JP5582595B2

JP5582595B2 - 画像形成装置に使用される弾性ローラ及び定着装置

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Publication number: JP5582595B2
Application number: JP2008189696A
Authority: JP
Inventors: 定生村山; 利次古屋
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2028-07-23
Also published as: JP2010026373A

Description

この発明は、画像形成装置に使用される弾性ローラ及び定着装置に関し、さらに詳しくは、画像形成装置に使用される、耐久性に優れた弾性ローラ及び定着装置に関する。

レーザープリンター及びビデオプリンター等のプリンター、複写機、ファクシミリ、これらの複合機等には、電子写真方式を利用した各種の画像形成装置が採用されている。画像形成装置は、記録体に転写された現像剤像を記録体に定着させるため、定着ローラ及び／又は加熱ローラ等を有する定着装置等を備えている。このような定着装置に採用される定着ローラ及び加熱ローラは、通常、軸体の外周面に形成された発泡弾性層を備えている。

軸体の外周面に形成された発泡弾性層を備えてなる定着ローラとして、例えば、「金属製芯金と、該金属製芯金を被覆する発泡シリコーンゴム層とを有し、前記発泡シリコーンゴム層中の芯金側領域の平均セル径が、外側領域の平均セル径よりも小さいことを特徴とするスポンジロール」が特許文献１に記載されている。

しかし、特許文献１に記載のスポンジロールを画像形成装置の定着装置に定着ローラとして装着して、画像形成装置を稼動させると、装着された前記スポンジロールはその表面特に発泡シリコーンゴム層が破壊されて亀裂が生じやすく、短時間で所望の機能を発揮できなくなるほど劣化してしまうことがあった。故に、このようなスポンジロールが装着された定着装置及び画像形成装置は長期間にわたって使用することができず、スポンジローラの耐久性向上が望まれていた。

特開２００７−１７０４７３号公報

この発明は、画像形成装置に使用される、耐久性に優れた弾性ローラ及び定着装置を提供することを、目的とする。

前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、軸体と、軸体の外周面に形成された発泡弾性層とを備えた弾性ローラであって、前記発泡弾性層は、前記軸体の外周面側から順に第１領域、第２領域及び第３領域に区分けされたときに、前記第１領域に含まれるセルの平均セル径Ａ、前記第２領域に含まれるセルの平均セル径Ｂ、及び、前記第３領域に含まれるセルの平均セル径Ｃが下記関係を満たすことを特徴とする画像形成装置に使用される弾性ローラであり、
Ｂ＞Ａ＞Ｃ
請求項２は、前記発泡弾性層は、シリコーンゴム組成物を硬化してなることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置に使用される弾性ローラであり、
請求項３は、請求項１又は２に記載の画像形成装置に使用される弾性ローラを備えたことを特徴とする定着装置である。

この発明に係る画像形成装置に使用される弾性ローラは、前記軸体の外周面側から順に第１領域、第２領域及び第３領域に区分けされたときに、前記第１領域に含まれるセルの平均セル径Ａ、前記第２領域に含まれるセルの平均セル径Ｂ、及び、前記第３領域に含まれるセルの平均セル径Ｃが前記関係を満たす発泡弾性層を備えているから、軸体との高い密着性と画像形成装置に使用される弾性ローラに要求される硬度とを実現することができると共に、最も小さい平均セル径Ｃを有するセルが形成された第３領域によって、定着装置に装着されたときの荷重が分散されて第３領域の構造が破壊されることを防止することができる。したがって、この発明によれば、画像形成装置に使用される、耐久性に優れた弾性ローラ、及び、この発明に係る画像形成装置に使用される弾性ローラを備えて成る、耐久性に優れた定着装置を提供することができる。

図１及び図２に示されるように、この発明に係る画像形成装置に使用される弾性ローラ（以下において、「画像形成装置に使用される弾性ローラ」を単に「弾性ローラ」と称することがある。）の一実施例としての弾性ローラ１Ａは、軸体２と、軸体２の外周面に形成された発泡弾性層３とを備えて成る。

軸体２は、良好な導電特性を有していればよく、通常、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等で構成された所謂「芯金」と称される軸体である。また、軸体２は、熱可塑性樹脂若しくは熱硬化性樹脂等の絶縁性芯体にメッキを施して導電化した軸体であってもよく、さらには、熱可塑性樹脂若しくは熱硬化性樹脂等に導電性付与剤としてカーボンブラック又は金属粉体等を配合した導電性樹脂で形成された軸体であってもよい。

