JPH0477315B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、未定着画像例えば粉体像を紙などの
画像支持材に加熱定着するための定着装置に関
し、電子写真記録装置や、レーザービーム、フア
クシミリ、複写機等の画像形成装置に適用できる
定着装置に関する。

従来、電子写真法等の画像形成法によつて形成
された未定着画像（以下トナー像と呼ぶ）を紙等
の記録材に定着する定着装置には加熱定着方式が
採用されている。この種の加熱定着には熱源を備
えた加熱ローラとこれに圧接する加圧ローラとの
間にトナー像を支持した紙を搬送するものが多用
されている。

この加熱定着を行なう画像形成装置では150度
乃至200度の定着温度が必要であるため、メイン
スイツチをオンしてからのウエイトタイムとして
かなりの時間、即ち４分程度が必要であつた。こ
のウエイトタイムを減少させるたに多くの電気的
制御手段や加熱源の出力増加等の技術革新が行な
われているが、かえつてコスト増加、他の諸問題
や装置の複雑化を招いてしまつていた。

又加熱ローラ、加圧ローラのローラ構成におけ
る問題点も数多くある。例えば加熱ローラにおい
ては、軸方向に関して熱分布が不均一になり易
く、ローラ端部において熱の散逸が激しくウエイ
トタイム増大の原因をなしている。さらに定着作
用時、異なる幅の記録材を用いる点、さらに最大
のサイズの幅よりもローラ長を長くしている点等
のことから端部における昇温を招き易いことがあ
る。

一方、この加圧ローラー側に設けられているも
のとしては以下の３種類に大別でき、それぞれ後
述の如き欠点を有している。

第１の場合は、芯金上にプライマーを塗りシリ
コーンゴム等を厚く表面に設けたもの即ち、ロー
ラー基体上に一様の弾性体層を設けたものであ
る。この種のローラーにおいては、弾性体例えば
ゴムの如きものの弾性を低くするのに油や添加剤
等を加えなければならず、結果として弾性体の機
械的、物理的特性を変えてしまう。従つて、その
特性を維持しながら硬度を余り低くできない。
又、電子写真法等によつて形成されたトナー像を
支持する支持材に対して得られる圧接部は小さな
もので単位時間当りに与えることのできる熱量が
少なくなつてしまうこと及び、弾性体層として多
用されるゴム等の使用材料が非常に多く必要であ
り、不経済であること、さらに、弾性体層全体を
加温するためにウエイトタイムが大きくなり、初
期ローラー表面の立ち下りを大きくしてしまい、
定着不足を引き起こしていた。またこれを防ぐた
めヒータを増加する方法では不経済であつた。

第２の場合は、芯金上にプライマーを塗り、さ
らにシリコーンゴムからなる多孔質の部材を設け
てなる定着ローラである。このローラーの欠点
は、定着ローラの表面平滑性に欠け定着性を低下
させてしまうことや、離型剤を塗布する場合多孔
質中に離型剤を多量に含有していまい、多孔質部
材自体が劣化し易くなり、耐久性がソリツドより
も劣る。

第３の場合は、耐油性向上のため弾性層を２
重、３重に設ける多層構成のものがある。しかし
ながら、このように単に耐油性向上のためだけに
弾性層を多数設けると、そのコストは前述した如
く多量の弾性材を用いることにより、非常に増大
するものであつた。

この第１、第３の場合では数層又は厚いゴム層
のために熱容量が非常に大きくなり、ウエイトタ
イムの増大を生み、全長における温度分布も不均
一になりやすいため定着不良も生じ易く第２の場
合も同様であつた。又、ゴム材を多く必要とする
ことから高価で耐久性に乏しかつた。

以上の様に加熱ローラ、加圧ローラを有する定
着装置においては、構成要素の個々の問題のみな
らず、その必要とされる構成が故に生じる相剰的
な問題点があり、特にウエイトタイムの増大を引
き起こしていた。

本発明は上記の如き被定着物の定着に生じてし
まう問題点を解決するためになされたものであ
る。

本発明の目的はウエイトタイムを短縮し、従来
よりも優れた定着性能を有する定着装置を提供す
ることである。

本発明の別の目的は、物理的特性を維持しつ
つ、回転体表面における温度の均一化をはかり、
耐久性の高いものを提供することである。

本発明の他の目的は、従来より安価で省資源を
達成する回転体を備えた定着装置を提供すること
である。

本発明の更なる目的は以下の説明で明らかにな
る。

上記目的を達成する本発明は、加熱源により加
熱される加熱回転体と、この加熱回転体と圧接す
る加圧回転体と、を有し、これらの回転体で未定
着画像を支持した画像支持材を搬送して定着を行
う定着装置において、上記加圧回転体は多孔質弾
性体層と、この多孔質弾性体層上に設けられた弾
性体層と、を有し、多孔質弾性体層は少なくとも
大部分が独立気泡であることを特徴とするもので
ある。

