(57)【要約】【課題】  加圧ローラを定着装置等に組み込んで加熱した際に、十分なニップ幅の確保により定着性が改善され、更には、スポンジ層の耐久性までもが向上した定着用加圧ローラを提供する。【解決手段】  加圧ローラを定着装置等に組み込んで実際に加熱した際に、該ローラのスポンジ層が正クラウン状に熱膨張するような構造を採ることにより、フラット方式で生じる逆クラウン状ギャップを完全に回避する。併せて、該スポンジ層中での放熱用中空路の配置状態について工夫することにより、一直線的応力集中を回避する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金の外周に被覆されたスポンジ層に、該芯金の長手方向に平行、且つその周方向に放熱用中空路を設けた定着用加圧ローラであって、該芯金の長手方向の中央部と直交するスポンジ層部は、該放熱用中空路が貫通していない蓄熱壁を形成し、そして、該蓄熱壁を境として該放熱用中空路が左右非対称に延在・配置されていることを特徴とする定着用加圧ローラ。
【請求項２】
該蓄熱壁の厚みが０．１ｍｍ〜２０ｍｍである請求項１に記載の定着用加圧ローラ。
【請求項３】
該芯金の長手方向と直行する方向での、（断面での）放熱用中空路の断面積が１．５ｍｍ２〜８００ｍｍ２である請求項１または２に記載の定着用加圧ローラ。
【請求項４】
該スポンジ層が、シリコーンゴム発泡体である請求項１〜３のいずれかに記載の定着用加圧ローラ。
【請求項５】
該スポンジ層の外周面に離型層が被覆されている請求項１〜４のいずれかに記載の定着用加圧ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンターや複写機等の画像定着用の熱定着部に用いられる定着用加圧ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、強制駆動される定着用加圧ローラ（以下、”加圧ローラ”と称する。）の表面弾性体には、スポンジ層からなるゴム発泡体が好んで使用されている。これは、該発泡体が硬度も低く同時に十分なニップ幅を確保できるからである。
しかし、該表面弾性体がスポンジ層である加圧ローラにおいては、定着時の熱でスポンジ層が熱膨張し、長手方向に沿って外径差が生じるという欠点がある。その結果、熱定着に必要なニップ幅が十分に得られない、という問題が生じている。
そこで、上記加熱時の外径変化対策として、スポンジ層中に、芯金の長手方向に平行で、且つその周方向に複数個の貫通孔、あるいは螺旋状の貫通孔を設けるという提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。この提案によれば、加熱時のスポンジ層外径は長手方向に沿ってほぼフラットになり、問題は一見解決したかに見える。しかしながら、このフラット形状の熱膨張方式（以下、”フラット方式”と称する。）では、加圧ローラを定着装置に組み込んで加熱した際、現実にはニップ幅が十分に確保されず、定着性が悪くなるという問題が生じている。
この理由は、以下のとおりである。
加圧ローラは、定着装置に組み込んだ際、その芯金の両端が軸受けなどで保持されつつ相手方のヒートローラに圧接されるので、加圧ローラの中央部が不可避的に撓んでくる。したがって、該ヒートローラとの間に逆（負）クラウン状のギャップが生じ、定着性が悪化するのである。
更に、このフラット方式では、スポンジ層の耐久性の問題が惹起される。と言うのも、該方式では、貫通孔が設けられている箇所のスポンジ層の厚さ（半径方向）が薄くなる為、ヒートローラとの圧接による負荷が、この薄肉スポンジ層の長手方向全体に一直線的に集中し、これによりスポンジ層の劣化が促進されるからである。
【０００３】
