(57)【要約】【課題】高速領域において十分な定着強度を得るとともに、十分な光沢度を確保した画像を得ることができる定着装置を提供する。【解決手段】熱源を有するヒートローラと、ヒートローラ側に押圧して第１の溶融挟持部を形成する第１のローラと、第１のローラの記録媒体搬送方向の下流側に位置し、ヒートローラ側に押圧して第２の溶融挟持部を形成する第２のローラとを備えた定着装置で、第１のローラの径の大きさを、ヒートローラの径の大きさ以上にし、また、ヒートローラの径の大きさを、前記第２のローラの径の大きさよりも大きくする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源を有するヒートローラと、前記ヒートローラ側に押圧して第１の溶融挟持部を形成する第１のローラと、前記第１のローラの記録媒体搬送方向の下流側に位置し、前記ヒートローラ側に押圧して第２の溶融挟持部を形成する第２のローラとを備えた定着装置において、
前記第１のローラの径の大きさを、前記ヒートローラの径の大きさ以上にし、また、前記ヒートローラの径の大きさを、前記第２のローラの径の大きさよりも大きくしたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、前記第２のローラの硬度値を、前記ヒートローラの硬度値よりも高くし、また、前記ヒートローラの硬度値を、前記第１のローラの硬度値よりも高くしたことを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の定着装置において、前記第１の溶融挟持部および前記第２の溶融挟持部を記録媒体が通過し、前記第１の溶融挟持部の搬送方向上流側に、前記記録媒体を加熱するプレヒータを備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の定着装置において、前記第２の溶融挟時部の出口を接点とした接線上で、且つ前記第２の溶融挟持部を通過する前記記録媒体の搬送方向下流側に、記録媒体搬送用の一対のローラを備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の定着装置において、前記記録媒体は連続紙であることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機等のトナー等の着色粒子を用いて画像を顕像化させる電子写真記録装置に係り、特に記録媒体の表面に形成されるトナー像を記録体に定着させる定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた記録装置は、着色粒子を記録媒体表面に画像として顕像化させる現像工程と顕像化された着色粒子画像を熱と圧力とを加えることで記録媒体に固着させる定着工程とからなる。着色粒子には、電子写真専用のトナーと呼ばれる粉末が用いられる。トナーは、定着工程での加熱により融解し、空気等の冷却により凝固する。また、定着工程での加圧によりトナーの融解は促進される。従来技術でいえば、特許文献１（特開平１０−１２３８６３号公報）では、この加熱中の圧力が光沢度に影響する事が記載されている。特許文献１では、このトナーの性質を利用してトナーを加熱する事により融解させ、記録媒体に定着させる。
【０００３】
従来、定着装置としてローラ内部に配置されたハロゲンヒータで加熱したヒートローラにバックアップローラをコイルスプリング等で押圧し、ローラ間に挟持部（ニップ部）を形成し、その間にトナーが付着した記録媒体を通過させ、加圧及び加熱し定着するローラ定着が用いられている。なお、本明細書では、以後、ヒートローラをＨＲ、バックアップローラをＢＲと表現する。
【０００４】
ＨＲは加熱され、ＨＲとＢＲは圧接されて回転する。ニップ部に記録媒体を通過させることにより、記録媒体の表面に形成されたトナー像は、その記録媒体に定着する。ローラ定着においてＨＲ表面の一点がニップ部を通過するのに要する時間をニップ時間とする。例えば、記録媒体搬送速度が３０ｉｎｃｈ／ｓｅｃ（７６２ｍｍ／ｓｅｃ）の高速機では、このニップ時間が短く、そのためトナーを溶融させるのに十分な熱量を与える事が困難な場合が多い。ＨＲやＢＲを大型化は、装置を大型化する必要することになるので、あまり現実的とはいえない。
