JP2000331772A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 摩耗、異音の発生を防止しつつ、安定した接
触を得ることが出来る加熱装置を提供する。 【解決手段】 発熱層１を有する中空円筒状の加熱ロー
ラのローラ側摺動電極１４に対しユニット側摺動電極１
３を電気的に摺動接触させて給電を行う加熱装置に関す
る。ユニット側摺動電極１３がばね定数ａ〔Ｎ／ｍｍ〕
のばねで付勢されることにより、当接力ｂ〔Ｎ〕でロー
ラ側摺動電極１４の回転中心に当接され、ばね定数ａ及
び当接力ｂが下記の式、 ａ≦ｂ−１．８ ａ≦−ｂ＋８．２ を満たす範囲である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真式複写
機、ファクシミリ、プリンタ等に用いる加熱装置に関
し、特に、加熱定着装置や熱により繰り返し書込み消去
可能なサーモクロミズムの消去用ローラとして使用可能
な加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の環境保護意識の高まりから省エネ
ルギーが求められ、電子写真式複写機、ファクシミリ、
プリンタ等の各種電子写真装置は不使用時に定着ヒータ
をオフすることが必要とされている。この定着ヒータオ
フと同時に、使用時に待ち時間のほとんどない瞬時立ち
上がりが求められている。

【０００３】このような電子写真装置では、紙が給紙部
から定着部へ移動するのに約７秒程度かかるため、定着
の立ち上がりに許容されるのは（７＋α）秒であり、１
０秒程度が目安と考えられる。しかし従来の金属基体内
部からハロゲンヒータで加熱する方式では熱伝導効率が
悪いので、この立ち上がり要求を満たすことは困難であ
る。

【０００４】この欠点を解決する手段の一つとして、基
体の外面或いは内面に電気絶縁層（又は基体そのものが
絶縁体である）を介して発熱層を有する直接加熱方式の
定着ローラがある。

【０００５】このような加熱ローラは、抵抗発熱体がロ
ーラと共に回転しているため、ユニット側から摺動によ
る給電が必要である。本出願人はこの給電方法に関し
て、先に特開平１０−２５４２８０号として、ローラ両
端から回転中央に摺動電極を当接する方式を提案した。
この方式では、発熱層を内部に有した定着ローラの内部
の両側に受電電極を有しており、この受電電極と給電ブ
ラシとの接触部を回転中心とした。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
式を検討する中で、ローラが左右の位置固定の遊びなど
で電極の摺動位置が変動した場合、当接力が小さいと接
触が不安定になり、摺動部で火花が発生する不具合が生
じることがわかった。また、当接力を大きくすれば接触
は安定するが、摩耗、異音が発生しやすいという問題が
生じた。即ち、これらを両立するためには、必要最低限
の当接力を比較的大きな振動に対しても発生させる必要
がある。

【０００７】また、ローラを長期に使用する場合、通紙
などによって生じる微小な振動によって当接力が変動し
て接触が不安定になり、火花が発生するという問題が生
じた。

【０００８】そこで、本発明は、摩耗、異音の発生を防
止しつつ、安定した接触を得ることが出来る加熱装置を
提供することをその目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、発熱体を有する中空円筒状の加熱
ローラの受電電極に対し給電電極を電気的に摺動接触さ
せて給電を行う加熱装置において、前記給電電極がばね
定数ａ〔Ｎ／ｍｍ〕のばねで付勢されることにより、当
接力ｂ〔Ｎ〕で前記受電電極の回転中心に当接され、前
記ばね定数ａ及び当接力ｂが下記の式、 ａ≦ｂ−１．８ ａ≦−ｂ＋８．２ を満たす範囲であることを特徴とする加熱装置である。
この構成では、ローラ位置が変動しても、当接力が適正
な範囲で当接しているため、安定した当接力が得られ、
火花の発生のない摺動による安定した給電が可能とな
る。

