JPH0810376B2

JPH0810376B2 - 定着装置

Info

Publication number: JPH0810376B2
Application number: JP1160276A
Authority: JP
Inventors: 秀和丸田; 裕行足立; 山本　　明; 木村　　茂雄; 健作草加
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-06-22
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH0325476A; US5115278A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はフイルムを介してトナー像を溶融することに
より、トナー像の定着を行なう定着装置に関する。

〔従来技術〕

従来、この種の装置に用いられている記録装置は、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記録材を挟持搬送しつつ加熱す
る熱ローラ定着方式が多用されている。

しかし、この熱ローラ定着方式に代わり、固定支持さ
れた加熱体と、この加熱体と摺動するフイルムを有し、
このフイルムを介して記録材上のトナー像を溶融する新
規な定着装置を特開昭63−313182号で出願人は先に提案
した。

この提案の定着装置は熱容量が小さく省電力、ウエイ
トタイムの短縮を達成することができる。

〔発明が解決する問題点〕しかし、この加熱フイルム方式で使われる可撓性のフ
イルムは、ポリイミド樹脂や弗素樹脂等の体積抵抗値が
大きい材質が使われてきた。このため、フイルムの回転
とともに加熱体及び記録材との摩擦帯電がフイルムに生
じ、あるいは、帯電した記録材および記録材上のトナー
からの電荷をうけて帯電してしまう場合が多く、このた
め帯電による画像の乱れ、例えば、オフセットや飛び散
りが発生しやすく、また、リークが発生しやすいという
問題があった。

この問題はフイルムがエンドレスベルト状の場合、特
に顕著であった。

〔問題点を解決する手段〕

上記問題点を解決するため本発明は、固定された加熱
体と、一方の面がこの加熱体と摺動し他方の面が未定着
トナー像を担持した記録材と接して共に移動するフィル
ムと、を有し、前記フィルムを介して前記加熱体からの
熱により未定着トナー像を記録材上に定着する定着装置
において、前記フィルムは夫々の体積抵抗値が10¹¹Ω・
cm以下である複数の層からなり、この複数の層の前記加
熱体と摺動する層は接地されていることを特徴とするも
のである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第２図は本発明の実施例の定着装置を適用した電子写
真方式の複写装置の断面図である。

第２図において、100は装置機筺、１は該機筺の上面
板100a上に配設したガラス板等の透明板部材よりなる往
復動型の原稿載置台であり、機筺上面板100a上を図面上
右方ａ、左方ａ′に夫々所定の速度で往復移動駆動され
る。

Ｇは原稿であり、複写すべき画像面側を下向きにして
原稿載置台１の上面に所定の載置基準に従って載置し、
その上に原稿圧着板1aをかぶせて押え込むことによりセ
ツトされる。

100bは機筺上面板100a面に原稿載置台１の往復移動方
向とは直角の方向（紙面に垂直の方向）を長手として開
口された原稿照明部としてのスリツト開口部である。原
稿載置台１上に載置セツトした原稿Ｇの下向き画像面は
原稿載置台１の右方ａへの往復移動過程で右辺側から左
辺側にかけて順次にスリツト開口部100bの位置を通過し
ていき、その通過過程でランプ７の光Ｌをスリツト開口
部100b、透明な原稿載置台１を通して受けて照明走査さ
れる。その照明走査光の原稿面反射光が短焦点小径結像
素子アレイ２によって感光ドラム３面に結像露光され
る。

感光ドラム３は例えば酸化亜鉛感光層・有機半導体感
光層等の感光層が被覆処理され、中心支軸3aを中心に所
定の周速度で矢示ｂの時計方向に回転駆動され、その回
転過程で帯電器４により正極性又は負極性の一様な帯電
処理を受け、その一様帯電面に前記の原稿画像の結像露
光（スリツト露光）を受けることにより感光ドラム３面
には結像露光した原稿画像に対応した静電潜像が順次に
形成されていく。

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にて順次に顕像化され、該顕像たる
トナー画像が転写部としての転写放電器８の配設部位へ
移行していく。

Ｓは記録材としての転写材シートＰを積載収納したカ
セツトであり、該カセツト内のシートが給送ローラ６の
回転により１枚宛繰出し給送され、次いでレジストロー
ラ９により、ドラム３上のトナー画像形成部の先端が転
写放電器８の部位に到達したとき転写材シートＰの先端
も転写放電器８と感光ドラム３との間位置に丁度到達し
て両者一致するようにタイミングどりされて同期給送さ
れる。そしてその給送シートの面に対して転写放電器８
により感光ドラム３側のトナー画像が順次に転写されて
いく。

