JPH0228681A - 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１紙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、特に装置を構成する
ロールを常に清浄に保持し２紙その他の画像担持体の汚
損を防止するようにした改良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、内部じ赤外線
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
性層を被着してなる加熱ロールと９表面に耐熱弾性体層
を被着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。

上記の加熱定着装置において、担持体上に形成したトナ
ー像を定着する場合には、まず熱源に給電して加熱ロー
ルの表面を定着に必要な温度に加熱し、加熱ロールと加
圧ロールとを適宜の圧力で圧接させて回転さセ、トナー
像を担持した担持体を両ロール間に通過させれば、トナ
ー像を担持体上に定着することができるのである。

上記の加熱定着装置において、良質の画像を得るために
（ヨ、トナー像担持体上に定着されるべきトナーが、加
圧口・−ルと加熱ロールとの間を通過する間に、加熱ロ
ール側へ一部転移し、それが後送される像担持体に付着
するという、し・わゆるオフセット現象を住しないこと
が特に肝要である。

そこでこのオ″、２七−、ト現象を防止するために通常
は、ポリテトラフルオロエチル（ＰＴＦＥ）、ｔ＜−フ
ルオロアルコキソーテトラフルオロエチレン共重合体（
ＰＦＡ）等のフッ素樹脂に代表される離型性の良い樹脂
で芯金の表面を被覆した加熱ロールが使用されている。

しかしこの麿熱ロールは１弾性が少ないので２定着性の
点でやや不十分であり、又表面に傷が発生し易いという
欠点がある。この欠点を除くために、ロール表面にフッ
素ゴムとフッ素樹脂との混合層を形成し１次いで焼成す
ることにより最外層にフッ素樹脂層を形成した加熱ロー
ルが提案されている（米国特許第４．５６８　、２７５
号）。

しかるにこの加熱ロールには、耐久性に劣るという問題
がある。すなわち表面のフッ素樹脂層は数μｍの厚さし
かないので、クリーニング部材等との接触により数万枚
のコピーで摩耗し７てしまう。

そこで上記混合層の表面にフッ素樹脂層を設けた加熱ロ
ーラが提案されている（特開昭５９−２１７０１０号公
報）。また加熱ロールと加圧ロールを共に芯金の上に耐
熱弾性体層を形成し、その上にフッ素樹脂層を形成した
構造とすることも提案されている（米国特許第４．２１
９　、３２７号、欧州特許第０１８６３１４号参照）。

しかし上述した芯金−耐熱弾性体層一離型性層という多
層構造の加熱ロールを使用しても、加熱ロール表面に付
着するトナーを情無とすることはできない。従ってオフ
セット現象防止の手段が種々提案されており、加熱ロー
ルにフェルト等からなるクリーニングパッド、ブレード
若しくはローラ等を圧接させて、加熱ロールの表面に付
着したトナーを除去する手段がある（例えば特開昭５７
４４１６８号、同５６−５２７８４号、同５７−１０５
７６０号、特公昭５１−１．０１０８号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来技術のうち、クリーニングパッドによるもの
においては、加熱ロールとの接触面積が限定されるため
、寿命が短＜、２，０００〜３，０００枚複写後交換す
る必要があると共に、メンテナンスが煩雑であり、近年
の高速定着装置においては適用が困難である。次にロー
ラを圧接させる方式のものにおいては、加熱ロールとロ
ーラとの表面エネルギーの相違により、トナーをローラ
側に転写堆積させるのであるが、加熱ロールとローラと
の間の押圧力洲整、ローラの表面部材の交換等が煩雑で
ある等の問題点がある。更にブレードを圧接する方式の
ものは、加熱ロールの表面が比較的硬質若しくは剛性が
大である場合は別として、加熱ロールの表面部材に耐熱
弾性体を設けた構成の加熱ロールに対しては適用できな
い。すなわちブレードを上記耐熱弾性体を設けた加熱ロ
ールの表面に圧接すると、加熱口・〜ルの外周近傍の部
位が波状に変形して、トナー像担持体に忠実な画像の定
着ができなくなり、ｊＩ［ｌ熱ロールの急激な寿命低下
を来すという問題点がある。

