JP6105128B1 - Pressure roller - Google Patents
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Abstract
【課題】加圧ローラの回転時に発生する応力集中による、弾性層自体の破壊を抑制する。【解決手段】芯金1の外周に設けた弾性層2において、弾性層2の芯金1近傍における許容伸び率が、弾性層2の外周近傍の許容伸び率よりも高くなるよう加圧ローラ4を構成し、加圧ローラ4と定着ベルトでニップ部を形成した定着装置において定着動作を行う際、加圧ローラ4の表面に定着ベルトとの接触による抵抗が発生した状態で、加圧ローラ4が回転する。この際、弾性層2に応力集中が発生し、この応力集中は弾性層2に伸びを発生させる力として作用することになる。【選択図】図2Disruption of an elastic layer itself due to stress concentration generated when a pressure roller rotates is suppressed. In an elastic layer provided on the outer periphery of a metal core, a pressure roller is set so that an allowable elongation ratio in the vicinity of the metal core of the elastic layer is higher than an allowable elongation ratio in the vicinity of the outer periphery of the elastic layer. When the fixing operation is performed in the fixing device in which the nip portion is formed by the pressure roller 4 and the fixing belt, the pressure roller 4 is in a state in which resistance is generated on the surface of the pressure roller 4 due to contact with the fixing belt. Rotates. At this time, stress concentration occurs in the elastic layer 2, and this stress concentration acts as a force for generating elongation in the elastic layer 2. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、電子写真複写機、ファクシミリ、あるいはプリンタ等の画像形成装置において、転写紙などの転写材上に転写されたトナー画像を加熱により定着する定着部に用いられる加圧ローラに関する。 The present invention relates to a pressure roller used in a fixing unit that fixes a toner image transferred onto a transfer material such as transfer paper by heating in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a facsimile, or a printer.
トナー像を定着する定着装置として、ヒータを内蔵した加熱ローラ(ヒートローラ)と定着ローラ、これらのローラに張架されるエンドレスの定着ベルト、及び加圧ローラからなるベルト定着方式の装置が、ウォーミングアップ時間の短縮、並びに省エネの観点から、盛んに使用されるようになって来ている。
さらに、動作速度の高速化への要求も以前にもまして、強くなってきている。
これらの要求に対応する為には、定着ベルトと加圧ローラとにより形成されるニップ部の幅を大きくすることが必要となる。
As a fixing device for fixing a toner image, a heating roller (heat roller) with a built-in heater and a fixing roller, an endless fixing belt stretched around these rollers, and a belt fixing type device including a pressure roller are warmed up. From the viewpoint of time saving and energy saving, it is actively used.
Furthermore, the demand for higher operating speed has become stronger than before.
In order to meet these requirements, it is necessary to increase the width of the nip portion formed by the fixing belt and the pressure roller.
通常、ニップ幅を大きくする方法として、加圧ローラを構成する弾性層の硬度を低くする方法が取られている。弾性層の硬度を低くするための方法としては、弾性層を低硬度の材料で形成する、弾性層をスポンジ状に形成するといった方法が知られている。 Usually, as a method of increasing the nip width, a method of reducing the hardness of the elastic layer constituting the pressure roller is taken. As a method for reducing the hardness of the elastic layer, a method is known in which the elastic layer is formed of a low-hardness material and the elastic layer is formed in a sponge shape.
弾性層をスポンジ状に形成する方法として、特許文献1、2に記載のものなどが知られている。
特許文献1では、芯金の外周に発泡性シリコーンゴム等の弾性体を単体で押出成型後、加硫・熱処理して発泡性シリコーンゴムを発泡させて発泡ゴム被覆層を形成する方法が開示されている。
As a method for forming the elastic layer in a sponge shape, those described in
Patent Document 1 discloses a method of forming a foamed rubber coating layer by extruding an elastic body such as foamable silicone rubber on the outer periphery of a core metal, and then foaming the foamable silicone rubber by vulcanization and heat treatment. ing.
