JP2008191557A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fixing device which permits the high-speed rising with respect to the fixing device for an image forming apparatus and can achieve low heat capacity (low-density) and high thermal conductivity to a fixing member made of a heat-resistant rubber material. <P>SOLUTION: The fixing device for the image forming apparatus includes a fixing roller incorporating a heat source and a rotation member in pressurized contact with the fixing roller, transfers a recording medium carrying toner to a pressurized nip part composed of the fixing roller and the rotation member, and fixes the toner onto the recording medium to form an image. The fixing roller has the heat source on the central part, a core and an elastic member. The elastic member includes acicular first thermal conductors in a matrix phase and further contains air bubbles, wherein the surroundings of the air bubbles are covered with second thermal conductors. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

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。   The present invention relates to a fixing device of an image forming apparatus in which toner is fixed to a recording medium with a fixing roller, and more specifically to a heat conductive elastic fixing member in which the heat conductivity of the fixing roller is improved. By improving the heat conductivity of the fixing roller, it is possible to shorten the start-up time of the fixing device by the fixing roller, and to enable low-temperature fixing and reduce the energy released from the fixing roller. It is something that can be done.

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。   As a fixing member for the outer layer of a transfer roller, in an electrophotographic copying machine, a printer, or an apparatus for forming color electrophotography for the purpose of high image quality, in order to ensure flexible adhesion to toner and heat resistance It is common to use a heat resistant rubber material such as silicone rubber. However, heat-resistant rubber materials such as silicone rubber have low thermal conductivity, and serve as a heat resistance layer when transferring heat from a heat source to a recording material (a recording medium such as a paper sheet). In a color image transfer roller, it is important that the fixing member is a particularly soft rubber layer in order to improve image quality. On the other hand, the heat resistant rubber material has a large heat capacity and a high thermal resistance, so that the fixing device takes a long time to start up, and the heat supply is not in time for a high-speed machine. For this reason, attempts have been made to improve the thermal conductivity of the heat-resistant rubber material by mixing a filler.

〔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、上記「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。
[Problems of background technology]
As described above, attempts have been made to incorporate a filler having high thermal conductivity in order to increase the thermal conductivity of the heat-resistant rubber material. However, the fixing member has been reduced in density, reduced in heat capacity, and increased in thermal conductivity. (The above-mentioned “foaming ratio” is obtained by using the volume Vs without bubbles as a denominator and the sum of the bubbles volume Vf and Vs as a numerator. In the description of the invention, it is expressed by the expansion ratio).
There are two reasons for this.
1. When the expansion ratio is increased in order to reduce the density of the heat-resistant rubber material, the thermal conductivity rapidly decreases. This occurs when the thermal conductivity of the original material does not change (see the Eucken equation in the thermophysical handbook Yokendo C.2 p.179).
2. Further, when the expansion ratio is increased, the wall surface of the fixing member becomes relatively thin, so that the strength is lowered.

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
Due to the above two problems, it has been difficult to develop a member having a low heat capacity (low density) and a high thermal conductivity for a heat-resistant fixing member that is repeatedly deformed in a high temperature environment.
Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-286084 (Patent Document 1) discloses a technique related to a heat insulating material of a fixing device, for example, sponge silicone. However, in Fig. 9, the variability of the foamed silicone due to the pressure is shown, but in such a case, the bubble portion is crushed by the pressure. Therefore, the thermal conductivity of solid silicone is not essentially exceeded, and the above problem has not been solved.
JP 2004-286084 A

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。
Based on such a background, the present invention aims to speed up the rise of a fixing device of an image forming apparatus. For a fixing member made of a heat-resistant rubber material, a low heat capacity (low density) and a high heat The technical challenge is to increase the conductivity.
In the description of the detailed description of the present invention, “thermal contact” means “not directly touching, but because the materials are very close to each other, It is considered to be the same as if

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。   According to the first aspect of the present invention, in the fixing nip portion, when the material is compressed, the thermal conductivity is increased and heat can be efficiently released, and otherwise, the thermal conductivity is decreased to lower the substantially set fixing temperature. The purpose of this is to speed up the start-up of the fixing device and to save energy.

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。   The invention of claim 2 aims at increasing the thermal conductivity of the fixing member made of silicone rubber by increasing the contact between the carbon fiber fibers, and disposing a material having good adhesion to the silicone rubber around the bubbles. Accordingly, a technical problem is to improve the strength of the entire fixing member.

