JPH05341672A

JPH05341672A - 熱定着装置

Info

Publication number: JPH05341672A
Application number: JP4145868A
Authority: JP
Inventors: Masao Mitani; 正男三谷; Kazuo Shimizu; 一夫清水
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1992-06-05
Publication date: 1993-12-24
Also published as: US5386281A; DE4318721A1; DE4318721C2

Abstract

(57)【要約】【目的】カラートナーに対してもオフセツトが少な
く、ドライ定着が可能で、消費電力の少ない熱定着装置
を提供する。【構成】メタルベルトが像支持体と圧接する部分の表
面温度をトナーの融点近傍まで上昇させ、その後冷却さ
せて像支持体がメタルベルトから離れる個所の表面温度
をトナーのガラス転移点より高く軟化点より低い温度と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真等の画像形成装
置に用いられる熱定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真記録装置に不可欠な熱定着装置
には熱板式、圧力式、ヒートローラ式等幾つかの方式が
実用化されているが、ここ１０〜２０年間の主流はヒー
トローラ式である。しかし、この方式にも欠点があり、
稼働開始までの時間（定着温度になるまでの昇温時間）
が長くて消費電力も大きく、これらが電子写真記録装置
全体の性能に悪い影響を及ぼしているのが現状である。

【０００３】これらを抜本的に改善した一例として、
（株）キヤノンが平成２年２月より製品に採用している
のがＳＵＲＦ方式と名付けられた定着装置があり、昇温
時間を約５秒と大幅に短縮し、しかも消費電力を半減さ
せることに成功している。しかし、この方式にも寿命が
短く部品点数も多いという欠点がある。

【０００４】本発明者らは、このＳＵＲＦ式定着器の抱
える問題点を抜本的に解決できるメタルベルトを用いる
方式を発明し、特許出願した（特願平２−２９３９８６
号、特願平２−３３９０７９号、特願平３−４９３９２
号）。

【０００５】この定着装置の第１の特徴はエンドレスメ
タルベルトを用いていることで、これによつて加熱器の
発生熱を記録紙上の未定着トナーに有効かつ迅速に伝え
られるようになつたことである。これは加熱器の温度を
大幅に低減させるとともに熱効率を改善することがで
き、消費電力のさらなる低減を可能にした。

【０００６】そしてこの迅速かつ有効な熱伝達はトナー
溶融後の急速冷却を可能とし、小型の一体構造型加熱冷
却デバイスを用いることで、トナーのオフセツト現象を
ドライ定着において抜本的に改善することができた。こ
れが第２番目の特徴である。第３の特徴はこの加熱器の
ヒータにＰＴＣヒータ素子を活用できるようになつたこ
とである。良く知られているように、ＰＴＣヒータ素子
はそれ自身の低い熱伝導率のために加熱能力に限界があ
り、大きな発熱量の必要な熱定着器には実用化された例
はなかつた。

【０００７】しかし、前記本発明者らの発明した定着装
置の低消費電力と迅速な熱伝達、並びにＰＴＣヒータ素
子周りの熱容量を非常に小さくできる構造がこの素子を
活用できる条件を整えることになり、実験室での試験に
よれば定着速度で２５枚（Ａ４）／分も実現できてい
る。このＰＴＣヒータは温度計と制御電源を素子自身の
中に持つていると言えるもので、今までの熱定着装置に
不可欠であつたこれらの部品が全く不要となつている。

【０００８】第４の特徴はメタルベルトの表面に被覆す
るフツ素樹脂層等とメタルベルトとの密着性を問題のな
いレベルにすることが容易であることである。前記した
ＳＵＲＦ式定着器の寿命が短い理由の一つは、ポリイミ
ド樹脂によつて作られたエンドレスベルトの表面に被覆
したフツ素樹脂が使用中に剥離することによる。

【０００９】これらの特徴の他に、今まではしわの発生
防止が不可能であつた封筒などへの定着が可能になるな
ど、多くの優れた実用的特徴を持つている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記した本発明者の発
明した定着装置は、モノクロ記録、例えば黒トナーに対
しては、定着強度、オフセツトの有無など、定着性能に
関しては特に問題となる点はなかつた。これらは全て、
シリコーンオイルを塗布しないドライ定着での性能であ
り、種々の黒トナーに対する評価結果である。

