JP2001032825A - 加圧ローラおよび加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加圧時の熱伝導率上昇を抑えた断熱効果の高
い加圧ローラ、およびそれを備えることにより、省エネ
ルギーとクイックスタートの両立を可能とした加熱装置
を提供すること。 【解決手段】 加熱部材と相互圧接する加圧ローラにお
いて、芯金１に弾性体が積層され、該弾性体として耐熱
性多孔質層２を有し、該多孔質層２の表面側部分３が、
該表面側部分３より内側の弾性体部分と比べて高い硬度
となるよう硬化処理されていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加圧ローラおよび
加熱装置に関するものであり、例えば複写機、レーザー
プリンタ、ファキシミリ等、電子写真プロセスを用いる
画像形成装置の定着装置に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真プロセスを用いた画像形
成装置の定着装置としては、アルミニウム等の円管の中
にハロゲンランプを設け、ハロゲンランプの幅射熱で円
管を加熱し、対向して配置される加圧ローラとで被加熱
材を挟持搬送させ定着を行う熱ローラ方式や、特開昭６
３−３１３１８２号公報に示されているセラミックの基
板上に抵抗発熱体のパターンを設けて加熱体を作り、こ
れを発熱させて薄いフィルムを介して被加熱材を加熱す
るフィルム加熱方式等が用いられている。

【０００３】熱ローラ方式にくらべてフィルム定着装置
は、熱源が被加熱材に近い位置に存在することから効率
が高く、消費電力を押さえることができる。フィルム加
熱装置の断面図の一例を図１１に示した。同図におい
て、１０３は定着フィルム、１０２は加熱ヒータで、加
熱ヒータ１０２は良熱伝導性基板と通電により発熱する
発熱体１０８を有している。加熱ヒータ１０２の温度制
御は、ＣＰＵがサーミスタ１０７の検知温度に基づきト
ライアックを介して発熱体１０８への給電電力を調整
し、該サーミスタ１０７の検知温度が一定になるよう制
御することにより行われる。

【０００４】１０１は加熱ヒータ１０２を断熱保持する
横長ステーであり、該ヒータ１０２を保持した状態でフ
ィルム１０３が外嵌されている。

【０００５】また、１０４はフィルム１０３を駆動する
駆動ローラを兼ねた加圧ローラであり、上記の要素１０
１，１０２，１０３等よりなる加熱部材と圧接してい
る。該加圧ローラ１０４は、鉄、ステンレス等の芯金１
０４ａに、シリコーンゴム等の弾性体とフッ素樹脂など
の離型性表面層を有する弾性層１０４ｂを形成したもの
である。そして、加熱ヒータ１０２と加圧ローラ１０４
との間に形成される定着ニップ部Ｎに記録材Ｐを搬送通
過させることにより、トナー像Ｔを加熱・加圧して記録
材Ｐ上に定着させるようになっている。

【０００６】このようなフィルム加熱方式の定着装置に
は、低熱容量のヒータを用いることができるため、熱ロ
ーラ方式に比べ、ウェイトタイムの短縮（クイックスタ
ート）が可能となる。そして、クイックスタートが可能
となることにより、非プリント動作時の予熱が必要なく
なり、総合的に省電力化を図ることができる。

【０００７】また、該定着装置において、更なるクイッ
クスタートと省電力化を図るために、上記加圧ローラの
弾性層１０４ｂに多孔質のスポンジゴムを用い、断熱性
を向上させた加圧ローラが実用化されている。このよう
なスポンジゴム用いた断熱加圧ローラの製法の一例とし
ては、シリコーンゴム組成物に発泡材を加えた原料未加
硫ゴムを押し出し機によってチューブ状に押し出し、加
硫炉を通して、加熱、加硫、発泡させ、スポンジゴムチ
ューブを得る。そして、該ゴムチューブに接着剤を塗布
した芯金を挿入し、スポンジローラを作る。

【０００８】次いで、スポンジ外表面にプライマを塗布
し、乾燥後、四弗化エチレン−パーフロロアルコキシエ
チレン共重合体（ＰＦＡ）チューブを被覆し、接着剤硬
化のために熱処理を行うことによって得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記多孔質弾性層を有
する加圧ローラでは、多孔質の母材である弾性材料より
空気の方が熱伝導率が低いため、気孔（セル）の割合を
多くし、密度を下げるとみかけの熱伝導率が下がり断熱
効果が高まる。

