JP2005314463A - Heat insulation resin material, fixing member using the same, fixing apparatus and image forming device - Google Patents
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Description
本発明は耐熱性を必要とする樹脂材料において、断熱性能に関して優れた特性を有するとともに、樹脂の硬度をシリコーン樹脂本来の硬度に比べ、低いものより高いものまで目的に応じ調整した断熱樹脂材料に関し、特に、記録材上に転写されたトナーを加熱及び加圧を行い定着する加圧ローラや断熱ローラ等の定着部材、更には、その定着部材を備えた定着装置、そして、電子写真方式による画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a heat insulating resin material which has excellent characteristics regarding heat insulating performance in a resin material which requires heat resistance, and whose resin hardness is adjusted to a higher one than a lower one compared to the original hardness of a silicone resin. In particular, a fixing member such as a pressure roller or a heat insulating roller for fixing the toner transferred on the recording material by heating and pressing, a fixing device including the fixing member, and an electrophotographic image The present invention relates to a forming apparatus.
従来、耐熱性断熱樹脂材料は断熱性を向上させるため、樹脂に断熱性能の高い気体を気泡として内包する構成となっていた。この時、内包された気体は独立した気泡や連続した形態となっているが、加熱や加圧などによりそれらの形状が変化し、断熱材としての体積が一時的に変化するばかりでなく、永久歪みによる永久変形の発生を防止する、或いは、ローラ形状変化を防止するために複数層構造を有するものが用いられている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in order to improve heat insulation, the heat-resistant heat-insulating resin material has a structure in which a gas having high heat-insulating performance is included in the resin as bubbles. At this time, the encapsulated gas is an independent bubble or a continuous form, but its shape changes due to heating, pressurization, etc., and not only the volume as a heat insulating material changes temporarily but also permanent. In order to prevent permanent deformation due to distortion or to prevent a change in roller shape, one having a multi-layer structure is used (for example, see Patent Document 1).
また、樹脂に内包された独立した気泡や連続した空隙は、層を構成する樹脂に比べ圧縮時の変形が大きく、硬度が樹脂のみの場合に比べ低下してしまうために、樹脂層の硬度が必要な場合には内包された独立した気泡や連続した空隙を少なくするか層の厚みを薄くする、或いは、多層構成にして硬度の高い層を有する複数の層から構成する方法が用いられている。 In addition, independent bubbles and continuous voids contained in the resin are greatly deformed when compressed compared to the resin constituting the layer, and the hardness of the resin layer is reduced compared to the case of the resin alone. If necessary, a method of reducing the number of contained independent bubbles or continuous voids or reducing the thickness of the layer, or forming a plurality of layers having a high hardness layer in a multilayer configuration is used. .
一方、樹脂層の硬度を高くする手段としては、樹脂に母材となる樹脂と比較して硬度が高い樹脂や固体のフィラーを含有させる方法が用いられて来たが、これらのフィラーは熱の伝導率が高く硬度を上げるために添加する量に限界があった。 On the other hand, as a means for increasing the hardness of the resin layer, a method in which the resin contains a resin or a solid filler having a higher hardness than the resin as a base material has been used. There was a limit to the amount added to increase the hardness because of its high conductivity.
また、電子写真方式によるレーザープリンターや複写機などの画像形成装置においては、感光体等を用いてあるいは直接記録媒体上にトナー等の印材を転写付着させ、これを加熱及び加圧し定着することが一般的に行われている。 Further, in an image forming apparatus such as an electrophotographic laser printer or a copying machine, a printing material such as toner can be transferred and adhered to a recording medium using a photoconductor or the like, and this can be fixed by heating and pressing. Generally done.
この画像形成装置に用いられる定着装置としては、発熱源としてIHコイルにより発生させた高周波数の電磁波を誘導発熱する発熱体に照射し、発生する渦電流により発熱した熱を用い、この熱によりトナー等の印材を転写付着させ、これを加熱及び加圧する部分に近い発熱ローラ外部に、IHコイルと発熱体とを配置し発熱ローラを加熱する、発熱した発熱ローラを加圧ローラで記録媒体と記録媒体上のトナー等の印材を加温・加圧する構成となっている。 The fixing device used in this image forming apparatus uses a heat generated by induction heat generation by radiating a high frequency electromagnetic wave generated by an IH coil as a heat generation source, and uses heat generated by the generated eddy current. The IH coil and the heating element are placed outside the heating roller near the portion where the printing material is transferred and adhered, and the heating roller is heated. The heated heating roller is recorded on the recording medium with the pressure roller. A printing material such as toner on the medium is heated and pressurized.
