(57)【要約】【課題】非ソリッド状の材料からなる弾性層の耐酸化性の向上と、弾性層のうち芯金の外周面と接する部位に生じるせん断応力の上昇の抑制との両立が可能な加圧ローラーと、この加圧ローラーを備える定着装置と、このような定着装置を備える画像形成装置とを提供する。【解決手段】加圧ローラー７０は、芯金７２と、非ソリッド状の材料からなる弾性層７４とを備える。弾性層７４は、芯金７２を被覆する内側被覆層７６と、内側被覆層７６を被覆する外側被覆層７８とを有する。内側被覆層７６は、外側被覆層７８の通気抵抗よりも大きい通気抵抗を有し、芯金７２の径方向において芯金７２から外側被覆層７８までの間に渡って設けられる高抵抗部を含む。芯金７２の径方向における内側被覆層７６の厚みは、芯金７２の径方向における外側被覆層７８の厚みよりも小さい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状の回転軸を中心に回転可能な芯金と、
前記芯金の外周上に設けられ、非ソリッド状の材料からなる弾性層とを備え、
前記弾性層は、
前記芯金を被覆する内側被覆層と、
前記内側被覆層を被覆する外側被覆層とを有し、
前記内側被覆層は、前記外側被覆層の通気抵抗よりも大きな通気抵抗を有し、前記芯金の径方向において前記芯金の外周面から前記外側被覆層までの間に渡って設けられる高抵抗部を含み、
前記芯金の径方向における前記内側被覆層の厚みは、前記芯金の径方向における前記外側被覆層の厚みよりも小さい、加圧ローラー。
【請求項２】
前記芯金の径方向における前記内側被覆層の厚みは、前記芯金の径方向における前記弾性層の厚みの４０％以下である、請求項１に記載の加圧ローラー。
【請求項３】
前記外側被覆層は、前記高抵抗部の硬度よりも低い硬度を有する、請求項１または２に記載の加圧ローラー。
【請求項４】
前記弾性層は、連続発泡材料からなり、
前記高抵抗部のセル径の平均値は、前記外側被覆層のセル径の平均値よりも小さい、請求項１から３のいずれか１項に記載の加圧ローラー。
【請求項５】
前記内側被覆層は、独立発泡材料または連続発泡材料からなり、
前記外側被覆層は、前記内側被覆層の発泡率よりも高い発泡率を有する連続発泡材料からなる、請求項１から４のいずれか１項に記載の加圧ローラー。
【請求項６】
前記弾性層は、連続発泡材料からなり、
前記高抵抗部の空隙率は、前記外側被覆層の空隙率よりも小さい、請求項１から４のいずれか１項に記載の加圧ローラー。
【請求項７】
前記内側被覆層は、
前記芯金のその軸方向における中央部を被覆する中央被覆部と、
前記芯金のその軸方向における両端部を被覆する両端被覆部とを含み、
前記両端被覆部は、前記高抵抗部からなり、前記中央被覆部の通気抵抗よりも大きな通気抵抗を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の加圧ローラー。
【請求項８】
前記内側被覆層は、連続発泡材料からなり、
前記両端被覆部のセル径の平均値は、前記中央被覆部のセル径の平均値よりも小さい、請求項７に記載の加圧ローラー。
【請求項９】
前記両端被覆部は、独立発泡材料または連続発泡材料からなり、
前記中央被覆部は、前記両端被覆部の発泡率よりも高い発泡率を有する連続発泡材料からなる、請求項７に記載の加圧ローラー。
【請求項１０】
前記内側被覆層は、連続発泡材料からなり、
前記両端被覆部の空隙率は、前記中央被覆部の空隙率よりも小さい、請求項７に記載の加圧ローラー。
【請求項１１】
前記加圧ローラーは、記録媒体にトナー像を定着させる定着装置に用いられ、
前記芯金の軸方向における前記中央被覆部の長さは、前記芯金の軸方向における記録媒体の最大寸法以上に設定されている、請求項７から１０のいずれか１項に記載の加圧ローラー。
【請求項１２】
請求項７から１１のいずれか１項に記載の加圧ローラーと、
前記加圧ローラーに圧接しながら回転する加圧回転部材とを備え、
前記両端被覆部は、前記芯金の径方向について前記加圧回転部材と重ならない位置に配置されている、定着装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の加圧ローラーを有し、記録媒体にトナー像を定着させる定着装置を備える、画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加圧ローラー、定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特開２００７−１７０４７３号公報（以下、「特許文献１」という。）には、金属製の芯金と、芯金を被覆する発泡シリコーンゴム層とを備えるスポンジロール（加圧ローラー）が開示されている。発泡シリコーンゴム層は、芯金側領域と、外側領域とを有する。芯金側領域は、発泡シリコーンゴム層のうち芯金の外周面と接する面から当該発泡シリコーンゴム層の厚みの１／２までの領域である。外側領域は、発泡シリコーンゴム層のうち芯金側領域の外側の領域である。この発泡シリコーンゴム層では、芯金側領域のセル径は、外側領域のセル径よりも小さく設定されている。これにより、芯金側領域と芯金との接着性が高められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１７０４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１に開示されるように、芯金と、芯金を被覆し、多孔質ゴム等の非ソリッド状の材料からなる弾性層とを備えた加圧ローラが知られている。加圧ローラーは、他の部材に圧接された状態で回転するため、加圧ローラーの回転時に、加圧ローラーに回転負荷が生じる。この回転負荷により、弾性層のうち芯金の外周面と接する部位（以下、「界面部」という。）にせん断ひずみが生じ、これに起因して界面部での破断に至りやすい。
【０００５】
具体的に、非ソリッド状の材料からなる弾性層は、セル構造を有しており、従来のソリッド状の材料からなる弾性層に比べて強度面で劣る。このため、非ソリッド状の材料からなる弾性層を備える加圧ローラーは、ソリッド状の材料からなる弾性層を備える加圧ローラーに比べ、界面部で破断しやすい。
