JP7278796B2 - Roller and fixing device - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真複写機や電子写真プリンタなどの画像形成装置に搭載する定着装置に用いれば好適なローラ、及び、そのローラを有する定着装置に関する。 The present invention relates to a roller suitable for use in a fixing device mounted in an image forming apparatus such as an electrophotographic copier or an electrophotographic printer, and a fixing device having the roller.
電子写真方式の複写機やプリンタに搭載する定着装置としてフィルム加熱方式の装置が知られている。このタイプの定着装置は、筒状のフィルムと、フィルムの内周面に接触しつつフィルムを加熱する板状のヒータと、フィルムを介してヒータと共にニップ部を形成する加圧ローラと、を有している。未定着のトナー画像を担持する記録材はニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これによってトナー画像は記録材上に定着される。 2. Description of the Related Art A film heating type device is known as a fixing device mounted on an electrophotographic copier or printer. This type of fixing device has a cylindrical film, a plate-like heater that heats the film while being in contact with the inner peripheral surface of the film, and a pressure roller that forms a nip portion together with the heater via the film. are doing. A recording material carrying an unfixed toner image is heated while being nipped and conveyed in the nip portion, whereby the toner image is fixed on the recording material.
複写機やプリンタにおいて、小サイズ記録材を大サイズ記録材と同じプリント間隔で連続プリントすると、定着装置のニップ部の小サイズ記録材が通過しない非通過領域が過度に昇温することが知られている。ニップ部の非通過領域が過度に昇温すると、ヒータによって加熱されるフィルムや、ヒータを支持しているホルダにダメージを与えてしまう。 It is known that when small-size recording materials are printed continuously at the same print interval as large-size recording materials in copiers and printers, the temperature of the non-passage area of the nip portion of the fixing device, through which the small-size recording materials do not pass, rises excessively. ing. If the temperature of the non-passing region of the nip portion rises excessively, the film heated by the heater and the holder supporting the heater will be damaged.
ニップ部の非通過領域の過昇温を抑制するため、記録材搬送方向に直交する方向において、加圧ローラの熱伝導率を高めることによってニップ部の非通過領域の熱を通過領域へと運び、非通過領域の温度を低下させる構成が提案されている。特許文献1は、ソリッドゴム弾性層の外周上にピッチ系炭素繊維等の熱伝導性フィラーを含有する弾性層を設けた加圧ローラを提案している。特許文献2は、弾性層と離型層との間の接着層に熱伝導性フィラーが含有されている加圧ローラを提案している。
In order to suppress excessive temperature rise in the non-passing area of the nip portion, the heat of the non-passing area of the nip portion is transferred to the passing area by increasing the thermal conductivity of the pressure roller in the direction perpendicular to the conveying direction of the recording material. , a configuration for lowering the temperature of the non-passing area has been proposed.
プリンタの処理速度(プロセススピード)の高速化に伴い、定着装置のニップ部の非通過領域の昇温が高温化する傾向があり、さらなる非通過領域の過昇温の抑制が求められている。なぜなら、高速化に伴い記録材がニップ部を通過する時間が短くなるので、トナー画像を記録材に加熱定着するために必要な定着温度を高くせざるを得ないからである。また、連続プリント中にニップ部に記録材が介在しない時間(以下、記録材間時間と記す)がプリンタの高速化に伴い減少するので、記録材間時間中に温度分布ムラを均すことが難しくなるからである。 As the processing speed (process speed) of the printer increases, the temperature of the non-passing area of the nip portion of the fixing device tends to increase, and further suppression of the excessive temperature rise of the non-passing area is required. This is because the time required for the recording material to pass through the nip portion becomes shorter as the speed increases, so the fixing temperature required to heat and fix the toner image onto the recording material must be increased. In addition, the time during which the recording material does not intervene in the nip portion during continuous printing (hereinafter referred to as the time between recording materials) decreases as the speed of the printer increases. Because it becomes difficult.
そこで、ニップ部の非通過領域の過昇温をさらに抑制するために、記録材搬送方向に直交する方向において、加圧ローラの熱伝導率を高める構成が考えられる。そのひとつとして、炭素繊維等の熱伝導性のフィラーの繊維長を長くする構成が考えられる。 Therefore, in order to further suppress the excessive temperature rise in the non-passing area of the nip portion, it is conceivable to increase the thermal conductivity of the pressure roller in the direction orthogonal to the recording material conveying direction. As one of them, a configuration in which the fiber length of a thermally conductive filler such as carbon fiber is lengthened is conceivable.
しかしながら、フィラーの繊維長を長くすると繊維同士が絡まりあう等して補強効果が発現し、加圧ローラの硬度が著しく高くなってしまうことがあった。その結果、ニップ部の記録材搬送方向の幅が減少して定着性能が低下してしまうという課題があった。 However, when the fiber length of the filler is lengthened, the fibers become entangled with each other, thereby exerting a reinforcing effect, and the hardness of the pressure roller may be remarkably increased. As a result, there has been a problem that the width of the nip portion in the recording material conveying direction is reduced, and the fixing performance is degraded.
本発明の目的は、ファイバー状の熱伝導性のフィラーを用いても硬度が高くなることを抑制可能なローラ、及び、そのローラを有する定着装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a roller capable of suppressing an increase in hardness even when a fibrous thermally conductive filler is used, and a fixing device having the roller.
