JP2009276419A - 定着用ローラ及びこれを用いた画像定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ローラ表面のしわ発生を抑制できるようにした定着用ローラ及びその定着用ローラを用いた画像定着装置の提供。
【解決手段】少なくとも芯金８上に弾性層９を有し、前記弾性層より表層側にフッ素ゴムとフッ素樹脂と熱伝導性フィラーを混ぜた熱伝導性フッ素ゴムラテックス層を有する定着用ローラにおいて、前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層と前記弾性層との間に前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層よりも高熱伝導性シリコーンゴムよりなる中間層（１０）を有し、前記中間層は、高熱伝導性シリコーンゴムのＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度（５００ｇ荷重）をＨ（度）、厚さをＴ（μｍ）とした場合に弾性パラメータＹ（Ｙ＝Ｈ×Ｔ）が以下の関係式（１）
Ｙ≧４２００ 関係式（１）
を満たすよう構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真複写機や電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載される画像定着装置に用いられる定着用ローラ及びその定着用ローラを用いた画像定着装置に関する。

電子写真方式の複写機やプリンタには、記録材の担持する未定着トナー画像を記録材に加熱定着する画像定着装置が搭載されている。画像定着装置の種類としては、外部に設けた外部加熱ユニットにより加熱された定着ローラと加圧ローラとによって記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着する外部加熱ローラタイプがある。また耐熱樹脂や金属をベースにした可撓性スリーブの内面にセラミックヒータを接触させ、そのヒータにより加熱された可撓性スリーブと加圧ローラとによって記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着するフィルム加熱タイプがある。いずれのタイプの画像定置装置も、定着ローラ、可撓性スリーブ、加圧ローラの表面には、離型層が設けられている。

ところで、上記の定着ローラや加圧ローラ等の定着用ローラにおいて、離型性向上のために、その定着用ローラの表面にフッ素ゴムラテックスをコーティングすることは従来から知られている。なお、特に注釈のない限りフッ素ゴム中にフッ素樹脂を分散させたコートをフッ素ゴムラテックスコートと呼ぶことにする。

フッ素ゴムラテックスコートは、通常ディスパージョンの状態で定着用ローラ表面に塗布され、３００℃前後の温度で焼成される。フッ素ゴムラテックスコートは、構成材料中にフッ素樹脂を含み、そのフッ素樹脂が焼成によって定着用ローラ表面に出てくるため、単独でも離型性を有する。フッ素ゴムラテックスを塗付し乾燥させた定着用ローラ表面に、さらにフッ素樹脂を塗布してから、焼成することで、より高い離型性を付与することが出来る。この場合、フッ素ゴムラテックスの層は、下層のシリコーンゴムとフッ素樹脂を接着させるプライマーのような役割をしている。

ところが、フッ素ゴムラテックスを用いた定着用ローラには、長時間画像定着装置内で使用した場合に、定着用ローラ表面にしわが発生するという問題がある。その対策として特許文献１では、フッ素ゴムラテックス層の直ぐ下層のゴム層（弾性層）のゴムとして、より伸びが大きくかつ、引っ張り強度が高いものを用いることを提案している。このようなゴム層を設けることで、長時間使用しても、定着用ローラ表面にしわの発生することのないフッ素ゴムラテックスを用いた定着用ローラが実現できることを可能にしている。
特開２００１−２２８７３６号公報

近年、プリンタや複写機などの印刷速度は、ますます速くなる一方、省エネルギー化が求められている。その達成のためには、トナー画像の定着に必要な定着温度と外部加熱ユニットやヒータに供給する電力を下げることの出来る画像定着装置及び定着用ローラが、ますます不可欠になってきている。これに伴い定着用ローラ表面の材質の特性としては、高い離型性と高い熱伝導性を両立することが求められてきている。フッ素ゴムラテックスコートにおいても、離型性のみならず、高い熱伝導性を求める需要が高まってきている。

たとえば上述の外部加熱ローラタイプの画像定着装置においては、定着ローラ表面を高熱伝導化することで、トナー画像の定着の効率を上げることが出来る。すなわち定着ローラ表面のフッ素ゴムラテックス層が高熱伝導化されることで外部加熱ユニットからの熱を効率よく蓄え、かつその蓄えた熱の記録紙上への吐き出しがスムーズに行われることが可能となり、効率の良い定着が可能となる。

さらにまた上述のフィルム加熱タイプの画像定着装置においては、加圧ローラ表面を高熱伝導化することで、加圧ローラ表面の熱の蓄積と移動が可能になるため、定着温度や電力を下げることが可能になるというメリットがある。

一般にフッ素ゴムラテックスコートを高熱伝導化するためには、内部に高熱伝導フィラーを分散させる必要がある。フッ素ゴムラテックスコートにおいて、少なくとも熱伝導性向上の効果を得るには、フッ素ゴムラテックスコート中の高熱伝導フィラーの体積分率が概ね５％以上になることが必要になる。ただしこのように内部に高熱伝導フィラーを分散させたフッ素ゴムラテックス層は、結果としてゴム性がそこなわれてしまう。そのため、これまでにも増してローラ表面にしわが入りやすくなってしまい、耐久による表面しわの発生以前に、製造時において表面にしわが入りやすくなるという問題が発生してしまった。

