JP3458985B2

JP3458985B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP3458985B2
Application number: JP31676695A
Authority: JP
Inventors: 雄三河野; 敏明桧ケ谷; 博司横山; 順二中井; 恵三安田; 雅彦佐藤; 正尚江原; 貴之関
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 2003-10-20
Anticipated expiration: 2015-12-05
Also published as: JPH09160413A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トナー像を加熱溶
融し転写材上に定着して画像形成を行う画像形成装置の
定着装置に関し、特に、電磁誘導発熱を利用した定着装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁誘導発熱を利用した定着装置の定着
ローラー（加熱ローラーとも呼ばれる）としては、例え
ば、実開昭４８−５９４５８号公報に開示された誘導発
熱ローラーがあり、この誘導発熱ローラーは、固定軸の
外表面に固設された鉄心にコイルを巻き、コイルに交流
電源を接続し、そのコイルを巻いたものの外周面に高導
電性、高熱伝導性の非磁性材料よりなる薄肉円筒状の回
転する発熱ローラーを固定軸と同心的に配設し、上記コ
イルに通電された時に誘起する鉄心を通る交番磁束の漏
洩磁束が、上記発熱ローラーの円周側壁を貫通すること
により、同ローラーを加熱するように構成されている。

【０００３】また、特開昭５３−５０８４４号公報に
は、軸に固着されている磁性体からなるコアーに巻き付
けられた巻線と、巻線の外周に配設された弾性体からな
る耐熱断熱層と、この耐熱断熱層を被覆する可橈性の誘
導発熱層とからなる加熱ローラーとすることにより、加
熱ローラーの立ち上がりを早くし、発熱層の強度不足を
解消する技術が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電子写真方式の複写
機、ファクシミリ、プリンター等、トナーを用いた画像
形成装置の定着装置としては一般的に熱ローラー定着装
置が用いられる。この熱ローラー定着装置では、内部に
熱源を有する定着ローラーと、定着ローラーに押圧され
る機構を備えた加圧ローラーを用い、それらから構成さ
れる熱ローラー対の間に形成されるニップ部に未定着の
トナー像を担持した転写材を通過させることにより、ト
ナーを加熱溶融し、転写材に固定する構成となってい
る。定着ローラーの熱源としては、赤外線ヒーターを用
いることが一般的であるが、投入した電力の一部が可視
光線となってしまうことが避けられないことと、赤外線
を受光する定着ローラーの内壁での受光ロス等により、
効率の限界がある。

【０００５】一方、実開昭４８−５９４５８号公報に開
示されているように、発熱ローラーとして電磁誘導発熱
を利用するものでは、定着ローラーは、回転駆動される
外筒と、この外筒を誘導発熱させるための誘導コイルを
備えた電磁誘導発熱機構を持つ内筒より構成されてお
り、誘導コイルは外部に設けられた交流電源に接続さ
れ、誘導コイルが交流電源により励磁されると外筒の内
壁に交流渦電流が誘起され、内壁近傍が発熱する仕組み
になっている。この場合、外筒そのものが発熱源となる
ため、赤外線ヒーターを用いたときのような損失を無く
すことができる。

【０００６】ところで、上記のような電磁誘導発熱を利
用した定着ローラーの温度の立ち上がりを早めるには発
熱層（金属層）を薄くすればよいが、定着ローラーを他
のローラーに圧接させてシートの搬送を行わせる場合
に、圧力に耐えられなくなってシート搬送に支障を来す
欠点がある。この欠点を改良する発明であって、電磁誘
導発熱を利用した定着ローラー（加熱ローラー）として
開示されている特開昭５３−５０８４４号公報記載の技
術では、加熱ローラーの立ち上がりを早くするために、
発熱層を可橈性とし（金属を薄くする）、熱ローラー対
として使用するときの圧力に耐えうるように、シリコー
ンゴムやフッ素ゴム等の弾性体にて発熱層を支持するよ
うにしている。このように構成することにより、熱ロー
ラー対の機能を保ちつつ立ち上がり時間を早めることが
できるようになった。

