KR100408462B1 - 가열 조립체, 화상 형성 장치, 및 실리콘 고무 스폰지와롤러의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수지 마이크로벌룬에 의해 형성된 일체로 분산된 공동을 갖는 탄성 층을 갖는 프레스 롤러를 구비한 가열 조립체에 관한 것이다.

프레스 롤러는 낮은 열 전도도를 갖게 되어, 가열 수단으로부터의 열이 효과적으로 이용될 수 있다. 프레스 롤러는 낮은 경도를 갖게 되어, 프레스 롤러와 가열 수단 사이에 형성된 프레스 접촉 닙이 더 확장될 수 있다.

Description

가열 조립체, 화상 형성 장치, 및 실리콘 고무 스폰지와 롤러의 제조 방법{HEATING ASSEMBLY, IMAGE-FORMING APPARATUS, AND PROCESS FOR PRODUCING SILICONE RUBBER SPONGE AND ROLLER}

본 발명은 가열 조립체, 화상 형성 장치, 실리콘 고무 스폰지 생산 공정, 및 복사기와 레이저 비임 프린터와 같은 전자 사진 화상 형성 장치의 화상 가열 조립체용 프레스 롤러로서 사용 가능한 실리콘 고무 스폰지 롤러의 생산 공정에 관한 것이다.

가열 조립체는 종래로부터, 예컨대 비정착 화상을 화상 형성 장치에 사용되는 기록 매체 상에 정착시키는 열정착 조립체, 광택과 같은 표면 성질을 개선하기 위해 기록 매체를 가열하기 위한 화상 가열 조립체 및 가열에 의해 목표 재료를 건조하거나 적층시키기 위한 열처리 조립체로서 널리 사용되고 있다.

이하에서는 전자 사진 복사기 및 프린터와 같은 화상 형성 장치에 설치된 열 정착 조립체의 경우를 들어 종래의 가열 조립체에 대해 설명하기로 한다.

화상 형성 장치의 열 정착 조립체는 전사 시스템 및 직접 시스템에 의해 (전사 시트, 정전 기록지, 전자팩스 용지 및 인쇄지와 같은) 기록 매체 상에 형성되고 반송되는 소정 화상 정보에 대응하는 비정착 화상(토너 화상)이 기록 매체의 표면에 영구 정착 화상으로서 열 정착시키는 유닛이다. 가열 수단 및 가압 수단이 가압 접촉 닙(정착 닙)을 형성하기 위해 정면으로 가압 접촉되는 접촉 가열 형식의 조립체는 열 정착 조립체로서 널리 사용되고 있으며, 화상이 정착되게 되는 기록매체는 가압 접촉 니프로 안내되어서 그 사이에 유지되어 전달되어서 비정착 화상이 가열 롤러 시스템 및 필름 가열 시스템에서와 같이 열과 압력에 의해 기록 매체 표면에 정착되도록 된다. 이하에서는 이들 가열 시스템에 대해 설명하기로 한다.

A) 가열 롤러 시스템

가열 롤러 시스템은 기본적으로 평행하게 가압 접촉되고 가열 수단으로서의 가열 롤러(정착 롤러) 및 가압 수단으로서의 탄성 롤러로 구성된 한 쌍의 롤러로 구성된다. 롤러 쌍은 회전되면 화상이 정착될 기록 매체는 한 쌍의 롤러 사이에서 가압 접촉 닙으로 안내되고 그 사이에서 유지되어 전달됨으로서 비정착 화상이 열과 압력, 즉 가열 롤러의 열 및 가압 접촉 닙의 압력에 의해 기록 매체 표면에 정착된다.

B) 필름 가열 시스템

필름 가열 시스템은, 예컨대 일본 특허 출원 공개 제63-313182호, 제2-157878호, 제4-44083호, 제4-204980호 및 제4-204984호에 개시되어 있다. 필름 가열 시스템은 정착 수단으로서의 열저항 필름(정착 필름)과 가열 소자를 가지며 가압 수단으로서의 탄성 프레스 롤러를 갖는다. 열저항 필름은 가압 접촉 닙을 형성하기 위해 탄성 프레스 롤러의 도움에 의해 가열 소자와 가압 접촉하게 되고, 열저항 필름은 가열 소자와 밀접 접촉하게 되어 활주 가능하게 문질러지면서 전달되며, 여기에서 화상이 정착될 기록 매체는 열저항 필름과 탄성 프레스 롤러 사이에서 안내되어 기록 매체가 열저항 필름과 함께 전달되도록 한다. 이 단계에서, 비정착 화상은 열과 압력, 즉 가열 소자로부터 열저항 필름을 거쳐 기록 매체로 가해지는열과 가압 접촉 닙에서 인가되는 압력에 의해 기록 매체 표면에 정착된다. 기록 매체는 가압 접촉 닙을 통과한 후 열저항 필름과 분리된다.

이런 필름 가열 시스템의 가열 조립체에서, 낮은 열용량을 갖는 선형 가열 소자가 사용될 수 있고 낮은 열 용량을 갖는 박막은 열 저항 필름으로서 사용될 수 있어서, 에너지는 보다 절감될 수 있고 대기 시간은 보다 단축될 수 있다(보다 빨리 개시될 수 있다). 또한, 박막 필름 가열 시스템의 가열 조립체는 무단 벨트가 열 저항 필름으로서 사용되고, 인장력이 필름에 인가되는 동안 필름을 회전식으로 구동하기 위한 수단으로서 구동 롤러가 필름의 내주연측 상에 마련된 형태의 시스템과, 필름이 필름 안내부에 외부에 느슨하게 끼워지고 가압 수단으로서의 가압 회전 부재가 필름을 이동시키면서 가압 회전 부재를 따르도록 구동되는 형태의 시스템을 갖는다. 후자의 가압 회전 부재 구동 시스템은 부품이 저감될 수 있다는 장점 때문에 종종 사용된다.

가열 수단과 프레스 롤러가 가열 목표재 가열 영역으로서 가압 접촉 닙을 형성하도록 대면해서 제공되고 가열 목표재가 상술한 필름 가열 시스템 또는 가열 롤러 시스템의 열 정착 조립체로서 열과 압력에 의해 처리되는 가열 조립체에서, 조립체를 고속으로 만들고 대기 시간을 단축시키기 위해 프레스 롤러는 탄성재로 제조될 수 있으며 롤러와 롤러의 탄성 변형에 대응하는 가열 수단 사이에 형성된 가압 접촉 닙은 충분한 양의 열을 가열 목표재로 제공하기 위한 시간이 가열 목표재로 열을 가하는 효율을 개선시킬 수 있도록 보다 넓게 제조될 수 있다. 그러나, 가압 접촉 닙을 단지 넓게 제조하는 것은 가열 조립체 자체를 대형화시키고 동시에전력 소모를 증가시킨다. 따라서, 조립체를 소형으로 제조하고 비용 절감 및 저전력 소모를 달성하기 위해서 조립체는 열 효율에 있어 보다 개선되어야만 한다.

가열 조립체의 열 효율 개선이라는 관점에서, 가열 수단으로부터 가압 수단측으로 취해진 열용량은 무시할 수 없다. 따라서, 조립체를 고속화하고 저전력 소모를 달성하기 위해, 가압 수단이 낮은 열용량을 가질 것이 요구된다. 낮은 열용량을 갖는 가압 수단을 제조하기 위한 수단으로서, 일본 특허 출원 공개 제9-114281호에 개시된 바와 같이, 뛰어난 열 절연성을 갖는 가압 회전 부재가 가압 수단 프레스 롤러의 탄성층을 중공 충전제와 합체함으로써 좋은 대량 생산성을 갖고 생산될 수 있다.

중공 충전기로서, 중공 실리카, 알루미나, 유리 및 유리 섬유와 같이 내부에 공기를 함유한 무기성 충전제가 사용된다. 그러나, 이런 무기성 충전제가 사용되면, 충전제는 너무 단단해서 프레스 롤러의 탄성층을 경화시킴으로써 넓은 정착 닙을 보장하기 위해서는 큰 압력이 가해져야만 한다.

또한, 전자 사진 화상 형성 장치의 가열 조립체에서, 조립체는 최근에 보다 소형화되고 있고, 거기에 사용되는 프레스 롤러도 보다 소형화되고 있다. 프레스 롤러를 소경으로 제조하는 것은 정착시의 닙의 폭을 보장하기 위해 탄성층을 낮은 경도를 갖도록 하는 경향을 발생시키는데, 탄성층은 프레스 롤러 맨드릴의 주연 상을 덮는다. 예컨대, 일본 특허 공보 제4-77315호에 개시된 바와 같이, 탄성층에 발포 탄성재(스폰지 고무)를 사용하는 것이 실제로 많이 사용된다. 그러나, 실리콘(silicone) 고무에 혼합된 취입제가 취입을 발생시키도록 가열될 때, 그 취입 압력은 실리콘 고무의 셸 벽을 파손시켜서 최종 발포제의 몇몇 셸이 표면에 덮히지 않도록 하거나, 대기로부터 발포제 셸을 고립시키는 셸 벽을 박막으로 만들어서 가상 공간을 형성한다. 또한, 실리콘 고무가 주형에 취입되는 경우, 취입 압력은 불규칙한 방향으로 연장되며, 따라서 불규칙 취입 압박 저항이 고무에 발생된다. 따라서, 일단 실리콘 고무가 취입 후 주형으로부터 취출되면, 이런 불규칙한 압박은 자유롭게 되어서 고무 표면에 불규칙성 또는 비평활성을 발생시킨다.

이런 발포제로 구성된 실리콘 고무 롤러가 프레스 롤러로서 사용되면, 가열 롤러 또는 가열 필름에 오프셋 부착된 융해된 토너가 전사되어서 프레스 롤러의 오염을 발생시킨다.

맨드릴과 그 안의 발포 실리콘 고무를 포함하는 발포된 탄성 부재로서의 스폰지 탄성 부재가 형성되고 PFA 또는 PTFE와 같은 불화 수지의 열저항 이형층이 피복에 의해 그 주연부 상에 형성되는 곳에서, 피복제는 발포제의 비보호 셸 또는 공동으로 들어갈 수 있어서 평활면과 균일 두께를 갖는 이형층의 형성을 어렵게 한다. 또한, 이형층이 스폰지 탄성 부재를 불화 수지 튜브로 덮음으로써 형성되는 곳에서는, 이것이 압력 하에서 견딜 때 불화 수지 튜브가 발포제의 비보호 셸의 형상 뒤에 불균일하게 될 수 있다는 문제가 있어서, 종이가 공급될 때, 프레스 롤러는 거의 볼 수 없을 정도의 오프셋과 종이의 배면 상에 존재하는 토너로 인해 오염된다.

열정착 조립체에 사용된 프레스 롤러는 경도 및 열 전도성이 장기간 반복된 어떠한 열적 이력으로 인해 변하지 않는 성질을 가질 것이 요구된다. 이것은 닙폭이 경도의 변화에 따라 변하고 정착 효율도 열 전도성의 증가에 따라 감소하기 때문이다.

스폰지 고무를 생산하는 한 방법으로서, 수지성 미소 풍선이 사용된 방법이 공지되어 있다. 예로서, 일본 특허 출원 공개 제8-12888호 및 제5-209080호에 개시된 바와 같이, 팽창되지 않은 미소 풍선이 고무와 혼합되고 뒤이어 가열함으로써 수지성 미소 풍선이 팽창하고 동시에 경화한다.

