JP3548924B2

JP3548924B2 - Heat generating fixing roller and cooling method thereof

Info

Publication number: JP3548924B2
Application number: JP11736496A
Authority: JP
Inventors: 稔松尾
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2016-05-13
Also published as: JPH09305048A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる定着ローラ、特に、トナー定着可能温度とするために相転移発熱を利用した発熱定着ローラに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置には、トナーを転写紙に定着させるために定着ローラが用いられている。
【０００３】
また、このような定着ローラには、例えば、電源ＯＦＦから電源ＯＮとした場合に、定着ローラがトナー定着可能温度にまで上昇する迄の時間を短縮するために定着ローラの芯金上に発熱性相転移物質を設け、この発熱性相転移物質の発熱を利用してトナー定着可能温度にまで温度上昇させるようにした発熱定着ローラも知られている（特開平７−１４０８２３号公報等参照）。
【０００４】
即ち、発熱性相転移物質は非晶質の状態では結晶質の状態よりもエネルギー状態が高く、準安定（メタステイブル）状態となっており、熱や放射線、化学物質との接触等によりより安定（ステイブル）状態に変化していく。
【０００５】
この状態の変化、いわゆる相転移を起こす際、過剰のエネルギーが熱として放出されるが、急激に相転移を起こすと、その物質および周りは著しく温度が上昇する。
【０００６】
他方、発熱定着ローラとして用いるためには、非晶質状態と結晶状態を繰り返し相転移させる必要がある。非晶質状態を作り出す方法としては幾つかの手段があるが、一般的には溶融して液相に変化させる方法が行われる。これは、液相に変化することで結晶の際の秩序ある構造が崩れるからである。
【０００７】
ところが、一般の物質は溶融状態から冷却していくと、融点以下になると急激に発熱して凝固（結晶化）してしまう。この原理を利用しているのが、蓄熱材であるが、発熱凝固した物質は発熱定着ローラには使用できない。
【０００８】
Ｓｅ（セレン）等のカルコゲン系元素およびその合金（例えば、ＳｅＴｅ（セレン・テルル合金））は、容易に非晶質状態を実現することができ、結晶化も加熱のみで容易に進行する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような発熱定着ローラに用いられている発熱性相転移物質は、一般に急冷することによって非晶質化する物質であれば適用可能であり、特に、周期率表（長周期型）のＩＩＩＢ族〜ＶＩＢ族に属する元素は多元系で非晶質化可能領域が良く知られている。そして、その中でもＳｅ（セレン）を主成分としたカルコゲンやカルゴケナイドは極めて良好に結晶化して発熱する。
【００１０】
しかしながら、Ｓｅ系の物質は無機物であるため、相転移発熱定着における非晶質状態を作り出すためには、一旦相転移発熱物質を溶融しなければならず、その溶融した相転移発熱物質が流動落下しないためにも、芯金上に設けた発熱性相転移物質を保護層で覆う必要がある。
【００１１】
この保護層は発熱定着ローラの別の理由からも必要である。即ち、加熱による軟化したトナーがホット，コールド，静電オフセットを起こさないような離型性の好い材質であることが必須条件であり、現在の技術レベルでは、この最良の特性を備えている物質はフッ素系の樹脂しかない。
【００１２】
そこで、従来では（特開平７−１４０８２３号公報）、Ｓｅ等のカルコゲン系合金の相転移発熱層の上にペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（以下、単に『ＰＦＡ』と称する。）の保護層を設けている。
【００１３】
ところが、上述したように、有機物であるフッ素樹脂とは、熱膨張係数の違いや、その他諸々の特性（密度差、密着性の相性等）に違いがあり、これらの違いにより加熱昇温時や冷却時にローラ表面に皺が寄る等のような不具合を回避するために様々な手段を講じなければならず、製造工程が煩雑となるという問題が生じていた。
【００１４】
また、Ｓｅは毒物指定物質であるため、例えば、発熱定着ローラを廃棄処分する場合には、その処分が面倒であるという問題もある。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、製造工程での煩雑性を解消し得て、しかも、その処分を容易に行うことができる発熱定着ローラ提供することを目的とする。
【００１６】
本発明はこれら、無機物の発熱性相転移物質を用いることによる不具合を解消するためのものであり、請求項１に記載の発明は、芯金上に発熱性相転移物質を設け、この発熱性相転移物質の発熱を利用してトナー定着可能温度にまで温度上昇させるようにした発熱定着ローラにおいて、
前記発熱性相転移物質に、非晶質から結晶へ相転移することにより発熱する結晶性熱可塑性樹脂を主成分とした物質を用いることを要旨とする。
【００１７】
また、有機物でも様々な非晶質物質が知られているが、非晶質のまま融点を越えて融解する物質は本原理の発熱定着ローラに用いることはできないため、結晶性熱可塑性樹脂は、その融点がトナー定着温度以上であり、結晶化温度が常温以上且つトナー定着温度以下であることが好ましい。
【００１８】
なお、発熱定着ローラに適用できる条件としては、常温からトナー定着温度約１８０℃までに結晶化が起こり、融点がトナー定着温度以上でなるべく低めである必要がある。
【００１９】
さらに、その使用目的を考慮すると、繰り返しの使用が可能でなければならないので、熱硬化性物質も対象とはならない。従って、本原理の発熱定着ローラに用いることのできる物質としては、結晶性の物質であると共に、非使用時には非晶質化する熱可塑性の樹脂がより好ましい。
【００２０】
そして、こうした物質としては、ポリエステル系樹脂、特に、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等が適している。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
次に、本発明の発熱定着ローラの実施の形態を複写機に適用し、図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１（Ａ）において、１は複写機である。この複写機１は、装置本体２に着脱可能に装着される給紙カセット３と、給紙カセット３内にセットされた転写紙Ｐを装置本体２内に送り出す給紙ローラ４と、表面に感光層５ａを設け且つ図示を略すトナー供給装置から供給されたトナーが感光層５ａに形成された像に対応して付着するドラム式感光体５と、感光体５に付着したトナー像を送り出された転写紙Ｐの一方の面に転写させる転写装置６と、トナー転写後の転写紙Ｐを定着部７に案内する補助ローラ８，８とを備えている。
【００２３】
定着部７は、アルミニウムや鉄等の芯金の外周にゴム等の弾性体を装着した加圧ローラ９と、加圧ローラ９の回転に従動して回転するように加圧ローラ９と接触する定着ローラ１０とを備え、補助ローラ８，８によって案内されたトナー転写後の転写紙Ｐは、この定着ローラ１０の熱によって転写紙Ｐに定着されて排出口２ａから排出される。
【００２４】
定着ローラ１０は、図１（Ｂ）に示すように、熱伝導率の良好なアルミニウム合金等の金属からなる芯金１１と、芯金１１の外表面に設けられた結晶性熱可塑性樹脂を主成分とした発熱性相転移物質１２と、発熱性相転移物質１２を覆う保護層１３と、芯金１１の内表面に設けられた発熱体１４とを備えている。尚、この発熱体１４は、配線１４ａ，１４ａからの電源供給により発熱するが、図に示したような筒上のもののほか、ハロゲンランプ等でもよい。
【００２５】
【実施例１】
次に、このような発熱定着ローラ１０の実施例を説明する。
【００２６】
今回、発熱性相転移物質１２に結晶性熱可塑性樹脂を主成分とした物質を採用するに当たり、ＰＥＴの熱特性を測定し、文献（講談社刊『新版熱分析』／培風館刊『高分子学会編高分子ハンドブック』）に出ている非晶質ＰＥＴの熱特性パターンが本当に現われるかどうかを確認した。
【００２７】
その結果を表１に示す。尚、表１において、Ｔｇはガラス転移点、Ｔｃｉは結晶化パターンの開始温度、Ｔｃｐは結晶化パターンのピーク温度、Ｔｃｆは結晶化パターンの終了温度、Ｔｍは融解開始温度、Ｔｍｆは融点、Ｔｄは融解ピーク温度、Ｔｓは凝固開始点である。
【００２８】
【表１】