第１図において１は、加熱定着ローラーで、内
部に加熱手段４を有する金属ローラー５の表面に
テフロン（商品名）被覆層６を設けたものであ
る。２は加熱定着ローラー１に圧接する加圧ロー
ラーで、回転中心軸となる芯金７上に一液性
RTVシリコーンゴムのプライマー７₂を塗り、そ
の上にシリコーンスポンジからなるスポンジ層８
を接着させ、さらにRTVシリコーンゴムを塗つ
てなる弾性被覆層９を有しているものである。こ
の加圧ローラー２の表面は、一般にRTV（室温加
硫型）シリコーンゴムを塗つた後ローラーとして
の形状を整える為研摩し仕上げたものである。

又、加熱定着ローラー１のテフロン（商品名）
被覆層６には、クリーニングブレード１６等のク
リーニング手段と特開昭55−144268号公報記載の
如き、オフセツト防止液塗布手段３（図のよう
に、シリコーンオイル含浸部材１０と妨害部材１
２と連続多孔質部材１１とを有す）が当接してい
る。

さらに、加圧ローラー２は、加熱定着ローラー
１に対してその圧接状態を可変にする手段、例え
ば、芯金７の回転を可能に支持して、これの位置
を装着点７₁と共に可変にするアーム１７とアー
ム１７の回動中心となる地点１７₁とアーム１７
を破線矢印の如き位置変化させるためのカム手段
１８とが図中の如く設けられているものを有して
いる。

さて、所定の画像形成手段によつて形成された
トナー像Ｔを有する紙Ｐは、搬送ローラー対１４
に掛けられたベルト１５の移動と共に搬送され
る。次にベルト１５から案内部材１３に紙Ｐは移
され、該加熱、加圧ローラー１，２のなす広い圧
接部に導かれる。

一方、上記広い圧接部では、加熱手段４によつ
て均一加熱された層６と、加熱定着ローラー１か
らの伝導熱によつて均一加熱された弾性被覆層９
とが形成されており、加圧ローラー２にいたつて
は、上記構成によりそのスポンジ層８よりも被覆
層９の方が熱伝導性が高くなつているので立上り
時のウエイトタイム（プロセス開始可能になるま
でに要する時間）が極めて高度に短縮化されてい
る。さらに、スポンジ層８には、スポンジ成分の
他に空気等の気体が占める体積が多くあるので、
このスポンジ層８の熱伝導性は、被覆層９に比べ
て悪くなる。つまり、加熱定着ローラー１が加圧
ローラー２自体全体を所定温度に保持するのに要
する加熱量は、従来のものに比べてわずかなもの
で良く、又、他に大量且つ無駄に消費されること
がないのでその熱効率も大幅に向上せしめた高効
率のものである。さらに、ローラー表面のみかけ
上の硬度を同一としてもスポンジ層８を有する上
記実施例は、ソリツト単体のものよりも変形し易
く、又、ローラー間の圧接部を広くとれる。

従つて単位時間当りにトナーによる熱量が同一
でも、長時間加熱接触することができるので熱を
トナー像（又は紙Ｐ）に与えることができる。

次に、紙Ｐが上記広い圧接部へ進入するとそれ
が支持するトナー像は、均一化された上下からの
熱によつて紙Ｐへ永久定着される。この際支持材
の一例である紙Ｐには定着の際にみられがちなし
わが、しわに対する処置として一般に知られてい
るような、逆クラウン形状等に加工する処置がと
られていないにもかかわらず全く発生していなか
つた。

次に、上記実施例による結果を統計的に評価し
て本発明による実施例の優れた効果を説明する。
以下の実験は、ローラー外径25φで、(1)その構成
をシリコーンスポンジ層６mm厚の上にゴム層１mm
厚を有する２重構造のものと、(2)シリコーンゴム
層７mm厚だけからなる弾性層を有する単一構造の
ものとし、それらのローラー状での表面硬度を共
にJIS−A6°という同一条件下で行つた。そして
このローラーを外径25φのテフロン（商品名）コ
ートローラーに対向させ、一定の圧力で加圧しそ
のときのニツプ量の変化としわの発生率を調べ
た。

その結果、本発明に従うローラー(1)を用いた場
合、全圧で４Kg加圧したとき圧接幅は4.6mmであ
り、A4サイズの紙を連続1000枚コピーした際の
しわの発生は0.15％以下であつた。ところが従来
のものによるローラー(1)を用いた場合、全圧で(1)
と同様に４Kg加圧したとき圧接幅は2.7mmとわず
かであり、(1)と同様にA4サイズの紙を連続1000
枚コピーした際のしわの発生は常時、0.7〜１％
の範囲にあつた。

又、上記実験比較による定着性を比較すると、
連続コピー時は共に一定の圧力（全力3.5Kg以上）
と一定の温度（175℃以上）であれば、単位面積
当りの圧力差はあるものの単位時間あたりの圧力
と温度の積がほぼ等しくなるため、従来のもの(2)
よりも上記例(1)の方がより高品位の画質を得る以
外は、連続コピー中という安定条件のため両者に
格別たる差異は見い出せなかつた。