다른 방법으로서, 상술한 방법에서의 문제(셸의 불균일성)를 해결하기 위한 목적으로서, 사전에 팽창된 수지성 미소 풍선이 액체 혼합물에서 혼합되고 교차 연결된 고무 성형 제품이 수지의 융점보다 높지 않은 온도에서 얻어지는 방법이 스폰지 고무를 생산하는 방법으로서 제안되었고, 이런 방법에 의해 생선된 전사 드럼이 제안되었다(일본 특허 출원 공개 제10-060151호).

팽창된 수지성 미소 풍선은 다양한 피복재 및 플라스틱재에서 충전재로서 사용된다. 그러나, 모든 방향으로 떠오르려 하기 때문에, 분산을 방지하기 위한 방법이 제안되고 있다.

예를 들어, 일본 특허 제02 822 142호에는 미팽창 마이크로벌룬 및 습윤제(가소제)가 미팽창 수지 마이크로벌룬의 팽창 개시 온도보다 높지 않은 온도에서 혼합된 후에, 이렇게 얻어진 혼합물이 미팽창 수지 마이크로벌룬의 팽창 개시 온도에 가까운 온도로 가열되어 팽창 수지 마이크로벌룬을 얻도록 된 방법이 개시되어 있다. 일본 특허출원 공개 6-240040호에는 분산을 덜 일으키고 우수한 취급성을 갖는 마이크로벌룬의 제조 방법이 개시되어 있는데, 상기 마이크로벌룬은 미세 무기재료 입자들이 결합제 수지를 통해서 낮은 비등점의 유기 용제를 포함하는 열팽창 열가소성 수지 미세캡슐에 의해 형성된 마이크로벌룬의 표면들에 체결되는 것을 특징으로 한다.

그러나, 미리 팽창해버린 수지 마이크로벌룬과 혼합된 실리콘 고무 스펀지를 제조하는 방법에서, 팽창 수지 마이크로벌룬은 매우 낮은 비중을 갖고, 이들이 매우 큰 형태로 저장되어야 하고 게다가 실리콘 고무 재료에 쉽게 혼합될 수 없다는 문제를 갖는다. 팽창 마이크로벌룬 및 습윤제(가소제)가 미팽창 수지 마이크로벌룬의 팽창 개시 온도보다 높지 않은 온도에서 혼합된 후에 이렇게 얻어진 혼합물이 미팽창 수지 마이크로벌룬의 팽창 개시 온도에 가까운 온도로 가열되어 팽창 수지 마이크로벌룬을 얻도록 된 종래 기술의 방법에서, 습윤제(가소제)의 예로는 프탈레이트 타입 가소제, 알리파틱 염기산 에스터 타입 가소제 및 에폭시 타입 가소제가 있다. 그러나, 이들은 액체 실리콘과의 양립성이 나쁘고, 팽창 수지 마이크로벌룬이 액체 실리콘과 혼합될 때 분리 등의 저장 상의 안정성 문제를 일으키기도 한다.

미세 무기 재료 입자들이 결합제 수지를 통해서 체결되게 되고 덜 분산되고 또 우수한 취급성을 갖는 마이크로벌룬의 경우에는 때로는 얻을 수 있는 열절연 특성이 매우 불충분할 수 있다.

이러한 상황 하에서, 팽창 수지 마이크로벌룬이 충전재로서 사용될 때 습윤제도 미세 무기 재료 입자들도 사용하지 않는 방법을 제공할 필요가 있었다.

따라서, 본 발명의 제1 목적은, 낮은 열전도성을 갖고 가열 수단으로부터 열을 거의 빼앗지 않고 낮은 표면 경도를 갖고 정착 닙 와이더를 만들 수 있는 프레스 롤러를 사용하는 가열 조립체와, 가열 정착 조립체로서 상기 가열 조립체를 갖는 화상 형성 장치를 마련하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 자체의 프레스 롤러가 토너에 의해 거의 오염되지 않는 가열 조립체를 마련하는 것이다.

본 발명의 제3 목적은 실리콘 고무 제품의 열전도성(열절연성)에 악영향을 미치지 않으면서 분산이 방지되도록 된 수지 마이크로벌룬을 사용하여 실리콘 고무 스펀지 및 실리콘 고무 스펀지 롤러를 제조하는 방법을 마련하는 것이다.

본 발명의 제4 목적은 가열 정착 조립체에 사용된 프레스 롤러로서의 열시효(heat history)를 겪더라도 경도와 열전도성이 변화하지 않는 롤러를 제조하는 방법을 마련하는 것이다.

도1은 본 발명의 화상 형성 장치의 구성의 일례를 도시한 개략도.

도2는 도1에 도시된 장치에서 가열 정착 조립체의 구성을 도시한 개략도.

도3은 수지 마이크로벌룬에 합체된 프레스 롤러를 도시한 도면.

도4a, 도4b, 도4c 및 도4d는 필름 가열 시스템의 가열 정착 조립체의 구성의 일례를 도시한 개략도.

도5a 및 도5b는 가열 롤러 시스템의 가열 정착 조립체의 구성의 일례를 도시한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 감광 드럼

3 : 레이저 비임 스캐너

4 : 현상 조립체

5 : 전사 롤러

7 : 세척 조립체

22 : 가열 소자

24 : 프레스 롤러

먼저, 본 발명은 시트형 가열 대상 재료를 가열하기 위한 가열 수단과, 상기 가열 수단과 면 대 면의 관계로 배치된 프레스 롤러를 포함하는 가열 조립체에 관한 것으로, 상기 가열 대상 재료는 가열 수단과 프레스 롤러 사이에 유지되도록 형성된 압력 접촉 닙에 안내되고 가열되도록 이들 사이에서 이송되고, 상기 프레스 롤러는 수지 마이크로벌룬에 의해 형성된 공극과 산개식으로 합체된 탄성층을 갖는다.

본 발명의 가열 조립체에 사용된 프레스 롤러의 탄성층에 산개식으로 합체된 상기 프레스 롤러는 수지 마이크로벌룬에 의해 형성된다. 수지 마이크로벌룬은 유기 충전재이고, 이들은 무기 충전재보다 연하고 탄성층을 과도하게 단단하게 만들지 않는다. 따라서, 정착 닙(프레스 접촉 닙)은 약한 압력을 인가하여도 충분히 넓게 형성될 수 있다. 또한, 수지 마이크로벌룬이 충전재이기 때문에, 이들은 무기 충전재보다 낮은 열전도성을 갖고, 탄성층에 대하여 바람직한 0.146 W/m·K 이하의 열전도성을 얻을 수 있는 장점이 있다.

수지 마이크로벌룬은 그 쉘이 수지로 형성되고 가스가 수용되게 되는 내부를 형성하는 마이크로벌룬이다. 따라서, 수지 마이크로벌룬은 탄성층 표면에 덮이지 않는 어떠한 셸도 형성하지 않고 탄성층 표면에서 어떠한 요부도 형성하지 않는다. 또한, 이러한 수지 마이크로벌룬을 포함하는 탄성층이 휘발성 물질을 내부에 보유하는 미팽창 수지 마이크로벌룬과 탄성 재료를 혼합한 후에 미팽창 수지 마이크로벌룬을 열팽창시킴으로써 산개식으로 형성되더라도, 휘발성 물질에 기인하는 팽창 압력이 쉘들에 의해 억제되고, 이로써 덮이지 않은 셸 및 요부가 탄성층 표면에 형성되지 않는다.

따라서, 토너의 오염으로부터 자유로운 프레스 롤러를 마련할 수 있다.

두번째로, 본 발명은 실리콘 고무 스펀지를 제조하는 방법을 마련하는데, 상기 방법은 실리콘 오일로 습윤 처리된 미팽창 수지 마이크로벌룬을 열팽창시키는 단계와, 액체 실리콘 고무 재료에 열팽창 수지 마이크로벌룬을 혼합하는 단계와, 액체 실리콘 고무를 열경화시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 실리콘 고무 스펀지 제조 방법에서, 미팽창 수지 마이크로벌룬은 실리콘 오일로 습윤된 후에 적정 온도로 열팽창되어서 팽창 수지 마이크로벌룬의표면이 매우 작은 양의 실리콘 오일로 덮이며, 이로써 기낭들이 서로 용이하게 부착되어 산개가 방지된다. 또한, 실리콘 오일이 실리콘 고무와 동등한 재료이기 때문에 실리콘 오일은 제조된 실리콘 고무 스펀지의 열전도성에 실질적인 악영향을 미치지 않는다.

세번째로, 본 발명은 롤러를 제조하는 방법을 마련하는데, 상기 방법은 미팽창 수지 마이크로벌룬을 열팽창시키는 단계와, 액체 실리콘 고무 재료에 열팽창 수지 마이크로벌룬을 혼합하는 단계와, 액체 실리콘 고무를 경화시키도록 맨드릴 상의 혼합물을 가열하는 단계와, 액체 실리콘 고무 재료를 열경화시킨 후에 수지 마이크로벌룬의 쉘 수지가 제공하는 마이크로벌룬의 형상을 파괴하도록 수지 마이크로벌룬의 팽창 개시 온도보다 낮지 않은 온도로 수지 마이크로벌룬을 가열하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 수지 마이크로벌룬의 형상을 파괴한 후에, 롤러 표면 상에 이형층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이렇게 제조된 롤러는 충분히 높은 온도의 열저항을 갖지 않는 수지 마이크로벌룬을 사용하는 프레스 롤러에 유용한데, 즉 미정착 화상을 정착시키도록 자체 상에 미정착 화상을 보유하고 있는 기록 매체를 가열하기 위한 가열 수단을 포함하는 가열 정착 조립체의 롤러와, 가열 수단과 면 대 면의 관계로 배치되고 그 사이에 압력 접촉 닙을 형성하도록 가열 수단에 압력 접촉하게 되는 프레스 롤러로서 사용하기에 특히 유용하다.

특히, 쉘 내에 열가소성 수지를 사용하는 입자로 이루어지고 내부에 휘발성 물질을 보유하는 분말이 미팽창 수지 마이크로벌룬으로서 사용되는 경우에, 탄성층은 열팽창 수지 마이크로벌룬이 실리콘 고무 스펀지 내에 분산되어 있는 상태로 형성된다. 이러한 탄성층에서, 열가소성 수지는 실리콘 고무보다 단단하고 따라서 탄성층을 단단하게 만들어준다. 또한, 가열 정착 조립체의 프레스 롤러로서 사용되면 롤러는 열시효를 겪게 되어서 열가소성 수지로 형성된 쉘이 파괴되거나 열분해 또는 탄화를 겪게 되어 쉘의 존재에 기인하여 경도가 손실되며, 그 결과로 롤러 경도가 감소하거나 또는 열전도성이 증가하여 정착 성능을 변화시키게 된다. 이러한 쉘의 파괴는 롤러가 열 정착용 프레스 롤러로서 사용될 때 비급지 영역에서의 소위 온도 상승에 기인하는 경향이 있다. 즉, 수지 마이크로벌룬이 비급지 영역에서 열 손상을 겪게 되어 롤러 경도의 국부적인 감소를 일으켜서 몇몇 경우에는 이송 성능과 관련한 문제를 일으키게 된다. 이는 작은 크기의 종이 시트가 연속적으로 통과하는 경우에 프레스 롤러의 비급지 영역이 정착 부재에 의해 연속적으로 직접 가열되기 때문에 일어나며, 따라서, 프레스 롤러 표면 상의 급지 영역이 150 ℃ 이하의 온도로 유지되더라도 비급지 영역의 표면 온도는 약 250 ℃에 도달하게 된다.

