JP6659091B2 - 加圧ローラ、加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタなどの画像形成装置の定着装置等に搭載される加圧ローラ、この加圧ローラを備えた加熱装置及び画像形成装置に関する。

従来の画像形成装置において、被記録材形成担持させた未定着画像（トナー画像）を被記録材面に加熱定着させる定着装置として、たとえば、フィルム加熱方式が広く用いられている。
この定着装置は、加熱体としてのヒータと、このヒータに接触して加熱されつつ回転する可撓性を有する回転体としての定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータと定着ニップ部を形成する加圧部材としての加圧ローラとから構成される。そして、定着ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間に未定着トナー像を坦持させた記録材を導入し、定着フィルムと同時に挟持搬送することで、定着フィルムを介してヒータの熱を与えながら定着ニップ部の加圧力で未定着トナー像を記録材面に定着させるものである。

しかしながら、フィルム加熱方式を採用する従来の加熱定着装置においては、加圧ローラ長手方向の温度ムラや、定着ニップ部における紙搬送スピードの長手ムラが原因で前記定着装置を記録材である紙が通過するときに定着ニップ部において紙にシワが発生する場合があった。
このシワを抑制する手法としては、加圧ローラの形状を逆クラウン形状（長手方向両端部付近の径が中央部より大きい形状）にすることが知られている。このメカニズムとしては、加圧ローラを逆クラウン形状にすることにより、加圧ローラの周速が中央部より両端部付近で速くなる速度差を利用している。すなわち、紙の搬送力を中央よりも端部で大きくすることによって、紙を外側に引っ張り、搬送中に紙の中央付近が弛まないようにすることで、シワの発生が抑えられると考えられている。

特開平４−４４０７６号公報

ところで、加圧ローラに断熱効果を持たせるためにシリコーンゴムを発泡して形成した弾性スポンジゴム層を用いることや、或いは、シリコーンゴム層内に中空のフィラー（マイクロバルーン等）を分散させ、硬化物内に気体部分を持たせて断熱効果を高めた空隙を有する弾性層を用いることが効果的である。
しかしながら、空隙を有する弾性層に用いた加圧ローラのローラ本体の長手形状を逆クラウン形状にした場合、ローラ本体の長手中央部と端部の紙搬送速度差が生じず、紙の搬送を安定してコントロールできず、シワが発生してしまう問題があった。すなわち、スポンジゴムのような空隙のあるゴム弾性材は、ゴム自体の弾性が大きいため、ゴムの変形により中央部と端部の紙搬送力差が吸収され、紙の挙動に影響を与えることは少ない。

本発明は上記した従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的は、断熱性を高めた空隙のある弾性層を用いても記録材のシワを防止できる加圧ローラ、加熱装置及び画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、
加熱部材に圧接して加熱ニップ部を形成するゴム状弾性を有するローラ本体を備え、前記加熱ニップ部で被加熱材を挟持搬送して加熱を行う加圧ローラであって、前記ローラ本体の長手方向における形状が、長手方向両端部側の径が中央部より大きい形状を有する加圧ローラにおいて、
前記ローラ本体は、空隙を有する第１の弾性層と、該第１の弾性層の外周に配置され前
記第１の弾性層よりも硬質で前記加熱ニップ部で外周長変化が無い状態で弾性変形する第２の弾性層と、を備えた積層構造となっており、前記第２の弾性層はシリコーンゴムにカーボンファイバーを入れることで前記第１の弾性層よりも硬度を高くしたシリコーンゴム層であることを特徴とする。
また、本発明の加熱装置は、加熱部材と、該加熱部材に圧接して加熱ニップ部を形成するゴム状弾性を有するローラ本体を備え、前記加熱ニップ部で被加熱材を挟持搬送して加熱を行う前記加圧ローラと、を備えた構成となっている。
また、本発明の画像形成装置は、記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、画像形成部にてトナー画像が形成された記録材を加熱して記録材に定着する定着装置と、を備えた画像形成装置であって、前記定着装置として前記加熱装置を用いることを特徴とする。

