JPH0944024A

JPH0944024A - 定着装置

Info

Publication number: JPH0944024A
Application number: JP7211429A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Takeuchi; 竹内　　昭彦; Motoi Kato; 基加藤; Takao Kume; 隆生久米; Toshibumi Moriya; 俊文森谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、転写材の搬送性を良好にすること
の出来る定着装置を提供することを目的としている。【構成】円筒状の芯金上に厚さ１ｍｍから３ｍｍ程度
の弾性層を有する定着ローラ１及び加圧ローラ４を線圧
略０．８ｋｇ／ｃｍ以上で当接回転させ、転写材を挟持
搬送すると共に、定着ローラ１又は加圧ローラ４を加熱
することで転写材上のトナー像を転写材に溶融定着する
定着装置において、前記定着ローラ１又は加圧ローラ４
のうち一方の弾性層厚さをｔ₁、その周速度をｖ₁とし、
他方の弾性層厚さをｔ₂、その周速度をｖ₂としたとき、
ｔ₁＜ｔ₂かつｖ₁＞ｖ₂となる様に、定着ローラ１及び加
圧ローラ４の弾性層厚さと周速度を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像形成装置の定着
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真方式のプリンターや複写
機等の画像形成装置に用いられる定着装置の１つとし
て、図４に示す様に定着ローラ１と加圧ローラ４を用い
た熱ローラ定着方式が知られている。ここで、定着ロー
ラ１は芯金２の外周面に離型性を有する表層３を設け、
内部にヒーター１０を配設した形のものが一般に用いら
れており、一方、加圧ローラ４は定着ローラ１と互いに
協働して転写材Ｐを挟圧搬送するためのニップ部を形成
するように芯金５上に弾性層６が設けられている。

【０００３】又、定着ローラ１の周囲には必要に応じて
転写材Ｐの巻き付きを防止するための分離爪７や表面の
温度を検知する温度検知素子８、オフセットトナーを清
掃するためのクリーナー９等が配置されている。温度検
知素子８は定着ローラ１の表面温度を示す温度検知信号
を出力するもので、該温度検知信号が温度制御回路（図
示せず）に与えられることにより、温度制御回路は該温
度検知信号に基づき、ヒーター１０の動作をオンオフ制
御し、ヒーター１０のオンオフ動作によって定着ローラ
１の表面温度が所定の温度に保持される。

【０００４】ここで、前記定着ローラ１の表層３として
は一例として厚さ２０μｍ〜１００μｍ程度のＰＦＡや
ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂が用いられ、更に高離型性能を
必要とする場合には、厚さ１ｍｍ〜３ｍｍ程度の単層又
は多層のシリコーンゴムが用いられたりする。又、シリ
コーンゴムの表面にフッ素樹脂をコーティングして用い
る場合もある。一方、加圧ローラ４の芯金５の表面に
も、前記と同様な材質の離型性を有する弾性物質を用い
ることが多く、更に、発泡シリコーンゴム表面にＰＦＡ
等の樹脂をコーティング又はチューブ状にて被覆して用
いる場合もある。なお、定着ローラ１の表層にシリコー
ンゴムを用いる場合は、クリーナー９以外に、又はクリ
ーナー９の代わりにシリコーンオイル等の離型剤を塗布
する手段を設ける場合もある。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
記の様な従来装置のうち、定着ローラ１と加圧ローラ４
の双方に弾性を有する厚さ１〜３ｍｍ程度のシリコーン
ゴム等の弾性体を用いた定着装置においては、ニップ幅
が十分に確保出来て高い定着性が得られる反面、転写材
の挙動が不安定になり易く、定着時に斜行やシワが発生
したり、定着ローラまたは加圧ローラのいずれかのロー
ラに紙が巻き付いたりするという不具合が生じることが
あった。

【０００６】これを防止するためには、定着ローラ及び
加圧ローラ弾性層の厚さを略等しくしてニップをフラッ
トとする方法が考えられるが、この方法では紙が定着ロ
ーラまたは加圧ローラのいずれのローラに巻き付くか定
まらず、却って紙の挙動が不安定になるという不具合が
生じることがあった。

【０００７】又、定着装置の熱供給量に余裕がない場
合、定着ローラ側の弾性層が厚くなり過ぎて定着不良を
生じるなど、実用上好ましくない制約を生ずることがあ
った。

【０００８】そこで、従来は、重力方向やガイド形状、
紙の走行方向等を考慮し、又、熱伝達性も配慮して、従
来、定着ローラと加圧ローラの弾性層の厚さを決定して
いたが、この様に定着ローラと加圧ローラの弾性層厚さ
を異なるものとした場合、プリントする画像上のトナー
の量によって転写材である紙の搬送速度が変化する場合
があることが本発明者等の検討により判明した。

