JP5178290B2 - Image heating apparatus and rotatable heating member used in the apparatus - Google Patents

Image heating apparatus and rotatable heating member used in the apparatus Download PDF

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Description

本発明は、電子写真技術や静電記録技術を用いたプリンタや複写機等の画像形成装置に搭載される加熱定着装置として用いれば好適な像加熱装置に関する。   The present invention relates to an image heating apparatus suitable for use as a heat fixing apparatus mounted on an image forming apparatus such as a printer or a copying machine using electrophotographic technology or electrostatic recording technology.

また、該像加熱装置に組み込まれる回転可能な加熱部材に関する。   The present invention also relates to a rotatable heating member incorporated in the image heating apparatus.

像加熱装置としては、記録材上の未定着画像を定着する定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を増大させる光沢増大装置を挙げることができる。   Examples of the image heating device include a fixing device that fixes an unfixed image on a recording material, and a gloss increasing device that increases the glossiness of an image by heating the image fixed on the recording material.

従来、画像形成装置において、記録材上に形成担持させた未定着トナー画像を記録材に加熱定着する装置としては接触加熱型の装置が汎用されている。この接触加熱型の定着装置は、所定の温度に加熱された回転可能な加熱部材(以下、定着ローラと記す)を記録材に対してニップ部にて接触させて、記録材上の未定着トナー画像を固着画像として加熱定着するものである。   2. Description of the Related Art Conventionally, in an image forming apparatus, a contact heating type apparatus is widely used as an apparatus for heating and fixing an unfixed toner image formed and supported on a recording material on the recording material. In this contact heating type fixing device, a rotatable heating member (hereinafter referred to as a fixing roller) heated to a predetermined temperature is brought into contact with a recording material at a nip portion, and unfixed toner on the recording material. The image is heat-fixed as a fixed image.

定着ローラの加熱方式としては、内部加熱方式と、外部加熱方式(表面加熱方式)がある。内部加熱方式は、定着ローラの内部に加熱手段(加熱源:ヒータ)を配設し、定着ローラを内側から加熱して定着ローラの表面を所定の定着温度に加熱するものである。外部加熱方式は、定着ローラの外部に加熱手段を配設し、定着ローラを外側から加熱して定着ローラの表面を所定の定着温度に加熱するものである。   As the heating method of the fixing roller, there are an internal heating method and an external heating method (surface heating method). In the internal heating method, a heating means (heating source: heater) is disposed inside the fixing roller, and the fixing roller is heated from the inside to heat the surface of the fixing roller to a predetermined fixing temperature. In the external heating method, a heating unit is provided outside the fixing roller, and the fixing roller is heated from the outside to heat the surface of the fixing roller to a predetermined fixing temperature.

外部加熱方式の装置は、セラミックヒータや、ハロゲンヒータを内蔵した小径の加熱ローラなどの低熱容量の加熱手段により定着ローラを外側より加熱するため、定着ローラの表面を急激に昇温させることが可能である。そのために、ウォームアップ時間が内部加熱方式の装置に比べ短縮される。   The external heating system heats the fixing roller from the outside by a low heat capacity heating means such as a ceramic heater or a small-diameter heating roller with a built-in halogen heater. It is. Therefore, the warm-up time is shortened as compared with the internal heating type apparatus.

特許文献1には、定着可能温度に達するまでの時間を短縮することができる外部加熱用の定着ローラ(ヒートローラ)の構成が記載されている。即ち、芯金と、その外周に形成したシリコーンゴムよりなる弾性を有する断熱層と、その外周に形成した金属製材料よりなる厚さ5〜100μmの熱伝導層と、その外周に形成した厚さ5〜30μmのフッ素樹脂の表面層(トナー離形型性層)を有するローラである。   Patent Document 1 describes a configuration of an external heating fixing roller (heat roller) that can shorten the time required to reach a fixable temperature. That is, a cored bar, an elastic heat insulating layer made of silicone rubber formed on the outer periphery thereof, a heat conductive layer made of metal material formed on the outer periphery thereof and having a thickness of 5 to 100 μm, and a thickness formed on the outer periphery thereof. It is a roller having a surface layer (toner release type layer) of 5 to 30 μm fluororesin.

定着ローラが弾性を持つため、定着ムラのない高画質な画像を形成する事ができる。また、定着ローラの表面を加熱する方式のため、定着ローラ表層下に弾性層を有していても、定着ローラ表面を急激に昇温させることが可能となる。   Since the fixing roller has elasticity, it is possible to form a high-quality image without fixing unevenness. Further, since the surface of the fixing roller is heated, the surface of the fixing roller can be rapidly heated even if an elastic layer is provided below the surface of the fixing roller.

さらに、特許文献2、3では、断熱弾性層と離型性層の間に高熱伝導のシリコーンゴム層を介在させる構成を提案している。   Further, Patent Documents 2 and 3 propose a configuration in which a high thermal conductive silicone rubber layer is interposed between the heat insulating elastic layer and the release layer.

定着ローラ表層近傍の熱伝導率の高くする事で、外部加熱手段からの熱を伝わりやすくし、定着ローラ表面の温度上昇を速め、ウォームアップタイムを短くすることができる。   By increasing the thermal conductivity in the vicinity of the fixing roller surface layer, heat from the external heating means can be easily transmitted, the temperature rise of the fixing roller surface can be accelerated, and the warm-up time can be shortened.

特許文献2では、定着部材とそれに圧接される加圧部材を備え、その圧接ニップ部で記録材を加熱するものであり、定着部材と加圧部材の双方に、断熱弾性層と高熱伝導のシリコーンゴム層と高熱伝導の離型層を備える。そして、それぞれに外部加熱手段として熱ローラを当接させ、記録材上の未定着トナーを担持している面(以下、この面を紙表とし、その裏面を紙裏とする)側と、紙裏の双方から加熱する構成が提案されている。   In Patent Document 2, a fixing member and a pressing member pressed against the fixing member are provided, and the recording material is heated at the pressing nip portion. A heat insulating elastic layer and a high thermal conductive silicone are provided on both the fixing member and the pressing member. A rubber layer and a release layer with high thermal conductivity are provided. Then, a heat roller is brought into contact with each other as an external heating means, and a surface (hereinafter, this surface is referred to as a paper front side and the back side as a paper back side) carrying unfixed toner on the recording material, The structure which heats from both sides is proposed.

この提案では、ウォームアップ時間を短くするための高熱伝導のソリッドゴム層、断熱弾性層の熱伝導率も規定されており、これによりウォームアップ時間は60秒以下にする事ができると開示されている。
特開平6−75491号公報 特開2002−123117号公報 特開2004−317788号公報 特開2004−101865号公報
This proposal also specifies the heat conductivity of a solid rubber layer and a heat-insulating elastic layer with high thermal conductivity for shortening the warm-up time, and it is disclosed that the warm-up time can be reduced to 60 seconds or less. Yes.
JP-A-6-75491 JP 2002-123117 A JP 2004-317788 A JP 2004-101865 A

しかしながら、内部に加熱手段を持たない外部加熱方式、特に定着ローラのみに加熱手段を備える外部加熱方式では、ウォームアップ時間の短縮を図り、定着ローラ、加圧部材の低熱容量化を図っていくと、次に述べる問題が生じる。   However, in an external heating method that does not have a heating means inside, particularly an external heating method that has a heating means only in the fixing roller, the warm-up time is shortened, and the heat capacity of the fixing roller and the pressure member is reduced. The following problem arises.

即ち、内部に熱源を持たない定着ローラでは、記録材と接触して熱を伝える際に、定着ローラ表面の温度が低下する。そのため、加熱手段によって定着ローラの表面温度をかなり高温に加熱しておかなければ、記録材に十分な熱量を与えることができなくなる。   That is, in the fixing roller having no heat source inside, the temperature of the surface of the fixing roller is lowered when the heat is transmitted in contact with the recording material. Therefore, a sufficient amount of heat cannot be applied to the recording material unless the surface temperature of the fixing roller is heated to a considerably high temperature by the heating means.

定着ローラ表面の使用可能温度は、定着ローラ、温度検知素子、安全素子等、の耐熱性を考慮すると、所定の温度以下に制限される。例えば、定着ローラの弾性層に耐熱性の高いシリコーンゴムを用いても、230℃以上の高温下で連続使用するとゴムが劣化し、破壊に至る可能性がある。定着ローラには、この温度以下で、定着ニップ部で加熱定着に必要な熱量を十分に確保する事が必要となる。   The usable temperature on the surface of the fixing roller is limited to a predetermined temperature or less in consideration of heat resistance of the fixing roller, the temperature detecting element, the safety element, and the like. For example, even when silicone rubber having high heat resistance is used for the elastic layer of the fixing roller, the rubber may deteriorate and be destroyed when continuously used at a high temperature of 230 ° C. or higher. It is necessary for the fixing roller to secure a sufficient amount of heat necessary for heat fixing at the fixing nip portion below this temperature.

定着ローラ表面近傍に高熱伝導層を備え、加熱手段によって効率的に定着ローラ表面近傍の温度を上昇させることができても、加熱定着に必要な定着ローラ表面の温度が高すぎれば安全かつ安定して使用する事ができない。   Even if a high heat conduction layer is provided near the surface of the fixing roller and the temperature near the surface of the fixing roller can be increased efficiently by the heating means, it is safe and stable if the temperature of the surface of the fixing roller necessary for heat fixing is too high. Can not be used.

このため、定着ローラには、内部の断熱性と、表面近傍の高い熱伝導率を有するだけでなく、表面近傍の熱容量が適正でなければ、トナーを記録材に加熱定着させる為に必要な熱量を蓄熱させる事はできない。   For this reason, the fixing roller not only has internal heat insulation and high thermal conductivity in the vicinity of the surface, but if the heat capacity in the vicinity of the surface is not appropriate, the amount of heat necessary to heat and fix the toner on the recording material. Cannot be stored.

従来の外部加熱方式の定着装置に関する提案では、この定着ローラ表面近傍の適切な熱容量に対する提案はされていなかった。   In proposals related to conventional external heating type fixing devices, no proposal has been made for an appropriate heat capacity near the surface of the fixing roller.

また、従来の外部加熱方式の定着装置に関する提案は、ウォームアップ時間が60秒程度の加熱装置に関するものである。現在は、スタンバイ中に電力を消費せず、かつ、プリント信号を受信してから未定着トナー画像が形成された記録材を加熱定着するまでの時間が十分に短い像加熱装置が要求されている。この時間は20秒以下が一般的である。   Further, a proposal relating to a conventional external heating type fixing device relates to a heating device having a warm-up time of about 60 seconds. Currently, there is a demand for an image heating apparatus that does not consume power during standby and that has a sufficiently short time from when a print signal is received until the recording material on which an unfixed toner image is formed is heated and fixed. . This time is generally 20 seconds or less.

定着ローラ内部には熱伝導率の低い層を有し、表面から加熱する構成ではあるものの、想定しているウォームアップ時間は、実際には表面近傍のみならず内部にまで伝達してしまうほど長い。20秒以下の短いウォームアップ時間で、定着ローラ表面近傍にのみ蓄熱された熱量で加熱定着させる事を考慮されたものではなかった。   Although the fixing roller has a layer with low thermal conductivity and is heated from the surface, the assumed warm-up time is actually long enough to be transmitted not only near the surface but also to the inside. . It was not considered to heat and fix with the amount of heat stored only in the vicinity of the surface of the fixing roller with a short warm-up time of 20 seconds or less.

以上、従来の外部加熱方式の加熱定着装置は、スタンバイ中に電力を消費せず、プリント信号を受信してから未定着トナー画像が形成された記録材を加熱定着するまでの時間を十分に低減し、記録材に対して十分な定着性能を達成する装置は実現していない。   As described above, the conventional external heating type heat fixing device does not consume power during standby, and sufficiently reduces the time from receiving a print signal to fixing the recording material on which an unfixed toner image is formed. However, an apparatus that achieves sufficient fixing performance for the recording material has not been realized.

上記において、プリント信号を受信してから未定着トナー画像が形成された記録材を加熱定着するまでの時間を、以後、ファーストプリントアウトタイムと記す。   In the above, the time from when the print signal is received to when the recording material on which the unfixed toner image is formed is heated and fixed is hereinafter referred to as a first printout time.

本発明は上述の課題に鑑み成されたものであり、その目的は、ファーストプリントアウトタイムを短くできる像加熱装置及びこの装置に用いられる加熱部材を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an image heating apparatus capable of shortening the first printout time and a heating member used in the apparatus.

本発明の更なる目的は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。   Further objects of the present invention will become apparent upon reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings.

上記の目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、断熱性を有する弾性層とこの弾性層よりも外側に設けられており少なくとも一つの層から成る蓄熱層とを有し表面がトナー像と接触する回転可能な加熱部材と、前記加熱部材と共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成するニップ形成部材と、前記加熱部材を外側から加熱するヒータと、を有し、記録材上に形成されたトナー像を加熱する像加熱装置において、前記蓄熱層の単位表面積あたりの熱容量C/Sが、
100J/(m・K)≦C/S≦600J/(m・K)
を満たしていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a typical configuration of the image heating apparatus according to the present invention includes an elastic layer having heat insulation properties and a heat storage layer that is provided outside the elastic layer and includes at least one layer. A rotatable heating member whose surface is in contact with the toner image, a nip forming member that forms a nip portion that sandwiches and conveys the recording material together with the heating member, and a heater that heats the heating member from the outside. In the image heating apparatus for heating the toner image formed on the recording material, the heat capacity C / S per unit surface area of the heat storage layer is:
100 J / (m 2 · K) ≦ C / S ≦ 600 J / (m 2 · K)
It is characterized by satisfying.

また、上記の目的を達成するための本発明に係る加熱部材の代表的な構成は、表面が記録材上のトナー像と接触する回転可能な加熱部材と、前記加熱部材と共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成するニップ形成部材と、前記加熱部材を外側から加熱するヒータと、を有する像加熱装置に用いられる加熱部材において、断熱性を有する弾性層と、前記弾性層よりも外側に設けられており少なくとも一つの層から成る蓄熱層と、を有し、前記蓄熱層の単位表面積あたりの熱容量C/Sが
100J/(m・K)≦C/S≦600J/(m・K).
を満たしていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a representative configuration of the heating member according to the present invention includes a rotatable heating member whose surface is in contact with a toner image on the recording material, and the conveyance of the recording material together with the heating member. A heating member used in an image heating apparatus having a nip forming member for forming a nip portion to be heated and a heater for heating the heating member from the outside, and provided with an elastic layer having heat insulation properties and an outer side than the elastic layer. And a heat capacity C / S per unit surface area of the heat storage layer is 100 J / (m 2 · K) ≦ C / S ≦ 600 J / (m 2 · K ).
It is characterized by satisfying.

本発明によれば、ファーストプリントアウトタイムを短くできる像加熱装置及びこの装置に用いられる加熱部材を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the image heating apparatus which can shorten a first printout time, and the heating member used for this apparatus can be provided.

《実施例1》
(1)画像形成装置例
図2は、本実施形態の画像形成装置を好適に示す一例たるレーザビームプリンタ(以下、プリンタと略称する)1の概略構成を示す模式的断面図である。
Example 1
(1) Example of Image Forming Apparatus FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a laser beam printer (hereinafter abbreviated as a printer) 1 as an example that suitably illustrates the image forming apparatus of the present embodiment.

このプリンタ1には、プリンタの外部に設けられたホストコンピュータ等の画像情報提供装置(図示せず)から画像情報が入力する。そして、プリンタ1は、入力した画像情報に応じた画像をシート状の記録材(記録媒体)Pに形成して記録するという一連の画像形成プロセスを公知の電子写真方式に則り行う。   Image information is input to the printer 1 from an image information providing device (not shown) such as a host computer provided outside the printer. The printer 1 performs a series of image forming processes in which an image corresponding to the input image information is formed and recorded on a sheet-like recording material (recording medium) P according to a known electrophotographic system.

プリンタ1は、潜像担持体としてのドラム状の回転自在な電子写真感光体(以下、感光体と略記する)2と、一次帯電機構8と、現像装置3と、を保持するプロセスカートリッジ4を備えている。また、画像情報提供装置から入力した画像情報に応じた露光処理工程により感光体2の外周面に前記画像情報に応じた静電潜像を形成するレーザスキャナユニット(以下、スキャナと略記する)5を備えている。また、記録材Pに画像を転写する処理を施すロール状の回転自在な転写体6と、画像転写処理済みの記録材Pに加熱及び加圧により定着処理を施す像加熱装置としての定着装置7を備えている。   The printer 1 includes a process cartridge 4 that holds a drum-like rotatable electrophotographic photosensitive member (hereinafter abbreviated as a photosensitive member) 2 as a latent image carrier, a primary charging mechanism 8, and a developing device 3. I have. Further, a laser scanner unit (hereinafter abbreviated as “scanner”) 5 for forming an electrostatic latent image corresponding to the image information on the outer peripheral surface of the photoreceptor 2 by an exposure processing step corresponding to the image information input from the image information providing apparatus. It has. Further, a roll-shaped rotatable transfer body 6 that performs a process of transferring an image to the recording material P, and a fixing device 7 as an image heating apparatus that performs a fixing process on the recording material P that has undergone the image transfer process by heating and pressing. It has.

プロセスカートリッジ4はプリンタ本体に対して着脱自在に支持されている。なお、プリンタ本体とは、プロセスカートリッジ以外の画像形成装置部分である。感光体2の修理及び現像装置3への現像剤補給等のメンテナンスが必要であるときには、プリンタ本体にて開閉自在に支持されているカバー9を開いたのち、プロセスカートリッジ4ごと交換することによりメンテナンスの迅速化及び簡易化等が図られている。   The process cartridge 4 is detachably supported with respect to the printer body. The printer body is an image forming apparatus portion other than the process cartridge. When maintenance such as repair of the photosensitive member 2 and replenishment of developer to the developing device 3 is necessary, the cover 9 that is supported by the printer body so as to be opened and closed is opened, and then the entire process cartridge 4 is replaced. Speeding up and simplification.

一次帯電機構8は、スキャナ5による露光処理工程前において商用電源等から規定のバイアスが印加されることにより、回転している感光体2の外周面を規定電位分布に帯電せしめるようになっている。   The primary charging mechanism 8 charges the outer peripheral surface of the rotating photoreceptor 2 to a specified potential distribution by applying a specified bias from a commercial power source or the like before the exposure processing step by the scanner 5. .

スキャナ5は、画像情報提供装置からの画像情報の時系列的電気デジタル画素信号に応じて変調されたレーザLaを出力する。そして、そのレーザLaにより、プロセスカートリッジに設けられた窓4aを通して、感光体2の外周面の帯電処理済みの部位が走査露光される。これにより、前記画像情報に応じた静電潜像が感光体2の外周面に形成されようになっている。   The scanner 5 outputs a laser La that is modulated in accordance with a time-series electrical digital pixel signal of image information from the image information providing apparatus. The laser La scans and exposes the charged portion of the outer peripheral surface of the photoreceptor 2 through the window 4a provided in the process cartridge. As a result, an electrostatic latent image corresponding to the image information is formed on the outer peripheral surface of the photoreceptor 2.

次に、プリンタ1における一連の画像形成プロセスに関して説明する。プリンタに設けられたスタートボタン等(図示せず)が押されるなどにより、感光体2の回転駆動が開始される。感光体2は矢印K1の時計方向に規定の周速度にて回転駆動される。これと共に、規定のバイアスが印加されている一次帯電機構8により感光体2の外周面が規定の電位分布に帯電せしめられる。   Next, a series of image forming processes in the printer 1 will be described. When the start button or the like (not shown) provided on the printer is pressed, the rotation of the photosensitive member 2 is started. The photoreceptor 2 is driven to rotate at a specified peripheral speed in the clockwise direction indicated by the arrow K1. At the same time, the outer peripheral surface of the photoreceptor 2 is charged to a specified potential distribution by the primary charging mechanism 8 to which a specified bias is applied.

次に、画像情報提供装置からの画像情報に応じて感光体2の外周面の帯電処理済みの部位がスキャナ5により走査露光される。これにより、前記画像情報に応じた静電潜像が感光体2の前記部位に形成される。その静電潜像が現像装置3の現像剤により現像されてトナー画像(トナー像)として可視像化される。   Next, according to the image information from the image information providing apparatus, the charged portion of the outer peripheral surface of the photoreceptor 2 is scanned and exposed by the scanner 5. Thereby, an electrostatic latent image corresponding to the image information is formed on the portion of the photoreceptor 2. The electrostatic latent image is developed by the developer of the developing device 3 to be visualized as a toner image (toner image).

一方、所定のタイミングにて駆動された給紙ローラ12により給紙カセット11から記録材Pが一枚分離給送される。給紙カセット11には複数枚の記録材Pを積載収容してある。給紙カセット11は、プリンタに取り外し自在に支持されている。給紙カセット11から給送された記録材Pはレジストローラ対12aにより所定の制御タイミングにて感光体2と転写体6との間に形成された転写ニップ部へと給送され、転写ニップ部を挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において感光体2側の前記トナー画像が転写体6により記録材P側に順次に転写される。   On the other hand, the recording material P is separated and fed from the paper feed cassette 11 by the paper feed roller 12 driven at a predetermined timing. A plurality of recording materials P are stacked and accommodated in the paper feed cassette 11. The paper feed cassette 11 is detachably supported by the printer. The recording material P fed from the paper feed cassette 11 is fed to a transfer nip portion formed between the photosensitive member 2 and the transfer member 6 by a registration roller pair 12a at a predetermined control timing, and the transfer nip portion. Is being nipped and conveyed. In this nipping and conveying process, the toner image on the photosensitive member 2 side is sequentially transferred to the recording material P side by the transfer member 6.