【０００７】しかし、発熱層の支持部に弾性体を用いる
ことにより、発熱層（金属の薄層）が繰り返し圧力によ
り疲労して損壊してしまったり、高速度の画像形成に供
される定着装置ではローラー対の圧力が非常に高いため
に発熱層が塑性変形してローラ対としての役割を果たせ
なかったりすることは避けられない。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、上述した欠点の生じない構成の定着装置を提供す
ることを目的とする。以下に、本発明のより具体的な課
題（目的）を述べる。（１）本発明では、上述した欠点の生じない、効率の良
い、熱ローラー対に適した定着ローラーを提供すること
を目的とする。（２）本発明では、（１）の目的に加え、交換性の良い
定着ローラーを提供することを目的とする。（３）本発明では、（２）の目的に加え、さらに交換性
を向上させ、しかも、取付け位置精度をも確保できる定
着ローラーを提供することを目的とする。（４）本発明では、（３）の目的に加え、支持方法を簡
略化できる定着ローラーを提供することを目的とする。（５）本発明では、（１）の定着ローラーを大量に生産
するときに歩留まりを向上させ、安定的に生産できる定
着ローラーを提供することを目的とする。（６）本発明では、（５）の目的に加え、重量を軽減し
て、取扱い性を向上させた定着ローラーを提供すること
を目的とする。（７）本発明では、（６）の目的に加え、定着装置の温
度制御機構等の故障によりローラーが過熱した際にロー
ラーが破損し、高い圧力で圧接された熱ローラー対が飛
散する事故をも防止できる定着ローラーを提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明に係る定着装置は、磁界発生手段
と、該磁界発生手段の外周を囲むように配設され電磁誘
導発熱を利用して発熱する導電性発熱層と、強度的に劣
る前記導電性発熱層が変形を受けないように支持する非
導電性かつ非磁性の固定部と可動部を有し、取り外しを
行うときには、可動部から外側を脱着できる構造とした
ことを特徴とする（請求項１）。また、本発明に係る定
着装置は、上記構成に加えて、前記固定部と可動部の熱
膨張率を、固定部＞可動部となるように構成したことを
特徴とする（請求項２）。以下、より具体的な構成につ
いてに述べる。（１）本発明に係る定着装置の定着ローラーは、軸に固
定されている筒状の磁性体からなるコアと該コアに巻き
付けられた巻線（誘導コイル）から構成される磁界発生
手段（筒状の構造であるため、これを内筒と呼ぶ）と、
該磁界発生手段の外周を囲むように配設され電磁誘導発
熱を利用して発熱する筒状の発熱部（前記内筒に対応し
て、これを外筒と呼ぶ）からなる定着ローラーであり、
前記発熱部（外筒）が、非導電性耐熱支持層と薄層の導
電性発熱層と離型層の３層から構成されている。

【００１０】（２）本発明に係る定着装置の定着ローラ
ーでは、前記３層構造の発熱部（外筒）は一体にて構成
され、（内筒等の固定部側に対して）取り外し可能であ
る。

【００１１】（３）本発明に係る定着装置の定着ローラ
ーでは、前記非導電性耐熱支持層を固定部と可動部の２
体で形成し、取り外しを行うときには両部を分割し、可
動部から外側を脱着できる構造とした。（４）本発明に係る定着装置の定着ローラーでは、その
非導電性耐熱支持層の熱膨張率を、固定部＞可動部とな
るように構成した。

【００１２】（５）本発明に係る定着装置の定着ローラ
ーでは、前記非導電性耐熱支持層は、その耐熱温度が前
記離型層を形成する際の温度負荷を上回るような材質か
ら構成されるものとした。（６）本発明に係る定着装置の定着ローラーでは、その
非導電性耐熱支持層の材質が、耐熱樹脂からなるものと
した。（７）本発明に係る定着装置の定着ローラーでは、その
非導電性耐熱支持層の材質が、ポリイミド樹脂、ポリベ
ンゾイミダゾール樹脂等の耐熱の熱硬化性樹脂からなる
ものとした。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明が実施
される、誘導発熱型の定着ローラーを用いた定着装置の
一構成例を示す断面図である。また、図２は図１に示す
定着装置のローラー軸に直交する断面を示す断面図であ
る。定着ローラー２１は、外筒１と、内筒２と、回転自
在なフランジ３からなる。内筒２は、軸と一体に形成さ
れた鉄心（コア）１１と、鉄心１１に巻き付けられた誘
導コイル１２とからなり磁界発生手段を構成している。
誘導コイル１２はリード線１４により、交流電源１５に
接続されている。発熱部である外筒１は内筒２の外周を
囲むように同心的に配設され、その両側には、フランジ
３が設置され、図示しないネジ等で結合されている。こ
のフランジ３は、内筒２の鉄心１１の軸に軸受１３を介
して回転自在に支持されており、フランジの１つには図
示しない駆動ギヤが設けられ、該駆動ギヤを介して図示
しないモータと接続されている。従って、定着ローラー
２１は内筒２が固定で、外筒１のみ回転するようになっ
ている。

