(57)【要約】      （修正有）【課題】ファイバー状の熱伝導性のフィラーを用いても硬度が高くなることを抑制可能なローラを提供する。【解決手段】定着装置に用いられるローラは、弾性層５３ｂと、離型層と、弾性層と離型層との間に設けられた接着層と、を有し、弾性層及び接着層の少なくとも一方に、複数本のファイバー状の熱伝導性のフィラー５３ｇが束状になっているフィラー束５３Ｇが分散されている。【選択図】図４
2019191563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材に形成された画像を記録材に定着させる定着装置に用いられるローラであって、
芯金と、
前記芯金の周囲に設けられている弾性層と、を有し、
前記弾性層には、複数本のファイバー状のフィラーが束になっているフィラー束が分散されていることを特徴とするローラ。
【請求項２】
前記フィラー束は、複数本のフィラーが接着剤によって接着されたものであることを特徴とする請求項１に記載のローラ。
【請求項３】
前記接着剤はエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項２に記載のローラ。
【請求項４】
前記フィラーはカーボンファイバーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のローラ。
【請求項５】
前記フィラーの長さは１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載のローラ。
【請求項６】
前記フィラーの長さは前記弾性層の厚みより大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のローラ。
【請求項７】
前記弾性層を第１の弾性層とすると、前記ローラは更に、前記芯金と前記第１の弾性層の間に設けられている第２の弾性層と、前記第１の弾性層の周囲に設けられている表層と、を有し、前記第１の弾性層は前記第２の弾性層と前記表層を接着する接着層であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のローラ。
【請求項８】
前記接着層はシリコーンゴム接着剤であることを特徴とする請求項７に記載のローラ。
【請求項９】
前記フィラー束は、１本の前記フィラーの表面に少なくとも２本の前記フィラーが当接した束を核として、その周りに複数の前記フィラーが集合している束であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のローラ。
【請求項１０】
記録材に形成された画像を記録材に定着させる定着装置であって、
定着用回転体と、
前記定着用回転体と共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のローラと、
を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
前記定着用回転体は筒状のフィルムであることを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。
【請求項１２】
前記フィルムの内面に接触するヒータを更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機や電子写真プリンタなどの画像形成装置に搭載する定着装置に用いれば好適なローラ、及び、そのローラを有する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機やプリンタに搭載する定着装置としてフィルム加熱方式の装置が知られている。このタイプの定着装置は、筒状のフィルムと、フィルムの内周面に接触しつつフィルムを加熱する板状のヒータと、フィルムを介してヒータと共にニップ部を形成する加圧ローラと、を有している。未定着のトナー画像を担持する記録材はニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これによってトナー画像は記録材上に定着される。
【０００３】
複写機やプリンタにおいて、小サイズ記録材を大サイズ記録材と同じプリント間隔で連続プリントすると、定着装置のニップ部の小サイズ記録材が通過しない非通過領域が過度に昇温することが知られている。ニップ部の非通過領域が過度に昇温すると、ヒータによって加熱されるフィルムや、ヒータを支持しているホルダにダメージを与えてしまう。
【０００４】
ニップ部の非通過領域の過昇温を抑制するため、記録材搬送方向に直交する方向において、加圧ローラの熱伝導率を高めることによってニップ部の非通過領域の熱を通過領域へと運び、非通過領域の温度を低下させる構成が提案されている。特許文献１は、ソリッドゴム弾性層の外周上にピッチ系炭素繊維等の熱伝導性フィラーを含有する弾性層を設けた加圧ローラを提案している。特許文献２は、弾性層と離型層との間の接着層に熱伝導性フィラーが含有されている加圧ローラを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３１７７２号公報
【特許文献２】特開２００９−１０３８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
