(57)【要約】【課題】  弾性ローラの回転時に発生する応力集中による、弾性層自体の破壊を抑制する。【解決手段】芯金の外周に内周側弾性層と外周側弾性層を設けた弾性ローラにおいて、内周側弾性層と外周側弾性層の界面形状を凹凸状とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金の外周に設けた内周側弾性層と、該内周側弾性層の外周に設けた外周側弾性層を有する弾性ローラであって、該内周側弾性層と該外周側弾性層の界面形状が凹凸状になっていることを特徴とする弾性ローラ。
【請求項２】
該内周側弾性層の引張強度が、該外周側弾性層より高いことを特徴とする、請求項１に記載の弾性ローラ。
【請求項３】
該内周側弾性層の表面に凸部が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の弾性ローラ。
【請求項４】
該凸部は、該弾性ローラの半径方向断面図を見た際に、該内周側弾性層の表面に円周方向に複数並ぶよう設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の弾性ローラ。
【請求項５】
該凸部の高さｈは、該凸部の幅ｗ以上であることを特徴とする、請求項３または４に記載の弾性ローラ。
【請求項６】
該凸部の高さｈは、該凸部の幅ｗの２倍以上であることを特徴とする、請求項５に記載の弾性ローラ。
【請求項７】
該凸部は、一定のピッチｐで均等に該内周側弾性層の表面に設けられていることを特徴とする、請求項３〜６の何れか一項に記載の弾性ローラ。
【請求項８】
ピッチｐは、該凸部の幅ｗの２倍以下であることを特徴とする、請求項７に記載の弾性ローラ。
【請求項９】
ピッチｐは、該凸部の幅ｗの１．２５倍以上であることを特徴とする、請求項８に記載の弾性ローラ。
【請求項１０】
該凸部は、該弾性ローラの半径方向断面図を見た際に、底辺から頂点に向かって先細りとなる略テーパー形状となっていることを特徴とする、請求項３〜９の何れか一項に記載の弾性ローラ。
【請求項１１】
該凸部は、該弾性ローラの半径方向断面図を見た際に、インボリュート曲線を描いている部分を有することを特徴とする、請求項３または４に記載の弾性ローラ。
【請求項１２】
該凸部が、インボリュート歯状に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の弾性ローラ。
【請求項１３】
該内周側弾性層は、芯金上に弾性材料で形成された管状体を被覆することで形成されていることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載の弾性ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機、ファクシミリ、あるいはプリンタ等の画像形成装置において、転写紙などの転写材上に転写されたトナー画像を加熱により定着する定着部に用いられる弾性ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
トナー像を転写材上に定着させる定着装置として、加熱定着ローラと加圧ローラとの間に転写材を通して定着させる、ローラ定着式の定着装置が一般に広く用いられている。
加えて近年では、ヒータを内蔵した加熱ローラ（ヒートローラ）と定着ローラ、これらのローラに張架されるエンドレスの定着ベルト、及び加圧ローラからなるベルト定着方式の定着装置も、盛んに使用されるようになって来ている。
【０００３】
このような定着装置への要求事項として、ウォーミングアップ時間の短縮、動作速度の高速化、消費エネルギーの削減等が挙げられる。
消費エネルギーを低減させる方法としては、ローラが円滑に回転するように定着装置を構成し、回転動作に要するエネルギーを低減させる方法がある。
【０００４】
ローラの円滑な回転を促す方法として、特許文献１がある。特許文献１では、周波数１０Ｈｚ、温度２３℃での損失係数（ｔａｎδ）が０．１５以下であるスポンジ状シリコーンゴムをローラの弾性層に使用することで、ローラの回転抵抗を低減させ、大きな力を要することなくロールを回転させている。
【０００５】
しかしながら、ｔａnδを小さくする方法は、弾性層の強度を確保する視点においては、必ずしも好ましくない方法である。特許文献１に弾性層の引張強さが５ＭＰａを超えると、ｔａｎδを０．１５以下とするのが困難になることがあると記載されているように、一般的に弾性層の引張強さの上昇に伴って、ｔａｎδも上昇する傾向にある。
