JP2004013026A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小サイズ紙の連続通紙による非通紙部の過昇温によって、クリーニングローラで回収したトナーが融解し、剥がれ、加圧ローラに戻るのを防止する。
【解決手段】小サイズの連続通紙時に、排紙側からファンでクリーニングローラの非通紙部を風冷し、トナーの逆流を防止する。また、風冷する位置を選ぶことにより、全ての小サイズでの逆流を防止する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱定着すべき顕画像（トナー画像）を担持した記録材に熱エネルギーを与えてトナー画像を加熱定着する定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、記録紙上の顕画像を定着する手段として、熱ローラを用いたものが知られているが、消費電力が大きく、定着可能な温度に到達するまでの時間いわゆるウォームアップが長くなる等の欠点があった。
【０００３】
これに対し、この欠点を改善する耐熱性フィルムを用いた定着方式が特開昭６３−３１３１８２号公報に記載されている。この公報に記載されている定着装置は、薄肉の耐熱性フィルムと、該フィルムの駆動ローラと、該フィルムの内周面に摺接するように固定支持して配置された加熱体と、該フィルムの外周面と接触し、該フィルムを介して該加熱体に圧接するように配設された加圧部材とを備えている。
【０００４】
上記フィルム及び加圧部材は、少なくとも画像定着実行時において、記録材の搬送速度と同一速度で回動されており、上記フィルムを介して形成される加熱体と加圧部材の定着ニップ部で記録材を挟持搬送することにより、記録材上の顕画像（未定着トナー像）に加熱体の熱エネルギーを付与して顕画像を軟化・溶解し、さらに上記記録材を上記定着ニップ部から排出することによって顕画像を冷却固化させて記録材上に定着するようになっている。
【０００５】
このフィルム定着方式はウォームアップが非常に短いため、加熱体を予め昇温させておく（いわゆるスタンバイ温調）必要がなく、省エネルギーが実現できる。
【０００６】
ここで加圧ローラに低熱容量のクリーニングローラを当接させることにより残留トナーを除去し、加圧ローラの汚れが記録材を汚すのを防ぐのに効果がある。即ち、熱伝導性の高い材質でクリーニングローラを形成することにより、クリーニングローラを加圧ローラに当接させることで、加圧ローラを清掃するだけでなく、非通紙部の過昇温を抑えて温度分布を均一にし、定着フィルム、加圧ローラの耐久性の向上、オフセットの防止、定着フィルムの寄りの制御を安定させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法は複写速度が一定の値までしか対応できず、一定の値を超えると非通紙部の昇温が激しくなり、そのためクリーニングローラにより除去した残留トナーが溶解し、加圧ローラ貼り付き、それが記録材を汚して画像を劣化させるという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は複写速度が速い画像形成装置に対して残留トナーの溶解を防止し、良好な画像を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）固定支持された発熱体に摺接しながら有端または無端移動自在に配設されたフィルム部材と、該フィルム部材を介して上記発熱体に圧接するように配設された回転自在に支持されている弾性ローラ体の加圧部材と、該加圧手段に対して接触するように配設された回転自在のローラ体である清掃部材とを有し、該フィルム部材と該加圧手段の圧接部にて記録材を挟持搬送せしめる像加熱装置において、
記録材の排出方向から該清掃部材を冷却する冷却部材を１つ乃至複数個有し、幅が小さい記録材を加熱する際に、該冷却部材によって該清掃手段を冷却することを特徴とする像加熱装置。
【００１０】
（２）該清掃部材の冷却手段が、記録材の幅に応じて冷却する位置が異なることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
（１）画像形成装置例
図１は画像形成装置例の概略図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンターである。
