JP2009294482A

JP2009294482A - 定着装置

Info

Publication number: JP2009294482A
Application number: JP2008148729A
Authority: JP
Inventors: Genichiro Kawamichi; 源一郎川道; Akira Sawahata; 昌澤畑; Yuji Omura; 裕二大村; Yoshikuni Sasaki; 良州佐々木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2009-12-17

Abstract

【課題】予熱板へのトナー付着を無くし、連続記録材の熱変形を軽減して定着不良を改善して、印刷速度や連続記録材の厚さを下げることなく定着強度を確保する定着装置を提供する。
【解決手段】接触加熱板を短尺化しトナーのガラス転移点以下の予熱とし、加熱加圧式定着部のローラ径を大口径とし十分なＮＩＰ幅又はＮＩＰ時間を備えるよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式を用いて記録材に転写されたトナー像を、当該記録材上に定着させる定着装置に関するものである。

電子写真記録装置では、トナー像の定着に加熱加圧定着方式が広く用いられている。加熱加圧定着方式では、加熱ローラと加圧ローラが形成する狭持部にて未定着トナー画像を担持した連続記録材を狭持搬送することにより、トナーが溶解するのに十分な温度になるようトナーと連続記録材を加熱すると共に圧力を加えている。加熱加圧定着方式には、接触による直接加熱のため、熱効率が良いという利点がある。加熱加圧定着方式の定着条件を左右するパラメータは加熱部材の温度、加熱時間、加圧力である。

また近年の電子写真記録装置には、高速印刷のニーズが高まってきているが、印刷が高速になるということは、電子写真記録装置の定着加熱時間が短くなることであり、短時間でトナー定着に必要な熱量や圧力を連続記録材に与えなければならなくなる。加熱ローラ構成部材の耐熱および剛性の限界から、加熱加圧定着方式だけでは定着に必要な熱量や圧力を与えるのが困難となってきており、例えば特許文献１により知られるように、加熱加圧定着方式より連続記録材の搬送方向の上流側に予熱板と呼ばれるヒータを埋め込んだ接触加熱体を配し、連続記録材の、定着面の反対側の面に接触して連続記録材に熱量を加えトナーが軟化する程度まで予熱する構成がとられている。

一方、電子写真記録装置には、両面印刷のニーズも高まってきている。両面印刷技術としては、例えば特許文献２により知られるように、隣合わせに配置した電子写真記録装置間に連続記録材反転装置を設け、連続記録材反転装置に対し前段側に設けた電子写真記録装置で連続記録材の片方の面にトナー像を定着させ、送り出されてきた連続記録材の面を連続記録材反転装置で反転した後、該連続記録材を連続記録材反転装置に対し後段側に設けた電子写真記録装置に送り込んで連続記録材の他方の面にトナー像を定着させ、連続記録材の両面にトナー像を得るようにした、いわゆるタンデム印刷技術がある。

また、タンデム印刷の場合、先に説明した後段側の予熱板へ前段側で印刷した面を接触させるため、トナーを再加熱することとなる、そのため後段側の予熱板では温度を管理し、軟化点以下の温度で定着を実施する方法があるが、熱量が下がった分、連続記録材が受け取る熱量が下がるため、印刷速度を落とす、又は連続記録材の厚さを下げる等の熱量を下げる必要がある。

実開昭６０−１６８１５９号公報特開平４−３２１０６２号公報

高速印刷になることで電子写真記録装置の定着加熱時間が短くなり、短時間でトナー定着に必要な熱量や圧力を連続記録材に与えなければならなくなる。そのため必然的に単位時間当たりに連続記録材が受け取る熱量を上昇させるために、予熱板を用いた接触加熱体と加熱加圧式定着部の設定温度を上げ対応していたが、タンデム印刷のニーズの高まりで、前段側の電子写真記録装置の定着部にて連続記録材が加熱され、さらに後段側の電子写真記録装置に装填される連続記録材が前段側で印刷されたトナー付着面を予熱板に直接接触させながら通過することで、画質の劣化及び予熱板でトナー付着面が高温で再加熱されることで、溶け出し予熱板に付着する。

更に、印刷動作をしないで長時間予熱された待機状態で放置した場合は溶け出し連続記録材が予熱板にトナーを介して融着し、再印刷時の搬送不良に繋がっていた。また、前段側の電子写真記録装置の定着部内に停止していた連続記録材は、他の部分よりも大幅に収縮・変形する傾向がある。このような連続記録材が後段側の電子写真記録装置に装填されると、熱により波打った変形をした連続記録材は予熱板への接触効率が極端に低下することがあった。もともと高速印刷の定着部の構成は、加熱加圧式定着だけでは定着に必要な熱量を十分与えることができないため、予熱板での十分な熱量の供給を受け、連続記録材の表面温度を５０〜７０℃程度まで十分昇温することを必要とする構成であり、収縮・変形が原因で、接触加熱板で定着に必要な予熱熱量を受け取ることができずに、定着不良となることがあった。

