JPH1152767A

JPH1152767A - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JPH1152767A
Application number: JP20357397A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Kimura; 木村　　茂雄
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 1999-02-26
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JP3576760B2

Abstract

(57)【要約】【課題】転写材上に転写されたトナー画像にトナー層
厚の高い部分と低い部分がある場合でも、良好な定着が
できるようにする。【解決手段】加熱体１２の転写材Ｐの搬送方向下流側
に加熱体１２に近接または接触して弾性体１３を設け、
加熱体１２と加圧ローラ１１との圧接部Ｎ１で転写材Ｐ
上のトナー画像Ｔａを加熱溶融して、弾性体１３と加圧
ローラ１１との圧接部Ｎ２で加熱溶融されたトナー画像
Ｔａを加熱・加圧することにより、弾性体１３はトナー
画像Ｔａの形状にならうので、トナー画像Ｔａが多色ト
ナー画像の場合でも十分に混色させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録媒体、例えば
転写材上に転写された現像剤画像を加熱・加圧して定着
させる定着装置、及び該定着装置を備えた電子写真プロ
セスを利用して画像形成を行う複写機、プリンタ、ファ
クシミリ等の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真プロセスを利用した画像形成装
置は、画像形成時には、像担時体としてのドラム型の電
子写真感光体（以下、感光ドラムという）の表面を帯電
装置によって一様に帯電処理し、帯電された感光ドラム
表面を露光装置によって露光して静電潜像を形成する。
そして、この静電潜像を現像装置で現像してトナー画像
を形成し、このトナー画像を転写装置によって記録媒体
である紙などの転写材に転写して、定着装置によりトナ
ー画像が転写材上に永久固着画像として定着される。

【０００３】前記定着装置として、最近では、固定支持
された加熱体（サーマルヒータ、以下ヒータという）
と、該ヒータに対向圧接しつつ搬送される耐熱性フィル
ム（定着フィルム）と、該定着フィルムを介して転写材
をヒータに密着させる加圧部材を有し、ヒータの熱を定
着フィルムを介して転写材へ付与することで転写材上に
形成担持されている未定着トナー画像を転写材上に加熱
定着させる方式、構成の定着装置（フィルム加熱方式）
が考案されている。

【０００４】このようなフィルム加熱方式の定着装置
は、熱ローラ方式、熱板方式、ベルト方式、フラッシュ
定着方式、オープン定着方式等の他の熱定着式装置との
対比において、ヒータとして低熱容量加熱体を用いるこ
とができ、また、加熱体であるヒータの温度を比較的低
くできるため、省電力化、及び電源投入から画像出力ま
での時間短縮化（クイックスタート性）が可能である。

【０００５】加熱体としてのヒータは、セラミック等の
耐熱性、良熱伝導性の低熱容量の絶縁基板（ベース材）
に低熱容量の通電発熱抵抗体を線状もしくは帯状に塗工
するなどして形成具備された態様の低熱容量のものが使
用され、抵抗体への通電よりヒータは抵抗体及び基板の
熱容量が小さいので、その表面が所要の定着温度（例え
ば約２００℃前後）まで急速に温度上昇する。

【０００６】そして、このヒータに接する定着フィルム
も熱容量が小さく、ヒータ側の熱エネルギーが定着フィ
ルムを介して、この定着フィルムに圧接状態の転写材側
に効果的に伝達されてトナー画像の加熱定着が実行され
る。

【０００７】また、ヒータの温度制御は、ヒータ温度を
検温素子で検知させ、その温度検知情報により通電発熱
抵抗体への通電を制御して、ヒータの温度を所定の定着
温度に温調管理する通電制御構成がとられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のフィルム加熱方式の定着装置では、表面がガラス等
のセラミックからなる加熱体に定着フィルムを高い圧で
加圧しつつ摺擦させていたので、定着フィルムが摩耗
し、寿命が短くなるという問題点があった。特に、フル
カラー画像のように多層のトナー層からなる画像におい
ては、トナーが溶融軟化状態にあるときに高い加圧を与
え十分に混色させる必要があり、寿命向上が難しかっ
た。

