(57)【要約】【課題】定着装置の立ち上がり時間の短縮を可能としながら、定着トナー像の光沢ムラの発生を抑制することの可能な加圧部材、加圧ローラ、加圧部材の製造方法、定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】断熱層２ｄは、熱硬化性樹脂２ｄ１中に３０μｍ以下の孔径を有する空孔２ｄ２が多数、空孔率４５〜６５％となるように散在して形成されている。従って、空孔２ｄ２の断熱層中の空孔率が５０％程度でも容易に０．１Ｗ／ｍＫ以下の低い熱伝導率を有する断熱層２ｄを容易に得ることができる。その結果、この加圧ローラ２と圧接する定着ローラ１からの熱を芯部材２ａに伝熱して放熱することを抑制し、定着ローラ１の発熱を有効に定着用熱量と使用することが可能となり、定着装置の立ち上がり時間を短縮することが可能となる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体層を有する定着用回転体に対して表面に未定着トナー像を有する記録媒体を圧接して当該未定着トナー像を当該記録媒体に定着させる加圧部材において、
前記加圧部材は、基材上に、孔径が３０μｍ以下の空孔を有し、かつ空孔率が４５〜６５％の範囲内に設定された熱硬化性樹脂を主成分とした断熱層を形成したことを特徴とする加圧部材。
【請求項２】
請求項１記載の加圧部材において、
前記空孔は、既発泡粒子によって形成されていることを特徴とする加圧部材。
【請求項３】
請求項１又は２記載の加圧部材において、前記基材が、回転軸を有して回転可能な芯部材であることを特徴とする加圧部材。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の加圧部材において、
前記記録媒体と当接する表面に、フッ素樹脂を含有する離型層を有することを特徴とする加圧部材。
【請求項５】
未硬化樹脂中に前記既発泡粒子を含有させた被膜層を基材上に設け、当該被膜層を所定温度で加熱して前記未硬化樹脂を一次硬化させ、その後に前記所定温度より高温で加熱して２次硬化を行って、断熱層を形成した請求項１乃至３のいずれか１項記載の加圧部材を得ることを特徴とする加圧部材の製造方法。
【請求項６】
未硬化樹脂中に前記既発泡粒子を含有させた被膜層を基材上に設け、当該被膜層を所定温度で加熱して前記未硬化樹脂を一次硬化させ、その後に前記所定温度より高温で加熱して２次硬化を行って断熱層を形成し、更に、前記断熱層上にフッ素樹脂を含有する離型層を接着して請求項４に記載の加圧部材を得ることを特徴とする加圧部材の製造方法。
【請求項７】
加熱される定着用回転体と、当該定着用回転体に対して表面に未定着トナー像を有する記録媒体を圧接して当該未定着トナー像を当該記録媒体に定着させる加圧部材とを備えた定着装置において、
前記加圧部材は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の加圧部材であることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項７記載の定着装置において、
前記定着用回転体は、回転軸を有する芯部材の表面に、炭素繊維と連泡構造の気泡を含むシリコーンゴムを主成分とする弾性体層を形成した定着用回転体であることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
表面に静電潜像を形成する像担持体と、当該像担持体表面の静電潜像にトナーを供給して当該静電潜像をトナー像化する現像装置と、当該像担持体表面のトナー像を記録媒体表面に転写する転写装置と、当該転写装置によって記録媒体表面に転写されたトナー像を加熱、加圧して当該記録媒体表面に当該トナー像を定着させる定着装置とを備えた画像形成装置において、
前記定着装置は、請求項７又は８記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱される定着用回転体に対して表面に未定着トナー像を有する記録媒体を圧接して当該未定着トナー像を当該記録媒体に定着させる加圧部材、加圧部材の製造方法、及び当該加圧部材を備えた定着装置並びに画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子複写機、プリンタ、ファクシミリ、或いはその少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成される画像形成装置においては、例えば転写紙や樹脂シートなどから成る記録媒体に形成された未定着トナー像を加熱、加圧して当該記録媒体上に定着する定着装置が用いられている。かかる定着装置としては、加熱される定着ローラと、加圧ローラとの間に、トナー像を担持した記録媒体を通過させてそのトナー像を当該記録媒体上に定着する定着装置が従来から広く採用されている。
【０００３】
