JP3119405B2

JP3119405B2 - 定着装置及び定着回転体

Info

Publication number: JP3119405B2
Application number: JP05109352A
Authority: JP
Inventors: 辰一月田; 正弘後藤; 悟伊澤; 耕一谷川; 博道辻井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 2000-12-18
Anticipated expiration: 2015-12-18
Also published as: JPH06324588A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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れる定着装
置、詳しくは、互いに圧接して配設される定着部材と加
圧部材とで構成される加熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、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れる定着装置において
は、未定着トナー像を担持した転写材を、互いに圧接し
て回転する定着ローラと加圧ローラとで形成されるニッ
プ部を通過させることにより転写材上に永久画像として
定着させる、いわゆる加熱定着装置が広く用いられてい
る。そしてこのような加熱定着装置においては、上記ニ
ップ部を通過することにより生じる転写材のシワを防止
するために、定着ローラ、加圧ローラの少なくとも一方
を、その長手方向両端部の外径が最大、中央部の外径が
最小となるような、いわゆる逆クラウン形状に構成する
ことが一般的である。しかしながら、このような構成に
おいては、転写材を定着ローラ等の長手方向に強制的に
引き伸ばすこととなり、その歪みがコシの弱い転写材の
両端部に及び、その結果、転写材の両端部がうねってし
まう、いわゆる「波打ち」が生じてしまい、画像品位を
損ねる場合があった。そこでこれを防止するために、逆
クラウン形状に構成それた加圧ローラの最大外径部を、
その両端よりも内側に位置させ、ここに相当する転写材
に僅かなスジを形成することにより、転写材の両端部に
コシを持たせるという改良案が、特開平２−２６２６８
４号公報に開示されている。

【０００３】

【発明が解決する課題】しかしがなら、本発明者らの鋭
意研究によれば、上記改良案にあっても、画像形成装置
のパーソナル・ユース化に伴う、定着装置の小型化を実
現する際においては、以下のような不具合が生じること
がわかった。

【０００４】すなわち、画像形成装置の小型化を実現す
るために、定着ローラを小径化した場合にあっては、定
着ローラの機械的強度が減少し、これを加圧ローラと圧
接させた際に弓状に撓んでしまい、これにより転写材の
両端部にはより多大な圧力と熱とが及ぶこととなり、転
写材の繊維が大きく引き伸ばされ、出力された転写材が
非印字面に沿う湾曲、いわゆる逆カールが生じ易くなっ
てしまう。この逆カールは、特にパソコン用プリンタの
ようにフェイスダウン排紙が多用される画像形成装置に
あっては、逆カール矯正手段をもってしても完全には除
去できず、積載性が芳しいとは言えず、またフェイスア
ップ排紙においては、排紙された転写材が丸まってしま
い、著しく画像品位を損ねることとなってしまう。

【０００５】また、定着ローラと同様に、加圧ローラを
小径化した際にあっては、転写材上の未定着トナー像を
定着させるに充分なニップ幅を確保するために、加圧ロ
ーラの低硬度化が必要となってくるが、この場合にあっ
ては、上記改良提案に示されるように加圧ローラの端部
形状を変化させても、その効果が薄れてしまい、「波打
ち」が生じ易くなってしまう。

【０００６】更に、上記改良提案に示されるように、弾
性体から成る加圧ローラの両端部の形状を微妙に調整、
成型することは、精度的に非常に困難な作業であり、生
産性が劣るものであった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、芯材と芯材上に設けられた離型層とを備えた定着
回転体と、前記定着回転体とニップを形成する加圧回転
体と、を有し、前記ニップで未定着画像を担持した記録
材を挟持搬送し未定着画像を記録材上に定着する定着装
置において、前記芯材は中央部とそれぞれの端部の間で
且つ最大記録材通過域内に最大径部を有し、この最大径
部から中央部及び端部に向かい径が漸減する形状であ
り、前記離型層は一方の最大径部外側の端部からもう一
方の最大径部外側の端部にわたって設けられ、その表面
は前記芯材形状にならう形状であることを特徴とするも
のであり、また芯材と芯材上に設けられた離型層とを備
えた定着回転体において、前記芯材は中央部とそれぞれ
の端部の間で且つ最大記録材通過域内に最大径部を有
し、この最大径部から中央部及び端部に向かい径が漸減
する形状であり、前記離型層は一方の最大径部外側の端
部からもう一方の最大径部外側の端部にわたって設けら
れ、その表面は前記芯材形状にならう形状であることを
特徴とするものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【０００９】図１は本発明の実施例の定着装置を用いた
画像形成装置の主要部の構成図である。