【０００９】また、未定着トナー像にトナー層厚が高い
部分と低い部分がある場合に、加熱体表面が剛体である
と、トナー層厚が低い部分のトナーに十分な圧が与えら
れずに定着性が不十分になったり、オフセットを生じた
りすることがあった。

【００１０】さらに、ＯＨＰ用のトランスペアレンシー
シートにカラー画像を形成する場合には、トナー厚が低
い部分のトナーが十分に溶融しないと、投影時に光透過
性が悪く、黒ぽくなってしまうという問題点があった。
一般には、トナー像の輪郭部分でこのような現象が生じ
やすい。

【００１１】これらの問題点を解決する方法として、加
熱体表面または定着フィルムにゴム弾性層を設ける等の
方法も提案されているが、これらの方法は、弾性層を介
して熱を伝えるために、この弾性層を厚くすると加熱効
率が低下するのであまり厚くできず、十分な効果が得ら
れなかった。

【００１２】また、加熱体によりトナー画像を加熱溶融
した後に、加圧用回転体等により定着フィルムと転写材
を相互加圧する手段を設けた装置が提案されているが、
加熱定着ニップを通過した後に別の加圧用回転体で加圧
する方式では、加圧工程と加熱工程とが離れており、ま
た、加圧用回転体の熱容量が大きく加圧用回転体が温ま
りにくい。

【００１３】このため、トナーが溶融軟化状態にあると
きに加圧するのが困難であり、加圧部材に別の加熱手段
を設ける必要があった。また、加熱ニップ通過後に、定
着フィルムと転写材が離れたりずれたりすることがあっ
た。

【００１４】そこで本発明は、装置の寿命向上及び良好
な定着を行うことができる定着装置及び画像形成装置を
提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みなされたものであって、加熱体と、該加熱体と一方側
の面に接触摺動し他方側の面で被加熱体と接する回転自
在な無端状の耐熱性の定着フィルムと、該定着フィルム
を介して前記被加熱体を前記加熱体に当接させる回転自
在な加圧部材とを備え、前記加熱体と前記加圧部材によ
り形成される圧接ニップ部に前記定着フィルムと前記被
加熱体が一緒に挟持搬送されることによって前記被加熱
体を加熱する定着装置において、前記加熱体の前記被加
熱体の搬送方向下流側に近接または接触して、前記定着
フィルムを介して前記加圧部材と当接される弾性部材を
設けたことを特徴としている。

【００１６】また、前記加熱体と前記加圧部材間の加圧
力よりも前記弾性部材と前記加圧部材間の加圧力の方が
大きくなるように設定されていることを特徴としてい
る。

【００１７】また、前記弾性部材の前記定着フィルムと
の摺動面近傍の温度を検知する温度検知手段を有し、該
温度検知手段で検知される前記弾性部材の温度情報に基
づいて前記加熱体の温度制御を行うことを特徴としてい
る。

【００１８】また、前記弾性部材の少なくとも前記定着
フィルムとの摺動面に摺動性のよい薄膜層を有すること
を特徴としている。

【００１９】また、本発明に係る画像形成装置は、像を
担持する像担持体と、該像担持体上に形成されたトナー
画像を転写材へ転写する転写手段と、前記転写材上に転
写されたトナー画像を加熱・加圧して定着させる請求項
１乃至４のいずれか１項記載の定着装置とを備えたこと
を特徴としている。

【００２０】（作用）本発明の構成によれば、加熱体の
被加熱体の搬送方向下流側に近接または接触して、定着
フィルムを介して加圧部材と当接される弾性部材を設け
たことにより、加熱体と加圧部材間に定着フィルムと一
緒に挟持搬送される被加熱体、例えば未定着トナー画像
を担持した転写材は加熱体によって加熱・加圧され、ト
ナー画像が溶融軟化状態にされる。そして、この溶融軟
化状態にあるトナー画像を、弾性部材と加圧部材間で加
熱・加圧することにより、弾性部材はトナー画像の形状
にならうので、トナー厚みの低いトナー画像等において
も良好な定着を行うことができる。