【０００９】これは、ニップ部での弾性層の歪みによる
ものと思われる現象で、本発明者等の検討では、弾性層
厚さが厚く、又、加圧力が高い程定着ニップ部において
転写材が加速されることが判明している。従って、定着
ローラ及び加圧ローラ弾性層の厚さが異なると、いずれ
かのローラによる搬送力が優ってしまい、転写材表面に
トナーが殆ど存在しないときには定着ローラ及び加圧ロ
ーラの搬送力が平均化されて転写材を搬送するが、転写
材表面に多量にトナーが存在すると、トナーとローラで
スリップを生じるために、非トナー担持面側のローラの
搬送力が転写材の搬送速度を支配する様になるため、画
像のトナー量によって定着部での紙搬送速度が変化して
しまうものと思われる。

【００１０】なお、加圧力に関しては、特に０．８ｋｇ
／ｃｍを超えたあたりからこの加速現象が顕著とする傾
向があり、３．０ｋｇ／ｃｍ位までその傾向を維持す
る。又、定着あるいは加圧ローラの製品硬度が略８５°
以下（Ａｓｋｅｒ−Ｃ測定）でこの現象は特に顕著とな
り、これ以上では次第に目立たなくなることが当発明者
等の検討により判明した。

【００１１】この速度変化自体は定着性に影響を与える
程度のものではないが、この様な定着装置を接触転写系
である転写ローラや転写ドラムなどを用いた画像形成装
置に用いる場合で、かつ転写〜定着ニップ間が最大用紙
長さよりも短い小型の装置に用いる場合、画像のパター
ンによって用紙の弛みが転写〜定着間で生じて画像面が
搬送路の一部にこすれたり、逆に用紙が引張られて印字
精度が狂う場合があることが判明した。

【００１２】そこで、本発明は、定着ローラと加圧ロー
ラに異なる厚さの弾性層を設けた場合でも、転写材の搬
送性を良好にすることの出来る定着装置を提供すること
を目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本出願に係る第１の発明
によれば、前記目的は、円筒状の芯金上に厚さ１ｍｍか
ら３ｍｍ程度の弾性層を有する定着ローラ及び加圧ロー
ラを線圧略０．８ｋｇ／ｃｍ以上で当接回転させ、転写
材を挟持搬送すると共に、定着ローラ又は加圧ローラを
加熱することで転写材上のトナー像を転写材に溶融定着
する定着装置において、前記定着ローラ又は加圧ローラ
のうち一方の弾性層厚さをｔ₁、その周速度をｖ₁とし、
他方の弾性層厚さをｔ₂、その周速度をｖ₂としたとき、
ｔ₁＜ｔ₂かつｖ₁＞ｖ₂となる様に、定着ローラ及び加圧
ローラの弾性層厚さと周速度を設定したことにより達成
される。

【００１４】また、本出願に係る第２の発明によれば、
前記目的は、前記第１の発明において、定着ローラと加
圧ローラの周速度の差をΔｖ＝１００×（ｖ₁−ｖ₂）／
ｖ₁（％）としたとき、Δｖを０．５％〜２．５％の範
囲に設定することにより達成される。

【００１５】つまり、以上のような本出願に係る第１の
発明によれば、定着ローラ又は加圧ローラのうち一方の
弾性層厚さをｔ₁、その周速度をｖ₁とし、他方の弾性層
厚さをｔ₂、その周速度をｖ₂としたとき、ｔ₁＜ｔ₂、か
つ、ｖ₁＞ｖ₂となる様に定着ローラと加圧ローラに周速
差を持たせると、転写材の搬送性が安定化することが判
明した。

【００１６】また、本出願に係る第２の発明によれば、
前記目的は、前記第１の発明において、定着ローラと加
圧ローラの周速度の差をΔｖ＝１００×（ｖ₁−ｖ₂）／
ｖ₁（％）としたとき、Δｖを０．５％〜２．５％の範
囲に設定するので、転写材の搬送性がより一層安定化す
ることが判明した。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１８】（第１の実施形態）図１に本発明の第１の
実施形態を示す。なお、図１では従来例で説明した温度
検知素子や分離爪等についての記載、説明は省略する。

