JP2008262164A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷開始直後における加熱ローラの急激な温度低下が防止され、印刷開始直後から良好なトナー像定着を可能する。
【解決手段】非接触加熱部材を、加熱ローラと対向する第１の位置と、予熱部材と対向する第２の位置との間で偏向可能に設けるとともに、印刷開始から所定時間の間は非接触加熱部材を第１の位置に位置させて、加熱ローラを熱源と非接触加熱部材とで加熱し、所定時間が経過した後は非接触加熱部材を第２の位置に位置させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、記録材上に形成されたトナー像を、当該記録材に定着させる定着装置に関するものである。

電子写真プロセスを用いて記録材上に形成されたトナー像は、加熱ローラと加圧ローラとからなる一対の定着ローラのニップ部で加熱加圧され、記録材に定着されるのが一般的であるが、印刷速度の高速化に伴い、定着ローラのニップ部だけでは十分な定着加熱時間を稼ぐことが難しくなってきている。

そこで、定着に不足する熱量を補うべく、定着ローラの前段に、トナー像を保持した記録材の背面側と接触して記録材を予熱する予熱部材を設けたり、あるいは定着ローラの前段に、トナー像を保持した側の記録材表面と対向する非接触加熱部材を設け、高速定着に対応させるようにした定着装置が提案されている。

特開平１０−３０７４９５号公報

上記のように定着ローラの前段に補助加熱部材を設けることで、単位時間当りに記録材に供給される熱量は増加し、トナー像の定着性は改善されるが、印刷開始直後の定着性において依然として問題があった。

即ち、印刷開始直後においては加熱ローラの熱が記録材に急激に奪われ、一時的に加熱ローラの温度低下、所謂アンダーシュートが発生する。アンダーシュート量は加熱ローラの構造によっても変動するが、一般的に印刷速度が高速になるにしたがってアンダーシュート量は大きくなる傾向がある。

本発明の目的は、定着ローラの前段に設置した補助加熱部材を有効に用いて、印刷開始直後における加熱ローラの急激な温度低下を防ぎ、印刷開始直後から良好なトナー像定着が実現可能な定着装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の第１の手段は、熱源を備えた加熱ローラと、該加熱ローラに圧接した加圧ローラと、前記加熱ローラと加圧ローラの圧接部に対して記録材搬送方向上流側に設けられた予熱部材と、該予熱部材に対向して設けられた非接触加熱部材とを備えた定着装置において、
前記非接触加熱部材を、前記加熱ローラと対向する第１の位置と、前記予熱部材と対向する第２の位置との間で偏向可能に設けるとともに、印刷開始から所定時間の間は前記非接触加熱部材を前記第１の位置に位置させて、前記加熱ローラを前記熱源と前記非接触加熱部材とで加熱し、前記所定時間が経過した後は前記非接触加熱部材を前記第２の位置に位置させることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記非接触加熱体の熱源として近赤外線領域の波長の電磁波を放射するヒータを使用し、前記非接触加熱体による前記記録材上の加熱領域の単位面積あたりの前記ヒータの消費電力が、０．０３Ｗ／ｍｍ^２以下であることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第２の手段において、前記ヒータの周辺に、前記電磁波を前記記録材の方向に反射させる反射部材を備え、前記反射部材は、前記電磁波を前記記録材上に焦点を結ばない平行波として反射させる形状であることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第２または第３の手段において、前記ヒータに開閉可能なシャッタと、前記シャッタを開閉動作するためのシャッタ開閉動作駆動源とを備え、前記ヒータによる前記記録材の加熱量を前記シャッタ機構の開閉により制御するための制御手段を有することを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第４の手段において、前記シャッタは、前記シャッタ開閉動作駆動源とは独立して常に閉じる方向に力が作用し、前記シャッタの開閉動作異常時には前記シャッタが自動で閉じることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第２または第３の手段において、前記ヒータは、印刷開始から所定時間経過後に前記ヒータの加熱を停止させる制御を行うことを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記接触加熱体は、当該接触加熱体の温度を制御する温度センサを備え、前記温度センサは前記非接触加熱体の接触加熱体上の加熱領域外に位置することを特徴とするものである。

