JP2001013804A - 加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウォームアップ時間が短く、オイル塗布機構
やクリーニング機構の不要な加熱定着装置を得ることを
目的とする。 【解決手段】 トナー２を転写材１へ溶融定着させて画
像形成を行う加熱定着装置であって、所定温度の熱を発
生する発熱ユニット３と、発熱ユニット３で発生した熱
を搬送ガイ４０ドに沿って搬送される転写材１へと送る
送風手段１０と、送風手段１０からの空気を発熱ユニッ
ト３を通って転写材１の表面に案内する第１の流路２０
と、第１の流路２０から連続して形成され、転写材１の
表面に至った温風をこの転写材１に沿って流す第２の流
路３０と、第２の流路３０から連続して形成され、転写
材１に沿って流れた温風を送風手段１０へと還流する第
３の流路６０とを有する加熱定着装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式など
を利用して画像情報を転写材上に形成する画像形成装置
に取り付けられた加熱定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真プロセスを利用した複写機やフ
ァクシミリ装置等の画像形成装置では、定着装置を用い
て、転写材上に形成されたトナー像を溶融定着して永久
画像にしている。そして、定着手段としては、溶剤を使
用する溶剤定着法、圧力ローラを使用する圧力定着法、
ヒートローラを使用する接触式の加熱定着法、赤外線ラ
ンプやオーブン等を使用した非接触式の加熱定着法など
が知られている。

【０００３】一般的に、溶剤定着法では溶剤蒸気発散に
よる臭気や環境衛生上の問題から、圧力定着法では他の
定着法と比べ定着性が悪く、また圧力感応性トナーが高
価であることから、加熱定着法が広く用いられている。

【０００４】ここで、従来の加熱定着装置について説明
する。図１１は従来の加熱定着装置の一例を示す説明
図、図１２は従来の加熱定着装置の他の一例を示す説明
図、図１３は従来の加熱定着装置のさらに他の一例を示
す説明図である。

【０００５】図１１に示す加熱定着装置は、相互に圧接
されて回転する定着ローラ１０２と加圧ローラ１０５と
の間に転写材１０８を通すことにより転写材１０８上に
形成されたトナー像を溶融定着する接触式の加熱定着装
置である。

【０００６】定着ローラ１０２にはたとえばハロゲンラ
ンプなどの熱源１０１が内蔵されており、熱源１０１を
包囲する芯金として伝熱特性に優れた円筒部材１０３が
配置され、さらにその外周に熱容量の高い弾性部材から
なる表層１０４が形成された構成となっている。また、
加圧ローラ１０５は、円筒状芯金１０６の外周に耐熱弾
性体層１０７が形成された構成となっている。

【０００７】定着ローラ１０２の表層１０４は、トナー
１０９が溶融定着された転写材１０８を定着ローラ１０
２からスムーズに分離させるため、たとえば、フッ素系
耐熱樹脂、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の材料が使用
されている。また、定着ローラ１０２に圧接して、定着
ローラ１０２の表面に付着したトナー１０９を除去して
表層１０４の改質を図るためのクリーニング機構１１
２、および表層１０４上に例えばシリコーンオイル等の
離型剤を供給するオイル塗布機構１１３が、定着ローラ
１０２の回転方向に沿って順次配置されている。

【０００８】このような加熱定着装置によれば、前述の
ように、定着ローラ１０２および加圧ローラ１０５との
間にトナー像が形成された転写材１０８を挿通させるこ
とで、熱と圧力とでトナー像の定着が行われる。そし
て、オイル塗布機構１１３から供給された離型剤によ
り、転写材上のトナー１０９が定着ローラ１０２の表面
に付着するいわゆるオフセット現象が防止される。

【０００９】図１２および図１３に示す加熱定着装置
は、熱源１０１からの輻射熱により転写材１０８上に形
成されたトナー像を溶融定着する非接触式の加熱定着装
置である。そして、加熱定着装置は、図１２に示すよう
に、熱源１０１に面状ヒータを用い、熱源１０１の熱を
放熱部材１１０を介して転写材１０８に伝導する対流加
熱方式や、図１３に示すように、熱源１０１に赤外線ラ
ンプを用い、熱源１０１の熱を反射板１１１を介して転
写材１０８に伝導する輻射加熱方式がある。

