JP2001265147A - 加圧ローラ、加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱伝導率が低い多孔質ゴムを用いた断熱加圧
ローラでありながら、好適な硬度と表面離型性を有し、
連続使用や高温使用状態においてもローラの硬度変化の
少ない耐久性に優れた加圧ローラの提供、断熱性能、ク
イックスタート性に優れ、しかも耐久性に優れた加熱装
置及び画像形成装置の提供。 【解決手段】 トナー像を担持する被記録材を搬送し、
該被記録材に熱エネルギーを付与するための加熱手段に
対向して配置され、該被記録媒体に圧力を付与するため
の加圧ローラにおいて、芯金に弾性層が設けられたロー
ル形状を有し、該弾性層中に、外殻を有する内部が中空
状の充填材を含み、且つ、該充填材が、その軟化温度よ
りも２０℃以上高い温度で加熱処理されたものであるこ
とを特徴とする加圧ローラ、これを用いた加熱装置及び
これを用いた画像形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、レーザー
プリンタ、ファクシミリ等の電子写真プロセスを用いる
画像形成装置の定着装置に使用される加圧ローラ、これ
を用いた加熱装置及び画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】加熱装置は、画像形成装置に用いられる
加熱定着装置や、記録剤（トナー）を加熱して画像のツ
ヤ等の表面性を改質する像加熱装置、非加熱材を乾燥す
る場合やラミネート加工する場合等の熱処理に用いられ
る装置等として従来より広く用いられている。以下、電
子写真複写機やプリンタ等の画像形成装置に装備される
加熱定着装置を例に採って、従来技術の加熱装置につい
て説明する。

【０００３】画像形成装置の加熱定着装置は、例えば、
転写シート、静電記録紙、エレクトロファックス紙、印
字用紙等の被記録材に、転写方式或いは直接方式で形成
担持させた、目的の画像情報に対応した未定着画像（ト
ナー画像）を被記録材面上に永久固着画像として熱定着
させるためのものである。加熱定着装置は、熱ローラ方
式やフィルム加熱方式等のように、加熱手段と加圧手段
とを対向圧接させて圧接ニップ部（定着ニップ部）を形
成し、その圧接ニップ部に画像定着すべき被記録材を導
入し、挟持搬送させることによって未定着画像を被記録
材面に熱圧定着させる接触加熱型の装置が多用されてい
る。以下、これらの加熱方式について説明する。

【０００４】（１）熱ローラ定着方式 加熱手段としての加熱ローラ（定着ローラ）と、これに
圧接させた加圧手段としての弾性加圧ローラとからなる
平行圧接ローラ対を基本構成とする。このローラ対を回
転させ、ローラ対の圧接ニップ部に画像定着すべき被記
録材を導入して挟持搬送させ、加圧ローラの熱と圧接ニ
ップ部の加圧力とによって未定着画像を被記録材面に熱
圧定着させるものである。

【０００５】（２）フィルム加熱装置 フィルム加熱方式に関しては、特開昭６３−３１３１８
２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開平４−
４４０７５〜４４０８３号公報、特開平４−２０４９８
０〜２０４９８４号公報等で種々に提案されている。フ
ィルム加熱方式では、加熱手段として加熱体と耐熱性フ
ィルム（定着フィルム）とを有し、加圧手段として弾性
加圧ローラを有する。そして、弾性加圧ローラによって
耐熱性フィルムを加熱体に圧接させて圧接ニップ部を形
成し、この圧接ニップ部において耐熱性フィルムを加熱
体に密着させて摺動搬送させ、圧接ニップ部における耐
熱性フィルムと弾性加圧ローラとの間に画像定着すべき
被記録材を導入し、被記録材を耐熱性フィルムと共に搬
送させる。このときに、加熱体から耐熱性フィルムを介
して被記録材に付与される熱と、圧接ニップ部における
加圧力とによって、未定着画像が被記録材面に熱圧定着
される。被記録材は、圧接ニップ部を通過後に耐熱性フ
ィルムから分離されて定着画像が得られる。

【０００６】このフィルム加熱方式の加熱装置において
は、耐熱性フィルムとしてエンドレスフィルムを用い、
フィルムの回転駆動方式としてフィルム内面側に駆動ロ
ーラを設け、フィルムにテンションを加えながら回転駆
動させる方式と、フィルムをフィルムガイドにルーズに
外かんさせ、加圧手段としての加圧ローラを駆動するこ
とでフィルムを加圧ローラに対し従動駆動させる方式と
がある。これらの中でも、部品点数が少なくてすむこと
から、後者の加圧回転駆動方式が採用されることが多
い。

【０００７】上記（２）のフィルム加熱方式の定着装置
には下記のような利点がある。先ず、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、（１）の熱ローラ方式の定着装置に比べ、ウエイ
トタイムの短縮（クイックスタート）が可能となる。ま
た、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。更に、ヒータに代表される加熱手段
を低熱容量化するだけでなく、加圧手段に対しても低熱
容量化することで、省電力化が有効に図られている。

【０００８】例えば、このようなものとして、加圧ロー
ラの弾性層に多孔質のスポンジゴムを用いた断熱加圧ロ
ーラが実用化されている。スポンジゴムの断熱加圧ロー
ラの製法の一例としては、次のような方法が挙げられ
る。先ず、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、発泡させてスポンジ
ゴムチューブを得る。次に、この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。更
に、得られたスポンジローラの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、
更に、接着剤硬化のための熱処理を行うことで離型層を
形成し、多孔質弾性層を有する断熱加圧ローラが得られ
る。

