KR101180014B1

KR101180014B1 - 고정 부재, 고정 부재의 제조방법, 고정 부재의 회전체, 고정 장치 및 이미지 형성 기계

Info

Publication number: KR101180014B1
Application number: KR1020107020801A
Authority: KR
Inventors: 토모아키 수가와라
Original assignee: 가부시키가이샤 리코
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2012-09-06
Also published as: CN101978325B; US20100310290A1; CN101978325A; US8369764B2; JP4988633B2; WO2009116607A1; EP2255255A4; KR20100119572A; JP2009229616A; EP2255255A1; EP2255255B1

Abstract

고정 부재는 그 안에 설치된 열원을 갖는 고정용 회전체에 포함된다. 상기 고정용 회전체는 미고정된 토너를 운반하는 기록 매체가 상기 고정용 회전체 및 상기 기록 매체를 통해 상기 고정용 회전체와 가압 접촉하는 가압 유닛 사이에 형성된 닙부를 통과함으로써 상기 기록 매체에 상기 미고정된 토너를 고정하도록 배치된다. 상기 고정 부재는 탄소섬유를 포함하는 실리콘 고무로 제조되며, 빈 공간이 상기 실리콘 고무에 형성된다.

Description

고정 부재, 고정 부재의 제조방법, 고정 부재의 회전체, 고정 장치 및 이미지 형성 기계{FIXING MEMBER, MANUFACTURING METHOD OF FIXING MEMBER, ROTATIONAL BODY OF FIXING MEMBER, FIXING DEVICE, AND IMAGE FORMING APPARATUS}

본 발명은 고정 부재(fixing member), 상기 고정 부재의 제조방법, 상기 고정 부재의 회전체(rotational body), 고정 장치 및 이미지 형성 기구에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 토너를 고정하기 위한 회전체에 포함된 열전도성, 탄성 고정체(thermally-conductive, elastic fixing body)에 관한 것이다.

통상적으로, 전자사진 복사기, 프린터 및 특히, 칼라 전자 사진 이미지를 출력하는 장치와 같은 고품질 이미지를 출력하는데 사용되는 장치에 있어서, 토너를 유연하고 밀접하게 접촉시키고, 내열성을 달성하도록 하기 위해 실리콘 고무가 고정 부재의 재료로서 종종 사용되고 있다. 그러나, 이러한 열-저항성 고무 물질은 낮은 열 전도도를 가지며, 그리하여 열을 열원으로부터 기록 소재로 열을 전달할 때 열 저항성 층으로서 역할을 한다. 칼라 이미지를 생성할 때, 이미지 품질을 향상시키기 위해 특히 소프트한 고무 층을 사용하는 것이 중요하다. 그러나, 높은 열 용량 및 높은 열 저항성으로 인해, 이러한 고정 부재를 포함하는 고정 장치의 기동시간(startup time)이 지연된다. 그러므로, 고속장치의 경우에, 열은 충분히 빨리 공급될 수 없다. 그리하여, 특허문헌 1에 개시된 바와 같은 필러를 사용하여 열 전도도를 향상시키고자 하는 시도가 있었다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 제2006-133576호

특허문헌 2: 일본 공개특허공보 제2005-292218호

그러나, 특허문헌 1 및 2에 따르면, 고정 부재의 밀도는 감소될 수 없다. 상기 밀도를 감소시킴으로써, 열 용량이 감소될 수 있으며, 이는 결국 기동 시간의 속도를 증가시킨다. 그러나, 이는 밀도가 감소될 수 없기 때문에, 통상적인 기술로는 달성될 수 없다.

고정 부재의 밀도가 감소될 수 없는 이유에는 2가지가 있다. 첫 번째 이유는 팽창 비(expansion ratio)가 증가하기 때문에, 열 전도도가 급속하게 감소될 수 있다는 것이다. 이것은 원재료의 열 전도도가 변화하지 않을 때 발생한다(예를 들어, Yoken-do에 의해 발행된 "Netsu-bussei (thermal property) handbook" 페이지 179 C.2의 Eucken의 식 참조). 두 번째 이유는 팽창비가 증가함으로써 고정 부재의 벽이 상대적으로 얇아지게 되고, 그리하여 강도가 저하된다는 것이다. 팽창비는 (Vf+Vs)/Vs로 표현되며, 여기서 Vs는 공기 버블이 없을 때 고정 부재의 부피이며, Vf는 공기 버블의 부피이다.

상기 2가지 이유에 기인하여, 낮은 열 용량(낮은 밀도), 높은 열 전도도 및 열 저항성을 갖는 고정 부재를 개발하기가 곤란하며, 이는 높은 온도 환경에서 반복적으로 악화된다.

