JP2000267478A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弾性層及び離型層を具備する定着ロールの離
型層にしわが生じることに伴う画質不良を有効に防止す
る。 【解決手段】 弾性層１ａを有し当該弾性層１ａの外周
面に離型層１ｂを設けた定着ロール１と、前記定着ロー
ル１に圧接配置され当該定着ロール１との間に定着ニッ
プ域Ｎが形成される対向部材２とを備え、前記定着ニッ
プ域Ｎに未定着トナー像Ｔが担持された記録材Ｋを挿通
させるようにした定着装置において、前記弾性層１ａの
非圧接時の厚さＡと前記定着ニップ域Ｎにおいて圧縮さ
れる厚さＢとの比率を変形率Ｂ／Ａとしたとき、この変
形率Ｂ／Ａを２０％以下に設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機等の画像形
成装置において用いられる定着装置に係り、特に、互い
に圧接配置される一対の定着部材に用紙等の記録材を挿
通させて記録材上の未定着トナー像を定着する方式の定
着装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、複写機等の画像形成装置におい
ては、未定着トナー像を定着するために定着装置が用い
られる。従来この種の定着装置としては、互いに圧接し
ながら回転する加熱ロールと加圧ロールとを備え、未定
着トナー像が担持された用紙等の記録材をこれらのロー
ル間に挿通させて未定着トナー像を定着する所謂加熱定
着方式が広く用いられている。

【０００３】この種の定着装置において、記録材上の未
定着トナー像を当該記録材上に安定的に定着させるとい
う観点からすれば、前記加熱ロールと前記加圧ロールと
の圧接領域（定着ニップ域）は広く確保することが好ま
しく、このような観点から、少なくとも前記加熱ロール
及び前記加圧ロールの少なくとも一方にシリコンゴム等
からなる弾性層を設けたものが用いられている。

【０００４】また、記録材上の未定着トナー像が前記加
熱ロールや前記加圧ロールに付着するのを防止するとい
う観点からすれば、これら加熱ロール及び加圧ロール表
面にはトナーが付着しにくい、すなわちトナーの離型性
の高い材質のものを用いることが好ましく、このような
観点から、これらの表面に例えばＰＦＡ樹脂（テトラフ
ルオロエチレンとペルフルオロビニルエーテルとの共重
合体）等のフッ素樹脂層を被覆したものが用いられてい
る（例えば特開昭６３−７３２８１号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加熱ロ
ールや加圧ロールとして、上述のように、弾性層上に離
型層を設けた構成を採用すると、例えば２万ないし３万
枚の記録材を定着ニップ域に挿通させた時点で離型層に
しわが発生し、これ以降の記録材上の定着画像に周期的
な画像乱れを生じてしまうという技術的課題がみられ
た。

【０００６】このような技術的課題を解決する手段とし
て、前掲の公報には、加熱源を有する定着ロールに圧接
配置される加圧ロールの弾性層の外周に、離型層として
平均厚さ５０乃至６０μｍのＰＦＡ樹脂からなるチュー
ブを被覆し、この加圧ロールの圧縮量を０．５ｍｍ以下
に設定した定着装置が記載されている。

【０００７】しかしながら、このような技術的手段にあ
っては、弾性層の厚さすなわち加圧ロールの圧縮量を決
定する要因とは無関係に、一律に加圧ロールの圧縮量を
規定しているため、例えば小型化等の観点から弾性層を
薄くした場合には、加圧ロールの圧縮量を０．５ｍｍ以
下に設定したとしても離型層にしわが発生することがあ
った。

【０００８】本発明は、以上の技術的課題を解決するた
めになされたものであって、離型層にしわが生じること
に伴う画質不良を有効に防止することのできる定着装置
を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、離型層に生
じるしわの防止を図るため、種々のパラメータについて
検討を行った結果、弾性層の変形率との間に相関関係が
あることを見いだし、そして、実験によりその許容領域
を特定することに到達し、本発明を案出したものであ
る。

【００１０】すなわち、本発明は、図１に示すように、
弾性層１ａを有し当該弾性層１ａの外周面に離型層１ｂ
を設けた定着ロール１と、前記定着ロール１に圧接配置
され当該定着ロール１との間に定着ニップ域Ｎが形成さ
れる対向部材２とを備え、前記定着ニップ域Ｎに未定着
トナー像Ｔが担持された記録材Ｋを挿通させるようにし
た定着装置において、前記弾性層１ａの非圧接時の厚さ
Ａと前記定着ニップ域Ｎにおいて圧縮される厚さＢとの
比率を変形率Ｂ／Ａとしたとき、この変形率Ｂ／Ａを２
０％以下に設定したことを特徴とする。