図９は、この形式の定着装置の従来例を示す断面図である。この従来の定着装置においては、図９に示すように、転写紙などの記録媒体Ｐ上に形成された未定着トナー像Ｔを加熱、加圧するために、内部にヒータ３を内蔵した金属製中空円筒状の芯部材１ａの表面に、シリコーンゴムからなる耐熱性の弾性体層１ｂを形成した定着ローラ１が使用されている。また、定着ローラ１に対して記録媒体Ｐを介して押圧する加圧ローラ２は、バネ４等によって定着ローラ１を押圧するようになっている。そして、加圧ローラ２は、金属製芯部材２ａの表面にシリコーンゴムからなる弾性体層２ｂを有しており、この加圧ローラ２の弾性体層２ｂと定着ローラ１の弾性体層１ｂとによって形成される定着ローラ１と加圧ローラ２のニップ部Ｎで記録媒体Ｐを加熱しながら挟圧して、未定着トナー像を溶融、軟化させて記録媒体Ｐの表面に固着（定着）するようになっている。このような弾性体層１ｂを有する定着ローラ１と弾性体層２ｂを有する加圧ローラ２を使用することによって、ニップ部Ｎで未定着トナー像を有する記録媒体Ｐの凹凸表面に追随しながら定着ローラ１と加圧ローラ２の弾性体層が弾性的に変形して、適切に加熱加圧して、良好にトナー像を定着させることが可能となる。
【０００４】
しかしながら、このようなシリコーンゴムからなる弾性体層２ｂを有する加圧ローラ２を使用すると、発熱される定着ローラ１の熱を弾性体層２ｂが吸熱して定着動作開始時に、定着ローラ１の表面温度が所定温度に昇温するまでの立ち上げ時間が長くなり、ユーザーに不便をかける問題がある。このような問題に対処するために、加圧ローラとして、芯部材の表面に、中空ガラスビーズを樹脂又はシリコン系接着剤でバインドした硬質断熱層を形成した加圧ローラを使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、この特許文献１記載の定着装置においては、定着装置の立ち上がり時間の短縮を可能とするものの、硬質断熱層内に中空ガラスビーズを混在させるために、定着時に加圧ローラの微小な硬さ分布が影響して、光沢ムラが発生する問題を招く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、定着装置の立ち上がり時間の短縮を可能としながら、定着トナー像の光沢ムラの発生を抑制することの可能な加圧部材、加圧ローラ、加圧部材の製造方法、定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、弾性体層を有する定着用回転体に対して表面に未定着トナー像を有する記録媒体を圧接して当該未定着トナー像を当該記録媒体に定着させる加圧部材において、前記加圧部材は、基材上に、孔径が３０μｍ以下の空孔を有し、かつ空孔率が４５〜６５％の範囲内に設定された熱硬化性樹脂を主成分とした断熱層を形成したことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の加圧部材において、前記空孔は、既発泡粒子によって形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２記載の加圧部材において、前記基材が、回転軸を有して回転可能な芯部材であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の加圧部材において、前記記録媒体と当接する表面に、フッ素樹脂を含有する離型層を有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５の発明は、未硬化樹脂中に前記既発泡粒子を含有させた被膜層を前記基材上に設け、当該被膜層を所定温度で加熱して前記未硬化樹脂を一次硬化させ、その後に前記所定温度より高温で加熱して２次硬化を行って、断熱層を形成した請求項１乃至３のいずれか１項記載の加圧部材を得ることを特徴とする加圧部材の製造方法としたものである。
【００１２】
また、請求項６の発明は、未硬化樹脂中に前記既発泡粒子を含有させた被膜層を基材上に設け、当該被膜層を所定温度で加熱して前記未硬化樹脂を一次硬化させ、その後に前記所定温度より高温で加熱して２次硬化を行って断熱層を形成し、更に、前記断熱層上にフッ素樹脂を含有する離型層を接着して請求項４に記載の加圧部材を得ることを特徴とする加圧部材の製造方法。
【００１３】
また、請求項７の発明は、加熱される定着用回転体と、当該定着用回転体に対して表面に未定着トナー像を有する記録媒体を圧接して当該未定着トナー像を当該記録媒体に定着させる加圧部材とを備えた定着装置において、前記加圧部材は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の加圧部材であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８の発明は、請求項７記載の定着装置において、前記定着用回転体は、回転軸を有する芯部材の表面に、炭素繊維と連泡構造の気泡を含むシリコーンゴムを主成分とする弾性体層を形成した定着用回転体であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項９