JP2000089592A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高速で移動する被加熱部材を非接触で加熱する
際の熱効率を向上させるとともに、用紙焼損防止等の安
全性確保を容易にし、小電力、低コスト化を図った加熱
装置を提供する。 【解決手段】任意の速度で搬送される被加熱部材（用
紙）１及び用紙１上に形成された未定着トナー像を、任
意の速度で移動するエンドレスの加熱ベルト５ａにより
加熱する。加熱ベルト５ａは、用紙１の搬送方向に沿っ
て用紙１と対向した状態で配置され、ベルトラインの外
側から熱源９ａによって加熱される。加熱ベルト５ａは
熱伝導率の大きな表面層７と、表面層７よりも熱伝導率
の小さな基材層６を含む多層構造である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動する被加熱部
材を加熱する加熱装置に係わり、例えば電子写真記録装
置の定着部において、任意の速度で搬送される記録紙及
び記録紙上のトナーを非接触で加熱し、予備加熱及び定
着を行う加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真記録装置の定着部における非接
触加熱装置の従来技術としては、例えば特開昭４９−７
５１４４号公報に記載のように、記録紙上のトナーを溶
融させるために輻射エネルギーを発する輻射器と、その
輻射エネルギーを周囲に逃がさないためにリフレクタや
鏡面処理されたカバー等で周囲を覆う構造の非接触加熱
装置があった。また、特開昭５０−１２９０３８号公報
に記載のように、帯状の発熱体を用い、その背面に反射
板を設け、比較的広い範囲にわたって加熱を行うことの
できる非接触加熱装置があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、加熱
する記録紙及び記録紙上のトナーがある速度で移動して
いるのに対し、熱源となる輻射器や帯状発熱体は固定さ
れており、停止している。この様な構成においては、ト
ナーや記録紙が、停止もしくは低速で移動している際に
は溶融定着に必要な熱量を効率が悪いながらも与えるこ
とが可能であるが、トナーや記録紙が高速で移動してい
る場合には十分な熱量を与えることが出来ない。この様
な構成で十分な熱量を与えようとした場合は、熱源の温
度が非常に高温になり、大きなエネルギーが必要になっ
てしまう。また、記録紙の焼損防止機構や安全対策等大
がかりな加熱装置になってしまう。

【０００４】本発明の目的は、高速で移動する被加熱部
材を非接触で加熱する際の熱効率を向上させるととも
に、用紙焼損防止等の安全性確保を容易にし、小電力、
低コスト化を図った加熱装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の加熱装置は以下の手段を採用した。

【０００６】（１）任意の速度で搬送される被加熱部材
及びこの被加熱部材上に形成された未定着トナー像を加
熱するための加熱手段が、任意の速度で移動するエンド
レスの加熱ベルトにより構成され、この加熱ベルトが前
記被加熱部材の搬送方向に沿って、前記被加熱部材に非
接触で対向配置され、この加熱ベルトはベルトラインの
外側から熱源によって加熱される構成とした。

【０００７】加熱ベルトを被加熱部材と僅かな間隔を隔
てながら対向した状態で移動させることにより、加熱ベ
ルトの輻射熱のみでなく、加熱ベルトと空気との相対的
な移動により加熱ベルトと加熱ベルト・被加熱部材間の
空気層との熱交換効率を高めて、加熱ベルト・被加熱部
材間の空気層を介した熱伝達、熱伝導を高める効果が得
られる。

【０００８】この時、加熱ベルトの加熱をベルトライン
の外側から熱源によって加熱されるようにしたので、加
熱ベルトの熱の吸収面と被加熱部材に向けた放熱面が同
一となるため、加熱ベルトの表面温度制御が容易であ
り、加熱ベルトの急激な温度低下や温度上昇を防止する
ことができる。

