JPH10177316A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 芯金の上にゴム層を被覆した熱定着手段にお
いて画像領域に温度検知手段の当接跡及び摺擦跡を残さ
ないようにすることによって画像不良の発生を防ぐこと
ができるとともに、熱定着手段の表面温度検知の応答性
をより簡単な方法で高めることができる定着装置を提供
すること。 【構成】 芯金１１の上にゴム層１２を被覆して構成さ
れ、表面にトナー像を担持した転写材をそのニップ部に
おいて定着させる定着ローラ（熱定着手段）１と、該定
着ローラ１に圧接するように配置された加圧手段と、前
記定着ローラ１を加熱するための加熱手段と、定着ロー
ラ１の表面温度を制御するために該定着ローラ１に接触
してその温度を検知するサーミスタ（温度検知手段）４
を備えた定着装置において、前記サーミスタ４を前記定
着ローラ１の芯金１１に当接させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真技術を用
いた複写機やレーザビームプリンター等の画像形成装置
の定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、紙等の転写材上にトナー像を転写
し、このトナー像を加熱及び加圧して永久画像を得る画
像形成装置において、熱定着装置として熱ローラ定着装
置が広く使用されている。この種の定着装置は低速機か
ら高速機まで幅広く使えること、長寿命化に対応できる
こと等の利点があり、このような定着装置の例として以
下に示すような構成のものがある。

【０００３】熱ローラ定着装置の画像面側の定着ローラ
としては、金属パイプ上に離型性を高めるために厚さ３
０〜１００μｍのフッ素樹脂をコーティングしたものや
フッ素樹脂チューブを被覆したものが使用されている。
尚、フッ素樹脂としてはＰＦＡ又はＰＴＦＥが使用され
る場合が多い。

【０００４】一方、上記定着ローラ表面に対して転写材
の裏側から押圧する加圧ローラとしては、金属芯金上に
ゴム層を被覆し、その表面にフッ素樹脂をコーティング
したものやフッ素樹脂チューブを被覆したものが使用さ
れている。定着ローラには熱源としてのハロゲンヒータ
が内蔵され、又、その表面中央には図６に示すように該
定着ローラの表面温度を所望の一定値に制御するための
温度検知手段であるサーミスタ４が設けられており、該
サーミスタ４によって検出された定着ローラの表面温度
に基づいて不図示の温度制御回路によりハロゲンヒータ
の点灯が制御される。尚、図６において、１１は定着ロ
ーラ用芯金、１２は弾性ゴム層、１３はフッ素樹脂層で
ある。

【０００５】しかし、近年のように多種多様な紙を通紙
し、更に高速化が進むに連れ、このような熱ローラ定着
装置の定着ローラはその表面が平滑な上に硬いため、表
面性の悪い転写材や厚紙に対してはトナー像の定着性が
悪くなる。特に、文字や細線等のベタ画像に比べて転写
材への単位面積当たりのトナーの乗りが多い場合には、
更に定着性は厳しくなる。

【０００６】上記欠点を解消するため、金属パイプ上に
シリコンゴムを被覆し、表層にフッ素樹脂膜を形成した
定着ローラや加圧ローラが提案されている（特開昭６１
−１１３０８３号公報参照）。この種のローラは芯金上
にシリコンゴムを被覆したものであって、表層にフッ素
樹脂膜を形成した後でもゴムの反発弾性率が６５〜８０
％（ＪＩＳ−Ｋ６３０１）を示し、凹凸を有する紙にお
いても良好な定着性を得ることができる。又、この種の
ローラは適度な弾性を有するため、紙のカールや封筒の
シワに対しても有利である。

【０００７】しかし、高温で紙を高速搬送する過酷な環
境において使用される定着装置では、前述のようなロー
ラはゴム層と表面の樹脂層の接着力に難点があった。こ
の問題点を克服するために、樹脂粉末をゴム層に塗布す
る前にゴム表面に空孔を設け、表層の樹脂をこの空孔に
侵入させて（アンカー効果）接着力を向上させたものが
提案されている（特開平２−１５０８７６号公報参
照）。