따라서, 본 발명의 상기 롤러 제조 방법에서, 수지 마이크로벌룬의 형상을 제공하는 쉘이 파괴되기 때문에 상기 문제들을 해결할 수 있다. 또한, 수지 마이크로벌룬의 형상을 제공하는 쉘은 어느 단계에서도 파괴될 수 있는데, 즉 이형층이 형성되기 전에 또는 후에 또는 이형층이 형성됨과 동시에 파괴될 수 있다. 수지 마이크로벌룬의 형상을 제공하는 쉘이 이형층이 형성된 후에 파괴되는 경우에, 수지의 파괴 시에 발생된 가스 성분이 수용되고 파괴될 수지의 형태에 따라 실리콘고무를 열화시킬 가능성이 있다. 따라서, 수지 마이크로벌룬의 형상을 제공하는 쉘은 이형층이 형성되기 전에 파괴되는 것이 바람직하다.

발명의 적합한 실시예의 상세한 설명

(1) 화상 형성 장치

도1은 화상 형성 장치의 구조의 예를 도시하는 개략도이다. 본 실시예의 화상 형성 장치는 전사형 전자 사진 공정을 이용한 레이저 비임 프린터이다.

참고 부호 1은 소정 주위 속도(처리 속도)에서 화살표로 표시한 시계 방향으로 회전 구동하는 화상 담지 부재로서의 역할을 하는 회전 드럼형 전자 사진 감광 부재(이하, 감광 드럼이라 함)를 가리킨다. 감광 드럼(1)은 OPC, 아몰퍼스 셸레늄, 또는 아몰퍼스 규소 등의 감광 재료층을 알루미늄이나 니켈로 된 원통형(드럼형) 도전 기판의 주위에 형성한 구성으로 되어 있다. 감광 드럼(1)은 그 회전 중에 대전 수단으로서의 역할을 하는 대전 롤러에 의해 소정 극성 및 포텐셜로 균일하게 대전 처리된다. 균일하게 대전된 회전하는 감광 드럼의 표면은 레이저 빔 스캐너(3)로부터 출력된 목적 화상 정보의 시간 순차적 전기 디지탈 픽셸 신호에 따라서 레이저 비임 변조 제어(온/오프 제어)를 이용하는 광(L)에 주사 노출되게 되어 회전 감광 드럼의 표면 상에 목표 화상 정보의 정전 잠상이 형성된다.

이렇게 형성된 정전 잠상은 현상 조립체(4) 내에서 토너(T)에 의해 현성되고 토너 화상으로서 가시화된다. 현상 방법으로서, 점핑 현상법, 이성분 현상법, 이송 현상법 등을 이용할 수 있으며, 이들 방법은 모두 화상 노광 및 역전 현상과 조합하여 이용되는 것들이다.

그런데, 급지 카세트(9)에 유지된 기록 매체로서의 전사 매체(P)는 급지 롤러가 구동됨에 따라서 낱장씩 공급된다. 그 후, 소정 제어 타이밍에서 전사 닙부로 이송되어 감광 드럼(1)은 전사 롤러(5)와 압접하게 되고 감광 드럼(1)의 표면측에 형성된 토너 화상은 급송된 전사 매체(P)의 표면에 순차로 전사되어 간다. 전사 닙을 떠난 전사 매체(P)는 회전 감광 드럼(1)의 표면으로부터 차례로 분리되고 반송 조립체(12)에 의해 가열 조립체로서 가열 정착 조립체(6)로 안내되어 토너 화상이 가열 정착 처리를 받게 된다. 가열 정착 조립체(6)는 이하에 (2) 항목에서 상세히 기술한다.

가열 정착 조립체(6)로부터 나온 전사 매체는 전사 롤러(13), 가이드(14) 및 용지 출력 롤러(15)를 구비한 급지 통로를 통과한 후 인쇄물로서 용지 출력 트레이로 출력된다.

전사 매체가 분리되는 회전 감광 드럼(1)은 세척 조립체(7)에 의해 처리되어 전사 잔류 토너와 같은 부착 오염물을 제거함으로써 세척된 표면을 갖게 되어 화상 형성을 위해 재사용된다.

(2) 가열 정착 조립체(6)

도2는 본 실시예에서 가열 조립체로서 사용된 가열 정착 조립체(6)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 본 실시예의 가열 정착 조립체(6)는 예를 들어 일본 특허 출원 공개 공보 평4-44075호 내지 평4-44083호 및 평4-204980호 내지 평4-204984에 기술된 무인장형 필름 가열 시스템/가압 회전체(프레스 롤러)라고 불리우는 가열 조립체이다.

참고 부호 21은 도면상, 지면에 수직인 방향으로 긴 치수를 갖는 종단면이 대략 반원호형인 홈통형상으로 된 가로로 긴 필름 안내 부재(스테이)를 가리키고, 22는 하면의 대략 중간부에서 필름 안내 요소(21)의 긴 쪽 치수를 따라 형성된 홈 내에 수납 및 유지된 긴 가열 소자를 가리키고, 23은 가열 소자로 필름 안내 부재(21)에 외부에서 헐겁게 끼워진 무단 벨트형(원통형) 내열성 필름을 가리킨다. 이들 요소(21, 23)는 가열 수단의 측방에 배치된 부재이다.

참고부호 24는 사이에 필름(23)이 개재된 가열 소자(22)의 하면과 압접하게 되는 가압 수단으로서의 탄성 프레스 롤러를 가리킨다. 참고 부호 N은 사이에 필름(23)을 개재하여 가열 소자(22)와 압접하게 되는 프레스 롤러의 탄성층(24 )의 탄성 변형에 의해 프레스 롤러(24)와 가열 소자(22) 사이에 형성된 압접 닙(정착 닙)을 가리킨다. 프레스 롤러(24)는 기어(도시 않음) 등의 기계적 동력 전달 기구를 통해 구동 전원의 구동력 전달시에 소정 주위 속도에서 화살표 b 방향으로 반시계 방향으로 회전 구동된다.

필름 안내 요소(21)는 예를 들어 PPS(폴리페닐렌 설파이드) 혹은 액정 폴리머 등의 내열성 수지로 주조된 요소이다.

본 실시예에서, 가열 소자(22)는 알루미늄 등으로 제조된 타원형의 얇은 시트형 히터 기부(22a)와, 표면 측부(필름이 활주가능하게 이동하는 표면 측부상에서 긴 치수를 따라 형성되도록 제공되는, Ag/Pb로 제조된 선형 또는 얇은 벨트형 전기 마찰 가열 소자(저항 가열 소자)(22b)와, 글라스 층등의 얇은 표면 보호층(22c)과, 히터 기부(22a)의 후방 측부상에 제공되는, 서미스터 등의 온도 감지 장치(22d)를포함하는, 전체적으로 낮는 열용량을 갖는 세라믹 히터이다. 이러한 세라믹 히터(22)는 대전 가열 소자(22b)로의 전원 공급시 빠른 온도 상승을 겪게되고 온도 감지 장치(22d)를 갖는 동력 제어 장치의 수단에 의해 소정의 고정 온도로 온도 제어된다. 열용량을 작게 하고 조립체의 빠른 개시 성능을 개선하기 위해 열 저항 필름(23)은 바람직하게는 100 μm 이하, 보다 바람직하게는 60 μm 이하 및 20 μm 이상의 총 필름 두께를 가지며, 예를 들면, 열 저항, 방출성, 강도 및 내구성을 갖는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로에틸렌 퍼플루오로알킬 비닐 에테르(PFA) 또는 PPS로 형성된 단일층의 필름이거나, 폴리아미드, 폴리아미드-이마이드, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 또는 폴리에테르 술폰(PES)로 형성된 기부 필름의 표면상의 이형층으로서 PTFE, PFA 또는 테트라플루오로에틸렌 퍼플루오로알킬 비닐 에테르(FEP)를 코팅함으로써 형성된 복합층 필름이다. 프레스 롤러(24)는 철 또는 알루미늄으로 제조된 맨드릴(24a)과, 중공 필터(24c)와 결합되는 탄성층(24b) 및 이형층(24d)을 포함한다.

적어도 화상 형성이 수행되는 시기에 프레스 롤러(24)가 회전가능하게 구동될 때 필름(23)은 주름이 없이 회전가능하게 구동된다. 프레스 롤러(24)가 회전가능하게 구동될 때 그 회전력은 가압 접촉 닙(N)의 프레스 롤러(24)와 필름(23)의 외측 표면의 사이의 마찰에 의해 필름(23)상에 작용하고, 여기에서 필름은 화살표로 도시된 시계 방향으로 필름 안내 부재(21)의 외측 주위에서, 소정의 원주 속도, 즉, 화상 전사기 영역의 측부로부터 이송되는, 비고정 토너 화상(T)를 유지하는 전자 매체(P)의 이송 속도와 사실상 동일한 원주 속도에서, 가압 접촉 닙(N)에서 가열 소자(22)의 하부 표면(표면)과 그 내부면의 밀착 접촉하여 활주가능하게 이동되면서 구동된다. 이러한 경우에, 필름(23)의 내면과 전자가 활주가능하게 이동되는 가열 소자의 하부면의 사이에서의 활주 마찰을 감소하기 위해, 열 저항 그리스등의 윤활유가 그 양자의 사이에서 개재될 수 있다.

따라서, 프레스 롤러(24)가 회전 구동될 때 필름(23)은 회전된다. 또한, 가열 소자(22)가 소정의 온도로 상승하고 온도 제어로 유지되는 상태에서, 비고정 토너 화상(T)를 가즌 가열 목표 재료로서 전사 매체(P)는 그 토너 화상이 필름(23)측과 대면하는 표면측을 유지하면서 프레스 롤러(24)와 필름(23)의 사이에서 가압 접촉 닙(N)으로 안내되어, 프레스 접촉 닙(N)에서 필름 외측면에 밀접 접촉하고, 필름(23)과 함께 가압 접촉 닙(N)을 통해 유지 및 이송된다. 따라서, 가열 소자(22)의 열이 필름(23)을 거쳐 그기에 분배되고, 가압 접촉 닙(N)에서 압력을 받을 때, 비고정 토너 화상(T)은 열 및 압력에 의해 전사 매체(P)로 고정된다. 가압 접촉 닙(N)을 통과한 전사 매체(P)는 필름(23)의 외측면으로부터 분리되고 다음에 더 이송된다.

본 실시예에서 필름 가열 장치의 조립체(6)는 작은 열 용량을 갖고 빠른 온도 상승을 일으키는 가열 소자(22)를 채용할 수 있다. 따라서, 소정의 온도에 도달하기 위해 가열 소자(22)를 위해 취한 시간은 크게 단축될 수 있다. 정상 온도로부터 높은 온도로 쉽게 도달할 수 있고, 따라서 조립체가 비 인쇄 시간에서 대기 상태로 있을 때 대기 온도 제어를 하는 것이 불필요하고, 따라서 동력 절약이 달성될 수 있다.

더욱이, 가압 접촉 닙(N)을 제외한 어떠한 인장도 회전하는 필름(23)상에 사실상 작용하지 않는다. 따라서, 직립 회전하는 필름(23)의 필름 안내 부재(21)는 필름 안내 부재(21)의 긴 치수를 따라 작은 접근력만을 발생시킬 수 있다. 따라서, 필름 접근 제어 수단으로서, 필름(23)의 단부를 단순히 수용하기 위한 플랜지 부재만을 제공하는 데에 충분하고, 조립체가 간단해질 수 있는 이점을 가져 온다.