【００１１】このようなドライ定着の成功例は、平成２
年２月に発売開始された（株）キヤノンのＰＣ−１とＰ
Ｃ−２に搭載されているＳＵＲＦ式定着装置が始めての
実用化製品となつている。しかし、これに採用されてい
る黒トナーはこのＳＵＲＦ式定着装置のために開発され
たもので、トナーの融点付近の温度であつても十分な粘
度を持ち、ドライ定着時でもオフセツトの発生が抑えら
れるように材料設計されたものである。

【００１２】しかし、この定着装置を用いてカラートナ
ー像をドライ定着しようとして始めてオフセツトの問題
に遭遇した。これは、カラートナーのポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥ）などの非粘着性被覆層との接着
力が大きい上に、トナーの同的剪断弾性率がトナーのガ
ラス転移点付近になつても低いため、オフセツトが発生
したのである。

【００１３】本発明の目的は、このような従来技術の欠
点を解消し、カラートナーに対してもオフセツトが極め
て少なく、ドライ定着が可能で、消費電力も少なく、し
かもウオーミングアツプの短縮が図れる熱定着装置を提
供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、少なくとも一方に発熱部材を備えた互いに圧
接回転する一対のローラと、未定着トナー像を持つ像支
持体を上記ローラ間に通過させて該未定着トナー像を熱
溶融定着させる熱定着装置であり、上記発熱部材を備え
たローラが、支持体を兼ねる冷却器と加熱器からなる一
体構造型加熱冷却デバイスと、該一体構造型デバイスと
接して回転し、像支持体と接する外側表面を非粘着性被
膜を形成した薄いエンドレスメタルベルトと、該エンド
レスメタルベルトに張力を与えながら該エンドレスメタ
ルベルトを回転駆動させる駆動用ローラからなる熱定着
装置において、前記エンドレスメタルベルトが像支持体
に圧接する部分での表面温度を先ず前記トナーの融点近
傍（Ｔｍ）まで上昇させ、その後冷却して像支持体がエ
ンドレスメタルベルトから剥離する個所では該トナーの
ガラス転移点よりは高く、軟化点よりは低い温度とする
ことを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】本発明の基本とするところは、像支持体に転写
されたトナーを充分に加熱定着させた後、或る温度領域
まで冷却させてメタルベルトから剥離させることであ
る。こうすることによつて、通常のヒートロール式定着
器の全てに採用せざるを得ないシリコーンオイルの塗布
が不要となり、いわゆるドライ定着にも係わらずトナー
のオフセツト量を飛躍的に低減させることが可能となる
のである。まずこのオフセツトの評価法とその実験結果
について説明する。

【００１６】図８は、本発明者の発明による非オフセツ
ト性評価法の説明図である。

【００１７】評価対象となる非粘着性被膜１００、例え
ば１０μｍ厚さのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレ
ン）層を被覆した金属製均熱板１０１をヒータ１０２上
に置き、この上に評価対象となるトナーが転写された記
録紙（像支持体）１０３を重ね、この上から断熱性の良
い荷重、例えばシリコーンゴムに規定重量の金属ブロツ
ク１０４を置いて荷重をかけ、充分にトナーを加熱定着
させる。なお、１０４は熱電対である。

【００１８】加熱条件は均熱板１０１の熱容量とかトナ
ーの物性値にも依るが、今の場合はテープ剥離テストで
も９５％以上の定着率を満足させる１４０℃、３０秒と
いう充分余裕を持つた加熱を行つた。この過加熱は、非
オフセツト性評価の結果に何ら影響を与えないことを確
認済みである。

