(57)【要約】【課題】  加熱定着装置の消費エネルギーの低減と非通紙部領域の温度上昇低減を両立することができる画像形成装置を提供することである。【解決手段】  シート状の非加熱材を加熱するための加熱手段と、この加熱手段に対向して配置され、加熱手段に圧接される加圧部材を有し、加熱手段と加圧部材の圧接ニップ部に非加熱材を導入して狭持搬送することにより、被加熱材を加熱する加熱定着装置において、加圧部材は、芯金の周囲に中空の粒子を分散含有する樹脂層と、樹脂層の周囲に弾性層を有することを特徴とする加熱定着装置。【選択図】  図１
2013142833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の非加熱材を加熱するための加熱手段と、この加熱手段に対向して配置され、加熱手段に圧接される加圧部材を有し、加熱手段と加圧部材の圧接ニップ部に非加熱材を導入して狭持搬送することにより、被加熱材を加熱する加熱定着装置において、
加圧部材は、芯金の周囲に中空の粒子を分散含有する樹脂層と、樹脂層の周囲に弾性層を有することを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】
中空の粒子を分散含有する樹脂層の熱伝導率は、弾性層の熱伝導率より低いことを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項３】
樹脂層の熱伝導率が０．０２Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加熱定着装置。
【請求項４】
樹脂層の厚さが２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の加熱定着装置。
【請求項５】
樹脂層中に分散含有されている中空の粒子は、外殻がガラスまたはセラミックからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザービームプリンタ等の加熱定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば画像の加熱定着等のための記録材の加熱定着装置には、所定の温度に維持された加熱ローラと、前記加熱ローラに圧接する加圧ローラとによって被加熱材としての記録材を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ方式が多用されている。また、このほかにもフラッシュ加熱方式、オープン加熱方式、熱板加熱方式等種々の方式、構成のものが知られており、実用されている。
【０００３】
最近では、このような方式に代わって、加熱部材（ヒータ）と、加熱部材の支持体（ステー）と、加熱部材に対向圧接しつつ搬送される耐熱性フィルム（定着フィルム）と、定着フィルムを介して記録材を加熱部材に密着させる加圧部材（加圧ローラ）を有し、加熱部材の熱を定着フィルムを介して記録材へ付与することで記録材面に形成担持されている未定着画像を記録材面に加熱定着させる方式、構成の画像加熱定着方式（フィルム加熱方式の加熱定着装置）が考案されている（例えば、特許文献１・２参照）。
【０００４】
この加熱定着装置の加熱部材としては、セラミックス基板上に抵抗発熱体を形成し、給電により抵抗発熱体を発熱させ、記録材を加熱する構成が一般的である。加熱部材の温度は加熱部材に当接あるいは接着されたサーミスタ等の検温素子で検知され、その検知温度を基に所定の温度になるようにＣＰＵで温度制御している。
【０００５】
このようなフィルム加熱方式の加熱定着装置においては加熱部材として低熱容量のヒータを用いることができる。このため、従来の接触加熱方式である熱ローラ方式、ベルト加熱方式等の装置に比べ省電力及びウェイトタイムの短縮化（クイックスタート）が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報
【特許文献２】特開平４−２０４９８０〜２０４９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、近年の加熱定着装置は処理能力の高速化が進むことで、加熱定着装置は一定時間に多くの記録材を加熱する必要があり、記録材に与える熱エネルギーは増大している。