本発明の目的は、特に製造時におけるローラ表面のしわの発生を抑制できるようにした定着用ローラ及びその定着用ローラを用いた画像定着装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための構成は、少なくとも芯金上に弾性層を有し、前記弾性層より表層側にフッ素ゴムとフッ素樹脂と熱伝導性フィラーを混ぜた熱伝導性フッ素ゴムラテックス層を有する定着用ローラにおいて、
前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層と前記弾性層との間に前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層よりも高熱伝導性シリコーンゴムよりなる中間層を有し、前記中間層は、高熱伝導性シリコーンゴムのＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度（５００ｇ荷重）をＨ（度）、厚さをＴ（μｍ）とした場合に弾性パラメータＹ（Ｙ＝Ｈ×Ｔ）が以下の関係式（１）
Ｙ≧４２００ 関係式（１）
を満たすよう構成されていることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するための構成は、定着ローラと、前記定着ローラと接触してニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、前記ニップ部で記録材が担持するトナー画像を挟持搬送しつつ記録材に加熱定着する画像定着装置において、
前記定着ローラ、及び前記加圧ローラは、それぞれ、少なくとも芯金上に弾性層を有し、前記弾性層より表層側にフッ素ゴムとフッ素樹脂と熱伝導性フィラーを混ぜた熱伝導性フッ素ゴムラテックス層を有し、前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層と前記弾性層との間に前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層よりも高熱伝導性シリコーンゴムよりなる中間層を有しており、前記中間層は、高熱伝導性シリコーンゴムのＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度（５００ｇ荷重）をＨ（度）、厚さをＴ（μｍ）とした場合に弾性パラメータＹ（Ｙ＝Ｈ×Ｔ）が以下の関係式（１）
Ｙ≧４２００ 関係式（１）
を満たすよう構成されていることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するための構成は、可撓性部材と、前記可撓性部材を加熱するヒータと、前記可撓性部材を挟んで前記ヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、前記ニップ部で記録材が担持するトナー画像を挟持搬送しつつ記録材に加熱定着する画像定着装置において、
前記加圧ローラは、少なくとも芯金上に弾性層を有し、前記弾性層より表層側にフッ素ゴムとフッ素樹脂と熱伝導性フィラーを混ぜた熱伝導性フッ素ゴムラテックス層を有し、前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層と前記弾性層との間に前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層よりも高熱伝導性シリコーンゴムよりなる中間層を有しており、前記中間層は、高熱伝導性シリコーンゴムのＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度（５００ｇ荷重）をＨ（度）、厚さをＴ（μｍ）とした場合に弾性パラメータＹ（Ｙ＝Ｈ×Ｔ）が以下の関係式（１）
Ｙ≧４２００ 関係式（１）
を満たすよう構成されていることを特徴とする。

本発明よれば、特に製造時におけるローラ表面のしわの発生を抑制できる定着用ローラ及びその定着用ローラを用いた画像定着装置を提供することができる。

本発明を図面に基づいて説明する。

[実施例１]
（１）画像形成装置例
図７は本発明に係る画像定着装置を搭載する画像形成装置の一例の構成模型図である。この画像形成装置は電子写真プロセスを用いたレーザービームプリンタである。

画像形成部において、５１は像担持体としてのドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラムと記す）である。この感光ドラム５１はプリント信号に基づいて矢印方向に所定の周速度（プロセススピード）で回転される。その感光ドラム５１の外周面（表面）は帯電器５２によって所定の極性・電位に一様に帯電される。そして感光ドラム５１表面の帯電面に対してレーザースキャナユニット５３より画像情報の書き込みがなされる。レーザースキャナユニット５３はホストコンピュータ等の外部機器より入力する画像情報の時系列電気デジタル画素信号に応じて変調されたレーザー光Ｌを出力しそのレーザー光Ｌｎにより感光ドラム５1表面の帯電面を走査露光する。これにより感光ドラム５１表面に画像情報に応じた静電潜像（潜像）が形成される。その静電潜像は現像器５４によりトナー（現像剤）を用いてトナー画像（現像像）として現像される。そしてそのトナー画像が感光ドラム５１と転写ローラ５５との間に設けられている転写ニップ部において記録材（記録紙）Ｐ上に転写されていく。

記録材Ｐは給送トレイ５８の積載台５８ａ上に積載して載置されている。その記録材Ｐは所定のタイミングで駆動される給送ローラ５９により1枚ずつピックアップされ、搬送ローラ６０と搬送コロ６０ａによってレジスト部へと送られる。レジスト部ではレジストローラ６１とレジストコロ６１ａにより所定の制御タイミングで記録材Ｐを転写ニップ部に給送する。

転写ニップ部でトナー画像の転写を受けてトナー画像を担持した記録材Ｐは感光ドラム１表面から分離されて画像定着装置６２へ搬送される。記録材Ｐ分離後の感光ドラム５１表面はクリーナー５６により転写残トナー等の残存付着物が除去され繰り返して作像に供される。

定着装置６２は記録材Ｐ上の未定着トナー画像を記録材Ｐ上に加熱定着する。定着装置６２を出た記録材Ｐは、中間排出ローラ６３を経て排出ローラ６４により排出トレー６５上に排出される。

上記の感光ドラム５１と、帯電器５２と、現像器５４と、クリーナー５６は一体的にユニット化され、プロセスカートリッジ６７として画像形成装置の装置本体に取り外し可能に装着されている。

（２）定着装置(画像定着装置）
以下の説明において、定着装置及びこの定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である、短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向である。長さとは長手方向と平行な方向の寸法である。幅とは短手方向と平行な方向の寸法である。

図１は外部加熱ローラタイプの画像定着装置６２の横断側面模型図である。

１は定着用ローラとしての定着ローラである。２は同じく定着用ローラとしての加圧ローラである。定着ローラ１と加圧ローラ２は同一の部材である。本実施例では、定着ローラ１及び加圧ローラ２において、同一部分には同じ符号を付している。

定着ローラ１は、丸軸の芯金８を有し、その芯金上に弾性層９がローラ状に形成されている。そしてその弾性層上に中間層１０が形成され、その中間層上に熱伝導性フッ素ゴムラテックス層１１が形成され、さらにその熱伝導性フッ素ゴムラテックス層上に最表層として離型層１２が形成されている。つまり、定着ローラ１は、弾性層より表層側に熱伝導性フッ素ゴムラテックス層を有する。この定着ローラ１は芯金８の両端部が軸受（不図示）を介して装置フレームに回転自在に保持されている。

