JPH08202181A

JPH08202181A - 画像定着装置

Info

Publication number: JPH08202181A
Application number: JP1405395A
Authority: JP
Inventors: Shozo Yamamoto; 省三山本
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】熱融着式のトナーをシート上に定着するための
加熱体としてエンドレスベルトを用い、ベルトニップの
出口側でのエンドレスベルトからの放熱を有効に利用す
る画像定着装置を提供する。【構成】圧力ロール２，３および反射板６に巻回された
エンドレスベルト４がハロゲンランプ５によって加熱さ
れる。エンドレスベルト４に対して、加圧ロール１が圧
接させられており、両者の間にシート７が通過させられ
るベルトニップが設けられている。ベルトニップにおい
ては、加熱されたエンドレスベルト４の熱およびエンド
レスベルト４と加圧ロール１の間の圧力を受け、シート
７上のトナー８が定着される。また、エンドレスベルト
４は、ベルトニップに当たる位置で熱交換器１０の吸熱
部１１に放熱し、ベルトニップを通過し終えた位置で熱
交換器１０の放熱部１２によって加熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱融着式のトナーを
シート上に定着するための加熱体としてエンドレスベル
トを用いる画像定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機、ファクシミリ、プリンターなど
の電子写真方式を利用した画像形成装置においては、ト
ナー像を紙などのシートに転写した後、定着装置によっ
て定着させている。従来、トナーをシートに定着させる
には、加熱ロールと加圧ロールの間のニップ内にシート
を通過させ、圧力と熱を与えて、トナーをシートに融着
させるのが一般的であったが、近年ではベルトニップ方
式の画像定着装置が提案されてきている。

【０００３】このベルトニップ方式の装置は、例えば特
開平４−２８４４８１号公報や、特開平５−１５０６７
９号公報に開示されているように、ニップを構成する加
熱ロールまたは加圧ロールの一方をエンドレスベルトに
代えたものである。特開平４−２８８４８１号公報に開
示された装置では、加熱されたエンドレスベルトを加圧
ロールに圧接させ、両者の間のニップ（ベルトニップ）
にシートを通過させるようにしており、特開平５−１５
０６７９号公報に開示された装置では、加熱ロールにエ
ンドレスベルトを圧接させ、両者の間のニップにシート
を通過させるようにしている。

【０００４】このようなベルトニップ方式の構成を採用
することにより、シートがベルトニップの長さに対応す
る時間加熱されるようになるので、加熱ロールと加圧ロ
ールを圧接させてエンドレスベルトを使用しない場合に
比べると、シートの搬送速度を大きくしても十分な定着
時間を確保することが可能になるという利点がある。ま
た、同じ搬送速度であれば、ベルトニップ方式の方が、
エンドレスベルトを使用しない方式よりも加熱時間が長
くなり、トナーにより多量の熱を与えることができる。
このような理由から、ベルトニップ方式は特に多層のト
ナーを所望の色に発色させるカラー複写機の定着に適し
ており、主にカラー複写機に採用されつつある。

【０００５】ベルトニップ方式のうち、特開平４−２８
８４８１号公報に開示された装置では、加熱されたエン
ドレスベルトを加圧ロールに圧接させ、ベルトニップ内
にシートを通過させている。ここでは、ベルトニップの
入口側でエンドレスベルトがヒータによって加熱され、
ベルトニップの出口側でエンドレスベルトに接触したア
ルミニウムフレームによってエンドレスベルトが冷却さ
れる。なお、このアルミニウムフレームはヒータを包囲
しているが、両者の間には断熱材が介在しており、ヒー
タとアルミニウムフレームの間の熱伝導が防止されてい
る。このようにベルトニップの出口側が冷却されている
ことによって、溶融されたトナーが冷却されて液化し、
エンドレスベルトまたは加圧ロールにオフセットしない
ようになされている。この冷却の効果を向上させるた
め、ベルトニップの出口側のアルミニウムフレームにフ
ィンを形成したり、冷却ファンを設けることも開示され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように特開平４−
２８８４８１号公報に開示の装置では、ベルトニップの
出口側でエンドレスベルトから放熱させ、回転してきた
エンドレスベルトを再度加熱している。しかし、これで
は放熱した分の熱量が全く無駄になり、装置全体として
は熱効率がよくない。

