JPH0572940A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トナー画像の熱定着性が転写材の材質や厚さ
に依存されることなく安定した光沢定着が達成されると
ともにオフセット転写をおこして画像よごれを起こすこ
とのない高画質カラートナー画像の得られる定着装置を
提供する。 【構成】 加熱ローラ11、剥離ローラ21及びテンション
ローラ22に巻回した無端ベルト25と該ベルト25を介して
前記加熱ローラ11に押圧する加圧ローラ31を設けた定着
装置において、該定着装置により転写材の入口から出口
に至るまでの前記無端ベルト25の両側に空冷装置40,50
を設け温度検知センサー19,39を加熱,加圧両ローラにそ
れぞれ設け、剥離ローラ21の近傍の無端ベルトの裏側に
センサー25Ａを設け主として加熱ローラ11に対する加圧
ローラ31の傾き角αを転写材の材質や厚さによって実験
的に決められる適正値にセットして制御可能にした。そ
して、充分溶融して転写材にしみ込ませた光沢カラー画
像が得られるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真における定着装
置の改良、更に詳しくは各種転写材に安定して対応可能
なベルト式定着装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】トナー画像の加熱定着、特にベルトを介
しての定着装置については特開昭49-36342号公報におい
て記されているものがあるがベルト掛け加熱ローラに対
して加圧ローラがベルトを介して設けられており、トナ
ー画像を担持した転写材が該加圧ローラとベルトの間に
はさまれて送りこまれて定着がなされるようにしてあ
る。しかし、充分なニップ領域N₁が得られず、上部の加
熱ローラからベルトを介しての熱の供給が保証されずト
ナー画像に光沢がでる程にはトナーの溶融がなされない
状況であった。

【０００３】また、特開昭61-122665号公報にもベルト
を介して熱定着を行う定着装置が述べられているが、加
圧ローラに対するベルトによる独立の抱き角によるニッ
プ領域N₂が充分な長さにならず、従って充分な溶融時間
が得られず転写材に対する加熱が不充分となっている。
そして、結局は記録紙（転写材）の材質とか厚みに定着
性が依存して不安定な熱定着になってしまうことにな
る。

【０００４】また、加熱ローラと圧着ローラの両方が表
面ハードなローラにしてあると無端ベルトは薄く殆んど
ハードであると見做されるし、その間をトナー画像が付
着した記録紙が搬送されて、接触圧を受ける部分は軸直
角断面では殆んど点状の狭い部分であり、接触され方が
浮き上り振動等で一様でないことが多く、記録紙（転写
材）の熱膨張状態がばらつくことになる。これにより記
録紙はしわが生じ易くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、トナー画像
の熱定着性が記録紙（転写材）の材質や厚さに依存した
りすることなく安定したしわのない光沢定着ができ、そ
れでいてオフセット転写のおきることのない高画質カラ
ートナー画像の得られる定着装置を提供することを課題
目的にする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的は下記技術手段
によって達成される。

【０００７】内部加熱ローラを内包する加熱無端ベルト
と加圧ローラとを有し、トナー像を担持した転写材を加
熱加圧して定着する定着装置において、加熱加圧両ロー
ラによって形成される第１のニップ領域と加熱無端ベル
トと加圧ローラとによって形成される第２のニップ領域
とを有し、前記転写材の種類により前記第２のニップ領
域を変化させることを特徴とする定着装置。

【０００８】

【実施例】本発明の１実施例を図１のニップ領域を示す
側面図、図２のその一部拡大図、図３の側断面図、図４
の冷却部の分解斜視図、図５の加熱ローラの断面図、図
６のベルトの層構成断面図、図７のトナーの粘度・温度
特性曲線、図８の加熱,加圧両ローラ圧着部の断面図、
図９の温度制御の回路図及び図10の加熱ローラに対する
加圧ローラの傾き角可変機構断面図を用いて説明する。

【０００９】芯部に300〜600Ｗ程度好ましくは400Ｗの
熱源ヒータ14を有する加熱ローラ11、剥離ローラ21及び
テンションローラ22を内包するように無端ベルト25が巻
回されている。該テンションローラ22は該ベルト25の斜
行制御にも使えるようにしてある。また、前記剥離ロー
ラ21及びテンションローラ22の外径は５〜20mmであり、
本実施例では10mmにしてある。そして加圧ローラ31が該
ベルト25を介して加熱ローラ11に対して加圧されてい
る。また、加圧ローラ31の下流剥離ローラ21までの間の
該ベルト25の上部と下部にそれぞれ空冷装置40,50が配
置されている。