本発明によれば、空隙のある弾性層に用いた加圧ローラにおいて、記録材のシワを防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の断面図。 図１の加熱装置の概略拡大断面図。 （Ａ）は図２の加圧ローラの中心軸を通る面で切断した断面図、（Ｂ）、（Ｃ）は（Ａ）の変形例を示す断面図。 本実施の形態の加圧ローラの作用効果メカニズムを説明する図。 図４の加圧ローラの長手方向断面と加熱部材との関係を示す図。 図４の作用効果メカニズムを説明するための参考図。 図４の作用効果メカニズムを説明するための参考図。 実施の形態１の高硬度層のマイクロ硬度とカーボンファイバーの入れ目との関係を示すグラフ。 実施の形態１の作用効果確認方法を説明する図。 実施の形態１の紙開き量の測定結果を示す図。 本発明の実施の形態２の加圧ローラ表面のマイクロ硬度のカーボンファイバーの入れ目との関係を示すグラフ。 実施の形態２の紙開き量測定結果を示す図。

以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
［実施の形態１］
＜画像形成装置＞
まず、図１を参照して、本発明が適用される画像形成装置の全体構成について簡単に説明する。
画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンターであり、像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラム１と記す）を備え、矢印Ａの時計方向に所定の周速度（プロセススピード）にて回転駆動される。感光ドラム１は、ＯＰＣ・アモルファスＳｅ・アモルファスＳｉ等の感光材料層を、アルミニウムやニッケルなどのシリンダ（ドラム）状の導電性基体の外周面に形成した構成から成る。

感光ドラム１は、その回転過程で帯電手段としての帯電ローラ２により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。その感光ドラム１の一様帯電面に対してスキャナ３から画像
情報に応じて変調制御（ＯＮ／ＯＦＦ制御）されたレーザービームによる走査露光Ｌがなされる、感光ドラム１面に、目的の画像情報の静電潜像が形成される。そして、感光ドラム１に形成された静電潜像が、現像装置４でトナーＴにより現像されて可視化される。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、たとえば、イメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられる。
一方、給紙ローラ８の駆動により給紙カセット９内に収容されている記録材Ｐが一枚ずつ繰り出されて、ガイド１０及びレジストローラ１１を有するシートパスに沿って搬送される。搬送されるシートは、感光ドラム１と転写ローラ５の圧接部である転写ニップ部に所定の制御タイミングにて給送され、その記録材Ｐの面に感光ドラム１面側のトナー画像が順次に転写されていく。
上記した感光ドラム１、帯電ローラ２、スキャナ３、現像装置４及び転写ローラ５が、記録材Ｐにトナー画像を形成する画像形成部を構成する。

転写ニップ部を出た記録材は、感光ドラム１の面から順次に分離され、搬送装置１２で加熱装置としての定着装置６に導入されてトナー画像の熱定着処理を受ける。定着装置６については次の項で詳述する。
定着装置６を出た記録材Ｐは、搬送ローラ１３、ガイド１４及び排紙ローラ１５を有するシートパスを通って、排紙トレイ１６に排紙される。
また、記録材分離後の感光ドラム１表面はクリーニング装置７により転写残りトナー等の付着汚染物の除去処理を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。

＜定着装置＞
次に、本発明の特徴である加圧ローラ及び加熱装置としての定着装置について、図２を参照して詳細に説明する。
この定着装置６は、いわゆる、テンションレスタイプのフィルム加熱、加圧ローラ駆動方式の定着装置である。すなわち、加熱部材としての加熱回転体２０と、加熱回転体２０に圧接して加熱ニップ部としての定着ニップ部Ｎを形成するローラ本体を有する加圧ローラ２１と、を有し、定着ニップ部Ｎで被加熱材としての記録材Ｐを挟持搬送して加熱を行うようになっている。
加熱回転体２０は、加熱体としてのヒータ１９と、このヒータ１９に接触して加熱されつつ回転する可撓性を有する定着フィルム２０１と、ヒータ１９を支持すると共に定着フィルム２０１を案内するフィルムガイド部材１８と、を備えている。さらに、長手両端に受けた加圧力をフィルムガイド部材１８の長手方向に対して均一に伝えるための定着ステー２２を備えている。

