JP2003057984A - 加熱定着ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 抵抗発熱体の厚さに軸方向の分布を持たせ、
これにより表面の軸方向温度分布を均一化するとともに
製造コストを低減させた加熱定着ローラを提供すること
を課題とする。 【解決手段】 芯金２１の円筒外面に設けられた絶縁体
層２２の外面には抵抗体層２３が、抵抗体層２３の外面
には更に表面層２４が形成されている。抵抗体層２３に
電力を供給するためにこの抵抗体層２３の軸方向両端部
近傍においてそれぞれがこの抵抗体層２３と電気的に結
合された一対の環状電極２６が設けられている。絶縁体
層２２は、軸方向位置に応じて異なる絶縁体層外径を有
し、抵抗体層２３は、軸方向位置に関わらず一定の抵抗
体層外径を有すため、抵抗体層２３の各位置における電
気抵抗、したがって、発熱量が異なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
ー等の画像形成装置の技術分野にかかわり、この画像形
成装置において使用される定着装置、更に詳しくは、こ
の定着装置において使用される加熱定着ローラに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】複写機、プリンター、ファクシミリ等の
電子写真方式の画像形成装置では、帯電した光電導性の
材料に画像に応じた光を照射することにより画像に応じ
て潜像が形成される。この潜像にトナーを静電気的に吸
着させることにより現像が行われ、現像されたトナー画
像は記録紙等の画像担持体に静電的に転写、吸着され
る。こうしてトナー画像が静電吸着された画像担持体は
定着装置を通過するとき、通常は熱と圧力が加えられる
ことによりトナー画像が画像担持体に固定されて出力さ
れる。電子写真方式の画像形成装置は概略すれば以上の
とおりのものである。

【０００３】上記定着装置の一つのタイプとして、加熱
定着ローラと加圧定着ローラを使用するものが知られて
いる。これまでこの加熱定着ローラには、熱伝導率の高
いアルミ製の円筒上の芯金内部にハロゲンランプ等の熱
源を配置する形式のものが多かった。このような加熱定
着ローラは芯金の壁体を通して内部からの熱を表面に伝
達する形式であるため、熱源に電力の供給を開始してか
ら、表面が所定の温度に達するまでの時間、つまりウォ
ーミングアップ時間が長いという欠点がある。

【０００４】この欠点をなくすため、加熱定着ローラの
表面層の下部に抵抗体層を設け、この抵抗体層に通電す
ることにより、そこで発生した熱を直接表面層に伝達す
る形式の加熱定着ローラが提案されている。この形式の
加熱定着ローラでは、熱容量の大きな芯金を介すること
なく熱が表面に伝達されるので、ウォーミングアップ時
間を短縮することができるというメリットがある。

【０００５】抵抗発熱体で発生した熱は四方に伝導さ
れ、伝導された熱は加熱定着ローラのそれぞれの表面か
ら放熱される。伝導される熱と放熱される熱とのバラン
スで表面の温度が定まる。抵抗発熱体で発生する単位面
積当たりの熱量が等しいとすると、加熱定着ローラの両
端部では抵抗発熱体が受け持つ放熱面積が広く、放熱量
が多くなるため、中央部に比して表面の温度が低くな
る。つまり、加熱定着ローラの表面温度にムラが現れ、
加熱定着ローラの表面温度のムラは定着装置の定着性能
を低下させる。

【０００６】上記抵抗体層に発熱量分布を持たせること
により、つまり、加熱定着ローラの両端部近傍では、放
熱量に見合うだけ多くの発熱を行わせることにより、表
面温度のムラを低減させることが提案されている。特開
平７−１６０１３８号公報、あるいは特開平８−２９７
４２６号公報には、このような技術の例が開示されてい
る。