そして、転写処理済みの記録材Pは、定着装置7によりトナー画像の加熱定着処理が施されたのち、回転自在に支持された定着排紙部10を経由して排紙部13により機外へと排紙される。排紙された記録材Pは、プリンタ上面に取り付けられたトレイ14上に積載される。以上により、一連の画像形成プロセスが終了することとなる。   The recording material P that has been subjected to the transfer process is subjected to a heat fixing process of the toner image by the fixing device 7, and then passes through the fixing paper discharge unit 10 that is rotatably supported by the paper discharge unit 13. Is ejected. The discharged recording material P is stacked on a tray 14 attached to the upper surface of the printer. As described above, a series of image forming processes is completed.

(2)定着装置7
図1は本実施例における外部加熱方式の像加熱装置である定着装置7の模式的断面図である。
(2) Fixing device 7
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a fixing device 7 which is an external heating type image heating device in this embodiment.

30は、外側から加熱され、記録材上の画像をニップ部にて加熱する回転可能な加熱部材としての定着ローラ(定着用回転体)である。63は加圧部材としての回転可能な加圧ローラである。   Reference numeral 30 denotes a fixing roller (fixing rotator) as a rotatable heating member that is heated from the outside and heats the image on the recording material at the nip portion. Reference numeral 63 denotes a rotatable pressure roller as a pressure member.

定着ローラ30と加圧ローラ63は、上下に略並行に配列され、且つ端部の加圧バネ(図示せず)により圧接されている。これにより、両者間に記録材搬送方向において所定幅の定着ニップ部(圧接ニップ部)Ntを形成させている。   The fixing roller 30 and the pressure roller 63 are arranged substantially in parallel in the vertical direction and are pressed against each other by a pressure spring (not shown) at the end. Thus, a fixing nip portion (pressure nip portion) Nt having a predetermined width is formed between them in the recording material conveyance direction.

定着ローラ30は駆動手段(図示せず)によって矢印の時計方向に規定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ63は定着ローラ30の回転に従動して回転する。なお、定着ローラ30と、加圧ローラ63を別途、回転駆動しても良い。   The fixing roller 30 is rotationally driven by a driving means (not shown) in a clockwise direction indicated by an arrow at a predetermined peripheral speed. The pressure roller 63 rotates following the rotation of the fixing roller 30. Note that the fixing roller 30 and the pressure roller 63 may be separately rotated.

21は定着ローラ30をその外側から加熱する加熱手段(加熱源)である。本実施例において、この加熱手段21は板状ヒータ(以下、ヒータと略記する)である。このヒータ21は、ヒータホルダ24に固定して保持させて、定着ローラ30の上側に長手を定着ローラ30の軸線と並行にして配列してある。そして、ホルダ24を加圧機構(図示せず)により、ヒータ21が定着ローラ30の上面に所定の圧力で圧接するように付勢している。すなわち、ヒータ21は定着ローラ30に対して常に同じ部位で接触して、定着ローラ30との間に定着ローラ30の回転方向において所定幅の加熱接触領域部Nhを形成している。   Reference numeral 21 denotes a heating means (heating source) for heating the fixing roller 30 from the outside thereof. In this embodiment, the heating means 21 is a plate heater (hereinafter abbreviated as a heater). The heater 21 is fixedly held on the heater holder 24 and is arranged on the upper side of the fixing roller 30 in parallel with the axis of the fixing roller 30. The holder 24 is urged by a pressure mechanism (not shown) so that the heater 21 is pressed against the upper surface of the fixing roller 30 with a predetermined pressure. That is, the heater 21 is always in contact with the fixing roller 30 at the same portion, and forms a heating contact region Nh having a predetermined width in the rotational direction of the fixing roller 30 with the fixing roller 30.

定着ローラ30と加圧ローラ63のローラ部の長さ寸法(図面に垂直な方向)、ヒータ21の有効発熱部の長さ寸法(同)は、定着装置の最大通紙幅よりも大きい。   The length of the roller portions of the fixing roller 30 and the pressure roller 63 (in the direction perpendicular to the drawing) and the length of the effective heat generating portion of the heater 21 (the same) are larger than the maximum sheet passing width of the fixing device.

回転する定着ローラ30は、加熱接触領域部Nhにおいてヒータ21により外側から加熱されて、定着ニップ部Ntにて記録材P上の未定着トナー画像Tを定着するのに必要・十分な熱量が与えられる。   The rotating fixing roller 30 is heated from the outside by the heater 21 in the heating contact area Nh, and gives a necessary and sufficient amount of heat to fix the unfixed toner image T on the recording material P at the fixing nip Nt. It is done.

記録材Pは前述したように画像形成部にてトナー画像Tが形成されたあと、定着装置7へ送られ、定着ローラ30と加圧ローラ63とで形成される定着ニップ部Ntへ導入されて挟持搬送される。記録材Pはこの定着ニップ部Ntを挟持搬送されていく過程において、定着ローラ30によって加熱され、またニップ部圧を受ける。これにより、未定着トナー画像Tが記録材P面に固着画像として熱圧定着される。   As described above, after the toner image T is formed in the image forming portion, the recording material P is sent to the fixing device 7 and introduced into the fixing nip portion Nt formed by the fixing roller 30 and the pressure roller 63. It is nipped and conveyed. The recording material P is heated by the fixing roller 30 and receives the nip pressure in the process of being nipped and conveyed through the fixing nip portion Nt. As a result, the unfixed toner image T is fixed by heat and pressure as a fixed image on the recording material P surface.

加熱接触領域部Nhと、定着ニップ部Ntは、定着ローラ30の周上の異なる位置に形成される。加熱接触領域部Nhと定着ニップ部Ntの、定着ローラ回転方向における定着ローラ周上の距離は短い方が、空気中への放熱、定着ローラ内部への熱の逃げが少なく、加熱接触領域部Nhから定着ニップ部Ntへより効率的に熱を運搬する事できる。   The heating contact area Nh and the fixing nip Nt are formed at different positions on the circumference of the fixing roller 30. The shorter the distance between the heating contact area Nh and the fixing nip Nt around the fixing roller in the rotation direction of the fixing roller, the less heat is released into the air and the heat escapes into the fixing roller, and the heating contact area Nh Heat can be more efficiently conveyed from the toner to the fixing nip Nt.

一方、定着ニップ部Ntと加熱接触領域部Nhの位置を、図1のように、定着ローラ半周分180°ずらして対向させると、ヒータ21の定着ローラ30への加圧力と、加圧ローラ63の定着ローラ30への加圧力は、互いに相殺し合う。そのため、定着ローラ30の撓みを低く抑える事ができ、芯金に必要な強度が小さくなる為、小径化、低熱容量化がしやすくなるというメリットがある。   On the other hand, when the positions of the fixing nip portion Nt and the heating contact region portion Nh are shifted from each other by 180 ° by a half circumference of the fixing roller, as shown in FIG. The pressure applied to the fixing roller 30 cancels each other out. Therefore, the bending of the fixing roller 30 can be suppressed to a low level, and the strength required for the cored bar is reduced, so that there is an advantage that the diameter can be easily reduced and the heat capacity can be easily reduced.

定着ローラ30を小径化すると、結果的に、加熱接触領域部Nhと定着ニップ部Ntの距離も短くする事ができる。そのため、ヒータ21と加圧ローラ63の定着ローラ30への加圧力に大きな差が必要でない場合は、図1のように、定着ニップ部Ntと加熱接触領域部Nhは対向して配置した方が良い。   If the diameter of the fixing roller 30 is reduced, as a result, the distance between the heating contact area Nh and the fixing nip Nt can be shortened. Therefore, when there is no need for a large difference in the pressure applied to the fixing roller 30 between the heater 21 and the pressure roller 63, the fixing nip portion Nt and the heating contact region portion Nh should be arranged to face each other as shown in FIG. good.

(3)定着ローラ(回転可能な加熱部材)30
図3は、本実施例における定着ローラ30の概略模式図を示す。この定着ローラ30は、芯金31と、その外周に形成した、第1層32と、更にその外側に形成した第2層33を有する。第1層32は第2層33に対して内側の層であり、第2層33は第1層32に対して外側の層である。
(3) Fixing roller (rotatable heating member) 30
FIG. 3 is a schematic diagram of the fixing roller 30 in the present embodiment. The fixing roller 30 includes a cored bar 31, a first layer 32 formed on the outer periphery thereof, and a second layer 33 formed on the outer side thereof. The first layer 32 is an inner layer with respect to the second layer 33, and the second layer 33 is an outer layer with respect to the first layer 32.

第1層32は低熱伝導弾性層であり、第2層33よりも熱伝導率が低く、弾性を持つ。以下、この第1層32を断熱弾性層と記す。   The first layer 32 is a low thermal conductive elastic layer, has lower thermal conductivity than the second layer 33, and has elasticity. Hereinafter, the first layer 32 is referred to as a heat insulating elastic layer.

第2層33は蓄熱層であり、加熱部材である定着ローラ30の単位表面積あたりの熱容量が、100J/(m・K)以上、600J/(m・K)以下である。以下、この第2層33を蓄熱層と記す。 The second layer 33 is a heat storage layer, and the heat capacity per unit surface area of the fixing roller 30 as a heating member is 100 J / (m 2 · K) or more and 600 J / (m 2 · K) or less. Hereinafter, the second layer 33 is referred to as a heat storage layer.

芯金31は、例えば、アルミや鉄、SUM材等の金属材料、セラミック等の他の剛体材料によりより形成される。芯金31は、断熱弾性層32によって、定着ローラ表面から断熱される為、蓄熱層33よりも低熱伝導性、低熱容量であってもその効果は少ない。従って、蓄熱層33よりも高熱伝導性、高熱容量であってもよいし、また、その形態は中実であっても、中空の筒状であっても良く、その形態は問わない。   The cored bar 31 is made of, for example, a metal material such as aluminum, iron, or SUM material, or another rigid material such as ceramic. Since the core 31 is thermally insulated from the surface of the fixing roller by the heat insulating elastic layer 32, even if it has a lower thermal conductivity and a lower heat capacity than the heat storage layer 33, its effect is less. Therefore, it may have higher thermal conductivity and higher heat capacity than the heat storage layer 33, and the form thereof may be solid or hollow and the form is not limited.

以上のように、定着ローラ(回転可能な加熱部材)30は、断熱性を有する弾性層32と、弾性層よりも外側に設けられており少なくとも1つの層から成る蓄熱層33と、を有する。断熱弾性層32の熱伝導率は0.20W/(m・k)以下が好ましい。   As described above, the fixing roller (rotatable heating member) 30 includes the heat-insulating elastic layer 32 and the heat storage layer 33 that is provided outside the elastic layer and includes at least one layer. The heat conductivity of the heat insulating elastic layer 32 is preferably 0.20 W / (m · k) or less.

蓄熱層33は、例えば高熱伝導シリコーンゴムからなり、総熱容量が定着ローラの単位表面積あたり100J/(m・K)以上、600J/(m・K)以下となるよう配合調整される。 The heat storage layer 33 may, for example, a highly heat conductive silicone rubber, 100 J / per unit surface area of the total heat capacity fixing roller (m 2 · K) or more, are blended adjusted 600J / (m 2 · K) or less and so as.

定着ローラの単位表面積あたり熱容量とは、蓄熱層33の熱容量Cを、定着ローラの外周面の表面積Sで割った値(C/S)である。定着ローラ表面温度を所定温度に保った場合に定着ローラの単位表面積下に蓄えられる熱量に関係する。   The heat capacity per unit surface area of the fixing roller is a value (C / S) obtained by dividing the heat capacity C of the heat storage layer 33 by the surface area S of the outer peripheral surface of the fixing roller. This is related to the amount of heat stored under the unit surface area of the fixing roller when the fixing roller surface temperature is kept at a predetermined temperature.

また、「蓄熱層33の単位表面積あたり熱容量C/S」と、「記録材Pを通紙した際に、定着ニップNtにて、定着ローラ30が1回転あたりに、記録材と接触する時間t(即ち、定着ローラ(加熱部材)の表面の一点が定着ニップ部を通過するのに要する時間t)」との関係を、
C/S[J/(m・K)]≦10000[J/(s・m・K)]×t[s]
とする。
Further, “heat capacity C / S per unit surface area of the heat storage layer 33” and “time t when the fixing roller 30 contacts the recording material per rotation at the fixing nip Nt when the recording material P is passed through”. (That is, the time t required for one point of the surface of the fixing roller (heating member) to pass through the fixing nip portion).
C / S [J / (m 2 · K)] ≦ 10000 [J / (s · m 2 · K)] × t [s]
And

記録材Pと定着ローラ30が接触する時間tが短い場合、短時間で記録材Pに熱を伝えるには、定着ローラ30と記録材Pの間に大きな温度差が必要である。定着ローラ温度を高めにしなければならない場合、蓄熱層33の熱容量は小さくする必要がある。   When the time t when the recording material P and the fixing roller 30 are in contact is short, a large temperature difference is required between the fixing roller 30 and the recording material P in order to transmit heat to the recording material P in a short time. When the fixing roller temperature must be increased, the heat capacity of the heat storage layer 33 needs to be reduced.

この熱容量に求められる特性については、実験結果を元に後述する。   The characteristics required for this heat capacity will be described later based on experimental results.

蓄熱層33の体積熱容量(第2層の体積熱容量)は、断熱弾性層32の体積熱容量(第1層の体積熱容量)よりも大きい事が望ましい。好ましくは、一般的なソリッドゴムよりも体積熱容量を大きくし、1.25×10J/(m・K)以上とするのが望ましい。蓄熱層33の熱容量を、内部の断熱弾性層32よりも高くする事で、定着ローラ30に蓄熱された熱を、表面近傍の蓄熱層33に偏在させて、記録材Pへの熱伝達を行いやすくできる。 It is desirable that the volume heat capacity of the heat storage layer 33 (volume heat capacity of the second layer) is larger than the volume heat capacity of the heat insulating elastic layer 32 (volume heat capacity of the first layer). Preferably, the volumetric heat capacity is larger than that of a general solid rubber, and it is desirable to set it to 1.25 × 10 6 J / (m 3 · K) or more. By making the heat capacity of the heat storage layer 33 higher than that of the heat insulating elastic layer 32 inside, the heat stored in the fixing roller 30 is unevenly distributed in the heat storage layer 33 in the vicinity of the surface, and heat is transferred to the recording material P. Easy to do.

前記蓄熱層33の熱伝導率は、断熱弾性層32よりも高い事が望ましい。好ましくは、一般的なソリッドゴムよりも熱伝導率を高め、0.3W/(m・K)以上とするのが望ましい。   The thermal conductivity of the heat storage layer 33 is preferably higher than that of the heat insulating elastic layer 32. Preferably, the thermal conductivity is higher than that of a general solid rubber, and is 0.3 W / (m · K) or more.

内部の断熱弾性層32の熱伝導率を、蓄熱層33の熱伝導率よりも低くする事で、定着ローラ表面から伝達された熱を、表面近傍の蓄熱層33に偏在させ、保ちやすくする。また、蓄熱層33の熱伝導率を断熱弾性層32よりも高くする事で、蓄熱層33での熱の吸収と放出を迅速に行う事ができる。   By making the thermal conductivity of the internal heat insulating elastic layer 32 lower than the thermal conductivity of the heat storage layer 33, the heat transferred from the surface of the fixing roller is unevenly distributed on the heat storage layer 33 in the vicinity of the surface, thereby making it easy to maintain. Further, by making the thermal conductivity of the heat storage layer 33 higher than that of the heat insulating elastic layer 32, heat can be absorbed and released by the heat storage layer 33 quickly.

蓄熱層33の、熱伝導率、体積熱容量、単位表面積あたりの熱容量は、以下の方法で測定する。   The thermal conductivity, volumetric heat capacity, and heat capacity per unit surface area of the heat storage layer 33 are measured by the following methods.

即ち、図4のように、定着ローラ30の蓄熱層33より、縦5mm、横5mmの試験片Aを切り出す。   That is, as shown in FIG. 4, a test piece A having a length of 5 mm and a width of 5 mm is cut out from the heat storage layer 33 of the fixing roller 30.

質量密度は、上記試験片Aを、乾式自動密度計(型番AccuPyc1330 株式会社 島津製作所)にて測定して求める。   The mass density is obtained by measuring the test piece A with a dry automatic densimeter (model number AccuPyc1330, Shimadzu Corporation).

また、比熱は、上記試験片Aを、示差走査熱量計(型番DSC8240、株式会社リガク製)にて測定して求める。   The specific heat is obtained by measuring the test piece A with a differential scanning calorimeter (model number DSC8240, manufactured by Rigaku Corporation).

体積熱容量、定着ローラの単位表面積あたりの熱容量は、以下の式から求める。   The volumetric heat capacity and the heat capacity per unit surface area of the fixing roller are obtained from the following equations.

1)体積熱容量=質量密度×比熱容量
2)定着ローラの単位表面積あたりの熱容量
=試験片Aの体積×体積熱容量÷試験片Aの表面積
または、
=体積熱容量×比熱容量×蓄熱層厚み
熱伝導率は、試験片Aについて、フーリエ変換型温度熱拡散率測定装置(型番FTC−1、アルバック理工株式会社製)にて、厚み方向の熱拡散率を測定する。そして、下記の式から、蓄熱層33の厚み方向の熱伝導率を求める。
1) Volume heat capacity = mass density × specific heat capacity 2) Heat capacity per unit surface area of fixing roller = Volume of test piece A × volume heat capacity / surface area of test piece A
Or
= Volumetric heat capacity x Specific heat capacity x Heat storage layer thickness Thermal conductivity of specimen A is measured by Fourier transform type thermal thermal diffusivity measuring device (model number FTC-1, ULVAC-RIKO, Inc.). Measure. And the heat conductivity of the thickness direction of the thermal storage layer 33 is calculated | required from the following formula.

3)熱伝導率=熱拡散率×質量密度×比熱容量
蓄熱層33は、例えば、以下の方法により形成される。例えば、シリコーンゴム、あるいはフッ素ゴムなどのゴム材料に、粉末状のフィラーを10質量%以上、50質量%以下混入させた層を断熱弾性層32の上に形成したソリッドゴム層とする。
3) Thermal conductivity = thermal diffusivity × mass density × specific heat capacity The heat storage layer 33 is formed by the following method, for example. For example, a solid rubber layer in which a layer in which powdery filler is mixed in an amount of 10 mass% or more and 50 mass% or less in a rubber material such as silicone rubber or fluorine rubber is formed on the heat insulating elastic layer 32.

フィラーを10質量%以上配合することで、通常のソリッドゴムよりも熱容量を高められる。また、配合するフィラーは配合量が多いと蓄熱層33が硬くなり、定着ローラ30の表面が硬くなる。配合量が50質量%以下であれば、定着ローラ30の表面を十分な弾性をもたせることができる。   By blending 10% by mass or more of the filler, the heat capacity can be increased as compared with a normal solid rubber. Further, when the filler to be blended is large, the heat storage layer 33 becomes hard and the surface of the fixing roller 30 becomes hard. If the blending amount is 50% by mass or less, the surface of the fixing roller 30 can have sufficient elasticity.

粉末状のフィラーは、体積熱容量が少なくとも1.25×10J/(m・K)以上(体積熱容量が高いフィラー)、熱伝導率が少なくとも10[W/(m・K)]以上(熱伝導率が高いフィラー)の材料から成るものである。 The powdery filler has a volumetric heat capacity of at least 1.25 × 10 6 J / (m 3 · K) or more (filler with a high volumetric heat capacity), and a thermal conductivity of at least 10 [W / (m · K)] or more ( It is made of a filler material having a high thermal conductivity.

このように、体積熱容量の高いフィラーを分散することで、配合量を抑えながら、蓄熱層33の体積熱容量を高める事ができる。また、熱伝導率が高いフィラーを分散することで、配合量を抑えながら、熱伝導率を高める事ができる。   Thus, by dispersing the filler having a high volumetric heat capacity, the volumetric heat capacity of the heat storage layer 33 can be increased while suppressing the blending amount. Moreover, by dispersing the filler having a high thermal conductivity, the thermal conductivity can be increased while suppressing the amount of blending.

例えば、AlN、グラファイト、アルミナ等の金属酸化物、カーボンナノチューブ、ダイアモンド、アルミ、チタン合金、銅合金等の金属、チッ化ホウ素、チッ化珪素、結晶性シリカ等の粉末状のフィラーである。   Examples thereof include metal oxides such as AlN, graphite, and alumina, metals such as carbon nanotubes, diamond, aluminum, titanium alloys, and copper alloys, and powdery fillers such as boron nitride, silicon nitride, and crystalline silica.