【００１２】
３１は像担持体としての電子写真感光体ドラム（以下、ドラムと略記する）であり、矢示の時計方向に所定のプロセススピード（周速度、画像形成速度）で回転駆動される。本例はプロセススピード１５０ｍｍ／ｓｅｃである。
【００１３】
ドラム３１は回転過程において帯電手段としての帯電ローラ３２により所定の極性・電位に一様に一次帯電処理を受ける。本例はマイナス帯電である。Ｓ１は帯電ローラ３２に対する帯電バイアス印加電源である。
【００１４】
次いで、その一次帯電面に、レーザースキャナー３３から出力される、目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザー光による走査露光Ｌを受けることで露光明部のドラム電位が減衰して、ドラム周面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００１５】
次いで、その静電潜像が現像手段としての反転現像装置３４によりネガ現像剤（マイナス帯電トナー）によりトナー画像として反転現像（ドラム面の露光明部にトナーが付着）される。３４ａは現像ローラ（または現像スリーブ）である。Ｓ２は現像ローラ３４ａに対する現像バイアス印加電源である。
【００１６】
次いで、そのトナー画像が、ドラム３１と転写手段としての転写ローラ３５との圧接ニップ部である転写部３５ａにおいて、該転写部３５ａに不図示の給紙部から所定のタイミングで給送された記録材（転写材）Ｐの面に順次に転写される。Ｓ３は転写ローラ３５に対する転写バイアス印加電源である。本例では転写バイアスが印加された転写ローラ３５により記録材Ｐの裏面がトナーの帯電極性（マイナス）とは逆極性であるプラスに帯電されることで、ドラム３１面側のマイナス極性のトナー画像が記録材Ｐ面側に静電気力で転写される。
【００１７】
転写部３５ａを通った記録材は除電針３６（或いは分離チャージャー）により除電され不図示の分離手段との協動でドラム３１面から分離され、加熱定着装置３７へ搬送導入されてトナー画像の加熱定着処理を受けてプリントとして出力される。あるいは両面プリントモードまたは多重プリントモードの場合には転写部３５ａへの再給送部へ導入される。
【００１８】
記録材分離後のドラム３１面はクリーニング装置３８により転写残りトナー等の残留付着物の除去を受けて、繰り返して作像に供される。
【００１９】
（２）加熱定着装置３７
図２は加熱定着装置３７の拡大模型図である。
【００２０】
ａ）装置の全体的構成と動作
本例の加熱定着装置３７は特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、同４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示の所謂テンションレスタイプのフィルム加熱方式の装置である。即ち、定着フィルム２として円筒状（エンドレス状）のものを用い、該フィルムの周長の少なくとも一部はテンションフリー（テンションが加わらない状態）とし、該フィルム２を加圧回転体としての加圧ローラ９（圧接ローラ、バックアップローラ）の回転駆動力で回転駆動するようにしたものである。
【００２１】
３は加熱体支持部材兼フィルム内面ガイド部材としての、横断面略半円弧状樋型の耐熱性・断熱性のステーである。本例は耐熱モールド材でできたプラスチックステーである。加熱体１はこのステー３の下面の略中央部にステー長手に沿って形成具備させた溝部に嵌入して耐熱性接着剤で固定支持させてある。プラスチックステー３は加圧ローラ９の圧と加熱体１による撓みを抑えるために、ＦｅやＡｌ製の板金ステー３ａによってバックアップされている。
【００２２】
円筒状の定着フィルム２は上記のプラスチックステー３・加熱体１・板金ステー３ａからなるアセンブリにルーズに外嵌させてある。
【００２３】
弾性加圧ローラ９はその芯金９ａの両端軸部を回転自由に軸受保持させてある。そして上記定着フィルム２を外嵌させたプラスチックステー３・加熱体１・板金ステー３ａからなるアセンブリを加熱体１を下向きにして加圧ローラ９の上側に配置し、金属ステー３ａに不図示の付勢手段で総圧４〜２０ｋｇの押し下げ力を作用させることで加熱体１を加圧ローラ９に定着フィルム２を挟ませて加圧ローラの弾性に抗して圧接させてある。Ｎは定着フィルム２を挟んで加熱体１と加圧ローラ９の間に形成される定着ニップ部である。