また、他の定着装置の例として、熱源として内部にハロゲンヒーターを備えた発熱ローラを用いるものもある。この時、発熱ローラで発生した熱はトナー等の印材と転写される紙の温度を上昇させるだけでなく、接触する加圧ローラの温度上昇にも使われていた。
しかしながら、耐熱性断熱樹脂材料は断熱性を向上させるため、樹脂に断熱性能の高い気体を独立した気泡や連続した形態で内包する構造となっているが、加熱や加圧などによりそれらの形状が変化し、断熱材としての体積が一時的に変化するばかりでなく、永久歪みによる永久変形が発生すると言う課題があった。また、ローラ形状変化を防止するため
に複数層構造にする事で、構成材料間の界面での接合が必要となるばかりでなく、剥離の原因となると言う課題もあった。
However, the heat-resistant heat-insulating resin material has a structure in which a gas having high heat-insulating performance is included in the resin in independent bubbles or in a continuous form in order to improve heat insulation, but the shape thereof is increased by heating or pressurization. There is a problem that not only the volume as a heat insulating material changes temporarily but also permanent deformation due to permanent distortion occurs. In addition, since a multi-layer structure is used in order to prevent changes in the roller shape, there is a problem that not only joining at the interface between the constituent materials is required, but also causing peeling.
さらに、樹脂に内包された独立した気泡や連続した空隙は、層を構成する樹脂に比べ圧縮時の変形が大きく、硬度が樹脂のみの場合に比べ低下してしまうと言う課題もあった。また、樹脂層の硬度が必要な場合には内包された独立した気泡や連続した空隙を少なくするか層の厚みを薄くする、或いは、多層構成にして硬度の高い層を有する複数の層を構成しなければならないと言う課題もあった。 In addition, independent bubbles and continuous voids contained in the resin have a problem that deformation during compression is larger than that of the resin constituting the layer, and the hardness is lower than that of the resin alone. If the resin layer needs to be hard, reduce the number of contained internal bubbles or continuous voids, or reduce the thickness of the layer, or configure multiple layers with a high hardness layer. There was also an issue that we had to do.
一方、樹脂層の硬度を高くする手段としては、樹脂に母材となる樹脂と比較して硬度が高い樹脂や固体のフィラーを含有させる方法が用いられて来たが、これらのフィラーは熱の伝導率が高く硬度を上げるために添加する量に限界があり、所望の硬さに調節する事が困難であると言う課題もあった。 On the other hand, as a means for increasing the hardness of the resin layer, a method in which the resin contains a resin having a hardness higher than that of the resin serving as a base material or a solid filler has been used. There is also a problem that there is a limit to the amount to be added in order to increase the hardness with high conductivity, and it is difficult to adjust to the desired hardness.
また、電子写真方式によるレーザープリンターや複写機などの画像形成装置においては、感光体等を用いてあるいは直接記録媒体上にトナー等の印材を転写付着させ、記録材上に転写されたトナーを加熱及び加圧を行い定着する画像形成装置において、定着器の部分で発熱装置により発生した熱が、接触する加圧ローラを通じて拡散されるため、装置内部の温度が上昇し放熱が必要になるばかりでなく、損失した熱量を補給するために余分な加熱をする必要があり、装置としての消費電力の増大をもたらすと言う課題もあった。このため、立ち上がり時間を短縮するために過剰な予備加熱が必要になると言う課題もあった。 Also, in an image forming apparatus such as an electrophotographic laser printer or a copying machine, a printing material such as toner is transferred and adhered to a recording medium using a photoconductor or the like, and the toner transferred onto the recording material is heated. In the image forming apparatus for fixing by applying pressure, the heat generated by the heat generating device in the fixing unit is diffused through the pressure roller that comes into contact with the image forming apparatus. There is also a problem that extra heating is required to replenish the lost heat amount, resulting in an increase in power consumption as a device. For this reason, there also existed a subject that excessive preheating was needed in order to shorten rise time.
そこで、本発明は、断熱特性と硬度を任意に調整することが可能な断熱樹脂材料及びそれを用いた定着部材並びに定着装置、画像形成装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat insulating resin material capable of arbitrarily adjusting the heat insulating characteristics and hardness, a fixing member using the same, a fixing device, and an image forming apparatus.
本発明は、上記課題を解決するために、断熱材料として断熱性能を有する固体材料と必要に応じて独立気泡体をシリコーン樹脂で固定した断熱樹脂材料としたものであり、更に、それを用いた加圧ローラ及び断熱ローラ等の定着部材、並びに、その定着部材を備えた定着装置、電子写真方式による画像形成装置としたものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a heat insulating resin material in which a solid material having heat insulating performance and a closed cell as necessary are fixed with a silicone resin as a heat insulating material. A fixing member such as a pressure roller and a heat insulating roller, a fixing device including the fixing member, and an electrophotographic image forming apparatus are provided.