ヒータ１９は、フィルムガイド部材１８によって保持された状態で、定着フィルム２０１を挟んで加圧ローラ２１に所定の押圧力をもって圧接している。そして、加圧ローラ２１が回転すると、定着フィルム２０１外面との摺動摩擦力により、定着フィルム２０１に回転力が作用し、定着フィルム２０１がヒータ１９を保持したフィルムガイド部材１８の外回りを矢印の方向に回転する。
フィルムガイド部材１８は、横断面略半円弧状・樋型で、図面に垂直方向を長手とする横長の部材であり、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）や液晶ポリマー等の耐熱性樹脂の成型品として成形される。
ヒータ１９は、横長の部材板で、フィルムガイド部材１８の下面の略中央部に長手に沿って形成された溝内に収容保持させている。ヒータ１９はアルミナ、ＡｌＮ等の横長・薄板状の基板１９ａ、その表面側（フィルム摺動面側）に長手に沿って形成具備させた線状あるいは細帯状のＡｇ／Ｐｄなどの通電発熱体（抵抗発熱体）１９ｂを備えた低熱容量のセラミックヒータである。抵抗発熱体１９ｂはガラスコート層１９ｃによって被覆され、基板１９ａの裏面側にはサーミスタ等の検温素子１９ｄが配設されている。このヒータ１９は、抵抗発熱体１９ｂに対する不図示の電極からの電力供給により迅速に昇温した後、
検温素子１９ｄを含む電力制御系により所定の定着温度（制御温度）を維持するように制御される。

定着フィルム２０１は、フィルムガイド部材１８にルーズに外嵌させたエンドレスベルト状の耐熱性フィルムである。定着フィルム２０１の内面はヒータ１９表面のガラスコート層１９ｃと接触して摺動する。この摺動抵抗を下げるために潤滑剤としてのグリースがガラスコート層１９ｃの表面（ヒータ１９表面）に塗布される。
定着フィルム２０１は、熱容量を小さくして装置のクイックスタート性を向上させるために、膜厚を総厚４００μｍ以下、好ましくは３０μｍ以上３００μｍ以下とした複合層フィルムである。
定着フィルム２０１の基層として、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂、あるいは耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｎ等の金属部材を単独ないし複合して形成してある。基層の上にトナー定着性能を良化させるための弾性層を形成しても良く、熱伝導フィラー、補強材等が添加されたシリコーンゴム、フッ素ゴム等が好適に用いられる。定着フィルム離型層のメインポリマーはフッ素樹脂で構成され、必要に応じてカーボンブラック、イオン導電性物質等の導電性部材を含有させても良い。

定着フィルム２０１は、少なくとも画像形成実行時に加圧ローラ２１が矢印ｂの反時計方向に回転駆動されることで、加圧ローラ２１の回転に従動する。つまり、加圧ローラ２１を駆動すると定着ニップ部Ｎにおいて加圧ローラ２１と定着フィルム２０１の外面との摩擦力で定着フィルム２０に回転力が作用するのである。定着フィルム２０が回転している際には、定着フィルム内面が定着ニップ部Ｎにおいてヒータ１９の表面保護層としてのガラスコート層１９ｃに密着して摺動する。定着ニップ部Ｎは、フィルム２０Ａを挟んでヒータ１９に圧接させた加圧ローラ２１の弾性層の弾性変形によってヒータ１９との間に形成される。

加圧ローラ２１は、駆動源Ｍの駆動力が不図示のギア等の動力伝達機構を介して伝達されて所定の周速度で矢印ｂの反時計方向に回転駆動される。
また、定着ステー２２は、鉄、ステンレス、ＳＵＭ、ジンコート鋼板等の剛性のある材料を使用し、断面形状をコの字型にすることで剛性を高めている。
記録材Ｐが定着ニップ部Ｎで挟持搬送されることにより記録材Ｐ上のトナー像は加熱定着される。そして、定着ニップ部Ｎを通った記録材Ｐは定着フィルム２０１の外面から分離されて搬送される。また、回転する定着フィルム２０１には、定着ニップ部Ｎ以外には実質的にテンションが作用しておらず、フィルム寄り移動を規制する規制手段としては、定着フィルム２０１の端部を単純に受け止めるだけの不図示のフランジ部材のみを配設している。

［加圧ローラの構成］
次に、本発明の特徴である加圧ローラについて詳細に説明する。
加圧ローラ２１は、鉄やアルミニウム等の材質の丸軸の基体としての芯金２１ａと、芯金２１ａの外周に設けられる第１の弾性層として断熱性を有する発泡化した弾性層２１ｂを有し、弾性層２１ｂの外周には高硬度の層２１ｃ（以下、高硬度層２１ｃと呼ぶ）が配置されている。さらに、高硬度層２１ｃ上には、最外層の表層であるＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂から成る耐熱性の離型層２１ｄが形成された３層の積層構造となっており、全体としてゴム状弾性を有するローラ本体２１０を構成し、定着フィルム２０１に圧接する定着ニップ部Ｎを形成する。
この実施の形態では、中間層の高硬度層２１ｃが、弾性層２１ｂよりも硬質で定着ニップ部Ｎで加圧された際に、外周長変化が無い状態で変形する第２の弾性層である。もっとも、離型層２１ｄについても、高硬度として第２の弾性層を構成するように調整してもよ
い。