【００１０】また、請求項２の発明は、発熱体を有する
中空円筒状の加熱ローラの受電電極に対し給電電極から
給電を行う摺動電極接触部を有する加熱装置において、
前記受電電極と該受電電極の回転中心に摺接する給電電
極とは、磁力発生手段により、１．８〔Ｎ〕以上８．２
〔Ｎ〕以下の当接力で当接していることを特徴とする加
熱装置である。この構成では、ローラ位置が変動して
も、当接力が変動しない磁力で当接されているため、安
定した当接力が得られ、火花の発生のない摺動による安
定した給電が可能となる。

【００１１】また、請求項３の発明は、前記給電電極に
耐熱性の振動吸収部材が接触していることを特徴とする
請求項１又は２に記載の加熱装置である。この構成で
は、加熱ローラが微小に振動しても、防振効果のある振
動吸収部材が存在するため、振動が発生しにくく、火花
の発生のない摺動による安定した給電が長期に渡って可
能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の加熱装置の一実施
形態としての加熱定着装置に備える直接加熱方式の発熱
加熱ローラの一例を示すものである。この発熱加熱ロー
ラは、中空円筒形状の絶縁性の基体２と、基体２の外表
面に設けた離型層３と、基体２の内面に設けた発熱層１
とを備えている。なお、基体２が導電性の場合は基体２
と発熱層１との間に絶縁層が必要である。

【００１３】図２は図１のような発熱加熱ローラを用い
た特開平１０−２５４２８０号で示された加熱定着装置
と同様の加熱定着装置の概略図である。この加熱定着装
置では、内部に受電電極であるローラ側摺動電極１４を
有し、ローラ側摺動電極１４の中央である回転中心に対
して給電電極であるユニット側摺動電極１３を当接して
いる。なお、図中、４は発熱加熱ローラを回転自在に支
持する軸受、５はローラ回転駆動用ギア、１１は絶縁材
からなりユニット側に固定される電極固定台、１２はユ
ニット側摺動電極１３をローラ側摺動電極１４に押圧付
勢する板ばね、４２は軸受、４１は軸受４２により回転
自在に支持される加圧ローラ、１０は発熱加熱ローラを
所定温度に制御する温度制御回路、４３は発熱層１に温
度制御回路１０を介し電力を供給して加熱する加熱用電
源である。

【００１４】この摺動電極の適正な当接力を把握するた
め、先ず振動のない理想的な実験装置でローラ側摺動電
極１４の代わりに平板を回転させ、ユニット側摺動電極
１３を平板の回転中心に当接した。そして、前記平板の
回転数を１０〜１００ｒｐｍとし、ユニット側摺動電極
１３の当接力を０．５〜７〔Ｎ〕とし、電極間に１３Ａ
の電流を流し、摺動部の火花発生を暗室で観察した。

【００１５】その結果、１．８〔Ｎ〕以下では火花が観
察され、８．２〔Ｎ〕以上では異音が発生した。この結
果は、回転数、摺動部の材料によらず殆ど一定であっ
た。

【００１６】（実施例１）図２に示すように、上記結果
から、実際に図２のユニットである加熱定着装置でＡ４
サイズ紙の１０万枚通紙耐久試験を行った。この加熱定
着装置では、定着ローラである発熱加熱ローラの左右の
固定をＣリングで行っているが、組み付け精度の点から
多くの場合、約±１ｍｍの遊びがある。このため、発熱
加熱ローラは左右に１ｍｍ動く場合がある。

【００１７】図３は実施例１の結果を示す当接力とばね
定数との関係を示す図である。図３に当接力、ばね定数
を変化させた場合の結果を図示した。当接力は初期的に
遊びを無くし、±１ｍｍの左右変動の中心位置に発熱加
熱ローラをセットした場合の測定値である。また、ばね
定数も同様なセット状態からの変位量と当接力変化から
測定した。当接力１．７〜８．３〔Ｎ〕、ばね定数０．
１〜３．９〔Ｎ／ｍｍ〕で試験を行った。図中の横線の
範囲、即ち異常なし領域では、火花、異音とも発生しな
かった。横線の左上の斜線の範囲、即ち火花発生領域で
は、火花が発生した。横線の右上の斜線の範囲、即ち異
音発生領域では、異音が発生した。

