JP3482611B2 - 加熱装置 - Google Patents
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Description
を加熱する加熱装置に係り、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上のト
ナーを非接触の状態で溶融したり、定着前に記録紙を非
接触の状態で予備加熱する際に用いる加熱装置に関す
る。
加熱装置の従来技術としては、例えば特開昭49ー75
144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加熱装置があ
った。
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
きる加熱装置があった。
させるトナーや予備加熱したい記録紙がある速度で移動
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。このような構成において
は、トナーや記録紙が停止もしくは低速で移動している
際には溶融や予備加熱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できな
い。このよう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
全対策等かなり大がかりな加熱装置になってしまう。
を、非接触で加熱することであり、さらに具体的には、
移動する記録紙の両面を、高速、非接触で加熱して、該
記録紙上のトナーを定着することである。
搬送される被加熱体を加熱手段によって加熱する加熱装
置において、前記加熱手段を、前記被加熱体の両面に配
置し、前記被加熱体の搬送方向に沿って前記被加熱体に
近接して対向した状態で移動する構成とすることにより
上記課題を解決する。
とで、両者の間の空気を同時に移動させ、加熱手段の輻
射熱で被加熱体を加熱するだけでなく、加熱された空気
で被加熱体を加熱することができる。
動するように構成する。
ことにより、両者間の空気も同じ速度で駆動され、空気
の動きの乱れが少ない。
に画像を形成する記録紙にも対応できる。
離を隔てて移動するように構成し、前記一定間隔を、加
熱手段と被加熱体の間の空気が移動する加熱手段もしく
は搬送される被加熱体との間に作用する摩擦力により、
加熱手段もしくは被加熱体とともに同方向に移動する間
隔とする。
段と被加熱体の間の空気を確実に加熱手段や被加熱体と
同期して移動でき、空気を介しての加熱を効率的に行え
る。
はそれぞれ独立して制御することが可能とする。
り、一方の速度を他方の速度に同期させることが容易に
なる。
させる。
のロスが少ない。
の移動しない熱源を設ける。
設けることにより、加熱手段自体の構成を単純なものに
できる。
た加熱手段保持部材によって保持し、加熱手段保持部材
を駆動源によって回転駆動して前記加熱手段を被加熱体
の搬送速度と同一の速度で同一方向に移動させる。
転させて該加熱手段を移動させるので、全体の構成をシ
ンプルなものにできる。
源を配置し、前記加熱手段は該熱源により加熱されるよ
うに構成する。
るのでスペースが有効に利用され、かつ一旦加熱手段保
持部材を加熱し、加熱手段保持部材により加熱手段を加
熱するので加熱手段を均等にむらなく加熱することがで
きる。
する。
加熱手段の余熱を有効に利用できるとともに、加熱手段
の全体に亘り、均一な加熱、放熱を行うことができる。
用い、ベース層には金属材料を用いたN層の層構造から
なるものとしてもよい。
置をトナーの定着装置に用いることもできるし、トナー
と記録紙の予備加熱装置に用いることもできる。また、
両面画像記録装置において、前記加熱装置を記録紙の垂
直方向搬送路に設置するようにしてもよい。
て説明する。
示すもので、未定着のトナー5が付着した状態で、加圧
接触させた記録紙搬送ローラ7a、7bにより搬送され
る記録紙6の搬送路に沿って配置された状態を示してい
る。図示の加熱装置は、回転軸を被加熱体である記録紙
6の搬送方向に直交させかつ記録紙6の面に平行させて
回転可能に配置された加熱手段保持部材であるベルト駆
動ローラ2a(2b)と、回転軸をベルト駆動ローラ2
a(2b)の回転軸に平行させ外周面と記録紙6の間隔
を、ベルト駆動ローラ2a(2b)の外周面と記録紙6