【００１０】しかしながら、シリコーンスポンジローラ
を例に取ると、密度が低いシリコーンスポンジゴムは一
般にソリッドシリコーンゴムより柔らかくなる（硬度が
下がる）ので、定着ニップ部の幅が太くなり、ヒータ１
０２の幅より太くなると、ヒータ１０２の端部と定着フ
ィルム１０３とが摺擦し、フィルムの内面が削れるとい
う問題が発生する。

【００１１】このためスポンジローラの発泡倍率には上
限が存在した。また硬度が下がると定着ニップ部での弾
性層のつぶれ量が大きくなるため、スポンジ内の気泡が
圧縮され、熱伝導率が上昇するので期待通りの断熱効果
が得られないという問題がある。

【００１２】図４に上記の方法で製作された従来のスポ
ンジ加圧ローラにおいて、加圧の有無によってローラ中
心からニップ部までのローラ半径方向の熱伝導率がどの
ように変わるかを示した。ここで離型層は他の層に比べ
て十分薄いため寄与しないので省略した。ｒｌは芯金の
半径であり、０からｒｌまでは金属であるので熱伝導率
は高い。ｒｌからｒ２までがシリコーンスポンジであ
り、加圧することで半径方向に密度勾配が生じ全体的に
も密度があがるので、図のように熱伝導率が上昇し、断
熱効果が損なわれていた。

【００１３】本発明は、加圧時の熱伝導率上昇を抑えた
断熱効果の高い加圧ローラ、およびそれを備えることに
より、省エネルギーとクイックスタートの両立を可能と
した加熱装置の提供を目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の加圧ローラおよ
び加熱装置は、上記課題を解決するために下記の構成を
特徴とするものである。

【００１５】〔１〕：加熱部材と相互圧接する加圧ロー
ラにおいて、芯金に弾性体が積層され、該弾性体の少な
くとも表面側部分を多孔質とし、該表面側部分の硬度
を、該表面側部分より内側の弾性体部分の硬度と比べて
高くしたことを特徴とする加圧ローラ。

【００１６】〔２〕：加熱部材と相互圧接する加圧ロー
ラにおいて、芯金に弾性体が積層され、該弾性体として
耐熱性多孔質層を有し、該多孔質層の表面側部分が、該
表面側部分より内側の弾性体部分と比べて高い硬度とな
るよう硬化処理されていることを特徴とする加圧ロー
ラ。

【００１７】〔３〕：上記表面側部分が、自由形状を保
ちつつ硬度が高くなるよう硬化処理されていることを特
徴とする請求項〔２〕に記載の加圧ローラ。

【００１８】〔４〕：上記耐熱性多孔質層が発泡シリコ
ーンゴムであることを特徴とする〔２〕又は〔３〕に記
載の加圧ローラ。

【００１９】〔５〕：上記硬化処理が上記多孔質層の表
面側部分にセル径より小なる厚みの被膜を設けることに
よりなされることを特徴とする〔２〕，〔３〕又は
〔４〕に記載の加圧ローラ。

【００２０】〔６〕：上記被膜が、フッ素樹脂の塗布、
焼成工程を経て設けられることを特徴とする〔５〕に記
載の加圧ローラ。

【００２１】〔７〕：上記被膜が、接着剤の塗布、硬化
工程を経て設けられることを特徴とする〔５〕又は
〔６〕に記載の加圧ローラ。

【００２２】〔８〕：上記被膜が、液状シリコーンゴム
の塗布、熱処理を経て設けられることを特徴とする
〔５〕，〔６〕又は〔７〕に記載の加圧ローラ。

【００２３】

〔９〕：上記硬化処理を複数回行うことを
特徴とする〔５〕〜〔８〕の何れか１項に記載の加圧ロ
ーラ。

【００２４】〔１０〕：上記弾性体にフッ素樹脂からな
るチューブを被覆したことを特徴とする〔１〕〜

〔９〕
の何れか１項に記載の加圧ローラ。

【００２５】〔１１〕：〔１〕〜〔１０〕に記載の加圧
ローラを具備したことを特徴とする加熱装置。

【００２６】〔１２〕：加熱体と、該加熱体に摺接する
フィルムと、該フィルムを挟み加熱体と圧接してニップ
部を形成する加圧部材とを有し、該ニップ部で被加熱部
材を挟持搬送して加熱する加熱装置において、前記加圧
部材として〔１〕から〔１０〕に記載の加圧ローラを具
備したことを特徴とする加熱装置。

