JPH01118173A

JPH01118173A - 電子写真装置の定着装置

Info

Publication number: JPH01118173A
Application number: JP27676487A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Aiba; 正彦相羽
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1989-05-10
Also published as: DE3836857A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、静電転写型複写機や静電転写型記録装置、レ
ーザプリンタ、および磁気プリンタ等、記録紙に付着し
たトナーを加熱溶融することにより定着させる電子写真
装置の定着装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の電子写真装置の定着装置には、例えば第７図に示
すように、アルミニウム等の金属から成り、円筒形状を
成すローラ１２の内部にヒータランプ１３を備えたヒー
トローラ１１が設けられている。このヒートローラ１１
は、ヒータランプ１３に通電することにより、間接的に
加熱されるようになっている。

上記ヒートローラ１１は、摺動ベアリング１４・１４を
介してフレーム１５に回動自在に支持されている。また
、ヒートローラ１１の端部には駆動ギヤ１６が設けられ
、図示しない駆動手段に駆動されて回転するようになっ
ている。

ヒートローラ１１の下方には、ヒートローラ１１との間
に記録紙１７を挟み込んで加圧する加圧ローラ１８が設
けられている。この加圧ローラ１８は、シリコンゴムか
ら成るゴムローラ１８ａとシャフト１８ｂとによって構
成され、シャフト１８ｂは、摺動ベアリング１９・１９
を介してフレーム１５に回動自在に支持されている。

ヒートローラ１１の上方には、ヒートローラ１１の温度
を検出するサーミスタ２０が圧接されている。ヒートロ
ーラ１１の上方には、さらに、温度ヒユーズ２１および
サーモスタット２２が設けられている。

また、第８図に示すように、ヒートローラ１１における
記録紙１７の排出側には、記録紙１７に付着したトナー
２３の粘着性によりローラ１２に貼り付いた記録紙１７
が巻き込まれるのを防止する剥離爪２４が設けられてい
る。

前記サーミスタ２０が接続される温度制御回路３８は、
第９図に示すように、比較器３１、抵抗３２〜３５、ト
ランジスタ３６、およびリレー３７から成り、ヒートロ
ーラ１１をトナー２３の定着に適した温度に保つための
制御を行うようになっている。この温度制御回路３８の
リレー３７は、温度ヒユーズ２１およびサーモスタット
２２とともに、ヒータランプ１３に直列接続されて１０
０■の交流電源に接続されている。

このような電子写真装置の定着装置では、ヒートローラ
１１をトナー２３の定着に適した温度に保つために次の
ような制御コ「が行われる。

例えば、ヒートローラ１１の温度が低いときには、サー
ミスタ２０の抵抗値は大きく、比較器３１のマイナス側
入力電圧■（は、あらかじめ設定されたプラス側入力電
圧Ｖｒよりも低い。そこで、比較器３１の出力電圧ＶＯ
はハイレベルとなり、トランジスタ３６がＯＮになって
リレー３７の接点がとじ、ヒータランプ１３への通電が
行われてヒートローラ１１が加熱される。

やがて、ヒートローラ１１の温度が上昇すると、サーミ
スタ２０の抵抗値が小さくなり、比較器３１のマイナス
側入力電圧Ｖｔは高くなる。そして、さらにヒートロー
ラ１１の温度が上昇してマイナス側入力電圧Ｖｔがプラ
ス側入力電圧Ｖｒよりも高くなると、比較器３１の出力
電圧■０はローレベルとなる。そこで、トランジスタ３
６がＯＦＦになり、リレー３７の接点が開いてヒータラ
ンプ１３への通電が停止される。

このようにヒートローラ１１の温度に応じてヒータラン
プ１３への通電が制御され、ヒートローラ１１が、例え
ばトナー２３の定着に適した１５０°Ｃ〜２００℃程度
の温度に保たれるようになっている。

ところで、上記サーミスタ２０はヒートローラ１１に圧
接されている。それゆえ、°サーミスタ２０には、圧接
力やヒートローラ１１゛の回転に伴う摩擦力が作用し、
断線等の故障が発生しがちになる。この場合、制御系が
暴走してローラ１２が異常加熱され、最悪の場合には、
発煙、発火により装置の損傷を生じる虞れがある。