【００１９】その後、同図（ｂ）に示すように荷重（金
属ブロツク１０４）をとつてヒータ１０２から外し、自
然冷却させてから記録紙１０３を一定速度で剥離する
〔同図（ｃ）参照〕。この時の非粘着性被膜の温度を離
型温度とし、剥離に要する力をピーリング強度とする。
剥離速度は今の場合、４０ｍｍ／ｓｅｃ程度にして評価
しているが、これは我々の定着器の当面の目標が６〜７
枚（Ａ４）／分のコピースピードであるためであるが、
２〜３倍のスピードにしても大差のない結果を得てい
る。なお、定着時の荷重については３０〜３００ｇ／ｃ
ｍ²の範囲で評価したが、評価結果には何ら差異が認め
られなかつたので、ここではその代表例として１００ｇ
／ｃｍ²の場合を示す。

【００２０】図３は、評価対象トナーとして、カラート
ナーの中でも最もオフセツトの激しい赤トナー（マゼン
タ）と最もオフセツトの少ない黒トナーを取り上げ、評
価対象となる非粘着性被膜材としてＰＴＦＥとシリコー
ンゴムを選んで実験した結果を示す。

【００２１】先ず、黒トナーとＰＴＦＥの組み合わせ
（同図曲線Ａ）では、離型温度が８０℃以下でピーリン
グ強度が低下し始めるとともにオフセツトが完全になく
なることが分かつた。一方、マゼンタとＰＴＦＥの組み
合わせ（同図曲線Ｂ）ではピーリング強度が非常に大き
く、しかし離型温度を下げればほぼ直線的に低下するこ
とも分かつた。同図曲線Ｃはマゼンタとシリコーンの組
み合わせである。マゼンタとＰＴＦＥの組み合わせ、並
びにマゼンタとシリコーンの組み合わせの場合の非オフ
セツト性について評価した結果を図４に示す。ここでの
オフセツト量とは、非粘着性被膜に残留したオフセツト
トナーを白紙に再定着させ、その反射濃度の計測値から
白紙の反射濃度の計測値（０．５５）を差し引いた値を
示してある。この図４のマゼンタとＰＴＦＥの組み合わ
せ（曲線Ｂ）の結果から分かるように、離型温度が９０
℃以下となるとオフセツト量が急激に少なくなるが、目
視でも明らかなオフセツトがなお残つていることが認め
られた。

【００２２】これらの結果と非常に大きな差が認められ
たのが、カラートナーとシリコーンの組み合わせ（曲線
Ｃ）である。先ず、黒トナー、マゼンタトナーともピー
リング強度がほとんど零（計測器の分解能の５ｇ／２ｃ
ｍ以下）となり、黒トナーに関しては離型温度が１００
℃以下であればオフセツトは完全に認められたなかつ
た。そしてマゼンタに関しても、図４から判るように１
００℃以下の離型温度でほとんどオフセツトが認められ
ない状態にまで改善されることが判明した。

【００２３】しかし、５０〜６０℃の離型温度で若干オ
フセツトが増加する傾向が見られ、これは明らかにトナ
ーの主成分であるベースレジンのガラス転移点と関係し
ていることも判明した。そして離型温度が１００℃近傍
でオフセツト量が急激に低減するのはトナーの軟化点と
相関があり、結局、非オフセツト条件となる最適離型温
度範囲は対象とするトナーのガラス転移点よりは高く、
軟化点よりは低い温度領域と結論付けることができた。

【００２４】離型温度をこのように比較的高温域に設定
できるため、ドライブローラとの密着時にできるだけメ
タルベルトの温度を低下させずに再び加熱領域に回帰さ
せると損失熱量の大幅低減が可能となる。これと同時に
メタルベルトの加熱冷却領域での温度差が大幅に低減で
きる。

【００２５】

【実施例】本発明の実施例を図面とともに説明する。

【００２６】（実施例１）図１は本実施例の熱定着装置
の断面図、図２はその装置の要部拡大断面図である。熱
定着装置は一体構造型加熱冷却デバイス１３、外側表面
を非粘着性被膜８ａ（図２参照）を形成したエンドレス
メタルベルト８、そのエンドレスメタルベルト８を一体
構造型加熱冷却デバイス１３に密着させながら回転駆動
させるドライブローラ９および一体構造型加熱冷却デバ
イス１３に数ｋｇの力で押し付けられながら従動回転す
る加圧ローラ１０から主に構成されている。記録紙１１
が図１に示すようにエンドレスメタルベルト８と加圧ロ
ーラ１０間で挟送される間に、記録紙１１上の未定着ト
ナー１２はエンドレスメタルベルト８を介してＰＴＣヒ
ータ１で加熱、溶融され、記録紙１１内への浸透が起こ
り、冷却器５の領域で直ちに冷却される。このため記録
紙１１が冷却器５の先端近傍で離型するときにはトナー
の粘度が高くなつてエンドレスメタルベルト８側へのオ
フセツトが見られないという特徴を持つている。

