JP3061526B2 - 熱定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタや複写
機等電子写真方式の画像形成装置に使用され、転写紙に
転写したトナー像を熱定着する熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の熱定着装置は、図９に示すよう
に発熱する加熱ローラ１と加圧する加圧ローラ２を対向
配置し、トナー像を転写した転写紙３をトナー像の転写
側が加熱ローラ１と接触するようにして加熱ローラ１と
加圧ローラ２との間を通過させて熱定着を行うようにな
っている。

【０００３】このような熱定着装置に使用する加熱ロー
ラ１としては、例えば実開昭６１−６８６９号公報に見
られるものが知られている。これは、図１０に示すよう
に、ガラス材又はセラミック材の環状のベース基材４の
外周面にニッケルクロム合金の薄膜抵抗層をスパッタリ
ングで形成して発熱抵抗体５とし、この発熱抵抗体５の
外周面にフッ素系樹脂からなるトナー付着防止層６を形
成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来装置
は、加熱ローラ１の長手方向の温度分布が図１１に示す
ように、加熱ローラ１の両端部の温度が中央部に比べて
低くなり、定着にむらが生じるという問題があった。

【０００５】また、発熱抵抗体５の温度を定着に適正な
温度に制御すると、中央部は問題無いが両端部の温度低
くなり、その結果定着後にトナーが離脱し易くなり、ま
た、発熱抵抗体５の温度を両端部を考慮して高めに設定
すると両端部は問題無いが、中央部の温度が高くなり過
ぎてトナーの成分である樹脂が溶融し過ぎ、その結果ト
ナーが加熱ローラ１側に逆転写され、それが転写紙３の
トナー像の非転写部に転写して印刷品質を低下させると
いう問題があった。

【０００６】そこで本発明は、発熱抵抗体の温度分布を
加熱ローラの長手方向全体にわたって一様にでき、常に
良好な熱定着ができる熱定着装置を提供する。

【０００７】また、本発明は、さらに、温度の立上がり
特性にすぐれた熱定着装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１対応の発明は、
加熱ローラを有する熱定着装置において、加熱ローラ
は、長尺な環状のベース基材及びこのベース基材の両端
に嵌合して固定した保持金具を有し、ベース基材の外周
部に発熱抵抗体を、その抵抗分布がベース基材の両端部
の抵抗値を中央部の抵抗値に比べ相対的に大きく形成
し、ベース基材と保持金具との間に緩衝部材を介在させ
ると共にベース基材の両端部の発熱抵抗体に電極を接続
したものである。

【０００９】請求項２対応の発明は、請求項１記載の熱
定着装置において、加熱ローラのベース基材は低熱伝導
材料からなることにある。

【００１０】

【作用】このような構成の発明においては、ベース基材
の外周部に形成した発熱抵抗体の抵抗分布を、ベース基
材の両端部の抵抗値を中央部の抵抗値に比べ相対的に大
きくしているので、中央部に比べて両端部での単位面積
当たりの発熱量が多くなり、その結果発熱抵抗体の長手
方向全体の温度分布が一様となる。

【００１１】また、この発明においては、ベース基材と
して低熱伝導材料を使用しているので、熱の損失が少な
くなり、加熱ローラの温度の立上がりが良好となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１３】図１は加熱ローラ１１を回転軸に対して直
角に断面した図、図２は加熱ローラ１１を回転軸に沿っ
て断面した図を示している。

【００１４】この加熱ローラ１１は、長尺な環状のベー
ス基材１２の外周部全面に第１の発熱抵抗体層１３を形
成している。この第１の発熱抵抗体層１３は、例えばＮ
ｉＣｒＳｉをベース基材１２の外周部全面にスパッタリ
ングにより２０００オングストロームの厚さに形成す
る。

【００１５】前記ベース基材１２はパイレックスガラス
や石英ガラス等の低熱伝導性材料からなるものを使用し
ている。

【００１６】前記第１の発熱抵抗体層１３の上に両端部
のＡ部を除いた中央部のＢ部に第２の発熱抵抗体層１４
を形成している。この第２の発熱抵抗体層１４は、Ａ部
にマスクをし、第１の発熱抵抗体層１３の上にＮｉＣｒ
Ｓｉをスパッタリングにより５００オングストロームの
厚さに形成する。

