JP3158893B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子写真複写機、フ
ァクシミリ、プリンター等の電子写真プロセスを利用し
た機器に使用される定着装置に係わり、特に装置の小型
化、低コスト化、並びにウオームアップタイムを大幅に
短縮することを可能とする定着装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真プロセスを利用した複写
機等においては、記録シート上に形成された未定着トナ
ー像を定着して永久画像にする必要があり、その定着法
として溶剤定着法、圧力定着法、及び加熱定着法が知ら
れている。

【０００３】しかし、かかる定着法のうち溶剤定着法
は、記録シート上に形成された未定着トナー像に溶剤を
直接塗布するか、又は未定着トナー像が形成された記録
シートを溶剤の雰囲気中を通過させることによって、定
着を行うものであり、この溶剤定着法の場合には、溶剤
の蒸気が外部に発散し、臭気や衛生上の問題が多いとい
う欠点を有している。一方、上記圧力定着法の場合に
は、未定着トナー像を形成するトナーとして圧力感応性
のトナーを使用し、圧力のみによって記録シート上に未
定着トナー像を定着させるものであり、他の定着法と較
べて定着性が悪く、かつ圧力感応性トナーが高価である
という欠点を有しており、溶剤定着法と同様に広く実用
化されていないのが現状である。

【０００４】そのため、未定着トナー像の定着には、一
般に加熱によってトナーを溶融させることにより、記録
シート上に融着させる加熱定着法が広く採用されてい
る。

【０００５】この加熱定着法を採用した定着装置として
は、図１２に示すように、円筒状芯金１００の内部にヒ
ータ１０１を備え、その外周面に耐熱性樹脂被覆層１０
２を形成した加熱ローラ１０３と、この加熱ローラ１０
３に対し圧接配置され、円筒状芯金１０４の外周面に耐
熱弾性体層１０５を形成した加圧ローラ１０６とで構成
され、これらローラ１０３、１０６間に未定着トナー像
１０７が形成されたシート１０８を挿通させて定着を行
う加熱ローラ方式のものが知られている。この加熱ロー
ラ方式の定着装置は、他の加熱定着法である熱風定着方
式やオーブン定着方式と較べて熱効率が高いため、低電
力、高速性に優れ、しかも紙詰まりによる火災の危険性
も少ないことなどから現在最も広く利用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の場合には、次のような問題点を有している。す
なわち、上記従来の加熱ローラ方式の定着装置において
は、上述のように、加熱ローラ１０３以外に加圧ローラ
１０６を必要とし、この加圧ローラ１０６の製造に当た
っては、耐熱弾性体層１０５としてシリコーンゴム、フ
ッ素ゴム等の高価な耐熱弾性材を必要とするため、装置
のコストが割高となるという問題点があった。しかも、
上記従来の加熱ローラ方式の定着装置の場合には、所定
の定着条件を確保するために、加熱ローラ１０３と加圧
ローラ１０６との接触幅（ニップ幅）を少なくとも４〜
１０ｍｍ程度設ける必要があるため、加熱ローラ１０３
および加圧ローラ１０６の小型化が難しく、結果として
定着装置全体が大型化かつ構成が複雑化し、しかも加熱
ローラ１０３を室温から定着可能な温度まで立ち上げる
時間（以下、ウオームアップタイムという）として１〜
１０分程度の時間を必要とし、定着動作の開始まで長い
待ち時間を必要とするという問題点があった。

【０００７】そこで、本発明者らは、これらの問題を解
決するために、加熱ローラ方式の定着装置において、加
圧ローラの代わりに、図１３に示すように、加熱ローラ
１１０の外周面の一部に耐熱性弾性体からなる固定的圧
接部材１１１を配置し、当該圧接部材１１１をその表面
が加熱ローラ１１０に対してニップ部１１２を介して摺
動自在に圧接させ、上記加熱ローラ１１０と固定的耐熱
弾性圧接部材１１１のニップ域１１２に、未定着トナー
像１１３を有する記録シート１１４を挿通してトナー像
の定着を行う、熱ロール型の定着装置を既に提案してい
る（特願平５−１７７７４２号）。

【０００８】この提案に係る定着装置では、加圧ローラ
が不要となり、この回転する加熱ローラによって加熱ロ
ーラの熱が連続的に奪われることもないため、低コスト
化、小型化が図れ、しかもウオームアップタイムを大幅
に短縮することを可能とするものであった。

【０００９】このような技術的手段において、上記加熱
ローラ１１０としては、図１３に示すように、円筒状芯
金１１５の内部にヒータ１１６を備え、その外周面にＨ
ＴＶシリコーンゴム（Ｈigh Ｔemperature Ｖulcaniza
tion Ｓilicone Ｒubber ）、ＲＴＶシリコーンゴム
（Ｒoom Ｔemperature Ｖulcanization Ｓilicone Ｒ
ubber ）、フッ素ゴム等の耐熱弾性体１１７を被覆した
トナー離型性の高いものが使用でき、かつ加熱ローラ１
１０を回動させて記録シート１１４を搬送させる必要性
から、加熱ローラ１１０の外周面の記録シート１１４に
対する摩擦係数が上記耐熱弾性部材１１１の摩擦係数よ
り高いことが必要となる。そのため、上記耐熱弾性部材
１１１の表面は、フッ素樹脂等の低摩擦係数物質１１８
によって被覆されかつその内側は定着に必要な圧力
（０．５〜５．０ｋｇ／ｃｍ² ）を安定的に印加するた
めに弾性部材１１９で形成される。

