JP2013142837A - Image heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上に抵抗発熱体を設けたヒータ、該ヒータを備えた加熱装置、及び該加熱装置を備えたプリンター、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a heater provided with a resistance heating element on a substrate, a heating device including the heater, and an image forming apparatus such as a printer, a copying machine, and a facsimile including the heating device.
従来の電子写真方式、静電記録方式等を採用する画像形成装置に具備させる加熱定着装置としては、未定着トナー画像を担持させた記録材を、定着ローラと加圧ローラを互いに圧接させて形成した定着ニップ部を通過させることで、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させる、いわゆる熱ローラ方式の加熱定着装置が一般的に用いられている。 As a heat fixing device provided in an image forming apparatus employing a conventional electrophotographic method, electrostatic recording method, etc., a recording material carrying an unfixed toner image is formed by pressing a fixing roller and a pressure roller together. A so-called heat roller type heat fixing apparatus is generally used in which an unfixed toner image is heated and fixed on a recording material by passing through the fixing nip portion.
特に、近年では省エネルギーの観点から、熱伝達効率が高く装置の立ち上がりも早い、フィルム加熱方式の像加熱装置が提案されている（特許文献１〜３）。フィルム加熱方式の像加熱装置では、熱ローラ方式の加熱装置と比較して昇温の速い低熱容量の加熱ヒータや電熱部材として薄肉のフィルム等を用いるため、短時間で加熱部を所定の温度まで上昇させることができる。このため、スタンバイ時に加熱ヒータへの通電加熱を行う必要がなく省電力化やウエイトタイムの短縮化（FPOT: first printout timeの短縮）が可能になる。 Particularly, in recent years, from the viewpoint of energy saving, a film heating type image heating apparatus has been proposed that has high heat transfer efficiency and quick start-up of the apparatus (Patent Documents 1 to 3). The film heating type image heating device uses a thin film or the like as a low-heat capacity heater or electric heating member that has a faster temperature rise than a heating roller type heating device, so that the heating part can be brought to a predetermined temperature in a short time. Can be raised. For this reason, it is not necessary to energize and heat the heater during standby, and it is possible to save power and shorten the wait time (FPOT: first printout time).
図５にフィルム加熱方式を採用した像加熱装置の概略構成を示す。フィルム加熱方式の像加熱装置は、加熱用回転体として可撓性を有するエンドレス状の薄肉フィルム２５（以下、定着フィルム２５と称する）を用いることが大きな特徴である。定着フィルム２５は、その内周面において加熱体としての加熱ヒータ２０と直接摺動しており、加熱ヒータ２０としてはアルミナ等のセラミックス基板２３上に通電発熱抵抗パターン（発熱体）２２が印刷されたセラミックヒータが一般的に用いられる。定着フィルム２５と摺動する加熱ヒータ２０の摺動面には、ガラス等からなるヒータ摺動層２６が設けられている事が多い。また、定着フィルム２５と加熱ヒータの２０の摺動面には、不図示の摺動グリスを介在させている。加熱ヒータ２０はＬＣＰ等の耐熱性樹脂により形成されたヒータホルダ２９に固定されており、定着フィルム２５はヒータホルダ２９にルーズに外嵌し、その回転方向をヒータホルダ２９にガイドされている。 FIG. 5 shows a schematic configuration of an image heating apparatus employing a film heating method. A film heating type image heating apparatus is characterized in that a flexible endless thin film 25 (hereinafter referred to as a fixing film 25) is used as a heating rotator. The fixing film 25 is directly slid on the inner peripheral surface of the fixing film 25 with a heater 20 as a heating element. As the heater 20, an energized heating resistor pattern (heating element) 22 is printed on a ceramic substrate 23 such as alumina. Ceramic heaters are generally used. In many cases, a heater sliding layer 26 made of glass or the like is provided on the sliding surface of the heater 20 that slides on the fixing film 25. Further, sliding grease (not shown) is interposed between the sliding surfaces of the fixing film 25 and the heater 20. The heater 20 is fixed to a heater holder 29 formed of a heat-resistant resin such as LCP. The fixing film 25 is loosely fitted to the heater holder 29 and the rotation direction thereof is guided by the heater holder 29.
なお、定着フィルム２５はクイックスタート性を向上させるために総厚が５０ｕｍ〜数ｍｍと薄く、その基層には、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ等の樹脂が用いられている。また、表層にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性を有する材料が用いられている。また、画像形成装置のカラー処理、高速処理に対応するために、基層と表層の間に弾性層を有する場合もあり、シリコーンゴム等の弾性を有する材料等が用いられている。このように、定着フィルム２５は、材料が異なる層をコーティングまたはチューブで形成した複合フィルムである。 The fixing film 25 has a total thickness as thin as 50 μm to several mm in order to improve quick start properties, and a resin such as polyimide, polyamideimide, PEEK, or PES is used for the base layer. In addition, a material having releasability such as PFA, PTFE, FEP is used for the surface layer. In order to cope with the color processing and high-speed processing of the image forming apparatus, an elastic layer may be provided between the base layer and the surface layer, and an elastic material such as silicone rubber is used. Thus, the fixing film 25 is a composite film in which layers made of different materials are formed by coating or tubes.
また、加熱ヒータ２０の温度は、ヒータ背面に配置されたサーミスタ等の温度検知手段２４により検知され、ＣＰＵ２７１、トライアック２７２を備える通電制御部２７へフィードバックされ、加熱ヒータ２０が所定の温度で一定になるよう温調されている。 Further, the temperature of the heater 20 is detected by a temperature detecting means 24 such as a thermistor disposed on the back surface of the heater, and fed back to the energization control unit 27 including the CPU 271 and the triac 272 so that the heater 20 is kept constant at a predetermined temperature. The temperature is adjusted to be.
また、定着フィルム２５を挟んで加熱ヒータ２０の反対側に加圧ローラ２６が配置されており、回転駆動する加圧ローラ２６が定着フィルム２５と圧接することで両者の接触領域には加熱ニップ部Ｎが形成されている。このニップ部Nでの摩擦力で加圧ローラ２６が定着フィルム２５を回転させる。また加圧ローラ２６は芯金２６１、弾性層２６２を有しており、その回転駆動は、定着駆動モータ２８１、ＣＰＵ２８２を備える駆動制御部２８によって制御されている。 In addition, a pressure roller 26 is disposed on the opposite side of the heater 20 with the fixing film 25 interposed therebetween, and the pressure roller 26 that is rotationally driven comes into pressure contact with the fixing film 25 so that a heating nip portion is provided in the contact area between the two. N is formed. The pressure roller 26 rotates the fixing film 25 by the frictional force at the nip portion N. The pressure roller 26 has a metal core 261 and an elastic layer 262, and the rotation of the pressure roller 26 is controlled by a drive control unit 28 including a fixing drive motor 281 and a CPU 282.
上記のような定着装置を用いた電子写真式画像形成装置は、近年、印刷速度のさらなる高速化が求められている。駆動モータの出力を大きくして加圧ローラ２６や定着フィルム２５等の回転速度を大きくすると、定着ニップ部Nでの記録材Pの滞在時間が短縮されるため、記録材P上の未定着トナーを定着させるためには、従来よりも多くの熱エネルギーを供給しなければならない。つまり、発熱体２２から記録材Ｐにより効率的に熱を供給する必要があり、そのためには、定着フィルム２５の熱伝導性を改良する方法が効果的である。このように更なる高速化に対応するために、樹脂製の定着フィルム２５よりも熱伝導性が良好なＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の金属製の薄肉定着スリーブを用いる方法が提案されている（特許文献４）。 In recent years, the electrophotographic image forming apparatus using the fixing device as described above has been required to further increase the printing speed. If the rotation speed of the pressure roller 26 and the fixing film 25 is increased by increasing the output of the drive motor, the staying time of the recording material P at the fixing nip N is shortened. In order to fix the heat, more heat energy must be supplied than before. That is, it is necessary to efficiently supply heat from the heating element 22 to the recording material P, and for this purpose, a method of improving the thermal conductivity of the fixing film 25 is effective. In order to cope with this further increase in speed, a method using a thin fixing sleeve made of metal such as SUS, Al, Ni, Cu, Zn or the like having better thermal conductivity than the resin fixing film 25 has been proposed. (Patent Document 4).