文献では、ガラス転移点はＳｅよりもやや高めであるが、結晶化パターン、融点は、略Ｓｅと同様の温度に出現しており、もし、これが事実で容易に非晶質化できるのならば、Ｓｅ系以外でも発熱定着ローラの実現の可能性があることを示す。
【００２９】
そこで、試料は手元で容易に調達できるＰＥＴとして、普段使用しているマイラーのシートを用いた。結果は、表１に示したように、文献と似たような吸発熱パターンが再現した。
【００３０】
すなわち、融点は、その開始温度が約２３０℃前後であり、文献の融点２８０℃は、文献では有機物の熱特性でよく用いられている融解ピーク温度の値を採用していると推測され、本測定値である２５０〜２７０℃と略一致しているから材料の差異等を考慮すれば妥当であると推測される。
【００３１】
また、降温時の凝固発熱は、その開始点は測定値２１０〜２３０℃であり、昇温時の融解開始点と一致しており、凝固の際の過冷却が起こっていなければ、これが真の融点と考えて良いであろう。
【００３２】
結晶化発熱パターンは加熱溶融後炉の蓋をオープンし水中もしくは空気中に取り出す位の急冷で次の昇温で発生し、自然放冷（約３０℃／分）レベルではまだ降温時に凝固発熱してしまって非晶質化していない。
【００３３】
非晶質化したＰＥＴの結晶化パターンは、開始温度が約１００℃、ピーク温度が２０℃、終了温度が１３０〜１５０℃であり、４ＮレベルのＳｅとほぼ似通っている。
【００３４】
一方、表２に示すように、結晶化発熱潜熱は、略融解潜熱と等しいが、融解潜熱は約４０ｃａｌ／ｇであり、文献での３８．２ｃａｌ／ｇ（１６０Ｊ／ｇ）と一致しており、Ｓｅの１５ｃａｌ／ｇよりも大きくて好都合な特性である。
【００３５】
【表２】

