JPH09166935A

JPH09166935A - 定着装置

Info

Publication number: JPH09166935A
Application number: JP7328866A
Authority: JP
Inventors: Hisahiro Tamura; 壽宏田村; Toshiaki Kagawa; 敏章香川; Shogo Yokota; 昌吾横田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1995-12-18
Publication date: 1997-06-24
Also published as: US5724639A; EP0780738B1; DE69620368T9; DE69620368T2; EP0780738A3; DE69620368D1; EP0780738A2

Abstract

(57)【要約】【課題】定着ローラ長手方向の温度を均一にし、通紙
領域全体の定着性の均一化を図る。また、定着装置の小
型化を図る。【解決手段】用紙１は、内周面が長手方向に２分さ
れ、それぞれ熱的特性の異なる表面処理層を設けた定着
ローラ５２と、加圧部材５１上の耐熱シート５４の間に
搬送される。内周面の表面処理層の一方は熱吸収性が良
好な耐熱塗装であり、内周面に耐熱塗料を塗布する場
合、５μｍ以上の厚みとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機、
同ファクシミリ、同プリンター等電子写真プロセスを利
用した機器に使用する定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真複写機、同ファクシミ
リ、同プリンター等電子写真プロセスを利用した機器に
使用される定着装置としては、定着ローラと、この定着
ローラに圧接する加圧ローラからなり、そのどちらか一
方あるいは両方を加熱し、このローラ対の間に記録材を
搬入して定着を行うローラ方式が一般的に用いられてい
る。ローラ方式の定着装置では、定着装置のウオームア
ップタイムを短縮するために、定着装置を小型にし定着
ローラを薄肉化するとともに、加圧ローラの熱容量の小
さいものを使用している。しかしながら、一対のローラ
はそれぞれ回転自在に支持する必要があり、このため構
造が複雑となりコストアップになるとともに、装置が大
型化し、ウオームアップタイムを短縮するにも限界があ
った。この問題を解決するために、加圧ローラの代わり
に非回転の押圧部材を定着ローラに圧接させて、定着ロ
ーラと押圧部材との間に記録材を搬入させて定着を行う
加圧パッド方式が、特公昭５５−３６９９６号公報に開
示されている。

【０００３】上記加圧パッド方式を用いた定着装置の一
構成を図１０を用いて説明する。定着ローラ１１２は、
アルミニウムからなる中空ローラ１１２ａの外周面全周
に、離型性、紙搬送性及び耐熱性が良好である合成樹脂
材料、例えばシリコーンゴムからなる大きい摩擦係数を
持つ被覆層１１２ｂが設けられており、その軸芯部には
ヒータランプ１１３が挿入されている。また、定着ロー
ラ１１２の下面には押圧部材１１１が設けてあり、その
ローラと対向する面、すなわち押圧面は、四フッ化エチ
レン樹脂等の摩擦係数の小さい物質からなる被覆層１１
４によって構成されている。押圧部材１１１は、軸１１
７で支持された加圧板１１６の上面に固定されており、
加圧スプリング１１８により所定の圧力で定着ローラ１
１２に圧接されている。そして定着ローラ１１２と押圧
部材１１１との間に未定着トナー像１０２を有する記録
紙１０１が搬送され定着が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記加
圧パッド方式を用いて定着装置において、ウオームアッ
プタイムを短縮しようとするために定着ローラを薄肉金
属円筒にすると、その内周面の表面状態（粗さ、光沢）
にばらつきがあり、温度の立ち上がり時のオーバーシュ
ートが定着ローラの長手方向で安定しないという問題点
がある。

【０００５】また、より一層の定着装置の小型化を達成
するため定着ローラの軸芯部に挿入されているヒーター
ランプの長手方向の大きさを小さくしようとすると、通
紙領域の端部での定着性（定着強度）が悪いという問題
点がある。

【０００６】本発明はこれらの問題点に鑑みなされたも
のであって、その目的は、耐久性に優れ、定着性が良
く、小型で信頼性の高い定着装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明では、定着ローラと、該定着ローラの外周面に
圧接して配置される加圧部材とを備え、前記定着ローラ
と前記加圧部材との間に未定着トナー像を有する記録材
を搬送することにより、該記録材に未定着トナー像を定
着させる定着装置において、前記定着ローラの内周面
は、長手方向に２分される領域を有し、該領域にはそれ
ぞれ、熱的特性の異なる表面処理層を設けたことをを特
徴とする。

