JPH04195077A - 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、電子写真式画像形成装置の定着装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、電子写真式画像形成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
有してその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記録材を挟持搬送し
つつ加熱し定着する熱ローラ定着方式が多用されている
。

しかしながら、この種の装置では、加熱ローラにトナニ
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、す、加熱
ローラ或は加熱体の熱容量を大きくしなければならなか
った。即ち、加熱ローラの熱容量が小さい場合には、発
熱体による供給熱量との関係により通紙或は他の外的要
因で加熱ローラ温度が低温側或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、定屡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。

この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３．５７
８．７９７号に開示されているように、（１）トナー像
を加熱体ウェブに接触させてその融点へ加熱して溶融し
、 （２）溶融後、そのトナーを冷却して比較的高い粘性と
し、 （３）トナーの付着する傾向を弱めた状態で加熱体ウェ
ブから剥がす。

という過程を経ることによって、オフセットを生ぜずに
定着する方式が知られている。

前記公知の方式では、これに加えて加熱体に対して、ト
ナー像及び記録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、記録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、周知のように加圧圧接させることなく加
熱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。

そこで特公昭５１−２９８２５号公報に、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。

また、電子写真式画像形成装置の用途は、現代の情報複
雑化、多様化に伴い急激に広がっている。

それにつれてその画像形成技術もデジタル化、カラー化
等多角的な利用に応じられるものが要求される。これら
の要求される技術の中でも透明フィルム上に黒色又は有
彩色（カラー）のトナーにより文字、画像を形成したコ
ピー（以下、透光性コピーという）を、オーバーヘッド
プロジェクタ−（ＯＨＰ）等によりスクリーン上に投影
することは既に広く行われている。ところが、こうした
電子写真式画像形成装置で透光性コピーを作成した場合
、そのトナー画像が黒色以外の有彩色であっても得られ
る投影画像は有彩色とはならず、黒灰色になってしまう
という問題がある。

このように、トナー画像による透光性コピーにおいて鮮
明なカラー投影画像が得られなかった理由は、トナーの
透明性が低いこと、トナー画像表面の凹凸、さらには、
トナー層の内部に溶融と加圧の不完全により気泡や亀裂
が存在して、光が散乱、もしくは乱反射するため、トナ
ー画像部分の光が被投影面まで到達できず、画像部分は
影として現れるためである。

そこでトナー中に含まれているバインダーと、染料、顔
料の相溶の改善、またトナー画像表面の凹凸を除去する
ため、前記透光性コピーを加熱源を有するローラ間に挟
持搬送し、トナー画像を加熱及び加圧する方法が試みら
れた。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記特公昭５１−２９８２５号公報に開示の提案はトナ
ーの加熱を比較的短時間でしかも十分に行えるようにす
るために、 （１）一対の加熱体の間にトナー像及び記録材を加圧挟
持させて加熱し、 −（２）加熱を停止したのち強制的に冷却する。

方式をとっている。かかる手段によるときは、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。即
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
、逆にトナー像を記録材側から加熱するには、まず記録
材を十分に加熱することが必要であり、そのためにかえ
って太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記録材
をも冷却しなければ分離できず、強制的な冷却手段が必
要となってエネルギーの無駄が大きいという欠点を伴う
ために実用化されていない。

さらに、前記２例では、加熱体は加熱ローラとそれに内
蔵された発熱源とによって構成されており、さらに加熱
ローラが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
支持が複雑化し、温度制御の精度も悪くなりがちであっ
た。

また、前記２例の場合、共に比較的大きな熱容量の加熱
体を必要とするため、装置内への放熱が増大し不要な機
内昇温を招くという不都合もあった。

さらにまた従来、加熱ローラを用いて加熱体と加圧体と
の間にトナー像及び記録材を加圧挟持し加熱定着する場
合、加熱体と加圧体の圧接部の幅が即ち加熱幅で、この
間に定着がなされる。しかし、充分の加熱幅を得ようと
する場合、加熱体と加圧体の間の加圧は通常長手方向の
両端でなされるが、その場合加熱体及び加圧体がたわむ
こととなって、加熱体と加圧体の圧接幅が長手方向で不
均一になる。するとトナー像への加熱時間が長手方向で
不均一となり、同一記録材上において定着ムラが大きく
、またオフセットも発生し易いという問題があった。

