JPH1063127A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接触型の定着装置において、加熱定着ロール
構造体から熱を奪うことなく、トナーのオフセットを防
止するための離型剤を均一に加熱定着ロール構造体に塗
付できるようにする。 【解決手段】 シリコンオイルのような離型剤３６を加
熱定着ロール構造体１２に塗付するＲＡＭシステム１０
を有しており、硬質のドナーロール４２が加熱定着ロー
ル構造体１２とかみ合うように支持されてニップ５０を
形成している。加熱定着ロール構造体１２はドナーロー
ル４２により表面が変形している。定量化ブレード４４
はドナーロール４２と接触して、離型剤３６が付着した
ドナーロール４２の表面を平坦にする。ドナーロール４
２は加熱定着ロール構造体１２に離型剤３６を塗付する
唯一の部材である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゼログラフィ式複
写機に関し、特に加熱された定着部材との直接的な接触
により微粒子状の熱可塑性トナーを加熱加圧方式で定着
させる技術について離型剤を使用することに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ゼログラフィ式複写過程において、被複
写物の光像は静電潜像として感光部材に記録されるのが
一般的である。感光部材に記録された潜像はしかる後に
通常トナーといわれる検電式顕画剤により可視化され
る。可視化されたトナー像は、直接感光部材上に定着さ
れるか、または感光部材から平坦な用紙のような他の支
持体へ転写され、しかる後例えば加熱加圧方式などの多
くの方法の一つで定着される。

【０００３】加熱加圧方式により検電式トナーを支持体
上に固着すなわち溶融定着するためには、トナーの成分
が溶けてべとべとの状態になるまでトナーの温度を上げ
且つ同時に圧力を加えることが必要である。このような
処置により、トナーは支持体の繊維または細孔内に流れ
込むかそうでなくとも支持体の表面上まで流れてくる。
その後、トナーの温度が下がってくると、トナーが固化
して支持体と強固に結合される。このようにトナー像を
支持体に定着するために熱エネルギーと圧力を利用する
ことは、ゼログラフィ式記録技術とエレクトログラフィ
式記録技術のいずれにおいても、長年にわたり行われて
いる周知の技術である。

【０００４】加熱加圧方式により検電式トナーを支持体
上に定着させる方法の一つとして、トナー像を付着させ
た支持体を、少なくとも一方が内部から加熱された一対
の対向するローラー部材間に通す方法がある。この方式
の定着システムの稼働中においては、静電的にトナー像
が付着した支持体が一対のロール間に形成されたニップ
（ロール間隙）を移動していく。このとき、トナー像が
定着ロール(fuser roll)と接触することによりトナー像
がニップ内において加熱される。トナーに伝達される熱
を制御することにより、複写用紙から定着ロールへのト
ナー粒子のオフセット（裏移り）は、通常の使用環境で
は実際には起こらない。これは、ローラーの表面に与え
られる熱が、ローラー表面の温度をトナーの「ホットオ
フセット（高温裏移り）」温度以上にするほどの量では
ないからである。「ホットオフセット」温度になると、
トナーの画像領域にあるトナー粒子は液化し、溶けたト
ナーが分裂作用を起こして「ホットオフセット」が生じ
るのである。トナーの分裂は、粘性のあるトナーをかた
まりとして保持する凝縮力が、トナーを定着ロールのよ
うな接触面にオフセットさせようとする粘着力よりも小
さくなったときに生じる。

【０００５】しかしながら、時として、トナー粒子のオ
フセットは、定着ロールの表面にそれほどの熱が加えら
れていない場合でも起こることがある（即ち、「コール
ドオフセット（低温裏移り）」）。その理由は、定着ロ
ール表面の特性に欠点があったり、通常トナー粒子を複
写用紙に保持する静電力によるトナー粒子の複写用紙へ
の付着力が不十分であったりすることである。このよう
な場合、定着ロールに移ったトナー粒子は、その後複写
用紙がニップ内に存在しない期間内に対となるもう一方
のロール（バックアップロール）に転写される。また、
トナー粒子は、両面複写における溶融定着期間に定着ロ
ールおよび／またはバックアップロールにより、または
複写機の周囲から拾い上げられることもある。