【０００７】上記特開平８−２９７４２６号公報に開示
される発明では、抵抗体層に少なくとも２つの異なった
抵抗率を持つ導電性材料を混合した耐熱材料が用いら
れ、加熱定着ローラにおける位置に応じてその混合比が
変化させられている。また、上記特開平８−２９７４２
６号公報に開示される発明では、加熱定着ローラにおけ
る位置に応じて抵抗発熱体材料の塗布量を変えることに
より抵抗体層の厚みを変化させている。この結果、いず
れの発明でも加熱定着ローラの軸方向位置に応じて電気
抵抗値が変化しており、このため発熱量に差が生じるよ
うになっている。

【０００８】ところが、前者公報の技術では、軸方向位
置に応じて抵抗率の異なる材料を塗布するため、抵抗体
層の塗布工程が複雑化する。また、後者公報の技術で
は、金属製の基材（芯金）に、中央に向かって小さくな
る外径を付与するために予め金属加工をしなければなら
ない。このため、これらの構造によるとき加熱定着ロー
ラの製造コストがどうしても高くなるという問題があっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑み、抵抗発熱体の厚さに軸方向の分布を持たせるため
に異なる構成をとり、これにより表面の軸方向温度分布
を均一化するとともに製造コストを低減させた加熱定着
ローラを提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題は、以下のよう
な手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明
の解決手段は、芯金と、上記芯金の外面に設けられた絶
縁体層と、上記絶縁体層の外面に形成された抵抗体層
と、上記抵抗体層の外面に形成された表面層と、上記抵
抗体層に電力を供給するためにこの抵抗体層の軸方向両
端部近傍においてそれぞれがこの抵抗体層と電気的に結
合された一対の電極と、を備えた加熱定着ローラにおい
て、上記絶縁体層は、軸方向位置に応じて異なる絶縁体
層外径を有し、上記抵抗体層は、軸方向位置に関わらず
一定の抵抗体層外径を有し、軸方向位置に応じて異なる
厚みを有するようにする。

【００１１】第２番目の発明の解決手段は、第１番目の
発明の加熱定着ローラにおいて、上記絶縁体層の中央部
における上記絶縁体層外径を、上記電極近傍における上
記絶縁体層外径よりも小さくしたものである。

【００１２】第３番目の発明の解決手段は、第１番目又
は第２番目の発明の加熱定着ローラにおいて、上記絶縁
体層を、サンドブラスト処理によって上記絶縁体層外径
を軸方向位置に応じて異ならせたものとする。

【００１３】第４番目の発明の解決手段は、第１番目又
は第２番目の発明の加熱定着ローラにおいて、上記絶縁
体層を、研磨処理によって上記絶縁体層外径を軸方向位
置に応じて異ならせたものである。

【００１４】第５番目の発明は、加熱定着ローラと、上
記加熱定着ローラに向けて付勢力が与えられる加圧定着
ローラと、上記加圧定着ローラに上記付勢力を与えるた
めの付勢手段と、上記加熱定着ローラと上記加圧定着ロ
ーラとのうち少なくとも一方を回転駆動するための駆動
装置と、を備えた定着装置において、上記加熱定着ロー
ラを、第１番目から第４番目までのいずれかの加熱定着
ローラとし、この定着装置には、上記電極に加熱電力を
供給するための給電手段が備えられるものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
説明する。図１は、本発明に係る定着装置１の模式図で
ある。定着装置１は、加熱定着ローラ２、加圧定着ロー
ラ３を備えており、それぞれは定着装置１の機体に回転
可能に支持されている。加圧定着ローラ３は、付勢手段
３１によって加熱定着ローラ２に向けて付勢されてい
る。加熱定着ローラ２と加圧定着ローラ３の一方（ある
いは両方）には駆動源（不図示）が接続されており、こ
の駆動源により両ローラは矢印方向に回転駆動される。