【００１０】しかし、上記本発明者らの提案に係る定着
装置の場合には、加熱ローラ１１０の摩擦係数が耐熱弾
性部材１１１の摩擦係数より大きくなるように設定して
も、すべての種類の用紙をスムーズにニップ部１１２の
内部に搬送することが困難であることが判明した。特
に、記録シート１１４が厚紙の場合には、用紙がニップ
部１１２の入口で止まってしまい、ニップ部１１２の内
部に噛み込まれない現象が発生することが判明した。

【００１１】すなわち、上記提案に係る定着装置の場合
には、加熱ローラ１１０の摩擦係数が耐熱弾性部材１１
１の摩擦係数より大きくなるように設定した場合でも、
記録シート１１４の種類や厚さによっては、記録シート
１１４の先端が加熱ローラ１１０と耐熱弾性部材１１１
のニップ部１１２の入口で停止してしまって、記録シー
ト１１４がニップ部１１２内へ搬送されず、結果的に記
録シート１１４上の未定着トナー像１１３の定着が行え
ないことがあるという問題点があった。

【００１２】そこで、この発明は、上記従来技術の問題
点を解決するためになされたもので、その目的とすると
ころは、加熱ロールに固定配置された耐熱性圧接部材を
圧接させて定着を行う定着装置において、ニップ部の内
部にスムーズ且つ確実に像支持体が噛み込まれるように
した定着装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の技
術的課題を解決するため、加熱ローラと固定配置された
耐熱性圧接部材とのニップ部における用紙の噛み込み性
について種々の研究を重ねた結果、ニップ部の内部の圧
力分布が用紙の噛み込み性に大きく影響することを見い
だした。

【００１４】すなわち、用紙が加熱ローラと耐熱性圧接
部材とのニップ部の内部に噛み込まれるためには、図１
４に示すように、まず用紙１１４の先端が加熱ロール１
１０と密着している固定配置された圧接部材１１１を紙
厚に応じた分だけ押し下げるか、又は変形させなければ
ならない。そして、用紙が一旦噛み込まれると、加熱ロ
ールとの摩擦力によって強制的に搬送されるのである。
つまり、用紙の先端さえニップ部の内部に進入しさえす
れば、その後は比較的容易に用紙が搬送されるのであ
る。

【００１５】本発明者らは、この点に注目し、加熱ロー
ラと圧接部材のニップ内部の圧力分布の最適化を行っ
た。それによると、ニップ部の入口側の圧力がニップ部
の出口側の圧力より低くなるように設定することによ
り、用紙の噛み込み性が良好となることが判明した。

【００１６】 すなわち、この発明の請求項第１項記載
の定着装置は、加熱ロールに固定配置された圧接部材を
圧接させ、前記加熱ロールと前記圧接部材により形成さ
れたニップ部に未定着トナー像を担持した像支持体を通
過させることにより、熱及び圧力によって未定着トナー
像を像支持体に定着する定着装置において、前記加熱ロ
ールと圧接する前記圧接部材の圧力が、前記ニップ部の
入口側の圧力が前記ニップ部の出口側の圧力より低くな
っているように構成したものである。

【００１７】また、本発明者らの研究では、更に望まし
くは、ニップ部入口側の圧力が低く、そして出口側に向
かうに従って圧力が徐々に大きくなり、ニップ部の出口
付近で最大圧力となるような非対称な圧力分布が最も噛
み込み性に良いことが判明した。

【００１８】このような圧力分布を得るためには、固定
部材の硬度をニップ部の出口側を硬くする方法や、ニッ
プ部の出口側の押しつけ変位を大きくするなどの方法が
挙げられる。

【００１９】その他の方法として図１に示すような方法
がある。固定配置された圧接部材を固定ベルトとしての
薄膜シートと弾性部材とで構成し、ニップ部の入口付近
では薄膜のシートとだけ接触させ、ニップ部の後方では
シートを介して弾性部材を押し当てる方法である。この
方法では、ニップ部の入口はシートだけの接触である
（ａの領域）ため圧力が低いが、ニップ部の後方は弾性
部材が押し当てられている（ｂの領域）ので圧力が高く
なり、用紙の噛み込み性に望ましい圧力分布とすること
ができる。

【００２０】 また、この発明の請求項第２項記載の定
着装置は、前記固定配置された圧接部材は、前記像支持
体が接する面にベルトを有した弾性部材であることを特
徴とするものである。