【０００６】
しかしながら、多孔質ゴム等の非ソリッド状の材料は、高い断熱性を有しているため、省エネルギの観点では今後有望な材料であり、このような非ソリッド状の材料からなる加圧ローラが破断しないように用いられることが望まれている。
【０００７】
一方、加圧ローラが他の部材に圧接された状態で回転駆動されると、他の部材から加圧ローラに対して周期的に圧力が加わる。これにより、芯金の軸方向における弾性層の端部から空気の出入りが生じるため、弾性層が酸化されることによって劣化する。そうすると、弾性層のうち特に大きなせん断応力が生じる部位、つまり、界面部の近傍に亀裂が生じ、その亀裂が原因で弾性層が破断する。
【０００８】
そこで、弾性層の端部における空気の出入りを低減すること（たとえば、通気抵抗を大きくすること）が考えられるが、そのようにすると、弾性層の硬度が大きくなるため、加圧ローラーが加熱体に圧接した際に芯金から弾性層に作用する垂直抗力が上昇し、それによって界面部に生じるせん断応力が上昇する。よって、界面部の近傍に亀裂が生じやすくなる（加圧ローラーの寿命が短くなる）。
【０００９】
本発明の目的は、非ソリッド状の材料からなる弾性層の耐酸化性の向上と、弾性層のうち芯金の外周面と接する部位に生じるせん断応力の上昇の抑制との両立が可能な加圧ローラーと、この加圧ローラーを備える定着装置と、このような定着装置を備える画像形成装置とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に従った加圧ローラーは、直線状の回転軸を中心に回転可能な芯金と、芯金の外周上に設けられ、非ソリッド状の材料からなる弾性層とを備える。弾性層は、芯金を被覆する内側被覆層と、内側被覆層を被覆する外側被覆層とを有する。内側被覆層は、外側被覆層の通気抵抗よりも大きな通気抵抗を有し、芯金の径方向において芯金の外周面から外側被覆層までの間に渡って設けられる高抵抗部を含む。芯金の径方向における内側被覆層の厚みは、芯金の径方向における外側被覆層の厚みよりも小さい。
【００１１】
本加圧ローラーでは、内側被覆層が高抵抗部を含むため、内側被覆層における空気の出入りが抑制される。これにより、内側被覆層の酸化による劣化を抑制することができる。しかも、芯金の径方向における内側被覆層の厚みが同方向における外側被覆層の厚みよりも小さいため、内側被覆層のうち芯金の外周面と接する部位に生じるせん断応力の上昇を抑制できる。
【００１２】
また好ましくは、芯金の径方向における内側被覆層の厚みは、芯金の径方向における弾性層の厚みの４０％以下である。
【００１３】
このようにすれば、加圧ローラーをより確実に長寿命化できる。具体的に、芯金の径方向における内側被覆層の厚みが同方向における弾性層の厚みの４０％以下であることにより、弾性層のうち相対的に大きな硬度を有する領域が大きくなり過ぎないため、芯金から弾性層に作用する垂直抗力の増大、つまり、内側被覆層のうち芯金の外周面と接する部位に生じるせん断応力の増大を抑制することができる。一方、弾性層のうち芯金の外周面に接する面から芯金の径方向における弾性層の厚みの４０％までの領域には、比較的大きな応力が分布しているため、この領域において比較的亀裂が生じやすい。よって、この領域を高抵抗部を含む内側被覆層とすることによって当該領域の酸化を抑制することにより、弾性層の破断を有効に抑制することができる。
【００１４】
また好ましくは、外側被覆層は、高抵抗部の硬度よりも低い硬度を有する。
【００１５】
このようにすれば、芯金から弾性層に作用する垂直抗力が減少することによって、内側被覆層のうち芯金の外周面と接する部位に生じるせん断応力が低減される。このため、加圧ローラーを長寿命化できる。
【００１６】
また好ましくは、弾性層は、連続発泡材料からなる。高抵抗部のセル径の平均値は、外側被覆層のセル径の平均値よりも小さい。
【００１７】
この態様では、外側被覆層の通気抵抗よりも大きな通気抵抗を有する高抵抗部を含む内側被覆層を得ることができる。
【００１８】
また好ましくは、内側被覆層は、独立発泡材料または連続発泡材料からなる。外側被覆層は、内側被覆層の発泡率よりも高い発泡率を有する連続発泡材料からなる。
【００１９】
この態様においても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
また好ましくは、弾性層は、連続発泡材料からなる。高抵抗部の空隙率は、外側被覆層の空隙率よりも小さい。
【００２１】
この態様においても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
また好ましくは、内側被覆層は、芯金のその軸方向における中央部を被覆する中央被覆部と、芯金のその軸方向における両端部を被覆する両端被覆部とを含む。両端被覆部は、高抵抗部からなり、中央被覆部の通気抵抗よりも大きな通気抵抗を有する。
【００２３】
このようにすれば、内側被覆層のうち特に大きなせん断応力が生じる両端被覆部が酸化により劣化することを抑制することができる。しかも、中央被覆部に芯金から作用する垂直抗力の増大が抑制されることによって、中央被覆部のうち芯金の外周面と接する部位に生じるせん断応力を低減できる。よって、加圧ローラーをさらに長寿命化できる。
【００２４】
また好ましくは、内側被覆層は、連続発泡材料からなる。両端被覆部のセル径の平均値は、中央被覆部のセル径の平均値よりも小さい。
【００２５】
この態様では、中央被覆部の通気抵抗よりも大きな通気抵抗を有する高抵抗部からなる両端被覆部を得ることができる。
【００２６】
また好ましくは、両端被覆部は、独立発泡材料または連続発泡材料からなる。中央被覆部は、両端被覆部の発泡率よりも高い発泡率を有する連続発泡材料からなる。
【００２７】
この態様においても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また好ましくは、内側被覆層は、連続発泡材料からなる。両端被覆部の空隙率は、中央被覆部の空隙率よりも小さい。
