JPH07121041A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高品質で信頼性の高い定着装置を備えた画像
形成装置を提供することを目的とする。 【構成】 石英あるいはホウケイ酸等のガラス材で構成
される基材２５上にカーボンの微粒子、金属粉、導電性
ウィスカー等の導電剤を充填したフッ素系の樹脂で構成
される光熱変換部材２６を設けた定着ローラ２４の内部
にハロゲンランプ３を配設し、この定着ローラ２４に加
圧ローラ２８を圧接して未定着のトナー画像を定着する
ことにより、定着ローラ２４の表面温度を所定の定着温
度まで加熱するのに要するウォーミングアップ時間を短
縮し、しかも定着ローラ２４の表面の温度を所定の定着
温度に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トナーを用いて画像を
形成する画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子写真技術を応用した複写
機やプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において
は、光導電性部材の上に形成された静電潜像をトナーで
可視像として現像化した後、この可視像を光導電性部材
から転写材に転写し、続いて、転写材上の未定着画像を
定着装置に通過させ、最後にこの転写材を画像形成装置
から排出することにより、最終出力画像を得ている。

【０００３】このトナーを転写材上に定着させる定着装
置は、熱効率あるいは定着性に優れているという点にお
いて熱ローラ定着方式が広く採用されており、内部に設
けられたハロゲンランプの発する光エネルギーを熱エネ
ルギーに変換することにより加熱される定着ローラと、
これに相対して一定圧力で押圧する加圧ローラとにより
形成される挟持部に未定着像を保持した転写材を通過さ
せることで熱により、トナーを溶融軟化させ転写材上に
定着させている。

【０００４】しかしながら、定着ローラの内部熱源とし
てハロゲンランプを用い、その輻射熱を利用して定着ロ
ーラを加熱する方式では、所定の定着温度まで加熱する
のに費やすウォーミングアップ時間が長く、またウォー
ミングアップのためのエネルギーも大きく、さらに待機
状態においても所定の定着温度を維持しなければなら
ず、消費電力が大きくなるという問題点を有している。

【０００５】これを改善する方法として定着ローラの熱
容量を極力低減することが提案されており、定着ローラ
を薄肉・小径化することで、定着ローラの熱容量を低減
し所定の定着温度までに費やすウォーミングアップ時間
を短くすることが知られている。

【０００６】以下に従来の画像形成装置について説明す
る。図８は従来の画像形成装置の定着装置の断面図であ
る。図８において、１は熱伝導性の高い金属、例えばア
ルミニウム、ステンレス、鉄等の芯金に摺動性および離
型性の高い耐熱表面保護層を設けた定着ローラ、２は定
着ローラ１に対し圧接回転しステンレス鋼等からなる芯
金の上にシリコンゴムからなる弾性層を設けた加圧ロー
ラ、３は定着ローラ１の内部に設けられた赤外光線を発
光するハロゲンランプ、４は定着ローラ１表面に接触し
定着ローラ１の温度を検出するサーミスタ素子であり、
５はこれらにより構成された定着装置である。定着ロー
ラ１の表面温度は、所定の定着温度になるようサーミス
タ素子４からの検出信号を基に温度制御用電源と協調し
てハロゲンランプ３を発光させ、定着ローラ１と加圧ロ
ーラ２の形成する挟持部に導かれた転写材６上のトナー
７を熱と圧力によって固着する。

【０００７】以上のように構成された定着装置５におい
て、アルミニウム製の定着ローラ１の外径を２０ｍｍに
し、肉厚を１．５ｍｍから０．８ｍｍに変更すると、ハ
ロゲンランプ３の電力が４００Ｗの場合、ウォーミング
アップ時間は約５０秒から約半分に短縮できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、定着ローラ１の低熱容量化に伴い、通紙初
期に定着ローラ１の熱が転写材６に急速に奪われて、ロ
ーラ表面の温度が急激に低下することで、定着性が損な
われるという問題点を有しており、これを改善するため
には、転写材６への放出熱量を補うのに十分なハロゲン
ランプ３の供給熱量が必要であり、定格電力の増加を招
く一方で、定着ローラ１の温度リップルを小さくする特
別な温度制御技術を必要とし、結果的に装置構成を複雑
化させることになる。

【０００９】また、定着ローラ１を薄肉化すると、定着
ローラ１の機械的強度が低下し加圧ローラ２との圧接時
に中央部でのたわみ量が大きくなり、十分な挟持面積を
得ることができないという問題点も有している。