【００１０】尚、加圧ローラ31から剥離ローラ21までの
間の距離は120〜150mmになっている。

【００１１】加熱ローラ11の表面には図５に示すように
パイプ状の芯金13上に厚さ２〜５mm程度の耐熱性合成ゴ
ム層12としてシリコンゴム層が被覆されて外径が40mmに
仕上げられたソフトローラが形成され、ハードローラで
ある加圧ローラ31によって加圧され、ソフトローラ表面
がつぶされ易くなっており、図１、図２に示すように角
度θ₁を挟むニップ領域N₁を形成している。ここに加圧
ローラ31は加熱ローラ11と同様にソフトローラでもよ
い。しかし硬度は加圧ローラ31の方が加熱ローラよりも
大きくしてある。即ち、ゴム層の上をさらに厚さ50μm
のフッ素チューブをもって覆ったものが使用されて硬度
も大きくしてある。また、加圧接触部のニップ領域の挙
動は図８の断面図に示すようになる。

【００１２】更に、加熱ローラ11に対して、加圧ローラ
31の配置によって無端ベルト25による抱き角θ₂が形成
され、無端ベルト25によってニップ領域N₂が形成されて
いる。そして、ニップ領域N₁の長さは３〜20mm、より好
ましくは３〜10mm、ニップ領域N₂の長さは５〜50mm、よ
り好ましくは10〜35mmにしてある。

【００１３】そして、加熱ローラ11、加圧ローラ31の軸
心を結ぶ直線と前記両ローラから剥離ローラ21に向けて
走行する該加熱無端ベルトの直線部となす角度の余角α
が決めてある。その角度αは実験の結果15°より大きく
40°より小さいことが望ましい。

【００１４】また、トナー62を担持した記録紙（転写
材）61は入口ガイド18にそって加圧ローラ31とベルト25
の間にはさまれて途中下部空冷装置50のファン53を内蔵
した空冷ボックス52の上部に設けられた開口孔（ルーバ
ー）57付きのガイドプレート51と無端ベルト25との間を
該ベルト25に密着された状態で搬送され、剥離ローラ21
のところで、該ベルト25から剥離されて上下のガイド23
Ａ,23Ｂの間を進み排出ローラ対24によって回収され
る。そして該下部空冷装置50の上方の無端ベルト25を越
える所には、ファン43からダクト41に送風する上部空冷
装置40が設けられている。このように途中記録紙（転写
材）61及びトナー62は無端ベルト25の外側及び内側から
冷却されて該ベルト25から剥離回収し易くなっている。

【００１５】更に、加熱ローラ11の上方には外径が20mm
のクリーニングローラ16と微量オイルローラ17が配設さ
れ、加圧ローラ31の下部には同様にクリーニングローラ
36が設けられている。これらのローラにはシリコンゴム
又はウレタンゴムの発泡スポンジローラが用いられる。

【００１６】また、剥離ローラの近くの戻りベルト部及
び排出ローラ対24から排出される直後のところに除電ブ
ラシ26,27が設けられている。

【００１７】下部空冷装置50の加圧ローラ31に近い部分
には空冷ボックス52と開口孔（ルーバー）57を有するガ
イドプレート51との間に形成される隙間56及び上部空冷
装置40のダクト41と加熱ローラ11に近い方の無端ベルト
25との隙間46が小さくとられているため冷却用空気が加
熱ローラ11や加圧ローラ31の方向に噴出して、それ等の
ローラ表面を冷やして加熱効率を落としてしまうことの
ないようにしてある。

【００１８】また、剥離ローラ21の近傍で無端ベルトの
上流側内側（裏面）に温度センサー25Ａが設けられ、加
熱ローラ11の表面及び加圧ローラ31の表面近傍には温度
検知センサー19,39がそれぞれ設けられている。

【００１９】そして、無端ベルト25は図６に示すように
透明体のポリイミド樹脂の基体28上に弾性に富むシリコ
ンゴムからなる離型層29を塗布したもので構成され、ポ
リイミド層の厚さは25〜75μm、全体厚さは25〜150μm
に、ベルト巾は310mmにしてある。

