JP3979128B2 - Fixing device for image forming apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機、プリンター等の電子写真方式の画像形成装置の定着装置に関し、特にその定着装置に使用される定着用回転体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
複写機、プリンターなど、従来の電子写真方式の画像形成装置は公知である。このような画像形成装置では、感光体の上に形成された画像潜像をトナーで現像し、現像されたトナー像を記録媒体に転写する。そして、トナー像が転写された記録媒体を定着装置で定着処理して画像を記録媒体上に固定し、画像記録が完了する。
【0003】
定着装置には、内部に熱源を備えた定着ローラと加圧ローラから構成されるものや定着ベルトを使用するものがある。定着ベルトを使用する構成では、定着ベルトとなる無端ベルトや無端フイルムを、単一組成・単層のシリコーンスポンジ層を設けた定着ローラの上に巻き掛ける構成のものがあり、この構成では定着ベルトの上から定着ローラに向けて加圧ローラを圧接する。加圧ローラには、単一組成・単層のシリコーンゴムローラの表面をPFA等の合成樹脂チューブで被覆したもの等が使用される。
【0004】
定着ベルトを使用する定着装置において、定着ローラにスポンジローラを使用するメリットとしては、断熱性が高く、熱を芯金に伝えにくくエネルギーロスが少ないこと、ソリッドゴムに比較して低硬度にできるため、定着ベルトと加圧ローラとを接触させるとき、低い接触圧で広いニップ幅(2本のローラが接触したときの接触幅)が得られる点が挙げられる。
【0005】
しかし、スポンジローラはその構造上から機械的強度が低く、高圧条件や高速条件での使用には適していない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
定着ベルトを使用する定着装置において、高速条件での使用を可能にするには定着部での伝熱量を増加させることが求められる。これを達成するためには、定着ベルトを巻き掛ける定着ローラに加える圧力を増加し、定着ローラの弾性層の変形率を増加して、広幅のニップを形成することにより、ニップ部を通過する時間を長くすることで解決できる。
【0007】
しかし、定着ローラに加える圧力を増加すると、定着ローラを構成するスポンジ層が加圧により変形し、また、駆動時の歪み応力によりスポンジ内部の気泡が破れる破泡現象が発生して硬度が低下し、ローラ外径が縮小してしまう。このため定着ローラの回転による記録媒体の搬送速度が低下し、最終的に芯金とスポンジ層とが剥離する等の不都合が発生する。
【0008】
前記した破泡現象は芯金とスポンジ層との接着境界面ではなく、接着境界面よりも少し奥のスポンジ層内部で優先的に発生する。
【0009】
また、押し出し成形での発泡でなく、成形型による発泡でもスポンジの複数層化は行えるが、成形型での発泡では芯金とスポンジ層との境界面付近の温度上昇の遅れが発生してスポンジの発泡セルの径が大きくなり、強度が弱くなって破壊が起こり易いという不都合が生じる。この発明は上記課題を解決することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項1の発明は、定着ローラと内部に加熱源を備えた加熱ローラとの間に架設された定着ベルトを備え、定着ベルトを介して前記定着ローラに押圧された加圧ローラと定着ベルトとの間を通過させることにより記録媒体上に形成された未定着のトナー像を加熱加圧して定着処理する画像形成装置の定着装置において、前記定着ローラは、回転駆動される芯金の上に形成された物理的特性が異なるシリコーンゴムで構成された複数層の弾性層を備え、該弾性層は上層よりも下層のシリコーンゴム層のほうが高い硬度を有するとともに上層はシリコーンスポンジゴム層であることを特徴とする画像形成装置の定着装置である。
【0012】
また、前記芯金の上の下層のシリコーンゴム層は、低温加硫シリコーンソリッドゴムを使用するとよい。
【0013】
さらに、前記芯金の上の下層のシリコーンゴム層は、JIS−A材料硬度10度以下のシリコーンソリッドゴムを使用するとよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を説明する。画像形成装置そのものは公知の構成であるから説明を省略し、まず、この発明の定着ローラを適用するに適した定着ベルトを使用する定着装置の構成の概略を説明する。
【0016】
図1は、定着装置10の構成の概略を説明する図で、定着装置10は、内部にヒータランプ11aを備えた加熱ローラ11と、表面に物理的特性の異なる2層のシリコーンゴム層が形成された定着ローラ13と、加熱ローラ11と定着ローラ13との間に架設された定着ベルト12、及び定着ベルト12の上から定着ローラ13に向けて圧接される、内部にヒータランプ14aを備えた加圧ローラ14とから構成される。
【0017】
図2は、定着用回転体を構成する定着ローラ13の構成を説明する断面図で、定着ローラ13は芯金13aの上にシリコーンゴム層が2層構成で形成されている。即ち、下層はシリコーンソリッドゴム層13bで形成され、その上に表層としてシリコーンスポンジゴム層13cが形成される。
【0018】