転写部でトナー画像転写を受けたシートは不図示の分
離手段で感光ドラム３面から順次に分離されて搬送ガイ
ド10によって後述する定着装置11に導かれて担持してい
る未定着トナー画像の加熱定着処理を受け、画像形成物
（コピー）として機外の排紙トレイ12上に排出される。

一方、トナー画像転写後の感光ドラム３の面はクリー
ニング装置13により転写残りトナー等の付着汚染物の除
去を受けて繰り返して画像形成に使用される。

次に、本発明の実施例の定着装置について詳細に説明
する。

第１図は本発明の実施例の定着装置の拡大断面図であ
る。

24はエンドレスベルト状の定着フイルムであり、左側
の駆動ローラ25と、右側の従動ローラ26と、駆動ローラ
25と従動ローラ26間の下方に配置した加熱体としての低
熱容量線状加熱体20の互いに並行な該４部材25・26・27
・20間に懸回張設してある。この定着フイルム24につい
ては、後で詳述する。

従動ローラ26はエンドレスベルト状の定着フイルム24
のテンションローラを兼ねさせており、該定着フイルム
24は駆動ローラ25の時計方向回転駆動に伴ない時計方向
に所定の周速度、即ち画像形成部８側から搬送されてく
る未定着トナー画像Taを上面に担持した転写材シートＰ
の搬送速度と同じ周速度をもってシワや蛇行、速度遅れ
なく回動駆動される。

28は加圧部材としての、シリコンゴム等の離型性の良
いゴム弾性層を有する加圧ローラであり、前記のエンド
レスベルト状定着フイルム24の下行側フイルム部分を挟
ませて前記加熱体20の下面に対して不図示の付勢手段に
より例えば総圧４〜7kgの当圧接をもって対向圧接させ
てあり、転写材シートＰの搬送方向に順方向の反時計方
向に回転する。

加熱体としての低熱容量線状加熱体20は本例のもの
は、定着フイルム横断方向（定着フイルム25の走行方向
に直角な方向）を長手とする横長の剛性・高耐熱性・断
熱性を有するヒータ支持体27と、この支持体の下面側に
下面長手に沿って一体に取付け保持させた、発熱体22・
検温素子23等を具備させたヒータ基板21を有してなる。

ヒータ支持体27は加熱体20を定着装置11及び複写装置
全体に対し断熱支持するもので、例えばPPS（ポリフエ
ニレンサルフアイド）、PAI（ポリアミドイミド）、PI
（ポリイミド）、PEEK（ポリエーテルエーテルケト
ン）、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂
とセラミツクス，金属，ガラス等との複合材料などで構
成できる。

ヒータ基板21は一例として厚み1.0mm、巾10mm、長さ2
40mmのアルミナ基板である。発熱体22は例えば基板21の
下面の略中央部に長手に沿って、例えばAg/Pd（銀パラ
ジウム）等の電気抵抗材料を厚み約10μｍ、巾１〜3mm
にスクリーン印刷等により塗工、その上に表面保護層と
耐熱ガラス21aを約10μｍコートする。検温素子23は一
例として基板21の上面（発熱体22を設けた面とは反対側
の面）の略中央部に、スクリーン印刷等により塗工して
具備させたPt膜等の低熱容量の測温抵抗体である。検温
素子としては、他に低熱容量のサーミスタ等基板21に当
接配置する構成にしてもよい。

本例の場合は、線状又は帯状をなす発熱体22に対し、
その長手方向両端部より通電し、発熱体22を略全長にわ
たって発熱させる。通電はAC100Vであり、検温素子23の
検知温度に応じてトライアツクを含む不図示の通電制御
回路により通電する位相角を制御することにより、通電
電力を制御している。

次に、この定着装置の動作について説明する。

画像形成スタート信号により装置が画像形成動作して
転写部８から定着装置11へ搬送された、未定着のトナー
画像Taを上面に担持した転写材シートＰはガイド29に案
内されて加熱体20と加圧ローラ28との圧接部Ｎの定着フ
イルム24と加圧ローラ28との間に進入して、未定着トナ
ー画像面がシートＰの搬送速度と同一速度で同方向に面
移動状態の定着フイルム24の下面に密着して面ズレやし
わ寄りを生じることなく定着フイルム24と一緒の重なり
状態で加熱体20と加圧ローラ28との相互圧接部Ｎ間を挟
圧力を受けつつ通過していく。

