JP2002372880A

JP2002372880A - 定着装置

Info

Publication number: JP2002372880A
Application number: JP2001180696A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Suda; 吉久須田; Noboru Kanba; 昇神庭; Kunio Yamada; 邦生山田; Toyoji Nagano; 豊治永野; Kimiko Nakajima; 君子中嶋
Original assignee: ALPHA SCIENT KK; ALPHA SCIENTIFIC KK; Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: ALPHA SCIENT KK; ALPHA SCIENTIFIC KK; Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2002-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】定着装置の発熱体としてのサイズ、電圧等の
制約の中で最適な特性を有する発熱体を使用した定着装
置を提供する。【解決手段】印刷媒体１２上のトナー画像１４を定着
させる発熱体１０として、賦形性を有し焼成後実質的に
零でない炭素残査収率を示す組成物、例えば塩素化塩化
ビニル樹脂に、金属あるいは半金属化合物の一種または
二種以上例えば窒化硼素を所望の固有抵抗値に応じた割
合で混合し、所望の形状に成形し、焼成を施した焼成物
を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子写真記録装
置などの画像形成装置において、媒体上に形成されたト
ナー像を定着するための定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真記録装置の定着装置にお
いては、中空のアルミローラの外表面上に離型性を高め
るためのフッ素樹脂等をコーティングし、その中にハロ
ゲンランプ等の熱源が設けられた定着ローラを設け、ア
ルミローラを熱源により内部より加熱し、定着ローラの
表面の温度をサーミスタ等の手段で制御する一方、シリ
コンゴム等の弾性体で成形された加圧ローラを定着ロー
ラに圧接し、熱と圧力で媒体上のトナー像を定着する方
式が一般的に用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この様な定着
装置では（１）加熱に時間を要し、印刷開始までに所定時間待ち
が生じる。（２）トナー像を圧力により定着するためトナー像が乱
れる、ドットの大きさがまちまちになる。（３）ハロゲンランプを用いた場合突入電流が大きく、
その対策が必要となる。（４）熱源がローラ内にある一方で、制御をローラ外面
で行っているため温度制御が難しい。（５）熱源から間接的に熱が媒体に伝わるため熱効率が
悪い。などの欠点がある。

【０００４】これを解決するため、「赤外線ランプによ
り定着ローラを外側から加熱したり、直接媒体に赤外線
を照射する方法が提案されている。」しかしこの方法で
は（１）媒体が定着部で詰まった場合に火災の心配が有
る。（２）トナーが赤外線を吸収しやすいようにするためト
ナー製造に制限が入る。などの欠点がある。

【０００５】したがって本発明の目的は、上記のような
欠点のない定着装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の定着装置は、印
刷媒体上のトナー画像を印刷媒体に定着させる定着装置
であって、炭素系発熱体を具備し、該炭素系発熱体は、
賦形性を有し焼成後実質的に零でない炭素残査収率を示
す組成物に、金属あるいは半金属化合物の一種または二
種以上を所望の固有抵抗値に応じた割合で混合し、所望
の形状に成形し、焼成を施した焼成物である、ことを特
徴とするものである。

【０００７】前記炭素系発熱体は、定着装置の使用時に
おいて炭素系発熱体の温度が５００℃以下となる割合で
前記金属あるいは半金属化合物を含むことが望ましい。
前述の金属或いは半金属化合物とは一般に入手可能な金
属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属窒化物、金属
酸化物、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属炭化物等
が挙げられる。使用する金属或いは半金属化合物種と量
は、目的とする発熱体の抵抗値・形状により適宜選択さ
れ、単独でも二種以上の混合体でも使用することができ
るが、抵抗値制御の簡易さから、特に炭化硼素、炭化珪
素、窒化硼素、酸化アルミ、酸化珪素を使用することが
好ましく、炭素の持つ優れた特性を堅持するためにもそ
の使用量は７０重量部以下が好ましい。

【０００８】前述の組成物としては、不活性ガス雰囲気
中での焼成により５％以上の炭化収率を示す有機物質を
使用するものである。具体的には、塩素化塩化ビニル樹
脂、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリビニ
ルアルコール、ポリ塩化ビニル−ポリ酢酸ビニル共重合
体、ポリアミド等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、フ
ラン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポ
リイミド等の熱硬化性樹脂、リグニン、セルロース、ト
ラガントガム、アラビアガム、糖類等の縮合多環芳香族
を分子の基本構造内に持つ天然高分子物質、及び前記に
は含有されない、ナフタレンスルホン酸のホルマリン縮
合物、コプナ樹脂等の縮合多環芳香族を分子の基本構造
内に持つ合成高分子物質が挙げられる。使用する組成物
種と量は、目的とする発熱体の形状により適宜選択さ
れ、単独でも二種以上の混合体でも使用することができ
るが、特にポリ塩化ビニル樹脂、フラン樹脂を使用する
ことが好ましく、炭素の持つ優れた特性を堅持するため
にもその使用量は３０重量部以上が好ましい。