【００２７】加熱器１４は図２に示すように断熱体３に
埋め込まれて通電用電極２ａ，２ｂ，２ｃと、ＰＴＣヒ
ータ素子１と、およびこのＰＴＣヒータ素子１のベルト
側表面全体をカバーするアルミニウム薄板からなる均熱
板１６と、スプリング状接片１７と、絶縁シート１８と
から構成されており、これらが耐熱性接着剤で組み立て
られている。

【００２８】前記断熱体３は例えばポリフエニレンサル
フアイド（ＰＰＳ）樹脂成形品からなり、耐熱性、熱の
不良導体性、電気絶縁性、並びにメタルベルト８との良
摺動性を兼備させている。

【００２９】ＰＴＣヒータ素子１は温度上昇に伴つて比
較的狭い温度範囲で電気抵抗が急変する正特性サーミス
タで、ＢａＴｉＯ₃をベースにして１価または３価の金
属酸化物が添加されている。本実施例では、０．９ｍｍ
厚×８ｍｍ幅×２０ｍｍ長のチツプを１１個並べ、これ
らに並列通電させる電極として通電用電極２を設置して
ある。この場合はＡ４版用加熱器であり、Ｂ４，Ａ３版
用ではそれに応じてチツプ数を多くして長くすればよ
い。１１個のＰＴＣヒータ素子１のベルト側表面を平滑
にするため、３００μｍ厚の均熱板１６をＰＴＣヒータ
素子１の外側表面に耐熱性で良熱伝導性接着剤で固定し
てある。

【００３０】この均熱板１６のベルト側表面には、メタ
ルベルト８との良摺動性を長期にわたつて確保するた
め、摩擦係数が小さく、相互の磨耗量も最少にできる固
体潤滑剤膜１９が形成されている。この固体潤滑剤膜１
９としては例えば二硫化モリブデンやＰＴＦＥなどが用
いられ、厚さは１５〜２０μｍが適当である。

【００３１】このようにして構成されている加熱器１４
が支持体７にネジ４によつて固定されている。

【００３２】一方、冷却器５は例えばアルミニウムの押
し出し成形品からなり、メタルベルト８との摺動面には
前述と同様の固体潤滑剤膜１９が成形されている。この
冷却器５がメタルベルト８と摺動する面の曲率が大きい
ほど、メタルベルト８の接触圧が小さくなり、従つてメ
タルベルト８との熱交換率が小さくなる。この曲率をい
くらにするかは定着速度などによつて異なる。その設計
指針は記録紙１１が離型する場所でのメタルベルト８の
表面温度が最適離型温度範囲になるように冷却器５の形
状を決定すればよい。冷却器５の先端部では、記録紙１
１がメタルベルト８から離型し易いように小さな曲率に
してあるが、このためにこの部分の冷却器５へのベルト
８の接触圧が大きくなる。すなわち、記録紙１１がメタ
ルベルト８と離れた後にもかかわらずベルト８から冷却
器５に熱放出されることになり、熱的損失をもたらす。
このため図１には図示していないが、冷却器５の先端部
は摺動特性のよい例えばＰＰＳ樹脂などの断熱材で構成
されている。このような構成の冷却器５が、その中心部
で支持体７に回転軸６で固定されているが、加熱器１４
とは０．５ｍｍ程度離されており、熱的に遮断されてい
る。これは加熱器１４の熱損失低減と冷却器の温度上昇
率の低減に寄与されるとともに、エンドレスメタルベル
ト８の回転に伴う蛇行を冷却器５の小さな回転移動によ
つて制御するためでもある。

