JP2002357972A

JP2002357972A - 静電記録装置

Info

Publication number: JP2002357972A
Application number: JP2002110724A
Authority: JP
Inventors: Takao Umeda; 高雄梅田; Michio Yokosuka; 道雄横須賀; Tadahiro Kaneko; 忠広金子; Katsuhiko Suzuki; 克彦鈴木
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】両面印刷動作の停止及び開始時での記録材から
の上下定着ローラのリトラクト及び圧接動作の際におけ
る文字ブレやオフセットの問題を解消することが可能な
静電記録装置を提供する。【解決手段】表裏に未定着トナー像(6a,6b)を保持した
記録材(10)を、加熱源(22a,22b)を備えた一対の定着ロ
ーラ(15,16)によって形成されるニップ領域(W)に通過さ
せ、未定着トナー像を記録材に定着させる定着手段を備
えた静電記録装置において、少なくともニップ領域に記
録材が介在する状態で印刷動作を中断させる際に、記録
材の表面側と接触する定着ローラと、記録材の裏面側と
接触する定着ローラとを記録材から離間させる定着ロー
ラ離間手段を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録材の両面にト
ナー像を記録形成する静電記録装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】記録材の両面にトナー像を定着させる定
着装置として、表裏それぞれの面に未定着トナーを保持
した記録材を１度だけ定着装置に通し、いわゆる１プロ
セスで記録材上に前記未定着トナーを定着させてしまう
両面定着装置が知られている。ここで、定着装置には、
未定着トナーを保持した記録材に対し非接触の状態で放
射加熱を行い、未定着トナーを記録材に定着させる非接
触定着法による定着装置と、未定着トナーを保持した記
録材を定着ローラで挟持搬送しながら加熱し、未定着ト
ナーを記録材に定着させる接触定着法による定着装置と
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、定着ローラ
を用いた接触定着法による定着装置の場合、その定着性
能は、ヒートローラ温度、ニップ圧力、ニップ幅（定着
時間）によって支配され、このうち前記ニップ領域につ
いては、通常、互いに圧接した一対の定着ローラのうち
少なくとも一方の定着ローラを、弾性体層を有するロー
ラとして構成することで適切なニップ領域が確保され
る。

【０００４】例えば図７に示すように、上側の定着ロー
ラ１５をハードローラ、下側の定着ローラ１６を弾性体
層を有するソフトローラとし、ローラ１５を駆動ロー
ラ、ローラ１６を従動ローラとする。定着ローラ１５
は、アルミニウム等の金属ローラ２１ａの表面にフッ素
系樹脂等の離型性樹脂層２０ａが形成され、金属ローラ
２１ｂ内部にハロゲンランプ２２ａが内蔵されている。

【０００５】一方、定着ローラ１６は、アルミニウム等
の金属ローラ２１ｂの表面にシリコン系のゴムからなる
弾性体層２３（厚みｈ）が形成され、さらに、その外側
にフッ素系樹脂からなる離型層２０ｂが形成され、金属
ローラ２１ｂ内部にハロゲンランプ２２ｂが内蔵されて
いる。両定着ローラ対が一定の加重で押し付けられ、幅
Ｗのニップ領域が形成されている。

【０００６】通常、上側のハードローラ１５の半径ｒ₁
と下側のソフトローラ１６の半径ｒ₂が同じで、ハード
ローラを駆動側、ソフトローラを従動側とする構成がと
られる。ニップ領域においては、下側のソフトローラは
弾性層２３を有するため変形し、ニップ領域での実効半
径ｒ₂はｒ_2'に変わる。この結果、下側のソフトローラ
実効半径ｒ_2'は上側のハードローラの半径ｒ₁よりも大
きくなる。

【０００７】従って、両定着ローラの回転角速度が同じ
場合には、上側のハードローラの移動速度υ₂＞υ₁とな
り、移動速度差が生じる。このため、図７（ａ）に示す
ように、記録材の下面は上面よりも移動速度が大きいた
め相対的に用紙の上下のトナー像にはそれぞれ、方向の
異なる応力Ｆc、Ｆeが働く。このため、図７（ｂ）に示
すように、ニップ部通過後の定着トナー像１９ａ、１９
ｂには、文字ブレが生じるという問題が起こる。この現
象は、片面印刷、あるいは、片面を印刷（定着済み）し
た後、もう一方の面を印刷する場合には問題とならなか
った課題である。