【０００８】ここで、芯金上に弾性ゴム層とその上にフ
ッ素樹脂層を備えた定着ローラと加圧ローラで構成され
る定着装置を図５に基づいて説明する。

【０００９】図５はＡ３サイズの紙を最大紙とする定着
装置の縦断面図であり、同図において、１はアルミニウ
ム等の熱伝導性の良い芯金１１上にシリコンゴムの弾性
層１２（厚さ１００〜３００μｍ）を被覆し、その上に
離型性の良いＰＦＡ等のフッ素樹脂層１３（厚さ１０〜
１００μｍ）を形成した定着ローラである。同様に、２
はアルミニウム等の熱伝導性の良い芯金２１上にシリコ
ンゴムの弾性層２２（厚さ１００〜５００μｍ）を被覆
し、その上に離型性の良いＰＦＡ等のフッ素樹脂層２３
（厚さ１０〜５０μｍ）を形成した加圧ローラである。

【００１０】又、３は定着ローラ１の内部から該定着ロ
ーラ１を加熱するためのハロゲンヒータ、４は定着ロー
ラ１の表面中央部に当接して該定着ローラ１の表面温度
を検出するためのサーミスタであり（図６参照）、該サ
ーミスタ４の検出結果に基づいて制御手段３０によって
ハロゲンヒータ３の点灯が制御され、定着ローラ１の表
面温度が一定に保たれる。

【００１１】而して、印字面にトナーＴを乗せた紙Ｐ
は、入口ガイド６に沿って定着ローラ１と加圧ローラ２
の間のニップ部に担持搬送され、このニップ部におい
て、定着ローラ１表面の熱及び加圧ローラ２の加圧力に
よりトナーＴは溶融して紙Ｐに永久定着される。そし
て、トナーＴが定着された紙Ｐは、定着ローラ１の表面
に長手方向に数カ所当接された分離爪４１によって定着
ローラ１から分離される。

【００１２】一方、図５において、５は定着ローラ１の
表面にシリコンオイル等のオフセット防止剤を塗布する
ためのクリーニング手段を兼ね備えたオフセット防止剤
塗布手段である。このオフセット防止剤塗布手段５に設
けられる塗布手段としてはウェルト状のものを使用して
も良いが、ここではウェブ５１を用いている。オフセッ
ト防止剤を含浸したウェブ５１は弾性ゴムローラ５２に
よって定着ローラ１の表面に当接されており、定着ロー
ラ１の表面に微量のオフセット防止剤を塗布する。又、
ウェブ５１は巻き取りローラ５３によって徐々に巻き取
られ、その当接面が逐次更新されるよう構成されてい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように定着ローラ１の中央に温度検知手段であるサーミ
スタ４を接触させて熱源であるハロゲンヒータ３の通電
制御を行うと、定着ローラ１のサーミスタ４が当接する
表面部分が該定着ローラ１の回転によって摩耗したり、
或はオフセットトナーが定着ローラ１のサーミスタ４の
当接部に蓄積して紙表面の画像上や加圧ローラ２側に転
移し、紙の裏側に付着して画像不良を招く場合があっ
た。

【００１４】又、定着ローラ１は金属製の芯金１１の上
にゴム弾性層１２とフッ素樹脂層１３を形成しているた
め、金属パイプ上にフッ素樹脂層を被覆した定着ローラ
よりも熱伝導が悪く、サーミスタ４で定着ローラ１の表
面温度を高精度に制御することが困難となっていた。因
に、温度検知手段の当接位置で芯金からの熱伝導性が悪
いと、定着装置の立ち上げ時に定着ローラの表面温度が
オーバーシュートを起こしたり、逆にオーバーシュート
後のアンダーシュートが大きくなる等、安定した温度制
御が行えない。

