(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータと、前記ヒータと接触しつつ回転する可撓性を有する回転体と、前記回転体を挟み前記ヒータと協同してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置において、
前記回転体は内径及び外径共に中空管形状の管中央部から長手方向両端部に向かうに連れて径が大きくなる逆クラウン形状の可撓性を有するステンレス製基層と、前記回転体の表面に設けられたフッ素樹脂層と、を有することを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記回転体の略中央部の外径と略端部の外径の差は５０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記回転体の基層の厚みは３０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項４】
前記バックアップ部材はローラ形状であり、前記回転体は前記バックアップ部材から動力を受けて回転することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項５】
ヒータと、前記ヒータと接触しつつ回転する可撓性を有するステンレス製回転体と、前記回転体を挟み前記ヒータと協同してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置、に用いられるステンレス製回転体であって、内径及び外径共に中空管形状の管中央部から長手方向両端部に向かうに連れて径が大きくなる逆クラウン形状の可撓性を有するステンレス製基層と、前記回転体の表面に設けられたフッ素樹脂層と、を有することを特徴とする像加熱装置に用いられるステンレス製回転体。
【請求項６】
前記回転体の略中央部の外径と略端部の外径の差は５０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項５に記載の像加熱装置に用いられるステンレス製回転体。
【請求項７】
前記回転体の基層の厚みは３０〜２００μｍであることを特徴とする請求項５に記載の像加熱装置に用いられるステンレス製回転体。
【請求項８】
ヒータと、前記ヒータと接触しつつ回転する可撓性を有するステンレス製回転体と、前記回転体を挟み前記ヒータと協同してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置、に用いられる可撓性を有するステンレス製回転体の製造方法であって、
深絞り加工されたステンレス製金属管をしごき加工して金属管を薄肉化すると共に、しごき加工時にステンレス製金属管に加える圧力をステンレス製金属管の長手方向中央よりも端部を大きくすることにより内径及び外径共に中空管形状の管中央部から長手方向両端部に向かうに連れて径が大きくなる可撓性を有する逆クラウン形状のステンレス製金属管を形成するステップ、
逆クラウン形状にしごき加工されたステンレス製金属管の表面にフッ素樹脂層を焼成するステップ、
を有することを特徴とするステンレス製回転体の製造方法。
【請求項９】
ヒータと、前記ヒータと接触しつつ回転する可撓性を有するステンレス製回転体と、前記回転体を挟み前記ヒータと協同してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置、に用いられる可撓性を有するステンレス製回転体の製造方法であって、
深絞り加工されたステンレス製金属管をしごき加工しステンレス製金属管を薄肉化するステップ、
しごき加工されたステンレス製金属管を焼き鈍し処理するステップ、
焼き鈍し処理されたステンレス製金属管の表面にフッ素樹脂層を焼成するステップ、
フッ素樹脂層が形成されたステンレス製金属管の内面からステンレス製金属管を外側に押し広げるように圧力を掛けてステンレス製金属管をバルジ加工して内径及び外径共に中空管形状の管中央部から長手方向両端部に向かうに連れて径が大きくなる可撓性を有する逆クラウン形状のステンレス製金属管を形成するステップ、
を有することを特徴とするステンレス製回転体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式や静電記録式等の記録方式を用いた複写機やプリンタ等の画像形成装置の定着器として用いれば好適な像加熱装置及びこの装置に用いられる回転体及び回転体の製造方法関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加熱定着装置としては、熱ローラ方式やフィルム加熱方式の装置が広く用いられている。特にスタンバイ時に加熱定着装置に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えた方法、詳しくはヒータ部と加圧ローラの間にフィルムを介して記録材上のトナー像を定着するフィルム加熱方式による加熱定着方法が特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開平４−４４０７５号公報、特開平４−２０４９８０号公報等に提案されている。
【０００３】
フィルム加熱方式の加熱定着装置の構成としては、フィルムの搬送に専用の搬送用ローラと従動ローラを用いてテンションを加えながら加圧ローラとの間でフィルムを搬送する方法と、円筒形フィルムを加圧ローラからの搬送力で駆動させる方法があり、前者はフィルムの搬送性能を高く保持できる利点を有し、後者は構成の簡略化に伴なう低コストの定着装置を実現できる利点がある。
【０００４】
具体例として、図２に、後者の加圧ローラ駆動方式のフィルム加熱方式の定着装置の一例の概略の横断面模式図を示す。図３は要部の拡大断面模式図を示す。
【０００５】
すなわち、ヒータホルダー（支持体）１２に固定支持させた加熱部材（加熱体、以下ヒータと記す）１１と、該ヒータ１１に耐熱性の薄肉フィルム（以下、定着フィルムと記す）１３を挟んで所定のニップ幅のニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成させて圧接させた弾性加圧ローラ２０を有する。
【０００６】
ヒータ１１は通電により所定の温度に加熱・温調される。
【０００７】
定着フィルム１３は加熱定着用回転体であって、加圧ローラ２０からの回転駆動力により、定着ニップ部Ｎにおいてヒータ１１面に密着・摺動しつつ矢印の方向に搬送移動される、円筒状の薄肉部材である。
【０００８】
ヒータ１１を所定の温度に加熱・温調させ、定着フィルム１３を矢印の方向に搬送移動させた状態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム１３と加圧ローラ２０との間に被加熱材としての未定着トナー像ｔを形成担持させた記録材Ｐを導入すると、記録材Ｐは定着フィルム１３の面に密着して該定着フィルム１３と一緒に定着ニップ部Ｎに挟持搬送される。
【０００９】
この定着ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐ上の未定着トナー像は、ヒータ１１により加熱された定着フィルム１３を介して加熱されることで、記録材Ｐ上に永久画像として加熱定着されることになる。
【００１０】
定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着フィルム１３の面から剥離して搬送される。
【００１１】
加熱部材としてのヒータ１１には一般にセラミックヒータが使用される。図３・図４を用いて詳細に説明する。
【００１２】
例えば、アルミナ等の電気絶縁性・良熱伝導性・低熱容量のセラミック基板１１ａの面（定着フィルム１３と対面する側の面）に基板長手（図面に垂直の方向）に沿って銀パラジューム（Ａｇ／Ｐｂ）・Ｔａ２Ｎ等の通電発熱抵抗層１１ｂをスクリーン印刷等で形成具備させ、さらに該発熱抵抗層形成面を薄肉ガラス保護層１１ｃで覆ってなるものである。このセラミックヒータ１１は通電発熱抵抗層１１ｂに通電がなされることにより該通電発熱抵抗層１１ｂが発熱してセラミック基板１１ａとガラス保護層１１ｃから成るヒータ全体が急速昇温する。このヒータ１１の昇温がヒータ背面に配置された温度検知手段１４により検知されて不図示の通電制御部へフィードバックされる。通電制御部は温度検知手段１４で検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度（定着温度）に維持されるように通電発熱抵抗層１１ｂに対する通電を制御する。すなわちヒータ１１は所定の定着温度に加熱・温調されることになる。
【００１３】
