JP2000089597A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着ローラの表面温度の立上りを速くし、薄
肉化に伴う機械的強度を充分確保することができるよう
にした定着装置を提供する。 【解決手段】 定着装置であって、定着ローラが中空の
円筒形状を有する金属からなる薄肉なローラ芯金と、該
ローラ芯金の内面に所定の発熱パターンにて積層されて
所定の電圧が印加されることによりローラ芯金の表面に
熱を供給する発熱抵抗体層と、該発熱抵抗体層とローラ
芯金の内面との間に積層されている絶縁層とを有し、ロ
ーラ芯金の内面と絶縁層の間にばね性を有する補強層を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば複写機、フ
ァクシミリ又はプリンタ等の画像形成装置に用いられる
定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の定着装置は、熱源となる
定着ヒータを有する定着ローラと、この定着ローラに対
向して配置されて該定着ローラに加圧当接される加圧ロ
ーラとを有し、これら両ローラのニップ部に画像形成装
置により未定着画像（トナー像）が転写された転写紙を
通紙させることにより、転写紙にこの未定着画像を定着
させるようになっている。

【０００３】ところで近年、省エネルギ化の規制が制定
されつつあり、待機時には、定着ローラ表面の設定温度
を下げるか、又は定着ローラへの熱源の供給をオフ（定
着オフ）にすることにより、モード消費電力を低減する
必要性が生じている。

【０００４】そのためには、定着ローラの表面温度の立
上り（昇温スピード）をより速くすることにより、待機
時のローラ表面の設定温度をより下げることが可能にな
る一方、定着オフにしたとしてもユーザを長時間も待た
せることなく次のコピー動作が速やかに行えるという大
きなメリットが得られる。

【０００５】このように定着ローラの表面温度の立上り
をより速くするためには、定着ローラの外周面又は内周
面に発熱抵抗体を設け、この発熱抵抗体の熱効率を上げ
るような加熱方式を採用することによって、従来から用
いられているハロゲンヒータによる加熱方式に比べて約
20％程度に熱効率を向上させることが知られている。

【０００６】また、定着ローラの表面温度の立上り時間
を短縮する手段としては、例えば中空の円筒形状を有す
る金属からなるローラ芯金を薄肉化して熱容量を低減す
ることが効果的であることも知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような従来の定着装置、特に定着ローラのローラ芯金の
肉厚を薄くして表面温度の立上り時間を短縮するものに
あっては、定着ローラの強度が低下し、加圧ローラから
の加圧力を受けた場合に、定着ローラに撓みやつぶれ等
の機械的変形が起り易いために、所定のニップ分布が得
られず、これによって定着性不良、転写紙の搬送性不
良、紙しわなどの不具合が発生するという問題がある。

【０００８】そこで本発明は、前記のような従来の定着
装置のもつ問題を解消し、定着ローラの表面温度の立上
りを速くし、薄肉化に伴う機械的強度を充分確保するこ
とができる定着装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記のような目的を達成
するために、本発明は、中空の円筒形状を有する金属か
らなるローラ芯金と、該ローラ芯金の内面に所定の発熱
パターンにて装着されて所定の電圧が印加されることに
よりローラ芯金の表面に熱を供給する発熱抵抗体層と、
発熱抵抗体層とローラ芯金の内面との間に装着されてい
る絶縁層とを有する定着装置において、請求項１に記載
の発明は、ローラ芯金の内面と絶縁層の間にばね性を有
する補強層を設けたことを特徴とするものである。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、補強層がローラ芯金の内面に対して所
定の角度にて螺旋状に装着されていることを特徴とする
ものである。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、発熱抵抗体層がローラ芯金の内面に対
して所定の角度にて螺旋状に装着され、この発熱抵抗体
層と補強層との螺旋巻き方向が交差するように逆方向に
巻き付けられていることを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明すると、図１は本発明に係る
定着装置の全体構成を概略的に示すもので、定着装置本
体１の両側板１ａ，１ｂには、断熱ブッシュ２及びベア
リング３等の回転支持部材を介して定着ローラ10の両端
が回転可能にそれぞれ保持され、この定着ローラ10は、
その一端側に設けた駆動ギア４に伝達される図示しない
駆動系からの駆動力により回転駆動されるようになって
いるとともに、発熱抵抗体層13によりローラ表面が所定
の設定温度に加熱制御される。