加圧ローラ２は、丸軸の芯金８を有し、その芯金上に弾性層９がローラ状に形成されている。そしてその弾性層上に中間層１０が形成され、その中間層上に熱伝導性フッ素ゴムラテックス層１１が形成され、さらにその熱伝導性フッ素ゴムラテックス層上に最表層として離型層１２が形成されている。つまり、加圧ローラ２は、弾性層より表層側に熱伝導性フッ素ゴムラテックス層を有する。この加圧ローラ２は、定着ローラ１と並列に配置され、芯金８の両端部が軸受（不図示）を介して装置フレームに回転自在に保持されている。そして総圧９８Ｎ（１０ｋｇｆ）の加圧力をばね（不図示）で軸受を介して加圧ローラ２の芯金８に加えることによって加圧ローラ２の外周面（表面）を定着ローラ１の外周面（表面）に加圧状態に接触（圧接）させている。これにより加圧ローラ２及び定着ローラ１の弾性層９，９を弾性変形させ両ローラ２，１表面間に所定幅のニップ部（定着ニップ部）Ｎ２を形成している。ニップ部Ｎ２の長さは定着装置６２に導入される記録材Ｐの最大幅と略同じ長さにしてある。

３は加熱源としての加熱ユニットである。加熱ユニット３は、加熱源としてのヒータ４と、ヒータ４を支持するホルダー６と、ホルダー６の外周にルーズに外嵌されたスリーブ状の可撓性フィルム５と、フィルム５の内側でホルダー６上に配設された剛性ステー７と、を有する。定着ローラ１と並列に配置されている加熱ユニット３には、総圧９８Ｎ（１０ｋｇｆ）の加圧力をばね（不図示）で剛性ステー７を介して装置フレームに保持させたホルダー６に加えられる。これによってヒータ４をフィルム５を挟んで定着ローラ１表面に加圧状態に接触（圧接）させることにより定着ローラ１の弾性層９を弾性変形させフィルム５の外周面と定着ローラ１表面１との間に所定幅の加熱ニップ部Ｎ１を形成している。加熱ニップ部Ｎ１の長さは定着装置６２に導入される記録材Ｐの最大幅と略同じ長さにしてある。

ヒータ４は、長手方向に細長いセラミックス製の基板４ａを有する。この基板４ａの表面（加熱ニップ部Ｎ１側の面）には、基板４ａの長手方向に沿って通電発熱抵抗層４ｂが設けられている。また基板４ａの表面には、通電発熱抵抗層４ｂに給電するための給電用電極（不図示）が設けられている。通電発熱抵抗層４ｂの長さは定着装置６２に導入される記録材Ｐの最大幅と略同じ長さにしてある。そして通電発熱抵抗層４ｂ上には、通電発熱抵抗層４ｂを保護し、かつフィルム５の内周面と接触する保護層４ｃが通電発熱抵抗層４ｂを覆うように設けられている。また基板４ａの離面（加熱ニップ部Ｎ１側の面とは反対側の面）には、温度検知素子としてのサーミスタＳが当接されている。通電発熱抵抗層４ｂの長さは定着装置６２に導入される記録材Ｐの最大幅寸法と略同じである。

定着ローラ１は、芯金８の一端部に設けられた駆動ギアに定着モータ（不図示）から回転力が伝達されることにより矢印方向へ所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動される。この定着ローラ１の回転に伴い加圧ローラ２は定着ローラ１の周速度と略同じ周速度で矢印方向へ従動回転する。またこの定着ローラ１の回転に伴いフィルム５はヒータ４の保護層４ｃに密着しながらホルダー６の外周を定着ローラ１の周速度と略同じ周速度で矢印方向へ従動回転する。

ヒータ４は、通電発熱抵抗層４ｂに給電用電極を介して給電制御回路（不図示）から給電されることで通電発熱抵抗層４ｂが発熱し急速に昇温する。サーミスタＳはそのヒータ４の温度を検知し給電制御回路に出力する。給電制御回路はサーミスタＳからの出力信号を取り込み、その出力信号に基づいて通電発熱抵抗層４ｂへの給電を制御することによりヒータ４の温度を所定の定着温度（目標温度）に維持する。

回転する定着ローラ１は、加熱ニップ部Ｎ１においてヒータ４からフィルム５を介して定着ローラ１外側から定着ローラ１表面が加熱され、これによりニップ部Ｎ２で記録材Ｐの担持する未定着トナー画像ｔを加熱定着するのに必要・十分な熱量が与えられる。

記録材Ｐは前述のように画像形成部にてトナー画像が転写された後、定着装置６２へと送られる。その記録材Ｐはニップ部Ｎ２に導入され、ニップ部Ｎ２で定着ローラ１表面と加圧ローラ２表面とにより挟持され搬送される。その搬送過程において、記録材Ｐは定着ローラ１により加熱されるとともにニップ部Ｎ２よりニップ圧を受けることによって、未定着トナー画像ｔが記録材Ｐ上に加熱定着される。ニップ部Ｎ２を出た記録材Ｐは定着ローラ1表面から分離してニップ部Ｎ２から排出される。

（３）定着ローラの層構成の説明
定着ローラ１は、機能としては異なる３種類の層構成を有している。定着ローラ１の具体的な構成および製法については後述するが、定着ローラ１の表層近傍の熱伝導性フッ素ゴムラテックス層１１と中間層１０は、中間層１０の下層の弾性層９に比べて熱伝導率の高い材料を用いている。これにより定着ローラ１は、ヒータ４からの熱を熱伝導ＧＬＳ層１１と中間層１０で蓄積し、かつ記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔに熱を放出しやすい機能をもつように作られている。