【００１９】まず、定着ローラ１について説明を行う。
定着ローラ１は、厚さ略２．８ｍｍのアルミニウムの芯
金２上にジメチル系シリコーンゴムによる離型性を有す
る厚さｔ₁が略１．２５ｍｍの弾性層３を設けて形成さ
れている。更に詳述すると、本実施形態では、厚さ略１
ｍｍのＨＴＶゴムを弾性層とし、更に表面に厚さ略２５
０μｍの高離型性の液化ＬＴＶゴムを設けたものを用
い、定着ローラ１の表面の製品硬度を略７５°（Ａｓｋ
ｅｒ−Ｃ測定による）としたものを用いた。次に、加圧
ローラ４について説明すると、ローラ表面には定着ロー
ラ１と略同様の厚さ略２５０μｍの高離型性液化ＬＴＶ
ゴムを設け、その下層に厚さ略１．５ｍｍのＨＴＶゴム
を設けて弾性層６の厚さｔ₂を略１．７５ｍｍとしたも
のを厚さ略２．４ｍｍのアルミニウム芯金５上に設けた
ものを用いた。このときのローラ４の表面製品硬度は略
７０°であった。

【００２０】次に、これら定着ローラ１と加圧ローラ４
を線圧略１．８ｋｇ／ｃｍにて当接させ、６ｍｍ程度の
ニップ（中央にて）を形成した。このとき、定着ローラ
１、加圧ローラ４は共に略ストレート形状に成型した
が、加圧当接時において、ニップ形状は両端が中央に対
して略０．５ｍｍ程度大きい、いわゆる逆クラウン形状
をなした。これは、両端部加重による若干の変形による
ものではないかと思われる。又、前記定着ローラ１の外
径は４０．０ｍｍとし、加圧ローラ４の外径は定着ロー
ラ１の外径近辺にて後述する様な最適化を行った。な
お、加圧ローラ４の回転駆動は定着ローラ１と同一駆動
源を用いてギヤで連結し、同一回転数とした。

【００２１】次に、定着装置上流側にあって画像を供給
する転写部について簡単に説明する。画像形成方法とし
ては、周知の電子写真方式を用い、感光ドラム１２上に
形成した画像を転写ドラム１３に巻き付けた転写材Ｐに
静電的に転写した後、分離爪１４で分離する方法を用い
た。このとき、転写材Ｐの搬送速度は略１０３ｍｍ／秒
とした。

【００２２】ここで、転写ニップ部と定着ニップ部間の
距離Ｌ₁は略１５０ｍｍとしたため、例えばＡ４サイズ
紙を縦方向に搬送すると双方のニップに同時に挟持され
た状態となる。なお、ここで用いた転写ドラム１３はあ
くまでも１つの例であり、転写ドラム１３の代わりに例
えば転写ローラを用いたり（この場合、転写材Ｐは転写
ローラと感光ドラム間に挟持されるのみであり、転写ロ
ーラに巻き付けることはしない）、あるいは感光ドラム
１２の代わりに中間転写体を用いるなどの構成であって
も良く、この部分の構成は本発明の本質には影響しな
い。

【００２３】以上の様な構成にて、加圧ローラ４の外径
を変更しつつ、印字率の大小による搬送速度の変化を検
討した結果を図２に示す。

【００２４】図２は横軸に加圧ローラ４に対する定着ロ
ーラ１の周速差の割合、即ち、Δｖ＝１００×（ｖ₁−
ｖ₂）／ｖ₁を、縦軸に加圧ローラ４の弾性層６の厚さｔ
₂を取ったものであり、ｔ₂＝１．７５ｍｍの場合、及び
比較のためにｔ₂＝１．２５ｍｍ、２．２５ｍｍの場合
について、それぞれ加圧ローラ４の外径を変化させるこ
とによりｖ₂を変化させて実験を行った。なお、ｖ₁、ｖ
₂は各々のローラの外径と回転数から求めた計算値であ
る。

【００２５】図２において、各々プロットされた記号は
印字率略２％のテキスト画像と略４０％のパターン画像
の双方について、○が良好な搬送性を示した場合、△は
転写〜定着間の弛み、又は引張りに不安がある場合、×
は弛み又は引張りが実用上不可と思われる場合を示す。

【００２６】まず、加圧ローラ４の弾性層厚さが１．７
５ｍｍの場合を詳述すると、この場合、転写材Ｐの搬送
速度が略１０３ｍｍ／秒であるのに対し、ｖ₁を同値の
１０３ｍｍ／秒とすると、定着ニップ部で転写材Ｐが加
速されてしまうことが判明した。このため、ｖ₁を略
６．５％遅くし、９６．３ｍｍ／秒として、即ち、定着
ローラ１の外径４０．０ｍｍ、回転数を０．７６７ｒｐ
ｍとした。このとき、加圧ローラ４の外径も４０．０ｍ
ｍとしてｖ₁＝ｖ₂としたところ、印字率略２％の小印字
パターンにおいては転写材Ｐの弛みや引張りが生じなか
ったが、印字率略４０％の画像では、なお搬送速度にし
て約１．５％程度加速され、転写〜定着間で引張りが生
じてしまうことが判明した。