(3) 프레스 롤러(23)

상술한 바와 같이, 열 고정 조립체(6)에서 가압 압력 부재로서 역할하는 프레스 롤러(24)는 맨드릴(24a)과 탄성층(24b)을 갖는다. 탄성층(24b)은 필러(24c)로서 수지 마이크로벌룬과 결합된다.

프레스 롤러(24)는 탄성층(24b)과 이형층(24d)을 갖고, 이형층(24d)은 최외면에서 형성되고 플루오린 수지 또는 플루오린 고무로 이루어진다. 프레스 롤러(23)의 탄성층(24a)은 특정 범위내에서 열 전도성을 갖도록 제조될 수 있고, 이로써 가열 소자(22)가 프레스 롤러(24)로부터 취한 열은 작은 양으로 제어될 수 있다. 이는 필름(23) 표면의 온도 상승을 개선할 수 있고 열 고정 조립체(6)의 신속한 개시를 할 수 있게 한다. 열전도도는 양호하게는 0.146 W/m·K 이하일 수도 있다. 또한, 열전도도가 0.084 W/m·K 이하라면, 프레스 롤러(24)는 양호한 고정 성능을 제공하기 위해 더 큰 온도 상승율을 가지나 작은 용지가 급송될 때 용지가 급송되지 않는 영역에서 아주 큰 온도 상승이 있을 수도 있으므로, 프레스 롤러(24)는 보다 큰 열저항을 가져야 한다.

탄성층의 열전도도는 표면 열전도도 측정기(surface thermal conductivitymeter; 교또 덴시 가부시끼가이샤에 의해 제조된 상표명 QTM-500)으로써 측정된다. 보다 상세하게는, 표면 열전도도 측정기의 센서 프로브(sensor probe; 교또 덴시 가부시끼가이샤에 의해 제조된 모델명 PD-11)가 탄성층의 열전도도를 측정하기 위해 프레스 롤러의 탄성층의 표면과 접촉한다.

프레스 롤러(24)는 양호하게는 3 ㎛ 이하의 표면 조도(Ra; JIS B0601)를 가질 수도 있다.

프레스 롤러(24)에 사용되는 탄성층(24b)은 소정의 폭으로 가압 접촉 닙(nip; N)의 형성을 가능하게 하는 두께를 갖는 한에는 특정한 제한없이 임의의 두께를 가질 수도 있다. 양호하게는, 탄성층은 2 내지 6 ㎜의 두께를 가질 수도 있다. 본 발명에 있어서, 탄성층(24b)은 수지 마이크로벌룬(24c)을 함유한 고무 조성이고 그 열전도도가 0.146 W/m·K 이하인 한에는 임의 특정 제한없이 임의의 재료로 형성될 수도 있다. 수지 마이크로벌룬(24c)은 사실상 구형이고 대략 100 ㎛의 평균 입자 직경을 갖는다. 이들이 그 내부에 공기를 함유하므로, 충전재(filler)로서 이러한 마이크로벌룬이 탄성층(24b)으로 합체되는 것은 탄성층(24b)이 이와 같이 낮은 열전도도를 가질 수 있게 한다.

이러한 충전재를 탄성층(24b)으로 합체함으로써, 임의의 발포성 재료가 탄성층으로서 사용되지 않더라도 탄성층(24b)이 이와 같이 낮은 열전도도를 또한 가질 수 있게 한다. 이는 탄성층(24b)이 낮은 표면 조도를 갖는 것을 가능하게 하고, 그 결과 이형층(24d)의 표면이 프레스 롤러(24)의 가압 접촉 닙(N)에서 평평하지 않게 형성되지 않도록 할 수 있다.

프레스 롤러(24)에 가해지는 이상의 효과와 실리콘 고무가 수지 마이크로벌룬으로 합체될 때 필요로 하는 성형성을 고려하면, 수지 마이크로벌룬(24c)은 양호하게는 80 내지 300 ㎛의 평균 입자 직경을 가질 수도 있고, 열전도도의 안정성 측면에서 보다 양호하게는 80 내지 200 ㎛의 평균 입자 직경을 가질 수도 있다. 수지 마이크로벌룬(24c)은 양호하게는 400 ㎏/㎥의 실제 밀도(true density)를 가질 수도 있고, 실리콘 고무의 작동성을 고려하면 보다 양호하게는 20 내지 60 ㎏/㎥의 실제 밀도를 가질 수도 있다.

이러한 수지 마이크로벌룬(24c)의 셸(shell)를 구성하는 수지의 양호한 예로서, 열가소성 수지로서 비닐리덴 클로라이드 및 아크릴로니트릴과 열경화성 수지로서 페놀계 수지가 포함될 수도 있다. 이러한 임의의 재료로 구성되는 수지 마이크로벌룬은 단독으로 사용되거나 2 이상의 형태의 혼합물로서 사용될 수도 있다.

수지계 마이크로벌룬이 합체되어야 하는 탄성층(24b) 기부 재료로서, 종래의 프레스 롤러의 탄성층용 재료로서 공지된 임의의 재료가 사용될 수 있고, 양호하게는 실리콘 고무 및 불화 고무가 사용될 수도 있다.

탄성층(24b) 내의 수지 마이크로벌룬(24c)은 탄성층(24b)이 상기 범위 내의 열전도도를 갖는 한에는 임의의 특정 제한없이 임의의 함량이 될 수 있다. 예를 들면, 탄성층(24b)의 열전도도는 수지 마이크로벌룬(24c)의 함량이 변화하는 경우에 개별적으로 측정될 수 있고, 양호한 열전도도가 달성되는 함량이 수지 마이크로벌룬(24c)의 양호한 함량으로서 선택될 수도 있다.

수지 마이크로벌룬(24c)을 함유한 탄성층(24b)은 수지 마이크로벌룬과 합체된실리콘 고무 층과 같은 고무 층을 구비할 수도 있다. 선택적으로, 수지 마이크로벌룬을 합체한 이러한 고무 층을 포함하는 고무 층은 발포체로 구성된 층에 형성될 수도 있고, 이는 본원 발명에서 탄성층(24b)으로서 사용될 수도 있다.

이형층(24d)은 탄성층(24b)을 PFA 튜브로 덮음으로써 형성될 수도 있고, PTFE, PFA 또는 FEP와 같은 불화 수지로 탄성층(24b)을 코팅함으로써 형성될 수도 있다. 이형층(24d)은 충분한 해제성을 프레스 롤러(24)에 가할 수만 있다면 임의의 특정 제한없이 임의의 두께를 가질 수도 있다. 양호하게는, 20 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수도 있다.

이와 같이 제조된 프레스 롤러(24)의 탄성층(24b)은 수지 마이크로벌룬(24c)에 의해 형성된 고무 및 공극(void)을 갖고, 수지 마이크로벌룬(24c)의 수지 쉘은 고무와 공극 사이에 존재한다. 열고정 조립체의 프레스 롤러로서 사용될 때, 프레스 롤러는 열 시효(heat history)을 겪고 수지 쉘은 파손되고, 이어서 프레스 롤러의 경도가 변화하며, 그 결과 고정 닙 폭이 변화하여 고정 성능의 변화를 일으킨다. 그러므로, 롤러가 열 시효을 겪는 경우에도 그 수지 쉘이 파손되지 않는 수지 마이크로벌룬을 사용하는 것이 효과적이다. 열경화성 수지 마이크로벌룬이 이러한 수지 마이크로벌룬으로서 효과적이다. 그러나, 예컨대 아크릴로니트릴로 구성된 마이크로벌룬은 대략 200 ℃의 온도에 대해 내열성을 갖고, 롤러의 온도가 그 이상이 되면 프레스 롤러(24)의 경도가 감소하는 문제점을 일으킨다. 또한, 크기가 작은 전달 매체(P)가 열 고정 조립체를 연속적으로 통과할 때, 임의의 전달 매체(P)가 가압 접촉 닙(N)에서 프레스 롤러(24) 상을 통과하지 않는 영역(본원에서는, "용지가 급송되지 않는 영역")에서의 열은 전달 매체(P)에 의해 흡수 이동되지 않는다. 따라서, 크기가 작은 전달 매체(P)의 10매 이상이 연속적으로 통과되는 경우에 용지가 급송되지 않는 영역의 온도는 대략 200 ℃로 상승하게 된다. 그러므로, 본 실시예의 프레스 롤러(24)에 있어서, 단위 시간당 가압 접촉 닙(N)을 통과하는 크기가 작은 전달 매체(P)의 개수(즉, 수율)가 롤러 표면 온도의 상승을 고려하여 현저히 작아지도록 하는 대책을 취할 필요가 있다.

이에 대한 대책으로서, 열경화성 페놀계 수지로 구성된 쉘을 갖는 수지 마이크로벌룬이 사용된다. 그 쉘이 페놀계 수지로 형성된 수지 마이크로벌룬은 대략 300 ℃의 온도에 대해 내열성이 있다. 따라서, 크기가 작은 용지가 전달 매체(P)로서 공급될 때, 용지가 급송되지 않는 영역이 내열성을 갖는 온도는 230 내지 240 ℃로 설정될 수 있다. 그러므로, 용지가 공급되지 않는 영역에서의 온도 상승을 고려한 대책은 용이하게 취해질 수 있고 그 수율도 더 크게 설정될 수 있다. 따라서, 단위 시간당 열 고정 속도가 더 크게 될 수 있다.

프레스 롤러(24)의 경도 및 내열 온도를 전술한 범위 내로 설정하기 위해, 열가소성 수지 마이크로벌룬 및 열경화성 수지 마이크로벌룬을 조합하여 사용하는 것이 효과적이다. 예컨대, 그 쉘이 아크릴로니트릴 수지로 형성된 마이크로벌룬은 탄성층(24b)이 중량비로 1% 이상의 양이 합체되는 경우에 대략 200 ℃에서 아주 큰 롤러 경도의 감소가 일어나지만, 프레스 롤러(24)의 온도가 200 ℃ 이상이더라도 1% 미만의 양이 합체되는 경우에는 롤러 경도에 영향을 미치지 않는다. 그러므로, 크기가 작은 용지가 전달 매체(P)로서 연속적으로 공급될 때 용지가 급송되지 않는영역에서의 온도 상승을 고려하면, 그 쉘이 아크릴로니트릴 수지로 형성된 마이크로벌룬이 중량비로 1% 미만의 양을 갖는 것이 바람직하다.

프레스 롤러(24)는 55 이하, 보다 바람직하게는 50 이하의 경도(600 g의 부하 하에서 Asker-C 경도 측정기로 측정됨)를 갖는 것이 바람직하다. 프레스 롤러(24)가 상기 범위의 경도를 갖도록 하기 위해, 그 쉘이 페놀계 수지로 형성된 마이크로벌룬은 중량비로 20% 이하의 양으로 합체되는 것이 바람직하다.

프레스 롤러(24)가 열 고정 조립체에 사용되는 동안에 열 시효을 겪는 경우 프레스 롤러(24)의 탄성층(24b) 내에 함유된 수지 마이크로벌룬(24c)이 파손될 때 프레스 롤러(24)의 경도가 감소하기 때문에, 탄성층(24b) 내에 합체된 수지 마이크로벌룬(24c)의 수지 쉘은 이미 파손되어 이들이 파손되는 상태에서 고무와 공극 사이에서 계속 존재하게 되는 것이 효과적이다. 이러한 프레스 롤러의 제조는 이하에 설명된다.

