(57)【要約】【課題】低コストでＵＦＰの放出を抑制することができる加圧ローラを提供する。【解決手段】加圧ローラ４が、回転軸となる芯金４１と、芯金４１の周囲に設けられた弾性層４２と、弾性層の外周側に積層された離型層４３と、弾性層４２の軸方向の両端面を覆う封止部４５と、を備える。封止部４５が設けられていることで、加圧ローラ４が加熱されてもＵＦＰが発生しにくくなる。従って、ＵＦＰを除去するための装置等を設けなくてもＵＦＰの放出を抑制することができ、低コスト化することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着装置に用いられる加圧ローラであって、
回転軸となる芯金と、
前記芯金の周囲に設けられるとともに発泡シリコーンゴムによって構成された弾性層と、
前記弾性層の外周側に積層された離型層と、
少なくとも前記弾性層の軸方向の両端面を覆う封止部と、を備えることを特徴とする加圧ローラ。
【請求項２】
前記封止部がエポキシ樹脂によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の加圧ローラ。
【請求項３】
前記封止部は、内周側から外周側に向かうにしたがって軸方向寸法が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加圧ローラ。
【請求項４】
前記弾性層の最内周部における前記封止部の軸方向寸法が２０μｍ以下であるとともに、前記弾性層の最内周部と最外周部とにおける前記封止部の軸方向寸法の差が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の加圧ローラ。
【請求項５】
前記発泡シリコーンゴムが水発泡シリコーンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の加圧ローラ。
【請求項６】
前記離型層がテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体またはポリテトラフルオロエチレンによって構成されていることを特徴とする請求項１〜５に記載の加圧ローラ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載された加圧ローラを備えることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項７に記載された定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧ローラ、定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複写機やプリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の画像形成装置に用いられる定着装置として、定着ベルトと、定着ベルトに対向する加圧ローラと、を備えたものが知られている。このような定着装置では、定着ベルトと加圧ローラとの間に記録材を挟み込み、加圧及び加熱することで記録材にトナーを定着するように構成されている。
【０００３】
定着装置において、加圧ローラは加圧のために弾性を有し、弾性層が発泡シリコーンゴムによって構成されることがあるが、発泡シリコーンゴムが加熱されると低分子シロキサンが発生してしまうことがある。低分子シロキサンはＵＦＰ（超微粒子粉塵：Ultra Fine Particle）の要因であることが知られており、環境負荷の低減のためにＵＦＰの放出を抑制することが望まれていた。そこで、超微粒子除去装置を備えた画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の画像形成装置では、発生したＵＦＰを除去して外部への放出を抑制することができるものの、超微粒子除去装置を設けることにより高コスト化してしまう。そこで、低コストでＵＦＰの放出を抑制することが望まれていた。
【０００５】
本発明の目的は、低コストでＵＦＰの放出を抑制することができる加圧ローラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、上記課題を解決するために、定着装置に用いられる加圧ローラであって、回転軸となる芯金と、前記芯金の周囲に設けられるとともに発泡シリコーンゴムによって構成された弾性層と、前記弾性層の外周側に積層された離型層と、少なくとも前記弾性層の軸方向の両端面を覆う封止部と、を備えることを特徴とする加圧ローラである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の加圧ローラによれば、弾性層の軸方向における両端面が封止部によって覆われていることで、低コストでＵＦＰの放出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】前記画像形成装置の定着装置を示す側面図である。
