JP5072381B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は定着ローラで記録媒体にトナーを定着させる画像形成装置の定着装置に関するものであり、具体的には、定着ローラの熱伝導性を向上させた熱伝導性弾性定着部材に関するものである。そして、定着ローラの熱伝導性を向上させることにより、当該定着ローラによる定着装置の立ち上げ時間を短縮することができ、また、低温定着を可能にして、定着ローラからの放出エネルギーを減少させることができるものである。

高画質を目的とする電子写真複写機、プリンタやカラー電子写真を形成する装置においては、トナーへの柔軟な密着性を確保し、また耐熱性を確保するために、転写ローラ外層の定着部材としてシリコーンゴム等の耐熱性ゴム材料を使用するのが一般的である。しかし、シリコーンゴム等の耐熱性ゴム材料は熱伝導性が低く、熱源からの熱を被記録材（紙シート等の記録媒体）に伝える際の熱抵抗層となる。カラー画像の転写ローラでは、画質向上のために定着部材が特に柔らかいゴム層であることが重要である。他方、耐熱性ゴム材料は熱容量が大きく、熱抵抗が高いため、定着装置の立ち上がりの時間が長くなり、また、高速機の場合にも熱供給が間に合わなくなる。そのため、耐熱性ゴム材料にフィラーを混入させてその熱伝導率を向上させる試みが行われている。

〔背景技術の問題点〕
上記のように、耐熱性ゴム材料の熱伝導性を高めるために熱伝導性の高いフィラーを混入させる試みがなされているが、密度を下げて熱容量を小さくしかつ熱伝導性を高めた定着部材の開発は行われていない（なお、下記「発泡倍率」は、気泡がない状態の体積Ｖｓを分母とし、気泡の体積ＶｆとＶｓの和を分子としたものである。中空粒子による気泡も本発明の説明では発泡倍率で表現する）。
これには次の２つの理由がある。
１．耐熱性ゴム材料の密度を下げるためにその発泡倍率を上げていくと急激にその熱伝導性が低下する。これは、もとの物質の熱伝導性が変わらない場合に起こる（熱物性ハンドブック 養賢堂 Ｃ．２ ｐ．１７９のＥｕｃｋｅｎの式参照）。
２．また、発泡倍率を上げると相対的に定着部材の壁面が薄くなるためその強度が低下する。

以上の２つの問題のため、高温環境下で繰り返し変形される耐熱性定着部材について、低熱容量（低密度）で高熱伝導率の部材を開発することは困難であった。
従来の技術が記載されているものとして、特開２００４−２８６０８４号公報（特許文献１）がある。この特許文献１に、定着装置の断熱材に関連する技術が開示されており、例えば、スポンジシリコーンを使用した熱伝導率の圧力依存性についての記載がある。しかし、同公報図９において、発泡シリコーンの圧力による可変性が示されているが、このような場合では、圧力により気泡部分が潰れて元に戻るだけであるために、本質的にソリッドシリコーンの熱伝導率を超えることはなく、上記問題を解決するには至っていない。
特開２００４−２８６０８４号公報

このような背景に基づき本発明は、画像形成装置の定着装置について、その立ち上がりの高速化を目的としたものであり、耐熱性ゴム材料による定着部材について、低熱容量化（低密度化）と高熱伝導率化を図ることをその技術的課題とするものである。
なお、この発明の詳細な説明の記載における「熱的に接触する」は、「直接触れているわけではないが、極めて近くまで物質同士が接近していることにより、熱の流れにおいて、接触している場合と変わりがないと見なされる」ことを意味している。

請求項１の発明は、定着ニップ部で、材料の圧縮状態では熱伝導性が上がって効率よく熱を放出でき、それ以外のところでは、熱伝導性が下がって実質的な設定定着温度を下げることができ、このことにより、定着装置の立ち上げの高速化、省エネ化を図ることを目的とする。

また、請求項１の発明は、炭素繊維の繊維間の接触を増やしてシリコーンゴムによる定着部材の熱伝導率を向上させることを目的とし、シリコーンゴムとの接着性のよい材料を気泡の周囲に配することにより、定着部材全体の強度を向上させることを技術的課題としている。

