JP2992711B2

JP2992711B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP2992711B2
Application number: JP3114747A
Authority: JP
Inventors: 康彦田中; 清明河本; 大本　　哲子; 哲羽根田; 敏規山崎; 静雄森田; 真和福地
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1991-05-20
Filing date: 1991-05-20
Publication date: 1999-12-20
Anticipated expiration: 2014-12-20
Also published as: JPH04342277A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真における定着装
置のオフセット転写やよごれ転写の防止手段及びカラー
画像に光沢を与える手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】トナー画像の加熱定着、特にベルトを介
しての定着装置につていは特開昭49-36342号公報におい
て記されているものがあるがベルト掛け加熱ローラに対
して加圧ローラがベルトを介して設けられており、トナ
ー画像を担持した転写材が該加圧ローラとベルトの間に
はさまれて送りこまれて定着がなされるようにしてあ
る。しかし、充分なニップ領域N₁が得られず、上部の加
熱ローラからベルトを介しての熱の供給が保証されずト
ナー画像に光沢がでる程にはトナーの溶融がなされない
状況であった。

【０００３】また、特開昭61-122665号公報にもベルト
を介して熱定着を行う定着装置が述べられているが、加
圧ローラに対するベルトによる独立の抱き角によるニッ
プ領域N₂が充分な長さにならず、従って充分な溶融時間
が得られず転写材に対する加熱が不充分となっている。
そして、結局は転写材の材質とか厚みに定着性が依存し
て不安定な熱定着になってしまうことになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、トナー画像
の熱定着性が転写材の材質や厚さに依存したりすること
なく安定した光沢定着ができ、それでいてオフセット転
写のおきることのない高画質カラートナー画像の得られ
る定着装置を提供することを課題目的にする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は下記する
構成要件により達成することができる。（１）加熱ローラ及び剥離ローラを内包する無端ベルト
と、当該ベルトを介して前記加熱ローラに圧接する加圧
ローラとを有し、トナー像を担持した転写材を加熱加圧
して定着する定着装置において、前記加熱ローラ、加圧
ローラ及び前記無端ベルトによって形成される第１のニ
ップ領域N₁と、前記無端ベルト及び前記加圧ローラによ
って形成される第２のニップ領域N₂との関係を、１≦N ₂
/N ₁ ≦３となすとともに、前記第２のニップ領域N₂の下
流であって、前記無端ベルトの内側に押圧手段を接触し
て設け、当該押圧手段で前記第２のニップ領域を形成す
るように構成したことを特徴とする定着装置。

【０００６】（２）加熱ローラ及び剥離ローラを内包す
る無端ベルトと、当該ベルトを介して前記加熱ローラに
圧接する加圧ローラとを有し、トナー像を担持した転写
材を加熱加圧して定着する定着装置において、前記加熱
ローラ、加圧ローラ及び前記無端ベルトによって形成さ
れる第１のニップ領域N₁と、前記無端ベルト及び前記加
圧ローラによって形成される第２のニップ領域N₂との関
係を、１≦N ₂ /N ₁ ≦３となすとともに、前記第２のニッ
プ領域N₂の下流であって、前記無端ベルトの内側に押圧
手段を接触して設け、且つ、当該押圧手段を冷却する冷
却手段を設けたことを特徴とする定着装置。

【０００７】（３）前記第１のニップ領域および第２の
ニップ領域を形成する前記加熱ローラ及び加圧ローラは
表面がゴム質のソフトローラであることを特徴とする前
記（１）又は前記（２）に記載の定着装置。

【０００８】（４）前記第１のニップ領域および第２の
ニップ領域を形成する前記加熱ローラ及び加圧ローラは
熱源を有することを特徴とする前記（１）乃至前記
（３）のいずれか１つに記載の定着装置。

【０００９】

【実施例】本発明の１実施例を図１のニップ域を示す側
面図、図２のその一部拡大図、図３の側断面図、図４の
冷却部の分解斜視図、図５の定着ローラ（上，下）の断
面図、図６のベルトの層構成断面図及び図７のトナーの
粘度温度特性曲線を用いて説明する。

【００１０】芯部に400ワット程度の熱源ヒーター14を
有する加熱ローラ11、剥離ローラ21及びテンションロー
ラ22を内包するように無端ベルト25が巻回されている。
該テンションローラ22は該ベルト25の斜行制御にも使え
るようにしてある。また、前記剥離ローラ21及びテンシ
ョンローラ22の外径は５〜20mmであり、本実施例では10
mmにしてある。そして加圧ローラ31が該ベルト25を介し
て加熱ローラ11に対して加圧されている。また、加圧ロ
ーラ31の下流剥離ローラ21までの間の該ベルト25の上部
と下部にそれぞれ空冷装置（冷却手段）40，50が配置さ
れている。