【００２９】
この態様においても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
また好ましくは、加圧ローラーは、記録媒体にトナー像を定着させる定着装置に用いられる。芯金の軸方向における中央被覆部の長さは、芯金の軸方向における記録媒体の最大寸法以上に設定されている。
【００３１】
このようにすれば、加圧ローラーに接しながら定着装置内を記録媒体が通過する際に、芯金の径方向について記録媒体と両端被覆部とが重ならないため、高抵抗部からなる両端被覆部に対して芯金から作用する垂直応力が記録媒体の通過時に増大すること、つまり、高抵抗部に生じるせん断応力が記録媒体の通過時に増大することを抑制することができる。よって、内側被覆層のうち特に大きなせん断応力が生じる両端被覆部に亀裂が発生することをより確実に抑制できるため、加圧ローラーをさらに長寿命化できる。
【００３２】
この発明に従った定着装置は、上述のいずれかに記載の加圧ローラーと、加圧ローラーに圧接しながら回転する加圧回転部材とを備える。両端被覆部は、芯金の径方向について加圧回転部材と重ならない位置に配置されている。
【００３３】
この定着装置では、加圧回転部材に加圧ローラーが圧接した状態において、芯金の径方向について加圧回転部材と両端被覆部とが重ならないため、高抵抗部からなる両端被覆部に対して芯金から作用する垂直応力の増大、つまり、高抵抗部に生じるせん断応力の増大を抑制することができる。よって、内側被覆層のうち特に大きなせん断応力が生じる両端被覆部に亀裂が発生することをより確実に抑制できる。このため、加圧ローラーをより長寿命化できる。
【００３４】
この発明に従った画像形成装置は、上述のいずれかに記載の加圧ローラーを有し、記録媒体にトナー像を定着させる定着装置を備える。
【００３５】
このように構成された画像形成装置によれば、非ソリッド状の材料からなる弾性層の耐酸化性の向上と、弾性層のうち芯金の外周面と接する面に生じるせん断応力の上昇の抑制とが両立される。これにより、加圧ローラーの寿命が長くなる。
【発明の効果】
【００３６】
以上に説明したように、この発明によれば、非ソリッド状の材料からなる弾性層の耐酸化性の向上と、弾性層のうち芯金の外周面と接する部位に生じるせん断応力の上昇の抑制との両立が可能な加圧ローラーと、この加圧ローラーを備える定着装置と、このような定着装置を備える画像形成装置とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態の画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示される画像形成装置の定着装置を示す図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図である。
【図４】相関値の求め方を示す概略図である。
【図５】内側被覆層と外側被覆層との関係を示す表である。
【図６】破断までの時間と応力との関係を示すグラフである。
【図７】実施例および比較例における各結果を示す表である。
【図８】本発明の第２実施形態の定着装置における、図３の断面に相当する断面を示す図である。
【図９】定着装置の変形例を概略的に示す図である。
【図１０】定着装置の変形例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
この発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００３９】
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態の定着装置６０を備える画像形成装置１が示されている。この画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト２１に一次転写する。画像形成装置１は、中間転写ベルト２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、搬送される記録媒体に二次転写することにより画像形成する。記録媒体は、たとえば、普通紙である。
【００４０】
画像形成装置１には、タンデム方式が採用されている。タンデム方式では、ＹＭＣＫの４色に対応する各感光体ドラム４１３が、中間転写ベルト２１の走行方向（図１中の矢印Ａに示す方向）に沿って配置されている。タンデム方式では、一回の手順で、ＹＭＣＫの４色のトナー像が順次、中間転写ベルト２１上に転写される。
【００４１】
画像形成装置１は、画像読取部１０と、画像処理部３０と、画像形成部４０と、搬送部５０と、定着装置６０とを有する。
【００４２】
画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１および原稿画像走査装置１２（スキャナー）を有する。自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｊを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１により、原稿トレイに載置された多数の原稿Ｊの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることが可能となる。
【００４３】
原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿またはコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査する。原稿画像走査装置１２は、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データーを生成する。この入力画像データーには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。
【００４４】
