JPH0277776A - 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、電子写真複写機等の画像形成装置に装備され
、転写材上に形成された加熱溶融性のトナー画像を加熱
定着処理する定着装置に関するものである。

〔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
ナー画像が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
オフセット現像を防止するために、加熱ローラを最適な
温度に維持する必要があり、加熱ローラあるいは加熱体
の熱容量を大きくしなけれはならなかった。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
ローラ温度が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が大きく
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３５７８
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て加熱体ウェブ
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
定着する方法か知られている。

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キーでトナーを溶融
てぎるとしている。しかしなから、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］・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。

〔発明が解決しようとする課題） しかしながら、この特願昭４７−２４１８４１８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、 ■　加熱を停止した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が大きくなるという
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、上記のととくの欠点を伴
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、温度検知素子が加熱ローラと摺動する
構成では断線による過昇温が生す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、さらには画像形成装置の機内昇温を小さくで
きる定着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〕

本発明の目的を達成するための要旨とするところは、発
熱体を有する加熱体と、該加熱体の発熱部にシート面部
材を介して圧接する加圧ローラとを備え、加熱溶融性の
トナー画像を担持した転写部材を該シート面部材にトナ
ー画像を接するようにして共に該圧接部を通過させ、該
圧接部の通過により溶融した］・ナー画像か冷却固化し
た後、シート面部材を転写材から分離する定着装置てあ
って、該加熱体と該シーＩ・面部利との間に耐熱性を有
する潤滑流体を介在させていることを特徴とする定着装
置にある。

〔実　施　例〕

以下、添付図面にもとづいて本発明の詳細な説明する。

実施例１ 先ず、本実施例定着装置を装備した画像形成装置の概略
構造を第１図に基ついて説明すると、１はカラス等の透
明部材よりなる原稿載置台で、矢印ａ方向に往復動じて
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１＋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。なおこの感光トラム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
されたトラム３は、素子アレイ２にＪ：って画像露光が
行なわれた静電潜像が形成される。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
ている転写材Ｐは、給送ローラ６と感光トラム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、トラム３上に
送り込まれる。そして、転写放電器已によって、感光ト
ラム３上に形成されているトナー像は、転写材Ｐ上に転
写される。その後、公知の分離手段によってドラム３か
ら分離された転写材Ｐは搬送ガイド１゜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利より成
る基材の下面に、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例えは幅１６０
μｍ×長さ’２１６ｍｍで、線状もしくは帯状の発熱体
４２を有し、さらにその表面に摺動保護層として例えば
、Ｔａ２０５が形成されている。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、後記する
定着フィルム２２との摺動を可能としている。

加熱体２１の発熱体４２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　２００℃前後まで昇温す
る。転写紙Ｐの先端、後端を検出することにより、発熱
体４２はタイミングを取って必要時に通電を受する。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
。

２２はＰＥＴ（ポリエステル）を基材とし、耐熱処理を
施した例えは約６μｍ厚に形成された有端の定着フィル
ムで、矢印Ｃ方向へ送り出し可能にシート送り出し軸２
４巻回されている。上記耐熱シート２２は発熱体２１の
表面に当接し、曲率の大きな上分離ローラ２５を介して
シート巻取り！Ｉ＋ｔｈ２３に巻き取られる。なお、定
着フィルム２２はシート送り出し軸２４からその巻付は
外面側（加熱体摺動面側）を加熱体２１に接するように
してシート巻取り軸２３に巻取られる。

３６は定着フィルム２２の送り出し始端部において定着
フィルム２２の裏面に接触するパットで、例えはポリア
ミドイミドよりなるフェルト状に形成され、はね３８ａ
により１０ｋｇ／ｃｒｒｉ’程度の加圧力で定着フィル
ム２２に接触し、また耐熱性の液体か含浸されていて、
定着フィルム２２が送り出しＩＩＩＩＩ１２４から送り
出される過程においてその加熱体摺動面側に該耐熱性の
７夜体か薄く塗布される。パット３６としては、ノーメ
ックス（商品名：デュポン社製）、パット３６に含浸さ
れる耐熱性の液体としてはシリコーンオイル（商品名Ｋ
Ｆ−７６Ｈ，粘度１万Ｃ５：信越シリコーン社製）を用
いている。

