JP2015114368A - ニップ部形成部材、及び該ニップ部形成部材を用いた定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非通紙領域での過度な温度上昇の発生抑制と、定着部材の立ち上がり時間の短縮との両立を実現できるニップ部形成部材を提供する。【解決手段】基体４ａの外周面に形成され、定着部材に圧接して弾性変形することにより定着ニップ部を形成する弾性層として、熱伝導性フィラー４ｂ１を含む非多孔質弾性層４ｂを基体４ａの外周面に、熱伝導性フィラー４ｃ１と空孔部４ｃ２とを含む多孔質弾性層４ｃを非多孔質弾性層４ｂの外周面にそれぞれ配した。すなわち、弾性層は特性の異なる非多孔質弾性層４ｂと多孔質弾性層４ｃとを含んでなる。これによれば、非通紙領域での過度な温度上昇の発生を抑制することができかつ定着部材の立ち上がり時間を短くすることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に搭載される定着装置のニップ部形成部材、及び該ニップ部形成部材を用いた定着装置に関する。特に、非通紙領域での過度な温度上昇の発生抑制と、定着部材の立ち上がり時間の短縮との両立を図る技術に関する。

電子写真方式などの画像形成装置は、紙等の記録材上に現像されたトナー画像を加熱、加圧することによって当該記録材にトナー画像を定着させる定着装置を備えている。定着装置では、熱源によって加熱される定着ベルトや定着ローラなどの定着部材と、これと対に配置された加圧ローラなどのニップ部形成部材とが圧接して定着ニップ部を形成する。そして、未定着トナー像の形成された記録材が定着ニップ部を通過する際に、未定着トナーが加熱／加圧されて定着画像として記録材に定着される。こうした定着装置では、例えば小サイズの記録材を大サイズの記録材と同じプリント間隔で連続プリントしたような場合に、非通紙領域が過度に高い温度にまで上昇してしまうことがある（以下、これを非通紙部昇温と呼ぶ）。この非通紙部昇温の発生を抑制するために、例えば弾性層内に熱伝導性の高い針状フィラーを混在するなどして、加圧ローラの熱伝導率を高くすることが従来から行われている（特許文献１）。

その一方で、定着部材がトナー画像を加熱定着するのに十分な所定温度に達するまでにかかる「立ち上がり時間」を短縮するために、加圧ローラの熱容量／熱伝導率を低減することが行われている。例えば、加圧ローラの弾性層を多数の空孔部を有する多孔質弾性層に形成し、定着装置の作動開始に伴って加熱された定着ベルトから加圧ローラに伝わる熱量を少なくすることで、上記立ち上がり時間の短縮を図っている（特許文献２〜４）。

特開２００２−３５１２４３号公報 特開２００８−１５０５５２号公報 特開２００１−２６５１４７号公報 特開２００２−１１４８６０号公報

上述したように、非通紙部昇温の発生を抑制するには、加圧ローラの熱伝導率を高める必要がある。一方、定着部材の立ち上がり時間を短縮するには、加圧ローラを低熱容量化／低熱伝導率化する必要がある。しかしながら、従来では非通紙部昇温の発生抑制と立ち上がり時間の短縮とを両立させることが難しかった。すなわち、加圧ローラの熱伝導率を高めた場合には、加圧ローラの熱容量が大きくなって定着部材からの熱が加圧ローラに伝わりやすくなるので、定着部材の立ち上がり時間が長くなる。他方、加圧ローラを低熱容量化／低熱伝導率化した場合には、定着部材が高温になりやすく、また定着部材から加圧ローラを介して熱を効率的に逃すことが難しくなるので非通紙部昇温が発生しやすくなる。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、非通紙領域での過度な温度上昇の発生を抑制し、かつ定着部材の立ち上がり時間を短縮することの可能なニップ部形成部材、及び該ニップ部形成部材を用いた定着装置の提供を目的とする。

本発明に係るニップ部形成部材は、基体と、前記基体の外周面に形成され、定着部材に圧接して弾性変形することにより未定着トナー像の形成された記録材を挟持搬送し加熱する定着ニップ部を形成する弾性層とを有するニップ部形成部材であって、前記弾性層は、熱伝導性フィラーを含む非多孔質の第一弾性層を前記基体の外周面に、熱伝導性フィラーと空孔部とを含む多孔質の第二弾性層を前記第一弾性層の外周面に配したことを特徴とする。

本発明によれば、基体の外周面に熱伝導性フィラーを含む非多孔質の第一弾性層を、前記第一弾性層の外周面に熱伝導性フィラーと空孔部とを含む多孔質の第二弾性層を配して、弾性層を形成する。これにより、非通紙領域での過度な温度上昇の発生を抑制することができ、かつ定着部材の立ち上がり時間を短縮することができる。

本発明に係る定着装置の構成を示す概略断面図である。 加圧ローラの全体構成を示す斜視図である。 非多孔質弾性層及び多孔質弾性層の断面を示す拡大図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。まず、本発明にかかる定着装置について図１を用いて説明する。図１は、本発明に係る定着装置の構成を示す概略断面図である。

［定着装置］
図１に示す定着装置１０は、加熱体としてのヒータ１と、加熱体支持部材としてのヒータホルダ２と、定着部材としての定着ベルト３と、ニップ部形成部材としての加圧ローラ４とを備える。ヒータ１は、不図示の手段によって通電されることで発熱しかつ所定の制御温度に制御される例えば抵抗発熱体などの熱源である。ヒータ１は、剛性を有する耐熱性材料によって横断面略半円弧状の樋型に形成されるヒータホルダ２（以下、単にホルダと記す）に固定支持される。具体的には、ホルダ２の下面に長手方向（図１の紙面表裏方向）に沿って溝部が設けられており、この溝部にヒータ１が嵌入されている。