【図３】前記定着装置の定着ベルトを示す断面図である。
【図４】前記定着装置の加圧ローラを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の画像形成装置１００は、例えばプリンタであって、図１に示すように、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの４色それぞれに対応した画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫと、搬送ベルト２０と、給紙機構３０と、定着装置４０と、を備える。
【００１０】
画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫは、上記の４色のトナー像をそれぞれ対応する感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１ＢＫの表面上に形成するためのものであって、電子写真方式が採用されている。
【００１１】
画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫは、搬送ベルト２０による搬送方向に沿って、この順で並べられている。４つの画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫはそれぞれ同様の構成を有しており、以下では画像形成部１０Ｙについて代表して説明し、他の画像形成部１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫについては同様の符号を付すとともに、説明を省略する。
【００１２】
画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙと、帯電装置２Ｙと、露光装置３Ｙと、現像装置４Ｙと、転写ローラ５Ｙと、クリーナ６Ｙと、除電ランプと、を有する。また、帯電装置２Ｙと、露光装置３Ｙと、現像装置４Ｙと、転写ローラ５Ｙと、クリーナ６Ｙと、除電ランプと、は、感光体ドラム１Ｙの周囲に設けられるとともに、感光体ドラム１Ｙの回転方向に沿ってこの順序で並んでいる。
【００１３】
帯電装置２Ｙは、感光体ドラム１Ｙの表面を所定の電位に帯電させる。露光装置３Ｙは、色分解された画像信号に基づき、帯電したドラム表面を露光し、ドラム表面上に静電潜像を形成する。現像装置４Ｙは、ドラム表面上に形成された静電潜像にイエロートナーを供給して現像する。
【００１４】
転写ローラ５Ｙは、搬送ベルト２０によって搬送される記録材に対して現像されたトナー像を転写する。クリーナ６Ｙは、転写されずにドラム表面に残留した残留トナーを除去する。除電ランプは、ドラム表面に残留した電荷を除去する。
【００１５】
搬送ベルト２０は、給紙機構３０によって供給された記録材を静電的に吸着し、図１の右側から左側に向かう方向を搬送方向として搬送する。また、搬送ベルト２０は、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１ＢＫと、転写ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫと、の間を通るように張架されている。従って、搬送ベルト２０によって搬送される記録材に、画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫによって４色のトナー像が順に転写されるようになっている。
【００１６】
定着装置４０は、画像形成部１０ＢＫよりも下流側に設けられ、トナー像が転写された記録材を加熱及び加圧することにより、トナー像を溶融して記録材に定着させるものである。また、定着装置４０のさらに下流側には排紙ローラ等が設けられていてもよい。
【００１７】
定着装置４０は、図２に示すように、定着回転体としての定着ベルト３と、加圧ローラ４と、加熱源としてのハロゲンヒータ２３と、定着ベルト３の内側に設けられたニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持するステー２５と、ハロゲンヒータ２３から放射される光を定着ベルト３に向けて反射する反射部材２６と、を備える。
【００１８】
定着ベルト３は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材であって、図３に示すように、最内周側の基材３１と、基材３１の外周側に積層されたベルト弾性層３２と、ベルト弾性層３２の外周側に積層されたベルト離型層３３と、を有する。
【００１９】
