JPH11143263A - 加熱定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オフセットトナーが加圧ローラ２８に付着す
ると、この付着部分は表面エネルギーが著しく低下し、
加圧ローラ２８上に島状あるいは面状にトナーの薄層が
形成される。このトナー層の一部は加圧ローラ２８から
剥離して定着フィルム２５に転移し、その後転写材Ｐに
順次熱転写される。その結果、転写材Ｐの表面には斑点
状の汚れが発生する。 【解決手段】 発熱部材２０の温度を制御する通電制御
手段３０と、前記発熱部材に対向して配置される加圧部
材２８と、前記発熱部材を内包するように前記発熱部材
と加圧部材との間に挟持された定着フィルム２５と、ス
ポンジの外表面に金属層を設け前記加圧部材と圧接した
無端状のクリーニング部材３３を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は用紙上に形成された
トナー画像を該用紙上に加熱定着する加熱定着装置およ
び該加熱定着装置を適用した複写機、レーザービームプ
リンタ等の画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の加熱定着装置としては、
発熱部材に耐熱性の定着フィルムを摺接させ、この定着
フィルムを介して発熱部材に加圧部材を圧接させること
により、定着フィルムの移動と共に圧接部で挟持搬送す
る転写材（用紙）に該定着フィルムを介して発熱部材か
ら熱エネルギを与えるフィルム定着による加熱定着装置
が用いられている。

【０００３】図４は上記フィルム定着による加熱定着装
置の一例を示すもので、図４において、２０は支持体と
してのステー２１に支持された発熱部材たるヒータであ
り、このヒータ２０には、耐熱性の高い材料を離型性の
よい材料で被覆したエンドレスベルト状の定着フィルム
２５が、ヒータ２０と略平行に配設された駆動ローラ２
６及び従動ローラ２７との間に懸回張設されて摺接する
ように配設されている。

【０００４】また、上記ヒータ２０の下面には、定着フ
ィルム２５を挟むように加圧部材としての加圧ローラ２
８が、付勢手段によって例えば総圧力５kg重程度の当接
圧で対向圧接している。この加圧ローラ２８は、シリコ
ンゴム等の離型性の良いゴム弾性層を有し、ヒータ２０
との間に定着ニップＮを形成している。

【０００５】そして、駆動ローラ２６が回転駆動手段と
しての駆動モータＭにより矢印の方向に回転駆動する
と、テンションローラを兼ねる従動ローラ２７により所
定のテンションを与えられた定着フィルム２５は、矢印
ａの方向に所定の周速度で回転し、この定着フィルム２
５の回転走行に伴い加圧ローラ２８も反時計方向に従動
回転し、転写材Ｐを挟持搬送するようになっている。

【０００６】従って、トナー像Ｔを転写された後の転写
材Ｐが、転写材供給手段（図示せず）により、上記加熱
定着装置に順次送り込まれ、定着ニップＮに突入する
と、この転写材Ｐは定着フィルム２５及び加圧ローラ２
８の回転に伴って挟持搬送されると共に、ヒータ２０が
発する熱エネルギーを付与され、転写材Ｐ上のトナー像
Ｔが該転写材に定着される。

【０００７】この種のフィルム定着方式の加熱定着装置
では、発熱部材としてのヒータ２０および該ヒータ２０
の熱エネルギーを転写材Ｐに伝導する部材としての定着
フィルム２５を低熱容量化できるため、省電力化、ウエ
イトタイムの短縮化（クイックスタート性）が可能にな
る利点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】従来の加熱定着装
置は以上のように構成されているので、以下に説明する
ような課題が発生する場合があった。

【０００９】トナー像Ｔが定着ニップＮを通過する際
に、微量のトナーが転写材Ｐから定着フィルム２５に転
移する、いわゆるオフセット現象が発生する。このオフ
セットしたトナーの一部は、定着フィルム２５が一周し
た後に再び転写材Ｐの後端に転移するか、定着フィルム
２５に残留して、次に定着ニップＮを通過する次の転写
材Ｐに転写される。これら転写材Ｐに転写されたトナー
はきわめて微量であるため、実用上まったく間題となら
ない。

