くなるので、ローラの寿命が短くなると云う問題が依然として残る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のように芯金の通紙領域に発泡シリコーンゴムからなる弾性層と離型層とが順次形成されたローラにおける通紙領域端部での破壊発生を防止して長寿命の定着装置用ローラを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の定着装置用ローラは、上記課題を解決するため、請求項１に記載のように、芯金表面に発泡シリコーンゴムからなる弾性層と、前記弾性層の表面中央の通紙領域に離型層と、前記弾性層表面の両端付近の非通紙領域にスリップ防止のためのグリップ層と、を有する定着装置用ローラにおいて、前記離型層の両端付近に前記非通紙領域に近づくに従い拡径された拡径部が形成され、かつ、前記拡径部以外の前記離型層の弾性層側面が前記弾性層に接着されていることを特徴とする定着装置用ローラである。
【００１２】
本発明の定着装置用ローラは、請求項２に記載のように、請求項１に記載の定着装置用ローラにおいて、前記グリップ層の形成部分が前記通紙領域に対して太径とされていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の定着装置用ローラは、請求項３に記載のように、請求項２に記載の定着装置用ローラにおいて、前記離型層の両端部が前記被通紙領域まで延長された延長部が形成され、該延長部により前記グリップ層の一部が覆われていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の定着装置用ローラは、請求項４に記載のように、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の定着装置用ローラにおいて、前記グリップ層が弾性体で構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の定着装置用ローラは、請求項５に記載のように、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の定着装置用ローラにおいて、前記離型層がフッ素製樹脂のチューブで構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の定着装置は請求項６に記載の通り、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の定着装置用ローラを有することを特徴とする定着装置である。
【００１７】
本発明の画像形成装置は、請求項７に記載の通り、請求項６に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の定着装置用ローラによれば、離型層の両端付近に前記非通紙領域に近づくに従い拡径された拡径部が形成され、かつ、前記拡径部以外の前記離型層の弾性層側面が前記弾性層に接着されている、すなわち拡径部が前記弾性層に接着されていない構成により、トナー定着の温度による非通紙領域の発泡弾性層の熱膨張が離型層の両端部の周方向の引張応力の上昇に結びつくことが少なく、このために離型層の両端部の破壊が未然に防止されている。
【００１９】
請求項２に記載の定着装置用ローラによれば、前記グリップ層の形成部分が前記通紙領域に対して太径とされている構成により、前記拡径部によるグリップ層の機能である相手側ローラ（定着ベルトを介しての場合を含む）へのグリップ力の低下を未然に防止することができる。
【００２０】
請求項２に記載の定着装置用ローラによれば、離型層端部がグリップ層で密閉される構造になるので、飛散したトナーが離型層端部未接着部へ溜まり、地汚れなどの不具合の発生を未然に防止できる。このとき、離型層とグリップ層とは接着されておらず互いに摺動が可能であり、膨張差により離型層端部にかかる応力を緩和させることができるで、離型層の破壊は発生しない。
【００２１】
請求項４に記載の定着装置用ローラによれば、前記グリップ層が弾性体により構成されているにより、前記グリップ層グリップ層が形成された部分が前記通紙領域から段を形成して太く設けられているにも係わらず、前記通紙領域において相手方ローラとの間にニップ部を形成することができるので、十分な定着性能を得ることができる。
【００２２】
請求項５に記載の定着装置用ローラによれば、前記離型層がフッ素製樹脂のチューブにより構成されている構成により、離型層の該端部の拡径部を容易に構成することができる。
【００２３】
請求項５に記載の定着装置によれば、上記定着装置用ローラを有しているために、耐久性に優れた定着装置となる。
【００２４】
請求項６に記載の画像形成装置によれば、上記定着装置を有しているために、耐久性に優れた画像形成装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る画像形成装置をモデル的に示す図である。