基材３１は、例えばニッケルやＳＵＳ等の金属材料で構成されていてもよいし、ポリイミド等の樹脂材料で構成されていてもよい。ベルト弾性層３２は、例えばシリコーンゴムや発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料で形成されていればよい。尚、ベルト弾性層３２は省略されてもよい。ベルト離型層３３は、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂で構成されていればよい。
【００２０】
加圧ローラ４は、図４に示すように、芯金４１と、弾性層４２と、離型層４３と、グリップ層４４と、封止部４５と、を有する。加圧ローラ４の外径は２０〜４０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２１】
芯金４１は、ステンレス鋼や炭素鋼等の高剛性の金属部材によって構成され、加圧ローラ４の回転軸となる。また、芯金４１は中空であってもよいし中実であってもよく、中空である場合にはその肉厚は適宜に設定されればよい。
【００２２】
弾性層４２は、円筒状に形成されるとともに芯金４１の周囲に設けられる。また、弾性層４２は、発泡シリコーンゴムからなる多孔質体によって構成されており、断熱性を有している。従って、定着装置４０の加熱源によって定着ベルト３を加熱する際に、この熱が弾性層４２によって断熱され、芯金４１には伝わりにくくなっている。
【００２３】
弾性層４２を構成する多孔質体は、例えば、熱伝導率が０．１〜０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、硬度が２０〜６０°（アスカーＣ）である。また、多孔質体の断面に存在する気泡の大きさ（円相当径）が０．１〜５０μｍであり、断面における一辺２００μｍの正方形の面積を１００とした場合に、この正方形内で球状の気泡が互いに部分的に重なり合って形成された複合気泡が占める面積が６０〜７０となる。また、この断面において、５〜５０μｍの大きさの複合気泡について５μｍ毎に分画した場合、５〜１０μｍの大きさの単独気泡が最も多く存在する。
【００２４】
尚、複合気泡は、球形が互いに部分的に重なった形状を有し、単独気泡とは形状が異なっていることから、多孔質体の断面を顕微鏡等で観察することによって複合気泡と単独気泡とを容易に区別することができるようになっている。
【００２５】
５〜１０μｍの大きさの気泡の数を１００とした場合に、１０〜２０μｍの大きさの気泡の数が４５以上であることが好ましく、このような割合とすれば、加圧時の応力を均等に分散しやすくなり、耐久性を向上させることができる。
【００２６】
弾性層４２を構成する多孔質体は、発泡剤を添加することで発泡構造を形成する化学発泡によって製造されてもよいし、液状シリコーンゴム中に水を乳化させて加熱することで水を揮発させて発泡構造を形成する水発泡シリコーンゴム法によって製造されてもよい。本実施形態では、多孔質体は水発泡シリコーンゴム法によって製造され、即ち、弾性層４２を構成する多孔質体は、水発泡シリコーンゴムからなっている。
【００２７】
水発泡シリコーンゴム法によって多孔質体を製造することにより、多孔質体の微細なセルを均一に形成しやすく、トナーに対して均一な圧力負荷を加えることができ、画像ムラを抑制するとともに、耐久性の不足による硬度低下や破断等を抑制することができる。
【００２８】
ここで、水発泡シリコーンゴム法によって多孔質体を製造する具体的な方法について説明する。まず、液状シリコーンゴムに触媒や界面活性剤、架橋剤等を添加して混ぜ合わせることでシリコーンゴム溶液を調製する。さらに、水に添加剤や充填材、分散剤等を混ぜ合わせることで、シリコーンゴム溶液と同程度の粘度を有し且つ高い密度を有する混合溶液を調製する。
【００２９】
シリコーンゴム溶液と混合溶液とを混ぜ合わせ、攪拌機を用いて例えば３００〜１５００ｒｐｍの撹拌速度で撹拌することにより、エマルションを生成する。シリコーンゴム溶液と混合溶液との混合比（質量比）は、得たい空孔率によって適宜に設定されればよく、例えば１：１とすることにより、空孔率が５０％程度の多孔質体を得ることができる。
【００３０】
エマルション中において水は他の物質よりも密度が高いことから、エマルション中に分散した水分を遠心力によって移動させることにより、多孔質体の密度の分布を調節することができる。具体的には、エマルションを円筒型の金型に注入して金型を回転させることにより、金型中のエマルションに遠心力を加えることができ、外周側の方が内周側（回転中心側）よりも水分の密度が高くなる。このような密度の差は、微粒子状水分の密度が高く、回転数が大きく、回転時間が長いほど、大きくなる。回転数は、５０００〜１０００００回転／分であることが好ましく、１００００〜５００００回転／分であることがより好ましい。
【００３１】
