JPH11219055A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期ならびに長期にわたって安定して定着回
転体へのトナーの付着を確実に防止しつつ、色の再現
性、ＯＨＰシートの光透過性を損なうことがなく、定着
後の記録材の接着性、加筆性を保つことができる画像形
成装置の定着装置を提供する。 【解決手段】 互いに圧接され回転する一対の定着回転
体を有し、電子写真プロセスによって記録材上に形成さ
れたトナー像を上記一対の定着回転体の圧接部へ通過さ
せることによって定着させる画像形成装置の定着装置に
おいて、上記定着回転体の表面基盤の表面粗さＲが、Ｒ
＜２００［ｎｍＲｚ］である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は複写機、プリンタ等の
電子写真方式の画像形成装置に関し、より詳しくはその
定着装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から複写機、プリンタ等の電子写真
方式の画像形成装置の定着装置としては、ロール状やベ
ルト状の互いに圧接する一対の定着回転によって定着を
行なうものがよく知られている。すなわち、電子写真プ
ロセスによって記録材上に形成された未定着トナー像を
一対の定着回転体のニッブ部を通過させ、その際に定着
回転体からの熱と圧力との作用によってトナー像を記録
材上に定着させ、永久像を得るものである。また、定着
回転体としてはロール状のものや無端ベルト状のものが
知られている。

【０００３】このような定着装置において、従来から問
題であったのがトナーの定着回転体への付着（オフセッ
ト）である。すなわち、一対の定着回転体のニップ部を
通過する際に未定着トナーが融解状態となるため、接触
する定着回転体へ付着しやすい。そのため、記録材自体
が定着回転体から剥離されずジャムを引き起こしたり、
定着回転体に付着したトナーが後続の記録材を汚染して
しまう等の問題があった。

【０００４】そのため、シリコーンオイル等の離型剤を
各種の離型剤供給装置によって定着回転体表面に塗布す
ることが行なわれている。しかし、この離型剤を余りに
多く塗布しては、画像欠陥、特にフルカラー画像の色の
再現性が劣る、ＯＨＰシートの光の透過性が劣る等の問
題が生じ得る。

【０００５】そこでこれらの問題を解決するために、本
出願人は、特開平５−１１９６５９号公報において離型
剤供給装置を構成するドナーロール及びピックアップロ
ールに表面粗さを規定することによって、定着回転体へ
の離型剤塗布量を１５〜４０［μｌ／記録材片面］に規
制する技術を、特開平６−３０８８４９号公報において
ドナーロールとピックアップロールとの回転に速度差を
設けることによって、定着回転体への離型剤塗布量の下
限を６［μｌ／記録材片面］に規制する技術を提案して
きた。

【０００６】さらに、本出願人は定着後の記録材に粘着
テープを接着させやすくするため、定着後の記録材への
加筆をし易くするために、ピックアップロールの特性と
その表面粗さとを規定することによって離型剤塗布量を
長期間にわたって安定して微量（２．５［μｌ／記録材
片面］以下）に規制する技術について既に出願している
（特願平９−１４５５３２号）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この技術によって、色
の再現性、ＯＨＰシートの光透過性を損なうことがな
く、さらに定着後の記録材の接着性、加筆性を保つこと
ができる。しかし、これほどまでに離型剤塗布量を微量
に規制すると、離型剤を塗布する本来の目的であるトナ
ーの定着回転体への付着を防止することが難しくなる場
合もある。

【０００８】本発明はこのような要請に基づいてなされ
たものであり、その目的とすることろは、初期ならびに
長期にわたって安定して定着回転体へのトナーの付着を
確実に防止しつつ、色の再現性、ＯＨＰシートの光透過
性を損なうことがなく、定着後の記録材の接着性、加筆
性を保つことができる画像形成装置の定着装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、互いに圧接さ
れ回転する一対の定着回転体を有し、電子写真プロセス
によって記録材上に形成されたトナー像を上記一対の定
着回転体の圧接部へ通過させることによって定着させる
画像形成装置の定着装置において、上記定着回転体の表
面基盤の表面粗さＲが、Ｒ＜２００［ｎｍＲｚ］とする
ものである。

