JP3835298B2

JP3835298B2 - Carbon-based heating element, fixing device, and method for manufacturing carbon-based heating element

Info

Publication number: JP3835298B2
Application number: JP2002014803A
Authority: JP
Inventors: 龍一郎前山
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: JP2003215965A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置等に用いられる定着装置、およびこれらに用いられるカーボンランプ等に係り、より詳しくは、発光分布が調整されたカーボンランプ等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、例えば感光体ベルトなどの潜像担持体に画像情報に応じた電位分布によって静電潜像を形成し、その静電潜像をトナーで現像して未定着トナー像を転写材に形成し、この転写材に形成されたトナー像を定着装置にて加熱溶融して、転写材に定着させている。このような定着装置では、例えば加熱ヒータを内蔵する定着ロールを備え、例えば内蔵するＣＰＵによってこの加熱ヒータへの通電制御が行われ、定着ロールの温度を所定温度に維持するように構成されている。
【０００３】
一方、定着ロールには、加熱ヒータとしてハロゲンヒータ(ハロゲンランプ)が広く用いられている。このハロゲンランプは、例えばタングステンの抵抗体からなり、例えば、電源オフの状態から通電を開始する朝一番の状態では、このタングステンが冷えた状態にあって抵抗値が非常に低い。そのために、例えば１００Ｖを印加すると、インラッシュ電流(突入電流)として８０〜９０Ａ程度が一気に流れてしまう。その結果、電圧降下が発生し、蛍光灯のちらつき、所謂フリッカが生じる。
【０００４】
このフリッカ対策として、例えば、ハロゲンランプをそのまま用い、このハロゲンランプに対してパワーサーミスタを直列に接続する方式が提案されている。しかしながら、パワーサーミスタ自身が低温であるときはフリッカ対策として有効に機能するものの、温まってくると抵抗値が下がってしまい、パワーサーミスタ自身の温度上昇時、例えば通常のコピーシーケンス時(連続通紙中)における定着ロールの温度制御に利用することができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者等により鋭意検討が加えられた結果、このハロゲンランプに対して電気的に直列または並列に、またこのハロゲンランプの近傍に炭素系発熱体であるカーボンランプを設けることで、上記突入電流の抑制が図れる点を見出すに至った。即ち、このカーボンランプは、電源投入時の突入電流がなく、このカーボンランプを電気的に直列または並列に接続することで、パワーサーミスタを接続した場合と同様に電源投入時の突入電流が軽減される。また、パワーサーミスタでは連続通紙中における温度制御に利用することができなかったが、カーボンランプを用いた場合には、このカーボンランプがヒータとしてハロゲンランプを加温することから、この加温によってハロゲンランプの抵抗値が確保され、突入電流を防ぐことが可能となる。また、このカーボンランプの優れた特徴により、このカーボンランプ単体にて、定着装置等に用いられる加熱ヒータとして利用することも検討されている。
【０００６】
ここで、カーボンランプ自身については、従来、各種改良の提案がなされている。例えば、特開２０００−２２３２４５号公報には、電気良導体としての炭素と導電性阻害物質としての金属(または半金属化合物)の割合を定め、経年変化特性および熱安定性に優れた炭素系発熱体を提供する技術が示されている。また、特開２０００−３２３６３３号公報には、アモルファス炭素中に黒鉛粉末を含ませることで、熱伝導性と熱放射性を高めた炭素放熱体が開示されている。更に、特開２００１−１５２５０号公報には、塩素化塩化ビニル樹脂等の樹脂に黒鉛粉末と窒化硼素を混合することで、実質的にゼロに近い温度係数を有する炭素系発熱体を提供する技術が示されている。また更に、特開２００１−７２４６９号公報には、扁平率が所定量の矩形または楕円の断面を有する柱体または筒体とし、表面に長手方向の溝または皺を設けることで表面積を増加させ、加熱効果を向上させる炭素系発熱体について開示されている。
【０００７】
一方、例えば定着装置で用いられる発熱素子では、意図的に配光分布を持たせた発熱体が必要となる。即ち、定着装置では、搬送されるシートである用紙に対してトナー像を定着するに際して温度差が生じた場合、例えば温度が低い箇所が存在すると、その部分にて定着不良が発生してしまう。例えばシート搬送方向と直交する方向に亘って設けられる定着ロールや加圧ロール等を加熱する場合、この定着ロールや加圧ロールの両端部には機構部品が存在することから、この機構部品に対する放熱が激しく、中央部に比べて温度が低下する。従って、かかる構造を有する定着ロールや加圧ロール等の両端部に対して、中央部よりも高温となるように、発熱素子に対して意図的に配光分布を持たせることが望まれる。
【０００８】
しかしながら、例えばハロゲンランプでは、タングステン線によって形成されるフィラメントのセグメント長を変化させること等によって意図的に配光分布を変化させることが可能であるが、炭素系発熱体であるカーボンランプでは、ハロゲンランプと同様に配光分布を変化させることは難しい。このカーボンランプには発熱体として焼結体である炭素材が用いられており、大きな板形状体やブロック形状体から切削加工により作成される。カーボンランプに用いられる炭素材に対して、例えば焼結前に形状変更を施すことは可能であるが、焼結時の材料収縮が大きいことから、炭素材の寸法精度を確保することが難しい。また、焼結後に平面研削等により加工を施すことは難しく、この研削に多くの時間を要してしまう。
また、上記各種公報に記載された炭素系発熱体の製造技術によっても、ハロゲンランプの長手方向に、意図的に配光分布を調整することはできない。
【０００９】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、炭素系発熱体であるカーボンランプに対して発光分布を持たせることを特徴とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明は、例えば画像形成装置に用いられる定着装置の加熱部材に対し、発熱素子として配置されるカーボンランプに対して、抵抗値調整により発光分布を持たせることを特徴としている。即ち、本発明が適用される定着装置は、未定着像を有するシート材に接触または近接してシート材を加熱する加熱部材と、この加熱部材を加熱する炭素系発熱体とを備え、この炭素系発熱体は、領域によって抵抗値が異なる炭素材を発熱体とすることを特徴としている。
【００１１】
ここで、この炭素系発熱体は、平板状の炭素材における所定領域に孔を空けることで抵抗値分布を形成することを特徴とすれば、単なるセラミックとカーボンの焼結体であり平板状や棒状の加熱体として均一発光体であるカーボンランプに対して、容易に発光分布調整を施すことができる点で好ましい。また同様に、この炭素系発熱体は、長手方向に組成または断面積の異なる領域を有する炭素材を発熱体とすることを特徴とすることができる。特にこの炭素系発熱体として、長手方向の両端部にて中央部よりも高い熱量が得られるように抵抗値が調整されていることを特徴とすれば、例えば定着装置の両端部にて温度を高く設定したいと欲する画像形成装置において、有効な通紙部昇温対策となる。
【００１２】
一方、本発明は、ピーク波長が遠赤外線領域にて発光する発熱体と、この発熱体を覆う石英管とを備え、この発熱体に炭素系材料を用いたカーボンランプであって、この炭素系材料は、領域によって抵抗値が異なり、発光分布が調整されていることを特徴とすることができる。例えば、この長手方向の所定箇所に孔を形成する構造や、この長手方向に組成または断面積の異なる領域を設けること等が有効である。
【００１３】
また、本発明が適用されるカーボンランプは、炭素系材料を用いた発熱体と、この発熱体の所定領域に設けられ、この発熱体からの発光領域を規定し、またはこの発熱体からの熱容量を変えて配光を変化させる配光規定部材とを備えることを特徴とすることができる。この配光規定部材としては、例えば、耐熱性セラミックや光透過性セラミック等が挙げられる。
