JPS5855379Y2

JPS5855379Y2 - 定着装置

Info

Publication number: JPS5855379Y2
Application number: JP5049678U
Authority: JP
Inventors: 五郎小田
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1978-04-17
Publication date: 1983-12-19
Also published as: JPS54153249U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、電子複写機等に採用され、トナー像を紙葉類
に融着固定する定着装置に関する。

近年、情報化時代に伴って乾式電子複写機が多数実用化
されている。

一方、この種電子複写機においてはコピースピードが早
いことが強く要求されている。

そこで、従来においては始動時のヒートアップのときに
通常運転時に比較し過度に大きな電力を定着装置のヒー
タに入力したり、電力容量の大きな赤外線ランプを使用
して輻射光線だけで定着するような定着装置を開発して
始動時の待ち時間を短くするようにしたものが実用化さ
れている。

しかしながら、前者の定着装置はヒータを常時点灯して
一定の温度を維持していなければならず消費電力が多く
非常に不経済であるとともに非使用時においても温度が
高く各部に悪影響を与えるといった重大な問題がある。

また、後者の定着装置においても輻射光線だけで定着を
可能ならしめるには、予想外に大きな電力を必要とせざ
るを得ないという問題か゛ある。

そこで、融点が低く、常温でも比較的やわらかなトナー
を開発し、圧力ローラによってトナー像を紙葉類に圧着
するという定着装置も開発されている、しかし、この場
合は、予備加熱の必要が全くない半面、大きな圧力を紙
葉類に加こるため、定着装置を構造的に強化したり、圧
力ローラの仕上げを良くせねば゛ならないため、コスト
的にも高価になるという問題を有する。

さらに、圧力ローラが紙葉類をかむ瞬間大きな負荷がが
がり振動を発生して、光学系に悪影響を及ぼしたり、こ
れをさけるためにも圧力ローラだけを駆動するモータが
必要となるなど、機構的に複写機のコストを高価にする
という問題点を有している。

本考案は上述した点にかんがみなされたもので、予備加
熱を全く必要せずにトナー像を紙葉類に融着することを
可能ならしめ、入力した電力を有効に使用し、したがっ
て電力容量の小さな光源を使用し得、構造的にも簡単で
、安全性、経済性にすぐれた定着装置を提供することを
目的とする。

以下、本考案の一実施例を図面にもとづいて説明する。

第１図はここに述べる定着装置が組み込まれる複写機の
構成を示し、１は電子複写機の本体で、この本体１の上
面には原稿台２が設けられているとともに内部には周速
度が原稿台２の移動速度と等しい速度で所定方向に回転
する感光ドラム３が設けられている。

感光ドラム３の周面に沿って帯電装置４、露光装置５、
現像装置６、転写装置７、剥離装置８、除電装置９、お
よびクリーニング装置１０が放射状に配設されている。

一方、本体１内には給紙カセット１１から給紙ローラ１
２を介して取出された転写紙Ｐを上記転写装置７と感光
ドラム３との間を経てコピー受１３に搬送する転写紙搬
送路１４が形成されている。

また、転写紙搬送路１４の終端部には後述する定着装置
１５が対向しているとともにこの定着装置１５の上方に
はクリーニング装置１０と一体の集塵装置１６、定着装
置１５と対向する吸着ユニット１７、および定着装置１
５の通風路１８．１８と連通ずる空気吸引装置としての
ブロア１９が設けられている。