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。   The invention of claim 3 aims to improve the thermal conductivity of the fixing member made of silicone rubber by increasing the contact between the carbon fiber fibers, and a material having good adhesion to the silicone rubber is arranged around the bubbles. Accordingly, a technical problem is to improve the strength of the entire fixing member.

請求項4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。   The invention of claim 4 aims to increase the thermal conductivity of the fixing member made of silicone rubber by increasing the contact between the carbon fiber fibers, and to dispose a material having good adhesion to the silicone rubber around the bubbles. Accordingly, a technical problem is to improve the strength of the entire fixing member.

請求項5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。   According to a fifth aspect of the present invention, by using a thin core metal having a high strength, it is possible to take advantage of the characteristics of the material having a high thermal conductivity and a low heat capacity to speed up the start-up of the image forming apparatus and save energy. Objective.

請求項6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。   An object of the present invention is to provide a heat-fixing member having high durability that can be released even with oilless toner.

請求項7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。   The object of the present invention is to improve the releasability with the toner and to obtain a fixing member having high durability.

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。   An object of the present invention is to obtain a fixing device having high releasability from toner and high durability of a fixing member.

請求項9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。   An object of the present invention is to obtain a fixing device having high releasability from toner and high durability of a fixing member.

請求項10の発明は、定着性のよい定着装置を得ることを目的とする。   The object of the invention of claim 10 is to obtain a fixing device having a good fixing property.

請求項11の発明は、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。   An object of the invention of claim 11 is to fix with a pressure within the limit of the releasability of the wax or the release agent in order to prevent toner adhesion.

請求項12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。   An object of the invention of claim 12 is to obtain an image forming apparatus having characteristics of high durability, high image quality, and energy saving.

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。
To develop a fixing member having a low heat capacity (low density) and high thermal conductivity, the following two points are technically problematic.
1. Thermal conductivity decreases rapidly as the expansion ratio is increased.
2. Similarly, as the expansion ratio is increased, the wall surface becomes relatively thin and the strength decreases.
The present invention includes a fixing roller having a heat source built in the center thereof and having an elastic member on the outer periphery of the cored bar, and a rotating member that presses against the fixing roller, and includes the fixing roller and the rotating member. Regarding a fixing device of an image forming apparatus that conveys a recording medium carrying toner to a pressurized nip portion and fixes the toner to the recording medium to form an image.
The fixing roller is an elastic member having bubbles, and carbon fiber (for example, pitch-based carbon fiber) is mixed into the elastic member to form the high thermal conductivity portion by the carbon fiber around the bubbles. Is a solution.
In order to improve the thermal conductivity, it is very important to improve the contact state between the filler, that is, the carbon fibers. In the present invention, the thermal conductivity variability (thermal conductivity during pressure compression) is improved by utilizing the improvement in thermal contact between the high thermal conductivity portion around the bubble and the carbon fiber due to deformation during pressure compression. Changed and become higher).

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。
In addition, by arranging a good heat conductor or the like on the wall surface of the bubble and thereby strengthening the bubble wall surface, it was possible to improve the restoring property and reduce the compression set.
In addition, there exists a tendency for contact efficiency to rise, so that the mixing rate of carbon fiber is high, and for contact efficiency to fall on the other hand. The mixing ratio required to give the heat conductivity necessary for the fixing member varies depending on the material of the fixing member, the difference in firing rate, the type of carbon fiber, the difference in length, and the like. It is appropriately selected within a range of ˜60% by weight.

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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a part of a fixing roller 1 according to the fixing device of the present invention as an enlarged schematic diagram. The fixing roller 1 shown in FIG. 1 is provided with a heat source (not shown). The heat source is provided on the outer periphery of the metal core 10 through a metal core 10 mainly made of a metallic material. The heat is transmitted to the silicone rubber layer 11 used as the fixing member. Further, a fluororesin layer 12 is coated on the outer peripheral surface side of the silicone rubber layer 11 so as to cover the silicone rubber layer 11, and the fluororesin layer 12 is a heat transfer element for transmitting the heat. And an element for improving the peelability from the recording medium.
In FIG. 1, a characteristic place is the configuration of a silicone rubber layer 11 used as a fixing member. The silicone rubber layer 11 functions as an elastic member that is compressed by pressurization, includes a good thermal conductor made of acicular carbon fibers 22 in the matrix phase inside the silicone rubber layer 11, and further includes bubbles 23. It is characterized in that it is contained and a good thermal conductor covers the periphery of the bubble 23.