本発明の一態様は、記録材に形成された画像を記録材に定着させる定着装置に用いられるローラであって、芯金と、前記芯金の周囲に設けられている弾性層と、を有し、前記弾性層には、複数本のファイバー状のフィラーが束になっているフィラー束が分散されており、前記フィラー束の太さは、前記弾性層の厚みより小さく、前記フィラー束に含まれる複数本の前記フィラーの配向は揃っており、前記フィラー束は、前記ローラの軸方向に沿った方向に配向されており、前記フィラー束は、平均繊維長が2mm以下の前記フィラーの束であることを特徴とする。 One aspect of the present invention is a roller used in a fixing device that fixes an image formed on a recording material to the recording material, the roller having a core metal and an elastic layer provided around the core metal. In the elastic layer, filler bundles in which a plurality of fiber-like fillers are bundled are dispersed, and the thickness of the filler bundles is smaller than the thickness of the elastic layer and is included in the filler bundles. The orientation of the plurality of fillers is uniform, the filler bundle is oriented in a direction along the axial direction of the roller, and the filler bundle is a filler bundle having an average fiber length of 2 mm or less. characterized by being
本発明によれば、ファイバー状の熱伝導性のフィラーを用いても硬度が高くなることを抑制できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it uses a fibrous thermally conductive filler, it can suppress that hardness becomes high.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明の好適な実施形態は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は以下の実施形態により限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において他の種々の構成に置き換えることは可能である。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Although the preferred embodiment of the present invention is an example of the best embodiment of the present invention, the present invention is not limited to the following embodiments, and various other configurations are possible within the scope of the idea of the present invention. can be replaced with
(1)画像形成装置100
図11を参照して、本実施形態に係る画像形成装置を説明する。図11は電子写真記録技術を用いた画像形成装置(本実施形態においてはフルカラープリンタ)100の概略構成を示す断面図である。本実施例に示す画像形成装置100のプロセススピードは180mm/sである。
(1)
An image forming apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a sectional view showing a schematic configuration of an image forming apparatus (full-color printer in this embodiment) 100 using electrophotographic recording technology. The process speed of the
画像形成装置100において、トナーを用いて記録材Pに画像を形成する画像形成部10は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4つの画像形成ステーションSY,SM,SC,SKを有している。各画像形成ステーションは、像担持体としての感光ドラム1と、帯電部材2と、レーザースキャナ3と、現像器4と、転写部材5と、感光ドラムの外周面をクリーニングするクリーナ6と、を有している。
In the
画像形成部10は更に、転写部材によって各感光ドラムから転写したトナー画像を担持しつつ搬送するベルト7と、ベルトから記録材Pへトナー画像を転写する二次転写部材8と、を有している。以上の画像形成部10の動作は周知であるので詳細な説明は割愛する。
The
装置本体100A内のカセット20に収納された記録材Pはローラ30の回転によって1枚ずつローラ31に供給される。その記録材Pはローラ31の回転によってベルト7と二次転写部材8とによって形成された二次転写ニップ部に搬送され、二次転写ニップ部で記録材P上にトナー画像が転写される。未定着のトナー画像を担持する記録材Pは定着部としての定着装置50に送られ、トナー画像は定着装置によって記録材に加熱定着される。定着装置50を出た記録材Pはローラ32の回転によってトレイ40に排出される。
The recording material P accommodated in the
(2)定着装置50
次に、定着装置50について、図1、図2を参照しながら説明する。図1は定着装置50の概略構成を示す断面図である。図2は定着装置50を記録材搬送方向Zの上流側から見たときの図である。図2では、記録材搬送方向Zに直交する方向Xにおいて、定着装置50の中央部の記載を省略している。
(2) Fixing
Next, the
定着装置50は、加熱部材としての筒状のフィルム51(定着用回転体)と、フィルムの外周面(表面)と接触してニップ部N(定着ニップ部)を形成する加圧部材としての加圧ローラ(以下、単に「ローラ」とする)53と、を有している。定着装置50は更に、フィルム51の内周面(内面)に接触してフィルムを加熱する加熱体としてのセラミックスヒータ54と、ヒータを支持する支持部材としてのホルダ52と、ホルダを補強する補強部材としてのステー55と、を有している。
The
フィルム51は、筒状の基層51aと、基層の外周面上に設けられた弾性層51bと、弾性層の外周面上に設けられた離型層51cと、を有している。これらの各層の材質は基層51aがポリイミド、弾性層51bがシリコーンゴム、離型層51cがPFA(tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer)である。各層の厚みは基層51aが50μm、弾性層51bが200μm、離型層51cが20μmである。フィルム51の外径は18mmである。
The
フィルム51の中空部に挿通されたホルダ52は、剛性、耐熱性、及び断熱性を有する部材であり、液晶ポリマーによって形成されている。方向Xにおいて、ホルダ52はローラ53側の平坦面に凹部52aを有し、この凹部によってヒータ54を支持している。このホルダ52はフィルム51の回転を案内するガイド部材の役割も有している。
The
ヒータ54は細長い基板54aを有している。基板54aのローラ53側の面には、通電によって発熱する発熱抵抗体として銀パラジウムからなる発熱抵抗層54bが基板の長手方向に沿って設けられている。基板54aのローラ53側の面には更に、発熱抵抗層54bの絶縁と耐摩耗性を確保するために発熱抵抗層を覆う保護層としてのガラス層54cが設けられている。
フィルム51の中空部において、ホルダ52のローラ53側の面とは反対側の面にはステー55が設置されている。ステー55はホルダ52を補強する役割を有している。
A
ローラ53は、鉄やアルミニウム等の金属製の芯金53aと、芯金の外周面上に設けられた弾性層(第2の弾性層)53bと、弾性層の外周面上に設けられた接着層としての熱伝導層(第1の弾性層)53cと、熱伝導層の外周面上に設けられた離型層(表層)53dと、を有している。弾性層53b、熱伝導層53c、及び離型層53dの材料、製造法については次項の(3)で詳細に説明する。
The
図2に示すように、方向Xにおいて、定着装置50の左右のフレームFには、ローラ53の芯金53aの両端部が軸受Bを介して回転可能に支持されている。フレームFには更に、ホルダ52、及びステー55の両端部が支持されている。
As shown in FIG. 2, both ends of a
ステー55の両端部はバネSによってフィルム51の母線方向に直交する方向(記録材厚み方向Y)へ加圧されている。この加圧力によってホルダ52はヒータ54をフィルム51内面に加圧してフィルム表面をローラ53の外周面(表面)に圧接させている。これによってローラ53の弾性層53bが潰れて弾性変形しローラ表面とフィルム表面とによって記録材搬送方向Zに所定幅のニップ部Nが形成される。
Both ends of the
定着装置50の加熱定着処理動作を説明する。
A heat fixing operation of the fixing
ローラ53の芯金53aの一端部に設けられたギアGがモータM(図2参照)によって回転されると、ローラは図1の矢印方向へ回転する。フィルム51はフィルム内面がヒータ54のガラス層54cに摺動しながらローラ53の回転に追従して図1の矢印方向へ回転する。フィルム51の回転によってホルダ52との間、及びヒータ54との間に生じる摩擦力を低減するために、フィルム内面にはグリス(不図示)が塗布されている。
When the gear G provided at one end of the
ヒータ54の発熱抵抗層54bに電源(不図示)から電力が供給されると、発熱抵抗層が発熱してヒータは急速に昇温する。温度制御部(不図示)は、ホルダ52に支持された温度検知部材としてのサーミスタTHによって検知されたヒータ54の温度が所定の定着温度(目標温度)を維持するようにヒータへの電力供給を制御する。
When electric power is supplied from a power source (not shown) to the
未定着のトナー画像Tを担持する記録材Pはニップ部Nによって挟持搬送されつつ加熱され、これによってトナー画像は記録材上に定着される。 The recording material P carrying the unfixed toner image T is heated while being nipped and conveyed by the nip portion N, whereby the toner image is fixed on the recording material.
