JPH03197989A - 加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子写真装置若しくは静電印刷装置等の画像
形成装置において、特に封筒のような複数重に形成され
たトナー像担持体を加圧ロールと加熱ロールとの間に形
成されたニップ部を通過させることにより、しわを発生
させることな（鮮明なトナー像を定着させ得るように改
良した加熱定着装置に関するものである。

（従来の技術〕 画像形成装置における定着装置としては、内部に赤外線
ランプ、ハロゲンランプ若しくはニクロム線等の熱源を
設けた良熱伝導性の金属コアの表面に、非粘着性の耐熱
層を被覆してなる加熱ロールと９表面に耐熱弾性体層を
被覆してなる加圧ロールとを対向配設した熱ロール型の
加熱定着装置が知られている。

第５図は上記従来の加熱定着装置の例を示す要部側面図
である。同図において、ｌ、２は各々加圧ロールおよび
加熱ロールであり、軸線を略平行にかつ矢印方向に回転
自在に形成すると共に１両ロールを圧接状態に配設しで
ある。そして従来のものにおいては９例えば加圧ロール
１はアルミニウム合金、鉄等の熱伝導性良好なる材料か
らなる芯材１１の表面に硬度Ｈｓ２５〜５５°程度のシ
リコーンゴムからなる耐熱性を有する弾性体層１２を被
覆し、一方加熱ロール２は熱源２３を内蔵しかつ熱伝導
性良好なる材料からなる芯材２１の表面に４フツ化エチ
レン樹脂（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ樹脂（
ＰＦＡ）等の低表面エネルギーの樹脂からなる離型性を
有する樹脂表面層２４を被覆して形成しである。従って
両ロールの弾性の差により第５図に示すように加圧ロー
ル１と加熱ロール２とのニップ部３においては、加圧ロ
ール１の表面は弾性変形して凹面を形成している。

上記の加熱定着装置において、担持体（図示せず）上に
形成したトナー像を定着する場合には。

まず熱源２３に給電して加熱ロール２の表面を定着に必
要な温度に加熱し、加圧ロール１と加熱ロール２とを適
宜の圧力で圧接させて回転させ、トナー像を担持した担
持体を両ロール間においてＡ方向に通過させれば、トナ
ー像を担持体上に定着することができるのである。

一方多数の封筒に宛名を表示する手段としてプリンター
により直接封筒に印字することが検討されている。ここ
で問題となるのは、トナー像を担持した封筒を上述した
加熱定着装置に給送してトナー像を定着する場合にしわ
が発生することである。封筒にしわが発生すると、封筒
が湾曲若しくは変形するのみでなく、印刷した宛名がし
わによって分断され、極端な場合には解読若しくは判読
することができない等の問題点がある。すなわち、封筒
は構成上最低二枚重ね部がありＩＪ付は部若しくは重ね
合わせ部によっては三重、四重となり、最大紙厚寸法が
厚くなると共に、二枚重ね部においては相互に滑り移動
を発生する。上記の問題はこのような滑り移動に起因す
る特有の現象であり１通常の複写の場合には経験されな
い問題である。

上記のような紙しわの発生原因について考察してみると
、まず第５図に示すように、加圧ロール１と加熱ロール
２とのニップ部３においては、加圧ロールｌの表面が凹
面を形成している。このためトナー像を担持する紙等の
担持体（図示せず）を矢印入方向に供給すると、担持体
はまずニップ部３の入口３ａにおいて上方を凹として曲
げられ。

次いでニップ部３において下方を凹として曲げられ、更
にニップ部３の出口３ｂにおいて再び上方を凹として曲
げられるのである。一方前記担持体が封筒のように二重
若しくはそれ以上の重合部を存する場合には、上記ニッ
プ部３における繰り返し曲げ作用によって上下構成部分
間に滑り移動を生じ、または紙厚差に起因する移動速度
差によっても封筒の上下部に速度差を生じ、しわを発生
するものと推定される。