画像処理部３０は、画像読取部１０により生成された入力画像データーに対して、初期設定またはユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を有する。たとえば、画像処理部３０は、階調補正データー（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う。
【００４５】
画像処理部３０は、入力画像データーに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理、および、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データーに基づいて、画像形成部４０が制御される。
【００４６】
画像形成部４０は、画像形成ユニット４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋと、中間転写ユニット４２とを有する。画像形成ユニット４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋと、中間転写ユニット４２とは、画像処理部３０により処理が施された画像データーに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分およびＫ成分の各色のトナーによる画像を形成する。
【００４７】
画像形成ユニット４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋは、同様の構成を有する。図示および説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋを添えて示すこととする。図１では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋの構成要素については符号が省略されている。
【００４８】
画像形成ユニット４１は、露光装置４１１と、現像装置４１２と、感光体ドラム４１３と、帯電装置４１４と、ドラムクリーニング装置４１５とを有する。感光体ドラム４１３は、アルミニウム製の導電性円筒体（アルミ素管）を有する負帯電型の有機感光体（ＯＰＣ：Organic Photo-conductor）である。感光体ドラム４１３のドラム径は、たとえば、８０［ｍｍ］である。感光体ドラム４１３の外周面には、アンダーコート層（ＵＣＬ：Under Coat Layer）、電荷発生層（ＣＧＬ：Charge Generation Layer）および電荷輸送層（ＣＴＬ：Charge Transport Layer）が順次積層されている。感光体ドラム４１３は、駆動モーター（不図示）から動力が伝達されることにより回転する。
【００４９】
電荷発生層は、電荷発生材料（たとえば、フタロシアニン顔料）を樹脂バインダー（たとえば、ポリカーボネイト）に分散させた有機半導体である。電荷発生層は、露光装置４１１により露光され、一対の正電荷と負電荷を生じる。
【００５０】
電荷輸送層は、正孔輸送性材料（電子供与性含窒素化合物）を樹脂バインダー（たとえば、ポリカーボネイト）に分散させたものからなる。電荷輸送層は、電荷発生層で発生した正電荷を電荷輸送層の表面まで輸送する。
【００５１】
帯電装置４１４は、光導電性を有する感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。露光装置４１１は、たとえば、半導体レーザーで構成される。露光装置４１１は、感光体ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。
【００５２】
感光体ドラム４１３の電荷発生層で正電荷が発生し、電荷輸送層の表面まで輸送されることにより、感光体ドラム４１３の表面電荷（負電荷）が中和される。感光体ドラム４１３の表面には、周囲との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。
【００５３】
現像装置４１２は、二成分現像方式の現像装置である。現像装置４１２は、感光体ドラム４１３の表面に各色成分のトナーを付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。
【００５４】
ドラムクリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３の表面に摺接されるドラムクリーニングブレードを有する。ドラムクリーニング装置４１５は、一次転写後に感光体ドラム４１３の表面に残存するトナーを除去する。
【００５５】
中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト２１と、一次転写ローラー４２２と、複数の支持ローラー４２３と、二次転写部２３と、ベルトクリーニング装置４２６とを有する。中間転写ベルト２１は、無端状である。中間転写ベルト２１は、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも１つは、駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。
【００５６】
たとえば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２Ｋよりも中間転写ベルト２１の走行方向の下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、中間転写ベルト２１の走行速度を一定に保持しやすくなる。ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。
【００５７】
中間転写ベルト２１は、導電性および弾性を有する。中間転写ベルト２１は、表面に体積抵抗率がたとえば８〜１１［ｌｏｇΩ・ｃｍ］である高抵抗層を有する。中間転写ベルト２１については、導電性および弾性を有するものであれば、材質、厚さおよび硬度を限定しない。
【００５８】
