JPH03256086A - 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３紙その他の担持体上に形成したトナ
ー像を加熱定着させる場合に使用する少なくとも一方が
加熱ロールであり、相互に圧接状態で回転する１対のロ
ール間において前記担持体上のトナー像を加熱定着する
加熱定着装置に関する。

〔従来の技術〕

画像形成装置における定着装置としては２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２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。またオフセットを防止す
るために、上記の加熱ロールの表面にポリテトラフルオ
ロエチレン’ＩＡ脂（ＰＴＦＥ）、パーフロオロアルコ
キシ樹脂（ＰＦＡ）などの離型性の良い材料で表面を被
覆したものが使用されている（例えば特開昭５９−２１
７０１０号、同６０−２０５５６１号公報参照）。

第３図は従来の加熱定着装置の例を示す要部横断面図で
ある。第３図において、１．２は各々加熱ロールおよび
加圧ロールであり、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５両ロールを圧接状態に配設しで
ある。１１．２１は各々芯材であり１例えばアルミニウ
ム合金、軟鋼。

ステンレス鋼等の熱伝導性の大なる材料により中空円筒
状に形成する。１２．２２は各々弾性体層。

１３．２３は各々樹脂表面層であり、芯材１１゜２１の
表面に同軸的に順次被着する。１４は発熱源であり、加
熱ロール１内に設ける。

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２まず１発熱源１
４に給電して加熱ロール１の表面を定着に必要な温度に
加熱し、加熱ロールｌと加圧ロール２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
ル間に通過させれば　トナー像を担持体上に定着するこ
とかできるのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記槽底の加熱ロールｌにおける弾性体層１２を構成す
る材料はシリコーンゴム等の樹脂材料であるため２本質
的に熱伝導性が小であり、熱伝導率は１．６　Ｘ　１０
−’　ｃａｌ／　”Ｃ・ｓｅｃ　　−Ｃ１１未満の値で
ある。従って加熱ロールに内蔵させた発熱源からの熱を
迅速かつ効率的にトナー像担持体に伝達することが困難
であるという問題点がある。このため弾性体層の厚さを
小にせざるを得ず、定着性を向上させるためのニップ幅
を確保するためにはロール対間の圧接力を大にしなけれ
ばならず、駆動トルクの増大のみならず１弾性体の硬度
上昇を図る必要もあり、これらに起因して信頼性および
寿命を低下させるという問題点がある。一方加熱ロール
若しくは加熱定着装置の立上り特性および熱伝導性を若
干犠牲にして、前記弾性体層の厚さを大に形成した場合
には、ニップ幅が確保されると共に、ロール対間の圧接
力も小になり寿命の増大が図れるが、下記のような問題
点がある。すなわち加熱ロールの表面への熱供給が遅延
するため。

トナー像担持体を圧接搬送した際の加熱ロールの表面温
度の低下が著しく、定着性が低下する。このため予め上
記表面温度の低下を見込んで設定温度を高くすることに
よって定着性を確保する必要がある。一方加熱ロールの
発熱源を内蔵する芯材と弾性体層との界面温度は前記表
面温度より高い温度であるのが通常であるから、上記ト
ナー像担持体を圧接搬送する際には更に温度が上昇し９
表面温度より５０℃以上も上昇する０表面温度は一般に
２００℃程度に設定する場合が多いため、上記界面温度
は２５０℃以上に上昇することとなる。

このように界面温度が上昇すると、芯材と弾性体層間に
接着剤として介在しているプライマーが変質し１弾性体
層が芯材から剥離することとなり。

加熱ロール若しくは加熱定着装置の機能を喪失するとい
う問題点がある。

また加熱ロール１の表面温度を所定範囲内に保持するた
めに、温度検出素子として例えばサーミスタを樹脂表面
層１３に常時接触摺動させる槽底とするものが一般であ
るが、このため検出精度を低下させたり、温度検出素子
および加熱ロールの損傷を招くという問題点がある。な
お温度検出手段については、上記問題点を解決すべく２
例えば特開昭５９−８８７６８号公報に開示されるよう
に、塩度検出装置が加熱ロール表面と接触・非接触の再
位置をとり得るようにしたものが開示されているが装置
が複雑となり、検出精度が低下する等の問題点があり、
未だ満足できないという欠点がある。

