JPH11231694A

JPH11231694A - 加熱装置

Info

Publication number: JPH11231694A
Application number: JP3342398A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Matsumoto; 充博松本
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、電子写真プロセスを利用した複写
機、プリンタ、ファクシミリ等で使用される加熱装置に
関し、非接触加熱源の熱供給効率を上げる。【解決手段】トナー像を表面に担持して搬送する長尺の
トナー像担持体上のトナー像を加熱する加熱装置であっ
て、トナー像担持体表面に近接して配置された、そのト
ナー像担持体表面に対抗した表面が平面形状を有する非
接触加熱体と、トナー像担持体の、非接触加熱体に対向
した表面部分を平面に保つ規制手段とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プロセス
を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ等で使用さ
れる加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子写真プロセスを利用した
複写機では、記録シート上に形成された未定着トナー像
を定着して永久画像とする必要があり、その定着方法に
は一般に、加熱によってトナーを溶融させ、記録シート
上に融着させる加熱定着法が広く採用されている。

【０００３】そしてこの加熱定着装置としては、図５に
示すように、円筒状芯金１２の内部にヒータ１１を備
え、その芯金１２の外周面に耐熱弾性体層１３を形成し
た定着ローラ１４と、この定着ローラ１４に対し圧接配
置され、円筒状芯金１５の外周面に耐熱弾性体層１６を
形成した加圧ローラ１７とで構成され、これらのローラ
１４，１７間に、未定着トナー像１８の形成されたシー
ト１９を挿通させて定着を行う定着ローラ方式のものが
一般的に知られている。しかし、この定着ローラ方式の
欠点として、未定着トナー像に定着ローラ１４が直接接
触するため、溶融したトナーの一部が定着ローラ１４に
付着するという現像（トナーオフセットと呼ばれる）が
発生する。このトナーオフセットにより、特に定着ロー
ラ１４の寿命が短くなったりする。このトナーオフセッ
トを防止するためには、多量のオイルを塗布する装置が
必要となり、装置全体が大型化しコストが増大する。ま
た、その多量のオイルが一部シート１９に付着し、付箋
紙などが付着しなかったり、ボールペン等の加筆性が落
ちたりする。

【０００４】原理的にオフセット現象が発生しない、非
接触で加熱する加熱定着方式も公知となている。その中
には、フラッシュ定着方式やオーブン定着方式が存在す
るが、フラッシュ定着方式では、色材により吸収波長が
異なるため、吸収されるエネルギー量が色材により異な
り定着性や画質（グロス）などにむらが発生し不都合が
生じる。またオーブン定着方式では、循環空気を加熱す
るヒータを備えた、実質的に閉じた循環路内を循環する
空気の流れを作り、加熱された空気は未定着トナー像の
表面を通過し、用紙と用紙上のトナーを加熱し定着す
る。この従来のオーブン定着方式では、循環する空気に
触れる全ての部分が定着を開始する前に十分に加熱され
てなければならず、また複写機を止めた時定着装置のヒ
ータが遮断され、定着装置が冷え、複写動作の中断が短
時間の間であっても再始動するのに時間がかかるのとい
う欠点を持っている。また、熱効率が極めて低く装置の
消費エネルギーが増大するという欠点も有している。

【０００５】この非接触加熱源を用いた画像形成装置と
して、従来、像担持シートを上側走行部分にのせて移送
するコンベヤベルトと、上側走行部分にほぼ平行に延
び、上側走行部分の上方に近接し、かつ像担持シートと
接触せずに配置された平面ヒータとを有する、電子複写
機で形成した電子写真像の定着装置が知られている（特
開昭５０−８１５５５号公報参照）。

【０００６】図６は、この方式を採用した定着装置の構
成図である。この定着装置は像担持シート２１をベルト
２２の上側走行部分２２に付着させる方式の定着装置で
あり、シート２１の付着を実現する手段として、この定
着装置２０の上側部分２０には、トナー像２３を担持し
ているシート２１の移動方向においてヒータ２４の手前
にコロナ放電器２５を有し、このコロナ放電器２５がコ
ロナ放電を発生して像担持シート２１をベルト２２の上
側走行部分２２ａに付着させることとしている。

