JP2992713B2 - 定着装置 - Google Patents

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いては特開昭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、当該無端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、加圧両
ローラ及び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、前記加熱、加圧両ローラから
剥離ローラに向けて走行する前記無端ベルトの外側であ
って前記ニップ領域Ｎ₁、Ｎ₂の下流域に複数の開口孔を
有するガイドプレートと冷却手段とを設けたことを特徴
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、当該無端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、加圧両ローラ及び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、前記加熱、加圧
両ローラから剥離ローラに向けて走行する前記無端ベル
トの外側であって前記ニップ領域Ｎ₁、Ｎ₂の下流域に複
数の開口孔を有するガイドプレートと冷却手段を設け、
且つ、該下流域の前記無端ベルトの内側に冷却手段を設
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）のいづれか１項に記載の定着装置。

【０００９】

【実施例】本発明の第１の実施例を図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
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１
４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５〜２０ｍ
ｍであり、本実施例では１０ｍｍ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の下部に空冷装置
（冷却手段）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
芯部のヒーター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によってニップ領域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／N≦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と加熱無端ベルト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開口比率50〜80％の
開口孔（ルーバー）57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。

【００１５】そして、第２の実施例として図４の冷却部
の分解斜視図、図８の側面図及び図９の側断面図に示す
ように該下部空冷装置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。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。

【００１６】更に、加熱ローラ11の上方には外径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。

【００１７】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。

【００１８】第１、第２の両実施例に設けてある下部空
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が小さくとられている。また、第
２の実施例のみに設けられている上部空冷装置40のダク
ト41と加熱ローラ11に近い方の無端ベルト25との隙間46
も小さくとられている。その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のないよ
うにしてある。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。第１の実施例においては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、また、第２の
実施例においては空冷装置40からの冷風も加わり転写材
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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】また、無端ベルト25を用いた定着装置の場
合には、第１の実施例に示すように下部空冷装置50の状
態や第２の実施例に示すように上部空冷装置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。

【００２８】さて、ニップ領域の長さ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。

【００２９】次にニップ領域の長さ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。

【００３０】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。

【００３１】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の入り口側と出口側の角
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。

【００３２】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。

【００３３】以上のようにN₂/N₁の大きさの範囲を実験
的に求めることにより、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。

【００３４】

【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は本発明の第１の実施例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は本発明の第１の
実施例の側断面図。図４は第２の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。図８は本発明の第２の実施例における冷
却部を示す側面図。図９は本発明の第２の実施例の側断
面図。

【符号の説明】

１・・・定着装置 11・・・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 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 平２−50160（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−90477（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−216580（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−36342（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/20

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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、当該無端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、加圧両ローラ及び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、前記加熱、加圧両
   ローラから剥離ローラに向けて走行する前記無端ベルト
   の外側であって前記ニップ領域Ｎ₁、Ｎ₂の下流域に複数
   の開口孔を有するガイドプレートと冷却手段とを設けた
   ことを特徴とする定着装置。
2. 【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、当該無端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、加圧両ローラ及び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、前記加熱、加圧両
   ローラから剥離ローラに向けて走行する前記無端ベルト
   の外側であって前記ニップ領域Ｎ₁、Ｎ₂の下流域に複数
   の開口孔を有するガイドプレートと冷却手段を設け、且
   つ、該下流域の前記無端ベルトの内側に冷却手段を設け
   たことを特徴とする定着装置。
3. 【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。
4. 【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のいづ
   れか１項に記載の定着装置。