の発明は、表面に静電潜像を形成する像担持体と、当該像担持体表面の静電潜像にトナーを供給して当該静電潜像をトナー像化する現像装置と、当該像担持体表面のトナー像を記録媒体表面に転写する転写装置と、当該転写装置によって記録媒体表面に転写されたトナー像を加熱、加圧して当該記録媒体表面に当該トナー像を定着させる定着装置とを備えた画像形成装置において、前記定着装置は、請求項７又は８記載の定着装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、前記加圧部材は、基材上に、熱硬化性樹脂を主成分とした、孔径が３０μｍ以下の空孔を有し、かつ空孔率が４５〜６５％の範囲内に設定された断熱層を形成したことによって、定着装置の立ち上がり時間の短縮を可能としながら、定着トナー像の光沢ムラの発生を抑制することの可能な加圧部材、加圧ローラ、加圧部材の製造方法、定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による一実施形態に係る定着装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部の拡大断面図である。
【図３】図２のＢ部の拡大断面図である。
【図４】従来の気泡が連泡化されていない弾性体層の断面図である。
【図５】図１で示す定着ローラで使用される芯部材の断面図である。
【図６】図５で示す芯部材の周回突部の変形例を示す断面図である。
【図７】図１のＣ部の拡大断面図である。
【図８】本発明による一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図９】従来の定着装置の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明者らは、定着装置の立ち上がり時間の短縮を可能としながら、定着トナー像の光沢ムラの発生を抑制することについて検討の結果、孔径が３０μｍ以下の空孔を有し、かつ空孔率が４５〜６５％の範囲内に設定された熱硬化性樹脂を主成分とした断熱層を基材上に形成した加圧部材を使用したとき、定着装置の立ち上がり時間の短縮を可能としながら、定着トナー像の光沢ムラの発生を抑制することが可能となることを見出した。
【００１９】
即ち、前述の特許文献１に記載された中空ガラスビーズを樹脂中に混入させた硬質断熱層では、良好な断熱効果を発揮することが可能となるものの、空孔を形成する中空ガラスビーズの粒径が１００μｍ以上と比較的大きな孔径を有するので、加圧部材の硬さ分布が広くなり、定着ローラを押圧する加圧力の分布が広くなって定着ローラとのニップ部での記録媒体に対する押圧力が均一にならず光沢ムラが発生することを究明した。このような光沢ムラの発生についてさらなる検討を進めた結果、孔径が３０μｍ以下、特に２０μｍ以上３０μｍ以下の空孔を有する熱硬化性樹脂からなる断熱層とした場合には、空孔を含有させることによる低い熱伝導率を適切に維持して良好な断熱性を有すると共に、加圧部材の硬さ分布がシャープとなり、定着ローラとのニップ部での記録媒体に対する押圧力が均一になって光沢ムラの発生を良好に抑制することが可能となることを見出した。
【００２０】
特に、孔径が３０μｍ以下の空孔が占める断熱層中の体積割合（空孔率）が４５％〜６５％の範囲となるように設定することによって、上記効果を効果的に発揮することができることを究明した。
【００２１】
また、定着ローラとして、芯部材の表面に、炭素繊維を含有して連泡構造の気泡を有するシリコーンゴムを主成分とする弾性体層を形成した定着ローラとする場合には、上記効果をより効果的に発揮することができることを究明した。
【００２２】
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。
【００２３】
図１は、本発明による一実施形態に係る定着装置の概略構成を示す断面図である。図２は、図１のＡ部の拡大断面図である。図３は、図２のＢ部の拡大断面図である。図４は、従来の気泡が連泡化されていない弾性体層の断面図である。図５は、図１で示す定着ローラで使用される芯部材の断面図である。図６は、図５で示す芯部材の周回突部の変形例を示す断面図である。図７は、図１のＣ部の拡大断面図である。
【００２４】
この実施形態に係る定着装置は、定着用回転体である定着ローラ１と、定着ローラ１に対してバネ４等の加圧によって押圧する加圧部材である加圧ローラ２とを備えている。
【００２５】
定着ローラ１は、図１に示すように、図示しない回転軸を有し、内部にヒータ３を内蔵した金属製中空円筒状の芯部材１ａの表面に、連泡化された空孔１ｂ１を有するシリコーンゴムを主成分とした耐熱性の弾性体層１ｂを有している。さらに、この弾性体層１ｂの表面に、テトラフルオロエチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂からなる離型層１ｃが形成されている。そして、弾性体層１ｂには、図２及び図３に示すように、連泡部１ｂ２を介して連泡化された気泡１ｂ３と炭素繊維１ｂ４とが含有されている。このような積層構造の本実施形態の定着ローラ１によれば、図２に示すように、熱源であるヒータ３からの熱が芯部材１ａに伝わり、芯部材１ａからの熱は弾性体層１ｂを経て離型層１ｃに伝わる。よって、この離型層１ｃが記録媒体Ｐ上の未定着トナー像Ｔ１と接触して熱を与えて定着させて定着トナー像Ｔ２を形成することができる。
