JPH07110633A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 定着ローラの表面温度を所定の定着温度まで
加熱するのに要する立ち上がり時間を短縮し、しかもロ
ーラ表面の温度分布を均一かつ所定の定着温度に維持で
きる構成を確保することにより、高品質で信頼性の高い
画像形成装置の定着装置を提供することを目的とする。 【構成】 トナー９を溶融する熱融着ローラ２６と、溶
融したトナー９を転写材８に圧着する固着ローラ２７と
を別々に設けることにより、熱融着ローラ２６の熱容量
が小さくなり、所定の定着温度に達するまでの加熱時間
が短くなるとともに、熱融着ローラ２６を赤外線ヒータ
３０により外部から熱することで熱融着ローラ２６の内
部を空洞にする必要がなく、ローラの長手方向への熱伝
導性が向上し、熱容量を小さくしても熱融着ローラ２６
表面の温度分布が均一になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、電子写真プリ
ンタ等のトナーの定着器を備えた画像形成装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子写真技術を応用した複写
機、プリンタ等の画像形成装置においては、光導電性部
材の上に形成された静電潜像を熱可塑性樹脂で可視像と
して現像化した後、この可視像を光導電性部材から転写
材に転写し、続いて、転写材上の未定着像を定着装置に
通過させ、最後にこの転写材を画像形成装置から放出す
ることにより、最終出力画像を得ている。

【０００３】熱可塑性樹脂を転写材上に固着させる定着
装置は、熱効率あるいは定着性に優れているという点に
おいて熱ローラ定着方式が広く採用されており、内部に
設けられたハロゲンランプ等の輻射熱により加熱される
定着ローラと、これに相対して一定圧力で押圧する加圧
ローラとにより形成される挟持部に未定着像を保持した
転写材を通過させることにより、熱エネルギによって熱
可塑性樹脂を溶融し転写材上に固着させている。

【０００４】以下に従来の画像形成装置について説明す
る。図６は従来の画像形成装置の定着装置の断面図であ
る。図６において、１は熱伝導性の高い金属、例えばア
ルミニウムの芯金に摺動性および離型性の高い耐熱表面
保護層を設けた定着ローラ、２は定着ローラ１と圧接回
転する芯金の上にシリコンゴムからなる弾性層を設けた
加圧ローラ、３は定着ローラ１の内部に設けられた赤外
線を発光するハロゲンランプ、４は定着ローラ１表面に
接触し定着ローラ１の温度を検出するサーミスタ素子、
５は定着ローラ１の軸受、６は軸受５を保持する筐体、
７はこれらにより構成される定着装置である。定着ロー
ラ１の表面温度は所定の定着温度になるようサーミスタ
素子４からの検出信号を基に温度制御用電源と協調して
ハロゲンランプ３を発光させ制御される。一方、定着ロ
ーラ１と加圧ローラ２の形成する挟持部に導かれた転写
材８上の熱可塑性樹脂９（以後トナーと称する）は熱と
圧力によって固着される。

【０００５】このハロゲンランプ３等を定着ローラ１の
内部熱源として用い、その輻射熱を利用して定着ローラ
１を加熱する方式では、約１６０℃の定着所定温度まで
の立ち上がり時間が約５０秒と長く、ファーストプリン
トに要する消費電力が大きいのに加え、待機状態におい
ても所定の温度を維持しなければならず必然的に消費電
力が大きくなる。

【０００６】これを改善する方法として定着ローラ１を
薄肉・小径化すると共に加圧ローラ２の弾性層を発泡層
にすることで、定着ローラ１および加圧ローラ２の熱容
量を極力低減し、定着所定の温度までの立ち上がり時間
を約１０数秒程度にまで短くしたものもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、定着ローラ１を低熱容量化すると、定着ロ
ーラ１の断面積が小さくなり長手方向の熱伝導率が小さ
くなり、長手方向の熱伝導が悪化し、温度分布が不均一
になりやすいという問題点を有しており、定着ローラ１
の両端部での軸受５および筐体６への熱損失により生じ
る温度降下量が著しく大きくなり、温度リップルの幅も
大きくなる。

【０００８】また、幅の小さい転写材８を連続的に通紙
させた場合、部分的に滞留した熱が長手方向に伝わりに
くく非通紙領域の温度が過昇温しやすく、軸受５あるい
は筐体６の熱破損を招く恐れがあり安全面での信頼性が
得られにくいという問題点を有している。

