JP3072781B2

JP3072781B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP3072781B2
Application number: JP03036178A
Authority: JP
Inventors: 耕一谷川; 竹内　　昭彦; 裕志笹目; 康正大塚; 秀幸矢野; 秀夫七▲瀧▼; 貴康弓納持; 和朗小野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-03-01
Filing date: 1991-03-01
Publication date: 2000-08-07
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JPH04274473A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は未定着トナー像を定着す
る定着装置及び定着装置を有し、両面モードを有する画
像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の定着装置の縦断面図を図２に示
す。

【０００３】定着ローラ１は中空の円筒シリンダーで、
内部にヒータ３を有しており、定着ローラ１の表面に接
触して温度を検知するセンサー４の出力を図示せぬコン
トローラにフィードバックして、ヒータ３のオン・オフ
を行ない、常に所定の表面温度を得るようにしてある。
加圧ローラ２は、弾性体より成り、図示せぬ付勢手段に
より定着ローラ１に押圧されて、定着ニップ部Ｎを形成
する。未定着粉体像を載せた紙葉体（不図示）は、入口
上ガイド５及び入口下ガイド６の形成する入口空間を経
て、定着ニップ部Ｎに未定着像が定着ローラ１に接する
ように挿入されて粉体が紙葉体に加熱・加圧作用で定着
される。紙葉体は、定着ローラ１に接触している剥離爪
７により、定着ローラ１より剥離され、出口下ガイド８
を経て定着排紙ローラ９により、排出される。

【０００４】図２には、図３のＡ−Ａ′の一点鎖線に沿
った定着ローラ１及び加圧ローラ２の横断面図を示す。
定着ローラ１は、鉄やアルミニウムなどの金属より成る
パイプ１１上に、ＰＦＡ・ＰＴＦＥ等の離型層１２を形
成したローラより成っており、加圧ローラ２は芯金２１
上にシリコンゴム等の耐熱性のある高離型性を有する弾
性体２２を形成したローラより成っている。従来よく行
なわれている方法として、定着ローラ１の外径寸法を中
央部Ｄ₁と端部Ｄ₂で異ならせ、中央部よりも端部の方を
大きく（Ｄ₁＜Ｄ₂）して、逆クラウン形状とすることが
ある。これは定着ニップ部Ｎ内において、紙葉体を中央
部から端部へと引張る力を付与し、紙葉体の進行方向と
は直角方向にシゴキを与えて、シワの発生を防ぐことを
目的としたものである。図８には、逆クラウン形状の定
着ローラ１を用いた場合のニップ部Ｎ内での紙葉体たる
転写用紙１７に働く力を示した横断面図である。つま
り、中央部においては、転写用紙１７を下方向に押さえ
る力ｆ₁が働くのみであるが、中央部と端部の間の領域
では、定着ローラ１の表面に傾斜が与えられているため
に、押圧力ｆ₂の分力として表面に沿って転写用紙１７
を端部側に押す力ｆ₂₂が発生し、これが中央部を境にし
て左右対称に生じるため、転写用紙１７は、中央部を固
定して左右に引張られつつ、すなわちシゴキ力を受けて
定着ニップ部Ｎを通過するのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】静電的なオフセット
を防止するために、定着ローラにトナーと同極性のバイ
アス電圧を印加することが考えられる。

【０００６】しかし、このように定着ローラにトナーと
同極性の電圧を印加した場合、転写材裏面に与えられト
ナーを支持するためのトナーと逆極性の電荷と定着ロー
ラとが静電的に吸引し、定着ローラに転写材が静電的に
吸着する。