そこで、このような装置の損傷を最小限に抑えるために
、温度ヒユーズ２１やサーモスタット２２等が設けられ
ている。しかし、それでも制御系の信頼性を充分確保す
ることはできず、さらに、サーミスタ２０の断線等の作
動不良状態を検出する図示しない検出手段が設けられる
など、各種の安全対策を施すことが必要とされていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、従来の電子写真装置の定着装置では、上記の
ように制御系の信頼性を向上させ、安全性を確保するた
めに比較的多くの付加装置等を必要とし、製造コストが
高くつくという問題点を有していた。

また、ローラ１２の内部にヒータランプ１３を設ける構
成では、ローラ１２は、小さくとも約３０龍程度以上の
外径にする必要がある。そのために定着装置の小型化が
困難になるうえ、ローラ１２の外周の曲率半径が大きく
なるので、トナー２３の小さな粘着力によっても記録紙
１７がローラ１２に張りつきやすくなる。それゆえ、記
録紙１７がローラ１２に巻き込まれがちになるため、剥
離爪２４を廃止することができない。

しかも、ローラ１２の外径が大きいと熱容量も大きくな
り、始動時にヒートローラ１１が常温から所定の温度に
加熱されるまでに、例えば約２０〜６０秒程度の時間を
必要とし、待ち時間が長くなる。

さらに、ヒートローラ１１の外径が大きくなるのに伴っ
てヒートローラ１１を支持する摺動ベアリング１４・１
４も大きくなるので、ヒートローラ１１を回転させるた
めの駆動トルクが大きくなる。それゆえ、駆動手段の容
量を大きく設定する必要があり、やはり定着装置が大型
化するという問題点をも有していた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る電子写真装置の定着装置は、上記の問題点
を解決するために、記録紙に転写され、付着したトナー
を加熱溶融して定着させるヒートローラを備えた電子写
真装置の定着装置において、上記ヒートローラを構成す
る発熱体が、トナーの定着温度付近で急激に抵抗値が増
加する正の抵抗温度特性を示し、通電したときにトナー
の定着温度付近で自己温度平衡性を有する材料から成る
ことを特徴としている。

〔作　用〕

上記の構成により、ヒートローラに電圧を印加すると電
流が流れてヒートローラが発熱する。やがてヒートロー
ラの温度がトナーの定着に適した温度に達すると、ヒー
トローラの抵抗値が急激に増加するのでヒートローラに
流れる電流が減少し、発熱量も減少する。それゆえ、ヒ
ートローラは、通電するだけで自動的にトナーの定着に
適した温度に保たれる。

つまり、ヒートローラの温度はヒートローラを構成する
材料の有する自己温度平径ｉ性によって一定に保たれる
ので、特にサーミスタや温度制御回路等を設ける必要は
ない。しかも、制御系の信頼性も高くなるうえ安全性も
高くなる。また、信頼性や安全性を確保するための付加
装置等も必要としないので、製造コストも低減される。

一方、ヒートローラは、内部にヒータランプを設ける必
要がないので外径を小さ（することができ、定着装置の
小型化を図ることができる。また、ヒートローラの外径
が小さくなって外周の曲率半径が小さ（なると記録紙が
自然に剥離しやすくなり、ヒートローラに巻きつきにく
くなるので、剥離爪を設ける必要がない。

さらに、ヒートローラを支持する摺動ヘアリングも小さ
くすることができるので、ヒートローラを回転させるた
めの駆動トルクが小さくなる。それゆえ、ヒートローラ
の駆動手段の容量を小さく設定することができ、−層装
置の小型化を図り、製造コストの低減を図ることができ
る。

しかも、ヒートローラの外径を小さくすることにより、
ヒートローラの熱容量も小さくなるので、始動時にヒー
トローラの温度が速やかに上昇し、定着可能になるまで
の待ち時間が短くなる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図ないし第６図に基づいて説明
すれば、以下の通りである。

