JPH10333471A

JPH10333471A - 画像定着装置

Info

Publication number: JPH10333471A
Application number: JP9147517A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Matsuzaki; 圭一松崎; Hiromitsu Shimazaki; 大充島崎; Hirochika Taguchi; 博規田口; Kazuhiko Noda; 和彦野田; Tetsuhiro Tsuru; 哲浩津留; Toshiaki Kitahara; 寿朗北原; Hideki Yasuda; 秀樹安田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-06-05
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】画像定着装置において、待機状態から回転を
開始した直後における加熱ローラ表面の温度低下に起因
する低温オフッセトを防止する。【解決手段】内部に加熱源１２を有する加熱ローラ１
１と、複数のローラ１３，１４に掛けわたされて加熱ロ
ーラ１１に圧接された無端状ベルト１５を有し、耐熱性
のある弾性部材からなる無端状ベルト１５の厚みｔを
０．５ｍｍ ≦ｔ≦２．０ｍｍ、全周長Ｌを加熱ローラ
１１の直径φに対して０．５πφ≦Ｌ≦１．５πφとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感光体上に形成さ
れた静電潜像をトナー粒子にて顕像化し、これを記録紙
に転写、定着させる画像定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子写真複写機には、記録紙
上のトナーを溶融圧着して定着させるための画像定着装
置が用いられている。以下に従来の画像定着装置および
トナーについて説明する。

【０００３】一般に、白黒複写機で用いるポリエステル
系樹脂あるいはスチレンアクリル系樹脂をベースにした
トナーには、トナー重量比４〜６％程度のワックスなど
の離型材が含有されている。そして、このワックス成分
が定着時に加熱ローラとトナーの間にしみだして離型オ
イルの役目を果たすことができるため、加熱ローラには
離型材を塗布しないオイルレスタイプのものや微量塗布
したものが主流になりつつある。

【０００４】一方、カラー複写機の場合には、定着画像
の色再現性、画像の光沢性、ＯＨＰの透過性等の画像品
質を重視するため、トナーを十分溶融させる必要があ
る。そして、ワックスなどの離型材を添加すると画像品
質が低下するので、トナー自体には離型材があまり添加
されていない（一般に、トナー重量比で２％以下）。そ
のため、カラー複写機の定着装置では、溶融したトナー
が加熱ローラ表面にはりついてしまう高温オフセットを
防止するために、離型材としてシリコーンオイルをロー
ラ表面に多量に塗布している。

【０００５】ここで、従来のカラー複写機における画像
定着装置の要部を図２に示す。この装置においては、内
部に加熱ヒータが取り付けられた加熱ローラ１に圧接さ
れるようにして加圧ローラ２が設けられている。図示す
る場合には、加熱ローラ１は時計回りに、加圧ローラ２
は反時計回りに回転するようになっており、これらによ
り記録紙３を巻き込んで図面左方向に送り出すようにな
っている。

【０００６】加熱ローラ１の近傍にはタンク４が設置さ
れ、内部にはシリコーンオイル５が収容されている。タ
ンク４内のシリコーンオイル５を汲み上げるため、たと
えばピストンの往復運動を利用したポンプ６が設けられ
ている。そして、ポンプ６から延びたノズルの先には、
加熱ローラ１により回転されるオイル塗布ローラ８の全
幅にわたって当接して設けられたオイル供給フェルト７
が位置している。

【０００７】これにより、タンク４内のシリコーンオイ
ル５はポンプ６によって加熱ローラ１の回転に連動して
汲み上げられ、オイル供給フェルト７に供給される。そ
の後、オイル供給フェルト７の長手方向に拡散され、こ
のオイル供給フェルト７が当接するオイル塗布ローラ８
の全長にわたって均一に塗布される。そして、オイル塗
布ローラ８の回転により最終的に加熱ローラ１に塗布さ
れることになる。

【０００８】加熱ローラ１には、たとえばフッ素ゴム製
のオイル規制ブレード９が側方から当接している。した
がって、前述のようにして加熱ローラ１の表面に塗布さ
れたシリコーンオイル５の余剰分がオイル規制ブレード
９によって除去されて均一に薄層化され、高温オフセッ
トの発生を防止するトナー離型層が形成される。なお、
除去されたシリコーンオイル５はオイル規制ブレード９
の下方に設けられたオイル受け１０を通してタンク４に
回収される。

