JP6946073B2 - 定着部材、これを用いた定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式等の記録方式を用いた複写機やプリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に用いられる定着部材、これを用いた定着装置および画像形成装置に関する。

特許文献１に示されるようなフィルム加熱方式の定着装置は、定着部材を所定温度に立ち上げるまでの時間を短縮することができ、またスタンバイ時に定着部材を暖めておく必要がなく消費電力を極力低く抑えることが可能である。

フィルム加熱方式の定着装置における定着フィルム（エンドレスベルト）の材料としては、ＳＵＳやニッケルなどの金属材料を用いる場合や、ポリイミドなどの耐熱樹脂材料を用いる場合がある。金属材料は樹脂材料に比べると強度があるため薄肉化でき、また熱伝導率も高いため、高速化や高寿命に対応できる。一方、樹脂材料は、金属に比べると比重が小さいため熱容量が小さく温まりやすい利点がある。また、樹脂材料は塗工成型により薄肉のフィルムを成型できるため安価に成型できる特徴がある。

近年は更なる立ち上げ時間の短縮化と省電力化を追求するため、加圧ローラの弾性体を低熱伝導化・低熱容量化した構成が考案されている（特許文献２）。この構成では、加圧ローラの表面から内部への熱拡散を妨げることができるため、加熱体の素早い昇温に加えて、加圧ローラ表面も素早く昇温できるので更なる立ち上げ時間の短縮化が可能となる。

しかしながら、定着装置の加圧ローラの弾性層を低熱伝導化・低熱容量化した場合、加圧ローラ内部への熱拡散は妨げられる。よって、長手方向の幅が狭い記録材（小サイズ紙）を連続通紙させて加熱定着すると、定着フィルムと加圧ローラの圧接で形成される定着ニップ部の長手方向において、小サイズ紙の通過しない領域（非通紙部）が過度に昇温する現象（非通紙部昇温）が発生する。

これに対し、立ち上げ時間の短縮と非通紙部昇温の抑制を両立させるため、特許文献３が提案されている。すなわち、加圧ローラにおいて低い熱伝導率のバルーンゴムから成る厚み１ｍｍ度の表面側第１の弾性層を備え、更に表面側弾性層の内側に高い熱伝導率のゴムから成る第２の弾性層を設ける。

特開平０４-０４４０７５号公報 特開２００２-１４８９８８号公報 特開２０１２-１６３８１２号公報

しかしながら、特許文献３の構成において、高温高加圧環境下においては、短期間でゴムが破損してしまい耐久性が劣化する場合があった。これは、中空バルーンを原料とする断熱ゴム層（第１の弾性層）の弾性率と、熱伝導フィラーを含有する蓄熱ゴム層（第２の弾性層）の弾性率との差異が原因で、高温高加圧環境下において断熱ゴムとソリッドゴムの界面に応力が集中するためと考えられる。

また、特許文献３の構成において、より迅速な立ち上げと非通紙部昇温の抑制のため、より薄い断熱ゴム層を使用すると、画像品質の低下（グロスムラ）がみられる場合があった。これは、断熱ゴム層（第１の弾性層）において中空バルーンを原料とする独立空隙を有するため、加熱時の気体熱膨張や、圧縮時の気体圧力上昇が継続することで、加圧ローラが紙に付与する圧力にムラが生じるためと考えられる。

本発明の目的は、高温高加圧環境下でも耐久性に優れ、また熱的特性（迅速な立ち上げと非通紙部昇温の抑制）と両立もできる定着部材、これを用いた定着装置および画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る定着部材は、トナー画像を担持した記録材を加熱された状態で挟持搬送するニップ部を形成する第１及び第２の定着部材の一方としての定着部材であって、芯金と、表面側より前記芯金に向って順に設けられる、空隙を有する断熱弾性層である第１の弾性層、および前記第１の弾性層の熱が伝導されるソリッドゴムを有する弾性層である第２の弾性層と、前記第１の弾性層と前記第２の弾性層の間に設けられる弾性層であって、空隙の無い無発泡層である応力緩和層と、を有し、前記第１の弾性層の押し込み弾性率をＥ_ＩＴ１、前記第２の弾性層の押し込み弾性率をＥ_ＩＴ２、前記応力緩和層の押し込み弾性率をＥ_ＩＴ３とするとき、
Ｅ_ＩＴ１＜Ｅ_ＩＴ３＜Ｅ_ＩＴ２
なる条件を満足することを特徴とする。

また、本発明に係る定着装置および画像形成装置は、それぞれ上記定着部材を有することを特徴とする。

本発明によれば、高温高加圧環境下でも耐久性に優れ、また熱的特性（迅速な立ち上げと非通紙部昇温の抑制）と両立もできる定着部材および定着装置並びに画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る定着部材としての加圧ローラを説明する図。 本発明の実施形態に係る定着部材を含む定着装置を搭載した画像形成装置を説明する図。 本発明の実施形態に係る定着部材を含む定着装置を説明する図。 第１の実施形態に係る加圧ローラの成型方法を説明する図。 第１の実施形態に係る加圧ローラの成型方法を説明する図。 第１の実施形態に係る加圧ローラの成型方法を説明する図。 第１の実施形態の効果を説明する図。 第２の実施形態に係る加圧ローラの成型方法を説明する図。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
本発明の実施形態に係る定着部材を含む定着装置を搭載した画像形成装置を図２に示す。図２に示す画像形成装置５０は、以下に示す画像形成部を備え、記録材搬送ベルト９上に担持した記録材（記録紙）Ｐ上に、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色のトナー像を順次転写することで、一つの画像を形成する方式である。４色それぞれの像担持体である感光ドラム１の周面には、回転方向（矢印Ｒ１方向）に沿って、帯電器２、レーザ光を感光ドラム１に照射する露光装置３、現像器５、記録材搬送ベルト９を介して転写ローラ１０、及び感光ドラムクリーナー１６が配置されている。

