JP2000122463A

JP2000122463A - 定着装置

Info

Publication number: JP2000122463A
Application number: JP10298156A
Authority: JP
Inventors: Akira Kato; 加藤　　明; Yoji Tomoyuki; 洋二友行
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 2000-04-28
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: JP3984737B2

Abstract

(57)【要約】【課題】定着装置にオフセットしたトナーをきれいに
取り除く。【解決手段】加圧ローラの温まり具合に応じた温度で
プリント終了後ニップを加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機・レーザー
プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる
定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、複写機・プリンタ・ファクシミ
リ等の画像形成装置に用いられている定着装置として、
熱ローラ方式のものがある。

【０００３】この熱ローラ方式の加熱定着装置は、ハロ
ゲンヒータ等の内蔵熱源により加熱されて所定の温度に
維持させた加熱ローラ(定着ローラ)と、これに圧接させ
た弾性を有する加圧ローラとの圧接ニップ部(定着ニッ
プ部)に記録材を導入して狭持搬送させることで記録材
表面の未定着トナー像を熱定着させるものである。

【０００４】最近では、フィルム加熱方式の加熱定着装
置も実用化されている(例えば、特開昭63−313182号公
報・特開平1-263679号公報・特開平2-157878号公報・特
開平4-44075〜44083号公報・特開平4-204980〜204984号
公報等)。

【０００５】このフィルム加熱方式の加熱定着装置は、
支持部材に固定支持させた加熱体と、この加熱体に接触
しつつ移動する耐熱性のフィルムと、フィルムを介して
加熱体と共にニップを形成する加圧ローラを有してい
る。このニップでトナー像を担持した記録材を挟持搬送
することでトナー像を加熱定着するものである。

【０００６】このフィルム加熱方式の加熱定着装置は、
未定着トナー画像を記録材表面に永久固着像として熱定
着処理する装置として活用できるだけでなく、例えば、
トナー像を担持した記録材を加熱して表面性を改質する
装置、仮定着処理する装置、その他、シート状の被加熱
処理する装置として広く使用することができる。

【０００７】このようなフィルム加熱方式の加熱装置
は、加熱体として、昇温の速い低熱容量のもの、例え
ば、絶縁性・良熱伝導性のセラミック基材と、この基材
の表面に設けられた通電により発熱する抵抗発熱層を基
本構成体とするいわゆるセラミックヒータを用いること
ができ、またフィルム材として薄膜で低熱容量のものを
用いることができるために短時間に加熱体の温度が上昇
し、スタンバイ時に加熱体へ電力供給をする必要がな
く、被加熱材としての記録材をすぐに通紙しても記録材
が定着ニップ部に到達するまでに加熱体を所定温度まで
十分に昇温させることができ、ウエイトタイムの短縮化
(クイックスタート性：オンデマンドで作動)や省電力化
が可能となるうえ、さらに画像形成装置本体の装置内の
昇温を抑えることができる等の利点を有し、効果的なも
のである。

【０００８】ここで、記録材表面に担持された未定着ト
ナーは、その全てが適度に加熱溶融されて、記録材表面
に定着されるのが理想的であるが、溶けきらないコール
ドオフセット状態のトナーや溶けすぎたホットオフセッ
ト状態のトナーが存在すると、これらのトナーは、記録
材表面に接する定着ローラや定着フィルムに転移する。

【０００９】このようなオフセットトナーは上下の回転
体の温度が同じ場合、離型性の悪いほうに転移するが、
上下の温度が異なる場合は、温度の低いほうがトナーが
固まりやすいので温度の低いほうへ転移しやすい。特に
フィルム加熱方式のような低熱容量の定着装置は、プリ
ント待ち(スタンバイ)の状態で加熱体への通電を行って
いないので加圧ローラが冷えている。したがってこの状
態からプリントを開始すると、加熱体及びフィルムは通
電により暖まるが加圧ローラは冷えたままなので、ニッ
プに挟まれているトナーはフィルム及び加圧ローラが回
転すると加圧ローラへ転移する。このようなトナーが堆
積すると、回転体の硬度が変わったり、表面の離型性が
変化したりして定着性に種々の悪影響を与えてしまう。