【００２７】〔１３〕：画像を担持した記録材を被加熱
材として加熱し、該画像を記録材にさせることを特徴と
する〔１１〕又は〔１２〕に記載の加熱装置。

【００２８】〈作 用〉〔１〕，〔２〕の構成により、
加圧時に表面側部分よりも内側の弾性体部分を縮ませ、
該表面側部分のセル（気孔部）の形状を確保すること
で、熱伝導率上昇を抑え、断熱効果の高い加圧ローラを
実現している。

【００２９】〔３〕の構成により、加圧時であっても硬
化層が無加圧時に近い形状に保たれ、最良の断熱効果が
得られるようにしている。

【００３０】〔４〕の構成により、耐熱性を有し、断熱
効果の高い加圧ローラとしている。

【００３１】〔５〕〜

〔９〕の構成により、多孔質弾性
層表面側部分の立体構造を強化し、加圧時の熱伝導率上
昇を抑え、断熱効果の高い加圧ローラを実現している。

【００３２】〔１０〕の構成により、表面離型性が良く
断熱効果の高い加圧ローラを実現している。

【００３３】〔１１〕〜〔１３〕の構成により、省エネ
ルギーとクイックスタートの両立ができる加熱装置を実
現している。

【００３４】

【発明の実施の形態】〈第一の実施形態〉図１に本実施
形態の加圧ローラの断面図、図３に同加圧ローラの斜視
図を示した。１はアルミニウムによって作られる芯金で
あり、直径１４ｍｍの物を用いた。２はシリコーンゴム
の発泡体であり厚みは３ｍｍ、セル径は２００μｍであ
る。３は硬化層であり、２のシリコーンスポンジの最外
表面部分を硬化処理することによって作られ、厚みはセ
ル径の数倍程度であり、本実施形態では約０．５ｍｍで
ある。４は離型層であり厚さ５０μｍのＰＦＡのチュー
ブを被覆してある。

【００３５】前記加圧ローラはたとえば次のように製作
される。

【００３６】まず母材である熱加硫型シリコーンゴム
（ＨＴＶシリコーンゴム）に加硫材として各種パーオキ
サイドと各種発泡材を加えた原料未加硫ゴムを押し出し
機を用いてチューブ状に連続的に押し出し、２５０℃の
加硫炉を通過させる。加熱時間は２０分間であり未加硫
ゴムチューブは加硫、発泡し、内径が約１３ｍｍのスポ
ンジシリコーンゴムチューブとなる。シリコーンゴムチ
ューブは冷却後所望の長さに切断される。

【００３７】そして、外径１４ｍｍのアルミニウム芯金
１の表面をサンドブラスにより荒らし、耐熱金属用プラ
イマを塗布し、乾燥する。芯金１は切断されたシリコー
ンゴムチューブに挿入され、１５０℃の雰囲気中で１０
分間接着剤の硬化を行う。芯金上の所定位置からはみだ
したシリコーンスポンジを所定端面でカットし、砥石が
回転駆動される研磨機によってスポンジローラの外径が
２０ｍｍになるよう研磨し、耐熱性多孔質層とする。

【００３８】研磨加工後の多孔質層（スポンジ）表面に
コート液として接着剤（ダイキン工業製、ＧＬＰ−１０
３ＳＲ）を厚さ５０μｍほどドクターナイフを用いた成
型法やスプレーコーティング法もしくはデイッピング法
により塗布し、乾燥後、完全硬化のために１５０℃の雰
囲気中で１０分間硬化処理を行い、硬化層３を形成し
た。本実施形態のスポンジの発泡形態が気泡がつながっ
ている連泡状であったので、上記接着剤は表面から０．
５ｍｍほどまで浸透した。尚、この硬化処理において、
被膜に用いるコート液の粘度が高く、コート液がスポン
ジに浸透せずに皮膜の厚みがスポンジの発泡セル径以上
になると、セルが被膜によって埋められてしまい、後述
の断熱効果が減少してしまうので、スポンジにはセル径
の数倍程度染み込み、かつ各セルに設けられる被膜がセ
ルを埋めない程度の厚みとなることが肝要である。コー
ト液が染み込むためにはスポンジの発泡形態として単泡
より連泡状であることが好ましい。冷却後再び同接着剤
を厚さ５０μｍ程度塗布し、乾燥後、離型層として肉厚
５０μｍのＰＦＡチューブを被覆し、接着剤硬化のため
１５０℃の雰囲気中で１０分間熱処理を行ない本実施形
態の加圧ローラ１０を作成した。一般には加工性に優れ
たＰＦＡチューブが離型層として好ましいが、ＦＥＰ，
ＰＴＦＥのチューブであっても良い。また、帯電制御材
としてカーボンブラック、金属酸化物などの導電性付与
材が分散されていてもよい。またフッ素樹脂は一般に他
の物質との接着が困難であるため、接着面を金属ナトリ
ウムもしくはスパッタエッチングなどにより表面処理さ
れることが多い。