【００１４】加圧ローラー２２は、シリコーンゴム等の
弾性体を芯金上に形成したものを用い、定着ローラー２
１と所定の圧力で接触されて熱ローラー対を形成し、ニ
ップ部を形成している。そして転写紙３１上に坦持され
た未定着トナー３２は、そのニップ部を通過することに
より加熱溶融され、転写紙３１上に固定される。定着ロ
ーラー２１の外側表面にはサーミスタ等の温度検知手段
１６が設置されており、この温度検知手段１６により定
着ローラー２１の表面温度が検知され、図示しない制御
手段により交流電源１５の出力電流を制御することによ
り所望の温度に制御している。

【００１５】ここで、従来構成の電磁誘導発熱を利用し
た定着ローラーでは、定着ローラー２１の外筒１は、金
属等の導電体からなり、内筒２の誘導コイル１２が交流
電源１５により励磁されると、外筒１の内壁に交流渦電
流が誘起され、ジュール熱により内壁近傍が発熱する。
発生した熱は、外筒１の半径方向外側に向かって伝わ
り、表面が加熱される。このとき、外筒１は薄い方が熱
容量が少ないため、温めるために要する立ち上げ時間が
減少するという利点がある。しかし、薄くすることによ
って強度が低下し、加圧ローラと圧接されるときの圧力
に耐えられずローラーが変形し、転写紙３１の搬送性や
トナー３２の定着性に支障をきたすようになる。また、
弾性体にて薄層の外筒を支持する方法があるが、課題の
ところで述べた問題点がある。

【００１６】そこで本発明では、定着ローラー２１の発
熱部を構成する外筒１を、非導電性耐熱支持層と薄層の
導電性発熱層と離型層の３層で構成したものである。す
なわち定着ローラーの外筒を３層構造にすることによ
り、効率良く、立ち上がり時間が短く、構造上の強度も
十分に持った定着ローラを形成することが可能と成る。
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。

【００１７】

【実施例】図３は本発明の第１の実施例を示す定着ロー
ラーの断面図である。本発明の定着ローラー２１の外筒
１は、非導電性耐熱支持層２５と、導電性発熱層２６
と、離型層２７により構成される。導電性発熱層２６
は、金属の薄膜や炭素繊維を編んだもの等の導電性を有
する材料からなり、熱容量が小さくなるように薄くした
ものを用いる。非導電性耐熱支持層２５は、強度的に劣
る導電性発熱層２６が変形を受けないように支持する役
目を果たし、非導電性、非磁性の、例えば、ガラス、樹
脂、セラミックス等を用いる。また、熱容量の小さい材
質を用いたり、熱伝導率の小さな材質を用いて立ち上げ
時間を阻害しないようにすることが望ましい。離型層２
７は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂を１０
〜３０μｍの薄層にコーティングした物やチューブ状に
加工したものを用い、ニップ部において溶融したトナー
がローラ表面に付着して、再度転写紙上に付着する、い
わゆるオフセットと呼ばれる不具合を防止する。

【００１８】次に第２の実施例として、図３に示す定着
ローラー２の外筒１を構成する上記３層２５，２６，２
７が一体になるように材料を選定し、加工する。具体的
には、非導電性耐熱支持層２５の表面に、導電性発熱層
２６として金属、例えばニッケル、金、銀をメッキやコ
ーティング、蒸着等の方法により薄層で形成し、その上
に、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂の微粉末
をコーティングし焼成したものや、薄層のチューブを被
せて熱収縮させたものを用いて、離型層２７を形成す
る。こうすることにより、３層構造の外筒１を一体的に
形成することができ、定着ローラー２１のフランジ３か
ら一体的に取り外すことができ、各層を分離して取り外
して交換する必要が無いため、メンテナンスを行う際の
交換性が向上する。

【００１９】次に図４に第３の実施例を示す。ここで
は、定着ローラー２１の外筒１の非導電性耐熱支持層２
５を、固定部２５１と可動部２５２にて構成する。そし
て、固定部２５１を図１に示した定着ローラー２１のフ
ランジ３に固定し、可動部２５２を固定部２５１に設置
する構成をとる。このように構成すると、離型層２７の
寿命等で定着ローラー２１を交換する必要が生じたとき
には、可動部２５２から外側の部分を一体的に取り外す
ことができるため、駆動部や内筒２を取り外す必要がな
くなり、交換性が向上する。

【００２０】次に第４の実施例として、図４に示す構成
の定着ローラーにおいて、外筒１の非導電性耐熱支持層
２５を構成する固定部２５１と可動部２５２の材質を、
固定部２５１の熱膨張率が、可動部２５２の熱膨張率よ
りも大きくなるような材質とする。例えば固定部２５１
にＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）、可動部２５２
にＰＩ（ポリイミド）などを使用することにより、使用
時の温度上昇により自然に絞まり方向になるため、特別
な固定方法をとる必要がなくなるというメリットが生じ
る。さらに、固定部２５１の材質は、可動部２５２の材
質よりも耐熱が低いものを選択することもできるため、
安価に構成できるメリットもある。また、固定部２５１
はフランジ３に固定したままとすることができるので、
製造時に高精度に取り付けを行えば、メンテナンスを行
っても位置精度が維持されるので、位置精度不良による
ジターや搬送性の不良といったことが起こりにくくな
る。

