JP3065800B2

JP3065800B2 - 加熱定着装置

Info

Publication number: JP3065800B2
Application number: JP4210722A
Authority: JP
Inventors: 正弘後藤; 貢一諏訪; 学高野; 裕子田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1992-07-16
Publication date: 2000-07-17
Anticipated expiration: 2015-07-17
Also published as: JPH0635353A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真式プリンター、
複写機及び静電記録装置等に用いられる加熱定着装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、加熱定着装置は熱効率の高さ、安
全性の高さから、加熱ローラ定着装置が広く用いられて
いる。この種の加熱ローラ定着装置では、加熱源である
ハロゲンヒータ等のヒータへの通電の制御が何らかの異
常で不能となったときに、加熱ローラの表面温度が過度
に昇温するのを防止するために、サーモスイッチ、温度
ヒューズ等の過昇温防止手段をヒータと直列に設け、加
熱ローラ表面温度が異常に高くなったときにヒータへの
通電を遮断する構成となっている。

【０００３】この過昇温防止手段として、加熱ローラ表
面温度の立上がりの早い加熱ローラ定着装置に対しては
応答性の早さ、信頼性の高さから接触形のサーモスイッ
チが広く用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来装置にあって、加熱ローラ表面に接触しているサー
モスイッチにはトナー等が長期使用によりサーモスイッ
チ表面に蓄積し、サーモスイッチ表面に保持しきれなく
なったトナーの固まりが加熱ローラ表面から転写材上に
転移して画像汚れ、又は転写材裏汚れを発生させたり、
サーモスイッチ表面に固着したトナーにより加熱ローラ
表面を傷つけてしまうという欠点を有している。とくに
この現象はパッド、ブレード等のクリーニング部材を有
しない加熱ローラ定着装置において顕著となる。この欠
点を除去するために、サーモスイッチを加熱ローラに対
し非接触とすることが考えられるが、非接触とした場合
にサーモスイッチの応答が遅くなるだけでなく、加熱ロ
ーラ表面とのギャップを装置間でのばらつきがない状態
で一定に維持するための機構が複雑となる。

【０００５】また、サーモスイッチを転写材上の画像領
域外に配置することでも上記欠点を除去することが可能
であるが、転写材の画像領域外は、加熱定着装置内で
も、軸受部に近い端部にあることが多く、この部分では
軸受部へ熱が逃げるだけでなく、ヒータの発熱領域の端
部に近いために加熱ローラ表面温度の立上がりが加熱ロ
ーラ長手方向の中央部等に比して遅くなる。その結果、
異常時に加熱ローラ表面温度が上昇し、サーモスイッチ
が作動した時には、すでに加熱ローラ長手方向の端部に
対して中央部が非常に高温となってしまっているため、
加熱定着装置から発煙、発火の危険性が有り、過昇温防
止手段として十分な性能を発揮できない。この現象は特
に加熱ローラの熱容量が小さく、転写材幅に対し、加熱
ローラの軸間長さ、ヒータの発熱領域が十分大きくない
ような小型の加熱ローラ定着装置において顕著となる。

【０００６】さらに、転写材の通紙基準を画像形成装置
の一方の端に有する片側基準の装置において、このよう
な定着装置を用いた場合には、転写材幅の狭い小サイズ
紙を通紙したときに非通紙部の昇温が大となる欠点を有
している。

【０００７】本発明は、上記の従来装置が有していた問
題を解決し、長期にわたり過昇温防止手段としてのサー
モスイッチのトナー汚れを防止しつつ、異常時の過昇温
を防止し、小サイズ紙の通紙時における非通紙部昇温を
防止できる加熱定着装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、通電により発熱する加熱源と、該加熱源により加
熱される加熱ローラと、異常昇温時に上記加熱源への通
電を遮断する過昇温防止手段とを有し、上記過昇温防止
手段は画像域外である上記加熱ローラの端部で加熱ロー
ラ表面に接触して設けられた加熱定着装置において、上
記加熱ローラの長手方向に関して、上記過昇温防止手段
が設けられた加熱ローラの部分は中央部より熱容量が小
さいことにより達成される。

【０００９】

【作用】かかる構成の本発明にあっては、過昇温防止手
段を有する熱容量の小さい部分の加熱ローラ表面温度の
立上がりが早くなっているので、異常時の加熱ローラ表
面温度の過昇温が防止される。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面にもとづき、本発明の実施例
について説明する。

