JP2007332281A - 弾性組成物、定着ローラ、定着ローラの製造方法、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖機時間を短縮することができる弾性組成物、定着ローラ、定着ローラの製造方法、定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】ローラの外周面に、当該外周面を囲むように設けられる弾性層を備えた定着ローラであって、前記弾性層は、複数の繊維状炭素系物質１０５を１つの繊維群１０３とする複数の繊維群１０３が弾性材料１０１中に分散して混合された弾性組成物を含んでいる。
【選択図】図３

Description

本発明は、弾性組成物、定着ローラ、定着ローラの製造方法、定着装置及び画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を採用した画像形成装置の定着装置において、発熱体を内蔵した芯金（ローラ）の外周面に、シリコーンゴムで構成される弾性層を設けた構成を有する定着用ローラ（定着ローラ及び加圧ローラ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような定着用ローラでは、発熱体からの熱は、芯金及び弾性層を介して記録材（記録媒体）に伝達される。

特開平５−３２８９８号公報（第４頁、図１）

ところで、電子写真方式を採用した画像形成装置の定着装置では、画像形成にかかる時間の短縮や低消費電力の観点から、定着ローラの温度が、トナー像の定着に適する温度に短時間で達することが好ましい。一方で、シリコーンゴムは、一般的に、熱伝導率が低い（０．２〜０．５Ｗ／ｍ・ｋ）ため、加熱されても温度が上がりにくいという性質を有している。

すなわち、上記の特許文献１に記載された定着装置では、定着ローラがトナー像の定着に適する温度に達するのにかかる時間（以下、暖機時間と呼ぶ）を短縮することが困難であるという未解決の課題がある。

本発明は、この未解決の課題を解決するためになされたものであり、暖機時間を短縮することができる弾性組成物、定着ローラ、定着ローラの製造方法、定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

第１の発明における弾性組成物は、複数の繊維状炭素系物質を１つの繊維群とする複数の前記繊維群が、弾性材料中に分散して混合されていることを特徴とする。

この発明では、弾性組成物は、弾性材料中に複数の繊維群が混合された構成を有している。このため、弾性組成物の熱伝導率が、弾性材料の熱伝導率よりも高くなる。従って、弾性材料と、複数の繊維群が混合された弾性組成物とを比較すると、同じ温度に上昇するまでにかかる時間が、弾性組成物の方が短くなる。

第２の発明は、第１の発明において、前記繊維状炭素系物質は、カーボンナノチューブであることを特徴とする。

ここで、カーボンナノチューブとは、黒鉛シートが継ぎ目なく丸まった、太さが数十ｎｍ以下という極めて細い径を有した円筒形の炭素素材である。カーボンナノチューブは、軽量で、耐熱性、耐食性に優れ、且つ優れた電流強度安定性を示し、電子部品の素材を始めとして各種分野で応用が研究されている。

このカーボンナノチューブはＮａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３５４，５６（１９９１）において初めて報告されそれ以降、種々のカーボンナノチューブの製造方法に関する研究がなされている。最も一般的なカーボンナノチューブの製造方法は炭素電極棒間にてアーク放電をおこし、電極先端にカーボンナノチューブを合成するアーク放電法（例えば特開平５−１２５６１９号公報に記載）である。その他の製造方法としては、炭化水素ガスなどを加熱、分解して基板上にカーボンナノチューブを合成するＣＶＤ法（例えば特開２０００―８６２１６号公報に記載）があり、このＣＶＤ法の中でもプラズマを熱源としたプラズマＣＶＤ法（例えば特開平６―３４５４１３号公報に記載）もある。また、炭素にレーザーを照射し、分解してカーボンナノチューブを合成するレーザー法（例えば特開平１０−２７３３０８号公報に記載）などもある。

この発明では、繊維状炭素系物質がカーボンナノチューブで構成されているため、硬度の上昇が低く抑えられた弾性組成物を構成することが可能となる。

第３の発明における定着ローラは、ローラと、該ローラを加熱する熱源と、弾性を有し、前記ローラの外周面に当該外周面を囲むように設けられる弾性層と、を備え、前記弾性層は、第１又は第２の発明の弾性組成物を含んで構成されていることを特徴とする。

この発明では、弾性層は、弾性材料中に複数の繊維群が混合された弾性組成物を含んでいる。従って、定着ローラの暖機時間を短縮することが可能となる。

第４の発明における定着ローラの製造方法は、複数の繊維状炭素系物質を１つの繊維群として束ねて、複数の繊維群を形成する工程と、前記複数の繊維群を弾性材料に混合して混合材料を生成する工程と、前記混合材料でローラの外周面を囲んで、前記ローラの前記外周面に弾性層を形成する工程と、を有することを特徴とする。

この発明では、弾性層中に複数の繊維群を分散させることができるため、弾性層の熱伝導率を弾性材料の熱伝導率よりも高くすることができる。すなわち、弾性材料と弾性層とを比較すると、同じ温度に上昇するまでにかかる時間が、弾性層の方が短くなる。つまり、暖機時間を短縮することができる定着ローラを製造することが可能となる。

第５の発明は、第４の発明において、前記複数の繊維群を形成する前記工程では、液状の弾性材料に複数の前記繊維状炭素系物質を混合して第１の材料を生成し、前記第１の材料と、該第１の材料に対して非溶性である第２の材料とを混ぜてから攪拌することにより、前記第１の材料が前記第２の材料中に複数の粒の状態で混在する第３の材料を生成し、前記第３の材料から前記複数の粒を取り出して、当該複数の粒を前記複数の繊維群として形成することを特徴とする。