【００１６】定着装置１は、更に、入り口ガイド４、上
分離爪５、下分離爪６、排出ローラ対７を備えている。
入り口ガイド４は、トナーｔが静電吸着された記録シー
トｐを定着装置１の上流から受け入れてガイドし、上記
加熱定着ローラ２と加圧定着ローラ３の間に導く。加熱
定着ローラ２は加熱されており、この熱と上記加圧定着
ローラ３から与えられる圧力により、ローラ間に導かれ
た記録シートｐ上のトナーｔが記録シートｐ上に溶融固
定（定着）される。

【００１７】この定着作用時に記録シートｐが加熱定着
ローラ２あるいは加圧定着ローラ３に張り付くため、上
分離爪５あるいは下分離爪６によって張り付いた記録シ
ートｐが引き剥がされる。上分離爪５あるいは下分離爪
６によって引き剥がされた記録シートｐは、排出ローラ
対７により定着装置１の外に排出される。

【００１８】加熱定着ローラ２には、これに加熱用電力
を供給する電源装置９が接続されている。この接続は固
定側の給電手段９１とローラ側の給電手段９２との組み
合わせ、例えば一対の給電ブラシとそれぞれが摺接する
一対の給電リング、によって行われる。加熱定着ローラ
２の表面温度は、温度検出素子９３、例えばサーミスタ
を表面に接触させる等によって検出され、この検出結果
に応じて電源装置９が加熱定着ローラ２に供給する電力
が制御される。こうして加熱定着ローラ２の表面温度が
所定の値（範囲）に維持される。

【００１９】図２は、本発明に係る加熱定着ローラ２の
含軸断面図である。加熱定着ローラ２は、芯金２１、絶
縁体層２２、抵抗体層２３、表面層２４、フッ素コート
層２５及び電極、例えば環状電極２６を備えている。

【００２０】芯金２１は、ステンレス（ＳＵＳ）、アル
ミニュームなどの金属製の筒状体である。なお、従来の
加熱定着ローラでは内部の加熱源から熱を外側に効率よ
く伝達するために芯金には熱伝導率の高い金属を利用し
ていたが、本発明では、外側に熱源を持つため芯金は熱
伝導率の低い材料が望ましい。この点から、芯金２１に
は熱伝導率の低いステンレスを使用する方が好ましい。

【００２１】芯金２１の円筒外面には絶縁体層２２が形
成される。絶縁体層２２は、芯金２１の両端近傍の外径
が、芯金２１の中央近傍よりも大きく形成される。つま
り、絶縁体層２２は、両端近傍においては厚い厚さを持
ち、また、中央近傍においては薄い厚さを持つ。なお、
絶縁体層２２は、耐熱性の高いポリイミド樹脂、これに
ガラス、セラミック体を混合した材料を使用することが
できる。

【００２２】絶縁体層２２の外面には、全長にわたり等
しい外径を持つ抵抗体層２３が形成される。絶縁体層２
２の中央近傍の外径が小さいため、抵抗体層２３の厚さ
は、中央近傍では厚く、両端近傍では薄くなる。このた
め、抵抗体層２３の電気抵抗は、軸方向に沿って分布を
示し、中央部近傍においては低い抵抗値、両端部近傍に
おいては高い抵抗値を示す。なお、抵抗体層２３には、
銀、パラジウム、カーボンなどの導電性材料とポリイミ
ド樹脂などの耐熱性材料との混合物を固化させたものと
することができる。

【００２３】抵抗体層２３の両端には一対の環状電極２
６が形成される。環状電極２６と抵抗体層２３が接触し
ているため、環状電極２６を通して、抵抗体層２３に電
流を流すことができる。環状電極２６は給電手段（ロー
ラ側）９２に接続されているため、図１における電源装
置９から給電手段（固定側）９１、給電手段（ローラ
側）９２の順序（及びこの反対）の道筋で、抵抗体層２
３に加熱用の電力が供給される。この場合、環状電極２
６を表面層２４で覆うことなくむき出しとすることによ
り、環状電極２６をローラ側の給電手段９２とすること
もできる。