本発明によれば、高い断熱性能を得られるばかりでなく、高い硬度が必要な場合には固体の断熱材料を多くすることにより硬度を高めることができ、シリコーン樹脂に体積比率で30〜66%含有させることにより、アスカーC硬度でシリコーン樹脂より高硬度の50〜95を実現することが可能となる。更に、シリコーン樹脂に対して固体の断熱材料を体積比で66%以上の割合にしたとき、断熱材料とシリコーン樹脂に気体が含まれ断熱特性の向上を得ることが可能となる。この時、体積比が70%を大きく超過するとシリコーンゴムのゴムとしての特性が著しく低下するが、断熱特性は大幅に向上する。また、固体の断熱材料と独立気泡体を任意の割合でシリコーンゴム中に含有させる事により、低硬度の材料とする事も可能となる。上記特性を有する断熱材料を用いることにより、画像形成装置に用いる定着部材並びに定着装置の設計の自由度を著しく改善することが可能となる。 According to the present invention, not only high heat insulation performance can be obtained, but when high hardness is required, the hardness can be increased by increasing the amount of solid heat insulating material, and the volume ratio of the silicone resin is 30 to 66%. By making it contain, it becomes possible to implement | achieve 50-95 of higher hardness than a silicone resin by Asker C hardness. Further, when the volume ratio of the solid heat insulating material to the silicone resin is set to 66% or more, gas is contained in the heat insulating material and the silicone resin, and the heat insulating characteristics can be improved. At this time, if the volume ratio greatly exceeds 70%, the properties of silicone rubber as a rubber are remarkably deteriorated, but the heat insulation properties are greatly improved. Moreover, it becomes possible to make it a low-hardness material by containing a solid heat insulating material and a closed-cell body in silicone rubber in arbitrary ratios. By using the heat insulating material having the above characteristics, the degree of freedom in designing the fixing member and the fixing device used in the image forming apparatus can be remarkably improved.
また、画像形成装置に用いる定着部材並びに定着装置に上記断熱樹脂材料を用いることにより、定着のために加えられた熱を、定着部材である加圧ローラ及び断熱ローラに奪われることを少なくすることができ、定着装置のランニングエネルギーの消費を低く押さえると共に、立ち上り時の所定の定着温度への到達時間を大幅に短縮することが可能となる。 Further, by using the heat insulating resin material for the fixing member and the fixing device used in the image forming apparatus, it is possible to reduce the heat applied for fixing by the pressure roller and the heat insulating roller which are the fixing members. It is possible to reduce the running energy consumption of the fixing device, and to significantly shorten the time required to reach a predetermined fixing temperature at the start-up.
本発明の断熱性能を有する固体材料と、必要に応じて独立気泡体をシリコーン樹脂で固定した事を特徴とする断熱樹脂材料は、高い断熱性能を得られるばかりでなく、高い硬度が必要な場合には固体の断熱材料を多くすることにより硬度を高めることができる。また、この断熱樹脂材料を用いた定着部材は、高い断熱性能、或いは、硬度を備えるので、定着のために加えられた熱を奪うことなく、圧接力の調整も容易となる。また、定着装置の立ち上り時の所定の定着温度への到達時間を大幅に短縮することが可能となる。このため、予熱を行わない事が可能となる。また、画像形成装置ではランニングエネルギーの消費を低く押さえ、大幅な省エネルギーを実現できる。 The solid material having the heat insulation performance of the present invention and the heat insulation resin material characterized by fixing the closed cells with a silicone resin as necessary can provide not only high heat insulation performance but also high hardness. The hardness can be increased by increasing the amount of solid heat insulating material. In addition, since the fixing member using the heat insulating resin material has high heat insulating performance or hardness, the pressure contact force can be easily adjusted without taking away heat applied for fixing. In addition, it is possible to significantly reduce the time required to reach a predetermined fixing temperature when the fixing device starts up. For this reason, it becomes possible not to preheat. In addition, the image forming apparatus can reduce the consumption of running energy and realize significant energy saving.
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。なお、以下に述べる実施の形態及び実施例は本発明の一例であって、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiments and examples described below are merely examples of the present invention and do not limit the present invention.
図1は、本発明の実施の形態における断熱性能を有する固体材料をシリコーン樹脂で固定した断熱樹脂材料の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a heat insulating resin material in which a solid material having heat insulating performance in an embodiment of the present invention is fixed with a silicone resin.
先ず、図1を用い断熱性能を有する固体材料をシリコーン樹脂に含有、あるいは固定させ、断熱特性と硬度を任意に調整した断熱材料について説明する。なお、図1において、1はシリコーン樹脂、2は固体材料であり、100は断熱樹脂材料を示す。 First, a heat insulating material in which a solid material having heat insulating performance is contained or fixed in a silicone resin and heat insulating properties and hardness are arbitrarily adjusted will be described with reference to FIG. In FIG. 1, 1 is a silicone resin, 2 is a solid material, and 100 is a heat insulating resin material.