加熱定着用回転体である定着フィルム１３は、定着ニップ部Ｎにおいてヒータ１１からの熱を効率よく、被加熱材である記録材Ｐに与えるため、厚みは２０〜７０μｍとかなり薄くしている。この定着フィルム１３はフィルム基層、プライマー層、離型性層の３層構成で構成されており、フィルム基層側がヒータ１１側であり、離型性層側が加圧ローラ２０側である。フィルム基層はヒータ１１のガラス保護層１１ｃより絶縁性の高いポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等であり、耐熱性、高弾性を有している。また、フィルム基層により定着フィルム全体の引裂強度等の機械的強度を保っている。プライマー層は厚み２〜６μｍ程度の薄い層で形成されている。離型性層は定着フィルムに対するトナーオフセット防止層であり、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂を厚み１０μｍ程度に被覆して形成してある。
【００１４】
また、ヒータホルダー１２は、例えば耐熱性プラスチック性部材から形成され、ヒータを保持するとともに定着フィルムの搬送ガイドも兼ねている。
【００１５】
このような定着用の薄いフィルムを用いたフィルム加熱方式の加熱装置においては、加熱部材としてのセラミックヒータ１１の高い剛性のために弾性層２２を有している加圧ローラ２０は、ヒータ１１の扁平下面にならって圧接されることで所定幅の定着ニップ部Ｎが形成され、定着ニップ部Ｎのみを加熱することでクイックスタートの加熱定着を実現している。
【００１６】
以上の構成において、ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂと加圧ローラ２０との配置関係を図４を用いて説明する。図４おいてヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂの長手方向の幅Ｗは、定着フィルム１３を介して当接される加圧ローラ２０の弾性層２２の幅Ｄに比べ若干狭い幅で形成されている。これは、通電発熱抵抗層１１ｂが加圧ローラ２０よりはみ出ることによって、ヒータ１１が局所的に昇温し、その熱応力により破損するのを防止するためである。
【００１７】
また、通電発熱抵抗層１１ｂはトナー像ｔが形成担持された記録材Ｐの搬送領域より十分広い幅で形成されている。これにより、端部温度だれ（ヒータ端部の通電用電気接点及びコネクタ等への熱のリークによるもの）の影響をなくすことができ、これにより記録材全面にわたって良好な定着性が得られる。更に、通紙域端部の通電発熱抵抗層の幅を絞り、端部の発熱量を上げ、端部の定着性を補う場合もある。
【００１８】
これによりヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂに通電することで発した熱は、定着フィルム１３と加圧ローラ２０の間を搬送された記録材Ｐに効率よく与えられ、記録材Ｐ上のトナー像ｔを溶融し、固着するために作用する。
【００１９】
また、Ｓは記録材搬送基準であり、本例の場合は画像形成装置本体の記録材搬送領域の長手方向中央に基準を設けた中央基準の装置である。
【００２０】
さらに、図４に示したようにヒータ背面には、サーミスタ等の温度検知素子１４と、暴走時にヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂへの通電をシャットダウンするための温度ヒューズ、あるいはサーモスイッチ等のサーモプロテクター１５が当接してあり、これらは画像形成装置が搬送可能な最小幅の記録材の搬送域内に配置されている。
【００２１】
ここで温度検知素子１４については、画像形成装置本体が搬送可能な最小幅の記録材が搬送された場合であっても、記録材上のトナー像を定着不良、高温オフセット等の問題を起こさずに適度な定着温度で加熱定着するために、記録材最小搬送域内に設けられている。
【００２２】
一方、サーモプロテクター１５についても、最小幅の記録材が搬送された場合に非搬送領域において、搬送領域よりも熱抵抗が小さい非搬送領域で過加熱されることにより、通常の搬送時であってもサーモプロテクター１５が誤動作して通電をシャットアウトする等の問題を引き起こさないために、記録材最小搬送域内に設けられている。
【００２３】
また、サーモプロテクター１５をヒータ背面に当接することにより、通電発熱抵抗層１１ｂで発生した熱量がサーモプロテクター１５に奪われて、記録材に十分な熱量が与えられなくなり、サーモプロテクター当接位置において定着不良を起こすことがある。これを防ぐために通電発熱抵抗層１１のサーモプロテクター当接対応位置ａにおいて、図４のようにヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂの一部の幅を若干狭めて、該当接位置ａの抵抗値を他の部分より大きくすることで発熱量を確保している。これにより記録材への給熱量を長手方向に渡って一定とし、定着むらのない良好な加熱定着を実現している。
【００２４】
ここで、温度検知素子１４も同様にヒータ背面に当接させているため、同様に通電発熱抵抗層１１ｂによって発した熱が温度検知素子１４に奪われることが懸念されるが、チップサーミスタ等熱容量の小さい温度検知素子を用いることにより、ヒータから奪われる熱量を小さく抑えることができる。このためサーモプロテクター１５と同様の上記対策を取らなくても、長手方向において記録材の定着均一性を損ねることなく均一な定着が可能となる。
【００２５】
以上、説明してきたフィルム加熱方式の加熱定着装置は、加熱効率の高さやクイックスタートが可能であるため待機中の予備加熱が不要になることから省電力化の達成が図れること、待機時間の解消などによるユーザーへのメリットがあること、などの多くの利点を有しており、特に円筒形フィルム１３を加圧ローラ２０の搬送力で駆動させる方式は低コストを実現できることから、小型低速機から導入が始まり、今後は、大型高速機への導入が期待されるようになっている。
【００２６】
この高速化を達成するには、定着ニップ部Ｎを通過する時間が短くなった記録材Ｐにおいても定着に充分な熱エネルギーを供給しなければならないことになる。これを実現する手段としては、定着温度を更に高温に設定する、加圧ローラ２０と定着フィルム１３間の加圧力を増して加熱領域である定着ニップ巾を拡げる、またはヒータ基板１１ａや定着フィルム１３の材質をより熱伝導性に優れるものに変更することで熱の供給量を増す、などが考えられる。
【００２７】
しかし、このような改良を実施することは、加熱定着用回転体である定着フィルム１３への負荷が大きくなり定着フィルム１３の劣化を促進させることになってしまい、耐久寿命が短くなってしまう欠点がある。
【００２８】
例えば、定着フィルム基層の熱伝導性を改善するために、ＢＮ（窒化ホウ素）やＡｌＮ（窒化アルミ）等の高熱伝導性のフィラーの添加量を増して熱伝導性の向上を図ると、ＰＩ（ポリイミド）などの樹脂本来の柔軟性や強度が損なわれることになり、定着フィルム１３の磨耗や劣化を速めることにことになる。
【００２９】
そこで、新たに考案されているのが、加熱定着用回転体である定着フィルム１３の基層として樹脂よりも熱伝導性に優れる金属を用いることである。
【００３０】
加熱定着用回転体としての金属スリーブは、その材料の持つ熱伝導性により、定着温度を高温に設定したり、定着ニップ巾を大きくするために加圧力を大きくせずとも、定着に十分な熱エネルギーを記録材に伝達することが可能であり、より高速対応性に優れるフィルム加熱定着装置を達成することが可能となる。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属の基層が中央部の外径と両端部の外径が同等寸法のストレート形状であると次のような品質問題が発生してしまうことがわかった。
【００３２】
金属管のストレート形状に起因する品質問題としては、金属管の中央部と両端部の外径が同等寸法であるため、定着ニップ部Ｎを通過する際の記録材Ｐの搬送速度が、記録材搬送方向の中心位置と両端部位置で同等となることがあり、これが原因で記録材にシワや光沢ムラが発生してしまう。
【００３３】
本発明は上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は消費電力が小さく且つ高速加熱に対応できる像加熱装置及びこの装置に用いることができる回転体を提供することにある。
【００３４】
本発明の他の目的は、記録材の皺の発生を抑えられる像加熱装置及びこの装置に用いることができる回転体を提供することにある。
【００３５】
本発明の更に他の目的は、歩留まりの高い可撓性の金属製回転体製造方法を提供することにある。
【００３６】