すなわち定着ローラ１は、ニップ部Ｎ１にて加熱ユニット３から熱の供給を受け、これを表層近傍の熱伝導性フッ素ゴムラテックス層１１と中間層１０に蓄積する。つぎに定着ローラ１は、加圧ローラ２と圧接するニップ部Ｎ２において挟持搬送されてきた記録材Ｐとその記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔに熱を吐き出すことで、トナー画像ｔを熱と圧力により記録紙Ｐ上に定着させることができる。

次に定着ローラ１の具体的な層構成および製法を図２に基づき説明する。

図２は本実施例１に係る定着用ローラとしての定着ローラ１の横断側面模型図である。

定着ローラ１において、芯金８は外径φ１２である。芯金８の材料はＳＵＳである。

弾性層９は、断熱材入りのシリコーンゴムよりなる。具体的には断熱材としては粒径５０〜３００μｍの中空樹脂性フィラーであるマイクロバルーン（松本油脂製マイクロバルーン）をシリコーンゴム中に分散させたものを用いている。芯金８表面にプライマーを塗布焼成ののち、ローラ外型内にセットし、マイクロバルーンをまぜたシリコーンゴムに連泡化剤を配合、混練、脱泡の後、芯金−ローラ外型の間へ注型し、１次加硫および２次加硫させて弾性層９を芯金１上に厚さ３ｔに成型した。

中間層１０は、本発明の最大の特徴であるローラ表面のしわ防止機能を有する。また中間層１０は、定着ローラ１に蓄熱の効果を付与することも兼ねている。

先に中間層１０の蓄熱機能について説明する。

中間層１０は、材質としてシリコーンゴム中に熱伝導性フィラーを分散させた熱伝導率０．８５〜２．２Ｗ／ｍ・Ｋ程度の高熱伝導性シリコーンゴムを用いている。本実施例では、この高熱伝導シリコーンゴムをメチルエチルケトン（ＭＥＫ）やトルエンなどで希釈し溶液化したものを、スプレー塗工により断熱性の弾性層９上に塗布し、乾燥の後、１次加硫および２次加硫させて成形した。

熱伝導性フッ素ゴムラテックス層１１は次のようにして作られたものである。まずダイキン工業製フッ素ゴムラテックス（ＧＬＳ２２３Ｆ）中に、熱伝導性のフィラーとしてアルミナをまぜ、硬化剤として同じくダイキン工業製の硬化剤（ＧＬ２００Ｂ）をＧＬＳ２２３Ｆの重量に対して１０重量％混ぜたディスパージョンを作成する。そしてそれを中間層１０上にスプレー塗工し乾燥したものである。

離型層１２は、熱伝導性フッ素ゴムラテックス層（以下、熱伝導ＧＬＳ層１１とも記す）上にフッ素樹脂層をコートしたものである。離型層１２は、具体的にはＰＦＡ（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）樹脂ディスパージョン（ダイキン工業製ＡＤ＿２ＣＲＥ）をスプレー塗布、乾燥させ、電気オーブンにて３２０℃で１５分間加熱し成膜したものである。

中間層１０および熱伝導ＧＬＳ層１１は、熱伝導性フィラーを混ぜてあることで、混ぜなかったときに比べて、熱伝導性と熱容量（熱蓄熱性）が付与されている。したがって中間層１０および熱伝導ＧＬＳ層１１は、ニップ部Ｎ１にて外部加熱ユニット３からの熱を効率よく蓄熱できる。また中間層１０と芯金８の間に断熱性の弾性層９があるため、中間層１０に蓄熱された熱は、芯金８へ逃げることなく、ニップ部Ｎ２にて効率よく記録紙上に放出させることができる。

本発明に係る定着用ローラとしての加圧ローラ２も定着ローラ１とまったく同じ構成を有しているので、その構成の説明は割愛する。加圧ローラ２は記録紙がニップ部Ｎ２に挟持されていないときに定着ローラ１からの熱を供給される。したがって加圧ローラ２もやはり中間層１０に蓄熱し、ニップ部Ｎ２に記録紙が挟持されたときに記録紙に熱を放出する。そのため、加圧ローラとして中間層１０を有さないすなわち蓄熱性のない加圧ローラを用いた場合に比べ、記録紙上へのトナー画像ｔの定着効率をあげることが可能となる。

ちなみに熱伝導ＧＬＳ層１１の厚みとしては、３０μｍ以下にする必要がある。なぜならそれ以上の膜厚のものは、熱伝導の意味がなくなるからである。

熱伝導ＧＬＳ層１１の熱伝導率は、フィラーの量が多いほど高くすることが出来るものの、フィラーの入れ目量に比例して成膜性が困難になるため、最大でも０．６５Ｗ／ｍ・Ｋが限界である。また熱伝導性フィラーを何も混ぜないＧＬＳ（以降ピュアＧＬＳと記す）の熱伝導率は、約０．１６Ｗ／ｍ・Ｋである。

一般的にピュアＧＬＳの製膜の薄さ限界は、量産性も考慮すると８μｍ程度であり、これ以下の膜厚では、塗布後のレベリングがされ難く、膜厚と表面性が安定しない。このピュアＧＬＳの最小膜厚と同等の熱透過性を持つ、熱伝導率が０．６５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導ＧＬＳ層１１の膜厚は、３０μｍである。

よって熱伝導性フィラーがない分コスト的に安いピュアＧＬＳの８μｍの層よりも、少なくとも熱的に勝る効果を熱伝導ＧＬＳ層１１が得るには、その膜厚を３０μｍよりも薄くしなくてはならない。