【０００６】
このため、ローラの使用環境上、弾性層の引張強さを高める必要がある場合は、ｔａｎδも高くなり、ローラの回転抵抗が増大してしまう傾向にある。
【０００７】
弾性層の引張強さが求められる場面としては、ニップ幅を大きくするためにローラへの荷重値を上げる場面が存在する。定着装置の動作時には、荷重が掛かった状態でローラが回転するため、ローラの回転時には最も変形が起きやすく、図１に示したような応力集中が発生し、最終的に弾性層自体が破壊されてしまう事態もある。
この応力集中はローラの回転軸に近いほど大きくなるため、特に弾性層の芯金近傍で破壊が起きやすく、弾性層はこの応力集中に耐え得る強度が要求される。
【０００８】
ローラの弾性層が芯金近傍で破壊されやすい場合は、特許文献２、本願の出願人が既に出願している特許文献３に記載のように、弾性層を２層構造とし、芯金近傍に位置する内周側弾性層を、外周側弾性層より破壊されにくい構成として、破壊を抑制する方法が採られることがある。
しかしながら、このような構成は、応力集中による内周側弾性層と外周側弾性層の界面付近における外周側弾性層の破壊、あるいは界面剥離による内周側弾性層と外周側弾性層の位置ずれと言った問題が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１３９８３６号公報
【特許文献２】特開２０１５−５２７５６号公報
【特許文献３】特願２０１６−１００２００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、定着装置の定着ローラや加圧ローラとして使用される、芯金上に弾性層が設けられた弾性ローラにおいて、定着動作時に発生する応力集中による、弾性層の破壊を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、弾性層の破壊を抑制する方法を鋭意検討した結果、弾性ローラの回転時に応力集中が発生し、弾性層に応力が連続的に掛かることが弾性層の破壊に繋がることを突き止め、応力集中の影響を複数の弾性層へ分散させることで弾性層への負荷を低減させ、上記の課題を解決するに至った。
【００１２】
本発明は、定着装置に使用される弾性ローラであって、芯金の外周に設けた内周側弾性層と、内周側弾性層の外周に設けた外周側弾性層を有し、内周側弾性層と外周側弾性層の界面形状が凹凸状になっていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の具体的な構成は、内周側弾性層の表面に凸部が設けられることによって、内周側弾性層と外周側弾性層の界面形状が凹凸状になっていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のより具体的な構成は、弾性ローラの半径方向断面図を見た際に、内周側弾性層の表面に凸部が円周方向に複数並ぶよう設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記の構成を採る本発明によれば、以下のような顕著な作用・効果が奏される。
（ａ）内周側弾性層と外周側弾性層の界面形状を凹凸状にすることで、弾性層の界面近傍に発生する応力集中が分散し、弾性層への負荷が減少して破壊・位置ずれが抑制される。
（ｂ）弾性層の界面形状によって破壊抑制効果が得られるため、材料強度等の問題で使用が控えられていた材料を弾性層に使用することができ、使用できる材料の幅が広がり、弾性ローラの設計の自由度が増す。
（ｃ）その結果、回転抵抗に優れるが強度面の問題があるｔａｎδの小さい材料などを外周側弾性層に使用することができ、定着装置の消費エネルギーの削減といった、定着装置が有する課題の解決に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】弾性ローラに発生する応力集中の概念図である
【図２】本発明の弾性ローラの基本的構成の軸方向断面図である。
【図３】本発明の弾性ローラの基本的構成の半径方向断面図である。
【図４】内周側弾性層に凸部を設けた本発明の図である。
【図５】図４に示した内周側弾性層の全体図である。
【図６】凸部の形状の例である。