本発明の定着装置によれば、印刷開始直後における加熱ローラの急激な温度低下が防止され、印刷開始時の加熱ローラのアンダーシュートによる記録材への熱量供給不足、およびタンデム印刷時に熱により変形した記録材の予熱不足を補うことができるので、印刷開始直後から良好なトナー像定着を実現することができる。

本発明を実施するには、ハロゲンヒータ等の非接触加熱体を予熱板に対向して配置し、記録材の定着面を輻射加熱する形態とするのが最良である。ただし、印刷開始から所定の時間経過後は、予熱板と加熱加圧定着部での熱量にて十分定着可能であるため、非接触加熱体による記録材の加熱は、印刷開始直後から記録材の熱変形した部分が通過する所定の時間内のみに限定することにより、余分な記録材の加熱を抑制するのが望ましい。また、非接触加熱体のヒータ熱量は、記録材の搬送停止時に記録材及びトナーの発煙及び焼損を防止するヒータ熱量とすることが望ましい。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

図１は電子写真記録装置の概略構成図である。図１において、１は電子写真記録装置本体、２は定着装置、３は印刷機構、４は記録材であり本発明では連続紙を使用している。印刷機構３にてトナー像が形成された記録材４は搬送機構５にて定着装置２へ搬送され、定着が終わった記録材４は搬送ローラ６にて後処理装置（図示せず）へ送り込まれる。

図２は定着装置の概略構成図である。定着装置２は、加熱加圧式定着部、接触加熱部、非接触加熱部から構成されている。加熱加圧式定着部は加熱ローラ２０と加圧ローラ２１が圧接可能な状態で配設されており、加熱ローラ２０は熱源２２により加熱される。加熱ローラ２０は駆動機構（図示せず）により回転駆動され、加熱ローラ２０と加圧ローラ２１との間に搬送されてくる記録材４を加圧ローラ２１との間で圧接加熱して、記録材４上の未定着トナーを記録材４に定着させる。なお、加熱ローラ２０は、その表面温度が温度センサ２３により検出され、この温度センサ２３の検出結果に基づいて、制御部（図示せず）により熱源２２の駆動が制御され、所定の温度に制御される。加圧ローラ２１は、停止時には加熱ローラ２０から離間しているが、印刷時には圧接機構２４により加熱ローラ２０に圧接され、加熱ローラ２０の回転に従動して回転する。

接触加熱部は、金属プレートにヒータが埋め込まれた予熱板２５で構成されている。予熱板２５は、記録材４への急激な熱供給を避けるため、記録材４の搬送方向に複数枚に分割され、上流側の予熱板２５の温度を下流側の予熱板２５の温度よりも低く設定し、加熱ローラ２０と加圧ローラ２１の圧接部に近くなるに従って徐々に温度を上昇させる構成となっている。また、個々の予熱板２５の温度は、それぞれ温度センサ２６によって測定され、所定の温度になるように制御されている。更に、予熱板２５には溝（図示せず）が設けられており、この溝にはサクションチューブ２７が連結され、印刷時には記録材４を予熱板２５に吸着させ、予熱効果を高めている。

非接触加熱部は、ハロゲンヒータ２８と反射板２９およびシャッタ３０から構成さていれる。反射板２９はハロゲンヒータ２８から放射される電磁波を記録材方向に効率的に反射して照射するために放物面形状に形成されている。ハロゲンヒータ２８としては近赤外線の波長領域を使用するのが望ましい。近赤外線の特徴として、ヒータ立ち上がり時間が長波長の赤外線に比べて短く、また、近赤外線ヒータの放射波長とトナーと用紙の吸収率を見た場合に、用紙とトナーの吸収率の差が大きいため、用紙の加熱を抑えて、トナーだけを加熱することができるため、熱による用紙ダメージを抑えられるという利点がある。