【０００９】（２）前記加熱ベルトは熱伝導率の大きな
表面層と、表面層よりも熱伝導率の小さな基材層を含む
多層構造であり、前記表面層に前記熱源が接触し或いは
非接触で対向して該表面層を加熱するようにした。加熱
ベルトを熱伝導率の大きな表面層と、表面層よりも熱伝
導率の小さな基材層を含む多層構造とすることにより、
表面（被加熱部材に対向した面）層で効率よく吸収され
た熱は、基材の断熱性能により加熱ベルトの裏面には伝
わらず、熱の放熱面は被加熱部材に対向した面に限定さ
れるため、加熱ベルトに与えられる熱量は最少限で済み
熱効率の向上が図れる。

【００１０】（３）前記熱源はヒータ内装の加熱ローラ
よりなり、この加熱ローラが前記加熱ベルトを掛け回す
ローラ間のベルトラインのうち前記被加熱部材と対向す
る側のラインに対し反対側に位置するラインの外側面に
該加熱ベルトにテンションをかけるようにして接触して
いる。

【００１１】加熱ベルトに加えられる熱は加熱ローラに
よりベルトラインの外側面に直接伝熱され、伝熱効率を
高め、しかも、この加熱ローラが加熱ベルトのテンショ
ンローラを兼用する。この加熱ローラは、加熱ベルトを
掛け回すローラ間のベルトラインのうち前記被加熱部材
と対向する側のラインに対し反対側に位置するラインの
外側面に位置するので、加熱ベルトとこれに対向する被
加熱部材間の僅かな空隙は支障なく確保される。

【００１２】（４）前記熱源はパネル状のヒータよりな
り、このヒータが前記加熱ベルトを掛け回すローラ間の
ベルトラインのうち前記被加熱部材と対向する側のライ
ンに対し反対側に位置するラインの外側面に空隙を介し
て対向配置されている。

【００１３】加熱ベルトの熱源としてパネル状のヒータ
を使用することにより、ヒータの加熱ベルトへの伝熱面
積を大きく確保できる。このパネル状のヒータは、上記
（３）同様に加熱ベルトを掛け回すローラ間のベルトラ
インのうち前記被加熱部材と対向する側のラインに対し
反対側に位置するラインの外側面に位置するので、加熱
ベルトとこれに対向する被加熱部材間の僅かな空隙は支
障なく確保される。

【００１４】（５）前記加熱ベルトの表面放射率を０.
１以上とする。加熱ベルトの表面放射率を０.１以上と
することにより、輻射による加熱効果が増大する。

【００１５】（６）前記加熱ベルトを前記被加熱部材の
両面に配置する。両面に配置することにより、両面に画
像を形成する記録紙に対応できる。

【００１６】（７）前記加熱ベルトの移動と前記被加熱
部材の搬送はそれぞれ独立して制御することが可能とす
る。両者の速度を独立して制御することにより、移動方
向設定や両者の速度設定を任意に行うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。本実施例の適用対象は電子写真装置の定着装置
である。

【００１８】図１は、本発明の基本概略構成を示す縦断
面図である。図中、１は被加熱部材である用紙、２は用
紙１の片面に転写されたトナーであり、用紙１は用紙ガ
イド１１に案内されて、定着機構の予熱部を通過する。

【００１９】予熱部は、主に、ベルト駆動ローラ３ａ
と、アイドラローラ４ａ、これらのローラ３ａ，４ａ間
に掛け回されたエンドレスの加熱ベルト５ａ、ヒータと
してハロゲンランプ９ａを内装した加熱ローラ８ａ、テ
ンションばね１０ａにより構成される。

【００２０】ベルト保持部材となるベルト駆動ローラ３
ａとアイドラローラ４ａは、回転軸が用紙搬送方向と直
交して平行配置され、エンドレスの加熱ベルト５ａが用
紙搬送方向に沿って用紙と僅かな間隔を隔てながら対向
した状態で配置されている。

【００２１】本発明は、基本的には、加熱ベルト５ａは
そのベルトラインの外側から熱源９ａによって加熱され
る構成とし、本実施例では、その具体例として、熱源は
ハロゲンランプ９ａ内装の加熱ローラ８ａよりなり、こ
の加熱ローラ８ａは加熱ベルト５ａを掛け回す駆動ロー
ラ３ａ，アイドラ４ａ間のベルトラインのうち用紙１と
対向するラインに対し反対側に位置するラインの外側面
に加熱ベルトにテンションをかけるようにして接触して
いる。すなわち、加熱ベルト５ａに張力を与えるために
加熱ローラ８ａを加熱ベルト５ａの一辺にテンションば
ね１０ａの力で押しつけている。

