JPH0895407A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トナーに対するエネルギー供給の管理を容易
に行うことができ、かつ安全性が確保された定着装置お
よび画像形成装置を提供することを目的とする。 【構成】 定着ローラ２４の基材２５は、石英、ホウケ
イ酸等のガラス材料で円筒形状に構成される。基材２５
の外周面上に熱収縮性チューブからなる光熱変換部材２
６が全体に渡って被覆されている。熱収縮性チューブ
は、カーボンの微粒子、金属粉、導電性ウィスカー等の
導電剤が充填されたフッ素系の樹脂により形成される。
定着ローラ２４の内部にはハロゲンランプ３が配設され
ている。ハロゲンランプ３からの発光光線が基材２５を
透過し、直接光熱変換部材２６に照射され、光熱変換部
材２６が直接発熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、定着装置および画像形
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、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させた後、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るという点から熱ロ
ーラ定着方式が広く採用されている。熱ローラ定着方式
の定着装置では、内部に設けられたハロゲンランプから
発せられ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挟持部が形成されてい
る。この挟持部に未定着画像が保持された転写材を通過
させることにより、トナーを熱で溶融軟化させて転写材
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、定着ローラが所定の定着温度
まで加熱され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供給エネルギーも
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
がある。

【０００５】これを改善するために、光透過性の物質で
構成された定着ローラを用いることにより、ハロゲンラ
ンプからの光が定着ローラを透過し、直接トナーに照射
されることで、定着ローラを予め加熱することなしにト
ナーを急速に加熱溶融させる方法が提案されている。

【０００６】以下に従来の画像形成装置について説明す
る。図３は従来の画像形成装置の定着装置の断面図であ
る。図３において、定着装置５は、定着ローラ１および
加圧ローラ（圧接ローラ）２を含む。定着ローラ１は、
光透過性の物質、例えば石英、ホウケイ酸等のガラス材
料に、同じく光透過性を有する慴動性および離型性の高
い耐熱表面保護層を形成してなる。加圧ローラ２は、ス
テンレス綱等からなる芯金の上にシリコンゴムからなる
弾性層を設けてなり、定着ローラ１に対して圧接回転す
る。定着ローラ１の内部には、赤外光線を発光するハロ
ゲンランプ３およびハロゲンランプ３からの発光光線を
集光反射させる反射板４が設けられている。

【０００７】転写材６は、定着ローラ１と加圧ローラ２
とにより形成される把持部に導かれる。ハロゲンランプ
３からの発光光線が定着ローラ１を透過し、把持部に導
かれた転写材６上のトナー７を直接照射して加熱溶融さ
せるとともに、溶融したトナー７を加圧ローラ２からの
圧力により転写材６に浸透結合させ、トナー７を転写材
６上に定着させる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の定着装置５では、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を有し、すなわちハロゲ
ンランプ３の軸方向にある程度のばらつきで分布してい
る。そのため、トナー７に対して均一にエネルギーが供
給されるように発光光線を制御管理することは困難であ
り、したがって軸方向において熱供給不足あるいは熱供
給過多になる箇所が分布し、良好な定着画像が得られな
い。

【０００９】また、トナー７に供給される単位時間当た
りのエネルギーは金属ローラを用いた場合に比べて非常
に大きいので、万が一、転写材６が定着ローラ１に巻き
付いたり、転写材６が定着ローラ１と加圧ローラ２との
間に停留した場合には、発炎発火を起こす危険性があ
る。

【００１０】さらに、定着ローラ１がガラス材料で構成
されているために、定着装置５を梱包輸送する際に発生
する振動または落下、あるいは印字動作中のヒートショ
ック等により、定着ローラ１に繰り返し応力や瞬間的な
衝撃力が作用した場合には、定着ローラ１が疲労破損
し、最悪の場合には破壊することになり、定着装置５の
使用が不能になるのみならず、ガラス破片が飛散する可
能性があるため、ユーザに対する安全性の確保が図れな
いという問題がある。

