JP3322095B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複写機、プリン
ター、ファクシミリなどの電子写真方式を利用した画像
形成装置において未定着トナー像を加熱定着する定着装
置に係り、特にベルトニップ方式の定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】記録シート上に担持された未定着のトナ
ー像を加熱・溶融して定着する装置として、回転可能に
支持された加熱定着ロールと、無端移動が可能に張架さ
れた加圧ベルトとを圧接し、これらの間に記録シートを
送り込んで定着するものが知られており、例えば特開昭
５２−６９３３７号公報、特開昭６０−１５１６７７号
公報、特開昭６０−１５１６８１号公報、特開昭６２−
１４６７５号公報、実開昭６０−１０４８５２号公報、
実開平２−３０９６１号公報、特開平４−５０８８５号
公報および特開平５−１５０６７９号公報に開示される
もの等がある。

【０００３】図７は、本願の出願人が提案し、特開平５
−１５０６７９号公報に開示された定着装置を示す。こ
の定着装置で用いられている加熱定着ロール１０１は、
アルミニウムなどの熱伝導率の高い金属製の円筒状のコ
ア１１２と、その表面に形成された弾性体層１２０とを
有するものである。弾性体層１２０は、コアの表面に直
接被覆されたＨＴＶシリコーンゴムからなる下地層１１
３と、その外側に被覆されたＲＴＶシリコーンゴムから
なるトップコート層１１４とで形成されている。

【０００４】コア１１２の内部には、加熱源としてハロ
ゲンランプ１０７が配置されている。また、加熱定着ロ
ール１０１の表面と接するように温度センサ１１１が配
置され、弾性体層の表面の温度を計測する。そして、温
度センサ１１１の計測信号により、図示しない温度コン
トローラが作動され、ハロゲンランプ１０７のＯＮ／Ｏ
ＦＦが制御されて、加熱定着ロール１０１の表面が所定
の温度に調節されるようになっている。また、加熱定着
ロール１０１の表面には、オイル供給装置１１０によっ
て離型剤が供給されており、これにより記録シート１１
５に未定着トナー像１１６を定着する際に、未定着トナ
ー像１１６の一部が加熱定着ロール１０１にオフセット
するのが防止される。

【０００５】また、加圧ベルト１０２は支持ロール１０
４、１０５、および圧力ロール１０３に張架されてお
り、圧力ロール１０３が加熱定着ロール１０１に圧接さ
れ、これにともなって加圧ベルト１０２の一部が加熱定
着ロール１０１に巻き回されるように接触している。さ
らに、加熱定着ロール１０１と加圧ベルト１０２とが接
触する部分の上流部には、圧力補助ロール１０６が加圧
ベルトを介して加熱定着ロール１０１に押圧されてい
る。そして加熱定着ロール１０１が回転駆動されること
により、加圧ベルトは図中に示す矢印の方向に周回する
ようになっており、前記接触部分がトナー像１１６を担
持した記録シート１１５の通過するニップとなる。した
がって、未定着のトナー像を担持した記録シート１１５
が上記ニップに送り込まれると、加熱定着ロール１０１
と加圧ベルト１０２との間に挟持され、搬送される。そ
して加熱定着ロール１０１から伝えられる熱によってト
ナーが溶融し、加圧ベルト１０２または圧力ロール１０
３の圧接力で記録シート１１５に圧着される。

【０００６】このようなベルトニップ方式の構成を採用
することにより、記録シートがベルトニップの長さ（加
圧ベルトが加熱定着ロールと接触している範囲の長さ）
を通過する時間や、加熱が継続されるので、加熱定着ロ
ールと圧力ロールとを圧接させて加圧ベルトを使用しな
い装置に比べると、記録シートの搬送速度を大きくして
も充分な定着時間を確保することが可能になるという利
点がある。また、同じ搬送速度であれば、ベルトニップ
方式の方が加圧ベルトを使用しない方式よりも加熱時間
が長くなり、トナーにより多量の熱を与えることができ
るため、ベルトニップ方式は特に多層のトナーを所望の
色に発色させるカラー複写機の定着に適している。

【０００７】また、この定着装置においては、加熱定着
ロール１０１の表面に弾性体層１２０が形成されてお
り、この弾性体層１２０が圧力ロールの圧接力を受けて
変形し、円周方向に僅かにひずむようになっている。す
なわち、加熱定着ロール１０１の回転にともなって、圧
力ロールが圧接される位置の弾性体層１２０にひずみが
発生し、この位置を通過するとひずみがなくなる。この
加熱定着ロール１０１が、変形の生じていない部分で周
速がＶ₀ となるように回転駆動されると、円周方向にひ
ずみε₁ が生じている圧力ロールの圧接部分では、周速
度Ｖ₁ が次式で示されるとおりとなる。 Ｖ₁ ＝Ｖ₀ （１＋ε₁ ）

【０００８】このように圧力ロールの圧接部分で加熱定
着ロールの周速度が大きくなる現象は記録シートの先端
がベルトニップを通過する際にも同様に発生し、このた
めほぼＶ₀ の速度で送られる記録シート１１５と弾性体
層１２０の表面との間に僅かなずれを生じる。これによ
って、トナー像１１６と加熱定着ロール１０１との間の
付着が引き離され、記録シート１１５は加熱定着ロール
１０１から剥離する。溶融されたトナーと加熱定着ロー
ル１０１の表面との付着力は両者の界面化学的な材料物
性値にも左右されるので、記録シート１１５が剥離する
挙動はトナーの種類や弾性体層１２０の材質に応じて異
なるが、この定着装置によると、通常の加熱定着ロール
と圧力ロールとからなる定着装置に用いられている剥離
爪などの剥離手段を使用しなくても、記録シートを加熱
定着ロール１０１から剥離することができる（以下、こ
れをセルフストリッピングという）。また、この定着装
置では、いわゆる腰が弱くて剥離しにくい薄紙や、多量
のトナーが付着した用紙でも、セルフストリッピングさ
せることができる。