シャッタ３０は、シャッタ開閉駆動源（図示せず）を有しており、ハロゲンヒータ２８の点灯・消灯とは独立して開閉動作が可能となっている。また、シャッタ３０にはシャッタ開閉駆動源とは独立して常に閉じる方向の力が作用しており、シャッタ開閉駆動源の給電が停止した際には、自動でシャッタ３０が閉じるようになっている。

ハロゲンヒータ２８は記録材４を挟んで予熱板２５と対向するように設置される。予熱板２５に取り付けられた温度センサ２６は、ハロゲンヒータ２８の加熱によって予熱板２５が熱的影響を受けないよう、非接触加熱部の予熱板２５上の加熱領域３１の範囲外の位置に配置されている。

次に本発明の定着動作について説明する。図３は定着装置の定着動作を示すタイムチャートである。印刷を開始すると、印刷機構３にて未定着のトナーを形成された記録材４が定着装置２へと搬送され、予熱板２５に吸着され、トナー定着面の反対側から接触加熱にて加熱される。ハロゲンヒータ２８は、印刷開始前のプレ信号Ｉに同期して点灯を開始する。この時点では、シャッタ３０が閉じており、ハロゲンヒータ２８から照射された赤外線はシャッタ３０に遮られ、記録材４には到達しない。
次に、印刷開始直前のプレ信号ＩＩと同期して、シャッタ開閉駆動源（図示せず）によりシャッタ３０の開く動作が行われる。その後、印刷開始信号により記録材４の搬送が開始される。

シャッタ３０を設けてハロゲンヒータ２８を予め点灯させることにより、ハロゲンヒータ２８の立ち上がり時間の影響を無視することができる。なお、シャッタ３０のオープン開始時間は印刷開始前のプレ信号Ｉのヒータ点灯タイミングと同期しても良い。ハロゲンヒータ２８から照射された赤外線は記録材４のトナー定着面を輻射により加熱する。これにより、印刷開始直後に加熱ローラ２０にて発生するアンダーシュートによる熱量不足を予め補うことが可能である。所定の時間Ｔ経過後は、加熱ローラ２０の温度も回復し、加熱加圧定着部と接触加熱部の熱量にてトナー定着に必要な熱量を得ることができるので、ハロゲンヒータ２８は消灯し、シャッタ３０は閉じられる。

タンデム印刷の場合について、図４を用いて説明する。図４はタンデム印刷時を示す模式図である。タンデム印刷では、隣合わせに配置した電子写真記録装置Ｐ１およびＰ２間に記録材反転装置７を設け、電子写真記録装置Ｐ１で記録材４の片方の面にトナー像を定着させ、送り出されてきた記録材４の面を記録材反転装置７で反転した後、記録材４を電子写真記録装置Ｐ２に送り込んで記録材４の他方の面にトナー像を定着させ、記録材４の両面にトナー像を得る。

前段側の電子写真記録装置Ｐ１の定着部内に停止していて熱変形した記録材４は、後段側の電子写真記録装置Ｐ２の予熱板２５への密着性が劣り、接触加熱部のみでは所定の温度まで予熱できないので、非接触加熱部のハロゲンヒータ２８を点灯し、記録材４のトナー定着面を輻射熱により加熱する。記録材４の、前段側の電子写真記録装置Ｐ１の定着部内に停止していて熱変形した部分が、後段側の電子写真記録装置Ｐ２の定着部を通過した後は、記録材４の予熱板２５への密着性も回復し、接触加熱部と加熱加圧定着部の熱量にてトナー定着に必要な熱量を得ることができるので、ハロゲンヒータ２８は消灯し、シャッタ３０は閉じられる。このとき、シャッタ３０のオープンしている時間は図４中の距離Ｍが通過する時間で規定され、距離Ｍはコントローラ（図示せず）から、Ｐ１とＰ２間の用紙長情報を入手することにより、シャッタ３０の開閉タイミングを決定する。ここでは、距離Ｍは電子写真記録装置Ｐ１の予熱板２５から電子写真記録装置Ｐ２の予熱板２５間の記録材搬送距離である。