따라서, 이미지 형성 기계의 고정 부재가 고속으로 기동할 수 있는 낮은 열 용량(낮은 밀도), 높은 열 전도도 및 낮은 고무 경도를 갖는 고정 부재, 상기 고정 부재의 제조방법, 상기 고정 부재를 위한 회전체 및 상기 고정 부재를 포함하는 고정 장치 및 이미지 형성 기계에 대한 요구가 있다.

본 발명은 관련 기술분야의 하나 이상의 문제를 해결할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예는 이미지 형성 기계의 고정 부재가 고속으로 기동할 수 있는 낮은 열 용량(낮은 밀도), 높은 열 전도도, 및 낮은 고무 경도를 갖는 고정 부재, 상기 고정 부재의 제조방법, 상기 고정 부재의 회전체, 고정 장치 및 이미지 형성 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 견지에 따르면, 내부에 장착된 열원을 갖는 고정용 회전체(fixing rotational body)에 포함된 고정 부재(fixing member)가 제공되며, 여기서 상기 고정용 회전체는 미고정된 토너를 운반하는 기록 매체가 고정용 회전체 및 기록 매체를 통해 고정용 회전체와 가압 접촉하는 가압 유닛(pressurizing unit) 사이에 형성된 닙 부(nip portion)를 통과함으로써 상기 기록 매체 상에 미고정된 토너(unfixed toner)를 고정하도록 배열되며, 상기 고정 부재는 탄소섬유를 포함하는 실리콘 고무로 제조되며, 여기서 빈 공간(vacant spaces)이 실리콘 고무에 형성된다.

본 발명의 일 견지에 따르면, 내부에 장착된 열원을 갖는 고정용 회전체에 포함된 고정 부재를 제조하는 방법이 제공되며, 여기서 상기 고정용 회전체는 미고정된 토너를 운반하는 기록 매체가 상기 고정용 회전체 및 상기 기록 매체를 통해 상기 고정용 회전체와 가압 접촉하는 가압 유닛 사이에 형성된 닙 부를 통해 통과함으로써 상기 기록 매체 상에 미고정된 토너를 고정하도록 배열되며, 상기 방법은 경화되지 않은 실리콘 고무에 발포제(foaming agent) 또는 발포된 입자(foamed particles)를 포함시키는 단계; 상기 경화되지 않은 실리콘 고무에 탄소 섬유를 포함시키는 단계; 상기 경화되지 않은 실리콘 고무 상에 1차 경화 및 발포 작용을 수행하는 단계 및 상기 1차 경화를 수행한 상기 실리콘 고무에 2차 경화를 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 견지에 따르면, 내부에 장착된 열원을 갖는 고정용 회전체에 포함된 고정 부재를 제조하는 방법이 제공되며, 여기서 상기 고정용 회전체는 미고정된 토너를 운반하는 기록 매체가 상기 고정용 회전체 및 상기 기록 매체를 통해 상기 고정용 회전체와 가압 접촉하는 가압 유닛 사이에 형성된 닙 부를 통해 통과함으로써 상기 기록 매체 상에 미고정된 토너를 고정하도록 배열되며, 상기 방법은 경화되지 않은 실리콘 고무에 탄소 섬유 및 미리 발포된 입자를 포함시키는 단계; 상기 경화되지 않은 실리콘 고무에 1차 경화를 수행하는 단계 및 상기 1차 경화를 수행한 상기 실리콘 고무에 2차 경화를 행하는 단계를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 고정 부재의 부분 단면도이며;
도 2는 도 1에 나타낸 실리콘 고무 층에서 버블 연속 구조와 탄소섬유 사이의 관계를 나타내며;
도 3은 단일 버블 구조를 갖는 실리콘 고무 층의 확대도이며;
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 고정 부재를 포함하는 다른 발명에 따른 고정 장치의 개략적 단면도이며;
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 고정 장치를 포함하는 다른 발명에 따른 이미지 형성 기계의 계략적 단면도이며;
도 6a 내지 6d는 고정 롤러 구조의 단면도이며;
도 7은 열처리되지 않은 탄소섬유의 단면도이며; 그리고,
도 8은 열처리된 탄소섬유의 단면도이다.

상세한 설명은 첨부되는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 구현예를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 고정 부재의 부분 단면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 고정 부재(10)는 금속 롤러(11), 실리콘 고무층(12) 및 PFA층(13)을 포함하며, 서로 적층되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 실리콘 고무층(12)은 빈 공간에 대응하는 버블(12-2)을 포함하며, 빈 공간은 버블 연속 부분(12-1) 및 탄소섬유(12-3)를 통해 연결되어 있다. 이러한 적층 구조를 갖는 고정 부재(10)를 사용함으로써, 도 1에 나타낸 바와 같이, 열원인 히터(도시하지 않음)로부터의 열이 금속 롤러(11)로 전달되며, 그리고, 금속 롤러(11)로부터의 열이 실리콘 고무 층(12)을 통해 PFA 층(13)으로 전달된다. 따라서, PFA 층(13)이 토너와 접촉하고, 그에 의해 토너를 고정하기 때문에, 열이 토너로 전달된다.