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。
The structure shown in FIG. 1 shows a case where the silicone rubber layer 11 is in an uncompressed state, and in this uncompressed state, the carbon fiber 22 of a good thermal conductor is dispersed due to the presence of bubbles 23, that is, Since there are few contact locations between the carbon fibers 22, the effect of heat transfer due to the contact between the carbon fibers 22 is low, and the heat transmitted through the cored bar 10 from the heat source (not shown) is transmitted through the silicone rubber layer 11. The surface is not easily transmitted to the fluororesin layer 12 on the surface.
On the other hand, FIG. 2 shows a state in which the silicone rubber layer 11 which is an elastic member is compressed by pressure. In this pressure compression state, the silicone rubber layer 11 that is an elastic member is compressed, so that the bubbles 23 contained in the silicone rubber layer 11 are also compressed. However, since the carbon fiber 22 has very rigid characteristics, the carbon fiber 22 itself does not greatly depend on the deformation of the silicone rubber layer 11 and the carbon fiber 22 itself has a small amount of deformation. And in connection with it, in the pressurization compression state shown in FIG. 2, since the contact location of carbon fibers 22 increases compared with the case of the non-compression state shown in the said FIG. The heat conduction efficiency due to the contact is improved, and the thermal conductivity of the entire portion of the silicone rubber layer 11 is increased.

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同士の接触のみにおいては顕著に熱伝導率が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。
Here, regarding the high thermal conductivity of the entire portion of the silicone rubber layer 11 in the pressurized and compressed state, it is important that the surface portion constituting the shape of the bubble 23 is covered with a good thermal conductor (not shown). It is.
In the configuration of the present invention, it is important that the thermal conductivity is low in the non-compressed state shown in FIG. 1 and the thermal conductivity is high in the compressed state shown in FIG. It is difficult to increase the thermal conductivity remarkably only by mutual contact. However, since the surface portion constituting the shape of the bubble 23 is covered with a heat good conductor (not shown), the carbon fiber 22 and the heat good conductor on the surface of the bubble 23 can be brought into contact with each other. Good conductors can be brought into contact with each other, which is advantageous because the thermal conductivity can be increased.

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。
That is, the fixing roller provided with the silicone rubber layer 11 which is the elastic member of the present invention has a higher thermal conductivity in the pressure compression state than in the non-compression state.
In addition, due to this, in the conventional technology, the heat-resistant rubber material has a large heat capacity and a high thermal resistance, so the rise time of the fixing device becomes long, and the heat supply is not in time even in the case of a high-speed machine. The point is solved.

図3は、本発明の定着ローラ1の表層部分にかかるフッ素樹脂層12の断面構造を拡大して模式的に示すものである。当該フッ素樹脂層12の構成としては、定着ローラ1の熱伝導率を高くすることを目的として、前記シリコーンゴム層11の構成と同様のもしくは類似の構成としても良い。
特に図3においてはその構成を具体的に示しており、フッ素樹脂層12は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われている。
また、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。
FIG. 3 schematically shows an enlarged cross-sectional structure of the fluororesin layer 12 on the surface layer portion of the fixing roller 1 of the present invention. The configuration of the fluororesin layer 12 may be the same as or similar to the configuration of the silicone rubber layer 11 for the purpose of increasing the thermal conductivity of the fixing roller 1.
In particular, FIG. 3 specifically shows the configuration, and the fluororesin layer 12 includes a good thermal conductor made of acicular carbon fibers 22 in the matrix phase, and further contains bubbles 23, and the bubbles 23 Is covered with a good thermal conductor.
In FIG. 3, the main flow of heat is indicated by an arrow 21, and here, heat from a heat source (not shown) inside the fixing roller 1 passes through the metal cored bar 10 and the surface layer portion of the fixing roller 1. It has shown typically that it has flowed to the fluororesin layer 12 concerning.
Also here, the carbon fiber 22 and the good heat conductor on the surface of the bubble 23 are in contact with each other because the surface portion constituting the shape of the bubble 23 is covered with a good heat conductor (not shown in FIG. 3). It is also possible to make contact between the heat good conductors on the surface of the bubble 23, which is advantageous because the thermal conductivity can be increased.

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。
From the description so far, it is clear from the main flow of heat described above that the high thermal conductivity is obtained because the high thermal conductivity carbon fiber 22 contacts the high thermal conductivity portion around the bubble 23. In addition, it is advantageous in the present invention that the thermal resistance is very small because there are many contact portions between the carbon fibers 22.
The details of each material used in this manner and constituting the present invention will be described in order.
As the carbon fiber 22, pitch type Nippon Graphite Fiber Co., Ltd. product name: carbon fiber milled, product number: XN-100-05M (50 microns), XN-100-15M (150 microns), etc. are optimal. . These have a thermal conductivity of 500 W / mK, whereas the PAN-based thermal conductivity is 50 W / mK at the maximum.