【０００９】さらに、定着ローラ１の低熱容量化に伴
い、通紙初期に定着ローラ１の熱が転写材８に急速に奪
われて、ローラ表面の温度が急激に低下することで、定
着性が損なわれるという問題点も有しており、これを改
善するためには、転写材８への放出熱量を補うのに十分
なハロゲンランプ３の供給熱量が必要であり、定格電力
の増加を招く一方で、定着ローラ１の温度リップルを小
さくする特別な温度制御技術を必要とし、結果的に装置
構成を複雑化させることになる。

【００１０】また、定着ローラ１を薄肉化すると、定着
ローラ１の機械的強度が低下し加圧ローラ２との圧接時
に中央部でのたわみ量が大きくなり、十分な挟持面積を
得ることができないという問題点も有している。

【００１１】本発明は上記問題点を解決するもので、定
着ローラ１の表面温度を所定の定着温度まで加熱するの
に要する立ち上がり時間を短縮し、しかもローラ表面の
温度分布を均一かつ所定の定着温度に維持できる構成を
確保することにより、立ち上がり時間が短く高品質で信
頼性の高い定着器を備えた画像形成装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、外部から加熱され転写材に付着したトナー
を溶融する第１のローラと、転写材に付着したトナーを
転写材へ圧着する第２のローラとを有する定着器を備え
た。または、転写材に付着したトナーをトナー付着面と
は反対側から加熱する加熱手段と、トナーが付着した転
写材をトナー付着面側より加熱手段へ押圧する第１のロ
ーラと、転写材に付着したトナーを転写材へ圧着する第
２のローラとを有する定着器を備えた。または、転写材
に付着したトナーをトナー付着面とは反対側から加熱す
る加熱手段と、トナーが付着した転写材をトナー付着面
側より加熱手段へ押圧する第１のローラと、トナーが付
着した転写材を第１のローラへ押圧する第２のローラと
を有する定着器を備えた。

【００１３】

【作用】本発明は、上記構成により、トナーの転写材へ
の圧着を第２のローラで行うため、第１のローラを小さ
くし熱容量を少なくすることができるとともに、外部よ
り第１のローラを加熱するため第１のローラを空洞にす
る必要がなく第１のローラの長手方向の熱伝導性が向上
する。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）以下、図面を参照しながら本発明の第１の
実施例について説明する。図１は本発明の第１の実施例
における画像形成装置の構成図である。図１において、
１０は導電性ドラム基体上に無機あるいは有機光導電層
を設けた像担持体で、支持軸１１によって矢印ａの方向
に回転可能に支持されており、帯電器１２のコロナ放電
により表面上に一様な負電荷が付与される。この負電荷
が付与された像担持体１０は、ＬＥＤプリントヘッド１
３から発せられる発光光線により所望の静電潜像が形成
される。１４はプロセスカートリッジで、トナー９を収
容する着脱交換可能なトナーカートリッジ１５と、トナ
ー９の供給および攪はんを行う供給ローラ１６およびア
ジテータ１７と現像ローラ１８とで構成されている。現
像ローラ１８の表面にはトナーカートリッジ１５から供
給されるトナー９が薄層化され、像担持体１０上の静電
潜像をトナー９により現像する。一方、給紙トレイ１９
から供給された転写材８は、給紙ローラ２０により搬送
路２１を経由して転写ローラ２２と像担持体１０との間
に導かれ、像担持体１０上のトナー像が転写材８上に転
写される。

【００１５】転写材８上に転写された未定着のトナー像
は定着装置５７に搬送され、転写材８に永久的に固着さ
れる。

【００１６】定着工程が完了すると、転写材８は最終画
像として排紙ローラ対２３により排紙トレイ２４に排出
される。この後、像担持体１０の表面はクリーニング手
段２５により残留したトナー９が掃除され次の画像形成
のための準備が行われる。

