JPH07181831A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トナー像を担持した転写材を、熱定着手段と
加圧手段との間を通して定着する定着装置において、普
通紙や封筒紙等の転写材の種類に応じて、加圧手段の長
手方向の逆クラウン形状を適宜変更し、定着時における
転写材のシワ等の発生を防止する。 【構成】 転写材Ｐを複数の加熱源４ａ，４ｂにより加
熱される熱定着手段１と加圧手段２の間に形成されるニ
ップ部を通じて定着する装置において、転写材の構成に
対応した適正な加圧手段の形状を、熱膨張の違いにより
設定するべく、熱定着手段の長手方向温度分布を前記各
加熱源の制御により作り出し、転写材のシワを防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱定着する方式の画
像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、転写材上にトナー像を転写し、こ
れを加熱定着させて永久画像を得る画像形成装置におい
て、使用される定着装置は図１１に示すような構造とな
っている。図１１において１は定着ローラーであり、一
例として、アルミニウムや鉄などの芯金１１上にＰＦ
Ａ，ＰＴＦＥ等の離型性樹脂層１２を設け、また、内部
はヒーター４によって加熱されるようになっている。定
着ローラー１の温度は、該定着ローラー１に当接される
温度検知素子３によって、該定着ローラー１の表面温度
として検出され、温度制御回路（不図示）によってヒー
ター４を断続的に作動させることで、上記表面温度は所
定の温度に制御される。クリーニング手段を有する定着
装置はこの温度検知素子を通紙域内に設置することが可
能であるが、クリーニング手段を持たない定着装置にお
いては画像汚れを避けるために非画像域に設置すること
が一般的である。

【０００３】一方、２は上記定着ローラー１に圧接回転
する加圧ローラーであり、一例として、アルミニウムや
鉄等の金属芯金１３上に、耐熱性を有しかつ硬度の低い
シリコーンゴムやシリコーンスポンジ等の弾性層１４を
設け、その表面にＰＦＡ，ＰＴＦＥ等の離型性の高い樹
脂による被覆層１５を有した構造をなしている。

【０００４】また、トナー像Ｔを担持した転写材Ｐは、
入口ガイド６によって定着ローラー１と加圧ローラー２
の間のニップ部に導かれ、加熱かつ加圧されることで定
着される。ここで、転写材Ｐがニップ部を通過するとき
にシワが発生しないように、前記定着ローラー１及び加
圧ローラー２の長手方向に適正な逆クラウン形状を付け
るとともに、定着ニップへの侵入位置を適正化すること
が一般的に行われている。

【０００５】ところで、転写材が封筒の場合、シワを防
止するためには普通紙での上記条件とは異なる条件設定
をする必要がある。すなわち、普通紙に対して逆クラウ
ン量を大きくとる、または加圧力を下げることが必要と
なるが、実際には加圧力を適正化することが一般的であ
り、普通紙の定着性を満足できる（主に低速機）場合に
は、可能な限り加圧力を下げる例があり、満足できない
場合（主に高速機）には、普通紙と封筒とで加圧力を変
化させる例がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来例における前者の
場合、高速機に対応するのは難しく、加圧力を下げた分
だけ温度等で補償しなければならないが、安全性の問題
から限界がある。また、後者の場合は、加圧力を変化さ
せる機構が必要であり、コストが高くなるという欠点が
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明によれ
ば、２本のヒーターを用いて定着ローラー上に長手方向
の温度差を付与することで、加圧ローラーの長手方向の
熱膨張の程度を変えることにより普通紙時には普通紙に
適した逆クラウンをつけ、封筒時には封筒に適した逆ク
ラウンをつけることにより、定着性を満足し、加圧力を
制御することなく封筒シワを防止するものである。これ
により、封筒プリント時において加圧力を増加した場合
でも、加圧ローラーの逆クラウン量を通常よりも大きく
することで、封筒裏面の左右張力を増加することがで
き、シワの発生を防止することが可能となる。また、普
通紙をプリントするときには、逆クラウン量が設計値ど
おりの値を示す長手温度分布とすることで、後端ハネ、
シワの問題を防止することができる。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例として、図１に２本のハロゲ
ンヒーターを用いた定着装置の断面図を示し、図２にヒ
ーターの配光分布を示す。この定着装置は、ＬＥＴＴＥ
Ｒ（２１６ｍｍ）幅を最大通紙サイズとする転写材を装
置の通紙中心を基準として搬送する中央基準の例であ
り、ヒーター配光も通紙基準に対して対称な分布になっ
ている。メインヒーター４ａは５００Ｗ、サブヒーター
４ｂは４００Ｗの定格電力であり、転写材サイズにより
２本のヒーターをデューティー駆動する。定着ローラー
１はアルミニウムを芯金１１とする直径４０ｍｍ、厚さ
０．８５ｍｍの薄肉ローラーであり、表層にはＰＦＡの
離型層１２を被覆している。この定着ローラーは熱容量
が少ないため、従来の１本ヒーターの構成では立ち上げ
時のオーバーシュート、小サイズ紙をプリントするとき
の非通紙部昇温が大きくなるという問題が生じるが、２
本ヒーター化することで定着ローラー表面の温度分布を
最適な値にすることが可能となる。加圧ローラー２はス
テンレス芯金１３上にシリコーンスポンジの弾性層１
４、表層にＰＦＡの離型層１５を有し、直径３０ｍｍ、
製品硬度５０°の物を用いており、１５０Ｎの加圧力を
かけることで定着ローラーとの間に５．５ｍｍのニップ
幅を作ることができる。

