JPH03211576A - トナー定着機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　　要〕 記録媒体としてカラートナーを用いる静電記録装置に組
み込まれるトナー定着機構に関し、カラートナー画像の
定着性を向上させかつ光沢度を高めることを目的とし、 表面に弾性層を有し転写後に搬送されてくる記録紙の表
面に圧接して該記録紙表面上のカラートナー画像を定着
するヒートローラを備え、記録媒体としてカラートナー
を用いる静電記録装置に組み込まれるトナー定着機構に
おいて、前記ヒートローラの記録紙排出側に、前記ヒー
トローラにより定着された記録紙上のカラートナー画像
を再度加熱定着させるように近赤外線光を照射する近赤
外線ランプ定着器を設けた構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、記録媒体としてカラートナーを用いる静電記
録装置に組み込まれるトナー定着機構に関するものであ
る。

周知のように、電子写真記録装置（静電記録装置）の画
像プロセスには、静電潜像形成プロセス。

静電潜像現像プロセス、転写プロセス、及び定着プロセ
スが含まれる。静電潜像形成プロセスでは、感光体ドラ
ムまたは感光体ベルト上に画像を光学的に投影すること
によって、あるいは誘電体ドラ。

ム上に電荷を付与することによって、静電潜像が形成さ
れる。静電潜像現像プロセスでは、そのように形成され
た静電潜像に記録媒体としてトナーを静電的に付着する
ことによって、静電潜像が現像される。現像に用いたト
ナーは転写プロセスで記録紙に転写され、次いで転写さ
れたトナーは定着プロセスで記録紙に定着される。転写
トナーの定着方式としては、圧力定着方式、フラッシュ
定着方式、熱定着方式等が知られており、いずれの定着
方式を採用するかによってトナー定着機構は異なる。

特に、電子写真記録方式を採用するプリンタや複写機等
のＯＡ機器では、省電力化、小型化、ウォーム７，１時
間の短縮化が要求され、これに加えてカラー出力ではト
ナーの定着性の向上と出力画像の色再現域の拡大及び安
定化が望まれるが、圧力定着方式及びフラッシュ定着方
式を採用するトナー定着機構の場合にはかかる要望に答
えることができない。これは次の理由による。

圧力定着方式を採用するトナー定着機構においては、消
費電力が非常に小さく、しかもウオームアツプ時間も不
必要で、さらに構造が簡単であるという利点がある。し
かしながら、粉体トナーを圧力定着方式で定着する際の
欠点としては、その定着性の悪さが指摘されている。こ
の粉体トナーの定着性の悪さを改善するために、圧力ロ
ーラ間の線圧を２０〜４０ｋｇ／ｃｍまで高める一方、
記録紙としてコート紙を用いて、粉体トナーをそのコー
ト剤中に押し込める方式も提案されている。しかし、こ
の方式は、高い定着圧力のために記録紙にしわが発生し
たり、記録紙の繊維がつぶれて光沢が生じたりする点、
さらにコート紙が市場のニーズに合わないという点、さ
らにカラー出力における最も大きな欠点となる下層トナ
ーの色が表面に達しないという点で採用されない。

また、フラッシュ定着方式を採用するトナー定着機構の
場合は、ウオームアツプ時間は不要であるが、消費電力
がきわめて太き（、しかも脱煙、脱臭設備のために大型
化がさけられず、さらにカラートナーを記録媒体として
用いたときは、フラ。

ッシュランプの光源から発せられた光の波長を吸収せず
にほとんど透過してしまうような例えばイエロー等は定
着しなくなる。

これに対して、熱定着方式を採用するトナー定着機構の
場合は、ヒータを内蔵したヒートローラが用いられるが
、このヒートローラの暖まる時間すなわちウオームアツ
プ時間が必要で、しかもヒータの消費電力が大きいとい
う欠点を有する。またカラー表現のためのカラートナー
の多層時さらに高速出力においては従来の黒トナーのみ
の場合よりもさらに電力が必要とされ、ヒートローラ表
面温度の制御が重要となる。しかし、カラー出力では記
録部分のトナーの表面が平滑となり明度。

彩度の向上による色再現域の拡大が得られ易いことから
、このカラ一定着方式はカラー画像出力において注目さ
れている。

〔従来の技術〕

この方式のカラー記録装置には、記録紙等の先端をチャ
ックによりクランプして該記録紙を各感光体ドラムの下
を通し搬送する方式のものがある。

この方式のカラー記録装置の構造概要を第８図に示す。

本装置は４個の感光体ドラムｌａ、ｌｂ。

ｌｃ、ｌｄをそれぞれ中心とするプロセスユニットＰｉ
、Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４と、記録紙搬送系７と、定着ユニッ
ト１３とを備えている。プロセスユニッ１−Ｐｉは、感
光体ドラム１ａの周囲に帯電器２ａ、露光光学系３ａ、
現像器４ａ、転写器５ａ。