本発明は上記従来の技術に存在する問題点を解決し、装
置を構成するロールを常に清浄に保持し祇その他の画像
担持体の汚ｔ１を防止し得る加熱定着装置を提供するこ
とを目的とＶる。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、弊発明においては、トナ
ー像を担持体上に加熱定着させる加熱定着装置において
、前記トナー像と接触すると共に芯金の周囲に形成した
耐熱性を有する弾性体層と離型性を有する樹脂表面層と
を有する加熱ロールと、この加熱ロールと圧接するよう
に設けた加圧ロールと、金属材料からなり前記加熱ロー
ルと圧接するように回転自在に設けたクリーニングロー
ルと、このクリーニングロールの外周面を摺擦するよう
に設けたスクレーパとから構成する。という技術的手段
を採用した。

本発明において、加圧ロールを芯金の周囲に形成した耐
熱性を有する弾性体層と離型性を有する樹脂表面層とに
よって形成すると好ましい。

またクリーニングロールの表面粗さをｌＳより大なる値
に形成するとよい。

また更にスクレーパを保持板と押え板とを介して長手方
向移動自在に支持すると好都合である。

なお本発明において、トナー像を封筒上に加熱定着させ
る加熱定着装置において、前記トナー像と接触すると共
に芯金の周囲に形成したシリコーンゴム層とフッ素ゴム
層とからなる厚さ０．５〜２ｍｍの弾性体層と厚さ１０
〜５０μｍのＰＦＡ樹脂層とを有する加熱ロールと、こ
の加熱ロールと圧接するように設けると共に加熱ロール
と実質的に同一の層構造と外径とを有する加圧ロールと
。

金属材料からなり表面粗さをＩｓより大なる値に形成す
ると共に前記加熱ロールに圧接するように回転自在に設
けたクリーニングロールと、このクリーニングロールの
外周面と摺擦するように設けかつ保持板と押え板とを介
して長手方向移動自在に支持したスクレーパとから構成
する。という技術的手段を採用することができる。

〔作用〕

上記の構成により、加熱ロールに付着したトナーは、外
周に離型性樹脂層を設けた加熱ロールと金属材料からな
るクリーニングロールとが接触する部位に至って９両者
の表面エネルギーの相違により、加熱ロールからクリー
ニングロールへ移動し、さらにクリーニングロール外周
に設けたスクレーパによって掻落され、加熱ロールの表
面を常に清浄に保持するという作用を期待し得るのであ
る。

Ｃ実施例〕 第１図は本発明の実施例を示す要部横断面図である。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９両ロールを圧接状態に配設する。加圧ロール
１は、金属材料からなる中空状の芯金１１の外方に耐熱
弾性材料からなる被着部材１２を設け、更にその外周に
例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂からなる離型性
樹脂層１３を設けて構成する。加熱ロール２にも上記加
圧ロール゛１と同様に芯金２１．被着部材２２および離
型性樹脂層２３を設けると共に、芯金２１内に例えばハ
ロゲンランプ等の熱源２４を設ける０次に３はクリーニ
ングロールであり１例えばステンレス鋼からなり、加熱
ロール２の外周に従動回転自在に圧接する。４はスクレ
ーパであり１例えばリン青銅のような弾性金属材料によ
り薄板状に形成して、前記クリーニングロール３の外周
に、略接線方向に摺動自在に設ける。８はトナー収容槽
である。