請求項２の発明は、炭素繊維の繊維間の接触を増やしてシリコーンゴムによる定着部材の熱伝導率を向上させることを目的とし、シリコーンゴムとの接着性のよい材料を気泡の周囲に配することにより、定着部材全体の強度を向上させることを技術的課題としている。

請求項３の発明は、炭素繊維の繊維間の接触を増やしてシリコーンゴムによる定着部材の熱伝導率を向上させることを目的とし、シリコーンゴムとの接着性のよい材料を気泡の周囲に配することにより、定着部材全体の強度を向上させることを技術的課題としている。

請求項４の発明は、薄肉で強度が高い芯金を用いることにより、その高熱伝導性で低熱容量の材料の特性を生かして、画像形成装置の立ち上げの高速化、省エネ化を図ることを目的とする。

請求項５の発明は、オイルレストナーでも離型できる耐久性の高い加熱定着部材を提供することを目的とする。

請求項６の発明は、トナーとの離型性を向上させ、耐久性が高い定着部材を得ることを目的とする。

請求項７の発明は、トナーとの離型性が高く、定着部材の耐久性が高い定着装置を得ることを目的とする。

請求項８の発明は、トナーとの離型性が高く、定着部材の耐久性が高い定着装置を得ることを目的とする。

請求項９の発明は、定着性のよい定着装置を得ると共に、トナー付着を防止するため、ワックスや離型剤の離型性の限界以内の加圧力で定着させることを目的とする。

（削 除）

請求項１０の発明は、高耐久、高画質、省エネの特性を有する画像形成装置を得ることを目的とする。

低熱容量（低密度）と高熱伝導率の定着部材を開発するには、次の２点が技術的に問題である。
１．発泡倍率を上げていくと急激に熱伝導性が低下すること。
２．同じく発泡倍率を上げていくと相対的に壁面が薄くなっていくため強度が低下すること。
この発明は、中心部に熱源が内蔵されていて、芯金の外周に弾性部材を有する定着ローラと、定着ローラに圧接する回転部材とを有し、定着ローラと前記回転部材とで構成される加圧されたニップ部にトナーを担持した記録媒体を搬送し、トナーを記録媒体に定着して画像を形成する画像形成装置の定着装置について、
上記定着ローラは気泡を有する弾性部材であり、当該弾性部材に炭素繊維（例えば、ピッチ系の炭素繊維）を混入させて気泡の周囲に上記炭素繊維による高熱伝導性部を形成することにより上記問題を解決したものである。
熱伝導率の向上には、フィラーすなわち炭素繊維間の接触状態を向上させることが非常に重要である。本発明では、加圧圧縮時の変形により、気泡周囲の高熱伝導性部位と炭素繊維の熱的接触性が向上することを利用して、熱伝導率の可変性（加圧圧縮時に熱伝導率が変化して高くなること）を実現した。

また、熱の良導体等を気泡の壁面に配し、それによる気泡壁面の強化により、復元性を向上させ、圧縮永久歪を小さくすることができた。
なお、炭素繊維の混入率が高いほど接触効率が上がり、他方、低いほど接触効率が下がる傾向がある。定着部材に必要な熱伝導性を与えるために必要な混合率は、定着部材の材質、発砲率の違い、炭素繊維の種類、長さの違い等によって異なるので、個々の場合に応じて、１０〜６０重量％の範囲内で適宜選択される。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の定着装置にかかる、定着ローラ１の一部を拡大して模式図として示した断面構成図である。図１に示された定着ローラ１には、図示しない熱源が備えられており、当該熱源は、主に金属性の材料からなる芯金１０を介して、当該芯金１０の外周に備えられ、定着部材として使用されるシリコーンゴム層１１に、前記熱が伝えられる構成となっている。さらに、このシリコーンゴム層１１の外周表面側には、シリコーンゴム層１１を覆うように、フッ素樹脂層１２が被覆されており、当該フッ素樹脂層１２は、前記熱を伝えるための伝熱の要素と、記録媒体との剥離性を向上させるための要素とを備えている。
図１において、特徴的な箇所は、定着部材として使用されるシリコーンゴム層１１の構成にある。当該シリコーンゴム層１１は、加圧により圧縮される弾性部材としての機能を奏すると共に、シリコーンゴム層１１の内部に、針状の炭素繊維２２からなる熱良導体をマトリクス相に含み、さらに気泡２３が含有され、かつ、当該気泡２３の周囲を熱良導体が覆っている点が特徴とされる。

