JP2000200007A

JP2000200007A - 定着装置

Info

Publication number: JP2000200007A
Application number: JP11001225A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fujita; 貴史藤田; Yasuhiko Taguchi; 泰彦田口; Katsuhiro Echigo; 勝博越後; Jun Yura; 純由良
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-01-06
Filing date: 1999-01-06
Publication date: 2000-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】表面電位上昇による静電オフセットを防止で
きる定着装置を提供する。【解決手段】中空筒状のローラ基体と、このローラ基
体の外周または内周に配置され通電により発熱される抵
抗体とを有する定着ローラと、この定着ローラと圧接回
転する加圧ローラとを具えた電子写真記録装置等に使用
される定着装置において、ローラ基体は二次電気回路及
びアースから絶縁され、且つ定着ローラ単体の状態で、
ローラ基体と発熱される抵抗体電極間の電気容量が、通
紙部面積当りで17pF/cm²以上に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電子写真複写機、
プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真プロセスを利用した画像
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】従来から、定着装置におけるトナー画像
の定着方法としては加熱定着方法、圧力定着方法、溶剤
定着方法が知られており、このうち加熱定着方法はトナ
ーを熱によって溶解し、用紙に圧力をかけて固着させる
もので、これには一般的にハロゲンランプ（定着ヒー
タ）で加熱する方法が広く採用されている。ところが、
このハロゲンランプによる加熱方法の場合には輻射熱を
利用するため、熱エネルギーの変換効率が悪く、これに
よって消費電力が嵩むと共に、ウォームアップ時間（待
期時間）が長くなってしまうという問題があった。この
ため、このような欠点を解消すべく近年では直接加熱式
の加熱ローラ（定着ローラ）を使用する定着装置が提案
されている。この加熱ローラは芯金３（図１参照）の内
側または外側に絶縁層４を介して、線状又は箔状の抵抗
体である発熱層５を配置したもので、この発熱層５を通
電し発熱させることによってトナーの加熱を行うことが
できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
定着装置の場合には以下のような問題がある。すなわ
ち、絶縁層と発熱層とは密着した状態でなければ、均一
で効率の良い熱伝導が行われず、例えば発熱層と絶縁層
とが離隔した場合には定着ローラ表面の温度上昇が効率
良く行われず、温度ムラが発生したりウォームアップ時
間が長くなってしまうという問題が生じる。また、発熱
層の遊離が拡大してしまうと、熱が芯金及び絶縁層に伝
達できなくなり、この結果局部的な異常加熱が起こり、
最悪の場合絶縁層の破壊による耐圧不足が発生する要因
ともなる。

【０００４】また、この定着装置の他の問題点としては
転写紙上の電荷が定着ローラ表面に蓄積し表面電位が高
くなるというオフセット現象がある。このオフセット現
象が発生した場合には余分な電荷による残像が転写紙に
定着されてしまうため、これを防止すべく、芯金に導電
ブラシ等による電極を接触させ電荷をアースを通じて逃
がす方法が行われている。ところが、直接加熱方式の定
着装置の場合には常に高い絶縁性を維持しない限りアー
ス側に対して漏電が発生するなどの恐れがあるという不
具合がある。

【０００５】そこで、この発明の目的は、前記のような
従来の定着装置のもつ問題を解決し、定着ローラ表面の
電位上昇による静電オフセットの発生を防止すると共
に、漏電防止が図れる定着装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記のよう
な目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、中
空筒状のローラ基体と、このローラ基体の外周または内
周に配置され通電により発熱される抵抗体とを有する定
着ローラと、この定着ローラと圧接回転する加圧ローラ
とを具えた電子写真記録装置等に使用される定着装置に
おいて、ローラ基体は二次電気回路及びアースから絶縁
され、且つ定着ローラ単体の状態で、ローラ基体と発熱
される抵抗体電極間の電気容量が、通紙部面積当りで17
pF/cm²以上に設定されていることを特徴とするものであ
る。

【０００７】請求項２に記載の発明は、中空筒状のロー
ラ基体と、このローラ基体の内周面に接着層と絶縁層を
介して配置され通電により発熱される抵抗体とを有する
定着ローラと、この定着ローラと圧接回転する加圧ロー
ラとを具えた電子写真記録装置等に使用される定着装置
において、ローラ基体は二次電気回路及びアースから絶
縁され、且つ定着ローラ単体の状態で、ローラ基体と発
熱される抵抗体電極間の電気容量が、通紙部面積当りで
17pF/cm²未満に設定されると共に、定着ローラの設置時
にはローラ基体に電極が接触し、この電極が電源と接続
されていることを特徴とするものである。

