JPH03158878A - トナー定着装置 - Google Patents

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 本発明は加圧と加熱とにより画像形成材を記録媒体に定
着させるトナー定着装置に関するものである。

従来の技術 現在、各種方式のプリンタが実用化されており、例えば
、電子写真法を利用したレーザプリンタなどでは、画像
形成材の一つであるトナーを静電的に画像化して記録媒
体の一つである印刷用紙の表面に付着させ、この印刷用
紙をトナー定着装置で加圧加熱して表面に付着したトナ
ーを定着させることで印刷を行なっている。

そこで、このようなトナー定着装置の従来例を第７図及
び第８図に基づいて説明する。このトナー定着装置ｌは
、互いにギヤ機構（図示せず）で連結されるなどしたヒ
ートローラ２と対向ローラ３とが、記録媒体の搬送路を
介するようにして回転自在に対向配置されている。ここ
で、前記ヒートローラ２は、中心に管状のハロゲンラン
プ４が配置されたアルミ等の金属円筒部材５で形成され
、この外周面上にはクリーニングパッドや温度センサ（
共に図示せず）などが配Ｖｔされている。また、前記対
向ローラ３は耐熱性が良好なシリコンゴム６で外装され
ている。そして、このトナー定着装置ｌは、駆動ｇ（図
示せず）が連結された冷却ファン７が側方に配置されて
いる。

このような構成において、このトナー定着装置ｌは、レ
ーザプリンタの用紙搬送路の転写部後方などに取付けら
れ、例えば、トナー８が塗布されて搬送される記録媒体
である印刷用紙９は、この移動に同期して回転する各ロ
ーラ２，３の間を通過することになる。この時、回転す
るヒートローラ２の外周面は、ハロゲンランプ４の光出
力により発熱しているので、この発熱したヒートローラ
２と対向ローラ３との間を通過した印刷用紙９は、その
表面に付着したトナー８の樹脂成分が溶融して画像が定
着する。

発明が解決しようとする課題 上述のようなトナー定着装ｆｉｌは、発熱したヒートロ
ーラ２と対向ローラ３との間に、トナーからなる転写像
が付着した印刷用紙９を通過させて加圧加熱することで
画像の定着を行なっており、加圧加熱により定着する画
像形成材を使用する各種の印刷装置に使用することがで
きる。

だが、このトナー定着装Ｗ１１は、ハロゲンランプ４の
光出力で金属円筒部材５を加熱しているため、ヒートロ
ーラ２の温度を均一に維持したりウオーミングアツプタ
イムを短縮するために温度センサや制御回路（共に図示
せず）を要している。また、このトナー定着装［１はヒ
ートローラ２の全周面を発熱させることになるので、消
費電力が大きく、例えば、表面温度をトナー定着に必要
な１５０〜１６０℃に維持するためにはハロゲンランプ
４に５〜６ＸＩＯ”（Ｗ）の電力を印加する必要がある
。さらに、このようにヒートローラ２の全周面が発熱す
る構造では周囲温度の上昇も著しいため、上述のトナー
定着装置Ｉは冷却ファン７等の冷却機構を要している。

このようにヒートローラの全周面が発熱するために消費
電力が大きい他の全体発熱方式のトナー定着装置として
は、実公昭６１−３４］６１号公報に開示されている装
！（１！Ｉ示せず）なども存している。

そこで、上述のような課題を解決するものとしては、実
開昭５６−１２０５５９号公報や実開昭５６−１２０５
６１号公報に開示されている装置が存する。例えば、実
開昭５６−１２０５５９号公報に開示されているトナー
定着装置１０は、第９図に例示するように、両端に環状
の電極１１．１２が取付けられた円筒形の発熱体１３で
回転自在なヒートローラ１４を形成し、１！源部１５が
ら前記電極１１．１２に通電を行なうブラシ１６．１７
を、前記ヒートローラ１４が印刷用紙（［ｉ！Ｉ示せず
）と接触する方向に配置したものである。

また、実開昭５６−１２０５６１号公報に開示されてい
るトナー定着装置１８は、第１０図に例示するように、
中空円筒状の発熱体１９の内面に各々軸心方向に細長い
電極材２０と絶縁材２１とを周面方向に交互に連設した
ヒートローラ２２を設け、所定間隔を介して前記部材２
０．２１に当接する二個のブラシ２３．２４を、前記ヒ
ートローラ２２が印刷用紙（図示せず）と接触する部分
の略真面に配置したものである。

上述のようなトナー定着装置１０．１８は、ヒートロー
ラ１４．２２の発熱する部分が印刷用紙と接触する部分
のみに規制されるので、消費電力を低減すると共に周囲
温度の上昇も防止できるようになっている。

だが、これらのトナー定着装置１０．１８では、ヒート
ローラ１４．２２は印刷用紙と対向する部分でトナー定
着に必要な温度まで急熱されることになるが、これでは
発熱時間が短いので温度不足による定着不良が発生しや
すく、また、ヒートローラ１４．２２の印刷用紙から離
反した周面の温度は急速に低下するので、この周面に付
着したトナーが固着しやすく、クリーナで除去できずに
以後の印刷用紙を汚損することがある。