プリンタの処理速度（プロセススピード）の高速化に伴い、定着装置のニップ部の非通過領域の昇温が高温化する傾向があり、さらなる非通過領域の過昇温の抑制が求められている。なぜなら、高速化に伴い記録材がニップ部を通過する時間が短くなるので、トナー画像を記録材に加熱定着するために必要な定着温度を高くせざるを得ないからである。また、連続プリント中にニップ部に記録材が介在しない時間（以下、記録材間時間と記す）がプリンタの高速化に伴い減少するので、記録材間時間中に温度分布ムラを均すことが難しくなるからである。
【０００７】
そこで、ニップ部の非通過領域の過昇温をさらに抑制するために、記録材搬送方向に直交する方向において、加圧ローラの熱伝導率を高める構成が考えられる。そのひとつとして、炭素繊維等の熱伝導性のフィラーの繊維長を長くする構成が考えられる。
【０００８】
しかしながら、フィラーの繊維長を長くすると繊維同士が絡まりあう等して補強効果が発現し、加圧ローラの硬度が著しく高くなってしまうことがあった。その結果、ニップ部の記録材搬送方向の幅が減少して定着性能が低下してしまうという課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、ファイバー状の熱伝導性のフィラーを用いても硬度が高くなることを抑制可能なローラ、及び、そのローラを有する定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、記録材に形成された画像を記録材に定着させる定着装置に用いられるローラであって、芯金と、前記芯金の周囲に設けられている弾性層と、を有し、前記弾性層には、複数本のファイバー状のフィラーが束になっているフィラー束が分散されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ファイバー状の熱伝導性のフィラーを用いても硬度が高くなることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】定着装置の概略構成を示す断面図
【図２】定着装置を記録材搬送方向の上流側から見たときの図
【図３】加圧ローラの斜視図、及び断面図
【図４】加圧ローラの熱伝導層の厚さ方向の切断部分を示す写真
【図５】小サイズ記録材をニップ部で搬送している状態を示す定着装置の斜視図
【図６】短いフィラーを含有する熱伝導層、及び長いフィラーを含有する熱伝導層の断面図
【図７】（ａ）は１本のフィラーの断面図、（ｂ）は束状にまとまった３本のフィラーの断面図、（ｃ）は束状にまとまった８本のフィラーの断面図、（ｄ）は束状にまとまった６本のフィラーの断面図
【図８】熱伝導層に分散された束状になっていないフィラーの配向を示す概略図
【図９】熱伝導層に分散された束状になっているフィラーの配向を示す概略図
【図１０】加圧ローラの記録材搬送方向に直交する方向の硬度測定位置を示す図
【図１１】画像形成装置の概略構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明の好適な実施形態は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は以下の実施形態により限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において他の種々の構成に置き換えることは可能である。
【００１４】
（１）画像形成装置１００
図１１を参照して、本実施形態に係る画像形成装置を説明する。図１１は電子写真記録技術を用いた画像形成装置（本実施形態においてはフルカラープリンタ）１００の概略構成を示す断面図である。本実施例に示す画像形成装置１００のプロセススピードは１８０ｍｍ／ｓである。
【００１５】
画像形成装置１００において、トナーを用いて記録材Ｐに画像を形成する画像形成部１０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４つの画像形成ステーションＳＹ，ＳＭ，ＳＣ，ＳＫを有している。各画像形成ステーションは、像担持体としての感光ドラム１と、帯電部材２と、レーザースキャナ３と、現像器４と、転写部材５と、感光ドラムの外周面をクリーニングするクリーナ６と、を有している。
【００１６】
画像形成部１０は更に、転写部材によって各感光ドラムから転写したトナー画像を担持しつつ搬送するベルト７と、ベルトから記録材Ｐへトナー画像を転写する二次転写部材８と、を有している。以上の画像形成部１０の動作は周知であるので詳細な説明は割愛する。
【００１７】
装置本体１００Ａ内のカセット２０に収納された記録材Ｐはローラ３０の回転によって１枚ずつローラ３１に供給される。その記録材Ｐはローラ３１の回転によってベルト７と二次転写部材８とによって形成された二次転写ニップ部に搬送され、二次転写ニップ部で記録材Ｐ上にトナー画像が転写される。未定着のトナー画像を担持する記録材Ｐは定着部としての定着装置５０に送られ、トナー画像は定着装置によって記録材に加熱定着される。定着装置５０を出た記録材Ｐはローラ３２の回転によってトレイ４０に排出される。
【００１８】
（２）定着装置５０