【００２４】
１０はクリーニングローラであり、定着しきれなかった残留トナーを除去し、加圧ローラの汚れが記録材を汚すのを防ぐのに効果がある。また、熱伝導性の高い材質（Ａｌ等）でクリーニングローラを形成することにより、加圧ローラを清掃するだけでなく、非通紙部の過昇温を抑えて温度分布を均一にできる。
【００２５】
加圧ローラ９は不図示の駆動手段により不図示の動力伝達系を介して回転駆動力が伝達されて矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ９の回転駆動により定着ニップ部Ｎにおける該ローラと定着フィルム外面との摩擦力で定着フィルム９に回転力が作用して該フィルム９が加熱体１に密着摺動しながら矢示の時計方向ａにステー３の外回りを回転駆動される。ステー３は定着フィルム２の回転移動を容易にする働きをする。定着ニップ部Ｎにおける加熱体１と定着フィルム２との摺動抵抗を低減するために両者間に耐熱性グリス等の潤滑剤を存在させるとよい。
【００２６】
プリントスタート信号に基づいて、或はコピーボタンが押されることで、或いは加熱定着装置３７よりも記録材搬送方向上流側に記録材搬送路中に配設した記録材検知手段による記録材検知信号に基づいて、加圧ローラ９の回転駆動が開始され、また加熱体１のヒートアップが開始される。
【００２７】
加圧ローラ９の回転による定着フィルム２の回転周速度が定常化し、加熱体１の温度が所定に立ち上がった状態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム２と加圧ローラ９との間に被加熱剤としてのトナー画像Ｔを担持させた記録材Ｐがトナー画像担持面側を定着フィルム２側にして導入されることで、記録材Ｐは定着ニップ部Ｎにおいて定着フィルム２を介して加熱体１に密着して定着ニップ部Ｎを定着フィルム２と一緒に移動通過していく。その移動通過過程において加熱体１の熱が定着フィルム２を介して記録材Ｐに付与されてトナー画像Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着フィルム２の面から分離されて搬送される。
【００２８】
本例のテンションレスタイプのフィルム加熱方式の装置は、定着フィルム回転駆動状態時に定着ニップ部Ｎと、該定着ニップ部よりも定着フィルム回転方向上流側のステー外面部分と定着フィルムとの接触摺動部領域の定着フィルム部分のみにテンションが作用し、残余の大部分のフィルム部分にはテンションが作用しない。そのため、定着フィルム駆動トルクが小さい、定着フィルム９のステー長手に沿う寄り移動力が小さい等の特長がある。
【００２９】
ｂ）加熱体１
加熱体１は記録材Ｐの搬送方向に直交する方向を長手とする低熱容量の横長の線状加熱体である。本例はセラミックヒータである。図３の加熱体１の拡大模型図において、１ａは記録材Ｐの搬送方向に直交する方向を長手とする、厚さ１．０ｍｍの良熱伝導性・絶縁性・高耐熱性・低熱容量のヒータ基板、例えばアルミナ等のセラミック基板である。１ｂはこのヒータ基板１ａの一方面（表面）側に基板幅方向の略中央部に基板長手に沿ってスクリーン印刷等で細帯状にパターン形成した通電発熱体層であり、例えば銀−パラジュームである。１ｃはこの通電発熱体層１ｂを覆わせて形成した耐電圧ガラス層（絶縁保護層）である。１ｅはこの耐電圧ガラス層１ｃの表面に形成した導電層（電極層）である。１ｄはヒータ基板１ａの他方面（裏面）側に接触させて設けた加熱体温度検温素子、例えばサーミスタである。１ｆはこの耐電圧ガラス層１ｃの表面に形成した加熱体温度検温素子１ｅの導電層（電極層）である。
【００３０】
上記の加熱体１は通電発熱体層形成面側である表面側を外側に露呈させてステー３の下面の略中央部にステー長手に沿って形成具備させた溝部に嵌入して耐熱性接着剤で固定支持させてある。
【００３１】
耐電圧ガラス層１ｃの表面に形成した導電層１ｅは定着ニップ部Ｎにおいて定着フィルム２の内面に密着接触する。この導電層１ｅは整流素子（ダイオード）８・抵抗器１２を介して接地してある。
【００３２】