２７は加熱体２１に対向配置された加圧ローラ、２９は
上分離ローラ２５に対向配置された下分離ローラで、加
圧ローラ２９と下分離ローラ２９との間に無端ベルト状
の搬送ヘルド３０が掛回され、加圧ローラ２７は搬送ベ
ルト３０および定着フィルム２２を介して加熱体２１に
圧接し、又下分離ローラ２９は搬送ヘルド３０および定
着フィルム２２を介して上分離ローラ２５に圧接してい
る。

加圧ローラ２７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
せす）により駆動されて、搬送ガイド２８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と同一の速度て駆動する定着フィルム２２を介して加
熱体２１に密着させている。ここで、加圧ローラ２７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２２の移動速度は、それに
準する値で設定される。

一ブｊ、定着フィルム２２の加熱体摺動面側は、加熱体
２１と加圧ローラ２７とにより形成される圧接部に導入
される前にパット３６てＳｉオイルか塗イＤされている
ため、定着フィルム２２と加熱体２１間の摩擦力は小さ
く、小さい駆動力で定着フィルム２２は巻取り軸２３に
巻き取られる。一方、加熱体２１の摩擦も小さく、耐久
性を向上できる。

また第３図に加熱体２１の拡大図を示すように、加熱体
２１は断熱体４３に発熱体４２１発熱体の電極４１．保
護層４０等をスパッタリング等の手段により製造するた
めに、加熱体２１には微小のくほみＫか形成されている
か、定着処理過程において該くぼみＫは、定着フィルム
２２の加熱体摺動面側に塗布された熱伝導率の良いＳｉ
オイルにより充填されるため、加熱体２１による加熱は
、効率的に熱伝達され、転写材Ｐ上のトナー画像は加熱
溶融される。

また該くぼみＫを生じない、例えは印刷法等の手段によ
り発熱体等を形成した加熱体を用いた場合にも、定着フ
ィルムにたわみ、シワ等を生じることにより加熱体と定
着フィルムの間に微小の隙間を生してしまうことかある
が、そのような隙間も、Ｓｉオイルにより満たされるの
で、該５１オイルは、熱効率を上げる効果かある。

そして、転写材Ｐか搬送ベルト３０と定着フィルム２２
とに挟持搬送されて加熱体２１と離間することによりト
ナー画像は放熱して再ひ冷却固化し、曲率の大きな分離
ローラ体２５゜２９を通過した後に、定着フィルム２２
は転写材Ｐから離れる。

上述のように、トナーＴは一旦完全に軟化溶融した後、
再ひ同化するので、トナーの凝集力は非常に犬きくなっ
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２７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２２にオフセットすることなく転写材Ｐ上に定着され
る。

本実施例の加熱体は小型のもので十分でありそのため熱
容量が小さくなり、予め加熱体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かでき
、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２２として薄
くて安価なポリエステルシートを基に耐熱処理を施した
ものを用いることが可能なので、第２図のことく定着フ
ィルム２２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、第２図に示すように所定の長
さの定着フィルム２２を巻回した送出し軸２４と、分離
ローラ２５と、分離ローラ２５を介して定着フィルム２
２を巻取り可能な巻取り軸２３とを破線て示した定着フ
ィルム枠体２６によって一体化することにより定着フィ
ルムカートリッジ３５を形成し、これを本体側のカート
リッジカイト３４に装着てきるようにしている。そして
、定着フィルム２２の交換を可能とするために、本実施
例ではアーム軸３３を中心に回動する支持アーム３１の
先端部にはね部材３２を介して加圧ローラ２７と圧接可
能に加熱体２１を取り付け、第４図に示すように回動ア
ーム３１を矢印り方向に回動することにより、加熱体２
１を加圧ローラ２７から離間させ、定着フィルムカート
リッジか矢印Ｅ方向に着脱能になる。

なお、巻取り軸２３の一端には、駆動キヤか取付けられ
ており、本体への装置により、駆動連結される。また、
送出し！１ｉｌＩ１２４は定着フィルム２２に対して、
適度ｆ、緊張力を与えるように若干の制動力を有して回
転可能に支持される。