【００２４】抵抗体層２３（及び環状電極２６）の外側
には、表面層２４が形成される。表面層２４には、絶縁
性、耐熱性、弾力性、熱伝導性に優れた材料、例えばポ
リイミド樹脂、を適宜使用する。表面層２４の外側には
トナーの付着を防止するため、つまり、離型性を改善す
るため、フッ素樹脂等をコーティングすることにより薄
いコート層を形成する。

【００２５】加熱定着ローラ２の各部位からの放熱量
は、その寸法、置かれた環境、表面温度等のファクター
の影響を受ける。また、加熱定着ローラ２の表面温度の
ムラの許容できる範囲は様々である。したがって、加熱
定着ローラ２の表面温度を均一化するために必要な抵抗
体層２３の部位毎の発熱量、言い換えれば抵抗値の分布
も多様である。ここでは、抵抗体層２３に最も簡単な２
値の抵抗値分布をさせた例について説明する。

【００２６】図３は、絶縁体層２２の厚さの分布と、表
面温度との関係を示した図である。ここで、（ａ）は、
加熱定着ローラ２の表面温度の分布を本発明に従うもの
と発熱量一定のものとを重ねて示したグラフである。
（ｂ）は本発明にしたがった抵抗体層２３の発熱量分布
を示したグラフである。（ｃ）は抵抗体層２３における
抵抗値分布を示すグラフである。（ｄ）は抵抗体層２３
の厚さ毎の領域における抵抗値を示した概念図である。
（ｅ）は絶縁体層２２と抵抗体層２３の厚さを示した模
式図である。

【００２７】この例では、絶縁体層２２は、両端部の長
さＬの領域において、中央部の長さｌ（エル、小文字）
の領域における厚さよりも厚い厚さに形成されている
（ｅ）。したがって、抵抗体層２３は、逆に両端部の長
さＬの領域において、中央部の長さｌ（エル、小文字）
の領域における厚さよりも薄い厚さに形成されている。
（ｄ）のように、長さＬの領域における全抵抗をＲ、長
さｌの領域における全抵抗をｒで表す。抵抗値分布は
（ｃ）に示されるように、それぞれの領域にてＲ／Ｌ及
びｒ／ｌである。

【００２８】直列に接続された上記抵抗に電流Ｉを流し
たとき、それぞれの領域で発生する発熱量分布は、
（ｂ）に示されるように、それぞれ Ｉ^２Ｒ／Ｌ、Ｉ^２
ｒ／ｌとなり、両端部の領域における発熱量が多くな
る。この結果、加熱定着ローラ２の両端部における放熱
量の多さはこの増加した発熱量によって補填されること
により、（ａ）に示されるように、表面温度が加熱定着
ローラ２の全長にわたり実質的に均一化される。熱が補
填されない従来の加熱定着ローラの温度分布を重ねて示
す。

【００２９】図４は、本発明に係る加熱定着ローラの製
造過程を説明するための説明図である。まず、芯金２１
が、ステンレス、又は、アルミニューム材料を直径１０
〜６０ｍｍの円筒状に加工することにより得られる（８
０１）。次に加工された芯金２１の表面に予め用意（８
０２）された絶縁材料、例えばポリイミド樹脂系樹脂、
をスクリーン印刷する（８０３）。スクリーン印刷後、
これを約１００°ｃの環境下に置きおおよそ１時間かけ
て乾燥させる（８０４）。

【００３０】乾燥後、絶縁体層２２の表面を処理（８０
５）することにより、絶縁体層２２の厚みを軸方向位置
に応じた所定の厚さにする。この処理の例は後述する。
絶縁材料、例えばポリイミド樹脂、に適度な量の銀、パ
ラジウムを混合することにより、抵抗体材料を調合し
（８０６）、絶縁体層２２の表面にスクリーン印刷をす
る（８０７）。スクリーン印刷後、これを約１００°ｃ
の環境下に置きおおよそ１時間かけて乾燥させる（８０
８）。これにより抵抗体層２３が形成される。

