JPH05150679A

JPH05150679A - 定着装置

Info

Publication number: JPH05150679A
Application number: JP4009142A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Shoji; 佳男庄子; Yasuhiro Uehara; 康博上原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1992-01-22
Publication date: 1993-06-18
Anticipated expiration: 2015-09-04
Also published as: JP3084692B2

Abstract

(57)【要約】【目的】剥離時における画像損傷の問題点を解決する
定着装置を提供する。【構成】転写材上の未定着トナー像を定着する熱定着
ロール型定着装置において、0.5mm 以上の弾性体（２
０、２１）が被覆された熱定着ロール（１）と、複数の
支持ロール（２２、２３、２４）によって張架された耐
熱ベルト（１５）とを設け、該耐熱ベルトと前記定着ロ
ールとの間にニップを形成するよう耐熱ベルトを定着ロ
ールの廻りに所定角度だけ巻付け、前記ニップの出口に
おいて前記耐熱ベルト内側に圧力ロール（２５）を配設
し、該圧力ロールを前記耐熱ベルトを介して前記熱定着
ロールに圧接することにより、前記熱定着ロールの弾性
体に歪みを生じさせることを特徴とする。前記熱定着ロ
ール（１）の弾性体（２０、２１）の円周方向の歪み量
εは0.５％以上であってもよい。熱定着ロールを駆動し
耐熱ベルトを従動としてもよい。また耐熱ベルトの静摩
擦係数を0.40以下としてもよい。さらに熱定着ロールに
塗布する離型剤としてアミノ変性シリコンオイルを使用
してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、プリンター、
ファクシミリ等の画像情報記録装置において、記録紙上
の未定着トナー像を接触加熱定着するいわゆる加熱ロー
ル型定着装置、とりわけ加熱ロールとベルト圧接装置と
から成るベルトニップ方式定着装置にに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の定着装置としては、図１に示すよ
うに、一対の加熱されたロール間の圧接領域に未定着ト
ナー像を通過させることにより定着を行ういわゆる加熱
加圧ロール型定着装置が多用されている（以下これをロ
ールニップ方式と言う）。図１において、１は定着ロー
ル、２は加圧ロールである。定着ロール１は、アルミニ
ウム等の熱伝導率の高い金属の中空ロール３の表面に耐
熱性と離型性を有するテフロン（デュポン社の商標）の
被覆層４が形成されたものであり、中空ロール３の内部
には加熱源としてハロゲンランプ５が配置され、定着ロ
ール表面に設けた温度センサ６の信号により、図示しな
い温度制御回路においてハロゲンランプ５をオン・オフ
制御して、ある一定温度に調整される。また、定着時に
記録紙７の上の未定着トナー８の一部が定着ロール１に
転移する（以下オフセットと言う）のを防止するために
一定量のシリコーンオイルを定着ロール１に供給するオ
イル供給装置９が設けられている。

【０００３】一方加圧ロール２は、芯金ロール１０にシ
リコーンゴム等の比較的厚い耐熱弾性体１１が被覆され
たものである。この弾性体１１の弾性変形によってロー
ル１、２の圧接部が形成される（以下これをニップと言
う）。このニップ領域に未定着トナー像を通過させ、圧
力と熱エネルギーの作用により定着するものである。ニ
ップを通過した記録紙７は、トナーの粘着性のため定着
ロール１に巻きついてくるので、それを剥がすための剥
離爪１２が設けられている。

【０００４】しかし前記定着方式を用いてより高速に定
着しようとした場合、トナーと紙に同じだけの熱エネル
ギーと圧力を与えなければならない。そのためにはニッ
プ幅を定着速度に比例して広くする必要がある。ニップ
幅を広くするのに、両ロール間の荷重を大きくする方
法、または弾性体の厚さを厚くする方法と、ロール径を
大きくする方法がある。

【０００５】荷重を大きくする方法や弾性体の厚さを大
きくする方法では、ロールの撓みに起因するニップ幅の
形状がロール軸に沿って不均一になったり、定着むらや
紙しわが発生するため、荷重と弾性体厚みにはおのずと
限界がある。またロール径を大きくする方法は、前記の
ような品質上の問題点はないが、装置が大型になり、ま
たロールを室温から定着可能温度まで上昇させるまでの
時間（以下ウォームアップタイムと言う）が長くなって
しまうという問題点を有する。

【０００６】これらの問題点を解決し、より高速化に対
応できるようにするため、特開昭６１−１３２９７２号
公報に記載されている図２に示すようなベルトを用いた
方式が提案されている。（以下この方式をベルトニップ
方式と言う）。図２に示すベルトニップ方式は複数の
（ここでは２つ）の支持ロール１３、１４に回転可能に
張架されたエンドレスベルト１５と、このエンドレスベ
ルト１５に接触してベルトニップを形成する定着ロール
１を備えている。定着ロール１とエンドレスベルト１５
とのベルトニップ間に、未定着トナー像８が形成された
紙７が通過し、この時、ベルトニップ間の圧力と熱エネ
ルギーによって定着を行うものである。ベルトニップ通
過後、紙は剥離爪１２によって剥がされ、定着装置の外
部に排出される。このような構成にすることにより、エ
ンドレスベルト１５と定着ロール１とのベルトニップの
幅が従来のロールニップ方式によるニップ幅よりも容易
に大きくとることができるので、高速化対応が可能とな
る。また同じ定着速度で比較した場合には、ロールニッ
プ方式の定着ロールより小型化が達成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし前記のようなベ
ルトニップ方式の定着装置では、ベルトニップの後方に
紙を剥離するための剥離爪１２が必要である。トナー画
像が載った記録紙はベルトニップ出口以降剥離爪１２の
位置まで巻きつき、そこで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、記録紙の先端を
剥離爪１２で剥離すれば、それより後方の紙は、紙の腰
の強さにより自然に剥がれるために、記録紙の剥離はそ
れ程困難ではない。