【００１７】図２は本発明の第１の実施例における画像
形成装置の定着装置５７の断面図で、定着装置５７は、
熱融着ローラ２６と固着ローラ２７と加圧ローラ２８と
を有している。この熱融着ローラ２６は金属の芯金がシ
リコンゴムの弾性層で覆われ、フッソ系の樹脂（例えば
ＰＦＡ，ＰＴＦＥ）で表面がコーティングされており、
固着ローラ２７は金属の芯金がフッソ系の樹脂でコーテ
ィングされている。これらの熱融着ローラ２６および固
着ローラ２７の外周表面の硬度は異なるよう構成されて
いる。なお、熱融着ローラ２６は加熱源をローラ内部に
持たず小径化することで、定着所定温度までの立ち上が
り時間を短くしている。また、加圧ローラ２８は熱融着
ローラ２６および固着ローラ２７より外径を大きくし、
金属の芯金をシリコンゴムの弾性層で覆った構成にし
て、熱融着ローラ２６および固着ローラ２７と圧接し２
つの融着挟持部を形成しながら、それぞれ矢印ｂの方向
に協働回転する。熱融着ローラ２６および固着ローラ２
７の外周表面は反射板２９を有する赤外線ヒータ３０
（例えばハロゲンランプ）によって加熱されており、熱
融着ローラ２６の輻射受熱量が固着ローラ２７の輻射受
熱量より大きくなるよう赤外線ヒータ３０は配設されて
いる。

【００１８】転写材８上の未定着トナー像は搬送手段に
より矢印Ｃの方向へ搬送され、先ず熱融着ローラ２６と
接触し加圧ローラ２８との挟持部に送り込まれる。熱融
着ローラ２６の表面温度はトナー９の融点より高く設定
されており、トナー９はその熱により十分に溶融し転写
材８に浸透する。この状態で固着ローラ２７と加圧ロー
ラ２８との挟持部に送り込まれたトナー像は、トナー９
の融点より低い温度に設定された固着ローラ２７と接触
しながらその圧力により転写材８との結合力を増大させ
定着画像が得られる。

【００１９】なお、熱融着ローラ２６として外径φ８ｍ
ｍ、ゴム厚１．５ｍｍ、フッソ樹脂の表面層２０μｍの
シリコンゴムローラを用いてローラ表面温度を１４０〜
１６０℃に加熱し圧接力を１ｋｇ以下にし、固着ローラ
２７として外径φ８ｍｍ、フッソ樹脂の表面層２０μｍ
の金属ローラを用いてローラ表面を若干加熱し圧接力を
約３ｋｇにし、加圧ローラ２８として外径φ２０ｍｍ、
ゴム厚４ｍｍのシリコンゴムローラを用いて、転写材８
を１５〜３０ｍｍ／ｓの速度で搬送させると、熱融着ロ
ーラ２６および固着ローラ２７へのオフセットもなく、
またローラへの巻き付きもなく良好な定着画像を得るこ
とができた。

【００２０】また、熱融着ローラ２６、固着ローラ２７
をモータで駆動し、熱融着ローラ２６を固着ローラ２７
よりも柔らかい材料で構成することにより、熱融着ロー
ラ２６の加圧ローラ２８への圧接により生じる熱融着ロ
ーラ２６の変形量は固着ローラ２７の加圧ローラ２８へ
の圧接により生じる固着ローラ２７の変形量よりも大き
くなるため、熱融着ローラ２６に比べ固着ローラ２７の
外周速度はわずかに速くなる。これによって、転写材８
が２つのローラ間を通過する際に転写材８には引張力が
発生し、転写材８の搬送性がより一層高まった。

【００２１】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
における画像形成装置の定着装置５７の断面図で、図２
に示す赤外線ヒータ３０の代わりに、熱融着ローラ２６
に自己発熱体３１を接触させている。

【００２２】（実施例３）図４は本発明の第３の実施例
における画像形成装置の定着装置５７の断面図で、搬送
手段により搬送された転写材８上の未定着トナー像は、
先ず熱融着ローラ２６と接触しこの熱融着ローラ２６と
自己発熱体５１との挟持部に送り込まれる。熱融着ロー
ラ２６の表面温度は自己発熱体５１によりトナー９の融
点より高くなっており、トナー９はこの熱により十分に
溶融し転写材８に浸透する。このトナー９が浸透した転
写材８は、外径φ１２ｍｍ、ゴム厚３ｍｍのシリコンゴ
ムローラからなる加圧ローラ対３２，３３の挟持部に送
り込まれ、加圧ローラ対３２，３３の圧力により溶融し
たトナー９は転写材８との結合力が増大する。