【０００８】
また高速化に伴い、加熱定着装置及び加熱定着装置の構成部材である加圧部材等が大型化し、加熱定着装置を必要温度まで温度上昇させるため、また一定温度の維持するために必要なエネルギーも増大している。
【０００９】
以上の状況から加熱定着装置において消費するエネルギーを低減させるという課題がある。
【００１０】
一方、高速化に伴い、記録材の非通紙部領域の温度が上昇する課題がより顕著になってきている。
【００１１】
すなわち記録材の通紙部領域においては加熱部材から発生した熱エネルギーは記録材によって消費されるが、記録材の非通紙部領域においては記録材による熱エネルギーの消費がない。
【００１２】
そのため加熱部材から発生した熱エネルギーは徐々に蓄積し、非通紙部領域の部材の温度上昇が発生する。
【００１３】
近年の加熱定着装置の高速化により一定時間における記録材の供給が増大することから非通紙部の温度上昇は大きくなる傾向にある。
【００１４】
このような非通紙部領域の温度上昇は、その領域で使用される部材の耐熱性を向上させる必要を生じることや、高温状態における部材の性能の安定性を向上させる必要があるといった課題があるため、非通紙部領域の温度を低下させる対策が望まれている。
【００１５】
本出願に係る発明の目的は、加熱定着装置の消費エネルギーの低減と非通紙部領域の温度上昇低減を両立することができる加熱定着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、シート状の非加熱材を加熱するための加熱手段と、この加熱手段に対向して配置され、加熱手段に圧接される加圧部材を有し、加熱手段と加圧部材の圧接ニップ部に非加熱材を導入して狭持搬送することにより、被加熱材を加熱する加熱定着装置において、加圧部材は、芯金の周期に中空の粒子を分散含有する樹脂層と、樹脂層の周囲に弾性層を有することを特徴とする。
【００１７】
本出願に係る第２の発明は、中空の粒子を分散含有する樹脂層の熱伝導率は、弾性層の熱伝導率より低いことを特徴とする。
【００１８】
本出願に係る第３の発明は、樹脂層の熱伝導率が０．０２Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする。
【００１９】
本出願に係る第４の発明は、樹脂層の厚さが２．０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００２０】
本出願に係る第５の発明は、樹脂層中に分散含有されている中空の粒子は、外殻がガラスまたはセラミックからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明に係わる発明によれば、
芯金周囲に形成した低熱伝導の樹脂層により芯金部に伝達する熱を抑制することで消費電力を減少させることができる。よって、高熱伝導の弾性層を用いた構成においても消費電力を抑制することができる。
【００２２】
また、芯金周囲に形成した低熱伝導の樹脂層を薄く構成することが可能となり、加圧ローラの外径を小径化でき、消費電力を抑制することができる。
【００２３】
一方、高熱伝導の弾性層の構成により、小サイズの記録材を連続通紙したときの非通紙部領域における加圧ローラ温度を低下させることができる。
【００２４】
以上のように加熱定着装置における消費エネルギーの低減すると共に、非通紙部領域の温度上昇低減することができる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例に係る加圧ローラの断面の概略構成図
【図２】本発明の実施例に係る加熱定着装置の概略構成図
【図３】本発明の比較例１に係る加圧ローラの断面の概略構成図
【図４】本発明の比較例２から４に係る加圧ローラの断面の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
＜実施例の構成＞
以下、図面を参照し本発明の第１の実施例を説明する。
【００２７】
図２は本実施例における加熱定着装置の概略構成図である。
【００２８】