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し、芯材
と弾性体層との間の剥離を防止すると共に、構造が簡単
であると共に、温度検出手段の改良により、故障を回避
し、かつ高い検出精度を有する温度検出手段を有する加
熱定着装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１本発明においては。

円筒状に形成した芯材の表面に耐熱性を有する弾性体層
を設けてなる１対のロールを圧接回転自在に設け、少な
くとも一方のロールに離型性を有する樹脂表面層と加熱
手段を設けて加熱ロールを形成し、ロール間に形成され
たニップ部にトナー像担持体を通過させることによりト
ナー像を定着させるように構成した加熱定着装置におい
て。

加熱ロールを形成する弾性体層内にソフトフェライトか
らなる粒子を５〜６０重量％含有させると共に、加熱ロ
ールの表面に温度検出手段を非接触状態に対向配設して
設け、加熱ロールの表面温度を所定範囲内に保持するよ
うに構成する。という技術的手段を採用した。

すなわちソフトフェライトは第２図に示すように温度上
昇に伴って透磁率が減少し、キューリー温度において透
磁率がＯになる特性を有するが。

この温度特性を利用して加熱ロールの温度制御を行うよ
うにしたのである。第２図においてキューリー温度Ｔｃ
は、ソフトフェライトの場合１００〜２５０°Ｃである
。従って加熱ロールの表面温度若しくは設定温度がキュ
ーリー温度であるようなソフトフェライトを選定すれば
、この温度において透磁率がＯになるから、透磁率を検
出する手段を介して発熱手段を制御することができるの
である。

本発明において、ソフトフェライト粒子の含有量が５重
量％未満では弾性体層全体の熱伝導率の向上に寄与せず
、定着性向上のための弾性体層の肉厚確保が困難である
と共に、トナー像担持体の圧接搬送時における加熱ロー
ル表面温度低下および芯材と弾性体層との界面温度の上
昇を招来し。

弾性体層の剥離その他の事故を誘発する原因となるため
不都合である。一方前記含有量が６０重量％を超えると
、弾性体層の表面硬度が大となり。

ロール対間に形成されるニップ幅が小さくなり。

定着性を低下させるため好ましくない。

本発明において９弾性体層の厚さが１．０論未満では、
熱伝導性の点においては好ましいが、ロール対間の圧接
によるニップ幅を確保できず、定着性が低下するため好
ましくない、また定着性向上のために、ロール対間の圧
接力を大にする必要があり、駆動トルクの増大、寿命の
低下を招来するため好ましくない。ただし、弾性体層の
軍さが２゜０ｍ以上であると１弾性体層と樹脂（例えば
フッ素樹１１Ｍ）表面層との間の界面温度が高くなりす
ぎて（例えばフッ素樹脂の耐熱温度である３００℃を超
えて）しまうので１弾性体層の厚さは２．Ｏｗｍ未満で
あることが望ましい。弾性体層のより好ましい厚さは１
．０〜１．６−の範囲である。

本発明における弾性体層はメチルビニル系シリコーン生
ゴムとシリカその他を含有するゴムコンパウンドを架橋
させて、架橋密度を６Ｘ１０−’ｍｏｌｅ／ｃｃ以上と
するのが好ましい、上記メチルビニル系シリコーン生ゴ
ムすなわち弾性体層の外表面には後述するようなオフセ
ット防止のための樹脂表面層を被着するのであるが、架
橋密度が小であると樹脂表面層の焼成時において弾性体
層を形成するゴムコンパウンドの架橋が切断されるため
不都合である０次に上記メチルビニル系シリコーン生ゴ
ム自体の熱伝導率は４　Ｘ　１０−’　ｃａｌ／　”Ｃ
・３８Ｃ’Ｃ１１程度であるが、このシリコーン生ゴム
に対して例えばＮｉ−Ｚｎフェライト（熱伝導率９Ｘ　
１０−”　ｃａｔ／　”Ｃ−５ｅｃ　　−Ｃ１ｌ）粉末
を添加混合することにより、　　（２〜３．５　）　Ｘ
　１０−”　ｃａｌ／”Ｃ・ｓｅｃ−ａｍにまで向上さ
せることができる。

