JPH0235986B2

JPH0235986B2 - Teichakusochi

Info

Publication number: JPH0235986B2
Application number: JP16127183A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Sakurai
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-09-01
Filing date: 1983-09-01
Publication date: 1990-08-14
Anticipated expiration: 2003-09-01
Also published as: JPS6052881A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、熱ローラ定着装置では、大別して(1)
定着ローラとして、PTFE、PFA等のいわゆる
テフロン（登録商標）被覆ローラを用い、加圧ロ
ーラとして、シリコンゴム、フツ素ゴムEPDM、
ヒドリンゴム、フロロシリコンゴム等の弾性体被
覆ローラを用いた系又は(2)定着ローラ、加圧ロー
ラともに、上記弾性体被覆ローラを用いた系の２
通りが知られている。

上記(1)(2)のうち定着ローラとして、(2)の弾性体
被覆ローラを用いた場合は、テフロン被覆ローラ
を用いた場合と比較して、定着性及び画像性及び
カール性（特に自動両面機に有効）が良好である
ため非常に有用である。

しかし(2)の場合、定着ローラの表面性が粗い
と、耐久使用により、ローラがトナーで汚染され
易く、かつローラ表面に一度、トナーが付着する
と非常に除去しにくい欠点があつた。また一度ト
ナーが付着してしまうと付着したトナーと、コピ
ー紙上のトナーとの親和性が良いために、急激に
トナーオフセツトが増大し、ジヤムや種々のトラ
ブルの原因となつたいた。

また、通常ローラ内部にヒータを装備した定着
ローラは熱伝導の点で弾性体の肉厚を薄くせざる
を得ないため、強度的に弱く、フエルト、ウエ
ブ、ブレードクリーニングローラ等のクリーニン
グ部材を強圧で当接させると、弾性体が損傷した
り、耐久で問題が生じたりしていた。

一方、上記不都合を解消するために、ローラの
表面を平滑にすると、コピー紙のローラへの静電
吸着力及び真空吸着力が増し、ローラからのコピ
ー紙の分離性が悪くなる。

そのために、ローラに爪状の分離部材を強圧で
当接させる等の処置が必要となるが、これはロー
ラを損傷させる等の問題が生じる。

本発明は、上記従来の不都合を改善したもので
ある。

本発明の目的は、簡易な構成でもつて、定着性
及び画像性が良好であり、かつ、長期に亘つて、
その性能が維持できる定着装置を提供することに
ある。

本発明は、自動両面複写が可能な、高速機に適
用した場合に、特に有用なものである。

本発明では、定着ローラ及び加圧ローラとし
て、表面平均粗さが1μ以上の、ゴム等の弾性体
を用い、かつ、定着ローラ及び加圧ローラの研摩
面を、共に、ローラの回転方向に対して順目とな
るように設置使用することにより、上記目的を達
成したものである。本発明では、ローラ対を羽布
研摩等の、仕上げ研摩無しで形成できるため、ロ
ーラコストも安価なものですむ。

上記限定に加えて、定着ローラの表面平均粗さ
Rzが１〜12μ、加圧ローラの表面平均粗さRzが
６〜25μの範囲であり、かつ、加圧ローラ表面が
定着ローラ表面よりも粗面とすることにより、更
に、高性能な定着装置が得られる。以下、本発明
の詳細を実施例を掲げて説明する。

第１図は、本発明の定着装置の１実施例を示す
ものである。本図は、加熱定着装置によつて電子
写真法で形成されたトナー像Ｔを普通紙Ｐに定着
するものを示している。

１はハロゲンヒータ等の加熱用のヒータ３を内
部に有する加熱ローラで、駆動モータ（不図示）
からの、駆動力を受けて矢示方向に回転する。２
は低加熱用のヒータ３′を内蔵する加圧ローラで、
加熱ローラ１に圧接して摺接回転する。

この加熱ローラ１は、アルミニウム、ステンレ
ス、銅等の金属製中空ローラ芯の外周面に、シリ
コンゴム、フツ素ゴム、フロロシリコンゴム等の
比較的薄い弾性体層１₁を設けたものである。

加圧ローラ２はベアリング１５，１５′に回転
可能に支持されている。このローラ２は加熱ロー
ラ１に公知の加圧手段によつて少くとも定着時に
圧接し、金属製ローラ芯の外周面にシリコンゴ
ム、フツソゴム、フロロシリコンゴムEPDM、
ヒドリンゴム等の弾性体層２₁を比較的厚く設け
たものである。この構成は、加熱ローラとの圧接
領域ｄを確保することを一目的としている。加熱
ローラ１の外周面にはサーミスタ、熱電対等の感
温素子４が接触配設され、それの検出信号を公知
の制御手段（図示せぬ）に導き、加熱ローラ１の
外周面の温度を（ヒータ３の出力、又は、その印
加電圧等を制御することで）トナー像溶融温度に
保持している。