【０００７】この発明は前記の課題を考慮してなされた
ものであり、熱融着式のトナーをシート上に定着するた
めの加熱体としてエンドレスベルトを用い、ベルトニッ
プの出口側でのエンドレスベルトからの放熱を有効に利
用する画像定着装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明にあっては、このエンドレスベルトを加熱
する加熱手段と、前記エンドレスベルトに圧接させられ
て、前記エンドレスベルトとの間にシートが通過させら
れるベルトニップが設けられるようになされた加圧手段
と、前記エンドレスベルトの前記ベルトニップを設けて
いる位置から放出される熱を用いて、前記エンドレスベ
ルトの前記ベルトニップを設けている以外の位置を加熱
する熱交換手段とを具備することを特徴としている。

【０００９】

【作用】熱交換手段が、エンドレスベルトのベルトニッ
プを設けている位置から放出される熱を用いて、エンド
レスベルトのベルトニップを設けている以外の位置を加
熱する。すなわち、シートに接触する前の位置でエンド
レスベルトは再加熱される。このように放熱した分の熱
をエンドレスベルトの加熱のために再利用することによ
って、装置全体としての熱効率が向上し、加熱手段でエ
ンドレスベルトに与える熱量を節約することができる。
したがって、装置を稼働する経費を大幅に削減すること
が可能となる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。Ａ．実施例の構成まず、図１はこの発明の一実施例に係る画像定着装置を
示す側面図である。図において、符号４は、エンドレス
ベルトを示す。このエンドレスベルト４は、圧力ロール
２、圧力ロール３および反射板６に巻回されている。そ
して圧力ロール３が駆動されて回転することによって、
エンドレスベルト４は矢印で示す方向に回転する。

【００１１】エンドレスベルト４は、離型性のよい耐熱
材、例えばポリテトラフルオロエチレンのフィルムによ
り形成されている。あるいは、ポリイミドや金属製また
はガラス繊維製のシートの表面に離型性のよい耐熱材を
コーティングしたものをエンドレスベルト４として使用
してもよい。この耐熱材としては、シリコーンゴム、フ
ッ素ゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、
ＥＰＤＭゴム、ハイパロンなどのゴム状弾性体や、シリ
コーン樹脂、フェノール、メラミン樹脂、フッ素樹脂
（ポリテトラフルオロエチレンなど）、ポリエチレン樹
脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアセ
タール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ
アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン
樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリアリレート樹
脂、ポリイミド樹脂、トリアジン樹脂などの樹脂が使用
可能である。これらの耐熱材は、いずれも少なくとも１
８０℃の耐熱性を有するものであり、離型性が良いか、
離型性を良くするために充填材を加えたものである。

【００１２】反射板６は、湾曲した断面形状を有してお
り、エンドレスベルト４が反射板６の外周を滑ってゆく
ことができるようになっている。反射板６の内側には、
ハロゲンランプ（加熱手段）５が配置されている。エン
ドレスベルト４が反射板６の外周を滑る間に、ハロゲン
ランプ５の熱が反射板６を通じてエンドレスベルト４に
伝導される。また、反射板６の内周面は鏡面状になされ
ており、ハロゲンランプ５の放射熱が反射されて、圧力
ロール２が加熱されるようになっている。また、反射板
６は圧力ロール２の上まで延在しており、これによって
ハロゲンランプ５の放射熱が圧力ロール２に到達する前
に上方に逃げないようになっている。さらにハロゲンラ
ンプ５の下方では、反射板６と圧力ロール２間が開放さ
れており、圧力ロール２よりも上流側のエンドレスベル
ト４も反射熱により加熱されるようになっている。

【００１３】また、エンドレスベルト４の下方には加圧
ロール（加圧手段）１が配置されている。この加圧ロー
ル１は圧力ロール２，３に向けて押圧されており、これ
によって、圧力ロール２，３間において、エンドレスベ
ルト４と加圧ロール１とが圧接させられている。このよ
うにして、エンドレスベルト４と加圧ロール１との間
に、シート７が通過するベルトニップが設けられてい
る。この加圧ロール１は、離型性のよい耐熱弾性体であ
るシリコーンスポンジ（シリコーンゴムの発泡体）シリ
コーンゴムによって形成されている。あるいは、金属製
の円筒状のコアの外周に離型性のよい耐熱性弾性体をコ
ーティングしたものであってもよい。なお、符号１６，
１７は、画像定着装置のハウジングを示す。

