JPH0752314B2

JPH0752314B2 - 定着装置

Info

Publication number: JPH0752314B2
Application number: JP60291068A
Authority: JP
Inventors: 達夫竹内; 博里村; 信之介谷石; 吉彦広瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-12-24
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1995-06-05
Anticipated expiration: 2010-06-05
Also published as: JPS62150278A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、電子写真装置，静電記録装置，プリンター等
の記録装置において使用される定着装置に関し、特には
互いに圧接する一対の回転体間に記録材を通過させるこ
とにより、記録材上に被定着物を定着させる定着装置に
関するものである。

（背景技術）従来、電子写真装置等において、記録材上の被定着物、
例えばトナー層を記録材に定着する定着装置として、加
熱定着，溶剤定着，圧力定着等の定着方法を採用した定
着装置が種々考案されている。このうち一般に広く用い
られている定着方法は加熱定着方法であり、これを採用
した定着装置としては例えばチヤンバー定着装置，加熱
ローラ定着装置，フラツシユ定着装置等が知られてい
る。しかしながら、チヤンバー定着装置においては、ト
ナー像を有する記録材を赤熱したシーズヒーターを用い
て非接触加熱し、樹脂から成るトナーを溶融させて記録
材に定着させるため、大量のエネルギーを必要とし、さ
らに記録材のジヤム時においては記録材が加熱により発
火するという欠点があった。また、フラツシユ定着装置
においては、閃光ランプに瞬時に高電圧を印加して発光
させるため大型のコンデンサーを必要とし、装置の大型
化を招くと共に、コンデンサーの充電時間を必要とする
ため、高速化が困難という欠点があった。このため現行
の電子写真装置等に於ける定着装置は、内部に熱源を有
し、トナー像を担持した記録材と直接接触して、記録材
上に該トナー像を定着させる定着ローラーと、該定着ロ
ーラーに圧接する加圧ローラーとを有する加熱ローラー
定着装置が主流である。しかし、この加熱ローラー定着
装置においては、鋼製又はアルミニウム製のシリンダー
表面にテフロン（商標名）等をコートした定着ローラー
を、内側からハロゲンランプヒーター等で約150〜200℃
迄加熱し、加熱された定着ローラーと該定着ローラーに
圧接する加圧ローラーとの間に記録材を通過させること
でトナー像を定着させるものであるため、定着に用いら
れるエネルギーの効率は低いものとなっている。すなわ
ち、熱源であるハロゲンランプヒーターの熱効率は、熱
として取り出せる赤外線放射が約80〜85％と低く、さら
にこの熱を鋼製もしくはアルミニウム製のシリンダーに
伝達するためシリンダー端部からの熱の逃げを生じる。
この為、ローラ端部へ断熱手段を施すことが考えられて
いる。十分な断熱は装置の複雑化とコストアツプを招
く。従って、実際に定着に利用できる熱は全体の70％以
下になってしまい、エネルギーの効率が低くなる。さら
に上記加熱ローラ定着装置においては、定着ローラーが
必要とする温度（約150〜200℃）を得るために、ハロゲ
ンランプヒーター自身の温度を非常に高くする必要があ
るが（約2000℃）、温度制御回路等が故障した場合に
は、ハロゲンランプヒーターが異常昇温して定着装置周
辺の温度が異常に高まり、最終的に装置全体に重大な影
響を及ぼすというような欠点があった。