非晶質化ＰＥＴのガラス転移点（温度）は、その開始温度が６４〜７０℃、終了温度が７０〜８０℃であり、文献と一致している。
【００３６】
以上のように、ＰＥＴの溶融急冷による非晶質化が確認され、ＳｅやＳｅＴｅ等の無機物系以外の有機物系であっても非晶質の結晶化発熱反応も実証することができた。
【００３７】
そこで、発熱性相転移物質１２に、ポリエチレンテレフタレート（以下、『ＰＥＴ』と称する。）のシートを用いて外径４０ｍｍのアルミニウム性の芯金１１の外表面に巻きつけて１５０℃で予備加熱してカールさせた後、さらにその上に導電性ＰＦＡチューブの保護層１３を被せて発熱定着ローラ１０を作成した。
【００３８】
この発熱定着ローラ１０を、加熱炉にセットして減圧しながら、ＰＥＴの融点以上ＰＦＡの融点以下の温度３００℃で加熱し、その後、冷却ガスを注入して急冷却した。
【００３９】
【実施例２】
次に、発熱性相転移物質１２に、ポリブチレンテレフタレート（以下、『ＰＢＴ』と称する。）のシートを用いて外径４０ｍｍのアルミニウム性の芯金１１の外表面に巻きつけて超音波溶着後、さらにその上に導電性のポリ四フッ化エチレン（以下、『ＰＴＦＥ』と称する。）チューブの保護層１３を被せて発熱定着ローラ１０を作成した。
【００４０】
この発熱定着ローラ１０を、加熱炉にセットして減圧しながら、ＰＢＴの融点以上ＰＴＦＥの融点以下の温度３００℃で加熱し、その後空気中に取り出して急冷却した。
【００４１】
【比較例１】
また、実施例１，２で作成した発熱定着ローラ１０との比較のため、実施例１と同様にして、加熱後冷却速度が毎分５０℃未満の徐冷処理のＰＥＴの中間層からなる発熱定着ローラ１０を作成した。
【００４２】
【比較例２】
さらに、実施例１，２で作成した発熱定着ローラ１０との比較のため、実施例２と同様にして、加熱後冷却速度が毎分５０℃未満の徐冷処理のＰＢＴの中間層からなる発熱定着ローラ１０を作成した。
【００４３】
【比較例３】
また、実施例１，２と同様の芯金１１上に、Ｔｅ（テルル）８重量％（５．１ｍｏｌ％）のＳｅＴｅ合金を真空蒸着によって厚さ０．０６ｍｍの相転移層を形成し、その上に実施例１と同材のＰＦＡからなる保護層１３を有する発熱定着ローラ１０（従来に相当する）を作成した。
【００４４】
そして、これら実施例１，２および比較例１，２，３の発熱定着ローラ１０をリコー社製電子写真複写機Ｍ２１０の定着装置に組込み、ヒーター電力９６０Ｗで加熱しながら発熱定着ローラ１１の表面温度の上昇状況を調べた。
【００４５】
その結果を図２のグラフ図に示す。図２のグラフ図において、線分Ａは実施例１の発熱定着ローラ１０を用いた場合の温度上昇と時間との関係結果を示し、線分Ｂは実施例２の発熱定着ローラ１０を用いた場合の温度上昇と時間との関係結果を示し、線分Ｃは比較例１，２の発熱定着ローラ１０を用いた場合の温度上昇と時間との関係結果を示し、線分Ｄは比較例３の発熱定着ローラ１０を用いた場合の温度上昇と時間との関係結果を示す。
【００４６】
このグラフ図に示すように、比較のＳｅＴｅ系に比べてＰＥＴやＰＢＴ系では何れも昇温の始まりは同じかやや遅めであるが、所定温度への到達時間は早めになっていることが判る。また、比較例１，２（線分Ｃ）は、比較例３（線分Ｄ）よりも昇温が遅いということも判る。
【００４７】
次に、同複写機の電源を一旦切って再度、電源を入れて繰り返し環境下での昇温を調べて見た。その結果を表３に示す。
【００４８】
【表３】