【００２７】そこで、加圧ローラ４の外径を更に１．５
％小さくし、３９．４ｍｍとしたところ、印字率２％の
パターンと４０％のパターンの画像での搬送速度差がな
くなり、良好な搬送性が得られた。同様にして実験を行
った結果、図２に示すように、周速差Δｖは０．５％〜
２．５％程度、望ましくは、１％〜２％程度とすること
で良好な搬送性の得られることが判かる。

【００２８】参考として、加圧ローラ４の弾性層厚さｔ
₂を１．２５ｍｍ、２．２５ｍｍにそれぞれ変更し、同
様の検討を行ったところ、ｔ₂＝１．２５ｍｍでは周速
差Δｖの無い場合、又、ｔ₂＝２．２５ｍｍでは周速差
Δｖを大きくした時に、各々搬送速度を最適化すること
が出来た。但し、ｔ₂＝１．２５ｍｍでは十分なニップ
幅を形成することが出来ず、良好な定着性が得られなか
った。又、ｔ₂＝２．２５ｍｍでは転写材が上方にカー
ルし、定着ローラ１に巻き付き易くなるという弊害が生
じた。この様に、定着ローラ１と加圧ローラ４の弾性層
厚さは適用する装置の構成によってその都度最適化を行
う必要があり、前記の例はその一例に過ぎない。しかし
ながら、定着ローラ１と加圧ローラ４の弾性層厚を異な
る厚さに設定する場合、従来の様にｖ₁＝ｖ₂とするので
はなく、前記結果から明らかな様にｔ₁＜ｔ₂としたとき
には、ｖ₁＞ｖ₂として、定着ローラ１と加圧ローラ４に
周速差を持たせることにより、転写材の搬送性を安定化
出来る。

【００２９】なお、本実施形態において、定着ローラ１
の芯金２の厚さを略２．８ｍｍ、シリコーンゴム厚さｔ
₁を略１．２５ｍｍとし、一方、加圧ローラ４の芯金５
の厚さを略２．４ｍｍ、シリコーンゴム厚さｔ₂を略
１．７５ｍｍとしたが、これにより、次の様な利点を生
じる。まず、ｔ₁＜ｔ₂とすることにより、定着ローラ側
のシリコーンゴム表面から熱が奪われた場合、加圧側よ
りも速やかに熱供給が行われ得る。又、芯金５の厚さを
芯金２の厚さより小とすることにより、定着ローラ１と
加圧ローラ４の総熱容量差を小さくする、又は無くする
ことが可能となり、ヒーター１０、１１のワッテージを
略等しくした状態で、定着又は加圧ローラのいずれか一
方のみの温度測定結果に基づいて２本のヒーターをオン
オフ制御することで定常状態において２本のローラの温
度を略等しく保つことが可能となる。

【００３０】（第２の実施形態）第１の実施形態では定
着ローラ１のゴム厚ｔ₁＜加圧ローラ４のゴム厚ｔ₂とし
た場合について、各々周速度ｖ₁＞ｖ₂とすることを説明
したが、逆に定着ローラ１のゴム厚の方が厚くなる設定
とする場合には、定着ローラ１のゴム厚をｔ₂、周速度
をｖ₂、加圧ローラ４のゴム厚と周速度を各々ｔ₁、ｖ₁
とすれば、第１の実施形態と同様にｔ₁＜ｔ₂のときｖ₁
＞ｖ₂とすることで本発明が達成出来る。

【００３１】この様に設定する場合、定着ローラ１側で
の熱供給速度は、ゴム厚さ（ｔ₂）が増加する分、若干
不利となるが、加圧ゴム厚さｔ₁が少ない分、見掛け上
の加圧ローラ硬度が高くなるため、図３に示す様に、ニ
ップ部分の形状が上に凸となり、定着ローラ１への転写
材Ｐの巻き付きが生じにくくなるという利点がある。従
って、この様な構成は周長が大きいためニップが大きく
なり、又、１周の回転時間を長くとれるので、熱供給能
力が高くなり、転写材の曲率分離性が不利な大径（一例
として直径６０ｍｍ程度）の定着・加圧ローラを用いた
場合に特に有効である。なお、この様な構成において
は、必要に応じて加圧ローラ４側に転写材の巻き付き防
止のための分離爪を設けても良い。加圧ローラ側に分離
爪を設ける場合、定着ローラ側と異なり、爪による傷が
発生しても画像に影響しないという利点がある。