まず、感光ドラム１は、その表面が帯電器２によってマイナス極性に帯電される。次に帯電された感光ドラム１は、露光手段３の露光Ｌにより、その表面上に静電潜像が形成（露光された部分は表面電位が上がる）される。本実施形態のトナーは各色共にマイナス極性に帯電されており、まず１色目のイエロートナーが入った現像器５によって、感光ドラム１上の静電潜像部にのみマイナストナーが付着し、感光ドラム１上にイエローのトナー像が形成される。

一方、記録材搬送ベルト９は、二つの支持軸（駆動ローラ１２、テンションローラ１４）に支持され、図中矢印Ｒ４方向に回転する駆動ローラ１２によって、矢印Ｒ３方向に回転する。記録材Ｐは、給紙ローラ４によって給紙されると、プラス極性のバイアスが印加された吸着ローラ６によって帯電され、記録材搬送ベルト９上に静電吸着し搬送される。

記録材Ｐが転写ニップＮ１に搬送されると、記録材搬送ベルト９に従動回転する転写ローラ１０に、不図示の電源からトナーの極性とは逆の極性であるプラス極性の転写バイアスが印加される。これにより、感光ドラム１上のイエロートナー像は、転写ニップ部Ｎ１において記録材Ｐ上に転写される。転写後の感光ドラム１は、弾性体ブレードを有する感光ドラムクリーナー１６によって表面の転写残トナーが除去される。

以上の帯電、露光、現像、転写、クリーニングの一連の画像形成プロセスを、２色目マゼンタ Ｍ３０、３色目シアンＣ３０、４色目ブラックＫ３０の各現像カートリッジについても順次行い、記録材搬送ベルト９上の記録材Ｐに４色のトナー像を形成する。４色のトナー像を担持した記録材Ｐは、定着装置１００に搬送され、表面のトナー像の加熱定着が行なわれる。

（定着装置）
本発明の実施形態に係る定着部材としての加圧ローラを含むフィルム加熱方式の定着装置を、図３に示す。ここで、以下、長手方向とは、記録材の搬送方向および記録材の厚さ方向に直交する方向である。第１の定着部材として回転可能なエンドレスベルトである定着フィルム１１２と、第２の定着部材としての加圧ローラ１１とは、トナー画像を担持した記録材を加熱した状態で挟持搬送する定着ニップ部（ニップ部）Ｎを形成している。

そして、ヒータ１１３がヒータホルダー１１９（保持部材）に保持され、この周囲に可撓性を有する円筒状の定着フィルム１１２（回転体）が設けられた構成となっている。定着フィルム１１２を挟むように、ヒータ１１３に対向して加圧ローラ１１０（加圧部材）が圧接している。ヒータ１１３は定着フィルム１１２の内面に接触し内面ニップＮｋを形成し、この内面ニップＮｋでヒータ１１３の熱が定着フィルム１１２に伝熱し、定着フィルム１１２が加熱される。

加圧ローラ１１０が図中矢印Ｒ１方向に駆動されると、定着フィルム１１２は定着ニップ部Ｎで加圧ローラ１１０から動力をもらい矢印Ｒ２方向に従動回転する。定着ニップ部Ｎでヒータ１１３により加熱された定着フィルム１１２の熱が加圧ローラに伝熱し、加圧ローラ１１０も加熱される。未定着トナー像Ｔが転写された記録材Ｐが、図中矢印Ａ１方向から定着ニップ部Ｎに搬送されると、定着ニップ部Ｎで加熱された定着フィルム１１２と加圧ローラ１１０の熱が記録材Ｐとトナー像Ｔに伝熱し、記録材Ｐにトナー像Ｔが定着されるようになっている。

１）定着フィルム
本実施形態の第１の定着部材として回転可能なエンドレスベルトである定着フィルム１１２は、変形させない円筒状の状態で外径がφ２０ｍｍであり、厚み方向には多層構成となっている。定着フィルム１１２の層構成としては、フィルムの強度を保つための基層１２６と、表面への汚れ付着低減のための離型層１２７からなる。

基層１２６の材質は、ヒータ１１３の熱を受けるため耐熱性が必要であり、またヒータ１１３と摺動するため強度も必要である。このため、ＳＵＳ（ＳｔＡｉｎｌｅｓｓ Ｕｓｅｄ Ｓｔｅｅｌ：ステンレス鋼）やニッケルなどの金属やポリイミドなどの耐熱性樹脂を用いると良い。金属は樹脂に比べると強度があるため薄肉化でき、また熱伝導率も高いため、ヒータ１１３の熱を定着フィルム１１２表面へ伝達し易い。

一方、樹脂は金属に比べると比重が小さいため、熱容量が小さく温まりやすい利点がある。また樹脂は、塗工成型により薄肉のフィルムが成型できるため安価に成型できる。本実施形態では、定着フィルム１１２の基層１２６の材質としてポリイミド樹脂を用い、熱伝導率と強度を向上させるため、カーボン系のフィラーを添加して用いた。基層１２６の厚さは薄いほど加熱ヒータ１１３の熱を定着ローラ１１０表面に伝達し易いが、強度が低下するため、１５μｍ〜１００μｍ程度が好ましく、本実施形態では５０μｍとした。

定着フィルム１１２の離型層１２７の材質は、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂を用いると好ましい。本実施形態では、フッ素樹脂の中でも離型性と耐熱性に優れるＰＦＡを用いた。

離型層１２７は、チューブを被覆させたものでも良いが、表面を塗料でコートしたものでも良く、本実施形態では、薄肉成型に優れるコートにより離型層１２７を成型した。離型層１２７は、薄いほどヒータ１１３の熱を定着フィルム１１２表面に伝達し易いが、薄すぎると耐久性が劣化するため、５μｍ〜３０μｍ程度が好ましく、本実施形態では１０μｍとした。

２）ヒータ
ニップ部を加熱する発熱体としてのヒータ１１３は、記録材搬送方向の幅Ｗｈ＝６ｍｍ、長手方向の幅２７０ｍｍの長方形の形状で厚さ１ｍｍのアルミナの基板表面に、Ａｇ/Ｐｄ（銀パラジウム）の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷により１０μｍ塗工する。そして、その上に発熱体保護層としてガラスを５０μｍの厚さで覆ったものを用いた。本実施形態の画像形成装置の最大記録材幅はレターサイズであり、レターサイズの長手方向の幅２１６ｍｍを十分加熱できるように通電発熱抵抗層の長手方向の幅はレターサイズより左右１ｍｍずつ長い２１８ｍｍになっている。

