JP2014142514A

JP2014142514A - 定着用部材、定着装置、画像形成装置

Info

Publication number: JP2014142514A
Application number: JP2013011450A
Authority: JP
Inventors: Jun Kimura; 潤木村
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: JP5915554B2; US9031488B2; US20140205335A1

Abstract

【課題】弾性層が外周から加圧された状態で使用されても、弾性層の軸方向端部に形成された傾斜面における破断の発生を抑制する。
【解決手段】円筒面を有する基材と、前記円筒面に設けられ、軸方向外側に向けて徐々に外径が小さくなるように傾斜する傾斜面を軸方向端部に有する弾性層と、前記弾性層の外周面及び前記傾斜面の一部に接合され、前記弾性層よりも弾性率が高く、軸方向端部が前記基材に対して非拘束とされた表面層と、を備える定着用部材。
【選択図】図６

Description

本発明は、定着用部材、定着装置、画像形成装置に関する。

特許文献１には、定着ロールと加圧ロールとを備える定着装置が開示されている。この定着装置では、前記加圧ロールが、回転される芯金と、前記芯金上に形成された弾性層と、前記弾性層上に形成され前記弾性層に比べて弾性率の高い表面層と、を有し、前記弾性層は、軸方向の長さが前記表面層側よりも前記芯金側で長くなるように傾斜した傾斜端面を有している。前記表面層の軸方向端部は、前記弾性層との密着部位において前記弾性層よりも軸方向で張り出して張出部となっている。

特開２０１１−１４５６２１号公報

本発明は、弾性層が外周から加圧された状態で使用されても、弾性層の軸方向端部に形成された傾斜面における破断の発生を抑制することを課題とする。

請求項１の発明は、円筒面を有する基材と、前記円筒面に設けられ、軸方向外側に向けて徐々に外径が小さくなるように傾斜する傾斜面を軸方向端部に有する弾性層と、前記弾性層の外周面及び前記傾斜面の一部に接合され、前記弾性層よりも弾性率が高く、軸方向端部が前記基材に対して非拘束とされた表面層と、を備える定着用部材である。

請求項２の発明は、前記表面層は、前記基材に対して非接触とされている請求項１に記載の定着用部材である。

請求項３の発明は、前記表面層における前記傾斜面に接合される部分の前記傾斜面に沿った長さは、前記傾斜面の長さに対して、１０％以上、９５％以下である請求項１又は２に記載の定着用部材である。

請求項４の発明は、記録媒体上の画像を加熱する加熱部材と、該記録媒体を前記加熱部材に加圧する加圧部材と、を備え、請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着用部材が、前記加熱部材及び加圧部材の少なくとも一方とされている定着装置である。

請求項５の発明は、前記傾斜面における、前記加圧部材の加圧によって軸方向に沿った面に弾性変形する部分に対して、前記表面層が接合されている請求項４に記載の定着装置である。

請求項６の発明は、画像を記録媒体に転写する転写部と、前記転写部によって記録媒体に転写された画像を記録媒体に定着させる請求項４又は５に記載の定着装置と、を有する画像形成装置である。

本発明の請求項１の構成によれば、本構成における表面層を備えない場合に比べ、弾性層が外周から加圧された状態で使用されても、弾性層の軸方向端部に形成された傾斜面における破断の発生を抑制できる。

本発明の請求項２の構成によれば、表面層が基材に対して接触している場合に比べ、弾性層が外周から加圧された状態で使用されても、弾性層の軸方向端部に形成された傾斜面における破断の発生を抑制できる。

本発明の請求項３の構成によれば、表面層における傾斜面に接合される部分の傾斜面に沿った長さが傾斜面の長さに対して１０％未満、又は９５％を超える場合に比べ、弾性層が外周から加圧された状態で使用されても、弾性層の軸方向端部に形成された傾斜面における破断の発生を抑制できる。

本発明の請求項４の構成によれば、本構成における定着用部材を備えない場合に比べ、弾性層の軸方向端部に形成された傾斜面における破断の発生に起因する定着不良を抑制できる。

本発明の請求項５の構成によれば、本構成を備えない場合に比べ、弾性層の軸方向端部に形成された傾斜面における破断の発生に起因する定着不良を抑制できる。

本発明の請求項６の構成によれば、本構成における定着装置を備えない場合に比べ、弾性層の軸方向端部に形成された傾斜面における破断の発生に起因する画像劣化を抑制できる。

本実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。本実施形態に係る定着装置の構成を示す概略図である。（ａ）本実施形態に係る加圧ロールの断面図である。（ｂ）図３（ａ）における断面領域Ｇの拡大図である。（ａ）、（ｂ）第１比較例に係る加圧ロールの変形状態を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）第２比較例に係る加圧ロールの変形状態を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）本実施形態に係る加圧ロールの変形状態を示す断面図である。本実施形態に係る加圧ロールの部分断面図である。実施例及び比較例の評価結果を示す表である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）変形例に係る加圧ロールの部分断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。

（画像形成装置１０の構成）
まず、本実施形態に係る画像形成装置１０の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る画像形成装置１０の構成を示す概略図である。