次に、定着装置５０について、図１、図２を参照しながら説明する。図１は定着装置５０の概略構成を示す断面図である。図２は定着装置５０を記録材搬送方向Ｚの上流側から見たときの図である。図２では、記録材搬送方向Ｚに直交する方向Ｘにおいて、定着装置５０の中央部の記載を省略している。
【００１９】
定着装置５０は、加熱部材としての筒状のフィルム５１（定着用回転体）と、フィルムの外周面（表面）と接触してニップ部Ｎ（定着ニップ部）を形成する加圧部材としての加圧ローラ（以下、単に「ローラ」とする）５３と、を有している。定着装置５０は更に、フィルム５１の内周面（内面）に接触してフィルムを加熱する加熱体としてのセラミックスヒータ５４と、ヒータを支持する支持部材としてのホルダ５２と、ホルダを補強する補強部材としてのステー５５と、を有している。
【００２０】
フィルム５１は、筒状の基層５１ａと、基層の外周面上に設けられた弾性層５１ｂと、弾性層の外周面上に設けられた離型層５１ｃと、を有している。これらの各層の材質は基層５１ａがポリイミド、弾性層５１ｂがシリコーンゴム、離型層５１ｃがＰＦＡ(tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer)である。各層の厚みは基層５１ａが５０μｍ、弾性層５１ｂが２００μｍ、離型層５１ｃが２０μｍである。フィルム５１の外径は１８ｍｍである。
【００２１】
フィルム５１の中空部に挿通されたホルダ５２は、剛性、耐熱性、及び断熱性を有する部材であり、液晶ポリマーによって形成されている。方向Ｘにおいて、ホルダ５２はローラ５３側の平坦面に凹部５２ａを有し、この凹部によってヒータ５４を支持している。このホルダ５２はフィルム５１の回転を案内するガイド部材の役割も有している。
【００２２】
ヒータ５４は細長い基板５４ａを有している。基板５４ａのローラ５３側の面には、通電によって発熱する発熱抵抗体として銀パラジウムからなる発熱抵抗層５４ｂが基板の長手方向に沿って設けられている。基板５４ａのローラ５３側の面には更に、発熱抵抗層５４ｂの絶縁と耐摩耗性を確保するために発熱抵抗層を覆う保護層としてのガラス層５４ｃが設けられている。
【００２３】
フィルム５１の中空部において、ホルダ５２のローラ５３側の面とは反対側の面にはステー５５が設置されている。ステー５５はホルダ５２を補強する役割を有している。
【００２４】
ローラ５３は、鉄やアルミニウム等の金属製の芯金５３ａと、芯金の外周面上に設けられた弾性層（第２の弾性層）５３ｂと、弾性層の外周面上に設けられた接着層としての熱伝導層（第１の弾性層）５３ｃと、熱伝導層の外周面上に設けられた離型層（表層）５３ｄと、を有している。弾性層５３ｂ、熱伝導層５３ｃ、及び離型層５３ｄの材料、製造法については次項の（３）で詳細に説明する。
【００２５】
図２に示すように、方向Ｘにおいて、定着装置５０の左右のフレームＦには、ローラ５３の芯金５３ａの両端部が軸受Ｂを介して回転可能に支持されている。フレームＦには更に、ホルダ５２、及びステー５５の両端部が支持されている。
【００２６】
ステー５５の両端部はバネＳによってフィルム５１の母線方向に直交する方向（記録材厚み方向Ｙ）へ加圧されている。この加圧力によってホルダ５２はヒータ５４をフィルム５１内面に加圧してフィルム表面をローラ５３の外周面（表面）に圧接させている。これによってローラ５３の弾性層５３ｂが潰れて弾性変形しローラ表面とフィルム表面とによって記録材搬送方向Ｚに所定幅のニップ部Ｎが形成される。
【００２７】
定着装置５０の加熱定着処理動作を説明する。
【００２８】
ローラ５３の芯金５３ａの一端部に設けられたギアＧがモータＭ（図２参照）によって回転されると、ローラは図１の矢印方向へ回転する。フィルム５１はフィルム内面がヒータ５４のガラス層５４ｃに摺動しながらローラ５３の回転に追従して図１の矢印方向へ回転する。フィルム５１の回転によってホルダ５２との間、及びヒータ５４との間に生じる摩擦力を低減するために、フィルム内面にはグリス（不図示）が塗布されている。
【００２９】
ヒータ５４の発熱抵抗層５４ｂに電源（不図示）から電力が供給されると、発熱抵抗層が発熱してヒータは急速に昇温する。温度制御部（不図示）は、ホルダ５２に支持された温度検知部材としてのサーミスタＴＨによって検知されたヒータ５４の温度が所定の定着温度（目標温度）を維持するようにヒータへの電力供給を制御する。
【００３０】
未定着のトナー画像Ｔを担持する記録材Ｐはニップ部Ｎによって挟持搬送されつつ加熱され、これによってトナー画像は記録材上に定着される。
【００３１】
（３）ローラ５３
ローラ５３の各層について、図３、図４を参照しながら説明する。図３の（ａ）はローラ５３の斜視図、（ｂ）はローラ５３の層構成を示す断面図である。
【００３２】
（３−１）弾性層５３ｂ
弾性層５３ｂの厚さは、記録材搬送方向Ｚに所定幅のニップ部Ｎを形成することができれば特に限定されないが２〜１０ｍｍであることが好ましい。ここで、厚さとはローラ５３の径方向の寸法をいう。
【００３３】
弾性層５３ｂの材質として、シリコーンゴムなど一般的な耐熱性ソリッドゴムや発泡スポンジゴム等を用いることができる。これらのゴムは定着装置５０で使用した場合に十分な耐熱性と耐久性を有し、かつ、好ましい弾性（軟らかさ）を有している。従って、シリコーンゴム等の一般的な耐熱性ソリッドゴムや発泡スポンジゴムは弾性層５３ｂの主たる材料として好適である。