【図２】本発明に係る定着装置をモデル的に示す図である。
【図３】定着ベルトの一例の断面を示すモデル図である。
【図４】本発明に係る加圧ローラの回転軸に垂直な断面を示すモデル図である。
【図５】離型層の両端の拡径部の形成方法を説明するモデル図である。図５（ａ）離型層となるＰＦＡチューブを被覆した状態を示す図である。図５（ｂ）ＰＦＡチューブの不要部分を切断している状態を示す図である。図５（ｃ）ＰＦＡチューブの不要部分とスペーサを除去している状態を示す図である。図５（ｄ）本発明に係る定着装置用ローラの一例を示すモデル断面図である。
【図６】従来技術に係る定着装置用ローラの製造方法の一例を示すモデル断面図である。
【図７】本発明に係る定着装置用ローラの他の一例を示すモデル断面図である。
【図８】本発明に係る定着装置用ローラの他の一例を示すモデル断面図である。
【図９】図９（ａ）本発明に係る定着装置用ローラの他の一例の製造方法を示すモデル断面図である。図９（ｂ）図９（ａ）の本発明に係る定着装置用ローラのモデル断面図である。
【図１０】比較例の定着装置用ローラのモデル断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施形態を図に基づいて説明する。まず、図１を用いて、画像形成装置（プリンタ）全体の構成・動作について説明する。
【００２７】
このプリンタは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像をそれぞれ対応した感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ（像担持体）の表面上に形成するために電子写真方式の４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋ（像形成手段）を備えている。
【００２８】
これら画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの下方には、各画像形成部を通して用紙（記録材）を搬送するための搬送ベルト２０が張架されている。
【００２９】
各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、搬送ベルト２０にそれぞれ転接配置され，用紙（記録材）は搬送ベルト２０の表面に静電的に吸着される。
【００３０】
４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋは、略同じ構造を有する。よって、ここでは用紙の搬送方向最上流側に配設されたイエロー用の画像形成部１０Ｙについて代表して説明し、他の色用の画像形成部１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋについては同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３１】
画像形成部１０Ｙは、その略中央位置に搬送ベルト２０に転接された感光体ドラム１Ｙを有する。感光体ドラム１Ｙの周囲には、感光体ドラム１Ｙの表面を所定の電位に帯電させる帯電装置２Ｙ、帯電されたドラム表面を色分解された画像信号に基づいて露光し、ドラム表面上に静電潜像を形成する露光装置３Ｙ、ドラム表面上に形成された静電潜像にイエロートナーを供給して現像する現像装置４Ｙ、現像したトナー像を搬送ベルト２０を介して搬送される用紙上に転写する転写ローラ５Ｙ（転写装置）、転写されずにドラム表面に残留した残留トナーを除去するクリーナ６Ｙ、および図示しないドラム表面に残留した電荷を除去する除電ランプが、感光体ドラム１Ｙの回転方向に沿って順に配設されている。
【００３２】
搬送ベルト２０の図中右下方には、用紙を搬送ベルト２０上に給紙するための給紙機構３０が配設されている。
【００３３】
搬送ベルト２０の図中左側には、後述する本発明の実施の形態に係る定着装置４０が配設されている（この図中では、励磁コイルなどは省略）。搬送ベルト２０によって搬送された用紙は、搬送ベルト２０から連続して定着装置４０を通って延びた搬送路を搬送され、定着装置４０を通過する。
【００３４】
定着装置４０は、搬送された用紙、すなわちその表面上に各色のトナー像が転写された状態の用紙を加熱および加圧する。そして、各色のトナー像を溶融して用紙に浸透させて定着させる。また、定着装置４０の搬送経路下流側に排紙ローラを介して排紙する。
【００３５】
次に、本発明に係る定着装置を図２にて説明する。
【００３６】
ハロゲンヒータ５を内部に備えた加熱ローラ１と、加熱ローラ１と並行に配置された定着ローラ２と、加熱ローラ１と定着ローラ２とで張り渡され、これらの何れかのローラの回転により矢印Ａ方向に回転駆動される無端帯状の耐熱性の定着ベルト３と、定着ベルト３を介して定着ローラ２に圧接されるとともに定着ベルト３に対して順方向に回転する加圧ローラ４とから構成されている。
【００３７】