【００１０】本発明は上記問題点を解決するもので、機
械的強度を低下させることなく定着ローラの表面温度を
所定の定着温度まで加熱するのに要するウォーミングア
ップ時間を短縮し、しかもローラ表面の温度を所定の定
着温度に維持できる構成を確保することにより、ウォー
ミングアップ時間が短く高品質で信頼性の高い定着器を
備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、光透過性の物質で構成された円筒部材の外
周に光を熱に変換する光熱変換部材を設け、円筒部材の
内部に発光手段を設けた定着ローラと、トナー像が形成
された記録紙を定着ローラに圧接する圧接ローラとを有
する定着器を備えたものである。

【００１２】

【作用】本発明は上記構成により、発光手段からの光が
円筒部材を透過し直接光熱変換部材へ照射される。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
について説明する。図１は本発明の一実施例における画
像形成装置の構成図である。図１において、８は導電性
ドラム基体上に無機あるいは有機光導電層を設けた像担
持体で、支持軸９によって矢印ａの方向に回転可能に支
持されており、帯電器１０のコロナ放電により表面上に
一様な負電荷が付与される。この負電荷が付与された像
担持体８は、ＬＥＤプリントヘッド１１からの発光光線
により所望の静電潜像が形成される。１２はプロセスカ
ートリッジで、トナー７を収容する着脱交換可能なトナ
ーカートリッジ１３と、トナー７の供給および撹はんを
行う供給ローラ１４およびアジテータ１５と現像ローラ
１６とで構成されている。この現像ローラ１６は表面に
トナーカートリッジ１３から供給されるトナー７が薄層
化されており、像担持体８上の静電潜像を現像する。一
方、給紙トレイ１７から供給された転写材６は、給紙ロ
ーラ１８により搬送路１９を経由して転写ローラ２０と
像担持体８との間に導かれ、像担持体８上のトナー像が
転写材６上に転写される。転写材６上に転写された未定
着のトナー像は定着装置５５に搬送され、転写材６に定
着される。

【００１４】定着工程が完了すると、転写材６は排紙ロ
ーラ対２１により排紙トレイ２２に排出される。この
後、像担持体８の表面はクリーニング手段２３により残
留したトナー７が掃除され次の画像形成のための準備が
行われる。

【００１５】図２は本発明の一実施例における画像形成
装置の定着装置５５の断面図で、定着ローラ２４の基材
２５は石英あるいはホウケイ酸等の耐熱性が高く、可視
光線から赤外光線を透過するガラス材料で構成されてい
る。また、定着ローラ２４の基材２５は外周面上にカー
ボンの微粒子、金属粉、導電性ウィスカー等の導電剤を
充填したフッ素系の樹脂である、テトラフルオロエチレ
ン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（Ｐ
ＦＡ）、またはテトラフルオロエチレン・エチレン共重
合体（ＥＴＦＥ）の単層の耐熱性の熱収縮性チューブか
らなる光熱変換部材２６が被覆してあり、赤外光線の光
エネルギーを効率良く吸収し熱エネルギーに変換する。
また、定着ローラ２４の基材２５の表面上には必要に応
じてプライマー処理を行い、導電剤を充填したフッ素系
の樹脂を塗布してもよい。定着ローラ２４の温度制御は
サーミスタ素子４を光熱変換部材２６に接触させること
により温度検知を行い、この検知された温度により所定
の定着温度になるよう行われる。

【００１６】この定着ローラ２４の光熱変換部材２６は
導電剤が充填されているのでこの光熱変換部材２６を接
地することにより、光熱変換部材２６表面は静電気が溜
まることがなく画像乱れや静電気的オフセットの発生を
防止することができる。また、定着ローラ２４は、基材
２５がガラスで構成されているので、ハロゲンランプ３
からの赤外線は基材２５を透過し、直接光熱変換部材２
６へ照射され、光熱変換部材２６が直接発熱するので、
定着ローラ２４は熱容量を減らすために肉厚を特に薄く
する必要がなくローラの機械的強度を保つことができ
る。

【００１７】加圧ローラ２８はステンレス鋼材の芯材２
９と、発泡層３０および表面離型層３１の二層からなる
シリコンゴム材とで構成されており、この加圧ローラ２
８と定着ローラ２４とで転写材６の挟持部を十分に形成
できるようになっている。