【００１０】ところが、上記のオフセットトナーの一部
は加圧ローラ２８にも転移する。加圧ローラ２８上に一
旦トナーが付着すると、この付着部分は表面エネルギー
が著しく低下し、さらにトナーが付着し易くなる。その
結果、加圧ローラ２８上に島状あるいは面状にトナーの
薄層が形成される。

【００１１】このトナーの薄層の加圧ローラ２８への付
着力は、加圧ローラ２８の表面温度が低い（とくにトナ
ーのガラス転移温度より低い）場合に弱くなる。この種
のフィルム定着装置は、装置が待機常態にある場合、ヒ
ータ２０への通電は行なわない。従って、加圧ローラ２
８も通常室温程度、少なくともトナーのガラス転移温度
以下に保たれている。

【００１２】その状態で定着動作を開始すると、定着ニ
ップＮにおいて定着フィルム２５の表面は急速に昇温す
る。このため、転写材Ｐが定着ニップＮに到達する前
に、加圧ローラ２８の表面に弱い力で付着したトナー層
の表面が軟化して定着フィルム２５と密着する。する
と、前記トナー層の一部は加圧ローラ２８から剥離し、
定着フィルム２５に転移する。転移したトナーは、その
後すぐに定着ニップＮに到着し通過してゆく転写材Ｐに
順次熱転写される。その結果、転写材Ｐの表面には斑点
状の汚れが発生する。

【００１３】このような、加圧ローラ２８のトナー汚れ
に起因する転写材Ｐの斑点状汚れを防止するために、図
５に示すような、アルミ等の熱伝導がよく、表面エネル
ギーの高い金属からなるクリーニング部材としてのロー
ラ４３を設ける例が知られている。しかしながら、通常
の使用においてローラ４３の表面温度はトナーのガラス
転移温度以上にはならないため、ローラ４３に接触した
加圧ローラ２８上のトナーが軟化変形せず、ローラ４３
へのトナーの回収効率が悪かった。この結果、転写材Ｐ
の表面に対する斑点状の汚れ発生を確実に防止すること
ができないという課題があった。

【００１４】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたもので、加圧ローラのトナー汚れに起因する
転写材の斑点状汚れを防止し、常に良好な定着画像が得
られる加熱定着装置および画像形成装置を得ることを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は次の構成を有す
ることを特徴とする加熱定着装置および画像形成装置で
ある。

【００１６】（１）発熱部材の温度を制御する通電制御
手段と、前記発熱部材に対向して配置される加圧部材
と、前記発熱部材を内包するように前記発熱部材と加圧
部材との間に挟持された定着フィルムと、スポンジの外
表面に金属層を設け前記加圧部材と圧接した無端状のク
リーニング部材を備えた加熱定着装置。

【００１７】（２）クリーニング部材は、アクリル製の
ファーブラシの表面に外表面に金属層を設けたものであ
ることをことを特徴とする請求項（１）記載の加熱定着
装置。

【００１８】（３）加圧部材とクリーニング部材の間に
金属ベルトを介在させたことを特徴とする請求項（１）
または請求項（２）項記載の加熱定着装置。

【００１９】（４）原稿画像あるいは入力した画像信号
に対応したトナー画像を像担持体に形成し、この像担持
体上のトナー画像を用紙上に転写する画像形成手段と、
前記用紙上に形成されたトナー画像を該用紙に定着させ
る請求項（１）から請求項（３）のうちのいずれか１項
記載の加熱定着装置とを備えた画像形成装置。

【００２０】（５）加熱定着装置におけるクリーニング
部材の表面温度は、トナーのガラス転移温度より高いこ
とを特徴とする請求項（４）記載の画像形成装置。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
添付図面について説明する。