加熱体20は画像形成スタート信号により所定のタイミ
ングで通電加熱されるので、トナー画像Taは圧接部Ｎに
おいて加熱を受けて軟化・溶融像Tbとなる。

定着フイルム24は、支持体27の曲率の大きい（曲率半
径が約2mm）エツジ部Ｓにおいて、急角度（屈曲角度θ
が略45°）で走行方向が転向する。従って、定着フイル
ム24と重なった状態で圧接部Ｎを通過して搬送されたシ
ートＰは、エツジ部Ｓにおいて定着フイルム24から曲率
分離し、排紙トレイ12へ排紙されていく。排紙される時
までには、トナーは十分冷却固化し、シートＰに完全に
定着した状態（トナー画像Tc）となっている。

本実施例で用いたトナーは加熱溶融時の粘度が十分高
いので、定着フイルム24と分離する際のトナー温度がト
ナーの融点以上であっても、トナー同士の固着力が定着
フイルムに対するトナーの粘着力より極めて大きい。従
って定着フイルム24とシートＰの離反に際し、定着フイ
ルム24に対するトナーオフセツトは実質的に発生するこ
とはない。

また、本実施例において加熱体20のうち発熱体22及び
基板21の熱容量が小さく、かつこれらが支持体27により
断熱支持されているので、圧接部Ｎにおける加熱体20の
表面温度は、短時間にトナーの融点（又はシートＰへの
定着可能温度）に対して十分な高温に昇温するので、加
熱体をあらかじめ昇温させておく（いわゆるスタンバイ
温調）必要がなく、省エネルギーが実現でき、しかも機
内昇温も防止できる。

次に本実施例で用いられる定着フイルムについて詳述
する。

定着フイルム24は耐熱性・離型性・耐久性等のある、
一般に100μｍ以下、好ましくは40μｍ以下の複合層フ
イルムを使用している。

第４図は複合層フイルムの一例の層構成断面模式図で
あり、24aは定着フイルムの基層（ベースフイルム）と
しての耐熱層、24bは該耐熱層24aの外面（トナー画像に
対面する側の面）に積層した離型層である。

耐熱層24aは例えばポリイミド、ポリエーテルエーテ
ルケトン（PEEK）、ポリエーテルサルホン（PES）、ポ
リエーテルイミド（PEI）、ポリパラバン酸（PPA）PFA
などの高耐熱性樹脂フイルムや、Ni・SUS・Al等の金属
など、強度・耐熱性に優れたものが使用できる。

離型層24bは例えば、PTFE（ポリテトラフルオロエチ
レン）・PFA・FEP等のフッ素樹脂や、シリコン樹脂など
が好ましい。耐熱層24aに対する離型層24bの積層形成は
離型層フイルムの接着ラミネート、離型層材料の静電塗
装（コーテイング）・蒸着・CVD等の成膜技術による積
層、耐熱層材料と離型層材料の共押し出しによる２層フ
イルム化などで行なうことができる。

本実施例では、フイルム24aおよび24bにカーボンブラ
ック，グラフアイト，導電性ウイスカ等の導電剤を混入
する等の方法により、定着フイルム24の表面の体積抵抗
値を下げた。その結果、定着フイルム24のトナー当接面
の帯電を防止できる。定着フイルム24のトナー当接面が
絶縁性の場合、定着フイルムの前記表面が帯電し、シー
トＰ上のトナー画像を乱したり、トナー画像が定着フイ
ルム24に転移（いわゆる帯電オフセツト）したりする場
合があるが、本実施例で示されるような方法で、これら
の問題を解決できた。更に、フイルムと加熱体20との摺
動による摩擦帯電も防止できる。

なお、フイルム全体の帯電量を減らすため、第１図に
示されるように、駆動ローラ25は導電性であり、導電性
軸受41または摺動電極等を通じ、バリスタ42を介して接
地することにより、フイルムは実質的に所定の電位に保
たれている。

特に定電圧作用を有するバリスタを介して接地するこ
とで、フイルムと加熱体との摩擦帯電電荷を有効に利用
し、特別な電源を必要とせずに、フイルムを所望の電位
に保つことができる。