この発明では、複数の繊維群を複数の粒として形成する。複数の粒のそれぞれは、弾性材料に複数の繊維状炭素系物質を混合した第１の材料から形成されている。従って、複数の粒のそれぞれには、複数の繊維状炭素系物質が含まれている。つまり、複数の繊維状炭素系物質を弾性材料で１つの繊維群として束ねることができるとともに、複数の繊維群を容易に形成することが可能となる。これにより、暖機時間を短縮することができる定着ローラを容易に製造することが可能となる。ここで、第１の材料に含まれる弾性材料と、弾性層を構成する混合材料に含まれる弾性材料とは、同一材料であるか否かを問わない。

第６の発明は、第４又は第５の発明において、前記繊維状炭素系物質は、カーボンナノチューブであることを特徴とする。

この発明では、繊維状炭素系物質をカーボンナノチューブで構成することができるため、弾性層の硬度の上昇を低く抑えやすくすることが可能となる。

第７の発明における定着装置は、第３の発明の定着ローラと、該定着ローラに当接する加圧ローラとを備え、前記定着ローラ及び前記加圧ローラは、外周面同士が当接した状態で回転可能に構成されているとともに、トナーが付着した記録媒体を、前記定着ローラの外周面の温度が前記熱源によって所定の範囲に保たれている状態で、前記外周面同士で挟持しつつ回転することにより、前記トナーを前記記録媒体に定着させるように構成されていることを特徴とする。

この発明では、定着装置は、トナーが付着した記録媒体を挟持しつつ回転可能に構成された定着ローラ及び加圧ローラを備えている。この定着装置は、定着ローラの熱源からの熱と、定着ローラ及び加圧ローラの外周面同士間の圧力とによって、トナーを記録媒体に定着させるように構成されている。そして、定着ローラは、熱伝導率が弾性材料よりも高い弾性層を備えている。従って、定着装置の暖機時間を短縮することが可能となる。

第８の発明は、第７の発明において、前記加圧ローラは、ローラと、弾性を有し、該ローラの外周面に、当該外周面を囲むように設けられる弾性層と、を備え、該弾性層は、第１又は第２の発明の弾性組成物を含んで構成されていることを特徴とする。

この発明では、加圧ローラの弾性層は、弾性材料中に複数の繊維群が混合された弾性組成物を含んでいるので、暖まりやすくなる。従って、トナーが付着した記録媒体を、暖まりやすい定着ローラと暖まりやすい加圧ローラとで挟持することが可能となり、トナーを記録媒体に効率よく定着させることが可能となる。

第９の発明は、第７又は第８の発明において、前記加圧ローラの前記ローラを加熱する熱源を備えたことを特徴とする。

この発明では、定着ローラのローラを加熱する熱源と、加圧ローラのローラを加熱する熱源とを備えているため、トナーを記録媒体に一層効率よく定着させることが可能となる。

第１０の発明における画像形成装置は、トナーで記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、第７乃至第９のいずれか一つの発明の定着装置を備えたことを特徴とする。

この発明では、暖機時間を短縮することができる定着装置を備えているため、画像の形成にかかる時間を短縮することが可能となる。

本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態の画像形成装置１は、図１に示すように、装置本体２と、感光ローラ３と、帯電器５と、露光装置７と、現像装置９と、転写装置１１と、定着装置１３と、給紙装置１５と、レジストローラ１７と、記録用紙Ｐを導く搬送路１９と、排出ローラ２１と、反転ローラ２３と、反転搬送路２５と、搬送ローラ２７とを備えている。この画像形成装置１は、露光・現像・転写・定着を含む一連したプロセスを経て記録用紙Ｐに画像を形成する所謂電子写真方式を採用している。

ここで、上記の各構成について説明する。
感光ローラ３は、外周面に感光体が設けられており、図示しない駆動手段によって図中の矢印方向に回転駆動される。帯電器５は、例えば、コロトロンなどのコロナ帯電器で構成され、感光ローラ３の外周面を一様に帯電させる。露光装置７は、図示しないパーソナルコンピュータなどのホストコンピュータから入力された画像情報に基づいて、感光ローラ３の外周面にレーザー光などを照射して、この感光ローラ３の外周面に静電的な潜像（以下、静電潜像と呼ぶ）を形成する。

現像装置９は、図１に示すように、４つの現像器３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ及び３１Ｋを備えている。この現像装置９は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色のトナーを感光ローラ３の外周面に付着させて、静電潜像をトナー像として現像する。具体的には、現像器３１Ｙが、イエローのトナーを用いてイエローのトナー像を現像し、現像器３１Ｍが、マゼンタのトナーを用いてマゼンタのトナー像を現像し、現像器３１Ｃが、シアンのトナーを用いてシアンのトナー像を現像し、現像器３１Ｋが、ブラックのトナーを用いてブラックのトナー像を現像する。

各現像器３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ及び３１Ｋは、内部にそれぞれの色のトナーが収容されており、各色のトナーを感光ローラ３の外周面に付着させる現像ローラ３３を備えている。この現像ローラ３３は、感光ローラ３の外周面に当接しつつ回転可能に構成されており、現像ローラ３３の外周面に付着したトナーを感光ローラ３の外周面に転移させることで、トナーを感光ローラ３の外周面に付着させる。

