JPH065429B2 - 瞬間加熱式定着ロ−ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、改良型の定着装置、より詳細には、瞬間加熱
式定着装置に関するものである。

発明が解決しようとする問題点 トナー像を加熱して支持体の表面に永久的に定着するに
は、通常、トナーの成分が融合して粘着性を示す点まで
トナーの温度を上昇させる必要がある。この加熱によ
り、トナーは、支持体の繊維または細孔にある程度流れ
込み、そのあと、冷却すると、凝固して支持体にしっか
り固着する。

熱エネルギーを使用してトナー像を支持体に定着する方
法は、よく知られている。従来、トナー像を加熱定着す
るいくつかの方法が開示されている。それらの方法は、
いろいろな手段、たとえば圧接されたロール対、ロール
に圧接された平板または曲板部材やロールに圧接された
ベルト部材によってほぼ同時に熱と圧力を加えるステッ
プを含んでいる。

熱は、片方または両方のロール、板部材またはベルト部
材を加熱することによって加えることができる。熱と圧
力と接触時間の適当な組み合わせが得られたとき、トナ
ー粒子が定着される。一般に、上記の直接接触方式にお
いては、たとえば米国特許第3,498,596号や同第3,666,4
47号に記載されているように、ローラーの表面は、乾燥
していてもよい、すなわちローラーの表面にはく離剤を
塗布しない。代わりに、米国特許第3,268,351号や同第
3,256,002号に記載されているように、定着ロールの表
面をシリコン油などのはく離剤で湿潤させてもよい。ま
たこの分野では、たとえば米国特許第3,874,892号に記
載されているように、フラッシュ定着法を使用してトナ
ー像を定着する方法も知られている。フラッシュ定着法
では、一般に、フラッシュ・ランプが非常に短い時間だ
け発光される。ランプは、短い時間パルス電流が加えら
れる、すなわち発光するだけであるから、トナー粒子の
定着を行うには大量の電力を使用しなければならないこ
とがわかる。

トナー像を支持体に定着するもう１っの方法は、放射線
定着法である。放射線定着法では、短時間だけ発光され
るフラッシュ定着法と異なり、放射線エネルギー源、一
般には赤外線石英ランプが、全定着処理を通じて「オ
ン」にされる。放射線定着装置の例が米国特許第3,898,
424号および同第3,953,709号に開示されている。これら
の従来放射線定着装置は、一般に、比較的重い金属構造
で作られており、装置を待機温度に維持するために発熱
体を常時作動させる必要がある。米国特許第3,471,683
号には、プリント回路発熱体を備えた加熱ロールが開示
されている。しかし、加熱ロールは、比較的厚く、また
接着剤は、比較的高温度における使用に適しない。

これらの従来定着装置は、複写機をその動作温度かそれ
に近い温度に維持するため待機用発熱体を使用すること
が正当化される比較的大型の高速複写機においては有益
であった。しかし、以前より、定着装置を周囲温度より
高く維持するための待機電力を必要としない瞬間加熱式
定着装置が要請されてきた。また加熱ローラーの加熱器
として自己温度制御性を有する正特性サーミスタを使用
する方法も知られている。加熱ローラーは、加熱制御温
度検出素子によって所定の温度に規制される。また米国
特許第3,669,706号に記載されているように、ウォーム
アップ時間をより短くするため定着ロール構造に放射線
吸収材料を用いる方法も知られている。また米国特許第
4,355,255号には、ハウジングから間隔をおいて配置さ
れた小質量の反射器を備えた瞬間加熱式放射線定着装置
が開示されている。ハウジングと反射器との間には、冷
却用空気が通る導管が形成されている。待機加熱装置を
使用せずに数秒程度で動作温度状態を確立するため、小
質量のプラテンが設置されている。また米国特許第3949
214号に開示されているように、放射線エネルギーを伝
達するエラストマー材料で作られた第１層と、放射線エ
ネルギーを吸収する第２層と、第２層を被覆して定着ロ
ール表面に良好なはく離性を付与する第３層とから成る
円筒形部材を使用する方法も知られている。定着ロール
の各層は、比較的薄いので、瞬間加熱能力が得られる。
また米国特許第4,395,109号は、定着ロールを支持する
金属またはセラミック製のコア、断熱層、絶縁層、およ
びコア外面に形成された保護層から成る瞬間加熱式定着
装置を開示している。