【０００８】また、前記表面処理層は、一方は熱量を確
保するためのものであり、他方は表面の熱吸収を安定さ
せるためのものであることを特徴とし、前記表面の熱吸
収を安定させる表面処理層は、有色耐熱塗料を塗装する
ことにより形成されることを特徴とする。さらに前記表
面処理層の厚みは、５μｍ以上であることを特徴とするこれらの構成によれば、薄肉金属円筒の定着ローラの温
度を均一に、安定して素早く所定の定着温度まで立ちあ
げることができ、さらには、ヒーターランプの照度分布
を変化させることでは得ることのできなかった定着ロー
ラ端部の定着強度をあげることができるので、小型で定
着性が良好な定着装置を提供することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１乃至図７
に基づいて説明する。尚ここでは、本実施例に係る定着
装置をレーザプリンタに適用した場合について説明す
る。

【００１０】上記レーザプリンタは図１に示すように、
給紙部１０、画像形成装置２０、レーザ走査部３０、及
び本発明の定着装置５０を有している。給紙部１０は、
プリンタ内部にある画像形成装置２０に用紙１を搬送
し、画像形成装置２０は、搬送された用紙１上にトナー
像を転写する。用紙１はさらに送り込まれ、定着装置５
０により用紙１上にトナーが固着され、その後、用紙搬
送ローラ４１、４２によりプリンタ外部に排出される。
即ち、用紙１は図中の太線で示される矢印Ａの経路をた
どる。

【００１１】上記給紙部１０は、給紙トレイ１１、給紙
ローラ１２、用紙分離摩擦板１３、加圧バネ１４、用紙
検知アクチュエータ１５、用紙検知センサ１６、及び制
御回路１７を有している。

【００１２】給紙トレイ１１に装着された用紙１はプリ
ント命令を受け、給紙ローラ１２、用紙分離摩擦板１
３、加圧バネ１４の作用により一枚ずつ給紙され、プリ
ンタ内部に給送される。送り込まれた用紙１は、用紙検
知アクチュエータ１５を倒し、用紙検知光学センサ１６
に電気信号として出力させ、画像印刷の開始を指示す
る。用紙検知アクチュエータ１５の動作により起動され
た制御回路１７は、画像信号をレーザ走査部３０のレー
ザダイオード発光ユニット３１に送り、発光ダイオード
の点灯／非点灯を制御する。

【００１３】上記レーザ走査部３０は、上記レーザダイ
オード発光ユニット３１、走査ミラー３２、走査ミラー
モータ３３、及び反射ミラー３５、３６、３７を備えて
いる。

【００１４】走査ミラー３２は、走査ミラーモータ３３
により高速かつ定速に回転する。即ち図１において、レ
ーザ光３４は紙面に対して垂直方向に走査することにな
る。レーザダイオード発光ユニット３１から照射された
レーザ光３４は、反射ミラー３５、３６、３７を介して
後述の感光体２１へ照射される。このとき、レーザ光３
４は、上記制御回路１７からの点灯／非点灯の情報を基
に、感光体２１上に選択的に露光する。

【００１５】上記画像形成装置２０は、感光体２１、転
写ローラ２２、帯電部材２３、現像ローラ２４、現像ユ
ニット２５、およびクリーニングユニット２６を備えて
いる。

【００１６】上記レーザ光３４により、予め帯電部材２
３により帯電された感光体表面電荷を選択的に放電させ
静電潜像を形成する。現像に供給されるトナーは現像ユ
ニット２５に蓄積されている。現像ユニット２５内で適
度な撹拌により電荷付与されたトナーは、現像ローラ２
４に与えられた現像バイアス電圧及び感光体表面電位の
作り出す電界の作用により、静電潜像を感光体２１上に
形成することができる。

【００１７】前記給紙部１０より搬送された用紙１は、
感光体２１と転写ローラ２２とに挟まれ送られる。そし
て、転写ローラ２２に印加された転写電圧の与える電界
の作用により、感光体２１上のトナーは電気的に吸引さ
れ用紙１に転写される。このとき、感光体２１上のトナ
ーは転写ローラ２２により用紙１に転写されると共に、
未転写トナーはクリーニングユニット２６により回収さ
れる。

