(57)【要約】【課題】軽量かつ高剛性で、低熱容量、高熱伝導性で、複写機などの画像形成装置の加熱定着ロールとして使用した場合に、トナー像の記録紙への定着率が一定で、画像ブレが発生せず、しかも精細で高画質の画像が得られるヒートロール用パイプ基材およびそれを使用したヒートロールの提供を目的とする。【解決手段】アルミニウム合金と炭化ケイ素とを含む複合材からなることを特徴とするヒートロール用パイプ基材。実質的に、アルミニウム合金６０〜９０体積と、炭化ケイ素粒子１０〜４０体積％とからなるインゴットを押出成形してパイプとし、さらに該パイプを引き抜き加工することを特徴とするヒートロール用パイプ基材の製造法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金と炭化ケイ素とを含む複合材からなることを特徴とするヒートロール用パイプ基材。
【請求項２】
前記複合材が、アルミニウム合金６０〜９０体積％と、炭化ケイ素１０〜４０体積％とを含むものである請求項１記載のヒートロール用パイプ基材。
【請求項３】
前記基材が、ヤング率８５〜２８０ＧＰａ、熱伝導率１５０〜２６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張率６〜１６×１０−６／℃である請求項１または２記載のヒートロール用パイプ基材。
【請求項４】
前記パイプの肉厚が０．５〜１．５ｍｍである請求項１、２または３記載のヒートロール用パイプ基材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか記載のパイプ基材上に樹脂またはゴムを含む被覆層を有することを特徴とするヒートロール。
【請求項６】
実質的に、アルミニウム合金６０〜９０体積と、炭化ケイ素粒子１０〜４０体積％とからなるインゴットを押出成形してパイプとし、さらに該パイプを引き抜き加工することを特徴とするヒートロール用パイプ基材の製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンター、ファックス、複写機などの画像形成装置に使用される加熱定着ロールなどのヒートロール用パイプ基材、それを使用したヒートロールおよびその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機などの画像形成装置では、その最終段階において、記録紙上のトナー像を加熱溶融させることにより記録紙上に定着させる（以下、熱定着方式ともいう）工程を経て複写等が行われている。この熱定着方式に使用されるヒートロールは、加熱定着ロールともいわれ、金属製のパイプ基材の中空部に回転軸に沿ってハロゲンランプ等のヒータを配置してその輻射熱によってパイプ基材の内部から加熱する仕組みになっており、前記パイプ基材の外周にはフッ素系樹脂やフッ素系ゴムなどの離型性のよい樹脂またはゴムが被覆されている。
【０００３】
前記熱定着方式では、電源投入から複写等が可能となるまでの時間（以下、ウォームアップ時間という）の短縮が求められている。このウォームアップ時間の短縮のためには、常時ヒーターに通電させる方法もあるが、省エネルギーの観点からは好ましくない。発熱量を変えずにウォームアップ時間を短縮させるためには、短時間で加熱されるようにヒートロール自身の熱抵抗を小さくして熱容量を低減させればよい。熱抵抗や熱容量の低減対策としては、パイプ基材の材質をアルミニウムのような低熱容量材料とし、しかもそれを薄肉化する対策が挙げられる。
【０００４】
しかし、アルミニウムは他の金属材料に比べて剛性が小さいため、薄肉化すると定着させる際にヒートロールにたわみ、へこみ等の塑性変形がおき、トナー像の記録紙への定着率が変化したり、画像ブレが発生するという問題がある（特許文献１参照。）。
【０００５】
係る問題の対策として、剛性を向上させるため、パイプ基材内に支持部材を圧入する方法（特許文献２参照。）や、パイプ基材の内面に多数のリブをめっきで形成する方法が提案されている（特許文献３参照。）。しかし、これら提案されている方法ではパイプ基材の製作が複雑になり、しかも製作期間が長く、量産性に劣り、原価面では不利である。