(3)ローラ53
ローラ53の各層について、図3、図4を参照しながら説明する。図3の(a)はローラ53の斜視図、(b)はローラ53の層構成を示す断面図である。
(3)
Each layer of the
(3-1)弾性層53b
弾性層53bの厚さは、記録材搬送方向Zに所定幅のニップ部Nを形成することができれば特に限定されないが2~10mmであることが好ましい。ここで、厚さとはローラ53の径方向の寸法をいう。
(3-1)
The thickness of the
弾性層53bの材質として、シリコーンゴムなど一般的な耐熱性ソリッドゴムや発泡スポンジゴム等を用いることができる。これらのゴムは定着装置50で使用した場合に十分な耐熱性と耐久性を有し、かつ、好ましい弾性(軟らかさ)を有している。従って、シリコーンゴム等の一般的な耐熱性ソリッドゴムや発泡スポンジゴムは弾性層53bの主たる材料として好適である。
As the material of the
弾性層53bの形成方法としては特に限定されないが、一般的な型成型を好適に用いることができる。
A method of forming the
(3-2)熱伝導層53c
熱伝導層53cは、弾性層53bと離型層53dとの間に設けられている。図4は熱伝導層53cの厚さ方向の切断部分を走査型電子顕微鏡で観察した写真である。図4において、Cはローラ53の周方向を示し、Oはフィラー53gの配向方向を示している。なお、後述するが、表面にコーティングを設けたフィラーをフィラー53gと記載し、コーティングがないフィラーをフィラー53jと記載する。また、フィラー53gが束になったものをフィラー束53Gと記載する。
(3-2) Thermal
The heat
図4に示すように、熱伝導層53cは、ベース剤53eと、ベース剤中に含有されたファイバー状の熱伝導性のフィラー53g(より正確にはフィラー束53G)と、を有している。ベース剤53eとしては、接着成分を含む耐熱性ゴム材料、または接着成分を含まない耐熱性ゴム材料が用いられる。接着成分を含む耐熱性ゴム材料としては、付加硬化型シリコーンゴム接着剤を使用できる。
As shown in FIG. 4, the heat
付加硬化型シリコーンゴム接着剤は、具体的には、ビニル基に代表される不飽和炭化水素基を有するオルガノポリシロキサンと、ハイドロジェンオルガノポリシロキサン及び架橋触媒としての白金化合物を含有する。そして、オルガノポリシロキサンとハイドロジェンオルガノポリシロキサンと白金化合物は、付加反応により硬化する。このような接着剤としては、既知のものを使用することができる。 The addition-curable silicone rubber adhesive specifically contains an organopolysiloxane having an unsaturated hydrocarbon group represented by a vinyl group, a hydrogen organopolysiloxane, and a platinum compound as a cross-linking catalyst. Then, the organopolysiloxane, hydrogenorganopolysiloxane, and platinum compound are cured by an addition reaction. A known adhesive can be used as such an adhesive.
自己接着成分の例は、以下のものを含む。
・ビニル基等のアルケニル基、(メタ)アクリロキシ基、ヒドロシリル基(SiH基)、エポキシ基、アルコキシシリル基、カルボニル基、及びフェニル基からなる群から選択される少なくとも1種、好ましくは2種以上の官能基を有するシラン、
・ケイ素原子数が2個以上30個以下、好ましくは4個以上20個以下の、環状又は直鎖状のシロキサン等の有機ケイ素化合物、
・1価以上4価以下のフェニレン構造等の芳香環を1分子中に1個以上4個以下含有し、かつ、ヒドロシリル化付加反応に寄与しうる官能基を1分子中に少なくとも1個含有する(分子中に酸素原子を含んでもよい)、非ケイ素系有機化合物。
Examples of self-adhesive components include:
- At least one, preferably two or more selected from the group consisting of alkenyl groups such as vinyl groups, (meth)acryloxy groups, hydrosilyl groups (SiH groups), epoxy groups, alkoxysilyl groups, carbonyl groups, and phenyl groups a silane having a functional group of
-Organosilicon compounds such as cyclic or linear siloxanes having 2 to 30 silicon atoms, preferably 4 to 20 silicon atoms,
- Contains 1 or more and 4 or less aromatic rings such as a phenylene structure having a valence of 1 or more and 4 or less, and contains at least 1 functional group that can contribute to a hydrosilylation addition reaction in a molecule (which may contain oxygen atoms in the molecule), non-silicon organic compounds.
