JPS6128990B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は複写機の定着装置に関するものであ
る。更に詳しく言えば紙等の記録媒体上の未定着
トナー像を熱と圧力により永久的に定着させる定
着装置に関するものである。

従来複写機の定着装置としては第１図に示す如
く内部に赤外線ヒーターａを具備した定着ロール
ｂと前記定着ロールと圧接し適当なニツプ域を形
成するシリコンゴム等を表面に有する加圧ロール
ｃとから成る加熱加圧型定着装置が広く使用され
ている。この種の定着装置は伝導熱を使用すると
同時に圧力をトナー層に加える。しかしこの定着
装置は高圧力を利用する為、前記定着ロールｂ、
加圧ロールｃ共に十分な強度をもつた構造とする
必要があり、必然的に定着ロールｂの肉厚は厚い
ものが要求される結果となり、所定の温度に定着
ロール表面が昇温するまでに要する時間（以後ウ
オームアツプタイムと言う）が大となる欠点を有
している。かかる不具合を解消するためには定着
ロールｂの肉厚を薄くすればよいが、単に定着ロ
ールｂの肉厚を薄くすると定着ロールｂ自体の強
度が弱くなつて定着に必要な十分な圧力を加える
ことができず、その結果定着ロールｂの表面温度
を高く設定する必要が生じる。しかし不用意に定
着ロールｂの表面温度を高く設定すると、ヒータ
ーａの消費電力が増大すると共に、電源投入後高
温の設定温度に達するまで時間を要するため、定
着ロールｂを薄肉としても結果的にウオームアツ
プ時間の短縮が図れなくなる。また定着ロールｂ
を薄肉にすると、軸方向の温度分布が不均一とな
るためこれを均一化する手段を必要とする。さら
に上記加圧型の加熱定着装置では定着の際定着ロ
ールにトナー像がオフセツトしやすい。このため
従来では定着ロールｂの表面に四フツ化エチレン
やシリコンゴムなどの離型材料により非粘着層を
形成してオフセツトを軽減したり、シリコンオイ
ル等の高離型性オイルを塗布したり、定着ロール
ｂへオフセツトしたトナーをクリーニング装置で
除去するなどの手段も必要としている。

この発明はかかる事情に鑑みなされたもので、
定着ロールの加圧方式を改善することにより定着
ロールの薄肉化を可能とすると共に、ヒーターに
より直接加圧部を加熱しないようにして、定着ロ
ールの薄肉化による温度分布の不均一化と定着ロ
ールへのトナー像のオフセツトなどの不具合を同
時に解消した複写機の定着装置を提供することを
目的とする。

すなわちこの発明は高離型性オイルの塗布を必
要とせず又、ウオームアツプタイムの短い加熱加
圧型定着装置を提供するものである。

またこの発明の定着装置は極端に薄肉化した定
着ロールと前記定着ロールの円筒内部及び外部に
設定され定着ロールをはさんで圧接し、回転して
定着ロールに回転運動を生じさせる一対の加圧駆
動ロール対と定着ロールの内部に配設した少くと
も１本以上の加熱部材とから成り定着用紙を定着
ロールと外部加圧駆動ロールとの間を通す。更に
前記加圧駆動ロール対の前に位置し前記定着ロー
ルと低圧力で接し、用紙と前記定着ロールとの接
触部分即ちニツプ域を生み出す為の低加圧ロール
を設けることによつて定着効率を上げることも可
能である。

以下この発明を第２図以下に示す一実施例につ
いて詳述する。図において１は薄肉な円筒状の定
着ロールで、例えば厚さ0.25mmのステンレス鋼に
より形成されており、内面は黒色化処理を、また
表面には四フツ化エチレン樹脂よりなる厚さ30μ
の非粘着層２が形成されていると共に、内部には
ヒータ９が設けられている。