【０００６】
別の対策として、パイプ基材の材質を、通常のアルミニウム合金から、剛性の高い超ジュラルミン等の高張力アルミニウム合金や銅合金に代替することも考えられるが、前記高張力アルミニウム合金では、熱伝導率が小さくなりすぎ薄肉化の効果が相殺されるおそれがあり、一方、銅合金では、比重がアルミニウム合金の約３倍であるためヒートロール用パイプ基材、すなわちヒートロールの質量が重くなりヒートロールの保持方法やヒートロールの駆動装置の設計変更が必要となるおそれがある。
【０００７】
また、最近は、単にウォームアップ時間の短縮だけではなく、印刷画像の精細化、高画質化が求められている。そのためには前記の低熱抵抗化および低熱容量化の対策だけでは充分ではなく、ヒートロール内の温度分布を均一にして、温度分布差を小さくするため、高熱伝導性も要求されるようになってきているが、これらの要求に充分応えることができるヒートロール用パイプ基材およびヒートロールはいまだ提案されていない。
【特許文献１】特開２００１−２２２１７９号公報（第１〜５頁、図１）
【特許文献２】特開平１０−２２１９９３号公報（第１〜６頁、図８）
【特許文献３】特開２００２−１９６６０３号公報（第１〜３頁、図１、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、軽量かつ高剛性で、低熱容量、高熱伝導性で、複写機などの画像形成装置の加熱定着ロールとして使用した場合に、トナー像の記録紙への定着率が一定で、画像ブレが発生せず、しかも精細で高画質の画像が得られるヒートロール用パイプ基材およびそれを使用したヒートロールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、アルミニウム合金と炭化ケイ素とを含む複合材からなることを特徴とするヒートロール用パイプ基材を提供する。また、別の本発明は、実質的に、アルミニウム合金６０〜９０体積％と、炭化ケイ素粒子１０〜４０体積％とからなるインゴットを押出成形してパイプとし、さらに該パイプを引き抜き加工することを特徴とするヒートロール用パイプ基材の製造法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明が提供するヒートロール用パイプ基材は、アルミニウム合金と炭化ケイ素とを含む複合材からなるため、アルミニウム合金の低熱容量性と炭化ケイ素の高熱伝導性、高剛性の両方の性質を兼ね備えている。そのため、本発明が提供するヒートロール用パイプ基材を使用したヒートロールを複写機などの画像形成装置の加熱定着ロールとして採用した場合に、薄肉化でき、ウォームアップ時間が著しく短縮され、しかも薄肉化してもヒートロール使用時にたわみやそりなどの塑性変形が発生しないか発生しても微小であるため、トナー像の記録紙への定着率が一定で、画像ブレが発生せず、しかも精細で高画質の画像が得られる、という優れた効果を有する。
【００１１】
また、本発明が提供するヒートロール用パイプ基材により、製作が簡便で、短時間で製作でき、生産性も高いヒートロールを提供できるため、原価面でも優位性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のヒートロール用パイプ基材（以下、本基材という）は、アルミニウム合金と炭化ケイ素とを含む複合材からなることを特徴とする。本基材において、前記複合材が、アルミニウム合金６０〜９０体積％と炭化ケイ素１０〜４０体積％とを含むものであると、アルミニウム合金の性質である低熱容量性と炭化ケイ素の性質である高剛性、高熱伝導性とをバランス良く兼ね備えることができるため好ましい。なお。本基材において、前記複合材は、アルミニウム合金に炭化ケイ素粒子が均一に分散したものであると好ましい。
【００１３】