前記図１に示される構造体においては、シリコーンゴム層１１が非圧縮状態の場合を示しており、この非圧縮状態においては、熱良導体の炭素繊維２２が気泡２３の存在により分散され、すなわち、炭素繊維２２同士の接触箇所が少ないために、炭素繊維２２同士の接触による伝熱の効果が低く、前記図示しない熱源からの芯金１０を介して伝えられる熱が、シリコーンゴム層１１を介して表面のフッ素樹脂層１２には伝えられにくい状態としている。
一方、図２は、弾性部材であるシリコーンゴム層１１が加圧により圧縮された状態を示している。この加圧圧縮状態では、弾性部材であるシリコーンゴム層１１が圧縮されることで、当該シリコーンゴム層１１の内部に含有する気泡２３も圧縮される。しかしながら、炭素繊維２２は非常に剛直な特性を備えているために、シリコーンゴム層１１の変形に大きく依存することがなく、炭素繊維２２自身は変形量が少ない。そしてそれに伴い、図２に示される加圧圧縮状態においては、炭素繊維２２同士の接触箇所が、前記図１に示される非圧縮状態の場合と比較して大幅に増加するために、炭素繊維２２の接触による熱伝導の効率が向上し、シリコーンゴム層１１の部位全体の熱伝導率が高くなるという機能を備えている。

また、ここで、前記加圧圧縮状態におけるシリコーンゴム層１１の部位全体の熱伝導率が高いことに関しては、気泡２３の形状を構成する表面部位が図示しない熱良導体により覆われていることが重要である。
これは、本発明の構成においては、図１に示される非圧縮状態において熱伝導率が低く、図２に示される圧縮状態において熱伝導率が高くなることが重要であるが、前記炭素繊維２２同士の接触のみによっては顕著に熱伝導率を高くすることは困難である。しかしながら、気泡２３の形状を構成する表面部位が図示しない熱良導体により覆われていることで、炭素繊維２２と気泡２３表面の熱良導体とが接触することも可能となり、また、気泡２３表面の熱良導体同士が接触することも可能となり、前記熱伝導率を高くすることが可能になるために有利である。

すなわち、本発明の弾性部材であるシリコーンゴム層１１を備えた定着ローラは、非圧縮状態に比べて加圧圧縮状態において、熱伝導率が大きくなるものである。
また、これにより、従来の技術において、耐熱性ゴム材料は熱容量が大きく、熱抵抗が高いため、定着装置の立ち上がりの時間が長くなり、また、高速機の場合にも熱供給が間に合わなくなるという問題点が解決されるものである。

図３は、本発明の定着ローラ１の表層部分にかかるシリコーンゴム層１１の断面構造を拡大して模式的に示すものである。この図３においては熱の主な流れを矢印２１にて示しており、ここでは図示しない定着ローラ１内部の熱源からの熱が金属性の芯金１０を介して、定着ローラ１の表層部分にかかるフッ素樹脂層１２まで流れていることを模式的に示している。
またここでも、気泡２３の形状を構成する表面部位が図示しない熱良導体（図３内気泡２３の点線箇所）により覆われていることで、炭素繊維２２と気泡２３表面の熱良導体とが接触することも可能となり、また、気泡２３表面の熱良導体同士が接触することも可能となり、前記熱伝導率を高くすることが可能になるために有利である。

