JPS58134672A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は未定熱画像等の被定着物の定着を行ｔ［う定着
装置に関する。

従来、電子写真法環の画１水形成法によって形成された
未定着画像（以下トナー像と呼ぶ）を紙等の記鍔；材に
定着する定着装置には加熱定着方式か採用されている。

この種の加熱定着には熱ぶを備えた加熱ローラとこれに
圧接する加圧ローラとの間にトナー像を支持した紙を搬
送するものが多用されている。

この加熱定着を行なう画像形成装置けでは１５０度乃至
２００＃の定着０ＡＩＩ：が必要であるため、メインス
イッチをオンしてからのウェイトタイムとしてかなりの
時間、即ち４分根ｉ二が必要であった。このウェイトタ
イムを減少させるために多（の電気的制御手段や加熱源
の出力増加等の技術革新か行なわれているが、かえって
コスト増加、他の諸問題や装置の複雑化を招いてしまっ
ていた。

又加熱ローラ、加圧ローラのローラ構成における間組点
も数多（ある。世」えは加熱ローラにおいては、軸方向
に関して熱分布か不均一になり易く、ローラ端部におい
て熱の散逸か激しくウエイトタ異なる幅の記録材を用い
る点、さらに最大サイズの暢よりもローラ畏を長くして
いる点等のことから端部における昇温を招き易いことか
ある。

さらに加しヒローラを例にとれば、この加熱ローラに対
して加圧するゴム単体ローラの場合、弾性体としての轡
椋、的物理特性が変化し易い。従って加圧ローラの特性
を維持しながら硬ＩＭを余り低（できない。さらにこの
ゴム単体ローラはゴム層を非常に厚（せねば上記問題に
対して弱（なってしまうので１りいゴム層を南している
。この厚いゴム層のために熱容量が非常に太き（なり、
ウェイトタイムの増大を生み、全長における温ｆＦ分布
も不均一になりやすいため定着不良も生じ易かった。

又、ゴム側を多（必要とすることから篩価で耐久性に乏
しかった。

以上の様に加熱ローラ、加圧ローラを有する定なｌＩＪ
［点があり、将にウェイトタイムの増大を引き起こして
いた。

本発明は上記の如き被定Ｎ物の足前に生じてしまう問題
点を解決するためになされたものである。

本発明の目的はウェイトタイムを短縮し、従来よりも優
れた定着性能を有する定着装置を提供することである。

本発明の別の目的は、物理的特性を維持しつつ１回転体
表面における温度の均一化をはかり、耐久性の筒いもの
を提供することである。

以下、本発明について図を参照しなから薄明することに
する。第１図は、本発明の一実施例の側面図の概略であ
る。１Ｆｉ、加熱定着ローラで、内部に加熱手段４を有
する金塊ローラ５の表面に４弗化工チレン樹脂被ネ１層
６を設けたものである。

この金属ローラ５の肉Ｄ￥ｄは、その外径ｒ　（ｍｍ　
）に対して（後述の理由から）−５−≦ｄ≦丁の式に適
合するもの示＊ましいが、本例では外径ｒ（ｍｍ）が２
５ｍｍに対しＴ２．５ｍｍとしである。さらにこの肉厚
ｄは、厚くなればなる程熱芥童が太き（なって好ましく
な（、通常本実施例には強度的な点及び熱伝導的な点を
堝慮して３咽以下であることかさらに好ましい。

２は加熱定着ローラーに圧接するカー圧ローラで、回転
中心軸となる芯金７上に一液性）ｆｆｒＶシリコーンゴ
ムのブライマー７３を塗り、その上にシリコーンスポン
ジからなるスポンジ層８を接層させ、さらに瑣■シリコ
ーンゴムを塗ってなる弾性被積層９（スポンジＩｎ　８
より＃層）を有しているものである。この加圧ローラ２
の表面は、一般に）ｌ；ｒＶ（室温加ｍ型）シリコーン
ゴムを塗った後ローラし としての形状を整える為研摩仕上げたものである。

