JP5582595B2 - Elastic roller and fixing device used in image forming apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、画像形成装置に使用される弾性ローラ及び定着装置に関し、さらに詳しくは、画像形成装置に使用される、耐久性に優れた弾性ローラ及び定着装置に関する。 The present invention relates to an elastic roller and a fixing device used in an image forming apparatus, and more particularly to an elastic roller and a fixing device excellent in durability used in an image forming apparatus .
レーザープリンター及びビデオプリンター等のプリンター、複写機、ファクシミリ、これらの複合機等には、電子写真方式を利用した各種の画像形成装置が採用されている。画像形成装置は、記録体に転写された現像剤像を記録体に定着させるため、定着ローラ及び/又は加熱ローラ等を有する定着装置等を備えている。このような定着装置に採用される定着ローラ及び加熱ローラは、通常、軸体の外周面に形成された発泡弾性層を備えている。 Various image forming apparatuses using an electrophotographic system are employed in printers such as laser printers and video printers, copiers, facsimiles, and multi-function machines thereof. The image forming apparatus includes a fixing device having a fixing roller and / or a heating roller in order to fix the developer image transferred to the recording member to the recording member. A fixing roller and a heating roller employed in such a fixing device usually include a foamed elastic layer formed on the outer peripheral surface of the shaft body.
軸体の外周面に形成された発泡弾性層を備えてなる定着ローラとして、例えば、「金属製芯金と、該金属製芯金を被覆する発泡シリコーンゴム層とを有し、前記発泡シリコーンゴム層中の芯金側領域の平均セル径が、外側領域の平均セル径よりも小さいことを特徴とするスポンジロール」が特許文献1に記載されている。
Examples of the fixing roller provided with the foamed elastic layer formed on the outer peripheral surface of the shaft include, for example, “a metal cored bar and a foamed silicone rubber layer that covers the metal cored bar, and the foamed silicone
しかし、特許文献1に記載のスポンジロールを画像形成装置の定着装置に定着ローラとして装着して、画像形成装置を稼動させると、装着された前記スポンジロールはその表面特に発泡シリコーンゴム層が破壊されて亀裂が生じやすく、短時間で所望の機能を発揮できなくなるほど劣化してしまうことがあった。故に、このようなスポンジロールが装着された定着装置及び画像形成装置は長期間にわたって使用することができず、スポンジローラの耐久性向上が望まれていた。
However, when the sponge roll described in
この発明は、画像形成装置に使用される、耐久性に優れた弾性ローラ及び定着装置を提供することを、目的とする。 It is an object of the present invention to provide an elastic roller and a fixing device that are used in an image forming apparatus and have excellent durability.
前記課題を解決するための手段として、
請求項1は、軸体と、軸体の外周面に形成された発泡弾性層とを備えた弾性ローラであって、前記発泡弾性層は、前記軸体の外周面側から順に第1領域、第2領域及び第3領域に区分けされたときに、前記第1領域に含まれるセルの平均セル径A、前記第2領域に含まれるセルの平均セル径B、及び、前記第3領域に含まれるセルの平均セル径Cが下記関係を満たすことを特徴とする画像形成装置に使用される弾性ローラであり、
B > A > C
請求項2は、前記発泡弾性層は、シリコーンゴム組成物を硬化してなることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置に使用される弾性ローラであり、
請求項3は、請求項1又は2に記載の画像形成装置に使用される弾性ローラを備えたことを特徴とする定着装置である。
As means for solving the problems,
B>A> C
The elastic foam used in the image forming apparatus according to
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fixing device comprising an elastic roller used in the image forming apparatus according to the first or second aspect.
この発明に係る画像形成装置に使用される弾性ローラは、前記軸体の外周面側から順に第1領域、第2領域及び第3領域に区分けされたときに、前記第1領域に含まれるセルの平均セル径A、前記第2領域に含まれるセルの平均セル径B、及び、前記第3領域に含まれるセルの平均セル径Cが前記関係を満たす発泡弾性層を備えているから、軸体との高い密着性と画像形成装置に使用される弾性ローラに要求される硬度とを実現することができると共に、最も小さい平均セル径Cを有するセルが形成された第3領域によって、定着装置に装着されたときの荷重が分散されて第3領域の構造が破壊されることを防止することができる。したがって、この発明によれば、画像形成装置に使用される、耐久性に優れた弾性ローラ、及び、この発明に係る画像形成装置に使用される弾性ローラを備えて成る、耐久性に優れた定着装置を提供することができる。 The elastic roller used in the image forming apparatus according to the present invention includes a cell included in the first region when the elastic roller is divided into a first region, a second region, and a third region in order from the outer peripheral surface side of the shaft body. The average cell diameter A, the average cell diameter B of the cells included in the second region, and the average cell diameter C of the cells included in the third region are provided with a foamed elastic layer that satisfies the above relationship. It is possible to achieve high adhesion to the body and hardness required for the elastic roller used in the image forming apparatus, and the fixing device is provided by the third region in which the cells having the smallest average cell diameter C are formed. It is possible to prevent the structure of the third region from being broken due to the distribution of the load when mounted on the. Therefore, according to the present invention, it is used in an image forming apparatus, Durable elastic roller, and comprising an elastic roller for use in an image forming apparatus according to the present invention, fixing Durable An apparatus can be provided.
