JP2015227973A - Roller for fixing apparatus, fixing apparatus, and image forming apparatus - Google Patents

Roller for fixing apparatus, fixing apparatus, and image forming apparatus Download PDF

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a roller for a fixing apparatus, configured to reduce warm-up time, to improve durability, and to extend the service life of a fixing belt.SOLUTION: A roller for a fixing apparatus includes an elastic layer formed of a porous body having bubbles on an outer peripheral surface of a cylindrical core bar. In the porous body, a bubble diameter of a bubble existing in a cross section including an axis of the core bar and parallel to the axis is 0.1-50 μm. Bubbles existing in a 200-μm square area in the cross section are arranged with the highest periodicity. The porous body has an angle of 60-120 degrees with respect to the axis.

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどに用いられ、未定着トナー画像を定着させる定着装置用ローラ、そのようなローラを備えた定着装置、および、画像形成装置に関するものである。   BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fixing device roller for fixing an unfixed toner image used in an electrophotographic copying machine, printer, facsimile, and the like, a fixing device including such a roller, and an image forming apparatus. It is.

複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の各種画像形成装置に用いられる定着装置として、ベルト定着方式やフィルム加熱方式が広く知られている。ここで、定着装置の一例を図2に示す。   As a fixing device used in various image forming apparatuses such as a copying machine, a printer, a facsimile, or a complex machine of these, a belt fixing method and a film heating method are widely known. An example of the fixing device is shown in FIG.

定着装置20は、たとえば次のような部材等から構成されている。定着部材としての薄肉で可撓性を有する無端状のベルト状部材、あるいは、フィルム状部材により構成された定着ベルト21。定着ベルト21内に設けられたパイプ状の熱伝導部材22。加熱部材であるハロゲンヒータ25。定着ベルト21に接して表面温度を検知する温度センサであるサーミスタ28。定着ベルト21と接して定着ニップNを形成する加圧部材としての加圧ローラ31。定着ベルト21の外周一部に対向設置された断面円弧状の放熱部材40。   The fixing device 20 is composed of, for example, the following members. A fixing belt 21 constituted by a thin and flexible endless belt-like member or a film-like member as a fixing member. A pipe-shaped heat conduction member 22 provided in the fixing belt 21. A halogen heater 25 which is a heating member. A thermistor 28 that is a temperature sensor that detects the surface temperature in contact with the fixing belt 21. A pressure roller 31 as a pressure member that forms a fixing nip N in contact with the fixing belt 21. A heat dissipating member 40 having a circular arc cross section disposed opposite to a part of the outer periphery of the fixing belt 21.

ここで、加圧ローラの一例31の断面をモデル的に図4に示す。   Here, FIG. 4 schematically shows a cross section of an example 31 of the pressure roller.

この例では、円柱状の金属製の芯金1の側面に、多孔質体により構成された弾性層2とポリテトラフルオロエチレンからなる離型層3とが順次設けられている。このような加圧ローラ31において、特許文献1で水を分散剤とした水エマルションシリコーンゴム組成物を用いて連続気泡を有する、いわゆる水発泡シリコーン技術による発泡弾性断熱層が提案された。この技術によれば、弾性層が微細気泡で、かつ、連続気泡となることで、ウォーミングアップ時間の短縮化のみならず加熱時の熱膨張によるローラ外径の増加や破泡による硬化低下を防止でき、耐久性が向上するとされている。   In this example, an elastic layer 2 made of a porous body and a release layer 3 made of polytetrafluoroethylene are sequentially provided on the side surface of a cylindrical metal core 1. In such a pressure roller 31, a foamed elastic heat insulating layer by the so-called water-foamed silicone technology, which has open cells using a water emulsion silicone rubber composition containing water as a dispersant, has been proposed in Patent Document 1. According to this technology, the elastic layer is made of fine bubbles and continuous cells, so that not only the warm-up time can be shortened but also the increase in the outer diameter of the roller due to thermal expansion during heating and the decrease in hardening due to bubble breakage can be prevented. The durability is improved.

しかしながら上記のようなベルト(フィルム)定着方式の定着装置において、定着部材として無端状の定着ベルトを用いる場合、定着ベルトの回転軸方向(スラスト方向)の一方側への寄り(以下、「ベルト寄り」)と云う。)が発生しやすい。このベルト寄り発生の要因としては、ニップを構成するニップ構成部材(定着部材と加圧部材)の平行度、及び、各部材の形状・物理特性の左右対称性に起因するニップ部中央から両端面に加わる軸方向の力の不均一性である。しかし、これら要因を完全に解消することは現実には難しい。   However, when an endless fixing belt is used as a fixing member in the fixing device of the belt (film) fixing method as described above, the fixing belt is shifted toward one side in the rotation axis direction (thrust direction) (hereinafter referred to as “belt shifting”). "). ) Is likely to occur. The cause of this belt misalignment is the parallelism of the nip constituent members (fixing member and pressure member) that make up the nip, and both end surfaces from the center of the nip due to the symmetry of the shape and physical characteristics of each member. Is the non-uniformity of the axial force applied to. However, it is actually difficult to completely eliminate these factors.

上記のベルト寄りに対しては従来から様々な対策が提案されてきた。例えば、特許文献2ではベルトの内周面の寄り規制部材の貼付、ローラ軸端部へのベルト寄り止めリングの設置、ベルトの支持部材制御機構の搭載などが提案されている。しかし、この方法では速いベルト寄り(強い寄り力)が生じた際には、部材の剥離やベルトの乗り上げの発生、ベルト端部の座屈による破損が生じやすくなるといった課題があった。   Various countermeasures have been proposed for the above-mentioned belt side. For example, Patent Document 2 proposes attachment of a deviation regulating member on the inner peripheral surface of the belt, installation of a belt deviation retaining ring at the end of the roller shaft, and installation of a belt support member control mechanism. However, in this method, when a fast belt shift (strong shift force) occurs, there is a problem that the member is easily peeled off, the belt rides up, or the belt end portion is easily damaged due to buckling.

このように、ウォーミングアップ時間の短縮化、耐久性に優位性を有しながら、定着ベルトの長寿命化を可能とする定着装置用ローラが求められてきた。   As described above, there has been a demand for a fixing device roller that can shorten the warm-up time and have a superior durability, and can extend the life of the fixing belt.

本発明は、上記の問題を解決する、すなわち、ウォーミングアップ時間の短縮化、耐久性に優位性を有しながら、定着ベルトの長寿命化を可能とする定着装置用ローラ、このようなローラを有する定着装置、および、画像形成装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problem, that is, has a roller for a fixing device capable of extending the life of a fixing belt while shortening warm-up time and having an advantage in durability, and has such a roller. It is an object of the present invention to provide a fixing device and an image forming apparatus.

本発明の定着装置用ローラは、上記課題を解決するために、請求項1に記載の通り、 円柱状の芯金の外周面に気泡を有する多孔質体により構成された弾性層が形成されている定着装置用ローラにおいて、前記多孔質体の、前記芯金の軸を含みかつ当該軸と平行な断面に存在する気泡の気泡径が0.1μm以上50μm以下であり、かつ、前記断面における一辺が200μmの正方形の領域において存在する前記気泡の配列の周期性が最も強くなる前記軸に対する角度が60°以上120°以下であることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the fixing device roller according to the present invention has an elastic layer made of a porous body having air bubbles formed on the outer peripheral surface of a cylindrical core metal as described in claim 1. In the fixing device roller, a bubble diameter of a bubble present in a cross section including the shaft of the core metal and parallel to the axis of the porous body is 0.1 μm or more and 50 μm or less, and one side in the cross section Is characterized in that the angle with respect to the axis at which the periodicity of the array of bubbles existing in a square region of 200 μm is the strongest is 60 ° or more and 120 ° or less.