【０００９】前述の組成物中には炭素粉末が含有されて
いることが好ましい。炭素粉末としては、カーボンブラ
ック、黒鉛、コークス粉等が挙げられるが、使用する炭
素粉末種と量は、目的とする発熱体の抵抗値・形状によ
り適宜選択され、単独でも二種以上の混合体でも使用す
ることができるが、特に形状制御の簡易さから黒鉛を使
用することが好ましい。

【００１０】前述の炭素系発熱体では、有機物質の焼成
により生じる炭素材料及び炭素粉は電気良導体として、
そして金属或いは半金属化合物は導電阻害物質として作
用しており、電流は導電阻害物質である金属或いは半金
属化合物を飛び越え、いわゆるホッピングしながら炭素
材料またはそれと炭素粉末を媒体として流れる。この為
これら２つないし３つの成分の種類やその比率等を変
え、それらを均一に混合、分散させ焼成することによ
り、所望の固有抵抗値を有する炭素系発熱体を得ること
ができる。

【００１１】またこの炭素系発熱体は、発熱速度、発熱
効率、遠赤外線の発生効率など発熱体としての優れた特
徴を具備する。ローラで搬送される印刷媒体に発熱体か
らの熱線を直接照射してトナー画像を定着させる構造を
採用した場合に、発熱体の形状・サイズは、印刷媒体の
幅および加熱時間などから一定の制約を受ける。また、
定着装置内で利用可能な電源の電圧も予め決まってい
る。これらの制約の中で発熱体の温度を例えば５００℃
以下に制限することによって、火災の心配をなくし、か
つ、０．７〜０．８程度の赤外線放射率を有する近赤外
から、特に遠赤外線領域の波長までに至る放射を得るこ
とのできる抵抗値を有する発熱体を得るためには、発熱
体の固有抵抗値が所定の範囲内である必要がある。前述
の炭素系発熱体では、金属あるいは半金属化合物の配合
割合を適宜調節することにより所望の固有抵抗値を持つ
ものが得られるので、定着装置の発熱体としての制約の
中で最適な発熱温度を持つものを得ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の定着装置の一実施
例の構成を示す断面図である。図１において、１０は面
状発熱体であり、印刷媒体１２と平行に、媒体１２上の
トナー画像１４が形成された面の側に所定距離だけ媒体
１２と隔てて配置される。この面状発熱体１０は、装置
の印刷可能幅に見合う幅を有し、所要の加熱時間を確保
するため走行方向に対しても所定幅を有した薄板であ
る。１６は媒体１２が面状発熱体１０に接触しないよう
にするためのガード板であり、媒体１２と面状発熱体１
０の間に設けられている。

【００１３】この面状発熱体１０は、賦形性を有し焼成
後実質的に零でない炭素残査収率を示す組成物（例えば
塩素化塩化ビニル樹脂）に、金属あるいは半金属化合物
の一種または二種以上（例えば窒化硼素）を所望の固有
抵抗値に応じた割合で混合し、所望の形状に成形し、焼
成を施した焼成物であり、電流を流して、抵抗発熱させ
た場合、０．７〜０．８程度の赤外線放射率を有する近
赤外から、特に遠赤外線領域の波長までいたる放射体、
いわゆる遠赤外線ヒーターである。この面状発熱体１０
の抵抗値は、発熱時の温度が５００℃以下になるように
調節されている。また、その外周は絶縁性を保つため、
ＳｉＯ₂ 等の絶縁物で被覆されている。前述したよう
に、形状・サイズの制約の中で所望の抵抗値を有する発
熱体が得られるのは、金属あるいは半金属化合物の配合
比を変えることで固有抵抗値の調節が可能だからであ
る。

【００１４】媒体１２に対してトナー画像１４を充分に
定着するための関数の一つとして時間の関数が挙げられ
る。上記構成において面状発熱体１０の走行方向に対し
占める長さ（幅）は、この定着に要する時間を必要量得
るためのもので、印刷速度が早くなれば、その長さを長
くすることで対応できる。また、装置内部の空冷手段、
熱容量の差により定着幅方向の必要温度は各場所で必ず
しも均一ではない。これに対処するため図２（ａ）
（ｂ）に示すように面状発熱体１０にスリット１８を設
け、定着幅方向の温度に変化を持たせたり、あるいは面
状発熱体１０の厚さを変化させ定着幅方向の温度に変化
を持たせる事ができる。