加熱ローラ１は、ローラ内部のハロゲンヒータ５からの熱を当接する定着ベルトへ伝熱することを目的とする。そのため、内面に黒色塗装を施すことで、ハロゲンヒータからの熱を効率良く集光しローラの発熱効率を向上させることができる。
【００３８】
材質はアルミニウム、炭素鋼等の金属からなり、特にアルミニウムは金属の中でも熱伝導率が高いことから、加熱ローラに使用するに適している。また、ベルト基材との摺動面にはフッ素樹脂等の摩擦係数の小さい樹脂で被覆し、ベルトの磨耗を低減することが好ましい。
【００３９】
定着ローラ２は、例えばステンレス、炭素鋼等の金属製の芯金２ａと、耐熱性を有するシリコーンゴム等をソリッド状または発泡状にして芯金を被覆した弾性部材２ｂとからなる。そして、加圧ローラ４からの押圧力で加圧ローラ４と定着ローラ２の間に所定幅の接触部（定着ニップ部Ｎ）を形成する。定着ローラの外径は３０〜４０ｍｍ程度、弾性部材は肉厚を３〜１０ｍｍ程度、硬度を１０〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）程度としている。
【００４０】
定着ベルト３について図３の断面図を用いて詳細に説明する。図３に示すように定着ベルト３は、基材３１の上に弾性層３２、離型層３３をこの順で積層して構成されている。
【００４１】
基材３１に求められる特性として、定着ベルト３を構成したときの耐久性、柔軟性、及び、定着温度での使用に耐え得る耐熱性が挙げられる。本発明では支持ローラ１を誘導加熱するため基材３１は絶縁性の耐熱樹脂材料、すなわち、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、フッ素樹脂等が適している。厚さは定着ベルトを構成したときの要求される熱容量、強度の関係から３０μｍ以上２００μｍ以下であることが望ましい。
【００４２】
弾性層３２は光沢むらのない均一な画像を得るために、ベルト表面に柔軟性を与える目的で形成され、ゴム硬度は５〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）、厚さは５０〜５００μｍが望ましい。また、定着温度における耐熱性から、材質としてはシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等が用いられる。
【００４３】
また、離型層３３に使用される材料として、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、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（ＰＦＡ）、および、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのフッ素樹脂、もしくはこれらの樹脂の混合物、あるいは一般的な耐熱性樹脂にこれらフッ素系樹脂を分散させたものが挙げられる。
【００４４】
弾性層３２を離型層３３が被覆することにより、シリコーンオイル等を使用しなくとも定着ベルトのトナー離型性が高まり、紙粉固着防止が可能となる（オイルレス化）。しかし、これらの離型性を有する樹脂は一般にゴム材料のような弾性を持たないことから、弾性層３２上に離型層３３を厚く形成するとベルト表面の柔軟性を損ない、形成される画像に光沢むらが発生してしまう。離型性と柔軟性とを両立させるためには、離型層３３の膜厚を５μｍ以上５０μｍ以下、特に１０μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。
【００４５】
また、必要に応じて、各層間にプライマー層を設けても良く、また、基材の内面に摺動時の耐久性を向上させる層、例えば、フッ素樹脂のＰＦＡやＰＴＦＥからなる層を設けても良い。
【００４６】
図４にモデル的に断面（中央付近の、回転軸に垂直な断面）を示す加圧ローラ４は、本発明に係る定着装置用ローラであり、金属製の円筒部材からなる芯金４１の側面の中央の通紙領域に、連続気泡を有する発泡シリコーンゴムからなる弾性層４２、離型層４３の順にそれぞれ積層された構造を有しており、ベルト３を介して定着ローラ２を押圧して定着ニップ部Ｎを形成している。加圧ローラ４の外径は一般的に３０〜４０ｍｍ程度である。
【００４７】
図５（ｄ）に本発明に係る加圧ローラ４の回転軸を含む平面における断面図を示す。加圧ローラ4は芯金４１、連続気泡を有する発泡シリコーンゴムから構成された弾性層４２、離型層４３、グリップ層４４から構成されている。離型層４３の両端付近に非通紙領域に近づくに従い拡径された拡径部４３ａが形成されており、この拡径部４３ａを除き、離型層４３と弾性層４２とは接着されている。
【００４８】
芯金４１にはステンレス鋼、炭素鋼など剛性の高い金属材料を用いる。芯金の肉厚については本発明では弾性層に発泡シリコーンゴムを適用することで断熱性を有しており、中空、中実は問わない。本例では肉厚２ｍｍのＳＴＫＭ材を用いた。