一次転写ローラー４２２は、中間転写ベルト２１の内周面側に配置される。一次転写ローラー４２２は、感光体ドラム４１３に対向して配置される。一次転写ローラー４２２は、中間転写ベルト２１を挟んで、感光体ドラム４１３に圧接される。これにより、一次転写ニップ部Ｎ１が形成される。
【００５９】
中間転写ベルト２１が一次転写ニップ部Ｎ１を通過する際、感光体ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー４２２に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト２１の裏面側（一次転写ローラー４２２と当接する側）にトナーと逆極性の電荷を付与する。これにより、トナー像は中間転写ベルト２１に静電的に転写される。
【００６０】
中間転写ベルト２１上に静電転写されたトナー像は、その後二次転写部２３に搬送される。記録媒体が二次転写部２３を通過する際、中間転写ベルト２１上のトナー像が記録媒体に二次転写される。具体的には、二次転写ローラー３３に二次転写バイアスを印加し、記録媒体の二次転写ローラー３３と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与する。これにより、トナー像は記録媒体に静電的に転写される。
【００６１】
ベルトクリーニング装置４２６は、中間転写ベルト２１の外周面に接触する。ベルトクリーニング装置４２６は、二次転写後に中間転写ベルト２１の表面に残留するトナーを除去する。
【００６２】
トナー像が転写された記録媒体は二次転写部２３を通過した後、定着装置６０に搬送される。定着装置６０は、トナー像が二次転写された記録媒体を加熱および加圧することにより、記録媒体にトナー像を定着させる。定着装置６０の詳細については後述する。
【００６３】
搬送部５０は、記録媒体を搬送する。搬送部５０は、給紙部５１と、排紙部５２と、搬送経路部５３とを有する。給紙部５１は、給紙トレイユニット５１ａ，５１ｂ，５１ｃを有する。給紙トレイユニット５１ａ，５１ｂ，５１ｃには、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類毎に収容される。
【００６４】
給紙トレイユニット５１ａ，５１ｂ，５１ｃに収容されている用紙Ｓは、最上部から一枚ずつ送出され、搬送経路部５３に搬送される。搬送経路部５３は、レジストローラー対５３ａを含む複数の搬送ローラー対を有する。レジストローラー対５３ａが配設されたレジストローラー部は、記録媒体の傾きおよび片寄りを補正する。記録媒体は、搬送経路部５３を通じて二次転写部２３に搬送される。二次転写部２３において、中間転写ベルト２１上のトナー像が用紙Ｓの一方の面に一括して二次転写され、その後の定着装置６０において定着工程が施される。
【００６５】
定着装置６０を通過した記録媒体は、排紙部５２に搬送される。排紙部５２は、搬送ローラー対（排紙ローラー対）５２ａを有する。画像形成された記録媒体は、搬送ローラー対５２ａを通じて外部に排出される。
【００６６】
続いて、定着装置６０の構造について詳細に説明する。図２は、図１に示される画像形成装置の定着装置を示す図である。
【００６７】
図１および図２に示されるように、定着装置６０は、加熱ローラー６２と、熱源６４と、無端状の定着ベルト６６と、本発明の「加圧ローラー」としての上加圧ローラー７０と、下加圧ローラー８０とを有する。
【００６８】
加熱ローラー６２は、円筒状に形成されている。加熱ローラー６２は、たとえばアルミニウムからなる。加熱ローラー６２には、定着ベルト６６がかけ回されている。
【００６９】
熱源６４は、加熱ローラー６２の内側に配置されている。熱源６４は、発光することで加熱ローラー６２を内側から加熱する。これにより、定着ベルト６６が加熱される。定着ベルト６６の表面には、トナー像が形成されている。熱源６４は、たとえば、複数のハロゲンヒーターからなる。各ハロゲンヒーターは、加熱ローラー６２の中心軸回りに等しい間隔を置いた状態で配置されている。定着ベルト６６の表面温度を検知可能な温度センサ（不図示）として非接触サーミスタが設けられており、熱源６４は、その温度センサの検出値が所定の目標温度となるように制御される。
【００７０】
上加圧ローラー７０は、加熱ローラー６２の径方向について加熱ローラー６２から離間した位置に設けられている。上加圧ローラー７０には、定着ベルト６６がかけ回されている。上加圧ローラー７０の詳細については後述する。
【００７１】
下加圧ローラー８０は、芯金８２と、弾性層８４とを有する。弾性層８４は、たとえばシリコンゴムからなる。下加圧ローラー８０は、定着ベルト６６の外周側に配置されている。下加圧ローラー８０は、定着ベルト６６を介して上加圧ローラー７０と対向する位置に配置されている。下加圧ローラー８０は、図示しない駆動源により駆動回転する。具体的に、下加圧ローラー８０は、定着ベルト６６が上加圧ローラー７０に押し付けられた状態で定着ベルト６６および上加圧ローラー７０が回転するように、定着ベルト６６を上加圧ローラー７０に向けて押し付けた状態で回転する。これにより、図２に示されるように、定着ベルト６６および下加圧ローラー８０の弾性層８４間には、定着ニップ部Ｎが形成される。定着ベルト６６および弾性層８４は、定着ニップ部Ｎにおいて互いに圧接されている。下加圧ローラー８０は、定着ベルト６６を従動回転させることによって記録媒体１１０（図３を参照）を搬送する。
【００７２】
続いて、上加圧ローラー７０の構造について詳細に説明する。図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図である。図２および図３に示されるように、上加圧ローラー７０は、芯金７２と、弾性層７４とを有する。なお、上加圧ローラー７０は、弾性層７４を被覆するＰＦＡからなる層（不図示）をさらに有していてもよい。
【００７３】
芯金７２は、円筒状に形成されている。この芯金７２の両端部には、駆動軸が接続されている。その駆動軸は、付勢部材（不図示）によって下加圧ローラー８０に向けて付勢されている。
