JPS5961863A - 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】 本発明は未定着画像（例えば粉体像）を支持する像支持
材又は、未定着部のような被加熱体を加熱処理して定着
する加熱定着装置に関し、装置に関する。

従来、この種の装置には熱を有効に利用し又定着ローラ
表面の熱分布を安定するだめに、加熱源を定着ローラ内
部に設けた加熱定着ローラが多用されている。

この加熱定着ローラとして本発明者は先に実願昭５６−
１８１２７４号で薄肉の定着ローラを提案した。これは
従来のものよシ熱容量が小さく、熱の応答性が高いだめ
所定温度に達するまでのウェイトタイムが短縮できる効
果を有するものである。

一方、加熱定着ローラは熱伝導の良い金属ローラを八本
として構成されている。金属ローラは大量生産されるが
、安価で製品のバラツキを少なくするため引抜き法や鍛
造法等により成形される。このようにして成形された金
属ローラの内面は、表面平滑性が特に良い。この平滑性
は金属ローラの厚みを規定するのに都合良く又大量生産
に適している。

従来の加熱定着ローラは強度面や熱保有性を考慮して比
較的厚い肉厚の金属ローラを有している。この厚い肉厚
は大きな熱容量を意味し、内部加熱源からの熱を徐々に
吸収でき、定着時の熱損失に対しても定着ローラ表面の
温度変化を大きくしないといつだ利点がある。しかしそ
の反面ウェイトタイツ、が長くかかり、温度調整に対す
る反応性が鈍いという大きな欠点がある。

又とのローラにとって内面の表面平滑性は定着ローラ長
手方向に関する熱分布を均一化するといった利益を生ん
でいた。その反面端部域の熱放出による昇温は見逃がせ
ない事実であった。

ところが、肉厚の厚い従来の加熱定着ローラの欠点を解
決するために、前述した肉厚の薄い金属ローラを用いた
場合、ローラ表面の温度上昇は早くなるが、その一方で
、ローラ内・外部が前述の場合よりも異常に昇温しでし
寸うという問題が発生し７た。この問題ｒ、−ｆ、ロー
ラ内部の加熱手段を過熱してその耐久性を劣化す１７め
る４１党、定着装置内を急速に高温化し装置内の安全機
構（例えばヒユーズ）を作動せしめて使用不能状態にし
てＬｔう。さらに加熱定着ローラを円筒状の両端開放型
にした。用台、特にこの問題は大きな障害と汗って１７
オう。又、加熱手段が発熱体への常、力供給接点を両端
部に有している場合は、端部からの熱放出により異常昇
温しで接点が断線してし才うことも多々見られた。この
問題は回転体端部表面での熱損失や温度低下を防止する
ため端部域でのヒータ配光を中央部より強めた場合さら
に大きい問題となる。

本発明者がこの問題を究明した結果、この原因は薄肉の
ローラ内面、特にローラ端部域が表面平滑性であること
が判明した。つまり厚い肉厚ローラの場合わずかに利点
となって作用していた内面の表面平滑性が薄肉のローラ
では欠点となって作用している訳である。

本発明は上記のように加熱源からの熱が回転体端部から
無駄に放出されることによる問題点を解決することを目
的とし、加熱源からの熱を回転体に有効に吸収せしめ、
回転体端部域における昇温を抑制できる加熱装置を提供
するものである。

そのだめの本発明は、回転体の端部域における回転体内
表面が回転体中央域における熱吸収率より高い熱吸収率
を有するように粗面度をより向上させたことに特徴を有
する。この粗面度なる語句は、同程度の粗面において、
単位長さ当りにある凹凸数又は、凹凸の谷部と山部との
差の大小の少なくとも一方を含むものである。

以下本発明を図面を参照しながら説明する。

第１図乃至第３図は夫々本発明に適用される加熱定着用
回転体の一例の説明図であり、第４図は本発明の一実施
例の説明図である。

第１図のＲは以下の行稈によって成形さｉｚた定着ロー
ラである。

寸ずアルミニウム（ＪＩＳＡ５０５６　）材を圧延引抜
き法によって内面を搾準にし外径に削りしろを残す形で
均一内径の円筒を製造する。この後外径を切削して肉厚
ｄが１６ｔ、長さｔ、外径ｒの円筒ローラとする。との
時の円筒「１−ラ内面の和さけ１μ以下のものでほとん
ど鏡面状態にある。

次に円筒ローラの内面が数μ〜１（）μ程度の和さとな
るように粗面処理を施す。本例では円筒ローラの均一内
径に適合する円朴形の金属ブラシを通過せしめ、内面全
体が３μ程度のほぼ均一な粗面と々るように凹凸化する
。この後端部域内面Ｓ２にさらに粗面処理を施し８μ程
度とした。