八 又、加熱定着ローラーのテフロン被栓ＮＩ６には、クリ
ーニングブレード１６等のクリーニング平膜と特開昭５
５−１４４２６８号公報記載の如き、オフセット防止准
塗布十段６（図のように、シリコーンオイル含浸部材１
０と防害部材１２と連続多孔質部材とを壱す）が当接し
ている。

さらに、加圧ローラ２には、加熱定７Ｈローラーに対し
てその圧接状態を可変にする手段例えば、芯金７の軸７
１を１１１転５］口りに支持して、これの位置決めを可
変にするアーム１７が設けられている。

このアーム１７０回動中心となる地点１７１と＠７１と
の間にはアーム１７を破線矢印の如き上下の位置変化を
行なう圧調整手段の一つであるカム手段１８がアーム１
７に接している。これによって、定着時の所定圧が印加
されるが、本図では加熱定着ローラ１と加圧ローラ２の
間に１５区９　／　ｃｍ程度懇の圧力が印加されている
。このカム手段１８の作動は紙Ｐ＠＝の記録拐の接近に
応、じて行なってもコピー開始信号で圧接するようにし
ても良いが通常（非使用時はローラ１．２間は接触又は
離間する。ただしこの圧調整手段を設けることは好まし
いが、必ずしも必要でない。

又、この加熱定着−一２１の周面には、接触型のサーミ
スタ１６が板バネ２４によって弾性で所定圧接力を維持
するように押圧されている。このサーミスタ１３は表面
に定着ローラ１の表面を傷つけないように樹脂テープ様
のものを有し、温度検知素子（不図示）をスポンジ様の
弾性体で保持している。

２６は分離爪で加熱定着ローラ１から紙Ｐを分離する。

２２は加圧ローラ２側の案内板であり、分離爪２６と共
にａｔＰの搬送路を確保している。

１６１　、１６ｇは定着後の紙Ｐを画像形成装置外又は
積載部へ挾持搬送する排紙ローラである。

さて、所定の画像形成手段によって形成された次にベル
ト１５から案内部相１７に紙Ｐは移され１該加熱、　７
ＪＩ］圧ローラ１．２のなす圧接部に導かれる。この圧
接部でトナー像Ｔは紙Ｐに浴融定着され、紙Ｐと共に排
出される。

一方、上記圧接部では、加熱手段４の作動によって即応
し、均一加熱された金属ローラ表面５と上記被積層６と
、加熱定着ローラ１からの伝導熱によって均一加熱され
た弾性波Ｉａ層９とが形成されている。この力ｎ熱定漸
ローラ１イ１は薄い肉厚であ又 るから即座に所定塩出に達している。加圧ローラ△ ２にいたっては、篩温の加熱定着ローラに加温され、さ
らに上記構成によりそのスポンジ層８よりも被積層９の
方が熱伝導性か高くなっているので立上り時のウェイト
タイム（プロセス開始０Ｔ　ｌｉｔ：　Ｋなるまでに要
する時間）が極めてｉ％［に短縮化されている。さらに
、スポンジ層８には、スポンジ成分の他に空気等の気体
が占める体積が多くあるので、このスポンジ層８の熱伝
導性は、被積層９に比べて低くなる。つまり、加熱定着
ローラ１が加圧ローラ２自体全体を所定温度に・保持す
るのに要する加熱量は、従来のものに比べてわずかなも
ので良（、又、他に大量且つ無駄に消費されることかな
いのでその熱効率も大幅に向上せしめた高効率のもので
ある。さらに、ローラ表面のみかけ上の硬度を同一とし
てもスポンジ層８を有する上６ピ実施例は、ゴムソリッ
ド単体のものよりも変形し易（、又、ローラ間の圧接部
を広（とれる。

一方、加熱定着ローラ１において、その肉厚を：、′ 薄（する程、加熱に□・、要する時間は少な（なり、ウ
ェイトタイムを減少する上で好ましい。このような可能
な限り薄いローラを作る場合、ローラ径や相賀のヤング
率等を考慮して機械的強思゛を保つための強ハ■計算は
通常行なわれる。