도 2는 실리콘 고무 층(12) 내의 연속하는 버블 구조와 탄소섬유 간의 관계를 나타내는 확대도이다. 서로 인접하는 상기 버블(12-2)은 버블 연속 부분(12-1)과 연결되어 있고, 그러므로 상기 버블(12-2)이 일그러질 때 버블(12-2) 내부의 상기 가스가 버블 연속 부분(12-1)을 통해 흐른다. 도 3은 단일 버블 구조를 갖는 실리콘 고무의 확대도이며, 이하에 기재된 비교예 7에 상응한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 단일 버블 구조를 갖는 실리콘 고무 층(20)은 도 2에 나타낸 바와 같은 버블 연속 부분이 없는 버블들(21) 및 탄소섬유(22)를 포함한다. 그러므로, 가스는 빈 공간 사이를 이동할 수 없고, 결국 탄소섬유의 강성이 실리콘 고무의 특성에 대한 영향을 갖는다. 탄소 섬유의 최적의 제품은 Nippon Graphite Fiber Corporation에 의해 제조된 파트넘버(part number): XN-100- 15M(150미크론), 피치 타입 밀링된 탄소섬유(pitch type milled carbon fiber)이다. 열 전도도는 500W/mK인 것으로 추정된다. 반면, PAN 타입 탄소 섬유는 50W/mK의 최대 열 전도도를 갖는다. PFA 튜브는 미리 내부에 형성된 점착층(adhesive layer)을 가지며, 보강 돌기(reinforcement projections)("립(ribs)")를 갖는 코어드 바(cored bar)가 상기 PFA 튜브 내부 0.5mm에 설치된다. 탄소 섬유, 미리 발포된 입자 및 경화제를 포함하는 경화되지 않은 실리콘 고무가 상기 코어드 바 및 PFA 튜브 사이에 주입 물질로서 주입된다. 그 후에, 2차 가열이 수행되어 주입 물질을 고정한다. 결과로, 미리 발포된 제재는 파괴되고, 탄소섬유의 주변 부위는 실리콘 고무로부터 분리된다. 실리콘 고무로부터 탄소 섬유를 효율적으로 분리하고, 상기 분리된 부위에 공간을 형성하기 위해, 글리세린, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 및 트리에틸렌 글리콜이 사용된다. 이들 성분들은 휘발성을 가져, 공간이 형성될 수 있다. 또한, 상기와 같은 동일한 방법으로 미경화된 액체 실리콘을 제조할 수 있으며, 이 액체를 롤러 상에 적용/경화하여 플루오로카본 수지 코팅층을 형성하거나, 또는 플루오로카본 수지 튜브로 롤러를 코팅할 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 고정 부재를 포함하는 다른 발명에 따른 고정 장치의 개략적 단면도이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 고정 부재를 포함하는 다른 발명에 따른 고정 장치(1)는 롤러-타입 코어드 바(14) 내부에 제공된 히터(15)를 가지며, 본 발명의 일 구현예에 따른 고정 부재(10)는 상기 코어드 바(14)의 주변 표면(peripheral surface)에 형성된다. 가압 롤러(16)는 이러한 고정 롤러를 마주본다. 상기 가압 롤러(16)는 스프링과 같은 가압 메커니즘(17)으로 고정 롤러에 대하여 가압된다. 따라서, 미 고정된 토너 이미지가 형성되는 기록 매체가 상기 고정 롤러 및 가압 롤러(16)에 의해 샌드위치되고 가압되며, 그리하여 상기 기록 매체 상에 미 고정된 토너가 고정된다.

도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 고정 장치를 포함하는 다른 발명에 따른 이미지 형성 기계의 개략적 단면도이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 고정 장치가 제공된 다른 발명에 따른 이미지 형성 기계(100)는 충전기(charger)(102), 기입장치(writing device)(103), 현상 유닛(developing unit)(104), 이송장치(transfer device)(105) 및 클리닝 장치(cleaning device)(106)로 둘러싸인 광전도체(photoconductor)(101)를 포함한다. 상기 충전기(102)는 상기 광전도체(101)를 양극성으로 대전시키고, 상기 기입장치(103)는 상기 대전된 광도전체(101) 상의 이미지 정보에 기초한 광학 정보를 기록하며, 그에 의해 가시 잠상(visible latent image)을 형성한다. 다음으로, 현상 유닛(104)은 교반되고 충전된 토너를 사용하여 상기 가시 잠상을 토너 이미지로 변화시킨다. 상기 토너 이미지는 상기 이송 장치(105)에 의해 기록 매체 상으로 이송된다. 도 4를 참조하여 설명하면, 상기 미고정된 토너를 적재하는 상기 기록매체를 상기 고정 장치(1)의 상기 고정 롤러 및 가압 롤러 사이의 닙 부로 운반함으로써 상기 기록 매체 상으로 이송된 상기 미고정된 토너가 상기 기록 매체 상에 고정된다.