図1に示すように、シリコーン樹脂1中に、断熱特性が高く低い熱容量である固体材料2を含有、あるいは固定することにより、シリコーン樹脂1の単位体積当たり体積を低減することができる。
As shown in FIG. 1, the volume per unit volume of the
この時、固体材料2としては、シリコーン樹脂1に比べ伝熱特性の低く耐熱性のある断熱材料が挙げられ、例えば、炭素材料等としてカーボン樹脂やカーボングラファイト、多孔質炭素材料や、植物性材料等としてコルクや木材チップ、や前記材料を炭化処理したもの、さらに、ソーダ石灰珪酸や珪酸であるシリコーンガラスや鉛ガラス、及び燐酸系ガラス等のガラス、あるいは金属およびセラミックスの中空体や発泡体、さらには、耐熱性樹脂材料としてフッ素樹脂や低分子シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等や前記樹脂材料の発泡体や中空体を用いても良い。特に、これらの中でも、固体材料2として、その硬度が高いことや粒子サイズの均一性の点で珪酸ガラスが望ましい。
At this time, the
より具体的には、固体材料2として、中空シリコンビーズが好ましく、この中空シリコンビーズとしては、粒子サイズ10〜150μm、カサ密度で0.07〜0.8g/cm3の中空度のものが使用できるが、耐圧強度と中空度の観点から粒子サイズ30〜70μm、カサ密度で0.1〜0.6g/cm3の中空度のものが望ましい。
More specifically, hollow silicon beads are preferable as the
また、これらの固体で断熱特性の高い材料(固体材料2)を含有、あるいは固定することにより、シリコーン樹脂1の体積が減少するので、シリコーン樹脂1の弾性変形量が規制されるとともに、固体材料2の弾性変形率は小さい物から大きな物まで目的に応じて用いることで、硬度をあげる等の調整が可能となる。
Moreover, since the volume of the
特に、高い硬度が必要である場合、シリコーン樹脂1の体積比率を低くし、弾性変形率の小さな材料を選択することにより任意に調整することが可能である。
In particular, when high hardness is required, it can be arbitrarily adjusted by reducing the volume ratio of the
また、この時、通常のシリコーン樹脂1に対し、ニーダーやローラ式等の混練機を用いて固体材料2を含有させる方法、もしくは固体材料2とシリコーン樹脂1を溶解・膨潤させ得る有機溶剤として、トルエンやTHFやオクタン、イソオクタン等の石油系溶剤を用
い、事前に表面処理する手法を用いることにより、シリコーン樹脂1との体積比率を30〜70%に任意に実現することが可能となる。
Further, at this time, a method of containing the
また、固体粒子サイズがほぼ均一な場合、固体材料2が最密充填されたとしても体積比率で66%を超えると、剰余体積部分をシリコーン樹脂1で充填することが理論上不可能で気相が存在する。この気相の含有により、断熱樹脂材料としての機械強度は劣化するが、断熱特性を向上させることが可能である。よって、固体材料2とシリコーン樹脂1の体積比率70%以下が弾性を有する断熱樹脂材料100として望ましい。
Further, when the solid particle size is almost uniform, even if the
ここで、図2は、本発明の実施の形態における断熱性能を有する固体材料と独立気泡体をシリコーン樹脂で固定した断熱樹脂材料の概略構成図である。 Here, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a heat insulating resin material in which a solid material having heat insulating performance and a closed cell body are fixed with a silicone resin in the embodiment of the present invention.
次に、図2を用い断熱性能を有する固体材料と独立気泡体をシリコーン樹脂に含有、あるいは固定させ、断熱特性と硬度を任意に調整した断熱材料について説明する。なお、図2において、3は独立気泡体である。 Next, a heat insulating material in which a solid material having heat insulating performance and closed cells are contained or fixed in a silicone resin and heat insulating properties and hardness are arbitrarily adjusted will be described with reference to FIG. In FIG. 2, 3 is a closed cell.