【００３３】冷却器５を離れたメタルベルト８は駆動ロ
ーラ９の表面に被覆されているゴム層９ａによつて滑る
ことなく確実に回転駆動させられるが、同時に熱接触状
態もよく、ベルト８から駆動ローラ９に熱移動が起こ
る。この熱の移動量を低減させることができれば、その
分だけ加熱器１４での加熱量を低減させることができ、
消費電力の低減が可能となる。勿論、メタルベルト８の
温度勾配もその分緩和されることになり、ベルト８のし
わの発生防止が自動的に図られることにもなる。これを
実現させるためには、駆動ローラ９のゴム層９ａから内
側への熱伝達率を小さくし、メタルベルト８が駆動ロー
ラ９と密着している間のメタルベルト８の温度低下を小
さくしてやればよい。駆動ローラ９としては直径１５〜
２０ｍｍの円柱または円管状のステンレス鋼の表面に
０．１〜０．５ｍｍ厚の天然または合成ゴム層を被覆し
たものである。ステンレス鋼とゴムの熱容量（比熱×比
重）と熱伝導率の比は各々、１：０．５，１：０．０１
であるので、ゴム層９ａを厚くしてやれば断熱層として
の機能をある程度持たせられるが、駆動ローラ９として
必要な剛性から考えてゴム層９ａを厚くすることに限界
がある。

【００３４】そこでこの限界を破る方法として本実施例
に採用したのがエンジニアリングプラスチツク製円管ま
たは円柱にゴム層を被覆した駆動ローラである。駆動ロ
ーラ９に入つてくるメタルベルト８の上限温度は使用す
るトナーの軟化点より低くするため、一般的に言つて１
００℃より低いと言つてよい。すなわち、ゴム材料とエ
ンジニアリングプラスチツク材料として広い範囲から選
択することが可能である。そしてエンジニアリングプラ
スチツク材料の熱容量と熱伝導率はゴム材料とほぼ同等
である。このようにして構成した駆動ローラ９を用いる
と、図１の定着器の稼働開始１０秒後において、メタル
ベルト８の駆動ローラ９による温度低下は１０℃程度に
抑えることが可能である。従来タイプのステンレス鋼を
軸芯とした駆動ローラでは、この温度低下が３０〜５０
℃であつたのに比べ、約２０％の消費電力の低減が可能
となり、ベルト８のしわ発生防止にも大きな改善効果を
もたらしている。なお、稼働開始１０秒以降ではこの温
度低下がさらに小さくなることは言うまでもない。本実
施例での最大消費電力は３５０Ｗで、従来機の１／２以
下であつた。

【００３５】加圧ローラ１０には、従来の熱定着器に使
われていた加圧ローラよりも大幅に強度の低いソフトロ
ーラを使用している。これは、加熱に充分広いニツプ幅
が必要なこと、加熱器１４とメタルベルト８との摺動抵
抗を小さくし、同時に必要回転トルクも低減させるため
に、加圧ローラの押し付け圧力を小さくする必要がある
こと、小型軽量低コスト化には小径の加圧ローラが望ま
しいこと、などを同時に満足させるためである。

【００３６】このため、直径２０〜２５ｍｍのシリコー
ン発泡ゴムローラで、表面に成形スキン層を持つソフト
ローラを採用し、加圧力も１．５〜２ｋｇとした。この
ソフトローラの硬度は、ＪＩＳ−Ａスケールで５度（ア
スカーＣスケールで３０度）以下という非常に低硬度に
なつており、通常の加圧ローラがＪＩＳ−Ａスケールで
２０〜３０度以上、加圧力も５〜１０ｋｇ以上という値
に比べ大幅に小さな値を採用している。

【００３７】本発明の他の実施例を含め、使用した加圧
ローラのゴム硬度はアスカーＣスケール（日本ゴム協会
規格）で１５度と３０度、加圧力も１．５〜２ｋｇとい
う条件で評価した。これらの場合のニツプ幅は６〜８ｍ
ｍであつた。