【０００７】このため定着ローラの逆クラウン形状によ
る転写材のシゴキが阻害されてシワが発生する。

【０００８】また、両面プリントを行なう場合、加圧ロ
ーラと転写材間のトナーによりシゴキを阻害する力が生
じしわが発生し易い。

【０００９】このシゴキの阻害に打ち勝つように定着ロ
ーラの逆クラウン量を非常に大きくすることも考えられ
るが、定着後の転写材のカールが大きくなり、自動両面
プリントを行なう画像形成装置においては、２面目の画
像形成時において、転写材の搬送径路上でカールにより
転写材が付近の物体（例えば、定着入口上ガイド５）に
引掛ってジャムが発生するという弊害があった。又１面
目の定着時においても、逆クラウン量が非常に大きいと
転写材の後端部分がハネ上げられて、定着入口上ガイド
５に接触し、未定着トナー像が乱されるという問題があ
った。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】上記問題点を解決する
本発明は、定着回転体と、この定着回転体と圧接し定着
回転体より硬度の低い加圧回転体と、を有する定着装置
において、上記定着回転体、加圧回転体は共に中央部か
ら端部側に向けて周長が増加する逆クラウン形状で、加
圧回転体の逆クラウン量は定着回転体の逆クラウン量よ
りも大きいことを特徴とするものである。

【００１１】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。

【００１２】図１は本発明の実施例の自動両面モードを
有する両面画像形成装置の主要部の断面図である。

【００１３】感光ドラム１０は矢印方向に駆動され、１
次帯電ローラ１１により、その表面は一様に帯電され
る。形成すべき画像情報に応じた露光１２が行なわれ
て、静電潜像が形成された後、現像器１３により粉体ト
ナー１４が付与されて、顕像が出来る。紙葉体たる転写
用紙１７を収容したカセット１５からは、給紙ローラ１
６により、転写用紙１７が１枚ずつ取り出され、レジス
タローラ１８により感光ドラム上のトナー顕像の移動と
同期させて転写ガイド１９を経て転写部に挿通される。
転写帯電器２０は転写用紙１７の背面にトナー１４とは
逆極性の電荷を付与して、トナー顕像は転写用紙１７上
へと転写される。除電針２１は転写用紙１７の背面の余
剰電荷を除去し、転写用紙１７は感光ドラム１０から剥
離され、搬送ガイド２３により定着装置へと導かれる。
感光ドラム１０上の残留トナーはクリーナー２２により
払拭され、感光ドラム１０の表面は清浄化されて、次の
画像形成に供される。

【００１４】定着装置へと送られた転写用紙１７は、前
述したとおり定着ニップ部Ｎを経て、トナー顕像を永久
定着され、廃止ローラ９により定着装置より排出され
る。ここで、フラッパ２４の位置に応じて、片面プリン
ト（破線位置）の場合は転写用紙１７は最終プリントと
して画像形成装置外へと排出される。一方、両面プリン
ト（実線位置）の場合は、転写用紙１７は搬送路２５を
不図示の搬送ローラ群により送られ、フラッパ２６（破
線位置）を経て、中間トレイ２７上に一旦停止する。２
面目の画像形成工程が進行して、然るべきタイミングに
なると、反転ローラ２８が中間トレイ２７上の転写用紙
１７を給紙し、フラッパ２６（実線位置）により、転写
用紙１７は搬送ガイド２９に向かい、再給紙ローラ３０
に駆動されて搬送ガイド３１を通ってレジスタローラ１
８に至る。その後は、前述したのと同じ手順で転写、定
着が行なわれ最終的な両面プリントとしての転写用紙１
７はフラッパ２４（点線位置）により、画像形成装置置
外に排出される。

【００１５】図１は本実施例の定着ローラ３１と加圧ロ
ーラ３２の横断面図である。

【００１６】定着ローラ３１は芯金３１Ａ上にフッ素樹
脂からなる離型層３１Ｂが被覆された剛体ローラで、中
央部から端部に向けて周長が増加する逆クラウン形状で
ある。