との粗面処理としてはサンドペーパー、ブローヂ、ブラ
スト等（てよる処理や旋盤加工又は酸或いはアルカリに
よる化成処理等が適している。

第２図（４）、　（Ｂ）　、　（Ｃ）にはこの定着ロー
ラＲの粗面度を拡大表示１７である。第２図（４）は引
抜き法により製造した均一内径円筒の内面粗面度を示す
。これは数多くの凹凸を有しているが１μｍ程度以下で
あり、熱反射性が極めて大きく熱吸収率が小である。第
２図（Ｙ３）は第１図の中央域内面Ｓ１の粗面度を示す
。この粗面度は３μｍの凹凸を多数有するものであるが
第２図（５）よりも凹凸数は減少しているが凹凸の谷部
と山部との大小差は大きくなり表面積は増大［７ている
。つまり第２図（ト））は第２図（４）よりも粗面度が
大である。第２図（０は第１図の端部域内面Ｓ、の粗面
度を示す。

この粗面度は８μｍの凹凸で第２図（５）より少なく第
２図（Ｂ）よりは多く有している。しかし凹凸の谷部と
山部との大小差は第２図（５）、（Ｂ）よりも犬きくな
り同時に表面積が増大し７でいる。つ゛まり第２図（Ｃ
）は、第２図囚、（Ｂ）より粗面度が大である。

次に第３図で本定着ローラＲの効果←こついて説明する
。図中曲線人は本定着ローラＲの外表面温度分布を示し
、曲線Ｂｔ土中央部域と端部域共に３１ｔｍの粗面度と
した定着ローラの外表面温度分布を示す。尚ヒータは端
部と中央部の配光が等しいフラットな分布をもったもの
を用いた。

曲線Ｂは端部域で大きく温Ｕ「降下しており中央域に比
べ１０〜１５℃も低い。そしてローラ長全体に不均一な
温度分布とフ仁っている。つ寸ｐ端部城における熱は定
着ローラに吸収されずにローラ外の空気又回゛部材を列
部せしめている。

これに対し曲ｆｆ＠Ａは端部域で５℃程度の温度降下し
か見らオ］ず全体として口は均一な温度分布が得られて
いる。つ寸り端部域での熱は効率よく定着ローラ、Ｒの
端部に吸収され、ローラ外の空気又は部材の昇温は極力
抑制される。

端部にいくに従って凹凸の山と谷の間隔を深くあるいは
さらに山の数を増やし、あらし方の度合を大きくするこ
とは、以下のような効果がさらにある。

内部加熱源としてハロゲン・ヒーターのようなガラス管
にフィラメントを封入して製造するヒーターの場合、そ
の電極部はガラスの中から引き出されたフィラメントの
一部を絶縁性のセラミックで保持して電極としている場
合が多い。

が劣るのが一般的である。そのために、ヒーターを被加
熱物に対し長めにして、接続部の温度を少しでも低い位
置で使用する工夫がなされている。仁の場合、被加熱物
より長くするだめにそれだけ装置を大きくしなければな
らないとかの不都合を生じていた。

しかし、端部での凹凸を増すことによシ端部ことか可能
となった。さらにより機器を小型化するとか、耐熱性に
かけるコストを低減することができるようになる。

同様に、ローラ一端部よりの大気への放熱が通常多いも
のも本例によれば端部でより熱の吸収効率を向上できる
。従って、他へ逃げてしまう熱を少なくできるので従来
のように、逃げる熱計だけ多めに供給するヒーターを作
る等の配慮も従来より軽減された。

また、端部でのヒーターの熱の供給量を増すことで端部
に電極を有するヒーターの場合、上述ａのヒーター電極
部付近での耐熱性を著し７く悪くしていたものをヒータ
ーの耐熱量を特に増やすことなく、被加熱物の熱の吸収
効率をかえることで対処することが可能となったので、
その効果は大きい。

例えば本実施例の効果を図面に示せば第３図のＦ方にあ
るように定着ローラーＩ＋の長手方向の長さの範囲内に
ヒータ４１のフィラメント部３２と、フィラメント部３
２と電力供給部３１とを結合する接合部３ｏを設けるこ
とができる。

これによりローラ長手方向に関して、装置を小型化でき
る。

上記本定着ローラは前述した構成において薄肉の円筒ロ
ーラを有しているので以下のような効果もある。

この定着ローラＲの内部中心に１．２ＫＷのハロゲンヒ
ータを加熱源として用い、設定温度１８（１℃に玄で加
熱すると井にこの温度に定着ローラ表面を保って温度調
節を行った。この結果の基準値としては薄肉（１，６ｔ
）の円筒ローラで内面に屈面処理を施していない、はぼ
鏡面の状態の定着ローラを同一条件で加熱制御したもの
を用いる（以下基準ローラと称す）。