【００２６】
ここで、図３は、図２のＢ部を拡大した拡大断面図で、弾性体層１ｂにおける連泡構造と炭素繊維の関係を示す図である。なお、連泡部１ｂ２とは、気泡１ｂ３が隣の気泡１ｂ３’と接続しているため、変形の際に気泡１ｂ３中の気体が隣の気泡１ｂ３’に流動できるものをいう。
一方、図４は、従来の単泡構造の気泡１０ｂを有するシリコーンゴム１０ａと炭素繊維１０ｃを含有する弾性体層１０を示す拡大図である。図４に示すように、単泡構造の弾性体層１０は、連泡部がない気泡１０ｂと炭素繊維１０ｃをシリコーンゴム１０ａ中に含んで構成されている。よって、このような従来の単泡構造の気泡を有する弾性体層１０では、空孔間の気体の移動ができず、炭素繊維の剛直性がシリコーンゴムの特性に影響して耐久性が低下する。これに対して、本発明による連泡構造を有する弾性体層１ｂは、定着時に加圧ローラ２によって押圧された際に、気泡１ｂ３が適切に変形可能となってニップ部Ｎにおける記録媒体上にトナー像を適切に挟圧し、良好な耐久性を発揮することができる。
【００２７】
上記の定着ローラの製造は、炭素繊維と既発泡粒子を含み、更に硬化剤を含む未加硫付加型シリコーンゴムを、予め内面に接着層を形成したＰＦＡチューブ１ｃと、内面に０．５ｍｍの凸部補強（以下リブと称す）を設けた金属製芯部材１ａ（芯金）との間に、注入液として注入する。次に、このように、ＰＦＡチューブ１ｃと芯部材１ａとの間に注入された前記未加硫付加型シリコーンゴムを加熱してＰＦＡチューブ１ｃと芯部材１ａとの間に接着、固定して弾性体層１ｂを形成する。このとき、前記既未加硫付加型シリコーンゴム中に混入された既発泡粒子１ｂ３が壊れ、同時に表面に離型剤を含浸させた炭素繊維の周りで離型剤が揮発してシリコーンゴムと離型する。このようにして炭素繊維が効果的にシリコーンゴムと離型して、連泡部１ｂ２を形成するために、予め、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等の離型剤を炭素繊維に含浸させたものを用いる。これらの離型剤は、未加硫付加型シリコーンゴムの硬化時の加熱処理によって炭素繊維の周囲で揮発して適切に連泡部１ｂ２を形成することができる。
【００２８】
また、本実施形態においては、弾性体層１ｂを、上述のように、ＰＦＡチューブ１ｃと芯部材１ａとの間に未加硫付加型シリコーンゴムを含む注入液を注入、固化して形成したが、上記注入液と同様に調製されたシリコーン未架橋液を芯部材１ａを弾性体層を形成する金型内に設置し、金型と芯部材との間に注入して芯部材１ａの表面に所定厚みで弾性体層を形成し、その後、この弾性体層の表面に、ＰＦＡ等のフッ素樹脂の塗布層を形成、または前述のフッ素樹脂チューブにより被覆することによって離型層１ｃを形成するようにしても良い。
【００２９】
ここで、用いられるフッ素樹脂としては、焼成による溶融成膜性のよい、比較的融点の低いもの（好ましくは２５０〜３００℃）が好ましく選択される。具体的には、低分子量ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフロオロエチレン−ヘサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、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（ＰＦＡ）の微粉末が挙げられる。
低分子量ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末は、ルブロンＬ−５、Ｌ−２（以上、ダイキン工業社製）、ＭＰ１１００、ＭＰ１２００、ＭＰ１３００、ＴＬＰ−１０Ｆ−１（以上、三井デュポンフロロケミカル社製）が知られている。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）粉末は、５３２−８０００（デュポン社製）が知られている。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（ＰＦＡ）としては、ＭＰ１０、ＭＰ１０２、（以上、三井デュポンフロロケミカ社製）が知られている。特にＭＦＲ（メルトフローレート）が小さい流動性の低いものとして、ＭＰ１０３、ＭＰ３００（以上、三井デュポンフロロケミカル社製）、ＡＣ−５６００、ＡＣ５５３９（以上、ダイキン工業社製）等が本発明には適している。
【００３０】