発泡弾性層３は、軸体２の外周面に一層構造に形成され、その内部及び／又は外表面にセル（図１において図示しない。）を有している。発泡弾性層３がセルを有していると、発泡弾性層３の硬度が低下して、弾性ローラ１の機能を向上させることができる。ここで、発泡弾性層３が有するセルは、発泡弾性層３を形成する後述のゴム組成物に含有される発泡剤の発泡又は分解等によって生じる中空領域をいう。発泡弾性層３が有する複数のセルは、他のセルに接することのない若しくは連通することのない状態（独立セル状態と称する。）、他のセルに接し若しくは連通している状態（連通セル状態と称する。）、又は、前記独立セル状態と前記連通セル状態とが共存する状態の何れの状態にあってもよい。発泡弾性層３は、画像形成装置に用いられる各種ローラに応じて、セルの大きさ、存在率等が決定される。

図２（図２において、断面を示す斜線（ハッチング）を省略してある。）に示されるように、発泡弾性層３は、前記軸体２の外周面側から順に第１領域３Ａ、第２領域３Ｂ及び第３領域３Ｃに区分けされたときに、前記第１領域３Ａに含まれるセル７Ａの平均セル径Ａ、前記第２領域３Ｂに含まれるセル７Ｂの平均セル径Ｂ、及び、前記第３領域３Ｃに含まれるセル７Ｃの平均セル径ＣがＢ＞Ａ＞Ｃの関係を満たす。このように、発泡弾性層３は、その厚さ方向に軸体２の外周面側から３つの領域に区分けされたときに、発泡弾性層３の内周面側（軸体２の外周面側）から外周面側に向かう領域に含まれるセルの平均セル径が小、大、中の関係を有している。

本願発明者は、発泡弾性層３がこのような特徴を有していると、軸体２との高い密着性を確保しつつ画像形成装置に装着される弾性ローラとして要求される硬度を保持することができると共に、最も小さい平均セル径Ｃを有するセルが形成された第３領域によって、定着装置に装着されたときの荷重が分散されて第３領域の構造が破壊されることを長期間にわたって防止することができることを見出して、この発明を完成した。

すなわち、本願発明者は、発泡弾性層３における第１領域３Ａ、第２領域３Ｂ及び第３領域３Ｃの下記機能を見出し、さらに、これらの機能が相乗的に発揮されることによって、この発明の目的をよく達成することができることを、見出した。

発泡弾性層３における第１領域３Ａは、主に、発泡弾性層３における硬度の発現及び軸体２との密着性の確保に、貢献する。発泡弾性層３における第２領域３Ｂは、主に、発泡弾性層３における硬度の発現に、貢献する。発泡弾性層３における第３領域３Ｃは、主に、発泡弾性層３における表面劣化防止に、貢献する。すなわち、発泡弾性層３の表面近傍の第３領域がこのようなセル７Ｃを有していると、定着装置に装着されて、発泡弾性層３に大きな荷重がかけられても、微細なセル７Ｃ以外の部分、換言すると、セル７Ｃが形成されてないセル壁に、前記荷重が均等にかかって分散されるから、発泡弾性層３の表面近傍のセル構造が破壊され、亀裂等の発生を長期間にわたって防止することができる。

この発明において、前記のように区分けされた第１領域３Ａ、第２領域３Ｂ及び第３領域３Ｃは、前記軸体２の外周面側から順に発泡弾性層３の厚さ方向に３：６：１の割合で区分けされた領域とされるのが好ましい。第１領域３Ａ、第２領域３Ｂ及び第３領域３Ｃが前記割合で区分けされたときにセル径Ａ、Ｂ及びＣが前記関係を満足すると、第１領域３Ａ、第２領域３Ｂ及び第３領域３Ｃによる効果が相乗的に発揮され、軸体２とのより一層高い密着性と弾性ローラに要求される所望の硬度を実現することができると共に、定着装置に装着されたときの荷重が均一に分散されて第３領域の構造が破壊されることを長期間にわたって高度に防止することができる。

発泡弾性層３に形成されるセルの平均セル径等は、前記関係を満足する限り特に限定されず、用途等に応じて適宜調整される。例えば、画像形成装置の定着装置における定着ローラ又は加熱ローラとして弾性ローラ１が用いられる場合には、発泡弾性層３のセルの平均セル径は、前記関係式を満足するように、以下の範囲から選択されるのが好ましい。すなわち、第１領域３Ａに存在するセル７Ａの平均セル径は、８０〜７５０μｍであるのが好ましく、１５０〜４５０μｍであるのが特に好ましい。第２領域３Ｂに存在するセル３Ｂの平均セル径は、１００〜８００μｍであるのが好ましく、２００〜５００μｍであるのが特に好ましい。第３領域３Ｃに存在するセル７Ｃの平均セル径は、６０〜７００μｍであるのが好ましく、１００〜４００μｍであるのが特に好ましい。第１領域３Ａ、第２領域３Ｂ及び第３領域３Ｃそれぞれに存在するセル７Ａ、７Ｂ及び７Ｃの平均セル径が前記関係式を満足するように、以下の範囲から選択されると、軸体２との高い密着性を確保しつつ定着ローラ又は加熱ローラとして要求される硬度を十分に保持することができると共に、弾性ローラ１の耐久性をさらに向上させることができる。セルの平均セル径は、発泡弾性層３の各領域３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの表面又は任意の面で切断したときの切断面において、約２０ｍｍ^２の領域を電子顕微鏡等で観察し、観察視野内に存在する各セルにおける開口部の最大長さを測定して、測定された最大長さを算術平均して得られた平均長さとして、求める。なお、発泡弾性層３における平均セル径は、発泡弾性層３を形成する後述するゴム組成物に含有される発泡剤の配合量、ゴム組成物の硬化条件等により、調整することができる。