このような構成で薄肉金属スリーブ２５を用いると、金属スリーブ２５内面とガラスからなるヒータ摺動層２６との摺動により、金属あるいはガラスの両方あるいはいずれか一方が著しく磨耗する。磨耗により生じた削り粉は、加熱ヒータ２０と金属スリーブ２５の摺動面に介在する摺動グリスと混ざり合うことで、所望の粘度、潤滑性を損ない摩擦抵抗を増大させトルクアップの原因となる。上記トルクアップに伴い、金属スリーブ２５を滑らかに回転運動させることが困難となり、加圧ローラ２６に対して定着フィルム２５がすべる現象（以降、スリップと称する）が発生し、記録材Ｐの紙詰まり（以降、ジャムと称する）を引き起こす。また、極端な場合定着スリーブ２５や加熱ヒータ２０の破損に至ったりする可能性がある。 When the thin metal sleeve 25 is used in such a configuration, the metal and / or glass is significantly worn by sliding between the inner surface of the metal sleeve 25 and the heater sliding layer 26 made of glass. The shavings generated by the wear mix with the sliding grease present on the sliding surfaces of the heater 20 and the metal sleeve 25, thereby deteriorating the desired viscosity and lubricity, increasing the frictional resistance and causing the torque to increase. . As the torque increases, it becomes difficult to smoothly rotate the metal sleeve 25, and a phenomenon (hereinafter referred to as slip) in which the fixing film 25 slips with respect to the pressure roller 26 occurs, and the recording material P is jammed. (Hereinafter referred to as jam). In extreme cases, the fixing sleeve 25 and the heater 20 may be damaged.
そこで以上の問題を回避するために、金属スリーブ２５を用いる場合には、加熱ヒータ２０のヒータ摺動層２６にポリイミド、ポリアミドイミドなどの樹脂からなる摺動層を設ける手法が提案されている（特許文献５）。 Therefore, in order to avoid the above problem, when the metal sleeve 25 is used, a method of providing a sliding layer made of a resin such as polyimide or polyamideimide on the heater sliding layer 26 of the heater 20 has been proposed ( Patent Document 5).
また、上記樹脂摺動層２６の熱電導特性及び加熱ヒータのセラミックス基板２３との接着性を改善するために、樹脂摺動層２６には珪素、アルミニウム、ホウ素及びその窒化物をフィラーとして含有させる方法が提案されている（特許文献６）。 Further, in order to improve the thermal conductivity characteristics of the resin sliding layer 26 and the adhesion of the heater to the ceramic substrate 23, the resin sliding layer 26 contains silicon, aluminum, boron and nitride thereof as fillers. A method has been proposed (Patent Document 6).
上記のような熱伝導フィラーを含有させた樹脂摺動層２６は金属スリーブ２５と高温、高圧下で長時間摺動されるため、耐久に伴い樹脂摺動層２６が磨耗劣化する。樹脂摺動層２６に一様に粒径の大きなフィラーを含有させる場合、金属スリーブ２５との摺動面に粒径の大きなフィラーが存在するため、摺動面が粗くなり金属スリーブ２５内面との摺動性が阻害され、摺動摩擦が増大することで樹脂摺動層２６の「削れ」が発生してしまう。樹脂摺動層２６の「削れ」が発生した場合、微紛状になった樹脂および含有していたフィラーが摺動部に介在することで、金属スリーブ２５と樹脂摺動層２６の摺動を阻害しトルクアップしてしまい、加圧ローラ２６と金属スリーブ２５の間でスリップし、そのスリップに起因したジャムが発生するという問題があった。 Since the resin sliding layer 26 containing the heat conductive filler as described above is slid with the metal sleeve 25 under high temperature and high pressure for a long time, the resin sliding layer 26 is worn and deteriorated with durability. When the resin sliding layer 26 contains a filler having a large particle diameter uniformly, a filler having a large particle diameter is present on the sliding surface with the metal sleeve 25, so that the sliding surface becomes rough and the inner surface of the metal sleeve 25 is in contact with the inner surface. The slidability is hindered and the sliding friction is increased, thereby causing “scraping” of the resin sliding layer 26. When “scraping” of the resin sliding layer 26 occurs, the resin in the form of fine powder and the filler contained therein are interposed in the sliding portion, thereby sliding the metal sleeve 25 and the resin sliding layer 26. There is a problem that the torque is hindered and the torque is increased, the slip occurs between the pressure roller 26 and the metal sleeve 25, and a jam occurs due to the slip.
一方、樹脂摺動層２６に一様に粒径の小さなフィラーを含有させる場合、樹脂摺動層２６とセラミックス基板２３との界面に粒径の小さなフィラーしか存在せず、セラミックス基板２３と樹脂摺動層２６の接着においてアンカー効果が充分に発揮できないため、接着性能を満たせず樹脂摺動層２６の「剥がれ」が発生してしまう。樹脂摺動層２６の「剥がれ」が発生した場合、前記樹脂摺動層２６が部分的に消失し、セラミックス基板２３と金属スリーブ２５が直接摺動してしまうため、前述のようにトルクアップしスリップ起因のジャムが発生するという問題があった。 On the other hand, when the resin sliding layer 26 is uniformly filled with a filler having a small particle size, only the filler having a small particle size exists at the interface between the resin sliding layer 26 and the ceramic substrate 23, and the ceramic substrate 23 and the resin Since the anchor effect cannot be sufficiently exerted in the adhesion of the dynamic layer 26, the adhesion performance is not satisfied, and the “peeling” of the resin sliding layer 26 occurs. When the resin sliding layer 26 “peels”, the resin sliding layer 26 partially disappears, and the ceramic substrate 23 and the metal sleeve 25 slide directly. There was a problem that jam caused by slip occurred.
本出願による発明は以下の構成から成ることを特徴とする像加熱装置および加熱体である。
（１）加熱体と、該加熱体により加熱される加熱回転体と、該加熱回転体を介して、該加熱体とニップ部を形成する加圧部材と、を有し、該ニップ部でトナー像を担持した記録材を挟持搬送しつつ、記録材上の像を加熱する像加熱装置において、前記加熱体は、平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の前記加熱回転体に接する面に配置され充填材を含有した樹脂被膜層とを有し、前記樹脂被膜層のうち前記絶縁基板近傍の樹脂被膜層に含まれる充填材の粒径が、前記樹脂被膜層の表面近傍に含まれる充填材の粒径に比べ、大きいことを特徴とする像加熱装置。
（２）（１）に記載の像加熱装置において、前記加熱体上に形成された前記樹脂被膜層は、複数の層から成り、前記複数の樹脂被膜層のうち前記絶縁基板近傍の層に含まれる充填材の粒径が、前記複数の樹脂被膜層のうち表面近傍に含まれる充填材の粒径に比べ、大きいことを特徴とする像加熱装置。
（３）前記発加熱体は、前記絶縁基板上に抵抗パターンと電極部とを有し、前記絶縁基板はセラミックス材料から成ることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の像加熱装置。
（４）前記絶樹脂被膜層は、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂から成ることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の像加熱装置。
（５）前記樹脂被膜層に含まれる充填材の粒径が、前記絶縁基板近傍のものは0.5〜5μｍ、表面近傍のものは0.01〜0.2μｍであることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の像加熱装置。
（６）平板状の絶縁基板を有する加熱体において、前記絶縁基板の少なくとも片方の面に、充填材を含有したイミド系材料からなる樹脂被膜層を有し、前記樹脂被膜層のうち前記絶縁基板近傍の樹脂被膜層に含まれる充填材の粒径が、前記樹脂被膜層の表面近傍に含まれる充填材の粒径に比べ、大きいことを特徴とする加熱体。
The invention according to the present application is an image heating apparatus and a heating body having the following configurations.
(1) A heating body, a heating rotator heated by the heating body, and a pressure member that forms a nip portion with the heating body via the heating rotator, and toner in the nip portion In an image heating apparatus that heats an image on a recording material while nipping and conveying the recording material carrying the image, the heating body is disposed on a flat insulating substrate and a surface of the insulating substrate that is in contact with the heating rotating body And a resin coating layer containing a filler, wherein a particle size of the filler contained in the resin coating layer in the vicinity of the insulating substrate in the resin coating layer is included in the vicinity of the surface of the resin coating layer. An image heating apparatus characterized in that it is larger than the particle size of.
(2) In the image heating apparatus according to (1), the resin coating layer formed on the heating body includes a plurality of layers, and is included in a layer near the insulating substrate among the plurality of resin coating layers. An image heating apparatus, wherein a particle size of the filler to be filled is larger than a particle size of the filler contained in the vicinity of the surface of the plurality of resin coating layers.
(3) The image heating according to (1) or (2), wherein the heating element has a resistance pattern and an electrode portion on the insulating substrate, and the insulating substrate is made of a ceramic material. apparatus.
(4) The image heating apparatus according to (1) or (2), wherein the resin-insulating coating layer is made of an imide-based resin such as polyimide or polyamideimide.
(5) The particle size of the filler contained in the resin coating layer is 0.5 to 5 μm for the vicinity of the insulating substrate and 0.01 to 0.2 μm for the vicinity of the surface, (1) or ( The image heating apparatus according to 2).