【０００９】このように高温オフセットを防止するため
に加熱ローラ１へ離型材としてシリコーンオイル４の塗
布を行うには、図２で説明したような離型オイル塗布機
構を設置しなければならない。

【００１０】すると、装置が大型化する、コストアップ
になる、メインテナンスが複雑になるなどの様々な問題
が発生する。また、定着後の転写材へはシリコーンオイ
ルが付着するが、特にＯＨＰシートではシリコーンオイ
ルが浸透しないため、残留したシリコーンオイルにより
ユーザが手を汚したりするという問題もある。

【００１１】この様な問題に対し、ヒータの埋設された
加熱ローラと無端状ベルトとを組み合わせ、両者の圧接
部で形成されるニップ幅を広くとることで加熱時間を増
やし定着温度を下げることでホットオフセットの発生を
おさえるタイプの画像定着装置が従来から数多く提案さ
れている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の画像
定着装置における問題点を図３を用いて説明する。ここ
で、図３は従来の無端状ベルト方式の画像定着装置の温
度特性を示すグラフである。

【００１３】画像定着装置の電源スイッチをオンする
と、画像定着装置は静止したままでヒータが作動し、加
熱ローラの表面温度が上昇する。そして、１００℃程度
まで加熱した後は、表面温度が制御温度であるたとえば
１５０℃になるまで加熱ローラを回転させながら加熱す
る。そして、ウォームアップが完了すると、加熱ローラ
の回転が停止して待機モードに入る。

【００１４】待機モードになってからは、加熱ローラは
温度制御部によって制御温度に保たれる。このとき、無
端状ベルトの加熱ローラに接していない部分の表面温度
は徐々に低下して行く。そして、待機時間が長時間にわ
たると、この部分は室内温度近くまで低下する場合があ
る。

【００１５】このような状況で、印字命令の受信により
加熱ローラが印字速度で回転を始めると、加熱ローラは
無端状ベルトの温度低下箇所に大量の熱を奪われて表面
温度が大きく低下してしまう。すると、印字により低温
オフセットが発生して十分な定着性能が得られなくな
る、そこで、本発明は、待機状態から回転を開始した直
後における加熱ローラ表面の温度低下に起因する低温オ
フセットを防止することのできる画像定着装置を提供す
ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の画像定着装置は、内部に加熱源を有する加
熱ローラと、複数のローラに掛けわたされて加熱ローラ
に圧接された無端状ベルトを有し、耐熱性のある弾性部
材からなる無端状ベルトの厚みｔを０．５ｍｍ≦ｔ≦
２．０ｍｍ、全周長Ｌを加熱ローラの直径φに対して
０．５πφ≦Ｌ≦１．５πφとしたものである。これに
より、待機状態から回転を開始した直後における加熱ロ
ーラ表面の温度低下が低温オフセットの発生しない範囲
内に抑制される。

【００１７】また、本発明の画像定着装置は、さらに、
加熱ローラについて、定着温度Ｔ１まで加熱された後回
転して印字を開始するまでの待機中における待機温度Ｔ
２を、Ｔ２＞Ｔ１の関係が成立するように温度制御する
ものである。これにより、待機環境が低温低湿下であっ
ても加熱ローラ表面の温度低下が低温オフセットの発生
しない範囲内に抑制される。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、内部に加熱源を有する加熱ローラと、複数のローラ
に掛けわたされて加熱ローラに圧接された無端状ベルト
を有し、耐熱性のある弾性部材からなる無端状ベルトの
厚みｔを０．５ｍｍ≦ｔ≦２．０ｍｍ、全周長Ｌを加熱
ローラの直径φに対して０．５πφ≦Ｌ≦１．５πφと
した画像定着装置であり、待機状態から回転を開始した
直後における加熱ローラ表面の温度低下が低温オフセッ
トの発生しない範囲内に抑制されるという作用を有す
る。

【００１９】また、本発明の請求項２に記載の発明は、
請求項１記載の発明において、加熱ローラについて、定
着温度Ｔ１まで加熱された後回転して印字を開始するま
での待機中における待機温度Ｔ２を、Ｔ２＞Ｔ１の関係
が成立するように温度制御した画像定着装置であり、待
機環境が低温低湿下であっても加熱ローラ表面の温度低
下が低温オフセットの発生しない範囲内に抑制されると
いう作用を有する。