【００１１】このような技術的手段において、定着ロー
ル１の離型層１ｂとしては、記録材Ｋ上の未定着トナー
像Ｔや記録材Ｋ上に付着した粉体等の転移が極力防止さ
れる材質のものであれば適宜選定して差し支えなく、例
えばＰＦＡ樹脂（テトラフルオロエチレンとペルフルオ
ロビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ樹脂（ポリ
テトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が用いられ
る。そして、離型層１ｂとしてフッ素樹脂を用いる態様
において、このフッ素樹脂からなる離型層１ｂの形成手
法については、例えば、弾性層１ａ外周面にフッ素樹脂
を塗布して焼き付ける手法や、予めチューブ状に成形し
たフッ素樹脂を弾性層１ａ外周面に被覆する手法等適宜
選定して差し支えないが、離型性の確保という観点から
すれば、チューブ状に成形されたフッ素樹脂を弾性層１
ａ外周面に被覆する手法を採用することが好ましい。

【００１２】また、離型層１ｂの厚さについては適宜選
定して差し支えないが、定着ニップ域Ｎにおいて記録材
Ｋや記録材Ｋ上の未定着トナー像Ｔと良好な密着性を確
保するという観点からすれば、離型層１ｂを薄く設定す
ることが好ましく、一方、しわの発生を防止するという
観点からすれば、強度を持たせるために離型層１ｂを厚
く設定することが好ましい。このような観点から、具体
的には、離型層１ｂの厚さを２０〜４０μｍに設定する
ことが好ましい。

【００１３】また、対向部材２は、前記定着ロール１と
の間に定着ニップ域Ｎを形成するものであれば、例えば
直接に圧接配置されるロール部材や、ベルト部材を介し
て間接的に圧接配置されるロール部材や他の加圧部材等
等適宜選定して差し支えない。

【００１４】次に、上述した技術的手段の作用について
説明する。図１において、未定着トナー像Ｔを担持した
記録材Ｋは、定着ロール１と対向部材２とが圧接する定
着ニップ域Ｎに突入する。このとき、定着ロール１の弾
性層１ａの非圧接時の厚さＡと定着ニップ域Ｎにおいて
圧縮される厚さＢとの比率（変形率）Ｂ／Ａが２０％以
下に設定されている。この関係を満足する状態では、離
型層１ｂにおけるしわの発生が防止される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
に基づいてこの発明を詳細に説明する。 ◎実施の形態１ 図２は本発明が適用されたカラー複写機／プリンタ用の
定着装置の実施の形態１を示す。同図において、本実施
の形態に係る定着装置は、互いに圧接しながら回転する
一対のロール対すなわち定着ロールとしてのアッパロー
ル２０及び対向部材としてのロアロール３０とを備え、
未定着トナー像Ｔが形成された用紙４０をこれらのロー
ル２０、３０間に挿通させて未定着トナー像の定着を行
うようにしたものである。

【００１６】本実施の形態において、アッパロール２０
は、用紙４０の未定着トナー像Ｔ担持面と接触する側に
配置されるものであって、例えばアルミニウム等の金属
製パイプ２１の表面に耐熱弾性層２２を被覆し、更にこ
の耐熱弾性層２２の表面に離型層２３を被覆したもので
あって、その内部に加熱源としてアッパヒータ２４を内
蔵したものである。

【００１７】ここで、耐熱弾性層２２は、厚さ３ｍｍの
シリコンゴムからなるものであり、その硬度は例えば４
０°（ＪＩＳ Ａ）に設定されている。

【００１８】また、離型層２３は、前記耐熱弾性層２２
上にチューブ状に成形されたフッ素樹脂（本実施の形態
ではＰＦＡ樹脂（テトラフルオロエチレンとペルフルオ
ロビニルエーテルとの共重合体）にて構成）を被覆した
ものであって、その厚さは３０μｍに設定されている。