【００１８】図４はローラ位置の変動と当接力との関係
を示す図である。この結果を考察したのが、図４であ
る。この図４では先の実験で得た適正当接力１．８〜
８．２〔Ｎ〕を発熱加熱ローラの位置ずれ±１ｍｍの範
囲で得るのに、縦線で示した範囲が必要であることがわ
かる。この図４において、位置ずれ０の当接力をｂ
〔Ｎ〕、ばね定数をａ〔Ｎ／ｍｍ〕とすると、位置ずれ
をＸ（ばねが圧縮される方向が正）、当接力をＹとした
場合Ｙは次式（１）で表される。 Ｙ＝ａＸ＋ｂ ・・・（１）

【００１９】ここで当接力ＹはＸ＝−１で最小であり、
このときの当接力Ｙが１．８〔Ｎ〕以上でなければなら
ない。また、当接力ＹはＸ＝１で最大であり、このとき
の当接力Ｙが８．２〔Ｎ〕以下でなければならない。こ
れを式で表すと次式（２），（３）となる。 −ａ＋ｂ≧１．８ ・・・（２） ａ＋ｂ≦８．２ ・・・（３） この連立不等式を変形すると次式（４），（５）とな
り、図３の結果と一致する。 ａ≦ｂ−１．８ ・・・（４） ａ≦−ｂ＋８．２ ・・・（５）

【００２０】実施例１によれば、ローラ位置が変動して
も、適正な範囲の当接力Ｙで、ユニット側摺動電極とロ
ーラ側電極とが当接しているため、安定した当接力が得
られ、火花の発生のない摺動による安定した給電が可能
となる。

【００２１】（実施例２）実施例１の結果から、ばねの
ように位置ずれに依存しない当接力発生源を用いれば、
安定した当接が得られることがわかり、磁力による当接
を試みた。図５は実施例２の要部構成を示す図である。
図５に示すように、実施例２ではユニット側摺動電極１
３の摺動面と反対側面に磁石１５が取り付けられてい
る。他の構成は実施例１と同様である。この構成の場合
では、磁力は磁力発生手段である磁石１５の磁束密度と
ローラ側、ユニット側の材料が一定ならば、磁石１５と
ローラ側摺動電極１４との距離で決まる。磁力発生源と
しての磁石１５の位置は摺動面の位置と一緒に動くた
め、磁石１５と摺動面との距離は一定で、一定の当接力
が得られる。実験の結果、当接力が１．８〜８．２Ｎの
範囲で火花・異音の発生のない摺動給電が可能であっ
た。

【００２２】実施例２によれば、ローラ位置が変動して
も、当接力が変動しない磁力でユニット側摺動電極１３
とローラ側摺動電極１４とが当接されているため、安定
した当接力が得られ、火花の発生のない摺動による安定
した給電が可能となる。

【００２３】（実施例３）実施例１，２で良好な結果が
得られた条件のものを、更に２０万枚の通紙評価（総枚
数で３０万枚）を行った。その結果、総枚数２００万枚
を超えた時点から火花が発生した。この原因解析を行
い、当接部の振動測定を行った。この測定から微小な振
動による当接力の不安定化が原因として予測された。

【００２４】図６は実施例３の要部構成を示す図であ
る。図６に示すように、実施例３では、ユニット側摺動
電極２３の摺動面と反対側面に振動吸収部材１６が取り
付けられている。振動吸収部材１６は、例えばシリコー
ンゴムなどの耐熱防振材を用いることができる。他の構
成は実施例１と同様である。図６に示した構成で振動測
定を行ったところ、振動が半減された。そこで、３０万
枚の通紙評価を行った。その結果、３０万枚でも火花の
発生しない摺動電極構成が得られた。

【００２５】実施例３によれば、発熱加熱ローラが微小
に振動しても、防振効果のある振動吸収部材１６が存在
するため、振動が発生しにくく、火花の発生のない摺動
による安定した給電が長期に渡って可能となる。

