JPH06103421B2

JPH06103421B2 - 圧力定着器

Info

Publication number: JPH06103421B2
Application number: JP59165402A
Authority: JP
Inventors: 満蔵田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-08-07
Filing date: 1984-08-07
Publication date: 1994-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPS6143775A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、電子写真法等によって形成させた記録材（以
下、一例として転写シートという。）上の未定着画像
を、加圧状態で相接回転する一対のローラ間に前記転写
シートを通すことで圧力定着させる圧力定着器に関し、
詳細には前記ローラの軸方向に関する圧力分布を平均化
させるための特殊なローラの形状に関するものである。

〔発明の背景〕

本発明の圧力定着器は、未定着画像（以下単にトナー像
という）を圧力定着させる様々な装置に適用されるもの
であるが、以下の説明においては、便宜的にこれが代表
的に適用される電子写真複写機（以下単に複写機とい
う）の場合を例にしてこれを行なうものとする。

まず、圧力定着器の一般的構成、複写機内での関係的構
成等につき、第10図に示した複写機の一例に基づき説明
する。第10図において、１はガラス等の透明な部材より
なる原稿載置台であり、図示しないレール上を矢印ａ方
向に往復動する。２は集束性光伝送体であり、原稿載置
台１上にある原稿像が照明ランプ15によって照射される
と、その反射光像を感光ドラム３上にスリット露光す
る。なお、感光ドラム３は矢印ｂ方向に回転する。４は
コロナ帯電器であり感光ドラムに一様に帯電を施す。ま
た５は現像器であり、一様に帯電された感光ドラムに集
束性光伝送体２により光像露光して形成した静電潜像を
顕像化する。

一方、転写シート22は給送ローラ６及びレジスターロー
ラ７によりドラム３表面に送り込まれ、転写帯電器８に
よりドラム上の画像の転写を受ける。その後、転写シー
トは分離手段13によりドラム表面から分離され、ガイド
９を通ってローラ9aにより定着器10に送られる。定着器
10で転写シート上のトナー像が定着され、転写シートは
排出ローラ11によりトレイ12上に排出される。また、感
光ドラム３上に残ったトナーは、クリーニング手段14に
より落とされ回収される。16は熱線吸収フィルター等の
フィルターである。

そして、前記構成の複写機において使用されている圧力
的定着器10の具体的構造は、一般には第11図および第12
図で示される。

すなわち、転写シートを加圧ニップする一対の定着ロー
ラ17,18は、剛性ローラとして設けられ、かつローラホ
ルダ19,20により回転自在に保持されて、荷重付与機構
の圧着スプリング21によりローラ両端に相接方向の高荷
重が互いに附勢されるようになっている。

またこれら一対の定着ローラ17,18は、ローラ軸方向に
関する相接線圧力分布を均一化する目的に従って、第12
図に示す如くシート搬送の中心線Ｓを中心にして両ロー
ラに交差角θを与えて設置するのが普通となっている。

ところで、一般的に機械装置で求められるように複写機
においても小型化、軽量化の実現は要請されるところで
あるから、圧力定着器においても定着ローラの細径化等
の工夫が考えられるところである。

しかし、前記の定着ローラの細径化を行なうと、他方に
おいてトナー像の部分的な定着不良等を生ずる傾向が現
われ、単純にはローラ細径化は難かしいことが明らかと
なった。このような難点が生ずる理由は、ローラの細径
化によってローラ軸方向の全域に渡る均一な線圧力の分
布が阻害され、これに起因して部分的に圧ヌケ、圧ムラ
が顕著化し、ひいては圧力不均一による定着ムラの発
生、搬送されるシートのシワ発生等につながるためと考
えられる。

そして、かかるローラ相互の圧力・不均一の問題を、更
にその原因、およびその実際的な現われ方について一層
詳細に検討したところ次の点を知見するに至った。すな
わち、一対の定着ローラ間に生ずる印加圧の不均一の原
因は、交差した加圧ローラの両端部に高荷重を印加した
時に生ずべきローラ自身のたわみ曲線と、交差したこれ
らローラが加圧平衡して接触した時に生ずるローラ外周
面の接触曲線が一致しないところにあるという点であ
る。またこの曲線不一致の結果、一対のローラの相接ニ
ップ部に微視的ではあるがギャップの発生が観察される
ところとなる。