従来の定着装置の難点は、製作が比較的複雑かつ高価で
あったり、あるいは多くの装置の質量が比較的大きく、
そのために瞬間加熱定着能力が得られないことである。
もう１っの難点として、従来の定着ロールは、定着する
紙のサイズに応じて十分な機械的強度を得ることが容易
でない、すなわち異なるサイズのコピーシートを選択的
に定着できるようにすることが容易でない。以上から、
本発明の第１の目的は、新規な、改良された瞬間加熱式
定着装置を提供することである。本発明の第２の目的
は、熱容量が比較的小さく、製作が比較的容易な瞬間加
熱式定着装置を提供することである。本発明の第３の目
的は、定着するコピーシートのサイズに関係なく、比較
的高い機械的強度が得られ、異なるサイズのコピーシー
トを選択的に定着することができる瞬間加熱式定着ロー
ルを提供することである。

本発明の他の目的および利点は、以下の説明を読まれれ
ば明らかになるであろう。発明の新規な諸特徴は、特許
請求の範囲に詳しく記載した通りである。

問題点を解決するための手段 本発明は、外面に固定された、または埋設された電熱
線、発熱フォイル、または発熱プリント回路を支持する
比較的薄いフィラメント巻円筒形チューブを備えた瞬間
加熱式定着装置に関するものである。円筒形チューブの
内部は、周囲空気で満たされており、電熱線、発熱フォ
イル、または発熱プリント回路は、円筒形チューブの両
端のエンド・キャップを通って伸びているリード線に接
続されている。定着装置は、円筒形チューブから外へ、
最後に外面にはく離剤を塗布する諸工程で製作される。

本発明をよく理解できるように添付図面について説明す
るが、諸図面を通じて、同じ部品は、同じ参照番号で表
示してある。

実施例 実例として、第１図に、外面が適当な光導電性物質すな
わち表面13で被覆された像記録ドラム状部材12を備えた
自動ゼログラフィー式複写機10を示す。ドラム12は、軸
14で複写機のフレーム（図示せず）内に回転できるよう
に適当な軸受で支持され、矢印15の方向に回転して光導
電性表面13を運び、複数のゼログラフィー処理ステーシ
ョンを通過させる。原稿書類の入力情報の忠実なコピー
を最終的支持体のシートすなわちコピーシート16に記録
するため、各種の共同する構成部品を駆動して、それら
の動きを調整する適当な駆動手段（図示せず）が設けら
れている。

最初に、ドラム12は、光導電性表面13を動かし帯電ステ
ーション17を通過させ、ここで、像形成に先立って、周
知の方法で静電荷が光導電性表面13の上に一様に与えら
れる。そのあと、ドラム12は、露光ステーション18へ回
転し、そこで、帯電した光導電性表面13が複写する原稿
書類の光像にさらされる。この露光により、光にさらさ
れた領域内の電荷が選択的に消去され、原稿書類が静電
潜像の形で記録される。露光後、ドラム12は、光導電性
表面13に記録された静電潜像を現像ステーション19へ回
転させ、ここでドラム12の光導電性表面13に通常の現像
剤が塗布され、静電潜像が可視化される。一般に、現像
ステーションには、粗い強磁性キャリヤ粒子と着色トナ
ー粒子とから成る磁化性混合現像剤を使用する磁気ブラ
シ現像装置を設置することができる。