【００２２】実施の形態１．図１は本発明の実施の形態
１による加熱定着装置を適用した画像形成装置を示す概
略構成図である。図３は第１乃至は第４の実施例および
比較例１において、ローラ３３の表面温度と、画像形成
動作を長期間行なったときの画像汚れの評価結果を対比
し説明する図である。

【００２３】図１において、１０は像担持体としてのド
ラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと称す）で
あり、この感光ドラム１０は、たとえば、ＯＰＣ感光ド
ラムなどがある。この感光ドラム１０の上方には、帯電
手段としての一次帯電装置１１が配設されている。

【００２４】この一次帯電装置１１は、画像形成時に、
感光ドラム１０の表面を一様に帯電するもので、帯電さ
れた感光ドラム１０の表面には、原稿画像などの画像信
号に対応した画像露光１２が照射され、静電潜像が形成
される。そして、現像装置１３は、感光ドラム１０上に
形成された静電潜像を現像してトナー像を形成するもの
である。

【００２５】本実施の形態１で使用されるトナーは、体
積平均粒径約７μｍの１成分ネガトナーであり、結着樹
脂は主にポリエステルである。このトナーのガラス転移
温度（Ｔｇ）は約６０℃で、軟化温度あるいは定着可能
温度（Ｔｍ）は約１３０℃である。

【００２６】転写手段である転写帯電装置１４は、感光
ドム１０上のトナー画像を転写材としての転写紙１８へ
転写するもので、感光ドラム上のトナー画像が転写され
た後の転写紙１８は、転写材搬送装置３２により加熱定
着装置１９へと搬送され、この加熱定着装置１９におい
てトナー画像が定着され、出力画像を形成して排出され
る。なお、感光ドラム１０、一時帯電装置１１、現像装
置１３及び転写帯電装置１４により画像形成手段５０を
構成している。

【００２７】ところで、本実施の形態１の画像形成装置
における加熱定着装置１９は、図１に示すように定着フ
ィルム使用の加熱定着装置であり、耐熱性の高い材料で
形成されたエンドレスベルト状の定着フイルム２５は、
支持体（不図示）に支持された発熱部材であるヒータ２
０に摺接するように、ヒータ２０と駆動ローラ２６と従
動ローラー２７との間に懸回張設されている。

【００２８】また、上記ヒータ２０の下面には、定着フ
ィルム２５を介在させて、加圧部材としての加圧ローラ
２８が不図示の付勢手段によって、例えば総圧力５ｋｇ
重程度の当接圧で対向圧接されている。加圧ローラ２８
は、シリコンゴム等の離型性の良いゴム弾性層、ないし
はさらにその表面に、シリコンゴムよりもさらに離型性
のよいＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰ等のフッ素樹脂層を有
しており、ヒータ２０に圧接することで定着ニップＮを
形成している。加圧ローラ２８の外径は２０ｍｍないし
は３０ｍｍである。

【００２９】そして、駆動ローラー２６が回転駆動手段
としての駆動モーターＭにより時計方向に回転駆動する
と、テンションローラーを兼ねる従動ローラー２７によ
り所定のテンションを与えられた定着フィルム２５は、
時計回り方向に所定の周速度で回転し、この定着フィル
ム２５の周回走行に伴い加圧ローラー２８も反時計回り
方向に従動回転し、これにより転写材１８は、定着フィ
ルム２５と加圧ローラ２８との間に挟持されながら搬送
されることになる。

【００３０】このように周回される定着フィルム２５
は、繰り返してトナー像の加熱定着に供されることにな
るから、耐熱性、離型性、耐磨耗性に優れたフィルム
で、かつ一般的には総厚１００μｍ以下、好ましくは４
０μｍ以下の薄肉のものを使用する。例えば、ポリイミ
ド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ等の耐熱樹脂の単層、
あるいはこれらの耐熱樹脂の表面を、ＰＦＡ，ＰＴＦ
Ｅ，ＦＥＰ等のフッ素樹脂層複合層で被覆したフィルム
を使用すると良い。周長は３０ｍｍないし６０ｍｍであ
る。