【００２１】

【００２２】

【作用】この発明の請求項第１項記載の定着装置におい
ては、加熱ロールと圧接する耐熱性圧接部材の圧接圧力
が、ニップ部の入口側の圧力がニップ部の出口側の圧力
より低くなるように設定したので、加熱ロールと固定配
置された圧接部材とのニップ部の入口側では圧力が相対
的に低いため、像支持体の先端をスムースかつ確実にニ
ップ部に噛み込むことができ、像支持体の搬送性に優
れ、安定した定着動作を行うことができる。

【００２３】 また、この発明の請求項第２項記載の定
着装置は、前記固定配置された圧接部材は、前記像支持
体が接する面にベルトを有した弾性部材であるので、ベ
ルトを加熱ロールの表面に常に良好な状態で圧接させる
ことができ、用紙の噛み込み性を長期間良好に維持する
ことが可能となるとともに、圧接部材をベルトを有した
弾性部材にすることで、小径の加熱ロールを用いても比
較的広いニップ部を形成することができる。

【００２４】

【実施例】以下にこの発明を図示の実施例に基づいて説
明する。

【００２５】図１はこの発明に係る定着装置の一実施例
を示すものである。

【００２６】図において、１は加熱ロールを示すもので
あり、この加熱ロール１としては、例えば、直径１５ｍ
ｍ、肉厚０．３ｍｍ、長さ２２５ｍｍの鉄製コア２の表
面に、離型層３としてシリコーンＲＴＶゴムを３０μｍ
の厚さにディップコートしたものが用いられる。また、
上記加熱ロール１の中心には、加熱源４として１００
ｖ、３００ｗの赤外線ランプが配設されており、この加
熱ロール１の表面温度は、図示しない温度センサーによ
って検出されるとともに、図示しない温度コントローラ
ーによって常に１５０℃となるように制御されている。

【００２７】ところで、上記加熱ロールの表面には、固
定配置された耐熱性圧接部材が圧接されており、当該加
熱ロールと圧接する耐熱性圧接部材の圧接圧力は、ニッ
プ部の入口側の圧力がニップ部の出口側の圧力より低く
なるように設定されている。

【００２８】すなわち、この実施例では、加熱ロール１
の表面に固定配置された耐熱性圧接部材５が圧接されて
おり、この耐熱性圧接部材５は、耐熱性を有する固定ベ
ルトとしての薄膜シート６と、耐熱性弾性部材７とから
構成されている。上記薄膜シート６としては、例えば、
厚さ１２０μｍのガラス繊維の織布又は不織布にフッ素
樹脂を含浸して硬化させたものが用いられる。なお、上
記薄膜シート６としては、テトラフルオロエチレン（登
録商標：テフロン）等のみからなるシートを用いること
ができるが、ガラス繊維の織布等にフッ素樹脂を含浸し
て硬化させたものを用いた場合には、コストがテトラフ
ルオロエチレン等からなるシートに比べて安価であると
ともに、ガラス繊維の織布又は不織布にフッ素樹脂を含
浸硬化させたものは、ガラス繊維の織目等に沿った微小
な凹凸が薄膜シート６の表面に残るため、像支持体とし
ての記録用紙との密着を避けることができ、記録用紙の
ニップ内部への良好な搬送性を発揮することができる。

【００２９】また、上記耐熱性弾性部材７としては、例
えば、シリコーンゴムスポンジが用いられ、このシリコ
ーンゴムスポンジ７としては、アスカーＣタイプのスポ
ンジ用ゴム硬度計（高分子科学社製品）で荷重３００ｇ
を付加して測定した際、ゴム硬度が３５±３°であるシ
リコーンゴムスポンジが用いられる。この耐熱性弾性部
材７は、図１に示すように、その断面形状が隣合う内角
がそれぞれ９０°に設定された台形状に形成されてお
り、表面が平坦でかつ長さが短く設定された上底部分が
加熱ロール１の表面に圧接するように配置されている。

【００３０】さらに、上記薄膜シート６及び耐熱弾性部
材７は、片持ち梁状に配置された金属板８の撓みによる
反力によって加熱ロール１の表面に圧接するように配設
されている。上記金属板８としては、例えば、厚さ０．
２ｍｍｍのステンレスからなる金属板が用いられる。ま
た、上記金属板８は、記録用紙の進行方向手前側に位置
し、垂直方向に下方へ向けて折り曲げられた基端部８ａ
と、この基端部８ａの上端から水平方向に折り曲げられ
て所定の長さだけ延設された水平板部８ｂと、この水平
板部８ｂの先端から加熱ロール１の下方へ向けて右下が
りに傾斜するように折り曲げられた傾斜板部８ｃと、こ
の傾斜板部８ｃの先端から加熱ロール１の表面に略平行
となるように折り曲げられた先端部８ｄとから構成され
ている。そして、上記金属板８は、基端部８ａが定着装
置のハウンジグ９等に、いわゆる片持ち梁状に固定され
て取付けられており、この金属板８の上方へ復帰しよう
とする弾性力によって、薄膜シート６及び耐熱弾性部材
７を加熱ロール１の表面に圧接するようになっている。
なお、上記金属板８としては、図１に示す形状のものに
限定される訳ではなく、図２に示すように、断面略Ｌ字
形状等他の形状に形状に形成したものを用いても勿論よ
い。