図2に示すように、シリコーン樹脂1中に、断熱特性が高く低い熱容量である固体材料2と、断熱特性が高く低い熱容量である独立気泡体3を含有あるいは固定することにより、シリコーン樹脂1の単位体積当たり体積を低減することができる。これにより、断熱材料としての断熱特性と、低い熱容量特性を著しく向上させることが可能となる。
As shown in FIG. 2, by containing or fixing a
この時、固体材料2としては、上述と同様に、シリコーン樹脂1に比べ伝熱特性の低く耐熱性のある断熱材料が挙げられ、炭素材料等としてカーボン樹脂やカーボングラファイト、多孔質炭素材料や、植物性材料等としてコルクや木材チップ、や前記材料を炭化処理したもの、さらに、ガラス、あるいは金属およびセラミックスの中空体や発泡体、空気や窒素などの気体や、中が真空あるいは気体を封入した微細なカプセルや断熱特性を有する多孔質体、さらには、耐熱性樹脂材料としてフッ素樹脂や低分子シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等や前記樹脂材料の発泡体や中空体を用いても良い。
At this time, as the
また、独立気泡体3はシリコーン樹脂1の加熱焼成硬化前に、気泡体を樹脂内部に取り込んでおくか、加熱焼成中に気化発泡する発泡剤を添加しておく、あるいは、シリコーン樹脂1の中に分散・膨潤・浸透し、加熱焼成温度以下の沸点を有する溶媒を添加しておくことにより、混合された樹脂原料を加熱すると、これら溶媒が気化する過程で独立した気泡として発生し、図2に示す様にシリコーン樹脂1中に独立気泡体3を作る事が可能となる。
In addition, the closed cell body 3 takes the foam body into the resin before heating and curing of the
また、これらの固体で断熱特性の高い材料(固体材料2)を含有、あるいは固定することにより、シリコーン樹脂1の体積が減少するので、シリコーン樹脂1の弾性変形量が規制され材料の弾性変形率を小さくし、硬度を高くすることができ、一方、独立気泡体3を含有、あるいは固定することにより、これらは弾性変形をしやすいので断熱材料としての弾性変形率を大きくし、硬度を低下させることができる。
Moreover, since the volume of the
従って、固体材料2と独立気体材料3の比率を任意に設定することにより、シリコーン樹脂1に比べ硬度が小さい物から大きな物まで目的に応じて硬度を自由に設定した断熱樹脂材料を提供することができる。
Therefore, it is possible to provide a heat insulating resin material whose hardness is freely set according to the purpose from a material having a smaller hardness than that of the
また、この時、通常のシリコーン樹脂1に対し、ニーダーやローラ式等の混練機を用いて固体材料2を含有させる場合、通常のシリコーン樹脂1には体積比率で含有量を30%以上にすることは困難であるが、固体材料2とシリコーン樹脂1を溶解・膨潤させ得る有機溶剤として、トルエンやTHFやオクタン、イソオクタン等の石油系溶剤を用い、事前
に表面処理することにより高い体積比率の混合を実現することができる。前記手法を用いることにより、シリコーン樹脂1との体積比率を30〜70%に任意に実現することが可能となる。
At this time, when the
また、粒子サイズがほぼ均一な場合、固体材料2が最密充填されたとしても体積比率で66%を超えると、剰余体積部分をシリコーン樹脂1で充填することが理論上不可能で気相が存在する。この気相は連続した形状を有しており、含有により圧力による永久変形発生させやすくするばかりでなく、断熱樹脂材料としての機械強度は劣化するので、シリコーン樹脂層に高柔軟性を付与するために、シリコーン樹脂1にシリコンモノマーやシリコンオイルなどの混合物を含有させ、柔軟性を高めることもできるが、断熱特性を向上させることが可能であり、固体材料2とシリコーン樹脂1の体積比率は70%以下であることが弾性を有する断熱樹脂材料100として望ましい。
Further, when the particle size is almost uniform, even if the
次に、これら断熱樹脂材料を用いた定着部材並びに定着装置、画像形成装置について説明する。 Next, a fixing member, a fixing device, and an image forming apparatus using these heat insulating resin materials will be described.
先ず、定着部材、定着装置について説明する。図3は、本発明の実施の形態における断熱樹脂材料を用いた定着部材を適用した定着装置を示す概略断面図である。図3において、4は軸心、5は発熱ローラ、6はIHコイル、7はIH磁気コア、8は分離爪、9は軸心、10は柔軟層、11は記録媒体11はトナーを示す。更に、200は定着部材、300は定着装置である。
First, the fixing member and the fixing device will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a fixing device to which a fixing member using a heat insulating resin material in the embodiment of the present invention is applied. In FIG. 3, 4 is an axis, 5 is a heat generating roller, 6 is an IH coil, 7 is an IH magnetic core, 8 is a separation claw, 9 is an axis, 10 is a flexible layer, and 11 is a