【００１０】図１においては、１は感光ドラムであり、
ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光
材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤
上に形成されている。感光ドラム１は矢印の方向に回転
駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ロー
ラ２によって一様帯電される。次に、画像情報に応じて
ＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビーム３による走査露光
が施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現
像装置４で、現像、可視化される。現像方法としては、
ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法な
どが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせ
て用いられることが多い。

【００１１】可視化されたトナー像は、転写装置として
の転写ローラ５により、所定のタイミングで搬送された
転写材Ｐ上に転写される。このトナー像が転写された転
写材Ｐは定着装置６へと搬送され、永久画像として定着
された後、排紙トレイ７上に、いわゆるフェイスダウン
排紙される。一方、感光ドラム１上に残存する転写残り
の残留トナーは、クリーニング装置８により感光ドラム
１表面より除去される。

【００１２】図２に、本発明に係る加熱定着装置６の構
成を示す。図２において、９は定着ローラ、１０は加圧
ローラであり、各々矢印の方向に回転する。定着ローラ
９は、肉厚２ｍｍ、内径が２６ｍｍの耐熱性に優れたア
ルミニウムから成る中空芯金１１の表層部に、離型性に
優れたフッ素樹脂であるＰＦＡ１２が３０μｍの厚さで
被覆されており、また中空芯金１１内部には、定着ロー
ラ９を加熱するためのハロゲンヒータ１３が配設されて
いる。一方加圧ローラ１０は、外径１０ｍｍの鉄から成
る芯金１４の外周部に、肉厚１０ｍｍの離型性に優れた
シリコーンゴム１５が形成されており、且つ、その長手
方向両端部に位置する最大外径部と、中央部に位置する
最小外径部との外径差が０．２ｍｍの、いわゆる逆クラ
ウン形状に構成されている。なおこの加圧ローラ１０の
硬度は、５０°（ＡＳＫＥＲＣ５００ｇ荷重時）であ
る。そしてこれら定着ローラ９と加圧ローラ１０とは、
各々の長手方向両端部において、不図示のバネにより、
互いに圧接されている。また、定着ローラ９に対して
は、定着ローラ９の表面温度を検知するためのサーミス
タ１６が当接されており、これにより検知された定着ロ
ーラ９の表面温度情報は、Ａ／Ｄ変換器（不図示）を介
してＣＰＵ（不図示）へと送られ、これに基づきＣＰＵ
（不図示）は、ＡＣドライバ（不図示）を介してハロゲ
ンヒータ１３のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、定
着ローラ９の表面温度を所定値に制御する。

【００１３】更に、本発明に係る加熱定着装置に具備さ
れる定着ローラの形状について、図３を参照しつつ詳述
する。

【００１４】この定着ローラ９は、転写材Ｐにシワが生
じることを防止するために、その長手方向中央部の外径
が、最大外径部よりも小さくなるような逆クラウン形状
であるとともに、その最大外径部が、中央部より外側で
長手方向両端部よりも内側に位置するよう構成されてい
る。具体的には、最小外径部の外径Ｄ₁ ＝３０ｍｍ、最
大外径部ａの外径Ｄ₂ 、Ｄ₃ ＝３０．２５ｍｍ、両端部
ｂの外径Ｄ₄ 、Ｄ₅ ＝２９．４ｍｍとし、最大外径部ａ
は、最大幅の転写材Ｐの両端部が通過する位置ｃよりも
内側で、ａとｃとの距離Ｌは４ｍｍとした。また、最大
幅の転写材Ｐの両端部が通過する位置ｃは、定着ローラ
９の両端側ｂよりも内側で、ｂとｃとの距離Ｌ′は３ｍ
ｍとした。

【００１５】このような外径とするため芯金１１を長手
方向で３０×２＝６０μｍ径の小さい形状に加工し、こ
の芯金上に略均一厚に離型性樹脂層を設けることで、芯
金形状にならった上記外形が得られる。