上記の紙しわの防止に関しては種々の構造が提案されて
いる６例えば実開昭５４−９８２２６号（実公昭６２−
１５８１８号）は、加熱ロールと加圧ロールを軽圧接さ
せ、かつ両ロールの圧力変形率を同−又は近似させるこ
とにより、厚手の複写紙でも曲がりぐせやしわを防止で
きることを開示している。また特開昭５９−７４５７８
号は、薄手の両面コピーのような悪条件下においてもし
わを防ぐために、芯材と。

それを被覆する耐熱弾性体層と、その上に塗布されたフ
ッ素樹脂層よりなるロールを、加熱ロールと加圧ロール
の両方に用いることを開示している。

また、封筒定着の場合には、定着圧力を普通紙の定着に
適する定着圧力よりも低くする等の手段が提案されてい
る（特開昭６１−２９４４７５号）。

〔発明が解決しようとする課題］ 封筒の上に形成されたトナー像を定着する場合。

上述した従来の技術では十分満足すべき結果、すなわち
、良好な定着性を確保しつつしわを防止することはでき
ない、すなわち、特開昭６１−２９４４７５号公報記載
の発明によると、しわを防止することは可能であるが、
定着圧力が低くなるので良好な定着性は得られない°、
また実開昭５４−９８２２６号記載の考案もまた８両ロ
ールの圧接部の変形量を等しくもしくは近似させるため
に２両ロールを「軽圧接」させる構造としているため、
十分なる定着性が得られないという問題を伴う、更に特
開昭５９−７４５４８号公報記載の装置は、加熱ロール
の弾性体層と加圧ロールの弾性体層の厚さが異なるので
、略平面状のニップが形成されず、封筒上のトナー像を
定着するような過酷な条件下ではしわ防止作用を期待す
ることはできない、なお最近においては封筒の定着装置
においても普通紙の定着を併せて行い得る定着装置の要
求があり、上記従来の装置によっては列置対応すること
ができないという問題点がある。

上記の問題点を解決するために１本出願人はすでに加熱
ロールと加圧ロールとの間に形成されるニップ部が略平
坦になるように形成することを内容とする提案について
出願している（例えば特願昭６２−２５３１９９号、同
６２−３０２１２７号等）、第４図は上記提案に係る加
熱定着装置の例を示す要部側面図であり、同一部分は前
記第５図と同一の参照符号で示す、第４図において２２
は弾性体層であり。

加圧ロール１を形成する弾性体層と路間−の耐熱性を有
する材料によって形成する。そして加圧ロールｌと加熱
ロール２との表面硬度差を近似させるように形成する。

上記の構成により２加圧ロール１と加熱ロール２との間
に形成されるニップ部３を略平坦とすることができ、ト
ナー像担持体（図示せず）が通過した場合においても、
第５図におけるように上下に湾曲させることがないため
、しわの発生を防止でき、鮮明なトナー像が得られるこ
とを確認している。

しかしながら、封筒のようなトナー像担持体を形成する
紙質の種類が多いことと０例えば夏、冬における温度差
、湿度差が大きく、環境条件の変化に伴って、しわの発
生する条件も千差万別であるため、しわの発生を皆無と
することができない場合がある。また装置によっては封
筒を長手方向に通紙せざるを得ない構成のものもあり、
特に封筒の後端縁にしわが蓄積されることがあり、これ
を完全に防止することが掻めて困難であるという問題点
が未だ残されている。なお封筒を横送りすることによっ
てしわの蓄積量を減少させることも考えられるが、給送
装置の構成上の制約もあるため、また大幅な装置改造を
要することもあり、現状装置における改善の要請が殆ど
である。

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し、現状
装置の大幅な改造を要することなく、封筒のように複数
重で構成される担持体であってもしわを発生することな
く、良質の定着トナー像を得ることのできる加熱定着装
置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１本発明においては。

円筒状に形成した芯材の表面に耐熱性を有する弾性体層
を設けてなる加熱ロールと加圧ロールとを圧接回転自在
に設け、少なくとも加熱ロールの表面に離型性を有する
樹脂表面層を形成し、前記加熱ロールと加圧ロールとの
間に形成されたニップ部にトナー像担持体を通過させる
ことによりトナー像を定着させるように構成した加熱定
着装置において。