特許文献2では、あらかじめ作成した発泡シリコーンゴムからなるチューブを芯金上に接着剤等を用いて被覆する方法が開示されている。
しかしながら、このようなスポンジ状の弾性層は、弾性材料が網目状に形成された構造であるため、強い力が作用した際に網目状構造が破壊されやすく、強度の面では好ましくない構造である。
特に、定着装置の動作時には、加圧ローラの表面に定着ベルトとの接触抵抗が発生した状態で加圧ローラが回転するため、加圧ローラの回転時には最も変形が起きやすく、かつ多数の空孔を有するスポンジ状弾性層に図1に示したような応力集中が発生し、その網目状構造が徐々に破壊されていき、最終的に弾性層自体が破壊されてしまう事態もある。この応力集中は加圧ローラの回転軸に近いほど大きくなるため、特に弾性層の芯金近傍で破壊が起きやすい。
However, such a sponge-like elastic layer has a structure in which an elastic material is formed in a mesh shape. Therefore, the network structure is easily broken when a strong force is applied, and is not preferable in terms of strength. .
In particular, during the operation of the fixing device, the pressure roller rotates while the contact resistance with the fixing belt is generated on the surface of the pressure roller. A stress concentration as shown in FIG. 1 occurs in the sponge-like elastic layer having, and the network structure is gradually destroyed, and eventually the elastic layer itself may be destroyed. Since this stress concentration becomes larger as it approaches the rotation axis of the pressure roller, the stress is likely to break particularly near the core of the elastic layer.
本発明の課題は、加圧ローラの回転時に発生する応力集中による、弾性層の破壊を抑制することにある。 An object of the present invention is to suppress the destruction of the elastic layer due to stress concentration generated when the pressure roller rotates.
本発明者らは、弾性層の破壊を抑制する方法を鋭意検討した結果、加圧ローラの回転時に発生する応力集中によって弾性層に伸びが発生し、弾性層が許容できる範囲を越える伸びが発生した際に弾性層の破壊が進行することを突き止め、応力集中が強く発生する芯金近傍における弾性層の許容伸び率を弾性層の外周側より高くすることで、上記の課題を解決するに至った。 As a result of intensive studies on a method for suppressing the breakage of the elastic layer, the present inventors have caused an elongation in the elastic layer due to the stress concentration generated during the rotation of the pressure roller, resulting in an elongation exceeding the allowable range of the elastic layer. As a result, it is determined that the elastic layer breaks down and the allowable elongation of the elastic layer in the vicinity of the core where stress concentration is strong is higher than that of the outer peripheral side of the elastic layer. It was.
本発明は、定着装置に使用される、芯金の外周に弾性層を設けた加圧ローラであって、弾性層の芯金近傍における許容伸び率は、弾性層の外周近傍の許容伸び率よりも高いことを特徴とする。 The present invention is a pressure roller provided with an elastic layer on the outer periphery of a cored bar used in a fixing device, wherein the allowable elongation rate in the vicinity of the cored bar of the elastic layer is greater than the allowable elongation rate in the vicinity of the outer periphery of the elastic layer. It is also characterized by high.
本発明の具体的な構造の1つの例は、弾性層は少なくとも2層を有する複層構造となっており、芯金に接触する層の許容伸び率を最も高くするとともに、芯金に接触する層の表面に凸部が設けられている。 One example of a specific structure of the present invention is a multi-layer structure in which the elastic layer has at least two layers. The elastic layer has the highest allowable elongation of the layer in contact with the core metal and is in contact with the core metal. Protrusions are provided on the surface of the layer .
本発明の具体的な構造の他の例は、弾性層は、外周側から内周側に向かって許容伸び率が高くなるよう、厚さ方向に許容伸び率の傾斜が設けられている。 In another example of the specific structure of the present invention, the elastic layer is provided with a slope of the allowable elongation rate in the thickness direction so that the allowable elongation rate increases from the outer peripheral side toward the inner peripheral side.
上記の構成を採る本発明によれば、以下のような顕著な作用・効果が奏される。
(a)強い応力集中が発生する芯金近傍の弾性層の許容伸び率を大きくすることで、伸びに起因する弾性層の破壊が抑制される。
(b)芯金近傍以外の弾性層は応力集中の発生が弱いため、許容伸び率が小さい構成を採用することができ、芯金近傍以外の弾性層を調整することで、所望する加圧ローラの性能が得られる。
(c)芯金近傍の弾性層は、芯金上に別途作成した管状体を被覆するという形で設けることができ、管状体の表面に凸部を設けることにより、弾性層の破壊抑制効果を向上させることができる。
According to the present invention employing the above-described configuration, the following remarkable actions and effects can be achieved.
(A) By increasing the allowable elongation rate of the elastic layer in the vicinity of the metal core where strong stress concentration occurs, the elastic layer is prevented from being broken due to the elongation.