【０００９】かかる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体よりも空気の方が熱伝導
率が低いため、気孔の割合を多くして密度を下げると、
みかけの熱伝導率が下がるので、断熱効果を高めること
ができる。しかし、気孔の割合を無限に多くすることは
できず、下記に述べるように限界がある。シリコーンス
ポンジローラを例に採って説明すると、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
よりも柔らかくなる。このように硬度が下がると、定着
ニップ部の幅が太くなり、被記録材が加熱される時間が
増え、トナーの被記録材への定着性は良くなるものの、
その一方で、慴動面積が増えるのでフィルムの回転負荷
が高くなり、最悪の場合にはスリップが発生する。この
ため、スポンジローラの発泡倍率には、上限が存在して
いた。

【００１０】また、発泡倍率を上げるとシリコーンスポ
ンジのセル径は大きくなる傾向があり、セルによってで
きる表面の凹凸が、ローラの最外面部にある離型層にも
凹凸を生じてしまうことが起こる。この結果、この凹凸
の凹み部分にトナーが溜り、ローラ汚れの起点となって
しまうことがあった。これに対し、上記のような凹凸が
無く、しかも熱伝導率が低い、加圧ローラに好適な断熱
材料として、中空球体をシリコーンゴム中に充填材とし
て含有させたものが考えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ここで
使用する中空球体の材質がガラスである場合には、充填
材自体が硬いので、充填材の量を増やして熱伝導率を十
分に下げると、ゴム硬度が上昇し過ぎてしまい、加圧ロ
ーラの低硬度と低熱伝導率を両立させることが難しくな
る。また、中空球体の材質がアクリロニトリル等の樹脂
であるものを使用すれば、充填材自体が柔らかいため低
熱伝導率と低硬度を両立した加圧ローラを得ることが可
能となるが、樹脂の耐熱温度が低いため、高温環境下で
の使用によって充填材の軟化が生じ、弾性層を構成して
いるゴムの硬度の低下をもたらし、耐久性を達成できな
いという問題がある。

【００１２】従って、本発明の目的は、熱伝導率が低い
多孔質ゴムを用いた断熱加圧ローラでありながら、加圧
ローラとしての好適な硬度と表面離型性を有し、しかも
連続使用や高温使用状態においても、ローラの硬度変化
の少ない耐久性に優れた断熱加圧ローラを提供すること
にある。又、本発明の目的は、断熱性能が高く、クイッ
クスタート性に優れ、しかも、耐久性に優れた加熱装置
及びこれを用いた画像形成装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、下記の本
発明によって達成される。即ち、本発明は、トナー像を
担持する被記録材を搬送し、該被記録材に熱エネルギー
を付与するための加熱手段に対向して配置され、該被記
録材に圧力を付与するための加圧ローラにおいて、芯金
に弾性層が設けられたロール形状を有し、該弾性層中
に、外殻を有する内部が中空状の充填材を含み、且つ、
該充填材が、その軟化温度よりも２０℃以上高い温度で
加熱処理されたものであることを特徴とする加圧ロー
ラ、及び、トナー像を担持する被記録材を搬送し、該被
記録材に熱エネルギーを付与するための加熱手段に対向
して配置され、該被記録材に圧力を付与するための加圧
ローラであって、芯金に弾性層が設けられたロール形状
を有し、該弾性層中に、外殻を有する内部が中空状の充
填材を含み、更に、該充填材が、上記加熱装置の最高動
作温度以上で加熱処理されたものであることを特徴とす
る加圧ローラである。更には、トナー像を担持した被記
録材に熱エネルギーを付与するための加熱手段と、この
加熱手段に対向して配置され、該被記録材に圧力を付与
するための加圧ローラとを有し、上記被記録材に熱エネ
ルギーと圧力を付与することにより上記トナー像（未定
着画像）を被記録材に加熱定着させる加熱装置であっ
て、上記加圧ローラが上記いずれかの加圧ローラである
ことを特徴とする加熱装置、及び、被記録材に未定着画
像を形成担持させる画像形成手段と、上記未定着画像を
上記被記録材に加熱定着させるための加熱装置とを有す
る画像形成装置であって、加熱装置が上記の加熱装置で
あることを特徴とする画像形成装置である。

【００１４】更に、上記本発明の加圧ローラの好ましい
実施形態としては、外殻を有する内部が中空である略球
状の充填材（以下、単に、中空球状充填材と呼ぶ）に対
する加熱処理が、１５０℃乃至３５０℃の温度でなされ
ているもの、または、該充填材の外壁が１００℃乃至２
３０℃に軟化点を有していること、更に、該充填材が、
アクリロニトリル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、または塩
化ビニリデンと（メタ）アクリロニトリルとの共重合体
のいずれかからなるもの、更には、中空球状充填材の外
表面に、炭酸カルシウム、タルク、若しくはシリカ等の
無機化合物を付着させたもの、また、加圧ローラの弾性
層がシリコーンゴムからなり、シリコーンゴム層中に上
記充填材を分散させもの、更には、加圧ローラの最外面
部にフッ素樹脂またはフッ素ゴムラテックスによって形
成される離型層を有するものが挙げられる。

