JPH01263680A - 定着装置 - 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】 ［＃梁上の利用分野］ 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か転移するいわゆる
オフセット現象を防ＩＦするために、加熱ローラを最適
な温度に維持する必要かあり、加熱ローラあるいは加熱
体の熱容量を大きくしなけれはならなかった。すなわち
、加熱ローラの熱容量か小さい場合には、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【１−ラ温度が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し、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ｆ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
の時間か長くなり、装置の使用の際に待機時間が大きく
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、米国特許節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てトナーを溶融
できるとしている。

しかしながら１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、熱伝達効率か低下し、トナーの
加熱溶融に比較的長時間を要する。

そこで４￥願昭／１７−２５８９６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か提案さ
れている。

［発明か解決しようとする課題］ しかしなから、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、 （Ｖ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、 情）加熱を停＋卜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て一
見効率的に考えられるが、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か必要
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す
、強制的な冷却手段か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
する方式か提案されているが、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
り送られるウェア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アを介して行われ、ウ
ェブの搬送ローラとしての機能を有しそいる。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
か複雑化し、また、温度制御の精度も悪くなりかちてあ
った。

さらには、温度検知素子か加熱ローラと摺動する構成で
は断線による過昇温か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。

また従来、加熱体と加圧体（加圧ローラ等）の間に、ト
ナー像を有する転写材を加圧挟持し加熱定着する場合、
加熱体と加圧体の圧接部の幅かすなわち加熱幅であった
。加熱体と加圧体の間の加圧は通常両者の長手方向の両
端でなされるが、その場合加熱体及び加圧体か撓み、加
熱体と加圧体の圧接幅か上記長手方向で不均一になる。

すると、トナー像への加熱時間か長手方向て不均一とな
り、同一転写材ににおいて定着ムラか大きく、またオフ
セットも発生しやすかった。

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〈加熱体の熱容
量を小さくすることを１ｊＴ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、Ｌ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
、転写材り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で定着フィルムと
転写材とを離反する加熱定着処理とを有し、加熱体は上
記搬送方向に対して直角成分を有する方向に延びる細い
発熱体を備え、 上記加熱体の上記搬送方向における加熱幅が、同方向に
おける加熱体と加圧ローラとなず圧接部の幅よりも小さ
く、かつ該発熱体か圧接部内にある、 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Ｉｕ焦点小径結像素子アレイ
２か配されていて、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によって感光トラム３上にスリン１〜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’ｆｆ
？　’屯されたトラム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７１！
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Ｌ−ド
方向で圧接して回転される対の搬送ローラ９によって、
トラム３）−に送り込まれる。そして、転写放電″ｘ８
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、搬送カイト
ｌＯによって定着装置２（〕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、幅が１ＩＩ１１以ド
、長さ（紙面に直角な方向の長さ）　２１５ｍｍ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
′上極５２を有し、さらにその表面に摺動保護層５０と
して例えば、厚さ５ＩＬ１１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５１か配設されており、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５４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１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、ＰＥＴを
基材とし、耐熱処理を施した、例えば約６μｍ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に巻き回されている。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Ｐを搬送する。

本実施例において、前記圧接部Ｎの幅は、長手方向に関
し、両端で広く中央で狭くなっている。

具体的には、両端で３．５　ｔａｔｎであり、中央部で
３ｍｍである。これは加熱体と加圧ローラの長手方向両
端に加圧圧接手段を設けているためである。

これに対し、発熱体２８の幅は長手方向に関し一定であ
り、前記圧接部Ｎの幅の最小値よりも小さく、従来の熱
ローラ定着におけるトナー画像の加熱幅、すなわち定着
ローラと加圧ローラの圧接幅と比較すると十分に狭くな
っている。また、発熱体２８は、少なくとも転写材Ｐの
通過する幅においては、長手方向全域にわたって転写材
Ｐの進行方向に関し前記圧接部Ｎの範囲内にある。

本実施例において、定着工程中の発熱体２８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
比べて格段に大きい。また、トナーが加熱される幅は従
来の熱ローラ定着に比べてきわめて小さい。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をほとんど温昇させる
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が行なわれる。

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か安定し、良好な定
着性能が得られる。

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、
長手方向の一端から給電可能である。そして加熱体か固
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、そして加熱体が定着ロー
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、発熱体と加熱体か一体に
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になって
おり、しかも、加熱体は小型化のもので七分であるため
、熱容量が小さくなる。したがって通電開始と同時に加
熱体が昇温を始めるので、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での大き
な遅れが極めて小さくなり昇温速度が極めて大きくなる
。

したが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
が圧接部Ｎに達するまで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が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、本実施例においては上述のごとく圧接部Ｎの幅よ
り狭い発熱体２８の幅がすなはち加熱有効幅であり、こ
れか長手力向均−である。したがって、定着Ｔ程時には
長手方向全域にわたって一加熱時間を均一にてきるのて
、転写材Ｐの全面にわたって良好な定着性か得られ、か
つオフセ・ントも生じない。