(B) Since an elastic layer other than the vicinity of the core metal is weak in stress concentration, a configuration with a small allowable elongation can be adopted, and a desired pressure roller can be obtained by adjusting the elastic layer other than the vicinity of the core metal. Performance is obtained.
(C) The elastic layer in the vicinity of the cored bar can be provided in the form of covering a tubular body separately prepared on the cored bar, and by providing a convex part on the surface of the tubular body, the effect of suppressing the destruction of the elastic layer can be obtained. Can be improved.
以下、本発明について図2〜4を参照しながら説明する。
図2及び図3では、本発明の基礎となる従来の加圧ローラ4の一例を示し、1は芯金、2は芯金1の外周に設けられた弾性層、3は弾性層2の外周に設けられた離型層である。
図2、3においては、弾性層2は内周側弾性層2aと外周側弾性層2bの2層構造となっている。
It will be described below with reference to FIG. 2-4 for the present invention.
2 and 3 show an example of a conventional pressure roller 4 that is the basis of the present invention. Reference numeral 1 denotes a cored bar, 2 denotes an elastic layer provided on the outer periphery of the
2 and 3, the
本発明の最大の特徴は、芯金1上に設けた複層構造の弾性層2において、芯金1に接触する弾性層の許容伸び率を、他の弾性層の許容伸び率よりも高くし、芯金1に接触する弾性層の表面に凸部を設けたことである。
The greatest feature of the present invention, the
本発明において、許容伸び率とは、所定の力で弾性層の試験片を伸ばした際に、試験片の元の長さに対して、試験片が破断することなく伸びることができる長さのことを指し、ゴム材料における破断伸びに相当する値である。 In the present invention, the allowable elongation is a length that allows the test piece to stretch without breaking with respect to the original length of the test piece when the elastic layer test piece is stretched with a predetermined force. This is a value corresponding to the elongation at break in the rubber material.
加圧ローラ4と定着ベルトでニップ部を形成した定着装置において定着動作を行う際、加圧ローラ4の表面に定着ベルトとの接触による抵抗が発生した状態で、加圧ローラ4が回転する。この際、弾性層2に応力集中が発生し、この応力集中は弾性層2に伸びを発生させる力として作用することになる。
この応力集中は芯金1に近づくほど、言い換えると、加圧ローラ4の回転軸からの半径方向の距離が短いほど大きくなる。この応力集中によって弾性層2が伸び、弾性層2が許容できる伸びを越えると、弾性層2の部分的な破壊が始まる。この破壊が進行すると。状況によっては弾性層2全体が破壊される事態に至ることもある。
When a fixing operation is performed in a fixing device in which a nip portion is formed by the pressure roller 4 and the fixing belt, the pressure roller 4 rotates in a state where resistance due to contact with the fixing belt is generated on the surface of the pressure roller 4. At this time, stress concentration occurs in the
This stress concentration increases as the distance from the cored bar 1 decreases, in other words, as the radial distance from the rotation axis of the pressure roller 4 decreases. When the
このため、弾性層2の芯金1近傍における許容伸び率を、弾性層2の外周近傍の許容伸び率よりも高くすることで、弾性層2において最も破壊されやすい部分における応力集中への耐久性が高まり、結果として弾性層2の破壊を抑制することができる。
For this reason, by making the allowable elongation rate in the vicinity of the core metal 1 of the
弾性層2の外周近傍は、加圧ローラ4の使用に不都合が生じない範囲において、許容伸び率が小さい構成を採用することができるので、所望する加圧ローラ4の特性によって、弾性層2の外周近傍はその状態、特性を種々選択することができる。
In the vicinity of the outer periphery of the
弾性層2の芯金1近傍における許容伸び率を、弾性層2の外周近傍の許容伸び率よりも高くする方法は複数存在するが、弾性層2を複層構造として、芯金1に接触する層の許容伸び率を最も高くするのが簡便な方法である。
図2及び3では、弾性層2を内周側弾性層2aと外周側弾性層2bの2層構造とし、内周側弾性層2aの許容伸び率を外周側弾性層2bよりも高くしている。
There are a plurality of methods for increasing the allowable elongation ratio in the vicinity of the core metal 1 of the
2 and 3, the
複層構造は2層構造に限定されるものではなく、所望する加圧ローラ4の特性によって、3層構造、4層構造・・・と、さらなる複層構造にしても良い。
3層以上の複層構造の場合も、芯金1に接触する層(最内周側弾性層)の許容伸び率が最も高くするよう構成する。
図2、3においては内周側弾性層2aが最内周側弾性層2aである。
The multilayer structure is not limited to the two-layer structure, but may be a three-layer structure, a four-layer structure, and so on, depending on the desired characteristics of the pressure roller 4.
