JPH04337782A - 加熱ローラ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、ファクシミリ
、プリンター、等に用いられる加熱ローラ装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】近年、特に高速化、高分解能化、小型低
価格化が要求される複写機、ファクシミリ、プリンター
、等に用いられる加熱ローラ装置においては、筒部内に
軸方向に伸びる棒状のヒータランプを配設して成る筒状
の加熱ローラを用いた構成が採用されている。

【０００３】図２は従来の電子写真装置等の定着器の一
例の断面図である。特開昭６３ー３３１５２に開示され
るように、ヒータランプ９１を内蔵し、表面層を有する
円筒型の加熱ローラ軸３の定着域外の外周面を支持部材
５によって回転可能に支持された加熱ローラ４は押圧ロ
ーラ６と加圧接触しつつ回転している。歯車８は加熱ロ
ーラ４に固着し回転力を伝達している。ベース７は支持
部材５と押圧ローラ６のベアリングを固着支持している
。

【０００４】図３は従来の電子写真装置等の定着器の他
の一例の断面図である。特開　　昭６１ー１４３１６０
に開示されるように、従来の加熱ローラ軸１３は両端に
フランジ１０が形成されている。また、表面層４は加熱
ローラ軸１３の大径部のみに施されている。加熱ローラ
１３の円筒内部にそれぞれ第１、第２のヒータランプ１
１、１２を具備し、第２のヒータランプ１２は第１のヒ
ータランプ１１のフィラメントより短いフィラメントを
有し、被加熱物の幅に応じて第１及び第２のヒータラン
プの一方のみを選択的に点灯加熱するものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な構成においては、以下に示す数多くの問題点があった
。

【０００６】（１）　　図２、図３の構成では加熱ロー
ラ軸の両端は開口直径Ｄ、Ｄ３を有するが、ヒータラン
プに比べ大口径であり、この間には大きな空気層が存在
する。ヒータランプの輻射熱により加熱された加熱ロー
ラ軸の周辺部の空気は高温となり、対流により開口部か
ら外部へ流出する。一方、低温の外気は大きな開口部か
ら小さな空気抵抗で容易に流入し、加熱ローラ内の温度
を低下させ、更に開口部では熱伝導性に優れる金属等か
ら成る加熱ローラ軸端面が露出しているため、熱はここ
からも大量に周辺外部へ放散され、加熱ローラの熱効率
を極端に損なう結果となり、これを補うためにヒータラ
ンプは大電力を消費せざるを得なかった。

【０００７】（２）　　空気の対流と加熱ローラ軸の解
放両端部からの熱放散により、加熱ローラの軸方向の温
度分布は不均一となり、両端では中央部に比べ低温とな
る。両端部での温度を所定値以上に保つために中央部は
異常な高温になり、トナーの加熱ローラへの付着（高温
オフセット）の発生や加熱ローラ、押圧ローラの部材の
熱劣化が起こり、装置の耐久性を損なう結果になってい
た。また、支持部材へはこれと接する熱伝導性の良い加
熱ローラ軸から大量の熱が移動するため、高温となり摺
動部の摩擦トルクの増加や甚だしきは焼付きとなり装置
の停止にいたるという致命欠陥となることがあった。

【０００８】（３）空気の対流と加熱ローラ軸の解放両
端部からの熱放散は同時に周辺部のベースを加熱し、ベ
ースの温度不均一による熱歪でベースを歪ませ、ベース
に装着される他の部材との相対位置精度を悪化させるた
めに被定着物（例えば紙）のシワ、カール、変形等の原
因となった。また、空気の対流は特に装置内を高温にす
るため、像担持体や紙、トナーの特性を大きく変化させ
安定した印字特性を確保できなかった。更に、ヒータラ
ンプのシール部９は加熱ローラ軸の大開口部から高温の
空気のみならず輻射熱で加熱され高温となりやすい構成
であり、シール部の劣化は高温で加速されるためヒータ
ランプの寿命を短める要因となっていた。 （４）　　ヒータランプの過熱を防ぐため、定着幅Ｌ１
、加熱ローラ幅Ｌ２に対して放熱長さＬ４が必要であり
ヒータランプ長Ｌ３は大きくなり、装置の大型化を招く
と共にヒータランプや加熱ローラのコスト高につながっ
ていた。

【０００９】（５）　　加熱ローラ軸の解放両端部から
は加熱光が漏洩し、これが一部、像担持体に入る場合が
あり印字品質を損なうために特別な遮光手段が必要であ
った。

【００１０】（６）　　図２の構成の場合、加熱ローラ
外周の表面層には含フッ素樹脂のコーティング等が用い
られるが、これはベアリング材等から成る支持部材と回
転摺動を行うため耐摩耗性、耐潤滑性が要求される。ベ
アリング材によっては含フッ素樹脂のコーティングを摩
耗させる場合が多く、高温摺動時に摺動不良を発生した
。 また、摩耗により加熱ローラは偏心しつつ回動するため
、加熱ローラと押圧ローラの安定した接触状態が保てず
定着が不安定であった。これを防ぐため、表面層は支持
部材との嵌合摺動部を除いた部分に施される。従って、
表面層を選択的に加熱ローラ軸に固着するための手段（
例えばマスキング）や支持部材との摺動部のみを追加工
して加熱ローラ軸を露出させ、支持部材と摺動を行わせ
る必要があり、工数の増加、複雑化は避けられなかった
。