【００１３】そして、定着ローラ10の下部には、シリコ
ンゴム等の弾性部材からなる加圧ローラ20が対向させて
配置され、この加圧ローラ20は、加圧レバー５及び図示
しない加圧スプリングにより定着ローラ10の外周面に加
圧当接して、定着ローラ10との摩擦力により、定着ロー
ラ10の回転方向と逆方向に回転駆動され、これら両ロー
ラ10，20間のニップ部に通紙される図示しない転写紙上
に転写された未定着画像（トナー像）を定着するように
なっている。

【００１４】定着ローラ10は、図２に示すように、金属
からなる中空な円筒形状のローラ芯金11の内面に例えば
シート状の薄板金属等のばね性を有する材料で形成され
た補強層14、絶縁層12、所定の発熱パターンをもってい
て所定の電圧が印加されることによりローラ芯金11の表
面に熱を供給する発熱抵抗体層13が順次装着され、ま
た、ローラ芯金11の表面には、テフロン等の耐熱性を有
する離型層15が塗布されていて、これによって、トナー
像の定着時におけるオフセットの発生を防止している。

【００１５】定着ローラ10の両端開口部には、樹脂製の
保護キャップ６がそれぞれ被冠され、これら各々の保護
キャップ６の内面には、電極キャップ７が保持されてい
るとともに、これらの電極キャップ７には、板ばね８に
よって一定の荷重で押し当てられる給電ブラシ９が摺接
し、これらの給電ブラシ９を介して発熱抵抗体層13に電
圧が印加されるようになっている。

【００１６】さらに、剥離層15の表面には例えばサーミ
スタ等の温度センサ30が当接させて配置され、この温度
センサ30は、ローラの表面温度を検出し、その検出信号
は、入力回路31を介してＣＰＵ32に取り込まれるように
なっており、このＣＰＵ32は、検出されたローラの表面
温度に基づいてドライバ33を介して発熱抵抗体層13への
通電を制御し、待機時からコピー動作におけるローラ表
面を所定の設定温度に速やかに立上げ維持するようにな
っている。

【００１７】ところで、ローラ芯金11の内面に装着する
補強層14は、図３に第１例として示すように、例えば図
示しない治具等を用いて補強層14としての金属シートを
ローラ芯金11の内径よりも小さ目の外径となるように円
筒状に丸めて圧縮し、この圧縮状態の円筒状の金属シー
トをローラ芯金11の内部に挿入した後、治具を抜き取る
ことによって補強層14として装着されるもので、治具抜
取り後の補強層14は、ローラ芯金11内で元のシート形状
に復元しようとする復元力により、ローラ芯金11の内周
面に均一に圧接することが可能になる。

【００１８】この場合、補強層14の材質は、例えば板厚
が0.3mm以下、好ましくは、0.05〜0.15mmのＳＵＳが好
適である。また補強層14の板厚は、円筒状に圧縮した状
態でローラ芯金11の内部に挿入する際の反力によって、
加工性とローラ芯金11の内部への挿入後の圧接固定状態
の強度とは相反するため、双方の品質のバランスを考慮
して決められる。

【００１９】一方、補強層14の装着後の絶縁層12の内面
に発熱抵抗体層13を装着するには、例えば図示しないア
ルミニウム芯金の外周面に離型剤としてのテフロン樹脂
が成型されたマンドレルを用い、このマンドレルの外周
に所定の発熱パターンを持つ発熱抵抗体層13を巻き付け
た後、その外周にシート状の絶縁層12を重ねて巻き付
け、更にその上に補強層14を重ねる。そして、このよう
なマンドレルをローラ芯金11の内部に挿入し、それらの
両端部を位置合わせし後に高温炉に入れて加熱すること
により、マンドレルの熱膨脹を利用してローラ芯金11の
内面に補強層14及び絶縁層12を介して発熱抵抗体層13が
装着される。

