JPH01263679A

JPH01263679A - 定着装置

Info

Publication number: JPH01263679A
Application number: JP9127088A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Hirabayashi; 弘光平林; Kensaku Kusaka; 草加　健作; Atsushi Arai; 篤新井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1989-10-20
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JP2673959B2

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
種の装置では、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止するために、加熱ローラを＠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が小さい場合には、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
ナーの凝集力が低下するために、高温才フセットを生ず
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
の時間か長くなり、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が生ずる。

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
定着する方法が知られている。

上記公知の方法では、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
式をとっているので、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。

しかしながら、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。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、この特願昭４７−２５８９６号ては、ト
ナーの加熱を比較的短時間て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が大きくなる
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
必要であり、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
の無駄が大きい。

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が、上記のごとくの欠点を伴
うために実用化されていない。

上記２つの提案例で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じ易い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
、転写材との未定着トナー画像を上記加熱体で溶融せし
めた後、トナー画像か冷却固化した上て定着フィルムと
転写材とを離反する加熱定着手段とを有し、発熱体を一
体的に有する加熱体を固定位置に配し、該加熱体は所定
温度に維持されている、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、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
か配されていて、原稿蔵置台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トラム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
静電画像か形成される。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と感光トラム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３Ｌ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トラム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。

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５４は加熱体であり、例えば幅１６０ルｍ
、長さ（紙面に直角な方向の長さ）２１６＋ａｍで例え
ばＴａ、Ｎ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抵抗発熱体２８及びその両側に
電極５２を有し、さらにその表面に摺動保護層５０とし
て例えは、厚さ５ｐｍの膜状のＰＴＦＥをはじめとする
弗素樹脂等で覆われている。抵抗発熱体２８の上面には
、絶縁層５１を介して、サーミスタ等の温度検知素子５
１か配置されており、該素子の検知した温度に応じて抵
抗発熱体２８への通電を制御することにより、加熱体５
４の定着部における表面温度を所定の値に維持している
。そして、以上の部材は、発熱体支持部材２１により固
定保持される、発熱体支持部材２１は、断熱性及び電気
絶縁性を有するもの、例えばベークライトから成ってい
る。耐熱を有する定着フィルム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６Ｐｌ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
２４に巻回されている。上記定着フィルム２３は加熱体
５４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。

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てあり、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
ことが好ましく、定着フィルム２３の移動速度は、それ
に準する値で設定される。

搬送ベルト３２は、例えばＥＰＤＭから成り、加圧ロー
ラ２２と分離搬送ローラ２６の間でエンドレスに構成さ
れていて、加熱体５４と加圧ローラ２２の圧接部Ｎから
分離搬送ローラ２６の位置の圧接部まで、転写材Ｐ上の
トナー画像を耐熱シート２３に密着圧接させつつ、転写
材を搬送する。

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、耐熱性あ
る定着フィルム２３を介して、加熱体５４によって上記
圧接部Ｎにて加熱され、完全に溶融される。しかる後、
圧接部Ｎから離れ、分離ローラ２６に達する間に、トナ
ー画像は自然放熱して再び冷却固化し１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、−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で、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。

本実施例において、定着工程中の圧接部Ｎにおける加熱
体５４の表面温度は、トナー融点よりも十分高く、上記
表面温度とトナー融点との差は従来の熱ローラ定着に比
べて大きい。また、トナーが加熱される圧接部Ｎの幅は
従来の熱ローラ定着に比べて小さい。このような条件下
で定着する理由は、トナー画像に高熱量を短時間のみ加
えることにより、転写材Ｐをほとんど昇温させることな
く効率よくトナーを溶融させることができ、その結果、
定着工程中の消費電力を低減できるからである。ここで
、本実施例において加圧ローラには熱源を設けず、トナ
ー像の加熱は上述のごとく高温に維持された加熱体によ
り短時間のうちに行なわれるため、転写材Ｐの昇温か極
力抑えられているので、加熱後の冷却工程においては転
写材Ｐによってトナー像の冷却か行なわれる。

また、本実施例において、加熱体５４が固定されている
ので、本実施例のように温度検知素子５１を加熱体と容
易に一体に構成することができ、温度検知素子と加熱体
表面の慴動がないために両者の劣化がない。上記い、ず
れの場合においても加熱体の温度調整が安定するので、
安全上の問題にとられれることな〈従来の熱ローラ定着
方式に比べて表面温度を高く設定することができる。

第５図は、以上のととくの本実施例の定着器を用いて表
面にトナー層を有する転写紙を搬送しつつ定着処理する
場合の、トナー及び転写紙の温度（詳しくは、それぞれ
の断面方向の中央部の温度）の時間変化を計算により求
めたグラフである。なお定着条件は、以下の通りである
。