ヒータ１１３の背面には、通電発熱抵抗層の発熱に応じて昇温したセラミック基板の温度を検知するための温度検知素子１１５が配置されている。この温度検知素子１１５の信号に応じて、長手方向端部にある不図示の電極部から通電発熱抵抗層に流す電流を適切に制御することで、ヒータ１１３の温度を調整している。

一方、ヒータ１１３の背面には通電遮断素子１４０も配置されている。これは、万一温度検知素子１１５が故障した場合、ヒータ１１３に通電され続け異常昇温した場合にヒータ１１３の割れによる過熱を防止するためである。本実施形態の通電遮断素子１４０は一般的なサーモスイッチであり、ヒータ１１３に通電する導線に直列に接続されている。

通電遮断素子１４０の温度（ヒータ１１３の背面温度）が２７０℃に到達すると、バイメタルの変形によりヒータ１１３への通電が遮断される構造となっている。温度検知素子１１５が故障しても、ヒータ１１３背面の温度が２７０℃になると通電遮断素子１４０の通電遮断によりヒータ１１３の加熱が止まり、ヒータ１１３の割れによる過熱を防止できる。

温度検知素子１１５により温度調整された、ヒータ１１３の熱は、定着フィルム１１２の内面から表面に伝わり、定着ニップ部Ｎを介して加圧ローラ１１０の表面を加熱する。上述したように、未定着トナー像Ｔが転写された記録材Ｐが、定着ニップ部Ｎに搬送されると、定着フィルム１１２と加圧ローラ１１０の熱は、未定着トナー像Ｔと記録材Ｐに伝わり、記録材Ｐにトナー像Ｔが定着されるようになっている。

３）ヒータホルダー
ヒータを保持すると共に、定着フィルム１１２を介して加圧ローラ１１０とニップ部を形成するためのバックアップ部材として機能し、更に定着フィルム１１２の回動のガイド部材としても機能するヒータホルダー１１９について説明する。上述のように、ヒータ１１３はヒータホルダー１１９に設けた溝穴に嵌め込まれ保持されている。ヒータホルダー１１９は、加熱ヒータ１１３の熱を奪い難いように低熱容量の材料が好ましく、本実施形態では耐熱性樹脂である液晶ポリマー（ＬＣＰ）を用いた。

ヒータホルダー１１９は、強度を持たせるために鉄製のステー１２０で加熱ヒータ１１３とは反対側から支えられている。ステー１２０は、長手方向両端部から加圧バネ１１４によって図中矢印Ａ２方向に加圧されるようになっている。

４）加圧ローラ
４−１）全体概要
本実施形態の加圧ローラ１１０は、トナー画像を担持した記録材を加熱された状態で挟持搬送するニップ部を形成する第１及び第２の定着部材の一方としての定着部材で外径φ２０ｍｍである。そして、詳細は後述するが、芯金と、その上にシリコーンゴムを発泡した弾性層(厚さ３．５ｍｍ）と、その上（外側）に離型層と、を備える。弾性層は、加圧ローラの表面側より芯金に向って順に設けられる、中空バルーンを備えずに空隙を有する断熱弾性層である第１の弾性層、および第１の弾性層の熱が伝導されるソリッドゴムを有する弾性層である第２の弾性層を備える。そして、第１の弾性層と第２の弾性層の間に設けられる弾性層として応力緩和層を備える。

本実施形態の加圧ローラ１１０は、高温高加圧環境下でも耐久性が良好で、立ち上げ時間を短縮するとともに、小サイズ紙を通紙する際の非通紙部昇温を抑制し、高品質の画像を提供できる。

すなわち、第１の弾性層と第２の弾性層の間に応力緩和層を備え、押し込み弾性率の大小関係を所定の関係とすることで、高温高加圧環境下でも耐久性が良好となる。そして、第１の弾性層は、熱伝導率が低く断熱効果の高い材質の方が、更には熱容量が小さい方が、加圧ローラ１１０表面温度の立ち上がり時間を短縮できる。そして、第１の弾性層を薄くすると共に、第２の弾性層の熱伝導率を第１の弾性層の熱伝導率より大きくすることで、小サイズ紙を通紙する際の非通紙部昇温を抑制することができる。

熱伝導率は、第１の弾性層が０.０６〜０.１６Ｗ/ｍ・Ｋであり、第２の弾性層が０.２０〜２.００Ｗ/ｍ・Ｋ程度である。また、熱容量に関係する比重は、第１の弾性層が約０.７５〜０.８５であり、第２の弾性層が約１.０５〜１.３０である。

なお、加圧ローラ１１０の表面硬度は、低いほど軽圧で定着ニップ部の幅が得られるが、低すぎると耐久性が劣化するため、本実施形態における表面硬度はＡｓｋｅｒ-Ｃ硬度（４.９Ｎ荷重）で、５０°とし、加圧力は１８０Ｎとした。そして、加圧ローラ１１０は、表面移動速度２７３ｍｍ/ｓｅＣで回転するようになっている。

４−２）加圧ローラの層構成
本実施形態における加圧ローラ１１０の層構成について、以下に詳細に説明する。図１(Ａ)は加圧ローラ１１０の俯瞰図、図１(Ｂ)は断面図である。

ａ）芯金１１７
芯金１１７は鉄やアルミニウム等から成り、中実円柱ないし中空円筒形状で加圧ローラ１１０に要求される剛性を満たすよう設定される。本実施形態では、鉄製の中実円柱でφ１３の芯金を用いた。