下層のソリッドゴム層13bは低温加硫(LTV)シリコーンゴムなど、表層のシリコーンスポンジゴム層13cとは物理的特性の異なるシリコーンゴムで構成し、下層のシリコーンソリッドゴム層13bは表層のシリコーンスポンジゴム層13cよりも高い強度とする。そして、下層のシリコーンソリッドゴム層13bは、JIS−A材料硬度で10度以下の硬度とする。
【0019】
また、下層のシリコーンソリッドゴム層13bを、シリコーンソリッドゴムに換えてシリコーンスポンジゴムで構成することもできるが、この場合は下層のシリコーンスポンジゴム層13bは表層のシリコーンスポンジゴム層13cよりも高い硬度とする。なお、加圧ローラ14は、芯金の上にソリッドゴム層を形成して構成される。
【0020】
上記したとおり、定着ローラ13は、芯金13aの上にシリコーンゴム層を2層構造に構成するが、このとき、表層となるシリコーンスポンジゴム筒状体を、押し出し成形により作成し、予め成形された下層部分のシリコーンソリッドゴムローラの上に成形された表層シリコーンスポンジゴム筒状体を被せて構成する。これは、型による発泡でスポンジを形成するよりも、押し出し成形によりスポンジを形成するほうが強度が高く、耐久性に優れ、物性変化の少ないシリコーンスポンジゴムのローラを得ることができるからである。
【0021】
シリコーンゴム層を2層構成とし、芯金と表層のシリコーンスポンジゴム層との間にシリコーンソリッドゴム層を設けることで、芯金と表層のシリコーンスポンジゴム層との間に生じる歪みを下層のシリコーンソリッドゴム層で緩衝することができ、また、表層シリコーンゴム層と下層シリコーンゴム層との接着面積を大きくすることで、表層の歪みを低減することができる。
【0022】
次に、この発明の実施の形態の2層構成とした定着ローラの物理的特性を、従来の単層構成の定着ローラとの比較で説明する。この比較実験では、この発明の実施の形態の定着ローラは、表層をシリコーンスポンジゴム、下層をシリコーンソリッドゴムで構成した2層構成のものを使用した。
【0023】
図3は、定着ローラの硬度変化の実験結果を示す図で、横軸に定着処理した記録媒体の枚数(単位1000枚)を、縦軸に定着ローラの硬度(アスカーC2:4.9N荷重)をとり、定着処理した記録媒体の枚数に応じた硬度変化を示している。図から明らかなように、この実施の形態の2層構成の定着ローラでは、定着処理した記録媒体の枚数が増加しても硬度変化は小さいのに対し、単層構成の定着ローラでは硬度が大きく低下することが分る。
【0024】
図4は、定着ローラの外径の縮小変化の実験結果を示す図で、横軸に定着処理した記録媒体の枚数(単位1000枚)を、縦軸に定着ローラの外径の縮小変化量(単位mm)をとり、定着処理した記録媒体の枚数に応じた外径の縮小変化量を示している。図から明らかなように、この実施の形態の2層構成とした定着ローラでは、定着処理した記録媒体の枚数が増加しても外径の縮小変化は小さいのに対し、単層構成とした定着ローラでは外径が大きく縮小することが分る。
【0025】
図5は、定着ローラの搬送速度の耐久変化率の実験結果を示す図で、横軸に定着処理した記録媒体の枚数(単位1000枚)を、縦軸に定着ローラの搬送速度の変化率(%)をとり、定着処理した記録媒体の枚数に応じた搬送速度の変化率を示している。図から明らかなように、この実施の形態の2層構成の定着ローラでは、定着処理した記録媒体の枚数が増加しても搬送速度の変化率は小さいのに対し、単層構成の定着ローラでは搬送速度が大きく低下することが分る。
【0026】
図6は、定着ローラのニップ幅の変化量の実験結果を示す図で、横軸に定着処理した記録媒体の枚数(単位1000枚)を、縦軸に定着ローラのニップ幅の変化量(単位mm)をとり、定着処理した記録媒体の枚数に応じたニップ幅の変化量を示している。図から明らかなように、この実施の形態の2層構成の定着ローラでは、定着処理した記録媒体の枚数が増加してもニップ幅の変化量は小さいのに対し、単層構成の定着ローラではニップ幅が大きく減することが分る。
【0027】
図7は、定着ローラと加圧ローラとの間の圧接力の変化の実験結果を示す図で、横軸に定着処理した記録媒体の枚数(単位1000枚)を、縦軸に定着ローラと加圧ローラとの間の圧接力の変化量(単位ニュートン(N))をとり、定着処理した記録媒体の枚数に応じた圧接力の変化量を示している。図から明らかなように、この実施の形態の2層構成の定着ローラでは、定着処理した記録媒体の枚数が増加しても圧接力の変化量は小さいのに対し、単層構成の定着ローラでは圧接力が大きく減少していくことが分る。
【0028】
以上説明したこの発明の実施の形態には、以下に記載する発明も含まれる。即ち、請求項1の発明において、前記芯金の上に形成される複数層のシリコーンスポンジ層は、押し出し成形した物理的特性が異なるシリコーンスポンジからなる複数の筒状体を複数層に積層して構成されることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置の定着装置。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明の画像形成装置の定着装置は、定着ローラと内部に加熱源を備えた加熱ローラとの間に架設された定着ベルトを備え、定着ベルトを介して前記定着ローラに押圧された加圧ローラと定着ベルトとの間を通過させることにより記録媒体上に形成された未定着のトナー像を加熱加圧して定着処理する画像形成装置の定着装置において、前記定着ローラは、回転駆動される芯金の上に形成された物理的特性が異なるシリコーンゴムで構成された複数層の弾性層を備え、該弾性層は上層よりも下層のシリコーンゴム層のほうが高い硬度を有するとともに上層はシリコーンスポンジゴム層で構成されている。