通電発熱体層１ｂにはその長手両端部間に不図示のＡ／Ｃドライバで電力供給がなされることで通電発熱体層１ｂが発熱し、加熱体１全体が迅速に昇温する。この加熱体１の昇温が加熱体裏面側の検温素子１ｄで検知される。検知された加熱体温度は電気信号として不図示のＡ／Ｄコンバータに送られ、該コンバータを介して不図示のＣＰＵに入力される。ＣＰＵはこの入力信号に基づいてＡ／Ｃドライバを制御し、加熱体温度が所定の適正温度に温調されるように通電発熱体層１ｂへの通電電力が制御される。
【００３３】
ｃ）定着フィルム２
定着フィルム２は、本例の場合は図４に層構成模型を示したように、ベースフィルム層（基層）２ａ、プライマー層２ｂ、離型層２ｃの３層構成フィルムである。
【００３４】
ベースフィルム層２ａは、ポリイミド・ポリエーテルケトン・ポリエーテルスルフォン・ポリエーテルイミド・ポリパラバン酸等の耐熱性・絶縁性を有するものをベースとして、これに金属ホウ化粉末等の熱伝導率の高いフィラーを混合・分散させ、厚さ２０〜８０μｍ程度の円筒形状フィルムに成形したものである。
【００３５】
このベースフィルム層２ａの外周面にプライマー層２ｂを厚さ５μｍ程度に積層コートしてからＰＦＡ・ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂やシリコーン樹脂からなる厚さ５〜２０μｍ程度の離型層２ｃを形成したものである。
【００３６】
ベースフィルム層２ａと離型層２ｃの接着性が良い場合には、プライマー層２ｂを省略した２層構成フィルムでも支障はない。また他の機能を持つ層をこれらの間に介在させる等して、２層以上の層で定着フィルム２を構成しても使用可能であるが、定着性を維持するためにはなるべく全体厚みを薄くし、熱伝導性が良くなるような層構成が望ましい。
【００３７】
ｄ）加圧ローラ９
本例の加圧ローラ９は、図５の層構成模型のように、Ｆｅ・Ａｌ等の金属の芯金９ａの周りにシリコーンゴム・フッ素ゴム等でできた弾性ゴム層９ｂを設け、さらにその外周に絶縁性離型層９ｃを設けてある。
【００３８】
本例の加圧ローラ９の弾性ゴム層９ｂは、ゴム材中に、カーボンブラック・グラファイト等の導電性フィラーを分散させて低抵抗化（１０８Ωｃｍ以下）させてある。
【００３９】
絶縁性離型層９ｃは、ＰＦＡ・ＰＴＦＥ・ＦＥＰ・ＥＴＦＥ等の絶縁性のフッ素樹脂を厚さ２０〜１００μｍ程度にコーティングもしくはチューブ状にして被覆して形成具備させたものである。
【００４０】
以上の構成により１分間に３０枚の割合で幅が２１０〜２５７ｍｍの記録材を１００枚流しつづけたところ、加圧ローラ９の非通紙部の温度は２５０℃以上、クリーニングローラの非通紙部の温度は２００℃以上にまで達し、それによりクリーニングローラ１３により回収された残トナーが融解し、クリーニングローラ１３から剥がれ加圧ローラに戻った（以後この現象を逆流と呼ぶ）。この直後に幅が大きい記録材を流すと、逆流トナーが記録材に付着し、良好な画像を提供することができなかった。また、逆流はクリーニングローラ１３の温度が１８０℃以上になったら発生することが発明者の検討によって分かっている。
【００４１】
そこで本実施例において、幅が２１０〜２５７ｍｍの記録材を通紙する際にのみ２個のファン６１で排紙側からクリーニングローラの非通紙部を冷却するというモードを実施した。（図７は本施例におけるクリーニングローラ１３の周辺構造を示す説明図である。）詳しくは、画像形成スタートと同時に冷却を始め、画像形成終了後にファンを止めた。
【００４２】
その結果、クリーニングローラの温度は１２０℃以上にはならず、逆流は発生し無かった。
【００４３】
（実施例２）
実施例１では確かに非通紙部の温度を下げることはできたが、画像両端部の定着性が悪くなるという弊害があった。これはヒータ・加圧ローラ・クリーニングローラの温度を過剰に冷却したためである。
【００４４】
そこで本実施例において、クリーニングローラの非通紙部に風が当たるようにダクト６２を作り、１個のファン６１で冷却を実施した（図８は本施例におけるクリーニングローラ１３の周辺構造を示す説明図である。）。
【００４５】
その結果、実施例１と同様な作業を行ったところクリーニングローラ１３の温度は１６０℃以上にはならず、逆流が発生し無かった。また、画像両端部の定着性もいい良好な画像を得ることができたと共に、コストを下げることができた。
【００４６】
（実施例３）
実施例２では逆流も起きず、良好な画像を得ることができたが、これは幅が２１０〜２５７ｍｍ以上の場合である。そのため、ハガキや封筒などの幅が２１０ｍｍ以下の場合には、冷却場所が外側に位置しすぎるため、クリーニングローラ１３の温度が１８０℃を超えてしまい、逆流が発生した。