本発明の更なる目的は添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とするヒータに接触する金属製回転体を有する像加熱装置及びこの回転体及びこの回転体の製造方法である。
【００３８】
（１）ヒータと、前記ヒータと接触しつつ回転する可撓性を有する回転体と、前記回転体を挟み前記ヒータと協同してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置において、
前記回転体は内径及び外径共に中空管形状の管中央部から長手方向両端部に向かうに連れて径が大きくなる逆クラウン形状の可撓性を有するステンレス製基層と、前記回転体の表面に設けられたフッ素樹脂層と、を有することを特徴とする像加熱装置。
【００４０】
（２）前記回転体の略中央部の外径と略端部の外径の差は５０〜１５０μｍであることを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。
【００４１】
（３）前記回転体の基層の厚みは３０〜２００μｍであることを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。
【００４３】
（４）前記バックアップ部材はローラ形状であり、前記回転体は前記バックアップ部材から動力を受けて回転することを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。
【００４５】
（５）ヒータと、前記ヒータと接触しつつ回転する可撓性を有するステンレス製回転体と、前記回転体を挟み前記ヒータと協同してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置、に用いられるステンレス製回転体であって、内径及び外径共に中空管形状の管中央部から長手方向両端部に向かうに連れて径が大きくなる逆クラウン形状の可撓性を有するステンレス製基層と、前記回転体の表面に設けられたフッ素樹脂層と、を有することを特徴とする像加熱装置に用いられるステンレス製回転体。
【００４７】
（６）前記回転体の略中央部の外径と略端部の外径の差は５０〜１５０μｍであることを特徴とする（５）に記載の像加熱装置に用いられるステンレス製回転体。
【００４８】
（７）前記回転体の基層の厚みは３０〜２００μｍであることを特徴とする（５）に記載の像加熱装置に用いられるステンレス製回転体。
【００５５】
（８）ヒータと、前記ヒータと接触しつつ回転する可撓性を有するステンレス製回転体と、前記回転体を挟み前記ヒータと協同してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置、に用いられる可撓性を有するステンレス製回転体の製造方法であって、
深絞り加工されたステンレス製金属管をしごき加工して金属管を薄肉化すると共に、しごき加工時にステンレス製金属管に加える圧力をステンレス製金属管の長手方向中央よりも端部を大きくすることにより内径及び外径共に中空管形状の管中央部から長手方向両端部に向かうに連れて径が大きくなる可撓性を有する逆クラウン形状のステンレス製金属管を形成するステップ、
逆クラウン形状にしごき加工されたステンレス製金属管の表面にフッ素樹脂層を焼成するステップ、
を有することを特徴とするステンレス製回転体の製造方法。
【００５７】
（９）ヒータと、前記ヒータと接触しつつ回転する可撓性を有するステンレス製回転体と、前記回転体を挟み前記ヒータと協同してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置、に用いられる可撓性を有するステンレス製回転体の製造方法であって、
深絞り加工されたステンレス製金属管をしごき加工しステンレス製金属管を薄肉化するステップ、
しごき加工されたステンレス製金属管を焼き鈍し処理するステップ、
焼き鈍し処理されたステンレス製金属管の表面にフッ素樹脂層を焼成するステップ、
フッ素樹脂層が形成されたステンレス製金属管の内面からステンレス製金属管を外側に押し広げるように圧力を掛けてステンレス製金属管をバルジ加工して内径及び外径共に中空管形状の管中央部から長手方向両端部に向かうに連れて径が大きくなる可撓性を有する逆クラウン形状のステンレス製金属管を形成するステップ、
を有することを特徴とするステンレス製回転体の製造方法。
【００６０】
像加熱装置の加熱用回転体の基層として樹脂よりも熱伝導性に優れる金属を用いることで十分な熱エネルギーを記録材に伝達することが可能であり、より高速オンデマンドの装置を達成することが可能となる。この場合、回転体は、長手方向両端部に向うに連れて外形が大きくなる逆クラウン形状を有するものとすることで、ニップ間での記録材搬送速度が記録材中央部よりも両端部の方が速くなり、記録材両端部が張る状態になり、記録材の紙シワや光沢ムラの発生を防止でき、記録材の安定した搬送性を達成できる。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる像加熱用回転体とそれを用いた加熱定着装置を備えた画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。なお、次に説明する実施例では、画像形成装置の全体、及び、機能についての詳しい説明は省略し、本発明の特徴部分について説明する。また、前出の部材と同一の機能を有する部材には同一番号を付し、説明を省略する。
【００６２】
（第１の実施例）
（Ａ）画像形成装置例
以下に、本発明に係る実施例を示す。まず図５は画像形成装置一例の概略構成図である。
【００６３】
２は感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。
【００６４】
感光ドラム２は矢印の方向に回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ３によって一様帯電される。
【００６５】
次に、レーザスキャナ８により、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビームＬによる走査露光が施され、静電潜像が形成される。
【００６６】
この静電潜像は、現像装置４で現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
【００６７】
可視化されたトナー像は、感光ドラム２と転写装置としての転写ローラ５との当接部である転写ニップ部において、該転写ニップ部に所定のタイミングで搬送された転写材（記録材：recording material）Ｐ上に感光ドラム２上から転写される。
【００６８】
転写材Ｐはカセット７２から給紙ローラ対７３によってピックアップされ、給紙搬送路７４を経て、紙先端部を検知するレジストローラ対７５に送られ、感光ドラム２上の可視像とタイミングを一致させた後、転写ニップ部に搬送されることになる。このとき転写材は感光ドラムと転写ローラに一定の加圧力で挟持搬送される。
【００６９】
転写ニップ部においてトナー像が転写された転写材は定着装置７へと搬送され、永久画像として定着され、排紙ローラ対７１を経て、排紙トレイ７０に排出されることになる。
【００７０】
一方、感光ドラム２上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング部材６により感光ドラム表面より除去される。
【００７１】
感光ドラム２、帯電ローラ３、現像装置４、クリーニング部材６を含むクリーニング装置は、１つのユニットにして画像形成装置本体に対して着脱交換自在のプロセスカートリッジ１にしてある。
【００７２】
（Ｂ）加熱定着装置７
次に本発明の第１の実施例にて用いたフィルム加熱方式の加熱定着装置の構成を、先に説明した図２〜４と、図６にそって説明する。
【００７３】
加熱定着装置７は基本的には互いに圧接して定着ニップ部Ｎを形成する定着部材１０と加圧部材（バックアップ部材：back-up member）２０とよりなる。
【００７４】
１）定着部材１０
定着部材１０は以下の部材から構成される。
【００７５】
１３は加熱定着用回転体としての熱容量の小さな定着フィルムであり、クイックスタートを可能にするために総厚２００μｍ以下の厚みで耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ：Steel Use Stainlessの略（ステンレス）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｔｉ（チタン）等の純金属あるいは合金を基材とする定着フィルム（以下、金属スリーブと記す）である。
【００７６】