しかして、複写ボタン（図示しない）を押すと感光ドラ
ム３が回転し始めるとともに帯電装置４によって感光面
に必要電荷が与えられる。

このとき、原稿台２が移動するとともに露光装置５が働
いて原稿面が走査され、感光面に投影されることにより
、感光面に反転した静電潜像が形成される。

つぎに、この静電潜像は現像装置６に対向して現像され
可視像が形成される。

一方、このタイミングに合せて転写紙Ｐが送り込まれ、
上記反転可視像は転写紙Ｐに転写され、正常なトナー像
が複写されることになる。

このように転写紙Ｐに転写されたトナー像は定着装置１
５に送られ、転写紙Ｐに融着されることになる。

第２図は、以上に述べた複写機の諸プロセスのうち、こ
こに述べる定着装置１５の定着プロセスを原理的に示し
たものである。

この定置装置１５は、反射鏡２０．２１．定着用ランプ
２２、集光レンズ２３などから構成された光学ユニット
２４を有している。

反射鏡２０．２１の鏡面は、位置ａ、ｌ）に焦点を有す
る楕円柱の側面からなる。

つまり、この鏡面の断面は、焦点ａ、ｌ）を有する
楕円で゛ある。

焦点ａには、定着用ランプ２２ａの中心が配置され、
もう一方の焦点すはトナー像が定着されるところの紙Ｐ
上にある。

したがって、定着用ランプ２２の中心付近から発した光
線は、反射鏡２０．２１により反射され、焦点すの近く
に集光する。

この際、注意すべきことは、光源２２ａ自体が精確に
楕円の焦点ａに一致せず、焦点がら多少ずれていること
である。

このずれは例えが、光路ａｃ−１）にしたがって述べれ
ばａ−ｃ／ｃｌ−ｂに比例して拡大され、円２５で例示
されるように光源２２ａから発した光が一点あるいは一
直線に集中しないという結果を生む、したがって、焦点
す近くに集中する光が一方の焦点ａの近傍から発するよ
うな光源例えば、ハロゲンランプのような線状の光源が
最も望ましい。

一方、集光レンズ２３は、定着用ランプ２２の中心から
発する光を焦点すに集光するレンズであり、反射鏡２０
．２１から反射される光線をできるがぎりさえぎらない
ように、また反射鏡２０．２１に入射せず直接、紙面に
入射する光線をできるがぎり集光するように形成されて
いる柱状レンズである。

このような構成からなる光学ユニット２４によれば、定
着用ランプ２２の中心付近から発した光は、反射鏡２０
．２１．集光レンズ２３による光吸収を無視すれば、焦
点すに効率よく集光する。

したがって、トナー像が形成された転写紙上Ｐ上に、高
密度の光束が集中し、紙Ｐにトナーを融着する時間をき
わめて短時間にすることが可能となる。

第３図は、このような状態における作用を簡単にしめし
たものである。

第３図イは通常使用されているオーブン型の定着装置の
原理をしめしたものである。

光線２７は、大部分がトナー２８に吸収され、熱に変わ
って、矢印２９にしめされるように熱伝導により紙Ｐに
吸収される。

ところが、このような定着装置では、光線２７の光束密
度は、ここに述べる定着装置１５により得られる光束密
度に比し、かなり低くなるため、より長時間、照射する
必要がある。

したがってトナー２Ｂに吸収された光エネルギーは、熱
に変化する後から、熱伝導によって紙Ｐに伝えられ、は
とんど大部分がトナー像を定着するための紙Ｐを暖め、
かつ、吸着板３０への熱伝導、あるいは空気への熱伝導
により逃げ去る。

したがって、紙Ｐ全体の温度トナー２８の融点まで上昇
させることができない。

したがって、オーブン型の定着装置では、吸着板３０を
常に暖めておき、定着時には、矢印３１に示すように、
熱軸射、及び熱伝導により、紙Ｐを暖め、上に述べた不
都合を抑制し、トナー２８・・・の定着を援助している
のである。

これらはすべて紙Ｐの厚さ方向へ伝わる熱の伝導速度に
比して、光の照射時間が充分に長いために生じる問題を
解決するためにとられた処置である。

しかし、トナー２Ｂ・・・を融着するに必要な光エネル
ギー、すなわち、トナー２８・・・を融かすための熱エ
ネルギーとトナー２８・・・から紙Ｐし伝導される熱エ
ネルギーを充分短時間に照射すれば、吸着板３０、ある
いは空気への熱逃散は、従来のオーブン型定着装置に比
し、より少なく抑えることが可能になる。

すなわち、第３図口、への二点鎖線３２．３３は、トナ
ー像の温度の半分に達した位置を結んだ等混線である。

実際、紙厚８０μの洋紙で紙Ｐの裏面の温度を常温（２
０°Ｃ）に保ち、紙表面を一様に１５σＣに熱したとす
れば、表面から厚さ方向に流れ、紙Ｐの裏面より放出さ
れる熱量は、時間に比例し、０、０５ｓｅｃで約０．
５Ｊ／ｃｍ２以下にす（゛りうる。

一方、このような状態で紙Ｐ自体を熱するに必要とされ
る熱量は、約０．７Ｊ／ｃｎ２程度となる。

したがって、０．０５ｓｅｃ以内に約１．２’ Ｊ／
ｃｍ”以上の光エネルギーを照射すれば、紙表面上のト
ナー像のトナー２８・・・の温度を、１５０°Ｃ以上に
加熱することが可能となる。