尚、先に説明した予熱板へのトナー付着を回避するために予熱板の温度を低下させて、付着を防止する方法もあるが、連続記録材が受け取る熱量が低下するため、印刷速度を下げる又は連続記録材の対応する厚さを下げる等の対応を伴うものであり、高速印刷と連続記録紙の厚さを両立する構成としては不十分なものであった。

また、加熱加圧定着方式では、印刷開始直後に加熱ローラの熱が連続記録材に急激に奪われ、一時的に加熱ローラの温度低下、いわゆるアンダーシュートが発生する。加熱ローラの構成部材によってアンダーシュート量が変化するが、印刷速度が高速になると、アンダーシュート量が大きくなる傾向がある。アンダーシュート量が大き過ぎると、定着に必要な熱量が不足し、定着不良となることがあった。対策としては、アンダーシュートを見込んだ熱量をあらかじめ与え予熱板の温度を通常１０℃程度上げておくことが考えられるが、予熱板の温度高温化は結果として、タンデム印刷時の予熱板へのトナーの付着による搬送不良、及び連続記録材の熱変形を助長するため、さらに定着不良を悪化させるという問題があった。

本発明の目的は、上記した予熱板へのトナー付着を無くし更に連続記録材の熱変形を軽減し定着不良の改善、また、印刷速度や連続記録材の厚さを下げることなく定着強度を確保するための定着装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の第１の手段は、未定着のトナーの付着された連続記録材を搬送する搬送機構と、熱源を備えた加熱ローラと、その加熱ローラに圧接される加圧ローラとを備えて、前記加熱ローラと加圧ローラにより、トナー像を保持した連続記録材を加熱加圧しながら挟持搬送してトナー像を連続記録材に定着させる加熱加圧式定着部と、その加熱加圧式定着部より連続記録材の搬送方向の上流側に配置されて、前記連続記録材の未定着トナー像を保持した面とは反対側の面から連続記録材を加熱する接触加熱体とをそれぞれ備えた第１の定着部と第２の定着部を連続記録材の搬送方向に沿って設け、前記第１の定着部で前記連続記録材表面の第１の画像を定着させ、前記第２の定着部で連続記録材裏面の第２の画像を定着するタンデム構成の定着装置において、前記接触加熱体の記録材搬送方向長さを２００〜４５０ｍｍ、その接触加熱体と接する連続記録材裏面の温度を前記トナーのガラス転移点Ｔｇ以下に設定し、前記加熱加圧式定着部の加熱ローラ及び加圧ローラ径を１２０〜２００ｍｍとし、加熱ローラと加圧ローラのニップ時間を８〜２５ｍｓｅｃとしたことを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記連続記録材が搬送を始めた直後から１０００インチまでの間の前記接触加熱体及び前記加熱加圧式定着部の温度低下を考慮して設定温度よりも高くして、連続記録材の表面温度を一定に保つことを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記接触加熱体の低温度領域を前記トナーのガラス転移点Ｔｇ以下とし、前記連続記録材が前記接触加熱体を通過し前記加熱加圧式定着部に入る前の温度を６０℃以下に設定することを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１の手段において、前記加圧ローラを形成するゴム層の厚さを１０ｍｍ以上とし、その加熱ローラへの面圧力を０．０２０〜０．０３５ｋｇｆ／ｍｍ^２とすることを特徴とするものである。

本発明によれば、高速印刷で厚紙を印刷するニーズに対し、定着強度を確保しつつ、接触加熱板へのトナー付着を防止するとともに、連続記録材の熱変形による定着不良を接触加熱板の受け持つ熱量供給量を低減することで、熱伝達効率の良い加熱加圧式定着部で連続記録材の予熱不足を補うことができ、定着不良を低減することができる。

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。はじめに本発明が適用される電子写真方式を用いたレーザビームプリンタの全体構成について図６を参照しながら説明する。

図において、１は電子写真記録装置本体、２は定着装置である。印刷機構３にてトナー像が形成された連続記録材４は搬送機構５にて定着装置２へ搬送され、定着が終わった連続記録材４は搬送ローラ６にて図示しない後処理装置へ送り込まれる。