【００１０】定着装置をこのような構成とすることによ
って、定着回転体への離型剤の塗布量が例えば２．５
［μｌ／記録材片面］以下のような微量であっても、ト
ナーの定着回転体への付着（オフセット）を初期ならび
に長期にわたって確実に防止することができる。すなわ
ち、本発明者は定着回転体の表面、それも基盤表面の微
細な表面粗さがオフセットの発生と関係することを突き
止め、さらに、極微量の離型剤の塗布量においても、確
実にオフセットを防止することができるその基盤表面の
微細な表面粗さを特定することに成功した。

【００１１】ここで定着回転体にはロール状、無端ベル
ト状等の形状が含まれる。また、定着回転体の表面基盤
とは、定着回転体の表面のうち、その表面を構成する充
填材の凝集塊ならびに研磨傷による凹凸を除いた部分を
いう。

【００１２】また本発明は、互いに圧接され回転する一
対の定着回転体を有し、電子写真プロセスによって記録
材上に形成されたトナー像を上記一対の定着回転体の圧
接部へ通過させることによって定着させる画像形成装置
の定着装置おいて、上記定着回転体の表面基盤の表面粗
さの初期値をＲ’［ｎｍＲｚ］、当該定着装置によって
定着させた記録材の累積枚数をＴ［１０００枚］とし
て、Ｒ’＋１．３３Ｔ＜Ｒ＜２００［ｎｍＲｚ］の条件
で使用する定着装置である。

【００１３】定着装置をこのような構成にすることによ
って、定着させた記録材の累積枚数によって間接的に定
着回転体の表面基盤の表面粗さの状態を知ることがで
き、定着回転体への離型剤の塗布量が例えば２．５［μ
ｌ／記録材片面］以下のような微量であっても、オフセ
ットが発生しない定着回転体の製品寿命を予測すること
ができる。すなわち、本発明者は定着回転体の表面基盤
の表面粗さと定着装置の定着させた記録材の累積枚数と
の関係を特定することに成功した。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。 実施例１ 図１は本実施例にかかる定着装置を示すものである。図
１において、１は定着装置であり、この定着装置１は、
加熱ロール１１と、張架ロール１５ａ、ｂによって張ら
れた無端ベルト１２を介してこの定着ロール１１に圧接
する圧力ロール１３と圧力パット１４とから成ってい
る。

【００１５】この加熱ロール１１の芯部分は、外径４６
ｍｍ、内径４０ｍｍのアルミニウム円筒である。この芯
部分の表面には、厚さ２ｍｍ、硬度４５°のシリコンゴ
ムが被覆され、さらにその表面に厚さ２μｍのバイトン
ゴム（デュポン社製、商品名）がコーティングされてい
る。また、無端ベルト１２は、厚さ７５μｍ、幅３００
ｍｍ、周長１８８ｍｍのポリイミドフィルムに厚さ１７
０μｍのシリコンゴムがコーティングされている。この
無端ベルト１２は、ステンレスで形成された直径２３ｍ
ｍの加圧ロールとそれぞれ直径１８ｍｍ、１７ｍｍの張
架ロール１５ａ、ｂとによって４９．８Ｎの張力で巻回
されている。また、加圧ロール１３は３５．３Ｎの力で
無端ベルト１２を介して加熱ロール１１に押し当てられ
ている。

【００１６】この無端ベルト１２の表面基盤の表面粗さ
ＲはＲ＝１００［ｎｍＲｚ］（＜２００［ｎｍＲｚ］）
である。また、この測定長さは２５μｍである。なお、
一般的な標準基準長（２５０μｍ）よりも測定長さを短
くしたのは、定着回転体の表面を研磨処理しているた
め、その研磨処理による凹凸部を避けて計測するためで
ある。その他の点についてはＪＩＳハンドブックに記載
の方法で計測される。この表面粗さの測定には原子間力
顕微鏡（島津製作所製、ＳＰＭ−９５００）を用いた。
図２にその測定結果の模擬的な３次元表面図を示す。こ
のように、定着回転体（無端ベルト１２）の表面には表
面を構成する充填材の凝集塊による凸部や、定着回転体
（無端ベルト１２）を研磨する際にできる研磨傷による
凹部などがあるが、これらを除いた表面基盤の粗さを計
測する。なお、原子間力顕微鏡によれば、凝集塊による
凸部、研磨傷による凹部と表面基盤との区別は、前述の
電子間力顕微鏡によればテレビモニターの画面上に測定
表面が表示されるため、容易にその観察、区別が可能で
ある。