弾性層２１ｂは、クイックスタート性を向上させるために、樹脂マイクロバルーン等を入れたシリコーンゴムを発泡して断熱化させて成る弾性層であり、厚みは２〜１０ｍｍが望ましい。なお本実施の形態の効果確認で用いた弾性層１の厚みは、加圧ローラ２１の長手中央部で３．５ｍｍである。
高硬度層２１ｃとしては、加圧ローラ２１表面のマイクロ硬度を高めるために、耐熱性のシリコーンゴムや、カーボンファイバーを入れ込んで配向させたシリコーンゴム等によって成形される。また、離型層２１ｄと弾性層２１ｂを接着する接着層が高硬度層２１ｃを兼ねてもよい。
詳細は後述するが、高硬度層２１ｃのマイクロ硬度は、シワ抑制から２５°以上が望ましく、記録材Ｐの搬送力からマイクロ硬度は５０°以下が望ましい。

図３（Ａ）は、加圧ローラ２１の長手方向断面を示している。
加圧ローラ２１は、芯金２１ａがローラ本体２１０よりも長く、芯金２１ａの両端がローラ本体２１０よりも長手方向に突出している。このローラ本体２１０の長手方向における形状が、長手方向両端部側の径が中央部より大きい形状、図示例では、加圧ローラ２１の長手方向の中央部から両端部にかけて外径を徐々に増加させた逆クラウン形状となっている。
ここで、長手方向の中央位置をＬ１、長手方向端部の内、一方の端部位置をＬ２（図中左端）、他方の端部位置をＬ３（図中、右端）とすると、逆クラウン量は、中央位置Ｌ１から左端Ｌ２、及び右端Ｌ３までの距離Ｌｏと、中央位置Ｌ１と左端Ｌ２、中央位置Ｌ１と右端Ｌ３の外径差δで設定される。この例では、たとえば、Ｌｏを１００ｍｍ、δが１５０μｍに設定され、中央位置Ｌ１〜左端Ｌ２、中央位置Ｌ１〜右端Ｌ３を放物線形状でつないだ形状である。

このローラ本体２１０の長手形状としては、放物線形状に限らず、図３（Ｂ）に示すように、テ―パー形状としてもよい。中央位置Ｌ１と同一径となる長手方向に一方の中間位置をＬ４（左中間位置）、他方の中間位置をＬ５（右中間位置）とすると、左中間位置Ｌ４と右中間位置Ｌ５間の距離は３０ｍｍである。中央位置Ｌ１、左中間位置Ｌ４、右中間位置Ｌ５の各点を結んだ外径形状はストレート形状であり、中央位置Ｌ１、左中間位置Ｌ４、右中間位置Ｌ５を結んだ直線と左端Ｌ２、右端Ｌ３の外径差が１５０μｍである。
図３（Ａ）、（Ｂ）では、高硬度層２１ｃと離型層２１ｄは、その径方向の厚さが長手方向全長にわたって均一の厚さで形成されており、高硬度層２１ｃとの境界面となる弾性層２１ｂの外周形状が、ローラ本体２１０の外周に倣った逆クラウン形状となっている。高硬度層２１ｃの厚みは、たとえば、１５０μｍに設定される。

＜シワ抑制メカニズム＞
次に、本実施の形態１の高硬度層２１ｃを加圧ローラ２１に備えた場合に、逆クラウン形状によってシワ抑制効果が生じるメカニズムについて、空隙を有さないゴムを使用した加圧ローラ及び高硬度層２１ｃを有さない加圧ローラと比較して説明する。
図６は、空隙を有さないゴム（以下、ソリッドゴムと称す）を弾性層に用いた加圧ローラ７１の非加圧状態（Ａ）、および加圧状態の断面模式図（Ｂ）である。
定着ニップ部Ｎにて、加圧ローラ７１が加圧されると、加圧部の弾性層７１ｂが潰され変形するものの、非加圧部において潰された分が膨張するように変形するため、加圧されても加圧ローラ７１の外周長変化はほとんどない。そのため、加圧ローラ７１は加圧されても外周長が維持され、加圧ローラ７１に逆クラウン形状をつけると加圧時においても長手中央部と端部の搬送力差が生じ、シワ抑制効果が得られる。

