(57)【要約】【課題】芯体近傍での破壊を抑制すると共に、ウォームアップ時間を短縮できる低熱容量の定着加圧ロール及び定着装置を提供する。【解決手段】定着装置の定着部に用いられる加圧ロール１は、芯体１０と、芯体１０の周囲に設けられた第１の弾性層１１と、第１の弾性層１１の周囲に設けられた第２の弾性層１２とを具備し、第１の弾性層１１及び第２の弾性層１２は、シリコーンゴム原料と、ガラスバルーンとを混合した後、シリコーンゴム原料を硬化することにより得られたシリコーンゴムで構成され、第２の弾性層１２は、加圧によるガラスバルーンの破壊で形成された空隙を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着装置の定着部に用いられる定着加圧ロールであって、
芯体と、前記芯体の周囲に設けられた第１の弾性層と、前記第１の弾性層の周囲に設けられた第２の弾性層とを具備し、
前記第１の弾性層及び前記第２の弾性層は、シリコーンゴム原料と、ガラスバルーンとを混合した後、前記シリコーンゴム原料を硬化することにより得られたシリコーンゴムで構成され、
前記第２の弾性層は、加圧による前記ガラスバルーンの破壊で形成された空隙を含むことを特徴とする定着加圧ロール。
【請求項２】
請求項１に記載する定着加圧ロールにおいて、
前記第１の弾性層に含まれるガラスバルーンは、前記第２の弾性層に含まれるガラスバルーンよりも耐圧強度が高いことを特徴とする定着加圧ロール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載する定着加圧ロールにおいて、
前記加圧は、水圧であることを特徴とする定着加圧ロール。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載する定着加圧ロールにおいて、
前記第１の弾性層は、前記第２の弾性層よりも厚さが厚いことを特徴とする定着加圧ロール。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載する定着加圧ロールにおいて、
前記第２の弾性層の周囲に設けられた離型層を具備することを特徴とする定着加圧ロール。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載する定着加圧ロールを具備することを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着加圧ロール及びそれを具備する定着装置に関し、画像形成装置に搭載して好適に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、レーザビームプリンター等の画像形成装置の定着機構では、加熱された定着ロール等の定着部材が、これと対向する加圧ロールの回転によって従動回転される。このような定着機構では、通紙時に圧力と熱によってトナーを固着させるため、加圧ロールと定着部材との間のニップ部を大きく設けることが必要であり、加圧ロールを低硬度化することで定着幅を広く確保することができる。このため、加圧ロールには、低硬度で且つ熱源からの熱を失いにくい低熱容量の発泡シリコーンゴムが用いられている。
【０００３】
このような発泡シリコーンゴムとして、シリコーンゴムにマイクロ樹脂バルーンと気化成分を配合し、マイクロ樹脂バルーンの破壊と気化成分の気化によりセルを形成した発泡シリコーンゴムや、シリコーンゴムにガラスバルーンを配合した発泡シリコーンゴムが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
マイクロ樹脂バルーンを配合した発泡シリコーンゴムは、セルの形成が不均一になされるため硬度の分散具合がばらつき、また、熱容量を小さくできずウォームアップ時間がかかるという問題がある。
【０００５】
ガラスバルーンを配合した発泡シリコーンゴムは、熱容量をある程度小さくでき、ウォームアップ時間の短縮化が可能となる。しかしながら、さらにウォームアップ時間の短縮化を図るため、ガラスバルーンの配合量を多くすると硬度が上昇するという問題がある。また、ガラスバルーンを配合した発泡シリコーンゴムは、長時間の使用により、ガラスバルーンの破片等に起因して芯体近傍での破壊が生じ易くなるという問題もある。
【０００６】
