JPH0822214A

JPH0822214A - 定着装置

Info

Publication number: JPH0822214A
Application number: JP15340794A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nanataki; 七瀧秀夫
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-07-05
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 1996-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】未定着トナー像を担持した転写材を定着ロー
ラと加圧ローラ間で加熱加圧することにより定着する装
置において、バネ等による長時間の付勢力によって生ず
る加圧ローラの弾性層の部分的な永久変形を防止するこ
と。【構成】発熱体からの熱を転写材に伝導させる熱伝導
部材を有する定着ローラ（１）と、該定着ローラとニッ
プを形成し転写材を挟持搬送する弾性層（３０２）を有
する加圧ローラ（３）を具備し、該熱伝導部材からみた
該加圧ローラの軸の距離は定着装置の動作及び停止に拘
らず一定であって、該加圧ローラの熱膨張により定着動
作時のニップ幅を確保するようにし、バネ等の付勢力を
付与した場合に生ずる加圧ローラの弾性層の部分的な変
形を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発熱体からの熱エネル
ギーを輻射または伝導によって転写材に付与する方式の
定着装置に関する。

【０００２】この装置は、電子写真複写機・プリンタ・
ファックス等の画像形成装置における画像加熱定着装
置、即ち電子写真・静電記録・磁気記録等の適宜の画像
形成プロセス手段により加熱溶融性の樹脂等により成る
トナーを用いて記録材の面に直接もしくは間接（転写）
方式で形成した、目的の画像に対応した未定着のトナー
画像を該画像を担持している記録材面に永久固着像とし
て加熱定着処理する装置である。

【０００３】

【従来の技術】上記定着装置の具体例の縦断面図を図６
に示す。

【０００４】上側の定着ローラ１は、アルミニウム・鉄
等で構成された中空芯金の内空にハロゲンランプ等のヒ
ータ２を入れたもので、このヒータ２により定着ローラ
１の加熱がなされる。１０２は定着ローラ１の表面性を
向上させるためのオフセット防止層で、弗素樹脂のコー
ティング或いはチューブ等が好まれて用いられる。下側
の加圧ローラ３は、鉄やステンレス等の芯金３０１の外
周をシリコーンゴム等の離型性を有する弾性体３０２で
被覆したものである。上記定着ローラ１と加圧ローラ３
はばね１２等の付勢手段により互いに所定の加圧力で接
触させてあり、また矢印方向に回転駆動される。このば
ね１２等の付勢手段は両ローラ１，３の偏心や変形に追
従して両ローラの軸間を調整し、加圧力及びニップ幅を
常時一定に保つ働きをしている。

【０００５】６は定着ローラ１の面に接触させたＮＴＣ
等の感温素子であり、定着ローラ１の表面温度を検知す
る。この感温素子６の検出温度に応じて温調回路により
ヒータ２への通電が制御され、定着ローラ１の表面温度
が所定の熱定着温度に自動管理されるとともに異常昇温
時には通電を遮断する安全装置として働く。７は定着ロ
ーラ１の面から転写材Ｐを分離する分離爪であり、先端
エッジ部を定着ローラ１の面に適当な加圧力をもって接
触させて配設してある。８は定着ローラ１面に押圧接触
させたフェルト等のクリーナであり、定着ローラ１面に
付着したトナーｔｃや紙粉等を払拭除去する。９は定着
装置の金属材製の底板、１０，１１は転写材入り口ガイ
ドと同出口ガイドであり、それぞれ上記底板９を上向き
に折り曲げ、前面壁と後面壁とに取付支持させてある。
入り口ガイド１０を通って定着装置内に進入してきた転
写材Ｐは、互いに加圧接触して回転駆動されている定着
ローラ１と加圧ローラ３のニップ部に入って両ローラ
１，３のニップ部を通過していく。この通過していく過
程で転写材Ｐ上の未定着トナー像ｔａが、熱及び圧力に
より永久固着像ｔｂとして定着されていく。