【０００８】しかし３色（シアン、マゼンタ、イエロ
ー）のトナーが多量に載った記録紙を目的の色になるよ
うに充分に溶融・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、紙の先端を剥離爪１２で剥離し
てもその後方の紙は定着ロールから容易に剥がれないた
め、画像は常に剥離爪１２でこすられることになる。剥
離爪１２でこすられる時のトナー像は未だ溶融状態であ
るため画像は傷ついてしまい、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、定着ロールに巻きつきにくい
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。

【０００９】また従来のベルトニップ方式では、ベルト
の寄りやベルトの波打ち、そして記録紙のしわという現
象が起こりやすいものであった。ベルトニップ方式は、
ベルトを張架しているロールの円筒度の表面性、またロ
ール間の平行度の不均一、さらにはベルト周長の不均
一、定着ロールとの圧接力の左右のアンバランスなどに
より、幅方向にずれ動いてしまう。従って、ベルトの幅
方向の動きをある程度の範囲内に抑える手段が必要であ
る。

【００１０】従来この問題を解決するために、ベルトの
幅方向の動き、すなわちベルトの寄りを光学的、機械
的、電気的に検知し、ベルトに張架している複数個のロ
ールのうちいずれか一つのロールを変位ロールとして、
他を固定ロールとして、両者のロールの軸を交差させる
ことにより、ベルトの寄りを制御していた。しかし、変
位ロールを動かしてその軸を他の固定ロールの軸と交差
させるとベルトの張力のバランスがくずれ、ベルトに波
打ちが発生する。特に本発明のように、ベルトが高温の
定着ロールに接している場合には、熱によるストレスが
大きくなり、ベルトのしわ、そして破損という現象が発
生するという問題点があった。

【００１１】本発明の第１の目的は、剥離時における画
像損傷の問題点を解決する定着装置を提供することであ
る。本発明の第２の目的は、白黒画像に限らず、カラー
複写機にも適用可能な新規のベルトニップ方式の定着装
置を提供することである。本発明の第３の目的は、多量
のトナーが載った紙厚が薄く、紙の腰の弱い記録紙を発
色定着させる場合でも、剥離爪を必要とせず、ベルトニ
ップの出口において、何の剥離装置も用いずに剥離でき
る（以下このことをセルフストリッピングと言う）ベル
トニップ方式の定着装置を提供することである。

【００１２】本発明の第４の目的は、ベルトの寄りやベ
ルトの波打ち、記録紙のしわが生じないベルトニップ方
式の定着装置を提供するとともに、安定したベルト走行
とベルトの長寿命化を達成することである。さらに本発
明の第５の目的は、高速条件に対しても、連続運転条件
に対しても、様々な用紙に対しても画像ずれのない安定
した画像を保証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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、転写材
上の未定着トナー像を定着する熱定着ロール型定着装置
において、0.5mm 以上の弾性体が被覆された熱定着ロー
ルと、複数の支持ロールによって張架された耐熱ベルト
とを設け、該耐熱ベルトと前記定着ロールとの間にニッ
プを形成するよう耐熱ベルトを定着ロールの廻りに所定
角度だけ巻付け、前記ニップの出口において前記耐熱ベ
ルト内側に圧力ロールを配設し、該圧力ロールを請前記
耐熱ベルトを介して前記熱定着ロールに圧接することに
より、前記熱定着ロールの弾性体に歪みを生じさせるこ
とを特徴とする定着装置が提供される。

【００１４】前記熱定着ロールの弾性体の円周方向の歪
み量εは、ε≧0.５％の関係式を満足するものであって
もよい。前記耐熱ベルトは少なくとも３つ以上の支持ロ
ールにより張架され、該支持ロールの一つは変位ロール
で他の支持ロールは固定ロールで構成され、該変位ロー
ルはロール軸の位置を他の固定ロールのロール軸と交差
するように移動できるよう構成されてもよい。

【００１５】前記変位ロールの中心軸は、前記耐熱ベル
トの回転方向に対して該変位ロールに最も近い上流側と
下流側に位置する２つの前記固定ロールの中心軸を焦点
とする楕円軌跡に沿って変位するよう構成されてもよ
い。前記熱定着ロールは２つの固定ロールの間において
張架された耐熱ベルトとニップを形成するよう構成され
てもよい。

【００１６】前記熱定着ロールと耐熱ベルトとのニップ
領域の前記圧力ロールの上流側において、耐熱ベルト内
側から該耐熱ベルトを介して熱定着ロールに圧接する弾
性体ロールを設けてもよい。さらに本発明によれば、熱
定着ロールと、複数の支持ロールによって張架された耐
熱ベルトとを圧接させてニップを形成し、該ニップ領域
において定着を行う定着装置において、前記ニップ領域
の耐熱ベルト内側に熱定着ロールの表面温度を検出する
温度センサが配設されていることを特徴とする定着装置
が提供される。

【００１７】カラー画像の定着は多層の未定着トナー像
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、幅広いニップを形成で
きるベルトニップ方式が適する。発明者は薄紙でもセル
フストリッピングできる方法、つまり定着ロールと溶融
トナーとの付着力を減少させる方法を研究している中
で、次のような現象を発見した。

【００１８】それは、溶融トナーと定着ロール表面との
界面の付着力は、単に両者の界面化学的な材料物性値だ
けでは決まらずに、定着ロール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
みを有している定着ロール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解放される状
態に移る時に、トナーと定着ロール表面との付着力が減
少するという現象である。