【００２１】また、加熱体と加圧部材間の加圧力を弾性
部材と加圧部材間の加圧力よりも小さくすることによっ
て、加熱体と摺動する定着フィルムの傷の発生や摩耗を
低減することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について説明する。

【００２３】（第１の実施の形態）図１は、本実施の形
態に係る定着装置を備えた画像形成装置（本実施の形態
ではレーザービームプリンタ）を示す概略構成図であ
る。

【００２４】この画像形成装置は、像担持体としての感
光ドラム１、帯電ローラ２、露光装置３、現像装置４、
転写ローラ５、定着装置６を備えている。

【００２５】感光ドラム１は、負帯電のＯＰＣ感光ドラ
ムであり、アルミニウム製のドラム基体上に感光層など
を有し、所定のプロセススピードで矢印ａ方向に回転駆
動される。

【００２６】帯電ローラ２は、感光ドラム１表面に所定
の押圧力で当接されて感光ドラム１の回転駆動に伴い従
動回転し、帯電バイアス電源（不図示）から帯電ローラ
２に対して所定の帯電バイアスを印加して、感光ドラム
１を所定の極性、電位に帯電処理する。

【００２７】露光装置３は、入力される画像情報に応じ
てレーザー光による露光を反射ミラー３ａを介して帯電
処理された感光ドラム１上に行って静電潜像を形成す
る。

【００２８】現像装置４は、本実施の形態では現像スリ
ーブ４ａを有する反転現像装置であり、現像スリーブ４
ａには現像バイアス電源（不図示）から所定の現像バイ
アスが印加される。

【００２９】転写ローラ５は、感光ドラム１表面に所定
の押圧力で当接され、転写バイアス電源（不図示）から
所定の現像バイアスが印加される。

【００３０】定着装置６は、定着フィルム１０と加圧ロ
ーラ１１を有しており、定着フィルム１０を介して加圧
ローラ１１と対向する定着フィルム１０内には、定着フ
ィルム１０の長手方向に沿って加熱体１２が保持されて
いる（定着装置６の詳細な構成、動作については後述す
る）。

【００３１】次に、上述した画像形成装置の画像形成動
作について説明する。

【００３２】画像形成時には、感光ドラム１は駆動手段
（不図示）により矢印ａ方向に所定のプロセススピード
で回転駆動され、帯電バイアスが印加された帯電ローラ
２により負極性の一様な帯電処理を受ける。

【００３３】そして、帯電処理された感光ドラム１表面
に露光装置３から反射ミラー３ａを介してレーザー光に
よる露光が与えられ、入力される画像情報に応じた静電
潜像が形成される。そして、現像バイアスが印加された
現像スリーブ４ａによって静電潜像が現像され、トナー
像として可視化される。

【００３４】そして、感光ドラム１表面のトナー像が転
写ローラ５と感光ドラム１間の転写ニップに到達する
と、このタイミングに合わせて転写材Ｐがこの転写ニッ
プに搬送され、転写バイアスが印加された転写ローラ５
によりトナー像が転写される。トナー像が転写された転
写材Ｐは定着装置６の定着フィルム１０と加圧ローラ１
１間に搬送され、転写材Ｐ上にトナー像を加熱溶着して
出力される。

【００３５】次に、定着装置６の構成について説明す
る。

【００３６】図２は、定着装置６の拡大断面図である。

【００３７】定着装置６は、加熱体１２と弾性体１３を
有するヒータユニット１４と、ヒータユニット１４と片
面で接触摺動するエンドレスフィルム状の耐熱性の定着
フィルム１０と、定着フィルム１０を介して転写材Ｐを
ヒータユニット１４の加熱体１２と弾性体１３に当接さ
せるゴム弾性層を有する加圧ローラ１１を備えている。