【０００９】このようなセルフストリッピングを確実に
行うためには円周方向のひずみε₁をある程度大きな値
にする必要があるが、このひずみを確保するために圧力
ロール１０３に大きな圧接力を加えると、この部分で記
録シート１１５と加熱定着ロール１０１との間の摩擦力
が増大し、記録シート全体の搬送速度Ｖｐがひずみの生
じている部分の速度Ｖ₁ に近い速度となることがある。
そうすると、圧力ロール１０３の圧接位置より上流側で
は加熱定着ロール１０１の周面の速度がほぼＶ₀ （変形
が生じていない部分の周速度）で移動しており、記録シ
ートの速度Ｖｐと加熱定着ロールの周面速度Ｖ₀ との差
によって、これらの接触面にずれが生じ、画像が乱れる
という問題がある。

【００１０】このような問題点に対し、特開平５−１５
０６７９号公報に開示の装置では、圧力補助ロール１０
６を圧力ロール１０３に対して記録シートの走行方向上
流側に配置し、この圧力補助ロール１０６を加熱定着ロ
ール１０１に押圧している。これにより記録シート１１
５の先端が圧力ロール１０３の圧接位置に到達して、Ｖ
₁ に近い速度で搬送しようとする力が作用しても、記録
シートの後続部分を加熱定着ロール１０１の周速度がほ
ぼＶ₀ で移動する部分に押し付けて加熱定着ロール１０
１と記録シート１１５との間の速度差の発生を防止し、
画像ずれを回避しようとしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧力補
助ロール１０６を強く押し付けると、図８に示すよう
に、この圧力補助ロール１０６の押圧部分でも加熱定着
ロール１０１の弾性体層に圧縮変形が生じ、周面に周方
向のひずみが生じてしまう。このようなひずみが生じる
と、図９に示すように、加熱定着ロール１０１の周速度
が圧力ロール１０３の圧接位置と同様に、変形の生じて
いない部分の周速度Ｖ₀ より大きい周速度Ｖ₃ となり、
記録シートをＶ₀ より大きい速度で搬送しようとする力
が作用する。このため、圧力ロールの圧接力に基づく摩
擦力と、圧力補助ロールの圧接力に基づく摩擦力とによ
って、記録シートの搬送速度ＶｐはＶ₁ もしくはＶ₃
に近い速度となり、圧接部と圧力補助ロールとの間の部
分（図８中に示す領域Ａ）で記録シートの搬送速度Ｖｐ
と加熱定着ロールの周速度Ｖとの間に差を生じ、像の乱
れが生じることになる。

【００１２】一方、加圧ベルトを張架する圧力ロールが
加熱定着ロールに圧接されている定着装置では、記録シ
ートの両面に順次トナー像を定着しようとすると、第２
面の定着時に既に定着した第１面の画像の光沢を損なう
という問題がある。これは圧力ロールが、発熱手段を内
蔵する加熱定着ロールと加圧ベルトを介して常に圧接さ
れており、高い温度に熱せられていることによると考え
られる。つまり、第２面の定着時に既に定着された第１
面のトナー像が圧力ロールからの熱で再度加熱され、溶
融することによって光沢が大きく変化してしまうもので
ある。また、第１面のトナー像が溶融することによっ
て、加圧ベルトの継ぎ目などの痕跡ができてしまった
り、記録シートが加圧ベルトに融着して剥離するのが困
難になったりするという問題も生じる。

【００１３】本願に係る発明は、上記のような問題点に
鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、記録シ
ートが加熱定着ロールの表面に付着するのを防止すると
ともに、トナー像に乱れが生じるのを回避することがで
きるベルトニップ方式の定着装置を提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記のような問題点を解
決するために、請求項１に記載の発明は、 発熱手段を
内蔵し、回転駆動される加熱定着ロールと、 無端状に
形成され、複数のロールに張架されるとともに、前記加
熱定着ロールに巻き回すように接触される加圧ベルトと
を有する定着装置において、 前記加熱定着ロールは周
面に弾性体層を有し、 前記加圧ベルトを張架する複数
のロールのうちの一つのロールが、前記加熱定着ロール
と前記加圧ベルトとの圧接部の、前記加熱定着ロールの
回転方向における下流部で、前記加熱定着ロールの弾性
体層に圧縮変形を生じさせるように押圧された圧力ロー
ルであり、 前記圧接部の上流部には、前記加圧ベルト
を介して前記加熱定着ロールに圧接される圧力補助ロー
ルが設けられ、 該圧力補助ロールの周面には、前記加
熱定着ロールの弾性体層を構成する材料より硬度の小さ
い材料からなる軟弾性体層が形成されており、 該圧力
補助ロールと前記加熱定着ロールとの圧接力は、該圧接
力と前記加熱定着ロールに巻き回すように接触された加
圧ベルトの張力による圧接力との合計が、前記圧力ロー
ルの押圧力と同等もしくはそれ以上となるように設定さ
れ、 前記圧力補助ロールが前記加熱定着ロールに圧接
されることによる前記弾性体層表面の周方向のひずみが
０．５％以下となるように設定されていることを特徴と
する定着装置である。

【００１５】請求項２に記載の発明は、 請求項１に記
載の定着装置において、 前記圧力ロールは、周面に、
耐熱性及び断熱性を有する材料からなる被覆層を有する
ことものとする。

【００１６】請求項３に記載の発明は、 請求項２に記
載の定着装置において、 前記圧力ロール周面の被覆層
は、前記弾性体層を構成する材料よりも硬度の大きい材
料で構成されているものとする。