【００１１】本発明は、トナーに対するエネルギー供給
の管理を容易に行うことができ、安全性が確保された定
着装置および画像形成装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る定着装置
は、転写材上の未定着像を定着させるための定着ローラ
と転写材を定着ローラに圧接するための圧接ローラとを
含む定着装置であって、定着ローラは、光透過性の円筒
部材と、円筒部材の外周に設けられた光熱変換部材と、
円筒部材の内部に設けられた発光手段とを含み、光熱変
換部材がチューブ状の樹脂により形成されたものであ
る。

【００１３】特に、光熱変換部材が円筒部材の全体に渡
って被覆されていることが好ましい。また、光熱変換部
材を、導電剤が充填されたフッ素系の樹脂により形成す
ることが好ましい。さらに、光熱変換部材を、金属系の
微粉末が添加されたフッ素系の樹脂により形成すること
が好ましい。

【００１４】本発明に係る画像形成装置は、転写材上の
未定着像を定着させるための定着ローラと転写材を定着
ローラに圧接するための圧接ローラとを含む定着装置を
備えた画像形成装置であって、定着ローラは、光透過性
の円筒部材と、円筒部材の外周に設けられた光熱変換部
材と、円筒部材の内部に設けられた発光手段とを含み、
光熱変換部材がチューブ状の樹脂により形成されたもの
である。

【００１５】

【作用】本発明に係る定着装置および画像形成装置にお
いては、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、光熱変換部材が発熱する。した
がって、トナーへの供給エネルギーの管理を光熱変換部
材の表面温度を制御することにより行うことができる。
そのため、高温異常による転写材や定着装置の発炎発火
を未然に防ぐことができる。

【００１６】また、円筒部材の厚みに関係なく発光手段
からの光が定着ローラの最外周付近の光熱変換部材で熱
に効率良く変換されるので、定着ローラのウォーミング
アップ時間を短縮するために定着ローラの肉厚を薄くす
る必要がない。その結果、定着ローラの機械的強度を保
ちつつウォーミングアップ時間を短縮することができ
る。さらに、円筒部材の外周にチューブ状の樹脂からな
る光熱変換部材が形成されているので、振動、落下、ヒ
ートショック等により円筒部材が破損した場合でも、光
熱変換部材により破片の飛散が防止される。光熱変換部
材が円筒部材の全体に渡って被覆されている場合には、
特に安全性が高い。

【００１７】また、光熱変換部材を導電剤が充填された
フッ素系の樹脂により形成した場合には、光熱変換部材
を接地することにより、光熱変換部材の表面に静電気が
溜まることを防止し、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。

【００１８】さらに、光熱変換部材を金属系の微粉末が
添加されたフッ素系の樹脂により形成した場合には、光
熱変換部材の表面温度が均一化される。

【００１９】

【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
像形成装置の断面図である。

【００２０】図１において、像担持体８は、導電性ドラ
ム基体上に無機または有機光導電層を設けてなり、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い
る。像担持体８の表面上には、帯電器１０のコロナ放電
により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には、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。

【００２１】プロセスカートリッジ１２は、トナーカー
トリッジ１３、供給ローラ１４、アジテータ１５および
現像ローラ１６により構成されている。トナーカートリ
ッジ１３は、トナー７を収容し、着脱交換可能に構成さ
れている。供給ローラ１４およびアジテータ１５は、ト
ナー７の供給および撹拌を行う。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。

【００２２】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。さらに、転写
材６は定着装置５５に搬送され、転写材６上に転写され
た未定着のトナー像が転写材６に定着される。

【００２３】定着工程が完了すると、転写材６は排紙ロ
ーラ２１により排紙トレイ２２に排出される。この後、
像担持体８の表面に残留したトナー７がクリーニング手
段２３により掃除され、次の画像形成のための準備が行
われる。