この表３に示すように、電源を切る前に、一旦発熱定着ローラ１０を２８０℃にまで加熱（溶融するまで）した後、毎分５０℃以上で冷却（強制急冷）した場合は、初回同様の昇温を示したが、一旦加熱しない場合や一旦加熱した後に自然放冷とした場合は、初回の比較例１，２と同様に昇温が遅くなっていることが判った。
【００４９】
さらに、比較例３のＳｅＴｅ系の場合は、このヒートサイクルを繰り返し行っていると発熱定着ローラ１０の表面に僅かではあるが縞状の皺が発生したが、実施例１，２の発熱定着ローラ１０の場合には１万回以上繰り返しても何ら異常は発生しなかった。
【００５０】
これらに使用したＰＥＴとＰＢＴを上述した複写機内で行なったのに対応して加熱溶融した試料を示差熱分析ＤＴＡに懸けたところ、毎分５０℃未満の速度で冷却した場合はガラス転移点や結晶化発熱パターンが検出されず毎分５０℃以上の速度で冷却するとガラス転移点や結晶化発熱パターンが明瞭に観察された。
【００５１】
このように、非晶質化したＰＥＴやＰＢＴは、発熱定着ローラ１０の相転移発熱体（発熱性相転移物質１２）として良好に用いることができると判明した。しかも、発熱性相転移物質１２としてのＰＥＴやＰＢＴは、保護層１３と同様に有機物であることから、相転移による密度変化や熱膨張率の差が小さく、長期使用での変形等もＳｅ系よりも有利であることが判る。しかも、ＰＥＴやＰＢＴは廃棄処分も容易である。
【００５２】
尚、有機物の結晶化相転移（発熱性相転移物質１２）の発熱を利用した発熱定着ローラ１０にあっては、ウォーミングアップ時間を短縮し、耐久性も向上させることができるが、結晶核剤の添加や導電材の添加でさらに効果的に発熱昇温させることも可能である。
【００５３】
このように、発熱性相転移物質１２として、有機物の非晶質体を使用することで、保護層１３のフッ素樹脂との各種熱特性の相性がよくなり、発熱定着ローラ１０の品質が良くなり、しかも、加増品質の向上、耐久性が向上する。
【００５４】
尚、発熱定着ローラ１０の機能は昇温冷却のヒートサイクルが必要であり、昇温による結晶化、融解、冷却によって非晶質化する物質、即ち、熱可塑性の物質がより好ましい。
【００５５】
また、常温において、即ち、非使用時においては、非晶質状態でないと加熱したときに発熱しないので、非使用時に非晶質状態となり得るものが好ましい。
【００５６】
そこで、ポリエステルは熱可塑性で結晶性の樹脂であり、融点が明瞭で非晶質化が容易であるため、発熱性相転移物質１２として使用するのに適している。
【００５７】
また、ＰＥＴは融点が２６０℃付近で、ガラス転移点（温度）が約８０℃であり、昇温時に良好な結晶化発熱反応を示すので適している。
【００５８】
同様に、ＰＢＴも融点が２２０℃付近で、ガラス転移点（温度）が約２２℃であり、昇温時に良好な結晶化発熱反応を示すので適している。
【００５９】
そして、これらＰＥＴやＰＢＴを発熱性相転移物質１２として使用するに際しては、ＰＥＴやＰＢＴの溶融による非晶質化の急冷条件は、毎分約５０℃以上であることが好ましい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発熱定着ローラにあっては、発熱性相転移物質に結晶性熱可塑性樹脂を主成分とした物質を用いていることにより、製造工程での煩雑性を解消し得て、しかも、その処分を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる発熱定着ローラを示し、（Ａ）は画像形成装置である複写機の模式図、（Ｂ）は発熱定着ローラの断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わる発熱定着ローラの昇熱特性を比較するグラフ図である。
【符号の説明】
１０…発熱定着ローラ
１１…芯金
１２…発熱性相転移物質[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing roller used in an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile, and more particularly, to a heat generating fixing roller using phase transition heat generation to set a toner fixing temperature.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a fixing roller has been used in an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile to fix toner on transfer paper.
[0003]
In addition, for example, when the power is turned on after the power is turned off, the heat generated on the core metal of the fixing roller is reduced in order to shorten the time required for the fixing roller to rise to the toner fixing temperature. There is also known a heat-fixing roller in which a phase-change material is provided and the temperature of the heat-generating phase-change material is raised to a temperature at which the toner can be fixed by using the heat generated by the heat-generating phase-change material (see JP-A-7-140823).
[0004]
That is, the exothermic phase change material has a higher energy state in the amorphous state than the crystalline state and is in a metastable state, and is more stable by heat, radiation, contact with a chemical substance, and the like. (Stable) state.
[0005]
Excessive energy is released as heat when this state change, so-called phase transition, occurs. When the phase transition occurs suddenly, the temperature of the substance and its surroundings rises remarkably.
[0006]
On the other hand, in order to use it as a heat fixing roller, it is necessary to repeatedly perform a phase transition between an amorphous state and a crystalline state. There are several methods for creating an amorphous state, but generally, a method of melting and changing to a liquid phase is performed. This is because the change to the liquid phase breaks the ordered structure at the time of crystallization.
[0007]
However, when a general substance is cooled from a molten state, the substance rapidly generates heat and solidifies (crystallizes) when the temperature falls below the melting point. The heat storage material utilizes this principle. However, the heat-solidified substance cannot be used for the heat-fixing roller.
[0008]
Chalcogen-based elements such as Se (selenium) and alloys thereof (for example, SeTe (selenium-tellurium alloy)) can easily realize an amorphous state, and crystallization easily proceeds only by heating.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the exothermic phase change material used in such a heat fixing roller is generally applicable as long as it is a substance that becomes amorphous by rapid cooling, and in particular, is applicable to a periodic table (long period type). The elements belonging to the groups IIIB to VIB are multi-elements and well-known amorphous regions are available. Among them, chalcogens and chalcogenides containing Se (selenium) as a main component crystallize very well and generate heat.