ここまでの説明により、高熱伝導の炭素繊維２２が、気泡２３の周囲の高熱伝導部位へ接触するために、高い熱伝導率が得られることが、上記の熱の主な流れから明らかである。また、炭素繊維２２同士の接触部分が多いので熱抵抗が非常に小さくなっていることも本発明においては有利である。
このような態様で使用され、本発明を構成する各材料について、以下順にその詳細を説明する。
炭素繊維２２としては、ピッチ系の日本グラファイトファイバー（株）社製の品名：炭素繊維ミルド、品番：ＸＮ−１００−０５Ｍ（５０ミクロン）、ＸＮ−１００−１５Ｍ（１５０ミクロン）等が最適である。これらは、熱伝導率が５００Ｗ／ｍＫとされているが、これに対し、ＰＡＮ系の熱伝導率は、最大で５０Ｗ／ｍＫとされているためである。

上記炭素繊維と発泡粒子を２液型の付加型液状シリコーンの主剤側に分散したものを、予め内面に接着層を形成したＰＦＡチューブとその内側にセットされた厚さ０．４ｍｍの芯金との間に、硬化剤と混合しながら注入し、一次加熱で発泡させ、二次加熱で固定する。これにより図示の定着ローラが製作される。
上記芯金１０は肉薄であり、図６に示されるように、その内面に環状のリブ１０ａを一定間隔で設けて補強したものである。
同様にして作製したシリコーン未架橋液をローラに塗布架橋し、フッ素樹脂のコート層を形成することもでき、あるいは、フッ素樹脂チューブを被せて被覆することもできる。

図４は本発明の定着ローラ１と加圧ローラ４２による定着装置４０を示しており、定着ローラ１の中心に加熱用のヒータＨが設けられている。
図５は本発明による定着装置を備えた画像形成装置を示している。この画像形成装置は定着装置を除けば、その構成は従来周知のものである。
本発明において用いられるフッ素樹脂としては、焼成による溶融成膜性がよく、比較的融点の低いもの（好ましくは融点が２５０〜３００℃）が好ましく、具体的には、低分子量ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフロオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、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）の微粉末が適当である。

低分子量ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末は、ルブロンＬ−５、Ｌ−２（ダイキン工業）、ＭＰ１１００，１２００，１３００，ＴＬＰ−１０Ｆ−１（三井デュポンフロロケミカル）が知られている。テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）粉末は、５３２−８０００（デュポン）が知られている。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）は、ＭＰ−１０，ＭＰ１０２（三井デュポンフロロケミカル）が知られている。特にＭＦＲ（メルトフローレート）が小さい流動性の低いものとして、ＭＰ１０３，ＭＰ３００（三井デュポンフロロケミカル），ＡＣ−５６００，ＡＣ５５３９（ダイキン工業）等が本発明には好適である。

また、気泡形成のための樹脂バルーンとしては、松本油化製薬のＭＦＬ−１００ＣＡ，ＭＦＬ−８０ＣＡ，Ｆ−８０ＤＥ等があり、さらに、炭素繊維には、合成繊維のアクリル長繊維からつくるＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系炭素繊維と、石炭タール、石油ピッチからつくるピッチ系炭素繊維がある。
ＰＡＮ系炭素繊維は、ＰＡＮプリカーサー（ポリアクリロニトリル繊維）を炭素化して得られるもので、高強度・高弾性率の性質をもつ。また、ピッチ系炭素繊維は、ピッチプリカーサー（コールタールまたは石油重質分を原料として得られるピッチ繊維）を炭素化して得られるもので、製法の諸条件で、低弾性率から超高弾性率・高強度の広範囲の性質が得られる。
超高弾性率品は、高剛性用途のほか、優れた熱伝導率や導電性の特性がある。
以下の実施例における定着ローラの熱伝導弾性定着部材は、「実施例Ｆ」を除き、その厚さが、元の厚さに対して７５％となるように設定して測定したものである。

〔実施例Ａ〕
無電解金メッキを施した前記Ｆ−８０ＤＥとＸＮ−１００−０５Ｍ（５０ミクロン）を付加型液状シリコーンの中に分散したものを作製し、アルミニウム製で中空の芯金にプライマーを介して粉体分散シリコーン層（厚さ２ｍｍ）を形成し、加熱して１次硬化させる。さらに加熱温度を変えて２次硬化させ、その外側にＰＦＡ樹脂チューブを接着して外径４０ｍｍの定着ローラを作製する。
「実施例Ａ」の定着ローラを、（株）リコー製複写機 ＭＦ４５７０の定着ユニットにセットし、１０００（Ｗ）ハロゲンヒータにより、定着下限温度をスミア法により測定した。