사용되는 팽창되지 않은 수지 마이크로벌룬은 열가소성 수지를 쉘 내에 사용하고 휘발성 물질을 일체로 보유하는 입자로 구성되는 분말이고 열에 의해 팽창된다. 열가소성 수지로서, 비닐리덴 클로라이드/아크릴로니트릴 공중합체, 메틸 메타아크릴레이트/아크릴로니트릴 공중합체, 및 메틸 메타아크릴로니트릴/아크릴로니트릴 공중합체가 전형적인 것이다. 일체로 보유되는 휘발성 물질로서, 부탄 및 이소부탄과 같은 탄화수소계 블로잉 제제가 당업계에 공지되어 있다.

쉘을 형성하는 수지로서, 적절한 범위의 연화 온도를 갖는 수지들이 액상 실리콘 고무 재료의 경화 온도에 따라 선택될 수도 있다.

이러한 팽창되지 않은 수지 마이크로벌룬은 "마쯔마또 마이크로스피어 F" 계열로서 마쯔모또 유시-세이아꾸 주식회사로부터 상업적으로 입수가능하고 익스팬셸사로부터도 입수가능하다. 상업적으로 입수가능한 팽창되지 않은 수지 마이크로벌룬은 대략 1 내지 50 ㎛의 직경을 통상 가지고, 이는 적절한 가열 온도에서 사실상 구에 가까운 구로 팽창하여 대략 10 내지 500 ㎛의 직경을 갖게 된다.

수지 마이크로벌룬이 비산되는 것을 방지하기 위해 사용되는 실리콘 오일로는 아미노 개질 실리콘, 에폭시 개질 실리콘 및 카비놀 개질 실리콘과 같은 다양한 개질 실리콘 오일뿐만 아니라 디메틸폴리실록산 및 메틸하이드로겐폴리실록산이 포함된다. 등가량 이하의 실리콘 오일은 팽창되지 않은 수지 마이크로벌룬에 가해질 수도 있고, 그 후에 리빙(leaving) 또는 교반이 수행된다. 습윤 방법에는 특정 제한이 없다. 실리콘 오일은 팽창되지 않은 수지 마이크로벌룬의 100 중량부에 대해 50 내지 100 중량부의 양이 추가될 수도 있다. 50 중량부 이하라면, 비산을 방지하는 충분한 효과가 달성되지 않는다. 100 중량부 이상이라면, 마이크로벌룬의 팽창은 어렵게 될 수도 있다.

결과적으로, 전술한 크기로 열팽창된 수지 마이크로벌룬은 냉각된 후 액상 실리콘 고무 재료 내로 혼합, 반죽 및 분산된다. 여기서, 팽창된 수지 미세 기포가 열에 의해 파괴되는 것을 방지하기 위하여, 양호하게는 미세 기포는 혼합된 때 또는 반죽될 때 팽창된 수진 미세 기포를 구성하는 수지의 연화점보다 높지 않은 온도에서 혼합될 수 있다.

액체 실리콘 고무 재료는 실온에서 액체로 있고 열에 의해 고무 탄성을 갖는실리콘 고무로 경화되는 임의의 것일 수 있다. 그 형태 등에 대한 특별한 제한은 없다. 이러한 액체 실리콘 고무 재료는, 알케닐(alkenyl) 그룹을 함유한 2유기폴리실록산(diorganopolysiloxane), 실리콘 원자에 결합된 수소 원자를 함유한 유기수소폴리실록산 및 보강 충전재로 구성되고, 백금계 촉매의 도움으로 실리콘 고무로 경화될 수 있는 첨가-반응-경화성 액체 실리콘 고무 성분과; 알케닐 그룹을 함유한 2유기폴리실록산 및 보강 충전재로 구성되고, 과산화물의 도움으로 실리콘 고무로 경화될 수 있는 유기과산화물-경화성 실리콘 고무 성분과; 수산기 그룹을 함유한 2유기폴리실록산, 실리콘 원자에 결합된 수소 원자를 함유한 유기수소폴리실록산 및 보강 충전재로 구성되고, 유기 주석 화합물, 유기 티타늄 화합물 또는 백금계 화합물 등의 축합 반응 촉진제 촉매의 도움으로 실리콘 고무로 경화될 수 있는 축합-반응-경화성 액체 실리콘 고무 성분을 포함할 수 있다. 물론, 첨가-반응-경화성 액체 실리콘 고무 성분이 높은 경화율 및 우수한 경화 균일성을 갖는 것으로서 바람직하다.

경화된 제품이 고무 탄성 재료로서 형성되기 위하여, 양호하게는 이들은 주로 직선-체인형 2유기폴리실록산으로 구성되고 25℃에서 100 센티포아즈 이상의 점도를 갖는 것일 수 있다.

경화된 제품의 유동성을 조절하거나 기계적 강도를 향상시키기 위하여, 이러한 액체 실리콘 고무 재료는 본 발명에서 지향하는 것이 손상되지 않는 한 선택적으로 안료, 내열제, 방염제, 가소제, 점착성 제공제 등을 갖는 다양한 형태의 충전재와 혼합될 수 있다.

팽창된 수지 미세 기포는 요구되는 단열 성질에 따라 선택된 양으로 혼합될 수 있다. 이 미세 기포들은 양호하게는 액체 실리콘 고무 재료의 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 10 중량부의 양으로 혼합될 수 있다. 이들이 1 중량부 미만이라면, 프레스 롤러에 대해 요구되는 임의의 충분한 단열 성질이 얻어질 수 없다. 이들이 10 중량부보다 크다면, 액체 실리콘 고무 재료는 재료를 혼합하고 교반하기에 곤란한 큰 점도를 가질 수 있다.

다음으로, 수지 미세 기포를 함유한 액체 실리콘 고무 재료는 맨드릴 상에 도포되고, 이어서 열팽창 온도보다 높지 않은 온도에서 가열되고 경화되어 롤러를 형성한다. 재료가 가열되고 경화되어 롤러를 형성하게 하는 수단 및 방법에 대하여 특별한 제한은 없다. 간단하고 양호한 방법은 금속으로 제작된 맨드릴이 규정된 내경을 갖는 파이프형 금형으로 삽입되고 수지 미세 기초를 함유한 액체 실리콘 고무 재료가 주입되며 이러한 금형이 가열되어 롤러를 형성하는 방법이다. 여기서, 수지 미세 기포는 가열 온도가 수지 미세 기포의 용융점보다 낮지 않다면 열변형을 받을 수 있어서, 몇몇 경우에 임의의 균일한 스펀지 형태를 제공할 수 없게 한다.

더욱 양호하게는, 경화에 의해 형성된 실리콘 고무 롤러가 금형으로부터 분리된 후에, 실리콘 고무 롤러는 상기 열팽창 온도보다 낮지 않은 온도에서 가열될 수 있다. 여기서, 수지 미세 기포는 열수축을 받아 파괴되어, 공극이 거기에 남게 되어서 균일한 스펀지 형태가 유지된다. 그러므로, 실리콘 고무 롤러의 스펀지 형태는 실제로 사용될 때의 열 시효로 인한 수지의 열적 열화(thermaldeterioration)에 의해 악영향을 받지 않으며, 롤러는 안정한 상태에서 사용될 수 있다.

양호한 단열 성질 및 강도를 성취하기 위하여, 열팽창된 수지 미세 기포들이 80 내지 200μm의 평균 입자 직경을 갖는 것이 양호하다.

평균 입자 직경은 현미경 관찰에 의한 가시 영역에서 임의의 추출된 10개의 기포의 (길이+폭)/2의 평균값을 의미한다.

팽창된 수지 미세 기포들이 이러한 범위 내에서 평균 입자 직경을 갖는 한, 단열성 프레스 롤러에는 이들 미세 기포들을 소량으로 혼합함으로써 필요한 단열 성질이 부여될 수 있으며, 또한 이러한 수지 미세 기포들은 실리콘 고무와 용이하게 혼합되고 교반될 수 있다.

열팽창된 수지 미세 기포들이 80μm 미만의 평균 입자 직경을 갖는다면, 단열성 프레스 롤러에 필요한 단열 성질을 부여하기 위하여 수지 미세 기포들이 대량으로 혼합되어야 할 것이다. 한편, 200μm보다 큰 평균 입자 직경을 갖는 것이 사용된다면, 탄성층의 기계적 강도와 관련하여 문제가 발생할 수 있다.

실리콘 오일로서, 실리콘 고무 스펀지의 내열성 관점에서 메틸수소폴리실록산이 양호하다.

또한, 실리콘 오일이 아미노-변형 실리콘 오일인 예는 실리콘 고무 스펀지의 내열성 관점에서 양호하다.

도3은 다른 프레스 롤러의 구성을 도시하는 개략도이다. 이 롤러는 프레스 롤러(124)의 탄성층(100)이 발포 탄성 재료층(101)과, 발포 탄성 재료층(101)의 주연부 상에 형성되고 셸을 갖는 미세 기포(24c)를 함유하는 탄성층(24b)을 구비한다는 특징을 갖는다. 다른 것은 도2에 도시된 것과 동일하다.

도4a, 도4b, 도4c 및 도4d는 필름 가열 시스템의 가열 조립체(가열 정착 조립체)의 구성의 다른 예를 각각 도시하는 개략도이다.

도4a에 도시된 조립체에서, 무단 벨트형 내열성 필름(23)이 서로 실질적으로 평행하게 제공된 3개의 부재, 즉 가열 소자 홀더로서도 역할하는 필름 안내 부재(25)와 함께 유지된 가열 소자(22)와, 필름 구동 롤러(26) 및 인장 롤러(27) 위에서 신장된다. 가열 소자(22) 및 프레스 롤러(24)는 이들 사이에 필름(23)을 개재하는 상태로 가압 접촉하게 되어 가압 접촉 닙(nip, N)을 형성하며, 필름(23)은 구동 롤러(23)에 의해 회전 가능하게 구동된다. 도면 부호 27은 필름 구동 롤러(26)의 구동 동력원을 나타낸다. 가열 목표 재료로서의 전사 매체(P)는 토너 화상이 가열 정착되는 가압 접촉 닙(N) 내로 안내된다.

도4b에 도시된 조립체에서, 무단 벨트형 내열성 필름(23)이 서로 실질적으로 평행하게 제공된 2개의 부재, 즉 가열 소자 홀더로서도 역할하는 필름 안내 부재(25)와 함께 유지된 가열 소자(22)와, 필름 구동 롤러(26) 위에서 신장된다. 가열 소자(22) 및 프레스 롤러(24)는 이들 사이에 필름(23)을 개재하는 상태로 가압 접촉하게 되어 가압 접촉 닙(N)을 형성하며, 필름(23)은 구동 롤러(23)에 의해 회전 가능하게 구동된다. 프레스 롤러(24)는 필름(23)의 회전에 추종하여 회전된다.

도4c에 도시된 조립체에서, 롤에 권취되어 끝부분이 앞으로 향한 필름이 내열성 필름(23)으로서 사용되며, 이 필름은 가열 소자 홀더로서도 역할하는 필름 안내 부재(25)와 함께 유지된 가열 소자(22)의 밑면을 경유해 이송 축(28)으로부터 권취 롤(29) 위에서 신장된다. 가열 소자(22) 및 프레스 롤러(24)는 이들 사이에 필름(23)을 개재하는 상태로 가압 접촉하게 되어 가압 접촉 닙(N)을 형성하며, 필름(23)은 소정 속도로 주행 및 이동되도록 권취 롤(29)에 의해 권취된다.