【００１０】なお、図１２に示す対流加熱方式において
は、熱伝達率を向上させるために、熱源１０１および放
熱部材１１０は転写材１０８からわずかに離れた位置に
設置されている。そのため、転写材１０８のカールや曲
げ等によるジャムが発生したときを考慮して、転写材１
０８が放熱部材１１０と接しないような機構を設けた
り、放熱部材１１０の温度を転写材１０８が燃えない程
度に抑制しておく必要があるる。また、図１３に示す輻
射加熱方式においては、熱源１０１である赤外線ランプ
自体が高温となるため、熱源１０１と転写材１０８との
間隔を十分にとっておく必要がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の加熱
定着装置においては、接触式の場合、定着ローラの表面
に熱容量が高い弾性部材からなる表層が設けられている
ため、速やかに定着ローラの表面がトナー溶融定着温度
まで上昇せず、ウォームアップタイムが長く（例えば１
分以上）なってしまう。

【００１２】また、接触式であるために、剥離性を向上
させるためのオイル塗布機構やクリーニング機構が必要
であり、コスト高になる。

【００１３】さらに、定着処理の高速化を図るためには
定着ローラと加圧ローラの押圧によって形成されるニッ
プ幅を稼ぐために大きなローラ径が必要となり、そのた
めに装置のサイズが大きくなる。

【００１４】一方、非接触式の場合、接触式とは異な
り、直接転写材に触れず転写材上のトナーを加熱し溶融
させて定着を行っているので、転写材と定着ローラとの
分離不良やオフセット現象等の不具合は発生しないとい
うメリットがある。

【００１５】しかしながら、熱伝導率が非常に低い空気
を媒体とするために熱効率が悪く、良好な定着性を得る
ために必要な熱量をトナー付与するには熱源の温度を高
温にする必要があるので、紙詰まりが発生したとき、転
写材が高温になるおそれがある。

【００１６】そこで、本発明は、ウォームアップ時間の
短い加熱定着装置を提供することを目的とする。

【００１７】また、本発明は、オイル塗布機構やクリー
ニング機構の不要な加熱定着装置を提供することを目的
とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の加熱定着装置は、トナー像を転写材へ溶融
定着させて画像形成を行う加熱定着装置であって、所定
温度の熱を発生する発熱ユニットと、発熱ユニットで発
生した熱を搬送ガイドに沿って搬送される転写材へと送
る送風手段と、送風手段からの空気を発熱ユニットを通
って転写材の表面に案内する第１の流路と、第１の流路
から連続して形成され、転写材の表面に至った温風をこ
の転写材に沿って流す第２の流路と、第２の流路から連
続して形成され、転写材に沿って流れた温風を送風手段
へと還流する第３の流路とを有する構成としたものであ
る。

【００１９】これにより、発熱ユニットで発生した熱を
送風手段により転写材に沿って流しているので、熱容量
の大きい部材を使うことなく転写材上に速やかに熱を供
給することができ、ウォームアップ時間の短縮化を図る
ことが可能になる。

【００２０】また、トナー像に対して非接触で熱を供給
しているので、オイル塗布機構やクリーニング機構が不
要になり、装置の低コスト化を図ることが可能になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、トナー像を転写材へ溶融定着させて画像形成を行う
加熱定着装置であって、所定温度の熱を発生する発熱ユ
ニットと、発熱ユニットで発生した熱を搬送ガイドに沿
って搬送される転写材へと送る送風手段と、送風手段か
らの空気を発熱ユニットを通って転写材の表面に案内す
る第１の流路と、第１の流路から連続して形成され、転
写材の表面に至った温風をこの転写材に沿って流す第２
の流路と、第２の流路から連続して形成され、転写材に
沿って流れた温風を送風手段へと還流する第３の流路と
を有する加熱定着装置であり、発熱ユニットで発生した
熱を送風手段により転写材に沿って流しているので、熱
容量の大きい部材を使うことなく転写材上に速やかに熱
を供給することができ、ウォームアップ時間の短縮化を
図ることが可能になるという作用を有する。また、トナ
ー像に対して非接触で熱を供給しているので、オイル塗
布機構やクリーニング機構が不要になり、装置の低コス
ト化を図ることが可能になるという作用を有する。

