JPH01263677A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、加熱溶融性のトナーを用いて転写材上に画像
を形成し、これを加熱定着処理する画像形成装置に関す
る。

［従来の技術］ 従来、この種の装置に用いられている定着装置は、所定
の温度に維持された加熱ローラと、弾性層を崩して該加
熱ローラに圧接する加圧ローラとによって、未定着のト
ナー画像か形成された転写材を挟持搬送しつつ加熱する
ローラ定着方式か多用されている。しかしながら、この
種の装置では、加熱ローラにトナーが転移するいわゆる
オフセット現象を防止するために、加熱ローラを最適な
温度に維持する必要かあり、加熱ローラあるいは加熱体
の熱容量を大きくしなければならなかった。すなわち、
加熱ローラの熱容量か小さい場合には、発熱体による供
給熱量との関係により通紙あるいは他の外的要因で加熱
ローラ温度か低温側あるいは高温側に大きく変動し易く
なる。低温側に変動した場合には、トナーの軟化溶融不
足によって、定着不良や低温オフセットを生し、高温側
に変動した場合には、トナーか完全に溶融してしまいト
ナーの凝集力か低下するために、高温オフセットを生ず
る。

かかる問題を回避するために、加熱ローラの熱容量を大
きくすると、加熱ローラを所定の温度まで昇温するため
の時間か長くなり、装置の使用の際に待機時間か大きく
なるという別の問題か生ずる。

かかる問題を解決する方策として、米国特許節３，５７
８．７！１７号に開示されているように、（ｐトナー像
を加熱体でその融点へ加熱して溶融し、 ■溶融後、そのトナーを冷却して比較的高い粘性とし、 ■トナーの付着する傾向を弱めた状態で加熱体ウェブか
ら剥す、 という過程を経ることによって、オフセットを生ぜずに
定着する方法が知られている。

上記公知の方法では、これに加えて加熱体に対して、ト
ナー像及び転写材を加圧圧接することなしに加熱する方
式をとっているので、転写材を加・熱する必要かなく他
の方法に較べてはるかに少ないエネルギーでトナーを溶
融できるとしている。

しかしながら、周知のごとく加圧圧接させることなく加
圧体に接触した場合は、熱伝達効率か低下し、トナーの
加熱溶融に比較的長時間を要する。

そこて特願昭４７−２５８９６号では、これに公知の加
圧圧接技術を付加して熱伝達効率の向上を図りトナーの
加熱溶融を短時間でしかも十分に行うことが提案されて
いる。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、この特願昭４７−２５８９６号ては、ト
ナーの加熱を比較的短時間でしかも十分行えるようにす
るために、 ■一対の加熱体の間にトナー像及び転写材を加圧挟持さ
せて加熱し、 ■加熱を停止して後強制的に冷却する、方式をとってい
るので、定着に要するエネルギーか大きくなるという不
都合を生ずる。すなわち、一対の加熱体により加熱させ
ることによりトナー像は上下から加熱されるので一見効
率的に考えられるが、逆にトナー像を転写紙側から加熱
するには、先づ転写材を十分に加熱することか必要であ
り、そのためにかえって大きなエネルギーが必要となる
。さらに、冷却工程においてはトナー像を加熱する際に
加熱昇温した転写材をも冷却しなければ分離できず、強
制的な冷却手段が必要となっておりエネルギーの無駄が
大きい。

以上のように、−旦加熱したトナーを冷却した後に分離
することにより、高温オフセットを生ずることなく定着
する方式が提案されているが、上記のごとくの欠点を伴
うために実用化されていない。

上記２つの提案例では加熱体は加熱ローラ及びこれによ
り送られるウェブと加熱ローラに内蔵された発熱源とに
よって構成されていて加熱はウェブを介して行われ、ウ
ェブの搬送ローラとしての゛　機能を有している。この
ため、発熱源への給電方法や温度検知素子の当接支持の
形態か複雑化し、また、温度制御の精度も悪くなりがち
であった。

さらには、温度検知素子か加熱ローラと摺動する構成て
は断線による過昇温が生ずる等安全上の問題もあった。

しかも、上述２例の場合ともに比較的大きな熱容量の加
熱体を必要とするために、機内への放熱か増大し、機内
昇温か著るしくなるという不都合もあった。

本発明は、上述の従来装置の有していた問題点を解決し
、定着不良やオフセットを生ずることなく加熱体の熱容
量を小さくすることを可能とし、その結果、待機時間や
消費電力、さらには機内昇温の小さい画像形成装置を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的の達成のために、 加熱溶融性の樹脂等により成るトナーを転写材上に担持
せしめて、未定着のトナー画像を形成する画像形成手段
と、 加熱体に対向圧接しつつ回転駆動されかつトナーの融点
よりも低い温度に維持されてる加圧ローラを用いて、上
転写材の搬送速度と同一速度で移動する定着フィルムを
介して上記転写材を加熱体に密着させることにより、転
写材上の未定着トナー画像を」二記加熱体で溶融せしめ
た後、トナー画像か冷却固化した上て定着フィルムと転
写材とを離反する加熱定着手段とを有する、ことにより
構成される。