【００１１】（７）　　図３の構成の場合、特に、加熱
ローラ軸がフランジ部を有するため、押圧ローラからの
予圧加重はフランジ部への応力集中を発生し損傷、破損
の原因となる。これを防ぐためフランジ部や加熱ローラ
軸を厚肉化するが、反面、熱容量が増大するため、加熱
ローラの熱応答特性が遅くなり、サイズの異なる被定着
物の連続定着時、始動時に長いウォームアップ時間を要
した。また、加工も特殊、複雑であり、ローラの製造管
理、装置の保守管理も十分に行う必要があった。

【００１２】（８）　　加熱ローラは押圧ローラから数
ｋｇから数十ｋｇの予圧加重を受けつつ回動する。図２
の構成の場合、回転摺動部の半径は加熱ローラ半径と同
一で大径となるため回動に要するトルクは非常に大きく
なり大出力、大型の駆動モータが必要となり、装置の低
価格化、小型化を阻害するものであった。

【００１３】（９）　　サイズの異なる被定着物の定着
時に加熱ローラの被定着物の接触部と非接触部の温度分
布が異なり、小幅から大幅の被定着物の連続定着時に加
熱ローラの温度均一に対する応答性が損なわれり、不要
な電力を浪費した。これを補償するために図３に示すよ
うに（　特開　　昭６１ー１４３１６０）、２本のヒー
タランプを用い一方を選択的に点灯加熱していた。しか
し、この構成によれば、２本のヒータランプを加熱ロー
ラ軸の円筒内に挿通したため、一方のヒータランプが点
灯加熱する際に、その輻射熱の一部は他方のヒータラン
プに吸収され加熱ローラの発熱に寄与せず損失となり加
熱ローラの熱効率を低下させた。

【００１４】（１０）　　図４は従来の電子写真装置等
の定着器の半径方向の断面図である。表面層２を有する
加熱ローラ軸１３の円筒内にヒータランプ１１、１２が
挿通し、ヒータランプ１１が選択的に点灯する場合、そ
の輻射熱は図中の下方には直接伝達され加熱ローラ軸１
３は高温となるが、図中の上方にはヒータランプ１２が
あるため輻射熱はこれに吸収され、加熱ローラ軸１３は
低温となる。矢印１４は加熱ローラの円周方向の温度を
表し、実線１５は温度分布を示す。温度分布は加熱ロー
ラの中心１７に対し、上方が低く下方が高い非点対称形
となる。また、加熱ローラは円弧矢印１６の方向に回転
する。従って加熱ローラ、支持部材には１回転毎に熱歪
、変形、応力が加わり加熱ローラ材料の疲労や接着部の
強度低下、支持部材の偏摩耗が発生した。

【００１５】（１１）　　加熱ローラ軸の解放両端部に
は、２本のヒータランプが挿通するため開口直径Ｄ３は
ますます大きくなると共に、非点対称温度分布により対
流は促進される。従って高温空気の対流量は増加し、両
端部での温度低下と周辺部、特にヒータランプのシール
部への熱伝達は加速され、更に一方のヒータランプの輻
射熱が他方のヒータランプのシール部を直接加熱するた
め一層シール部は劣化し、寿命を低下させた。

【００１６】（１２）　　（１０）と（１１）により加
熱ローラの熱効率は一層低下し、消費電力の増加、装置
各部の温度上昇、特別な遮光手段の付与が必要となった
。

【００１７】（１３）　　２本のヒータランプは被加熱
物の幅に応じて第１及び第２のヒータランプの一方のみ
を選択的に点灯加熱するものであったため、得られる加
熱ローラの温度分布もそれぞれに一義となり２種類しか
なく、またヒータランプの軸方向温度分布の形状を制御
することは不可能であった。

【００１８】（１４）　　電子写真装置等の定着器の場
合、被定着物である紙、トナーは帯電しており、加熱ロ
ーラが帯電している場合に紙は静電気力によって加熱ロ
ーラに巻付き、紙ジャムやこれに伴う発火、発煙を引き
起こし装置の重大欠点となっていた。また、トナーは加
熱溶融後に加熱ローラに吸着し、オフセットを発生する
ため印字品質を低下させた。

【００１９】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るものであり、その目的とするところは周辺外部への損
失熱伝達が少なく高熱効率で、軸方向の発熱量分布が制
御可能な、ローラの駆動トルクの小さい、しかも紙の巻
き付きやオフセットのない加熱ローラ装置を簡単な構造
で提供するところにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の加熱ローラ装置
は、互いに圧接しながら回動する加熱ローラと押圧ロー
ラより成り、反射手段を加熱ローラの端部に配設して成
ることを特徴とする。