図3に示すように、定着装置300は、発熱源としてIHコイル6により発生させた高周波数の電磁波をIH磁気コア7により効率的に磁気回路を制御して、誘導発熱する発熱体で構成される帯状の発熱ローラ5に照射し、発熱ローラ5で発生する渦電流により発熱した熱を用いており、この熱により印材としてのトナー12を記録媒体11上に転写付着させる。
As shown in FIG. 3, the fixing
また、帯状の発熱ローラ5の内部に配置され、軸心4に断熱樹脂材料100を備えたローラ状の定着部材200は、帯状の発熱ローラ5を介して、これに対向し、軸心9に柔軟層10を備えた加圧ローラとで、トナー12を記録媒体11上に付着させるものである。
A roller-shaped fixing
即ち、定着部材200の外部に、IHコイル6と発熱体である帯状の発熱ローラ5とを配置し、IHコイル6によって、発熱ローラ5は加熱され、発熱した発熱ローラ5を挟んで定着部材200とこれに対向する加圧ローラとで、記録媒体11と記録媒体11上のトナー12を加温・加圧する構成となっている。
That is, the IH coil 6 and a belt-like
この時、発熱ローラ5以外の定着部材200や加圧ローラは軸心4、軸心9に断熱樹脂材料100、柔軟層10を被せて一体化した構成となっている。
At this time, the fixing
これらのローラは、記録媒体11と上部のトナー12に熱を与えるだけでなく、加圧する必要がある。軸心4、軸心9に用いられる機械的剛性を有する金属材料としては、鉄や鉄の合金、ステンレスやアルミニュームや合金材料があげられ、他に、高剛性樹脂材料として、PEEK材やフェノール樹脂、あるいは、補強材としてガラス繊維や炭素繊維を用いた複合材が用いられる。これらの材料は、熱容量を低くするために中空のパイプ形状を取ることも可能である。
These rollers need not only apply heat to the
これらの高剛性軸心材料は熱容量が大きく、発生させた熱を伝えやすいので、本発明の硬度調整された断熱樹脂材料100で軸芯4の断熱性を向上させることにより、エネルギーロスを大幅に改善することができる。
Since these high-rigidity shaft center materials have a large heat capacity and easily transmit the generated heat, the heat insulating
ここで、図4は、本発明の実施の形態における断熱樹脂材料を用いた定着部材を適用した定着装置の他の例を示す概略断面図である。図4において、13は離形層、14はハロゲンヒーターを示す。 Here, FIG. 4 is a schematic sectional view showing another example of a fixing device to which a fixing member using a heat insulating resin material in the embodiment of the present invention is applied. In FIG. 4, 13 indicates a release layer, and 14 indicates a halogen heater.
図4に示すように、定着装置300は、熱源としてハロゲンヒーター14を用いている。この時、図3で示したIHコイル6による加熱の場合と同様に、記録媒体11上のトナー12を加温・加圧する必要から、軸心9に柔軟層10を備え、内部に定着部材200を備えた帯状の加圧ローラによって、発熱ローラ5に加圧力を与える。発熱ローラ5は必要な到達温度に達するまでの時間を短くするために、熱容量が小さい事が望ましい。一方、加圧ローラとの間で記録媒体11上のトナー12を加温・加圧するために、ニップを形成する必要があり、機械的な剛性も必要である。発熱ローラ5を支持するローラを配置する必要があるが、熱容量が小さいことが望ましい。そこで、加圧ローラの内部に発熱ローラ5に対向する位置に断熱樹脂材料100を備えたローラ状の定着部材200を配置している。また、トナー12との組み合わせにおいて、画質の観点からローラの硬度はモノクロの場合は、高い硬度が必要であるが、カラーの場合、モノクロに比べ硬度を低く抑える必要がある。従って、本発明の断熱樹脂材料100を使用することにより、ローラの硬度を任意に設定すると共に、高い断熱特性の両方を同時に実現することが可能となる。
As shown in FIG. 4, the fixing
また、高い断熱特性を有する定着装置300を実現することができるので、印刷待機時に余熱することなく、印刷開始と同時に加熱を始めることが可能で、樹脂材料の長寿命化したメンテナンス性の高い制御方式となる。
In addition, since the fixing
なお、図3で示した定着部材200の場合、断熱樹脂材料100を備えたローラはいわゆる定着ローラを構成し、図4で示した定着部材200の場合では、断熱樹脂材料100を備えたローラはいわゆる加圧ローラを構成するものである。このように、本発明の断熱樹脂材料100を備えたローラは、定着部材200としての定着ローラ、加圧ローラ(或いはその機能を備える部材の一部)の何れに用いてもよく、断熱性能が必要とされる場合の断熱ローラとして用いてもよい。
In the case of the fixing
次に、画像形成装置について説明する。図5は、本発明の実施の形態における断熱樹脂材料を用いた定着部材を備えた定着装置を適用した画像形成装置を示す概略断面図である。 Next, the image forming apparatus will be described. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an image forming apparatus to which a fixing device including a fixing member using a heat insulating resin material according to an embodiment of the present invention is applied.