【００３１】また、上記耐熱性弾性部材７は、上底部７
ａより長く設定された下底部７ｂが金属板８の先端部８
ｄに接着等の手段によって固着されているとともに、薄
膜シート６は、その先端部６ａが金属板８の先端から耐
熱性弾性部材７の側面７Ｃ及び上底部７ａを介して加熱
ロール１の表面に渡って圧接するように掛け渡され、更
に金属板８の水平板部８ｂ表面に積層するように配置さ
れ、その基端部６ｂが金属板８の水平板部８ｂの基端部
に固着されている。

【００３２】その結果、上記加熱ロール１の表面には、
図１に示すように、ニップ幅に渡って加熱ロール１と薄
膜シート６とが圧接するニップ領域１０が形成されてお
り、ニップ領域ａでは、薄膜シート６のみが相対的に弱
い圧力で圧接するようになっているとともに、ニップ領
域ｂでは、薄膜シート６と耐熱弾性部材７とが相対的に
強い圧力で圧接するようになっている。図３は上記加熱
ロール１と薄膜シート６及び耐熱弾性部材７との圧接圧
力の分布を示すものである。

【００３３】そして、上記加熱ロール１と薄膜シート６
及び耐熱弾性部材７とのニップ部１０に、図１に示すよ
うに、未定着トナー像１１を担持した像指示体としての
記録用紙１２を挿通させることにより、熱及び圧力によ
って記録用紙１０上に未定着トナー像１１を定着させる
ようになっている。

【００３４】上記耐熱性圧接部材５と加熱ロール１は、
例えば、６ｍｍのニップ幅で圧接するように設定され
る。このときの圧接総荷重は、例えば、５ｋｇに設定さ
れ、この荷重による加熱ロール１の変形は、ほとんど無
視できる。また、上記記録用紙１２のスムーズなニップ
部１０への噛み込み性を得るために、図１に示すよう
に、ニップ部１０の入口側が薄膜シート６だけの接触
（ａの領域）となるように構成されている。このニップ
領域ａの幅は、例えば、約３ｍｍに設定される。さら
に、ニップ部１０の後方で前記薄膜シート６を介して弾
性部材７を押し当てるように構成されている（ｂの領
域）。そして、ニップ部１０の入口側の圧力は、図に示
すように、例えば、約０．１ｋｇ／ｃｍ² に設定される
のに対し、ニップ部１０の後方の最大圧力は、０．８ｋ
ｇ／ｃｍ² に設定される。このニップ部１０の後方にお
いて最大圧力が与えられているのは、記録用紙１２の噛
み込み性だけではなく、定着時のトナーを押し潰そうと
する圧力効果が大きくなり、定着性の増大とトナー画像
の溶融状態の均一性が得られるというメリットを考慮し
たものである。なお、上記耐熱性圧接部材５と加熱ロー
ル１とのニップ部１０の圧力分布及び圧力値は、弾性部
材７の形状、硬度及び弾性率等を適宜変更することによ
り、任意に設定可能であり、望ましくは、ニップ部の最
大圧力が図 よりも更に後端側すなわちニップ部１０の
出口近傍に位置するのが、良好な定着性を得る上におい
て望ましい。

【００３５】このような圧力分布のニップ部１０の内部
に各種の記録用紙１２を走行し、用紙のかみ込み性につ
いてテストを行った。その結果、厚紙として葉書はもち
ろんのこと、封筒、ＯＨＰ用紙のいずれに対しても、十
分な噛み込み性と用紙の搬送性を有していることが確認
された。また、ストレステストとして富士ゼロックス製
Ａ４−Ｌ紙を重ねて噛みこみ性を調べたところ、４重送
まで噛み込みが可能であることが確認され、実用上十分
な性能を有していることが証明された。

【００３６】図４はこの発明の他の実施例を示すもので
あり、前記実施例と同一の部分には同一の符号を付して
説明すると、この実施例では、固定配置された耐熱性圧
接部材を薄膜シートと弾性部材との組み合わせによって
構成するのではなく、ゴム硬度の異なる複数の耐熱性弾
性部材７’、７’’、７’’’の組み合わせによって構
成するようになっている。

【００３７】その他の構成及び作用は、前実施例と同様
であるので、その説明を省略する。

【００３８】図５はこの発明の請求項第２項に記載され
た定着装置の一実施例を示すものであり、前記実施例と
同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実
施例では、上記耐熱性圧接部材を、加熱ロールに接触す
る固定ベルトと、当該固定ベルトを加熱ロールに圧接さ
せる圧接部材とから構成し、上記固定ベルトに張力を加
えて加熱ロールに圧接させるようになっている。