【００２４】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の断面図である。図２の定着装置５
５は、定着ローラ２４および加圧ローラ（圧接ローラ）
２８を含む。

【００２５】定着ローラ２４は円筒形状の基材２５およ
び光熱変換部材２６からなり、光熱変換部材２６は基材
２５の外周面上の全体に渡って被覆されている。基材２
５は、石英、ホウケイ酸等の耐熱性が高く可視光線から
赤外光線までを透過するガラス材料で構成されている。
光熱変換部材２６は、カーボンの微粒子、金属粉、導電
性ウィスカー等の導電剤が充填されたフッ素系の樹脂か
らなる単層の耐熱性の熱収縮チューブにより形成され
る。フッ素系の樹脂としては、例えば、テトラフルオロ
エチレン・バーフルオロアルキルビニルエーテル共重合
体（ＰＦＡ）、またはテトラフルオロエチレン・エチレ
ン共重合体（ＥＴＦＥ）が用いられる。定着ローラ２４
の内部にはハロゲンランプ３が設けられている。

【００２６】この定着ローラ２４においては、光熱変換
部材２６によりハロゲンランプ３からの赤外光線の光エ
ネルギーを効率良く吸収して熱エネルギーに変換するこ
とができる。しかも、金属粉を添加することにより光熱
変換部材２６の表面温度が均一化される。

【００２７】また、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の全体に渡って均一に
照射されて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の内周面および外周面あるいはハロゲ
ンランプ３のバルブ３３にフロスト処理が施されてい
る。

【００２８】一方、加圧ローラ２８は、ステンレス鋼材
等からなる芯材２９と、発泡層３０および表面離型層３
１の２層からなるシリコンゴム材とで構成されている。
この加圧ローラ２８と定着ローラ２４とで形成される把
持部において、転写材６上のトナー７を十分に溶融する
ことができる。

【００２９】ハロゲンランプ３は、発光時に色温度が約
２５００Ｋまで昇温し、プランクの放射則から算出され
る分光分布特性を見ると、波長域が約５００ｎｍから２
５００ｎｍ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、上述したように、基材２５を石英、ホ
ウケイ酸等のガラス材料を用いて構成すると、ガラス材
料の光透過率は５００ｎｍから２５００ｎｍの波長域で
９０％以上であるため、ハロゲンランプ３からの発光光
線は基材２５を透過し、直接光熱変換部材２６に照射さ
れ、光熱変換部材２６が直接発熱する。そのため、定着
ローラ２４の見かけ上の熱容量が、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り、定着ロ
ーラ２４の表面温度を急速に上昇させることができる。
これにより、ウォーミングアップ時間を短縮するために
定着ローラ２４の肉厚を薄くして低熱容量化を行う必要
がなく、結果的に、定着ローラ２４の機械的強度を保つ
ことができる。

【００３０】さらに、光熱変換部材２６が定着ローラ２
４の全体に渡って被覆されているので、基材２５が破損
した場合にもガラス破片が飛散することがなく、ユーザ
に対する安全性を確保することができる。それに加え、
光熱変換部材２６には導電剤が充填されているので、光
熱変換部材２６を接地すると、光熱変換部材２６の表面
に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もできる。

【００３１】一方、定着ローラ２４の光熱変換部材２６
に接触するようにサーミスタ素子３２が配置されてい
る。このサーミスタ素子３２により定着ローラ２４の表
面温度の検知が行われる。トナー７へのエネルギー供給
の制御は、サーミスタ素子３２により検知された温度に
基づいて定着ローラ２４の表面温度が所定の定着温度に
なるように制御することにより行われる。光熱変換部材
２６の表面温度は、常にＣＰＵ（図示せず）により制御
管理されている。したがって、印字動作中に定着ローラ
２４に転写材６が巻き付いたり、あるいは転写材６が定
着ローラ２４と加圧ローラ２８との間に停留した場合で
も、転写材６や定着装置５５が異常高温になって発炎発
火を起こす危険性がない。