シリコーンゴムへのＸＮ−１００−０５Ｍ（５０ミクロン）の配合は重量部で行った。また、無電解金メッキを施した前記Ｆ−８０ＤＥによる発泡倍率は、成形後の密度により換算した。ＰＦＡ樹脂層は、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製のＨＰＰｌｕｓ ９５０ＨＰの型番の材料によるものを用いた場合、球晶が小さくなり表面粗さが高くなる。なお、芯金はリブ付きでその厚さが０．４ｍｍである。

実施例１、実施例２、実施例３と比較例１、比較例２についての定着下限温度、温度上昇時間の測定結果を表１に示している。
なお、定着下限温度は、スミア法（８．８Ｎ／φ１５ｍｍの重りに付着した布を転写紙の上に載せ、５往復擦ったときの布上の濃度による）で評価した。定着下限温度は布上の濃度０．３以下の基準により決定した。すなわち、定着下限温度以下では、０．３より大きい。また、定着下限温度以上では、０．３以下である。
また、定着下限温度までの室温（２５℃）からの時間を温度上昇時間（ｓｅｃ）として示している。

上記表１における実施例１、実施例２、実施例３ではいずれも３０秒以内で立ち上がっている。
比較例１では、ほとんど密度がソリッドシリコーンに近く、熱容量が大きくなり、長い温度上昇時間（７３秒）を必要としている。
比較例２では、熱伝導性が下がっていると推測される。

〔実施例Ｂ〕
前記のＭＦＬ−１００ＣＡとＸＮ−１００−０５Ｍ（５０ミクロン）を付加型液状シリコーンの中に分散したものを作製する。アルミニウム製の中空芯金にプライマーを介して粉体分散シリコーン層を厚さ２ｍｍで形成し、これを加熱して１次硬化させる。さらに加熱温度を変えて２次硬化させ、その外側にＰＦＡ樹脂チューブを接着させる。このようにして製作された定着ローラは外径が４０ｍｍである。これを、（株）リコー製複写機 ＭＦ４５７０の定着ユニットにセットし、１０００（Ｗ）ハロゲンヒータにより、定着下限温度をスミア法により測定した。その測定結果を表２に示している。

シリコーンゴムへのＸＮ−１００−０５Ｍ（５０ミクロン）の配合は重量部で行った。また、ＭＦＬ−１００ＣＡによる発泡倍率は、成形後の密度により換算した。ＰＦＡ樹脂層は、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製のＨＰＰｌｕｓ ９５０ＨＰの型番の材料によるものを用いた場合は球晶が小さくなり表面粗さが向上する。芯金はリブ（補強リブ）付きでその厚さが０．４ｍｍである。

なお、定着下限温度は、スミア法（８．８Ｎ／φ１５ｍｍの重りに付着した布を転写紙の上に載せ、５往復擦ったときの布上の濃度による）で評価した。定着下限温度は布上の濃度０．３以下の基準により決定した。 すなわち、定着下限温度以下では、０．３より大きい。また、定着下限温度以上では、０．３以下である。
また、室温（２５℃）から定着下限温度まで昇温させるための所要時間を温度上昇時間（ｓｅｃ）として示している。ＭＦＬ−１００ＣＡは、樹脂バルーンの周辺部に炭酸カルシウムを配したものである。

実施例４、実施例５、実施例６では４０秒以内で立ち上がっている。比較例３では、ほとんど密度がソリッドシリコーンに近く、熱容量が大きくなり、温度上昇時間８２秒を必要としており、また、比較例４では、熱伝導性が下がっていると推測される。

〔実施例Ｃ〕
実施例Ｃは、上記実施例５の定着部材についてその芯金の厚さをいろいろに変えた変形例である。図６に環状のリブを内面に設けた芯金１０を示しており、図６（ａ）が芯金全体の断面を示し、図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）は上記リブ１０ａの断面形状の例を示している。芯金１０は、内面に環状のリブ１０ａが設けられていることにより、肉薄でも必要な強度が確保されている。
実施例５の芯金の厚さを違えてこれを実施例７、比較例９、比較例１０〜比較例１２とし、これらについて温度上昇時間を測定した。その結果を表３に示している。