이러한 구성 형태를 갖는 조립체들에서, 가압 수단으로서의 프레스 롤러(24)는 본 발명에 따라 구성되며, 전술된 것과 동일한 작동 및 효과를 얻을 수 있다.

가열 수단측에 있는 가열 소자(22)는 전술된 세라믹 히터로 결코 제한되지 않으며, 전자기(자기) 유도 가열 시스템 등의 임의의 다른 적절한 가열 소자가 채용될 수 있다. 도4d는 전자시 유도 가열 시스템의 일례를 도시한다. 도면 부호 30은 전자기 유도에 의해 열을 생성할 수 있는 자성 금속 부재를 나타내고, 도면 부호 31은 자기장 생성 수단으로서의 여자 코일을 나타낸다. 자성 금속 부재(30)는 여자 코일(31)에 통전시킴으로써 생성된 고주파 자기장에 의하여 전자기 유도에 의한 히터로서 열을 생성하며, 이렇게 생성된 열은 가압 접촉 닙(N)에 있는 필름(23)을 통해, 가열 목표 재료로서 가압 접촉 닙(N)으로 안내된 전사 매체(P)로 부여된다. 필름(23) 자체가 전자기 유도에 의해 열을 생성할 수 있는 부재로서 형성될 수 있다.

도5a 및 도5b 각각은 가열 롤러 시스템의 가열 조립체(가열 정착 조립체)의 구성의 일례를 도시한다.

도5a에서, 도면 부호 32는 주연부 상에 불소 수지 등으로 구성된 이형층이형성된 철 또는 알루미늄으로 제작된 중공 금속 롤러인 가열 수단으로서의 가열 롤러(정착 롤러)를 나타낸다. 그 내부에는, 열 생성 수단으로서의 할로겐 히터(33)가 제공되어 있다. 이 가열 롤러(32) 및 프레스 롤러(24)는 가압 접촉 닙을 형성하도록 가압 접촉하게 된다. 가열 목표 물질로서의 전사 매체(P)는 가압 접촉 닙으로 안내되고, 가압 접촉 닙에서 토너 화상이 가열 정착된다.

도5b에 도시된 조립체에서, 가열 롤러(32)는 전자기 유도 가열 시스템에 의해 가열된다. 가열 롤러(32)는 강자성 재료로 구성된다. 롤러를 가열하기 위하여, 여자 철심(34) 둘레에 권취된 여자 코일(35)에 고주파 교류가 인가되어 자기장을 생성하여 가열 롤러(32)에 와류(eddy current)를 발생시킨다. 특히, 와류는 자속(magnetic flux)에 의해 가열 롤러(32)에 발생되고, 가열 롤러(32) 자체는 주울(Joule) 효과에 의해 열을 생성하게 된다. 도면 부호(36)는 폐쇄형 자력선을 형성하기 위하여 가열 롤러(32)의 벽의 다른 측에 제공된 여자 철심(34)과 대면하도록 배치된 보조 철심을 나타낸다.

상기된 바와 같은 가열 롤러 시스템의 가열 조립체에서, 가압 수단으로서의 프레스 롤러(24)는 본 발명에 따라 구성되고, 상기와 동일한 작동 및 효과가 얻어질 수 있다.

본 발명은 간략하게 말하면 가열 목표 재료가 가열 수단과 가압 수단 사이에 형성된 압력 접촉 닙 내로 안내되어 열처리를 수행하기 위해 그 사이에서 보유 및 운반되는 가열 조립체에 효과적이다. 가열 조립체는 상기된 실시예의 가열 고정 조립체로서 사용 가능할 뿐만 아니라, 다른 가열 조립체 예컨대 (광택 등의) 표면성질을 개질하기 위해 화상을 보유하는 기록 매체를 가열하는 조립체, 임시로 고정하는 조립체, 및 용지 같은 재료를 이송하면서 이를 건조 또는 적층하는 조립체로서 널리 사용 가능하다.

<실시예>

본 발명은 이하에서 실시예를 제시함으로써 상세하게 설명될 것이다.

(실시예 1)

맨드럴(24a)로서 13 ㎜ 직경의 알루미늄 재료를 사용하여, 탄성층(24b)은 다음의 방법으로 상기 맨드럴(24a)의 주연에 형성되었다.

수지 마이크로벌룬(24c)으로서, 약 100 ㎛의 입자 직경을 갖고 아크릴로니트릴 수지로 형성된 셸을 갖고 약 35 ㎏/㎤의 실제 밀도를 갖는 3 중량부(이후에 동일하게 적용됨)의 팽창된 수지 마이크로벌룬[상표명: F80-ZD; 마쯔모또 유시-세이야꾸 컴퍼니 리미티드(Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd.) 제품]은 97 중량부의 첨가형 액체 실리콘 고무[점도: 130 ㎩·s; 비중: 1.17; 상표명: DY35-561A/B; 다우 코닝 도레이 실리콘 컴퍼니 리미티드(Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd.) 제품]에 혼합된 후 주형에서 130 ℃로 열경화 성형되었다.

결과로서, 3 중량%의 수지 마이크로벌룬을 분산하여 함유한 3 ㎜ 두께의 실리콘 고무 탄성층(24b)이 형성되었다. 또한, 탄성층(24b)은 0.0963 W/m·K의 열전도도 및 1 ㎛의 표면 조도를 갖는다.

다음에, 탄성층(24b)의 주연에서, 30 ㎛ 두께의 이형층(24d)이 다음의 방식으로 형성되었다.

탄성층(24b) 상에, 불소 고무 라텍스[상표명: GLS213; 다이낀 인더스트리즈 컴퍼니 리미티드(Daikin Industries Co., Ltd.) 제품]이 도포되었고, 형성된 코팅에는 15분 동안 290℃의 표면 온도로 베이킹을 수행하기 위해 근적외선이 외부로부터 조사되었다. 상기 베이킹 단계에서, 근적외선으로의 조사는 외부로부터 수행되었으므로, 탄성층 자체는 과도하게 가열되지 않았고, 수지 마이크로벌룬의 수지 셸는 여전히 파열되지 않았다.

이형층(24d) 뒤에 있는 롤러 표면은 1.5 ㎛의 조도(Ra)로 최외곽층에 형성되었다. 상기 탄성 롤러는 상기된 바와 같이 도2에 도시된 필름-가열 시스템의 가열-정착 조립체(6)의 프레스 롤러(24)로서 사용되었다. 롤러 경도는 [600 g의 하중에서 애스커-C(Asker-C) 경도계로 측정되면] 약 45°였다.

필름(23)으로서 50 ㎛ 두께의 시임이 없는 폴리이미드 튜브가 사용되었고, 그 위에 10 ㎛ 두께의 PTFE층이 형성되었다.

전체 닙으로 전체 압력으로서 10 ㎏의 압력이 계속하여 인가되었다. 여기에서, 닙 폭은 약 6 ㎜이었다.

가열 소자(22)로 450 W의 전력이 공급되었고, 가공 속도는 72 ㎜/sec로 설정되었고, 가열 소자(22)는 실온으로부터 시작되었다. 히터로 제어되는 온도가 190 ℃로 상승될 때까지 걸린 시간(상승 시간)과, 5초 후에 전사 매체(P)가 이송된 때의 정착 성능과, 중간 화상을 인쇄하기 위해 100장의 용지가 연속적으로 통과된 때의 토너로의 프레스 롤러의 오염에 대해 평가가 수행되었다.

정착 성능을 평가하기 위해, 캐논 인크.(CANON INC.)에 의해 제조된 레이저비임 프린터인 레이저 샷 LBP-350(LASER SHOT LBP-350)(상표명)으로 인쇄함으로써 Fox River 241b 용지에 비정착 화상으로서 5 ㎜ 사각형 중실 흑색 화상이 형성된 다음에, 상기 조건에서 가열-정착 조립체를 통과하였다. 그 후에, 이와 같이 정착된 중실 흑색 화상은 10 g/㎠의 하중에서 부직포 섬유로 마찰되었고, 마찰 전후의 밀도는 평가를 수행하기 위해 반사형 맥베쓰 반사 밀도계(Macbeth reflection densitometer)[RD914, 상표명; 디비젼 오브 콜모르간 인스트루먼트 컴퍼니(Division of Kollmorgan Instrument Co.) 제품]로 측정되었다.

평가의 결과는 표1에 나타나 있다. 표1에서, 정착 성능 및 롤러 오염의 항목에서, 문제 기호는 다음의 평가 결과를 나타낸다.

정착 성능:

A: 양호

C: 불량

롤러 오염

A: 오염되지 않음

C: 오염됨

(비교예 1)

탄성층으로서 고체 실리콘 고무(상표명: DY35-561A/B)만으로 형성된 층이 사용되었고 이형층으로서 30 ㎛ 두께층의 불소 고무 라텍스(상표명: GLS213)가 사용되었다는 점을 제외하면 실시예 1에서와 동일한 방식으로 가열-정착 조립체의 시작 시간, 전사 매체(P)에 대한 화상-정착 성능 및 토너로의 롤러(24)의 오염이 평가되었다. 평가의 결과는 표1에 나타나 있다.

(비교예 2)

탄성층으로서 액체 실리콘 고무[상표명: DY35-561A/B; 다우 코닝 도레이 실리콘 컴퍼니 리미티드(Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd.) 제품]을 발포함으로써 형성된 발포성 탄성 재료로 구성된 층이 사용되었고 이형층으로서 PFA 튜브[상표명: 450HPJ; 듀퐁(Du Pont) 제품]로 형성된 30 ㎛ 두께층이 사용되었다는 점을 제외하면 실시예 1에서와 동일한 방식으로 가열-정착 조립체의 시작 시간, 전사 매체(P)에 대한 화상-정착 성능 및 토너로의 롤러(24)의 오염이 평가되었다. 평가의 결과는 표1에 나타나 있다.

(비교예 3)

탄성층으로서 30 중량부의 중공 실리카[상표명: 셸-스타 SX39(CELL-STAR SX39); 도까이 고교 컴퍼니 리미티드(Tokai Kogyo Co., Ltd) 제품]이 합체된 97 중량부의 고체 실리콘 고무(상표명: DY35-561A/B)로 구성된 층이 사용되었고 이형층으로서 30 ㎛ 두께층의 불소 고무 라텍스(상표명: GLS213)가 사용되었다는 점을 제외하면 실시예 1에서와 동일한 방식으로 가열-정착 조립체의 시작 시간, 전사 매체(P)에 대한 화상-정착 성능 및 토너로의 롤러(24)의 오염이 평가되었다. 평가의 결과는 표1에 나타나 있다.

표1

상기 결과로부터 이해될 수 있지만, 탄성층(24b)에는 수지마이크로벌룬(24c)과 합체되므로, 정착 히터(22)는 비교예 1보다 초기에 시작되고, 전사 매체가 단시간에 정착 닙으로 와도 양호한 정착 성능이 얻어진다.

이는 공기를 내부에 보유하는 수지 마이크로벌룬(24c)으로 인한 것으로 추정되며, 공기는 양호한 단열 성질로 인한 낮은 열전도도를 제공하여 히터가 시작될 때의 프레스 롤러로 빼앗기는 열량을 감소시키므로, 소정의 전력에서 정착 가능한 상태가 되게 하는 데 걸리는 시간이 단축될 수 있다.