[0010]
However, since the Se-based substance is an inorganic substance, the phase-change exothermic substance must be once melted in order to create an amorphous state in the phase-change exothermic fixation, and the molten phase-change exothermic substance flows and falls. To avoid this, it is necessary to cover the exothermic phase change substance provided on the cored bar with a protective layer.
[0011]
This protective layer is necessary for another reason for the heat-fixing roller. That is, it is an essential condition that the toner softened by heating is a material having good releasability so as not to cause hot, cold and electrostatic offset. At present technical level, a material having the best characteristics is required. Has only fluorine resin.
[0012]
Therefore, conventionally, a protective layer made of a perfluoroalkoxy fluororesin (hereinafter, simply referred to as "PFA") is provided on a phase transition heating layer made of a chalcogen-based alloy such as Se (Japanese Patent Laid-Open No. 7-140823). .
[0013]
However, as described above, there is a difference in the coefficient of thermal expansion and other various properties (difference in density, compatibility of adhesion, etc.) from the fluorine resin which is an organic substance. Various measures have to be taken to avoid problems such as wrinkles on the roller surface during cooling, and there has been a problem that the manufacturing process becomes complicated.
[0014]
In addition, since Se is a poison-designated substance, there is also a problem that, for example, when disposing of the heat fixing roller, the disposal is troublesome.
[0015]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a heat-fixing roller that can eliminate the complexity of the manufacturing process and can easily dispose of the heat-fixing roller.
[0016]
The present invention is intended to solve the problems caused by using an inorganic exothermic phase change material. The invention according to claim 1 is to provide an exothermic phase change material on a cored bar, In a heat-fixing roller configured to raise the temperature to a temperature at which the toner can be fixed by utilizing the heat generated by the phase change material,
The exothermic phase change material, and summarized in that Ru using a substance mainly composed of crystalline thermoplastic resin that generates heat by phase transition from amorphous to crystalline.
[0017]
In addition, various amorphous substances are also known as organic substances, but a substance that melts beyond its melting point while being amorphous cannot be used for the heat fixing roller of the present principle. its melting point is not less than the toner fixing temperature, arbitrariness preferred that the crystallization temperature is below room temperature or higher and the toner fixing temperature.
[0018]
As a condition applicable to the heat-fixing roller, it is necessary that crystallization occurs from room temperature to a toner fixing temperature of about 180 ° C. and that the melting point is as low as possible above the toner fixing temperature.
[0019]
Furthermore, in consideration of the purpose of use, thermosetting substances are not included because they must be able to be used repeatedly. Therefore, as a substance that can be used for the heat-fixing roller of the present principle, a thermoplastic substance which is a crystalline substance and which becomes amorphous when not used is more preferable.
[0020]
As such a substance, a polyester-based resin, particularly, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, or the like is suitable.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
Next, an embodiment of the heat fixing roller of the present invention is applied to a copying machine and will be described with reference to the drawings.
[0022]
In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a copying machine. The copying machine 1 includes a paper feed cassette 3 detachably mounted on the apparatus main body 2, a paper feed roller 4 for feeding the transfer paper P set in the paper feed cassette 3 into the apparatus main body 2, and a photosensitive surface. A drum type photoreceptor 5 to which toner supplied from a toner supply device (not shown) provided with a layer 5a adheres corresponding to an image formed on the photosensitive layer 5a, and a toner image adhered to the photoreceptor 5 were sent out. a transfer device 6 for transferring the one side of the transfer sheet P, and an