【０００６】ローラ１，３のニップ部を通過し像定着を
受けた転写材Ｐはその先端部が分離爪７により定着ロー
ラ１面から分離され、出口ガイド１１を通して定着装置
外へと排出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
定着装置においては定着ローラと加圧ローラとにかける
加圧力をバネ等の弾性力を利用しており、加圧力・ニッ
プ幅を常時一定に保つことが可能になる反面、装置の電
源をいれていない使用外の時でも高い加圧力がかかった
ままであるため、加圧ローラのような弾性材の部分が変
形し（以降コンプレッションセットと記す）、回転むら
やスリップ、あるいはニップ内圧力不均一による定着不
良が発生していた。

【０００８】また、使用外に加圧解除操作、例えば圧解
除レバーのＯＮ−ＯＦＦや圧解除棒の抜き差し等を行っ
てコンプレッションセットを防止している装置もある
が、使用終了毎に操作されるものではなく、寧ろ工場出
荷時や定着装置交換の際に１度だけ使用されるものであ
ったり、ジャム処理時の操作性向上のための機構であっ
たりして加圧ローラのコンプレッションセットは軽減さ
れていなかった。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は前記問
題に鑑み、未定着トナー像を担持した転写材を加熱加圧
して未定着トナー像を転写材に定着させる定着装置であ
って、発熱体からの熱を転写材に伝導させる熱伝導部材
と該熱伝導部材とニップを形成し、転写材を挟持搬送す
る弾性回転体である加圧ローラとを具備し、該熱伝導部
材からみた該加圧ローラの軸の距離は定着装置の動作及
び停止に拘わらず一定であって、該加圧ローラの熱膨張
により定着動作時のニップ幅を確保することによって、
非動作時には加圧力を低減しニップ幅及び加圧ローラの
変形を小さくしてコンプレッションセットの発生を抑
え、動作時には加圧力・ニップ幅とも増加し確実な定着
能力を維持することができる。

【００１０】次に本発明の一実施例について説明する。

【００１１】

【実施例】

（第１実施例）本実施例は不図示の画像形成装置におけ
る画像加熱定着装置で、図１は定着装置を示す断面概略
図であり、前出と同符号は同部材を示す。

【００１２】図１において定着ローラ１は厚み２．５ｍ
ｍ、外径３０ｍｍのアルミニウム製芯金１０１の表面に
オフセット防止層１０２として厚さ３０μｍのＰＦＡチ
ューブを被覆したものである。

【００１３】ヒータ２はハロゲンヒータを用いており、
６００Ｗ（１００Ｖ入力時）の出力を持つ。

【００１４】加圧ローラ３は芯金３０１に厚さ１０ｍｍ
の中実のシリコーンゴム層３０２を設け、外径３０ｍｍ
の弾性ローラとしたものである。この加圧ローラ３の硬
度はアスカー硬度（４．９Ｎ荷重Ａｓｋｅｒ−Ｃ）で４
５度であり、室温時に定着ローラ１との接触により約２
ｍｍのニップを形成するように両ローラの軸間Ｌを定着
装置の側板１３によって位置決めして固定した。

【００１５】この場合両ローラ１，３の加圧力は弾性ロ
ーラである加圧ローラ３の変形の復元力によってのみ得
ており、加圧バネ等の別の付勢手段は用いていない。こ
の状態では両ローラ間にかかっている圧力は１０³Ｐａ
以下で通常使用する状態の１／４〜１／５の圧力であ
り、長時間この状態で放置しておいても永久歪みやコン
プレッションセットは起こらない。