の間隔と同じにして配置されたアイドラローラ3a(3
b)と、ベルト駆動ローラ2a(2b)とアイドラロー
ラ3a(3b)にかけ渡された加熱手段であるエンドレ
スの加熱ベルト1a(1b)と、アイドラローラ3a
(3b)をベルト駆動ローラ2a(2b)から離れる方
向に付勢し加熱ベルト1a(1b)に張力を加えるテン
ションバネ8a(8b)と、ベルト駆動ローラ2a(2
b)内に設けられた熱源であるハロゲンランプ4と、ベ
ルト駆動ローラ2a(2b)を回転駆動する駆動源及び
ハロゲンランプ4の点滅を制御する図示されていない制
御手段と、を含んで構成されている。ベルト駆動ローラ
2a(2b)は、加熱ベルト1a(1b)の記録紙6に
近い側の部分が記録紙6の搬送方向と同じ方向に動くよ
うに駆動される。
aは、記録紙6の搬送路の該記録紙6の紙面の一方の側
に配置されているものを、添字アルファベットのbは、
紙面の他方の側に配置されているものを、それぞれ示し
ている。つまり、本実施例においては、同様構成の加熱
手段が記録紙6の搬送路の両側(紙面の両側)に対称に
配置されている。加熱ベルト1a(1b)の記録紙6に
対向する面と搬送される記録紙の面との距離は、両者が
同期して同一方向に移動するとき、両者の間の空気が、
加熱ベルト1a(1b)あるいは記録紙6との間に生ず
る摩擦力により、加熱ベルト1a(1b)あるいは記録
紙6とともに、それらと同方向に移動するような、極め
て接近した間隔、例えば2mm程度としてある。
ーラ2a(2b)とアイドラローラ3a(3b)、テン
ションバネ8によってテンションが加わった状態で保持
されている。加熱ベルト1a(1b)の搬送速度は、ベ
ルト駆動ローラ2a(2b)の回転速度をコントロール
することで速度設定が可能である。また、加熱ベルト1
a(1b)の表面温度については、ベルト駆動ローラ2
a(2b)内に設けられたハロゲンランプ4をON−O
FFすることで、ある設定温度に保つことが可能として
ある。図1においては、ベルト駆動ローラ2a(2b)
の内部に熱源となるハロゲンランプ4が設けられている
が、加熱ベルト1a(1b)自身が発熱する構造として
もよい。加熱ベルト1a(1b)自身が発熱する構成と
しては、金属製の加熱ベルトに誘導電流を生じさせ、そ
の誘導電流による抵抗発熱を利用する構成、加熱ベルト
に抵抗発熱する導線を組み込んでおき、摺動接触子を介
して該導線に給電して発熱させる構成等が考えられる。
また、図2に示すように、加熱ベルト1a、1bの記録
紙6に近い側の背面に発熱体9、反射板10を設け、発
熱体9の熱によって加熱ベルト1a、1bを加熱するよ
うにし、発熱体9の発熱量を制御して加熱ベルト1a、
1bの温度を制御するようにしてもよい。
保たれた加熱ベルト1a(1b)を任意の速度V2(V
3)で移動させることが可能となる。本発明の基本概略
構成は両面画像記録を考慮したものであり、未定着のト
ナー5が記録紙6の表裏両面に付着しているため、同構
造の加熱手段が記録紙6の表裏両面に対向して配置され
ている。片面画像記録の場合は、記録紙6の片面のみに
トナー5が付着しているので、トナー5が付着していな
い面に加熱ベルトを接触させ効率良くトナー5を溶融、
記録紙6を加熱する。また、片面画像記録の他の方式と
しては、トナー5が付着している面に加熱ベルトを配置
し、接触もしくは非接触でトナー5を溶融する方式が考
えられる。記録紙6の搬送に関しては、加圧接触させた
記録紙搬送ローラ7a、7bにより任意の速度V1で搬
送することが可能となっている。
ベルト1a,1bの移動速度は各独立に制御可能であ
り、同期して動くように制御可能とされている。すなわ
ち、記録紙6の搬送速度をV1、加熱ベルト1aの移動
(搬送)速度をV2、加熱ベルト1bの移動(搬送)速
度をV3としたとき、V1=V2=V3となるように各
搬送速度を設定している。また、加熱ベルト1a(1
b)と搬送される記録紙6の紙面との間隔は、装置の動
作中、加熱ベルト1a(1b)と搬送される記録紙6が
接触しない範囲でできるだけ小さいことが望ましい。こ
の間隔を小さくすることにより、加熱ベルト1a(1
b)と搬送される記録紙6の間の空気は、加熱ベルト1
a(1b),記録紙6との間の摩擦力により、加熱ベル
ト1a(1b),記録紙6とともに移動する。このた
め、記録紙6は、加熱ベルト1a(1b)からの輻射熱
で加熱されるだけでなく、その間に介在して移動しつつ
