(57)【要約】【課題】  後方巻きつけ部で十分な投入熱量が得られ、定着不良の無い後方巻きつけ方式による定着装置を提供する。【解決手段】  後方巻きつけ部材１０により、溶融挟持部８に接続して、溶融挟持部８を通過した記録体４が加熱した加熱定着ローラ１に接触する接触部９を設け、接触部９における記録体４への投入熱量を溶融挟持部８における投入熱量の略１／４とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の定着ローラを互いに圧接させるとともに、少なくともいずれか一方の定着ローラを加熱して溶融挟持部を形成し、該溶融挟持部にトナー画像を配列した記録体を挿通させ、該記録体に前記トナー画像を定着させる定着装置において、
前記溶融挟持部に接続して該溶融挟持部を通過した前記記録体が前記加熱した加熱定着ローラに接触する接触部を設け、該接触部における前記記録体への投入熱量を前記溶融挟持部における投入熱量の略１／４としたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
一対の定着ローラを互いに圧接させるとともに、少なくともいずれか一方の定着ローラを加熱して溶融挟持部を形成し、該溶融挟持部にトナー画像を配列した記録体を挿通させ、該記録体に前記トナー画像を定着させる定着装置において、
前記記録体への投入熱量が前記溶融挟持部における投入熱量の略１／４となる前記溶融挟持部に接続し、前記溶融挟持部を通過した前記記録体が前記加熱した加熱定着ローラに接触する接触部を設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項３】
一対の定着ローラのうち少なくとも一方の定着ローラが加熱部を有する加熱定着ローラであり、該一対の定着ローラを互いに圧接させて溶融挟持部を形成し、該溶融挟持部にトナー画像を配列した記録体を挿通させ、前記溶融挟持部を通過した前記記録体が前記加熱定着ローラに接触する接触部を形成するように、前記溶融狭持部における接線に対し前記加熱定着ローラ側に設置した後方巻きつけ部材により、該記録体に前記トナー画像を定着させる定着装置において、
前記後方巻きつけ部材によって形成される接触部の記録体搬送方向の長さは、前記接触部における前記記録体への投入熱量が前記溶融挟持部における投入熱量の略１／４として算出されてなることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、複写機及びファクシミリ等の電子写真方式を用いた記録装置に係り、特に、記録体の表面に形成されるトナー画像を記録体に定着させるのに好適な定着装置並びに記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真方式を用いた記録装置においては、トナーを記録体表面に画像として顕像化させる工程と、顕像化されたトナー画像を記録体に定着させる工程とを備える。トナーは、加熱により溶融し冷却により凝固する。定着工程では、このトナーの性質を利用してトナーを加熱させることにより溶融させ、その後の自然冷却により記録体に溶着し定着させる。
【０００３】
従来の定着装置においては、定着工程で１本のローラと１本の支持ローラとよりなる１対の定着ローラを圧接させ、少なくともそのうち１本の定着ローラを加熱し、１対の定着ローラが相接する溶融挟持部を形成し、その溶融挟持部にトナー画像を配列した記録体を挿通させて定着する構成である（例えば、特許文献１参照。）。この溶融挟持部に記録体を挿通させることにより、記録体の表面に画像として配列されたトナーは、加熱されると同時に加圧される。溶融挟持部における熱エネルギと圧力による仕事との２種類のエネルギー供給を受けることによりトナーは溶融し変形する。この作用により、トナーは記録体に定着する。ここで、定着ローラは、少なくとも一方が加熱されていればよい。また、記録体に形成されたトナー画像を溶融挟持部に挿通する際、トナー画像の担持面と加熱された定着ローラとが接触するように挿通する。
【０００４】
この加熱された加熱定着ローラをヒートローラ（ＨＲ）と称し、支持ローラをバックアップローラ（ＢＲ）と称する。このＨＲとＢＲの両方のローラを定着ローラ対と称することがあり、また、ＨＲとＢＲのうち任意のいずれか一方を定着ローラと称することがある。
【０００５】