【００１５】トナー像が形成された媒体は面状発熱体が
配された定着部に搬送され、面状発熱体より照射される
遠赤外線により加熱され定着される。定着部の熱源とし
てこのような面状発熱体１０を用いたことにより次の効
果が得られる。（１）アルミローラを加熱する必要がないため昇温時間
が必要ない。（２）接触式でないので定着ローラ等によるドット乱れ
が無い。（３）駆動系が必要ないため装置駆動系構造が簡単にで
きる。（４）構成部品が少なくコストが安い。（５）カーボンは抵抗が高いため突入電流が少ない。（６）定着ローラの送り力がないため、媒体搬送の精度
が上げられるため、画伸縮等の心配がない。

【００１６】また、色温度（発熱体の温度）を低く抑え
る事により次の効果が得られる。（１）連続印刷時の周囲温度の上昇を抑えられる。（２）火災の心配がない。図３は第２の実施例を示すもので、第１の実施例に対
し、面状発熱体１０を媒体１２上に形成された未定着状
態のトナー画像１４の反対面側に所定距離隔てて配した
ものである。図３で１０は第一の実施例と同等の面状発
熱体、２０は媒体のガイドで面状発熱体１０からの遠赤
外線を効率よく照射できるようスリットが設けられてい
る。このスリットは走行方向に対し斜めに形成すること
で媒体全体に遠赤外線を照射する事ができる。

【００１７】この方式によれば面状発熱体１０と媒体１
２の距離を小さくする事ができるため、効率よく加熱す
る事ができる。図４は第３の実施例を示すもので、第
１、第２の実施例を組み合わせ、面状発熱体１０を媒体
１２の両面に配したものである。２０は媒体１２のガイ
ドで面状発熱体１０からの遠赤外線を効率よく照射でき
るようスリットが設けられている。このスリットは第二
の実施例同様走行方向に対し斜めに形成されている。１
６は第一の実施例同様、媒体１２が面状発熱体１０に接
触しないようガードするためのものである。

【００１８】この方式によれば面状発熱体の温度を下げ
る事ができ、装置内部の温度上昇を防止できる。第３の
実施例のように上下に面状発熱体を設けた場合、図４に
示すように下側の発熱体からの照射が先に開始され、後
から上側の照射が開始されるように面状発熱体１０を配
置すると、万が一媒体が上方にカールしてもすでにほぼ
定着が済んでいるため画像が擦られ乱れる心配はない。
また、図５に示すように上側の面状発熱体１０を走行方
向の上流側で媒体１２から離し、下流に行くに従って媒
体１２に近付ける事でも同様の効果が得られる。

【００１９】図６は第４の実施例を示すもので、面状発
熱体１０より照射される遠赤外線を用い定着ローラ２２
を外側から加熱し、且つ媒体１２にも遠赤外線を照射す
るものである。図６において、面状発熱体１０の一方の
面からの遠赤外線は媒体１２に照射され、他方の面から
発せられる遠赤外線は反射板２４により定着ローラ２２
に照射される。２６は定着ローラに圧接される加圧ロー
ラである。

【００２０】この方式によれば面状発熱体の温度を下げ
る事ができ、またカラー画像のようにトナーの透過性を
上げる場合に効果的である。この場合、定着ローラに噛
み込む前にトナーの溶融が始まっているため、加圧ロー
ラの圧力が少なくでき、トナー画像の乱れが少なく、ま
た、駆動系の必要トルクを下げる事ができ駆動源を安価
にできる。

【００２１】第４の実施例では媒体の上方に面状発熱体
を設けて説明したが、第三の実施例同様、媒体の両面に
面状発熱体を設けることで、さらに効果を増すことがで
きる。また、第四の実施例ではローラ外周に配置する熱
源を面状発熱体としたが、図７に示すように面状発熱体
１０と同様な特性を持つ棒状の発熱体２８を外周に配置
しても良い。

【００２２】図８は第５の実施例を示すもので、従来機
と同様に中空アルミローラ２２の内側にハロゲンランプ
等の熱源３０を有し、ローラの外側に所定距離隔てて面
状発熱体１０を配し、内と外の熱源により定着ローラ２
２を加熱するものである。図８において、面状発熱体１
２は定着ローラ２２の外周より所定距離隔てて配置さ
れ、面状発熱体１０からの遠赤外線により、定着ローラ
２２を外側から加熱するようにしている。３０は定着ロ
ーラ２２の内側に配された熱源で、ハロゲンランプ等を
用いる。２６は加圧ローラ、３２は定着ローラの表面温
度を制御するサーミスタである。