【００１７】加圧ローラ３２は芯金３２Ａ及びシリコン
ゴムからなる弾性体３２Ｂより成り、定着ローラより硬
度が低い。

【００１８】この加圧ローラの外径は中央部Ｄ₁よりも
端部Ｄ₂の外が大きい。（△Ｄ＝Ｄ₂−Ｄ₁＞０）このよ
うに構成することで、薄手紙を用いて両面にベタ黒やハ
ーフトンの全面画像をプリントした場合でもシワは発生
しないようにすることが出来る。加圧ローラ３２の逆ク
ラウン量△Ｄについては、定着ローラ１の逆クラウン量
△Ｄ、加圧ローラ２′の硬度、加圧ローラ２′の表面粗
度又、プロセススピードや定着温度等の要因によりその
最適値が異なるものであるから、画像形成装置の具体条
件に応じて、設定するのが良い。本実施例の場合は、芯
金３２Ａ上に公知の方法によりストレート状の円筒弾性
体を形成した後に、研摩して逆クラウン量△Ｄを作る。
尚、成形時のゴム型形状を予め逆クラウン対応の形状と
しておき、逆クラウン量△Ｄを作っても良い。

【００１９】また加圧ローラ３２は硬度の低い弾性ロー
ラでニップで弾性変形するため定着ローラ３１と同じ逆
クラウン量では、しわ防止効果は小さい。

【００２０】このため加圧ローラの逆クラウン量は定着
ローラの逆クラウン量より大きくすることが好ましい。

【００２１】（実験例１）感光ドラム１０としてアルミ
シリンダ上に有機光半導体（ＯＰＣ）を形成した３０ｍ
ｍφのものを用い、周速５０ｍｍ／ｓｅｃにて駆動し、
１次ローラ１１により暗部電位−７００Ｖに一様に帯電
させた。露光１２として波長７７８ｎｍのレーザ光走査
による光パターンを露光量２．０μＪ／ｃｍ²の割合で
与え、明部電位−１００Ｖの静電潜像を形成した。現像
器１３には、体積平均粒径６．５μｍ荷電量−１０μＣ
／ｇｒの一成分現像剤（スチレン・ブタジエン共重合体
をバインダとし、マグネタイトを内包するもの）を蓄
え、現像スリーブ上に約１００μの薄層現像剤コーティ
ングを行なって、感光ドラム１への最近接部にて非接触
状態で反転現像を行ない、露光された感光ドラム１０の
表面箇所に現像剤（トナー）を付与した。転写用紙１７
として坪量が６４ｇｒ／ｍ²、８０ｇｒ／ｍ²、１０５ｇ
ｒ／ｍ²、１３５ｇｒ／ｍ²の４種類の用紙を用いて、コ
ロナ帯電器２０により転写した。このコロナ帯電器は、
直径６０μｍのタングステン線に＋６ＫＶを印加して、
転写用紙１７の背面にプラス電荷を付与するものであ
る。除電針２１は、鋸歯状の先端を有するステンレス製
薄板を樹脂ホルダーで狭持したもので、ステンレス板を
接地することで、転写用紙１７の背面の余剰電荷を中和
するように作用する。

【００２２】定着ローラ３１は長さ２６０ｍｍ・内径２
１．０ｍｍののアルミニウム製のパイプ１１を中央部よ
りも端部の方が大きくなるように表面を切削した上で、
３０μの厚さのＰＦＡチューブ１２を被覆して焼成した
もので、外径寸法は中央部Ｄ₁＝２４．９２ｍｍ端部Ｄ₂
＝２５．００ｍｍ（ここに言う端部とはパイプ１１の両
端より２０ｍｍの位置である。）として、逆クラウン量
△Ｄ＝８０μｍとした。加圧ローラ３２はステンレス製
で直径８ｍｍ・長さ２６０ｍｍの芯金３２Ａの上にシリ
コンゴムを長さ２４０ｍｍに成形して、研摩した結果外
径が中央部でＤ₁＝１９．９０ｍｍ端部（定着ローラＤ₂
と同一の位置である両端より１０ｍｍの位置）でＤ₂＝
２０．００ｍｍとなるようにし、逆クラウン量△Ｄ＝１
００μｍとなし硬度（アスカーＣ）５０°とした。この
とき、定着ローラ３１の表面粗度はＲｍａｘ３μｍ、加
圧ローラ３２の表面粗度はＲｍａｘ６μｍであった。