【００１６】さてここで、本発明者らが行った、従来の
加熱定着装置との比較実験の結果を示しつつ、本発明の
効果を説明する。比較のために用いた従来の加熱定着装
置は、図４に示すように、その長手方向中央部の外径が
最小（Ｄ₆ ＝３０ｍｍ）、両端部の外径が最大（Ｄ₇ 、
Ｄ₈ ＝３０．３ｍｍ）となるように構成された逆クラウ
ン形状の定着ローラと、図５に示すように、逆クラウン
形状に構成された最大外径部を、その両端部よりも内側
に位置させ、Ｄ₉ ＝３０ｍｍ、Ｄ₁₀、Ｄ₁₁＝３０．２５
ｍｍ、Ｄ₁₂、Ｄ₁₃＝２９．４ｍｍとした加圧ローラとを
互いに圧接させたものである。

【００１７】実験方法としては、各々の定着ローラを硬
度の異なる加圧ローラと組み合わせ、その時の、転写材
の両端部に生じる「波打ち」の程度と、フェイスダウン
排紙時における積載性を評価した。表１に、従来の定着
装置を用いた際の実験結果を示す。なお、表中の○は良
好、△は実用上問題のないレベル、×は劣悪を意味す
る。

【００１８】

【表１】

【００１９】これによれば、加圧ローラの硬度が低い場
合にあっては、加圧ローラの端部形状を改良した効果が
薄れ、「波打ち」が顕著に現れてしまい、また高い場合
にあっては、転写材の両端部に多大な圧力と熱とが及ぶ
こととなり、転写材の繊維が大きく引き伸ばされ、転写
材に逆カールが生じることで積載性が悪化する傾向にあ
り、従来の加熱定着装置を使用する場合、「波打ち」と
積載性とを両立させることは困難であることがわかる。

【００２０】これに対し、本発明に係る加熱定着装置を
用いた際の実験結果を表２に示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】これによれば、加圧ローラ硬度が低い場合
にあっても、転写材に適度なコシを持たせることによ
り、転写材の両端部に「波打ち」が生じることを防止す
る作用が得られるとともに、加圧ローラ硬度が高い場合
にあっても、転写材の両端部に多大な圧力と熱が及ぶこ
とがなく、積載性をも良化することが可能となる。しか
しながら、このように加圧ローラ硬度が高い場合にあっ
ては、転写材の両端部近傍に、定着ローラの端部形状に
起因するスジが顕著に現れてきてしまい、画像品位を損
ねてしまうことがわかった。そこで、「波打ち」と積載
性とを両立させ、且つスジの発生を防止するためには、
本発明のように定着ローラの端部形状を改良するととも
に、加圧ローラの硬度を７０°以下、好ましくは６０°
以下とすることが有効である。

【００２３】さて、本実施例においては、加圧ローラ１
０の形状を、その長手方向中央部の外径が最小、両端部
の外径が最大となるような逆クラウン形状としたが、こ
れとは逆に、長手方向両端部の外径が最小、中央部の外
径が最大となるようなクラウン形状とした場合にあって
は、転写材が、定着ローラと加圧ローラとで形成される
ニップ部を通過する際に、転写材が定着ローラ等の形状
に倣い、逆カールが大きくなり、積載性が極度に悪化し
てしまう。更にまた、転写材に対し、その長手方向中央
部へ向かう力が大きく作用することとなり、これにより
特に薄紙や、高湿環境下に保管され吸湿した紙のよう
に、転写材のコシが弱い場合において、転写材の長手方
向中央部付近に、シワが生じ易くなってしまう。これら
を防止するためには、加圧ローラをストレート形状、も
しくは逆クラウン形状とすることが好ましいが、特に、
本実施例に示したような端部形状を有する定着ローラを
用いる場合にあっては、これによる転写材の両端部の非
印字面側の繊維を引き伸ばす作用が、逆カールの防止に
寄与することとなり、更に、上記のようにストレート形
状、もしくは逆クラウン形状の加圧ローラを用いること
により、転写材の両端部に効率良くコシを持たせること
ができ、これにより、シワを防止する効果が得られ、適
用可能な定着ローラの端部形状の範囲を広げることがで
きる。

【００２４】なお、上記説明では、加圧ローラの形状は
ストレート形状、もしくは逆クラウン形状が望ましいと
記したが、本効果を得るためには図８に示すように定着
ローラとの加圧状態で実質的に逆クラウン形状になって
いることが必要で、例えば本実施例に示した加圧ローラ
においては、加圧状態でその両端部が０．２ｍｍ程度撓
んでおり、このような状態で実験したところ、加圧ロー
ラ長手方向中央部の外径と両端部の外径との差ΔＲが
０．２ｍｍ以下であれば上記効果を充分に得られること
がわかった。これを一般的に表すと、加圧ローラの長手
方向中央部の外径と両端部の外径との差ΔＲが次式を満
たすことが必要となってくる。