発泡弾性層３は、２０〜６０のアスカーＣ硬度を有しているのが好ましく、２５〜４５のアスカーＣ硬度を有しているのが特に好ましい。発泡弾性層３が前記範囲のアスカーＣ硬度を有していると、画像形成装置等に装着される弾性ローラとしての機能を十分に発揮することができる。アスカーＣ硬度は、ＪＩＳＫ６２５３に準拠して測定することができる。

発泡弾性層３の厚さは特に限定されないが、通常、２〜２０ｍｍに調整されるのが好ましく、３〜１２ｍｍに調整されるのが特に好ましい。

発泡弾性層３を形成するゴム組成物は、ゴムと、発泡剤と、所望により各種添加剤等とを含有する組成物であればよく、例えば、発泡シリコーンゴム系組成物及び発泡ウレタンゴム系組成物等が好ましく挙げられる。発泡シリコーンゴム系組成物は、耐熱性、耐久性及び耐残留歪み特性等に優れ、画像形成装置の高速運転にも耐えられる好適なゴム組成物である。このような発泡シリコーンゴム系組成物として、付加反応型発泡シリコーンゴム組成物が特に好ましい。発泡剤としては、従来、発泡ゴムに用いられる発泡剤であればよく、例えば、無機系発泡剤として、重炭酸ソーダ、炭酸アンモニウム等が挙げられ、有機系発泡剤として、ジアゾアミノ誘導体、アゾニトリル誘導体、アゾジカルボン酸誘導体等の有機アゾ化合物等が挙げられる。通常、ゴムに連通セルを形成する場合には無機系発泡剤が用いられ、独立セルを形成する場合には有機系発泡剤が用いられる。弾性ローラ１においては、発泡剤は、独立セル状態のセルを形成することができる点で、有機系発泡剤であるのがよく、具体的には、例えば、アゾジカルボン酸アミド、アゾビス−イソブチロニトリル等のアゾ化合物が好適に使用される。特に、ジメチル−１，１’−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボキシレート）が好適に使用できる。

付加反応型発泡シリコーンゴム組成物は、ビニル基含有シリコーン生ゴムと、シリカ系充填材と、前記発泡剤と、付加反応架橋剤と、付加反応触媒と、反応制御剤とを含有し、所望により、さらに、有機過酸化物架橋剤と耐熱性向上剤と各種添加剤とを含有してもよい。このような付加反応型発泡シリコーンゴム組成物として、例えば、特開２００８−０７６７５１号公報に記載されている付加反応型発泡シリコーンゴム組成物が挙げられる。なお、前記ビニル基含有シリコーン生ゴム、前記シリカ系充填材及び前記各種添加剤を含有するシリコーンゴム組成物として、例えば、信越化学工業株式会社製の商品名「ＫＥシリーズ」及び「ＫＥＧシリーズ」等を容易に入手することができる。

この発明に係る弾性ローラの別の一実施例としての弾性ローラ１Ｂは、図３に示されるように、軸体２と、その外周面に形成された発泡弾性層３と、発泡弾性層３の外周面上に形成されたチューブ層４とを備えてなる。弾性ローラ１Ｂにおける軸体２及び発泡弾性層３は、弾性ローラ１Ａにおける軸体２及び発泡弾性層３と基本的に同様である。したがって、弾性ローラ１Ｂの発泡弾性層３は、第１領域３Ａに含まれるセル７Ａの平均セル径Ａ、第２領域３Ｂに含まれるセル７Ｂの平均セル径Ｂ、及び、第３領域３Ｃに含まれるセル７Ｃの平均セル径ＣがＢ＞Ａ＞Ｃの関係を満たしている。

チューブ層４は、後述する材料によって、発泡弾性層３の外周面に形成されている。発泡弾性層３の外表面にチューブ層４が形成されていると、現像剤の離型性を向上させることができる。チューブ層４は、例えば、１〜１００μｍの厚さに形成される。