【００１７】また、図２の矢印で示すように、計測方向
は定着回転体が本実施例のようにベルト状のもの、ロー
ル状のものを問わず研磨方向と同方向に計測する。図３
はその計測される部分（計測部）を示したものである。
図３（ａ）は定着回転体がベルト状のものの場合の計測
部を示しており、図３（ｂ）は定着回転体がロール状の
ものの場合の計測部を示している。なお、何れの図でも
計測部は一点のみを示しているが、実際には軸方向に記
録材通過紙部両サイド、中央の三箇所、さらにそれぞれ
の周方向に１２０°ステップに三箇所、合計９ヶ所の計
測部の平均により計測を行なっている。

【００１８】なお、本実施例では加圧ロール１３の表面
粗さについては規定を設けていない。これはトナーと直
接接触することがなく、オフセットが問題とならないた
めである。

【００１９】上記加熱ロール１１及び圧力ロール１３
は、その内部に収容されたヒータ８、９によって所定の
温度に加熱される。なお、本発明にかかる離型剤供給装
置が適用される定着装置はこのような加圧側の構成を無
端ベルトによって構成したものに限定されるものでな
く、例えば加熱ロールと加圧ロールによって定着を行う
ものであってもよい。

【００２０】上記加熱ロール１１の近傍には、その表面
にシリコーンオイル等の離型剤を微量（２．５［μｌ／
記録材片面］以下）に塗布する離型剤供給装置２が設け
られている。

【００２１】この離型剤供給装置２は、表面が互いに接
触して回転するピックアップロール（第一のロール）２
１及びドナーロール（第二のロール）２２とを備え、ピ
ックアップロール２１にシリコーンオイル（以下、単に
「オイル」という）を供給するとともに、このピックア
ップロール２１に供給されるオイルをドナーロール２２
を介して加熱ロール１１の表面に供給するものであり、
ピックアップロール２１の表面には表面層２１１を設
け、その表面粗さをＲａ≦０．２３［μｍＲａ］となる
ように設定し、ドナーロール２２の少なくとも表面を弾
性体で構成したものである。

【００２２】また、ピックアップロール２１に塗布した
オイルを均一に適正量に制御するためにメタリングブレ
ード２３をピックアップロールと平行に所定の圧力で圧
着している。さらに、オイルを補給するために、ピック
アップロール２１等と平行にオイル供給パイプ２４が設
けられ、そのオイルを受け止めるためにピックアップロ
ールに接して設けられるフェルト２５、余剰なオイルを
溜めておくためにピックアップロール２１、メタリング
ブレード２３等の下方に設けられるオイルパン２６から
成る。

【００２３】さらに詳しくは、この離型剤供給装置２
は、表面が互いに接触して回転するピックアップロール
２１とドナーロール２２とを備え、ピックアップロール
２１は、ステンレス製の円筒の表面に表面層２１１とし
て硬質クロムメッキ加工を施し、直径１９．５ｍｍの円
筒としたものであり、その表面粗さＲａは０．０６［μ
ｍＲａ］（≦０．２３）とである。また、ドナーロール
２２はステンレス製の円筒に弾性体層として硬度５１°
のシリコンゴム層（表面粗さＲａ＝１．５［μｍＲ
ａ］）を設け、直径２０ｍｍの円筒としたものである。

【００２４】なお、このドナーロールの被覆ゴムの硬度
Ｈｓは、余りに低くてはピックアップロール２１に紙粉
等で傷が生じた場合にトナーロール２２自体が傷ついて
しまう。一方、余りに高くてはドナーロール２２を加熱
又は加圧ロール軸方向に均一に圧接させることが難しく
なってしまう。したがって、ドナーロールの被覆ゴムの
硬度Ｈｓは２８°≦Ｈｓ≦６５°であることが好まし
い。また、このドナーロール２２は、ピックアップロー
ル２１の表面にも接する共に、定着装置１の加熱ロール
１１にも接している。

【００２５】また、ピックアップロール２１に塗布した
オイルを均一かつ適正量に制御するためのメタリングブ
レード２３は、シリコーンゴムによって形成されてお
り、所定の圧接力でピックアップール２１に圧接するよ
うにピックアップロールの長手方向全長にわたって配設
されている。このメタリングブレード２３は、ピックア
ップロール２１の表面に圧接する部分が面取り等の処理
がされてない角部（エッジ部）を有するものである。そ
の角部のピックアップロール２１に対するくい込み量は
０．９ｍｍである。