また、金属スリーブ１３の基層は、加熱定着工程を耐久寿命にわたって充分な強度を有する耐久性を得るには３０〜２００μｍの範囲の厚みが最適である。
【００７７】
さらにオフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合ないし単独でコーティング、または、被覆したものである。
【００７８】
本実施例で用いた加熱定着用回転体としての金属スリーブ１３は極短時間での定着可能温度までの昇温を可能にするために、基層の厚みを「ＳＵＳ３０４」材の膜厚３５μｍとし、外径はφ３０．１ｍｍとしている。また、このＳＵＳ製の基層の上には、カーボン等の導電材を適量分散した導電性プライマー層を、膜厚５μｍで塗布している。そして、導電性プライマー層の上には、トナーや紙粉の付着防止や金属スリーブ１３からの記録材の分離性を確保するために、離型性に優れ耐熱性が高いフッ素樹脂としてＰＴＦＥとＰＦＡの混合液をディッピング塗布法にて、１０μｍの膜厚で塗布、焼成することで離型層とし、これらの基層、プライマー層、離型層で、φ３０．１ｍｍの金属スリーブ１３が形成されている。
【００７９】
本発明の特徴である逆クラウン形状（スリーブ端部に向って徐々に外径が大きくなる領域を有する形状）を有する金属スリーブ１３の詳細な説明は後述することにする。
【００８０】
金属スリーブ１３のプライマー層の長手方向の一部は周方向で露出しており、ここにオフセット、尾引き、防止の目的で、金属スリーブ表面がプラスの電位にならないように、整流素子としてのダイオード２８（図２）をプライマー側がアノードとして本体ＧＮＤとの間に設置し、記録材Ｐ上の未定着トナーｔが定着フィルム１３に転移するのを防止している。
【００８１】
また、１１は定着フィルムの内部に設置された加熱用ヒータであり、これにより記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔを溶融、定着させる定着ニップ部Ｎの加熱を行う。その加熱用ヒータ１１には、前述した図３・図４のように、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の高絶縁性を有するセラミックス基板１１ａの表面の長手方向に沿って、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）の通電発熱抵抗層１１ｂをスクリーン印刷等により形成している。通電発熱抵抗層１１ｂは１０μｍ程度の厚みで、巾４ｍｍ程度の、細帯形状である。
【００８２】
セラミックス基板１１ａの背面には通電発熱抵抗層１１ｂの発熱に応じて昇温したセラミック基板１１ａの温度を検知するための温度検知手段としてのサーミスタ１４を、記録材通紙域のほぼ中央部に配設している。このサーミスタ１４からの信号に応じて、通電発熱抵抗層１１ｂの長手方向端部にある銀と白銀の合金（Ａｇ／Ｐｔ）で形成された電極部１６・１６から、通電発熱抵抗層１１ｂの端部に形成された導通部を介して通電発熱抵抗層１１ｂに印加する電圧を適切に制御することで、定着ニップ部Ｎ内でのヒータ１１の温度を所定の温調温度に略一定に保ち、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔを定着するのに必要な加熱を行う。
【００８３】
通電発熱抵抗層１１ｂへの通電制御方法としては、交流電圧の波数によって投入電力を制御する波数制御方式や交流電圧のゼロクロスからの所定の遅延時間後に次のゼロクロスまで通電する位相制御方式等が適用される。
【００８４】
また、加熱用ヒータ１１の定着ニップ部Ｎ側の表面には、金属スリーブ１３との摺擦に耐えることが可能な薄層のガラスコートからなる保護層１１ｃを設けている。１２は加熱用ヒータを保持し、定着ニップ部Ｎの反対方向側への放熱を防ぐための断熱ステイホルダーであり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成されており、金属スリーブ１３が余裕をもってルーズに外嵌され、矢印の方向に回転自在に配置されている。本実施例では液晶ポリマー製の断熱ステイホルダーとしている。
【００８５】
また、金属スリーブ１３は内部の加熱用ヒータ１１および断熱ステイホルダー１２に摺擦しながら回転するため、加熱用ヒータ１１、及び、断熱ステイホルダー１２と金属スリーブ１３の間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このため加熱用ヒータ１１、及び、断熱ステイホルダー１２の表面に耐熱性グリースを潤滑剤として少量塗布してある。これにより金属スリーブ１３はスムースに回転することが可能となる。
【００８６】
また、加熱定着用回転体である金属スリーブ１３の長手位置を規制する部材としてフランジ１７（図６）が設けられている。このフランジ１７に用いられる部材としては、耐熱性に優れ、比較的熱伝導性が良くなく、滑り性にも優れる材料として、ＰＰＳ、液晶ポリマー、ＰＥＴ、ＰＩ、ＰＡ、等のガラス繊維含有の樹脂が用いられている。
【００８７】
２）加圧部材２０
一方、２０は加圧部材としての加圧ローラであり、芯金２１の外側にシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾性層２２からなり、この上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、等の離型層２３を形成してあってもよい。
【００８８】
図６のように、加圧ローラ２０は芯金２１の両端部を夫々軸受を介して装置の奥側と手前側の側板１８・１８間に回転自在に保持させて配設してあり、この加圧ローラ２０の上側に定着部材（定着部材アセンブリ）１０を配置し、加圧手段としての加圧バネ２５・２５により加圧ローラ２０に総圧９８Ｎで押圧して、定着フィルム１３との間に定着ニップ部Ｎを、約６ｍｍの巾で形成している。
【００８９】
本実施例で用いている加圧ローラ２０は次のような構成となっている。
【００９０】
芯金２１としてφ１５ミリメートルのアルミニウム芯金の上に、弾性層２２にとして耐熱性のある絶縁性シリコンスポンジゴムを肉厚５ｍｍで形成し、更に離型層２３には導電材としてカーボンを重量比で十数％分散させたフッ素樹脂として、チューブ厚５０μｍのＰＦＡチューブを用いて、硬度がＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度で約５４°（９．８Ｎ加重）の加圧ローラとしている。
【００９１】
この加圧ローラ２０にも、オフセット防止の目的で、定着フィルム１３との間に電位差を設けるために、加圧芯金２１と本体ＧＮＤの間に、加圧芯金２１側をカソード、本体ＧＮＤ側がアノードとなるようにダイオード２８（図２）を設置することで、加圧ローラ表面をプラスの電位とし、オフセット防止の電位差が定着フィルム１３との間に形成されるような構成としている。
【００９２】
また、不図示の回転駆動伝達系からの回転駆動力は、加圧ローラ駆動ギア２６（図６）に加えられて、加圧ローラ２０は図２において矢印の反時計方向に回転駆動される。これにより定着部材１０側の加熱定着用回転体である金属スリーブ１３はステイホルダー１２の外側を従動回転することになる。
【００９３】
以上、述べてきた加熱定着装置７の構成で、画像形成部にてトナー像ｔを形成された記録材Ｐは定着入り口ガイド２７（図２）に案内されて、上記の金属スリーブ１３と加圧ローラ２０の間に形成される定着ニップ部Ｎに搬送され、加熱・加圧されることで、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔを永久画像として記録材に固着させている。
【００９４】
排紙センサ７６（図５）は定着ニップ部Ｎに記録材Ｐが存在するかを判断するセンサであり、加熱用ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂへの通電制御などに用いられる信号を出力するものである。６１（図５）は定着排紙ローラである。
【００９５】
（Ｃ）金属スリーブ１３の基層
次に、加熱定着用回転体である金属スリーブ１３の基層（本実施例の材質はＳＵＳ（ステンレス））（ベース金属管）に関して詳細に説明する。
【００９６】
本実施例で、金属スリーブ１３の基層となる円筒状の管の主な製法を、図７〜図９を用いながら説明する。
【００９７】
まず、図７において、１００はステンレスの基材であり、３５０μｍ程度の金属平板（プランク）である。１０１は一般的な深絞り製法における円形内型（ポンチ）、１０２は円筒容器状の外型（ダイス）であり、金属材料の表面に超硬メッキなどを施した金型である。
【００９８】