加熱された空気によっても加熱される。このようにする
ことで、オーブン方式のような、加熱手段が固定(停
止:V2=V3=0)されているものと比較して、熱効
率が数倍良くなる。片面記録の場合は、V1=V2(V
3)とすればよい。
本発明の熱効率についての定量的な効果を説明する。
を示し、ベルト駆動ローラ2a(2b)とアイドラロー
ラ3a(3b)の中心間距離を加熱長さLとし、記録紙
6の表面と加熱ベルト1aの間隔をXとして表した。
(記録紙6の裏面と加熱ベルト1bの間隔も表面と同じ
Xとする)。一方、図3の(b)は、オーブン方式を用
いた加熱装置の概略図を示し、カバー11の両端の距離
を加熱長さLとし、カバー11の記録紙6面側の端部か
ら記録紙6の表面までの間隔をXとした(裏面も同様に
間隔はX)。オーブン方式は図に示したように、発熱体
9が発した熱を記録紙6やトナー5に当てるために、発
熱体9の背面に反射板10を設けた構造が一般的であ
る。
ために必要な加熱長さLとヒータ温度の関係を、X=2
mmの場合について計算により求めた結果を示す。ヒー
タ温度は、加熱ベルト1a(1b)の表面温度と発熱体
9の温度をそれぞれ表す。図4によると、本実施例の加
熱装置においては同一のヒータ温度で比較した場合、加
熱長さLはオーブン方式に対して約1/3でよいことが
わかる。すなわち、前記したようにV1=V2=V3と
することで、V2=V3=0と比較して、熱効率が良く
なっているといえる。
5、図6を用いて説明する。
に記録紙搬送コロ12を取り付けたものである。この記
録紙搬送コロ12は、加熱ベルト1a、1bに記録紙6
やトナー5が接触しないようにするもので、図6の搬送
方向正面からみた断面図に示すように、記録紙6の両端
(トナーが付着しない部分)を記録紙搬送コロ12で加
圧保持することで記録紙6の搬送方向に直角な方向の振
れを抑え、加熱ベルト1a、1bと記録紙6、トナー5
との間隔を保持するようになっている。実際には、トナ
ー層の厚みは0.1mm以下であるので、加熱ベルト1
a、1bと記録紙6との間隔だけを考えればよい。ま
た、この記録紙搬送コロ12に駆動力を持たせて記録紙
6の搬送を行うことも可能である。本実施例によれば、
搬送される記録紙6の面と加熱ベルト1a,1bの間隔
を狭くした場合でも、記録紙6のばたつきが抑えられる
ので、記録紙6の面と加熱ベルト1a,1bの接触が避
けられ、トナーのずれなどによる画質の低下が避けられ
る。
7、図8を用いて説明する。
端部側の記録紙に対向する面に設けられた記録紙搬送リ
ブ13によって記録紙6を保持し搬送するものである。
この記録紙搬送リブ13は、例えばシリコンゴム等の弾
性体で構成し、加熱ベルト1a、1bと一体構造となる
ように接着等で固定されている。このような構成にする
ことで加熱ベルト1a、1bの搬送力が記録紙6に伝達
され、加熱ベルト1a、1bと記録紙6は同速度で搬送
が可能となる。また、図8の搬送方向正面からみた断面
図に示したように、記録紙搬送リブ13の高さによっ
て、加熱ベルト1a、1bと記録紙6との間隔を保つよ
うになっている。本実施例によれば、搬送される記録紙
6の面と加熱ベルト1a,1bの間隔を狭くした場合で
も、記録紙6と加熱ベルト1a、1bの間隔を確実に管
理でき、記録紙6の面と加熱ベルト1a,1bの接触が
避けられ、トナーのずれなどによる画質の低下が避けら
れる。
1bと記録紙6、トナー5が接触しない構造について説
明してきたが、次に接触させて加熱を行う場合の加熱ベ
ルト1a、1bの構造について説明する。
を示すもので、金属材14からなる基材の表面に離型材
15を施したものである。金属材14は、例えばニッケ
ルやステンレス等を用い、離型材15には、例えばフッ
素系やシリコン系の樹脂やゴム等をコーティングしたも
のを用いている。このような構造にすることで、溶融さ
れたトナーと接触した際に、トナーが加熱ベルトに付着
しにくいようになっている。また、バイアス電圧を加熱
ベルト1a、1bにかけることで、電気的にトナーと付
着しにくいようにすることも可能である。本実施例で
は、加熱ベルト1a、1bと記録紙6の搬送速度は同一
に設定してあり速度差によるこすれが生じないので、接
触しても画像の劣化は発生しない。
記録装置の構成について図10、図11、図12、図1
3を用いて説明する。
面画像記録装置を示す。図示の両面画像記録装置は、ロ