画像形成装置１０は、図１に示されるように、画像形成装置１０の本体を構成する筐体１２内に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びブラック（Ｋ）の各色に対応した光ビーム１６を出射する光走査装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋが設けられている。また、光走査装置１４Ｋに隣接する位置（図１における左側）に、画像形成装置１０の各部の動作を制御する制御部７０が設けられている。なお、以後の説明では、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを区別する必要がある場合は、数字の後にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのいずれかの英字を付して説明し、同様の構成でＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを区別する必要がない場合は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの記載を省略する。

光走査装置１４は、光源から出射された光ビームを図示しない回転多面鏡（ポリゴンミラー）で走査するとともに、反射ミラーを含む複数の光学部品で反射して、各色に対応した光ビーム１６を出射する構成となっている。また、光走査装置１４の下方側には、各光走査装置１４と対応して各感光体１８が設けられている。

感光体１８は、図示しないモータ及びギアからなる駆動手段によって、矢印Ａ方向（図の時計回り方向）に回転するようになっており、光走査装置１４から出射された光ビーム１６がそれぞれ対応する感光体１８に導かれるようになっている。ここで、感光体１８の表面（外周面）と対向する部位で回転方向（矢印Ａ方向）の上流側には、感光体１８の表面を帯電する帯電器２０が設けられている。

また、感光体１８の回転方向で帯電器２０よりも下流側には、帯電器２０による帯電及び光走査装置１４による露光で形成された感光体１８上の静電潜像を各色のトナー（現像剤）で現像する現像器２２が設けられている。そして、感光体１８の回転方向で現像器２２よりも下流側には、現像器２２で現像されたトナー像が一次転写される中間転写ベルト２８が配置されている。中間転写ベルト２８は、一例として、ポリイミドあるいはポリアミドといった樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。

さらに、感光体１８と中間転写ベルト２８とが対向する位置で中間転写ベルト２８の内側には、感光体１８上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２８に転写する一次転写ロール２４が配置されている。この一次転写ロール２４によって、感光体１８から中間転写ベルト２８に一次転写を行う一次転写部２５が構成されている。

一次転写ロール２４は、図示しないシャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とを有している。シャフトは、一例として、鉄、ＳＵＳといった金属で構成された円柱棒であり、スポンジ層は、一例として、カーボンブラック（導電剤）を配合したゴムで形成されている。

また、一次転写ロール２４は、中間転写ベルト２８を挟んで感光体１８に対向しており、図示しない電圧印加手段によって、各トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されるようになっている。これにより、感光体１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト２８に順次、静電吸引され、中間転写ベルト２８上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。なお、感光体１８の回転方向で一次転写ロール２４よりも下流側には、感光体１８上の一次転写後の残留トナーを除去するクリーナ２６が設けられている。

一方、中間転写ベルト２８の内側には、モータ(図示省略)により回転駆動され中間転写ベルト２８を循環移動（周回）させる駆動ロール３０と、各感光体１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋの配置方向に沿って略直線状に延びるように中間転写ベルト２８を支持する支持ロール３２とが設けられている。この構成により、中間転写ベルト２８は、矢印Ｂ方向に循環移動されるようになっている。

また、中間転写ベルト２８の内側には、中間転写ベルト２８に対して張力を付与すると共に中間転写ベルト２８の蛇行を防止する補助ロール３４が設けられている。さらに、中間転写ベルト２８の移動方向下流側には、中間転写ベルト２８上のトナー像を記録媒体Ｐ上に転写する転写部の一例としての二次転写部４２が設けられている。

二次転写部４２は、中間転写ベルト２８のトナー像保持面側に配置される二次転写ロール３８と、中間転写ベルト２８の裏面側に配置された支持ロール３６とによって構成されている。二次転写ロール３８は、一次転写ロール２４と同様の層構成及び材質となっている。また、二次転写ロール３８は、支持ロール３６とで中間転写ベルト２８を挟むように支持ロール３６に対して対向配置されている。

支持ロール３６は、二次転写ロール３８の対向電極を構成しており、支持ロール３６に対して接触配置された金属製の給電ロール４０を介して二次転写バイアスが印加されるようになっている。ここで、二次転写ロール３８は、接地されるとともに支持ロール３６との間に二次転写バイアスが印加されることにより、二次転写部４２に搬送される記録媒体Ｐ上に中間転写ベルト２８上のトナー像を二次転写するようになっている。

中間転写ベルト２８の移動方向における二次転写部４２よりも下流側には、二次転写後の中間転写ベルト２８上の残留トナーや紙粉を除去する中間転写ベルトクリーナ４６が、中間転写ベルト２８に対して接離自在に設けられている。中間転写ベルトクリーナ４６における中間転写ベルト２８の内側には、支持ロール４４が設けられている。そして、中間転写ベルト２８の移動方向における一次転写ロール２４Ｙよりも上流側で且つ中間転写ベルト２８の内側の位置には、各トナーによる画像形成のタイミングを合わせるための基準信号を発生する位置センサ４８が設けられている。