このテンションレスのフィルム加熱方式である加熱定着装置は、耐熱性フィルムとしてエンドレスベルト状もしくは円筒状のものを用い、該フィルムの周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とし、フィルムは加圧体の回転駆動力で回転駆動するようにした装置である。
【００２９】
３はステーであり、加熱体保持部材兼フィルムガイド部材としての耐熱性・剛性部材である。２は加熱部材としてのセラミックヒータ（ヒータ）であり、上記のステー３の下面にステー長手に沿って配設して保持させてある。１はエンドレス（円筒状）の耐熱性フィルムとしての定着フィルムであり、ヒータ２を含むフィルムガイド部材であるステー３に外嵌させてある。このエンドレスの定着性フィルム１の内周長とヒータ２を含むステー３の外周長は定着フィルムの方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、従って定着フィルムは周長に余裕を持って外嵌している。
【００３０】
ステー３はポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等で構成できる。本実施例では液晶ポリマーを用いた。
【００３１】
定着フィルム１は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下４０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層フィルム、或いはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例では膜厚約５０μｍのポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いた。定着フィルム１の外径は１８ｍｍとした。
【００３２】
１００はヒータ２との間に定着フィルム１を挟んでニップ部Ｎを形成し、かつ定着フィルム１を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段としての加圧ローラである。この加圧ローラ１００は芯金部１０１と樹脂層１０２と弾性部１０３と最外層の離形層１０４からなり、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもって定着フィルム１を挟ませてヒータ２の表面に圧接させて配設してある。
【００３３】
この加圧ローラ１００は不図示の駆動系により矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ１００の回転駆動により、ニップ部Ｎにおける該加圧ローラとフィルム外面との摩擦力で定着フィルム１に回転力が作用して、定着フィルム１はその内面側がニップ部Ｎにおいてヒータ２の表面に密着して摺動しながらステー３の外回りを矢印の方向に加圧ローラ１００の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転状態になる。
【００３４】
ヒータ２は記録材Ｐの搬送方向に対して直角方向を長手とする細長の耐熱性・絶縁性・良熱伝導性の基板、該基板の表面（フィルム摺動面）側に基板長手に沿って形成具備させた発熱体、この発熱体を形成したヒータ表面を保護させた耐熱性オーバーコート層、発熱体の長手端部の給電用電極等からなる全体に低熱容量のヒータである。
【００３５】
本実施例のヒータ２は、銀・パラジウム・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板２０上に線帯状に形成して得たものである。発熱体の材料としては、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）以外にＲｕＯ２、Ｔａ２Ｎ等の電気抵抗材料を用いても良い。発熱体の抵抗値は常温で１８Ωとした。
【００３６】
本実施例では、検温素子としてヒータ２から分離した外部当接型のサーミスタを用いている。この外部当接型サーミスタは、例えば支持体上に断熱層を設けその上にチップサーミスタの素子を固定し、素子を下側（加熱体裏面側）に向けて所定の加圧力により加熱体裏面に当接するような構成をとる。本実施例では、支持体として高耐熱性の液晶ポリマーを、断熱層としてセラミックスペーパーを積層したものを用いた。外部当接型サーミスタ４は最小通紙域内に設けられており、ＣＰＵに通じている。