【００１５】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、芯金の上にゴム層を被覆した
熱定着手段において画像領域に温度検知手段の当接跡及
び摺擦跡を残さないようにすることによって画像不良の
発生を防ぐことができるとともに、熱定着手段の表面温
度検知の応答性をより簡単な方法で高めることができる
定着装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、芯金の上にゴム層を被覆し
て構成され、表面にトナー像を担持した転写材をそのニ
ップ部において定着させる熱定着手段と、該熱定着手段
に圧接するように配置された加圧手段と、前記熱定着手
段を加熱するための加熱手段と、熱定着手段の表面温度
を制御するために該熱定着手段に接触してその温度を検
知する温度検知手段を備えた定着装置において、前記温
度検知手段を前記熱定着手段の芯金に当接させたことを
特徴とする。

【００１７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記熱定着手段の前記温度検知手段が当接
するゴム層に金属粉を分散させたことを特徴とする。

【００１８】従って、本発明によれば、温度検知手段を
熱定着手段の芯金に直接当接させるため、熱定着手段に
おいて画像領域に温度検知手段の当接跡及び摺擦跡を残
さないようにすることができ、これによって画像不良の
発生を防ぐことができる。

【００１９】又、本発明によれば、熱定着手段の表面温
度検知の応答性をより簡単な方法で高めることができ
る。

【００２０】

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

【００２１】＜実施の形態１＞本発明に係る定着装置の
全体構成と動作は図５に示した従来のものと概略同じで
あるため、その説明は省略する。以下、本実施の形態の
特徴となる点を中心に説明する。

【００２２】図１は定着ローラ１の長手方向の断面図で
あり、同図においては図６において示したと同一要素に
は同一符号を付している。図１において、定着ローラ１
のシリコンゴム層１２及びＰＦＡ樹脂層１３は少なくと
も最大サイズ紙（本実施の形態ではＡ３サイズ紙とす
る）が通紙される領域Ａに被覆されていれば良いが、本
実施の形態では定着ローラ駆動側は従来例と同じ長さだ
け被覆し、非駆動側はＡ３サイズ端部までの領域のみの
被覆及び樹脂塗工としている。

【００２３】温度検知手段であるサーミスタ４は定着ロ
ーラ１の非駆動側端部の非通紙域に当接しており、サー
ミスタ４の温度検知部が定着ローラ１の芯金１１に直接
接触する構成となっている。

【００２４】以上の構成を採用することによって、従来
のように温度検知手段の当接による定着ローラ１の表面
の摩耗の問題は解消されるとともに、表面のＰＦＡ樹脂
層１３の摺擦跡やオフセットトナーの蓄積もなくなり、
画像不良の発生が効果的に防がれる。

【００２５】又、従来のようなゴム層の上に温度検知手
段を当接させる方法では、ゴム層と樹脂層を介するため
に熱伝導性が悪くなり、金属パイプ上にＰＦＡ等のフッ
素樹脂をコート或はチューブしたもの（ハードローラ）
に比べて温度検知手段の応答性が悪いが、本実施の形態
のように芯金１１上に直接サーミスタ４を当接させるこ
とによって該サーミスタ４の応答性をハードローラの場
合よりも高めることができる。更に、芯金１１上はシリ
コンゴム層１２上に比べて平滑であり、当接物に対する
位置精度を高めることができるため、サーミスタ４の芯
金１１に対する当接の設定が容易となるという利点があ
る。

【００２６】尚、本実施の形態では、シリコンゴム層１
２及びＰＦＡ樹脂層１３の被覆領域を非駆動側のみ最大
サイズ紙の端部までとしたが、最大サイズ紙の通紙領域
のみをシリコンゴム層１２とＰＦＡ樹脂層１３で覆って
も良い。

【００２７】又、熱源を内部に備えた定着手段として
は、上記のような定着ローラ１の他に表面にゴム層を形
成したベルト状のものも使用することができる。

【００２８】＜実施の形態２＞次に、本発明の実施の形
態２を図２に基づいて説明する。尚、図２は本発明の実
施の形態２を示す定着ローラの長手方向の断面図であ
る。

【００２９】本実施の形態においては、定着ローラ１の
芯金１１上にシリコンゴム層１２を被覆する点は従来例
と同じであり、その上のＰＦＡ樹脂層１３を焼成する領
域を実施の形態１と同じにしている。つまり、サーミス
タ４の当接部の定着ローラ１表面はシリコンゴム層１２
となるように構成することを特徴としている。