【００１５】上記の各種実施形態の加圧ローラによれ
ば、クイックスタート性に優れ、長期連続使用でも加圧
ローラが汚損することのない加熱定着装置が実現され、
消費電力が少なく、長期連続使用を行っても信頼性の高
い画像形成装置が実現される。

【００１６】尚、本発明において、充填材の軟化温度の
測定は、以下の通りに行う。充填材を容器内のシリコー
ンオイル中に分散させ、容器のシリコーンオイルの液温
をモニターリングしながら、シリコーンオイルを加熱し
て一定の昇温スピードで昇温させる。このシリコーンオ
イルの昇温過程での容器内の充填材が分散されているシ
リコーンオイルの体積変化を、横軸にシリコーンオイル
の温度とし、縦軸をシリコーンオイルの体積とした温度
−体積曲線で表す。この温度−体積曲線において、最初
に現れる極大値を軟化温度とする。尚、昇温過程での容
器内の充填材が分散されているシリコーンオイルの体積
は、例えば、容器内の充填材が分散されているシリコー
ンオイルの液面の高さを計測することにより測定するこ
とができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、好ましい実施の形態を挙げ
て、本発明を詳細に説明する。電子写真方式を用いた本
発明の画像形成装置は、図５のように構成されている。
以下、図５を参照しながら説明する。図５において、１
は感光ドラム、２は帯電ローラ、３はレーザー露光装
置、４は反射ミラー、５は現像スリーブ、６はトナー
（記録剤）、７はトナー容器、８は転写ローラ、９は被
記録材としての紙、１０はクリーニングブレード、１１
は廃トナー容器、１２は定着器、１３はペーパーカセッ
ト、１４は給紙ローラ、１５は分離パッド、１６は高圧
電源である。

【００１８】感光ドラム１は、矢印の方向に回転可能に
構成され、高圧電源１６から給電される帯電装置である
帯電ローラ２によって一様に帯電される。レーザ露光装
置３から発せられたレーザー光は、反射ミラー４で反射
され、感光ドラムへと照射されて、感光ドラム上に静電
潜像が形成される。トナー容器７の中にはトナー６が充
填されており、現像スリーブ５の回転に伴い、適量のト
ナーが適度の帯電を受けた後、現像スリーブ５上に適宜
に供給されている。該現像スリーブ５上に担持されて現
像領域へと搬送されたトナーが、感光ドラム１上の静電
潜像に付着されることで、該潜像が現像されてトナー像
として可視化される。

【００１９】ペーパーカセット１３より給紙ローラ１４
はタイミングをとって、被記録材を１枚ずつ給紙する。
分離パッド１５は給紙ローラと当接して配置され、その
表面の摩擦係数、接地角度、形状は、紙等の被記録材を
１度の給紙毎に１枚のみ送るように調整されている。可
視化された感光ドラム上のトナー像は、転写ローラ８に
よって被記録材上に転写される。そして、転写されずに
感光ドラム上に残った転写残トナーは、クリーニングブ
レード１０により廃トナー容器１１内に収納され、これ
により表面をクリーニングされた感光ドラムは、繰り返
し次の画像形成プロセスに入る。また、トナー像を乗せ
た被記録材９は加熱装置１２によって加熱、加圧を受
け、トナー像が紙上に永久定着される。

【００２０】このような加熱装置の一例として、図４
に、フィルム加熱装置の一例の断面図を示した。図４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
が一定になるように、発熱体１０８への給電電力をトラ
イアックを介して制御することによって行われる。１０
１は、加熱ヒータ１０２を保持する横長ステーである。

【００２１】また、１０４は、定着フィルム１０３を駆
動する駆動ローラを兼ねた加圧ローラであり、例えば、
鉄、ステンレス等の芯金１０４ａの周囲に弾性層１０４
ｂが設けられ、更に、その最外面部にフッ素樹脂等の離
型性の表面層が形成されたものが用いられる。そして、
上記加熱ヒータ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、被記録材Ｐを搬送通過させる
ことにより、トナー像Ｔを加熱・加圧して被記録材Ｐ上
に定着させるように構成されている。

【００２２】本発明の画像形成装置においては、かかる
加圧ローラに、本発明の加圧ローラが用いられる。本発
明の加圧ローラは、芯金に弾性層が設けられたロール形
状を有し、該弾性層中に、外殻を有する内部が中空であ
る略球状の充填材（中空球状充填材）を含み、該充填材
が、その軟化温度よりも２０℃以上高い温度で加熱処理
されたものであること、或いは、装着される加熱装置の
最高動作温度以上で加熱処理されたものであることを特
徴とする。以下、本発明の加圧ローラについて説明す
る。

【００２３】本発明の加圧ローラ１０４を構成する弾性
層１０４ｂの母材としては、発熱体１０８からの熱を直
接受けるため、耐熱性が高いものを用いることが好まし
い。このようなものとしては、例えば、高温加硫型シリ
コーンゴム（ＨＴＶ）、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（ＲＴ
Ｖ）、フッ素ゴム、またはこれらの混合物等が挙げられ
る。具体的には、例えば、ジメチルシリコーンゴム、フ
ロロシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、
ビニルシリコーンゴム等のシリコーンゴム；フッ化ビニ
リデンゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレンゴ
ム、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニ
ルエーテルゴム、ホスファゼン系フッ素ゴム、フルオロ
ポリエーテル等のフッ素ゴム；等を使用することができ
る。これらのゴムは、それぞれ単独で、或いは２種以上
を組み合わせて使用することができる。