【００１８】ハロゲンランプ３は発光時に色温度が約２
５００Ｋまで昇温し、プランクの放射則から算出される
分光分布特性をみると波長域は約５００ｎｍから２５０
０ｎｍの範囲で放出エネルギーの大部分を占めている。
したがって、基材２５の材料に上述した石英あるいはホ
ウケイ酸等のガラス材料を用いると、ガラス材料の光透
過率は５００ｎｍから２５００ｎｍの波長域で９０％以
上あるためハロゲンランプ３からの発光光線は直接光熱
変換部材２６を照射し、光熱変換部材２６が直接発熱す
るため定着ローラ２４の見かけ上の熱容量は定着ローラ
２４の基材２５に金属を用いた場合に比べて小さくな
る。これにより、定着ローラ２４の表面温度は急速に上
昇する。しかしながら、ハロゲンランプ３からの発光光
線はハロゲンランプ３を構成しているフィラメントのピ
ッチに起因した配光分布特性、即ちハロゲンランプ３の
長手方向にある程度のリップル幅をもった配光分布特性
となっているため、定着ローラ２４の光熱変換部材２６
にはエネルギー分布のばらつきが生じ、定着ローラ２４
表面の温度分布むらにより定着不良が発生する可能性が
ある。

【００１９】また、ウォーミングアップ時間をより一層
短くするため、定着ローラ２４を小径化し、ハロゲンラ
ンプ３を構成しているフィラメントから定着ローラ２４
の光熱変換部材２６までの距離をより短くすると、フィ
ラメントの発光状態をより連続的にする必要があり、フ
ィラメントの抵抗値を変化させずに巻き状態を密にする
ためにはフィラメントの太さを細くせざるを得ないた
め、ハロゲンランプ３の寿命が低減するという問題点を
有している。

【００２０】そこで、本実施例ではハロゲンランプ３か
らの赤外光線の光エネルギーが光熱変換部材２６全体に
渡り均一に照射され熱エネルギーに変換されるように、
定着ローラ２４の基材２５内周面をフロスト処理するこ
とにより照射される赤外光線を散乱させることでハロゲ
ンランプ３の配光分布リップルの影響を防止している。
このフロスト処理により、定着ローラ２４を所定の定着
温度まで加熱するのに要するウォーミングアップ時間を
大幅に短縮させ省電力化を実現し、しかも定着ローラ２
４の表面の温度分布を均一かつ所定の定着温度に維持で
きる。また、通紙時においても基材２５にはガラス材料
を用いており、ガラス材料は断熱性を有しているととも
に蓄熱性を有しているため定着ローラ２４の表面温度は
急激に降下せず安定した定着性能が得られる。

【００２１】尚、このフロスト処理は定着ローラ２４の
基材２５の外周面や、ハロゲンランプ３のバルブ３６に
行っても同様な効果が得られる。

【００２２】次に、定着ローラ２４の別の実施例を図３
に示す。定着ローラ３２は基材２５の表面上に赤外光線
を吸熱しやすく熱伝導性の良好な金属あるいはそれに類
する物質等から構成される熱伝導層３３をスパッタ等に
より形成し、更に熱伝導層３３の表面にフッ素系の樹脂
等から構成される離型層３４を設け、これらの複数の層
で光熱変換部材３５を構成し、ハロゲンランプ３からの
赤外光線の光エネルギーを効率良く吸収し熱エネルギー
に変換しているのでウォーミングアップ時間を大幅に短
縮できるとともに、定着ローラ２４の長手方向の表面温
度を熱伝導層３３により、より均一にできる。

【００２３】また、ハロゲンランプ３のバルブ３６の外
周面や、基材２５の内周面や外周面をフロスト処理する
ことにより配光分布におけるリップルのレンジ幅を低く
抑え、光熱変換部材３５に照射される光エネルギー分布
のばらつきを抑え、定着ローラ３２の表面の温度分布を
均一にできる。

【００２４】次に、図４は本発明の一実施例における画
像形成装置の定着装置５５を構成するハロゲンランプ３
の放射エネルギー強度分布図で、特にハロゲンランプ３
のフィラメントを通る面によって半分に分割されるバル
ブ３６の片方の外周面をセラミックで被覆し、ハロゲン
ランプ３の放射エネルギー強度が加圧ローラ２８と定着
ローラ２４との接触部で最大となるよう指向性を持たせ
た場合のものである。このようにハロゲンランプ３に指
向性をもたせることにより、定着ローラ２４のウォーミ
ングアップ時間をより短くすることができるとともに、
ハロゲンランプ３の定格電力を低減することができ、よ
り一層の省エネが図れる。

【００２５】一方、図５は本発明の一実施例における画
像形成装置の定着装置５５の拡大図で、定着ローラ２４
の両端部は耐熱性の高い軸受３７で固定されており、駆
動伝達手段３８が定着ローラ２４の一方の端部に設けら
れている。また、定着ローラ２４の両端内部には定着ロ
ーラ２４の両端部での温度降下を抑えるとともに、軸受
３７および駆動伝達手段３８の過昇温を防止するため、
遮光部材を兼ねた光反射板３９を設け、定着に用いられ
る光エネルギーの強度を増大させるとともに定着装置５
５の周囲部材の熱破損を未然に防止している。