【００２３】この方式によれば定着ローラが内と外から
加熱されるため、所定温度まで加熱するのに要する時間
が短くて済む。またカラー画像を定着する場合は定着ロ
ーラの構成がアルミローラの外周にシリコン等の弾性体
層を設け、さらにその外周に離型性を得るためのフッ素
樹脂層が設けられたものとなるため、熱容量が大きく、
内側からの加熱ではオーバーシュートの発生・熱源点灯
から表面温度の上昇までの時間遅れ等があり温度制御が
難しくなる。第五の実施例によれば、外側からも加熱さ
れるため温度制御が直接外周でできるため容易にでき
る。

【００２４】第５の実施例では定着ローラ側に熱源を設
けることで説明したが、加圧ローラ側に同様の熱源を設
けることでより定着性を改良する事もできる。また、内
側の熱源がなくても定着の機能は果たす事ができる。ま
た、第５の実施例ではローラ外周に配置する熱源を面状
発熱体としたが、図９に示すように面状発熱体１０と同
様な特性を持つ棒状の発熱体２８を外周に配置しても良
い。また棒状発熱体２８に反射板３４を設ければさらに
加熱の効果が得られる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、定
着装置の発熱体としてのサイズ、電圧等の制約の中で最
適な特性を有する炭素系発熱体を使用した定着装置が提
供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る定着装置の構成を
示す図である。

【図２】面状発熱体に設けられるスリットの例を示す図
である。

【図３】本発明の第２の実施例に係る定着装置の構成を
示す図である。

【図４】本発明の第３の実施例に係る定着装置の構成を
示す図である。

【図５】図４の定着装置の一変形を示す図である。

【図６】本発明の第４の実施例に係る定着装置の構成を
示す図である。

【図７】図６の定着装置の一変形を示す図である。

【図８】本発明の第５の実施例に係る定着装置の構成を
示す図である。

【図９】図８の定着装置の一変形を示す図である。

【符号の説明】

１０…面状発熱体１２…印刷媒体１４…トナー画像１６…ガード板１８…スリット２０…ガイド２２…定着ローラ２４，３４…反射板２６…加圧ローラ２８…棒状発熱体３０…熱源３２…サーミスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神庭昇群馬県藤岡市立石1091番地三菱鉛筆株式会社群馬研究開発センター内 (72)発明者山田邦生群馬県藤岡市立石1091番地三菱鉛筆株式会社群馬研究開発センター内 (72)発明者永野豊治東京都江戸川区東葛西６丁目８番16−503 号アルファ−サイエンティフィック株式会社内 (72)発明者中嶋君子東京都江戸川区東葛西６丁目８番16−503 号アルファ−サイエンティフィック株式会社内Ｆターム(参考） 2H033 AA02 BA02 BB01 BB18 BB23 CA27 3K034 AA05 AA08 AA16 AA29 AA37 JA01 3K092 PP18 QA05 QB08 QB32 QB74 VV01 VV16 VV25 VV30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】印刷媒体上のトナー画像を印刷媒体に定
着させる定着装置であって、炭素系発熱体を具備し、該
炭素系発熱体は、賦形性を有し焼成後実質的に零でない炭素残査収率を示
す組成物に、金属あるいは半金属化合物の一種または二
種以上を所望の固有抵抗値に応じた割合で混合し、所望
の形状に成形し、焼成を施した焼成物である、定着装
置。
【請求項２】前記炭素系発熱体は、定着装置の使用時
において炭素系発熱体の温度が５００℃以下となる割合
で前記金属あるいは半金属化合物を含む請求項１記載の
定着装置。
【請求項３】前記炭素系発熱体は、印刷媒体に熱線を
照射し得る位置に設けられる請求項１記載の定着装置。
【請求項４】前記炭素系発熱体は、定着装置に具備さ
れ印刷媒体を搬送するためのローラの外面に熱線を照射
し得る位置に設けられる請求項１記載の定着装置。
【請求項５】前記炭素系発熱体は、定着装置に具備さ
れ印刷媒体を搬送するためのローラの外面および印刷媒
体の双方に熱線を照射し得る位置に設けられる請求項１
記載の定着装置。
【請求項６】前記炭素系発熱体は温度分布を調節する
ためのスリットを有する請求項１記載の定着装置。