JP2676718B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、記録材に形成され
た画像を発熱体により空気層を介さず加熱し、ウォーム
アップ時間を短縮した定着装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】このようなウォームアップ時間を短縮し
た装置として特開昭５９−６８７６６号公報に記載され
た定着装置が提案されている。この定着装置は発熱ヘッ
ドと加圧ローラ間のニップにトナー像を担持した記録シ
ートを通紙して、発熱ヘッドの熱により（耐熱性シート
を介して）トナー像を加熱するものである。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな低熱容量の定着装置でもウォームアップ時間の短縮
は十分とは言えず、さらに、熱容量が小さいために通紙
間隔の切換等の条件変化により、ニップ部での温度変動
が大きくなりがちである。 【０００４】本発明はこのような問題点に鑑み、通電開
始後瞬時に像加熱可能状態となり、しかも種々の条件変
化に対応できる定着装置を提供することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、記録材の搬送方向と交差する向きに配
置された線状発熱層を有する発熱体と、発熱体と摺動し
つつ未定着画像を担持する記録材とともに移動する耐熱
シートとを有し、発熱体により空気層を介さず未定着画
像を加熱する定着装置において、上記発熱層にパルス通
電する通電手段と、通電パルス幅を切り換える切換手段
とを有することを特徴とする。 【０００６】 【発明の実施の形態及び実施例】先ず、本実施形態の例
を用いた画像形成装置の概略構造を図１に基づいて説明
すると、１はガラス等の透明部材よりなる原稿載置台
で、矢印ａ方向に往復動して原稿を走査する。原稿載置
台の直下には短焦点小径結像素子アレイ２が配されてい
て、原稿載置台１上に置かれた原稿像Ｇは照明ランプ７
によって照射され、その反射光像は上記アレイ２によっ
て感光ドラム３上にスリット露光される。なおこの感光
ドラム３は矢印ｂ方向に回転する。また４は帯電器であ
り、例えば酸化亜鉛感光層あるいは有機半導体感光層３
ａ等を被覆された感光ドラム３上に一様に帯電を行な
う。この帯電器４により一様に帯電されたドラム３は、
素子アレイ２によって画像露光が行なわれた静電画像が
形成される。この静電潜像は、現像器５により加熱で軟
化溶融する樹脂等より成るトナーを用いて顕像化され
る。一方、カセットＳ内に収納されているシートＰは、
給送ローラ６と感光ドラム３上の画像と同期するようタ
イミングをとって上下方向で圧接して回転される対の搬
送ローラ９によって、ドラム３上に送り込まれる。そし
て、転写放電器８によって、感光ドラム３上に形成され
ているトナー像は、シートＰ上に転写される。その後、
公知の分離手段によってドラム３から分離されたシート
Ｐは、搬送ガイド１０によって定着装置２０に導かれ加
熱定着処理された後にトレイ１１上に排出される。な
お、トナー像を転写後、ドラム３上の残留トナーはクリ
ーナ１２によって除去される。 【０００７】図２は本実施形態の上記定着装置２０の拡
大図である。同図において、２１は発熱体で、アルミナ
等の耐熱性でかつ電気絶縁性の基材またはそれを含む複
合部材より成る基材の下面に、幅１６０μｍ、長さ（紙
面に直角な方向の長さ）２１６ｍｍで例えばＴａ₂Ｎ等
より成る線状もしくは帯状の発熱面２８を有し、さらに
その表面に摺動保護層として例えば、Ｔａ₂Ｏ₅が形成さ
れている。発熱体２１の下面は平滑でありかつ前後端部
は丸味を帯びていて耐熱シート２３との摺動を可能にし
ている。該耐熱シート２３は、ポリエステルを基材と
し、耐熱処理を施した例えば約９μｍ厚に形成され、矢
印Ｃ方向へ送り出し可能にシート送り出し軸２４に巻回
されている。上記耐熱シート２３は発熱体２１の表面に
当接し、曲率の大きな分離ローラ２６を介してシート巻