上記の構成により、加圧ロール１と加熱ロール２とを図
示しない加圧手段により圧接し、熱源２４により加熱ロ
ール２を加熱した状態で、各々矢印方向に回転させ、ト
ナー像担持体１０を左方から加圧ロール１と加熱ロール
２との間に供給すると、トナー像の定着を行うことがで
きる。この場合にトナー９の一部が加熱ロール２の外周
面に付着するが、加熱ロール２の回転によってトナー９
がクリーニングロール３と接触すると、トナー９は加熱
ロール２の表面から、クリーニングロール３の表面に転
移する。すなわち加熱ロール２の外周を構成する離型性
樹脂層２３より、ステンレス鋼からなるクリーニングロ
ール３の方が表面エネルギーが大であるためである。ク
リーニングロール３に転移付着したトナー９はスクレー
パ４によってトナー収容Ｎ８内に落下収容される。従っ
て次のトナー像担持体１０に臨む加熱ロール２の表面は
常に清浄に保持されるのである。

上記のようにクリーニングロール３は、加熱ロール２の
表面に付着したトナー９を剥離して付着する作用を有す
るのであるが、クリーニングロール３の表面をある程度
粗に形成すると、上記作用を更に増大させ得る。すなわ
ち、クリーニングロール３の表面にトナー粒子よりも大
なるミクロ的凹所が形成されており、前記のように表面
エネルギーの差によってクリーニングロール３に付着し
たトナー粒子の一部はこのミクロ的凹所内に滞留する。

このようにして滞留したトナー粒子は、スクレーパ４に
よる剥離作用を受けずに残有するから、加熱ロール２と
接触した際に、その表面にトナー９が付着していれば、
前記表面エネルギーの差に加えてトナー相互間の付着力
が作用するから。

加熱ロール２からクリーニングロール３へノトナー９の
転移を促進するものと推定される。ここでクリーニング
ロール３の表面粗さは１Ｓより大なる値に形成すること
が望ましい。但し表面粗さが過大になると、クリーニン
グロール３の表面に滞留するトナーが多くなって、クリ
ーニング効果が弱まりかつ加熱ロール２の表面に再付着
してしまうので、２〜”８　　Ｓの範囲が好適である。

本発明において芯金の外方に形成する被着部材としては
１例えばシリコーンゴム、フッ素ゴムまたはフッ素ゴム
とフッ素樹脂との混合材料（例えば特開昭５９−２１７
０１０号公報、同６０−２０５５６１号公報参照）等を
使用することができるし、更に異種材質のゴムを組み合
わせて多層構造としてもよい。

また両ロールの外層を形成するフッ素樹脂等の表面エネ
ルギーの小さい材料からなる°離型性樹脂層の厚さは１
０〜５０μｍの厚さとするのが好ましい。なお本実施例
においては加熱ロール内にハロゲンランプ等の熱源を内
蔵させた構造のものを示したが９例えば芯金の表面に電
気抵抗材料からなる発熱層を設けた。いわゆる直接加熱
型の加熱ロールであっても作用は同一である。次にクリ
ーニングロール３およびスクレーパ４を構成する材料と
しては、各々ステンレス鋼およびリン青銅の他にアルミ
ニウム合金、真鍮その他の材料を使用できる。

次に上記加熱定着装置において５通常、スクレーパ４は
第２図に示すように、保持板５と押え板６とによって止
ねし７を介して固着する構成とする。ここで、加熱ロー
ル２が加熱されると、その熱はクリーニングロール３を
経てスクレーパ４に伝わり、スクレーパ４は、長手方向
に熱膨張する。

しかし第２図に示すようにスクレーパ４が拘束されてい
ると、スクレーパ４の自由端４ａ（加熱ロール２と接触
する側）が波打ち変形し、加熱ロール２とスクレーパ４
との間に隙間が生じる。その結果加熱ロール２の周面と
スクレーパ４との接触にむらが生じ、クリーニング性が
低下してしまう。