ここで、上記の1価以上4価以下のフェニレン構造等の芳香環について、2価以上4価以下のフェニレン構造等の芳香環が好ましい。また、上記の1分子中に1個以上4個以下含有されるフェニレン構造等の芳香環について、1分子中にフェニレン構造等の芳香環を1個以上2個以下含有するのが好ましい。上記のヒドロシリル化付加反応に寄与しうる官能基としては、例えば、アルケニル基、(メタ)アクリロキシ基などが用いられる。また、上記のヒドロシリル化付加反応に寄与しうる官能基について、1分子中に2個以上4個以下含有するのが好ましい。上記の非ケイ素系有機化合物において、非ケイ素系とは、即ち、分子中にケイ素原子を含有しない系のことである。 Here, an aromatic ring such as a phenylene structure having a valence of 2 or more and 4 or less is preferable for the aromatic ring having a phenylene structure having a valence of 1 or more and 4 or less. Moreover, it is preferable to contain 1 or more and 2 or less aromatic rings, such as a phenylene structure, in 1 molecule with respect to aromatic rings, such as a phenylene structure, which are contained 1 or more and 4 or less in one molecule. Examples of functional groups that can contribute to the hydrosilylation addition reaction include alkenyl groups and (meth)acryloxy groups. Moreover, it is preferable that one molecule contains 2 to 4 functional groups that can contribute to the hydrosilylation addition reaction. In the above non-silicon organic compounds, the non-silicon type refers to a system containing no silicon atom in the molecule.
上記の自己接着成分は1種単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。 The above self-adhesive components can be used singly or in combination of two or more.
このような付加硬化型シリコーンゴム接着剤は市販もされており、容易に入手することができる。 Such addition-curable silicone rubber adhesives are commercially available and readily available.
接着成分を含まない耐熱性ゴム材料としては、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性ゴム材料を用いることができる。シリコーンゴムを接着成分を含まない耐熱性ゴム材料として用いる場合には、入手のしやすさ、加工のしやすさの観点から、付加硬化型シリコーンゴムが好ましい。 As the heat-resistant rubber material that does not contain an adhesive component, a heat-resistant rubber material such as silicone rubber or fluororubber can be used. When silicone rubber is used as a heat-resistant rubber material that does not contain an adhesive component, addition-curable silicone rubber is preferable from the viewpoint of availability and ease of processing.
フィラー53gは、熱伝導層53cの熱伝導性を確保するための充填剤としての役割を有している。フィラー53gをベース剤53eであるシリコーンゴム接着剤、またはシリコーンゴム中に分散することによってベース剤中に熱流路を形成することができる。またフィラー53gは細長いファイバー形状であることが好ましい。ファイバー形状のフィラー53gを用いることによって硬化前の液状のシリコーンゴム接着剤、またはシリコーンゴムと混練すると、成型する際に流れの方向すなわち方向Xに配向し易い。そのため、方向Xにおいて、ローラ53の熱伝導性を高めることができる。
53 g of fillers have a role as a filler for ensuring the thermal conductivity of the thermally-
図5は小サイズ記録材をニップ部Nで搬送している状態を示す定着装置50の斜視図である。図5に示すように、方向Xにおいて、ヒータ54の発熱抵抗層54bの長さよりも記録材が短いため、ニップ部Nの記録材が通過する通過領域の両側に記録材が通過しない非通過領域が生ずる。ここで、記録材に熱が奪われるため通過領域は低温部となり、記録材に熱が奪われない非通過領域は高温部となる。
FIG. 5 is a perspective view of the fixing
非通過領域は記録材が連続して通過されることにより蓄熱してますます昇温してしまう。このときローラ53の熱伝導層53cによって非通過領域の高温部から通過領域である低温部へと効率的な熱分散が行われる。なぜならば、ローラ53が回転することによりローラの全周を利用して熱分散を行うことができるからである。
The non-passing area accumulates heat as the recording material is continuously passed, and the temperature rises more and more. At this time, the
熱分散を効果的に行うためには、本実施例のように熱伝導層53cが弾性層53bと離型層53dとの間に設けられていることが望ましい。その理由は、記録材の非通過領域と通過領域の温度差が最大になる箇所は離型層53dの表面であることから、その離型層の近傍であるほど熱分散の効果が得やすいためである。
In order to effectively dissipate heat, it is desirable that the heat
また、ローラ53の方向Xに熱分散を行うためにはフィラー53gが熱伝導層53cの厚み方向ではなく面内方向に配向していることが望ましい。ここで、熱伝導層53cの面内方向とは、方向Xと平行な方向、若しくは方向Xと略平行な方向をいう。
Further, in order to disperse heat in the direction X of the