以上の構成をとることにより、本実施例では、フイル
ム24の帯電が防げ、フイルムチャージアツプによるリー
クや帯電オフセツトが防止された。

第８図は、従動ローラ26を導電性にした実施例であ
る。また、第９図は、導電性ブラシ43を用いた実施例で
ある。これらの実施例もフイルム24の内側と接するため
フイルム24の表層をいためつけることがないため、フイ
ルム表層とブラシが接するよりもフイルムの耐久性が良
い。

定着フイルム24はエンドレスベルト状に限らず、第３
図例のように送り出し軸30にロール巻に巻回した有端の
定着フイルム24を加熱体20と加圧ローラ28との間、巻取
り軸31に係止させて、送り出し軸30側から巻取り軸31側
へ転写材シートＰの搬送速度と同一速度をもって走行さ
せる構成であってもよい。

なお、巻取り軸31は導電性であり、導電性41およびバ
リスタ42を介して接地されている。

第５図は、本発明の装置に用いる定着装置の他の実施
例を示す図である。

32は加熱体としての加熱ローラであり、ヒータ33を内
蔵し、検温素子41によって検出された加熱ローラ表面温
度に応じてヒータ33を適宜発熱させることにより、加熱
ローラ32の表面を所定の温度に維持できる。

34は加熱ローラ32よりもシートＰの搬送方向下流側に
配置した小径の分離上ローラである。25は定着フイルム
を回転走行させる駆動ローラであり、26は定着フイルム
に常に適度のテンシヨンを付勢する従動ローラである。
なお、駆動ローラ25と加熱ローラ32は共に、シートＰの
搬送速度と同一速度で時計方向に回動駆動される。

定着フイルム34は、互いに平行な該４部材32,34,25,2
6間に懸回張設してある。

36は加熱ローラ32の下側に対向して配設された加圧ロ
ーラ、35は分離上ローラ34の下側に対向して配設した分
離下ローラ、37は加圧ローラ36と分離下ローラ35の間に
懸回張設した、エンドレスベルト状の搬送ベルト（バツ
クアツプベルト）である。加圧ローラ36は表層をシリコ
ンゴム等の弾性体で形成したローラである。この加圧ロ
ーラ36と加熱ローラ32の間に、前記のエンドレスベルト
状定着フイルム24の下行側フイルム部分を挟ませて、不
図示の付勢手段により例えば総圧４〜7kgの当接圧を得
ている。加熱ローラ32の回転駆動により加圧ローラ36が
従動回転して、搬送ベルト37も、シートＰを定着フイル
ム34に圧接しつつ、シートＰの搬送速度と同一速度で反
時計方向に回動する。

画像形成スタート信号により装置が画像形成動作して
転写部８から定着装置11へ搬送された、未定着のトナー
画像Taを上面に担持した転写材シートＰは、加熱ローラ
32が回転駆動され、従って定着フイルム24及び搬送ベル
ト37が回動している状態において、ガイド29に案内され
て加熱ローラ32と加圧ローラ36との圧接部Ｎの定着フイ
ルム24と搬送ベルト37との間に進入て、未定着トナー画
像面がシートＰの搬送速度と同一速度で同方向に回動状
態の定着フイルム24の下面に密着して、面ズレやしわ寄
りを生じることなく定着フイルム24と一緒の重なり状態
で加熱ローラ32と加圧ローラ36との相互圧接部Ｎ間を挟
圧力を受けつつ通過してゆく。

相互圧接部Ｎを通過する過程において、シートＰ上の
トナー画像Taは加熱を受けて軟化・溶融像Tbとなる。

加熱ローラ32と加圧ローラ36との相互圧接部Ｎを通過
したシート部分は、分離上ローラ34の位置へ到達するま
での間は、加熱ローラ32と分離上ローラ34の間で展張し
て走行している定着フイルム部分に引き続き密着したま
ま搬送されていく。搬送ベルト37は、シートＰの裏面を
支えて、シートＰと定着フイルム24との密着を維持する
作用をはたす。この搬送過程において、軟化・溶融トナ
ー像Tbの熱が放熱されて、冷却・固化トナー像Tcとな
る。この放熱・冷却過程におけるトナー放熱は、本例の
場合は自然放熱冷却であるが、放熱フインや送風手段等
の配設により、強制的に放熱冷却してもよい。