【００３９】ところで、上記請求項第１項に記載された
発明の場合には、加熱ロール１と圧接する耐熱性圧接部
材５の圧接圧力が、ニップ部１０の入口側の圧力がニッ
プ部１０の出口側の圧力より低くなるように設定したの
で、ニップ部１０の入口側では圧力が相対的に低いた
め、記録用紙１２の先端をスムースかつ確実にニップ部
１０に噛み込むことができ、記録用紙１２の搬送性に優
れ、安定した定着動作を行うことができる。

【００４０】しかし、このように構成した定着装置であ
っても、非常に厚い用紙１２や加熱ロール１に離型剤と
してのオイルを塗布する場合には、用紙１２がニップ部
１０の途中で止まってしまい、ニップ部１０の内部に噛
み込まれないことがある。これは、薄膜シート６だけで
接触しているニップ領域ａの部分の圧力が弱すぎるため
に、記録用紙１２に十分な搬送力を与えることができ
ず、薄膜シート６を介して耐熱性弾性部材７を押し当て
ているニップ領域ｂの部分の高い圧力を乗り越えること
が出来ずに止まってしまうためであると考えられる。

【００４１】そこで、この請求項第２項に記載された定
着装置では、非常に厚い紙や加熱ロールにオイルを塗布
した場合であっても常にスムースかつ確実な搬送性を達
成することができるようにしたものである。

【００４２】すなわち、この実施例では、薄膜シート６
だけで接触しているニップ領域ａの部分の圧力を上げる
ことによって、記録用紙１２に十分な搬送力を与え、薄
膜シート６を介して弾性部材７を押し当てている部分の
高い圧力を乗り越えることができるように構成されてい
る。

【００４３】また、薄膜シート６の基端部は、図５に示
すように、回転自在に配置されたローラ２０を介して垂
直方向の下方に向けて延長されているとともに、当該薄
膜シート６の基端には、スプリング２１によって約１〜
２ｋｇｆ程度の引っ張り荷重が加えられている。これに
より、ニップ部１０の入口側の圧力は、図６に示すよう
に、０．１〜０．２ｋｇ／ｃｍ² 程度の圧力が均等に加
わるのに対し、ニップ部１０の後方の最大圧力は、前記
実施例と同様に０．８ｋｇ／ｃｍ² となる。

【００４４】こうすることにより、非常に厚い用紙１２
や加熱ローラ１にオイルを塗布する場合でも、記録用紙
１２がニップ部１０の途中で止まることなく、スムーズ
にニップ部１０を通過させることができ、常に定着処理
が良好に行える。

【００４５】この効果の厚紙に対するオイル多量塗布時
の実験結果を図７に示す。この図７から明らかなよう
に、薄膜シート６の基端部に１ｋｇｆ程度の張力を加え
ることによって、厚紙に対するオイル多量塗布時におい
ても、スムーズにニップ部１０を通過させることがで
き、常に定着処理が良好に行えることがわかる。

【００４６】その他の構成及び作用は、前記実施例と同
様であるので、その説明を省略する。

【００４７】図８はこの発明の請求項第１項又は第２項
に記載された定着装置の他の実施例を示すものであり、
前記実施例と同一の部分には同一の符号を付して説明す
ると、この実施例では、像支持体上の未定着トナー像の
トナー量が多いカラー画像等の未定着トナー像を定着す
る場合に好適な定着装置に関するものである。

【００４８】ところで、上記請求項第１項又は第２項に
記載された発明の実施例の場合には、加熱ロール１と圧
接する耐熱性圧接部材５の圧接圧力が、ニップ部１０の
入口側の圧力がニップ部１０の出口側の圧力より低くな
るように設定したので、加熱ロール１と固定配置された
圧接部材５とのニップ部１０の入口側では圧力が相対的
に低いため、記録用紙１２の先端をスムースかつ確実に
ニップ部１０に噛み込むことができ、記録用紙１２の搬
送性に優れ、安定した定着動作を行うことができる。

【００４９】しかし、このように構成した定着装置であ
っても、図９に示すように、ニップ部１０の後方に記録
用紙１２を剥離するための剥離爪４０が必要である。ト
ナー像１１が載った記録用紙１２は、ニップ部１０の出
口以降剥離爪４０の位置まで巻き付き、そこで剥離爪４
０によって強制的に剥離されることになる。通常の画像
たとえば白黒画像では、記録用紙１２の先端を剥離爪４
０で剥離すれば、それより後方の記録用紙１２は、紙の
腰の強さにより自然に剥がれるために、記録用紙１２の
剥離はそれ程困難ではない。

【００５０】しかし、シアン、マゼンタ、イエロー等の
３色のトナー像１１が多量に載った記録用紙１２を目的
の色になるように十分に溶融・混色させて発色・定着さ
せるカラー画像を定着する場合には、記録用紙１２の先
端を剥離爪４０で剥離しても、その後方の用紙１２は加
熱ロール１から容易に剥がれないため、画像は常に剥離
爪４０で擦られることになる。そして、剥離爪４０で擦
られる時のトナー像１１は未だ溶融状態であるため、画
像が傷ついてしまい、使用に耐えられないものになって
しまう。これを防止するためには、紙厚が厚く、つまり
紙の腰が強く、加熱ロール１に巻きつきにくい紙だけに
限定すればこの問題は起こらないが、これは根本的解決
ではない。

