JP4048361B2

JP4048361B2 - 印刷装置のオーブン定着装置

Info

Publication number: JP4048361B2
Application number: JP2002210342A
Authority: JP
Inventors: 章友桑原; 勇夫中嶋; 彰彦山崎
Original assignee: リコープリンティングシステムズ株式会社
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP2004053855A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙もしくはシート状のプラスチックフィルム等の連続した被記録体の片面もしくは両面の未定着トナー像を非接触で定着するプリンタ等の印刷装置のオーブン定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ウェブ上に画像を形成する印刷装置において、画像をウェブ上に永久的に定着させる手段は一般的に熱源を有したローラ定着が知られている。ローラ定着方式の場合、一般的に低速から高速の領域まで、対応可能であり、画質という点では加熱ロール表面に弾性体を被覆することにより、トナーの押し潰しという状態を低減出来るため、高画質化にもある程度対応可能であった。また、連続したウェブを使用した場合の両面印刷に対しては、装置を２台並べることによるタンデム印刷にて対応可能となっている。しかしながら、前述したロール定着方式やロール定着方式を用いたタンデム印刷にはいくつか問題点がある。ロール定着は熱源を有した加熱ロールとウェブの反対側から加圧する加圧ロールによりウェブを挟持、搬送するために、ロール自体の摩耗等による画質の経時的変化や部品寿命の問題を招く。特に高画質化に対応するため、ロール表面に弾性体を有したロール定着の場合、寿命は更に顕著になる。また、ロール定着の場合、ロール表面とトナーとの離形性を確保するためにシリコーン等のオイルを塗布する必要があり、ロールを含め、オイル等の消耗品が多くなり、ランニングコストを増大させる要因となっている。更にロール定着は連続紙における一筐体両面印刷が容易でない。一対の加熱加圧ローラの両方に加熱源を持たせ、離型性に優れた弾性体を被覆するのであるが、弾性体の厚みは弾性体と芯金の境界の熱劣化を防止するため、厚み１ｍｍ以下となっている。しかしながら、上記構成はニップ幅が大きくとれないため、定着不良等の問題が生じる。
【０００３】
従って、上記の問題を解決するにはオーブンやフラッシュ定着のような被加熱体と接触させない非接触定着方式の手段が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ウェブと加熱源が接触しない非接触定着の場合、ローラ定着のような熱以外に圧力による機械的なトナーのウェブへの固着がなく、ウェブへの固着はトナーを溶融させる熱のみであるため、定着強度はウェブの温度に大きく影響される。また、非接触のため、熱効率は一般的に２０〜３０％程度である。従って、熱源の温度は印刷速度や用紙坪量にもよるが、概略２５０℃以上の高温にする必要がある。
【０００５】
前述したような高温条件下で使用される加熱板の構成としては、大きくは熱源となるヒータとアルミやＳＵＳ、セラミックス等の材料からなるベースからなり、加熱面からの輻射熱と空気を介した熱伝達によりウェブとトナーを加熱して定着される。加熱板がアルミでヒータにシーズヒータを用いた場合、シーズヒータのパイプ材はＳＵＳのため、熱膨脹率の差から同じように熱膨張しないため、シーズヒータとアルミの界面部にストレスがかかり、加熱板自体が熱変形する。通常、加熱板の長手方向に反り返るため、ウェブとの隙間が中央部と端部で変わり、ウェブの受熱量に温度勾配が生じる。従って、端部の定着不良を招く結果となる。上記を回避するために、中央部の隙間を狭く設定すると、用紙等は定着内部を通過する時、高温のため、水分量の不均一さからくる収縮率の差や紙本来の不均一性（地合や繊維配合）が熱を与えられることにより、顕在化して紙面全体が波打ち状態となり、平坦性を失う現象が発生するため、加熱板との接触による画像乱れが生じる。
【０００６】
上記の加熱板の変形を抑えるには、ベースのアルミとシーズヒータの位置を対称に配置することに可能となるが、加熱板の重量大や熱容量大となり、レスポンスや消費電力ＵＰの問題を招くことになる。一方、ベース材料にＳＵＳやセラミックスを用いれば、熱変形の問題はなくなるものの、それ以上に重要な熱レスポンスや消費電力の面で問題となる。
【０００７】
また、今回の非接触定着の場合、ウェブへの受熱は輻射によるところが大きいが、加熱板端部（長手方向）は上記輻射熱が外部に逃げてしまうため、ウェブの受熱量は長手方向で温度差が生じ、この点においても、端部の定着不良を招く結果となる。上記を回避するために、加熱板の長手方向を長くして、ヒータの発熱領域をウェブに対してオーバーラップさせたり、ヒータに粗密を設け加熱板端部の落ち込みを低減させる方法があるが、いずれも、加熱板の重量大や熱容量大、コストＵＰ等の問題が生じる。