【００１１】＜第一実施例＞図１は本実施例装置の軸線
を含む面での断面図、図２は軸線に直角な面での断面図
である。

【００１２】加熱ローラ１１はアルミニウムの芯金の上
にＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂からなる離型層を有
し、表面温度検出手段たるサーミスタ１８の信号によ
り、内部に設けられたハロゲンヒータ１４の通電を制御
手段（図示せず）により制御することにより、表面温度
が所定の温度に制御されている。さらに、加熱ローラ１
１は、両側にて軸受１５により支持され、画像形成装置
からの駆動系（図示せず）を介して矢印Ａ方向へ回転駆
動されている。加圧ローラ１２は、鉄、ステンレス鋼等
の芯金の上にシリコーンゴム、シリコーンスポンジ等の
弾性層を形成して成っており、芯金部の両側が軸受１６
で支持され、加圧バネ１７により一定荷重で加熱ローラ
１１に対し加圧されており、加熱ローラ１１との間に所
望のニップ部を形成している。また、上記加熱ローラ１
１の表面には過昇温防止手段としてサーモスイッチ１３
が当接しており、本実施例においては、サーミスタ１
８、サーモスイッチ１３は転写材の画像領域外にあり、
長手方向に対しほぼ同一の位置で周方向に配置される。

【００１３】このような加熱定着装置により、周知の電
子写真画像形成プロセスにより転写材Ｐ上に形成したト
ナー像Ｔを転写材上に永久定着させる。

【００１４】次に、実施例装置について、具体的な数値
とともにさらに詳しく説明する。

【００１５】加熱ローラ１１は、外径が２４ｍｍ、肉厚
が２ｍｍのアルミニウムからなる芯金の上にＰＦＡ層を
３０μｍ厚でコーティングしたものを用いる。また、加
熱ローラ１１のサーミスタ１８、サーモスイッチ１３が
配置された側の端部（本実施例では非駆動側）は芯金の
厚みを外面にて１ｍｍまで削っており外径は２２ｍｍと
なっている。

【００１６】一方、加圧ローラ１２は外径が６ｍｍの鉄
棒の上に、シリコーンゴム層を６ｍｍ厚で形成し、その
上に５０μｍ厚のＰＦＡチューブが被覆されており、ロ
ーラ上の硬度は５０度（アスカーＣ）である。サーミス
タ１８、サーモスイッチ１３は各々最大サイズ幅の転写
材に対し、画像領域外に配置されている。本実施例では
最大サイズ幅の転写材がレターサイズ（幅２１６ｍｍ×
長さ２７９ｍｍ）であって、画像中心から１０８ｍｍの
位置が転写材端となり、１０３ｍｍの位置が画像領域端
となる。これに対し、サーミスタ１８は当接面の幅が６
ｍｍのものが用いられ、画像中心から１０８ｍｍの位置
にサーミスタ中心を配置することで該サーミスタ１８の
端部は画像領域から２ｍｍ外側へ逃げている。サーモス
イッチは、バイメタル保護用のキャップが加熱ローラ１
１に当接する部分が直径１０ｍｍの円板形状となってお
り、サーモスイッチ中心を画像中心から１１０ｍｍの位
置に配置することにより、サーモスイッチ端部は画像領
域から２ｍｍ外側へ逃げている。

【００１７】図３は、本実施例における加熱ローラ表面
の温度分布を示すもので、特に、画像形成装置本体の電
源を投入した後、加熱ローラのサーミスタ配置部におけ
る表面温度が所定の温度（ウォームアップ温度）になっ
たときの状態を示している。このグラフからわかるよう
に、本実施例の加熱ローラの表面温度分布はサーミス
タ、サーモスイッチの配置部と中央部でほとんど温度差
がなく、中央部の方がわずかに温度が高い程度（約１０
°Ｃ）である。また、サーミスタ、サーモスイッチが当
接している側に対して反対側の加熱ローラ表面温度はサ
ーミスタ、サーモスイッチ配置部に比べて低くなってお
り、本実施例では画像中心に対してサーミスタ、サーモ
スイッチと対称に位置する部分（Ａ部）の加熱ローラ表
面温度は約２５°Ｃ位低くなっている。