チューブ層４を形成する材料は、特に制限されるものではないが、弾性ローラ１Ｂは被当接体に当接又は圧接されるから、永久変形しにくい材料であるのが好ましく、例えば、アルキッド樹脂、フェノール変性・シリコーン変性等のアルキッド樹脂変性物、オイルフリーアルキッド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミドイミド系樹脂及びこれらの混合物等が挙げられる。また、チューブ層４は、金属製スリーブであってもよく、チューブ層４を形成する金属としては、例えば、鉄、ステンレス鋼、ニッケル等の高い熱伝導を有する金属が挙げられる。

チューブ層４は、一層構造とされても、二層以上が積層された積層構造とされてもよく、例えば、１〜１００μｍの厚さに形成される。チューブ層４が金属製である場合には、８００〜１３００ＭＰａ程度の引張強度を有しているのが、発泡弾性層３の内周面からの圧接により変形しにくくなる点で、好ましい。前記引張強度の測定方法は、ＪＩＳＺ２２４１に準拠する。

この弾性ローラ１Ｂは、チューブ層４が薄層であるから、チューブ層４が発泡弾性層３の外周面に形成されても、弾性ローラ１Ｂは、発泡弾性層３の特性を、チューブ層４を介して、発揮することができる。したがって、この弾性ローラ１Ｂにおいても、前記弾性ローラ１Ａと同様の効果を十分に奏することができる。

弾性ローラ１Ａ及び１Ｂを製造するには、まず、前記材料を用いて公知の方法により軸体２を作成する。軸体２は、所望により、その外周面にプライマー層が塗布される。このようにして作製した軸体２の外周面に、前記ゴム組成物を、押出成形による連続加熱成形、プレス、インジェクションによる型成形等によって、加熱成形する。ゴム組成物の加熱成形においては、まず、軸体２の外周面にゴム組成物を配置する。軸体２の外周面にゴム組成物を配置する方法としては、例えば、押出機等により軸体２とゴム組成物とを一体に分出して、軸体２の外周面にゴム組成物を配置する方法、また、軸体２を収納する金型にゴム組成物を注入して、軸体２の外周面にゴム組成物を配置する方法等が挙げられる。これらの中でも、押出機等により軸体２とゴム組成物とを一体に分出しする方法が、作業が容易で、作業を連続して行うことができる点で、好ましい。

このようにして軸体２の外周面にゴム組成物を配置した後、この状態を維持しつつ、ゴム組成物を加熱する。ゴム組成物の加熱は、ゴム組成物に含まれるゴム、例えば、ビニル基含有シリコーン生ゴムが架橋し、かつ、発泡剤が分解又は発泡するのに十分な条件で行われればよい。例えば、ゴム組成物は、通常、赤外線加熱炉又は熱風炉等の加熱炉、乾燥機等の加熱機等により、１７０〜５００℃程度、特に２００〜４００℃に加熱され、数分以上１時間以下、特に５〜３０分間、加熱される。

このとき、加熱硬化するゴム組成物に３つの領域を形成するには、例えば、軸体２の外周面に配置されたゴム組成物の加熱方法を選択する方法、又は、ゴム組成物に含有されるゴムの硬化温度とゴム組成物に含有される発泡剤の発泡温度とに応じて、ゴム組成物を加熱する温度及び方法を調整する方法が挙げられる。すなわち、軸体２及び軸体２の外周面に配置されたゴム組成物の外周面から、このゴム組成物を同時に加熱し、好ましくは、軸体２側よりもゴム組成物の外周面側を高い温度に加熱することによって、発泡弾性層３の軸体２側及び外周面側に、その略中央部よりも平均セル径が小さなセルを形成することができる。また、ゴム組成物に含有されるゴム及び発泡剤を適宜選択する方法において、発泡弾性層３内に平均セル径の小さなセルを形成するには、ゴムの硬化温度よりも高い発泡温度を有する発泡剤を選択して、ゴム組成物を加熱してゴムをある程度の硬化させた後、必要により加熱温度を上昇させて発泡剤を発泡させる方法等が、一方、発泡弾性層３内に平均セル径の大きなセルを形成するには、ゴムの硬化温度よりも低い発泡温度を有する発泡剤を選択して、ゴム組成物を加熱して発泡剤をある程度発泡させた後、必要により加熱温度を上昇させてゴムを硬化させる方法等が挙げられる。

