(57)【要約】【課題】高速での連続カラー印刷にも対応できるように、クイックスタート性、ホットオフセット抑制性、連続通紙性及び耐久性のすべてにおいて良好な定着器用ローラーを提供する。【解決手段】芯軸２と該芯軸上に設けた複数層からなる弾性体層３と該弾性体層上に設けた表面離型層４とを備え、弾性体層３の最外層の熱伝導率を０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とし、その内層の弾性体層を断熱層とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯軸と該芯軸上に設けた複数層からなる弾性体層と該弾性体層上に設けた表面離型層とを備える定着器用ローラーにおいて、前記弾性体層の最外層の熱伝導率を０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とし、その内層の弾性体層を断熱層とした定着器用ローラー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、レーザービームプリンター等に用いられる定着器用ローラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンターなどに用いられる定着器は、記録用紙やＯＨＰシートなどの記録材シート上に転写されたトナー像を加熱・加圧して記録材シート上に融着させ定着させる。一般には、加熱ローラーと加圧ローラーとが互いに圧接して配置され、その圧接部（ニップ部）に転写後の記録材シートを通すことによりトナー像の定着が行われる。
【０００３】
従来の定着器用加圧ローラーとしては、図６に示すように、芯軸上に発泡体からなる弾性体層を設け、その上に表面離型層を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。表面離型層は、トナー離型性を有してトナーによる汚染を防止する。
【０００４】
このように弾性体層が発泡体単層からなる場合には、弾性体層がソリッドゴム単層からなるものに比べて、定着器のウォームアップタイムが短縮される（すなわち「クイックスタート性」が良い）。これは、加圧ローラーの弾性体層を構成する発泡体単層は熱伝導率が小さいので、加熱ローラーの熱が加圧ローラーに伝わりにくくなり、加熱ローラー表面の温度上昇が速まるからである。
【０００５】
しかしながら、この構成では初動時には加圧ローラー表面の温度が低いために連続通紙時には用紙に奪われる熱量を補填できずに加熱ローラーの表面温度が下がってしまい、トナーを溶融するに十分な熱量が得られず、定着画像に画像抜け等の不具合を生じていた（すなわち初動時の「連続通紙性」に劣る）。
【０００６】
また、十分に加圧ローラー側が温められている定常状態であっても、弾性体層の熱伝導率の低さが災いとなり、連続通紙時には加圧ローラーの表面のみが熱を奪われ、内層からの熱の補填がなされないままに、やはり初動時と同様の不具合を早々に起こしていた（すなわち定常状態での「連続通紙性」に劣る）。
以上のことから、弾性体層が発泡体単層の加圧ローラーでは連続通紙の速度を上げられず、いわゆる低速機のみでの適用に限られていた。
【０００７】
さらに、カラー印刷の場合には特に高い耐久性が要求されるのであるが、弾性体層が発泡体単層からなる場合は、その構成上、ソリッドな弾性体層の場合に比べて耐久性に劣るという欠点があった（すなわち「カラー対応性」に劣る）。これは、加熱ローラーとの接触部の表層近傍が大変形の連続したストレスにより発泡セルが破壊されてしまうことによることが分かっている。
【０００８】
また、小サイズの記録材シートを定着器ローラーのニップ部に連続的に通紙すると、ローラーの非通紙部領域の温度が通紙部領域の温度より過度に高くなり、続いてそれより大きなサイズの記録材シートを通紙すると、記録材シートに定着むらや皺が発生したり、非通紙部領域に対応した部分のトナーが溶けすぎて加熱ローラーに付着し、記録材シートの表面を汚すなどのいわゆる「ホットオフセット」を生じるという問題があった（すなわち「ホットオフセット抑制性」に劣る）。これは、小サイズの記録材シートを両ローラー間のニップ部に通す際にローラーの通紙部領域では記録材シートによってローラー表面の熱が奪われるが、非通紙部領域ではローラー表面の熱が奪われず蓄熱されることによる。
【０００９】
このような欠点を解消するため、図７に示すように、芯軸上に発泡体からなる弾性体層を設け、その上にソリッド弾性体層を設け、その上に表面離型層を備えた構成のローラーが提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示されたソリッド弾性体層は、液状シリコーンゴムを硬化させてソリッド層としている。弾性体層について熱伝導率の限定はない。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−１６７３０１号公報