비교예 2와 비교하면, 정착 성능은 양호하게 성취 가능하지만, 롤러 오염은 실시예 1에서보다 훨씬 양호하게 방지 가능하다.

이는 비교예 2에서 PFA 튜브는 가압될 때 발포체 셸 직경을 불가피하게 따라가므로 닙에 비평탄부가 형성되어 토너가 상기 비평탄부의 오목부에 와서 오염을 축적시키기 때문이지만, 실시예 1에서의 프레스 롤러는 거울 표면 상태에 근접한 표면 조도를 가져서 가압될 때에도 닙에서 롤러 표면층에 비평탄부가 형성되지 않고 롤러는 용지 이송 동안에 토너로 오염되지 않는다.

비교예 3에서, 열전도도는 낮게 설정될 수 있지만, 상기 목적을 위해 실리콘 고무는 고무의 재료 경도가 낮게 설정되어도 롤러가 60°이상의 경도를 갖도록 50 중량부만큼의 양으로 중공 실리카와 합체되어야 한다. 따라서, 넓은 정착 닙이 보장될 수 없어서, 신속한 시작이 성취 가능하더라도, 정착에 필요한 열량은 전사 매체(P)에 제공될 수 없고, 정착 성능 및 롤러 오염에 대해 양호한 결과가 얻어질 수 없다.

(실시예 2)

탄성층(24b)이 다음과 같은 방법으로 형성되었다는 점을 제외하면 실시예 1에서와 동일한 방식으로 프레스 롤러가 제조되었다.

수지 마이크로벌룬(24c)으로서, 약 90 ㎛의 평균 입자 직경을 갖고 페놀 수지로 형성된 셸을 갖고 약 230 ㎏/㎤의 실제 밀도를 갖는 20 중량부의 팽창된 수지 마이크로벌룬[상표명: BJO-0903; 아시아 퍼시픽 마이크로스피어 컴퍼니 리미티드(Asia Pacific Microsphere Co., Ltd.) 제품]은 100 중량부의 첨가형 액체 실리콘 고무(상표명: DY35-561A/B)에 혼합된 후 주형에서 130 ℃에서 열경화 성형되었다.

결과로서, 수지 마이크로벌룬의 16.6 중량%를 분산하여 함유한 3 ㎜ 두께의 실리콘 고무 탄성층(24b)이 형성되었다. 또한, 탄성층(24b)은 0.125 W/m·K의 열전도와 1 ㎛의 표면 조도를 가졌다.

그렇게 제조된 프레스 롤러에서, 실시예 1과 동일한 방식으로 시험되고 고정 성능 및 롤러 오염에 있어서 양호한 결과가 얻어졌다. 히터 열 조절 온도가 190℃까지 올라갈 때까지 걸린 시간은 5초였다.

실시예 1의 프레스 롤러의 경우에서, 소형 크기의 종이로 덮여진 후에(COM10) 200℃까지 올라간 프레스 롤러의 종이 비공급 영역의 온도는 고정 평가 시험에서 15 시트들로 연속적으로 공급되었다. 이러한 프레스 롤러의 탄성 층 내의 수지 마이크로벌룬들이 약 200℃의 온도까지 열 저항성을 가지므로, 16번째 시트 공급 후에 작업 처리량을 절반 속도로 낮춤으로써 종이 공급 간격을 더 길게 만드는 것이 요구되었다. 이에 반해, 본 실시예의 프레스 롤러가 사용된 경우에,종이 비공급 영역의 온도는 50장의 종이 공급 후에도 220℃까지만 올라갔다. 또한, 본 실시예의 프레스 롤러의 탄성 층 내의 수지 마이크로벌룬은 약 250℃의 온도까지 열저항성을 갖게 되었고, 그 온도를 220℃에서 유지하기 위해, 종이 공급 간격을 더 길게 늘림으로써 51번째 시트 공급 후에 작업 처리량이 2/3으로 낮아졌다.

(실시예 3)

셸이 아크릴로니트릴 수지로 형성된 팽창 수지 마이크로벌룬(상표명 : F8D-ZD; 마쯔모토 유시-세이야쿠 Co., Ltd.으로부터 입수 가능) 및 셸이 페놀 수지로 형성된 팽창 수지 마이크로벌룬(상표명 : BJO-0930; 아시아 퍼시픽 마이크로스피어 Co., Ltd.으로부터 입수 가능)은 12 mm 두께의 시험편이 JIS-A 경도계(하중 : 1 kg)로 측정될 때 5도의 경도를 갖는 실리콘 고무 내에서 각각 혼합되어 탄성층(24b)이 형성되었다. 각각의 탄성층에서 수지 마이크로벌룬의 함량은 표2에 도시된 바와 같이 변경되었다. 이러한 탄성층은 실시예 1의 가열 조립체에서 각각 인가되었고, 롤러 경도가 유지 가능한 열저항 온도 및 각각의 탄성층의 경도가 측정되었다. 그 측정 결과들은 표2에 도시되어 있다.

표2

상기 결과들로부터 알 수 있는 바와 같이, 셸들이 아크릴로니트릴로 형성된 수지 마이크로벌룬들이 1 중량 퍼센트 이상의 양으로 합체될 때, 롤러 경도가 낮아지는 온도는 200℃가 된다. 그러나, 그보다 더 적은 양이 합체될 때에는 변화가 없다. 따라서, 소형 크기의 종이의 연속적 공급시에 종이 비공급 영역의 온도 상승을 고려하면, 셸들이 아크릴로니트릴로 형성된 수지 마이크로벌룬들은 1 중량 퍼센트보다 더 적은 양으로 되는 것이 바람직하다. 또한, 셸들이 페놀 수지로 형성되는 수지 마이크로벌룬의 양에 있어서, 20 중량 퍼센트보다 많지 않은 양으로 합체되는 것이 바람직한 데, 그 이유는 롤러 경도가 55℃ 또는 그 이하의 온도에서 설정되는 것이 바람직하고 가능하다면 50℃ 또는 그 이하의 온도에서 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 롤러 경도에 대해, 소정의 경도를 얻기 위해, 혼합비를 조절함으로써 열전도가 조정된 후에 탄성층의 두께 또는 기부 고무의 경도를 조절함으로써 미세하게 조정될 수 있다.

따라서, 2가지 형태의 수지 마이크로벌룬을 분산시키는 것은 우수한 내열성을 갖고 낮은 열전도성을 갖고 롤러 경도를 조정 가능하게 하는 탄성층을 제공한다.

(실시예4)

비팽창 수지 마이크로벌룬(상표명 : 마쯔모토 마이크로스피어즈 F85; 입자 직경: 20 내지 30 ㎛; 진정한 비중력: 1.04; 벽 제공 연성 지점: 150 내지 155℃; 마쯔모토 유시-세이야쿠 Co., Ltd.로부터 입수 가능함)의 중량에 의한 100 부품들에 대해, 디메틸실리콘 오일(상표명: 디메틸폴리실록산 KF96 100CS; 신-에쯔 케미컬 Co., Ltd.으로부터 입수 가능함)의 중량에 의한 100 부품들이 추가되었고, 그 얻어진 혼합물은 교반되고 그 다음에 실리콘 오일에 의해 적셔진 풀 혼합물을 얻기 위해 10 시간동안 남겨졌다. 이러한 풀 혼합물은 90℃ 오븐에서 1시간 동안 건조되었다. 냉각 후에, 건조된 제품은 열팽창 온도(150℃)로 설정된 오븐에 30분 동안 놓여져서 108 미크론의 평균 입자 직경을 갖는 팽창 수지 마이크로벌룬을 형성한다. 첨가형 액체 실리콘 고무 재료의 중량(점성: 130 Pa·s; 비중력: 1.17; 상표명: DY35-561A/B; 다우 코닝 토레이 실리콘 Co., Ltd.으로부터 입수 가능함)에 의한 100 부품들에서, 팽창된 수지 마이크로벌룬의 중량에 의한 8 부품들이 혼합되고, 이어서 액체 실리콘 고무 재료 혼합물을 구성하도록 다목적의 혼합 교반기(상표명 DULTON; 산-에이 세이사쿠소 가부시끼가이샤에 의해 제조됨)에 의해 실온에서 10분 동안 배합 및 교반되었다. 수지 마이크로벌룬들은 벌크 체적에서 약 60배로 증가되었고, 중량 측정 및 혼합의 다음 단계들에서 그 분산으로 인한 문제가 없다(분산이 발생되지 않는다). 이러한 것은 팽창 수지 마이크로벌룬의 표면들에 디메틸실리콘 오일의 접착에 기여하였다.

다음으로, 액체 실리콘 고무 재료 혼합물은 130℃로 설정된 열 플레이튼에 의해 열경화가 따르는 프라이머 처리된 알루미늄 맨드릴(24a)을 갖는 중심에서 파이프형 주형으로 사출되었고, 디몰딩 후에 수지 마이크로벌룬의 셸 수지의 마이크로벌룬 형상을 깨뜨리도록 230℃로 설정된 오븐에서 2 시간 동안 가열됨으로써 실리콘 고무 탄성층(24b)을 갖는 롤러가 형성되었다. 이러한 탄성층(24b)은 0.085 W/m·K의 열 전도성을 가졌다.

그러한 실리콘 고무 탄성 롤러의 표면은 프라이머 처리되었다(프라이머 상표명 : GLP103SR, 다이킨 인더스트리즈 엘티디.로부터 입수 가능함). 그 이후에, 완화 층(24d)을 그 상에 형성하기 위해, 플루오린 고무 라텍스(상표명: GLS213, 다이킨 인더스트리즈 엘티디)가 약 30 미크론의 두께로 분사되었고 이어서 70℃에서 건조되고 그 이후에 310℃의 온도로 설정된 오븐에서 30분동안 하소됨으로써 225 mm의 고무 길이를 갖는 프레스 롤러, 2.5 mm의 고무 두께 및 20 mm의 외부 직경이 얻어졌다.

(실시예 5)

실시예 4에서 입수 가능한 비팽창 수지 마이크로벌룬(상표명: 마쯔모토 마이크로스피어즈 F85; 입자 직경: 20 내지 30 미크론; 진정한 비중력: 1.04; 벽 제공 연성 지점: 150 내지 155℃; 마쯔모토 유시-세이야쿠 Co., Ltd.로부터 입수 가능함)은 1 시간 동안 90℃ 오븐에서 직접 건조되게 하였다. 냉각 후에, 그 건조 제품은 열팽창 온도 150℃에 설정된 오븐에서 30분 동안 놓여져서 110 미크론의 평균입자 직경을 갖는 팽창 수지 마이크로벌룬을 형성하였다. 첨가형 액체 실리콘 고무 재료의 중량(점성: 130 Pa·s; 비중력: 1.17; 상표명: DY35-561A/B; 다우 코닝 토레이 실리콘 Co., Ltd.으로부터 입수 가능함)에 의한 100 부품들에서, 팽창된 수지 마이크로벌룬의 중량에 의한 4 부품들이 혼합되고, 이어서 액체 실리콘 고무 재료 혼합물을구성하도록 다목적의 혼합 교반기(상표명 DULTON; 산-에이 세이사쿠소 가부시끼가이샤에 의해 제조됨)에 의해 실온에서 10분 동안 배합 및 교반되었다. 수지 마이크로벌룬들은 벌크 체적에서 약 60배로 증가되었고, 중량 처리 및 혼합의 다음 단계들에서 그 분산으로 인해 매우 열악한 조작성이 야기되었다.