【００１４】さて、この画像定着装置には、熱交換器
（熱交換手段）１０が設けられている。熱交換器１０
は、吸熱部１１と放熱部１２と熱交換ポンプ１４とを備
えている。吸熱部１１と放熱部１２は、互いに近接して
配置されているが、両者の間には断熱材１３が配設され
て、この間の熱伝導が抑制されている。吸熱部１１は、
ベルトニップにおいてエンドレスベルト４に接触し、放
熱部１２はエンドレスベルト４の圧力ロール３から反射
板６に向けて移動している部分に接触している。

【００１５】吸熱部１１と放熱部１２の内部には共に空
間が設けられている。また、吸熱部１１と放熱部１２は
共に熱伝導性がよい材料からなり、エンドレスベルト４
に圧接されている。さらに、エンドレスベルト４の移動
を阻害しないように、吸熱部１１および放熱部１２のエ
ンドレスベルト４に接触する面は滑らかに形成されてい
る。

【００１６】吸熱部１１および放熱部１２の内部の空間
は、熱交換ポンプ１４と連通している。これらの空間お
よび熱交換ポンプ１４の内部には、冷媒が封入されてお
り、熱交換ポンプ１４によってこの冷媒が循環される。

【００１７】Ｂ．実施例の動作さて、この画像定着装置には、シート７が搬送されてく
る。このシート７には、すでに図示しない画像転写装置
によってトナー８が転写されている。シート７は、エン
ドレスベルト４と加圧ロール１との間のベルトニップに
向けて、図示しないガイドによって案内されて、ベルト
ニップ内に侵入する。

【００１８】エンドレスベルト４は、シート７に接触す
る以前に、後述するように放熱部１２に加熱され、また
ハロゲンランプ５によっても加熱されている。すなわ
ち、ハロゲンランプ５から放射された熱の大部分は、反
射板６の内周面で反射されて圧力ロール２に与えられる
が、放射熱の一部はハロゲンランプ５の下方でエンドレ
スベルト４に直接与えれる。また、ハロゲンランプ５に
より反射板６も暖められるが、この熱が反射板６の上を
摺動するエンドレスベルト４に与えられる。

【００１９】このようにして、余熱が与えられているエ
ンドレスベルト４と加圧ロール１との間に、シート７は
侵入させられる。さらに、ベルトニップの付近では、エ
ンドレスベルト４には、圧力ロール２から熱が与えられ
る。ハロゲンランプ５の放射熱の大半は、圧力ロール２
に与えられているから、この際にエンドレスベルト４は
最も高温になっている。したがって、ベルトニップに侵
入したシート７はエンドレスベルト４を通じて加熱さ
れ、シート７上のトナー８が溶融される。

【００２０】また、加圧ロール１がエンドレスベルト４
に圧接させられていることによって、溶融したトナー８
がシート７に付着する。ここで、エンドレスベルト４が
離型性のよい材料から形成されているために、トナー８
がエンドレスベルト４にオフセットするのが抑制され
る。また、加圧ロール１の表面が離型性のよい材料から
形成されているために、シート７の両面にトナー８が転
写されている場合には、トナー８が加圧ロール１にオフ
セットするのが抑制されている。

【００２１】ところで、さらにこのようなオフセットを
防止するには、エンドレスベルト４および加圧ロール１
にトナー８が接触している間、つまりシート７がベルト
ニップにある間に、トナー８を速やかに冷却し凝固させ
てしまうのが効果的である。この実施例では、ベルトニ
ップでエンドレスベルト４に接触している吸熱部１１に
よってエンドレスベルト４から吸熱させて、エンドレス
ベルト４の温度を速やかに低下させ、ひいてはシート７
およびトナー８も速やかに冷却されるようにしている。