しかしながら、所定の強開を倚るように肉厚を設定して
も、加熱定着ローラ表面における温度分布が不均一にな
ることがあり、かえって定着性が悪くなることがあるこ
とを見出した。例えば、薄い肉厚であるがためにローラ
の表面全体に対して同様の熱を保持することができない
程局部的な過熱現象が生じたり、ローラ表面上における
熱移動が緩慢になり特に加熱定着ローラ表面の母線方向
の熱移勢性が得られない。又、薄い肉厚であるかために
熱に対して即応性が得られるものの加熱源の熱放出特性
に左右され易（、熱の保温性や強邸性に問題を生じ、十
分な定着を行なうことができない場合がある。

つまり、ウェイトアップタイムを短縮させるような必要
最低限の肉厚は、定庸ローラー母一方回の熱の移動が容
易であるような肉厚とし、その肉厚の芯金が変久変製し
ないだけの全圧力で加圧ローラーを当接させることが最
も有効である□。

しかしながらウェイトアップタイムをさらに短縮させよ
うとするとき機械的な＠度外優先し熱的な視点からの定
着ローラ肉厚あるいは材質が選択できない場合もありこ
のような場合当接するローラーの接触圧、さらには加圧
ローラーの構造にも深い関係があることを見出した。

それは、薄肉定宥ローラーであるために、母線方向の熱
の＃ｂか行なわれな（なる欠点を対向圧接するローラー
の構造により、袖偵した本実施例の如き定着構成（すな
わち、前述の如き空気を含んだ多孔雀陥と異面平滑１＠
を有する加圧ローラを当接させること）をとることによ
り解決することである。

これにより、定着−ローラ表曲よりの熱は空気中への放
熱及び定期ローラ支持部材への熱の逃げを除いてはその
大部分が加圧ローラへ伝達してい（ことになる。

このとき内１ｂｌ＋が熱を伝えに（い多孔質層であるた
め表向だけに熱が早≧伝わり、定着ローラ母線方向の熱
伝達を助けるばかりか、加圧ローラへの熱の伝達が従来
のソリッドゴムのローラよりも著しく悪くなるため、ウ
ェイトアップタイムを早め、かつ定崩動作時の立ち下り
境象もはとんどｌ「いローラセ’ｃＤ又を伯ることが司
」トとなった。

従って単１＼ｆ時１ｊＪ当りにトナーによる熱−が１川
−でも）艮）ｈ向加熱接期することができるので熱全０
−２ トナー像（又は紙Ｐ）に与えることかできる。

次に、峨Ｐか上記圧Ｗ　ｉｓへ進入するとそれが支持す
るトナー像は、均一化された上下からの熱によって紙Ｐ
へ永久定着される。この際支持材の一例である紙Ｐには
定着の際にみられかちなしわが、しわに対する処置とし
て一般にしられているようｔ「、逆クラウン形状等に加
工する処１ｈかとられていないＫもかかわらす発生して
いなかった。

尚、本図１において２５は定着ユニッ）　（ＭｉＪ記構
成を第１図で薄明したもの、第１図参照）を一体重に保
持する支持上ワクで、２６は同様の支持下ワクである。

２７は画像形成装置Ｖ内の案内部材で１定別ユニツトの
支持下ワク２６を看脱可ｈヒに支持している。２８は自
負・形成装置内の固定ワクで、上 サーミスタ１３を包囲する支持ワクと曲隙を有し八 て離間している。

１を 第２図は本発明の他の一実施例の飲明図で、第３図は第
２図の要部説明図である。本芙施世１の特徴は第１図の
例の構成に加え紙Ｐ等の非】ＩＶｌ過域の昇温防止をよ
り＾度に行なうことのできる構成を１ 設けたことにある。以下第２．６図の両図を用いて紛明
する。