図７において、金属平板１００を内型１０１と外型１０２の間に挟み、矢印の方向に内型を外型の方向へ押し込む。また、金属平板１００と外型１０２の間には粘性の高い潤滑油、あるいは黒鉛、二硫化モリブデン等の固定潤滑材を介在させ、絞り性を良くしてある。
【００９９】
以上の工程を通常は２〜４回程度、異なる金型で深絞り加工することにより、図８に示すようなカップ状のＳＵＳ製円筒部材１０４（第１段階の金属管）を製造する。
【０１００】
次に、ＳＵＳ製円筒状部材１０４が所定の厚みに形成されるようにしごき加工を施す。しごき加工としては、圧延加工、引き抜き加工、絞り加工等、どのような加工を途中に経緯してもよいが、最終加工としては、以下に示すような加工方法によりＳＵＳ製円筒状部材外周面の周方向に所定以下の凹凸（１〜３μｍ程度）を有する加工を施す。
【０１０１】
例えば、図９の（ａ）および（ｂ）に示すような加工方法がある。図９の（ａ）は一般的な絞りスピニング加工であり、固定台１０６ｃに取り付けられた軸１０６ｂに回転自在に取り付けられた押し当てローラ１０６ａを金属製内型１０５と所定の距離だけ常に離間した状態で金属製内型方向へ押し付けられるようになっている。
【０１０２】
金属製内型１０５に上記カップ状に深絞り加工を施したＳＵＳ製円筒部材１０４をはめ込み、押え部材１０７によってＳＵＳ製円筒部材１０４のカップ形状底部が金属製金型１０５に密着状態となって固定される。
【０１０３】
この状態で金属製内型１０５、ＳＵＳ製円筒部材１０４、押え部材１０７を図の矢印の方向に回転させながら、紙面右方へ徐々に送り込む。端部からは金属製内型１０５と所定距離を保って回転自在のローラ１０６ａが押し当てられる。これにより、ＳＵＳ製円筒部材１０４の端部から徐々にしごき加工により薄肉化され、最終的には図９の（ｃ）に示すように、本実施例における金属スリーブ１３の基層の元となる金属管である、所定厚みにまで加工されたカップ状の金属管１０９がしごき加工により形成される。
【０１０４】
しごき加工されたカップ状の金属管１０９には、周方向にスピニング加工時のローラ押し当ての凹凸痕１０９ａが残る。最終的には、カップ状の金属管１０９のカップ底部を切り落とすことにより、本実施例の金属スリーブ１３の金属管１０９（第２段階の金属管）を得る。
【０１０５】
また、図９の（ｂ）に示すように、押し当てローラの代わりに段階的に内径が小さく成型された連続ダイス１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの内側に金属製内型１０５と押え部材１０７により固定された第１段階の金属管１０４を回転させながら送り込むしごき加工により薄肉化しながら周方向の凹凸形状を付与させる方式であっても良い。
【０１０６】
その他、へら絞り加工等、金属製円筒部材の周方向に所定量以下の凹凸を形成できる方法であれば、どのようなしごき加工の加工方法であっても構わない。
【０１０７】
次に、このようにして成型した第２段階の金属管１０９に逆クラウン形状
を付与する方法について説明する。
【０１０８】
本実施例では第２段階の金属管を塑性加工して金属スリーブの基層（第３段階の金属管）を形成する。
【０１０９】
本実施例で用いた塑性加工法としては、液圧によるバルジ加工法を用いた。液圧バルジ加工は、加工したい金属管の内部に加工液を導入して、加工液に圧力を加える（以下、内圧と称する）ことにより金属管を任意の形状に成型する加工法である。
【０１１０】
図１０に示すように、第２段階の金属管１０９の外周面には中央部の内径より上下端部の内径が大きい金型１１０が設置され、内周面にはオイル１１１が満たされ金属管１０９に内圧を加えるＰＦＡチューブ１１２が設けられている。金属管１０９に逆クラウン形状を施す金型１１０の中央部の内径は、塑性加工前の金属管１０９の外径に略同等である。また、金属管１０９に施す逆クラウン量は金型上下端部の径を調整することで任意に設定でき、設計の自由度を大きくできるメリットがある。
【０１１１】
ＰＦＡチューブ１１２に満たされているオイル１１１には、ピストン１１３によって所定の圧力が加えられ、その内圧によって、ＰＦＡチューブ１１２は外側に押し拡がろうとし、その内圧によって金属管１０９も外側に押し拡げられることになる。しかし、金属管１０９の外側は金型１１０によって規制されるため、金属管１０９の中央部に対して両端部は所望の逆クラウン量の分だけ外側に押し広げられることで、金属管１０９に逆クラウン形状が付与されることになる。
【０１１２】
また、本実施例で用いた液圧バルジ加工では、ピストン１１３を押圧するエアー圧は３ｋｇ／ｃｍ２とし、ピストンによって増圧された圧力はＰＦＡチューブ１１２に内圧として６０ｋｇ／ｃｍ２が加わっている。図中のオイルシール１１４は、ピストン１１３によって加えられる圧力によって、内部に満たされたオイル１１１が漏れないようにするシール部材である。
【０１１３】
本実施例では、この液圧バルジ加工によって所望とする１００μｍの逆クラウン量を約２秒の短時間で得ている。また、液圧バルジ加工では、金型と保持部材の精度によって、安定した逆クラウン量が得られることになり、本実施形態では逆クラウン量の公差は±２０μｍ程度に収まっている。
【０１１４】
本実施例では、内部にオイル１１１を満たしたＰＦＡチューブ１１２からの内圧によって逆クラウン量を得る塑性加工を施したが、この塑性加工は液圧バルジに限るものではなく、例として、オイルを満たしたＰＦＡチューブの代わりにシリコンゴムなどの弾性体を金属管１０９の内部に設置し、その弾性体に圧力を加えることで、弾性体を変形させ、その変形によって生じる内圧によって、金属管１０９を金型の形状に沿わせるゴムバルジ加工法など、他の塑性加工法にても所望とする逆クラウン量を金属管１０９に付与できるものであれば構わない。
【０１１５】
次に、塑性加工にて逆クラウン形状を付与した第３段階の金属管１０９の外周面に、主な工程としては最終工程となる、離型層としてのフッ素樹脂層を形成する方法について簡単に説明する。
【０１１６】
まず、接着層となるフッ素樹脂用プライマーに導電付与部材としてカーボンブラックを適量分散したフッ素樹脂用プライマー液槽に第３段階の金属管のディッピング法にて浸漬し、約５μｍの膜厚をコーティングする。その後、１９０〜２３０℃に設定された恒温槽にて１５〜４５分間の乾燥させ、常温にて冷却を行う。
【０１１７】
次いで、離型層のフッ素樹脂として、ＰＴＦＥ樹脂とＰＦＡ樹脂の混合フッ素樹脂ディスパージョンを用いた。このフッ素樹脂ディスパージョンに導電性付与材としてカーボンブラックを適量付与した液槽に、先工程にて導電性プライマーをコーティング乾燥した金属管を浸漬させディッピング法にて、膜厚約１０μｍのコーティングを施し、焼成炉にて約２５０〜２８０℃にて１０〜１５分、約３００〜３３０℃にて２０〜３０分、約３７０〜４００℃にて１０〜１５分の段階的焼成を行い、離型層（スリーブの表面層）のフッ素樹脂を形成した。
【０１１８】
このようにして得た加熱定着用回転体としての、金属管を基層とする金属スリーブ１３の総膜厚は、約５０μｍであり、その表面粗度として十点平均粗さ(ten point height of irregularities)：Ｒｚは、約０．８〜１．５５程度で形成された。
【０１１９】
以上のように、しごき加工により可撓性を有する第２段階の金属管１０９を形成した後、中央部の外径より両端部の外径が大きい逆クラウン形状となるように塑性加工を施し、更に表層の離型層としてフッ素樹脂層を焼成形成する工程順番で得た、加熱定着用回転体としての金属スリーブ１３の利点を説明する。
【０１２０】
金属スリーブ１３の基材である金属管１０９をしごき加工によって形成した後、次に最表層の離型層としてフッ素樹脂層を焼成形成し、最後に塑性加工にて逆クラウンを付与しようとする（すなわち、塑性加工工程と離型層形成行程が本実施例と逆）と、次のような不具合が生じる。
【０１２１】
それは、金属の特性として、表層のフッ素樹脂層を焼成する際の、約２５０〜２８０℃にて１０〜１５分、約３００〜３３０℃にて２０〜３０分、約３７０〜４００℃にて１０〜１５分の段階的焼成にて加えられる熱履歴によって、金属が熱硬化を起こしてしまい、所望の逆クラウン量が得られなくなることが判明した。
【０１２２】
ＳＵＳの金属管に応力を加えた場合の歪みを測定すると、図１１に示すような、応力と歪みの関係（以下、Ｓ−Ｓ特性と称す）が得られる。この図中において、弾性領域として示した部分は、ＳＵＳの金属管に応力を加えても、その材料の持つ弾性によって、歪みが発生しない領域である。
【０１２３】
