JPH0950204A - 定着ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鉄製のローラを用いて、定着強度のむら及び反
射濃度のむらが生じないようにする。 【解決手段】定着ローラ１０は、０．５ｍｍ厚の鉄製の
円筒を芯金１４として用い、この芯金１４の内周面に銅
をメッキすることにより５μｍ厚の金属層１６を形成し
て構成されている。芯金１４の外周面には、トナー画像
１７が定着された転写紙１８を剥離し易くするための低
粘着性の剥離層であるフッ素樹脂層２０を通常の方法で
形成するする一方、芯金１４の内部に棒状ヒーター２２
を配設している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は定着ローラに係り、
特に、静電記録技術を用いた複写機またはプリンタ等に
おいて、紙等の転写体上に熱可塑性素材で形成されたト
ナー画像を熱によって融着させるための熱ローラ定着装
置に好適な定着ローラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、乾式電子写真方式の複写機また
はプリンタにおいては、感光体上に形成されたトナー画
像は、紙等の転写体表面上に転写された後、熱ローラ定
着装置により加熱溶融されて定着される。この熱ローラ
定着装置には、熱効率が良好なことから、内部にヒータ
を収納したローラタイプの定着ローラが一般に用いられ
ている。

【０００３】この定着ローラは、ローラ径及びローラ長
さによっても異なるが、２〜５ｍｍ厚のアルミニウム製
の円筒の外周面に、非粘着性が良好なフッ素樹脂を１５
〜３０μｍの厚さに塗布して構成するのが一般的であ
る。

【０００４】複写機またはプリンタにおけるこのような
定着ローラに対する要望としては、第１に、常温から約
２００°Ｃの定着必要温度までの昇温速度ができるだけ
早いこと、すなわち複写機またはプリンタの電源投入か
ら使用可能状態になるまでの時間が短いこと、第２に、
ローラの長さ方向にわたって温度むらが少なく、転写体
表面に定着されるトナー画像に定着むらが無く、転写体
表面からトナー画像が剥離することが生じず、かつ転写
された画像の反射濃度に変化がなく均一なこと、第３
に、ローラの構造強度が高く、加圧ローラとの間に転写
体を挟んで搬送する際に加圧ローラによる変形によって
転写体にシワ等が生じないこと、第４に、耐久性が高い
こと、第５に、コストが安いこと等が挙げられる。

【０００５】上記第１及び第２の要望に対しては、定着
ローラの円筒状芯金の肉厚をできるだけ小さく、すなわ
ち薄くする方法が採用されている。しかしながら、円筒
状芯金としてアルミニウム素材を用いた場合には、ロー
ラ長さが３００ｍｍを越えると強度の点で最低でも２ｍ
ｍの厚みが必要になる。そして、厚み２ｍｍ、長さ３０
０ｍｍ、及び直径２５ｍｍのアルミニウム製円筒の外周
面に、フッ素樹脂を２０μｍの厚さに塗布して構成し、
内部中心部に１ｋＷの棒状ヒータを挿入した定着ローラ
について昇温時間を調べたところ、常温から２００°Ｃ
まで昇温させるのに、約５０秒程度かかった。

【０００６】この昇温時間を短くするためには、アルミ
ニウム製円筒の厚みを薄くするか、円筒の材質を熱伝導
性のよいものに変更すればよいが、厚みを薄くすると構
造強度が低下する。

【０００７】一方、材質を変更してアルミニウムに代え
て鉄製の円筒を用いる場合には、２ｍｍ厚のアルミニウ
ム製円筒と０．５ｍｍ厚の鉄製の円筒とが強度的に略等
価であるので、上記と同じようにして昇温時間を調べた
ところ、上記の約半分の２８秒程度であり、昇温時間が
かなり短縮できることが確認できた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
鉄製の円筒を用いた定着ローラの実機でのテストでは、
紙幅及び画像面積や位置が異なる転写紙を混合して通過
させると、定着画像のローラ長さ方向に対応する方向に
定着強度のむら及び反射濃度のむらが生じる、という問
題があった。この原因は、転写紙が定着ローラに接触す
ると、定着ローラから転写紙に熱が伝導し、定着ローラ
の転写紙との接触部分の温度が低下する一方、鉄の熱伝
導率が次の表１に示すようにアルミニウムの熱伝導率に
比較して低いため、ローラの長さ方向に熱が伝導しにく
く、接触部分の温度が速やかに上昇しないためである、
と考えられる。