【００２２】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１記載の発明において、第１の通路から転写材の表面に
吹き付けられる温風の吹き付け角度は、転写材の搬送方
向と反対側から測定して略４５°とされている加熱定着
装置であり、効率良く熱供給が行われてトナー像を加熱
することが可能になるという作用を有する。

【００２３】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１または２記載の発明において、発熱ユニットは、熱源
と、転写材の搬送方向に対して傾斜して配置されて熱源
の熱を放出する放熱部とを備えている加熱定着装置であ
り、送風手段からの空気を速やかに加熱することが可能
になるという作用を有する。

【００２４】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１〜３の何れか一項に記載の発明において、第１の流路
からの温風を転写材と搬送ガイドとの間に案内する第４
の流路が形成されている加熱定着装置であり、転写材を
両側から効率良く加熱することが可能になるという作用
を有する。

【００２５】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１〜４の何れか一項に記載の発明において、第２の流路
における転写材の搬送方向下流側には、相互に圧接して
回転され、摩擦あるいは圧力により転写材を挟持搬送す
るとともに表面温度がトナーの溶融温度以下に保持され
る一対の回転体が配置されている加熱定着装置であり、
ウォームアップ時間の短縮化を図ることが可能になり、
トナー像に対して非接触で熱を供給しているので、オイ
ル塗布機構やクリーニング機構が不要になるという作用
を有する。

【００２６】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
１〜５の何れか一項に記載の発明において、送風手段の
表面には親水処理が施されている加熱定着装置であり、
空気中の水分を除去することが可能になるという作用を
有する。

【００２７】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
１〜６の何れか一項に記載の発明において、送風手段
は、加熱定着装置以外の装置を回転駆動する駆動源によ
り回転駆動されている加熱定着装置であり、部品の共用
化により装置のコストダウンを図ることが可能になると
いう作用を有する。

【００２８】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
１〜７の何れか一項に記載の発明において、第３の流路
には、防塵機能を備え、送風手段に還流される空気に含
まれた水分を除去する除湿装置が配置されている加熱定
着装置であり、空気中の水分を除去することが可能にな
るという作用を有する。

【００２９】本発明の請求項９に記載の発明は、請求項
１〜８の何れか一項に記載の発明において、第３の流路
には、この第３の流路を外部に対して開閉する開閉扉が
設置されている加熱定着装置であり、開閉扉を開放して
湿った空気を装置外へ排出することが可能になるという
作用を有する。

【００３０】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図１０を用いて説明する。なお、これらの図面にお
いて同一の部材には同一の符号を付しており、また、重
複した説明は省略されている。

【００３１】図１は本発明の一実施の形態である加熱定
着装置の全体構成を示す概略図、図２は図１の加熱定着
装置における発熱ユニットを示す説明図、図３は図２の
発熱ユニットの平面図、図４は図２の発熱ユニットの正
面図、図５は図１の加熱定着装置における転写材近傍の
第１の流路を示す説明図、図６は図１の加熱定着装置に
おける第１の流路と第２の流路とのつながり部を示す説
明図、図７は図１の加熱定着装置における変形例を示す
説明図、図８は図１の加熱定着装置における回転体の周
辺を示す説明図、図９は転写材が吸収する熱量と転写材
の搬送速度との関係を示すグラフ、図１０は転写材の表
面温度と転写材に対する温風の吹き出し角度との関係を
示すグラフである。