【００２２】加熱部は、その他に、ベルト駆動ローラ３
ａを回転駆動する駆動源（図示省略）およびハロゲンラ
ンプ９ａの点滅を制御する制御手段（図示省略）とを含
んで構成されている。

【００２３】加熱ベルト５ａは、ベルト駆動ローラ３ａ
とアイドラローラ４ａおよびテンションばね１０ａによ
り、張力が加わった状態で移動し、ハロゲンランプ９ａ
からの熱を用紙１および用紙１上に転写させられた未定
着トナー２に、熱伝達、熱伝導、輻射熱により伝える。
特に、加熱ベルト５ａを用紙１と僅かな間隔を隔てなが
ら対向した状態で移動させることにより、加熱ベルト５
ａの輻射熱のみでなく、加熱ベルト５ａと空気との相対
的な移動により加熱ベルト５ａと加熱ベルト５ａ・用紙
１間の空気層との熱交換効率を高めて、加熱ベルト５ａ
・用紙１間の空気層を介した熱伝達、熱伝導を高める効
果が得られる。

【００２４】加熱ベルト５ａの移動方向は任意であり、
用紙１の移動方向と同一とすると空気層を介した熱伝導
の効果を増加させ、用紙１の移動方向と逆方向とする
と、対流による熱伝達効果を増加させることができる。
また、加熱ベルト５ａの移動速度も任意であり、用紙１
の速度に対して加熱ベルト５ａの速度を上げることによ
り、用紙１に対向するベルト面の温度低下を防げるが、
加熱ベルト５ａの速度に比例して放熱量が増加するた
め、構成および装置電源容量等を考慮した加熱ベルト速
度の選定が必要となる。

【００２５】図１は用紙１の上面にのみトナー２が転写
される構成であり、用紙ガイド１１は用紙１の下面に配
置され、用紙１の搬送経路を一定にするよう配置されて
いるが、用紙１の熱が流出する等の懸念がある際には、
用紙１と非接触に配置、もしくはヒータ内装等の構成と
する。

【００２６】加熱ベルト５ａは、耐熱帆布６の表面に耐
熱樹脂７をコーティングした多層構造の樹脂ベルトであ
る。図１に示すように加熱ベルト５ａの加熱をベルトラ
インの外側から行う構成においては、加熱ベルト５ａの
ベルトライン内面（ベルト駆動ローラとアイドラローラ
に接する面）からの放熱は不要であり、熱を吸収した面
（ベルトライン外面）からのみ放熱する構成が望ましい
ため、表面層である耐熱樹脂７には熱伝導率６×１０~⁴
cal／cm・秒・℃程度のフッ素ゴムやシリコーンゴム等の
材料を用い、基材層である耐熱帆布６には熱伝導率１×
１０~⁴cal／cm・秒・℃程度と耐熱樹脂７よりも熱伝導率
の劣るガラス繊維やカーボン繊維等を用いている。

【００２７】このような構成により、加熱ベルト５ａの
加熱をベルトラインの外側から行なうようにしたので、
加熱ベルト５ａの熱の吸収面と用紙１に向けた放熱面が
同一となるため、加熱ベルトの表面温度制御が容易であ
り、加熱ベルトの急激な温度低下や温度上昇を防止する
ことができる。また、加熱ベルト５ａに加えられる熱は
加熱ローラ８ａによりベルトラインの外側面に直接伝熱
され、伝熱効率を高め、しかも、この加熱ローラ８ａが
加熱ベルト５ａのテンションローラを兼用し、部品点数
の合理化を図ることができる。