【００２４】本発明の加圧ローラは、上記のような材料
からなる弾性層１０４ｂに、内部の中空部分とそれを囲
む外殻とからなる中空球状充填材を含んでいる。弾性層
１０４ｂ中に、このような中空球状充填材を含有させる
ことによって、本発明の加圧ローラは、加圧ローラとし
て最適な熱伝導率（断熱性）を有するものとなる。例え
ば、弾性層の熱伝導率が０．１４６Ｗ／ｍ・Ｋ以下とな
るように中空球状充填材を混合させることによって、加
熱定着装置の作動時に、加熱体（発熱体）が加圧ローラ
に奪われる熱量を小さく抑えることが可能となる。これ
により、フィルムの表面の温度上昇速度を向上させるこ
とができる結果、加熱装置のクイックスタートが可能と
なる。本発明者らの検討によれば、本発明の加圧ローラ
においては、弾性層の熱伝導率を０．１４６〜０．０８
４Ｗ／ｍ・Ｋとなるように構成することが好ましく、更
には、０．１０５〜０．０９Ｗ／ｍ・Ｋとなるようにす
ることがより好ましいことがわかった。

【００２５】弾性層１０４ｂの中に含有させることによ
って、加圧ローラに、上記のような好適な断熱性を実現
し得る中空球状充填材としては、例えば、ガラスバルー
ン、シリカバルーン、カーボンバルーン、フェノール樹
脂バルーン、塩化ビニリデン樹脂バルーン、アクリロニ
トリル樹脂バルーン、塩化ビニリデンと（メタ）アクリ
ロニトリルとの共重合体からなる樹脂バルーン、アルミ
ナバルーン、ジルコニアバルーン、シラスバルーン等が
挙げられる。

【００２６】更に、定着ニップ部の幅を十分に確保する
ためには、上記弾性層１０４ｂの硬度が、Ａｓｋｅｒ−
Ｃ ９．８Ｎ荷重で測定した場合に、３０度〜６０度と
なるように構成することが好ましい。従って、本発明の
加圧ローラにおいては、この条件を満たすようにするた
めに、上記に挙げた中空球状充填材の中でも、比較的充
填材自身が柔らかい、例えば、塩化ビニリデン樹脂や塩
化ビニリデンと（メタ）アクリロニトリルとの共重合体
等の、樹脂製のものを使用することが特に好ましい。

【００２７】また、中空球状充填材を母材の弾性体に混
合するときに、充填材の破壊を防ぐため、若しくは充填
材の分散性を向上させるために、中空球状充填材の表面
に、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、酸化チタン等の
無機化合物を付着させたものを使用することも有効であ
る。また、上記に挙げたような中空球状充填材の中空部
に低融点炭化水素を内包させておき、使用時に加熱し
て、数十倍の大きさに発泡させて使用してもよい。

【００２８】但し、弾性層の熱伝導率を下げて断熱性を
高めるためには、中空球状充填材（以下、中空フィラー
とも呼ぶ）の分散時若しくは発泡後の真比重が、０．０
１〜０．４０、０．０２〜０．３０であるようにするこ
とがより好ましい。即ち、真比重が０．０１より小さい
と、配合、取り扱いが難しいばかりか、中空フィラーの
耐圧強度が不十分で、成形時に破壊されてしまうおそれ
があるため好ましくない。

【００２９】また、本発明で用いる中空フィラーの粒径
は、３００μｍ以下、通常１〜３００μｍ、好ましくは
５〜２００μｍ、更に好ましくは１０〜１００μｍ程度
であるとよい。粒径が大き過ぎると、成形時の射出圧力
により中空フィラーが破壊されてしまうので好ましくな
い。

【００３０】また、中空フィラーの配合量は、シリコー
ンゴム等の弾性体母材１００重量部に対して、０．５〜
３０重量部、好ましくは１．０〜２０重量部とするとよ
い。配合量が少な過ぎると加圧ローラの熱伝導率が十分
に下がらないため、クイックスタート性を充分に向上さ
せることができず、好ましくない。一方、多過ぎると、
均一な配合が困難となり、且つ、ゴム強度も不十分なも
のとなってしまうため好ましくない。また、この中空フ
ィラーの配合量は、上記と同様の理由から、ゴム材料
（即ち、中空フィラー含有弾性材料全体）に対して、体
積比率で１０〜８０容量％、特に１５〜７５容量％であ
ることが好ましい。

【００３１】本発明の加圧ローラを構成する上記の弾性
層は、従来のものと同様に、最外面部に離型層を有する
ことが好ましい。弾性体の最外面部に設ける離型層とし
ては、耐熱性、離型性の観点から、フッ素樹脂等の材料
を用いて形成することが好ましい。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／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（Ｐ
ＦＡ）、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）、エチレン／テトラフルオロ
エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオ
ロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン／クロロトリフル
オロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニ
リデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂、或いはフッ素ゴム
ラテックスをそれぞれ単独で、或いは２種以上を組み合
わせて使用することができる。

【００３２】また、弾性体の最外層を形成するための離
型層材料には、帯電防止性、接着性向上等の目的に応じ
て、カーボンブラック、マイカ、導電性フィラー等の充
填材を含有させることができる。上記離型層は、上記フ
ッ素樹脂をチューブ状に押し出し成形し、弾性体の外周
にかぶせるように設けてもよいし、粉体または溶液に分
散されたフッ素樹脂塗料を弾性体にコーティングして設
けても構わない。また、特開平１１−７２１４号公報に
開示されるように、型内に離型層を先立って形成して、
弾性体を後から注入することにより弾性体の最外面部に
離型層を設けても構わない。