【００２０】次に、このように構成された定着装置１の
作用について述べる。

【００２１】先ず、図７に示す線状ポリエステル製トナ
ーと一般のポリエステル製トナーの粘度・温度特性曲線
について説明する。

【００２２】このグラフは、縦軸に粘度がポアズの単位
の常用対数値で目盛られ、横軸に温度が目盛られてい
る。そして線状ポリエステル製トナーは実線で示され一
般のポリエステル製トナーは鎖線で示されている。両ト
ナーとも100℃近辺で100,000ポアズ程度の高粘度即ちガ
ラス転位状態になっており、100℃を越すと両トナーと
も溶融状態になる。そして最適の溶融状態は粘度が5000
ポアズぐらいのところである。そして、その粘性状態
は、今まで一般的なポリエステル製のトナーでの加熱温
度は150℃に達するにもかかわらず、線状ポリエステル
製のトナーははるかに低い温度の120℃で済んでいる。

【００２３】更に、２つの定着ローラによるローラ対だ
けのニップによって熱定着を行っていた従来の定着装置
にくらべて、本発明においては、無端ベルト25を介在さ
せており、それによって剥離までの降温時間が確保でき
るので、溶融温度を今までよりも高い方に拡げて、加熱
領域をはるかに広くとることができる。この加熱領域に
おいては、線状ポリエステル樹脂のような、低温度で溶
融状態の得られるトナーによって未定着画像は十分溶融
する。この溶融状態にあるトナー62と記録紙（転写材）
61の粘着力及び転写材の裏面から当てられる冷却ファン
53からのエヤフローにより、記録紙（転写材）61とトナ
ー62は無端ベルト25に付着したままで搬送されベルト自
体の温度低下とエヤフローによる冷却効果により温度を
低下させてゆく。

【００２４】この領域において十分冷却され粘度が大き
くなりガラス転位状態になったトナー62と記録紙（転写
材）61は、剥離ローラ21に支持された前記無端ベルト25
の剥離ローラ部で該ベルト25から剥離される。このとき
トナー62は殆んど凝固したガラス転位状態にあるので、
該ベルト25の表面性をそのまま保持して鏡面に近い光沢
のある表面が得られる。このようにトナー62は十分溶融
した状態になってから凝固するので複数のカラートナー
の溶融混合による色再現性が確保されると共に、OHPな
どに定着した場合の透過性も安定して確保できる。ここ
で前述のように無端ベルト25を構成する表面材料は離型
剤であるシリコンゴム等の材料であるので離型性ととも
に離型層自体が弾性を有するため、トナーへの均一な加
熱と加圧が実現できるとともにトナー62と無端ベルト25
の基体との間の極僅かであってもダンパー的効果もあっ
て、線状ポリエステルトナーのような比較的低温度にお
いて溶融し易いトナーを用いてもオフセットの状態が全
く起らないか、起っても極僅かであってクリーニングで
きる範囲のレベルにとどめることができる。

【００２５】また、無端ベルト25が架けられた側の加熱
ローラ11のベルト搬送路に該当しない外周面に沿って設
けた温度検知手段としてのセンサー19の接触により温度
制御を行うのであるが、見落すことのできない利点とし
て無端ベルト25の表面はセンサー19によって全く傷つけ
られることがない。逆にまた、無端ベルト25の表面での
み該ベルト25とトナー62との接触がありトナーが裏面に
まわりこむことがないので、トナー62がセンサー19に付
着して検知不良になることもない。

【００２６】また、無端ベルト25を用いた定着装置の場
合には、上部空冷装置40，下部空冷装置50の状態によっ
て定着部分の温度に影響が出やすいが、圧着する加圧ロ
ーラ31につけた温度検知手段としてのセンサー39の読み
取り値を前記センサー19の読み取り値と合わせてヒータ
の加熱を制御することにより、定着部分の温度を安定範
囲に保持することが可能になる。

【００２７】さて、ニップの長さN₁が必要であるのは、
記録紙（転写材）61の熱膨張が均一に分布してしわを生
ずることがないようにするためであり、また均一な押圧
と溶融をさせるためであり、無端ベルト25の上側（内
側）から加熱すると、トナー62と無端ベルト25との界面
での溶融が保証される。ただし過度の加熱をするとトナ
ー62が広がってトナー像が乱れる。そして冷却も難しく
なる。

【００２８】次にニップの長さN₂が必要であるのは、転
写材61を充分加熱してトナー62を溶融させて転写材61に
充分しみこませて定着性を向上させる役目をしているか
らと思われる。

【００２９】そして、トナー側の加熱は比較的最小限の
短時間で行い、画質低下を抑止し、従ってニップ部の大
きな加圧は必要でなく、トナー62が溶ければよいのであ
り、無端ベルト25の基体側はゆっくり加熱して充分なト
ナー接着を得ることが重要である。