本発明の定着装置用ローラは、上記課題を解決するために、請求項1に記載の通り、円柱状の芯金の外周面に気泡を有する多孔質体により構成された弾性層が形成されている定着装置用ローラにおいて、前記多孔質体の、前記芯金の軸を含みかつ当該軸と平行な断面に存在する気泡の気泡径が0.1μm以上50μm以下であり、かつ、前記断面における一辺が200μmの正方形の領域において存在する前記気泡の配列の周期性が最も強くなる前記軸に対する角度が60°以上120°以下である構成を有しているので、ウォーミングアップ時間の短縮化、耐久性に優位性を有しながら、定着ベルトの長寿命化を可能とする。   In order to solve the above problems, the fixing device roller according to the present invention has an elastic layer formed of a porous body having air bubbles formed on the outer peripheral surface of a cylindrical cored bar as described in claim 1. In the fixing device roller, a bubble diameter of a bubble present in a cross section including the shaft of the core metal and parallel to the axis of the porous body is 0.1 μm or more and 50 μm or less, and one side in the cross section Has a configuration in which the angle with respect to the axis at which the periodicity of the bubble array existing in the 200 μm square region is the strongest is 60 ° or more and 120 ° or less, so that the warm-up time is shortened and the durability is improved. While having superiority, it is possible to extend the life of the fixing belt.

図1は、本発明の画像形成装置の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an image forming apparatus according to the present invention. 図2は、本発明の定着装置の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the fixing device of the present invention. 図3は、定着ベルトの一例のモデル断面図である。FIG. 3 is a model cross-sectional view of an example of a fixing belt. 図4は、本発明の本発明の定着装置用ローラの一例の軸に垂直な断面でのモデル断面図である。FIG. 4 is a model cross-sectional view in a cross section perpendicular to the axis of an example of the fixing device roller of the present invention. 図5は、図4の定着装置用ローラの軸を含む断面でのモデル断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the model including a shaft of the fixing device roller of FIG. 図6は、気泡の配列の周期性の評価方法に関する説明図である。図6(a)はモデル解析画像(135度方向)である。図6(b)は図6(a)に対する解析結果である。図6(c)はモデル解析画像(135度方向+ランダム)である。図6(d)はは図6(c)に対する解析結果である。FIG. 6 is an explanatory diagram relating to a method for evaluating the periodicity of the arrangement of bubbles. FIG. 6A is a model analysis image (135-degree direction). FIG. 6B is an analysis result with respect to FIG. FIG. 6C shows a model analysis image (135 degree direction + random). FIG. 6 (d) shows the analysis result for FIG. 6 (c). 多孔質体の断面写真の例である。図7(a)は二値化前の写真である。図7(b)は二値化後の写真である。It is an example of the cross-sectional photograph of a porous body. FIG. 7A is a photograph before binarization. FIG. 7B is a photograph after binarization. 図8は、実施例1〜4、比較例1〜3のローラの多孔質体の断面の電子顕微鏡写真である。図8(a)実施例1、図8(b)実施例2、図8(c)実施例3、図8(d)実施例4、図8(e)比較例1、図8(f)比較例2、図8(g)比較例3FIG. 8 is an electron micrograph of the cross section of the porous body of the rollers of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-3. 8 (a) Example 1, FIG. 8 (b) Example 2, FIG. 8 (c) Example 3, FIG. 8 (d) Example 4, FIG. 8 (e) Comparative Example 1, FIG. 8 (f) Comparative Example 2, FIG. 8 (g) Comparative Example 3 図9は、実施例1、比較例3の気泡分布解析結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the bubble distribution analysis results of Example 1 and Comparative Example 3. 実施例のローラでの、ベルト寄り速度低減効果を示すグラフである。It is a graph which shows the belt shift speed reduction effect in the roller of an Example.

以下、本発明について図面を用いて説明する。   The present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の実施形態を説明するための画像形成装置の一例の全体の概略構成図である。   FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of an example of an image forming apparatus for explaining an embodiment of the present invention.

本例では画像形成装置としてタンデム型カラープリンタを示す。   In this example, a tandem color printer is shown as the image forming apparatus.

図1において、画像形成装置1本体の上方に設置されたボトル収容部101には、各色(イエロー,マゼンタ,シアン,ブラック)に対応した4つのトナーボトル102Y,102M,102C,102Kが着脱自在(交換自在)に設置されている。ボトル収容部101の下方には中間転写ユニット85が配設されている。   In FIG. 1, four toner bottles 102Y, 102M, 102C, and 102K corresponding to the respective colors (yellow, magenta, cyan, and black) are detachably attached to a bottle accommodating portion 101 installed above the main body of the image forming apparatus 1 ( It is installed freely. An intermediate transfer unit 85 is disposed below the bottle housing portion 101.

中間転写ユニット85に設置された中間転写ベルト78に対向するように、各色(イエロー,マゼンタ,シアン,ブラック)に対応した作像部4Y,4M,4C,4Kが並設されている。各作像部4Y,4M,4C,4Kには、それぞれ感光体ドラム5Y,5M,5C,5Kが配設されている。また、各感光体ドラム5Y,5M,5C,5Kの周囲には、それぞれ、帯電部75,現像装置76,クリーニング部77,除電部(図示せず)などが配設されている。   Image forming portions 4Y, 4M, 4C, and 4K corresponding to the respective colors (yellow, magenta, cyan, and black) are arranged in parallel so as to face the intermediate transfer belt 78 installed in the intermediate transfer unit 85. Photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K are disposed in the image forming units 4Y, 4M, 4C, and 4K, respectively. Further, around each of the photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K, a charging unit 75, a developing device 76, a cleaning unit 77, a charge eliminating unit (not shown), and the like are disposed.

そして、各感光体ドラム5Y,5M,5C,5Kは回転し、各感光体ドラム5Y,5M,5C,5K上に対して、下記の作像プロセス(帯電工程,露光工程,現像工程,転写工程,クリーニング工程)が行われる。そして、各感光体ドラム5Y,5M,5C,5K上に各色の画像が形成される。   The photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K rotate, and the following image forming processes (charging process, exposure process, developing process, transfer process) are performed on the photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K. , Cleaning process). Then, an image of each color is formed on each photosensitive drum 5Y, 5M, 5C, 5K.

以下に感光体ドラム5Y,5M,5C,5Kに対する作像プロセスについて説明する。   The image forming process for the photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K will be described below.

感光体ドラム5Y,5M,5C,5Kは、図示しない駆動モータによって、図1において時計方向に回転駆動される。そして、帯電部75(図1には感光体ドラム5Kに対応したもののみを示している)において、感光体ドラム5Y,5M,5C,5Kの表面が一様に帯電される(帯電工程)。   The photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K are driven to rotate clockwise in FIG. 1 by a drive motor (not shown). Then, in the charging unit 75 (only one corresponding to the photosensitive drum 5K is shown in FIG. 1), the surfaces of the photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K are uniformly charged (charging process).

帯電された後、感光体ドラム5Y,5M,5C,5Kの表面は、露光部3から発せられるレーザ光により照射・露光され、各色に対応した静電潜像が形成される(露光工程)。潜像が形成された感光体ドラム5Y,5M,5C,5Kは、現像装置76(図1には感光体ドラム5Kに対応したもののみを示している)により静電潜像がトナー現像されて、各色のトナー像が形成される(現像工程)。   After being charged, the surfaces of the photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K are irradiated and exposed with laser light emitted from the exposure unit 3, and electrostatic latent images corresponding to the respective colors are formed (exposure process). The photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K on which the latent images are formed are developed with toner developed by the developing device 76 (only those corresponding to the photosensitive drum 5K are shown in FIG. 1). A toner image of each color is formed (development process).