(6) In the heating body having a flat insulating substrate, at least one surface of the insulating substrate has a resin coating layer made of an imide-based material containing a filler, and the insulating substrate of the resin coating layer A heating body, wherein a particle size of a filler contained in a nearby resin coating layer is larger than a particle size of a filler contained in the vicinity of the surface of the resin coating layer.
すなわち本発明によれば、金属スリーブと加熱ヒータの樹脂摺動層が高温、高圧下で長時間摺動しても、樹脂摺動層の削れやヒータ基板からの剥がれが発生することなく、耐久を通じて良好な摺動性を維持することができる。 That is, according to the present invention, even if the resin sliding layer of the metal sleeve and the heater is slid for a long time under high temperature and high pressure, the resin sliding layer is not scraped or peeled off from the heater substrate. Through this, good slidability can be maintained.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施の形態に基づいて例示的に詳しく説明する。この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは、特に限定的な記載が無い限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below based on the embodiments with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative positions, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified.
［第１の実施の形態］
図１、４〜６を参照して本発明の第１の実施の形態に係る像加熱装置およびそれを備える画像形成装置について説明する。
[First Embodiment]
An image heating apparatus according to a first embodiment of the present invention and an image forming apparatus including the same will be described with reference to FIGS.
（画像形成装置の概略構成）
図４に本実施の形態に係る像加熱装置が設けられた画像形成装置の概略構成を示す。ここでは、画像形成装置の一例としてレーザープリンターを用いて説明を行う。画像形成装置は、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体１（以下、感光ドラムと称する）を備えている。感光ドラム１は回転自在に支持されており、不図示の駆動手段によって矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。
(Schematic configuration of image forming apparatus)
FIG. 4 shows a schematic configuration of an image forming apparatus provided with the image heating apparatus according to the present embodiment. Here, a description will be given using a laser printer as an example of the image forming apparatus. The image forming apparatus includes a drum-type electrophotographic photosensitive member 1 (hereinafter referred to as a photosensitive drum) as an image carrier. The photosensitive drum 1 is rotatably supported and is driven to rotate at a predetermined process speed in the direction of arrow R1 by a driving unit (not shown).
感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って順に、帯電ローラ（帯電手段）２、レーザスキャナ（露光手段）３、現像装置（現像手段）４、転写ローラ（転写手段）５、クリーニング装置（クリーニング手段）７が配設されている。また、装置本体Ｍの下部には、紙などの記録材Ｐを収納可能なカセットＣが配設されており、記録材Ｐの搬送経路に沿って順に、給送ローラ１１、搬送ローラ８、トップセンサ９、搬送ガイド１０、が備えられている。搬送ガイド１０の更に下流側には、本発明に係る像加熱装置としての定着装置６、搬送ローラ１２、排出ローラ１３、排出トレイ１４が配設されている。 Around the photosensitive drum 1, in order along the rotation direction, a charging roller (charging means) 2, a laser scanner (exposure means) 3, a developing device (developing means) 4, a transfer roller (transfer means) 5, and a cleaning device. (Cleaning means) 7 is provided. A cassette C that can store a recording material P such as paper is disposed at the lower part of the apparatus main body M. A feeding roller 11, a conveying roller 8, and a top are sequentially arranged along the conveying path of the recording material P. A sensor 9 and a conveyance guide 10 are provided. On the further downstream side of the conveyance guide 10, a fixing device 6 as an image heating apparatus according to the present invention, a conveyance roller 12, a discharge roller 13, and a discharge tray 14 are disposed.
かかる構成の画像形成装置の動作について説明する。画像形成プロセスを制御する不図示の制御部に画像形成開始の信号が入力されると、まず不図示の感光ドラム駆動手段によって感光ドラム１が回転する。そして矢印Ｒ１方向に回転駆動された感光ドラム１の表面は、帯電ローラ２によって所定の極性、電位で一様に帯電される。 The operation of the image forming apparatus having such a configuration will be described. When a signal for starting image formation is input to a control unit (not shown) that controls the image forming process, first, the photosensitive drum 1 is rotated by a photosensitive drum driving unit (not shown). The surface of the photosensitive drum 1 that is rotationally driven in the direction of the arrow R1 is uniformly charged by the charging roller 2 with a predetermined polarity and potential.
表面が帯電した後の感光ドラム１のその表面に対して、レーザスキャナ３から画像情報に基づいてレーザ光Ｅが射出され、感光ドラム１の表面が露光され、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。その後、静電潜像に対して現像装置４に設けられた現像ローラ４１からトナーが静電気的に供給され、感光ドラム１の表面において静電現像がトナー像Tとして現像される。 Laser light E is emitted from the laser scanner 3 to the surface of the photosensitive drum 1 after the surface is charged based on image information, the surface of the photosensitive drum 1 is exposed, and the charge on the exposed portion is removed and static. An electrostatic latent image is formed. Thereafter, toner is electrostatically supplied to the electrostatic latent image from a developing roller 41 provided in the developing device 4, and electrostatic development is developed as a toner image T on the surface of the photosensitive drum 1.
このようにして現像されたトナー像は記録材Ｐを挟んで感光ドラム１に圧接する転写ローラ５によって紙などの記録材Ｐに転写される。なお、記録材Ｐは給送カセットＣに収納されており、給送ローラ１１によって給送され、搬送ローラ８によって搬送され、トップセンサ９を通過し、感光ドラム１と転写ローラ５によって形成される転写ニップ部に搬送されてくるものである。この搬送途中において、記録材Ｐはトップセンサ９によって先端の通過が検知され、これにより感光ドラム１上に形成されたトナー像との同期が取られる。そして、転写ローラ５には転写バイアスが印加されることで、感光ドラム１上のトナー像が記録材Ｐ上の所定の位置に転写される。一方、トナー像Tを転写した後の感光ドラム１上に記録材Ｐに転写されずに残ったトナー（転写残トナー）は、クリ−ニング装置７に設けられたクリーニングブレード７１によって除去される。 The toner image developed in this manner is transferred onto a recording material P such as paper by a transfer roller 5 that presses against the photosensitive drum 1 with the recording material P interposed therebetween. The recording material P is stored in a feeding cassette C, is fed by a feeding roller 11, is conveyed by a conveying roller 8, passes through a top sensor 9, and is formed by a photosensitive drum 1 and a transfer roller 5. It is conveyed to the transfer nip portion. In the middle of the conveyance, the recording material P is detected by the top sensor 9 to pass through the leading edge, and thereby, the recording material P is synchronized with the toner image formed on the photosensitive drum 1. A transfer bias is applied to the transfer roller 5 so that the toner image on the photosensitive drum 1 is transferred to a predetermined position on the recording material P. On the other hand, the toner (transfer residual toner) remaining on the photosensitive drum 1 after the transfer of the toner image T without being transferred to the recording material P is removed by a cleaning blade 71 provided in the cleaning device 7.
転写された未定着トナー像を担持した記録材Ｐは、搬送ガイド１０に沿って、像加熱装置としての定着装置６に搬送され、ここで表面に担持した未定着トナー像Tが加熱、および加圧されることで記録材Ｐ上に加熱定着される。なお、定着装置６については後に説明する。定着装置６においてトナー像Tが加熱定着した記録材Ｐは、定着装置６から排出後、搬送ローラ１２によって搬送され、排出ローラ１３によって装置本体上面の排出トレイ１４上に排出される。 The recording material P carrying the transferred unfixed toner image is conveyed along the conveyance guide 10 to a fixing device 6 as an image heating device, where the unfixed toner image T carried on the surface is heated and heated. By being pressed, it is heated and fixed on the recording material P. The fixing device 6 will be described later. The recording material P on which the toner image T has been heat-fixed in the fixing device 6 is discharged from the fixing device 6, transported by the transport roller 12, and discharged by the discharge roller 13 onto the discharge tray 14 on the upper surface of the apparatus body.
以上の動作を繰り返すことによって、記録材Ｐに対して順次画像形成を行うことができる。なお、上記で説明した本実施の形態における画像形成装置は、プリント速度５５枚／分、プロセススピード３１１ｍｍ／ｓｅｃで画像形成を行うことができる。 By repeating the above operation, it is possible to sequentially form images on the recording material P. The image forming apparatus according to the present embodiment described above can perform image formation at a printing speed of 55 sheets / min and a process speed of 311 mm / sec.