また、所望の熱容量と熱伝導率を達成する手段であれば、フィラーの材料の種類は問わず、また、フィラーの形状はどのような形状のものであっても良く、本実施例の目的を達成するために制約を受けるものではない。   Moreover, as long as it is a means for achieving a desired heat capacity and thermal conductivity, the type of filler material is not limited, and the shape of the filler may be any shape. It is not constrained to achieve.

蓄熱層33の厚み(第2層の厚み)は30μm以上400μm以下で形成されている事が望ましい。フィラーを分散し、高熱容量化された蓄熱層33は、弾性はもつものの硬度が高くなる。そのため、蓄熱層33が厚すぎると定着ローラ表面も硬くなり、記録材Pへの密着性がわるくなる。記録材Pへの密着性が悪くなり、均一なトナー画像定着を行う事が難しくなる。従って、蓄熱層33は400μm以下が望ましい。また蓄熱層33が薄すぎると、フィラーを均一に分散し、均一な熱容量、熱伝導率とする事が難しくなり、定着ムラなどの原因となる。従って、蓄熱層33は薄くとも、30μm以上が好ましい。   The thickness of the heat storage layer 33 (the thickness of the second layer) is preferably 30 μm or more and 400 μm or less. The heat storage layer 33 in which the filler is dispersed and the heat capacity is increased has elasticity but has high hardness. For this reason, if the heat storage layer 33 is too thick, the surface of the fixing roller becomes hard, and the adhesion to the recording material P is changed. Adhesiveness to the recording material P deteriorates, and it becomes difficult to perform uniform toner image fixing. Therefore, the heat storage layer 33 is desirably 400 μm or less. On the other hand, if the heat storage layer 33 is too thin, it is difficult to uniformly disperse the filler and to obtain a uniform heat capacity and heat conductivity, which may cause uneven fixing. Therefore, even if the heat storage layer 33 is thin, it is preferably 30 μm or more.

断熱弾性層32は、低熱伝導化したゴム層であり、熱伝導率は蓄熱層33より小さくなるよう配合調整される。上述したように、断熱弾性層32の熱伝導率は0.20W/(m・k)以下が好ましい。   The heat insulating elastic layer 32 is a rubber layer having a low thermal conductivity, and is blended and adjusted so that the thermal conductivity is smaller than that of the heat storage layer 33. As described above, the thermal conductivity of the heat insulating elastic layer 32 is preferably 0.20 W / (m · k) or less.

断熱弾性層32の熱伝導率、体積熱容量は、以下の方法で測定する。図4のように、定着ローラ30の断熱弾性層32より、厚み500μm、縦5mm、横5mmの試験片Bを切り出す。蓄熱層33の試験片Aと同様の方法で、厚み方向の熱伝導率、体積熱容量を求める。   The thermal conductivity and volumetric heat capacity of the heat insulating elastic layer 32 are measured by the following methods. As shown in FIG. 4, a test piece B having a thickness of 500 μm, a length of 5 mm, and a width of 5 mm is cut out from the heat insulating elastic layer 32 of the fixing roller 30. The thermal conductivity and volumetric heat capacity in the thickness direction are obtained by the same method as that for the test piece A of the heat storage layer 33.

芯金31の外周に形成する断熱弾性層32の厚さは特に制限されないが、有効な断熱性を有し、かつ熱容量が大きくなりすぎず、小径の定着ローラ30を構成するためには、1.0〜5.0mm、好ましくは2.0〜4.0mmとするのがよい。   The thickness of the heat insulating elastic layer 32 formed on the outer periphery of the cored bar 31 is not particularly limited. However, in order to form the fixing roller 30 having a small diameter without having an effective heat insulating property and an excessive heat capacity. 0.0-5.0 mm, preferably 2.0-4.0 mm.

本実施例における外部加熱方式の定着装置7は、従来の内部加熱方式の熱ローラ定着装置と異なり、定着ローラ内部に加熱源などの内蔵物がない為、定着ローラ30の外径を小さくする事ができる。   Unlike the conventional internal heating type heat roller fixing device, the external heating type fixing device 7 in this embodiment does not have a built-in object such as a heating source inside the fixing roller, so that the outer diameter of the fixing roller 30 is reduced. Can do.

そして、加熱手段であるヒータ21と加圧部材である加圧ローラ63の定着ローラ30に当接する方向を水平対向とし、それぞれの当接する圧力を同等とすれば、定着ローラ30に対する圧力は相殺され、小径化しても強度不足による撓みの心配はない。   If the direction in which the heater 21 serving as the heating means and the pressure roller 63 serving as the pressure member abut on the fixing roller 30 are horizontally opposed, and the pressures that contact each other are equal, the pressure on the fixing roller 30 is offset. Even if the diameter is reduced, there is no fear of bending due to insufficient strength.

定着ローラ30は小径、低熱容量である方が望ましく、外径10〜20mmの範囲が望ましい。   The fixing roller 30 preferably has a small diameter and a low heat capacity, and preferably has an outer diameter in the range of 10 to 20 mm.

断熱弾性層32は、例えば、以下の方法により形成される。オルガノポリシロキサン組成物に中空フィラーを配合した配合物、あるいは、オルガノポリシロキサン組成物に吸水性ポリマーおよび水を配合した配合物を形成後に焼成および硬化して形成される。   The heat insulating elastic layer 32 is formed by the following method, for example. It is formed by firing and curing after forming a blend in which a hollow filler is blended with an organopolysiloxane composition, or a blend in which a water-absorbing polymer and water are blended in an organopolysiloxane composition.

例えば、シリコーンゴム組成物であり、熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物100重量部に平均粒子径が500μm以下の中空フィラーを0.1〜200質量%配合してなるシリコーンゴム組成物を加熱硬化して形成されるバルーンゴム層とする。   For example, a silicone rubber composition, which is a silicone rubber composition obtained by blending 0.1 to 200% by mass of a hollow filler having an average particle size of 500 μm or less with 100 parts by weight of a thermosetting organopolysiloxane composition, is heated and cured. The balloon rubber layer is formed.

ここで、中空フィラーとしては、硬化物内に気体部分を持つことでスポンジゴムのように熱伝導率を低下させるもので、マイクロバルーン材等がある。このような材料としては、ガラスバルーン、シリカバルーン、カーボンバルーン、フェノールバルーン、アクリロニトリルバルーン、塩化ビニリデンバルーン、アルミナバルーン、ジルコニアバルーン、シラスバルーンなど、いかなるものでもかまわない。   Here, as the hollow filler, there is a microballoon material or the like that reduces the thermal conductivity like sponge rubber by having a gas portion in the cured product. Such materials may be any of glass balloons, silica balloons, carbon balloons, phenol balloons, acrylonitrile balloons, vinylidene chloride balloons, alumina balloons, zirconia balloons, shirasu balloons and the like.

上記の中空フィラーの配合量は、熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物100重量部に対し0.1〜200重量部であり、好ましくは0.2〜150重量部、より好ましくは0.5〜100重量部である。この場合、中空フィラーの定着ローラ用シリコーンゴム組成物中での含有量が体積比で10〜80%、特に15〜75%となるように配合することが好ましい。体積割合が少なすぎると熱伝導率の低下が不十分で、また多すぎると成形、配合が難しいだけでなく成形物もゴム弾性のない脆いものとなってしまうおそれがある。   The amount of the hollow filler is 0.1 to 200 parts by weight, preferably 0.2 to 150 parts by weight, more preferably 0.5 to 100 parts per 100 parts by weight of the thermosetting organopolysiloxane composition. Parts by weight. In this case, it is preferable to blend so that the content of the hollow filler in the silicone rubber composition for a fixing roller is 10 to 80%, particularly 15 to 75% by volume. If the volume ratio is too small, the decrease in thermal conductivity is insufficient, and if it is too large, molding and blending are difficult, and the molded product may be brittle without rubber elasticity.


また、例えば、吸水性ポリマーおよび水を添加する方法で、シリコーンゴム断熱層32を形成したものでも良い。

Alternatively, for example, the silicone rubber heat insulating layer 32 may be formed by a method of adding a water-absorbing polymer and water.

かかるシリコーンゴム組成物としては、オルガノポリシロキサン組成物100重量部に吸水性ポリマーを0.1〜50重量部、水を10〜200重量部、その他、白金化合物触媒のような硬化触媒、SiHポリマーのような架橋剤を添加した組成物を形成する。その後、これを加熱成形して断熱弾性層32としても良い。   Such silicone rubber compositions include 0.1 to 50 parts by weight of a water-absorbing polymer, 10 to 200 parts by weight of water, 100 parts by weight of an organopolysiloxane composition, a curing catalyst such as a platinum compound catalyst, and a SiH polymer. The composition which added the crosslinking agent like this is formed. Thereafter, this may be thermoformed to form the heat insulating elastic layer 32.

また、この場合には、以下の3段階あるいは2段階に分けて加熱する。即ち、第一段階では、シリコーンベースポリマーの実質的な硬化が起こらず、しかも水分が蒸発しない100℃以下、好ましくは50〜80℃のもとで10〜30時間加熱して型成型する。次いで、第二段階では、該型成形物を120〜250℃、好ましくは120〜180℃で1〜5時間加熱して、含まれている水及び水を含んだ不純物中の水分を蒸発させる。この水分が蒸発する際の加熱条件により、独立した各気泡が連続気泡構造に転化する条件としても転化しない条件としても構わない。硬化速度が速ければ転化せずに独立した気泡が多くなり、架橋による実質的硬化が生じないようにコントロールすれば、連続気泡構造に転化する。そして、最後の第三段階では、得られた気泡体を180〜300℃、好ましくは200℃〜250℃で2〜8時間加熱して、硬化を進めることにより、所望の多孔質ゴム状弾性体のシリコーンゴム層を完成させる。   In this case, heating is performed in the following three or two stages. That is, in the first stage, the silicone base polymer is not substantially cured and moisture is not evaporated, and the mold is formed by heating at 100 ° C. or lower, preferably 50 to 80 ° C. for 10 to 30 hours. Next, in the second stage, the molded product is heated at 120 to 250 ° C., preferably 120 to 180 ° C. for 1 to 5 hours to evaporate water contained therein and water-containing impurities. Depending on the heating conditions when the moisture evaporates, the independent bubbles may be converted into an open cell structure or may not be converted. If the curing speed is high, the number of independent bubbles increases without conversion, and if controlled so that substantial curing due to crosslinking does not occur, the structure is converted to an open cell structure. In the final third stage, the obtained foam is heated at 180 to 300 ° C., preferably at 200 to 250 ° C. for 2 to 8 hours, to proceed with curing, so that a desired porous rubber-like elastic body is obtained. Complete the silicone rubber layer.

シリコーンゴムを発泡処理したスポンジ状シリコーンゴム層でも、本実施例で使用することは可能である。該発泡シリコーンゴムは、熱分解型発泡剤を添加する方法や硬化時に副生する水素ガスを発泡剤として発泡体を成形する方法などがある。   A sponge-like silicone rubber layer obtained by foaming silicone rubber can also be used in this embodiment. Examples of the foamed silicone rubber include a method of adding a pyrolytic foaming agent and a method of molding a foam using hydrogen gas by-produced during curing as a foaming agent.

ただし、射出成形のような金型内で発泡させる成形においては、微小かつ均一なセルを有する発泡シリコーンゴムを得ることが難しいという問題があり、発泡シリコーンゴム中のセル径は不均一に成形されやすく、セルの壁厚も不均一で強度のバラツキが大きい。   However, in molding such as injection molding, there is a problem that it is difficult to obtain a foamed silicone rubber having fine and uniform cells, and the cell diameter in the foamed silicone rubber is not uniform. It is easy, the cell wall thickness is not uniform, and the strength varies greatly.

このことから、小径の定着ローラ30として形成した場合に、小さな曲率半径で定着ローラにテンションをかけ続けると強度の弱いセル壁が破れ、破泡に至ることが確認されている。また、発泡シリコーンゴムでは、耐久性と断熱性を両立することが困難になっていた。すなわち不均一な発泡径の発泡シリコーンゴムの場合には、断熱性を増すために発泡倍率を上げると弾性層を構成するセル壁がさらに薄くなり、耐久によって破泡がさらに起こりやすくなるという不具合が生じやすくなってしまう。   From this, it has been confirmed that when the fixing roller 30 is formed with a small diameter, if the tension is continuously applied to the fixing roller with a small radius of curvature, the weak cell wall is broken and bubbles are broken. In addition, it has been difficult to achieve both durability and heat insulation with foamed silicone rubber. In other words, in the case of foamed silicone rubber having a non-uniform foam diameter, the cell wall constituting the elastic layer becomes thinner when the foaming ratio is increased in order to increase the heat insulation, and bubbles are more likely to break due to durability. It tends to occur.

シリコーンゴムからなるソリッドゴム層であっても本実施例で使用することは可能である。補強性フィラーなど熱伝導性の高い配合物のシリコーンゴムに対する混入量を極端に少なくする事で、0.20W/(m・K)以下の低熱伝導を達成する事ができる。   Even a solid rubber layer made of silicone rubber can be used in this embodiment. Low heat conduction of 0.20 W / (m · K) or less can be achieved by extremely reducing the mixing amount of the compound having high thermal conductivity such as a reinforcing filler into the silicone rubber.

ただし、低熱伝導ソリッドゴムは熱膨張が大きい。ヒータ21により直接加熱される定着ローラ30として用いる場合、熱膨張による外径変化が大きく、画像形成装置における定着装置に用いた場合、記録材Pの搬送速度が変化してしまい、記録材上の画像の印字精度を維持する事が困難になる。   However, low thermal conductive solid rubber has a large thermal expansion. When used as the fixing roller 30 directly heated by the heater 21, the outer diameter changes greatly due to thermal expansion, and when used in the fixing device in the image forming apparatus, the conveyance speed of the recording material P changes, and the recording material P It becomes difficult to maintain image printing accuracy.

よって、断熱弾性層32は、マイクロバルーン等のバルーンや吸水性ポリマーが含有されたオルガノポリシロキサンを主成分とする液状シリコーン組成物より形成されたものが望ましい。連泡化された均一なセルが得られる。そのため、スポンジシリコーンゴム断熱層や、ソリッドゴム断熱層に比べ、断熱性と耐久性に優れ、また、熱膨張も少ない。   Therefore, it is desirable that the heat insulating elastic layer 32 is formed of a liquid silicone composition mainly composed of a balloon such as a microballoon or an organopolysiloxane containing a water-absorbing polymer. A uniform cell that is open-celled is obtained. Therefore, compared with a sponge silicone rubber heat insulation layer and a solid rubber heat insulation layer, it is excellent in heat insulation and durability, and has little thermal expansion.

定着ローラ30の製法は特に限定されない。金属製の芯金31上に断熱弾性層32を形成し、さらに最表層を断熱弾性層32より高い熱伝導率を持つ蓄熱層33で形成する。かつ、蓄熱層33の熱容量が定着ローラの単位表面積あたり100J/m・K以上、600J/m・K以下となるように形成されていれば、どのような製法であっても構わない。 The manufacturing method of the fixing roller 30 is not particularly limited. The heat insulating elastic layer 32 is formed on the metal core 31, and the outermost layer is formed by the heat storage layer 33 having a higher thermal conductivity than the heat insulating elastic layer 32. And the heat storage layer 33 heat capacity fixing roller unit surface area per 100J / m 2 · K or more, and be formed to be equal to or less than 600J / m 2 · K, but may be any method.

(4)定着ローラ以外の構成
(4−1)ヒータ21
図5はヒータ21の模式的断面図である。21aはヒータ基板であり、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性のセラミックスや、ポリイミド、PPS、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂より形成された、耐熱性で電気絶縁性の部材である。この基板21aは図面に垂直方向を長手とする細長部材であり、長さ寸法は定着装置の最大通紙幅よりも大きい。
(4) Configuration other than fixing roller (4-1) Heater 21
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the heater 21. Reference numeral 21a denotes a heater substrate, which is a heat-resistant and electrically insulating member formed of an insulating ceramic such as alumina or aluminum nitride, or a heat-resistant resin such as polyimide, PPS, or liquid crystal polymer. The substrate 21a is an elongated member whose longitudinal direction is the vertical direction of the drawing, and the length dimension is larger than the maximum sheet passing width of the fixing device.

基板21aの表面(定着ローラ対向面)に長手方向に沿って、例えばAg/Pd(銀パラジウム)、RuO、TaN等の通電発熱抵抗層21bをスクリーン印刷等により、厚み10μm程度、幅1〜5mm程度の線状もしくは細帯状に塗工して形成してある。 Along the longitudinal direction on the surface of the substrate 21a (fixing roller facing surface), for example, an energization heating resistance layer 21b such as Ag / Pd (silver palladium), RuO 2 , Ta 2 N, etc. is formed by screen printing or the like with a thickness of about 10 μm. It is formed by coating in the form of a line or a thin strip of about 1 to 5 mm.

通電発熱抵抗層21bの上には、この層の保護、絶縁の確保を目的に、例えば、ガラス、ポリイミド(PI)樹脂などからなる厚さ10μmから100μm程度の絶縁保護層21cを形成する。   An insulating protective layer 21c made of, for example, glass, polyimide (PI) resin, or the like having a thickness of about 10 μm to 100 μm is formed on the energization heat generating resistance layer 21b for the purpose of protecting this layer and ensuring insulation.

さらに、定着ローラ30との摺動性を高め、トナーなどの付着を防ぐ目的で、例えば、フッ素樹脂などの摺動性、離型性が良好な材料からなる摺動層21dを、厚さ10μmから30μm程度の厚みで形成する。   Further, for the purpose of improving the slidability with the fixing roller 30 and preventing adhesion of toner or the like, for example, a sliding layer 21d made of a material having good slidability and releasability such as a fluororesin is formed to a thickness of 10 μm. To a thickness of about 30 μm.

あるいは、通電発熱抵抗層21bの上に、直接、フッ素樹脂などからなる厚さ10μmから100μm程度の保護層を形成し、絶縁保護層と摺動層を兼ねる構成としても良い。   Alternatively, a protective layer made of a fluororesin or the like and having a thickness of about 10 μm to 100 μm may be directly formed on the energization heat generating resistance layer 21b, and the insulating protective layer and the sliding layer may be used as a structure.


上記の絶縁保護層21c、摺動層21d、あるいはその両者の兼用層は、耐久性、平滑性、離型性などが確保できる範囲で、極力薄く形成する。また、離型性などが維持できる範囲で、高熱伝導フィラーなどを混入し、熱伝導性を向上させたものが望ましい。

The insulating protective layer 21c, the sliding layer 21d, or a combination layer of both is formed as thin as possible within a range where durability, smoothness, releasability, and the like can be secured. Further, it is desirable to improve the thermal conductivity by mixing a high thermal conductive filler or the like as long as the releasability can be maintained.

ヒータ21を固定して保持するヒータホルダ24は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、PPS、PEEK等の耐熱性樹脂により形成され、熱伝導率が低いほど定着ローラ30の加熱に際する熱効率が高くなる。よって樹脂層の中に中空のフィラー、例えばガラスバルーン、シリカバルーン等を内包してあっても良い。   The heater holder 24 that fixes and holds the heater 21 is formed of a heat-resistant resin such as liquid crystal polymer, phenol resin, PPS, or PEEK. The lower the thermal conductivity, the higher the heat efficiency when heating the fixing roller 30. Therefore, a hollow filler such as a glass balloon or a silica balloon may be included in the resin layer.

ヒータ21の定着ローラ30と反対側には、通電発熱抵抗層21bの発熱に応じて昇温した基板21aの温度を検知するためのサーミスタ等の温度検知手段22が配置されている。この温度検知手段22はヒータ21を温度制御する目的で設けられている。   On the opposite side of the heater 21 from the fixing roller 30, a temperature detection means 22 such as a thermistor for detecting the temperature of the substrate 21 a raised in accordance with the heat generation of the energization heat generation resistance layer 21 b is disposed. This temperature detection means 22 is provided for the purpose of controlling the temperature of the heater 21.

温度制御方式としては、温度検知手段22の信号に応じて、ヒータ21の長手方向端部にある電極部(図示せず)から通電発熱抵抗層21bに印加される電圧のデューティー比や波数等を適切に制御することで、ヒータ21を発熱させ、温度制御する。ヒータ21の長手方向における有効発熱領域幅は定着装置の最大通紙幅よりも大きい。温度検知素子22からの検知温度情報は温度制御部100を介し、通電ドライバとしてのトライアック素子101に送られる。トライアック素子101は温度制御部100の通電信号に基づいて、通電発熱抵抗層21bに電力供給するAC電源102の通電ON/OFFを行う。   As the temperature control method, the duty ratio, wave number, etc. of the voltage applied to the energization heating resistor layer 21b from the electrode part (not shown) at the longitudinal end of the heater 21 according to the signal of the temperature detection means 22 are set. By appropriately controlling, the heater 21 generates heat and the temperature is controlled. The effective heat generation area width in the longitudinal direction of the heater 21 is larger than the maximum sheet passing width of the fixing device. The detected temperature information from the temperature detecting element 22 is sent via the temperature control unit 100 to the triac element 101 as an energization driver. Based on the energization signal from the temperature control unit 100, the triac element 101 performs energization ON / OFF of the AC power supply 102 that supplies power to the energization heating resistor layer 21b.