【図７】凸部の寸法の説明図である。
【図８】インボリュート歯状の凸部の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について図２、３を参照しながら説明する。
図２、３では、本発明の弾性ローラ４の基本的構成を示し、１は芯金、２ａは芯金１の外周に設けられた内周側弾性層、２ｂは内周側弾性層２ａの外周に設けられた外周側弾性層である。
本発明で特徴的なことは、内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂの界面形状を凹凸状にしたことである。
以下の説明は、本発明の弾性ローラ４を加圧ローラとして使用する場合を想定して述べるが、本発明の弾性ローラ４の用途は加圧ローラのみに限定されない。
【００１８】
弾性ローラ４と定着ローラ、もしくは定着ベルトとでニップ部を形成した定着装置において定着動作を行う際、弾性ローラ４の表面に抵抗が発生した状態で、弾性ローラ４が回転する。この際、弾性層２に応力集中が発生する。
この応力集中は芯金１に近づくほど、言い換えると、弾性ローラ４の回転軸からの半径方向の距離が短いほど大きくなる。発生する応力が弾性層２の強度を越えると、弾性層２の部分的な破壊が始まる。この破壊が進行すると。状況によっては弾性層２全体が破壊される事態に至ることもある。
【００１９】
この応力集中は、内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂの界面付近にも発生する。
この界面は内周側弾性層２ａよりは芯金１から離れているため、内周側弾性層２ａに発生する応力集中と比較すると小さくなっているとは言え、界面付近にも弾性ローラ４の回転時に強い応力集中が発生し、外周側弾性層２ｂが破壊される場合もある。
【００２０】
また、外周側弾性層２ｂの破壊に至らなくても、密着状態にある内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂとの界面が剥離して、内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂの位置ずれという形で弾性ローラが破壊される場合も存在する。
これは、内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂに発生する応力の大きさの差が存在するため、内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂとの位置ずれを起こす力が働き、この力に耐えられなくなると、両者の界面が剥離してしまう。
【００２１】
内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂの界面を凹凸形状とすることで、界面近傍における外周側弾性層２ｂの破壊、及び界面の剥離を抑制することができる。
界面を凹凸形状にすることで、界面は内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂとが交互に存在する状態となる。凹凸形状は規則的な形状、不規則な形状、何れも利用可能である。
【００２２】
通常、内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂを設ける際は、それぞれの弾性層の硬度、強度といった特性を変化させて設けることになる。
特性が異なる弾性層が交互に存在することで、応力集中の影響がそれぞれの弾性層へ分散され、一方の層に対する集中的な応力の発生を抑制することができ、結果として弾性層の破壊を抑制することができる。
【００２３】
加えて、界面において内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂとが交互に存在することで、弾性層の位置ずれを起こすような応力が発生しても、内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂとがお互いに位置ずれを規制するため、界面剥離が抑制される。
【００２４】
内周側弾性層２aとしては、応力集中に対する耐久性に優れた材料、すなわち力学的強度に優れた材料を使用するのが好ましい。具体的には引張強度、引裂強度、耐荷重、伸びと言った力学的強度に関する物性値が、応力集中に耐え得る程度に高い材料を使用すれば良い。