軸体２及び軸体２の外周面に配置されたゴム組成物の外周面から、このゴム組成物を同時に加熱する方法として、具体的には、軸体２及び前記付加反応型発泡シリコーンゴム組成物の外周面を例えば１５０〜３５０℃に加熱することによって、所定の温度に速やかに加熱される第１領域３Ａ及び第３領域３Ｃに平均セル径の小さなセル７Ａ及び７Ｃを形成することができると共に、前記付加反応型発泡シリコーンゴム組成物の熱伝導で所定の温度よりも低温にしかも徐々に加熱される第２領域３Ｂに平均セル径の大きなセル７Ｂを形成することができる。前記付加反応型発泡シリコーンゴム組成物等を用いた場合に、発泡弾性層３に３つの領域を容易に形成することができる点で、例えば、軸体２を１００〜３００℃、ゴム組成物の外周面を１５０〜３５０℃に加熱する加熱条件が好ましく、さらに、第１領域３Ａのセル７Ａの平均セル径を第３領域３Ｃのセル７Ｃの平均セル径とよりも大きくするには、軸体２の加熱温度を、ゴム組成物の外周面加熱温度よりも低く設定する手段が好適に挙げられ、例えば、軸体２の加熱温度とゴム組成物の外周面加熱温度との温度差は１〜１００℃の範囲に調整する加熱条件が好ましく、４０〜１００℃の範囲に調整する加熱条件が特に好ましい。

ゴム組成物は、所望により、さらに、二次加熱が行われてもよい。二次加熱は、例えば、前記の条件で架橋されたゴム組成物を、さらに、押出成形された状態のままで、例えば、１８０〜２５０℃、好ましくは１９０〜２３０℃で、１〜２４時間、好ましくは３〜１０時間にわたって、又は、金型を用いて、例えば、１３０〜２００℃、好ましくは１５０〜１８０℃で、５分以上２４時間以下、好ましくは１０分以上１０時間以下にわたって、再度加熱されることによって、行われる。

このようにして成形されたゴム硬化体は、所望により、所望の大きさ及び形状等に調整する研削工程、研磨工程及び／又は切削工程等が施される。研削工程、研磨工程及び／又は切削工程は、従来から利用されている研削盤、円筒研削盤、やすり等により、定法に従って行うことができる。

このようにして形成された発泡弾性層３の外周に、所望により、チューブ層４を形成する。具体的には、チューブ層４は、前記材料を発泡弾性層３の外径とほぼ同じ内径を有する円筒状に予め形成した管体に、発泡弾性層３を挿入して、発泡弾性層３の外表面に形成されるのが、発泡弾性層３の表面に存在する凹凸形状に大きく影響されず、平滑な表面を有するチューブ層４を形成することができる点で、好ましい。もちろん、チューブ層４は、前記材料を、例えば、ディップ法、スプレー法等に従って、発泡弾性層３の外周面に塗布した後、硬化及び／又は架橋して、形成されてもよい。

このようにして、前記特徴を有する発泡弾性層３を軸体２の外周面に備えた弾性ローラ１Ａ及び１Ｂを製造することができる。

弾性ローラ１Ａ及び１Ｂにおける発泡弾性層３は、軸体２の外周面側から順に第１領域３Ａ、第２領域３Ｂ及び第３領域３Ｃに区分けされたときに、第１領域３Ａに含まれるセル７Ａの平均セル径Ａ、前記第２領域３Ｂに含まれるセル７Ｂの平均セル径Ｂ、及び、前記第３領域３Ｃに含まれるセル７Ｃの平均セル径Ｃが前記関係を満たすから、軸体２との高い密着性と弾性ローラ１に要求される硬度を実現することができると共に第３領域３Ｃによって、定着装置に装着されたときの荷重が分散されて第３領域３Ｃの構造が破壊されることを防止することができる。このように、発泡弾性層３は高い耐久性を発揮することができる。そして、弾性ローラ１Ａ及び１Ｂは前記効果を奏するから、画像形成装置に装着される弾性ローラ、例えば、定着ローラ、加熱ローラ、クリーニングローラ、記録体搬送ローラ等として好適に用いられ、特に、定着ローラ、加熱ローラとして好適に用いられる。

この発明に係る弾性ローラは、前記した実施例に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。例えば、弾性ローラ１Ａ及び１Ｂにおける発泡弾性層３は一層構造に形成されているが、この発明において、発泡弾性層は二層以上の積層構造に形成されてもよく、例えば、第１領域、第２領域及び第３領域がそれぞれ別個に形成された三層の積層構造とされてもよい。

また、弾性ローラ１Ａ及び１Ｂにおける発泡弾性層３は同一組成のゴム組成物で形成されているが、この発明において、発泡弾性層は異なる組成を有するゴム組成物で形成されてもよい。例えば、発泡温度の異なる発泡剤をそれぞれ含有するゴム組成物で発泡弾性層を形成することができる。

さらに、弾性ローラ１Ａ及び１Ｂは、発泡弾性層３の外周面にチューブ層４が直接設けられているが、この発明において、チューブ層は接着剤層等を介して発泡弾性層の外周面に形成されてもよい。

この発明に係る弾性ローラは、例えば、図４に示される画像形成装置４０、より具体的には、この画像形成装置４０の定着装置６０に内蔵される定着ローラ６１又は加熱ローラ６２として、配設される。