定着装置４１には、第１図および第２図に示すように、
円形の断面形状を成し、両端を摺動供電ヘアリング４２
・４２によって回動自在に支持されたヒートローラ４３
が設けられている。また、ヒートローラ４３の端部には
駆動ギヤ４４が設けられ、図示しない駆動手段に駆動さ
れて回転するようになっている。

上記ヒートローラ４３は、例えばチタン酸バリウムを基
本としたＰ　Ｔ　Ｃ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒ
ａｔｕｒｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）から成り、
ヒートローラ４３自体が発熱体として作用するようにな
っている。また、上記ＰＴＣは、キュリー温度が約１６
０〜２００℃程度になるように設定され、このキュリー
温度付近で生じる転移によって、第３図に示すように、
急激に抵抗値が増加する正の抵抗温度特性を示すように
なっている。

摺動供電ベアリング４２・４２には、供電線４５・４５
が接続され、これら供電線４５・４５および摺動供電ベ
アリング４２・４２を介して、ヒートローラ４３に１０
０Ｖの交流が通電されるようになっている。摺動供電ベ
アリング４２・４２は、それぞれ絶縁体４６・４６を介
してフレーム４７に支持されている。

ヒートローラ４３の下方には、ヒートローラ４３との間
に記録紙４８を挟み込んで加圧する加圧ローラ４９が設
けられている。この加圧ローラ４９は、シリコンゴムか
ら成るゴムローラ４９ａとシャフト４９ｂとによって構
成され、シャフト４９ｂは、摺動ベアリングを兼ねる絶
縁体４６・４６を介してフレーム４７に回動自在に支持
されている。

このような定着装置４１は、例えば、第４図に示すよう
に静電転写型記録装置５１に用いられる。この静電転写
型記録装置５１には、図示しない駆動手段に駆動されて
回転する感光体ドラム５２が設けられている。感光体ド
ラム５２の外周には、光を照射することにより抵抗値が
下がる有機半導体から成る感光体層が形成されている。

感光体ドラム５２の外周には、感光体ドラム５２にマイ
ナスの電荷を帯電させるメインチャージャ５３、記録す
る画像の画像情報に基づいて感光体ドラム５２に光を照
射する照射手段５４、マグネットローラ５６ａを備え、
光の照射により感光体ドラム５２に形成された静電潜像
を磁性トナー５５によって現像する現像槽５６、および
感光体ドラム５２に付着した磁性トナー５５を記録紙４
８に転写する転写チャージャ５７が順に設けられている
。

感光体ドラム５２の記録紙４８供給側には、記録紙４８
を送る紙送りローラ５８・５８が設けられている。また
、定着装置４１は、感光体ドラム５２の記録紙４８排出
側に設けられている。

上記の構成において、記録紙４８に記録を行うときには
、まず感光体ドラム５２が矢印Ａで示ず方向に回転し、
感光体ドラム５２の表面がメインチャージャ５３によっ
て一様にマイナスの電位に帯電される。

次に、照射手段５４によって記録する画像の画像情報に
基づいて選択的に光の照射がなされる。

感光体ドラム５２における光が照射された部分は、感光
体層の抵抗値が下がるので電荷が消失し、静電潜像が形
成される。

さらに感光体ドラム５２が回転すると、感光体ドラム５
２における帯電潜像の形成された部分は現像槽５６の位
置に到る。現像槽５６では、マグネットローラ５６ａが
矢印Ｂで示す方向に回転するとともに、マグネットロー
ラ５６ａの外周に、マグネットローラ５６ａの磁極に吸
着された磁性トナー５５によって穂立ち５５ａが形成さ
れている。

この穂立ち５５ａが感光体ドラム５２に接触すると、磁
性トナー５５は、プラスの電荷を帯びているので、感光
体ドラム５２におけるマイナスの電荷を帯びている部分
だけに吸引されて付着し、静電潜像が現像される。