複写機の紙搬送速度を、１０ｃｎｎ／Ｓとし、光の集光
中を０．５ｃｍとすれば、上に述べた条件は、満足され
る、この場合に、トナー像を紙Ｐ上において、１５０°
Ｃ以上の温度に、上昇せしめる光エネルギーは、光の集
光横巾（搬送方向と直角方向の集光中）を３０ｃｍとす
れば、３６０Ｊ／Ｓとすればよいということになる。

これはハロゲンランプの電気入力の半分が光エネルギー
となり、問題となっている紙上部分に集中するとすれば
、７２０Ｗ以上のハロゲンランプを使用すればよいこと
になり、きわめて現実的な容量範囲内に入る。

以上の条件を、さらに一般的に、数式的に表現すると次
のようになる。

但し、紙Ｐの裏面温度は２０°Ｃ以上に保たれ、トナー
像の線巾が紙厚に比し充分大きく、光の照射時間１／ｖ
ｓｅｃ（紙の搬送速度■ｃｍ／Ｓ、光の集光中１ｃｍ、
光の集光横巾Ｌｃｍ、トナー像を紙に融着させるための
トナ一温度Ｔ’Ｃ１紙の比熱ＣＪ／ｃＴ１１３°Ｃ１紙
の熱伝導率ｋＪ／ｃｍＳｅＣ′Ｃ１紙の厚さＰｃｎｎ、
紙を緩めるために必要とされる熱量Ｑ１Ｊ／ｃｍ”、
熱伝導により、紙から逃散する熱量Ｑ２Ｊ／ｃｍ２ｓｅ
ｃ、紙上の集光部に入射し、トナーを紙に融着するに必
要な光エネルギーＷＪ／ｓｅｃ）が熱拡散時間ＣＰ２／Ｋ助と同程度であるものとする
。

したがって、例えば、ｖ＝１０．Ｌ＝３０．Ｔ＝１
６０゜ｃ＝１．２１．ｋ＝ｏ、６ｘｌＯ−３，Ｐ＝８
０ｘｌＯ’で、ｌ−１としてＷの条件を求めると、Ｗ≧
４０８となり、何条性で、ｗ＝ｓｏｏとしてｌを求めるとｌ≦１．２５となる。

実際、反射鏡２０．２１．集光レンズ２３による光吸収
による損失、その他の損失、及び複写機の定格電力など
を考慮するとｗ＝ｓｏｏは、定着装置１５の入力の上限
値と考えてよく、光の集光中１は、上にのべた条件では
、１．２５ｃｍ以下であることが必要である。

さらに一般的な場合における、この定着装置１５の光の
集光中ｌは（４）式によって与えられ、必要とされる光
エネルギーＷは（３）式で表現されるように、光の集光
中ｌが小さければ小さくなるほど少なくてすむ。

これが、この定着装置１５の一つの特徴となる。

したがって、この場合、反射鏡２０，２１の精度だけで
なく、光源２２ａが楕円の一方の焦点ａの近傍に位置
することが必要となる。

この理由から、定着用ランプ、２２としてハロゲンラン
プのように紙Ｐ上に集中する光の大部分がフイラメンＩ
・から発生するような、つまり、線状の光源２２ａを
有する空着ランプ２２が求められる。

さらに、吸着板３０として熱容量が小さく熱伝導率の小
さい断熱材を選べば、より効率的な定着装置１５となる
ことは勿論である。

なぜならば、第３図へに示すようにトナー濃度が充分に
高くなく、トナー２Ｂ・・・と紙Ｐの接点から熱が周囲
方向に流れるような状態では、上に述べた条件における
よりも、さらに厳しくなり、したがって、Ｑ２．Ｑ２を
より大きく見積らねばならないので、このような方法に
より、Ｑ２をなるべく小さくすることが実際上も有効な
のである。

第４図、および第５図は、以上の効果を利用した、実際
の定着装置１５の外観をしめしたものである。

第４図は、この定着装置１５の断面を、第５図は側面の
一部をしめす。

光学ユニット２４は反射鏡２０、２１．柱状の集光レン
ズ２３および定着用ランプ２２から構成される。

定着用ランプ２２は、前加熱の必要がないため、光束立
上がり時間の早い、１．２ｋＷハロゲンランプを使用し
た。

ここでハロゲンランプ２２のフィラメント２２ａと紙
表面との距離、つまり、楕円の焦点距離は、紙表面照度
をできるかぎり一様にするため、フィラメント２２ａ
の輝点間隔と等しくとった。