【００４９】
弾性層４２は連続気泡を有する発泡シリコーンゴムを用いることで断熱性を得ることができ、加熱ローラへの伝熱を低減することで機器の立ち上げ時間短縮や省エネ（ＴＥＣ値低減）化が可能となる。
【００５０】
弾性層には熱伝導率０．１〜０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ)、硬度３５〜６０°(アスカーＣ)のセル径５〜１００μｍの発泡シリコーンゴムを用いる。特に本発明では発泡シリコーンゴムとして水発泡シリコーンゴムを用いることがこのましい。
【００５１】
発泡ゴムを得る方法としては発泡剤を添加させ発泡構造を形成する化学発泡と液状シリコーンゴム中に水を乳化させ加熱することで水を揮発させ発泡構造を形成する水発泡が一般的に知られている。化学発泡ではセルのサイズが大きいため複写機の定着用回転体として用いた場合、トナーに対して均一な圧力負荷ができないため画像ムラや耐久不足(硬度低下、破断など)が起こりやすいという問題がある。一方、水発泡では微細なセルを均一に形成することできるため、先の課題を解決することができる。
【００５２】
弾性層は芯金４１の周りにエマルジョン組成物である液状シリコーンゴムを注型・加硫することで発泡体を得て形成することができる。
【００５３】
このように成形した弾性層の側面のうち、ローラ中央の通紙領域に一液熱硬化型の接着剤を均一に塗布しＰＦＡチューブを被覆し離型層４３とする。離型層４３にはＰＴＦＥ、ＦＥＰなどの離型性及び耐熱性の良い材料を用いることができる。
【００５４】
グリップ層４４は通紙領域Ｗｔと同じ幅の離型層４３の外側から通紙領域ローラ端部まで形成する。成形方法はスプレー塗装、ディップ塗装、ロールコートなどを用いる。
【００５５】
グリップ層の材料としては、グリップ力を得るためタック性を有すること、ニップ部を形成するために弾性体であること、定着温度に対する耐熱性を有すること、の３つの特性を満足することが必要となる。このような材料として、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどのゴム材料が挙げられる。
【００５６】
次に、離型層４３の両端の拡径部の形成方法を図５で説明する。芯金４１の周りに弾性層４２を注型・加硫した後、所定のローラ径になるように弾性層４２に対して研削加工を行い、通紙領域Ｗｔの両外側からローラ両端部までにそれぞれグリップ層４４を形成する。そして、このグリップ層４４の上にこの例では厚さ０．５ｍｍのスペーサ５１を被せ、通紙領域Ｗｔに接着剤を塗布し、その後、通紙領域Ｗｔ及びスペーサ全体に係るように離型層４３となるＰＦＡチューブを被覆する（図５（ａ）参照）。このとき、離型層４３はスペーサ５１に近づくに従い拡径され、かつ、この拡径部では弾性層４２から離間して空間Ｓが形成されているために離型層４３と弾性層４２とは接着されない。
【００５７】
次に図５（ｂ）に示すように、上記空間Ｓの位置にカッターＣを当てて、離型層４３を形成するＰＦＡチューブを切断する。
【００５８】
ＰＦＡチューブを切断した後、端部のＰＦＡチューブとスペーサ５１とをローラ端部側に引っ張ることで（図５（ｃ）参照）、本発明に係る加圧ローラ４が得られる。
【００５９】
ここで、通紙領域Ｗｔとグリップ層４４との間に段差を設けない場合には、図６に示すように、通紙領域Ｗｔに離型層４３を形成するためにＰＦＡチューブにカッターを切り込ませると、カッターＣがＰＦＡチューブを突き破り、弾性層４２にくい込む。このとき、弾性層４２にはカッターＣによる切れ目が生じ、このようにして作製したローラを用いると上記の切れ目から破断が生じるおそれがある。このように破断が生じると、水発泡シリコーンゴムの強度が化学発泡ゴムの強度より低いために、破談が短時間でローラ全体に広がり、破壊されてしまう。
【００６０】
しかしながら、図５（ｂ）に示されるように、通紙領域Ｗｔとグリップ層４４との間に段差がある場合、カッターＣの食い込み量を空間Ｓまでとすることにより、弾性層４２に達する切れ込みを防止でき、このとき、切れ込みを原因とするローラ破壊をあらかじめ防ぐことができる。
【００６１】
また、このようにして形成された離型層４３は、その両端がグリップ層の定着装置用ローラ中央側の端にそれぞれ接しており、離型層４３の両端部付近が端に近づくに従いそれぞれ拡径され、かつ、該離型層の該端部の拡径部が前記弾性層に接着されていない状態となっている。
【実施例】
【００６２】
以下に、本発明の実施例を示す。
【００６３】
［実施例１］
芯金に径φ２４ｍｍ、肉厚２ｍｍのＳＴＫＭ材を用い、その外側面に肉厚３ｍｍの連続気泡を有する発泡シリコーンゴム層（特願２０１１−０２７４３３（公開前）に詳細が記載されている）を成形し、この発泡シリコーンゴム層の側面のうち、ローラとして用いたときに通紙領域外となる両端部分に膜厚５０μｍのグリップ層（硬度６０°(アスカーＣ)となるシリコーンゴムから構成される）を形成し、次いで、このグリップ層の外周に厚さ０．５ｍｍのスペーサをかぶせた。