さらに、前記透光性コピーに対する従来の方法では、透
明フィルム上のトナー画像が加熱源を有するローラ表面
に引っ張られて剥がれたり、再転写されて画像面を汚し
たりするばかりでなく、トナー画像表面の凹凸が除かれ
ず投影画像が有彩色とならなかった。

また、これらの欠点を改善するｔ：めに、離型性のよい
シリコンオイル等の塗布を行うと、得られたフィルムに
オイルが残り、手やＯＨＰの置台ガラスを汚したりする
等の欠点があった。

従って、オフセット防止が達成されている定着装置にお
いても、光沢のあるカラー画像を得ようとする近年の要
求に答えられず、ＯＨＰ用のカラー透光性コピー作成に
は従来の定着装置を備えた電子写真式画像形成装置が十
分利用されないという問題点があった。

本発明はこれらの点を解決して、オフセット発生を防止
し、光沢を有するコピー画像と透過性の良好な透光性コ
ピーを得ることのでき、しかも大きな熱容量の加熱源を
必要としない高速定着可能な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〕

上記目的は、加熱ベルトにトナー像を有した記録紙を当
接して定着を行う定着装置において、前記加熱ベルトは
エンドレスのベルト基体上に弾性層と離型層とを設けた
ことを特徴とする定着装置によって達成される。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図の加熱ベルト３の拡大断面図である。

第１図において、ｌは加熱圧着部、３は加熱ベルト、４
はヒータ、５は搬送ベルト、１１は加熱ローラ、１２は
加圧ローラ、２１は第２０−ラ、２２は第３０−ラ、６
１はバネで、加熱ローラ１１の内部にはハロゲンランプ
等からなるヒータ４が設けられている。搬送ベルト５は
例えば布入りで硬度５０°以上のゴム等からなる弾性を
有するベルトで、加圧ローラ１２と第３０−ラ２２との
間に張架されている。

加熱ローラ１１は、画像形成装置本体の動力装置によっ
て定位置にて矢示した時計方向に強制的に駆動回転され
るようになっている。加熱ローラ１１の回転に伴い加熱
ベルト３及び第２０−ラ２１は時計方向に回転され、ま
た搬送ベルト５、加圧ローラ１２及び第３０−ラ２２は
反時計方向に従動回転させられる。

加圧ローラ１２の両端の軸芯１２３には、バネ６１によ
って加熱ローラ１１に向かって所定の荷重が作用し加熱
圧着部ｌに一定の圧力が作用するようになっている。

加熱ベルト３は、その断面を第２図に示すように、ベル
ト基体３１、弾性層３２、離型層３３の３層から成って
いて厚さｌＯ〜１００μｍ前後の燐青銅或はステンレス
鋼等の可撓性でエンドレスの金属帯からなるベルト基体
３１の外周に、厚さ約３ｍｍの例えば弾性ゴムからなる
弾性層３２を設け、さらにその上に例えばポリテトラフ
ルオロエチレン（Ｐ　Ｔ　ＦＥ）等からなり耐熱性、離
型性の優れた表面が平滑な厚さ約３０μｍの離型層３３
が設けられている。

なお、ベルト基体３１には金属のほかに耐熱性の優れた
例えばポリイミド樹脂からなる樹脂ベルトを使用するこ
とができる。

ヒータ４によって加熱ローラ１１を経て加熱される加熱
ベルト３の表面温°度は、加熱圧着ｓｌにおいて１９０
℃に昇温するようにし、また加熱圧着部ｌにおける加圧
ローラ１２による荷重は、加熱ベルト３の線速度１５０
ｍｍ／ｓｅｃの場合、加圧ローラ１２の軸に平行な方向
の単位長さ当たり約４　Ｋｇ／ｃｍとなるようにバネ６
１の調整がなされる。