図５は本発明の他の定着装置の概略構成図である。図５において図２と同一符号を付したものは同一の機能を有する要素である。反射板２９は、図５において実線で示すように加熱ローラ２０と対向する第１の位置と、破線で示すように予熱板２５と対向する第２の位置との間で偏向可能に設けられている。反射板２９の偏向動作は駆動機構３１によって行われ、ハロゲンヒータ２８から発せられる赤外線の照射方向を変更することが可能になっている。

上記構成の定着装置において、トナー像定着は以下の動作によって行われる。

印刷開始時には、反射板２９は、加熱ローラ２０の表面を加熱する方向に向けられている。印刷を開始すると、ハロゲンヒータ２８が点灯し、加熱ローラ２０の表面を非接触加熱する。これにより、印刷開始直後に加熱ローラ２０にて発生するアンダーシュートによる熱量不足を予め補うことが可能である。ここで、加熱ローラ２０の表面は、黒色または黒色に近い赤外線を吸収し易い色とし、効率よく加熱ローラ２０を加熱できるようにすることが望ましい。所定の時間経過後は、加熱ローラ２０の温度が回復するので、反射板２９は駆動機構３１により、記録材４のトナー定着面を加熱する方向に変更する。タンデム印刷の場合は、記録材４の前段側の電子写真記録装置の定着部内に停止していて熱変形した部分が通過するまでの間、ハロゲンヒータ２８を点灯し、記録材４のトナー定着面を輻射熱により加熱する。

上記のように、印刷開始から所定時間の間は反射板２９を加熱ローラ２０と対向する第１の位置に位置させて、加熱ローラ２０を熱源２２とハロゲンヒータ２８とで加熱し、前記所定時間が経過した後は、加熱ローラ２０の表面温度が回復するので、反射板２９は駆動機構３１により、予熱板２５と対向する第２の位置に偏向される。

加熱ローラ２０と加圧ローラ２１との圧接部に搬入された用紙４は、前記圧接部で加熱加圧され、用紙４上にトナー像が定着される。

なお、加熱ローラ２０は、その表面温度が温度センサ２３により検出され、温度センサ２３の出力に基づいて、制御部（図示せず）により熱源２２がオン・オフ制御されて、所定の温度に制御される。

ハロゲンヒータ２８は所定の時間Ｔ経過後、あるいはタンデム印刷の場合、電子写真記録装置Ｐ２の定着部を記録材４が距離Ｍ通過後に消灯するが、実際の印刷においては、緊急停止など何らかの要因により所定の時間が経過する前に印刷が停止する可能性がある。この場合、ハロゲンヒータ２８は記録材４の搬送停止と同時に消灯し、シャッタ３０も記録材４の搬送停止と同時に閉じられる。これにより、停止した記録材４への赤外線照射を極力避けることが可能で、過剰加熱による発煙・焼損およびトナー像の画質変化を防止できる。

しかし、シャッタ３０は機構部品であるため、予期せぬ要因により動作不能に陥る可能性は否定できない。この場合、記録材４の搬送停止と同時にハロゲンヒータ２８を消灯したとしても、シャッタ３０が閉じず、停止した記録材４はハロゲンヒータ２８の立ち下がりの熱的影響を受けることになる。ヒータの熱量によっては、立ち下がりの熱的影響だけでも記録材４上のトナー像の画質変化、最悪の場合は記録材４の発煙になり得る。

このような場合を想定し、ハロゲンヒータ２８のヒータ熱量をある一定の値以下に抑える必要がある。数種類のヒータ熱量のハロゲンヒータを用意して、ヒータの立ち下がりによる停止した記録材の発煙およびトナー像の画質変化を評価したところ、記録材の発煙がなく、トナー像の画質変化が許容レベルとなるヒータ熱量の条件は、図６において非接触加熱部の記録材の搬送方向の発光幅Ｌ１＝６０ｍｍ、記録材の搬送方向に直交する方向の発光長Ｌ２＝５００ｍｍの場合にて、ハロゲンヒータの消費電力Ｗは９００Ｗであった。つまり、非接触加熱部の加熱領域３２の単位面積あたりの消費電力が、９００／（６０×５００）＝０．０３Ｗ／ｍｍ^２以下が条件である。この値は、印刷停止時の安全性に対する制限であるため、記録材４の搬送速度によらず一定となる。記録材４の搬送速度が速くなると、加熱領域３２を通過する時間が短くなるため、ヒータ熱量を増やす必要があるが、この場合、非接触加熱部の加熱領域３２の単位面積あたりの消費電力０．０３Ｗ／ｍｍ^２以下を維持しつつ、ヒータ本数を増やすことで対応する。また、反射板２９の形状は、ハロゲンヒータ２８から放射される近赤外線を、記録材４に対して焦点を結ばない平行光として反射する放物面形状にすることにより、記録材４の搬送停止時に記録材４上の特定の部分にだけ熱が集中することを避けることができる。