【００２８】また、ベルト表面の放射率を０.１以上に
することにより輻射熱の効果が増大するため、耐熱樹脂
７には放射率０.５の黒色シリコーンゴムや黒色フッ素
ゴムを用いている。加熱ベルトに樹脂ベルトを用いる利
点は、幅広ベルトの製造に制約がなく安価で製造できる
とともに、シャープエッジ等による危険性がなく取り扱
いが容易な為、装置の安全性確保も容易となるという点
に加え、ベルト定着機において致命的欠陥となりうるベ
ルト蛇行の補正が容易という点にある。

【００２９】図２に、上記実施例に用いるベルト駆動ロ
ーラ３ａ及び加熱ベルト５ａをローラ軸方向に縦断面し
てみた図を示す。

【００３０】図２の加熱ベルト５ａは、耐熱帆布６と、
耐熱帆布６表面に耐熱樹脂７をコーティングした２層構
造であるが、加熱ベルト５ａの蛇行補正向上を目的に、
耐熱帆布６裏面にも耐熱樹脂７をコーティングし、ベル
ト駆動ローラ３ａと加熱ベルト５ａの気密性を向上させ
た３層構造としてもよい。図２に示すベルト駆動ローラ
３ａには、ベルト蛇行補正の一案であるクラウンが施さ
れている。樹脂ベルトは伸展性が大きい為、ローラのク
ラウン形状にならい、蛇行補正が行われる。

【００３１】図３および図４は、用紙１および用紙１の
両面に転写された未定着トナー２を用紙１の両面から同
時に加熱する構成を示している。図３は、図１で示した
ベルト駆動ローラ３ａ(３ｂ)、アイドラローラ４ａ(４
ｂ)、加熱ベルト５ａ(５ｂ)、加熱ローラ８ａ(８ｂ)、
ハロゲンランプ９ａ(９ｂ)、テンションばね１０ａ(１
０ｂ)よりなる加熱部が用紙１の両面に配置している。

【００３２】図４は、加熱ローラ８ａ(８ｂ)の代わりに
パネル状ヒータ１２ａ、１２ｂを用いた例である。

【００３３】本実施例では、パネル状ヒータ１２ａ（１
２ｂ）が加熱ベルト５ａを掛け回す駆動ローラ３ａ，ア
イドラローラ４ａ間のベルトラインのうち用紙１と対向
する側のラインに対し反対側に位置するラインの外側面
に空隙を介して対向配置されている。

【００３４】加熱ベルト５ａ（５ｂ）の張力は、アイド
ラローラ４ａ(４ｂ)をテンションばね１０ａ(１０ｂ)に
よりベルト駆動ローラ３ａ(３ｂ)から離れる方向に付勢
することで与えられる。図１から図４まで加熱ベルト５
ａ(５ｂ)は樹脂ベルトとして説明したが、熱伝導率の大
きな金属ベルトを、熱伝導率の小さな樹脂と組み合わせ
て使用してもよい。

【００３５】以上のような構成とすることにより、片面
もしくは両面非接触定着が可能となり、従来の定着ロー
ラ方式で問題となっていたオフセット現象を防止し高画
質化が図れるとともに、ローラ清掃やオイル塗布が不要
となるので、定着機の長寿命化、メンテナンスフリー化
を図ることができる。また、従来の非接触定着手段であ
るオーブン方式やフラッシュ方式と比較して小型化が可
能であり、消費電力や安全面(用紙焼損等)においても優
れている。

【００３６】図５は、本発明を用いた電子写真方式両面
印刷装置の基本概略構成を示す。

【００３７】図５において、印刷用紙１は連続紙であ
り、トラクタ１７ａ，１７ｂにより搬送され、用紙搬送
路の途中に用紙搬送方向を反転させる反転ローラ３０
ａ，３０ｂが配置され、反転前の用紙搬送路に用紙１の
一面に第１の感光体１３ａ上のトナー画像２を転写する
第１の印刷ステーションが設置され、反転後の用紙搬送
路に用紙１のもう一面に第２の感光体１３ｂ上のトナー
画像２を転写する第２の印刷ステーションが設置され
る。

