JPH0141988B2

JPH0141988B2 -

Info

Publication number: JPH0141988B2
Application number: JP57028019A
Authority: JP
Inventors: Jii Maashu Deina
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1981-03-30
Filing date: 1982-02-23
Publication date: 1989-09-08
Also published as: EP0062998B1; DE3264011D1; US4355225A; EP0062998A1; JPS57163265A; CA1169477A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、新規な定着装置、より詳細には待
機電力すなわち待機加熱器が不要な、瞬間作動式
の放射線使用の、定着装置に関するものである。

発明の背景及び従来技術について述べると、米
国特許第4078286号に記載されているように、電
子写真式複写の典型的な方法では、複写する原稿
の光像が静電潜像の形で感光性部材の上に記録さ
れ、次に静電潜像は一般にトナーと呼ばれる検電
性粒子が塗付されて現像される。このときの実際
のトナー像は固着していない自由な粉末状態であ
り、簡単に乱される、すなわち破壊される。した
がつて、トナー像は一般にそれ自体が感光性部材
である支持体か又は白紙のシートなど別の支持体
の上に定着すなわち融着される。この発明はトナ
ー像を支持体の上に定着することに係るものであ
る。

トナー像を支持体の上に定着することに係るこ
の発明の目的上、原稿の光像に対して静電荷で帯
電させた感光性部材を露光する方法以外の方法で
も、静電潜像を形成することができることを理解
されたい。例えば、静電潜像は、電子的に記憶さ
せた又は発生させた情報から作ることができ、デ
ジタル情報を像形成電子装置及び光学装置によつ
て文字数字像に変換することができる。しかしな
がら、そのような像形成電子装置及び光学装置は
この発明の一部を為すものではない。

加熱により、静電感応トナー剤を支持体表面の
上に永久的に定着するには、一般に、トナー剤の
温度をその構成物質が溶融し、粘着性をもつよう
になる点まで上昇させる必要がある。この加熱中
によりトナーはある程度支持体の繊維又は細孔の
中へ流れ込む。そのあと、トナー剤が冷却する
と、トナー剤が凝固して、トナー剤は支持体にし
つかり固着される。

トナー像を支持部材の上に定着するのに熱エネ
ルギーを使用することは、よく知られており、検
電性トナー像の加熱定着の方法はいくつかの先行
技術文献に記載されている。これらの方法は、い
ろいろな手段、例えば加圧接触状態に保たれたロ
ール対、１つのロールと該ロールに加圧接触して
いる平らな又はわん曲した板部材、１つのロール
と該ロールに加圧接触しているベルト部材等によ
つて熱と圧力をほゞ同時に加えることから成つて
いる。熱は、片方又は両方のロール、板部材、又
はベルト部材を加熱することによつて加えること
ができる。熱、圧力及び接触時間の適当な組合せ
が与えられたときトナー粒子の融着が生じる。こ
のような接触定着方法では、支持体から定着部材
へのトナー粒子のオフセツトが全く生じないよう
にすることが重要である。先行技術において、定
着部材又は加圧部材をポリテトラフルオロエチレ
ン、シリコンゴム等の剥離材料の表面層で被覆す
ることによりそれらの部材に剥離特性を付与して
オフセツトを防止することは知られている。オフ
セツトをできるため少なくする又は避けるために
定着部材の上に適当なオフセツト防止液を使用す
ることができる。オフセツト防止剤すなわち剥離
剤として、シリコンオイルが広く使われている。
以上のような接触定着を開示している代表的な先
行技術として、米国特許第4078286号、第4064313
号、第3809854号、第3848305号、及び第3795033
号がある。

これらの先行技術の接触定着装置は、比較的大
型の高速複写機で大量のコピーを定着する場合に
は有用である。というのはそのような複写機をそ
の作動温度に又はその近くに維持するために待機
加熱器の使用を正当化することができるからであ
る。しかしながら定着装置を周囲温度以上に維持
するための待機電力が不要な瞬間作動定着装置に
対する要望が前からあつた。加えて、先行技術の
接触定着装置は一般に、製作コストが比較的高い
ので、主として比較的大型の高速複写機に使用す
るのが妥当である。