【００１０】そこで、トナー汚れを蓄積させないため
に、定着装置に用いられる定着ローラまたは定着フィル
ムと、加圧ローラ（以下これらを「定着回転体」という）
の表層には、トナーとの離型性を考慮して、ＰＴＦＥ・
ＰＦＡ・ＦＥＰといったフッ素樹脂層や、ＬＴＶ・ＲＴ
Ｖといったシリコーンゴム層からなる離型層を設けるの
が一般的である。

【００１１】さらに出願人が先に提案しているように、
プリントが終了して回転体が回転停止した状態で、定着
ニップ部のトナーをトナーが軟化する温度以上に加熱し
（図６）、溶融により各々のトナーを結合させて転移し
やすい状態にし、さらに自然放熱により冷却すること
で、定着フィルム（定着ローラ）の方へ固着させる。プ
リント終了時点では加圧ローラも暖まっているので溶融
して結合したトナーは冷却により離型性の悪いフィルム
のほうへ付着するのである。

【００１２】このような状態で定着回転体を回転させる
ことにより、トナー各々では保持しにくい状況でも、結
合により定着フィルム・定着ローラ上に保持する事が容
易になる。そしてニップ部トナーの加圧ローラへの転移
を軽減させることができる。（定着回転体を回転させる
時、ニップ部温度をトナーの軟化点以下まで下げること
により、さらに定着フィルム側に固着させるトナーを増
やすことができる）

【００１３】定着フィルム側にトナーが固着した状態で
プリントを開始すると、ニップ部に突入してきた紙は常
温のため、定着フィルム表面と紙には温度差が生じる。
よって定着フィルム・定着ローラのニップ部に保持され
ているトナーは目には見えない程度で、紙に付着して吐
き出される。したがって加圧ローラにトナーが付着して
いてもプリント終了後ニップで加熱及び冷却されればト
ナーはフィルムへ転移し、プリント時に記録材で取り除
くことができる。

【００１４】プリント終了後にニップの位置で停止して
いるフィルム面や加圧ローラの表面は通常プリント終了
毎に異なるので、プリントを繰り返すことで加圧ローラ
全周にわたって汚れを吐き出すことができる。これによ
り加圧ローラにトナー等の汚れが蓄積することを防止す
ることが可能になる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の例
では、プリント終了後はいつもニップ部を一定温度で加
熱(約5秒間)するため、図５に示すように間欠プリント
が次々に行われると、ほぼ連続で毎回ニップ部の加熱が
おこなわれる。

【００１６】この加熱により加圧ローラが昇温するの
で、ニップ部のトナーが充分に冷却されないため、トナ
ーを紙に吐き出すことができなくなる。さらにホットオ
フセット等の画像不良や機内昇温等、様々な問題が生じ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明は、定着工程中温調温度に維持されるヒータ
と、ヒータと接触しつつ移動するフィルムと、フィルム
を介してヒータとニップを形成する加圧ローラと、有
し、ニップで記録材を挟持搬送しつつ記録材上のトナー
像を加熱定着する定着装置において、定着工程終了後、
ニップの温度が一旦トナーの軟化点以上になるように上
記ヒータを発熱させる制御を有し、この時のニップの温
度が上記加圧ローラの暖まり具合に応じて設定されるこ
とを特徴とする。

【００１８】さらに、ヒータと、ヒータにより加熱され
定着工程中温調温度に維持される定着ローラと、定着ロ
ーラとニップを形成する加圧ローラと、有し、ニップで
記録材を挟持搬送しつつ記録材上のトナー像を加熱定着
する定着装置において、定着工程終了後、ニップの温度
が一旦トナーの軟化点以上になるように上記ヒータを発
熱させる制御を有し、この時のニップの温度が上記加圧
ローラの暖まり具合に応じて設定されることを特徴とす
る。