本実施例では、定着フィルム２２を上記のごとく巻取り
交換方式とすることて、定着フィルムの耐久性に関係な
く、薄膜化することか可能となり、低電力化することが
できる。また、バット３６は、定着フィルムカートリッ
ジ中に取りイ」りであるため、カートリッジ中のフィル
ムに塗布可能最低限の量のＳｉオイルが含浸されており
、カートリッジ交換時に共に交換される。

本実施例におりる、Ｓｌオイルの効果を実験結果をもと
に詳述すると、加圧ローラ２７により総圧４ｋｇで加圧
している場合、定着フィルム２２を加熱体２１との摩擦
力に抗して搬送するのに必要な力は約１．５ｋｇであっ
たが、Ｓｉオイルを塗布した場合、その１１５以下の力
で搬送可能であった。これにより駆動に必要なモーター
等は小型となり、小型化、低電力化、低コスト化か可能
となる。

また加熱体２１と定着フィルム２２との間の隙間にＳｉ
オイルを満たずことにより、熱効率は約１０％以上アッ
プし一層の低エネルギー化か可能である。

実施例２ 第５図は実施例２の定着装置の概略図である。

前記した実施例１は定着フィルム２２をカートリッジ化
して交換するようにしてるが、本実施例は定着動作によ
って巻取り軸２３に巻取られた定着フィルム２２を、非
定着時に送り出し軸２４に巻戻すようにしたもので、Ｓ
ｉオイルを含浸したオイル塗布ローラ３６゛　を送り出
し軸２４に巻かれる定着フィルム２２の加熱体摺動面側
に軽圧で圧接し、定着フィルム２２のオ多動に従動して
回転して該加熱体摺動面にＳｉオイルを塗布する。この
オイル塗布ローラ３６“はフェルトの表面層を有し、そ
こにＳｉオイルを含浸させている。

かかる構成の本実施例においては、上記の加熱工程の後
、定着フィルム２２か巻き取り軸に巻き取られることに
より、定着フィルム２２の加熱体摺動面と転写材接触面
が密着接触するので、自動的に定着フィルム２２の転写
材接触面にもＳｉオイルか塗布される。その後、非定着
時に定着フィルム２２は送り出し軸２４の駆動により、
高速で巻き戻される。オイル塗布ローラ３６゛　は、そ
の過程で大きな抵抗とならない適度に軽く、従動回転す
るようになっている。

かかる構成の本実施例においては、前述した実施例の効
果に加えて定着フィルム２２の転写材接触面にもＳ１オ
イルか塗布されるので、定着フィルム２２の表面自由エ
ネルギーを小さくてき、さらなる、オフセット防止かで
きる効果がある。

なお、本実施例においては、定着処理前に高速て定着フ
ィルム２２を空搬送し、毎回、定着フィルム転写材接触
面にＳｉオイルを塗布した後に定着処理を行なってもよ
く、またこの工程は、必要時のみに行なっても良い。

実施例３ 第６図は実施例３の定着装置の概略図てある。本実施例
は、定着フィルム２２°を無端ベルト状に形成し、加熱
体２１の前後方向（図中左右方向）に配置した一対の搬
送ローラ５０゜５０に定着フィルム２２゛　を掛回し、
搬送ローラ５０．５０を矢印Ｃ方向に回転させることに
より繰返し使用するようにしたものである。

定着フィルム２２′　は耐久性に優れた、例えは２５μ
ｍ厚のＰＩより形成し、その幅方向両端部を厚肉に強化
して周方向に等ピッチてパーフォレーションを設りてい
る。

また一対の搬送ローラ５０．５０には定着フィルム２２
°のパーフォレーションに係合するスビロケットが形成
されている。したかって、搬送ローラ５０，５０の駆動
によって定着フィルム２２°は寄り、スベリ等が生じる
ことなく回動される。

５１は転写材検知アーム、５２は転写旧検知センサで、
転写材Ｐとの接触で転写胴検知アーム５１が回動すると
転写月検知センサ５２かオンし、タイミングを合わせて
加熱体２１の発熱体４２にパルス状通電か行なわれる。

