JP2001154516A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
によって定着部材に弛みやしわの生じることがなく、定
着部材の安定した走行を得る。 【解決手段】 加熱された定着ローラ1と加圧ローラ3
で被定着物5を挟持し被定着物5上のトナー5aを加熱
溶融する。冷却ローラ6により被定着物5上のトナー5
aが冷却され軟化点あるいは融点以下になった後、定着
ベルト1aより被定着物5が引き剥がす。この定着部の
高温による熱膨張を防ぐため予め熱膨張分を考慮して定
着ベルト1aを張架する。定着部材の厚みを1.0〜3
00[μm]の範囲、適正なテンションを定着部材の厚さ
をS[μm]として、熱膨張分を含み高めに設定したテン
ションT[N/m]を(S+99)/40000〜(29
S+371)×3/40000[9.8×100 N/
m]の範囲とする。
Description
ミリ、プリンタ等に用いられている静電気を利用した静
電荷現像する電子写真方式を用いた画像形成装置であっ
て、特に定着部材がベルト状であり低粘度のトナーを用
いた画像形成装置に関するものである。
軟化から完全溶融状態までのいわゆるゴム域の範囲内に
おいては樹脂の粘度が非常に高いため、自己凝集力が高
く定着部材にトナーの一部が接着するオフセットの発生
はない。しかし、完全溶融状態になると樹脂の粘度の低
下が著しく、自己凝集力の低下が起こることから定着部
材に一部トナーが接着するという現象が起こる。したが
って、実際の熱定着においてはトナーのゴム域範囲内に
おける粘度範囲で定着が行われている。このように、ゴ
ム域状態の粘度が高いトナーに使用される樹脂の融点は
かなり高くなり、必然的に定着温度を上げざるを得ず、
定着に必要な熱エネルギーは莫大となる。
資源及び省エネルギーの要求が高まっており、電子写真
方式を用いる画像形成装置においても、省エネルギーの
ために消費電力を抑える動きが活発化している。特に電
力消費の激しい定着を行う分野においても低温度定着化
が進んでいる。この低温度定着を実現するためには、当
然トナーの軟化点あるいは融点を下げざるをえず、この
ためトナーに使用されている熱可塑性の樹脂の特性とし
て、軟化点あるいは融点が下がることから必然的に溶融
粘度も下がるという性質がある。
融点以上の温度におけるものである。しかもこれら軟化
点及び融点は、島津製作所製のフローテスターによる測
定における軟化温度、流出開始温度に対応するものであ
り、またゴム域は軟化温度と流出開始温度迄の範囲を指
す。
は融点は樹脂の分子量,分子量分布,結晶化度,架橋
度,分子間力等によって決まり、同一構造の樹脂の軟化
点あるいは融点を下げるためには、このうちの分子量,
架橋度を下げるか、分子量分布を狭くせざるを得ない。
そして、分子量分布は樹脂の保存性の限界から下限が決
まってくるので、分子量自体を下げると必然的に狭くな
ってしまう。一般に分子量を下げると分子鎖は短くなる
ために絡み合いが緩くなり溶融粘度は下がる。また、分
子量分布が狭くなってもやはり分子鎖の絡み合いが緩く
なり溶融粘度は下がる。さらに、分子間の架橋度を下げ
るとそれぞれの分子が動きやすくなるために溶融粘度は
下がる。
ーであっても、特公昭51―29825号公報の電子写
真の定着方法や、特開昭63−118291号公報,特
開昭63−118292号公報,特開昭63−1182
93号公報の熱転写記録方法に開示されるような方法に
より、オフセットすることなく定着することができる。
るものは、フィルムシートを利用した定着部で被定着物
に熱を印加した後、フィルムシートと被定着物の密着を
保ったまま冷却を行いトナーが固化した後引き剥がすと
いうものであり、さらに強制冷却の概念も盛り込まれて
おり、具体的な強制冷却方法として送風、水冷が挙げら
れている。
して特開昭63−118291号公報,特開昭63−1
18292号公報,特開昭63−118293号公報に
記載されるように、ワックスを主成分としたような粘度