【００１９】（作用）本発明によると、定着回転体の温
度状態にあわせた後加熱を行うことにより、停止ニップ
内の温度を最適化することが可能になる。これにより加
圧ローラのトナーが定着フィルム・定着ローラに転移す
る量を最適化することができ、加圧ローラに付着したト
ナーを残すことなく、定着回転体に対するトナー汚れの
蓄積を防止する。よって定着回転体に対する記録材の巻
き付きや定着回転体に蓄積されたトナー汚れが一気に記
録材を汚すといった不具合を防止することが可能とな
り、且つ定着回転体の異常昇温を防止し良好な画像を出
力する。さらに消費電力を下げ、機内昇温等の問題の発
生を無くすことを可能にする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って、本発明の実
施の形態について説明する。

【００２１】（第ｌの実施の形態）図１に、本発明の定
着装置を備えた画像形成装置を示す。なお、同図は、画
像形成装置の一例としてのレーザービームプリンタの概
略構成を示す縦断面図である。

【００２２】まず、同図を参照してレーザービームプリ
ンタ（以下「画像形成装置」という）の構成を説明する。

【００２３】同図に示すレーザービームプリンタは、像
担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下「感光ド
ラム」という）１を備えている。感光ドラム１は、装置
本体Ｍによって回転自在に支持されており、駆動手段
（不図示）によって矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピ
ードで回転駆動される。

【００２４】感光ドラム１の周囲には、その回転方向に
沿ってほぼ順に、帯電ローラ（帯電装置）２、露光手段
３、現像装置４、転写ローラ（転写装置）５、クリーニ
ング装置６が配設されている。

【００２５】また、装置本体Ｍの下部には、紙等のシ
ート状の記録材Ｐを収納した給紙カセット７が配置され
ており、記録材Ｐの搬送経路に沿って上流側から順に、
給紙ローラ15、搬送ローラ８、トップセンサー９、搬送
ガイド10、本発明に係る定着装置11、搬送ローラ12、排
紙ローラ13、排紙トレイ14が配置されている。

【００２６】次に、上述構成の画像形成装置の動作を説
明する。

【００２７】駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向
に回転駆動された感光ドラム１は、帯電ローラ２によっ
て所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。

【００２８】帯電後の感光ドラム１は、その表面に対し
レーザー光学系等の露光手段３によって画像情報に基づ
いた画像露光Ｌがなされ、露光部分の電荷が除去されて
静電潜像が形成される。

【００２９】静電潜像は、現像装置４によって現像され
る。現像装置４は、現像ローラ４aを有しており、この
現像ローラ４aに現像バイアスを印加し、感光ドラム１
上の静電潜像にトナーを付着させることで、トナー像と
しての現像（顕像化）を行う。

【００３０】トナー像は、転写ローラ５によって紙等の
記録材Ｐに転写される。記録材Ｐは、給紙カセット７に
収納されており、給紙ローラ15・搬送ローラ８によって
給紙・搬送され、トップセンサー９を介して、感光ドラ
ム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部に搬送され
る。このとき記録材Ｐは、トップセンサー９によって先
端が検知され、感光ドラム１上のトナー像と同期がとら
れる。転写ローラ５には、転写バイアスが印加され、こ
れにより感光ドラム１上のトナー像が記録材Ｐ上の所定
の位置に転写される。

【００３１】転写によって表面に未定着トナー像を担持
した記録材Ｐは、搬送ガイド10に沿って定着装置11に搬
送され、ここで未定着トナー像が加熱・加圧されて記録
材Ｐ表面に定着される。なお、定着装置11については後
に詳述する。

【００３２】トナー像定着後の記録材Ｐは、搬送ローラ
12・排出ローラ13によって装置本体Ｍ上面の排紙トレイ
14上に搬送・排出される。

【００３３】一方、トナー像転写後の感光ドラム１は、
記録材Ｐに転写されないで表面に残ったトナー（以下
「転写残トナー」という）がクリーニング装置６のクリー
ニングブレード6aによって除去され、次の画像形成に備
える。