【０００５】
このほか、加熱定着方式の定着装置を用いて高速定着を実現するための一手段として、例えば、特許文献２（特開平８−４４２３２号公報）では、プレヒータと呼ばれる記録媒体を裏面から加熱した後、ファーストＢＲによりファーストニップ部、ファーストＢＲに対して記録媒体搬送方向下流にセカンドＢＲを設け、セカンドニップ部を形成して、トータルのニップ時間を長くして、高速定着を可能とする方法が記載さられている。また、特許文献３（特表平５−５０４６３４号公報）では、記録媒体をサドルでＨＲに巻き付け、トナー温度を高めてから定着ニップ部を通過させることにより、高速領域でも十分な定着強度を確保する方法が記載されている。
【０００６】
一方、ニップ部通過後に、トナーとＨＲ表面が離れる際にトナーが溶融してＨＲ表面との付着力が増大し、表面が荒れるホットオフセットが生じる。一般的な、ホットオフセットに対する対処法としては、ＨＲ表面にテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の層を形成し、トナーの離型性を高める方法やＨＲ表面に離型剤としてシリコンオイルを塗布する方法等が挙げられる。この方法は、レーザープリンターの分野では広く使われている。その他には、例えば、特許文献４（特開平５−１５０６７９号公報）では、ニップ部において加圧によりＨＲに歪が生じた状態からニップ通過後に圧力が開放され元の状態に戻るときにＨＲ表面と記録媒体上のトナーの界面に微小なスリップが生じる。このときトナーの付着力が減少し、記録媒体のコシを使ってＨＲ表面とトナーが剥離させる方法が記載されている。そして、特許文献５（特開２００６−３５００８５号公報）では、３つのローラの硬度値を規定して、ニップを確保する構成が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１２３８６３号公報
【特許文献２】特開平８−４４２３２号公報
【特許文献３】特表平５−５０４６３４号公報
【特許文献４】特開平５−１５０６７９号公報
【特許文献５】特開２００６−３５００８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２記載の構成では、ニップ出口での記録媒体上のトナーとＨＲ表面の剥離方法まで考慮されておらず高速領域において十分な定着強度が得られても、十分な光沢度を確保した画像を得ることが難しい。一方、特許文献３および特許文献４記載の構成では、形成される定着ニップ部が１ヶ所であるため、高速領域では十分な定着強度が確保できないという課題がある。
【０００９】
また、特許文献５のように、３つのローラの芯金を覆うゴムの硬度を規定してニップ幅を確保する方法では、一般的には硬度値を下げてローラを作製されることになり、その場合、ゴムの耐久性が低下するという課題がある。
【００１０】
そこで、本発明は高速領域において十分な定着強度を得るとともに、十分な光沢度を確保した画像を得ることができ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】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明は、熱源を有するヒートローラと、前記ヒートローラ側に押圧して第１の溶融挟持部を形成する第１のローラと、前記第１のローラの記録媒体搬送方向の下流側に位置し、前記ヒートローラ側に押圧して第２の溶融挟持部を形成する第２のローラとを備えた定着装置において、前記第１のローラの径の大きさを、前記ヒートローラの径の大きさ以上にし、また、前記ヒートローラの径の大きさを、前記第２のローラの径の大きさよりも大きくしたことを特徴としている。
【００１２】