の低いホットメルト印字媒体であっても連続的な稼働状
態でフィルムに対してオフセットの生ずることのない定
着ができるようになった。一般に熱転写の印字媒体は主
成分がワックスであり、ワックスの粘度は10〜104
程度であり、このような低粘度の印字媒体であってもオ
フセットが発生することはない。
差走査熱量計(DSC)で測定した温度がトップピーク
値以下の温度に下がってからフィルムシートを引き剥が
すというものである。特に、特開昭63―118291
号公報では冷却方法として空気吹き付け、または冷媒と
して水、フレオンガス等で強制的に冷却を行うことが、
特開昭63―118292号公報ではフィルムシートと
被転写体とを密着した状態で冷却部を通過させること
が、また特開昭63―118293号公報ではフィルム
シートと被転写体とを引き剥がす機構を設け、また引き
剥がすまでの間フィルムシートと被転写体を密着した状
態に保つ機構も設けていることが記載されている。
着部材)上に印字媒体(トナー)が残る現象(いわゆる
オフセット)を防止している。したがって、この方式に
よれば従来の方式に比べて、溶融粘度の低いトナーでも
オフセットを起こすことなく使用することができる。
うな構成の画像形成方法においても、従来使用している
ような1013[c poise]以上の溶融粘度が高めのトナー
であれば特に問題はないが、1013[c poise]以下のト
ナーを用いると、トナーの溶融粘度が低いためにトナー
の定着部材に対する濡れ性が良くなり、固化した後の定
着部材に対するトナーの接着力が強すぎることになる。
当然固化した後、トナーの擬集力の方がトナーと定着部
材との接着力より強いので、ホットオフセットは発生す
ることなく被定着物を引き剥がすことは可能であるが、
定着部材とトナーの接着力が必要以上に強く、被定着物
を引き剥がす時にローラ等に張架されたベルト状の定着
部材に弛みを作り易く、定着部材の走行むらやしわの原
因となっていた。特に、この傾向は溶融粘度が下がると
より顕著であり、低粘度のトナーの使用においては定着
部材とトナーの接着力が強くなり被定着物の引き剥がし
時には定着部材に弛みやしわが生じてしまうという問題
があった。
薄い程熱伝導性は良いが、薄すぎるとベルトを弛まない
ように引っ張る力に負けて、定着部材が伸びたり変形し
たりする。さらに、厚すぎると熱伝導性が悪くなり必要
以上の熱量を与えなければならず、省エネルギーという
目的から外れてしまう。
なると必然的に定着部材の剛軟度があがり定着部材をガ
イドに沿った形で張架することが難しくなり、ベルトを
張架した時のテンションを上げなければならない。しか
し、テンションを上げていくと必然的にガイドの剛性も
上げなければならず、結果ガイド自体が大きくあるいは
重量の大きなものとなってしまう。この強度を増すこと
に関しても限界があることから、適正なものである必要
がある。
ことに指向するものであり、低温度定着において、溶融
粘度の低いトナーによる画像形成を行っても、被定着物
を引き剥がすときにトナーの接着力によって定着部材に
弛みやしわの生じることがなく、定着部材の安定した走
行により定着を行う画像形成装置を提供することを目的
とする。
に、本発明に係る画像形成装置は、加熱体を有するベル
ト状の定着部材と一対の加圧部材とから成る定着部を備
え、定着部にトナーによる粉像が形成された被定着物を
搬送させ、トナーの軟化点あるいは融点以上の状態に加
熱して、トナーの溶融後に加熱を停止して冷却し、トナ
ーの温度が軟化点あるいは融点以下となったときに、被
定着物を定着部材から引き剥がす画像形成装置であっ
て、被定着物に粉像を形成するトナーの粘度を10〜1
013[c poise]とし、定着部に張架されたベルト状の定
着部材の厚さを1.0〜300[μm]としたことを特徴
とする。
厚さをS[μm]としたとき、定着部材に加えられるテン
ションT[N/m]を(S+99)/50000〜(29
S+371)×3/50000[9.8×100 N/
m]と設定したことを特徴とする。