しかしながら、定着を開始する初期状態や、定
着（加熱）ローラーと上記圧接用ローラーを定着
毎に接離する装置においては、本発明に従う上記
例(1)の方が格別たる定着性と高品位を有する画像
を得ることができた。

以上の如く、本発明に従つた上記実施例、即
ち、スポンジ層の上にシリコーンゴム層を有する
如き関係にある２重構造の定着ローラーを用いる
ことによつて次の様な多くの利点を得ることが可
能になつた。

即ち、下ローラーの熱伝導がスポンジ層で極度
に悪くなるため、Wait up 直後のローラー表面
温度の低下が少なく、従来、どうしても解決でき
なかつたWait up時の定着性低下を防止すること
ができた。

さらに、上記の如くローラーを製造するため、
ゴム使用量が約1/2以下となり省資源、コスト・
ダウンに貢献することができた。

又、加圧ローラーと定着ローラーの当接圧を少
なくして、大きく均一な圧接部をとれるため、駆
動のためのトルクも少なくでき、さらには、ゴム
ローラーの圧縮永久歪による弊害も少なくでき
た。又、シリコーンスポンジ単層でローラーを形
成して定着に用いた時、その気泡のために定着の
良好な部分と定着のよくない部分がつくられるの
で好ましくなく、表面平滑性が必要であることが
わかつた。

従つてさらに実験を行つたところ、0.3mmから
５mmまでシリコーンゴム表面層の厚さを変えて検
討したが、厚すぎると、弾性、複元性に豊むスポ
ンジ層の効果があまり有効に利用できなくなり、
また薄すぎると強度的、そして製造上コスト高と
なり、また安定性にかけるため、好ましくは0.5
mm乃至２mmの厚さが適当であり、より好ましくは
0.7〜１mmが適当であることがわかつた。（ただ
し、ローラー径が25φに対して）この加圧ローラ
は第３図に示すようにローラー端部面にはシリコ
ーンゴム層で覆わないようにしてある。すなわ
ち、ゴム層は加圧ローラーの円周面のみに設けら
れており、その左右の側面ではその周面にゴム層
があり、内側にシリコーンゴムスポンジ層を有す
るようにしてある。これによつて熱分布がその長
手方向に関してより均一化できる。

又、上記実施例の他の実施例としては、シリコ
ーンスポンジ層を形成する為にスポンジのチユー
ブをかぶせる方法だけでなく、一般的な芯金のま
わりにゴムをまき発ぽうさせ、その後加流させる
方法であつてもよい。

又、安価につくる方法としては、シリコーンゴ
ムのチユーブをかぶせた後それを金型に入れ、イ
ンジエクシヨン方式によりNVR（低温加硫型）シ
リコーンゴムをスポンジ層と金型の間に流し込ん
でもよい。この場合、金型の離型面の精度により
仕上げ研磨の必要もなく大量生産向きである。

ローラー基体上にシリコーンスポンジ層や弗素
ゴムからなる多孔質層の様な熱伝導性が悪く、弾
性複元力に豊むものからなる層そして薄層のシリ
コーンゴムなどの弾性体層をその表面に設け、２
重構造とすることで熱容量の大きな、そして表面
平滑性に豊み、さらに低接触圧で均一な一定のニ
ツプ巾を形成することができるローラーを提供す
ることができ、従来の問題点を除去すると同時
に、より安価で省資源を考慮した、かつ紙しわに
対する許容度も大きく、さらに組み立て精度の誤
差範囲も大きくすることが可能となつた。

以上の説明の如く立上り時の定着性能を良好に
せしめ、自由な弾性変形ができ、格別たる定着性
から生まれる高品位画質を維持し、しわ防止効果
が極めて高い定着装置であつて、従来のように充
てん剤を加える必要性がなくなり、構成自体の物
性を低下させることなく、経済的且つ省資源であ
り製造性をより容易にした定着装置である。

第２図は第１図の実施例をさらに改良した実施
例を示している。第２図の構成は第１図と同一の
部分もあるため、以下の説明は第１図と異なる構
成部分を中心に行う。第２図の特徴は、前述した
加熱定着ローラの構成が肉厚ｄの薄肉金属ローラ
５ａとその周囲に４弗化エチレン樹脂の被覆層６
を有していることにある。本実施例ではローラ５
ａの径ｒが25mmに対し肉厚ｄは2.5mmとしてある。
加圧ローラ２は前述した芯金７、一液性RTVシ
リコーンゴムのプライマー７₂、シリコーンスポ
ンジからなるスポンジ層８、RTVシリコーンゴ
ムからなる弾性被覆層９を有している。このよう
に弾性を有するスポンジ層８、弾性被覆層９を同
種の材料をベースとすれば接合性が良く耐久性が
向上される。さらに本例ではプライマー７₂にも
同種の材料を用いているので芯金に対しての接合
性が向上される。