また本実施例の離型層１２は、通常その膜厚を厚くするほどフッ素樹脂のディスパージョンスプレー塗布後の乾燥においてクラックが入りやすくなる。

ディスパージョンのスプレー塗工で１５μｍより厚いフッ素樹脂層を成膜することは不可能ではないが、塗っては乾かすという重ね塗りを行う必要があるため、乾燥などの後工程が１回だけでなく、さらに追加になるなど工程が多くなり、コストアップにつながる。

また弾性層９上に熱伝導ＧＬＳ層１１よりも高熱伝導の中間層１０を設け、かつ熱伝導ＧＬＳ層１１を熱伝導化させたことによる熱的メリットを生かすためにも、熱伝導率の低いピュアフッ素樹脂層の離型層１２を厚くすることは、そのメリットを軽減させる。その意味でも離型層１２の膜厚を１５μｍ以上にすることは、あまり意味が無い。なお、フッ素樹脂中に熱伝導率を上げるための熱伝導フィラーを混ぜていないＰＦＡを、以降ピュアＰＦＡと表記する。

この傾向は、およそ一般的なフッ素樹脂ディスパージョンについても当てはまる。本実施例では特に離型層１２のフッ素樹脂としてピュアＰＦＡを用いているが、基本的にＰＦＡ以外のフッ素樹脂であるたとえばＰＴＦＥやＦＥＰでもＰＦＡと熱伝導率がほとんど変わらないし、塗工厚みの上限にもほとんど差が無い。

具体的に、熱伝導ＧＬＳ層１１の熱伝導率を振った時の取り得る最大厚み（ピュアＧＬＳの膜厚８μｍ品と同等の熱透過性になる厚み）を調べた結果をしめしたのが、図３の線Ｌである。一方、熱伝導ＧＬＳ層１１の成膜可能な最低膜厚は、８μｍである。これ以下の量を塗ることは、スプレー塗布後のレベリングが阻害されるため、均一な膜にならない。よって本実施例における熱伝導ＧＬＳ層１１の取り得る熱伝導率と厚みは、図３の領域Ｓの範囲に限られる。

つぎに本発明の最大の特徴であるローラ表面のしわ防止のための構成を説明する前に、熱伝導性フィラーを有する熱伝導ＧＬＳ層１１を用いた定着ローラ１や加圧ローラ２の製造時にローラ表面にしわが発生しやすい理由について説明する。

（ローラ表面のしわの発生メカニズムについて）
通常、熱伝導性フッ素ゴムラテックス層を有するローラは、熱伝導性フッ素ゴムラテックス層中のフッ素樹脂の染み出しと、レべリングが３００度以上で行われるようになるため、３００度以上望ましくは３２０度〜３３０度の温度にて焼成され製造される。ローラ表面のしわは、この焼成が終了した後の冷却中に発生する。

ローラの製造工程において、上記の冷却中には熱伝導ＧＬＳ層１１と中間層１０のどちらも収縮が進むが、中間層１０の方が膨張係数が大きいため、より大きな収縮がおきる。これは熱伝導ＧＬＳ層１１がフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合体であり、特にその収縮は、膨張係数が低い方であるフッ素樹脂の特性が支配的になっていることに起因している。

この収縮の差のため、基本的に中間層１０と熱伝導ＧＬＳ層１１の間には、ストレスが溜まり易いが、この傾向は熱伝導ＧＬＳ層１１中のフッ素樹脂の相転移温度Ｔｇ℃を境に変化する。

図４は温度を振ったときのピュアＧＬＳ層の弾性率曲線の変化を表わした図である。

まず図４をもとに相転移温度Ｔｇについて説明する。

弾性率曲線の測定は、実際に本実施例で使用したＧＬＳ２２３Ｆを、試験片として厚さ約６０μｍの膜に製膜し、固体レオメーター（Ｅ４０００）を用いておこなった。

図４（ａ）は、室温（２５℃）付近でのＧＬＳ２２３Ｆ膜の試験片の弾性率曲線を示した図である。図４（ａ）に示す弾性率曲線には、変曲点が存在している。この変曲点は同一サンプルを繰り返し測定すると段々と消滅していくという不可逆的な特徴を有しており、ＧＬＳ中のフッ素樹脂分の弾性の降伏点をあらわしている。

図４（ｂ）、図４（ｃ）は、それぞれ試験片の温度を７０℃、９０℃とあげていったときの、各々の弾性率曲線を示している。このように温度をあげていくと変曲点が見えなくなっていき、９０℃にてついに消失する。

この変曲点が消失した温度では、弾性率曲線は、繰り返し測定した場合でも同じ曲線上に乗る可逆的な特徴を有している。このことからこの変曲点が消失した温度を境にＧＬＳ層は、可逆的な弾性すなわちゴム的な弾性が支配的な相に変化したとみなし、この変曲点の消失する温度を相転移温度Ｔｇとして定義する。とくに本実施例で用いたＰＦＡ樹脂の入っているＧＬＳ２２３Ｆの場合には、この相転移温度Ｔｇは９０℃であるが、一般にＧＬＳ層中のフッ素樹脂の種類が異なるとその値は変わる。

図５はローラ製造時のローラ表面しわの発生メカニズムを表わした図である。

上記のように熱伝導ＧＬＳ層１１が相転移温度Ｔｇ℃（＝９０℃）以上の温度にあるとき、熱伝導ＧＬＳ層１１はゴム弾性が支配的な状態になっていることで、中間層１０の収縮に追随しやすいため、ひずみを貯め難い状態にある（図５の（Ａ）参照）。

しかしながらローラの表面温度が本実施例の熱伝導ＧＬＳ層１１のフッ素樹脂であるＰＦＡの相転移温度（９０℃）以下になると、今度はＰＦＡの弾性がゴム弾性では無い状態（分子の変形や移動が制限された状態）になる。そのため、膨張係数の差によるストレスが熱伝導ＧＬＳ層１１と中間層１０の間に蓄積されるようになる（図５の（Ｃ）参照）。このストレスは、ローラの温度が相転移温度Ｔｇ℃から低いほど多くなる。