設定温度１８０℃に達する捷での時間は故準ローラで約
２０秒と従来よりも非常に早いが、本定着ローラＲでは
さらに約２秒短縮でき約１８秒となった。つまり本定着
ローラＲでは熱の吸収効率が向」二できウェイト時間を
短縮できる。

温度調節中のローラ表面における温度変化は本定着ロー
ラＲの方がより安定した変化を示した。又、定着プロセ
ス作用中において各ローラ端部域から５咽離れた地点で
の温度は、基準ローラが２００℃であるのに対し、本定
着ローラＲでは４０度も低い１ｆｉ（＋　’Ｃで安定し
でいた。これで明らかなように加熱源からの熱は広阜ロ
ーラよりも本定着ローラＲの金属層、特に端部域に効率
よく吸収される。つまり加熱定着ローラ周辺及び装置内
の異常昇温を抑制できると共に加熱源自体の異常昇温に
よる劣化を防上できる。。

従って１１１１熱源の耐熱性部材に耐熱性の低い材料を
１巽択でへることを可能とし、全体として安価で長寿命
の定倍装置ｊｑを桿倶できる。さちに安全機構としての
温度ヒユーズやサーモスイッチにより低温域で反応する
規格のものを使用できるので安全に計が向上さ′ｉする
。

一ヒ記結果から明らかｋように、イ（定着ローラＲにお
いては加熱源からの熱的応答性が高いたを達成でき、温
調を簡甲かものにできる。例えば本発明者が先に提案し
た制御方法（時間と温度上昇分を一次関数的にしだもの
）が適用できる。

次にこの定着ローラＲを定着装置に組み込んだ例を第２
図で説明する。

第２図において１ｄ１第１図で説明した粗面ンヒータ）
を有する肉厚ｄの金属ローラ５の表面に離型性＃、覆層
６を設けたものである。２は加熱定着ローラ１に圧接す
る加圧ローラで、回転中心軸となる芯金７上に一液性Ｒ
Ｔ　Ｖシリコーンゴムのプライマー７２を塗り、その」
二にシリコーンスポンジからなるスポンジ層（独立気孔
を多数有する）８を接着させ、さらにＩｌＴ　Ｖシリコ
ーンゴムを塗ってなる弾性ＰＪＱσ）層９を有している
ものである。この加圧「１−ラ２の表面ｔま、一般にＲ
Ｔ　Ｖ　（室温加硫型）シリコーンゴムを塗った後ロー
ラとしての形状を整える為研摩ｌ−２仕上げだものであ
る。

又、頒熱定着ローラ１の離型性被覆層６に（ｄ１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、オフセット防止液塗
布手段３（図のように、シリコーンオイル含浸部材１０
と防害部材１２と連続多孔質部材１１とを有す）が当接
し゛〔いる。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Ｑ 尚、本図において２５け定着ユニット（前記（“ｊ・ｖ
成）を一体的に保持し装置の上部をカバーする支持上ワ
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ットの支持下ワク２６を着
脱可能に支持している。２８は両像ＪＩソ成１々置内の
固定ワクで、サーミスタ１３．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って形成されたトナーｆ
象Ｔを有する紙Ｐけ、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かも
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。

本実施例では金属ローラ５への径ｒが２５罪に対し肉厚
ｄは２．５　ｔｍとしである。

この弾性被覆層９はスポンジ層８よりも薄い層厚であシ
、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。

本例では常時、加熱定着ローラ１と加圧ローラ２の間に
１５に９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等の記録材がローラ間等
に停止してしまうような異常時（ジャム時）に圧解除（
ゼロ又は数に、／＝　）を目的として行なわれる。

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１３．が板バネ２４によっ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１３．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。尚
２９は、安全機構としてのヒユーズで装置内の異常温度
を検知して加熱手段４への通電を断つ。

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、一方、加熱定着
ローラ１は前述し、だ粗面処理によって内表面が凹凸化
されているので加熱源からの熱を効率よく吸収する。特
に端部域では非常に効率が上がる。この熱１νｌ収の割
合はリプを設けたものや鏡面状態のものに比べはるかに
速いものである。即ち、加熱定着ローラ１の表面が設定
温度に達するまでの時間が短縮されると同時に加熱手段
４からの熱がローラ１の開口（はぼ均一径のローラであ
るため従来よりも大きい）から逃げて装置内を異常昇温
させるのを防止できる。