他方、熱伝導率の異なる二層のシリコーンゴムを備えた加圧ロールが提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、これらの二層のシリコーンゴムを設けた場合でも、ロール全体の熱容量は十分小さくできず、ウォームアップ時間の十分な短縮化が実現されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３９６９９４２号公報
【特許文献２】特開２００５−０９１７３５号公報
【特許文献３】特許第４６３４８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、芯体近傍での破壊を抑制すると共に、ウォームアップ時間を短縮できる低熱容量の定着加圧ロール及び定着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】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の態様は、定着装置の定着部に用いられる定着加圧ロールであって、芯体と、前記芯体の周囲に設けられた第１の弾性層と、前記第１の弾性層の周囲に設けられた第２の弾性層とを具備し、前記第１の弾性層及び前記第２の弾性層は、シリコーンゴム原料と、ガラスバルーンとを混合した後、前記シリコーンゴム原料を硬化することにより得られたシリコーンゴムで構成され、前記第２の弾性層は、加圧による前記ガラスバルーンの破壊で形成された空隙を含むことを特徴とする定着加圧ロールにある。
【００１０】
かかる発明によれば、第２の弾性層中に含有されるガラスバルーンを破壊させて空隙を形成することにより、ニップ部を形成する第２の弾性層を多孔性を有する層とし、第１の弾性層をガラスバルーンの破壊で生じる破片等をほとんど含まない層とすることができる。そして、第２の弾性層を定着加圧ロールの径方向外側に設けることでニップ部における定着性を確保すると共に、第１の弾性層を芯体の周囲に設けることで芯体近傍での破壊を抑制することができる。さらに、第１の弾性層及び第２の弾性層はどちらもガラスを主成分とするガラスバルーンを含有するため、熱容量が小さい層となる。これにより、ウォームアップ時間が短縮された低熱容量の定着加圧ロールを実現することができる。
【００１１】
ここで、前記第１の弾性層に含まれるガラスバルーンは、前記第２の弾性層に含まれるガラスバルーンよりも耐圧強度が高いことが好ましい。
【００１２】
これによれば、第１の弾性層は、ガラスバルーンが破壊されずにそのままの状態で含有されるため、ガラスバルーンの破片等がない柔軟な層となる。この結果、芯体近傍での破壊が確実に防止される。
【００１３】
ここで、前記加圧は、水圧であることが好ましい。
【００１４】
これによれば、第２の弾性層に含まれるガラスバルーンの多くを割ることで破壊させることができるため、第２の弾性層がより多孔性を有する層となり、ニップ部における定着性が向上する。
【００１５】
ここで、前記第１の弾性層は、前記第２の弾性層よりも厚さが厚いことが好ましい。
【００１６】
これによれば、芯体近傍での破壊がより確実に防止され、耐久性が向上する。
【００１７】
ここで、前記第２の弾性層の周囲に設けられた離型層を具備することが好ましい。
【００１８】
これによれば、ニップ部を通過する記録媒体との離型性が向上し、安定した定着を行うことができる。
【００１９】
本発明の他の態様は、前記何れかの態様に記載する定着加圧ロールを具備することを特徴とする定着装置にある。
【００２０】
かかる発明によれば、芯体近傍での破壊が抑制され、ウォームアップ時間が短縮された低熱容量の定着加圧ロールを具備するため、耐久性に優れた信頼性の高い定着装置となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の定着加圧ロール及び定着装置によれば、定着加圧ロールの径方向外側に多孔性を有する弾性層を設けることでニップ部における定着性を確保すると共に、ガラスバルーンの破片等をほとんど含まない弾性層を芯体の周囲に設けることで芯体近傍での破壊を抑制することができる。さらに、弾性層中にガラスを主成分とするガラスバルーンを含有し、熱容量を小さくすることにより、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態１に係る加圧ロールの横断面図及び縦断面図。
【図２】水圧でガラスバルーンが破壊される工程を説明するための概念図。
【図３】実施形態１に係る加圧ロールを具備する定着装置の断面図。