定着ベルト３は、内側から環状の基材３ａ、ベルト弾性層３ｂ（ここでは、後述の加圧ローラ４の弾性層と区別するためにベルト弾性層と呼ぶ）、表層３ｃを備える。定着ベルト３は使用状態で内周面がヒータ１及びホルダ２に摺擦される無端ベルトであり、ヒータ１を支持したホルダ２の外周に周長に余裕を持たせて外嵌されている。定着ベルト３は、後述する加圧ローラ４の回転により従動回転する。このため定着ベルト３の長手方向両端部は、定着装置１０のフレームなどの不図示の固定部分に回転自在に支持されている。定着ベルト３の内周面には、ヒータ１及びホルダ２との摺動性を確保するために潤滑剤（グリス）が塗られている。なお、本明細書でベルトと言った場合、フィルム状のものも含む。

加圧ローラ４は、内側から円筒状の基体４ａ、弾性層（４ｂ，４ｃ）、離型層４ｄを備える。加圧ローラ４は、例えばモータなどの回転駆動装置（不図示）によって使用時に回転駆動される。このため基体４ａの軸方向両端部は、定着装置１０のフレームなどの不図示の固定部分に回転自在に支持されている。また、加圧ローラ４は、ホルダ２に支持されたヒータ１と定着ベルト３を挟んで対向する位置に配置されている。そして、加圧機構（不図示）によって加圧ローラ４と定着ベルト３とに所定の圧力が付与されることで、加圧ローラ４と定着ベルト３とが圧接してそれぞれの弾性層（３ｂ，４ｂ，４ｃ）は弾性変形する。これによって、加圧ローラ４と定着ベルト３との間には記録材搬送方向に所定の幅を有する定着ニップ部Ｎが形成される。

加圧ローラ４は回転駆動装置（不図示）によって回転駆動されると、従動回転する定着ベルト３との間で定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐを挟持しつつ搬送する。また、定着ベルト３は、ヒータ１により表面が所定温度（例えば２００℃）に達するまで加熱される。この状態で、未定着トナーＴによって未定着トナー像の形成された記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに挟持搬送されると、記録材Ｐ上の未定着トナーＴは加熱、加圧される。すると、未定着トナーＴは溶融／混色するので、その後、これを冷却することによって未定着トナー像を定着画像として記録材Ｐに定着させる。

［定着ベルト］
定着ベルト３について説明する。定着ベルト３は、図１に示すように、基材３ａの外周にベルト弾性層３ｂが、該ベルト弾性層３ｂの外周に表層３ｃが設けられている。基材３ａは耐熱性及び耐屈曲性を必要とすることに鑑みて、例えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の耐熱性樹脂を用いる。また熱伝導性をも考慮するならば、基材３ａは耐熱性樹脂に比べ熱伝導率のより高いステンレス（ＳＵＳ）、ニッケル、ニッケル合金などの金属を用いてもよい。そして、基材３ａは熱容量を小さくする一方で機械的強度を高くする必要があるので、基材３ａの厚みは５μｍ〜１００μｍ好ましくは２０μｍ〜８５μｍとするのが望ましい。

ベルト弾性層３ｂは、基材３ａの外周を被覆するシリコーンゴム層である。ベルト弾性層３ｂは記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを通過する際に、記録材Ｐ上の未定着トナーＴを包み込むようにして未定着トナーＴに対し均一に熱を与える。ベルト弾性層３ｂがこのように機能することで、高光沢で定着ムラのない良質な画像が得られる。しかし、ベルト弾性層３ｂはその厚みが薄すぎると十分な弾性が得られなくなり、良質な画像を得ることができなくなる。反対に、ベルト弾性層３ｂはその厚みが厚すぎると熱容量が大きくなり、加熱によって所定温度に達するまでに時間がかかる。そのため、ベルト弾性層３ｂの厚みは、３０μｍ〜５００μｍ好ましくは１００μｍ〜３００μｍとするのが望ましい。

ベルト弾性層３ｂは特に限定されないが、加工が容易である、高い寸法精度で加工できる、加熱硬化時に反応副生成物が発生しないなどの理由から、付加反応架橋型の液状シリコーンゴムを用いるのが好ましい。付加反応架橋型の液状シリコーンゴムは、例えばオルガノポリシロキサンとオルガノハイドロジェンポリシロキサンとを含み、さらには触媒や他の添加物を含んでいてもよい。オルガノポリシロキサンはシリコーンゴムを原料とするベースポリマーであり、数平均分子量が５千〜１０万、重量平均分子量が１万〜５０万であるものを用いるとよい。液状シリコーンゴムは室温で流動性を持つポリマーであるが加熱によって硬化し、硬化後は適度に低硬度でありまた十分な耐熱性と変形回復力を有する。そのため、液状シリコーンゴムはベルト弾性層３ｂだけでなく、後述する加圧ローラ４の非多孔質弾性層４ｂや多孔質弾性層４ｃに用いるのにも好適である。

ところで、ベルト弾性層３ｂがシリコーンゴム単体で形成されるならば、ベルト弾性層３ｂの熱伝導率は低くなる。ベルト弾性層３ｂの熱伝導率が低いとヒータ１で発生した熱が定着ベルト３を介して記録材Ｐに伝わり難くなるので、記録材Ｐにトナーを定着させる際に加熱不足となって定着ムラなどの画像不良を生じ得る。そこで、ベルト弾性層３ｂの熱伝導率を上げるために、ベルト弾性層３ｂには高い熱伝導性を持つ例えば粒状の高熱伝導性フィラーが混入、分散されている。粒状の高熱伝導性フィラーとしては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、カーボン等が用いられる。また、目的に応じて粒状の高熱伝導性フィラーではなく針状の高熱伝導性フィラーなどを用いてもよい。すなわち、高熱伝導性フィラーの形状は粒状や針状の他にも、粉砕状、板状、ウィスカ状のものなどがあり、ベルト弾性層３ｂにはこれらのどの形状のものを用いてもよい。また、これらのものを単独で用いてもよいし２種類以上のものを混合して用いてもよい。なお、高熱伝導性フィラーがベルト弾性層３ｂに混入されることで、ベルト弾性層３ｂは導電性をも付与され得る。