【００３８】定着フィルム１０は、駆動ローラ１５、テ
ンションローラ１６、及びヒータユニット１４によって
懸回張設されている。ＰＰＳ等の耐熱樹脂からなる断熱
ホルダ１７に接着された加熱体１２と、シリコーンゴム
からなる弾性体１３は、ＳＵＳからなる支持体１８に固
定されている。加熱体１２表面には温度検知素子１９が
設置されている。弾性体１３は、加熱体１２の転写材Ｐ
搬送方向下流側に接触して設置されている。

【００３９】加圧ローラ１１は、付勢手段（不図示）に
よって総圧５〜５０Ｋｇの当接圧を持ってヒータユニッ
ト１４に対向当接させてあるが、弾性体１３の方が加熱
体１２よりもやや下方（加圧ローラ１１側）に突出する
ように配置されており、弾性体１３と加圧ローラ１１間
の加圧力の方が、加熱体１２と加圧ローラ１１間の加圧
力よりも大きくなるように構成されている。

【００４０】定着フィルム１０は、駆動ローラ１５の時
計回り方向の回転駆動に伴い矢印ｂ方向に所定の周速度
を持ってしわや蛇行、速度むらなく回動駆動される。加
圧ローラ１１は、定着フィルム１０の走行に従動して矢
印ｃ方向に回転する。

【００４１】回動駆動される定着フィルム１０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、一般的には総厚１００μｍ以下、
好ましくは４０μｍ以下の薄肉のものを使用する。例え
ばポリイミド（ＰＩ）・ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）
・ＰＥＳ・ＰＦＡ（４フッ化エチレン−パーフルオロア
ルキルビニルエーテル共重合体樹脂）などの耐熱樹脂の
単層フィルム、或いは複合層フィルム、例えば２０μｍ
厚フィルムの少なくとも画像当接面側にＰＴＦＥ（４フ
ッ化エチレン樹脂）・ＰＡＥ・ＦＥＰ等のフッ素樹脂に
導電材を添加した離型性コート層を１０μｍ厚に施した
ものなどである。

【００４２】加熱体１２は、定着フィルム１０の面移動
方向と交差する方向を長手とする低熱容量線状加熱体で
あり、ヒータ基板１２ａ、通電発熱抵抗体（発熱体）１
２ｂ、保護層１２ｃからなる。ヒータ基板１２ａは、耐
熱性・絶縁性・低熱容量の部材であり、一例として厚み
１ｍｍ・幅１０ｍｍ・長さ２４０ｍｍのアルミナ基板で
ある。

【００４３】発熱体１２ｂは、ヒータ基板１２ａの下面
（定着フィルム１０との対面側）の弾性体１３に近い部
分に長手に沿って、例えば、Ａｇ／Ｐｄ（銀／パラジウ
ム）、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塗工し、その上に
保護層１２ｃとして耐熱ガラスを約１０μｍコートした
ものである。

【００４４】弾性体１３として、アスカーＣ硬度で４０
〜５０°の厚み２．５ｍｍのシリコーンゴムを用いた。
また、トナー画像の高低により追随させるには、アスカ
ーＣ硬度で２０〜４０°のシリコーンスポンジや、ノー
メックス（商品名）等の耐熱性不織布やフェルトがよ
い。

【００４５】温度検知素子１９は、一例としてヒータ基
板１２ａの上面（発熱体１２ｂを設けた面とは反対側の
面）の略中央部にスクリーン印刷等により塗工して具備
させたＰｔ膜等の低熱容量の測温抵抗体である。温度検
知素子１９としては、他に低熱容量のサーミスタなどを
ヒータ基板１２ａに当接配置する構成にしてもよい。

【００４６】加熱体１２は発熱体１２ｂに対する通電に
よる発熱で加熱され、温度検知素子１９を含む温調回路
（不図示）により所定の定着温度に温調制御される。

【００４７】次に、定着装置６による定着動作について
説明する。

【００４８】上述した画像形成動作によって定着装置６
へ搬送された未定着のトナー画像Ｔａを上面に担持した
転写材Ｐは、加熱体１２と加圧ローラ１１との圧接部Ｎ
１の、定着フィルム１０と加圧ローラ１１との間に進入
する。

