JPH01263685A - 画像形成装置 - 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ヒに画像
を形成し、これを加熱定着手段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、弾性層を有して該加
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。しかしなから、この
種の装置ては、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上するために、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−（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じ、高温
側に変動した場合には、トナーが完全に溶融してしまい
トナーの凝集力が低下するために、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
の時間が長くなり、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が生ずる。

かかる問題を解決する方策として、米国特許第３，５７
８，７９７号に開示されているように、■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がなく他の
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、熱伝達効率が低下し、トナーの
加熱溶融に比較的長時間を要する。

そこで特願昭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上方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号では、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、 （り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Ｆから加熱されるので一見
効率的に考えられるか、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が必要て
あり、そのためにかえって大きなエネルギーか必要とな
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てきず、
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か、Ｅ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
が複雑化し、また、温度制御の精度も悪くなりがちであ
った。

さらには、温度検知素子が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、機内への放熱が増大し、機内
昇温が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相持
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て、上記転写材
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加圧ローラを備えて、
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。

トナー画像か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を有し、加熱体は、転写材の搬
送方向に直角成分をもって配された線状の発熱体を有し
、かつパルス状に通電発熱を繰返し、パルス状の通電時
間が、搬送方向での加熱部の幅を転写材の搬送速度で除
した値よりも小であるように設定されている、ことによ
り構成される。

［実施例］ υ下、添付図面にもとづて本発明の詳細な説明する。

先ず、本実施例装置の画像形成装置の機略構造を第１図
に基づいて説明すると、ｌ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、原稿載置台ｌ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によって感光ドラム３−ヒにスリット露光される
。なおこの感光トラム３は矢印す方向に回転する。また
４は帯電器てあり、例えば酸化亜鉛感光層あるいは有機
゛ト導体感光層３ａ等を被覆された感光ドラム３」―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と感光ドラム３上の画像と
同期するようタイミングをとって上下方向で圧接して回
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、感光ドラム
３Ｆ−、に形成されているトナー像は、シートＰＪ二に
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ｌＯによって定
着装置２０に導かれ加熱定着手段された後にトレイ１１
に排出される。なお、トナー像を転写後、ドラム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で
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１６０ｇｍ、長さ（紙面に直角な方
向の長さ）　２１６＋ｕ＋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の下面は平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、＃熱手段を施した例えば約９ル
Ｉ厚に形成され、矢印Ｃ方向へ送り出し可ｔｅ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２５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前後まで昇温す
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はタイミング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どによる転写紙の位
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ｌＯ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
して加熱体に密着させている。ここて、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
に準する値で設定される。

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、予備加熱が不要であり、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、
イルム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、発熱体２８の発熱か停止するとともに、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か可能である
。このため、冷却に要する時間か短くて済み、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。

ここで、本発明で記述されるトナーの状態の表現に関し
て注記する。

トナーの融点と便宜的に表現している温度は、トナーか
定着するために最低必要な温度を意味しており、その定
着下限温度で、溶融といえる程粘度が低Ｆする場合や、
軟化といった程度の粘度の低下の場合がある。したがっ
て定着する際に溶融と便宜的に表現している場合でも実
際には軟化といった程度の粘度低下を示している場合が
ある。

同様にトナーが冷却固化したと便宜的に表現している場
合も、トナーによっては固化とはいえず高粘度化といっ
た方が適切である場合が考えられる。

本発明における加熱工程は、前述のごとく、加熱体に線
状の発熱体を設け、加熱体と一体的に形成された低熱容
量の発熱体にパルス状に通電し。

発熱を繰り返すように構成された加熱体によって行われ
ている。第４図に示すように搬送速度Ｖｐ　（＋ｕｓ／
ｓ）で搬送された転写材Ｐ上のトナー画像Ｔは、転写材
の搬送速度に準じてズレなく搬送される定着フィルム２
コとともに、順次加熱体２１の加熱部（発熱体２８）の
有効＠旦に送り込まれる。

第５図は、本実施例の構成の構成において定着フィルム
として６ｐｍ厚のポリイミドフィルムを用いて最低定着
温度１２５°Ｃの２０ｐ、ｍ厚のトナーをｔｏｏ　４■
厚の転写紙上の定着した場合の経時的温度変化を示すも
のであり、加熱部の表層部、トナーの中層部および転写
材の中層部についてそれぞれ示した。上記第５図は、発
熱体への通電パルス幅を２ｍｓとした場合の例を示して
おり、トナー中層部が最低定着温度を超えて十分に加熱
されて定着可能な状態となっているのに対して、転写材
の中層部はほとんど昇温していないことがわかる。この
ことから通電パルス幅が短い程、省エネルギー化が可能
であることが分る。

本発明では発熱体の通電パルス幅τは、τ〈文／Ｖｐ なる関係を維持するよう゛に定められれいる。これは、
転写材が加熱部有効幅文を通過する時間＜１／Ｖｐ　）
よりも通電パルス幅τが小さいことが本発明に不可欠で
あることを示している。すなわち、本発明においては発
熱体が線状に一体的に形成されており、加熱体の昇温に
遠地して高温となる線状の加熱部の有効幅内にあるトナ
ー像を効率的かつ迅速に加熱溶融するに十分な熱を確保
しつつ、パルス状に通電加熱することにより転写材の昇
温を抑え、トナー像の不要な加熱を防止し、加熱による
エネルギーを減少させるために、通電パルス幅を上述の
関係のもとに設定したものである。ここで通電パルス幅
でがｕ　／Ｖｐよりも大きくかつトナー像を十分に加熱
すると、トナー像のうち重複して加熱を受ける部分が大
きくなり過剰なエネルギーを要する。またこの場合転写
材の昇温も大きくなり、不要なエネルギーか増大するこ
とになる。それに対して本発明のごとく通電パルス幅τ
をｌ　／Ｖｐよりも小さくすれば、トナー像への不必要
に重複して加熱を行うことか回避でき、さらに通電パル
ス幅τを小さくすればするほど転写材の昇温か小さくな
り省エネルギー化か可能となる。