【００３７】
このヒータ２をオーバーコート層を形成具備させた表面側を下向きに露呈させてステー３の下面側に保持させて固定配設してある。以上の構成をとることにより、加熱体全体を熱ローラ方式に比べて低熱容量にすることができ、クイックスタートが可能になる。
【００３８】
ヒータ２は、抵抗発熱体の長手端部の給電用電極２に対する給電により発熱体２１が長手全長にわたって発熱することで昇温する。その昇温が外部当接型サーミスタで検知され、外部当接型サーミスタの出力をＡ／Ｄ変換しＣＰＵに取り込み、その情報に基づいてトライアックにより発熱体に通電する電力を位相制御あるいは波数制御等により制御して、ヒータ２の温度制御がなされる。すなわち、外部当接型サーミスタの検知温度が所定の設定温度より低いとヒータ２が昇温するように、設定温度より高いと降温するように通電を制御することで、ヒータ２は定着時一定温度に保たれる。なお、本実施例では位相制御により出力を０〜１００％まで５％刻みの２１段階で変化させている。
【００３９】
ヒータ２の温度が所定に立ち上がり、かつ加圧ローラ１００の回転による定着フィルム１の回転周速度が定常化した状態において、定着フィルム１を挟んでヒータ２と加圧ローラ１００とで形成されるニップ部Ｎに被加熱材としての画像定着すべき記録材Ｐが転写部より導入される。そして、記録材Ｐが定着フィルム１と一緒に圧接ニップ部Ｎを挟持搬送されることによりヒータ２の熱が定着フィルム１を介して記録材Ｐに付与され記録材Ｐ上の未定着顕画像（トナー画像）が記録材Ｐ面に加熱定着される。ニップ部Ｎを通った記録材Ｐは定着フィルム２の面から分離されて搬送される。
【００４０】
続いて本実施例の特徴である加圧部材である加圧ローラ１００について詳しく説明する。
【００４１】
＜加圧ローラ１００の構成＞
図１は本実施例における加圧ローラ１００の断面の概略構成を表わした図である。
【００４２】
本実施例１で用いた加圧ローラ１００は、芯金部１０１とその周囲に形成された中空の粒子分散させた樹脂層としての樹脂断熱層１０２と弾性層１０３と有し、加圧ローラ１００の最外面部に形成された離型層１０４で構成されている。
【００４３】
芯金部１０１は鉄及びアルミニウム等の金属製の芯金で構成される。
【００４４】
弾性層１０３はゴム弾性体であり、加圧ローラの弾性層として公知のものであるシリコーンゴム、フッ素ゴムを用いることができる。本実施例における弾性層としてはソリッドシリコーンゴムを用いたが、材料は特に限定されない。
【００４５】
離型層１０４は弾性層上にＰＦＡチューブを被せることにより形成してもよいし、フッ素ゴムまたは、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰなどのフッ素樹脂を弾性層上にコーティングすることによって形成しても良い。なお、離型層の厚さは加圧ローラの離型層に充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２０〜５０μｍである。
【００４６】
樹脂断熱層１０２を構成する基材は、シリコーン樹脂、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファルド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリイミド、ポリアミドイミド等の樹脂である。
【００４７】
基材の樹脂については耐熱性を有する樹脂であり、加圧ローラの回転に対して充分な強度を確保できる材料であれば特に限定されない。樹脂断熱層の厚さが厚くなると加圧ローラが大径化し、消費電力を増大させるため、好ましくは２．０ｍｍ以下の厚さが好ましい。
【００４８】
その基材である樹脂に熱伝導性を低下しうる中空の粒子が分散されている。中空の粒子は低熱伝導性粒子であり、樹脂の基材に分散させることで熱伝導率を低下させる粒子であれば特に限定されない。特に中空球体もしくは中空真空球体であることが望ましい。