クリーナ６ａを設けて成る。他のプロセスユニットも同
様な構成を有し、２ｂ、２ｃ、２ｄは帯電器、３ｂ、３
ｃ、３ｄは露光光学系、４ｂ、４ｃ４ｄは現像器、５ｂ
、５ｃ、５ｄは転写器、６ｂ。

６ｃ、６ｄはクリーナである。各プロセスユニットの現
像器４ａ〜４ｄにはそれぞれ異なった色の現像剤が入っ
ている。現像器４ａ、４ｂ、４ｃにはカラー記録に必要
な３原色のＹ（イエロー）。

Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）がそれぞれ用いられ、現
像器４ｄには無補正のためにＢＫ（ブラック）が用いら
れている。記録紙搬送系７は、用紙カセット８．待機ロ
ーラ９．チャック搬送ベルト１０、記録紙搬送ベルト１
ｌａ−１１Ｃ，及び用紙トレイ１２で構成されている。

ベルト１０は、搬送する記録紙の幅方向両側に配置され
てプーリ１４．１５に掛は渡されている。このベルト１
０には複数個の記録紙チャック（図示せず）が所定の配
置で取り付けられている。プーリ１５は駆動側で、図示
しない駆動系に接続している。

この装置による記録は次の手順で行われる。

記録に際しては、用紙カセット８に収納されている記録
紙１６を待機ローラ９により搬送路上に繰り出すと同時
に、各感光体ドラム１０ａ〜１０ｄに順次各色の信号に
相当する潜像を形成する。潜像形成は、各感光体ドラム
１ａ〜１ｄの表面を対応する帯電器２ａ〜２ｄにより一
様に帯電させ、この上に露光光学系３ａ〜３ｄにより露
光することによって行われる。これらの潜像は、現像器
４ａ〜４ｄにより現像されてＹ、Ｍ、Ｃ，ＢＫ色のトナ
ー画像となる。一方、繰り出された記録紙１６は、先端
の一部が記録紙チャックによりクランプされ、チャック
搬送ベル）１０．エアー吸引式の記録紙搬送ベルｔ−１
１ａ〜ｌｌｃにより、各感光体ドラム１ａ〜１ｄの下を
通り搬送される。この際、各転写器５ａ〜５ｄにより、
感光体ドラム１８〜ｌｄ上のトナー画像は記録紙１６上
に重ね転写される。その後、記録紙１６が定着ユニット
１３を通過する際にトナー像定着が行われ、定着を完了
した記録紙１６は用紙トレイ１２上に排出される。

このような装置で使用される熱定着方式の従来のトナー
定着機構の構造を第９図に示す。第９図において、１７
はアルミニウム等の素管１７ａの表面にシリコーンゴム
等の弾性層１７ｂをコートしたヒートローラ、１８はヒ
ートローラ１７に圧接するバックアップローラ、１９は
ヒートローラ１７加熱用のヒータ、２０ａ、２０ｂは各
ローラに付着したトナーや塵を取り除くためのローラク
リーナ、２１は熱電対、２２はヒートローラ１７から紙
を剥がす紙爪、２３はローラ間に紙を誘導するペーパガ
イド、２４は定着した紙を外部に誘導するペーパーガイ
ド、２５はヒートローラ１７の表面に常に均一なオイル
を塗布するためのオイ。

ル塗布装置、２６は定着器の側板である。

このような構成のトナー定着機構の作用は次の通りであ
る。

トナー画像が形成された記録紙は第９図の右方から搬送
されてくる。ローラ定着部では、ヒートローラ１７をヒ
ータ１９により加熱して、これを熱電対２１で検知しさ
らにコントローラを介すことによりヒートローラ１７の
表面温度を一定に保つ。ヒートローラ１７の表面が所望
の温度になったのを検知した後に、上記のように右方か
ら搬送されてくるトナー画像が形成された記録紙をヒー
トローラ１７とバックアップローラ１８の間に通す。こ
のとき、記録紙上のトナー画像はヒートローラ１７から
の熱とローラ間の圧力により溶解して、ローラ間通過後
の温度低下により定着、固化する。この場合、ヒートロ
ーラ１７の表面には弾性Ｎ１７ｂが形成されているため
、トナー画像の表面は平滑化され、明度、彩度の良好な
色再現域の広い画像が得られる。また、オイル塗布装置
２５はローラ間をトナー画像を乗せた記録紙が通過する
際にトナーがヒートローラ１７に付着しないようにする
役割を果たすものである。ヒートローラ１７上にオイル
を塗布していない場合は、ヒートローラ１７へのオフセ
ットにより画像表面が荒れる他、表面のトナーがヒート
ローラ１７に取られるために記録紙上の画像の色も変化
する。