【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において該電極がヒューズを介して、電源に接続
されていることを特徴とするものである。

【０００９】請求項４に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において該電極が抵抗を介して、電源に接続され
ていることを特徴とするものである。

【００１０】請求項５に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において該電極がコンデンサを介して電源に接続
され、このコンデンサには通紙部面積当りのローラ基体
と抵抗体間の電気容量をＱpF/cm²とすると（17pF/cm²−
ＱpF/cm²）×通紙部面積以上の電気容量を有するコンデ
ンサが選択されることを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１，２は本発明の第１実施形態
を示している。図１に示すように、定着装置Ａは定着ロ
ーラ１と、この定着ローラ１と圧接回転する加圧ローラ
２とを具え、定着ローラ１はＡｌ又はＦｅ等の中空筒状
の芯金３（ローラ基体）と、この芯金３の内周に絶縁層
４を介して、通電により発熱される発熱層５とを有して
いる。また、芯金３の表面には離型性及び耐熱性を有す
る離型層６が形成されている。

【００１２】そして、図２の等価回路に示すように定着
ローラ１の両端に設けられた電極７を通じて発熱層５を
示す発熱抵抗（Ｒ１，Ｒ２）に交流電流を印加すること
により定着ローラ１に対する加熱が行われ、転写紙上の
トナーを定着することができる。ここで、本発明の定着
装置では前述した静電オフセット対策として電極７と電
源８とが接続されていることに特徴がある。これによっ
て、定着ローラ１表面に蓄積される電荷は電極７を通じ
て電源８側に逃がすことができる。

【００１３】ここで、本発明者はこの発明による静電オ
フセットの防止効果を確認するために、以下の「表１」
に示す実験を行った。その条件として、定着ローラ１の
外径は30mmとし、100枚の転写紙の連続通紙を行いその
通紙幅は300mmとしている。以下、この「表１」及び図
１を参照して本発明の実施形態を説明する。

【００１４】

【表１】

【００１５】「表１」に示すように先ず、「比較例１」
では絶縁層４に厚さ110μmのガラス裏打ちマイカを用い
た。そして、この場合には芯金３と発熱層５及び電極７
間との電気容量Ｃが、通紙部面積当り（Ｃ／Ａ）では12
pF/cm²であった。また、「実施例１」では絶縁層４に厚
さ100μmのガラス裏打ちマイカを用いた。この時には、
その電気容量Ｃが通紙部面積当りで17pF/cm²であった。
以下、「実施例２」では絶縁層４に厚さ90μmのガラス
裏打ちマイカを用い、この場合にはその電気容量Ｃが、
23pF/cm²であった。また「実施例３」では絶縁層４に厚
さ25μmのポリイミドフィルムを用い、この場合には電
気容量Ｃが、44pF/cm²であった。また「実施例４」では
絶縁層４に、厚さ38μmのポリイミドフィルムを用い、
この場合にはその電気容量Ｃが、32pF/cm²であった。こ
こで「比較例１」及び「実施例１〜４」は芯金３と電源
８とは接続のない条件である。そして、「実施例５」で
は「比較例１」の条件における定着ローラを用いて、定
着装置の設置時に芯金３と電極７とを接触させ、且つこ
れを電源８に接続した。次いで、「実施例６」では電極
７をヒューズを介して（請求項３）、電源８に接続し
た。また「実施例７」では電極７を抵抗（300Ω）を介
して、電源８に接続した（請求項４）。また、「比較例
２」では電極７が500pFの耐圧コンデンサを介して、電
源８に接続した。また「実施例８」では電極７を1300pF
の耐圧コンデンサを介して、電源８に接続した。また
「実施例９」では電極７を5700pFの耐圧コンデンサを介
して、電源８に接続した。ここで、「比較例２」及び
「実施例５〜９」は「実施例５」の条件下に基づいて行
われ、その電気容量Ｃが全て12pF/cm²であった。