【００４９】
このような外殻を構成する材料としては、無機化合物である例えばガラス及びセラミックが挙げられる。また樹脂材料としては、ポリオレフィン系、ポリビニール化合物、ポリメタアクリル酸エステル等の熱可塑性合成樹脂やフェノール系、エポキシ系、尿素系等の熱硬化性合成樹脂を用いることができる。
【００５０】
低熱伝導性粒子の平均粒径は熱伝導度の安定性から３０〜２００μｍであることが好ましい。また、成型時に低熱伝導粒子が破損を防止するために１００００ｐｓｉ（ｐｏｕｎｄｓ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）の圧力をかけたときに残存率が９０％（体積％）以上の強度を有することが好ましい。
【００５１】
＜実施例１の形態＞
実施例１の形態の具体的な構成について図１を用いて説明する。図１は本実施例における加圧ローラ１００の断面の概略構成を表わした図である。
【００５２】
実施例１の形態で用いた加圧ローラ１００は外径φ２２であり、芯金部１０１である外径φ１６のＳＵＭ２３材である。
【００５３】
芯金部１０１の周囲には樹脂断熱層１０２の基材としてはシリコーン樹脂を用いた、シリコーン樹脂に分散している中空の粒子としては外殻がセラミック材料で外殻内に空気を充填させている中空セラミックバルーンを分散させている。樹脂断熱層１０２の厚さは４００μｍである。
【００５４】
弾性層１０３は、樹脂断熱層１０２の周囲に形成された厚さ２．５５ｍｍのソリッドシリコーンゴム層であり、最外面部に形成された離型層１０４は厚さ５０μｍのＰＦＡチューブで構成されている。
【００５５】
樹脂断熱層１０２のシリコーン樹脂に分散する中空球体のセラミックバルーンは平均粒径４０μｍであり、後述する熱伝導率になるように含有量を調整している。セラミックバルーンはセラミックの外殻の中に空気が充填され、その熱伝導率は樹脂断熱部の基材料であるシリコーン樹脂に比べて十分に低い。また、成型時におけるセラミックバルーンの破損防止及び樹脂弾性層の強度を確保するため、１００００ｐｓｉ（ｐｏｕｎｄｓ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）の圧力をかけたときに残存率が９０％（体積％）以上の強度を有する。
【００５６】
本実施例１の形態においては、弾性層１０３の熱伝導率は０．５１Ｗ／ｍ・Ｋ、樹脂断熱層１０２の熱伝導率は０．１５Ｗ／ｍ・Ｋであり、樹脂断熱層１０２の熱伝導率は弾性層の熱伝導率より低い熱伝導率である。
【００５７】
弾性層及び断熱層の熱伝導率の測定方法としては、表面熱伝導率計（商品名：ＱＴＭ−５００、京都電子（株）製により測定する。すなわち、弾性層の表面に、加圧ローラの軸方向と平行に表面熱意伝導率計のセンサプローブ（型式：ＰＤ−１１、京都電子（株）製）を接触させて、熱伝導率の測定する。
【００５８】
以下、本実施例１の形態の加圧ローラと比較例の加圧ローラを用いて、加熱定着装置の消費電力と非通紙部の温度と断熱層の強度について比較説明する。
【００５９】
本実施例の比較例としては以下の表に示した比較例１〜４の加圧ローラを用いた。
【００６０】
【表１】
2013142833.tif 000003
比較例１は図３に示した加圧ローラ３００は外径φ２２であり、芯金部３０１である外径φ１６のＳＵＭ２３材である。芯軸部の周囲には弾性層３０３として形成された厚さ２．５５ｍｍのソリッドシリコーンゴム層であり、最外面部に形成された離型層３０４は厚さ５０μｍのＰＦＡチューブで構成されている。
【００６１】
比較例２〜５は図４に示した加圧ローラ４００であり、芯金部４０１である外径φ１６のＳＵＭ２３材である。
【００６２】
芯金部４０１の周囲にはゴム断熱層４０２としてはシリコーンゴム層を用いた、シリコーンゴム層は基材であるシリコーンゴムに樹脂マイクロバルーンを分散させている。ゴム断熱層４０２の厚さは比較例２においては０．４ｍｍ、比較例３と比較例４は２．０ｍｍである。
【００６３】
ゴム断熱層４０２の周囲には弾性層４０３として形成されたソリッドシリコーンゴム層であり、最外面部の離型層１０４は厚さ５０μｍのＰＦＡチューブで構成されている。
【００６４】