図1及び図2に示されるように、この発明に係る画像形成装置に使用される弾性ローラ(以下において、「画像形成装置に使用される弾性ローラ」を単に「弾性ローラ」と称することがある。)の一実施例としての弾性ローラ1Aは、軸体2と、軸体2の外周面に形成された発泡弾性層3とを備えて成る。
As shown in FIGS. 1 and 2, an elastic roller used in the image forming apparatus according to the present invention (hereinafter, “an elastic roller used in the image forming apparatus” may be simply referred to as an “elastic roller”).
軸体2は、良好な導電特性を有していればよく、通常、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等で構成された所謂「芯金」と称される軸体である。また、軸体2は、熱可塑性樹脂若しくは熱硬化性樹脂等の絶縁性芯体にメッキを施して導電化した軸体であってもよく、さらには、熱可塑性樹脂若しくは熱硬化性樹脂等に導電性付与剤としてカーボンブラック又は金属粉体等を配合した導電性樹脂で形成された軸体であってもよい。
The
発泡弾性層3は、軸体2の外周面に一層構造に形成され、その内部及び/又は外表面にセル(図1において図示しない。)を有している。発泡弾性層3がセルを有していると、発泡弾性層3の硬度が低下して、弾性ローラ1の機能を向上させることができる。ここで、発泡弾性層3が有するセルは、発泡弾性層3を形成する後述のゴム組成物に含有される発泡剤の発泡又は分解等によって生じる中空領域をいう。発泡弾性層3が有する複数のセルは、他のセルに接することのない若しくは連通することのない状態(独立セル状態と称する。)、他のセルに接し若しくは連通している状態(連通セル状態と称する。)、又は、前記独立セル状態と前記連通セル状態とが共存する状態の何れの状態にあってもよい。発泡弾性層3は、画像形成装置に用いられる各種ローラに応じて、セルの大きさ、存在率等が決定される。
The foamed
図2(図2において、断面を示す斜線(ハッチング)を省略してある。)に示されるように、発泡弾性層3は、前記軸体2の外周面側から順に第1領域3A、第2領域3B及び第3領域3Cに区分けされたときに、前記第1領域3Aに含まれるセル7Aの平均セル径A、前記第2領域3Bに含まれるセル7Bの平均セル径B、及び、前記第3領域3Cに含まれるセル7Cの平均セル径CがB>A>Cの関係を満たす。このように、発泡弾性層3は、その厚さ方向に軸体2の外周面側から3つの領域に区分けされたときに、発泡弾性層3の内周面側(軸体2の外周面側)から外周面側に向かう領域に含まれるセルの平均セル径が小、大、中の関係を有している。
As shown in FIG. 2 (in FIG. 2, hatching indicating a cross section is omitted), the foamed
本願発明者は、発泡弾性層3がこのような特徴を有していると、軸体2との高い密着性を確保しつつ画像形成装置に装着される弾性ローラとして要求される硬度を保持することができると共に、最も小さい平均セル径Cを有するセルが形成された第3領域によって、定着装置に装着されたときの荷重が分散されて第3領域の構造が破壊されることを長期間にわたって防止することができることを見出して、この発明を完成した。
When the foamed
すなわち、本願発明者は、発泡弾性層3における第1領域3A、第2領域3B及び第3領域3Cの下記機能を見出し、さらに、これらの機能が相乗的に発揮されることによって、この発明の目的をよく達成することができることを、見出した。
That is, the inventor of the present application finds the following functions of the
発泡弾性層3における第1領域3Aは、主に、発泡弾性層3における硬度の発現及び軸体2との密着性の確保に、貢献する。発泡弾性層3における第2領域3Bは、主に、発泡弾性層3における硬度の発現に、貢献する。発泡弾性層3における第3領域3Cは、主に、発泡弾性層3における表面劣化防止に、貢献する。すなわち、発泡弾性層3の表面近傍の第3領域がこのようなセル7Cを有していると、定着装置に装着されて、発泡弾性層3に大きな荷重がかけられても、微細なセル7C以外の部分、換言すると、セル7Cが形成されてないセル壁に、前記荷重が均等にかかって分散されるから、発泡弾性層3の表面近傍のセル構造が破壊され、亀裂等の発生を長期間にわたって防止することができる。
The
この発明において、前記のように区分けされた第1領域3A、第2領域3B及び第3領域3Cは、前記軸体2の外周面側から順に発泡弾性層3の厚さ方向に3:6:1の割合で区分けされた領域とされるのが好ましい。第1領域3A、第2領域3B及び第3領域3Cが前記割合で区分けされたときにセル径A、B及びCが前記関係を満足すると、第1領域3A、第2領域3B及び第3領域3Cによる効果が相乗的に発揮され、軸体2とのより一層高い密着性と弾性ローラに要求される所望の硬度を実現することができると共に、定着装置に装着されたときの荷重が均一に分散されて第3領域の構造が破壊されることを長期間にわたって高度に防止することができる。
In the present invention, the