【００３４】
弾性層５３ｂの形成方法としては特に限定されないが、一般的な型成型を好適に用いることができる。
【００３５】
（３−２）熱伝導層５３ｃ
熱伝導層５３ｃは、弾性層５３ｂと離型層５３ｄとの間に設けられている。図４は熱伝導層５３ｃの厚さ方向の切断部分を走査型電子顕微鏡で観察した写真である。図４において、Ｃはローラ５３の周方向を示し、Ｏはフィラー５３ｇの配向方向を示している。なお、後述するが、表面にコーティングを設けたフィラーをフィラー５３ｇと記載し、コーティングがないフィラーをフィラー５３ｊと記載する。また、フィラー５３ｇが束になったものをフィラー束５３Ｇと記載する。
【００３６】
図４に示すように、熱伝導層５３ｃは、ベース剤５３ｅと、ベース剤中に含有されたファイバー状の熱伝導性のフィラー５３ｇ（より正確にはフィラー束５３Ｇ）と、を有している。ベース剤５３ｅとしては、接着成分を含む耐熱性ゴム材料、または接着成分を含まない耐熱性ゴム材料が用いられる。接着成分を含む耐熱性ゴム材料としては、付加硬化型シリコーンゴム接着剤を使用できる。
【００３７】
付加硬化型シリコーンゴム接着剤は、具体的には、ビニル基に代表される不飽和炭化水素基を有するオルガノポリシロキサンと、ハイドロジェンオルガノポリシロキサン及び架橋触媒としての白金化合物を含有する。そして、オルガノポリシロキサンとハイドロジェンオルガノポリシロキサンと白金化合物は、付加反応により硬化する。このような接着剤としては、既知のものを使用することができる。
【００３８】
自己接着成分の例は、以下のものを含む。
・ビニル基等のアルケニル基、（メタ）アクリロキシ基、ヒドロシリル基（ＳｉＨ基）、エポキシ基、アルコキシシリル基、カルボニル基、及びフェニル基からなる群から選択される少なくとも１種、好ましくは２種以上の官能基を有するシラン、
・ケイ素原子数が２個以上３０個以下、好ましくは４個以上２０個以下の、環状又は直鎖状のシロキサン等の有機ケイ素化合物、
・１価以上４価以下のフェニレン構造等の芳香環を１分子中に１個以上４個以下含有し、かつ、ヒドロシリル化付加反応に寄与しうる官能基を１分子中に少なくとも１個含有する（分子中に酸素原子を含んでもよい）、非ケイ素系有機化合物。
【００３９】
ここで、上記の１価以上４価以下のフェニレン構造等の芳香環について、２価以上４価以下のフェニレン構造等の芳香環が好ましい。また、上記の１分子中に１個以上４個以下含有されるフェニレン構造等の芳香環について、１分子中にフェニレン構造等の芳香環を１個以上２個以下含有するのが好ましい。上記のヒドロシリル化付加反応に寄与しうる官能基としては、例えば、アルケニル基、（メタ）アクリロキシ基などが用いられる。また、上記のヒドロシリル化付加反応に寄与しうる官能基について、１分子中に２個以上４個以下含有するのが好ましい。上記の非ケイ素系有機化合物において、非ケイ素系とは、即ち、分子中にケイ素原子を含有しない系のことである。
【００４０】
上記の自己接着成分は１種単独でも２種以上を組み合わせても使用することができる。
【００４１】
このような付加硬化型シリコーンゴム接着剤は市販もされており、容易に入手することができる。
【００４２】
接着成分を含まない耐熱性ゴム材料としては、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性ゴム材料を用いることができる。シリコーンゴムを接着成分を含まない耐熱性ゴム材料として用いる場合には、入手のしやすさ、加工のしやすさの観点から、付加硬化型シリコーンゴムが好ましい。
【００４３】
フィラー５３ｇは、熱伝導層５３ｃの熱伝導性を確保するための充填剤としての役割を有している。フィラー５３ｇをベース剤５３ｅであるシリコーンゴム接着剤、またはシリコーンゴム中に分散することによってベース剤中に熱流路を形成することができる。またフィラー５３ｇは細長いファイバー形状であることが好ましい。ファイバー形状のフィラー５３ｇを用いることによって硬化前の液状のシリコーンゴム接着剤、またはシリコーンゴムと混練すると、成型する際に流れの方向すなわち方向Ｘに配向し易い。そのため、方向Ｘにおいて、ローラ５３の熱伝導性を高めることができる。
【００４４】
図５は小サイズ記録材をニップ部Ｎで搬送している状態を示す定着装置５０の斜視図である。図５に示すように、方向Ｘにおいて、ヒータ５４の発熱抵抗層５４ｂの長さよりも記録材が短いため、ニップ部Ｎの記録材が通過する通過領域の両側に記録材が通過しない非通過領域が生ずる。ここで、記録材に熱が奪われるため通過領域は低温部となり、記録材に熱が奪われない非通過領域は高温部となる。
【００４５】
非通過領域は記録材が連続して通過されることにより蓄熱してますます昇温してしまう。このときローラ５３の熱伝導層５３ｃによって非通過領域の高温部から通過領域である低温部へと効率的な熱分散が行われる。なぜならば、ローラ５３が回転することによりローラの全周を利用して熱分散を行うことができるからである。
【００４６】
熱分散を効果的に行うためには、本実施例のように熱伝導層５３ｃが弾性層５３ｂと離型層５３ｄとの間に設けられていることが望ましい。その理由は、記録材の非通過領域と通過領域の温度差が最大になる箇所は離型層５３ｄの表面であることから、その離型層の近傍であるほど熱分散の効果が得やすいためである。