この弾性被覆層９はスポンジ層８よりも薄い層
厚であり、加熱された際の温度分布が安定化し易
い。

本実施例中の他の構成は、前述した圧調整手段
を有している。

本例では加熱定着ローラ１と加圧ローラ２の間
に15Kg／cm程度の圧力が印加されている。このカ
ム手段１８の作動は紙Ｐ等の記録材の接近に応じ
て行なつてもコピー開始信号で圧接するようにし
ても良いが通常（非使用時はローラ１，２間は接
触又は離間する。ただしこの圧調整手段を設ける
ことは好ましいが、必ずしも必要でない。

又、この加熱定着ローラ１の周面には、接触型
のサーミスタ１３₁が板バネ２４によつて弾性で
所定圧接力を維持するように押圧されている。こ
のサーミスタ１３₁は表面に定着ローラ１の表面
を傷つけないように樹脂テープ様のものを有し、
温度検知素子（不図示）をスポンジ様の弾性体で
保持している。

２３は分離爪で加熱定着ローラ１から紙Ｐを分
離する。２２は加圧ローラ２側の案内板であり、
分離爪２３と共に紙Ｐの搬送路を確保している。
１６₁，１６₂は定着後の紙Ｐを画像形成装置外又
は積載部へ挾持搬送する排紙ローラである。

尚、本図において２５は定着ユニツト（前記構
成を第１図で説明したもの、第１図参照）を一体
的に保持する支持上ワクで、２６は同様の支持下
ワクである。２７は画像形成装置内の案内部材で
定着ユニツトの支持下ワク２６を着脱可能に支持
している。２８は画像形成装置内の固定ワクで、
サーミスタ１３₁を包囲する支持上ワクと間隙を
有して離間している。

さて、所定の画像形成手段によつて形成された
トナー像Ｔを有する紙Ｐは、搬送ローラ対１４に
掛けられたベルト１５の移動と共に搬送される。
次にベルト１５から案内部材１３ａに紙Ｐは移さ
れ、該加熱、加圧ローラ１，２のなす圧接部に導
かれる。この圧接部でトナー像Ｔは紙Ｐに溶融定
着され、紙Ｐと共に排出される。

一方、上記圧接部では、加熱手段４の作動によ
つて即応し、均一加熱された金属ローラ・表面５
と上記被覆層６と加熱定着ローラ１からの伝導熱
によつて均一加熱された弾性被覆層９とが形成さ
れている。この加熱定着ローラ１は薄い肉厚であ
るから即座に所定温度に達している。又加圧ロー
ラ２にいたつては、高温の加熱定着ローラに加温
され、さらに上記構成によりそのスポンジ層８よ
りも被覆層９の方が熱伝導性が高くなつているの
で立上り時のウエイトタイム（プロセス開始可能
になるまでに要する時間）が第１図のものよりも
極めて高度に短縮化されている。さらに、スポン
ジ層８には、スポンジ成分の他に空気等の気体が
占める体積が多くあるので、このスポンジ層８の
熱伝導性は、被覆層９に比べて低くなる。つま
り、加熱定着ローラ１が加圧ローラ２自体全体を
所定温度に保持するのに要する加熱量は、従来の
ものに比べてわずかなもので良く、又、他に大量
且つ無駄に消費されることがないのでその熱効率
も大幅に向上せしめた高効率のものである。さら
に、ローラ表面のみかけ上の硬度を同一としても
スポンジ層８を有する上記実施例は、ゴムソリツ
ド単体のものよりも変形し易く、又、ローラ間の
圧接部を広くとれる。

従つてこの圧接部をトナー像Ｔを有する紙Ｐが
通過する際、ローラ１，２の表面が熱的に均一化
されているのでトナー像は急速に融解して紙Ｐへ
確実に定着される。

上記第２図のローラ構成についてさらに詳述す
る。

まず加熱定着ローラ１の肉厚ｄについて説明す
る。この肉厚ｄは薄くする程加熱に要する時間は
少なくなり、定着装置全体のウエイトタイムの減
少を達成できる。このような可能な限り薄いロー
ラを作る場合、ローラ径や材質のヤング率等を考
慮して機械的強度を保つための強度計算は通常行
なわれる。

しかしながら、所定の強度を得るように肉厚を
設定しても、加熱定着ローラ表面における温度分
布が不均一になることがあり、かえつて定着性が
悪くなることがあることを見出した。例えば、薄
い肉厚であるがためにローラの表面全体に対して
同様の熱を保持することができない程局部的な過
熱現象が生じたり、ローラ表面上における熱移動
が緩慢になり特に加熱定着ローラ表面の母線方向
の熱移動性が得られない。又、薄い肉厚であるが
ために熱に対して即応性が得られるものの過熱源
の熱放出特性に左右され易く、熱の保温性や強度
性に問題を生じ、十分な定着を行なうことができ
ない場合がある。

つまり、ウエイトアツプタイムを短縮させるよ
うな必要最低限の肉厚は、定着ローラ母線方向の
熱の移動が容易であるような肉厚とし、その肉厚
の芯金が変久変動しないだけの全圧力で加圧ロー
ラを当接させることが最も有効である。