感光体ドラム5Y,5M,5C,5K上のトナー像は、中間転写ベルト78および第1転写バイアスローラ79Y,79M,79C,79Kにより、中間転写ベルト78上に転写される(一次転写工程)。このようにして中間転写ベルト78上に重ねてトナー像が転写されることにより、中間転写ベルト78上にカラー画像が形成される。   The toner images on the photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K are transferred onto the intermediate transfer belt 78 by the intermediate transfer belt 78 and the first transfer bias rollers 79Y, 79M, 79C, and 79K (primary transfer process). In this way, the toner image is transferred onto the intermediate transfer belt 78 so that a color image is formed on the intermediate transfer belt 78.

前記転写の後、感光体ドラム5Y,5M,5C,5Kは、クリーニング部77に達して、感光体ドラム5Y,5M,5C,5Kの表面に残存した未転写トナーがクリーニング部77のクリーニングブレードによって機械的に回収される(クリーニング工程)。なお、図1には感光体ドラム5Kに対応したクリーニング部のみ示している。   After the transfer, the photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K reach the cleaning unit 77, and the untransferred toner remaining on the surfaces of the photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K is removed by the cleaning blade of the cleaning unit 77. It is recovered mechanically (cleaning process). FIG. 1 shows only the cleaning unit corresponding to the photosensitive drum 5K.

この後、除電部により感光体ドラム5Y,5M,5C,5Kの表面の残留電位が除去される。こうして、感光体ドラム5Y,5M,5C,5Kに対する一連の作像プロセスが終了する。   Thereafter, the residual potential on the surface of the photoconductive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K is removed by the static eliminating unit. Thus, a series of image forming processes for the photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K is completed.

次に、中間転写ベルト78上で行われる一連の転写プロセスについて説明する。   Next, a series of transfer processes performed on the intermediate transfer belt 78 will be described.

中間転写ユニット85は、たとえば次の部材から構成されている。無端状の中間転写ベルト78。4つの一次転写バイアスローラ79Y,79M,79C,79K。二次転写バックアップローラ82。クリーニングバックアップローラ83。テンションローラ84。中間転写クリーニング部80。   The intermediate transfer unit 85 includes, for example, the following members. An endless intermediate transfer belt 78. Four primary transfer bias rollers 79Y, 79M, 79C, and 79K. Secondary transfer backup roller 82. Cleaning backup roller 83. Tension roller 84. Intermediate transfer cleaning unit 80.

中間転写ベルト78は、二次転写バックアップローラ82とクリーニングバックアップローラ83とテンションローラ84とに張架・支持され、二次転写バックアップローラ82の回転駆動によって、図1における矢印方向に移動される。一次転写バイアスローラ79Y,79M,79C,79Kは、それぞれ中間転写ベルト78を感光体ドラム5Y,5M,5C,5Kとで挟み込むようにして一次転写ニップを形成している。一次転写バイアスローラ79Y,79M,79C,79Kには、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。   The intermediate transfer belt 78 is stretched and supported by the secondary transfer backup roller 82, the cleaning backup roller 83, and the tension roller 84, and is moved in the direction of the arrow in FIG. The primary transfer bias rollers 79Y, 79M, 79C, and 79K form primary transfer nips such that the intermediate transfer belt 78 is sandwiched between the photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K. A primary transfer bias roller 79Y, 79M, 79C, 79K is applied with a transfer bias opposite to the polarity of the toner.

中間転写ベルト78は、矢印方向に走行して、中間転写ベルト78と感光体ドラム5Y、5M、5C、5K間の一次転写ニップを順次通過する。こうして感光体ドラム5Y,5M,5C,5K上の各色のトナー像が、中間転写ベルト78上に重ねて一次転写が行われる。   The intermediate transfer belt 78 travels in the direction of the arrow, and sequentially passes through the primary transfer nip between the intermediate transfer belt 78 and the photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K. In this way, the toner images of the respective colors on the photosensitive drums 5Y, 5M, 5C, and 5K are superimposed on the intermediate transfer belt 78 and primary transfer is performed.

一次転写後、中間転写ベルト78は二次転写ローラ89との対向位置に達する。この位置で二次転写バックアップローラ82は、二次転写ローラ89とで中間転写ベルト78を挟み込むようにして二次転写ニップを形成している。二次転写ニップにおいて、中間転写ベルト78上に形成されている4色のトナー像が、搬送されてくる記録媒体P上に転写される。   After the primary transfer, the intermediate transfer belt 78 reaches a position facing the secondary transfer roller 89. At this position, the secondary transfer backup roller 82 forms a secondary transfer nip so as to sandwich the intermediate transfer belt 78 with the secondary transfer roller 89. At the secondary transfer nip, the four color toner images formed on the intermediate transfer belt 78 are transferred onto the recording medium P being conveyed.

転写後、中間転写ベルト78は、中間転写クリーニング部80に達して、中間転写ベルト78上の未転写トナーが回収される。こうして、中間転写ベルト78上で行われる一連の転写プロセスが終了する。   After the transfer, the intermediate transfer belt 78 reaches the intermediate transfer cleaning unit 80, and the untransferred toner on the intermediate transfer belt 78 is collected. Thus, a series of transfer processes performed on the intermediate transfer belt 78 is completed.

ここで、二次転写ニップの位置に搬送される記録媒体Pは、画像形成装置本体1の下方に配設された給紙部12から、給紙ローラ97およびレジストローラ98を経由して搬送されるものである。すなわち、給紙部12には、転写紙などの記録媒体Pが複数枚重ねて収納される。   Here, the recording medium P conveyed to the position of the secondary transfer nip is conveyed from the paper supply unit 12 disposed below the image forming apparatus main body 1 via the paper supply roller 97 and the registration roller 98. Is. That is, a plurality of recording media P such as transfer paper are stored in the paper supply unit 12 in a stacked manner.

給紙ローラ97が図1において反時計方向に回転駆動されると、最上位の記録媒体Pから順にレジストローラ98に給送される。レジストローラ98に搬送された記録媒体Pは、回転駆動を停止したレジストローラ98のローラニップの位置で一旦停止する。   When the paper feed roller 97 is driven to rotate counterclockwise in FIG. 1, the paper is fed to the registration rollers 98 in order from the top recording medium P. The recording medium P conveyed to the registration roller 98 is temporarily stopped at the position of the roller nip of the registration roller 98 that has stopped rotating.

そして、中間転写ベルト78上のトナー像にタイミングを合わせて、レジストローラ98が回転駆動されることにより、記録媒体Pが前記二次転写ニップに向けて搬送される。このようにして、記録媒体P上にトナー像が転写される。   The registration roller 98 is rotationally driven in synchronization with the toner image on the intermediate transfer belt 78, whereby the recording medium P is conveyed toward the secondary transfer nip. In this way, the toner image is transferred onto the recording medium P.

二次転写ニップでカラー画像が転写された記録媒体Pは定着装置20に搬送され、定着装置20において定着ベルト21と加圧ローラ31による加熱および加圧を受けて、表面に転写されたトナー像が記録媒体P上に定着される。その後、記録媒体Pは、排紙ローラ99を経て装置本体1外へと排出され、スタック部100上に順次スタックされる。   The recording medium P on which the color image has been transferred at the secondary transfer nip is conveyed to the fixing device 20, where the toner image transferred to the surface by being heated and pressed by the fixing belt 21 and the pressure roller 31 in the fixing device 20. Is fixed on the recording medium P. Thereafter, the recording medium P is discharged out of the apparatus main body 1 through the paper discharge roller 99 and is sequentially stacked on the stack unit 100.

次に、本発明の定着装置の一例について図2にて説明する。   Next, an example of the fixing device of the present invention will be described with reference to FIG.