表層３ｃは、ベルト弾性層３ｂの外周を被覆するフッ素樹脂層である。表層３ｃは、定着ベルト３にトナーを付着しにくくするために設けられる。表層３ｃには、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）、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂を用いるとよい。表層３ｃの厚みは、１μｍ〜５０μｍ好ましくは８μｍ〜２５μｍとするのが望ましい。なお、表層３ｃはフッ素樹脂チューブで被覆するもしくはフッ素樹脂からなる塗料を塗布することによって、ベルト弾性層３ｂの外周に形成されればよい。

［加圧ローラ］
加圧ローラ４について説明する。加圧ローラ４は、基体４ａ、基体４ａの外周に弾性層（４ｂ，４ｃ）、該弾性層（４ｂ，４ｃ）の外周に離型層４ｄを備える。本発明に係る加圧ローラ４は、基体４ａ側に第一弾性層としての非多孔質弾性層４ｂを、離型層４ｄ側に第二弾性層としての多孔質弾性層４ｃを配して、弾性層を特性の異なる層で構成した点に特徴がある。図２は、加圧ローラ４の全体構成を示す斜視図である。図３は、非多孔質弾性層４ｂ及び多孔質弾性層４ｃのｘｚ断面を示す拡大図である。なお、図２（ａ）に示すように、以下では加圧ローラ４の周方向を「ｘ」方向、加圧ローラ４の長手方向（軸方向）を「ｙ」方向、加圧ローラ４の厚み方向（層厚方向）を「ｚ」方向と表す。

＜基体＞
基体４ａは、ニッケルやクロムをメッキしたＳＵＭ材（硫黄および硫黄複合快削鋼鋼材）等の鋼材を含むステンレススチール、リン青銅、アルミニウムなどを用いて形成されている軸芯体あるいは芯金である。基体４ａの外径は、４ｍｍ〜８０ｍｍであればよい。

＜非多孔質弾性層＞
非多孔質弾性層４ｂは、基体４ａの外周を被覆するシリコーンゴム層である。図３に示すように、非多孔質弾性層４ｂには、粒状あるいは針状の高熱伝導性フィラー４ｂ１が混入、分散されている。図３（ａ）は粒状の高熱伝導性フィラー４ｂ１が混入されている場合を示し、図３（ｂ）は針状の高熱伝導性フィラー４ｂ１が混入されている場合を示している。

粒状あるいは針状の高熱伝導性フィラー４ｂ１について説明する。粒状の高熱伝導性フィラー４ｂ１としては、定着ベルト３のベルト弾性層３ｂと同様に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、カーボン等が用いられる。非多孔質弾性層４ｂに粒状の高熱伝導性フィラー４ｂ１を混入することで、本実施例では特に非多孔質弾性層４ｂの厚み方向（ｚ方向）の熱伝導率が多孔質弾性層４ｃの厚み方向の熱伝導率に比して高くなるようにしている。具体的には、非多孔質弾性層４ｂの厚み方向（ｚ方向）の熱伝導率が「０．５０Ｗ／（ｍ・ｋ）」以上となるように、非多孔質弾性層４ｂ内に粒状の高熱伝導性フィラー４ｂ１が混入、分散される。

針状の高熱伝導性フィラー４ｂ１（以下、単に針状フィラー４ｂ１と記す）としては、フィラー長手方向の熱伝導率が５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のピッチ系炭素繊維が用いられる。ピッチ系炭素繊維は石油精製副産物あるいは石炭乾留副産物である「ピッチ」から製造された炭素繊維であり、高い熱伝導性や導電性を有する一方で熱膨張がほとんど無い、といった特徴を持つ。針状フィラー４ｂ１は例えば円柱や多角柱などの形状をした細長い棒状をした、直径に対する長さの比が大きいつまりアスペクト比が高い部材である。そして、針状フィラー４ｂ１は配向された向きに熱を伝えやすい熱伝導異方性を有している。本実施例では、図３（ｂ）に示すように、針状フィラー４ｂ１を非多孔質弾性層４ｂの厚み方向（ｚ方向）に配向した状態に混入している。こうすることにより、上述したように、非多孔質弾性層４ｂの厚み方向（ｚ方向）の熱伝導率が多孔質弾性層４ｃの厚み方向の熱伝導率に比して高くなるようにしている。

非多孔質弾性層４ｂの針状フィラー４ｂ１に用いるピッチ系炭素繊維は、平均直径が５μｍ〜１１μｍ程度かつ平均長さが５０μｍ〜１０００μｍ程度のものが好ましい。なぜなら平均長さが５０μｍよりも短いと、非多孔質弾性層４ｂの熱伝導率に異方性効果が現れ難くなるからである。一方、平均長さが１０００μｍよりも長いと、非多孔質弾性層４ｂ内に分散させることが難しくなるからである。

非多孔質弾性層４ｂ内における粒状あるいは針状の高熱伝導性フィラー４ｂ１の分散含有量は、体積比５％〜６０％であるのが望ましい。なぜなら、これらの高熱伝導性フィラー４ｂ１の分散含有量が体積比５％未満の場合には、熱伝導率を高めることができず、非通紙部昇温の発生抑制に十分な熱伝導率が得られないからである。他方、高熱伝導性フィラー４ｂ１の分散含有量が体積比６０％を上回る場合には、液状シリコーンゴムの流動性が低下して弾性層の加工成型が難しくなるからである。また、後述するようにして硬化した後に、ゴムの硬度が上がりつまりゴムが硬くなってしまい弾性層としての機能が失われ得るからである。なお、高熱伝導性フィラー４ｂ１としては上述した粒状や針状などの単一形状のものだけを用いてもよいし、これらを含む２種類以上の異なる形状のものを複数混合して用いてもよい。