図７は、高硬度層を有さず、空隙を有するゴムを弾性層８１ｂと離型層８１ｃのみで構
成される加圧ローラ８１の非加圧状態時（Ａ）および加圧状態時の断面模式図（Ｂ）である。
加圧ローラ８１が加圧されると加圧部の弾性層８１ｂが潰され変形するが、ソリッドゴムと異なり、非加圧部の変形は小さいため、加圧ローラ８１は加圧されると潰された分だけ外周長が短くなる。特に、加圧ローラ８１に逆クラウン形状をつけた場合、端部の外径が大きく、長手中央部分に比べて端部が潰れやすくなるため、中央と端部の外周長差が小さくなる。
そのため、加圧ローラ８１は加圧されると外周長が変化するため、加圧ローラ８１に逆クラウン形状をつけても所望の長手中央部と端部の搬送力差が得られ難く、シワの抑制効果が小さい。

図４は、本発明の加圧ローラ、すなわち、弾性層２１ｂの外周に高硬度層２１ｃを有する加圧ローラ２１の非加圧状態（１）および加圧状態（２）の断面模式図である。
加熱回転体２０との定着ニップ部で、加圧ローラ２１が加圧されると（図５参照）、図４に示すように、加圧部の弾性層２１ｂが潰され、弾性層２１ｂおよび高硬度層２１ｃは変形する。しかし、弾性層２１ｂよりも硬質の高硬度層２１ｃが殻のような役割を担い、非加圧部においても外周長を維持するようなソリッドゴムに似た挙動をするため、加圧されても加圧ローラ２１の外周長変化はほとんどない。
そのため、ソリッドゴムと同様に外周長が維持されやすく、所望の逆クラウン形状による長手中央と長手端部の記録材Ｐの搬送力差が得られやすくなり、シワ抑制効果が得られる。

次に、本実施の形態の効果を確認するために行ったシワ測定実験の結果について、以下に説明する。
＜作用効果確認方法＞
作用効果は、加圧ローラ２１の高硬度層２１ｃのマイクロ硬度値を変化させた時のシワを測定することと、高硬度層２１ｃのマイクロ硬度値を変化させた時の加圧ローラ２１長手中央と端部の記録材搬送力差を測定することで、確認した。
高硬度層２１ｃのマイクロ硬度の測定は、マイクロ硬度計（高分子計器株式会社製、ＭＤ−１、製品名）を用いた。本実施の形態では離型層２１ｄがあるため、マイクロ硬度測定時には離型層２１ｄを剥がして測定した。
また、高硬度層２１ｃのマイクロ硬度は、高硬度層２１ｃに入れ込む繊維系充填材としてのカーボンファイバー（繊維長２５０μｍ）の量を変化させることで、変化させた。

図８には、本実施の形態で使用した高硬度層２１ｃのマイクロ硬度とカーボンファイバーの入れ目量の関係を示している。
このグラフは、カーボンファイバーの入れ目量を増すと高硬度層２１ｃのマイクロ硬度が増大することを示している。グラフから、カーボンファイバーの入れ目量を、４０部から６０部の範囲とすれば、高硬度層２１ｃのマイクロ硬度が好適な範囲である２５°〜５０°の範囲となることがわかる。

シワ評価に関しては、定着装置が常温の状態から印字サンプリングをスタートし、記録材［Ｂｕｓｉｎｅｓｓ４２００（Ｘｅｒｏｘ社、商品名）］２００枚の連続プリントを行い、シワ発生有無を確認し、シワが全く発生しない場合を○、発生した場合を×として、評価を行い、評価結果を表１に示した。