본 발명의 구현예에서 사용된 상기 플루오로카본 수지는 바람직하게는 연소에 의해 양호한 용융 상태 필름 형성 특성을 갖도록 제조되며, 바람직하게는 상대적으로 낮은 용융점(바람직하게는 250℃ 내지 300℃)을 갖는다. 특히, 저분자량의 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(FEP), 및 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 코폴리머(PFA)의 미세한 파우더가 선택될 수 있다. 보다 특별하게는, 저분자량 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 파우더로서, LUBRON(등록 상표) L-5, L-2(Daikin Industries, Ltd.에 의해 제조됨), MP1100, 1200, 1300, 및 TLP-10F-1(DuPont-Mitsui Fluorochemicals, Co., Ltd.에 의해 제조됨)이 알려져 있다. 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(FEP) 파우더로서, 532-8000(DuPont에 의해 제조됨)이 알려져 있다. 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 코폴리머(PFA)로서, MP-10, MP102(DuPont-Mitsui Fluorochemicals, Co., Ltd.에 의해 제조됨.)이 알려져 있다. 특히, 낮은 MFR(용융 흐름속도(melted flow rate)) 및 낮은 유동성을 갖는, MP103, MP300 (DuPont-Mitsui Fluorochemicals, Co., Ltd.에 의해 제조됨) 및 AC-5600, AC5539 (Daikin Industries, Ltd.에서 제조됨)와 같은 제품이 본 발명에서 적합하다.

나아가, 발포제의 예로는 아조비스이소부티로니트릴(AIBN)이며, 그리고 발포된 입자의 예로는 Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd.에서 제조된 F-30, F-30VS, F-46, F-50D 및F- 55D이다. 미리 발포된 입자의 예로는 Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd에 의해 제조된 100CA, 80CA, F-80ED, F-30E, F-50E 및 F-80SDE이다. 탄소섬유의 예로는 합성 섬유인 연속 아크릴 섬유로부터 제조된 PAN(폴리아크릴로니트릴) 타입 탄소섬유 및 콜타르 및 페트롤륨 피치로부터 제조된 피치타입 탄소섬유이다. 상기 PAN 타입 탄소섬유는 PAN 전구체(폴리아크릴로니트릴 섬유)를 탄화함으로써 얻어지며, 높은 강도 및 높은 탄성도를 갖는다. 상기 피치타입 탄소섬유는 피치 전구체(재료로서 콜타르 또는 페트롤륨 중유를 사용하여 얻어진 피치 섬유)를 탄화함으로써 얻어진다. 제조 공정의 조건을 변화시킴으로써, 낮은 수준의 탄성에서 높은 수준의 탄성/고강도까지의 광범위한 특성이 얻어질 수 있다. 초고탄성 제품은 높은 강성, 우수한 열 전도도 및 전기전도도를 가질 수 있다.