【００１９】具体的には、定着ロールの表面が外からの
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、ニップ出口近傍
において、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、そしてニップ出口においてその歪みが解
放させる瞬間、トナーと定着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。この事実は次のモデル実験によって、さらに明
確に証明される。＜モデル実験＞ここでは、トナーとロールの付着力が定
着ロール表面の歪みの影響を受けるという事実をモデル
実験により明らかにする。

【００２０】弾性体（Siゴム）が2.０mmの厚さに被覆さ
れた定着ロールＡ（ソフトロール）とテフロンが50μｍ
被覆された定着ロールＢ（ハードロール）がいずれも13
0 ℃の温度に調整されている。3.０mg/cm²の量のカラー
トナー像が転写された記録紙のトナー面を前記定着ロー
ル表面に圧力ＸKg/cm²で10秒間押しつける。その後500m
m/sec の速度で急激にトナーとロール界面を引き剥が
す。この時引き剥がすのに必要な荷重を荷重交換器を介
して記録する。図３に付着力検出器とその装置の概略を
示す。１６は記録紙７の背面を接着する部分、１７は荷
重伝達棒、１８は荷重変換器、１９は記録計である。こ
のようなモデル実験で得られた結果を図４に示す。

【００２１】これにより弾性体が被覆された定着ロール
Ａの場合、押しつける荷重が大きくなるほど引き離す力
が小さくなり、そしてある荷重以上では引き離す力がゼ
ロになることがわかる。しかし、定着ロールＢ（ハード
ロール）では、あらかじめ押しつけている荷重の影響は
ほとんど受けず、引き離す力は常に一定である。引き離
す力はトナーとロールの界面の付着力に相当する。弾性
体ロール（定着ロールＡ）の場合、付着力は単にトナー
とロール表面材質だけでは決まらずに、トナーの押しつ
け荷重の増大とともに付着力が低減するのである。この
押しつけ荷重増大による付着力低減のメカニズムは明確
にはわかっていないが、発明者らは現在次のように考え
ている。

【００２２】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
みが解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。定着ロールＢのように表面が変形しないハードロー
ルでは、歪みが生じないのでミクロなスリップは存在し
得ない。このため、付着力低減効果は現れない。本発明
はこの考えをベルトニップ方式に適用したものである。

【００２３】さらに、上記第５の目的を解決するため
に、本発明によれば、転写材上の未定着トナー像を定着
する熱定着ロール型定着装置において、0.5mm 以上の弾
性体が被覆された熱定着ロールと、複数の支持ロールに
よって張架された耐熱エンドレスベルトとを設け、該エ
ンドレスベルトと前記定着ロールとの間にニップを形成
するようエンドレスベルトを定着ロールの廻りに所定角
度だけ巻付け、前記ニップの出口において前記エンドレ
スベルト内側に圧力ロールを配設し、該圧力ロールを前
記ベルトを介して前記熱定着ロールに圧接することによ
り、前記熱定着ロールの弾性体に歪みを生じさせるよう
にし、前記定着ロールを駆動し、エンドレスベルトを従
動としたことを特徴とする定着装置が提供される。

【００２４】本発明者らは、画像ずれのない定着装置の
実現のため鋭意研究努力した結果次の３点を改善するこ
とにより大幅に問題点を改善することを見い出した。そ
の改善点の１つは、従来駆動システムは、ベルトを張架
するロール群により駆動されていたが、定着ロールを直
接駆動する方式を採用した方が最も安定した画質を得る
ことができるというものである。

【００２５】すなわち、定着装置全体を駆動する方法と
して、定着ロールを駆動する方法、エンドレスを駆
動する方法、両方を駆動する方法の３つが考えられる
が、これらの方法のうち、の定着ロールを駆動する方
式が最も安定した画質が得られるというものである。改
善点の２つ目は、エンドレスベルトの表面性を規定した
ことにある。すなわち、従来、エンドレスベルト材料と
して、７５μｍ厚のポリイミドフィルムや強化学繊維入
りのテフロンフィルムを使用していたが、更に表面特性
として、用紙との摩擦係数が小さいものが画像ずれが少
ないことが判明した。それによれば静摩擦係数μは、0.
40以下、より好ましくは0.30以下が画像ずれに対して有
効である。これは、用紙裏面とエンドレスベルト面とを
故意にすべらせ、定着ロールとトナー粉体のある用紙表
面側には、すべりを生じないようにしているものであ
る。（定着ロールと紙との静摩擦係数は0.８以上が好ま
しい。）改善点の３つ目は、定着ロールに供給する離型剤とし
て、従来、ジメチルポリシロキサンから成るシリコンオ
イルを使用していたが、ポリイミド製エンドレスベルト
に対して、特に濡れ性の優れた下記一般式（１）で表さ
れ且つその25℃における粘度が10〜100,000cs の、アミ
ノ基を有するアミノ変性シリコンオイルを使用すること
が有効である。

【００２６】

【数２】

【００２７】〔但し、式中、Ａは−Ｒ′−Ｘ（ここで、
Ｒ′は炭素数１〜８のアルキレン基を示し、Ｘは−NH₂
または−NH(CH₂)₂NH₂ を示す）で表され、b およびc は
それぞれ０＜b ≦10、及び10≦ｃ≦1000である〕この理由は、明確には判っていないがベースフィルムで
あるポリイミドフィルムのイミド結合に対して、アミノ
変成シリコンオイル中のアミノ基が有効に働き、ポリイ
ミドフィルム面のオイルの濡れ性を改善しているためと
思われる。すなわちポリイミドフィルム表面に定着ロー
ル表面を伝わって供給されるアミノ変性シリコンオイル
を塗布することにより、用紙裏面とエンドレスベルトと
のすべりを大きくさせ、画像ずれを防止するものであ
る。