又、この技術分野においては、閃光定着法を使
用してトナー像を定着することが知られている。
そのような方法の一例が米国特許第3874892号に
開示されている。そのような閃光定着法において
は、閃光ランプその他の放射エネルギー源を非常
に短かい時間間隔でパルス作動させるのが普通で
ある。この放射エネルギーをトナー粒子が吸収し
てトナーは基体に融着される。ランプを短かい時
間間隔でパルス作動すなわち発光させるので、ト
ナー粒子の融着を行なうには大量の電力を使用し
なければならないことは理解されよう。したがつ
て、閃光定着法の一つの欠点は比較的大型で高価
な電源装置が必要なことでなる。閃光定着のもう
１つの問題点は像の爆発でこれにより閃光ごとに
トナーが飛散して定着室の壁に堆積する。この結
果閃光定着室の清掃又は反射用ライニングの交換
が必要になる。

トナー像を基体に定着するもう１つの方法は、
放射定着である。放射定着と閃光定着とは異なる
ものであり、とりわけ、放射定着の場合は、放射
エネルギー源、一般には赤外線石英ランプが全定
着工程を通して点灯され、閃光定着の場合のよう
に短かい時間間隔でパルス作動させるのではな
い。放射定着装置の例が米国特許第3898424号と
第3953709号に開示されている。先行技術のそれ
らの放射定着装置は、一般に比較的重い金属構造
で作られており、装置を待機温度に保つため加熱
器を常時使用する必要がある。

要約すると、先行技術の定着装置は、比較的大
型の高速複写機においてコピーの定着を行なう場
合にはその複写機をその作動温度又はその近くに
維持するため待機加熱器の使用を正当化すること
ができるので有用であるが、定着装置を周囲温度
以上に維持するための待機電力が不要な瞬間作動
定着装置に対する要望は以前よりある。

以上のことから、この発明の目的は、瞬間に作
動し、しかも待機電力すなわち待機加熱器が不要
な改良された定着装置を提供することである。

この発明のもう１つの目的は動作コストが低
く、安価な定着装置を提供することである。

発明の上記及びその他の目的は、以下の詳細な
開示から知ることができよう。

上記の目的は、この発明にしたがつて、反射器
ハウジング、空気などの冷却媒体を通すための導
管を前記ハウジングと共に形成し前記ハウジング
から熱的に間隔をおいて配置された小質量の加熱
器、内部に冷却媒体を通すための別の導管を一緒
に形成している前記反射器から間隔をおいて配置
された小質量のプラテンとそのハウジング、及び
前記反射器とプラテンの間の反射器に近い位置に
配置されていて放射エネルギー源とプラテンの間
を通過するトナー像支持シートにトナー像を融着
させることができる放射エネルギー源から成る瞬
間作動式の、放射線を使用した定着装置によつて
達成される。複写サイクルの開始からトナー像支
持シートが定着装置に達するまでの時間間隔の間
に、当初の周囲温度から作動温度にするため、反
射器とプラテンは共に小さい質量で作られてい
る。

上記のように、この瞬間作動放射定着装置は電
子写真複写機、特に安価な小型複写機に最も適し
ているが、この発明に係る装置は、像支持基体を
加熱する瞬間作動性が有利となるようなその他の
用途にも使用できることはこの技術分野の専門家
には理解できよう。