【０００９】この定着装置を用いて普通紙のプリントを
行う場合、２本のヒーターを立ち上げ時とプリント時に
分けて制御する必要がある。立ち上げ時においては、プ
リントする転写材のサイズに関係なくフラットな温度分
布になるような比率でヒーターを駆動し、プリント状態
になったら、転写材のサイズに合わせてメインヒーター
とサブヒーターの点灯比率を設定する必要がある。これ
により、小サイズの転写材をプリントするときでも非通
紙部昇温を防止することができる。

【００１０】この定着装置を図１１のヒーター１本で駆
動した場合、封筒をプリントしたときの温度分布を図３
に示す。図３において、立ち上げ時Ａの状態ではシワが
生じ、２０枚程度プリントして温度分布が安定したＢの
状態ではシワが発生しないことが実験的に確かめられ
た。

【００１１】図３の温度分布に対応するニップの形状を
図４に示すが、Ａの状態では加圧ローラーの逆クラウン
形状が全く効果を示さず、逆にニップ形状はクラウン形
状となりシワが発生した。Ｂの状態ではニップの中央と
端部で２ｍｍ以上差が生じており、封筒裏面に働く左右
張力が大きくなっていることが分かる。ここでは、２０
℃程度中央と端部の温度差を設けるとよい結果が得られ
ている。つまり、熱膨張の違いにより加圧ローラーの逆
クラウン量が設計値より拡大していることになる。

【００１２】以上説明したように、温度分布Ｂを立ち上
げ時から付けることが可能になれば、封筒シワの問題を
解決することが可能となる。そのため、封筒プリントの
立ち上げ時には、メインヒーター４ａとサブヒーター４
ｂの点灯比率をサブヒーターに多く振り分けることによ
りＢの温度分布を実現でき、プリント時には普通紙と同
じ点灯比率にデューティーを変更することで、封筒の熱
の持ち出しによる熱収支のバランスをとることができ
る。

【００１３】表１に実験例を示す。前述の定着装置にお
いて、普通紙をプリントするときの立ち上げ時には、メ
インヒーターとサブヒーターの点灯比率を２：３とする
ことで、定着ローラー端部のヒートリークをおぎない、
図３Ｃのようなフラットな温度分布とし、プリント時に
は転写材の定常的な熱の持ち出しに対応した点灯比率
（３：２）にすることで図３Ｃの温度分布を維持するこ
とができた。また、封筒をプリントするときの立ち上げ
時には、点灯比率を１：４とすることで図３Ｂの温度分
布を実現することができ、プリント時には逆に４：１の
比率で点灯することで、適度な非通紙部昇温により図３
Ｂの温度分布を維持することができた。

【００１４】

【表１】

【００１５】以上のように、２本ヒーターのデューティ
ー変更により、封筒プリント時には加圧ローラーの逆ク
ラウン量を大きくすることでシワの発生を防止し、普通
紙をプリントするときにはフラットな温度分布にして適
正な逆クラウン量にすることでシワと後端ハネを防止す
ることが可能となる。