【００１８】このように、サーミスタ１８、サーモスイ
ッチ１３を画像域外に配置することにより、サーミスタ
１８、サーモスイッチ１３の表面が長期使用によりトナ
ーで汚れることはなくなる。一方、サーミスタ１８、サ
ーモスイッチ１３を加熱ローラ１１の端部に配置するこ
とにより、その部分の加熱ローラ１１の表面温度の立上
がりが中央部に比して遅くなる。特に、異常時にサーモ
スイッチ１３が動作したとき加熱ローラ１１の中央部の
表面温度が非常に高くなる現象に関しては、サーモスイ
ッチ１３の当接部の外側から軸受部を介し、加熱ローラ
１１の端部に至る領域の芯金肉厚を薄くすることによ
り、サーモスイッチ配置部の加熱ローラ表面温度は中央
部と同等の立上がりを得ることができるため異常時にサ
ーモスイッチが動作した時には加熱ローラ長手全域にわ
たり、非常に高温となる箇所がなくなる。その結果、ヒ
ータの通電制御に異常が生じサーミスタ部と長手方向同
一の位置にあるサーモスイッチが動作したとき、本実施
例の加熱定着装置ではサーモスイッチ配置部の加熱ロー
ラ表面温度が３５０°Ｃ、そのとき加熱ローラ長手方向
でのピーク温度が３７０°Ｃでおさまる。

【００１９】このように、加熱ローラ端部の芯金肉厚を
薄くすることにより、加熱ローラ端部の熱容量が小さく
なるので、相対的に加熱ローラ端部の温度上昇が早ま
り、その結果加熱ローラ長手方向の表面温度分布の均一
化が達成できる。こうすることにより、画像域外に接触
型のサーモスイッチを設けた構成において、サーモスイ
ッチ動作時の加熱ローラのピーク表面温度を低く抑える
ことができるばかりでなく熱効率が高くなり、加熱ロー
ラが定着のために必要な所定の温度に達するまでの時間
（ウェイトアップタイム）も短くできるという効果が得
られる。

【００２０】図４は本実施例の加熱定着装置において、
レターサイズ（幅２１６×長さ２７９ｍｍ）の転写材を
通紙したとき（実線ａ）と、封筒（幅１０５×長さ２４
１ｍｍ）を通紙したとき（破線ｂ）の加熱ローラ表面温
度分布である。

【００２１】レターサイズ（本実施例の最大通紙幅）を
通紙したときには転写材が加熱ローラから熱を奪うの
と、加熱ローラの芯金内での長手方向の熱の移動の影響
により、加熱ローラ長手方向の温度分布は立上がり時
（図３のグラフ）に比べて均一となり易く、中央部が両
端に比べて若干温度が高い程度の温度分布となる。この
結果立上がり時には不均一な温度分布であっても実際の
通紙時には、あらかじめ温度の低いサーミスタに対して
反対側の端部は熱容量が大きいため通紙時に熱を奪われ
ても表面温度が下りにくく、比較的均一な温度分布とな
るための定着性の不良は生じにくい。

【００２２】特に、立上がり時の温度分布のピークは中
央部近傍となるために、加圧力が弱くてニップの少な
い、そして温度低下が生じ易く定着性の不安定な中央部
においても良好な定着性が得られる。一方、封筒のよう
な小サイズ紙を通紙したときは非通紙領域での熱の供給
量が通紙領域に比べて低いほど非通紙部昇温は小さくな
り又は通紙領域に比べて非通紙領域の熱容量が大きいほ
ど非通紙部昇温は小さくなる。これらはいづれも、立上
がり時の表面温度分布となって顕れるため立上がり時の
非通紙領域の温度が低ければ低いほど非通紙部昇温は小
さくなる。したがって、本実施例のようにサーミスタ側
の熱容量を小さくすることにより、立上がり時にサーミ
スタ配置部の温度立上がりに比してその反対側端部の温
度立上がりを遅くし、それにより非通紙部昇温を抑える
ことが可能となる。具体的には図４グラフの破線ｂに示
したように、非通紙領域の昇温のピークはサーミスタ部
に比べて約４０°Ｃの昇温におさまる。一方、加熱ロー
ラ１１の端部を肉薄に切削加工していない場合には、加
熱ローラ１１の封筒通紙時の非通紙領域のピーク温度は
サーミスタ部に比べ約６０°Ｃ上昇する。