【０００７】しかしながら、ここでは、シート２１とし
てカット紙が用いられており、カット紙の場合、静電的
に吸着しても加熱することによりカール、うねり等が発
生し、用紙自身を加熱源に対して水平を保つことが困難
である。そのため、加熱板と用紙（もしくはコンベアベ
ルト）との距離は大きくならざるを得ない。その結果と
して、大幅な熱効率の低下が生じる。

【０００８】さらに、ロール定着方式において、ローラ
手前で非接触で面状発熱体により予備加熱する手段が知
られている（特開平８−８３００６号公報参照）。この
方法においても、カット紙では、加熱することによりカ
ール、うねり等が発生し、用紙を加熱源に対して平行を
保つことが困難である。そのため、加熱板と用紙（もし
くはコンベアベルト）との距離は大きくならざるを得な
い。その結果として、大幅な熱効率の低下が生じる。

【０００９】また、未定着トナー像を担持した中間転写
体ベルトの加熱源として、非接触加熱源を用いる手段が
知られている（特公昭５７−２０６３２号公報、特公昭
５８−３６３４１号公報参照）。図７にこの方式が示さ
れている。現像された非接触トナー像３７を有する酸化
亜鉛紙３１は、矢印Ａ方向に進み、同一速度で回転する
２本のローラ３２，３３の間を通る。中間転写ベルト３
２は３本のローラ３２，３５，３６に掛けられている。
酸化亜鉛紙３１上のトナー像３７は、２本のローラ３
２，３３の間で、中間転写ベルト３１に転写され、反射
器３８で包囲された放射加熱要素３９により加熱され
る。溶融トナーは、紙送りローラ４０で供給される連続
紙に、圧力棒４１とローラ３６との間で転写され、その
連続紙は案内ローラ３７まで中間転写体ベルト１１に接
触保持され、案内ローラ２８で連続紙が中間転写体ベル
ト３４から離れ、紙カッタ３８で適当な長さに切断され
る。

【００１０】この方式で用いられている非接触加熱源
は、反射板３８を伴う放射型の加熱源である。この場
合、熱供給の実質的方法の大部分が輻射であるため、熱
効率が極めて良くない。そのため、装置の消費エネルギ
が増大する。また、別の欠点として、加熱源の温度を高
くしなければならないため、装置が急停止した場合中間
転写体ベルト３４が熱破損する恐れがある。

【００１１】また、未定着トナー担持した中間転写体ロ
ールの加熱源として、非接触加熱源を用いる手段が開示
されている（特開平６−１１０３４０号公報参照）。黒
トナーと有彩色トナーとでは輻射エネルギーの吸収特性
に差があり、このため両者の溶融特性に差があるが、こ
の方式は、中間転写体ロールに輻射エネルギーを吸収す
る材料を混在させることで中間転写体ロールの温度を上
昇させ、有彩色トナーの溶融不足を補うというものであ
る。

【００１２】この加熱源としては、赤外線・ハロゲンラ
ンプ・ニッケルクロム合金線・リボンなどが挙げられて
いるが、輻射エネルギーを主体とした熱供給であるため
に熱効率が極めて良くないという不具合がある。また、
中間転写体ロール自身を加熱しなければならず、そのた
め、連続コピーにおいて中間転写体ロールの温度が低下
し、中間転写体ロールが一定の温度に達するまでコピー
を止めなければならないという事態が発生し、コピーの
生産効率が低下するという欠点も有する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題に鑑みてなされたものであり、非接触加熱源の熱
供給効率を上げて、非接触加熱源の設定温度を低くする
ことが可能となり、また、それゆえ万一機械がダウンし
た場合でも紙燃え、中間転写体ベルトの熱破損等が発生
しない加熱装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の加熱装置は、トナー像を表面に担持して搬送する長
尺のトナー像担持体上のトナー像を加熱する加熱装置で
あって、トナー像担持体表面に近接して配置された、そ
のトナー像担持体表面に対向した表面が平面形状を有す
る非接触加熱体と、トナー像担持体の、前記非接触加熱
体に対向した表面部分を平面に保つ規制手段とを備えた
ことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発
明の加熱装置の第１実施形態である定着装置の構成図で
ある。非接触で加熱をする場合、熱移動の形態には熱伝
達と輻射（放射）の２形態がある。実質的な熱移動形態
をどちらを主とするかにより熱効率が大きく変化するこ
ととなる。従来のオーブン定着では、熱伝達を主とし、
フラッシュ定着、ラジアント定着では、輻射を主として
いる。また、輻射を主とした場合、トナーの色材による
分光吸収率の違いがトナー溶融特性の差として現れ、最
終定着画像のグロスむらとして発生し不都合である。

