JPH0546050A

JPH0546050A - 定着装置

Info

Publication number: JPH0546050A
Application number: JP20522691A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Tanaka; 康彦田中; Kiyoaki Kawamoto; 清明河本; Tetsuko Oomoto; 大本　　哲子
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1991-08-15
Filing date: 1991-08-15
Publication date: 1993-02-26

Abstract

(57)【要約】【目的】トナー画像の熱定着性が転写材の材質や厚さ
によらず安定した光沢定着を達成すると共にオフセット
転写をおこして画像よごれを起こすことのない高画質カ
ラートナー画像を得る。【構成】加熱ローラ11、剥離ローラ21及びテンション
ローラ22に巻回した無端ベルト25とベルト25を介して加
熱ローラ11に押圧する加圧ローラ31を設けた定着装置又
は加圧ローラ31には剥離ローラ21Ａとの間に無端ベルト
25Ｂをかけて両無端ベルト25、25Ｂを接触するようにさ
せた定着装置において、定着装置により転写材の入口か
ら出口に至るまでの無端ベルト25又は無端ベルト25,25
Ｂの両側に空冷装置40,50を設け温度検知センサー19,39
を加熱,加圧両ローラに各々設け、剥離ローラ21の近傍
の無端ベルトの裏側にセンサー25Ａ,25Ｃを設け主とし
て加圧ローラ31のヒータ34の発熱量をコントロールして
加熱無端ベルト25又は加圧無端ベルト25Ｂの裏面温度を
決める。充分溶融して転写材にしみ込ませた光沢カラー
画像が得られる。

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
置の改良、更に詳しくはベルト式定着装置の改良に関す
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、結局は記録紙（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】また、加熱ローラと圧着ローラの両方が表
面ハードなローラにしてあると無端ベルトは薄く殆んど
ハードであると見做されるし、その間をトナー画像が付
着した記録紙が搬送されて、接触圧を受ける部分は殆ん
ど直線上の狭い部分であり、接触され方が浮き上り振動
等で一様でないことが多く、記録紙（転写材）の熱膨張
状態がばらつくことになる。これにより記録紙はしわが
生じ易くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、トナー画像
の熱定着性が記録紙（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しわのない光沢定着ができ、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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的は下記技術手段
ａ,ｂ,ｃ,ｄのいずれか１項によって達成される。

【０００７】（ａ）内部加熱ローラ、剥離ローラを内包
する加熱無端ベルトと該ベルトを介して該内部加熱ロー
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であって、前記
内部加熱ローラの外周部がソフトローラであり、主とし
て前記加圧ローラの発熱量をコントロールして前記両ロ
ーラ及び加熱無端ベルトの裏面温度を決めるようにした
ことを主体にして定着装置の温度制御を行うことを特徴
とする定着装置。

【０００８】（ｂ）内部加熱ローラ、剥離ローラを内包
する加熱無端ベルトと加圧ローラ及びそれに対応するロ
ーラ間に張られた加圧無端ベルトとがあって、該内部加
熱ローラと該加圧ローラとは前記加熱無端ベルトと前記
加圧無端ベルトを介して圧接している定着装置であっ
て、前記内部加熱ローラの外周部がソフトローラであ
り、主として前記加圧ローラの発熱量をコントロールし
て、前記ソフトローラと加圧ローラの表面温度と前記加
熱無端ベルト及び加圧無端ベルトの裏面温度を決めるよ
うにしたことを主体にして定着装置の温度制御をするこ
とを特徴とする定着装置。

【０００９】（ｃ）ａ項又はｂ項において、内部加熱ロ
ーラは紙質に応じヒータ発熱量を予め固定するか温度検
知センサーの時定数を大きくするようにしたことを特徴
とする定着装置。

【００１０】（ｄ）前記内部加熱ローラと加圧ローラは
そのセンターラインが鉛直線に対して角度をつけてずら
してあることを特徴とする（ａ），（ｂ）及び（ｃ）の
いずれか１項に記載の定着装置。

【００１１】

【実施例】本発明の１実施例を図１のニップ領域を示す
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（加熱又は加
圧）の断面図、図６のベルトの層構成断面図、図７のト
ナーの粘度・温度特性曲線、図８の定着ローラ（加熱,
加圧）両ローラ圧着部の断面図及び図９の温度制御の回
路図、を用いて説明する。

【００１２】芯部に300〜600Ｗ程度の熱源ヒータ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の上部と
下部にそれぞれ空冷装置40,50が配置されている。

