JPH01263678A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、加熱溶融性のトナーを用いて転写材上に画像
を形成し、これを加熱定着処理する画像形成装置に関す
る。

［従来の技術］ 従来、この種の装置に用いられている定着装置は、所定
の温度に維持された加熱ローラと、弾性層を有して該加
熱ローラに圧接する加圧ローラとによって、未定着のト
ナー画像か形成された転写材を挟持搬送しつつ加熱７す
るローラ定着方式か多用されている。しかしながら、こ
の種の装着では、加熱ローラにトナーが転移するいわゆ
るオフセット現象を防出するために、加熱ローラを最適
な温度に維持する必要があり、加熱ローラあるいは加熱
体の熱容量を大きくしなければならなかった。すなわち
、加熱ローラの熱容量か小さい場合には１発熱体による
供給熱量との関係により通紙あるいは他の外的要因で加
熱ローラ温度か低温側あるいは高温側に大きく変動し易
くなる。低温側に変動した場合には、トナーの軟化溶融
不足によって、定着不良や低温オフセットを生じ、高温
側に変動した場合には、トナーか完全に溶融してしまい
トナーの凝集力か低下するために、高温オフセットを生
ずる。

かかる問題を回避するために、加熱ローラの熱容量を大
きくすると、加熱ローラを所定の温度まで昇温するため
の時間が長くなり、装置の使用の際に待機時間か大きく
なるという別の問題か生ずる。

かかる問題を解決する方策として、米国特許第３，５７
８，７９７号に開示されているように、■トナー像を加
熱体でその融点へ加熱して溶融し、 ■溶融後、そのトナーを冷却して比較的高い粘性とし、 ■トナーの付着する傾向を弱めた状態で加熱体ウェブか
ら剥す、 という過程を経ることによって、オフセットを生ぜずに
定着する方法か知られている。

上記公知の方法ては、これに加えて加熱体に対して、ト
ナー像及び転写材を加圧圧接することなしに加熱する方
式をとっているのて、転写材を加熱する必要かなく他の
方法に較べてはるかに少ないエネルギーでトナーを溶融
できるとしている。

し・かじながら、周知のごとく加圧圧接させることなく
加圧体に接触した場合は、熱伝達効率が低下し、トナー
の加熱溶融に比較的長時間を要する。

そこで特願昭４７−２５８９６号では、これに公知の加
圧圧接技術を付加して熱伝達効率の向上を図りトナーの
加熱溶融を短時間でしかも十分に行うことが提案されて
いる。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、この特願昭４７−２５８９６号では、ト
ナーの加熱を比較的短時間でしかも十分行えるようにす
るために、 ■一対の加熱体の間にトナー像及び転写材を加圧挟持さ
せて加熱し、 ■加熱を停止して後強制的に冷却する、方式をとってい
るので、定着に要するエネルギーか大きくなるという不
都合を生ずる。すなわち、一対の加熱体により加熱させ
ることによりトナー像は上下から加熱されるので一見効
率的に考えられるか、逆にトナー像を転写紙側から加熱
するには、先づ転写材を十分に加熱することが必要てあ
り、そのためにかえって大きなエネルギーが必要となる
。さらに、冷却工程においてはトナー像を加熱する際に
加熱昇温した転写材をも冷却しなければ分離できず、強
制的な冷却手段が必要となっておりエネルギーの無駄か
大きい。

以上のように、−旦加熱したトナーを冷却した後に分離
することにより、高温オフセットを生ずることなく定着
する方式が提案されているか、上記のととくの欠点を伴
うために実用化されていない。

上記２つの提案例ては加熱体は加熱ローラ及びこれによ
り送られるウェブと加熱ローラに内蔵された発熱源とに
よって構成されていて加熱はウェブを介して行われ、ウ
ェブの搬送ローラとしての機能を有している。このため
、発熱源への給電方法や温度検知素子の当接支持の形態
が複雑化し、また、温度制御の精度も悪くなりがちであ
った。