（像加熱装置の構成）
本発明に係る像加熱装置が適用された定着装置６の構成について説明する。本実施の形態における定着装置はフィルム加熱方式の定着装置である。なお、定着装置６の概略構成は図５に示した従来のフィルム加熱方式と同一であるので、従来と同一の部材には同一の符号を付し、ここでは図５を参照して本実施の形態における定着装置６の概略構成について説明する。
(Configuration of image heating device)
The configuration of the fixing device 6 to which the image heating device according to the present invention is applied will be described. The fixing device in the present embodiment is a film heating type fixing device. Since the schematic configuration of the fixing device 6 is the same as that of the conventional film heating method shown in FIG. 5, the same reference numerals are given to the same members as those in the prior art, and here, referring to FIG. A schematic configuration of the fixing device 6 in the embodiment will be described.
定着装置６は、加熱用回転体として、可撓性を有するフィルム状の定着フィルム２５と、加圧部材として回転駆動可能な加圧ローラ２６とを有し、両者が互いに加圧力２０ｋｇで圧接することで加熱ニップ部Ｎを形成している。また、定着フィルム２５を介して記録材Ｐ上に形成されたトナー像Tを加熱するために、定着フィルム２５の内周面に直接摺動するように、定着フィルム２５の内部には加熱ヒータ２０が配設されている。未定着のトナー像を担持して加熱ニップ部Ｎに通紙された記録材Ｐは、加熱ニップ部Ｎで加熱および加圧され、トナー像は記録材Ｐ表面に加熱定着される。 The fixing device 6 has a flexible film-like fixing film 25 as a heating rotator, and a pressure roller 26 that can be rotationally driven as a pressure member, and both are pressed against each other with a pressure of 20 kg. Thus, the heating nip portion N is formed. Further, in order to heat the toner image T formed on the recording material P via the fixing film 25, a heater 20 is provided inside the fixing film 25 so as to slide directly on the inner peripheral surface of the fixing film 25. Is arranged. The recording material P carrying an unfixed toner image and passing through the heating nip portion N is heated and pressurized in the heating nip portion N, and the toner image is heated and fixed on the surface of the recording material P.
加圧ローラ２６は外径約３０ｍｍであり、芯軸部２６１にはアルミニウム、鉄などの金属材料、もしくは高強度、低熱容量で断熱効果の高いセラミックス多孔質体を用いても良い。また、芯軸部２６１の外周は弾性層２６２によって覆われており、弾性層２６２はシリコーンゴム等の弾性体材料で形成された層（ソリッドゴム層）で形成されている。あるいは、断熱効果を持たせるために、シリコーンゴムを発泡させた材料で形成された層（スポンジ層）、又は更に断熱効果を持たせるために、シリコーンゴム層内に中空フィラーや吸水性ポリマー、水などを添加した気泡ゴム層（バルーン層）で形成しても良い。ここで、加圧ローラ２６の熱容量が大きい場合、加圧ローラ２６が定着フィルム２５表面から熱を吸収しやすくなり、定着フィルム２５の表面温度が上昇しにくくなり、効果的に記録材上の画像を加熱することが困難になる。従って、加圧ローラ２６の材質は画像形成装置の特徴を考慮して決定する必要がある。 The pressure roller 26 has an outer diameter of about 30 mm, and the core shaft portion 261 may be made of a metal material such as aluminum or iron, or a ceramic porous body having high strength, low heat capacity, and high heat insulation effect. The outer periphery of the core shaft portion 261 is covered with an elastic layer 262, and the elastic layer 262 is formed of a layer (solid rubber layer) made of an elastic material such as silicone rubber. Alternatively, a layer (sponge layer) made of a material in which silicone rubber is foamed to give a heat insulating effect, or a hollow filler, a water-absorbing polymer, water in the silicone rubber layer to give a further heat insulating effect. You may form with the bubble rubber layer (balloon layer) which added. Here, when the heat capacity of the pressure roller 26 is large, the pressure roller 26 easily absorbs heat from the surface of the fixing film 25, the surface temperature of the fixing film 25 is hardly increased, and an image on the recording material is effectively obtained. It becomes difficult to heat. Accordingly, the material of the pressure roller 26 needs to be determined in consideration of the characteristics of the image forming apparatus.
定着フィルム２５の構成について説明する。定着フィルム２５は、内側に円筒状の基層が形成され、外側に表層（離型層）３２が形成された複層構造を有している。基層は、可撓性を有する薄肉の無端状ベルトで、その材料として、高熱伝導性を達成すべくＳＵＳ等のステンレス材料が用いられている。なお、基層の材料はこれに限られずＮｉ、Ｃｕなどの純金属材料を用いることもできる。基層はクイックスタート性と機械的強度を両立する必要があるため、層厚１０μｍ以上１００μｍ以下が最適である。なお、本実施の形態では基層の材料としてＳＵＳを用い、厚みを４０μｍとした。 The configuration of the fixing film 25 will be described. The fixing film 25 has a multilayer structure in which a cylindrical base layer is formed on the inner side and a surface layer (release layer) 32 is formed on the outer side. The base layer is a flexible thin-walled endless belt, and a stainless steel material such as SUS is used as the material thereof in order to achieve high thermal conductivity. The material of the base layer is not limited to this, and pure metal materials such as Ni and Cu can also be used. Since the base layer needs to satisfy both quick start property and mechanical strength, the layer thickness of 10 μm or more and 100 μm or less is optimal. In this embodiment, SUS is used as the material for the base layer, and the thickness is 40 μm.
さらに、オフセット防止や記録材Ｐの分離性を確保するために、表層はパーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂に代表される、トナーに対して離型性を有する材料で形成されている。表層は、１μｍ〜５０μｍ程度の厚みが最適であり、表面を塗料でコートしたものであっても、チューブを被覆させたものであっても良い。 Further, in order to prevent offset and ensure separation of the recording material P, the surface layer is made of fluorine such as perfluoroalkoxy resin (PFA), polytetrafluoroethylene resin (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene resin (FEP). It is made of a material typified by resin and having releasability from toner. The surface layer has an optimum thickness of about 1 μm to 50 μm, and the surface layer may be coated with a paint or may be covered with a tube.
（加熱ヒータの構成）
以下、図６を用いて本実施の形態で用いた加熱ヒータ２０の構成を説明する。
(Configuration of heater)
Hereinafter, the configuration of the heater 20 used in the present embodiment will be described with reference to FIG.
加熱ヒータ２０は抵抗発熱体であり、窒化アルミニウム、アルミナなどの耐熱性セラミックス基板２３上に、例えば印刷といった手法によって抵抗体パターン２２を形成し、その表面をガラスなどの材料からなるオーバーコート層２１で被覆したものである。加熱ヒータ２０の長手寸法は、記録材Ｐの幅方向すなわち図６の紙面に対して垂直方向に、記録材Ｐの幅よりも長くなるように形成されている。なお、本実施の形態ではセラミックス基板２３として窒化アルミニウムを用いた。 The heater 20 is a resistance heating element, and a resistor pattern 22 is formed on a heat resistant ceramic substrate 23 such as aluminum nitride or alumina by a technique such as printing, and the surface thereof is an overcoat layer 21 made of a material such as glass. It is coated with. The longitudinal dimension of the heater 20 is formed to be longer than the width of the recording material P in the width direction of the recording material P, that is, in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. In the present embodiment, aluminum nitride is used as the ceramic substrate 23.
加熱ヒータ２０の定着フィルム２５との摺動面には、摺動層２６としてポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂など、耐熱性、潤滑性、そして金属との耐磨耗性に優れた樹脂層が形成されている。この摺動層２６は、ディッピング塗工、あるいはスプレーによる塗装やスクリーン印刷によりコーティングされ、焼成工程を経て形成される。また、摺動層２６の厚みは厚すぎると熱伝導率が低下するため定着性が悪化し、薄すぎると耐久性が悪化するため適切な厚みに設定する必要がある。本実施の形態では、摺動層２６には厚み１０μｍのポリイミドを用いた。 On the sliding surface of the heater 20 with the fixing film 25, the sliding layer 26 is made of polyimide, polyamideimide or other imide resin, PFA, PTFE or other fluororesin, such as heat resistance, lubricity, and resistance to metal. A resin layer having excellent wear properties is formed. This sliding layer 26 is coated by dipping coating, spray coating or screen printing, and is formed through a baking process. On the other hand, if the thickness of the sliding layer 26 is too thick, the thermal conductivity is lowered, so that the fixing property is deteriorated. If the thickness is too thin, the durability is deteriorated. In the present embodiment, polyimide having a thickness of 10 μm is used for the sliding layer 26.
前記摺動層２６には熱伝導性を改善させるために、フィラーを含有させている。フィラー材としては、珪素、ホウ素、アルミニウムの窒化物および酸化物やタルク、クレー、炭酸カルシウムなどの無機材料、フッ素樹脂などの有機材料を使用することができる。 The sliding layer 26 contains a filler in order to improve thermal conductivity. As the filler material, nitrides of silicon, boron and aluminum, and inorganic materials such as oxides, talc, clay and calcium carbonate, and organic materials such as fluororesin can be used.