【００４７】
また、ローラ５３の方向Ｘに熱分散を行うためにはフィラー５３ｇが熱伝導層５３ｃの厚み方向ではなく面内方向に配向していることが望ましい。ここで、熱伝導層５３ｃの面内方向とは、方向Ｘと平行な方向、若しくは方向Ｘと略平行な方向をいう。
【００４８】
図６の（ａ）は短いフィラー５３ｈを含有する熱伝導層５３ｃの方向Ｘの断面図、（ｂ）は長いフィラー５３ｇを含有する熱伝導層５３ｃの方向Ｘの断面図である。
【００４９】
図６の（ａ）は、フィラー５３ｈの長さ（１００μｍ）＜熱伝導層５３ｃの厚み（２００μｍ）、の場合を示した図であり、フィラー５３ｈが非常に短いため、熱伝導層５３ｃを成型する時に、フィラー５３ｈが熱伝導層の厚み方向にも配向することを示している。図６の（ｂ）は、本実施例のように、フィラー５３ｇの長さ（２ｍｍ）＞熱伝導層５３ｃの厚み（２００μｍ）、の場合を示した図であり、熱伝導層５３ｃを成型する時に、フィラー５３ｇが熱伝導層５３ｃの厚み方向に向くことができず面内方向に配向しやすいことを示している。
【００５０】
このように、フィラー５３ｇを熱伝導層５３ｃの面内方向に配向させたい場合は、フィラー５３ｇの長さ＞熱伝導層５３ｃの厚み（以下、関係式１と記す）の関係にあることが望ましい。
【００５１】
さらに、熱伝導層５３ｃの方向Ｘの熱輸送量を増やすためには熱伝導層の厚みを厚くするほど良く、そのためには上記の関係式１を満たすようにフィラー５３ｇの長さを選択することが望ましい。
【００５２】
熱伝導層５３ｃの成型方法としては特に限定されないが、一般には型成型、コート成型等の成型方法が用いることができる。また、特開２００３−１９０８７０号公報や、特開２００４―２９０８５３号公報に開示されているリングコート法によることも可能である。上記の各種方法により弾性層５３ｂの外周に熱伝導層５３ｃをシームレス形状で形成することができる。熱伝導層５３ｃの厚さとしては、０．１〜５ｍｍが性能上だけでなく、成型上も好ましい。
【００５３】
図７は図４のＸ−Ｃ平面でフィラー５３ｇ又はフィラー束５３Ｇを切断した場合の断面図である。図７の（ａ）は１本のフィラー５３ｇの断面図、（ｂ）は束状にまとまった３本のフィラー５３ｇの断面図、（ｃ）は図４に示される束状にまとまった８本のフィラー５３ｇの断面図、（ｄ）は束状にまとまった６本のフィラー５３ｇの断面図である。
【００５４】
本実施例で用いたフィラー５３ｇは直径９μｍ程のカーボンファイバーである。フィラー５３ｇの外周面には、バインダー（接着剤）５３ｉがコーティングされている。これにより、フィラー５３ｇ同士をバインダー５３ｉによって接着することができるため、フィラー束５３Ｇのようにフィラーを束状にまとめることができる。本実施例で使用したバインダー５３ｉはエポキシ樹脂である。
【００５５】
フィラー５３ｇが束状にまとまるパターンとして、図７の（ｂ）に示すように、フィラー５３ｇ−１、５３ｇ−２、及び５３ｇ−３のそれぞれが外周面上で隣り合う２本と当接したものを基本の束とする場合がある。そしてその基本の束の繰り返しによって図７の（ｃ）のような束の骨格が形成される。
【００５６】
或いは、図７の（ｄ）に示すように、フィラー５３ｇ−４は外周面上で隣り合うフィラー５３ｇ−５、及び５３ｇ−６の２本と当接しているものの、フィラー５３ｇ−５とフィラー５３ｇ−６の２本は互いに当接していない状態を基本の束とする場合がある。
【００５７】
つまり、図７の（ｃ）、（ｄ）の何れの場合も、１本のフィラー５３ｇの外周に少なくとも２本のフィラー５３ｇが当接した基本のフィラー束５３Ｇを核として複数のフィラー５３ｇやフィラー束５３Ｇが集合している。
【００５８】
フィラー５３ｇの長さが数十〜数百μｍと短い場合、１本当たりのフィラー５３ｇが遠くまで熱を輸送できないことから、熱伝導層５３ｃ中で高い熱伝導性を得られ難い。一方、フィラー５３ｇの長さが１ｍｍ以上と長い場合には、フィラー５３ｇ同士が互いに接触する機会が多くなることや、１本当たりのフィラー５３ｇがより遠くまで熱を輸送できるようになることから、高い熱伝導性が得られやすい。
【００５９】
しかしながら、バインダー５３ｉでコーティングされていない長さ１ｍｍ以上の長繊維のフィラー５３ｊとベース剤５３ｅを混練しようとすると、フィラー５３ｊ同士が絡み合い混練物の粘度が高くなってしまう。そのため、混練の過程で長いフィラー５３ｊが短く粉砕されてしまうことがあった。
【００６０】
一方、本実施例のようにバインダー５３ｉで表面がコーティングされたフィラー５３ｇが複数本束ねられたフィラー束５３Ｇを使用すると、フィラー束５３Ｇとベース剤５３ｅを混練する時、フィラーが屈曲しにくくなるのでフィラー同士が絡まり合うことを抑制できる。更に、束状になっていないフィラー５３ｊに比べて、フィラー束５３Ｇの方がベース剤と接触する面積が減少することから粘度を下げることができる。そのためフィラー束５３Ｇ中のフィラー５３ｇを１ｍｍ以上の長繊維の状態に維持したままベース剤５３ｅに分散することが可能となるのである。
【００６１】
また、良好な定着性を得るという観点においても、以下に説明する理由のため、束状になっていないフィラー５３ｊを用いた場合に比べて、本実施例のようにフィラー束５３Ｇを用いた方が優れている。