【図４】実施形態２に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の断面図。
【図５】実施形態３に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の断面図。
【図６】実施形態４に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の断面図。
【図７】実施例１及び比較例４の加圧ロールの昇温特性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
（実施形態１）
本発明に係る定着加圧ロールは、画像形成装置の定着部において未定着トナー像を熱と圧力で記録媒体に定着するために用いられるものであり、後述する加圧ロール及び定着ロール等が例示される。本実施形態では、定着加圧ロールの一例として、加圧ロールを例示する。
【００２５】
図１（ａ），（ｂ）に、実施形態１に係る加圧ロールの横断面図及び縦断面図を示す。図１（ａ），（ｂ）に示すように、加圧ロール１は、芯体１０と、芯体１０の周囲に設けられた第１の弾性層１１と、第１の弾性層１１の周囲に設けられた第２の弾性層１２と、第２の弾性層１２の周囲に設けられた離型層１３とを具備する。第１の弾性層１１及び第２の弾性層１２は、シリコーンゴム原料と、ガラスバルーンとを混合した後、シリコーンゴム原料を硬化することにより得られたシリコーンゴムで構成される。そして、第２の弾性層１２は、加圧によるガラスバルーンの破壊で形成された空隙を含む。
【００２６】
ここで、加圧とは、ガラスバルーンを破壊するためにシリコーンゴムに圧力をかけることをいう。破壊とは、通常は、ガラスバルーンが割れた状態になることをいうが、例えば、ひび割れる又は収縮する等、加圧によりシリコーンゴムを硬化する前の状態とは異なった状態になることも含む。本発明では、加圧によりガラスバルーンを破壊させることで、ガラスバルーンの大部分を割れた状態にすることができる。
【００２７】
ガラスバルーンが破壊すると、ガラスバルーンが存在していた部分は空隙となる。即ち、ガラスバルーンの破壊で形成された空隙とは、シリコーンゴムを加圧する前にはガラスバルーンが存在し、加圧した後にガラスバルーンが破壊されることで形成された空間をいう。
【００２８】
第１の弾性層１１及び第２の弾性層１２は、どちらもガラスバルーンを含有するが、それぞれ耐圧強度の異なるガラスバルーンを含有する。具体的には、第１の弾性層１１に含まれるガラスバルーンは、第２の弾性層１２に含まれるガラスバルーンよりも耐圧強度が高い。このため、シリコーンゴムを加圧すると、第２の弾性層１２中のガラスバルーンは破壊されて、空隙を形成するが、第１の弾性層１１中のガラスバルーンは破壊されずに、そのままの状態で存在する。この結果、第２の弾性層１２は、ガラスバルーンの破壊で形成された空隙を多く含み、第１の弾性層１１は、かかる空隙をほとんど含まない層となる。即ち、第２の弾性層１２は、第１の弾性層１１よりも多孔性に優れ、第１の弾性層１１は、ガラスバルーンの破壊で生じる破片等を含まない柔軟な層となる。また、第１の弾性層１１及び第２の弾性層１２は、どちらもガラスを主成分とするガラスバルーンを含有するため、熱容量が小さい層となる。
【００２９】
本実施形態によれば、ガラスバルーンの破片等をほとんど含まない柔軟な層からなる第１の弾性層１１を加圧ロール１の径方向内側、即ち、芯体１０の周囲に設けることにより、長時間の加圧ロールの圧縮で芯体近傍へ集中される応力を緩和することができ、ガラスバルーンの破片等に起因して生じる芯体近傍での破壊を防止することができる。また、多孔性に優れた第２の弾性層１２を加圧ロール１の径方向外側、即ち、第１の弾性層１１の周囲に設けることにより、ニップ部における定着性を確保することができる。さらにガラスバルーンを含有する第１の弾性層１１及び第２の弾性層１２は熱容量が小さい層であるため、これらの弾性層を具備することにより、加圧ロール１のウォームアップ時間の短縮化が実現される。
【００３０】
加圧ロール１を構成する芯体１０は、金属又は樹脂材料からなる。金属又は樹脂材料は、加圧ロール１の芯体として用いることができるものであれば、特に制限はない。また、芯体１０の形状についても制限はなく、中空であっても、中空でなくてもよい。
【００３１】