〔発明が解決しようとする課題〕

色再現域の安定した定着画像を得るためには、転写によ
り層状に付着したトナーが充分に溶けなければならない
。これは、トナーを用いて行うカラー表面は減法混色に
より表現されるために、定着後のトナー画像では下のト
ナー層からの反射光も表面に出て来なくてはならないか
らである。また、色再現域を広くしかつ写真のような光
沢のある画像を得るためには、定着後のトナー画像の表
面をより平滑にする必要がある。

そこで、上述の従来の定着方式では、ヒートローラ１７
の表面温度を、トナー溶融が充分行われる温度に一定の
まま保つ必要がある。しかし、ヒ−トローラ１７には、
トナー定着画像の表面平滑、性を向上させるために、上
述のように、アルミニウム等の素管１７ａの表面に離型
性の良好なシリコーンゴム等の弾性層１７ｂを設けてい
てバンクアップローラ１８と線圧約１．０〜２．０ｋｇ
／Ｃｌ１１で接触しており、この圧力によりある接触幅
を持っている。そして、この部分で通過する記録紙を加
熱することにより、トナー画像を加熱、溶解しさらに表
面を平滑にする。記録紙の通過によってヒートローラ１
７の表面温度は低下するが、弾性層１７ｂのゴムは熱伝
導率が低いために、ヒートローラ１７の表面温度を熱電
対２１が検知してヒータ１９を即座に作動させても、ヒ
ートローラ１７の表面温度がもとに戻るまでにはかなり
の時間と電力を要し、それまでに出力される記録紙では
画像が不良となる。この欠点を克服するために容量の大
きなヒータの使用または紙送り速度の低下等が考えられ
るが、ローラの加熱し過ぎはローラ表面の弾性層１７ｂ
のゴムの寿命を低下させるだけでなく、ローラの素管１
７ａを熱が伝わりローラ支持部例えば軸受の寿命を低下
させ、紙送り速度の低下は装置の仕様に対して制限を与
えるために採用はできない。

本発明は、カラートナー画像の定着性を向上させかつ光
沢度を高めることのできるトナー定着機構を提供するこ
とを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明では、表面に弾性層
を有し転写後に搬送されてくる記録紙の表面に圧接して
該記録紙面上のカラートナー画像を定着するヒートロー
ラを備え、記録媒体としてカラートナーを用いる静電記
録装置に組み込まれるトナー定着機構において、前記ヒ
ートローラの記録紙排出側に、前記ヒートローラにより
定着された記録紙上のカラートナー画像を再度加熱定着
させるように近赤外線光を照射する近赤外線ランプ定着
器を設けた構成とする。

〔作　　用〕

熱ローラ定着を終了した記録紙は、近赤外線ランプ定着
器に送られ、ここで、ヒートローラにより定着された記
録紙上のトナー画像は、近赤外線光により再度加熱、定
着される。ここで、さらにら定着過程が進み、トナー画
像表面の光沢度も向上する。

〔実施例〕

以下、第１図乃至第７図に関連して本発明の詳細な説明
する。

第１図は本例のトナー定着機構の構造を示す側面図で、
図中、３１は側板、３２は近赤外線ランプ定着器、３３
．３４はペーパガイド、３５は排出ローラである。なお
、従来と共通の部材には同符号を用いている。

近赤外線ランプ定着器３２は、ヒートローラ１７による
加熱、加圧により定着されたトナー画像を再度加熱、定
着させるためのもので、ヒートローラ１７の左側（用紙
排出側）に設けられている。該近赤外線ランプ定着器３
２は、反射板３６と、近赤外線の光源となるランプ３７
とを備えている。

定ローラ定着部分では、従来通りの定着が行われるので
、ここでは説明を省略する。この定着が終了した記録紙
は、ペーパーガイド３３に案内されて近赤外線ランプ定
着器３２の下に導かれる。