【特許文献２】
特公平８−１６８１４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２の出願時に比べ昨今は、複写機やプリンターのカラーの印刷レベルの要求が厳しくなり、また高速化も進んでいる。このため、弾性体層が発泡体層とソリッドゴム層とからなる構成のローラーにおいても、高速での連続カラー印刷時には弾性体層が発泡体単層のみの場合と同様の問題が生じるようになっていた。
【００１２】
また、弾性体層が発泡体層とソリッドゴム層とからなる構成のローラーでは、ソリッドゴム層の熱伝導率を下げることが困難なことから、加熱ローラーの熱を中途半端に吸熱してしまい、発泡体層の断熱効果を薄れさせ、弾性体層が発泡体単層のみからなる場合に比べてウォームアップタイムが長くならざるを得なくなっていた。
【００１３】
従って、本発明は、高速での連続カラー印刷にも対応できるように、クイックスタート性、連続通紙性、カラー対応性（耐久性）、ホットオフセット抑制性のすべてにおいて良好な定着器用ローラーを提供することを目的とする。
【００１４】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、芯軸と該芯軸上に設けた複数層からなる弾性体層と該弾性体層上に設けた表面離型層とを備える定着器用ローラーにおいて、前記弾性体層の最外層の熱伝導率を０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とし、その内層の弾性体層を断熱層とした。
【００１５】
このような高熱伝導性の弾性体最外層を設けることにより、加熱ローラーの熱を効率よく加圧ローラーの表層に伝達でき、加熱ローラーの表層と時間差なく加圧ローラーの表層部分を昇温させることが可能となる。また、断熱層と高熱伝導性の弾性体最外層の境界において断熱効果を発揮する。これらの結果としてウォームアップタイムを短縮することができるようになった。
【００１６】
また、連続通紙に関しても、加圧ローラーの表層近傍が加熱ローラー昇温時に十分に温められていることから、加熱ローラーとの温度差が小さくなっており、加熱ローラーの表面温度を下げてしまうことなく高い印刷レベルを維持できるようになり、大量の高速連続通紙が可能となった。
【００１７】
断熱層として用いる弾性体内層は、熱伝導率を０．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下とするのが好ましい。熱伝導率が０．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えると、加圧ローラー表層からの熱流量が大きくなり、その結果、初動時に加圧ローラー全体を温めなければならなくなり、ウォームアップタイムが長くなってしまうからである。この断熱層は、例えばスポンジ層又は発泡体層とすることができる。
【００１８】
また、弾性体最外層の熱伝導率が０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の場合は、加熱ローラーからの熱流量が小さくなってしまい、加熱ローラー表面と加圧ローラー表面の温度差が大きくなってしまうことになるが、実質的な断熱層としては働かないため、加熱ローラーの昇温を妨げる結果となり、ウォームアップタイムが長くなってしまう。
【００１９】
また、弾性体最外層の熱伝導率が０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の場合は、高速の連続通紙時に用紙に奪われる熱量による温度低下が大きく、加熱ローラーとの温度差が大きくなってしまい、加熱ローラーの表面温度を下げる要因となってしまう。
【００２０】
したがって、本発明のローラーは芯軸と芯軸上に２層以上積層された弾性体層とを有し、この積層弾性体層上に表面離型層を設けたローラーであって、積層弾性体層の最外層が０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、より好ましくは０．７５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する弾性体層であり、その内層が好ましくは０．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、より好ましくは０．１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導率を有する断熱性の弾性体層であることを特徴とする。
【００２１】
ただし、高熱伝導性の弾性体最外層が厚すぎると、断熱層の断熱性が十分に発揮できなくなるため、弾性体最外層の肉厚は２ｍｍ以下とするのが望ましい。