【００１７】［作用］ 本願に係る発明は上記のような構成を有しているので、
次に記載するとおりに作用する。請求項１に記載の定着
装置では、圧力ロールが押圧されることによって加熱定
着ロールの表面の弾性体層には圧縮変形が生じ、図１
（ｂ）に示すように、この部分の速度Ｖ₁ が加熱定着ロ
ールの他の部分（圧縮変形が生じていない部分）の周速
度Ｖ₀ よりも大きくなっている。このため、ベルトニッ
プを通過する記録シートの先端が圧力ロールの圧接され
た位置に到達すると、加熱定着ロールの周面と記録シー
トとの間の摩擦力により、記録シートを速度Ｖ₁で搬送
しようとする力が作用する。しかし、圧力補助ロールが
加熱定着ロールに対して圧接され、この部分における加
熱定着ロール周面と記録シートとの間の摩擦力が増大す
るとともに、圧力補助ロールが加熱定着ロールの弾性体
層より柔らかい軟弾性体で形成されているので、加熱定
着ロールと圧接されても主に圧力補助ロールが変形し、
加熱定着ロールの表面のひずみは分散されて大きな値と
はならない。したがって、圧力補助ロールの圧接による
摩擦力は記録シートが大きな速度Ｖ₁ で搬送されるのを
阻止するように作用し、記録シートは加熱定着ロールの
変形が生じていない部分とほとんど同じ速度で搬送さ
れ、記録シートと加熱定着ロールの表面とのずれによる
像の乱れが防止される。一方、圧力ロールの圧接位置で
は、加熱定着ロールの周速度Ｖ₁ と記録シートの搬送速
度との差により付着が引き離され、セルフストリッピン
グが行われる。

【００１８】また、上記定着装置において記録シートを
加熱定着ロールの周面に押し付ける力は、図１（ｂ）に
示すように、圧力ロールの圧接力Ｐ₁と、加圧ベルトの
張力による圧接力Ｐ₂ と、圧力補助ロールの圧接力Ｐ₃
と考えることができる。一方、加熱定着ロール表面の周
方向のひずみは、圧力ロールの圧接位置では大きく、そ
の他の位置では小さく押えられている。したがって、圧
力ロールの圧接力Ｐ₁ にともなう摩擦力が、用紙を大き
な速度Ｖ₁ で送ろうとする力となり、加圧ベルトの張力
による圧接力Ｐ₂ および圧力補助ロールの圧接力Ｐ₃ に
ともなう摩擦力が、ひずみが生じていない部分の周速Ｖ
₀ に近い速度で用紙を送ろうとする力となる。そして、
加圧ベルトの張力による圧接力Ｐ₂ と圧力補助ロールの
圧接力Ｐ₃ との合計が圧力ロールの圧接力Ｐ₃ と同等も
しくはそれ以上に設定されているので、加熱定着ロール
周面のひずみが小さい部分における加熱定着ロールと記
録シートとの間の摩擦力が支配的となり、記録シートは
加熱定着ロールの変形が生じていない部分の周速Ｖ₀ に
近い速度で搬送される。したがって、加熱定着ロールの
周面と記録シートのとの間にずれを生じることがほとん
どなく、トナー像に乱れが生じるのが回避される。

【００１９】さらに、圧力補助ロールが加熱定着ロール
に圧接されることによる加熱定着ロール表面の周方向の
ひずみが０．５％以下となっているので、この部分にお
ける加熱定着ロール周面の速度Ｖ₃と、変形が生じてい
ない部分の速度Ｖ₀ との差が小さくなっている。このた
め、圧力補助ロールの圧接力に基づく摩擦力が記録シー
トを周面の速度Ｖ₃で搬送するように作用しても、記録
シートの搬送速度Ｖｐは、図１（ｂ）中に示す領域Ａに
おける加熱定着ロールの周速度Ｖ₂ と大きくは変わら
ず、加熱定着ロールの周面と記録シートとの間のずれ量
は小さなものとなる。したがって、像にずれが生じても
許容できる程度に抑えることが可能となる。この臨界値
０．５％は後述する実験の結果により認められるもので
あり、望ましくは０．３％以下である。また、この値
は、圧力補助ロールが圧接されているかぎり、０．０％
にはなり得ないが、できるだけ小さな値とすることによ
って良好な結果が得られるものである。

【００２０】請求項２に記載の定着装置では、加圧ベル
トを介して加熱定着ロールに押圧された圧力ロールが周
面に断熱性を有する被覆層を備えているので、加熱定着
ロールに内蔵された加熱源から圧力ロールに伝達される
熱量が低減される。つまり、圧力ロールの周面に設けら
れた被覆層で大きな温度勾配が発生し、圧力ロールの内
部の温度上昇が低減される。このため、記録シートが加
熱定着ロールと加圧ベルトとの間に送り込まれた際に、
圧力ロールに蓄積された熱で記録シートの裏面を加熱す
ることが少なく、この面にすでに定着されたトナー像が
存在していてもこれを再度溶融するようなことがなくな
る。これは記録シートの両面にトナー像を定着する場合
について得られる効果であり、第２面の定着時に既に定
着した第１面のトナー像を再度加熱・溶融して光沢を損
ったり、加圧ベルトに付着して加圧ベルトの痕跡が残る
のを防止することが可能となる。

【００２１】また、一般に断熱性に優れた材料は多孔性
のものが多く、柔軟に変形しやすいが、加熱定着ロール
の周面に形成された弾性体層より硬度の大きい材料で圧
力ロールの被覆層を形成することにより、圧力ロールと
加熱定着ロールとの圧接部で主に弾性体層を変形させ
て、該弾性体層に周方向のひずみを生じさせることがで
きる。これにより、良好な剥離性が確保される。