上記のように金型を回転させた後、エマルション中の水分を蒸発させないように金型を加熱し、シリコーンゴムを硬化させる（一次加熱）。このときの加熱温度は８０〜１３０℃であることが好ましく、９０〜１１０℃であることがより好ましい。また、加熱時間は３０〜１２０分であることが好ましく、６０〜９０分であることがより好ましい。
【００３２】
次に、多孔質体から水分を除去するための加熱を行う（二次加熱）。このときの加熱温度は１５０〜３００℃であることが好ましく、２００〜２５０℃であることがより好ましい。また、加熱時間は１〜２４時間であることが好ましく、３〜５時間であることがより好ましい。二次加熱により、シリコーンゴムが最終的に硬化し、多孔質体が形成される。
【００３３】
以上のように形成された多孔質体を芯金４１の外周側に貼り付け、所定の外径を有するように削り出してローラ形状とすることで、弾性層４２が形成される。
【００３４】
離型層４３は、弾性層４２の外周側のうち軸方向の両端近傍を除く部分に積層されている。離型層４３は、上記のように形成した弾性層４２の外周側に接着剤を均一に塗布した後、ＰＦＡチューブによって被覆することで形成される。尚、離型層４３は、ＰＦＡに限らず、ＰＴＦＥやテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共同合体（ＦＥＰ）等の離型性及び耐熱性の高いフッ素樹脂によって構成されていてもよい。また、離型層４３の幅（軸方向寸法）は、記録材が通過する通過領域の幅以上となっており、グリップ層４４が記録材に接触しないようになっている。
【００３５】
グリップ層４４は、弾性層４２の外周側のうち軸方向の両端近傍（即ち離型層４３が設けられていない部分）に積層され、定着ベルト３に対する加圧ローラ４の滑りを抑制するように構成されている。グリップ層４４は、グリップ力を得るためのタック性を有し、ニップ部を形成するための弾性体であり、且つ、定着温度に対する耐熱性を有する、という３つの特性を有する材料によって構成される。このような材料として、シリコーンゴムやフッ素ゴム等のゴム材料が例示される。
【００３６】
封止部４５は、弾性層４２及びグリップ層４４の軸方向の両端面を覆うように設けられ、芯金４１が挿通される挿通孔を有する円環膜状に形成されている。
【００３７】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、加圧ローラが、弾性層の軸方向の両端面を覆う封止部を備えることで、加圧ローラが加熱されてもＵＦＰが発生しにくい。従って、ＵＦＰを除去するための装置等を設けなくてもＵＦＰの放出を抑制することができ、低コスト化することができる。さらに、封止部によって加圧ローラの耐久性を向上させることができる。
【００３８】
また、封止部をエポキシ樹脂によって構成すれば、ＵＦＰの発生及び放出をさらに抑制することができる。
【００３９】
また、内周側から外周側に向かうにしたがって封止部の軸方向寸法が大きくなるようにすれば、加圧ローラの耐久性をさらに向上させることができる。このとき、弾性層の最内周部における封止部の軸方向寸法を２０μｍ以下とするとともに、弾性層の最内周部と最外周部とにおける封止部の軸方向寸法の差を５０μｍ以下とすることが好ましく、加圧ローラの耐久性をより一層向上させることができる。
【００４０】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
【００４１】
例えば、前記実施形態では、弾性層の最内周部における封止部の軸方向寸法を２０μｍ以下とするとともに、弾性層の最内周部と最外周部とにおける封止部の軸方向寸法の差を５０μｍ以下とすることが好ましいとしたが、これらの数値は、弾性層の厚さ（軸方向寸法）に応じて適宜に設定されればよい。即ち、弾性層の厚さが大きい場合には、弾性層の最内周部と最外周部とにおける封止部の軸方向寸法の差を５０μｍより大きく設定してもよい。
【００４２】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【００４３】
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではない。それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００４５】
［実施例１］
実施例１の加圧ローラは、次のように形成される。即ち、密度１．０４ｇ／ｃｍ3のシリコーンゴム溶液と、密度１．２ｇ／ｃｍ3の混合溶液と、を質量比１：１で混合し、攪拌機で１５００回転／分でエマルションを混練する。このエマルションを金型に注入し、１００℃１時間の一次加熱、及び、２３０℃４時間の二次加熱によって焼成し、シリコーンゴムチューブを形成する。このシリコーンゴムチューブは、硬度が３３°（アスカーＣ）であることが好ましい。
【００４６】