< 실시예 A 및 비교예 A>

경화제를 포함하는 부가적인 액체 실리콘에, F-80ED 및 XN-100-15M의 파우더(150미크론)를 분산시켰다. XN-100-15M은 전체 함량의 1/8에 상응하는 글리세린과 미리 혼합되었다. KURABO INDUSTRIES LTD.에 의해 제조된 "MAZERUSTAR"를 혼합 작업에 사용하였다. 탄소섬유가 열처리가 가해진 이외에, 글리세린이 혼합된 탄소 섬유가 사용되었다. 상기한 탄소섬유는 실리콘 고무 내에서 점착력을 감소시키기 위해 사용되었다. 도 6A에 나타낸 바와 같이, 이 경화되지 않은 실리콘 고무를 주입 물질로서 PFA 튜브 및 코어드 바 사이에 주입하였으며, 보강 돌기에 상응하는 립을 갖는 상기 코어드 바를 내부에 미리 형성된 점착층을 갖는 PFA 튜브 내부 0.5mm에 설치하였다. 도 6B 내지 6D는 상기 립(31)의 단면도의 예들을 나타낸다. 120℃로 상기 고정 롤러를 가열함으로써 1차 경화를 수행한 다음, 200℃로 4시간 동안 상기 고정 롤러를 가열함으로써 2차 경화를 수행하였다. 따라서, 미리 발포된 제재가 파괴되고, 상기 탄소 섬유의 주변부가 상기 실리콘 고무로부터 분리되었다. 상기 고정 롤러는 외부 직경이 φ40mm를 갖도록 상기 일련의 공정을 수행함으로써 제조되었다. 상기 실리콘 고무 층 두께는 3mm이었다. 상기 고정 롤러는 Ricoh Co., Ltd.에 의해 제조된 복사기인 MF4570의 고정 유닛에 설치되었으며, 상기 고정 롤러의 온도를 1000W 할로겐 히터로 가열함으로써 160℃로 상승시키는데 요구되는 시간(초)을 측정하였다. 가압 롤러에 대하여, 기준 제품의 실리콘 고무를 사용하는 대신, 탄소 섬유 없이 본 발명의 구현예의 것과 유사한 실리콘 고무를 사용하였다. 상기 고정 롤러 위에 열전대를 제공함으로써 상기 온도를 측정하였다. 상기 롤러를 제조하는데 사용된 것으로서 동일한 조성물을 갖는 주입 물질을 두께 2mm이고, 길이와 폭이 100mm인 몰드 안에 주입/경화하였다. 팽창율을 부피, 중량 및 상기 샘플의 혼합량으로부터 얻었다. 상기 샘플의 고무 경도를 측정하였다. 나아가, 상기 샘플을 측면이 50mm인 정사각형으로 잘랐다. 이러한 정사각형 조각 3개를 서로 적층하고, 180℃에서 22시간 동안 가열한 후에 25%의 압축으로 압축율을 측정하였다. 상기 코어드 바의 두께는 립과 함께 0.4mm이었다. 상기 고무 경도를 마이크로 고무 경도 스케일 MD-1: 일반적인 목적 고무에 대한 타입 A(JIS A 근사 값)를 사용하여 측정하였다. 아래 표에서, 이것은 고무 경도(MD-1)으로 나타낸다. 비교예 A-4에서, 상기 탄소섬유를 600℃에서 2시간 동안 공기 중에서 가열하였다. 비교예 A-5 및 A-6에서, 유리 섬유를 사용하였다. 비교예 A-5에서, 상기 섬유는 ASAHI FIBER GLASS Co., Ltd.에서 제조된, 프라이머 없이, 길이 100㎛ 내지 300㎛를 갖는06MW2-20이었다. 비교예 6에서, 20MH2-20을 사용하였으며, 상기와 유사한, 길이 100㎛ 내지 200㎛를 갖고, 실란 타입의 프라이머로 처리된 유리섬유이다. 도 7은 열 처리되지 않은 레이저 블레이드로 절단한 탄소섬유의 단면도이다. 선형의 반짝이는 부분이 탄소섬유이며, 실리콘 고무로부터 분리되어 있고, 그러므로 눈에 보인다. 실리콘 고무는 상기 탄소섬유 주변에 부착되어 있다. 상기 탄소섬유는 실리콘 고무의 일부가 절단되어 있기 때문에 잘 보이지 않는다. 상기한 바와 같이, 상기 탄소섬유 주변에 상당한 비-점착부가 존재한다는 것을 명확하게 확인할 수 있다.

탄소섬유는 온도가 300℃에 도달할 때 소량 공기 중에서 산화하기 시작한다고 알려져 있으며, 산화층이 표면에 형성되기 때문에 점착성이 증가하는 것으로 생각된다. 유리섬유를 사용하는 실시예로서, 두 실시예 모두 상기 섬유를 실질적으로 완전히 실리콘 고무에 접촉시켰으나, 도면에 나타내지는 않았다. 비교를 위해 비교예 A-7에 사용된 XN-100-05M (50미크론)을 600℃에서 2시간 동안 가열하였다.

조성물 (중량부)	비교예 A-1	실시예 A-1	실시예 A-2	실시예 A-3	비교예 A-2	비교예 A-3
실리콘 고무	100	100	100	100	100	100
탄소섬유
XN-100-15M	40	40	40	40	40
PAN 타입						40
F-80ED(팽창율)	1.3	1.5	2.0	3.0	4.0	2.0
고무경도(MD-1)	23	18	8	11	10	18
온도 상승에 소요된 시간(초)	38	28	16	18	32	67
압축율(%)	5	7	9	9	23	8

조성물(중량부)	비교예 A-4	비교예 A-5	비교예 A-6	비교예 A-7
실리콘 고무	100	100	100	100
탄소섬유
XN-100-15M (600)	40
XN-100-05M (600)				40
유리섬유		40	40
F-80ED (팽창율)	3.0	3.0	3.0	3.0
고무경도 (MD-1)	38	35	42	28
온도 상승에 소요된 시간 (초)	-	-	-	-
압축율(%)	32	26	25	25

표 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 A-1, A-2 및 A-3에서, 상기 고무 경도는 극히 낮고, 압축율 또한 낮았다. 나아가, 고정 장치의 기동 시간은 30초보다 낮거나 동등하였다. 비교예 A-1 및 A-3에 있어서, 기동시간이 지연되었으며, 비교예 A-2에 있어서는, 압축율이 극히 높고, 가열 롤러가 100시간 동안 160℃에서 가열/가압 상태를 유지한 후에 변형되었다. 비교예 A-4, A-5, A-6 및 A-7에 있어서, 롤러를 제조하지 않았으나, 고무 경도 및 압축율이 높음을 알았다.

