JPS6341879A - 瞬間加熱式定着ロ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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つかり
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、たとえば米国特許箱３，４９８，５９６号や同
第３，６６６．４４７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０代わりに、米国特許箱
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、
たとえば米国特許箱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つの方法は、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、−
ｍ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箱３，８９
８，４２４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
特許箱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
とじ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、
つオームアップ時間をより雉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層を
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３，９４８，２１４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４，３９
５，１０９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つの難点として、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０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０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０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回筒形チューブ分備えた瞬間加
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
後に外面にはく離削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
示しである。

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一式複写機１０を示す、ドラム１
２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Ｉ・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ヘ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。走査装には、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０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、原稿キャッチ・
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ＲＦ＾
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図かられかるように、
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。

瞬間加熱型にするなめ、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秒のウオームアツプ時間内に、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Ｉ・シー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６１２０℃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７
００Ｗ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０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Ｊ１５０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、ＰＦＡ、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つ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０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０．０４Ｑインチ以下、直径
が最大４インチ、全長が最大４８インチの定着ロールを
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ｆ＃ｉ遺は、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一定着ロールの直径が１〜２インチ
、長さが約１６インチであると仮定して、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ル
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、またはメツキ、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Δ、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＾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
ト八と共にセグメントＢ１と８２を作動させることにな
ろう。

最後にζ大形サイズのコピーシートの場合は、セグメン
トＡ、　Ｂｌ、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・・・自動ゼログラフィ一式複写機、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。 ＦＩＧ、　／ ＦＩＧ、　５Ｅ／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （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プアップ・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
   ブと、 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
   エネルギー源と、 から成り、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。 （２）さらに、選択的に作動させるため回路発熱体の各
   セグメントに電気的に接続された制御装置を備えている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の定着ロー
   ル。 （３）瞬間加熱式定着ロールと加圧バップアップ・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
   支持した支持体を通過させてトナー像を支持体に定着さ
   せる形式の加圧定着装置を備えた静電式複写機において
   、 外面および内面を有する中空の比較的薄いフィラメント
   巻円筒形チューブと、 前記円筒形チューブを支持するための一対のエンドキャ
   ップと、 耐熱接着剤で前記円筒形チューブの外面に固着された発
   熱体と、 から成ることを特徴とする瞬間加熱型定着ロール。 （４）前記中空円筒形チューブは、周囲空気を取り囲ん
   でいることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の定
   着ロール。 （５）前記中空円筒形チューブは、肉厚が５０ミル以下
   であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の定
   着ロール。 ６）前記フィラメントは、ガラス繊維、炭素黒鉛繊維、
   または炭化硼素繊維であることを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載の定着ロール。 （７）前記発熱体は、前記フィラメント巻円筒形チュー
   ブに埋設された電熱線であることを特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載の定着ロール。 （８）前記発熱体は、別個のセグメントに分割されてお
   り、さらに、各セグメントに電気的に接続され、各セグ
   メントを選択的に作動させる制御装置を備えていること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の定着ロール。