【００１８】その後、用紙１は定着装置５０に搬送され
る。そこで、加圧部材５１と１５５℃に保たれた定着ロ
ーラ５２により適度な温度と圧力が与えられる。これに
よりトナーは溶解し、用紙１に固定されて堅牢な画像と
なり、用紙１は用紙搬送ローラ４１、４２により搬送さ
れ機外に排出される。

【００１９】次に上記定着装置５０について詳しく述べ
る。定着装置５０は、図２に示すように加圧部材５１、
定着ローラ５２及び下フレーム５３を備えている。定着
ローラ５２は、薄肉アルミニウム製の円筒体（φ１４、
ｔ０．５５ｍｍ）の外周面全周に、離型性、紙搬送性及
び耐熱性が良好である合成樹脂材料が被覆されている。
合成樹脂材料としては、例えば離型性の良好なフッ素樹
脂に、紙搬送性に優れるフッ素ゴムなどの耐熱ゴムを混
ぜ合わせて塗布し焼成したものを用いることができる。
定着ローラ５２の軸芯部にはヒータランプ５５が挿入さ
れている。

【００２０】定着ローラ５２の両端部付近には、半円弧
状の軸受６０（エスベアＳＳ７４５：スターライト工業
社製）が定着ローラ軸に対して垂直に配置されている。
軸受６０は、耐熱性樹脂で構成されている定着カバー５
９（ライナイト９４５：デュポン社製）にはめ込まれて
いる。定着カバー５９は、加圧力が２４００ｇｆの加圧
スプリング５８を介して、上フレーム６１から加圧され
た構成となっている。

【００２１】加圧部材５１は、厚さ２ｍｍのシリコンス
ポンジゴム（ＴＬ４４００：イノアック社製）で形成さ
れており、アスカーＣ硬度は約３０°である。この加圧
部材５１は、曲げ板金（ＳＥＣＣ：厚さｔ１．２ｍｍ）
と定着ローラ５２の外周面との間に位置しており、加圧
スプリング５８の作用により圧接されている。また、加
圧部材５１は、Ｚ曲げ板金５６上に耐熱性両面テープ
（ＥＴテープ：日産パッキング社製）により固定されて
いる。さらに加圧部材５１は、曲げ板金５６の両端部付
近で下フレーム５３から突出したボスにはめ込まれ、下
フレームに固定されている。

【００２２】上記加圧部材５１と定着ローラ５２との間
には、下フレーム５３に耐熱性両面テープで固定された
耐熱シート５４が挿入されている。耐熱シート５４（厚
さ３００μｍ）は、離型性及び耐熱性の良好な合成樹脂
材料、例えばＰＦＡ（四フッ化エチレン＝パーフロロア
ルキルビニルエーテル共重樹脂）、ＰＴＦＥ（四フッ化
エチレン樹脂）等のフッ素樹脂に、耐熱性フィラー、例
えばカーボン、モリブデン、グラファイト、ボロンナイ
トライド、ポリイミド等を混入した材料で形成される。
本実施例では耐熱性シート５４として、ＰＴＦＥにポリ
イミドフィラーを５％混入させたものを採用している。

【００２３】上記下フレーム５３は、定着ローラ５２よ
り上流側（用紙１が搬入される側）が下流側に比べて、
ほぼ加圧部材５１と耐熱シート５４との厚み分だけ高く
構成されている。その高さの境界部分に曲げ板金５６が
はめ込まれている。また、上記上流側は用紙１の搬入を
ガイドする定着前ガイド５７となっており、下流側は定
着が終了した用紙１の排出のガイドをする定着ガイド６
２となっている。

【００２４】続いて定着プロセスについて説明を行う。
上記構成の定着装置において、まず未定着トナー像２が
のった用紙１は通紙方向（矢印Ｂ方向）に移動し、定着
前ガイド５７により定着ローラ５２と耐熱シート５４と
の間のニップ部を通過する。このとき、定着ローラ５２
の熱及び圧力により、用紙１上に静電付着している未定
着トナー像２が用紙１に固定され、所望の文字及び図形
が形成される。その後、用紙１は定着ガイド６２上を通
過し排紙され、最終定着を完了する。