さらには、温度検知素子が加熱ローラと摺動する構成で
は断線による過昇温が生ずる等安全上の問題もあった。

しかも、上述２例の場合ともに比較的大きな熱容量の加
熱体を必要とするために、機内への放熱が増大し、機内
昇温か著るしくなるという不都合もあった。

本発明は、上述の従来装置の有していた問題点を解決し
、定着不良やオフセットを生ずることなく加熱体の熱容
量を小さくすることを可能とし、その結果、待機時間や
消費電力、さらには機内昇温の小さい画像形成装置を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的の達成のために、 加熱溶融性の樹脂等により成るトナーを転写材上に担持
せしめて未定着のトナー画像を形成する画像形成手段と
、加熱体に対向圧接しつつ回転駆動されて、上記転写材
の搬送速度と同一速度で移動する定着フィルムを介して
上記転写材を加熱体に密着させる加圧ローラを備えて、
転写材上の未定着トナー画像を上記加熱体て溶融せしめ
た後、トナー画像が冷却固化した上で定着フィルムと転
写材とを離反する加熱定着手段を有し、加熱体は、転写
材の搬送方向に直角成分をもって配された線状の発熱体
を有し、かつパルス状に通電発熱を繰返し、パルス通電
周波数か、転写材の搬送速度を搬送方向での加熱部の幅
転写材の搬送速度で除した値以上でかつ数値の二倍より
も小であるように設定されている、 ことにより構成される。

［実施例］ 以下、添付図面にもとづて本発明の詳細な説明する。

先ず、本実施例装置の画像形成装置の概略構造を第１図
に基づいて説明すると、ｌはガラス等の透明部材よりな
る原稿載置台て、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
か配されていて、原稿載置台ｌ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によって感光トラム３上にスリット露光される。

なおこの感光ドラム３は矢印す方向に回転する。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３８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ト
ラム３は、素子アレイ２によって画像露光か行なわれた
静電画像が形成される。この静電潜像は、現像器５によ
り加熱て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
るようタイミンクをとって上下方向て圧接して回転され
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、感光トラム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、搬送カイト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、トラム３上の残留トナー
はクリーナ１２によって除去される。

第２図は本実施例の上記定着装置２０の拡大図である。

同図において、２１は加熱体て、アルミナ等の耐熱性で
かつ１し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１６０ル国、長さ（紙面に直角な
方向の長さ）　２１６ｍｍで例えばＴａ２Ｎ等より成り
、搬送方向に直角成分をもって配された線状もしくは帯
状の加熱部２８を有し、さらにその表面に摺動保護層と
して例えば、Ｔａ２’ｓが形成されている。加熱体２１
の下面は平滑てありかつ前後端部は丸味を帯びていて加
熱部（加熱面）を形成しており定着フィルム２３との摺
動を可能にしている。該定着フィルム２３は、ＰＥＴを
基材とし、耐熱処理を施した例えば約９ｇｍ厚に形成さ
れ、矢印Ｃ方向へ送り出し可能にフィルム送り出し軸２
４に巻回されている。上記定着フィルム２３は加熱体２
１の表面に当接し、曲率の大きな分離ローラ２６を介し
てフィルム巻取り軸２７に巻き取られる。

Ｌ配属熱体の発熱体２８は熱容量か小さく、パルス状に
通電されて、その都度瞬時に２６０°Ｃ前後まで昇温す
る。転写紙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て検出することにより、発熱体
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。

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ｌＯ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定着フィルム２３を介
して加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
ことか好ましく、定着フィルム２３の移動速度は、それ
に準する値て設定される。

本実施例においては、上記発熱体２８は、瞬時に昇温す
るので、予備加熱が不要であり、非定着時における加圧
ローラへの伝熱は少ない。また、定着時においても、定
着フィルム、トナー画像、転写材か発熱体２８と加圧ロ
ーラ２２どの間に介在し、かつ発熱時間か短いことによ
って温度勾配を急激なものとするととかてきるため、加
圧ローラ２２は昇温しにくく、実用上必要とされる程度
の連続的な画像形成を行ってもその温度はトナーの融点
以下に維持される。

かかる構成の本実施例装置にあっては、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、定着フィ
ルム２３を介して、加熱体２１によって加熱溶融され、
特にその表層部は融点を大きく上回り完全に軟化溶融す
る。その際加圧ローラ２２によって加熱体、定着フィル
ム、トナー画像、転写材は良好に密着されており効率的
に熱伝達される。

しかる後、発熱体２８の発熱か停止するとともに、転写
材が搬送されて、発熱体位置から移動して離れるにつれ
て、トナー画像は放熱して再び冷却固化し、曲率の大き
な分離ローラ対２６を通過した後に定着フィルム２３は
転写紙Ｐから離反される。その際、本実施例ては加圧ロ
ーラ２２の温度はトナーの融点よりも低く維持されてい
るので、トナー画像の放熱を促進することが可能である
。このため、冷却に要する時間が短くて済み、装置を小
型化することかできてきる。

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、−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、少なくともトナー像Ｔの一部は転写材表層
に浸透してそのまま冷却固化しているのて、定着フィル
ム２３にオフセットすることなく転写材Ｐ上に定着され
る。