【００１６】そして、「表１」により以下に示す実験結
果が得られた。すなわち、芯金３と発熱層５及び電極７
間の電気容量Ｃが、通紙部面積当りで17pF/cm²以下の場
合に表面電位が400Ｖに到達することはなく、この結果
静電オフセットが発生しないことが判明した。また、
「実施例８」で示すように電源８に接続されている電極
７がコンデンサを介して電源８に接続した場合には、表
面電位が400Ｖに到達することはなく、この結果静電オ
フセットが発生しないことが判明した。これは、図２の
等価回路に示すように、追加したコンデンサ９が定着ロ
ーラ単体の電気容量と並列となるため、この両者を加え
た電気容量Ｃ₂（Ｃ＋コンデンサの電気容量＝Ｃ₂）が定
着ローラ表面に蓄積する余分な電荷の逃げ道となると考
えられる。具体的には、通紙部面積当りの電気容量が17
pF/cm²以下となり、この結果静電オフセットが発生しな
いことが判明した。この場合、使用されるコンデンサに
は通紙部面積当りの芯金と発熱層間の電気容量をＱpF/c
m²とすると（17pF/cm²−ＱpF/cm²）×通紙部面積以上の
電気容量を有するコンデンサが選択されることが好まし
い（請求項５）。

【００１７】また、各「実施例」では意図的に絶縁層の
１ヶ所に「孔」をあけると共に、芯金と発熱層とを接触
させ「孔」を通じてリークが発生する場合についての評
価も行った。これによると、「実施例５」以外において
の発熱状態に特に変化はなく、表面電位は全て５Ｖとな
り、静電オフセットが発生しないという結果が得られ
た。これは、リークが発生（１ヶ所）した場合でも芯金
が電気的に他の部分から絶縁されているため発熱に影響
はなく、定着ローラに蓄積される余分な電荷はリーク部
を通じて電源側に逃げるためであると考えられる。具体
的には「実施例６」ではヒューズが溶断されることによ
り定着ローラは他の部分から絶縁され、「実施例７」で
は図３の等価回路に示すように、抵抗10側に電流が流
れ、これによって蓄積された電荷は電源８側に逃げるこ
とができる。この場合の抵抗10の抵抗値としては発熱層
５に対して充分に大きな抵抗値が接続されていればリー
クに対する影響はほとんどない。但し、このリークを行
う「実施例５」の場合には、リーク部のほぼ半分が発熱
せず、逆の半分は異常な発熱を示した。これは、リーク
部を通じて電源が直接供給されたものであると考えられ
るため、継続使用は不可能である。更に本実験では、リ
ーク部を２ヶ所にする評価実験を行ったが、この場合に
はリーク部では発熱がなく、逆に他の部分が異常な発熱
を示すため、同様に継続使用は不可能という結果が得ら
れた。

【００１８】ここで、定着ローラ表面に蓄積される静電
気は直流分を含んでいると考えられるが、以下の理由で
直流分の電荷が逃げると考えられる。すなわち、流れる
電流はＩ＝ｄＱ/ｄｔで表すことができ、静電気容量の
定義Ｑ＝ＣＶを先の式に代入すると、Ｃが一定とした場
合には、Ｉ＝ＣｄＶ/ｄｔとなり、一般にコンデンサに
直流は流れない（電圧の変化がない：ｄＶ/ｄｔ＝
０）。しかし、この回路系（図２，３）では常に交流電
圧（ＡＣ電圧）が印加されているため、分極の緩和時間
のために、Ｃは時間変化する（ｄＣ/ｄｔ≠０）。した
がって、流れる電流はＩ＝ＣｄＶ/ｄｔ＋ＶｄＣ/ｄｔと
なり、この式のうち第２項成分（ＶｄＣ/ｄｔ）とし
て、その直流分も電流としてコンデンサを通じて逃げる
ことができる。

【００１９】

【発明の効果】この発明は、上記のようであって、請求
項１に記載の発明は、中空筒状のローラ基体と、このロ
ーラ基体の外周または内周に配置され通電により発熱さ
れる抵抗体とを有する定着ローラと、この定着ローラと
圧接回転する加圧ローラとを具えた電子写真記録装置等
に使用される定着装置において、ローラ基体は二次電気
回路及びアースから絶縁され、且つ定着ローラ単体の状
態で、ローラ基体と発熱される抵抗体電極間の電気容量
が、通紙部面積当りで17pF/cm²以上に設定されているの
で、絶縁層が耐圧不足或いは局部的に破壊された場合で
も、発熱ムラの発生及び漏電が起きることがなく、電荷
は電源側に逃がすことができるため、表面電位の上昇防
止が図れ、これによって静電オフセットを防止すること
ができるという効果がある。