Even in the case of a multi-layer structure of three or more layers, the allowable elongation percentage of the layer in contact with the cored bar 1 (the innermost elastic layer) is set to be the highest.
2 and 3, the inner circumferential
弾性層2を複層構造とする場合は、最内周側弾性層2aをソリッド層、それ以外の層をスポンジ層とすることで、最内周側弾性層2aの許容伸び率を最も高くすることができる。ソリッド層は材料が密に充填されているため、伸びが起きる前に破壊されてしまう網目状構造を有するスポンジ層より、高い許容伸び率を有する。
一方、スポンジ層はソリッド層より硬度を低く設定できるため、ニップ幅の確保に寄与できる。
When the
On the other hand, since the sponge layer can be set lower in hardness than the solid layer, it can contribute to securing the nip width.
弾性層2を複層構造とする際に、ソリッド層とスポンジ層の違いによって各層の許容伸び率を変化させる場合、同じ材料で許容伸び率を変化させることができる。
すなわち、各層を同じ材料で形成することができるので、各層間を接着、あるいは融着といった手段で固定する際に高い固定強度を得ることができ、この点においても最内周側弾性層2aをソリッド層、それ以外の層をスポンジ層とする構造は好ましい構造である。
When the
That is, since each layer can be formed of the same material, it is possible to obtain a high fixing strength when fixing each layer by means such as adhesion or fusion. In this respect as well, the innermost circumferential
弾性層2を複層構造とする際に、各層の許容伸び率を変化させる方法は、ソリッド層とスポンジ層の違いによって変化させる方法の他、材料選択によって変化させる方法、添加剤によって変化させる方法などを使用しても良い。
When the
また、弾性層2を複層構造とする際は、最内周側弾性層2aの肉厚を、弾性層2全体の肉厚の50%未満とするのが好ましい。この構造にすることによって、弾性層2の外周側に位置する層の厚さが最内周側弾性層2aの肉厚より厚くなり、加圧ローラ4の特性は、弾性層2の外周側に位置する層によって発現する特性が支配的になる。
最内周側弾性層2aは、高い許容伸び率に基づく弾性層2の破壊抑制が主目的であるため、この目的に寄与しない特性は、加圧ローラ4の特性として発現しにくいように構成するのが好ましい。
Further, when the
The innermost circumferential
具体的には、最内周側弾性層2aの肉厚は0.1〜5mm、弾性層2を構成する最内周側弾性層2a以外の層の肉厚の合計を6mm以上とするのが好ましい。
Specifically, the innermost
加えて、本発明では、図4に示したように、最内周側弾性層2aの表面に凸部5を設ける。この構成により、最内周側弾性層2aとこれに接触する層(図4においては外周側弾性層2b)の境界における、応力集中への耐久性を高めることができる。
In addition, in the present invention, as shown in FIG. 4, Ru provided
最内周側弾性層2aと外周側弾性層2bの境界は、芯金1に近い距離にあり、最内周側弾性層2aより小さいとは言え境界付近には加圧ローラ4の回転時に強い応力集中が発生し、許容伸び率が小さい外周側弾性層2bが破壊される恐れもある。
凸部5を設けることで、加圧ローラ4を製造した際に、凸部5に挟まれた隙間は外周側弾性層2bによって埋められ、最内周側弾性層2aと外周側弾性層2bの境界は略凸凹状となる。
この凸凹状の境界においては、強い応力集中が発生した場合、応力によって凸部5が倒れるように変形する。凸部5は許容伸び率が高いため、変形が起きても破壊されることはなく、凸凹状の境界に発生する応力集中を分散させる機能を果たす。このため、外周側弾性層2bへの応力集中による負荷が減少し、結果として境界付近における外周側弾性層2bの破壊を抑制することができる。
The boundary between the innermost peripheral
By providing the
In the uneven boundary, when a strong stress concentration occurs, the
加えて、凸部5を設けることにより、定着動作時における加圧ローラ4の凹みが回復する速度を速める効果も存在する。
加圧ローラ4と定着ベルトでニップ部を形成する場合、定着ベルトと接触している部分の加圧ローラ4の表面は凹む一方、定着ベルトと接触していない部分の加圧ローラ4の表面は、加圧ローラ4の横断面図を見た時に元の円形になっているのが好ましい。
加圧ローラ4の表面が凹んだ際に、外周側弾性層2bの変形に伴って、最内周側弾性層2aに設けた凸部5は倒れるように変形するが、加圧ローラ4の表面を凹ます力が無くなると、元の凸型に立ち上がろうとするため、この凸部5が立ち上がる力によって外周側弾性層2bの元の形状への回復が促進される。従って、凸部5の存在によって、加圧ローラ4の凹みが回復する速度が速まる。
In addition, providing the
When the nip portion is formed by the pressure roller 4 and the fixing belt, the surface of the pressure roller 4 that is in contact with the fixing belt is recessed, while the surface of the pressure roller 4 that is not in contact with the fixing belt is The original circular shape is preferable when the cross-sectional view of the pressure roller 4 is viewed.