なお上記ソフトフェライトの他に、シリコーン生コム１
００重量部に対してカーボンブラック。

金属酸化物（アルξす、酸化ニッケル、酸化コバルト等
）ｌ化物（Ｔ’ｉ　Ｎ、　　Ｃｒ　Ｎ、　Ｓ　ｉ　＊　
Ｎ４等）、炭化物（Ｂ、Ｃ，ＴｉＣ，ＨｆＣ等）等の熱
伝導性の大なる材料からなる粉末を総量で２０〜２２０
重量部添加してもよい、なお充填材としては、上記シリ
カ（補強用充填材）やけいそう土石英粉末等の増量充填
材以外に酸化鉄（Ｆｅａｒ３）。

酸化チタン、珪石等の粉末があり、０．１〜８０重量部
の添加混合によりシリコーン生ゴムの硬度。

耐熱性等の特性を調整することができる。また上記構成
の弾性体層形成に使用される架橋材および架橋触媒とし
ては１例えば特開昭６０−１４４７７６号。

同６１−４１１６３号公報に記載されるような公知の材
料を使用することができる。

次に本発明における加熱ロールにおいては１弾性体層の
表面に、オフセント防止のため、ポリテトラフルオロエ
チレン樹脂（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ樹脂
（ＰＦＡ）、フッ素化エチレン・プロピレン樹脂（ＦＥ
Ｐ）等の低表面エネルギーの樹脂からなる耐熱性および
離型性を有する樹脂表面層を設けである。樹脂表面層の
厚さは５〜５０ＩＩｍの範囲が望ましい。

更に上記加熱ロールおよびこの加熱ロールと圧接すべき
加圧ロールの表面硬度はＨｓ８５°以下好ましくはＨｓ
８０°以下とするのが好ましい。

表面硬度が上記の値を超えると、所定の圧接力を印加し
ても所望のニップ幅を確保できないため不都合である。

この場合において圧接力を増大させてニップ幅を確保し
ても、トナー像担持体の変形を惹起し、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、な
お上記表面硬度（Ａ形スプリング硬度：　ＪＩＳ　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。

また上記加熱ロールと加圧ロールとを使用して封筒のよ
うな担持体上のトナー像を定着する場合には、しわ発生
防止のため平坦なニップを形威することが望ましい。こ
のためには、加熱ロールと加圧ロールの外径９表面硬度
をでき得る限り揃えてやる必要がある（米国特許第４．
８１４，８１９号明細書参照）。

なお本発明におけるロール対は少なくとも一方を加熱ロ
ールとすればよい。

（作　用〕 上記の構成により９発熱源からの熱を迅速かつ効率的に
トナー像担持体に伝達することができると共に１弾性体
層の変形により定着性を向上させ得る所定のニップ幅を
確保できるのである。また加熱ロールの温度変化を透磁
率の変化として検出し、磁気ヘッド等の温度検出手段を
介して発熱源を制御し、加熱ロールの表面温度を所定範
囲内に保持することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す要部構成説明図である。

第１図において、加熱ロールｌの表面に近接させて温度
検出手段３を非接触状態に対向して配設する。

加熱ロール１は前記第３図に示すものと同様の構成であ
り２次のようにして製作する。まず直径２９．０■のア
ルミニウム合金製の芯材１１の表面をクロロセン等によ
って脱脂し、乾燥した後、プライマーとして例えばオル
ガノポリシロキサン液を刷毛によって塗布し、７０〜１
００°Ｃの温度で乾燥・焼付を行った０次に平均粒径が
３０μｍのＮｉ−Ｚｎフェライト（日本フェライト製Ｃ
Ｐ−５、Ｔｃ＝１６０℃）粉末をシリコーン生ゴム１０
０重量部に対して４０重量部添加混合してなる材料を前
記芯材１１の表面に巻付け、ブレス成形後加硫し、外周
を研削して肉厚１．０■の彌性体層１２を形威した。な
お上記Ｎｉ−Ｚｎフェライト粉末のキューリー温度は加
熱ロールｌの基準温度近傍に設定しておく０次に上記弾
性体層１２の表面に平均粒径２〜１５０μｍのＰＦＡ樹
脂粉体を静電塗装によって被着し、３００”〜３７０℃
。