【００３３】上記のような材料を用いて形成された、例
えば、アクリロニトリル若しくは塩化ビニリデンを主成
分とする中空球体等を充填材として含有する弾性層を有
する本発明の加圧ローラは、熱容量が小さく、熱伝導率
も低いため、これを使用することで、定着装置のクイッ
クスタート性を大きく向上させることが可能となる。ま
た、充填材が、略球状形状を持つため、弾性体内で補強
性を発現し、これにより弾性体の機械的強度や硬度を維
持させることにも貢献している。

【００３４】しかしながら、上記したような材料からな
る充填材は、通常、その母材である樹脂の軟化温度が７
０〜２００℃程度であるため、画像形成装置の長時間連
続使用時に加圧ローラが昇温し、例えば、１５０℃以上
の熱履歴が合計で数時間以上におよぶときは充填材の外
壁が軟化し、弾性層内での補強効果が減少し、ゴム硬度
を維持できなくなることが生じる。つまり、画像形成装
置の製品寿命の中で、使用開始直後は、例えば、定着ニ
ップ幅が５ｍｍであったものが、製品寿命末期になると
ゴム硬度が下がり、定着ニップ幅が７ｍｍに増えてしま
うという問題が発生する。このように定着ニップ幅が大
きく増えると、記録紙が定着ニップ部で加熱を受ける時
間が長くなって定着過多となり、トナー像が記録紙上か
ら定着フィルムに転移し、定着フィルムの回転一周後に
また記録紙に付着する、いわゆる高温オフセットが発生
するため、好ましくない。

【００３５】以上のような耐久によって生じるローラ硬
度の変化をなくすために、本発明者らが鋭意検討した結
果、弾性層を構成している母材であるゴムの加硫後に、
弾性層に含有させる中空球状充填材の外壁をあらかじめ
軟化させるための加熱処理を行うことが有効であること
を見いだした。即ち、このようにして、中空球状充填材
を有する弾性層内における高度の補強効果を初めから少
なくしておけば、充填材の外壁軟化温度以上の使用温度
での連続使用が行なわれた場合でも弾性層の硬度がほぼ
一定に保たれ、ローラ硬度の変化を抑制できる。従っ
て、本発明の加圧ローラにおいては、中空球状充填材と
して、上記のような加熱処理を施したものを使用するこ
とを特徴とする。

【００３６】更に、本発明者らが鋭意検討した結果、上
記のような効果を生み出すための中空球状充填材に対す
る加熱処理の温度は、充填材の外壁の軟化温度よもり数
十℃、更には、軟化温度よりも２０℃以上高い温度であ
ることを要し、充填材の外壁を炭化させて、以後の加温
に対して弾性体の物性変動を安定化させるためには、更
に、軟化温度よりも５０℃以上高い温度で加熱処理した
ものを含有させることがより好ましいことがわかった。

【００３７】更に、この際に、弾性体の母材の劣化を防
ぐためには、４００℃以下、更には３５０℃以下で加熱
処理することが好ましく、また、加熱時間は加熱温度を
上げれば短くすることができるが、生産性の観点からは
２４時間以下とすることが好ましいこともわかった。ま
た、加熱温度を上げれば加熱時間１０分でも効果がある
が、上記充填材を含む材料は断熱性が高いため、内部ま
で処理を浸透させるためには３０分間以上の加熱処理す
ることが好ましい。この加熱処理は、弾性層の最外面部
の離型層を成形する前に行なっても、後で行なっても構
わないが、弾性体母材の加硫がある程度すすんで、充填
材の補強性が必要なくなる一次加硫の後に行なうことが
より好ましい。また、加熱処理を加速させるために、金
型内に成形品を残した状態で、弾性層の熱膨脹による加
圧環境下で加熱処理してもよい。

【００３８】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を更に
具体的に説明する。 〔実施例１〕信越化学工業製の付加硬化型液状シリコー
ンゴム材料ＫＥ１２１８Ａ液（主剤）／Ｂ液（硬化剤）
各５０部に、中空球形充填材として松本油脂製薬製のマ
イクロバルーンＦ８０Ｓ（材質：アクリロニトリル製、
軟化温度：１６０〜１７０℃）を３重量部、ポリエチレ
ングリコール１部を添加し、１５分撹拌を続け、シリコ
ーンゴム組成物を得た。

【００３９】アルミニウム製の直径１３ｍｍの芯金が中
心部に装着された内径２０ｍｍの型内に、上記で得たシ
リコーンゴム組成物を注型し、１５０℃で１時間、一次
加硫を行った後、型から脱型してゴムローラを得た。次
に、２００℃で４時間、２次加硫を行った後、更に、２
３０℃で４時間の加熱処理を施した。上記２次加硫後の
ローラ硬度は、ＡｓｋｅｒＣ９．８Ｎ荷重で５８°であ
ったのに対し、２３０℃４時間の加熱処理後のそれは５
３°であり、ローラ硬度が若干低下していることを確認
した。このようなゴムローラの表層にゴム用プライマを
スプレー方式で塗布し、乾燥後、ＰＦＡチューブを被覆
し、１５０℃で２時間加熱を行ってＰＦＡチューブを接
着して離型層を形成し、本実施例の加圧ローラを得た。