（発明の目的）本発明は上述従来例に鑑みてなされたもので、熱エネル
ギーの損失が少なく高効率であって、且つ安全性が高い
新規な定着装置を提供することを目的とする。

（発明の概要）即ち、本発明は、互いに圧接する一対の回転体間に記録
材を通過させることにより記録材上に被定着物を定着さ
せる定着装置において、前記回転体のうちの少なくとも
一方の回転体は内部に熱源、その外側に表面から波長２
μｍ以上の遠赤外線を放射する放射部材を有し、この回
転体外側近傍には前記放射部材から放射される遠赤外線
を記録材側に反射する反射部材が設けられていることを
特徴とするものである。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第２
図は本発明定着装置を適用した電子写真複写装置を示し
ている。不図示のコピーボタンが押されると感光体ドラ
ム１が矢印方向に回転を始めると共に、複写すべき原稿
を載せた原稿台２がホームポジションに移動する。感光
体ドラム１は回転に伴って帯電器３により一様に帯電さ
れる。一方、原稿台２は感光体ドラム１の回転に伴っ
て、ホームポジションから移動を開始する。原稿台２上
の原稿は原稿照明ランプ４により照明され、レンズ系５
を介して順次原稿光像が露光位置６において一様に帯電
された感光体ドラム１に露光される。これにより、感光
体ドラム１上に帯電潜像が形成される。そして、この帯
電潜像は現像器７によりトナー像に現像され、トナー像
は給紙ローラー８とレジストローラー９により前述トナ
ー像の先端に同期して給紙された記録材としての転写紙
Ｐに転写帯電器10により転写される。トナー像が転写さ
れた転写紙Ｐはさらに搬送ローラー11,12により搬送さ
れて本発明の定着装置Ｆに至る。転写紙Ｐは遠赤外線を
発するヒートローラー13と、これに圧接する加圧ローラ
ー14との回転体対により挟持搬送される。このときヒー
トローラー13から放射する遠赤外線は反射板18によって
反射され、この遠赤外線はヒートローラー13と加圧ロー
ラー14とに挟持搬送される直前の転写紙Ｐに照射され
る。この遠赤外線の照射より、転写紙Ｐ上のトナーが昇
温、若しくは一部溶融する。その後、転写紙Ｐはヒート
ローラー13と加圧ローラー14との圧接部に導かれ、トナ
ー像が転写紙Ｐに定着される。そして、定着後、転写紙
Ｐは排出ローラー15によりトレー16上に排出され、複写
画像が得られる。尚、トナー像が転写された感光体ドラ
ム１は、クリーナー17により残留トナーが除去され、感
光体ドラム１は次の画像形成に備える。

次に、第1A図，第1B図及び第3A,3B図を用いて、上述の
本発明の定着装置Ｆについて更に詳細に説明する。

第1A図，第1B図は遠赤外線を放射するヒートローラー13
を示している。ヒートローラー13は、ペタライト〔（Li
₂O・Na₂O）・Al₂O₃・8SiO₂〕と粘土の混合物を練土状に
して円筒形状に押し出し成形し、800℃で素焼きした物
の上に、ペタライト75％、炭酸リチウム8.4％、石灰石
7.0％、酸化亜鉛2.8％、水酸化アルミニウム6.8％から
なる上薬を塗り、焼成したローラー本体131と、このロ
ーラ本体131の内部に、石英管等の高耐熱性の支持体に
ニクロム線等の抵抗線を螺旋状に巻き付けたもの或いは
抵抗線に耐熱性のセラミックを被覆し円筒上に巻き上げ
て焼成したものから構成される発熱源132とを有してお
り、ローラ端部はセラミック等でできた断熱部材133で
覆われている。そして、ヒートローラ本体131は定着装
置Ｆの枠体に不図示のボールベアリング軸受け等を介し
て回転可能に支持されており、発熱源132はローラ本体1
31内の中心軸線上に位置するように、断熱碍子134を介
して定着装置Ｆの枠体に固定されている。尚、135は発
熱原132に電力を供給するためのリード線である。

ヒートローラ本体131内部に設けられた発熱源132が、複
写装置のメインスイッチ（不図示）ONに伴って通電され
ると、発熱源132は速やかに昇温して遠赤外線を放射す
る。放射した遠赤外線はローラ本体131の内壁面から吸
収され、ローラ本体131を加熱する。そして、加熱され
たローラ本体131はローラ表面から波長２μｍ以上の遠
赤外線を放射する。この遠赤外線ローラ本体131からの
熱伝導によりトナーは溶融する。

尚、ヒートローラ13については、ローラーの表面に溶融
時のトナーがオフセツトしないようにするため、表面層
としてテフロン等の高離型性の樹脂を５〜20μｍ位の厚
さに成膜したものを用いてもよい。また、ヒートローラ
13のローラ基体131は、前述のようなセラミツク製の
他、内面を黒色処理した薄肉の金属ローラー表面に、前
述の上薬のような遠赤外線放射物質を塗布後、焼成した
ものでも良い。しかしながら、ヒートローラ自体を熱絶
縁性のセラミツクで構成した場合には、ローラ端部に直
接接触するように金属部材等の軸受けを用いた場合でも
ローラ端部から外部への熱の逃げを防止することができ
るため、薄肉の金属ローラを用いた場合よりエネルギー
損失を減少させることができる。