【００３１】予め調合（８０９）された絶縁材料、例え
ばポリイミド樹脂、を抵抗体層２３の上にスクリーン印
刷する。スクリーン印刷後、これを約１００°ｃの環境
下に置きおおよそ１時間かけて乾燥させる（８１１）。
これにより、表面層２４が形成される。乾燥後、予め用
意（８１２）されたフッ素樹脂をこの表面層２４上に塗
布（８１３）し、乾燥（８１４）させる。乾燥後、これ
を約５００°ｃの環境下で約１時間かけて焼成する（８
１５）。

【００３２】環状電極２６は、抵抗体層２３を形成、乾
燥した後（乾燥工程８０８の後）、芯金２１の両端部近
傍において、抵抗体層２３の上に形成する。ここでは、
環状電極２６と抵抗体層２３との電気的に結合すること
ができればよいので、抵抗体層２３を予め環状電極２６
が収まる幅だけ小さく形成し、この抵抗体層２３の端面
に接触するように環状電極２６を形成するようにするこ
ともできる。

【００３３】以下に、絶縁体層表面の処理方法の例を示
す。図５は、研磨用フィルムにより厚さを調整する方法
を説明するための説明図である。絶縁体層２２の薄くす
べき中央部と同じ幅を持つエンドレスの研磨用フィルム
５０１が、絶縁体層２２が形成された直後の加熱定着ロ
ーラ２に適度な張力でもって掛け渡される。研磨用フィ
ルム５０１を長さ方向（矢印方向ａ）に送りながら、加
熱定着ローラ２を矢印方向ｂに回転すると、絶縁体層２
２の中央部が研磨され、そこの厚さが薄くなる。研磨の
時間を適宜設定することにより種々の厚さにすることが
できる。

【００３４】図６は、ブラストにより絶縁体層２２の厚
さを調整する方法を説明するための説明図である。形成
された絶縁体層２２の中央部を残して両端部をマスキン
グテープ５０２で覆う。加熱定着ローラ２を回転させな
がらブラストすると、マスキングテープ５０２で覆われ
ない中央部が研磨され、そこの厚さが薄くなる。研磨の
時間を適宜設定することにより種々の厚さにすることが
できる。

【００３５】図７は、絶縁体層２２の表面の粗さを変え
ることにより中央部と両端部とで実質的な厚さを変える
例である。中央部では、粗い、すなわち粗さを形成する
凹凸のそれぞれを大きくし、両端部ではこれを小さくし
ている。絶縁体層２２のもとあった表面の一部が残され
ている。表面層２２の上に抵抗体層２３が形成される
と、その材料が凹部に入り込むので、抵抗体層２３の実
質的な厚さ（平均的な厚さ）は、両端部においてｔｓと
薄く（高抵抗）、中央部ではｔｃと厚く（低抵抗）な
る。このように絶縁体層２２に粗い領域とそれほど粗く
ない領域は、領域毎に異なる粒度の材料（例えば、粒度
の小さなガラス、及び、これと粒度の大きなセラミック
体混合物）を凸のピークを結ぶ線を同径にして焼成する
ことによって作ることができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、以上に示した構成により、抵
抗発熱体の厚さに軸方向の分布が生じ、これにより表面
の軸方向温度分布を均一化することができるという効果
を奏する。また、これにより製造コストを低減させた加
熱定着ローラを得ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る定着装置１の模式図である。