auxiliary roller

8, 8 for guiding the transfer sheet P after preparative toner transferred to the fixing unit 7.
[0023]
The fixing unit 7 comes into contact with the pressure roller 9 in which an elastic body such as rubber is mounted on the outer periphery of a core metal such as aluminum or iron, and the pressure roller 9 so as to rotate following the rotation of the pressure roller 9. The transfer paper P after the toner transfer guided by the

auxiliary rollers

8 and 8 is provided with a fixing roller 10, and is fixed to the transfer paper P by the heat of the fixing roller 10, and is discharged from the discharge port 2a.
[0024]
As shown in FIG. 1B, the fixing roller 10 mainly includes a metal core 11 made of a metal such as an aluminum alloy having good thermal conductivity and a crystalline thermoplastic resin provided on the outer surface of the metal core 11. The exothermic phase change material 12 as a component, a protective layer 13 covering the exothermic phase change material 12, and a heating element 14 provided on the inner surface of the cored bar 11 are provided. The heating element 14 generates heat by power supply from the wirings 14a, 14a, but may be a cylindrical lamp as shown in FIG.
[0025]
Embodiment 1
Next, an embodiment of such a heat fixing roller 10 will be described.
[0026]
In adopting a substance mainly composed of a crystalline thermoplastic resin as the exothermic phase change material 12, the thermal characteristics of PET were measured and the literature ("New Edition Thermal Analysis" published by Kodansha / "The Society of Polymer Science, published by Baifukan") It was confirmed whether the thermal characteristic pattern of amorphous PET appearing in “Polymer Handbook”) really appeared.
[0027]
Table 1 shows the results. In Table 1, Tg is a glass transition point, Tci is a crystallization pattern start temperature, Tcp is a crystallization pattern peak temperature, Tcf is a crystallization pattern end temperature, Tm is a melting start temperature, Tmf is a melting point, and Td is a melting point. Is the melting peak temperature, and Ts is the onset of solidification.
[0028]
[Table 1]

In the literature, the glass transition point is slightly higher than Se, but the crystallization pattern and melting point appear at a temperature similar to that of Se, and if this can in fact be easily amorphized, , It shows that there is a possibility of realizing a heat generating fixing roller other than the Se type.
[0029]
Therefore, as a sample, a Mylar sheet which is usually used was used as PET which can be easily obtained at hand. As a result, as shown in Table 1, a heat absorption and heat generation pattern similar to that in the literature was reproduced.
[0030]
In other words, the melting point has a starting temperature of about 230 ° C., and the melting point of 280 ° C. in the literature is presumed to adopt the value of the melting peak temperature that is often used in the literature for the thermal characteristics of organic substances. Since the measured value substantially matches the measured value of 250 to 270 ° C., it is presumed that it is appropriate if differences in materials are considered.
[0031]
The starting point of the solidification exotherm at the time of the temperature drop is a measured value of 210 to 230 ° C., which coincides with the melting start point at the time of the temperature rise, and this is true if the supercooling during the solidification has not occurred. It can be considered as the melting point.
[0032]
The crystallization heat generation pattern is generated by the next temperature rise by rapid cooling such that the furnace lid is opened after heating and melting and taken out in water or air, and at the natural cooling level (about 30 ° C./min), it still generates solidification heat when the temperature falls. It has not become amorphous.
[0033]
The crystallization pattern of the amorphized PET has a starting temperature of about 100 ° C., a peak temperature of 20 ° C., and an ending temperature of 130 to 150 ° C., and is almost similar to Se of 4N level.
[0034]
On the other hand, as shown in Table 2, the latent heat of crystallization heat is substantially equal to the latent heat of fusion, but the latent heat of fusion is about 40 cal / g, which is consistent with 38.2 cal / g (160 J / g) in the literature. , Se, which is more advantageous than 15 cal / g.
[0035]
[Table 2]