また、一方の搬送ローラ５０にはＳｉオイルを含浸させ
たオイルバット３６か圧接されており、回動時にＳｉオ
イルはローラ５０に塗布され、その後ローラ５０と定着
フィルム２２゛　が接触することにより、定着フィルム
２２゛の加熱体摺動面側にＳ１オイルか塗布される。

前述したようにＳｉオイルを塗布した場合、定着フィル
ムと加熱体の間の摩擦力は著しく低減されるので、定着
フィルムの摩耗か小さくなり、定着フィルムは繰返し使
用できる。

なお、本実施例においては、定着フィルム２２“の加熱
体摺動面側に塗布されたＳｉオイルは、殆んど消費する
ことかないので、オイルパット３６に含浸させるＳｉオ
イルは少量でよい。またあらかしめオイルを塗布した定
着フィルムおよび加熱体を用いることによりオイル供給
手段のない構成にしてもよい。

また、表面を多孔質月料よりなるローラ５０を用い、該
ローラに５１オイルを含浸させておき、搬送時に定着フ
ィルムに塗布してもよい。

さらに、前記ローラを中空形状とし、中にオイルをため
ておき、該ローラ表面に浸み出す構成とすることにより
、定着フィルムにオイルを塗布してもよい。

なお、上記した各実施例１〜３において、定着フィルム
に塗布する耐熱流体としてＳ１オイルを用い、その粘度
が室温て１万Ｃ５のものを用いているが、本発明はこれ
に限定されることはなく、材料としては、例えは以下の
ものでもよい。

１）少なくとも発熱体により加熱された状態では粘性を
示す樹脂、例えはフッ素系のオリゴマー ２）少なくとも加熱された状態では粘性を示す樹脂中に
２硫化モリブデン等の耐熱粒子を懸濁させたもの、 でもよく、要は加熱体と定着フィルムの当接部で、少な
くとも加熱状態ては粘性を示し、加熱温度以上の耐熱温
度を有し、加熱体と定着フイルムの間のすきまを充てん
し、かつ加熱体と定着フィルム間の摩擦力を低減する材
料であれはよい。

たたし、実施例２ては、この耐熱流体が画像と接するの
で、表面自由エネルギーの低い材料を用いる必要かある
。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、定着動作時
のみ通電し、シート面部材で溶融したトナー画像を冷却
固化するまで密着させているので、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できて、待
機時間や消費電力、さらには定着装置の装備される機内
昇温を小さくてき、しかも加熱体とシート面部旧との間
には、Ｓｉオル等の耐熱性の憫滑流体を介在させている
ので、熱効率を上げ、−層の省エネルギー化か図れ、同
時に加熱体とシート面部材間の摺動性を上げ、シート面
部材の駆動系の小型化、低エネルギー化か可能となる他
、加熱体、シート面部材の摩耗を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の定着装置を装備した画像形成装置の
概略図、第２図は実施例１の定着装置の概略図、第３図
は加熱体の拡大断面図、第４図は実施例１の定着装置に
おｉ−する定着フィルムの交換状態を示す図、第５図は
実施例２の定着装置の概略図、第６図は実施例３の定着
装置の概略図を示している。 ２０・・・定着装置　　　　　２１・・・加熱体２２．
２２°・・・定着フィルム　２３・・・巻取り軸２４・
・・送出し軸 ２５．２９・・・分離ローラ　２７・・・加圧ローラ３
０・・・搬送ベルト　　　　３６・・・パッド３６′・
・・オイル塗布ローラ 書 代理人　　＊　　％　　Ｊ゛　　ＩＺＵ、−−，１他４
名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　発熱体を有する加熱体と、該加熱体の発熱部にシー
   ト面部材を介して圧接する加圧ローラとを備え、加熱溶
   融性のトナー画像を担持した転写部材を該シート面部材
   にトナー画像を接するようにして共に該圧接部を通過さ
   せ、該圧接部の通過により溶融したトナー画像が冷却固
   化した後、シート面部材を転写材から分離する定着装置
   であって、該加熱体と該シート面部材との間に耐熱性を
   有する潤滑流体を介在させていることを特徴とする定着
   装置。 ２　前記加熱手段は、パルス状通電により発熱する線状
   又は、面状の発熱体を有することを特徴とする請求項１
   に記載の定着装置。