【００２１】次に第５の実施例として、図３に示した構
成の定着ローラー２１において、非導電性耐熱支持層２
５の耐熱温度を、離型層２７を形成するフッ素樹脂の焼
成温度よりも高くなるようにして、製造時に熱変形を起
こして歩留まりが低下するようなことがなくなるように
した。

【００２２】次に第６の実施例として、図３に示した構
成の定着ローラー２１において、非導電性耐熱支持層２
５を構成する材質を耐熱樹脂とする。これにより外筒１
の重量を軽減し、駆動始動時のトルク変動を抑えたり、
メインテナンス時の取扱性を向上することができた。

【００２３】次に第７の実施例として、図３に示した構
成の定着ローラー２１において、非導電性耐熱支持層２
５を構成する材質をＰＩ（ポリイミド）樹脂やＰＢＩ
（ポリベンズイミダゾール）樹脂等の熱硬化性耐熱樹脂
を用いて構成する。これにより、非常に高い強度を広い
温度範囲において維持することができるようになり、例
えば、温度制御機構の故障によって定着ローラー２１の
温度が異常に上昇した場合でも、ローラーが溶融して破
損して事故を起こすようなことがなくなる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成したので、
以下のような作用効果が得られる。すなわち、本発明で
は、定着ローラーの外筒（発熱部）を非導電性耐熱支持
層と薄層の導電性発熱層と離型層の３層構造にしたこと
により、効率良く、立ち上がり時間が短く、構造上の強
度を充分に持った定着ローラーが得られた。

【００２５】本発明では、外筒（発熱部）の３層構造を
一体的に構成することにより、交換性の良い定着ローラ
ーを提供することができる。

【００２６】本発明では、非導電性耐熱支持層を可動部
と固定部の２部分にて構成することにより、さらに交換
性を向上させ、コストも低く抑え、しかも、取付け位置
精度をも確保できる定着ローラーが得られた。

【００２７】本発明では、非導電性耐熱支持層の固定部
の熱膨張を可動部の熱膨張よりも大きくしたので、特別
な固定方法を用いなくても自然にローラーが固定される
ようになり、可動部の支持方法を簡略化できる定着ロー
ラーが得られた。

【００２８】本発明では、非導電性耐熱支持層の耐熱温
度をフッ素樹脂の焼成温度よりも高くなるようにしたの
で、上記構成の定着ローラーを大量に生産するときに、
歩留まりを向上させ、安定的に生産できる定着ローラー
が得られた。

【００２９】本発明では、非導電性耐熱支持層の材質を
樹脂にしたので、重量を軽減して、取扱い性を向上させ
た定着ローラーが得られた。

【００３０】本発明では、非導電性耐熱支持層の材質を
ＰＩやＰＢＩ等の熱硬化性の樹脂にしたので、定着装置
の温度制御機構等の故障によりローラーが過熱した際に
ローラーが破損し、高い圧力で圧接された熱ローラー対
が飛散する事故をも防止できる定着ローラーが得られ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が実施される誘導発熱型の定着ローラー
を用いた定着装置の一構成例を示す断面図である。

【図２】図１に示す定着装置のローラー軸に直交する断
面を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例を示す定着ローラーの断面図で
ある。

【図４】本発明による定着ローラーの外筒の構成例を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１外筒（発熱部）２内筒（磁界発生手段）３フランジ１１鉄心（コア）１２誘導コイル（巻線）１３軸受１４リード線１５交流電源１６温度検知手段２１定着ローラー２２加圧ローラー２５非導電性耐熱支持層２６導電性発熱層２７離型層３１転写紙３２未定着トナー２５１非導電性耐熱支持層の固定部２５２非導電性耐熱支持層の可動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中井順二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)発明者安田恵三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)発明者佐藤雅彦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)発明者江原正尚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)発明者関貴之東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株式会社リコー内 (56)参考文献特開昭54−78140（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−184974（ＪＰ，Ａ) 特開平７−114276（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】磁界発生手段と、該磁界発生手段の外周を
囲むように配設され電磁誘導発熱を利用して発熱する導
電性発熱層と、強度的に劣る前記導電性発熱層が変形を
受けないように支持する非導電性かつ非磁性の固定部と
可動部を有し、取り外しを行うときには、可動部から外
側を脱着できる構造としたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】前記固定部と可動部の熱膨張率を、固定部
＞可動部となるように構成したことを特徴とする請求項
１記載の定着装置。