第１の弾性層１１及び第２の弾性層１２を構成するシリコーンゴム原料は、加熱により硬化して弾性体を生成するシリコーンゴムであれば特に制限されない。具体的には、液状シリコーンゴムやミラブル型シリコーンゴムが挙げられるが、液状シリコーンゴムが好ましい。このようなシリコーンゴムは市販されているものを用いることができ、勿論、２種類以上を併用してもよい。
【００３２】
シリコーンゴム原料に混合されるガラスバルーンは、ガラスを主成分とする微小中空球のことである。第２の弾性層１２に含有されるガラスバルーンは、加圧によりガラスバルーンの外殻が破壊され、第２の弾性層１２中で空隙を形成する。このようなガラスバルーンの耐圧強度は、２０．０ＭＰａ以下が好ましく、１０．０ＭＰａ以下がさらに好ましい。加圧力は、ガラスバルーンを破壊できる強さであれば特に制限はなく、ガラスバルーンの種類等により適宜選択することができる。なお、加圧力は、通常、１．０ＭＰａ〜４０．０ＭＰａが好ましく、５．０ＭＰａ〜２５．０ＭＰａがより好ましい。加圧方法としては、水、油等の液体による加圧や、空気、ヘリウム、窒素、二酸化炭素、水素及び酸素等の気体による加圧が挙げられる。加圧方法は、液圧が好ましく、これらの中でも水圧がより好ましい。本実施形態では、水圧によりガラスバルーンを破壊する。
【００３３】
第１の弾性層１１に含有されるガラスバルーンは、加圧によりガラスバルーンの外殻が破壊されずに、第１の弾性層１１中にそのままの状態で存在する。このようなガラスバルーンの耐圧強度は、２０．０ＭＰａ以上が好ましい。
【００３４】
第１の弾性層１１及び第２の弾性層１２に含有されるガラスバルーンの平均粒径は、どちらも約５μｍ〜１３５μｍの範囲にある。第２の弾性層１２中に含有されるガラスバルーンが破壊されて空隙を形成した場合、空隙の内径は、破壊前の平均粒径と同程度である。例えば、平均粒径５μｍ〜７０μｍのガラスバルーンを用いた場合、ガラスバルーンの破壊により形成された空隙の内径は、約５μｍ〜７０μｍの範囲となる。
【００３５】
ここで、本実施形態のガラスバルーンの平均粒径とは、レーザー回折散乱式粒度分布計により測定されたメジアン径（Ｄ５０）の値のことである。上述したガラスバルーンは、市販されているものを用いることができ、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３６】
第１の弾性層１１及び第２の弾性層１２に含有されるガラスバルーンの配合量は、粒径等に応じて適宜選択することができる。第１の弾性層１１に含有される場合のガラスバルーンの配合量は、通常、シリコーンゴム１００体積部に対して、５体積部〜３０体積部が好ましい。これは、第１の弾性層１１中でガラスバルーンが加圧されても破壊されることなく安定して分散できる量である。また、第２の弾性層１２に含有される場合のガラスバルーンの配合量は、通常、シリコーンゴム１００体積部に対して、１０体積部〜５０体積部が好ましい。これは、第２の弾性層１２中でガラスバルーンが均一に安定して分散できる量である。
【００３７】
また、弾性層の総厚に対する第１の弾性層１１の厚さの比は、２５％〜８０％が好ましく、３５％〜７０％がより好ましく、５０％より大きいことが一層好ましい。第１の弾性層１１の厚さを第２の弾性層１２よりも厚くすることで、芯体近傍に集中する応力がより一層緩和され、芯体近傍での破壊が確実に抑制されるからである。
【００３８】
弾性層の総厚は、例えば、０．５ｍｍ〜２０ｍｍであり、好ましくは、２ｍｍ〜６ｍｍである。これは、トナーの定着性を向上させ、画像の高画質化を図るためである。なお、本実施形態では、第１の弾性層１１と第２の弾性層１２からなる二層の弾性層を積層させたが、三層以上を積層させてもよい。弾性層を三層以上積層させる場合、加圧ロール１の径方向の最も外側に位置する弾性層は、加圧により破壊される耐圧強度のガラスバルーンを含有し、加圧ロール１の径方向の最も内側に位置する弾性層は、加圧により破壊されない耐圧強度のガラスバルーンを含有する必要がある。これにより、ニップ部における定着性を確保すると共に、ガラスバルーンの破片等による芯体近傍での破壊を抑制することができる。
【００３９】