比較例１から５におけるゴム断熱層４０２の熱伝導率は０．１５Ｗ／ｍ・Ｋであり、また、弾性層に使用しているシリコーンゴムは本実施例と同じ熱伝導率のゴム材を使用している。
【００６５】
加圧ローラ外径、弾性層と断熱層の厚さについては表１に示すとおりである。
【００６６】
本実施１の形態の構成である図１に示した加圧ローラ１００を用いた加熱定着装置と、比較例１から比較例５の加圧ローラを用いた加熱定着装置において、ＬＴＲサイズの記録材を連続的に通紙した場合の消費電力の比較を以下の表２に示す。
【００６７】
【表２】
2013142833.tif 000004
表２に示した消費電力の測定条件は以下のとおりである。
【００６８】
プロセススピード１５０ｍｍ／ｓ、ヒータは１９５℃で温度制御し、記録材はＡ４サイズ、坪量７５ｇ紙を２５ｐｐｍの間隔で１００枚連続通紙した時の平均消費電力である。
【００６９】
また、非通紙部温度の測定方法は以下のとおりである。
【００７０】
本実施例１及び比較例に用いた加熱定着装置は、最大通紙サイズがＬＴＲサイズ（幅２１６ｍｍ）であり、ＬＴＲサイズより通紙幅が狭いＡ４サイズ（幅２１０ｍｍ）の記録材を通紙した場合、ヒータの発熱部の長手領域端部は記録材非通紙部領域となり加圧ローラの表面温度が上昇する。
【００７１】
表３に示した非通紙部温度は、Ａ４サイズの記録材を連続的に１００枚通紙した場合の非通紙部領域における加圧ローラ表面を測定した温度である。
【００７２】
以上の表２に示すように、実施例１の形態の加圧ローラ１０１を用いた加熱定着装置においては、比較例１の加圧ローラ３０１を用いた加熱定着装置と比較して消費電力が低減することができる。
【００７３】
本実施例１の構成では、加熱体からフィルムを介して加圧ローラの弾性層１０３に伝達された熱が、弾性層１０３より熱伝導率が低い樹脂断熱層１０２により芯金部１０１への熱の伝達を抑制される。よって、芯金部を昇温させるための電力及び芯金部長手端部領域から外部に放熱する電力を低減できる。
【００７４】
比較例２の構成は、実施例１と同じ厚さの断熱層をシリコーンゴム層に樹脂バルーンを分散することで形成する構成であるが、加圧ローラの回転駆動時に断熱層の破断が発生した。
【００７５】
これはゴム弾性層の基材であるシリコーンゴムに樹脂マイクロバルーン分散することにより強度低下したためである。
【００７６】
ゴム断熱層を厚さ０．４ｍｍという薄い層で形成する構成においては、低熱伝導性と確保するためシリコーンゴム中に樹脂マイクロバルーン剤を多く充填量する必要があり、シリコーンゴム層は樹脂バルーンによる空隙部により充分な強度が確保できない。
【００７７】
本実施例の形態１においては、樹脂断熱層の基材であるシリコーン樹脂自体の強度により、セラミックバルーンを分散した状態においても充分な強度を確保できる。また、分散している中空セラミックバルーンは外殻であるセラミックの強度により、樹脂断熱層の強度を補強できる。
【００７８】
比較例３と比較例４は、加圧ローラ回転駆動時にゴム断熱層４０２が破断することを防止するために、ゴム弾性層４０２厚さを２．０ｍｍとして強度を確保した構成である。
【００７９】
本実施例１の形態は比較例３に比べて、非通紙部温度を低くすることができる。
【００８０】
実施例１の形態においては、弾性層１０３は厚さ２．５５ｍｍ、熱伝導率を０．５１Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴムで構成されているため、加圧ローラ弾性層の長手方向において良好な熱伝達性を得ている。よって、記録材の非通紙部領域の熱が通紙領域に伝達されることで温度上昇を抑制している。
【００８１】
一方、比較例３においては、弾性層４０３は実施例１と同じ熱伝導率０．５１Ｗ／ｍ・Ｋを有するシリコーンゴムで構成されているが、厚さが０．９５ｍｍであり薄い構成である。そのために加圧ローラ弾性層の長手方向における熱伝達性は低下し、加圧ローラにおける非通紙部温度が高い。よって、連続使用時における弾性層シリコーンゴムの熱劣化し、弾性層の硬度変化が生じる。また、加熱定着装置に使用されている部材を耐熱性がより高いものにする必要がある。
【００８２】