【００３９】図２に上記方法で成型した表面硬化層３の
働きを説明する図を示す。（ａ）は本発明の加圧ローラ
１０の無加圧状態時の模式図であり、２はシリコーンス
ポンジゴム層、３は同シリコーンゴム層を硬化処理した
硬化層であり、４は離型層としてのＰＦＡチューブであ
る。

【００４０】実使用状態では加圧ローラ１０とフィルム
ユニットが５〜１５ｋｇｆ程度の力で圧接されており、
加圧ローラ１０がつぶれて定着ニップ部Ｎを形成してい
る。図２の（ｂ）に（ａ）の加圧ローラ１０が加圧状態
（実使用状態）にあるときの断面の模式図を示した。同
図に示したように加圧によってつぶれて変形するのは、
主に反発弾性が小さいスポンジ層２の内側部分であり、
硬化層３は反発弾性が大きいので加圧状態でもほとんど
立体構造を保っている。このため、スポンジ層２は気泡
がつぶれてみかけの密度が上昇することにより、熱伝導
率があがるが、硬化層３はつぶれないので熱伝導率はほ
ぼ変わらない。

【００４１】つまり表面硬化層３を新たに設けることに
よって、断熱を担う層と変形をする層とに機能を分離を
することが可能となる。従来、断熱効果を高めるために
発泡倍率を上げるとスポンジ層の硬度が下がり、加圧時
に気泡がつぶれることによって断熱効果が減少するとい
うジレンマを解消することが可能となる。

【００４２】以下に従来の加圧ローラの例を挙げて本発
明の加圧ローラとの差異を説明する。

【００４３】図１０に比較例として従来の加圧ローラ１
０４の断面図を示した。１は金属芯金であり、２はシリ
コーンスポンジゴム、４はＰＦＡチューブである。比較
例の加圧ローラ１０４も、スポンジ２に芯金１を挿入し
て接着し所定寸法に整形する段階まで本実施形態の加圧
ローラ１０と同様の方法で製作される。比較例の加圧ロ
ーラ１０４ではその後、スポンジ外周に接着剤を塗布
し、ＰＦＡチューブを被覆して１５０℃で１０分間接着
剤の硬化処理が行われる。一般に研磨後のスポンジロー
ラ外径より、被覆するＰＦＡチューブの外径の方が小さ
くなっており、ＰＦＡチューブ４を被覆した状態ではス
ポンジ２の表面のセルがつぶれてチューブと接着されて
いる。

【００４４】これに対し本実施形態の加圧ローラ１０の
製作工程では、スポンジ２の表面に接着剤を塗布した
後、スポンジ表面になんら圧力を掛けない状態で一旦被
膜を完全硬化させている。すなわち従来のようにＰＦＡ
チューブの被覆によりスポンジ最外層の立体形状がつぶ
れて接着されることを防止している。このように、スポ
ンジ（多孔質層）表面側部分の自由形状を保ちつつ硬化
処理を行い、硬化層を形成したことにより、優れた断熱
硬化を得ている。

【００４５】前記断熱効果は比較例と実施形態の熱伝導
率を比較することで明らかになる。図５に比較例の加圧
ローラ１０４と本実施形態の加圧ローラ１０との加圧時
における熱伝導率分布の比較を示す。比較例、本実施形
態ともに０からｒｌまでが芯金である。比較例の加圧ロ
ーラ１０４ではスポンジゴム部はｒｌからｒ３までであ
る。実施形態の加圧ローラ１０において、スポンジゴム
部は同じくｒｌからｒ３までであるが、ｒ２からｒ３ま
では硬化処理されている層である。