【００１９】更に、アッパヒータ２４としてはハロゲン
ランプが用いられており、このアッパロール２０の表面
を１６０℃に加熱するようになっている。

【００２０】一方、ロアロール３０は、用紙４０の未定
着トナー像Ｔ担持面の反対側面に接触するように前記ア
ッパロール２０に対して圧接配置されてアッパロール２
０との間に所定幅の接触ニップ域（定着ニップ域）Ｎを
形成するものであり、例えばアルミニウム等の金属製パ
イプ３１の表面に耐熱弾性層３２を被覆し、更にこの耐
熱弾性層３２の表面に離型層３３を形成したものであっ
て、その内部に加熱源としてのロアヒータ３４を内蔵し
たものである。

【００２１】本実施の形態において、耐熱弾性層３２
は、前記アッパロール２０の耐熱弾性層２２よりも薄肉
な厚さ２ｍｍのシリコンゴムからなるものであり、その
硬度は６０°（ＪＩＳ Ａ）に設定されている。

【００２２】また、離型層３３は、前記耐熱弾性層３２
上にチューブ状に成形されたフッ素樹脂（本実施の形態
ではＰＦＡ樹脂にて構成）を被覆したものであって、そ
の厚さは３０μｍに設定されている。

【００２３】更に、ロアヒータ３４としてはハロゲンラ
ンプが用いられており、このロアロール３０の表面を１
６０℃に加熱するようになっている。

【００２４】そして、アッパロール２０は、駆動モータ
２５からの駆動力にて回転駆動されるようになってお
り、ロアロール３０はアッパロール２０に追従回転する
ようになっている。尚、これらアッパロール２０及びロ
アロール３０の駆動は、これに限られるものではなく、
ロアロール３０側に駆動力を供給するようにしてもかま
わない。

【００２５】また、アッパロール２０の周囲のうち定着
ニップ域Ｎの回転方向上流側には、アッパロール２０の
表面に離型剤としてのシリコンオイルが供給されるオイ
ル塗布装置２６が配設されると共に、アッパロール２０
の周囲のうち定着ニップ域Ｎの回転方向下流側には、ア
ッパロール２０表面に転移付着したトナー、紙粉等を清
掃するクリーニング装置２７（例えばウエブクリーナに
て構成）が設けられている。ここで、オイル塗布装置２
６は、上述の方式のものに限られるものではなく、他の
方式のものを用いてよいことは勿論のこと、オイル塗布
装置２６を設けなくともよい。尚、符号４１は未定着ト
ナー像Ｔが担持された用紙４０を定着ニップ域Ｎに案内
するガイドプレート、４２、４３はアッパロール２０及
びロアロール３０の定着ニップ域の出口側近傍に設けら
れ、アッパロール２０及びロアロール３０に付着した用
紙４０を剥離する剥離爪、５１、５２はアッパロール２
０及びロアロール３０の表面温度を測定する温度センサ
である。

【００２６】次に、定着ニップ域Ｎについて詳細に説明
する。本実施の形態では、上述したように、ロアロール
３０の耐熱弾性層３２の厚さよりもアッパロール２０の
耐熱弾性層２２の厚さを厚く設定しているため、その実
質的な硬度はロアロール３０の方が大きくなり、図３に
示すように、アッパロール２０にロアロール３０が食い
込むことにより、アッパロール２０の耐熱弾性層２２が
圧縮方向に弾性変形するようになっており、この食い込
み領域が定着ニップ域Ｎを形成するようになっている。

【００２７】そして、アッパロール２０の耐熱弾性層２
２の非圧接時の厚さＡと定着ニップ域Ｎにおいて圧縮さ
れる厚さＢとの比率すなわち変形率Ｂ／Ａが、例えば１
７％に設定されている。従って、本実施の形態では、定
着ニップ域Ｎにおけるアッパロール２０の耐熱弾性層２
２の変形量が０．５１ｍｍとなっている。

【００２８】次に、本実施の形態に係る定着装置の作動
について説明する。未定着トナー像Ｔが担持された用紙
４０が、アッパロール２０とロアロール３０との圧接に
よって形成される転写ニップ域Ｎに突入する。そして、
未定着トナー像Ｔは、アッパロール２０及びロアロール
３０からの熱と、定着ニップ域Ｎから受ける圧力とによ
り用紙４０上に定着される。