以上のことを整理すると、一対の定着ローラの軸方向略
全域に渡って、転写シート上のトナー像を確実に圧力定
着させるに必要な圧力（以下、必要最低線圧という）を
与えるためには、前記したローラのたわみ曲線と接触曲
線の不一致性の問題を充分に考察し、第１には、ローラ
軸方向に関する線圧力分布のうち最も低い圧力となる部
分にあっても前記必要最低線圧の条件が満足されるこ
と、第２には、該線圧力分布の最大値、最小値の差（変
動）を出るだけ減少させ、前記必要最低線圧を満足する
ためのローラへの荷重付与条件を緩和すること、が重要
となり、特に、線圧力分布の変動の大きさが顕著化する
細径化したローラの使用を実現化する上では、前記第２
の点の改良、工夫が一層重要視されるところとなる。

なお、前記線圧力分布の変動とローラのたわみ曲線、接
触曲線の不一致性とは、量的な相関関係（圧力定着に適
用する範囲では概ね比例関係）にあると考えて差支えな
いので、以下の説明では、ローラ間にニップされた転写
シートに与えられる加圧量（シートが圧下される量：単
位は長さ）と、転写シートに与えられる圧力（単位は
力）とは特にことわらない限り同様の意味に用いてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は以上の問題点を種々検討した結果なされたもの
であり、その目的は、圧力定着時の線圧力分布を不均一
性に基づく定着ムラの発生を、ローラ軸方向に関して径
を変化させた加圧量調整型のローラを用いることで解消
させた圧力定着器を提供するところにある。

また本発明の他の目的は、線圧力分布の変動を可及的小
ならしめ、ローラ軸方向の全域に渡って必要最低線圧を
確保するために用いられる荷重付与機構の小型化、構造
簡易化を実現させるところにある。

また本発明の更に他の目的は、転写シートに対する線圧
力分布の変動を小ならしめることにより、転写シートに
シワ等を発生させない安定な搬送を実現させるところに
ある。

また本発明の別の目的は、細径化したローラを使用した
場合の部分的な圧ヌケ、圧ムラの顕著化を防止し、細径
ローラを用いた小型で軽量な圧力定着器の実用化を実現
するところにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

而して、前記した種々の目的を達成するためになされた
本発明の圧力定着器の特徴は、所定の交差角をもって相
接回転する一対の定着ローラのニップ部に記録材を通し
て記録材上の未定着画像を圧力定着させる圧力定着器に
おいて、上記定着ローラの外周径Ｄ（ｘ）が下記の式を
満足するところにある。

Ｄ（ｘ）＝D₀−2A（ｘ）（但し、D₀はローラ軸方向中心軸位置での径）Ａ（ｘ）＝Ｙ（l/2）−Ｙ（ｘ＋l/2）−ｙ（ｘ）（但し、l:最大通紙シートの横幅寸法、Ｙ（l/2）−Ｙ（ｘ＋l/2）：ローラのたわみ、ｙ（ｘ）：ローラの断面曲線）このような本発明の圧力定着器の設計思想に基づいて与
えられるローラ形状を有する圧力定着器は、実用上有効
な加圧量変動の抑制が実現され、本発明を工業的規模で
適用する上で極めて有益である。

本発明の目的達成のために前記構成が採用される理由を
以下説明する。

圧力定着器において本発明の思想を実現するには、相接
回転する各ローラの形状としてローラ軸方向の任意断面
位置において求められるローラ外周径は、その位置での
下記式〔Ｉ〕，〔II〕の差分をできるだけ零に近付ける
ように各ローラの形状を相補的に補正した径寸法とする
ことが望まれる。

式〔Ｉ〕：円柱状ローラを、軸心に対し交差角θの1/2
の角度をなす平面で切断したときにローラ表面で与えら
れる切断曲線の式。

式〔II〕：円柱状ローラによる転写シートニップ時に、
該シートに等分布線圧力が作用したと仮定したときに与
えられるローラのたわみ曲線。

なお、前記において一対のローラの径寸法補正を「相補
的に補正」というのは、実際上補正すべき量は通常数10
μｍ程度のものであって、ローラ径に比べて極めて微小
であり、したがって一対のローラの夫々において径寸法
補正を行なう場合の他、一対のローラのいずれか一方に
補正分を片寄せしてこれを行ない他方のローラは円柱状
ローラをそのまま使用する場合にも、本発明は同様に実
現されるからである。