６は加熱ローラ表面へ付着したオフセツトトナ
ーが紙粉等の異物をローラ表面から除去するため
のクリーニング部材を兼ねたオフセツト防止液塗
布部材でありノーメツクス、ヒメロン等の耐熱ウ
エブ６₁中に、ジメチルシリコンオイル、メチル
フエニールシリコンオイル、フロロシリコンオイ
ル、アミノ変性シリコンオイル等のオフセツト防
止液を含浸させたものである。

上記クリーニングウエブ６₁は弾性を有する押
当てローラ６₃により加熱ローラに当接している。
又、このウエブ６₁は、駆動を与えられる（不図
示）巻取りローラ６₅により供給ローラ６₂から微
量づつその当接位置を変えるように移動し、常に
クリーニングウエブ６₁の新しい面が加熱ローラ
に当接する。このウエブ６₁は押当てローラ６₃以
降介在するコロ６₄上を移動して供給耐熱ローラ
６₂側で反転され、巻取りローラ６₅に表、裏を逆
にした状態で巻取られる。

７は熱反射性を有する曲面状の反射板で、加熱
ローラ１の周辺に近接し、加熱ローラ１の長手方
向全体に設けられている。又反射板７は加熱ロー
ラ１周面の押当てローラ６₃の位置と紙Ｐの進入
開口部との間に対して覆うような幅を有してい
る。８は放熱防止用の厚みのあるカバーで、上記
反射板７の凸面全体に対して密着して設けられ、
この反射板７からの無駄な放熱を防止する。１６
は定着装置の上側のケーシング部材で、クリーニ
ング部材６と反射板７、カバー８、感温素子４と
を包囲している。感温素子４の温度検知部は反射
板７よりもローラ１側にある。

一方、加圧ローラ２側にも、反射板７と同様の
反射板９及びカバー８と同様のカバー１０が夫々
加圧ローラ２の周面の大部分を覆うように設けら
れている。

これらの反射板７，９及びカバー８，１０を設
けることによつて加熱ローラ、加圧ローラ夫々の
表面から無駄に消費される熱を減少することがで
き、かつ感温素子４の測温性を安定化することが
できる。又、加熱ローラ１の設定温度に対する温
調を安定化すると共に消費電力を低減できる。

２２は紙Ｐを加熱ローラ１側に導く案内板で、
反射板７と反射板９夫々の一端の間に位置するよ
うに加熱ローラ１に近接して設けられている。２
４は加圧ローラを支持する支持板で、バネ２３に
よつて加圧ローラは加熱ローラに圧接される。

さて、未定着なトナー像Ｔを有する普通紙Ｐ
は、加熱、加圧両ローラ１，２間で挾持搬送さ
れ、ローラ１，２の表面温度による印加熱によつ
てトナー像Ｔを定着され、その後排紙ローラ２
０，２１によつて挾持されながら装置外へ排出さ
れる。この加熱ローラの排出口側には普通紙Ｐを
加熱ローラから確実に分離するためにローラ軸方
向に沿つて複数個の分離爪５がローラ表面に接触
して設けられている。

又、加圧ローラ２の排出口側にも分離爪５₁が
ローラ２の表面に接触して設けられている。

分離爪５は、ケーシング部材１６と離間状態の
支持板１８に保持され、分離爪５₁も定着装置下
側のケーシング部材１７と離間状態の支持板１８
_１に保持されている。ケーシング部材１７は加圧
ローラ２の反射板９、カバー１０と離間し、これ
らを覆うように設けられている。

上記反射板７，９としては、表面を研摩したア
ルミニウム、銅板或いはCrメツキ等の表面処理
を施した鉄板等のように光沢面を有する金属であ
ることが好ましい。又反射板７，９の形状は、ロ
ーラ周面と同心円となるような曲率を有するもの
が好ましく、又その厚さは比較的薄いものが好ま
しい。

上記カバー８，１０としては、グラスウール、
ロツクウール、セラミツクフアイバー、或いはフ
エノールフオーム、エポキシフオーム等の発泡体
等によつて構成或いは複合構成されたものが好ま
しい。