【００２８】使用するアミノ変性シリコンオイルのう
ち、好ましくはＡとして−(CH₂)₃NH₂又は−(CH₂)₃NH(C
H₂)₂NH₂ が好適であり、その濃度としてのｂ、ｃはそれ
ぞれ好ましくは、0.01＜ｂ＜１及び50≦ｃ≦300 、より
好ましくは0.02≦ｂ≦0.5 及び100 ≦ｃ≦200 でオイル
の粘度として好ましくは50〜1000cs、より好ましくは、
100 〜400 csのオイルが好適である。

【００２９】また特にこのアミノ変性シリコンオイルを
使用した場合には、コピーモードとして両面コピーをと
るという場合においても、一度定着したトナー像を劣化
させることがないことが判明した。これに対し、ジメチ
ルオイルを使用した場合には、両面コピーをとった場合
に一度定着したトナー画像が粗くなってしまうことがあ
った。これらの違いは、官能基がもたらす親和性の違い
により表面の離型性まで影響を受けているようである。

【００３０】これらの３つの改善点は、それぞれ独自に
効果のある事柄であり、併用することにより画像ずれの
問題点は極小化される。またこれら３つの改善点に共通
する思想は、画像ずれを防止するために用紙の裏面とエ
ンドレスベルトの上面との間でむしろ故意にすべりを生
じさせて、歪みを生じた定着ロール表面スピードとエン
ドレスベルトの表面スピードの不適合の解消を狙ったも
のである。

【００３１】

【実施例】図５は本発明を達成するためのベルトニップ
方式の１実施例を示す。＜実施例１＞定着ロールとしては、金属コアの表面に弾
性体が被覆されたいわゆるソフトロールを用いることが
前提条件となる。定着ロール（ソフトロール）に複数個
のロールで張架されたエンドレスベルトを接触させてベ
ルトニップを形成し、そのニップ出口に圧力ロールをベ
ルトを介して定着ロールに圧接する。この時定着ロール
の表面は弾性変形し、その表面に歪みが与えられる。こ
の圧力ロールは定着ロール表面に歪みを生じさせる機能
を有している。定着ロールの歪みを低荷重で効率良く与
えるために、圧力ロールは定着ロールより小径で、その
表面は硬質である方が望ましい。

【００３２】本発明を実施例１を用いてさらに詳しく説
明する。実施例１で用いた定着装置を図５に示す。定着
ロール１は、外径46mm、内径40mmのアルミニウム円筒で
成る中空ロール３に下地層２０としてＨＴＶシリコンゴ
ム（ゴム硬度45度）が２mm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２１としてシリコンＲ
ＴＶ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ている。加熱源として400Wのハ
ロゲンランプ５が内部に設けられ、定着ロール１の表面
は、温度センサ６を介して温度コントローラ（図示せ
ず）により150 ℃に調節される。また離型剤としてジメ
チルシリコンオイル粘度300cs(KS-96:信越化学製) がオ
イル供給システム９により均一に供給されている。一方
エンドレスベルト１５は厚み75μm 、300mm 、周長288m
m のポイリミドフィルムであり、４個のステンレス製ロ
ール２２、２３、２４、２５により、10Kgの張力で張架
されている。それぞれの直径は22、20、20、18mmであ
る。直径18mmのロール２５（圧力ロール）は加圧手段と
しての圧縮コイルスプリング２６によって定着ロール１
の中心に向かって付勢されており、ベルト１５を定着ロ
ール１に圧着している。定着ロール１へのベルト巻付け
角度は45°でありこの時ベルトニップの幅は19.6mmとな
る。ベルトニップの出口は圧力ロール２５がベルトを介
して圧着されているため、定着ロールの弾性体は変形
し、その表面には歪みが発生する。モータ２７からの駆
動力は直径22mmの駆動ロール22に伝達され、ベルト及び
定着ロールは矢印２８の方向に250mm/sec の速度で従動
回転する。

【００３３】この定着装置に各種重量（厚さ）の紙の上
にカラートナーが3.0mg/cm²の密度で転写された未定着
トナー像を通し、ニップ出口におけるセルフストリッピ
ング性を調べた結果を図６に示す。この図の中で紙の送
り方向Ａとは紙の繊維が定着ロール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、紙の腰が弱く同じ紙厚
でもセルフストリッピングがしにくい傾向にある。以上
のデータより、圧力ロール荷重を増加していくに従い重
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。＜比較例１＞ここでは定着ロールがハードロールの場合
について述べる。実施例１と同じ条件で、定着ロールだ
けをシリコンの定着ロールＡ（ソフトロール）からテフ
ロンが50μｍコーティングされた定着ロールＢ（ハード
ロール）に変えた場合のセルフストリッピング性につい
て調べた。その結果、図７に示すようにすべての圧力ロ
ール荷重においてセルフストリッピングが不可能であっ
た。＜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圧接した場
合、ニップ領域でソフトロール表面は弾性変形し、その
表面の円周方向はある歪みεを生じる。この状態でロー
ル対を回転させニップ領域を記録紙が通過すると、記録
紙は歪みを生じたニップ領域で搬送される。このため歪
みを生じた弾性体ロール１回転で送りだされる記録紙の
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。

【００３４】つまり、 ε＝｛（弾性体ロール１回転で送りだされる記録紙の長
さ）÷（ε＝０の時における弾性体ロールの周長）｝−
１ということになる。この方式から実際の歪みεが実測可
能となる。本発明での歪みはこの測定法の値である。図
８に実施例１での荷重と歪みの関係を示す。これにより
歪み0.５％から90g/m²の重量の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2.５％からは一番剥
離しずらい薄紙（55g/m²) のＡ方向のセルフストリッピ
ングが可能となる。