【００４６】同図のように、実施形態の加圧ローラ１０
において、ｒｌからｒ２の間では熱伝導率が比較例と同
様に上昇しているが、ｒ２からｒ３の間では表面硬化層
３の立体構造が変化しないため熱伝導率が加圧無しの状
態と同じく低くなっている。

【００４７】そして該加圧ローラ１０を備えた本発明の
加熱装置を図６に示した。尚、加圧ローラ１０以外の構
成は、図１１の加熱装置と略同じであるので、同一の要
素に同符番付し、再度の説明を省略した。

【００４８】前記比較例の加圧ローラ１０４を備えた図
１１の加熱装置と、本実施形態の加圧ローラ１０を備え
た図６の加熱装置とにおける加圧ローラ半径方向の温度
分布を図７に示す。図７はコールドスタート（装置が冷
めた状態からの駆動開始）させ、ヒータに電力が供給さ
れてから１５秒後の温度分布であり、ヒータが目標温度
１９０℃に到達して電力制御が働いている状態である。
比較例の加圧ローラ１０４にくらべて実施形態の加圧ロ
ーラ１０は表面付近ｒ２からｒ３の断熱効果が高いため
温度勾配が急になっている。また実施形態では加圧ロー
ラ表面ｒ３での温度が比較例より高くなる。つまり表面
温度が比較例の加圧ローラ１０４に比べて早く立ち上が
るので、クイックスタートが可能となり、消費電力も下
げることが可能となる。

【００４９】表１に比較例の加圧ローラ１０４を備えた
図１１の加熱装置と本実施形態の加圧ローラ１０を備え
た図６の加熱装置において、同じ量のトナーが乗った紙
を該装置に通紙した場合にトナーを十分紙に定着させる
ための諸条件を調べた結果を示す。尚、定着器予熱時間
とはコールドスタートから５５０Ｗの一定入力で定着器
が立ち上がるために必要な時間であり、定着器予熱時間
を経過した瞬間に定着器に未定着トナー画像を通紙すれ
ば十分な定着性が得られる。予熱電力量はその際に必要
な電力量、ニップ幅は定着ニップ幅を表している。

【００５０】ここで比較例１と実施例１はφ１６の芯金
に２ｍｍ厚のスポンジを設け、比較例２と実施例２はφ
１４の芯金に３ｍｍ厚のスポンジを設けた。実施形態１
および２はスポンジ表面から０．５ｍｍほど表面硬化層
を設けている。いずれのローラも離型層として５０μｍ
厚のＰＦＡチューブを被覆してある。

【００５１】

【表１】

【００５２】必要な予熱時間は比較例１より実施例１の
方が短くクイックスタートが可能となっている。

【００５３】また立ち上がりが早いため予熱に必要な電
力量を減らすことが可能となっている。比較例２と実施
例２の比較でも同様のことがいえる。

【００５４】また比較例２と比べて実施例１では、ニッ
プ幅が細く、スポンジ層の肉厚も薄くなっているにも関
わらず、クイックスタートと省エネルギーを達成してい
ることから、スポンジの肉厚を２ｍｍから３ｍｍに増や
すより、０．５ｍｍの硬化層を設けるほうが断熱効果が
高いといえる。

【００５５】本実施例ではＰＦＡチューブは５０μｍ厚
の物を使用したが、離型層にフッ素ラテックスのゴムチ
ューブを用いても同様の効果が得られる。該離型層の厚
みは任意に設定して構わないが、該離型層の厚みを増し
過ぎると硬化層の断熱効果が減少するので０．５ｍｍ以
下が好ましい。

【００５６】また上記の実施形態では硬化層を設ける被
膜は一層塗りであったが、一層で比較的厚く塗ると塗布
した液がセル内で表面張力によって集まり、セルを埋め
てしまう可能性が高くなる。そのような場合には薄く数
回に分けて塗布、硬化を繰り返すのが好ましい。