離型層１３は、高い離型性の合成樹脂材料からなるのが好ましく、フッ素樹脂等を挙げることができる。フッ素樹脂としては、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等を挙げることができ、特にパーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）が好ましい。離型層１３の厚さは、定着加圧ロールに高い離型性を付与できる厚さであれば、特に制限はないが、例えば、１μｍ〜１００μｍであり、好ましくは、３０μｍ〜７０μｍである。なお、離型層１３は設けなくてもよい。離型層１３を設けない場合は、例えば、後述する実施形態３に示すような定着ベルト２０の定着ロール３０Ａとして用いることが好ましい（図５参照）。
【００４０】
次に、本実施形態の加圧ロールを製造する方法について以下に説明する。
【００４１】
本実施形態では、第１の弾性層１１及び第２の弾性層１２を構成するシリコーンゴム原料として液状シリコーンゴムを用いて加圧ロール１を製造する場合について例示する。最初に、液状シリコーンゴムに、耐圧強度の高いガラスバルーンを混合してシリコーンゴム組成物を調製する。第１の弾性層１１の作製用金型（以下、金型（Ｘ））に芯体１０を配置し、芯体１０の周りにシリコーンゴム組成物を充填し、加熱して、第１の弾性層１１（シリコーンゴム）を作製する（一次硬化）。その後、冷却して金型（Ｘ）から脱型する。加熱温度は、液状シリコーンゴムを硬化できる温度であればよい。
【００４２】
次に、第１の弾性層１１の周囲に第２の弾性層１２を作製する。最初に、液状シリコーンゴムに、耐圧強度の低いガラスバルーンを混合してシリコーンゴム組成物を調製する。第２の弾性層１２の作製用金型（以下、金型（Ｙ））に、第１の弾性層１１を具備する芯体１０を配置し、第１の弾性層１１の周りにシリコーンゴム組成物を充填し、シリコーンゴム組成物を加熱し（一次硬化）、冷却して金型（Ｙ）から脱型する。加熱温度は、液状シリコーンゴムを硬化できる温度であればよい。具体的には、液状シリコーンゴムの硬化温度以上で、ガラスバルーン、即ち、ガラスを主成分とする微小中空球の軟化温度以下で加熱し、ガラスバルーンを破壊させずに、シリコーンゴム組成物を硬化させてシリコーンゴムとする。
【００４３】
次いで、金型（Ｙ）から脱型した加圧ロールの半製品（以下、「半製品」という。）を圧力容器に入れて水圧をかけて、耐圧強度の低いガラスバルーンを破壊させる。具体的には、耐圧強度の低いガラスバルーンを破壊させ、耐圧強度の高いガラスバルーンを破壊させない強さの水圧をかける。その後、圧力容器内から半製品を取り出し、恒温槽にてシリコーンゴムをさらに加熱して（二次硬化）、第２の弾性層１２を作製する。
【００４４】
ここで、水圧によるガラスバルーンの破壊工程について説明する。図２に、ガラスバルーンが破壊される工程を説明するための概念図を示す。第１の弾性層１１と、シリコーンゴム１０１（後に第２の弾性層１２となる）からなる半製品を圧力容器１０２に入れ、圧力容器１０２を水で満たす（図２（ａ））。次に、圧力容器１０２内を水圧で加圧する。この水圧処理により、第１の弾性層１１及びシリコーンゴム１０１は圧縮され、シリコーンゴム１０１中に含有される耐圧強度の低いガラスバルーン１０４は破壊されて空隙１０５を形成する。なお、第１の弾性層１１中に含有される耐圧強度の高いガラスバルーン１０３は破壊されずに圧縮されたまま存在する（図２（ｂ））。次に、圧力容器１０２を大気圧に戻し、水を抜く（図２（ｃ））。次いで、圧力容器１０２内から半製品を取り出し、恒温槽１０６にて加熱することで、圧縮された第１の弾性層１１及びシリコーンゴム１０１を元の状態に戻す（図２（ｄ））。シリコーンゴム１０１が元の状態に戻される際、ガラスバルーン１０４の破壊で形成された空隙１０５は、水圧がかけられる前の体積になるまで膨張する。これにより、水圧がかけられる前に、耐圧強度の低いガラスバルーン１０４が存在していた部分は空隙１０５となる。その後、シリコーンゴム１０１をさらに加熱して（二次硬化）、第２の弾性層１２を作製する（図２（ｅ））。
【００４５】
次に、第２の弾性層１２の周囲に離型層１３を形成する。離型層１３は、ＰＦＡチューブを用いる他、例えばコーティング液の塗布により形成してもよい。なお、第２の弾性層１２の周囲に離型層１３を形成した後に、水圧処理及び第２の弾性層１２の二次硬化を行ってもよい。
【００４６】
水圧処理は、第１の弾性層１１の周囲に充填したシリコーンゴム組成物を一次硬化した後のシリコーンゴム１０１に行うのが好ましいが、かかるシリコーンゴム組成物の加熱（一次硬化）と同時に行ってもよく、水圧処理を複数回に分けて行ってもよい。また、水圧時の加圧条件を適宜変更することにより、ガラスバルーンの破壊のタイミングや破壊の状態を制御することが可能である。このように加圧方法及び加圧回数は制限されない。