ここで、本発明で記述されるトナーの状態の表現に関し
て注記する。

トナーの融点と便宜的に表現している温度は、トナーか
定着するために最低必要な温度を意味しており、その定
着下限温度で、溶融といえる程粘度が低下する場合や、
軟化といった程度の粘度の低下の、場合かある。したが
って定着する際に溶融と便宜的に表現している場合でも
実際には軟化といった程度の粘度低下を示している場合
がある。

同様にトナーか冷却固化したと便宜的に表現している場
合も、トナーによっては固化とはいえず高粘度化といっ
た方が適切である場合が考えられる。

本発明における加熱工程は、前述のごとく、加熱体に線
状の発熱体を設け、加熱体と一体的に形成された低熱容
量の発熱体にパルス状に通電し、発熱を繰り返すように
構成された加熱体によって行われている。第４図に示す
ように搬送速度Ｖｐ（ｍｍ／ｓ）で搬送された転写材Ｐ
上のトナー画像Ｔは、転写材の搬送速度に準じてズレな
く搬送される定着フィルム２３とともに、順次加熱体２
１の加−熱部（発熱体２８）の有効幅文に送り込まれる
。

第５図は、本実施例の構成の構成において定着フィルム
として６ｇｍ厚のポリイミドシートを用いて最低定着温
度１２５°Ｃの２０ｇｍ厚のトナーをｉｏｎ　ｐ−ｒｎ
厚の転写紙上の定着した場合の経時的温度変化を示すも
のであり、加熱部の表層部、トナーの中層部および転写
材の中層部についてそれぞれ示した。上記第５図は、発
熱体への通電パルス幅を２１１Ｉｓとした場合の例を示
しており、トナー中層部が最低定着温度を超えて十分に
加熱されて定着可能な状態となっているのに対して、転
写材の中層部はほとんど昇温していないことかわかる。

このことから通電パルス幅が短い程、省エネルギー化が
可能であることが分る。

本発明では発熱体の通電パルス周波数νは、Ｖｐ／文≦
ν＜２Ｖｐ／文 なる関係を維持するように定められれいる。これは、Ｖ
ｐで搬送されるトナー画像Ｔに対して、加熱部有効幅見
て周期的に加熱するに際して少なくとも一度は加熱する
か同一部分を２回より多くは加熱しないことを示してい
る。すなわち、本発明においては発熱体か線状に一体的
に形成されており、加熱体の昇温に速応して高温となる
線状の加熱部の看効幅内にあるトナー像を効率的かつ迅
速に加熱溶融するに十分な熱を確保しつつ、同一・部分
に２回より多くは加熱することなくパルス状に通７に加
熱することにより転写材の昇温を抑え、トナー像の不要
な加熱を防止し、加熱によるエネルキーな減少させるた
めに、通電パルス幅を上述の関係のもとに設定したもの
である。

本発明の発熱体（加熱部）は本実施例でも明らかなよう
に小型のもので十分てありそのため熱部４）が小さくな
り、予め加熱部を昇温させる必要かないのて、非画像形
成時の消費電力も小さくすることかてき、また機内昇温
も防ＩＬできることとなる。

また、かかる本実施例では、定着フィルム２３として薄
くて安価なＰＥＴフィルムを基に耐熱処理を施したもの
を用いることか可能なのて、第２図のことく定着フィル
ム２３は巻取り方式て使用後に交換する形態を採ること
ができる。すなわち、所定長さのフィルムを巻いたロー
ルをフィルム送り出し軸２４にセットし、加熱体と加圧
ローラ及び分離ローラ対の間を通して巻取り軸２７にフ
ィルムの先端を固着する。かかる方式を採った場合は、
定着フィルムセンサーアーム３０とセンサー（図示せず
）て定着フィルムの残量を検出してフィルムが終端近く
なった場合に使用者に警告表示ないしは警告音で定着フ
ィルムの交換を促すようにするのかよい。そして、定着
フィルム２３の交換の際には、加熱体と加圧ローラ、分
離ローラ対とをそれぞれ離間させるように、回転軸３１
を中心に第３図のごとく開閉可能にすることか望まれる
。本実施例では、定着フィルム２３を上記のごとく巻取
り交換方式て、定着フィルムの耐久性に関係なく、薄膜
化することか可能となり、低電力化することかてきる。

また、本実施例では前述のごとく定着フィルムへのオフ
セットが生しないので、定着フィルムの熱変形や劣化か
小さければ、巻取った定着フィルムを再び使用すること
が可能てあり、自動的に巻戻したり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。