図2において、定着装置20はこの例ではたとえば次の部材から構成されている。定着部材としての無端状のベルト状部材からなる定着ベルト21。定着ベルト21内に設けられたパイプ状の熱伝導部材22。加熱部材であるハロゲンヒータ25。定着ベル。21に接して表面温度を検知する温度センサであるサーミスタ28。定着ベル。21。接して定着ニップNを形成する加圧部材としての加圧ローラ31。定着ベルト21の外周一部に対向設置された断面円弧状の放熱部材40。   In FIG. 2, the fixing device 20 is composed of the following members in this example, for example. A fixing belt 21 comprising an endless belt-like member as a fixing member. A pipe-shaped heat conduction member 22 provided in the fixing belt 21. A halogen heater 25 which is a heating member. Fixing bell. A thermistor 28 that is a temperature sensor that detects the surface temperature in contact with 21. Fixing bell. 21. A pressure roller 31 as a pressure member that contacts and forms a fixing nip N. A heat dissipating member 40 having a circular arc cross section disposed opposite to a part of the outer periphery of the fixing belt 21.

熱伝導部材22は、定着ニップNに対向する位置に凹部22aが形成されている。この凹部22aに、ニップ形成部材26と、定着ベルト21とニップ形成部材26の間に配されたメッシュ状の摺動シート23と、熱伝導部材22の凹部22a底部とニップ形成部材26の間に配された断熱材27とが配設されている。   The heat conducting member 22 has a recess 22 a at a position facing the fixing nip N. In this recess 22 a, a nip forming member 26, a mesh-like sliding sheet 23 disposed between the fixing belt 21 and the nip forming member 26, and a gap between the bottom of the recess 22 a of the heat conducting member 22 and the nip forming member 26 are provided. A heat insulating material 27 is disposed.

ニップ形成部材26は、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの弾性体から構成されており、定着ベルト21の内面に対して摺動シート23を介して間接的に摺動するようになっている。なお、ニップ形成部材26が定着ベルト21の内面に直接摺動する構成であってもよい。   The nip forming member 26 is made of an elastic body such as silicone rubber or fluorine rubber, and is slid indirectly with respect to the inner surface of the fixing belt 21 via the sliding sheet 23. The nip forming member 26 may slide directly on the inner surface of the fixing belt 21.

中空の熱伝導部材22は材質としてアルミニウム、鉄、ステンレスなどのパイプ状金属を用いる。本実施形態の熱伝導部材22は、定着ベルト21の気泡径より1mm程度気泡径の小さい円形としている。熱伝導部材22の凹部22aの内部には、ニップ形成部材26と断熱材27が収納されており、熱伝導部材22の内部には、これらを支持するための略T状の保持部材30が設けられている。熱伝導部材22を昇温させる熱源としては、図示したハロゲンヒータ25でもよいが、IH(誘導加熱)方式、抵抗発熱体やカーボンヒータなども使用することができる。   The hollow heat conducting member 22 is made of a pipe-shaped metal such as aluminum, iron or stainless steel. The heat conducting member 22 of the present embodiment has a circular shape with a bubble diameter smaller than the bubble diameter of the fixing belt 21 by about 1 mm. A nip forming member 26 and a heat insulating material 27 are housed inside the recess 22a of the heat conducting member 22, and a substantially T-shaped holding member 30 is provided inside the heat conducting member 22 to support them. It has been. Although the illustrated halogen heater 25 may be used as a heat source for raising the temperature of the heat conducting member 22, an IH (induction heating) method, a resistance heating element, a carbon heater, or the like can also be used.

定着ベルトの例21について図3のモデル断面図を用いて説明する。図3より、基材1の上に弾性層2、離型層3を積層しており、その全体の厚さは1mm以下となっている。また、その気泡径は15〜120mm程度になるように設定されており、本実施の形態では30mm程度に設定されている。   A fixing belt example 21 will be described with reference to the model cross-sectional view of FIG. From FIG. 3, the elastic layer 2 and the release layer 3 are laminated | stacked on the base material 1, The whole thickness is 1 mm or less. Further, the bubble diameter is set to be about 15 to 120 mm, and is set to about 30 mm in the present embodiment.

定着ベルト基材層41は層厚が30〜50μmであって、ニッケルもしくはステンレス等の金属材料又はポリイミド(PI)などの樹脂材料で形成されている。弾性層42は光沢ムラのない均一な画像を得るために、ベルト表面に柔軟性を与える目的で形成され、厚さは100〜300μmが望ましい。また、定着温度における耐熱性から、材質としてはシリコーンゴム、発泡シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等が用いられる。離型層43に使用される材料として、たとえば次のようなものが挙げられる。四フッ化エチレン樹脂(PTFE)。四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)。四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)。フッ素樹脂の混合物。耐熱性樹脂にこれらフッ素系樹脂を分散させたもの。   The fixing belt base material layer 41 has a layer thickness of 30 to 50 μm and is formed of a metal material such as nickel or stainless steel or a resin material such as polyimide (PI). The elastic layer 42 is formed for the purpose of giving flexibility to the belt surface in order to obtain a uniform image without uneven glossiness, and the thickness is preferably 100 to 300 μm. Moreover, silicone rubber, foamed silicone rubber, fluorosilicone rubber or the like is used as a material because of heat resistance at the fixing temperature. Examples of the material used for the release layer 43 include the following. Tetrafluoroethylene resin (PTFE). Tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin (PFA). Tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP). A mixture of fluororesins. A product in which these fluororesins are dispersed in a heat-resistant resin.

加圧ローラ31は、本発明の定着装置用ローラであり、その構成を図4および図5を用いて説明する。金属製の円筒部材からなる芯金32上に、発泡シリコーンゴムからなる弾性層33、PFAまたはPTFEからなる表面離型層34の順にそれぞれ積層されている。そして、弾性層33の両端部付近には表面離型層34の代わりに、定着ベルトとの滑りの発生を防止する、ゴム材料によって形成されるグリップ層35が形成されている。   The pressure roller 31 is a roller for a fixing device of the present invention, and its configuration will be described with reference to FIGS. 4 and 5. An elastic layer 33 made of foamed silicone rubber and a surface release layer 34 made of PFA or PTFE are laminated in this order on a metal core 32 made of a metal cylindrical member. In the vicinity of both end portions of the elastic layer 33, instead of the surface release layer 34, a grip layer 35 made of a rubber material that prevents slippage with the fixing belt is formed.

芯金32にはステンレス鋼、炭素鋼など剛性の高い金属材料を用いる。芯金の肉厚については本発明では弾性層に発泡シリコーンゴムを適用することで断熱性を有しており、中空、中実は問わない。本実施例では肉厚2mmのSTKM材を用いた。   The cored bar 32 is made of a highly rigid metal material such as stainless steel or carbon steel. With respect to the thickness of the cored bar, the present invention has a heat insulating property by applying foamed silicone rubber to the elastic layer, and it does not matter whether it is hollow or solid. In this example, a STKM material having a thickness of 2 mm was used.

弾性層33には発泡シリコーンゴムを用いることで断熱性を得ることができ、加圧ローラへの伝熱を低減することで機器の立ち上げ時間短縮や省エネ(TEC値低減)が可能である。   By using foamed silicone rubber for the elastic layer 33, heat insulation can be obtained, and by reducing the heat transfer to the pressure roller, the start-up time of the device can be shortened and energy saving (TEC value reduction) can be achieved.

弾性層33を構成する多孔質体は熱伝導率が0.1〜0.2W/(m・K)、硬度が20〜60°(アスカーC)のものであることが好ましい。   The porous body constituting the elastic layer 33 preferably has a thermal conductivity of 0.1 to 0.2 W / (m · K) and a hardness of 20 to 60 ° (Asker C).

この多孔質体は、円筒形の芯金の軸を含みかつ当該軸と平行な断面に存在する気泡の気泡径が0.1μm以上50μm以下であることが必要である。さらに、芯金の軸に対して、その断面における一辺が200μmの正方形の領域において存在するこれら気泡の配列の周期性が最も強くなる角度が60°以上120°以下であることが必要である。これらが満足されない場合、定着ベルトの長寿命化効果が得られない。   This porous body needs to have a bubble diameter of 0.1 μm or more and 50 μm or less of a bubble present in a cross section including a cylindrical cored bar axis and parallel to the axis. Furthermore, it is necessary that the angle at which the periodicity of the arrangement of the bubbles present in a square region having a side of 200 μm in the cross section is the strongest with respect to the axis of the core is 60 ° or more and 120 ° or less. If these are not satisfied, the effect of extending the life of the fixing belt cannot be obtained.