【００２３】＜第二実施例＞次に、本発明の第二実施例
について説明する。図５は本実施例装置の軸線を含む面
での断面図である。

【００２４】本実施例では、加熱ローラ芯金端部の熱容
量を小さくするために管材から成る芯金の内面を切削し
てその厚さを薄くしている。具体的には、加熱ローラ５
１として、外径が２４ｍｍ，肉厚が２ｍｍのアルミニウ
ム管からなる芯金の上にＰＦＡ層を３０μｍ厚でコーテ
ィングしたものを用い、サーミスタ１８、サーモスイッ
チ１３が配置された側の端部では芯金の内部を肉厚１ｍ
ｍまで削り、内径を２２ｍｍとしている。加圧ローラ及
びサーミスタ、サーモスイッチの長手方向配置は前述の
第一実施例装置の場合と同じなので説明は省略する。

【００２５】図６のグラフは、本実施例の加熱定着装置
におけるウォームアップ時の加熱ローラ表面温度分布を
示している。

【００２６】図６のグラフからわかるように、本実施例
ではウォームアップ時の加熱ローラのサーミスタ配置部
の表面温度と加熱ローラ長手方向内でのピーク温度の差
がわずか５°Ｃしかなく、異常時にサーモスイッチが動
作したときにはサーモスイッチ配置部の加熱ローラ表面
温度が３５０°Ｃであり、加熱ローラ長手方向内でのピ
ーク温度が３６５°Ｃとなり、加熱ローラ・加圧ローラ
間に紙が挟圧されていた場合にもわずかな発煙が生じる
程度であった。このときサーミスタ、サーモスイッチ配
置部に対して反対側の加熱ローラ表面温度の立上がり時
の温度（Ａ部）は、サーミスタ、サーモスイッチ配置部
に比べて約２５°Ｃ低くなっている。この状態で前の実
施例と同様にレターサイズの転写材を通紙したときの加
熱ローラ表面温度分布は図７のグラフの実線ａのように
前実施例と同様の理由で比較的均一な温度分布となり、
良好な定着性が確保できた。また、封筒通紙時の非通紙
部昇温も低く抑えることができ、幅１０６ｍｍの封筒を
連続通紙したときにも、非通紙領域の加熱ローラ表面温
度のピークは、サーミスタ部に比べ４０°Ｃ高くなる程
度に収まった。一方、本実施例の加熱ローラと同一の構
成で、芯金端部の内周面を切削していないものは、同一
条件下で同じサイズの封筒を通紙すると非通紙領域の加
熱ローラ表面温度のピークはサーミスタ配置部に比べて
約６０°Ｃ高くなっている。

【００２７】さらに本実施例では加熱ローラの表面温度
の立上がりも早くなり芯金の内面を削っていないものに
対し約１５％程度立上がりが改善される。この結果ウェ
イトタイムが早くなる。

【００２８】このように、前実施例にも増して優れた効
果が得られる理由は、芯金の内周面を削るためにサーミ
スタ、サーモスイッチの当接領域内まで芯金の薄肉化が
達成でき、サーミスタ、サーモスイッチ当接部から芯金
端部に至る領域の熱容量を前実施例以上に小さくするこ
とが可能となるためである。

【００２９】また、本実施例では芯金内周面を切削して
いるために、芯金内径が大きくなり、例えば発熱部材と
してハロゲンヒータを用いた場合芯金切削部がハロゲン
ヒータの封止部位置に相当するためハロゲンヒータの封
止部の温度上昇が少なくてすみ、ハロゲンヒータを短く
することが可能となり、装置の小型化に寄与できる。

【００３０】＜第三実施例＞次に、図８にもとづき、第
三実施例について説明する。

【００３１】本実施例では、加熱ローラの駆動側（右
側）及び非駆動側（左側）をともに芯金内周面を切削加
工し、サーミスタ、サーモスイッチ配置部を設けた非駆
動側では駆動側に対し、その切削領域をより大きくとっ
ている。具体的には加熱ローラ８１として、外径２４ｍ
ｍ、芯金肉厚２ｍｍのアルミニウム管からなる芯金の上
にＰＦＡ層を３０μｍ厚みでコーティングしたものを用
いている。このとき非駆動側端部では内周面を１ｍｍ削
り、その肉厚を１ｍｍ、切削幅を２５ｍｍとし、切削領
域がサーミスタ、サーモスイッチの当接部にかかるよう
にしている。一方、駆動側では内周面を１ｍｍ削ってそ
の肉厚を１ｍｍとし、切削幅は１０ｍｍとしている。加
圧ローラ１２及びサーミスタ、サーモスイッチの配置は
前述の第一及び第二実施例と同様なので説明は省略す
る。