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、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。
A dispersion of the carbon fiber and the expanded particles on the main component side of a two-pack type addition-type liquid silicone, a PFA tube having an adhesive layer formed on the inner surface in advance, and a core metal having a thickness of 0.4 mm set on the inner side. In between, it injects, mixing with a hardening | curing agent, is foamed by primary heating, and is fixed by secondary heating. As a result, the illustrated fixing roller is manufactured.
The cored bar 10 is thin and is reinforced by providing annular ribs 10a on the inner surface thereof at regular intervals.
The silicone uncrosslinked liquid produced in the same manner can be applied and crosslinked on a roller to form a fluororesin coat layer, or it can be covered with a fluororesin tube.

図4は本発明の定着ローラ1と加熱ローラ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−パーフルオロアアルキアルビニルエーテル共重合体(PFA)の微粉末が適当である。
FIG. 4 shows a fixing device 40 using the fixing roller 1 and the heating roller 42 according to the present invention, and a heater H for heating is provided at the center of the fixing roller 1.
FIG. 5 shows an image forming apparatus provided with a fixing device according to the present invention. The configuration of this image forming apparatus is conventionally known except for the fixing device.
As the fluororesin used in the present invention, those having good melt film-forming properties by firing and having a relatively low melting point (preferably a melting point of 250 to 300 ° C.) are preferable. Specifically, low molecular weight polytetrafluoroethylene ( A fine powder of PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), or tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) is suitable.

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。   As the low molecular weight polytetrafluoroethylene (PTFE) powder, Lubron L-5, L-2 (Daikin Industries), MP1100, 1200, 1300, TLP-10F-1 (Mitsui Dupont Fluorochemical) are known. As the tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) powder, 532-8000 (DuPont) is known. As the tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), MP-10 and MP102 (Mitsui DuPont fluorochemical) are known. In particular, MP103, MP300 (Mitsui Dupont Fluorochemical), AC-5600, AC5539 (Daikin Industries) and the like are suitable for the present invention as those having a low MFR (melt flow rate) and low fluidity.

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。
Resin balloons for forming bubbles include Matsumoto Yuka Pharmaceutical's MFL-100CA, MFL-80CA, F-80DE, and the like, and carbon fibers include PAN (poly (polyethylene)) made from synthetic acrylic long fibers. There are pitch-based carbon fibers made from (acrylonitrile) -based carbon fibers, coal tar, and petroleum pitch.
The PAN-based carbon fiber is obtained by carbonizing a PAN precursor (polyacrylonitrile fiber) and has properties of high strength and high elastic modulus. Pitch-based carbon fibers are obtained by carbonizing pitch precursors (pitch fibers obtained from coal tar or heavy petroleum oil as raw materials). Under various manufacturing conditions, low-modulus to ultra-high modulus / A wide range of properties with high strength can be obtained.
Ultra-high modulus products have excellent thermal conductivity and conductivity characteristics, as well as high rigidity applications.
The heat-conducting elastic fixing member of the fixing roller in the following examples was measured with the thickness set to 75% of the original thickness except for “Example F”.

〔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。
[Example A]
An electroless gold-plated F-80DE and XN-100-05M (50 micron) dispersed in an addition-type liquid silicone is prepared, and the powder is dispersed in a hollow cored bar made of aluminum via a primer. A silicone layer (thickness 2 mm) is formed and heated to be primarily cured. Further, the heating temperature is changed and secondarily cured, and a PFA resin tube is adhered to the outside thereof to produce a fixing roller having an outer diameter of 40 mm.
The fixing roller of “Example A” was set in a fixing unit of a copying machine MF4570 manufactured by Ricoh Co., Ltd., and the minimum fixing temperature was measured by a smear method using a 1000 (W) halogen heater.

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。   Formulation of XN-100-05M (50 microns) into the silicone rubber was performed in parts by weight. Moreover, the foaming ratio by said F-80DE which gave electroless gold plating was converted with the density after shaping | molding. When the PFA resin layer is made of a material having a model number of HPPlus 950HP manufactured by Mitsui DuPont Fluoro Chemical Co., Ltd., the spherulite becomes small and the surface roughness becomes high. The core metal has a rib and a thickness of 0.4 mm.