【００３２】ところで、前述したように、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を有
し、すなわちハロゲンランプ３の軸方向にある程度のリ
ップル幅を持った配光分布特性を有しているので、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の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。

【００３３】また、ウォーミングアップ時間をより一層
短くするために、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２
４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。
この場合、ハロゲンランプ３の寿命が短くなるという問
題がある。

【００３４】本実施例では、上述のように、定着ローラ
２４の基材２５の内周面および外周面あるいはハロゲン
ランプ３のバルブ３３にフロスト処理が施されている。
それにより、ハロゲンランプ３からの赤外光線が散乱さ
れ、赤外光線の光エネルギーが光熱変換部材２６の全体
に渡って均一に照射され、熱エネルギーに変換される。
その結果、ハロゲンランプ３の配光分布特性のリップル
の影響がなくなり、トナー７へのエネルギー供給がむら
なく均一に行われる。

【００３５】このように、上記実施例の定着装置５５お
よびそれを用いた画像形成装置によれば、安全性を確保
しつつ、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す
ることができ、しかも定着ローラ２４の表面の温度分布
を均一にかつ定着温度に維持することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、トナーへ
の供給エネルギーの管理を光熱変換部材の表面温度を制
御することにより行うことができるので、高温異常によ
る転写材や定着装置の発炎発火を未然に防止することが
できる。また、定着ローラのウォーミングアップ時間を
短縮するために定着ローラの肉厚を薄くする必要がない
ので、定着ローラの機械的強度を保ちつつウォーミング
アップ時間を短縮することが可能となる。さらに、円筒
部材が破損した場合でも、円筒部材の外周に設けられた
光熱変換部材により破片の飛散が防止される。したがっ
て、トナーに対するエネルギー供給の管理を容易に行う
ことが可能となり、かつ安全性が確保される。したがっ
て、高品質で信頼性の高い定着装置およびそれを備えた
画像形成装置が得られる。

【００３７】特に、光熱変換部材を円筒部材の全体に渡
って被覆した場合には、さらに安全性が高くなる。ま
た、光熱変換部材を導電剤が充填されたフッ素系の樹脂
により形成した場合には、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。さらに、光熱変換部
材を金属系の微粉末が添加されたフッ素系の樹脂により
形成した場合には、光熱変換部材の表面温度が均一化さ
れる。

【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断面
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】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 ６ 転写材 ７ トナー ２４ 定着ローラ ２５ 基材 ２６ 光熱変換部材 ２８ 加圧ローラ ５５ 定着装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】転写材上の未定着像を定着させるための定
   着ローラと前記転写材を前記定着ローラに圧接するため
   の圧接ローラとを含む定着装置において、前記定着ロー
   ラは、光透過性の円筒部材と、前記円筒部材の外周に設
   けられた光熱変換部材と、前記円筒部材の内部に設けら
   れた発光手段とを含み、前記光熱変換部材がチューブ状
   の樹脂により形成されたことを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】前記光熱変換部材は、前記円筒部材の全体
   に渡って被覆されていることを特徴とする請求項１記載
   の定着装置。
3. 【請求項３】前記光熱変換部材は、導電剤が充填された
   フッ素系の樹脂からなることを特徴とする請求項１記載
   の定着装置。
4. 【請求項４】前記光熱変換部材は、金属系の微粉末が添
   加されたフッ素系の樹脂からなることを特徴とする請求
   項１記載の定着装置。
5. 【請求項５】転写材上の未定着像を定着させるための定
   着ローラと前記転写材を前記定着ローラに圧接するため
   の圧接ローラとを含む定着装置を備えた画像形成装置で
   あって、前記定着ローラは、光透過性の円筒部材と、前
   記円筒部材の外周に設けられた光熱変換部材と、前記円
   筒部材の内部に設けられた発光手段とを含み、前記光熱
   変換部材がチューブ状の樹脂により形成されたことを特
   徴とする画像形成装置。