【００３４】以上の動作を繰り返すことで、次々と画像
形成を行うことができる。

【００３５】次に、図２を参照して、本発明に係る定着
装置11の一例について詳述する。なお、同図は、記録材
Ｐの搬送方向（矢印Ｋ方向）に沿った縦断面図である。

【００３６】同図に示す定着装置11は、トナーを加熱す
る加熱体としてのセラミックヒータ（以下「ヒータ」とい
う）20と、このヒータ20を内包する定着フィルム（定着
回転体）25・定着フィルム25に当接された別の定着回転
体としての加圧ローラ26、そしてヒータ20の温度を制御
する温度制御手段27・記録材Ｐの搬送を制御する回転制
御手段28とを主要構成部材として構成されている。

【００３７】ヒータ20は、アルミナ等の耐熱性の基材20
a上に例えば印刷によって抵抗体パターン20bを形成し、
その表面をガラス層20cで被覆したものであり、記録材
Ｐの搬送方向（矢印Ｋ方向）に直角な左右方向に長く、
すなわち、記録材Ｐの幅よりも長く形成されている。ヒ
ータ20は、装置本体Ｍに取り付けられたヒータホルダ2
2によって支持されている。

【００３８】ヒータホルダ22は、耐熱樹脂によって半円
状に形成された部材であり、定着フィルム25の回転をガ
イドするガイド部材としても作用する。

【００３９】定着フィルム25は、ポリイミド等の耐熱樹
脂を円筒状に形成したものであり、上述のヒータ20及び
ヒータホルダ22を包んでいる。定着フィルム25は、後述
の加圧ローラ26によってヒータ20に押し付けられてお
り、これにより定着フィルム25の裏面がヒータ20の下面
に当接されるようになっている。

【００４０】定着フィルム25は、加圧ローラ26の矢印Ｒ
26方向の回転により記録材Ｐが矢印Ｋ方向に搬送される
のに伴って矢印Ｒ25方向に回転されるように構成されて
いる。なお、定着フィルム25の左右の両端部は、ヒータ
ホルダ22のガイド部（不図示）によって規制されてお
り、ヒータ20の長手方向にはずれないようになってい
る。

【００４１】また、定着フィルム25の内面には、ヒータ
20やヒータホルダ22との間の摺動抵抗を低減させるため
にグリースが塗布されている。

【００４２】加圧ローラ26は、金属製の芯金26aの外周
面に、シリコーンゴム等の弾性を有する耐熱性の離型層
26bを設けたものであり、離型層26bの外周面により下方
から定着フィルム25をヒータ20に押し付けて、定着フィ
ルム25との間に定着ニップ部Ｎを構成している。この定
着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ26の回転方向について
の幅（ニップ幅）をaとすると、このニップ幅aは、記録
材Ｐ上のトナーを好適に加熱・加圧することができる程
度に設定されている。

【００４３】回転制御手段28は、加圧ローラ26を回転駆
動するモータ29と、モータ29の回転を制御するＣＰＵ30
とを有する。モータ29としては、例えばステッピングモ
ータ等を使用することができ、加圧ローラ26の回転を矢
印Ｒ26方向に連続的に行う外、所定の角度ずつ断続的に
行うことも可能である。つまり、加圧ローラ26の回転と
停止とを繰り返しながら、記録材Ｐをステップ送りする
こともできる。

【００４４】温度制御手段27は、ヒータ20の裏面に取り
付けられたサーミスタ（温度検知素子）21と、サーミス
タ21が検出する温度に基づいてトライアック24を制御
し、ヒータ20に対する通電を制御するＣＰＵ23とを有す
る。

【００４５】上述のように、定着装置11は、加圧ローラ
26の矢印Ｒ26方向の回転により記録材Ｐを定着ニップ部
Ｎにて狭持搬送しつつ、ヒータ20によって記録材Ｐ上の
トナーを加熱する。この際、回転制御手段28によって加
圧ローラ26の回転を制御することにより、記録材Ｐの送
りを適宜に制御することができ、また、温度制御手段27
によってヒータ20の温度を適宜に制御することができる
ものである。