［実施例］ 以下、添付図面にもとづて未発１月の実施例を説明する
。

先ず、本実施例装置の画像形成装置の概略構造を第１図
に基づいて説明すると、１はガラス等の透明部材よりな
る原稿載置台て、矢印ａ方向に往復動して原稿を走査す
る。原稿載置台の直下には短焦点小径結像素子アレイ、
２が配されていて、原稿蔵置台１上に置かれた原稿像Ｇ
は照明ランプ７によって照射され、その反射光像は上記
アレイ２によって感光トラム３上にスリット露光される
。なおこの感光ドラム３は矢印す方向に回転す　、る。

また４は帯電器であり、例えば酸化亜鉛感光層あるいは
有機半導体感光層３８等を被覆された感光ドラム３上に
一様に帯電を行なう。この帯電器４により一様に帯電さ
れたドラム３は、素子アレイ２によって画像露光か行な
われた静電画像か形成される。この静電潜像は、現像器
５により加熱で軟化溶融する樹脂等より成るトナーを用
いて顕像化される。一方、カセットＳ内に収納されてい
るシートＰは、給送ローラ６と感光トラム３」−の画像
と同期するようタイミングをとって上下方向て圧接して
回転される対の搬送ローラ９によって、ドラム３上に送
り込まれる。そして、転写放電器８によって、感光トラ
ム３上に形成されているトナー像は、シートＰ上に転写
される。その後、公知の分離手段によってトラム３から
分離されたシートＰは、搬送ガイド１０によって定着装
置２０に導かれ加熱定着処理された後にトレイ１１上に
排出される。なあ、トナー像を転写後、トラム３上の残
留トナーはクリーナ１２によって除去される。

第２図は本実施例の上記定着装置２０の拡大図である。

同図において、２１は加熱体で、アルミナ等の耐熱性て
かつ電気絶縁性の基材またはそれを含む複合部材より成
る基材の下面に、幅１６０　ｇ　ｒａ、長さ（紙面に直
角な方向の長さ）２１δｌｌ１１で例えばＴａ２Ｎ等よ
り成り、加熱部には搬送方向に直角成分をもって配され
た線状もしくは帯状の発熱体２８を有し、さらにその表
面に摺動保護層として例えば、Ｔａ２Ｏ，か形成されて
いる。加熱体２１の下面はモ滑でありかつ前後端部は丸
味を帯びていて加熱部（加熱面）を形成しており定着フ
ィルム２３との摺動を可能にしている。該定着フィルム
２３は、ＰＥＴを基材とし、耐熱処理を施した例えば約
９牌ｌ厚に形成され、矢印Ｃ方向へ送り出し可能にフィ
ルム送り出し軸２４に巻回されている。上記定着フィル
ム２３は加熱体２１の表面に当接し、曲率の大きな分離
ローラ２６を介してフィルム巻取り軸２７に巻き取られ
る。

上記加熱体の発熱体２８は熱容量か小さく、パルス状に
通電されて、その都度瞬時に２６０°Ｃ前後まて昇温す
る。転写紙Ｐの先端、後端を転写紙検知レバー２５及び
転写紙検知センサー２９で検出することにより、発熱体
２８はタイミンクを取って必要時に通電を受ける。その
際、画像形成装置の給紙センサーなとによる転写紙の位
置検知等を用いて。

発熱体への通電を制御しても良い。

一方、加圧ローラ２２は、金属等より成る芯材上にシリ
コンゴム等より成る弾性層を有するものであり、駆動源
（図示せず）により駆動されて、搬送ガイド■０によっ
て導かれた未定着トナー画像Ｔを有する転写材Ｐを、該
転写材Ｐと同一の速度で移動する定着フィルム２３を介
して加熱体に密看させている。ここで、加圧ローラ２２
の搬送速度は、画像形成時の搬送速度とほぼ同一である
ことか好ましく、定着フィルム２３の移動速度は、それ
に準する値て設定される。