ｂ）第１の弾性層１１６Ａ
第１の弾性層１１６Ａは、多孔質シリコーンゴムから成り、立ち上げ時間短縮の効果を発揮する。多孔質シリコーンゴムとしては、ベースゴムとなる付加硬化型の液状シリコーンゴムに、中空粒子を添加したものや、シリコーンゴムに発泡剤を併用したものなどが知られているが、本実施形態では中空バルーンを備えずに空隙を有するものを使用した。すなわち、付加硬化型の液状シリコーンゴム組成物中に水を分散させたものを原料とし、水を含むシリコーンゴム硬化物形成後に脱水することで得られる多孔質シリコーンゴムを使用した。

この多孔質シリコーンゴムでは、水分の蒸発を抑制した環境で原料を加熱してシリコーンゴムを硬化させた後、水分を含む硬化したシリコーンゴムから水を除去して空隙とする。この際、空隙同士が連なり、空隙内の気体の熱膨張や、圧縮時の圧力上昇を起因とする過度な径変化を抑制することができる。

第１の弾性層１１６Ａの厚みｔ１は、５０μｍ以上１０００μｍ以下である。５０μｍ未満では、成型することが困難であり、また立ち上がり時間短縮の効果も不十分となる。また、１０００μｍより厚い場合は、第１の弾性層１１６Ａの非通紙部昇温の抑制効果が十分に発揮されない場合がある。そして、より好ましい第１の弾性層１１６Ａの厚みｔ１の範囲としては、５０μｍ以上５００μｍ以下である。なぜならば、印刷能力の高速化に伴い、より非通紙部昇温が厳しくなるなかで十分に非通紙部昇温を抑制し印刷能力を向上されるには、従来以上に第１の弾性層の厚みを薄くする必要があるためである。

そして、第１の弾性層１１６Ａの連泡化率は、好ましくは７０％以上１００％以下である。連泡化率７０％以上の場合、グロスムラを低減できる。連泡化率が高いほど、グロスムラを低減できる。

また、第１の弾性層１１６Ａの厚み方向の熱伝導率λ１は、好ましくは、０．０６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。なぜなら、０．０６Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満である場合、空隙率が多すぎてゴム分が少ないことにより、成型が困難であったり、定着器として使用する加圧ローラ１１０として耐久性が低い場合があるからである。また、０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えた厚み方向の熱伝導率の場合、立ち上がり時間短縮の効果が低減するからである。

後述の式で取得される第１の弾性層１１６Ａの空隙率は、２０体積％以上７０体積％以下が好適である。２０体積％を下回る場合では、上述の連泡化率を得ることが困難であり、７０体積％以上の空隙率を形成しようとする場合は、ゴム分が少ないことにより、成型困難である。空隙率が高い方が立ち上がり時間を短縮でき、より好ましくは３５体積％以上７０体積％以下である。

第１の弾性層１１６Ａの空隙率は、以下の式によって求めることができる。まず、剃刀を用いて、第１の弾性層１１６Ａを任意の部分で切断する。その２５℃における体積を、液浸比重測定装置（ＳＧＭ−６、メトラートレド株式会社製）により測定する（上記ＶＡｌｌ）。次に、体積測定を行った評価サンプルを熱重量測定装置（商品名：ＴＧＡ８５１ｅ／ＳＤＴＡ、メトラートレド株式会社製）を用いて窒素ガス雰囲気下で７００℃・１時間加熱することでシリコーンゴム成分を分解・除去する。この時の重量の減少量を、Мｐとする。

この状態で、２５℃における体積を乾式自動密度計（商品名：アキュピック１３３０−１、株式会社島津製作所製）により測定する（上記ＶＡ）。これらの値を基に、次の式から空隙率を求めることができる。なお、シリコーンゴム成分の密度は０．９７ｇ／Ｃｍ３として計算した（以下、この密度をρｐと記す）。

空隙率（体積％）＝[｛（ＶＡｌｌ−（Мｐ／ρｐ＋ＶＡ）｝／ＶＡｌｌ]×１００
なお、本実施形態の空隙率は、上記任意の部分を切り出した計５個のサンプルについての平均値を採用している。

ｃ）第２の弾性層１１６Ｂ
第２の弾性層１１６Ｂはソリッドゴム、もしくは高熱伝導性フィラーを含有したソリッドゴムで形成されている。これは、第２の弾性層の厚み方向の熱伝導率を第１の弾性層の厚み方向の熱伝導率より大きくすることで、非通紙部昇温の抑制効果を付与できるからである。熱伝導率を良化させるために、アルミナ、酸化亜鉛、炭化珪素、グラファイトなどからなる高熱伝導性フィラーをベースポリマーに添加することで、第２の弾性層１１６Ｂは高熱伝導性の弾性層となっている。

第２の弾性層１１６Ｂは、付加硬化型の液状シリコーンゴム組成物中に高熱伝導性フィラーを含有したソリッドゴムから成る。熱伝導性フィラーとしては、針状、鱗片状、球状など様々な形状の種々のフィラーが採用可能である。一般に、フィラー含有量が増加すると、ゴム硬度が高くなる傾向にあるので、所望の熱物性、硬度に応じてフィラー種、フィラー量、ベースゴム硬度を適宜選択する。

第２の弾性層１１６Ｂの厚み方向の熱伝導率の好ましい範囲は０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の場合、非通紙部昇温の効果を十分に発揮できない場合があるからである。また、２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えた場合は、成型が困難であったり、高熱伝導性フィラーの高充填により、ニップを形成するための十分な弾性が得ることが困難になる場合があるからである。

第２の弾性層１１６Ｂの厚み方向の熱伝導率λ２が高いほど、非通紙部昇温が生じた時に、加圧ローラ１１０に溜まっている熱を厚み方向にある芯金１１７に通し、芯金１１７を通して、長手方向に均熱できるので、非通紙部昇温を抑制できる。

ここで、高熱伝導性フィラーの含有率は、１体積％以上６０体積％以下が好ましい。１体積％未満の場合、期待する熱伝導率が得られない場合があり、６０体積％を超えた場合、成型が困難であったり、高熱伝導性フィラーの高充填により、ニップを形成するための十分な弾性が得ることが困難になる場合があるからである。