【０００８】また、ソフトローラは弾性体層を有する分
だけ熱抵抗が大きいため、ハードローラに比べて単位時
間当りの記録材への熱エネルギー量が少なくなる。この
ため、定着装置通過時の記録材の表面と裏面とで同等の
熱量を投入できず、表面と裏面とでトナーの定着強度が
異なってしまうという問題を引き起こしていた。

【０００９】さらに、上記定着装置を用いた静電記録装
置において、両面印刷動作の停止及び開始時での記録材
からの上下定着ローラのリトラクト及び圧接動作の際に
文字ブレやオフセットが発生するという問題があった。

【００１０】本発明の目的は、記録材の表面に形成され
たトナーと、裏面に形成されたトナーの定着強度を同等
にすることが可能な静電記録装置を提供することにあ
る。また、両面印刷動作の停止及び開始時での記録材か
らの上下定着ローラのリトラクト及び圧接動作の際にお
ける文字ブレやオフセットの問題を解消することが可能
な静電記録装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、記録材の表
面に未定着トナー像を形成する第１のトナー像形成手段
と、前記未定着トナー像を保持した記録材の裏面に未定
着トナー像を形成する第２のトナー像形成手段と、表裏
に未定着トナー像を保持した記録材を、加熱源を備えた
一対の定着ローラによって形成されるニップ領域に通過
させ、前記未定着トナー像を記録材に定着させる定着手
段とを備えた静電記録装置において、前記定着ローラの
うち、一方の定着ローラを、金属ローラ上に離型性樹脂
層を設けたハードローラとし、他方の定着ローラを、金
属ローラ上に弾性体層を設け、さらに前記弾性体層上に
離型性樹脂層を設けたソフトローラとするとともに、記
録材の表面と裏面のトナーの定着強度が同等になるよう
に、記録材の表面と裏面のトナーに同等の熱量を投入す
ることにより達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。（実施例１）図１において、１ａは光導電体層２ａが表
面に形成された第１の感光体ドラムであり、帯電器３ａ
により表面に電荷が付与された光導電体層２ａは露光部
４ａによって画像光パターンが照射されて潜像が形成さ
れた後、現像機５ａにて現像され、トナー像６ａが形成
される。本実施例では光導電体として有機感光体（ＯＰ
Ｃ）を用い、マイナス帯電トナーを用いた反転現像方式
で説明する。

【００１３】プラス極性の直流電圧が印加されたバイア
スローラ１２により、トナー像６ａは記録材（用紙）１
０の上面に転写される。７ａはイレーズランプ、８ａは
感光体クリーナである。１３はＡＣ電圧、あるいは、プ
ラスの直流電圧が重畳されたＡＣ電圧が印加された除電
器であり、トナー像６ａの電荷を低減、さらには、逆極
性（プラス極性）に変換する。

【００１４】１ｂは光導電体層２ｂが表面に形成された
第２の感光体ドラムであり、第１の感光体ドラムと同
様、有機感光体（ＯＰＣ）を用い、反転現像方式により
ドラム上にトナー像６ｂが形成される。マイナス帯電の
トナー像６ｂは転写コロトロン１４によって用紙上面に
付与されたプラス電荷によって引きつけられ、用紙の下
面に転写される。

【００１５】用紙の両面に形成されたトナー像６ａ、６
ｂは図２に示す構成の定着ローラ１５、１６からなる定
着装置により用紙上に定着され、それぞれ定着トナー像
１９ａ、１９ｂとなる。１７ａ、１７ｂは定着ローラの
クリーナである。なお、９は記録材（用紙）送りロー
ラ、１１は用紙ブレーキ、１８はアウトローラである。

【００１６】本実施例における定着装置では、１５はハ
ードローラ、１６は弾性体ローラで、１５が駆動ロー
ラ、１６は従動ローラである。ここで、２２ａ、２２ｂ
はＰＦＡ樹脂層、２３はＳｉ系ゴム層である。