実施例５の芯金の厚さは０．４ｍｍであるが、環状のリブがあるので、回転時破壊はなく、温度上昇時間は１６秒であって２０秒以下である。芯金の厚さが０．５ｍｍ以上の例では、温度上昇時間は２２秒以上になっている。

〔実施例Ｄ〕
実施例５の定着ローラを（株）リコー製 ＭＦ４５７０の定着ユニットに装着し、１００００枚、（株）リコー製「ｉｍａｇｉｏ ＭＰ Ｃ４５００」の黒ベタ画像を通し、定着ローラ表面のトナー付着量と紙の巻き付きを観察した。その結果を表４に示している。
定着ローラの表面粗さ（十点平均粗さ：ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４）Ｒｚが５μｍ以下であれば、効果があることが確認された。表面粗さＲｚが７μｍのものは、８２９８枚でジャムが多発した。

〔実施例Ｅ〕
（株）リコー製 「ＩＰＳＩＯ Ｃｏｌｏｒ ８１００」で作成した未定着画像の通紙テストを行った。この「ＩＰＳＩＯ Ｃｏｌｏｒ ８１００」のトナーは、離型性が不十分なため定着ローラにシリコンオイルが含侵されたオイル塗布部材を付加している。定着ローラは、実施例５のものを使用している。この「ＩＰＳＩＯ Ｃｏｌｏｒ ８１００」に１００００枚、黒ベタ画像を通し、ローラ表面のトナーの付着状態を観察した。特に顕著な付着はなく、通常のものと何ら変わりがなかった。オイル塗布部材を備えていないものは、２５００枚で定着ローラへのトナーの顕著な付着がみられた。

〔実施例Ｆ〕
実施例５の定着ローラについて表面粗さＲｚが２μｍ以下のものを作製し、ＭＦ４５７０の定着ユニットを用いた定着試験機を作製して、（株）リコー製の「ｉｍａｇｉｏ ＭＰ Ｃ４５００」による未定着画像（ワックス含有トナー）を、加圧力をいろいろに変えて、上記定着ユニットを通した。その結果を表５に示している。
加圧力が２．９（Ｎ／ｃｍ ^２ ）以下では定着性が非常に悪く、１９．６（Ｎ／ｃｍ ^２ ）以上では定着ローラへのトナー付着が観察された。表５における「紙の巻き付き」は、トナー付着状態がさらに悪化し、巻き付きが発生したものである。加圧力が３９．２（Ｎ／ｃｍ ^２ ）以下では紙の巻き付きは見られない。定着性判定はスミア法により、行った。なお、問題の無いレベル０．３以下を「○」で表示し、許容できるレベル０．５以下を「△」で表示し、０．５１以上のレベルを「×」で表示している。

〔実施例Ｇ〕
画像形成装置の定着装置において、第２の熱良導体が金属粉体、炭化物、酸化物、炭酸塩化合物、タルクの無機粉体からなるものである。この発明の実施例は、次のとおりである。
一つは、〔実施例Ｂ〕の中の実施例４，５，６が炭酸塩化合物の例であるが、同様に、実施例５のＭＦＬ−１００ＣＡの代わりに同じ条件で、松本油脂製薬の８０ＧＴＡ（タルク）、３０ＳＴＩ（酸化チタン）で作製したものでも、定着下限温度は、１３５℃で同様であった。また、立ち上がりも、９秒であった。また、粒径２ミクロンの銀の粉体、同様にＳｉＣの粉体を松本油脂製薬Ｆ−８０ＳＤに奈良機械製ハイブリダイザーにより付着させ、発泡化したものを、実施例５のＭＦＬ−１００ＣＡの代わりに同じ条件で同様に用いた。それぞれ、定着下限温度は、１３５℃、１４０℃。また、立ち上がりも、９秒、１３秒であった。