比較例４は弾性層４０３の厚みを実施例１と同様な２．５５ｍｍに維持して加圧ローラ外径をφ２５．２に大径化した構成である。
【００８３】
実施例１の形態の加圧ローラ１０１を用いた加熱定着装置においては、比較例４の加圧ローラ４０１を用いた加熱定着装置と比較して消費電力が低減することができる。
【００８４】
比較例４においては、ゴム断熱層の厚みはゴムの破断及び加圧ローラの非通紙部温度を低減させるために、厚さを２．０ｍｍにしている。そのため加圧ローラ外径はφ２５．２に大径化している。よって、加圧ローラ全体の熱容量が大きくなることで消費電力が増大している。
【００８５】
一方、実施例１の形態において、樹脂断熱層１０２の厚さは比較例４に示したゴム断熱層４０２の厚さ２．０ｍｍより薄く構成でき、比較例４に対し加圧ローラを小径化でき消費電力を抑制している。以上のように厚さ２．０ｍｍ以下にすることで消費電力低減を達成できる。
【００８６】
以上のように、本実施例１の加圧ローラ１０１においては、芯金周囲に形成した低熱伝導の樹脂層により芯金部に伝達する熱を抑制することで消費電力を減少させることができる。
【００８７】
また、断熱層の強度を維持しながら断熱層の厚さが薄くできるため、加圧ローラの小径化が可能である。
【００８８】
また、弾性層の厚さを確保することで小サイズの記録材を通紙したときの非通紙部領域における加圧ローラ温度を低下させることができる。
【００８９】
＜実施例２の形態＞
本実施例２の形態における加圧ローラの概略構成は、実施例１で示した図１と同じである。
【００９０】
実施例２の形態で用いた加圧ローラ１００は外径φ２２であり、芯金部１０１である外径φ１６のＳＵＭ２３材である。
【００９１】
芯金部１０１の周囲には樹脂断熱層１０２の基材としてはシリコーン樹脂を用いた、シリコーン樹脂に分散している中空の粒子としては外殻がセラミック材料で外殻内に空気を充填させている中空セラミックバルーンを分散させている。樹脂断熱層１０２の厚さは４００μｍである。
【００９２】
弾性層１０３は、樹脂断熱層１０２の周囲に形成された厚さ２．５５ｍｍのソリッドシリコーンゴム層であり、最外面部に形成された離型層１０４は厚さ５０μｍのＰＦＡチューブで構成されている。
【００９３】
樹脂断熱層１０２のシリコーン樹脂に分散する中空球体のセラミックバルーンは平均粒径４０μｍであり、後述する熱伝導率になるように含有量を調整している。セラミックバルーンはセラミックの外殻の中に空気が充填され、その熱伝導率は樹脂断熱部の基材料であるシリコーン樹脂に比べて十分に低い。また、成型時におけるセラミックバルーンの破損防止及び樹脂断熱層の強度を確保するため、１００００ｐｓｉ（ｐｏｕｎｄｓ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）の圧力をかけたときに残存率が９０％（体積％）以上の強度を有する。
【００９４】
本実施例２の形態と比較例における弾性層１０３の熱伝導率と樹脂断熱層１０２の熱伝導率は表３に示す。
【００９５】
本実施例１及び実施例２−１から実施例２−４の構成において、樹脂断熱層１０２の熱伝導率は弾性層１０３の熱伝導率より低い熱伝導率である。また、実施例２−１から実施例２−４においては、樹脂断熱層１０２の熱伝導率が０．２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。
【００９６】
【表３】
2013142833.tif 000005
比較例５の構成において、樹脂断熱層１０２の熱伝導率は弾性層１０３の熱伝導率より高く熱伝導率である。また、比較例１と比較例６は樹脂断熱層がない図３に示した構成である。
【００９７】
本実施２の形態の構成である加圧ローラ１００を用いた加熱定着装置と、比較例１から比較例５の加圧ローラを用いた加熱定着装置において、ＬＴＲサイズの記録材を連続的に通紙した場合の消費電力の比較を以下の表４に示す。
【００９８】
【表４】
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表４に示した消費電力の測定条件は以下のとおりである。
【００９９】