Regarding the glass transition point (temperature) of the amorphized PET, the starting temperature is 64-70 ° C. and the ending temperature is 70-80 ° C., which is consistent with the literature.
[0036]
As described above, amorphousization due to melting and quenching of PET was confirmed, and an amorphous crystallization exothermic reaction could be demonstrated even in an organic material other than an inorganic material such as Se or SeTe.
[0037]
Therefore, a sheet of polyethylene terephthalate (hereinafter, referred to as “PET”) is used for the exothermic phase change material 12 and is wound around the outer surface of an aluminum core bar 11 having an outer diameter of 40 mm and preheated at 150 ° C. After curling, the heat-fixing roller 10 was formed by further covering the protective layer 13 of a conductive PFA tube thereon.
[0038]
The heating fixing roller 10, while reducing the pressure was set in a heating furnace and heated at a temperature 300 ° C. melting point below the melting point or more PFA of PET, then quenched by injecting cooling gas.
[0039]
Embodiment 2
Next, a sheet of polybutylene terephthalate (hereinafter referred to as “PBT”) is used to wrap the exothermic phase change material 12 around the outer surface of the aluminum core bar 11 having an outer diameter of 40 mm, and after ultrasonic welding. Further, a protective layer 13 of a conductive polytetrafluoroethylene (hereinafter, referred to as “PTFE”) tube was further placed thereon to form the heat-fixing roller 10.
[0040]
The heat-fixing roller 10 was set in a heating furnace and heated at a temperature of 300 ° C. from the melting point of PBT to the melting point of PTFE while reducing the pressure.
[0041]
[Comparative Example 1]
Further, for comparison with the heat generating fixing roller 10 prepared in Examples 1 and 2, in the same manner as in Example 1, the heat generated from the PET intermediate layer of the slow cooling treatment at a cooling rate after heating of less than 50 ° C./min. A fixing roller 10 was prepared.
[0042]
[Comparative Example 2]
Further, for comparison with the heat-fixing roller 10 prepared in Examples 1 and 2, in the same manner as in Example 2, heat generated from the intermediate layer of the PBT subjected to the slow cooling process at a cooling rate of less than 50 ° C. per minute after heating. A fixing roller 10 was prepared.
[0043]
[Comparative Example 3]
Further, a phase change layer having a thickness of 0.06 mm was formed on the same core metal 11 as in Examples 1 and 2 by vacuum deposition of an 8 wt% (5.1 mol%) TeTe alloy (Te). A heat-fixing roller 10 (corresponding to the related art) having a protective layer 13 made of PFA made of the same material as in Example 1 was prepared.
[0044]
Then, the heat generating fixing rollers 10 of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1, 2 and 3 were incorporated in a fixing device of an electrophotographic copying machine M210 manufactured by Ricoh Company, and the surface temperature of the heat generating fixing roller 11 was increased while heating at 960 W of heater power. Was investigated.
[0045]
The results are shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 2, the line segment A shows the relationship between the temperature rise and the time when the heat-fixing roller 10 of the first embodiment is used, and the line segment B uses the heat-fixing roller 10 of the second embodiment. The line C shows the result of the relationship between the temperature rise and the time when the heat-fixing rollers 10 of Comparative Examples 1 and 2 are used, and the line segment D shows the result of the relationship between the temperature rise and the time. 6 shows the relationship between the temperature rise and time when the heat generating fixing roller 10 is used.
[0046]
As shown in this graph, it can be seen that the start of temperature rise is the same or slightly later in the PET and PBT systems as compared to the comparative SeTe system, but the arrival time to the predetermined temperature is earlier. . It can also be seen that Comparative Examples 1 and 2 (line segment C) heat up more slowly than Comparative Example 3 (line segment D).
[0047]
Next, the power of the copier was once turned off, then turned on again, and the temperature rise under the repeated environment was examined. Table 3 shows the results.
[0048]
[Table 3]