【００３８】このうち、光導電性を有する感光体１３ａ
（１３ｂ）は、コントローラから印刷動作開始信号が出
力されると、印刷速度に対応する速度で回転し、帯電器
１４ａ（１４ｂ）により例えば正(＋)の高電圧が印加さ
れると、感光体１３ａ（１３ｂ）表面は均一に帯電す
る。コントローラからドットイメージに変換された文字
データや図形データは、レーザ光ＯＮ／ＯＦＦ信号とし
て印刷装置に発信され、光学部１５ａ（１５ｂ）からの
レーザ光が均一に帯電した感光体１３ａ（１３ｂ）表面
に照射される。レーザ光の照射により、感光体１３ａ
（１３ｂ）表面の電荷が消失した部分には、現像機１６
ａ（１６ｂ）により正(＋)帯電したトナーが静電吸引さ
れ、感光体１３ａ（１３ｂ）上に付着し、トナー像２を
形成する。

【００３９】感光体１３ａ（１３ｂ）上に形成されたト
ナー像２は、トラクタ１７ａ、１７ｂにより一定の張力
に保たれながら搬送される用紙１上に、転写器１８ａ
（１８ｂ）の静電吸引力により転写される。

【００４０】トナー像２の転写を完了した感光体１３ａ
（１３ｂ）は、表面の電荷を一様に消失した後、清掃機
１９ａ（１９ｂ）により残留トナーを清掃し、再度帯電
工程を開始する。

【００４１】図５に示す両面印刷機では、上記印写プロ
セスが、用紙１の表裏で行われた後、定着工程に搬送さ
れる。

【００４２】定着工程に搬送された用紙１は、用紙ガイ
ド２０により、搬送経路を変更される。用紙ガイド２０
は、例えば、用紙１両端のみを支持し、印刷部には用紙
ガイド２０に設けられた微小孔よりエアーを吹き付ける
ことにより、未定着トナー像２の乱れを防ぐ。また、用
紙ガイド２０は揺動機構を有し、加熱加圧ローラ２１
ａ、２１ｂによる用紙１の搬送速度変動を吸収する。

【００４３】本実施例においては、用紙ガイド２０によ
り定着工程での用紙１は垂直方向に搬送される。これに
より、用紙１の搬送時のバタツキは低減し、熱ベルト加
熱装置における加熱が均一に行われる。

【００４４】熱ベルト加熱装置は、ベルト駆動ローラ３
ａ(３ｂ)、アイドラローラ４ａ(４ｂ)、樹脂のエンドレ
スベルトである加熱ベルト５ａ(５ｂ)、加熱ローラ８ａ
(８ｂ)、ハロゲンランプ９ａ(９ｂ)、テンションばね１
０ａ(１０ｂ)から構成され、用紙１の両面に近接して配
置して、加熱ベルト５ａ(５ｂ)を用紙１の搬送方向もし
くは逆方向に、等速もしくは任意の速度で回転させるこ
とにより、用紙１の加熱を少ない電力にて効率よく行
う。

【００４５】熱ベルト加熱装置にて加熱された未定着ト
ナー像２をのせた用紙１は、ハロゲンランプ等の熱源２
２ａ、２２ｂを内装する加熱加圧ローラ２１ａ、２１ｂ
により、加熱加圧され、トナー像２の定着が行われる。

【００４６】このように、本発明の加熱装置を予備加熱
装置として用い、定着ローラと組み合わせることによ
り、高温、大電力等を付与することなく、安全性を維持
しながら、高速印刷機における両面同時定着を行うこと
ができる。

【００４７】図５は、本発明の予備加熱装置を一対とし
たが、更なる高速化や、フルカラー印刷によるトナー厚
み増加、または大連量用紙印刷には、予備加熱装置を用
紙１の搬送方向に複数対並べることにより対応すること
が可能となる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
移動する記録紙等の被加熱部材の加熱を、従来のオーブ
ン方式、フラッシュ方式等の加熱手段が停止している方
式と比較して、効率良く行うことができる。また、高
温、高電圧等の危険がないため、用紙焼損防止等の安全
性確保も容易であり、この結果、これまで実用化がなさ
れなかった高速印刷機における両面同時定着を小電力、
低コストにて行うことができる。