【００６２】
良好な定着性を得るためのひとつの手段として、ローラ５３の硬度を低くすることにより、記録材搬送方向Ｚに幅の広いニップ部Ｎを形成する構成が考えられる。これはニップ部Ｎの幅が広いほど、ヒータ５４の熱をフィルム５１を介して記録材Ｐに伝える時間が長くなるためである。
【００６３】
すなわち、束状になっていないフィラー５３ｊを用いた場合には、ローラ５３の硬度が高く、ニップ部Ｎの幅が狭くなってしまい良好な定着性が得られなかった。これに対し、本実施例のようにフィラー束５３Ｇを用いた場合には、ローラ５３の硬度を低くすることができたため、幅の広いニップ部Ｎと良好な定着性を得ることができたのである。このメカニズムについて、図８、図９を用いて説明する。
【００６４】
図８は熱伝導層５３ｃに分散された束状になっていないフィラー５３ｊの配向を示す概略図である。図９は熱伝導層５３ｃに分散されたフィラー束５３Ｇの配向を示す概略図である。図８、図９は何れも図３の（ａ）に示されるローラ５３の領域５３ｋにおける熱伝導層５３ｃ内のフィラー５３ｊ（フィラー束５３Ｇ）の配向状態を示している。
【００６５】
図８の（ａ）にはローラ５３の方向Ｘにフィラー５３ｊが配向している様子が示されている。ただし全てのフィラー５３ｊが方向Ｘに配向しているわけではなく、ローラ５３の周方向Ｃへ傾いた状態で分散されているものも存在する。そのため、方向Ｘに配向したフィラー５３ｊと周方向Ｃへ傾いたフィラー５３ｊとが複数箇所で交差し、これによって熱伝導層５３ｃを補強する効果を発揮している。
【００６６】
その結果、図８の（ｂ）に示すように、ローラ５３の周方向Ｃに熱伝導層５３ｃを屈曲する力を加えたときに、上記の補強効果により熱伝導層は屈曲しにくくなり、ローラの硬度が高くなってしまった。
【００６７】
一方、本実施例の場合、図９の（ａ）に示すように、フィラー５３ｇをバインダー５３ｉによって束状にまとめたフィラー束５３Ｇを用いるため、フィラーは図８の（ａ）よりも隙間をあけて分散することができる。そのため、図８の（ｂ）のように何本かのフィラー５３ｇはローラ５３の周方向Ｃへ傾いた状態で分散されているものの、方向Ｘに配向したフィラーと距離を置いて接触するようになるため、補強効果が発揮されにくくなった。
【００６８】
その結果、図９の（ｂ）に示すように、ローラ５３の周方向Ｃに熱伝導層５３ｃを屈曲する力を加えると、良好な屈曲性が得られ、束状になっていないフィラー５３ｊを用いた場合と同等の熱伝導性を維持しながらローラの硬度を低くすることができた。
【００６９】
（３−３）離型層（表層）５３ｄ
離型層５３ｄは熱伝導層５３ｃの外周面上にＰＦＡチューブを被せることにより形成する。離型層５３ｄの厚さはローラ５３に十分な離型性を付与することができる厚さであれば特に限定されないが、好ましくは２０〜１００μｍである。
【００７０】
（３−４）ローラ５３の実施例
まず、実施例１、実施例２、比較例１、比較例２に係る各ローラ５３に使用するフィラー束５３Ｇ又はフィラー５３ｊを表１に示す。フィラー束５３Ｇ及びフィラー５３ｊとして下記に示す日本グラファイトファイバー社製のピッチ系カーボンファイバーを用いた。商品名ＸＮ−８０Ｃ−０２Ｓ及びＸＮ−８０Ｃ−０１Ｓのカーボンファイバーは、カーボンファイバーがコーティング剤によって束状となったフィラー束５３Ｇであり、商品名ＸＮ−８０Ｃ−０２及びＸＮ−８０Ｃ−０１のカーボンファイバーは、コーティングがないカーボンファイバーからなるフィラー５３ｊである。
【００７１】
【表１】
2019191563.tif 000003
【００７２】
表１において、サイジング剤とはカーボンファイバーに対するコーティング剤のことであり、本実施例で説明したバインダー５３ｉに相当する。上記のサイジング剤が塗布された商品では、カーボンファイバー１本あたりのおよそ２質量％のエポキシ樹脂がカーボンファイバーの外周上にコーティングされている。
【００７３】
実施例及び比較例のローラの製造方法
［実施例１］
まず、Φ１３のアルミニウム製芯金５３ａの外周面上に、密度が１．２０ｇ／ｃｍ３である付加硬化型のシリコーンゴムを用いて型成型法により肉厚３．５ｍｍの弾性層５３ｂを形成する。これにより、Φ２０の弾性層被覆物を得る。ここでシリコーンゴムの架橋時の温度条件は、１５０℃×３０分である。
【００７４】
次にシリコーンゴム接着剤をベースとした熱伝導層５３ｃの成型法を説明する。付加硬化型シリコーンゴム接着剤（商品名：ＳＥ１８１９ＣＶ  Ａ＆Ｂ）、東レ・ダウコーニング社製のＡ、Ｂ両液を１：１の割合になるように混合し、接着剤原液を得る。接着剤原液はこれに限られずほかの接着剤原液を用いてもよい。
【００７５】
この接着剤原液に対し、エポキシ樹脂でコーティングされ束状にまとめられたファイバー状熱伝導性フィラー束５３Ｇであるピッチ系カーボンファイバーＸＮ―８０Ｃ―０２Ｓを体積比率で１５％の割合になるように均一に配合・混練して、接着剤組成物１を得た。この接着剤組成物１を上記の弾性層被覆物１の外周面上に厚さ２００μｍで均一に塗布した。
【００７６】
さらに、上記の接着剤組成物１の外周面上に離型層５３ｄとしてＰＦＡチューブ（厚み５０μｍ）を被覆し、２００℃×１０分にて加熱硬化させた。
【００７７】
［比較例１］