加熱条件ニ一定温度１８０°Ｃに保たれた線状加熱体に
より、８ｔａｓ加熱される。

トナーの定着温度＝１２５°Ｃフィルム：　ＰＥＴ基材（厚さ６ルｍ）トナー層の厚さ
＝２０１Ｌ１１転写紙の厚さ：１００ｇｍ室温二２０℃ 本実施例ではトナーの定着温度１２５°Ｃよりはるかに
高い１８０°Ｃに保たれた加熱体により加熱処理を行な
うため短時間の加熱によってトナーは定着温度を越えて
十分に加熱され良好な定着性が得られる。

一方、転写紙の昇ｉは極めて小さく、従来の熱ローラ定
着に比べてエネルギーの無駄が少ない。

さらに、本実施例では加熱時間や加熱体の温度か変動し
て過剰なエネルギーが与えられた場合でも、高温オフセ
ットの発生かなく、許容範囲か広い。

これに対し、第６図は、従来の定着器を用いて表面にト
ナー層を存する転写紙を搬送しつつ定着処理する場合の
比較例である。なお、定着条件は、一定温度１５０°Ｃ
に保たれた定着ローラにより４０ｍ５加熱されるという
点景外は第５図の実施例の場合と同様である。

熱ローラ定着方式を用いたこの従来例では、定着ローラ
表面温度をトナーの定着温度より著しく□高くしてしま
うと、トナーが過剰に溶融し定着ローラに付着する、い
わゆる高温オフセットを生ずるので、定着ローラ温度は
トナーの定着温度に対してわずか高めの温度に留める必
要がある。そのため、従来例ではトナーを十分な定着性
が得られるまで加熱するには４０ｍ５という長い時間を
要する。その結果、トナーの下部に位置する転写紙への
熱伝導が大きくなり、昇温か極めて大きくエネルギーの
無駄も大きい。また、定着ローラ表面温度の最適範囲が
狭く、高精度の制御か必要であった。

また、本実施例において、電極５２対か加熱体５４の長
手方向にわたってそれぞれ一体に構成されているため、
投手力向の一端から給電可能である。そして加熱体が固
定されているので該加熱体への給電は極めて容易となる
。

さらに本実施例においては、従来の熱ローラ定着におい
ては発熱体かハロゲンランプ、そして加熱体か定着ロー
ラというように発熱体と加熱体が大きな空間を隔てて別
々に配置されていたのに対し、発熱体と加熱体が一体に
構成され、発熱体により、薄い保護膜５０と定着フィル
ム２３を介して直接トナー画像を加熱するようのなって
おり、しかも、加熱体は小型化のもので十分であるため
、熱容量か小さくなる。したがって通電開始と同時に加
熱体か昇温を始めるのて、従来の熱ローラ定着の場合不
可避であった通電開始から加熱体表面の昇温まての大き
な遅れが極めて小さくなり昇温速度か極めて大きくなる
。

したかって画像形成時において、加熱体５４より上流側
に配置された転写材検知アーム２５の位置に転写材Ｐか
到達した時に発熱体２８に通電を開始しても、転写材Ｐ
か圧接部Ｎに達するまての時間内に加熱体表面温度を定
着温度まで上昇させることか十分に可能であるので、非
画像形成時に発熱体２８に通電していなくとも定着器の
ウェイト時間は実質的にないのに等しい。かくして、非
画像形成時の消費電力を低減できると共に機内昇温も防
止できることとなる。

また、かかる本実施例では、定着フィルム２３として薄
くて安価なポリエステルフィルムを基に耐熱処理を施し
たものを用いることが可能なのて、第２図のごとく定着
フィルム２３は巻取り方式で使用後に交換する形態を採
ることかできる。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２
７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か終
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がよい。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。本実施例ては、定着フィルム２３を上記のごと
く巻取り交換方式で、定着フィルムの耐久性に関係なく
、薄膜化することが可能となり、低電力化することかで
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
セットか生じないので、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
か可能てあり、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。

次に、本実施例装置による実施結果を具体的数値をもっ
て示す。キャノン株式会社製ＰＰＣＰＣ−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、幅［Ｉの圧接部Ｎにおける加熱体表面温度か１８０
°Ｃになるように温度制御しつつ、定着処理速度５０ｍ
ｍ／ｓｅｃで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。本具体例では、トナーの最
低定着温度と加熱体の設定温度との差と加熱時間を前述
の説明よりもさらに大きくして、高温オフセットの発生
有無を検証した。

本実施例で使用されたトナーの融点は約８０°Ｃである
ので、圧接部Ｎにおいてトナー層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超える。しか
し前述のごとく、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とが離れるのでオフセットは生じな
い。すなわち、本実施例では加熱体の設定温度に関し、
従来の熱ローラ定着より特に高温側に許容幅か広く、加
熱体の温度調節か容易である。