温度の制御方法としては、ヒータ21の温度を所定の温度とするよう温度制御する方法と、定着ローラ表面にも温度検知素子を当接し、定着ローラ表面の温度を所定の温度とするようヒータ21への電力制御を行う方法がある。   As a temperature control method, a temperature control is performed so that the temperature of the heater 21 is a predetermined temperature, and a temperature detection element is also brought into contact with the surface of the fixing roller so that the temperature of the fixing roller surface is a predetermined temperature. There is a method to control the power to the.

定着ローラ表面の温度を所定の温度とするように温度制御する事で、定着性を一定に保ち、熱の与えすぎによるホットオフセットなどの画像不良を防止できる。   By controlling the temperature so that the surface temperature of the fixing roller is a predetermined temperature, it is possible to keep the fixing property constant and prevent image defects such as hot offset due to excessive application of heat.

定着ローラ30、ヒータ21及びその周辺部品に使用されるシリコーンゴムや、フッ素樹脂の連続使用可能温度は、一般的に230℃、好ましくは200℃程度である。これ以上の高温下で使用されると、シリコーンゴムが劣化したり、フッ素樹脂の耐磨耗性が悪化したりする。   The continuous usable temperature of the silicone rubber and the fluororesin used for the fixing roller 30, the heater 21, and its peripheral parts is generally about 230 ° C, preferably about 200 ° C. When used at a higher temperature than this, the silicone rubber deteriorates or the wear resistance of the fluororesin deteriorates.

定着ローラ表面の温度、または、ヒータ21の温度は、高くても230℃以下、好ましくは200℃〜230℃程度となるよう温度制御されるのが望ましい。   The temperature of the surface of the fixing roller or the temperature of the heater 21 is desirably controlled to be 230 ° C. or lower, preferably about 200 ° C. to 230 ° C. at the highest.

ヒータ21は、通電発熱抵抗層21bを基板21aの定着ローラ側に形成した形で説明したが、ヒータ基板21aとして熱伝導性の良好な窒化アルミ等を使用する場合には、図6のように、裏面(背面)加熱型のヒータ21にすることもできる。すなわち、通電発熱抵抗層21bは基板21aの裏面(定着ローラ対向面側とは反対面側)に形成し、その発熱体通電発熱抵抗層21b上に絶縁保護層21cを設ける。そして、基板21aの表面(定着ローラ対向面側)に摺動層21dを設けた構成としても良い。   The heater 21 has been described in the form in which the energized heat generating resistance layer 21b is formed on the fixing roller side of the substrate 21a. However, when aluminum nitride or the like having good thermal conductivity is used as the heater substrate 21a, as shown in FIG. Also, a back surface (back surface) heating type heater 21 can be used. That is, the energization heat generating resistance layer 21b is formed on the back surface of the substrate 21a (on the side opposite to the fixing roller facing surface side), and the insulating protective layer 21c is provided on the heating element energization heat generation resistance layer 21b. The sliding layer 21d may be provided on the surface of the substrate 21a (on the side facing the fixing roller).

図7に示すように、ヒータ21の基板21aは、その定着ローラ対向面が定着ローラ30の外面に対応した曲面形状であっても良い。ヒータ21が定着ローラ表面に沿いやすくなり、より軽い圧接力で、定着ローラ30の回転方向において幅の広い定着ニップ部Nhを確保できる。   As shown in FIG. 7, the substrate 21 a of the heater 21 may have a curved shape in which the fixing roller facing surface corresponds to the outer surface of the fixing roller 30. The heater 21 is easy to follow along the surface of the fixing roller, and the fixing nip portion Nh having a wide width in the rotation direction of the fixing roller 30 can be secured with a lighter pressing force.

また、図8に示すように、柔軟性をもつヒータ21であっても良い。例えば、ポリイミドやポリアミドイミドなどからなる耐熱性樹脂を50μmから300μmの厚みのシート状に形成して、これを柔軟性を有する耐熱性・絶縁性のヒータ基板21gとする。その上に例えばSUS薄膜などからなる通電発熱抵抗体21bを形成する。その上に、ポリイミド(PI)樹脂などからなる厚さ10μmから100μm程度の絶縁保護層21cを形成する。さらに、10μmから30μm程度のフッ素樹脂からなる摺動層21dを形成して、全体に柔軟性をもつシート状のヒータ21とする。   Further, as shown in FIG. 8, a flexible heater 21 may be used. For example, a heat-resistant resin made of polyimide, polyamideimide, or the like is formed into a sheet shape having a thickness of 50 μm to 300 μm, and this is used as a heat-resistant / insulating heater substrate 21 g having flexibility. An energization heating resistor 21b made of, for example, a SUS thin film is formed thereon. An insulating protective layer 21c made of polyimide (PI) resin or the like and having a thickness of about 10 μm to 100 μm is formed thereon. Further, a sliding layer 21d made of a fluororesin having a thickness of about 10 μm to 30 μm is formed to form a sheet-like heater 21 having flexibility as a whole.

このヒータ21は、定着ローラ回転方向上流側と下流側の両端部をそれぞれその側の支持体26によって固定支持され、定着ローラ30の表面に対して圧接して配設される。このシート状ヒータ21は、柔軟性を持つ為、定着ローラ30の表面に沿いやすく、軽い圧接力で、定着ローラ30の回転方向において幅の広い定着ニップ部Nhを確保できる。   The heater 21 is fixedly supported at both ends on the upstream side and the downstream side in the rotation direction of the fixing roller by support members 26 on that side, and is arranged in pressure contact with the surface of the fixing roller 30. Since this sheet-like heater 21 has flexibility, it can easily follow the surface of the fixing roller 30 and can secure a wide fixing nip portion Nh in the rotation direction of the fixing roller 30 with a light pressure.

ヒータ21の摺動保護層21eの替わりに、図9のように、ヒータ21の定着ローラ側(表面側)に保護シート21e−aを介在させて、ヒータ21と定着ローラ30の間に定着ニップ部Nhを形成する構成としても良い。   Instead of the sliding protection layer 21e of the heater 21, a fixing nip is provided between the heater 21 and the fixing roller 30 with a protective sheet 21e-a interposed on the fixing roller side (front side) of the heater 21 as shown in FIG. It is good also as a structure which forms the part Nh.

保護シート21e−aは、例えば、シート基層と、このシート基層の定着ローラ側の面に、例えばフッ素樹脂などからなる離型層を厚さ10〜30μmで形成したものである。シート基層は、例えば、ステンレス(SUS)やニッケル(Ni)、チタン(Ti)、銅(Cu)等の金属製部材である。あるいは、ポリイミド(PI)等の耐熱性樹脂に金属粒子、や金属酸化物、人工ダイアモンド、グラファイト等の粉末より成る高熱伝導フィラーを大量に混入した厚さ30〜100μmのシートである。また、保護シート21e−aは、例えば、フッ素樹脂単体で、厚さ30〜100μmのシート状に形成したものなどである。   The protective sheet 21e-a is formed, for example, by forming a sheet base layer and a release layer made of, for example, a fluororesin with a thickness of 10 to 30 μm on the surface of the sheet base layer on the fixing roller side. The sheet base layer is a metal member such as stainless steel (SUS), nickel (Ni), titanium (Ti), or copper (Cu). Alternatively, it is a sheet having a thickness of 30 to 100 μm in which a high heat conductive filler made of metal particles, metal oxide, artificial diamond, graphite or the like is mixed in a heat resistant resin such as polyimide (PI). Further, the protective sheet 21e-a is, for example, a fluororesin alone formed in a sheet shape with a thickness of 30 to 100 μm.

(4−2)加圧ローラ(ニップ形成部材)63
本実施例においては、加圧ローラ63は、アルミや鉄製、SUM材等よりなる芯金41の外側に、弾性層42、および最表層に離型性層43を形成したものである。
(4-2) Pressure roller (nip forming member) 63
In this embodiment, the pressure roller 63 is formed by forming an elastic layer 42 and a releasable layer 43 on the outermost layer outside the cored bar 41 made of aluminum, iron, SUM, or the like.

加圧ローラ63は、定着ローラ30との接触加圧により定着ニップ部Ntを形成する。この定着ニップ部Ntにおいて、定着ローラ30の表面から加圧ローラ63への熱の流れを極力抑えた方が、加熱接触領域部Nhでの定着ローラ30の表面の昇温スピードが速くなる。   The pressure roller 63 forms a fixing nip portion Nt by contact pressure with the fixing roller 30. In the fixing nip portion Nt, when the heat flow from the surface of the fixing roller 30 to the pressure roller 63 is suppressed as much as possible, the temperature increase speed of the surface of the fixing roller 30 in the heating contact region portion Nh is increased.

よって、弾性層42は、定着ローラ30の断熱弾性層32と同様に、シリコーンゴムなどに、マイクロバルーンなどの中空フィラーなどを配合したバルーンゴム層とする。または、吸水性ポリマーが含有されたシリコーンゴム層、シリコーンゴムを水素発泡させたスポンジゴム層とする。熱伝導性が低ければソリッドゴム層でも良い。   Therefore, the elastic layer 42 is a balloon rubber layer in which a hollow filler such as a microballoon is blended with silicone rubber or the like, like the heat insulating elastic layer 32 of the fixing roller 30. Alternatively, a silicone rubber layer containing a water-absorbing polymer or a sponge rubber layer obtained by hydrogen foaming silicone rubber is used. If the thermal conductivity is low, a solid rubber layer may be used.

また、離型性層43は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、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樹脂(PFA)、フッ化エチレンポリプロピレン共重合体樹脂(FEP)を挙げることができる。さらには、ポリフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)、ポリフッ化ビニル樹脂(PVF)等を挙げることができる。   Examples of the release layer 43 include polytetrafluoroethylene resin (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin (PFA), and fluorinated ethylene polypropylene copolymer resin (FEP). Can do. Furthermore, a polyvinylidene fluoride resin (PVDF), a polyvinyl fluoride resin (PVF), etc. can be mentioned.

コーティングとしては、ラテックスやダイエルラテックス(ダイキン工業社製、フッ素系ラテックス)、ディスパージョンによるディッピング塗工、スプレー塗工等により形成することができる。これらは前述した定着ローラ30の最表層と異なり、熱伝導性が低い方が好ましく、高熱伝導のフィラー等を混入しない方が適している。   The coating can be formed by latex, Daiel latex (Daikin Kogyo Co., Ltd., fluorine-based latex), dipping coating using a dispersion, spray coating, or the like. Unlike the outermost layer of the fixing roller 30 described above, it is preferable that the thermal conductivity is low, and it is more appropriate not to mix a high thermal conductive filler or the like.

加圧ローラ63は、図10のように、芯金45の外側に直接、離型性層43を形成して成る剛体の円筒部材でも良い。定着ローラ30に弾性層がある為、加圧ローラ63は弾性体でなくても定着ニップ部Ntを形成する事ができる。芯金45と離型性層43の間に断熱性弾性層がない為、断熱性が不足し、定着ローラ30の熱が加圧ローラ63に逃げやすくなるので、芯金45は実芯よりも中空芯金として、熱容量を小さくする事が望ましい。   As shown in FIG. 10, the pressure roller 63 may be a rigid cylindrical member formed by forming the releasable layer 43 directly on the outside of the cored bar 45. Since the fixing roller 30 has an elastic layer, the fixing roller nip portion Nt can be formed even if the pressure roller 63 is not an elastic body. Since there is no heat insulating elastic layer between the cored bar 45 and the releasable layer 43, the heat insulating property is insufficient, and the heat of the fixing roller 30 can easily escape to the pressure roller 63. It is desirable to reduce the heat capacity of the hollow cored bar.

(5)駆動説明
以上の構成で、定着ローラ30が回転駆動され、また加圧ローラ63が従動回転した状態で、ヒータ21へ通電を開始し、ヒータ21および定着ローラ30の表面温度を記録材の加熱定着に必要な温度まで立ち上げる。
(5) Drive Description With the above configuration, the energization of the heater 21 is started in a state where the fixing roller 30 is rotationally driven and the pressure roller 63 is driven to rotate, and the surface temperatures of the heater 21 and the fixing roller 30 are set to the recording material. Start up to the temperature required for heat fixing.

ヒータ21は、ヒータ自体が低熱容量である為、温度立ち上がりが速い。   Since the heater itself has a low heat capacity, the temperature of the heater 21 rises quickly.

定着ローラ30は、芯金31上に断熱弾性層32が形成されており、表面近傍のみ十分な熱容量を持っており、内部の断熱弾性層32は熱容量が小さい。また、表面には熱伝導率の高い蓄熱層33が形成され、ヒータ21から定着ローラ表面近傍の蓄熱層33に効率良く熱を伝えることができる。その為、定着ローラ30の表面温度の立ち上がりが速い。   The fixing roller 30 has a heat insulating elastic layer 32 formed on a core metal 31 and has a sufficient heat capacity only near the surface, and the heat insulating elastic layer 32 inside has a small heat capacity. Further, a heat storage layer 33 having a high thermal conductivity is formed on the surface, and heat can be efficiently transferred from the heater 21 to the heat storage layer 33 near the surface of the fixing roller. Therefore, the surface temperature of the fixing roller 30 rises quickly.

定着ローラ表面を所定温度に保った状態で、定着ニップ部Ntに未定着トナー画像Tが形成された記録材Pを導入することにより、記録材P上の未定着トナー画像Tを加熱定着して固着画像とする。   The unfixed toner image T on the recording material P is heated and fixed by introducing the recording material P on which the unfixed toner image T is formed in the fixing nip portion Nt with the surface of the fixing roller kept at a predetermined temperature. A fixed image.

定着ローラ30の表面には、熱伝導率が高く、定着ローラ表面に十分な熱容量をもつ蓄熱層33がある為、十分な熱量を持って記録材P上のトナー画像Tを加熱定着する事が可能である。   Since the surface of the fixing roller 30 has a heat storage layer 33 having a high thermal conductivity and a sufficient heat capacity, the toner image T on the recording material P can be heated and fixed with a sufficient amount of heat. Is possible.

このときの定着ニップ部Nt内でのトナー画像Tと定着ローラ30の様子について図11を用いて説明する。図11において、未定着トナー画像Tが形成された記録材Pが定着ニップ部Ntに導入されると、トナー画像Tは定着ローラ30の表面によって加圧され、潰された状態となる。このとき、定着ローラ30は、弾性を有するため、トナー画像Tの凹凸に対応して微少に表面変形する。この結果、トナー画像Tを包み込むように定着ローラ30の最表面高熱伝導層33が凹む。この結果、トナー画像Tに対して、定着ローラ30の接触面積が増え、効率的に定着ローラ30から記録材P上のトナー画像Tへ熱が伝えられる。特に本実施例に示したように定着ローラ30が弾性を有する部材であるため、表面粗さの大きな記録材上のトナー画像であっても、記録材Pの凹凸に対する定着ローラ30の表面の追随性にも優れ、記録材P上の定着均一性を得ることができる。   The state of the toner image T and the fixing roller 30 in the fixing nip Nt at this time will be described with reference to FIG. In FIG. 11, when the recording material P on which the unfixed toner image T is formed is introduced into the fixing nip portion Nt, the toner image T is pressed by the surface of the fixing roller 30 and is crushed. At this time, since the fixing roller 30 has elasticity, the surface of the fixing roller 30 is slightly deformed corresponding to the unevenness of the toner image T. As a result, the outermost high heat conductive layer 33 of the fixing roller 30 is recessed so as to wrap the toner image T. As a result, the contact area of the fixing roller 30 increases with respect to the toner image T, and heat is efficiently transferred from the fixing roller 30 to the toner image T on the recording material P. In particular, since the fixing roller 30 is an elastic member as shown in the present embodiment, even if the toner image is on a recording material having a large surface roughness, the surface of the fixing roller 30 follows the unevenness of the recording material P. The fixing property on the recording material P can be obtained.

記録材は定着ローラ表面に追随して移動する為、定着ローラ表面に多少の変形があるものの、記録材上の単位面積上のトナー画像が受け取る熱は、定着ローラ30表面における単位面積の表面および、その内部領域に蓄熱された熱qの染み出しとなる。つまり、定着ローラの単位表面積下に蓄熱された熱量qが、単位面積あたりのトナー画像Tを加熱定着する主要な熱源となる。本発明では、定着ローラの蓄熱層が単位表面積あたり100J/m・K以上の熱容量をもつよう形成されており、定着ローラの蓄熱層に十分な熱量を蓄熱しているので、未定着トナー画像Tを定着する事ができる。 Since the recording material moves following the surface of the fixing roller, although the surface of the fixing roller is slightly deformed, the heat received by the toner image on the unit area on the recording material is the surface of the unit area on the surface of the fixing roller 30 and The heat q stored in the inner region oozes out. That is, the amount of heat q stored under the unit surface area of the fixing roller is a main heat source for heating and fixing the toner image T per unit area. In the present invention, the heat storage layer of the fixing roller is formed to have a heat capacity of 100 J / m 2 · K or more per unit surface area, and a sufficient amount of heat is stored in the heat storage layer of the fixing roller. T can be fixed.

本実施例における定着装置7は、短いファーストプリントアウトタイムで、定着ムラのない良好な画像を得る事ができる。ウォームアップ時間が短い為、スタンバイ温調は行わない。待機中の無駄な電力消費がないため、省エネルギーが達成される。   The fixing device 7 in this embodiment can obtain a good image without fixing unevenness in a short first printout time. Because the warm-up time is short, standby temperature control is not performed. Since there is no wasteful power consumption during standby, energy saving is achieved.

(6)他の加熱手段例
以上、定着ローラ30を外側から加熱する加熱手段とし、板状ヒータ21を用い、これを定着ローラ30の表面に圧接させて、回転する定着ローラ30に擦らせながら接触させる構成を例として、説明を行った。
(6) Other examples of heating means As described above, the fixing roller 30 is used as a heating means for heating from the outside, the plate heater 21 is used, and this is pressed against the surface of the fixing roller 30 while being rubbed against the rotating fixing roller 30. The description has been made by taking the configuration of contact as an example.

しかしながら、定着ローラ30を外側から加熱する加熱手段は、それ自体が低熱容量で、迅速な温度立ち上がりが可能であり、定着ローラ30と加熱ニップNhを形成して定着ローラを加熱することができるものであれば、上記の構成に限定されるものではない。   However, the heating means for heating the fixing roller 30 from the outside itself has a low heat capacity and can quickly rise in temperature, and can form a heating nip Nh with the fixing roller 30 to heat the fixing roller. If it is, it is not limited to said structure.

例えば、図12のように、ヒータ21を支持させたヒータホルダ24の外側に、可撓性部材である加熱フィルム21fをヒータ21に対して摺動回転可能に外嵌する。そして、加熱フィルム21fをヒータ21と定着ローラ30の間に介在させて加熱接触領域部Nhを形成する構成としても良い。   For example, as shown in FIG. 12, a heating film 21 f that is a flexible member is externally fitted to the heater 21 so as to be slidably rotatable on the outside of the heater holder 24 that supports the heater 21. The heating contact area portion Nh may be formed by interposing the heating film 21f between the heater 21 and the fixing roller 30.

加熱フィルム21fは、定着ローラ30の回転に従動して、ヒータ21の表面を摺動しながらヒータホルダ24の外側を回転して、ヒータ21を保護する。   The heating film 21 f is rotated by the rotation of the fixing roller 30 and rotates outside the heater holder 24 while sliding on the surface of the heater 21 to protect the heater 21.

加熱フィルム21fは、例えば、シート基層と、シート基層の定着ローラ側に、例えばフッ素樹脂などからなる離型層を厚さ10〜30μmで形成したフィルム状部材である。シート基層は、例えば、ステンレス(SUS)やニッケル(Ni)、チタン(Ti)、銅(Cu)等の金属製部材である。あるいは、ポリイミド(PI)等の耐熱性樹脂に金属粒子、や金属酸化物、人工ダイアモンド、グラファイト等の粉末より成る高熱伝導フィラーを大量に混入した厚さ30〜100μmのシート部材基層である。また、加熱フィルム21fは、フッ素樹脂単体で、厚さ30〜100μmのシート状に形成したフィルム状部材である。   The heating film 21f is a film-like member in which, for example, a sheet base layer and a release layer made of, for example, a fluororesin are formed on the fixing roller side of the sheet base layer with a thickness of 10 to 30 μm. The sheet base layer is a metal member such as stainless steel (SUS), nickel (Ni), titanium (Ti), or copper (Cu). Alternatively, it is a sheet member base layer having a thickness of 30 to 100 μm in which a high heat conductive filler made of metal particles, metal oxide, artificial diamond, graphite or the like is mixed in a heat resistant resin such as polyimide (PI). Further, the heating film 21f is a film-like member formed of a single fluororesin and formed into a sheet shape having a thickness of 30 to 100 μm.

加熱フィルム2f自体の熱容量を抑える為と、空気中への放熱を抑える為、加熱フィルム21fの外径は、例えばφ18〜φ10程度の小径とする事が望ましい。   In order to suppress the heat capacity of the heating film 2f itself and to suppress heat radiation to the air, it is desirable that the outer diameter of the heating film 21f be, for example, a small diameter of about φ18 to φ10.

また、定着ローラ30を外側から加熱する加熱手段を、図13のように、熱ローラ21Aにすることもできる。熱ローラ21Aは、中空芯金53の内側に、例えばハロゲンヒータなどの加熱源51を設けたものである。   Further, the heating means for heating the fixing roller 30 from the outside can be a heat roller 21A as shown in FIG. The heat roller 21 </ b> A is provided with a heating source 51 such as a halogen heater inside the hollow core metal 53.