【０００９】

【表１】 銀 ４３２ 銅 ４０３ 金 ３１９ アルミニウム ２３６ ニッケル ９４ 鉄 ８３．５ クロム １３ （０°Ｃでの熱伝導率κ 単位：Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1） 本発明は、上記問題点を解消するためになされたもの
で、定着画像のローラ長さ方向に対応する方向に定着強
度のむら及び反射濃度のむらが生じないようにした定着
ローラを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の定着ローラは、金属製円筒の周面に、金属製
円筒の熱伝導率より高い熱伝導率の金属層を形成したも
のである。

【００１１】本発明によれば、熱伝導率が低い金属製円
筒の周面に、熱伝導率が高い金属層を形成したので、定
着ローラの転写体との接触部分の温度が低下しても、熱
伝導率が高い金属層を介して定着ローラの長さ方向に熱
が伝導するため、接触部分の温度が速やかに上昇し、定
着画像のローラ長さ方向に対応する方向の定着強度のむ
ら及び反射濃度のむらを防止することができる。

【００１２】熱伝導率が高い金属層を形成する場合に
は、金属層を厚くすると定着ローラ表面の温度むらは解
消されるものの熱容量が大きくなって昇温時間が長くな
り、金属層を薄くすると昇温時間が短くなるものの定着
ローラ表面の温度むらが解消されなくなる。従って、熱
伝導率が高い金属としてどの金属を選択するか、厚みを
どの程度にするか、どのようにして金属層を形成するか
は、実験によって決定するのが好ましい。

【００１３】金属製円筒として鉄製円筒を用い、この鉄
製円筒の内周面に銅層を電気メッキで形成する場合に
は、鉄製円筒の厚みは０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ、好まし
くは０．５ｍｍであり、銅層の厚みは５μｍ程度が好ま
しい。

【００１４】また、定着ローラの外周面には、転写体を
剥離し易くするために、低粘着性の樹脂層を形成するの
が好ましい。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、金
属製円筒の周面に、金属製円筒の熱伝導率より高い熱伝
導率の金属層を形成したので、定着ローラの転写体との
接触部分の温度が低下しても、熱伝導率が高い金属層を
介して定着ローラの長さ方向に熱が伝導するため、接触
部分の温度が速やかに上昇し、定着画像のローラ長さ方
向に対応する方向の定着強度のむら及び反射濃度のむら
を防止することができる、という効果が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。本実施の形態による熱ローラ
定着装置を図１に示す。この熱ローラ定着装置は定着ロ
ーラ１０と加圧ローラ１２とを備えている。

【００１７】この定着ローラ１０は、０．５ｍｍ厚の鉄
製の円筒を芯金１４として用い、この芯金１４の内周面
に銅をメッキすることにより５μｍ厚の金属層１６を形
成して構成されている。芯金１４の外周面には、トナー
画像１７が定着された転写紙１８を剥離し易くするため
の低粘着性の剥離層であるフッ素樹脂層２０を通常の方
法で形成するする一方、芯金１４の内部に棒状ヒーター
２２を配設して構成されており、図示されないモーター
により回転駆動される。加圧ローラ１２は芯材として金
属ローラ２４の表面に弾性体層２６を形成することによ
り構成され、定着ローラ１０に圧接するよう対峙されて
いる。定着ローラ１０は熱ローラ定着装置の作動時、ヒ
ーター２２により加熱される。

【００１８】また、図示しないコロナチャージャーが定
着ローラに近接して配置されている。このコロナチャー
ジャーは図示されていない高圧トランスに接続されてお
り、定着ローラ回転時に高圧電流が通電され、定着ロー
ラ表面をトナー像保持電荷と同極性に帯電させる。これ
により、静電オフセットが防止できる。