【００３５】ニップ出口における歪みの解放によるトナ
ーと定着ロール界面の付着力の低減効果はベルトニップ
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、定着ロールの表面硬度は加圧ロールと同
等またはそれより軟らかい方が定着ロールの歪みを生じ
やすく、その分セルフストリッピングしやすい。＜比較例２＞実施例１と同等の定着装置において、ベル
ト装置を取り除き、その代わりに加圧ロールを設けて定
着ロールとのニップの形成を行う方式（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
の関係を述べる。

【００３６】ここで用いた加圧ロールは直径が定着ロー
ルと同じ50mmであり、その表面は50μｍテフロンコーテ
ィングがされている。両ロールの表面温度は160 ℃に調
節され、ロールニップ間に実施例と同じ未定着トナー像
を120mm/sec の定着速度で通し、その時のセルフストリ
ッピング性を調べた。図９にその結果を示す。またこの
定着装置の荷重と表面歪みの関係を図１０に示す。ロー
ルニップ方式の場合、歪み1.０％から90g/m²以上の重量
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５％から一番剥離しずらい薄紙(55g/m²)のＡ方
向送りの紙のセルフストリッピングが可能となる。これ
らの値を本発明でのベルトニップ方式と比較したものを
図１１に示す。

【００３７】これからわかるように、ベルトニップ方式
はロールニップ方式よりも小さな歪みでセルフストリッ
ピングができる。この理由としてベルトニップ方式で
は、ベルト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、トナーと定着ロール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。

【００３８】またベルトニップ方式の総荷重は10〜20Kg
であるのに対し、ロールニップ方式で80kg以上が必要で
ある。ベルト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磨耗装置の駆動トル
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。

【００３９】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定着ロールの変形を防
止する必要があったが、本装置で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。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。
定着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。従来のロールニップ方式では、広いニッ
プ幅を得るには定着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
明のベルトニップ方式では、ベルト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
えあれば良い。このようにベルト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。

【００４０】具体的には、従来のロールニップ方式では
少なくとも２mm以上、望ましくは3.０mm以上の弾性体が
必要であったが、本発明では0.５mm以上、望ましくは1.
０mm以上あれば良く、温度の安定化とウォームアップタ
イムの短縮に長所を有する。従来のロールニップ方式で
は加圧ロールに剥離爪を用い、加圧ロールへの紙の巻き
付きを防止していたが、本ベルトニップ方式ではベルト
からの紙の剥離位置におけるベルトの曲率を紙が巻き付
かない大きさにすることが可能である。定着ロール、ベ
ルトとも剥離爪を必要としないという長所を有する。こ
れにより、剥離爪によるロール、ベルトの損傷や、剥離
爪によって掻き取られた離型剤が爪の先端にたまり、そ
れが紙の先端に転移し、離型剤のしみが発生するといっ
た従来のロールニップ方式の問題点も解決できる。＜実施例２＞従来、温度センサによるロール傷という問
題があり、これがロールの短命性や画質劣化を引き起こ
していた。特に表面に弾性体が被覆された弾性体ロール
ではこの影響が大きかった。本発明では図１２に示すよ
うに温度センサ６をベルト内面に配し、ベルトを介して
ベルトニップ内の定着ロールの温度を検出することによ
って温度制御することが可能となる。このためセンサに
よる損傷の問題は完全に解決される。＜実施例３＞実施例１のベルトニップ方式定着装置を用
いて圧力ロールの荷重を変えて定着実験を行ったとこ
ろ、本発明のベルトニップ方式では新たな画質欠陥の問
題があることを見いだした。それは圧力ロールの荷重を
増大していくと、ある荷重以上から画像がずれてしまう
という現象である（この現象は比較例１でのハードロー
ルを用いたベルトニップ方式では起こらない。）。画像
ずれと荷重の関係を調べた結果を図１３に示す。このメ
カニズムに関して発明者らは次のように考えた。

【００４１】一般に弾性体ロールの表面速度はその歪み
εの影響を受け、弾性体円周方向歪みεが存在する場
合、そこでの表面速度Ｖ_sはＶ_s＝（１＋ε）Ｖにな
る。Ｖはε＝０における表面速度を示す。本発明のベル
トニップ方式では、ニップ出口において圧力ロールから
の荷重を受け、円周方向歪みεが存在する。そして、そ
の場所の速度Ｖ_sはベルトだけのニップ領域との速度Ｖ
（ここではε≒０である）とは、わずかながら速度差が
存在する。このようにベルトニップ内でロール表面速度
に差が存在する場合、速度差がある値より大きくなる
と、ロール表面に密着している紙は、ついにはその速度
差を吸収できなくなり、画像ずれが生じるという仮説で
ある。セルフストリッピングが可能で画像ずれが生じな
い歪みの範囲は０〜3.75％である。この画像ずれの問題
を解決するために発明者らは前記の仮説に従い、次の解
決方法を見い出した。

【００４２】それは速度差に起因するずれを極力押さえ
込むために、圧力ロールの上流側に柔らかい弾性体で被
覆された圧力補助ロール２９を用いる方法である。（図
１４参照）この圧力補助ロールは、ベルト内面からベル
トを定着ロールに密着させ、ベルトと定着ロールの表面
がずれるのを防止するためのロールである。実施例２で
は実施例１の定着装置の圧力ロールの上流側11mmのとこ
ろに直径６mmのステンレスコアに、厚み６mmのSiゴム発
砲体（ゴム硬度23°／アスカーＣ型硬度計）を被覆した
弾性体ロールを荷重４Kgで圧接した。このとき、画像ず
れは図１５に示すように圧力補助ロール２９がない場合
に比較し約10Kgの荷重増加が可能となりその分セルフス
トリッピング性が向上するとともに、定着性の向上も得
られた。またこの圧力補助ロールの採用により、ベルト
張力を減少させても、ベルトとロールの定着力は低下し
ないのでベルトの寿命を増大できるという長所もある。