【００５７】また加圧ローラに高い離型性が要求されな
い場合には離型層であるＰＦＡチューブを使用しない
で、硬化層が離型層を兼ねることも有り得る。その場合
硬化被膜として接着剤を塗布した後、フッ素樹脂を塗
布、焼成し、フッ素樹脂を硬化被膜とすることももちろ
ん可能である。また、上記硬化被膜は接着剤に限らず、
シリコーンゴム（例えば信越化学株式会社製ＫＥ９３１
Ｕ）、フッ素ゴムラテックス（例えばダイキン工業製Ｇ
ＬＳ−２１３）、ＦＥＰ、ＰＴＦＥ（例えばダイキン工
業製ＥＫ−４３００ＣＲＮ）などのフッ素樹脂、紫外線
硬化型、熱硬化型のポリイミド等の樹脂であっても同様
の効果が得られる。より断熱効果を高めるために被膜の
熱伝導率は基層のスポンジゴムと同程度か、低い方が好
ましい。いずれの場合もスポンジのセルを埋めないよう
に被膜の厚みはセル径以下が好ましく、硬度を必要以上
に上昇させないために被膜が浸透するのはスポンジ表層
から１ｍｍ以下であることが好ましい。また加圧時の変
形を担う硬化層直下のスポンジ層（内側の弾性体部分）
の厚みは、硬化層の厚みより大きいことが好ましく２倍
以上であれば更に好ましい。本実施形態では多孔質層と
して耐熱性に優れたスポンジシリコーンゴムを用いた
が、硬化層が高い断熱効果を有することから、ローラ表
面に要求される耐熱性が２００℃以下である場合はスポ
ンジ層に耐熱性に劣るポリウレタンフォーム、メラミン
フォーム、ＥＰＤＭスポンジ、クロロプレンゴムスポン
ジ、ネオプレンゴムスポンジ、ポリエチレンスポンジ、
酢酸ビニルスポンジ、ニトリルゴムスポンジ、フッ素ゴ
ムスポンジ、クロロスルフォン化エチレンスポンジ、ア
クリルゴムスポンジ等を用いることも可能であり、多孔
質であれば特にシリコーンスポンジに限定されない。

【００５８】また本実施形態ではスポンジゴムの母材と
して高温加硫型シリコーンゴム（ＨＴＶ）を用いたが、
付加反応硬化型シリコーンゴム（ＬＴＶ）、縮合反応硬
化型シリコーンゴム（ＲＴＶ）のいずれを使用しても構
わない。

【００５９】〈他の実施形態〉上記実施形態においては
フィルム加熱方式の加熱装置に本発明を適用した例を説
明したが、本発明の加圧ローラの効果はフィルム加熱装
置に限らず、熱ローラ方式の加熱装置においても有効で
ある。

【００６０】図８に本発明の加圧ローラを使用した熱ロ
ーラ方式の加熱装置の断面図を示した。３１はアルミ、
鉄などの良熱伝導性を有する金属の中空パイプであり、
矢示の方向に回転駆動を受ける。３２はハロゲンヒータ
であり、中空パイプの中心に固定されている。ハロゲン
ヒータ３２は通電によってフィラメントが発熱、発光
し、シリコンゴム、フッ素ゴムなどで作られる耐熱弾性
層３３と中空パイプ３１を加熱する。これらの要素３
１，３２，３３は本装置の熱ローラ、所謂定着ローラ
（加熱部材）３０を構成している。

【００６１】加圧ローラ１０は該定着ローラ３０と圧接
されて圧接ニップを形成しており、該定着ローラの回転
駆動に従動する。

【００６２】該定着ローラ３０が所定温度に温調され、
所定のプロセススピードで回転駆動された状態で、圧接
ニップ部に記録材Ｐが挿入され、加熱、加圧されて該記
録材上にあるトナー像Ｔが記録材Ｐに融着し、永久定着
される。

【００６３】一般に上記熱ローラ定着方式はプリント速
度が３０枚／分以上の高速の画像形成装置に用いられ
る。高速の画像形成装置で使用される加熱装置は高い信
頼性、耐久性、耐熱性が求められる。熱ローラ方式の加
熱装置においては加圧力が１０〜１００ｋｇｆに達し、
高温高圧で、高速回転するので従来の図１０に示すよう
なスポンジ加圧ローラ１０４を用いるとスポンジ層２は
高温によって破断強度が落ちている上に強い圧縮と伸長
のサイクルが高速で繰り返されるため、スポンジ層２の
劣化が進み、ついには破断してしまう。この間題に対処
するため従来はスポンジの母材となるゴムの強度を上げ
ると共に、発泡倍率を下げることで強度を確保してき
た。またスポンジ層の上に数ｍｍの比較的厚いソリッド
層を設け、スポンジ層の昇温を押さえて、熱劣化を防ぐ
方法も考案され、実用化されている。