【００２３】尚、ＲｍａｘはＪＩＳＢ０６０１に基づき
０．８ｍｍの測定長で測定し最大表面粗さである。

【００２４】加圧ローラ３２を不図示のバネにより芯金
３２Ａの両端にて定着ローラ３１方向に押圧して、中央
部で３．０ｍｍ端部３．５ｍｍの定着ニツプを形成し
た。

【００２５】ヒータ３は６００Ｗのものを用いて、定着
ローラ１の表面温度が１８０℃に保たれるようにしセン
サー４の出力を温調回路（不図示）にフィードバックし
た。定着ローラ３１を、周速４９．７５ｍｍ／ｓｅｃ
（感光ドラム１０の周速の９９．５％）にて駆動し、６
４，８０，１０５，１３５ｇｒ／ｍ²の４種類の転写用
紙を用いてベタ黒（ドット比１０％）、ハーフトン（ド
ット比３３％）、文字（ドット比４％）の各パターンを
自動両面プリントした処、片面、面面ともいずれもシワ
の発生はなかった。

【００２６】尚、加圧ローラ３２の逆クラウン量△Ｄを
異ならせた場合、２０μｍを下回った場合には、シワ防
止効果が減少し、６４ｇｒ／ｍ²紙のベタ黒両面プリン
トのシワが発生した。又、逆クラウン量△Ｄ′が３００
μｍを上回ると、転写用紙１７のカールが大きくなり両
面プリント時に定着入口上ガイド５に衝突し、ジャムを
生じたり、画像を乱す弊害を見た。従って、本実施例で
は、加圧ローラ２′の逆クラウン量△Ｄ′は２０〜３０
０μｍ、好ましくは４０〜２５０μｍとすれば良いこと
が判った。

【００２７】（比較例１）図１装置で外径が２０．００
ｍｍのストレート形状の加圧ローラを用いた他は同じ構
成とした場合は、次の表１に示すようにしわが発生し
た。

【００２８】

【表１】

【００２９】（実施例２）図５は、本発明の第２実施例
の加圧ローラ４２を示す。第１実施例と異なる点は弾性
体が２層構成体である点で、芯金４２Ａの上にまず発泡
スポンジ層４２Ｂを形成した上で、中央部と端部で厚さ
の異なるシリコンゴム層４２Ｃを形成したものであり、
第１実施例に比べて全体としての硬度がより低く出来る
ので、封筒のような２重・３重の折り返しを持った紙葉
体をシワの発生なしに定着するのに適している。

【００３０】（実験例２）加圧ローラ４２として、芯金
４２Ａは第１実験例と同じものを用いて、発泡スポンジ
層４２Ｂを５ｍｍ厚さのストレート形状で芯金４２Ａ上
に形成した後に、逆クラウン形状が成形できる型に入れ
て、液状シリコンゴムを射出成形し、シリコンゴム層４
２Ｃを中央部よりも端部が厚くなるように形成した。そ
の結果、加圧ローラ４２の外径は中央部でＤ₁＝１９．
９０ｍｍ、端部でＤ₂＝２０．００ｍｍとなり、逆クラ
ウン量△Ｄ＝１００μｍを実現し、硬度（アスカーＣ）
４０°とした。つまり、本実施例では、シリコンゴム層
４２Ｃが、中央部よりも端部において５０μｍより厚く
なっている。

【００３１】この加圧ローラ４２を、定着ローラ３１に
バネ（不図示）で押圧して、定着ニップＮの幅を中央部
３．５ｍｍ、端部４．０ｍｍとした。

【００３２】他の条件は第１実施例と同じにして、４種
類の転写用紙を用いて３種類の印字パターンでシワの発
生をテストしたが、片面・両面ともにシワは全く発生し
なかった。

【００３３】更に封筒（ＵＳＡ規格のＣＯＭ１０のサイ
ズ）を用いて印字したところ、第１実施例の定着装置で
はシワが発生したけれども、本実施例においてはシワの
発生はなかった。