【００１４】
他の観点から把えると、本発明が適用される炭素系発熱体の製造方法は、炭素材料を含む組成物をペレット化して成形用組成物を生成する工程と、生成された成形用組成物を成形して加熱し、炭素前駆体線材を得る工程と、この炭素前駆体線材を焼成して発熱体を得る工程と、焼成後の発熱体に対してレーザ光を用いて孔を空ける工程とを含むことを特徴としている。
【００１５】
更に、本発明が適用される炭素系発熱体の製造方法は、炭素材料を含む組成物をペレット化して成形用組成物を生成する工程と、生成された成形用組成物を成形して加熱すると共に、領域によって断面積または組成が異なる炭素前駆体線材を形成する工程と、この炭素前駆体線材を焼成して発熱体を得る工程とを含むことを特徴としている。尚、領域によって断面積を異ならせる方法としては、焼成前にプレスに孔を打ち抜く方法や、エンボスをプレス型を転写する形で表面に作成する方法を含む。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図である。図１に示す画像形成装置は、電子写真方式により画像形成を行う本体側と共に後処理装置１３が示されている。この本体側では、光が照射することにより導電性が変化する潜像担持体である感光体ベルト１、感光体ベルト１を帯電する帯電ロール２、感光体ベルト１に原稿Ｐsによる反射光を照射させる露光系部材３、感光体ベルト１に帯電トナーを供給する現像装置４、転写位置において感光体ベルト１に転写電圧を印加する転写ロール５、画像形成がなされた用紙(シート材)Ｐoに対し、即ち、用紙Ｐoに転写された未定着トナー像を加熱加圧して定着させる定着装置６、転写後の感光体ベルト１をクリーニングするクリーニング装置７、清掃後の感光体ベルト１を除電するための除電ランプ８を備えている。この露光系部材３は、原稿Ｐsが載置されるプラテンガラス３ａ、この原稿Ｐsに光を照射させながら移動する露光ランプ３ｂ、原稿Ｐsからの反射光を感光体ベルト１上における所定の位置に結像させる光学素子３ｃを備えている。
【００１７】
また、この画像形成装置は、原稿トレイ９ａに載置された複数の原稿Ｐsをプラテンガラス３ａ上に供給する自動原稿送り装置９、転写材(シート材)である用紙Ｐoを積載して収容する用紙トレイ１０を備え、この用紙トレイ１０は、異なった種類やサイズの用紙Ｐoを積載できるように複数段、配置されている。また、用紙トレイ１０とは別のサイズや種類の用紙Ｐoを積載する場合等に用いられる手差しトレイ１１、用紙トレイ１０や手差しトレイ１１から供給された用紙Ｐoを搬送する用紙搬送路１２を備えている。この用紙搬送路１２は、定着装置６から排出された用紙Ｐoを反転させて搬送させ、両面印刷を可能とする反転搬送経路を提供している。また、本体側にて印刷された用紙Ｐoに対して後処理を施す後処理装置１３では、後処理を施さずに定着後の用紙Ｐoを出力するためのトップトレイ１３ａ、帳合やソートを実行するに際して２０ビンのソータを形成するビントレイ１３ｂ、用紙Ｐoをホチキス止めするステープラ１３ｃを備えている。また、所定の大きさからなるタッチパネルとしての液晶ディスプレイを備え、例えばこの液晶ディスプレイに触れることで画像形成装置の設定等を行うユーザインタフェース装置１４を備えている。
【００１８】
図２は、本実施の形態が適用される定着装置６の構成を説明するための図である。この定着装置６では、その主要部として、まず、加熱されて用いられる定着ロール２０、この定着ロール２０に対向して用紙Ｐoを加圧するエンドレスベルト２１、エンドレスベルト２１を介して定着ロール２０に押圧される状態で配置される圧力パッド２２を備えている。また、本実施の形態では、定着ロール２０の加熱部材(発熱体)として、タングステンからなるハロゲンランプ２５、平角状(板状)や角状等の炭素(カーボン)素材により遠赤外領域の光を発光する炭素系発熱体であるカーボンランプ２６、ハロゲンランプ２５をカーボンランプ２６によって積極的に温めるための反射部材２７を備えている。図２では、このハロゲンランプ２５とカーボンランプ２６とは機械的に並列に配置され、電気的には直列または並列に接続されている。更に、エンドレスベルト２１がスムーズに摺動回転するように用いられるベルト走行ガイド２３、定着ロール２０の表面の温度を計測する温度センサ２４、定着後の用紙Ｐoを定着ロール２０から剥離するための剥離部材２８を備えている。
【００１９】
ハロゲンランプ２５は、ガラス管内に窒素やアルゴンなどの不活性ガスと共に微量のハロゲン化物(ヨウ素、臭素、塩素、フッ素)を封入した白熱電球であり、ピーク波長が例えば１.７μｍ程度と、近赤外線領域にて高い放射強度特性を有する。このハロゲンランプ２５と機械的に並列して設けられるカーボンランプ２６では、ピーク波長が遠赤外領域(特に２.５〜８μｍ)にあり、遠赤外線の放射量がハロゲンランプ２５に比べて例えば約３０％以上アップしている。また、このカーボンランプ２６は、スイッチオンの数秒後に最高温度に達する速熱性を備えている。尚、赤外線とは、可視光線の長波長端の０.７６〜０.８３μｍを下限とし、上限を１ｍｍくらいまでの電磁波であり、例えば波長２.５μｍ以下を近赤外線、２.５μｍ以上を遠赤外線と分類することができる。人体を含む有機物は、この遠赤外線波長領域にて熱を吸収し易い特性を備えている。
【００２０】
定着ロール２０は、円筒状の芯金である金属製のコア２０ａ、このコア２０ａの周囲に設けられる耐熱性断熱体層２０ｂ、およびこの耐熱性断熱体層２０ｂの周囲に設けられる離型層(耐熱性樹脂層)２０ｃを備えている。コア２０ａ、耐熱性断熱体層２０ｂおよび離型層２０ｃは、定着回転体として、図示しないモータによって矢印Ｂ方向に回転される。コア２０ａはこの定着回転体の基材として機能し、例えば肉厚が約３ｍｍのアルミニウムで構成されている。アルミニウムの他には、鉄やステンレス等、熱伝導率の高い金属性の円筒体を使用することができ、鉄製の場合には、例えば外径２０〜３５ｍｍ程度、肉厚０.３〜０.５ｍｍ程度のものを使用することができる。もちろん、使用する材質により強度や熱伝導率が異なることから、最適な寸法は適宜、決定することができる。尚、このコア２０ａの内面には、カーボンランプ２６を用いた際の所定の発熱分布を確保すべく、ポリイミド等の有機物を塗付(コーティング)することができる。また、この定着ロール２０の表面温度は、温度センサ２４によって計測され、図示しない温度コントローラによって定着ロール２０の表面温度が一定となるように、ハロゲンランプ２５およびカーボンランプ２６がフィードバック制御される。
【００２１】
コア２０ａの表面に形成される耐熱性断熱体層２０ｂとしては、耐熱性の高い弾性体、例えば、ゴム強度２５〜４０°(ＪＩＳ−Ａ)程度のゴム、エラストマー等の弾性体、具体的にはシリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いることができる。また、耐熱性断熱体層２０ｂの上に形成される離型層２０ｃとしては、離型性や磨耗性を考慮して、フッ素樹脂やシリコーン樹脂が用いられる。用紙Ｐoへのシワの発生を抑制し、その一方で光沢ムラ等の画質欠陥の発生を抑制する観点から、離型層２０ｃとしては、５〜３０μｍ、より好ましくは１０〜２０μｍの厚さで形成することができる。
【００２２】
エンドレスベルト２１は、定着ロール２０に対して所定の角度、巻き付けられるように接触してニップ部を形成している。このエンドレスベルト２１は、例えばベース層とその表面(定着ロール２０と接する面または両面)に被覆された離型層とから構成される。ベース層は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等から選定され、例えば５０〜１２５μｍ程度の厚さである。また離型層は、フッ素樹脂、例えばＰＦＡ(テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル共重合樹脂)等が５〜２０μｍの厚さでコーティングされる。
【００２３】
このエンドレスベルト２１の内側に配置される圧力パッド２２は、幅の広いニップ部を確保するための弾性部材２２ａ、この弾性部材２２ａにおけるエンドレスベルト２１と接触する面に設けられる低摩擦層２２ｂ、定着ロール２０に歪みを与えるためにニップ部の出口側に配置される剥離ニップ部材２２ｄを備え、例えば金属製のホルダ２２ｃによって保持されている。この弾性部材２２ａは、定着ロール２０の外周面にほぼ倣う凹型に構成され、定着ロール２０に一定の歪みを生じさせている。エンドレスベルト２１は、定着ロール２０の回転により従動回転する。
【００２４】