【0030】
この構成により、定着ローラの弾性層の変形率が増加し、広幅のニップ部が形成されてニップ部を通過する時間を長くすることができるから、定着部で記録媒体への伝熱量を増加させることができ、高速での定着処理が可能となる。
【0031】
また、シリコーンゴムからなる弾性層を複数層に構成し、上層よりも下層の硬度を高くすることにより、定着ローラに加える圧力を高くしてもスポンジ内部の気泡が破れるおそれがなく、長期間使用しても定着ローラの硬度低下、外径の縮小、記録媒体の搬送速度の低下、ニップ部の幅の変化、圧接力の変化等がなく、芯金と表層との間に物理的特性が異なるシリコーンゴム層が介在するから、芯金と表層のシリコーンスポンジゴム層とが剥離する等のおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】定着装置の構成の概略を説明する図。
【図2】定着ローラの構成を説明する断面図。
【図3】定着ローラの硬度変化の実験結果を示す図。
【図4】定着ローラの外径の縮小変化の実験結果を示す図。
【図5】定着ローラの搬送速度の耐久変化率の実験結果を示す図。
【図6】定着ローラのニップ幅の変化量の実験結果を示す図。
【図7】定着ローラと加圧ローラとの間の圧接力の変化の実験結果を示す図。
【符号の説明】
10 定着装置
11 加熱ローラ
11a ヒータランプ
12 定着ベルト
13 定着ローラ(定着用回転体)
13a 芯金
13b シリコーンソリッドゴム層
13c シリコーンスポンジゴム層
14 加圧ローラ
14a ヒータランプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing device of an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a printer, and more particularly to a fixing rotating body used in the fixing device.
[0002]
[Prior art]
Conventional electrophotographic image forming apparatuses such as copying machines and printers are known. In such an image forming apparatus, the latent image formed on the photosensitive member is developed with toner, and the developed toner image is transferred to a recording medium. Then, the recording medium to which the toner image is transferred is fixed by the fixing device to fix the image on the recording medium, and the image recording is completed.
[0003]
Some fixing devices include a fixing roller having a heat source therein and a pressure roller, and others using a fixing belt. In the configuration using the fixing belt, there is a configuration in which an endless belt or an endless film serving as a fixing belt is wound around a fixing roller provided with a single composition / single layer silicone sponge layer. A pressure roller is pressed against the fixing roller from above. As the pressure roller, a single composition / single layer silicone rubber roller whose surface is covered with a synthetic resin tube such as PFA is used.
[0004]
In a fixing device using a fixing belt, the advantages of using a sponge roller as the fixing roller are high heat insulation, less heat loss to the core, less energy loss, and lower hardness compared to solid rubber. When the fixing belt and the pressure roller are brought into contact with each other, a wide nip width (contact width when two rollers are in contact) can be obtained with a low contact pressure.