位置センサ４８は、中間転写ベルト２８の裏側に設けられた検出用マーク（図示省略）からの反射光を検知して基準信号を発生するようになっている。この基準信号に基づいて、前述の制御部７０が画像形成装置１０の各部を動作させ、画像形成を開始するようになっている。また、一次転写ロール２４Ｋの下流側で中間転写ベルト２８の外側には、画質調整を行うための画像濃度センサ４３が設けられている。

一方、筐体１２の下部には、記録媒体Ｐを収納する用紙収納部５０が設けられている。用紙収納部５０の一方端（記録媒体Ｐの送り出し側）には、記録媒体Ｐを設定されたタイミングで送り出して搬送する送出ロール５２が設けられている。送出ロール５２の上方には、モータ及びギアを含む駆動手段（図示省略）で回転駆動され、送出ロール５２によって送り出された記録媒体Ｐを二次転写部４２に搬送する複数の搬送ロール５４、５６が設けられている。また、記録媒体Ｐの搬送方向における搬送ロール５６の下流側には、記録媒体Ｐを二次転写部４２へ送り込む搬送部５８が設けられている。

二次転写部４２における記録媒体Ｐの送出方向には、トナー像の二次転写が終了した記録媒体Ｐを後述する定着装置１００へ搬送する搬送ベルト６０が設けられている。搬送ベルト６０は、支持ロール５７、駆動ロール５９、及び図示しないモータ及びギアを有する駆動手段によって、循環移動可能に設けられている。定着装置１００の入口側には、記録媒体Ｐを定着装置１００に案内するガイド６２が設けられている。また、定着装置１００の出口側には、画像形成装置１０の筐体１２に固定された用紙集積部６４が設けられている。

（画像形成動作）
次に、画像形成装置１０における、記録媒体Ｐへ画像を形成する画像形成動作について説明する。

図示しない画像読取装置やパーソナルコンピュータから出力された画像データが、図示しない画像処理装置によって画像処理を施される。画像処理が施された画像データは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換され、光走査装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋにそれぞれ出力される。

光走査装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋでは、入力された色材階調データに応じて光ビーム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋを各感光体１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋに照射する。感光体１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋは、予め帯電器２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋによって表面が帯電されており、光ビーム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋによって表面が露光され静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、現像器２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋによって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像される。

続いて、感光体１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ上に形成されたトナー像は、一次転写部２５において中間転写ベルト２８上に転写される。この転写は、一次転写ロール２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋにより中間転写ベルト２８に対しトナーの帯電極性(一例としてマイナス極性)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が付加され、トナー像を中間転写ベルト２８の表面に順次重ね合わせることで行われる。そして、トナー像は、中間転写ベルト２８によって二次転写部４２に搬送される。

一方、トナー像が二次転写部４２に搬送されるタイミングに合わせて送出ロール５２が回転し、用紙収納部５０から記録媒体Ｐが送り出される。そして、送出ロール５２により送り出された記録媒体Ｐは、搬送ロール５４、５６により搬送され、搬送部５８を経て二次転写部４２に到達する。この二次転写部４２に到達する前に記録媒体Ｐは一旦停止され、トナー像が保持された中間転写ベルト２８の移動タイミングに合わせて位置合せロール(図示省略)が回転することで、記録媒体Ｐの位置とトナー像の位置との位置合せが行われる。

二次転写部４２では、中間転写ベルト２８を介して、二次転写ロール３８が支持ロール３６に押圧されている。ここで、トナー像の搬送に合わせて搬送された記録媒体Ｐは、中間転写ベルト２８と二次転写ロール３８との間に挟み込まれる。また、このとき、給電ロール４０から支持ロール３６へ二次転写バイアスが印加され転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト２８上に保持された未定着のトナー像は、二次転写ロール３８と支持ロール３６とによって押圧され、記録媒体Ｐ上に一括して静電転写される。

続いて、トナー像が転写された記録媒体Ｐは、中間転写ベルト２８から剥離された状態で搬送ベルト６０へと搬送され、さらに定着装置１００まで搬送される。そして、定着装置１００に搬送された記録媒体Ｐ上の未定着のトナー像は、定着装置１００の接触部Ｎ（図２参照）において加熱及び加圧によって記録媒体Ｐ上に定着される。定着後の記録媒体Ｐは、矢印Ｃ方向に排出され、用紙集積部６４に集積される。なお、記録媒体Ｐへの転写が終了した後、中間転写ベルト２８上に残った残留トナーは、中間転写ベルト２８の回転移動に伴って中間転写ベルトクリーナ４６まで搬送され、中間転写ベルト２８上から除去される。このようにして、画像形成装置１０の画像形成が行われる。

（定着装置１００の構成）
次に、定着装置１００の構成について説明する。図２は、定着装置１００の構成を示す概略図である。

定着装置１００は、図２に示されるように、記録媒体Ｐが進入する開口部１０６Ａと、記録媒体Ｐが排出される開口部１０６Ｂと、が形成された筐体１０６を有している。そして、筐体１０６の内部上方には、矢印Ｄ方向（図２において反時計回り方向）へ回転可能に支持された定着ロール１０２（加熱部材の一例）が設けられている。筐体１０６の内部下方には、矢印Ｅ方向（図２において時計回り方向）へ回転可能に支持された定着用部材の一例としての加圧ロール１０４（加圧部材の一例）が設けられている。定着ロール１０２と加圧ロール１０４とは、軸方向が揃えられ外周面が接触（圧接）して接触部Ｎ（ニップ部）を形成している。