感光体ドラム５２に付着した磁性トナー５５は、紙送り
ローラ５８・５８により矢印Ｃで示す方向に送られてき
た記録紙４８を介して転写チャージャ５７のマイナスの
電荷に吸引され、記録紙４８に転写される。

記録紙４８に転写され、付着した磁性トナー５５は、さ
らに送られて定着装置４１に到る。定着装置４１では、
磁性トナー５５がヒートローラ４３によって加熱される
とともに加圧ローラ４９によって加圧され、記録紙４８
に定着する。

ここで、上記ヒートローラ４３は、チタン酸バリウムを
基本としたＰＴＣから成り、このＰＴＣは、キュリー温
度が約１６０〜２００℃程度になるように設定されてい
る。そこでヒートローラ４３は、例えば１６０℃程度以
下の温度のときには、第３図に示すように、ヒートロー
ラ４３両端間の抵抗値Ｒ８が約１０Ωとなる。このヒー
トローラ４３に１００■の交流電圧が印加されると、ヒ
ートローラ４３には約１０Ａの電流が流れる。

そして、ヒートローラ４３は、で発熱し、急速に温度が上界する。

やがて、ヒートローラ４３の温度が１６０℃程度を越え
ると抵抗値が急激に増加し、例えば１８０℃になると、
ヒートローラ４３両端間の抵抗値Ｒ，は約１００Ωとな
る。このときには、ヒートローラ４３に約ＩＡの電流が
流れ、ヒートローラ４３は、で発熱する。

この場合、ヒートローラ４３の通電による発熱量と自然
放熱量とが平衡し、ヒートローラ４３の温度はほぼ一定
に保たれる。

また、もしヒートローラ４３の温度が２００℃になった
とすると、ヒートローラ４３両端間の抵抗値Ｒｏは約２
０００Ωとなる。そこで、ヒートローラ４３には約０．
０５Ａの電流が流れ、ヒートローラ４３は、の発熱に抑えられる。したがって、ヒートローラ４３は
、自然放熱により冷却される。

このように、ヒートローラ４３は、キュリー温度が約１
６０〜２００℃程度になるように設定されたチタン酸バ
リウムを基本としたＰＴＣから成っているために、磁性
トナー５５の定着に適した温度付近で、自己温度平衡性
を示す。

なお、本発明においては、上記のようにヒートローラ４
３の温度制御するためのサーミスタや温度制御回路等は
必要としないが、通電開始後ヒートローラ４３が所定の
温度に達したかどうかなど、ヒートローラ４３の温度を
検出する必要がある場合には、例えば第５図に示すよう
に、簡単な回路によって容易に検出することができる。

即ち、第５図において、ヒートローラ４３は電流トラン
ス６１を介して１００■の交流電源に接続されている。

この電流トランス６１における巻線６１ａの一端は接地
される一方、他端はダイオード６２を介して比較器６３
のマイナス側入力端子に接続されている。

上記、ダイオード６２０カソード側と接地との間には、
コンデンサ６４が接続されている。また、比較器６３の
プラス側入力端子は、抵抗６５を介して電源に接続され
るとともに、抵抗６６を介して接地されている。これら
抵抗６５・６６の抵抗値は、あらかじめ設定された比較
電圧Ｖｒが比較器６３のプラス側入力端子に入力される
ように設定されている。

ここで、電流トランス６１の巻線６１ａには、ヒートロ
ーラ４３に流れる電流１ｈに比例した交流電圧が発生す
る。この交流電圧は、ダイオード６２およびコンデンサ
６４によって整流、平滑され、ヒートローラ４３に流れ
る電流Ｉｈの実効値に比例した直流電圧Ｖｉを発生する
。

上記直流電圧Ｖｉは比較器６３のマイナス側入力端子に
入力さ名、プラス側入力端子に人力された比較電圧Ｖｒ
と比較される。比較器６３は、ヒートローラ４３への通
電開始後でヒートローラ４３の温度が低く、直流電圧Ｖ
ｉが比較電圧Ｖｒよりも高いときにはローレベルの信号
を出力する。