When the surface of the pressure roller 4 is recessed, the
この凸部5による、加圧ローラ4の凹み回復速度の向上効果は、最内周側弾性層2aがソリッド層、外周側弾性層2bがスポンジ層となっている時に、特に有効な効果である。
凸部5が立ち上がる速さは、最内周側弾性層2aの反発弾性率が高いと速く、また、加圧ローラ4の凹み回復速度は外周側弾性層2bの反発弾性率が低いと遅くなる。
材料が同じ場合、ソリッド層は反発弾性率が高く、スポンジ層は反発弾性率が低くなるため、スポンジ層に起因する加圧ローラ4の凹み回復速度の遅さを、ソリッド層によって形成された凸部5が立ち上がる速さで補うことができ、スポンジ層を使用する場合の課題の一つである凹み回復速度の遅さを改善する効果が得られる。
The effect of improving the dent recovery speed of the pressure roller 4 by the
The speed at which the
When the material is the same, the solid layer has a high rebound resilience, and the sponge layer has a low rebound resilience, so that the depression recovery speed of the pressure roller 4 caused by the sponge layer is reduced. The speed at which the
弾性層2に発生する応力集中は、図1に示したように、主に加圧ローラ4の軸方向(長さ方向)に直交する方向に発生し、弾性層2の伸びもこの方向に発生するため、凸部5は加圧ローラ4の軸方向に直交しない方向に連続的に設けるのが好ましい。
一例としては、図5に示したような、加圧ローラ4の軸方向に沿って一直線状に延びた凸部5が、最内周側弾性層2aの外周面に、円周方向に複数並ぶよう設けられた構成、すなわち、加圧ローラ4の横断面図を見た時に、最内周側弾性層2aの外周が平歯車状の形状となるような構成が挙げられる。
As shown in FIG. 1, the stress concentration generated in the
As an example, as shown in FIG. 5, a plurality of
このような、最内周側弾性層2aの外周面に、円周方向に複数並ぶよう凸部5を設けた構成にすることで、最内周側弾性層2aと外周側弾性層2bの境界付近において最内周側弾性層2aと外周側弾性層2bが円周方向に交互に現れる。先述の通り、弾性層2に発生する応力集中は、主に加圧ローラ4の軸方向に直交する方向に発生するが、最内周側弾性層2aと外周側弾性層2bが円周方向に交互に存在することにより、外周側弾性層2bのみでは吸収が困難な応力集中の一部が、許容伸び率が高い最内周側弾性層2aが倒れるように変形することで吸収され、外周側弾性層2bに発生する応力集中が分散されることになり、結果として最内周側弾性層2aと外周側弾性層2bの境界付近における外周側弾性層2bの破壊抑制効果を得ることができる。
The boundary between the innermost peripheral
図5では、凸部5は加圧ローラ4の軸方向に沿って一直線状に伸びているが、必ずしも加圧ローラ4の軸方向に沿う必要はなく、例えば図6に示したような、最内周側弾性層2aの外周面に螺旋状に凸部5を設け、加圧ローラ4の軸方向に対して凸部5が斜めに設けられている構成などにしても良い。
In FIG. 5, the
図5に示すように、加圧ローラ4の軸方向に沿って一直線状に伸びた凸部5を、円周方向に複数並べる場合、凸部5の個数は3の倍数、もしくは4の倍数であることが好ましい。
凸部5の個数を3の倍数、もしくは4の倍数とすることで、凸部5を円周方向に均等に設けることが容易にでき、最内周側弾性層2aに発生する応力集中を外周側弾性層2bへ均等に分散させることができる。
As shown in FIG. 5, when a plurality of
By making the number of the convex portions 5 a multiple of 3 or a multiple of 4, the
凸部5の個数の下限値は、総数を3の倍数とする時は3個、総数を4の倍数とする時は4個である。
凸部5の個数の上限値は、芯金1の外径d[mm]に円周率πを乗じた値を、凸部5の幅w[mm]で除した値である。
なお、凸部5の幅wは、凸部5の形状に関係なく、凸部5の最大幅を用い、通常は図7に示したように凸部5の底辺の長さを幅wとして扱う。
The lower limit of the number of the
The upper limit value of the number of the
Note that the width w of the
凸部5の形状は所望する破壊抑制効果に応じて、図5、6に示した三角形状の他、図8(A)に示したような半円状、図8(B)に示したような矩形状、図8(C)に示した矩形と半円を組み合わせた略楕円状などを適宜選択して使用すれば良い。
The shape of the
凸部5を設ける際は、凸部5を除いた最内周側弾性層2aの径を、最内周側弾性層2aの外径、及び外周側弾性層2bの内径として扱い、各層の肉厚もこの径を基準に定義する。
When the