セラミックス基板２３と摺動層２６の接着法としては、熱伝導性を満足するために、接着層を設けずセラミックス基板表面に凹部を設け、その凹部に摺動層２６の樹脂を流し込むことで発生する投錨効果（アンカー効果）により接着させる方法が一般的である。 As a method for bonding the ceramic substrate 23 and the sliding layer 26, in order to satisfy thermal conductivity, a concave portion is provided on the surface of the ceramic substrate without providing an adhesive layer, and the resin of the sliding layer 26 is poured into the concave portion. A method of bonding by a throwing effect (anchor effect) is common.
ここで、セラミックス基板表面の凹部の段差は、小さすぎるとアンカー効果が充分に発揮できないため接着性が低下してしまう。一方、凹部の段差が大きすぎると、凹部とそれ以外の部分との熱伝導率の差が大きくなってしまい、光沢ムラや定着ムラなどの画像不良が発生する。従って、接着性と良好な画像を両立させるため、セラミックス基板表面の粗さをRzjis：0.５〜５μｍの範囲とすることが好適である。本実施の形態では、表面粗さをRzjis：１μｍ程度に制御したセラミックス基板２３を用いた。 Here, if the level difference of the concave portion on the surface of the ceramic substrate is too small, the anchor effect cannot be sufficiently exhibited, so that the adhesiveness is lowered. On the other hand, if the step of the recess is too large, the difference in thermal conductivity between the recess and the other portions becomes large, and image defects such as uneven gloss and uneven fixing occur. Therefore, in order to achieve both good adhesion and a good image, it is preferable that the roughness of the ceramic substrate surface is in the range of R zjis : 0.5 to 5 μm. In the present embodiment, the ceramic substrate 23 whose surface roughness is controlled to about R zjis : 1 μm is used.
前記の接着手法を取る場合、セラミックス基板２３と摺動層２６の接着強度は摺動層２６に含まれるフィラーの粒径の影響を大きく受ける。セラミックス基板２３表面の凹部の大きさに比べ、フィラーの粒径が大きすぎたり小さ過ぎたりする場合、接着強度が著しく低下する。このため、セラミックス基板２３の表面に存在する微小な凹形状の大きさとフィラーの粒径が略同等となるようにする必要がある。特に、本実施の形態で用いるセラミックス基板表面の粗さを考慮すると、摺動層２６に含まれセラミックス基板２３との界面付近に存在するフィラーの粒径は０．５〜５μｍ程度であることが望ましい。 In the case of taking the above-described bonding method, the bonding strength between the ceramic substrate 23 and the sliding layer 26 is greatly affected by the particle size of the filler contained in the sliding layer 26. If the particle size of the filler is too large or too small compared to the size of the recesses on the surface of the ceramic substrate 23, the adhesive strength is significantly reduced. For this reason, it is necessary to make the size of the minute concave shape present on the surface of the ceramic substrate 23 substantially equal to the particle size of the filler. In particular, considering the roughness of the ceramic substrate surface used in the present embodiment, the particle size of the filler contained in the sliding layer 26 and in the vicinity of the interface with the ceramic substrate 23 is about 0.5 to 5 μm. desirable.
一方、定着フィルム２５と摺動する摺動層２６の表面の粗さについても同様に摺動層２６に含まれるフィラーの粒径影響を大きく受ける。フィラーの粒径が大きい場合、摺動層表面が粗くなり、摺動摩擦が増大してしまうため摺動層２６の「削れ」が発生し耐久性能を満足できなくなる。従って、摺動層２６の表面は摺動に伴う摩擦を小さくするためなるべく平坦である方が良く、そのためには表面付近に存在するフィラーの粒径は０．２μｍ以下の小さいフィラーであることが望ましい。一方、フィラー粒径は小さすぎると密度を均一に保ちつつ摺動層内に分散させることが困難となるため、０．０１μｍ以上であることが望ましい。以上より、摺動層表面のフィラー粒径は０．０１〜０．２μｍ程度とすることが適切である。 On the other hand, the surface roughness of the sliding layer 26 that slides with the fixing film 25 is also greatly affected by the particle size of the filler contained in the sliding layer 26. When the particle size of the filler is large, the surface of the sliding layer becomes rough and sliding friction increases, so that the “scraping” of the sliding layer 26 occurs and the durability performance cannot be satisfied. Therefore, the surface of the sliding layer 26 should be as flat as possible in order to reduce friction caused by sliding, and for that purpose, the filler should be a small filler having a particle size of 0.2 μm or less near the surface. desirable. On the other hand, if the filler particle size is too small, it is difficult to disperse the filler in the sliding layer while keeping the density uniform. From the above, it is appropriate that the filler particle size on the surface of the sliding layer is about 0.01 to 0.2 μm.
図７及び図８に従来の加熱体の概略構成を示す。図７は従来例１の加熱ヒータの断面図であり、粒径が１μｍの比較的大きなフィラーを摺動層２６の厚み方向で均一に分布させているものである。また、図８は従来例２の加熱ヒータの断面図であり、粒径が０．１μｍと比較的小さなフィラーを摺動層２６に均一に分布させているものである。 7 and 8 show a schematic configuration of a conventional heating body. FIG. 7 is a cross-sectional view of the heater of Conventional Example 1, in which a relatively large filler having a particle size of 1 μm is uniformly distributed in the thickness direction of the sliding layer 26. FIG. 8 is a sectional view of the heater of Conventional Example 2, in which a relatively small filler having a particle size of 0.1 μm is uniformly distributed in the sliding layer 26.
図７に示す加熱ヒータ２０を用いた場合、摺動層２６とセラミックス基板との界面付近に存在するフィラーの粒径が大きいため、摺動層２６とセラミックス基板２３との接着性能は高く「剥がれ」の問題は発生しない。しかし、一方で摺動層２６と定着フィルム２５との摺動面に存在するフィラーの粒径が大きく摺動層２６が粗くなり、摺動摩擦が増大してしまうため摺動層２６の「削れ」の問題が発生してしまう。 When the heater 20 shown in FIG. 7 is used, since the particle size of the filler existing near the interface between the sliding layer 26 and the ceramic substrate is large, the adhesive performance between the sliding layer 26 and the ceramic substrate 23 is high, and “peeling” occurs. Does not occur. However, on the other hand, the particle size of the filler existing on the sliding surface between the sliding layer 26 and the fixing film 25 is large, and the sliding layer 26 becomes rough, and the sliding friction increases. The problem will occur.
図８に示す加熱ヒータ２０を用いた場合、摺動面に存在するフィラーの粒径が小さく、定着フィルム２５内面との摺動摩擦を低下できるため、「削れ」の問題は発生しない。しかし、一方で摺動層２６とセラミックス基板２３の界面に存在するフィラーの粒径が小さく、アンカー効果が充分に発揮できず接着性が不十分なため「剥がれ」が問題になる。 When the heater 20 shown in FIG. 8 is used, the particle size of the filler present on the sliding surface is small, and the sliding friction with the inner surface of the fixing film 25 can be reduced. However, on the other hand, the particle size of the filler present at the interface between the sliding layer 26 and the ceramic substrate 23 is small, and the anchor effect cannot be fully exerted and the adhesiveness is insufficient.
なお、本実施の形態における摺動層内のフィラーは前記のように熱電導率改善を目的としており、その重量密度を増すほどに摺動層の熱伝導率が高くなる。従来例１、２ではフィラーの粒径が異なる場合について説明を行ったが、含有フィラーの重量密度はそれぞれでほぼ同等としているため、摺動層２６の熱伝導率は同等である。 Note that the filler in the sliding layer in the present embodiment is intended to improve the thermal conductivity as described above, and the thermal conductivity of the sliding layer increases as the weight density increases. In the conventional examples 1 and 2, the case where the particle diameters of the fillers are different from each other has been described. However, since the weight density of the contained fillers is almost the same, the thermal conductivity of the sliding layer 26 is the same.