各現像器３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ及び３１Ｋは、支持フレーム３５に支持されている。この支持フレーム３５は、軸３７を回転軸として回転可能に構成されており、図示しないモータで回転駆動される。そして、現像装置９は、イエローのトナー像を現像する際には、現像器３１Ｙの現像ローラ３３の外周面を感光ローラ３の外周面に当接させ、マゼンタのトナー像を現像する際には、現像器３１Ｍの現像ローラ３３の外周面を感光ローラ３の外周面に当接させ、シアンのトナー像を現像する際には、現像器３１Ｃの現像ローラ３３の外周面を感光ローラ３の外周面に当接させ、ブラックのトナー像を現像する際には、現像器３１Ｋの現像ローラ３３の外周面を感光ローラ３の外周面に当接させる。

転写装置１１は、図１に示すように、駆動ローラ４１と、従動ローラ４３と、転写ベルト４５と、一次転写ローラ４７と、二次転写ローラ４９とを備えている。転写ベルト４５は、駆動ローラ４１及び従動ローラ４３間に張設されている。一次転写ローラ４７は、転写ベルト４５の内側で、転写ベルト４５を挟んで感光ローラ３の外周面に対向して配設されている。つまり、転写ベルト４５は、感光ローラ３と一次転写ローラ４７とによって挟持されている。二次転写ローラ４９は、転写ベルト４５の外側で駆動ローラ４１の外周面に対向して配設されている。

転写ベルト４５は、駆動ローラ４１が駆動されることによって、図１で見て反時計方向（図中矢印方向）に回転駆動される。転写ベルト４５の外周面には、感光ローラ３の外周面に現像されたトナー像が転写される。そして、転写ベルト４５の外周面に転写されたトナー像は、転写ベルト４５の外周面と二次転写ローラ４９とによって挟持される記録用紙Ｐに転写される。つまり、この転写装置１１は、感光ローラ３から転写ベルト４５に転写されたトナー像を記録用紙Ｐに転写する。

定着装置１３は、図１に示すように、定着ローラ５１及び加圧ローラ５３を備えている。この定着装置１３は、トナー像が転写された記録用紙Ｐを定着ローラ５１及び加圧ローラ５３間に挟持させつつ加熱して、トナー像をこの記録用紙Ｐに定着させる。

給紙装置１５は、図１に示すように、給紙トレイ５５と、ピックアップローラ５７とを備えている。給紙トレイ５５は、複数枚の記録用紙Ｐを収容することができ、且つ装置本体２に対して着脱可能に構成されている。ピックアップローラ５７は、給紙トレイ５５に収容されている記録用紙Ｐを１枚ずつ、搬送路１９を介して後述するレジストローラ１７に供給する。

レジストローラ１７は、図１に示すように、一対のローラ１７ａ及び１７ｂを備えており、記録用紙Ｐの搬送経路でピックアップローラ５７よりも下流側に配設されている。一対のローラ１７ａ及び１７ｂは、それぞれの外周面が記録用紙Ｐの第１面５９ａ及び第１面５９ａとは反対側の面である第２面５９ｂのそれぞれに当接した状態で、記録用紙Ｐを挟持しつつ、回転可能に構成されている。

レジストローラ１７は、ピックアップローラ５７から供給された記録用紙Ｐを、転写装置１１に供給する。ピックアップローラ５７は、記録用紙Ｐを、一対のローラ１７ａ及び１７ｂ間に突き当てるようにしてレジストローラ１７に供給する。このとき、記録用紙Ｐは、一対のローラ１７ａ及び１７ｂ間に突き当てられることによって、傾きが補正される。この傾きの補正は、スキュー補正と呼ばれる。そして、レジストローラ１７は、スキュー補正された記録用紙Ｐを、転写装置１１の転写ベルト４５と二次転写ローラ４９との間に供給する。

排出ローラ２１は、画像が形成された記録用紙Ｐを、画像形成装置１外に排出する。
反転ローラ２３は、定着装置１３を経て画像が形成された記録用紙Ｐを、後述の反転搬送路２５に引き込む。反転搬送路２５は、記録用紙Ｐの表裏を反転、すなわち第１面５９ａの向きと第２面５９ｂの向きとを反転させつつ、記録用紙Ｐをレジストローラ１７に導く。搬送ローラ２７は、反転搬送路２５の途中に配設されており、反転ローラ２３から送り渡された記録用紙Ｐを、レジストローラ１７に送り出す。

上記の構成を有する画像形成装置１における画像形成の流れを説明する。
まず、図示しないホストコンピュータからの指令により、感光ローラ３、各現像器３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ及び３１Ｋの現像ローラ３３、及び転写ベルト４５が回転を開始する。そして、感光ローラ３は、回転しながら、帯電器５により外周面が一様に帯電される。なお、このとき、各現像ローラ３３は、支持フレーム３５が軸３７を回転軸として回転駆動されて、各現像ローラ３３が感光ローラ３の外周面に接しないように退避している。