【００２２】

【実施例】以下本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。 ◎第１実施例 図１は、請求項１に記載の発明の一実施例である定着装
置を示す概略構成図である。この定着装置は、加熱源を
内蔵した加熱定着ロール１と、圧力ロール３および２つ
の支持ロール４、５に張架され、上記加熱定着ロール１
に圧接される加圧ベルト２と、この加圧ベルト２を介し
て上記加熱定着ロール１に押圧される圧力補助ロール６
とで主要部が構成されている。

【００２３】上記加熱定着ロール１は金属性のコア１２
の周囲に弾性体層２０を形成したものであり、コア１２
は、外径４６ｍｍ、内径４０ｍｍのアルミニウム製円筒
体である。コア１２の表面には、下地層１３として硬度
４５°（ＪＩＳ−Ａ）のＨＴＶシリコーンゴムが厚さ２
ｍｍで直接被覆され、さらにその上にトップコート層１
４としてＲＴＶシリコーンゴムが厚さ２μｍでディップ
コートされている。この下地層１３およびトップコート
層１４で弾性体層２０が形成されており、トップコート
層１４の表面は鏡面に近い状態に仕上げられている。な
お、下地層１３のゴムの硬度は、Teclock 社製のスプリ
ングタイプのＡ型硬度計により、ＪＩＳＫ６３０１に準
拠し、荷重１，０００ｇｆで測定機を試験片に垂直に圧
して計測した結果である。以下、同様の計測方法による
硬度をＪＩＳ−Ａと省略する。

【００２４】加熱源であるハロゲンランプ７の出力は４
００ｗであり、温度センサ１１の信号に基づいて図示し
ない温度コントローラがハロゲンランプ７をフィードバ
ック制御し、加熱定着ロール１の表面が１５０℃に調節
される。また、オイル供給装置１０によって供給される
離型材としては、粘度３００ｃｓのジメチルシリコーン
オイル（ＫＦ−９６：信越化学製）が使用される。

【００２５】一方、加圧ベルト２は、ポリイミドフィル
ムにより厚さ７５μｍ、幅３００ｍｍ、周長１８８ｍｍ
に形成されている。この加圧ベルト２は、支持ロール
４、５、および圧力ロール３の周囲に１０Ｋｇｆの張力
で巻き回されている。圧力ロール３および支持ロール
４、５はステンレスによって形成されており、その直径
は、それぞれ２０ｍｍ、２０ｍｍ、１８ｍｍである。こ
れらのロール３、４、５はそれぞれ中央部の直径が端部
の直径よりもわずかに大きくなるようにテーパ加工され
ており、加圧ベルト２の張力によってロール３、４、５
にたわみが生じても加圧ベルト２が平坦になり、波打っ
た状態とならずに円滑に走行するようになっている。こ
れらのロールのうち圧力ロール３は、圧縮コイルスプリ
ング８によって一定荷重で加熱定着ロール１の中心に向
けて押圧され、これにより加圧ベルト２が加熱定着ロー
ル１に巻き付けるように圧接されている。

【００２６】この加圧ベルト２の加熱定着ロール１に対
する巻付角度は４５°であり、このとき圧力補助ロール
６を加圧ベルト２に接触させない場合のニップ幅（ベル
トの長手方向）は１９．６ｍｍとなる。また、圧力ロー
ル３がステンレス製であって、加熱定着ロール１の弾性
体層２０よりもはるかに硬いことから、圧力ロール３の
押圧により、加熱定着ロール１の弾性体層２０には周方
向にひずみε₁ が発生している。なお、加圧ベルトがロ
ール３、４、５の軸線方向に移動して、これらのロール
から外れてしまうのを防止するため、支持ロール４は軸
心を他のロールと平行な位置からわずかに傾けること及
びわずかの移動ができるようになっている。つまり、こ
の支持ロール４の軸心位置及び角度を操作することによ
り、ベルトの幅方向における位置を是正するものであ
る。

【００２７】一方、圧力ロール３よりも記録シート１５
の走行方向上流側に配置された圧力補助ロール６は、直
径１３ｍｍのステンレスコアにシリコーンスポンジ（シ
リコーンゴムの発泡体）からなる表面層（軟弾性体層）
を５ｍｍの厚さに被覆したものである。この圧力補助ロ
ール６もまた、圧縮コイルスプリング９によって加圧ベ
ルト２の内側から加熱定着ロール１の中心方向に押圧さ
れている。しかし、表面層は加熱定着ロール１の弾性体
層２０に比べて柔軟な材料で形成されているので、押圧
部で主に圧力補助ロールの表面層が変形し、弾性体層２
０のひずみε₃は分散されて小さな値となっている。な
お、圧力ロール３と圧力補助ロール６の軸間距離は２
５．５ｍｍであり、圧力補助ロール６を配置したことに
よるニップ幅は２１．８ｍｍとなっている。

【００２８】このような定着装置では、加熱定着ロール
１がモータにより周速度Ｖ₀ ＝１６０ｍｍ／ｓｅｃで回
転駆動され、この回転により加圧ベルト２もほぼ同じ速
度で周回移動する。そして、未定着のトナー像１６を担
持した記録シート１５が加熱定着ロール１と加圧ベルト
２との間に送り込まれると、この記録シート１５を挟持
して搬送する。このとき、記録シート１５は図１（ｂ）
に示すように、ベルトの張力による圧接力Ｐ₂ および圧
力補助ロールの圧接力Ｐ₃ で加熱定着ロール１の周面に
押し付けられ、図２に示すように、加熱定着ロール１の
周速度Ｖ₀ （弾性体層に周方向のひずみが生じていない
ときの周速度）に近い速度で移動する。そして、加熱定
着ロール１からの熱でトナー像１６は溶融し、記録シー
ト１５に圧着される。また、圧力ロール３が加熱定着ロ
ール１に圧接される部分では弾性体層２０に周方向のひ
ずみε₁ が発生しており、その部分では弾性体層表面の
周速度Ｖ₁ が他の部分より大きくなっており、このため
記録シート１５との間でわずかのずれが生じ、記録シー
ト１５の剥離が行なわれる。