【００５１】そこで、この実施例は、以上の問題点を解
決する定着装置を提供するものである。それは、白黒画
像に限らず、カラー複写機にも適用可能な新規のパッド
ニップ方式の定着装置を提供するものである。そして、
それは多量のトナーが載った紙厚が薄く、紙の腰の弱い
記録用紙１２を発色定着させる場合でも、剥離爪３０を
必要とせず、ニップ部１０の出口において、何らの剥離
装置を用いずに剥離できる（以下、このことをセルフス
トリッピングという）パッドニップ方式の定着装置を提
供するものである。

【００５２】カラー画像の定着は、多層の未定着トナー
像１１を目的の色に発色するため、トナーに多量の熱を
与えなくてはならないことを考えると、ワイドなニップ
部を形成できるパッドニップ方式が適する。

【００５３】本発明者らは、薄紙でもセルフストリッピ
ングできる方法、つまり加熱ロールと溶融トナーとの付
着力を減少させる方法を研究している途中で、次のよう
な現象を発見した。

【００５４】それは、溶融トナー１１と加熱ロール１表
面との界面の付着力は、単に両者の界面化学的な材料の
物性値だけでは決まらず、加熱ロール１表面の歪みの影
響を大きく受けるという事実である。つまり、あらかじ
め表面歪みを有している加熱ロール１の表面に溶融トナ
ーが接触している状態から、その表面歪みが瞬間的に開
放される状態に移る時に、トナー１１と加熱ロール１表
面との付着力が減少するという現象である。

【００５５】具体的には、加熱ロール１の表面が外から
荷重によって比較的容易に弾性変形して歪みを生じるこ
とができる材料、たとえばシリコーンゴムやフッ素ゴム
等の耐熱弾性体が被覆されている場合において、ニップ
部の出口近傍にて、小径のハードロールが圧接して歪み
を受けながら定着され、そしてニップ部の出口にてその
歪みが開放される瞬間、トナーと加熱ロール表面の付着
力は急激に低減し、セルフストリッピングされやすいと
いうことである。

【００５６】弾性体が被覆されたソフトロールは圧力を
加えると表面が変形し、歪みが生じた状態でトナーと接
触している。この歪み状態から急に圧力を取り除くと歪
みが開放され元の状態に戻る。この時に、トナーとロー
ルの界面にミクロなスリップを生じる。このミクロなス
リップの存在が付着力の低減効果であるという仮説であ
る。

【００５７】そこで、この実施例に係る定着装置では、
加熱ロールに固定配置された耐熱性圧接部材を圧接さ
せ、当該加熱ロールと耐熱性圧接部材とのニップ部に未
定着トナー像を担持した像支持体を通過させることによ
り、熱及び圧力によって未定着トナー像を像支持体に定
着する定着装置において、上記加熱ロールと圧接する耐
熱性圧接部材の圧接圧力が、ニップ部の入口側の圧力が
ニップ部の出口側の圧力より低くなるように設定し、し
かも、加熱ロールとして弾性体層を有するものを使用す
るとともに、当該加熱ロールの表面に圧接する耐熱性圧
接部材の圧接圧力を相対的に高く設定して、加熱ロール
の弾性体層に歪みを発生させるように構成したものであ
る。上記加熱ロールの表面に歪みを低荷重で効率良く生
じさせるためには、耐熱性圧接部材は、加熱ロールに被
覆されている弾性部材より硬質であることが望ましい。

【００５８】図８はこの実施例に係る定着装置を示すも
のである。

【００５９】図において、３０は加熱ロールを示すもの
であり、この加熱ロール３０は、外径２５ｍｍ、内径２
２ｍｍのアルミニウム製円筒３１の表面に、弾性体層３
２としてＨＴＶシリコーンゴム（ＪＩＳ−Ａのゴム硬度
３２度）が０．５ｍｍの厚さに被覆されたもので、さら
にその表面に離型層３３としてシリコーンＲＴＶゴムを
５０μｍの厚さにディップコートし、鏡面状態に近い表
面に仕上げられたものである。また、上記加熱ロール３
０の中心には、加熱源３４として１００ｖ、３００ｗの
ハロゲンランプが配設されており、この加熱ロール３０
の表面温度は、温度センサー３５によって検出されると
ともに、図示しない温度コントローラーによって常に１
５０℃となるように制御されている。また、上記加熱ロ
ール３０の表面には、離型剤としてジメチルシリコンオ
イル粘度３０００ｃｓ（ＫＦ−９６：信越化学製）がオ
イル供給システム３６によって均一に供給されるように
なっている。