【００１７】上側の定着ローラ１５はハードローラであ
って、駆動ローラとし、下側の定着ローラ１６は弾性体
層を有するソフトローラであって、従動ローラとする。
両定着ローラ対が一定の加重で押し付けられ、幅Ｗのニ
ップ領域が形成されている。このニップ領域では下定着
ローラが変形する。このニップ部における弾性層の変形
領域の面積を△Ｓとしたとき、下定着ローラの実効半径
ｒ_2'は（１）式で示され、ｒ₂よりも大きくなる。ｒ_2'＝ｒ₂｛１＋ΔＳ／（ｈ×Ｗ）｝^１／２ …（１）定着ローラ１６が定着ローラ１５に従動する場合、回転
角速度が同じωとなる。ローラの実効半径を同じにすれ
ばそれぞれの回転速度Ｕ1、Ｕ2も同じになる。このため
には、下定着ローラの実効半径ｒ_2'を上定着ローラの半
径ｒ₁（ハードローラであるので実効半径と同じ）と同
じにすればよい。従って、ｒ₂は次式のようになる。ｒ₂＝ｒ_１｛１＋ΔＳ／（ｈ×Ｗ）｝^−１／２ …（２）ここで、△Ｓはｒ₁、ｒ₂、ｈ、Ｗの関数で表わされ、こ
れを（２）式に代入すると（３）式となる。ｒ₂＝ｒ_１／｛１＋Ｗ^２／（１６ｈ×ｒ_１）｝ …（３）また、（３）式をＷについて書き直すと、Ｗ＝｛１６×ｈ×ｒ_１×（ｒ_１−ｒ₂）／ｒ₂｝^１／２ …（４）（４）式よりＷ＞０であるから、ｒ₁＞ｒ₂でなければな
らない。

【００１８】したがって、ニップ部における実効回転半
径を同じくする方法として、ハードローラ１５の半径ｒ
₁、ニップ幅Ｗ、ソフトローラ１６の弾性体層の厚みｈ
の値が決まっている場合には、（３）式より下定着ロー
ラの半径ｒ₂が求まる。

【００１９】一方、ｒ₁、ｒ₂、ｈの値が決まっている場
合には、（４）式を満足するニップ幅Ｗになるように、
ように両ローラを圧接すればよい。特に、長期間、定着
ローラを使用し、弾性体層の弾性特性が低下した時には
ニップ幅Ｗが所定の値になるように定着ローラの押しつ
け圧力を調整すればよい。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１は半径の異なるハードローラ１５と組
み合わせて用いた場合、文字ブレの生じないソフトロー
ラの形状を（３）式により求めたものである。離型層２
０ａ、２０ｂの厚みは、通常０．１ｍｍ以下であるた
め、金属ローラ２１ａ、２１ｂの半径や弾性体層２３の
厚みに比べて極めて薄い（１／１０〜１／１００）た
め、寸法的には無視できるため、計算上ｒ₁、ｒ₂は近似
的にハードローラ１５の半径ｒ₁を金属ローラ２１ａの
半径に、ソフトローラ１６の半径ｒ₂は金属ローラ２１
ｂの半径と弾性体層２３の厚みｈの和とした。

【００２２】一方、ニップ幅Ｗ、弾性体層２３の厚みｈ
が決まると、半径ｒ₂は（２）式から求まり、結果的に
金属ローラ２１ｂの半径が決まる。表１にはハードロー
ラ１５の半径ｒ₁が５０、３０、１５ｍｍの場合を示し
たが、半径ｒ₂は半径ｒ₁よりも約０．３〜０．５ｍｍ小
さくなる。この値にすることにより、ニップ状態でのハ
ードローラ１５及び弾性体ローラ１６の実効半径が等し
くなるため、用紙がニップ領域通過時の速度が上面と下
面で同じになるため、文字ブレは生じない。

【００２３】（実施例２）実施例１では上側定着ローラ
１５がハードローラ、下側定着ローラ１６が弾性体ロー
ラの構成を示したが、実施例２では、図３に示すような
上下定着ローラ１５、１６が、いずれも弾性体ローラの
場合を示す。最近、環境問題から印刷用紙として再生紙
の使用量が増加する傾向にあるが、再生紙は粗面紙とも
呼ばれ、上質紙に比べ表面の凹凸が大きく、凹凸の差が
５０μｍに近いものもある。このため、ハードローラで
は用紙の凹凸に追従できず、トナーを用紙に充分固着で
きないため、定着強度が小さくなる。このため、再生紙
の場合、弾性体層を有するソフトローラの方が好まし
い。このためには、１５、１６とも同じ構造、同じ半径
とし、一方を駆動ローラ、もう一方を従動とすることに
より、用紙がニップ領域通過時の速度が上面と下面で同
じになり、文字ブレの発生を防止できる。