【００２３】（実施例４）図５は本発明の第４の実施例
における画像形成装置の定着装置５７の断面図で、搬送
手段により搬送された転写材８上の未定着トナー像を、
先ず熱融着ローラ２６と搬送ローラ３４との挟持部に送
り込み、その後、熱融着ローラ２６と自己発熱体５２と
の挟持部でトナー９は溶融し転写材８に浸透する。

【００２４】以上のように、本発明の第１、第２、第３
および第４の各実施例によれば、熱融着ローラ２６をロ
ーラ外部に設けられた赤外線ヒータ３０、自己発熱体３
１，５１，５２により加熱される構成にするとともに、
圧着をこの熱融着ローラ２６とは別の固着ローラ２７、
または加圧ローラ対３２，３３、または搬送ローラ３４
で行うことにより、熱融着ローラ２６を所定の定着温度
まで加熱するのに要する立ち上がり時間を短縮させ省電
力化を実現でき、しかもローラ表面の温度分布を均一か
つ所定の定着温度に維持できる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明は、外部から加熱さ
れ転写材に付着したトナーを溶融する第１のローラと、
転写材に付着したトナーを転写材へ圧着する第２のロー
ラとを有する定着器を備えた。または、転写材に付着し
たトナーをトナー付着面とは反対側から加熱する加熱手
段と、トナーが付着した転写材をトナー付着面側より加
熱手段へ押圧する第１のローラと、転写材に付着したト
ナーを転写材へ圧着する第２のローラとを有する定着器
を備えた。または、転写材に付着したトナーをトナー付
着面とは反対側から加熱する加熱手段と、トナーが付着
した転写材をトナー付着面側より加熱手段へ押圧する第
１のローラと、トナーが付着した転写材を第１のローラ
へ押圧する第２のローラとを有する定着器を備えたこと
により、トナーの転写材への圧着を第２のローラで行う
ため、第１のローラを小さくし熱容量を少なくすること
ができるとともに、外部より第１のローラを加熱するた
め第１のローラを空洞にする必要がなく第１のローラの
長手方向の熱伝導性が向上するので、第１のローラを所
定の定着温度まで加熱するのに要する立ち上がり時間を
短縮し、しかも第１のローラ表面の温度分布を均一かつ
所定の定着温度に維持することができるので、省電力化
が実現でき高品質で信頼性の高い定着画像を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における画像形成装置の
構成図

【図２】本発明の第１の実施例における画像形成装置の
定着装置の断面図

【図３】本発明の第２の実施例における画像形成装置の
定着装置の断面図

【図４】本発明の第３の実施例における画像形成装置の
定着装置の断面図

【図５】本発明の第４の実施例における画像形成装置の
定着装置の断面図

【図６】従来の画像形成装置の定着装置の断面図

【符号の説明】

２６ 熱融着ローラ ２７ 固着ローラ ２８ 加圧ローラ ３０ 赤外線ヒータ ３１，５１，５２ 自己発熱体 ３２，３３ 加圧ローラ対 ３４ 搬送ローラ ５７ 定着装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱手段により外部から加熱され転写材に
   付着したトナーを溶融する第１のローラと、転写材に付
   着したトナーを転写材へ圧着する第２のローラとを有す
   る定着器を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】前記加熱手段が前記第１のローラへ当接し
   ていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】前記第１のローラと前記第２のローラのう
   ち、転写材搬送方向下流側のローラの外周速度が上流側
   の外周速度より速いことを特徴とする請求項１記載の画
   像形成装置。
4. 【請求項４】加熱手段により前記第２のローラが前記第
   １のローラより低温となるよう加熱されていることを特
   徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】転写材に付着したトナーをこの転写材のト
   ナー付着面とは反対側から加熱する加熱手段と、トナー
   が付着した転写材をこの転写材のトナー付着面側より前
   記加熱手段へ押圧する第１のローラと、転写材に付着し
   たトナーを転写材へ圧着する第２のローラとを有する定
   着器を備えたことを特徴とする画像形成装置。
6. 【請求項６】転写材に付着したトナーをこの転写材のト
   ナー付着面とは反対側から加熱する加熱手段と、トナー
   が付着した転写材をこの転写材のトナー付着面側より前
   記加熱手段へ押圧する第１のローラと、トナーが付着し
   た転写材を前記第１のローラへ押圧する第２のローラと
   を有する定着器を備えたことを特徴とする画像形成装
   置。