本実施例においては、上記発熱体２８は、瞬時に昇温す
るので、予備加熱か不要てあり、非定着時における加圧
ローラへの伝熱は少ない。また、定着時においても、定
着フィルム、トナー画像、転写材が発熱体２８と加圧ロ
ーラ２２との間に介在し、かつ発熱時間が短いことによ
って温度勾配を急激なものとすることかできるため、加
圧ローラ２２は昇温しにくく、実用上必要とされる程度
の連続的な画像形成を行ってもその温度はトナーの融点
以下に維持される。

かかる構成の本実施例装置にあっては、転写紙Ｐ上の加
熱溶融性のトナーより成るトナー画像は先ず、定着フィ
ルム２３を介して、加熱体２１によって加熱溶融され、
特にその表層部は融点を大きく上回り完全に軟化溶融す
る。その際加圧ローラ２２によって加熱体、定着フィル
ム、トナー画像、転写材は良好に密着されており効率的
に熱伝達される。

しかる後、加熱体２１の発熱が停止するとともに、転写
材か搬送されて、発熱体位置から移動して離れるにつれ
て、トナー画像は放熱して再び冷却固化し、曲率の大き
な分離ローラ対２６を通過した後に定着フィルム２３は
転写紙Ｐから離反される。その際、本実施例では加圧ロ
ーラ２２の温度はトナーの融点よりも低く維持されてい
るので、トナー画像の放熱を促進することが可能である
。このため、冷却に要する時間が短くて済み、装置を小
型化することができできる。

上述のように、トナーＴは一旦完全に軟化溶融した後、
再び固化するので、トナーの凝集力は非常に大きくなっ
ていて、−団となって挙動することになる。また、加熱
されて軟化溶融された際に加圧ローラ２２によって加圧
されるため、少なくともトナー像Ｔの一部は転写材表層
に浸透してそのまま冷却固化しているので、定着フィル
ム２３にオフセットすることなく転写材Ｐ上に定着され
る。

本発明の加熱体（加熱部）は本実施例でも明らかなよう
に小型のもので十分でありそのため熱容量が小さくなり
、予め加熱部を昇温させる必要がないので、非画像形成
時の消費電力も小さくすることができ、また機内昇温も
防止できることとなる。

また、かかる本実施例では、定着フィルム２３として薄
くて安価なＰＥＴフィルムを基に耐熱処理を施したもの
を用いることか可能なので、第２図のごとく定着フィル
ム２３は巻取り方式で使用後に交換する形態を採ること
ができる。すなわち、所定長さのフィルムを巻いたロー
ルをフィルム送り出し軸２４にセットし、加熱体と加圧
ローラ及び分離ローラ対の間を通して巻取り軸２７にフ
ィルムの先端を固着する。かかる方式を採った場合は、
定着フィルムセンサーアーム３０とセンサー（図示せず
）で定着フィルムの残量を検出してフィルムが終端近く
なった場合に使用者に警告表示ないしは警告音で定着フ
ィルムの交換を促すようにするのかよい。そして、定着
フィルム２３の交換の際には、加熱体と加圧ローラ、分
離ローラ対とをそれぞれ離間させるように、回転軸３１
を中心に第３図のごとく開閉可能にすることが望まれる
。本実施例では、定着フィルム２３を上記のごとく巻取
り交換方式で、定着フィルムの耐久性に関係なく、薄膜
化することが可能となり、低電力化することができる。

また、本実施例では前述のごとく定着フィルムへのオフ
セットが生じないので、定着フィルムの熱変形や劣化が
小さければ１巻取った定着フィルムを再び使用すること
が可能であり、自動的に巻戻したりあるいは巻取側と送
出側とを交換するなどして複数回使用しても良い。

また、本実施例では分離ローラ２６を設けることにより
、該分離ローラまでの間加圧状悪でのトナー像Ｔの冷却
時間を十分確保し、しかも上記分離ローラ２６の曲率な
大きくすることによって定着フィルム２３と転写材Ｐと
の分離を容易にするとともに、前述の効果に相乗して分
離部におけるオフセットを防止することができる。ただ
し、本実施例では、加圧ローラ２２によりトナー像の冷
却が促進されるので、加熱部２８及び定着フィルムの熱
容量が十分小さく、かつ定着処理速度が小さい場合には
、分離ローラ２６のごとき特別な手段を設けずとも、転
写材Ｐが加熱部を通過後の短い範囲でトナー像Ｔは冷却
するので１本実施例で示した分離ローラ２６を省略して
も、オフセットのない定着処理が可能となる。すなわち
、トナー像を一旦加熱し軟化溶融させた後再び放熱固化
した後に定着フィルムと転写材とを分離できればよい。