定着ロール１０２は、内周側から外周側に向けて芯金１０８、弾性層１１０、及び表面層１１２がこの順で積層され一体となった構成とされており、一例として、芯金１０８がアルミニウム製で円筒状の部材、弾性層１１０がシリコーンゴム製、表面層１１２がフッ素樹脂製となっている。また、芯金１０８の内側には、制御部７０（図１参照）により通電され発熱するハロゲンヒータ１１４が設けられている。さらに、接触部Ｎに対する記録媒体Ｐの排出側で且つ定着ロール１０２の外周面に近い場所には、定着ロール１０２の外周面から記録媒体Ｐを引き離すための板状の分離部材１２２が設けられている。

一方、加圧ロール１０４は、円筒面を有する基材の一例としての芯金１１６、弾性層１１８、及び表面層１２０が、内周側から外周側に向けてこの順で積層され一体となった構成とされている。

芯金１１６は、一例として、アルミニウム製で円筒状の部材で構成されている。なお芯金１１６の他の例として、鉄、ＳＵＳなどの金属を用いてもよい。また、非金属材料を用いてもよく、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド、液晶ポリマーなどの耐熱性を有する樹脂や、それらの樹脂にガラスファイバーなどを添加し強化した材料を用いてもよい。

弾性層１１８は、芯金１１６の円筒面に設けられており、芯金１１６の円筒面に対して接合（接着）されている。弾性層１１８には、デュロメータ硬さＡ１０以上でＡ５０以下（ＪＩＳＫ６２５３）のシリコーンゴム、フッ素ゴムなどの材料などが用いられる。本実施形態では、シリコーンゴムが用いられている。

表面層１２０は、弾性層１１８の外周面（軸方向に沿った円筒面）に設けられており、弾性層１１８の外周面に対して接合（接着）されている。表面層１２０には、例えば、カーボンを含有するフッ素樹脂などの材料が用いられる。表面層１２０に用いられる材料は、弾性層１１８に用いられる材料に比べて１０倍以上弾性率が高くなっている。なお、表面層１２０に含まれるカーボンとしては、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックが好ましい。表面層１２０には、更に他の導電剤を含有していてもよい。他の導電剤の一例としては、アルミニウムやニッケルなどの金属、酸化錫などの酸化金属化合物、チタン酸カリウムなどがある。なお、表面層１２０の体積抵抗値としては、４ｌｏｇΩｃｍ以上１０ｌｏｇΩｃｍ以下であることが好ましく、４ｌｏｇΩｃｍ以上７ｌｏｇΩｃｍ以下であることがより好ましい。この範囲内にあると、表面層１２０の導電性が確保でき、帯電による問題が発生しにくく、加圧ロール１０４の耐久性が良好となる。体積抵抗値は、二重リング電極法を用いて測定される。

ここで、弾性層１１８の厚みは、一例として１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下で設定される。さらに、表面層１２０の厚みは、一例として５０μｍ以上１５０μｍ以下で設定される。なお、弾性層１１８の厚みが１０ｍｍ以上となっているのは、画像形成装置１０の高速化対応で各トナーに与える熱量を短時間で確保するために接触部Ｎの幅を大きくする必要があり、弾性層１１８の変形量を大きくすることが必要なためである。また、接触部Ｎを形成するために、弾性層１１８は、一例として、径方向に１０％から２０％変形される。

図３（ａ）には、加圧ロール１０４の軸方向（矢印Ｘ方向）の断面が示されている。ここで、二点鎖線で表示した定着ロール１０２における外周面１０２Ａ（最外周の円筒面）の軸方向長さをＬ１とし、加圧ロール１０４における外周面１０４Ａ（最外周の円筒面）軸方向長さ（表面層１２０の外表面のうち、後述の傾斜端面１２４上に形成された軸方向両端部を除く部分の軸方向長さ））をＬ２とすると、Ｌ１＞Ｌ２となっている。従って、定着ロール１０２における外周面１０２Ａ（最外周の円筒面）の軸方向端部が、加圧ロール１０４における外周面１０４Ａの軸方向端部に対して、軸方向外側に張り出している。

図３（ｂ）には、図３（ａ）の加圧ロール１０４の一端部における断面領域Ｇの拡大図が示されている。弾性層１１８の軸方向両端部には、軸方向外側（図３（ｂ）における右側）に向けて徐々に外径が小さくなるように傾斜する傾斜面の一例としての傾斜端面１２４が形成されている。すなわち、傾斜端面１２４は、弾性層１１８の軸方向の長さが、表面層１２０側よりも芯金１１６側で長くなるように傾斜している。芯金１１６の外周面（円筒面）１１６Ａに対する傾斜端面１２４の傾斜角は、θ（０°＜θ＜９０°）となっている。なお、ここでいう傾斜端面１２４とは、無荷重状態（加圧ロール１０４による加圧がなされていない状態）において、傾斜している部分である。