図6の(a)は短いフィラー53hを含有する熱伝導層53cの方向Xの断面図、(b)は長いフィラー53gを含有する熱伝導層53cの方向Xの断面図である。
FIG. 6(a) is a cross-sectional view in the direction X of the heat
図6の(a)は、フィラー53hの長さ(100μm)<熱伝導層53cの厚み(200μm)、の場合を示した図であり、フィラー53hが非常に短いため、熱伝導層53cを成型する時に、フィラー53hが熱伝導層の厚み方向にも配向することを示している。図6の(b)は、本実施例のように、フィラー53gの長さ(2mm)>熱伝導層53cの厚み(200μm)、の場合を示した図であり、熱伝導層53cを成型する時に、フィラー53gが熱伝導層53cの厚み方向に向くことができず面内方向に配向しやすいことを示している。
FIG. 6A shows a case where the length of the
このように、フィラー53gを熱伝導層53cの面内方向に配向させたい場合は、フィラー53gの長さ>熱伝導層53cの厚み(以下、関係式1と記す)の関係にあることが望ましい。
In this way, when it is desired to orient the
さらに、熱伝導層53cの方向Xの熱輸送量を増やすためには熱伝導層の厚みを厚くするほど良く、そのためには上記の関係式1を満たすようにフィラー53gの長さを選択することが望ましい。
Furthermore, in order to increase the amount of heat transported in the direction X of the heat
熱伝導層53cの成型方法としては特に限定されないが、一般には型成型、コート成型等の成型方法が用いることができる。また、特開2003-190870号公報や、特開2004―290853号公報に開示されているリングコート法によることも可能である。上記の各種方法により弾性層53bの外周に熱伝導層53cをシームレス形状で形成することができる。熱伝導層53cの厚さとしては、0.1~5mmが性能上だけでなく、成型上も好ましい。
The method of molding the heat
図7は図4のX-C平面でフィラー53g又はフィラー束53Gを切断した場合の断面図である。図7の(a)は1本のフィラー53gの断面図、(b)は束状にまとまった3本のフィラー53gの断面図、(c)は図4に示される束状にまとまった8本のフィラー53gの断面図、(d)は束状にまとまった6本のフィラー53gの断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
本実施例で用いたフィラー53gは直径9μm程のカーボンファイバーである。フィラー53gの外周面には、バインダー(接着剤)53iがコーティングされている。これにより、フィラー53g同士をバインダー53iによって接着することができるため、フィラー束53Gのようにフィラーを束状にまとめることができる。本実施例で使用したバインダー53iはエポキシ樹脂である。
The
フィラー53gが束状にまとまるパターンとして、図7の(b)に示すように、フィラー53g-1、53g-2、及び53g-3のそれぞれが外周面上で隣り合う2本と当接したものを基本の束とする場合がある。そしてその基本の束の繰り返しによって図7の(c)のような束の骨格が形成される。
As a pattern in which the
或いは、図7の(d)に示すように、フィラー53g-4は外周面上で隣り合うフィラー53g-5、及び53g-6の2本と当接しているものの、フィラー53g-5とフィラー53g-6の2本は互いに当接していない状態を基本の束とする場合がある。
Alternatively, as shown in (d) of FIG. 7, although the
つまり、図7の(c)、(d)の何れの場合も、1本のフィラー53gの外周に少なくとも2本のフィラー53gが当接した基本のフィラー束53Gを核として複数のフィラー53gやフィラー束53Gが集合している。
That is, in both cases of FIGS. 7C and 7D, a plurality of
フィラー53gの長さが数十~数百μmと短い場合、1本当たりのフィラー53gが遠くまで熱を輸送できないことから、熱伝導層53c中で高い熱伝導性を得られ難い。一方、フィラー53gの長さが1mm以上と長い場合には、フィラー53g同士が互いに接触する機会が多くなることや、1本当たりのフィラー53gがより遠くまで熱を輸送できるようになることから、高い熱伝導性が得られやすい。
If the length of the
しかしながら、バインダー53iでコーティングされていない長さ1mm以上の長繊維のフィラー53jとベース剤53eを混練しようとすると、フィラー53j同士が絡み合い混練物の粘度が高くなってしまう。そのため、混練の過程で長いフィラー53jが短く粉砕されてしまうことがあった。
However, if an attempt is made to knead the
一方、本実施例のようにバインダー53iで表面がコーティングされたフィラー53gが複数本束ねられたフィラー束53Gを使用すると、フィラー束53Gとベース剤53eを混練する時、フィラーが屈曲しにくくなるのでフィラー同士が絡まり合うことを抑制できる。更に、束状になっていないフィラー53jに比べて、フィラー束53Gの方がベース剤と接触する面積が減少することから粘度を下げることができる。そのためフィラー束53G中のフィラー53gを1mm以上の長繊維の状態に維持したままベース剤53eに分散することが可能となるのである。
On the other hand, if the
また、良好な定着性を得るという観点においても、以下に説明する理由のため、束状になっていないフィラー53jを用いた場合に比べて、本実施例のようにフィラー束53Gを用いた方が優れている。
Also, from the viewpoint of obtaining good fixability, the use of the
良好な定着性を得るためのひとつの手段として、ローラ53の硬度を低くすることにより、記録材搬送方向Zに幅の広いニップ部Nを形成する構成が考えられる。これはニップ部Nの幅が広いほど、ヒータ54の熱をフィルム51を介して記録材Pに伝える時間が長くなるためである。
As one means for obtaining good fixability, it is conceivable to form a wide nip portion N in the recording material conveying direction Z by reducing the hardness of the
すなわち、束状になっていないフィラー53jを用いた場合には、ローラ53の硬度が高く、ニップ部Nの幅が狭くなってしまい良好な定着性が得られなかった。これに対し、本実施例のようにフィラー束53Gを用いた場合には、ローラ53の硬度を低くすることができたため、幅の広いニップ部Nと良好な定着性を得ることができたのである。このメカニズムについて、図8、図9を用いて説明する。
That is, when the
図8は熱伝導層53cに分散された束状になっていないフィラー53jの配向を示す概略図である。図9は熱伝導層53cに分散されたフィラー束53Gの配向を示す概略図である。図8、図9は何れも図3の(a)に示されるローラ53の領域53kにおける熱伝導層53c内のフィラー53j(フィラー束53G)の配向状態を示している。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the orientation of unbundle-