【００３２】図９は、本実施例の加熱定着装置のウォー
ム・アップ時の加熱ローラ表面温度分布を示すグラフで
ある。このグラフからわかるようにウォーム・アップ時
の加熱ローラ表面温度分布は、画像域内では長手方向に
て非常に均一となる。さらに、サーミスタ配置部に対し
て反対側に位置するＡ部ではサーミスタ部に比べ約１５
°Ｃ低くなっている。この結果、異常時にサーモスイッ
チが動作したときの加熱ローラ内の長手方向ピーク温
度、加熱ローラ表面温度の立上がりの早さは前述の第二
実施例の場合と同様で、図９のグラフに示したようにレ
ターサイズの通紙時には非常に均一な温度分布が得られ
（実線ａ）、また封筒等の幅の狭い転写材を連続通紙し
たときの非通紙領域の昇温もサーミスタ配置部に比べて
約５０°Ｃ上昇する程度に抑えられ（破線ｂ）、芯金端
部の熱容量を小さくすることにより切削加工をしていな
い芯金を用いた加熱ローラに比べて約１０°Ｃ非通紙領
域の昇温を低くすることができた。

【００３３】このように芯金の両端を切削加工し熱容量
を小さくすることによって、加熱ローラの長手方向に均
一な温度分布が得られ、加熱ローラ及びヒータの長さを
極力小さくすることが可能な構成となる。さらに、サー
ミスタ、サーモスイッチを配置した側の芯金端部の熱容
量をその反対側端部の熱容量に比して小さくしているた
め、片側基準の構成で問題となる小サイズ紙通紙時の非
通紙領域の昇温も極力小さくすることが可能となる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明では加熱ローラ定
着装置において加熱ローラのサーモスイッチ、サーミス
タを配置した側の芯金端部の熱容量を小さくしたので、
加熱ローラ定着装置の長手寸法を小さくしても、画像域
外端部を設けたサーミスタ、サーモスイッチ配置部から
転写材画像領域にわたって均一な温度分布が得られ、通
電制御異常時にサーモスイッチが動作したときの加熱ロ
ーラ表面温度を低く抑えることができ、同時に加熱ロー
ラ表面温度立上がりを早くすることが可能となり、ウェ
イト・タイムの短縮化が図られ、さらにサーミスタに対
して反対側の温度立上がりを遅くすることで、片側基準
の画像形成装置で問題となる小サイズ紙通紙時の非通紙
領域の昇温も低く抑えることができる。また、本発明で
は、加熱ローラの芯金の熱容量を小さくするために、単
に加熱ローラ芯金端部を切削加工することでその肉厚を
薄くするという簡易な手段で実施することができて、コ
ストの面でも非常に有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例装置の軸線を含む面での断
面図である。

【図２】図１装置の軸線に直角な面での断面図である。

【図３】図１装置のウォームアップ時の温度分布を示す
図である。

【図４】図１装置の通紙時の温度分布を示す図である。

【図５】第二実施例装置の軸線を含む面での断面図であ
る。

【図６】図５装置のウォームアップ時の温度分布を示す
図である。

【図７】図５装置の通紙時の温度分布を示す図である。

【図８】第三実施例装置の軸線を含む面での断面図であ
る。

【図９】図８装置のウォームアップ時の温度分布を示す
図である。

【図１０】図８装置の通紙時の温度分布を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１；５１；８１加熱ローラ１２加圧ローラ１３過昇温防止手段（サーモスイッチ）１８温度検知手段（サーミスタ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中裕子東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開平３−144683（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−161477（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−169680（ＪＰ，Ａ) 特開平２−154289（ＪＰ，Ａ) 実開平２−13265（ＪＰ，Ｕ) 実開平３−122466（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/20 H05B 3/00 330-375

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】通電により発熱する加熱源と、該加熱源
により加熱される加熱ローラと、異常昇温時に上記加熱
源への通電を遮断する過昇温防止手段とを有し、上記過
昇温防止手段は画像域外である上記加熱ローラの端部で
加熱ローラ表面に接触して設けられた加熱定着装置にお
いて、上記加熱ローラの長手方向に関して、上記過昇温
防止手段が設けられた加熱ローラの部分は中央部より熱
容量が小さいことを特徴とする加熱定着装置。