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。

Figure 2008191557
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。 Table 1 shows the measurement results of the minimum fixing temperature and the temperature rise time for Examples 1, 2, and 3 and Comparative Examples 1 and 2.
The lower limit fixing temperature was evaluated by the smear method (according to the density on the cloth when a cloth attached to a weight of 8.8 N / φ15 mm was placed on the transfer paper and rubbed 5 times). The minimum fixing temperature was determined based on a standard of a density of 0.3 or less on the cloth. That is, it is larger than 0.3 below the lower limit fixing temperature. Moreover, it is 0.3 or less above the minimum fixing temperature.
Further, the time from room temperature (25 ° C.) to the lower limit fixing temperature is shown as the temperature rise time (sec).
Figure 2008191557
In Example 1, Example 2, and Example 3 in Table 1 above, all rise within 30 seconds.
In Comparative Example 1, the density is almost similar to that of solid silicone, the heat capacity is increased, and a long temperature rise time (73 seconds) is required.
In Comparative Example 2, it is estimated that the thermal conductivity is lowered.

〔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。
[Example B]
The above MFL-100CA and XN-100-05M (50 microns) dispersed in addition type liquid silicone are prepared. A powder-dispersed silicone layer having a thickness of 2 mm is formed on a hollow metal core made of aluminum with a primer, and this is heated and primarily cured. Furthermore, the heating temperature is changed to perform secondary curing, and a PFA resin tube is bonded to the outside. The fixing roller thus manufactured has an outer diameter of 40 mm. This was set in a fixing unit of a copying machine MF4570 manufactured by Ricoh Co., Ltd., and a fixing lower limit temperature was measured by a smear method using a 1000 (W) halogen heater. The measurement results are shown in Table 2.

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。   Formulation of XN-100-05M (50 microns) into the silicone rubber was performed in parts by weight. Moreover, the expansion ratio by MFL-100CA was converted by the density after molding. When the PFA resin layer is made of a material having a model number of HPPlus 950HP manufactured by Mitsui / DuPont Fluorochemical Co., Ltd., the spherulite is reduced and the surface roughness is improved. The metal core is provided with ribs (reinforcing ribs) and has a thickness of 0.4 mm.

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。

Figure 2008191557
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。 The lower limit fixing temperature was evaluated by the smear method (according to the density on the cloth when a cloth attached to a weight of 8.8 N / φ15 mm was placed on the transfer paper and rubbed 5 times). The minimum fixing temperature was determined based on a standard of a density of 0.3 or less on the cloth. That is, it is larger than 0.3 below the lower limit fixing temperature. Moreover, it is 0.3 or less above the minimum fixing temperature.
Further, the time required to raise the temperature from room temperature (25 ° C.) to the fixing lower limit temperature is shown as temperature rise time (sec). MFL-100CA is obtained by arranging calcium carbonate around the periphery of a resin balloon.
Figure 2008191557
In Example 4, Example 5, and Example 6, it stands up within 40 seconds. In Comparative Example 3, the density is almost similar to that of solid silicone, the heat capacity is increased, and a temperature rise time of 82 seconds is required. In Comparative Example 4, it is presumed that the thermal conductivity is lowered.

〔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。

Figure 2008191557
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。 [Example C]
Example C is a modification in which the thickness of the cored bar of the fixing member of Example 5 is variously changed. FIG. 6 shows a cored bar 10 provided with an annular rib on the inner surface, FIG. 6 (a) shows a cross section of the whole cored bar, and FIGS. 6 (b), (c) and (d) show the rib 10a. An example of the cross-sectional shape is shown. The core metal 10 is provided with the annular rib 10a on the inner surface, so that the necessary strength is ensured even if it is thin.
The thickness of the cored bar of Example 5 was changed to be Example 7, Comparative Example 9, Comparative Example 10 to Comparative Example 12, and the temperature rise time was measured. The results are shown in Table 3.
Figure 2008191557
Although the thickness of the cored bar of Example 5 is 0.4 mm, since there is an annular rib, there is no breakage during rotation, and the temperature rise time is 16 seconds, which is 20 seconds or less. In the example where the thickness of the core metal is 0.5 mm or more, the temperature rise time is 22 seconds or more.