【００２６】また、この遮光部材は図６に示すように定
着ローラ２４の両端内部のハロゲンランプ３と定着ロー
ラ２４との間にハロゲンランプ３からの光エネルギーが
遮光されるように遮光部材４０として配設してもよく、
さらに、この遮光部材４０はハロゲンランプ３のバルブ
３６上に光熱変換性のある耐熱樹脂を塗布してもよい。

【００２７】また、図７に示すように定着ローラ２４の
軸受３７および駆動伝達手段３８の面に光熱変換部材２
６，３５を設けず遮光部材４１を配設しても、遮光部材
４１の代わりに反射部材を配設しても同様の効果が得ら
れる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、光透過性
の物質で構成された円筒部材の外周に光を熱に変換する
光熱変換部材を設け、円筒部材の内部に発光手段を設け
た定着ローラと、トナー像が形成された記録紙を定着ロ
ーラに圧接する圧接ローラとを有する定着器を備えたこ
とにより、発光手段からの光が円筒部材を透過し直接光
熱変換部材へ照射されるので、発光手段からの光が円筒
部材の厚みに関係なく定着ローラの最外周付近で熱に効
率良く変換されるので、定着ローラの機械的強度を低下
させることなく定着ローラのウォーミングアップ時間が
大幅に短縮でき省電力化が可能となるとともに、円筒部
材にガラスを用いた場合、ガラスは断熱性を有している
とともに蓄熱性を有しているため定着ローラの表面温度
は急激に降下せず安定した定着性能が得られ、高品質で
信頼性の高い画像を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における画像形成装置の構成
図

【図２】本発明の一実施例における画像形成装置の定着
装置の断面図

【図３】本発明の一実施例における画像形成装置の定着
装置を構成する定着ローラの別の例の断面図

【図４】本発明の一実施例における画像形成装置の定着
装置を構成するハロゲンランプの放射エネルギー強度分
布図

【図５】本発明の一実施例における画像形成装置の定着
装置の拡大図

【図６】本発明の一実施例における画像形成装置の定着
装置を構成する遮光部材の別の例の拡大図

【図７】本発明の一実施例における画像形成装置の定着
装置を構成する遮光部材の別の例の拡大図

【図８】従来の画像形成装置の定着装置の断面図

【符号の説明】

３ ハロゲンランプ ２４ 定着ローラ ２５ 基材 ２６，３５ 光熱変換部材 ２８ 加圧ローラ ３３ 熱伝導層 ３４ 離型層 ３９ 光反射板 ４０，４１ 遮光部材

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナーにより記録紙上にトナー像を形成
   し、このトナー像を熱により記録紙へ溶着させる画像形
   成装置であって、光透過性の物質で構成された円筒部材
   の外周に光を熱に変換する光熱変換部材を設け、前記円
   筒部材の内部に発光手段を設けた定着ローラと、記録紙
   を前記定着ローラに圧接する圧接ローラとを有する定着
   器を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】前記発光手段がハロゲンランプであること
   を特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】前記光熱変換部材が導電剤が充填されてい
   るフッ素系の樹脂であることを特徴とする請求項１記載
   の画像形成装置。
4. 【請求項４】前記光熱変換部材が接地されていることを
   特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】前記円筒部材の内周面がフロスト処理され
   ていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】前記円筒部材の外周面がフロスト処理され
   ていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
7. 【請求項７】前記ハロゲンランプの外周面がフロスト処
   理されていることを特徴とする請求項２記載の画像形成
   装置。
8. 【請求項８】前記光熱変換部材が熱伝達性を有する熱伝
   導層と、この熱伝達層の外周に設けられた離型性を有す
   る離型層とから構成されていることを特徴とする請求項
   １記載の画像形成装置。
9. 【請求項９】前記発光手段の前記定着ローラと圧接ロー
   ラとの接触部分の方向への放射エネルギー強度分布を大
   きくしたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装
   置。
10. 【請求項１０】前記定着ローラの両端内側に光反射部材
    を設けたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装
    置。
11. 【請求項１１】前記定着ローラの両端内側に遮光部材を
    設けたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
12. 【請求項１２】前記円筒部材を回転可能に支持する軸受
    けおよび前記円筒部材を回転させる駆動伝達手段の前記
    円筒部材と接する面に光反射部材を設けたことを特徴と
    する請求項１記載の画像形成装置。
13. 【請求項１３】前記円筒部材を回転可能に支持する軸受
    けおよび前記円筒部材を回転させる駆動伝達手段の前記
    円筒部材と接する面に遮光部材を設けたことを特徴とす
    る請求項１記載の画像形成装置。
14. 【請求項１４】前記円筒部材がガラスで構成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。