図１に示す転写ロール５を経て搬送された用紙Ｐoには未定着トナー像Ｔが転写されており、この用紙Ｐoは、図２に示す矢印Ａ方向にニップ部に向けて搬送される。ニップ部に挿入され搬送された用紙Ｐoは、ニップ部に作用する圧力と、ハロゲンランプ２５およびカーボンランプ２６により定着ロール２０を通じて与えられる熱とによって、定着される。そのとき、圧力パッド２２とエンドレスベルト２１によって安定した定着性能が確保され、また、剥離ニップ部材２２ｄにより定着ロール２０の歪みが局所的に大きくなることによって、小さい歪み量で高い離型性能を得ることができ、薄膜の離型層２０ｃを設けた場合にもシワの発生を抑制することができる。
【００２５】
次に、定着ロール２０の加熱について説明する。
前述したように、定着ロール２０の内部には、ハロゲンランプ２５、およびカーボンランプ２６等の放射強度特性として対応波長領域の異なる複数種類のランプヒータが配置されている。従来から画像形成装置の加熱素材として広く用いられているハロゲンランプ２５を単体として用いた場合には、タングステン線における電源入力時の突入電流に対する特別な対策が必要であった。本実施の形態では、カーボンランプ２６をハロゲンランプ２５と共に定着ロール２０の内部に配置し、このカーボンランプ２６とハロゲンランプ２５とを電気的に直列または並列に接続するように構成することで、突入電流に対する特別な対策を不要としている。ここで突入電流とは、例えばハロゲンランプ２５に電源を投入したときに、定格電流値の数倍〜数十倍の値で流れる電流であり、例えばハロゲンランプ２５の発熱体であるタングステン線が常温にて抵抗値が小さいこと等に起因して発生する。
【００２６】
図３(ａ),(ｂ)は、本実施の形態にて用いられるカーボンランプ２６の構成を示した図であり、図３(ａ)はカーボンランプ２６の斜視図、図３(ｂ)は定着ロール２０の内部にカーボンランプ２６を取り付けた状態を示す断面図である。カーボンランプ２６は、透明石英管３１の中に、両端をタングステンコイル３２により支持された平角状(平板状)の炭素材からなる発熱体３３が設けられている。黒体である炭素(炭)は、遠赤外線の放射率が高いことが知られており、このカーボンランプ２６では、発熱体３３に炭素系材料を使用し、遠赤外線放射量を多くしている。また、このカーボンランプ２６では、前述のようにピーク波長が遠赤外領域(特に２.５〜８μｍ)にあり、有機物の吸収波長域で遠赤外線の放射強度量が高い特性を備えている。更に、電源投入後、数秒後に最高温度に達する速熱性がある。
【００２７】
本実施の形態では、このカーボンランプ２６をハロゲンランプ２５に対向して配置し、直列または並列に接続することで、電源投入直後は、パワーサーミスタと同様な機能により、カーボンランプ２６の抵抗によってハロゲンランプ２５に発生する突入電流を抑制することができる。その結果として、電源投入時に蛍光灯がちらつくフリッカを抑制することができる。また、カーボンランプ２６が温まった状態では、ハロゲンランプ２５の発熱体であるタングステンが温まっていることから、抵抗値が下がらない。即ち、通常の動作時(連続通紙中、コピーシーケンス)において、カーボンランプ２６が温度上昇しても、対向する他の加熱源を加温することから、他の加熱源の突入電流を防ぎ、フリッカ防止機能を高めることができる。尚、本実施の形態では、図２に示す反射部材２７を設けている。この反射部材２７は、カーボンランプ２６の指向性を高めるために用いられ、ハロゲンランプ２５を積極的に温めることで、ハロゲンランプ２５内のタングステンフィラメントにおける加温を促進し、抵抗値を上げることで、突入電流の防止を更に強化している。
【００２８】
ここで、図３(ｂ)に示すように、カーボンランプ２６は、定着ロール２０に取り付けられた際、平角状(平板状)の発熱体３３を用いた場合には、この発熱体３３が縦置きにされ、即ち、発熱体３３の断面長手を鉛直方向と略同方向となるように配置されている。発熱体３３の断面長手が鉛直方向と直交する方向、即ち横置きに配置すると、炭素の板状部材である発熱体３３がその自重によりたわみ(へたり)、発熱体３３における管長手方向の中央部が、透明石英管３１の内壁に接触する場合がある。図３(ｂ)に示すような位置に発熱体３３を配置することで、発熱体３３のたわみ(へたり)による透明石英管３１の内壁との接触を防止することができる。更には、この発熱体３３が平角状である場合には、指向性を備えており、広い平面を有する平角状の部材である発熱体３３の平面をハロゲンランプ２５側に向けることで、他方の発熱素子であるハロゲンランプ２５を積極的に加熱することが可能となる。その結果、例えば連続通紙中においてもフリッカ防止機能を高めることができる。図２に示すように、ハロゲンランプ２５の横にカーボンランプ２６を並行して配置した場合には、図３(ｂ)に示すように平角状の部材を立てることで、かかる指向性を確保することが可能となる。
【００２９】
また、図２では、ハロゲンランプ２５に対してカーボンランプ２６を１本備えて定着ロール２０に配置するように構成したが、カーボンランプ２６を更に増やし、複数本(例えば２〜３本)のカーボンランプ２６によってハロゲンランプ２５を囲むように配置することも可能である。また、その配置としては、各ランプを並べて配置する場合の他、例えばピラミッド型等に積み重ねて配置することもできる。即ち、対応発光波長の異なる複数のランプを自由に組み合わせて、加熱部材として用いることができる。また、ハロゲンランプ２５を設けずに、カーボンランプ２６だけで加熱を施すように構成することもできる。但し、一般の炭素系発熱体は、負の温度係数を持ち、高温になると常温での抵抗よりも抵抗値が下がる性質があることから、この負の温度係数に対して所定の対応が取られたカーボンランプ２６を採用することが好ましい。
【００３０】
このように、定着ロール２０にカーボンランプ２６を内蔵することで、突入電流を軽減することができる。しかしながら、従来の炭素系発熱体を用いただけでは、例えば定着ロール２０が取り付けられるその両端部において、放熱による温度低下等に対応することが困難である。また、搬送される用紙Ｐoが通過する位置によっては、例えば特定の場所が極端に放熱してしまう場合もある。そこで、本実施の形態では、例えば定着ロール２０を局所的に加熱するための配光分布に相当する熱量分布をカーボンランプ２６に対して設けることを可能としている。
【００３１】
図４(ａ),(ｂ)は、本実施の形態により長手方向の配光分布が調整された状態を説明するための図である。図４(ａ)では、カーボンランプ２６に用いられている炭素材からなる発熱体３３の構成を示しており、図４(ｂ)は、この発熱体３３による発光分布(配光分布)を示している。本実施の形態が適用されるカーボンランプ２６の発熱体３３は、熱容量を大きくしたい箇所に対応させて所定の大きさおよび数からなる孔３５を設けている。この孔３５は、発熱体３３の焼結前であれば、予め錐などで物理的に大きめのものを形成し、そのまま焼結させて作成することができる。また、発熱体３３の焼結後に作成するのあれば、焼結後の発熱体３３に例えばレーザ光をあてて加工することができる。ここで、図４(ａ)に示すような孔３５を設ける際に、抵抗値をモニタしながら加工すれば、所望の抵抗値を得ることができる。これは焼結後の発熱体３３に対してレーザ光を用いて孔３５を形成する場合に有効である。
【００３２】
発熱体３３に孔３５を設けると、孔３５を設けた部分の抵抗値が孔３５を有していない箇所に比べて大きくなり、この抵抗値が大きくなった箇所については、発光レベルを高くすることができる。図４(ａ)では、発熱体３３の両端部に複数の孔３５が設けられていることから、例えば図４(ｂ)に示すような、両端部にて発光レベルを高くした発光分布を得ることができ、両端部にて中央部よりも高い熱容量を得ることができる。
【００３３】
図５(ａ),(ｂ)は、長手方向の配光分布に調整を施したカーボンランプ２６の他の例を説明するための図である。ここでは、平角状(平板状)の発熱体３３の代わりに、棒状の発熱体４０が用いられている。例えば棒状の発熱体４０として、断面が円形状である場合、図５(ａ)に示すように、端部領域４１と中央部４２とで径を異ならせることで、長手方向にて断面積を異ならせ、発光分布を調整して同一物質で発熱量を変化させることができる。図５(ａ)に示す例では、端部領域４１の径ｄ１と中央部４２の径ｄ２とを
ｄ１＜ｄ２
とすることで、端部領域４１の抵抗値を高くし、両端部の発熱量をアップさせている。
【００３４】