【００４３】さらに、ベルトの寄りの問題を解決するた
めに、発明者らはベルトの張架方式及び変位ロールの変
位方法を研究した結果、次の事実を知るに至った。図１
６を用いて本事実の説明を行う。図１６では、ベルトが
３つのロールで張架されている場合を示している。まず
第１の事実は、ベルトは少なくとも３つ以上のロールに
よって張架され、そのうちの何れか１つを変位ロール２
３とし、他の２つ又はそれ以上を固定ロール２４、２５
とし、ベルトニップは固定ロール間で行うことが非常に
効果的である。変位ロール２３の軸を固定ロール２４、
２５の軸と交差させた場合、ベルトは強制的に捩じられ
るため、変位ロールの上流側と下流側で波打ちが発生す
る。しかしこの波打ちは、両隣の固定ロール２４、２５
によって規制され、固定ロール間に張架されたベルト面
はほとんど波打ちがなくなり、ベルトは平面を保つこと
になる。これは固定ロールは互いに平行関係であるため
である。ベルトニップをこの平面で形成することによ
り、定着ロールによるベルトの波打ち、しわ、破損を最
小限に抑えることが可能となるものである。またこのベ
ルトニップに記録紙を搬送した場合に、記録紙のしわも
なく画像の乱れもないことが判明した。

【００４４】さらに変位ロールの軸の変位方式について
研究を行った結果、第２の事実を得るに至った。それは
変位ロールの軸の一端をベルトの回転方向に対して、変
位ロールに最も近い上流側と下流側の２つの固定ロール
２４、２５の中心軸Ａ、Ｂを焦点とする楕円軌道３０に
沿って変位させた場合に、ベルトのストレスが最も少な
く、このため波打ち、しわ、破損も最小限に抑えること
が判明した。そしてこの場合、変位ロールを変位させる
のに必要な力は小さくて済み、変位装置の小型化が達成
される。これは変位ロール軸を楕円軌道３０に沿って変
化させた場合、変位後のベルトの周長は変位前とは変わ
らないためで変位前後でベルトの張力が変わらないこと
による。

【００４５】本方式によるベルトの寄り補正機構を図１
７を用いて説明する。ベルトの左右いずれかに寄りが発
生した場合、ベルトが左右のベルト端部に設けられたフ
ォトセンサ３１の光を遮り、その寄りがどちらに発生し
たかが検知される。ベルトが例えば図１７において手前
側に寄り、フォトセンサがそのベルトの寄りを検知する
と、パルスモータ３２に信号を送ってパルスモータを規
定量回転させ、変位ロールの手前側の軸の位置をＤ方向
に変位させる。この時変位ロール２３の軸受がＡ、Ｂを
焦点とする楕円軌道３０に沿って変位できるようにガイ
ド３３が設けられている。これにより、ベルト１５は手
前側とは反対側に寄りはじめ、ベルトの位置が補正され
る。＜実施例４＞定着ロール１は金属コアの表面に弾性体が
被覆されたいわゆるソフトロールで外径４６mm内径４０
mmのアルミニウム円筒３に下地層としてＨＴＶシリコン
ゴム２０（ゴム硬度４５°）が２mmの厚さに被覆された
もので、さらにその表面にトップコート層として、シリ
コンＲＴＶゴム２１を５０μｍの厚さにコートし、鏡面
状態に近い表面に仕上げられている。加熱源として、40
0 Ｗのハロゲンランプ５が内部に設けられ、温度センサ
６にて表面温度が検出され、図示しない温度コントロー
ラにより150 ℃の一定温度に制御される。

【００４６】また離型剤として、官能基として−(CH₂)₃
NH₂ を有するアミノ変性シリコンオイル（オイル粘度30
0cs ）信越化学製、ｂ＝0.1 、ｃ＝130 （X-21-7763G）
がオイル供給システム９により均一に供給されている。
一方、エンドレスベルト１５は、厚み７５μｍ、静摩擦
係数0.40、幅300mm 、同長さ288mm のポリイミドフィル
ムであり、４本のステンレス製ロール２２、２０、２
０、１８mmである。直径１８mmのロール２５（圧力ロー
ル）は、加圧手段としての圧縮コイルスプリング２６に
よって定着ロール１の中心に向かって総荷重として２５
Kgで付勢されており、ベルト１５を定着ローラに圧着し
ている。定着ロールへのベルトの接触は巻付け角度とし
て４５°であり、このときのベルトニップの幅19.6mmと
なっている。ベルトニップの出口は圧力ロール２５がベ
ルトを介して圧接されているため、定着ロールの弾性体
は変形し、その表面には歪みが発生する。モータ２７か
らの駆動力は、定着ロール１に伝達され、ベルトは定着
ロールによって矢印２８の方向に200〜350mm /secの速
度で従動回転することができる。

【００４７】この定着装置を使用して、各種Ａ４サイズ
の用紙の上にカラートナーが2.5mg/cm²の密度で転写さ
れた未定着ソリッド画像を、定着スピード250mm/sec か
ら350mm/sec で処理した。このとき定着ロールの設定温
度は150 ℃、165 ℃、180 ℃とそれぞれ変えて、２０枚
連続で運転を行い、それらの画像ずれの評価を行った。
その結果、表１に示すように、350mm/sec のような高速
においても、両面コート紙のような平滑な用紙であって
も、更に、２０枚連続運転というオイルの供給が追いつ
かなくて少ない条件下においても、すべての条件下で画
像ずれの発生が起こらないことが分かる。