さらに、前記ヒートローラの構成材料としては、コーデ
イエライト（MgO-SiO₂−Al₂O₃の組成の磁器）組成に金
属又は金属酸化物を添加して焼結したセラミツク、二酸
化マンガン40〜80重量％、酸化コバルト10〜20重量％、
酸化鉄20〜40重量％、酸化銅10〜20％の混合物の焼結
体、Y₂O₃，La₂O₃，CeO₂等の希土類元素成分を固溶させ
たZrO₂セラミツク等をローラ本体自体として用いるか、
若しくは金属ローラ表面上に上記材料を形成したもので
あってもよい。

ここで、ヒートローラ本体を効率よく加熱し、かつ効率
よく遠赤外線を放射させる為にはニクロム線等の抵抗線
を赤熱させる事なく加熱する事、具体的には約700〜800
℃の温度に保つ事が好ましい。というのは、抵抗線を赤
熱させると、波長１μｍ以下の熱エネルギーに変換され
ない発生が生じ、入力電力に対するジユール熱の発生効
率が減少するばかりでなく、セラミツク製のヒートロー
ラの熱吸収効率も劣化してしまうからである。尚、赤熱
していない抵抗線を用いた場合、熱変換効率は90％以上
であった。

第3A図は前述の発熱源132から放射される遠赤外線の波
長と放射率（発熱体の熱放射の強度と同温度の黒体の熱
放射の強度との比）の関係を示したものである。（尚、
これは発熱源132の温度が約500℃の時のものである。）図示のように、発熱源132は波長が２μｍ位のところか
ら放射率が急激に立ち上がり、最大極大値Ｐ点において
放射率が0.7を越え、80％以上の熱変換率を示すように
なり、さらに波長が５μｍ以上になると放射率が１に近
づいていくような放射特性を示している。

従って、一般に樹脂の光吸収特性が波長約５μｍ以上の
長波長領域にあることを考慮すると、被定着物として樹
脂を主成分としたもの、例えばトナーを定着するような
場合には特に有効である。

また、第3B図に前述の発熱源132から放射される遠赤外
線の波長と相対放射強度の関係を示す。ここで相対放射
強度は発熱源132から放出される熱源の全波長域におい
て最大絶対放射強度を示す波長の熱線の放射強度を100
％として、他の波長を換算したものである。本発明の実
施例Ｅとして示すものは、発熱源132の温度が500℃の時
のものである。図から解るように熱源の温度が高いハロ
ゲンヒーターＨ（約2000℃）は、最大相対放射強度が１
μｍ近傍にあり、エネルギーが可視光線として使われて
おり、熱効率の低下が示されている。この傾向は理想的
熱源である黒体においてもウイーンの変位側に従って高
温になればなるほど放射温度の最大極大値が可視側に変
位し、熱効率が低下する。すなわち、本実施例Ｅの如く
２μｍ以上の波長域に相対放射強度の最大極大値Ｐをも
つことは熱効率の上で非常に有効である。尚、ウイーン
の変位側はλmT＝ｂで示され、Ｔは絶対温度、λｍは放
射強度が最大になる波長、ｂは定数である。

以上のようなヒートローラ13を定着装置に組込んだ状態
を第４図に示した。ヒートローラ13には加圧ローラ14が
不図示の加圧手段により圧接している。この加圧ローラ
14は、アルミニウムシリンダー上にRTVシリコーンゴム
を被覆したものが用いられている。ヒートローラ13はそ
の表面温度が温度センサー17により検知され、その検知
結果に基づいてヒートローラ13の内部に設けられた発熱
源132に通電される電流を不図示の温度制御回路によっ
て制御している。これにより、ローラ自体が所定温度に
維持される。さらに、前記ヒートローラ13は熱エネルギ
ーの60％程度を遠赤外線として放射するため、この遠赤
外線を反射すべく図示のようにヒートローラ13を覆うよ
うに反射板18が設けられている。この反射板18はローラ
に対向する内面が鏡面に加工されている。反射板18は転
写紙Ｐの進入側Ａに開口部18aを有している。このよう
に、反射板18には開口部18aが設けられているので、転
写紙Ｐがローラ対の圧接部に進入する前に、転写紙Ｐ上
のトナーは反射板18によって反射された遠赤外線によ
り、予めある程度加熱される。このため、トナー像の定
着性を一層向上させることができる。