表１に示すように、マイクロ硬度２５°以上で全てランク○、２０°以下では全て×という結果となり、マイクロ硬度２５°以上でシワの発生を抑制できることがわかる。

一方、加圧ローラ２１長手中央と端部の記録材搬送力差について、記録材を加圧ローラ２１長手の両端部に引っ張る力とした紙開き量を測定することで評価した。
まず、図９を参照して、紙開き量の測定に関して説明する。
図９に示すように、記録材Ｐ［Ｂｕｓｉｎｅｓｓ４２００（Ｘｅｒｏｘ社、商品名）］を、記録材Ｐの先端より３０ｍｍの記録材短手中央位置から記録材搬送方向後端にかけて切れ目を入れ、非切れ目側から記録材Ｐを定着装置６に通して、記録材搬送方向後端３０ｍｍの位置が定着装置ニップ部に突入する直前で搬送を停止し、記録材搬送方向後端１０ｍｍの位置における記録材の切れ目開き量を測定した。
比較例１として、ソリッドゴムを使用した加圧ローラ７１についても（形状は本実施の形態同様の逆クラウン形状、弾性層７１ｂ長手中央部厚み：３．５ｍｍ、高硬度層は有さない、離型層７１ｃは有す、離型層を剥がした場合の弾性層７１ｂマイクロ硬度：３０°）測定した。

図１０には、この紙開き量の測定結果を示している。
この結果より、マイクロ硬度が増大すると紙開き量が増大し、２５°以上と２５°以下で比較すると、２５°以上で紙開き量が急激に増大することがわかる。グラフの破線で示した比較例１の紙開き量は５．７ｍｍであり、マイクロ硬度２５°以上とほぼ同等であるため、マイクロ硬度２５°以上で、シワを抑制できる程度の、加圧ローラの長手方向中央と長手方向端部の記録材搬送力差が得られることがわかる。

このように、表１、図１０から、マイクロ硬度が２５°以上であればシワ抑制効果が得られる結果であるが、マイクロ硬度が大きい場合、紙の搬送力が低下する弊害が懸念される。マイクロ硬度が大きい場合、紙に対する加圧ローラ表面のグリップ力が低下し、特に高湿度環境下や吸湿度が高い紙において、定着装置通過時に紙から水蒸気が発生することにより、加圧ローラ表面に水滴がつくことで、紙がスリップすることがある。
表２に、マイクロ硬度を変化させた場合のスリップ確認の結果を示す（実施の形態１の紙搬送性確認結果）。

確認方法は、温度３２℃、湿度８５％の環境下に４８時間放置した紙（坪量：６０ｇ／ｍ２、製品名：ＧＦ−６００）を定着装置に通紙させて、スリップせず紙搬送ができた場合に○、スリップしてしまい紙搬送ができなかった場合に×として評価をした。
評価結果より、マイクロ硬度５０°以上の加圧ローラ２１においてスリップが発生する結果であった。したがって、マイクロ硬度５０°以上でグリップ力が低下するため、高硬度層２１ｃのマイクロ硬度は５０°以下が望ましい。

以上の確認結果から、高硬度層２１ｃのマイクロ硬度は、２５°以上５０°以下程度とすることが望ましく、この範囲であれば、加圧ローラ２１によって弊害無く記録材のシワを抑制できることが確認できた。
なお、本実施の形態１における高硬度層２１ｃの厚さは、長手均方向に均一であるが、図３（Ｃ）に記載される構成でもよい。すなわち、加圧ローラ２１の弾性層２１ｂはストレート形状であるが、長手方向中央部から端部にかけて高硬度層２１ｃの厚みが厚くなっている。このようにすれば、端部で高硬度層２１ｃのマイクロ硬度が高くなり、中央部に比べて端部付近の外周長が維持されやすい構成となり、長手中央と端部の搬送力差が生じやすくなるため、シワを抑制し得る構成となる。
一方で、端部の厚みが増す分、加圧ローラ端部の断熱効果が低下するため、画像端部の定着性能が低下する懸念があり、シワ抑制効果と定着性能のバランスで適宜選択される。

［実施の形態２］
次に本発明の実施の形態２について説明する。
上記実施の形態１とは、加圧ローラの構成のみが相違するだけで、画像形成装置、定着装置の構成は、実施の形態１と同様の構成である。したがって、以下の説明では、加圧ローラの構成についてのみ説明し、画像形成装置、定着装置の構成については、説明は省略する。
実施の形態１においては、加圧ローラの高硬度層２１ｃ自体のマイクロ硬度を規定したが、本実施の形態２においては、加圧ローラ２１のローラ本体２１０の表面のマイクロ硬度を規定する。加圧ローラ２１の層構成と層の材質および、長手形状は実施の形態１と同様のため省略する。