一方、図５(ｂ)に示す例では、棒状の発熱体５０に対して、両端に楕円断面部５１、中央部に例えば楕円断面部５１の長辺を径とする円形断面部５２を設けている例を示している。この発熱体５０では、炭素材である発熱体５０の長手方向に対して断面形状を変化させ、断面積を異ならせることで領域毎に抵抗値を変化させている。図５(ｂ)に示す例では、円形断面部５２に比べて、発熱体５０の両端部である楕円断面部５１の断面積が小さい。その結果、両端部にて抵抗値を高くし、高い発熱量を得ることが可能となる。尚、断面形状としては、円形、楕円に限らず、角状等、任意に選定することができる。
【００３５】
ここで、図４(ａ)や図５(ａ),(ｂ)では、外形形状を異ならせて抵抗分布を設けた炭素材(発熱体３３,４０,５０)を提供していたが、長手方向の所定の領域、局所的に炭素系発熱体の組成または焼成条件を変化させることによっても抵抗分布を形成することができる。また、例えば、長手方向の所定部分に対して焼結前に耐熱性セラミックをまぶす等により、予めマスキングを施すことで発光領域を規定したり、光透過性セラミック等を素子表面に設けることで熱容量が変化し、配光を変化させることができる。この光透過性セラミックは、光は透過するが、熱容量が増えたことにより立ち上がり速度は緩やかになることから、例えば、カーボンランプ２６の両端部をいち早く加熱したい場合等に、中央部の素子表面に光透過性セラミックを設けることができる。
【００３６】
尚、図５(ａ),(ｂ)に示すような、長手方向の所定領域に断面積の異なる炭素材によって発熱体４０,５０を得る方法や、その他、長手方向の領域によって材質を変更させて抵抗値が変化する炭素系発熱体を得る方法としては、予め抵抗値が変化する炭素材を張り合わせ、同時に焼結するものが挙げられる。これによれば、焼結後、前述したような配光分布を持った発熱体を製造することができる。
【００３７】
基本的な炭素系発熱体の製造方法としては、例えば特開２００１−７２４６９号公報等に示されているが、これを引用すると、まず、例えば、塩素化塩化ビニル樹脂３３重量％、天然黒鉛微粉末１重量％、窒化硼素６６重量％に、可塑剤としてジアリルフタレートモノマー２０重量％を添加してヘンシェルミキサを用いて分散し、表面温度を１２０℃に保ったミキシング用ロールを用いて充分に混錬を繰り返して組成物を得、例えばペレタイザによってペレット化して成型用組成物を得る。次に、このペレットをスクリュー型押出機で成形し、これを２００℃に加熱されたエアオーブン中で１０時間処理してブレーカーサー(炭素前駆体)線材とする。その後、これを例えば１×１０^-2Ｐａ以下の真空中にて１６００℃で焼成することで、板状や棒状の炭素系発熱体を得ることができる。
【００３８】
本実施の形態が適用される炭素系発熱体を形成する製造方法では、上述した製造ステップの中で、例えば抵抗値の異なるブレーカーサーを別途作成しておき、よじってコイル状にする方法や繊維のような加工を施した後、即ち、加熱前の組成加工が可能な段階にて貼り付け処理を行い、その後、オーブンで処理する。これにより、板状や棒状の領域によって、例えば板状や棒状からなる炭素系発熱体の両端部と中央部とで、組成物の組成を異ならせ、または断面積を異ならせている。また、焼成条件を異ならせる方法としては、例えば、焼成エリアにシャッターを設け、真空度を変化させて焼成することで、抵抗値を変化させる方法がある。焼成エリアに温度勾配を付けることも可能であることから、温度分布を焼成時に作ることもできる。
【００３９】
ここで、図４(ａ)に示すような孔３５を発熱体３３に設ける際、焼結前に孔を空ける場合には、焼結前にプレスで孔を打ち抜いたり、プレス加工型を転写する形でエンボスを表面に作成することができる。また、図４(ａ)に示すような孔３５をレーザ光にて空ける場合には、ＹＡＧレーザでφ３０μｍの孔３５を８０孔/秒で空けることができる。例えば、発熱体３３の両端部を５０ｍｍ程度、加工し、例えば幅１０ｍｍ程度の平板の場合に、中央の約５ｍｍに孔３５を空けるものとして、
５０×５＝２５０ｍｍ²
の範囲に、約３０００個程度まで両端に孔３５を空けることができる。
【００４０】
また、耐熱性セラミックをまぶす等により予めマスキングしておくことで発光領域を規定する方法では、まず、焼結前に、遠赤外線を輻射したくない側に遠赤外線を反射するセラミックをまぶしておき、そのまま焼成する。一般に電気は抵抗の低いところしか流れないことから、断面積が変化しなければ抵抗値は変化せず、型内で圧縮する場合には、この耐熱性セラミックをまぶすことによって、断面積がわずかでも減る分、抵抗値は高くなる。
【００４１】
このように、本実施の形態によれば、１本の炭素材(発熱体)に対して抵抗分布を形成し、発光分布が形成(調整)された炭素材発熱体を提供することができる。この抵抗分布の形成方法としては、炭素材の焼結前後に孔空け加工を施して抵抗値を調整する方法の他、部分的に断面積を異ならせて抵抗値を異ならせる方法、部分的に炭素系発熱体の組成や焼成条件を変化させることで抵抗値変化を生じさせ、配光分布を作成する方法等がある。
【００４２】
尚、本実施の形態では、炭素系発熱体を含む複数の発熱素子を定着ロール２０側に設けるように構成したが、エンドレスベルト２１等の加圧側に設けることも可能である。また、定着装置６としては、本実施の形態に示した構造に限られず、エンドレスベルト２１の代わりに、加圧ロールを用いても良く、かかる加圧ロールに対して本実施の形態に示すような発熱素子を内蔵するように構成することもできる。また、定着装置６としては、未定着のシート材(用紙Ｐo)を加熱するものとして、このシート材に接触するものの他、シート材には接触せずに近接してこのシート材を温めるものにも適用できる。更に、電源投入時等のフリッカを抑制したい定着装置６以外の箇所に対して、本実施の形態に示した技術を適用することも可能である。
【００４３】
また本実施の形態では、図２に示すように、ハロゲンランプ２５とカーボンランプ２６との２本のランプを並列に設けたが、１本のガラス管の中に、タングステン線と発熱体３３、４０、５０とを設けて１本のランプを構成することも可能である。更に、抵抗値を調整する方法として、画像形成装置の前後(手前側と奥側)の両サイドに対して高い熱量分布が得られる例を挙げて説明したが、例えば、画像形成装置の前後(手前側と奥側)の何れかを画像形成の基準とするサイドレジを採用している場合等では、手前側または奥側の何れかに対して、一方よりも高い熱量分布が得られるように構成することができる。勿論、その他の理由により所定の熱量分布が得られるように構成することが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、炭素系発熱体であるカーボンランプに対して発光分布を持たせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図である。
【図２】本実施の形態が適用される定着装置の構成を説明するための図である。
【図３】 (ａ),(ｂ)は、本実施の形態にて用いられるカーボンランプの構成を示した図である。
【図４】 (ａ),(ｂ)は、本実施の形態により長手方向の配光分布が調整された状態を説明するための図である。
【図５】 (ａ),(ｂ)は、長手方向の配光分布に調整を施したカーボンランプの他の例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…感光体ベルト、２…帯電ロール、３…露光系部材、４…現像装置、５…転写ロール、６…定着装置、７…クリーニング装置、８…除電ランプ、１０…用紙トレイ、１１…手差しトレイ、１２…用紙搬送路、１３…後処理装置、２０…定着ロール、２１…エンドレスベルト、２２…圧力パッド、２３…ベルト走行ガイド、２４…温度センサ、２５…ハロゲンランプ、２６…カーボンランプ、２７…反射部材、２８…剥離部材、３１…透明石英管、３２…タングステンコイル、３３…発熱体、３５…孔、４０…発熱体、４１…端部領域、４２…中央部、５０…発熱体、５１…楕円断面部、５２…円形断面部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing device used in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a laser beam printer, and a facsimile machine, and a carbon lamp used in the fixing device, and more particularly, a carbon lamp having an adjusted light emission distribution. Etc.