【００３８】このように小さなゴム硬度の加圧ローラを
不稼働時も押し付けた状態で放置すると、加圧ローラが
変形し、その復元に有限の時間が必要となる。これでは
記録紙への加圧力が変動し、定着不良を招き易く不都合
である。そこでこれを解決するため、稼働時のみ、電磁
ソレノイドによる加圧を行うことで解決した。この方法
は、万一、記録紙がローラに巻き付くジヤムの発生時、
電源を切ることで加圧力が解除され、排紙作業を容易に
行うことができることにもなり、結局、部品点数の削減
につながる良い効果をもたらせてもいる。

【００３９】さて、以上のような構成からなる本定着器
の非粘着性表面加工済みエンドレスメタルベルト８の表
面温度は、作用の項で述べた非オフセツト性評価結果と
本実施例の前半で述べた種々の考察から、図５に示され
るような分布を実現させればよいことが分かる。

【００４０】まず、Ａ点近傍ではトナーが充分記録紙側
に定着できるだけの温度であること、すなわちトナーの
融点近傍まで昇温させることができればよい。但し、本
定着器のように、ニツプ幅（ニツプ時間）が充分大きい
場合には必ずしも融点まで昇温される必要もなく、後で
も述べるように、かなり低くしても充分な定着強度を得
ることが可能である。従つて、省電力の観点と、本定着
器の最高温度を極力低くして、より安全性を高める観点
からこのＴ_Aの温度、すなわち加熱器１４に使用するＰ
ＴＣヒータ素子１のキユリー点を決定すればよい。今の
場合はＴ_C＝１９０℃を用いた。

【００４１】次に離型点Ｂでの離型温度であるが、作用
の項の評価結果から明らかなように、トナーのガラス転
移点Ｔｇより高く、トナーの軟化点Ｔ_Sよりは低い範囲
であればオフセツト量を最少にすることが可能である。
本実施例の定着器を稼働させた場合、稼働開始１０秒後
でＴ_B≦６５℃とし、数十枚の連続定着後でＴ_B≦９０
℃となるように冷却器５の熱容量（勿論放熱量も一部関
連する）を設定してあるが、さらに長時間の連続使用を
前提にした設計をする場合にはこの冷却器５をより大型
にし、さらに小型放熱フインを取り付けることで容易に
この温度条件を満足させることができる。

【００４２】駆動ローラ９への導入部Ｃ点では、冷却器
５の先端部への伝熱でＴ_Bよりは７〜８℃低下し、駆動
ローラ９への伝熱によつてＤ点では最大７〜８℃さらに
低下して５０℃（稼働開始１０秒後）≦Ｔ_D≦８０℃
（数十枚の連続使用後）の範囲の温度を示した。そして
このＴ_Dの値はヒータ１４への入口部まで略保たれ、伝
熱によつて昇温している断熱材３によつて加熱されてＥ
点では８０〜９０℃まで予備加熱されることになる。そ
してこのＥ点においてベルト８は記録紙１１と圧接を開
始する。

【００４３】さて、本定着器に記録紙を通した時の記録
紙表面の温度を以下の方法で測定した。それは、トナー
を通常の方法でベタ印刷した記録紙上に、直径１３μｍ
のクロメル−アルメル熱電対の先端部１〜２ｍｍを残し
て他の部分を接着剤付きテフロンテープで固定し、この
記録紙を本定着器に通した時の熱電対の指示値を記録計
で記録した。この熱電対付き記録紙は何回も温度測定に
使用でき、熱電対の先端部はトナー中に埋没した状態に
なつているので、その指示値はトナー温度を示すものと
考えてよい。このようにして計測したトナー温度の変化
の一例を示したのが図６である。

【００４４】これから分かることは、まず、接触加熱さ
れる前に、至近距離からの輻射加熱などによつてかなり
の昇温が見られるものである。但し、これは記録紙表面
近傍に限られると考えられ、加圧された接触加熱によつ
て記録紙の厚さ方向にも加熱が加わり、結果的にトナー
温度の最高到達点は加熱開始１０秒後で１０５℃、１分
後で１１５℃にしかならなかつた。