また、表面層１２０の軸方向両端部１２０Ａは、弾性層１１８の傾斜端面１２４の一部に設けられており、その傾斜端面１２４の一部に対して接合（接着）されている。また、表面層１２０の軸方向両端部１２０Ａは、芯金１１６に対して隙間を有している。すなわち、表面層１２０の軸方向両端部１２０Ａは、芯金１１６に対して非接触とされている。これにより、表面層１２０の軸方向両端部１２０Ａは、芯金１１６に対して非拘束とされている。さらに、傾斜端面１２４は、表面層１２０の軸方向両端部１２０Ａが芯金１１６に対して隙間を有することで、表面層１２０の軸方向外側（図３（ｂ）における右側）で露出している。

表面層１２０における傾斜端面１２４に接合される接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さ（図７のＬ４参照）は、傾斜端面１２４の長さ（図７のＬ３参照）に対して、１０％以上、９５％以下であることが好ましい。当該接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さが９５％を超えると、定着ロール１０２と加圧ロール２０４とが圧接されて加圧ロール２０４の弾性層１１８が潰された際に、弾性層１１８の傾斜端面１２４における凸状の変形が阻害され、弾性層１１８と芯金１１６との界面への応力集中が生じ、弾性層１１８の破断が発生するおそれがある。

また、当該接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さが１０％未満であると、定着ロール１０２と加圧ロール２０４とが圧接されて加圧ロール２０４の弾性層１１８が潰された際に、弾性層１１８の傾斜端面１２４における軸方向内側部分１２４Ａが外周側（図３（ｂ）における上側）へ凸状に変形し、当該軸方向内側部分１２４Ａが、定着ロール１０２の外周面１０２Ａに接触し、弾性層１１８が破断するおそれがある。すなわち、当該接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さを、傾斜端面１２４の長さに対して１０％以上とすることで、傾斜端面１２４における、加圧ロール２０４の加圧によって軸方向に沿った面に弾性変形する変形部分に対して、表面層１２０が接合される。当該変形部分とは、具体的には、傾斜端面１２４に対して表面層１２０が接合されていないと仮定した場合において、加圧ロール２０４の加圧による弾性変形したときに定着ロール１０２に対して接触する部分である。すなわち、例えば、後述する図５（ｂ）に示す構成における符号１１８Ａの部分である。

（加圧ロール１０４の作用）
次に、加圧ロール１０４の作用について説明する。

まず、本実施形態に対する比較例として、第１比較例に係る定着装置２００に設けられた加圧ロール２０４の作用と、第２比較例に係る定着装置３００に設けられた加圧ロール３０４の作用と、について説明する。なお、本実施形態の定着装置１００と同様の構成の部材には、同じ符号を付与して説明を省略する。

図４（ａ）には、第１比較例に係る定着装置２００の加圧ロール２０４の一端部の断面が示されている。定着装置２００は、定着ロール１０２と、加圧ロール２０４とを有しており、加圧ロール２０４は、芯金１１６と、弾性層１１８（図２参照）と同じ材質、厚さの弾性層２０８と、表面層１２０（図２参照）と同じ材質の表面層２１０とを有している。

弾性層２０８及び表面層２１０は、端部が軸方向に対して直角な方向に切断されて軸方向位置が同じ位置である端面２０８Ａ、２１０Ａが形成されている。ここで、弾性層２０８と表面層２１０の軸方向長さは、共に、図３（ａ）における軸方向長さＬ２と同じ長さとされている。また、端面２０８Ａ、２１０Ａと芯金１１６の外周面１１６Ａとで形成される角度は、いずれも９０°となっている。また、加圧ロール２０４が定着ロール１０２に押圧されていない状態では、芯金１１６の外周面１１６Ａから表面層２１０の外周面までの軸方向に対して直角な方向の距離がＨ１となっている。

図４（ｂ）に示すように、第１比較例の定着装置２００では、定着ロール１０２と加圧ロール２０４とが圧接され加圧ロール２０４の軸方向と交差する方向に押圧力Ｆが作用すると、弾性層２０８が潰れて、芯金１１６の外周面１１６Ａから表面層２１０の外周面までの距離がＨ２（＜Ｈ１）となる。

ここで、潰れた弾性層２０８はゴムで体積が変化しないので、潰された分の体積が接触部Ｎ（図２参照）の前後方向（記録媒体Ｐの搬送方向である矢印Ｃ方向）にはみ出ようとする。しかし、表面層２１０の弾性率は弾性層２０８よりも高いため、はみ出ようとした弾性層２０８の一部は表面層２１０で拘束され、弾性層２０８は、軸方向の両端部で自身の変形を逃がそうとする。そして、弾性層２０８の端部では、芯金１１６側と接触している部位、及び表面層２１０と接触している部位がそれぞれ接合力により拘束（変形が規制）されるため、弾性層２０８の端面２０８Ａは、断面円弧状に膨れて曲面２０８Ｂとなる。このとき、元の端面２０８Ａは鉛直面であり、軸方向に広がりを持つ面ではないので、弾性層２０８には、軸方向に大きな応力が作用することになる。