【特許文献１】特許２８７０８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の課題は、加圧ローラを定着装置等に組み込んで加熱した際に、十分なニップ幅の確保により定着性が改善され、更には、スポンジ層の耐久性までもが向上した定着用加圧ローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、加圧ローラを定着装置等に組み込んで実際に加熱した際に、該ローラのスポンジ層が正クラウン状に熱膨張するような構造を採ることにより、フラット方式で生じる逆クラウン状ギャップを完全に回避するに至った。併せて、本発明者は、該スポンジ層中での放熱用中空路の配置状態について工夫することにより、前述の一直線的応力集中を回避することに成功した。
【発明の効果】
【０００６】
本発明において特徴的なことは、芯金の長手方向の中央部と直交するスポンジ層部を放熱用中空路が貫通していない蓄熱壁として機能させること、また該蓄熱壁を境としてスポンジ層の各端部に向かって延在する放熱用中空路が左右非対称に配置されていること、の２点が挙げられる。
これにより、本発明の加圧ローラは、定着装置に組み込まれて加熱された際に以下のような顕著な作用・効果を奏する。
ａ．スポンジ層の長手方向における蓄熱量は該蓄熱壁で最大となり、該蓄熱壁から左右の放熱用中空路を経て徐々に放熱される。その結果、スポンジ層は正クラウン形状に熱膨張して、前述のフラット方式で生じる逆クラウン状ギャップを補償するので、十分なニップ幅を確保でき、定着性が改善される。
ｂ．芯金の長手方向において、該蓄熱壁を境として放熱用中空路が左右非対称に延在・配置されるため、スポンジ層の長手方向の圧接負荷が分散される。すなわち、前述のフラット方式にみられる一直線的な応力集中が該蓄熱壁を境として分散され、スポンジ層の耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の定着用加圧ローラの構造について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る定着用加圧ローラの一例を示す縦断面図である。
図２は、本発明に係る定着用加圧ローラの他の態様を示す縦断面図である。
図３は、本発明に係る定着用加圧ローラの製造に使用する押出機の金型（ダイス）である。
図４は、本発明に係る定着用加圧ローラの製造に使用する押出機の金型（ニップル）である。
図５は、本発明に係る定着用加圧ローラのスポンジ層の基となる中空円筒ゴム状弾性体の押出形状である。
図６は、本発明に係る定着用加圧ローラの加熱後の外径寸法を示す特性図（グラフ）である。
図７は、従来の定着用加圧ローラの加熱後の外径寸法を示す特性図（グラフ）である。
図１及び図２において、（１）は芯金、（２）はスポンジ層、（３）は蓄熱壁、（４）は該蓄熱壁から夫々のスポンジ層部分（２ａ）、（２ｂ）の端部（端面）に向かって延在する放熱用中空路である。ここで、図１におけるスポンジ層（２）の長手方向の蓄熱壁（３）の厚さは、スポンジ層（２）の汎用的な長さ（２００ｍｍ〜４００ｍｍ程度）において、０．１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲にあればよい。その場合、放熱用中空路（４）がスポンジ層（２）の中央部を貫通していない形状であるかぎり、図２に示すような凹凸状のものも採用される。要は、放熱用中空路（４）が蓄熱壁（３）を境に左右非対称に配置され且つスポンジ層（２）の中央部で貫通していない形状、すなわち、スポンジ層（２）の長手方向の中央部が最も熱がこもりやすい形状であれば種々の変更が可能である。
次に、放熱用中空路（４）について述べる。該中空路（４）は通常、スポンジ層（２）の半径方向の中点近傍から芯金（１）の周囲の箇所に配置される。その断面は、円形、多角形など必要に応じて選定され、そのときの断面積も、スポンジ層（２）の汎用的な厚み（２ｍｍ〜２０ｍｍ程度）において、１．５ｍｍ２〜８００ｍｍ２の範囲にあればよい。更に、この断面積は、放熱及び正クラウン形状のスポンジ形成の面から、スポンジ層部分（２ａ）、（２ｂ）の端端面に向かって徐々に増加するような構造としてもよい。そして、このような放熱用中空路（４）は各スポンジ層部分（２ａ）、（２ｂ）に多数本、通常は２〜１０本を芯金（１）の長手方向に平行、且つその周方向に等角度で配置すればよい。ちなみに、図１及び図２は、４本の放熱用中空路（４）を配置した例である。なお、放熱用中空路（４）自体は必ずしも直線的なものに限られず、必要に応じて螺旋状等の曲線的な形状としてもよい。