[0002]
[Prior art]
In an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a laser beam printer, or a facsimile, an electrostatic latent image is formed on a latent image carrier such as a photosensitive belt by a potential distribution according to image information, and the electrostatic latent image is formed. An unfixed toner image is formed on a transfer material by developing with toner, and the toner image formed on the transfer material is heated and melted by a fixing device and fixed on the transfer material. In such a fixing device, for example, a fixing roll having a built-in heater is provided, and for example, energization control for the heater is performed by a built-in CPU, and the temperature of the fixing roll is maintained at a predetermined temperature. .
[0003]
On the other hand, a halogen heater (halogen lamp) is widely used as a heater for the fixing roll. This halogen lamp is made of, for example, a tungsten resistor. For example, in the first morning state in which energization is started from a power-off state, this tungsten is in a cold state and has a very low resistance value. Therefore, for example, when 100 V is applied, about 80 to 90 A flows at a stroke as an inrush current (inrush current). As a result, a voltage drop occurs, and a fluorescent lamp flickers, so-called flicker.
[0004]
As a countermeasure against the flicker, for example, a method is proposed in which a halogen lamp is used as it is and a power thermistor is connected in series to the halogen lamp. However, although the power thermistor itself functions effectively as a countermeasure against flicker when the temperature is low, the resistance value decreases as the temperature rises, and when the temperature of the power thermistor itself rises, for example during a normal copy sequence (during continuous paper feeding) ) Cannot be used for temperature control of the fixing roll.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, as a result of intensive studies by the present inventors, as a result of providing a carbon lamp which is a carbon-based heating element electrically in series or in parallel with the halogen lamp and in the vicinity of the halogen lamp, It came to find the point which can control inrush current. In other words, this carbon lamp has no inrush current when the power is turned on, and by connecting this carbon lamp electrically in series or in parallel, the inrush current when the power is turned on is reduced as in the case of connecting a power thermistor. The In addition, the power thermistor cannot be used for temperature control during continuous paper feeding. However, when a carbon lamp is used, this carbon lamp heats a halogen lamp as a heater. The resistance value of the halogen lamp is ensured, and inrush current can be prevented. In addition, due to the excellent characteristics of the carbon lamp, it is also considered to use the carbon lamp alone as a heater used in a fixing device or the like.
[0006]
Here, various improvements have been proposed for the carbon lamp itself. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-223245 defines a ratio of carbon as a good electrical conductor and metal (or metalloid compound) as a conductive inhibitor, and is a carbon-based heating element excellent in aging characteristics and thermal stability. The technology that provides is shown. Japanese Patent Laid-Open No. 2000-323633 discloses a carbon heat dissipating body in which thermal conductivity and heat radiation are improved by including graphite powder in amorphous carbon. Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-15250 discloses a technique for providing a carbon-based heating element having a temperature coefficient substantially close to zero by mixing graphite powder and boron nitride into a resin such as a chlorinated vinyl chloride resin. It is shown. Furthermore, in JP-A-2001-72469, the flatness is a column or cylinder having a predetermined amount of rectangular or elliptical cross section, and the surface area is increased by providing longitudinal grooves or ridges on the surface, A carbon-based heating element that improves the heating effect is disclosed.
[0007]
On the other hand, for example, in a heating element used in a fixing device, a heating element having an intentional light distribution is required. That is, in the fixing device, when a temperature difference occurs when fixing a toner image on a sheet that is a sheet to be conveyed, for example, if a portion having a low temperature exists, a fixing defect occurs in that portion. For example, when heating a fixing roll or a pressure roll provided in a direction orthogonal to the sheet conveyance direction, there are mechanical parts at both ends of the fixing roll or pressure roll. The temperature is lower than the central part. Therefore, it is desirable to intentionally provide a light distribution to the heat generating elements so that both ends of the fixing roll and pressure roll having such a structure have a higher temperature than the center.
[0008]
However, for example, in a halogen lamp, it is possible to intentionally change the light distribution by changing the segment length of a filament formed by a tungsten wire. However, in a carbon lamp that is a carbon-based heating element, As with the lamp, it is difficult to change the light distribution. In this carbon lamp, a carbon material that is a sintered body is used as a heating element, and is produced from a large plate-shaped body or block-shaped body by cutting. Although it is possible to change the shape of the carbon material used for the carbon lamp before sintering, for example, it is difficult to ensure the dimensional accuracy of the carbon material because the material shrinkage during sintering is large. Further, it is difficult to perform processing by surface grinding or the like after sintering, and this grinding requires a lot of time.
In addition, the light distribution cannot be intentionally adjusted in the longitudinal direction of the halogen lamp by the carbon-based heating element manufacturing techniques described in the various publications.
[0009]
The present invention has been made to solve the technical problems as described above, and the object of the present invention is to provide a light emission distribution to a carbon lamp which is a carbon-based heating element. To do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
For this purpose, the present invention is characterized in that, for example, a heating member of a fixing device used in an image forming apparatus has a light emission distribution by adjusting a resistance value of a carbon lamp disposed as a heating element. Yes. That is, a fixing device to which the present invention is applied includes a heating member that heats a sheet material in contact with or close to a sheet material having an unfixed image, and a carbon-based heating element that heats the heating member. The system heating element is characterized in that a carbon material having a different resistance value depending on the region is used as the heating element.
[0011]
Here, if the carbon-based heating element is characterized in that a resistance value distribution is formed by making a hole in a predetermined region in a flat carbon material, it is simply a sintered body of ceramic and carbon. A carbon lamp that is a uniform light emitter as a rod-shaped heating body is preferable in that the light emission distribution can be easily adjusted. Similarly, the carbon-based heating element can be characterized in that a carbon material having regions having different compositions or cross-sectional areas in the longitudinal direction is used as the heating element. In particular, the carbon-based heating element is characterized in that the resistance value is adjusted so that a heat quantity higher than that of the central portion can be obtained at both ends in the longitudinal direction. This is an effective measure for increasing the temperature of the sheet passing portion in an image forming apparatus that wants to set a high value.
[0012]
On the other hand, the present invention is a carbon lamp comprising a heating element that emits light in the far-infrared region having a peak wavelength and a quartz tube that covers the heating element, and using the carbon-based material for the heating element. The material may be characterized in that the resistance value varies depending on the region and the light emission distribution is adjusted. For example, it is effective to form a hole at a predetermined position in the longitudinal direction, or to provide a region having a different composition or cross-sectional area in the longitudinal direction.
[0013]
In addition, a carbon lamp to which the present invention is applied is provided with a heating element using a carbon-based material and a predetermined region of the heating element, defines a light emitting area from the heating element, or a heat capacity from the heating element. And a light distribution regulating member that changes the light distribution by changing the light distribution. Examples of the light distribution regulating member include a heat resistant ceramic and a light transmissive ceramic.
[0014]
From another viewpoint, a method for producing a carbon-based heating element to which the present invention is applied includes a step of pelletizing a composition containing a carbon material to produce a molding composition, and a molding composition thus produced. Forming and heating to obtain a carbon precursor wire, firing the carbon precursor wire to obtain a heating element, and forming a hole in the fired heating element using a laser beam. It is characterized by including.
[0015]
Furthermore, a method for producing a carbon-based heating element to which the present invention is applied includes a step of pelletizing a composition containing a carbon material to produce a molding composition, and molding and heating the produced molding composition. And a step of forming a carbon precursor wire having a different cross-sectional area or composition depending on a region, and a step of firing the carbon precursor wire to obtain a heating element. Note that methods for varying the cross-sectional area depending on the region include a method of punching holes in a press before firing, and a method of creating embossed surfaces on a surface by transferring a press die.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of an image forming apparatus to which the exemplary embodiment is applied. The image forming apparatus shown in FIG. 1 shows a post-processing apparatus 13 together with a main body side that forms an image by electrophotography. On the main body side, a photosensitive belt 1 that is a latent image carrier whose conductivity changes when irradiated with light, a charging roll 2 that charges the photosensitive belt 1, and the photosensitive belt 1 is irradiated with reflected light from the original Ps. An exposure system member 3, a developing device 4 that supplies charged toner to the photosensitive belt 1, a transfer roll 5 that applies a transfer voltage to the photosensitive belt 1 at a transfer position, and a sheet (sheet material) Po on which an image is formed. That is, a fixing device 6 that heats and presses and fixes an unfixed toner image transferred onto the paper Po, a cleaning device 7 that cleans the photosensitive belt 1 after transfer, and a static elimination device for the photosensitive belt 1 after cleaning. A static elimination lamp 8 is provided. The exposure system member 3 includes a platen glass 3a on which the document Ps is placed, an exposure lamp 3b that moves while irradiating the document Ps with light, and reflected light from the document Ps at a predetermined position on the photosensitive belt 1. An optical element 3c for imaging is provided.