【００２５】定着ローラ５２には、薄肉アルミニウム製
の円筒体（φ１４、ｔ０．５５ｍｍ）の外周面全周に、
離型性、紙搬送性及び耐熱性が良好である合成樹脂材料
が被覆されている。合成樹脂材料としては、例えば離型
性の良好なフッ素樹脂に紙搬送性に優れるフッ素ゴムな
どの耐熱ゴムを混ぜ合わせて塗布し焼成したものが用い
られる。定着ローラ５２の軸芯部にはヒータランプ５５
が挿入された構成になっている。

【００２６】この定着装置で用いられているヒータラン
プ５５の構成を図３に示す。ヒータランプ５５は、両端
にＳＵＳ３０４の電極が設けられており、該電極に通電
することにより巻線部を発光させる。ヒータランプの長
手方向の照度分布は、ヒータランプの発光部分（ＣＬ）
の巻線密度を変更することによって、ある程度自由な照
度分布を得ることができる。上記構成の定着装置を用
い、十分な定着性を確保するためには、ローラ長手方向
に均一な熱分布と圧力分布が必要不可欠である。

【００２７】ところで、一般にヒータランプの照度分布
特性は図４のようになる。ここで横軸はセンター位置を
０としたときの現在位置を、縦軸はセンター位置を１０
０％としたときの相対照度を示している。また、上図実
線部分はレターサイズの用紙を示し、斜線部は定着不良
部を示している。破線は封筒の用紙を示している。また
図５は、このヒータランプを用いた定着装置で、１２８
ｇ紙、レターサイズ（２１６ｍｍ幅）を用いて通紙実験
を行ったときの定着ローラ温度分布である。

【００２８】現在、定着装置は小型化が進められてお
り、そのヒータランプのサイズは、長手方向に１８０ｍ
ｍのものが実現されている。ところが、このヒータラン
プを用いて幅２１６ｍｍの紙を通紙した場合、図４に斜
線で示す紙端部では温度が低下し、定着不良をおこして
いた。また、紙端部での温度低下を防ぐために、ヒータ
端部付近の相対照度を図６の実線で示すように大きくし
たとしても、定着不良は解消されなかった。さらに図６
の破線で示すような照度分布のヒータランプを用いた場
合、紙端部の定着性は良好な結果を示すが、図４に破線
で示すような封筒を連続通紙した場合、特に封筒通紙領
域外の定着ローラ温度が上昇しすぎ、非駆動側に設けて
ある半円弧状の軸受６０が溶けてしまう問題が発生し
た。

【００２９】そこで本発明では図７に示すように、定着
不良部の定着ローラの内面に、非駆動側の定着ローラ端
から１３０ｍｍまでに、黒色耐熱塗料（Ｎｏ．６００，
黒：オキツモ社製）で表面処理を施し、この定着ローラ
と図４に示す照度分布のヒーターランプを用いて通紙実
験を行った。その結果、表１に示すような良好な定着性
が得られた。以上の結果をまとめて表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】さらに前記定着装置５０を用いて印字実験
を行った。その温度分布を図８（ａ）に、また製造ロッ
トの異なる温度分布を図８（ｂ）に示す。

【００３２】図８に示すように、同様の印字実験を行っ
ているにもかかわらず、定着ローラ温度制御用サーミス
タ素子が配置してある箇所以外の定着ローラ長手方向の
温度分布のばらつきが大きかった。圧力分布が一定であ
ると定着ローラの温度と定着性はある範囲でリニアな関
係にあり、定着ローラ温度が低いと定着性が悪く、定着
ローラ温度が高いと定着性は良いことは周知の事実であ
る。

【００３３】図８（ａ）と図８（ｂ）を比較すると、定
着ローラの温度の立ち上がり（オーバーシュート：図中
Ｃ）が異なっていることが分かる。これは定着ローラ内
周面の熱吸収性が異なるために生じた温度分布であり、
製造ロット間でばらつく結果となっていた。オーバーシ
ュートが大きくなると定着ローラ５２にトナーが再転写
する高温オフセットが生じ、Ａ５用紙、はがき、封筒と
いった小サイズ用紙の連続印字の場合に通紙領域外の定
着ローラ温度が高くなるという問題があった。

【００３４】そこで、定着ローラ内面の黒色耐熱塗装部
以外の部分に透明耐熱塗装（Ｘｏ−９３３クリヤー：オ
キツモ社製）で表面処理を施した。その結果、オーバー
シュートが安定し、製造ロット間でばらつきのない良好
な温度分布が得られた。