【００３１】また、ヒータ２０は、厚み１．Ｏｍｍ、幅
１０．Ｏｍｍ、長さ３５０ｍｍの良熱伝導体、例えばア
ルミナ、窒化アルミニウム等の基板上に電気抵抗材料を
幅２．５ｍｍ、長さ３００ｍｍに塗工したものであり、
この電気抵抗材料に通電することで熱エネルギを発生さ
せるようにしている。

【００３２】さらに、上記ヒータ２０の基板の背面に
は、温度検知手段としての温度センサ２９が装着されて
おり、この温度センサ２９には、画像形成動作の実行中
にヒータ２０の基が所定の設定温度（温調温度）になる
ように、この温度センサにより検知した温度に応じて、
ヒータ２０へ供給する電力を制御する通電制御手段であ
る通電制御部３０が接続されている。また、通電制御部
は、ヒータ２０へ供給する電力を制御している。

【００３３】加圧ローラ２８の下部には、ローラ３３が
不図示の付勢手段によってたとえば総圧力５００ｇ重な
いしは２Ｋｇ重の当接圧で対向圧接している。ローラ３
３の外径は１０ｍｍである。このローラ３３の表面は、
ニッケル、電鋳製エンドレスベルト３０μで構成されて
おり、内部にアスカーＣ硬度計で３０度のＥＰＤＭのス
ポンジが外径４ｍｍの鉄の芯金にまかれて圧入されてい
る。

【００３４】ローラ３３が装着されていない場合、ヒー
タ２０の長さより幅の狭い転写材を連続して処理した場
合、転写材が通過しない場所でヒータ２０および該ヒー
タに対向する部分の定着フイルム２５や加圧ローラ２８
の温度が著しく高くなり、部品の熱損傷を引き起こすい
わゆる端部昇温という現象が発生する。

【００３５】ローラ３３が装着されると、加圧ローラ２
８の回転に伴って時間回り方向に従動回転する。その結
果、ローラの熱伝導がよいため、ローラ３３と圧接して
いる加圧ローラの軸方向温度分布は均一化される。する
と、加圧ローラ２８のみならずヒータ２０や定着フイル
ム２５の長手方向温度分布は均一化でき、上記のような
端部昇温という現象が発生しない。すなわち、ローラ３
３は定着器の端部昇温防止部材の役割を果たす。

【００３６】さらに、このローラ３３は表面エネルギが
加圧ローラ２８の表面エネルギと比べて高くなるように
構成されており、加圧ローラ表面に付着したトナーを回
収する能力もある。したがってローラ３３の表面にニッ
ケル電鋳エンドレスベルトを用いることで確実に回収す
ることができる。

【００３７】特に、ローラ３３の表面温度が、本実施の
形態１で使用するトナーのガラス転移温度である６０。
Ｃ以上、好ましくはガラス転移温度より１０。Ｃ以上、
さらに好ましくはガラス転移温度より２０。Ｃ以上高い
温度まで昇温した場合、ローラ３３に接触したトナーが
変形しローラ３３にしっかりと密着する。したがって、
ローラ３３の表面を上記のごとく６０℃ないしは８０℃
以上に保った状態で所定の時間加圧ローラと対向圧接し
つつ回転させると、加圧ローラのトナー汚れが回収でき
る。

【００３８】本実施の形態１の画像形成装置において、
転写紙として、Ａ４サイズの定着性の悪い紙（たとえ
ば、填量の多い紙、厚紙、地合いの悪い紙）を用い、５
％の画像比率を有する画像を５分間に１枚の間欠的なモ
ードで出力を続けた場合、ローラ３３の飽和温度は約３
５℃であった（室温１５℃の場合）。

【００３９】このようなモードで画像を出力すると、前
述のように、転写紙上のトナーの一部が定着フィルム２
５を介して加圧ローラ２８に転移する。さらに、加圧ロ
ーラ２８上のトナーは、親和性の高い表面をもったロー
ラ３３へ確実に回収される。従って加圧ローラ２８の表
面にトナーの薄層が形成されることがない。