加熱ロールと加圧ロールとを実質的に同一の外径と、前
記ニップ部が略平坦となるような表面硬度とを有するよ
うに形成し、加熱ロールと加圧ロールとの間に作用する
圧接力を解除する圧接力解除装置を設け、トナー像担持
体の通路近傍にトナー像担持体の前端若しくは後端を検
出する検出装置を設け、トナー像担持体の後端部近傍に
おいて前記検出装置の信号により圧接力解除装置を作動
させるように構成する。という技術的手段を採用した。

本発明において、加圧ロールの軸方向両端部に加圧ロー
ルを中間部において支持する１対のアームを、一端を支
軸と係合させ他端に加圧ロールの圧接用のばねを介装さ
せて揺動自在に形成し、加圧ロールの軸線と平行にかつ
加熱ロールと連動回転自在にカム軸を配設すると共に、
カム軸に設けたカムを前記アームの揺動端近傍において
アームと摺接するように設けて圧接力解除装置を構成す
ることができる。

また上記のように構成した圧接力解除装置において、カ
ム軸に扇形歯車を固着し、加熱ロールに設けた駆動用の
歯車と直接に若しくは他の歯車を介して噛合せた構成と
することができる。

本発明において、加圧ロールと加熱ロールの硬度差がな
い場合には、封筒定着において封筒には全くしわが発生
しない、上記硬度差が大になるとニップ部において凹面
が現れてしわ発生の原因となるため不都合である。従っ
て硬度差はＨｇＩ２゜以下、好ましくはＨｓｌＯ°以下
とするのがよい。

加圧ロールと加熱ロールの表面硬度が大であると、祇し
わの発生は回避できるものの、ニップ幅が不足して定着
性が不十分であるため１表面硬度をＨｓ８５°以下とす
るのが好ましい、なお表面硬度が大である場合において
、圧接力を増大すれば所定のニップ幅を確保することも
可能であるがトナー像担持体の変形を誘起し、寿命の低
下、しわその他の不本意な現象を生ずるため好ましくな
い。この場合、ロールの表面硬度（Ａ形スプリング硬度
：ＪＩＳに６３０１）は、市販の硬度針（高分子計器製
、型式ＪＡ）によって測定した値である。

次に加熱ロールに設けた耐熱弾性体層の厚さが０．８閣
未満であると２弾性体としての効果が弱まり、ロール表
面を所定の硬度にかつ均一に保持することが困難となる
ため不都合である。一方上記厚さが２ｍｎを越えると、
加熱ロール各部の温度分布が不均一となるのみならず、
熱伝導を阻害するため非道紙部である両端部を過熱させ
る等、不測の事故を惹起させるため好ましくない。

また更に加熱ロールに設けた弾性体層を構成する材料の
熱伝導率が０．２　Ｘｌ０−”ｃａｌ／ｃｏ＋　＋　Ｓ
ｅｃ　　Ｈ”ｃ未満であると、加熱ロール内における熱
伝導作用が不充分となり、温度分布を不均一にするのみ
ならず　局部加熱を惹起するため不都合である。より好
ましい熱伝導率は０．６　Ｘｌ０−ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅ
ｃ　　４℃以上である。但し、熱伝導率を１．５　Ｘｌ
０−”ｃａｌ／ｄ−３ｅｃ　　・°Ｃより大きくするた
めには１弾性体層中に大量の良熱伝導物質１例えばカー
ボンブラック、酸化チタンなどの金属酸化物等を混入す
る必要がある。しかし上記良熱伝導物質の大量の混入の
結果は、一方において硬度がＨｓ８５°より大となり、
充分なニップ幅を確保できなくなるのでこの物質の含有
量は、硬度その他の機械的特性を考慮して定めるとよい
。