本基材において、炭化ケイ素の体積割合が多くなる程その剛性は大きくなり、熱伝導率も大きくなるが、炭化ケイ素が４０体積％を超えると、加工性が低下し複合材を押出成形して精度良くパイプにすることが難しくなる。一方、炭化ケイ素の体積割合が１０体積％未満であると、剛性が充分ではないため本基材を薄肉化することが困難となり、しかも熱伝導率も低いため、これを使用したヒートロールの前記ウォームアップ時間の短縮効果が不充分となり、またヒートロール内での温度分布の均一性も不充分となるおそれがある。本基材の前記複合材がアルミニウム合金７５〜８５体積％と炭化ケイ素１５〜２５体積％とを含むものであると、押出成形したパイプを引き抜き加工しやすく、パイプ基材の精度を上げることができるためさらに好ましい。
【００１４】
本基材において、前記複合材のヤング率が８５〜２８０ＧＰａであると、薄肉化しやすく、しかも充分な機械的強度も得られるため好ましい。本基材において、前記複合材の熱伝導率が１５０〜２６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であると、ヒートロールにした場合、ウォームアップ時間の短縮効果が充分得られるため好ましい。
【００１５】
本基材において、前記複合材の熱膨張率６〜１６×１０−６／℃であると、ヒートロールの温度変化による形状変化が少なくヒートロールの保持機構が簡素になり、複写機やプリンターの構造全体を簡素化できるため好ましい。
【００１６】
本基材において、パイプの肉厚が０．５〜１．５ｍｍであると、ヒートロールにした場合、ウォームアップ時間の短縮効果が充分に得られため好ましい。パイプの肉厚が０．５ｍｍ未満であると機械的特性が不充分となりヒートロールにした場合、たわみ、そりなどが発生するおそれがある。一方、パイプの肉厚が１．５ｍｍを超えると本基材の熱容量が大きくなり、ヒートロールにした場合、ウォームアップ時間の短縮効果が不充分となるおそれがある。
【００１７】
本発明のヒートロール用パイプ基材の製造法（以下、本製造法という）は、実質的に、アルミニウム合金６０〜９０体積と、炭化ケイ素粒子１０〜４０体積％とからなるインゴットを押出成形してパイプとし、さらに該パイプを引き抜き加工することを特徴とする。本製造法において、前記インゴットの製造法は特に限定されないが、炭化ケイ素粒子からなる多孔質体を製作し、この多孔質体に溶融したアルミニウム合金を含浸・浸透後、冷却・固化させる方法や、逆に溶融したアルミニウム合金に炭化ケイ素粒子を分散させ、これを冷却・固化させて得てもよい。
【００１８】
本製造法において、前記インゴット中のアルミニウム合金としては所望の特性が得られるものであれが特に制限されず、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｎ系合金などが挙げられる。一方、前記インゴット中の炭化ケイ素粒子も特に制限されず、適宜、所望の特性が得られるような純度、平均粒子直径のものが使用できる。
【００１９】
本製造法において、インゴットの押出成形はパイプが製造できるもので特に制限されない。同様に、押出成形で得られたパイプの引き抜き加工も所望の形状精度が得られるものであれば特に制限されない。
【００２０】
本発明のヒートロール（以下、本ロールという）は、前記の本基材をヒートロールの芯金として使用し、その基材上に樹脂またはゴムを含む被覆層を有することを特徴とする。前記の樹脂またはゴムとしては離型性のあるものであるトナー等の付着を防止するために好ましく、フッ素系樹脂やフッ素系ゴムなどが好ましいものとして挙げられる。
【実施例】
【００２１】
Ａｌ−Ｍｇ系合金８０体積％と炭化ケイ素粒子２０体積％とからなるインゴットを押出成形し、さらに引き抜き加工し、直径４０ｍｍ、長さ３７５ｍｍ、肉厚１．０ｍｍのパイプ基材を用意し、この表面に約０．２ｍｍ厚のフッ素系ゴム層を被覆してヒートロールを作製する。このヒートロールを備えたコピー機は、従前のヒートロールを備えたものと比較してウォームアップ時間が約４０％短縮できる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明のヒートロール用パイプ基材は、プリンター、ファックス、複写機などの画像形成装置に使用される加熱定着ロールなどの基材として好適である。