感光ローラ３の帯電された領域は、感光ローラ３の回転に伴って露光位置に至り、露光装置７によって、イエローの画像情報に応じた静電潜像が前記領域に形成される。

感光ローラ３の外周面に形成された静電潜像は、感光ローラ３の回転に伴って現像位置に至り、現像器３１Ｙによってイエローのトナーで現像される。このとき、現像装置９は、支持フレーム３５が軸３７を回転軸として回転駆動されて、現像器３１Ｙの現像ローラ３３が感光ローラ３の外周面に当接している。これにより、感光ローラ３の外周面にイエローのトナー像が現像される。

感光ローラ３上に形成されたイエローのトナー像は、感光ローラ３の回転に伴って一次転写位置（すなわち、感光ローラ３と一次転写ローラ４７との対向部）に至り、一次転写ローラ４７によって、転写ベルト４５に転写（一次転写）される。このとき、一次転写ローラ４７には、トナーの帯電極性とは逆の極性の一次転写電圧（一次転写バイアス）が印加される。なお、この間、二次転写ローラ４９は、転写ベルト４５から離間している。

上述の処理と同様の処理が、マゼンタ、シアン及びブラックの各色について繰り返して行われる。これにより、各色の画像情報に対応した各色のトナー像が、転写ベルト４５に重なり合って転写される。すなわち、転写ベルト４５の外周面にはフルカラーのトナー像が形成される。

一方、記録用紙Ｐは、給紙トレイ５５から、ピックアップローラ５７及びレジストローラ１７によって、転写ベルト４５の外周面と二次転写ローラ４９との間に供給される。このとき、記録用紙Ｐは、第１面５９ａが転写ベルト４５の外周面に当接する向きで、転写ベルト４５の外周面と二次転写ローラ４９との間に供給される。

転写ベルト４５の外周面に形成されたフルカラーのトナー像は、転写ベルト４５の回転に伴って二次転写位置（すなわち、二次転写ローラ４９と駆動ローラ４１との対向部）に至り、二次転写ローラ４９によって記録用紙Ｐに転写（二次転写）される。このとき、二次転写ローラ４９は転写ベルト４５に押圧されるとともに二次転写電圧（二次転写バイアス）が印加される。

記録用紙Ｐに転写されたフルカラーのトナー像は、定着装置１３によって加熱および加圧されて記録用紙Ｐに融着される。その後、記録用紙Ｐは、排出ローラ２１によって画像形成装置１の外部へ排出される。

一方、感光ローラ３は、各トナー像が一次転写位置を経過した後に、図示しないクリーニング装置によって、その外周面に付着しているトナーがクリーニングされ、次の静電潜像を形成するための帯電に備える。また、転写ベルト４５は、トナー像が二次転写位置を経過した後に、図示しないクリーニング装置によって、その外周面に付着しているトナーがクリーニングされ、新たな一次転写及び二次転写に備える。

記録用紙Ｐの第１面５９ａ及び第２面５９ｂの両面に画像を形成する場合には、記録用紙Ｐを、反転搬送路２５を介して反転させてから、レジストローラ１７に供給する。すなわち、定着装置１３を経て第１面５９ａに画像が形成された記録用紙Ｐは、排出ローラ２１によって後端側から反転ローラ２３に供給される。

そして、この記録用紙Ｐは、反転ローラ２３及び搬送ローラ２７の駆動によって、反転搬送路２５をレジストローラ１７に向かって搬送される。つまり、反転搬送路２５を搬送される記録用紙Ｐは、後端側からレジストローラ１７に供給される。これにより、記録用紙Ｐは、第２面５９ｂが転写ベルト４５の外周面に当接する向きで、転写ベルト４５の外周面と二次転写ローラ４９との間に供給される。

ここで、定着装置１３の構成について、詳細を説明する。
定着装置１３は、構成を模式的に示す断面図である図２（ａ）に示すように、前述した定着ローラ５１及び加圧ローラ５３がハウジング７１内に配設されている。さらに、この定着装置１３は、定着ローラ５１を加熱するヒータ７３と、定着ローラ５１の温度を検知する温度検知器７５と、定着ローラ５１から記録用紙Ｐを分離する分離部材７７とを備えている。

定着ローラ５１は、定着ローラ５１及び加圧ローラ５３の拡大図である図２（ｂ）に示すように、円筒状のローラ８１と、ローラ８１の外周面を囲む弾性層８３と、弾性層８３の外周面を囲む表面層８５とを備えている。
加圧ローラ５３は、円柱状のローラ８７と、ローラ８７の外周面を囲む弾性層８９と、弾性層８９の外周面を囲む表面層９１とを備えている。

ローラ８１及びローラ８７は、それぞれ、例えば金属などの熱伝導率が良好な材料で構成されており、両端が図示しない軸受けを介して、図示しない筐体に回転自在に支持されている。

弾性層８３及び弾性層８９としては、それぞれ例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムのような各種ゴム材料（特に加硫処理したもの）や、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、アラミド系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマーなどの材料を採用することができ、これらのうちの２種類以上を混合した材料を採用することもできる。

表面層８５及び表面層９１は、それぞれ、定着ローラ５１及び加圧ローラ５３のそれぞれから記録用紙Ｐを剥離しやすくする機能を有している。これらの表面層８５及び表面層９１としては、それぞれ例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）のようなフッ素系樹脂、シリコン系樹脂、オレフィン系樹脂等を採用することができるが、フッ素系樹脂を主材料として構成されるのが好ましい。フッ素系樹脂は、フッ素原子に起因する特有の滑り性を有するため、記録用紙Ｐの剥離性に優れているためである。