第４図は、本発明の他の実施例の画像形成装置に適用さ
れる加熱定着装置の断面図である。なお、前実施例と共
通部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例では、前出の有端定着フィルム２３の代わりに
耐熱性の無端状のフィルムを採用しており、この無端定
着フィルム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、耐熱性・機械的強度に
優れた基材として２５ＪＬｍ厚のポリイミド樹脂を用い
て、その外周面には離型性の高い弗素樹脂等より成る離
型層を設けた複合材で、上記フィルムを形成しである。

上記無端定着フィルム４０は、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、回
転自在軸４３とともに、上記無端定着フィルム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。

本実施例においては、加熱体５４の発熱体層としてチタ
ン酸バリウム等のＰＴＣ発熱体［６０を用いており、正
の抵抗温度係数を有しているので、通電発熱させ抵抗層
がキューリー温度付近に達すると急激に抵抗か増大して
発熱量が低下するので、抵抗層の物質固有の温度に自己
温度制御される。加熱体５４によりトナー像Ｔは加圧ロ
ーラ２２にとの圧接幅Ｎにおいて有効に加熱されている
。また、本実施例では、耐熱性の無端フィルム４０の耐
久性を得るために前述の第一の実施例に比べて厚いもの
を使用しているので、加熱体からトナー像への熱伝達が
若干劣ることになり、そのため、入口側において耐熱無
端フィルム４０を予備加熱する部分（Ｍ）を設けている
。したがって、加熱体の加熱部は転写材の入口側の方が
出口側よりも長くなるように構成されている。

また、本実施例で用いたＰＴＣ発熱体層６０は熱容量が
やや大きくなるので予め加熱する必要かあるか、数秒で
昇温するので、画像形成開始とともに加熱を開始しても
、転写紙上にトナー像が形成され、転写材の定着工程が
始まるまでには十分に昇温するので、画像形成装置とし
ては待時間は不要ないしは短かくすることかできる。

かかる本実施例によれば、 ■耐熱性、機械的強度に優れた基材を用いて離型性に優
れた材料を複合化した耐久性のある無端定着フィルムを
用いているので、装置構成を簡略化できるとともに低コ
スト化が可能となる。

■加熱体を固定支持して使用する方式であるので、形状
的な制約が大きい反面、自己温度制御性を有するＰＴＣ
発熱体を用いることができ、加熱体の温度制御かさらに
容易となる。

また、繰り返し使用に対処するために、無端定着フィル
ム４０上に付着した紙粉等を除去するためにクリーニン
ク部材を設けてもよく、あるいはアイドラー４２をクリ
ーニングローラとして用いることもできる。

また、同時にフェルトパッドに若干の離型剤、例えばシ
リコーンオイルな含浸させて、これを無端定着フィルム
フィルム４０に当接させるなどして離型性をさらに向上
させてもよい。さらに、本実施例では絶縁性の弗素樹脂
を用いているので、トナー画像を撹乱する静電気が無端
定着フィルムに発生し易いので、これに対処するために
接地した除電ブラシで除電するのがよい。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、無端定着フィルムを帯電させてもよい。

さらに定着フィルム自体に導電性の粉体ｔａ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
像部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、添加を行なってもよい。

また、本発明の以上の実施例として、電子写真方式を用
いた複写装置について二個説明したが、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。

［発明の効果］本発明は以上のごとく、走行する定着フィルムに未定着
トナー像か面するように転写材を同一速度で上記定着フ
ィルムに密着走行せしめ、該定着フィルムを介して、発
熱体と一体的に形成されかつ所定の温度に維持された加
熱体によりトナー像　　　・を加熱溶融せしめ、トナー
像が冷却固定化した後に耐熱シートと離反させているの
で、オフセットを発生することかなく、かつ発熱体への
給電を簡素に構成のもとに行うことか可能となりさらに
温度制御も容易に行なうことができるとともに、定着す
るためにトナーを昇温させるべき温度（融点または軟化
点）に対して、十分に高い温度の加熱体を維持すること
によってトナー像を効率的に加熱することか可能となり
少ないエネルギーで定着可能となり、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図は本発明の他の実施例装置の定着装置の
断面図、第５図は第１図装置における、加熱工程での加
熱体、トナー像、転写材の温度変化図、第６図は従来装
置における同様の温度変化図である。３・・・・・・・・・・・・画像形成手段（感光ドラム
）２０・・・・・・・・・・・・加熱定着手段２２・・
・・・・・・・・・・加圧ローラ２３、４０・・・・・
・定着フィルム５４・・・・・・・・・・・・加熱体Ｐ・・・・・・・・・・・・転写材 ■・・・・・・・・・・・・トナー像

Claims

【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、発熱体を一
体的に有する加熱体を固定位置に配し、該加熱体は所定
温度に維持されている、こととする画像形成装置。