図７は、定着装置２の構成図である。同図に示すように定着装置２は、加熱加圧式定着部、接触加熱部からなる。加熱加圧式定着部は加熱ローラ２０と加圧ローラ２１が圧接可能な状態で配設されており、加熱ローラ２０は熱源２２により加熱される。加熱ローラ２０は図示しない駆動機構により回転駆動され、加熱ローラ２０と加圧ローラ２１との間に搬送されてくる連続記録材４を加熱ローラ２０と加圧ローラ２１の間で圧接加熱して、連続記録材４上の未定着トナーを連続記録材４に定着させる。なお、加熱ローラ２０は、その表面温度が温度センサ２３により検出され、この温度センサ２３の検出結果に基づいて、図示しない制御部により、熱源２２の駆動が制御され、所定の温度に制御される。加圧ローラ２１は、停止時には加熱ローラ２０から離間しているが、印刷時には圧接機構２４により加熱ローラ２０に圧接され、加熱ローラ２０の回転に従動して回転する。

接触加熱部は、金属プレートにヒータが埋め込まれた予熱板２５で構成される。連続記録材４への急激な温度付与を避けるため、予熱板２５は連続記録材４の搬送方向に複数枚に分割され、上流側の温度を下流側よりも低く設定し、上流から下流に向かって徐々に温度を上昇させる構成となっている。個々の予熱板２５にはそれぞれ温度センサ２６が取り付けられており、所定の温度になるように制御されている。

尚、本発明では、高速印刷用接触加熱体の長さを２００〜４５０ｍｍ、好ましくは３８０ｍｍとし、一つの実施例として図１に示すように予熱板２５の長さを１９０ｍｍとし、予熱板２５を連続記録材４の搬送方向に２枚配置し全長３８０ｍｍとする。また上流側と下流側でそれぞれ設定温度を設けるが、この設定温度は連続記録材４の厚さにより熱を受け取る容量が異なる。

ここでは搬送速度５６ｉｐｓ（インチ／秒）で、尚且つ連続記録材４の厚さを表す連量表示で２００ｋｇの場合、上流の予熱板２５を７０℃、下流側の予熱板２５を１００℃に設定することで、図２に示す通り、連続記録材４の表面温度を４０℃程度まで上昇させることが出来る。

尚、連続記録材４は図８に示すタンデム印刷の場合、後段側では前段側でトナーを定着させた面が予熱板２５の表面に接触しトナー面に熱量が供給されてしまう。このとき、予熱板２５の接触面（連続記録材４の裏面）と連続記録材４の表面では温度差が発生している、通常接触面側は表面と比較し１５℃程度の差があるため、本発明では、図１に図示した通りトナーのガラス転移点が５５℃の場合、接触面側が５５℃以下に設定する必要があるため、温度差を考慮し、連続記録材４の表面温度は４０℃とすることで、トナーの昇温はガラス転移点以下に抑えることが可能となる。但し、単に予熱板２５での予熱温度を下げることは、定着強度を保つ上では不利となる。そこで、予熱板２５の下流に配置されている、加熱加圧式定着部で効率良く連続記録材４に熱量を加える必要性がある。

加熱加圧式定着部は加熱ローラ２０と対向して配置された加圧ローラ２１からなるが、加熱ローラ２０と加圧ローラ２１の外径を大きくすることでニップ（ＮＩＰ）幅を大きくし、結果的にＮＩＰ時間が延びることで熱量受け渡し量を増加させることが可能となり、予熱板２５を設置することなく定着する熱量を連続記録材４に与えることも可能である。しかし図３に示すように予熱板２５の熱量が与えられない場合は、加熱加圧式定着部のみで定着に必要な熱量を加えるＮＩＰ幅が必要となり、必然的に加熱ローラは大口径３６０ｍｍ必要となり現実的ではない径となる。各ローラは大型化し、有寿命部品であるローラの交換及び生産コスト等を考慮すると、現実性のない方法と言える。

そこで交換の際の重量及び生産コストを加味し、加熱ローラ２０及び加圧ローラ２１を、それぞれ１２０〜２００ｍｍ、好ましくは１５０ｍｍとすることが重要である。

また、本発明はＮＩＰ幅を大きくする方策として、加圧ローラ２１を形成するゴム層を一般的な８ｍｍの厚さから１５ｍｍに設定し、ＮＩＰ時にゴム層のひずみ量を利用して、更にＮＩＰ幅を大きくすることである。また、本発明の一つの実施例として加圧ローラ２１の面圧を０．０２７ｋｇｆ／ｍｍ^２に設定することで、各方策の効果より、ＮＩＰ時間１２ｍｓｅｃを満たすことができ、予熱板２５と併せ定着に必要な熱量の受け渡しが可能となる。これまで、対応が困難であった高速化による熱量増加と予熱増加に伴う予熱板２５へのトナー付着と相反する課題を共に解決する構成を示したものである。