このような不具合を解消するためには１本発明では第３
図に示すように、保持板５と押え板６との間に隙間を設
けることが望ましい。すなわち。

保持板５と押え板６との隙間は、少なくとも前記スクレ
ーパ４の厚さより大に形成し、スクレーパ４が長手方向
に移動可能に構成する。従ってスクレーパに穿設すべき
止ねじ７用の穴（図示せず）は、止ねじ７の外径より大
に形成すると共に、長手方向に長径を有する長大とする
のが好ましい。

この場合スクレーパ４の一方の縁辺は加熱ロール２と常
時摺動接触しているため、温度が上昇して長手方向に熱
膨張するが、保持板５と押え板６とによる挟着力は、ス
クレーパ４の幅方向の位置を保持する一方において長手
方向の摺動を許容する値であるため、上記のスクレーパ
４の熱膨張による長手方向の伸長が自由であり、不都合
な変形は発生しない。従って加熱ロール２とスクレーパ
４との摺動接触状態は全く変化することがない。また保
持板５と押え板６との隙間は少なくともスクレーパ４の
厚さより大に形成するのが好ましいが。

両者が同一の寸法であっても、熱膨張による長手方向の
相対移動を許容する限り作用は同一である。

第１図に示す加熱定着装置は、加熱ロール２と加圧ロー
ル１とが共に離型性樹脂層２３で被覆されているので３
両面コピーに適用した場合のオフセット現象の防止にを
効である。

またこの加熱定着装置は、多数の封筒に宛名を書くため
に、直接封筒に印字するのに使用されるプリンタに適用
した場合に有効である。一般に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、四重となる。

従来の定着装置では、加熱ロールと加圧ロールとの間の
ニップ部においては、加圧ロールの表面は凹状に弾性変
形するので、封筒にしわが発生し易くなる。これに対し
て第１図に示す装置では１図示の如くニップ部を略平面
とすることができるので。

しわの発生を防止することができる。

封筒上に形成されたトナー像を良好に定着するための構
成は本出願人の出願に係わる特願昭６２−２５３１９９
号に開示されているが、更にその後の実験で知得したこ
とも考慮して以下のようにまとめられる。

まず封筒のしわを防止するためには、加熱ロールの表面
硬度（Ａ形スプリング硬度：　Ｊ１Ｓ　Ｋ６３０１）と
加圧ロールの表面硬度の差（以下硬度差という）ができ
るだけ小さいことが必要である。具体的には硬度差がＨ
ｓ１５°以内であればよく、好ましくはＨｓ１０°以内
であればよい。更に、しわ防止のためには、加熱ロール
と加圧ロールとの外径差ができるだけ小さいことが必要
である。具体的には上記外径差が５ｆｉ以内、好ましく
はｚｆｉ以内であればよく、特に両ロールの外径寸法を
実質的に同一に形成することが最も好ましい。

このように、加熱ロールと加圧ロールとを１両口、−ル
間に形成されるニップ部が略平面となるような表面硬度
とし、そして両ロールの外径をできるだけ近似させるこ
とにより、封筒にしわが発生するのを防止することが可
能となる。

次に良好な定着性を得るためには、上記ロール間に形成
されるニップ幅（通常３〜５ｆｉ程度）を確保すること
が必要である。そのためには上記各ロールの表面硬度は
Ｈｓ８５°以下とすればよくより好ましくはＨｓ８０°
以下である。但し表面硬度は低すぎても定着性を低下さ
せるので、　Ｈｓ２０゜以上がよい。また表面硬度に関
連して、耐熱弾性体層の厚さも考慮する必要がある。す
なわちこの厚さが０．５寵未満であると９弾性体として
の効果が弱まり、ロール表面を所定の硬度に保持するこ
とが困難となる。一方上記厚さが２ｍｍ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
る等の不具合をもたらすので好ましくない。