そして、第６図に示すように、ヒートローラ４３の温度
が上昇して直流電圧Ｖｉが比較電圧Ｖｒよりも低くなる
と、比較器６３の出力電圧ＶＯはハイレベルとなり、ヒ
ートローラ４３の温度が所定の温度に達したことが検出
される。

ところで、本実施例においては、ヒートローラ４３はチ
タン酸バリウムを基本としたＰＴＣから成るものについ
て説明したが、これに限らず、トナーの定着温度付近で
急激に抵抗値が増加する正の抵抗温度特性を示し、通電
したときにトナーの定着温度付近で自己温度平衡性を有
する材料であれば何でもよい。

また、上記の例では、ヒートローラ４３全体が発熱体と
して作用するものについて示したが、これに限らず、摺
動供電ベアリング４２・４２部分の耐熱性および耐摩耗
性や、ヒートローラ４３の強度などの観点から、ヒート
ローラ４３の一部分だけを発熱体として上記ＰＴＣ等か
ら形成したものなどでもよいし、ＰＴＣ等から成るヒー
トローラ４３の表面にコーティングを施したものなどで
もよい。

〔発明の効果〕

本発明に係る電子写真装置の定着装置は、以上のように
、記録紙に転写され、付着したトナーを加熱溶融して定
着させるヒートローラを備えた電子写真装置の定着装置
において、上記ヒートローラを構成する発熱体が、トナ
ーの定着温度付近で急激に抵抗値が増加する正の抵抗温
度特性を示し、通電したときにトナーの定着温度付近で
自己温度平衡性を有する材料から成る構成である。

これにより、ヒートローラの温度はヒートローラを構成
する材料の有する自己温度平衡性によって一定に保たれ
るので、温度制御を行うためのサーミスタや温度制御回
路等、および信頼性、安全性を確保するための付加装置
等を必要としない。

また、ヒートローラの外径を小さくすることができるの
で、定着装置の小型化を図ることができるうえ、ヒート
ローラ外周の曲率半径が小さくなるために、記録紙がヒ
ートローラから剥がれやすくなり、ｆｆ１ｌＪ離爪を廃
止することができるようになる。

さらに、ヒートローラを支持する摺動ベアリングも小さ
くすることができるので、ヒートローラを回転させるた
めの駆動トルクが小さくなり、ヒートローラの駆動手段
の容量を小さく設定することができる。

したがって、総じて装置の信頼性および安全性を高め、
しかも装置の簡素化および小型化を図り製造コストを低
減することができるうえ、さらに、始動時に定着可能に
なるまでの待ち時間を短縮することができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示すものであ
って、第１図は定着装置の構成を示す縦断面図、第２図
は第１図におけるＸ−Ｘ矢視断面図、第３図はヒートロ
ーラの温度と両端間の抵抗値との関係を示すグラフ、第
４図は本発明に係る定着装置を静電転写型記録装置に用
いた例を示す構成説明図、第５図はヒートローラの温度
を検出する回路の例を示す回路図、第６図はヒートロー
ラの温度を検出する回路における比較器のマイナス側入
力電圧および出力電圧の変化を示すグラフである。第７図ないし第９図は従来例を示すものであって、第７
図は従来の定着装置の構成を示す縦断面図、第８図は第
７図におけるＹ−Ｙ矢視断面図、第９図は従来の定着装
置においてヒートローラの温度を制御するための温度制
御回路の構成を示す回路図である。４１は定着装置、４３はヒートローラ、４８は記録紙、
５１は静電転写型記録装置（電子写真装置）、５５は磁
性トナーである。特許出願人　　　　　シャープ　株式会社第５図；迂Ｖ「ハイいル０−しへ’／ｌ／第　６　図

Claims

【特許請求の範囲】１、記録紙に転写され、付着したトナーを加熱溶融して
定着させるヒートローラを備えた電子写真装置の定着装
置において、上記ヒートローラを構成する発熱体が、トナーの定着温
度付近で急激に抵抗値が増加する正の抵抗温度特性を示
し、通電したときにトナーの定着温度付近で自己温度平
衡性を有する材料から成ることを特徴とする電子写真装
置の定着装置。