【００３５】続いて耐熱塗装の厚みについて調べた。そ
の結果を表２に示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】この結果から、耐熱塗装の厚みが５μｍ未
満であると効果は無いことがわかる。ここでは、透明耐
熱塗料と黒色耐熱塗料という選択を行ったが、熱吸収性
の良好な順は黒色、銀色、白色、透明となっており、ヒ
ータランプの照度分布に応じて、各組み合わせが可能で
ある。すなわち、２種類の異なる表面処理層を設ける理
由としては、１種類の表面処理層は定着装置を小型にす
るよう熱量を確保するためであり、他は表面の熱吸収を
安定させるためである。また、透明耐熱塗料のかわりに
均一な表面処理、例えば水酸化ナトリウム溶液で洗浄を
行う苛性処理やサンドブラスト処理を施した場合も上記
と同様の効果を得ることができる。これらの結果を表３
に示す。

【００３８】

【表３】

【００３９】さらに、図９における従来の定着機構、す
なわち定着ローラ５２と加圧ローラ７２（シリコンソリ
ッドゴム）の組み合わせにおいて定着ローラに薄肉金属
円筒を用いた場合にも同様の効果が得られた。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明の定着装置は、定
着ローラと、該定着ローラの外周面に圧接して配置され
る加圧部材とを備え、前記定着ローラと前記加圧部材と
の間に未定着トナー像を有する記録材を搬送することに
より、該記録材に未定着トナー像を定着させる定着装置
において、前記定着ローラの内周面は、長手方向に２分
される領域を有し、該領域にはそれぞれ、熱量を確保す
るための表面処理層と、表面の熱吸収を安定させるため
の表面処理層を設けたことを特徴とし、その表面の熱吸
収を安定させるための表面処理層は、有色耐熱塗料を塗
装することにより形成することにより、薄肉金属円筒の
定着ローラの温度を安定して素早く所定の定着温度まで
立ちあげることができ、さらにはヒーターランプの照度
分布を変化させることでは得ることができない定着ロー
ラ端部の定着強度をあげることができるので、小型で定
着性が良好な定着装置を提供することができるという効
果を奏する。

【００４１】また、前記表面処理層の厚みを５μｍ以上
とすることにより、薄肉金属円筒の定着ローラを所定の
定着温度までばらつきなく安定して立ちあげることがで
き、小型で定着性が良好な定着装置を提供することがで
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】定着装置を適用したレーザプリンタの概略構成
を説明数する図である。

【図２】本発明に係る定着装置の説明図である。

【図３】定着装置におけるヒータランプを説明する図で
ある。

【図４】ヒータランプの照度分布を示す図である。

【図５】定着装置において図４の照度分布を有するヒー
タランプを用いたときの定着ローラの温度分布を示す図
である。

【図６】ヒータランプの別の照度分布を示す図である。

【図７】本発明の定着装置に用いる定着ローラを説明す
る図である。

【図８】図７の上記定着装置の定着ローラの温度分布を
示す図（ａ）及び透明耐熱塗料を施していない場合の定
着ローラの温度分布を示す図（ｂ）である。

【図９】従来の加圧ローラ方式の定着装置を説明する図
である。

【図１０】従来の加圧パッド方式の定着装置を説明する
図である。

【符号の説明】

１用紙（記録材）２未定着トナー像５０定着装置５１加圧部材５２定着ローラ５３下フレーム５４耐熱シート５５ヒーターランプ５６曲げ板金５７定着前ガイド（下フレーム）５８加圧スプリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定着ローラと、該定着ローラの外周面に
圧接して配置される加圧部材とを備え、前記定着ローラ
と前記加圧部材との間に未定着トナー像を有する記録材
を搬送することにより、該記録材に未定着トナー像を定
着させる定着装置において、前記定着ローラの内周面
は、長手方向に２分される領域を有し、該領域にはそれ
ぞれ、熱的特性の異なる表面処理層を設けたことを特徴
とする定着装置。
【請求項２】前記表面処理層は、一方は熱量を確保す
るためのものであり、他方は表面の熱吸収を安定させる
ためのものであることを特徴とする請求項１記載の定着
装置。
【請求項３】前記表面の熱吸収を安定させる表面処理
層は、有色耐熱塗料を塗装することにより形成されるこ
とを特徴とする請求項２記載の定着装置。
【請求項４】前記表面処理層の厚みは、５μｍ以上で
あることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。