【００２２】ここで、熱交換器１０の作用について説明
する。まず、ベルトニップでエンドレスベルト４に接触
している吸熱部１１では、エンドレスベルト４の熱によ
って内部の冷媒が気化される。この気化熱によってエン
ドレスベルト４からは大量の熱が奪われる。吸熱部１１
で気化した冷媒は、熱交換ポンプ１４によって放熱部１
２に流入させられ、放熱部１２でこの冷媒がエンドレス
ベルト４に熱を与えて液化する。このようにして液体に
戻った冷媒は、放熱部１２から熱交換ポンプ１４によっ
て吸熱部１１に戻されて、再度吸熱部１１で気化され
る。

【００２３】このようにしてエンドレスベルト４から大
量に放熱されることによって、トナー８が凝固し、この
後シート７がベルトニップから排出され、図示しない排
紙トレーに向けて搬送されてゆく。

【００２４】一方、エンドレスベルト４は、圧力ロール
３を通過した後、反射板６に向けて移動してゆく。この
間に、エンドレスベルト４は熱交換器１０の放熱部１２
によって加熱される。放熱部１２では、前記のように内
部の冷媒が液化することによって、熱交換器１０の熱損
失を除き、吸熱部１１で奪った大量の熱がエンドレスベ
ルト４に与えられる。このようにして、放熱した分の熱
をエンドレスベルト４の加熱のために再利用することに
よって、装置全体としての熱効率が向上し、ハロゲンラ
ンプ５でエンドレスベルト４に与える熱量を節約するこ
とができる。したがって、装置を稼働する経費を大幅に
削減することが可能となる。

【００２５】Ｃ．熱交換器の変更例さて、前記の実施例の熱交換器１０は、冷媒を熱交換ポ
ンプ１４で流動させることによって、エンドレスベルト
４の冷却および加熱を行っているが、次に説明するよう
な熱交換器（熱交換手段）４０を使用することも可能で
ある。この熱交換器４０は、熱伝導性がよいケース４０
ａと、その内部に配置された閉回路４４とを備えてい
る。

【００２６】閉回路４４は、導体または半導体からなる
線４５と線４６とが接点Ａ，Ｂで接続されて構成されて
いる。線４５の材料と線４６の材料は互いに異なってお
り、両者の導電性も異なる。このため閉回路４４に電流
Ｉを導通すると、ペルチェ効果によって、接点Ａでは発
熱し、接点Ｂでは吸熱するようになっている。ここで接
点Ａでの発熱量Ｑ_Aと接点Ｂでの吸熱量Ｑ_Bの間には以下
の関係がある。Ｑ_A＝Ｑ_B＋μＱ_B ここでμは効率である。このことを利用して接点Ａ側と
接点Ｂ側とで熱交換が可能である。

【００２７】ケース４０ａの内部には断熱材４３が配設
されており、断熱材４３の上下にはそれぞれ放熱部４２
との隙間が設けられている。このうち上方の隙間には線
４５，４６の接点Ａが配置され、下方の隙間には接点Ｂ
が配置されている。これにより、熱交換器４０の上方は
放熱部４２になっており、下方は吸熱部４１になってい
る。線４５，４６はそれぞれ断熱材４３を貫通してい
る。

【００２８】前記の実施例の吸熱部１１および放熱部１
２と同様に、この実施例では吸熱部４１は、ベルトニッ
プにおいてエンドレスベルト４に接触し、放熱部４２は
エンドレスベルト４の圧力ロール３から反射板６に向け
て移動している部分に接触している。この変更例の熱交
換器４０でも、前記の熱交換器１０と同様の効果を達成
することができる。

【００２９】なお、図２は概略を示すだけであって、こ
れに限られるものではなく、例えば線４５，４６に代え
て、シート状の導体または半導体を用いて閉回路４４を
形成してもよいし、閉回路４４を複数設けてもよい。

【００３０】Ｄ．装置全体の構成の変更例（１）図３は装置全体の構成の変更例を示す。この例
では、図１の実施例の加圧ロール１に代えて、加圧パッ
ド（加圧手段）２１を使用する。加圧パッド２１として
は、耐熱弾性体であるシリコーンスポンジ（シリコーン
ゴムの発泡体）が好適である。この加圧パッド２１は、
金属製のブラケット２２に収められている。