【００２４】この定着ローラ構成としては、金属ローラ
の径、弾性体層および離型性樹脂層の材質および厚みが
全く同じものを用いてもよいし、定着ローラの弾性体層
や離型性樹脂層の厚みが両者で異なってもよい。さら
に、印刷再開時に備えて、用紙を所定距離（約１インチ
前後）、上流側に戻すための送りローラを記録材搬送ブ
レーキ機構の上流側に、記録材にテンションを加えるア
ウトローラを定着装置の下流側に設ける。

【００２５】なお、弾性層２３ａ、２３ｂの厚みｈは、
高速定着を考えると、ランプ２２ａ、２２ｂからの熱伝
導を考えると薄い方が良いが、あまり薄いと弾性体ロー
ラの効果が無くなる。実験の結果、弾性層２３ａ、２３
ｂの厚みｈが、少なくとも、５０μｍ以上であることが
望ましいことがわかった。

【００２６】上下の定着ローラとして全く同じ形状のソ
フトローラを用いてもよいし、一方の弾性層、離型性樹
脂層の厚みを変えてもよい。

【００２７】（実施例３）図４は別の実施例を示す図で
ある。定着器構成は、上側定着ローラ１５がハードロー
ラ、下側定着ローラ１６が弾性体ローラである。定着強
度を確保するためには、用紙の上下の面でトナーに与え
る定着エネルギーを同じにする必要がある。弾性体ロー
ラでは弾性体層がある分だけ熱抵抗が大きく、単位時間
内の用紙への熱エネルギー量が少なくなる。このため、
定着器通過時の用紙の上下の面のトナーに同じ熱量を投
入する方法として２通りがある。

【００２８】（イ）ソフトローラ１６のヒータランプ２
２ｂのパワーをハードローラ１５のヒータランプ２２ａ
のパワーよりも大きくする。

【００２９】（ロ）ソフトローラ１６のヒータランプ２
２ｂのパワーとハードローラ１５のヒータランプ２２ａ
のパワーとを同じにし、図４に示すようにニップ通過
後、巻き付けローラ２４により用紙を弾性体ローラ１６
に巻き付け、不足した熱量分だけ用紙の下面のトナーに
付与する。ここで、θは用紙の巻き付け角であり、弾性
体層として使用するシリコンゴムの熱伝導率が大きく、
弾性体層の厚みが薄いほど、θを小さくできる。なお、
１８はアウトローラであり、これにより用紙にテンショ
ンを加えて用紙の巻き付け領域での用紙タルミをなくし
文字ブレ発生を防止する。以上の対策により用紙の上下
面でトナーの定着強度を同じにすることができる。（実施例４）図５は別の実施例を説明する図である。
（図５において、定着ローラ１５,１６と記録材搬送ブ
レーキ装置１１との間には、感光体ドラム１ａ,１ｂを
含む印写機構が実際には設けられるが、本図においては
印写機構を省略して図示されている。）ヒートローラを
用いた両面同時定着装置において、印刷中断時における
定着システムの動作を説明する。

【００３０】上下ヒートローラの軸は、それぞれ、バネ
２５ａ、２５ｂの接続されたアーム２７ａ、２７ｂに取
り付けられており、印刷中はカム２６ａ、２６ｂにより
上下ヒートローラは圧接され、ニップ部を形成する。ト
ナー像が表面に形成された用紙が通過することによって
定着動作を行う。

【００３１】印刷中断時には記録材搬送ブレーキ装置１
１が動作し、用紙の走行を停止させるとともに、カム２
６ａ、２６ｂの動作により、上下ヒートローラは互いに
用紙から離れる。また、アウトローラ１８ｂはスカッフ
ローラであり、用紙は破断しない程度の引っ張り応力に
より張られるため、用紙のたるみは生じない。

【００３２】さらに、印刷再開時に備え、搬送ローラ９
によって用紙を上流側に所定距離（例えば１インチ）だ
けバックさせておく。この結果、印刷中断時の加熱時間
の増加によるトナーのホットオフセットや印刷再開時の
上下ヒートローラの圧接不具合による文字ぶれを防止す
ることができる。（実施例５）図６は別の実施例を示す図である。（図６
において、定着ローラ１５,１６と記録材搬送ブレーキ
装置１１との間には、感光体ドラム１ａ,１ｂを含む印
写機構が実際には設けられるが、本図においては印写機
構を省略して図示されている。）図５との相違は印刷中
断時の上下ヒートローラの用紙からの離接方法である。