【００２６】また、オイル供給パイプ２４から供給され
るオイルをしみ込ませるフェルト２５の材質はノーメッ
クスフェルト（千代田インテグラ製、商品名）である。
なお、オイル供給パイプ、フェルト２５、メタリングブ
レード２３の下方には余剰なオイルを受けるためのオイ
ルパン２６が設けられている。

【００２７】上記ドナーロール２２は、加熱ロール１１
とピックアップロール２１とに圧接し、従動するように
なっている。また、本実施例では加熱ロール１１とピッ
クアップロール２１とを同一の回転駆動源とするもので
ある。

【００２８】以下、本実施例にかかる定着装置の動作に
つてい説明する。加熱ロール１１及びピックアップロー
ル２１を回転駆動させることにより、加熱ロール１１と
ピックアップロール２１との間に回転自在に設置された
ドナーロール２２は、それらの回転に従動して回転を始
める。すると、フェルト２５にしみ込んでいるオイル
は、まず、ピックアップロール２１の表面に塗布され
る。このピックアップロール２１の表面に付着したオイ
ル１３は、ピックアップロール２１の表面粗さとメタリ
ングブレード２３によって一定量に規制され、所定の厚
さを有する膜状になる。このオイルの膜は、ピックアッ
プロール２１に接触するドナーロール２２の表面に転移
し、さらにドナーロール２２に接触する加熱ロール１１
の表面に塗布供給される。この加熱ロール１１に供給さ
れるオイル量はトナーの加熱ロール１１への付着を防ぐ
とともに、定着後の記録材への接着性、加筆性を損なわ
ない量である２．５［μｌ／記録材片面］に制限され
る。なお、余分なオイルは、オイルパン２６内に戻され
る。

【００２９】このような量の離型剤が塗布された加熱ロ
ール１１は、無端ベルト１２との間にニップ部を形成し
ており、そのニッブ部の未定着トナー像を保持した記録
材が搬送される。このニップ部を通過される際に、その
熱と圧力との作用によって定着トナーが融解し、記録材
へ定着し、永久像となる。なお、この際、加熱ロール１
１には表面基盤の表面粗さを規定しており、さらに離型
剤の膜が形成されているため、融解状態のトナーがオフ
セットすることはない。

【００３０】また、加熱ロール１１の周長が熱膨張のた
めに変化し、一定の角速度で加熱ロール１１が回転して
も、その周速度が変化する場合がある。このような場合
にあっても、ドナーロール２２が回転自在に設置されて
いるため、変化した周速度に追従して回転するため、加
熱ロール１１とドナーロール２２との周速度に誤差が生
じにくく、供給するオイルの量が少なくてもステッィク
リップ、バックラッシュといった現象が起こらないた
め、結果として画質の欠陥が生じにくくなる。

【００３１】さらに、加熱ロール１１とピックアップロ
ール２１とを同一の駆動源によって回転駆動しているた
め、部品数が少なくなり、このような定着装置及びその
離型剤供給装置を安価に提供することができる。

【００３２】本実施例では定着回転体（加熱ロール１
１）の表面基盤の表面粗さを規定することによって、微
量の離型剤しか塗布されていない状態でもオフセットを
確実に防止することができるものであるが、その表面粗
さを特定するための実験を行なった。また、その表面粗
さは上述のように原子間力顕微鏡によって計測されるも
のであるが、使用中の定着回転体の表面粗さを計測する
ことは困難である。そこで、定着された記録材の累積枚
数とその表面粗さとの関係を特定する実験を行なった。

【００３３】次に上記実験の内容とその結果について説
明する。

【００３４】実験１（表面粗さの特定） 定着回転体の表面基盤の表面粗さが１００から３００
［ｎｍＲｚ］までの８種類の定着回転体を作成し、その
際のオフセットの発生について実験を行なった。なお、
定着装置の構成は実施例において説明したものと同様で
ある。また、定着回転体の作成は従来から周知のサンデ
ィングマシーンと呼ばれるロール表面研磨装置により行
なった。