【００１３】加熱ローラ11の表面には図５に示すように
芯金13上に厚さ５mm程度の合成ゴム層12が被覆されて外
径が40mmに仕上げられたソフトローラが形成され、ハー
ドローラである加圧ローラ31によって加圧され、ソフト
ローラ表面が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。
また、加圧接触部ニップ領域の挙動は図８の断面図に示
すようになり、記録紙（転写材）の熱膨張のばらつきは
なくなり一定値を保てるようになり、該記録紙（転写
材）のしわの発生はなくなる。また、加圧ローラ31の芯
部にもヒータ34が設けられている。

【００１４】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。

【００１５】そして、加熱ローラ11、加圧ローラ31の軸
心を結ぶ直線と前記両ローラから剥離ローラ21に向けて
走行する該加熱無端ベルトの直線部となす角度の余角α
が決めてある。その角度αは実験の結果15°より大きく
40°より小さいことが望ましく30°が最も適している。

【００１６】また、トナー62を担持した記録紙（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23
Ａ,23Ｂの間を進み排出ローラ対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。このように途中記録紙（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。

【００１７】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。

【００１８】また、剥離ローラの近くの戻りベルト部及
び排出ローラ対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。

【００１９】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及び上部空冷
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が小さくとられている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。

【００２０】また、剥離ローラ21の近傍で無端ベルトの
上流側内側（裏面）に温度センサー25Ａが設けられ、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。

【００２１】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に、ベルト巾は310mmにし
てある。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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と記録紙（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、記録紙（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。

【００２６】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と記録紙（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
の間の極僅かであっても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
し易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。

【００２７】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。

【００２８】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
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。

【００２９】さて、ニップの長さN₁が必要であるのは、
記録紙（転写材）61の熱膨張が均一に分布してしわを生
ずることがないようにするためであり、また均一な押圧
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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】また前記余角αの下限を15°としたのはN₁
とN₂がちょうど同じぐらいの長さになるところであり、
実験結果ではN₂がN₁より小さくなるのは好ましくはなか
った。また、上限を40°と抑えた理由は、それ以上の角
度にするとN₁に対しN₂が大きくなりすぎ、やはり、トナ
ー像が溶け過ぎ品質低下を引き起こす。

【００３３】また、N₂/N₁が大きくなりすぎると転写材6
1の入り口側と出口側の角度が大きくなりすぎる。

【００３４】更に、記録紙（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。

【００３５】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。

【００３６】以上のように15°＜α＜40°とすることに
より、転写材へのトナー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25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記録紙（転写材）61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。

【００３７】ここに、内部加熱ローラ11は前述のように
芯部に加熱ヒータ14を設けてあるが、加圧ローラ31も芯
部に加熱ヒータ34を設けている。

【００３８】そして、内部加熱ローラ11の周上で無端ベ
ルト25のかからない位置に設けた温度検知センサー19と
剥離ローラ21の近傍で加熱無端ベルト25の上流側の裏側
で接触するように設けた温度検知センサー25Ａと加圧ロ
ーラ31の周上で接触するように設けた温度検知センサー
19との検知情報によって、主として加圧ローラ31の加熱
ヒータ34をコントロールするようにしてある。

【００３９】この際、内部加熱ローラ11の芯部のヒータ
は記録紙（転写材）61の種類（普通紙かOHP用の透明プ
ラスチックシート等）とか紙厚によって、２又は３段階
の発熱量に固定し、即ち、ヒータ電圧を選定して切替え
るだけに留め、主体のコントロールは加圧ローラ31のヒ
ータ34の加熱制御と空冷装置40,50の送風コントロール
で行い、更に無端ベルト25の走行のON,OFF制御によって
温度制御を行ったものが第１の実施例である。

【００４０】また、ヒータ14とセンサー19の間に熱伝導
の悪い層が入るため温度検知のリップルが極端に大きく
なりがちである。このような状態であると実際の表面温
度のコントロールは不能になってくる。

【００４１】これを避けるためには、温度検知センサー
19は第１の実施例の場合には不用にしてもよい。しい
て、該センサー19をつける場合は、時定数の大きなセン
サーをつけると良い。

【００４２】また、本発明においては内部加熱ローラ11
の最外層には図８の断面図に示すようにゴム質のソフト
層12が被覆されている。これにより表面がハードな加圧
ローラ31が無端ベルト及び記録紙（転写材）61を介して
押圧しており、ソフト層がへこまされてニップ部が形成
され、熱伝達が充分になされた熱容量の充分大きな状態
で加熱ローラ11及び加圧ローラ31よりなる定着ローラに
無端ベルト25と共に重なって該ニップ部を通過するの
で、ニップから出た後で急激な温度変化を受けることが
ない。したがって、記録紙（転写材）61は、定着装置を
通過することによってしわを受けることなく安定した定
着が完了する。