弾性層２０８が軸方向に膨れた状態で定着装置２００が長期間使用されると、弾性層２０８は、応力が集中した部位で破断することになる。ここでは、弾性層２０８と芯金１１６とが接合されていることから、特に、弾性層２０８の軸方向端部における芯金１１６に接している部分２１２が最初に破断することになる。

また、加圧ロール２０４では、表面層２１０と弾性層２０８の端面２０８Ａ、２１０Ａが揃えられており、弾性層２０８が膨らんで曲面２０８Ｂが形成されても表面層２１０はほとんど膨らまないため、曲面２０８Ｂの一部表面が定着ロール１０２の外周面と接触する可能性がある。このとき、弾性層２０８は摩擦に対して弱いため、さらに破断する可能性が高くなる。

図５（ａ）には、第２比較例に係る定着装置３００の加圧ロール３０４の一端部の断面が示されている。定着装置３００は、定着ロール１０２と、加圧ロール３０４とを有しており、加圧ロール３０４は、芯金１１６と、弾性層１１８と、表面層１２０（図２参照）と同じ材質の表面層３１０とを有している。

また、表面層３１０の端部は、弾性層１１８よりも軸方向外側に張り出した張出部３１０Ａとなっており、張出部３１０Ａは、弾性層１１８の傾斜端面１２４に対して離間配置されている。また、加圧ロール２０４が定着ロール１０２に押圧されていない状態では、芯金１１６の外周面１１６Ａから表面層２１０の外周面までの軸方向に対して直角な方向の距離がＨ１となっている。

図５（ｂ）に示すように、第２比較例の定着装置３００では、定着ロール１０２と加圧ロール３０４とが圧接され加圧ロール３０４の軸方向と交差する方向に押圧力Ｆが作用すると、弾性層１１８が潰れて、芯金１１６の外周面１１６Ａから表面層３１０の外周面までの距離がＨ２（＜Ｈ１）となる。

押圧力Ｆにより潰れた弾性層１１８は、ゴムで構成されており、体積が変化しないので、潰された部分の体積が接触部Ｎ（図２参照）の前後方向（記録媒体Ｐの搬送方向である矢印Ｃ方向）にはみ出ようとする。しかし、表面層３１０の弾性率は弾性層１１８よりも高いため、はみ出ようとした弾性層１１８の一部は表面層３１０で拘束され、弾性層１１８は、軸方向の両端部で自身の変形を逃がそうとする。そして、弾性層１１８の端部では、芯金１１６側と接触している部位、及び表面層３１０と接触している部位がそれぞれ接合力により拘束されるため、弾性層１１８の傾斜端面１２４は、断面円弧状に膨れて曲面１２６となる。

表面層３１０の張出部３１０Ａは、傾斜端面１２４に対して接合されていないため、曲面１２６となった傾斜端面１２４との間で相対変位に伴う摩擦が生じ、弾性層１１８が磨耗するおそれがある。また、表面層３１０の張出部３１０Ａと定着ロール１０２の外周面１０２Ａとの間で摩擦が生じて、定着ロール１０２の外周面１０２Ａが磨耗するおそれがある。また、表面層３１０の張出部３１０Ａ自体が破損する場合も考えられる。張出部３１０Ａ自体が破損した場合では、曲面１２６となった傾斜端面１２４が露出して、定着ロール１０２の外周面１０２Ａに接触し、弾性層１１８が破断するおそれがある。

一方、図６（ａ）に示すように、本実施形態の定着装置１００において、加圧ロール１０４が定着ロール１０２に押圧されていない状態では、芯金１１６の外周面１１６Ａから表面層１２０の外周面までの軸方向に対して直角な方向距離がＨ１となっている。なお、傾斜端面１２４の傾斜角度がθ（図３（ｂ）参照）であるため、本実施形態の傾斜端面１２４の方が、第１比較例の端面２０８Ａ（図４（ａ）参照）よりも表面積が大きくなっている。

図６（ｂ）に示すように、本実施形態の定着装置１００では、定着ロール１０２と加圧ロール１０４とが圧接され加圧ロール１０４の軸方向と交差する方向に押圧力Ｆが作用すると、弾性層１１８が潰れて、芯金１１６の外周面１１６Ａから表面層２１０の外周面までの距離がＨ２（＜Ｈ１）となる。

押圧力Ｆにより潰れた弾性層１１８は、ゴムで構成されており、体積が変化しないので、潰された部分の体積が接触部Ｎ（図２参照）の前後方向（記録媒体Ｐの搬送方向である矢印Ｃ方向）にはみ出ようとする。しかし、表面層１２０の弾性率は弾性層１１８よりも高いため、はみ出ようとした弾性層１１８の一部は表面層１２０で拘束され、弾性層１１８は、軸方向の両端部で自身の変形を逃がそうとする。そして、弾性層１１８の端部では、芯金１１６側と接触している部位、及び表面層１２０と接触している部位がそれぞれ接合力により拘束されるため、弾性層１１８の傾斜端面１２４は、断面円弧状に膨れて曲面１２６となる。

ここで、弾性層１１８の元の傾斜端面１２４は、軸方向にも広がりを持っており、また、第１比較例よりも表面積が大きいので、弾性層１１８の軸方向端部は、第１比較例の弾性層２０８（図４（ｂ）参照）の軸方向端部に比べて変形の自由度が大きくなっている。このため、弾性層１１８は、芯金１１６及び表面層１２０で一部が拘束されても変形が容易であり、部分的に大きな応力が集中しにくくなる。