【００４７】
本実施形態によれば、ガラスバルーンの破片等をほとんど含まない第１の弾性層を芯体１０の周囲に設け、多孔性に優れた第２の弾性層１２を第１の弾性層１１の周囲に設けることにより、ニップ部における定着性を確保しつつ、芯体近傍での破壊を抑制することができる。さらに、これらの弾性層はガラスを含有することにより熱容量が小さくなるため、ウォームアップ時間が短縮された加圧ロールが実現される。
【００４８】
次に、定着装置について説明する。図３に、本実施形態に係る定着装置の断面図を示す。図３に示すように、定着装置２は、加圧ロール１と、加圧ロール１に対向して配置される定着ベルト２０と、加圧ロール１に対向する位置で定着ベルト２０を内側から加圧ロール１に対して押圧して所定のニップ部を形成する押圧部材２１と、定着ベルト２０を所定温度まで加熱する加熱手段２２とを具備するものである。
【００４９】
定着ベルト２０は、対向する加圧ロール１との圧接により所定のニップ部を形成できるものであればよく、例えば、シームレス電鋳ベルトを少なくとも一層有する金属基体と、金属基体の外周面に形成された弾性層と、弾性層の外周面に形成された離型層とを具備する。
【００５０】
押圧部材２１は、ゴム等の弾性体、樹脂及び金属等から構成される。表面には、必要に応じてフッ素樹脂等からなる層が形成されることや、摺動シートや溝等が設けられることもある。なお、摺動シートの表面に凹凸加工が施されていてもよい。
【００５１】
加熱手段２２は、定着ベルト２０を加熱できるものであればよく、定着ベルト２０の外側に設けられていてもよい。加熱手段２２としては、ハロゲンヒーター、電熱線ヒーター、赤外線ヒーター、励磁コイル（熱源）による電磁誘導発熱等を挙げることができる。
【００５２】
本実施形態に係る定着装置２は、芯体近傍での破壊が抑制され、ウォームアップ時間が短縮された低熱容量の定着加圧ロールを具備するものである。これにより、耐久性を有し、定着性に優れた信頼性の高い定着装置を実現することができる。
【００５３】
（実施形態２）
実施形態２では、定着加圧ロールの一例として、定着ロール及び加圧ロールを例示する。なお、実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５４】
図４に、実施形態２に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の断面図を示す。図４に示すように、定着装置２Ａは、加圧ロール１と、加圧ロール１に対向して配置される定着ベルト２０と、押圧部材の代わりに、定着ベルト２０を内側から加圧ロール１に対して押圧する定着ロール３０とを具備する。定着ロール３０には、図示されない加熱手段が外側に配置されている。本実施形態の定着加圧ロールは、図４に示す定着ロール３０としても、加圧ロール１としても使用することができる。
【００５５】
（実施形態３）
実施形態３では、定着加圧ロールの一例として、定着ロール及び加圧ロールを例示する。なお、実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５６】
図５に、実施形態３に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の断面図を示す。図５に示すように、定着装置２Ｂは、加圧ロール１と、加圧ロール１に対向して配置される定着ベルト２０と、定着ベルト２０を内側から加圧ロール１に対して押圧する定着ロール３０Ａと、加熱手段２２を内蔵する加熱ロール２３とを具備する。定着ベルト２０の内側には、定着ロール３０Ａと加熱ロール２３とが配置され、これらの定着ロール３０Ａと加熱ロール２３とで定着ベルト２０を回転駆動するものである。本実施形態の定着加圧ロールは、図５に示す定着ロール３０Ａとしても、加圧ロール１としても使用することができる。
【００５７】
（実施形態４）
実施形態４では、定着加圧ロールの一例として、定着ロール及び加圧ロールを例示する。実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５８】
図６に、実施形態４に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の断面図を示す。図６に示すように、定着装置２Ｃは、加圧ロール１と、加圧ロール１に対向して配置される定着ロール３０Ｂとを具備する。定着ロール３０Ｂには、図示されない加熱手段が内蔵されている。本実施形態の定着加圧ロールは、図６に示す定着ロール３０Ｂとしても、加圧ロール１としても使用することができる。
