JPH01142779A - 加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子写真装置若しくは静電印刷装置等の画像
形成装置において、祇その他の担持体上に形成したトナ
ー像を、少なくとも一方に加熱手段を備え、かつ相互に
圧接状態で回転する一対のロール間において定着させる
加熱定着装置に関するものであり、Ｖ通紙は勿論のこと
、特に封筒のような複数重の担持体であってもしわを発
生させることなくトナー像を定着させ得るように改良し
た加熱定着装置に関するものである。

〔従来の技術〕

画像形成装置における定着装置としては、内部に赤外線
ランプ、ハロゲンランプ若しくはニクロム線等の熱源を
設けた良熱伝導性の金属コアの表面に、非粘着性の耐熱
層を被覆してなる加熱ロールと１表面に耐熱弾性体層を
被覆してなる加圧ロールとを対向配設した熱ロール型の
加熱定着装置が知られている。

第６図は上記従来の加熱定着装置の例を示す要部側面図
である。同図において、１．２は各々加圧ロールおよび
加熱ロールであり、軸線を略平行にかつ矢印方向に回転
自在に形成すると共に１両ロールを圧接状態に配設しで
ある。そして従来のものにおいては２例えば加圧ロール
１はアルミニウム合金、鉄等の熱伝導性良好なる材料か
らなる芯金１１の表面に硬度Ｈｓ２５〜５５″程度のシ
リコーンゴムからなる耐熱弾性体層１２を被覆し、一方
塊熱ロール２は熱源２３を内蔵した熱伝導性良好なる材
料からなる芯金２１の表面に４フツ化エチレン樹脂（Ｐ
ＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）等の
低表面エネルギーの樹脂からなる離型性樹脂層２４を被
覆して形成しである。従って両ロールの弾性の差により
第６図に示すように加圧ロール１と加熱ロール２とのニ
ップ部３においては、加圧ロール１の表面は弾性変形し
て凹面を形成している。

上記の加熱定着装置において、担持体（図示せず）上に
形成したトナー像を定着する場合には。

まず熱源２３に給電して加熱ロール２の表面を定着に必
要な温度に加熱し、加熱ロール２と加圧ロール１とを適
宜の圧力で圧接させて回転させ、トナー像を担持した担
持体を両ロール間においてＡ方向に通過させれば、トナ
ー像を担持体上に定着することができるのである。

一方多数の封筒に宛名を表示する手段として。

プリンターにより直接封筒に印字することが検討されて
いる。ここで問題となるのは、トナー像を担持した封筒
を上述した加熱定着装置に給送してトナー像を定着する
場合にしわが発生することである。封筒にしわが発生す
ると、封筒が湾曲若しくは変形するのみでなく、印刷し
た宛名がしわによって分断され、極端な場合には解読若
しくは判読することができない等の問題点がある。すな
わち、封筒は構成上最低二枚重ね部があり、糊付は部若
しくは重ね合わせ部によっては三重、四重となり、最大
紙厚寸法が厚くなると共に、二枚重ね部においては相互
に滑り移動を発生する。上記の問題はこのような滑り移
動に起因する特有の現象であり１通常の複写の場合には
経験されない問題である。

上記のような紙しわの発生原因について考察してみると
、まず第６図に示すように、加圧ロールｌと加熱ロール
２とのニップ部３においては、加圧ロール１の表面が凹
面を形成している。このためトナー像を担持す′る祇等
の担持体（図示せず）を矢印Ａ方向に供給すると、担持
体はまずニップ部３の入口３ａにおいて上方を凹として
曲げられ。

次いでニップ部３において下方を凹として曲げられ、更
にニップ部３の出口３ｂにおいて再び上方を凹として曲
げられるのである。一方前記担持体が封筒のように二重
若しくはそれ以上の重合部を有する場合には、上記二ツ
ブ部３における繰り返し曲げ作用によって上下構成部分
間に滑り移動を生じ、または紙厚差に起因する移動速度
差によっても封筒の上下部に速度差を生じ、しわを発生
するものと推定される。

上記の紙しわの防止に関しては種々の構造が提案されて
いる。例えば実開昭５４−９８２２６号（実公昭６２−
１５８１８号）は、加熱ロールと加圧ロールを軽圧接さ
せ、かつ両ロールの圧力変形率を同−又は近似させるこ
とにより、ｆｇ−手の複写紙でも曲がりぐせやしわを防
止できることを開示している。また特開昭５９−７４５
７８号は、ｙｉ手の両面コピーのような悪条件下におい
てもしわを防ぐために、芯材と。