第２の弾性層中１１６Ｂの高熱伝導性フィラーの含有率（体積％）の測定方法は、以下の通りである。先ず、第２の弾性層１１６Ｂからサンプルを切り出し、その２５℃における体積を、液浸比重測定装置（ＳＧＭ−６、メトラートレド株式会社製）により測定する（以下、この体積をＶＡｌｌと記す）。次に、体積測定を行った評価サンプルを熱重量測定装置（商品名：ＴＧＡ８５１ｅ／ＳＤＴＡ、メトラートレド株式会社製）を用いて窒素ガス雰囲気下で７００℃・１時間加熱することでシリコーンゴム成分を分解・除去する。

その後、残った高熱伝導性フィラーの２５℃における体積を乾式自動密度計（商品名：アキュピック１３３０−１、株式会社島津製作所製）により測定する（以下、この体積をＶＢと記す）。これらの値を基に、高熱伝導性フィラーの体積割合を求めることができる。

ｄ）応力緩和層１１６Ｃ
応力緩和層１１６Ｃは、第１の弾性層１１６Ａと第２の弾性層１１６Ｂの間に設けられる弾性層で、付加硬化型の液状シリコーンゴムを原料としたゴムで形成されている。また、応力緩和層１１６Ｃは、第２の弾性層１１６Ｂとなる原料を加熱してシリコーンゴムを硬化させる際、水分の蒸発の度合いを制御することで、空隙のない無発泡層として形成される。ここで、第１の弾性層１１６Ａと応力緩和層１１６Ｃは同時に形成することができる。

そして、応力緩和層１１６Ｃは、その押し込み弾性率Ｅ_ＩＴ３が第１の弾性層（表層側）の押し込み弾性率Ｅ_ＩＴ１、および第２の弾性層（芯金側）の押し込み弾性率Ｅ_ＩＴ２とは、
以下の条件を満足する。なお、押し込み弾性率は小さいほど、軟らかい材質となる。

Ｅ_ＩＴ１＜Ｅ_ＩＴ３＜Ｅ_ＩＴ２
ここで、上記大小関係に反し、Ｅ_ＩＴ１＜Ｅ_ＩＴ２＜Ｅ_ＩＴ３の関係であると、第１の弾性層１１６Ａと応力緩和層１１６Ｃとの界面で破壊が発生し易い。また、上記大小関係に反し、Ｅ_ＩＴ３＜Ｅ_ＩＴ１＜Ｅ_ＩＴ２の関係であると、応力緩和層１１６Ｃと、第１の弾性層１１６Ａまたは第２の弾性層１１６Ｂとの界面で破壊が発生し易くなる。

ｅ）離型層１１８
弾性層１１６の上には、トナーの離型層として、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）からなる離型層１１８が形成されている。離型層１１８は、定着フィルム１１２の離型層１２７と同様に、チューブを被覆させたものでも表面を塗料でコートしたものでも良いが、本実施形態では、高温高加圧環境下でも耐久性に優れるチューブを使用した。離型層１１８の材質としては、ＰＦＡの他に、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂や、離型性の良いフッ素ゴムやシリコーンゴム等を用いても良い。

（加圧ローラの製造方法）
本実施形態では、以下の製造方法を使用する。先ず、離型層と一体化した第１の弾性層を形成する。そして、第１の弾性層と同時に応力緩和層を形成する。その後、第２の弾性層を形成する。

１）付加硬化型液状シリコーンゴムを用いた架橋硬化
第１の弾性層１１６Ａは、付加硬化型液状シリコーンゴムと含水成分あるいはフィラーを混合の上、架橋硬化することで得ることができる。また、第２の弾性層１１６Ｂは、付加硬化型液状シリコーンゴムとフィラーを混合の上、架橋硬化することで得ることができる。

付加硬化型液状シリコーンゴムとは、ビニル基等の不飽和結合を有するオルガノポリシロキサン（Ａ）と、Ｓｉ−Ｈ結合（ヒドリド）を有するオルガノポリシロキサン（Ｂ）とを有する未架橋シリコーンゴムである。加熱等によりビニル基等の不飽和結合に対してＳｉ‐Ｈが付加反応することで架橋が進行して硬化物となる。上記（Ａ）と（Ｂ）の組み合わせで硬化物の特性が異なることが知られており、通常は（Ａ）と（Ｂ）を組み合わせたパッケージ商品として上市されている。

本実施形態では、付加硬化型液状シリコーンゴムとしてＤＹ３５−５６１（東レ・ダウコーニング株式会社）を使用した。なお、架橋反応を促進する触媒として（Ａ）（Ｂ）に白金化合物を含有するのが一般的である。また、この付加硬化型液状シリコーンゴムは、本発明の目的を損なわない範囲で流動性を調節可能で、第１及び第２の弾性層１１６Ａ及び１１６Ｂ中に、本明細書に記載されないフィラーや充填材や配合剤が、公知の課題の解決手段として含まれていても構わない。

２）離型層の準備
図４のように、円筒状金型７０の内面には、離型層１１８となるフッ素含有樹脂チューブを公知の手段で挿入・折り返し固定し、その内面に接着層を形成する。本実施形態では円筒状の金型７０として、内径２０ｍｍ、外径３０ｍｍ、全長２５０ｍｍのＳＵＳ製金型を使用した。この円筒状の金型７０には、フッ素含有樹脂チューブを係留するとともに、後述する成形工程で対向するコマと封止するためのＯリング８０が設置されている。また、成形時の形状転写性向上のために、横穴１３０を介して、金型外部からフッ素含有樹脂チューブを吸着できるようになっている。

フッ素含有樹脂チューブとしては、径１９．３ミリ、厚み３０ミクロン、全長３５０ミリのＰＦＡチューブを使用した。そして、ＰＦＡチューブの内面にプライマーＤＹ３９−０６７（東レ・ダウコーニング株式会社）を液滴塗布、回転塗布等の公知の方法で塗布して接着層とした。

３）第１の弾性層１１６Ａの材料調製工程
水を所定量秤量し、未架橋付加硬化型液状シリコーンゴムに配合する。水は単独では液状シリコーンゴムと混じり合わないため、必要に応じて増粘剤を加え含水ゲルとして使用する。さらに、乳化剤を添加して遊星式の万能混合攪拌機など、公知の混合手段を用いることで、エマルジョン状の第１の弾性層形成用液体組成物を調製可能である。

