(57)【要約】      （修正有）【課題】高速領域において高い定着強度と高光沢画像を得る事が出来る定着装置を提供する。【解決手段】ヒートローラ１と、そのヒートローラに押圧するファーストＢＲ３と、そのファーストＢＲ３よりも前記ヒートローラ１の回転方向下流に設置されて当該ヒートローラ１に押圧するセカンドＢＲ５とを備え、前記ヒートローラと前記ファーストＢＲ３押圧部にファーストニップ部８が形成され、前記ヒートローラ１と前記セカンドＢＲ５の押圧部にセカンドニップ部１０が形成されて、未定着トナーを載せた記録紙を前記ファーストニップならびにセカンドニップ部１０に挿通して前記未定着トナーを前記記録紙に定着させる定着装置において、セカンドニップ部１０において、記録紙４が滑らないような条件にすることにより、セカンドＢＲ５の押付け圧力を高くした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートローラと、そのヒートローラに押圧するファーストバックアップローラと、そのファーストバックアップローラよりも前記ヒートローラの回転方向下流に設置されて当該ヒートローラに押圧するセカンドバックアップローラとを備え、
前記ヒートローラと前記ファーストバックアップローラの押圧部に第一の溶融挟持部が形成され、前記ヒートローラと前記セカンドバックアップローラの押圧部に第二の溶融挟持部が形成されて、
未定着トナーを載せた記録紙を前記第一の溶融挟持部ならびに第二の溶融挟持部に挿通して前記未定着トナーを前記記録紙に定着させる定着装置において、
前記記録紙の搬送方向にかかる張力をＴ２、前記セカンドバックアップローラと前記記録紙の間の摩擦係数をμ２ＢＲ、前記ヒートローラと前記記録紙の間の摩擦係数をμ２ＨＲとすると、
前記セカンドバックアップローラの前記ヒートローラへの押圧力Ｎ２を、
Ｔ２＜μ２ＢＲＮ２，Ｔ２＜μ２ＨＲＮ２
とする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、前記記録紙の搬送方向の反対方向にかかる張力をＴ２、前記ファーストバックアップローラと前記記録紙の間の摩擦係数をμ１ＢＲ、前記ヒートローラと前記記録紙の間の摩擦係数をμ１ＨＲとすると、
前記ファーストバックアップローラの前記ヒートローラへの押圧力Ｎ１を、
Ｔ１＞μ１ＢＲＮ１，Ｔ１＞μ１ＨＲＮ１
とすることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１記載の定着装置において、前記記録紙の搬送方向の反対方向にかかる張力をＴ２、前記ファーストバックアップローラと前記記録紙の間の摩擦係数をμ１ＢＲ、前記ヒートローラと前記記録紙の間の摩擦係数をμ１ＨＲとすると、
前記ファーストバックアップローラの前記ヒートローラへの押圧力Ｎ１を、
Ｔ１＜μ１ＢＲＮ１，Ｔ１＜μ１ＨＲＮ１
とし且つ、前記ヒートローラの表面速度をＶＨＲ、前記バックアップローラの表面速度をＶ１ＢＲ、前記セカンドセカンドバックアップローラの表面速度をＶ２ＢＲとすると、
各ローラの表面速度を、
Ｖ２ＢＲ＞ＶＨＲ＞Ｖ１ＢＲ
とす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、複写機など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、特に記録紙の表面に形成されるトナー像を記録紙に定着させるローラ定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた記録装置は、着色粒子を記録紙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記録紙に固着させる定着工程を有している。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、加熱により融解し、冷却により凝固する。また、加熱中の加圧によりトナーの融解は促進される。
【０００３】
例えば特許文献１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。上記定着工程では、このトナーの性質を利用してトナーを加熱する事により融解させ、記録紙に定着させる。