ＨＲは、アルミニウム製の中空円筒で形成され、その中心部にヒータが設けられている。アルミニウム製の中空円筒を芯金と称し、ヒータにはハロゲンランプを用いることが多い。この定着装置では、トナー画像を加熱させる際に、溶融したトナーが溶着部材（ＨＲ）に付着する現象（オフセット現象）が発生することがある。
【０００６】
オフセット現象が発生すると、第２回目の定着の際に、記録体に溶着部材からトナーが転移し、誤印字を招くという問題が発生する。これを防止するため、ＨＲのトナーと接する外皮層に離型性の高いシリコンゴムやフッ素ゴム、あるいはフッ素樹脂を離型層として用いるのが一般的である。
【０００７】
通常、外皮層には、フッ素あるいはシリコンゴムやフッ素ゴムが用いられている。特に、フッ素樹脂は、離型性が高いことでよく知られており、外皮層材料として、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等がよく用いられている。
【０００８】
離型層は、芯金と比較して熱伝導率が低いため、定着時には熱抵抗部として作用する。
【０００９】
一方、支持ローラであるＢＲは、金属製の回転軸の外側に弾性層が設けられ、ＨＲと圧接の際に、この弾性層が変形して溶融挟持部が形成される。
【００１０】
主に用いられる記録体は、ファンフォールド紙と称される長尺紙で、長手方向の途中にある長さ間隔でミシン目が付けられたものである。この種の記録体を連続紙と称することもある。
【００１１】
従来、連続紙を高速で搬送させてトナー画像を定着させる場合、定着ローラ対だけでは十分な熱量をトナーに与えることができないため、定着ローラ対の直前にプレヒータを用いる手段が多く用いられている。プレヒータは多くの場合、熱板で形成されて搬送路に設置され、連続紙のトナー画像の担持面の裏面から予熱を行うものである。プレヒータは、連続紙のトナー画像の担持面の裏面からトナーを予熱するため、記録体の厚さ分の熱量を供給する必要があった。従って、熱的な効率が優れず、十分な予熱効果を得るにはプレヒータ自体を大型化しなくてはならないという課題があった。この場合、通常、定着ローラ対が占める空間と同等以上の空間をプレヒータの設置のために用意する必要がある。このように、従来の定着装置にあっては、プレヒータを用いるため、定着工程に必要な空間が大型化するという課題がある。
【００１２】
この課題に対して、プレヒータの設置に代えて、一対の定着ローラだけでトナーの定着に必要な熱量を加える方法として、ＨＲの離型層厚さを減じて熱抵抗を減じ投入熱量を増加させることが考えられるものの、ＨＲの離型層厚さを減少させると、ＨＲの耐摩耗性が著しく損なわれ、ＨＲの寿命を低下させる。従って、実用に供することができないという課題が発生する。
【００１３】
また、記録体がＨＲとＢＲとの溶融挟持部に到達するより前方からＨＲに接触させて予熱する、ＨＲの前方接触部を設ける方法もある。しかしながら、この方法では、トナーが記録体の表面に堆積しているのみで記録体に接着されておらず、ＢＲによる記録体の挟持が行われないため、記録体が熱により収縮し、記録体の収縮とＨＲ表面との間のずれにより画像ブレが発生し易いという課題がある。
【００１４】
上記した課題を解決する方法として、記録体が溶融挟持部を通過した後も引き続きＨＲに接触させる手段を設ける方法がある（例えば、特許文献２参照。）。溶融狭持部通過後もトナーが挟持されながら加熱される手段により、画像ブレの発生がない状態でトナーが記録体に接着される。このように、溶融挟持部を通過した後も引き続き記録体をＨＲに接触させる方式を、「後方巻きつけ方式」と呼ぶ。
【００１５】
挟持直後の状態では、定着という観点からは未だ接着力が不十分であるものの、溶融狭持部を通過した後は、少なからずトナーと記録体との間に接着力が存在する。このため、記録体の熱収縮により記録体とＨＲ表面との間にずれが発生しても、画像ブレは発生しない。
【００１６】
なお、記録体の熱収縮は、加熱直後に著しいため、著しい熱収縮力は溶融挟持部内で発生するが、ＢＲによる記録体の挟持に妨げられて、収縮そのものは発生しない。溶融挟持部を通過した後の接触部では記録体の熱収縮量は僅かである。
【００１７】
【特許文献１】特開昭６４−９４８３号公報
【特許文献２】特開平７−１６０１３７号公報
【非特許文献１】Teruaki Mitsuya and Takao Kumasaka, “Heat Transfer and Toner Melting in an Electrophotographic Fuser System”, Journal of Imaging Science and Technology, Vol.39, N0.6, pp.481-484 (1995)