【００４５】この定着器に未定着トナーが転写された記
録紙を通して熱定着させたところ、定着率８０％以上
（テープテスト）の良好な定着は、稼働開始２０〜３０
秒後であつた。この定着器に用いたＰＴＣヒータのキユ
リー点は１９０℃であつたが、稼働開始１０秒後で良好
な定着を得るためにはキユリー点を２００℃にすればよ
いことが別の実施例で確認している。

【００４６】なお、本実施例に用いたエンドレスメタル
ベルトの仕様は、Ｎｉベルトの厚さが２０μｍ、この上
のＰＴＦＥ層の厚さは１０μｍであつた。これらの定着
実験では黒トナーしか評価していないが、いずれの場合
もオフセツト現象は全く認められなかつた。また、定着
速度は４０ｍｍ／ｓであつた。

【００４７】（実施例２）図７は他の実施例の熱定着装
置の断面図である。この実施例では、前置加熱器１４′
を設けることによつて加熱能力の向上とエンドレスメタ
ルベルト８のしわ発生の防止を図り、定着速度の向上を
達成することを目的としている。

【００４８】同時に、この前置加熱器１４′を弱い板バ
ネ１６でエンドレスメタルベルト８に押し付けることに
よつて、メタルベルト８が常に一定の弱い張力で駆動ロ
ーラ９に張り付くようにしたことは、メタルベルト８の
スリツプ防止と回転トルクの低減の観点から望ましい効
果をもたらしている。また、ステー７と７′にスリツト
を入れ、板バネ１６（２枚）をこれに落とし込むことに
よつて前置加熱器１４′を固定できるという、部品点数
の削減と組み立て工数の低減という効果も得た。他の構
成は実施例１と同様である。

【００４９】この実施例において、前置加熱器１４′の
ＰＴＣヒータ１′のキユリー点を１５０℃、主加熱器１
４のＰＴＣヒータ１のキユリー点を２３０℃とし、定着
速度を１００ｍｍ／ｓとして定着実験を行つたところ、
実施例１と同じトナーの場合、稼働開始後１５秒で良好
な定着性能を得た。稼働開始後３０秒の場合、Ａ４で２
０〜２５枚／分の定着速度を得ることもできた。

【００５０】この実施例のように、複数の加熱器を用い
る場合、同時にＰＴＣヒータに通電を行うと、ほぼ倍の
突入電力が必要となる。この突入電流が流れる時間は２
〜３秒程度で、その後は１／３〜１／１０の通電量とな
る。この特性を利用して、先ず前置加熱器１４′に通電
し、約３秒後に主加熱器１４に通電を開始すると最大消
費電力は１個の加熱器の場合の２０％増程度に抑えら
れ、定着開始時間の遅れは１〜２秒に止められるという
大きな効果をもたらす。これは実用的効果として非常に
大きなものである。

【００５１】（実施例３）２０μｍ厚さのエンドレスＮ
ｉメタルベルトの外側表面に３〜５μｍ厚さのシリコー
ン樹脂を被覆したエンドレスメタルベルト８を用い、他
の構成は実施例１と全く同一の条件で実験評価した。

【００５２】この定着器では、メタルベルト８上の非粘
着性被膜の厚さが実施例１の１／３〜１／２と薄いため
に熱伝達率がよく、稼働開始１０秒後で良好な定着特性
を得た。ここで用いたトナーは実施例１および２と同一
の黒トナーであり、勿論オフセツトも認められなかつ
た。

【００５３】そこでこの定着器で、マゼンタトナーを含
むカラートナー像を転写した記録紙を定着させたとこ
ろ、オフセツトのない良好な定着が可能なことが分かつ
た。この普通紙定着の定着速度は４０ｍｍ／ｓの結果で
あるが、カラーＯＨＰでの定着には、定着速度を２０ｍ
ｍ／ｓと遅くすれば良好な定着が可能であることも分か
つた。これは、ＯＨＰシートの熱容量が普通紙よりも大
きく、トナーを均一に融着させる熱量も多く必要とする
ことによる。