【００４０】同様のモードで画像の出力を継続すると、
１万枚乃至は１０万枚までは画像汚れがまったく発生し
なかった。１５万枚程度画像を出力すると、ローラ３３
上に回収したトナーの凹凸が大きくなる。すると実効的
に加圧ローラ２８とローラ３３の接触面積が低下し、か
つそローラ３３への熱伝達効率が低下する。その結果、
加圧ローラ２８の表面に若干量のトナーが残留するよう
になり、かつローラ３３に回収したトナーの該ローラへ
の結着力も低下する。ただし、この時点での画像汚れは
実用上間題のないレベルである。

【００４１】しかし、３０万枚まで出力すると、さらに
ローラ３３の表面に堆積したトナーの凹凸が大きくな
り、加圧ローラ２８とローラ３３の接触面積が低下する
ため、加圧ローラ２８表面の残留トナーが増大し、ロー
ラ３３に回収したトナーのローラ３３への結着力もさら
に低下した。この状態で長時間休止した後に画像を出力
すると、前回転時に、ローラ３３に回収されていたトナ
ーが、前回転中に定着フィルム２５を介してヒーター２
０により、ガラス転移温度より約２０℃乃至は６０℃高
い温度まで昇温して、トナーに対する付着力の上がった
加圧ローラ２８により剥ぎ取られる現象が発生する。

【００４２】このトナーが加圧ローラ２８表面にもとも
と残留するトナーと共に加熱定着装置１９の前回転時に
定着フィルム２５に付着し、許容できないレベルの画像
汚れが発生した。従って、本実施の形態１においては、
１５万枚を目安にローラ３３を交換するとよい比較例
１．次に、本発明の比較例１を図３を参照して説明す
る。

【００４３】本比較例１の画像形成装置は、図１に示す
画像形成装置と同一構成のものを用いるため、画像形成
装置の構成説明は省略する。本比較例の画像形成装置で
は、加圧ローラクリーニングモード選択スイッチ３１に
より、加圧ローラクリーニング工程がなしに設定されて
いる。この状態で実施の形態１と同じく下記のような試
験を行った。

【００４４】転写紙として、Ａ４サイズの定着性の悪い
紙（たとえば、填量の多い紙、厚紙、地合いの悪い紙）
を用い、５％の画像比率を有する画像を５分間に１枚の
間欠的なモードで出力を続けた場合、ローラ３３の飽和
温度は約３５℃であった（室温１５℃の場合）。

【００４５】このようなモードで画像を出力すると、前
述のように、転写紙上のトナーの一部が定着フィルム２
５を介して加圧ローラ２８に転移する。しかしながら、
ローラ３３の温度がトナーのガラス転移温度より低いた
め、加圧ローラ２８上のトナーはほとんどローラ３３へ
は回収されない。すると、約５０００枚で画像よごれが
発生し、１万枚で実用上許容できない程度まで悪化し
た。結果を図３の比較例１の行に示す。

【００４６】実施の形態２．次に、本発明の実施の形態
２を図３を参照して説明する。

【００４７】本実施の形態２の画像形成装置は、図１に
示す画像形成装置と同一構成のものを用いるため、画像
形成装置の構成説明は省略する。本実施の形態２の画像
形成装置では、ローラ３３の表面に実施の形態１と異な
り、ステンレス製０．５ｍｍの溶接ベットを巻いた。３
０万枚まで出力した後の画像汚れは実用上許容できるレ
ベルであった。結果を図３の実施の形態２の行に示す。

【００４８】実施の形態３．次に、本発明の実施の形態
３を図３を参照して説明する。

【００４９】本実施の形態３の画像形成装置は、図１に
示す画像形成装置と同一構成のものを用いるため、画像
形成装置の構成説明は省略する。本実施の形態３の画像
形成装置では、図４に示すように、ローラ３３の表面に
ニッケルベルト３４を周長が２０ｍｍになるように、テ
ンションフリーで設けたものである。