発泡弾性層3に形成されるセルの平均セル径等は、前記関係を満足する限り特に限定されず、用途等に応じて適宜調整される。例えば、画像形成装置の定着装置における定着ローラ又は加熱ローラとして弾性ローラ1が用いられる場合には、発泡弾性層3のセルの平均セル径は、前記関係式を満足するように、以下の範囲から選択されるのが好ましい。すなわち、第1領域3Aに存在するセル7Aの平均セル径は、80〜750μmであるのが好ましく、150〜450μmであるのが特に好ましい。第2領域3Bに存在するセル3Bの平均セル径は、100〜800μmであるのが好ましく、200〜500μmであるのが特に好ましい。第3領域3Cに存在するセル7Cの平均セル径は、60〜700μmであるのが好ましく、100〜400μmであるのが特に好ましい。第1領域3A、第2領域3B及び第3領域3Cそれぞれに存在するセル7A、7B及び7Cの平均セル径が前記関係式を満足するように、以下の範囲から選択されると、軸体2との高い密着性を確保しつつ定着ローラ又は加熱ローラとして要求される硬度を十分に保持することができると共に、弾性ローラ1の耐久性をさらに向上させることができる。セルの平均セル径は、発泡弾性層3の各領域3A、3B及び3Cの表面又は任意の面で切断したときの切断面において、約20mm2の領域を電子顕微鏡等で観察し、観察視野内に存在する各セルにおける開口部の最大長さを測定して、測定された最大長さを算術平均して得られた平均長さとして、求める。なお、発泡弾性層3における平均セル径は、発泡弾性層3を形成する後述するゴム組成物に含有される発泡剤の配合量、ゴム組成物の硬化条件等により、調整することができる。
The average cell diameter or the like of the cells formed in the foamed
発泡弾性層3は、20〜60のアスカーC硬度を有しているのが好ましく、25〜45のアスカーC硬度を有しているのが特に好ましい。発泡弾性層3が前記範囲のアスカーC硬度を有していると、画像形成装置等に装着される弾性ローラとしての機能を十分に発揮することができる。アスカーC硬度は、JIS K6253に準拠して測定することができる。
The foamed
発泡弾性層3の厚さは特に限定されないが、通常、2〜20mmに調整されるのが好ましく、3〜12mmに調整されるのが特に好ましい。
The thickness of the foamed
発泡弾性層3を形成するゴム組成物は、ゴムと、発泡剤と、所望により各種添加剤等とを含有する組成物であればよく、例えば、発泡シリコーンゴム系組成物及び発泡ウレタンゴム系組成物等が好ましく挙げられる。発泡シリコーンゴム系組成物は、耐熱性、耐久性及び耐残留歪み特性等に優れ、画像形成装置の高速運転にも耐えられる好適なゴム組成物である。このような発泡シリコーンゴム系組成物として、付加反応型発泡シリコーンゴム組成物が特に好ましい。発泡剤としては、従来、発泡ゴムに用いられる発泡剤であればよく、例えば、無機系発泡剤として、重炭酸ソーダ、炭酸アンモニウム等が挙げられ、有機系発泡剤として、ジアゾアミノ誘導体、アゾニトリル誘導体、アゾジカルボン酸誘導体等の有機アゾ化合物等が挙げられる。通常、ゴムに連通セルを形成する場合には無機系発泡剤が用いられ、独立セルを形成する場合には有機系発泡剤が用いられる。弾性ローラ1においては、発泡剤は、独立セル状態のセルを形成することができる点で、有機系発泡剤であるのがよく、具体的には、例えば、アゾジカルボン酸アミド、アゾビス−イソブチロニトリル等のアゾ化合物が好適に使用される。特に、ジメチル−1,1’−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボキシレート)が好適に使用できる。
The rubber composition forming the foamed
付加反応型発泡シリコーンゴム組成物は、ビニル基含有シリコーン生ゴムと、シリカ系充填材と、前記発泡剤と、付加反応架橋剤と、付加反応触媒と、反応制御剤とを含有し、所望により、さらに、有機過酸化物架橋剤と耐熱性向上剤と各種添加剤とを含有してもよい。このような付加反応型発泡シリコーンゴム組成物として、例えば、特開2008−076751号公報に記載されている付加反応型発泡シリコーンゴム組成物が挙げられる。なお、前記ビニル基含有シリコーン生ゴム、前記シリカ系充填材及び前記各種添加剤を含有するシリコーンゴム組成物として、例えば、信越化学工業株式会社製の商品名「KEシリーズ」及び「KEGシリーズ」等を容易に入手することができる。 The addition reaction type foamed silicone rubber composition contains a vinyl group-containing silicone raw rubber, a silica-based filler, the foaming agent, an addition reaction crosslinking agent, an addition reaction catalyst, and a reaction control agent. Furthermore, you may contain an organic peroxide crosslinking agent, a heat resistance improver, and various additives. As such an addition reaction type | mold foaming silicone rubber composition, the addition reaction type | mold foaming silicone rubber composition described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2008-076751 is mentioned, for example. In addition, as a silicone rubber composition containing the vinyl group-containing silicone raw rubber, the silica-based filler, and the various additives, for example, trade names “KE series” and “KEG series” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. It can be easily obtained.