まず、電子写真複写機が略図で描かれている第
１図について説明する。この複写機の場合、像形
成表面は光導電性絶縁物質で被覆されたドラム状
部材１０によつて提供される。動作中、ドラム１
０は軸部１１のまわりを矢印で示すように時計方
向に回転する。静電複写動作の各種処理工程がド
ラム１０の周囲に配置されているステーシヨンに
おいて行なわれる。すなわち、ステーシヨンＡに
おいては、ブラシ状部材１２がドラム１０の表面
に接触して回転し、その表面を清掃し、その上に
複写する準備を行なう。ステーシヨンＢにおいて
は、ドラム１０の表面が例えばコロナ放電装置１
３によつて静電荷で一様に帯電される。帯電後、
ドラムの回転でドラム表面の帯電部分はステーシ
ヨンＣへ運ばれ、そこで複写する原稿の光像に対
し露光される。ステーシヨンＣにおいて形成され
た静電潜像はステーシヨンＤへ送られ、そこでト
ナー粒子が塗付され、潜像は現像すなわち可視化
される。ドラム１０の表面の現像された像は次に
ステーシヨンＥへ送られ、そこで像は紙のシート
その他の基体１４の上に転写される。その後、ド
ラム１０の表面はステーシヨンＡへ進み、ここで
複写サイクルを反復できるように残留トナー粒子
が清掃される。紙シートの供給源１５はステーシ
ヨン１５にあつて、シートはローラ対１６及びシ
ートガイド１７を通して１枚づつステーシヨンＥ
へ給送される。トナー像が紙１４に転写された
後、紙１４は移送手段１８によつて定着ステーシ
ヨンＧへ移送される。定着処理後、紙１４はロー
ラ対１９を通してキヤツチ・トレイ２０へ送られ
る。以上の説明は、既知の電子写真複写プロセス
のひとつの実施例の動作を一般的に述べたもので
あり、この技術分野の専門家には知られているこ
とである。この発明は、ステーシヨンＧにおいて
使用される定着装置に関するものである。

第２図に、この発明に係る瞬間作動放射定着装
置の好ましい実施例を断面図で示す。第２図に
は、トナー像をその上面に支持して、定着装置内
を通過中の紙１４が図示されている。定着装置内
の紙１４より上の部分は、ハウジング２１、反射
器２２、及び放射エネルギー源２３から構成され
ている。定着装置内の紙１４より下の部分はプラ
テン２４とプラテン・ハウジング２８から構成さ
れている。ハウジング２１と２８はみぞの形状で
あることが不可欠である。両者はどんな材料で作
つてもよいが、比較的薄厚のアルミニウム例えば
厚さ0.81mm（0.032インチ）のアルミニウムで作
ることが好ましい。ハウジング２１と２８を作る
のにアルミニウムその他の熱伝動性のよい材料を
使用する場合には、ハウジング２１，２８を反射
器２２及びプラテン２４からそれぞれ熱的に間隔
をおいて配置すべきである。第２図では、ハウジ
ング２１を構成しているみぞの二つの端部脚は反
射器２２にとどく前に終つている。このように、
ハウジング２１と反射器２２とは薄い空気層によ
つて熱的に隔離されている。代りに、端部表面２
５，２６の上にアスベストその他の断熱材を薄く
被覆する方法によつて、反射器２２をハウジング
２１から熱的に隔離することができる。同様に、
プラテンを周囲温度から急速に暖めるためハウジ
ング２８の端部をプラテン２４から熱絶縁しても
よい。反射器２２とハウジング２１の間、及びプ
ラテン２４とハウジング２８の間の熱的隔離は、
瞬間作動放射定着装置が待機電力を必要とせず、
しかもほゞ瞬間的に定着に使用できるようにする
ためのこの発明の要素のひとつである。以下これ
について詳しく述べる。

反射器２２は、非常に小さい質量の反射材料で
作らなければならない。反射器２２に適する材料
の例は、0.203ないし0.305mm（0.008ないし0.012
インチ厚（８ないし12ミル））の鏡面アルミニウ
ムである。その他の満足できる材料は0.051ない
し0.102mm（0.002ないし0.004インチ）厚の鏡面ス
テンレス鋼である。

反射器の質量が小さいということは、この発明
の重要な特徴である。この発明の放射定着装置の
瞬間作動能力を、閃光定着装置のように大電力の
パルスを使用せず又待機電力を使用せずに実現す
るには、放射定着装置の主要部品は、操作者が始
動ボタンを押した時点からトナー像が定着ステー
シヨンに届く時点の間の数秒間に当初の周囲温度
からそれらの作動温度に達しなければならない。
卓上複写機の場合、この期間は例えば３〜５秒で
あるかもしれない。放射定着装置では、反射器が
定着に要する全加熱エネルギーの約1/4から1/2を
提供するのが普通であるから、反射器は約４秒程
度でほゞその作動温度に達することが重要であ
る。驚くべきことに、比較的大きな質量の温度の
低いハウジングから熱的に隔離させた、ここに開
示する非常に小さい質量の反射器は、放射定着装
置の正規の加熱ランプだけを使用して、すなわち
補助加熱手段を使用せずに、約18℃（65〓）の周
囲温度から204℃（400〓）以上の作動温度まで約
４秒で加熱できることがわかつた。