ここてでの最小値は、発熱体、定着フィルム等の定着構
成材の耐熱温度、及び耐熱衝撃性に応じて定まるもので
ある。

本発明の発熱体（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てありそのため熱容量か小さくなり
、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＃熱手段を施したもの
を用いることかｎ（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）て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３
１を中心に第３図のごとく開閉ｒＴ（能にすることか望
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°Ｃ１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、低電力化することか
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
セットか生じないのて、定着フィルムの熱変形や劣化が
小さければ、巻取った定着フィルムを再び使用すること
か可能であり、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、本実施例ては分離ローラ２６を設けることにより
、該分離ローラまでの間加圧状態てのトナー像Ｔの冷却
時間を十分確保し、しかも上記分離ローラ２６の曲率を
大きくすることによって定着フィルノ４２３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かできる。た
たし、本実施例では、加圧ローラ２２によりトナー像の
冷却か促進されるので、発熱体２８及び定着フィルムの
熱台ψか十分小さく、かつ定着手段速度か小さい場合に
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か加熱部を通過後の短い範囲てトナー像Ｔは冷
却するので、本実施例で示した分零ローラ２６を省略し
ても、オフ・ピットのない定着手段がＯｆ能となる。す
なわ′も、トナー像を−Ｑ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ＰＰＣＰ（ニー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、定着手段速度的１５ｍｍ／ｓてＡ４サイズ紙１枚
当たり約２０００Ｗ−３の発熱量となるように、τ＜　
ｌ　／Ｖｐの関係を満たすように１０ｍ５毎に２ｓｓの
割合でパルス状加熱して定着テストを行なったところ、
実用１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℃前後まで昇温し、熱容量が小さい
ので８ｓｓ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安となる。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ケ−えているので、熱容量が小
さくケち上りが非常に早い発熱層を周期的にほぼ同等の
温度を示すようにすることか比較的容易にてきる。さら
に、連続的に定着手段を行う場合には、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とか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で使用されたトナーの主
成分であるワックスは約８０℃の融点であり、また、溶
融時の粘度も低いために２６０℃前後の発熱体により加
熱されると、従来の加熱定着装置では、転写材に溶融し
たトナーか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トナーの低融点
化の妨げとなっていたが、本実施例では、発熱体２８の
熱容量が小さくかっ、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、トナーの過浸透によって生ずる上記の弊害はない
。

なお、次に本実施例装置について、第５図と同様の試験
を第５図の場合と条件を変えて行ったので、第６図にこ
れを示す。

加熱条件：エネルギー密度：１２Ｗ／ａｍ２で２ｍｓ加
熱、トナーの定着温度＝８０℃、フィルム：ポリイミド
（厚さ２５延■）、トナーの厚さ：２０１Ｌ鴎、転写紙
の厚さ：　１００１Ｌｍ　、室温：２０℃、本試験では
、加熱部はトナーの定着温度８０°Ｃよりはるかに高い
約３８０℃まで昇温するので、２ｍｓ極めて短い時間の
加熱によってトナーは定着温度を超えて十分に加熱され
良好な定着性が得られる。一方、転写紙の昇温は極めて
小さく、従来の熱ローラ定着に比べてエネルギーの無駄
か少ない。

さらに本試験では、加熱時間や加熱エネルギー密度が変
動して過剰なエネルギーが与えられた場合でも、高温オ
フセットの発生がなく、加熱制御の許容範囲が広いこと
が判る。

［発明の効果］ 以−Ｌのように本発明は、加熱体に発熱体か一体的に形
成された線状の加熱部を設け、パルス状に通電発熱を繰
り返すように構成して、パルス状の通電時間で、転写材
の搬送速度Ｖｐ、加熱部の有効＠文としたとき τく見／Ｖｐ なる関係を維持することとしたので、トナー画像を短時
間のうちに加熱することによって、トナー画像及び転写
材の厚み方向において急激な温度勾配を生じせしめ、転
写材の加熱を極力抑えるとともにトナー画像を効率的に
加熱溶融することが可能となり、特に通電発熱時間を限
定することにより、省エネルギー化を図れるという効果
をもたらす。

また、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、
装置使用峙の待機時間や、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も奏する。

【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図は第２図装置の発熱体及びその近傍を示
す拡大断面図、第５図は第２図装置にて一定条件下での
加熱工程における各部の温度変化を示す図、第６図は第
２図装置にて第５図の場合と異る条件での試験における
各部の温度変化を示す図である。 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て、上記転写
   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加圧ローラを備えて
   、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し、加熱体は、
   転写材の搬送方向に直角成分をもって配された線状の発
   熱体を有し、かつパルス状に通電発熱を繰返し、パルス
   状の通電時間が、搬送方向での加熱部の幅を転写材の搬
   送速度で除した値よりも小であるように設定されている
   、 こととする画像形成装置。