【００６４】
さらに通紙領域となる発泡シリコーンゴム層の側面部分に接着剤を塗布し、その後、図５（ｃ）に示すように通紙領域及びスペーサ全体に係るように離型層となる３０μｍのＰＦＡチューブを被覆し、図５（ｂ）に示すように空間Ｓの位置にカッターＣを当てて、離型層４３を形成するＰＦＡチューブを切断し、次いで図５（ｃ）に示すように両端の不要部分の離型層４３及びスペーサを除去して図５（ｄ）にモデル的に示す本発明に係る加圧ローラを得た。
【００６５】
［実施例２］
芯金に径φ２４ｍｍ、肉厚２ｍｍのＳＴＫＭ材を用い、その外側面に通紙領域Ｗｔは肉厚３ｍｍ、通紙領域Ｗｔの両端外側の領域では肉厚３．１ｍｍになるように発泡シリコーンゴム層（弾性層）を成形した。この外側の領域に膜厚５０μｍのグリップ層（硬度６０°(アスカーＣ)となるシリコーンゴムから構成される）を積層し、次いで、このグリップ層の外周に厚さ０．５ｍｍのスペーサをかぶせた。次いで、通紙領域にのみ接着剤を塗布し、以下、上記実施例１同様にして、図７にその断面をモデル的に示す本発明に係る加圧ローラを得た。
【００６６】
［実施例３］
実施例１と同様にして芯金外側面に弾性層を形成した。この弾性層の側面のうち、ローラとして用いたときに通紙領域外となる両端部分に発泡成分を有しない以外は弾性層を形成したものと同じ液状シリコーンゴムで作製した膜厚０．３ｍｍのチューブをグリップ層（硬度６０°(アスカーＣ)として積層し、次いで、このグリップ層の外周に厚さ０．５ｍｍのスペーサをかぶせた。以下、上記実施例１同様にして、図８にその断面をモデル的に示す本発明に係る加圧ローラを得た。
【００６７】
［実施例４］
実施例４と同様にして芯金外側面に弾性層及びグリッド層を形成した。
【００６８】
さらに通紙領域に接着剤を塗布し、その後、図９（ａ）に示すように通紙領域及びグリッド層全体に係るように離型層となる３０μｍのＰＦＡチューブを被覆し、図示するようにグリップ層のローラ中央側端から１ｍｍの位置にカッターを当てて（このときのグリップ層への切れ込み量は０．５ｍｍとした）、離型層４３を形成するＰＦＡチューブを切断し、図９（ｂ）に示すように両端の不要部分の離型層を除去して本発明に係る加圧ローラを得た。
【００６９】
この例では離型層４３の両端は、拡径部４３ａを越えてさらに延長部４３ｂが形成され、延長部４３によりグリップ層４５の一部（通紙領域側の一部）が覆われている。
【００７０】
［比較例］
実施例１と同様にして芯金外側面に弾性層を形成し、その通紙領域のみに離型層として３０μｍのＰＦＡチューブを接着により被覆した。グリップ層には硬度６０°(アスカーＣ)となるシリコーンゴムを用い、ローラ両端の露出している弾性層上にのみ実施例1同様の膜厚５０μｍのグリップ層を形成した（図１０参照）。
【００７１】
［評価］
上記で作製した実施例１〜４および比較例に係る加圧ローラについて耐久試験を実施した。
【００７２】
耐久試験は図２にモデル的に示した定着ユニット構成を有するリコー社製画像形成装置ｉｍａｇｉｏ ＭＰＣ ２２０１を用い、加圧ローラを上記で制作したローラと交換して行った。
【００７３】
Ａ４サイズ用紙の４００ｋ（４０００００）枚通紙による耐久試験を実施し、離型層とグリップ層との境界における亀裂の発生の有無を確認した。
【００７４】
その結果、比較例に係る加圧ローラのみに亀裂が発生した。このことより、本発明に係る加圧ローラすべてで、離型層端部とグリップ部との境界で発生するせん断応力による弾性層破壊が抑制され、耐久性が向上されることが確認された。
【００７５】
実施例１〜４に係る加圧ローラでは上記のように亀裂は発生しなかったが、可撓性回転体とのグリップ力が小さいとニップ部でのスリップが起こり、定着画像不良の発生の懸念が生じる。このようにグリップ力の向上は定着装置において肝要な問題となっている。
【００７６】
ここで、グリップ力の確認実験を行った。使用する定着装置・試験条件については先の耐久試験と同様であり、始動時の定着ローラの回転トルクを計測することでグリップ力計測に代えた。
【００７７】
その結果、実施例２に係る加圧ローラにおいては、グリップ層下の弾性層４２が厚いためにニップ形成部での押圧力が高まるために、表面摩擦力が大きくなり、比較例に係る加圧ローラに比べグリップ力が高く、グリップ力向上効果が得られることが判った。
【００７８】
実施例３に係る加圧ローラについては、グリップ層の径が通紙領域より大きいことでニップ形成部での押圧力が高まること、および、ソリッドゴム（発泡されていないゴム）を用いているために押圧による変形が小さいことより接触面での圧力が高くなり、比較例に係る加圧ローラに比べグリップ力が高く、グリップ力の向上効果が得られることが判った。
【００７９】
実施例４に係る加圧ローラについては実施例３と同じ構成であるが、グリップ層に切れ込みがあっても破壊が生じずに、比較例に係る加圧ローラに比べグリップ力が高く、グリップ力の向上効果が得られることが判った。