それを被覆する耐熱弾性体層と、その上に塗布されたフ
ッ素樹脂層よりなるロールを、加熱ロールと加圧ロール
の両方に用いることを開示している。

また、封筒定着の場合には、定着圧力を普通紙の定着に
適する定着圧力よりも低くする等の手段が提案されてい
る　（特開昭６１−２９４４７５号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

封筒の上に形成されたトナー像を定着する場合。

上述した従来の技術では十分満足すべき結果５すなわち
、良好な定着性を確保しつつしわを防止することはでき
ない。すなわち、特開昭６１−２９４４７５号公報記載
の発明によると、しわを防止することは可能であるが、
定着圧力が低くなるので良好な定着性は得られない。ま
た実開昭５４−９８２２６号記載の考案もまた１両ロー
ルの圧接部の変形量を等しくもしくは近似させるために
１両ロールを［軽圧接」させる構造としているため、十
分なる定着性が得られないという問題を伴う。更に特開
昭５９−７４５４８号公報記載の装置は、加熱ロールの
弾性体層と加圧ロールの弾性体層の厚さが異なるので。

略平面状のニップが形成されず、封筒上のトナー像を定
着するような過酷な条件下ではしわ防止作用を期待する
ことはできない。なお最近においては封筒の定着装置に
おいても普通紙の定着を併せて行ない得る定着装置の要
求があり、上記従来の装置によっては到底対応すること
ができないという問題点がある。

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解消し、９通
紙は勿論のこと１例えば封筒等のように複数重で構成さ
れる担持体であってもしわを発生することなく、良質の
定着トナー像を得ることのできる加熱定着装置を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記従来技術に存在する問題点を解決するために２本発
明においては、担持体上のトナー像と接する加熱ロール
と、この加熱ロールとの間にニップを形成するように圧
接してなる加圧ロールとを有する加熱定着装置において
、前記加熱ロールおよび加圧ロールを、芯金の周囲に耐
熱性を有する弾性体層と離型性樹脂層とを設けると共に
、実質的に同一の外径と、前記ニップが略平坦になるよ
うな表面硬度とを有するように形成し、少なくとも何れ
か一方のロールに、所定の圧力で圧接した場合にロール
に生ずるたわみ量の２倍以下のクラウンを設ける。とい
う技術的手段を採用したのである。

本発明において、加圧ロールと加熱ロールの硬度差がな
い場合には、封筒定着において封筒には全くしわが発生
しない。上記硬度差が大になるとニップ部において凹面
が現われてしわ発生の原因となるため不都合である。従
って硬度差はＨｓ１５゜以下、好ましくはＨｓ　１０°
以下とする。

加圧ロールと加熱ロールの表面硬度が大であると１紙し
わの発生は回避できるものの、ニップ幅が不足して定着
性が不充分であるため１表面硬度をＨｓ８５°以下とす
るのが好ましい。なお表面硬度が大である場合において
、圧接力を増大すれば所定のニップ幅を確保することも
可能であるが。

トナー像担持体の変形を誘起し、寿命の低下、しわその
他の不本意な現象を生ずるため好ましくない。

次に加熱ロールに設けた耐熱弾性体層の厚さが１ｌＩｌ
１１未満であると８弾性体としての効果が弱まり７０一
ル表面を所定の硬度にかつ均一に保持することが困難と
なるため不都合である。一方上記厚さが２１を越えると
、加熱ロール各部の温度分布が不均一となるのみならず
、熱伝導を阻害するため非通紙部である両端部を過熱さ
せる等、不測の事故を惹起させるため好ましくない。

また更に加熱ロールに設けた弾性体層を構成する材料の
熱伝導率が０．２Ｘ１０−ｃａｌ／ｃｍ　　−５ｅｃ　
　・℃未満であると、加熱ロール内における熱伝導作用
が不充分となり、温度分布を不均一にするのみならず３
局部加熱を惹起するため不都合である。

より好ましい熱伝導率は０．６　Ｘ　１０−”ｃａｌ／
ｃｎ−ｓｅｃ・“Ｃ以上である。但し、熱伝導率を１．
５　Ｘ　１Ｏ−３ｃａｌ／ａｍ−ｓｅｅ　　・℃より大
きくするためには３弾性体層中に大量の良熱伝導物質１
例えばカーボンブランク、酸化チタンなどの金属酸化物
等を混入する必要がある。しかし上記良熱伝導物質の混
入の結果は、一方において硬度がＨｓ８５°より大とな
り、充分なニップ幅を確保できなくなる。従って熱伝導
率は１．５Ｘ１０４ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ　　−’ｃ以
下とするのがよい。