【００１９】上記定着ローラに塗布するフッ素樹脂とし
ては、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリ
デン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化三フッ化エチレン（ＰＣＴ
ＦＥ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＥＦ）、四フッ化
エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エ
チレン−四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチ
レン−塩化三フッ化エチレン共重合体（ＥＣＴＥＦ）、
四フッ化エチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル
（ＰＦＡ）等があるが、非粘着性の点でＰＴＦＥ、ＰＦ
Ａが好ましく、これらを単独またはこれらの複合組成で
用いても良い。また、これらの単独または複合したフッ
素系樹脂にフェノール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン
ゴム、フッ素ゴム、エポキシ樹脂、イミド樹脂、アミド
イミド樹脂、ウレタン樹脂、フェニレンサルファイド樹
脂、パラバン酸アミド樹脂、エーテルイミド樹脂、エー
テルサルファイド樹脂、パラヒドロキシ安息香酸樹脂な
どのフッ素系樹脂以外の樹脂を混合してバインダーとし
ても良く、またはエラストマーを適量混合するようにし
ても良い。さらにこれらの樹脂の他に顔料、マイカなど
のフィラーが混合されていても良い。そして、これらの
成分はローラに塗布するにあたって粉末状塗料または水
系・有機溶剤系分散媒に分散させた液状塗料形態で使用
できる。

【００２０】上記では、メッキにより金属層を形成する
例について説明したが、熔射塗布により金属層を形成し
てもよく、鉄製の板と銅製の薄板とを張り合わせて形成
したクラッド板を加工して、内周面に金属層が形成され
たシームローラとしての芯金を構成してもよい。

【００２１】また、上記では芯金の内周面に金属層を形
成する例について説明したが、芯金の外周面、または内
周面と外周面との両方に電気メッキや熔射塗布により金
属層を形成してもよく、３層構造のクラッド板を加工し
て、内周面と外周面の両方に金属層が形成されたシーム
ローラとしての芯金を構成してもよい。

【００２２】上記のように、芯金の外周面に熔射塗布に
より金属層を形成することにより、金属層の表面が粗面
になるので、低粘着性の剥離層であるフッ素樹脂層の耐
久性が向上する。

【００２３】芯金の内周面に銅の金属層を形成する場合
には、金属層の表面を酸化させて表面のみ黒色の酸化第
二銅とすることにより、ヒーターからの熱吸収効率を向
上することができる。

【００２４】上記では、０．５ｍｍ厚の鉄製の円筒を芯
金として用いる例について説明したが、鉄製の円筒とし
ては厚み０．３ｍｍ、０．４ｍｍの円筒や、０．３ｍｍ
〜０．５ｍｍの範囲の円筒を用いることができる。

【００２５】また、上記では鉄と銅とを組み合わせた例
について説明したが、鉄と銀の組み合わせ、鉄と金の組
み合わせでもよく、芯金の内周面と外周面との両方に金
属層を形成する場合には、鉄と銅と銀、鉄と銅と金、鉄
と銀と金の組み合わせであってもよい。

【００２６】さらに、鉄に代えてクロム、ステンレスを
用いることができる。

【００２７】

【実施例】厚さ０．５ｍｍ厚の鉄製の円筒を芯金として
用い、芯金の内周面に電気メッキにより５μｍの厚さの
銅の金属層を形成し、芯金の外周面に２０μｍの厚さの
ＰＦＡの皮膜を形成した定着ローラを試作し、定着ロー
ラの端部を２０５°Ｃに加熱したシリコーンオイル浴に
浸漬し、オイル表面から２３、１０２、２０５ｍｍ離れ
た各点に熱電対を接触させて時間と共に変化する温度を
測定した。２３ｍｍ離れた点の測定結果を図２に示す。
比較例は、実施例と同じ大きさの鉄製の定着ローラであ
る。

【００２８】図から理解されるように、実施例は比較例
と比較して格段に温度上昇が早くなっている。

【００２９】また、上記の定着ローラの内部に１ｋＷの
棒状ヒータを収納して複写機にセットし、棒状ヒータに
通電したところ、室温から２００°Ｃまでの昇温時間
は、２５秒であり、未加工の鉄ローラと略同等の昇温時
間が得られた。

【００３０】さらに、転写紙としてＡ３からＡ５までの
サイズの数種類の紙を用い、主としてべた画像を作成し
て、温度むらの発生状況を試験した。その結果、むらの
点においても反射率の点においても従来のアルミニウム
を用いた定着ローラと何ら遜色ない結果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の熱ローラ定着装置の概略
断面図である。

【図２】実施例と比較例とのシリコーンオイル面から２
３ｍｍ位置での温度上昇カーブを示す線図である。

【符号の説明】

１０ 定着ローラ １２ 加圧ローラ １４ 芯金 １６ 金属層 ２０ フッ素樹脂層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属製円筒の周面に、該金属製円筒の熱伝
   導率より高い熱伝導率の金属層を形成した定着ローラ。