さらに、気泡が互いに部分的に重なり合って形成された複合気泡が前記正方形の領域において占める面積割合が60%以上70%以下であることが好ましい。ここで、複合気泡は、単独気泡の球形状とは異なり、球形が互いに部分的に重なり合っているので、多孔質体の断面を顕微鏡などで観察することで、単独気泡と容易に区別することができる。   Further, it is preferable that the area ratio of the composite bubbles formed by overlapping the bubbles partially in the square region is 60% or more and 70% or less. Here, unlike the spherical shape of single bubbles, the composite bubbles are partially overlapped with each other. Therefore, by observing the cross section of the porous body with a microscope or the like, it can be easily distinguished from single bubbles. it can.

さらに、気泡のうち、気泡径が5μm以上50μm以下の大きさの気泡について5μm毎に分画したときに5μm以上10μm以下の大きさの気泡が最も多く存在する場合、高い耐久性が得られるので好ましい。   Furthermore, among the bubbles, when the bubble size is 5 μm or more and 50 μm or less, when the bubbles are 5 μm or more and 10 μm or less when fractionated every 5 μm, high durability is obtained. preferable.

そして、さらに、5μm以上10μm以下の大きさの上記気泡の数を100としたときに、10μm以上20μm以下の大きさの気泡の数割合が50以上であると、加圧の応力をより均等に分散できるために、より高い耐久性を得ることができる。   Further, when the number of bubbles having a size of 5 μm or more and 10 μm or less is defined as 100, and the number ratio of the bubbles having a size of 10 μm or more and 20 μm or less is 50 or more, the pressure stress is more evenly distributed. Since it can be dispersed, higher durability can be obtained.

ここで、多孔質体の製造方法としては発泡剤を添加させ発泡構造を形成する化学発泡法と、液状シリコーンゴム中に水を乳化させ加熱することで水を揮発させ発泡構造を形成する水発泡シリコーン法と、が一般的に知られている。   Here, as a manufacturing method of the porous body, a chemical foaming method in which a foaming agent is added to form a foamed structure, and water foaming in which water is volatilized by emulsifying water in liquid silicone rubber and heating to form a foamed structure. The silicone method is generally known.

このうち、化学発泡法ではセルのサイズが大きいために画像形成装置の定着用回転体として用いた場合、トナーに対して均一な圧力を加えることが困難であるため、画像むらや耐久性不足(硬度低下、破断など)が起こりやすいという問題がある。一方、水発泡シリコーン法では微細なセルを均一に形成することできるので、トナーに対して均一な圧力を印可でき、圧力を均等に受けることができるため、耐久性の点で有利である。   Among these, the chemical foaming method has a large cell size, so when used as a fixing rotating body of an image forming apparatus, it is difficult to apply a uniform pressure to the toner. There is a problem that the hardness tends to decrease and breakage easily occurs. On the other hand, the water-foamed silicone method is advantageous in terms of durability because fine cells can be uniformly formed, so that a uniform pressure can be applied to the toner and the pressure can be applied evenly.

本発明における弾性層を形成する多孔質体は、例えば水発泡シリコーンとして提案された技術を応用して得ることができる。   The porous body forming the elastic layer in the present invention can be obtained by applying the technique proposed as water-foamed silicone, for example.

具体的には特許文献1に開示された、水発泡シリコーン組成物を用い、ただし、最終的に形成される多孔質体における、芯金の軸を含みかつ当該軸と平行な断面に存在する気泡の気泡径が0.1μm以上50μm以下の範囲の大きさとなるように、攪拌を行う。この攪拌時に、気泡径が5μm以上50μm以下の大きさの気泡について5μm毎に分画したときに気泡径が5μm以上10μm以下の大きさの気泡が最も多く存在するように調整することが好ましい。そして、さらに気泡径が5μm以上10μm以下の大きさの上記気泡の数を100としたときに、気泡径が10μm以上20μm以下の大きさの気泡の数割合が50以上となるように調整することが好ましい。   Specifically, the water-foamed silicone composition disclosed in Patent Document 1 is used. However, in the porous body that is finally formed, air bubbles are present in a cross section including the axis of the cored bar and parallel to the axis. Stirring is carried out so that the bubble diameter is 0.1 μm or more and 50 μm or less. During the stirring, it is preferable to adjust so that bubbles having a bubble diameter of 5 μm or more and 50 μm or less are most frequently present when the bubble diameter is fractionated every 5 μm. Further, when the number of bubbles having a bubble diameter of 5 μm or more and 10 μm or less is defined as 100, the number ratio of the bubbles having a bubble diameter of 10 μm or more and 20 μm or less is adjusted to be 50 or more. Is preferred.

より具体的には、市販されている2液型の液状シリコーンゴムに触媒、界面活性剤、架橋剤を添加し、混合する。そして、水(必要に応じてアルコールを加える)に添加剤、充填剤、分散剤等を混ぜ、液状シリコーンゴムと同等の粘度にした混合溶液と合わせて攪拌してエマルション組成物を調製する。   More specifically, a catalyst, a surfactant, and a crosslinking agent are added to and mixed with a commercially available two-component liquid silicone rubber. And an additive, a filler, a dispersing agent, etc. are mixed with water (add alcohol as needed), and it stirs together with the mixed solution made into the viscosity equivalent to liquid silicone rubber, and prepares an emulsion composition.

ここで、液状シリコーンゴムと混合溶液との配合比率は、所望の空孔率により調整する。例えば、液状シリコーンゴムと混合溶液との配合比率を1:1にすると、エマルション中の微粒子状の水分が蒸発しセルとなるので空孔率50%の多孔質体を得ることができる。   Here, the blending ratio of the liquid silicone rubber and the mixed solution is adjusted by a desired porosity. For example, when the blending ratio of the liquid silicone rubber and the mixed solution is 1: 1, the particulate water in the emulsion is evaporated to form cells, so that a porous body having a porosity of 50% can be obtained.

エマルションは、ホモジナイザーや、必要に応じて超音波処理を伴う攪拌機を用い、上記条件を満足するような気泡分布が得られるよう攪拌手段、攪拌時間、攪拌速度(例えば300〜1500rpm)などの各種攪拌条件を調整する。その後、調製されたエマルション組成物を金型に注型し、加熱することでエマルション組成物内の水分を蒸発させずにシリコーンゴムを硬化させる(一次加熱)。   For the emulsion, use a homogenizer or, if necessary, a stirrer with ultrasonic treatment, and various stirring such as stirring means, stirring time, stirring speed (for example, 300 to 1500 rpm) so as to obtain a bubble distribution that satisfies the above conditions. Adjust the conditions. Thereafter, the prepared emulsion composition is poured into a mold and heated to cure the silicone rubber without evaporating moisture in the emulsion composition (primary heating).