【００４０】このローラを加圧力を９８Ｎとして図４に
示した加熱装置に装着し、得られた加熱装置を図５に示
した構成の画像形成装置に用いた。そして、この画像形
成装置を用い、Ａ４サイズの再生紙に対して連続で５万
枚印字したところ、加圧ローラ表面にはトナーの付着は
なかった。また、ローラ硬度は、５万枚連続印字前に５
３°であったものが、連続印字後には５２．５°に変化
しており、ニップ幅は６ｍｍであったものが、６．２ｍ
ｍになっていたが、高温オフセットを生じることなく、
画像形成を良好な状態で終了することができた。

【００４１】〔比較例１〕信越化学工業製の付加硬化型
液状シリコーンゴム材料ＫＥ１２１８Ａ液（主剤）／Ｂ
液（硬化剤）各５０部に、松本油脂製薬製のマイクロバ
ルーンＦ８０Ｓを３重量部、ポリエチレングリコール１
部を添加し、１５分撹拌を続け、実施例１で使用したと
同様のシリコーンゴム組成物を得た。アルミ製の直径１
３ｍｍの芯金が中心部に装着された内径２０ｍｍの型内
に、上記で得たシリコーンゴム組成物を注型し、１５０
℃で１時間一次加硫を行った。型から脱型し、ゴムロー
ラを得た。更に、２００℃で４時間２次加硫を行った。
２次加硫後のローラ硬度は、ＡｓｋｅｒＣ９．８Ｎ荷重
で５８°であった。更に、このゴムローラの表層にプラ
イマをスプレー方式で塗布し、乾燥後、ＰＦＡチューブ
を被覆し、１５０℃で２時間加熱を行ってＰＦＡチュー
ブを接着して離型層を形成した。接着後の硬度は５６°
であった。このようにして、ゴムローラ形成後に加熱処
理を行なわなかった以外は実施例１と同様にして、本比
較例の加圧ローラを得た。

【００４２】このローラを加圧力を１５０Ｎとして図４
に示した加熱装置に装着し、得られた加熱装置を図５に
示した構成の画像形成装置に用いた。そして、この画像
形成装置を用い、Ａ４サイズの再生紙に対して連続で５
万枚印字した。この結果、加圧ローラ表面にはトナーの
付着はなかったものの、ローラ硬度は、連続印字前後で
５６°であったものが５３°に変化しており、ニップ幅
も６ｍｍから８ｍｍになり、連続通紙３万枚を経過した
時点で、ホットオフセットが断続的に発生するようにな
ってしまった。又、３万枚時点で、高温高湿環境下で薄
紙を通紙すると、フィルムの慴動トルクが大き過ぎて、
紙とフィルムとがスリップしてしまい、画像不良が発生
した。

【００４３】〔実施例２〕信越化学工業製の付加硬化型
液状シリコーンゴム材料ＫＥ１２１８Ａ液（主剤）／Ｂ
液（硬化剤）各５０部に、中空球形充填材として松本油
脂製薬製のマイクロバルーンＦ８５（材質：アクリロニ
トリル製、軟化温度：１６０〜１７０℃）を４重量部、
ポリエチレングリコール１部を添加し、１５分撹拌を続
け、シリコーンゴム組成物を得た。アルミ製の直径１３
ｍｍの芯金が中心部に装着された内径２０ｍｍの型内
に、上記のシリコーンゴム組成物を注型し、１５０℃で
１時間、一次加硫を行った後、型から脱型してゴムロー
ラを得た。次に、２００℃で４時間２次加硫を行った
後、プライマ（ダイキン工業製、ＧＬＰ−１０３ＳＲ）
を５μｍスプレーコートし、乾燥後、フッ素ゴムラテッ
クス（ダイキン工業製ＧＬＳ２１３）を１０μｍスプレ
ーコートし、乾燥して離型層を形成した。その後、３０
０℃で３０分焼成して加熱処理を行なって、本実施例の
加圧ローラを得た。

【００４４】この加圧ローラを加圧力を９８Ｎとして図
４の加熱装置に装着し、得られた加熱装置を図５に示し
た構成の画像形成装置に用いた。そして、この画像形成
装置を用い、Ａ４サイズの再生紙に対して連続で５万枚
印字した。この結果、加圧ローラ表面にはトナーの付着
はなく、また、ローラ硬度は連続印字前後で４８°であ
ったものが４７．５°に変化しており、ニップ幅は６ｍ
ｍから６．２ｍｍになったが、高温オフセットを生じる
ことなく、画像形成を良好な状態で終了することができ
た。また、フィルムの慴動トルクの増加はなく、特に問
題は生じず、十分な耐久性を持っていた。

【００４５】〔実施例３〕内径２０ｍｍの筒状金型をＰ
ＦＡ塗料（デュポン社製）中に浸漬後、引き上げ、乾燥
・焼成して、筒状金型の内面に厚さ４０μｍのＰＦＡか
らなるフッ素樹脂層を形成した。次に、このＰＦＡ層の
表面をフッ素樹脂表面処理剤（潤工社製、品番テトラエ
ッチＡ）で処理をした。この表面処理の後、フッ素樹脂
層の表面にゴム用接着剤（東レダウコーニング社製、品
番ＤＹ３９０１２）を塗布して筒状金型を準備した。一
方、アルミニウム製で外径１３ｍｍの芯金の表面を、切
削加工により２μｍの表面粗さに仕上げ、洗浄した後、
その表面に約２μｍの厚さでゴム用接着剤（東レダウコ
ーニング社製、品番ＤＹ３９０１２）を塗布した。前記
筒状金型の中空に、前記芯金を挿入し、これら全体を加
硫用金型内に設置した。