【００１７】そして前記第２の発熱抵抗体層１４の外周
面及び前記第１の発熱抵抗体層１３の露出している外周
面の上にトナーの付着を防止するためにフッ素系樹脂か
らなるオフセット防止層１５をコーティング等により形
成する。

【００１８】こうしてＡ部とＢ部の抵抗分布が異なり、
シート抵抗値はＡ部がＢ部よりも大きくなる。

【００１９】すなわち、加熱ローラ１１の両端間の等価
回路を示すと図３に示すようになり、Ａ部の抵抗値はＲ
A 、Ｂ部の抵抗値はＲB となり、単位長さ当たりの抵抗
値はＡ部の方が大きく、従って単位面積当たりの発熱量
もＡ部の方が大きくなる。

【００２０】従って、Ａ部とＢ部との抵抗値のバランス
を適当に取ることにより、発熱量と放熱量とのバランス
が取れ、加熱ローラ１１の温度分布を一様にすることが
可能となる。すなわち、Ａ部とＢ部との抵抗値を異なら
せることにより、加熱ローラ１１の温度分布は図４に示
すように加熱ローラ１１の長さ方向の全体にわたって一
様にすることができる。

【００２１】図５は加熱ローラ１１の外観を示す斜視
図、図６は図５におけるＸ部の部分拡大断面図で、加熱
ローラ１１はその両端部の第１の発熱抵抗体層１３の露
出部に銅やリン青銅等の金属リング１６を導電性の接着
剤で固定し、電極としている。

【００２２】前記金属リング１６は例えばカーボンブラ
シユニット１７を使用して外部電源と電気的に接続する
ようになっている。

【００２３】前記加熱ローラ１１は、その両端に保持金
具１８の一端側円柱部をベース基材１２内に嵌合して固
定し、この保持金具１８の他端側軸部にギヤ等を取付け
て外部駆動部に連結するようになっている。なお、この
保持金具１８の円柱部と軸部との間は前記ベース基材１
２と略同一径のフランジ部となっている。

【００２４】このような構成の加熱ローラ１１を熱定着
装置に組込み、電力を投入して定着に必要な例えば１５
０℃に達するまでの時間を測定したところ、１２秒程度
で１５０℃に達し、良好な温度立上がり特性を示した。
このときに要した投入電力は３００Ｗで、一旦１５０℃
に達した後のランニング電力は約１００Ｗであった。こ
れは例えばアルミバイプからなる加熱ローラをハロゲン
ランプで加熱する方式に比べ、立上がり速度が速く、ま
たランニング電力も低く良好な熱特性を得ることができ
た。すなわち、この熱定着装置を電子写真方式のプリン
タに使用した場合に、印刷開始時のウォーミングアップ
時間を大幅に短縮でき、また動作時の消費電力も大幅に
軽減できることになる。

【００２５】また、加熱ローラ１１を１５０℃に制御し
て適正定着温度が１５０℃のトナーを熱定着したとこ
ろ、この温度では定着が不十分となり、加熱ローラ１１
の温度を約１６５℃程度にしたところ良好な定着が可能
となった。これは本方式では加熱ローラ１１の表面部分
の発熱を利用するため熱容量が小さく、転写紙に熱を奪
われるためである。

【００２６】従って、本方式ではトナーの適正定着温度
よりも加熱ローラ１１の温度を若干高くすることにより
適正な定着が可能となる。

【００２７】また、図６に示すように、ベース基材１２
に保持金具１８を直接固定して定着動作を長時間連続し
て繰返したところ、ベース基材１２と保持金具１８との
固定部に破損が生じた。これはベース基材１２と保持金
具１８との熱膨張率の違い、すなわち保持金具１８の熱
膨張率がベース基材１２の熱膨張率よりも大きく、この
ため保持金具１８の一端側円柱部の熱膨張によりベース
基材１２の外周方向にストレスがかかり、その結果ベー
ス基材１２が破損したものと考えれる。

【００２８】そこで、最終的には、図７に示すようにベ
ース基材１２に対して保持金具１８を間にシリコーンゴ
ム等の緩衝部材１９を介して嵌合固定した。

【００２９】その結果、ベース基材１２の外周方向にか
かるストレスが緩衝部材１９により吸収され、ベース基
材１２は長時間の連続定着に対しても破損することは無
かった。