凸部5を設ける際は、最内周側弾性層2aの肉厚と凸部5の高さhの合計を、弾性層2全体の肉厚の50%未満とするのが好ましい。
この構造にすることによって、加圧ローラ4の特性は、弾性層2の外周側に位置する層によって発現する特性が支配的になる。
When providing the
By adopting this structure, the characteristics of the pressure roller 4 are dominantly expressed by the layer located on the outer peripheral side of the
弾性層2を複層構造とする方法の1つとしては、芯金1が挿入された金型を直立させた状態で最内周側弾性層2aとなる材料を注入し、所定の温度、時間で材料を硬化させ、芯金1の外周に所定の厚さ、高い許容伸び率を有する最内周側弾性層2aとを形成した後、これを別の金型に挿入し、同様の作業で外周側弾性層2bを形成する方法が存在する。
One method of making the
弾性層2を複層構造とする他の方法の1つとしては、予め、最内周側弾性層2aとなる材料で形成した管状体を準備し、芯金1にこの管状体を被覆したのち、管状体が被覆された芯金1を金型に挿入し、金型を直立させた状態で外周側弾性層2bとなる材料を注入し、外周側弾性層2bを形成する方法が存在する。
As another method of making the
後者の方法は、管状体を押出成型して得ることができるため、製造効率の面で有利な方法である。押出成型では、外周面に凸部5を有する管状体も容易に得ることができるため、最内周側弾性層2aに凸部5を設けるのに好ましい方法でもある。
The latter method is advantageous in terms of production efficiency because it can be obtained by extruding a tubular body. In the extrusion molding, there it is possible to easily obtain also tubular body having a
芯金1の材料としては、アルミニウム、鉄など、本発明のような加圧ローラに広く使用されている芯金材料を適宜選択して使用すれば良い。 As a material of the core metal 1, a metal core material widely used for the pressure roller such as the present invention such as aluminum and iron may be appropriately selected and used.
弾性層2の材料としては、本発明のような加圧ローラに広く使用されているシリコーンゴムを適宜選択して使用すれば良い。
許容伸び率を高める際はソリッド状に形成し、硬度を下げる場合はスポンジ状に形成すれば良い。その他、材料グレードの変更や、添加剤により、所望する特性に調整すれば良い。
As a material for the
When increasing the allowable elongation, it is formed in a solid form, and when reducing the hardness, it is formed in a sponge form. In addition, it may be adjusted to desired characteristics by changing the material grade or using additives.
弾性層2をスポンジ状に形成する方法は、(1)ミラブル型シリコーンゴムに加熱発泡剤を混合し、ゴムを架橋させる段階で発泡剤を分解ガス化させ、気泡を発生させてスポンジ化する方法、(2)中空フィラーを使用する方法、(3)水を含有する吸水性ポリマーを液状シリコーンゴムに混合し、水を蒸発させて空洞を形成する方法、(4)水と乳化剤を液状シリコーンゴムに混合し、ゴム中に水を分散させた後、水を蒸発させて空洞を形成する方法、など、従来知られているシリコーンゴムのスポンジ化方法を適宜選択して使用すれば良い。
The method for forming the
本発明では必要に応じ、弾性層2の外周に離型層3を設けても良い。離型層3の材料は、フッ素樹脂、シリコーン樹脂など、離型層の材料として知られているものを適宜選択して使用すれば良い。離型層3の形成方法も、チューブ状に成形したものを弾性層2上に被覆する、あるいは液状にしたものを弾性層2上にコーティングするなど、離型層の形成方法として知られているものを適宜選択して使用すれば良い。
なお、図2、3、4、8は離型層3を設けた場合の図である。
In this invention, you may provide the
2, 3, 4, and 8 are diagrams when the
本発明においては、芯金1を含めた各層間の固定強度を上げるために、プライマー、RTVゴム接着剤等を適宜併用しても良い。 In the present invention, in order to increase the fixing strength between the layers including the core metal 1, a primer, an RTV rubber adhesive, or the like may be used in combination as appropriate.