図5に示すように、感光ドラム41(電子写真感光体)は、図中矢印で示す方向に所定の周速度で回転駆動されながら、その表面が帯電器42によりマイナスの所定の暗電位に一様に帯電される。
As shown in FIG. 5, the photosensitive drum 41 (electrophotographic photosensitive member) is rotated at a predetermined peripheral speed in the direction indicated by an arrow in the drawing, and the surface thereof is brought to a predetermined negative dark potential by the
43はレーザビームスキャナであり、図示しない画像読取装置やコンピュータ等のホスオト装置から入力される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力する。一様に帯電された感光ドラム41の表面が、このレーザビームで走査露光されて、露光部分は電位絶対値が小さくなって明電位となり、感光ドラム41面に静電潜像が形成される。
A
次に、その静電潜像は現像器44によりマイナスに帯電した粉体トナーで反転現像されて顕像化される。ここで、現像器44は回転駆動される現像ローラ44aを有し、そのローラ外周面にマイナスの電荷をもったトナーの薄層が形成されて感光ドラム41面と対向しており、その現像ローラ44aにはその絶対値が感光ドラム41の暗電位より小さく、明電位より大きな現像バイアス電圧が印加されている。よって、現像ローラ44a上のトナーが感光ドラム41の明電位の部分にのみ転移して潜像が顕像化されると言うものであ
る。
Next, the electrostatic latent image is reversely developed with a negatively charged powder toner by the developing
一方、給紙部46から記録媒体11が一枚ずつ給紙され、ローラ47,48からなるローラ対を経て、感光ドラム41とこれに当接した転写ローラ49とのニップ部へ送られる。この時、感光ドラム41の回転と同期した適切なタイミングで送られる。そして、転写バイアスの印加された転写ローラ49の作用により、感光ドラム41上のトナー像は記録媒体11に順次転写される。
On the other hand, the
次に、この転写部を通過して記録媒体11は、感光ドラム41から分離され、定着装置300へ導入され、転写トナー像の定着が行われる。この定着装置300は上述の通りである。
Next, the
そして、定着装置300により、トナーが定着されて像が固定された記録媒体11は排紙トレイ50へ送られ、プリント出力される。なお、記録媒体11の分離後の感光ドラム41面はクリーニング装置45で転写残りトナー等の感光ドラム41面残留物の除去を受けて清浄にされ、繰り返し次の像形成が行われる。
Then, the
そして、本実施の形態の画像形成装置400は定着装置300を備えることにより、ランニングエネルギーの消費を低く押さえ、大幅な省エネルギーを実現できると共に、立ち上り時の所定の定着温度への到達時間を大幅に短縮することが可能となる。
The
以上のように本実施の形態によれば、断熱性能を有する固体材料と、必要に応じて独立気泡体をシリコーン樹脂で固定した断熱樹脂材料は、高い断熱性能を得られるばかりでなく、高い硬度が必要な場合には固体の断熱材料を多くすることにより硬度を高めることができる。 As described above, according to the present embodiment, a solid material having heat insulation performance and a heat insulation resin material in which closed cells are fixed with a silicone resin as required can not only obtain high heat insulation performance but also high hardness. However, the hardness can be increased by increasing the amount of solid heat insulating material.
具体的には、シリコーン樹脂に体積比率で30〜66%含有させることにより、アスカーC硬度でシリコーン樹脂より高硬度の50〜95を実現することが出来る。これは、シリコーン樹脂より高硬度の断熱材料がシリコーン樹脂の変形を抑止する効果を付与するためで、更に、シリコーン樹脂に対して固体材料を体積比で66%以上の割合にしたとき、固体材料とシリコーン樹脂に気体が含まれ断熱特性の向上を得ることが可能となる。この時、体積比が70%を大きく超過するとシリコーンゴムのゴムとしての特性が著しく低下するので70%以下であることが望ましいが、気体を多く含有することにより断熱特性は大幅に向上する。 Specifically, by containing 30 to 66% by volume in the silicone resin, it is possible to achieve 50 to 95, which is higher than the silicone resin in Asker C hardness. This is because the heat insulating material having a hardness higher than that of the silicone resin gives the effect of suppressing the deformation of the silicone resin. Further, when the volume ratio of the solid material to the silicone resin is 66% or more, the solid material In addition, gas is contained in the silicone resin, and it is possible to obtain an improvement in heat insulation characteristics. At this time, if the volume ratio greatly exceeds 70%, the properties of the silicone rubber as rubber are remarkably deteriorated. Therefore, it is preferably 70% or less, but the heat insulation properties are greatly improved by containing a large amount of gas.
また、固体の断熱材料と独立気泡体を任意の割合でシリコーンゴム中に含有させる事により、固体断熱材料により低下したシリコーン樹脂の硬度UPを、独立気泡体による弾性の付与により低硬度の材料特性を得ることができる。この時、気泡体は独立であることが必ずしも必要ではなく、硬度を顕著に低下させる場合には連続気泡体の方が有効である。 In addition, by including solid heat insulating material and closed cells in any proportion in silicone rubber, the hardness of silicone resin decreased by solid heat insulating material can be increased, and the elasticity of closed cells can provide elasticity. Can be obtained. At this time, the bubble does not necessarily need to be independent, and the open cell is more effective when the hardness is remarkably reduced.