次に第１図のＸ−X′断面を示す定着装置の説
明図である第２図を用いて、加熱ローラ１の端部
構成について詳述する。

１１，１１′は夫々加熱ローラ１の両端の回転
軸１₁，１₁′に嵌着されている耐熱性スリーブで、
定着装置の枠体１３，１３′に夫々装着されてい
るベアリング１２，１２′に夫々接触している。
１４，１４′は耐熱性ギアで、加熱ローラ１の回
転軸１₁，１₁′に夫々嵌着され、駆動源Ｍからの
駆動力を伝達される。この耐熱性ギア１４′は他
の駆動伝達ギア２５と噛合つており、駆動力を受
けて、加熱ローラ１と共に回転する。耐熱性ギア
１４には、手動ノブ２６のギア２６₁が噛合わさ
れ手動による駆動力が伝達される。

上記耐熱性ギア１４，１４′は熱遮断性の断熱
材で構成されているので、加熱ローラ１からこの
ギア１４，１４′を介して他のギア等の駆動伝達
部材へ熱が散逸することがない。このギアによつ
て加熱ローラ１の熱保有性が向上された。

さらに上記耐熱性スリーブ１１，１１′も又、
熱遮断性の断熱材であり、加熱ローラ１端部から
ベアリング１２，１２′及び枠体１３，１３′への
熱移動により熱損失を防いでいる。従つて、加熱
ローラ１の端部からの熱損失は、耐熱性ギア１
４，１４′によつて従来より減少することができ、
又耐熱性スリーブ１１，１１′の付加でさらに大
幅に減少或いはほとんど無にすることができた。

一般に、耐熱性ギア１４，１４′には他の駆動
伝達部材が数多く連動するように設けられること
が多い。依つて、従来の熱損失はこのような駆動
系において大半を占めている。これに対し、上記
実施例のようなものは駆動系への熱損失を減少又
は無ならしめることができるので、高度に熱効率
を向上でき消費電力も減少できる。又、上記実施
例では耐熱性ギア１４，１４′に加えて耐熱性ス
リーブ１１，１１′を用いているため、ローラ端
部からの枠体１３，１３′への熱損失を防止でき
さらに熱効率を向上できる。上記例は加熱ローラ
１の両端部に設けているが、少なくともローラ１
に駆動力を伝達する部材の駆動力を受ける側とロ
ーラ１との間に断熱部位を有していれば有効であ
る。上記耐熱性スリーブとしては、ポリイミド、
ポリアミドイミド、ポリアミド、PPS（ポリフエ
ニレンサルフアイド）PBT（ポリブチレンテレフ
タレート）樹脂、フエノール樹脂等の熱遮断部材
であるもの等、或いはこの種の混合材からなる熱
遮断性の材料から構成されるもの等が好ましい。
又上記ア１４，１４′としては、ポリイミド、ポ
リアミドイミド、PPS、変性フエノール、四沸化
エチレンに補強充てん材を加えたもの等の熱遮断
性の良好な耐熱性材料で構成されるものが好まし
い。

上述のごとく、加熱ローラ１は耐熱性スリーブ
１１，１１′、及び耐熱性ギア１４，１４′により
機械本体及び枠体１３，１３′から熱的に孤立状
態となり、これらを伝わつての熱損失は非常に少
ないものとなる。

上記構成とした場合、熱効率は非常に高く、か
つ、シングルコピーにおいては、均一良好な定着
性が得られるが連続コピーを行なうと、コピー紙
周辺部の定着性と比較して、コピー紙中央部の定
着性が甘くなつていき、これは、連続通紙枚数が
増大すればするほど顕著となる。

上記理由としては以下の２点が掲げられる。

（理由１）ローラ中央部の温度は、コピー紙に
熱を奪われることにより低下してゆく。一方、
ローラ端部においてはコピー紙への熱の伝受が
中央部と比較して少ないためローラ端部の温度
低下の方が中央部の温度低下より少ない。すな
わち、ローラ端部の方がローラ表面温度が高
い。

（理由２）上記（理由１）により、加圧ローラ
が定着ローラから受け取る熱量は中央部より端
部側の方が多いため、加圧ローラの温度も、中
央部より端部側の方が高く、その故に加圧ロー
ラは、逆クラウン状に熱膨張し、両ローラの圧
接力も端部側の方が高くなる。

よつて、定着ローラ内のヒータの発熱分布は中
央部の方が端部より発熱量の大きいものを使用す
ることが好ましい。また、ヒータの発熱長は、最
大通紙サイズの巾と同等か、それよりも短い方が
好ましい。例えば第３図に示すヒータを用いる
と、シングルコピーに於いても、連続コピーに於
いても、常に均一良好な定着性が得られる。