放射エネルギー源２３は石英ランプなどの赤外
線加熱器にすることができる。400−800ワツトの
出力をもつランプであれば、定着装置を通る紙１
４の送り速度にもよるが、瞬間作動放射定着装置
において十分に定着作用をすることがわかつた。
紙、くず、その他複写機内の異物からランプと反
射器を防護するために石英シールド２７など石英
ランプのためのシールドを設置することができ
る。そのような石英シールドは赤外線をほとんど
通過させるもので、この技術分野の専門家には知
られている。例えば、厚さ1.27mm（0.050インチ）
の石英シールドを使用することが好ましい。

プラテン２４は定着装置を通過する紙１４を支
持し、案内するためのものである。先行定着装置
とは異り、この瞬間作動放射定着装置は、トナー
像を融着する熱エネルギーの一部を紙１４に与え
るのに、プラテン２４は依存していない。したが
つて、プラテン２４は、操作者が複写機の始動ボ
タンを押した時点から紙すなわち基体１４が定着
装置に入る時点までの３ないし５秒の間にランプ
２３で暖めることができるような構造にしなくて
はならない。すなわち、その時間間隔の間に、プ
ラテン２４は、ランプ２３によつて、定着装置内
の紙１４の温度よりいくらか高い温度まで暖機す
なわち加熱されなければならない。約450ワツト
出力の石英ランプ２３を使つたところ、以下説明
するように、プラテン２４は約148.8℃（300〓）
の温度に達し、反射器２２は約204℃（400〓）以
上になることがわかつた。これらの温度はかなり
広い範囲例えば±17℃（±30〓）又はそれ以上変
動する。

プラテン２４は、薄い規格品のアルミニウム、
例えば厚さ0.203ないし0.305mm（0.008ないし
0.012インチ）のアルミニウムから作ることが好
ましい。プラテン２４の石英ランプ２３に面した
側は熱エネルギーの吸収をできるだけ大きくする
ため暗色の高温用ペイントなどエネルギー吸収材
で被覆すべきである。ダウ・コーニング・カンパ
ニー（Dow Corning Company）から商標
「Vestar」を付して市販されている着色された架
橋結合度の高いポリシロキサンが、この目的に適
合することがわかつた。使用可能なプラテンの別
の例は、着色したすなわち陽極酸化したアルミニ
ウムで作つたものである。

操作者が複写機の始動ボタンを押した後、約４
秒で紙１４の最初のシートが定着装置に達するは
ずなので、この発明の瞬間作動放射定着装置はこ
の数秒間にその作動温度に達しなければならな
い。極めて小さい質量の反射器２２、熱を吸収す
る小さい質量のプラテン２４、反射器２２とハウ
ジング２１との間を熱的に隔離させてあること、
小さい質量のプラテン２４とプラテン・ハウジン
グ２８との間を熱的に隔離させてあることなどの
手段によつて、この発明の瞬間作動放射定着装置
は数秒で作動温度に達することが可能である。反
射器２２とプラテン２４にとつて非常に重要なこ
とは、最初のコピーが定着装置に達する時点まで
にそれらの作動温度に達することである。その
後、紙１４上のトナー像が融着作用を受けている
とき、石英ランプ２３で反射器２２がいたまない
ように、反射器２２の温度を制御しなければなら
ない。これは、ハウジング２１と反射器２２とで
形成された導管内に冷却空気を循環させることに
よつて行なわれる。同様に、プラテンの温度を許
容範囲内に制御するためプラテン２４とハウジン
グ２８とで形成された導管を通してプラテン２４
に冷却空気が提供される。効率をできるだけ高く
するため、冷却空気は導管内で乱流状態を生じさ
せる流量にすべきである。