[0005]
However, the sponge roller has low mechanical strength due to its structure, and is not suitable for use under high pressure conditions or high speed conditions.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In a fixing device using a fixing belt, it is required to increase the amount of heat transfer in the fixing unit in order to enable use under high speed conditions. In order to achieve this, the pressure applied to the fixing roller around which the fixing belt is wound is increased, the deformation rate of the elastic layer of the fixing roller is increased, and a wide nip is formed, so that the time for passing through the nip portion is reached. It can be solved by lengthening.
[0007]
However, when the pressure applied to the fixing roller is increased, the sponge layer constituting the fixing roller is deformed by pressurization, and bubbles are broken by the distortion stress at the time of driving. The outer diameter of the roller is reduced. For this reason, the conveyance speed of the recording medium is lowered by the rotation of the fixing roller, and inconveniences such as the core metal and the sponge layer peeling off finally occur.
[0008]
The bubble breaking phenomenon described above is preferentially generated inside the sponge layer slightly behind the adhesion boundary surface, not the adhesion boundary surface between the core metal and the sponge layer.
[0009]
In addition, foaming can be made into multiple layers by foaming with a mold instead of foaming by extrusion molding. However, foaming with a molding die causes a delay in temperature rise near the interface between the core metal and the sponge layer. The diameter of the foam cell becomes larger, the strength is weakened, and the inconvenience is likely to occur. The present invention aims to solve the above problems.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above problems, and the invention of
[0012]
The lower silicone rubber layer on the core is preferably made of low-temperature vulcanized silicone solid rubber.
[0013]
Furthermore, a silicone rubber layer having a JIS-A material hardness of 10 degrees or less may be used for the lower silicone rubber layer on the core metal.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. Since the image forming apparatus itself has a known configuration, a description thereof will be omitted. First, an outline of the configuration of a fixing device using a fixing belt suitable for applying the fixing roller of the present invention will be described.
[0016]
FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of the configuration of the
[0017]
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the structure of the
[0018]
The lower
[0019]
Further, the lower silicone
[0020]
As described above, the fixing
[0021]
The silicone rubber layer is composed of two layers, and the silicone solid rubber layer is provided between the core metal and the surface silicone sponge rubber layer, so that the distortion generated between the core metal and the surface silicone sponge rubber layer is reduced to the lower silicone. It can be buffered by the solid rubber layer, and distortion of the surface layer can be reduced by increasing the adhesion area between the surface silicone rubber layer and the lower silicone rubber layer.
[0022]
Next, the physical characteristics of the fixing roller having a two-layer structure according to the embodiment of the present invention will be described in comparison with a conventional fixing roller having a single-layer structure. In this comparative experiment, the fixing roller according to the embodiment of the present invention has a two-layer structure in which the surface layer is composed of silicone sponge rubber and the lower layer is composed of silicone solid rubber.
[0023]
FIG. 3 is a graph showing experimental results of the change in hardness of the fixing roller. The horizontal axis indicates the number of recording media subjected to fixing processing (unit: 1000 sheets), and the vertical axis indicates the hardness of the fixing roller (Asker C2: 4.9 N load). And shows the change in hardness according to the number of recording media subjected to fixing processing. As is apparent from the figure, the two-layer fixing roller of this embodiment has a small change in hardness even when the number of fixed recording media increases, whereas the single-layer fixing roller has a large hardness. It turns out that it falls.
[0024]
FIG. 4 is a diagram showing an experimental result of a reduction change in the outer diameter of the fixing roller. The horizontal axis indicates the number of recording media subjected to fixing processing (unit: 1000 sheets), and the vertical axis indicates a reduction change amount in the outer diameter of the fixing roller (in FIG. (Unit: mm), and the amount of change in reduction of the outer diameter according to the number of fixed recording media. As is clear from the figure, the fixing roller having the two-layer configuration of this embodiment has a small change in outer diameter even when the number of fixed recording media increases, whereas the fixing roller has a single-layer configuration. It can be seen that the outer diameter of the roller is greatly reduced.
[0025]
FIG. 5 is a graph showing experimental results of the durability change rate of the conveyance speed of the fixing roller. The horizontal axis indicates the number of recording media subjected to fixing processing (unit: 1000 sheets), and the vertical axis indicates the change rate of the conveyance speed of the fixing roller (unit: 1000). %), And the rate of change in the conveyance speed according to the number of recording media subjected to the fixing process. As is apparent from the figure, in the two-layer fixing roller of this embodiment, the rate of change in the conveyance speed is small even when the number of fixed recording media increases, whereas in the single-layer fixing roller, It can be seen that the conveyance speed is greatly reduced.