図8の(a)にはローラ53の方向Xにフィラー53jが配向している様子が示されている。ただし全てのフィラー53jが方向Xに配向しているわけではなく、ローラ53の周方向Cへ傾いた状態で分散されているものも存在する。そのため、方向Xに配向したフィラー53jと周方向Cへ傾いたフィラー53jとが複数箇所で交差し、これによって熱伝導層53cを補強する効果を発揮している。
FIG. 8(a) shows how the
その結果、図8の(b)に示すように、ローラ53の周方向Cに熱伝導層53cを屈曲する力を加えたときに、上記の補強効果により熱伝導層は屈曲しにくくなり、ローラの硬度が高くなってしまった。
As a result, as shown in FIG. 8B, when a force is applied to bend the heat
一方、本実施例の場合、図9の(a)に示すように、フィラー53gをバインダー53iによって束状にまとめたフィラー束53Gを用いるため、フィラーは図8の(a)よりも隙間をあけて分散することができる。そのため、図8の(b)のように何本かのフィラー53gはローラ53の周方向Cへ傾いた状態で分散されているものの、方向Xに配向したフィラーと距離を置いて接触するようになるため、補強効果が発揮されにくくなった。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 9A, a
その結果、図9の(b)に示すように、ローラ53の周方向Cに熱伝導層53cを屈曲する力を加えると、良好な屈曲性が得られ、束状になっていないフィラー53jを用いた場合と同等の熱伝導性を維持しながらローラの硬度を低くすることができた。
As a result, as shown in FIG. 9(b), when a force is applied to bend the heat
(3-3)離型層(表層)53d
離型層53dは熱伝導層53cの外周面上にPFAチューブを被せることにより形成する。離型層53dの厚さはローラ53に十分な離型性を付与することができる厚さであれば特に限定されないが、好ましくは20~100μmである。
(3-3) Release layer (surface layer) 53d
The
(3-4)ローラ53の実施例
まず、実施例1、実施例2、比較例1、比較例2に係る各ローラ53に使用するフィラー束53G又はフィラー53jを表1に示す。フィラー束53G及びフィラー53jとして下記に示す日本グラファイトファイバー社製のピッチ系カーボンファイバーを用いた。商品名XN-80C-02S及びXN-80C-01Sのカーボンファイバーは、カーボンファイバーがコーティング剤によって束状となったフィラー束53Gであり、商品名XN-80C-02及びXN-80C-01のカーボンファイバーは、コーティングがないカーボンファイバーからなるフィラー53jである。
(3-4) Examples of
表1において、サイジング剤とはカーボンファイバーに対するコーティング剤のことであり、本実施例で説明したバインダー53iに相当する。上記のサイジング剤が塗布された商品では、カーボンファイバー1本あたりのおよそ2質量%のエポキシ樹脂がカーボンファイバーの外周上にコーティングされている。
In Table 1, the sizing agent is a coating agent for carbon fibers and corresponds to the
実施例及び比較例のローラの製造方法
[実施例1]
まず、Φ13のアルミニウム製芯金53aの外周面上に、密度が1.20g/cm3である付加硬化型のシリコーンゴムを用いて型成型法により肉厚3.5mmの弾性層53bを形成する。これにより、Φ20の弾性層被覆物を得る。ここでシリコーンゴムの架橋時の温度条件は、150℃×30分である。
Method for manufacturing rollers of Examples and Comparative Examples [Example 1]
First, an
次にシリコーンゴム接着剤をベースとした熱伝導層53cの成型法を説明する。付加硬化型シリコーンゴム接着剤(商品名:SE1819CV A&B)、東レ・ダウコーニング社製のA、B両液を1:1の割合になるように混合し、接着剤原液を得る。接着剤原液はこれに限られずほかの接着剤原液を用いてもよい。
Next, a method of molding the heat
この接着剤原液に対し、エポキシ樹脂でコーティングされ束状にまとめられたファイバー状熱伝導性フィラー束53Gであるピッチ系カーボンファイバーXN―80C―02Sを体積比率で15%の割合になるように均一に配合・混練して、接着剤組成物1を得た。この接着剤組成物1を上記の弾性層被覆物1の外周面上に厚さ200μmで均一に塗布した。
Pitch-based carbon fiber XN-80C-02S, which is a fibrous thermally
さらに、上記の接着剤組成物1の外周面上に離型層53dとしてPFAチューブ(厚み50μm)を被覆し、200℃×10分にて加熱硬化させた。
Further, a PFA tube (thickness: 50 μm) was coated as the
[比較例1]
まず、実施例1と同様にして、肉厚3.5mmの弾性層53bを形成し、Φ20の弾性層被覆物1を得る。
[Comparative Example 1]
First, an
次にシリコーンゴム接着剤をベースとした熱伝導層53cの成型法を説明する。実施例1と同じシリコーンゴム接着剤原液に対し、エポキシ樹脂がコーティングされていないピッチ系カーボンファイバーXN―80C―02を体積比率で15%の割合になるように均一に配合・混練して、接着剤組成物2を得た。しかしながらエポキシ樹脂がコーティングされておらず束状になっていないため、上記のとおり、カーボンファイバーが絡まり合って接着剤原液と混練しにくい状態になってしまった。
Next, a method of molding the heat
そこで、実施例1よりも強い撹拌工程を実施すると、混練後の接着組成物に含まれるカーボンファイバーの中には実施例1よりも長さが短くなってしまうものが生じてしまった。この接着剤組成物2を上記の弾性層被覆物1の外周面上に厚さ200μmで均一に塗布した。
Therefore, when a stronger stirring step than in Example 1 was performed, some of the carbon fibers contained in the adhesive composition after kneading became shorter than in Example 1. This
さらに、上記の接着剤組成物2の外周面上に離型層53dとしてPFAチューブ(厚み50μm)を被覆し、200℃×10分にて加熱硬化させた。
Further, a PFA tube (thickness: 50 μm) was coated as the
[実施例2]
まず、Φ13のアルミニウム製芯金53aの外周面上に、密度が1.20g/cm3である付加硬化型のシリコーンゴムを用いて型成型法により肉厚2.7mmの弾性層53bを形成することにより、Φ18.4の弾性層被覆物2を得る。ここで温度条件としては150℃×30分にて加熱硬化させた。