プロセススピード１５０ｍｍ／ｓ、ヒータは１９５℃で温度制御し、記録材はＡ４サイズ、坪量７５ｇ紙を２５ｐｐｍの間隔で１００枚連続通紙した時の平均消費電力である。
【０１００】
以上の表４に示すように、本実施例１及び実施例２−１、実施例２−２の加圧ローラを用いた加熱定着装置においては、比較例１の加圧ローラを用いた加熱定着装置と比較して消費電力が低減することができる。また、本実施例２−３と実施例２−４の加圧ローラを用いた加熱定着装置においては、比較例６の加圧ローラを用いた加熱定着装置と比較して消費電力が低減することができる。
【０１０１】
本実施例１及び実施例２−１から実施例２−４の構成は、樹脂断熱層１０２の熱伝導率が弾性層１０３の熱伝導率より低いため、加熱体からフィルムを介して加圧ローラの弾性層１０３に伝達された熱が、樹脂断熱層１０２により芯金部１０１への熱の伝達を抑制される。よって、芯金部を昇温させるための電力及び芯金部長手端部領域から外部に放熱する電力を低減できる。
【０１０２】
以上のように本実施例１及び実施例２−１から実施例２−４の構成においては、樹脂断熱層１０２の熱伝導率及び弾性層１０３の熱伝導率が違う構成であるが、樹脂断熱層１０２の熱伝導率が弾性層１０３の熱伝導率に比べ低い構成であり、消費電力の削減効果を得ることができた。
【０１０３】
一方、比較例５に示した樹脂断熱層１０２の熱伝導率が弾性層１０３の熱伝導率に比べ高い構成においては、消費電力の削減効果を得られなかった。
【０１０４】
また、消費電力の削減効果は、実施例１、及び実施例２−１、実施例２−３、実施例２−４が大きい。以上のことから樹脂断熱層１０２の熱伝導率としては０．２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下において大きな電力削減効果を得ることができる。
【０１０５】
＜実施例３の形態＞
本実施例３の形態における加圧ローラの概略構成は、実施例１で示した図１と同じである。
【０１０６】
実施例３の形態で用いた加圧ローラ１００は外径φ２２であり、芯金部１０１である外径φ１６のＳＵＭ２３材である。
【０１０７】
芯金部１０１の周囲には樹脂断熱層１０２の基材としてはシリコーン樹脂を用いた、シリコーン樹脂に分散している中空の粒子としては外殻内に空気を充填させている中空バルーンを分散させている。樹脂断熱層１０２の厚さは４００μｍである。外殻の材料は表５に示す。
【０１０８】
弾性層１０３は、樹脂断熱層１０２の周囲に形成された厚さ２．５５ｍｍのソリッドシリコーンゴム層であり、最外面部に形成された離型層１０４は厚さ５０μｍのＰＦＡチューブで構成されている。
【０１０９】
樹脂断熱層１０２のシリコーン樹脂に分散する中空球体の平均粒径４０μｍであり、後述する熱伝導率になるように含有量を調整している。中空球体は外殻中に空気が充填され、その熱伝導率は樹脂断熱部の基材料であるシリコーン樹脂に比べて十分に低い。また、成型時における中空粒子が破損防止及び樹脂弾性層の強度を確保するため、１００００ｐｓｉ（ｐｏｕｎｄｓ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）の圧力をかけたときに残存率が９０％（体積％）以上の強度を有する。
【０１１０】
【表５】
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実施例３−１、実施例３−２の形態の加圧ローラ１０１を用いた加熱定着装置においては、消費電力が低減することができる。
【０１１１】
本実施例３−１、と実施例３−２は、比較例７に比べ、分散している中空粒子がセラミックバルーンとセラミックバルーンは外殻の強度により、特に樹脂断熱層の強度を強くすることができた。
【符号の説明】
【０１１２】
１‥‥耐熱性フィルム（定着フィルム）
２‥‥加熱部材（ヒータ）
３‥‥ステ―
１００‥‥加圧ローラ
１０１‥‥加圧ローラ芯金
１０１‥‥加圧ローラ樹脂断熱層
１０２‥‥加圧ローラ弾性層
１０３‥‥加圧ローラ離型層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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