ヒータ７３は、例えばハロゲンランプなどが採用され、定着ローラ５１の円筒状のローラ８１の内側に挿入されている。このヒータ７３は、ローラ８１をこのローラ８１の内側から加熱することで、定着ローラ５１を加熱する。

温度検知器７５は、例えばサーミスタなどで構成され、定着ローラ５１の表面層８５の外周面の温度を検知する。なお、本実施形態の画像形成装置１は、温度検知器７５が検知した温度に基づいて、図示しない制御部がヒータ７３を制御して、表面層８５の外周面の温度が所定範囲内に保たれるように構成されている。

上記の構成を有する定着ローラ５１及び加圧ローラ５３は、図２（ｂ）に示すように、外周面同士が圧接していることによってニップ部Ｎが形成されている。そして、未定着のトナー像が形成された記録用紙Ｐは、ヒータ７３からの熱によって定着ローラ５１の温度が所定範囲に保たれている状態で、ニップ部Ｎに挟持されるとともに、定着ローラ５１及び加圧ローラ５３によって送り出される。つまり、未定着のトナー像は、加圧及び加熱されることによって記録用紙Ｐに定着される。なお、ヒータ７３からの熱は、ローラ８１、弾性層８３及び表面層８５を介して、トナー像に伝えられる。

ここで、定着ローラ５１における弾性層８３の構成について、詳細を説明する。
本実施形態の定着ローラ５１における弾性層８３は、図２（ｂ）中のＫ部の拡大図である図３（ａ）に示すように、弾性材料１０１中に複数の繊維群１０３が分散して混合された構成を有している。各繊維群１０３は、１つの繊維群１０３の拡大図である図３（ｂ）に示すように、複数の繊維状炭素系物質１０５を弾性材料１０７で束ねた構成を有している。なお、この図３（ａ）及び（ｂ）では、構成をわかりやすく示すため、繊維状炭素系物質１０５及び弾性材料１０７を誇張して図示した。

繊維状炭素系物質１０５としては、例えば、ピッチ系、ＰＡＮ系等の炭素繊維や、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ等のカーボンナノチューブなどを採用することができ、これらのうちの２種類以上を組み合わせた材料を採用することもできる。

なお、本実施形態では、弾性材料１０１及び弾性材料１０７として、シリコーンゴムを採用し、繊維状炭素系物質１０５として、気相成長法で生成したカーボンナノチューブ所謂気相法炭素繊維を採用した。

各繊維群１０３は、弾性材料１０７に、上述した複数の繊維状炭素系物質１０５が分散して混合された構成を有している。繊維群１０３を構成する複数の繊維状炭素系物質１０５には、弾性材料１０７の外側に突出しているものと、弾性材料１０７の内側に包含されているものとが混在している。また、多数の繊維群１０３の中には、各繊維群１０３を構成する複数の繊維状炭素系物質１０５のすべてが弾性材料１０７の外側に突出しているものや、複数の繊維状炭素系物質１０５のすべてが弾性材料１０７の内側に包含されているものが含まれ得る。

ここで、弾性材料１０１及び弾性材料１０７として採用したシリコーンゴムについて、説明を補足する。
シリコーンゴムは、主鎖が−（Ｓｉ−Ｏ）−で表されるシロキサン結合で構成されている有機ケイ素ポリマーである。この主鎖のＳｉ原子には、種々の側鎖が結合しており、この側鎖の構造に応じて、シリコーンゴムの種類が分類されている。

シリコーンゴムの種類としては、例えば、側鎖が全てメチル基であるジメチルシリコーンゴム（ＭＱ）、ジメチルシリコーンゴムのメチル基の一部をビニル基で置換したビニルメチルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、ジメチルシリコーンゴムのメチル基の一部をフェニル基で置換したフェニルメチルシリコーンゴム（ＰＭＱ）、ビニルメチルシリコーンゴムのメチル基の一部をフェニル基で置換したフェニルビニルメチルシリコーンゴム（ＰＶＭＱ）、ビニルメチルシリコーンゴムのメチル基の一部をフルオロアルキル基で置換したフルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）等が挙げられる。

また、シリコーンゴムは、その重合度によっても種類が分類され、ミラブル型と液状型とに大別される。一般的に、重合度１００〜２０００程度のものが液状型シリコーンゴムに分類され、重合度３０００〜１００００程度のものがミラブル型シリコーンゴムに分類されている。

液状型シリコーンゴムは、硬化する前には、液状またはゲル状をなしているが、硬化剤を添加したり、吸湿したりすることにより、硬化するものである。ミラブル型シリコーンゴムは、硬化する前は、ペースト状（コンパウンド）の形態をなしているが、加硫剤を添加し、加熱することにより硬化するものである。

弾性材料１０１のシリコーンゴムと、弾性材料１０７のシリコーンゴムとは、上述した種類が同一であっても、異なっていてもよい。

上記の構成を有する定着ローラ５１の製造方法について説明する。
この定着ローラ５１の製造方法は、複数の繊維群１０３を生成する工程と、弾性層８３の材料を生成する工程と、ローラ８１に弾性層８３及び表面層８５を形成する工程とに大別される。