また、加圧ロール１０４では、表面層１２０の軸方向端部１２０Ａが傾斜端面１２４に接合されている。このため、加圧ロール２０４の加圧によって傾斜端面１２４が径方向外側へ凸状に弾性変形しても、当該傾斜端面１２４の一部と、定着ロール１０２との間に表面層１２０が挟まれて、当該傾斜端面１２４の一部の定着ロール１０２に対する接触が阻止される。さらに、表面層１２０の軸方向端部１２０Ａは、芯金１１６との間に隙間を有しているので、表面層１２０の軸方向端部１２０Ａが傾斜端面１２４の変形を規制することはなく、弾性層１１８内部に応力が集中しにくくなる。

さらに、本実施形態では、表面層１２０の軸方向端部１２０Ａが傾斜端面１２４に接合されているため、弾性層１１８との間で摩擦が生じることがなく、表面層１２０の軸方向端部１２０Ａによる磨耗によって弾性層１１８が破損しない。また、表面層１２０の軸方向端部１２０Ａは、弾性層１１８から独立して存在する第２比較例の張出部３１０Ａとは異なり、傾斜端面１２４に接合されているため、定着ロール１０２の外周面１０２Ａに接触しても破損しにくい。表面層１２０の軸方向端部１２０Ａが破損しにくいので、傾斜端面１２４を被覆した状態が維持され、傾斜端面１２４が曲面１２６に変形しても、定着ロール１０２の外周面１０２Ａに接触せず、弾性層１１８の破断の発生が抑制される。

（評価）
軸方向端部の構成が異なる加圧ロール（下記の実施例１〜４及び比較例１〜４参照）を作成し、当該加圧ロールと、弾性層を有さないハードロールと、予め定められた荷重で圧接させ、空回しによる耐久性評価を行った。

（ハードロールの構成）
外径：直径１００ｍｍ
材質：アルミ（厚み１０ｍｍ）

（加圧ロールの基本構成（図７参照））
外径：直径１００ｍｍ
表面層１２０（２１０、３１０）：ＰＦＡチューブ（厚み（Ｔ１）１５０μｍ）
弾性層１１８（２０８）：シリコーンゴム（硬度３５°，ＪＩＳ−Ａ）
厚み（Ｔ２）１０ｍｍ
芯金１１６の外周面１１６Ａに対する傾斜端面１２４の傾斜角θ：４５°
端部構成：下記の実施例１〜４及び比較例１〜４参照
芯金１１６：アルミ（厚み（Ｔ３）１０ｍｍ）

（評価条件）
圧接荷重：２２０ｋｇｆ（２１５６Ｎ）
接触部Ｎ（図２参照）の幅：１８ｍｍ
駆動：ハードロール側駆動（加圧ロールは従動）
ハードロール温度：表面に熱電対を接触させ、内部に設けたクオーツランプで、表面温度１２０℃となるように制御
加圧ロール温度：熱源なし、ハードロールから接触部Ｎで受ける熱により加熱される（試験中表面温度は１０５℃）
回転スピード：１００ｒｐｍ

（実施例１）
傾斜端面１２４の長さ（Ｌ３）１４ｍｍに対し、表面層１２０における傾斜端面１２４に対する接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さ（Ｌ４）１．５ｍｍとした。すなわち、接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さは、傾斜端面１２４の長さに対して、１０.７％とされている。

（実施例２）
傾斜端面１２４の長さ（Ｌ３）１４ｍｍに対し、表面層１２０における傾斜端面１２４に対する接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さ（Ｌ４）１０ｍｍとした。すなわち、接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さは、傾斜端面１２４の長さに対して、７１.４％とされている。

（実施例３）
傾斜端面１２４の長さ（Ｌ３）１４ｍｍに対し、表面層１２０における傾斜端面１２４に対する接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さ（Ｌ４）１３ｍｍとした。すなわち、接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さは、傾斜端面１２４の長さに対して、９２.８％とされている。

（実施例４）
傾斜端面１２４の長さ（Ｌ３）１４ｍｍに対し、表面層１２０における傾斜端面１２４に対する接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さ（Ｌ４）１ｍｍとした。すなわち、接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さは、傾斜端面１２４の長さに対して、７．１％とされている。

（比較例１）
傾斜端面１２４の長さ（Ｌ３）１４ｍｍに対し、表面層１２０における傾斜端面１２４に対する接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さ（Ｌ４）１４ｍｍとした。すなわち、接合部分の傾斜端面１２４に沿った長さは、傾斜端面１２４の長さに対して、１００％とされている。

（比較例２）
傾斜端面１２４の長さ（Ｌ３）１４ｍｍを越えて、芯金１１６外周面の５ｍｍ（Ｌ５）まで、表面層１２０が接合されたもの（図７の二点鎖線部分参照）。

（比較例３）
図４に示すように、弾性層２０８の軸方向端部に傾斜端面１２４を有さず、弾性層２０８及び表面層２１０が、端部が軸方向に対して直角な方向に切断されたもの。