上記問題を鑑みて、本実施の形態で用いる加熱ヒータ２０の構成を図１に示す構造とした。図１は本実施の形態に係る加熱体の層構造を示す概略構成図である。図１より、本実施の形態の加熱ヒータ２０は、摺動層２６に含まれるフィラーをセラミックス基板２３側から表面側に向かって漸次粒径が小さくなるようにしたことが本実施の形態の特徴である。摺動層２６とセラミックス基板２３の界面付近には粒径が１μｍ程度の比較的大きなフィラーを分布させ、摺動層２６の表面付近では粒径が０．１μｍ程度の比較的小さなフィラーを分布させる構成とした。なお、摺動層２６に含まれるフィラーの重量密度は従来例１、２と同等とした。 In view of the above problems, the structure of the heater 20 used in the present embodiment is the structure shown in FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a layer structure of a heating body according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the heater 20 of the present embodiment is characterized in that the particle size of the filler contained in the sliding layer 26 gradually decreases from the ceramic substrate 23 side to the surface side. It is. A relatively large filler having a particle size of about 1 μm is distributed near the interface between the sliding layer 26 and the ceramic substrate 23, and a relatively small filler having a particle size of about 0.1 μm is distributed near the surface of the sliding layer 26. The configuration. In addition, the weight density of the filler contained in the sliding layer 26 was made the same as that of the conventional examples 1 and 2.
このように加熱ヒータの摺動層２６の厚み方向でフィラー粒径の分布を持たせると、摺動層２６とセラミックス基板２３の界面の接着性能に関係する部分では、フィラー粒径が約１μｍと比較的大きいため接着性能が増大し、高温・高圧下で長期間耐久を行った場合でも「剥がれ」の問題は発生しない。一方、摺動層２６の表面近傍に存在するフィラー粒径は約０．１μｍと充分小さいため摺動層２６表面が平坦になり、定着フィルム２５内面との摺動摩擦が低減できるため、高温・高圧下で長期間耐久を行った場合でも「削れ」の問題は発生しない。 In this way, when the filler particle size distribution is given in the thickness direction of the sliding layer 26 of the heater, the filler particle size is about 1 μm in the portion related to the adhesive performance at the interface between the sliding layer 26 and the ceramic substrate 23. Since it is relatively large, the adhesion performance is increased, and the problem of “peeling” does not occur even when it is durable for a long time under high temperature and high pressure. On the other hand, the filler particle size present in the vicinity of the surface of the sliding layer 26 is sufficiently small, about 0.1 μm, so that the surface of the sliding layer 26 becomes flat and sliding friction with the inner surface of the fixing film 25 can be reduced. The problem of “scraping” does not occur even when it is durable for a long time.
次に、本実施の形態において、摺動層２６のフィラーを厚み方向で漸次分布させる方法の一例について説明する。セラミックス基板２３に異なる粒径のフィラーを混合させた摺動層２６を塗布した状態で、セラミックス基板２３側がより中心から遠くなる向きで高速回転を行うことで上記分布を持たせることができる。すなわち、粒径の大きなフィラーほど大きな遠心力を受けるため、より中心から遠いセラミックス基板２３表面に集まるようになる。また、フィラーが極性を有していれば、摺動層塗布後に電界をかけることで分布を持たせることができる。また、フィラーが磁性体であれば磁界をかけることで分布を持たせることができる。 Next, an example of a method for gradually distributing the filler of the sliding layer 26 in the thickness direction in the present embodiment will be described. With the sliding layer 26 in which fillers of different particle diameters are mixed applied to the ceramic substrate 23, the above distribution can be obtained by performing high-speed rotation in a direction in which the ceramic substrate 23 side is further away from the center. That is, since the filler having a larger particle size receives a larger centrifugal force, the filler gathers on the surface of the ceramic substrate 23 farther from the center. Moreover, if a filler has polarity, distribution can be given by applying an electric field after sliding layer application | coating. Moreover, if a filler is a magnetic body, distribution can be given by applying a magnetic field.
（本実施の形態と従来例の耐久性能の比較結果）
本実施の形態に係る加熱ヒータ２０の効果を確認するために、本実施の形態に係る加熱ヒータ２０を用いた定着装置で定着画像を形成し、その耐久性能について評価した。その評価結果を表１に示す。
(Comparison result of durability performance of this embodiment and conventional example)
In order to confirm the effect of the heater 20 according to the present embodiment, a fixed image was formed by a fixing device using the heater 20 according to the present embodiment, and its durability performance was evaluated. The evaluation results are shown in Table 1.
なお、記録材Ｐの搬送速度は３１１ｍｍ／ｓｅｃ、解像度は６００ｄｐｉ、定着フィルムと加圧ローラの加圧力は１８ｋｇｆ、加熱ニップ幅Ｎは８ｍｍ、試験環境は室温２３℃湿度５０％とした。また、加熱ヒータ２０の裏面のオーバーコート層２７の表面温度が２３０℃で一定になるように電力を制御した。また、記録材としてＣＳ−６８０（キヤノン株式会社製：普通紙、Ａ４サイズ、坪量６８ｇ／ｍ２）を用い、その上に横線パターンを２００ｋ枚（＝２００，０００枚）連続で通紙耐久した。 The conveyance speed of the recording material P was 311 mm / sec, the resolution was 600 dpi, the pressing force between the fixing film and the pressure roller was 18 kgf, the heating nip width N was 8 mm, and the test environment was room temperature 23 ° C. and humidity 50%. Further, the electric power was controlled so that the surface temperature of the overcoat layer 27 on the back surface of the heater 20 was constant at 230 ° C. In addition, CS-680 (manufactured by Canon Inc .: plain paper, A4 size, basis weight 68 g / m 2 ) was used as a recording material, and 200 k sheets (= 200,000 sheets) of continuous horizontal line patterns were continuously passed on the recording material. did.
表１における、スリップに起因するジャムの結果を示す記号として、○はジャムの発生なし、×はジャムの発生ありを示す。表中の従来例１とは、図７に示すように摺動層２６に粒径１μｍのフィラーを一様に分散させたものである。従来例２とは、図８に示すように摺動層２６に粒径０．１μｍのフィラーを一様に分散させたものである。 In Table 1, as a symbol indicating the result of jamming due to slip, ○ indicates no jamming and x indicates the occurrence of jamming. Conventional example 1 in the table is obtained by uniformly dispersing a filler having a particle diameter of 1 μm in the sliding layer 26 as shown in FIG. Conventional example 2 is one in which a filler having a particle size of 0.1 μm is uniformly dispersed in the sliding layer 26 as shown in FIG.
一方、従来例１の場合、つまり粒径１μｍのフィラーを一様に分散させた場合では、耐久初期からトルクが本実施の形態と比較して約１４％高く、耐久経時で更にトルクが上昇し１０万枚通紙に至る前に定着フィルムのスリップに起因するジャムが発生し、耐久を中止した。そのときの加熱ヒータの摺動層２６は摺動による「削れ」が発生しており、定着フィルムと加熱ヒータの摺動部には無数のポリイミドの削れ粉が介在していた。 On the other hand, in the case of Conventional Example 1, that is, in the case where the filler having a particle diameter of 1 μm is uniformly dispersed, the torque is about 14% higher than that of the present embodiment from the beginning of the durability, and the torque further increases with the lapse of the durability. The jam occurred due to the slip of the fixing film before reaching 100,000 sheets, and the durability was stopped. At that time, the sliding layer 26 of the heater was “scraped” due to sliding, and countless polyimide scraping powder was interposed between the sliding portion of the fixing film and the heater.
また、従来例２の定着装置を使用した場合は、耐久初期のトルクは本実施の形態とほぼ同等であったものの、通紙枚数５万枚に達する前に急激にトルクが上昇し、スリップに起因するジャムが発生し、耐久を中止した。そのときの加熱ヒータの定着フィルムとの摺動面は、部分的に摺動層２６が剥がれ取れておりセラミック基板２３が露出している状態であった。また、定着フィルムと加熱ヒータの摺動部には定着スリーブ２５基層の削れ紛である無数の金属紛が介在していた。 Further, when the fixing device of Conventional Example 2 was used, the torque at the initial stage of durability was almost the same as that of the present embodiment, but the torque suddenly increased before reaching 50,000 sheets and slipped. Due to a jam, the durability was stopped. At that time, the sliding surface of the heater with the fixing film was in a state where the sliding layer 26 was partially removed and the ceramic substrate 23 was exposed. Innumerable metal powders, which are scraped powder of the base layer of the fixing sleeve 25, were interposed in the sliding portions of the fixing film and the heater.
次に、本実施の形態と比較例１および２の耐久性能について比較した。比較例１、２は、本実施の形態のように摺動層の厚み方向でフィラー粒径に分布を持たせており、比較例1では基層近傍に含まれるフィラーの粒径が６μｍ、比較例２基層近傍に含まれるフィラーの粒径が１０μｍとした。なお、比較例１、２とも表層近傍に含まれるフィラー粒径は０．１μｍとした。その評価結果を表２に示す。表２における、スリップに起因するジャムの結果を示す記号は表１と同様である。 Next, the durability performance of this embodiment and Comparative Examples 1 and 2 were compared. In Comparative Examples 1 and 2, the filler particle size is distributed in the thickness direction of the sliding layer as in the present embodiment. In Comparative Example 1, the particle size of the filler contained in the vicinity of the base layer is 6 μm. The particle size of the filler contained in the vicinity of the two base layers was 10 μm. In both Comparative Examples 1 and 2, the filler particle size included in the vicinity of the surface layer was 0.1 μm. The evaluation results are shown in Table 2. In Table 2, the symbols indicating the result of jam caused by slip are the same as those in Table 1.