【００２０】この場合、発熱抵抗体層13の材質は、例え
ばＳＵＳ箔又は鉄−クロム合金などの材料が好適であ
る。そしてこの発熱抵抗体層13の発熱パターンとして
は、電圧印加により所定の熱量が好適に得られる電力が
発生するような種々の形状と抵抗値が選択されるととも
に、ローラ芯金11のローラ軸に沿う長手方向の発熱分布
に対してもパターンの配置と密度によって対応可能にな
っている。また、絶縁層12の材質としては、例えば耐熱
性と絶縁性の特性を併せ持つポリイミドシート、又はマ
イカを耐熱樹脂バインダで固めてシート状にしたものが
好適であり、この絶縁層12と発熱抵抗体層13とは、耐熱
性を有する接着剤により接着される。

【００２１】ローラ芯金11の材質としては、例えばアル
ミニウム又は鉄等の金属が好適である。この実施形態で
は、ローラの表面温度の立上り時間の短縮と強度を維持
しながら極力熱容量を小さくするため、肉厚が約0.1〜
1.0mmの範囲で薄肉化されたローラ芯金11を用いている
が、特にアルミニウムを用いる場合、鉄に比べてヤング
率が小さいために、鉄と同等の強度を得るためには肉厚
を厚くしなければならない。しかしながら、ローラ芯金
11の肉厚を厚くすると、熱容量が大きくなってしまい、
ローラの表面温度の立上り時間の短縮化に影響を及ぼ
す。しかも、定着ローラ10に撓みやつぶれ等の機械的変
形が発生すると、ローラ芯金11の内面に装着された絶縁
層12と発熱抵抗体層13との間に浮きや剥がれが発生し易
いため、発熱抵抗体層13に局部的な応力が集中して、発
熱抵抗体層13が局部的に過熱する危険性がある。

【００２２】その対策として、この実施形態では、ロー
ラ芯金11の内面に金属シートからなる補強層14を積層す
ることにより、強度の向上と熱容量の低減化を両立可能
にしたもので、加圧ローラ20の加圧当接による所定の加
圧力を受けた場合でも、定着ローラに撓みやつぶれ等の
機械的変形が発生することがなく、絶縁層12と発熱抵抗
体層13との間の浮きや剥がれの発生が防止され、発熱抵
抗体層13への局部的な応力集中が発生しにくい。

【００２３】

【実施例】ローラ芯金11として管径が30mm、厚さが0.6m
mのアルミニウム管を用い、このアルミニウム管の内面
に厚さが0.1mmのＳＵＳシートを装着したところ、管径
が30mm、厚さが0.8mmのアルミニウム管とほぼ同等の強
度が得られ、熱容量の比率として約10％低減することが
できた。

【００２４】図４には、補強層14の第２例が示されてお
り、この補強層14は所定幅の帯状の金属シートをローラ
芯金11の内径よりも大き目の外径を有する螺旋状に形成
したものとなっている。この補強層14を図示しない治具
等を用いてローラ芯金11の内径よりも小さ目の外径とな
るように捩じって圧縮し、この圧縮状態の金属シートを
ローラ芯金11の内部に挿入した後、治具を抜き取ること
により行われるもので、治具抜取り後の補強層14は、ロ
ーラ芯金11内で元の外径形状に復元しようとする復元力
により、ローラ芯金11の内面に対して外向きの力が均一
に働いて所定の角度にて螺旋状に圧接することとなる。

【００２５】図５には、補強層14の第３例が示されてお
り、第２例のようにローラ芯金11の内面に螺旋状に装着
された補強層14の内面に、所定の発熱パターンをもっ
て、ローラ芯金11の内面に対して所定の角度にて螺旋状
となっている発熱抵抗体層13を絶縁層12を介して装着し
たものである。この場合、発熱抵抗体層13は、補強層14
の螺旋巻き方向と交差するように逆方向に巻き付けたも
ので、これにより定着ローラ10の機械的強度が高めら
れ、加圧ローラ20の加圧当接による所定の加圧力を受け
た場合でも、定着ローラ10に撓みやつぶれ等の機械的変
形が発生することがないために、絶縁層12と発熱抵抗体
層13との間に浮きや剥がれが発生せず、発熱抵抗体層13
への局部的な応力集中が発生しにくい。