最終的支持体のコピーシート16は、昇降式支持トレー20
の上にスタック状に支持されている。スタックが上昇位
置にある状態で、シート分離装置21が、スタックからシ
ートを１枚づつ整合装置22へ給送する。そのあとシート
は、ドラム上の像に正しく整合した状態で転写ステーシ
ョン23へ送られる。転写ステーション23では、光導電性
表面13上の現像された像がコピーシート16と接触し、ト
ナー像が光導電性表面13からコピーシート16の接触面へ
転写される。

コピーシート16へトナー像が転写されたあと、像を有す
るコピーシート16は、定着ステーション24へ送られ、こ
こで、トナー像がコピーシート16へ定着される。定着
後、コピーシート16は、適当な出力装置たとえばトレー
25へ送られる。

トナー像の大部分は、コピーシート16へ転写されるが、
必ず若干の残留トナー粒子が光導電性表面13に付着した
ままになっている。転写後光導電性表面13に残っている
残留トナー粒子は、光導電性表面13が清掃ステーション
26を通過するときドラム12から除去される。トナー粒子
は、通常の手段、たとえば清掃ブレードを使用して光導
電性表面13から機械的に清掃することができる。

一般に、複写機を通常モードで使用する場合は、複写す
る原稿書類が水平な透明プラテン27の上に像面を下にし
て置かれ、その静止している原稿書類を可動式光学装置
が走査する。走査装置は、静止レンズ30と、適当なキャ
リッジの上に支持された半透ミラー31と完全ミラー32と
から成る一対の可動走査ミラーとを備えている。

また複写機には、整合用補助ロール35とスイッチ37とを
備えた原稿取扱装置33を搭載することが可能である。原
稿書類を挿入すると、スイッチ37により整合用補助ロー
ル35が作動して原稿書類を送り出し、原稿取扱装置33の
後部縁ガイドに当てて整合する。次にピンチ・ロール38
が作動して原稿書類を搬送し、180゜湾曲ガイドを回して
プラテン27の上へ送り込む。原稿書類は、プラテン・ベ
ルト39を備えたプラテン・ベルト搬送装置によって駆動
される。複写後、プラテン・ベルト39が作動して、原稿
書類は、出力ピンチ・ロール41によってプラテンから引
き出され、原稿キャッツ・トレー43に送り込まれる。

定着ステーション24には、加熱定着ロール45とバックア
ップすなわち加圧ロール47が設けられており、両者の間
に形成されたニップに、定着するコピーシートが通され
る。コピーシートは、適当なはく離フィンガー（図示せ
ず）によって定着ロールからはく離される。加圧ロール
47は、軸のまわりに回転できるように適当な軸受で支持
された回転部材から成り、シリコンゴムRFAの弾性層ま
たは他の適当な材料で被覆されている。定着ロール45
は、第２図および第３図からわかるように、一対のエン
ド・キャップ49に取り付けられた回転円筒形部材48から
成る。

瞬間加熱型にするため、複写機の始動のとき、定着装置
は、紙が定着装置へ到達する時間より短い時間、約５〜
10秒のウォームアップ時間内に、動作温度を達成すべき
である。これは、印字開始または複写開始ボタンが押さ
れてから、コピーシート16が支持トレー20から転写ステ
ーション23を経由して定着装置24へ搬送されるのに５〜
10秒かかることを想定している。通常、定着装置は、少
なくとも120℃まで上昇させる必要がある。ローラー形
定着装置の場合、必要な温度上昇は、120〜160℃の範囲
である。妥当な電力レベルたとえば700Ｗを使用して、
５秒以内に約120〜160℃まで剛体構造の温度を上昇させ
るには、被加熱質量を小さくする必要がある。本発明に
従って、円筒形部材48は、ガラス繊維、炭素黒鉛繊維ま
たは炭化硼素繊維もしくは適当な機械的強度を有する他
の適当な繊維材料で作られた中空円筒形チューブであ
る。円筒形部材48の肉厚は、約20〜40ミル（0.508〜1.0
16ミリメートル）が好ましい。