【００２６】変形例として、実施例１では板ばねに限ら
ず、コイルばねなどでも同様である。特にゼンマイ状の
定荷重ばねは、ばね定数が小さくて好ましい。

【００２７】また、実施例２では、磁力発生手段として
磁石を用いたが板ばね自体に着磁したり、ローラ側電極
に着磁したり、両方に異極で着磁したりしても同様であ
る。

【００２８】実施例３では、板ばねの裏面にシリコーン
ゴムなどの耐熱防振材を貼り付けたが、図７に示したよ
うにループ状の板ばね３３内に発泡ゴム２６などを当接
しても同様の効果が得られる。

【００２９】以上の実施例において、ローラ側摺動電極
とユニット側摺動電極との間に何れかに取り付けた導電
性ブラシを設けてもよい。なお、本発明は上記実施例等
に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１の発明
によれば、発熱体を有する中空円筒状の加熱ローラの受
電電極に対し給電電極を電気的に摺動接触させて給電を
行う加熱装置において、前記給電電極がばね定数ａ〔Ｎ
／ｍｍ〕のばねで付勢されることにより、当接力ｂ
〔Ｎ〕で前記受電電極の回転中心に当接され、前記ばね
定数ａ及び当接力ｂが下記の式、 ａ≦ｂ−１．８ ａ≦−ｂ＋８．２ を満たす範囲であるので、ローラ位置が変動しても、当
接力が適正な範囲で当接しているため、安定した当接力
が得られ、火花の発生のない摺動による安定した給電が
可能となる。

【００３１】また、請求項２の発明によれば、発熱体を
有する中空円筒状の加熱ローラの受電電極に対し給電電
極から給電を行う摺動電極接触部を有する加熱装置にお
いて、前記受電電極と該受電電極の回転中心に摺接する
給電電極とは、磁力発生手段により、１．８〔Ｎ〕以上
８．２〔Ｎ〕以下の当接力で当接しているので、ローラ
位置が変動しても、当接力が変動しない磁力で当接され
ているため、安定した当接力が得られ、火花の発生のな
い摺動による安定した給電が可能となる。

【００３２】また、請求項３の発明によれば、請求項１
又は２に記載の加熱装置において、前記給電電極に耐熱
性の振動吸収部材が接触しているので、加熱ローラが微
小に振動しても、防振効果のある振動吸収部材が存在す
るため、振動が発生しにくく、火花の発生のない摺動に
よる安定した給電が長期に渡って可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基体内周に発熱体を有した発熱加熱ローラの断
面図である。

【図２】内部電極を有した加熱定着装置の概略図であ
る。

【図３】実施例１の結果を示す当接力とばね定数との関
係を示す図である。

【図４】ローラ位置の変動と当接力との関係を示す図で
ある。

【図５】実施例２の要部構成を示す図である。

【図６】実施例３の要部構成を示す図である。

【図７】実施例３の変形例の要部構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 発熱層 ２ 基体 ３ 離型層 ４ 軸受 ５ ギア １２ 板ばね １３ ユニット側摺動電極（給電電極） １４ ローラ側摺動電極（受電電極） １５ 磁石（磁力発生手段） １６ 振動吸収部材

───────────────────────────────────────────────────── 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 AA23 BB19 BB22 3K058 AA45 AA46 BA18 DA04 DA13 DA14 GA06 3K092 PP08 PP18 QA02 QC22 VV40

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱体を有する中空円筒状の加熱ローラ
   の受電電極に対し給電電極を電気的に摺動接触させて給
   電を行う加熱装置において、 前記給電電極がばね定数ａ〔Ｎ／ｍｍ〕のばねで付勢さ
   れることにより、当接力ｂ〔Ｎ〕で前記受電電極の回転
   中心に当接され、前記ばね定数ａ及び当接力ｂが下記の
   式、 ａ≦ｂ−１．８ ａ≦−ｂ＋８．２ を満たす範囲であることを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】 発熱体を有する中空円筒状の加熱ローラ
   の受電電極に対し給電電極から給電を行う摺動電極接触
   部を有する加熱装置において、前記受電電極と該受電電
   極の回転中心に摺接する給電電極とは、磁力発生手段に
   より、１．８〔Ｎ〕以上８．２〔Ｎ〕以下の当接力で当
   接していることを特徴とする加熱装置。
3. 【請求項３】 前記給電電極に耐熱性の振動吸収部材が
   接触していることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   加熱装置。