この定着装置を装着した画像形成装置の現像器に用いら
れるトナーとしては、なるべく広い温度範囲の粘弾性領
域を持ったトナーが好ましく用いられる。高分子重合体
を主体としたトナーは、第３図に示すような温度とこれ
に対応した弾性′率を示し、低温においてはガラス領域
とも呼ばれる分子配列がアモルファス状に配列された状
態にある。

トナー温度が上昇しガラス転移点Ｔｇを通過すると、分
子移動が自由になって弾性率は低下した粘弾性領域とな
る。高分子重合体で重量平均分子量が約ｌＯ万以上のも
のは、自由に移動できるようになった分子配列が螺旋状
等の形態をとって、粘弾性が安定したゴム状領域を持つ
ようになる。さらに高温となると、溶融温度ＴＨを越え
て流動性をもった液状の流動域となる。

加熱ローラ或は加熱ベルトを用いての加熱圧着によって
定着を行う場合、オフセットが生じないで定着がなされ
る温度条件は、前記ゴム状領域の温度範囲にあることが
必要とされる。また光沢のあるトナー像を得るには、溶
融温度ＴＨを越えて流動域まで加熱することが望ましい
が、ゴム状領域で定着がなされたのち前記のガラス転移
点Ｔｇを通過して冷却する過程で、ローラ或はベルト等
の平滑面によって充分押圧された状態でガラス転移点Ｔ
ｇを通過することが必要で、本発明の定着装置はこの条
件を満たすものである。

次にこの定着装置の動作について説明する。

第１図の六方向から定着装置の加熱圧着部ｌに搬送され
るトナー像を転写された記録紙は、加熱ベルト３と搬送
ベルト５とによって挟持搬送されつつ加熱かつ加圧され
る。

これにより第４図（ａ）に示すようなトナー粒子Ｔの積
層状態であるトナー像は、加熱ベルト３の弾性層３２の
作用により包み込まれるようにして加熱されるので効率
良くかつ−様な加熱が行われる。

これによりトナー粒子Ｔは前記ゴム状領域或は流動領域
まで昇温し、かつ前記荷重により加圧される。

トナー像は定着初期においては微少な気泡８や亀裂９を
内在し透過光を乱反射する第４図（ｂ）に示す状態であ
るが、搬送されるに従って記録紙及び搬送ベルト５への
熱伝導により冷却し前記ガラス転移点Ｔｇを通過しつつ
加圧されて内部の気泡や亀裂は消滅し均質になり、第４
図（Ｃ）に示すような透光性と光沢を有するトナー層と
なり定着を終了する。定着を終了した記録紙は加熱ベル
ト３及び搬送ベルト５により搬送され定着装置より排出
される。

加熱ベルト３の構成を弾性層３２を除いて柔軟性のない
ものとし、前記と同一条件で定着実験を行ったところ、
記録紙に対する押圧力が−様に得られないところから定
着ムラが発生し、光沢にムラのある定着性の安定しない
コピー画像しか得られなかった。また、加熱ベルト３の
離型層３３を除いた構成で他は同一条件で実験したとこ
ろ、弾性層３２にオフセットによるトナーＴの付着が発
生して良好な定着は行われなかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば以上説明したような構成と制御　。

により、適切な温度範囲において加圧してオフセット発
生を防止し、光沢を有するコピー画像と透過性の良好な
透光性コピーを得ることができた。しかも弾性層の効果
により効率の良い−様な加熱が行われ、従来の定着装置
に比べ特に大きな熱容量の加熱源を必要としないで高速
定着可能な定着装置を提供することができることとなっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図の加熱ベルトの拡大断面図、第３図はトナーの弾性率
の温度との関係を示す図、第４図はトナーの定着される
様子を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加熱ベルトにトナー像を有した記録紙を当接して定着を
   行う定着装置において、 前記加熱ベルトはエンドレスのベルト基体上に弾性層と
   離型層とを設けたことを特徴とする定着装置。