まず、複数の繊維群１０３を生成する工程について説明する。
この工程では、まず、液状の弾性材料１０７を溶媒で希釈する。そして、溶媒で希釈した液状の弾性材料１０７に、液状の弾性材料１０７の硬化を促進する硬化剤を適量だけ添加して、混合物（以下、混合物Ａと仮称する）を生成する。

ここで、溶媒としては、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、アセトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、メチルイソプロピルケトン（ＭＩＰＫ）、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、グリセリン等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、テトラヒドロピラン（ＴＨＰ）、アニソール、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグリム）、ジエチレングリコールエチルエーテル（カルビトール）等のエーテル系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ギ酸エチル等のエステル系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、フェニルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒、ヘキサン、ペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン、キシレン、ベンゼン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドン等の芳香族複素環化合物系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化合物系溶媒、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホラン等の硫黄化合物系溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル系溶媒、あるいはこれらの混合溶媒等が挙げられる。

次いで、混合物Ａに、繊維状炭素系物質１０５を混合して、新たな混合物（以下、混合物Ｂと仮称する）を生成する。
次いで、液状の弾性材料１０７に対して非溶性を示す液体（以下、液体Ｃと仮称する）と、混合物Ｂとを混ぜ合わせて、新たな混合物（以下、混合物Ｄ₁と仮称する）を生成する。

次いで、混合物Ｄ₁を十分に攪拌して、混合物Ｄ₁を、混合物Ｂが液体Ｃ中に複数の粒として混在した混合物（以下、混合物Ｄ₂と仮称する）にする。ここで、攪拌する方法としては、攪拌翼（プロペラ）を有する攪拌機を用いる方法、ミキサーを用いる方法、各種のホモジナイザを用いる方法などを採用することができる。
次いで、混合物Ｄ₂から混合物Ｂを複数の粒の状態で取り出す。そして、複数の粒の状態で取り出された混合物Ｂが複数の繊維群１０３となる。

次に、弾性層８３の材料を生成する工程について説明する。
この工程では、複数の繊維群１０３を液状の弾性材料１０１に混合して、弾性層８３の材料（以下、混合物Ｅと仮称する）を生成する。

次に、ローラ８１に弾性層８３及び表面層８５を形成する工程について説明する。
この工程では、まず、ローラ８１に混合物Ｅを、例えばＬＩＭ成形（Liquid Injection Molding）などの液状射出成形で成形して、このローラ８１の外周面に弾性層８３を形成する。なお、この弾性層８３の形成では、インクジェット法、刷毛塗り等の各種塗布法を用いて、ローラ８１に混合物Ｅを塗布して弾性層８３を形成するようにしてもよい。

次いで、前述した表面層８５の材料を弾性層８３が形成されたローラ８１に、例えば、押出成形、ＬＩＭ成形、熱収縮チューブを被覆した後に加熱する方法などで成形して、弾性層８３の外周面に表面層８５を形成する。
以上の工程を経て、定着ローラ５１を製造することができる。

なお、本実施形態において、ヒータ７３が熱源に対応し、混合物Ｅが混合材料に対応し、混合物Ｂが第１の材料に対応し、液体Ｃが第２の材料に対応し、混合物Ｄ₂が第３の材料に対応している。

本実施形態の画像形成装置１では、定着ローラ５１の弾性層８３は、複数の繊維群１０３を弾性材料１０１中に分散させた構成を有している。各繊維群１０３は、複数の繊維状炭素系物質１０５を弾性材料１０７で束ねた構成を有している。また、繊維状炭素系物質１０５は、気相成長法で生成したカーボンナノチューブが用いられている。ここで、カーボンナノチューブは、シリコーンゴムよりも熱伝導率が高い。

つまり、弾性層８３では、シリコーンゴムで構成される弾性材料１０１中に、カーボンナノチューブで構成される繊維状炭素系物質１０５が分散しているため、弾性層８３の熱伝導率がシリコーンゴムの熱伝導率よりも高くすることができる。従って、定着ローラ５１の温度を迅速に暖めることが可能となり、定着装置１３の暖機時間を短縮することが可能となる。これにより、画像形成装置１における画像形成にかかる時間を短縮することが可能となる。

また、定着ローラ５１の弾性層８３では、複数の繊維状炭素系物質１０５が複数の繊維群１０３として弾性材料１０１中に混合している。つまり、繊維群１０３同士の間に隙間を確保しやすくすることができる。繊維群１０３同士の間に隙間が確保されることにより、弾性層８３の硬度の上昇が極めて低く抑えられる。従って、弾性層８３では、暖機時間を短縮することができるのみならず、弾性層８３の硬度の上昇を低く抑えることができる。これにより、定着ローラ５１及び加圧ローラ５３同士間のニップ部Ｎを適正な力で形成することが容易となり、画像品質の向上が図られる。

また、各繊維群１０３は、複数の繊維状炭素系物質１０５が、シリコーンゴムで構成される弾性材料１０７によって束ねられている。つまり、各繊維群１０３は、良好な弾力性を有している。これにより、弾性層８３の硬度の上昇を極めて低く抑えることができ、画像品質の一層の向上が図られる。

なお、本実施形態では、定着ローラ５１を記録用紙Ｐの未定着のトナー像側に配設し、加圧ローラ５３を未定着のトナー像側とは反対側に配設するようにしたが、定着ローラ５１及び加圧ローラ５３の配設位置は、これに限定されず、定着ローラ５１を記録用紙Ｐの未定着のトナー像側とは反対側に配設し、加圧ローラ５３を未定着のトナー像側に配設するようにしてもよい。