【００２６】また、ローラ芯金11の内面に発熱抵抗体層
13を螺旋状に積層するには、上述した補強層14と同様な
手法によって行われ、例えばアルミニウム芯金の外周面
に離型剤としてのテフロン樹脂が成型されたマンドレル
40を用い、このマンドレル40の外周に所定の発熱パター
ンを持つ発熱抵抗体層13を螺旋状に巻き付けた後、その
上にシート状の絶縁層12を重ねて巻き付け、更にその上
に接着層を重ねる。このようにしたものをローラ芯金11
の内部に挿入した後に高温炉に入れて加熱することによ
り、マンドレル40の熱膨脹を利用してローラ芯金11の内
面に補強層14及び絶縁層12を介して発熱抵抗体層13が装
着される。

【００２７】

【発明の効果】前記のように、本発明は、中空の円筒形
状を有する金属からなるローラ芯金と、該ローラ芯金の
内面に所定の発熱パターンにて装着されて所定の電圧が
印加されることによりローラ芯金の表面に熱を供給する
発熱抵抗体層と、該発熱抵抗体層とローラ芯金の内面と
の間に装着されている絶縁層とを有する定着装置におい
て、請求項１に記載の発明は、該ローラ芯金の内面と絶
縁層の間にばね性を有する補強層を設けたので、定着ロ
ーラのローラ芯金の薄肉化によるローラ表面温度の立上
り時間の短縮と機械的強度の向上を両立させることがで
き、また所定の加圧力を受けた場合でも、定着ローラに
撓みやつぶれ等の機械的変形が発生することがなくて、
絶縁層と発熱抵抗体層との間の浮きや剥がれを防止する
ことができ、さらに発熱抵抗体層への局部的な応力集中
による過熱や、それに起因して発生する発煙発火などの
危険を防止することができるという効果がある。

【００２８】請求項２に記載の発明は、補強層がローラ
芯金の内面に対して所定の角度にて螺旋状に装着されて
いるので、定着ローラの機械的強度を高めることができ
るという効果がある。

【００２９】請求項３に記載の発明は、発熱抵抗体層が
ローラ芯金の内面に対して所定の角度にて螺旋状に装着
され、この発熱抵抗体層と補強層との螺旋巻き方向が交
差するように逆方向に巻き付けられているので、定着ロ
ーラの機械的強度を一層高めることができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の全体構成を概略的に示す説
明図である。

【図２】図１のＡ部における定着ローラの一部拡大断面
図である。

【図３】ローラ芯金の内面への補強層装着の第１例の装
着工程を示す説明図である。

【図４】同じくローラ芯金の内面への補強層装着の第２
例の装着工程を示す説明図である。

【図５】同じくローラ芯金の内面への発熱抵抗体層、絶
縁層及び補強層装着の第３例の装着工程を示す絶縁層の
一部切欠説明図である。

【符号の説明】

１ 定着装置本体 10 定着ローラ 11 ローラ芯金 12 絶縁層 13 発熱抵抗体層 14 補強層 20 加圧ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 由良 純 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2H033 AA30 BA26 BB13 BB19 BB21 3K058 AA02 BA18 DA04 DA25 GA03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空の円筒形状を有する金属からなるロ
   ーラ芯金と、該ローラ芯金の内面に所定の発熱パターン
   にて装着されて所定の電圧が印加されることによりロー
   ラ芯金の表面に熱を供給する発熱抵抗体層と、該発熱抵
   抗体層とローラ芯金の内面との間に装着されている絶縁
   層とを有する定着装置において、ローラ芯金の内面と絶
   縁層の間にばね性を有する補強層を設けたことを特徴と
   する定着装置。
2. 【請求項２】 補強層がローラ芯金の内面に対して所定
   の角度にて螺旋状に装着されていることを特徴とする請
   求項１に記載の定着装置。
3. 【請求項３】 発熱抵抗体層がローラ芯金の内面に対し
   て所定の角度にて螺旋状に装着され、この発熱抵抗体層
   と補強層との螺旋巻き方向が交差するように逆方向に巻
   き付けられていることを特徴とする請求項２に記載の定
   着装置。