ここで、加熱温度は、80〜130℃の範囲、加熱時間はで30〜120分の範囲で行う。加熱温度90〜110℃、加熱時間60〜90分が望ましい。次に、一次加熱後の多孔質体から水分を除去するために二次加熱を行う。加熱温度は150〜300℃、加熱時間は1〜24時間の範囲で行う。加熱温度200〜250℃、加熱時間3〜5時間が好ましい。このような二次加熱を行うことで、多孔質体から水分を除去し、気泡を連泡タイプとするとともに、シリコーンゴムの最終的な硬化を終了させる。なお、この成形時の昇温条件を調整することにより、切断面における一辺が200μmの正方形の領域において存在する気泡の配列の周期性が最も強くなる角度を望ましい範囲にすることができる。これは、エマルジョン組成物の水分は昇温速度(温度)の高い方向に抜けていく(連泡化する)ためである。   Here, the heating temperature is in the range of 80 to 130 ° C., and the heating time is in the range of 30 to 120 minutes. A heating temperature of 90 to 110 ° C. and a heating time of 60 to 90 minutes are desirable. Next, secondary heating is performed in order to remove moisture from the porous body after the primary heating. The heating temperature is 150 to 300 ° C., and the heating time is 1 to 24 hours. A heating temperature of 200 to 250 ° C. and a heating time of 3 to 5 hours are preferable. By performing such secondary heating, moisture is removed from the porous body, the bubbles are of the continuous foam type, and the final curing of the silicone rubber is terminated. It should be noted that by adjusting the temperature raising conditions during the molding, the angle at which the periodicity of the arrangement of bubbles existing in a square region having a side of 200 μm on the cut surface is the strongest can be made a desirable range. This is because the moisture in the emulsion composition escapes in the direction in which the rate of temperature rise (temperature) is high (consecutive foaming).

成形された弾性層上に一液熱硬化型の接着剤を均一に塗布しPFAチューブを被覆し離型層とする。離型層にはPTFE、FEPなどの離型性及び耐熱性の良い材料を用いることができる。   A one-component thermosetting adhesive is uniformly applied on the molded elastic layer, and the PFA tube is covered to form a release layer. For the release layer, a material having good release properties and heat resistance such as PTFE and FEP can be used.

グリップ層は幅が1〜15mm程度とし、離型層側の通紙領域外となる部位よりローラ端部まで成形する。成形方法はスプレー塗装、ディップ塗装、ロールコートなどを用いる。グリップ層の材料には、グリップ力を得るためタック性を有すること、ニップ部を形成するため弾性体であること、定着温度に対する耐熱性を有することの3つの特性が必要となる。このような材料として、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどのゴム材料が挙げられる。   The grip layer has a width of about 1 to 15 mm and is formed from a portion outside the paper passing area on the release layer side to the roller end. As the molding method, spray coating, dip coating, roll coating or the like is used. The material of the grip layer is required to have three characteristics: a tack property for obtaining a grip force, an elastic body for forming a nip portion, and a heat resistance against a fixing temperature. Examples of such a material include rubber materials such as silicone rubber and fluorine rubber.

ここで、本発明における気泡の個数の測定方法及び気泡の配列の周期性の評価方法について説明する。   Here, the method for measuring the number of bubbles and the method for evaluating the periodicity of the arrangement of bubbles in the present invention will be described.

まず、気泡の配列(気泡と固層(シリコーンゴム)との配列)の周期性の評価方法について説明する。   First, a method for evaluating the periodicity of the arrangement of bubbles (an arrangement of bubbles and a solid layer (silicone rubber)) will be described.

水発泡シリコーンにより形成された多孔質体は分散剤である水(及び、アルコール)が成形体から抜けるときに形成された微細な通路によりつながっている、いわゆる連泡体となっている。また、撮影画像(図7(a)参照)を目視で見てもいずれの方向に最も固層と気泡(連泡体)が周期性を持っているかの判別は不可能である。そこで今回、画像の二次元フーリエ解析により気泡(と固体部と)の配列の周期性を評価することとした。評価方法の例を下記に示す。   The porous body formed of water-foamed silicone is a so-called open-cell body that is connected by fine passages formed when water (and alcohol), which is a dispersant, escapes from the molded body. In addition, even when the photographed image (see FIG. 7A) is visually observed, it is impossible to determine in which direction the solid layer and the bubbles (continuous foam) have the periodicity. Therefore, this time, we decided to evaluate the periodicity of the arrangement of bubbles (and the solid part) by two-dimensional Fourier analysis of the image. An example of the evaluation method is shown below.

ここで、一例として斜め135度方向に白黒のパターンを配列させた画像(図6(a))について二次元フーリエ解析を行う。目視でも理解されるように白黒のパターンの周期性は135度方向にピークを持つ(図6(b))。ここで、図6(a)の画像にランダムに目視ではどの方向に白黒のパターンが並んでいるか判別不可能となるように白線を配列させる(図6(c))。先と同様に解析を行っても周期性のピークは135度方向に抽出される(図6(d))。   Here, as an example, a two-dimensional Fourier analysis is performed on an image (FIG. 6A) in which black and white patterns are arranged in an oblique direction of 135 degrees. As can be seen visually, the periodicity of the black and white pattern has a peak in the direction of 135 degrees (FIG. 6B). Here, white lines are arranged so that it is impossible to determine in which direction the black-and-white pattern is lined up randomly in the image of FIG. 6A (FIG. 6C). Even if the analysis is performed in the same manner as described above, the periodic peak is extracted in the direction of 135 degrees (FIG. 6D).

このように、上述した評価方法(図5の白線を気泡(連泡体)、黒線を固層(シリコーンゴム)と見立て)を適用することで、固層に対する気泡(連泡体)の配列の周期性(気泡の連泡方向)が評価可能となる。   In this way, by applying the evaluation method described above (the white line in FIG. 5 is regarded as a bubble (continuous foam) and the black line is regarded as a solid layer (silicone rubber)), the arrangement of the bubbles (continuous foam) with respect to the solid layer is arranged. It is possible to evaluate the periodicity of the bubbles (the direction of the bubble bubbles).

実際の評価手順としては、始めに、鋭利な刃物で弾性層を構成する多孔質体を、芯金の軸を含みかつ当該軸と平行な面で切断する。その断面をレーザ顕微鏡(LSM)、あるいは、電子顕微鏡(SEM)で一辺が200μmの正方形の領域が鮮明に見えるように撮影する(図7(a)参照)。   As an actual evaluation procedure, first, a porous body constituting an elastic layer with a sharp blade is cut along a plane including the axis of the cored bar and parallel to the axis. The cross section is photographed with a laser microscope (LSM) or an electron microscope (SEM) so that a square region with a side of 200 μm can be clearly seen (see FIG. 7A).

得られた画像を、気泡部分が黒く、固層(シリコーンゴム)部分が白くなるように画像処理して白黒二値化(図7(b)参照)する。この二値化した画像に対して二次元フーリエ解析を行い、白黒(気泡と固体部と)の配列の周期性が最も強くなる角度を抽出する。以上の方法により気泡の配列の周期性を評価している。   The obtained image is subjected to image processing so that the bubble portion is black and the solid layer (silicone rubber) portion is white and binarized into black and white (see FIG. 7B). A two-dimensional Fourier analysis is performed on the binarized image, and an angle at which the periodicity of the black and white (bubble and solid portion) arrangement is the strongest is extracted. The periodicity of the bubble arrangement is evaluated by the above method.

次に、気泡の個数の測定方法について説明する。上記同様に画像撮影を行い、画像の二値化処理を行う。気泡部分を抽出した後、各気泡径を構成要素として、画像処理の手法の一つであるオープニング処理を行って、上記抽出した気泡を各気泡径にふるい分けをする。各オープニング処理の前後の結果の差分を取ることでふるい分けした構成要素(気泡径)の画素数を知ることができる。   Next, a method for measuring the number of bubbles will be described. An image is captured in the same manner as described above, and an image binarization process is performed. After extracting the bubble portion, an opening process, which is one of image processing methods, is performed using each bubble diameter as a constituent element, and the extracted bubbles are screened to each bubble diameter. By taking the difference between the results before and after each opening process, the number of pixels of the constituent elements (bubble diameter) that have been screened can be known.

この画素数を構成要素の画素数で除することで各径範囲毎に含まれる個数(分画された各分画に存在する気泡数)を知ることができ、分布を求めることができる。   By dividing this number of pixels by the number of pixels of the constituent elements, the number contained in each diameter range (the number of bubbles present in each fractionated fraction) can be known, and the distribution can be obtained.