（比較例４）
図５に示すように、表面層３１０が傾斜端面１２４を覆わず、傾斜端面１２４と離間した状態で、弾性層１１８の軸方向端部から軸方向外側に１０ｍｍ張り出す張出部３１０Ａを有するもの。

実施例１〜４及び比較例１〜４に係る加圧ロールを評価した結果、図８の表に示すように、実施例１〜３の構成では、２００時間、弾性層１１８の破断が発生しなかった。また、実施例４では、２００時間で弾性層１１８の破断は発生しなかったものの、弾性層１１８における露出している傾斜端面１２４に、キズによる亀裂の発生箇所が確認された。

比較例１では、３２時間にて、比較例２では、２５時間にて、比較例３では、２２時間にて、弾性層２０８の軸方向端部における芯金１１６に接している部分で、芯金１１６との界面から破断が発生した。比較例４では、１４０時間にて、表面層３１０の張出部３１０Ａの一部が破断、その個所で弾性層１１８の傾斜端面１２４が対向するハードロールと接触し始め、１６２時間で弾性層１１８の傾斜端面１２４に破断が発生した。

以上のように、比較例１〜４に係る加圧ロールに比べて、実施例１〜４に係る加圧ロールの構成において、弾性層１１８の軸方向端部に形成された傾斜端面１２４における破断の発生が抑制されることがわかる。

（変形例）
本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、以下の変形例のように構成してもよい。

図９（ａ）に示すように、加圧ロール１０４の表面層１２０の軸方向端部１２０Ａが、芯金１１６に対して非拘束とされていれば、芯金１１６に接触する構成であってもよい。図９（ａ）に示す構成では、例えば、表面層１２０の軸方向端部１２０Ａにおける符号１２１の部分が、弾性層１１８及び芯金１１６に対して接合されていない部分とされている。

また、図９（ｂ）に示すように、加圧ロール１０４の弾性層１１８（図３（ｂ）参照）に代えて、軸方向の端面が、表面層１２０側から傾斜した傾斜部の一例としての傾斜端面１３２Ａと、傾斜端面１３２Ａと連続して芯金１１６まで延びる鉛直端面１３２Ｂと、で構成される加圧ロール１４０を用いてもよい。

さらに、図９（ｃ）に示すように、加圧ロール１０４の弾性層１１８（図３（ｂ）参照）に代えて、軸方向の端面が、表面層１２０側から軸方向に対して直角な方向に延びる鉛直端面１３４Ａと、鉛直端面１３４Ａと連続して芯金１１６まで傾斜した傾斜部の一例としての傾斜端面１３４Ｂと、で構成される加圧ロール１５０を用いてもよい。

また、表面層１２０の軸方向端部１２０Ａが芯金１１６に対して非拘束で傾斜端面１２４に形成された構成は、加圧ロール１０４に代えて定着ロール１０２に適用してもよく、また、定着ロール１０２及び加圧ロール１０４の両方に適用しても良い。同様に、表面層１２０の軸方向端部１２０Ａが芯金１１６に対して非拘束で傾斜端面１２４に形成された構成は、加圧ロール１０４に代えて加圧ベルトや定着ベルトに適用してもよく、加圧ベルト及び定着ベルトの両方に適用してもよい。さらに、定着ロール１０２の軸方向の長さが、加圧ロール１０４の表面層１２０の軸方向の長さよりも短いものであってもよい。

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、種々の変形、変更、改良が可能である。例えば、上記に示した変形例は、適宜、複数を組み合わせて構成しても良い。

１０画像形成装置
４２二次転写部（転写部の一例）
１００定着装置
１０２定着ロール（加熱部材の一例）
１０４加圧ロール（定着用部材の一例、加圧部材の一例）
１０８芯金（基材の一例）
１１０弾性層
１１２表面層
１２４傾斜端面（傾斜端面の一例）

Claims

円筒面を有する基材と、
前記円筒面に設けられ、軸方向外側に向けて徐々に外径が小さくなるように傾斜する傾斜面を軸方向端部に有する弾性層と、
前記弾性層の外周面及び前記傾斜面の一部に接合され、前記弾性層よりも弾性率が高く、軸方向端部が前記基材に対して非拘束とされた表面層と、
を備える定着用部材。
前記表面層は、前記基材に対して非接触とされている請求項１に記載の定着用部材。
前記表面層における前記傾斜面に接合される部分の前記傾斜面に沿った長さは、前記傾斜面の長さに対して、１０％以上、９５％以下である請求項１又は２に記載の定着用部材。
記録媒体上の画像を加熱する加熱部材と、
該記録媒体を前記加熱部材に加圧する加圧部材と、
を備え、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着用部材が、前記加熱部材及び加圧部材の少なくとも一方とされている定着装置。
前記傾斜面における、前記加圧部材の加圧によって軸方向に沿った面に弾性変形する部分に対して、前記表面層が接合されている請求項４に記載の定着装置。
画像を記録媒体に転写する転写部と、
前記転写部によって記録媒体に転写された画像を記録媒体に定着させる請求項４又は５に記載の定着装置と、
を有する画像形成装置。