定着部材の熱膨張分を含み、定着部材の厚さをS[μm]
としたとき、定着部材に加えられるテンションT[N/
m]を(S+99)/40000〜(29S+371)
×3/40000[9.8×100 N/m]となるよう
に設定したことを特徴とする。
テンションを弾性部材により加えたこと、ガイドローラ
の駆動フリクションにより加えたこと、あるいはダンサ
ーローラの自重により加えるように構成したものであ
る。
ときにトナーの接着力によって定着部材に弛みやしわが
生じることがなく、定着部材の安定した走行ができる画
像形成装置を得ることができる。
ける実施の形態を詳細に説明する。
態1における画像形成装置の定着部の機構を示す図であ
る。図1において、1は定着ローラ、1aは定着ベル
ト、1bは補助ベルト、2は発熱体、3,3′は加圧ロ
ーラ、5は被定着物、5aはトナー、6は冷却ローラで
ある。
ンプ等の発熱体2で加熱された定着ローラ1(定着ベル
ト1a)と加圧ローラ3(補助ベルト1b)により被定
着物5を挟持して被定着物5上のトナー5aを加熱溶融
する。さらに冷却ローラ6により定着ベルト1aが冷却
され被定着物5上のトナー5aが冷却されて軟化点ある
いは融点以下になった後、定着ベルト1aより被定着物
5が引き剥がされる。
2aは線状発熱体、7は補助ローラであり、その他図1
と実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付
けることとして、その説明は省略する。
ラ3(補助ベルト1b)により被定着物5を挟持して被
定着物5上のトナー5aを加熱溶融する。このときの加
熱溶融は、加圧ローラ3(補助ベルト1b)と定着ベル
ト1aにより被定着物5を挟持する対向位置の線状発熱
体2aにより行われる。その後、冷却ローラ6により冷
却され定着ベルト1aより被定着物5が引き剥がされ
る。
あり、同様に図3において前記の図1,図2と同等の機
能を有するものには同一の符号を付して、その説明は省
略する。この図3に示す定着部は、図1の定着部とは異
なり補助ベルト1b,加圧ローラ3′,冷却ローラ6を
有しておらず、空冷あるいは自然冷却等による冷却後に
定着ベルト1aより被定着物5が引き剥がされる。
おいてはいずれにしても常温に比べてかなり高温とな
り、どうしても定着部材として使用する材料の熱膨張を
防ぐことができない。したがって、予め熱膨張分を考慮
して定着部材である定着ベルト1aを張架するのも1つ
の方法であり、定着部材の厚みと張架されたときのテン
ションとを工夫することによって、従来技術の問題点を
解決することができた。
ン範囲は、フィルムあるいはシート等からなるベルト状
の定着部材の厚みを1.0〜300[μm]として、その
厚さをS[μm]としたときに、定着部材の熱膨張分を含
み高めに設定したテンションT[N/m]が(S+99)
/40000〜T=(29S+371)×3/4000
0[9.8×100 N/m]の範囲であれば良い。
形態2における画像形成装置の定着部で、弾性部材によ
り定着部材にテンションを加える機構を示す図である。
ここでも、図1〜図3において説明した構成部材と同等
の機能を有するもには同一の符号を付してこれを示し、
以下の各図においても同様とする。図4において、1は
定着ローラ、1aは定着ベルト、2は発熱体、3,3′
は加圧ローラ、5は被定着物、5aはトナー、6は冷却
ローラ、8は弾性部材であるばねである。
イルばね等)のばね8によって、ガイドローラとしての
機能も有する冷却ローラ6の軸部分を付勢することによ
って、熱膨張により定着ベルト1aに弛みを生じても冷
却ローラ6がばね8の付勢力により移動して、定着ベル
ト1aに常に一定のテンションを与えることができる。
イドローラの駆動フリクションにより定着部材にテンシ
ョンを加える機構を示す図である。図5において、1は
定着ローラ、1aは定着ベルト、2は発熱体、3は加圧
ローラ、5は被定着物、5aはトナー、6は冷却ローラ
である。
6(ガイドローラ)の駆動軸のフリクションにより、定