また５，７は加圧駆動ロールで共に外径20cm、
内径10mmのアルミ製芯金にゴム硬度80゜のシリコ
ンゴムが肉厚２mmで被覆してある。そして図示し
ていない加圧機構により４〜５Kg/cm²の圧力で、
前記定着ロール４を介して圧接しており、図示し
ていない駆動機構により回転する様になつてい
る。これら加圧駆動ロール５，７が定着ロール１
の周壁を挾入して相反する方向へ回転することに
より、上記定着ロール１を矢印方向へ回転駆動さ
れるようになつている。低加圧ロール４は直径８
mmの芯金にスポンジ硬度10゜のシリコーン製スポ
ンジが肉厚８mmで被覆してあり、前記定着ロール
１と約0.1Kg/cm²の圧力で回転自在に圧接しててい
る。

定着ロール１が加圧駆動ロール対５，７により
駆動回転される際に異常なブレの発生を防止する
事を目的として第３図に示す如く表面がシリコン
ゴムから成るローラー６がシヤフト６ａに回転自
在に取り付けられており、前記シヤフト６ａは側
板８に固定されている。さらに上記定着ロール１
の両端側開口は図示しない複写機の機枠に取付け
られた側板８により閉塞されている。各側板８は
第４図に示すように、低圧加圧ロール４の軸４ａ
を支承するための孔８ａと、加圧駆動ロール５，
７の軸５ａ，７ａを支承するための孔８ｂ及び８
ｃと、ブレ防止ロール６の軸６ａを支承するため
の孔８ｄとヒータ９を挿通支持するための孔８ｅ
及び加圧駆動ロール７を囲繞するように設けられ
た反射板１０の両端を固定するスリツト８ｆなど
が夫々穿設されており、定着ロール１の端縁と近
接する部分には円環状に密植毛などのシール１１
が設けられていて、定着ロール１内の熱が逃げる
のを阻止している。上記各側板８の一方を貫通し
て側板８の外側に突設された軸５ａ及び７ａには
夫々歯車１２が取付けられていて、図示しない駆
動手段を介してこれらが所定の方向へ回転される
ようになつていると共に、各側板８の間に横架さ
れた上記反射板１０はほぼ半円筒状をなし、加圧
駆動ロール７の周囲を囲繞して、ヒータ９の熱が
直接加圧駆動ロール７や、加圧駆動ロール５，７
の圧着部へ伝わるのを遮蔽している。

一方上記定着ロール１内に設けられたヒータ９
は例えば３本の赤外線ランプ９ａ，９ｂ及び９ｃ
からなり、定着すべき用紙３のサイズに合せて赤
外線ランプ９ａはB4サイズの幅に光が集中する
よう、また赤外線ランプ９ｂはA4サイズの幅に
光が集中するよう、そして赤外線ランプ９ｃは
B5サイズの幅に光が集中するように予め設計さ
れており、各赤外線ランプ９ａないし９ｃの両端
は上記側板８の孔８ｅに回転自在に嵌合可能な耐
熱樹脂よりなる支持部材１３に取付けられてい
る。また一方の支持部材１３には側板８の外側に
おいてプーリ１４が固着され、このプーリ１４に
掛合された図示しないタイミングベルトにより、
定着すべき用紙３のサイズに合せて、サイズに適
した赤外線ランプ９ａないし９ｃが加熱位置、す
なわち定着ロール１の周面と近接する位置へくる
ように回転されるようになつている。

なお図中１５はヒータ９へ電力を供給するため
のリード線、また１６は定着ロール１の表面温度
を検出するための温度検出器、１７は定着が完了
した用紙３を定着ロール１より剥離するための剥
離爪、そして１８は用紙３の移動を案内する案内
板である。