【０００４】
従来、記録紙上のトナー画像を定着する装置として、ローラ内部に配置されたハロゲンヒータにて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紙を通過させ、加圧及び加熱し定着する方法（ローラ定着）が用いられる。なお、本明細書ではヒートローラをＨＲ、バックアップローラをＢＲと略記する事がある。また、ＨＲとＢＲのうち任意のいずれか一方を定着ローラと呼ぶ事がある。
【０００５】
ＨＲは加熱され、ＨＲとＢＲは圧接されて回転する。ニップ部に記録紙を挿通させる事により記録紙の表面に画像として配列したトナーは定着する。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呼ぶ。高速機ではこのニップ時間が短く、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を大型化して、ニップ時間の伸長を図る事も出来るが、それでもニップ時間は十分とはいえない。
【０００６】
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では、ファーストバックアップローラ（ファーストＢＲ）によりファーストニップ部、ファーストＢＲに対して記録紙搬送方向下流にセカンドバックアップローラ（セカンドＢＲ）を設け、セカンドニップ部を作り、ニップ時間を伸長させ、高速定着を可能とする方法として知られている。しかし、一般的に２つのＢＲを用いた場合、ＢＲ間で記録紙がＨＲに密着せず「たるみ」が発生することがある。この原因は、ＨＲからの加熱により記録紙が膨張し、その結果「たるみ」が発生する。あるいは、セカンドニップ部で、ＨＲと記録紙との速度差で「たるみ」が生じることが挙げられる。
【０００７】
ところで、最初に記録紙が挟持されるファーストニップ部を記録紙が通過した時点では十分な定着が行われていないため、記録紙上のトナーはＨＲにオフセットする。ニップ間で「たるみ」が発生すると、次に記録紙がセカンドニップ部を記録紙が通過するとき、ＨＲにオフセットしたトナーは再度記録紙に戻されるが、ＨＲ表面のオフセットトナーの移動距離より、「たるみ」が発生した記録紙上の原画像の移動距離が長いため、オフセットトナーの記録紙への再転移は原画像がセカンドニップ部を通過するより先になる。即ち、その記録紙上の再転移位置は、原画像の位置より搬送方向に対して前方となる。こうして、記録紙に画像ブレが発生する。一度「たるみ」が発生すると、記録紙は２つの加圧ローラにより挟持されるため、一つの記録紙の定着を一旦中止あるいは終了するまで「たるみ」は解消することはない。
【０００８】
特許文献２では、セカンドニップ部において記録紙を滑らせる事により、「たるみ」を解消し、高速定着を可能とする。また、その他の手段として特許文献３では、記録紙をサドルでＨＲに巻き付け、トナー温度を高めてからニップ部を通過させる事により、高速領域でも定着強度を確保する方法がある。
【０００９】
【特許文献１】特許第３５２６１４９号公報
【特許文献２】特許第３４６９６７６号公報
【特許文献３】特許第２９５０９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように高速定着にあたってはＢＲを２つ設ける方法及びＨＲに巻き付けてトナー温度を高めてから加圧する方法が提案がなされているが、特許文献２の方法では、上記「たるみ」の問題を解消する為には、セカンドニップ部において記録紙を滑らせる為にセカンドニップ部の押圧力を低くしなければならず、さらなる高速領域では、十分な定着強度は得られない。
【００１１】
一般的に、カラー画像での光沢は画像品位を高めると言われており、従来の方式では、セカンドニップ部の押圧力が低いために、カラー画像に必要な光沢が出ないという問題があった。
【００１２】
一方、特許文献３の方法では、ニップ部が一個所であるため、さらなる高速領域では定着強度が低い問題があった。
【００１３】