[0017]
The image forming apparatus also stacks and accommodates an automatic document feeder 9 for supplying a plurality of documents Ps placed on a document tray 9a onto a platen glass 3a, and a sheet Po as a transfer material (sheet material). A paper tray 10 is provided, and the paper tray 10 is arranged in a plurality of stages so that different types and sizes of papers Po can be stacked. Further, a manual feed tray 11 used when stacking paper Po of a size or type different from the paper tray 10, and a paper transport path 12 for transporting the paper Po supplied from the paper tray 10 or the manual feed tray 11 are provided. Yes. The paper transport path 12 provides a reverse transport path that allows the paper Po discharged from the fixing device 6 to be transported by being reversed. Further, the post-processing device 13 that performs post-processing on the paper Po printed on the main body side executes a top tray 13a for outputting the fixed paper Po without performing post-processing, and checks and sorts. In this case, a bin tray 13b for forming a 20-bin sorter and a stapler 13c for stapling the paper Po are provided. In addition, a liquid crystal display as a touch panel having a predetermined size is provided, and for example, a user interface device 14 that performs settings of the image forming apparatus by touching the liquid crystal display is provided.
[0018]
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the fixing device 6 to which the exemplary embodiment is applied. In the fixing device 6, first, as a main part, a fixing roll 20 that is heated and used, an endless belt 21 that presses the paper Po facing the fixing roll 20, and the fixing roll 20 is pressed via the endless belt 21. The pressure pad 22 is provided in a state where it is placed. In the present embodiment, as a heating member (heating element) of the fixing roll 20, light in the far-infrared region is formed by a halogen lamp 25 made of tungsten and a carbon material such as a flat (plate) or square. The carbon lamp 26 and the halogen lamp 25, which are carbon-based heating elements that emit light, are provided with a reflecting member 27 for positively warming the carbon lamp 26. In FIG. 2, the halogen lamp 25 and the carbon lamp 26 are mechanically arranged in parallel, and are electrically connected in series or in parallel. Further, a belt traveling guide 23 used so that the endless belt 21 smoothly slides and rotates, a temperature sensor 24 for measuring the surface temperature of the fixing roll 20, and a peeling for peeling the fixed paper Po from the fixing roll 20. A member 28 is provided.
[0019]
The halogen lamp 25 is an incandescent lamp in which a trace amount of halide (iodine, bromine, chlorine, fluorine) is enclosed in an inert gas such as nitrogen or argon in a glass tube, and has a peak wavelength of about 1.7 μm, for example, near infrared rays. High radiant intensity characteristics in the region. In the carbon lamp 26 provided mechanically in parallel with the halogen lamp 25, the peak wavelength is in the far infrared region (especially 2.5 to 8 μm), and the amount of radiation of the far infrared is, for example, about More than 30%. Further, the carbon lamp 26 has a rapid heat property that reaches a maximum temperature after a few seconds after the switch is turned on. Infrared rays are electromagnetic waves having a lower limit of 0.76 to 0.83 μm at the long wavelength end of visible light and an upper limit of about 1 mm. For example, a wavelength of 2.5 μm or less is near infrared, and a wavelength of 2.5 μm or more is far. Can be classified as infrared. The organic matter including the human body has a characteristic of easily absorbing heat in this far infrared wavelength region.
[0020]
The fixing roll 20 includes a metal core 20a, which is a cylindrical metal core, a heat-resistant heat insulating layer 20b provided around the core 20a, and a release layer provided around the heat-resistant heat insulating layer 20b ( Heat-resistant resin layer) 20c. The core 20a, the heat-resistant heat insulator layer 20b, and the release layer 20c are rotated in the direction of arrow B by a motor (not shown) as a fixing rotating body. The core 20a functions as a base material for the fixing rotating body, and is made of, for example, aluminum having a thickness of about 3 mm. In addition to aluminum, a metallic cylindrical body having high thermal conductivity such as iron or stainless steel can be used. In the case of iron, for example, an outer diameter of about 20 to 35 mm and a wall thickness of 0.3 to 0.3. About 5 mm can be used. Of course, since the strength and thermal conductivity differ depending on the material used, the optimum dimension can be determined as appropriate. The inner surface of the core 20a can be coated with an organic substance such as polyimide in order to ensure a predetermined heat generation distribution when the carbon lamp 26 is used. The surface temperature of the fixing roll 20 is measured by the temperature sensor 24, and the halogen lamp 25 and the carbon lamp 26 are feedback-controlled by a temperature controller (not shown) so that the surface temperature of the fixing roll 20 is constant.
[0021]
As the heat-resistant heat insulating layer 20b formed on the surface of the core 20a, an elastic body having high heat resistance, for example, an elastic body such as rubber or elastomer having a rubber strength of about 25 to 40 ° (JIS-A), specifically, Silicone rubber, fluorine rubber or the like can be used. In addition, as the release layer 20c formed on the heat-resistant heat insulating layer 20b, a fluororesin or a silicone resin is used in consideration of release properties and wear properties. The release layer 20c is formed with a thickness of 5 to 30 μm, more preferably 10 to 20 μm, from the viewpoint of suppressing the generation of wrinkles on the paper Po while suppressing the occurrence of image quality defects such as uneven gloss. can do.
[0022]
The endless belt 21 is in contact with the fixing roll 20 so as to be wound at a predetermined angle to form a nip portion. The endless belt 21 is composed of, for example, a base layer and a release layer coated on the surface thereof (the surface in contact with the fixing roll 20 or both surfaces). The base layer is selected from polyimide, polyamide, polyamideimide, etc., and has a thickness of about 50 to 125 μm, for example. The release layer is coated with a fluororesin such as PFA (tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin) with a thickness of 5 to 20 μm.
[0023]
The pressure pad 22 disposed inside the endless belt 21 includes an elastic member 22a for securing a wide nip portion, a low friction layer 22b provided on a surface of the elastic member 22a that contacts the endless belt 21, and fixing. A peeling nip member 22d is provided on the outlet side of the nip portion in order to give distortion to the roll 20, and is held by, for example, a metal holder 22c. The elastic member 22 a is configured in a concave shape that substantially follows the outer peripheral surface of the fixing roll 20, and causes a certain amount of distortion in the fixing roll 20. The endless belt 21 rotates following the rotation of the fixing roll 20.
[0024]
An unfixed toner image T is transferred to the paper Po conveyed through the transfer roll 5 shown in FIG. 1, and this paper Po is conveyed toward the nip portion in the direction of arrow A shown in FIG. The sheet Po inserted and conveyed in the nip portion is fixed by the pressure acting on the nip portion and the heat applied through the fixing roll 20 by the halogen lamp 25 and the carbon lamp 26. At that time, stable fixing performance is ensured by the pressure pad 22 and the endless belt 21, and distortion of the fixing roll 20 is locally increased by the peeling nip member 22 d, thereby obtaining high release performance with a small amount of distortion. The generation of wrinkles can also be suppressed when the thin release layer 20c is provided.
[0025]
Next, heating of the fixing roll 20 will be described.
As described above, a plurality of types of lamp heaters having different corresponding wavelength regions as the radiation intensity characteristics such as the halogen lamp 25 and the carbon lamp 26 are arranged inside the fixing roll 20. Conventionally, when the halogen lamp 25 widely used as a heating material of an image forming apparatus is used as a single unit, a special measure against an inrush current at the time of power input in a tungsten wire is necessary. In the present embodiment, the carbon lamp 26 is disposed inside the fixing roll 20 together with the halogen lamp 25, and the carbon lamp 26 and the halogen lamp 25 are configured to be electrically connected in series or in parallel, so that No special measures against current are required. Here, the inrush current is a current that flows at a value several times to several tens of times the rated current value when the halogen lamp 25 is turned on. For example, a tungsten wire that is a heating element of the halogen lamp 25 has a normal temperature. This occurs due to a small resistance value.