【００４８】

【表１】

【００４９】＜実施例５＞離型剤として、使用するアミ
ノ基の種類を−(CH₂)₃NH(CH₂)₂NH₂ とし、他の条件を同
じにしたアミノ変性シリコンオイル（信越化学製X-21-7
720 ）で実施例４と全く同じテストをしたが全く同様の
テスト結果が得られた。＜実施例６＞離型剤として使用するオイルを従来のアミ
ノ基のないジメチルポリシロキサンオイル（信越化学製
KT-96、360cs)を使用し他の条件を実施例４、５と同じ
にしてテストしたところ、画像ずれの結果は表２に示す
ように高速時の、連続運転の後半に幾分画像ずれを見せ
たが許容レベルであった。

【００５０】

【表２】

【００５１】＜実施例７＞離型剤として使用するオイル
を実施例１と同じ官能基−(CH₂)₃NH₂ を有するアミノ変
性シリコンオイル（信越化学製、ｂ＝0.1 、ｃ＝130 、
X-21-7763G）とし、ポリイミドのエンドレスフィルムの
摩擦係数を0.5 に調整したものにした他は実施例４と同
じ条件とした。この結果は実施例４と全く同様であっ
た。＜実施例８＞離型剤を実施例５と同じ、アミノ基として
−(CH₂)₃NH(CH₂)₂NH₂ であるアミノ変性シリコンオイル
（信越化学製 X-21-7720）に変える他は、実施例７と同
じようにエンドレスベルトの摩擦係数を0.5 でテストし
ても、結果は、実施例７と全く同じであった。＜比較例３＞離型剤として、従来使用していたアミノ基
のないジメチルポリシロキサンオイル（信越化学製 KF-
96、300cs ）を使用し、実施例７、８と全く同様なテス
トを行ったところ、表３に示すように連続運転の後半１
５枚〜２０枚になると、より高速時に画像ずれが発生し
やすいことが分かった。この結果を本発明者らは、ポリ
イミドフィルムに対するオイルの濡れ性あるいは親和性
によるものではないかと推論した。すなわち、ポリイミ
ドフィルムのイミド基に対しアミノ基の方がメチル基よ
り親和性があり、連続運転のようなオイル供給が少なく
なるような条件下においても、有効に付着しているので
はないかと推論した。

【００５２】

【表３】

【００５３】＜実施例９＞エンドレスベルトの表面性の
うち静摩擦係数0.30としたものを使用した他は、実施例
４と同条件でテストした。尚、静摩擦係数の測定は、新
東化学（株）製表面測定機HEIDON-14 型を使用し、Ｌ紙
（６４g/m²、富士ゼロックス製）に対する静摩擦係数
（法線力200g）を測定したものである。この結果は全く
文句のつけようもなく、画像ずれはなく実施例４と同等
以上であった。この結果を表４に示す。

【００５４】

【表４】

【００５５】＜比較例４＞実施例９と同様に、エンドレ
スベルトの表面性として摩擦係数0.3 のものを使用し、
また離型剤として官能基のないジメチルポリシロキサン
を使用してテストしたところ、表５のような結果となっ
た。高速時の連続運転時に劣化する傾向はすこし見られ
たが許容レベルであった。

【００５６】

【表５】

【００５７】＜比較例５＞実施例６と同様に、エンドレ
スベルトの摩擦係数0.40としたものを使用し、今度は定
着装置全体の駆動方法として、モータ２７により定着ロール１だけを駆動し、他は
従動させる方法。図示しないモータ２８によりエンドレスベルトを張
架するロール２２を駆動しエンドレスベルトを駆動さ
せ、定着ロール１は従動させる方法。の両方を駆動源とする方法。の３つの駆動方法による比較テストを行った。その結果
を表６に示す。

【００５８】

【表６】

【００５９】この結果から定着装置の駆動方法として、
の定着ロールを駆動する方法が画像ずれに対し最も良
い駆動方法であることが分かった。

【００６０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は従来のベルトニップ方式の定着装置において、ベルト
ニップ出口において定着ロールにベルトを介して圧力ロ
ールを圧接することによって定着ロール表面に歪みを発
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。このため白黒の定着装置以外のカラーの定着
装置への適用が可能となるものである。また従来のベル
トニップ方式の欠点であったベルトの波打ち、しわ、破
損も最小限に抑えるベルトの張架方法とベルトの寄り補
正機構を導入することによりベルトの寿命を大幅に延ば
すことが可能になり、記録紙のしわや、画像の乱れを防
止することが可能になった。また本発明のベルトニップ
方式はロールニップ方式に比べても高速、高信頼、高画
質等多くの長所を有するのであり、産業上その利用価値
は非常に大きいものである。

【００６１】さらに、本発明は従来のベルトニップ式の
欠点である剥離爪による画像こすれの問題はなく、また
高速条件下においても、各種用紙条件下においても、ま
た更に連続運転条件下においても、画像ずれのない画質
を実現することが可能となった。また本ベルトニップ方
式は、１１対のロール対より構成されるロールニップ方
式に比べても高速、高信頼、高画質等多くの長所を有す
るものであり、産業上のその利用価値は非常に大きいも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のロールニップ式定着装置の概略図であ
る。