【００３０】また前記余角αの下限を15°としたのはN₁
とN₂がちょうど同じぐらいの長さになるところであり、
実験結果ではN₂がN₁より小さくなるのは好ましくはなか
った。また、上限を40°と抑えた理由は、それ以上の角
度にするとN₁に対しN₂が大きくなりすぎ、やはり、トナ
ー像が溶け過ぎ品質低下を引き起こす。

【００３１】また、N₂/N₁が大きくなりすぎると転写材6
1の入り口側と出口側の角度が大きくなりすぎる。

【００３２】更に、記録紙（転写材）61の冷却領域を充
分とるためにはN₂/N₁はあまり大きくはとれない。あま
り大きくすることは装置の小型化の阻害にも通じるもの
である。そして、記録材の種類によっては、カールやし
わの発生がN₂/N₁が大きくなるにつれて著しくなる。

【００３３】更に、N₂をあまり大きくしすぎると駆動ト
ルクが大きくなるので避けることが望ましい。

【００３４】以上のように15°≦α≦40°とすることに
より、転写材へのトナー62の充分なしみこみと充分な光
沢をもった定着が安定して達成できるようになり、トナ
ーの充分な溶融と光沢が得られるにもかかわらず、無端
ベルト25へのトナーのオフセット転写はなくなり、その
オフセット転写に基づく後続の記録紙（転写材）61に表
面汚れをもたらすようなことも実用上皆無の状態にする
ことができた。そして高品位の画像定着が安定して達成
できるようになった。

【００３５】そして、内部加熱ローラ11の周上で無端ベ
ルト25のかからない位置に設けた温度検知センサー19と
剥離ローラ21の近傍で加熱無端ベルト25の上流側の裏側
で接触するように設けた温度検知センサー25Ａと加圧ロ
ーラ31の周上で接触するように設けた温度検知センサー
19との検知情報によって、普通紙を用いるときは主とし
て加熱ローラ31の加熱ヒータ34を加熱して前記各センサ
ーが適正値になるようコントロールし、転写材として、
厚紙、封筒などの特殊紙を用いるときは両ローラのヒー
タ14，34の両ヒータを加熱して前記各センサーが適正値
になるようコントロールするようにしてある。

【００３６】また、本発明においては内部加熱ローラ11
の最外層には図８の断面図に示すようにゴム質のソフト
層12が被覆されている。これにより表面がハードな加圧
ローラ31が無端ベルト及び記録紙（転写材）61を介して
押圧しており、ソフト層がへこまされてニップ部が形成
され、熱伝達が充分になされた熱容量の充分大きな状態
で加熱ローラ11及び加圧ローラ31よりなる定着ローラに
無端ベルト25と共に重なって該ニップ部を通過するの
で、ニップから出た後で急激な温度変化を受けることが
ない。したがって、記録紙（転写材）61は、定着装置を
通過することによってしわを受けることなく安定した定
着が完了する。

【００３７】加熱ローラ11の外周層をソフト化してニッ
プ量を増やす上記手段に加えて、該ローラ11と加圧ロー
ラ31の中心線が加圧ローラ31から剥離ローラ21に対して
走る無端ベルト25の直線部となす角度の余角αをつけた
状態にすればニップ量は更に増え、従って熱容量ももっ
と増加し、転写紙の熱膨張変化が緩和されてしわに対し
て更に安定化し、熱効率も高くなる傾向がでてくる。

【００３８】それと共に、転写材の厚さや材質種類（普
通紙かOHP用の透明プラスチックシート等）によって適
性なαの値がそれぞれ存在することが考えられるので、
本願出願人はそれについて実験を試みた。その結果、前
述の15°≦α≦40°の範囲内で各転写材に適合するαを
決めることができた。

【００３９】即ち、αの大きさの傾向としては薄紙のも
のよりも厚紙のものが大きく更に厚紙のものよりOHPの
光沢定着のものが大きくなっている。

【００４０】具体的には薄紙の場合15°≦α≦25°とな
り厚紙やOHPの場合、20°≦α≦40°となる結果がで
た。

【００４１】このように実験的に求められた各適正値の
αをセットする方法は具体的に図10の断面図によって説
明される。

【００４２】内部加熱ローラ11の軸心と同じ軸心81をも
って、回動する揺動レバー82のスライド溝83Ａに加圧ロ
ーラ31の軸受84を保持したスライダー83がスライド可能
に嵌めこまれている。そしてつる巻ばね85が蓋87で該揺
動レバー82のスライド溝83Ａに封じこまれて加圧ローラ
31は常に加熱無端ベルト25を介して内部加熱ローラ11に
圧接するようにしてある。