加圧ロールと加熱ロールに加えるべき圧接圧力は０．８
ｋｇ／ｃｍ以上でないと１両ロール間のニップ幅を確保
できないため不都合であり、より好ましくは１．２ｋｇ
／ｃｍ以上である。ただし線圧が大きすぎると、この構
造ではゴムの塑性変形による寿命低下にもつながるため
、　　２．０ｋｇ／ｃｎ＋以下がよい。

特に１００ｍｍ／ｓｅｃ以上の定着速度において良好な
定着性を確保するためには、線圧を１．２ｋｇ／ｃｍ以
上とする必要がある。

〔作　用〕

上記の構成により、加熱定着装置を構成する加圧ロール
と加熱ロールとの間のニップ部、すなわちトナー像担持
体の通過部を略平面となし得ることにより、トナー像担
持体にしわが発生するのを防止する作用があると考えら
れる。

またニップの形状を略平面とすることにより。

定着後の担持体が加熱ロール表面に巻きつくのを防止す
る作用も期待できる。これにより分離爪が不要となり９
分離爪とロール表面との接触に基因するロール表面の損
傷は解消される。

更にまた少なくとも何れか一方のロールに、所定の圧力
で圧接した場合にロールに生ずるたわみ量の２倍以下の
クラウンを設けであるので、ニップ幅がロール長さ方向
について一定となり、特に薄手の担持体の場合において
、ロール周速差に起因する祇しわを防止するのである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す要部側面図であり、同一
部分は前記第６図と同一の参照符号で示す。第１図にお
いて１４は離型性樹脂層であり、前記離型性樹脂層２４
と同様にＰＴＦＥ若しくはＰＦ八等の低表面エネルギー
の樹脂によって形成する。

また２２は耐熱弾性体層であり、芯金２１の表面に被着
するのであるが、シリコーンゴム等の弾性材料中にカー
ボンブラック、酸化チタン等の良熱伝導物質を混入させ
て、熱伝導率を大にするのが好ましい。次に耐熱弾性体
層２２の外表面には、オフセント防止のために離型性用
脂層２４を設ける。なおと記加圧ロール１および加熱ロ
ール２の表面硬度はＨｓ８５’以下とすると共に９両ロ
ールの表面硬度差をＨｓ１５’以内、好ましくはＨｓｌ
Ｏ”以内に形成する。この場合、ロールの表面硬度（Ａ
形スプリング硬度：　ＪＴＳ　Ｋ　６３０１）は、市販
の硬度計（高分子計器製、型式ＪＡ　）によって測定し
た値である。

上記の構成により、加圧ロール１および加熱ロール２の
外径を３１ｍｍに形成しく離型性樹脂Ｎ１４゜２４の厚
さは１０〜５０μｍがよい）、圧力１．２ｋｇ／ｃｍに
て圧接させ、定着温度１８０℃、定着速１６６ｍｍ／秒
で定着を行なった。トナー像担持体として封筒を使用し
てしわの状態を評価したところ、加圧ロール１と加熱ロ
ール２との間に硬度差がない場合には、全くしわの発生
が認められない。一方上記両ロールの硬度差が大である
場合には、殆どしわが発生して封筒が変形する。すなわ
ち上記硬度差がＨｓ１５°以内、好ましくはＨｓｌＯ０
以内であれば。

前記第３図に示すようなニップ部３の凹面を回避するこ
とができる。この場合において１加圧ロールおよび／ま
たは加熱ロールの硬度がＨｓ８５°を越えたものにおい
ては、祇しわの発生はないものの、ニップ幅が不足する
ため定着性が不充分である。−カニソブ幅を確保するた
めに定着圧力を増大させると、熱と圧力とに依存するゴ
ム若しくは樹脂の塑性変形が大となり１両ロールの寿命
低下の原因を誘発する結果となる。

次に上記の装置により、トナー像担持体として９通紙を
使用して前記の定着条件によって定着を行なった。この
結果しわの発生は認められないものの第２図に示すよう
に紙４の両端縁部に波打ち現象の発生が認められた。こ
の波打ち現象発生のメカニズムについての考察について
記述する。