【００１６】この実施例の応用として、加圧ローラーを
ストレート形状として構成される定着装置のヒーター制
御について説明する。この場合、普通紙のシワ防止のた
めの逆クラウン形状も定着ローラーの温度分布によりつ
けることが必要となるため、図５に示すような温度分布
にする必要がある。つまり、普通紙プリント時の立ち上
げにおいてもＡ’に示す様に５〜１０℃中央に対して端
の温度を高くしなければならず、前述のヒーターの点灯
比率よりサブヒーターの割合を増やす必要がある。当然
のことながら、プリント時においても中央より端部の温
度が高くなるようなヒーター制御が必要となる。このよ
うに、２本のヒーターを用いて端部の温度を中央部の温
度に対して高くするような温調制御を行うことにより、
ストレート加圧ローラーの使用が可能（封筒シワ、普通
紙シワ、後端ハネの問題を防止）となるため、コストダ
ウンにも有効である。これまでに示した条件設定は絶対
的なものではなく、プリントスピード、加圧力、定着ロ
ーラーあるいは加圧ローラーの逆クラウン形状等の組合
せによって転写材の構成に対する最適な逆クラウン形状
が得られるように温度分布（２本のヒーター点灯比率）
を設定する必要がある。

【００１７】また、長手方向の温度制御により加圧ロー
ラーの逆クラウン量を調節する方式は熱ローラ定着に限
ったものではなく、金属や樹脂製のホルダに固定支持さ
れた加熱体（以下サーマルヒータと記す）と、該サーマ
ルヒータに対抗圧接しつつ搬送される耐熱性フィルム
（定着フィルム）と該フィルムを介して記録材をサーマ
ルヒータに密着させる加圧部材を有し、サーマルヒータ
の熱をフィルムを介して記録材に付与することで記録材
面に形成担持されている未定着画像を記録材に加熱定着
させるフィルム加熱方式にも応用可能である。

【００１８】このフィルム加熱方式を図６に示す。この
図において、２４はエンドレスベルト状の定着フィルム
であり、左側の駆動ローラ２５と右側の従動ローラ２６
と、該駆動ローラ２５と従動ローラ２６の下方に配置し
たサーマルヒータ２０に懸回張設してある。

【００１９】従動ローラ２６はエンドレスベルト状の定
着フィルム２４のテンションローラをかねており、該定
着フィルム２４は駆動ローラ２５の時計方向回転駆動に
伴い時計方向に所定の周速度、即ち不図示の画像形成部
から搬送されてくる未定着トナー画像Ｔを上面に担持し
た転写材シートＰの搬送速度と同じ周速度を持ってシワ
や蛇行、速度遅れなく回転駆動される。

【００２０】２８は加圧部材としての、シリコーンゴム
等の離型性の良いゴムあるいはスポンジ弾性層を有する
加圧ローラであり、前記エンドレスベルト状定着フィル
ム２４の下行側フィルム部分を挟ませて前記サーマルヒ
ータ２０の下面に対して４０〜１２０Ｎの圧接力を持っ
て対抗圧接されており、転写材Ｐの搬送方向に順方向の
反時計方向に回転する。

【００２１】回転駆動されるエンドレスベルト状の定着
フィルム２４は繰り返してトナー画像の加熱定着に供さ
れるから、耐熱性、離型性、耐久性に優れたもので、一
般的には１００μｍ以下、望ましくは４０μｍ以下の薄
肉のものを使用する。

【００２２】サーマルヒータ２０は定着フィルム２４の
走行方向に直角方向を長手とする、通電発熱体２２、検
温素子２３、表面層３０等を具備したヒータ基板２１か
らなる。このサーマルヒータ２０を剛性、高耐熱性、断
熱性を有するヒータ支持体２７で固定支持させてある。
ヒータ基板２１は耐熱性、絶縁性、低熱容量、高熱伝導
性の部材であり、一例として厚み１ｍｍ、幅１６ｍｍ、
長さ３４０ｍｍのアルミナ基板である。

【００２３】通電発熱体２２は基板２１の下面の略中央
部に沿って、例えばＡｇ／Ｐｄ・Ｔａ2 Ｎ等の電気抵抗
材料を厚み約１０μｍ、幅１〜３ｍｍにスクリーン印刷
等により細帯状に塗工したものである。その上に絶縁保
護を目的とした表面層３０としてガラス層を備える。ま
た更にこの上に定着フィルムとの摺擦摩擦を低減するた
めにＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の滑性表面をコートしてもよ
い。

【００２４】検温素子２３は一例としてヒータ基板２１
の上面（発熱体２２を設けた面とは反対の面）の略中央
部スクリーン印刷等により塗工して具備させたＰｔ膜等
の低熱容量の側温抵抗体である。検温素子としては他に
低熱容量のサーミスタ等をヒータ基板２１に当接配置す
る構成にしてもよい。サーマルヒータ２０は線状または
帯状をなす発熱体２２に対しその長手方向両端部より通
電し、発熱体２２をほぼ全域にわたって発熱させる。通
電は検温素子２３の検知温度に応じてトライアックを含
む不図示の通電制御回路により通電する位相角を制御す
ることにより通電電力を制御している。