この発明に係る弾性ローラの別の一実施例としての弾性ローラ1Bは、図3に示されるように、軸体2と、その外周面に形成された発泡弾性層3と、発泡弾性層3の外周面上に形成されたチューブ層4とを備えてなる。弾性ローラ1Bにおける軸体2及び発泡弾性層3は、弾性ローラ1Aにおける軸体2及び発泡弾性層3と基本的に同様である。したがって、弾性ローラ1Bの発泡弾性層3は、第1領域3Aに含まれるセル7Aの平均セル径A、第2領域3Bに含まれるセル7Bの平均セル径B、及び、第3領域3Cに含まれるセル7Cの平均セル径CがB>A>Cの関係を満たしている。
As shown in FIG. 3, an
チューブ層4は、後述する材料によって、発泡弾性層3の外周面に形成されている。発泡弾性層3の外表面にチューブ層4が形成されていると、現像剤の離型性を向上させることができる。チューブ層4は、例えば、1〜100μmの厚さに形成される。
The
チューブ層4を形成する材料は、特に制限されるものではないが、弾性ローラ1Bは被当接体に当接又は圧接されるから、永久変形しにくい材料であるのが好ましく、例えば、アルキッド樹脂、フェノール変性・シリコーン変性等のアルキッド樹脂変性物、オイルフリーアルキッド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミドイミド系樹脂及びこれらの混合物等が挙げられる。また、チューブ層4は、金属製スリーブであってもよく、チューブ層4を形成する金属としては、例えば、鉄、ステンレス鋼、ニッケル等の高い熱伝導を有する金属が挙げられる。
The material for forming the
チューブ層4は、一層構造とされても、二層以上が積層された積層構造とされてもよく、例えば、1〜100μmの厚さに形成される。チューブ層4が金属製である場合には、800〜1300MPa程度の引張強度を有しているのが、発泡弾性層3の内周面からの圧接により変形しにくくなる点で、好ましい。前記引張強度の測定方法は、JIS Z 2241に準拠する。
The
この弾性ローラ1Bは、チューブ層4が薄層であるから、チューブ層4が発泡弾性層3の外周面に形成されても、弾性ローラ1Bは、発泡弾性層3の特性を、チューブ層4を介して、発揮することができる。したがって、この弾性ローラ1Bにおいても、前記弾性ローラ1Aと同様の効果を十分に奏することができる。
In this elastic roller 1B, since the
弾性ローラ1A及び1Bを製造するには、まず、前記材料を用いて公知の方法により軸体2を作成する。軸体2は、所望により、その外周面にプライマー層が塗布される。このようにして作製した軸体2の外周面に、前記ゴム組成物を、押出成形による連続加熱成形、プレス、インジェクションによる型成形等によって、加熱成形する。ゴム組成物の加熱成形においては、まず、軸体2の外周面にゴム組成物を配置する。軸体2の外周面にゴム組成物を配置する方法としては、例えば、押出機等により軸体2とゴム組成物とを一体に分出して、軸体2の外周面にゴム組成物を配置する方法、また、軸体2を収納する金型にゴム組成物を注入して、軸体2の外周面にゴム組成物を配置する方法等が挙げられる。これらの中でも、押出機等により軸体2とゴム組成物とを一体に分出しする方法が、作業が容易で、作業を連続して行うことができる点で、好ましい。
In order to manufacture the
このようにして軸体2の外周面にゴム組成物を配置した後、この状態を維持しつつ、ゴム組成物を加熱する。ゴム組成物の加熱は、ゴム組成物に含まれるゴム、例えば、ビニル基含有シリコーン生ゴムが架橋し、かつ、発泡剤が分解又は発泡するのに十分な条件で行われればよい。例えば、ゴム組成物は、通常、赤外線加熱炉又は熱風炉等の加熱炉、乾燥機等の加熱機等により、170〜500℃程度、特に200〜400℃に加熱され、数分以上1時間以下、特に5〜30分間、加熱される。
Thus, after arrange | positioning a rubber composition to the outer peripheral surface of the
このとき、加熱硬化するゴム組成物に3つの領域を形成するには、例えば、軸体2の外周面に配置されたゴム組成物の加熱方法を選択する方法、又は、ゴム組成物に含有されるゴムの硬化温度とゴム組成物に含有される発泡剤の発泡温度とに応じて、ゴム組成物を加熱する温度及び方法を調整する方法が挙げられる。すなわち、軸体2及び軸体2の外周面に配置されたゴム組成物の外周面から、このゴム組成物を同時に加熱し、好ましくは、軸体2側よりもゴム組成物の外周面側を高い温度に加熱することによって、発泡弾性層3の軸体2側及び外周面側に、その略中央部よりも平均セル径が小さなセルを形成することができる。また、ゴム組成物に含有されるゴム及び発泡剤を適宜選択する方法において、発泡弾性層3内に平均セル径の小さなセルを形成するには、ゴムの硬化温度よりも高い発泡温度を有する発泡剤を選択して、ゴム組成物を加熱してゴムをある程度の硬化させた後、必要により加熱温度を上昇させて発泡剤を発泡させる方法等が、一方、発泡弾性層3内に平均セル径の大きなセルを形成するには、ゴムの硬化温度よりも低い発泡温度を有する発泡剤を選択して、ゴム組成物を加熱して発泡剤をある程度発泡させた後、必要により加熱温度を上昇させてゴムを硬化させる方法等が挙げられる。
At this time, in order to form three regions in the heat-curing rubber composition, for example, a method of selecting a heating method of the rubber composition disposed on the outer peripheral surface of the
軸体2及び軸体2の外周面に配置されたゴム組成物の外周面から、このゴム組成物を同時に加熱する方法として、具体的には、軸体2及び前記付加反応型発泡シリコーンゴム組成物の外周面を例えば150〜350℃に加熱することによって、所定の温度に速やかに加熱される第1領域3A及び第3領域3Cに平均セル径の小さなセル7A及び7Cを形成することができると共に、前記付加反応型発泡シリコーンゴム組成物の熱伝導で所定の温度よりも低温にしかも徐々に加熱される第2領域3Bに平均セル径の大きなセル7Bを形成することができる。前記付加反応型発泡シリコーンゴム組成物等を用いた場合に、発泡弾性層3に3つの領域を容易に形成することができる点で、例えば、軸体2を100〜300℃、ゴム組成物の外周面を150〜350℃に加熱する加熱条件が好ましく、さらに、第1領域3Aのセル7Aの平均セル径を第3領域3Cのセル7Cの平均セル径とよりも大きくするには、軸体2の加熱温度を、ゴム組成物の外周面加熱温度よりも低く設定する手段が好適に挙げられ、例えば、軸体2の加熱温度とゴム組成物の外周面加熱温度との温度差は1〜100℃の範囲に調整する加熱条件が好ましく、40〜100℃の範囲に調整する加熱条件が特に好ましい。