[Example 2]
First, an
次に接着成分を含まない耐熱性ゴム材料をベースとした熱伝導層53cの成型法を説明する。接着成分を含まない耐熱性ゴム材料として付加硬化型シリコーンゴム原液を用いる。この付加硬化型シリコーンゴム原液に対し、エポキシ樹脂でコーティングされフィラー束53Gであるピッチ系カーボンファイバーXN―80C―01Sを体積比率で7%の割合になるように均一に配合・混練して、シリコーンゴム組成物1を得た。
Next, a method of molding the heat
次に内径Φ20.4の金型にΦ18.4の弾性層被覆物2を芯金が等しくなるようにセットした。そして金型と弾性層被覆物2の間にシリコーンゴム組成物1を注入し、150℃×60分で加熱硬化を経て、肉厚1mmの熱伝導層53cを備えたΦ20.4の弾性層被覆物3を得る。
Next, an elastic layer covering 2 with a diameter of Φ18.4 was set in a mold with an inner diameter of Φ20.4 so that the metal cores were equal. Then, the
さらに、この弾性層被覆物3の外周に離型層53dとしてPFAチューブ(厚み50μm)を被覆した。
Furthermore, a PFA tube (thickness: 50 μm) was coated on the outer periphery of the elastic layer covering 3 as a
[比較例2]
まず、実施例2と同様にして、肉厚2.7mmの弾性層53bを形成し、Φ18.4の弾性層被覆物2を得る。
[Comparative Example 2]
First, an
次にシリコーンゴムをベースとした熱伝導層53cの成型法を説明する。実施例2と同じ付加硬化型シリコーンゴム原液に対し、エポキシ樹脂がコーティングされていないピッチ系カーボンファイバーXN―80C―01を体積比率で7%の割合になるように均一に配合・混練して、シリコーンゴム組成物2を得た。しかしながらエポキシ樹脂がコーティングされていないため、上述したとおり、付加硬化型シリコーンゴム原液と混練しにくい状態になってしまった。
Next, a method of molding the heat
次に内径Φ20.4の金型にΦ18.4の弾性層被覆物2を芯金が等しくなるようにセットした。そして金型と弾性層被覆物2の間にシリコーンゴム組成物2を注入し、150℃×60分で加熱硬化を経て、外形20.4の熱伝導層53cを備えた弾性層被覆物4を得る。
Next, an elastic layer covering 2 with a diameter of Φ18.4 was set in a mold with an inner diameter of Φ20.4 so that the metal cores were equal. Then, the
さらに、この弾性層被覆物4の外周に離型層53dとしてPFAチューブ(厚み50μm)を被覆した。
Furthermore, the outer periphery of the elastic layer covering 4 was covered with a PFA tube (thickness: 50 μm) as a
[性能評価]
〈硬度〉
本実施例では、JIS K7312や、SRIS0101規格に準じた高分子計器(株)製のASKER Durometer Type C(ASKER-C型硬度計)を用いて硬度を測定した。
[Performance evaluation]
<hardness>
In this example, the hardness was measured using an ASKER Durometer Type C (ASKER-C type hardness tester) manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd., conforming to JIS K7312 and SRIS0101 standards.
図10はローラ53の記録材搬送方向Zに直交する方向の硬度測定位置を示す図である。ローラ53を成型した後、aで示した領域において、離型層53dの外周面から紙やすりで削ることによって熱伝導層53cの表面と弾性層53bの表面を得た。測定点b1、b2、及びb3をそれぞれASKER-C型硬度計で測定することにより、ローラ53の完成状態の硬度、弾性層53b上に熱伝導層53cが成型された領域の硬度、及び弾性層53bの硬度を評価した。
FIG. 10 is a diagram showing hardness measurement positions of the
〈ニップ幅〉
定着装置50のバネSによる加圧力を解除した状態において、感圧紙(富士フィルム(株)製、プレスケール)をローラ53表面とフィルム51表面との間に挟み込み、その後、バネにより所定の加圧力を定着装置に与えた。再び定着装置50のバネSによる加圧力を解除し、感圧紙を引き抜いた。感圧紙の色の変化から定着装置50の加圧状態におけるニップ部Nの記録材搬送方向Zの幅を測定した。
<Nip width>
In a state in which the pressure applied by the spring S of the fixing
(定着性)
定着性と、下記の記録材非通過領域の過昇温の性能評価は、プロセススピード:180mm/s、定着温度:200℃でプリントすることにより評価を行った。
(Fixability)
Fixability and performance evaluation of excessive temperature rise in the following recording material non-passing area were evaluated by printing at a process speed of 180 mm/s and a fixing temperature of 200°C.
A4サイズ紙(80g/m2)に5mm角のテストパターンをプリントし、テストパターン部をシルボン紙で擦り、擦る前後のテストパターンの濃度変化率を測定することにより定着性を評価した。
○:平均濃度変化率20%未満
×:平均濃度変化率20%以上
平均濃度変化率が20%以上になると指等でテストパターンを擦ったときに画像が欠ける等の画像不良が生じるため、平均濃度低下率は20%未満が望ましい。
A 5 mm square test pattern was printed on A4 size paper (80 g/m 2 ), the test pattern area was rubbed with silbon paper, and the fixability was evaluated by measuring the density change rate of the test pattern before and after rubbing.
○: Average density change rate of less than 20% ×: Average density change rate of 20% or more A density decrease rate of less than 20% is desirable.