最後に、スポンジ層を構成する材料としては、シリコーンゴム発泡体特に硬度（アスカーＣ）が５〜５０程度のシリコーンゴム発泡体が挙げられる。その際、必要に応じて、スポンジ層（２）の外表面には、シリコーンゴム、またはフッ素樹脂ないしゴム等からなる離型層を設けてもよい。
以上、加圧ローラについて述べたが、定着ベルトを使用する構成で、ヒートローラ、定着ローラと加圧ローラの３つで形成される定着装置の場合には、この定着ローラに使用してもよい。
【０００８】
次に、本発明に係る加圧ローラの製造方法の例について述べる。
Ａ．図１の加圧ローラの製造例：
ａ−１  放熱用中空路（４）を左右非対称に配置したスポンジ層（２）の作成
先ず、スポンジ層（２）、すなわち中空円筒状のスポンジ層を作成するための金型を準備する。この金型には、得られるスポンジ層（２）の両端から中央の蓄熱壁（３）近傍までの長さに相当するピンが配置され、尚且つ、これらピンは該スポンジ層（２）の長手方向において、蓄熱壁（３）の厚さに相当する間隙を境として左右非対称に配置される。言うまでもなく、これらのピンは放熱用中空路（４）を形成するためのものである。このような金型にゴム材料を注入後、加硫・発泡することによって、スポンジ層（２）が得られる。
最後に、上記のスポンジ層（２）を、内径がスポンジ層（２）のそれよりも数％（２〜５％程度）大きいステンレス管内部に挿入する。
ａ−２  芯金（１）の準備
スポンジ層（２）が被覆される芯金（１）の外表面部分にサンドブラスト、洗浄、プライマ処理を施し、最後にＲＴＶ等の接着剤を塗布する。
ａ−３  加圧ローラの組み立て
ステンレス管に挿入しておいたスポンジ層（２）を真空装置に載置して真空引きすることにより、該ステンレス管の内壁に沿う形で拡径する。この拡径状態のスポンジ層（２）の中空貫通孔に芯金（１）を挿入してから、真空引きを解除してスポンジ層（２）を芯金（１）に密着・被覆させ、更に加熱して芯金（１）に塗布していたＲＴＶを硬化させることによって、芯金（１）の外周にスポンジ層（２）を固着させる。
Ｂ．図２の加圧ローラの製造例：
先ず、スポンジ層部に複数個の貫通孔（図１では４本）を有する中空円筒状スポンジ体（ゴム発泡体）を準備する。このような中空円筒状スポンジ体は、冒頭で引用した特許文献１、あるいは特開平７−２９５４１８号公報等に記載されている。この中空円筒状スポンジ体を、その長手方向の中央部で真半分にカットした後、両カット面にＲＴＶ等の接着剤を塗布する。次いで、両カット面の位相を互いに４５度に偏らした状態で両者を接合して、スポンジ層（２）を得る。このスポンジ層（２）においては、当初の貫通孔は、本発明で言う、蓄熱壁（３）で隔てられた放熱用中空路（４）に転換されている。すなわち、図１に示すように、その長手方向の中央部と直交する面には、放熱用中空路（４）が貫通していない蓄熱壁（３）が形成され他方、該蓄熱壁（３）を境として左右に分割される各スポンジ層部分（２ａ）、（２ｂ）には、該蓄熱壁（３）から夫々のスポンジ層部の端面に向かって放熱用中空路（４）が延在し、その際、該中空路（４）は該蓄熱壁（３）を境として左右非対称に延在・配置されている。
以下、上述したａ−２、ａ−３と同様の操作を行う。
【実施例】
【０００９】
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。
尚、実施例中の「部」は重量部を示す。
【００１０】
［実施例１］
先ず、ゴム状弾性体からなる中空円筒状スポンジ体（長さ：２５０ｍｍ、厚さ：４ｍｍ、外径φ２０ｍｍ）を以下のようにして形成した。