以上の結果から、本実施の形態の定着装置によれば、加熱ヒータ２３の摺動層２６のフィラー粒径を厚み方向で分布を持たせ、そのときのフィラー粒径は基層近傍で０．５μｍ〜５μｍ程度、表面近傍で０．０１〜０．２μｍ程度とすることで高い耐久性を有する定着装置を提供できる。 From the above results, according to the fixing device of the present embodiment, the filler particle size of the sliding layer 26 of the heater 23 is distributed in the thickness direction, and the filler particle size at that time is 0.5 μm near the base layer. A fixing device having high durability can be provided by adjusting the thickness to about 5 to 5 μm and about 0.01 to 0.2 μm near the surface.
その結果、２０万枚といった大量の通紙でもスリップ起因のジャムが発生することなく、良好な画像を印刷できる画像形成装置を実現することができる。 As a result, it is possible to realize an image forming apparatus capable of printing a good image without causing a jam due to slip even when a large amount of paper such as 200,000 sheets is passed.
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態に係る加熱体及びそれを備える像加熱装置について説明する。なお、ここでも本実施の形態に係る像加熱装置を画像形成装置の定着手段として用いた場合について説明するが、画像形成装置の概略構成は上記第１の実施の形態と同一であるため、再度の説明は省略する。
[Second Embodiment]
A heating body and an image heating apparatus including the heating body according to the second embodiment of the present invention will be described. Here, the case where the image heating apparatus according to the present embodiment is used as a fixing unit of the image forming apparatus will be described. However, since the schematic configuration of the image forming apparatus is the same as that of the first embodiment, again Description of is omitted.
本実施の形態で用いた加熱ヒータ２０の摺動層２６の構成を、図２を用いて説明する。本実施の形態の摺動層２６は第１の摺動層２６ａと第２の摺動層２６ｂの二層構造としている。すなわち、セラミック基板２３近傍の摺動層２６ａに含まれるフィラーは、粒径が１μｍと比較的大きなもの、定着フィルム２５との摺動面側の摺動層２６ｂに含まれるフィラーは粒径が０．１μｍと比較的小さなものとした。なお、本実施の形態の摺動層２６は二層構造としたが、三層以上の構成とすることもできる。また、本施の形態の加熱ヒータ２０のセラミックス基板は第１の実施の形態と同様、窒化アルミニウムを用い、その表面粗さはRzjis：1μｍ程度に制御している。 The structure of the sliding layer 26 of the heater 20 used in this embodiment will be described with reference to FIG. The sliding layer 26 of the present embodiment has a two-layer structure of a first sliding layer 26a and a second sliding layer 26b. That is, the filler contained in the sliding layer 26 a near the ceramic substrate 23 has a relatively large particle size of 1 μm, and the filler contained in the sliding layer 26 b on the sliding surface side with the fixing film 25 has a particle size of 0. .1 μm and relatively small. In addition, although the sliding layer 26 of the present embodiment has a two-layer structure, it may have a structure of three or more layers. The ceramic substrate of the heater 20 of the present embodiment is made of aluminum nitride as in the first embodiment, and the surface roughness is controlled to about R zjis : 1 μm.
次に、本実施の形態の摺動層２６の製造方法の一例について説明する。セラミックス基板２３の上に粒径が１μｍのフィラーを含有した摺動層２６ａをスクリーン印刷によりコートする。その後、粒径が０．１μｍのフィラーを含有した摺動層２６ｂを同じくスクリーン印刷によりコートする。このようにして、本実施の形態の摺動層２６を製造することができる。 Next, an example of the manufacturing method of the sliding layer 26 of this Embodiment is demonstrated. A sliding layer 26a containing a filler having a particle diameter of 1 μm is coated on the ceramic substrate 23 by screen printing. Thereafter, the sliding layer 26b containing a filler having a particle size of 0.1 μm is similarly coated by screen printing. In this way, the sliding layer 26 of the present embodiment can be manufactured.
（本実施の形態の耐久性能）
本実施の形態に係る加熱ヒータ２０の効果を確認するために、本実施の形態に係る加熱ヒータ２０を用いた定着装置で定着画像を形成し、その耐久性能について評価した。その評価結果を表３に示す。
(Durability of this embodiment)
In order to confirm the effect of the heater 20 according to the present embodiment, a fixed image was formed by a fixing device using the heater 20 according to the present embodiment, and its durability performance was evaluated. The evaluation results are shown in Table 3.
なお、搬送速度や記録材の種類等の諸条件は第１の実施の形態と同様であるため、再度の説明を省略する。 Since various conditions such as the conveyance speed and the type of recording material are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
以上の結果から、本実施の形態の定着装置によれば、加熱ヒータ２３の摺動層２６を摺動層２６ａと摺動層２６ｂの複層構造とし、セラミック基板２３近傍の摺動層２６ａに含まれるフィラー径を１μｍと比較的大きく、表面近傍の摺動層２６ｂに含まれるフィラー径を０．１μｍと比較的小さくすることで、高耐久性を有する定着装置を提供できる。その結果、２０万枚といった大量の通紙でもスリップ起因のジャムが発生することなく、良好な画像を印刷できる画像形成装置を実現することができる。 From the above results, according to the fixing device of the present embodiment, the sliding layer 26 of the heater 23 has a multilayer structure of the sliding layer 26a and the sliding layer 26b, and the sliding layer 26a in the vicinity of the ceramic substrate 23 is formed. A fixing device having high durability can be provided by making the filler diameter contained relatively large at 1 μm and making the filler diameter contained in the sliding layer 26b near the surface relatively small at 0.1 μm. As a result, it is possible to realize an image forming apparatus capable of printing a good image without causing a jam due to slip even when a large amount of paper such as 200,000 sheets is passed.
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態に係る加熱体及びそれを備える像加熱装置について説明する。なお、ここでも本実施の形態に係る像加熱装置を画像形成装置の定着手段として用いた場合について説明するが、画像形成装置の概略構成は上記第１の実施の形態と同一であるため、再度の説明は省略する。本実施の形態では、より小型かつ低価格のレーザープリンターに適した定着装置について説明を行う。
[Third Embodiment]
A heating body and an image heating apparatus including the heating body according to a third embodiment of the present invention will be described. Here, the case where the image heating apparatus according to the present embodiment is used as a fixing unit of the image forming apparatus will be described. However, since the schematic configuration of the image forming apparatus is the same as that of the first embodiment, again Description of is omitted. In this embodiment, a fixing device suitable for a laser printer having a smaller size and a lower price will be described.
本実施の形態で用いた画像形成装置の定着装置は、より低価格化を実現するために、加熱ヒータ２０のセラミックス基板２３の材料としてアルミナを用いている。また、定着フィルムと加圧ローラの加圧力は１８ｋｇｆと第１の実施形態と同様であるが、より小型化を実現するために定着フィルム２５および加圧ローラ２６の外径を小さくして、加熱ニップの幅Ｎを５ｍｍと狭くしている。このため、ニップの単位面積あたりにかかる圧力は平均１．４ｋｇｆ／ｃｍ２と大きくなり、高温・高圧下で耐久を行った場合の摺動層２６とセラミック基板２３との「剥がれ」が起こりやすくなる。この問題を回避するために、摺動層２６とセラミック基板２３との接着性能をより強固にする必要がある。 The fixing device of the image forming apparatus used in the present embodiment uses alumina as the material of the ceramic substrate 23 of the heater 20 in order to realize a lower price. Further, the pressing force of the fixing film and the pressure roller is 18 kgf, which is the same as that of the first embodiment. However, in order to realize further downsizing, the outer diameter of the fixing film 25 and the pressure roller 26 is reduced and heating is performed. The nip width N is as narrow as 5 mm. For this reason, the pressure applied per unit area of the nip increases to an average of 1.4 kgf / cm 2, and “peeling” between the sliding layer 26 and the ceramic substrate 23 is likely to occur when durability is performed under high temperature and high pressure. Become. In order to avoid this problem, it is necessary to further strengthen the adhesion performance between the sliding layer 26 and the ceramic substrate 23.