【０００８】
従って、本発明の第一の目的は加熱板の重量を軽く、かつ熱容量を小さくすることにより消費電力を抑え、効率の良い加熱板を提供することにある。
【０００９】
また、第二の目的はウェブ端部の温度低下を低減させ、均一な温度分布を得ることによりウェブの全域で安定した定着性を確保する両面同時定着装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、連続したウェブを搬送するウェブ搬送手段と、トナー担持体を有し、該トナー担持体表面に形成されたトナー像を前記ウェブの片面もしくは両面に転写する画像記録手段と、前記ウェブに転写された前記トナー像を定着する定着装置とを有し、該定着装置は前記ウェブの両面に非接触で対向配置した加熱源を有する加熱板を備えたプリンタ等の印刷装置において、前記加熱板の加熱面の形状が常温時にはウェブ幅方向に沿って凹状であり、印刷時には熱変形によりウェブ幅方向に沿ってフラットになるように形成するとともに、前記加熱板の両側端部に近接した位置に熱遮蔽部材を設けることにより達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明のウェブ温度測定手段を備えたオーブン定着方式を用いた電子写真方式の両面印刷装置の概略構成を示す。先ず、図１を用いて、本発明を適用した両面印刷装置の全体構成について説明する。
【００１２】
ロール状に巻かれた紙もしくはシート状のプラスチックフィルム等の連続したウェブ３は、給紙装置１から搬送ローラ２に送られる。搬送ローラ２から送り出されたウェブ３は、ウェブ３に張力を作用させる張力制御部４、ウェブ３の幅方向の送行位置を規制する規制手段５、従動ローラ６を介した後、トナー画像形成部８ａ、８ｂに送られる。画像形成部前段に設けられた従動ローラ６には実際のウェブの搬送速度を検出するエンコーダ等の検出手段７が設けられており、排出ローラ３３の速度コントロールを行い、定着部通過後のウェブ収縮の影響を考慮して一定速度でウェブ３を搬送する。トナー画像９を形成するトナー画像形成部８ａ、８ｂはウェブ３の両面に画像を形成するよう配置している。トナー画像９を形成するトナー画像形成部８ａ、８ｂは金属製のドラム表面に感光体層を塗布したトナー担持体１０を回動可能に設け、トナー担持体１０の外周にトナー担持体１０の表面を一様に帯電させる帯電器１１、トナー担持体１０上に静電潜像を形成する光学部１２、静電潜像をトナーにより顕像化して、トナー像を形成するための現像機１３、トナー像を被記録体３に転写する転写器１４、トナー担持体１０上の転写後の残留トナーを除去する清掃機１５が設けられている。ウェブ３はトナー画像記録８ａ、８ｂを通過し、両面にトナー画像９が形成され、トナー画像９が形成されたウェブ３はウェブ３に対向配置されたヒータ１７や温度検出センサ１８を内装する加熱板１６の間を適正な隙間で非接触で通過し、両面に永久画像が形成される。なお、図１では対向配置された加熱板１６が２対記載されているが、ウェブ搬送速度やウェブ坪量により、複数個配列されることは容易に考えられる。
【００１３】
本発明では、対向配置された加熱板１６の側面に熱遮蔽板１９を定着入り口から出口にかけて配備する。また、加熱板１６の加熱面の長手方向の形状を凹状にした加熱板１６を配備する。永久画像が形成されたウェブ３従動ローラ６を介し、排出ローラ２０によって、図示しない後処理装置に送られ、印刷工程が完了する。
【００１４】
なお、図１はウェブの搬送方式にローラ方式を用いているが、搬送方式にトラクタ方式を用いた電子写真方式の印刷装置においても同様の効果が得られる。また、画像形成部のトナー担持体がベルト状であっても、複数個あった場合においても同様の効果が得られる。
【００１５】
図２、図３、図４を用いて、本発明の定着装置の構成を詳細に説明する。
【００１６】
図２は定着装置の側面図を示す。ウェブ３に対向配置された加熱板１６は表面温度を２５０℃以上に制御され、加熱板１６からウェブ３への熱移動は、熱板表面をウェブ３の吸収波長に合わせた放射率とすることによる輻射熱と加熱板１６をウェブ３に近接させることによる空気層を介した熱伝達により行われる。従って前述した加熱板表面は黒体色とすることが望ましい。加熱板１６の構成はアルミ等の熱伝導率の高い部材にシーズヒータ等のヒータ１７を内装し、加熱板の温度を検出するサーミスタ等の温度検出センサ１８を内装し、更には図示しない加熱板の背面からの放熱を遮断する断熱材や断熱カバ、加熱板への給電線や信号線が具備されている。ヒータ１７の発熱部はウェブの幅方向で２分割の構成とし、加熱板の温度を検出する温度検出センサ１８も図に示すように２ヶ所に配備する。上記の構成とすることにより、加熱板１６の温度は図の左右で独立にコントロールが可能となり、ウェブのサイズが変わっても、幅方向で均一な温度分布を達成することが可能となる。