【００３０】上記のようにサーミスタ４の当接部をシリ
コンゴム層１２とすることによって、中央の通紙領域よ
り熱伝導性を上げ、しかも、シリコンゴム層１２の表面
温度を検知することができるため、ほぼＰＦＡ樹脂層１
３の表面温度（即ち、紙上のトナーが接触する定着ロー
ラ１の表面温度に近い温度）に基づいて定着ローラ１の
表面温度を高精度に制御することができる。これは、定
着ローラ１の熱伝導性は良い順番に 芯金１１＞シリコンゴム層１２＞ＰＦＡ樹脂層１３ となり、シリコンゴム層１２表面が熱伝導性が悪くなり
過ぎず、シリコンゴム層１２の表面温度が逆に余りにも
定着ローラ１の表面温度と掛け離れたものとならないこ
とによる。

【００３１】本実施の形態のようにシリコンゴム層１２
の表面温度を検知する場合、サーミスタ４の当接部のシ
リコンゴムにカーボン粉、アルミニウム粉、ＴｉＯ、Ｓ
ｎＯ₂ 等の金属粉を適度に分散すれば、シリコンゴム層
１２の熱伝導率を所望の値に設定することができる。こ
のようにサーミスタ４の当接部のみ金属粉を分散させる
方法として、例えば従来のようにアンカー効果を得るた
めにシリコンゴム中に混合する石英粉末の代わりにサー
ミスタ４の当接部のみ先に述べたような金属粉を分散す
る方法を採用すれば良い。金属粉の分散量もその定着装
置に合った値を適宜選択すれば良い。

【００３２】尚、サーミスタ４の当接部の熱伝導性を所
望の値に設定する他の方法としては、シリコンゴム層１
２のサーミスタ４が当接する部分の厚みを通紙領域より
も薄くする方法を採用しても良い。

【００３３】而して、本実施の形態においても、サーミ
スタ４の当接位置は非通紙領域であるため、サーミスタ
４の摺擦跡が画像に影響したり、オフセットトナーが蓄
積したりすることはない。

【００３４】＜実施の形態３＞次に、本発明の実施の形
態３について説明する。

【００３５】本実施の形態においては、定着ローラ端部
の芯金にサーミスタを当接させて温調する定着装置にお
いて、定着装置の画像形成装置本体内のスペースが制限
され、サーミスタ当接部の芯金にスペース的な余裕がな
い場合の対処法を示す。

【００３６】一般に画像形成装置においては、高速機に
なる程定着ローラの熱容量が大きいことが望ましく、定
着ローラの熱容量を大きくする方法の一つとして定着ロ
ーラの外径を大きくすることが知られている。そして、
定着ローラ端部の熱効率を上げるため、端部フランジ部
は中央の通紙領域よりも外径を小さくするのが一般的で
ある。その方法としては、径の違う素管部品を溶着した
り、或は一定の厚みのアルミニウムパイプの端部を数段
階に亘って圧縮して素管の端部外径を小さくしていく方
法があるが、コストが安いという理由によって後者の方
法が使われることが多い。

【００３７】しかし、定着ローラ素管の端部を絞ること
によってフランジ部を形成する場合、絞り部の肉厚が通
紙域の肉厚と異なるため、サーミスタの当接位置を決め
る場合に注意を要する。例えば、芯金の上にシリコンゴ
ム層及びフッ素樹脂層を被覆するローラを例として図４
を用いて説明する。

【００３８】図４の上は定着ローラ１端部の長手方向の
断面図であり、１１は芯金、１２はシリコンゴム層、１
３はフッ素樹脂層である。又、Ａは最大サイズ紙の通紙
領域を示し、ｅは定着ローラ１のストレート部、ｆは絞
り工程により形成された絞り部、ｇはフランジのストレ
ート部をそれぞれ示している。図４は定着ローラ１の全
長が機械的に制限され、最大サイズ紙の通紙領域を確保
するために定着ローラ１のストレート部との差（ｅ−
Ａ）が丁度サーミスタ４の幅しかない場合を示してい
る。

