(57)【要約】【課題】  オンデマンド定着方式を採用した定着装置よりもさらにクイックスタート性、省電力性に優れた定着装置を提供する。具体的には、トナーが加熱される時間を現状よりも長くし、十分溶融した後に加圧されるような構成をとり、定着性向上および定着温度の低減を行えるようにする。【解決手段】  ニップしている上下ローラからなる加圧手段の上に加熱手段を配し、加熱手段による加熱領域が加圧手段による加圧領域よりも広くする。加圧手段は加熱手段による加熱領域内において、画像形成媒体搬送路下流側に配する。このような構成にすることにより、画像形成媒体上のトナー像は加熱される時間が長くなって十分に溶融し、その後加圧されるという流れで定着され、定着効率がアップする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電装置と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を作成することにより情報を書き込む手段と、前記静電潜像をトナーにより可視化する現像手段と、可視化されたトナー像を画像記録媒体の上に転写する手段を有し、画像記録媒体の上に転写されたトナー像に熱を付与し、圧力をかけて画像記録媒体に定着する手段を有する画像形成装置の定着装置において、前記定着手段が、加熱手段としての光源および熱源を有し、光源からの光、もしくは熱源からの輻射熱を画像記録媒体に向けて照射しエネルギーを画像記録媒体上のトナーに吸収させて溶融させた後に、加圧手段により加圧して画像記録媒体上に定着を行うもので、光照射および熱照射による加熱領域内に前記加圧手段が設けられていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記光源もしくは熱源は、画像記録媒体の搬送路を含む加圧領域手前で開口した反射板によりある程度の隙間をあけて覆われており、光源からの光および熱源からの輻射熱は全て直接あるいは反射板に反射されて画像形成媒体搬送路上に照射される構成となっていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
【請求項３】
前記加圧手段は加熱領域内のやや下流側に配され、加圧手段の上流側にはトナー像が加圧される前に加熱される予備加熱領域があることを特徴とする請求項1および2に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複写機やプリンタなどの画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真技術を利用した転写方式の画像形成装置において、記録紙などの被転写物上に転写されたトナー画像を加熱および加圧により定着する定着部ではフィルム加熱方式の定着装置が使用されている(例えば特許文献1参照)。
【０００３】
このフィルム加熱方式は耐熱性フィルムの一面側にヒーターを、他面側に被加熱材をそれぞれ密着せしめ、ヒーターの熱エネルギーを耐熱性フィルムを介して被加熱体に付与する方式である。
【０００４】
図3にフィルム加熱方式を採用する定着装置の概略図を示す。
【０００５】
この装置は加熱体としてのセラミックヒーター10とこのヒーターを断熱支持する支持体であるステー11とヒーターを支持させたステーに巻きつかせた耐熱樹脂材からなる薄肉円筒形状のフィルム12とフィルムをはさんでヒーターと圧接してニップ部Nを形成する加圧ローラ13などからなる。
【０００６】
加圧ローラの回転駆動がなされ、これに伴いフィルム12が従動回転し、ヒーター10に通電がなされて所定の温度に温調されている状態においてニップ部Nのフィルム12と加圧ローラ13との間に不図示の転写部においてトナー像14を転写された被加熱体である記録材7が搬送され、ニップ部Nに導入され、フィルム12といっしょにニップ部Nを挟持搬送させることによりヒーター10の熱をフィルム12を介して記録材7に付与して記録材の面に未定着画像（トナー画像）14を軟化させて加熱定着される。
【０００７】
フィルム12やヒータ10の熱容量が小さいために、ヒーター10に通電がなされて所定の温度に温調されるまでに要する時間が短く、クイックスタート性や省電力性に優れた定着方式である。
【特許文献１】特開平2-157878号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、プリンターのさらなるクイックスタート性や省電力性が市場より求められている。
【０００９】
低熱容量の構成部材を用いることにより、優れたクイックスタート性や省電力性を有するフィルム定着方式でも、さらなる効率化を行っていく必要がある。
【００１０】
プリントがスタートし、未定着トナー像を転写された紙が定着装置内のニップ部Nを通過する際に紙に熱が付与され、さらに圧力がかかり、トナー像が紙に定着される。
【００１１】
このニップ部Nの幅はフィルム定着方式においては大きいものでもおよそ10mm程度である。
【００１２】