芯金としてφ２５ｍｍのＳＵＭ材（硫黄及び硫黄複合快削鋼鋼材）を用い、この外周側に上記のシリコーンゴムチューブを設けることにより、厚さ（径方向寸法）５ｍｍの弾性層を形成する。さらに弾性層の外周側のうち中央部に、ＰＦＡチューブによって厚さ３０μｍの離型層を形成するとともに、軸方向両端近傍に、シリコーンゴムによって厚さ５０μｍのグリップ層を形成する。
【００４７】
さらに、これらの軸方向の両端面に、エポキシ樹脂（信越化学工業社製；ＫＭＣ−１０３）によって、弾性層及びグリップ層の軸方向両端面を覆う封止部を形成した。封止部の膜厚（軸方向寸法）は５０μｍであり、軸方向両端面において略均一である。以上のように、実施例１の加圧ローラは形成される。
【００４８】
［実施例２］
実施例２の加圧ローラは、実施例１の加圧ローラにおいて封止部の膜厚を変更したものである。即ち、実施例２の加圧ローラの封止部は、図４（Ａ）に示されるように、内周側から外周側に向かうにしたがって膜厚が大きくなるように形成されている。このとき、弾性層の最内周部における封止部の膜厚が２０μｍ以下となっており、弾性層の最内周部と最外周部とにおける封止部の軸方向寸法の差が５０μｍ以下となっている。
【００４９】
［実施例３］
実施例３の加圧ローラは、実施例１の加圧ローラにおいて封止部の材質を変更したものである。即ち、実施例３の加圧ローラの封止部は、グリップ層と同様にシリコーンゴムによって形成され、膜厚（軸方向寸法）が５０μｍであるとともに軸方向両端面において略均一である。
【００５０】
［実施例４］
実施例４の加圧ローラは、実施例１の加圧ローラにおいて封止部の材質を変更したものである。即ち、実施例３の加圧ローラの封止部は、球状シリカによって形成され、膜厚（軸方向寸法）が５０μｍであるとともに軸方向両端面において略均一である。
【００５１】
［比較例１］
比較例１の加圧ローラは、実施例１の加圧ローラに封止部が設けられていないものである。
【００５２】
実施例１〜４及び比較例１の加圧ローラに対し、以下のような耐久試験及びＵＦＰ測定を実施し、その結果について評価した。
【００５３】
耐久試験は、各加圧ローラと加熱ローラとを対向させて加圧し、加圧ローラを駆動回転させることによって実施した。このとき、加圧ローラの弾性層を１．４ｍｍ圧縮させるとともに、１．８ｍｍのニップ幅を有するニップ部を形成した。また、加熱ローラの表面温度は１６０℃とし、加圧ローラの回転数を１５０ｒｐｍとするとともに、５秒回転させる毎に１秒停止させる間欠運転を３００時間行った。
【００５４】
このような耐久試験において、弾性層の破壊や破泡が全く発生しなかった場合、非常に良好（後述の表１において◎で示す）と判定し、破壊や破泡がほとんど発生しなかった場合、良好（後述の表１において○で示す）と判定し、破壊や破泡が所定の基準以上発生した場合、不良（後述の表１において×で示す）と判定した。
【００５５】
上記の耐久試験をチャンバ内で実施し、このときの低分子シロキサンの発生量（総量）の測定をＵＦＰ測定とした。このようなＵＦＰ測定において、低分子シロキサンの発生量が非常に少なかった場合、非常に良好（後述の表１において◎で示す）と判定し、少なかった場合、良好（後述の表１において○で示す）と判定し、多かった場合、不良（後述の表１において×で示す）と判定した。
【００５６】
以上のような実施例１〜４及び比較例１の加圧ローラの主な特徴、並びに、耐久試験及びＵＦＰ測定の結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
2017125930.tif 000003
【００５８】
即ち、封止部が設けられている実施例１〜４の加圧ローラではＵＦＰ発生量が良好となり、特に封止部がエポキシ樹脂によって形成されている実施例１、２の加圧ローラでは非常に良好（発生量が１０００μｇ／（試料）以下）となった。一方、封止部が設けられていない比較例１の加圧ローラではＵＦＰ発生量が不良となった。
【００５９】
また、封止部が設けられている実施例１〜４の加圧ローラでは耐久性が良好となり、特に、内周側から外周側に向かうにしたがって封止部の軸方向寸法が大きくなる実施例２の加圧ローラでは、非常に良好となった。一方、封止部が設けられていない比較例１の加圧ローラでは耐久性が不良となった。
【符号の説明】
【００６０】
１００      画像形成装置
４０        定着装置
４          加圧ローラ
４１        芯金
４２        弾性層
４３        離型層
４５        封止部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６１】
【特許文献１】特開２０１２−０４７７９０号公報
【図１】
2017125930.tif 000004
【図２】
2017125930.tif 000005
【図３】
2017125930.tif 000006
【図４】
2017125930.tif 000007