そこで、本実施の形態で用いる加熱ヒータ２０の構成を図３に示す構造とした。本実施の形態に係る加熱ヒータ２０のセラミック基板２３はアルミナを用いており表面の粗さは、Ｒｚｊｉｓ：０．５〜５μｍの範囲とすることが好適である。本実施の形態では、Ｒｚｊｉｓ：４μｍ程度に制御したセラミックス基板２３を用いた。 Therefore, the structure of the heater 20 used in the present embodiment is the structure shown in FIG. The ceramic substrate 23 of the heater 20 according to the present embodiment uses alumina, and the surface roughness is preferably in the range of Rz jis : 0.5 to 5 μm. In the present embodiment, the ceramic substrate 23 controlled to Rz jis : about 4 μm is used.
図３より、本実施の形態の加熱ヒータ２０の摺動層２６はセラミックス基板２３近傍に存在するフィラーの粒径が、表層近傍に存在するフィラーに比べて大きくなるようにしている。摺動層２６とセラミックス基板２３の界面付近には粒径が０．５〜５μｍの大きなフィラーを分布させるのが望ましく、摺動層２６の表面付近では粒径が０．０１〜０．２μｍ程度の小さなフィラーを分布させるのが望ましい。本実施の形態では、界面付近のフィラー粒径を４μｍ、表面付近のフィラー粒径を０．１μｍとした。 From FIG. 3, the sliding layer 26 of the heater 20 of the present embodiment is configured such that the particle size of the filler existing in the vicinity of the ceramic substrate 23 is larger than that of the filler existing in the vicinity of the surface layer. It is desirable to distribute a large filler having a particle size of 0.5 to 5 μm in the vicinity of the interface between the sliding layer 26 and the ceramic substrate 23, and in the vicinity of the surface of the sliding layer 26, the particle size is about 0.01 to 0.2 μm. It is desirable to distribute a small filler. In this embodiment, the filler particle size near the interface is 4 μm, and the filler particle size near the surface is 0.1 μm.
上記の構成とすることで、セラミックス２３と摺動層２６の接着性をより強固なものとすることができ、ニップの単位面積あたりの圧力が１．４ｋｇｆ／ｃｍ２と大きな場合でも、摺動層２６の「剥がれ」と「削れ」の問題を回避することができる。 With the above configuration, the adhesiveness between the ceramic 23 and the sliding layer 26 can be further strengthened, and even when the pressure per unit area of the nip is as large as 1.4 kgf / cm 2 , the sliding The problem of “peeling” and “scraping” of the layer 26 can be avoided.
（本実施の形態と従来例の比較結果）
本実施の形態に係る加熱ヒータ２０の効果を確認するために、本実施の形態に係る加熱ヒータ２０を用いた定着装置で定着画像を形成し、その耐久性能について評価した。その評価結果を表４に示す。
(Comparison result of this embodiment and conventional example)
In order to confirm the effect of the heater 20 according to the present embodiment, a fixed image was formed by a fixing device using the heater 20 according to the present embodiment, and its durability performance was evaluated. The evaluation results are shown in Table 4.
なお、印刷速度は２０枚／分、記録材Ｐの搬送速度は１５０ｍｍ／ｓｅｃ、定着装置の寿命が１００ｋ枚（１０万枚）、解像度は６００ｄｐｉ、定着フィルムと加圧ローラ加圧力は１８ｋｇｆ、加熱ニップ幅Ｎは５ｍｍ、試験環境は室温２３℃湿度５０％とした。また、加熱ヒータ２０の裏面のオーバーコート層２７の表面温度が２００℃で一定になるように電力を制御した。また、記録材としてＣＳ−６８０（キヤノン株式会社製：普通紙、Ａ４サイズ、坪量６８ｇ／ｍ２）を用い、その上に横線パターンを１００ｋ枚（＝１００，０００枚）連続で通紙耐久した。 The printing speed is 20 sheets / minute, the conveyance speed of the recording material P is 150 mm / sec, the life of the fixing device is 100k sheets (100,000 sheets), the resolution is 600 dpi, the pressing force of the fixing film and the pressure roller is 18 kgf, heating The nip width N was 5 mm, and the test environment was room temperature 23 ° C. and humidity 50%. The power was controlled so that the surface temperature of the overcoat layer 27 on the back surface of the heater 20 was constant at 200 ° C. Further, CS-680 (manufactured by Canon Inc .: plain paper, A4 size, basis weight 68 g / m 2 ) was used as a recording material, and 100 k horizontal line patterns (= 100,000 sheets) were continuously passed on it. did.
表４における、スリップに起因するジャムの結果を示す記号は表１と同様である。表中の従来例３とは、図９に示すように摺動層２６に粒径４μｍのフィラーを一様に分散させたものである。従来例４とは、図１０に示すように摺動層２６に粒径０．１μｍのフィラーを一様に分散させたものである。 In Table 4, symbols indicating the result of jam caused by slip are the same as those in Table 1. Conventional example 3 in the table is obtained by uniformly dispersing a filler having a particle diameter of 4 μm in the sliding layer 26 as shown in FIG. In the conventional example 4, as shown in FIG. 10, a filler having a particle size of 0.1 μm is uniformly dispersed in the sliding layer 26.
一方、従来例３の場合、つまり粒径４μｍのフィラーを一様に分散させた場合では、耐久に伴いトルクが上昇し５万枚に至る前に定着フィルムのスリップに起因するジャムが発生し、耐久を中止した。そのときの加熱ヒータ摺動面にはポリイミドの削れ紛が付着していた。 On the other hand, in the case of Conventional Example 3, that is, when the filler having a particle diameter of 4 μm is uniformly dispersed, the torque increases with durability and jamming due to the slip of the fixing film occurs before reaching 50,000 sheets, Ended durability. At that time, polyimide shavings adhered to the sliding surface of the heater.
また、従来例４の定着装置を使用した場合は、耐久開始後からすぐに顕著にトルクが上昇し、スリップに起因するジャムが発生し耐久を中止した。そのときの加熱ヒータの摺動層２６は一部がセラミック基板２３から剥がれており部分的にアルミナ基板が露出していた。 When the fixing device of Conventional Example 4 was used, the torque increased remarkably immediately after the start of durability, jamming due to slip occurred, and durability was stopped. At that time, a part of the sliding layer 26 of the heater was peeled off from the ceramic substrate 23 and the alumina substrate was partially exposed.
以上の結果から、本実施の形態の定着装置によれば、加熱ヒータ用セラミック基板２３としてアルミナを用い、ニップ内の単位面積あたりの圧力が１．４ｋｇｆ／ｃｍ２と高い場合でも、高い耐久性を有する定着装置を提供できる。その結果１０万枚の耐久を通じてスリップ起因のジャムが発生することなく、良好な画像を印刷することができる画像形成装置を提供することができる。 From the above results, according to the fixing device of this embodiment, even when alumina is used as the ceramic substrate 23 for the heater and the pressure per unit area in the nip is as high as 1.4 kgf / cm 2 , high durability is achieved. Can be provided. As a result, it is possible to provide an image forming apparatus capable of printing a good image without causing a slip-induced jam through the durability of 100,000 sheets.
１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ（帯電手段）
３ レーザスキャナ（露光手段）
1 Photosensitive drum 2 Charging roller (charging means)
3 Laser scanner (exposure means)
Claims (6)
前記加熱体は、平板状の絶縁基板と、
前記絶縁基板の前記加熱回転体に接する面に配置され、充填材を含有した樹脂被膜層とを有し、
前記樹脂被膜層のうち前記絶縁基板近傍の樹脂被膜層に含まれる充填材の粒径が、前記樹脂被膜層の表面近傍に含まれる充填材の粒径に比べ、大きいことを特徴とする像加熱装置。 A heating body, a heating rotator heated by the heating body, and a pressure member that forms a nip portion with the heating body via the heating rotator, and carries a toner image at the nip portion. In an image heating apparatus that heats an image on a recording material while nipping and conveying the recorded material,
The heating body includes a flat insulating substrate;
A resin film layer containing a filler, disposed on a surface of the insulating substrate in contact with the heating rotator,
The image heating characterized in that the particle size of the filler contained in the resin coating layer near the insulating substrate in the resin coating layer is larger than the particle size of the filler contained in the vicinity of the surface of the resin coating layer. apparatus.
前記絶縁基板の少なくとも片方の面に、充填材を含有したイミド系材料からなる樹脂被膜層を有し、
前記樹脂被膜層のうち前記絶縁基板近傍の樹脂被膜層に含まれる充填材の粒径が、前記樹脂被膜層の表面近傍に含まれる充填材の粒径に比べ、大きいことを特徴とする加熱体。
In a heating element having a flat insulating substrate,
At least one surface of the insulating substrate has a resin coating layer made of an imide-based material containing a filler,
The heating body characterized in that the particle size of the filler contained in the resin coating layer near the insulating substrate in the resin coating layer is larger than the particle size of the filler contained in the vicinity of the surface of the resin coating layer. .
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