第３図は前記加圧ロールＩと加熱ロール２との間に形成
されるニップ部３を模式的に示す平面図である。同図に
おいて、加圧ロール１と加熱ロール２とを両端部に例え
ばばね（図示せず）を介して圧接すると、斜線にて示す
ような二ツブ部３が形成される。そしてこの二ツブ部３
は、加圧ロール１および／または加熱ロール２がたわむ
ため。

中央部の幅が両端部の幅より小さく現われるのが通常で
ある。すなわちニップ部３における上記両ロール１．２
の半径は、中央部をＲｃ、両端部をＲｅとすると、Ｒｅ
＞Ｒｅである。一方上記両ロール１，２の回転数は一定
であるため、ニップ部３における周速は、中央部をＶｃ
、両端部をＶｅとすると、Ｖｃ＞Ｖｅとなり、中央部の
周速が両端部の周速より大となる。このように周速すな
わち紙送り速度に差があるため、前記第２図に示すよう
な波打ち現象が発生すると認められる。

ここで、第４図に示すように、上記の加圧ロールｌと加
熱ロール２が軸方向にわたって均一な直径の円筒体に形
成され１両ロールの両端に荷重（Ｗ）が加えられた場合
には１両ロールはたわむことになる。たわみ量δは、加
圧ロールのたわみ量δ１と加熱ロールのたわみ量δ２の
和となる。

δ１．δ２は５Ｗβ’／３８４　Ｅ　Ｉ　　（Ｂ　：ロ
ールの縦弾性係数、■：ロールの断面２次モーメントＷ
：両ロールの単位長さ当りの接触圧力（線圧）。

ｌ：ロールの長さ）となる。

本発明ではこのたわみ量δを、第５図に示すように例え
ば加圧ロール１にクラウンを付けることにより補償する
わけであるが、クラウンＮＣｒは次に延べるように前記
たわみ量δの２倍以下となるようにする。

第５図の加圧ロールにおいてはクラウン量ＣｒはＤｔ　
　　（Ｄｔ　＋Ｄ：＋）Ｘ％であるが１通常はＤ２＃Ｄ
３とされるので、ここではＣｒ　＝　Ｄ　ＩＤ　ｚとし
て説明する。上記のたわみを補償するためには、δ＝Ｄ
Ｉ　−Ｄ！　／２であることが必要となり。

クラウン量ｃｒ＝２δとなる。Ｃｒ＞２δとした場合に
は、第３図とは逆に中央部のニップ幅が両端部のニップ
幅より狭くなって祇しわが発生し易くなる。理論的には
Ｃｒ＝２６の時に両端部のニップ幅と中央部のニップ幅
が同一になるが、他の条件１例えば祇しわや定着性を考
慮すると、Ｃｒは１．７δ以下が好ましいことがわかっ
た。またＣｒが０．２δ以上であると波打ちの防止に有
効であるが、０．５δ以上であることが好ましい。

次に前記第５図に示すクラウンを設けた加圧ロール１を
使用して普通紙への定着を行なった結果を表に示す。な
お普通紙として８Ｍ７５を使用し。

圧接圧力１．８ｋｇ／ｃ＋ｎとし、２９℃、４９％ＲＨ
の環境で定着を行なった。ここにおいてクラウンとは。

加圧ロール１の両端部の直径より中央部の直径を大に形
成することである。

以下余白 なお加熱ロールおよび加圧ロールを形成する芯金には、
アルミニウム合金（Ｅ　＝　７．３　Ｘ　１０３ｋｇ／
ｃｄ）を使用し、外径を各々２７．２ｍｍおよび２８ｍ
ｍ、厚さを各々２．５問および４■に形成し、胴部長さ
を両者共２４３１１＋ｍとしたものである。

表から明らかなように、クラウン量が０の場合には前記
のように波打ち現象が現われるため不都合である。クラ
ウン量を増大させることによって両端部と中央部のニッ
プ幅の差が減少し、波打ち現象が消失するが、あまり大
きくすると紙しわが発生する。すなわち圧接による前記
加圧ロール１に生ずるたわみ量を越えたクラウンを設け
ると５中央部におけるニップ幅が両端部におけるニップ
幅より大となり、前記ロール半径の関係が逆転し。

Ｒｃ＜Ｒｅとなるため１周速がＶｃ＜Ｖｅとなって祇し
わを発生するので不都合である。このため加圧ロール１
に設けるべきクラウン量を４０〜１８０μｍとするのが
好ましい。ここでロールのたわみ量（計算値、ただしロ
ールの弾性体層と樹脂層は芯金の外径と比較して極めて
小であるため、これらを無視して求めた）は、加圧ロー
ル１が５６．７μｍ、加熱ロール２が３２．５μｍであ
り２両者の合計たわみ量は８９．２μｍとなる。