本実施の形態２の効果を確認するために、実施の形態１同様に、加圧ローラのローラ本体表面のマイクロ硬度を変化させ、シワの発生確認と紙開き量および紙搬送性確認実験を行った。
本実施の形態においても、高硬度層２１ｃにカーボンファイバー（繊維長２５０μｍ）を入れり込んでいるが、高硬度層２１ｃ自体のマイクロ硬度を調整するのではなく、高硬
度層２１ｃに入れ込むカーボンファイバー（繊維長２５０μｍ）の量を変化させることで、ローラ本体表面のマイクロ硬度を調整している。
図１１には、本実施の形態で使用したローラ本体表面のマイクロ硬度と、カーボンファイバーの入れ目量の関係を示している。高硬度層２１ｃのカーボンファイバーの入れ目量を増すと、ローラ本体表面のマイクロ硬度が増大している。すなわち、ローラ本体表面は、高硬度層２１ｃの外周に形成される離型層２１ｄの外周面であるが、測定されるローラ本体の表面硬度は、高硬度層２１ｃと密接に関係している。グラフによれば、カーボンファイバーの入れ目が２０部程度で、ローラ本体表面のマイクロ硬度が６０°程度に上昇していることがわかる。

表３には、ローラ本体表面のマイクロ硬度と、シワ評価結果を示している（実施の形態２のシワ発生有無評価結果）。
なお、比較例２として、ソリッドゴムを使用した加圧ローラ７１（形状は本実施例２同様の逆クラウン形状、弾性層７１ｂ長手中央部厚み：３．５ｍｍ、高硬度層は有さない、離型層７１ｃは有す、加圧ローラ７１表面のマイクロ硬度：５６°）の評価結果も示している。
この表３のシワ評価結果から、ローラ本体表面のマイクロ硬度が、５０°以上で全てランク○、５０°以下では全て×という結果となり、マイクロ硬度５０°以上でシワの発生を抑制できることがわかる。

次に、図１２には、図９と同様の方法で、ローラ本体表面のマイクロ硬度と紙開き量の関係を測定した、測定結果を示している。
この結果より、マイクロ硬度が増大すると紙開き量が増大し、５０°以上と５０°以下で比較すると、５０°以上で紙開き量が急激に増大することがわかる。グラフの破線で示した比較例２の紙開き量は５．８ｍｍであり、マイクロ硬度５０°以上とほぼ同等であるため、マイクロ硬度５０°以上で、シワを抑制できる程度の、加圧ローラの長手方向中央と端部の記録材搬送力差が得られることがわかる。
このように、表３、図１２から、マイクロ硬度が５０°以上であればシワ抑制効果が得られる結果であるが、マイクロ硬度が大きい場合、実施の形態１と同様に、紙の搬送力が低下する弊害が懸念される。

表４に、マイクロ硬度を変化させた場合のスリップ確認の結果を示す（実施の形態２の紙搬送性確認結果）。
確認方法は、上記実施の形態１と同様に、温度３２℃、湿度８５％の環境下に４８時間放置した紙（坪量：６０ｇ／ｍ２、製品名：ＧＦ−６００）を定着装置に通紙させて、スリップせず紙搬送ができた場合に○、スリップしてしまい紙搬送ができなかった場合に×として評価をした。
その結果、加圧ローラ２１表面のマイクロ硬度６５°以上の加圧ローラ２１において、スリップが発生することがわかった。

以上の結果から、加圧ローラ２１のローラ本体表面のマイクロ硬度６５°以上でグリップ力が低下し、スリップが発生するため、ローラ本体表面のマイクロ硬度は６５°以下が望ましい。
表３、表４の結果から、ローラ本体表面のマイクロ硬度は、５０°以上６５°以下程度とすることが望ましく、この範囲であれば、加圧ローラ２１によって弊害無く記録材のシワを抑制できることが確認できた。

なお本実施の形態２における加圧ローラ２１のローラ本体表面のマイクロ硬度は、高硬度層２１ｃを備えることで調整しているが、離型層２１ｄを硬化させることでマイクロ硬度を高めてもよい。すなわち、離型層２１ｄの厚みを厚くする、もしくは離型層２１ｄが薄膜の場合にはカーボンファイバー等の繊維系充填材を添加することにより調整することができる。
また、加圧ローラ２１表面のマイクロ硬度が５０°以上６５°以下であれば、高硬度層２１ｃを設ける必要はない。離型層２１ｄを硬化させた際の作用効果は、上述同様であるため省略する。