そして、前記式〔Ｉ〕，〔II〕の差分をできるだけ零に
近付けるには、以下において詳細に説明する式Ｄ（ｘ）
及びＡ（ｘ）を満足する必要がある。

〔実施例〕

以下、図面に示す実施例に沿って、本発明を更に詳細に
説明する。

第１図〜第３図は、前記式〔Ｉ〕，〔II〕を用いた設計
手法に従った場合に製作される一実施例としての定着ロ
ーラの形状を説明するものであり、第１図はその定着ロ
ーラを示している。

本例においてまず式〔Ｉ〕につき説明すると、一般の圧
力定着器は前述の如く円柱状加圧ローラを互いにある一
定の交差角θをなして配設されている。第２図はこのよ
うな圧力定着器の加圧方法を示す概略図で、17,18は定
着ローラ、17a,17b,18a,18bはそれぞれのローラに圧力
を印加するフランジ部である。かかる構成において、加
圧のない状態では両ローラは交差しているのでその接触
部は中央部の一点のみである。他方両端フランジ部17a,
17b,18a,18bに次第に高荷重を印加してゆくと、両ロー
ラはほぼ均等にたわみローラ全長にわたりほぼ一様に接
触する。この時のローラ間の接触線がニップ部であり、
図中23a,23bで示される。

なお、第２図に示したｘ−ｙ座標は、前記非加圧時の中
央一点の接触部を原点０とし、交差角θの２等分線をｘ
軸、両ローラの径方向線をｙ軸としている。

ここで、前記のニップ部を示す接触線23a,23bは交差さ
せた一対のローラの接触線であるので、ローラをその軸
心に対し交差角θの1/2の角度をなす平面で切断したと
きのローラ表面に表われる切断曲線として幾何学的に定
まる。これを前記ｘ−ｙ座標で示せば、（ただしD:定着ローラ外周径）として式〔Ｉ〕が与えられる。

次に式〔II〕について説明すると、第２図に示した一対
のローラ17,18間に転写シートがニップされた状態にお
いて、いま転写シートに対しそのニップの全域に渡り一
様均一な線圧力が作用したという理想的な状態を仮定す
ると、このことはローラに転写シートの接触範囲で等分
布荷重が作用したことを意味するから、力学的に前記ロ
ーラのたわみ曲線が下記の如く定まる。

ただしω：分布荷重ｘ′：転写シートの横縁を原点０′としたときの距離 E:ローラのヤング率 I:ローラの断面２次モーメント l:最大通紙シートの横幅寸法 l₁:原点０′とローラ加圧位置間の距離ここで、説明の便宜上前記式〔II〕のたわみ曲線を、ｘ
−ｙ座標の原点０（ローラの軸方向中心）が固定で両端
側がたわむものとして考えれば、これは次式で与えられ
るところとなる。

ｙ′（ｘ）＝Ｙ（l/2）−Ｙ（ｘ＋l/2） … 〔III〕以上のことを第２図の下側ローラ18に関して転写シート
の通紙範囲で示すと、第３図のｙ（ｘ）,y′（ｘ）線で
表わされる。

ところで、この第３図のｙ（ｘ）,y′（ｘ）線から次の
ことが理解される。すなわち、ｙ′（ｘ）は転写シート
に対する均一線圧力作用が行なわれた場合の理想的なた
わみ曲線であるから、ローラのｘ軸方向に関する任意断
面位置においてのたわみ量ｙ′と、同一位置での曲線ｙ
（ｘ）から求まるｘ軸との偏差分ｙとが相殺して零とな
るならば、実際のたわみにおいても前記理想条件が満足
され、他方これが零とならないならば（第３図（イ）参
照：この図では便宜的にｙ（ｘ）,y′（ｘ）の符号を揃
えている）、実際上は前記理想条件が満足されていない
ということである。

しかし前記のような理想条件が成立していないことは、
圧ムラ（線圧力分布の不均一さ）の発生（第３図（ロ）
参照）として実験的にも確認されているところである
し、前記式〔Ｉ〕，式〔III〕による圧ムラの分布とし
て、次式Ａ（ｘ）＝Ｙ（l/2）−Ｙ（ｘ＋l/2）−ｙ（ｘ） …
〔IV〕からも明らかとなるところである。

第３図（ロ），（ハ）におけるＡ（ｘ）線は、ローラ軸
方向における圧ムラの分布を図示し、y₀の極大値は、ロ
ーラのたわみが大きすぎて一対のローラ間に与えられる
べき必要なギャップ量（転写シートが適当な圧力を受け
ながら通過するに適したギャップ量）が不足し、必要以
上に大きな線圧力を最も顕著に受けている部分を示す。