本発明の第一の目的は、従来よりさらなる高速領域において高い定着強度を得る事が出来る定着装置を提供することにある。また、本発明の第二の目的は、最終ステップにて高い押圧力により、高光沢画像を得る事が出来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】
【００１４】
上記課題を解決するため本発明の第1の手段は、ヒートローラと、そのヒートローラに押圧するファーストバックアップローラと、そのファーストバックアップローラよりも前記ヒートローラの回転方向下流に設置されて当該ヒートローラに押圧するセカンドバックアップローラとを備え、
前記ヒートローラと前記ファーストバックアップローラの押圧部に第一の溶融挟持部が形成され、前記ヒートローラと前記セカンドバックアップローラの押圧部に第二の溶融挟持部が形成されて、
未定着トナーを載せた記録紙を前記第一の溶融挟持部ならびに第二の溶融挟持部に挿通して前記未定着トナーを前記記録紙に定着させる定着装置において、
前記記録紙の搬送方向にかかる張力をＴ２、前記セカンドバックアップローラと前記記録紙の間の摩擦係数をμ２ＢＲ、前記ヒートローラと前記記録紙の間の摩擦係数をμ２ＨＲとすると、
前記セカンドバックアップローラの前記ヒートローラへの押圧力Ｎ２を、
Ｔ２＜μ２ＢＲＮ２，Ｔ２＜μ２ＨＲＮ２
とすることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第２の手段は前記第1の手段において、前記記録紙の搬送方向の反対方向にかかる張力をＴ２、前記ファーストバックアップローラと前記記録紙の間の摩擦係数をμ１ＢＲ、前記ヒートローラと前記記録紙の間の摩擦係数をμ１ＨＲとすると、
前記ファーストバックアップローラの前記ヒートローラへの押圧力Ｎ１を、
Ｔ１＞μ１ＢＲＮ１，Ｔ１＞μ１ＨＲＮ１
とすることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第３の手段は前記第1の手段において、前記記録紙の搬送方向の反対方向にかかる張力をＴ２、前記ファーストバックアップローラと前記記録紙の間の摩擦係数をμ１ＢＲ、前記ヒートローラと前記記録紙の間の摩擦係数をμ１ＨＲとすると、
前記ファーストバックアップローラの前記ヒートローラへの押圧力Ｎ１を、
Ｔ１＜μ１ＢＲＮ１，Ｔ１＜μ１ＨＲＮ１
とし且つ、前記ヒートローラの表面速度をＶＨＲ、前記バックアップローラの表面速度をＶ１ＢＲ、前記セカンドセカンドバックアップローラの表面速度をＶ２ＢＲとすると、
各ローラの表面速度を、
Ｖ２ＢＲ＞ＶＨＲ＞Ｖ１ＢＲ
とすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、セカンドＢＲの圧力を高くすることができるので高速領域において高い定着強度を得る事ができるという効果がある。また、高い光沢度を得るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施例を図面を参照して以下説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の実施例１に係る定着装置の側断面図である。図中の１はＨＲ、２はヒータ、３はファーストＢＲ、４は記録紙、５はセカンドＢＲ、６は未定着トナー、７は定着後トナー、８はファーストニップ部、９は後方巻付部、１０はセカンドニップ部である。
【００２０】
ハロゲンヒータからなるヒータ２によって加熱されたＨＲ１にファーストＢＲ３、セカンドＢＲ５がそれぞれ圧接されて、ファーストニップ部９とセカンドニップ部１０が形成される。記録紙４は連帳紙であり、ＨＲ１と接触する側にトナー画像が形成されている。記録紙４はＨＲ１とＢＲ３により形成されたファーストニップ部９を挿通した後、後方巻付部１０を経由して、セカンドニップ部１０に至る。
【００２１】
この過程において、未定着トナー７はファーストニップ部９で加熱および加圧を受け、後方巻付部９で記録紙４と共にさらに加熱され、さらにセカンドニップ部１０でトナー６を溶融させる十分に加熱され、融解したトナー６が容易に変形されて、トナー６と記録紙４の密着性が上がり、定着強度および光沢度が上がる。ファーストＢＲ３、セカンドＢＲ５は記録紙４の画像形成面の裏面に接し、記録紙４の搬送方向に従動する。