【実施例】
【００５９】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明を限定するものではない。
【００６０】
（実施例１）
以下の手順で、加圧ロール１を製造した。外径１８ｍｍの鉄製芯体１０に接着剤（東レ製：ＤＹ３９−０５１）を０．２ｇ塗布し、２００℃×３０分で乾燥させ、内径２３ｍｍの金型（ａ）内に配置した。次いで、液状シリコーンゴム（東レ製：ＤＹ３５−７９６）１００質量部に対し、ガラスバルーン（Ａ）（住友スリーエム製：Ｋ３７、耐圧強度：２１．０ＭＰａ）３０質量部を配合したシリコーンゴム組成物を金型（ａ）内に注型後、９０℃×９０分で一次硬化を行い、芯体１０の周囲に厚さ２．５ｍｍの第１の弾性層１１を作製した。その後、冷却して金型（ａ）から脱型したロール（半製品）を内径２７ｍｍの金型（ｂ）内に配置し、液状シリコーンゴム（東レ製：ＤＹ３５−７９６）１００質量部に対し、ガラスバルーン（Ｂ）（住友スリーエム製：Ｋ２５、耐圧強度：５．２ＭＰａ）２７．５質量部を配合したシリコーンゴム組成物を金型（ｂ）内に注型後、９０℃×９０分で一次硬化を行った。その後、冷却して金型（ｂ）から脱型した半製品を圧力容器に入れ、２０ＭＰａの水圧で１０分間保持し、ガラスバルーン（Ｂ）を破壊させた後、水を除いて大気圧に戻した。次いで、２１０℃×８時間で二次硬化を行った後、研磨機で外径２５ｍｍになるように半製品の外周を研磨し、第１の弾性層１１の周囲に第２の弾性層１２を作製した。その後、第２の弾性層１２の表面に接着剤を塗布し、離型層１３としてＰＦＡチューブを被せた。これにより、芯体１０と、厚さ２．５ｍｍの第１の弾性層１１と厚さ１．０ｍｍの第２の弾性層１２とＰＦＡチューブからなる離型層１３とを備えた加圧ロール１を得た。
【００６１】
（実施例２）
実施例２では、ガラスバルーン（Ｂ）の代わりにガラスバルーン（Ｃ）（住友スリーエム製：Ｋ１、耐圧強度：１．７ＭＰａ）１２．５質量部を配合して第２の弾性層１２を作製した以外は、実施例１と同様の工程で加圧ロール１を得た。
【００６２】
（比較例１）
比較例１では、第１の弾性層を作製せず、内径２７ｍｍの金型（ｂ）を用いて、芯体の周囲に第２の弾性層を作製した以外は、実施例１と同様の工程で加圧ロールを作製した。これにより、芯体と厚さ３．５ｍｍの第２の弾性層と離型層とを備えた加圧ロールを得た。
【００６３】
（比較例２）
比較例２では、第１の弾性層を作製せず、内径２７ｍｍの金型（ｂ）を用いて、芯体の周囲に第２の弾性層を作製した以外は、実施例２と同様の工程で加圧ロールを作製した。これにより、芯体と厚さ３．５ｍｍの第２の弾性層と離型層とを備えた加圧ロールを得た。
【００６４】
（比較例３）
比較例３では、シリコーンゴム組成物を芯体の周囲に厚さ０．１ｍｍになるように塗布して第１の弾性層を作製し、次いで、内径２７ｍｍの金型（ｂ）を用いて、第１の弾性層の周囲に第２の弾性層を作製した以外は、実施例１と同様の工程で加圧ロールを作製した。これにより、芯体と、厚さ０．１ｍｍの第１の弾性層と、厚さ３．４ｍｍの第２の弾性層と離型層とを備えた加圧ロールを得た。
【００６５】
（比較例４）
比較例４では、ガラスバルーン（Ａ）を配合しないシリコーンゴム組成物を調整し、このシリコーンゴム組成物を用いて第１の弾性層を作製した以外は、実施例１と同様の工程で加圧ロールを作製した。
【００６６】
（試験例１）
実施例１，２、比較例１〜４の加圧ロールを用いて耐久試験を行った。耐久試験は、実施例１，２、比較例１〜４の加圧ロールを加圧ロール用評価機に取り付け、圧縮率３５％、１５０℃に加熱した状態で線速２５６ｍｍ／ｓｅｃの条件で回転させながら行った。そして、１５０時間経過後における芯体近傍の破壊の有無を確認した。
【００６７】
表１に、実施例１，２、比較例１〜４の第１及び第２の弾性層の構成、耐久試験の結果を示す。耐久試験は、１５０時間経過後に芯体近傍の破壊が起こらなかった場合を○、破壊が起こった場合を×と評価した。  実施例１，２、比較例４の加圧ロール１は、１５０時間経過後も芯体近傍の破壊が起こらなかったが、比較例１〜３の加圧ロール１は、試験中に芯体近傍から破壊した。
【００６８】
実施例１，２と比較例１，２との比較から、加圧ロール１が耐圧強度の異なるガラスバルーンを含有する第１の弾性層１１と第２の弾性層１２とを具備することにより、芯体近傍の破壊を抑制できることがわかった。