【００２５】
本発明においては、応力集中によって内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂの界面が引っ張られる現象が発生するため、内周側弾性層２ａの引張強度を、外周側弾性層２ｂの引張強度より高くするのが特に好ましい。
【００２６】
内周側弾性層２ａの引張強度を、外周側弾性層２ｂの引張強度より高くするためには、通常は内周側弾性層２ａに使用する材料の引張強度を、外周側弾性層２ｂに使用する材料の引張強度より高いものとすれば良いが、他の手段を用いても良い。
例えば、外周側弾性層２ｂに使用する材料として、内周側弾性層２ａに使用する材料以上の引張強度を有する材料を使用し、外周側弾性層２ｂをスポンジ状に形成するなどして、最終的な外周側弾性層２ｂの引張強度を内周側弾性層２ａよりも小さくすると言った手段も選択できる。
【００２７】
外周側弾性層２ｂは、ローラの回転抵抗を低減させるためにｔａｎδが小さい材料を使用する、硬度を下げるためにスポンジ状に形成するなど、所望するローラの性能に応じた材料、構成で形成すれば良い。
【００２８】
界面の凹凸の設け方は、図２のように、弾性ローラ４の軸方向断面図を見た際に凹凸が確認できる設け方、あるいは、図３のように、弾性ローラ４の半径方向断面図を見た際に凹凸が確認できる設け方を選択すればよく、軸方向断面図、半径方向断面図の両方において凹凸が確認できる設け方でも良い。
【００２９】
図１に示したように、応力集中は弾性ローラ４の半径方向断面図を見た際に、その円周方向に沿って発生することを考慮すると、本発明における特に好ましい凹凸の設け方は、図３のように弾性ローラ４の半径方向断面図を見た際に凹凸が確認できる設け方である。
【００３０】
界面を凹凸にする方法としては、（Ａ）表面に凸部、あるいは凹部を設けた内周側弾性層２ａを形成し、その外周に外周側弾性層２ｂを形成する方法、（Ｂ）内周面に凸部、あるいは凹部を設けた外周側弾性層２ｂを形成し、その内周に内周側弾性層２ａを設ける方法、が挙げられ、これらの方法を適宜選択して使用すれば良い。
【００３１】
実際に弾性ローラ４を製造する場面においては、内周側弾性層２ａに凸部を設けることで界面を凹凸にする方法が、作業の簡便さの面で好適な方法である。
【００３２】
内周側弾性層２ａの表面に凸部を設ける際は、図４、５に示したように、弾性ローラ４の半径方向断面図を見た際に、内周側弾性層２ａの表面に円周方向に複数並ぶよう凸部５を設けるのが好ましい。
このように凸部５を設けることで、応力集中の発生する方向に沿って内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂとを交互に存在させることができ、破壊抑制効果を向上させることができる。
【００３３】
凸部５の形状は、図６に示したような、（Ａ）矩形、（Ｂ）矩形凸部の先端を半円形にした略楕円形状、（Ｃ）三角形、（Ｄ）三角形の頂点にＲを設けたものなど適宜選択して利用できる。
図６に示した形状以外では、半円形を単体で設けたもの、矩形凸部の先端を三角形に形成したものも利用できる。
【００３４】
本発明においては、凸部５を設けるピッチｐ、及び凸部５の幅ｗ、高さｈを適切に設定することで、破壊抑制効果をより一層向上させることができる。
以下、ピッチｐ、幅ｗ、高さｈの定義を述べる（図７参照）。
【００３５】
ピッチｐは、隣り合う凸部５の頂点間の距離に相当するものであり、凸部５の頂点から内周側弾性層２ａの表面に対して垂線を下ろし、垂線の足の間の円弧の長さをピッチｐとする。また、垂線の長さを高さｈとする。
【００３６】
特に断りが無い限り、ピッチｐは各凸部５間で均一であるものとする。また、凸部５の形状が矩形であるなど、頂点が明確でない場合は、幅ｗの中心線上に頂点があるものとして扱う。
【００３７】
また、内周側弾性層２ａの外径は、凸部５の高さｈは含まないものとして扱い、外周側弾性層２ｂの内径は内周側弾性層２ａの外径に等しいものとする。各層の肉厚はこの径を基準に定義する。
【００３８】
幅ｗは、凸部５の形状に関係なく、凸部５の最大幅を用い、通常は図７に示したように凸部５の底辺の長さを幅ｗとして扱う。
【００３９】
本発明においては、ピッチｐは幅ｗの２倍以下であることが好ましい。