【００５４】（実施例４）実施例３に用いたのと同じエ
ンドレスメタルベルトを用いて実施例２の定着器を製作
して実験評価した。この場合も実施例２よりも熱効率が
改善されたのは実施例３の場合と同様であり、カラート
ナーに対する定着特性も実施例３と全く同様であつた。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、従来の熱定着器ではほ
とんど不可能であつたドライ定着が可能となり、特にカ
ラーに対してもドライ定着が始めて可能となつた。そし
て熱効率が一層向上し、従来の熱定着器の１／２以下の
消費電力で、ウオーミングアツプ時間も１０秒〜１５秒
と短くすることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る熱定着装置の断面図で
ある。

【図２】その熱定着装置の要部拡大図である。

【図３】離型温度とピーリング強度との関係を示す特性
図である。

【図４】離型温度とオフセツト量との関係を示す特性図
である。

【図５】熱定着装置の各部の温度関係を説明する図であ
る。

【図６】熱定着装置の熱電対指示温度特性図である。

【図７】他の実施例に係る熱定着装置の断面図である。

【図８】非オフセツト性評価法を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ＰＴＣヒータ素子３断熱体５冷却器８メタルベルト８ａ被膜９駆動ローラ１０加圧ローラ１１記録紙１２未定着トナー１３加熱冷却デバイス１４加熱器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方に発熱部材を備えた互い
に圧接回転する一対のローラと、未定着トナー像を持つ
像支持体を上記ローラ間に通過させて該未定着トナー像
を熱溶融定着させる熱定着装置であり、上記発熱部材を
備えたローラが、支持体を兼ねる冷却器と加熱器からな
る一体構造型加熱冷却デバイスと、該一体構造型デバイ
スと接して回転し、像支持体と接する外側表面を非粘着
性被膜を形成した薄いエンドレスメタルベルトと、該エ
ンドレスメタルベルトに張力を与えながら該エンドレス
メタルベルトを回転駆動させる駆動用ローラからなる熱
定着装置において、前記エンドレスメタルベルトが像支持体に圧接する部分
での表面温度を先ず前記トナーの融点近傍（Ｔｍ）まで
上昇させ、その後冷却して像支持体がエンドレスメタル
ベルトから剥離する個所では該トナーのガラス転移点よ
りは高く、軟化点よりは低い温度とすることを特徴とす
る熱定着装置。
【請求項２】前記駆動用ローラは、その表面がメタル
ベルトの内面とは十分に大きな摩擦係数を持つと共に、
金属材料に比較して大幅に低い熱伝導性と、大幅に小さ
な熱容量を持つ材料から構成されていることを特徴とす
る請求項１記載の熱定着装置。
【請求項３】前記エンドレスメタルベルトの非粘着性
被膜が、平滑で薄いシリコーンゴムまたはシリコーン樹
脂の単一材料からなることを特徴とする請求項１および
２記載の熱定着装置。
【請求項４】前記一体構造型加熱冷却デバイスが、支
持体と該支持体に固定れた加熱器と、該支持体に回転軸
によつて固定された冷却器から構成されていることを特
徴とする請求項１，２，３記載の熱定着装置。
【請求項５】前記一体構造型加熱冷却デバイスが、支
持体と該支持体に固定された複数の加熱源を持つ加熱器
と、該支持体に回転軸によつて固定された冷却器から構
成されていることを特徴とする請求項１，２，３記載の
熱定着装置。
【請求項６】前記複数の加熱源を持つ一体構造型加熱
冷却デバイスの加熱源への通電開始時間を時間的に順次
ずらすことを特徴とする請求項５記載の熱定着装置。
【請求項７】前記一体構造型加熱冷却デバイスに対向
して圧接従動回転する加圧ローラのゴム硬度が、アスカ
ーＣスケールで３０度以下であることを特徴とする請求
項１，２，３，４，５，６記載の熱定着装置。
【請求項８】前記加圧ローラの加圧力を電磁ソレノイ
ドによつて発生させ、定着器の不稼働時には加圧ローラ
の加圧力を開放することを特徴とする請求項１，２，
３，４，５，６，７記載の熱定着装置。