以上のことから、ローラの各部分における印加圧に比例
してローラ外周径を細くしたローラを用いることによ
り、加圧によって生ずる圧ムラを除去して均一な圧力分
布を持つ一対のローラを提供することができることが明
らかとなる。

具体的には、例えば一対のローラ夫々における軸方向任
意の断面での外周径Ｄ（ｘ）を、Ｄ（ｘ）＝D₀−2A（ｘ） … 〔Ｖ〕（ただしD₀はローラ軸方向中心位置での径）として設定することにより、前記第３図中のＡ（ｘ）線
で示された必要ギャップ不足が解消され、一対のローラ
間で転写シートは実質的に一様均一に印加圧を受けるこ
とになる。

第１図はこのようにして前記式〔Ｖ〕に基づき作製され
たローラの一例を示しており、ローラ25の中央部25dと
両端部25c,25eの外径が最も大きくなり、加圧ローラ両
端付近25a,25bの部分の外径が最も小さくくびれた形状
となっている。この外径差D₀−D₁は条件によっても異な
るが、一般的な圧力定着器に使用されるローラにおいて
は数10μｍ程度以下のものである。

かかるローラを一対にして圧力定着器を構成し、A4判の
転写シートにつきトナー像の定着を行なったところ、通
紙したシートの全域に渡り一様な圧力が印加され、従来
の円柱状ローラの使用に比べ、部分的な定着不良の発生
等は殆どないことが確認された。

また通紙後の転写シートのカール量も減少し、更に波打
ち、シワの発生率も低減されるところとなった。

なお、以上のことを更に実際のローラにあてはめて、ロ
ーラ円柱形の場合の圧力ムラの計算値と実測値を第４図
〜第６図で対比して示す。これにより前記各式を用いた
ローラ径の補正の方法が設計手法として実効性のあるも
のであることが理解されよう。なおこれらの第４図〜第
６図において夫々（イ）図は計算値の結果、（ロ）は実
測値の結果を示している。また第４図はロール外周径口
＝20mmφ、第５図は同口＝26mmφ、第６図は同口＝34mm
φであり、更にまた、これらにおいて使用したメタロー
ルは鉄製、ヤング率2.1×10²kg/mm²の中点ロールであ
り、使用した転写シートはA4判（紙幅ｌ＝210mm）のも
のとした。また一対のローラの交差角θ、付与した平均
線圧力ωは図中に示した。

これらの図から明らかなように、ロールの外周径が細く
なるほど圧力ムラの問題は大きくなること、若干の測定
誤差はあるにしても前記手法が有効性の高いものである
ことが理解されよう。

また前記のものに対応して外径を補正したローラの例を
示すと下記表の通りである。

なお、以上の説明は、通紙する転写シートをA4判として
説明しているが、これは２種以上の転写する場合のもの
であっても最大幅の転写シートを対象して本発明を適用
することでよい。それ以下の幅サイズのものでは、常に
付与される印加圧が最大幅の転写シートよりも大きくな
るから、必要最低線圧力は満足されて定着ムラの問題は
生じないからである。

次に前記実施例における一対のローラの間の交差角θの
影響について述べると、第７図におけるA₁（ｘ）,A
₂（ｘ）,A₃（ｘ）は、前記第３図で示した圧ムラを示す
曲線Ａ（ｘ）（式〔IV〕で与えられる）に対し、交差角
θ以外は同一の条件として、A₁（ｘ）からA₃（ｘ）に順
次交差角θを大きくした場合を示している。これから理
解されるように交差角θは圧力ムラに影響する。

第８図に示すローラ28は、交差角θを前記実施例の交差
角に対して微小量大きくした条件（A₃（ｘ）に対応）で
導出したローラであり、交差角θを適当な条件にとると
加圧ローラの中央部（ｌ′で示す部分）は実質的にほぼ
円柱状となり、また両端部分28a,28bでは中央部よりも
外径が大きくなる逆クラウン形状となる。この形状のロ
ーラは通紙状態で紙の両端を外側に引き出すように力が
働くので、紙シワ対策上有効である。

第９図のローラ29は交差角θを前記実施例の交差角に対
して微小量大さくした条件（A₁（ｘ）に対応）で導出し
たローラであり、交差角θを適当な条件にとると、中央
部29bで径が最も大きく、両端29a,29cに向かってローラ
径は小さくなり両端部ではほぼ円柱状の形状となる。