【００１６】図２は両ローラの表面温度の上昇の様子と
両ローラ１，３が形成するニップ幅の変化の様子を示し
たものである。

【００１７】電源投入と同時にヒータ２の点灯によりお
よそ９０秒後に定着ローラ１は室温から所定の温度１９
０℃に達する。この間の所定時間両ローラ１，３を回転
させて定着ローラ１から加圧ローラ３に熱が伝達するよ
うに回転制御し、これによって加圧ローラ３の表面の温
度は１００〜１２０℃まで上昇する。定着ローラ１から
の熱は時間とともに加圧ローラ３の弾性材３０２内部を
温めて加圧ローラ３の直径は膨張する。本実施例によれ
ば約３分後に必要ニップ幅である４ｍｍを確保するに至
った。かかる状態においては、十分な熱量を転写材に供
給することが可能となり、高い定着能力を得ることがで
きる。

【００１８】本発明においては両ローラ１，３の半径ｒ
₁，ｒ₂及び両ローラの軸間距離Ｌ、加圧ローラ３の弾
性層の厚みｔ及び熱線膨張係数α、そして定着動作時の
加圧ローラ表面温度Ｔｓの関係が重要である。

【００１９】弾性材の熱線膨張係数はα（Ｔ）のように
温度Ｔの関数として変化することがあるが、ここでは平
均熱線膨張係数として

【００２０】

【数１】

【００２１】と定義する。この平均熱線膨張係数αを用
いると室温ＴｒからＴｓまでの温度変化の間に加圧ロー
ラ３は

【００２２】

【数２】

【００２３】熱膨張する。

【００２４】幾何学的考察によるとニップ幅ｄは

【００２５】

【数３】

【００２６】で表され、温度上昇とともにニップ幅が増
加する。

【００２７】本実施例の実験ではα＝１３０×１０
^-6（ｍ／Ｋ）のシリコーンゴムを用いたので軸間Ｌを２
９．９ｍｍにすることにより所望のニップ幅変化を得る
ことができることになるが、これは実測値に一致する。

【００２８】室温Ｔｒにおけるニップ幅ｄ_T=Tr（Δｔ＝
０）は小さい方がコンプレッションセット等は少なくな
るがローラの偏心を吸収し、また定着ローラ１から加圧
ローラ３に速やかに熱を伝えるために直接熱伝導をする
のが好ましく、そのためにニップ幅ｄ_T=Tr＞０である必
要がある。本発明の実験結果によれば、硬度５５度以下
の加圧ローラに対しては自らの弾性によって容易にロー
ラの偏心を吸収できてｄ_T=Trを１ｍｍ程度に設定すれば
よいことが明らかになった。また、定着動作時において
はニップ幅は大きい方が定着能力は高まるが、過剰熱供
給を防止するために適正範囲内ｄ_max＞ｄ_T=Ts＞ｄ_min
に変化する必要がある。ここにｄ_min は、定着能力を確
保できる最小ニップ幅、ｄ_max は過剰熱供給を防止する
ニップ幅である。

【００２９】本実施例は上記関係を満たす一例を示した
ものであり、コンプレッションセットがなく定着不良を
発生しない定着装置が実現された。

【００３０】また、本実施例の構成に加えて、温調のシ
ーケンスを本構成に対して適当なものにすることによっ
て、電源投入時の立ち上がり時間が短くなる例があるこ
とをつけ加えておく。例えば、本構成の場合加圧ローラ
３の弾性層３０２全体が温まり膨張するまでに３分以上
必要であったが、電源投入後初期の定着ローラ１の温度
を本来の定着温度より２０℃高く設定することにより、
弾性層３０２が膨張し同じニップ幅を示すまでの時間が
３０秒以上縮まることがわかった。

【００３１】（第２実施例）次にさらなる実施例を図３
を用いて説明する。加圧ローラ３を除く構成は第１の実
施例と同じで図中前出と同符号は同部材を表す。

【００３２】本実施例では加圧ローラ３の弾性材に厚さ
１０ｍｍの発泡シリコーンゴム層３０２を用いて、さら
に表層に３０μｍのＰＦＡ樹脂層３０３をオフセット防
止層として備えたものを用いた。発泡シリコーンゴムは
熱膨張係数が高く、弾性層３０２として用いると前出Δ
ｔを大きく得ることができるため、高速の画像形成装置
等に求められる大きなニップ幅を得なければならない場
合に有効である。