シリコーンゴム「ＫＥ９０４ＦＵ」（信越化学工業株式会社製）１００部に発泡剤として「ＫＥ−Ｐ−１３」（信越化学工業株式会社製）を３．０部、低温加硫剤「Ｃ−２３」（信越化学工業株式会社製）１．０部、高温加硫剤「Ｃ−８Ａ」（信越化学工業株式会社製）０．５部と茶色の顔料として「ＫＥ−ｃｏｌｏｒ−ＢＲ」（信越化学工業株式会社製）０．５部を均一にそれぞれの添加剤が分散するまで混練をした。その後、シリコーンゴム用押出機先端に、図３、図４に示すような金型を設置して図５に示すような中空形状となるように連続的に押出成形を行った。このとき、押出機先端に設置する金型は、ダイス（５）の中にニップル（６）を入れるように配置し、その際、ニップルには以下の中空ピン；すなわち、中心部に芯金挿入のための貫通孔形成用として、外径１２ｍｍ、内径３ｍｍの中空ピン（８）１本と、その外周に放熱用中空路（４）形成用として、円周方向に９０°の間隔で外径２ｍｍ、内径０．５ｍｍの中空ピン（７）４本とを；配置した。続いて、得られた押出成形品を連続して、炉長５ｍ、炉温１５０℃の炉の中に線速２ｍ／分で通して発泡、加硫をさせ、更に２００℃×４時間で二次加硫を行った。最後に、得られた長尺品を長さ２５０ｍｍにカットして中空円筒状スポンジ体を得た。
このようにして得られたシリコーンゴム中空円筒状スポンジ体をその長手方向の中央部で真半分にカットした後、両カット面にＲＴＶ接着剤「ＴＳＥ３２２」（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）を塗布し、両カット面の位相を互いに４５度偏らした状態で両者を接合して、スポンジ層（２）を形成した。更に、このスポンジ層（２）を内径２０．７ｍｍ、外径２７．０ｍｍ、長さ２８０ｍｍのステンレス製管の中に挿入した。
この状態でスポンジ層（２）を真空装置に載置して真空引きすることにより、スポンジ層（２）を拡径させ、更に、拡径した中空孔に表面をプライマ処理したφ１２ｍｍの鉄製芯金（１）を挿入した後、真空引きを解除することによりスポンジ層（２）と芯金（１）とを密着・被覆させた。最後に、これを加熱して芯金に塗布していたＲＴＶを硬化させて図１に示すような加圧ローラを作成した。
【００１１】
［比較例１］
上記の実施例１において、加硫後のシリコーンゴム中空スポンジ体をかっとして位相を４５度偏らして接着する、という工程を省略する以外は同様の操作を繰り返して、フラット方式の加圧ロールを作成した。
【００１２】
このようにして得られた加圧ローラを、定着装置に組み込んで稼動させた際の加熱後の外径を調べたところ、図６（本発明）、図７（比較例）に示す特性図が得られた。
図６と図７とを比較すると、本発明の加圧ローラの外径は、芯金の長手方向においてほぼ同じであるのに対して、フラット方式の加圧ローラの外径は、中央が撓んでいると言う結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明の加圧ローラは、プリンターや複写機等の画像定着用の熱定着部に用いられる定着用加圧ローラとして特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る定着用加圧ローラの一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る定着用加圧ローラの他の態様を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係る定着用加圧ローラの製造に使用する押出機の金型（ダイス）である。
【図４】本発明に係る定着用加圧ローラの製造に使用する押出機の金型（ニップル）である。
【図５】本発明に係る定着用加圧ローラのスポンジ層の基となる中空円筒ゴム状弾性体の押出形状である。
【図６】本発明に係る定着用加圧ローラの加熱後の外径寸法を示す特性図（グラフ）である。
【図７】従来の定着用加圧ローラの加熱後の外径寸法を示す特性図（グラフ）である。
【符号の説明】
【００１５】
１    芯金
２    スポンジ層
３    蓄熱壁
４    蓄熱壁から夫々のスポンジ層部分（２ａ）、（２ｂ）の端部（端面）に向かって延在する放熱用中空路
５    ダイス
６    ニップル
７    中空ピン（放熱用中空路形成ピン）
８    中空ピン（芯金挿入のための中心貫通孔形成ピン）
９    中空円筒ゴム状弾性体
【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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