【００１６】そこで、ここでは図１に示すように、熱効
率を上げるため加熱板１０１を用いて、ロール紙１０２
を用いた装置により定着を行った。加熱板１０１は鉄製
であって、長さ３００ｍｍ、幅２２０ｍｍ、厚さ１ｍｍ
である。加熱板１０１にはシリコンラバーヒータが貼り
付けられていて、３００℃まで温度を上昇させ使用する
ことが可能である。この定着装置には２本の位置出しロ
ール１０３，１０４が、ロール紙１０２の上流側と下流
側にそれぞれ配置されていて、ロール紙１０２の表面と
加熱板１０１との間の距離が精度よく位置決めされてい
る。ロール紙１０２は加熱板１０１で定着され、用紙切
断機１０５により適当な長さに切断される。

【００１７】ここで、加熱板１０１を３００℃に設定
し、加熱板１０１とロール紙１０２との間での距離（以
下、加熱板距離と呼ぶ。）を変えて、加熱板１０１から
出たときのロール紙１０２の表面温度を測定した。ロー
ル紙１０２の送り速度は３００ｍｍ／ｓｅｃとした。図
２には、加熱板距離とロール紙温度との関係が示されて
いる。加熱板１０の長さは３００ｍｍであって、ロール
紙１０２は３００ｍｍ／ｓｅｃで送られているため、ロ
ール紙１０２が加熱板１０１と相対している時間は１ｓ
ｅｃである。図２に示すように、本条件では、加熱板距
離が１〜２ｍｍより小さくなったところで、急激にロー
ル紙１０２の温度が上昇している。

【００１８】さらに、図３には、加熱板距離と、サーモ
グラフィを用いて測定したロール紙表面近傍の温度との
関係が示されている。図１における表面近傍の温度は、
輻射を除く熱伝達による加熱板１０１とロール紙１０２
の間の空気の温度といえる。加熱板距離が１〜２ｍｍよ
り小さい場合、熱伝達による熱供給が支配的となり、か
つその効率が著しく大きくなることがわかる。

【００１９】加熱板１０１の種類（セラミックヒータな
ど）を変えて、射出率の異なる材料で同様の実験を行っ
た場合も、図２および図３に示すような対応関係が見ら
れた。輻射の大小に関わらず、さらに加熱板温度変化・
被加熱物の分光吸収率にかかわらず、熱伝達を主体と
し、かつ熱伝達による供給熱効率を大幅に改善する加熱
板距離が存在することもわかった。

【００２０】なお、本実施形態において提示した条件に
おいて、加熱板距離を変えた場合も、加熱板温度を３０
０℃に設定しておくための消費エネルギーはほぼ一定で
あるため、同一加熱板温度においてロール紙の温度が大
きく上昇していることは、すなわち、大幅な熱供給効率
の上昇を意味している。さらに、加熱板距離を０．３ｍ
ｍとした場合に、図示しない未定着トナー像作像装置を
用いて、富士ゼロックス製Ｖｉｖａｃｅ５５０で用いら
れている黒トナーによる、用紙面全域わたるトナー像１
０μｍの未定着トナー像をロール紙２上に形成し、定着
実験を行ったところ、十分な定着性能が得られた。