As shown in Table 3, before the power supply is turned off, the heat-fixing roller 10 is heated to 280 ° C. (until it is melted) and then cooled at 50 ° C. or more per minute (forced rapid cooling). However, it was found that the temperature rise was slow, as in the case of the first comparative examples 1 and 2, when the heating was not performed once or when the natural cooling was performed after the heating.
[0049]
Further, in the case of the SeTe type of Comparative Example 3, although the heat cycle was repeatedly performed, although a slight stripe-like wrinkle was generated on the surface of the heat generating fixing roller 10, the heat fixing roller of Examples 1 and 2 was used. In the case of No. 10, no abnormality occurred even after repeating 10,000 times or more.
[0050]
When the PET and PBT used in these samples were subjected to differential thermal analysis DTA in accordance with the above-described copying machine performed in the copying machine, when the sample was cooled at a rate of less than 50 ° C. per minute, the glass transition point and When the crystallization exothermic pattern was not detected, and when cooled at a rate of 50 ° C. or more per minute, the glass transition point and the crystallization exothermic pattern were clearly observed.
[0051]
Thus, it has been found that the amorphous PET or PBT can be favorably used as the phase change heating element (heat generating phase change substance 12) of the heat fixing roller 10. Moreover, since PET and PBT as the exothermic phase change substance 12 are organic substances like the protective layer 13, the change in density and the difference in coefficient of thermal expansion due to the phase transition are small, and the deformation or the like during long-term use is Se-based. It turns out that it is more advantageous. Moreover, PET and PBT can be easily disposed of.
[0052]
In the case of the heat fixing roller 10 utilizing the heat generated by the crystallization phase transition of the organic substance (heat generating phase change substance 12), the warm-up time can be shortened and the durability can be improved. It is also possible to more effectively raise the temperature by heating or by adding a conductive material.
[0053]
As described above, by using an organic amorphous substance as the exothermic phase change substance 12, compatibility of various thermal characteristics with the fluororesin of the protective layer 13 is improved, and the quality of the exothermic fixing roller 10 is improved. In addition, the added quality is improved and the durability is improved.
[0054]
The function of the heat fixing roller 10 requires a heat cycle of heating and cooling, and a substance which becomes amorphous by crystallization, melting and cooling by heating, that is, a thermoplastic substance is more preferable.
[0055]
At room temperature, that is, at the time of non-use, if it is not in an amorphous state, it does not generate heat when heated.
[0056]
Therefore, polyester is a thermoplastic and crystalline resin, which has a clear melting point and is easy to be amorphized, and thus is suitable for use as the exothermic phase change substance 12.
[0057]
PET is suitable because it has a melting point of about 260 ° C. and a glass transition point (temperature) of about 80 ° C., and shows a favorable crystallization exothermic reaction when the temperature is raised.
[0058]
Similarly, PBT is suitable because it has a melting point of around 220 ° C. and a glass transition point (temperature) of about 22 ° C., and shows a favorable crystallization exothermic reaction when the temperature is raised.
[0059]
When these PET or PBT are used as the exothermic phase change material 12, the quenching condition for the amorphization due to the melting of the PET or PBT is preferably about 50 ° C. or more per minute.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, in the heat generating fixing roller of the present invention, the use of a substance mainly composed of a crystalline thermoplastic resin as the heat generating phase change material eliminates the complexity in the manufacturing process. In addition, the disposal can be easily performed.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B show a heat fixing roller according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a schematic diagram of a copying machine as an image forming apparatus, and FIG.
FIG. 2 is a graph comparing heat-up characteristics of the heat-fixing roller according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10: Exothermic fixing roller 11: Core 12: Exothermic phase change material

Claims

An exothermic fixing roller provided with an exothermic phase change material on a cored bar and using the heat generated by the exothermic phase change material to raise the temperature to a temperature at which the toner can be fixed,
Wherein the exothermic phase change material, heating the fixing roller, characterized in that Ru using a substance mainly composed of crystalline thermoplastic resin that generates heat by phase transition from amorphous to crystalline.

2. The heat-fixing roller according to claim 1, wherein the melting point of the crystalline thermoplastic resin is equal to or higher than the toner fixing temperature, and the crystallization temperature is equal to or higher than normal temperature and equal to or lower than the toner fixing temperature. .

The heat-fixing roller according to claim 1 or 2, wherein the crystalline thermoplastic resin is amorphous when not in use.

The crystalline thermoplastic resin, heating the fixing roller according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a polyester.

The heat fixing roller according to any one of claims 1 to 4 , wherein the crystalline thermoplastic resin is polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate.

A heat-generating phase change material containing a crystalline thermoplastic resin as a main component is provided on a core metal, and toner can be fixed using heat generated by the phase change of the heat-generating phase change material from amorphous to crystal. After that, when the non-use state, the crystalline thermoplastic resin is once melted, and then cooled to a melting point or less at a rate of 50 ° C. or more per minute to make the amorphous state. Cooling method of the heat-fixing roller.