画像形成装置の定着装置において、第２の熱良導体が金属膜からなるものである。実施例Ａもこの実施例である。

〔発明の効果〕
本発明の定着部材として使用されるシリコーンゴム層１１は、加圧により圧縮される弾性部材としての機能を成すと共に、シリコーンゴム層１１の内部に、針状の炭素繊維２２からなる熱良導体をマトリクス相に含み、さらに気泡２３が含有され、かつ、当該気泡２３の周囲を熱良導体が覆っている。
これより、定着装置の始動前においては非圧縮状態であって、そこから圧縮状態（ニップの中の状態）にすることで高熱伝導率となり、ヒータからの熱が効率よく定着ローラ表面に伝わり定着できるようになる。そして、それにより、ニップ以外の部分は、相対的に低熱伝導率となるため、ローラの表面温度が下がる。そして温度設定もこの部分でされるので、実質的な低温定着が可能となることにより、周りに放出されるエネルギーが少なくなり、また、設定温度が低くなるのでその分だけヒートアップの時間が短縮される効果を備えている。

本発明の熱良導体は、炭素繊維が含まれることにより、定着装置の始動前においては非圧縮状態であって、そこから圧縮状態（ニップの中の状態）にすると、炭素繊維の剛直性と熱良導体が表面に形成された気泡を含むシリコーンゴムの柔軟性との組み合わせにより、炭素繊維同士の接触部及び炭素繊維と熱良導体が表面に形成された気泡の熱接触効率が上がり、熱伝導のパスが構成され、高熱伝導率となり、ヒータからの熱が効率よく伝えられるようになる。
また、定着には、ニップ部でのローラの表面温度がある温度以上であることが必要であるので、ニップでのローラ表面は所要の高温であるが、ニップ以外の部分は、相対的に低熱伝導率となるため、ローラの表面温度が下がる。温度設定は当該低温部分でなされるから実質的な低温定着が可能となり、このことにより、周りに放出するエネルギーが少なくなる。また、設定温度が低くなるので、その分だけ立ち上がり時間（ヒートアップ時間）が短縮される。

請求項４の発明の効果
フッ素樹脂による離型性を付与することによりオイルレストナーであっても離型性があり高い耐久性の誘導加熱装置を提供できるが、そのローラ中心のヒータから加熱されるのはまず芯金であるので、立ち上げ時間短縮のためにはこの熱容量が重要であり、芯金の厚さが０．４ｍｍ以下であれば、１０数秒程度での立ち上げが可能となるが、他方、定着ローラの強度が低下する。
しかし、請求項４の発明は、芯金内面に環状のリブを設けて補強したことにより、短時間での立ち上げが可能であり、かつ高強度の定着ローラを備えた定着装置を提供できる。

請求項５の発明の効果
請求項５の発明は、定着ローラの最外表面にフッ素系高分子による層を設け、これによって、フッ素樹脂による離型性を付与したことにより、オイルレストナーであっても離型性のある耐久性のある誘導加熱装置を提供できる。

請求項６の発明の効果
ベタ画像では定着部材の表面の凹凸にトナーがつきやすいが、請求項６の発明は表面粗さ、十点平均粗さＲｚが５μｍ以下の定着ローラを有するものであり、表面がなめらかな定着部材によるものであるから、トナーが付きにくく、また、トナー付着は、紙ジャムを誘引しこれがローラ表面に傷を付け寿命を決める一つの要因となるから、トナー付着が少ないと定着ローラの耐久性が向上される。

請求項７の発明の効果
請求項７の発明は、ワックス含有のトナーを用いて定着を行うものであるから、そのワックスにより、トナーとトナーに接する定着部材の離型性が向上する。

請求項８の発明の効果
請求項８の発明は、定着部材に離型剤を塗布する手段を有するものであるから、塗布された離型剤により、トナーとトナーに接する定着部材の離型性を向上させることができる。

請求項９の発明の効果
多くのトナーの定着ではその定着性は加圧力に依存するが、請求項９の発明は、定着部材に圧接する接触部分の面積Ｓ（ｃｍ ^２ ）で被定着部材に対する加圧力Ｆ（Ｎ）を割った値が、４．９Ｎ／ｃｍ ^２ 以上であるから画像の定着性が高く、３９．２Ｎ／ｃｍ ^２ 以下であるから離型性が確保される。この値が３９．２Ｎ／ｃｍ ^２ 以上では、トナーの持つワックス、又はシリコンオイルなどの離型剤が、トナー樹脂と定着部材の間から出てしまい、離型剤による離型性を維持できない。