すなわち、本実施例で用いた塑性加工としての液圧バルジ加工を行っても、ＳＵＳの金属管の弾性により、加圧が解放されると逆クラウン量が保持できなくなってしまう領域である。対して、塑性領域として示した部分は、ＳＵＳの金属管に応力を加えていくと塑性変形が起こり、その応力を開放しても歪みが残留歪みとして残る領域であり、この残留歪みが逆クラウン量として保持されることになる。
【０１２４】
次に図１に、ＳＵＳの金属管と、フッ素樹脂を焼成する際の熱を加えたＳＵＳの金属管のＳ−Ｓ特性を示す。図に示したように、ＳＵＳの金属管は応力に対する残留歪みが生じる塑性領域として歪み約１．３％以上（応力：約１．５５ＧＰａ）の領域があるのが分かるが、熱履歴を受けたＳＵＳの金属管は明確な弾性領域から塑性領域への遷移領域がなくなっているのが分かる。すなわち、この熱履歴を受けたＳＵＳの金属管では所望とする逆クラウン量が得られないことになる。また、引っ張り強さが約０．２５ＧＰａ以上高くなっており、塑性加工にて逆クラウンを付与しようとしてＳＵＳの金属管により高い応力を加えると、破断が発生してしまった。このような現象は他の金属でも生じる。
【０１２５】
このような不具合があるので本実施例では、所望の逆クラウン量を得るために、上述してきたように、第２段階の金属管を形成した後、塑性加工にて逆クラウン形状を付与し（第３段階の金属管）、次にフッ素樹脂層の焼成を行う、工程順番とした。
【０１２６】
次に、上述してきた塑性加工にて得られる逆クラウン量に関して説明する。本実施例で用いた第２段階の金属管の外径はφ３０．１ｍｍに対して、液圧バルジ加工にて用いた金型の内径を、下記の表１のようにすることで、ＳＵＳスリーブに変形量を加えることができ、それによって所望の逆クラウン量が得られる。
【０１２７】
【表１】
0003970122.tif 000002
【０１２８】
上記のように、液圧バルジ加工にて用いる、金型の内径を選択することで、歪残留歪み量が決定され、その残留歪み量が変形量としてＳＵＳの金属管に残り、逆クラウン形状が得られることになる。
【０１２９】
例えば、金型の中央部はＳＵＳの金属管の外形φ３０．１ｍｍに対して、金型内への挿入などを考慮し内径φ３０．２ｍｍを選択することになり、金型両端部の内径をφ３０．４ｍｍとすれば、得られる逆クラウン量は７５．３−０＝７５．３μｍ程度となる。
【０１３０】
このように所望の逆クラウン量が得られるように金型中央部と両端部の内径を選択すれば、任意に逆クラウン量を付与することが可能となる。
【０１３１】
次に、上述してきたような工程順番で得た、逆クラウン形状が付与されたＳＵＳの金属管を基層とする金属スリーブ１３を加熱定着装置の加熱定着用回転体として用いた場合のメリットを、表２を参照しながら説明していく。
【０１３２】
評価方法として、坪量６５ｇ／ｍ２のＡ４紙を、湿度８０％の高湿環境下に放置して紙シワや光沢ムラの発生し易い記録材を用意する。この記録材を用いて、紙シワの評価は３％の印字率で５００枚連続プリントして行った。光沢ムラの評価は印字率３０％のハーフトーン画像を５０枚連続プリントして行った。また、逆クラウン量（回転体中央部と端部付近の外径の差）は、０μｍ（ストレート形状）、２５μｍ、３５μｍ、５０μｍ、１００μｍの５水準で確認した。
【０１３３】
【表２】
0003970122.tif 000003
【０１３４】
上記の表２の結果のように、紙シワの発生は５０μｍ以上の逆クラウン量、光沢ムラは３５μｍ以上の逆クラウン量がＳＵＳの金属管にあれば、定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐの搬送方向と直交する端部が外側に引っ張られることで、記録材Ｐの搬送が安定し、紙シワや光沢ムラとして発生する品質問題を防止できることになる。すなわち、ＳＵＳの金属管に５０μｍ以上の逆クラウン量を付与すれば、記録材Ｐの搬送性に起因する品質問題を生じさせない。
【０１３５】
次に、ＳＵＳの金属管の逆クラウン量上限値の見極めに関して説明する。上限値を決定するポイント、▲１▼．金属スリーブ１３のＳＵＳの金属管とヒータ１１のなすヒータニップの不均一化、▲２▼．塑性加工による限界、の２点がある。
【０１３６】
まず、▲１▼．金属スリーブ１３のＳＵＳの金属管とヒータ１１のなすヒータニップの不均一化による弊害として、定着性への影響を説明する。記録材Ｐ上の未定着トナーｔを定着する定着ニップ部Ｎは、金属スリーブ１３と加圧ローラ２０の圧接面として形成されるが、これと同様に重要となるのがＳＵＳの金属管の内周面において、加熱源であるヒータ１１となすヒータニップ部である。このヒータニップ巾が小さかったり、不均一だったりすると、加熱源であるヒータからの熱エネルギーが、記録材に効率よく伝達できなくなり、定着不良を引き起こすことになる。
【０１３７】
これは、ＳＵＳの金属管はその肉厚が薄くフレキシブル性に優れているとはいえ、金属の特性としての剛性もあるため、ＳＵＳの金属管の逆クラウン量が大きすぎると、そのヒータニップ巾が、中央部は細く、両端部は太い不均一な形状となり、定着性が損なわれることになる。
【０１３８】
また、本実施例で用いている画像形成装置の説明の箇所でも述べたが、加熱源であるヒータ１１の温度をモニタし温調制御にフィードバックするサーミスタ１４は、ヒータ長手方向の中央部に設けられているため、ヒータニップの中央部が細くなることで、熱エネルギーの主な伝達先である記録材Ｐや加圧ローラ２０に奪われる熱量が少なくなり、サーミスタ当接部の温度は定着温度を維持し易くなり、ヒータ１１への単位時間相当の通電割合を減らしても温調温度を維持できることになる。対して、ヒータ長手方向両端部のヒータニップが太くなることで、記録材Ｐや加圧ローラ２０に奪われる熱量が多くなり、定着性を満足する温度が維持できなくなり、記録材端部の定着性が損なわれることになる。
【０１３９】
以上、説明してきた記録材端部の定着性と逆クラウン量の評価結果を、表３に示す。評価に用いた逆クラウン量は７５μｍ、１００μｍ、１２５μｍ、１５０μｍ、１７０μｍの５水準である。また、ヒータニップ巾は、ヒータ摺動ガラス面１１ｃ上のグリスに形成される、グリスの付着状態から測定したものである。
【０１４０】
【表３】
0003970122.tif 000004
【０１４１】
上記の表３の結果のように、端部定着性を満足するには、金属スリーブ１３の、または金属スリーブ１３のＳＵＳの金属管の逆クラウン量を約１５０μｍ以下とすれば、端部定着性を満足することができることが分かる。
【０１４２】
次に、▲２▼．塑性加工による限界について説明する。
【０１４３】
上述したように、ＳＵＳの金属管に逆クラウンを付与する塑性加工は、ＳＵＳの金属管のＳ−Ｓ特性の塑性領域で行うが、塑性領域においても加工のために加える応力（＝内圧）がある範囲を超えると金属破壊として破断が発生することになり、塑性加工法による限界点が存在する。
【０１４４】
本実施例で用いた、肉厚３５μｍ、外形φ３０．１ｍｍの第２段階の金属管を、液圧バルジ加工法による塑性加工を行った場合、逆クラウン量が約１８０μｍを超えると、ＳＵＳの金属管の両端部に破断が発生してしまった。
【０１４５】
以上、説明してきたように、ＳＵＳの金属管の逆クラウン量は、紙シワや光沢ムラの発生を防止する点から５０μｍ以上、定着性と塑性加工の点から１５０μｍ以下の範囲とすることが、ＳＵＳの金属管を基層とする金属スリーブ１３を加熱定着装置の加熱定着用回転体として使用する場合は望ましい。
【０１４６】
また、別の観点としてＳＵＳの金属管を基層とする金属スリーブ１３の安定した回転を保証するためにも、ＳＵＳの金属管は適正な逆クラウン量が必要となる。
【０１４７】
ＳＵＳの金属管内周面はヒータ部材と摺擦している。この摺擦している面を多くすることで金属スリーブ１３の回転挙動の安定性は向上することになる。
【０１４８】
しかし、本実施例の画像形成装置の箇所でも述べたが、金属スリーブ１３は加圧ローラ２０からの従動回転によって回転する構成であり、その回転を補助する目的でその内周面にはグリスを塗布している。このグリスにはＳＵＳの金属管やヒータ、ヒータホルダーの摺擦磨耗を防止する効果もある。
【０１４９】
このような理由から、ＳＵＳの金属管内周面の接触面を増やすことは、ＳＵＳの金属管内周面の磨耗を大きくすることになり、その磨耗により発生する金属粉によって、更にＳＵＳの金属管内面の磨耗が促進されてしまうことにつながるため、あまり好ましくない。
【０１５０】
そこで、図１２に示すように、金属スリーブ１３の内周面は、定着ニップ部Ｎ、及び、定着ニップ上下流近傍でのみ、ヒータ１１やヒータ保持部材であるヒータホルダー１２と接触する構成をとることで、摺擦抵抗を減らし、摺擦磨耗が発生し難い構成をとっている。
【０１５１】