図４に示されるように、画像形成装置４０は、静電潜像が形成される回転可能な像担持体４１例えば感光体と、前記像担持体４１の周囲に配置された、帯電手段４２例えば帯電ローラ、露光手段４３、現像手段５０、転写手段４４例えば転写ローラ及びクリーニング手段４５と、記録体４６の搬送方向下流側に定着手段６０例えば定着装置とを備えている。この現像手段５０は、従来の現像手段と基本的に同様に形成され、具体的には、図４に示されるように、現像剤収納部５１と、像担持体４１に現像剤５２を供給する現像剤担持体５４と、現像剤５２を帯電させる現像剤規制部材５５と、現像剤５２を均一に攪拌する攪拌機５３とを備えている。現像剤５２は、一成分系の現像剤であれば、乾式現像剤であっても湿式現像剤であってもよく、また、非磁性現像剤であっても磁性現像剤であってもよい。

図４に示されるように、定着装置６０は、記録体４６を通過させる開口６５を有する筐体６４内に、定着ローラ６１と、定着ローラ６１と対向配置された加圧ローラ６２と、定着ローラ６１を外部から加熱する外部加熱手段６３とを備え、定着ローラ６１と加圧ローラ６２とが互いに当接又は圧接するように回転自在に支持されて成る。加圧ローラ６２はスプリング等の付勢手段（図示しない。）によって、定着ローラ６１に当接又は圧接している。この定着装置６０は、外部加熱手段６３として加熱用コイルが装備され、誘導加熱方法が採用されている。外部加熱手段６３としての加熱用コイルは、定着ローラ６１における軸線方向の長さとほぼ同じ長さを有する部材であり、定着ローラ６１の表面より一定の間隔を隔てて定着ローラ６１に略並行に配置されている。この加熱用コイルは、図示しないが、通常、フェライト等の強磁性体で、スイッチング電源用として用いられている代表的な形状であるＩ型、Ｅ型及びＵ型等に形成され、導線が巻かれて成る。加熱用コイル６３の導線に高周波の交流が通電されると、スリーブ４内に渦電流が発生し、そのジュール熱によって、スリーブ４が誘導加熱され、その結果、定着ローラ６１が加熱される。

この定着装置６０において、外部加熱手段６３は、誘導加熱方法の他に、ハロゲンヒーター及び反射板等を用いた輻射加熱方法、加熱器等を直接接触させて加熱する直接接触加熱方法等を採用することができ、外部加熱手段６３が配置される位置も特に限定されない。なお、この定着装置６０は、外部加熱手段６３に代えて、又は、外部加熱手段６３に加えて、内部加熱手段を採用することもできる。

画像形成装置４０は、次のように作用する。まず、図４の矢印に示されるように、像担持体４１が時計方向に回転しつつ、クリーニング手段４５によってその表面の現像剤５２及び／又はゴミ等が除去された後、帯電手段４２によって一様に帯電され、次いで、露光手段４３によって画像が露光され、像担持体４１の表面に静電潜像が形成される。

一方、現像手段５０において、現像剤担持体５４が図４に示される矢印方向に回転することによって、現像剤５２が現像剤担持体５４に供給され、供給された現像剤５２が現像剤担持体５４と現像剤規制部材５５との間を通過して、所望の層厚に規制されると共に所望のように帯電される。

次いで、所望の層厚及び帯電量を有する現像剤５２が現像剤担持体５４を介して像担持体４１に供給され、像担持体４１に形成された静電潜像が現像剤５２によって現像されて、この静電潜像が現像剤像として可視化される。次いで、像担持体４１上に現像された現像剤像は、像担持体４１と転写手段４４との間に搬送される記録体４６上に転写手段４４によって転写される。現像剤像が転写された記録体４６は、定着装置６０に搬送され、加圧ローラ６２と加熱用コイル６３によって加熱された定着ローラ６１との当接部又は圧接部を通過する際に、加熱及び／又は加圧されて、転写された現像剤像（静電潜像）が永久画像として記録体４６に定着される。このようにして、記録体４６に画像を形成することができる。

この画像形成装置４０において、弾性ローラ１は定着ローラ６１又は加熱ローラ６２として装着されているが、この弾性ローラ１は、前記したように、弾性ローラ１に要求される硬度を実現することができると共に耐久性に優れているから、画像形成装置４０を長期間にわたって稼動させても、弾性ローラ１の破損等によって定着装置６０の機能が短時間で損なわれることはない。したがって、この定着装置６０及び画像形成装置４０は、長期間にわたって稼動することができ、その耐久性に優れる。すなわち、この発明によれば、耐久性に優れた定着装置及び画像形成装置を提供するという目的を達成することができる。