（削 除）

請求項１０の発明の効果
請求項１０の発明は、請求項１乃至請求項９の定着装置により記録媒体にトナー画像を定着させるものであるから、ニップ部で熱伝導性がよくてゴム硬度が低いローラにより熱伝達が均一に行われる、発熱源内蔵の定着ローラを用いることができ、信頼性が高くてエネルギー効率のよい画像形成装置を提供できる。

は、この発明による定着ローラの一部拡大断面図である。 は、この発明による定着ローラの加圧状態の一部拡大断面図である。 は、図２の定着ローラのシリコーンゴム層１１における熱伝達状態を模式的に示す図である。 は、この発明の定着ローラによる定着装置の側面図である。 は、この発明による定着装置を適用した画像処理装置の側面図である。 （ａ）は、この発明の定着ローラの芯金の断面図であり、（ｂ）はリブの断面図であり、（ｃ）（ｄ）は、リブの他の例の断面図である。

１：定着ローラ
１０：芯金
１１：シリコーンゴム層
１２：フッ素樹脂層
２１：熱の主な流れを示す矢印
２２：炭素繊維
２３：気泡
４０：定着装置
４２：加圧ローラ
Ｈ：ヒータ

Claims (10)

1. 熱源が内蔵されている定着ローラと、定着ローラに圧接する回転部材とを有し、定着ローラと前記回転部材とで構成される加圧されたニップ部にトナーを担持した記録媒体を搬送し、トナーを記録媒体に定着して画像を形成する画像形成装置の定着装置において、
   上記定着ローラは、中心部の熱源、芯金、弾性部材を有し、当該弾性部材はシリコーンゴムからなり、
   前記シリコーンゴム内には、針状の炭素繊維からなる第１の熱良導体と、気泡と、当該気泡の周囲を覆う第２の熱良導体が含有され、
   前記弾性部材が圧縮された際に、前記第１の熱良導体同士の接触状態、前記第２の熱良導体同士の接触状態、及び前記第１の熱良導体と第２の熱良導体との接触状態が形成され、前記弾性部材の熱伝導率が高くなることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
2. 請求項１の画像形成装置の定着装置において、その第２の熱良導体は、金属粉体、炭化物、酸化物、炭酸塩化合物、タルクの無機粉体であることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
3. 請求項１の画像形成装置の定着装置において、その第２の熱良導体は、金属膜であることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
4. 請求項１乃至請求項３の画像形成装置の定着装置において、その熱源を内蔵している定着ローラの芯金は、厚さが０.４乃至０.５ｍｍであって、その内面に複数の環状のリブが一体に形成されていることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
5. 請求項１乃至請求項４の画像形成装置の定着装置において、最外表面にフッ素系高分子よりなる層をもつ定着ローラを有することを特徴とする画像形成装置の定着装置。
6. 請求項１乃至請求項５の画像形成装置の定着装置において、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ：ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４）が５μｍ以下である定着ローラを有することを特徴とする画像形成装置の定着装置。
7. 請求項１乃至請求項６の画像形成装置の定着装置において、ワックス含有のトナーを用いて定着を行うことを特徴とする画像形成装置の定着装置。
8. 請求項１乃至請求項７の画像形成装置の定着装置において、定着部材に離型剤を塗布する手段を有することを特徴とする画像形成装置の定着装置。
9. 請求項１乃至請求項８の画像形成装置の定着装置において、定着部材に圧接する接触部分の面積Ｓ（ｃｍ ^２ ）で被定着部材に対する加圧力Ｆ（Ｎ）を割った値が、４.９乃至３９.２Ｎ／ｃｍ ^２ であることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
10. 画像形成部を備えていて、当該画像形成部でシート上にトナー画像を形成し、請求項１乃至請求項９の定着装置により記録媒体にトナー画像を定着させることを特徴とする画像形成装置。

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