【０００６】上述の諸問題、特に一般にオフセットとい
われる問題をできるだけ少なくするための一つの方法
は、定着ロールに「テフロン(Teflon)」の商標で知られ
るポリテトラフルオロエチレンの外面すなわち被膜を設
け、これにシリコンオイルのような離型剤を塗付する方
法である。ここで、「テフロン」の厚さは数ミル（１／
１０００インチ）のオーダーであり、シリコンオイルの
厚さは１ミクロン未満である。「テフロン」が定着ロー
ルの外面として用いられている場合には、比較的表面エ
ネルギーの小さいシリコン基剤（ポリジメチルシロキサ
ン）オイルを用いるのが適していることが判明してい
る。実際上、定着ロールの表面にシリコンオイルの薄い
層が塗付されると、ロール表面と支持体上のトナー像と
の間に界面が形成される。これにより、トナーが定着装
置のニップを通過するときに表面エネルギーの小さい層
がトナーに付与されることになり、それによってトナー
が定着ロール表面にオフセットするのを防止することが
できる。

【０００７】上述した構造の定着ロールは、上述した固
体「テフロン」外面又は被膜のような接着性の固体層
を、硬質の芯材または基体に適当な方法で被着させるこ
とで製造することができる。

【０００８】加熱された定着ロールにより溶融定着すな
わち固定された画像の品質を改善するために、定着ロー
ルの表面にシリコンゴムまたは「ビトン(Viton)」（弗
化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンの共重合
体を基剤とする一連のフルオロエラストマに対する E.
I.DuPont社の商標）を設けることにより、ロール表面に
順応性を高めることが行われている。この場合も「テフ
ロン」を被覆された定着ロールの場合と同様に、オフセ
ットを極力少なくしかつ離型を促進するために、シリコ
ンを基剤としたオイルのようなオイル離型剤が、シリコ
ンゴムまたは「ビトン」の表面に塗付される。これにつ
いては例えば米国特許第３,９６４,４３１号に記載され
ている。シリコンオイルをシリコンゴムまたは「ビト
ン」の表面に塗付する溶融定着システムにおいては、通
常、低粘度（即ち、１００〜１０００ｃｓ程度）のシリ
コンオイルが用いられる。

【０００９】時において、ロール式の定着装置の一部と
してドナーロールＲＡＭ（releaseagent management :
離型剤制御）システムが用いられてきた。このＲＡＭシ
ステムについては、１９８０年７月２９日に発行された
ラビン・モザーの米国特許４,２１４,５４９号に開示さ
れている。この特許明細書には、トナーが熱可塑性樹脂
であるときに、トナー像を複写基体に固定するための加
熱加圧式の定着ロール装置が図示されている。上記装置
は内部から加熱される定着ロールを具備しており、この
定着ロールは加圧ロール（バックアップロール）と協働
することでニップを形成し、このニップを画像が定着ロ
ールと接触しつつ複写基体が通過していく。２つのロー
ルのうちでは加圧ロールのほうが柔らかく、そのため、
より硬い定着ロールがより柔らかい加圧ロールをへこま
せることによりニップが形成される。上記の加熱される
定着ロールの特徴は、低粘度の高分子離型液が塗付され
る、例として非常に薄いシリコンゴムまたはビトン材か
ら作られた外層すなわち外面にある。上記の離型液は液
溜めに蓄えられており、その液溜めから定量化ロールと
ドナーロールによって離型液が分配される。定量化ロー
ルは液溜め内の離型液と接触しており、ドナーロールは
定着ロールの表面と接触している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ウイック方式（一端が
離型液内に浸漬された当て材(wick)から離型液を滲み出
すようにし、この当て材が加圧ローラと定期的に接触す
るようにした方式。米国特許第３,７１６,２２１号記
載）と比べた場合、ドナーロールＲＡＭ方式によると、
１枚の複写用紙はもちろん長期間にわたる多数の複写用
紙であっても、優れた均一性で離型剤を塗付することが
できる。しかし、ドナーロールＲＡＭ方式の大きな欠点
は、稼働中のみならず待機中においても定着装置に大き
な熱的な負荷をかけることである。また、上記米国特許
第３,７１６,２２１号のように加圧ロールに離型液を塗
付するために上述の当て材を用いると、離型液は薄い層
としてではなく液滴または小滴として塗付される。