【００２９】本発明者は、図２に示す定着装置を用い、
変形率Ｂ／Ａを調整して当該変形率Ｂ／Ａとアッパロー
ル２０の離型層２３に生じるしわとの関係について調査
を行った。この調査は、用紙４０を定着ニップ域Ｎに連
続して所定枚数通紙し、アッパロール２０の離型層２３
にしわが発生するかどうかを確認することで行った。ま
た、この調査は、本実施の形態に示す耐熱弾性層２２の
厚さが３ｍｍのものに加え、耐熱弾性層２２の厚さが１
ｍｍのものについても行った。尚、この調査において、
離型層２３の厚さはすべて３０μｍとした。

【００３０】この結果を図４（ａ）及び図４（ｂ）に示
す。ここで、図４（ａ）は耐熱弾性層２２の厚さが３ｍ
ｍの場合の結果、図４（ｂ）は耐熱弾性層２２の厚さが
１ｍｍの場合の結果である。両者より、次のことが把握
される。まず、変形率Ｂ／Ａが１７％以下の領域では、
２０万枚の通紙を行っても離型層２３にしわが発生しな
い。また、変形率Ｂ／Ａが１９％の場合には、５万５千
枚の通紙で離型層２３にしわが発生したものの、画質不
良を生じさせるレベルのものではない。更に、変形率Ｂ
／Ａが２０％を越えると、３万枚の通紙で離型層２３に
しわが発生し画質不良を生じた。

【００３１】また、本発明者は、図２に示す定着装置を
用い、アッパロール２０の離型層２３の厚さとこの離型
層２３に生じるしわとの関係について調査を行った。こ
の調査は、前記調査と同様に、用紙４０を定着ニップ域
Ｎに連続して所定枚数通紙し、アッパロール２０の離型
層２３にしわが発生するかどうかを確認することで行っ
た。尚、この調査において、耐熱弾性層２２の厚さはす
べて３ｍｍとした。

【００３２】この結果を図５に示す。これより、離型層
２３の厚さが１０μｍとしたとき、１千枚の通紙で離型
層２３にしわが発生し画質不良を生じた。尚、離型層２
３の厚さが５０μｍを越えると、離型層２３が硬くなる
ため、定着ニップ域Ｎにて用紙４０及びこの用紙４０上
の未定着トナー像Ｔと十分に密着することができなくな
り、画質不良を生じ易くなることが確認されている。

【００３３】本実施の形態では、チューブ状に形成され
たＰＦＡ樹脂を離型層２３として用いており、塗布及び
焼き付けにより形成されたＰＦＡ樹脂を離型層２３とし
て用いる態様と比較して、樹脂内部の原子間の結合力が
強いために硬くなり易くしわも発生しやすいが、本実施
の形態では、上述したように変形率Ｂ／Ａを２０％以下
に設定しているので、このようなしわになりやすいＰＦ
Ａ樹脂においてもしわの発生は防止される。

【００３４】尚、本実施の形態では、ロアロール３０が
耐熱弾性層３２及び離型層３３を備えていたが、これに
限られるものではなく、例えば金属ロールであってもよ
い。但し、離型性の確保という観点からすれば、その外
周面に離型層を設けることが好ましい。

【００３５】また、本実施の形態では、対向部材として
ロアロール３０を用いていたが、これに限られるもので
はなく、例えば複数のロール群に掛け渡された無端ベル
トをアッパロール２０に圧接配置し、この圧接位置に対
応する無端ベルトの裏面側にロール部材や押圧部材等の
加圧部材を設けて定着ニップ域Ｎを形成するタイプの定
着装置に適用してもよいことは勿論である。

【００３６】更に、本実施の形態では、ロアロール３０
をアッパロール２０に食い込ませて定着ニップ域Ｎを形
成するようにしていたが、これに限られるものではな
く、アッパロール２０をロアロール３０に食い込ませて
定着ニップ域Ｎを形成するようにしてもよい。

【００３７】更にまた、本実施の形態では、未定着トナ
ー像Ｔが片面にのみ担持される用紙４０を定着する定着
装置について説明したが、これに限られるものではな
く、未定着トナー像Ｔが両面に担持される用紙４０を定
着する両面定着装置に対しても適用可能であることは勿
論である。

【００３８】◎実施の形態２ 本実施の形態は、実施の形態１と略同様であるが、図６
に示すように、アッパロール２０及びロアロール３０
が、圧接時に共に圧縮変形して定着ニップ域Ｎを形成す
るようにしたものである。尚、本実施の形態に係る定着
装置の構成要素のうち、実施の形態１に係る定着装置と
同様のものについては、実施の形態１と同様の符号を付
してここではその詳細な説明を省略する。