【００６４】該実施例３の加圧ローラは芯金径１６ｍ
ｍ、発泡倍率が１８０％ＪＩＳＡ硬度（ＪＩＳＫのＡ型
試験機により測定する硬度）が２００、肉厚が７ｍｍの
シリコーンスポンジに表面硬化層３として耐熱温度が２
６０℃以上あるＰＴＦＥ粒子が分散された液状のコート
材をスポンジ表面に約１００μｍ塗布し焼成により硬化
させたあと、耐熱プライマを塗布し、５０μｍ厚のＰＦ
Ａチューブを被覆した。コート材はスポンジに１ｍｍ浸
透し、１ｍｍの硬化層を得た。比較例として従来の加圧
ローラには芯金径１６ｍｍ、発泡倍率が１８０％ＪＩＳ
Ａ硬度が２００、肉厚が７ｍｍのシリコーンスポンジに
耐熱プライマを塗布し、５０μｍ厚のＰＦＡチューブを
被覆したものを用いた。

【００６５】従来の加圧ローラ１０４を備えた図１１の
加熱装置と、実施例３の加圧ローラを備えた図８の加熱
装置において、４０枚／分の速度でハロゲンヒータを２
４０℃一定に制御し、通紙耐久試験を行った。

【００６６】従来の加圧ローラ１０４は１３万枚通紙時
点で表層から約２ｍｍ付近でシリコンスポンジが破断し
てしまった。一方、実施例３の加圧ローラは想定寿命の
２０万枚まで破断しなかった。

【００６７】本発明によれば金属芯金１にスポンジ層２
を設けスポンジ層の最外層を硬化処理し、硬化層３を設
けることにより、加圧下でも硬化層が高い断熱効果を有
するので直下層のスポンジ層２の昇温を押さえることが
可能となる。

【００６８】従来の加圧ローラと実施例３の加圧ローラ
を用いた熱ローラ定着器で連続通紙時の加圧ローラの半
径方向の温度分布の関係は図７と同様になる。従来のス
ポンジ加圧ローラでは強い圧縮と伸長が繰り返され、機
械的ストレスの高いｒ２から１ｍｍ内側の領域では温度
が高いため、熱劣化が進みやすい。実施例３の加圧ロー
ラではｒ２からｒ３は耐熱性にすぐれるＰＴＦＥ樹脂に
よって硬化されているので表面の耐熱性は問題が無い。
さらに硬化層の断熱効果が非常に高いため、ストレスが
かかるｒ２付近のスポンジゴムの温度が低く押さえら
れ、熱劣化がすすみにくいため破断には至らなかったと
考えられる。

【００６９】また、実施例３の加圧ローラを用いると予
熱時間を従来の１２０秒から１００秒に短縮することが
可能となったうえ、連続通紙中の消費電力も従来３００
Ｗ必要であったのが、２５０Ｗまで下げることが可能と
なった。

【００７０】また、本発明の加圧ローラは、図９（ａ）
に示すように駆動ローラやテンションローラにフィルム
を捲回張設したフィルムの搬送力が高い加熱装置にも好
適に適用できる。

【００７１】３４は駆動ローラ、３５はテンションロー
ラであり、加熱ヒータ１０２と、駆動ローラ３４と、テ
ンションローラ３５とにエンドレス状のフィルム１０３
が捲回され、テンションローラ３５によって該フィルム
１０３を張設し、駆動ローラ３４の回転駆動により、フ
ィルム１０３を回転させている。

【００７２】加圧ローラ１０は、該フィルム１０３を介
して加熱ヒータ１０２に圧接して圧接ニップ部Ｎを形成
しており、フィルム１０３の回転に従動する。

【００７３】更に、図９（ｂ）に示したようにコア３
６、コイル３７等からなる励磁手段によって磁性部材３
８に磁力を作用させ、該磁性部材３８に誘導電流を生じ
させて加熱する電磁誘導加熱方式の装置に適用しても良
い。

【００７４】これらの装置においても加圧ローラ１０の
硬化層３による断熱効果により、従来構成の加圧ローラ
１０４を用いた場合と比べてクイックスタート化、省電
力化が図れる。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、加圧時の熱伝導率上昇
を抑えた断熱効果の高い加圧ローラ、およびそれを備え
ることにより、省エネルギーとクイックスタートの両立
が可能な加熱装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る第一の実施形態の加圧ローラを
説明する断面図