加熱定着ローラ１の表面が加熱されている間、前述した
構成の加圧ローラは以下のように加熱ローラ表面の加熱
を助長すると共に全体として立上り時のウェイトタイム
を短縮化する０マス加圧ローラ２のスポンジ層の効果に
ついて説明する。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に比べて非常に小さい
。つまり、加熱定着ローラー１が加圧口−２２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。

上記構成によりそのスポンジ層８よシも被覆層９の方が
熱伝導性が高くなっているので立上り時のウェイトタイ
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、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、ソリッド単体のものよりも変形１７易く、又、
ローラ間の圧接部を広くとれる。

との圧接部において、一般に加熱定着ローラの熱は加圧
ローラ側に伝導して加熱定着ローラの所定温度に達する
までの時間を長くする。しかし、本例では上記加圧ロー
ラ２の構成により、薄い被魚層９だけに熱が早く伝わり
、逆に定着ローラ１の母線方向の熱伝達を助ける。これ
によって加熱定着ローラ１の加熱状態はローラｌ印体の
時よりも全体の温度」口外は均一化さノ］、全体とｌ〜
でのウェイトタイムを大幅に短縮できる（本例では１０
〜１５秒程度のウェイトタイム）。

又、定着作用或いは次の定着に入る寸での待機中、定着
可能状態に維持するための熱は、薄い金属ローラ５と薄
い被覆層９を加熱するだめの必要量のみで良いだめ、定
着ローラ表面を設定温度に保つための電力は従来よりも
少なくて済む。同時に加熱定着ローラ１の内表面では、
その凹凸化された部分にローラの温度変化を防ぐための
熱的バリヤ一層が形成されているので加熱定着ローラ１
の表面の急激な温度低下を防止でき熱の供給を即応させ
ることができる。つまり、ウェイトアップタイムを早め
、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った。

従って、単位時間当りにトナーによる熱量が同一でも、
長時間安定した接触加熱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。この際支持利の一例で
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
形伏等に加工する処置がとられていないにもかかわらず
発生しなかった。

ここで加熱定着ローラ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
、定着装置全体のウェ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だめ
の強度計■は通當行方われる。

しかしながら、所定の強度を得るように肉厚を設定して
も内面を粗面処理しても加熱定着ローラ単体ではその表
面における温度分布が不均一になることがあり、定着性
がわずかに低下することを見出しだ。これを解決し７、
ウェイトアッ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人変動し浄いだけの
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
。

本発明者はこの肉厚ｄに関して回転体の外径ｒ（−）に
対して５　　≦ｄ≦　ｒの式に適合するｒ　　　　　　
　　　　１０ ものが好ましく、単体ローラとしてのＩＩＭＩ＋方向の
熱移動性を考慮すると一！−影くｄ≦−ニーのものでｒ
　　　　　　　　　　１０ あるととかさらに好ましいととを見い出した。

さらにこの肉厚ｄは外径ｒが３０胛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３緯以下であれば、好ましい熱伝導性を得られること
をも見い出しだ。

尚、加熱定着ローラの素相がアルミニウム製の場合は塩
酸で腐蝕処理する方法が最も好ましい０ 本発明は第１図で示した両端を大きく開口した開放ロー
ラのような回転体に特に有効である。

なぜならば、熱吸収率の低い開放ローラを用いた場合は
開放ローラ自体が加熱享れるよりもローラ開口から散逸
する熱によって定着装懺内が異常昇温しで熱損失が大き
いばかりが、装置内のヒユーズがすぐに融けて装置が停
止してしまうという問題があり、本発明はこれを解決す
る効果をも有しているからである。本発明は上記実施例
に限定されず、その技術思想を同じくするものすべてを
含む。

以上説明したように本発明は熱吸収効率が高く且つウェ
イトタイムを減少させ、安価で且つ信頼性、耐久性の高
い加熱定着ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図（４）、　（Ｂ）　、　（Ｃ）及び第３
図は夫々本発明に適用できる定着用回転体の説明図、第
４図は本発明の一実施例の説、明図である。 工は加熱定着ローラ、２は加圧ローラ、４は加熱手段、
５は金ＦｔＩｉｒ＋−ラ、６は離型性被覆層、８はスポ
ンジ層、９は弾性被覆層、Ｒ一定着ローラ、Ｓｌは中央
部域内面％　Ｓ２は端部域内面。 出願人　　キャノン株式会ネ１ 代理人　　丸　島　ｆ４−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 端部域における粗面度が中央部域の粗面度よりも大きい
   内表面を有する回転体と該回転体内部に設けられる加熱
   手段とを有することをＩｆ￥徴とする加熱定着装置。