ストレスが多くないうちは、中間層１０が大きく収縮しようとする力にたいしてまだ熱伝導ＧＬＳ層１１が折れない（しわが出ない）ように耐えられているためしわは発生しない（図５の（Ｄ）参照）。しかし冷却が進みストレスが多く溜まると中間層１０の収縮する力によって高熱伝導ＧＬＳ層１１と中間層１０が変形してしまい、しわが発生してしまう（図５の（Ｅ）参照）。

さらに熱伝導ＧＬＳ層１１中に熱伝導性フィラーが多く混ぜられているほど、熱伝導ＧＬＳ層１１のゴム弾性が損なわれ、ストレスを直接溜め込んでしまいやすく、ローラ製造時においてローラ表面のしわが発生しやすくなってしまう。とくに熱伝導性フィラーの種類によらず熱伝導フィラーの熱伝導ＧＬＳ層１１中の体積分率が５ｖｏｌ％以上であると、ゴム弾性の損なわれるようになるため、この傾向が顕著となる。つまり熱伝導ＧＬＳ層１１は熱伝導性フィラーを体積分率５％以上含有している。ちなみにここでいう体積分率とは、以下の式で定義される。
Ｖｆ／Ｖｔ＝体積分率
（Ｖｆ；ＧＬＳ層１１単位体積中のフィラーの総体積、Ｖｔ；ＧＬＳ層１１の単位体積）
要するに製造時のローラ表面のしわは、熱伝導ＧＬＳ層１１と中間層１０の熱膨張係数の差に起因したストレスが、熱伝導ＧＬＳ層１１と中間層１０を変形させてしまうことで発生している。このことから製造時のローラ表面のしわの発生を防止するには、中間層１０が変形しにくいようにその弾性をあげてあげればよい。

高熱伝導性シリコーンゴムより構成される中間層１０は、容易にかつ大きく剛性をあげることが可能であり、これによりしわの発生を効果的に防止することができる。

次に実際に本実施例の中間層１０の弾性を上げることによって得られた製造時のローラの表面しわ発生抑制効果について説明する。とくに本実施例の定着ローラ１の熱伝導ＧＬＳ層１１としては、まず以下の２種類（ＧＬ（ｉ）＆ＧＬ（ｉｉ））で評価した。

ＧＬ（ｉ）；アルミナの入れ目が２８ｖｏｌ％で熱伝導率が約０．４５Ｗ／ｍ・Ｋ、厚みが２０μｍ、離型層１２としてはピュアＰＦＡ樹脂（ダイキン製；ＡＤ＿２ＣＲＥ）が膜厚１５μｍになるように製膜した。

ＧＬ（ｉｉ）；アルミナの入れ目が３６ｖｏｌ％で熱伝導率が約０．６５Ｗ／ｍ・Ｋ、厚みが８μｍ、離型層１２としてはピュアＰＦＡ樹脂（ダイキン製；ＡＤ＿２ＣＲＥ）が膜厚５μｍになるように製膜した。

ちなみにＧＬ（ｉ）は図３における点Ｂに対応し、ＧＬ（ｉｉ）は点Ｄに対応する。

弾性を上げるにあたっては、その弾性パラメータＹ（Ｙ＝Ｈ×Ｔ、ここでＨは中間層１０の高熱伝導性シリコーンゴムのＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度（５００ｇ荷重）（度）、Ｔは中間層１０の厚さ（μｍ））が、以下の関係式（１）
Ｙ≧４２００ 関係式（１）
を満たすように構成すればよい。

この構成の効果を説明するために、中間層１０の構成を変えて弾性パラメータＹを振ったときのローラ製造時のローラ表面しわの発生有無を調べた結果を載せておく。

まず以下の表１は、中間層１０の高熱伝導性シリコーンゴム（以下、ゴム材とも記す）を振ったときの弾性パラメータＹとローラ表面しわの発生の関係を示した表である。

表１では、ゴム材の硬度の違いによる硬化がわかり易く比較できるようにするため、中間層１０の厚みＴはすべて１００μｍになるようにローラを作製して比較した結果を載せた。

表１中では、作製したローラにおいて、高熱伝導シリコーンゴムの種類としては６種類のものにて比較した。特に上記ゴム表中のゴムＣは、付加型の２液混合型のシリコーンゴムであり、ポリマーと触媒を含有するＡ剤とポリマーと硬化剤を含有するＢ剤を混ぜ加熱することで、硬化する。Ａ剤とＢ剤の混合比は通常１：１であるが、Ｂ剤の配合比を増やすことで、硬化後のゴム硬度を硬くすることができる。具体的に、ゴムＣに関しては硬化剤であるＢ剤を増量した混合比、すなわち１：１．５（Ｂ剤１５０％）、および１：２（Ｂ剤２００％）でもローラを作製し、硬さの異なる中間層のバリエーションを増やして調べている。また表１中のゴム硬度であるＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度は、すべて２次加硫後のゴムにて測定した値である。

表１の結果から中間層１０の弾性パラメータＹとしては、４２００以上になる（関係式（１）をみたす）硬い高熱伝導シリコーンゴムを用いることで製造時のローラ表面しわが発生しないことがわかる。つぎに中間層１０の厚さを変えることで、弾性パラメータＹをふったときのローラ製造時のローラ表面しわの発生を調べた結果を以下の表２に示す。