１０〜６０分の焼成により厚さ２０μｍの樹脂表面層１
３を形威した。

一方加圧ロールは第１図においては図示省略したが、第
３図における加圧ロール２と同様に形成する。すなわち
上記充填材を含有しないシリコーン生ゴムにより、加熱
ロール１と同様にして硬度Ｈｓ７１の弾性体層２２（厚
さは弾性体層１２と同一）を形威し、更にＰＦＡ樹脂か
らなる樹脂表面層２３（厚さは樹脂表面層１３と同一）
を形威した。

次に温度検出手段３は下記のように形威する。

まず３１は差動トランス型の磁気ヘッドであり。

例えば磁性材料によって略Ｈ型に形威し、１次コイル３
２と２個の２次コイル３３を巻回し、１次コイル３２に
は交流電圧を出力する発振器３４を。

２次コイル３３には比較器３５および増幅器３６を各々
接続する。なお２次コイル３３の加熱ロール「側を検出
コイル３３ａとし、他の側を基準コイル３３ｂとする。

上記の構成により１次にその作用について記述する。ま
ず加熱ロールｌの表面温度が基準温度より低い場合には
、第１図において検出部を加熱ロールｌの表面に近接し
て設けた磁気ヘッド３１に巻回された検出コイル３３ａ
と加熱ロール１に含有されるＮｉ−Ｚｎフェライト粉末
とによって磁路Ｍ１が形威される。一方磁気へラド３１
に巻回された基準コイル３３ｂによって、他の磁路Ｍ２
が形威されている。そして前記のように加熱ロール１の
表面温度が基準温度より低い場合には、磁路Ｍ１におけ
る磁束の方が磁路Ｍ２における磁束より多いため、検出
コイル３３ａ側の誘起電圧が高くなる。一方比較器３５
は基準コイル３３ｂ側の基準電圧より前記誘起電圧が大
であるとき、すなわち差動出力が大であるときには増幅
器３６に対しては出力をしないように形威しであるため
。

加熱ロール１に内蔵する発熱源（図示せず、第３図にお
ける符号１４参照）への制御信号は出力せず、継続して
加熱ロール１を加熱する。

次に加熱ロール１の表面温度が基準温度より高くなった
場合には、加熱ロールｌに含有されるＮｉ−Ｚｎフェラ
イト粉末は磁性を喪失する。すなわちこの粉末のキュー
リー温度は、前記のように加熱ロール１の基準温度近傍
に設定しであるためであり、上記磁性の喪失により、回
路Ｍ１における磁束が減少し、この結果検出コイル３３
ａの誘起電圧が低下する。従って比較器３５の差動出力
が小になり、増幅器３６を介して制御信号を出力し、加
熱ロール１の発熱源（図示せず）への通電を停止するの
である。なお上記通電停止後において加熱ロール１の表
面温度が基準温度より低くなった場合には、増幅器３６
からの制御信号が消失するから、再び発熱源への通電が
開始され、加熱ロール１の加熱を行うのである。

本実施例においては、１対のロールの一方を加熱ロール
とした例について記述したが１両者を加熱ロールとして
構成してもよい、また加熱ロールに設ける加熱手段とし
ては、加熱ロール内に設ける発熱源のみならず、公知の
ものを使用できる。

また温度検出手段としては本実施例以外の公知のものを
使用してもよいことは勿論である。

〔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、
構造が簡単であると共に、加熱ロールの表面温度を非接
触状態で検出し、かつ温度制御をすることができ、従来
経験された加熱ロール表面の損傷を皆無となし得る。ま
たソフトフェライト粉末を適宜選定することによって基
準温度を選定できると共に、検出精度を大幅に向上させ
得るという効果がある。

山手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円筒状に形成した芯材の表面に耐熱性を有する弾性体層
   を設けてなる１対のロールを圧接回転自在に設け、少な
   くとも一方のロールに離型性を有する樹脂表面層と加熱
   手段を設けて加熱ロールを形成し、ロール間に形成され
   たニップ部にトナー像担持体を通過させることによりト
   ナー像を定着させるように構成した加熱定着装置におい
   て、加熱ロールを形成する弾性体層内にソフトフェライ
   トからなる粒子を５〜６０重量％含有させると共に、加
   熱ロールの表面に温度検出手段を非接触状態に対向配設
   して設け、加熱ロールの表面温度を所定範囲内に保持す
   るように構成したことを特徴とする加熱定着装置。