ピッチｐが幅ｗの２倍以下であることで、内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂの界面において、両者が円周方向に沿って高頻度で入れ替わり、発生した応力集中が一方の弾性層に偏ることを抑制でき、破壊抑制効果、剥離抑制効果が向上する。
【００４０】
また、幅ｗはピッチｐの８０％以下、すなわち、ピッチｐは幅ｗの１．２５倍以上であることが好ましい。ピッチｐに対して幅ｗが占める値が大きいと、内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂの界面において外周側弾性層２ｂの出現頻度が低下し、発生した応力集中が内周側弾性層２ａに偏りがちとなる。
【００４１】
加えて、本発明においては、高さｈは幅ｗ以上であることが好ましい。高さｈが幅ｗ以上であることで、内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂの界面において、両者の噛み合いが強固になるとともに、応力集中の発生を受け止める凸部５の側面部分の面積が増加するため、破壊抑制効果、剥離抑制効果が向上する。
【００４２】
より好ましくは、凸部５の高さｈは幅ｗの２倍以上とするのが好ましい。高さｈを幅ｗの２倍以上とすることで、破壊抑制効果、剥離抑制効果をより一層向上させることができる。
【００４３】
高さｈの上限は特に限定されないが、凸部５の間に外周側弾性層２ｂとなる材料を確実に充填させる観点から、凸部５の高さｈは幅ｗの３倍程度に留めるのが好ましい。
【００４４】
また、本発明において特に好ましい凸部５の形状は、図６（Ｃ）、（Ｄ）に示したような、弾性ローラの半径方向断面図を見た際に、底辺から頂点に向かって先細りとなる略テーパー形状である。
【００４５】
このような略テーパー形状は、底辺の幅が広く、内周側弾性層２ａに対して強固に設けられるとともに、頂点付近は細く、底辺付近と比較して変形しやすいため、過度な応力集中が発生した際は頂点付近が変形することで、応力集中を緩和することできる。
【００４６】
さらに、本発明において特に好ましい凸部５の他の形状として、弾性ローラの半径方向断面図を見た際に、インボリュート歯状となっているものが挙げられる。
インボリュート歯状とは、所謂インボリュート歯車に使用される歯形を模したものである。
【００４７】
典型的なインボリュート歯車の歯形の形状を図８に示す。
インボリュート歯車はインボリュート曲線６を歯形に使用することで、歯車同士の噛み合いが滑らかになり、歯への負担が軽減され、結果的に歯の耐久性が向上する。
このインボリュート歯形を模した形状を凸部５に採用することで、破壊抑制効果をより一層向上させることができる。
【００４８】
本発明の凸部５においては、必ずしもインボリュート歯形を完全に再現する必要はなく、弾性ローラの半径方向断面図を見た際に、インボリュート曲線を描いている部分を有した形状、すわわち、凸部５の輪郭が部分的にインボリュート曲線６となっているものでも良い。
【００４９】
インボリュート歯形の寸法は、所望する弾性ローラの外径や、必要な強度に合わせて、インボリュート歯車の設計方法に基づいて決定される。
具体的には、モジュール、歯数、歯底円直径と言った、インボリュート歯車を設計する際に用いる指標を適宜選択し、決定される。
また、インボリュート歯車の設計において重要視される圧力角は、通常は一般的な２０°を選択すればよいが、これに限定されるものではなく、インボリュート歯形を再現する範囲で変えても良い。例えば、特殊な圧力角とされる１４．５°、１７．５°などを使用しても良い。
【００５０】
内周側弾性層２ａの肉厚は、弾性層２全体の肉厚の５０％未満とするのが好ましい。この構造にすることによって、外周側弾性層２ｂの肉厚が内周側弾性層２ａの肉厚より厚くなり、弾性ローラ４の特性は、外周側弾性層２ｂによって発現する特性が支配的になる。
【００５１】
加えて、内周側弾性層２ａの肉厚と凸部５の高さｈの合計を、弾性層２全体の肉厚の５０％未満とするのが好ましい。
この構造にすることによって、弾性ローラ４の特性は、外周側弾性層２ｂによって発現する特性がより支配的になる。
【００５２】
内周側弾性層２ａに凸部５を設ける方法の１つとしては、所望する凸部付き内周側弾性層の形状に対応する金型を準備し、芯金１が挿入された金型を直立させた状態で内周側弾性層２ａとなる材料を注入し、所定の温度、時間で材料を硬化させる方法がある。