【００５０】本実施の形態３の構成によれば、加圧ロー
ラ２８をクリーニングする性能が長期に渡って維持さ
れ、加圧ローラへの残留トナーが極めて少なく、ローラ
３３からの加圧ローラへのトナーの戻りも発生しにく
い。従って、加圧ローラ２８の表面にトナーの薄層が形
成されることはない。

【００５１】実施の形態４．次に、本発明の実施の形態
４を図３を参照して説明する。

【００５２】本実施の形態４の画像形成装置は、図１に
示す画像形成装置と同一構成のものを用いるため、画像
形成装置の構成説明は省略する。本実施の形態４の画像
形成装置では、実施の形態１のローラ３３に用いるスポ
ンジの代わりにアクリル製の毛が２ｍｍ６デニールのフ
ァーブラシ（芯金６ｍｍの鉄）を用いたもので、この結
果、実施の形態１と同様の効果が得られた。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、スポン
ジの外表面に金属層を設け前記加圧ローラと圧接した無
端状のクリーニング部材を備えた構成としたので、確実
に加圧ローラの汚れを回収することができ、加圧ローラ
のトナー汚れに起因する画像汚れを防止できる効果があ
る。

【００５４】また、クリーニング部材は加圧ローラとの
間に、従来の単純な金属ローラを用いる場合とことな
り、ニップを大きく取れる（従来１ｍｍに対し、本発明
２ｍｍ）ため、クリーニング能力および放熱効果を高め
ることができる効果がある。

【００５５】また、転写材上に形成されたトナー画像を
該転写材に定着させるために、本発明の加熱定着装置を
適用するように構成したので、トナー汚れのない高品質
の画像を形成することのできる画像形成装置を得ること
ができる効果がある。

【００５６】また、クリーニング部材の表面温度を、ト
ナーのガラス転移温度より高く構成したので、上記の点
と相俟ってより加圧ローラのクリーニング効果を高める
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による加熱定着装置を
適用した画像形成装置を示す概略構成図である。

【図２】 本発明の実施の形態１による加熱定着装置を
適用した画像形成装置を示す概略構成図である。

【図３】 第１乃至は第４の実施の形態および比較例１
において、ローラ３３の表面温度と、画像形成動作を長
期間行なったときの画像汚れの評価結果を対比し説明す
る図である。

【図４】 従来の加熱定着装置を示す構成図である。

【図５】 従来の他の加熱定着装置を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１０ 感光ドラム（像担持体）、 ２０ ヒータ（発熱部材）、 ２５ 定着フイルム、 ２８ 加圧ローラ（加圧部材）、 ３０ 通電制御部（通電制御手段）、 ３３ ローラ（クリーニング部材）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱部材の温度を制御する通電制御手段
   と、前記発熱部材に対向して配置される加圧部材と、前
   記発熱部材を内包するように前記発熱部材と加圧部材と
   の間に挟持された定着フィルムと、スポンジの外表面に
   金属層を設け前記加圧部材と圧接した無端状のクリーニ
   ング部材を備えた加熱定着装置。
2. 【請求項２】 クリーニング部材は、アクリル製のファ
   ーブラシの表面に外表面に金属層を設けたものであるこ
   とをことを特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
3. 【請求項３】 加圧部材とクリーニング部材の間に金属
   ベルトを介在させたことを特徴とする請求項１または請
   求項２項記載の加熱定着装置。
4. 【請求項４】 原稿画像あるいは入力した画像信号に対
   応したトナー画像を像担持体に形成し、この像担持体上
   のトナー画像を用紙上に転写する画像形成手段と、前記
   用紙上に形成されたトナー画像を該用紙に定着させる請
   求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の加熱定
   着装置とを備えた画像形成装置。
5. 【請求項５】 加熱定着装置におけるクリーニング部材
   の表面温度は、トナーのガラス転移温度より高いことを
   特徴とする請求項４記載の画像形成装置。