〔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。 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。

Figure 2008191557
Example D
The fixing roller of Example 5 was mounted on a fixing unit of MF4570 manufactured by Ricoh Co., Ltd., and 10,000 sheets of a black solid image of “Imagio MP C4500” manufactured by Ricoh Co., Ltd. were passed through. The winding was observed. The results are shown in Table 4. When the surface roughness (ten-point average roughness: JIS B0601-1994) Rz was 5 μm or less, it was confirmed that there was an effect. When the surface roughness Rz was 7 μm, jamming occurred frequently on 8298 sheets.
Figure 2008191557

〔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。
Example E
A paper passing test was performed on an unfixed image created with “IPSIO Color 8100” manufactured by Ricoh Co., Ltd. Since the toner of “IPSIO Color 8100” has insufficient releasability, an oil application member impregnated with silicone oil is added to the fixing roller. The fixing roller of Example 5 is used. Through this “IPSIO Color 8100”, 10,000 sheets of solid black images were passed, and the toner adhesion state on the roller surface was observed. There was no noticeable adhesion, and there was no difference from the normal one. When the oil application member was not provided, the toner adhered to the fixing roller on 2500 sheets.

〔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1.9(N/cm2)以下では定着性が非常に悪く、19.6(N/cm2)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/cm2)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。

Figure 2008191557
[Example F]
A fixing roller of Example 5 having a surface roughness Rz of 2 μm or less was prepared, and a fixing test machine using a fixing unit of MF4570 was prepared. An unfixed image by “Imagio MP C4500” manufactured by Ricoh Co., Ltd. The (wax-containing toner) was passed through the fixing unit under various pressures. The results are shown in Table 5.
When the applied pressure was 1.9 (N / cm 2) or less, the fixability was very poor, and when it was 19.6 (N / cm 2) or more, toner adhesion to the fixing roller was observed. “Paper wrapping” in Table 5 indicates that the toner adhesion state further deteriorated and wrapping occurred. When the applied pressure is 39.2 (N / cm2) or less, no wrapping of paper is observed. Fixability was determined by the smear method. It should be noted that a level of 0.3 or less having no problem is indicated by “◯”, an allowable level of 0.5 or less is indicated by “Δ”, and a level of 0.51 or more is indicated by “x”.
Figure 2008191557

〔実施例G〕
請求項3の発明は、請求項2の発明において、第2の熱良導体が金属粉体、炭化物、酸化物、炭酸塩化合物、タルクの無機粉体を含むものである。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。
[Example G]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the second good thermal conductor includes an inorganic powder of metal powder, carbide, oxide, carbonate compound, and talc. Examples of the present invention are as follows.
In one example, Examples 4, 5 and 6 in [Example B] are examples of carbonate compounds. Similarly, Matsumoto Yushi Seiyaku's products are the same under the same conditions instead of MFL-100CA in Example 5. Even for those made of 80 GTA (talc) and 30 STI (titanium oxide), the fixing minimum temperature (° C.) was the same at 135 ° C. The rise was 9 seconds. Further, a silver powder having a particle size of 2 microns, similarly SiC powder, was attached to Matsumoto Yushi Seiyaku F-80SD with a hybridizer manufactured by Nara Machinery, and foamed, instead of MFL-100CA of Example 5. Were similarly used under the same conditions. The minimum fixing temperatures are 135 ° C. and 140 ° C., respectively. Also, the rise was 9 seconds and 13 seconds.

請求項4の発明は、請求項2の発明において、第2の熱良導体が金属膜であるものである。実施例Aもこの実施例である。   According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the second good thermal conductor is a metal film. Example A is also this example.

〔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。
〔The invention's effect〕
The silicone rubber layer 11 used as the fixing member of the present invention functions as an elastic member that is compressed by pressure, and a matrix of a good thermal conductor made of acicular carbon fibers 22 inside the silicone rubber layer 11. The bubbles are further included in the phase, and the heat good conductor covers the periphery of the bubbles 23.
As a result, it is in a non-compressed state before the fixing device is started, and from there it is compressed (in the nip state) to achieve high thermal conductivity, and heat from the heater is efficiently transferred to the surface of the fixing roller for fixing. become able to. As a result, the portion other than the nip has a relatively low thermal conductivity, so that the surface temperature of the roller decreases. And since the temperature is set in this part, it becomes possible to fix at a substantially low temperature, so that less energy is released to the surroundings, and since the set temperature is lowered, the heat-up time is shortened accordingly. Has the effect.