【００４６】信越化学工業製付加硬化型液状シリコーン
ゴム材料ＫＥ１２１８Ａ液（主剤）／Ｂ液（硬化剤）各
５０部に、中空球形充填材として松本油脂製薬製マイク
ロバルーンＦ８０Ｓ（材質：アクリロニトリル製、軟化
温度：１６０〜１７０℃）を３重量部、ポリエチレング
リコール１部を添加し、１５分撹拌を続け、シリコーン
ゴム組成物を得た。そして、先に準備した筒状金型のフ
ッ素樹脂層とローラ状基体との空隙に、上記シリコーン
ゴム組成物をインジェクションにより注入し、１５０℃
で１時間１次加硫を行った。加硫後、筒状金型ごと加硫
用金型から取り外し、次いで、筒状金型を脱型した。脱
型後、２３０℃の雰囲気で４時間、２次加硫とバルーン
軟化を兼ねた加熱処理を行った。フッ素樹脂層表面を研
磨して約２０μｍの厚さとして離型層を形成し、本実施
例の加圧ローラを完成させた。

【００４７】この加圧ローラを加圧力を１５０Ｎとして
図４の加熱装置に装着し、得られた加熱装置を図５に示
した画像形成装置に用いた。そして、この画像形成装置
を用い、Ａ４サイズの再生紙に対して連続で５万枚印字
した。この結果、加圧ローラ表面にはトナーの付着はな
く、また、ローラ硬度は連続印字前後で５８°であった
ものが５７．５°に変化しており、ニップ幅は６ｍｍか
ら６．２ｍｍになったが、オフセットを生じることな
く、画像形成を良好な状態で終了することができた。ま
た、特に問題は生じず、十分な耐久性を持っていた。

【００４８】［比較例２］加硫材と各種発泡材とを加え
たシリコーンゴムを押し出し機を用いてチューブ状に連
続的に押し出して、２５０℃の加硫炉を２０分かけて通
過させ、シリコーンゴムを加硫、発泡させ、内径が約１
３ｍｍのスポンジシリコーンゴムチューブを得た。シリ
コーンゴムチューブは冷却後、所望の長さに切断する。
外径１４ｍｍのアルミニウム芯金の表面をサンドブラス
により粗らし、耐熱金属用プライマを塗布し、乾燥す
る。次に、この芯金を、先に調製した切断されたシリコ
ーンゴムチューブに挿入した後、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になるよう研磨する。

【００４９】研磨加工後のスポンジ表面に、接着剤を厚
さ１０μｍほどドクターナイフを用いた成型法やスプレ
ーコーティング法若しくはディッピング法により塗布
し、乾燥後、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
ない比較例２の加圧ローラを作成した。得られた加圧ロ
ーラを加圧力を９８Ｎとして図４の加熱装置に装着し、
得られた加熱装置を図５に示した画像形成装置に用い
た。そして、この画像形成装置を用い、Ａ４サイズの再
生紙に対して連続で５万枚印字した。この結果、加圧ロ
ーラ硬度は連続印字前後で５３°であったものが５２°
に変化し、ニップ幅は６ｍｍから６．５ｍｍになった
が、フィルム内面の削れに特に問題は生じなかった。し
かし１万枚を経過した時点で、加圧ローラ表面にトナー
の付着が生じ始め、１万５千枚で記録紙上にトナー汚れ
が転移し始めた。

【００５０】［他の実施形態］上記実施例においてはフ
ィルム加熱方式の加熱装置について本発明の実施形態を
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若しくは電磁
誘導加熱方式の定着装置においても有効である。図２
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、アルミニウムや鉄等の
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。このハロゲンヒー
タは、通電によってフィラメントが発熱、発光し、シリ
コンゴム、フッ素ゴム等で作られる耐熱弾性層３３と中
空パイプを加熱する。加圧ローラ１０４は、従動回転
し、定着ローラと圧接され、圧接部に挿入される被記録
材Ｐは、加熱、加圧され、被記録材上にあるトナー像Ｔ
は、被記録材Ｐに融着し、永久定着される。上記のよう
な熱ローラ方式の加熱装置に、本発明の実施例の加圧ロ
ーラを装着したものを用いた画像形成装置においても、
実施例１〜３と同様の効果が得られることが確認でき
た。

【００５１】また、図３に示した、コア３６、コイル３
７等からなる励磁手段によって磁性部材３８に磁力を作
用させ、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定着装置の加圧部材に、本発明の実
施例の加圧ローラを使用した画像形成装置においても、
実施例１〜３と同様の効果が得られることが確認でき
た。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
断熱性能が高く、クイックスタート性に優れ、また、ロ
ーラ最外層の表面粗さが小さく、トナー付着が少なく離
型性に優れ、しかも、連続使用や高温使用状態において
も、ローラの硬度変化の少ない耐久性に優れた断熱加圧
ローラ、該加圧ローラを用いた定着装置及び画像形成装
置が提供される。即ち、中空球状充填体材を有する多孔
質ゴム層を弾性層として有する定着器用加圧ローラは、
クイックスタート性に優れ、また、ローラ最外層の表面
粗さが小さく、トナー付着が少なく離型性に優れている
という特長をもつものの、長期連続使用により充填材が
軟化し、ローラ硬度が変化するという問題があったが、
充填材の軟化温度よりも２０℃以上高い温度で熱処理を
行った中空球状充填体材を使用することによって、熱伝
導率が低い多孔質ゴムで有りながら、加圧ローラとして
好適な硬度を確保し、連続使用または高温使用状態でロ
ーラの硬度変化が少ない断熱加圧ローラが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加圧ローラを説明する断面図である。