【００４９】加熱体２は、画像形成スタート信号により
所定のタイミングで通電加熱されるので、トナー画像Ｔ
ａは圧接部Ｎ１において、加熱体１２で定着フィルム１
０を介して加熱を受けて加熱溶融化する。

【００５０】圧接部Ｎ１を通過した転写材Ｐは、引き続
き定着フィルム１０と密着したまま弾性体１３と加圧ロ
ーラ１１との圧接部Ｎ２を通過する。

【００５１】圧接部Ｎ２においては、圧接部Ｎ１で加熱
溶融された転写材Ｐ上のトナー画像Ｔａが、圧接部Ｎ１
で熱せられた定着フィルム１０と共に弾性体１３により
大きな加圧力を受けることにより、多層のトナー画像か
らなるカラー画像でも十分に混色が行われる。このと
き、弾性体１３は、トナー像による高低に追随し変形す
ることで、薄肉の定着フィルム１０がトナー像の高低部
に密着し加圧されるので、トナー像輪郭部も十分に溶融
し、混色される。

【００５２】また、ＯＨＰシート上にカラー画像を形成
しても、透過画像において黒く疑似輪郭が生じることを
防止することができる。

【００５３】圧接部Ｎ２を通過した後、定着フィルム１
０と転写材Ｐは順次に曲率分離されて、トナー像が定着
された転写材Ｐが排出される。

【００５４】このように、本実施の形態では、圧接部Ｎ
１における加圧力を小さくすることでガラス等からなる
保護層１２ｃと定着フィルム１０の摺動により生じる定
着フィルム１０内面の摩耗を低減し、装置の寿命向上が
できた。

【００５５】さらに、圧接部Ｎ２における加圧力を圧接
部Ｎ１よりも大きくすることができるので、上述したよ
うに多層のトナー画像からなるカラー画像やＯＨＰシー
ト上にカラー画像を形成した場合でも良好な定着を行う
ことができる。

【００５６】また、加圧工程を行う圧接部Ｎ２におい
て、支持体１８側へ弾性体１３から熱が逃げない方が加
熱体１２の温度を低くすることができるので、省エネの
観点から弾性体１３は断熱性の高い材料で、例えば発泡
体やフェルトのように気泡を有するものがよい。

【００５７】（第２の実施の形態）図３は本実施の形態
に係る画像形成装置の定着装置を示す拡大断面図であ
る。

【００５８】本実施の形態における定着装置は、ヒータ
ユニット１４の弾性体１３としてフェルト（本実施の形
態ではノーメックス（商品名））１３を用い、弾性体１
３の定着フィルム１０との摺動面側の内側に長手方向略
中央部に第２温度検知素子２０を配置し、かつ弾性体１
３の定着フィルム１０との摺動面を、長手全域に渡って
テフロンからなる厚み２０μｍのシート２１で覆った構
成である。他の構成及び動作は第１の実施の形態と同様
である。

【００５９】上述した画像形成動作時に、連続で定着処
理を続けると弾性体１３の温度が高くなりすぎ、定着フ
ィルム１０と転写材Ｐが剥離するときのトナー画像の溶
融粘度が低すぎて、いわゆる高温オフセットを生じるこ
とがある。

【００６０】また、定着装置６が十分に冷えた状態から
定着処理をスタートすると、１枚目の転写材Ｐの定着処
理を行うときに、弾性体１３の温度が十分に上がってい
ないので、弾性体１３と加圧ローラ１１との圧接部Ｎ２
において加圧しても瞬時にトナー画像が冷却し、定着不
足になることがある。

【００６１】このため、本実施の形態例においては、定
着動作時に、第２温度検知素子２０により定着工程中の
弾性体１３の温度を検知して、弾性体１３の温度が高く
なりすぎたとき、例えば１５０℃を超えたときは温度検
知素子１９で検知される加熱体１２の温度が１６０℃に
なるように、制御装置（不図示）の制御によって発熱体
２ｂに対して通電制御を行う。

【００６２】また、弾性体１３の温度が低いとき、例え
ば１００℃以下のときは加熱体１２の温度が２００℃程
度になるように、制御装置（不図示）の制御によって発
熱体２ｂに対して通電制御を行う。