図において、定着口、う１１は円筒からなっている。

このローラ１１は、薄肉のアルミニウムのパイプ５１の
表面に、オフセット防止層として４弗化工チレン樹脂層
６１を２５〜６０μコーテイングしたものである。定着
ローラ１１の端部には、切り込み部３３が設けられ、駆
動ギア（後述する）との嵌合溝となっている。なお、図
中ＡＦｉＢ５サイズのシートか通過する領域、ＢけＡ４
サイズのシートが通過する領域で、その両端部がシート
非通過域Ｃとなる。

３１ａ・３１ｂはころがり軸受で、定着ローラ１１を回
転自在に支持する。なおこの＠受３１ａ・３１ｂは、定
着器の支持枠（不図示）に取付けられている。また３０
は駆動ギアで、切り込みＡ３３で定着ローラ１１に嵌合
して固設されており、像写機本体１１１１１の駆ＷＩＪ
源３３からの駆動を本体佃のギア２９を介して伝達され
、定着ローラ１１を回転する。

さらに４１は、’１ｌｌＫ極を兼ねた支持部材４ａ　、
４ｂにより保持された加熱源としてのハロゲンヒータテ
、定着ローラ１１の表面に接触する温度検知索子１３１
と制御回路（不図示）によって、定着ローラ１１の表面
を所定温度に保つ様オン・オフ制御される。

なお、駆動ギア６０を切り込み部６６と嵌合してネジ等
によって定着ローラ１１の周囲に固設しでいるので、定
着ローラ１１の軸受け３１ａ、３１ｂに対する「ズレ」
等をも防止している。

２１Ｆｉ加圧ローラーで、定着ローラ１１と加圧対峙さ
れており、ステンレス製の芯金７の周囲に耐熱性の多孔
質弾性層８１を股げ、さらにその表向を非常に薄肉のシ
リコーンゴムの弾性体＋１１９１で複機されている。こ
の芯金１６はやはりころがり軸１受１７ａ・１７．ｂに
より回転自在に支持されている。

本実施例においても、前述したような効果が得られ、定
着ローラ１１の表ｉｆ１ｍ＆の均一化を加圧ローラ２１
の弾性体／１ｉ１９１の前記作用でより助長し、各ロー
ラの特徴であるウェイトタイムの短縮化をさらに相開的
に向上できる。

本実施例では、定着ローラ１１及びパイプ５１ｔ：ｉ、
その両４；　ＭＩＳが開放されている。そこで本実施例
では、部分な熱は外部へも効率よく逃がすために、ロー
ラ周面のシート非通過域Ｃの昇流を効果的にし１ぐこと
ができる。しかも、力１熱時ローラ支」・ｈ都へ奪わ第
１る熱板が〜、・少するので、各ローラ１１・９１周聞
を：１１！やかに１９（定均一温度に達することができ
る。また本＄施１（□ｌ＋では、パイプ５１ｉｄシート
の通過域（ＡあるいはＢ）及びパイプ５１を支持するＩ
ｍ受のを付けられているｌｌｌ１ｌＩ受賛ＩＳともに同
−母最硬上にある。そこで、従米定％ｆローラ（％に第
２図に示す例）をバルジ加圧あるいは冷管節）□造なと
の方法で製造する際に生ずる０１　＊ｌ：性のあるロー
ラ肉ｙ―の偏肉等が生ずる恐れがな（なり、これによっ
ても口・−ラ周１ｍは熱分布か均一になり、均一温度に
昇温されることになる。

従って本央細汐１１では、パイプ５１の肉１撃がシート
の通過域（Ａあるいは＃３）及４バイフ”５１を支持す
る軸受の増刊けられている軸受都とも、即ちパイプ５１
の全域にわたって均一薄肉に形成することかでき、熱分
布の不均一性を減少させ、ローラ周面を均−漉１＆にす
ることができる。さらには、製造工程が短縮できる効果
もある。