As a method of simultaneously heating the rubber composition from the outer peripheral surface of the
ゴム組成物は、所望により、さらに、二次加熱が行われてもよい。二次加熱は、例えば、前記の条件で架橋されたゴム組成物を、さらに、押出成形された状態のままで、例えば、180〜250℃、好ましくは190〜230℃で、1〜24時間、好ましくは3〜10時間にわたって、又は、金型を用いて、例えば、130〜200℃、好ましくは150〜180℃で、5分以上24時間以下、好ましくは10分以上10時間以下にわたって、再度加熱されることによって、行われる。 If desired, the rubber composition may be further subjected to secondary heating. In the secondary heating, for example, the rubber composition cross-linked under the above-described conditions is further in an extruded state, for example, 180 to 250 ° C, preferably 190 to 230 ° C, for 1 to 24 hours. Heating again for 3 to 10 hours or using a mold, for example, at 130 to 200 ° C., preferably 150 to 180 ° C. for 5 minutes to 24 hours, preferably 10 minutes to 10 hours or less Is done.
このようにして成形されたゴム硬化体は、所望により、所望の大きさ及び形状等に調整する研削工程、研磨工程及び/又は切削工程等が施される。研削工程、研磨工程及び/又は切削工程は、従来から利用されている研削盤、円筒研削盤、やすり等により、定法に従って行うことができる。 The rubber cured body thus molded is subjected to a grinding process, a polishing process and / or a cutting process, etc., which are adjusted to a desired size and shape, if desired. The grinding process, the polishing process, and / or the cutting process can be performed according to a conventional method using a conventionally used grinder, cylindrical grinder, file, or the like.
このようにして形成された発泡弾性層3の外周に、所望により、チューブ層4を形成する。具体的には、チューブ層4は、前記材料を発泡弾性層3の外径とほぼ同じ内径を有する円筒状に予め形成した管体に、発泡弾性層3を挿入して、発泡弾性層3の外表面に形成されるのが、発泡弾性層3の表面に存在する凹凸形状に大きく影響されず、平滑な表面を有するチューブ層4を形成することができる点で、好ましい。もちろん、チューブ層4は、前記材料を、例えば、ディップ法、スプレー法等に従って、発泡弾性層3の外周面に塗布した後、硬化及び/又は架橋して、形成されてもよい。
If desired, a
このようにして、前記特徴を有する発泡弾性層3を軸体2の外周面に備えた弾性ローラ1A及び1Bを製造することができる。
Thus, the
弾性ローラ1A及び1Bにおける発泡弾性層3は、軸体2の外周面側から順に第1領域3A、第2領域3B及び第3領域3Cに区分けされたときに、第1領域3Aに含まれるセル7Aの平均セル径A、前記第2領域3Bに含まれるセル7Bの平均セル径B、及び、前記第3領域3Cに含まれるセル7Cの平均セル径Cが前記関係を満たすから、軸体2との高い密着性と弾性ローラ1に要求される硬度を実現することができると共に第3領域3Cによって、定着装置に装着されたときの荷重が分散されて第3領域3Cの構造が破壊されることを防止することができる。このように、発泡弾性層3は高い耐久性を発揮することができる。そして、弾性ローラ1A及び1Bは前記効果を奏するから、画像形成装置に装着される弾性ローラ、例えば、定着ローラ、加熱ローラ、クリーニングローラ、記録体搬送ローラ等として好適に用いられ、特に、定着ローラ、加熱ローラとして好適に用いられる。
The foamed
この発明に係る弾性ローラは、前記した実施例に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。例えば、弾性ローラ1A及び1Bにおける発泡弾性層3は一層構造に形成されているが、この発明において、発泡弾性層は二層以上の積層構造に形成されてもよく、例えば、第1領域、第2領域及び第3領域がそれぞれ別個に形成された三層の積層構造とされてもよい。
The elastic roller according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within a range in which the object of the present invention can be achieved. For example, the foamed
また、弾性ローラ1A及び1Bにおける発泡弾性層3は同一組成のゴム組成物で形成されているが、この発明において、発泡弾性層は異なる組成を有するゴム組成物で形成されてもよい。例えば、発泡温度の異なる発泡剤をそれぞれ含有するゴム組成物で発泡弾性層を形成することができる。
Moreover, although the foamed
さらに、弾性ローラ1A及び1Bは、発泡弾性層3の外周面にチューブ層4が直接設けられているが、この発明において、チューブ層は接着剤層等を介して発泡弾性層の外周面に形成されてもよい。