【００２５】

【外１】ここで、ｗは単位長さ当たりの荷重、ｌは芯金の長さ、
Ｅはヤング係数、ｄは芯金の外径である。

【００２６】以上、本実施例に示したように加熱定着装
置を構成することにより、「波打ち」、スジ、逆カー
ル、シワという転写材に生じる不具合を一挙に防止する
ことができ、大幅な装置改良、コストアップ、生産性の
悪化等を生じることなく、画像品位を著しく高めること
が可能となる。

【００２７】なお、本実施例においては、加熱部材とし
てハロゲンヒータを内包した回転体を用いて説明した
が、図６にその概略図を示すように、加熱体１７を内包
した固定部材１８を加熱部材として用い、この固定部材
１８と加圧部材１０の間に耐熱フィルム１９を搬送さ
せ、上記加熱体１７の熱を上記耐熱フィルム１９を介し
て転写材Ｐに付与する構成の加熱定着装置に適用しても
良いことは言うまでもない。

【００２８】（実施例２）以下に、本発明に係る他の実
施例を示す。図７に、本実施例に用いた加熱定着装置６
を示すが、前記図１に示した部材と同一の部材には、同
一の符号を付し、説明は省略する。本実施例において
は、本発明に係る定着ローラ９を、シリコーンゴム１５
の表層部に、ＰＦＡ２０が３０μｍ被覆された加圧ロー
ラ１０と組み合わせたことを特徴とする。このように加
圧ローラの表面にＰＦＡのような離型層を設けること
は、加圧ローラ表面にトナー、紙粉等が付着し、汚れと
して堆積することを防止し、清掃部材なしで加圧ローラ
の延命化を図る意味で極めて重要である。

【００２９】さてここで、本発明者らが行った、従来の
加熱定着装置との比較実験の結果を示しつつ、本発明の
効果を示す。なお、比較のために用いた従来の加熱定着
装置の構成、実験方法、及び評価基準については、前記
実施例１と同様である。

【００３０】まず、従来の加熱定着装置において、離型
層を有さない加圧ローラ、及び離型層を有する加圧ロー
ラと組み合わせた際の実験結果を表３に示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】これによれば、加圧ローラがその表面に離
型層を有する場合にあっては、いかなる硬度の加圧ロー
ラを用いても、転写材の両端部に「波打ち」が生じてし
まった。これは、定着ローラ、加圧ローラともにその表
層部に滑り性の良い離型層が存在するために、これらの
間に存在する転写材が滑ってしまい、転写材の両端部に
コシを持たせる効果が薄れるためと考えられる。

【００３３】そこで、本発明に係る定着ローラを具備さ
れた加熱定着装置を、離型層を有さない加圧ローラ、及
び離型層を有する加圧ローラと組み合わせた際の実験結
果を表４に示す。

【００３４】

【表４】

【００３５】これによれば、加圧ローラ表面に離型層を
施し、その延命化を実現するとともに、転写材に適度な
コシを持たせることにより、転写材の両端部に「波打
ち」が生じることを防止し、且つ転写材の両端部に多大
な圧力と熱が及ぶことがなく、積載性をも良化するため
には、本発明のように定着ローラの端部形状を改良する
とともに、加圧ローラの硬度を、３０°以上、好ましく
は４０°以上とすることが有効である。また、前記実施
例１に示したように、転写材の両端部近傍に、定着ロー
ラの端部形状に起因するスジが発生することを防止する
ために、加圧ローラに硬度は７０°以下、好ましくは６
０°以下とすることが有効である。

【００３６】なお、本実施例においては、加熱部材とし
てハロゲンヒータを内包した回転体を用いて説明した
が、図６にその概略図を示すように、加熱体１７を内包
した固定部材１８を加熱部材として用い、この固定部材
１８と加圧部材１０の間に耐熱フィルム１９を搬送さ
せ、上記加熱体１７の熱を上記耐熱フィルム１９を介し
て転写材Ｐに付与する構成の加熱定着装置に適用しても
良いことは言うまでもない。