加圧ロールと加熱ロールに加えるべき圧接圧力は０．８
ｋｇ／ｃｍ以上でないと１両ロール間のニップ幅を確保
できないため不都合であり、より好ましくは１　、２　
ｋｇ　／　ｃａ以上である。但し線圧が大きすぎると、
この構造ではゴムの塑性変形による寿命像５下にもつな
がるため、　２．０　ｋｇ／ｃｍ以下がよい、特に１０
０■／ｓｅｃ以上の定着速度において良好な定着性を確
保するためには、線圧を１　、２　ｋｇ　／　ｃｍ以上
とする必要がある。

また上記加熱ロールと加圧ロールとを使用して封筒のよ
うな担持体上のトナー像を定着する場合には、しわ発生
防止のため平坦なニップを形成することが望ましい、こ
のためには、加熱ロールと加圧ロールの外径９表面硬度
をでき得る限り揃えてやる必要がある（米国特許第４，
８１４．８１９号明細書参照）。

次に本発明における加熱ロールにおいては９弾性体層の
表面に、オフセット防止のため、ポリテトラフルオロエ
チレン樹ｊｉｉｉ　（ＰＴＦＥ）　、パーフルオロアル
コキシ樹脂（ＰＦＡ）、フッ素化エチレン・プロピレン
樹脂（ＦＥＰ）等の低表面エネルギーの樹脂からなる耐
熱性および離型性を有する樹脂表面層を設けである。樹
脂表面層の厚さは５〜５０μｍの範囲が望ましい。なお
トナー像担持体の両面に画像を形成する場合には、加圧
ロールの弾性体表面にも上記樹脂表面層を設けると。

オフセット防止のために有効である。

〔作　用〕

上記の構成により、加熱定着装置を構成する加圧ロール
と加熱ロールとの間のニップ部　すなわちトナー像担持
体の通過部を略平面となし得ることにより、トナー像担
持体にしわが発生するのを防止できる。更に上記作用に
加えて３本発明においてはしわ発生条件の最も厳しいト
ナー像担持体後端部近傍において圧接力解除装置を作動
させ。

加圧ロールと加熱ロールとを離間させ、若しくはトナー
像担持体に印加される圧接力を解除することにより、し
わの蓄積を回避することができる。

［実施例〕 第１図および第２図は各々本発明の実施例を示す要部左
側面説明図および要部右側面説明図であり、同一部分は
前記第４図および第５図と同一の参照符号で示す０両図
において４はフレームであり、加熱定着装置構成部材を
支持する０次に第１図において５はアームであり、フレ
ーム４の左右両側面に設けて対を形成する。アーム５は
一端をフレーム４に設けた支軸６と回動自在に係合させ
中間部において加圧ロール１を回転自在に支持する。７
はカム軸であり、フレーム４に加圧ロール１の軸線と平
行に回転自在に設けると共に、カム８およびレリーズカ
ム９を固着する。カム８はアーム５の揺動端近傍に設け
たローラ１０と摺動接触するように形成する。３４はば
ねであり、アーム５とフレーム４との間に張設し、加圧
ロールｌを加熱ロール２に圧接可能に形成する０次に３
５はソレノイドであり、フレーム４に設け１作動端３５
ａをカムラッチ１３と回動自在に接続する。

カムラッチ１３は中間部をフレーム４に設けた支軸１４
と回動自在に係合すると共に、自由端を前記レリーズカ
ム９に設けたストッパ１５と係合させる。１６．１７は
各々ばねであり９　レリーズカム９およびカムラッチ１
３に反時計方向の回動力を付与するように張設する。な
おアーム５およびカム８はフレーム４の両側面に各々１
対設けるが。

レリーズカム９．カムラッチ１３およびソレノイド３５
は１例えばフレーム４の左側面のみに設ける０次に第２
図において、３６は歯車であり、加熱ロール２（第１図
参照）と一体回転自在に設ける。１７はホルダーであり
支軸１日を介してフレーム４に回動自在に設けると共に
、歯車１９゜２０を係合回転自在に保持する。なお歯車
１９は前記歯車３６と常時噛合状態に形成する。３１は
ばねであり、ホルダー１７に時計方向の回動力を付与す
るように張設する０次に３２は扇形歯車であり３例えば
中心角２２５°の外周部のみに歯形形成部３２ａを設け
、カム軸７に固着する。