【００３９】本実施の形態において、アッパロール２０
及びロアロール３０は、同一の構成を有している。すな
わち、本実施の形態では、耐熱弾性層２２、３２が共に
厚さが３ｍｍで且つ硬度が４０°（ＪＩＳ Ａ）のシリ
コンゴムで構成され、また、離型層２３、３３も共に厚
さが３０μｍのＰＦＡ樹脂で構成されている。尚、本実
施の形態では、アッパロール２０及びロアロール３０の
構成を同一に設定したが、これに限られるものではな
く、アッパロール２０及びロアロール３０が夫々弾性変
形するものであれば、耐熱弾性層２２及び３２の厚さや
硬度等は適宜選定して差し支えない。

【００４０】そして、本実施の形態では、アッパロール
２０の耐熱弾性層２２の非圧接時の厚さＡと定着ニップ
域Ｎにおいて圧縮される厚さＢとの比率すなわち変形率
Ｂ／Ａが例えば１７％に、また、ロアロール３０の耐熱
弾性層３２の非圧接時の厚さＡ'と定着ニップ域Ｎにお
いて圧縮される厚さＢ'との比率すなわち変形率Ｂ'／
Ａ'が例えば１７％に夫々設定されている。

【００４１】これにより、本実施の形態では、定着ニッ
プ域Ｎにてアッパロール２０及びロアロール３０が夫々
圧縮方向に弾性変形することとなるが、夫々の変形率Ｂ
／Ａ及びＢ'／Ａ'が２０％以下に設定されているため、
離型層２３及び３３にしわが発生するという事態は生じ
ない。

【００４２】また、アッパロール２０及びロアロール３
０が夫々弾性変形するので、定着ニップ域Ｎを通過する
用紙４０のカールの発生が抑えられることとなる。

【００４３】特に、用紙４０の両面に担持された未定着
トナー像Ｔを定着する態様にあっては、用紙４０上に定
着される画像の画質を向上させることが可能となる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
弾性層を有し当該弾性層の外周面に離型層を設けた定着
ロールに対向部材を圧接して定着ニップ域を形成する定
着装置において、前記弾性層の非圧接時の厚さＡと前記
定着ニップ域Ｎにおいて圧縮される厚さＢとの比率を変
形率Ｂ／Ａとしたとき、この変形率Ｂ／Ａを２０％以下
に設定するようにしたので、離型層のしわの発生及びこ
れに伴う画質不良の発生を有効に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る定着装置の概要を示す説明図で
ある。

【図２】 実施の形態１に係る定着装置の概要を示す説
明図である。

【図３】 実施の形態１に係る定着装置の定着ニップ域
近傍の拡大図である。

【図４】 （ａ）は弾性層の厚さＡ＝３ｍｍのときの、
（ｂ）は弾性層の厚さＡ＝１ｍｍのときの離型層のしわ
の発生の状況を示す図表である。

【図５】 離型層の厚さとしわの発生状況との関係を示
す図表である。

【図６】 実施の形態２に係る定着装置の定着ニップ域
近傍の拡大図である。

【符号の説明】

１…定着ロール，１ａ…弾性層，１ｂ…離型層，２…対
向部材，Ｎ…定着ニップ域，２０…アッパロール，２１
…金属製パイプ，２２…耐熱弾性層，２３…離型層，２
４…アッパヒータ，３０…ロアロール，３１…金属製パ
イプ，３２…耐熱弾性層，３３…離型層，３４…ロアヒ
ータ，４０…用紙

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性層を有し当該弾性層の外周面に離型
   層を設けた定着ロールと、 前記定着ロールに圧接配置され当該定着ロールとの間に
   定着ニップ域が形成される対向部材とを備え、 前記定着ニップ域に未定着トナー像が担持された記録材
   を挿通させるようにした定着装置において、 前記弾性層の非圧接時の厚さＡと前記定着ニップ域にお
   いて圧縮される厚さＢとの比率を変形率Ｂ／Ａとしたと
   き、この変形率Ｂ／Ａを２０％以下に設定したことを特
   徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の定着装置において、 前記定着ロールの離型層は、チューブ状に成形されたフ
   ッ素樹脂を前記弾性層外周面に被覆したものであること
   を特徴とする定着装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の定着装置において、 前記定着ロールの離型層の厚さを２０〜４０μｍに設定
   したことを特徴とする定着装置。