本発明における弾性層を構成する多孔質体は、上述のように、球状の気泡が互いに部分的に重なり合って形成された複合気泡が前記断面中の一辺が200μmの正方形の領域に対して占める面積割合が60%以上70%以下のものであることが好ましい。ここで、このような面積割合は上記顕微鏡による画像データにおいて、一辺が200μmの正方形の領域を切り出す(上記正方形の領域をそのまま用いることもできる)。そして、この領域における、部分的に重なり合って形成された複合気泡以外の気泡に係る画像を目視で確認しながら消したのち、白黒二値化し、これら領域における全体における黒の部分の面積比(画像処理ソフトによって算出される)を用いた。   As described above, the porous body constituting the elastic layer in the present invention has an area occupied by a composite bubble formed by overlapping spherical bubbles partially with respect to a square region having a side of 200 μm in the cross section. The ratio is preferably 60% or more and 70% or less. Here, such an area ratio cuts out a square area having a side of 200 μm in the image data obtained by the microscope (the square area can be used as it is). Then, after visually erasing the image related to the bubble other than the composite bubble formed in this region, the image is erased while visually checking, and then binarized into black and white, and the area ratio of the black portion in the entire region (image Calculated by the processing software).

以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の定着装置用ローラ、定着装置、および、画像形成装置は上記実施形態の構成に限定されるものではない。   Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiment, the fixing device roller, the fixing device, and the image forming apparatus of the present invention are not limited to the configuration of the above embodiment.

当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の定着装置用ローラ、定着装置、および、画像形成装置を適宜改変することができる。このような改変によってもなお本発明の定着装置用ローラ、定着装置、および、画像形成装置の構成を具備する限り、もちろん、本発明の範疇に含まれるものである。   A person skilled in the art can appropriately modify the fixing device roller, the fixing device, and the image forming apparatus of the present invention in accordance with conventionally known knowledge. Of course, such modifications are included in the scope of the present invention as long as they include the configurations of the fixing device roller, the fixing device, and the image forming apparatus of the present invention.

芯金として直径が24mm、肉厚が2mmのSTKM材を用い、その外側面に東レ・ダウコーニングシリコーン社製水発泡シリコーン組成物により発泡シリコーンゴムを肉厚4mmで成形した。また、通紙領域となる部分に表面離型層として30μmのPFAチューブを被覆し、ローラ両端の露出している弾性層上において膜厚50μmとなる厚さで均一にグリップ層を形成した。   A STKM material having a diameter of 24 mm and a wall thickness of 2 mm was used as the core metal, and a foamed silicone rubber was formed on the outer surface of the foamed silicone rubber with a wall thickness of 4 mm using a water-foamed silicone composition manufactured by Toray Dow Corning Silicone. Further, a PFA tube having a thickness of 30 μm was coated as a surface release layer on a portion to be a paper passing area, and a grip layer was uniformly formed with a thickness of 50 μm on the exposed elastic layer at both ends of the roller.

上記水発泡シリコーン組成物に対して攪拌条件・加熱条件の異なるローラを7種類作製し、実施例1〜4、比較例1〜3とする。各々のローラの寄り速度を測定した後に弾性層である多孔質体を軸方向に切断したときに得られる断面について走査型電子顕微鏡による写真を撮影し、各々の気泡の径・分布及び気泡と固層の周期性を評価した。   Seven types of rollers having different stirring conditions and heating conditions are prepared for the water-foamed silicone composition, and Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 are used. After measuring the shifting speed of each roller, a cross section obtained by cutting the porous body, which is an elastic layer, in the axial direction was photographed with a scanning electron microscope. The periodicity of the layers was evaluated.

図8(a)〜(g)に実施例1〜4及び比較例1〜3の定着装置用ローラの弾性層の断面の顕微鏡写真をそれぞれ示すと共に図9に実施例1と比較例3の気泡の分布の調査結果を示す。表中評価項目A〜Eは次の項目である。A:断面に存在する気泡(と固体部と)の配列の周期性が最も強くなる、軸に対する角度。B:気泡の大きさ(気泡径)の範囲。C:球状の気泡が互いに部分的に重なり合って形成された複合気泡が前記断面中の一辺が200μmの正方形の領域において占める面積割合。D:前記多孔質体を切断したときに得られる断面に存在する気泡径が5μm以上50μm以下の大きさの気泡について5μm毎に分画したときにもっとも大きい分画範囲。E:前記最も多い分画範囲の気泡の数を100としたときに、その分画より一段大きい分画の気泡の数割合。   FIGS. 8A to 8G show micrographs of cross sections of the elastic layers of the fixing device rollers of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, respectively, and FIG. 9 shows bubbles of Example 1 and Comparative Example 3. The survey results of the distribution of are shown. Evaluation items A to E in the table are the following items. A: An angle with respect to the axis at which the periodicity of the arrangement of bubbles (and the solid part) existing in the cross section is the strongest. B: Range of bubble size (bubble diameter). C: Area ratio of a composite bubble formed by overlapping spherical bubbles partially overlapping each other in a square region having a side of 200 μm in the cross section. D: The largest fractionation range when bubbles having a bubble diameter of 5 μm or more and 50 μm or less present in a cross section obtained by cutting the porous body are fractionated every 5 μm. E: The ratio of the number of bubbles in a fraction that is one step larger than the fraction, where 100 is the number of bubbles in the largest fraction range.

なお、実施例1〜4、比較例1〜3のローラの弾性層の熱伝導率は0.100〜0.110W/(m・K)の範囲、硬度は34〜38°(アスカーC)であった。これらは同じレベルであり、これらの差による後述の評価結果への影響は無視できるものである。   In addition, the heat conductivity of the elastic layer of the rollers of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 is in the range of 0.100 to 0.110 W / (m · K), and the hardness is 34 to 38 ° (Asker C). there were. These are at the same level, and the influence on the evaluation results described later due to these differences is negligible.

各実施例、比較例において耐久試験及びベルト寄り速度の計測を実施した。   In each example and comparative example, a durability test and a measurement of the belt shift speed were performed.

試験には図2に示した定着ユニットにおいて、ニップ幅が10mmとなるように加圧ローラの付勢を制御し、ベルト表面の温度を140℃、線速を256mm/秒に制御した状態で試験を実施した。   In the test, in the fixing unit shown in FIG. 2, the urging of the pressure roller was controlled so that the nip width was 10 mm, the belt surface temperature was controlled to 140 ° C., and the linear velocity was controlled to 256 mm / second. Carried out.

試験実施に際しては図2に示した定着装置の加圧ローラのみを実施例、比較例のローラと交換して行った。ベルトの寄り速度は定着ベルトの一方の端の位置をレーザ変位計で計測し、その移動距離(計測側に進んだ場合は正、他端側に進んだ場合は負の値となる」)を経過時間で割ることで算出した。なお、耐久試験については上記、試験条件下において300時間行い、加圧ローラ硬度低下は試験実施前後の硬度変化を示している。   In conducting the test, only the pressure roller of the fixing device shown in FIG. 2 was replaced with the roller of the example and the comparative example. The belt shift speed is measured by measuring the position of one end of the fixing belt with a laser displacement meter, and the moving distance (positive when moving to the measuring side, and negative when moving to the other side) Calculated by dividing by elapsed time. The durability test was performed for 300 hours under the test conditions described above, and the pressure roller hardness reduction indicates a change in hardness before and after the test.