本実施例においては、クラウンを加圧ロールに設けた例
を示したが、加熱ロールに設けても、また両ロールに設
けてもよい、またクラウン量については、加圧ロールお
よび／または加熱ロールの寸法、形状、剛性等を勘案し
て適宜選択すべきであるが、要するに所定の圧力で圧接
した場合に上記両ロールに生ずるたわみ量に相当する量
とすればよい。更に加熱ロールおよび加圧ロールの弾性
体層はシリコーンゴムに限らず、公知の他の材料。

例えばフッ素ゴム又はフッ素ゴムとフッ素樹脂との混合
物であってもよい。また弾性体層を２層とする。例えば
シリコーンゴム層の上にフッ素ゴム層（フッ素樹脂を含
んでいてもよい）を形成してもよい。このような構造は
価格的には不利であるが、ロールの強度的な面では有利
である。すなわち芯金の表面にシリコーンゴム層を形成
しその上にフッ素樹脂含有フッ素ゴム層を形成し次いで
焼成した後に２表面フッ素樹脂層を形成すると、フッ素
ゴム層の表面にはフッ素樹脂層が現出しているので９表
面フッ素樹脂層の剥離は生じにく（なる。

〔発明の効果〕

本発明は２以上記述のような構成および作用であるから
１例えば封筒のように複数重で構成されるトナー像担持
体であってもしわを発生することなく、正常かつ画質の
良好なるトナー像を定着させることができるという効果
がある。また特に。

加熱ロールと加圧ロールを共に芯金上に耐熱弾性体層お
よび耐熱離型性層または離型性樹脂層を形成したロール
構造とすることにより、しわを発生することなく封筒の
ような担持体上のトナー像を高速条件下においても良好
に定着することができる。更に担持体が上記封筒のみで
なく、薄手の普通紙であっても、波打ち現象若しくは祇
しわを発生させることなく所定の定着を行なうことがで
き。

同一の加熱定着装置により封筒定着と普通紙定着とを兼
用させることができる。また分離爪を用いずとも担持体
の加熱ロールへの巻き付けを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部側面図、第２図は紙
の両端縁部に発生する波打ち現象を示す斜視図、第３図
は加圧ロールと加熱ロールとの間に形成されるニップ部
を模式的に示す平面図、第４図はロール対のたわみを説
明する図、第５図はクラウンを設けたロールの説明図、
第６図は従来の加熱装置の例を示す要部側面図である。 １：加圧ロール、２：加熱ロール、３：ニップ部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）担持体上のトナー像と接する加熱ロールと、この
   加熱ロールとの間にニップを形成するように圧接してな
   る加圧ロールとを有する加熱定着装置において、前記加
   熱ロールおよび加圧ロールを、芯金の周囲に耐熱性を有
   する弾性体層と離型性樹脂層とを設けると共に、実質的
   に同一の外径と、前記ニップが略平坦になるような表面
   硬度とを有するように形成し、少なくとも何れか一方の
   ロールに、所定の圧力で圧接した場合にロールに生ずる
   たわみ量の２倍以下のクラウンを設けたことを特徴とす
   る加熱定着装置。
2. （２）加熱ロールが駆動側であり、加圧ロールが従動側
   であると共に、加圧ロールにクラウンを設けた特許請求
   の範囲第１項記載の加熱定着装置。
3. （３）加熱ロールと加圧ロールとの表面硬度差がＨｓ１
   ５゜以下である特許請求の範囲第１項若しくは第２項記
   載の加熱定着装置。
4. （４）加熱ロールおよび加圧ロールの表面硬度がＨｓ８
   ５゜以下である特許請求の範囲第１項ないし第３項何れ
   かに記載の加熱定着装置。
5. （５）加熱ロールの弾性体層の厚さが１〜２ｍｍである
   特許請求の範囲第１項ないし第４項何れかに記載の加熱
   定着装置。
6. （６）加熱ロールの弾性体層を形成する材料の熱伝導率
   が０．２×１０＾−＾３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上
   である特許請求の範囲第１項ないし第５項何れかに記載
   の加熱定着装置。
7. （７）加熱ロールと加圧ロールとの圧接圧力が０．８ｋ
   ｇ／ｃｍ以上の線圧である特許請求の範囲第１項ないし
   第６項何れかに記載の加熱定着装置。