第２図および第３図を参照すると、フィラメント巻円筒
形部材48の上に支持されているのは、ポリ接着剤で固定
されたガラス繊維50である。そのガラス繊維層50の上に
支持されているのは、適当な電熱線、プリント回路また
は写真食刻された回路パターン52である。発熱体は、PF
A、ゴムなどの適当なはく離材54で被覆されている。ガ
ラス繊維層50は、適当な耐熱接着剤で円筒形部材48に固
着することができることに留意されたい。発熱体は、ど
のような方法でフィラメント巻円筒形部材に接着しても
よい。

本発明のもう１っの特徴として重要なことは、定着ロー
ルがフープ強度と曲げ強度を含む十分な機械的強度を有
していることである。フープ強度は、半径方向内向きの
圧力に抵抗する定着ロール芯材料の性質であり、曲げ強
度は、曲げに抵抗する定着ロール芯材料の性質である。
第４図は、十分な機械的強度を与えるために、縦軸に対
して約50℃で繊維を巻いたフィラメント巻円筒形チュー
ブを示す。十分な機械的強度を得るために、ガラス繊
維、炭素黒鉛繊維または炭化硼素繊維もしくは他の繊維
を織ることは、本発明の範囲に含まれることに留意され
たい。

一般に、円筒形部材48の直径を大きくすればするほど、
より大きなニップを形成することができ、回転速度は遅
くなる。この結果、定着ロール45と加圧ロール47によっ
て形成されたニップの中にコピーシートが滞在する時間
が長くなる。この滞在時間は、表面速度と、ニップのサ
イズすなわち面積の関数である。また、より大きな直径
は、より多くの回復時間があること、すなわち熱が定着
ロールの外面により長く保有され、再加熱に当てられる
時間が多くあることを意味する。しかし、大直径の定着
ロールすなわち円筒形部材の難点は、十分な機械的強度
が必要なことである。本発明の第２の特徴に従って、フ
ィラメント巻円筒形チューブの繊維と、繊維組織の適当
な角度と適当なエポキシを適当に選択すれば、３〜４イ
ンチ（76.2〜101.6ミリメートル）の円筒直径を容易に
得ることができる。肉厚は、0.050インチ（1.27ミリメ
ートル）以下にすることが好ましい。ある実施例におい
ては、肉厚が0.040インチ（1.016ミリメートル）以下、
直径が最大４インチ（101.6ミリメートル）、全長が最
大48インチ（1219.2ミリメートル）の定着ロールを使用
した。

本発明の定着ロールすなわち円筒形部材の製作は、最
初、フィラメント巻円筒形チューブから始める必要があ
る。残りの部分は、チューブから外に向かって作られ
る。フィラメント芯構造は、普通の巻線機を使用してマ
ンドレルの上に巻くことができる。最大の機械的強度が
得られる正しい巻線角度（47゜〜59゜）になるように、巻
線機の計算機を設定することができる。各チューブは、
所望する肉厚（20〜40ミル（0.508〜1.016ミリメート
ル）が好ましい）が得られるまで巻かれる。この時点
で、製作は、ロールのサイズ、長さ、および製品の品質
が様々である。短い稼働時間の大形ロールの場合は、フ
ィラメント巻円筒形チューブの表面に直かにら旋形発熱
体が巻かれ、フィラメントの上に直接追加のフィラメン
ト巻層が巻かれたあと、構造全体が適当な規格値に硬化
される。硬化後、仕上げとして複合構造が研削されて外
面が滑らかにされる。

標準のゼログラフィー定着ロールの直径が１〜２インチ
（25.4〜50.8ミリメートル）、長さが約16インチ（406.
4ミリメートル）であると仮定して、高速連続フィラメ
ント巻きを検討することができる。この種の製作では、
芯すなわち円筒形部材を所望する肉厚まで巻き、硬化さ
せ、研削し、切断するため、その心棒を連続的に送り出
す。この方法により、芯の外面に発熱フォイルを巻い
て、第２の操作で仕上げることができる。