【００２９】上記のような定着装置において、圧力ロー
ル３の圧接力Ｐ₁ に基づく摩擦力で記録シート１５が他
の部分の周速度より速く送られ、画像ずれを生じること
がある。このような画像ずれを防止することができる条
件を調べるために行った実験の結果を次に説明する。こ
の実験は、圧力ロール３の圧接力Ｐ₁および圧力補助ロ
ール６の圧接力Ｐ₃を変化させ、画像ずれの生じる臨界
点を調査したものであり、ここでは圧力補助ロールとし
て、ゴム硬度２３°のシリコーンスポンジの表面層を有
するものを用いる。なお、ここでゴム硬度は、高分子科
学社製のアスカーＣタイプのスポンジ用ゴム硬度計によ
り、荷重３００ｇｆで測定機を試験片に圧して計測した
結果であり、以下これと同じ計測方法による値にはアス
カーＣを付けることにする。圧力ロール３および圧力補
助ロール６の圧接力は圧縮コイルスプリング８、９の支
持位置を変更することにより変化させ、それぞれの条件
でトナー像の定着を行なう。そして、記録シート上に定
着されたトナー像を観察することにより、画像ずれが発
生するかどうかを調べた。記録シートとしては、坪量８
２ｇ／ｍ² でサイズＡ４の用紙を使用した。

【００３０】この実験結果を表１に示す。

【表１】

【００３１】この表において、加圧ベルト２の張力によ
る圧接力Ｐ₂ は図３に示すように加圧ベルトが加熱定着
ロール１に巻き回されることによって加熱定着ロール１
の中心方向に作用する力であり、圧力ロール３と圧力補
助ロール６との間（領域Ａ）で分布して作用する力ｐの
合力として算出したものである。また、表１中に示す記
号×は記録シート上に目視で認識できる画像ずれが発生
したことを示し、△は目視では分からないが拡大すると
認識できる画像ずれが発生したことを示し、○は拡大し
ても画像ずれが発見されず、最も良好であったことを示
す。

【００３２】この表に示されるように、一般的に圧力補
助ロール６の圧接力が大きいほど画像ずれが小さくなる
ことが分かる。そして、記号△で示す拡大しなければ認
識できない程度を許容範囲とすると、圧力ロールの圧接
力が８Ｋｇｆであったときには、圧力補助ロールの圧接
力がなくても加圧ベルトの張力のみでほぼ良好な結果が
得られている。圧力ロールへの荷重が１６Ｋｇｆであっ
たときには、加圧ベルトの張力による圧接力Ｐ₂ と圧力
補助ロールの圧接力Ｐ₃ との合計が１２．７Ｋｇｆ以上
でないと許容範囲を超える画像ずれの発生を防止するこ
とができず、さらに良好な画像を得るには、Ｐ₂ ＋Ｐ₃
を圧力ロールの圧接力Ｐ₁ とほぼ同じ１５．７Ｋｇｆと
しなければならない。同様に、圧力ロールの圧接力が２
４Ｋｇｆであったときには、合力Ｐ₂ ＋Ｐ₃ が１５．７
Ｋｇｆでほぼ良好な結果が得られ、２７．７Ｋｇｆでさ
らに良好な結果が得られる。

【００３３】これにより、圧力補助ロール６が加熱定着
ロール１に対して圧接される力Ｐ₃を、加圧ベルトの張
力による圧接力Ｐ₂ との合力Ｐ₂ ＋Ｐ₃ が圧力ロールと
加熱定着ロールとが圧接される力Ｐ₁ とほぼ同等かそれ
以上となるように設定することによって、画像ずれのな
い良好な画像が得られることが分かる。

【００３４】次に、圧力ロールに与える圧接力Ｐ₁ を一
定にし、圧力補助ロールの表面層の材質および圧力補助
ロールに与える圧接力Ｐ₂ を変更することにより、加熱
定着ロール表面の周方向のひずみを変化させたときの記
録シート上の画像ずれを調べる実験を行った。ここで圧
力ロールに与える圧接力Ｐ₁ は１６Ｋｇｆとし、圧力補
助ロールは表面層が、硬度２０°（アスカーＣ）のシリ
コーンスポンジ、硬度３５°（アスカーＣ）のシリコー
ンスポンジ、硬度２０°（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴ
ム、硬度３５°（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴムで形成
された４種類のものを準備した。この４種類は、加熱定
着ロールの弾性体層のゴム硬度４５°（ＪＩＳ−Ａ）よ
りも軟らかい材料から選定した。これは圧力補助ロール
の圧接による弾性体層の変形をできるだけ防止し、ベル
トニップの入口と途中とで速度が変動しないようにする
ためである。しかし、このように表面積を選定したとし
ても、圧力補助ロールによって与えられる圧接力および
表面層の硬度が大きければ、やはり弾性体層にひずみε
₃ が発生する。この実験では、弾性体層のひずみε₃ を
計測して、ひずみε₃ と画像ずれの関係を考察した。