【００４３】これに反して従来のようにハードローラ同
士又はこれに近い硬い状態で線接触的な接触をさせた場
合は急激な加熱と冷却が繰り返され熱膨張変化が急激で
あるためしわを受け易かった。

【００４４】加熱ローラ11の外周層をソフト化してニッ
プ量を増やす上記手段に加えて、該ローラ11と加圧ロー
ラ31の中心線が加圧ローラ31から剥離ローラ21に対して
走る無端ベルト25の直線部となす角度の余角αをつけた
状態にすればニップ量は更に増え、従って熱容量ももっ
と増加し、転写紙の熱膨張変化が緩和されてしわに対し
て更に安定化し、熱効率も高くなる傾向がでてくる。

【００４５】以上は、加熱無端ベルト25が内部加熱ロー
ラ11と剥離ローラ21等の間にかけられたものについて述
べたが、別の実施例として無端ベルト25は、第１の実施
例と同じように掛けられているとともに、図10に示すよ
うに加圧ローラ31とその剥離ローラ21Ａの方にも加圧無
端ベルト25Ｂがかけられている。このようにすると記録
紙（転写材）61の搬送は更に安定する。

【００４６】以上の温度制御を回路図で示すと図９のよ
うになる。

【００４７】加熱無端ベルト25の剥離部近傍の裏面に接
触して設けられた温度検知センサー25Ａ及び加熱ローラ
11、加圧ローラ31は接触して設けられた温度検知センサ
ー19,39によって加圧ローラ31の芯部にあるヒータ34の
電圧をコントロールして前記温度検知センサー19,39の
温度が一定領域に保たれるようにコントロールしてあ
る。但し、ヒータ14のコントロールは記録紙（転写材）
61の種類、厚さによってSWによって切替えるようにして
ある。また必要に応じて空冷装置40,50のファンのON,OF
F制御が取入れられ、無端ベルト駆動のON,OFFも取入れ
てある。

【００４８】また、準備中やプリント中やプリントとプ
リントの間等に応じてON,OFF制御されるようにしてあ
る。

【００４９】又、図10に示す別の実施例ではセンサー39
の位置が39Ａの位置に移り、加圧無端ベルト25Ｂの裏面
25Ｃの位置に温度検知センサーが設けられて第１の実施
例と殆んど同様の温度制御が行われる。

【００５０】

【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記録紙（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】本発明におけるニップ領域を示す側面図。

【図２】図１の一部拡大図。

【図３】本発明の１実施例の側断面図。

【図４】本実施例の冷却部の分解斜視図。

【図５】加熱ローラ又は加圧ローラの断面図。

【図６】無端ベルトの層構成断面図。

【図７】トナーの粘度・温度特性曲線。

【図８】加熱,加圧両ローラ圧着部の断面図。

【図９】温度制御の回路図。

【図１０】別の実施例の断面図。

【符号の説明】

１定着装置 11 加熱ローラ 14,34 ヒータ 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 21,21Ａ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 記録紙（転写材） 62 トナー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部加熱ローラ、剥離ローラを内包する
加熱無端ベルトと該ベルトを介して該内部加熱ローラに
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であって、前記内部
加熱ローラの外周部がソフトローラであり、主として前
記加圧ローラの発熱量をコントロールして前記両ローラ
及び加熱無端ベルトの裏面温度を決めるようにしたこと
を主体にして定着装置の温度制御を行うことを特徴とす
る定着装置。
【請求項２】内部加熱ローラ、剥離ローラを内包する
加熱無端ベルトと加圧ローラ及びそれに対応するローラ
間に張られた加圧無端ベルトとがあって、該内部加熱ロ
ーラと該加圧ローラとは前記加熱無端ベルトと前記加圧
無端ベルトを介して圧接している定着装置であって、前
記内部加熱ローラの外周部がソフトローラであり、主と
して前記加圧ローラの発熱量をコントロールして、前記
ソフトローラと加圧ローラの表面温度と前記加熱無端ベ
ルト及び加圧無端ベルトの裏面温度を決めるようにした
ことを主体にして定着装置の温度制御をすることを特徴
とする定着装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２において、内部加
熱ローラは紙質に応じヒータ発熱量を予め固定するか温
度検知センサーの時定数を大きくするようにしたことを
特徴とする定着装置。
【請求項４】前記内部加熱ローラと加圧ローラはその
センターラインが鉛直線に対して角度をつけてずらして
あることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記
載の定着装置。