Furthermore, in the
この発明に係る弾性ローラは、例えば、図4に示される画像形成装置40、より具体的には、この画像形成装置40の定着装置60に内蔵される定着ローラ61又は加熱ローラ62として、配設される。
The elastic roller according to the present invention is disposed, for example, as the
図4に示されるように、画像形成装置40は、静電潜像が形成される回転可能な像担持体41例えば感光体と、前記像担持体41の周囲に配置された、帯電手段42例えば帯電ローラ、露光手段43、現像手段50、転写手段44例えば転写ローラ及びクリーニング手段45と、記録体46の搬送方向下流側に定着手段60例えば定着装置とを備えている。この現像手段50は、従来の現像手段と基本的に同様に形成され、具体的には、図4に示されるように、現像剤収納部51と、像担持体41に現像剤52を供給する現像剤担持体54と、現像剤52を帯電させる現像剤規制部材55と、現像剤52を均一に攪拌する攪拌機53とを備えている。現像剤52は、一成分系の現像剤であれば、乾式現像剤であっても湿式現像剤であってもよく、また、非磁性現像剤であっても磁性現像剤であってもよい。
As shown in FIG. 4, the
図4に示されるように、定着装置60は、記録体46を通過させる開口65を有する筐体64内に、定着ローラ61と、定着ローラ61と対向配置された加圧ローラ62と、定着ローラ61を外部から加熱する外部加熱手段63とを備え、定着ローラ61と加圧ローラ62とが互いに当接又は圧接するように回転自在に支持されて成る。加圧ローラ62はスプリング等の付勢手段(図示しない。)によって、定着ローラ61に当接又は圧接している。この定着装置60は、外部加熱手段63として加熱用コイルが装備され、誘導加熱方法が採用されている。外部加熱手段63としての加熱用コイルは、定着ローラ61における軸線方向の長さとほぼ同じ長さを有する部材であり、定着ローラ61の表面より一定の間隔を隔てて定着ローラ61に略並行に配置されている。この加熱用コイルは、図示しないが、通常、フェライト等の強磁性体で、スイッチング電源用として用いられている代表的な形状であるI型、E型及びU型等に形成され、導線が巻かれて成る。加熱用コイル63の導線に高周波の交流が通電されると、スリーブ4内に渦電流が発生し、そのジュール熱によって、スリーブ4が誘導加熱され、その結果、定着ローラ61が加熱される。
As shown in FIG. 4, the fixing
この定着装置60において、外部加熱手段63は、誘導加熱方法の他に、ハロゲンヒーター及び反射板等を用いた輻射加熱方法、加熱器等を直接接触させて加熱する直接接触加熱方法等を採用することができ、外部加熱手段63が配置される位置も特に限定されない。なお、この定着装置60は、外部加熱手段63に代えて、又は、外部加熱手段63に加えて、内部加熱手段を採用することもできる。
In the fixing
画像形成装置40は、次のように作用する。まず、図4の矢印に示されるように、像担持体41が時計方向に回転しつつ、クリーニング手段45によってその表面の現像剤52及び/又はゴミ等が除去された後、帯電手段42によって一様に帯電され、次いで、露光手段43によって画像が露光され、像担持体41の表面に静電潜像が形成される。
The
一方、現像手段50において、現像剤担持体54が図4に示される矢印方向に回転することによって、現像剤52が現像剤担持体54に供給され、供給された現像剤52が現像剤担持体54と現像剤規制部材55との間を通過して、所望の層厚に規制されると共に所望のように帯電される。
On the other hand, in the developing means 50, the
次いで、所望の層厚及び帯電量を有する現像剤52が現像剤担持体54を介して像担持体41に供給され、像担持体41に形成された静電潜像が現像剤52によって現像されて、この静電潜像が現像剤像として可視化される。次いで、像担持体41上に現像された現像剤像は、像担持体41と転写手段44との間に搬送される記録体46上に転写手段44によって転写される。現像剤像が転写された記録体46は、定着装置60に搬送され、加圧ローラ62と加熱用コイル63によって加熱された定着ローラ61との当接部又は圧接部を通過する際に、加熱及び/又は加圧されて、転写された現像剤像(静電潜像)が永久画像として記録体46に定着される。このようにして、記録体46に画像を形成することができる。
Next, a
この画像形成装置40において、弾性ローラ1は定着ローラ61又は加熱ローラ62として装着されているが、この弾性ローラ1は、前記したように、弾性ローラ1に要求される硬度を実現することができると共に耐久性に優れているから、画像形成装置40を長期間にわたって稼動させても、弾性ローラ1の破損等によって定着装置60の機能が短時間で損なわれることはない。したがって、この定着装置60及び画像形成装置40は、長期間にわたって稼動することができ、その耐久性に優れる。すなわち、この発明によれば、耐久性に優れた定着装置及び画像形成装置を提供するという目的を達成することができる。
In the
画像形成装置40は、電子写真方式の画像形成装置とされているが、弾性ローラ1が配設される画像形成装置は、電子写真方式には限定されず、例えば、静電方式の画像形成装置であってもよい。また、画像形成装置40は、現像手段に単色の現像剤のみを収容するモノクロ画像形成装置とされているが、弾性ローラ1が配設される画像形成装置は、モノクロ画像形成装置に限定されず、カラー画像形成装置であってもよい。カラー画像形成装置としては、例えば、像担持体上に担持された現像剤像を中間転写体に順次一次転写を繰り返す4サイクル型カラー画像形成装置、各色毎の現像手段を備えた複数の像担持体を中間転写体や転写搬送ベルト上に直列に配置したタンデム型カラー画像形成装置等が挙げられる。画像形成装置40は、例えば、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置とされる。
The
この発明において、定着装置60は外部加熱方式であるが、この発明において、定着装置は、外部加熱手段63の代わりに、ヒータ等の発熱器が収納された定着ローラ61及び加圧ローラ62を用いる内部加熱方式であってもよい。
In this invention, the fixing
(実施例1)
まず、無電解ニッケルメッキ処理が施された軸体(直径12mm×長さ350mm、SUM22)をトルエンで洗浄し、プライマー「No.101A/B」(信越化学工業株式会社製:商品名)を塗布した。プライマー処理した軸体を、ギアーオーブンを用いて、180℃の温度にて30分焼成処理した後、常温にて30分以上冷却し、プライマー層を形成した。