【００３２】図１に示すように、本実施の形態の加熱定
着装置はトナー２を転写材１へ溶融定着させて画像形成
を行うものであり、発熱ユニット３と、この発熱ユニッ
ト３で発生した熱を搬送ガイド４０に沿って搬送される
転写材１へと送る送風手段１０と、送風手段１０からの
空気を発熱ユニット３を通って転写材１の表面に案内す
る第１の流路２０と、第１の流路２０から連続して形成
されて転写材１の表面に至った空気をこの転写材１に沿
って流す第２の流路３０と、第２の流路３０から連続し
て形成されて転写材１に沿って流れた空気を送風手段１
０へと還流する第３の流路６０とを有している。そし
て、第１の流路２０における転写材１側の近傍には、転
写材１に吹き付けられる温風の温度を検知する温度検知
手段２３が設けられている。

【００３３】また、第２の流路３０における転写材１の
搬送方向下流側には、相互に圧接して回転されて、摩擦
あるいは圧力により転写材１を挟持搬送する一対の回転
体５０ａ，５０ｂが配置されている。

【００３４】ここで、発熱ユニット３は、例えばハロゲ
ンランプのような高出力の熱源４が転写材１の搬送方向
に対して垂直で、且つ転写材１のトナー付着面と平行に
配置されている。そして、図２に詳しく示すように、熱
源４の周囲には、例えばアルミニウムのように熱容量が
小さい材料から構成された円筒部材５が、熱源４から内
面までの距離が一定に保たれるようにして設けられてい
る。また、図３および図４に詳しく示すように、円筒部
材５の外周には、円筒部材５との接触長さが円筒部材５
の外径より大きくなるように転写材１の搬送方向に対し
て傾斜して設けられた複数のフィンからなる放熱部６が
設けられている。これにより、表面積が増加して、送風
手段１０からの空気が速やかに加熱される。なお、フィ
ンは１枚であってもよい。

【００３５】なお、円筒部材５の内面および外面には、
熱源４から供給された熱を効率良く吸収および放射する
ためにコーティングを施してもよい。同様に、放熱部６
の表面にも、円筒部材５から伝導された熱を効率良く吸
収および放射するためにコーティングを施してもよい。

【００３６】送風手段１０は、例えば転写材１の搬送方
向に対する幅方向における風量および風速を均一にする
のに有利なファンが用いられている。そして、送風手段
１０の表面には、空気中の水分を除去するために親水処
理が施されている。

【００３７】なお、送風手段１０を回転駆動する駆動源
は、加熱定着装置以外の装置を回転駆動する駆動源と共
用するようにしてもよい。このようにすれば、部品の共
用化により装置のコストダウンを図ることが可能にな
る。

【００３８】ここで、転写材１が吸収する熱量と転写材
１の搬送速度との関係を図９に示す。本実施の形態にお
いては、転写材１の搬送速度は１５ｍｍ／ｓ以下とされ
て、送風手段１０から出力されて発熱ユニット３を通過
することで熱された空気が転写材１へ伝熱されて転写材
１が吸収する熱量が、例えば０．１ｃａｌ／ｃｍ²以上
となっている。

【００３９】図５に示すように、第１の通路２０から転
写材１の表面に吹き付けられる温風の吹き付け角度θ１
は、転写材１の搬送方向と反対側から計って５〜８５
°、望ましくは略４５°とされている。

【００４０】ここで、転写材１の表面温度と転写材１に
対する温風の吹き出し角度との関係を図１０に示す。図
示するように、吹き返しによる風力損失および風圧の関
係から吹き出し角度４５°が最も効率良く熱供給できる
ことになる。

【００４１】第１の流路３０は、転写材１上のトナー２
が溶融定着するのに充分な熱量が供給できるだけの長さ
を有しており、図６に示すように、第２の流路３０は転
写材１の搬送方向に沿って転写材１に接近する方向に次
第に狭くなるように形成されている。

【００４２】なお、図７に示すように、第１の流路２０
からの温風を転写材１と搬送ガイド４０との間に案内す
る第４の流路４１を形成し、転写材１を両側から効率良
く加熱するようにしてもよい。