また、均一巻線ヒータを用いても、発熱長が最
大通紙サイズの巾よりも10〜60mm程度短いヒータ
を用いても良好な結果が得られた。

上記構成の定着装置で、加熱ローラ１として外
径φ60、アルミ芯金の肉厚6.5mm、表面被覆層とし
て、0.5mm厚の熱加硫型シリコンゴム被覆（東芝
製TSE220−6U）をした逆クラウン形状（中央部
の径が端部と比較して、150μ小さいローラ）の
ローラ、加圧ローラ２として外径φ60、φ50の鉄
芯金上に、ゴム硬度40度（JISA）、肉厚５mmの熱
加硫型シリコンゴム被覆（信越化学製KE7427）
をしたローラを用いた。

また、上記定着ローラ及び加圧ローラの研摩面
を、共にローラの回転方向に対して順目となるよ
うに設置使用した。

ここで言う、順目という言葉について説明す
る。第４図ａに、定着ローラの表面写真の代表例
を示す。（SEM使用、倍率100倍、この場合の表
面平均粗さRz＝8μ）ゴム等の弾性体ローラを研
摩した場合、一般には第４図ａに示すような研摩
目が生じる。（これを、羽毛研摩等の仕上げ研摩
等で、ほとんど無くすことは可能であるが、手
間、コストが非常にかかる。）本発明で言う、順目使用とは、ローラ回転に対
して、（ニツプ部で）研摩目が寝る方向にローラ
を設置することであり、第４図ａでは矢印方向が
ローラ回転方向である。第４図ｂは、模式的に、
研摩目を示したものである。（矢印方向が、ロー
ラ回転方向）。

また、定着ローラ内のヒータ３としては、
650Wのハロゲンヒータを用い、サーミスタ４で
ローラ表面温度を検出し、図示せぬ制御回路でヒ
ータをON−OFFさせ定着ローラ表面温度を常時
170℃に維持している。

また、定着装置のコピー紙処理速度は、405
mm／sec、60枚／分・A4サイズである。

分離爪５としては、定着ローラ１への当接巾２
mm、先端エツヂ0.1Rのシヤープ・エツヂの形状
でポリアミドイミド上に、変性テフロンコートを
焼成したものを用いた。また回動支点の位置はく
い込み勝手とした（くい込み勝手とは、分離爪先
端とローラ面との接触位置における接線に関して
ローラとは反対側にあること）ウエブ６に、ジメ
チルシリコンオイル（信越化学製KF96H、250℃
における粘度10000CS）を含浸させ、コピー時に
ウエブを徐々に移動させることにより、定着ロー
ラ表面上にA4サイズ１枚当り１×10^-4gのシリコ
ンオイルを塗布しながら、通紙を行なつた。

実施例１定着ローラとして、表面平均粗さRzを8μに加
工したローラ、加圧ローラとして、表面平均粗さ
Rzを18μに加工したローラを用いた。ローラの設
置方向は、第４図ａ，ｂに示す向きとした。ま
た、分離爪の定着ローラへの当接圧を10gとし
た。A4サイズ紙の全面積の15％にトナー画像を
乗せて30万枚連続通紙したが、ジヤムは全く無か
つた。また、分離の様子を目視したところ、定着
後のコピー紙は分離爪をほとんど頼らずに分離さ
れていた。また、定着ローラへの極端量づつのオ
フセツトトナーは、コピー紙の合い間に定着ロー
ラと加圧ローラが圧接回転した時に、お互いの表
面粗さの相違により、良好に加圧ローラ側へ移行
することが観察された、加圧ローラに、図示せぬ
クリーニングフエルトを強圧で当接させたとこ
ろ、加圧ローラへ移行したトナーを、クリーニン
グフエルトで除去することが可能であつた。ま
た、加圧ローラは、比較的ゴム肉厚が厚く充分な
ゴム弾性を持つているため損傷しづらく、強圧で
クリーニング部材を当接することができる。