【００３４】第６図及び第７図は本発明の第３実施例を
示す。前出と同符号は同部材を示す。３２は電源であ
り、定着ローラ３１のパイプ１１部にトナー１４と同極
性のバイアス電圧を付与し、トナー１４がニップ部Ｎ内
で定着ローラ１の表面に付着（オフセット）するのを防
いでいる。加圧ローラ５２は、芯金５２Ａ上にストレー
ト形状のスポンジ層５２Ｂを形成したものを内壁が逆ク
ラウン形状の円筒型に入れて、内壁面に高離型性材料よ
り成るチューブ５２Ｄを配して、このチューブ５２Ｄと
スポンジ層５２Ｂの間に導電性液状シリコンゴムを射出
して成型し、導電ゴム層５２Ｃを設けたものである。定
着ニップ部Ｎ内では、定着ローラ１のパイプ１１を一方
の電極とし、加圧ローラ５２の導電ゴム層５２Ｃを他方
の電極として、トナー１４を静電的に定着ローラ３１表
面から反撥する電界が形成されるので、オフセットは効
果的に防止される。ダイオード３３は本構成の加圧ロー
ラ５２の芯金５２Ａを介して、導電ゴム層５２Ｃと接続
しており、転写用紙１７が転写時に受けた必要な量のト
ナー１４とは逆極性の背面電荷が、リークするのを防い
でおり、静電オフセットを防ぐ補助的な役割を負ってい
る。

【００３５】このように、定着ローラ３１にバイアス電
圧を印加した場合には、転写用紙１７自体は定着ローラ
３１に静電的に吸着されるため、定着ローラ３１の逆ク
ラウン形状によるシゴキ作用が減殺されて、特に、両面
プリント時にドット比率の高いパターンを印字する場合
にシワが発生し易くなる。そこで、本実施例では、加圧
ローラ５２にも逆クラウン形状を付与して、シワの発生
を防いだものである。

【００３６】（実験例３）画像形成装置の概要は図１に
示されたものと略同じ構成の自動両面プリント装置を用
いたが、主要な構成要素として感光ドラム１０の周速度
が異なり、本実験例では１００ｍｍ／ｓｅｃとした。
又、転写帯電器２０に代えて、オゾン発生が少なく、転
写用紙１７を転写時に安定的に支持できる利点を有する
転写ローラ（不図示）を用いた。感光ドラム１０の周囲
のプロセス構成は、この他は実験例１と同じとした。

【００３７】定着ローラ３１は、長さ２６０ｍｍ・内径
２４．０ｍｍのアルミニウム製パイプ１１を中央部より
も端部の方が大きくなるように表面を切削した上で、５
０μの厚さの比抵抗１０¹⁴Ω・ｃｍのＰＦＡチューブ１
２を被覆して焼成したもので、外径は中央部Ｄ₁＝２
９．９０ｍｍ端部Ｄ₂＝３０．００ｍｍとし、逆クラウ
ン量△Ｄ＝１００μｍとした。

【００３８】加圧ローラ５２は鉄製で直径１６ｍｍφの
芯金５２Ａ上に発泡スポンジ層５２Ｂを厚さ５．５ｍｍ
・長さ２３６ｍｍに成形した後、内壁が逆クラウン形状
の円筒型にいれて、内壁面には厚さ５０μｍのカーボン
入りＰＦＡチューブ５２Ｄを配して、このＰＦＡチュー
ブ５２Ｄとスポンジ層５２Ｂの間に比抵抗１０³Ω・ｃ
ｍ導電性液状シリコンゴム５２Ｃを射出成型し、該シリ
コンゴム層５２Ｃはスポンジ層５２Ｂの端面を覆って芯
金５２Ａに接するようにした。こうして得られた加圧ロ
ーラ５２の外径寸法は中央部Ｄ₁＝２９．８５ｍｍ、端
部Ｄ₂＝３０．００ｍｍ、逆クラウン量△Ｄ＝１５０μ
ｍであり、加圧ローラ５２の弾性体部分の長さは、２４
０ｍｍであつた。この加圧ローラ５２の硬度（アスカー
Ｃ）は３８°であった。このとき定着ローラ１の表面粗
度はＲｍａｘ３μｍ、加圧ローラ２′′′の表面粗度は
Ｒｍａｘ３μｍであった。

