JPH0827571B2 - 定着装置 - Google Patents

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形
成した未定着像を加熱定着処理する定着装置に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の定着装置は、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が形成され
た転写材を挟持搬送しつつ加熱するローラ定着方式が多
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、加熱ローラを最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じ、高温側に変動した場合に
は、トナーが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
めの時間が長くなり、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3,578,
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がなく他
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号では、トナー
の加熱を比較的短時間で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、一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、機内昇温が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が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が撓
み、加熱体と加圧体の圧接幅が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が長手方向で不均
一となり、同一転写材上において定着ムラが大きく、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定着装置を提供
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、 通電により発熱する線状もしくは帯状の発熱体を備え
た固定された加熱体と、この加熱体と摺動し上記発熱体
の長手方向と直交する方向に移動するフィルムと、この
フィルムを介して上記加熱体と圧接部を形成する加圧部
材とを有し、上記圧接部の幅は上記発熱体の長手方向で
変化しており、上記圧接部で未定着像を担持した記録材
を挟持搬送し上記フィルムを介した上記加熱体からの熱
により未定着像を記録材上に定着する定着装置におい
て、 記録材の移動方向に関して、上記発熱体は幅が上記圧
接部の最小幅より小さく、圧接部内に存在する、 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実施例を説明す
る。

先ず、本実施例装置の定着装置を備えた画像形成装置
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が配されていて、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ｂ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3a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が形成される。この静電潜像
は、現像器５により加熱で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グ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
３上に送り込まれる。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ドラ
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、幅が1mm以下、長さ
（紙面に直角な方向の長さ）216mmで例えばTa₂N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として例えば厚さ５μｍ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53を介して、サーミスタ
等の温度検知素子51が配設されており、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、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、それに準ずる
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3.5mm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
が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
面の摺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対が加熱体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
いては発熱体がハロゲンランプ、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になってお
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が到
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エイ
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
れが長手方向均一である。したがって、定着工程時には
長手方向全域にわたって加熱時間を均一にできるので、
転写材Ｐの全面にわたって良好な定着性が得られ、かつ
オフセットも生じない。

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
用いることが可能なので、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がで
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27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）で定着フ
ィルムの残量を検出してフィルムが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が望まれる。本実施例で
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、低電力化することができる。

また、本実施例では前述のごとく定着フィルムへのオ
フセットが生じないので、定着フィルムの熱変形や劣化
が小さければ、巻取った定着フィルムを再び使用するこ
とが可能であり、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値をも
って示す。定着装置の発熱体として加熱幅が0.4mmのも
のを用い、最低定着温度が125℃のトナーを用いて、ト
ナー画像Ｔを形成し、発熱体28における加熱体表面温度
が180℃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
のない画像が得られた。

第４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グラフである。条件は、
以下の通りである。

室温:20℃ トナー層厚さ:20μｍ 転写材厚さ:100μｍ 定着フィルム厚さ:6μｍ 発熱部における加熱体表面温度:180℃ 加熱時間：加熱幅／定着処理速度＝0.4（mm）/50（mm/s
ec）＝８（msec） このグラフから、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っているのに対
し、転写材の中層部はほとんど昇温していないことが裏
付けられる。

上記の条件では発熱体位置における加熱体表面温度が
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、次に条件を変えて、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、発熱体の熱容量が
十分小さいので、通電終了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電を受けることができる。本発
明において発熱体28は瞬時に昇温するので、予備加熱が
不要であり、転写材Ｐが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了すれば、発熱体の冷却速度が速い
ことから、発熱体による加圧ローラの昇温が極めて小さ
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
が可能となり、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値をも
って示す。定着装置の加熱体として、加熱幅が0.55mm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50mm/secでA4サイズ
紙１枚当たり約3500Jの発熱量となるように、10msecご
とに2msecの割合で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が得られた、特に
長手方向に関する定着ムラがなく、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℃ トナー層厚さ:20μｍ 転写材厚さ:100μｍ 定着フィルム厚さ:6μｍ 加熱時間:2msec 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
いことが裏付けられる。

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3msecで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℃まで達するため、
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23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定着装置
を備えた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定着装置を備えた画像
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
第一の条件のもとで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
条件のもとで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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−152472（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−68766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−122667（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通電により発熱する線状もしくは帯状の発
   熱体を備えた固定された加熱体と、この加熱体と摺動し
   上記発熱体の長手方向と直交する方向に移動するフィル
   ムと、このフィルムを介して上記加熱体と圧接部を形成
   する加圧部材とを有し、上記圧接部の幅は上記発熱体の
   長手方向で変化しており、上記圧接部で未定着像を担持
   した記録材を挟持搬送し上記フィルムを介した上記加熱
   体からの熱により未定着像を記録材上に定着する定着装
   置において、 記録材の移動方向に関して、上記発熱体は幅が上記圧接
   部の最小幅より小さく、圧接部内に存在することを特徴
   とする定着装置。