熱エネルギーを分配するため、金属層を定着ロールの上
に使用することが知られている。フィラメント巻ローラ
を使用すれば、熱エネルギー分配用金属層を完全に無し
にするか、またはメッキ、散布その他の安価な方法で最
小限の伝熱層を付加するかは任意であると考える。本発
明の第２の特徴として、第５Ａ図および第５Ｂ図に、定
着ロール選択加熱制御装置60を示す。定着ロールを製作
するとき、発熱体58をセグメントＡ、B1、B2、C1、C2で
示すように、別個のセグメントに分割することができ
る。したがって、定着するコピーシートのサイズに応じ
て、制御装置60で適当な発熱体を選択して作動させるこ
とができる。小形のコピーシートの場合は、発熱体のセ
グメントＡのみを作動させることになろう。それよりも
大きいコピーシートの場合は、セグメントＡと共にセグ
メントB1とB2を作動させることになろう。最後に、大形
サイズのコピーシートの場合は、セグメントＡ、B1、B2
と共にC1とC2を選択的に作動させることになろう。

現在のところ本発明の好ましい実施例と考えられるもの
について例示し、説明したが、この分野の専門家が多数
の変更や修正を思い浮かべることは明らかであるが、本
発明の精神と範囲に入ると思われるすべての変更や修正
は、特許請求の範囲に記載した本発明に包含されるもの
と考える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を組み入れた複写機の部分切除略正面
図、 第２図は、本発明に従って第１図の複写機に組み入れた
瞬間加熱式定着装置の斜視図、 第３図は、第２図の定着装置の断面図、 第４図は、定着装置の円筒形部材の繊維組織を示す部分
図、および 第５Ａ図と第５Ｂ図は、異なるサイズのコピーシートを
選択して定着するため分割された発熱体を示す部分図で
ある。 符号の説明 10…自動ゼログラフィー式複写機、 12…像記録ドラム、 13…光導電性表面、 14…軸、 15…回転方向、 16…コピーシート、 17…帯電ステーション、 18…露光ステーション、19…現像ステーション、 20…シート支持トレー、21…シート分離装置、 22…整合装置、 23…転写ステーション、 24…定着ステーション、25…トレー 26…清掃ステーション、27…プラテン、 30…静止レンズ、 31…半透ミラー、 32…完全ミラー、 33…原稿取扱装置、 35…整合用補助ロール、37…スイッチ、 38…ピンチ・ロール、 39…プラテン・ベルト、 41…ピンチ・ロール、 43…キャッチ・トレー、 45…定着ロール、 47…加圧ロール、 48…円筒形部材、 49…エンド・キャップ、 50…ガラス繊維層、 52…電熱線、プリント回路また
は写真食刻回路のパターン、 54…はく離材、 58…発熱体、 60…選択加熱制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−81041（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−164863（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−138766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−194074（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−6869（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭49−12428（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭57−3002（ＪＰ，Ｙ２) 米国特許第4518845（ＵＳ，Ａ) 米国特許第4395109（ＵＳ，Ａ) 米国特許第4304985（ＵＳ，Ａ) 米国特許第4075455（ＵＳ，Ａ) 特開 昭58−200260（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−30158（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１０秒以内に約１２０℃まで温度が上げら
   れる瞬間加熱式定着ロールと加圧バックアップ・ロール
   とを備え、両者の間に形成されたニップにトナー像を支
   持する支持体を通過させてトナー像を支持体に定着する
   形式の加圧定着装置を備えた静電式複写機において、 ガラス繊維、炭素黒鉛繊維または炭化硼素繊維で作ら
   れ、外面と内面とを有し、周囲空気を取り囲んでいる中
   空の比較的薄いフィラメント巻円筒形チューブ、及び 耐熱接着剤で前記円筒形チューブの外面に固着された熱
   エネルギー源 を有し、前記熱エネルギー源は、回路発熱体であり、前
   記回路発熱体は、熱エネルギーを選択的に加えるためセ
   グメントに分割されていることを特徴とする瞬間加熱式
   定着ロール。