【００２２】
これまでは加圧ローラーを主体に述べてきたが、本発明のローラーは加熱ローラーとしても使用できる。断熱性の弾性体内層があるためにその内部からの加熱には適さないが、外部から適当な加熱を行うことにより、表層のみを素早く昇温させることができる。その結果、ローラーの表面硬度が低く、かつ、昇温の速い加熱ローラーを容易に得ることができる。
【００２３】
カラープリンターのように多層のトナーを溶融させる場合には、トナーを潰しすぎないような低圧力で、かつ、熱をできるだけ長時間トナーに伝えるために、加熱ローラーと加圧ローラーの接触幅（ニップ幅）を大きくする表面硬度の低い加熱ローラーが求められている。
【００２４】
通常、低硬度のローラーを得るためには、第一の方法として、弾性体層を発泡体とする方法があり、第二の方法として、低硬度のソリッドな弾性体を用いる方法がある。
【００２５】
上記第一の方法では、弾性体層が断熱層となってしまい、内部からの加熱には適さない。また、外部からの加熱を行う方法をとったとしても、表面離型層のみが温度上昇するため、トナーを溶融するに十分な熱量を蓄えられない。
【００２６】
また、カラー機用のローラーはモノクロ機より大きなニップ幅を必要とするため、変形量が増大し、発泡セルが早期に破壊されてしまうため、製品寿命が短くなっていた。
【００２７】
上記第二の方法では、弾性体がソリッドなため、内部からの加熱も可能となるが、低硬度の弾性体は多量のオイル分を含んでいる場合が多く、モノクロ機よりも大きな変形を伴うカラー機においてはオイルが滲出する現象を生じやすく、やはり寿命が非常に短くなっていた。
【００２８】
本発明のローラーでは、弾性体内層の断熱層を発泡体とすることにより表面硬度の低硬度化を容易に図ることができる。これにより、その外層である弾性体最外層は低硬度化させる必要が無くなるため、オイルの滲出がなく、かつ、弾性体最外層がその内層の発泡体に対する応力緩和層として働くため、弾性体層が発泡体のみからなる場合に対して大幅に製品寿命を伸ばすことができる。
【００２９】
また、高熱伝導性の弾性体最外層が存在することにより、トナーを溶融するに十分な熱量をローラー表層に蓄えることができる。
【００３０】
以上のように、本発明のローラーは、ローラー表面を容易に低硬度化することができ、トナーを溶融するのに十分な熱量を保持することができ、耐久性にも優れているので、加熱ローラーとして使用するのにも適している。
【００３１】
また、本発明のローラーを加熱ローラー及び加圧ローラーとしてペアで使用すると、両者間の表面硬度に差が無いため、ニップ部が平らな状態となり、通紙時に紙が反ってしまうカール現象を抑制することができる。
【００３２】
なお、本発明による定着器用ローラーにおける弾性体層の熱伝導率は、例えば特開２０００−３０２９７１号公報、特開平１１−１５８３８３号公報、特開平９−１１１１２４号公報にも開示されているように、弾性体（例えばシリコーンゴム）の組成物にシリカ、アルミナ、マグネシア等の微粉末を所定の割合で配合することにより所望の値に設定できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１は、本発明による定着器用ローラーの構成を示し、図１（ａ）はその縦断面図であり、図１（ｂ）は横断面図である。ローラー１は、芯軸２の上に弾性体層３が設けられ、その上に表面離型層４が設けられている。弾性体層３は、断熱性の弾性体層３−１と高熱伝導性（熱伝導率が０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上）の弾性体層３−２とからなる。本発明によるローラー１は、加圧ローラーのみならず、加熱ローラーとしても使用できる。
【００３４】
図２は、本発明による定着器用ローラー１が加圧ローラーとして用いられた定着器を示す。ヒーター７を内蔵した加熱ローラー９と加圧ローラー１との間のニップ部にトナー１１の転写された記録材シート１０が通される様子を示している。
【００３５】
図３は、本発明による定着器用ローラー１を加圧ローラーのみならず加熱ローラーとしても用いた定着器を示す。加熱ローラー１は、ヒーター７を内蔵した外部加熱ローラー６に当接し加熱される。
【００３６】
図４は、本発明による定着器用ローラー１を加圧ローラーのみならず加熱ローラーとしても用いた別の形態の定着器を示す。加熱ローラー１は、反射板８を備えたヒーター（発熱ランプ）７により放射加熱される。
【００３７】
なお、図３及び図４に示す実施の態様では、加熱ローラーのみを本発明によるローラーとする構成も可能である。しかしながら、上述のようにカール現象を抑制する観点から、加圧ローラーも本発明によるローラーとするのが好ましい。
【００３８】
【実施例】