また、本実施形態では、複数の繊維群１０３を弾性材料１０１中に分散混合した構成を定着ローラ５１の弾性層８３のみに適用した例を説明したが、適用形態はこれに限定されず、複数の繊維群１０３を弾性材料１０１中に分散混合した構成を、定着ローラ５１の弾性層８３及び加圧ローラ５３の弾性層８９の両方に適用してもよい。この場合、定着ローラ５１及び加圧ローラ５３の両方を暖めやすくすることができる。従って、未定着のトナー像が形成された記録用紙Ｐを、暖まりやすい定着ローラ５１と暖まりやすい加圧ローラ５３とで挟持することが可能となり、トナー像を記録用紙Ｐに効率よく定着させることが可能となる。

さらに、この場合、加圧ローラ５３のローラ８７を、図４に示すように、円筒状に形成して、このローラ８７の内側にヒータ７３を配設した構成とすれば、未定着のトナー像を、定着ローラ５１及び加圧ローラ５３の両方で加熱することが可能となり、トナー像を記録用紙Ｐに一層効率よく定着させることが可能となるとともに、暖機時間を一層短縮することが可能となる。

また、本実施形態では、弾性材料１０１及び弾性材料１０７としてシリコーンゴムを採用したが、それぞれの材料はこれに限定されず、他の材料であってもよい。

また、本実施形態では、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの４種類のトナーを用いた場合を例に説明したが、これに限定されず、これにライトシアン及びライトマゼンタを加えた６種類等、任意の種類のトナーを用いた構成とすることができる。

また、記録媒体は記録用紙Ｐに限らず、トナーが付着して画像を形成できるものであれば、任意の記録媒体を適用することができる。

ここで、実施例について説明する。
［実施例］
（１）希釈物Ａの生成
室温硬化型の液状型シリコーンゴムと、クロロホルムとを、体積比１：１０で混合し、これに適量の硬化剤（室温硬化型の液状型シリコーンゴムの硬化を促進する硬化剤）を添加して希釈物Ａを生成した。

（２）混合物Ｂの生成
希釈物Ａに、繊維状炭素系物質１０５として気相法炭素繊維（昭和電工（株）製ＶＧＣＦ（登録商標））を混合して混合物Ｂを生成した。なお、室温硬化型の液状型シリコーンゴムと、気相法炭素繊維との重量比を、５：１とした。

（３）液体Ｃの生成
約４０℃の水と、ポリビニルアルコールとを、重量比１０：１で混合して、液体Ｃを生成した。なお、水の量は、クロロホルムの体積に対して約２倍の量とした。

（４）混合物Ｄ₁の生成
混合物Ｂと液体Ｃとを混合して、混合物Ｄ₁を生成した。

（５）混合物Ｄ₂の生成
混合物Ｄ₁を約８０℃の温度に保った状態で、この混合物Ｄ₁を超音波ホモジナイザで乳化処理（攪拌）して、混合物Ｄ₂を生成した。

（６）繊維群１０３の生成
混合物Ｄ₂をろ過して、残渣を得た。得られた残渣を、乾燥させて複数の繊維群１０３を生成した。なお、乾燥条件を、１８０℃の温度で１時間とした。

これらの繊維群１０３は、平均粒径が約５０μｍのうに状の粒子であった。また、１つの繊維群１０３中に含まれる気相法炭素繊維の量は、１０〜１５ｗｔ％であった。なお、気相法炭素繊維の量は、いくつかの繊維群１０３の重量を測定した後、これらの繊維群１０３の弾性材料１０７を溶解して残った気相法炭素繊維の重量を測定することによって得たれた結果である。

（７）混合物Ｅの生成
複数の繊維群１０３を、熱硬化型の液状型シリコーンゴムに、体積比１：１で混合して、混合物Ｅを生成した。

（８）定着ローラ５１の製造
混合物Ｅをローラ８１にＬＩＭ成形で成形して、ローラ８１の外周面に弾性層８３を形成した。そして、弾性層８３が形成されたローラ８１に表面層８５の材料をＬＩＭ成形で成形して、弾性層８３の外周面に表面層８５を形成し、定着ローラ５１を製造した。

［比較例１］
ローラ８１に熱硬化型の液状型シリコーンゴムのみをＬＩＭ成形して、弾性層を形成した。そして、この弾性層の外周面にＬＩＭ成形で表面層８５を形成し、定着ローラを製造した。

［比較例２］
熱硬化型の液状型シリコーンゴムに、気相法炭素繊維（昭和電工（株）製ＶＧＣＦ（登録商標））を、重量比１０：１で分散混合した。この混合物をローラ８１にＬＩＭ成形して、弾性層を形成した。そして、この弾性層の外周面にＬＩＭ成形で表面層８５を形成し、定着ローラを製造した。

［比較例３］
熱硬化型の液状型シリコーンゴムに、気相法炭素繊維（昭和電工（株）製ＶＧＣＦ（登録商標））を、重量比１０：０．３で分散混合した。この混合物をローラ８１にＬＩＭ成形して、弾性層を形成した。そして、この弾性層の外周面にＬＩＭ成形で表面層８５を形成し、定着ローラを製造した。