【００１１】加熱ローラ11及び加圧ローラ31の表面には
図５に示すように芯金13，33上に合成ゴム層12，32が被
覆されて外径が40mmに仕上げられソフトローラが形成さ
れお互いに加圧され、つぶされ易くなっており、図１、
図２に示すように角度θ₁を挟むニップ領域N₁を形成し
ている。但し、ゴム硬度は加熱ローラ11よりも加圧ロー
ラ31の方が大きい方が好ましい。また、加圧ローラ31の
芯部のヒータ34は省かれる場合もある。

【００１２】更に、加熱ローラ11に対して、加圧ローラ
31の配置によって無端ベルト25による抱き角θ₂が形成
され、無端ベルト25によってニップ域N₂が形成されてい
る。そして、ニップ領域N₁の長さは３〜20mm、より好ま
しくは３〜10mm、ニップ領域N₂の長さは５〜50mm、より
好ましくは10〜35mmにしてある。

【００１３】また、ニップ比は１≦N₂／N₁≦３が好まし
い。

【００１４】また、トナー62を担持した転写材61は入口
ガイド18にそって加圧ローラ31とベルト25の間にはさま
れて途中下部空冷装置50のファン53を内蔵した空冷ボッ
クス52の上部に設けられたルーバー付きのガイドプレー
ト51と無端ベルト25との間を該ベルト25に密着された状
態で搬送され、剥離ローラ21のところで、該ベルト25か
ら剥離されて上下のガイド23A，23Bの間を進みローラ対
24によって回収される。そして該下部空冷装置50の上方
の無端ベルト25を越える所には、ファン43からダクト41
に送風する上部空冷装置40が設けられている。ダクト41
の下部には、複数の開口孔45が設けられ送風された風が
吹抜け可能にしてあり、ダクト41の下部は加熱無端ベル
ト25の内側面に接し該ベルトを空冷すると共に、該ダク
トは該ベルト25面を下方にＦの力で押し下げ、ニップ特
に第２のニップN₂の最終的な形成に寄与している。勿
論、該ダクト41の下面にはテフロン材のコーティング処
理等が行われ、該ベルト25が滑らかに走行できるように
考慮されている。このように途中転写材61及びトナー62
は無端ベルト25の外側及び内側から冷却されて該ベルト
25から剥離回収し易くなっている。

【００１５】更に、加熱ローラ11の上方には外径が20mm
のクリーニングローラ16と微量オイルローラ17が配設さ
れ、加圧ローラ31の下部には同様にクリーニングローラ
36が設けられている。

【００１６】また、剥離ローラの近くの戻りベルト部及
びローラ対24から排出される直後のところに除電ブラシ
26，27が設けられている。

【００１７】下部空冷装置50の加圧ローラ31に近い部分
には空冷ボックス52と開口孔（ルーバー）57を有するガ
イドプレート51との間に形成される隙間56は小さく、ま
た、上部空冷装置40のダクト41の開口孔45と加熱ローラ
11に近い方の無端ベルト25との隙間は殆んどないため冷
却用空気が加熱ローラ11や加圧ローラ31の方向に噴出し
て、それ等のローラ表面を冷やして加熱効率を落として
しまうことはない。

【００１８】また、加熱ローラ11の表面及び加圧ローラ
31の表面近傍には温度検知センサー19，39がそれぞれ設
けられている。

【００１９】そして、無端ベルト25は図６に示すように
ポリイミドの基体28上にシリコンゴムからなる離型層29
を塗布したもので構成され、ポリイミド層の厚さは25〜
75μm、全体厚さは25〜150μmベルト巾は310mmにしてあ
る。

【００２０】次に、このように構成された定着装置１の
作用について述べる。

【００２１】先ず、図７に示す線状ポリエステル製トナ
ーと一般のポリエステル製トナーの粘度−温度特性曲線
について説明する。

【００２２】このグラフは、縦軸に粘度がポアズの単位
の常用対数値で目盛られ、横軸に温度が目盛られてい
る。そして線状ポリエステル製トナーは実線で示され一
般のポリエステル製トナーは鎖線で示されている。両ト
ナーとも100℃近辺で100,000ポアズ程度の高粘度即ちガ
ラス転位状態になっており、100℃を越すと両トナーと
も溶融状態になる。そして最適の溶融状態は粘度が5000
ポアズぐらいのところである。そして、その粘性状態
は、今まで一般的なポリエステル製のトナーでの加熱温
度は150℃に達するにもかかわらず、線状ポリエステル
製のトナーははるかに低い温度の120℃で済んでいる。