本発明はこの肉厚ｄに関して回転体の外径ｒ
（mm）に対して５／ｒ≦ｄ≦ｒ／10の式に適合するもの が上記問題点を解決するものであることを見い出
した。さらにこの肉厚ｄは外径ｒが30mm以上ある
場合等のように厚くなると熱容量が大きくなるの
で強度面を考慮して３mm以下であれば、好ましい
熱伝導性を得られることをも見い出した。

さらに本実施例では上述した加熱定着ローラの
問題点を解決しより一層ウエイトタイムを短縮し
たい場合や、機械的な強度を優先し熱的な視点か
らの定着ローラ肉厚あるいは材質が自由に選択で
きない場合を解決する構成を有している。即ち、
薄肉定着ローラであるために、母線方向の熱の移
動が行なわれなくなる欠点を対向圧接するローラ
の構造により、補償した本実施例の如き定着構成
（すなわち、前述の如き空気を含んだ多孔質層と
表面平滑層を有する加圧ローラを当接させるこ
と）をとることにより解決することである。

これにより、定着ローラ表面よりの熱は空気中
への放熱及び定着ローラ支持部材への熱の逃げを
除いてはその大部分が加圧ローラへ伝達していく
ことになる。

このとき加圧ローラの内側が熱を伝えにくい多
孔質層であるためその被覆層の表面だけに熱が早
く伝わり、定着ローラ母線方向の熱伝達を助け
る。さらに加圧ローラへの熱の伝達が従来のソリ
ツドゴムのローラよりも著しく悪くなるため、ウ
エイトアツプタイムを早め、かつ定着動作時の立
ち下り現象もほとんどないローラ構成を得ること
が可能となつた。

従つて、単位時間当りにトナーによる熱量が同
一でも、長時間加熱接触することができるので熱
をトナー像（又は紙Ｐ）に与えることができる。
この際支持材の一例である紙Ｐには定着の際にみ
られがちなしわが、しわに対する処置として一般
にしられているような、逆クラウン形状等に加工
する処置がとられていないにもかかわらず発生し
なかつた。

第３，４図において、定着ローラ１₁は円筒か
らなつている。このローラ１₁は、薄肉のアルミ
ニウムのパイプ５₁の表面に、オフセツト防止層
として４弗化エチレン樹脂層６₁を25〜30μコーテ
イングしたものである。定着ローラ１₁の端部に
は、切り込み部３０ａが設けられ、駆動ギア（後
述する）との嵌合溝となつている。なお、図中Ａ
はB5サイズのシートが通過する領域、ＢはA4サ
イズのシートが通過する領域で、その両端部がシ
ート非通過域Ｃとなる。

３１ａ，３１ｂはころがり軸受で、定着ローラ
１₁を回転自在に支持する。なおこの軸受３１ａ，
３１ｂは、定着器の支持枠（不図示）に取付けら
れている。また３０は駆動ギアで、切り込み部３
０ａで定着ローラ１₁に嵌合して固設されており、
複写機本体側の駆動源３３からの駆動を本体側の
ギア２９を介して伝達され、定着ローラ１₁を回
転する。さらに４₁は、電極を兼ねた支持部材４
ａ，４ｂにより保持された加熱源としてのハロゲ
ンヒータで、定着ローラ１₁の表面に接触する温
度検知素子１３₁と制御回路（不図示）によつて、
定着ローラ１₁の表面を所定温度に保つ様オン・
オフ制御される。なお、駆動ギア３０を切り込み
部３０ａと嵌合してネジ等によつて定着ローラ１
_１の周面に固設しているので、定着ローラ１₁の軸
受け３１ａ，３１ｂに対する「ズレ」等をも防止
している。

２₁は加圧ローラで、定着ローラ１₁と加圧対峙
されており、ステンレス製の芯金７の周囲に耐熱
性の多孔質弾性層８₁を設け、さらにその表面を
非常に薄肉のシリコーンゴムの弾性体層９₁で被
覆されている。この芯金１６はやはりころがり軸
受１７ａ，１７ｂにより回転自在に支持されてい
る。

本実施例においても、前述したような効果が得
られ、定着ローラ１₁の表面温度の均一化を加圧
ローラ２₁の弾性体層９₁の前記作用でより助長
し、各ローラの特徴であるウエイトタイムの短縮
化をさらに相剰的に向上できる。

本実施例では、定着ローラ１₁及びパイプ５₁
は、その両端部が開放されほぼ同一径の円筒であ
る。そこで本実施例では、余分な熱は外部へも効
率よく逃がすために、ローラ周面のシート非通過
域Ｃの昇温を効果的に防ぐことができる。しか
も、加熱時ローラ支持部へ奪われる熱量が減少す
るので、各ローラ１₁，９₁周面を速やかに所定均
一温度に達することができる。また本実施例で
は、パイプ５₁はシートの通過域（ＡあるいはＢ）
及びパイプ５₁を支持する軸受の取付けられてい
る軸受部ともに同一母線上にある。そこで、従来
定着ローラ（特に第２図に示す例）をバルジ加圧
あるいは冷管鍛造などの方法で製造する際に生ず
る可能性のあるローラ肉厚の偏肉等が生ずる恐れ
がなくなり、これによつてもローラ周面は熱分布
が均一になり、均一温度に昇温された。