尚、第４図において、19は転写紙をローラ対の圧接部へ
導くための入口ガイド、20は定着後の転写紙を案内する
排出ガイド、21はヒートローラー13への転写紙の巻き付
きを防止する剥離爪、22は反射板18の外側に設けられた
断熱部材である。また、反射板18の材質としては、アル
ミニウムのような金属の他、ガラスに金，銀，白金，ア
ルミニウム等の金属を蒸着したものも用いることができ
る。さらに、入口ガイド19は、反射板18によって反射さ
れた遠赤外線を吸収する耐熱性樹脂等で構成されること
が好ましい。何となれば、入口ガイドが加熱されること
により、入口ガイドに沿って搬送される転写紙が裏面よ
り加熱されて、定着効率が増すからである。

第５図，第６図，第７図は前記反射板の他の実施例を示
している。第５図は反射板の形状を楕円形の一部とした
もので、ローラ中心が楕円形の焦点F₁の位置にくるよう
にヒートローラー13と反射板23とをそれぞれ配置したも
のである。このように、配置することにより、ヒートロ
ーラー13から反射して反射板23で反射された遠赤外線は
焦点F₂に集まるため、転写紙Ｐ上のトナー像はローラ対
の圧接部に進入する前に予めある程度加熱される。従っ
て、トナー像の定着性が向上する。

また、第６図は反射板24の形状を放物線形状にしたもの
であり、放物線の焦点にヒートローラー13の軸中心が位
置するように反射板24が配設される。これによっても、
第５図と同様な効果を得ることができる。尚、第６図の
状態で反射板24を若干転写紙排出側の方へ傾けるように
してもよい。

さらに、第７図は第５図，第６図に比べて、ローラ対の
圧接部に挟持搬送される直前の転写紙に対し、より一層
効率よく遠赤外線を照射する反射板の例を示すものであ
る。即ち、本実施例の反射板25は、その形状が第５図と
同様に楕円形の一部となるものであるが、本実施例では
ヒートローラー13の中心軸を楕円形の一方の焦点F₁に一
致させるようにヒートローラー13を配置し、さらに楕円
形の他方の焦点F₂が加圧ローラー14の中心軸よりも転写
紙Ｐの進入側の偏倚して位置するように楕円形を設定
し、反射板25を配設している。これによれば、ヒートロ
ーラー13から放射して反射板25で反射される遠赤外線の
照射量を、ローラ対に関して転写紙の排出側よりも転写
紙の進入側に増大させることができる。

尚、第５図，第６図，第７図においてＴは転写紙Ｐ上の
未定着トナー像である。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、一対の回転体の
一方を、内部に熱源を有し且つ表面から波長２μｍ以上
の遠赤外線を放射する放射部材で構成したことにより、
入力エネルギーの約90％以上を熱に変換することが可能
となり、熱効率が向上させることができた。さらに、本
発明では上記放射部材から放射する遠赤外線を反射部材
によって反射させ、定着される前の記録材上の未定着物
に該遠赤外線を照射するようにしたため、定着効率を上
げることが可能になった。また、さらに、回転体及び熱
源ともにその温度が180℃〜300℃に保たれるため、ジヤ
ム時において記録材が焦げるというようなこともない。

【図面の簡単な説明】

第1A図は本発明定着装置の実施例を示すヒートローラの
斜視図、第1B図はヒートローラの内部を示す断面図、第
２図は本発明定着装置が適用可能な電子写真複写装置の
概略断面図、第3A図はヒートローラ内部に設けられた発
熱源から放射される遠赤外線の波長と放射率の関係を示
すグラフ、第3B図は発熱源の相対放射強度と波長の関係
を示すグラフ、第４図は本発明定着装置の実施例を示す
概略断面図、第５図，第６図，第７図は反射板の他の実
施例を示す説明図である。 13……ヒートローラ 14……加圧ローラ 17……温度センサー 18,23,24,25……反射板 131……ヒートローラ本体 132……発熱源 133……断熱部材 134……断熱碍子 135……リード線Ｆ……定着装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者広瀬吉彦東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭58−40571（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−166372（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−110339（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−224883（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−65867（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに圧接する一対の回転体間に記録材を
通過させることにより記録材上に被定着物を定着させる
定着装置において、前記回転体のうちの少なくとも一方の回転体は内部に熱
源、その外側に表面から波長２μｍ以上の遠赤外線を放
射する放射部材を有し、この回転体外側近傍には前記放
射部材から放射される遠赤外線を記録材側に反射する反
射部材が設けられていることを特徴とする定着装置。