【００４６】次に本発明の詳細について以下に説明す
る。

【００４７】図5及び図6の制御では定着回転体の状態に
関わらず、プリント終了後一定の温度で加熱されるた
め、朝一状態ではニップ部は適度に加熱され、トナーは
定着フィルムに固着するが、数枚プリントした後、定着
回転体が暖まった状態で、ニップ部を朝一と同じ温度に
なるように加熱すると、ニップ部が冷えにくくなりトナ
ーが定着フィルムに固着しにくくなる。さらに図５で示
すようにニップ部の加熱を繰り返すことにより、定着ユ
ニットが熱くなりホットオフセットが発生する。

【００４８】本実施の形態では、図３で示すようにプリ
ント開始時の定着器の温度(ヒータの温度)を検知し、10
5℃以下の時、後加熱は200℃になり、105℃以上の時、
後加熱は180℃になることを特徴とする。これにより間
欠のプリント信号が次々と入るような後加熱が毎回入る
場合でも加圧ローラの温度は適度に保たれ、ニップ部の
トナーを充分に冷却することができる。よってトナーを
紙に吐き出させることが可能となり、さらにホットオフ
セット等の画像不良や機内昇温といった問題を防ぐこと
が可能になる。

【００４９】なお、この後加熱は連続プリントの場合は
連続プリントが終了した後に行われる。

【００５０】例えば、温度23℃・湿度60％の環境下でCaC
O₃を10〜15％含んだ記録材を用いて25秒に１枚プリント
する(後加熱が毎回入る)モードで通紙耐久テストを行う
と、従来50枚の通紙枚数でホットオフセットが発生し加
圧ローラが汚れていたものが、本実施の形態により２万
枚の通紙枚数でもホットオフセットや加圧ローラ汚れ等
の発生は見られなかった。

【００５１】本実施の形態によって画像不良や機内昇温
等の問題の発生を防ぎ、さらに定着回転体に対するトナ
ー汚れの蓄積を防止し、これにより、定着回転体に対す
る記録材の巻き付きや定着回転体に蓄積されたトナー汚
れが一気に記録材を汚すといった不具合を防止すること
が可能になった。

【００５２】（第２の実施の形態）本実施の形態２は図
４に示すように、プリント開始時の定着回転体の温度を
検知し、その温度によって後加熱温度を決定する。これ
により加圧ローラが朝一状態から充分に暖まった状態ま
での後加熱の温調温度を変化させることができ、定着回
転体を常に最適な温度に保つことが可能になり、汚れの
原因となるトナーを効率良く紙に吐き出すことができ
る。

【００５３】例えば温度23℃・湿度60％の環境下でCaCO3
を10〜15％含んだ記録材を用いて後加熱が毎回入るモー
ドで通紙耐久テストを行うと、従来50枚の通紙枚数でホ
ットオフセットが発生し加圧ローラが汚れていたもの
が、本実施例により５万枚の通紙枚数でもホットオフセ
ットや加圧ローラ汚れ等の発生は見られなかった。もち
ろん定着器の熱容量等、機種により最適な温調温度は異
なり、さらに定着回転体の状態により加熱時間を制御す
ることも可能である。

【００５４】本実施の形態によって画像不良や機内昇温
等の問題の発生を防ぎ、さらに定着回転体に対するトナ
ー汚れの蓄積を防止し、これにより、定着回転体に対す
る記録材の巻き付きや定着回転体に蓄積されたトナー汚
れが一気に記録材を汚すといった不具合を防止すること
が可能になった。さらに定着回転体の異常昇温を防止し
良好な画像を出力するうえ、消費電力を下げられ機内昇
温等の問題の発生を無くすことができる。

【００５５】上述までの実施の形態では後加熱の設定温
度をプリント開始前の加圧ローラの温度によって設定し
たが、連続プリントを行うと加圧ローラが次第に暖まっ
てくるので、ニップの温度を定着に適した温度に保つに
は定着中の温調温度を徐々に下げる方が好ましい。した
がってこのように定着中の温調温度を切換える場合、定
着終了後の後加熱の設定温度を定着中の定着温度に応じ
て設定しても良い。