［比較例４］
熱硬化型の液状型シリコーンゴムに、気相法炭素繊維（昭和電工（株）製ＶＧＣＦ（登録商標））を、重量比１０：１で分散混合した。そして、この混合物をローラ８１の外周面に、気相法炭素繊維がローラ８１の径方向に配向するように塗布して、ローラ８１に弾性層を形成した。そして、この弾性層の外周面にＬＩＭ成形で表面層８５を形成し、定着ローラを製造した。

なお、気相法炭素繊維をローラ８１の径方向に配向させる方法としては、本出願人が出願した特願２００５−２８９２２０に記載された静電植毛方法や、本出願人が出願した特願２００５−２８９２１９に記載された静電塗布方法などを採用することができる。この比較例４では、静電塗布方法を採用した。

つまり、グランド電位に保たれたローラ８１と電極との間に、ローラ８１の径方向に沿った電界を発生させ、ローラ８１にシリコーンゴム及び気相法炭素繊維の混合物を液滴として電界の方向に沿って吐出し、弾性層を形成した。電界によって帯電した液滴は、気相法炭素繊維が電界の方向に沿って整列する。従って、気相法炭素繊維がローラ８１の径方向に配向した弾性層を形成することができる。

そして、この弾性層の外周面にＬＩＭ成形で表面層８５を形成し、定着ローラを製造した。

［比較例５］
熱硬化型の液状型シリコーンゴムに、気相法炭素繊維（昭和電工（株）製ＶＧＣＦ（登録商標））を、重量比１０：０．３で分散混合した。そして、上記の比較例４と同様の方法で、ローラ８１に弾性層及び表面層８５を形成し、定着ローラを製造した。

［評価］
上記実施例及び比較例１〜比較例５のそれぞれについて、弾性層の熱伝導率及び硬度を測定した。結果を下記表１に示す。

上記の表１に示されるように、上記実施例の定着ローラ５１において、弾性層の熱伝導率を高くすることができ、且つ硬度を低くすることができる効果が確認された。

また、上記実施例及び比較例１〜比較例５の各定着ローラを図２（ａ）に示すような定着装置を製造し、さらにこの定着装置を用いて図１に示すような画像形成装置を製造して暖機時間を比較した。

その結果、上記実施例の定着ローラ５１を用いた定着装置１３を備えた画像形成装置１が、最も短い暖機時間であることが認められた。

本発明の実施形態の画像形成装置の構成を模式的に示す断面図。 本発明の実施形態の画像形成装置の定着装置の構成を説明する図。 本発明の実施形態の画像形成装置の定着装置の定着ローラの弾性層の構成を説明する図。 本発明の実施形態の画像形成装置の定着装置の他の構成例を説明する図。

符号の説明

１…画像形成装置、１３…定着装置、５１…定着ローラ、５３…加圧ローラ、７３…ヒータ、８１，８７…ローラ、８３，８９…弾性層、１０１…弾性材料、１０３…繊維群、１０５…繊維状炭素系物質。

Claims (10)

1. 複数の繊維状炭素系物質を１つの繊維群とする複数の前記繊維群が、弾性材料中に分散して混合されていることを特徴とする弾性組成物。
2. 前記繊維状炭素系物質は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１に記載の弾性組成物。
3. ローラと、
   該ローラを加熱する熱源と、
   弾性を有し、前記ローラの外周面に当該外周面を囲むように設けられる弾性層と、を備え、
   前記弾性層は、請求項１又は２に記載の弾性組成物を含んで構成されていることを特徴とする定着ローラ。
4. 複数の繊維状炭素系物質を１つの繊維群として束ねて、複数の繊維群を形成する工程と、
   前記複数の繊維群を弾性材料に混合して混合材料を生成する工程と、
   前記混合材料でローラの外周面を囲んで、前記ローラの前記外周面に弾性層を形成する工程と、を有することを特徴とする定着ローラの製造方法。
5. 前記複数の繊維群を形成する前記工程では、液状の弾性材料に複数の前記繊維状炭素系物質を混合して第１の材料を生成し、前記第１の材料と、該第１の材料に対して非溶性である第２の材料とを混ぜてから攪拌することにより、前記第１の材料が前記第２の材料中に複数の粒の状態で混在する第３の材料を生成し、前記第３の材料から前記複数の粒を取り出して、当該複数の粒を前記複数の繊維群として形成することを特徴とする請求項４に記載の定着ローラの製造方法。
6. 前記繊維状炭素系物質は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項４又は５に記載の定着ローラの製造方法。
7. 請求項３に記載の定着ローラと、
   該定着ローラに当接する加圧ローラとを備え、
   前記定着ローラ及び前記加圧ローラは、外周面同士が当接した状態で回転可能に構成されているとともに、トナーが付着した記録媒体を、前記定着ローラの外周面の温度が前記熱源によって所定の範囲に保たれている状態で、前記外周面同士で挟持しつつ回転することにより、前記トナーを前記記録媒体に定着させるように構成されていることを特徴とする定着装置。
8. 前記加圧ローラは、ローラと、
   弾性を有し、該ローラの外周面に当該外周面を囲むように設けられる弾性層と、を備え、
   該弾性層は、請求項１又は２に記載の弾性組成物を含んで構成されていることを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
9. 前記加圧ローラの前記ローラを加熱する熱源を備えたことを特徴とする請求項７又は８に記載の定着装置。
10. トナーで記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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