更に、請求項２記載の発明においては、前記第２のローラの硬度値を、前記ヒートローラの硬度値よりも高くし、また、前記ヒートローラの硬度値を、前記第１のローラの硬度値よりも高くしたことを特徴としている。
【００１３】
更に、請求項３記載の発明においては、前記第１の溶融挟持部および前記第２の溶融挟持部を記録媒体が通過し、前記第１の溶融挟持部の搬送方向上流側に、前記記録媒体を加熱するプレヒータを備えたことを特徴としている。
【００１４】
更に、請求項４記載の発明においては、前記第２の溶融挟時部の出口を接点とした接線上で、且つ前記第２の溶融挟持部を通過する前記記録媒体の搬送方向下流側に、記録媒体搬送用の一対のローラを備えたことを特徴としている。
【００１５】
更に、請求項５記載の発明においては、前記記録媒体は連続紙であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の定着装置によれば、高速領域において十分な定着強度を得るとともに、十分な光沢度を確保した画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を説明する。なお、以下に説明する実施例は、一例であり、本発明は、これに限定されないものとする。まず、図１を用いて本発明の構成について説明する。図１は本実施例の定着装置の構成断面図である。１はＨＲ、２はＨＲ１の内部に備えられたＨＲ加熱用ヒータ、４は記録媒体であり、３はＨＲ１の記録媒体４搬送上流側に位置するファーストＢＲ、５はＨＲ１の記録媒体４搬送下流側に位置するセカンドＢＲ、６は記録媒体４上に乗っている未定着トナー、７は未定着トナー６を定着した定着後トナー、８はＨＲ１とファーストＢＲ３から形成されるファーストニップ部、９および１０は記録媒体搬送用ローラで２本のローラで挟持回転することにより記録媒体４を搬送する。また、１１はＨＲ１とセカンドＢＲ５から形成されるセカンドニップ部であり、１２はファーストニップ部８の記録媒体４の搬送方向上流側に位置する予熱用のプレヒータである。なお、記録媒体４は連続紙である。
【００１８】
ハロゲンヒータからなるＨＲ加熱用ヒータ２によって加熱されたＨＲ１にファーストＢＲ３、ＨＲ３とセカンドＢＲ５とがそれぞれ圧接されて、ファーストニップ部８とセカンドニップ部１１が形成される。ＨＲ１は、ローラ径は１００ｍｍでアルミニウムを芯金とし、弾性層としてシリコンゴムを４００μｍ、その上に厚さ１１０μｍのＰＦＡチューブを被覆させている。ファーストＢＲ３は、ローラ径の大きさ１００ｍｍでアルミニウムを芯金とし、弾性層としてシリコンゴムを８ｍｍ、その上に厚さ２５０μｍ以下のＰＦＡチューブを被覆させている。セカンドＢＲ５は、ローラ径が５０ｍｍでアルミニウムの芯金にＰＦＡチューブを２５０μｍ被覆させている。ここで、ファーストＢＲ３の径の大きさをパラメータ化したときの定着装置にて、記録媒体４上にあるトナーに投入される熱量を図２に示す。熱量が１１０００Ｊ／ｍ２以上でトナーは記録媒体４上のトナーに定着される。
【００１９】
図２は、ファーストＢＲ３の径の大きさと熱量との関係の図である。この図を参照すると、ファーストＢＲ径が８０ｍｍで、熱量が１１０００Ｊ／ｍ２となるが、この径の大きさ以上でトナーは記録媒体上に定着するので、この８０ｍｍがファーストＢＲ径の大きさが必要な最低限の大きさである。なお、このような関係は、他のローラにも当てはまることだが、ファーストＢＲ３を一例として挙げている。
【００２０】
ここで、十分な定着強度および光沢度を得るための最適値を求めるために、３つのローラ径の大きさを変えて実験を行った。詳細は後程説明する。なお、ローラ径を大きくすると定着強度と光沢度は増加するものの、例えば、ローラ径の大きさが２００ｍｍ以上になると、実際の装置に搭載させる際に、部品交換時に取り扱いにくくなる。そのため、実用的ではなくなり、そこでローラ径の大きさを５０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲で変化させて実験を行った。また、ここでは、図２のファーストＢＲ３の関係を基準にして３つのローラ径を変化させているが、どのローラの関係を基準にしても構わないものとする。なお、光沢度について説明すると、画像における高級感を示す度合いであり、条件によって変化するものである。なお、本実施例では、測定角度６０℃で１０％以上であれば、適正値とみなし○とし、それ以外であれば×とした。