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。
Since the good thermal conductor of the present invention contains carbon fiber, it is in an uncompressed state before starting the fixing device, and when it is compressed (in the nip), the rigidity and heat of the carbon fiber are increased. Combined with the flexibility of silicone rubber containing bubbles with good conductors formed on the surface, the contact between carbon fibers and the thermal contact efficiency of bubbles with carbon fibers and heat good conductors formed on the surface are increased, and the heat conduction path Is formed, and the heat conductivity becomes high, so that the heat from the heater can be transferred efficiently.
In addition, since the surface temperature of the roller at the nip portion needs to be higher than a certain temperature for fixing, the roller surface at the nip has a required high temperature, but the portion other than the nip has a relatively low heat. Due to the conductivity, the roller surface temperature decreases. Since the temperature is set in the low temperature portion, a substantially low temperature fixing is possible, which reduces the energy released around. Further, since the set temperature is lowered, the rising time (heat up time) is shortened accordingly.

5.請求項5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5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。
5. The effect of the invention of claim 5 By providing the releasability by the fluororesin, it is possible to provide an induction heating device having releasability and high durability even with oilless toner, but it is heated from the heater at the center of the roller. Since the core is first a core, this heat capacity is important for shortening the start-up time. If the thickness of the core is 0.4 mm or less, the start-up can be performed in about 10 seconds. On the other hand, the strength of the fixing roller is reduced.
However, the invention of claim 5 can provide a fixing device that can be started up in a short time and provided with a high-strength fixing roller by providing an annular rib on the inner surface of the metal core and reinforcing it.

6.請求項6の発明の効果
請求項6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。
6). Advantages of the Invention of Claim 6 The invention of claim 6 is an oilless toner by providing a layer made of a fluoropolymer on the outermost surface of the fixing roller, thereby providing a release property by a fluororesin. However, it is possible to provide a durable induction heating device having releasability.

7.請求項7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7の発明は表面粗さ、十点平均高さ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。
7). The effect of the invention of claim 7 In the solid image, the toner easily adheres to the unevenness of the surface of the fixing member. However, the invention of claim 7 has a fixing roller having a surface roughness and a ten-point average height Rz of 5 μm or less. Because the surface is made of a fixing member with a smooth surface, it is difficult for toner to adhere to it, and toner adhesion attracts a paper jam, which damages the roller surface and becomes one of the factors that determine the service life. And the durability of the fixing roller is improved.

8.請求項8の発明の効果
請求項8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。
8). According to the eighth aspect of the present invention, since fixing is performed using a wax-containing toner, the wax improves the releasability of the toner and the fixing member in contact with the toner.

9.請求項9の発明の効果
請求項9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。
9. Effect of the Invention of Claim 9 Since the invention of claim 9 has means for applying a release agent to the fixing member, the release property of the fixing member in contact with the toner by the applied release agent. Can be improved.

10.請求項10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10の発明は、定着部材に圧接する接触部分の面積S(cm2)で被定着部材に対する加圧力F(N)を割った値が、4.9N/cm2以上であるから、画像の定着性が高い。
10. The effect of the invention of claim 10 In the fixing of many toners, the fixability depends on the applied pressure. However, in the invention of claim 10, the area S (cm 2) of the contact portion that is pressed against the fixing member is applied to the fixing member. Since the value obtained by dividing the pressure F (N) is 4.9 N / cm 2 or more, the fixability of the image is high.

11.請求項11の発明の効果
定着部材に圧接する接触部分の面積S(cm2)で被定着部材に対する加圧力F(N)を割った値が39.2N/cm2以上では、トナーの持つワックス、または、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。
しかし、請求項11の発明は、定着部材に圧接する接触部分の面積S(cm2)で被定着部材に対する加圧力F(N)を割った値が、39.2N/cm2以下であるから、離型性が確保される。
11. The effect of the invention of claim 11 When the value obtained by dividing the pressure F (N) applied to the member to be fixed by the area S (cm 2) of the contact portion in pressure contact with the fixing member is 39.2 N / cm 2 or more, In addition, a release agent such as silicone oil comes out between the toner resin and the fixing member, and the release property by the release agent cannot be maintained.
However, since the value obtained by dividing the pressure F (N) applied to the member to be fixed by the area S (cm 2) of the contact portion in pressure contact with the fixing member is 39.2 N / cm 2 or less, Typing is ensured.

12.請求項12の発明の効果
請求項12の発明は、請求項1乃至請求項11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。
12 According to the twelfth aspect of the present invention, since the toner image is fixed on the recording medium by the fixing device according to the first to eleventh aspects, the thermal conductivity is good at the nip portion and the rubber hardness is high. A fixing roller with a built-in heat generation source in which heat transfer is uniformly performed by a low roller can be used, and an image forming apparatus with high reliability and energy efficiency can be provided.