次に、本実施例装置による実施結果を具体的数値をもっ
て示す。キャノン株式会社製ＰＰＣＰＣ−３０（商品名
）川のワックス系トナーを用いて、トナー画像Ｔを形成
し、定着処理速度的１５ＩＩＩＩＩ／ＳでＡ４サーイズ
紙１枚当たり約２０００Ｗ−３の発熱量となるように、
１０ｍ５毎に２ｍｓの割合てパルス状加熱して定着テス
トを行なったところ、実用上全く問題のない画像か得ら
れた。この通電によって発熱層は約２６０°Ｃ前後まで
昇温し、熱容量が小さいので８ｍｓの通電休止により降
温する。このことから加熱体を加温するための待時間は
不要となる。また、本実施例では、パルス状加熱するこ
とにより、定着に必要な熱エネルギーをその都度与えて
いるので、加熱部をその部熱容量が小さく立ち−ヒりか
非常に早い発熱体を周期的にほぼ同等の温度を示すよう
にすることが比較的容易にできる。さらに、連続的に定
着処理を行う場合には、発熱のためのパルス幅を順次小
さくしてゆくなどして、加熱部の異常な高温側へのシフ
トを防止することもたやすい。上記の場合、トナー層Ｔ
の温度は。

従来高温オフセットを生ずると言われている温度を瞬間
的であっても超えているが、前述のごとく、再度十分に
冷却固定化した後に定着フィルム２３と転写材Ｐとが離
れるのでオフセットとはならない。加熱された際に本実
施例て使用されたトナーの生成分であるワックスは約８
０°Ｃの融点てあり、また、溶融時の粘度も低いために
２６０°Ｃ前後の加熱体により加熱されると、従来の加
熱定着装置では、転写材に溶融したトナーが浸透しすぎ
て画像の滲み、または裏写りといった不都合を生ずるこ
ととなってしまい１−ナーの低融点化の妨げとなってい
たか、本実施例では、発熱体２８の熱容量か小さくかつ
、加熱時間が短いために温度勾配か大きいので、転写紙
の表層のみを短時間しか加熱しないので、１−ナーの過
浸透によって生ずる上記の弊害はない。

第４図は、本発明の他の実施例の画像形成装置に適用さ
れる加熱定着装置の断面図である。なお、前実施例と共
通部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例では、有端の定着フィルム２３の代わりに耐熱
性の無端フィルムを採用しており、この無端定着フィル
ム４０は何度も加熱され、かつトナー層Ｔとの接触も繰
り返される。このため、離型性に優れ耐熱性の高いＰＦ
Ａ樹脂を基材として：１ＯＪＬＪ厚の無端シートを形成
しである。上記無端定着フィルム４０は、駆動軸４１に
よって転写材の搬送速度と同一の周速度となるように駆
動され、無端定着フィルム４０に張力を与えるように付
勢されたアイドラー４２とによって緊張されつつ回転駆
動される。

加熱体２１はその基材の温度を検出するための温度検知
素子４３か設けられてあり、さらには、安全装置４４と
して温度ヒユーズあるいはサーモスタットか配設されて
おり、過昇温か防止されている。

また、本実施例における加熱体２１への通電のタイミン
グは、画像形成手段において発生する信号を基にして制
御されている。本実施例の定着処理速度（画像形成時も
同一）を５０ｍｍ／ｓとして、前実施例に較べて高速化
しているので、発熱体２８の幅（加熱幅）を３００　Ｊ
Ｌｍと大きくし、かつ発熱体への通電の時間を変えて５
ｍｓ毎に１．２５ｍ５の割合で、Ａ４サイズ紙１枚当た
り約２４００’＃−３の発熱を行なった。ここて発熱体
の最大温度は約３００°Ｃを超える程度てあり、また発
熱体２８の電力密度が前実施例よりも大きくなっている
こと、さらには上述の熱量か短時間に与えられること等
から、発熱体２１自身の昇温（蓄熱）か前実施例の場合
に比して大きくなるので、本実施例では加熱体２１の支
持材に設けた前述の温度検出素子４３の検出値に応じて
、通電パルスの幅を調整している。すなわち、加熱体２
１の基材温度が高い場合には、通電パルスの幅を小さく
して、発熱体自身の異常昇温を防止している。さらには
、前述の安全装置４４か所定の温度以りになった場合に
は、発熱体２８への通電を遮断している。