熱ローラ21Aは、低熱容量化する事で、迅速な温度立ち上がりを達成したものが望ましい。例えば、外径φ18〜φ10程度、厚み1〜0.3mmの中空芯金53上に、例えばフッ素樹脂などからなる離型層54を厚み10〜30μmで形成する小径の円筒部材とする。   It is desirable that the heat roller 21A achieve a rapid temperature rise by reducing the heat capacity. For example, a small-diameter cylindrical member is formed in which a release layer 54 made of, for example, a fluororesin is formed on a hollow core metal 53 having an outer diameter of about φ18 to φ10 and a thickness of 1 to 0.3 mm with a thickness of 10 to 30 μm.

(7)実験による確認
以上について、本実施例における定着装置7を備えた画像形成装置を用いて実験を行い、確認した。
(7) Confirmation by experiment The above was confirmed by conducting an experiment using the image forming apparatus provided with the fixing device 7 in this embodiment.

まず、本実験に用いた定着装置7の基本構成を以下に説明する。   First, the basic configuration of the fixing device 7 used in this experiment will be described below.

使用した画像形成装置のプロセススピードは100mm/secであり、1分間に16枚のプリントを実施するレーザビームプリンタを用いて実験した。   The process speed of the image forming apparatus used was 100 mm / sec, and an experiment was performed using a laser beam printer that performed 16 prints per minute.

定着装置7において、定着ローラ30を外側から加熱する加熱手段は、厚み1.0mmのセラミック基板21a上に、銀とパラジウムの発熱体ペーストを、厚み10μmで形成したセラミックヒータ(板状ヒータ)21を使用した。セラミックヒータ21は、中空樹脂を含有する断熱性の液晶ポリマー部材(ヒータホルダ)24によって保持される。   In the fixing device 7, a heating means for heating the fixing roller 30 from the outside is a ceramic heater (plate heater) 21 in which a heat generating paste of silver and palladium is formed on a ceramic substrate 21 a having a thickness of 1.0 mm with a thickness of 10 μm. It was used. The ceramic heater 21 is held by a heat insulating liquid crystal polymer member (heater holder) 24 containing a hollow resin.

セラミックヒータの表面には、発熱体保護の為に厚み30μmの絶縁ガラス層21cを形成し、さらに厚み10μmのPFA樹脂からなる摺動層21dを設けている。   An insulating glass layer 21c having a thickness of 30 μm is formed on the surface of the ceramic heater to protect the heating element, and a sliding layer 21d made of a PFA resin having a thickness of 10 μm is further provided.

また、加圧ローラ63としては、外径8mmのSUM芯金41上に、熱伝導率0.12W/(m・K)、厚み2.0mmのシリコーンゴム層42を設け、さらにその外側にはフッ素樹脂層43を設けたものを用いた。   As the pressure roller 63, a silicone rubber layer 42 having a thermal conductivity of 0.12 W / (m · K) and a thickness of 2.0 mm is provided on a SUM cored bar 41 having an outer diameter of 8 mm, and on the outer side thereof. What provided the fluororesin layer 43 was used.

以上の構成で、セラミックヒータ21と定着ローラ30の間に49Nの加圧力を付加して加熱接触領域部Nhを幅7mmで形成した。また、定着ローラ30と加圧ローラ63の間にも49Nの加圧力を付加して定着ニップ部Ntを幅7mmで形成した。セラミックヒータ21と加圧ローラ63は、定着ローラ30を中心に180°対向させて配置した。   With the above configuration, a heating contact area Nh having a width of 7 mm was formed by applying a pressure of 49 N between the ceramic heater 21 and the fixing roller 30. Further, a pressure of 49 N was applied between the fixing roller 30 and the pressure roller 63 to form a fixing nip portion Nt with a width of 7 mm. The ceramic heater 21 and the pressure roller 63 are arranged to face each other by 180 ° with the fixing roller 30 as the center.

(実験1)
実験に用いる定着ローラ30は、外径8mmのSUM芯金31上に、断熱弾性層32として、厚み2.0mmのシリコーンゴム層を形成した。この断熱弾性層32のシリコーンゴムは、シリコーンゴム中に、中空樹脂である粒径80μmのアクリロニトリルバルーンを含有させ、気泡が連結するようにトリエチレングリコールを微少量配合した、バルーンゴムである。この断熱弾性層32の熱伝導率は0.12[W/(m・K)]、体積熱容量は1.1×10[J/(m・K)]であった。
(Experiment 1)
In the fixing roller 30 used in the experiment, a 2.0 mm thick silicone rubber layer was formed as a heat insulating elastic layer 32 on a SUM cored bar 31 having an outer diameter of 8 mm. The silicone rubber of the heat insulating elastic layer 32 is a balloon rubber in which an acrylonitrile balloon having a particle size of 80 μm, which is a hollow resin, is contained in a silicone rubber, and a small amount of triethylene glycol is blended so that bubbles are connected. This heat insulating elastic layer 32 had a thermal conductivity of 0.12 [W / (m · K)] and a volumetric heat capacity of 1.1 × 10 6 [J / (m 3 · K)].

さらに、その断熱弾性層32の外側には蓄熱層33として、シリコーンソリッドゴム層を形成した。   Further, a silicone solid rubber layer was formed as a heat storage layer 33 outside the heat insulating elastic layer 32.

すなわち、実験に用いる定着ローラ30は、定着ローラ表層を蓄熱層とした、シリコーンゴム2層32・33の定着ローラである。定着ローラ30の外径は12mm、ゴム部の長さLは、230mm、外周面の表面積Sは、8671mmである。 In other words, the fixing roller 30 used in the experiment is a two-layer silicone rubber 32/33 fixing roller in which the surface layer of the fixing roller is a heat storage layer. The outer diameter of the fixing roller 30 is 12 mm, the length L of the rubber portion is 230 mm, and the surface area S of the outer peripheral surface is 8671 mm 2 .

蓄熱層33には、熱容量の異なる5種類のシリコーンゴム1〜5を用い、また、厚みを50、150、400μm厚とそれぞれ変えて、蓄熱層33の熱容量が異なる合計15種類のローラA1〜A15を作成した。作成したローラA1〜A15の概要は表1のとおりである。   For the heat storage layer 33, five types of silicone rubbers 1 to 5 having different heat capacities are used, and the thicknesses are changed to 50, 150, and 400 μm, respectively. It was created. The outline of the created rollers A1 to A15 is as shown in Table 1.

ゴム1〜5は、シリコーンゴム中に、フィラーとして粒径4〜6μmのシリカと、粒径4〜6μmのアルミナを、総量として10質量%以上、50質量%以下で配合して、所望の体積熱容量と熱伝導率となるよう配合調整したソリッドゴムである。   The rubbers 1 to 5 are prepared by blending silica having a particle diameter of 4 to 6 μm and alumina having a particle diameter of 4 to 6 μm as a filler in a silicone rubber in a total amount of 10% by mass or more and 50% by mass or less. A solid rubber compounded and adjusted to achieve heat capacity and thermal conductivity.

定着装置7に未定着トナー画像Tを形成した記録材Pを通紙し、定着性能評価を行った。   The recording material P on which the unfixed toner image T was formed was passed through the fixing device 7 and the fixing performance was evaluated.

ヒータ21及び定着ローラ30、定着装置全体の温度が、雰囲気温度になじんだ状態から実験を開始する(以下、この条件をコールドスタートと称する)。実験時の環境は、温度25℃・湿度60%であった。   The experiment is started from a state in which the temperature of the heater 21, the fixing roller 30, and the entire fixing device is adapted to the ambient temperature (hereinafter, this condition is referred to as a cold start). The environment during the experiment was a temperature of 25 ° C. and a humidity of 60%.

定着ローラ30の表面温度は、図14のように、定着ローラ30の回転方向において加熱接触領域部Nhから定着ニップ部Ntに至る中間部位置Dの定着ローラ30の表面温度を非接触の放射温度計103を用いて測定する。   As shown in FIG. 14, the surface temperature of the fixing roller 30 is equal to the surface temperature of the fixing roller 30 at the intermediate position D from the heating contact area Nh to the fixing nip Nt in the rotation direction of the fixing roller 30. Measurement is performed using a total of 103.

コールドスタートから、定着ローラ30の回転駆動開始と同時に、セラミックヒータ21に500Wの電力を投入し、セラミックヒータ21を発熱させて、定着ローラ30を加熱し、定着ローラ30を目標の温度まで立ち上げる。   At the same time as the start of rotation of the fixing roller 30 from the cold start, 500 W of electric power is supplied to the ceramic heater 21 to heat the ceramic heater 21 to heat the fixing roller 30 and to raise the fixing roller 30 to a target temperature. .

定着ローラ30は、放射温度計103を用いて温度制御され、所望の定着ローラ温度に達した後は、目標温度を維持するようセラミックヒータ30の電力が制御される。   The temperature of the fixing roller 30 is controlled using the radiation thermometer 103, and after reaching the desired fixing roller temperature, the electric power of the ceramic heater 30 is controlled so as to maintain the target temperature.

20秒のウォームアップ時間の後、未定着トナー画像Tを形成した記録材Pを通紙する。定着ローラ30の目標温度を変えて、セラミックヒータ21の目標温調温度を変えて実験を行い、加熱定着された記録材P上の画像の定着性が良好となる定着ローラ30の温度を求めた。   After a warm-up time of 20 seconds, the recording material P on which the unfixed toner image T is formed is passed. The experiment was performed by changing the target temperature of the fixing roller 30 and the target temperature adjustment temperature of the ceramic heater 21, and the temperature of the fixing roller 30 at which the fixability of the image on the heat-fixed recording material P was good was obtained. .

記録材P上の未定着トナー画像Tの定着性能評価方法としては、加熱定着後の記録材Pのトナー画像上にセロハンテープを貼り付け、0.49N/cm(50g/cm)の面圧で1分間押し付けた後にセロハンテープを剥がす。そして、そのときのトナー画像における画像欠陥(テープにより剥ぎ取られた欠陥)の程度によって評価を行った。 As a method for evaluating the fixing performance of the unfixed toner image T on the recording material P, a cellophane tape is stuck on the toner image of the recording material P after heat fixing, and a surface of 0.49 N / cm 2 (50 g / cm 2 ). Remove the cellophane tape after pressing for 1 minute under pressure. Then, evaluation was performed based on the degree of image defects (defects peeled off by the tape) in the toner image at that time.

画像欠陥が元のトナー画像の5%を超える場合をNG(不良)とした。記録材Pとして、XEROX社製4024、坪量75g/mm紙を使用した。 The case where the image defect exceeded 5% of the original toner image was determined as NG (defect). As the recording material P, 4024 manufactured by XEROX, basis weight 75 g / mm 2 paper was used.

この実験を、蓄熱層33の熱容量が異なる15種類のローラA1〜A15、それぞれを用いた実験装置でおこない、熱容量と定着ローラ温度の関係を比較した。   This experiment was performed with an experimental apparatus using 15 types of rollers A1 to A15 having different heat capacities of the heat storage layer 33, and the relationship between the heat capacity and the fixing roller temperature was compared.

結果を、図15に示す。横軸は、定着ローラの単位表面積あたりの蓄熱層の熱容量であり、縦軸は、定着性能がOKとなる、記録材が通紙されたときの定着ローラ表面温度である。同じ厚みの蓄熱層でも、体積熱容量が小さいゴムで作成したものは熱容量が小さい。熱容量/表面積(C/S)が小さくなると、定着性能が良好となる定着ローラ表面温度が高くなる。   The results are shown in FIG. The horizontal axis is the heat capacity of the heat storage layer per unit surface area of the fixing roller, and the vertical axis is the surface temperature of the fixing roller when the recording material is passed so that the fixing performance is OK. Even if the heat storage layers have the same thickness, those made of rubber having a small volumetric heat capacity have a small heat capacity. When the heat capacity / surface area (C / S) decreases, the surface temperature of the fixing roller at which the fixing performance is good increases.

これは、一般的に、
熱量Q=熱容量C×温度T
となるためである。
This is generally
Amount of heat Q = heat capacity C × temperature T
It is because it becomes.

蓄熱層33の熱容量が小さいほど、記録材Pの単位表面積あたりに載ったトナーを溶融定着させる熱量を溜めるためには、定着ローラ表面を高温にしなければならない事がわかる。   It can be seen that the smaller the heat capacity of the heat storage layer 33, the higher the surface of the fixing roller must be, in order to accumulate the amount of heat for fusing and fixing the toner placed on the unit surface area of the recording material P.

熱容量/表面積が100J/(m・K)より小さくなると、トナーを定着させるのに必要な定着ローラ表面温度は230℃を超えてしまった。これは、蓄熱層33や断熱弾性層32に使用されているシリコーンゴムなどの連続使用可能な耐熱温度を超えている。耐熱温度以上に加熱されつづけると、ゴムの架橋が破壊、もしくは、再結合を起こし、硬度変化をおこし、ゴムの破壊に至る。よって、良好な定着性を得ながら、故障なく安定して動作させるためには、熱容量/表面積が100J/(m・K)以上の蓄熱層33を備えた定着ローラ30を使用する必要がある。 When the heat capacity / surface area was smaller than 100 J / (m 2 · K), the surface temperature of the fixing roller necessary for fixing the toner exceeded 230 ° C. This exceeds the heat-resistant temperature which can be continuously used, such as silicone rubber used for the heat storage layer 33 and the heat insulating elastic layer 32. If it continues to be heated above the heat-resistant temperature, the rubber crosslinks break or recombine, causing a change in hardness, leading to rubber breakage. Therefore, in order to stably operate without failure while obtaining good fixability, it is necessary to use the fixing roller 30 including the heat storage layer 33 having a heat capacity / surface area of 100 J / (m 2 · K) or more. .

熱容量/表面積が大きくなると、定着性能が良好となる定着ローラ表面温度は低くなった。ただし、熱容量/表面積が600J/(m・K)より大きくなっても、定着性能が良好となる定着ローラ表面温度は変わらなかった。つまり、熱容量/表面積が600J/(m・K)より大きい場合、蓄熱層が余分な熱量を蓄えていることになる。また、蓄熱層が蓄える熱量が多いので、ヒータで定着ローラを加熱するためのエネルギーも多くなってしまう。 As the heat capacity / surface area increased, the fixing roller surface temperature at which the fixing performance was good decreased. However, even when the heat capacity / surface area was larger than 600 J / (m 2 · K), the fixing roller surface temperature at which the fixing performance was good did not change. That is, when the heat capacity / surface area is larger than 600 J / (m 2 · K), the heat storage layer stores an excessive amount of heat. In addition, since the heat storage layer stores a large amount of heat, the energy for heating the fixing roller with the heater also increases.

前述したように、定着ローラ30は230℃以下の温度で使用する事が必要である。定着ローラ表面に必要な温度が高くなると、ヒータをより高温にする必要がある。また、ヒータ自体の温度立ち上がりに大きな電力が必要となる。また、ヒータおよび周辺部品に高い耐熱性能が必要となりコストアップに繋がる。また定着装置からの放熱により画像形成装置全体の温度も上昇し、例えば現像装置3の近傍の温度が上昇すると、現像装置3内に貯蔵されている未使用の現像剤が溶けたり、劣化したりする問題がおこる。定着ローラ30をなるべく低い温度で使用するためには熱容量を大きくする事は有効である。   As described above, the fixing roller 30 needs to be used at a temperature of 230 ° C. or lower. As the temperature required for the surface of the fixing roller increases, the heater needs to be heated to a higher temperature. In addition, a large amount of electric power is required for the temperature rise of the heater itself. In addition, high heat resistance is required for the heater and peripheral components, leading to an increase in cost. The temperature of the entire image forming apparatus also rises due to heat radiation from the fixing device. For example, when the temperature in the vicinity of the developing device 3 rises, unused developer stored in the developing device 3 melts or deteriorates. Problems occur. In order to use the fixing roller 30 at as low a temperature as possible, it is effective to increase the heat capacity.

しかしながら、定着ローラの温度(蓄熱層の温度)が低くなりすぎると、たとえトナーの定着に必要な熱量を蓄えていたとしても、トナーの定着性は不十分となってしまう。なぜなら、定着ローラの温度が低いと、定着ローラと記録材の温度勾配が小さくなり、定着ローラから記録材(トナー)への熱伝導率が低下してしまうからである。   However, if the temperature of the fixing roller (the temperature of the heat storage layer) becomes too low, the toner fixability becomes insufficient even if the amount of heat necessary for fixing the toner is stored. This is because if the temperature of the fixing roller is low, the temperature gradient between the fixing roller and the recording material becomes small, and the thermal conductivity from the fixing roller to the recording material (toner) decreases.

蓄熱層の熱容量が大きすぎる場合((a)及び(b):単位表面積あたりの熱容量C/Sが600J/(m・K)より大きい場合)と、適度な場合((c):C/Sが600J/(m・K)以下の場合)を比較したイメージを図27に示す。 When the heat capacity of the heat storage layer is too large ((a) and (b): the heat capacity C / S per unit surface area is larger than 600 J / (m 2 · K)) and when it is moderate ((c): C / FIG. 27 shows an image in which S is 600 J / (m 2 · K) or less).

図27の縦軸は定着ローラの蓄熱層の温度を示している。図27の(a)は熱容量が大きく(C2)且つ蓄えた熱量も多い(Q2)ので、無駄な熱量を蓄えているモデルである。(b)は、熱容量の大きな蓄熱層にトナーの定着に必要な熱量Q1のみを蓄えているモデルである。この場合、定着ローラの温度が低くなるので、定着ローラと記録材の温度勾配が小さくなり、蓄えている熱量を記録材に(トナーに)伝えにくい。(c)は、熱容量が適度(C1)な蓄熱層にトナーの定着に必要な熱量Q1のみを蓄えているモデルである。この場合、トナーの定着に必要な熱量以外に余分な熱量が少なく、また、定着ローラの温度も適度に高いので、定着ローラと記録材の温度勾配が大きくなり、蓄えている熱量を記録材に(トナーに)伝え易い。本発明は(c)のモデルもしくは(c)のモデルに近い装置を提供するものである。   The vertical axis in FIG. 27 indicates the temperature of the heat storage layer of the fixing roller. (A) in FIG. 27 is a model in which a wasteful amount of heat is stored because the heat capacity is large (C2) and the amount of stored heat is large (Q2). (B) is a model in which only the heat quantity Q1 necessary for fixing the toner is stored in the heat storage layer having a large heat capacity. In this case, since the temperature of the fixing roller is lowered, the temperature gradient between the fixing roller and the recording material is reduced, and it is difficult to transfer the stored heat amount (to the toner) to the recording material. (C) is a model in which only the heat quantity Q1 necessary for fixing the toner is stored in a heat storage layer having a moderate heat capacity (C1). In this case, there is little excess heat in addition to the amount of heat necessary for fixing the toner, and the temperature of the fixing roller is reasonably high, so the temperature gradient between the fixing roller and the recording material increases, and the stored heat amount is stored in the recording material. Easy to convey (to toner). The present invention provides an apparatus close to the model (c) or the model (c).

定着ローラの単位表面積下に蓄熱された熱量は、定着ローラの
[熱容量/表面積×定着ローラ温度]
として見積もる事ができる。
The amount of heat stored under the unit surface area of the fixing roller is the [heat capacity / surface area x fixing roller temperature] of the fixing roller.
Can be estimated.

実験1の結果を、トナーの定着性を確保するために必要な定着ローラ温度と、トナーの定着性を確保するために必要な蓄熱量の関係として変換した。図16に示す。縦軸は定着に必要な温度、横軸は定着ローラの単位表面積あたりの蓄熱量である。   The result of Experiment 1 was converted as the relationship between the fixing roller temperature necessary for securing the toner fixability and the heat storage amount necessary for ensuring the toner fixability. As shown in FIG. The vertical axis represents the temperature required for fixing, and the horizontal axis represents the amount of heat stored per unit surface area of the fixing roller.

ここで、定着ローラA13、A14、A15は、定着ローラA12に対して同等の定着温度が必要であり、すなわち余分な蓄熱量を有していることを示している。   Here, it is shown that the fixing rollers A13, A14, and A15 need the same fixing temperature as the fixing roller A12, that is, have an excessive heat storage amount.

これらの定着ローラは、無駄に熱容量が大きく、トナー定着に寄与する事のない無駄な蓄熱を行っており、エネルギーの浪費となる。定着ローラA13、A14、A15は、熱容量/表面積が600J/(m・K)より大きい定着ローラである。 These fixing rollers uselessly have a large heat capacity, perform wasteful heat storage that does not contribute to toner fixing, and waste energy. The fixing rollers A13, A14, A15 are fixing rollers having a heat capacity / surface area larger than 600 J / (m 2 · K).

すなわち、定着動作でのエネルギーの無駄を少なくするには、熱容量/表面積が600J/(m・K)以下の蓄熱層33を備えた定着ローラを使用する必要がある。 That is, in order to reduce the waste of energy in the fixing operation, it is necessary to use a fixing roller having a heat storage layer 33 having a heat capacity / surface area of 600 J / (m 2 · K) or less.