以上、弾性層2を複層構造として芯金1に接触する層の許容伸び率を上げた場合について述べたが、その他の方法で芯金1近傍における弾性体の許容伸び率を上げても良く、図9に示すように、弾性層2の外周側から内周側に向かって許容伸び率が高くなるよう、スポンジの発泡状態を制御して、弾性層2の厚さ方向に許容伸び率の傾斜を設ける方法もある。
In the above, the case where the
以下に、本発明を利用した加圧ローラの実施例について述べる。 Hereinafter, embodiments of the pressure roller using the present invention will be described.
[実施例1]
芯金1として、長さ280mm、外径12mmの鉄棒を使用する。
[Example 1]
As the metal core 1, an iron bar having a length of 280 mm and an outer diameter of 12 mm is used.
最内周側弾性層2aとして、未加硫のシリコーンゴムに加硫剤、顔料を所定の量添加したシリコーンゴム材料をソリッド状の管状体に押出成形し、その後、所定の条件にて加熱・加硫して、長さ350mmにカットしたものを準備する。
As the innermost
最内周側弾性層2aには内径φ11.5mm、肉厚0.5mmの管状体の表面に、幅1mm、高さ0.5mmの矩形部と半径0.5mmの半円部を組み合わせた、合計高さ1mmの略楕円状の凸部5を設けた。
凸部5は加圧ローラの軸方向に沿って一直線状に伸びるように、最内周側弾性層2aの円周方向に等間隔で設け、数は24個とした。
In the innermost circumferential
The
略楕円状の凸部5は、最内周側弾性層2aとなるシリコーンゴム材料をソリッド状の管状体に押出成形する際に、対応する形状の金型を使用することにより、押出成型時に管状体と一体成型して設けた。
When the silicone rubber material to be the innermost peripheral
芯金1上にRTVゴム接着剤を塗布した後、作成した最内周側弾性層2aを被覆し、所定の条件にて接着剤を加熱硬化させ、最内周側弾性層2aの固定を完了した。
After the RTV rubber adhesive is applied on the cored bar 1, the innermost
最内周側弾性層2aを固定した芯金1を金型に挿入し、金型を直立させた状態で外周側弾性層2bとなる材料を注入する。
外周側弾性層2bの材料には、第1の液状シリコーンベースポリマーに乳化剤、水、硬化触媒を添加した第1組成物に、第2の液状シリコーンベースポリマーに乳化剤、水、架橋剤を添加した第2組成物を配合し、攪拌脱泡させた配合材料を使用した。
配合材料を注入後、所定の条件にて加熱・加硫を行い、水を蒸発させて、スポンジ状の外周側弾性層2bを形成した。
外周側弾性層2bの外径はφ32mm、硬度はASKER−C 32度に設定した。すなわち、外周側弾性層2bの肉厚は、計算上9.7mmとなる。
The core metal 1 to which the innermost peripheral
In the material of the outer peripheral side
After injecting the blended material, heating and vulcanization were performed under predetermined conditions to evaporate the water and form a sponge-like outer peripheral
The outer diameter of the outer peripheral
さらに、外周側弾性層2b上にRTVゴム接着剤を塗布し、離型層3として肉厚30μm の熱収縮性PFAチューブを被覆し、所定の条件にて加熱・収縮を行って離型層3の固定を完了し、本発明の加圧ローラを完成させた。
Further, an RTV rubber adhesive is applied on the outer peripheral
[実施例2]
芯金1、使用するシリコーンゴム、離型層3、製造方法は実施例1と同一のまま、最内周側弾性層2a、外周側弾性層2bの形状、寸法を以下のように変更した。
[Example 2]
The core metal 1, the silicone rubber to be used, the
最内周側弾性層2aは内径φ11.5mm、肉厚0.3mmの管状体の表面に、幅1.4mm、高さ0.7mmの直角二等辺三角形状の凸部5を設けた形状とした。
凸部5は加圧ローラの軸方向に沿って一直線状に伸びるように、最内周側弾性層2aの円周方向に等間隔で設け、数は8個とした。
The innermost circumferential
The
外周側弾性層2bは実施例1と同じく、外径はφ32mm、計算上の肉厚は9.7mmとした。
As in Example 1, the outer peripheral
[比較例]
比較例として、実施例1の加圧ローラから最内周側弾性層2aを割愛し、外径φ12mmの芯金1上に直接、外周側弾性層2bと同じ材料で構成された外径φ32mm、肉厚10mmの弾性層を設けた以外は、実施例1と同様に作成した加圧ローラを準備した。すなわち、比較例の加圧ローラは芯金1の外周に許容伸び率が低いスポンジ状の弾性層が直接設けられた態様となる。
[Comparative example]
As a comparative example, omitting the innermost circumferential