また、本発明の断熱材料を用いた定着部材としての加圧ローラや断熱ローラは、記録媒体上に転写されたトナーを加熱及び加圧を行い定着する画像形成装置において、定着のために加えられた熱を、これらのローラに奪われることを少なくすることができ、装置のランニングエネルギーの消費を低く押さえ、大幅な省エネルギーを実現できると共に、立ち上り時の所定の定着温度への到達時間を大幅に短縮することが可能となる。このため、従来の画像形成装置においては、画像定着時以外にも立ち上り時の待機時間を軽減するために必要であった、定着部の予熱を行わない事が可能となる。 In addition, a pressure roller or a heat insulating roller as a fixing member using the heat insulating material of the present invention is added for fixing in an image forming apparatus that heats and pressurizes toner transferred onto a recording medium. The heat consumed by these rollers can be reduced, the running energy consumption of the device can be kept low, significant energy savings can be realized, and the time to reach the specified fixing temperature at startup is greatly increased. It can be shortened. Therefore, in the conventional image forming apparatus, it is possible not to perform preheating of the fixing unit, which is necessary for reducing the standby time at the start-up other than during image fixing.
また、本発明の断熱樹脂材料を用いることにより、加圧ローラや断熱ローラを所望の硬度にすることができるので、記録材上に転写されたトナーを加熱及び加圧を行い定着する
画像形成装置において、加圧力やローラを圧接することにより形成するニップの幅や圧力を、所望の数値に任意に設計することが可能となる。
Further, by using the heat insulating resin material of the present invention, the pressure roller and the heat insulating roller can be made to have a desired hardness, so that the toner transferred onto the recording material is fixed by heating and pressing. In this case, it is possible to arbitrarily design the width and pressure of the nip formed by applying pressure and pressing the roller to desired numerical values.
なお、以下に述べる実施例は本発明の一例であって、本発明を限定するものではない。 In addition, the Example described below is an example of this invention, Comprising: This invention is not limited.
先ず、固体材料として、粒子サイズ30〜60μm、カサ密度で0.38〜0.6g/cm3の中空度の中空シリコンビーズを用いた。 First, hollow silicon beads having a particle size of 30 to 60 μm and a bulk density of 0.38 to 0.6 g / cm 3 as a solid material were used.
そして、シリコーン樹脂に対して、この中空シリコンビーズを体積比率60%含有させ、中空シリコンビーズをシリコーン樹脂で固定して実施例1の断熱樹脂材料を得た。 Then, 60% of this hollow silicon bead was contained in the silicone resin, and the hollow silicon bead was fixed with the silicone resin to obtain the heat insulating resin material of Example 1.
同様にして、シリコーン樹脂に対して、この中空シリコンビーズを体積比率70%含有させ、中空シリコンビーズをシリコーン樹脂で固定して実施例2の断熱樹脂材料を得た。 Similarly, the hollow silicon beads were contained in a volume ratio of 70% with respect to the silicone resin, and the hollow silicon beads were fixed with the silicone resin to obtain a heat insulating resin material of Example 2.
そして、これらの得られた断熱樹脂材料の熱伝導率を測定した。比較のために、シリコーン樹脂単体の熱伝導率もあわせて測定した。 And the heat conductivity of these obtained heat insulation resin materials was measured. For comparison, the thermal conductivity of the silicone resin alone was also measured.
シリコーン樹脂単体の場合、その熱伝導率は0.3W/m・kで有った。これに対して、実施例1の断熱樹脂材料は、0.2W/m・kであり、断熱性能が大幅に改善された。更に、実施例2の断熱樹脂材料でも、0.15W/m・k以下を達成することができた。 In the case of the silicone resin alone, the thermal conductivity was 0.3 W / m · k. On the other hand, the heat insulating resin material of Example 1 was 0.2 W / m · k, and the heat insulating performance was greatly improved. Furthermore, even with the heat insulating resin material of Example 2, 0.15 W / m · k or less could be achieved.
本発明は、断熱性能が必要とされる断熱樹脂材料及びそれを用いた定着部材並びに定着装置、画像形成装置の用途にも適用できる。 The present invention can also be applied to uses of a heat insulating resin material that requires heat insulating performance, a fixing member using the same, a fixing device, and an image forming apparatus.
1 シリコーン樹脂
2 固体材料
3 独立気泡体
4 軸心
5 発熱ローラ
6 IHコイル
7 IH磁気コア
8 分離爪
9 軸心
10 柔軟層
11 記録媒体
12 トナー
13 離形層
14 ハロゲンヒーター
100 断熱樹脂材料
200 定着部材
300 定着装置
400 画像形成装置
DESCRIPTION OF
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JP2004130991A JP2005314463A (en) | 2004-04-27 | 2004-04-27 | Heat insulation resin material, fixing member using the same, fixing apparatus and image forming device |
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---|---|---|---|---|
JP2002148988A (en) * | 1999-09-30 | 2002-05-22 | Canon Inc | Heating device, image forming apparatus, and method for manufacturing silicone rubber sponge and roller |
JP2003226774A (en) * | 2001-11-27 | 2003-08-12 | Ge Toshiba Silicones Co Ltd | Polyorganosiloxane foaming material, its manufacturing method, and foam |
-
2004
- 2004-04-27 JP JP2004130991A patent/JP2005314463A/en active Pending
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