また、弾性体層１ｂ中の気泡１ｂ２は、炭素繊維と硬化剤を含む未加硫付加型シリコーンゴムの組成物中に発泡剤や発泡粒子や既発泡粒子を含有させて未加硫付加型シリコーンゴムの加熱硬化時に発泡剤の発泡ないしは、発泡粒子や既発泡粒子の空隙によって形成することができる。この場合、発泡剤としては、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）等、発泡粒子としては、松本油化製薬社製のＦ−３０，Ｆ−３０ＶＳ，Ｆ−４６，Ｆ−５０Ｄ，Ｆ−５５Ｄ等がある。また、既発泡粒子としては、松本油化製薬社製の１００ＣＡ，８０ＣＡ，Ｆ−８０ＥＤ，Ｆ−３０Ｅ，Ｆ−５０Ｅ，Ｆ−８０ＳＤＥ等がある。
【００３１】
炭素繊維には、合成繊維のアクリル長繊維からつくるＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系炭素繊維と、石炭タール、石油ピッチからつくるピッチ系炭素繊維がある。ＰＡＮ系炭素繊維は、ＰＡＮプリカーサー(ポリアクリロニトリル繊維)を炭素化して得られるもので、高強度・高弾性率の性質をもつ。ピッチ系炭素繊維は、ピッチプリカーサー(コールタールまたは石油重質分を原料として得られるピッチ繊維)を炭素化して得られるもので、製法の諸条件で、低弾性率から超高弾性率・高強度の広範囲の性質が得られる。超高弾性率品は、高剛性用途のほか、優れた熱伝導率や導電性の特性がある。本発明においては、ＰＡＮ系及びピッチ系炭素繊維を使用することが可能であるが、高熱伝導率を有するピッチ系炭素繊維が好適である。ピッチ系炭素繊維としては、熱伝導率が５００Ｗ／ｍＫと高いピッチ系の日本グラファイトファイバー社製品名:炭素繊維ミルド品番：ＸＮ−１００−１５Ｍ（１５０ミクロン）等が最適である。これに対し、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維の熱伝導率は、最大で５０Ｗ／ｍＫである。
【００３２】
また、定着ローラ１の芯部材１ａとしては、図５に示すように、金属製のローラ状の芯部材（芯金）を用い、該芯金１ａの厚さが０．５ｍｍ以下０．２５ｍｍ以上であって、芯金の内面に複数の周回凸部１ａ１がローラ芯金１ａに一体に形成されたものが好適である。このような芯金を使用することよって、ローラ芯金１ａの中心に配設されるヒータ３（図１参照）から加熱されるのはまず芯金１ａであるため、この熱容量も重要となる。０．５ｍｍ以下の厚さであれば、１０数秒程度の立ち上げが可能となるが、たわみに対する強度が落ちるため周回凸部１ａ１により補強されたものと組み合わされて速い立ち上げの定着装置を構成できる定着用回転を提供できる。この場合、周回突部１ａ１としては、図６の（Ｂ）〜（Ｄ）に示すような断面形状を有するリブを使用することが可能である。なお、図５中１ａ２は回転軸を示す。
【００３３】
また、上記実施形態においては、加熱された弾性体層を有する定着用回転体として芯部材１ａ内にヒータ３を内蔵した定着ローラ１を使用したが、定着用回転体として、芯部材１ａ内にヒータ３を内蔵せず、ヒータを内蔵した加熱ローラを、弾性体層を有するローラに外接させて弾性体層を加熱する回転体や、ヒータを内蔵する加熱ローラと弾性体層を有するローラとに無端状の加熱ベルトを張架して、加熱ベルトによって加熱される弾性体層を有するローラを有する回転体にも本発明を適用可能である。
【００３４】
次に、本発明による一実施形態に係る加圧ローラについて図１及び図７に基づいて説明する。本実施形態に係る加圧部材である加圧ローラ２は、両端に回転軸２ａ１を有する金属製円筒状の芯部材２ａの表面に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を主成分とした断熱層２ｄを有している。さらに好ましくは、この断熱層２ｄの表面に、図１に示すように、ＰＦＡ等のフッ素樹脂からなる離型層１ｃが形成されている。そして、断熱層２ｄは、図７に示すように、熱硬化性樹脂２ｄ１中に３０μｍ以下の孔径を有する空孔２ｄ２が多数散在して形成されている。従って、熱伝導率の低い熱硬化性樹脂２ｄ１中に孔径が３０μｍ以下の空孔２ｄ２を散在させることによって、空孔２ｄ２の断熱層中の体積占有率（空孔率）が５０％程度でも容易に０．１Ｗ／ｍＫ以下の低い熱伝導率を有する断熱層２ｄを容易に得ることができる。その結果、この加圧ローラ２と圧接する定着ローラ１からの熱を芯部材２ａに伝熱して放熱することを抑制し、定着ローラ１の発熱を有効に定着用熱量と使用することが可能となり、定着装置の立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
【００３５】
このような良好な断熱性は、熱硬化性樹脂２ｄ１中に３０μｍ以下、好ましくは、２０μｍ〜３０μｍの孔径を有する空孔２ｄ２を、４５％〜６５％の空孔率となるように熱硬化性樹脂中に混在させれば充分である。しかも、このような孔径及び空孔率を有する熱硬化性樹脂を主成分とする断熱層２ｄは、前述の定着ローラ１の弾性体層１ｂより硬質であり、定着ローラ１と圧接してもほとんど変形せず、良好な平滑な外周面形状を維持することができる。従って、図１に示すように、加熱される弾性体層１ｂを有する定着ローラ１のニップ部Ｎにおける記録媒体Ｐの表面形状に沿った弾性変形を適切に行わせることによって、記録媒体Ｐ上のトナー像の光沢を向上させるとともに、光沢ムラの発生を抑制することができる。