次にさらに本発明を澗用した具体例について説明し、本
発明について詳述する。

〈具体例〉 加熱ローラとして全長２３０　（ｍｍ　）−外径２５（
ｎｕｎ）・肉厚１．６［＋ｎｎ＋）のアルミニウム製回
転体に、２５μｍの四弗化エチレン層をコーティングし
、１．２ＫＷのハロゲンヒータを内蔵したものを使用し
、加圧ローラとして外径２４ｍｍでその内層として６ｍ
ｍ　岸のシリコーンスポンジ層とこの層上に０．７ｍｍ
厚のゴム六面層を有するものを使用した。又温度は加熱
ローラ表１「１を１８０℃に通常設定し、ヒータはメイ
ンスイッチのオンさ共に作動するようＫした０　　　　
　　　１．’、１ 、−：。

本具体例においＩ：ｌｌｌては、通常圧接した状態でも
ウ−ｃ　（）　ｐ　イｈ　、、、’１１１１１１４ｆ、
　Ｊ：　！；ｌ　＊＋＠Ｋ。１５〜２０！Ｊ）程度）短
縮され、（１）この加熱ローラにシリコンゴム単体ロー
ラを加圧したものや、（２）この加圧ローラに通常の加
熱ローラを圧接したものに比較して、ウェイトタイム時
間をさらに減少できた。さらに（１）　、　（２）のも
のよりもはるかに均一温度分布が得ら別 れ、格電な定着性と高品位の画像が得られた。

上記２つの実施例において、加圧ローラの構成は加熱ロ
ーラに対して温度分布の均一化とウェイトタイムの短縮
化の曲で多大なる効果を萎している。

これは、ローラーの熱伝導かスポンジノーで砿〃！に慾
くなるため、ウェイトアッフ”ｉ０便のローラー表１Ｉ
ＩＩ温ルの低下が少なく、従来、どうしても解決できな
かったウェイトアップ時の定脂性低下を防止することが
できた。

即ち、表面層における熱伝導率が、スポンジ層のように
ローラ内部層における熱伝導率よりも大きいことＩｃよ
って熱効率を向上させ、熱をカ１１熱ローラ衣而の温膓
−の均一化に作用せしめること力でできる。

さらにスポンジ層のように、ローラ内部Ｊｆｌｌｌの弾
性率か六闇層のものよりも大きいため、加熱ローラ衣Ｍ
１に対して大きな圧＃都を安定した状態で形成すること
かできる。依って、加熱ローラの熱伝導に即応できると
具に加熱ローラ表■温度を確実に保証できるといったよ
り好ましい効果も実施例中の例では奏せられている。

さらに、上記の如（ローラーを製造するため、ゴム使用
前が約１／２９下となり省費源、コスト・ダウンに實献
することができた。

又、加圧ローラーＬ足清ローラーの当接圧を少なくして
、大きく均一な圧接都をとれるため、駆動のためのトル
クも少な（でき、さらには、ゴムだ。

シリコーンスポンジ単層でローラーを形成して定着に用
いた時、その気削のために定宥の良好なＹ１゛・分と定
着のよ（ない部分かつ（られることかあるので好ましく
なく、表向平滑性を弔していることが好ましいきわかっ
た。つまり、カロ圧ローラにおける表面層には表向平滑
性を崩している刀がより畠ｊｖな定Ｍ’ｅ得られて好ま
しい。

また、別の結、点から衣Ｉ粕績の厚みについて、０．６
Ｔｌ１ｍから５　＋ｎｎ＋　Ｉ〒までのシリコーン表１
ｆＪ１層の厚さ実験を＠肘した。この粕果厚すぎると、
弾性、復元性に燦むスポンジ層の効果かあまり有効に；
４’１．ｌ用できなくなり、またへすぎると強度的、そ
してｌＩＬ造上コスト高となり、ｆた安定性にかけるた
め、０．０１ｍｍ乃至２　ｍｍの厚さが好寸しく、より
好ましく・範囲は０．５ｍｍ乃至２　＋ｎｍの厚さか適
当で））す、さらに好ましくは肌７〜１　ｍｍが増補で
あることがわかった（たたし、ローラー径か２５のに対
して）。