(実験2)
次に、定着ローラ30の蓄熱層33の厚みだけを変えて蓄熱層を形成し、比較実験を行った。
(Experiment 2)
Next, a heat storage layer was formed by changing only the thickness of the heat storage layer 33 of the fixing roller 30, and a comparative experiment was performed.

実験に用いる定着ローラ30は、外径8mmのSUM芯金31上に、断熱弾性層32として、厚み2.0mmのシリコーンゴム層を形成した。この断熱弾性層32のシリコーンゴムは、シリコーンゴム中に、中空樹脂である粒径80μmのアクリロニトリルバルーンを含有させ、気泡が連結するようにトリエチレングリコールを微少量配合した、バルーンゴムである。この断熱弾性層32の熱伝導率0.12[W/(m・K)]、体積熱容量1.1×10[J/(m・K)]であった。 In the fixing roller 30 used in the experiment, a 2.0 mm thick silicone rubber layer was formed as a heat insulating elastic layer 32 on a SUM cored bar 31 having an outer diameter of 8 mm. The silicone rubber of the heat insulating elastic layer 32 is a balloon rubber in which an acrylonitrile balloon having a particle size of 80 μm, which is a hollow resin, is contained in a silicone rubber, and a small amount of triethylene glycol is blended so that bubbles are connected. The heat insulating elastic layer 32 had a thermal conductivity of 0.12 [W / (m · K)] and a volumetric heat capacity of 1.1 × 10 6 [J / (m 3 · K)].

さらに、その断熱弾性層32の外側には蓄熱層33として、熱伝導率0.3W/(m・K)、体積熱容量1.5×10J/(m・K)からなるシリコーンソリッドゴム層を形成した。 Further, on the outside of the heat insulating elastic layer 32, as a heat storage layer 33, a silicone solid rubber having a thermal conductivity of 0.3 W / (m · K) and a volumetric heat capacity of 1.5 × 10 6 J / (m 3 · K). A layer was formed.

蓄熱層33の厚みを変えて、蓄熱層33の熱容量が異なる7種類の定着ローラA16〜A22を作成した。作成した定着ローラA16〜A22の蓄熱層33の概要は表2のとおりである。   By changing the thickness of the heat storage layer 33, seven types of fixing rollers A16 to A22 having different heat capacities of the heat storage layer 33 were created. The outline of the heat storage layer 33 of the prepared fixing rollers A16 to A22 is shown in Table 2.

実験1と同様の実験を行い、それぞれの定着ローラで定着性がOKとなる定着ローラ温度を測定した。結果を図17に示す。横軸は、定着ローラの単位表面積あたりの蓄熱層の熱容量であり、縦軸は、定着性能が良好となる、記録材Pが通紙されたときの定着ローラ表面温度である。   The same experiment as Experiment 1 was performed, and the fixing roller temperature at which the fixing property was OK was measured for each fixing roller. The results are shown in FIG. The horizontal axis is the heat capacity of the heat storage layer per unit surface area of the fixing roller, and the vertical axis is the surface temperature of the fixing roller when the recording material P is fed so that the fixing performance is good.

実験1と同様に、熱容量/表面積が小さくなると、良好な定着性能が得られる定着ローラ表面温度が高くなる。熱容量/表面積が100J/(m・K)より小さくなると、必要な定着ローラ表面温度は230℃を超えてしまった。また、熱容量/表面積が600J/(m・K)より大きくなっても、定着性能が良好となる定着ローラ表面温度は変わらなかった。 Similar to Experiment 1, when the heat capacity / surface area is decreased, the surface temperature of the fixing roller at which good fixing performance is obtained increases. When the heat capacity / surface area was smaller than 100 J / (m 2 · K), the necessary fixing roller surface temperature exceeded 230 ° C. Further, even when the heat capacity / surface area was larger than 600 J / (m 2 · K), the fixing roller surface temperature at which the fixing performance was good did not change.

良好な定着性を得ながら、故障なく安定して動作させるためには、熱容量/表面積が100J/(m・K)以上の蓄熱層を備えた定着ローラを使用する必要がある。定着動作でのエネルギーの無駄を少なくするには、熱容量/表面積が600J/(m・K)以下の蓄熱層33を備えた定着ローラ30を使用する必要がある。 In order to stably operate without failure while obtaining good fixability, it is necessary to use a fixing roller having a heat storage layer having a heat capacity / surface area of 100 J / (m 2 · K) or more. In order to reduce waste of energy in the fixing operation, it is necessary to use the fixing roller 30 including the heat storage layer 33 having a heat capacity / surface area of 600 J / (m 2 · K) or less.

(実験3)
実験1、2より、熱容量C/Sが100J/(m・K)以上、600J/(m・K)以下の蓄熱層33を備える事で、破損を防ぎ、無駄なく記録材の加熱定着に必要な熱量を蓄熱できる事がわかった。
(Experiment 3)
From Experiments 1 and 2, the heat storage layer 33 having a heat capacity C / S of 100 J / (m 2 · K) or more and 600 J / (m 2 · K) or less is provided to prevent breakage and heat fixing the recording material without waste. It was found that the amount of heat required for the heat can be stored.

次に、定着ローラ30と記録材Pとの接触時間に対して、適切な熱容量C/Sの蓄熱層33を備える事で、無駄なく記録材の加熱定着に必要な熱量を蓄熱できる事を説明する。   Next, it is explained that the heat quantity necessary for heating and fixing the recording material can be stored without waste by providing the heat storage layer 33 having an appropriate heat capacity C / S for the contact time between the fixing roller 30 and the recording material P. To do.

定着ローラ30と記録材が接触する時間を変えて実験を行った。使用した画像形成装置のプロセススピードは100mm/secであり、1分間に16枚のプリントを実施するレーザビームプリンタを用いて実験した。   The experiment was performed by changing the time for which the fixing roller 30 and the recording material contact each other. The process speed of the image forming apparatus used was 100 mm / sec, and an experiment was performed using a laser beam printer that performed 16 prints per minute.

実験に使用した画像形成装置は、定着ローラ30と加圧ローラ63間の加圧力を変更し、定着ニップNtの幅(記録材搬送方向の幅)を、6.0mm、5.0mm、4.0mm、3.0mm、2.0mmと変えた5種類の実験装置である。   In the image forming apparatus used in the experiment, the pressure between the fixing roller 30 and the pressure roller 63 is changed, and the width of the fixing nip Nt (width in the recording material conveyance direction) is 6.0 mm, 5.0 mm, and 4. There are five types of experimental devices that are changed to 0 mm, 3.0 mm, and 2.0 mm.

これらの実験装置における定着ニップ部Ntで、記録材と、定着ローラ30が接触する定着ニップ時間tは、定着ローラの1回転あたりにつき、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02[秒]である。換言すると、定着ローラの表面の一点が定着ニップ部を通過するのに要する時間tが、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02[秒]である。   The fixing nip time t in which the recording material contacts the fixing roller 30 at the fixing nip portion Nt in these experimental apparatuses is 0.06, 0.05, 0.04, 0.03 per rotation of the fixing roller. 0.02 [seconds]. In other words, the time t required for one point on the surface of the fixing roller to pass through the fixing nip is 0.06, 0.05, 0.04, 0.03, and 0.02 [seconds].

実験2で使用した定着ローラA17〜A21を使用し、実験1と同様の実験を行った。   Experiments similar to Experiment 1 were performed using the fixing rollers A17 to A21 used in Experiment 2.

この結果を図18に示す。縦軸は定着に必要な定着ローラ温度、横軸は使用した定着ローラの単位表面積あたりの熱容量C/Sである。定着温度と蓄熱層の熱容量の関係を、実験に使用した定着ローラと記録材の接触時間が異なる実験装置それぞれの結果を示した。   The result is shown in FIG. The vertical axis represents the fixing roller temperature necessary for fixing, and the horizontal axis represents the heat capacity C / S per unit surface area of the fixing roller used. The relationship between the fixing temperature and the heat capacity of the heat storage layer is shown for each experimental device with different contact time between the fixing roller and the recording material used in the experiment.

定着ローラと記録材の接触時間が0.06[秒]の実験装置では、熱容量C/Sが大きい定着ローラは定着に必要な定着ローラ温度は低かった。例えば定着ローラA21では定着ローラが120℃程度で定着可能である。しかし、同じ定着ローラを用いても、定着ニップ時間が0.02[秒]の実験装置では、190℃程度が定着に必要となった。同じ定着ローラでは、定着ローラ温度が高い方が当然、蓄熱量は多い。定着ローラA21と定着ニップ時間0.02秒の実験装置の組み合わせでは、定着に必要な蓄熱量が大きくなってしまう。   In the experimental apparatus in which the contact time between the fixing roller and the recording material was 0.06 [seconds], the fixing roller having a large heat capacity C / S had a low fixing roller temperature required for fixing. For example, with the fixing roller A21, the fixing roller can be fixed at about 120 ° C. However, even if the same fixing roller is used, about 190 ° C. is necessary for fixing in an experimental apparatus having a fixing nip time of 0.02 [seconds]. For the same fixing roller, naturally, the higher the fixing roller temperature, the more heat storage. In the combination of the fixing roller A21 and the experimental apparatus with a fixing nip time of 0.02 seconds, the amount of heat storage required for fixing becomes large.

前述したように、定着ローラの単位表面積下に蓄熱された熱量は、
[定着ローラの熱容量/表面積×定着ローラ温度]
として見積もる事ができる。
As described above, the amount of heat stored under the unit surface area of the fixing roller is
[Heat capacity / surface area of fixing roller × fixing roller temperature]
Can be estimated.

実験3の結果を、定着に必要な定着ローラ温度と、定着に必要な蓄熱量の関係として、変換して図19に示す。縦軸は定着に必要な温度、横軸は定着ローラの単位表面積あたりの熱量である。実験に使用した、定着ニップ時間が異なる実験装置それぞれの結果を示した。図19を参照すれば理解できるように、良好な定着性を確保するためには、定着ローラ表面の一点が定着ニップ部を通過するのに要する時間が短いほど、単位表面積あたりに蓄える必要のある熱量が大きくなっている。つまり、処理速度が速いプリンタになるほど、単位表面積あたりに蓄える必要のある熱量が大きくなる。   The result of Experiment 3 is converted into the relationship between the fixing roller temperature necessary for fixing and the heat storage amount necessary for fixing, and is shown in FIG. The vertical axis represents the temperature required for fixing, and the horizontal axis represents the amount of heat per unit surface area of the fixing roller. The results of each experimental apparatus used in the experiment with different fixing nip times are shown. As can be understood with reference to FIG. 19, in order to ensure good fixability, the shorter the time required for one point of the fixing roller surface to pass through the fixing nip portion, the more it is necessary to accumulate per unit surface area. The amount of heat is increasing. That is, the higher the processing speed, the greater the amount of heat that needs to be stored per unit surface area.

ここで、定着ローラと記録材の接触時間が0.02[秒]の実験装置で、定着ローラA19、A20、A21は、定着ローラA18に対して同等の定着温度が必要であり、省エネルギー性は劣る。同様に、0.03[秒]の実験装置では定着ローラA20、A21が、0.05[秒]の実験装置では定着ローラA21が省エネルギー性に劣るローラである。   Here, in an experimental apparatus in which the contact time between the fixing roller and the recording material is 0.02 [seconds], the fixing rollers A19, A20, and A21 require the same fixing temperature as the fixing roller A18, and energy saving is achieved. Inferior. Similarly, in the experimental device of 0.03 [seconds], the fixing rollers A20 and A21 are rollers inferior in energy saving in the experimental device of 0.05 [seconds].

図19において、破線より左下に示した領域(○の領域)での、定着ローラと、この定着装置を搭載する装置と、の組み合わせが、省エネルギー性において最良の組み合わせとなる。   In FIG. 19, the combination of the fixing roller and the device on which the fixing device is mounted in the region shown in the lower left of the broken line (circled region) is the best combination in terms of energy saving.

上記のように、定着ローラと装置の組み合わせにおいて、省エネルギー性に優れた組合せと、そうでない組合せを分ける事ができた。   As described above, in the combination of the fixing roller and the apparatus, it was possible to separate the combination excellent in energy saving and the combination not.

この結果を図20にグラフとして示す。横軸に実験に使った実験装置における定着ローラと記録材の接触時間、縦軸は定着ローラのC/S、効率が良い組み合わせは○、効率が悪い組み合わせは×とした。図20で、○と×の領域は、直線で分ける事ができた。○の領域は、
C/S≦10000[J/(s・m・K)]×t[s]
で表すことができた。ここで、tは、定着装置における定着ローラの記録材との接触時間、換言すると定着ローラの表面の一点が定着ニップ部を通過するのに要する時間である。即ち、
100[J/(m・K)]≦C/S≦600[J/(m・K)]
の範囲内で、定着ローラ30の蓄熱層33の熱容量C/Sと、使用する定着装置の時間tとの関係が、
C/S≦10000[J/(s・m・K)]×t[s]
であれば、蓄熱した熱量を有効に使用する事ができる効率の良い定着装置と定着ローラの組み合わせとする事ができる。
The results are shown as a graph in FIG. The horizontal axis represents the contact time between the fixing roller and the recording material in the experimental apparatus used for the experiment, the vertical axis represents the C / S of the fixing roller, the efficient combination is ◯, and the inefficient combination is ×. In FIG. 20, the ◯ and X regions could be separated by straight lines. ○ area
C / S ≦ 10000 [J / (s · m 2 · K)] × t [s]
It was possible to express it. Here, t is the contact time of the fixing roller with the recording material in the fixing device, in other words, the time required for one point on the surface of the fixing roller to pass through the fixing nip portion. That is,
100 [J / (m 2 · K)] ≦ C / S ≦ 600 [J / (m 2 · K)]
Within the range, the relationship between the heat capacity C / S of the heat storage layer 33 of the fixing roller 30 and the time t of the fixing device to be used is
C / S ≦ 10000 [J / (s · m 2 · K)] × t [s]
If so, it is possible to make a combination of an efficient fixing device and a fixing roller capable of effectively using the stored heat quantity.

(実験4)
以上述べたように、熱容量の大きい定着ローラでは定着ローラと記録材の接触時間が長い実験装置に組み合わせた時ほど、定着に必要な定着ローラ温度は低くなる。しかし、定着ローラと記録材の接触時間が短い実験装置に組み合わせると、その効果は発揮されず、定着に必要な定着ローラ温度は高い。その結果、この組み合わせは、蓄熱量が大きいのに低温定着できない非効率な組み合わせとなる。
(Experiment 4)
As described above, with a fixing roller having a large heat capacity, the fixing roller temperature required for fixing becomes lower as it is combined with an experimental apparatus having a longer contact time between the fixing roller and the recording material. However, when combined with an experimental apparatus in which the contact time between the fixing roller and the recording material is short, the effect is not exhibited, and the fixing roller temperature required for fixing is high. As a result, this combination is an inefficient combination that cannot be fixed at low temperature even though the amount of heat storage is large.

この現象のメカニズムを以下の実験結果で説明する。   The mechanism of this phenomenon is explained by the following experimental results.

記録材の上に熱電対を貼り付け、定着ニップで、定着ローラと記録材とが接触している間の記録材の温度上昇を測定した。一例として、定着ローラA19と定着ローラA20で、定着ローラを165℃で温調して、実験3と同じようにウォームアップを行い通紙した。   A thermocouple was attached on the recording material, and the temperature rise of the recording material was measured while the fixing roller and the recording material were in contact at the fixing nip. As an example, the fixing roller A19 and the fixing roller A20 were used to adjust the temperature of the fixing roller at 165 ° C. and warmed up in the same manner as in Experiment 3 to pass the paper.

結果を図21に示す。縦軸は記録材上に貼り付けた熱電対の温度、横軸は記録材が定着ニップに突入してからの経過時間である。   The results are shown in FIG. The vertical axis represents the temperature of the thermocouple attached on the recording material, and the horizontal axis represents the elapsed time since the recording material entered the fixing nip.

ローラA19とローラA20では、記録材上の熱伝対は、定着ニップ突入後0.02[秒]までは同じように温度上昇したが、ローラA19では温度上昇が緩やかになり、0.05[秒]の時点ではローラA19とローラA20では熱伝対の温度に差が生じた。   In the roller A19 and the roller A20, the temperature of the thermocouple on the recording material similarly increased until 0.02 [seconds] after entering the fixing nip, but in the roller A19, the temperature increase gradually decreased to 0.05 [ Seconds], a difference in the temperature of the thermocouple occurred between the roller A19 and the roller A20.

ローラA19は、ローラA20に比べて定着ローラの蓄熱層の熱容量が小さく蓄熱量が小さいため、定着ニップで熱を記録材に奪われ、記録材への熱伝達が鈍る。熱容量が大きいローラは20では、記録材への熱供給が持続する。   Since the heat capacity of the heat storage layer of the fixing roller is small and the heat storage amount is small compared with the roller A20, the roller A19 loses heat to the recording material at the fixing nip, and the heat transfer to the recording material is slow. With the roller 20 having a large heat capacity, the heat supply to the recording material is continued.

このように、熱容量が大きく、蓄熱量が大きい定着ローラは、長い接触時間の間に大きな効果を発揮する。   Thus, a fixing roller having a large heat capacity and a large amount of heat storage exhibits a great effect during a long contact time.

ただし、定着ニップが細く、定着ローラから記録材との接触時間が0.02[秒]しかなければ、熱容量が小さいローラと効果は同じである。   However, if the fixing nip is narrow and the contact time from the fixing roller to the recording material is only 0.02 [seconds], the effect is the same as that of a roller having a small heat capacity.

熱容量が大きい定着ローラは、熱容量が小さい定着ローラに比べて、所定の温度に立ち上げるのに必要なエネルギーが多くなり、立ち上げ時に消費する電力も大きく、ウォームアップ時間も長くなってしまう。記録材との接触時間が短い実験装置では、蓄熱量が大きい定着ローラは、使い切れない熱量までも蓄熱する無駄の多いローラとなる。   A fixing roller having a large heat capacity requires more energy to start up to a predetermined temperature, consumes more power, and has a longer warm-up time than a fixing roller having a small heat capacity. In an experimental apparatus in which the contact time with the recording material is short, a fixing roller having a large heat storage amount is a wasteful roller that stores heat even to a heat amount that cannot be used up.

以上述べたように、外部から加熱する加熱定着装置において、内部を低熱容量化した定着ローラの表面近傍に蓄熱層を設け、定着ローラ30の蓄熱層33の熱容量/表面積が100[J/(m・K)]以上、600[J/(m・K)]以下とする。これにより、低熱容量でありながら、記録材の加熱定着に十分な熱量を蓄熱し、また、蓄熱した熱量を有効に使用する事ができ、かつ故障なく安定して使用できる定着ローラを提供できる。 As described above, in the heat-fixing apparatus that heats from the outside, a heat storage layer is provided in the vicinity of the surface of the fixing roller having a low heat capacity inside, and the heat capacity / surface area of the heat storage layer 33 of the fixing roller 30 is 100 [J / (m 2 · K)] to 600 [J / (m 2 · K)]. As a result, it is possible to provide a fixing roller that has a low heat capacity, can store a sufficient amount of heat for heat-fixing the recording material, can use the stored heat amount effectively, and can be used stably without failure.

また、定着ローラ30の蓄熱層33の熱容量/表面積と、定着ローラ1回転あたりに記録材と、定着ローラ30が接触する時間tとの関係を、
C/S≦10000[J/(s・m・K)]×t[s]
とする。これにより、所定の接触時間の中で記録材に伝えうる熱量を、内部が低熱容量化された定着ローラ表層近傍にのみ蓄熱でき、エネルギーの浪費の少なく、ウォームアップ時間が短い加熱定着装置を提供できる。
Further, the relationship between the heat capacity / surface area of the heat storage layer 33 of the fixing roller 30 and the time t at which the recording material contacts the fixing roller 30 per one rotation of the fixing roller,
C / S ≦ 10000 [J / (s · m 2 · K)] × t [s]
And As a result, the amount of heat that can be transferred to the recording material within a specified contact time can be stored only in the vicinity of the surface of the fixing roller where the heat capacity is reduced, providing a heat-fixing device that consumes less energy and has a short warm-up time. it can.