取り軸２７に巻き取られる。 【０００８】上記発熱体の発熱面２８は熱容量が小さ
く、図示せね通電手段によりパルス状に通電されて、そ
の都度瞬時に２６０℃前後まで昇温する。転写紙（記録
材）Ｐの先端、後端を転写紙検知レバー２５及び転写紙
検知センサー２９で検出することにより、発熱面２８は
タイミングを取って必要時に通電を受ける。その際、画
像形成装置の給紙センサーなどによる転写紙の位置検知
等を用いて、発熱体への通電を制御しても良い。 【０００９】一方、加圧ローラ２２は、金属等より成る
芯材上にシリコンゴム等より成る弾性層を有するもので
あり、駆動源（図示せず）により駆動されて、搬送ガイ
ド１０によって導かれた未定着トナー画像Ｔを有する転
写材Ｐを、該転写材Ｐと同一の速度で移動する耐熱シー
ト２３を介して発熱体に密着させている。ここで、加圧
ローラ２２の搬送速度は、画像形成時の搬送速度とほぼ
同一であることが好ましく、耐熱シート２３の移動速度
は、それに準ずる値で設定される。 【００１０】かかる構成の本実施形態の装置にあって
は、転写紙Ｐ上の加熱溶融性のトナーより成るトナー画
像は先ず、耐熱シート２３を介して、発熱体２１によっ
て加熱され、少なくともその表層部は完全に軟化溶融す
る。しかる後、発熱体２１から離れ、分離ローラ２６に
達する間に、トナー像は自然放熱して再び冷却固化し、
曲率の大きな分離ローラ対２６を通過した後に耐熱シー
ト２３は転写紙Ｐから離れる。上述のように、トナーＴ
は一旦完全に軟化溶融した後、再び固化するので、トナ
ーの凝集力は非常に大きくなっていて、一団となって挙
動することになる。また、加熱されて軟化溶融された際
に加圧ローラ２２によって加圧されるため、トナー像Ｔ
は転写材表層に浸透してそのまま冷却固化しているの
で、耐熱シート２３にオフセットすることなく転写材Ｐ
上に定着される。 【００１１】本実施形態の発熱体（加熱体）は本実施形
態でも明らかなように小型もので十分でありそのため熱
容量が小さくなり、予め加熱体を昇温させる必要がない
ので、非画像形成時の消費電力も小さくすることがで
き、また機内昇温も防止できることとなる。 【００１２】また、かかる本実施形態では、耐熱シート
２３として薄くて安価なポリエステルシートを基に耐熱
処理を施したものを用いることが可能なので、図２のご
とく耐熱シート２３は巻取り方式で使用後に交換する形
態を採ることができる。すなわち、所定長さのシートを
巻いたロールをシート送り出し軸２４にセットし、発熱
体と加圧ローラ及び分離ローラ対の間を通して巻取り軸
２７にシートの先端を固着する。かかる方式を採った場
合は、耐熱シートセンサーアーム３０とセンサー（図示
せず）で耐熱シートの残量を検出してシートが終端近く
なった場合に使用者に警告表示ないしは警告音で耐熱シ
ートの交換を促すようにするのがよい。そして、耐熱シ
ート２３の交換の際には、発熱体と加圧ローラ、分離ロ
ーラ対とをそれぞれ離間させるように、回転軸３１を中
心に図３のごとく開閉可能にすることが望まれる。本実
施形態では、耐熱シート２３を上記のごとく巻取り交換
方式で、耐熱シートの耐久性に関係なく、薄膜化するこ
とが可能となり、低電力化することができる。また、本
実施形態では前述の如く耐熱シートへのオフセットが生
じないので、耐熱シートの熱変形や劣化が小さければ、
巻取った耐熱シートを再び使用することが可能であり、
自動的に巻戻す。あるいは、巻取側と送出側とを交換す
るなどして複数回使用しても良い。 【００１３】また、本実施形態では分離ローラ２６を設
けることにより、該分離ローラまでの間加圧状態でのト
ナー像Ｔの冷却時間を十分確保し、しかも上記分離ロー
ラ２６の曲率を大きくすることによって耐熱シート２３
と転写材Ｐとの分離を容易にするとともに、前述の効果
に相乗して分離部におけるオフセットを防止することが
できる。ただし、発熱層２８及び耐熱シートの熱容量が
十分小さく、かつ定着処理速度が小さい場合には、分離
ローラ２６のごとき特別な手段を設けずとも、転写材Ｐ
が発熱層を通過後の短い範囲でトナー像Ｔは冷却するの