【００４３】転写材１を挟持搬送する回転体５０ａ，５
０ｂは、その表面温度がトナー２の溶融温度以下になる
ように熱容量の大きい材質から構成されている。そし
て、回転体５０ａの表面温度を測定する温度検知手段５
１が設けられており、発熱ユニット３や送風手段１０に
よって回転体５０ａの表面温度がトナー２の溶融温度以
上になった場合には、トナー付着面側の回転体５０ａが
相対する回転体５０ｂから離反するようになっている。

【００４４】また、搬送ガイド４０は、その表面温度を
定着温度以下に保持するために高熱容量部材から構成さ
れている。但し、送風手段１０の出力を制御して搬送ガ
イド４０の表面温度を制御するようにしてもよい。

【００４５】第３の流路６０には、この第３の流路６０
を外部に対して開閉する開閉扉６３が設置されている。
また、第３の流路６０には、防塵機能を備え、送風手段
１０に還流される空気に含まれた水分を除去する除湿装
置６１が配置されている。そして、除湿装置６１と送風
手段１０との間には、湿度検知手段６２が配置されてい
る。

【００４６】このような構成により、湿度検出手段６２
および温度検知手段２３によって結露が発生する湿度お
よび温度であることが検知されると、開閉扉６３が開放
されて湿った空気が装置外へ排出される。なお、この動
作はプリント待機中に行われる。連続プリント中におい
てはトナー溶融時に発生する気化作用によって湿度が上
昇するが、空気が循環流動して除湿されることにより湿
度が抑制される。

【００４７】このように、本実施の形態の加熱定着装置
によれば、発熱ユニット３で発生した熱を送風手段１０
により転写材１に沿って流しているので、熱容量の大き
い部材を使うことなく転写材１上に速やかに熱を供給す
ることができ、ウォームアップ時間の短縮化を図ること
が可能になる。

【００４８】これに伴い、待機中の消費電力を低減する
ことができ、低消費電力化を計ることが可能になる。

【００４９】また、トナー２に対して非接触で熱を供給
しているので、オイル塗布機構やクリーニング機構が不
要になり、装置の低コスト化を図ることが可能になる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、発熱ユ
ニットで発生した熱を送風手段により転写材に沿って流
しているので、熱容量の大きい部材を使うことなく転写
材上に速やかに熱を供給することができ、ウォームアッ
プ時間の短縮化を図ることが可能になるという有効な効
果が得られる。

【００５１】これにより、待機中の消費電力を低減する
ことができ、低消費電力化を計ることが可能になるとい
う有効な効果が得られる。

【００５２】また、本発明によれば、トナーに対して非
接触で熱を供給しているので、オイル塗布機構やクリー
ニング機構が不要になり、装置の低コスト化を図ること
が可能になるという有効な効果が得られる。

【００５３】第１の通路から転写材の表面に吹き付けら
れる温風の吹き付け角度を、転写材の搬送方向と反対側
から測定して略４５°とすれば、効率良く熱供給が行わ
れてトナー像を加熱することが可能になるという有効な
効果が得られる。

【００５４】発熱ユニットに、転写材の搬送方向に対し
て傾斜して配置された放熱部を備えれば、送風手段から
の空気を速やかに加熱することが可能になるという有効
な効果が得られる。

【００５５】第１の流路からの温風を転写材と搬送ガイ
ドとの間に案内する第４の流路を形成すれば、転写材を
両側から効率良く加熱することが可能になるという有効
な効果が得られる。

【００５６】第２の流路における転写材の搬送方向下流
側に一対の回転体を配置すれば、ウォームアップ時間の
短縮化を図ることが可能になり、トナー像に対して非接
触で熱を供給しているので、オイル塗布機構やクリーニ
ング機構が不要になるという有効な効果が得られる。

【００５７】送風手段の表面に親水処理を施せば、空気
中の水分を除去することが可能になるという有効な効果
が得られる。

【００５８】加熱定着装置以外の装置を回転駆動する駆
動源により送風手段を回転駆動するようにすれば、部品
の共用化により装置のコストダウンを図ることが可能に
なるという有効な効果が得られる。