第３図と第４図は、この発明の瞬間作動放射定
着装置の構成要素を取り付ける一つの方法を示
す。第３図にその片方を示してあるが、１対のエ
ンド・ブロツクの間にこれらの構成要素を取り付
けることができる。第３図に図示されているエン
ド・ブロツク２９には、ハウジング２１のスロツ
トにはまる３つの耳３０が付いている。このハウ
ジング２１の実施例には、前記三つの耳３０のう
ちの２つを受け入れるため二つの下方に延びた部
分３１が付いている。締付け手段３３によつてエ
ンドブロツク２９に固定された板ばね３２は、開
口３４内に石英ランプ２３を保持することと、石
英ランプ２３に対し電気的接続を行なうことの二
つの機能を有する。板ばね３２は電源（図示せ
ず）に接続されている。定着装置を取り外さなく
とも石英ランプ２３の取り外しすなわち交換がで
きるように、板ばね３２は多少たわむことができ
ることはわかるであろう。

第４図に、エンド・ブロツク２９の反対側を示
す。エンド・ブロツク２９には石英ランプ２３を
通すための開口３４が設けられている。又、エン
ドブロツク２９には反射器２２と石英シールド２
７を定置させるためのみぞ３６が設けられてい
る。みぞ３６と協同して反射器２２を定置させる
ために、中央耳３０の下のエンド・ブロツク２９
に基準面３７が設けられている。プラテン２４と
プラテン・ハウジング２８は複写機の保持手段
（図示せず）に着脱できるように取り付けられて
おり、エンドブロツク２９に取り付けられた上部
定着装置組立体には直接連結されていない。この
ように、上部定着装置組立体を複写機から取り外
せば、プラテンとそのハウジングが現われるの
で、ザービス又は交換を容易に行なうことができ
る。エンド・ブロツクとそれに取り付けられたす
なわち定置された構成要素から成る上部定着装置
組立体とプラテン組立体とをモジユール式にした
ことにより、この発明の瞬間作動放射定着装置の
製造コスト及び保守コストは非常に低くなつてい
る。プラテン２４とプラテン・ハウジング２８に
よつて形成された導管と冷却空気源との間を連絡
するため、エンドブロツク２９に開口３８が設け
られている。プラテン組立体を上部定着装置組立
体に正しく整合させるためエンド・ブロツク２９
に基準面３９が設けられている。エンド・ブロツ
ク２９はセラミツク材料などの耐熱材料で作るこ
とができる。フイリツプ・ペトロリウム・カンパ
ニー（Philips Petroleum Company）から商標
「Ryton」を付して市販されている耐熱性硫化ポ
リフエニレン樹脂がこの目的に適合することがわ
かつた。

前述の発明の好ましい実施例の場合、この放射
定着装置は１つの装置として簡単に取り外すこと
ができ、更にスロツトから耳３０を抜きエンド・
ブロツク２９からハウジング２１を切り離すこと
によつて上方を開くことができることは理解され
よう。このように、放射定着装置の構成要素は容
易にサービス又は交換をすることができる。