【非特許文献２】Teruaki Mitsuya, Takashi Suzuki, Ryoji Yabuki and Akira Terakado, "Energy Analysis in an Electrophotographic Fusing Process", Japan Hard Copy 2000 Fall Meeting, Proc., pp.16-19 (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記した後方巻きつけ方式を採用した場合も、厚紙や予期しない粗面紙において定着不良が発生することがあった。この定着不良を解消するために、後方巻きつけ部での投入熱量を十分に高める必要があり、従って、後方巻きつけ長さを、適切な長さに適宜設定する必要があるが、従来は、後方巻きつけ部での投入熱量を見積もることは困難であった。
【００１９】
本発明の目的は、後方巻きつけ部で十分な投入熱量が得られ、定着不良の無い後方巻きつけ方式による定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明は、一対の定着ローラを互いに圧接させるとともに、少なくともいずれか一方の定着ローラを加熱して溶融挟持部を形成し、該溶融挟持部にトナー画像を配列した記録体を挿通させ、該記録体に前記トナー画像を定着させる定着装置において、前記溶融挟持部に接続して該溶融挟持部を通過した前記記録体が前記加熱した加熱定着ローラに接触する接触部を設け、該接触部における前記記録体への投入熱量を前記溶融挟持部における投入熱量の略１／４としたことを特徴とする。
【００２１】
また、一対の定着ローラを互いに圧接させるとともに、少なくともいずれか一方の定着ローラを加熱して溶融挟持部を形成し、該溶融挟持部にトナー画像を配列した記録体を挿通させ、該記録体に前記トナー画像を定着させる定着装置において、前記記録体への投入熱量が前記溶融挟持部における投入熱量の略１／４となる前記溶融挟持部に接続し、前記溶融挟持部を通過した前記記録体が前記加熱した加熱定着ローラに接触する接触部を設けたことを特徴とする。
【００２２】
また、一対の定着ローラのうち少なくとも一方の定着ローラが加熱部を有する加熱定着ローラであり、該一対の定着ローラを互いに圧接させて溶融挟持部を形成し、該溶融挟持部にトナー画像を配列した記録体を挿通させ、前記溶融挟持部を通過した前記記録体が前記加熱定着ローラに接触する接触部を形成するように、前記溶融狭持部における接線に対し前記加熱定着ローラ側に設置した後方巻きつけ部材により、該記録体に前記トナー画像を定着させる定着装置において、前記後方巻きつけ部材によって形成される接触部の記録体搬送方向の長さは、前記接触部における前記記録体への投入熱量が前記溶融挟持部における投入熱量の略１／４として算出されてなることを特徴とする。
【００２３】
さらに、上記記載の定着装置を備えた記録装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、適正な後方巻きつけ部の長さを熱量に基づき設定でき、後方巻きつけ部で十分な投入熱量が得られるので、定着不良を防止した後方巻きつけ方式の定着装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、後方巻きつけ部での投入熱量水準を明確とする。また、後方巻きつけ部での投入熱量を把握することで、適正な後方巻きつけ部の長さを熱量に基づき設定可能とする。これにより、後方巻きつけ部で十分な投入熱量が得られ、定着不良の無い後方巻きつけ方式による定着装置を実現できる。
【実施例１】
【００２６】
以下、本発明の実施例を、図１〜図３を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本発明の後方巻きつけ方式を用いた定着装置の斜視図である。
【００２８】
図１に示すように、一対の定着ローラ１，３を互いに圧接させるとともに、少なくとも片方の定着ローラにヒータ２を設けて加熱定着ローラ（ＨＲ、以下ＨＲとする）１とし、溶融挟持部８を形成する。
【００２９】
この溶融挟持部８に、トナー画像（未定着トナー：本例では「ＸＹＺ」）５を表面に配列した記録体４を挿通させることで、記録体４にトナー画像５を或る程度定着（半定着）させる。本実施例における記録体４は連続紙を用いる。
【００３０】