画像形成装置４０は、電子写真方式の画像形成装置とされているが、弾性ローラ１が配設される画像形成装置は、電子写真方式には限定されず、例えば、静電方式の画像形成装置であってもよい。また、画像形成装置４０は、現像手段に単色の現像剤のみを収容するモノクロ画像形成装置とされているが、弾性ローラ１が配設される画像形成装置は、モノクロ画像形成装置に限定されず、カラー画像形成装置であってもよい。カラー画像形成装置としては、例えば、像担持体上に担持された現像剤像を中間転写体に順次一次転写を繰り返す４サイクル型カラー画像形成装置、各色毎の現像手段を備えた複数の像担持体を中間転写体や転写搬送ベルト上に直列に配置したタンデム型カラー画像形成装置等が挙げられる。画像形成装置４０は、例えば、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置とされる。

この発明において、定着装置６０は外部加熱方式であるが、この発明において、定着装置は、外部加熱手段６３の代わりに、ヒータ等の発熱器が収納された定着ローラ６１及び加圧ローラ６２を用いる内部加熱方式であってもよい。

（実施例１）
まず、無電解ニッケルメッキ処理が施された軸体（直径１２ｍｍ×長さ３５０ｍｍ、ＳＵＭ２２）をトルエンで洗浄し、プライマー「Ｎｏ．１０１Ａ／Ｂ」（信越化学工業株式会社製：商品名）を塗布した。プライマー処理した軸体を、ギアーオーブンを用いて、１８０℃の温度にて３０分焼成処理した後、常温にて３０分以上冷却し、プライマー層を形成した。

次いで、ビニル基含有シリコーン生ゴムとシリカ系充填材とを含むシリコーンゴム組成物「ＫＥ−９０４ＦＵ」（信越化学工業株式会社製：商品名）１００質量部と、付加反応架橋剤「Ｃ−１５３Ａ」（信越化学工業株式会社製：商品名）２．０質量部と、有機系発泡剤：アゾビス−イソブチロニトリル「ＫＥＰ−１３」（信越化学工業株式会社製：商品名）２．５質量部と、付加反応触媒としての白金触媒適量と、反応制御剤「Ｒ−１５３Ａ」（信越化学工業株式会社製：商品名）０．５質量部と、有機過酸化物架橋剤「Ｃ−３」（信越化学工業株式会社製：商品名）適量と、耐熱性向上剤「ＫＥＰ−１２」（信越化学工業株式会社製：商品名）１．０質量部とを、二本ロールで十分に混練して、付加反応型発泡シリコーンゴム組成物を調整した。

次いで、プライマー層を形成した軸体２と、付加反応型発泡シリコーンゴム組成物とを、押出成形機にて一体分出して、軸体２の外周面に付加反応型発泡シリコーンゴム組成物を配置した。このようにして、軸体２の外周面に付加反応型発泡シリコーンゴム組成物を配置したローラ原体の軸体２に電熱器を接続した状態で軸体２を１５０℃に加熱すると共に、このローラ原体を２００℃に調整された加熱器に入れて、付加反応型発泡シリコーンゴム組成物の軸体２側及び外周面側から同時に３０分間にわたって加熱した。その後、軸体２から電熱器を取り外したローラ原体を、さらに、ギアーオーブンで２００℃、７時間にわたって、発泡架橋後の付加反応型発泡シリコーンゴム組成物を二次加熱し、常温にて１時間放置した。二次加熱してなる付加反応型発泡シリコーンゴム組成物を、円筒研削盤にて、２９ｍｍの外径に調整して、軸体２の外周面に発泡弾性層３を備えた実施例１の弾性ローラを製造した。この弾性ローラのアスカーＣ硬度は３０であった。

（比較例１）
実施例１と同様にしてローラ原体を作製した。このローラ原体の軸体２を２５０℃に１０分間加熱後に、ローラ原体を２００℃に調整された加熱器に入れて３０分間加熱した。その後、実施例１と同様にして二次加熱及び研削して、比較例１の弾性ローラを製造した。この弾性ローラのアスカーＣ硬度は３０であった。

このようにして製造した実施例１及び比較例１の弾性ローラを軸線に垂直な平面で切断し、発泡弾性層３の切断面における各領域に形成されていたセルの平均セル形を前記方法により測定した。発泡弾性層３の各領域は、発泡弾性層３の厚さが８．５ｍｍであるから、第１領域３Ａは軸体２の外周面から約２．６ｍｍまでの厚さを有する領域とし、第２領域３Ｂは軸体２の外周面から約２．６〜７．６ｍｍまでの厚さを有する領域とし、第３領域３Ｃは軸体２の外周面から約７．６〜８．５ｍｍまでの厚さを有する領域とした。