以上の説明は、一対のローラ夫々において、その外周径
を補正式〔Ｖ〕に従って修正するようにした実施例につ
き行なっているが、本発明はこのような例に限定される
ことなく更に種々の変更した態様のものを考えることが
可能である。

例えば前記式〔IV〕で示される圧ムラは、一対のローラ
の間で両ローラに均等に振り分けてこれを除去するとい
う前記実施例の他、これを一方のローラにのみ片寄せて
除去させ、他方のローラは円柱状のままの形状としても
よいし、またその中間態様をとってもよい。

前記の圧ムラ吸収分を一方のローラに片寄せて吸収する
場合には、その補正されたローラの外周径は次式により
与えられる。

Ｄ（ｘ）＝D₀−4A（ｘ） … 〔VI〕なおこの場合のローラ形状では、基本的には前記第１
図，第８図，第９図のいずれかに類似するものとなるの
は容易に理解されよう。

また以上の式〔Ｖ〕あるいは〔VI〕等によって与えられ
るように、一対のローラの間で相補的に圧ムラの除去が
行なわれれば、圧力定着のローラの形状として支障のな
い限り、更に一対のローラに任意の関数を相殺する形で
重畳しても差支えない。例えば前記式〔VI〕の場合を例
にするならば、上側ローラの径D_U（ｘ）と下側ローラの
径D_L（ｘ）がで与えられてもよいということである。

また更に、本発明の実現において前記した一連の式を用
いたローラ形状の設計の方法によらず、実験的な繰り返
の蓄積に従って、ローラ軸方向に関する線圧力分布の均
一化、すなわち加圧量の均一化を図ることも可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば圧力定着器の構成にあ
たって次のような種々の効果が得られ、その効果は極め
て大なるものである。

イ．ローラ外周径の寸法分布を特定化することによっ
て、記録材に付与される線圧力の均一化が達成され、定
着ムラの難点がなくなる。

ロ．最大幅サイズの記録材通紙時における加圧量（線
圧力）の分布が均一化される結果、圧力定着に要する必
要最低線圧の確保のための加圧機構が、小型化、構造簡
易化されたものでよくなり、全体の構成改良に有効とな
る。

ハ．加圧量（線圧）の変動が顕著化するローラの細径
化、あるいは交差角θの選択に際しての難点が解消さ
れ、圧力定着装置の設計自由度が向上される。またロー
ラの細径化により装置全体の小型化、軽量化が有利に実
現される。

ニ．記録材に対する作用線圧力が均一化される結果、
記録材の波うち、シワの発生等が低減され、記録材搬送
の安全性も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるローラの形状を示す
図、第２図は同実施例で式〔Ｉ〕を求める場合の説明
図、第３図（イ），（ロ），（ハ）は同実施例における
式〔Ｉ〕，〔III〕，〔IV〕の関係を示す図、第４図
（イ），（ロ）、第５図（イ），（ロ）、および第６図
（イ），（ロ）は前記実施例に関する種々の条件での線
圧分布の変動を示す図であり、これら第４図〜第６図に
おける（イ）図は計算値の結果、同（ロ）図は実測値の
結果を示している。第７図は交差角θの影響を示す図、
第８図，第９図は第１図とは異なる交差角の場合のロー
ラ形状を示す図である。第10図は圧力定着器を備えた複写機の構成概要図、第11
図，第12図は一般的な圧力定着器の構成するための図で
ある。 1:原稿載置台、2:集束性光伝送体 3:感光ドラム、4:コロナ帯電器 5:現像器、6:給送ローラ 7:レジスターローラ、8:転写帯電器 9:ガイド、10:定着器 11:排出ローラ、12:トレイ 13:分離手段、14:クリーニング手段 15:照明ランプ、16:熱線吸収フィルター 17,18:定着ローラ（ローラ） 23a,23b:接触線 25,28,29:定着ローラ（ローラ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の交差角をもって相接回転する一対の
定着ローラのニップ部に記録材を通して記録材上の未定
着画像を圧力定着させる圧力定着器において、上記定着ローラの外周径Ｄ（ｘ）は下記の式を満足する
ことを特徴とする圧力定着器Ｄ（ｘ）＝D₀−2A（ｘ）（但し、D₀はローラ軸方向中心軸位置での径）Ａ（ｘ）＝Ｙ（l/2）−Ｙ（ｘ＋l/2）−ｙ（ｘ）（但し、l:最大通紙シートの横幅寸法、Ｙ（l/2）−Ｙ（ｘ＋l/2）：ローラのたわみ、ｙ（ｘ）：ローラの断面曲線）。