表２の結果から、１００μｍの厚みのときにしわが発生していたゴム（ゴムＡ）であっても厚みを厚くして弾性パラメータＹが関係式（１）を満たすように構成すれば、ローラ製造時のローラ表面しわが発生しないようになることがわかる。逆に１００μｍの厚みのときにはしわが発生していなかったゴム（ゴムＣ（Ｂ剤２００％））であっても、厚みを薄くして弾性パラメータＹが関係式（１）を満たさない構成にしてしまうとローラ製造時のローラ表面しわが発生するようになることがわかる。

また離型層１２の厚みを最大の１５μｍにして、熱伝導ＧＬＳ層１１の熱伝導率と厚みとしては、図３の領域Ｓ中の点Ａ（０．６５、２９）、点Ｃ（０．２２、８）の２点でも試した。その結果は点Ｂ（ＧＬ（ｉ））と点Ｄ（ＧＬ（ｉｉ））の時に同じであり、関係式（１）を満たすように構成することで、しわは発生しなかった。

また今回は、ローラの外径膨張率としては、ＧＬＳ層中のＰＦＡの相転移温度Ｔｇである９０℃において２％である。以下、ローラの外径膨張率とは室温（２５℃）でのローラ外径に対する相転移温度Ｔｇでのローラ外径の膨張率（＝（φ（Ｔｇ）−φ（２５））／φ（２５））である。ここでφ（Ｔｇ）とφ（２５）は、それぞれ相転移温度Ｔｇと室温（２５℃）におけるローラ外径のものを用いた。また基層ゴム中の樹脂バルーン連泡化剤の量をふやすことで連泡化を促進させローラの外径膨張率を０．８％（φ（Ｔｇ）／φ（２５）≧１．００８）に抑えたものを用いても、同様の結果であった。ここで、基層は弾性層９のことである。ただしローラの外径膨張率が０．７％以下のものではそもそもローラ製造時のしわの発生はなかった。

本実施例の定着ローラ１、及び加圧ローラ２によれば、中間層１０の弾性パラメータＹを関係式(１)を満たすようにすることで、ローラ製造時のしわの発生する力がかかる場合にも、中間層１０と熱伝導ＧＬＳ層１１の変形を防ぐことが出来る。これによりローラ製造時のローラ表面のしわの発生を抑制することが出来る。

本実施例の画像定着装置によれば、定着ローラ１、及び加圧ローラ２はそれぞれ熱伝導性と熱容量（熱蓄熱性）が付与された熱伝導ＧＬＳ層１１と中間層１０を有するので、熱を効率よく蓄え、かつその蓄えた熱の記録紙Ｐ上への吐き出しがスムーズに行える。これにより、記録紙Ｐ上の未定着トナー画像ｔの定着効率を上げることが出来る。また、熱を効率よく蓄えることができるので、定着温度やヒータ４に供給する電力を下げることが可能になる。

[実施例２]
実施例１では定着用ローラを外部加熱ローラタイプの画像定着装置６２の定着ローラ及び加圧ローラとして用いた例を説明したが、定着用ローラはこれに限られずフィルム加熱タイプの画像定着装置の加圧ローラとして用いることができる（図６参照）。

図６は定着用ローラを加圧ローラとして用いたフィルム加熱タイプの画像定着装置６２の一例の横断側面模型図である。

７１はフィルムユニットである。
フィルムユニット７１は、加熱源としてのヒータ７２と、ヒータ７２を支持するホルダー７３と、を有する。そしてホルダー７３の外周には可撓性部材としてのスリーブ状の可撓性フィルム７４がルーズに外嵌されている。またフィルム７４の内側においてホルダー６上に剛性ステー７５が配設されている。

加圧ローラ２は、フィルムユニット７１と並列に配置され、芯金８の両端部が軸受（不図示）を介して装置フレームに回転自在に保持されている。そして所定の加圧力をばね（不図示）で軸受を介して加圧ローラ２の芯金８に加えることによって加圧ローラ２表面をフィルム７４を挟んでヒータ７２に加圧させている。これにより加圧ローラ２の弾性層９を弾性変形させフィルム７４の外周面（表面）と加圧ローラ２表面との間に所定幅のニップ部（定着ニップ部）Ｎ３を形成している。ニップ部Ｎ３の長さは定着装置６２に導入される記録材Ｐの最大幅と略同じ長さにしてある。

ヒータ７２は、前述の外部加熱ローラタイプの定着装置６２におけるヒータ４と同様、長手方向に細長いセラミックス製の基板７２ａと、通電発熱抵抗層７２ｂと、給電用電極（不図示）と、保護層７２ｃ等を有する。通電発熱抵抗層７２ｂの長さは定着装置６２に導入される記録材Ｐの最大幅と略同じ長さにしてある。

加圧ローラ２は、芯金８の一端部に設けられた駆動ギアに定着モータ（不図示）から回転力が伝達されることにより矢印方向へ所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動される。この加圧ローラ２の回転に伴いフィルム７４は加圧ローラ２の周速度と略同じ周速度で矢印方向へ従動回転する。

ヒータ７２は、通電発熱抵抗層７２ｂに給電用電極を介して給電制御回路（不図示）から給電されることで通電発熱抵抗層７２ｂが発熱し急速に昇温する。そしてヒータ７２の基板７２ａに設けられたサーミスタＳ１はヒータ７２の温度を検知し給電制御回路に出力する。給電制御回路はサーミスタＳ１からの出力信号を取り込み、その出力信号に基づいて通電発熱抵抗層７２ｂへの給電を制御することによりヒータ７２の温度を所定の定着温度（目標温度）に維持する。

回転するフィルム７４は、ニップ部Ｎ３においてヒータ７２によりフィルム７４の内周面（内面）が加熱され、これによりニップ部Ｎ３で記録材Ｐの担持する未定着トナー画像ｔを加熱定着するのに必要・十分な熱量が与えられる。