【００７４】
弾性層７４は、芯金７２の外周面上に設けられている。弾性層７４は、非ソリッド状の材料からなる。なお、非ソリッド状の材料とは、中身が詰まっている材料ではないもの（多孔質状の材料など）を意味する。本実施形態では、弾性層７４は、連続発泡材料（通気性を有する材料）からなる。このため、定着ベルト６６から上加圧ローラー７０への伝熱（熱のロス）が抑制される。弾性層７４は、芯金７２を被覆する内側被覆層７６と、内側被覆層７６を被覆する外側被覆層７８とを有する。
【００７５】
内側被覆層７６は、芯金７２の径方向において芯金７２の外周面から外側被覆層７８までの間に渡って設けられる。芯金７２の径方向における内側被覆層７６の厚みｔ２は、芯金７２の径方向における弾性層７４の厚みｔ１よりも小さい。具体的に、厚みｔ２は、厚みｔ１の８％以上４０％以下に設定される。
【００７６】
内側被覆層７６は、外側被覆層７８の通気抵抗よりも大きな通気抵抗を有する高抵抗部７７を有する。本実施形態では、内側被覆層７６の全体が高抵抗部７７により構成されている。なお、通気抵抗は、当該通気抵抗と相関を有する相関値によって代用される。図４は、相関値の求め方を示す概略図である。図４に示されるように、各被覆層７６，７８に用いられる材料からなるフィルタが精密膜流量計に設けられた状態において、ガス配管を通じて不活化ガス（窒素など）がレギュレーターにより一定圧力に減圧されたときの不活化ガスの流量（精密膜流量計の計測値）が相関値として求められる。
【００７７】
本実施形態では、高抵抗部７７の通気抵抗を外側被覆層７８のそれよりも大きくするために、高抵抗部７７のセル径の平均値が、外側被覆層７８のセル径の平均値よりも小さく設定されている。なお、セル径の平均値は、各被覆層７６，７８の断面が撮影された顕微鏡写真において、無作為に選ばれた１００個以上のセルのそれぞれの直径の実測値の平均を算出することによって求められる。
【００７８】
外側被覆層７８は、高抵抗部７７の硬度よりも低い硬度を有する。本実施形態では、外側被覆層７８のセル径の平均値が高抵抗部７７のセル径の平均値よりも大きいことにより、外側被覆層７８の硬度が高抵抗部７７の硬度よりも低くなっている。各被覆層７６，７８の硬度は、たとえば、高分子計器株式会社製のアスカーゴム硬度計Ｃ型により測定が可能である。なお、各被覆層７６，７８のテストピースが測定されてもよいし、各被覆層７６，７８自体が測定されてもよい。
【００７９】
なお、高抵抗部７７の通気抵抗を外側被覆層７８のそれよりも大きくする構成として、上記の例以外に以下の２つの変形例が挙げられる。図５は、内側被覆層と外側被覆層との関係を示す表である。
【００８０】
（第１変形例）
高抵抗部７７の通気抵抗を外側被覆層７８のそれよりも大きくするために、高抵抗部７７の空隙率が、外側被覆層７８の空隙率よりも小さく設定されてもよい。なお、高抵抗部７７の空隙率は、高抵抗部７７の単位体積当たりの質量の実測値を、高抵抗部７７の単位体積と高抵抗部７７に用いられる材料の密度との積で除することによって算出される。外側被覆層７８の空隙率についても同様である。
【００８１】
（第２変形例）
高抵抗部７７の通気抵抗を外側被覆層７８のそれよりも大きくするために、高抵抗部７７の発泡率が、外側被覆層７８の発泡率よりも小さく設定されてもよい。この場合において、内側被覆層７６は、独立発泡材料からなるものであってもよい。なお、高抵抗部７７の発泡率は、高抵抗部７７に用いられる材料（発泡後の材料）の密度を、高抵抗部７７に用いられる材料の発泡前の状態における材料の密度で除することによって算出される。発泡前後における各材料の密度は、その材料の単位体積当たりの質量に基づいて算出される。外側被覆層７８の発泡率についても同様である。
【００８２】
以下、図６を参照しながら、非ソリッド状の材料として多孔質ゴムが用いられた場合における上加圧ローラー７０の破断について説明する。図６は、破断までの時間と応力との関係を示すグラフである。
【００８３】
弾性層７４を構成する多孔質ゴムは、使用時間とともに劣化し、弾性層７４のうち芯金７２の外周面に接する部位（以下、「界面部」という。）に生じるせん断応力（図６の「芯金界面応力（ｂ）」）が、多孔質ゴムの耐え得るせん断応力（図４の「多孔質ゴム破断応力（ａ）」）を超えた時点Ｔ１で破断する。多孔質ゴムの劣化速度は、使用温度、多孔質ゴムに生じる応力、材料によって変化する。
【００８４】
芯金界面応力は、摩擦力（摩擦係数と、芯金から弾性層に作用する垂直抗力との積）に略比例する。垂直抗力は、圧接条件と多孔質ゴムの硬度とに略比例する。
【００８５】
多孔質ゴムからなる弾性層７４の長寿命化には、多孔質ゴムの劣化速度を遅くすることと、芯金界面応力を下げることとが重要である。
【００８６】
ここで、本発明者らは、以下の知見を得た。
【００８７】
（１）多孔質ゴムの劣化は、高温で一定応力環境下の場合、酸素に暴露した時間に比例して進行する。換言すると、一定応力環境下において多孔質ゴムに応力を印加する頻度を高くしたとしても、破断に必要な時間はほぼ変化しない（破断までの時間は略同一である）。つまり、酸素暴露した時間が多孔質ゴムの劣化の支配的要因である。なお、弾性層７４がＰＦＡからなる層で被覆されている場合、定着ニップ部Ｎの通過時に、芯金７２の軸方向における弾性層７４の各端面において空気の出入りが生じる。このため、弾性層７４のうちその端面の近傍において酸素暴露が進行しやすい。
【００８８】
（２）上加圧ローラー７０において最も大きなせん断応力が生じる部位は、界面部のうち芯金７２の軸方向における両端部である。これは、芯金７２の両端部に接続された駆動軸が付勢部材によって付勢されているからである。
【００８９】
以上より、界面部のうち芯金７２の軸方向における両端部の酸化による劣化を抑制するとともに、芯金界面応力の上昇を抑制することが、上加圧ローラー７０の長寿命化に特に有効となる。
【００９０】
本実施形態では、内側被覆層７６が高抵抗部７７で構成されているため、内側被覆層７６における空気の出入りが抑制される。これにより、界面部を含む内側被覆層７６の酸化による劣化が抑制される。