【図２】本発明の加熱装置を説明する断面図である。

【図３】本発明の加熱装置を説明する断面図である。

【図４】本発明の加熱装置を説明する断面図である。

【図５】本発明の画像形成装置を説明する断面図であ
る。

【符号の説明】

１０１：加熱体支持部材 １０２：加熱体 １０３：定着フィルム １０４：加圧ローラ １０５：定着入り口ガイド １０６：金属ステー １０７：サーミスタ １０８：発熱体 １０９：発熱体保護層 Ｎ：定着ニップ Ｐ：被記録材 Ｔ：トナー粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 13/00 Ｆ１６Ｃ 13/00 Ｂ Ａ Ｆターム(参考） 2H033 AA23 BB01 BB29 BB30 BB31 3J103 AA02 AA14 AA21 AA51 BA19 BA41 FA01 FA02 FA12 FA30 GA02 GA57 GA58 HA03 HA12 HA22 HA43 HA53 HA54 4F006 AA42 AA55 AB19 BA12 CA01 CA08 DA04 EA01 4J002 BD102 BD121 BD141 BD151 BG102 CC032 CP031 CP081 CP141 DA016 DE096 DE146 DJ016 DL006 FA102 FA106 FB076 FD012 FD016 GQ00 GS00

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナー像を担持する被記録材を搬送し、
   該被記録材に熱エネルギーを付与するための加熱手段に
   対向して配置され、該被記録材に圧力を付与するための
   加圧ローラにおいて、 芯金に弾性層が設けられたロール形状を有し、該弾性層
   中に、外殻を有する内部が中空状の充填材を含み、且
   つ、該充填材が、その軟化温度よりも２０℃以上高い温
   度で加熱処理されたものであることを特徴とする加圧ロ
   ーラ。
2. 【請求項２】 トナー像を担持する被記録材を搬送し、
   該被記録材に熱エネルギーを付与するための加熱手段に
   対向して配置され、該被記録材に圧力を付与するための
   加圧ローラであって、 芯金に弾性層が設けられたロール形状を有し、該弾性層
   中に、外殻を有する内部が中空状の充填材を含み、更
   に、該充填材が、上記加熱装置の最高動作温度以上で加
   熱処理されたものであることを特徴とする加圧ローラ。
3. 【請求項３】 前記加熱処理の加熱温度は、１５０℃乃
   至３５０℃である請求項１または２に記載の加圧ロー
   ラ。
4. 【請求項４】 前記充填材は、１００℃乃至２３０℃に
   軟化温度を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載
   の加圧ローラ。
5. 【請求項５】 前記充填材は、アクリロニトリル樹脂、
   塩化ビニリデン樹脂、或いは塩化ビニリデンと（メタ）
   アクリロニトリルとの共重合体のいずれかからなる請求
   項１乃至４のいずれか１項に記載の加圧ローラ。
6. 【請求項６】 前記充填材は、アクリロニトリル樹脂、
   塩化ビニリデン樹脂、或いは塩化ビニリデンと（メタ）
   アクリロニトリルとの共重合体のいずれかからなり、且
   つ、該充填材の外表面に炭酸カルシウム、タルク、若し
   くはシリカの無機化合物が付着されている請求項１乃至
   ４のいずれか１項に記載の加圧ローラ。
7. 【請求項７】 前記弾性層は、シリコーンゴム層中に前
   記充填材が分散されている請求項１乃至６のいずれか１
   項に記載の加圧ローラ。
8. 【請求項８】 更に、最外面部にフッ素樹脂またはフッ
   素ゴムラテックスによって形成された離型層を有する請
   求項１乃至７のいずれか１項に記載の加圧ローラ。
9. 【請求項９】 トナー像を担持した被記録材に熱エネル
   ギーを付与するための加熱手段と、この加熱手段に対向
   して配置され、該被記録材に圧力を付与するための加圧
   ローラとを有し、上記被記録材に熱エネルギーと圧力を
   付与することにより上記トナー像（未定着画像）を被記
   録材に加熱定着させる加熱装置であって、上記加圧ロー
   ラが請求項１乃至８のいずれか１項に記載の加圧ローラ
   であることを特徴とする加熱装置。
10. 【請求項１０】 前記加熱手段は、回転駆動されるまた
    は従動回転する回転体である請求項９に記載の加熱装
    置。
11. 【請求項１１】 前記加圧ローラは回転駆動し、前記加
    熱手段は、回転体であって該加圧ローラに対して従動回
    転するように構成されている請求項１０に記載の加熱装
    置。
12. 【請求項１２】 被記録材に未定着画像を形成担持させ
    る画像形成手段と、上記未定着画像を上記被記録材に加
    熱定着させるための加熱装置とを有する画像形成装置で
    あって、上記加熱装置が請求項９乃至１１のいずれか１
    項に記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装
    置。