[0026]
3 (a) and 3 (b) are diagrams showing the configuration of the carbon lamp 26 used in the present embodiment. FIG. 3 (a) is a perspective view of the carbon lamp 26, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a carbon lamp 26 is attached to the inside of the fixing roll 20. The carbon lamp 26 is provided with a heating element 33 made of a flat (planar) carbon material supported at both ends by a tungsten coil 32 in a transparent quartz tube 31. Carbon (charcoal), which is a black body, is known to have a high far-infrared emissivity, and the carbon lamp 26 uses a carbon-based material for the heating element 33 to increase the far-infrared radiation amount. . Further, as described above, the carbon lamp 26 has a characteristic that the peak wavelength is in the far infrared region (particularly 2.5 to 8 μm), and the radiation intensity of the far infrared ray is high in the absorption wavelength region of the organic matter. Furthermore, there is a rapid thermal property that reaches the maximum temperature after a few seconds after the power is turned on.
[0027]
In the present embodiment, the carbon lamp 26 is arranged opposite to the halogen lamp 25 and connected in series or in parallel, so that immediately after the power is turned on, the carbon lamp 26 has a function similar to that of the power thermistor, and the halogen is generated by the resistance of the carbon lamp 26. Inrush current generated in the lamp 25 can be suppressed. As a result, it is possible to suppress flickering that the fluorescent lamp flickers when the power is turned on. Further, in the state where the carbon lamp 26 is warmed, the resistance value does not decrease because tungsten which is a heating element of the halogen lamp 25 is warmed. That is, during normal operation (during continuous paper passing, copy sequence), even if the temperature of the carbon lamp 26 rises, other opposing heating sources are heated, preventing inrush current from other heating sources, Flicker prevention function can be enhanced. In the present embodiment, the reflecting member 27 shown in FIG. 2 is provided. The reflecting member 27 is used to increase the directivity of the carbon lamp 26. By actively warming the halogen lamp 25, the heating of the tungsten filament in the halogen lamp 25 is promoted and the resistance value is increased. In addition, the prevention of inrush current is further strengthened.
[0028]
Here, as shown in FIG. 3B, when the carbon lamp 26 is attached to the fixing roll 20, when a flat (flat) heating element 33 is used, the heating element 33 is vertically In other words, the heating element 33 is arranged so that the longitudinal section of the heating element 33 is substantially in the same direction as the vertical direction. When the longitudinal section of the heat generating body 33 is arranged in a direction perpendicular to the vertical direction, that is, placed horizontally, the heat generating body 33 that is a carbon plate member bends due to its own weight, and the center of the heat generating body 33 in the longitudinal direction of the tube. In some cases, the portion contacts the inner wall of the transparent quartz tube 31. By disposing the heating element 33 at a position as shown in FIG. 3B, it is possible to prevent the heating element 33 from contacting the inner wall of the transparent quartz tube 31 due to deflection (sagging). Further, when the heating element 33 has a rectangular shape, the heating element 33 has directivity and the flat surface of the heating element 33 which is a flat member having a wide plane is directed toward the halogen lamp 25 so that the other It becomes possible to positively heat the halogen lamp 25 which is a heat generating element. As a result, for example, the flicker prevention function can be enhanced even during continuous paper feeding. As shown in FIG. 2, when the carbon lamp 26 is arranged in parallel to the halogen lamp 25, the directivity is ensured by raising a flat member as shown in FIG. It becomes possible.
[0029]
In FIG. 2, one carbon lamp 26 is provided with respect to the halogen lamp 25 and is arranged on the fixing roll 20. However, the number of carbon lamps 26 is further increased, and a plurality of (for example, two to three) carbon lamps are provided. It is also possible to arrange the lamp 26 so as to surround the halogen lamp 25. In addition to the arrangement of the lamps arranged side by side, for example, the lamps may be stacked in a pyramid shape. That is, a plurality of lamps having different corresponding emission wavelengths can be freely combined and used as a heating member. Further, it is possible to perform the heating only by the carbon lamp 26 without providing the halogen lamp 25. However, since a general carbon-based heating element has a negative temperature coefficient and has a property that the resistance value is lower than the resistance at room temperature at a high temperature, a predetermined response is taken for this negative temperature coefficient. The carbon lamp 26 is preferably employed.
[0030]
Thus, by incorporating the carbon lamp 26 in the fixing roll 20, the inrush current can be reduced. However, if only a conventional carbon-based heating element is used, it is difficult to cope with a temperature decrease due to heat dissipation at both ends where the fixing roll 20 is attached, for example. Further, depending on the position through which the conveyed paper Po passes, for example, a specific place may dissipate heat extremely. Therefore, in the present embodiment, for example, a heat amount distribution corresponding to a light distribution for locally heating the fixing roll 20 can be provided to the carbon lamp 26.
[0031]
4A and 4B are diagrams for explaining a state in which the light distribution in the longitudinal direction is adjusted according to the present embodiment. 4A shows the configuration of the heating element 33 made of the carbon material used in the carbon lamp 26, and FIG. 4B shows the light emission distribution (light distribution distribution) by the heating element 33. As shown in FIG. ing. The heating element 33 of the carbon lamp 26 to which the present embodiment is applied is provided with holes 35 having a predetermined size and number corresponding to locations where the heat capacity is desired to be increased. The holes 35 can be formed by forming a physically large shape with a cone or the like in advance and sintering it as it is before the heating element 33 is sintered. Further, if it is prepared after the heating element 33 is sintered, the heating element 33 after sintering can be processed by applying a laser beam, for example. Here, when the hole 35 as shown in FIG. 4 (a) is provided, a desired resistance value can be obtained by processing while monitoring the resistance value. This is effective when the hole 35 is formed in the sintered heating element 33 using a laser beam.
[0032]
When the hole 35 is provided in the heat generating body 33, the resistance value of the portion where the hole 35 is provided is larger than the portion where the hole 35 is not provided, and the light emission level is increased at the portion where the resistance value is increased. be able to. In FIG. 4A, since a plurality of holes 35 are provided at both ends of the heating element 33, a light emission distribution with a high light emission level at both ends as shown in FIG. 4B, for example, is obtained. It is possible to obtain a higher heat capacity at both ends than at the center.
[0033]
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining another example of the carbon lamp 26 in which the light distribution in the longitudinal direction is adjusted. Here, instead of the flat (flat) heating element 33, a rod-like heating element 40 is used. For example, when the cross section of the rod-like heating element 40 is circular, as shown in FIG. 5 (a), the end area 41 and the central part 42 have different diameters, thereby increasing the cross-sectional area in the longitudinal direction. It is possible to vary the calorific value with the same substance by adjusting the emission distribution. In the example shown in FIG. 5A, the diameter d1 of the end region 41 and the diameter d2 of the central portion 42 are d1 <d2.
As a result, the resistance value of the end region 41 is increased, and the amount of heat generated at both ends is increased.
[0034]
On the other hand, in the example shown in FIG. 5B, for the rod-shaped heating element 50, an elliptical cross-section 51 is provided at both ends, and a circular cross-section 52 having the long side of the elliptical cross-section 51 as a diameter is provided at the center. An example is shown. In the heating element 50, the cross-sectional shape is changed with respect to the longitudinal direction of the heating element 50, which is a carbon material, and the resistance value is changed for each region by changing the cross-sectional area. In the example shown in FIG. 5B, the cross-sectional area of the elliptical cross-section 51 that is both ends of the heating element 50 is smaller than that of the circular cross-section 52. As a result, it is possible to increase the resistance value at both ends and obtain a high calorific value. The cross-sectional shape is not limited to a circle and an ellipse, and can be arbitrarily selected such as a square shape.
[0035]
Here, in FIGS. 4A, 5A, and 5B, carbon materials (heating elements 33, 40, and 50) provided with resistance distributions with different outer shapes are provided. The resistance distribution can also be formed by changing the composition of the carbon-based heating element or the firing conditions locally in a predetermined region in the direction. In addition, for example, a predetermined area in the longitudinal direction is preliminarily masked by, for example, applying a heat-resistant ceramic before sintering, thereby defining a light-emitting region, or by providing a light-transmitting ceramic on the element surface. Changes, and the light distribution can be changed. This light-transmitting ceramic transmits light, but the rising speed becomes slow due to the increase in heat capacity. For example, when it is desired to quickly heat both ends of the carbon lamp 26, the light-transmitting ceramic is applied to the element surface in the center. A light transmissive ceramic can be provided.
