JP2000181256A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】効率よくトナー像定着を行え、安価でコンパク
トな定着装置を提供する。 【解決手段】記録材上に形成されたトナー像をランプで
加熱し、トナー像を記録材に定着させる定着装置におい
て、ランプを、発光波長１０００ナノメートル〜１３０
０ナノメートルの範囲に輻射強度のピークを有するハロ
ゲンランプ(15a,15b,15c)とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録材上に形成さ
れたトナー像をランプで加熱し、トナー像を記録材に定
着させる定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】搬送される記録材の面に対向させてラン
プを設け、このランプによって記録材上に形成されたト
ナー像を加熱し、トナー像を記録材に定着させる定着装
置として、キセノンランプを間欠的に発光させてトナー
像定着を行うフラッシュ定着方式の定着装置が知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】キセノンランプによる
フラッシュ定着装置においては、赤色系トナーからなる
画像を定着しようとした場合に、トナーの輻射吸収が弱
いためにランプ本数の増加を招き、消費電力や装置サイ
ズの面で不利となる。この事はキセノンランプの場合、
図２の曲線ａで示すように輻射強度のピークが赤色の波
長に近い８００ナノメートル〜９００ナノメートルにあ
るためであり、赤色トナーがキセノンランプの輻射強度
ピークの波長成分を反射して吸収しないことに起因して
いる。

【０００４】また、キセノンランプを発光させるために
は、数キロボルトもの高電圧を必要とすため、キセノン
ランプ用に特別な高圧電源を必要とし、装置コストの面
で不利となる。

【０００５】さらに、フルカラー印刷などにおいて各色
トナーが重ねて印刷される場合は、表層のトナーから下
層のトナーに至るまで均一に溶融させる上で大きな消費
電力を必要とする。これは、キセノンランプは記録材を
殆ど加熱することなくトナーを集中して加熱する傾向が
あり、下層のトナーは記録材からの熱を受け取ることが
少なく表層のトナーを通過してくる熱線だけで溶融が決
定されるためであり、図２の曲線ｂに示すように一般の
用紙の輻射吸収率が８００ナノメートル近辺で最も低く
キセノンランプの輻射相対強度のピークとほぼ一致する
ためである。

【０００６】従って、本発明の目的とするところは、従
来技術の欠点に鑑み、効率よくトナー像定着を行え、安
価でコンパクトな定着装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、搬送される
記録材に対向させて設けられたランプを有し、記録材上
に形成されたトナー像を前記ランプで加熱し、前記トナ
ー像を記録材に定着させる定着装置において、前記ラン
プを、発光波長１０００ナノメートル〜１３００ナノメ
ートルの範囲に輻射強度のピークを有するハロゲンラン
プとすることにより達成される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１お
よび図２を用いて説明する。

【０００９】はじめに本発明が適用される画像形成装置
の全体構成を図１を参照しながら説明する。図1におい
て、１は感光ドラムであり、感光ドラム１は矢印方向に
一定速度で回転可能なように軸支されている。感光ドラ
ム１周辺には、帯電器２、露光走査装置３、第１の現像
装置４、第２の現像装置５、転写前帯電器６、転写器
７、清掃装置８などが配置されている。

【００１０】９は紙に代表される記録材である。なお、
本実施例においては、記録材として長尺に連続した、い
わゆる連続紙を用いる画像形成装置を例示しているが、
本発明はこれに限定されるものではなく、予めＡ４、Ｂ
４、Ａ３サイズ等に切断されている枚葉紙を用いる画像
形成装置であってもよい。

【００１１】感光ドラム１が矢印方向への回転を開始す
ると、帯電器２と対向した感光ドラム１表面は、帯電器
２により均一に帯電され高電位を保持した状態となる。
高電位に帯電した感光体領域は、露光走査装置３から出
射されたレーザビームにより露光され、静電潜像が記録
される。この場合の静電潜像は、例えば前記高電位を有
する静電潜像部位と、高電位よりも低い低電位を有する
静電潜像部位と、高電位と低電位の中間の電位を有する
静電潜像部位との組み合せから形成されており、静電潜
像の内、高電位の静電潜像部位はレーザビームによる照
射を実質的に受けずに得られるものであり、帯電時の電
位と同等の電位を有している。また、中間電位の静電潜
像部位は、感光体の半減露光量程度のレーザ光量とされ
たレーザビームによる照射を受けて形成される。さら
に、低電位の静電潜像部位は、感光体の半減露光量の３
〜４倍程度のレーザ光量とされたレーザビームによる照
射を受けて形成される。

【００１２】上記の静電潜像が第１の現像装置４と対向
する位置に達すると、高電位の静電潜像部位に感光体と
逆極性の正帯電トナーが付着されて、感光ドラム１上に
例えば赤色のカラートナーによる第１画像が形成され
る。

【００１３】続いて、上記の静電潜像および第１画像を
保持した感光体領域が第２の現像装置５と対向する位置
に達すると、低電位の静電潜像部位に感光体と同極性の
負帯電トナーが付着されて、感光ドラム１上に例えば黒
色トナーによる第２画像が形成される。