[0026]
FIG. 6 is a diagram showing experimental results of the amount of change in the nip width of the fixing roller. The horizontal axis represents the number of recording media (1000 units) subjected to the fixing process, and the vertical axis represents the amount of change in the nip width of the fixing roller (unit). mm), and the amount of change in the nip width corresponding to the number of recording media subjected to fixing processing is shown. As is apparent from the figure, in the two-layer fixing roller of this embodiment, the amount of change in the nip width is small even when the number of fixed recording media increases, whereas in the single-layer fixing roller, It can be seen that the nip width is greatly reduced.
[0027]
FIG. 7 is a diagram showing experimental results of changes in the pressure contact force between the fixing roller and the pressure roller. The horizontal axis represents the number of recording media subjected to fixing processing (1000 units), and the vertical axis represents the addition to the fixing roller. The amount of change in pressing force with the pressure roller (unit Newton (N)) is taken to indicate the amount of change in pressing force according to the number of fixed recording media. As is apparent from the figure, in the two-layer fixing roller of this embodiment, the amount of change in the pressure contact force is small even when the number of fixed recording media increases, whereas in the single-layer fixing roller, It can be seen that the pressure contact force decreases greatly.
[0028]
The embodiments described above include the inventions described below. That is, in the invention according to
[0029]
【The invention's effect】
As described above, the fixing device of the image forming apparatus according to the present invention includes the fixing belt that is installed between the fixing roller and the heating roller having a heating source therein, and presses the fixing roller via the fixing belt. In a fixing device of an image forming apparatus that heats and presses an unfixed toner image formed on a recording medium by passing between a pressure roller and a fixing belt, the fixing roller rotates. A plurality of elastic layers made of silicone rubber having different physical properties formed on a driven metal core are provided, and the elastic layer has higher hardness in the lower silicone rubber layer than in the upper layer, and the upper layer Is composed of a silicone sponge rubber layer.
[0030]
With this configuration, the deformation rate of the elastic layer of the fixing roller is increased, and the time for passing through the nip portion can be increased by forming a wide nip portion. Therefore, the heat transfer amount to the recording medium is increased at the fixing portion. And fixing processing at high speed becomes possible.
[0031]
Further, an elastic layer made of silicone rubber constitute a plurality of layers, by increasing the lower hardness than the upper layer, there is no fear that bubbles inside the sponge is broken even by increasing the pressure applied to the fixing roller, long-term use However, there is no reduction in the hardness of the fixing roller , reduction in outer diameter, reduction in the conveyance speed of the recording medium, change in the nip width, change in pressure contact force, etc., and physical characteristics differ between the core metal and the surface layer. Since the silicone rubber layer is interposed, there is no possibility that the core metal and the surface silicone sponge rubber layer are peeled off.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of a configuration of a fixing device.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a fixing roller.
FIG. 3 is a diagram showing an experimental result of a change in hardness of the fixing roller.
FIG. 4 is a diagram illustrating an experimental result of a reduction change in the outer diameter of the fixing roller.
FIG. 5 is a diagram illustrating an experimental result of a durability change rate of a conveyance speed of a fixing roller.
FIG. 6 is a diagram illustrating an experimental result of the amount of change in the nip width of the fixing roller.
FIG. 7 is a diagram illustrating experimental results of changes in pressure contact force between a fixing roller and a pressure roller.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記定着ローラは、回転駆動される芯金の上に形成された物理的特性が異なるシリコーンゴムで構成された複数層の弾性層を備え、該弾性層は上層よりも下層のシリコーンゴム層のほうが高い硬度を有するとともに上層はシリコーンスポンジゴム層であること
を特徴とする画像形成装置の定着装置。 A fixing belt is provided between the fixing roller and a heating roller having a heating source therein, and is passed between the pressure roller and the fixing belt pressed against the fixing roller via the fixing belt. in the fixing device of the heating pressurizing fixing process to that images forming apparatus unfixed toner image formed on the recording medium,
The fixing roller includes a plurality of elastic layers formed of silicone rubber having different physical characteristics formed on a core metal that is driven to rotate, and the elastic layer is a lower silicone rubber layer than an upper layer. A fixing device for an image forming apparatus, characterized by having a high hardness and an upper layer being a silicone sponge rubber layer.
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