【００６９】
これは、第１の弾性層が加圧により割れない耐圧強度のガラスバルーンを含有するため、第１の弾性層中にガラスバルーンの破片等が存在せず、ニップ部での圧縮による芯体近傍への応力が緩和されたためである。なお、第２の弾性層は、加圧により割れて破壊される耐圧強度のガラスバルーンを含有するため、第１の弾性層よりも多孔性に優れた層である。この第２の弾性層によりニップ部での圧縮に対する耐久性は確保される。
【００７０】
また、比較例４の耐久試験の結果から、第１の弾性層がガラスバルーンを含有しない加圧ロールであっても、芯体近傍の破壊を抑制できることがわかった。しかしながら、ガラスバルーンを含有しない第１の弾性層は、ガラスバルーンを含有する層よりも熱容量が高くなる。このため、後述する図７に示すように、比較例４の加圧ロールは、実施例１の加圧ロールと比べて、ウォームアップ時間が長くなり、ウォームアップ時間の短縮化が図れない。
【００７１】
なお、比較例３の加圧ロールのように、耐圧強度が異なるガラスバルーンを含有する弾性層が二層設けられていても、第１の弾性層の厚さが極めて薄い場合は、第１の弾性層が設けられていない比較例１の加圧ロールと同等とみなすことができ、芯体近傍の破壊が起こることがわかった。
【００７２】
（試験例２）
実施例１及び比較例４の加圧ロールを用いて昇温特性を評価した。昇温特性の評価は、加圧ロールを図６に示す定着装置に取り付け、圧縮率３５％、ヒーター電力７５０Ｗ、線速２５６ｍｍ／ｓｅｃの条件で回転させながら、非接触温度計で昇温状態を記録し、対向する定着ベルトの表面温度が１７０℃に昇温するまでのウォームアップ時間を測定することにより行った。図７に、実施例１及び比較例４の加圧ロールの昇温特性を示す。
【００７３】
図７に示すように、定着ベルトが１７０℃に昇温するまでのウォームアップ時間は、実施例１の加圧ロールが２６０ｓｅｃ、比較例４の加圧ロールが２９０ｓｅｃであった。実施例１の加圧ロールは、耐圧強度の高いガラスバルーン（２１．０ＭＰａ）を含有する第１の弾性層と耐圧強度の低いガラスバルーン（５．２ＭＰａ）を含有する第２の弾性層とを具備し、比較例４の加圧ロールは、ガラスバルーンを含有しない第１の弾性層と耐圧強度の低いガラスバルーン（５．２ＭＰａ）を含有する第２の弾性層とを具備するものである。これにより、耐圧強度が異なるガラスバルーンを含有する弾性層を二層設けることにより、ウォームアップ時間を短縮できることがわかった。これは、第１の弾性層及び第２の弾性層がどちらもガラスを含有するため、熱容量がより小さくなったためである。
【００７４】
以上の結果から、耐圧強度の高いガラスバルーンを破壊させずにそのままの状態で含有する第１の弾性層１１と、耐圧強度の低いガラスバルーンを破壊させて空隙として含有する第２の弾性層１２とを具備することにより、芯体近傍での破壊を抑制すると共に、ウォームアップ時間を短縮できる低熱容量の加圧ロールを実現できることがわかった。このような加圧ロールを具備する定着装置は、耐久性を有し、定着性に優れた信頼性の高いものとなる。
【００７５】
【表１】
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【符号の説明】
【００７６】
１      加圧ロール
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  定着装置
１０    芯体
１１    第１の弾性層
１２    第２の弾性層
１３    離型層
２０    定着ベルト
２１    押圧部材
２２    加熱手段
２３    加熱ロール
３０，３０Ａ，３０Ｂ  定着ロール
１０１  シリコーンゴム
１０２  圧力容器
１０３  耐圧強度の高いガラスバルーン
１０４  耐圧強度の低いガラスバルーン
１０５  空隙
１０６  恒温槽
【図１】
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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２】
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【図７】
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