[0036]
As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), a method of obtaining the heating elements 40 and 50 with a carbon material having a different cross-sectional area in a predetermined region in the longitudinal direction, and other materials may be changed depending on the region in the longitudinal direction. As a method of obtaining a carbon-based heating element whose resistance value changes, a method in which a carbon material whose resistance value changes is bonded in advance and sintered at the same time can be mentioned. According to this, the heating element having the light distribution as described above can be manufactured after sintering.
[0037]
A basic method for producing a carbon-based heating element is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-72469. To quote this, first, for example, 33% by weight of chlorinated vinyl chloride resin, Add 1% by weight of powder and 66% by weight of boron nitride, add 20% by weight of diallyl phthalate monomer as a plasticizer, disperse it using a Henschel mixer, and mix thoroughly using a mixing roll that keeps the surface temperature at 120 ° C. Refining is repeated to obtain a composition, which is pelletized by, for example, a pelletizer to obtain a molding composition. Next, this pellet is shape | molded with a screw type extruder, and this is processed for 10 hours in the air oven heated at 200 degreeC, and it is set as a breaker (carbon precursor) wire. Thereafter, this is fired at 1600 ° C. in a vacuum of, for example, 1 × 10 ⁻² Pa or less, whereby a plate-like or rod-like carbon-based heating element can be obtained.
[0038]
In the manufacturing method for forming the carbon-based heating element to which the present embodiment is applied, in the manufacturing steps described above, for example, a breaker having a different resistance value is separately prepared and twisted to form a coil or a fiber After the processing as described above, that is, at the stage where composition processing before heating is possible, the pasting process is performed, and then the processing is performed in an oven. Thereby, the composition of the composition or the cross-sectional area is made different between the both ends and the center of the carbon-based heating element having a plate shape or a rod shape, for example, depending on the plate shape or the rod shape. In addition, as a method of changing the firing conditions, for example, there is a method of changing the resistance value by providing a shutter in the firing area and firing by changing the degree of vacuum. Since it is possible to give a temperature gradient to the firing area, a temperature distribution can be created during firing.
[0039]
Here, when the hole 35 as shown in FIG. 4A is provided in the heating element 33, when the hole is made before sintering, the hole is punched out by pressing before sintering, or the press working die is transferred. Embossing can be created on the surface in the form. Further, when the holes 35 as shown in FIG. 4A are made with a laser beam, the φ35 μm holes 35 can be made with a YAG laser at 80 holes / second. For example, if both ends of the heating element 33 are processed by about 50 mm and a flat plate having a width of about 10 mm, for example, a hole 35 is formed in the center of about 5 mm.
50 × 5 = 250mm ²
In this range, up to about 3000 holes 35 can be formed at both ends.
[0040]
In addition, in the method of prescribing the light emitting region by masking in advance with a heat-resistant ceramic, etc., first, before sintering, the ceramic that reflects far infrared rays is coated on the side where far infrared rays are not radiated. Bake as it is. In general, electricity flows only in a low resistance area.If the cross-sectional area does not change, the resistance value does not change.When compressing in a mold, the cross-sectional area can be slightly increased by applying this heat-resistant ceramic. The resistance value increases as it decreases.
[0041]
Thus, according to the present embodiment, it is possible to provide a carbon material heating element in which a resistance distribution is formed for one carbon material (heating element) and a light emission distribution is formed (adjusted). As a method of forming this resistance distribution, in addition to a method of adjusting the resistance value by performing hole machining before and after the sintering of the carbon material, a method of changing the resistance value by partially changing the cross-sectional area, and a part of There is a method of creating a light distribution by causing a change in resistance value by changing the composition and firing conditions of the carbon-based heating element.
[0042]
In the present embodiment, a plurality of heating elements including a carbon-based heating element are provided on the fixing roll 20 side. However, they can be provided on the pressure side of the endless belt 21 or the like. Further, the fixing device 6 is not limited to the structure shown in the present embodiment, and a pressure roll may be used instead of the endless belt 21, and the pressure roll is shown in the present embodiment. It is also possible to configure so as to incorporate various heating elements. Further, as the fixing device 6, as an apparatus for heating an unfixed sheet material (paper Po), in addition to the one that contacts the sheet material, the one that warms the sheet material close without contacting the sheet material. Is also applicable. Furthermore, the technique shown in this embodiment can be applied to a portion other than the fixing device 6 where it is desired to suppress flicker when the power is turned on.
[0043]
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 2, two lamps of a halogen lamp 25 and a carbon lamp 26 are provided in parallel. However, in one glass tube, a tungsten wire and a heating element 33, 40 and 50 may be provided to constitute one lamp. Furthermore, as a method for adjusting the resistance value, an example in which a high heat distribution is obtained for both the front and rear sides (front side and back side) of the image forming apparatus has been described. When using a side register that uses either the front side or the back side as a reference for image formation, it is configured to obtain a higher heat distribution than either the front side or the back side. can do. Of course, it can be configured to obtain a predetermined heat distribution for other reasons.
[0044]
【The invention's effect】
Thus, according to the present invention, it is possible to give a light emission distribution to the carbon lamp which is a carbon-based heating element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of an image forming apparatus to which the exemplary embodiment is applied.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a fixing device to which the exemplary embodiment is applied.
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a configuration of a carbon lamp used in the present embodiment.
FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining a state in which the light distribution in the longitudinal direction is adjusted according to the present embodiment.
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining another example of a carbon lamp in which the light distribution in the longitudinal direction is adjusted.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photoconductor belt, 2 ... Charging roll, 3 ... Exposure system member, 4 ... Developing device, 5 ... Transfer roll, 6 ... Fixing device, 7 ... Cleaning device, 8 ... Static elimination lamp, 10 ... Paper tray, 11 ... Manual feed Tray, 12 ... paper transport path, 13 ... post-processing device, 20 ... fixing roll, 21 ... endless belt, 22 ... pressure pad, 23 ... belt travel guide, 24 ... temperature sensor, 25 ... halogen lamp, 26 ... carbon lamp, DESCRIPTION OF SYMBOLS 27 ... Reflective member, 28 ... Peeling member, 31 ... Transparent quartz tube, 32 ... Tungsten coil, 33 ... Heat generating body, 35 ... Hole, 40 ... Heat generating body, 41 ... End part area, 42 ... Center part, 50 ... Heat generating body , 51 ... elliptical cross section, 52 ... circular cross section

Claims

発熱体に炭素系材料を用いた炭素系発熱体であって、
前記炭素系材料は、長手方向の所定箇所に孔を形成することにより領域によって抵抗値が異なり、発光分布が調整されていることを特徴とする炭素系発熱体。A carbon-based heating element using a carbon-based material as a heating element,
The carbonaceous material has different resistance values by region by forming a hole in the longitudinal direction of the predetermined portion, a carbon-based heating element characterized in that the emission distribution is adjusted.

未定着像を有するシート材に接触または近接して当該シート材を加熱する加熱部材と、
前記加熱部材を加熱する炭素系発熱体とを備え、
前記炭素系発熱体は、平板状の炭素材における所定領域に孔を空けることで、領域によって抵抗値が異なる炭素材を発熱体とすることを特徴とする定着装置。A heating member that heats the sheet material in contact with or in proximity to the sheet material having an unfixed image;
A carbon-based heating element for heating the heating member,
The fixing device according to claim 1, wherein the carbon-based heating element is made of a carbon material having a different resistance value depending on a region by forming a hole in a predetermined region of a flat carbon material .

炭素材料を含む組成物をペレット化して成形用組成物を生成する工程と、
生成された前記成形用組成物を成形して加熱し、炭素前駆体線材を得る工程と、
前記炭素前駆体線材を焼成して発熱体を得る工程と、
焼成後の前記発熱体に対してレーザ光を用いて孔を空ける工程とを含むことを特徴とする炭素系発熱体の製造方法。Pelletizing a composition containing a carbon material to produce a molding composition;
Forming and heating the produced molding composition to obtain a carbon precursor wire; and
Firing the carbon precursor wire to obtain a heating element;
A method for producing a carbon-based heating element, comprising: forming a hole using a laser beam in the heating element after firing.