【００１１】一方、上述した米国特許第４,２１４,５４
９号に開示されているような３つのロールを用いるシス
テムは、必要な部品数の点でコスト的に問題があるだけ
でなく、接触する定着ロールから熱を奪うほど熱容量(t
hermal mass)が大きい。

【００１２】そこで、本発明の目的は、加熱される定着
ロールから熱を奪うことなく離型剤を均一に塗付するこ
とができるＲＡＭシステムを有する定着装置を提供する
ことである。また、本発明の別の目的は、構成部品数を
最小化してＲＡＭシステムの単位製造原価(ＵＭＣ : Un
it Manufacturing Costs)を下げることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の定着装置は、最
小限の部品で構成されており且つ離型剤を定着ロールに
直接塗付することができるＲＡＭシステムを備えてい
る。そのために、加熱定着ロールと接触する硬いドナー
ロールが設けられており、上記定着ロールの表面は比較
的摩擦係数が大きくドナーロールにより変形可能となっ
ている。また、ドナーロールはシリコンオイルの液溜め
に配置された当て材と接触している。さらに、ドナーロ
ールと接触している定量化ブレードは、液溜めから拾い
上げられたシリコンオイルが定着ロールと接触する前
に、ドナーロール上でのシリコンオイルの厚さが一定に
なるようにする。なお、ドナーロールは定着ロールが回
転するのに伴って回転する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図１に基づいて本願発明の
定着装置の好適な一実施の形態について説明する。本実
施の形態における離型剤制御（ＲＡＭ）システム１０
は、加熱加圧式の定着装置１４の加熱定着ロール構造体
１２に離型剤を塗付するものである。定着装置１４は、
加熱定着ロール構造体１２のほかに、非加熱の加圧ロー
ル（バックアップロール）構造体１５を備えている。周
知のように、加圧ロール構造体１５は加熱定着ロール構
造体１２と協働してニップ１６を形成しており、トナー
像２０が形成された複写基体１８がニップ１６を通過す
る。この際、トナー像２０は加熱定着ロール構造体１２
と接触しており、その間周知の方法で加熱定着ロール構
造体１２と加圧ロール構造体１５との間に力が加えられ
て両者の間に圧力が発生することにより、加圧ロール構
造体１５の作用で加熱定着ロール構造体１２が変形して
ニップ１６が形成される。

【００１５】複写基体１８がニップ１６から抜け出る
と、複写基体１８は多くの引き出し装置（図示せず）に
より加熱定着ロール構造体１２から引き出される。しか
る後、複写基体１８は溶融定着装置１４が組み込まれた
機器（図示せず）の出口に向かって所定の経路を自由に
進行する。

【００１６】加熱定着ロール構造体１２は、シリコンゴ
ムおよびビトン被覆膜のような熱伝導性のよいエラスト
マー材の比較的厚い層２４を外面に有する硬質の芯材２
２を備えている。層２４の厚さは０．１０〜０．３０ｃ
ｍ（０．０４０〜０．１２０インチ）程度であり、ビト
ンの被覆膜の厚さは０．００１〜０．００５ｃｍ（０．
０００５〜０．００２インチ）程度である。