【００３９】ここで加圧ローラ５２のＰＦＡチューブ５
２Ｄの役割について説明すれば、転写ローラ（不図示）
を用いた場合、転写用紙１７の背面に微小なトナー汚れ
を生じるために、長時間の使用により加圧ローラ５２の
表面にトナー汚れが蓄積して、表面の離型性が損われ、
特に両面プリントを行なう場合に、加圧ローラ５２に接
した１面目の定着済の画像が剥ぎとられて画像欠けが生
じたり、極端な場合には加圧ローラ５２に転写用紙１７
が巻きついてしまうことがあり、こうした加圧ローラ５
２の表面へのトナー汚れを防ぐ為にＰＦＡチューブ５２
Ｄの高離型性が活用される。更に、ＰＦＡ中にカーボン
を分散させることで、転写用紙１７との摩擦帯電の発生
を極小に押さえて、トナー１４の定着ローラ１へのオフ
セットを防ぐものである。

【００４０】加圧ローラ５２を不図示のバネにより、芯
金５２Ａの両端にて定着ローラ１方向に押圧して、中央
部で４．５ｍｍ、端部で５．０ｍｍの定着ニップを形成
した。ヒータ３は７５０Ｗのものを用いて、定着ローラ
３１の表面温度が１９０℃に保たれるように、センサ４
の出力を温調回路（不図示）にフィードバックした。

【００４１】定着ローラ１には−６００Ｖのバイアス電
圧が、回転と同時に印加されるようにして、定着ローラ
１を周速９９．５０ｍｍ／ｓｅｃ（感光ドラム１０の周
速の９９．５％）にて駆動し、実験例１と同様に各種転
写用紙１７上に各種パターンをプリントした処、いずれ
もシワの発生はなかった。

【００４２】尚、本実施例での逆クラウン量は３０〜２
５０μｍ、好ましくは５０〜２００μｍである。

【００４３】（比較例２）本実験例に比べて、外径がＤ
₁＝Ｄ₂＝３０．００ｍｍのストレート形状の加圧ローラ
を用いる点だけが異なるものとした場合には、以下の表
２に示す如く、シワが発生した。

【００４４】

【表２】

【００４５】尚、本実施例はローラで説明したがエンド
レスベルト等の回転体も用いることができる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、定着
回転体にトナーと同極性のバイアスを印加したり、両面
画像を形成しても支持材にしわを発生することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の両面画像形成装置の主要部の
断面図である。

【図２】従来の定着装置の一例の縦断面図である。

【図３】図２に示した装置の定着ローラ１と加圧ローラ
２の横断面図である。

【図４】本発明の第１実施例の定着ローラと加圧ローラ
の横断面図である。

【図５】本発明の第２実施例の加圧ローラの横断面図で
ある。

【図６】本発明の第３実施例の定着装置の縦断面図であ
る。

【図７】本発明の第３実施例の加圧ローラの横断面図で
ある。

【図８】定着ローラの逆クラウン形状による転写用紙へ
の作用力を説明する概略図である。

【符号の説明】

１．３１定着ローラ２．３２、４２、５２加圧ローラ３ヒータ４温度センサー５定着入口上ガイド７分離爪９定着排紙ローラ１０感光ドラム１１１次帯電ローラ１３現像器１４トナー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大塚康正東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者矢野秀幸東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者七▲瀧▼ 秀夫東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者弓納持貴康東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者小野和朗東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭60−140280（ＪＰ，Ａ) 特開平２−262684（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−154962（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】定着回転体と、この定着回転体と圧接し
定着回転体より硬度の低い加圧回転体と、を有する定着
装置において、上記定着回転体、加圧回転体は共に中央部から端部側に
向けて周長が増加する逆クラウン形状で、加圧回転体の
逆クラウン量は定着回転体の逆クラウン量よりも大きい
ことを特徴とする定着装置。