は、この発明による定着ローラの一部拡大断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of a fixing roller according to the present invention. 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。FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of a fixing roller in a pressurized state according to the present invention. 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図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing a heat transfer state in a silicone rubber layer 11 of the fixing roller in FIG. 2. 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。These are side views of the fixing device using the fixing roller of the present invention. 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。These are side views of an image processing apparatus to which the fixing device according to the present invention is applied. (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。(A) is sectional drawing of the metal core of the fixing roller of this invention, (b) is sectional drawing of a rib, (c) (d) is sectional drawing of the other example of a rib.

符号の説明Explanation of symbols

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
1: fixing roller 10: core metal 11: silicone rubber layer 12: fluororesin layer 21: arrow 22 indicating the main flow of heat 22: carbon fiber 23: bubble 40: fixing device 42: pressure roller H: heater

Claims (12)

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、針状の第1の熱良導体をマトリクス相に含み、さらに気泡を含有し、当該気泡の周囲を第2の熱良導体により覆っていることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
A fixing roller having a built-in heat source, and a rotating member that presses against the fixing roller, and transports a recording medium carrying toner to a pressurized nip formed by the fixing roller and the rotating member; In a fixing device of an image forming apparatus that forms an image by fixing toner on a recording medium,
The fixing roller includes a heat source at the center, a cored bar, and an elastic member. The elastic member includes a needle-shaped first heat good conductor in a matrix phase, further includes bubbles, and around the bubbles A fixing device for an image forming apparatus, wherein the fixing device is covered with a good thermal conductor.
請求項1の画像形成装置の定着装置において、その弾性部材は、上記熱良導体として炭素繊維を含むシリコーンゴムよりなるマトリクス相中に気泡部を構成しているものであることを特徴とする画像形成装置の定着装置。   2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the elastic member forms a bubble portion in a matrix phase made of silicone rubber containing carbon fiber as the good thermal conductor. Fixing device of the device. 請求項2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. The fixing device for an image forming apparatus according to claim 2, wherein the second good heat conductor is an inorganic powder of metal powder, carbide, oxide, carbonate compound, or talc. apparatus. 請求項2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。   3. The fixing device for an image forming apparatus according to claim 2, wherein the second good heat conductor is a metal film. 請求項1乃至請求項4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0.4mm以下であってローラ内面に複数の環状のリブが一体に形成されているものであることを特徴とする画像形成装置の定着装置。   5. The fixing device according to claim 1, wherein the core metal of the fixing roller incorporating the heat source has a thickness of 0.4 mm or less, and a plurality of annular ribs are integrally formed on the inner surface of the roller. A fixing device for an image forming apparatus. 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、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. The fixing device for an image forming apparatus according to claim 1, further comprising a fixing roller having a layer made of a fluorine-based polymer on an outermost surface. 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、表面の粗さ、十点平均高さRz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. The fixing device for an image forming apparatus according to claim 1, further comprising a fixing roller having a surface roughness and a ten-point average height Rz of 5 [mu] m or less. 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、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. The fixing device of the image forming apparatus according to claim 1, wherein the fixing is performed using a wax-containing toner. 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. The fixing device for an image forming apparatus according to claim 1, further comprising means for applying a release agent to the fixing member. 請求項1乃至請求項9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(cm2)で被定着部材に対する加圧力F(N)を割った値が、4.9N/cm2以上であることを特徴とする画像形成装置の定着装置。   10. A fixing device of an image forming apparatus according to claim 1, wherein a value obtained by dividing an applied pressure F (N) to a member to be fixed by an area S (cm 2) of a contact portion in pressure contact with the fixing member is 4.9 N / A fixing device of an image forming apparatus, wherein the fixing device is cm 2 or more. 請求項1乃至請求項10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(cm2)で被定着部材に対する加圧力F(N)を割った値が、39.2N/cm2以下であることを特徴とする画像形成装置の定着装置。   11. A fixing device of an image forming apparatus according to claim 1, wherein a value obtained by dividing the pressing force F (N) against the member to be fixed by the area S (cm 2) of the contact portion in pressure contact with the fixing member is 39.2 N / A fixing device for an image forming apparatus, wherein the fixing device is cm 2 or less. 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11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。   An image forming apparatus comprising an image forming unit, wherein the image forming unit forms a toner image on a sheet, and the fixing device according to claim 1 fixes the toner image on a recording medium.
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