【００１４】感光ドラム１上に形成された第１画像と第
２画像は、帯電極性の異なるトナーによって形成されて
いるので、用紙９への転写に先立ち、転写前帯電器６に
よって第１画像と第２画像との極性が揃えられる。極性
が揃えられた各画像は、転写器７と対向する位置に達す
ると、用紙９の背後からトナーと逆極性の電荷を付与し
ている転写器７の作用により、感光ドラム１から用紙９
に転写される。転写器７を通過した後の感光ドラム１は
清掃装置８により清掃される。以上のプロセスを繰り返
すことにより連続的に画像記録が行われる。一方、第１
画像および第２画像が転写された用紙９は、トラクタ１
０によって後に詳述する定着装置１１へ搬送され、第１
画像および第２画像をなすトナーは用紙９上に定着され
る。定着装置１１を通過した用紙９は搬送ローラ１２に
よりスタッカ１３へ送り込まれ、スタッカ１３内に折り
たたんで収納される。

【００１５】定着装置１１には、符号１４ａ〜１５ｃで
示す５本のハロゲンランプが備えられている。この内、
ハロゲンランプ１４ａ,１４ｂは、２００Ｖ、５００Ｗ
連続通電で、発光色温度が２１００Ｋ、発光波長約１４
００ナノメートルに輻射強度のピークを有する。ハロゲ
ンランプ１５ａ,１５ｂ,１５ｃは、２００Ｖ、５００Ｗ
フルデューティで発光色温度が２５００Ｋ、発光波長約
１２００ナノメートルに輻射強度のピークを有し、電源
位相制御で約２０％のデューティ低下が可能である。

【００１６】図２は横軸をランプの発光波長とし、縦軸
をランプの輻射相対強度と用紙またはトナーの輻射吸収
率として一般的に定着用に使用されているキセノンラン
プを曲線aで、本発明で使用したハロゲンランプの発光
分布を曲線eおよび曲線ｆで、トナーの吸収率の分布を
曲線ｃおよび曲線ｄで、用紙の吸収率分布を曲線ｂで示
したものである。

【００１７】はじめに赤色トナーの定着性改良に関して
説明する。赤色トナーの輻射吸収率は図２の曲線ｃに示
すように約７７０ナノメートル近辺に谷があり波長が長
くなるにつれて吸収率も増大する。黒色トナーの吸収率
は曲線ｄに示すようにどの波長域でもはほぼ９５％であ
ることに比べると赤色トナーは極めて輻射吸収率が悪い
ことが分かる。特に従来のキセノンランプではランプの
輻射強度ピークが赤色トナーの吸収率の谷とほぼ一致す
るために赤色トナーの定着性がよくない。このことから
定着用のランプは可視光の波長域に輻射強度のピークを
持つことは定着性の観点からは好ましくないと言える。

【００１８】この対策として本実施例においてはハロゲ
ンランプ１４ａ〜１５ｃは、曲線eに示すように輻射強
度のピークを８００ナノメートル近辺を避けた上で、輻
射エネルギを高めるために赤外域であって発光波長をで
きるだけ短くした１２００ナノメートルと設定した。も
う一つの考え方として赤色トナーの吸収率が高くなる長
波長域でピークを持つランプによる定着があるが、この
場合は輻射エネルギが低くなってしまうことと、用紙の
輻射吸収率が高くなりトナーの加熱効率が低下する、換
言するとトナーを加熱するがそれ以上に用紙を加熱して
しまいトナーを溶融させる上で消費電力がかさむという
問題がある。赤色以外のカラートナーの場合はトナーの
輻射吸収特性が赤色トナーの輻射吸収曲線ｃを図２で左
へシフトさせることに相当するので赤外域での吸収率は
向上することになり定着性は向上する。従って、カラー
トナー印刷の定着には１０００〜１３００ナノメートル
に輻射強度のピークを有するハロゲンランプが有効であ
る。

【００１９】次にフルカラーなどトナーが用紙表面で重
なり合った場合のランプによる定着性能の確保に関して
説明する。

【００２０】図２からもわかるようにキセノンランプは
輻射強度のピークの波長が用紙の輻射吸収率の谷間近辺
にあるので用紙を加熱することは殆どない。このことが
用紙を過剰に加熱しないという面では長所でもあるが、
重なり合ったトナーの定着においては改良の余地があっ
た。ハロゲンランプによる検討結果では用紙の吸収率を
３０％〜４０％程度にすることが重なり合ったトナーの
定着に有効であり、重なり合ったトナー堆積層をハロゲ
ンランプが表層トナーから輻射加熱すると同時にハロゲ
ンランプが用紙を介して下層トナーから伝熱加熱するこ
とが分かった。

【００２１】用紙の吸収率３０％〜４０％は図２に示す
ようにハロゲンランプの発光波長にして約１０００ナノ
メートル〜約１３００ナノメートルである。以上の理由
から色付きトナーや重なり合ったトナーの定着には輻射
強度のピークが１０００ナノメートル〜１３００ナノメ
ートルのハロゲンランプが有効である。黒色トナーは輻
射吸収率が殆どの波長で９５％を超えるので１０００ナ
ノメートル〜１３００ナノメートルに輻射強度のピーク
を持つハロゲンランプは無論、１３００ナノメートル〜
１５００ナノメートルに輻射強度のピークを有するハロ
ゲンランプであっても定着することが可能である。