【００２０】以下、本発明の実施の形態について、図１
を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態における
画像定着装置の要部構成を示す説明図である。

【００２１】図１において、アルミニウムなどの高熱伝
導性の金属管からなる加熱ローラ１１にはヒータ（加熱
源）１２が内包されている。そして、加熱ローラ１１の
回転とともに回転する無端状ベルト１５がこの加熱ロー
ラ１１に圧接されて配置され、両者の間にニップ部が形
成されている。無端状ベルト１５は厚さ約１ｍｍ程度の
シリコンーンゴム等の耐熱弾性体の外表面上に離型性の
良好なフッ素等のコート層を形成したものからなる。

【００２２】加熱ローラ１１の表面温度を検知するた
め、この加熱ローラ１１の近傍にはサーミスタ１７が設
置されている。そして、加熱ローラ１１の表面温度はサ
ーミスタ１７の検知温度に基づいて温度制御部（図示せ
ず）によって制御され、一定の温度に保たれる。

【００２３】無端状ベルト１５は上方に設置された加圧
ローラ（ローラ）１４と下方に設置された支持ローラ
（ローラ）１３とに掛け渡され、前述の加熱ローラ１１
と所定の長さにわたって常時接触するように配置されて
いる。そして、テンションローラ１６によって必要な張
力が与えられている。また、加圧ローラ１４はバネなど
の付勢部材によって加熱ローラ１１に圧接されている。

【００２４】図示するように、未定着のトナーが加熱ロ
ーラ１１に接触する面にのった記録紙１８は、矢印ａに
示す搬送方向に運ばれ、回転する加熱ローラ１１と無端
状ベルト１５とに挟まれる。そして、トナーは搬送途中
における加熱ローラ１１からの熱で溶融され、記録紙１
８に定着される。

【００２５】ここで、以上の構造を有する画像定着装置
を用いて行った画像評価について説明する。

【００２６】評価に用いた画像定着装置の仕様を表１
に、評価に用いたトナー、記録紙、おいるの仕様を表２
にそれぞれ示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】上記仕様において、トナー層３層のコンポ
ジットブラックの印字により、定着時のオフセットの発
生について検討した。なお、オイル塗布量はＡ４一枚当
たり約２ｍｇである。その結果を表３に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】表３からわかるように、コールドオフセッ
トが発生しない温度は１３０℃以上である。したがっ
て、温度低下後の加熱ローラの表面温度は１３０℃以下
にならないようにする必要がある。

【００３２】次に無端状ベルト（以下、単に「ベルト」
ということもある。）１５の厚みを変化させ、印字信号
受信時の駆動による温度低下を測定した結果を表４に示
す。常温環境下（気温２０℃、湿度６０％ＲＨ）で定着
温度まで立ち上げた後、１時間放置した状態から印字信
号を送り印字信号受信時の駆動による温度低下を測定し
た。なお、この実験時に用いたベルト１５の周長は１５
７ｍｍである。

【００３３】

【表４】

【００３４】表４より、ベルト１５の厚みが厚くなると
ベルト１５の熱容量が大きくなるために、温度の低下幅
が大きくなっている。そして、前述したオフセットの検
討から加熱ローラ１１の表面温度は１３０℃以上である
ことが必要とされるので、定着温度１５０℃に対して温
度低下が２０℃以内であればオフセットは発生しない。
したがって、ベルト１５の肉厚は２ｍｍ以下が望まし
い。ここで、上記の仕様で２００時間定着温度で空回し
による耐久試験を行ったところ、厚さ０．５ｍｍより薄
いベルト１５では強度不足のために破断した。

【００３５】したがって、無端状ベルト１５の厚みｔ
は、オフセットを防止する観点、温度低下および強度の
観点から、０．５ｍｍ≦ｔ≦２．０ｍｍにするのが望ま
しい。

【００３６】次に、無端状ベルト１５の周長を変化させ
た場合の、印字信号受信時の駆動による温度低下を比較
した。

【００３７】一般に、周長を短くすればベルト１５の未
加熱部が少なくなるので温度低下が少なくなるが、この
場合には、十分な加熱距離（ニップ）がとれなくなる、
熱容量不足のためにトナー面反対側の用紙温度が安定せ
ず定着性が不均一になる等の問題が生じる。一方、周長
が長すぎると未加熱部が増えるので温度低下が大きくな
り、トナーの定着不良が生じる。したがって、ベルト１
５の周長にも最適な範囲があることが考えられる。