【００１７】加熱定着ロール構造体１２の表面温度を計
測するために接触型の温度センサ２６が設けられてお
り、温度センサ２６は通常用いられる回路（図示せず）
とともに加熱定着ロール構造体１２の表面温度を例えば
摂氏１６３〜２０４度（華氏３２５〜４００度）程度の
所定温度に維持する働きをする。

【００１８】さらに温度センサ２６は硬質の芯材２２の
内部に配置された放射式の水晶ヒータ２８のオン・オフ
それぞれの期間を制御する。上述の回路からの指示によ
り水晶ヒータ２８のスイッチが入れられると、水晶ヒー
タ２８は硬質の芯材２２に熱を放射し、その熱が加熱定
着ロール構造体１２の外側にある層２４の表面にまで伝
導していく。

【００１９】加圧ロール構造体１５は金属製の肉厚壁状
芯材３２を備えており、肉厚壁状芯材３２には比較的薄
い層３４が付着している。層３４の材料は、例えば、エ
チレン−プロピレンジエンモノマーのようなテルポリマ
ーエラストマーであり、この材料は、エチレンとプロピ
レンと少量の非共役ジエンとの立体特異性線状テルポリ
マーを基剤とした通常ＥＰＤＭといわれるもので、これ
にはＰＦＡの薄い被膜が形成される。本実施の形態で
は、加圧ロール構造体１５は、ＰＦＡの比較的薄い層３
４が付着された金属製の肉厚壁状芯材３２を備えてい
る。加熱定着ロール構造体１２と加圧ロール構造体１５
との相対的な位置関係のため、両者の間に所要の圧力が
加えられると、加熱定着ロール構造体１２の層２４はよ
り硬い非加熱の加圧ロール構造体１５によって変形させ
られる。

【００２０】加熱定着ロール構造体１２の層２４は粘着
性を示しやすく、そのためトナー像２０を形成するトナ
ー剤との親和性は小さいが、液溜め３８内に蓄えられた
離型剤３６で層２４を被覆するのが望ましいことが分か
っている。離型剤３６にはシリコンオイルのような高分
子離型剤が含まれている。

【００２１】離型剤制御（ＲＡＭ）システム１０は、加
熱定着ロール構造体１２の表面を被覆するために設けら
れている。ＲＡＭシステム１０は、ドナーロール（定量
化ロール）４２と定量化ブレード（羽根状体）４４と当
て材４６とを備えている。

【００２２】ドナーロール４２はその一部が離型剤３６
に浸されており、加熱定着ロール構造体１２と接触する
状態で回転可能に支持されている。図示の通り、ドナー
ロール４２は、離型剤３６を液溜め３８から加熱定着ロ
ール構造体１２の表面まで運ぶ機構を備えている。ドナ
ーロール４２は、４−３２ＡＡ仕上げの表面を有する耐
摩滅性の金属であることが好ましい。上述のように、ド
ナーロール４２は回転可能に支持されているが、ドナー
ロール４２の回転は時計方向に駆動される加熱定着ロー
ル構造体１２により引き起こされる。（加熱定着ロール
構造体１２に適当な入力トルクを与えて）ドナーロール
４２を回転させるためには、ドナーロール４２が加熱定
着ロール構造体１２を変形させ、それにより両者の間に
ニップ５０が形成される必要がある。このニップ５０が
存在するために、ドナーロール４２から加熱定着ロール
構造体１２に離型剤３６が受け渡される。ニップ５０の
好適な長さは０．２５ｃｍ（０．１０インチ）である。

【００２３】当て材４６は離型剤３６内に完全に浸漬さ
れており、ドナーロール４２の表面と接触している。当
て材４６は、ドナーロール４２が回転しているときにそ
の表面に空気層が形成されるのを防ぐ空気シールを形成
する役割がある。もし当て材４６がなければ、離型剤３
６内に浸されたドナーロール４２の表面と同程度まで空
気層が拡がることになり、それによりドナーロール４２
と離型剤３６との接触が妨害されることになる。