上記構成になる圧接力解除装置の作用について記述する
。まず加圧ロール１と加熱ロール２との間を通過するト
ナー像担持体（図示省略したが第１図において左から右
、第２図において右から左に通過する）の通路近傍に設
けた検知装置（図示省略）の信号により、ソレノイド３
５が作動すると作動端３５ａが下降するから、カムラッ
チ１３を支軸１４を介して時計方向に回動させる。

カムラッチ１３の上記回動により、カムラッチ１３の自
由端はレリーズカム９のストッパ１５から外れ、レリー
ズカム９およびカム８はばね３４の張力により反時計方
向に回動し、カム８の外周面がローラ１０と当接する。

一方第２図において上記カム８の回動により、カム軸７
を介して扇形歯車３２も時計方向に回動し、歯形形成部
３２ａが歯車２０と噛合う、従って加熱ロール（図示せ
ず）と一体回転する歯車３６の回転が歯車１９゜２０を
介して扇形歯車３２に伝達され、カム軸７が第２図にお
いて時計方向に回転する。第１図においてカム軸７の反
時計方向の回転（第１図においては第２図と回転方向が
逆となる）により、レリーズカム９はローラ１０を介し
てアーム５を時計方向に回動させるから、加圧ロールｌ
は加熱ロール２から離れる０次に第２図において扇形歯
車３２の歯形形成部３２ａが歯車２０から離脱するとそ
の回転を停止する。一方第１図においては。

レリーズカム９の反時計方向の回転により、ローラ１０
との当接部が最大リフト部を過ぎるとアーム５は再び反
時計方向に回動し、加圧ロール１と加熱ロール２とを近
接させ９次いでばね３４により圧接力を付与する。第２
図に示す前記扇形歯車３２の回転停止により、カム軸７
は第１図においてばね１６およびレリーズカム９を介し
て反時計方向に回動し、カムラッチ１３の自由端がスト
ッパ１５と係合して停止し、圧接力解除装置の作動が停
止する。なお第２図に示す歯車３６，１９゜２０および
扇形歯車３２のピッチ円を適宜選定することにより、加
熱ロール１とカム軸７との間の回転比を設定できるが２
両者間の回転比を略ｌとするのが好ましい。

第３図は本発明の実施例における封筒の例を示す裏面図
である。第３図において封筒３３は矢印方向に通紙され
１例えば宛名等に対応するトナー像を担持した状態で定
着される。この場合上記トナー像は左右に余白を残して
形成されるのが通常であり１例えば５０閣程度の余白が
存在する。従ってこの余白部分においてはトナー像の定
着は不要であり、すなわち前記第１図に示す加圧ロール
１と加熱ロール２との圧接は不要である。一方前記のよ
うに封筒３３の後端縁３３ａにしわが蓄積される場合が
殆どである。従って本発明の加熱定着装置においては、
封筒３３の前方から１１の範囲においてのみ定着動作を
行い、後端部ｌｘの範囲においては、前記第１図におけ
る加圧ロール１と加熱ロール２との圧接力を解除するこ
とにより。

しわの発生を防止するのである。すなわち封筒３３の前
端若しくは後端を検出し、所定時間経過後前記第１図に
示すソレノイド３５を作動させることにより、封筒３３
の後端部！、の範囲には圧接力を付与しない状態で通紙
させ得るのである。