【００２５】この方式の場合、図７に示すように、非通
紙部昇温の対策として発熱体２２を長手方向に分割する
ことが可能である。つまり、最大サイズの転写材をプリ
ントするときは３０、３１、３２の発熱体の点灯比率を
変えることにより非通紙部昇温を防止している。そこ
で、前述の熱ローラ定着の場合と同様に、ニップ部の逆
クラウン形状を図４Ｂの様になるようにその点灯比率を
設定することで封筒シワを防止することが可能となる。

【００２６】＜他の実施例＞プリントスピードの高速化
により、ヒーターの電力が不足気味な状態になった場
合、２本のヒーターの合計電力を有効に使用する必要が
生じる。図２に示す配光のヒーターを同時に全点灯する
と図８ａの様に中高温度分布になる。このとき、最大サ
イズの転写材を連続プリントしてもシワ、後端ハネを生
じない逆クラウン形状になり、かつ封筒プリント時に逆
クラウン形状を大きくできる様な加圧ローラーの初期形
状を図９に示す。この図に示す加圧ローラーは通常の逆
クラウン形状に加えて、封筒通紙領域に大きな逆クラウ
ン形状を付加した２段逆クラウン形状をしている。

【００２７】普通紙プリント時には図８ａの温度分布に
なるため、中央の熱膨張が大きく、加圧ローラーの形状
は図１０ａに示すように通常の逆クラウン形状になる。
また、封筒プリント時にはメインヒーターの点灯比率を
下げることにより、図８ｂの様なフラットもしくは端高
の温度分布にすることで、加圧ローラー形状を図１０ｂ
に示す大きな逆クラウン形状となる。

【００２８】

【発明の効果】これまでに述べたように、７．５Ｎ／ｃ
ｍ2 等の一定値より大きな加圧力を付与する場合に生じ
る封筒シワに対して、２本のヒーターを用いて定着ロー
ラー上に温度差を付与することで、加圧ローラーの熱膨
張を利用した逆クラウン量の調節を行う。これにより、
普通紙と封筒通紙時の最適な逆クラウン量を設定できる
ため、シワ、後端ハネ等の問題を防止できる他、圧解除
機構を付加することなく封筒シワを防止できるため、大
きなコストダウンが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す図。

【図２】図１におけるヒーター４ａ，４ｂの配光分布を
示す図。

【図３】定着ローラー表面温度分布を示す図。

【図４】ニップ形状を示す図で、Ａは立ち上げ時、Ｂは
封筒２０枚プリント時におけるニップ形状を示す。

【図５】ストレート加圧ローラーを使用するとき、普通
紙をプリントするときの定着ローラー温度分布を示す
図。

【図６】フィルム加熱方式の従来例を示す図。

【図７】フィルム加熱方式の定着装置における発熱体分
布を示す図。

【図８】２段逆クラウン形状の加圧ローラーを使用する
ときの定着ローラー温度分布を示す図で、ａは普通紙プ
リント時、ｂは封筒プリント時を示す。

【図９】２段逆クラウン加圧ローラーの構成図を示す
図。

【図１０】２段逆クラウン加圧ローラーを使用するとき
の形状を示す図で、Ａは普通紙プリント時、Ｂは封筒プ
リント時を示す。

【図１１】１本ヒーターを用いた従来の定着装置の構成
図を示す図。

【符号の説明】 １：定着ローラー ２：加圧ローラー ３：温度検知素子 ４ａ：メインヒータ
ー ４ｂ：サブヒーター ５：分離爪 Ｐ：転写材 Ｔ：トナー

フロントページの続き (72)発明者 小野和朗 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 松隈 稔 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 橋本典夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 大久保 正晴 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 小原泰成 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面にトナー像を担持した転写材をその
   ニップ部を通じて定着するための熱定着手段、および加
   圧手段との対と、前記熱定着手段を加熱するために複数
   の加熱源を有する定着装置において、 転写材の構成に対応した適正な加圧手段の形状を、熱膨
   張の違いにより設定するべく、熱定着手段の長手方向温
   度分布を前記各加熱源の制御により作り出す構成とし、
   転写材のシワを防止することを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 ２枚以上重ねた転写材を通紙する領域に
   曲率の小さい第２の逆クラウン形状を加圧手段に設ける
   ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。