【００６０】ところで、この実施例では、前記実施例と
同様に、固定配置された耐熱性圧接部材５が、耐熱性を
有する薄膜シート６と、耐熱性弾性部材７とから構成さ
れている。上記耐熱性弾性部材７としては、ＪＩＳ−Ａ
のゴム硬度が６０°のシリコーンゴムが使用され、この
耐熱性弾性部材７は、薄膜シート６を介して加熱ロール
３０の表面に圧接することによって、加熱ロール３０の
弾性体層３２及び離型層３３に歪みを発生させるように
なっている。また、ニップ領域１０の幅は、４ｍｍに設
定されている。

【００６１】そして、この実施例では、ニップ部１０の
出口において、シリコーンゴム７が薄膜シート６を介し
て加熱ロール３０の表面に圧接されているため、加熱ロ
ール３０の弾性体層３２及び離型層３３が変形し、その
表面には歪みが発生する。また、上記加熱ロール３０に
は、図示しない駆動モータから駆動力が伝達され、加熱
ロール３０は、矢印の方向に沿って６０ｍｍ／ｓｅｃの
速度で回転駆動されるようになっている。

【００６２】このように構成される定着装置に各種重量
（厚さ）の記録用紙１２の上にカラートナーが２．０ｍ
ｇ／ｃｍ² の密度で転写された未定着トナー像１１を通
し、ニップ部１０の出口でのセルフストリッピング性を
調べた結果を図１０に示す。この図の中で用紙の送り方
向Ａとは紙の繊維が加熱ロール３０と平行になるように
送った場合であり、送り方向Ｂとは垂直の場合である。
送り方向Ａの場合は紙の構造上、紙が腰が弱く同じ紙厚
でもセルフストリッピングがしにくい傾向にある。

【００６３】以上のデータより、圧接部材５の荷重を増
加して行くに従い、重量の小さい（紙厚の薄い）紙でも
セルフストリッピングが可能となることが判る。

【００６４】〔歪みの測定〕ある荷重における弾性体ロ
ールの表面歪みは、次のようにして実測が可能である。
一般にハードロールとソフトロールがある荷重のもとで
互いに圧接している場合、ニップ域でソフトロールの表
面は弾性変形し、その表面の円周方向はある歪みεを生
ずる。この状態でロール対を回転させニップ域に記録用
紙が通過すると、記録用紙は、歪みを生じた弾性体ロー
ルの１回転で送り出される記録用紙の長さは、実際にロ
ール周長の長さより円周方向歪みε分だけ搬送量が大き
くなる。

【００６５】つまり、歪みεは、下記の数１式のように
なる。この式から実際の歪みεが実測可能となる。この
発明の実施例での歪みは、この測定法によって想定した
値である。歪み３％より９０ｇ／ｃｍ² 以上でＢ方向送
りの紙のセルフストリッピングが可能となり、歪み２．
０％からは一番剥離しずらい薄紙のＡ方向のセルフスト
リッピングが可能となる。

【数１】

【００６６】ニップ部の出口における歪みの解放による
トナーと加熱ロール界面の付着力の低減効果は、この発
明のようなパッドニップ方式だけでなく、ロールニップ
方式にも適用が可能である。この場合、加熱ロールの表
面硬度は、加圧ロールと同等か又はそれより軟らかい方
が定着ロールの歪みが生じやすく、その分セルフストリ
ッピングしやすい。

【００６７】比較例 ここでは前記実施例と同等の定着装置において、固定配
置された耐熱性弾性部材５を取り除き、その代わりに加
圧ロールを設けて加熱ロールとのニップの形成を加圧ロ
ールを用いた場合（つまりロールニップ方式）のセルフ
ストリッピング性について、荷重との関係を検討した。

【００６８】ここで用いた加圧ロールは直径が加熱ロー
ルと同じ２５ｍｍであり、その表面には５０μｍの厚さ
にテフロン（登録商標）コーテイングがされている。加
熱ロールは、下地層としてＨＴＶシリコーンゴム（ＪＩ
Ｓ−Ａのゴム硬度３２°）が１．０ｍｍの厚さで被覆さ
れたもので、さらにその表面にトップコート層としてシ
リコーンＲＴＶゴムを５０μｍの厚さにデイップコート
し、鏡面状態に近いに表面に仕上げられている。両ロー
ルの表面温度は１６０℃にコントロールされ、ロールニ
ップ間に実施例と同じ未定着トナー像を３０ｍｍ／ｓｅ
ｃの定着速度にて通し、その時のセルフストリッピング
性を調べた。

【００６９】図１１にその結果を示す。ロールニップ方
式の場合は、歪み０．５％より９０ｇ／ｃｍ² 以上での
Ｂ方向送りの紙のセルフストリッピングが可能となり、
歪み３％から一番剥離がしずらい薄紙（５０ｇ／ｍ² ）
のＡ方向送りのセルフストリッピングが可能となる。

【００７０】これからわかるように、パッドニップ方式
はロールニップ方式より小さな歪みでセルフストリッピ
ングが可能であることがわかる。

【００７１】この理由としてパッドニップ方式では、パ
ッドニップの出口近傍で瞬間的に歪みを与えているため
に、小さな歪みでも歪みの変化率が大きく、その分、ト
ナーと加熱ロール表面の界面でミクロなスリップが発生
しやすいためと考えられる。