【００３３】ここでは、下ヒートローラの軸は、それぞ
れ、バネ２５の接続されたアーム２７に取り付けられ、
さらに、アウトローラ１８ｂはアーム２８を介して下ヒ
ートローラの軸に接続される。印刷中はカム２６によ
り、下定着ローラ１６とアウトローラ１８ｂが押し上げ
られて上定着ローラに圧接され、定着ニップ部を形成す
るとともに、用紙１０はアウトローラ対１８ａ、１８ｂ
により保持・搬送される。この場合、下定着ローラの移
動だけで済む。

【００３４】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、記録材
の表面に形成されたトナーと、裏面に形成されたトナー
の定着強度を同等にすることが可能な静電記録装置を提
供することができる。また、両面印刷動作の停止及び開
始時での記録材からの上下定着ローラのリトラクト及び
圧接動作の際における文字ブレやオフセットの問題を解
消することが可能な静電記録装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定着装置を用いた静電記録装置の構成
を示す説明図である。

【図２】本発明の定着装置の定着ローラの構造を示す説
明図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す説明図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す説明図である。

【図５】定着ローラのリトラクト機構の構成を示す説明
図である。

【図６】定着ローラのリトラクト機構の構成を示す説明
図である。

【図７】定着状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１０…記録材、１５…定着ローラ、１６…定着ローラ、
２０…離型層、２１…金属素管、２２…ランプ、２３…
弾性体層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木克彦茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内Ｆターム(参考） 2H028 BA06 BA16 2H033 AA09 AA46 BB03 BB05 BB13 BB14 BB18 BB29 BB30 BB33 BB35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録材の表面に未定着トナー像を形成する
第１のトナー像形成手段と、前記未定着トナー像を保持
した記録材の裏面に未定着トナー像を形成する第２のト
ナー像形成手段と、表裏に未定着トナー像を保持した記
録材を、加熱源を備えた一対の定着ローラによって形成
されるニップ領域に通過させ、前記未定着トナー像を記
録材に定着させる定着手段とを備えた静電記録装置にお
いて、前記定着ローラのうち、一方の定着ローラを、金属ロー
ラ上に離型性樹脂層を設けたハードローラとし、他方の
定着ローラを、金属ローラ上に弾性体層を設け、さらに
前記弾性体層上に離型性樹脂層を設けたソフトローラと
するとともに、記録材の表面と裏面のトナーの定着強度
が同等になるように、記録材の表面と裏面のトナーに同
等の熱量を投入することを特徴とする静電記録装置。
【請求項２】請求項１において、ソフトローラに備えた
加熱源のパワーを、ハードローラに備えた加熱源のパワ
ーよりも大きくしたことを特徴とする静電記録装置。
【請求項３】請求項１において、前記ニップ領域から送
り出された記録材を、前記ソフトローラの表面に所定角
度巻き付かせて搬送するとともに、ソフトローラと接す
る記録材面のトナーの定着強度が、前記ハードローラと
接する記録材面のトナーの定着強度と同等になるよう
に、前記ソフトローラに対する記録材の巻き付き角度を
規定したことを特徴とする静電記録装置。
【請求項４】請求項１において、少なくとも前記ニップ
領域に記録材が介在する状態で印刷動作を中断させる際
に、記録材の表面側と接触する定着ローラと、記録材の
裏面側と接触する定着ローラとを記録材から離間させる
定着ローラ離間手段を備えたことを特徴とする静電記録
装置。
【請求項５】請求項４において、第１および第２のトナ
ー像形成手段に対し記録材搬送方向上流側に第１の記録
材搬送手段と用紙ブレーキ手段とを設け、前記定着手段
に対し記録材搬送方向下流側には第２の記録材搬送手段
を設け、第１の記録材搬送手段、用紙ブレーキ手段およ
び第２の記録材搬送手段により、少なくとも前記定着ロ
ーラ離間手段の駆動期間に、記録材にテンションを付与
して記録材のたるみをなくすとともに、印刷開始時に備
えて第１の記録材搬送手段により記録材を上流側に所定
距離だけバックさせることを特徴とする静電記録装置。
【請求項６】請求項５において、印刷再開時は、前記第
２の記録材搬送手段により、記録材にテンションを加え
て記録材の弛みをなくすとともに、前記定着ローラによ
り記録材を圧接し、その後、前記用紙ブレーキ手段を解
除して定着ローラ対を回転させ、定着動作を開始するこ
とを特徴とする静電記録装置。