実際に、ハロゲンランプの構造上、フイラメン）２２
ａ全体は輝やかず、部分的に輝やくのでこれらの輝点
の間隔をＸＣｍ、フィラメント２２ａと紙表面との距
離、つまり、楕円の焦点距離をｄｃｍであられせば、紙
表面の照度を一様にするためには、一般に知られている
ように、ｄ≧Ｘとすることが必要である。

反射鏡２０．２１は、アルミ蒸着をした鏡面を有する。

反射鏡２０゜２１は上フレーム３４に固定・されたアル
ミブロック３５に取着されている。

さらに、これら反射鏡２０゜２１の外面には、弾性ゴム
等からなるスペーサ３６゜３７を介して、板３Ｂ、３
９が押し付けられている。

これら板３８．３９は小ねじ４０．４１により、アルミ
ブロック３５に固定されており、反射鏡２０．２１との
間に、通風路４２ａ、４２ａを形成すると同時に
、集光線付近からの空気の流入を防ぐためガラス板４３
と接続して光学ユニット２４を囲繞するカバー４４を構
成している。

一方、板４５．４Ｂに反射鏡２０゜２１の上端が密着し
ており、外気に開防された通風路４２ｂが形成されて
いる。

アルミ蒸着した鏡面の劣化を防ぐため、空気は通風路４
２ｂから流入し、反射鏡２０．２１の内面、集光レン
ズ２３を冷却し、反射鏡２０．２１の下端から、反射鏡
２０．２１の裏面を冷却しながら、反射鏡２０．２１と
板３８．３９の間の通風路４２ａ、４２３を通って、孔
４７．４７から排気される。

したがって、ガラス板４３は光の通過を可能とし、かつ
、トナー像の定着されるべき紙上の集光線付近から空気
が流入するのを防ぐために設けたものである。

つまり、もし、このような空気流入があれば、集光線付
近で紙Ｐが浮き上がり、ガラス面を汚すと共に、紙づま
りの原因、さらには、発火の原因となり、好ましくない
からであるさらに、上フレーム３４は、下フレーム４Ｂ
に固定された軸４９を支点として回動可能となっており
、カバー４４で囲繞された光学ユニット２４を全体を上
方に移動できるようになっている。

そして、紙づまりか起きた場合の紙Ｐの取除き作業時あ
るいはガラス板４３の下面を清掃する場合に移動させた
状態で容易にできるようにしである。

一方、下フレーム４８の上記軸４９と対称となる位置に
はピン５０が突設されており、上フレーム３４の一部で
ある板５１のストッパーとなっており、かつ、紙Ｐ上の
集光状態を最もよくするよう、固定位置を上下に調整で
きるようになっている。

次に、紙Ｐの搬送系について述べる。

紙Ｐの搬送系は、ローラ対５２．５２．５３．５３と、
搬送基準吸着面３０ａを有した断熱材からなる吸着板
３０、Ｕ字状に新曲された板５４および下フレーム４８
．４８により形成される空気室５５を有した吸着ユニッ
ト１７からなる。

紙Ｐはローラ対５２．５２により搬送され、吸着板３０
にあけられた孔５６・・・により吸着され、吸着板３０
に密着した状態で、ローラ対５３、５３に達し、機外に
排出される。

ここで、孔５６・・・から流入する空気は、空気室５５
を経て孔５７を通じて排気される。

紙Ｐが吸着板３０に密着しているため、ガラス板４３の
下面と、吸着板３０の上面とを近接させることができ、
紙づまりか生じた場合も、空気の供給が少なくなり、発
火を防止できる構成になっている。

また、第５図に示すように孔４７．４７．５７から排出
される空気は、ダク）５８．５９を通して、ブロア１
９によって外気に排気される。

なお図中６０は絶縁石、６１は定着用ランプの端子、６
２はベース板、６３、６４はステーを示している。

また、実際に複写機に、ここで述べた定着装置を組み込
み、動作させる場合に必要となる、あるいはその他の付
加的な要件について述べる。

まず、吸着板３０として、断熱材を用いることを記した
。

さらに、吸着板３０の必要な性質を述べると次のように
なる。

複写機のように大小色々な複写用紙を用いる場合、紙Ｐ
が吸着板３０を覆ってない部分が生じる。

この部分は、入射光が直接、吸着板３０に入射して、き
わめて高温にならざるを得ない。

したがって、これを防ぐために、吸着板３０は断熱材で
あると同時に、直接輻射光を反射あるいは散乱、あるい
は透過する性質を持っていなければならない。

つまり、吸着板３０の色合は、白色、あるいは透明、あ
るいは鏡面を有しなけれがならない。

また、定着装置１５の取り付方法については、紙上に集
光した光の散乱光が、カバー４４の一部を形成する板３
Ｂの下端と吸着板３０との間から漏れ、感光ドラム３に
入らないよう取付けることが、感光ドラム３の疲労を防
止する上からも重要である。