30万枚通紙後の加圧ローラは、全体的にトナー
で、うつすらと汚染されていたが、定着ローラ表
面の汚れは全く無く、更に通紙が可能であつた。

比較例１ローラ対の設置方向を逆目にした以外は、実施
例１と同様な条件で通紙を行なつた。

毎回定着ローラへの微量オフセツトが発生し、
そのオフセツトトナーは、コピー紙の合い間に定
着ローラと加圧ローラが圧接回転した時に、お互
いの表面粗さの相違により、大部分は、加圧ロー
ラ側に移行するが、一部分は、定着ローラの研摩
目の中に詰まり、定着ローラ表面に、付着（融
着）したままとなる。その付着トナーは、クリー
ニングウエブ６では、拭き取りづらいものであ
り、局部的に定着ローラが汚染されていつた。更
に、連続通紙を行なうと、前記汚れは増大してゆ
き約５万枚で、前記汚れにより、コピー紙のジヤ
ムが頻発した。すなわち、ローラを逆目に設置す
ると、研摩目の内部にトナーオフセツトが生じ易
く、かつ、研摩目の内部に入りこんだトナーがク
リーニング部材（ここでは、ウエブ６をさす）で
除去しきれずに蓄積されてゆき、上記、研摩目の
内部に入りこんだトナーにより、更に、トナーオ
フセツトが促進され、ジヤムの原因となつたもの
である。

これは、オイルの塗布量を増すことによつて、
少しは緩和されたが10倍の塗布を行なつてもまだ
不完全であつた。

以上述べたように、ローラが、ゴム等の弾性体
の場合ローラの研摩目が順目であるか、又は逆目
であるかによつてローラの寿命に、大きな差が見
られた。更に、改善された定着装置として順目使
用で、かつローラの表面粗さを以下に示す値にす
れば良い。

すなわち、定着ローラの表面平均粗さRzが１
〜12μ、かつ加圧ローラの表面平均粗さRzが６〜
25μであり、かつ加圧ローラが定着ローラよりも
粗面である場合に、更に良好な結果が得られた。

定着ローラの表面平均粗さが12μ（これは、大
よそトナーの平均粒径と同程度である）より粗い
と、順目方向に設置しても、オフセツトトナーに
より、ローラ表面が汚れ易く、かつ、その汚れが
クリーニング部材で除去しにくいため、クリーニ
ング部材の定着ローラへの押圧力を増大させた
り、ローラへの接触巾を増大させたりする必要性
が生じ、その結果として、トルクup等の不都合
が生じるため、駆動モータとして、High Power
のものを、使用せねばならず、装置が大型化及び
コストupとなつてしまう。また、前記対策を講
じても、ローラ表面のトナーがクリーニングしき
れないこともあり、ジヤム等が発生する場合もあ
つた。

また、Rzが1μ以下の平滑表面を出すことは、
製造コストがかかり、経済的でない。

かつ、コピー紙のローラへの静電吸着、及び真
空（減圧）吸着が生じ易く、コピー紙が、ローラ
に巻きつきやすい。

また、前述した如く定着ローラ表面に微小量づ
つオフセツトしたトナーは定着ローラに軽圧で当
接したウエブ６では除去しきれない場合がある。

そして、一度定着ローラにトナーオフセツトが
生じると、トナー同志の親和性により急激にトナ
ーオフセツトが増大していく。そこで加圧ローラ
の表面粗さを定着ローラよりも粗くした場合、そ
の表面粗さの違いによりオフセツトトナーが良好
に加圧ローラへ移行することが確認された。

また、加圧ローラは、比較的弾性体の肉厚が厚
く、強度的に強いため、クリーニングフエルト、
クリーニングウエブ、金属ブレード、ゴムブレー
ド等のクリーニング部材を強圧で当接させること
が可能であるため加圧ローラ上のトナーを除去す
ることができる。

また、両ローラとも順目方向に設置した場合毎
回コピー紙の裏面に少しづくトナーを付着させる
ことも可能であり、この場合は加圧ローラにクリ
ーニング部材を当接させる必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した定着装置例の側面
図、第２図は第１図のＸ−X′断面図、第３図は、
第１図のヒータ３の発熱量分布図、第４図ａは本
発明の実施例定着ローラ表面の研摩目の拡大写真
を図式化し定着用回転方向に関する状態説明図、
第４図ｂは定着用ローラ表面の目の方向を拡大し
て模式化した説明図である。１……定着ローラ、２……加圧ローラ、３，
３′……ヒータ。

Claims

【特許請求の範囲】１トナー像を担持した記録材と接触して、記録
材上に該トナー像を定着させる定着ローラと、該定着ローラに圧接する加圧ローラとを有する
定着装置であつて、定着ローラと加圧ローラと
が、共に、表面平均粗さRzが1μ以上の弾性体で
形成される定着装置に於いて、該定着ローラ及び
加圧ローラの研摩目を、共に、ローラの回転方向
に対して順目となるように設置使用することを特
徴とした定着装置。２定着ローラの表面平均粗さRzが、１〜12μ、
加圧ローラの表面平均粗さRzが、６〜25μ、の範
囲であり、かつ、加圧ローラ表面が、定着ローラ
表面よりも粗面であ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。