< 실시예 B 및 비교예 B>

다음으로, 경화제를 포함하는 부가적인 액체 실리콘에, F-30 및 XN-100-15M(150미크론)의 파우더를 분산시켰다. 상기 미 경화된 실리콘 고무를 주입 물질로서 PFA 튜브 및 코어드 바 사이에 주입하였으며, 립을 갖는 코어드 바는 미리 내부에 형성된 점착층을 갖는 PFA 튜브 내 0.5mm에 설치되어 있다. 130℃에서 상기 고정 롤러를 가열함으로써 1차 경화를 수행하고, 그리하여 F-30을 발포시킨 후, 200℃에서 4시간 동안 고정 롤러를 가열함으로써 2차 경화를 수행하였다. 평가는 실시예 A에 대한 것과 같은 동일한 방법으로 하였다.

조성물(중량부)	비교예 B-1	실시예 B-1	실시예 B-2	실시예 B-3	비교예 B-2	비교예 B-3
실리콘 고무	100	100	100	100	100	100
탄소섬유
XN-100-15M	40	40	40	40	40
XN-100-05M						40
F-30(팽창율)	1.3	1.5	2.0	3.0	4.0	2.0
고무경도(MD-1)	25	20	11	12	13	18
온도 상승에 소요된 시간(초)	43	21	12	15	32	73
압축율(%)	5	7	9	9	20	8

실시예 B-1, B-2 및 B-3에서, 고무 경도는 매우 낮고, 압축율 또한 낮았다. 그러므로, 상기 고정 장치의 기동시간은 30초 미만 또는 동등하였다. 비교예 B-1 및 B-3으로서, 기동시간은 지연되었으며, 비교예 B-2에서, 압축율은 극히 높고, 가열 롤러는 160℃에서 100시간 동안 가열/가압 상태를 유지한 후에 변형되었다.

< 비교예 C>

경화제를 포함하는 부가적인 액체 실리콘에, F-30 및 XN-100-15M(150미크론)의 파우더를 분산시켰다. 상기 미경화된 실리콘 고무를 주입 물질로서 PFA 튜브 및 코어드 바 사이에 주입하였으며, 보강 돌기에 상응하는 립을 갖는 상기 코어드 바를 내부에 미리 형성된 점착층을 갖는 PFA 튜브 내부 0.5mm에 설치하였다. 상기 고정 롤러를 130℃로 가열함으로써 1차 경화를 수행하였으며, 그리하여 F-30이 발포되었다. 2차 경화(200℃에서 4시간)는 수행하지 않았다. 따라서, φ40mm의 외부 직경을 갖는 롤러가 제조되었다. 상기 고정 롤러를 Ricoh Co., Ltd.에서 제조되는 복사기인 MF4570의 고정 유닛에 설치하고, 1000W 할로겐 히터로 가열함으로써 상기 고정 롤러의 온도를 160℃까지 상승시키기 위해 필요한 시간(초)을 측정하였다. 상기 혼합은 중량부 단위로 수행되었으며; F-30으로서, 발포 후 형성된 기포의 팽창 비율을 부피로 변환하였다. 상기 코어드 바의 벽 두께는 립과 함께 0.4mm이었다.

조성물(중량부)	비교예 C-1	비교예 C-2
실리콘 고무	100	100
탄소섬유
XN-100-15M	40	40
PAN 타입
F-30 (팽창율)	2.0	3.0
온도 상승에 소요된 시간(초)	35	40
압축율(%)	27	36

실시예 B-2, B-3를 비교예 C-1, C-2와 비교하여, 고무를 발포하고, 고정하기 위해 1차 경화를 수행하고, 그 후에 2차 경화를 수행함으로써 압축율을 극히 작게 할 수 있음을 알았다.

< 실시예 C>

실시예 C는 실시예 B-2의 고정 부재에 상기 코어드 바의 두께를 변화시킴으로써 행해졌다.

조성물 (중량부)	비교예 B-1	실시예 B-1	실시예 B-2	실시예 B-3	비교예 B-2	비교예 B-3
실리콘 고무	100	100	100	100	100	100
탄소섬유
XN-100-15M	40	40	40	40	40	40
F-30(팽창율)	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
코어드 바의 두께 (mm)	0.6	0.5	0.4	0.3	0.25	0.2
온도 상승에 소요된 시간(초)	43	18	12	11	8	8
압축율(%)	파괴되지 않음	파괴되지 않음	파괴되지 않음	파괴되지않음	파괴되지 않음	파괴됨

상기 코어드 바의 벽 두께가 0.5mm 이하일 때, 상기 고정 롤러의 온도를 160℃로 상승시키기 위해 필요한 시간은 20초 이하였으며, 코어드 바의 두께가 0.2mm 이하일 때, 고정 롤러는 파괴되었음을 알았다.