【００２２】
次に、張力Ｔ１、Ｔ２と押圧力Ｎ１、Ｎ２の関係について（１）、（２）式を用いて説明する。Ｔ１は、記録紙４の搬送方向に対して反対方向にかかる張力、μ１ＢＲはファーストニップ部９におけるファーストＢＲ３と記録紙４間の摩擦係数、μ１ＨＲはファーストニップ部９におけるＨＲ１と記録紙４間の摩擦係数、Ｔ２は記録紙４の搬送方向にかかる張力、μ２ＢＲはセカンドニップ部１０におけるセカンドＢＲ５と記録紙４間の摩擦係数、セカンドニップ部１０におけるμ２ＨＲはＨＲ１と記録紙４間の摩擦係数、Ｎ１は、ファーストニップ部９におけるファーストＢＲ３の押圧力、Ｎ２はセカンドニップ部１０におけるセカンドＢＲ５の押圧力である。
【００２３】
Ｔ１＞μ１ＢＲＮ１，Ｔ１＞μ１ＨＲＮ１      （１）
Ｔ２＜μ２ＢＲＮ２，Ｔ２＜μ２ＨＲＮ２      （２）
（１）式は、張力Ｔ１よりファーストニップ部９における静摩擦力の方が小さい事を意味し、（２）式は、張力Ｔ２よりセカンドニップ部１０における静摩擦力の方が大きい事を意味する。ファーストニップ部９にて張力Ｔ１を作用させて滑らせる範囲で加圧し、セカンドニップ部１０にて滑らないよう十分に加圧する事により、「たるみ」の発生を抑制する。さらに、ファーストニップ部９通過後に後方巻付部９でトナー温度を上昇させ、セカンドニップ部１０にて十分に加圧することが出来る。
【００２４】
以上述べた実施例１により、セカンドＢＲ５の圧力を高くすることができるので高速領域において高い定着強度、高光沢画像を得る事を可能とする定着装置を提供することが出来る
【実施例２】
【００２５】
図２は、本発明の実施例２に係る定着装置の側断面図である。同図に示すように装置の構成は実施例１と同様であるが、ＨＲ１、ファーストＢＲ３、セカンドＢＲ５がそれぞれの表面速度をＶＨＲ、Ｖ１ＢＲ、Ｖ２ＢＲで駆動する。また、σ１はファーストニップ部９における記録紙にかかるせん断力（記録紙幅方向単位長あたり）、σ２はセカンドニップ部１０における記録紙４にかかるせん断力（記録紙幅方向単位長あたり）である。その他の記号は、実施例１と同様である。
【００２６】
次に、張力Ｔ１、Ｔ２と押圧力Ｎ１、Ｎ２の関係及びＨＲ１、ファーストＢＲ３及びセカンドＢＲ５の記録紙４の搬送方向の表面速度の関係について、実施例１の（２）式、下記（３）、（４）式を用いて説明する。
【００２７】
Ｔ１＜μ１ＢＲＮ１，Ｔ１＜μ１ＨＲＮ１      （３）
ΔＶ１＝ＶＨＲ−Ｖ１ＢＲ                    （４）
ΔＶ２＝Ｖ２ＢＲ−ＶＨＲ                    （５）
ΔＶ２＞ΔＶ１                            （６）
（２）式は、張力Ｔ１よりファーストニップ部９における静摩擦力の方が小さい事を意味し、（３）式は、張力Ｔ２よりセカンドニップ部１０における静摩擦力の方が小さい事を意味する。これは、ファーストニップ部９、セカンドニップ部１０ともに記録紙４が滑らないように加圧する事を意味し、ファーストニップ部９、セカンドニップ部１０における記録紙４の表面速度は、接触しているローラの表面速度に等しくなる。ＨＲ１、ファーストＢＲ３、セカンドＢＲ５には速度差があるため、記録紙４のＨＲ１接触側とファーストＢＲ３、セカンドＢＲ５接触側での速度差によりファーストニップ部９では微小距離差Δｘ１、セカンドニップ部１０では微小距離差Δｘ２が生じる。（６）式より、微小距離差の関係は、以下（７）式となる。
【００２８】
Δｘ２＞Δｘ１                          （７）
上記、距離差が生じることにより、以下の（８）式より記録紙４にせん断力（記録紙幅方向単位長あたり）σ１、σ２が発生する。ここで、Ｇは、記録紙４の弾性率である。
【００２９】
σ１＝ＧΔｘ１、σ２＝ＧΔｘ２          （８）
（７）式よりσ１とσ２の関係は以下（９）式のようになる。
【００３０】
σ２＞σ１                              （９）