【００７２】また、パッドニップ方式の総荷重は１〜５
ｋｇであるのに対し、ロールニップ方式では１０ｋｇ以
上が必要である。パッドニップ方式では大幅な荷重低下
が実現可能であり、このため定着ロールの表面摩擦、装
置の駆動トルクの低減が可能となる。また、荷重が少な
い分ロールの剛性は小さくてすみ、ロール径やロールコ
アの肉厚の薄肉化が達成できる。

【００７３】さらにまた、従来のロールニップ方式では
非定着時に両ロールを離間させて加熱ロールの変形を防
止する必要があったが、本装置ではその必要はなく装置
の簡略化が可能となる。さらにまた長尺ロール、たとえ
ば大図面用の定着装置への適用も可能となる。

【００７４】一般に、ゴムは熱伝導率が小さく熱的には
断熱材として作用する。加熱ロールの温度の安定化に
は、なるべくゴムの肉厚は薄い方が良い。

【００７５】従来のロールニップ方式では、広いニップ
幅を得るには加熱ロールのゴムの肉厚を厚くしなければ
ならず、ゴムの薄肉化には限界があった。しかし、本発
明のパッドニップ方式では、パッドによってニップが形
成されるため、ゴム厚を厚くする必要はなく、ゴムはセ
ルフストリッピングできる歪みが均一に形成できる厚み
さあえあれば良い。このようにパッドニップ方式は、ニ
ップ幅と歪みをそれぞれ独立して変化できるという特徴
を有する。

【００７６】具体的には、従来のロールニップ方式では
少なくも１ｍ以上、望ましくは１．５ｍｍ以上の弾性体
が必要であったが、この発明では０．１ｍｍ以上、望ま
しくは０．３ｍｍ以上あれば良く、温度の安定化とウオ
ームアップの短縮にメリットを有する。

【００７７】以上の説明から明らかなように、この発明
は定着ロール表面に固定パッド５を押し当てて歪みを発
生することによりセルフストリッピングを可能としたも
のである。このため、白黒定着以外のカラーの定着装置
への適用が可能になるものである。また、本パッドニッ
プ方式はロールニップ方式に比べても高速、高信頼、高
画質等多くのメリットを有するものであり、産業上その
利用価値は非常に大きいものである。

【００７８】その他の構成及び作用は、前記実施例と同
様であるので、その説明を省略する。

【００７９】

【発明の効果】 この発明は、以上の構成及び作用より
なるもので、加熱ロールに固定配置された圧接部材を圧
接させて定着を行う定着装置において、ニップ部の内部
にスムーズ且つ確実に像支持体が噛み込まれるようにし
た定着装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１はこの発明の請求項第１項に係る定着装
置の一実施例を示す構成図である。

【図２】 図２は同実施例に係る定着装置の変形例を示
す構成図である。

【図３】 図３はニップ部の圧力分布を示すグラフであ
る。

【図４】 図４はこの発明の請求項第１項に係る定着装
置の他の実施例を示す構成図である。

【図５】 図５はこの発明の請求項第２項に係る定着装
置の一実施例を示す構成図である。

【図６】 図６はニップ部の圧力分布を示すグラフであ
る。

【図７】 図７は同実施例に係る定着装置の実験結果を
示す図表である。

【図８】 図８はこの発明の請求項第１項又は第２項に
係る定着装置の他の実施例を示す構成図である。

【図９】 図９はこの発明の請求項第１項又は第２項に
係る定着装置の更に他の実施例を示す構成図である。

【図１０】 図１０は図８に示す装置のセルフストリッ
ピング性を示す図表である。

【図１１】 図１１は従来の定着装置のセルフストリッ
ピング性を示す図表である。

【図１２】 図１２は従来の定着装置を示す構成図であ
る。

【図１３】 図１３は従来の他の定着装置を示す構成図
である。

【図１４】 図１４（ａ）（ｂ）は従来の定着装置にお
ける用紙の進入状態を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 加熱ロール、５ 耐熱性圧接部材、６ 薄膜シー
ト、７ 耐熱性弾性部材、１１ 未定着トナー像、１２
記録用紙。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 徹 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼ ロックス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−11280（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−123387（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−166379（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱ロールに固定配置された圧接部材を
   圧接させ、前記加熱ロールと前記圧接部材により形成された ニップ
   部に未定着トナー像を担持した像支持体を通過させるこ
   とにより、熱及び圧力によって未定着トナー像を像支持
   体に定着する定着装置において、前記加熱ロールと圧接する前記圧接部材の圧力が、前記
   ニップ部の入口側の圧力が前記ニップ部の出口側の圧力
   より低くなっていることを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 前記固定配置された圧接部材は、前記像
   支持体が接する面にベルトを有した弾性部材であること
   を特徴とする請求項１記載の定着装置。