【００３０】また、緩衝部材１９をベース基材１２と保
持金具１８との間に介在させることによって加熱ローラ
側から保持金具１８への熱伝導が防止され、ベース基材
１２と保持金具１８との接合端部付近で温度が低下する
のを防止でき、加熱ローラ１１の長さ方向の温度分布を
さらに均一化することができた。

【００３１】また、ベース基材１２としてパイレックス
ガラスや石英ガラス等の低熱伝導性材料を使用している
ので、外部への放熱を極力少なくでき、これにより温度
の立上がりをさらに向上できる。

【００３２】図８は、本方式においてベース基材１２と
してパイレックスガラス、石英ガラスを使用した場合
と、高熱伝導材料であるアルミを使用した場合、さらに
ハロゲンランプでアルミパイプを加熱する方式の場合の
温度立上がり特性を示したグラフである。

【００３３】なお、パイレックスガラス、石英ガラス、
アルミの管径をφ１６ｍｍとし、発熱抵抗体としてはＮ
ｉＣｒＳｉを使用し、第１の発熱抵抗体１３の厚さを２
０００オングストローム、第２の発熱抵抗体１４の厚さ
を５００オングストロームにし、電極１６，１６間の抵
抗値を３３Ωに設定している。

【００３４】図中グラフａはベース基材１２としてパイ
レックスガラスを使用した場合を示し、図中グラフｂは
ベース基材１２として石英ガラスを使用した場合を示
し、図中グラフｃはベース基材１２としてアルミを使用
した場合を示し、図中グラフｄはハロゲンランプでアル
ミパイプを加熱する方式の場合を示している。

【００３５】グラフからも明らかなようにベース基材１
２としてパイレックスガラスや石英ガラス等の低熱伝導
性材料を使用したものは１０秒前後で１５０℃に達し温
度の立上がり特性が極めてすぐれている。

【００３６】すなわち、ベース基材１２としては熱伝導
率が低く、かつ熱膨張率が小さい材料が好適である。従
って、パイレックスガラスや石英ガラスは好適であり、
中でも石英ガラスは最も好適である。

【００３７】なお、前記実施例では発熱抵抗体をＮｉＣ
ｒＳｉで構成したが必ずしもこれに限定するものではな
く、ＮｉＣｒで構成したものであってもよい。

【００３８】また、前記実施例では発熱抵抗体を薄膜に
より形成したものについて述べたが必ずしもこれに限定
するものではなく、酸化ルテニウムを主成分とした厚膜
により形成するものであってもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上、本発明によれば、発熱抵抗体の温
度分布を加熱ローラの長手方向全体にわたって一様にで
き、常に良好な熱定着ができる熱定着装置を提供でき
る。

【００４０】また、本発明は、さらに、温度の立上がり
特性にすぐれた熱定着装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す加熱ローラの回転軸に直
角方向の断面図。

【図２】同実施例の加熱ローラの回転軸に沿った断面
図。

【図３】同実施例の加熱ローラの等価回路。

【図４】同実施例の加熱ローラの温度分布特性を示すク
ラフ。

【図５】同実施例の加熱ローラの外観を示す斜視図。

【図６】図５のＸ部分の部分拡大断面図。

【図７】同実施例の加熱ローラの他の実施例を示す部分
拡大断面図。

【図８】本実施例を含む各種加熱ローラの温度立上がり
特性を示すグラフ。

【図９】熱定着装置の要部構成を示す図。

【図１０】加熱ローラの従来例を示す断面図。

【図１１】同加熱ローラの温度分布特性を示すクラフ。

【符号の説明】 １１…加熱ローラ １２…ベース基材 １３…第１の発熱抵抗体 １４…第２の発熱抵抗体 １６…金属リング（電極）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−52581（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−30280（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−92838（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−73668（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱ローラを有する熱定着装置におい
   て、 前記加熱ローラは、長尺な環状のベース基材及びこのベ
   ース基材の両端に嵌合して固定した保持金具を有し、前
   記ベース基材の外周部に発熱抵抗体を、その抵抗分布が
   前記ベース基材の両端部の抵抗値を中央部の抵抗値に比
   べ相対的に大きく形成し、前記ベース基材と保持金具と
   の間に緩衝部材を介在させると共に前記ベース基材の両
   端部の発熱抵抗体に電極を接続したことを特徴とする熱
   定着装置。
2. 【請求項２】 加熱ローラのベース基材は低熱伝導材料
   からなることを特徴とする請求項１記載の熱定着装置。