そして分離上ローラ34の位置まで搬送されると、定着
フイルム24は曲率の大きい分離上ローラ34の面に沿って
シートＰ面から離れる方向に走行方向が転向され、定着
フイルム24とシートＰとが互いに分離して、シートＰは
排紙トレイ12へ搬送されていく。この分離時点までには
トナーは十分に冷却固化して、シートＰに対するトナー
の粘着・固着力が十分に大きく、定着フイルム24に対す
るそれは極めて小さい状態となっているので、定着フイ
ルム24とシートＰの分離は、定着フイルム24に対するト
ナーオフセツトを実質的に発生することなく、容易に順
次になされる。

本実施例においては、加熱体である加熱ローラの温度
を、従来の加熱ローラ定着方式では高温オフセツトを生
ずる温度より高く設定することが可能となり、定着性が
向上する。また、加熱体の許容温度範囲が高温側に広
く、温度制御の簡略化が可能となる。

また、多色特に３色以上のトナー画像を定着処理する
際に、高温で十分溶融できるため、混色が容易である。
また、いったんトナーを溶融し、定着フイルムに密着し
た状態で冷却固化せしめた後に定着フイルムから剥離す
るので、トナー像の表面性を定着フイルムの表面性にな
らわせることが可能となる。従って、例えば定着フイル
ムの表面を平滑にすれば、トナー像Tcの表面に銀塩写真
のような光沢を与えることが可能となる。

また、定着フイルム24を前記のように薄肉化すること
により、定着フイルムの蓄熱を防止し、トナー像の冷却
工程を効率化している。また、定着フイルムとして樹脂
性の薄肉フイルムを用いた場合、トナー像への密着性が
良くなり、熱伝達効率が向上した。

なお、加熱体32は加熱ローラに限らず、第６図に示す
ように、第１実施例で示した固定加熱体20を用いてもよ
い。その場合上記の効果に加え、発熱体22と基板21の熱
容量が小さく、しかも断熱されているので、昇温速度が
速く、スタンバイ温調を必要としないという利点があ
る。また、分離上ローラ34のかわりに、さらに大きな曲
率の端面を有する分離ステイ38を配置することにより、
定着フイルム24からシートＰをさらに確定に分離可能と
なる。

第７図は、本発明の装置に用いる定着装置のさらに他
の実施例を示す図である。

第１図に示した、第１実施例の加熱体20のかわりに耐
熱ガラス等の透光部材を配し、該部材を介して、エンド
レス定着フイルム24の内部に配置したハロゲンランプ等
の幅射源40によりトナー像を加熱する。

本実施例によれば幅射による加熱であるので、トナー
を瞬時に昇温加熱溶融可能である。従って、シートＰが
圧接部Ｎにある時のみ加熱すればよいので省電力が可能
であり、また、機内昇温も少ない。

いずれの場合も、フイルム24の帯電が防止され、リー
クおよび帯電オブセツトに効果があった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、前記フイルムを構成する各層に
フイルムの体積抵抗値を10¹¹Ω・cm以下にして、フイル
ムに帯電した電荷を、他の接地されたフイルムに接触す
る部材を通して逃がすことにより、フイルムのチヤージ
アツプによるリークや、帯電オフセツトが防止できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の定着装置の断面図、第２図は第１図実施例を適用した複写装置の断面図、第３図、第５図乃至第９図は夫々本発明の実施例の定着
装置の断面図、第４図は本発明の実施例に用いられる定着フイルムの断
面図である。 20……加熱体 25……駆動ローラ 26……従動ローラ 28……加圧ローラ 42……バリスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村茂雄東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者草加健作東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭59−68766（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−313182（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−109083（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−110180（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−237483（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−159865（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−34573（ＪＰ，Ａ) 実願昭57−86762号（実開昭58−190659 号）の願書に添付した明細書及び図面の内容を撮影したマイクロフィルム（ＪＰ, Ｕ) 実願昭48−7863号（実開昭49−1106445 号）の願書に添付した明細書及び図面の内容を撮影したマイクロフィルム（ＪＰ, Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定された加熱体と、一方の面がこの加熱
体と摺動し他方の面が未定着トナー像を担持した記録材
と接して共に移動するフィルムと、を有し、前記フィル
ムを介して前記加熱体からの熱により未定着トナー像を
記録材上に定着する定着装置において、前記フィルムは夫々の体積抵抗値が10¹¹Ω・cm以下であ
る複数の層からなり、この複数の層の前記加熱体と摺動
する層は接地されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】前記フィルムの前記加熱体と摺動する層は
バリスタを介して接地されていることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の定着装置。