また、本実施例では分離ローラ２６を設けることにより
、該分離ローラまて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定着フィルム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・ントを防止することかできる。た
たし、本実施例′Ｃは、加圧ローラ２２によりトナー像
の冷却が促進されるので、発熱体２８及び定着フィルム
の熱容量か十分小さく、かつ定着処理速度か小さい場合
には、分離ローラ２６のごとき特別な手段を設けずとも
、転写利Ｐが加熱部を通過後の短い範囲てトナー像Ｔは
冷却するので、本実施例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か可能となる。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
固化した後に定着フィルムと転写材とを分離できればよ
い。

次に、本実施例装着による実施結果を具体的数値をもっ
て示す。子ヤノン株式会社製ＲＰＣＰＣ−：１０（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、定着処理速度的１５ｍｍ／ｓでＡ４サイズ紙１枚
当たり約２０００Ｗ−３の発熱量となるように、Ｖｐ／
　ｕ≦ν＜２Ｖｐ、ｌの関係を満たすように１０ｍ５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か得られた。この
通電によって発熱体は約２６０℃前後まて昇温し、熱容
量か小さいので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、本実施例では、パルス状加熱することにより、定
着に必要な熱エネルギーをその都度与えているので、加
熱部をその部熱容量か小さく立ち上りか非常に早い発熱
体を周期的にほぼ同等の温度を示すようにすることか比
較的容易にできる。さらに、連続的に定着処理を行う場
合には、発熱のためのパルス幅を順次小さくしてゆくな
どして、加熱部の異常な高温側へのシフトを防止するこ
ともたやすい。上記の場合、トナー層Ｔの温度は。

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
的てあっても超えているか、前述のごとく、再度十分に
冷却固定化した後に定着フィルム２３と転写材Ｐとか離
れるのでオフセットとはならない。加熱された際に本実
施例て使用されたトナーの主成分であるワックスは約８
０°Ｃの融点てあり、また、溶融時の粘度も低いために
２６０°Ｃ前後の発熱体により加熱されると、従来の加
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フていた
か、本実施例では、発熱体２８の熱容量か小さくかつ、
加熱時間か短いために温度勾配か大きいのて、転写紙の
表層のみを短時間しか加熱しないのて、トナーの過浸透
によフて生ずる上記の弊害はない。

［発明の効果］ 以上のように未発朗は、加熱体に発熱体か一体的に形成
された線状の加熱部を設け、パルス状に通電発熱を繰り
返すように構成して、パルス状の通電周波数ν、転写材
の搬送速度Ｖｐ、加熱部の有効幅文としたとき Ｖｐ／交≦ν＜２Ｖｐ／交 なる関係を維持することとしたのて、トナー画像を短時
間のうちに加熱することによって、トナー画像及び転写
材の厚み方向において急激な温度勾配を生しせしめ、転
写材の加熱を極力抑えるとともにトナー画像を効率的に
加熱溶融することか可能となり、特に通電発熱周波数を
限定することにより、省エネルギー化を図れるという効
果をもたらす。

また、定着不良やオフセットを発生ずることなく、加熱
体の熱容量を小さくすることが可能となり、その結果、
装置使用時の待機時間や、消費電力、さらには機内昇温
の小さな画像形成装置を得るという効果をも奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の画像形成装置の概要構
成を示す断面図、第２図は第１図の定着装置の拡大断面
図、第３図は第２図装置の定着フィルム交換時における
断面図、第４図は第２図装置の加熱体及びその近傍を示
す拡大断面図、第５図は第２図装置にて一定条件下ての
加熱工程における各部の温度変化を示す図である。 ３・・・・・・・・・・・・画像形成手段（感光ドラム
）２０・・・・・・・・・・・・加熱定着手段２１・・
・・・・・・・・・・加熱体 ２２・・・・・・・・・・・・加圧ローラ２３．４０・
・・・・・定着フィルム Ｐ・・・・・・・・・・・・転写材 ■・・・・・・・・・・・・トナー像

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加熱溶融性の樹脂等により成るトナーを転写材上に担持
   せしめて、未定着のトナー画像を形成する画像形成手段
   と、加熱体に対向圧接しつつ回転駆動されて、上記転写
   材の搬送速度と同一速度で移動する定着フィルムを介し
   て上記転写材を加熱体に密着させる加圧ローラを備えて
   、転写材上の未定着トナー画像を上記加熱体で溶融せし
   めた後、トナー画像が冷却固化した上で定着フィルムと
   転写材とを離反する加熱定着手段とを有し、加熱体は、
   転写材の搬送方向に直角成分をもって配された線状の発
   熱体を有し、かつパルス状に通電発熱を繰返し、パルス
   通電周波数が、転写材の搬送速度を搬送方向での加熱部
   の幅で除した値以上でかつ該値の二倍よりも小であるよ
   うに設定されている、 こととする画像形成装置。