１ 感光ドラム、２ 帯電ローラ、３ スキャナ、４ 現像装置、５ 転写ローラ
６ 定着装置
２０ 加熱回転体、
２０１ 定着フィルム、１８ フィルムガイド部材、１９ ヒータ、
１９ａ 基板、１９ｂ 抵抗発熱体、１９ｃ ガラスコート層、１９ｄ 検温素子
２１ 加圧ローラ
２１０ ローラ本体
２１ａ 芯金（基体）、２１ｂ 弾性層、２１ｃ 高硬度層、２１ｄ 離型層
Ｎ 定着ニップ部(加熱ニップ部)
Ｐ 記録材

Claims (16)

1. 加熱部材に圧接して加熱ニップ部を形成するゴム状弾性を有するローラ本体を備え、前記加熱ニップ部で被加熱材を挟持搬送して加熱を行う加圧ローラであって、前記ローラ本体の長手方向における形状が、長手方向両端部側の径が中央部より大きい形状を有する加圧ローラにおいて、
   前記ローラ本体は、空隙を有する第１の弾性層と、該第１の弾性層の外周に配置され前記第１の弾性層よりも硬質で前記加熱ニップ部で外周長変化が無い状態で弾性変形する第２の弾性層と、を備えた積層構造となっており、
   前記第２の弾性層はシリコーンゴムにカーボンファイバーを入れることで前記第１の弾性層よりも硬度を高くしたシリコーンゴム層であることを特徴とする加圧ローラ。
2. 前記ローラ本体は、最外層の表層を有し、前記第２の弾性層は前記第１の弾性層と表層の間に配置される中間層である請求項１に記載の加圧ローラ。
3. 前記中間層のマイクロ硬度が２５°以上５０°以下である請求項２に記載の加圧ローラ。
4. 前記中間層は前記第１の弾性層と前記表層を接着する接着層である請求項２又は３に記載の加圧ローラ。
5. 前記第１の弾性層の長手方向における形状が、前記ローラ本体の長手方向の形状にならって、長手方向両端部側の径が中央部より大きい形状となっており、前記中間層の厚みが、前記ローラ本体の長手方向全長に亘って均一である請求項２乃至４のいずれかの項に記載の加圧ローラ。
6. 前記第１の弾性層の厚みが、前記ローラ本体の長手方向全長にわたって均一で、前記中間層の厚みが前記ローラ本体の長手方向中央部から長手方向端部に向かって厚くなっていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかの項に記載の加圧ローラ。
7. ローラ本体表面のマイクロ硬度が５０°以上６５°以下に設定される請求項１に記載の加圧ローラ。
8. 前記第２の弾性層の外周に表層が設けられ、前記ローラ本体表面のマイクロ硬度は、前記第２の弾性層を硬化させることで調整される構成である請求項７に記載の加圧ローラ。
9. 前記第１の弾性層の外周に表層が設けられ、該表層が第２の弾性層を構成する請求項７に記載の加圧ローラ。
10. ローラ本体表面のマイクロ硬度は、前記表層を硬化させることで調整される請求項９に記載の加圧ローラ。
11. ローラ本体表面のマイクロ硬度は、前記表層の厚みによって調整される請求項９に記載の加圧ローラ。
12. ローラ本体表面のマイクロ硬度は、前記表層に繊維系充填材を添加することにより調整される請求項９に記載の加圧ローラ。
13. 加熱部材と、該加熱部材に圧接して加熱ニップ部を形成するゴム状弾性を有するローラ本体を備え、前記加熱ニップ部で被加熱材を挟持搬送して加熱を行う加圧ローラと、を備えた加熱装置であって、
    前記加圧ローラとして請求項１乃至６のいずれかの項に記載の加圧ローラが用いられることを特徴とする加熱装置。
14. 加熱部材と、該加熱部材に圧接して加熱ニップ部を形成するゴム状弾性を有するローラ本体を備え、前記加熱ニップ部で被加熱材を挟持搬送して加熱を行う加圧ローラと、を備えた加熱装置であって、
    前記加圧ローラとして請求項７乃至１２のいずれかの項に記載の加圧ローラが用いられることを特徴とする加熱装置。
15. トナー画像が形成された被加熱材としての記録材を加熱ニップ部で加熱してトナー画像を記録材に定着する請求項１３又は１４に記載の加熱装置。
16. 記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、該画像形成部にてトナー画像が形成された記録材を加熱して記録材に定着する定着装置と、を備えた画像形成装置であって、前記定着装置として前記請求項１５に記載の加熱装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

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