【００３５】表２はこの実験の結果を示すものであり、
弾性体層の周方向のひずみε₃ と画像ずれとの関係を示
す。

【表２】

【００３６】ここでひずみε₃ は次のようにして測定し
たものである。圧力補助ロールのみを接触させて加熱定
着ロールの１回転により送られる記録シートの長さを測
定し、これをＬｐとする。そして、弾性体層にひずみが
全く生じていない状態での加熱定着ロールの周長をＬｒ
とし、ひずみε₃ を次式で算出する。 ε₃ ＝（Ｌｐ／Ｌｒ−１）×１００ ［％］ また、この実験においては、シリコーンスポンジの硬度
はアスカーＣタイプのスポンジ用ゴム硬度計により計測
し、シリコーンゴムの硬度はＪＩＳ Ｋ６３０１に準拠
している。同一物に対してＪＩＳ Ｋ６３０１の計測値
はアスカーＣタイプのスポンジ用ゴム硬度計の計測値よ
りも小さくなり、表２においては、実際の硬さが大きい
ものを右に、小さいものを左にしている。さらに、表中
に示す画像のずれの状態を示す記号○、△、×は表１と
同じ定義である。

【００３７】表２より明らかなように、圧力補助ロール
の圧接力が大きいほどひずみε₃ は大きくなる。また、
圧力補助ロールの表面層が硬いほどひずみε₃ は大きく
なる。つまり、圧力補助ロールの表面層を構成する材料
が柔らかく、加熱定着ロールの弾性体層に圧接されたと
きに容易に変形すると、弾性体層の周方向のひずみε₃
は小さい値に押えられる。そして、加圧ベルトの張力に
よる圧接力Ｐ₂ と圧力補助ロールの圧接力Ｐ₃ との合計
が圧力ロールの圧接力Ｐ₁ と同等もしくはそれ以上であ
ると画像にずれは生じず、良好な画像が得られる。

【００３８】しかし、圧力補助ロールの表面層の硬度が
大きくなるにしたがって、また圧力補助ロールの圧接力
Ｐ₃ が大きくなるにしたがって、弾性体層の周方向のひ
ずみε₃ は増大し、この値が０．５％を超えると画像ず
れが発生する。さらに良好な画像を得るためには、周方
向のひずみを０．３％以下とするのが望ましい。つま
り、圧力補助ロールの表面層の硬度が大きく、圧力補助
ロールの圧接力が大きいと弾性体層のひずみε₃ のため
に画像ずれが発生することになり、圧力補助ロールによ
り加熱定着ロールに与える荷重は、前記のように記録シ
ートを押えておくという観点からは大きい方が望ましい
が、あまり大きいとこれにより弾性体層が変形し、画像
ずれの原因となる。

【００３９】◎第２実施例 次に請求項２又は請求項３に記載の発明の一実施例であ
る定着装置について説明する。図４は、この定着装置の
概略構成図である。この図に示されるように、図１に示
す定着装置と基本的な構成は共通しており、加熱源を内
蔵する加熱定着ロール２１と、圧力ロール２３と２本の
支持ロール２４、２５とに張架された加圧ベルト２２
と、この加圧ベルト２２を介して加熱定着ロールに押圧
される圧力補助ロール２６とを有している。

【００４０】加熱定着ロール２１のコア３２は、外径４
７ｍｍ、内径４２ｍｍのアルミニウムからなる円筒体で
あり、この周囲に形成された弾性体層４０は、下地層３
３の厚さが１．５ｍｍで、さらにその上にトップコート
層３４が２μｍの厚さでディップコートされている。加
熱定着ロール２１が内蔵する加熱源２７は出力８５０Ｗ
のハロゲンランプであり、温度センサ３１からの信号に
基づいて、ＯＮ／ＯＦＦの制御がされるようになってい
る。加圧ベルト２２は図１に示す定着装置で用いられる
ものと同じもので、厚さ７５μｍのポリイミドフィルム
で無端状に形成されている。支持ロール２４、２５はス
テンレス製で、双方とも直径が１８ｍｍのものが用いら
れている。また、圧力補助ロール２６は、直径１３ｍｍ
のステンレス製のコアに硬度２３°（アスカーＣ）のシ
リコンスポンジからなる表面層を５ｍｍの厚さに被覆し
たものである。

【００４１】圧力ロール２３は、図１に示す定着装置と
異なり、直径２３ｍｍのアルミニウム製の円柱体の表面
に断熱層３９を被覆することにより形成されている。こ
の断熱層３９は、厚さ、０．２５ｍｍのフッ素樹脂から
なるものであり、次のようにして形成されたものであ
る。付着性を向上させるために、コアとなるアルミニウ
ムの円柱体の表面をサンドブラスト処理し、ここに耐熱
性プライマーを塗布する。そして、その上に熱収縮性フ
ッ素樹脂チューブを被せ、加熱収縮させることにより円
柱体に密着させて断熱層３９とする。

【００４２】上記断熱層３９としては、フッ素樹脂の他
に、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、ブチ
ルゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭゴム、ハイパロンなど
のゴム状弾性体や、シリコーン樹脂、フェノール、メラ
ミン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポ
リスチレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリエステル樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリカーボ
ネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテルスルフ
ォン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリイミド樹脂、トリ
アジン樹脂などの樹脂も使用可能である。これらの材料
は、いずれも少なくとも１８０℃の耐熱性を有するもの
である。ただし、断熱層３９には、硬度が４５°（ＪＩ
Ｓ−Ａ）以上のものが用いられる。これは硬度が４５°
以上であることによって、圧力ロール２３を加熱定着ロ
ール１に押圧したときに、加熱定着ロール１の弾性体層
４０に大きな圧縮変形が生じ、その表面に周方向のひず
みε₁ が有効に発生するからである。このひずみε₁ に
より、前記のようなセルフストリッピングが可能とな
る。