< 실시예 D>

실시예 B-2의 롤러를 Ricoh Co., Ltd.에서 제조된 MF4570의 고정 유닛에 설치하였다. 그리고 나서, Ricoh Co., Ltd.에서 제조된 imagio MP C4500에 의해 생성된 10,000장의 단일한 흑색 이미지를 상기 고정 유닛에 통과시켰다. 그리고 나서, 상기 롤러의 표면에 부착하는 토너의 양에 대해, 그리고, 도 6에 나타낸 바와 같이 몇 장의 종이가 롤러 주위에 부착되는지를 조사하였다. 따라서, 표면 거칠기 Rz(열군데 평균 거칠기: JIS(Japanese Industrial Standards) B0601-1994)가 5㎛ 이하일 때, 롤러가 효과적임을 알았다. 표면 거칠기 Rz가 7㎛인 롤러를 사용하였으나, 페이퍼 잼이 자주 발생하기 시작하였으며, 그리하여 실험을 7,325번째 시트에서 중단하였다.

표면 거칠기 Rz	토너 부착량	롤러 주위에 부착하는 시트
2㎛	없음	없음
3㎛	없음	없음
5㎛	약간	없음
7㎛	많음	자주 잼이 발생함

< 실시예 E>

Ricoh Co., Ltd.에서 제조된 IPSIO Color 8100로 생성된 미고정된 이미지에 대하여 시트 통과 테스트를 행하였다. IPSIO Color 8100에서 사용된 토너는 불충분한 몰드 방출 특성(mold releasing properties)을 가지며, 그리하여 고정 롤러 상에 실리콘 오일을 적용하기 위해 실리콘 오일이 주입된 오일 적용 부재를 공급하였다. 그리하여, 10,000 시트의 단일한 흑색 이미지를 IPSIO Color 8100를 통해 통과시켰으며, 그리고 상기 롤러 표면에 부착하는 토너의 양을 조사하였다. 의미없는 토너 량이 관찰되었으며, 상기 롤러는 규칙적인 상태로 존재하는 것으로 보였다. 그러나, 오일 적용 부재가 공급되지 않은 경우에는 상당한 양의 토너가 6,000번째 시트에서 롤러에 부착되었다.

< 실시예 F>

표면 거칠기 Rz가 2㎛ 이하인 실시예 A-1의 롤러를 제조함으로써 실시예 F의 롤러를 제조하였다. MF4570의 고정 유닛을 포함하는 고정 테스트 기계를 제조하고, 그리고 imagio MP C4500에 의해 생성된 미 고정된 이미지를 상이한 압력으로 상기 롤러를 통과시켰다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 압력이 2.9 N/㎠ 이하일 때, 고정 특성이 매우 낮았으며, 상기 압력이 19.6 N/㎠ 이상일 때, 토너가 상기 고정 롤러에 부착하였다. 보다 많은 토너가 상기 고정 롤러에 부착할 때, 시트가 고정 롤러에 부착하였다. 상기 압력이 39.2 N/㎠ 이하일 때, 상기 시트는 상기 고정 롤러 주변에 부착하지 않았다. 상기 고정 특성은 상기 고정 작용 후에 천을 사용하여 단일 이미지를 닦아내고, 토너의 상당한 양이 상기 천에 부착되었을 때 고정 실패가 되었음을 결정함으로써 간단하게 평가하였다.

압력(N/㎠)	롤러에 부착하는 토너의 양	토너 주변에 부착하는 시트	고정 특성 (면 천으로 닦아냄)
2.5	없음	없음	천에 토너가 부착됨 (고정 실패)
2.9	없음	없음	천에 토너가 부착됨 (고정 실패)
4.9	없음	없음	천에 토너가 부착되지 않음 (성공적으로 고정됨)
9.8	없음	없음	천에 토너가 부착되지 않음 (성공적으로 고정됨)
19.6	약간	없음	천에 토너가 부착되지 않음 (성공적으로 고정됨)
39.2	약간	없음	천에 토너가 부착되지 않음 (성공적으로 고정됨)
41.2	많음	자주 잼 발생	천에 토너가 부착되지 않음 (성공적으로 고정됨)

본 발명의 일 구현예에 따르면, 고정 부재에서, 탄소섬유는 열을 전달하는 통로로서 역할을 한다. 상기 탄소섬유는 단단하게 고정되지 않으며, 그러므로, 미끄러짐으로써 용이하게 변형될 수 있다. 따라서, 고정 부재는 상기 실리콘 고무 상의 응력 집중으로 인해 파괴되는 것이 방지된다. 그러므로, 탄소섬유의 강성 및 빈 공간 사이에서의 가스 흐름이 증가될 수 있고, 그리하여, 고정 부재가 공급될 수 있으며, 낮은 열 용량(낮은 밀도), 높은 열 전도도 및 낮은 고무 경도를 갖는다.

본 발명의 구현예에 따르면, 상기 고정 부재는 충분한 수준의 열 전도도를 가질 수 있다.