仮に画像形成媒体搬送速度が100mm/secである場合には画像形成媒体上のある1点のニップ部通過時間は0.1secとなる。
【００１３】
このような非常に短い時間に未定着トナー像を溶融し、同時に圧力をかけて画像形成媒体上に定着せしめるには、トナー溶融に必要な温度よりも高い温度で加熱することが必要となる。本発明はこのような問題を解決し、さらに熱効率の高い定着を行うことを可能とする定着装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は下記の構成を特徴とする定着装置である。
【００１５】
(1)像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電装置と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を作成することにより情報を書き込む手段と、前記静電潜像をトナーにより可視化する現像手段と、可視化されたトナー像を画像記録媒体の上に転写する手段を有し、画像記録媒体の上に転写されたトナー像に熱を付与し、圧力をかけて画像記録媒体に定着する手段を有する画像形成装置の定着装置において、前記定着手段が、加熱手段としての光源および熱源を有し、光源からの光、もしくは熱源からの輻射熱を画像記録媒体に向けて照射しエネルギーを画像記録媒体上のトナーに吸収させて溶融させた後に、加圧手段により加圧して画像記録媒体上に定着を行うもので、光照射および熱照射による加熱領域内に前記加圧手段が設けられていることを特徴とする定着装置。
【００１６】
(2)前記光源もしくは熱源は、画像記録媒体の搬送路を含む加圧領域手前で開口した反射板によりある程度の隙間をあけて覆われており、光源からの光および熱源からの輻射熱は全て直接あるいは反射板に反射されて画像形成媒体搬送路上に照射される構成となっていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
【００１７】
(3)前記加圧手段は加熱領域内のやや下流側に配され、加圧手段の上流側にはトナー像が加圧される前に加熱される予備加熱領域があることを特徴とする請求項1および2に記載の定着装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による構成にすることにより、省電力性を満足する定着装置を形成することが可能となる。
【００１９】
光および熱照射領域が加圧領域よりも広く、加圧手段が光および熱照射領域内に含まれることにより、加圧手段が暖められ、画像形成媒体上未定着トナー像が加圧領域に突入する前に光および熱が直接が造形性媒体上に照射されプレヒートにより仮定着された後、加圧手段により画像形成媒体上に定着されることとなる。
【００２０】
画像形成媒体が加圧される前にプレヒートされる予備加熱領域は反射板の開口度合いを変えることにより加圧領域の倍以上に広げることが可能であり、従来のフィルム加熱方式におけるニップ幅よりも広く取ることが可能である。
【００２１】
また、加熱領域を加圧領域よりも広くとり、加熱領域内に加圧手段を配したことにより、画像形成媒体上のトナー像を暖めるのみならず、加圧手段としてのローラも同時に加熱することができ、さらに定着性を良くすることができる。
【００２２】
予備加熱領域を加圧手段の上流に設けることによりトナーを十分に溶融させることが可能であり、定着性をあげることができ、定着に要する温度を下げることも可能である。
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、トナーに効率よく熱を付与し、定着性を向上させる定着器構成を取ることにより定着温度を下げることができるため、より省エネルギーの定着装置を形成することが可能となるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施例１）
以下、本発明について詳述する。
【００２５】
図1に本発明の定着装置の構造を示す。
【００２６】
加熱手段1は光源としてはハロゲンランプやカーボンランプ、熱源としてはセラミックヒータを用いるのが望ましい。本実施例では光源としてのハロゲンランプを使用した。加熱手段1は画像形成媒体搬送路から若干の距離だけ離れた位置に配されている。さらにこの加熱手段1は湾曲し、搬送路側に開口した反射板2によって覆われた構造となっている。この湾曲された部分の曲率は加熱手段から発される光および熱を全て画像形成媒体搬送路上に反射するように調整されており、その直下は光および熱による加熱領域3となっている。
【００２７】
加熱領域3のやや下流側に上下2つの加圧ローラからなる加圧手段4が設けられている。これら2つの加圧ローラは金属芯金にゴムが被覆された構造となっており、互いに押圧しあって画像形成媒体搬送路上にニップ部Nを形成している。
【００２８】
加圧ローラには温度検知手段が設けられ、適切な熱が画像形成媒体7に供給され、定着性が安定するのと、昇温による発火を防ぐよう構成されている。
【００２９】