したがって、ニップ間において記録紙４はファーストニップ部９にて滑らないように加圧され、セカンドニップ部１０では、記録紙４の搬送方向に以下（１０）式からなる張力Ｔ３が作用するため、記録紙４の「たるみ」の発生を抑制する。
【００３１】
Ｔ３＝σ２−σ１                      （１０）
さらに、ファーストニップ部９通過後に後方巻付部９でトナー温度を上昇させ、セカンドニップ部１０で十分に加圧することが出来る。
【００３２】
以上述べた実施例２により、ファーストＢＲ３，セカンドＢＲ５の押圧力をともに高くすることができるので高速領域において高い定着強度、高光沢画像を得る事を可能とする定着装置を提供することが出来る。
【００３３】
本発明の定着装置では、セカンドＢＲの圧力を高くすることができるので従来よりさらなる高速領域において高い定着強度と高光沢画像を得る事を可能とする。
【００３４】
以上説明したとおり、本発明は、ファーストニップ部の押圧力Ｎ１及びセカンドニップ部の押圧力Ｎ２を、前記（１）、（２）式の示す範囲に設定する事により達成できる。
【００３５】
ファーストニップ部にて張力Ｔ１が作用させて滑らせる範囲で加圧し、セカンドニップ部にて滑らないよう十分に加圧する事により、「たるみ」の発生を抑制する。
【００３６】
さらに、ファーストニップ部通過後にニップ間でトナー温度を上昇させ、セカンドニップ部で十分に加圧するため、従来よりさらなる高速領域においても高い定着強度を得ること出来る。
【００３７】
また、最終ステップにて高い押圧力を得る事ができるため高い光沢度を得る事が出来る。
【００３８】
本発明は、上記の手段以外にも以下のファーストニップ部の押圧力Ｎ１及びセカンドニップ部の押圧力Ｎ２を前記（２）、（３）式の示す範囲に設定し、ＨＲ、ファーストＢＲ及びセカンドＢＲの記録紙搬送方向の速度を（４）、（５）、（６）式に示す範囲に設定する事により達成できる。（２）、（３）式より、ファーストニップ部、セカンドニップ部にて記録紙が滑らないように加圧される事により、各ニップ部における記録紙の表面速度は、接触しているローラの表面速度に等しくなる。ＨＲ、ファーストＢＲ、セカンドＢＲ間の速度差により、各ニップ部において記録紙のＨＲ側とＢＲ側で速度差により微小距離差が生じるため、記録紙の用紙搬送方向にせん断力（記録紙幅方向単位長あたり）が発生する。
【００３９】
（６）式より、ＨＲとファーストＢＲの速度差よりＨＲとセカンドＢＲの速度差を大きいため、上記微小距離差は、ファーストニップ部よりセカンドニップ部の方が大きくなり、せん断力もファーストニップ部よりセカンドニップ部の方が大きくなる。したがって、ニップ間において記録紙はファーストニップ部にて滑らないように加圧され、セカンドニップ部では、セカンドニップ部でのせん断力とファーストニップ部のせん断力の差からなる張力が作用するため、記録紙の「たるみ」の発生を抑制する。
【００４０】
さらに、ファーストニップ部通過後にニップ間でトナー温度を上昇させ、セカンドニップ部で十分に加圧するため、従来よりさらなる高速領域において高い定着強度を得ること出来る。また、最終ステップにて高い押圧力を得る事ができるため、高い光沢度を得る事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１に係る定着装置の側断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る定着装置の側断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…ヒートローラ、２…ヒータ、３…ファーストバックアップロール、４…記録紙、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…後方巻付け部、１０…セカンドニップ部。
【図１】
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【図２】
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