図２に示すような態様のプリンターの定着器において、加圧ローラーの弾性体層が、▲１▼スポンジ単層からなる場合、▲２▼ゴム層単層からなる場合、▲３▼ゴム層２層からなる場合について、弾性体層の熱伝導率を変化させてローラー表面の昇温時間（ウォームアップタイム）を測定した。その結果を表１に示し、これをグラフ表示したものを図５に示す。ここで、ローラー表面の昇温時間は、プリンターの電源を入れてから使用可能になるまでの時間で目安となる。スポンジ単層の場合（▲１▼）は、該層の熱伝導率が０．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のときの測定データを示す。ゴム層２層の場合（▲３▼）は、外側のゴム層の熱伝導率を変化させて昇温時間を測定した。なお、使用したローラーの寸法は次の通りである。
芯軸：  φ１３ｍｍ
ローラー外径：  φ２２ｍｍ
表面離型層：  ０．０５ｍｍ
弾性体層：  １ｍｍ
【００３９】
【表１】
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【００４０】
加圧ローラーの弾性体層がスポンジ単層からなる場合（▲１▼）が、断熱性が高いので昇温時間が最も短い。しかしながら、スポンジ単層の場合には、その低い熱伝導性ゆえに連続通紙性及びホットオフセット抑制性において著しく劣り、発泡構造ゆえにカラー対応性（耐久性）において劣る。よって、スポンジ単層の場合（▲１▼）は、連続通紙性、ホットオフセット抑制性及び／又はカラー対応性（耐久性）が要求される機器には適さない。
【００４１】
表１及び図５から分かるように、ゴム層２層の場合（▲３▼）にゴム層単層の場合（▲２▼）よりも昇温時間が大幅に短縮されている。また、熱伝導率については、ゴム層２層の場合（▲３▼）について見てみると、単純に熱伝導率が低いほど昇温時間が短くはなっておらず、０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の場合に昇温時間が最小となっている点に留意すべきである。
【００４２】
よって、表１及び図５から、加圧ローラーの弾性体層がゴム層２層で構成され、その外側ゴム層の熱伝導率が０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の場合に昇温時間が最小となることが分かった。
【００４３】
【発明の効果】
定着器用ローラーに要求される４つの特性、すなわちクイックスタート性、ホットオフセット抑制性、連続通紙性及びカラー対応性（耐久性）について、本発明による加圧ローラーと従来技術による加圧ローラーとの間で比較した結果を表２にまとめる。表２における各特性についての評価の記号において、◎は非常に良好、○は良好、△はやや悪い、×は悪いことを表している。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
比較した従来技術による加圧ローラーは、▲１▼ソリッドゴム層＋表面離型層からなる構成、▲２▼発泡体（スポンジ）層＋表面離型層からなる構成、▲３▼発泡体層＋ソリッドゴム層＋表面離型層からなる構成（従来の三層構造）の３種類である。
【００４６】
概略的にいえば、要求されるプリント速度が低速の場合には、加圧ローラーに対して断熱性が重視され、低い熱伝導率が要求される。一方、要求されるプリント速度が高速の場合には、加圧ローラーに対して蓄熱（保熱）性が重視され、高い熱伝導率が要求される。
【００４７】
表２からも分かるように、本発明は、以上説明したように構成されているので、クイックスタート性、ホットオフセット抑制性、連続通紙性及びカラー対応性のすべてにおいて良好であり、高速の連続カラー印刷等にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による定着器用ローラーの縦断面図（ａ）と横断面図（ｂ）である。
【図２】本発明によるローラーを加圧ローラーとして用いた定着器を示す。
【図３】本発明によるローラーを加熱ローラーとしても用いた定着器を示す。
【図４】本発明によるローラーを加熱ローラーとしても用いた別の定着器を示す。
【図５】加圧ローラーの弾性体層の熱伝導率と加圧ローラー表面の昇温時間との関係を示すグラフである。
【図６】従来の定着器用ローラーの縦断面図である。
【図７】別の従来の定着器用ローラーの縦断面図である。
【符号の説明】
１  ローラー
２  芯軸
３  弾性体層
３−１  断熱性弾性体層
３−２  高熱伝導性弾性体層
３−３  発泡弾性体層
３−４  ソリッド弾性体層
４  表面離型層
６  外部加熱ローラー
７  ヒーター
８  反射板
９  加熱ローラー
１０  記録材シート
１１  トナー
【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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