【００３１】（２）図４は別の変更例を示す。この例
では、反射板６が設けられておらず、エンドレスベルト
４が圧力ロール２，３にのみ巻回されている。そして圧
力ロール３にハロゲンランプ５が内蔵されており、これ
によって圧力ロール３が加熱され、圧力ロール３の周囲
に巻回されたエンドレスベルト４も加熱されるようにな
っている。

【００３２】また、ここでは加圧パッド２１およびブラ
ケット２２の周囲にもエンドレスベルト（加圧手段）２
４が配置されており、エンドレスベルト４の回転に伴っ
てエンドレスベルト２４が従動回転する。このようにし
て、二つのエンドレスベルト４およびエンドレスベルト
２４によってベルトニップが設けられており、シートが
エンドレスベルト４，２４に挟まれて搬送されるように
なっている。

【００３３】（３）図５はさらに別の変更例を示す。
この例では、エンドレスベルト２４は、ロール３０〜３
４に巻回されており、ロール３０と圧力ロール３とが互
いに押圧させられ、ロール３２と圧力ロール２とが互い
に押圧させられている。また、ロール３１は補助的にエ
ンドレスベルト２４をエンドレスベルト４に向けて圧接
している。

【００３４】以上の図３ないし図５に示した変更例で
も、前記と同様の熱交換器１０が設けられており、吸熱
部１１でエンドレスベルト４から放熱させ、放熱部１２
でエンドレスベルト４を加熱することができるようにな
っている。また、熱交換器１０の代わりに、熱交換器４
０を用いることも可能である。

【００３５】なお、前記の実施例および変更例では、放
熱部１２を吸熱部１１に近接して配置し、圧力ロール３
から反射板６に向かっている間にエンドレスベルト４を
放熱部１２で加熱しているが、これに限ることなく、エ
ンドレスベルトが巻回されたロールの配置などによって
は、放熱部１２を他の位置に設けることも可能である。

【００３６】また、前記の実施例および変更例では、上
方にシート７を加熱するためのエンドレスベルト４を設
け、下方に加圧手段である加圧ロール１、加圧パッド２
１、エンドレスベルト２４を設けているが、エンドレス
ベルト４と加圧手段の上下を逆に配置してもよい。この
場合、エンドレスベルト４のベルトニップ側が上方にな
るから、熱交換器１０を使用するのであれば、熱交換ポ
ンプ１４の流動方向を逆にする。また、熱交換器４０を
使用するのであれば、電流Ｉの導通方向を逆にする。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る画
像定着装置によれば、放熱した分の熱をエンドレスベル
トの加熱のために再利用することによって、装置全体と
しての熱効率が向上して、加熱手段でエンドレスベルト
に与える熱量を節約することができる。これによって、
装置を稼働する経費を大幅に削減することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る一実施例の構成を示す側面図
である。

【図２】実施例で使用される熱交換器の変更例を示す
概略図である。

【図３】実施例の全体構成の変更例を示す側面図であ
る。

【図４】全体構成の他の変更例を示す側面図である。

【図５】全体構成のさらに他の変更例を示す側面図で
ある。

【符号の説明】

１加圧ロール（加圧手段）、２，３圧力ロール、４
エンドレスベルト、５ハロゲンランプ（加熱手
段）、６反射板、１０熱交換器（熱交換手段）、１
１吸熱部、１２放熱部、２１加圧パッド（加圧手
段）、２４エンドレスベルト（加圧手段）、３０〜３
４ロール、４０熱交換器（熱交換手段）、４１吸
熱部、４２放熱部、４４回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンドレスベルトと、このエンドレスベルトを加熱する加熱手段と、前記エンドレスベルトに圧接させられて、前記エンドレ
スベルトとの間にシートが通過させられるベルトニップ
が設けられるようになされた加圧手段と、前記エンドレスベルトの前記ベルトニップを設けている
位置から放出される熱を用いて、前記エンドレスベルト
の前記ベルトニップを設けている以外の位置を加熱する
熱交換手段とを具備することを特徴とする画像定着装
置。
【請求項２】前記熱交換手段は、ペルチェ効果を利用
することを特徴とする請求項１に記載の画像定着装置。