次に、以下特別の実例に関して本発明を説明す
る。

第２図ないし第４図に示すように、瞬間作動放
射定着装置の反射器と反射器ハウジングは厚さ
0.3mm（12ミル）の鏡面アルミニウムで作つた。
プラテンすなわち台板は厚さ0.2mm（８ミル）の
黒色陽極酸化したアルミニウムで作つた。又、プ
ラテン・ハウジングは厚さ0.3mm（12ミル）の鏡
面アルミニウムで作つた。定着装置を受け入れる
ため改造したゼロツクス2600複写機にこの定着装
置を取り付けた。放射エネルギー源として450ワ
ツト出力で作動する650ワツトの定着用石英ラン
プを使用した。ランプと冷却空気を循環させるた
めのフアンは、複写サイクルの開始と同時に作動
させた。プラテンは最初のコピーが定着装置に入
つてきたとき約148℃（300〓）の温度に達した。
フアンからハウジングと反射器とによつて形成さ
れた室を通して、乱流状態が得られる約114.8
cm³／min（７ft³／min）（CFM）の流量で冷却空
気を循環させた。同様にプラテン２４とハウジン
グ２８によつて形成された室を通して約82cm³／
min（5CFM）の流量で冷却空気を循環させた。
この結果、プラテンすなわち台板は約148℃（300
〓）に維持され、一方反射器は約204℃（400〓）
に維持された。両者の温度の変動は±17℃（±30
〓）の範囲内にあつた。紙やくずからランプを保
護するため厚さ1.5mm（60ミル）の石英シールド
を設けた。定着装置をコピー・シートが通過する
ときプラテンの温度は約5.5℃（10〓）低下した
が、定着装置を通過するコピーシートの間隔をお
よそ7.6cm（３インチ）以上離すことによつてプ
ラテンはその当初の温度に戻つた。コピーを40枚
定着した後、温度その他の状態は必然的に安定す
ることがわかつた。室内温度に置いた複写機の始
動ボタンを押したとき、ここに開示する瞬間作動
放射定着装置は約10秒で最初の定着したコピーを
作製できることがわかつた。

この放射定着装置は、製造及び運用において極
めて経済的であることは理解できよう。本装置に
は、従来の定着装置に使用されている高価な温度
検出手段は不要である。上記特別の実施例の場
合、石英ランプを点灯するほゞ同時に冷却空気を
流し始めた。更に、本装置は定着装置を高温に維
持するための待機加熱器は不要である。安全確保
のため、事故その他複写機の不具合で定着装置内
の温度が高くなりすぎたとき複写機全体を停止す
るフユーズを設置することができる。

特別の好ましい実施例について詳細に発明を説
明したが、発明の精神と範囲から離れることなく
特定の細部からいろいろな修正を為し得ることは
理解できよう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る瞬間作動放射定着装置
を使用することができる複写機の略図、第２図は
この発明に係る瞬間作動放射定着装置の断面図、
第３図は瞬間作動放射定着装置の構成要素を取り
付けるためのエンド・ブロツク部材の片面を示す
側面図、及び第４図は第３図のエンド・ブロツク
部材の反対側を示す側面図である。図中、主要部品の参照符号は下記の通りであ
る。Ａ……清掃ステーシヨン、Ｂ……帯電ステー
シヨン、Ｃ……露光ステーシヨン、Ｄ……現像ス
テーシヨン、Ｅ……転写ステーシヨン、Ｆ……給
送ステーシヨン、Ｇ……定着ステーシヨン、１０
……ドラム、１２……ブラシ状部材、１３……コ
ロナ放電装置、１４……紙（基材）、１５……紙
供給源、１６……ローラ対、１７……シートガイ
ド、１８……移送手段、１９……ローラ対、２０
……キヤツチ・トレイ、２１……ハウジング、２
２……反射器、２３……放射エネルギー源（石英
ランプ）、２４……プラテン、２５，２６……端
面、２７……石英シールド、２８……プラテン・
ハウジング、２９……エンド・ブロツク、３０…
…耳、３１……ハウジングの下方に延びた部分、
３２……板ばね、３３……締付け手段、３４……
開口、３６……みぞ、３７……基準面、３８……
開口、３９……基準面。

Claims

【特許請求の範囲】

１第１ハウジングと、このハウジングから熱的
に離隔して配置され、待機用加熱器を使わずに数
秒以内に作動温度状態を達成するように構成され
た低質量の反射器と、前記第１ハウジングと前記
反射器とが冷却媒体が内部を通る導管を形成して
いることと、第２ハウジングと、前記反射器に間
隔を置いて対面するとともに、前記第２ハウジン
グから熱的に離隔して配置され、待機用加熱器を
使わずに数秒以内に作動温度状態を達成するよう
に構成された低質量のプラテンと、前記第２ハウ
ジングと前記プラテンとが冷却媒体が内部を通る
導管を形成していることと、前記反射器と前記プ
ラテンの間の、前記反射器に隣接する位置に配置
された放射線エネルギー源とから成る、放射線使
用の瞬間作動式定着装置。