【００６３】また、通常は加熱体１２の温度が１８０℃
になるように、制御装置（不図示）の制御によって発熱
体２ｂに対して通電制御することで、常に高温オフセッ
トを生じることなく、十分な定着性を得られるようにす
ることができる。

【００６４】さらに、弾性体１３の定着フィルム１０と
の摺動面をテフロン等の摺動性の良いシート２１で覆う
ことで、定着フィルム１０を駆動するトルクを小さくす
ることが可能になり、かつ弾性体１３の定着フィルム１
０との摺動面に摩耗粉等の異物が付着して、光沢ムラが
生じたり、定着フィルム１０に傷が生じるのを防ぐこと
ができる。

【００６５】このように、本実施の形態においても、定
着フィルム１０の摩耗を低減して装置の寿命向上を図る
ことができ、かつ良好な定着を行うことができる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加熱体の被加熱体の搬送方向下流側に近接または接触し
て、定着フィルムを介して加圧部材と当接される弾性部
材を設けたことにより、加熱体と加圧部材間に定着フィ
ルムと一緒に挟持搬送される被加熱体、例えば未定着ト
ナー画像を担持した転写材は加熱体によって加熱・加圧
され、トナー画像が溶融軟化状態にされる。そして、こ
の溶融軟化状態にあるトナー画像を、弾性部材と加圧部
材間で加熱・加圧することにより、弾性部材はトナー画
像の形状にならうので、トナー厚みの薄いトナー画像や
多色トナー画像のトナー厚みの薄い輪郭部においても良
好な定着を行うことができ、さらに、ＯＨＰシート上に
トナー画像を形成したときも透明性のむらが生じるのを
防止することができる。

【００６７】また、加熱体と加圧部材間の加圧力を弾性
部材と加圧部材間の加圧力よりも小さくすることによっ
て、加熱体と摺動する定着フィルムの傷の発生や摩耗を
低減して装置の寿命向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る定着装置を備えた画
像形成装置を示す概略構成図。

【図２】本発明の第１の実施の形態における定着装置を
示す拡大断面図。

【図３】本発明の第２の実施の形態における定着装置を
示す拡大断面図。

【符号の説明】

１感光ドラム（像担持体）２帯電ローラ３露光装置４現像装置５転写ローラ６定着装置１０定着フィルム１１加圧ローラ（加圧部材）１２加熱体１３弾性体（弾性部材）１４ヒータユニット１９温度検知素子２０第２温度検知素子２１シート（薄膜層）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱体と、該加熱体と一方側の面に接触
摺動し他方側の面で被加熱体と接する回転自在な無端状
の耐熱性の定着フィルムと、該定着フィルムを介して前
記被加熱体を前記加熱体に当接させる回転自在な加圧部
材とを備え、前記加熱体と前記加圧部材により形成され
る圧接ニップ部に前記定着フィルムと前記被加熱体が一
緒に挟持搬送されることによって前記被加熱体を加熱す
る定着装置において、前記加熱体の前記被加熱体の搬送方向下流側に近接また
は接触して、前記定着フィルムを介して前記加圧部材と
当接される弾性部材を設けた、ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】前記加熱体と前記加圧部材間の加圧力よ
りも前記弾性部材と前記加圧部材間の加圧力の方が大き
くなるように設定されている、請求項１記載の定着装置。
【請求項３】前記弾性部材の前記定着フィルムとの摺
動面近傍の温度を検知する温度検知手段を有し、該温度
検知手段で検知される前記弾性部材の温度情報に基づい
て前記加熱体の温度制御を行う、請求項１または２記載
の定着装置。
【請求項４】前記弾性部材の少なくとも前記定着フィ
ルムとの摺動面に摺動性のよい薄膜層を有する、請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着装置。
【請求項５】像を担持する像担持体と、該像担持体上
に形成されたトナー画像を転写材へ転写する転写手段
と、前記転写材上に転写されたトナー画像を加熱・加圧
して定着させる、請求項１乃至４のいずれか１項記載の定着装置。