【００３９】しかし、上記のような場合、外見的にはサ
ーミスタ４は定着ローラ１のストレート部に当接できる
が、図示のように定着ローラ１の芯金（素管）１１の肉
厚はサーミスタ４の当接部における値ｔ₁ の方が通紙領
域Ａにおける値ｔ₂ よりも大きい（ｔ₁ ＞ｔ₂ ）ため、
図４の下の定着ローラ１の芯金１１表面の長手方向の温
度分布に示すように、芯金１１のサーミスタ４の当接部
における表面温度は通紙領域Ａにおける表面温度（１８
０℃）よりも低かったり、又は安定しないため、サーミ
スタ４の当接位置としては不適切である。

【００４０】そこで、本実施の形態では、上記のような
場合にも安定した温度領域にサーミスタ４を当接させる
ことができる方法を図３に示す。

【００４１】図３は図４と同様に定着ローラ１端部の長
手方向の断面を示しており、本図においては図４に示し
たと同一要素には同一符号を付し、それらについての説
明は省略する。

【００４２】本実施の形態では、図３に示すように、定
着ローラ１のアルミニウム素管（芯金）１１（肉厚３ｍ
ｍ）の通紙領域Ａでの肉厚を３００μｍ薄くし、その３
００μｍの厚みの領域に厚さ２００μｍのシリコンゴム
層１２を形成し、その上に厚さ１００μｍのＰＦＡ樹脂
層１３を形成し、通紙領域Ａとサーミスタ４の温度検知
部であるビーズ４ｂの当接位置の面が平らになるように
した。その結果、サーミスタ４の端部４ａは通紙領域Ａ
に重畳するが、温度検知部であるビーズ４ｂは絞り部ｆ
の肉厚の変化する領域を避けることができ、定着ローラ
１の安定した温度制御が可能となる。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、芯金の上にゴム層を被覆して構成され、表面に
トナー像を担持した転写材をそのニップ部において定着
させる熱定着手段と、該熱定着手段に圧接するように配
置された加圧手段と、前記熱定着手段を加熱するための
加熱手段と、熱定着手段の表面温度を制御するために該
熱定着手段に接触してその温度を検知する温度検知手段
を備えた定着装置において、前記温度検知手段を前記熱
定着手段の芯金に当接させたため、熱定着手段において
画像領域に温度検知手段の当接跡及び摺擦跡を残さない
ようにすることによって画像不良の発生を防ぐことがで
きるとともに、熱定着手段の表面温度検知の応答性をよ
り簡単な方法で高めることができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る定着装置の定着ロ
ーラの長手方向断面図である。

【図２】本発明の実施の形態２に係る定着装置の定着ロ
ーラの長手方向断面図である。

【図３】本発明の実施の形態３に係る定着装置の定着ロ
ーラの長手方向端部の拡大断面図である。

【図４】従来の定着装置の定着ローラの長手方向端部の
拡大断面図と温度分布図である。

【図５】従来の定着装置の断面図である。

【図６】従来の定着装置の定着ローラの長手方向断面図
である。

【符号の説明】

１ 定着ローラ（熱定着手段） ２ 加圧ローラ（加圧手段） ３ ハロゲンヒータ（加熱手段） ４ サーミスタ（温度検知手段） １１ 芯金 １２ ゴム層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 芯金の上にゴム層を被覆して構成され、
   表面にトナー像を担持した転写材をそのニップ部におい
   て定着させる熱定着手段と、該熱定着手段に圧接するよ
   うに配置された加圧手段と、前記熱定着手段を加熱する
   ための加熱手段と、熱定着手段の表面温度を制御するた
   めに該熱定着手段に接触してその温度を検知する温度検
   知手段を備えた定着装置において、 前記温度検知手段を前記熱定着手段の芯金に当接させた
   ことを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 前記熱定着手段の前記温度検知手段が当
   接するゴム層に金属粉を分散させたことを特徴とする請
   求項１記載の定着装置。