【図２】 図１の加圧ローラの作用を説明する模式断面
図

【図３】 図１の加圧ローラを説明する斜視図

【図４】 従来の加圧ローラの特性を説明する図

【図５】 本発明の加圧ローラの特性を説明する図

【図６】 本発明の加熱装置を説明する図

【図７】 本発明の加熱装置の特性を説明する図

【図８】 本発明の加熱装置の一例を説明する断面図

【図９】 本発明の加熱装置例を説明する断面図

【図１０】 従来の加圧ローラを説明する断面図

【図１１】 従来の加熱装置を説明する断面図

【符号の説明】

１ 芯金 ２ スポンジ ３ 硬化層（表面側部分） ４ チューブ １０ 加圧ローラ ３０ 定着ローラ ３１ 中空パイプ ３２ ハロゲンヒータ ３３ 耐熱弾性層 １０２加熱ヒータ １０３フィルム（定着フィルム） １０４加圧ローラ １０４ａ 芯金 １０４ｂ 弾性層 １０７サーミスタ １０８発熱体 Ｎ 圧接ニップ部（定着ニップ部） Ｐ 記録材 Ｔ トナー像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H033 AA32 BB05 BB06 BB14 BB15 BB29 BB30 3J103 AA02 AA15 AA23 AA33 AA53 AA71 BA03 BA19 BA34 BA41 EA03 EA06 EA11 EA20 FA01 FA03 FA20 GA02 GA57 GA58 GA60 GA66 HA03 HA04 HA05 HA18 HA37 HA53 HA54

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱部材と相互圧接する加圧ローラにお
   いて、 芯金に弾性体が積層され、該弾性体の少なくとも表面側
   部分を多孔質とし、該表面側部分の硬度を、該表面側部
   分より内側の弾性体部分の硬度と比べて高くしたことを
   特徴とする加圧ローラ。
2. 【請求項２】 加熱部材と相互圧接する加圧ローラにお
   いて、 芯金に弾性体が積層され、該弾性体として耐熱性多孔質
   層を有し、該多孔質層の表面側部分が、該表面側部分よ
   り内側の弾性体部分と比べて高い硬度となるよう硬化処
   理されていることを特徴とする加圧ローラ。
3. 【請求項３】 上記表面側部分が、自由形状を保ちつつ
   硬度が高くなるよう硬化処理されていることを特徴とす
   る請求項２に記載の加圧ローラ。
4. 【請求項４】 上記耐熱性多孔質層が発泡シリコーンゴ
   ムであることを特徴とする請求項２又は３に記載の加圧
   ローラ。
5. 【請求項５】 上記硬化処理が上記多孔質層の表面側部
   分にセル径より小なる厚みの被膜を設けることによりな
   されることを特徴とする請求項２，３又は４に記載の加
   圧ローラ。
6. 【請求項６】 上記被膜が、フッ素樹脂の塗布、焼成工
   程を経て設けられることを特徴とする請求項５に記載の
   加圧ローラ。
7. 【請求項７】 上記被膜が、接着剤の塗布、硬化工程を
   経て設けられることを特徴とする請求項５又は６に記載
   の加圧ローラ。
8. 【請求項８】 上記被膜が、液状シリコーンゴムの塗
   布、熱処理を経て設けられることを特徴とする請求項
   ５，６又は７に記載の加圧ローラ。
9. 【請求項９】 上記硬化処理を複数回行うことを特徴と
   する請求項５〜８の何れか１項に記載の加圧ローラ。
10. 【請求項１０】 上記弾性体にフッ素樹脂からなるチュ
    ーブを被覆したことを特徴とする請求項１〜９の何れか
    １項に記載の加圧ローラ。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０に記載の加圧ローラを
    具備したことを特徴とする加熱装置。
12. 【請求項１２】 加熱体と、該加熱体に摺接するフィル
    ムと、該フィルムを挟み加熱体と圧接してニップ部を形
    成する加圧部材とを有し、該ニップ部で被加熱部材を挟
    持搬送して加熱する加熱装置において、 前記加圧部材として請求項１から１０に記載の加圧ロー
    ラを具備したことを特徴とする加熱装置。
13. 【請求項１３】 画像を担持した記録材を被加熱材とし
    て加熱し、該画像を記録材に定着させることを特徴とす
    る請求項１１又は１２に記載の加熱装置。