まず、実施例１と同様にして、肉厚３．５ｍｍの弾性層５３ｂを形成し、Φ２０の弾性層被覆物１を得る。
【００７８】
次にシリコーンゴム接着剤をベースとした熱伝導層５３ｃの成型法を説明する。実施例１と同じシリコーンゴム接着剤原液に対し、エポキシ樹脂がコーティングされていないピッチ系カーボンファイバーＸＮ―８０Ｃ―０２を体積比率で１５％の割合になるように均一に配合・混練して、接着剤組成物２を得た。しかしながらエポキシ樹脂がコーティングされておらず束状になっていないため、上記のとおり、カーボンファイバーが絡まり合って接着剤原液と混練しにくい状態になってしまった。
【００７９】
そこで、実施例１よりも強い撹拌工程を実施すると、混練後の接着組成物に含まれるカーボンファイバーの中には実施例１よりも長さが短くなってしまうものが生じてしまった。この接着剤組成物２を上記の弾性層被覆物１の外周面上に厚さ２００μｍで均一に塗布した。
【００８０】
さらに、上記の接着剤組成物２の外周面上に離型層５３ｄとしてＰＦＡチューブ（厚み５０μｍ）を被覆し、２００℃×１０分にて加熱硬化させた。
【００８１】
［実施例２］
まず、Φ１３のアルミニウム製芯金５３ａの外周面上に、密度が１．２０ｇ／ｃｍ３である付加硬化型のシリコーンゴムを用いて型成型法により肉厚２．７ｍｍの弾性層５３ｂを形成することにより、Φ１８．４の弾性層被覆物２を得る。ここで温度条件としては１５０℃×３０分にて加熱硬化させた。
【００８２】
次に接着成分を含まない耐熱性ゴム材料をベースとした熱伝導層５３ｃの成型法を説明する。接着成分を含まない耐熱性ゴム材料として付加硬化型シリコーンゴム原液を用いる。この付加硬化型シリコーンゴム原液に対し、エポキシ樹脂でコーティングされフィラー束５３Ｇであるピッチ系カーボンファイバーＸＮ―８０Ｃ―０１Ｓを体積比率で７％の割合になるように均一に配合・混練して、シリコーンゴム組成物１を得た。
【００８３】
次に内径Φ２０．４の金型にΦ１８．４の弾性層被覆物２を芯金が等しくなるようにセットした。そして金型と弾性層被覆物２の間にシリコーンゴム組成物１を注入し、１５０℃×６０分で加熱硬化を経て、肉厚１ｍｍの熱伝導層５３ｃを備えたΦ２０．４の弾性層被覆物３を得る。
【００８４】
さらに、この弾性層被覆物３の外周に離型層５３ｄとしてＰＦＡチューブ（厚み５０μｍ）を被覆した。
【００８５】
［比較例２］
まず、実施例２と同様にして、肉厚２．７ｍｍの弾性層５３ｂを形成し、Φ１８．４の弾性層被覆物２を得る。
【００８６】
次にシリコーンゴムをベースとした熱伝導層５３ｃの成型法を説明する。実施例２と同じ付加硬化型シリコーンゴム原液に対し、エポキシ樹脂がコーティングされていないピッチ系カーボンファイバーＸＮ―８０Ｃ―０１を体積比率で７％の割合になるように均一に配合・混練して、シリコーンゴム組成物２を得た。しかしながらエポキシ樹脂がコーティングされていないため、上述したとおり、付加硬化型シリコーンゴム原液と混練しにくい状態になってしまった。
【００８７】
次に内径Φ２０．４の金型にΦ１８．４の弾性層被覆物２を芯金が等しくなるようにセットした。そして金型と弾性層被覆物２の間にシリコーンゴム組成物２を注入し、１５０℃×６０分で加熱硬化を経て、外形２０．４の熱伝導層５３ｃを備えた弾性層被覆物４を得る。
【００８８】
さらに、この弾性層被覆物４の外周に離型層５３ｄとしてＰＦＡチューブ（厚み５０μｍ）を被覆した。
【００８９】
［性能評価］
〈硬度〉
本実施例では、ＪＩＳ  Ｋ７３１２や、ＳＲＩＳ０１０１規格に準じた高分子計器（株）製のＡＳＫＥＲ  Ｄｕｒｏｍｅｔｅｒ  Ｔｙｐｅ  Ｃ（ＡＳＫＥＲ−Ｃ型硬度計）を用いて硬度を測定した。
【００９０】
図１０はローラ５３の記録材搬送方向Ｚに直交する方向の硬度測定位置を示す図である。ローラ５３を成型した後、ａで示した領域において、離型層５３ｄの外周面から紙やすりで削ることによって熱伝導層５３ｃの表面と弾性層５３ｂの表面を得た。測定点ｂ１、ｂ２、及びｂ３をそれぞれＡＳＫＥＲ−Ｃ型硬度計で測定することにより、ローラ５３の完成状態の硬度、弾性層５３ｂ上に熱伝導層５３ｃが成型された領域の硬度、及び弾性層５３ｂの硬度を評価した。
【００９１】
〈ニップ幅〉
定着装置５０のバネＳによる加圧力を解除した状態において、感圧紙（富士フィルム（株）製、プレスケール）をローラ５３表面とフィルム５１表面との間に挟み込み、その後、バネにより所定の加圧力を定着装置に与えた。再び定着装置５０のバネＳによる加圧力を解除し、感圧紙を引き抜いた。感圧紙の色の変化から定着装置５０の加圧状態におけるニップ部Ｎの記録材搬送方向Ｚの幅を測定した。
【００９２】
（定着性）
定着性と、下記の記録材非通過領域の過昇温の性能評価は、プロセススピード：１８０ｍｍ／ｓ、定着温度：２００℃でプリントすることにより評価を行った。
【００９３】
Ａ４サイズ紙（８０ｇ／ｍ２）に５ｍｍ角のテストパターンをプリントし、テストパターン部をシルボン紙で擦り、擦る前後のテストパターンの濃度変化率を測定することにより定着性を評価した。
○：平均濃度変化率２０％未満
×：平均濃度変化率２０％以上
平均濃度変化率が２０％以上になると指等でテストパターンを擦ったときに画像が欠ける等の画像不良が生じるため、平均濃度低下率は２０％未満が望ましい。