【００３６】
このような硬質の断熱層２ｄを構成する熱硬化性樹脂としては、加熱される定着ローラ１からの加熱によって変質しにくい熱硬化性樹脂が使用され、好ましくは、１００℃以上の耐熱性を有する熱硬化性樹脂が望ましく、熱硬化性のエポキシ樹脂が好適である。
【００３７】
また、前記孔径の空孔を所定空孔率で断熱層中に形成させるには、前述の発泡剤や発泡粒子及び既発泡粒子を熱硬化性樹脂中に混入させることによって適当になしうる。特に、既発泡粒子を使用する場合には、孔径及び空孔率の制御が容易となるので好適である。
【００３８】
前記孔径及び空孔率の空孔を有する断熱層を形成する場合には、例えば、既発泡粒子と未硬化のエポキシ樹脂を混合し、さらにエポキシ樹脂の硬化剤、硬化促進剤を混合したエポキシ混合物を調製する。続いて、予め内面に接着層を形成したＰＦＡチューブ２ｃと金属製芯部材２ａとを所定間隔を有するようにセットし、ＰＦＡチューブ２ｃと芯部材２ａとの間の間隔内に、前記エポキシ混合物を注入液として注入する。この状態で、エポキシ樹脂を加熱してエポキシ樹脂を硬化させる（１次加熱）。次に、１次加熱より高温で加熱（２次加熱）を行って、断熱層２ｄをＰＦＡチューブ２ｃと芯部材２ａに接着して一体に固定する。このように、１次加熱及び２次加熱を行うことによって、未硬化のエポキシ樹脂の混入されている既発泡粒子が壊れ、エポキシ樹脂中に空孔を生じさせるようになり、前述の所定の特性を有する断熱層２ｄを備えた加圧ローラを確実に製造することができる。
【００３９】
なお、上記実施形態においては、ＰＦＡチューブ２ｃと、芯部材２ａとの間に空隙を形成して、この空隙内に前記エポキシ混合物を注入して断熱層を形成したが、金型を使用し、金型内に芯部材を配置し、前記エポキシ混合物を金型と芯部材との間に注型し、１次加熱及び２次加熱して芯部材２ａ上に断熱層２ｄを形成する。さらに、このように成型された断熱層２ｄの表面に、フッ素系樹脂の塗布層を形成、または、フッ素系樹脂チューブにより被覆することによって離型層２ｃを形成することによっても製造することができる。
【００４０】
以上のように、本実施形態に係る定着装置においては、前述の積層構造の定着ローラ１を使用することによって、図１に示すように、熱源であるヒータ３からの熱が芯部材１ａに伝わり、芯部材１ａからの熱は弾性体層１ｂを経て離型層１ｃに伝わる。よって、この離型層１ｃが記録媒体Ｐ上の未定着トナー像Ｔ１と接触して熱を与えて定着させて定着トナー像Ｔ２を形成することができる。しかも、この場合、加圧ローラ２の断熱性が前述のように、非常に高いため定着装置の立ち上がりを早くすることが可能となる。さらに、硬質断熱性の加圧ローラ２と高熱伝導率低比熱材料を用いた定着ローラ１を用いているために、ニップ部Ｎの出口における記録媒体Ｐは、加圧ローラ２の外周面に沿って搬送され、加熱されている定着ローラ１の外周面に巻付いて搬送ジャムが発生することを抑制することができる。
【００４１】
なお、上記実施形態においては、加圧部材として加圧ローラを例示したが、加圧部材として、複数のローラに張架された無端状の加圧ベルトとすることもできる。
【００４２】
次に、上記定着装置を備えた画像形成装置について、図８に基づいて説明する。図８は、本発明による一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【００４３】
この実施形態に係る画像形成装置１００は、ドラム状の感光体１０１の周りに、帯電器１０２、書込み装置１０３、現像器１０４、転写装置１０５、クリーニング装置１０６を備えている。そして、感光体１０１の表面は、帯電器１０２によって例えば正極に一様に帯電され、このように一様に帯電された感光体１０１の表面に、画像情報に基づく光情報Ｌが書込み装置１０３によって照射されて感光体１０１の表面に静電潜像を形成する。次に、このようにして形成された感光体１０１上の静電潜像に対して現像器１０４から攪拌帯電されたトナーＴが供給されて静電潜像がトナー像となり、このトナー像は転写装置１０５によって記録媒体Ｐに転写される。そして、転写された記録媒体Ｐ上の未定着トナーＴ１は、図１に示すように、前述の定着装置１０７における定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップ部Ｎで未定着トナーＴ１を担持した記録媒体Ｐが搬送されることによって未定着トナーＴ１は記録媒体Ｐに定着される。
【００４４】
このように定着されたトナー像Ｔ２は、前述のように、加熱された弾性体層１ｂを有する定着ローラ１と硬質の断熱層２ｄを有する加圧ローラ２とによって、光沢を有すると共に、光沢ムラの抑制されたものとなる。
【００４５】
次に、本発明について、実施例及び比較例に基づいて具体的に説明する。
【実施例】
【００４６】
（加圧ローラの作製）
〔試験１〕