ここでは、ランプ３７からの光が反射板３６により記録
紙上へ反射されて定着が行われる。ここでさらに定着過
程が進み、トナー画像表面は光沢度が増し、その後記録
紙は排出ローラ３５により用紙トレイに排出される。こ
の排出時に記録紙を排出ローラ３５に導くペーパーガイ
ド３４は、ペーパーガイド３３を出た記録紙の先端が垂
れ下がっても該記録紙を排出ローラ３５に導けるように
右側の部分を低くしている。

近赤外線ランプ定着器としては、第１図には概要を示し
たが、詳しくは、第２図に示すような集光熱線型の近赤
外線ランプ定着器３２Ａあるいは第３図に示すような平
行熱線型の近赤外線ランプ定着器３２Ｂ等が用いられる
。これらの定着器において、３８．３９は近赤外線を発
光するランプ、４０．４１は近赤外線を反射する反射板
、４２゜４３は反射板４０．４１の放熱板であり、４４
゜４５は反射された近赤外線光を示している。

次に、本例の効果を調べた実験結果を第４，５図に示す
。

本実験では、近赤外線ランプ定着部として第３図のもの
を用いた。また、ヒートローラの弾性層のゴム厚は２．
０ａｍ、バックアップローラとの接触圧は線圧１．５　
ｋｇ　／　ｃｍであり、定着時のヒートローラ表面温度
は１７０°Ｃ１近赤外線ランプ定着器への印加電圧はＡ
ＣｌｏｏＶである。

第４図に出力した光の光沢度を示す。光沢度の測定は、
ＮｌＰＰ０Ｎ　ＤＥＮＳ）ＩＯＫＵ製のＶＧＳ−ＩＤに
より行い、ＪＩＳ　−Ｚ８７４１−１９８３により６０
度鏡面で評価した。図中、・は熱ローラ定着のみの場合
（従来方式の場合）のもので、ム印は熱ローラ定着後に
近赤外線ランプ定着を行った場合（本発明の場合）のも
のである。−次色（Ｙ、Ｍ、Ｃ’）ではその差がはっき
りしないが、二次色（Ｂ、Ｇ。

Ｂ）では近赤外線ランプ定着したものの方が光沢度が向
上しているのが分かる。

第５図にはこのときの色再現範囲を示す。分光分布測定
は■村上色彩技術研究新製のＣＭＳ−１００型により行
った。図中、・を結んだ点線の範囲が熱ローラ定着のみ
のものであり、ムを結んだ実線の範囲が近赤外線ランプ
定着を付加したときの色再現範囲である。近赤外線ラン
プ定着付加により色再現範囲は広がり、特に色を重ね合
わせた二次色（Ｒ，Ｇ、Ｂ）が外側へ広がっている。こ
れにより、近赤外線ランプ定着によりトナーの溶融が促
進され、定着性が向上したことが分かる。

定着性の向上を確認するために、折り曲げ試験と粘着性
のテープによる引き剥がし試験を行ったところ、熱ロー
ラ定着のみの場合には、画像部分の折り曲げにより、記
録紙とトナー像部分が分離して画像が剥がれるという状
態であったが、近赤外線ランプ定着を行ったものは、折
り曲げを行っても折れた部分の画像がとれたのみで、他
の部分には変化がなかった。またテープ引き剥がし試験
においては、熱ローラ定着のみの画像では、テープを剥
がした後では画像濃度が１０％低下する。

これは、テープに画像の一部分が取られ記録紙の白が表
面に露出するからである。これに対して、７近赤外線ラ
ンプ定着を行ったものは、テープにトナー画像がとられ
ることがなく、定着性は１００％となり、近赤外線ラン
プ定着により定着性が向上したことが分かる。

ところで、ビジネス文書においては、ある文章の間に図
や写真が混在していることが多いが、文字部分は読み易
いように光沢のないものが望ましい。しかし、通常の定
着方式では、光沢の有無の選択はページごとになり画像
のあるページは文字部分まで光沢のあるものとなる。こ
れにより、光沢のあるページと光沢のないページが一文
書中に混在し、非常に読解しにくいものとなる。

この問題を解決することのできる光沢選択方式を第６．
７図に示す。この方式の構成１作用は次の通りである。

第６図において、５１は両端が図示しない固定部に支持
されて常時回転する駆動軸、５２は回転カム、５３は支
持部材５４にピン５５を介し支持される可動板、５６は
ワイヤ等の連結部材、５７は近赤外線光の遮蔽板、５８
はローラ、５９は遮蔽板５７をガイドするとともにロー
ラ５８の軸を支持する支持具、６０は引張ばねである。