【００２２】また、１２００ナノメートルにピークを有
するハロゲンランプ１５ａ,１５ｂ,１５ｃとは別に、１
４００ナノメートルにピークを有するハロゲンランプ１
４ａ,１４ｂを定着装置に実装し、モノクロ印刷など定
着負荷が軽い条件下ではハロゲンランプ１４ａ,１４ｂ
を主体とした定着を行い、カラー印刷など定着負荷が重
い印刷条件下ではハロゲンランプ１４ａ,１４ｂに加え
ハロゲンランプ１５ａ,１５ｂ,１５ｃの点灯を追加する
という組み合わせを採用した。理由は、輻射強度のピー
クが短波長になるほどランプの寿命が短くなるためで、
できるだけハロゲンランプ１５ａ,１５ｂ,１５ｃの点灯
時間が少なくて済むように印刷条件によるランプの点灯
組み合わせを配慮した。また、定着負荷が重くなるのは
上記のカラー印刷の場合の他に用紙厚が厚い場合やラン
プ点灯直後の場合が該当する。

【００２３】ハロゲンランプはランプから用紙に至る経
路の空気をも加熱するので、点灯直後空気温度が上昇す
る数十秒間はトナーおよび用紙の加熱能力がやや低下す
る。

【００２４】本実施例においては、１００ミクロン以下
の薄紙への連続モノクロ印刷中は、ハロゲンランプ１４
ａ,１４ｂを点灯し、これにハロゲンランプ１５ａの８
０％デューティの点灯を加えて３本で定着を行うように
制御している。

【００２５】また、２００ミクロン程度の厚紙へカラー
印刷を行う場合であって、しかも印刷立ち上げ時である
場合は、５本のランプをフルデューティで点灯させて定
着する。

【００２６】また、上記モノクロ印刷の様に定着負荷が
軽い場合と、上記カラー印刷の様に定着負荷が重い場合
との中間的な印刷条件に対しては、ハロゲンランプ１４
ａ,１４ｂとハロゲンランプ１５ａ,１５ｂ,１５ｃの３
本のランプの８０％デューティと１００％デューティと
を印刷条件に合わせて組み合せて定着を行う。各種条件
で定着を行う場合、高温のハロゲンランプ１５ａ〜１５
ｃの１００％デューティの点灯はランプ寿命を極力延ば
す上で避けるよう組み合わせを決めた。また、ランプの
点灯配列はより低温のランプほど用紙搬送方向上流側に
配置し、より高温のランプほど用紙搬送方向下流側に配
置した。

【００２７】例えば、カラー印刷で薄紙に印刷する立ち
上げ時は上流側から順にハロゲンランプ１４ａ、ハロゲ
ンランプ１４ｂを点灯し、ハロゲンランプ１５ａの８０
％デユーテイ点灯、ハロゲンランプ１５ｂの８０％点
灯、ハロゲンランプ１５ｃの１００％点灯の組み合わせ
で定着する。これは時間的に後から加熱するものほど高
温でないと加熱がうまく行かないことが理由である。

【００２８】なお、実施例では二つの異なったピークを
持つ２種類のランプを組み合せたが、１０００ナノメー
トル〜１３００ナノメートルにピークを有するランプだ
けを並べて配置して各ランプのデューティを独立して可
変として定着してもほぼ同等の効果が得られる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、搬送
される記録材に対向させて設けられたランプを有し、記
録材上に形成されたトナー像を前記ランプで加熱し、前
記トナー像を記録材に定着させる定着装置において、前
記ランプを、発光波長１０００ナノメートル〜１３００
ナノメートルの範囲に輻射強度のピークを有するハロゲ
ンランプとしたので、効率よくトナー像定着を行え、安
価でコンパクトな定着装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定着装置を備えた画像形成装置の全体
構成図。

【図２】ランプの輻射特性分布とトナーおよび用紙の輻
射吸収率の関係を示す説明図。

【符号の説明】

１１…定着装置、１４ａ,１４ｂ,１５ａ,１５ｂ,１５ｃ
…ハロゲンランプ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】搬送される記録材に対向させて設けられた
   ランプを有し、記録材上に形成されたトナー像を前記ラ
   ンプで加熱し、前記トナー像を記録材に定着させる定着
   装置において、前記ランプを、発光波長１０００ナノメ
   ートル〜１３００ナノメートルの範囲に輻射強度のピー
   クを有するハロゲンランプとしたことを特徴とする定着
   装置。
2. 【請求項２】前記ハロゲンランプに対し記録材搬送方向
   上流側に、発光波長１３００ナノメートル〜１５００ナ
   ノメートルの範囲に輻射強度のピークを有する第２のハ
   ロゲンランプを備えたことを特徴とする請求項１記載の
   定着装置。