本実施形態においては、増粘剤として粘土鉱物を含有する「ベンゲルＷ−２００Ｕ」（商品名、株式会社ホージュン製）を使用した。また、乳化剤としてノニオン系界面活性剤（ソルビタン脂肪酸エステル 商品名「イオネット」三洋化成工業株式会社製）を使用した。なお、配合する含水ゲル量を調整することで、空隙率を任意に変更することができ、第１の弾性層の厚み方向の熱伝導率を制御可能となる。本実施形態では、含水成分と、シリコーンゴム成分を重量比１：１となるよう調製した。

４）第１の弾性層１１６Ａおよび応力緩和層１１６Ｃの成形工程
図５に模式的に示すように、公知のリングコート法を利用し、リングコート塗布ヘッドを円筒状の金型７０の凹部であるキャビティ９０-１に対し相対移動することで、上記３）で調製した液体組成物１４０−１を離型層１１３内面に塗布する。図５では、円筒状の金型７０を上方（矢印方向）に移動させているが、円筒状の金型７０を固定し、塗布ヘッドを下方に移動させてもよい。

塗布後、６０〜１２０℃程度の温度で１０分以上加熱し、１４０−１を硬化して水分を含む硬化したシリコーンゴムを離型層１１３内面に成形した。この過程で、リングコート塗布した材料のうち、大気に接する側（離型層１１３とは反対側）は水分の蒸発が促進する一方、離型層側は水分の蒸発が抑制され、厚み方向で含水量の異なる硬化シリコーンゴムが離型層とは反対側に成形する。続いて、１３０℃以上の加熱を施し、硬化したシリコーンゴムから水分を十分に除去することで、第１の弾性層１１６Ａと、応力緩和層１１６Ｃを同時に成形した。

５）第２の弾性層１１６Ｂの材料調製工程
上記１）に記載の未架橋付加硬化型液状シリコーンゴムに、所定量秤量した高熱伝導性フィラーを混合する。本実施形態では、高熱伝導性フィラーとして高純度真球状アルミナ（商品名：アルナビーズＣＢ−Ａ３０Ｓ；昭和電工株式会社製）を、体積比率で４７％となるように配合して第２の弾性層１１６Ｂを形成するための液体組成物を得た。なお、混合手段は、遊星式の万能混合攪拌機など、公知の混合手段を用いた。必要に応じて脱泡処理を施し、第２の弾性層形成用液体組成物を調製した。

６）第２の弾性層１１６Ｂの成形工程
第２の弾性層１１６Ｂは、金型注型法を用いて形成する。すなわち、図６に示すように、第１の弾性層１１６Ａと、応力緩和層１１６Ｃを成形した円筒状金型の内部に、プライマー処理を表面に施した芯金を配置する。そして、端部コマ５０、６０を円筒状の金型７０の両端に接続して型組みし、キャビティを形成した。上記５）で調製した第２の弾性層形成用液体組成物をキャビティに注入した後、型組み一式を１３０℃で２０分以上加熱し、第２の弾性層形成用組成物を架橋硬化させた。

その後、円筒状の金型７０から取り出し、２次架橋を施すことで、芯金上に第１の弾性層１１６Ａ及び第２の弾性層１１６Ｂと応力緩和層１１６Ｃとが形成された成形体を得た。

（加圧ローラの評価）
１）押し込み弾性率Ｅ_ＩＴの評価
弾性層の押込み弾性率Ｅ_ＩＴは、微小硬さ測定システム（商品名：ＦＩＳＣＨＥＲＳＣＯＰＥ ＨＭ２０００ ＸＹｐ； ＦｉｓＣｈｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｋ．Ｋ．製）を用いて測定することができる。微小硬さ測定を用いるのは、複数層が一体化した弾性層において、各層における弾性率の違いを把握するためである。

測定装置の測定ヘッドには、ＩＳＯ１４５７７に準拠した１３６゜の面角を持つ四角錐のダイヤモンドビッカース圧子を使用し、圧子の押込み速度１μｍ／秒で切り出したサンプルの表面から２０μｍの深さまで押し込む。なお、測定サンプルは、加圧ローラの長手方向で幅約５ｍｍに輪切り状に弾性層を切り出し、切り出した面から垂直方向（元の長手方向）に押し込んだ。そして、押し込んだ状態で５秒間保持し、さらに１μｍ／秒で除荷を行う。

このときの圧子にかかる荷重と変位の関係を表す荷重−侵入量曲線のうち、除荷時に得られた除荷曲線において、最大荷重の６５％〜９５％の荷重域における傾きから、押込み弾性率Ｅ_ＩＴをＩＳＯ１４５７７に規定された以下の式（１）に従って求める。

押込み弾性率Ｅ_ＩＴの算出にあたり試験片のポアソン比νｓを代入するが、多孔質シリコーンゴムから成る第１の弾性層１１６Ａの場合はポアソン比として０．２を使用した。また、非多孔質である第２の弾性層１１６Ｂおよび応力緩和層１１６Ｃの場合はポアソン比として０．５を用いて算出した。なお、応力緩和層１１６Ｃの厚さに応じて、押し込む深さは変更してもよい。本実施形態では、Ｅ_ＩＴ１＝０．８ [ＭＰＡ] 、Ｅ_ＩＴ２＝１．３[ＭＰＡ]、Ｅ_ＩＴ３＝１．０[ＭＰＡ]となった。

２）本実施形態の効果
本実施形態の効果を確認するために、加圧ローラ１１０耐久性の評価は坪量８０ｇ／ｍ２のＡ４サイズの記録材を連続してプリント動作を継続し、装置本体寿命２２万５千枚の通紙耐久を行った後、加圧ローラ１１０の不良等がないかを確認して行った。画像形成装置は、プロセススピードが２７３ｍｍ／ｓｅＣであり、１分間に５０枚のプリントを実施するレーザービームプリンタを用いた。また、従来例として、応力緩和層を有さない構成の確認も行った。図７に、その結果を示す。