以上のように作成した実施例1、2、及び比較例の加圧ローラの耐久試験を行った。耐久試験の方法は、加圧ローラを190℃に加熱し、表面に420Nの荷重を加えた状態で、10秒間回転、2秒間回転停止を繰り返し、芯金1と接触する弾性層の内周面付近の時間経過に伴う変化を観察した。回転速度は周速210mm/秒に設定し、試験開始から300時間まで観察を行った。 Durability tests of the pressure rollers of Examples 1 and 2 and the comparative example prepared as described above were performed. The durability test is performed by heating the pressure roller to 190 ° C. and applying a load of 420 N to the surface, repeatedly rotating for 10 seconds and stopping rotation for 2 seconds, and the inner peripheral surface of the elastic layer contacting the metal core 1 We observed changes with time. The rotation speed was set to a peripheral speed of 210 mm / sec, and observation was performed from the start of the test to 300 hours.
芯金1の外周に許容伸び率が低いスポンジ状の弾性層が直接設けられた比較例の加圧ローラについては、試験開始から75時間経過後に、弾性層の内周面付近に亀裂が発生し、79時間経過後には弾性層が芯金1から完全に浮いてしまい、加圧ローラとして十分に機能しなくなった。 For the pressure roller of the comparative example in which the sponge-like elastic layer having a low allowable elongation is directly provided on the outer periphery of the core metal 1, a crack occurs near the inner peripheral surface of the elastic layer after 75 hours from the start of the test. After 79 hours, the elastic layer was completely lifted from the core 1 and did not function sufficiently as a pressure roller.
芯金1の外周に、許容伸び率が高いソリッド状であり、略楕円状の凸部5を24個備えた最内周側弾性層2aを設けた実施例1の加圧ローラについては、試験開始から300時間経過後も最内周側弾性層2aの内周面付近には目立った変化がなく、許容伸び率が高い最内周側弾性層2a、及びその外周に凸部5を設けることで加圧ローラの耐久性が向上することが確認できた。
The pressure roller of Example 1 provided with the innermost peripheral
最内周側弾性層2aの外周に直角二等辺三角形状の凸部5を8個設けた実施例2の加圧ローラについては、試験開始から205時間経過後に、最内周側弾性層2aの内周面付近に亀裂が発生したが、その後は目立った変化がないまま300時間が経過した。
For the pressure roller of Example 2 provided with eight right-angled isosceles
実施例2は実施例1と比較して耐久性は劣ると言えるが、凸部5を設けることによる耐久性の向上効果は得られているとともに、加圧ローラとしての機能は充分に維持された。
実施例2の加圧ローラは凸部5の数が少ない分、実施例1より耐久性は劣るが、凸部5間の間隔が広くなるため、外周側弾性層2bとなる材料を注入する際、実施例1よりも容易に凸部5の間へ材料を充填でき、製作容易性を維持しつつ耐久性を高めることができる点において優れた態様である。
Although it can be said that Example 2 is inferior in durability compared with Example 1, the effect of improving the durability by providing the
The pressure roller of Example 2 is inferior in durability to Example 1 because the number of
本発明の加圧ローラは、定着装置の加圧ローラとしてだけでなく、定着ローラ、プリンタのローラなど、各種印刷機器のローラとして好適に適用できる。 The pressure roller of the present invention can be suitably applied not only as a pressure roller of a fixing device but also as a roller of various printing devices such as a fixing roller and a printer roller.
1 芯金
2 弾性層
2a 内周側弾性層(最内周側弾性層)
2b 外周側弾性層
3 離型層
4 加圧ローラ
5 凸部
6 気泡
1
2b Outer peripheral
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