また、加熱定着装置が、定着ローラ30の1回転あたりの記録材との接触時間が異なる複数の加熱モードを持つ場合、即ち、定着ローラ(加熱部材)の周速が異なる複数の加熱モードを設定できる装置の場合、次のように設定すればよい。すなわち、定着ローラと記録材との接触時間が最も短い(定着ローラの周速が最も早い)加熱モードにおける定着ローラの表面の一点が定着ニップ部を通過するのに要する時間をtとした時、蓄熱層33の定着ローラ単位表面積あたりの熱容量C/Sが、
C/S[J/(m・K)]≦10000[J/(s・m・K)]×t[s]
である事が望ましい。
Further, when the heat fixing device has a plurality of heating modes having different contact times with the recording material per rotation of the fixing roller 30, that is, a plurality of heating modes having different peripheral speeds of the fixing roller (heating member) are set. In the case of a device that can be used, the following settings may be made. That is, when the time required for one point of the surface of the fixing roller to pass through the fixing nip portion in the heating mode in which the contact time between the fixing roller and the recording material is the shortest (the peripheral speed of the fixing roller is the fastest) is t. The heat capacity C / S per unit surface area of the fixing roller of the heat storage layer 33 is
C / S [J / (m 2 · K)] ≦ 10000 [J / (s · m 2 · K)] × t [s]
It is desirable that

例えば、プロセススピードが100mm/secで定着ローラと記録材が接触する時間がt1の加熱モード1と、プロセススピードが50mm/secで定着ローラと記録材が接触する時間がt2の加熱モード2、二つの加熱モードを有するプリンタがあるとする。いずれのモードでも定着ニップ部の幅が同じであればt1は、t2よりも短い時間となる。よって、
C/S≦10000[J/(s・m・K)]×t1[s]
を満たす定着ローラを搭載するのが望ましい。
For example, a heating mode 1 in which the fixing roller and the recording material are in contact time t1 at a process speed of 100 mm / sec, and a heating mode 2 in which the fixing speed and the recording material are in contact time t2 at a process speed of 50 mm / sec. Suppose that there is a printer with two heating modes. If the width of the fixing nip portion is the same in any mode, t1 is shorter than t2. Therefore,
C / S ≦ 10000 [J / (s · m 2 · K)] × t1 [s]
It is desirable to mount a fixing roller that satisfies the above.

記録材への接触時間の長い加熱モード1の接触時間t2で好適となるよう蓄熱層33の熱容量/表面積を大きくすると、加熱モード1の時に接触時間が短いt1の間では蓄熱された熱量を熱伝達しきる事が出来ない。t1に好適となるよう蓄熱層33に蓄熱すると、加熱モード1でも、加熱モード2でも、蓄熱層33の熱量を有効に使用する事ができ、エネルギーの浪費の少なく、ウォームアップ時間が短い加熱定着装置を提供できる。   When the heat capacity / surface area of the heat storage layer 33 is increased so as to be suitable for the contact time t2 of the heating mode 1 having a long contact time with the recording material, the amount of heat stored in the heat mode 1 during the t1 when the contact time is short is heated. I can not communicate. When heat is stored in the heat storage layer 33 so as to be suitable for t1, the heat quantity of the heat storage layer 33 can be used effectively in both the heating mode 1 and the heating mode 2, and the heat fixing with less waste of energy and short warm-up time. Equipment can be provided.

《実施例2》
図22に本実施例における定着ローラ30の構成を説明する模式的断面図を示す。
Example 2
FIG. 22 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the fixing roller 30 in this embodiment.

本実施例における実施形態は、実施例1とほぼ同様であるが、本実施例における定着ローラ30は、芯金31上に断熱弾性層32を形成し、その外側にソリッドゴムからなる蓄熱弾性層33を形成し、最外層(最表層)に離型層34を形成する。   The embodiment in this example is substantially the same as that in Example 1, but the fixing roller 30 in this example has a heat insulating elastic layer 32 formed on a cored bar 31 and a solid heat storage elastic layer formed on the outside thereof. 33 is formed, and a release layer 34 is formed on the outermost layer (outermost layer).

蓄熱弾性層33と離型層34は、合わせて蓄熱層33Aを形成しており、蓄熱層33Aの熱容量が、定着ローラの単位表面積あたり100J/(m・K)以上、600J/(m・K)以下となるよう形成されている。 Heat storage elastic layer 33 and the release layer 34 together forms a heat storage layer 33A, the heat capacity of the heat storage layer 33A is, per unit surface area of the fixing roller 100J / (m 2 · K) or more, 600 J / (m 2 -K) It is formed to be the following.

また、蓄熱層33Aの蓄熱弾性層33と離型層34の熱伝導率は、それぞれ、断熱弾性層32の熱伝導率よりも高くなるよう形成させている。断熱弾性層32の熱伝導率は0.20W/(m・k)以下である。   The thermal conductivity of the thermal storage elastic layer 33 and the release layer 34 of the thermal storage layer 33 </ b> A is formed so as to be higher than the thermal conductivity of the heat insulating elastic layer 32. The thermal conductivity of the heat insulating elastic layer 32 is 0.20 W / (m · k) or less.

また、図23のように、断熱弾性層32の外側に、熱容量が、定着ローラの単位表面積あたり100J/(m・K)以上、600J/(m・K)以下となるよう形成されている離型層34のみ形成して蓄熱層33Bとしても良い。 Further, as shown in FIG. 23, on the outside of the heat insulating elastic layer 32, the heat capacity per unit surface area of the fixing roller 100J / (m 2 · K) or more, are formed 600J / (m 2 · K) or less and so as Only the release layer 34 may be formed as the heat storage layer 33B.

蓄熱層33A・33Bの熱伝導率、熱容量は以下の方法で測定される。定着ローラ表層の蓄熱層33A・33Bより、定着ローラ表面を含む縦5mm、横5mmの試験片を切り出し、前述した蓄熱層33と同様の測定方法(図4)にて、表層33A・33Bの熱容量と、厚み方向の熱伝導率を求める。   The thermal conductivity and heat capacity of the heat storage layers 33A and 33B are measured by the following methods. A test piece of 5 mm in length and 5 mm in width including the surface of the fixing roller was cut out from the heat storage layers 33A and 33B on the surface of the fixing roller, and the heat capacity of the surface layers 33A and 33B was measured using the same measurement method as that for the heat storage layer 33 described above (FIG. Then, the thermal conductivity in the thickness direction is obtained.

離型層34は、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどのゴム材料、あるいはフッ素化合物などのベース樹脂材料に、高熱伝導フィラーを混入させた層とすることが望ましい。具体的には、ベース樹脂材料に、少なくとも10W/(m・K)以上の熱伝導率を有する材料から成る粉末状の高熱伝導フィラーを、10質量%以上、50質量%以下、混入させた層を形成し、高熱伝導性の離型層とすることが望ましい。   The release layer 34 is preferably a layer in which a high thermal conductive filler is mixed in a rubber material such as silicone rubber or fluororubber, or a base resin material such as a fluorine compound. Specifically, a layer in which 10% by mass or more and 50% by mass or less of a powdery high thermal conductive filler made of a material having a thermal conductivity of at least 10 W / (m · K) or more is mixed in the base resin material. It is desirable to form a release layer with high thermal conductivity.

上記のベース樹脂材料としては、例えば、フッ素樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、液晶ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド等を挙げることができる。   Examples of the base resin material include fluororesin, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyetherimide, polyethersulfone, polyetherketone, liquid crystal polyester, polyamideimide, and polyimide.

上記において、フッ素系樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、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樹脂(PFA)を挙げることができる。また、フッ化エチレンポリプロピレン共重合体樹脂(FEP)、ポリフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)、ポリフッ化ビニル樹脂(PVF)等を挙げることができる。   In the above, examples of the fluorine-based resin include polytetrafluoroethylene resin (PTFE) and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin (PFA). Moreover, a fluoroethylene polypropylene copolymer resin (FEP), a polyvinylidene fluoride resin (PVDF), a polyvinyl fluoride resin (PVF), etc. can be mentioned.

そして、フッ素系樹脂を用いた高熱伝導離型層34は、フッ素系樹脂コーティング剤やフッ素系樹脂チューブなどにより形成される。   The high thermal conductive release layer 34 using a fluorine resin is formed of a fluorine resin coating agent, a fluorine resin tube, or the like.

コーティングとしては、ラテックスやダイエルラテックス(ダイキン工業社製、フッ素系ラテックス)、ディスパージョンによるディッピング塗工、スプレー塗工等、どのような方法であっても良い。   The coating may be any method such as latex, Daiel latex (made by Daikin Industries, Ltd., fluorine latex), dipping coating using a dispersion, spray coating, or the like.

また上記の高熱伝導フィラーとしては、例えば、ダイアモンド、グラファイト、カーボン、カーボンナノチューブ、窒化ホウ素、金属酸化物、種々の合金、AlN、結晶性シリカ等を挙げることができる。   Examples of the high thermal conductive filler include diamond, graphite, carbon, carbon nanotube, boron nitride, metal oxide, various alloys, AlN, crystalline silica, and the like.

また、高熱伝導性を達成する手段であれば、フィラーの材料の種類は問わず、また、フィラーの形状はどのような形状のものであっても良く、本実施例の目的を達成するために制約を受けるものではない。   Moreover, as long as it is a means to achieve high thermal conductivity, the type of filler material is not limited, and the shape of the filler may be any shape, and in order to achieve the purpose of this embodiment There are no restrictions.

本実施例のように、定着ローラ30の最表層は、フッ素化合物に、高熱伝導フィラーを配合してなる配合物とする。これにより、加熱部材30の最表層に必要な熱伝導率を達成しつつ、加熱部材最表面に離型性を持たせる事ができ、より安定な動作が可能な画像形成装置とする事ができる。   As in the present embodiment, the outermost layer of the fixing roller 30 is a blend formed by blending a fluorine compound with a high thermal conductive filler. As a result, the thermal conductivity necessary for the outermost surface layer of the heating member 30 can be achieved, and the outermost surface of the heating member can be provided with releasability, whereby an image forming apparatus capable of more stable operation can be obtained. .

高熱伝導ソリッドゴム層33と、高熱伝導離型層34の間に、接着層が必要な場合、接着層にも高熱伝導フィラーを分散し、高熱伝導接着層とする事が望ましい。   When an adhesive layer is required between the high thermal conductive solid rubber layer 33 and the high thermal conductive release layer 34, it is desirable to disperse the high thermal conductive filler in the adhesive layer to form a high thermal conductive adhesive layer.

以上の構成とする事で、定着ローラ30の最表面に離型性層34を設けても、ウォームアップ時間の短縮、および短いファーストプリントタイムの実現、省エネルギー化を達成する定着装置を提供する事が可能となる。   With the above-described configuration, a fixing device is provided that achieves a reduction in warm-up time, a short first print time, and energy saving even when the release layer 34 is provided on the outermost surface of the fixing roller 30. Is possible.

(実験5)
以上の効果を確認する為に、定着ローラ表面にフッ素樹脂からなる離型層34を設けた場合の実験を行った。
(Experiment 5)
In order to confirm the above effects, an experiment was conducted in the case where a release layer 34 made of a fluororesin was provided on the surface of the fixing roller.

定着ローラ以外の構成は、実験1と同様であり、使用した画像形成装置のプロセススピードは100mm/secであり、1分間に16枚のプリントを実施するレーザビームプリンタを用いている。また、加熱接触領域部Nhを幅7mm、定着ニップ部Ntを幅7mmで形成している。   The configuration other than the fixing roller is the same as in Experiment 1, the process speed of the used image forming apparatus is 100 mm / sec, and a laser beam printer that performs printing of 16 sheets per minute is used. Further, the heating contact region Nh is formed with a width of 7 mm, and the fixing nip portion Nt is formed with a width of 7 mm.

実験に用いた定着ローラ30は、構成としては、実験1で使用した定着ローラ16〜22の構成の最外層に、離型層34として、フッ素樹脂層を厚さ15μmで形成したものである。   The fixing roller 30 used in the experiment has a configuration in which a fluororesin layer having a thickness of 15 μm is formed as a release layer 34 on the outermost layer of the configuration of the fixing rollers 16 to 22 used in Experiment 1.

すなわち、外径8mmのSUM芯金31上に、断熱弾性層32として、熱伝導率0.12W/(m・K)、体積熱容量1.1×10J/(m・K)のシリコーンゴム層を厚さ2mmで形成する。さらに、その外側には蓄熱層33として、熱伝導率0.3W/(m・K)、体積熱容量1.5×10J/(m・K)からなるシリコーンソリッドゴム層を厚みを変えて形成し、さらにその外側に、離型層34を設けている。 That is, silicone having a thermal conductivity of 0.12 W / (m · K) and a volumetric heat capacity of 1.1 × 10 6 J / (m 3 · K) is formed on the SUM metal core 31 having an outer diameter of 8 mm as the heat insulating elastic layer 32. A rubber layer is formed with a thickness of 2 mm. Further, a silicone solid rubber layer having a thermal conductivity of 0.3 W / (m · K) and a volumetric heat capacity of 1.5 × 10 6 J / (m 3 · K) is formed on the outside as the heat storage layer 33, and the thickness thereof is changed. Further, a release layer 34 is provided on the outer side.

離型層34としてのフッ素樹脂層について、一般的に、純粋なフッ素樹脂は熱伝導率0.2W/(m・K)程度の低熱伝導率である。本実験では、フッ素樹脂としてPFAを用いた。このPFA中に、熱伝導フィラーとして、粒径4〜6μmのアルミナを、10〜50重量部含有させた、体積熱容量2.0×10(J/m・K)、熱伝導率0.3(W/(m・K))の高熱伝導化したフッ素樹脂を用いた。 As for the fluororesin layer as the release layer 34, pure fluororesin generally has a low thermal conductivity of about 0.2 W / (m · K). In this experiment, PFA was used as the fluororesin. In this PFA, 10 to 50 parts by weight of alumina having a particle size of 4 to 6 μm was contained as a heat conductive filler, a volumetric heat capacity of 2.0 × 10 3 (J / m 3 · K), a heat conductivity of 0. 3 (W / (m · K)) high thermal conductivity fluororesin was used.

作成した概要は表3のとおりである。   Table 3 shows the outline that was created.

以上の定着ローラA23〜A29を用い、実験1と同様の実験を行った。実験結果を図24に示す。横軸は、定着ローラの単位表面積あたりの蓄熱層の熱容量C/Sであり、縦軸は、定着性能がOKとなる、記録材が通紙されたときの定着ローラ表面温度である。   An experiment similar to Experiment 1 was performed using the above fixing rollers A23 to A29. The experimental results are shown in FIG. The horizontal axis is the heat capacity C / S of the heat storage layer per unit surface area of the fixing roller, and the vertical axis is the surface temperature of the fixing roller when the recording material is passed and the fixing performance is OK.

実施例1の実験1と同様に、熱容量/表面積が100J/(m・K)以下となると、必要な定着ローラ表面温度は230℃を超えてしまった。また、熱容量/表面積が600J/(m・K)以上になっても、定着性能がOKとなる定着ローラ表面温度は変わらなかった。 As in Experiment 1 of Example 1, when the heat capacity / surface area was 100 J / (m 2 · K) or less, the necessary fixing roller surface temperature exceeded 230 ° C. Further, even when the heat capacity / surface area was 600 J / (m 2 · K) or more, the fixing roller surface temperature at which the fixing performance was OK did not change.

以上のように、本実施例では、定着ローラ30の最外層に高熱伝導離型層34を設け、離型性、滑り性の良好な定着ローラとする。   As described above, in this embodiment, the high heat conductive release layer 34 is provided on the outermost layer of the fixing roller 30 to obtain a fixing roller having good release property and slipperiness.

最表層にフッ素樹脂層があっても、実施例1と同様に、定着ローラの蓄熱層の熱容量/表面積が100J/(m・K)以上、600J/(m・K)以下とする。これにより、破壊を防ぎ、安定して定着動作ができ、また、蓄熱した熱量を有効に使用する事ができる定着ローラを提供できる。 Even if there is a fluororesin layer as the outermost layer, the heat capacity / surface area of the heat storage layer of the fixing roller is set to 100 J / (m 2 · K) or more and 600 J / (m 2 · K) or less as in the first embodiment. As a result, it is possible to provide a fixing roller that can prevent destruction, stably perform fixing operation, and can effectively use the amount of heat stored.

《実施例3》
本実施例における実施形態は、実施例1とほぼ同様である。ただし、図25のように、定着ローラ30と定着ニップ部Ntを形成する加圧部材95を、板状加圧部材90・91と、これに外嵌され、定着ローラ30の回転に従い板状加圧部材90・91の周りを回転するフィルム93と、を有する構成のものにしている。
Example 3
The embodiment in the present example is almost the same as that in the first example. However, as shown in FIG. 25, the pressure member 95 that forms the fixing nip portion Nt with the fixing roller 30 is externally fitted to the plate-shaped pressure members 90 and 91, and the plate-like member is added according to the rotation of the fixing roller 30. And a film 93 that rotates around the pressure members 90 and 91.

板状加圧部材90・91は、例えば、SUM材等からなる支持体90の上に、断熱部材または断熱層91を形成したものである。その外周に低熱容量・低熱伝導性のフィルム93を外嵌させている。   The plate-like pressure members 90 and 91 are formed by forming a heat insulating member or a heat insulating layer 91 on a support 90 made of, for example, a SUM material. A film 93 having a low heat capacity and low heat conductivity is fitted on the outer periphery.

上記の加圧部材95と定着ローラ30とを所定の圧力で当接させて、定着ニップ部Ntを形成する。定着ニップ部Ntでは、定着ローラ表面とフィルム93が連れまわりつつ記録材Pを狭持搬送し、記録材に熱と圧力を加えて、記録材上のトナー画像を定着させる。   The pressure member 95 and the fixing roller 30 are brought into contact with each other with a predetermined pressure to form the fixing nip portion Nt. At the fixing nip portion Nt, the recording material P is nipped and conveyed while the surface of the fixing roller and the film 93 are rotated, and heat and pressure are applied to the recording material to fix the toner image on the recording material.

断熱層91は、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどからなる弾性部材であっても良いが、定着ローラ表面が弾性体である為、断熱層91が剛体部材であっても定着ニップ部Ntは確保できる。つまり、断熱層91は液晶ポリマー、フェノール樹脂、PPS、PEEK、ポリイミド、ポリアミドイミド、フッ素樹脂等の耐熱性樹脂により形成された剛体部材であっても良い。   The heat insulating layer 91 may be an elastic member made of, for example, silicone rubber or fluorine rubber. However, since the surface of the fixing roller is an elastic body, the fixing nip portion Nt is secured even if the heat insulating layer 91 is a rigid body member. it can. That is, the heat insulating layer 91 may be a rigid member formed of a heat resistant resin such as a liquid crystal polymer, a phenol resin, PPS, PEEK, polyimide, polyamideimide, or a fluorine resin.

加圧部材95の熱伝導率が低いほど、定着ローラ表面の温度上昇が早まる為、断熱層91は熱伝導性は低いほど良い。   The lower the thermal conductivity of the pressure member 95, the faster the temperature of the fixing roller surface rises. Therefore, the lower the thermal conductivity of the heat insulating layer 91, the better.

断熱層91を弾性断熱層とした場合は、例えば、中空フィラーを混入したオルガノポリシロキサン組成物あるいは、吸水ポリマーおよび水を含有させたオルガノポリシロキサン組成物から製造されるバルーン含有シリコーン弾性層が適している。あるいは、気泡含有シリコーン弾性層、あるいはシリコーンゴムを発泡処理して成るシリコーンスポンジ弾性層等が適している。   When the heat insulating layer 91 is an elastic heat insulating layer, for example, a balloon-containing silicone elastic layer manufactured from an organopolysiloxane composition mixed with a hollow filler or an organopolysiloxane composition containing a water-absorbing polymer and water is suitable. ing. Alternatively, a bubble-containing silicone elastic layer or a silicone sponge elastic layer formed by foaming silicone rubber is suitable.

断熱層91を剛体断熱層とした場合は、定着ローラ30との接触面を平滑な面とすれば、定着ニップ部Ntを平滑にし、記録材の搬送性にすぐれた構成とする事ができる。剛体断熱層でも、中空のフィラー、例えばガラスバルーン、シリカバルーン等を内包し、低熱伝導化された樹脂材が好適である。   In the case where the heat insulating layer 91 is a rigid heat insulating layer, if the contact surface with the fixing roller 30 is a smooth surface, the fixing nip portion Nt can be made smooth and the recording material can be transported excellently. A resin material that includes a hollow filler, such as a glass balloon or a silica balloon and has a low thermal conductivity, is also suitable for the rigid heat insulating layer.

フィルム93は、例えば、厚み30μmから100μm程度のPPS、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの耐熱性が高く、熱伝導が低い樹脂材からなる基層の上に、10μmから30μm程度のフッ素樹脂層などからなる離型層を設けて形成される。   For example, the film 93 is formed on a base layer made of a resin material having a high heat resistance such as PPS, polyimide, and polyamideimide having a thickness of about 30 μm to 100 μm and having a low thermal conductivity, and a separation layer made of a fluororesin layer of about 10 μm to 30 μm. Formed by providing a mold layer.

フィルム93は、低熱容量、低熱伝導であるため、フィルム93への熱の逃げ、また、フィルム表面から大気へ放熱が少ない。板状加圧部材90・91とフィルム93との間には、シリコーンオイルなどの潤滑材を介在させ、フィルムの摺動性を良くする。   Since the film 93 has a low heat capacity and a low heat conduction, the heat to the film 93 and the heat radiation from the film surface to the atmosphere are small. A lubricant such as silicone oil is interposed between the plate-like pressure members 90 and 91 and the film 93 to improve the slidability of the film.

本実施例の効果は、実施例1と同様であるが、本実施例における板状加圧部材を使用した定着装置は、構成が簡単で小型化、低熱容量化が可能である。また、加圧ローラに比べて、大気中への放熱などによる熱の損失が少なく、ウォームアップ時間の短縮と、省エネルギーに適している。   The effect of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the fixing device using the plate-like pressure member in the present embodiment has a simple configuration and can be downsized and have a low heat capacity. In addition, compared to the pressure roller, heat loss due to heat radiation to the atmosphere is small, which is suitable for shortening the warm-up time and saving energy.