【図２】従来のベルトニップ式定着装置の概略図であ
る。

【図３】トナーの定着ロールへの付着力を検出する付着
力検出器の概略図である。

【図４】定着ロールとしてソフトロール及びハードロー
ルを使用した場合のモデル実験の結果を示すグラフであ
る。

【図５】本発明の第１実施例によるベルトニップ式定着
装置の概略図である。

【図６】本発明に使用するソフトロールのセルフストリ
ッピング性を表を用いて示す図である。

【図７】比較例として従来のハードロールのセルフスト
リッピング性を表を用いて示す図である。

【図８】本発明の実施例によるベルトニップ式定着装置
における定着ロールの表面歪みを示すグラフである。

【図９】比較例として従来のロールニップ式定着装置の
セルフストリッピング性を表を用いて示すグラフであ
る。

【図１０】比較例として従来のロールニップ式定着装置
における定着ロールの表面歪みを示すグラフである。

【図１１】本発明のベルトニップ式定着装置と従来のロ
ールニップ式定着装置による剥離可能な歪みの差を示す
グラフである。

【図１２】図５のベルトニップ式定着装置においてベル
トの内側に温度センサを配置した本発明の第２実施例を
示す概略図である。

【図１３】図５のベルトニップ式定着装置における圧力
ロールの荷重と画像ずれとの関係を表を用いて示す図で
ある。

【図１４】本発明の第３実施例によるベルトニップ式定
着装置を示す概略図である。

【図１５】図１４のベルトニップ式定着装置における圧
力ロールの荷重と画像ずれとの関係を表を用いて示す図
である。

【図１６】ベルト補正機構を組み込んだ本発明のベルト
ニップ式定着装置を示す概略図である。

【図１７】本発明のベルトニップ式定着装置に組み込ま
れたベルト補正機構を示す拡大図である。

【図１８】定着ロールを駆動としエンドレスベルトを従
動とした本発明のベルトニップ式定着装置を示す概略図
である。

【符号の説明】

１定着ロール２加圧ロール３中空ロール４テフロン被覆層５ハロゲンランプ６温度センサ７記録紙８未定着トナー９オイル供給装置１０芯金ロール１１耐熱弾性体１２剥離爪１３、１４支持ロール１５エンドレスベルト１６記録紙背面接着部分１７荷重伝達棒１８荷重変換器１９記録計２０下地層２１トップコート層２２、２３、２４支持ロール２５圧力ロール２６圧縮コイルスプリング２７モータ２９圧力補助ロール３０楕円軌道３１フォトセンサ３２パルスモータ３３ガイド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転写材上の未定着トナー像を定着する熱
定着ロール型定着装置において、0.5mm 以上の弾性体が
被覆された熱定着ロールと、複数の支持ロールによって
張架された耐熱ベルトとを設け、該耐熱ベルトと前記定
着ロールとの間にニップを形成するよう耐熱ベルトを定
着ロールの廻りに所定角度だけ巻付け、前記ニップの出
口において前記耐熱ベルト内側に圧力ロールを配設し、
該圧力ロールを前記耐熱ベルトを介して前記熱定着ロー
ルに圧接することにより、前記熱定着ロールの弾性体に
歪みを生じさせることを特徴とする定着装置。
【請求項２】前記熱定着ロールの弾性体の円周方向の
歪み量εは以下の関係式を満足することを特徴とする請
求項１記載の定着装置。 ε≧0.５％
【請求項３】前記耐熱ベルトは少なくとも３つ以上の
支持ロールにより張架され、該支持ロールの一つは変位
ロールで他の支持ロールは固定ロールで構成され、該変
位ロールは中心軸の位置を他の固定ロールの中心軸と交
差するように移動できるよう構成されたことを特徴とす
る請求項１記載の定着装置。
【請求項４】前記変位ロールの中心軸は、前記耐熱ベ
ルトの回転方向に対して該変位ロールに最も近い上流側
と下流側に位置する２つの前記固定ロールの中心軸を焦
点とする楕円軌跡に沿って変位することを特徴とする請
求項３記載の定着装置。
【請求項５】前記熱定着ロールは２つの固定ロールの
間において張架された耐熱ベルトとニップを形成するこ
とを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項６】前記熱定着ロールと耐熱ベルトとのニッ
プ領域の前記圧力ロールの上流側において、耐熱ベルト
内側から該耐熱ベルトを介して熱定着ロールに圧接する
弾性体ロールを設けたことを特徴とする請求項１記載の
定着装置。
【請求項７】前記熱定着ロールと、複数の支持ロール
によって張架された耐熱ベルトとを圧接させてニップを
形成し、該ニップ領域において定着を行う定着装置にお
いて、前記ニップ領域の耐熱ベルト内側に熱定着ロール
の表面温度を検出する温度センサが配設されていること
を特徴とする定着装置。
【請求項８】転写材上の未定着トナー像を定着する熱
定着ロール型定着装置において、0.5mm 以上の弾性体が
被覆された熱定着ロールと、複数の支持ロールによって
張架された耐熱エンドレスベルトとを設け、該エンドレ
スベルトと前記定着ロールとの間にニップを形成するよ
うエンドレスベルトを定着ロールの廻りに所定角度だけ
巻付け、前記ニップの出口において前記エンドレスベル
ト内側に圧力ロールを配設し、該圧力ロールを前記ベル
トを介して前記熱定着ロールに圧接することにより、前
記熱定着ロールの弾性体に歪みを生じさせるようにし、
前記定着ロールを駆動し、エンドレスベルトを従動とし
たことを特徴とする定着装置。
【請求項９】前記耐熱エンドレスベルトの静摩擦係数
が0.４以下であることを特徴とする請求項８記載の定着
装置。
【請求項１０】前記定着ロールに、次の一般式（１）
で表されかつ25℃における粘度が10〜100,000cs のアミ
ノ変成オイルで成る離型材を塗布したことを特徴とする
請求項８記載の定着装置。【数１】〔但し、式中、Ａは−Ｒ′−Ｘ（ここで、Ｒ′は炭素数
１〜８のアルキレン基を示し、Ｘは−NH₂または−NH(C
H₂)₂NH₂ を示す）で表され、b およびc はそれぞれ０＜
b ≦10、及び10≦ｃ≦1000である〕