で、本実施形態で示した分離ローラ２６を省略しても、
オフセットのない定着処理が可能となる。すなわち、ト
ナー像を一旦加熱し軟化溶融させた後再び放熱固化した
後に耐熱シートと転写材とを分離できればよい。 【００１４】次に、本実施形態の装置による実施結果を
具体的数値をもって示す。キヤノン株式会社製ＰＰＣ
ＰＣ−３０（商品名）用のワックス系トナーを用いて、
トナー画像Ｔを形成し、定着処理速度約１５ｍｍ／ｓで
Ａ４サイズ紙１枚当たり約２０００Ｗ・Ｓの発熱量とな
るように、１０ｍｓ毎に２ｍｓの割合でパルス状加熱し
て定着テストを行なったところ、実用上全く問題のない
画像が得られた。この通電によって発熱層は約２６０℃
前後まで昇温し、熱容量が小さいので８ｍｓの通電休止
により降温する。このことから加熱体を加温するための
待時間は不要となる。また、本実施形態では、パルス状
加熱することにより、定着に必要な熱エネルギをその都
度与えているので、熱容量が小さく立ち上りが非常に早
い発熱層を周期的にほぼ同等の温度を示すようにするこ
とが比較的容易にできる。さらに、連続的に定着処理を
行う場合等には、図示せぬ切換手段により発熱のパルス
幅を順次小さくしてゆくなどパルス幅を切り換えること
により、発熱層の異常な高温側へのシフト等に対応でき
る。また、トナー層Ｔの温度が、従来高温オフセットを
生ずると言われている温度を瞬間的に超えていても、前
述のごとく、再度十分に冷却固定化した後に耐熱シート
２３と転写材Ｐとを分離すればオフセットを確実に防止
できる。加熱された際に本実施形態で使用されたトナー
の主成分であるワックスは約８０℃の融点であり、ま
た、溶融時の粘度も低いために２６０℃前後の発熱体に
より加熱されると、加熱ローラ方式の加熱定着装置で
は、転写材に溶融したトナーが浸透しすぎて画像の滲
み、または裏写りといった不都合を生ずることとなって
しまいトナーの低融点化の妨げとなっていたが、本実施
形態では、発熱層２８の熱容量が小さくかつ、加熱時間
が短いので、転写紙の表層のみを短時間しか加熱しない
ので、トナーの過浸透によって生ずる上記の弊害はな
い。 【００１５】図４は、本発明の他の実施形態の加熱定着
装置の断面図である。なお、前実施形態の場合のものと
共通部分には同一符号を付し、その説明は省略する。 【００１６】本実施形態では、耐熱シート２３の代わり
に耐熱性のエンドレスベルトを採用しており、耐熱性ベ
ルト４０は何度も加熱され、かつトナー層Ｔとの接触も
繰り返される。このため、離型性に優れ耐熱性の高いＰ
ＦＡ樹脂で３０μｍ厚のベルトを形成してある。上記耐
熱ベルト４０は、ベルト駆動軸４１によって転写材の搬
送速度と同一の周速度となるように駆動され、耐熱ベル
ト４０に張力を与えるように付勢されたアイドラー４２
とによって緊張されつつ回転駆動される。 【００１７】発熱体２１はその基材の温度を検出するた
めの温度検知素子４３が設けられてあり、さらには、安
全装置４４として温度ヒューズあるいはサーモスタット
が配設されており、過昇温が防止されている。また、本
実施形態における発熱体２１への通電のタイミングは、
画像形成手段において発生する信号を基にして制御され
ている。本例の定着処理速度（画像形成時も同一）を５
０ｍｍ／ｓとして、前実施形態に較べて高速化している
ので、発熱層２８の幅（加熱幅）を３００μｍと大きく
し、かつ発熱層への通電の時間を変えて５ｍｓ毎に１．
２５ｍｓの割合で、Ａ４サイズ紙１枚当たり約２４００
Ｗ・Ｓの発熱を行なった。ここで発熱層の最大温度は約
３００℃を超える程度であり、また発熱層２８の電力密
度が前実施形態の場合よりも大きくなっていること、さ
らには上述の熱量が短時間に与えられること等から、発
熱体２１自身の昇温（蓄熱）が前実施形態の場合に比し
て大きくなるので、本実施形態では発熱体２１の支持材
に設けた前述の温度検出素子４３の検出値に応じて、通
電パルスの幅を調整している。すなわち、発熱体２１の
基材温度が高い場合には、通電パルスの幅を小さくし
て、発熱体自身の異常昇温を防止している。さらには、