【００９４】
（非通過領域の過昇温）
本実施例におけるヒータ５４の発熱抵抗層５４ｂの長さは２２０ｍｍである。Ａ４サイズ紙の紙幅（方向Ｘの長さ）は２１０ｍｍであることから、Ａ４サイズ紙の両側に５ｍｍの記録材非通過領域が生じる。そこで、Ａ４サイズ紙（８０ｇ／ｍ２）を連続して３００枚プリントした時の非通過領域のフィルム５１の表面温度を測定した。本実施例では以下の２段階に非通過領域の過昇温を評価した。
○：非通過領域の温度２３０℃未満
×：非通過領域の温度２３０℃以上
記録材非通過領域のフィルム５１の表面温度が２３０℃を上回ると、フィルムの弾性層５１ｂの硬度が上昇することがある。その結果、方向Ｘにおいて、フィルム５１の弾性層５１ｂの硬度ムラが発生することから、搬送不良が生じる恐れがある。したがって、フィルム５１の非通過領域の温度は２３０℃未満にすることが望ましい。
【００９５】
（評価の結果）
評価の結果の一覧を表２に示す。実施例１、比較例１、実施例２、及び、比較例２に係るローラ５３において、測定点ｂ３の硬度はいずれも３２°であった。
【００９６】
実施例１に係るローラ５３では、測定点ｂ２の硬度は３９°であり測定点ｂ３に対してわずか７°の硬度上昇に収まっている。これは上記のように、熱伝導層５３ｃに含まれるフィラー（カーボンファイバー）５３ｇが束状にまとめられたことによって、図９に示すように熱伝導層５３ｃがローラ５３の周方向に屈曲しやすくなったためである。その結果、測定点ｂ１の硬度は５２°、ニップ部幅は８ｍｍと広くすることができ、平均濃度低下率１３％という良好な定着性を得ることができた。フィルム５１の記録材非通過領域の温度は２２５℃となり、十分な昇温抑制効果が見られた。
【００９７】
比較例１に係るローラ５３では、測定点ｂ２の硬度は４６°であり測定点ｂ３に対して１４°も硬度上昇してしまった。その結果、測定点ｂ１の硬度は５７°、ニップ部幅は６ｍｍと狭くなり、定着不良が生じてしまった（平均濃度低下率２５％）。
【００９８】
さらにフィルム５１の非通過部の温度は２３５℃となり、実施例１よりも高くなってしまった。
【００９９】
実施例２に係るローラ５３では、実施例１と同様にフィラー（カーボンファイバー）５３ｇが束状にまとめられた効果により、測定点ｂ２の硬度が３９°、測定点ｂ１の硬度が５２°となり、ニップ部幅を８ｍｍとることができた。定着性も良好であり平均濃度低下率１３％であった。またフィルム５１の非通過部の温度は２２５℃となり、非通過領域において十分な昇温抑制効果が見られた。
【０１００】
比較例２に係るローラ５３では、比較例１と同様にフィラー（カーボンファイバー）５３ｊが束状にまとめられていないため、測定点ｂ２の硬度が４７°、測定点ｂ１の硬度が５８°となり、ニップ部幅が６ｍｍと狭くなってしまった。その結果、定着不良が生じてしまった（平均濃度低下率２６％）。また非通過部の温度は２３４℃となり、実施例２よりも９℃高くなってしまった。
【０１０１】
（４）その他
上記の実施例１、２ではバインダー５３ｉとしてエポキシ樹脂を用いたが、ベース剤５３ｅとの結着性を鑑みた他の材料を用いても良い。また、弾性層５３ｂをソリッドゴムに成形したが、発泡スポンジゴムに成形してもよい。また熱伝導層５３ｃのベースとなる耐熱性ゴムとしてシリコーンゴムを用いたが、発泡スポンジゴムを用いてもよい。
【０１０２】
複数本のファイバー状のフィラー５３ｇが束状にまとまったフィラー束５３Ｇは弾性層５３ｂ及び熱伝導層５３ｃの少なくとも一方に分散されていてもよい。
【０１０３】
フィルム加熱方式の定着装置５０において、ヒータ５４はセラミックスヒータに限られずニクロム線によって加熱される加熱体、或いは電磁誘導によって発熱する金属製の発熱体であってもよい。またヒータ５４は必ずしもニップ部Ｎに位置させなくてもよく、ニップ部の記録材搬送方向上流側に位置させてもよい。
【０１０４】
ローラ５３はフィルム加熱方式の定着装置５０に限られずフィルム５１自体を電磁誘導によって発熱する筒状の金属フィルムとした電磁誘導加熱方式の定着装置にも適用可能である。
【０１０５】
【表２】
2019191563.tif 000004
【符号の説明】
【０１０６】
５０  定着装置、５３  加圧ローラ（ローラ）、５３ａ  芯金、５３ｂ  弾性層（第２の弾性層）、５３ｃ  熱伝導層（弾性層、接着層、第１の弾性層）、５３ｄ  離型層、５３ｇ  フィラー、５３Ｇ  フィラー束、Ｔ  未定着のトナー画像、Ｐ  記録材
【図１】
2019191563.tif 000005
【図２】
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【図３】
2019191563.tif 000007
【図４】
2019191563.tif 000008
【図５】
2019191563.tif 000009
【図６】
2019191563.tif 000010
【図７】
2019191563.tif 000011
【図８】
2019191563.tif 000012
【図９】
2019191563.tif 000013
【図１０】
2019191563.tif 000014
【図１１】
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