着ベルト1aのテンションを張る方向に冷却ローラ6が
移動することによって、熱膨張による弛みに対して常に
所定のテンションが加わるようにする。
ダンサーローラの自重により定着部材にテンションを加
える機構を示す図である。図6において、1は定着ロー
ラ、1aは定着ベルト、2は発熱体、3,3′は加圧ロ
ーラ、5は被定着物、5aはトナー、6は冷却ローラ、
7′は補助ローラ、9はダンサーローラである。
るようなダンサーローラ9を自重で吊して、定着ベルト
1aに対し常に一定なテンションを加えるようにする。
テンションを加えるために、弾性部材やガイドローラ軸
のフリクション、あるいはダンサーローラの自重等を例
として述べたが、これらはあくまでも一例として挙げた
ものであり、テンションを調整するためのガイドはロー
ラだけでなく、板状や棒状のものであっても良い。ま
た、別途に補助ローラのような他のガイドを設けて、そ
れにテンションを加えるような機構を持たせても良い。
としては、各種の合成樹脂や金属材料を使用することが
できる。その一例としては、ポリエステル,ポリカーボ
ネート,ポリエーテルエーテルケトン,ポリサルフォ
ン,ポリアミド,ポリイミド,PTFE,鉄,ニッケ
ル,銅,アルミニウム等が使用できるが、本発明はこれ
らの材質に左右されるものではない。
(表1)に示す条件にて比較実験を実施して、次のよう
な結果を得た。
ときの引き剥がし時に、定着部材がトナーによる定着画
像に引っ張られて弛むことはなかったが、定着部材が部
分的に伸びて変形してしまった。
ときの引き剥がし時に、定着部材がトナーによる定着画
像に引っ張られて変形することはなかったが、定着部材
が弛んで走行むら及び定着部材にしわが生じてしまっ
た。
引き剥がし時に、定着部材がトナーによる定着画像に引
っ張られ弛むことはなかったが、定着部材が全体に伸び
て変形してしまった。
引き剥がし時に、定着部材がトナーによる定着画像に引
っ張られ弛むこともなく、定着部材の走行むらやしわの
ない安定した動作を得ることができたが、連続通紙によ
って定着部材の熱が奪われ、所定の温度が維持できずに
定着不良が発生した。
度を上げることにより、この問題は解決することが可能
であるが、この方法は省エネルギーという本発明の趣旨
にあわない。
果、定着部材の厚みが1.0〜300[μm]であり、定
着部材の厚みをS[μm]としたときのテンションT[N
/m]が(S+99)/50000〜(29S+37
1)×3/50000[9.8×100 N/m]であれ
ば解決できることを見いだした。
条件により実験を行った結果を述べる。
ときの引き剥がし時に、定着部材がトナーによる定着画
像に引っ張られて弛むこともなく、定着部材の走行むら
やしわのない安定した動作を得ることができた。
像を出力したときの引き剥がし時に、定着部材がトナー
による定着画像に引っ張られて弛むこともなく、定着部
材の走行むらやしわのない安定した動作を得ることがで
きた。
験の結果から、テンションTが(S+99)/5000
0〜T=(29S+371)×3/50000[9.8
×100 N/m]で挟まれた部分が最適であることがわ
かる。そして、上限を超えると定着部材は伸び始め、ま
た、下限以下であると定着部材に弛みができたり、さら
には、定着部材の剛性のためにガイドにうまく沿わせる
ことができなくなる。
きに定着部材を引っ張ってローラ等に張架された定着部
材に弛みを生じることがなく、定着部材の走行むらやし
わの発生をなくし、定着処理を行う高温時に常に所定の
テンションを得ることができる。
加熱体を有するベルト状の定着部材と一対の加圧部材と
から成る定着部を備え、定着部にトナーによる粉像が形
成された被定着物を搬送させ、トナーの軟化点あるいは
融点以上の状態に加熱して、トナーの溶融後に加熱を停
止して冷却し、トナーの温度が軟化点あるいは融点以下
となったときに、被定着物を定着部材から引き剥がす画
像形成装置であって、被定着物に粉像を形成するトナー
の粘度は10〜1013[c poise]、定着部に張架された