＜多孔質弾性層＞
多孔質弾性層４ｃは、非多孔質弾性層４ｂの外周を被覆するシリコーンゴム層である。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、多孔質弾性層４ｃには、針状の高熱伝導性フィラー４ｃ１（以下、単に針状フィラー４ｃ１と記す）が長手方向（図３の紙面表裏方向）及び周方向（図３の左右方向）に配向された状態に混入、分散されている。この針状フィラー４ｃ１にも、上述したピッチ系炭素繊維を用いる。針状フィラー４ｃ１が混入されることで、多孔質弾性層４ｃにも熱伝導異方性の効果が現れる。本実施例では、厚み方向の熱伝導率よりも面方向（ｘｙ面）の熱伝導率が高くなるように多孔質弾性層４ｃを形成する。特には、長手方向の熱伝導率及び周方向の熱伝導率を高くしている。より具体的には、長手方向の熱伝導率及び周方向の熱伝導率は厚み方向の熱伝導率よりも６倍〜２０倍ほど高い（後述の表１参照）。

多孔質弾性層４ｃにはさらに、非多孔質弾性層４ｂに存在しない空孔部４ｃ２が多数形成されている。空孔部４ｃ２を形成することによって、多孔質弾性層４ｃの低熱容量化が図られている。また、空孔部４ｃ２が形成されると、多孔質弾性層４ｃの厚み方向の熱伝導率は非多孔質弾性層４ｂの厚み方向の熱伝導率よりも低くなる。つまりは、空孔部４ｃ２の形成によっても、非多孔質弾性層４ｂの厚み方向の熱伝導率が多孔質弾性層４ｃの厚み方向の熱伝導率に比して高くなるようにしている。

多孔質弾性層４ｃ及び非多孔質弾性層４ｂは、略均一な厚みで形成される。多孔質弾性層４ｃの厚みは０．３ｍｍ〜５．０ｍｍ程度好ましくは０．５ｍｍ以上であればよい。これに対し、非多孔質弾性層４ｂの厚みは特に限定されるものではなく、多孔質弾性層４ｃの厚みや硬度に応じて調整されればよい。すなわち、非多孔質弾性層４ｂの厚みは、多孔質弾性層４ｃを含む弾性層全体が定着ベルト３に圧接し弾性変形したときに、所望の幅の定着ニップ部Ｎを形成し得る厚みであればよい。ただし、非多孔質弾性層４ｂと多孔質弾性層４ｃとを含む弾性層全体の厚みは、２．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ程度とするのが好ましい。なお、多孔質弾性層４ｃの硬度は、所望の幅の定着ニップ部Ｎを確保する観点から２０°〜７０°の範囲内であるのが好ましい。

＜離型層＞
離型層４ｄは、フッ素樹脂層である。離型層４ｄは、多孔質弾性層４ｃの外周に例えば共重合体（ＰＦＡ）チューブを被覆することにより形成される。もしくはＰＦＡ、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‐ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂からなる塗料を多孔質弾性層４ｃ外周に塗布することにより形成してもよい。離型層４ｄの厚みは特に限定されないが、好ましくは１５〜８０μｍ程度であればよい。この離型層４ｄは、加圧ローラ４にトナーを付着しにくくするために設けられる。

なお、非多孔質弾性層４ｂと多孔質弾性層４ｃの間や、多孔質弾性層４ｃと離型層４ｄの間には接着、通電等の目的によりプライマー層や接着層などが設けられていてもよい。

［非多孔質弾性層の形成方法］
次に、非多孔質弾性層４ｂ、多孔質弾性層４ｃ、離型層４ｄの形成方法について説明する。まず、非多孔質弾性層４ｂの形成方法について説明する。非多孔質弾性層４ｂの形成方法は特に限定されないが、一般的な型成型による方法もしくはリング塗工法を好適に用いることができる。ここでは、リング塗工法を例に説明する。

基体４ａには予めプライマー処理が施される。プライマー処理が施された基体４ａは、軸が垂直に立てられた状態で保持体により保持される。保持体に保持された基体４ａの周囲を囲むようにしてリング状の塗工ヘッドが配置されており、該リング状塗工ヘッドの内面には吐出口が設けられている。弾性層を形成する場合、基体４ａを上下に移動させながら、リング状塗工ヘッドの吐出口から後述の液状ゴム混合物を基体４ａの外周面に向けて吐出する。こうして、基体４ａの外周面に液状ゴム混合物の塗膜を形成する。その後、基体４ａを垂直保持状態から水平保持状態へと移行してから例えば回転数６０ｒｐｍで回転する。回転する基体４ａを近赤外線ヒータ等により加熱し、基体４ａの表面温度を約１８０℃にする。この状態を３分間維持することで、液状シリコーンゴムを加熱硬化させる。その後、さらに２００℃の熱風循環式オーブンを用いて基体４ａを加熱することで、液状シリコーンゴムを２次硬化させる。このようにして、非多孔質弾性層４ｂは基体４ａの外周に形成される。

非多孔質弾性層４ｂには、液状シリコーンゴムに粒状又は針状の高熱伝導性フィラー４ｂ１を混合した液状ゴム混合物が用いられる。針状フィラー４ｂ１を混合した液状ゴム混合物を用いる場合、リング状塗工ヘッドの吐出口から液状シリコーンゴムとともに吐出された針状フィラー４ｂ１は、液状シリコーンゴムの流れに沿う向きに自然に揃えられる。そこで、熱をより多く伝導させたい向きに液状シリコーンゴムが流れるようにすれば、針状フィラー４ｂ１をその向きに配向することができる。こうして、針状フィラー４ｂ１が任意の向きに配向されることにより、非多孔質弾性層４ｂの任意の方向の熱伝導率をそれ以外の方向の熱伝導率よりも高くすることができる。本実施例では、液状シリコーンゴムの流れの向きを厚み方向（ｚ方向）に向けることで、非多孔質弾性層４ｂの厚み方向の熱伝導率を高くする。こうすると、非多孔質弾性層４ｂから基体４ａへと熱が伝わりやすくなる。