【００１７】
上記のように構成された加熱板１６の側面に加熱板１６に近接して熱遮蔽板１９を加熱板１６の両側に設ける。また、図３に示すように加熱板１６の加熱面をウェブ３に対して凹状の形状とする。上記形状は対向配置された反対側の加熱板も同様の形状とする。
【００１８】
ここで、図３、図４を用いて、本発明の効果について説明する。図３、図４は定着装置を上からみた図である。図３は常温状態の加熱板の形状である。常温時においては加熱板の形状は凹状になっており、ウェブ３との隙間は中央部で広く、端部で狭くなっている。ここで、隙間の設定値は端部の位置で合わせておく。ヒータをＯＮして、印刷時の状態が図４の状態である。２５０℃以上の高温のため、加熱板１６は、中央部が突き出し、長手方向で反り返る熱変形が生じる。このとき、常温状態で凹状になっていた加熱面はフラットに近い形状となり、ウェブ３との隙間が長手方向で同じに確保することが可能となる。
【００１９】
また、加熱板１６の側面に熱遮蔽板１９を設けることにより、図４に示すように加熱面から放射される輻射熱が熱遮蔽板１９に反射して加熱板に戻るため、ウェブ３の端部の受熱量は減らずに、端部の温度低下の落ち込みを低減することが可能となる。ここで、熱遮蔽板の表面はより鏡面状態に近いことが望ましい。
【００２０】
図５は熱遮蔽板がない場合の上記輻射熱の逃げの状態を示す上から見た図である。端部のある１点からでた輻射熱は放射状に広がるが加熱板の外側に向かう熱はそのまま、外部に逃げるため、ウェブの受熱量は中央と比較し減少する。よって、幅方向で中央と端部で温度差Δｔが生じる。前述した温度差Δｔを低減するため、図６に示すようにウェブ３に対して発熱部を長くして温度落ち込みの小さい範囲を使用する方法があるが、これでは装置の大型化や加熱板の重量や熱容量ＵＰの弊害を招く。
【００２１】
一方、加熱板の形状に対しては、重量や熱容量を抑えるために図７に示すように斜線部分を減肉しているが、ヒータ位置がアルミベースに対して非対称の位置になるために、図８のように中央部と端部の隙間δ１＞δ２と反り返る熱変形が生じてしまう。熱変形を回避するためには図９に示すように減肉せず、対称に（Ａ＝Ｂ）ヒータ位置を配備すればよいが、これでは熱容量が大きくレスポンスの鈍化や消費電力の増大により、効率の悪い定着装置となってしまう。
【００２２】
なお、上記においては、両面モノクロの構成に基づき説明したが、ウェブの両面にカラー画像を形成する印刷装置に適用する場合には、更に画像形成部を追加させればよい。また、印写部は電子写真プロセスに限らず、インクジェット記録方式を用いた印写部であってもよいし、インクを乾燥させるための乾燥手段として用いられてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱板を軽量にでき、かつ熱容量を小さくできることにより消費電力の低減がはかれ、かつ効率の良い定着装置を提供することができる。また、ウェブ端部の温度低下を低減させて均一な温度分布を得ることができるので、ウェブの全域で安定した定着性を確保する両面同時定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の印刷装置のオーブン定着装置を適用した両面印刷装置全体の概略構成図。
【図２】本発明に係る印刷装置のオーブン定着装置の構成を示す側面図。
【図３】本発明に係る印刷装置のオーブン定着装置の常温状態を示す上面図。
【図４】本発明に係る印刷装置のオーブン定着装置の印刷状態を示す上面図。
【図５】熱の授受の状態を示す模式図。
【図６】従来の温度分布均一化方法の一例を示すオーブン定着装置の側面図とグラフ。
【図７】従来の加熱板形状を示す断面図。
【図８】加熱時の熱変形状態を示す模式図
【図９】従来の熱変形を防止する一例を示す模式図。
【符号の説明】
３はウェブ、１６は加熱板、１７はヒータ、１８は加熱板温度検出センサ、１９は熱遮蔽板である。

Claims

連続したウェブを搬送するウェブ搬送手段と、トナー担持体を有し、該トナー担持体表面に形成されたトナー像を前記ウェブの片面もしくは両面に転写する画像記録手段と、前記ウェブに転写された前記トナー像を定着する定着装置とを有し、該定着装置は前記ウェブの両面に非接触で対向配置した加熱源を有する加熱板を備えたプリンタ等の印刷装置において、
前記加熱板の加熱面の形状が常温時にはウェブ幅方向に沿って凹状であり、印刷時には熱変形によりウェブ幅方向に沿ってフラットになるように形成するとともに、前記加熱板の両側端部に近接した位置に熱遮蔽部材を設けたことを特徴とする印刷装置のオーブン定着装置。
前記熱遮蔽部材の表面は、鏡面を有する金属部材としたことを特徴とする請求項１記載の印刷装置のオーブン定着装置。