【００５３】
内周側弾性層２ａに凸部５を設ける他の方法の１つとしては、押出成型にて、図５に示したような凸部５を有する管状体を形成し、これを芯金１に被覆する方法がある。
【００５４】
後者の方法は、管状体を押出成型して得ることができるため、製造効率の面で好ましい方法である。
【００５５】
上記のように芯金１上に内周側弾性層２ａを設けたものを準備し、これを別の金型に挿入し、金型を直立させた状態で外周側弾性層２ｂとなる材料を注入し、所定の温度、時間で材料を硬化させて外周側弾性層２ｂを形成する。
【００５６】
芯金１の材料としては、アルミニウム、鉄など、本発明のような弾性ローラに広く使用されている芯金材料を適宜選択して使用すれば良い。
【００５７】
弾性層２の材料としては、本発明のような弾性ローラに広く使用されているシリコーンゴムの中から、所望する特性に合わせて適宜選択して使用すれば良く、必要に応じてスポンジ状に形成するなどしても良い。
【００５８】
弾性層２をスポンジ状に形成する場合は、（１）ミラブル型シリコーンゴムに加熱発泡剤を混合し、ゴムを架橋させる段階で発泡剤を分解ガス化させ、気泡を発生させてスポンジ化する方法、（２）中空フィラーを使用する方法、（３）水を含有する吸水性ポリマーを液状シリコーンゴムに混合し、水を蒸発させて空洞を形成する方法、（４）水と乳化剤を液状シリコーンゴムに混合し、ゴム中に水を分散させた後、水を蒸発させて空洞を形成する方法、など、従来知られているシリコーンゴムのスポンジ化方法を適宜選択して使用すれば良い。
【００５９】
本発明では必要に応じ、弾性層２の外周に離型層３を設けても良い。離型層３の材料は、フッ素樹脂、シリコーン樹脂など、離型層の材料として知られているものを適宜選択して使用すれば良い。離型層３の形成方法も、チューブ状に成形したものを弾性層２上に被覆する、あるいは液状にしたものを弾性層２上にコーティングするなど、離型層の形成方法として知られているものを適宜選択して使用すれば良い。
なお、図２〜４は離型層３を設けた場合の図である。
【００６０】
本発明においては、芯金１を含めた各層間の固定強度を上げるために、プライマー、ＲＴＶゴム接着剤等を適宜併用しても良い。
【実施例】
【００６１】
以下に、本発明を利用した弾性ローラの実施例について述べる。
【００６２】
［実施例１］
芯金１として、長さ３８０ｍｍ、外径φ２２ｍｍの鉄棒を使用する。
【００６３】
内周側弾性層２ａとして、未加硫のシリコーンゴムに加硫剤、顔料を所定の量添加したシリコーンゴム材料をソリッド状の管状体に押出成形し、その後、所定の条件にて加熱・加硫して、長さ３１５ｍｍにカットしたものを準備する。内周側弾性層２ａの引張強度は６ＭＰａとした。
【００６４】
内周側弾性層２ａには内径φ２２ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの管状体の表面に、図６（Ｂ）に示したような、略楕円状の凸部５を設ける。
凸部５の具体的な寸法は、幅１ｍｍ、高さ０．５ｍｍの矩形部と半径０．５ｍｍの半円部を組み合わせ、幅ｗを１ｍｍ、高さｈを１ｍｍとした。すなわち、幅ｗと高さｈは等しい。
凸部５は弾性ローラ４の軸方向に沿って一直線状に伸びるように、内周側弾性層２ａの円周方向に一定のピッチで４０個設け、ピッチｐを約１．８ｍｍとした。
【００６５】
略楕円状の凸部５は、内周側弾性層２ａとなるシリコーンゴム材料をソリッド状の管状体に押出成形する際に、対応する形状の金型を使用することにより、押出成型時に管状体と一体成型して設けた。
【００６６】
芯金１上にＲＴＶゴム接着剤を塗布した後、作成した内周側弾性層２ａを、長さ方向の中心が芯金１の長さ方向の中心と一致するように被覆し、所定の条件にて接着剤を加熱硬化させ、内周側弾性層２ａの固定を完了した。
【００６７】
内周側弾性層２ａを固定した芯金１を金型に挿入し、金型を直立させた状態で外周側弾性層２ｂとなる材料を注入する。
最内周側弾性層２ａを固定した芯金１を金型に挿入し、金型を直立させた状態で外周側弾性層２ｂとなる材料を注入する。
外周側弾性層２ｂの材料には、第１の液状シリコーンベースポリマーに乳化剤、水、硬化触媒を添加した第１組成物に、第２の液状シリコーンベースポリマーに乳化剤、水、架橋剤を添加した第２組成物を配合し、攪拌脱泡させた配合材料を使用した。