また、第６図の要部詳細を示す第７図において、６１は
回転カム５２を支持するブラケット、６２は駆動軸５１
と同軸のギア６３と噛合するギア、６４はばねクラッチ
、６５はばねクラッチ６４のばね止め、６６はソレノイ
ドである。ばね６０は支持具５９と遮蔽板５７の間に設
けられ、回転カム５２は高部５２ａと低部５２ｂとを有
している。

この光沢選択方式の作動は次の通りである。

常時回転している駆動軸５１の回転に伴い、ギア６２も
回転している。近赤外線光を遮断するときには、回転カ
ム５２は第６図に点線で示すように低部５２ｂが上にく
るように位置決めされ、これに係合する可動板５３は点
線の位置にくる。従って、遮蔽板５７は点線の状態に位
置決めされて近赤外線光４４を遮断する。遮蔽板５７を
開けるときは、ソレノイド６６に電圧を印加して該ソレ
ノイド６６のプランジャをばね止め６５より離す。

これにより、ばねクラッチ６４が外れ、駆動軸５１の回
転が伝達ギア６２を介し回転カム５２に伝わり、該回転
カム５２は回転する。ばねクラッチ６４が回転を始めた
らソレノイド６６の電圧を切り、ソレノイド６６のプラ
ンジャが再びばね止め６５と噛み合うようにする。ばね
止め６５はソレノイド６６と噛み合う部分を半周ごと、
すなわち−周につき２箇所持ち、これは回転カム５２の
高部５２ａが上向きまたは下向きとなるところで調整し
である。従って、回転カム５２は１８０゜回転して実線
の状態になる。このとき、回転カム５２の高部５２ａが
可動板５３と係合して該可動板５３は実線の位置に位置
決めされ、この動きにより、遮蔽板５７は連結部材５６
を介してばね６０の賦勢力に抗し駆動され、第６図の左
方に移動して実線の状態に位置決めされる。この状態で
は、近赤外線光４４は遮断されず、前述のようなトナー
画像再定着を行うことになる。その後、近赤外線光４４
を遮断するときは、ソレノイド６６を再び作動させる。

これにより、回転カム５２は第６図の点線の状態に位置
決めされ、遮蔽板５７が右方に点線の位置まで移動して
近赤外線光を遮断する。

第６図では近赤外線ランプ定着器３２Ａを使用する場合
を示したが、近赤外線ランプ定着器３２Ｂを使用する場
合にも本方式が同様に適用されることは勿論である。

また、第６図に示したように、本方式は、駆動軸５１を
共通軸として、他の部分はユニットとなっていることか
ら、近赤外線ランプ定着器の長平方向（第６図の紙面と
垂直方向）に複数ユニット設置することができる。そし
て、本光選択方式を使用することにより、同一ページ内
の所要部分例えばカラートナー画像部分のみの光沢度を
向上させることが可能となる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、従来からある熱ロ
ーラ定着器による定着後に近赤外線ランプ定着を行うこ
とにより、カラートナー画像の定着性を向上させかつ光
沢度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の、トナー定着機構の構造を示
す側面図、 第２図は同、近赤外線ランプ定着器の構造詳細図、 第３図は同、他の近赤外線ランプ定着器の構造詳細図、 第４図は同、出力した色の光沢度説明図、第５図は同、
出力した色の再現範囲説明図、第６図は同、光沢選択方
式説明図、 第７図は第６図の要部詳細を示す斜視図、第８図は従来
のカラー記録装置の構造概要を示す側面図、 第９図は従来のトナー定着機構の構造を示す側面図で、 図中、 １７はヒートローラ、 １７ｂは弾性層、 ３２は近赤外線ランプ定着器である。 本究明の実施例の近赤外線ランプ定着器の情造詳細図−
１００ ５０ ０ ００ ａ″ 第５図 第６図 第６図の要部詳細を示す斜視図 第７図 従来のトナー定！！機構の構造を示す側面図第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面に弾性層（１７ｂ）を有し転写後に搬送されてくる
   記録紙の表面に圧接して該記録紙表面上のカラートナー
   画像を定着するヒートローラ（１７）を備え、記録媒体
   としてカラートナーを用いる静電記録装置に組み込まれ
   るトナー定着機構において、 前記ヒートローラ（１７）の記録紙排出側に、前記ヒー
   トローラ（１７）により定着された記録紙上のカラート
   ナー画像を再度加熱定着させるように近赤外線光を照射
   する近赤外線ランプ定着器（３２）を設けたことを特徴
   とするトナー定着機構。