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で、第２図のこと〈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
かてきる。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輔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
ィルムの先端を固石する。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
）で定着フィルムの残量を検出してフィルムか終端近く
なった場合に使用名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０■能にすることが望まれ
る。本実施例では、定ｎ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
１１り化することが可能となり、低電力化することがＣ
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゛Ｃ５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１丁能であり、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イに（を
もっＣ丞す。定着装置の発熱体として加熱幅か０．４　
ｍｍのものを用い、最低定着温度が１２５°Ｃのトナー
を用いて、トナー画像Ｔを形成し１発熱体２８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５０＋ａ＋ａ／ｓｅｅで定着テストを
行なったところ、実用り全く問題のない画像か得られた
。

第４図は、本実施例装置において、上記の条件て定着テ
ストした場合のトナー中層部及び転写材中層部の温度の
経時変化を計算により求めたクラブである。条件は、以
下の通りである。

室温：２０℃ トナー層厚さ−ＺＯ用鴻 転写材厚さ：　１００　ＩＬｎ＋ 定着フィルム厚さ：６ｇｍ 発熱部における加熱体表面温度：１８０℃加熱時間：加
熱１１１ｒ；ｉ／定着処理速度＝０．４（ｍｍ）　１５
１１（ｍｍ／５ｃｃ）　＝　８　（Ｉ！１ｓｅｃ）この
クラブから、トナー中層部が最低定着温度を超えて十分
に加熱され、定着可能な状態にな−。

ているのに対し、転写材の中層部はほとんど！Ｉ温し−
Ｃいないことか裏付けられる。

Ｌ記の条件では発熱体位置における加熱体表面温度か定
着工程中にわたって一定の温度になるように温度調節し
ていた。これに対し、次に条件を変え”Ｃ５発熱体２８
にパルス状に通電することとした。すると上記加熱体表
面は、その都度瞬時に昇温する。また、発熱体の熱容量
か十分小さいので、通電終ｒ後は速やかに放熱冷却する
。転写材Ｐの先端、後端を転写材検知レバー２５及び転
写材検知センサ２９で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゛屯を受けることかて
きる。本発明において発熱体Ｚ８は瞬時に昇温するので
、予備加熱か不要であり、転写材Ｐか定着工程に入る直
前に通電開始すればよい。また、転写材の定着工程終了
後、速やかに発熱体への通電を終−ｒすれば、発熱体の
冷却速度か速いことから、発熱体による加圧ローラの昇
温か極めて小さい。すると、発熱体によるトナー像溶融
後に、加熱体と加圧ローラの圧接部Ｎにおけるトナー像
を冷却することか回部となり、トナー像の耐熱定着フィ
ルムのオフセットのさらなる低減が実現できる。

次に、本実施例装置による試験結果を具体的数＆１をも
って示す。定着装置の加熱体として、加熱幅か０．５５
＋ｎｍのものを用い、定着最低温度が１２５℃のトナー
を用いてトナー画像Ｔを形成し、定着処理速度５０ｕ＋
ｍ／ｓｅａでＡ４サイズ紙１枚当たり約：１５ＵＯＪの
発熱量となるように、１０ｍ５ｅｃごとに２　ｍ５ｅｃ
の割合てパルス状加熱し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、特に投手力向に
関する定着ムラかなく、オフセット等も良好であった。

第５図は本実施例装置において、上記の条件で定着テス
トした場合の加熱部、転写材中層部、及び転写材中層部
の温度の経時変化を計算により求めたグラフである。

条件は以下の通りである。

室温：２０°Ｃ トナー層厚さ：２０延ｍ 転写材厚さ：１０ロｐ■ 定着フィルム厚さ＝６μ鶴 加熱時間：２ｍ５ｅｃ このグラフから明らかなように、トナー中層部が最低定
着温度を超えて十分に加熱され、定着可能な状態になっ
ているのに対し、転写材の中層部はほとんど昇温しない
ことか裏付けられる。

また、このグラフから明らかなように、パルス状の通電
によりトナー中層は約３　ｍ５ｅｃ″ご定着最低温度に
達するため、加熱体を前もって温めるための待時間は不
要となる。一方、発熱部の温度が最高３００°Ｃまて達
するため、トナー表層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であっても超えるが、前
述のごとく再度十分に冷却固化した後に定着フィルム２
３と転写材Ｐとが離れるのでオフセットとならない。

本実施例では、ＰＩを基材とした定着フィルムを用いて
いる。

［発明の効果］ 本発明は以上のように、加熱体に線状加熱部を設け、加
熱体と加圧ローラとの圧接によって形成される圧接幅よ
りも加熱体の加熱幅を小さくし、かつ加熱部を圧接部内
に設けることにより、転写紙面上のトナー画像の定着ム
ラがなくなり、またオフセットも低減できる。また、定
着時において、トナー画像をごく短時間トナーの融点よ
りもはるかに高い温度にさらすことによりトナー画像を
効率的に加熱することが可能となり、少ないエネルギー
で定着可能となったので、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たらす。

【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１図装置における第一の条件のもと
ての加熱工程中の加熱体、トナー、転写材の温度変化図
、第５図は第１図装置における、他の条件のもとての同
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 Ｔ・・・・・・・・・・・・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、加熱体は上
   記搬送方向に対して略直角成分を有する方向に延びる細
   い発熱体を備え、 上記加熱体の上記搬送方向における加熱幅が、同方向に
   おける加熱体と加圧ローラとなす圧接部の幅よりも小さ
   く、かつ該発熱体が圧接部内にある、 こととする画像形成装置。