【００４９】また、本発明の非接触加熱方式を記録紙の
予備加熱装置として用い、定着ローラと組み合わせるこ
とにより、更なる高速化や、フルカラー印刷によるトナ
ー厚み増加、または大連量用紙印刷等への対応も可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱装置の基本概念構成を示す模式
図。

【図２】図１の実施例におけるベルト駆動ローラ及び加
熱ベルトの断面図。

【図３】本発明を両面同時加熱装置に適用した一実施例
を示す模式図。

【図４】本発明を両面同時加熱装置に適用した他の実施
例を示す模式図。

【図５】本発明を適用した両面記録装置（電子写真装
置）の実施例を示す模式図。

【符号の説明】

１…用紙（被加熱部材）、２…トナー、３ａ,３ｂ…ベ
ルト駆動ローラ、４ａ,４ｂ…アイドラローラ、５ａ,５
ｂ…加熱ベルト、６…耐熱帆布（基材層）、７…耐熱樹
脂（表面層）、８ａ,８ｂ…加熱ローラ、９ａ,９ｂ…ハ
ロゲンランプ（ヒータ）、１０ａ,１０ｂ…テンション
ばね、１２ａ,１２ｂ…パネル状ヒータ、１３ａ,１３ｂ
…感光体、１４ａ,１４ｂ…帯電器、１５ａ,１５ｂ…光
学部、１６ａ,１６ｂ…現像機、１７ａ,１７ｂ…トラク
タ、１８ａ,１８ｂ…転写器、１９ａ,１９ｂ…清掃機、
２０…用紙ガイド、２１ａ,２１ｂ…加熱加圧ローラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横川 秀穂 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 中嶋 勇夫 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 大塚 英史 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 福田 裕光 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 2H033 BA26 BA27 BC00 BE00 3K058 AA12 AA81 AA87 BA18 CE17 GA03 GA06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意の速度で搬送される被加熱部材及び
   この被加熱部材上に形成された未定着トナー像を加熱す
   るための加熱手段が、任意の速度で移動するエンドレス
   の加熱ベルトにより構成され、この加熱ベルトが前記被
   加熱部材の搬送方向に沿って、前記被加熱部材と非接触
   で対向配置され、この加熱ベルトはベルトラインの外側
   から熱源によって加熱される構成としたことを特徴とす
   る加熱装置。
2. 【請求項２】 前記加熱ベルトは熱伝導率の大きな表面
   層と、表面層よりも熱伝導率の小さな基材層を含む多層
   構造であり、前記表面層に前記熱源が接触し或いは非接
   触で対向して該表面層を加熱するようにしてある請求項
   １記載の加熱装置。
3. 【請求項３】 前記熱源はヒータ内装の加熱ローラより
   なり、この加熱ローラが前記加熱ベルトを掛け回すロー
   ラ間のベルトラインのうち前記被加熱部材と対向する側
   のラインに対し反対側に位置するラインの外側面に該加
   熱ベルトにテンションをかけるようにして接触している
   請求項１又は２記載の加熱装置。
4. 【請求項４】 前記熱源はパネル状のヒータよりなり、
   このヒータが前記加熱ベルトを掛け回すローラ間のベル
   トラインのうち前記被加熱部材と対向する側のラインに
   対し反対側に位置するラインの外側面に空隙を介して対
   向配置されている請求項１又は２記載の加熱装置。
5. 【請求項５】 前記加熱ベルトの表面放射率が０.１以
   上である請求項１ないし４のいずれか１項記載の加熱装
   置。
6. 【請求項６】 前記加熱ベルトが前記被加熱部材の両面
   に配置されている請求項１ないし５のいずれか１項記載
   の加熱装置。
7. 【請求項７】 前記加熱ベルトの移動と前記被加熱部材
   の搬送はそれぞれ独立して制御される請求項１ないし６
   のいずれか１項記載の加熱装置。