Example 1
First, an electroless nickel-plated shaft (diameter 12 mm x length 350 mm, SUM22) was washed with toluene, and primer “No. 101A / B” (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .: trade name) was applied. did. The primer-treated shaft was fired at 180 ° C. for 30 minutes using a gear oven, and then cooled at room temperature for 30 minutes or more to form a primer layer.
次いで、ビニル基含有シリコーン生ゴムとシリカ系充填材とを含むシリコーンゴム組成物「KE−904FU」(信越化学工業株式会社製:商品名)100質量部と、付加反応架橋剤「C−153A」(信越化学工業株式会社製:商品名)2.0質量部と、有機系発泡剤:アゾビス−イソブチロニトリル「KEP−13」(信越化学工業株式会社製:商品名)2.5質量部と、付加反応触媒としての白金触媒適量と、反応制御剤「R−153A」(信越化学工業株式会社製:商品名)0.5質量部と、有機過酸化物架橋剤「C−3」(信越化学工業株式会社製:商品名)適量と、耐熱性向上剤「KEP−12」(信越化学工業株式会社製:商品名)1.0質量部とを、二本ロールで十分に混練して、付加反応型発泡シリコーンゴム組成物を調整した。 Subsequently, 100 parts by mass of a silicone rubber composition “KE-904FU” (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .: trade name) containing a vinyl group-containing silicone raw rubber and a silica-based filler, and an addition reaction crosslinking agent “C-153A” ( Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .: trade name: 2.0 parts by mass; Organic foaming agent: Azobis-isobutyronitrile “KEP-13” (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .: trade name): 2.5 parts by mass An appropriate amount of platinum catalyst as an addition reaction catalyst, 0.5 parts by mass of a reaction control agent “R-153A” (trade name, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and an organic peroxide cross-linking agent “C-3” (Shin-Etsu) Chemical Industry Co., Ltd .: trade name) appropriate amount and heat resistance improver “KEP-12” (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .: trade name) 1.0 part by mass sufficiently kneaded with two rolls, Preparation of addition reaction type foamed silicone rubber composition It was.
次いで、プライマー層を形成した軸体2と、付加反応型発泡シリコーンゴム組成物とを、押出成形機にて一体分出して、軸体2の外周面に付加反応型発泡シリコーンゴム組成物を配置した。このようにして、軸体2の外周面に付加反応型発泡シリコーンゴム組成物を配置したローラ原体の軸体2に電熱器を接続した状態で軸体2を150℃に加熱すると共に、このローラ原体を200℃に調整された加熱器に入れて、付加反応型発泡シリコーンゴム組成物の軸体2側及び外周面側から同時に30分間にわたって加熱した。その後、軸体2から電熱器を取り外したローラ原体を、さらに、ギアーオーブンで200℃、7時間にわたって、発泡架橋後の付加反応型発泡シリコーンゴム組成物を二次加熱し、常温にて1時間放置した。二次加熱してなる付加反応型発泡シリコーンゴム組成物を、円筒研削盤にて、29mmの外径に調整して、軸体2の外周面に発泡弾性層3を備えた実施例1の弾性ローラを製造した。この弾性ローラのアスカーC硬度は30であった。
Next, the
(比較例1)
実施例1と同様にしてローラ原体を作製した。このローラ原体の軸体2を250℃に10分間加熱後に、ローラ原体を200℃に調整された加熱器に入れて30分間加熱した。その後、実施例1と同様にして二次加熱及び研削して、比較例1の弾性ローラを製造した。この弾性ローラのアスカーC硬度は30であった。
(Comparative Example 1)
A roller original was produced in the same manner as in Example 1. After the roller
このようにして製造した実施例1及び比較例1の弾性ローラを軸線に垂直な平面で切断し、発泡弾性層3の切断面における各領域に形成されていたセルの平均セル形を前記方法により測定した。発泡弾性層3の各領域は、発泡弾性層3の厚さが8.5mmであるから、第1領域3Aは軸体2の外周面から約2.6mmまでの厚さを有する領域とし、第2領域3Bは軸体2の外周面から約2.6〜7.6mmまでの厚さを有する領域とし、第3領域3Cは軸体2の外周面から約7.6〜8.5mmまでの厚さを有する領域とした。