【００４３】上記定着装置は、トナー像の定着を行わな
い待機時に、温度センサ３１で測定される加熱定着ロー
ル表面の温度が１６０℃となるように制御されている。
この時、温度センサ３８で測定される圧力ロール２３の
表面の温度は加熱定着ロール２１からの熱伝達により９
０℃で安定している。定着動作を行うときには、加熱定
着ロール２１が周速度Ｖ₀ ＝１６０ｍｍ／ｓｅｃで回転
駆動され、加熱定着ロール２１と加圧ベルト２２との圧
接部に未定着トナー像３６を担持した記録シート３５が
送り込まれる。このとき、オイル供給装置３０と加圧ベ
ルト２２によって加熱定着ロール２１から熱が奪われる
ので、図５に示すように、加熱定着ロール２１の表面温
度は２０℃程度低下し、ほぼ１４０℃となる。ここから
定着動作終了までは、温度コントローラによって加熱定
着ロール１の表面温度がほぼ１４０℃に維持される。一
方、圧力ロール２３は、加圧ベルト２２が駆動されるの
にともなって回転し始めると、その周面がほぼ均等に加
熱され、温度センサ３８で測定される表面温度は上昇
し、約１０５℃となる。さらにトナー像の定着が開始さ
れると、記録シートに熱が奪われ、表面温度はほぼ９０
℃まで低下する。

【００４４】次にこのような定着装置を用いて、記録シ
ートの両面にトナー像を定着したときの、光沢の状態を
調査する実験の結果について説明する。この実験では、
両面複写が可能な複写機に上記定着装置を適用し、記録
シートの第１面にトナー像を形成し、定着した後、画像
の光沢を測定する（第１回目の測定）。さらに第２面に
トナー像を形成し、このトナー像を定着した後、先に定
着した第１面の画像の光沢を再度測定し（第２回目の測
定）、先の測定値と比較する。両面にトナー像を定着し
たとき、第２面の画像は上記実験における第１回目の測
定の対象となる画像に相当するものであり、上記第１回
目の測定値と第２回目の測定値とに差があると、両面に
トナー像を形成したときに第１面と第２面との光沢に差
が生じることを意味する。なお、上記実験において、ト
ナーは１２５℃で溶融するものを用いている。また、光
沢の測定には、ガードナー社製のグロスメーター（７５
°−７５°グロスメーターII）を使用している。

【００４５】このような実験の結果、本実施例の定着装
置で定着した画像の光沢の変化量は前記グロスメーター
の読み取り値で±１以内であり、極めてわずかであっ
た。また、このとき第１面の画像には、加圧ベルト１５
の継ぎ目などの痕跡が欠陥として残ったり、記録シート
７が加圧ベルト１５に付着して剥離されなかったりする
といった問題は生じなかった。このことは、トナーの溶
融温度に比べて圧力ロールの表面温度が実用上十分に低
く抑えられているために、第１面に形成された画像のト
ナーが過度に高温にならず、再溶融されなかったことを
示している。

【００４６】次に、比較例として、表面に断熱層を設け
なかったアルミニウム製の圧力ロールを用いた定着装置
で同様の計測実験を行った。この場合の温度の変化を図
６に示す。この比較例では、断熱層を設けなかったため
に、加熱定着ロールからの熱伝導が大きく、待機時の圧
力ロールの温度が１２０℃になっている。この状態で加
熱定着ロールを回転させると、圧力ロールの温度はほぼ
一様に１３０℃となる。つまり、この比較例では、圧力
ロールの表面温度が定着開始時において２５℃も高くな
り、トナーの溶融温度１２５℃を越えてしまうことにな
る。

【００４７】この定着装置を先の実施例と同様に両面複
写が可能な複写機に適用し、記録シートの両面に画像を
形成して定着を行なった。そして、先の実施例と同様に
第２面の画像形成の前後において記録シートの第１面の
画像の光沢を調べた。この結果、画像光沢の変化量は前
記グロスメーターの読み取り値で＋１０になり、肉眼で
認識できるほどであった。また、このとき第１面の画像
には、加圧ベルトの継ぎ目などの痕跡が欠陥として残
り、記録シートの先端付近に多量のトナーが存在する場
合には、記録シートが加圧ベルトに付着して剥離されな
かった。これは圧力ロールの表面温度が高くなりすぎ
て、第１面に形成された画像のトナーが再度溶融されて
しまったことを示している。

【００４８】同様の条件で、圧力ロールのコアの材質ま
たは断熱層の材質やその厚さを変更し、定着開始時の圧
力ロールの温度が異なる場合の第１面の画像光沢の変化
量を調べた。この結果を表３に示す。これは第１面定着
後の第１面の光沢度Ｇ１（％）と第２面定着後の第１面
の光沢度Ｇ２（％）の差（Ｇ２−Ｇ１）を定着開始時の
圧力ロールの温度と対応させて示すものである。

【表３】

【００４９】この表からも明らかなように、圧力ロール
の表面温度が低ければ低いほど、画像光沢の変化量は少
ない。ここで、画像光沢の変化量は＋５以下が好まし
く、圧力ロールの表面温度をトナーの軟化温度（トナー
の軟化点１１５℃）と同程度あるいはそれ以下にすれ
ば、画像光沢の変化量を＋５以下とすることができる。
また、加圧ベルトの継ぎ目などの痕跡が残るといった画
像欠陥や記録シート７が加圧ベルトに融着して剥離する
のが困難になるといった不都合も回避することが可能と
なる。そして、前述の実験結果より分かるように、圧力
ロールに断熱層を設けることが、圧力ロールの表面温度
を低く抑えるのに有効である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明の定着装
置では次のような効果が得られる。請求項１に記載の定
着装置では、圧力ロールが弾性体層を有する加熱定着ロ
ールに圧接されているので、記録シートが加熱定着ロー
ルの表面に付着するのが防止され、セルフストリッピン
グが可能となる。また、圧力ロールの上流側で、周面に
軟弾性体層を有する圧力補助ロールが加圧ベルトを介し
て加熱定着ロールに押圧されているので、圧力ロールの
圧接によって記録シートと加熱定着ロールの周面との間
にずれが生じるのが防止され、画像に欠陥が生じるのが
回避される。