ベルト状の定着部材の厚さは1.0〜300[μm]、ま
た、定着部材の厚さをS[μm]としたとき、定着部材に
加えられるテンションT[N/m]が(S+99)/50
000〜(29S+371)×3/50000[9.8
×100 N/m]である画像形成装置により、被定着物
を引き剥がすときに定着部材を引っ張ってローラ等に張
架された定着部材に弛みを作ることがなく、定着部材の
走行むらやしわの発生のない定着部ができる。
に、常温時におけるテンションを高くなるように設定す
ることにより、あるいは、付勢部材による付勢力やガイ
ドローラの駆動フリクション、又はダンサーローラーの
自重を利用することにより、定着処理を行う高温時に常
に所定のテンションを得ることができるという効果を奏
する。
定着部の機構を示す図
定着部の他の機構を示す図
定着部のさらに他の機構を示す図
定着部で、弾性部材により定着部材にテンションを加え
る機構を示す図
定着部で、ガイドローラの駆動フリクションにより定着
部材にテンションを加える機構を示す図
定着部で、ダンサーローラの自重により定着部材にテン
ションを加える機構を示す図
テンションの関係を示すグラフ
Claims (6)
- 【請求項1】 加熱体を有するベルト状の定着部材と一
対の加圧部材とから成る定着部を備え、前記定着部にト
ナーによる粉像が形成された被定着物を搬送させ、前記
トナーの軟化点あるいは融点以上の状態に加熱して、前
記トナーの溶融後に加熱を停止して冷却し、前記トナー
の温度が軟化点あるいは融点以下となったときに、前記
被定着物を前記定着部材から引き剥がす画像形成装置で
あって、 前記被定着物に粉像を形成する前記トナーの粘度を10
〜1013[c poise]とし、前記定着部に張架されたベル
ト状の定着部材の厚さを1.0〜300[μm]としたこ
とを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項2】 前記定着部に張架される定着部材の厚さ
をS[μm]としたとき、定着部材に加えられるテンショ
ンT[N/m]を(S+99)/50000〜(29S+
371)/50000[9.8×100 N/m]と設定
したことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置 - 【請求項3】 前記定着部の温度上昇後における定着部
材の熱膨張分を含み、定着部材の厚さをS[μm]とした
とき、定着部材に加えられるテンションT[N/m]を
(S+99)/40000〜(29S+371)×3/
40000[9.8×100 N/m]となるように設定
したことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。 - 【請求項4】 前記定着部に張架された定着部材のテン
ションを弾性部材により加えたことを特徴とする請求項
1または2記載の画像形成装置。 - 【請求項5】 前記定着部に張架された定着部材のテン
ションをガイドローラの駆動フリクションにより加えた
ことを特徴とする請求項1または2記載の画像形成装
置。 - 【請求項6】 前記定着部に張架された定着部材のテン
ションをダンサーローラの自重により加えたことを特徴
とする請求項1または2記載の画像形成装置。
Priority Applications (2)
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JP33271699A JP2001154516A (ja) | 1999-11-24 | 1999-11-24 | 画像形成装置 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP33271699A Pending JP2001154516A (ja) | 1999-11-24 | 1999-11-24 | 画像形成装置 |
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