これを粘合的に他の結末（不ロ己）をも踏まえると、シ
リコンスポンジ層のような弾性下層の（早さの−以下の
厚みであることか衣四〇熱良伝導性の層には好ましいこ
とがわかった。

又、上記加圧ローラの他の実施？１」としては、シリコ
ンスポンジ層ヶ形成する：・為にはスポンジのチューブ
をかふせる方法だけ２”ｔｘ　＜　、一般的な芯金のま
わりにゴムをつけ発けうさせ、その波力Ｕｔ＋、させる
方法であってもよい。

又、安１曲につくる方法としては、金型でスポンジ層を
つ（るとき、外イμｍ１を発砲させず表（「１層を同時
に形成してもよいしシリコーンゴムのチューブをかぶせ
た後それを金型に入れ、インジェクション方式によりＮ
ＶｆＬ（低編加値型）シリコーンゴムをスポンジ層と金
型の間に流し込んでもよい。

この場合、金型の離型面のｆｌ！！腋により仕上げ研磨
の心壁もなく大箪生産向きである。

加圧ローラとしては基体上にシリコーンスポンジ層や弗
素ゴムからなる多孔質噛の様な熱伝導性が比較的悪く弾
性り元方に豊むものからなる弾性層、そして溝層のシリ
コーンゴムなどの熱伝導性ｌｔＩ＃１層をその表面に設
け、柳数層構造である回転体であれば良い。これに依っ
て低接触圧で均一な一定のニップ巾（圧接力）を形成す
ることができる０ 尚、上記加熱定理ローラーＪＰ定着ローラーｌの衣し 面に設けられる′齢ｆｆ４１離型性物質は設けな（でも
良いが、オフセット防止のためには設けた方が好ましい
。この材料としては、４弗化エチレン、Ｆ’ＥＰ慟脂、
１）Ｆ’Ａ樹脂等の弗素樹脂或いはシリコーン系の樹脂
やゴム材等か適している。

上記第１図、第２図の説明では釈明しなかったが定着ロ
ーラと加圧ローラとの圧接力は加圧ローラの変形箪か大
きいため、その圧接都における熱効率か極めて好ましい
ため小さいものでよ（・が、耐久性を向上させる目的で
、未定着画像のような被定着物を定着する際又は紙のよ
うなＮｔｊ録材を通過搬送する際定着、加圧ローラ間に
かかる全圧力が２０に９以下であることか好ましい。こ
のことは紙シワを防止するためにも効果的な横”成とな
っている。

以上の如（、上記定着装置の如＜、＊内回転体と耐熱性
回転体であって内層にスポンジの如き多孔性の弾性ノー
とその表向に薄肉のシリコンゴムの如き耐熱性回転体を
有している加熱定着装置を用いることによって両回転体
の相剰的作用によって極めてウェイトタイムの蝮かい理
想的な装置を得ることができ、定理作用時被定着物に対
して均一な加熱定着ができる。

本発明は以上の如く薄肉の回転体を有することで、立上
り時のウェイトタイムを大幅に減少せしめることができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の詩明図、第２図は本発明の
他の一実施例の説明図、第６図は第２図の要部綾町図で
ある。 １は加熱定着ローラー、２ｔ２１は加圧ローラー、４は
加熱手段、７は芯金、８はスポンジ層、９は弾性被覆層
、１１け定着ローラ、８１は多孔質弾性１駅９１は弾性
体層、４１はハロゲンヒータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被定着物の定着に関与する第１．第２の１６１転
   体を有する定着装置において、 上記第１の回転体は薄肉回転体であり、上記第２の回転
   体は耐熱性多孔質の第１層とこの外側に耐熱性の第２層
   を有しており、少なくとも第１回転体を加熱する手段を
   有していることを特徴とする定着装置。
2. （２）上記第１回転体は薄肉熱伝導性回転体の表面に離
   型性物情を被覆していることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の定着装置。
3. （３）上記第２回転体は第１層よりも第２層の方か熱伝
   導性に優れていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項、第２項いずれかに記載の定着装置。