(非通過領域の過昇温)
本実施例におけるヒータ54の発熱抵抗層54bの長さは220mmである。A4サイズ紙の紙幅(方向Xの長さ)は210mmであることから、A4サイズ紙の両側に5mmの記録材非通過領域が生じる。そこで、A4サイズ紙(80g/m2)を連続して300枚プリントした時の非通過領域のフィルム51の表面温度を測定した。本実施例では以下の2段階に非通過領域の過昇温を評価した。
○:非通過領域の温度230℃未満
×:非通過領域の温度230℃以上
記録材非通過領域のフィルム51の表面温度が230℃を上回ると、フィルムの弾性層51bの硬度が上昇することがある。その結果、方向Xにおいて、フィルム51の弾性層51bの硬度ムラが発生することから、搬送不良が生じる恐れがある。したがって、フィルム51の非通過領域の温度は230℃未満にすることが望ましい。
(Excessive temperature rise in non-passing area)
The length of the
◯: Temperature of non-passing area is less than 230° C. ×: Temperature of non-passing area is 230° C. or higher When the surface temperature of the
(評価の結果)
評価の結果の一覧を表2に示す。実施例1、比較例1、実施例2、及び、比較例2に係るローラ53において、測定点b3の硬度はいずれも32°であった。
(Evaluation results)
Table 2 shows a list of evaluation results. In the
実施例1に係るローラ53では、測定点b2の硬度は39°であり測定点b3に対してわずか7°の硬度上昇に収まっている。これは上記のように、熱伝導層53cに含まれるフィラー(カーボンファイバー)53gが束状にまとめられたことによって、図9に示すように熱伝導層53cがローラ53の周方向に屈曲しやすくなったためである。その結果、測定点b1の硬度は52°、ニップ部幅は8mmと広くすることができ、平均濃度低下率13%という良好な定着性を得ることができた。フィルム51の記録材非通過領域の温度は225℃となり、十分な昇温抑制効果が見られた。
In the
比較例1に係るローラ53では、測定点b2の硬度は46°であり測定点b3に対して14°も硬度上昇してしまった。その結果、測定点b1の硬度は57°、ニップ部幅は6mmと狭くなり、定着不良が生じてしまった(平均濃度低下率25%)。
In the
さらにフィルム51の非通過部の温度は235℃となり、実施例1よりも高くなってしまった。
Furthermore, the temperature of the non-passing portion of the
実施例2に係るローラ53では、実施例1と同様にフィラー(カーボンファイバー)53gが束状にまとめられた効果により、測定点b2の硬度が39°、測定点b1の硬度が52°となり、ニップ部幅を8mmとることができた。定着性も良好であり平均濃度低下率13%であった。またフィルム51の非通過部の温度は225℃となり、非通過領域において十分な昇温抑制効果が見られた。
In the
比較例2に係るローラ53では、比較例1と同様にフィラー(カーボンファイバー)53jが束状にまとめられていないため、測定点b2の硬度が47°、測定点b1の硬度が58°となり、ニップ部幅が6mmと狭くなってしまった。その結果、定着不良が生じてしまった(平均濃度低下率26%)。また非通過部の温度は234℃となり、実施例2よりも9℃高くなってしまった。
In the
(4)その他
上記の実施例1、2ではバインダー53iとしてエポキシ樹脂を用いたが、ベース剤53eとの結着性を鑑みた他の材料を用いても良い。また、弾性層53bをソリッドゴムに成形したが、発泡スポンジゴムに成形してもよい。また熱伝導層53cのベースとなる耐熱性ゴムとしてシリコーンゴムを用いたが、発泡スポンジゴムを用いてもよい。
(4) Others Although the epoxy resin was used as the
複数本のファイバー状のフィラー53gが束状にまとまったフィラー束53Gは弾性層53b及び熱伝導層53cの少なくとも一方に分散されていてもよい。
A
フィルム加熱方式の定着装置50において、ヒータ54はセラミックスヒータに限られずニクロム線によって加熱される加熱体、或いは電磁誘導によって発熱する金属製の発熱体であってもよい。またヒータ54は必ずしもニップ部Nに位置させなくてもよく、ニップ部の記録材搬送方向上流側に位置させてもよい。
In the film heating
ローラ53はフィルム加熱方式の定着装置50に限られずフィルム51自体を電磁誘導によって発熱する筒状の金属フィルムとした電磁誘導加熱方式の定着装置にも適用可能である。
The
50 定着装置、53 加圧ローラ(ローラ)、53a 芯金、53b 弾性層(第2の弾性層)、53c 熱伝導層(弾性層、接着層、第1の弾性層)、53d 離型層、53g フィラー、53G フィラー束、T 未定着のトナー画像、P 記録材 50 fixing device, 53 pressure roller (roller), 53a core bar, 53b elastic layer (second elastic layer), 53c heat conduction layer (elastic layer, adhesive layer, first elastic layer), 53d release layer, 53g filler, 53G filler bundle, T unfixed toner image, P recording material
Claims (11)
芯金と、
前記芯金の周囲に設けられている弾性層と、を有し、
前記弾性層には、複数本のファイバー状のフィラーが束になっているフィラー束が分散されており、
前記フィラー束の太さは、前記弾性層の厚みより小さく、
前記フィラー束に含まれる複数本の前記フィラーの配向は揃っており、
前記フィラー束は、前記ローラの軸方向に沿った方向に配向されており、
前記フィラー束は、平均繊維長が2mm以下の前記フィラーの束であることを特徴とするローラ。 A roller used in a fixing device for fixing an image formed on a recording material to the recording material,
core metal,
and an elastic layer provided around the core metal,
In the elastic layer, filler bundles in which a plurality of fiber-like fillers are bundled are dispersed ,
The thickness of the filler bundle is smaller than the thickness of the elastic layer,
The orientation of the plurality of fillers contained in the filler bundle is aligned,
The filler bundle is oriented in a direction along the axial direction of the roller,
The roller , wherein the filler bundle is a bundle of the filler having an average fiber length of 2 mm or less .
定着用回転体と、
前記定着用回転体と共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のローラと、
を備えたことを特徴とする定着装置。 A fixing device for fixing an image formed on a recording material to the recording material,
a fixing rotating body;
9. The roller according to any one of claims 1 to 8 , which forms a fixing nip portion that nips and conveys a recording material together with the fixing rotary member;
A fixing device comprising:
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