画像形成媒体搬送路直下には反射板5が設けられており、加熱手段からの光および熱を反射し、熱効率を高めている。
【００３０】
また、湾曲した反射板5は加熱手段1からみて下流側よりも上流側のほうに大きく開口し、予備加熱領域6を大きく取る構成となっている。
【００３１】
定着装置まで搬送されてきた画像形成媒体7はまずこの予備加熱領域6内に突入し、加熱手段1からのエネルギーを画像形成媒体上の未定着トナー像に十分に吸収し、溶融される。
【００３２】
その後加圧手段4のニップ部Nに突入し、溶融された未定着トナー像は画像形成媒体に定着される。
【００３３】
このとき加圧手段4も加熱手段1からの光もしくは熱エネルギーを供給されて加熱された状態にあり、トナー像はこのニップN内においても熱の供給を受け、さらによく画像形成媒体に定着されることとなる。したがって、加圧手段4に用いられるローラ表面の色はエネルギーを吸収しやすい色(黒色)であることが望ましい。
【００３４】
本実施例1において加圧手段4に用いられるローラ表面の色を変えた実施例1-1および1-2を行い、それぞれ、消費電力と定着性の評価を行った。また、実施例との比較を行うために比較例1も行った。
【００３５】
《評価》
評価の結果を表1に示す。以下、評価方法、表に基づく考察を詳述する。
【００３６】
加熱手段1には直径6mm、定格電圧100V、消費電力400Wの遠赤外線ハロゲンランプを用いた。加圧手段4に用いられるローラは金属芯金にSiゴムが被覆された構造のものを用い、直径は上下ローラとも10mmとした。加熱領域9の幅は40mmとり、予備加熱領域12の幅は25mmとした。
【００３７】
ハロゲンランプに通電し、加圧ローラに設けた温度検知手段により種々の温度に温調させてから15秒後に未定着用紙を通紙し、同時にハロゲンランプ通電開始から未定着画像通紙完全終了(具体的にはヒーター通電開始から30秒後)までの消費電力を測定した。
【００３８】
未定着画像は、黒およびハーフトーン(灰色)の5mm角の画像がレターサイズ用紙の上に9ヶ所配されたものを用いた。
【００３９】
本実施例のハーフトーンパターンは画素密度600dpiを3×3のマトリックスで形成し、これを１ドット１スペースで千鳥状に形成したパターンである。
【００４０】
定着器通紙後の画像のハーフトーンの濃度を濃度測定器(マクベス社製)にて測定後、専用の擦り試験機で画像を擦り、擦り後のハーフトーンの濃度を再び測定し、濃度の低下率を計算した。
【００４１】
擦り試験機は静電気により用紙を固定する台の上に用紙上に９ヶ所配された5mm角の黒およびハーフトーンパターンに合わせて200gの金属製の重りを載せる構造となっている。用紙と重りの間にはシルボンC紙(小津産業社製)が挟まれている。用紙を固定する台は紙の長手方向に往復運動できるようになっており、このとき画像はシルボンC紙に擦られて欠落する。本実施例では５往復させて画像を擦った。
【００４２】
この濃度の低下率はレターサイズ用紙上の9ヶ所のハーフトーン画像全てに関して計算し、平均値を算出し、その条件での定着性をあらわす指標とした。すなわち濃度低下率が小さいほど定着性が高いと判断する。
【００４３】
また、消費電力測定の波形からは、ハロゲンランプ通電開始から所定の温度に達し、温調が開始されるまでの立ち上がり時間を読み取った。
【００４４】
立ち上がり時間が短いと、立ち上がり時に消費する積算電力が減少することになり、クイックスタート性とともに省電力性をあらわすよい指標となる。
【００４５】
各実施例および比較例において、加圧ローラ温度が140℃に温調されるように設定し、記録材搬送速度を100mm/secに設定した場合の定着器立ち上がり時間および定着性を測定し、比較した。定着器の立ち上がり時間と濃度低下率のまとめを表１に示す。
【００４６】
【表１】
2008151856.tif 000003
実施例1-1ではハロゲンランプ通電開始されると400Wの電力がハロゲンランプに投入され、光照射領域の加熱が始まった。温調が始まるまでに要した時間は5.5secであった。ハロゲンランプ通電開始より15秒後に通紙させた未定着トナー像の擦り試験前後の濃度低下率は15%であった。
【００４７】
実施例1-2ではハロゲンランプ通電開始から温調が開始されるまでに要した時間は4secであった。黒色の加圧ローラが照射された光のエネルギーをよく吸収したため、定着装置の立ち上がりが早くなったものと思われる。また、ハロゲンランプ通電開始より15秒後に通紙させた未定着トナー像の擦り試験前後の濃度低下率は10％であった。加圧ローラの温度が実施例1-1と比較して高かったため定着性も良くなったものと思われる。
【００４８】
比較例1-1として、従来のフィルム定着方式の定着装置を用いて同様の評価を行ったところ、立上り時間は6sec、ヒーター通電開始より15秒後に通紙させた未定着トナー像の擦り試験前後の濃度低下率は30%であった。
【００４９】
以上の比較より、本発明の構成では従来のフィルム定着方式よりも立上りが速く且つ定着性のよい定着装置を提供できることがわかった。
【００５０】