従来例は寿命の２/３で第１の弾性層の破断が発生したのに対して、本実施形態は寿命の１．５倍を超えた枚数のプリント後でも問題は見られなかった。以上のことより、本実施形態の効果が確認された。

《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態では、第１の弾性層を中空フィラー（中空バルーン）を用いた多孔質ゴムから成る弾性層とする点で、第１の実施形態と異なる。本実施形態の加圧ローラは、弾性層として、中空フィラーを用いた多孔質ゴムから成る断熱層（第１の弾性層）、非多孔質ゴムから成る応力緩和層、高熱伝導性フィラー）を含有する蓄熱層（第２の弾性層）とを有し、第１の弾性層は連泡化された構成をとる。

これにより、立ち上げ時間を短縮するとともに、小サイズ紙の通紙における非通紙部昇温を抑制し、耐久性が良好である定着部材としての加圧ローラを備えた定着装置とすることができる。本実施形態の定着装置を搭載した画像形成装置の基本構成、および本実施形態に係わる定着装置の基本構成については、第１の実施形態と共通のため省略し、以下加圧ローラの層構成に関して説明をする。

（第１の弾性層１１６Ａ）
本実施形態では、中空フィラーを用いた多孔質シリコーンゴムを使用する。中空フィラーとしては、樹脂製、ガラス製など種々の製品が知られているが、本実施形態では、約１００ｕｍの平均径を有する樹脂製中空粒子（マツモトマイクロスフェアーＦ−８０ＤＥ；松本油脂製薬株式会社）を使用した。

また、樹脂製中空粒子のみで形成した弾性層は独立気泡で形成されるため、温度上昇に伴う気体膨脹や、圧縮時の空隙内圧力上昇の影響が過度に生じ易い。そこで、樹脂製中空粒子により形成された空隙部を、シリコーンゴムに配合された気化成分の気化により形成された孔道で連通させるために、ベースゴムとなる付加硬化型の液状シリコーンゴムに、連通化剤としてのエチレングリコールを添加した。

（第２の弾性層１１６Ｂ）
本実施形態の第２の弾性層１１６Ｂは、第１の実施形態における第２の弾性層と同じものを使用した。すなわち、第２の弾性層１１６Ｂはソリッドゴム、もしくは高熱伝導性フィラーを含有したソリッドゴムで形成されている。

（応力緩和層１１６Ｃ）
本実施形態の応力緩和層１１６Ｃは、第１の弾性層１１６Ａのベースゴムをそのまま使用した。

（加圧ローラの製造方法）
１）付加硬化型液状シリコーンゴムを用いた架橋硬化、２）離型層の準備については、第１の実施形態と同様の方法である。

３）第１の弾性層１１６Ａの材料調製工程
予め中空フィラー（中空粒子）をゴムに対して５重量部となるよう秤量し、未架橋付加硬化型液状シリコーンゴムと混合する。次いで、連通化剤としてのエチレングリコールを１重量部添加し、さらに撹拌・混合を行った。十分に撹拌・混合が行われた後、脱泡処理を施し、本実施形態の第１の弾性層１１６Ａ形成用の組成物とした。

４）第１の弾性層１１６Ａの成形工程
本実施形態においては、金型注型法を用いて第１の弾性層１１６Ａを形成する。すなわち、図８に模式的に示すように、表面に離型処理を施した中子４０Ａ（外径１９．３ミリ、全長２５５ミリ、小径軸部４０Ａ−１、４０Ａ−２の長さ各８ミリ）を準備する。そして、離型層を内部に固定した円筒状の金型７０と、端部コマ５０、６０と組み合わせて型組みし、キャビティ９０−２を形成した。

次いで、上記３）で調整した第１の弾性層１１６Ａ形成用の組成物をキャビティ９０−２に注入し、型組み一式を１３０°で２０分以上加熱し、第１の弾性層１１６Ａ形成用の組成物を架橋硬化させた。その後、円筒状の金型７０から中子４０Ａを取り出し、離型層と第１の弾性層１１６Ａが円筒状の金型内部で一体化した成形物を形成した。

５）応力緩和層１１６Ｃの材料調製工程
第１の実施形態における１）付加硬化型液状シリコーンゴムを用いた架橋硬化に記載の付加硬化型液状シリコーンゴムをそのまま使用した。すなわち、ＤＹ３５−５６１（東レ・ダウコーニング株式会社）Ａ液Ｂ液を重量比１：１で十分に混合し、応力緩和層１１６Ｃ形成用の液体組成物を調製した。

６）応力緩和層１１６Ｃの成型工程
第１の実施形態における４）第１の弾性層１１６Ａおよび応力緩和層１１６Ｃの成形工程に記載の方法と同様に、公知のリングコート法を利用する。リングコート塗布ヘッドを、円筒状の金型７０のキャビティに対し１５０ミクロンのギャップを保った状態で相対移動することで、上記４）で形成した第１の弾性層の内面に応力緩和層１１６Ｃとなる材料を塗布した。その後、１３０℃２０分以上加熱し、応力緩和層１１６Ｃを形成した。

７）第２の弾性層１１６Ｂの成形工程
次いで、第１の実施形態における５）、６）に記載の方法で、第２の弾性層１１６Ｂを成形し、成形体を円筒状の金型７０から取り出して２次架橋を施す。これにより、芯金上に第１の弾性層１１６Ａおよび第２の弾性層１１６Ｂと、応力緩和層１１６Ｃとが形成された成形体を得た。

（加圧ローラの評価）
１）押し込み弾性率Ｅ_ＩＴの評価
第１の実施形態と同様に、得られた加圧ローラの長手方向で幅約５ミリに輪切り状に弾性層を切り出し、押し込み弾性率を評価した。中空粒子で形成された第１の弾性層の押し込み弾性率の値は、空隙部位を押し込んだ場合と、ゴム骨格部位を押し込んだ場合で異なる。ここでは、試料位置決めシステムを使用し、空隙部位を押し込むよう調製した。その結果、本実施形態では、第１の弾性層（表層側）の押し込み弾性率Ｅ_ＩＴ１＝０．４ＭＰＡ、第２の弾性層（芯金側）の押し込み弾性率Ｅ_ＩＴ２＝１．３ＭＰＡ、応力緩和層１１６Ｃの押し込み弾性率Ｅ_ＩＴ３＝１．２ＭＰＡとなった。
すなわち、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、応力緩和層１１６Ｃは、その押し込み弾性率Ｅ_ＩＴ３が第１の弾性層（表層側）の押し込み弾性率Ｅ_ＩＴ１、および第２の弾性層（芯金側）の押し込み弾性率Ｅ_ＩＴ２とは、以下の条件を満足する。