【００２３】更に、２つの定着ローラによるローラ対だ
けのニップによって熱定着を行っていた従来の定着装置
にくらべて、本発明においては、無端ベルト25を介在さ
せており、それによって剥離までの降温時間が確保でき
るので、溶融温度を今までよりも高い方に拡げて、加熱
領域をはるかに広くとることができる。この加熱領域に
おいては、線状ポリエステル樹脂のような、低温度で溶
融状態の得られるトナーによって未定着画像は十分溶融
する。この溶融状態にあるトナー62と転写材61の粘着力
及び転写材の裏面から当てられる冷却ファン53からのエ
ヤフローにより、転写材61とトナー62は無端ベルト25に
付着したままで搬送されベルト自体の温度低下とエヤフ
ローによる冷却効果により温度を低下させてゆく。

【００２４】この領域において十分冷却され粘度が大き
くなりガラス転位状態になったトナー62と転写材61は、
剥離ローラ21に支持された前記無端ベルト25の端部で該
ベルト25から剥離される。このときトナー62は殆んど凝
固したガラス転位状態にあるので、該ベルト25の表面性
をそのまま保持して鏡面に近い光沢のある表面が得られ
る。このようにトナー62は十分溶融した状態になってか
ら凝固するので複数のカラートナーの溶融混合による色
再現性が確保されると共に、OHPなどに定着した場合の
透過性も安定して確保できる。ここで前述のように無端
ベルト25を構成する表面材料は離型剤であるシリコンゴ
ム等の材料であるので離型性とともに離型層自体が弾性
を有するため、トナーへの均一な加熱と加圧が実現でき
るとともにトナー62と無端ベルト25の基体との間のダン
パー的効果もあって、線状ポリエステルトナーのような
比較的低温度において溶融しやすいトナーを用いてもオ
フセットの状態が全く起らないか、起っても極く僅かで
あってクリーニングできる範囲のレベルにとどめること
ができる。

【００２５】また、無端ベルト25が架けられた側の加熱
ローラ11のベルト搬送路に該当しない外周面に沿って設
けた温度検知手段としてのセンサー19の接触により温度
制御を行うのであるが、見落すことのできない利点とし
て無端ベルト25の表面はセンサー19によって全く傷つけ
られることがない。逆にまた、無端ベルト25の表面での
み該ベルト25とトナー62との接触がありトナーが裏面に
まわりこむことがないので、トナー62がセンサー19に付
着して検知不良になることもない。

【００２６】また、無端ベルト25を用いた定着装置の場
合には、上部空冷装置40下部空冷装置50の状態によって
定着部分の温度に影響が出やすいが、圧着する加圧ロー
ラ31につけた温度検知手段としてのセンサー39の読み取
り値を前記センサー19の読み取り値と合わせてヒーター
の加熱を制御することにより、定着部分の温度を安定範
囲に保持することが可能になる。

【００２７】さて、ニップの長さN₁が必要であるのは、
均一な押圧と溶融をさせるためであり、無端ベルト25の
上側（内側）から加熱すると、トナー62と無端ベルト25
との界面での溶融が保証される。ただし過度の加熱をす
るとトナー62が広がってトナー像が乱れる。そして冷却
も難しくなる。

【００２８】次にニップの長さN₂が必要であるのは、転
写材61を充分加熱してトナー62を溶融させて転写材61に
充分しみこませて定着性を向上させる役目をしているか
らと思われる。

【００２９】そして、トナー側の加熱は比較的最小限の
短時間で行い、画質低下を抑止し、従ってニップ部の大
きな加圧は必要でなく、トナー62が溶ければよいのであ
り、無端ベルト25の基体側はゆっくり加熱して充分なト
ナー接着を得ることが重要である。

【００３０】またニップ比N₂／N₁の上限を３と抑えた理
由は、N₂が大きくなりすぎる場合に、トナー像が溶け過
ぎ品質低下を引き起こすことを防止している。また、N₂
／N₁が大きくなりすぎると転写材61の入口側と出口側の
角度が大きくなりすぎる。更に、転写材61の冷却領域を
充分とるためにはN₂／N₁はあまり大きくはとれない。あ
まり大きくすることは装置の小型化の阻害にも通じるも
のである。そして、記録材の種類によっては、カールや
しわの発生がN₂／N₁が大きくなるにつれて著しくなる。