配合材料を注入後、所定の条件にて加熱・加硫を行い、水を蒸発させて、スポンジ状の外周側弾性層２ｂを形成した。
外周側弾性層２ｂの外径はφ３２ｍｍに設定した。すなわち、外周側弾性層２ｂの肉厚は、計算上４．５ｍｍとなる。外周側弾性層２ｂの引張強度は１ＭＰａとした。
【００６８】
［実施例２］
芯金１、使用するシリコーンゴム、製造方法は実施例１と同一のまま、内周側弾性層２ａの形状、寸法を以下のように変更した。
【００６９】
内周側弾性層２ａには内径φ２２ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの管状体の表面に、図６（Ｄ）に示したような、略テーパー形状の凸部５を設ける。引張強度は実施例１と同じく６Ｍｐａとした。
凸部５の具体的な寸法は、底辺の幅を１ｍｍ、高さｈを１ｍｍ、先端部を半径０．３ｍｍの半円状とした。すなわち、幅ｗと高さｈは等しい。
凸部５は弾性ローラ４の軸方向に沿って一直線状に伸びるように、内周側弾性層２ａの円周方向に一定のピッチで４０個設け、ピッチｐを約１．８ｍｍとした。
【００７０】
外周側弾性層２ｂは実施例１と同じく、外径はφ３２ｍｍ、計算上の肉厚は４．５ｍｍ、引張強度は１ＭＰａとした。
【００７１】
［実施例３］
芯金１、使用するシリコーンゴム、製造方法は実施例１と同一のまま、内周側弾性層２ａの形状、寸法を以下のように変更した。
【００７２】
内周側弾性層２ａには内径φ２２ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの管状体の表面に、図６（Ｂ）に示したような、略楕円状の凸部５を設ける。引張強度は実施例１と同じく６Ｍｐａとした。
凸部５の具体的な寸法は、幅１ｍｍ、高さ１．５ｍｍの矩形部と半径０．５ｍｍの半円部を組み合わせ、幅ｗを１ｍｍ、高さｈを２ｍｍとした。すなわち、高さｈは幅ｗの２倍である。
凸部５は弾性ローラ４の軸方向に沿って一直線状に伸びるように、内周側弾性層２ａの円周方向に一定のピッチで４０個設け、ピッチｐを約１．８ｍｍとした。
【００７３】
外周側弾性層２ｂは実施例１と同じく、外径はφ３２ｍｍ、計算上の肉厚は４．５ｍｍ、引張強度は１ＭＰａとした。
【００７４】
［実施例４］
芯金１、使用するシリコーンゴム、製造方法は実施例１と同一のまま、内周側弾性層２ａの形状、寸法を以下のように変更した。
【００７５】
内周側弾性層２ａに図８に示したような、インボリュート歯状の凸部５を設ける。引張強度は実施例１と同じく６ＭＰａとした。
【００７６】
凸部５はモジュール０．５のインボリュート歯車の歯形を模したものとする。外径φ２２ｍｍの芯金１に被覆することを考慮して、歯底円直径がφ２１．３ｍｍとなる歯数４５を選択し、内径φ２０．３ｍｍ、凸部５を除いた内周側弾性層２ａの肉厚を０．５ｍｍとした。
内周側弾性層２ａの内径φ２０．３ｍｍは、芯金１の外径φ２２ｍｍよりも小さいが、内周側弾性層２ａを弾性変形して拡径することで、容易に芯金１に被覆することができる範囲の内径である。
【００７７】
モジュール０．５、歯数４５のインボリュート歯車は通常、円ピッチ１．５７ｍｍ、全歯たけ１．１２５ｍｍ、圧力角２０°の歯を有し、実施例４の内周側弾性層２ａに設けられる凸部５もこれに準じた形状、寸法を有する。
【００７８】
上記の形状、寸法に応じた金型で、インボリュート歯状の凸部５を有する管状体として内周側弾性層２ａを押出成型したところ、内径φ２０ｍｍ、肉厚０．８ｍｍの管状体に、底部の幅ｗが１．２ｍｍ、頂部の幅が０．３ｍｍ、高さｈが０．９ｍｍとなっている凸部５が、一定のピッチで４５個並んだ内周側弾性層２ａが得られた。
【００７９】
得られた凸部５の圧力角を測定したところ、約２８°であり、他の寸法も含めて理想的なインボリュート歯状から形状、寸法が崩れた凸部５となったが、内周側弾性層２ａの半径方向断面図を見た際に、凸部５の輪郭が部分的にインボリュート曲線を描いていたため、凸部５は概ねインボリュート歯状を再現できていると判断し、この内周側弾性層２ａを使用して弾性ローラを作成した。
【００８０】
外周側弾性層２ｂは実施例１と同じく、外径はφ３２ｍｍ、計算上の肉厚は４．５ｍｍ、引張強度は１ＭＰａとした。
【００８１】
［比較例］
比較例として、芯金１、使用するシリコーンゴム、製造方法は実施例１と同一のまま、実施例１から内周側弾性層２ａの凸部５を削除した弾性ローラを準備した。