【００５１】そして、加圧ベルトの張力による圧接力Ｐ
₂ と圧力補助ロールの圧接力Ｐ₃ との和が、圧力ロール
の圧接力Ｐ₁と同等かまたはそれ以上となるように設定
されているので、記録シートが圧力ロールの圧接部の周
速で引っ張られ、加熱定着ロールの他の部分の周速より
速い速度で搬送されるのが防止される。これにより、記
録シートと加熱定着ロールの周面とのずれによる画像の
欠陥が防止される。

【００５２】さらに、圧力補助ロールの圧接による弾性
体層の周方向のひずみが０．５％以下となっているの
で、圧力補助ロールの圧接力は記録シートが加熱定着ロ
ールの周速度より速い速度で搬送されるのを抑止する力
として有効に作用する。従って、記録シートと加熱定着
ロールの周面とのずれによる画像の欠陥が生じるのを防
止することができる。

【００５３】請求項２に記載の定着装置では、加熱定着
ロールに加圧ベルトを介して圧接される圧力ロールが周
面に断熱層を有しているので、加熱定着ロールから圧力
ロールに伝達される熱量が制限され、両面にトナー像を
定着する時に、既に定着が完了した第１面のトナー像が
再度溶融されて光沢が損われるのが防止される。また、
第１面の画像に加圧ベルトの痕跡が残ったり、記録シー
トが加圧ベルトに付着してしまうといった不都合を回避
することができる。

【００５４】また、請求項３に記載の定着装置では、加
熱定着ロールの弾性体層に有効に変形を生じさせること
ができ、記録シートの加熱定着ロールからの剥離をより
確実に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明の一実施例である定着装
置を示す概略構成図および部分拡大図である。

【図２】図１に示す定着装置における、加熱定着ロール
の周速度の分布と、記録シートの搬送速度を示す図であ
る。

【図３】図１に示す定着装置における、記録シートを加
熱定着ロールの周面に押し付ける力を説明する図であ
る。

【図４】請求項２または請求項３に記載の発明の一実施
例である定着装置を示す概略構成図および部分拡大図で
ある。

【図５】図４に示す定着装置において、加熱定着ロール
の表面と圧力ロールの表面との温度を測定した結果を示
す図である。

【図６】図５に示す結果と比較するために、従来の定着
装置で測定した加熱定着ロールと圧力ロールとの表面温
度を示す図である。

【図７】従来の定着装置を示す概略構成図である。

【図８】従来の定着装置における問題点を説明する概略
断面図である。

【図９】従来の定着装置における、加熱定着ロールの周
速度の分布と記録シートの搬送速度とを示す図である。

【符号の説明】

１，２１ 加熱定着ロール ２，２２ 加圧ベルト ３，２３ 圧力ロール ４，２４ 支持ロール ５，２５ 支持ロール ６，２６ 圧力補助ロール ７，２７ 加熱源（ハロゲンランプ） ８，２８ 圧縮コイルスプリング ９，２９ 圧縮コイルスプリング １０，３０ オイル供給装置 １１，３１ 温度センサ １２，３２ コア １３，３３ 下地層 １４，３４ トップコート層 １５，３５ 記録シート １６，３６ トナー像 ３７ 第１面のトナー像 ３８ 温度センサ ３９ 断熱層 ２０，４０ 弾性体層

フロントページの続き (72)発明者 楠本 保浩 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリー ンテクなかい 富士ゼロックス株式会社 内 (56)参考文献 特開 平５−150679（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−86374（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱手段を内蔵し、回転駆動される加
   熱定着ロールと、 無端状に形成され、複数のロールに張架されるととも
   に、前記加熱定着ロールに巻き回すように接触される加
   圧ベルトとを有する定着装置において、 前記加熱定着ロールは周面に弾性体層を有し、 前記加圧ベルトを張架する複数のロールのうちの一つの
   ロールが、前記加熱定着ロールと前記加圧ベルトとの圧
   接部の、前記加熱定着ロールの回転方向における下流部
   で、前記加熱定着ロールの弾性体層に圧縮変形を生じさ
   せるように押圧された圧力ロールであり、 前記圧接部の上流部には、前記加圧ベルトを介して前記
   加熱定着ロールに圧接される圧力補助ロールが設けら
   れ、 該圧力補助ロールの周面には、前記加熱定着ロールの弾
   性体層を構成する材料より硬度の小さい材料からなる軟
   弾性体層が形成されており、 該圧力補助ロールと前記加熱定着ロールとの圧接力は、
   該圧接力と前記加熱定着ロールに巻き回すように接触さ
   れた加圧ベルトの張力による圧接力との合計が、前記圧
   力ロールの押圧力と同等もしくはそれ以上となるように
   設定され、 前記圧力補助ロールが前記加熱定着ロールに圧接される
   ことによる前記弾性体層表面の周方向のひずみが０．５
   ％以下となるように設定されていることを特徴とする定
   着装置。
2. 【請求項２】 前記圧力ロールは、周面に、耐熱性及
   び断熱性を有する材料からなる被覆層を有することを特
   徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 【請求項３】 前記圧力ロール周面の被覆層は、前記
   弾性体層を構成する材料よりも硬度の大きい材料で構成
   されていることを特徴とする請求項２に記載の定着装
   置。