【００２１】
また、加圧によりＨＲ１に歪が生じた状態からニップ通過後に圧力が開放され元の状態に戻る時にＨＲ１表面と記録媒体上のトナーの界面に微小なスリップが生じることから、セカンドニップ部１１通過後のトナーとＨＲ表面の付着力を低減させるため、３つのローラの硬度の関係についても調べるため、硬度値を変えて実験を行った。
【００２２】
図３は、その３つのローラの径の大きさおよび硬度値を変更して実験を行った結果を表したものであり、以下にこの図３について説明する。
【００２３】
なお、３つのローラの径の大きさを変更して、それから夫々のローラの硬度値を変更させて実験を行った。そして、最適かどうかは光沢度および定着強度の両方から判断した。
【００２４】
ファーストＢＲ３の径の大きさが１００ｍｍ、ＨＲ１の径の大きさが１００ｍｍ、そしてセカンドＢＲ５の径の大きさが５０ｍｍの場合について説明する。ファーストＢＲ３の硬度値を一番大きくとったときは、光沢度および定着強度の両方とも良好な値が得られず、また、ＨＲ１の硬度値を一番大きくとったときは、定着強度は良好でも、光沢度は十分なものは得られなかった。そして、光沢度および定着強度共に良好な結果が得られたのは、ファーストＢＲ３の硬度値が４０Ｈｓ、ＨＲ１の硬度値が５０Ｈｓ、そしてセカンドＢＲ５の硬度値が８０Ｈｓのときであり、このとき、３つのローラの硬度値の関係がセカンドＢＲ＞ＨＲ＞ファーストＢＲとなるときである。
【００２５】
ファーストＢＲ３の径の大きさが１００ｍｍ、ＨＲ１の径の大きさが５０ｍｍ、そしてセカンドＢＲ５の径の大きさが１００ｍｍの場合であるが、夫々のローラの硬度値を変更させても、良好な光沢度および定着強度を得ることはできなかった。
【００２６】
ファーストＢＲ３の径の大きさが８０ｍｍ、ＨＲ１の径の大きさが１００ｍｍ、そしてセカンドＢＲ５の径の大きさが１００ｍｍの場合であるが、夫々のローラの硬度値を変更させても、良好な光沢度および定着強度を得ることはできなかった。
【００２７】
ファーストＢＲ３の径の大きさが１５０ｍｍ、ＨＲ１の径の大きさが１００ｍｍ、そしてセカンドＢＲ５の径の大きさが５０ｍｍの場合について説明する。この場合は、３つのローラの硬度値をどのように変化させても定着強度は良好であった。しかしながら、光沢度および定着強度共に良好な結果が得られたのは、ファーストＢＲ３の硬度値が４０Ｈｓ、ＨＲ１の硬度値が５０Ｈｓ、そして、セカンドＢＲ５の硬度値が８０Ｈｓのときだけであった。つまり、３つのローラの硬度値の関係がセカンドＢＲ＞ＨＲ＞ファーストＢＲとなるときが、光沢度および定着強度共に良好な結果が得られることがわかる。
【００２８】
従って、ファーストＢＲ３の径の大きさがＨＲ１の径の大きさ以上であり、また、ＨＲ１の径の大きさがセカンドＢＲ５の径の大きさよりも大きいときが、十分な定着強度および光沢度を得られる条件であることがわかる。
【００２９】
そして、３つのローラの硬度値に関していえば、セカンドＢＲ５の硬度値は、ＨＲ１の硬度値よりも高く、また、ＨＲ１の硬度値は、ファーストＢＲ３の硬度値よりも高いときが、十分な定着強度および光沢度を得られる条件であることがわかる。
【００３０】
この理由について以下に説明する。
【００３１】