前述の安全装置４４が所定の温度以上になった場合に
は、発熱層２８への通電を遮断している。 【００１８】ここで、転写材及びトナー像Ｔの降温も前
実施形態に比して不利になっている。すなわち、定着処
理速度を大きくしたことによって、発熱層の温度を高く
し、かつ１枚当たりの発熱量も大きくなり、さらには加
熱後分離するまでの時間も小さくなる等の不利を解消す
るために、ベルトの離間までの間に冷却固化させる冷却
手段が必要となる。例えば、耐熱ベルト４０に当接させ
たアルミニウム製の放熱板４５であり、発熱体２１と分
離ローラ２６との間に設けられている。冷却手段はこの
他に送風機等を用いても良い。また、分離部には分離爪
４６を配し、転写材の巻き付きを防止し、また耐熱ベル
ト４０上に付着した紙粉等の異物を除去するためにフェ
ルトからなるクリーニングパッド４７を当接させてい
る。また、フェルトパッドに若干の離型剤、例えばシリ
コーンオイルを含浸させて、耐熱ベルト４０の離型性を
向上させても良い。さらに、本実施形態では絶縁性のＰ
ＦＡ樹脂を用いているので、トナー画像を撹乱する静電
気が耐熱シートに発生し易いので、これに対処するため
に接地した除電ブラシ４８で除電している。ここで接地
せずにブラシにバイアス電圧を印加してトナー画像を撹
乱しない範囲で、耐熱ベルトを帯電させても良い。さら
にＰＦＡ樹脂に導電性の粉体繊維、例えばカーボンブラ
ック等を添加して、上述の静電気による画像乱れを防止
するのも一策である。また、加圧ローラの除帯電及び導
電化に関しても同様の手段により行なうことができる。
また、帯電防止剤等の塗布や、添加を行なっても良い。 【００１９】ここで、加圧ローラ２２と発熱層２８との
圧接部は発熱体２１と加圧ローラ２２との圧接幅の内で
も搬送方向の入口側に寄っており、加熱直後の耐熱ベル
ト４０と転写材Ｐとの離間を防止している。 【００２０】本実施形態では、高速化により最大消費電
力が約１６００Ｗと大きくなるので、発熱層を長手方向
で四分割して順次通電することによって、最大消費電力
を４００Ｗと低減化してもよい。 【００２１】以上示した本実施形態では、冷却手段や分
離手段を付加することによって、オフセットのない安定
した画像を比較的高速で得ることが可能となり、さらに
耐熱性のエンドレスベルトを用いることによって、経済
性の向上を図ることが可能となった。 【００２２】また、本発明の以上の実施形態として、電
子写真方式を用いた複写装置に用いた場合について二例
説明したが、本発明はこれに限定されるこのなく、レー
ザービームプリンタ等の加熱により軟化溶融するトナー
を用いた画像形成装置に適用可能であり、特に待時間を
必要とせずに加熱定着処理することが可能であるので、
ファクシミリの出力装置としても好適に用いられる。 【００２３】 【発明の効果】発熱体により空気層を介さず記録材に担
持された画像を加熱する定着装置に、パルス通電手段
と、パルス幅切換手段を設けたので、通電開始後瞬時に
像加熱可能状態にでき、しかも種々の条件変化に対応す
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画像形成装置の概要
構成を示す断面図である。 【図２】図１の定着装置の拡大断面図である。 【図３】図２装置の耐熱シート交換時における断面図で
ある。 【図４】本発明の他の実施形態の断面図である。 【符号の説明】 ３ 画像形成手段（感光ドラム） ２０ 加熱定着手段 ２１ 発熱体 ２３，４０ 耐熱シート Ｄ 転写材 Ｔ トナー像

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．記録材の搬送方向と交差する向きに配置された線状
   発熱層を有する発熱体と、発熱体と摺動しつつ未定着画
   像を担持する記録材とともに移動する耐熱シートとを有
   し、発熱体により空気層を介さず未定着画像を加熱する
   定着装置において、上記発熱層にパルス通電する通電手
   段と、通電パルス幅を切り換える切換手段とを有するこ
   とを特徴とする定着装置。