［多孔質弾性層の形成方法］
多孔質弾性層４ｃの形成方法及び離型層４ｄの形成方法について説明する。

（１）液状ゴム混合物の生成
針状フィラー４ｃ１と吸水性ポリマーに水分を含ませた含水材料とを、液状シリコーンゴムに混合して液状ゴム混合物を生成する。この液状ゴム混合物を生成するには、液状シリコーンゴムと針状フィラー４ｃ１と含水材料の各々を所定量ずつ秤量して、これらを遊星式の万能混合攪拌機など公知のフィラー混合撹拌手段を用いて攪拌すればよい。

（２）液状ゴム混合物を用いた多孔質弾性層４ｃの形成
多孔質弾性層４ｃの形成方法は特に限定されないが、ここでは一般的な型成型を例に説明する。多孔質弾性層４ｃを形成する前に、非多孔質弾性層４ｂに予めプライマー処理が施される。その後、この基体４ａは金型内に配置される。そして、配置された基体４ａの軸方向に沿うようにして、金型内に液状ゴム混合物が流し込まれる（注型する）。基体４ａの軸方向に沿うように金型内に液状ゴム混合物が流し込まれると、針状フィラー４ｃ１の多くは液状ゴム混合物の流れに従って、基体４ａの軸方向つまり加圧ローラ４の長手方向（ｙ方向）に配向される。したがって、多孔質弾性層４ｃの長手方向の熱伝導率はそれ以外の方向の熱伝導率よりも高くなる。長手方向の熱伝導率がそれ以外の方向の熱伝導率よりも高いと、非通紙部の温度が高くなり始めたときに、非通紙部から相対的に温度の低い通紙部や加圧ローラ両端部側へと非通紙部の熱が伝わりやすくなる。つまり、非通紙部の熱を効率的に拡散することができるようになる。

なお、液状ゴム混合物が基体４ａの軸方向に沿うように金型内に流し込まれたとしても、液状ゴム混合物の流れが金型内で乱れることがある。その場合、液状ゴム混合物は記録材Ｐの搬送方向つまり周方向（ｘ方向）や周方向に交差する方向（ｙ方向を含んでよい）にも流れる。そのため、多孔質弾性層４ｃにおいて、針状フィラー４ｃ１は主に長手方向に配向されるがこれだけに限られず、長手方向及び周方向を含む面方向（ｘｙ面）に配向されるものもある。その場合、長手方向の熱伝導率だけでなく周方向の熱伝導率も高くなるが、周方向の熱伝導率が高くなっても非通紙部昇温の抑制に効果的であるので何ら問題ない。すなわち、多孔質弾性層４ｃにおいて針状フィラー４ｃ１の向きは面方向（ｘｙ面）であれば、いずれの向きであっても非通紙部昇温の抑制には効果的である。

（３）シリコーンゴム成分の架橋硬化
金型を液状ゴム混合物で充填した後、金型を密閉して加熱する。液状ゴム混合物は金型ごと、水の沸点以下の温度例えば６０℃〜９０℃で５分〜１２０分間加熱処理される。密閉下で液状ゴム混合物が加熱処理されると、シリコーンゴム成分は含水材料中の水分を保持したまま架橋硬化する。

（４）加圧ローラの脱型
加熱した金型を水冷方式や空冷方式によって冷却した後に、金型から加圧ローラ４を脱型する。脱型された加圧ローラ４は、非多孔質弾性層４ｂの外周に多孔質弾性層４ｃが積層されている。

（５）空孔部の形成
脱型した加圧ローラ４を加熱する。加熱によって多孔質弾性層４ｃ内の温度が上昇するに従って含水材料に含まれていた水分が蒸発するので、当該箇所に空孔部４ｃ２が形成される。このときの加圧ローラ４を加熱する際の条件として、加熱温度は１００℃〜２５０℃に、加熱時間は１〜５時間に設定するのが望ましい。以上のようにして、針状フィラー４ｃ１及び空孔部４ｃ２を有する多孔質弾性層４ｃが非多孔質弾性層４ｂの外周に形成される。

（６）離型層の形成
離型層４ｄは、多孔質弾性層４ｃにフッ素樹脂製チューブを被覆することにより形成される。フッ素樹脂製チューブを被覆するには、一般的に接着剤を用いる。ただし、接着剤を用いずとも多孔質弾性層４ｃとフッ素樹脂製チューブとを層間接着できる場合があり、そうした場合には接着剤を用いなくてもよい。また、離型層４ｄは、多孔質弾性層４ｃ外周にフッ素樹脂からなる塗料を塗布するなどして形成してもよい。あるいは、離型層４ｄは多孔質弾性層４ｃと共に形成してもよい。すなわち、予めフッ素樹脂チューブを内面に配置した金型内に、非多孔質弾性層４ｂを形成済みの基体４ａを配置する。そして、この非多孔質弾性層４ｂとフッ素樹脂チューブとの間に液状ゴム混合物を流し込むことによって、離型層４ｄが形成された状態で多孔質弾性層４ｃを形成するようにしてもよい。なお、金型内に配置するフッ素樹脂チューブは内面がエッチング処理され、かつ内面に予めプライマーを塗布乾燥させたものを用いる。

［加圧ローラの評価］
以下、本発明に係る加圧ローラ４の評価について、後述する実施例１乃至４、比較例１乃至３を用いて説明する。本実施例では、評価のためにそれぞれの熱伝導率を求めている。