ール状の記録紙6の搬送経路に沿って配置された複数の
ガイドローラ17と、前記複数のガイドローラ17によ
って形成された搬送経路の一方の側(記録紙の第1面
側)に配置された現像転写機構部16aと、現像転写機
構部16aの下流側の搬送経路の他方の側(記録紙の第
2面側)に配置された現像転写機構部16bと、現像転
写機構部16bの下流側の搬送経路の両側(記録紙の第
1面側と第2面側)に互いに対称に配置された加熱装置
と、この加熱装置の下流側に配置されて記録紙を搬送す
る記録紙搬送ローラ7a、7bと、を含んで構成されて
いる。
a,16b、加熱装置及び記録紙搬送ローラ7a、7b
の各ローラの回転軸はいずれも互いに平行にかつ装置設
置状態で水平になるように配置されており、記録紙6は
加熱装置に挟まれた部分ではほぼ水平に移動するように
なっている。また、現像転写機構部16bの下流側の搬
送経路の両側(記録紙の第1面側と第2面側)に互いに
対称に配置された加熱装置は、前記第1〜3実施例に記
載された加熱装置のうちのいずれかとしてある。
ラ17によって形成された搬送経路に沿って搬送され、
まず記録紙6の第1面側に現像転写機構部16aによっ
て画像が形成される。この時点では記録紙6の第1面側
のトナー5は定着されておらず、未定着のまま次の行程
へ搬送される。次に、第1面側と同様に第2面側にも現
像転写機構部16bによって画像が形成される。このよ
うにして記録紙6の両面に形成された未定着トナー画像
は、加熱装置へと搬送され定着が行われる。記録紙6の
両面上のトナー5は、それぞれ対向する加熱ベルト1
a、1bによって加熱され、定着が完了する。記録紙6
の搬送は、記録紙搬送路最下流に配置された記録紙搬送
ローラ7a、7bによっておこなわれる。第2面側の現
像、転写が終了してからは、トナー5が両面共に未定着
であるため記録紙6には接触することができない。した
がって、本構成のように第2面側の転写が行われた後の
記録紙搬送経路は、記録紙搬送ローラ7a、7bに至る
まで、ガイドローラ17によって曲げられることのない
直線的な搬送路にすることが望ましい。記録紙6と加熱
ベルト1a、1bの搬送速度は前に説明したように同期
されており、実質的に同速度である。本実施例は、加熱
装置をトナー5の定着装置として用いた例である。
ー5の予備加熱装置として用いた本発明の第5の実施例
について図11を用いて説明する。本実施例が前記第4
の実施例と異なるのは、加熱装置と記録紙搬送ローラ7
a、7bの間に、搬送される記録紙6を両面から挟んで
配置され内部に熱源となるハロゲンランプ4を有する一
対の定着ローラ18が設けてあることである。
現像、転写など、加熱装置に搬送されるまでの行程につ
いては図10と同様である。本実施例では、加熱装置を
トナーの予備加熱する装置として用い、最終的にトナー
5を定着するために加熱装置の出口近傍に、内部に熱源
となるハロゲンランプ4を有する定着ローラ18が設け
てある。この定着ローラ18は、記録紙6の両面に形成
されたトナー画像を定着するために、記録紙6に対向す
るように一対で構成されている。定着後の記録紙6は記
録紙搬送ローラ7a、7bによって搬送される。このよ
うな構成にすると、加熱装置と定着ローラを含めた定着
ユニットとしては、移動熱源のみで構成した定着ユニッ
トよりも小型化が可能である。
6、第7の実施例を示し、前記第4、第5の実施例にお
いて、加熱装置内の記録紙搬送方向を床面に対して垂直
方向になるように配置した例である。このように配置す
ることで、記録紙6は、加熱装置内では重力方向に搬送
されるので、たるみなどが無くなり記録紙搬送が安定し
やすくなる。
熱装置を複数個n段に使用した場合について図14を参
照して説明する。図14は、加熱装置を2段とした場合
についての例を示している。それぞれの加熱装置は、こ
れまで説明してきたように記録紙6に対向するように取
り付けられており、記録紙6の搬送は記録紙搬送ローラ
7a、7bによって行われている。1段目と2段目の加
熱装置の間には、記録紙搬送コロ12が配置されてお
り、記録紙6の幅方向両端をを保持するようになってい
る。このように加熱装置を複数個n段に使用すること
で、一つの加熱装置内の記録紙搬送路を短くし、記録紙
6が搬送方向に直角の方向の動きを拘束されていない距
離を短くすることができるので、記録紙6を安定して搬
送することが可能となる。また、図12、図13のよう