以上のように、ヒータ熱量および反射板の形状を規定することにより、万一シャッタが動作しない場合においても、記録材の発煙、焼損およびトナー像の画質変化を防ぐことができ、安全性に対して十分なプロテクトを達成することが可能となる。

定着不良を低減することができるので、定着不良によるロストページの再印刷を行わなくて良いため、印刷ジョブの効率向上が可能である。

本発明における電子写真記録装置の概略構成図である。 本発明における定着装置の概略構成図である。 本発明における定着装置の定着動作を示すタイムチャートである。 タンデム印刷時を示す模式図である。 本発明における他の定着装置の概略構成図である。 本発明における定着装置の概略構成図である。

符号の説明

１は電子写真記録装置本体、２は定着装置、３は印刷機構、４は記録材、５は搬送機構、６は搬送ローラ、７は記録材反転装置、２０は加熱ローラ、２１は加圧ローラ、２２は熱源、２３は温度センサ、２４は圧接機構、２５は予熱板、２６は温度センサ、２７はサクションチューブ、２８はハロゲンヒータ、２９は反射板、３０はシャッタ、３１は駆動機構、３２は非接触加熱部の加熱領域である。

Claims (7)

1. 熱源を備えた加熱ローラと、該加熱ローラに圧接した加圧ローラと、前記加熱ローラと加圧ローラの圧接部に対して記録材搬送方向上流側に設けられた予熱部材と、該予熱部材に対向して設けられた非接触加熱部材とを備えた定着装置において、
   前記非接触加熱部材を、前記加熱ローラと対向する第１の位置と、前記予熱部材と対向する第２の位置との間で偏向可能に設けるとともに、印刷開始から所定時間の間は前記非接触加熱部材を前記第１の位置に位置させて、前記加熱ローラを前記熱源と前記非接触加熱部材とで加熱し、前記所定時間が経過した後は前記非接触加熱部材を前記第２の位置に位置させることを特徴とする定着装置。
2. 前記非接触加熱体の熱源として近赤外線領域の波長の電磁波を放射するヒータを使用し、前記非接触加熱体による前記記録材上の加熱領域の単位面積あたりの前記ヒータの消費電力が、０．０３Ｗ／ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記ヒータの周辺に、前記電磁波を前記記録材の方向に反射させる反射部材を備え、前記反射部材は、前記電磁波を前記記録材上に焦点を結ばない平行波として反射させる形状であることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 前記ヒータに開閉可能なシャッタと、前記シャッタを開閉動作するためのシャッタ開閉動作駆動源とを備え、前記ヒータによる前記記録材の加熱量を前記シャッタ機構の開閉により制御するための制御手段を有することを特徴とする請求項２または３記載の定着装置。
5. 前記シャッタは、前記シャッタ開閉動作駆動源とは独立して常に閉じる方向に力が作用し、前記シャッタの開閉動作異常時には前記シャッタが自動で閉じることを特徴とする請求項４記載の定着装置。
6. 前記ヒータは、印刷開始から所定時間経過後に前記ヒータの加熱を停止させる制御を行うことを特徴とする請求項２または３記載の定着装置。
7. 前記接触加熱体は、当該接触加熱体の温度を制御する温度センサを備え、前記温度センサは前記非接触加熱体の接触加熱体上の加熱領域外に位置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。

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