＜熱伝導率＞
熱伝導率は、熱拡散率から換算する。熱拡散率の計測には、温度可変型の温度波熱分析法によって熱拡散率を測定するタイプの装置を用いた。このタイプの装置として、例えば「ａｉ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｂｉｌｅ２」（商品名、株式会社アイフェイズ製）の熱拡散率測定装置が挙げられる。この装置を用いて、図２（ａ）に示すような加圧ローラ４の周方向（ｘ方向）及び加圧ローラ４の長手方向（ｙ方向）及び加圧ローラ４の厚み方向（ｚ方向）について、それぞれの熱拡散率を測定した。図２（ｂ）に示すように、周方向（ｘ方向）の熱拡散率測定には、ｙｚ面に切り込みを入れてｘ方向の厚みが１ｍｍ以下になるように切り出したものを被測定試料とした。長手方向（ｙ方向）の熱拡散率測定には、ｚｘ面に切り込みを入れてｙ方向の厚みが１ｍｍ以下となるように切り出したものを被測定試料とした。厚み方向（ｚ方向）の熱拡散率測定には、ｘｙ面に切り込みを入れてｚ方向の厚みが１ｍｍ以下となるように切り出したものを被測定試料とした。そして、これらの被測定試料を用いて温度設定５０℃にて各方向毎に熱拡散率測定を５回ずつ行い、５回の平均値をそれぞれ周方向熱拡散率、長手方向熱拡散率、厚み方向熱拡散率とした。

熱拡散率から熱伝導率を換算するには、密度と比熱容量の各値が必要である。密度の計測には、例えば「Ａｃｃｕｐｙｃ １３３０」（商品名、株式会社島津製作所製）といった乾式自動密度計を用いる。また、比熱容量の計測には、例えば「ＤＳＣ８２３」（商品名、メトラー・トレド株式会社製）といった示差走査型熱量測定装置を用いる。このときに比熱容量を比較するために基準とする、比熱容量が既知の物質にはサファイアを用いた。この測定装置による比熱容量測定を５回行って、５回の平均値を比熱容量とした。熱伝導率は、こうして得られた密度と比熱容量とを乗算し、さらにその結果に上述の熱拡散率を乗算して求めた。

＜性能評価＞
性能評価は、図１に示した定着装置に実施例１乃至４の加圧ローラ、比較例１乃至３の加圧ローラをそれぞれ組み込んでなるレーザープリンタを用いて行った。このレーザープリンタにおける加圧ローラの回転速度（周速）は２４６ｍｍ／ｓｅｃとした。

（非通紙部昇温の評価）
非通紙部昇温の評価は、低温度（１５℃程度）かつ低湿度（１０％程度）の環境下で、Ａ４横サイズ紙（商品名「ＣＳ−６８０」、キヤノン株式会社製）を５０枚／分で１０分間連続プリントした後に測定した定着ベルト３の非通紙部の表面温度に基づき行った。具体的には、定着ニップ部Ｎ（図１参照）から記録材搬送方向上流側９０°に位置する定着ベルト３の表面温度が１７０℃を維持するように、ヒータ１による加熱温度を調整しながら５００枚連続プリントを行う。そして、５００枚連続プリントが終了してから、定着ベルト３の非通紙部領域（Ａ４横サイズ紙が通過しない領域）の表面温度を放射型温度計で測定した。ここでは、未定着トナー像を定着画像として記録材に定着する際に、定着ベルト３が所定温度（例えば２００℃）にまで加熱されることに鑑み、非通紙部領域の表面温度が２５０℃よりも低ければ非通紙部昇温の発生を抑制できているとした。

（立ち上がり時間の評価）
立ち上がり時間の評価も非通紙部昇温の評価と同様に、低温低湿環境下（１５℃／１０％）で行った。立ち上がり時間は、定着ベルト３が通紙を行っていない空回転状態にあるときに、ヒータ１による加熱開始から定着ベルト３の表面温度が１７０℃に達するまでにかかる時間を測定した。ここでは、立ち上がり時間が１０．８秒よりも短ければ、立ち上がり時間が短縮できているとした。

＜評価結果＞
後述する実施例１乃至４の加圧ローラ、及び比較例１乃至３の加圧ローラについて、非通紙部領域の表面温度（非通紙部温度）及び定着部材の立ち上がり時間の評価結果を熱伝導率の測定結果とともに表１に示す。表１に示すように、多孔質弾性層４ｃの長手方向の熱伝導率（λｙ）及び周方向の熱伝導率（λｘ）は、厚み方向の熱伝導率（λｚ）よりも６倍以上である。

実施例１乃至４の加圧ローラ、及び比較例１乃至３の加圧ローラはすべて共通に、基体４ａは外径φ２４ｍｍの鉄製の芯金を用いた。芯金の周面に塗布するプライマーは、「ＤＹ３９−０５１」（商品名、東レ・ダウコーニング株式会社製）を用いた。また、加圧ローラの外径をφ３０ｍｍとし、さらには非多孔質弾性層４ｂの厚みと多孔質弾性層４ｃの厚みとを加算した合計値つまりは弾性層全体の厚みを３．０ｍｍとした。

（実施例１の加圧ローラ）
非多孔質弾性層４ｂ用の液状ゴム混合物は、付加反応架橋型の液状シリコーンゴムに高熱伝導性フィラー４ｂ１として粒状アルミナ（商品名「アルナビーズＣＢ−Ａ２０Ｓ」、昭和電工株式会社製）を体積比５０％の割合で混合したものを使用した。一方、多孔質弾性層４ｃ用の液状ゴム混合物は、含水材料としてポリアクリル酸ナトリウム（商品名「レオジック２５０Ｈ」、日本純薬株式会社製）を体積比５０％の割合で混合したものを使用した。また、水を含ませたときの含水材料中のポリアクリル酸ナトリウムの割合を１重量％とした。さらに、多孔質弾性層４ｃ用の液状ゴム混合物には、針状フィラー４ｃ１を体積比１０％の割合で混合してある。実施例１では、針状フィラー４ｃ１として平均繊維長が２５０μｍのピッチ系炭素繊維（商品名「ＧＲＡＮＯＣミルドファイバー（ＸＮ−１００−２５Ｍ）」、日本グラファイトファイバー株式会社製）を用いた。このピッチ系炭素繊維は、平均繊維径が９μｍ、フィラー長手方向の熱伝導率が９００Ｗ／（ｍ・ｋ）である（以下、同じ）。そして、実施例１では多孔質弾性層４ｃの厚みを２．０ｍｍとした。なお、多孔質弾性層４ｃの厚みを２．０ｍｍかつ弾性層全体の厚みを３．０ｍｍとしたので、非多孔質弾性層４ｂの厚みは１．０ｍｍに決まる。実施例１の加圧ローラ４の非多孔質弾性層４ｂ及び多孔質弾性層４ｃは、図３（ａ）に示すような構成である。