【００３７】（実施例３）以下に、本発明に係る更なる
他の実施例を示すが、本実施例においては前記実施例１
において用いた定着ローラよりも小径の定着ローラを用
いたことを特徴とする。具体的には、最小外径部の外径
Ｄ₁ ＝２０ｍｍ、最大外径部ａの外径Ｄ₂、Ｄ₃ ＝２
０．２５ｍｍ、両端部ｂの外径Ｄ₄ 、Ｄ₅ ＝１９．４ｍ
ｍとし、最大外径部ａ、両端部ｂ、転写材Ｐの両端部が
通過する位置ｃの位置関係は前記実施例１と同様とし
た。

【００３８】さてここで、本発明者らが行った、従来の
加熱定着装置との比較実験の結果を示しつつ、本発明の
効果を説明する。なお、比較のために用いた従来の加熱
定着装置の構成、実験方法、及び評価基準については、
前記実施例１と同様である。

【００３９】まず、外径が異なる従来の定着ローラを、
その表層部に離型層を有する加圧ローラと組み合わせた
加熱定着装置の実験結果を表５に示す。

【００４０】

【表５】

【００４１】これによれば、定着ローラの外径が小さく
なるにつれ、定着ローラの機械的強度が減少し、これを
加圧ローラと圧接させた際に弓状に撓んでしまい、これ
により転写材の両端部にはより多大な圧力と熱とが及ぶ
こととなり、転写材の繊維が大きく引き伸ばされ、転写
材に逆カールが生じることで積載性が悪化する傾向にあ
ることがわかる。

【００４２】そこで、外径の異なる本発明の係る定着ロ
ーラを、その表層部に離型層を有する加圧ローラと組み
合わせた際の実験結果を表６に示す。

【００４３】

【表６】

【００４４】これによれば、定着ローラを小径化するに
あたり、機械的強度を得るために肉厚を厚くすることに
より、消費電力が大きくなってしまうというような不具
合が生じることなく、定着ローラの外径が小さい場合に
あっても、転写材の両端部に多大な圧力と熱とが及ぶこ
となく、積載性を良化することが可能となる。パーソナ
ル・ユース化が進むパソコン用プリンタのような画像形
成装置においては、消費電力を極力低く抑えることが重
要であり、一般的には６００Ｗが上限とされている。こ
のような状況にあって、ユーザが不具合を感じないよう
ウェイト・アップ・タイムを短縮させるためには定着ロ
ーラの外径を３０ｍｍ以下とすることが好ましく、この
場合、「波打ち」と積載性とを両立させるためには、本
発明のように定着ローラの端部形状を改良することが有
効である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、記
録材の両端部にコシを持たせ、この部分に「波打ち」が
生じることを防止するとともに、記録材に逆カールが生
じることを防止し、積載性をも良好とすることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置の構成図。

【図２】本発明に係る加熱定着装置の構成図。

【図３】本発明に係る定着ローラの形状を示す図。

【図４】比較例としての加熱定着装置に具備される定着
ローラの形状を示す図。

【図５】比較例としての加熱定着装置に具備される加圧
ローラの形状を示す図。

【図６】本発明に係る他の実施例における加熱定着装置
の構成図。

【図７】本発明に係る更に他の実施例における加熱定着
装置の構成図。

【図８】本発明に係る定着ローラと加圧ローラの加圧状
態を示す図。

【符号の説明】

９定着ローラ１０加圧ローラ１３ハロゲンヒータ１６サーミスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷川耕一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)発明者辻井博道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)参考文献特開平２−262684（ＪＰ，Ａ) 特開平４−105720（ＪＰ，Ａ) 実開平３−69170（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】芯材と芯材上に設けられた離型層とを備
えた定着回転体と、前記定着回転体とニップを形成する
加圧回転体と、を有し、前記ニップで未定着画像を担持
した記録材を挟持搬送し未定着画像を記録材上に定着す
る定着装置において、前記芯材は中央部とそれぞれの端部の間で且つ最大記録
材通過域内に最大径部を有し、この最大径部から中央部
及び端部に向かい径が漸減する形状であり、前記離型層
は一方の最大径部外側の端部からもう一方の最大径部外
側の端部にわたって設けられ、その表面は前記芯材形状
にならう形状であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】芯材と芯材上に設けられた離型層とを備
えた定着回転体において、前記芯材は中央部とそれぞれの端部の間で且つ最大記録
材通過域内に最大径部を有し、この最大径部から中央部
及び端部に向かい径が漸減する形状であり、前記離型層
は一方の最大径部外側の端部からもう一方の最大径部外
側の端部にわたって設けられ、その表面は前記芯材形状
にならう形状であることを特徴とする定着回転体。