また前記温度検出器１６及び剥離爪１７は前記
定着ロールの若干のブレに追従する様に共に弾性
的に取り付けられている。さらに第９図中２０は
定着ロール１が回転中に左右へ移動するのを検出
して、常に一定した位置で回転するように制御す
るための片寄り検出器で、これら検出器２０で得
られた信号を各加圧駆動ロール５，７間にフイー
ドバツクして定着ロール１の左右加圧力のアンバ
ランスを修正することにより、定着ロール１を常
に一定した位置で回転することができる。また定
着ロール１を予め太鼓形に形成しておけば調心作
用が働いて一定した位置で回転させることも可能
である。

しかして図示しない複写機の電源投入と同時に
ヒータ９の例えば赤外線ランプ９ａが点灯され、
定着ロール１は速やかに第１設定温度にまで加熱
されると共に、第１設定温度に達するとこれを温
度検出器１６が検出し、以後その温度に維持され
る。次に複写開始スイツチをオンにすると第１設
定温度より高い第２設定温度に制御温度が切換え
られると共に、複写すべき用紙３のサイズに応じ
た赤外線ランプ９ａないし９ｃの加圧位置（第２
図９ａの位置）へ移動されて定着ロール１が加熱
され、同時に各加圧駆動ロール５，７が定着ロー
ル１の回転を開始する。次に図示しない転写手段
によりトナー像の転写が完了した用紙３が低加圧
ロール４へ達すると、まずこの低加圧ロール４に
より定着ロール１へ圧接され、続いて加圧駆動ロ
ール５により高圧で定着ロール１へ圧接され、こ
の間に定着ロール１の熱がトナー像に伝達されて
該トナー像は圧力と熱によつて融着されて用紙３
への定着が完了する。定着の完了した用紙３は剥
離爪１７により定着ロール１より剥離されて案内
板１８に案内されながら排出される。所定枚数の
複写が完了すると定着ロール１の回転が停止され
ると共に、定着ロール１の温度は再び第１設定温
度に制御されて次の複写のために待機する。

また上記定着装置では次の理由でオフセツトを
防止するための離型用オイルの塗布を必要としな
い。すなわち通常電子複写機に使用するトナーは
常温では固体であるが熱を加えると粘弾性を有す
る液状に変化する。従つて定着ロール１により熱
を加えて一旦液状としたトナーを用紙３に浸透さ
せた後冷却して再びトナーを固化することにより
トナー像を用紙３へと定着するものであるが、一
般に使用されるトナーは80℃〜120℃前後で適度
の粘性と凝集性を有するが120℃以上になると低
粘度となつて小さな凝集力しか示さなくなる。第
７図は従来の定着装置における定着ロールｂと加
圧ロールｃの加圧領域を用紙ｄが通過する瞬間の
トナー層ｅと用紙ｄ間の温度分布を示したもの
で、Ａ点の温度は一般的なトナーの場合４〜５
Kg/cm²加圧下で80〜120℃であれば十分な定着を行
うことができるが、このときＢ点の温度は100〜
170℃に達しており、トナーの粘度が低下して小
さな凝集力しか示さない状態にある。このため定
着ロールｂに非粘着層が設けらていてもきわめて
オフセツトが生じやすくなつており、従来では離
型オイルを塗布することにより定着ロールｂへの
オフセツトを防止していた。

しかしこの発明の定着装置では上述したように
定着ロール１の肉厚をきわめて薄くすると同時に
加圧領域にはヒータ９の熱が直接加わらないよう
に反射板１０で遮蔽している。従つて定着ロール
１の用紙３と接した部分の熱はほとんど用紙３に
奪われて急激に低下される。これを図に示すと第
５図に示すようになる。すなわち加圧領域を用紙
３が通過する瞬間の定着ロール１の表面温度は用
紙３に熱を奪われて用紙３の温度Ａとほとんど同
じＢのようになり、この時点ではトナーは粘性が
高くかつ凝集力も大きいので、定着ロール１に非
粘着層２を設けておけば、離型用オイルを塗布し
なくとも定着ロール１へのオフセツトを確実に防
止することができるようになる。