【００２１】加熱源としては、上記以外にシーズヒータ
を埋め込んだ金属板であってもよいし、また、通電可能
なセラミックシートを絶縁性のセラミックシートで積層
し一体成形したものでもよい。また、ロール紙１０２を
用いた場合には、加熱板１０１の設定温度を４００℃以
下にすることで、機械が異常に急停止した場合でも紙燃
え等の問題は発生しない。上記設定距離をさらに短くす
るか、もしくは加熱板の長さを長くしてロール紙１０２
と加熱板１の相対している時間を長くすることで、加熱
板１０１の設定温度をさらに下げることも可能である。

【００２２】また、本実施形態では黒トナーを用いた
が、加熱板の輻射線は３００℃以下の温度では遠赤外線
であり、したがってカラートナーであってもトナー色に
よる熱吸収の差は小さく、さらに熱供給の大部分を熱伝
達によっているためトナーの溶融特性はそれほど変化せ
ず、良好な定着性と発色性が得られるのである。図４
は、本発明の加熱装置の第２実施形態を含む画像形成装
置の概略図である。この画像形成装置は、本発明の一実
施形態としての加熱装置を、中間転写体に対して用いる
ものである。

【００２３】図４において、中間転写体２０１は矢印Ｂ
の方向に３００ｍ／ｓの速度で回転する。中間転写体２
０１には耐熱性が必要であり、基材としてポリエステ
ル、ポリイミド、ポリアミドイド、ポリアクリレート、
ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフフォン、ポリ
エーテルケトン、ポリバラバン酸等のフィルムを使用す
ることができる。

【００２４】本実施形態では、中間転写体２０１とし
て、周長８００ｍｍ、幅３２０ｍｍ、厚み１２μｍのポ
リアミドの基材に離型性が良好なＰＦＡフッ素樹脂を３
μｍ被覆したものを使用した。また、静電転写性能を考
慮して基材中にカーボンを分散させ、抵抗値１０¹⁰（Ω
ｃｍ）としている。中間転写体２０１の走行方向に関
し、画像形成ユニット２０４Ｙ，２０４Ｍ，２０４Ｃ，
２０４Ｋの下流側には、加熱ローラ２０７および加圧ロ
ーラ２０８が配設されている。これらの加熱ローラ２０
７および加圧ローラ２０８は、中間転写体２０１を挟む
位置に相互に対向して配設されている。また、加熱ロー
ラ２０７の上流側の非接触加熱領域ＰＡには、長さ３０
０ｍｍ、幅３２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの鉄製の加熱板２１
６が配設されており、この加熱板２１６にはシリコンラ
バーヒータ（図示せず）が貼り付けられている。

【００２５】また、加熱領域ニップ部ＰＢでは中間転写
体２０１を加熱ローラ２０７に１８０度巻き付けること
によって、７８．５ｍｍの加熱領域ニップ部を形成して
いる。この加熱ロール２０７は、直径４９．５ｍｍ肉厚
３ｍｍの鋼製の中空コアを用いた加熱ロールであり、表
面に厚み２５０μｍの０．７５×１０^-3ｃａｌ／℃・ｓ
ｅｃ・ｃｍの熱伝導率を有するシリコンゴムを被覆し、
その中心に６５０Ｗと５５０Ｗの２種類のハロゲンラン
プ９Ａ，９Ｂを内蔵したものによって構成される。

【００２６】加圧ローラ２０８は加熱ローラ２０７と対
向して配設されるとともに、３５ｋｇの圧接力で加熱ロ
ーラ２０７を加圧する。この加圧ローラ２０８は、外径
３０ｍｍ肉厚３ｍｍの鋼製パイプにポリイミド等の耐熱
製硬質樹脂を被覆し、さらにその表面に２０μｍＰＦＡ
チューブを被覆したロールである。また、中間転写体２
０１の走行方向における、加熱ローラ２０７と加圧ロー
ラ２０８とが接触したニップ部ＰＣの下流側には中間転
写体２０１を走行させるための駆動ローラ２１２が配設
されている。記録シート２０３は矢印Ｃ方向に搬送され
てニップ部ＰＣを通過し、ニップ部出口付近で中間転写
体２０１から剥離装置２１３によって分離させられる。
また、中間転写体２０１は一定の張力を与えるための引
張ローラ２１４に掛けられている。引張ローラ２１４と
加熱ローラ２０７により中間転写体２０１の一次転写面
は精度良く位置決めされていて、加熱板２１６との間の
距離は０．５ｍｍに設定されている。