【００９１】
ただし、高抵抗部７７は、外側被覆層７８の硬度よりも大きな硬度を有するため、芯金７２の径方向における高抵抗部７７の厚みが大きくなるほど、定着ニップ部Ｎの通過時に芯金７２から弾性層７４に作用する垂直抗力、すなわち、界面部に生じるせん断応力が大きくなる。
【００９２】
本実施形態では、芯金７２の径方向における内側被覆層７６の厚みｔ２が同方向における外側被覆層７８の厚みｔ１よりも小さいため、界面部に生じるせん断応力の上昇が抑制される。よって、界面部の近傍への亀裂の発生およびそれに起因する内側被覆層７６の破断が抑制される。したがって、上加圧ローラー７０の寿命が長くなる。
【００９３】
本実施形態では、芯金７２の径方向における内側被覆層７６の厚みｔ２は、芯金７２の径方向における弾性層７４の厚みｔ１の４０％以下であるため、上加圧ローラー７０の長寿命化がより確実に達成される。具体的に、厚みｔ２が厚みｔ１の４０％以下であることにより、弾性層７４のうち相対的に大きな硬度を有する領域が大きくなり過ぎない。このため、芯金７２から弾性層７４に作用する垂直抗力の増大に起因して界面部に生じるせん断応力が増大することが抑制される。一方、弾性層７４のうち芯金７２の外周面に接する面から厚みｔ１の４０％までの領域には、弾性層７４に生じる最大せん断応力の７０％以上を示す応力が分布している。このため、この領域において比較的亀裂が生じやすい。よって、この領域が高抵抗部７７を含む内側被覆層７６とされることによって当該領域の酸化が抑制されることにより、弾性層７４の破断が有効に抑制される。
【００９４】
また、厚みｔ２は、厚みｔ１の８％以上であるため、弾性層７４への亀裂の発生がより確実に抑制される。具体的に、弾性層７４のうち芯金７２の外周面に接する面から厚みｔ１の８％未満である領域には、弾性層７４に生じる最大せん断応力の９０％以上を示す応力が分布しているため、この領域において特に亀裂が生じやすい。このため、厚みｔ２を厚みｔ１の８％以上とすることによってその領域の酸化による劣化を抑制することにより、弾性層７４への亀裂発生が抑制される。
【００９５】
また、外側被覆層７８は、高抵抗部７７の硬度よりも低い硬度を有しているため、芯金７２から弾性層７４に作用する垂直抗力が減少する。このため、界面部に生じるせん断応力が低減されるため、上加圧ローラー７０が長寿命化される。
【００９６】
また、高抵抗部７７のセル径の平均値が外側被覆層７８のセル径の平均値よりも小さいことにより、外側被覆層７８の通気抵抗よりも大きな通気抵抗を有する高抵抗部７７を含む内側被覆層７６が得られる。
【００９７】
なお、本実施形態において、上加圧ローラー７０の弾性層７４ではなく、下加圧ローラー８０の弾性層８４が、上述の弾性層７４のように、内側被覆層と外側被覆層とによって構成されてもよい。この態様では、定着ベルト６６から下加圧ローラー８０への伝熱（熱のロス）が抑制される。
【００９８】
あるいは、本実施形態において、上加圧ローラー７０の弾性層７４と下加圧ローラー８０の弾性層８４との双方が、上述の弾性層７４のように、内側被覆層と外側被覆層とによって構成されてもよい。
【００９９】
ここで、上記実施形態で説明した定着装置６０の実施例を説明する。
【０１００】
加熱ローラー６２は、アルミニウムからなる厚さ１ｍｍの円筒の芯金からなる。この芯金の直径は５２ｍｍであり、主走査方向（芯金の軸方向）の長さは３８２ｍｍである。
【０１０１】
熱源６４は、複数のハロゲンヒーターからなる。複数のハロゲンヒーターの定格電力の総計は、１５００Ｗに設定されている。
【０１０２】
定着ベルト６６は、トナー像の離形性を考慮して、厚み２００μｍの弾性層と、厚み３０μｍのＰＦＡチューブ（離形層）とから構成されている。定着ベルト６６の主走査方向の長さは、３８０ｍｍであり、最大通紙幅は、３２９ｍｍである。
【０１０３】
上加圧ローラー７０は、アルミニウムからなる厚さ３ｍｍの芯金７２と、多孔質のシリコンゴムからなる厚さ１０ｍｍの弾性層７４とを有する。弾性層７４の直径は、６０ｍｍであり、主走査方向の長さは、４００ｍｍである。弾性層７４の表面（外側被覆層７８の表面）の回転速度は、２００ｍｍ／ｓｅｃである。
【０１０４】
弾性層７４は、厚さ４ｍｍの内側被覆層７６と、厚さ６ｍｍの外側被覆層７８とからなる。内側被覆層７６（高抵抗部７７）の平均セル径（直径）は、１０μｍ以上５０μｍ未満である。外側被覆層７８の平均セル径（直径）は、５０μｍ以上１００μｍ以下である。
【０１０５】
下加圧ローラー８０は、アルミニウムからなる厚さ３ｍｍの芯金８２と、弾性層８４とを有している。トナー像の離形性を考慮して、弾性層８４は、シリコンゴムからなる厚さ２ｍｍの層と、この層上に設けられた厚さ３０μｍのＰＦＡ層とを有している。シリコンゴムからなる層の直径は、６０ｍｍである。
【０１０６】
上加圧ローラー７０の芯金７２に接続された駆動軸には、ばねによって下加圧ローラー８０に向かって３８０Ｎ〜９００Ｎの荷重がかけられている。これにより形成される定着ニップ部Ｎの幅（周方向の長さ）は、８ｍｍであり、主走査方向の長さは、３８０ｍｍである。
【０１０７】
図７は、実施例および比較例における各結果を示す表である。図７に示されるように、実施例の上加圧ローラー７０の比較例（内側被覆層の厚みと外側被覆層の厚みとが互いに等しい加圧ローラー）に対する効果は、以下のとおりである。すなわち、この上加圧ローラー７０のトルクは、比較例の０．９倍であり、寿命は、比較例の１．２倍であった。なお、トルクは、モータの電流値によって測定された。
【０１０８】
（第２実施形態）
次に、図８を参照しながら、本発明の第２実施形態の上加圧ローラー７０について説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。
【０１０９】
図８は、本発明の第２実施形態の定着装置における、図３の断面に相当する断面を示す図である。本実施形態の内側被覆層７６は、芯金７２のその軸方向における中央部を被覆する中央被覆部７６Ａと、芯金７２のその軸方向における両端部を被覆する両端被覆部７６Ｂとを有している。