未定着トナー画像ｔを担持する記録材Ｐはニップ部Ｎ３に導入され、ニップ部Ｎ３でフィルム７４表面と加圧ローラ２表面とで挟持搬送される。その記録材Ｐの挟持搬送過程において、記録材Ｐはヒータ７２よりフィルム７４を介して加熱されるとともにニップ部Ｎ２よりニップ圧を受けることによって、トナー画像ｔが記録材Ｐ上に加熱定着される。ニップ部Ｎ３を出た記録材Ｐは定着ローラ1表面から分離してニップ部Ｎ３から排出される。

本実施例２のフィルム加熱タイプの画像定着装置によれば、加圧ローラ２は熱伝導性と熱容量（熱蓄熱性）が付与された熱伝導ＧＬＳ層１１と中間層１０を有するので、熱を効率よく蓄え、かつその蓄えた熱の記録紙Ｐ上への吐き出しがスムーズに行える。これにより、記録紙Ｐ上の未定着トナー画像ｔの定着効率を上げることが出来る。また、熱を効率よく蓄えることができるので、定着温度やヒータ７２に供給する電力を下げることが可能になる。

定着ローラ１のローラ外径、芯金径は実施例１にあげた寸法に限定されないことは言うまでもない。

実施例１に係る外部加熱ローラタイプの画像定着装置の横断側面模型図である。 定着ローラの横断側面模型図である。 熱伝導ＧＬＳ層の取り得る熱伝導率と厚みの領域を表わした図である。 温度を振ったときのピュアＧＬＳ層の弾性率曲線の変化を表わした図である。 ローラ製造時のローラ表面しわの発生メカニズムを表わした図である。 実施例２に係るフィルム加熱タイプの画像定着装置の一例の横断側面模型図である。 画像定着装置を搭載する画像形成装置の一例の構成模型図である。

符号の説明

１‥‥定着ローラ、２‥‥加圧ローラ、８‥‥芯金、９‥‥弾性層、１０‥‥中間層、１１‥‥熱伝導性フッ素ゴムラテックス層、１２‥‥離型層、６２‥‥画像定着装置、Ｎ２，Ｎ３‥‥ニップ部、Ｐ‥‥記録材、ｔ‥‥未定着トナー画像

Claims (8)

1. 少なくとも芯金上に弾性層を有し、前記弾性層より表層側にフッ素ゴムとフッ素樹脂と熱伝導性フィラーを混ぜた熱伝導性フッ素ゴムラテックス層を有する定着用ローラにおいて、
   前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層と前記弾性層との間に前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層よりも高熱伝導性シリコーンゴムよりなる中間層を有し、前記中間層は、高熱伝導性シリコーンゴムのＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度（５００ｇ荷重）をＨ（度）、厚さをＴ（μｍ）とした場合に弾性パラメータＹ（Ｙ＝Ｈ×Ｔ）が以下の関係式（１）
   Ｙ≧４２００ 関係式（１）
   を満たすよう構成されていることを特徴とする定着用ローラ。
2. 前記定着用ローラの２５℃における外径をφ（２５）、前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層中のフッ素樹脂の相転移温度Ｔｇ℃における外径をφ（Ｔｇ）としたときに、φ（Ｔｇ）／φ（２５）≧１．００８であることを特徴とする請求項１に記載の定着用ローラ。
3. 前記相転移温度とは、前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層の弾性率を測定したときに、降伏点が消失する温度であることを特徴とする請求項２に記載の定着用ローラ。
4. 前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層中のフッ素樹脂とは、ＰＦＡであることを特徴とする請求項２に記載の定着用ローラ。
5. 前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層は、熱伝導性フィラーを体積分率５％以上含有していることを特徴とする請求項２に記載の定着用ローラ。
6. 前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層上にフッ素樹脂層をコートしたことを特徴とする請求項１に記載の定着用ローラ。
7. 定着ローラと、前記定着ローラと接触してニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、前記ニップ部で記録材が担持するトナー画像を挟持搬送しつつ記録材に加熱定着する画像定着装置において、
   前記定着ローラ、及び前記加圧ローラは、それぞれ、少なくとも芯金上に弾性層を有し、前記弾性層より表層側にフッ素ゴムとフッ素樹脂と熱伝導性フィラーを混ぜた熱伝導性フッ素ゴムラテックス層を有し、前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層と前記弾性層との間に前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層よりも高熱伝導性シリコーンゴムよりなる中間層を有しており、前記中間層は、高熱伝導性シリコーンゴムのＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度（５００ｇ荷重）をＨ（度）、厚さをＴ（μｍ）とした場合に弾性パラメータＹ（Ｙ＝Ｈ×Ｔ）が以下の関係式（１）
   Ｙ≧４２００ 関係式（１）
   を満たすよう構成されていることを特徴とする画像定着装置。
8. 可撓性部材と、前記可撓性部材を加熱するヒータと、前記可撓性部材を挟んで前記ヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、前記ニップ部で記録材が担持するトナー画像を挟持搬送しつつ記録材に加熱定着する画像定着装置において、
   前記加圧ローラは、少なくとも芯金上に弾性層を有し、前記弾性層より表層側にフッ素ゴムとフッ素樹脂と熱伝導性フィラーを混ぜた熱伝導性フッ素ゴムラテックス層を有し、前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層と前記弾性層との間に前記熱伝導性フッ素ゴムラテックス層よりも高熱伝導性シリコーンゴムよりなる中間層を有しており、前記中間層は、高熱伝導性シリコーンゴムのＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度（５００ｇ荷重）をＨ（度）、厚さをＴ（μｍ）とした場合に弾性パラメータＹ（Ｙ＝Ｈ×Ｔ）が以下の関係式（１）
   Ｙ≧４２００ 関係式（１）
   を満たすよう構成されていることを特徴とする画像定着装置。