【００３１】更に、N₂をあまり大きくしすぎると駆動ト
ルクが大きくなるので避けることが望ましい。

【００３２】以上のように１≦N₂／N₁≦３とすることに
より、転写材61へのトナー62の充分なしみこみと充分な
光沢をもった定着が安定して達成できるようになり、ト
ナーの充分な溶融と光沢が得られるにもかかわらず、無
端ベルトへのトナーのオフセット転写はなくなり、その
オフセット転写に基づく後続の転写紙に表面汚れをもた
らすようなことも実用上皆無の状態にすることができ
た。そして高品位の画像定着が安定して達成できるよう
になった。また、加圧ローラ31は中心部にヒーター34を
設けて加熱してもよいし、ヒーター34を省いたものとし
てもよい。いずれにしても、前記表面温度検知センサー
39の情報により加熱量を加減してコントロールするよう
にすればよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明の定着装置によりオフセット汚れ
転写がなく、光沢をもったにじみのない高画質の画像転
写、特にカラー画像転写が転写材の材質や厚さに依存す
ることなく安定して達成でき、しかも定着装置をコンパ
クトで低コストなものにすることが実現できた。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明におけるニップ領域を示す側面図。図２はその一部拡大図。図３は本発明の１実施例の側断面図。図４は本実施例の冷却部の分解斜視図。図５は加熱ローラ又は加圧ローラの断面図。図６は無端ベルトの層構成断面図。図７はトナーの粘度・温度特性曲線。

【符号の説明】

１・・・定着装置 11・・・加熱ロ
ーラ(内部加熱ローラ) 14,34・・・ヒーター 16,36・・・クリ
ーニングローラ 17…微量オイルローラ 18・・・入口ガ
イド 19,39・・・温度検知センサー 21・・・剥離ロ
ーラ 22・・・テンションローラ 23A,23B・・・
上下ガイド 24・・・排出ローラ対 25・・・無端ベ
ルト(加熱無端ベルト) 26,27・・・除電ブラシ 31・・・加圧ロ
ーラ 40,50・・・空冷装置 41・・・ダクト 43・・・ファン 45・・・開口孔 46,56・・・隙間 51・・・ガイド
プレート 52・・・空冷ボックス 53・・・ファン 57…開口孔（ルーバー） 61・・・転写材 62・・・トナー

フロントページの続き (72)発明者山崎敏規東京都八王子市石川町2970番地コニカ株式会社内 (72)発明者森田静雄東京都八王子市石川町2970番地コニカ株式会社内 (72)発明者福地真和東京都八王子市石川町2970番地コニカ株式会社内審査官一宮誠 (56)参考文献特開昭64−90477（ＪＰ，Ａ) 特開平４−216580（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−36342（ＪＰ，Ａ) 実開平１−85857（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱ローラ及び剥離ローラを内包する無
端ベルトと、当該ベルトを介して前記加熱ローラに圧接
する加圧ローラとを有し、トナー像を担持した転写材を
加熱加圧して定着する定着装置において、前記加熱ロー
ラ、加圧ローラ及び前記無端ベルトによって形成される
第１のニップ領域N₁と、前記無端ベルト及び前記加圧ロ
ーラによって形成される第２のニップ領域N₂との関係
を、１≦N ₂ /N ₁ ≦３となすとともに、前記第２のニップ
領域N₂の下流であって、前記無端ベルトの内側に押圧手
段を接触して設け、当該押圧手段で前記第２のニップ領
域を形成するように構成したことを特徴とする定着装
置。
【請求項２】加熱ローラ及び剥離ローラを内包する無
端ベルトと、当該ベルトを介して前記加熱ローラに圧接
する加圧ローラとを有し、トナー像を担持した転写材を
加熱加圧して定着する定着装置において、前記加熱ロー
ラ、加圧ローラ及び前記無端ベルトによって形成される
第１のニップ領域N₁と、前記無端ベルト及び前記加圧ロ
ーラによって形成される第２のニップ領域N₂との関係
を、１≦N ₂ /N ₁ ≦３となすとともに、前記第２のニップ
領域N₂の下流であって、前記無端ベルトの内側に押圧手
段を接触して設け、且つ、当該押圧手段を冷却する冷却
手段を設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項３】前記第１のニップ領域および第２のニッ
プ領域を形成する前記加熱ローラ及び加圧ローラは表面
がゴム質のソフトローラであることを特徴とする請求項
１又は請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】前記第１のニップ領域および第２のニッ
プ領域を形成する前記加熱ローラ及び加圧ローラは熱源
を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
れか１項に記載の定着装置。