Ｅ_ＩＴ１＜Ｅ_ＩＴ３＜Ｅ_ＩＴ２
２）本実施形態の効果
本実施形態の効果を確認するために、加圧ローラ１１０耐久性の評価は坪量８０ｇ／ｍ２のＡ４サイズの記録材を連続してプリント動作を継続し、装置本体寿命２２万５千枚の通紙耐久を行った後、加圧ローラ１１０の不良等がないかを確認して行った。画像形成装置は、プロセススピードが２７３ｍｍ／ｓｅＣであり、１分間に５０枚のプリントを実施するレーザービームプリンタを用いた。また、従来例として、応力緩和層を有さない構成の確認も行った。図７に、その結果を示す。

従来例は寿命の２/３で第１の弾性層の破断が発生したのに対して、本実施形態は寿命の１．５倍を超えた枚数のプリント後でも問題は見られなかった。以上のことより、本実施形態の効果が確認された。

（変形例）
上述した実施形態では、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、エンドレスベルトが第１の回転体として設けられたが、エンドレスベルトが第２の回転体に設けられても良い。また、エンドレスベルトが第１の回転体、第２の回転体の双方に設けられても良い。

そして、上述した実施形態では、第２の回転体が第１の回転体を加圧する構成を示したが、第１の回転体が第２の回転体を加圧する構成としても良い。

（変形例２）
上述した実施形態では、発熱体としてエンドレスベルトの内面側に当接してエンドレスベルトを加熱するヒータを設けたが、本発明はこれに限られるものではない。エンドレスベルトが発熱層を備え、励磁コイルにより、もしくは通電により発熱する構成（エンドレスベルトがニップ部を加熱する発熱体を兼ねる構成）であっても良い。

また、発熱体としてエンドレスベルトの内側にあってエンドレスベルトと非接触に設けられるハロゲンヒータを用いることもできる。

（変形例３）
上述した実施形態では、記録材として記録紙を説明したが、本発明における記録材は紙に限定されるものではない。一般に、記録材とは、画像形成装置によってトナー像が形成されるシート状の部材であり、例えば、定型或いは不定型の普通紙、厚紙、薄紙、封筒、葉書、シール、樹脂シート、ＯＨＰシート、光沢紙等が含まれる。なお、上述した実施形態では、便宜上、記録材（シート）Ｐの扱いを給紙、通紙などの用語を用いて説明したが、これによって本発明における記録材が紙に限定されるものではない。

（変形例４）
上述した実施形態では、未定着トナー像をシートに定着する定着装置を例に説明したが、本発明は、これに限られない。画像の光沢を向上させるべく、シートに仮定着されたトナー像を加熱加圧する装置（この場合も定着装置と呼ぶ）にも同様に適用可能である。

１１０・・加圧ローラ、１１２・・定着フィルム、１１６Ａ・・第１の弾性層、１１６Ｂ・・第２の弾性層、１１６Ｃ・・応力緩和層、１１７・・芯金

Claims (13)

1. トナー画像を担持した記録材を加熱された状態で挟持搬送するニップ部を形成する第１及び第２の定着部材の一方としての定着部材であって、
   芯金と、
   表面側より前記芯金に向って順に設けられる、空隙を有する断熱弾性層である第１の弾性層、および前記第１の弾性層の熱が伝導されるソリッドゴムを有する弾性層である第２の弾性層と、
   前記第１の弾性層と前記第２の弾性層の間に設けられる弾性層であって、空隙の無い無発泡層である応力緩和層と、を有し、
   前記第１の弾性層の押し込み弾性率をＥ_ＩＴ１、前記第２の弾性層の押し込み弾性率をＥ_ＩＴ２、前記応力緩和層の押し込み弾性率をＥ_ＩＴ３とするとき、
   Ｅ_ＩＴ１＜Ｅ_ＩＴ３＜Ｅ_ＩＴ２
   なる条件を満足することを特徴とする定着部材。
2. 前記第１の弾性層の厚さは、５０μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の定着部材。
3. 前記第１の弾性層の厚み方向の熱伝導率は、０．０６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．１６Ｗ／
   （ｍ・Ｋ）以下であり、前記第２の弾性層の厚み方向の熱伝導率は、０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の定着部材。
4. 前記第１の弾性層は、多孔質シリコーンゴムで形成された弾性層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着部材。
5. 前記第１の弾性層は、中空フィラーと、前記中空フィラーにより形成された空隙部を連通させる連通化剤と、を有することを特徴とする請求項４に記載の定着部材。
6. 前記第２の弾性層は、ソリッドゴムで形成された弾性層であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着部材。
7. 前記第２の弾性層は、熱伝導性フィラーを含有したソリッドゴムで形成された弾性層であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着部材。
8. 前記第１の弾性層の外側に、離型層を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の定着部材。
9. 前記第１の定着部材である回転可能なエンドレスベルトと、
   前記第２の定着部材である回転可能な加圧ローラとしての請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着部材と、
   前記エンドレスベルトの内面側で前記エンドレスベルトに当接するバックアップ部材と、
   前記ニップ部を加熱する発熱体と、
   を有することを特徴とする定着装置。
10. 前記発熱体は、前記エンドレスベルトの内面側に当接するヒータであることを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
11. 前記エンドレスベルトは発熱層を備え、前記エンドレスベルトは前記発熱体を兼ねることを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
12. 前記発熱層は、励磁コイルまたは通電により発熱することを特徴とする請求項１１に記載の定着装置。
13. 記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、
    請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の定着装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。

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