溶融挟持部８に接続して、溶融挟持部８を通過した記録体４がＨＲ１に接触するように、後方巻きつけ部材１０を設置する。この後方巻きつけ部材１０によって、ＨＲ１に接触している記録体の領域を後方巻きつけ部９と呼ぶ。
【００３１】
すなわち、記録体４及びその表面に配列された未定着トナー５は、プレヒータ１１に沿いバックアップローラ（ＢＲ、以下ＢＲとする。）３と、ヒータ２により加熱されたＨＲ１との間の圧接により形成された溶融挟持部８に挿通される。
【００３２】
そして、溶融挟持部８で、未定着トナー５は加熱による熱エネルギの供給と加圧による圧縮仕事を受けて溶融し変形し、溶融挟持部８の出口では、未定着トナー５は半定着状態となる。この状態では、定着強さは十分ではないが、その後に接触する後方巻きつけ部９で、画像ブレの発生がない程度に半定着トナー５と記録体４との間に接着力が発生する。つまり、記録体４とその表面に形成された半定着トナー５は、後方巻きつけ部材１０により形成される後方巻きつけ部９にて、更に加熱による熱エネルギーの供給を受け、十分な定着強さが与えられる。
【００３３】
図２は、後方巻きつけ部９が形成された定着装置での定着強度と、ニップ部のみの（後方巻きつけ部が形成されない場合の）定着装置での定着強度の実験結果を示したグラフである。
【００３４】
図中、ＷＲＡＰ  ＰＥＲＩＯＤは、用紙上の一点がニップ部の中央から後方巻きつけ部を通過する時間、ＮＩＰ  ＰＥＲＩＯＤは用紙上の一点がニップ部を通過する時間を表す。いずれも、ミリ秒（ｍｓ）で示してある。また、ＦＩＸＩＮＧ  ＳＴＲＥＮＧＴＨは定着強度を示す。
【００３５】
図２から、後方巻きつけ部９が形成された定着装置で１１ｍｓのニップ時間に１４７ｍｓのラップ時間（５．５ｍｓ分のニップ時間を含んだ値）を加えると、ニップ部のみの定着装置のニップ時間２９ｍｓの場合と定着強度が一致する。すなわち、この２つの条件では、記録体４への投入熱エネルギーが等しいことを意味する。
【００３６】
図３に、この２つの条件について、簡単な１次元熱伝導シミュレーションによって記録体４への投入エネルギーを計算した結果のグラフを示す。なお、計算方法には、非特許文献１に記載された方法と同様の方法を用いた。
【００３７】
横軸はニップ部突入後の経過時間（Ｔｉｍｅ：ミリ秒）、縦軸は比投入熱エネルギー（Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｎｅｒｇｙ）を示す。図中破線は、ニップ部のみの場合の計算結果である。
【００３８】
後方巻きつけ部９が形成された定着装置でのラップ時間１４７ｍｓの比投入熱エネルギーの値を、ニップ部のみの定着装置のニップ時間２９ｍｓの比投入熱エネルギーの値と一致させるように、後方巻きつけ部のデータを修正すると、後方巻きつけ部での投入エネルギーの変化が明らかになる。
【００３９】
図３から、後方巻きつけ部では、ニップ部の１／４（＝Ａ／（Ａ＋Ｂ））のエネルギー投入が見込めることが判る。これにより、適正に後方巻きつけ部の長さを設定できるようになる。
【００４０】
例えば、或るニップ部のみの定着装置よりも投入エネルギーを４０％アップさせたい場合（図３におけるＣ／（Ｃ＋Ｄ）＝０．４）は、図３の時間５０ｍｓの条件（ニップ時間１１ｍｓ、ラップ時間４４．５ｍｓ）で後方巻きつけ長さを設定すればよいことが判る。
【００４１】
以上述べた本発明の方法を用いれば、適正に後方巻きつけ長さを設定することができる。
【００４２】
また、適正な後方巻きつけ部の長さを形成する定着装置により、従来よりさらなる高速領域や厚紙使用条件において高い定着強度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の後方巻きつけ方式を用いた定着装置の斜視図。
【図２】後方巻きつけ部が形成された定着装置での定着強度と、ニップ部のみの（後方巻きつけ部を有しない場合の）定着装置での定着強度を比較した実験結果のグラフ。
【図３】記録体４への投入エネルギーを計算した結果のグラフ。
【符号の説明】
【００４４】
１…定着ローラ（ＨＲ）、２…ヒータ、３…バックアップローラ（ＢＲ）、４…記録体、５…トナー画像、８…溶融挟持部、９…後方巻きつけ部、１０…後方巻き付け部材、１１…プレヒータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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