【図２】本発明に係る加熱定着ローラ２の含軸断面図で
ある。

【図３】絶縁体層２２の厚さの分布と、表面温度との関
係を示した図である。

【図４】本発明に係る加熱定着ローラの製造過程を説明
するための説明図である。

【図５】研磨用フィルムにより絶縁体層２２の厚さを調
整する方法を説明するための説明図である。

【図６】ブラストにより絶縁体層２２の厚さを調整する
方法を説明するための説明図である。

【図７】絶縁体層２２の表面の粗さを変えることにより
中央部と両端部とで実質的な厚さを変える例の説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 定着装置 ２ 加熱定着ローラ ３ 加圧定着ローラ ４ 入り口ガイド ５ 上分離爪 ６ 下分離爪 ７ 排出ローラ対 ９ 電源装置 ｐ 記録シート ｔ トナー ２１ 芯金 ２２ 絶縁体層 ２３ 抵抗体層 ２４ 表面層 ２５ フッ素コート層 ２６ 環状電極 ３１ 付勢手段 ９１、９２ 給電手段 ９３ 温度検出素子 ５０１ 研磨用フィルム ５０２ マスキングテープ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 3/16 Ｈ０５Ｂ 3/16 3/20 ３７８ 3/20 ３７８ Ｆターム(参考） 2H033 AA03 AA31 BA25 BA26 BB04 BB05 BB14 BB15 BB19 BB22 BB26 3J103 AA02 AA15 BA05 EA20 GA02 GA57 GA58 GA60 GA66 HA03 HA05 HA11 HA33 HA46 3K034 AA02 AA08 AA10 AA11 AA15 AA17 AA34 AA37 BA08 BA13 BA15 BB02 BB08 BB14 BC04 BC12 BC28 BC29 CA02 CA03 CA14 CA18 CA22 CA27 CA28 HA01 HA10 JA01 JA10 3K058 AA86 BA18 CE02 CE13 CE18 CE19 CE26 CE28 DA04 DA06 DA11 GA06 3K092 PP08 PP18 QA02 QA05 QB02 QB20 QB30 QB31 QB42 QB59 QB65 QB68 QB75 QB76 QC02 QC19 QC21 QC27 QC49 QC59 RA06 RA07 RA08 RD03 RD28 RD33 RD36 RD43 RF03 RF09 RF13 RF14 RF17 RF22 VV22

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 芯金と、 上記芯金の外面に設けられた絶縁体層と、 上記絶縁体層の外面に形成された抵抗体層と、 上記抵抗体層の外面に形成された表面層と、 上記抵抗体層に電力を供給するためにこの抵抗体層の軸
   方向両端部近傍においてそれぞれがこの抵抗体層と電気
   的に結合された一対の電極と、を備えた加熱定着ローラ
   において、 上記絶縁体層は、軸方向位置に応じて異なる絶縁体層外
   径を有し、 上記抵抗体層は、軸方向位置に関わらず一定の抵抗体層
   外径を有し、軸方向位置に応じて異なる厚みを有するこ
   とを特徴とする加熱定着ローラ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された加熱定着ローラに
   おいて、 上記絶縁体層の中央部における上記絶縁体層外径は、上
   記電極近傍における上記絶縁体層外径よりも小さいこと
   を特徴とする加熱定着ローラ。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載された加熱
   定着ローラにおいて、 上記絶縁体層は、サンドブラスト処理によって上記絶縁
   体層外径を軸方向位置に応じて異ならせたものであるこ
   とを特徴とする加熱定着ローラ。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２に記載された加熱
   定着ローラにおいて、 上記絶縁体層は、研磨処理によって上記絶縁体層外径を
   軸方向位置に応じて異ならせたものであることを特徴と
   する加熱定着ローラ。
5. 【請求項５】 加熱定着ローラと、 上記加熱定着ローラに向けて付勢力が与えられる加圧定
   着ローラと、 上記加圧定着ローラに上記付勢力を与えるための付勢手
   段と、 上記加熱定着ローラと上記加圧定着ローラとのうち少な
   くとも一方を回転駆動するための駆動装置と、を備えた
   定着装置において、 上記加熱定着ローラは、請求項１から請求項４までのい
   ずれかに記載された加熱定着ローラであり、 この定着装置には、上記電極に加熱電力を供給するため
   の給電手段が備えられていることを特徴とする定着装
   置。