その結果、実施例１の弾性ローラにおける第１領域３Ａの平均セル径は４１０μｍ、第２領域３Ｂの平均セル径は４８０μｍ、第３領域３Ｃの平均セル径は３６０μｍであった。比較例１の弾性ローラにおける第１領域３Ａの平均セル径は４３０μｍ、第２領域３Ｂの平均セル径は５２０μｍ、第３領域３Ｃの平均セル径は５３０μｍであった。なお、比較例１の弾性ローラは、特許文献１に対応し、軸体２側の領域（軸体２の外周面から約４．３ｍｍまでの領域）の平均セル径は、外側領域（軸体２の外周面から約４．３〜８．５ｍｍまでの領域）の平均セル径よりも小さかった。

（耐久性試験）
図５に記載された耐久性試験装置７０を用いて、実施例１及び比較例１の弾性ローラの耐久性試験を下記方法で行った。具体的には、この耐久性試験装置７０は、筐体内部の下面に固定され、内部ヒータ７２を備えた加熱ローラ７１と、この加熱ローラ７１の軸方向に沿って、その両側に設けられた保温材７３と、加熱ローラ７１と対向するように、筐体内部の上面に上下動可能に設けられた試験ローラ装着部７４と、試験ローラ装着部７４を上下に移動可能な押圧力調整手段７５、例えば、押圧調整用マイクロメータとを備えている。なお、加熱ローラ７１として、直径２０ｍｍの金属（ステンレス鋼、ＳＵＳ３０４）製ローラを用いた。

製造した各弾性ローラを、試験ローラ装着部７４のベアリングに装着し、図５に示されるように、押圧力調整手段７５を操作して、装着した弾性ローラ（図５において、「弾性ローラ７６」）を加熱ローラ７１に圧接し、加熱ローラ７１と弾性ローラ７６との圧接部において、弾性ローラ７６における発泡弾性層が内部に３ｍｍ凹陥するように、弾性ローラ７６を固定した（すなわち、弾性ローラ７６の外径と加熱ローラ７１との外径の和よりも３ｍｍ短くなるように、弾性ローラ７６の中心軸と加熱ローラ７１の中心軸との距離ｄを調節した。）。次いで、保温材７３及び内部ヒータ７２を起動し、加熱ローラ７１の表面温度を１８０℃に調節した。その後、試験ローラ装着部７４に装備された駆動手段（図示しない。）により、弾性ローラ７６の表面に亀裂が生じるまで、弾性ローラ７６を回転速度１８０ｒｐｍで回転駆動させた。亀裂の発生は、所定時間経過後に弾性ローラ７６の回転を止めてその表面を目視して、確認した。

その結果、表面に亀裂が生じるまでに、比較例１の弾性ローラは２１０時間を要したのに対して、実施例１の弾性ローラ１は１．５倍以上の３３０時間という長時間を要した。

図１は、この発明に係る弾性ローラの一実施例である弾性ローラを示す概略斜視図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線における断面を示す概略断面図である。図３は、この発明に係る弾性ローラの別の一実施例である弾性ローラを示す概略斜視図である。図４は、この発明に係る定着装置における一実施例の定着装置を備えた画像形成装置を示す概略説明図である。図５は、この発明に係る弾性ローラの耐久性試験を実施するのに好適に用いられる耐久性試験装置を示す模式図である。

１Ａ、１Ｂ弾性ローラ
２軸体
３発泡弾性層
３Ａ第１領域
３Ｂ第２領域
３Ｃ第３領域
４チューブ層
７Ａ、７Ｂ、７Ｃセル
４０画像形成装置
４１像担持体
４２帯電手段
４３露光手段
４４転写手段
４５クリーニング手段
４６記録体
５０現像手段
５１現像剤収納部
５２現像剤
５３攪拌機
５４現像剤担持体
５５現像剤規制部材
６０定着装置
６１定着ローラ
６２加圧ローラ
６３外部加熱手段
６４筐体
６５開口
７０耐久性試験装置
７１加熱ローラ
７２内部ヒータ
７３保温材
７４試験ローラ装着部
７５押圧力調整手段

Claims

軸体と、軸体の外周面に形成された発泡弾性層とを備えた弾性ローラであって、
前記発泡弾性層は、前記軸体の外周面側から順に第１領域、第２領域及び第３領域に区分けされたときに、前記第１領域に含まれるセルの平均セル径Ａ、前記第２領域に含まれるセルの平均セル径Ｂ、及び、前記第３領域に含まれるセルの平均セル径Ｃが下記関係を満たすことを特徴とする画像形成装置に使用される弾性ローラ。
Ｂ＞Ａ＞Ｃ
前記発泡弾性層は、シリコーンゴム組成物を硬化してなることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置に使用される弾性ローラ。
請求項１又は２に記載の画像形成装置に使用される弾性ローラを備えたことを特徴とする定着装置。