課題を解決するための手段 請求項１記載の発明は、記録媒体の搬送路１−に回転自
在に配Ｉｔされる円筒形の発熱部材を周面方向の抵抗値
が高く軸心方向の抵抗値が低いｙ４方抵抗値の発熱体で
形成し、この発熱部材周面の記録媒体と対向する部分の
両端に通電する電力供給手段を設ける。

請求項２記載の発明は、六員環の炭素原子−がπ結合す
るよう焼成した炭素繊維で発熱体を特徴する 請求項３記載の発明は、発熱体の軸心方向の表面抵抗と
照明方向の表面抵抗との比を約ｌ：１０とする。

作用 請求項１記載の発明は、記録媒体の搬送路上に回転自在
に配置される円筒形の発熱部材を周面方向の抵抗値が高
く軸心方向の抵抗値が低い異方抵抗値の発熱体で形成し
、この発熱部材周面の記録媒体と対向する部分の両端に
通電する電力供給手段を設けたことにより、発熱部材は
記録媒体と接触する部分が優先的に通電されて発熱する
ことになり、発熱部材の外周面全体を同一温度に発熱さ
せないので、消費電力が小さく周囲温度の」−昇も少な
い定着部材を形成することができ、しかも、発熱部材は
周面方向にも特定の抵抗値を有するので印刷用紙から離
反した部分も一定の温度が維持される。

さらに、請求項２記載の発明のように、六員環の炭素原
子がπ結合するよう焼成した炭素繊維で発熱体を形成し
たり、Ｋｎ請求項３記載発明のように、発熱体の軸心方
向の表面抵抗と照明方向の表面抵抗との比を約１：１０
とすることで、的確な条件で本発明を簡易に実施するこ
とができる。

実施例 本発明の実施例を第１図ないし第６図に基づいて説明す
る。まず、このトナー定着装置２５では、発熱部材であ
るヒートローラ２６が、周面方向の抵抗値が高く軸心方
向の抵抗値が低い異方抵抗値の発熱体２７で形成されて
いる。つまり、この発熱体２７は、第３図に例示するよ
うに、グラスファイバを２０％含有したポリエーテルサ
ルフオンからなる基材２８の表面に、六員環の炭素原子
がπ結合するよう焼成した直径７．０（μｍ）で長さ１
５．０（ｎｖｎ）の炭素繊維である導電性カーボンフィ
ラメント２９を前記基材２８の軸心方向に張架するよう
に周面方向に高密度配置し、この上に同一の導電性カー
ボンフィラメント２９．を前記導電性カーボンフィラメ
ント２９と直交する方向に低密度配置したものである。

そして、多数のニッケル極３０が環状のセラミクス材３
１に放射状に埋込まれた異方抵抗値リング３２．３３が
、ここではｌ／１２０のテーパとして形成された前記基
材２８の両端部３４．３５に取付けられている。また、
前記ヒートローラ２６は、トナー８の付着を防止するた
めに表面がフッ素樹脂で厚さ２０〜３０（μｍ）にコー
ティングされている。なお、上述のようにして形成した
発熱体２７は、例えば、軸心方向の表面抵抗が５．０〜
２０（Ω／Ｃ１ｌ？）程度で周面方向の表面抵抗が５０
〜２００（Ω／　ｃｒｄ　）程度であり、この比は約１
：１０である。

そこで、第１図に例示するように、対向ローラ３と対向
する位置に回転自在に軸支された前記ヒートローラ２６
の異方抵抗値リング３２．３３に、電力供給手段である
通電器３６．３７が導通している。ここで、これらの通
電器３６．３７は、第５図に例示するように、周面上に
導電性ゴムローラ３８が取付けられたステンレスシャフ
ト３９が軸受４０を介してフレーム４１に軸支され、こ
のステンレスシャフト３９に押圧されたブラシ４２が端
子４３に結線されている。そして、これらの通電器３６
．３７は、前記フレーム４１の底部に取付けられたスプ
リング４４の弾発力によって前記導電性ゴムローラ３８
が異方抵抗値リング３２゜３３に押圧されて導通してい
ることで、ｒ）；１記ヒートローラ２６の周囲の対向ロ
ーラ：３と対向する部分の両端に１１；Ｉ肥端子４３が
電気的に接続されている。

このような構成において、このトナー定着装置２５は、
各通電器３６．３７の端ｆ・４３から印加された電力が
ヒートローラ２６周面の対向ローラ３と対向する部分に
通電されるので、ヒートローラ２６が印刷用紙９と接触
する部分を尖頭に発熱して定着作業が行なわれる。