【００２７】このようにして、まず、非接触加熱領域Ｐ
Ａと、中間転写体２０１と加熱ローラ７が密着している
加熱領域ニップ部ＰＢで、中間転写体２０１とその上の
トナー像２１０に熱が伝達される。すると、中間転写体
２０１上のトナー像２１０は粘度低下を起こし、最上部
トナー層と最下部トナー層との適度な混合が生じ、さら
にトナー層自体の透明性が急激に増加し、良好な減色混
合を起こす。加熱板２１６は温度センサ２１７で２００
℃に、加熱ロール２０７は温度センサ２１５で２００℃
にコントロールされる。その後、画像形成ユニット２０
４Ｙ，２０４Ｍ，２０４Ｃ，２０４Ｋにより形成され中
間転写体上に転写されたカラーのトナー像に、転写定着
ニップＰＣの入口で記録シート２０３が重ねられ、加熱
ローラ２０７および加圧ローラ２０８によって挟持され
圧接される。トナー像は記録シート３と圧接し、記録シ
ート３中に浸透しながら冷却固化し、転写定着が完了す
る。ニップ出口ではトナー温度は軟化点温度以下となる
ため、トナー凝集力が増大し固体状態に戻る。トナー像
２１０の凝集力が大きくなり一体となって、中間転写体
２０１から、トナー像２１０との接着力が大きい記録シ
ート２０３に移動する。このようにして、中間転写体２
０１のカラーのトナー像は記録シート２０３に転写さ
れ、同時に定着される。

【００２８】上記のようにして、富士ゼロックス製Ａ−
ｃｏｌｏｒ９３５で形成された未定着トナー像を定着
したところ、十分な定着性が得られるとともに、発色も
優れたものであった。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の加熱装置
は、非接触加熱源を用いた従来の加熱装置と比較して大
幅に熱供給効率が改善されており、その結果、加熱板の
設定温度を下げることが可能である。このため、万一機
械がシャットダウンした場合においても、紙燃え、紙こ
げ、中間転写体の熱破損等の発生が防止される。また、
本発明の加熱装置における加熱源は非接触加熱源である
から、ロール定着方式に見られるオフセット現象は発生
しないため、非常に長寿命の提供をすることが可能とな
る。さらに、本発明の加熱装置を中間転写体ベルトを用
いた転写定着装置として用いた場合においては、加熱源
の温度低下に伴う装置の停止を必要とせず、連続コピー
連続プリントが可能となり、生産性が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱装置の第１実施形態である定着装
置の構成図である。

【図２】加熱板距離とロール紙の温度との関係を示す図
である。

【図３】加熱板距離とロール紙の表面近傍の温度との関
係を示す図である。

【図４】本発明の加熱装置の第２実施形態を含む画像形
成装置の概略図である。

【図５】従来の定着装置の一例を示す構成図である。

【図６】従来の定着装置の一例を示す構成図である。

【図７】従来の定着装置の一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１０１加熱板１０２ロール紙１０３，１０４位置出しロール１０５用紙切断機２０１中間転写体２０３記録シート２０４Ｙ，２０４Ｍ，２０４Ｃ，２０４Ｋ画像形成
ユニット２０７加熱ローラ２０８加圧ローラ２１０トナー像２１２駆動ローラ２１３剥離装置２１４引張ローラ２１５，２１７温度センサ２１６加熱板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トナー像を表面に担持して搬送する長尺
のトナー像担持体上のトナー像を加熱する加熱装置にお
いて、前記トナー像担持体表面に近接して配置された、該トナ
ー像担持体表面に対向した表面が平面形状を有する非接
触加熱体と、前記トナー像担持体の、前記非接触加熱体に対向した表
面部分を平面に保つ規制手段とを備えたことを特徴とす
る加熱装置。
【請求項２】前記トナー像担持体が連続紙であること
を特徴とする請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】前記トナー像担持体が、トナー像の転写
を受けて該トナー像を一時的に担持した後該トナー像を
さらに他のトナー像担持体に引き渡す中間転写体である
ことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。