【００３３】本実施例ではプロセス速度（感光ドラムの
接線方向の速度）が１００ｍｍ／ｓｅｃの画像形成装置
に加圧ローラ３の弾性層３０２として熱線膨張係数α＝
１９０×１０^-6（ｍ／Ｋ）の発泡シリコーンゴムを用い
た。

【００３４】弾性層３０２にシリコーンゴム（熱線膨張
係数α＝１３０ｍ／Ｋ）を用いた加圧ローラ３に比較し
て定着温度を５℃低く設定することが可能となり、カー
ルやしわ等の転写材に与える熱的ダメージを少なく抑え
ることができて、省エネルギーの観点からも優れた構成
になる。

【００３５】なお以上の実施例では、加圧ローラの弾性
層はシリコーンゴムで構成したが、その他のゴム層によ
って構成してもよい。

【００３６】（第３実施例）次にさらなる実施例につい
て図４を用いて説明する。図中前出と同符号のものは同
部材を示す。本実施例においては定着ローラ１に厚さ５
ｍｍの弾性層１０３を形成することにより、これが熱膨
張部材として作用する。従って前述の実施例に比較して
ニップ幅の温度による変化が図５に示すように大きく、
定着温度を第１の実施例に比較して３０℃以上低く設定
できることに特徴がある。

【００３７】本実施例における弾性層１０３は、ＨＴＶ
シリコーンゴムやＨＴＶシリコーンゴムにＬＴＶあるい
はＲＴＶシリコーンゴムを積層することにより構成する
ことができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、未定着トナー像を
担持した転写材を加熱加圧して未定着トナー像を転写材
に定着させる定着装置であって、発熱体からの熱を転写
材に伝導させる熱伝導部材と該熱伝導部材とニップを形
成し、転写材を挟持搬送する弾性回転体である加圧ロー
ラとを具備し、該熱伝導部材からみた該加圧ローラの軸
の距離は定着装置の動作及び停止に拘わらず一定であっ
て、該加圧ローラの熱膨張により定着動作時のニップ幅
を確保することによって、非動作時には加圧力を低減し
ニップ幅及び加圧ローラの変形を小さくしてコンプレッ
ションセットの発生を抑え、動作時には加圧力・ニップ
幅とも増加し確実な定着能力を維持する定着装置を実現
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の概略図

【図２】本発明の実施例の動作を示すグラフ

【図３】本発明の他の実施例の概略図

【図４】本発明の更に他の実施例の概略図

【図５】本発明の他の実施例の動作を示すグラフ

【図６】従来例の概略図

【符号の説明】

１…定着ローラ２…ヒータ３…加圧ローラ１０１…定着ロ
ーラ芯金１０２…オフセット防止層３０１…加圧ロ
ーラ芯金３０２…加圧ローラ弾性層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】未定着トナー像を担持した転写材を加熱
加圧して未定着トナー像を転写材に定着させる定着装置
であって、発熱体からの熱を転写材に伝導させる熱伝導部材を有す
る定着ローラと該熱伝導部材とニップを形成し、転写材
を挟持搬送する弾性回転体と芯金からなる加圧ローラと
を具備し、該熱伝導部材からみた該加圧ローラの軸の距
離は定着装置の動作及び停止に拘わらず一定であって、
該加圧ローラの熱膨張により定着動作時のニップ幅を確
保することを特徴とする定着装置。
【請求項２】前記弾性回転体は中実又は発泡シリコー
ンゴム層で構成されていることを特徴とする請求項１記
載の定着装置。
【請求項３】前記定着ローラは芯金、その外周の弾性
層、その外周のオフセット防止層により構成されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。