【００３５】

【表１】

【００３６】その実験の結果を示したものが表１であ
る。オフセットが発生しながった場合は○を、発生した
場合には×を付けている。このように、定着回転体の表
面基盤の表面粗さが２００［ｎｍＲｚ］以上の場合には
オフセットが発生し、２００［ｎｍＲｚ］未満の場合に
はオフセットが発生しなかった。

【００３７】実験２（定着枚数との関係） 表面基盤の表面粗さの初期値Ｒ’が、Ｒ’＝１００［ｎ
ｍＲｚ］の定着回転体を使用した定着装置によって定着
を行ない、その定着した記録材の累積枚数をＴ［１００
０枚］として、Ｔが１０、２０、３０、４０、５０、６
０、７５の際の定着回転体の表面基盤の表面粗さＲ順次
測定し、図４に示すようにＲ＝Ｒ’＋１．３３Ｔの関係
式を得た。

【００３８】この実験により、定着回転体の表面基盤の
表面粗さＲ［ｎｍＲｚ］と定着の累積枚数Ｔ［１０００
枚］とが一次線型の関係を有し、その比例係数が１．３
３であることが明らかになったため、表面基盤の表面粗
さの初期値Ｒ’と定着された累積枚数とによって、定着
回転体の寿命を原子間力顕微鏡等によって実際にその表
面粗さを計測しなくても予測することができる。例え
ば、初期値Ｒ’＝１００［ｎｍＲｚ］の定着回転体は
（２００−１００）／１．３３≒７．５２で約７５００
枚迄は離型剤の塗布量が微量であっても確実にオフセッ
トを防止して定着を行なうことができることが分かる。

【００３９】なお、比較のために従来の定着回転体の表
面基盤の表面粗さを計測し、それを図４のグラフ上にＰ
₁ 〜Ｐ₄ としてプロットした。これら、従来のものはい
ずれも２００［ｎｍＲｚ］を越えており、離型剤が微量
ではオフセットが生じるおそれがあることが分かる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１に
記載の発明によれば、定着回転体への離型剤の塗布量が
微量であっても、トナーの定着回転体への付着（オフセ
ット）を初期ならびに長期にわたって確実に防止するこ
とができる。またその結果、離型剤の塗布量を微量に制
限することが可能となるため、色の再現性、ＯＨＰシー
トの光透過性を損なうことがなく、定着後の記録材の接
着性、加筆性を保つことができる。

【００４１】請求項２又は３に記載の発明によれば、定
着装置の定着させた記録材の累積枚数によって間接的に
定着回転体の表面基盤の表面粗さの状態を知ることがで
き、定着回転体への離型剤の塗布量が微量であっても、
オフセットが発生しない定着回転体の製品寿命を予測す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本実施例にかかる定着装置を示す構成
図である。

【図２】 図２は定着回転体の３次元表面の模式図であ
る。

【図３】 図３は定着回転体の計測部を説明するもので
ある。。

【図４】 図４は定着回転体の表面基盤の表面粗さと定
着枚数との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…定着装置、１１…加熱ロール、１２…無端ベルト
（定着回転体）、１３…圧力ロール、１４…圧力パッ
ト、１５ａ，ｂ…張架ロール、２…離型剤供給装置、２
１…ピックアップロール、２１１…表面層、２２…ドナ
ーロール、２４…オイル供給パイプ、２５…フェルト、
２６…オイルパン 計測部 定着回転体（ベルト状） （ａ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに圧接され回転する一対の定着回転
   体を有し、電子写真プロセスによって記録材上に形成さ
   れたトナー像を上記一対の定着回転体の圧接部へ通過さ
   せることによって定着させる画像形成装置の定着装置に
   おいて、 上記定着回転体の表面基盤の表面粗さＲが、Ｒ＜２００
   ［ｎｍＲｚ］であることを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 互いに圧接され回転する一対の定着回転
   体を有し、電子写真プロセスによって記録材上に形成さ
   れたトナー像を上記一対の定着回転体の圧接部へ通過さ
   せることによって定着させる画像形成装置の定着装置お
   いて、 上記定着回転体の表面基盤の表面粗さの初期値をＲ’
   ［ｎｍＲｚ］、 当該定着装置によって定着させた記録材の累積枚数をＴ
   ［１０００枚］として、 Ｒ’＋１．３３Ｔ＜２００［ｎｍＲｚ］ の条件で使用することを特徴とする定着装置。