【００３８】常温環境下（気温２０℃、湿度６０％Ｒ
Ｈ）で無端状ベルト１５の周長を変化させた場合の、印
字信号受信時の駆動による温度低下および定着性の変化
についての測定結果を表５に示す。なお、ここでのベル
ト１５の厚みは１ｍｍである。

【００３９】

【表５】

【００４０】この結果からわかるように無端状ベルト１
５の周長Ｌを加熱ローラ１１の直径φに対し、０．５π
φ≦Ｌ≦１．５πφとすることで定着強度が安定し、待
機状態から加熱ローラ１１が回転を開始した直後の加熱
ローラ表面の温度低下による定着不良（コールドオフセ
ット）が防止される。

【００４１】ここで、無端状ベルト１５の厚みと周長を
上記のように限定した場合においても、たとえば低温低
湿の環境下（気温１０℃、湿度２０％ＲＨ）では、待機
時に無端状ベルト１５の加熱ローラ１１に接触していな
い部分がより冷やされるために、２０℃以上の温度低下
が発生する。

【００４２】この温度低下後の温度が、定着時にオフセ
ットを生じない温度であるようにするために、待機時の
温度制御を行った。そして、この待機時の温度を定着時
の温度よりも高く設定して温度低下が改善しないかを検
討した。ここでのベルト１５の肉厚および周長はそれぞ
れ１ｍｍ、１５７ｍｍである。測定結果を表６に示す。

【００４３】

【表６】

【００４４】この表６からわかるように、待機温度を意
識的に高くすることで温度低下量は大きくなるが、温度
低下後のヒートローラの表面温度を定着不良が起きない
温度にすることが可能となる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、無端状
ベルトの厚みｔを０．５ｍｍ≦ｔ≦２．０ｍｍ、全周長
Ｌを加熱ローラの直径φに対して０．５πφ≦Ｌ≦１．
５πφとしたことにより、待機状態から回転を開始した
直後における加熱ローラ表面の温度低下が低温オフセッ
トの発生しない範囲内に抑制されるという有効な効果が
得られる。

【００４６】また、本発明によれば、加熱ローラの待機
温度Ｔ２を定着温度Ｔ１に対して、Ｔ２＞Ｔ１の関係が
成立するように温度制御したことにより、待機環境が低
温低湿下であっても加熱ローラ表面の温度低下が低温オ
フセットの発生しない範囲内に抑制されるという有効な
効果が得られる。

【００４７】したがって、本発明によれば、待機状態か
ら回転を開始した直後における加熱ローラ表面の温度低
下に起因する低温オフセットが確実に防止されるという
有効な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における画像定着装置の
要部構成を示す説明図

【図２】従来の画像定着装置の要部構成を示す概略図

【図３】従来の無端状ベルト方式の画像定着装置の温度
特性を示すグラフ

【符号の説明】

１１加熱ローラ１２ヒータ（加熱源）１３支持ローラ（ローラ）１４加圧ローラ（ローラ）１５無端状ベルト１８記録紙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野田和彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者津留哲浩大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者北原寿朗大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者安田秀樹大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に加熱源を有する加熱ローラと、複数
のローラに掛けわたされて前記加熱ローラに圧接された
無端状ベルトから構成され、記録紙にトナー像を定着さ
せる画像定着装置であって、前記無端状ベルトは耐熱性のある弾性部材よりなり、そ
の厚みｔが０．５ｍｍ≦ｔ≦２．０ｍｍ、全周長Ｌが前
記加熱ローラの直径φに対して０．５πφ≦Ｌ≦１．５
πφとされていることを特徴とする画像定着装置。
【請求項２】前記加熱ローラは、定着温度Ｔ１まで加熱
された後回転して印字を開始するまでの待機中における
待機温度Ｔ２が、Ｔ２＞Ｔ１の関係が成立するように温
度制御されることを特徴とする請求項１記載の画像定着
装置。