このように金属スリーブ１３の内周面に摺擦抵抗が加わる箇所を少なくする構成とした場合、ＳＵＳの金属管の逆クラウン量が大きすぎると、長手におけるヒータ１１やヒータホルダー１２との接触状態のバランスがくずれ、金属スリーブ１３のスムースな従動回転を妨げる要因になりうる。
【０１５２】
そして、その結果として、定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐの直進安定性が損なわれ、定着ニップ部Ｎにて記録材Ｐが斜行してしまい、その状態において金属スリーブ１３のＳＵＳの金属管の逆クラウン形状による記録材Ｐの端部への引っ張り作用により、記録材Ｐには左右不均一な搬送力が加えられることとなり、紙シワが発生したり、光沢ムラが発生したりすることになる。
【０１５３】
上述した、ＳＵＳの金属管の逆クラウン量によるヒータニップ巾と定着性の評価を行った際に、紙シワと光沢ムラに関して確認した結果を、表４として記す。評価の条件は、逆クラウン量の下限を決定する際に評価したものと同じである。
【０１５４】
【表４】
0003970122.tif 000005
【０１５５】
評価の結果は表４に示したように、紙シワの発生はなかったが、光沢ムラが逆クラウン量を１７０μｍとした場合には発生してしまった。
【０１５６】
以上のことからＳＵＳの金属管の逆クラウン量上限値は１５０μｍ程度となる。
【０１５７】
以上、説明してきたように、しごき加工により金属管（本実施例ではＳＵＳの金属管）を形成した後、中央部の外径より両端部の外径が大きくなるような塑性加工を施すことで逆クラウン形状とし、次に金属管の表層に離型層としてのフッ素樹脂層を焼成形成することで、所望の逆クラウン量を有する金属管を歩留まり良く製造できる。また、このような金属スリーブを用いることにより、記録材の搬送性能及び加熱性能が優れた加熱定着装置を構築することが可能となる。
【０１５８】
（第２の実施例）
本発明の第２の実施例について説明する。
【０１５９】
第２の実施例は、逆クラウン形状を有した金属管を基層とし、その外周面に離型層としてフッ素樹脂層を焼成形成してある、加熱定着用回転体としての金属スリーブ１３を得る工程に関して、先に述べた第１の実施例と異なる工程順番を経るものであり、その点についてのみ説明を行い、逆クラウン形状を有した加熱定着用回転体を加熱定着装置で用いた場合の利点に関しては、先に述べた第１の実施例と同様の内容であるので、この点に関する説明は省略する。
【０１６０】
また、先に述べた、従来の技術や第１の実施例と、相違ない箇所に関しては記述・説明を省略する。
【０１６１】
本実施例でも金属管の材料としては、ＳＵＳを用いた。このＳＵＳの金属管（第２段階まで）の製法に関しては、先に述べた第１の実施例と同様の手法で達成するものであるので、省略する。
【０１６２】
次に、本実施例では、深絞り成型及びしごき加工を経て得られた第２段階の金属管の残留応力を除去する目的で、しごき加工後の最初の主工程として焼鈍処理（やきなまし処理：annealing）を行った。広く一般的に知られているように、金属材料にしごき加工として、押出し加工や引き抜き加工やしぼり加工、圧延加工などを行うと、その加工の際に加えられた応力の一部が金属内部の結晶構造の不均一性や結晶構造の変化として残ってしまうのが残留応力であり、その残留応力を除去するために、しごき加工を行った金属部材に熱を加え、結晶構造の均一化や結晶構造の微細化を図るのが焼鈍処理である。
【０１６３】
本実施例で用いた金属材料であるＳＵＳ材は、約８００〜１１００℃にて焼鈍処理を行うのが適切であり、今回は恒温炉にて約１０００℃、約６０分間の焼鈍処理を施し、ＳＵＳの金属管内の残留応力を除去した。
【０１６４】
次に、焼きなまし処理を施した第２段階のＳＵＳの金属管の表層に離型層としてのフッ素樹脂層の焼成形成を行った。フッ素樹脂層の焼成形成については、先に述べた第１の実施例と同様の内容であるので説明は省略する。
【０１６５】
次の工程としては、ＳＵＳの金属管に逆クラウン形状を付与する塑性加工を施した。この塑性加工に関しても、第１の実施例と同様の内容であるので説明は省略する。
【０１６６】
先に述べた第１の実施例では、ＳＵＳの金属管に逆クラウン形状を付与する前に、表層のフッ素樹脂層の焼成形成を行うと、焼成の際に加える熱履歴によって金属の熱硬化が生じてしまい、所望とする逆クラウン量が得られなくなると説明したが、本実施例ではフッ素樹脂層の焼成形成を先に行い、その後に逆クラウン形状を付与する塑性加工を行っている点について説明する。
【０１６７】
本実施例では深絞り加工及びしごき加工を経てＳＵＳの金属管を形成した後、焼鈍処理を行うことでＳＵＳの金属管に残っている残留応力を除去しているため、フッ素樹脂層の焼成形成の際に加える焼成熱では熱履歴としての熱硬化は起らない。そのため、先にフッ素樹脂の焼成形成を行い、その後塑性加工を行っても、所望とする逆クラウン量を付与することが可能となる。
【０１６８】
図１３に、焼鈍処理を行ったＳＵＳの金属管に焼成温度を加えた場合のＳ−Ｓ特性と、処理を行っていないＳＵＳ管のＳ−Ｓ特性を示す。図にあるように、２種類のＳＵＳの金属管のＳ−Ｓ特性は同等な塑性加工領域のある曲線形状を示しており、第２の実施例で説明したように、焼鈍処理を施したＳＵＳの金属管であれば、先にフッ素樹脂層の焼成形成を行い、その後に、逆クラウン形状を付与する塑性加工を施しても、所望とする逆クラウン量が得られることになる。
【０１６９】
以上、説明してきたように、可撓性を有する金属管（本実施例ではＳＵＳ管）を形成した後、金属管に残っている残留応力を焼きなまし処理により除去し、次の工程として金属管の表層に離型層としてのフッ素樹脂層を焼成形成し、最後の主工程として中央部の外径より両端部の外径が大きくなるような塑性加工を施し逆クラウン形状を得る工程順番とすることで、所望とする逆クラウン量を安定して金属管に付与することが可能となり、安定して所望の逆クラウン量を有する加熱定着装置で用いる加熱定着用回転体である金属スリーブ１３が得られる。
【０１７０】
尚、本実施例の塑性加工は離型層を形成した後に行うので、離型層を傷つけないために、金属管の内部から圧力をかけるバルジ加工が好ましい。
【０１７１】
そして、この加熱定着用回転体を用いた加熱定着装置においては、安定した記録材の搬送性、端部定着性の悪化防止、などを達成することが可能となり、画像品質を損なわない加熱定着装置を構築することが可能となる。
【０１７２】
（第３の実施例）
本発明の第３の実施例について図１４を用いて説明する。
【０１７３】
第３の実施例は、逆クラウン形状を有した金属管を得る手段として、先に述べた第１、第２の実施例のように深絞り加工及びしごき加工により第２段階の金属管を得た後、逆クラウン形状を付与するための塑性加工を施すのではなく、しごき加工時に、逆クラウン形状をも付与してしまう工程としたものである。本説明では、この点についてのみ説明を行い、逆クラウン形状を有した加熱用回転体を加熱定着装置で用いた場合の利点に関しては、先に述べた第１、第２の実施例と同様の内容であるので、この点に関する説明は省略する。
【０１７４】
また、先に述べた、従来の技術や第１の実施例と、相違ない箇所に関しては記述・説明を省略する。
【０１７５】
本実施例でも金属管の材料としては、ＳＵＳを用いた。
【０１７６】
まず、先の第１の実施例で述べたように、ＳＵＳスリーブの基材としては、図７で説明したように深絞り加工により、図８に示したカップ状の金属円筒部材（第１段階）を製造する。
【０１７７】
次に、第１の実施例と同様に、金属製円筒状部材が所望の厚みに形成されるようにしごき加工を施す。本実施例で用いたしごき加工としては、第１の実施例でも図９−（ａ）にて説明した絞りスピニング加工法を用いた。
【０１７８】
カップ状の金属円筒部材から薄肉の金属管に至る工程である絞りスピニング加工工程にて、金属の管に逆クラウン形状も同時に付与してしまう工程としている。
【０１７９】
薄肉の金属管は、複数段階の絞りスピニング加工工程にて得られるものである。即ち、３５０μｍ程度の厚みを有した金属カップ状部材から、薄肉管として３５μｍ程度の厚みに至るには、一度の絞り加工では、金属が破れる、亀裂が生じる、厚みのむらが生じる、などが発生するため、複数段階のしごき加工を経ることで、所望の薄肉金属管を得ている。複数段階としては、３〜５段階の絞り加工工程を設けるのが好ましい。本実施例では４段階の絞りスピニング加工工程を設けた。
【０１８０】
次に、絞りスピニング加工法にて、金属製の管に逆クラウンを付与する手法について、図１４を用いて説明する。
【０１８１】