【００４７】
そこで本実施例において、幅が２１０ｍｍ以上の際の非通紙部を冷却するファン６１と、幅が２１０ｍｍ以下の非通紙部を冷却するファン６１を用いて冷却を実施した。（図９は本施例におけるクリーニングローラ１３の周辺構造を示す説明図である。）詳しくは、幅によって稼働するファン６１を制御した。
【００４８】
その結果、１分間に３０枚の割合でハガキ・封筒を１０分間流しつづけても、クリーニングローラ１３の温度は１７０℃以上にはならず、実施例２と同様に幅が２１０ｍｍ以下の記録材でもトナーの逆流が発生することが無いと共に良好な画像を得ることができた。
【００４９】
（実施例４）
実施例３で全ての記録材において逆流も起きず、良好な画像を得ることができた。しかしながら、ファンを２個使用しているためコストが上がってしまった。
【００５０】
そこで本実施例において、ダクトを伸縮可能な形状にし、幅が２１０ｍｍ以上と幅が２１０ｍｍ以下で位置を変えて冷却するというモードで行った。（図１０は本施例におけるクリーニングローラ１３の周辺構造を示す説明図である。）詳しくは、幅が２１０ｍｍ以上の場合にはダクトが伸び、幅が２１０ｍｍ以下の場合にはダクトが縮み、冷却した。
【００５１】
その結果、クリーニングローラの温度は１７０℃以上にはならず、実施例３と同様に逆流が発生することが無く、良好な画像を得ることができた。
【００５２】
【発明の効果】
以上に述べたように、クリーニングローラを排出方向からファンで冷却することによって、クリーニングローラからの逆流を防止することができたと共に、良好な画像を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加熱定着装置を備える画像形成装置要部の概略構成図である。
【図２】本発明に係る加熱定着装置の概略構成図である。
【図３】本発明に係る加熱体の概略構成図である。
【図４】本発明に係る定着フィルムの概略構成図である。
【図５】本発明に係る加圧ローラの概略構成図である。
【図６】本発明の実施例１、２、３、４に係る加熱定着装置の概略構成図である。
【図７】本発明の実施例１に係るクリーニングローラの周辺構造図である。
【図８】本発明の実施例２に係るクリーニングローラの周辺構造図である。
【図９】本発明の実施例３に係るクリーニングローラの周辺構造図である。
【図１０】本発明の実施例４に係るクリーニングローラの周辺構造図である。
【符号の説明】
１．　加熱体
１ａ．　ヒータ基板
１ｂ．　通電発熱体層
１ｃ．　耐電圧ガラス層（絶縁保護層）
１ｅ・１ｆ．　導電層（電極層）
１ｄ．　加熱体温度検温素子
２．　定着フィルム
２ａ．　ベースフィルム層（基層）
２ｂ．　プライマー層
２ｃ．　離型層
３．　プラスチックステー
３ａ．　板金ステー
９．　加圧ローラ
９ａ．　芯金
９ｂ．　弾性ゴム層
９ｃ．　絶縁性離型層
１０．　クリーニングローラ
３１．　電子写真感光体ドラム
３２．　帯電ローラ
３３．　レーザースキャナー
３４．　反転現像装置
３４ａ．　現像ローラ（または現像スリーブ）
３５．　転写ローラ
３５ａ．　圧接ニップ部
３６．　除電針
３７．　加熱定着装置
３８．　クリーニング装置
６１．　冷却ファン
６２．　ダクト
Ｌ．　走査露光
Ｎ．　定着ニップ部
Ｓ１．　帯電バイアス印加電源
Ｓ２．　現像バイアス印加電源
Ｓ３．　転写バイアス印加電源

Claims (2)

1. 固定支持された発熱体に摺接しながら有端または無端移動自在に配設されたフィルム部材と、該フィルム部材を介して上記発熱体に圧接するように配設された回転自在に支持されている弾性ローラ体の加圧部材と、該加圧手段に対して接触するように配設された回転自在のローラ体である清掃部材とを有し、該フィルム部材と該加圧手段の圧接部にて記録材を挟持搬送せしめる像加熱装置において、
   記録材の排出方向から該清掃部材を冷却する冷却部材を１つ乃至複数個有し、幅が小さい記録材を加熱する際に、該冷却部材によって該清掃手段を冷却することを特徴とする像加熱装置。
2. 該清掃部材の冷却手段が、記録材の幅に応じて冷却する位置が異なることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。

Images