このため、吸着板３０を感光ドラム３方向に延長した延
長線が、感光ドラムの下端に来るように、定着装置１５
を、紙Ｐの搬送路１４に対して傾けて取り付けである。

また、最後に、定着用ランプ２２としてのハロゲンラン
プの点灯タイミングについては複写時常時灯けておくわ
けではないので、このランプの立ち上り時間を考慮して
点灯することが最も効率的であると同時に、吸着板３０
の温度上昇を防ぐ上からも必要である。

したがってハロゲンランプを使用する場合には、立ち上
がり時間０゜２〜Ｑ、３ｓｅｃを考慮して、紙Ｐの先端
が光の集光線に達する以前に、すなわち、紙Ｐの搬送速
度Ｖｃｒｎ／ｓｅｃとすれば、（０，２〜０．３）Ｖ
ｃｒｎ手前に点灯すること、一般的には、ランプの立上
り時間をΔｔｓｅｃとすれば、この距離はΔｔ”Ｖｃｍ
より大きいことが必要となる。

さらに、消灯に関しては、紙Ｐの後端が光の集光線上に
きたとき、消灯すれば、最も有効である。

これらの処置は、ここに述べた定着装置１５を必要にし
て無駄なく、つまり経済的に、しかも安全に動作するた
めに不可欠のことである。

なお、前記実施例では、定着用ランプ２２として、ハロ
ゲンランプを用いたが、線状の光源を有する、例えば、
２次輻射の少ない赤外ランプなどを使用しても同様の効
果を発揮しうる。

さらに、反射鏡２０、２１及び集光レンズ２３の冷却に
際して、内側から外側に空気を流し、強制冷却すを方法
をとったが、空気の流れを逆にしても全く同様の冷却効
果を達成し得る。

また、この考案は前記実施例に限定されるものではなく
、この考案の要旨を変えない範囲で種々変形実施可能な
ことは勿論である。

以上述べたようにトナー像を有した紙葉類を搬送する搬
送路に対向して反刺鏡で囲繞した定着用ランプを設け、
定着用ランプから発した光線をトナー像形成面に集光す
るとともに反射鏡に入射せず直接、トナー像形成面に入
射する光線をも柱状レンズによって集光するようにした
から、予備加熱を全く必要とすることなくトナー像を紙
葉類に融着固定することができ、安全性、経済性に優れ
た定着装置を提供できる。

また、反射鏡の焦点距離をハロゲンランプの輝点間隔に
比し同程度゛あるいはそれ以上に設定したから、紙表面
照度が一様になり定着をむらなく確実に行なえるといっ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案定着装置を採用した電子複写機の概略的
構成図、第２図は本考案定着装置の原理説明図、第３図
イ５口、ハは熱の流れを示す説明図、第４図は本考案定
着装置の一実施例を示す縦断正面図、第５図は同じく一
部省略して示す側面図である。１４・・・搬送路、１５・・・定着装置、２０．２１・
・・反射鏡、２２・・・ハロゲンランフ、２４・・・光
学ユニット、ａ、ｂ・・・焦点、Ｐ・・・紙葉類。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

トナー像を有した紙葉類を搬送する搬送路に対向して、
一方の焦点がトナー像形成面に結ぶ断面形状が楕円の一
部からなる反射鏡、この反射鏡の他方の焦点位置に中心
を位置させた定着用／）ロゲンランプ、および上記反射
鏡に入射せず直接トナー像形成面に入射する光線を上記
一方の焦点位置に集光させる柱状レンズとを有した光学
ユニットを設け、ハロゲンランプから発した光線を紙葉
類のトナー像形成面に集光してトナー像を融着するもの
で、上記反射鏡の焦点距離をノ＼ロゲンランプの輝点間
隔に比し同程度あるいはそれ以上に設定したことを特徴
とする定着装置。