以上のように、本実施例の構成によれば、ウォームアップ時間の短縮、および短いファーストプリントタイムの実現、省エネルギー化を達成し、画質に優れた定着装置を提供する事が可能となる。   As described above, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to provide a fixing device that achieves shortening of the warm-up time, realization of a short first print time, energy saving, and excellent image quality.

《実施例4》
本実施例における実施形態は、実施例4とほぼ同様であるが、図26のように、加圧部材96を、定着ローラ30と摺動接触させる板状加圧部材90・91・92とする。実施例4で設けていたフィルム93は設けない。
Example 4
The embodiment in the present embodiment is substantially the same as that in the fourth embodiment. However, as shown in FIG. 26, the pressure member 96 is a plate-shaped pressure member 90, 91, or 92 that is brought into sliding contact with the fixing roller 30. . The film 93 provided in Example 4 is not provided.

板状加圧部材90・91・92は、例えば、SUM材等からなる支持体90の上に、断熱部材または断熱層91を形成し、さらに摺動離型層92を形成して構成したものである。   The plate-like pressure members 90, 91, and 92 are formed by, for example, forming a heat insulating member or heat insulating layer 91 on a support 90 made of a SUM material, and further forming a sliding release layer 92. It is.

摺動離型層92は、記録材Pの搬送を妨げないよう摺動性に優れた材料が望ましく、また、定着ローラ上へ転移したトナーなどが付着しないよう離型性に優れた材料が望ましい。例えば、フッ素樹脂製のシートを接着、またコーティングし、摺動離型層として形成したものが適している。   The sliding release layer 92 is preferably made of a material having excellent slidability so as not to hinder the conveyance of the recording material P, and is preferably made of a material having excellent release properties so that toner transferred onto the fixing roller does not adhere. . For example, a sheet formed by bonding or coating a fluororesin sheet to form a sliding release layer is suitable.

本実施例における定着ローラ33の表面層33には、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴムに高熱伝導フィラーを配合した高熱伝導弾性層などが好適である。高い熱伝導率と、記録材を搬送するのに必要な摩擦力を得ることができる。   As the surface layer 33 of the fixing roller 33 in this embodiment, for example, a high thermal conductive elastic layer in which a high thermal conductive filler is blended with silicone rubber or fluoro rubber is suitable. A high thermal conductivity and a frictional force necessary for conveying the recording material can be obtained.

定着ローラ表面に高い摩擦係数を持つよう構成する事で、記録材を搬送する事ができる。   By configuring the surface of the fixing roller to have a high coefficient of friction, the recording material can be conveyed.

定着ローラ30と加圧部材96は所定の圧力で当接されて定着ニップ部Ntを形成する。定着ニップ部Ntでは、定着ローラ表面の摩擦力と、板状加圧部材90・91・92の摩擦力の違いから、記録材は定着ローラ表面よって搬送され、記録材に熱と圧力を加えて、記録材上のトナー画像を定着させる。   The fixing roller 30 and the pressure member 96 are brought into contact with each other with a predetermined pressure to form a fixing nip portion Nt. In the fixing nip portion Nt, the recording material is conveyed by the surface of the fixing roller due to the difference between the frictional force on the surface of the fixing roller and the frictional force of the plate-like pressure members 90, 91, and 92, and heat and pressure are applied to the recording material. Then, the toner image on the recording material is fixed.

本実施例の効果は、実施例1と同様であるが、本実施例における定着装置は、構成が簡単で小型化、低熱容量化が可能である。定着ローラ30と板状加圧部材90・91・92は定着ニップ部Ntだけで接触し、かつ断熱されている。そのため、加圧部材96への伝熱や、大気中への放熱による熱の損失が極めて少なく、ウォームアップ時間の短縮と、省エネルギーに適している。   The effect of the present embodiment is the same as that of the first embodiment. However, the fixing device according to the present embodiment has a simple configuration and can be reduced in size and heat capacity. The fixing roller 30 and the plate-like pressure members 90, 91, and 92 are in contact with each other only at the fixing nip portion Nt and are thermally insulated. Therefore, heat loss due to heat transfer to the pressure member 96 and heat radiation to the atmosphere is extremely small, which is suitable for shortening the warm-up time and saving energy.

以上のように、本実施例の構成によれば、ウォームアップ時間の短縮、および短いファーストプリントタイムの実現、省エネルギー化を達成し、画質に優れた定着装置を提供する事が可能となる。   As described above, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to provide a fixing device that achieves shortening of the warm-up time, realization of a short first print time, energy saving, and excellent image quality.

実施例4のように、加圧部材は、加熱部材に対して常に同じ部位で接触する板状部材とする事で、加圧部材からの放熱を抑え、装置を低熱容量化して、より少ない電力、短いファーストプリントアウトタイムを達成することができる。   As in Example 4, the pressure member is a plate-like member that is always in contact with the heating member at the same location, thereby suppressing heat dissipation from the pressure member, reducing the heat capacity of the device, and reducing power consumption. A short first printout time can be achieved.

以上、各実施例で説明したように、加熱ムラ(定着ムラ)の発生を抑えつつ、ウォームアップタイムやファーストプリントアウトタイムを短縮できる。また、消費電力の低減をすることができる。すなわち、加熱部材の内部を低熱伝導弾性層とし、その外側及び最表面を、定着部材の単位表面積あたりの熱容量が、100[J/(m・K)]以上、600[J/(m・K)]以下の蓄熱層とする。これにより、外部加熱手段から加熱部材表面に伝えられた熱を、加熱部材表層近傍だけに、記録材上の画像を十分に加熱定着できる熱量で蓄熱できる。 As described above, as described in each embodiment, it is possible to shorten the warm-up time and the first printout time while suppressing the occurrence of heating unevenness (fixing unevenness). In addition, power consumption can be reduced. That is, the inside of the heating member is a low thermal conductive elastic layer, and the outer and outermost surface has a heat capacity per unit surface area of the fixing member of 100 [J / (m 2 · K)] or more and 600 [J / (m 2). · K)] The following heat storage layer. As a result, the heat transferred from the external heating means to the surface of the heating member can be stored in a quantity of heat that can sufficiently heat and fix the image on the recording material only in the vicinity of the surface of the heating member.

加熱部材の表面近傍に適正な熱容量を持っている。そのため、記録材上の画像の加熱に必要な加熱部材の表面温度を、定着ローラを構成する例えばシリコーンゴムからなる弾性層などの連続使用耐熱温度を超えず、また記録材上のトナーより高い温度の範囲とする事ができる。低熱容量でありながら、記録材の加熱定着に十分な熱量を蓄熱し、また、蓄熱した熱量を有効に使用する事ができ、かつ故障なく安定して使用できる定着ローラを提供できる。   Appropriate heat capacity is provided near the surface of the heating member. Therefore, the surface temperature of the heating member necessary for heating the image on the recording material does not exceed the heat resistance temperature for continuous use such as an elastic layer made of silicone rubber constituting the fixing roller, and is higher than the toner on the recording material. It can be made the range. It is possible to provide a fixing roller that can store a sufficient amount of heat for heat-fixing a recording material, can use the stored heat amount effectively, and can be used stably without failure even though it has a low heat capacity.

また、定着ローラの蓄熱層の熱容量/表面積と、定着ローラ1回転あたりに記録材と、定着ローラ30が接触する時間tとの関係を、
C/S[J/(m・K)]≦10000[J/(s・m・K)]×t[s]
とする。これにより、所定の接触時間の中で記録材に伝えうる熱量を、内部が低熱容量化された定着ローラ表層近傍にのみ蓄熱でき、エネルギーの浪費の少なく、ウォームアップ時間が短い加熱定着装置を提供できる。
Further, the relationship between the heat capacity / surface area of the heat storage layer of the fixing roller and the time t during which the recording material contacts the fixing roller 30 per rotation of the fixing roller is expressed as follows:
C / S [J / (m 2 · K)] ≦ 10000 [J / (s · m 2 · K)] × t [s]
And As a result, the amount of heat that can be transferred to the recording material within a specified contact time can be stored only in the vicinity of the surface of the fixing roller where the heat capacity is reduced, providing a heat-fixing device that consumes less energy and has a short warm-up time. it can.

蓄熱層の下層には熱伝導率が低い低熱伝導弾性層を設けることで、加熱部材の芯金への熱の逃げを抑え、加熱部材表面の昇温速度を速める事ができる。定着に必要な温度まで加熱部材の表面温度を立ち上げる時間を短縮できる。また、低熱伝導層を弾性体とする事で、加熱部材の表面の画像への密着性を良くし、加熱ムラのない良好な画質を得る事ができる。   By providing a low thermal conductivity elastic layer having a low thermal conductivity in the lower layer of the heat storage layer, the escape of heat to the core of the heating member can be suppressed and the heating rate on the surface of the heating member can be increased. The time for raising the surface temperature of the heating member to the temperature required for fixing can be shortened. Further, by using the low thermal conductive layer as an elastic body, the adhesion of the surface of the heating member to the image can be improved, and a good image quality without heating unevenness can be obtained.

以上の各実施例は本発明における最良の実施形態の例ではあるものの、本発明はこれらの実施例にしめした構成のみに限定されるものではない。すなわち、本発明の思想の範囲内において各種の変形構成が可能である。   Each of the above examples is an example of the best mode of the present invention, but the present invention is not limited to the configurations shown in these examples. That is, various modified configurations are possible within the scope of the idea of the present invention.

1)たとえば、加熱手段や加圧部材は接離機構により定着ローラに対して圧接・離間可能にして、定着装置の稼動時に所定の制御タイミングで定着ローラに対して圧接させ、定着装置の非稼動時には定着ローラから離間させる構成にすることもできる。これにより、定着ローラに対して加熱手段や加圧部材が常に加圧圧接していることによる定着ローラ弾性層のへたりを防止できる。   1) For example, the heating means and the pressure member can be brought into pressure contact with and separated from the fixing roller by a contact / separation mechanism, and are brought into pressure contact with the fixing roller at a predetermined control timing when the fixing device is in operation. Sometimes, it can be configured to be separated from the fixing roller. Accordingly, it is possible to prevent the fixing roller elastic layer from being sagged due to the heating means and the pressure member always being in pressure contact with the fixing roller.

2)記録材上の画像をニップ部にて加熱する回転可能な加熱部材は、実施例のローラ形態に限られず、フレキシブルなエンドレスベルト形態のものにすることもできる。   2) The rotatable heating member for heating the image on the recording material at the nip portion is not limited to the roller form of the embodiment, and may be a flexible endless belt form.

3)加熱部材を外側から加熱する加熱手段は、加熱部材とは非接触に配置した、赤外線ランプや電磁誘導加熱手段等の非接触タイプにすることもできる。   3) The heating means for heating the heating member from the outside can be a non-contact type such as an infrared lamp or electromagnetic induction heating means arranged in non-contact with the heating member.

4)本発明の像加熱装置には、実施例の加熱定着装置にかぎられず,画像を担持した記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する像加熱装置など、画像を担持した記録材を加熱処理する装置として使用することができる。   4) The image heating apparatus of the present invention is not limited to the heat fixing apparatus of the embodiment, but an image heating apparatus that modifies the surface properties such as gloss by heating a recording material carrying an image, an image heating apparatus that is supposed to be worn, etc. It can be used as an apparatus for heat-treating a recording material carrying an image.

実施例1における定着装置の模式的断面図である。2 is a schematic cross-sectional view of a fixing device in Embodiment 1. FIG. 実施例1における画像形成装置の概略断面図である。1 is a schematic sectional view of an image forming apparatus in Embodiment 1. FIG. 実施例1における定着ローラの概略図である。3 is a schematic diagram of a fixing roller in Embodiment 1. FIG. 定着ローラ構成層の熱伝導率の測定方法を説明する模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a method for measuring the thermal conductivity of a fixing roller constituent layer. 板状ヒータの模式的断面図である。It is typical sectional drawing of a plate-shaped heater. 他の構成の板状ヒータの構成模式的断面図である。It is a structure typical sectional view of the plate heater of other composition. 他の構成の板状ヒータの構成模式的断面図である。It is a structure typical sectional view of the plate heater of other composition. 他の構成の板状ヒータの構成模式的断面図である。It is a structure typical sectional view of the plate heater of other composition. 他の構成の板状ヒータの構成模式的断面図である。It is a structure typical sectional view of the plate heater of other composition. 他の構成の定着装置の模式的断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a fixing device having another configuration. 定着ニップ内の挙動を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the behavior in a fixing nip. 他の構成の定着装置の模式的断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a fixing device having another configuration. 他の構成の定着装置の模式的断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a fixing device having another configuration. 定着ローラ表面の温度測定要領の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a temperature measurement procedure on the surface of the fixing roller. 定着ローラの蓄熱層の単位表面積あたりの熱容量と加熱定着に必要な定着ローラ温度の関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between a heat capacity per unit surface area of a heat storage layer of a fixing roller and a fixing roller temperature necessary for heat fixing. 定着ローラの蓄熱層の単位表面積あたりの熱量と加熱定着に必要な定着ローラ温度の関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the amount of heat per unit surface area of the heat storage layer of the fixing roller and the fixing roller temperature necessary for heat fixing. 定着ローラの蓄熱層の単位表面積あたりの熱容量と加熱定着に必要な定着ローラ温度の関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between a heat capacity per unit surface area of a heat storage layer of a fixing roller and a fixing roller temperature necessary for heat fixing. 定着ローラと記録材の接触時間ごとの、定着ローラの蓄熱層の単位表面積あたりの熱容量と加熱定着に必要な定着ローラ温度の関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the heat capacity per unit surface area of the heat storage layer of the fixing roller and the fixing roller temperature necessary for heat fixing, for each contact time between the fixing roller and the recording material. 定着ローラと記録材の接触時間ごとの、定着ローラの蓄熱層の単位表面積あたりの熱量と加熱定着に必要な定着ローラ温度の関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the amount of heat per unit surface area of the heat storage layer of the fixing roller and the temperature of the fixing roller necessary for heat fixing, for each contact time between the fixing roller and the recording material. 定着ローラの蓄熱層の単位表面積あたりの蓄熱量と記録材の接触時間の効率の良い組み合わせと、悪い組み合わせを示したグラフである。6 is a graph showing an efficient combination and a bad combination of the heat storage amount per unit surface area of the heat storage layer of the fixing roller and the contact time of the recording material. 定着ローラと接触した記録材上の熱電対の温度上昇を示すグラフである。6 is a graph showing a temperature rise of a thermocouple on a recording material that is in contact with a fixing roller. 実施例2の定着ローラの層構成を示す模式的断面図(その1)である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view (part 1) illustrating a layer configuration of a fixing roller of Example 2. 実施例2の定着ローラの層構成を示す模式的断面図(その2)である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view (No. 2) showing a layer configuration of a fixing roller of Example 2. 定着ローラの蓄熱層の単位表面積あたりの熱容量と加熱定着に必要な定着ローラ温度の関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between a heat capacity per unit surface area of a heat storage layer of a fixing roller and a fixing roller temperature necessary for heat fixing. 実施例3の定着装置模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a fixing device of Example 3. 実施例4の定着装置模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a fixing device of Example 4. 蓄熱層の熱容量が大きすぎる場合((a)及び(b):単位表面積あたりの熱容量C/Sが600J/(m・K)より大きい場合)と、適度な場合((c):C/Sが600J/(m・K)以下の場合)を比較したイメージ。When the heat capacity of the heat storage layer is too large ((a) and (b): the heat capacity C / S per unit surface area is larger than 600 J / (m 2 · K)) and when it is moderate ((c): C / An image comparing S with 600 J / (m 2 · K) or less).

符号の説明Explanation of symbols

1・・画像形成装置、2・・感光体、7・・加熱定着装置、21・・板状加熱用ヒータ、21a・・基板、21b・・通電発熱抵抗層、21c・・絶縁保護層、21d・・摺動層、22・・サーミスタ、24・・ヒータホルダ、30・・定着ローラ、31・・芯金、32・・低熱伝導弾性層、33・・高熱伝導層、34・・高熱伝導離型層、41・・芯金、42・・弾性層、43・・離型層、63・・加圧ローラ、Nh・・加熱ニップ、Nt・・定着ニップ部、P・・記録材、T・・トナー   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image forming apparatus 2 ... Photoconductor 7 ... Heat-fixing device 21 ... Heater for plate heating, 21a ... Substrate, 21b ... Heating resistance layer, 21c ... Insulating protective layer, 21d ..Sliding layer 22 ..Thermistor 24 ..Heater holder 30 ..Fixing roller 31 ..Core metal 32 ..Low thermal conductive elastic layer 33 ..High thermal conductive layer 34. Layer, 41 .. core metal, 42 .. elastic layer, 43 .. release layer, 63 .. pressure roller, Nh .. heating nip, Nt .. fixing nip, P .. recording material, T. toner

Claims (8)

断熱性を有する弾性層とこの弾性層よりも外側に設けられており少なくとも一つの層から成る蓄熱層とを有し表面がトナー像と接触する回転可能な加熱部材と、前記加熱部材と共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成するニップ形成部材と、前記加熱部材を外側から加熱するヒータと、を有し、記録材上に形成されたトナー像を加熱する像加熱装置において、
前記蓄熱層の単位表面積あたりの熱容量C/Sが、
100J/(m・K)≦C/S≦600J/(m・K)
を満たしていることを特徴とする像加熱装置。
A rotatable heating member having a heat insulating elastic layer and a heat storage layer comprising at least one layer provided outside the elastic layer, the surface of which is in contact with the toner image, and a recording material together with the heating member In an image heating apparatus that includes a nip forming member that forms a nip portion that sandwiches and conveys the toner, and a heater that heats the heating member from the outside, and that heats a toner image formed on a recording material,
The heat capacity C / S per unit surface area of the heat storage layer is
100 J / (m 2 · K) ≦ C / S ≦ 600 J / (m 2 · K)
An image heating apparatus characterized by satisfying the above.
前記加熱部材の表面の一点が前記ニップ部を通過するのに要する時間をtとすると、前記蓄熱層の単位表面積あたりの熱容量C/Sが、
C/S[J/(m・K)]≦10000[J/(s・m・K)]×t[s]
を満たしていることを特徴とする請求項1に記載の像加熱装置。
When the time required for one point of the surface of the heating member to pass through the nip portion is t, the heat capacity C / S per unit surface area of the heat storage layer is
C / S [J / (m 2 · K)] ≦ 10000 [J / (s · m 2 · K)] × t [s]
The image heating apparatus according to claim 1, wherein:
前記加熱部材の周速が異なる複数の加熱モードを有しており、前記加熱部材の周速が最も早い加熱モードにおいて前記加熱部材の表面の一点が前記ニップ部を通過するのに要する時間をtとすると、前記蓄熱層の単位表面積あたりの熱容量C/Sが、
C/S[J/(m・K)]≦10000[J/(s・m・K)]×t[s]
を満たしていることを特徴とする請求項1に記載の像加熱装置。
The heating member has a plurality of heating modes having different peripheral speeds, and the time required for one point of the surface of the heating member to pass through the nip portion is t in the heating mode in which the peripheral speed of the heating member is the fastest. Then, the heat capacity C / S per unit surface area of the heat storage layer is
C / S [J / (m 2 · K)] ≦ 10000 [J / (s · m 2 · K)] × t [s]
The image heating apparatus according to claim 1, wherein:
前記弾性層の熱伝導率は0.20W/(m・K)以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の像加熱装置。   The image heating apparatus according to claim 1, wherein the elastic layer has a thermal conductivity of 0.20 W / (m · K) or less. 前記蓄熱層の厚みは30μm以上400μm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の像加熱装置。   The image heating apparatus according to claim 1, wherein a thickness of the heat storage layer is 30 μm or more and 400 μm or less. 表面が記録材上のトナー像と接触する回転可能な加熱部材と、前記加熱部材と共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成するニップ形成部材と、前記加熱部材を外側から加熱するヒータと、を有する像加熱装置に用いられる加熱部材において、
断熱性を有する弾性層と、前記弾性層よりも外側に設けられており少なくとも一つの層から成る蓄熱層と、を有し、前記蓄熱層の単位表面積あたりの熱容量C/Sが
100J/(m・K)≦C/S≦600J/(m・K).
を満たしていることを特徴とする加熱部材。
A rotatable heating member whose surface is in contact with the toner image on the recording material; a nip forming member that forms a nip portion that sandwiches and conveys the recording material together with the heating member; and a heater that heats the heating member from the outside. In the heating member used in the image heating apparatus having,
An elastic layer having heat insulation properties, and a heat storage layer that is provided outside the elastic layer and includes at least one layer, and a heat capacity C / S per unit surface area of the heat storage layer is 100 J / (m 2 · K) ≦ C / S ≦ 600 J / (m 2 · K).
A heating member characterized by satisfying
前記弾性層の熱伝導率は0.20W/(m・K)以下であることを特徴とする請求項6に記載の加熱部材。   The heating member according to claim 6, wherein the elastic layer has a thermal conductivity of 0.20 W / (m · K) or less. 前記蓄熱層の厚みは30μm以上400μm以下であることを特徴とする請求項6又は7に記載の加熱部材。   The heating member according to claim 6 or 7, wherein the heat storage layer has a thickness of 30 µm or more and 400 µm or less.
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