ジャパンエポキシレジン社製のｊＥＲ８２８２（未硬化エポキシ樹脂）１００質量部に、日本フィライト社製のエクスパンセル４６１ＤＥ（既発泡粒子、概略直径：２０μｍ）を空孔率４０％（比較例１）、４５％（実施例１）、５０％（実施例２）、６５％（実施例３）、７０％（比較例２）、７５％（比較例３）となるような断熱層配合量で混合したものと、日立化成社製の酸無水物ＭＨＡＣ−Ｐ（硬化剤）８６質量部、四国化成社製のイミダゾール２Ｅ４ＭＺ（硬化促進剤）１質量部とを混合した。混合には、倉敷紡績社製のマゼルスターを用いて行った。この混合物を加圧ローラの金型内に加圧ローラの芯部材を配設した注型用金型の間に流し込み、１００℃で２時間３０分加熱し、１次加熱処理を行った。
次に、２５０℃で８時間、２次焼成を行って断熱層を形成し、この断熱層上に３０μｍのＰＦＡチューブを接着し、加圧ローラとした。この場合、加圧ローラの外径は、Φ４０ｍｍで断熱層の厚さは３ｍｍとした。
【００４７】
（定着ローラの作製）
次に、定着ローラについて説明する。硬化剤を含む付加型液状シリコーンの中に、松本油脂製薬社製のＦ−８０ＥＤ（既発泡粒子、概略直径：１００μｍ）と、日本グラファイトファイバー社製のＸＮ−１００−１５Ｍ（１５０μｍ長のピッチ系炭素繊維）の粉体を分散したものを作製する。ＸＮ−１００−１５Ｍは、予め質量比で１／８の量のグリセリンと混合したものを用いた。混合には、倉敷紡績社製のマゼルスターを用いて行った。この未加硫付加型シリコーンゴムを、予め内面に接着層を形成したＰＦＡチューブとその内側に０．５ｍｍ厚みの凸部補強（リブと呼ぶ）を設けた芯金１ａ（図５参照）をセットしその間に、注入液としてＰＦＡチューブと芯金の間に注入する。このときに、１２０℃で加熱して１次加熱を行い、次に、２００℃、４時間加熱して２次加熱を行った。このとき既発泡粒子が壊れ、かつ炭素繊維のまわりがシリコーンゴムと離型して気泡同士が連泡していた。一連の工程で、外径がΦ４０ｍｍ、弾性体層の厚み３ｍｍの定着ローラを作製した。
【００４８】
〔試験２〕
試験１の場合と同様にして、加圧ローラの作製において、試験１における断熱層配合組成のエクスパンセル４６１ＤＥ（既発泡粒子、概略直径：２０μｍ）に代えて、松本油脂製薬社製Ｆ８０ＳＤＥ（既発泡粒子、概略直径：３０μｍ）を使用して空孔率４０％（比較例４）、４５％（実施例４）、５０％（実施例５）、６５％（実施例６）、７０％（比較例５）、７５％（比較例６）となるような断熱層配合量で混合したものとして加圧ローラを作製した。
【００４９】
〔試験３〕
試験１の場合と同様にして、加圧ローラの作製において、試験１における断熱層配合組成のエクスパンセル４６１ＤＥ（既発泡粒子、概略直径：２０μｍ）に代えて、松本油脂製薬社製Ｆ８０ＤＥ（既発泡粒子、概略直径：１００μｍ）を使用して空孔率４０％（比較例７）、４５％（比較例８）、５０％（比較例９）、６５％（比較例１０）、７０％（比較例１１）、７５％（比較例１２）となるような断熱層配合量で混合したものとして加圧ローラを作製した。
【００５０】
これらを、リコー社製複写機（ＭＦ４５７０）の定着ユニットにセットし、１０００Ｗハロゲンヒータによって１６０℃までの温度上昇時間（秒）を測定した。この場合、加圧ローラとしては、前記各実施例及び比較例のものを用いた。温度測定は、定着ローラの上部の部分に熱電対を設けて行った。定着ローラ側の弾性体層の空孔率は、５０％とした。
【００５１】
なお、既発泡粒子の概略直径とは、使用した既発泡粒子の平均粒子径の中心値である。今回使用したものは、松本油脂製薬のＦ８０ＤＥ（平均粒子径：９０〜１１０μｍ）：中心値１００μｍ、松本油脂製薬のＦ８０ＳＤＥ（平均粒子径：２０〜４０μｍ）：中心値３０μｍ、日本フィライト社製のエクスパンセル４６１ＤＥ（平均粒子径：１５〜２５μｍ）：中心値２０μｍである。
【００５２】
（耐久性評価）
耐久性の確認として加速試験を行った。加速試験としては、外径をΦ４０ｍｍで厚さ１ｍｍの中空の加熱ローラ（定着用回転体に相当）を前記加圧ローラに５０Ｎの力をかけ前記中空ローラの中にハロゲンヒータを設け、２００℃に設定し、表面の陥没が発生した時間を測定した。装置は、図示しないが、加圧ローラ側に加圧機構を設け、前記加熱ローラの軸位置は固定とし、加圧ローラの左右の端位置を加圧している方向でその位置をレーザ測長器で測長し、どちらかが、１００μｍ変動した場合を終点時間とした。この装置では、ニップ部はほとんどできないため、圧力としては、通常のニップ圧力（１０Ｎ／ｃｍ２）の１桁程度大きくなる。この測定を２４０時間行った。この時点まで変化の無かったものを○と記述した。
【００５３】
（光沢度評価）
次に光沢ムラの評価として、記録媒体としてリコー社製（Ｔｙｐｅ６２０００、Ａ４転写紙）上に、２０ｍｍ×２０ｍｍの（株）リコー製ｉｍａｇｉｏ ＭＰ Ｃ４５００のマゼンタのベタの未定着トナー像を作成した。この２０ｍｍ×２０ｍｍのベタ画像は、前後、２０ｍｍ間隔でＡ４全体に作成した。この紙を、前記ＭＦ４５７０の定着ユニットに横通し、（横幅いっぱい）コニカミノルタ製光沢度計ＧＭ−６０により６０°の測定を行った。定着温度設定は、１６０℃である。光沢度ムラは、同時にニップ部Ｎを通過した８点の最大値から最小値を引いた値である。