다음으로, 파이프형 주형 내부에, 프라이머 처리된 30 미크론 두께의 PFA 튜브가 삽입되고, 프라이머 처리된 알루미늄 맨드릴(24a)이 파이프형 주형의 중심에 배치되었다. 전술한 액체 실리콘 고무 재료 혼합물은 PFA 튜브 및 알루미늄 맨드릴 사이의 공간으로 사출되었고, 이어서 130℃로 설정된 열 플레이튼에 의해 열경화됨으로써, 225 미크론의 고무 길이를 갖는 실리콘 고무 프레스 롤러, 2.5 mm의 고무 두께 및 20 mm의 외부 직경이 얻어졌다. 실리콘 고무 탄성층은 0.085 W/m·K의 열 전도성을 가졌다.

(실시예 6)

비팽창 수지 마이크로벌룬(상표명 : 마쯔모토 마이크로스피어즈 F85; 입자 직경: 20 내지 30 ㎛; 진정한 비중력: 1.04; 벽 제공 연성 지점: 150 내지 155℃; 마쯔모토 유시-세이야쿠 Co., Ltd.로부터 입수 가능함)의 중량에 의한 100 부품들에 대해, 톨루엔에서 (메틸하이로겐폴리실로산; 상표명: KF99; 신-에쯔 케미컬Co., Ltd.로부터 입수 가능함)의 50%의 중량에 의한 100 부품들이 추가되었고, 그 얻어진 혼합물은 교반되고 그 다음에 실리콘 오일에 의해 적셔진 풀 혼합물을 얻기 위해 10 시간동안 놓여졌다. 이러한 풀 혼합물은 90℃ 오븐에서 1시간 동안 건조되었다. 냉각후, 건조된 제품은 108 μm의 평균입자 직경을 갖는 평창된 수지 마이크로벌룬을 형성하도록 150℃의 열 팽창 온도로 세팅된 오븐 내에 30분 동안 유지되었다. 첨가식 100 중량부의 액체 실리콘 고무 재질(점성:40 Pa·s; 비중:1.02; 상품명:DY35-446A/B; 다우 코닝 도레이 실리콘 캄파니, 엘티디.로부터 구매 가능)에, (2부의 마이크로벌룬 자체에 대응하는) 팽창된 수지 마이크로벌룬 3 중량부가, 다목적 혼합 교반기(상품명 DULTON; 케이.케이. 산-에이 세이하꾸쇼에서 제조)에 의해 상온에서 10분 동안 혼합 및 교반에 의해 혼합되어, 액체 실리콘 고무 재질 혼합물이 되었다. 그 후, 예4에서와 동일한 공정이 반복되어, 225 mm의 고무 길이, 2.5 mm의 고무 두께 및 20 mm의 외경을 갖는 실리콘 고무 프레스 롤러를 얻었다. 실리콘 고무 탄성 층은 0.094 W/m·K의 열 전도성을 가졌다.

(예 7)

100 중량부의 팽창되지 않은 수지 마이크로벌룬(상품명:마츠모또 마이크로세피어즈 F85; 입자 직경: 20 내지 30 μm; 진비중:1.04; 월-프로바이딩 연화점:150 내지 155℃; 마츠모또 유시-세이야꾸 캄파니, 엘티디로부터 구매 가능)에, 실리콘 오일(아미노-치환(amino-modified) 실리콘; 상품명:SF8417; 다우 코닝 도레이 실리콘 캄파니, 엘티디.로부터 구매 가능)이 첨가되었으며, 얻어진 혼합물은 교반되어, 그 후 실리콘 오일로 가습된 반죽 혼합물을 얻도록 10시간 동안 유지되었다. 이러한 반죽 혼합물은 1시간동안 오븐에서 90℃로 유지되어 건조되었다. 냉각후, 건조된 제품은 102 μm의 평균입자 직경을 갖는 평창된 수지 마이크로벌룬을 형성하도록 150℃의 열 팽창 온도로 세팅된 오븐 내에 30분 동안 유지되었다. 100 중량부의 첨가식 액체 실리콘 고무 재질(점성:40 Pa·s; 비중:1.02; 상품명:DY35-446A/B; 다우 코닝 도레이 실리콘 캄파니, 엘티디.로부터 구매 가능)에, (2부의 마이크로벌룬 자체에 대응하는) 4 중량부의 팽창된 수지 마이크로벌룬 및 1 중량부의 과산화물 형 가황제(vulcanizing agent)(2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드; 상품명:RC-2; 다우 코닝 도레이 실리콘 캄파니, 엘티디.로부터 구매 가능)이, 다목적 혼합 교반기(상품명 DULTON; 케이.케이. 산-에이 세이하꾸쇼에서 제조)에 의해 상온에서 10분동안 혼합 및 교반에 의해 혼합되어, 액체 실리콘 고무 재질 혼합물이 되었다. 그 후, 예4에서와 동일한 공정이 반복되어, 225 mm의 고무 길이, 2.5 mm의 고무 두께 및 20 mm의 외경을 갖는 실리콘 고무 열 절연 프레스 롤러를 얻었다. 실리콘 고무 탄성 층은 0.105 W/m·K의 열 전도성을 가졌다.

(시험 예)

예4 내지 예7의 프레스 롤러가 이하에 기술된 바와 같이 성능을 확인하기 위해 시험되었다.

도2는 이 시험 예에서 사용된 필름 가열식 고정 조립체를 개략적으로 단면으로 도시한다.

내열 필름(23)으로, 두께가 5 μm의 불소계 프라이머를 통해 불소 수지 분산(PTFE 및 PFA의 50/50 혼합)으로 피막되어 그 후 해제 층을 형성하도록 베이킹되어 230 mm의 길이로 절단된 두께가 40 μm, 외경이 25 mm의 이음매 없는 폴리이미드 필름이 사용되었다.

도면 부호 24는 프레스 롤러를 표시하며, 예4 내지 예7에서 얻은 것이 순서대로 시험되었다.

상기 필름 가열식 고정 조립체를 사용하여, 용지 공급 시험이 이하에서 기술된 상태로 수행되었다. 우선, 레이저 비임 프린터(상품명; LASER SHOT LBP350; 캐논 인크.에서 제조)를 사용하여 고정되지 않은 화상이 형성된 1,000 시트의 A5 크기의 용지가 고정 조립체의 중간에 기초하여 8 시트/분의 간격으로 종방향으로 공급되었다. 그 후 즉시, 5 시트의 A4 크기의 용지가 종방향으로 공급되었고, 그 때 반송 성능이 평가되었다. 결과는 표3에서 도시되었다.

-시험 상태-

프레스 롤러 외주 속도: 50 mm/sec

닙 압력: 9 kgf

최대 공급 출력: 500 W

고정 세트 온도: 190℃

예4의 프레스 롤러의 경우, 경도(애스커 C)가 롤러의 중간 영역 및 단부 영역(A5 용지 비 급송 구역)에서 저하되었으나, 차이는 너무 작아서 A4 크기의 용지가 통과된 경우에도 용지 주름과 같은 반송 성능에 문제가 없었다.

한편, 예 5의 프레스 롤러의 경우에, 경도(애스커 C)가 롤러의 단부 영역(A5 용지 비 급송 구역)에서 크게 저하되었으며, 중간 영역과 단부 영역 사이의 경계에서 경도의 차이는 너무 커서 A4 크기의 용지가 통과될 때 용지 주름이 야기되어, 반송 성능에 문제가 발생되었다.

예 6 및 예 7의 프레스 롤러의 경우에, 경도(애스커 C)가 롤러의 중간 영역 및 단부 영역(A5 용지 비 급송 구역) 모두에서 약간만 하강되어, A4 크기의 용지가 통과된 경우에도 용지 주름과 같은 반송 성능 상에 문제가 없었다.

표3

본 발명에 따라, 낮은 열전도성을 갖고 가열 수단으로부터 열을 거의 빼앗지않고 낮은 표면 경도를 갖고 정착 닙 와이더를 만들 수 있는 프레스 롤러를 사용하는 가열 조립체와, 가열 정착 조립체로서 상기 가열 조립체를 갖는 화상 형성 장치를 제공할 수 있습니다.

Claims (29)

1. 시트와 같은 가열 목표 물질을 가열하기 위한 가열 수단 및 가열 수단과 면하여 배치된 프레스 롤러를 포함하고, 가열 목표 물질은 가열 수단과 프레스 롤러 사이에 형성된 프레스 접촉 닙으로 안내되어 가열 목표 물질을 가열하도록 그들 사이에서 유지되어 반송되고,

   상기 프레스 롤러는 수지 마이크로벌룬이 분산 혼입된 탄성층을 가지고,

   상기 탄성층은 공동이 분산 혼입된 고무층이고,

   상기 수지 마이크로벌룬은 고무층이 경화된 후에 가열에 의해 파괴되고, 수지 마이크로벌룬의 수지 셸은 파괴된 상태로 고무와 공동 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 가열 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성 층은 0.146 W/m·K 이하의 열 전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 가열 조립체.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 수지 마이크로벌룬의 셸을 형성하는 수지는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 가열 조립체.
7. 제6항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 아크릴로니트릴 수지 및 비닐리덴 클로라이드 수지로부터 선택된 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 가열 조립체.
8. 제1항에 있어서, 상기 수지 마이크로벌룬의 셸을 형성하는 수지는 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 가열 조립체.
9. 제8항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 페놀 수지인 것을 특징으로 하는 가열 조립체.
10. 제1항에 있어서, 상기 수지 마이크로벌룬은 셸이 열가소성 수지로 형성된 수지 마이크로벌룬과 셸이 열경화성 수지로 형성된 수지 마이크로벌룬의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 조립체.
11. 제1항에 있어서, 수지 마이크로벌룬은 80 내지 200㎛의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 가열 조립체.
12. 제1항에 있어서, 프레스 롤러는 최외부층으로서 이형층을 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 조립체.
13. 삭제
14. 삭제
15. 제1항에 있어서, 프레스 롤러는 애스커-씨 경도로서 55°이하의 표면 조도를 갖는 것을 특징으로 하는 가열 조립체.
16. 제1항에 있어서, 프레스 롤러는 탄성층의 내부층으로서 발포 탄성층을 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 조립체.
17. 제1항에 있어서, 가열 목표 재료는 미정착 화상을 그 위에 보유하는 기록 매체이고, 미정착 화상은 가열 수단과 프레스 롤러 사이에 형성된 압력 접촉 닙에서 가열 및 고정되는 것을 특징으로 하는 가열 조립체.
18. 삭제
19. 실리콘 오일로 습윤 처리된 미팽창 수지 마이크로벌룬을 열팽창시키는 단계와,

    액체 실리콘 고무 재료에 열팽창 수지 마이크로벌룬을 혼합하는 단계와,

    액체 실리콘 고무를 열경화시키는 단계와,

    수지 마이크로벌룬의 셸 수지의 마이크로벌룬 형상을 파괴하는 수지 마이크로벌룬의 팽창 개시 온도보다 낮지않은 온도에서 수지 마이크로벌룬을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 고무 스펀지의 제조 방법.
20. 삭제
21. 제19항에 있어서, 열 팽창된 수지 마이크로벌룬은 80 내지 200㎛의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 고무 스펀지의 제조 방법.
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