図１４の（ａ）に示したように固定台１０６ｃに加える圧力を、金属管（カップ形状）１０４の長手中央よりも、長手端部を大きくすることで、金属製の管は押し広げられることになり、長手中央よりも端部が広がった（外径が大きい）薄肉の金属管が得られることになる。このように絞りスピニング加工の１工程内での押し当てローラ１０６ａに加える圧力を金属スリーブ長手方向で異なるように制御することで、長手中央よりも端部の外径が大きい逆クラウン形状を有した金属製の管が得られることになる。
【０１８２】
また、別なしごき加工法として、先の第１の実施例で図９の（ｂ）で説明した連続ダイスによるしごき加工法にても、同様の手法にてしごき加工工程にて逆クラウン形状を薄肉の金属管に付与することが可能である（図１４の（ｂ））。
【０１８３】
しごき加工工程にて、金属管に逆クラウン形状を付与する手法として、金属管をしごく金属製の部材に加える圧力を制御する手法以外の手段としては、図１４の（ａ）、（ｂ）に示した金属製内型１０５を回転させながら送り込む速度を制御する手法、なども有効的である。即ち、金属管１０４の長手端部は送り込む速度を遅く制御し、しごきを強くすることで金属管を押し広げる（外径を大きく）ように成型し、逆に長手方向の中央では送り込む速度を通常の状態で制御することで、長手の両端部に向かうにつれ外径の大きくなる金属製の薄肉管を得る、しごき加工とするものである。
【０１８４】
また、上述した、押し当てローラ１０６ａに加える圧力の制御、金属製内型の送り込む速度の制御、を組みあわせて用いることでも、しごき加工と同一工程にて、薄肉の金属管に逆クラウン形状を付与することは実現できる。また、他のしごき加工にてもしごき加工と同一工程にて、薄肉の金属管に逆クラウン形状を付与できるものであれば、手法は制限されるものではない。
【０１８５】
本実施例では、上記した押し当て部材１０６ｃに加える圧力を制御するしごき加工を、離型層形成前の最終工程に採用することで、約１００μｍ程度の逆クラウン形状を付与している。尚、逆クラウン形状の付与は複数回のしごき加工で行っても構わないものである。
【０１８６】
本実施例で説明したしごき加工工程にて薄肉の金属管の形成と同時に、逆クラウン形状を付与する加工手法を用いた金属管は、金属管の長手両端部を押し広げることで逆クラウン形状を付与しているため、長手中央の厚みに比較して長手両端部の厚みは薄く形成されてしまうことになるが、その割合は、金属管の厚みである約３５μｍに比較して、かなり小さいものである。
【０１８７】
説明してきた手法にて得られた金属管の厚みを中央と両端部で比較したところ、１μｍ以下であり、逆クラウン形状を有した金属製の薄肉管としての使用上、全く問題のない厚みの差である。
【０１８８】
以上のようにして得られた、逆クラウン形状を付与した金属管の外周面には、主な工程としては最終工程となる、離型層としてのフッ素樹脂層を形成することになるが、この工程は、先に述べた第１の実施例と同様であるため、説明は省略する。
【０１８９】
以上、説明してきたように、薄肉の金属管を形成するしごき加工工程にて、逆クラウン形状を付与する加工を同時に施してＳＵＳスリーブを得る工程とすることで、加工工程が少なくコスト面でのメリットがあり、工程数が少ないことによる品質面での安定性を達成できた加熱回転体が得られる。そして、この加熱回転体を用いた加熱定着装置においては、先に述べた第１、第２の実施例と同様に、安定した記録材の搬送性、端部定着性の悪化防止、などを達成することが可能とぶり、画像品質を損なわない加熱定着装置を構築することが可能となる。
【０１９０】
（その他）
１）加熱定着用回転体である金属スリーブ１３である金属管の材質は実施例のＳＵＳに限られないことは勿論である。
【０１９１】
２）加熱定着装置は、オイル系定着であってもオイルレス系であっても同様に効果がある。
【０１９２】
３）加熱部材（ヒータ）は電磁誘導発熱性部材であってもよい。
【０１９３】
４）本発明の加熱定着装置には、記録材上の画像を仮定着処理する像加熱装置、つや等の画像表面性を改質する像加熱装置等も含むものである。
【０１９４】
本発明は上述の実施例にとらわれるものではなく技術思想内の変形を含むものである。
【０１９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、像加熱装置の加熱用回転体の基層として樹脂よりも熱伝導性に優れる金属を用いることで十分な熱エネルギーを記録材に伝達することが可能であり、より高速オンデマンドの装置を達成することが可能となる。この場合、回転体は、長手方向両端部に向うに連れて外形が大きくなる逆クラウン形状を有するものとすることで、ニップ間での記録材搬送速度が記録材中央部よりも両端部の方が速くなり、記録材両端部が張る状態になり、記録材の紙シワや光沢ムラの発生を防止でき、記録材の安定した搬送性を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱履歴のあるステンレス管と熱履歴のないステンレス管の（歪み−応力）特性を示した図である。
【図２】本発明の金属製回転体を適用できる像加熱装置の概略断面図である。
【図３】図２の像加熱装置のニップ部付近の拡大断面図である。
【図４】図２の像加熱装置のヒータの構成を示した図である。
【図５】図２の像加熱装置を適用したプリンタの概略断面図である。
【図６】図２の像加熱装置の長手方向を示した図である。
【図７】本発明の実施例で用いた深絞り加工を示した図である。
【図８】図７の深絞り加工により得られたカップ形状の金属部材を示した斜視図である。
【図９】（ａ）は本発明のしごき加工として用いたスピニング加工を示した断面図である。（ｂ）は連続ダイスを用い久しごき加工を示した断面図である。（ｃ）はしごき加工により得られた金属管を示した斜視図である。
【図１０】塑性加工として液圧を用いたバルジ加工を示した断面図である。
【図１１】ステンレス管の（歪み−応力）特性を示した図である。
【図１２】第１実施例の像加熱装置のニップ部付近の拡大断面図である。
【図１３】焼き鈍し処理を施したステンレス管と焼き鈍し処理を施していないステンレス管の（歪み−応力）特性を示した図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は第３の実施例で用いたしごき加工を説明するための図である。
【符号の説明】
１・・・・プロセスカートリッジ
２・・・・感光ドラム
３・・・・帯電ローラ
４・・・・現像装置
５・・・・転写ローラ
６・・・・クリーニング部材
７・・・・定着装置
１０・・・・定着部材
１１・・・・ヒータ（加熱部材）
１１ａ・・・・セラミック基板
１１ｂ・・・・通電発熱抵抗層
１１ｃ・・・・薄肉ガラス保護層
１２・・・・ヒータホルダー
１３・・・・定着フィルム（ＳＵＳ金属スリーブ）
１４・・・・温度検知素子（サーミスタ）
１５・・・・サーモプロテクター
１７・・・・フランジ（定着フィルム支持部材）
２０・・・・加圧部材（加圧ローラ）
２１・・・・加圧ローラ芯金
２２・・・・加圧ローラ弾性層
２３・・・・加圧ローラ離型層
２５・・・・加圧バネ
２６・・・・加圧ローラ駆動ギア
２７・・・・定着入り口ガイド
２８・・・・ダイオード
Ｎ・・・・定着ニップ
Ｌ・・・・レーザビーム
Ｐ・・・・記録材
ｔ・・・・未定着トナー像
Ｓ・・・・記録材搬送基準
１００・・・・金属平板（プランク）
１０１・・・・円形内型（ポンチ）
１０２・・・・円筒容器状外型（ダイス）
１０４・・・・金属製円筒製部材
１０５・・・・金属製内型（しごき加工用）
１０６−ａ・・・・押し当てローラ
１０６−ｂ・・・・軸
１０６−ｃ・・・・固定台
１０７・・・・押え部材
１０８−ａ、−ｂ、−ｃ・・・・連続ダイス
１０９・・・・ＳＵＳ金属製円筒状素管
１１０・・・・金型（液圧バルジ加工用、塑性加工用）
１１１・・・・オイル
１１２・・・・ＰＦＡチューブ（液圧バルジ加工用、塑性加工用）
１１３・・・・ピストン（液圧バルジ加工用、塑性加工用）
１１４・・・・オイルシール（液圧バルジ加工用、塑性加工用）
【図１】
0003970122.tif 000006
【図２】
0003970122.tif 000007
【図３】
0003970122.tif 000008
【図４】
0003970122.tif 000009
【図５】
0003970122.tif 000010
【図６】
0003970122.tif 000011
【図７】
0003970122.tif 000012
【図８】
0003970122.tif 000013
【図９】
0003970122.tif 000014
【図１０】
0003970122.tif 000015
【図１１】
0003970122.tif 000016
【図１２】
0003970122.tif 000017
【図１３】
0003970122.tif 000018
【図１４】
0003970122.tif 000019