【００５６】上述の実施の形態では、いずれもフィルム
加熱方式について説明したが、本発明は加熱ローラと加
圧ローラを有する熱ローラ方式に適用しても効果的であ
る。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、加
圧ローラの温度を適正化することによりホットオフセッ
ト等の画像不良や機内昇温といった問題を無くすことが
できる。さらに定着回転体に対するトナー汚れの蓄積を
有効に防止することができ、定着器周辺部材へのトナー
や紙粉等の汚れの付着を防止し、定着回転体に対する記
録材の巻き付きや定着回転体に蓄積されたトナー汚れが
一気に記録材を汚すといった画像不良等も無くなる。こ
れにより従来使用していた定着器部材、および定着器周
辺部材のグレードを下げられ（コストダウンにもつなが
る）、定着器周辺部材の耐久寿命を延ばすことが可能に
なる。さらに消費電力を下げられる等、従来にもまして
有利な点が数多く現れてくる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す縦
断面図

【図２】本発明に係る定着装置の概略構成を示す縦断面
図

【図３】実施形態１の間欠プリント時の温度制御図

【図４】実施形態２のプリント開始時の定着回転体温度
に対する後加熱温度

【図５】出願人が先に提案した温度制御での間欠プリン
ト温度

【図６】出願人が先に提案した定着回転体の温度制御図

【符号の説明】

１像担持体（感光ドラム）２帯電装置（帯電ローラ）３露光手段４現像装置５転写装置（転写ローラ）６クリーニング装置７給紙カセット８搬送ローラ９トップセンサ１０搬送ガイド１１定着装置１２搬送ローラ１３排紙ローラ１４排紙トレイ２０加熱体（セラミックヒータ）２１温度検知素子（サーミスタ）２２ヒータホルダ２３ＣＰＵ２４トライアック２５定着回転体（定着フィルム）２６定着回転体（加圧ローラ）２７温度制御手段２８回転制御手段２９モータ３０ＣＰＵ３１導電ゴム輪３２高圧電源Ｎ定着ニップ部Ｐ記録材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定着工程中温調温度に維持されるヒータ
と、ヒータと接触しつつ移動するフィルムと、フィルム
を介してヒータとニップを形成する加圧ローラと、有
し、ニップで記録材を挟持搬送しつつ記録材上のトナー
像を加熱定着する定着装置において、定着工程終了後、ニップの温度が一旦トナーの軟化点以
上になるように上記ヒータを発熱させる制御を有し、こ
の時のニップの温度が上記加圧ローラの暖まり具合に応
じて設定されることを特徴とする定着装置。
【請求項２】上記発熱制御時のニップの温度は定着工
程で上記ヒータを温調温度に立ちあげる前の加圧ローラ
の暖まり具合に応じて設定されることを特徴とする請求
項１に記載の定着装置。
【請求項３】上記発熱制御時のニップの温度は定着工
程中の温調温度に応じて設定されることを特徴とする請
求項１に記載の定着装置。
【請求項４】上記ニップの温度は上記ヒータの温度で
判断されることを特徴とする請求項１に記載の定着装
置。
【請求項５】上記加圧ローラの暖まり具合は上記ヒー
タの温度で判断されることを特徴とする請求項２に記載
の定着装置。
【請求項６】ヒータと、ヒータにより加熱され定着工
程中温調温度に維持される定着ローラと、定着ローラと
ニップを形成する加圧ローラと、有し、ニップで記録材
を挟持搬送しつつ記録材上のトナー像を加熱定着する定
着装置において、定着工程終了後、ニップの温度が一旦トナーの軟化点以
上になるように上記ヒータを発熱させる制御を有し、こ
の時のニップの温度が上記加圧ローラの暖まり具合に応
じて設定されることを特徴とする定着装置。
【請求項７】上記発熱制御時のニップの温度は定着工
程で上記定着ローラを温調温度に立ちあげる前の加圧ロ
ーラの暖まり具合に応じて設定されることを特徴とする
請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】上記発熱制御時のニップの温度は定着工
程中の温調温度に応じて設定されることを特徴とする請
求項６に記載の定着装置。
【請求項９】上記ニップの温度は上記定着ローラの温
度で判断されることを特徴とする請求項６に記載の定着
装置。
【請求項１０】上記加圧ローラの暖まり具合は上記定
着ローラの温度で判断されることを特徴とする請求項７
に記載の定着装置。