検出装置としては例えば光学的手段を備えたものを初め
として、公知のものを使用できる。

次に第１図に示す加圧ロール１および加熱ロール２の製
造方法について記述する。まず外径２９■のアルミニウ
ム合金製の芯材の表面をクロロセン等によって脱脂し、
乾燥した後、プライマーとして例えばオルガノポリシロ
キサン液を刷毛によって塗布し、７０〜１００　’Ｃの
温度で乾燥焼付を行った。次にシート状のシリコーン生
ゴム（カーボンブラック、酸化チタン等の良熱伝導性物
質を混入させてもよい）を芯材の表面に巻付け、プレス
成形後加硫し、外周を研削して肉厚１．０　ｍの弾性体
層を形成した。加熱ロール２の表面にはＰＴＦＥ若しく
はＰＦＡ等の表面樹脂を５０μｍの厚さに被着した。上
記両ロールの表面硬度は各々Ｈｓ８５°〜８７°であっ
た。上記加圧ロールｌおよび加熱ロール２を第１図およ
び第２図に示す圧接力解除装置を備えた加熱定着装置に
組込み、定着温度１８０℃、定着速度１６６ｍ／秒の条
件で。

第３図に示す幅１０５■長さ２４０閣の封筒３３を定着
した。この結果従来装置において発生していた封筒後端
縁に発生するしわが完全に防止し得ることを確認した。

本実施例においては、加圧ロールを上方に、加熱ロール
を下方に配設した例を示したが、これらを上下逆に配設
しても作用は同一である。また圧接力解除装置の作動装
置としてソレノイドを使用した例について記述したが、
他の作動装置を使用してもよい、更に加熱ロールに設け
た歯車と連動して回転する扇形歯車は１個の歯車を経由
してもよく、噛合を円滑に行い得る限りにおいて直接に
噛合せてもよい、更にまた扇形歯車の歯形形成部の中心
角、カム曲線等は定着条件、トナー像担持体の性状等を
勘案して適宜選定可能であることは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明は以上記述するような構成および作用であるから
、加圧ロールと加熱ロールとの間に形成されるニップ部
を略平坦にし得る構成であり、封筒のように複数重で形
成されたトナー像担持体を高速で定着しても良好に定着
することができる。

また従来解消が殆ど不可能であったトナー像担持体後端
部近傍に発生するしわを完全に防止することができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は各々本発明の実施例を示す要部左
側面説明図および要部右側面説明図、第３図は本発明の
実施例における封筒の例を示す裏面図、第４図は改良提
案に係る加熱定着装置の例を示す要部側面図、第５図は
従来の加熱定着装置の例を示す要部側面図である。 ｌ：加圧ロール、２：加熱ロール、５ ７　：カム軸、　　８　：カム、　　３２　：Ｂｉ形両
歯車：アーム。 一鬼ノ １：加圧ロール ２：［Ｉ初−１し 二〇

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒状に形成した芯材の表面に耐熱性を有する弾
   性体層を設けてなる加熱ロールと加圧ロールとを圧接回
   転自在に設け、少なくとも加熱ロールの表面に離型性を
   有する樹脂表面層を形成し、前記加熱ロールと加圧ロー
   ルとの間に形成されたニップ部にトナー像担持体を通過
   させることによりトナー像を定着させるように構成した
   加熱定着装置において、 加熱ロールと加圧ロールとを実質的に同一の外径と、前
   記ニップ部が略平坦となるような表面硬度とを有するよ
   うに形成し、加熱ロールと加圧ロールとの間に作用する
   圧接力を解除する圧接力解除装置を設け、トナー像担持
   体の通路近傍にトナー像担持体の前端若しくは後端を検
   出する検出装置を設け、トナー像担持体の後端部近傍に
   おいて前記検出装置の信号により圧接力解除装置を作動
   させるように構成したことを特徴とする加熱定着装置。
2. （２）加圧ロールの軸方向両端部に加圧ロールを中間部
   において支持する１対のアームを、一端を支軸と係合さ
   せ他端に加圧ロールの圧接用のばねを介装させて揺動自
   在に形成し、加圧ロールの軸線と平行にかつ加熱ロール
   と連動回転自在にカム軸を配設すると共に、カム軸に設
   けたカムを前記アームの揺動端近傍においてアームと摺
   接するように設けて圧接力解除装置を構成した請求項（
   １）記載の加熱定着装置。
3. （３）カム軸に扇形歯車を固着し、加熱ロールに設けた
   駆動用の歯車と直接に若しくは他の歯車を介して噛合せ
   てなる請求項（２）記載の加熱定着装置。