（実施例２の加圧ローラ）
非多孔質弾性層４ｂ用の液状ゴム混合物は、実施例１と同じものを使用した。一方、多孔質弾性層４ｃ用の液状ゴム混合物には、針状フィラー４ｃ１を体積比２０％の割合で混合したものを使用した。実施例２では、針状フィラー４ｃ１として平均繊維長が１００μｍのピッチ系炭素繊維（商品名「ＧＲＡＮＯＣミルドファイバー（ＸＮ−１００−１０Ｍ）」、日本グラファイトファイバー株式会社製）を用いた。含水材料は実施例１と同様のものを使用した。そして、実施例２では非多孔質弾性層４ｂの厚みを１．５ｍｍ、多孔質弾性層４ｃの厚みを１．５ｍｍとした。実施例２の加圧ローラ４の非多孔質弾性層４ｂ及び多孔質弾性層４ｃは、図３（ａ）に示すような構成である。

（実施例３の加圧ローラ）
非多孔質弾性層４ｂ用の液状ゴム混合物には、付加反応架橋型の液状シリコーンゴムに高熱伝導性フィラー４ｂ１として針状フィラーを体積比２５％の割合で混合したものを使用した。針状フィラー４ｂ１として、上述の平均繊維長が１００μｍのピッチ系炭素繊維（ＸＮ−１００−１０Ｍ）を用いた。一方、多孔質弾性層４ｃ用の液状ゴム混合物には、針状フィラー４ｃ１を体積比１５％の割合で混合したものを使用した。実施例３では、針状フィラー４ｃ１として平均繊維長が２００μｍのピッチ系炭素繊維（商品名「ＧＲＡＮＯＣミルドファイバー（ＸＮ−１００−２０Ｍ）」、日本グラファイトファイバー株式会社製）を用いた。含水材料は実施例１と同様のものを使用した。そして、実施例３では非多孔質弾性層４ｂの厚み及び多孔質弾性層４ｃの厚みを実施例１と同様に１．０ｍｍと２．０ｍｍとした。実施例３の加圧ローラ４の非多孔質弾性層４ｂ及び多孔質弾性層４ｃは、図３（ｂ）に示すような構成である。

（実施例４の加圧ローラ）
非多孔質弾性層４ｂ用の液状ゴム混合物は、実施例１と同じものを使用した。一方、多孔質弾性層４ｃ用の液状ゴム混合物は、針状フィラー４ｃ１としてピッチ系炭素繊維（上記のＸＮ−１００−１０Ｍ）を体積比１０％の割合で混合しかつ含水材料の割合を体積比３０％とした以外は、実施例１と同様のものを使用した。そして、実施例４では非多孔質弾性層４ｂの厚みを１．５ｍｍ、多孔質弾性層４ｃの厚みを１．５ｍｍとした。実施例４の加圧ローラ４の非多孔質弾性層４ｂ及び多孔質弾性層４ｃは、図３（ａ）に示すような構成である。

（比較例１〜３の加圧ローラ）
比較例１は、非多孔質弾性層４ｂに高熱伝導性フィラー４ｂ１が混入されていない点が実施例１と異なる。比較例２は、多孔質弾性層４ｃに空孔部４ｃ２が形成されていない点が実施例２と異なる（空隙割合が０）。比較例３は、多孔質弾性層４ｃに針状フィラー４ｃ１が混入されていない点が実施例３と異なる。

比較例１〜比較例３の結果をみると、比較例１〜比較例３の加圧ローラでは、非通紙部昇温の発生抑制と定着部材の立ち上がり時間の短縮のいずれか一方の効果しか得られないことが理解できる。すなわち、比較例１は非通紙部温度が２５０℃であり、非通紙部昇温の発生を抑制できていない。これは、非多孔質弾性層４ｂに高熱伝導性フィラー４ｂ１が混入されていないために、非通紙部の熱が通紙部や加圧ローラ両端部さらには基体４ａに伝わり難いからである。比較例２は非通紙部温度が２３０℃であり、非通紙部昇温の発生を抑制できている。しかし、立ち上がり時間が１２．０秒であり、立ち上がり時間が長い。これは、多孔質弾性層４ｃに空孔部４ｃ２が形成されていないがために多孔質弾性層４ｃの熱伝導率が大きく、定着部材が加熱されてもその熱が加圧ローラ４に伝わりやすいからである。比較例３は立ち上がり時間が９．２秒であり、立ち上がり時間は短い。しかし、非通紙部温度は２６０℃と高く、非通紙部昇温の発生を抑制できていない。これは、多孔質弾性層４ｃに針状フィラー４ｃ１が混入されていないために、非通紙部の熱が通紙部や加圧ローラ両端部に伝わり難いからである。

