JPH04199170A - 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
つつ加熱する熱ローラ定置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があり、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。

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屯うＪこ、（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−（○ＨＰ）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号公報に關示の提案はトナ
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ｔ二めに、 （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！＝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
うたりに賓用化されていない。

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りｔ二。

さらにまた従来、加熱ローラによっ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Ｉ；す、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ために、離型性のよいシ
リコー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ｔ；すす
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
も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、トナー像の光沢レベルの制御が可能で、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、記録材上のトナー画像を溶融する熱と低レ
ベル圧力とを付与する加熱溶融部と、前記圧力より高い
圧力を付与する加圧部とが、独立に設けられていて、前
記加熱溶融部とこれに絖いて前記加圧部とを通過して、
定着を行う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
図の定着ベルト３の拡大断面図である。

第１図において、１は加熱溶融部、２は加圧部、３は定
着ベルト、４はヒータ、１１は加熱ローラ、１２．２１
．２２は加圧ローラで、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、加圧ローラ
１２及び加圧ローラ２２は、芯金１２１．２２１の外周
に硬度５０″以上のゴム等からなる弾性層１２２．２２
２が設けられていて、加圧ローラ１２と加圧ローラ２２
の間には案内板７が設けられている。

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Ｉ；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と加圧ローラ２
１との間には定着ベルト３が張架されているので、加熱
ローラ１１の回転に伴い定着ベルト３及び加圧ローラ２
１も時計方向に回転され、また加圧ローラ１２及び２２
も反時計方向に従動回転させられる。

加熱ローラ１１は固定位置で回転し、対向して位置した
加圧ローラ１２の両端の軸芯１１３，１２３にはバネ６
１によって加熱溶融部１に一定の圧力が作用するように
なっている。また、加圧ローラ２１に対向した力ロ圧ロ
ーラ２２の両端の軸芯２２３にはバネ６２によって加圧
部２に加熱溶融部ｌより高圧の圧力が作用するようにな
っている。

定着ベルト３は、例えばその断面を第２図に示すように
、厚さ５０μ市前後の燐青銅或はステンレス鋼等のエン
ドレスの金属帯からなるベルト基体３１の外周に、約３
■ｍ厚の弾性ゴムからなる弾性層３２を設け、さらにそ
の上にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等から
なり耐熱性、離型性の優れｔ；表面が平滑な離型層３３
が設けられている。

ヒータ４によって加熱ローラ１１を経て加熱される定着
ベルト３の表面温度は、加熱溶融部１において１５０〜
２３０℃に昇温し、また加熱溶融部１における圧力は、
０．１〜５　Ｋｇ／ｃ＋ｎ”となるよう、さらに加圧部
２における圧力は１〜１０Ｋｇ／ｃ＋ｎ”となるよう調
整される。

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１０万以上のも
のは、自由Ｉ；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、流動性をもった液
状の溶融域となる。

加熱ローラ或は加熱ベルトを用いての加熱圧者によって
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、定
着がなされたのち前記めガラス転移点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Ｔｇを通過することが
必要である。

次にこの定着装置の動作について説明する。

第１図の入方向から定着装置の加熱溶融部１に搬送され
るトナー像を転写された記録紙は、定着ベルト３と加圧
ローラ１２とによって挟持搬送されつつ加熱圧着される
。このとき第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、定着ベルト３の弾性層３２０
作用により包み込まれるようにして前記ゴム状領域まで
昇温するが圧力が低いため、トナー像は溶着不充分によ
る微少な気泡８や亀裂９を内在し透過光を乱反射する第
４図（ｂ）に示す状態になっている。しかしながら無用
に高い圧力を付与しないのでトナー像の面積は不要に拡
大せず解像力を低下させることがない。

この後記録紙は案内板７の上を搬送されて冷却しながら
加圧部２に達し、加圧ローラ２１及び２２によってさら
に高圧の加圧がなされ、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、
トナー像表面は平滑となって、透光性と光沢を有する定
着が行われ第４図（Ｃ）に示すようになる。

前記ヒータ４の熱量の切り換え、バネ６１及び６２によ
る加圧圧力の大小切り換えは容易であり、これによって
トナー像の光沢の程度、或は光沢の有無を自由に選択す
ることが可能となる。

なお、実施例では加熱溶融部１と加圧部２との間は定着
ベルト３を巻回するよう構成しているが、勿論之に限定
するものではなく、２つのローラ定着部を近接して設け
、それぞれ独立に加熱溶融部および加圧部の加熱および
加圧条件を満ｔ；すよう構成したものであっても差支え
ない。

〔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、トナー像の光沢の制御が可能で、透過性の裏好な透
光性コピーを得ることができ、しかも従来の定着装置に
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図は本発明の一寅施例を示す断面図、第２図は第１
図の定着ベルトの拡大断ＷＩＦＸＪ１ｔａ３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。 １・・・加熱溶融部　　　　２・・・加圧部３・・・定
着ベルト　　　　４・・・ヒータ１２．２１．２２・・
・加圧ローラ　３１・・・ベルト基体３２・・・弾性層
　　　　　　３３・・・離型層６１．６２・・・バネ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 記録材上のトナー画像を溶融する熱と低レベル圧力とを
   付与する加熱溶融部と、前記圧力より高い圧力を付与す
   る加圧部とが、独立に設けられていて、前記加熱溶融部
   とこれに絖いて前記加圧部とを通過して、定着を行うこ
   とを特徴とする定着装置。