【００５９】第３の流路には除湿装置を配置すれば、空
気中の水分を除去することが可能になるという有効な効
果が得られる。

【００６０】第３の流路に開閉扉を設置すれば、開閉扉
を開放して湿った空気を装置外へ排出することが可能に
なるという有効な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である加熱定着装置の全
体構成を示す概略図

【図２】図１の加熱定着装置における発熱ユニットを示
す説明図

【図３】図２の発熱ユニットの平面図

【図４】図２の発熱ユニットの正面図

【図５】図１の加熱定着装置における転写材近傍の第１
の流路を示す説明図

【図６】図１の加熱定着装置における第１の流路と第２
の流路とのつながり部を示す説明図

【図７】図１の加熱定着装置における変形例を示す説明
図

【図８】図１の加熱定着装置における回転体の周辺を示
す説明図

【図９】転写材が吸収する熱量と転写材の搬送速度との
関係を示すグラフ

【図１０】転写材の表面温度と転写材に対する温風の吹
き出し角度との関係を示すグラフ

【図１１】従来の加熱定着装置の一例を示す説明図

【図１２】従来の加熱定着装置の他の一例を示す説明図

【図１３】従来の加熱定着装置のさらに他の一例を示す
説明図

【符号の説明】

１ 転写材 ２ トナー ３ 発熱ユニット ４ 熱源 ６ 放熱部 １０ 送風手段 ２０ 第１の流路 ３０ 第２の流路 ４０ 搬送ガイド ４１ 第４の流路 ５０ａ 回転体 ５０ｂ 回転体 ６０ 第３の流路 ６１ 除湿装置 ６３ 開閉扉

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナー像を転写材へ溶融定着させて画像形
   成を行う加熱定着装置であって、 所定温度の熱を発生する発熱ユニットと、 前記発熱ユニットで発生した熱を搬送ガイドに沿って搬
   送される前記転写材へと送る送風手段と、 前記送風手段からの空気を前記発熱ユニットを通って前
   記転写材の表面に案内する第１の流路と、 前記第１の流路から連続して形成され、前記転写材の表
   面に至った温風をこの転写材に沿って流す第２の流路
   と、 前記第２の流路から連続して形成され、前記転写材に沿
   って流れた温風を送風手段へと還流する第３の流路とを
   有することを特徴とする加熱定着装置。
2. 【請求項２】前記第１の通路から前記転写材の表面に吹
   き付けられる温風の吹き付け角度は、前記転写材の搬送
   方向と反対側から測定して略４５°とされていることを
   特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
3. 【請求項３】前記発熱ユニットは、熱源と、前記転写材
   の搬送方向に対して傾斜して配置されて前記熱源の熱を
   放出する放熱部とを備えていることを特徴とする請求項
   １または２記載の加熱定着装置。
4. 【請求項４】前記第１の流路からの温風を前記転写材と
   前記搬送ガイドとの間に案内する第４の流路が形成され
   ていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記
   載の加熱定着装置。
5. 【請求項５】前記第２の流路における前記転写材の搬送
   方向下流側には、相互に圧接して回転され、摩擦あるい
   は圧力により前記転写材を挟持搬送するとともに表面温
   度がトナーの溶融温度以下に保持される一対の回転体が
   配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか
   一項に記載の加熱定着装置。
6. 【請求項６】前記送風手段の表面には親水処理が施され
   ていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記
   載の加熱定着装置。
7. 【請求項７】前記送風手段は、加熱定着装置以外の装置
   を回転駆動する駆動源により回転駆動されていることを
   特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の加熱定着
   装置。
8. 【請求項８】前記第３の流路には、防塵機能を備え、前
   記送風手段に還流される空気に含まれた水分を除去する
   除湿装置が配置されていることを特徴とする請求項１〜
   ７の何れか一項に記載の加熱定着装置。
9. 【請求項９】前記第３の流路には、この第３の流路を外
   部に対して開閉する開閉扉が設置されていることを特徴
   とする請求項１〜８の何れか一項に記載の加熱定着装
   置。