従つて本実施例では、パイプ５₁の肉厚がシー
トの通過域（ＡあるいはＢ）及びパイプ５₁を支
持する軸受の取付けられている軸受部とも、即ち
パイプ５₁の全域にわたつて均一薄肉に形成する
ことができ、熱分布の不均一性を減少させ、ロー
ラ周面を均一温度にすることができた。さらに
は、製造工程が短縮できた。

上記装置に適用でき、ほぼ同程度の効果を得ら
れる加熱定着ローラの例を第５図乃至第７図に示
す。

第５図の実施例は、第４図で示す様に駆動ギア
２９，３０により円筒３６の「抜け」とか「ズ
レ」を防止する代りに、例えばＣ−リングの様な
軸止め３４ａ，３４ｂを円筒３６周面に設けた溝
３５ａ，３５ｂに係合するものである。これによ
つても、円筒３６の軸受３１ａ，３１ｂに対する
「抜け」あるいは「ズレ」を防ぐことができ、円
筒３６は常に所定の位置で回転することができ
る。

さらに第６図に他の実施例を示す。

本実施例は、円筒３６の非通紙部のような端部
３７の内側に駆動ギア３９を固設したものであ
る。駆動ギア３９は、やはり円筒３６の切り込み
部３８と嵌合している。なお本実施例では、駆動
伝達のため前記実施例と比べて円筒端部３７の開
放される割合は少し減少するが、円筒３６の他端
側が完全に開放されており、前記十分な効果を得
ることができる。

またさらに第７図は、駆動伝達の他の実施例を
示したものである。

本実施例では、円筒３６の端部３７の周面に駆
動ローラ４０を圧接し、この駆動ローラ４０の回
転駆動により円筒３６を回転させるものである。
駆動ローラ４０は、本体側の駆動源（図示せず）
より駆動を受けて、回転駆動する。

なお、以上述べた実施例はいずれも定着ローラ
１₂，１₃，１₄に本体側の駆動を伝達するものを
示したが、例えば同様の方法で加圧ローラに駆動
を伝達しても良い。さらには、両ローラに駆動を
伝達しても良い。

上記実施例では、定着ローラ内部に熱が滞留す
ることができないので、シート非通過域のローラ
周面の昇温を約30〜40℃以内におさえることがで
きた。また加熱立ち上がり時、ヒータがONして
ローラ周面が均一に180℃近辺に達するまでのウ
エイトアツプに要する時間を、端部を小径にして
いるような支持部付のローラを使用した場合と比
べて約５秒程（従来20秒かかつたものが15秒にな
つた）短縮することができた。

これによつて、従来定着ローラバルジ加圧ある
いは冷管鍛造などの方法で製造する際に生ずるロ
ーラ肉厚の偏肉等が生ずる恐れがなくなる。この
加熱定着ローラによつても定着ローラ、加圧ロー
ラ周面は全域にわたつて熱分布が均一になり、均
一温度に昇温されることになる。

次に本発明を適用した具体例について説明し、
本発明について詳述する。

＜具体例 １＞ 加熱定着ローラとして全長230〔mm〕・外径25
〔mm〕・肉厚1.6〔mm〕のアルミニウム製回転体に、
25μmの四弗化エチレン層をコーテイングし、
1.2KWのハロゲンヒータを内蔵したものを使用
し、加圧ローラとして外径24mmでその内層として
６mm厚のシリコーンスポンジ層と、この層上に
0.7mm厚のゴム表面層を有するものを使用した。
又温度は加熱ローラ表面を180℃に通常設定し、
ヒータはメインスイツチのオンと共に作動するよ
うにした。

本具体例においては、通常圧接した状態でもウ
エイトタイム時間が従来より大幅に（従来４分〜
５分であつたものが15〜20秒程度に）短縮され、
(1)この加熱ローラにシリコンゴム単体ローラを加
圧したものや、(2)この加圧ローラに通常の加熱ロ
ーラを圧接したものに比較して、ウエイトタイム
をさらに減少できた。さらに(1)，(2)のものよりも
はるかに均一な温度分布が得られ、格別な定着性
と高品位の画像が得られた。

＜具体例 ２＞ 加熱定着ローラ１は外径25mm長さ約280mmの円
筒ローラで肉厚1.6mmのアルミニウム円筒ローラ
に四弗化エチレン−バーフロロアルコキシエチレ
ン共重合体（P.F.A）の被覆層を25μm〓の厚さ
で有している。

加圧ローラ２は外径約24mm長さ約230mmのロー
ラで10φの芯金上にHTV（高温加硫型）のシリコ
ンスポンジ層を６mm厚有し、さらにその外周に
0.7mm乃至１mmのRTV（室温加硫型）シリコンゴ
ム層を有している。

加熱定着ローラ１の加圧ローラ２と接しない表
面部分にギアが嵌合されており、その内部に1.0
〜1.2KWのハロゲンヒータを内蔵してある。加
熱定着ローラ１と加圧ローラ２とは常時総圧約７
Kgで圧接されている。その圧接部の幅は約2.5mm
〜3.0mmである。