【０１１０】
中央被覆部７６Ａの幅（芯金７２の軸方向における長さ）ＷＡは、記録媒体１１０の最大幅Ｄ以上に設定されている。中央被覆部７６Ａの幅ＷＡは、下加圧ローラー８０の弾性層８４の幅ＷＲよりも大きく設定されている。換言すれば、上加圧ローラー７０は、中央被覆部７６Ａの少なくとも一部が芯金７２の径方向について下加圧ローラー８０と重なり、かつ、両端被覆部７６Ｂが芯金７２の径方向について下加圧ローラー８０と重ならない位置に配置されている。
【０１１１】
両端被覆部７６Ｂは、芯金７２の軸方向に中央被覆部７６Ａと接している。本実施形態では、両端被覆部７６Ｂは、高抵抗部７７からなる。両端被覆部７６Ｂは、中央被覆部７６Ａの通気抵抗よりも大きな通気抵抗を有する。つまり、本実施形態では、内側被覆層７６の全体ではなくその一部（両端部）が高抵抗部７７により構成されている。具体的に、両端被覆部７６Ｂのセル径の平均値は、中央被覆部７６Ａのセル径の平均値よりも小さい。中央被覆部７６Ａの通気抵抗は、外側被覆層７８のそれと同じに設定されてもよい。
【０１１２】
なお、両端被覆部７６Ｂの空隙率が、中央被覆部７６Ａの空隙率よりも小さく設定されてもよい。
【０１１３】
あるいは、両端被覆部７６Ｂの発泡率が、中央被覆部７６Ａの発泡率よりも小さく設定されてもよい。この場合において、両端被覆部７６Ｂは、独立発泡材料からなるものであってもよい。
【０１１４】
本実施形態においても、芯金７２の両端部に接続された駆動軸が、付勢部材によって下加圧ローラー８０に向けて付勢されているため、弾性層７４の界面部のうち芯金７２の軸方向における両端部において特に大きなせん断応力が生じる。
【０１１５】
本実施形態では、その両端部を含む両端被覆部７６Ｂが高抵抗部７７により構成されているので、当該両端部の酸化による劣化を抑制することができる。しかも、中央被覆部７６Ａの通気抵抗が両端被覆部７６Ｂの通気抵抗よりも小さい。つまり、中央被覆部７６Ａの硬度が両端被覆部７６Ｂの硬度よりも小さい。このため、第１実施形態に比べて、中央被覆部７６Ａに芯金７２から作用する垂直抵抗の増大が抑制される。これにより、中央被覆部７６Ａの界面部に生じるせん断応力が低減される。よって、上加圧ローラー７０をより長寿命化することができる。
【０１１６】
また、中央被覆部７６Ａの幅ＷＡは、記録媒体１１０の最大幅Ｄ以上に設定されているため、定着ニップ部Ｎを記録媒体１１０が通過する際に、芯金７２の径方向について記録媒体１１０と両端被覆部７６Ｂとが重ならない。このため、高抵抗部７７からなる両端被覆部７６Ｂに対して芯金７２から作用する垂直応力が記録媒体１１０の通過時に増大すること、つまり、高抵抗部７７に生じるせん断応力が記録媒体１１０の通過時に増大することを抑制できる。よって、内側被覆層７６のうち特に大きなせん断応力が生じる両端被覆部７６Ｂに亀裂が発生することをより確実に抑制できる。このため、上加圧ローラー７０をさらに長寿命化できる。
【０１１７】
また、両端被覆部７６Ｂは、芯金７２の径方向について下加圧ローラー８０と重ならない位置に配置されている。すなわち、下加圧ローラー８０に上加圧ローラー７０が押し付けられた状態（定着ニップ部Ｎ）において、芯金７２の径方向について下加圧ローラー８０と両端被覆部７６Ｂとが重ならない。このため、定着ニップ部Ｎにおいて、高抵抗部７７からなる両端被覆部７６Ｂに対して芯金７２から作用する垂直応力が増大すること、つまり、高抵抗部７７に生じるせん断応力が増大することを抑制できる。よって、内側被覆層７６のうち特に大きなせん断応力が生じる両端被覆部７６Ｂに亀裂が発生することをより確実に抑制できる。このため、上加圧ローラー７０をより長寿命化できる。
【０１１８】
なお、上記各実施形態において、加圧ローラーを備える定着装置６０は、種々変更されてもよい。図９および図１０は、定着装置の変形例を概略的に示す図である。
【０１１９】
図９に示されるように、加圧ローラー７０は、定着ベルト６６を介してパッド部材６３に押し付けられる構成でもよい。パッド部材６３は、定着ベルト６６の内周側に配置されており、樹脂材料からなる。定着ベルト６６は、図２に示される加熱ローラー６２と同様の加熱ローラーによって加熱される。パッド部材６３と加圧ローラー７０との間に定着ニップ部Ｎが形成されている。
【０１２０】
あるいは、図１０に示されるように、定着装置は、加圧ローラー７０と、加熱ローラー９０とを備えていてもよい。この例では、加熱ローラー９０は、芯金９２と、弾性層９４と、芯金９２の内側に配置された熱源９６とを有している。この加熱ローラー９０と加圧ローラー７０との間に定着ニップ部Ｎが形成されている。
【０１２１】
また、上記各実施形態において、外側被覆層７８は、複数層で構成されてもよい。
【０１２２】
また、上記各実施形態では、定着装置６０に用いられる加圧ローラーについて説明したが、加圧ローラーが他の部材に圧接された状態で回転するように用いられるのであれば、この加圧ローラーの適用先は、定着装置６０に限られない。
【０１２３】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
この発明は、定着装置および画像形成装置に適用される。
【符号の説明】
【０１２５】
１  画像形成装置、１０  画像読取部、３０  画像処理部、４０  画像形成部、５０  搬送部、６０  定着装置、６２  加熱ローラー  ６４  熱源  ６６  定着ベルト、７０  加圧ローラー、７２  芯金、７４  弾性層、７６  内側被覆層、７６Ａ  中央被覆部、７６Ｂ  両端被覆部、７７  高抵抗部、７８  外側被覆層、８０  加圧回転部材、８２  芯金、８４  弾性層。
【図１】
2020008151.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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