トナー記録媒体４は、連続紙であり、ＨＲ１と接触する側にトナー画像が形成されている。記録媒体４は、プレヒータ１２にて加熱された後、ＨＲ１とファーストＢＲ３により形成されたファーストニップ部８を通過した後、トナー画像がＨＲ１に接触したまま、セカンドニップ部１１に至る。このとき、ファーストニップ部８では、ファーストＢＲ３の径とＨＲ１の径の大きさは、等しいもしくはファーストＢＲ３の径の大きさの方が大きく、また硬度値ではＨＲ１よりもファーストＢＲ３の方が、硬度値が低いため、ＨＲ１がファーストＢＲ３に食い込むようになる。記録媒体４は、ファーストニップ部８の通過後にＨＲ１の曲率に沿って、搬送されるため、ファーストニップ部９直後に記録媒体４に歪が生じない。記録媒体４と共にトナー６が加熱され、セカンドニップ部１１でさらに加熱及び加圧され、融解したトナー６が容易に変形される。
【００３２】
仮に、ファーストＢＲ３がＨＲ１に食い込む形状となった場合、ファーストＢＲ３の曲率に沿って記録媒体が搬送されることによりファーストニップ部８出口通過直後にてＨＲ１から離れるように記録媒体が搬送される。すると、搬送方向下流に設置したセカンドニップ部ではＨＲが回転しているため、記録媒体は、ファーストニップ部８出口からセカンドニップ部１１入り口までは、ＨＲ１の曲率に沿って搬送される。このとき、ファーストニップ部８直後に記録媒体に歪が生じるため、画質劣化の原因となる。また、ファーストニップ部８出口にて一時的にＨＲ１と記録媒体の密着度が低下するため、ＨＲ１から記録媒体上のトナーへの熱の供給効率が低下する。この理由から、ファーストＢＲ３にＨＲ１が食い込む形状にする必要がある。
【００３３】
セカンドニップ部１１では、セカンドＢＲ５の径とＨＲ１の径の大きさは、ＨＲの径の大きさの方が大きく、また硬度値はセカンドＢＲ５よりもＨＲ１の方が低いため、セカンドＢＲ５がＨＲ１に食い込む形をとる。セカンドニップ部１１出口を接点とした接線上かつファーストニップ部８からセカンドニップ部１１に挿通する記録媒体の搬送方向下流側に、記録媒体搬送用のローラ対が設けられているため、ファーストＢＲ３の曲率にそって記録媒体は送られる。記録紙媒体上のトナーはプレヒータ１２、ファーストニップ部８、ファーストニップ部８とセカンドニップ部１１間の巻付け部、およびセカンドニップ部１１を通過して十分に温められる。
【００３４】
セカンドニップ部１１出口通過後は、搬送方向下流に設置された記録媒体搬送用ローラ対９，１０により、速やかに記録媒体４及び記録媒体４上のトナー６とＨＲ１表面が剥離するため、画質劣化の防止が可能である。もう少しこれについて、詳しく説明すると、ニップ部通過時の加圧によりＨＲ１に歪が生じた状態からニップ通過後に圧力が開放され元の状態に戻るときに、ＨＲ１表面と記録媒体上のトナー６の界面に微小なスリップが生じることから、セカンドニップ部１１通過後のトナー７とＨＲ１表面の付着力が低減し、発生するオフセットによる画像の光沢度低下を防止できる。従って、定着後のトナー７表面が平滑となるため、高速領域においても十分な定着強度を得るとともに、十分な光沢度を確保した画像を得ることが可能となる。
【００３５】
以上により、３つのローラ径の大きさを規定することにより、高速領域において十分な定着強度を得るとともに、十分な光沢度を確保した画像を得ることができる定着装置を実現することが可能となった。また、３つのローラ径の大きさおよび硬度値といった数値は、あくまで一例であり、本発明はこれらに限定しないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例の定着装置の構成断面図。
【図２】ローラ径と熱量との関係を示した図。
【図３】３つのローラ径の大きさおよび硬度値を変更したときの実験結果。
【符号の説明】
【００３７】
１…ヒートローラ、２…ヒートローラ加熱用ヒータ、３…ファーストバックアップロール、４…記録媒体、５…セカンドバックアップロール、６…未定着トナー、７…定着後トナー、８…ファーストニップ部、９…記録媒体搬送用ローラ、１０…記録媒体搬送用ローラ、１１…セカンドニップ部、１２…プレヒータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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