본 발명의 구현예에 따르면, 상기 고정 부재는 용이하게 제조될 수 있으며, 압축율이 감소될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고정 부재의 팽창율은 1.5 이상이고, 3.0 이하이다. 상기 팽창율이 1.5 미만이면, 열 용량이 크고, 그리하여 고정 부재는 큰 닙을 달성하기에 충분히 두껍게 할 수 없다. 만약 팽창율이 3.0을 초과하면, 벽은 극도로 얇게 될 것이고, 그리하여 강도가 감소하고, 압축율이 감소할 것이다. 따라서, 고정 부재가 1.5 이상 또는 3.0 이하의 범위에 해당하는 팽창율을 가질 때, 낮은 열 용량 및 높은 강도가 달성될 수 있으며, 상기 고정 작용이 적절하게 수행될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고정용 회전체의 상기 코어드 바는는 상기 롤러에서 히터에 의해 가열되는 제1 성분이며, 그러므로, 열 용량은 중요한 요소이다. 상기 코어드 바가 0.5mm 이하의 두께를 갖는 경우, 고정 장치는 10여초 내에 기동할 수 있다. 그러나, 휨에 대하여 강도는 감소할 것이다. 이러한 이유 때문에, 원형상을 갖는 돌기가 보강을 위한 코어드 바의 내부 표면에 형성된다. 따라서, 높은 속도로 기동할 수 있는 고정 장치가 제공된다.

본 발명의 구현예에 따르면, 상기 고정용 회전체는 내구성의 인덕션 히터에 적용될 수 있으며, 이형 특성(parting properties)은 오일이 적은 토너에 대하여도 얻어질 수 있다. 본 발명의 구현예에 따르면, 롤러는 양호한 열 전도도 및 낮은 고무 경도를 가져, 열이 균일하게 이송될 수 있고, 고정 부재는 높은 필름 강도를 가지며, 그에 의해 매우 신뢰할 수 있고, 양호한 에너지 효율을 갖는 고정 장치 및 이미지 형성 기계를 제공할 수 있다.

본 발명은 특별히 개시된 구현예로 한정되지 않으며, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 변형 및 확장이 가능하다.

본 발명은 2008년 3월 21일자로 출원된 일본특허출원번호 제2008-072727호의 우선권에 기초한 것이며, 여기에 그 전체 내용이 참조예로서 병합되어 있다.

Claims

내부에 설치된 열원을 갖는 고정용 회전체 상에 포함된 고정 부재로서,
상기 고정용 회전체는 미고정된 토너를 운반하는 기록매체가 상기 고정용 회전체 및 상기 기록 매체를 통해 상기 고정용 회전체와 가압 접촉하는 가압 유닛 사이에 형성된 닙 부를 통해 통과함으로써 기록 매체 상에 미고정된 토너를 고정하도록 배치되고,
상기 고정 부재는 탄소섬유를 포함하는 실리콘 고무로 제조되며, 상기 실리콘 고무에 빈 공간이 형성되고, 상기 빈 공간은 버블 연속 부분을 통해 연결되고,
상기 탄소섬유는 피치 타입의 탄소섬유이고, 상기 탄소섬유의 길이가 상기 빈 공간의 직경보다 긴 형상을 갖고,
상기 탄소섬유의 일부는 상기 버블 연속 부분 내에 제공되고, 상기 실리콘 고무에 비-점착부를 형성하며,
상기 고정 부재가 상기 가압 유닛에 의해 상기 닙 부에서 가압될 때, 상기 실리콘 고무 내의 상기 탄소섬유는 서로 접촉함으로써 열을 전달하는 통로를 형성하여, 열 전도도가 증가되는 것인, 고정 부재.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1항에 기재된 고정 부재를 포함하는 고정용 회전체.
제 8항에 있어서, 상기 고정용 회전체는,
0.25mm 이상 0.5mm 이하의 두께를 가지며, 금속 롤러인 코어드 바; 및
상기 코어드 바의 내부 표면에 형성된 원형상을 갖는 복수의 돌기를 포함하는 것인 고정용 회전체.
제 8항에 있어서, 상기 고정용 회전체는
상기 고정용 회전체의 최외각 표면에 제공되는 불소 폴리머로 제조된 층을 포함하는 것인 고정용 회전체.
제 8항에 있어서, 상기 고정용 회전체는
5㎛ 이하의 표면 거칠기 Rz(10군데 평균 거칠기)를 갖는 것인 고정용 회전체.
제 8항에 기재된 고정용 회전체를 포함하는 고정 장치.
제 12항에 따른 고정 장치; 및
이미지 형성 유닛을 포함하며,
토너 이미지가 상기 이미지 형성 유닛에서 기록 매체에 형성되고, 상기 토너 이미지가 상기 고정 장치에서 기록 매체 상에 고정되는 이미지 형성 기계.