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
導率が低すぎると、加熱ロール内における熱伝導作用が
不十分となり、温度分布を不均一にするのみならず１局
部加熱が生じてしまう。したがってこの熱伝導率は０．
６　Ｘ　１０−Ｃａｌ／ｃｍ　　・ｓｅｅ　　・℃以上
が好ましく、より好ましくは１．５×１０−”　ｃａｌ
／ｃｍ　　−５ｅｃ　　・℃以上である。この熱伝導率
は弾性体層中にカーボンブランク、金属酸化物等の良熱
伝導物質を添加することにより、調整できる。但し良熱
伝導物質の添加量が大きくなるに従って硬度が高くなる
ので、この添加量はロールの表面硬度がＩ（ｓ８５°を
越えない範囲で定める必要がある。

そして第１図の装置では、加圧ロール１は従来よりも剛
性が大きいので、上記のニップ幅を確保するために両ロ
ール１．２間の接触圧力を高くしてやることが望ましい
。具体的な接触圧力は定着速度や定着温度などを考慮し
て定めればよい。

例とし、て定着速度が５０〜１００　ｗ／ｓｅｅで、定
着温度が１９０℃程度の時で、接触圧力は、線圧で０．
８　ｋｔｒ／ｃｒａ以上が好ましい。また定着速度が１
００ｔ＋ｌ／ｓｅｃより大きい場合は、接触圧力は、１
．２ｋｇ／　ｃｍ以上が好ましい。なお、この装置では
線圧を圧力定着の場合と同程度（１０〜２０ｋｇ／ω）
にしても、しわは発生しないが１線圧が過大となるとゴ
ムの塑性変形に起因する寿匍低下にもつながるので、３
ｋｇ７０以下とすることが望ましい。

〔発明の効果〕

本発明は以上記述のような構成および作用であるから、
加熱ロールに付着したｌ・ナーを、加熱ロールの表面を
損傷するこさな（確実に除去し、装置を構成するロール
を常に清浄に保持し、祇その他の画像担持体の汚１員を
防止し、得るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部横断面図第２図およ
び第３図は各々第１図におけるクリーニングロール近傍
の構成を示す要部斜視図である。 １：加圧ロール、２：加熱ロール、３：クリーニングロ
ール、４：スクレーハ、　　５　：　保持１ｊＥ６二押
え板。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）トナー像を担持体上に加熱定着させる加熱定着装
   置において、前記トナー像と接触すると共に芯金の周囲
   に形成した耐熱性を有する弾性体層と離型性を有する樹
   脂表面層とを有する加熱ロールと、この加熱ロールと圧
   接するように設けた加圧ロールと、金属材料からなり前
   記加熱ロールと圧接するように回転自在に設けたクリー
   ニングロールと、このクリーニングロールの外周面を摺
   擦するように設けたスクレーパとから構成したことを特
   徴とする加熱定着装置。
2. （２）加圧ロールを芯金の周囲に形成した耐熱性を有す
   る弾性体層と離型性を有する樹脂表面層とによって形成
   した請求項（１）記載の加熱定着装置。
3. （３）クリーニングロールの表面粗さを１Ｓより大なる
   値に形成した請求項（１）記載の加熱定着装置。
4. （４）スクレーパを保持板と押え板とを介して長手方向
   移動自在に支持した請求項（１）記載の加熱定着装置。
5. （５）トナー像を封筒上に加熱定着させる加熱定着装置
   において、前記トナー像と接触すると共に芯金の周囲に
   形成したシリコーンゴム層とフッ素ゴム層とからなる厚
   さ０．５〜２ｍｍの弾性体層と厚さ１０〜５０μｍのＰ
   ＦＡ樹脂層とを有する加熱ロールと、この加熱ロールと
   圧接するように設けると共に加熱ロールと実質的に同一
   の層構造と外径とを有する加圧ロールと、金属材料から
   なり表面粗さを１Ｓより大なる値に形成すると共に前記
   加熱ロールに圧接するように回転自在に設けたクリーニ
   ングロールと、このクリーニングロールの外周面と摺擦
   するように設けかつ保持板と押え板とを介して長手方向
   移動自在に支持したスクレーパとから構成したことを特
   徴とする加熱定着装置。