【００４３】揺動レバー82の軸心と同心にギヤ94が該レ
バー82に固定してあり、該ギヤ94にはアイドルギヤ93を
介してモータ91の回転軸に固定された駆動ギヤ92に連結
されてギヤトレーンが形成されている。

【００４４】そして、各転写材に対して実験的に定めら
れたαの適正値の中から使用転写材に応じて選定された
αにセットするためにモータ91を駆動して揺動レバー82
が回動できるようにしてある。モータ91はステッピング
モータであることが望ましい。

【００４５】そして、セットするαに応じて加熱無端ベ
ルト25のテンションが適度に自動調節されるようにして
ある。

【００４６】即ち、支軸71のまわりに揺動可能にした揺
動レバー72の端部に取付けられたテンションローラ22
が、該レバー72の他端部に設けたばね掛けピンと外部固
定ピン74とに掛けられたつる巻ばね75の付勢によって常
に加熱無端ベルトのテンションが前記αの変化があって
もほぼ一定になるようにしてある。

【００４７】以上の温度制御を回路図で示すと図９のよ
うになる。

【００４８】加熱無端ベルト25の剥離部近傍の裏面に接
触して設けられた温度検知センサー25Ａ及び加熱ローラ
11、加圧ローラ31に接触して設けられた温度検知センサ
ー19,39の読取によって加熱ローラ11の芯部にあるヒー
タ14及び加圧ローラ31の芯部にあるヒータ34の電圧をコ
ントロールして前記温度検知センサー19,25Ａ,39の温度
が一定領域に保たれるようにしてある。その上で記録紙
（転写材）61の種類、厚さによってステッピングモータ
91を駆動してそれぞれの転写材に対するαの適正値がセ
ットできるようにしてある。また必要に応じてヒータ1
4,34のON,OFF、空冷装置40,50のファンのON,OFF制御が
取入れられ、無端ベルト駆動ＭのON,OFFも取入れてあ
る。

【００４９】また、準備中やプリント中やプリントとプ
リントの間等に応じてON,OFF制御されるようにしてあ
る。

【００５０】

【発明の効果】本発明の定着装置によりオフセット汚れ
転写がなく、光沢をもったにじみのない高画質の画像転
写、特にカラー画像転写が記録紙（転写材）の材質や厚
さに依存することなく安定して達成でき、しかも定着装
置をコンパクトで低コストなものにすることが実現でき
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるニップ領域を示す側面図。

【図２】図１の一部拡大図。

【図３】本発明の１実施例の側断面図。

【図４】本実施例の冷却部の分解斜視図。

【図５】加熱ローラの断面図。

【図６】無端ベルトの層構成断面図。

【図７】トナーの粘度・温度特性曲線。

【図８】加熱,加圧両ローラ圧着部の断面図。

【図９】温度制御の回路図。

【図１０】加熱ローラに対する加圧ローラの傾き角の可
変機構を表わす断面図。

【符号の説明】

１ 定着装置 11 加熱ローラ 14,34 ヒータ 16,36 クリーニングローラ 17 微量オイルローラ 18 入口ガイド 19,39 温度検知センサー 21 剥離ローラ 22 テンションローラ 23Ａ,23Ｂ 上下ガイド 24 排出ローラ対 25 無端ベルト（加熱無端ベルト） 26,27 除電ブラシ 31 加圧ローラ 40,50 空冷装置 41 ダクト 43 ファン 46,56 隙間 51 ガイドプレート 52 空冷ボックス 53 ファン 57 開口孔（ルーバー） 61 記録紙（転写材） 62 トナー 71 支軸 72 揺動レバー 75 つる巻ばね 81 軸心 82 揺動レバー 83 スライダー 85 つる巻ばね 91 モータ 92 駆動ギヤ 93 アイドルギヤ 94 ギヤ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部加熱ローラを内包する加熱無端ベル
   トと加圧ローラとを有し、トナー像を担持した転写材を
   加熱加圧して定着する定着装置において、加熱加圧両ロ
   ーラによって形成される第１のニップ領域と加熱無端ベ
   ルトと加圧ローラとによって形成される第２のニップ領
   域とを有し、前記転写材の種類により前記第２のニップ
   領域を変化させることを特徴とする定着装置。