ここて、転写材及びトナー像Ｔの降温も前実施例に比し
て不利になっている。すなわち、定着処理速度を大きく
したことによって、発熱体の温度を高くし、かつ１枚当
たりの発熱量も大きくなり、さらには加熱後分離するま
ての時間も小さくなる等の不利を解消するために、フィ
ルムの離間まての間に冷却固化させる冷却手段か必要と
なる。例えば、無端定着フィルム４０に当接させたアル
ミニウム製の放熱板４５であり、発熱体２１と分離ロー
ラ２６との間に設けられている。冷却手段はこの他に送
風ａ等を用いても良い。本発明の加圧ローラは前述のご
とく冷却の効果をも担っているのて、本実施例のごとく
高速化した場合には加圧ローラ２２の冷却の必要となる
。本実施例では加圧ローラ冷却ファン・１９を設けて加
圧ローラに送風し、トナーの溶融点よりも低い温度に維
持している。また、分離部には分離爪４６を配し、転写
材の巻き伺きを防止し、また無端定着フィルム４０上に
付着した紙粉等の異物を除去するためにフェルトからな
るクリーニングパッド４７を当接させている。また、フ
ェルトバッドに若干の離型剤、例えばシリコーンオイル
を含浸させて、無端定着フィルム４０の離型性を向上さ
せても良い。さらに、本実施例では絶縁性のＰＦＡ樹脂
を用いているので、トナー画像を撹乱する静電気が定着
フィルムに発生し易いので、これに対処するために接地
した除電ブラシ４８で除電している。ここで接地せずに
ブラシにバイアス電圧を印加してトナー画像を撹乱しな
い範囲で、無端定着フィルムを帯電させても良い。さら
にＰＦＡ樹脂に導電性の粉体繊維、例えばカーボンブラ
ック等を添加して、上述の静電気による画像部れを防止
するのも一策である。また、加圧ローラの除帯電及び導
電化に関しても同様の手段により行なうことかできる。

また、帯電防止剤等の塗布や、添加を行なっても良い。

また、定着フィルムの表裏ともに除電してもよい。

ここで、加圧ローラ２２と発熱体２８との圧接部は加熱
体２１と加圧ローラ２２との圧接幅の内でも、搬送方向
の入口側に寄っており、加熱直後の無端定着フィルム４
０と転写材Ｐとの離間を防止している。

本実施例では、高速化により最大消費電力か約１６００
Ｗと大きくなるので、発熱体を長平方向で四分割して順
次通電することによって、最大消費電力を４００Ｗと低
減化してもよい。

以上示した本実施例では、冷却手段や分離手段を付加す
ることによって、オフセットのない安定した画像を比較
的高速て得ることか可能となり、さらに耐熱性の無端定
着フィルムを用いることによって、経済性の向上を図る
ことか可能となった。

また、本発明の以上の実施例として、電子写真方式を用
いた複写装置について二個説明したか、本発明はこれに
限定されるこのなく、レーザービームプリンタ等の加熱
により軟化溶融するトナーを用いた画像形成装置に適用
可能であり、特に待時間を必要とせずに加熱定着処理す
ることが可能であるので、ファクシミリの出力装置とし
ても好適に用いられる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明は、トナーの融点よりも低い温度
に維持された加圧ローラを用いて、トナー画像を有する
転写材を定着フィルムを介して加熱体に密着させつつ搬
送することにより、効率的な熱伝達が可能となり、かつ
トナー画像の冷却を促進することかてきるので、定着不
良やオフセットを発生することなく、加熱体の熱容量を
小さくすることが可能となり、その結果、装置使用時の
待機時間や、消費電力、さらには機内昇温の小さな画像
形成装置を得るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の画像形成装置の概要構
成を示す断面図、第２図は第１図の定着装置の拡大断面
図、第３図は第２図装置の定着フィルム交換時における
断面図、第４図は本発明の他の実施例装置の定着装置の
断面図である。 ３・・・・・・・・・・・・画像形成手段（感光ドラム
）２０・・・・・・・・・・・・加熱定着手段２１・・
・・・・・・・・・・加熱体 ２２・・・・・・・・・・・・加圧ローラ２３、４０・
・・・・・定着フィルム Ｐ・・・・・・・・・・・・転写材 Ｔ・・・・・・・・・・・・トナー像

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加熱溶融性の樹脂等により成るトナーを転写材上に担持
   せしめて、未定着のトナー画像を形成する画像形成手段
   と、 加熱体に対向圧接しつつ回転駆動されかつトナーの融点
   よりも低い温度に維持されてる加圧ローラを用いて、上
   転写材の搬送速度と同一速度で移動する定着フィルムを
   介して上記転写材を加熱体に密着させることにより、転
   写材上の未定着トナー画像を上記加熱体で溶融せしめた
   後、トナー画像が冷却固化した上で定着フィルムと転写
   材とを離反する加熱定着手段とを有する、 こととする画像形成装置。