なお非常にオフセツトしやすい例えば低分子量
のポリマが主体のトナーを使用した場合、従来の
定着装置では離型用オイルを塗布してもオフセツ
トを生じるが、この発明の定着装置に離型用オイ
ルを塗布して定着を行なえばほとんどオフセツト
を防止することができる。従つてこの発明では離
型用オイルを全く使用しないのではなく、トナー
の性質に応じて離型用オイルを併用すればさらに
オフセツト防止効果が増大するものである。また
定着ロール１の表面が銅などの高表面エネルギ材
料で形成されている場合、特殊なオイルを塗布す
ることによりオフセツトの防止が可能であること
から、定着ロール１表面の非粘着層２が必須要件
ではないことも明らかである。

この発明は以上詳述したように、定着ロールの
内外に加圧駆動ロールを設けて定着ロールの周壁
をこれら加圧駆動ロールにより加圧しながら回転
するようにしたことから、定着ロールを極く薄肉
としても加圧下により変形することがない。これ
によつて薄肉の定着ロールにより高い加圧力が得
られるようになることから、複写機へ電源投入後
短時間で定着可能温度に定着ロールを加熱でき、
ウオームアツプ時間の短縮化が図れる。

また定着ロールを駆動する加圧駆動ロールの手
前側に、定着すべき用紙を定着ロールへ低圧で圧
接する低加圧ロールを設けたことから、ヒータに
より加熱された定着ロールは、低加圧ロールによ
り用紙が圧接されると同時に、用紙及びトナーに
ほとんど熱が奪われて表面温度が急速に低下す
る。

これによつて加圧領域に達した用紙上のトナー
は、粘性が高く、かつ凝集力も大きいので、加圧
駆動ロールにより定着ロールに強く圧接されても
トナーが定着ロールへオフセツトすることがな
く、定着ロールの表面へ離型用オイルを塗布しな
くとも定着ロールへのオフセツトを確実に防止で
きるようになる。

さらに定着ロール内に設けられた加圧駆動ロー
ルを反射板で遮蔽して、ヒータの熱が直接加圧領
域へ達しないようにしたことから、加圧領域の温
度が上昇してオフセツトの原因となることもない
と共に、定着ロールを内側から加熱するヒータを
各用紙サイズ毎に設けて、これらを選択的に点灯
及び回転させることにより、用紙サイズに応じた
ヒータにより定着ロールが加熱できるため、軸方
向の温度分布が不均一となることもなく、これに
よつて常に安定した定着動作が得られるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の定着装置の説明図、第２図はこ
の発明の一実施例になる定着装置の断面図、第３
図は同正面図、第４図は側板の斜視図、第５図は
ヒータの詳細図、第６図は同斜視図、第７図及び
第８図は従来とこの発明におけるトナー層の温度
分布を対比した説明図、第９図は他の実施例の説
明図である。 １は定着ロール、３は用紙、４は低加圧ロー
ル、５及び７は加圧駆動ロール、８は側板、９は
ヒータ、２０は片寄り検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヒータ９を内装しかつ薄肉な円筒体よりなる
   定着ロール１と、この定着ロール１の内外に配置
   され、かつ上記定着ロール１の周壁を挾圧しなが
   らこれを回転駆動する少なくとも一対の加圧駆動
   ロール５，７と、これら加圧駆動ロール５，７の
   手前側に配置され、搬入されてきた定着すべき用
   紙３を低圧で上記定着ロール１へ圧接させる低加
   圧ロール４と、上記定着ロール１内に設けられた
   加圧駆動ロール７と囲繞するように設けられ、ヒ
   ータ９の熱が直接加圧領域へ達するのを遮蔽する
   反射板１０とを具備してなる複写機の定着装置。 ２ 定着ロール１内に定着すべき用紙３のサイズ
   に応じて複数の熱源を有するヒータ９を設け、か
   つこのヒータ９を用紙３のサイズに応じて回転さ
   せ、選択された熱源により定着ロール１を加熱で
   きるようにしてなる複写機の定着装置。