すなわち、内径φ２２ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの内周側弾性層２ａの外周に、外径φ３２ｍｍ、肉厚４．５ｍｍの外周側弾性層２ｂを設けた態様となる。
【００８２】
以上のように作成した実施例１〜３、及び比較例の弾性ローラの耐久試験を行った。
耐久試験の方法は、弾性ローラを２００℃に加熱し、表面に７００Ｎの荷重を加えた状態で、周速３６０ｍｍ／秒で回転させ、時間経過に伴う弾性ローラの変化を観察した。
【００８３】
比較例の弾性ローラについては、試験開始から１５時間経過後に、内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂの界面付近において、外周側弾性層２ｂが破壊され、弾性ローラとして十分に機能しなくなった。
【００８４】
内周側弾性層２ａの表面に、幅ｗと高さｈが等しい略楕円状の凸部５を設けた実施例１の弾性ローラについては、試験開始から１５時間経過の時点では目立った変化がなく、試験開始から２５時間経過後に内周側弾性層２ａの内周面付近が破壊された。
この結果から、芯金１上に凸部５を有する内周側弾性層２ａを設けることで弾性ローラの耐久性が向上することが確認できた。
【００８５】
内周側弾性層２ａの表面に、幅ｗと高さｈが等しい略テーパー形状の凸部５を設けた実施例２の弾性ローラについては、試験開始から２５時間経過の時点では目立った変化がなく、試験開始から５０時間経過後に内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂの界面に剥離が発生した。弾性層自体は破壊されていないものの、界面剥離をもって弾性ローラが破壊されたものと判断した。
この結果から、凸部５の形状を略テーパー形状とすることで、弾性ローラの耐久性がより向上することが確認できた。
【００８６】
内周側弾性層２ａの表面に、高さｈが幅ｗの２倍となっている略楕円状の凸部５を設けた実施例３の弾性ローラについては、試験開始から５０時間経過の時点では目立った変化がなく、試験開始から２３０時間経過後においても目立った変化は観察されなかった。
この結果から、凸部５の高さｈを幅ｗの２倍以上とすることで、弾性ローラの耐久性が著しく向上することが確認できた。
【００８７】
インボリュート歯状の凸部５を設けた実施例４の弾性ローラについては、試験開始から５０時間経過の時点では目立った変化が無く、試験開始から２３０時間経過後も目立った変化が観察されなかった。
この結果から、凸部５をインボリュート歯状とすることで、弾性ローラの耐久性が著しく向上することが確認できた。
【００８８】
実施例３と実施例４の弾性ローラ４は同程度の耐久性を有しているが、実施例４では、実施例３の半分程度の高さｈを有する凸部５でも高い耐久性が得られている。すなわち、インボリュート歯状の凸部５を採用した弾性ローラ４は、高さｈが低くても高い耐久性が得られるため、弾性ローラ４の外径を小さくしたい場合や、外周側弾性層２ｂによって発現する特性が支配的になっている弾性ローラ４を得たい場合により好適な態様と言える。
【００８９】
以上の実施例はソリッド状の内周側弾性層２ａの外周にスポンジ状の外周側弾性層２ｂを設けた態様について説明したが、本発明はこの態様に限定されるものではなく、所望する弾性ローラの特性によって、内周側弾性層２ａと外周側弾性層２ｂの両方をソリッド状、あるいはスポンジ状に形成すると言った変形も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の弾性ローラは、定着装置の加圧ローラとしてだけでなく、定着ローラ、プリンタのローラなど、各種印刷機器のローラとして好適に適用できる。
【符号の説明】
【００９１】
１      芯金
２      弾性層
２ａ    内周側弾性層
２ｂ    外周側弾性層
３      離型層
４      弾性ローラ
５      凸部
６      インボリュート曲線
【図１】
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【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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