加熱定着ローラ１を駆動し、加圧ローラ２をこ
れに従動させる。

上記シリコーンスポンジ層の硬度はアスカ−Ｃ
typeのスポンジ用ゴム硬度計（高分子科学社製
品）で荷重300ｇを付加して測定した際27°±3°で
ある。

以上の構成による定着装置を使用して粉体画像
を紙に定着る行程を行つた。これによつて加熱定
着ローラのヒータに電流を印加した時点から定着
ローラ表面温度が180℃になるまでのウエイトタ
イムはたつた15秒程度になつた。又加圧ローラ表
面温度は160℃にまで上昇することができた。さ
らに粉体画像は定着性がほぼ均一な状態で紙に定
着できた。

この優れた画期的な成果は従来のいかなる加熱
定着装置でもウエイトタイムが４分乃至10分程度
要していたことと比較すれば理解できよう。又従
来の装置の加圧ローラはゴム層が10mm単位である
ために最高でも70℃程度にしか加熱できなかつ
た。即ち、上記具体例の加圧ローラでは160℃に
まで急速に加熱できるためウエイトタイムを減少
でき、又、十分な弾性をもつているため定着性を
向上できることが理解される。

上記具体例１，２のシリコンスポンジ層はチユ
ービング法又は紙管を用いた注入型方法によつて
形成した。チユービング法は高温加硫シリコーン
ゴムパウンドをリング状の開口を有する容器から
注出した後その円筒状のゴム管を円筒状の加熱器
の内部に入れ周囲から加熱し発泡させてスポンジ
管を形成するものである。スポンジ管の形状はリ
ング状の開口の内径及び円筒状の加熱器の内径で
決定される。加圧ローラは以下の手順で成形し
た。このスポンジ管は表面にスキン層を有してい
るので、その層を周囲から吸引してその内径をひ
ろげる。表面に接着用のシリコーンプライマーを
塗布してある芯金をこの内径内に挿入する。この
後吸引を解除して芯金にスポンジ管を接着する。
さらにスポンジ管の表面にあるスキン層を削るよ
うに所定肉厚のスポンジ層とする。このスポンジ
層表面にRTVシリコーンゴムを所定肉厚ラミネ
ートコーテングする。この後仕上げ研磨を施して
上記加圧ローラとした。

又紙管を用いた注入型方法は所定径の円筒紙管
中にプライマー処理の芯金を挿入しておき、この
紙管と芯金との間に高温加硫シリコーンゴムパウ
ンドを注入して加熱してスポンジ状のシリコーン
ゴム層とする。さらにこの後紙管を削除すると共
に研磨する。このような工程を紙管を用いた注入
型方法と呼ぶ。以下加圧ローラの成型としては上
述したRTVシリコーンゴムのラミネートコーテ
ングによつて行えば良い。

上記の実施例、具体例において、加圧ローラの
構成は加熱ローラに対して温度分布の均一化とウ
エイトタイムの短縮化の面で多大なる効果を奏し
ている。

これは、ローラの熱伝導がスポンジ層で極度に
悪くなるため、ウエイトアツプ直後のローラ表面
温度の低下が少なく、従来、どうしても解決でき
なかつたウエイトアツプ時の定着性低下を防止す
ることができた。

即ち、表面層における熱伝導率が、スポンジ層
のようにローラ内部層における熱伝導率よりも大
きいことによつて熱効率を向上させ、熱を加熱ロ
ーラ表面の温度の均一化に作用せしめることがで
きる。

さらにスポンジ層のように、ローラ内部層の弾
性率が表面層のものよりも大きいため、加熱ロー
ラ表面に対して大きな圧接部を安定した状態で形
成することができる。依つて、加熱ローラの熱伝
導に即応できると共に加熱ローラ表面温度を確実
に保証できるといつたより好ましい効果も実施例
中の例では奏せられている。

さらに、上記の如くローラを製造するため、ゴ
ム使用量が約1/2以下となり省資源、コスト・ダ
ウンに貢献することができた。

又、加圧ローラと定着ローラの当接圧を少なく
して、大きく均一な圧接部をとれるため、駆動の
ためのトルクも少なくでき、さらには、ゴムロー
ラの圧縮永久歪による弊害も少なくできた。

さらに本発明者はさらに好ましい実施例を得る
ために実験を行つたところ、以下の要件を満たし
ているものはさらに好ましいことを見出した。

シリコーンスポンジ単層でローラを形成して定
着に用いた時、その気泡のために定着の良好な部
分と定着のよくない部分がつくられることがある
ので好ましくなく、表面平滑性を有していること
が好ましいとわかつた。つまり、加圧ローラにお
ける表面層には表面平滑性を有している方がより
高度な定着を得られて好ましい。