The elastic rollers of Example 1 and Comparative Example 1 manufactured in this way were cut along a plane perpendicular to the axis, and the average cell shape of the cells formed in each region on the cut surface of the foamed
その結果、実施例1の弾性ローラにおける第1領域3Aの平均セル径は410μm、第2領域3Bの平均セル径は480μm、第3領域3Cの平均セル径は360μmであった。比較例1の弾性ローラにおける第1領域3Aの平均セル径は430μm、第2領域3Bの平均セル径は520μm、第3領域3Cの平均セル径は530μmであった。なお、比較例1の弾性ローラは、特許文献1に対応し、軸体2側の領域(軸体2の外周面から約4.3mmまでの領域)の平均セル径は、外側領域(軸体2の外周面から約4.3〜8.5mmまでの領域)の平均セル径よりも小さかった。
As a result, in the elastic roller of Example 1, the average cell diameter of the
(耐久性試験)
図5に記載された耐久性試験装置70を用いて、実施例1及び比較例1の弾性ローラの耐久性試験を下記方法で行った。具体的には、この耐久性試験装置70は、筐体内部の下面に固定され、内部ヒータ72を備えた加熱ローラ71と、この加熱ローラ71の軸方向に沿って、その両側に設けられた保温材73と、加熱ローラ71と対向するように、筐体内部の上面に上下動可能に設けられた試験ローラ装着部74と、試験ローラ装着部74を上下に移動可能な押圧力調整手段75、例えば、押圧調整用マイクロメータとを備えている。なお、加熱ローラ71として、直径20mmの金属(ステンレス鋼、SUS304)製ローラを用いた。
(Durability test)
The durability test of the elastic roller of Example 1 and Comparative Example 1 was performed by the following method using the
製造した各弾性ローラを、試験ローラ装着部74のベアリングに装着し、図5に示されるように、押圧力調整手段75を操作して、装着した弾性ローラ(図5において、「弾性ローラ76」)を加熱ローラ71に圧接し、加熱ローラ71と弾性ローラ76との圧接部において、弾性ローラ76における発泡弾性層が内部に3mm凹陥するように、弾性ローラ76を固定した(すなわち、弾性ローラ76の外径と加熱ローラ71との外径の和よりも3mm短くなるように、弾性ローラ76の中心軸と加熱ローラ71の中心軸との距離dを調節した。)。次いで、保温材73及び内部ヒータ72を起動し、加熱ローラ71の表面温度を180℃に調節した。その後、試験ローラ装着部74に装備された駆動手段(図示しない。)により、弾性ローラ76の表面に亀裂が生じるまで、弾性ローラ76を回転速度180rpmで回転駆動させた。亀裂の発生は、所定時間経過後に弾性ローラ76の回転を止めてその表面を目視して、確認した。
Each manufactured elastic roller is mounted on the bearing of the test roller mounting portion 74, and as shown in FIG. 5, the pressing force adjusting means 75 is operated to mount the mounted elastic roller (“
その結果、表面に亀裂が生じるまでに、比較例1の弾性ローラは210時間を要したのに対して、実施例1の弾性ローラ1は1.5倍以上の330時間という長時間を要した。
As a result, the elastic roller of Comparative Example 1 required 210 hours before the surface cracked, whereas the
1A、1B 弾性ローラ
2 軸体
3 発泡弾性層
3A 第1領域
3B 第2領域
3C 第3領域
4 チューブ層
7A、7B、7C セル
40 画像形成装置
41 像担持体
42 帯電手段
43 露光手段
44 転写手段
45 クリーニング手段
46 記録体
50 現像手段
51 現像剤収納部
52 現像剤
53 攪拌機
54 現像剤担持体
55 現像剤規制部材
60 定着装置
61 定着ローラ
62 加圧ローラ
63 外部加熱手段
64 筐体
65 開口
70 耐久性試験装置
71 加熱ローラ
72 内部ヒータ
73 保温材
74 試験ローラ装着部
75 押圧力調整手段
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記発泡弾性層は、前記軸体の外周面側から順に第1領域、第2領域及び第3領域に区分けされたときに、前記第1領域に含まれるセルの平均セル径A、前記第2領域に含まれるセルの平均セル径B、及び、前記第3領域に含まれるセルの平均セル径Cが下記関係を満たすことを特徴とする画像形成装置に使用される弾性ローラ。
B > A > C An elastic roller comprising a shaft body and a foamed elastic layer formed on the outer peripheral surface of the shaft body,
When the foamed elastic layer is divided into a first region, a second region, and a third region in order from the outer peripheral surface side of the shaft body, the average cell diameter A of the cells included in the first region, the second An elastic roller used in an image forming apparatus , wherein an average cell diameter B of cells included in an area and an average cell diameter C of cells included in the third area satisfy the following relationship:
B>A> C
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