また、加圧ローラの色を黒色とすることにより、光の吸収効率を高めることは立上り速度を速めることと定着性を高めることに効果があることもわかった。
【００５１】
（実施例２）
実施例1では、ハロゲンランプを画像形成媒体搬送路の上方に配し、画像形成媒体搬送路の下方には反射板を設けた。上方からの光および熱に対し、下方の反射板が反射することにより熱効率を上げた。
【００５２】
実施例2においては下方にもハロゲンランプを配し、画像形成媒体の上下から光および熱を照射する構成とした。その構成図を図２に示す。
【００５３】
加熱手段1は画像形成媒体搬送路から若干の距離だけ離れた位置に配されている。さらにこの加熱手段1は湾曲し、搬送路側に開口した反射板2によって覆われた構造となっている。この湾曲された部分の曲率は加熱手段から発される光および熱を全て画像形成媒体搬送路上に反射するように調整されており、その直下は光および熱による加熱領域9となっている。
【００５４】
加熱領域3のやや下流側に上下2つのローラからなる加圧手段4が設けられている。これら2つのローラは金属芯金にゴムが被覆された構造となっており、互いに押圧しあって画像形成媒体搬送路上にニップ部Nを形成している。
【００５５】
画像形成媒体搬送路直下には加熱手段8が設けられており、画像形成媒体の下方より、光および熱を照射する構成となっている。
【００５６】
この加熱手段8は上方に配された加熱手段7と同様に湾曲し、搬送路側に開口した反射板9によって覆われた構造となっている。この湾曲された部分の曲率は加熱手段から発される光および熱を全て画像形成媒体搬送路上に反射するように調整されており、その直上は光および熱による加熱領域6となっている。
【００５７】
また、湾曲した反射板9は反射板2と同様に加熱手段8からみて下流側よりも上流側のほうに大きく開口し、予備加熱領域6を大きく取る構成となっている。
【００５８】
定着装置まで搬送されてきた画像形成媒体はまずこの予備加熱領域6内に突入し、加熱手段1および加熱手段8からのエネルギーを画像形成媒体上の未定着トナー像に十分に吸収し、溶融される。
【００５９】
その後加圧手段4のニップ部Nに突入し、溶融された未定着トナー像は画像形成媒体に定着される。
【００６０】
このとき加圧手段4も加熱手段1および8からの光もしくは熱エネルギーを供給されて加熱された状態にあり、トナー像はこのニップN内においても熱の供給を受け、さらによく画像形成媒体に定着されることとなる。したがって、加圧手段4に用いられるローラ表面の色はエネルギーを吸収しやすい色であることが望ましい。
【００６１】
本実施例2において上下の加熱手段の通電比率および加圧手段4に用いられるローラ表面の色を変えた実施例2-1〜2-5を行い、それぞれ、消費電力と定着性の評価を行った。
【００６２】
《評価》
評価の結果を表2に示す。評価方法は実施例１と同様であるのでここでは述べない。表に基づく考察のみを詳述する。
【００６３】
【表２】
2008151856.tif 000004
実施例2-1ではハロゲンランプ1および5にMAX値となる400Wの電力を投入した。定着装置の立ち上がりに要した時間は1.5secで15sec後に通紙した未定着画像の濃度低下率は3%であった。
【００６４】
実施例2-2では入力電圧を変えてハロゲンランプ1および5にそれぞれ300Wの電力を投入した。立上り時間は3secで濃度低下率は5%であった。
【００６５】
実施例2-1、2-2では合計の消費電力が大きくなるが、その分立上り時間が速くなり、定着性も向上した。
【００６６】
実施例2-3では入力電圧を変えてハロゲンランプ1および5にそれぞれ200Wの電力を投入した。立上り時間は5.5secで濃度低下率は15%であった。
【００６７】
実施例2-4では入力電圧を変えてハロゲンランプ1および5にそれぞれ100Wの電力を投入した立上り時間は10secで濃度低下率は35％であった。
【００６８】
実施例2-5では実施例2-3と同様にハロゲンランプ1および5にそれぞれ200Wの電力を投入した。加圧ローラの色を黒にしたため、エネルギーの吸収効率が高まり、立上り時間が4secとなり、濃度低下率は10%となった。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の定着装置の概念図（実施例１）。
【図２】本発明の定着装置の概念図（実施例２）。
【図３】従来例であるフィルム加熱方式を採用する定着装置の概略図。
【符号の説明】
【００７０】
１  ハロゲンランプ(上)
2  反射板(上)
3  加熱領域
4  加圧手段
5  反射板
6  予備加熱領域
Ｎ  ニップ部
7  記録材
8  ハロゲンランプ(下)
9  反射板(下)
10  セラミックヒータ
11  ステー
12  フィルム
13  加圧ローラ
14  トナー像
【図１】
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【図２】
2008151856.tif 000006
【図３】
2008151856.tif 000007