また、加熱加圧定着方式では、印刷開始直後に加熱ローラ２０の熱が連続記録材に急激に奪われ、一時的に加熱ローラ２０の温度低下、いわゆるアンダーシュートが発生する。従って、あらかじめ加熱ローラ２０及び予熱板２５のアンダーシュート量を見込んだ熱量をあらかじめ与え予熱板２５及び加熱ローラ２０の温度を１０℃程度上げる。又は連続記録材４の厚さによりアンダーシュート対応の温度設定を複数個持つことで、アンダーシュートの熱量を補いつつ予熱板２５上を走る連続記録材４の裏面温度をガラス転移点以下に保つことを可能とする。

また、図５に示すように予熱板２５を短尺化することにより、加熱ローラ２０の大口径化による大型化を相殺し、尚且つ、予熱板２５が短尺化となったことでの予熱板への連続記録材への密着性低下を補うため、予熱板の曲率Ｒを５００ｍｍから４５０ｍｍにすることで、同等の密着性を確保することが出来るとともに、小型化にも有利に働く構成である。

以上の構成を実現することにより従来以上の連続記録材の厚さに対応した、高速印刷を実現することができる。

定着不良を低減することができるので、定着不良によるロストページの再印刷を行わなくて良いため、印刷ジョブの効率向上が可能である。

定着装置付近における連続記録材の表面温度の変化を示す図である。接触加熱体の長さと連続記録材の表面温度との関係を示す図である。加熱ローラ／加圧ローラ直径とニップ幅との関係を示す図である。ニップ時間とトナー温度との関係を示す図である。本発明と従来の予熱板の外形寸法図である。電子写真方式を用いたレーザビームプリンタの全体構成図である。そのレーザビームプリンタの定着装置の構成図である。タンデムプリンタの模式図である。

符号の説明

１は電子写真記録装置本体、２は定着装置、３は印刷機構、４は連続記録材、５は搬送機構、６は搬送ローラ、７は連続記録材反転装置、２０は加熱ローラ、２１は加圧ローラ、２２は熱源、２３は加熱ローラの温度センサ、２４は圧接機構、２５は予熱板、２６は予熱板の温度センサ、２７はサクションチューブである。

Claims

未定着のトナーの付着された連続記録材を搬送する搬送機構と、熱源を備えた加熱ローラと、その加熱ローラに圧接される加圧ローラとを備えて、前記加熱ローラと加圧ローラにより、トナー像を保持した連続記録材を加熱加圧しながら挟持搬送してトナー像を連続記録材に定着させる加熱加圧式定着部と、
その加熱加圧式定着部より連続記録材の搬送方向の上流側に配置されて、前記連続記録材の未定着トナー像を保持した面とは反対側の面から連続記録材を加熱する接触加熱体とをそれぞれ備えた第１の定着部と第２の定着部を連続記録材の搬送方向に沿って設け、
前記第１の定着部で前記連続記録材表面の第１の画像を定着させ、前記第２の定着部で連続記録材裏面の第２の画像を定着するタンデム構成の定着装置において、
前記接触加熱体の記録材搬送方向長さを２００〜４５０ｍｍ、その接触加熱体と接する連続記録材裏面の温度を前記トナーのガラス転移点Ｔｇ以下に設定し、
前記加熱加圧式定着部の加熱ローラ及び加圧ローラ径を１２０〜２００ｍｍとし、加熱ローラと加圧ローラのニップ時間を８〜２５ｍｓｅｃとしたことを特徴とする定着装置。
前記連続記録材が搬送を始めた直後から１０００インチまでの間の前記接触加熱体及び前記加熱加圧式定着部の温度低下を考慮して設定温度よりも高くして、連続記録材の表面温度を一定に保つことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記接触加熱体の低温度領域を前記トナーのガラス転移点Ｔｇ以下とし、前記連続記録材が前記接触加熱体を通過し前記加熱加圧式定着部に入る前の温度を６０℃以下に設定することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記加圧ローラを形成するゴム層の厚さを１０ｍｍ以上とし、その加熱ローラへの面圧力を０．０２０〜０．０３５ｋｇｆ／ｍｍ^２とすることを特徴とする請求項１記載の定着装置。