【００５４】
これらの〔試験１〕、〔試験２〕及び〔試験３〕の評価結果を表１〜表３に示す。
【００５５】
【表１】
2010271394.tif 000003
【００５６】
【表２】
2010271394.tif 000004
【００５７】
【表３】
2010271394.tif 000005
【００５８】
上記表１の結果から明らかなように、比較例１で示すものでは、空孔率が４０％と低いために温度上昇時間が２８秒と長く、また、比較例２で示す空孔率が７０％と高いものでは、加速試験で１０４時間と耐久性が悪い。また、比較例３で示す単泡構造の定着ローラを使用したものでは、比較例２のものよりも加速試験が５２時間とさらに耐久性が悪化している。
【００５９】
これに対して、本発明による実施例１〜３のものでは、２０μｍの既発泡粒子を使用し、空孔率が４５％〜６５％の範囲にあるため、温度上昇時間も短く、加速試験も２４０時間以上と良好な耐久性を示す。しかも光沢度も比較例１のものに比べて向上し、光沢度ムラも低減されていることが明らかである。
【００６０】
また、上記表２の結果では、既発泡粒子の径を３０μｍとした場合においても、比較例４〜６のものでは、比較例１〜３と同様に、立ち上げ時間が長くなったり、耐久性が悪い。しかし、空孔率を４５％〜６５％（実施例４〜実施例６）とすることによって、実施例１〜実施例３の場合と同様に、早期立ち上げ、良好な耐久性、良好な光沢度および低い光沢度ムラを示すことが明らかである。
【００６１】
また、上記表３で示すように、空孔率を４５％〜６５％（比較例８〜比較例１０）としても１００μｍの既発泡粒子を使用するので、加速試験における耐久性が悪く、光沢度ムラも発生しやすいことが明らかである。
【００６２】
〔試験４〕
耐久テストの実証のために、上記の実施例２と比較例２の加圧ローラを用い上記ＭＦ４５７０（リコー社製複写機）の複写機の定着ユニットを用いた定着試験機を作製し、リコー社製ｉｍａｇｉｏ ＭＰ Ｃ４５００の未定着画像を通紙した。実施例２では、５００００枚でも問題なかった。しかし、比較例２のものでは、７６５０枚で表面に亀裂が入り画像にその状態が転写された。
【００６３】
〔試験５〕
実施例２の加圧ローラの断熱層作製時におけるエポキシ樹脂の硬化処理を、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃で８時間焼成を１回で行った。この場合、加圧ローラの断熱層に代えて、厚さ２ｍｍで１００ｍｍ×１００ｍｍのサンプルを作製し、このサンプルの空孔率をもとめた。結果、上記処理温度順に、５０％、４５％、２０％、１０％と既発泡粒子の破壊により、空孔率が小さくなっていった。また、光学顕微鏡での観察で、既発泡粒子の破壊がみられ、より大きな空孔になっているのが観察された。
【００６４】
また、実施例２の加圧ローラの断熱層作製時におけるエポキシ樹脂のサンプルの硬化処理について、１００℃の１次焼成のみで、前記加速試験を行うと、２４時間程度で終点時間となり、耐久性が低下することが判明した。
【符号の説明】
【００６５】
１                定着ローラ
１ａ              芯部材（芯金）
１ｂ              弾性体層
１ｂ１            空孔
１ｂ２            連泡部
１ｂ３            気泡
１ｂ４            炭素繊維
１ｃ              離型層
２                加圧ローラ
２ａ              芯部材
２ｃ              離型層
２ｄ              断熱層
２ｄ１            エポキシ樹脂
２ｄ２            空孔
３                ヒータ
４                バネ
１０１            感光体
１０２            帯電器
１０３            書込み装置
１０４            現像器
１０５            転写装置
１０６            クリーニング装置
１０７            定着装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６６】
【特許文献１】特開２００６−２８５００６号公報
【図１】
2010271394.tif 000006
【図２】
2010271394.tif 000007
【図３】
2010271394.tif 000008
【図４】
2010271394.tif 000009
【図５】
2010271394.tif 000010
【図６】
2010271394.tif 000011
【図７】
2010271394.tif 000012
【図８】
2010271394.tif 000013
【図９】
2010271394.tif 000014