ここで、上述のような構造のトナー定着装置２５のヒー
トローラ２６の発熱状態を、第６図に例示する供試材４
５の実験結果に基づいて説明する。

この供試材４５はヒートローラ２６を展開した状態を想
定して本出願人が実際に製作したもので、厚さ＋００（
μｍ）で外寸２５０，０Ｘ７５．４（ｍｍ）の矩形平板
で、φ７．０（ｐ　ｍ）ｘ　１５（ｎｕｎ）の導電性カ
ーボンフィラメント２９を長辺方向に張架するように短
辺方向に高密度配置した上に同一の導電性カーボンフィ
ラメント２９を短辺方向に張架するように低密度配置し
て樹脂で固着させ、両短辺の中央部に１０、ＯＸ２，０
（ｍｍ）の銅板を電極４６．４７として貼着したもので
ある。

そこで、この供試材４５に各電極４６．／１７間からＡ
ＣｌｏｏＶの電圧を印加したところ、電流値は２．１Ａ
となり、供給電力が２１０Ｗの時の全体抵抗は４７．６
Ωで設計値の５０．０Ωと略一致した。そこで、このよ
うな電力供給を室温２６．０℃で１０秒間行なった時の
温度分布は、図示するように、電極４６から電［！４７
に線形に至る部分では＋８４．Ｏ〜１７９．０℃となり
、この部分から短辺方向に離反するに従って温度は低下
して最縁部では８９．４〜８５．２℃程度になった。

つまり、このような供試材４５と同様な構造でヒートロ
ーラ２６を製作した場合、このヒートローラ２６は印刷
用紙９と接触する部分は約１８０℃に発熱して良好な定
着作業が行なえ、印刷用紙９から離反した部分は温度が
低下して周囲温度を上昇させることを防止でき、冷却機
構等を省略することが可能である。しかも、上述した供
試材４５の温度分布から自明であるように、このような
構造のヒートローラ２６は抵抗値が高いながら周囲方向
にも導電性を有することになるので、周面方向にも通電
が行なわれて印刷用紙９から離反した部分も８０℃程度
の温度を維持する。従って、このようなヒートローラ２
６は、常時予熱されていることになって、印刷用紙９と
対向する部分で急熱されないので、温度不足による定着
不良等が発生することがなく、しかも、印刷用紙９から
離反した周面の温度が急速に低下しないので、周面に付
着したｌ・ナー８が固着して以後の印刷用紙９を汚損す
るようなこともない。

発明の効果 請求項１記載の発明は、記録媒体の搬送路上に回転自在
に配置される円筒形の発熱部材を周面方向の抵抗値が高
く軸心方向の抵抗値が低い異方抵抗値の発熱体で形成し
、この発熱部材周囲の記録媒体と対向する部分の両端に
通電する電力供給手段を設けたことにより、発熱部材は
記録媒体と接触する部分が優先的に通電されて発熱する
ことになり、発熱部材の外周面全体を同一温度に発熱さ
せないので、消費電力が小さく周囲温度の上昇も少ない
定着部材を形成することができ、しかも、発熱部材は周
面方向にも特定の抵抗値を有するので印刷用紙から離反
した部分も一定の温度が維持され、印刷用紙と対向する
部分で急熱されないので温度不足による定着不良等が発
生することがなく、しかも、印刷用紙から離反した周面
の温度が急速に低下しないので周面に付着したトナーが
固符して以後の印刷用紙を汚ｔ１１するようなことも防
ＩＩ−され、さらに、請求項２記代の発明のように、六
員環の炭素原Ｙ−がπ結合するよう焼成した炭素供給で
発熱体を形成したり、請求項３記載の発明のように、発
熱体の軸心方向の表面抵抗と照明方向の表面抵抗との比
を約１：１０とすることで、的確な条件で本発明を簡諭
に実施することができる等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視図、第２図は側面図
、第３図は一部を断面とした要部の正面図、第４図は要
部の斜視図、第５図は要部の側面図、第６図は供試材の
温度分布を示す説明図、第７図は第一の従来例を示す一
部を断面とした斜視図、第８図は縦断側面図、第９図は
第二の従来例を示す斜視図、第１０図は第三の従来例を
示す斜視図である。 ９・・・記録媒体、２５・・・トナー定着装置、２６・
・・発熱部材、２７・・・発熱体、３６．３７・・・電
力供給手段 出　　願　　人 東京電気株式会社 ｑ ＬＮ　（社乃Ｉコ） Ｊ　　　、ＪＯ”Ｌ　　　＜拐り）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、記録媒体の搬送路上に回転自在に配置される円筒形
   の発熱部材を周面方向の抵抗値が高く軸心方向の抵抗値
   が低い異方抵抗値の発熱体で形成し、この発熱部材周面
   の前記記録媒体と対向する部分の両端に通電する電力供
   給手段を設けたことを特徴とするトナー定着装置。 ２、六員環の炭素原子がπ結合するよう焼成した炭素繊
   維で発熱体を形成したことを特徴とする請求項１記載の
   トナー定着装置。 ３、発熱体の軸心方向の表面抵抗と照明方向の表面抵抗
   との比を約１：１０としたことを特徴とする請求項１記
   載のトナー定着装置。