【００３２】（第３の実施形態）第１の実施形態におい
ては、定着ローラ１と加圧ローラ４を連結して駆動する
場合について説明を行ったが、各々のローラを独立駆動
とすれば、更に速度設定の自由度を拡げることが可能と
なる。勿論、通常の転写材を用いている限り、前述実施
形態の方法で何ら支障はない。これに対し、例えば表裏
面で摩擦係数の極端に異なる転写材（例えば、特殊コー
ト材）を用いる様な場合、定着ローラ１と加圧ローラ４
の周速度差Δｖを通常の転写材の場合と異なる値に変更
することで、その搬送性がより安定化することもあり得
る。この様な場合、定着ローラ１と加圧ローラ４を各々
独自に駆動するのが有効となる。

【００３３】以上、本発明の実施形態の説明を行った
が、上記の説明中においては、定着ローラあるいは加圧
ローラの弾性層の材質としてＨＴＶシリコーンゴム、あ
るいはＬＴＶシリコーンゴムを用いた場合について例を
示したが、この他に、シリコーンゴム表面にフッ素系樹
脂を被覆したものを用いても良く、又、ＲＴＶシリコー
ンゴムやシリコーン系以外の弾性材料を用いた場合でも
同様に実施可能である。又、定着ローラ表面にシリコー
ンオイル等の離型材を塗布する場合においても同様に実
施可能である。更に又、上記実施形態の説明において
は、定着ローラ１と加圧ローラ４の直径を近い大きさの
もので構成したが、若干の直径差のある組み合わせ、例
えば、定着ローラ１の径が略４０ｍｍに対し、加圧ロー
ラ４の径を略３０ｍｍとするような組み合わせにおいて
も本発明は同様に有効である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本出願に係る第１
の発明によれば、定着ローラ又は加圧ローラのうち一方
の弾性層厚さをｔ₁、その周速度をｖ₁とし、他方の弾性
層厚さをｔ₂、その周速度差をｖ₂としたときに、ｔ₁＜
ｔ₂、かつ、ｖ₁＞ｖ₂となる様に設定することて、転写
材上のトナー量やパターンに影響されることなく、良好
な転写材の搬送を行うことが出来る様になった。又、こ
のうち、定着ローラの弾性層をｔ₁、加圧ローラの弾性
層をｔ₂としたときは、比較的小径のローラで熱の応答
性の様定着装置を構成出来るという利点が更に生じる。
一方、定着ローラの弾性層をｔ₂、加圧ローラの弾性層
をｔ₁として構成すれば、熱供給能力の大きな大径のロ
ーラを用いても定着ローラ側への紙の巻き付きが生じに
くい定着装置を構成出来るという利点が更に生じる。

【００３５】また、本出願に係る第２の発明によれば、
前記第１の発明において、定着ローラと加圧ローラの周
速度の差をΔｖ＝１００×（ｖ₁−ｖ₂）／ｖ₁（％）と
したとき、Δｖを０．５％〜２．５％の範囲に設定する
ので、転写材の搬送性をより一層安定化させることが出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の効果の説明図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施形態の説明図である。

【図４】従来の定着装置の説明図である。

【符号の説明】

１定着ローラ２、５芯金３、６弾性層４加圧ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森谷俊文東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状の芯金上に厚さ１ｍｍから３ｍｍ
程度の弾性層を有する定着ローラ及び加圧ローラを線圧
略０．８ｋｇ／ｃｍ以上、３．０ｋｇ／ｃｍ以下で当接
回転させ、転写材を挟持搬送すると共に、定着ローラ又
は加圧ローラを加熱することで転写材上のトナー像を転
写材に溶融定着する定着装置において、前記定着ローラ
又は加圧ローラのうち一方の弾性層厚さをｔ₁、その周
速度をｖ₁とし、他方の弾性層厚さをｔ₂、その周速度を
ｖ₂としたとき、ｔ₁＜ｔ₂かつｖ₁＞ｖ₂となる様に、定
着ローラ及び加圧ローラの弾性層厚さと周速度を設定し
たことを特徴とする定着装置。
【請求項２】定着ローラと加圧ローラの周速度の差を
Δｖ＝１００×（ｖ₁−ｖ₂）／ｖ₁（％）としたとき、
Δｖを０．５％〜２．５％の範囲に設定することとする
請求項１に記載の定着装置。