これに対し、実施例１〜実施例４の結果をみると、実施例１〜実施例４の加圧ローラはすべて、非通紙部温度が２５０℃より低くかつ立ち上がり時間が１０．８秒以下となっている。つまり、非通紙部昇温の発生抑制と定着部材の立ち上がり時間の短縮の両方の効果が得られている。定着部材の立ち上がり時間の短縮効果について説明する。実施例１〜実施例４の加圧ローラの場合、多孔質弾性層４ｃ内に空孔部４ｃ２を設けて多孔質弾性層４ｃの熱伝導率を低くしている。多孔質弾性層４ｃの熱伝導率が低いと定着部材から加圧ローラへと熱が伝わり難い。また、多孔質弾性層４ｃから非多孔質弾性層４ｂへと熱が伝わるのは、低熱容量の多孔質弾性層４ｃに蓄えられた熱量が熱容量を超えるような場合である。したがって、さほど多くの熱量が生じることのない定着部材の立ち上がりの際には、多孔質弾性層４ｃから非多孔質弾性層４ｂへと熱が伝わることもないので、定着部材の立ち上がり時間は短くなる。

非通紙部昇温の発生抑制の効果について説明する。実施例１〜実施例４の加圧ローラでは、多孔質弾性層４ｃ内の針状フィラー４ｃ１によって非通紙部の熱が通紙部や加圧ローラ両端部へと逃れる。これに加えて、多孔質弾性層４ｃから非多孔質弾性層４ｂへと熱が伝わると、その熱は非多孔質弾性層４ｂ内の高熱伝導性フィラー４ｂ１によって基体４ａ（芯金）へと逃れる。すなわち、非通紙部の熱を非多孔質弾性層４ｂと多孔質弾性層４ｃに比べると相対的に熱伝導率の高い基体４ａ（芯金）を通じて逃すことができる。こうして、非通紙部昇温の発生を抑制することができる。なお、実施例３の非通紙部温度（２１０℃）が他の実施例と比べて特に低いのは、非多孔質弾性層４ｂ内の高熱伝導性フィラー４ｂ１として熱伝導異方性を有する針状フィラーを使用したことによる。

以上のように、本発明に係る加圧ローラ４は、その弾性層が非多孔質弾性層４ｂと多孔質弾性層４ｃとからなる特性の異なる層で形成される。非多孔質弾性層４ｂの特性としては、厚み方向の熱伝導率（λｚ）が多孔質弾性層４ｃの厚み方向の熱伝導率（λｚ）よりも高い。他方、多孔質弾性層４ｃの特性としては、厚み方向の熱伝導率（λｚ）に比較して長手方向の熱伝導率（λｙ）及び周方向の熱伝導率（λｘ）が高い。また、厚み方向の熱伝導率（λｚ）が非多孔質弾性層４ｂの厚み方向の熱伝導率（λｚ）よりも低い。さらに、多孔質弾性層４ｃは低熱容量である。このような特性の異なる層を弾性層が含むが故に、非通紙領域での過度な温度上昇の発生を抑制することができかつ定着部材の立ち上がり時間を短くすることができる。

なお、上述した実施例では、非多孔質弾性層４ｂと多孔質弾性層４ｃとを別途に形成した例を示したがこれに限らず、これら特性の異なる層を含む１つの弾性層として一体形成してもよい。また、弾性層内の特性の異なる層として非多孔質弾性層４ｂと多孔質弾性層４ｃの２層構造を例に示したが、これに限らない。例えば、非多孔質弾性層４ｂ又は多孔質弾性層４ｃは、より多くの特性の異なる層に分けて形成されていてもよい。非多孔質弾性層４ｂ又は多孔質弾性層４ｃがより多くの複数層で形成される場合には、複数層の組み合わせに応じてこれらの弾性層４ｂ，４ｃの特性を調整することができる。

なお、上述した実施例では、ニップ部形成部材として加圧ローラを用いた例を説明したがこれに限らない。例えば、ニップ部形成部材は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の薄肉耐熱性樹脂もしくはステンレス（ＳＵＳ）やニッケル（Ｎｉ）等の薄肉金属からなる無端状の加圧ベルトなどであっても本発明を適用できる。

１…ヒータ、２…ヒータホルダ、３…定着ベルト、３ａ…基材、３ｂ…ベルト弾性層
３ｃ…表層、４…加圧ローラ、４ａ…基体、４ｂ…非多孔質弾性層
４ｂ１…高熱伝導性フィラー、４ｃ…多孔質弾性層、
４ｃ１…針状の高熱伝導性フィラー（針状フィラー）、４ｃ２…空孔部、４ｄ…離型層
１０…定着装置、Ｐ…記録材、Ｔ…未定着トナー

Claims (7)

1. 基体と、前記基体の外周面に形成され、定着部材に圧接して弾性変形することにより未定着トナー像の形成された記録材を挟持搬送し加熱する定着ニップ部を形成する弾性層とを有するニップ部形成部材であって、
   前記弾性層は、熱伝導性フィラーを含む非多孔質の第一弾性層を前記基体の外周面に、熱伝導性フィラーと空孔部とを含む多孔質の第二弾性層を前記第一弾性層の外周面に配したことを特徴とするニップ部形成部材。
2. 前記第一弾性層の層厚方向の熱伝導率は、前記第二弾性層の層厚方向の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のニップ部形成部材。
3. 前記第二弾性層は、面方向の熱伝導率が層厚方向の熱伝導率の６倍以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のニップ部形成部材。
4. 前記第一弾性層に含まれる熱伝導性フィラーは熱伝導異方性を有する針状フィラーであり、該針状フィラーは前記第一弾性層の層厚方向に配向されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のニップ部形成部材。
5. 前記第二弾性層に含まれる熱伝導性フィラーは熱伝導異方性を有する針状フィラーであり、該針状フィラーは前記第二弾性層の少なくとも前記記録材の搬送方向に交差する方向に配向されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のニップ部形成部材。
6. 前記針状フィラーはピッチ系炭素繊維であることを特徴とする請求項４又は５に記載のニップ部形成部材。
7. 定着部材と、前記定着部材に圧接して弾性変形することにより未定着トナー像の形成された記録材を挟持搬送し加熱する定着ニップ部を形成して、未定着トナー像を定着画像として前記記録材に定着させるニップ部形成部材と、を備えた定着装置において、
   前記ニップ部形成部材は、前記請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のニップ部形成部材であることを特徴とする定着装置。

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