定着ベルト寿命については、端面破壊なし、かつ、異音なしの場合を十分であるとして「○」と、端面破壊が生じたり、異音が生じた場合を不十分として「×」と評価した。また、加圧ローラ寿命として、その硬度(アスカーC)低下が2°以内、かつ、破泡(多孔質体の気泡間の固体部(壁状部)が破れること)なしの場合を十分であるとして「○」として評価した。硬度低下が2°を超えるか、破泡が生じた場合には不十分であるとして「×」と評価した。さらに、総合判定として、加圧ローラの寿命、および、定着ベルトの寿命がともに十分である場合のみ十分であるとして「○」、それ以外の場合を不十分であるとして「×」と評価した。結果を表2に示す。   Regarding the life of the fixing belt, “◯” was evaluated as being sufficient when there was no end face destruction and no abnormal noise, and “X” was evaluated as being insufficient when end face destruction or abnormal noise occurred. In addition, the pressure roller life is sufficient when the hardness (Asker C) decreases within 2 ° and there is no bubble breakage (the solid part (wall-like part) between the bubbles of the porous body is broken). As “◯”. When the hardness decrease exceeded 2 ° or bubble breakage occurred, it was evaluated as “x” as insufficient. Further, as a comprehensive judgment, “◯” was evaluated as being sufficient only when both the life of the pressure roller and the life of the fixing belt were sufficient, and “x” was evaluated as being insufficient otherwise. The results are shown in Table 2.

上記の全ての実施例および比較例においてベルト寄り自体は発生したが、寄り速度には差異が生じた。比較例1および2においてはベルト端面が規制部材と干渉することにより異音の発生、特に比較例2においては破壊に至った。一方、実施例1〜4においてはベルトの寄り速度が低減していることが確認できた。   In all the examples and comparative examples described above, the belt shift itself occurred, but there was a difference in the shift speed. In Comparative Examples 1 and 2, the belt end surface interfered with the regulating member, so that abnormal noise was generated, and in Comparative Example 2, destruction was caused. On the other hand, in Examples 1 to 4, it was confirmed that the belt shifting speed was reduced.

ここで、ローラの軸に対する、多孔体の断面における一辺が200μmの正方形の領域において存在する気泡の配列の周期性が最も強くなる角度(周期性ピーク角度)とベルト寄り速度の関係を図10に示した。これらの間には非常に強い相関関係があることが理解される。以上のように、本発明が寄り速度低減に効果があることが確認できた。   Here, the relationship between the angle at which the periodicity of the arrangement of bubbles existing in a square region having a side of 200 μm in the cross section of the porous body with respect to the roller axis (periodic peak angle) and the belt shifting speed is shown in FIG. Indicated. It is understood that there is a very strong correlation between them. As described above, it was confirmed that the present invention is effective in reducing the shifting speed.

実施例の定着装置用ローラによる寄り速度低減の理由は以下のように考えられる。実施例で使用している発泡ゴムは連泡形態となっており、また、気泡の配列の周期性評価より気泡はある角度に対して最も多く連なっていると考えられる。ここで、気泡が60〜120度以外の、ローラの軸に対して大きく斜め方向に連なっているとニップ形成の際にローラに加圧される力が垂直成分と軸方向成分とに分解され、そのときの軸方向に働く力によってベルトが押され、片寄りを引き起こすと考えられる。実施例の定着装置用ローラにおいては気泡が最も多く連なっている角度(気泡の配列の周期性)を軸方向に働く力を低減するよう制御しているため、結果としてベルト寄り速度の低減、ベルトの長寿命化に繋がっていると考えられる。   The reason for the shift speed reduction by the fixing device roller of the embodiment is considered as follows. The foamed rubber used in the examples is in the form of continuous bubbles, and it is considered that the number of bubbles is continuous at a certain angle based on the periodicity evaluation of the arrangement of the bubbles. Here, if the bubbles are connected to the roller axis other than 60 to 120 degrees in an oblique direction, the force applied to the roller during nip formation is decomposed into a vertical component and an axial component, It is considered that the belt is pushed by the force acting in the axial direction at that time, causing a deviation. In the fixing apparatus roller according to the embodiment, the angle at which the bubbles are continuously connected (periodicity of the bubble arrangement) is controlled to reduce the force acting in the axial direction. It is thought that this leads to longer life.

また、耐久試験の結果として、比較例3のローラは実施例のローラと比較し硬度低下が大きく、耐久性能が劣っていた。   Further, as a result of the durability test, the roller of Comparative Example 3 had a large decrease in hardness and inferior durability performance as compared with the roller of Example.

以上のように、本発明により、耐久性に優位性を有しながらベルト寄り速度を低減させることで定着ベルトの長寿命化を達成できる定着装置用ローラ及びかかるローラを有する定着装置、画像形成装置を提供することが可能となった。   As described above, according to the present invention, a fixing device roller that can achieve a longer life of a fixing belt by reducing the belt shifting speed while having an advantage in durability, a fixing device having such a roller, and an image forming apparatus It became possible to provide.

1 画像形成装置
20 定着装置
31 加圧ローラ(定着装置用ローラ)
32 芯金
33 弾性層
34 表面離型層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image forming apparatus 20 Fixing apparatus 31 Pressure roller (Fixing apparatus roller)
32 Metal core 33 Elastic layer 34 Surface release layer

特開2013−164458号公報JP 2013-164458 A 特開2000−199550号公報JP 2000-199550 A

Claims (9)

円柱状の芯金の外周面に気泡を有する多孔質体により構成された弾性層が形成されている定着装置用ローラにおいて、
前記多孔質体の、前記芯金の軸を含みかつ当該軸と平行な断面に存在する気泡の気泡径が0.1μm以上50μm以下であり、かつ、
前記断面における一辺が200μmの正方形の領域において存在する前記気泡の配列の周期性が最も強くなる前記軸に対する角度が60°以上120°以下であることを特徴とする定着装置用ローラ。
In a roller for a fixing device in which an elastic layer composed of a porous body having bubbles is formed on the outer peripheral surface of a cylindrical cored bar,
The porous body has a bubble diameter of 0.1 μm or more and 50 μm or less of bubbles present in a cross section including the axis of the cored bar and parallel to the axis, and
The fixing device roller, wherein an angle with respect to the axis at which the periodicity of the arrangement of the bubbles existing in a square region having a side of 200 μm in the cross section is the strongest is 60 ° or more and 120 ° or less.
前記気泡が互いに部分的に重なり合って形成された複合気泡が前記正方形の領域に対する面積割合が60%以上70%以下であることを特徴とする請求項1に記載の定着装置用ローラ。   2. The fixing device roller according to claim 1, wherein a composite bubble formed by the bubbles partially overlapping each other has an area ratio of 60% to 70% with respect to the square region. 前記気泡のうち、気泡径が5μm以上50μm以下の大きさの気泡について5μm毎に分画したときに気泡径が5μm以上10μm以下の大きさの気泡が最も多く存在することを特徴とする請求項2に記載の定着装置用ローラ。   The bubble having a bubble diameter of 5 μm or more and 10 μm or less is most present when the bubbles having a bubble diameter of 5 μm or more and 50 μm or less are fractionated every 5 μm. The fixing device roller according to 2. 前記気泡径が5μm以上10μm以下の大きさの気泡の数を100としたときに、気泡径が10μm以上20μm以下の大きさの気泡の数割合が50以上であることを特徴とする請求項3に記載の定着装置用ローラ。   4. The number ratio of bubbles having a bubble diameter of 10 μm or more and 20 μm or less is 50 or more, where the number of bubbles having a bubble diameter of 5 μm or more and 10 μm or less is defined as 100. 2. A roller for a fixing device according to 1. 前記多孔質体が水発泡シリコーンゴムにより構成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の定着装置用ローラ。   The fixing device roller according to claim 1, wherein the porous body is made of water-foamed silicone rubber. 最外層に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、または、ポリテトラフルオロエチレンにより構成される離型層が形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の定着装置用ローラ。   6. A release layer composed of a tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer or polytetrafluoroethylene is formed on the outermost layer. 2. A roller for a fixing device according to 1. 通紙領域外となるローラ両端部に弾性体からなるグリップ層が設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に定着装置用ローラ。   The fixing device roller according to any one of claims 1 to 6, wherein a grip layer made of an elastic body is provided on both ends of the roller outside the sheet passing region. 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のローラを備えたことを特徴とする定着装置。   A fixing device comprising the roller according to claim 1. 請求項8に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the fixing device according to claim 8.
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