【００２０】請求項２に記載の発明は、中空筒状のロー
ラ基体と、このローラ基体の内周面に接着層と絶縁層を
介して配置され通電により発熱される抵抗体とを有する
定着ローラと、この定着ローラと圧接回転する加圧ロー
ラとを具えた電子写真記録装置等に使用される定着装置
において、ローラ基体は二次電気回路及びアースから絶
縁され、且つ定着ローラ単体の状態で、ローラ基体と発
熱される抵抗体電極間の電気容量が、通紙部面積当りで
17pF/cm²未満に設定されると共に、定着ローラの設置時
にはローラ基体に電極が接触し、この電極が電源と接続
されているので、絶縁層が耐圧不足或いは局部的に破壊
された場合でも、漏電の危険がなく、電荷は電源側に逃
がすことができるため、表面電位の上昇防止が図れ、こ
れによって静電オフセットを防止することができるとい
う効果がある。

【００２１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明におい該電極がヒューズを介して、電源に接続さ
れているので、絶縁層が耐圧不足或いは局部的に破壊さ
れた場合でも、発熱ムラの発生及び漏電が起きることが
なく、電荷は電源側に逃がすことができるため、表面電
位の上昇防止が図れ、これによって静電オフセットを防
止することができるという効果がある。

【００２２】請求項４に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において該電極が抵抗を介して、電源に接続され
ているので、絶縁層が耐圧不足或いは局部的に破壊され
た場合でも、発熱ムラの発生及び漏電が起きることがな
く、電荷は電源側に逃がすことができるため、表面電位
の上昇防止が図れ、これによって静電オフセットを防止
することができるという効果がある。

【００２３】請求項５に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において該電極がコンデンサを介して電源に接続
され、このコンデンサには通紙部面積当りのローラ基体
と抵抗体間の電気容量をＱpF/cm²とすると（17pF/cm²−
ＱpF/cm²）×通紙部面積以上の電気容量を有するコンデ
ンサが選択されるので、絶縁層が耐圧不足或いは局部的
に破壊された場合でも、発熱ムラの発生及び漏電が起き
ることがなく、電荷は電源側に逃がすことができるた
め、表面電位の上昇防止が図れ、これによって静電オフ
セットを防止す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】この発明の第１実施形態を示す概略縦断面図で
ある。

【図２】同等価回路の第１例を示す回路図である。

【図３】同等価回路の第２例を示す回路図である。

【符号の説明】

Ａ定着装置１定着ローラ２加圧ローラ３芯金４絶縁層５発熱層６離型層７電極８電源９コンデンサ 10 抵抗

フロントページの続き (72)発明者越後勝博東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (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 AA09 AA42 BA13 BA25 BA26 BA38 BB03 BB13 BB19 BB21 BB28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空筒状のローラ基体と、このローラ基
体の外周または内周に配置され通電により発熱される抵
抗体とを有する定着ローラと、この定着ローラと圧接回
転する加圧ローラとを具えた電子写真記録装置等に使用
される定着装置において、ローラ基体は二次電気回路及
びアースから絶縁され、且つ定着ローラ単体の状態で、
ローラ基体と発熱される抵抗体電極間の電気容量が、通
紙部面積当りで17pF/cm²以上に設定されていることを特
徴とする定着装置。
【請求項２】中空筒状のローラ基体と、このローラ基
体の内周面に接着層と絶縁層を介して配置され通電によ
り発熱される抵抗体とを有する定着ローラと、この定着
ローラと圧接回転する加圧ローラとを具えた電子写真記
録装置等に使用される定着装置において、ローラ基体は
二次電気回路及びアースから絶縁され、且つ定着ローラ
単体の状態で、ローラ基体と発熱される抵抗体電極間の
電気容量が、通紙部面積当りで17pF/cm²未満に設定され
ると共に、定着ローラの設置時にはローラ基体に電極が
接触し、この電極が電源と接続されていることを特徴と
する定着装置。
【請求項３】該電極がヒューズを介して、電源に接続
されていることを特徴とする請求項２に記載の定着装
置。
【請求項４】該電極が抵抗を介して、電源に接続され
ていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項５】該電極がコンデンサを介して電源に接続
され、このコンデンサには通紙部面積当りのローラ基体
と抵抗体間の電気容量をＱpF/cm²とすると（17pF/cm²−
ＱpF/cm²）×通紙部面積以上の電気容量を有するコンデ
ンサが選択されることを特徴とする請求項２に記載の定
着装置。