【００８０】
そして、実際に実施例１〜４に係る加圧ローラを用いた画像定着評価において、比較例に係る加圧ローラを用いた場合に比べて定着画像不良の発生が著しく少なくなっていた。
【００８１】
このように実施例１〜４に係る加圧ローラではいずれも、比較例に係る加圧ローラに比べ、耐久性が向上しており、かつ、グリップ力向上により定着画像品質の向上が得られることが確認された。
【符号の説明】
【００８２】
１ 加熱ローラ
２ 定着ローラ
３ 定着ベルト
４ 加圧ローラ
５ ハロゲンヒータ
４０ 定着装置
４１ 芯金
４２ 弾性層
４３ 離型層
４３ａ 拡径部
４３ｂ 延長部
Ｗｔ 通紙領域
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８３】
【特許文献１】特許第３３８２６１１号
【特許文献２】特開２００５−４９８１２公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金表面に発泡シリコーンゴムからなる弾性層と、前記弾性層の表面中央の通紙領域に離型層と、前記弾性層表面の両端付近の非通紙領域にスリップ防止のためのグリップ層と、を有する定着装置用ローラにおいて、
前記離型層の両端付近に前記非通紙領域に近づくに従い拡径された拡径部が形成され、かつ、
前記拡径部以外の前記離型層の弾性層側面が前記弾性層に接着されている
ことを特徴とする定着装置用ローラ。
【請求項２】
前記グリップ層の形成部分が前記通紙領域に対して太径とされていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置用ローラ。
【請求項３】
前記離型層の両端部が前記被通紙領域まで延長された延長部が形成され、該延長部により前記グリップ層の一部が覆われていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置用ローラ。
【請求項４】
前記グリップ層が弾性体で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の定着装置用ローラ。
【請求項５】
前記離型層がフッ素製樹脂のチューブで構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の定着装置用ローラ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の定着装置用ローラを有することを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項６に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
芯金表面に発泡シリコーンゴムからなる弾性層と、前記弾性層の表面中央の通紙領域に離型層と、前記弾性層表面の両端付近の非通紙領域にスリップ防止のためのグリップ層と、を有する定着装置用ローラにおいて、
前記離型層の両端付近に前記非通紙領域に近づくに従い拡径された拡径部が形成され、かつ、
前記拡径部以外の前記離型層の弾性層側面が前記弾性層に接着されている
ことを特徴とする定着装置用ローラ。
【請求項２】
前記グリップ層の形成部分が前記通紙領域に対して太径とされていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置用ローラ。
【請求項３】
前記離型層の両端部が前記被通紙領域まで延長された延長部が形成され、該延長部により前記グリップ層の一部が覆われていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置用ローラ。
【請求項４】
前記グリップ層が弾性体で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の定着装置用ローラ。
【請求項５】
前記離型層がフッ素製樹脂のチューブで構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の定着装置用ローラ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の定着装置用ローラを有することを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項６に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−７３０６６（Ｐ２０１３−７３０６６Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１２６２０（Ｐ２０１１−２１２６２０）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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