に記録紙搬送路を床面に対して垂直方向に構成した場合
は、記録紙搬送コロ12は不要になる。このような場合
は、前後の加熱装置の間隔を小さくした方が効率的であ
る。
置においては、定着後の記録紙を記録紙搬送ローラのみ
で搬送できるため、搬送力を持った搬送ローラを途中に
複数設ける必要が無くなる。よって、各搬送ローラの複
雑な速度コントロールが不要になり、記録紙の搬送精度
が向上する。また、低コスト化が図れる。
向して配置され該被加熱体と同期して移動しつつ放熱す
る加熱ベルトで加熱するようにし、被加熱体搬送速度を
V1、被加熱体両面に対向する加熱ベルト搬送速度をそ
れぞれV2、V3としたとき、V1=V2=V3となる
ように各搬送速度を設定することで、オーブン方式のよ
うな加熱手段が停止しているもの(V2=V3=0)と
比較して、熱効率が向上するから、被加熱体搬送の高速
化が可能であり、また基本的に非接触で加熱するので定
着ユニットに適用した場合、画質の劣化が発生せず高画
質化が可能である。片面加熱の場合は、V1=V2(も
しくはV3)とすればよい。
示す断面図である。
他の例を示す断面図である。
断面図である。
トナーを溶融させるために必要な加熱長さとヒータ温度
の関係を比較する熱計算の結果を示す図である。
である。
図である。
である。
図である。
示す断面図である。
示す断面図である。
示す断面図である。
示す断面図である。
示す断面図である。
ト駆動ローラ 3a、3b アイドラローラ 4 ハロゲンラン
プ 5 トナー 6 記録紙 7a、7b 記録紙搬送ローラ 8a,8b テン
ションバネ 9 発熱体 10 反射板 11 カバー 12 記録紙搬送
コロ 13 記録紙搬送リブ 14 金属材 15 離型材 16a、16b
現像転写機構部 17 ガイドローラ 18 定着ローラ
Claims (9)
- 【請求項1】 任意の速度で搬送される被加熱体を加熱
手段によって加熱する加熱装置において、前記加熱手段
を、前記被加熱体の両面に配置し、前記被加熱体の搬送
方向に沿って前記被加熱体に近接して対向した状態で移
動する構成としたことを特徴とする加熱装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の加熱装置において、被
加熱体と加熱手段とが同期して移動するように構成され
ていることを特徴とする加熱装置。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の加熱装置にお
いて、加熱手段は被加熱体と一定間隔の距離を隔てて移
動するように構成され、前記一定間隔は、加熱手段と被
加熱体の間の空気が移動する加熱手段もしくは搬送され
る被加熱体との間に作用する摩擦力により、加熱手段も
しくは被加熱体とともに同方向に移動する間隔であるこ
とを特徴とする加熱装置。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の加熱
装置において、加熱手段の移動と被加熱体の搬送はそれ
ぞれ独立して制御することが可能なことを特徴とする加
熱装置。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載の加熱
装置において、移動する加熱手段が発熱手段を内装して
いることを特徴とする加熱装置。 - 【請求項6】 請求項1乃至4のいずれかに記載の加熱
装置において、移動する加熱手段を加熱するための移動
しない熱源を有することを特徴とする加熱装置。 - 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかに記載の加熱
装置において、前記加熱手段は回転可能に支持された加
熱手段保持部材によって保持され、加熱手段保持部材は
駆動源によって駆動され前記加熱手段を被加熱体の搬送
速度と同一の速度で同一方向に移動させるものであるこ
とを特徴とする加熱装置。 - 【請求項8】 請求項7に記載の加熱装置において、前
記加熱手段保持部材は内部に熱源を有し、前記加熱手段
は該熱源により加熱されるように構成されていることを
特徴とする加熱装置。 - 【請求項9】 請求項1乃至8のいずれかに記載の加熱
装置において、加熱手段はエンドレスベルト形状である
ことを特徴とする加熱装置。
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