また、別の観点から表面層の厚みについて、
0.3mmから５mm厚までのシリコーン表面層の厚さ
実験を検討した。この結果厚すぎると、弾性、復
元性に豊むスポンジ層の効果があまり有効に利用
できなくなり、また薄すぎると強度的、そして製
造上コスト高となり、また安定性にかけるため、
0.01mm乃至２mmの厚さが好ましく、より好ましい
範囲は0.5mm乃至２mmの厚さが適当であり、さら
に好ましくは0.7〜１mmが適当であることがわか
つた（ただし、ローラー径が25φに対して）。

これを総合的に他の結果（不記）をも踏まえる
と、シリコンスポンジ層のような弾性下層の厚さ
の１／４以下の厚みであることが表面の熱良伝導性 の層には好ましいことがわかつた。

又、上記加圧ローラの他の実施例としては、シ
リコンスポンジ層を形成する為にはスポンジのチ
ユーブをかぶせる方法だけでなく、一般的な芯金
のまわりにゴムをつけ発ぽうさせ、その後加流さ
せる方法であつてもよい。

又、安価につくる方法としては、金型でスポン
ジ層をつくるとき、外側を発泡させず表面層を同
時に形成してもよいしシリコーンゴムのチユーブ
をかぶせた後それを金型に入れ、インジエクシヨ
ン方式によりNVR（低温加硫型）シリコーンゴム
をスポンジ層と金型の間に流し込んでもよい。こ
の場合、金型の離型面の精度により仕上げ研磨の
必要もなく大量生産向きである。

加圧ローラとしては基体上にシリコーンスポン
ジ層や弗素ゴムからなる多孔質層の様な熱伝導性
が比較的悪く弾性復元力に豊むものからなる弾性
層、そして薄層のシリコーンゴムなどの熱伝導性
耐熱層をその表面に設け、複数層構造である回転
体であれば良い。これに依つて低接触圧で均一な
一定のニツプ巾（圧接力）を形成することができ
る。

尚、上記加熱定着ローラ１や定着ローラ１₁の
表面に設けられる表面離型性物質は設けなくても
良いが、オフセツト防止のためには設けた方が好
ましい。この材料としては、４弗化エチレン、
FEP樹脂、PEA樹脂等の弗素樹脂或いはシリコ
ーン系の樹脂やゴム材等が適している。

上記第１図、第２図の説明では説明しなかつた
が定着ローラと加圧ローラとの圧接力は加圧ロー
ラの変形量が大きいため、その圧接部における熱
効率が極めて好ましいため小さいものでよいが、
耐久性を向上させる目的で、未定着画像のような
被定着物を定着する際又は紙のような記録材を通
過搬送する際定着、加圧ローラ間にかかる全圧力
が20Kg以下であることが好ましい。このことは紙
ジワを防止するためにも効果的な構成となつてい
る。

以上の如く、上記定着装置の如く、薄肉回転体
と耐熱性回転体であつて内層にスポンジの如き多
孔性の弾性層とその表面に薄肉のシリコンゴムの
如き耐熱性表面層を有している加熱定着装置を用
いることによつて両回転体の相剰的作用が生じ極
めてウエイトタイムの短かい理想的な装置を得る
ことができ、定着作用時被定着物に対して均一な
加熱定着ができた。

さらに薄肉の回転体を有することで、立上り時
のウエイトタイムを大幅に減少せしめることがで
きた。

尚、上記「スポンジ」及び「スポンジ層」なる
用語は、英語でのceｕars ayer（気泡
層）を意味し、具体的には、気体を含有する気泡
を多量に有するもので、その大部分は、おのおの
セル−が独立で他から隔離されている独立気泡を
（expanded foams or.expanded ceｓ）であ
る。

しかし、この「スポンジ」としては、互いにセ
ルが通じ合つている連続気泡（sponge）を多少
含んでいても、所望の弾性と所望の断熱性が得ら
れていれば本発明に含まれるものである。

本実施例及び以下の例におけるceｕar
ayerは大部分、気体（例えば空気やゴム内の
添加物が気化したもの等）を含んだ独立気泡から
なり、その隔壁としてシリコンゴム等の樹脂膜を
有しているものである。これは連続気泡より独立
気泡の方が断熱効果が高く、弾力に豊み所定圧力
を得やすいという利点がある。

本発明は未定着画像例えば粉体像を紙などの画
像支持材に加熱定着するための定着装置の構成に
関し、従来のウエイトタイムを大幅に短縮した新
規且つ新歩的な装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は
本発明の他の一実施例の説明図、第３図は本発明
の別の一実施例の説明図、第４図は第３図の要部
説明図、第５図乃至第７図は夫々本発明に適用で
きる加熱定着ローラの実施例の説明図である。 １は加熱定着ローラー、２は加圧ローラー、８
はスポンジ層、９は弾性被覆層、ｒは半径、ｄは
肉厚。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱源により加熱される加熱回転体と、この
   加熱回転体と圧接する加圧回転体と、を有し、こ
   れらの回転体で未定着画像を支持した画像支持材
   を搬送して定着を行う定着装置において、 上記加圧回転体は多孔質弾性体層と、この多孔
   質弾性体層上に設けられた弾性体層と、を有し、
   多孔質弾性体層は少なくとも大部分が独立気泡で
   あることを特徴とする定着装置。