【００２４】定量化ブレード（ワイパーブレード）４４
は好ましくは断面が１．９×０．３２ｃｍ（３／４×１
／８インチ）のビトンで出来ており、ドナーロール４２
と同一の長さを有している。定量化ブレード４４の端部
は、０．００２〜０．０２５ｃｍ（０．００１〜０．０
１０インチ）の範囲でドナーロール４２と接触してい
る。定量化ブレード４４は、ドナーロール４２によって
巻き上げられた離型剤３６が所定の厚さとなるように定
量化する機能を有している。ここでいう所定の厚さと
は、複写１回当たりに離型剤が数マイクロリッター消費
されるような厚さを意味する。

【００２５】上述した本発明の一実施の形態では、加熱
定着ロール構造体１２の外径が２（インチ）程度である
ときに、ドナーロール４２の外径は１である。ただし、
本発明はこれに限られるものではなく、寸法比の変更に
よっても満足のいく結果が得られることは言うまでもな
い。

【００２６】次に、本実施の形態の定着装置の動作につ
いて説明する。加熱定着ロール構造体１２は、モータ６
０および適当な駆動機構（図示せず）により回転する。
ドナーロール４２は加熱定着ロール構造体１２との摩擦
により駆動される。なお、さらに直接駆動を行なってド
ナーロール４２を回転させてもよい。ドナーロール４２
によって巻き上げられ定量化ブレード４４により定量化
されたシリコンオイル（離型剤３６）は、加熱定着ロー
ル構造体１２の表面に塗付される。ＲＡＭシステム１０
のドナーロール４２は加熱定着ロール構造体１２に対す
る熱容量が小さい。つまり、本実施の形態では、ドナー
ロール４２の構造体が加熱定着ロール構造体１２の変形
可能な表面に接触しているので、加熱定着ロール構造体
１２の変形可能な表面に直接シリコンオイルを塗付する
ためには、表面が硬質のロールが一つだけあれば十分な
のである。また、上述した米国特許第４,２１４,５４９
号では加熱定着ロール構造体から定量化ロールに適度の
トルクを与えるためにドナーロールが変形可能でなけれ
ばならなかったが、本実施の形態によるとそのような制
約が不要となった。

【００２７】

【発明の効果】本発明の定着装置によると、加熱定着ロ
ール構造体から熱を奪うことなく離型剤を均一に加熱定
着ロール構造体に塗付することができる。また、本発明
の定着装置は、構成部品数が最小限ですむので単位製造
原価が低い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態である加熱加圧式の定
着装置の側面概略図である。

【符号の説明】

１０ 離型剤制御（ＲＡＭ）システム、１２ 加熱定着
ロール構造体、１４溶融定着装置、１５ 加圧ロール構
造体、１６，５０ ニップ、１８ 複写基体、２０ ト
ナー像、２２ 芯材、２４，３４ 層、２６ 温度セン
サ、２８ 水晶ヒータ、３２ 肉厚壁状芯材、３６ 離
型剤、３８ 液溜め、４２ ドナーロール、４４ 定量
化ブレード、４６ 当て材、６０ モータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱定着ロール構造体を有しており、上
   記加熱定着ロール構造体は加圧ロール構造体と協働して
   ニップを形成しており、上記ニップをトナー像を担持す
   る複写基体が通過する際に上記トナー像が上記加熱定着
   ロール構造体と接触するようになされた接触型の定着装
   置において、 上記加熱定着ロール構造体の外面に形成された変形可能
   な層と、 上記層が変形するように上記加熱定着ロール構造体と接
   触する回転可能に支持されたドナーロール構造体と、 上記層に離型剤が運ばれ得るように上記ドナーロール構
   造体と接触する位置に配置された離型剤供給源と、 上記ドナーロール構造体上の上記離型剤を定量化する手
   段とを備えていることを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 上記定量化する手段がブレードを備えて
   いることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 【請求項３】 上記離型剤にシリコンオイルが含まれて
   いることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。