【００２１】

【作用】加熱ローラの両端部は支持部材により覆われる
。このため（１）　　オリフィス効果及びラビリンス効
果により、両端部での空気抵抗が増加するので対流が阻
害され、高温空気の外部への流出が少ない。

【００２２】（２）　　支持部材の断熱効果により、加
熱ローラ軸の両端部からの熱伝達による熱損失を防止す
る。

【００２３】（３）　　加熱ローラ両端部に配設された
反射手段により、両端部からの漏洩発熱光（電磁波）を
加熱ローラ内部へ反射し、加熱に供させる。

【００２４】（４）　　（１）、（２）、（３）より、
軸端部での温度低下が少なくなり、加熱ローラの温度分
布の均一性が向上する。

【００２５】（５）　　加熱ローラ周辺部への熱伝達が
少ないため、周辺各部での熱変形、熱劣化、像担持体等
の特性が安定する。

【００２６】（６）　　摺動回転を行う第２の円筒面の
直径が小さいため、加熱ローラを駆動回転させるトルク
が小さい。

【００２７】（７）　　加熱ローラ外周の第１の円筒面
では摺動回転を行わず、耐摩耗性、耐潤滑性は不要であ
る。

【００２８】（８）　　加熱ローラ軸は薄肉の一定厚の
パイプにて構成されるため、熱容量が小さく熱応答特性
が速い。

【００２９】（９）　　支持部材が導電性を有するため
、加熱ローラを所定の電位に設定できる。

【００３０】（１０）　　一つの発熱手段に複数の発熱
体を配設するため、一方の輻射光が他方に吸収される損
失量は極めてすくない。

【００３１】（１１）　　軸方向に発熱量の異なる部分
を有する複数の発熱体への通電量をそれぞれ同時に独立
に制御するため、発熱手段の軸方向発熱分布の形状を自
由に変化、制御できる。

【００３２】（１２）　　一体成形することにより、支
持部材の持つ耐摩耗性、耐潤滑性、耐熱性を駆動伝達手
段にも持たせることができる。

【００３３】

【実施例】図１は本発明の加熱ローラ装置の断面概観図
である。図２及び図３、図４と略同一機能同一名称の部
材には同一番号を付して説明を省略する。本発明の加熱
ローラ装置を電子写真装置等の定着器に用いた場合を説
明する。発熱手段１は大幅の被定着物に対応するまたは
それ以上の長さを有し、長尺な棒状の封体内に、その軸
方向に発熱量の異なる部分から成る発熱体３０、３１を
挿通し、その両端のシール部９をもって封入するよう構
成され、例えば赤外線ハロゲンランプやセラミックヒー
タ等が用いられる。また、シール部９はそれぞれの発熱
体３０、３１に対応する端子をその外端部に備えそれぞ
れ独立にまた同時に通電が可能である。発熱手段１は図
示しないがベース７に係合固定している。加熱ローラ４
は例えばアルミニウム、ステンレス、セラミックス等か
ら成る加熱ローラ軸２３と、この外周に配設された例え
ば合成ゴム等の弾性層や含フッ素樹脂のコーティング等
より成る表面層２２により構成され、その外周の両端部
の直径Ｄ１なる第１の円筒面９１にて支持部材２５によ
り嵌合枢止され、支持部材２５と共に発熱手段１のまわ
りを回動する。支持部材２５は耐摩耗性、耐潤滑性を有
すると共に耐熱性に優れたベアリング材等を用い、より
具体的にはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポ
リエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレン
テレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルサルフォン（
ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（Ｐ
ＡＩ）、４ふっ化エチレン（ＰＴＦＥ）等ふっ素系、ポ
リサルフォン（ＰＳＦ）、ガラス入りフェノール（ＰＨ
）等の合成樹脂を圧縮成形、押出し、射出成形にて所定
の形状に加工し、更に必要に応じてコーティング、含油
等を施した物を用いたり、含油合金や黒鉛、二硫化モリ
ブデン等を用いることも可能である。また、支持部材２
５には加熱ローラ４を駆動する例えば歯車、スプロケッ
ト等の駆動伝達手段３６が一体成形されて成る。更にこ
のような摺動材に導電性を付与し、加熱ローラに所定の
電位を与えることが可能となる。好ましくは、１０１か
ら１０６Ωｃｍより好ましくは１０１から１０２の体積
抵抗率及びこれ以下の体積抵抗率の材料を用いることが
望ましい。支持部材２５は直径Ｄ２なる第２の円筒面９
２を有し、ベース７に設けられた穴部に嵌挿されて摺動
回転することにより、加熱ローラ４を枢支回転させる。 また発熱手段１の直径より大きく、第２の円筒面９２の
直径以下の直径Ｄなる開口部９３を有し、開口部９３に
発熱手段１を挿通せしめる。これにより、第１の円筒面
９１と開口部９３をつなぎ、加熱ローラ４の解放されて
いた開口端を覆う側面部が形成される。更にこの側面部
には反射手段２６が配設されている。発熱手段１には反
射手段２７が配設されている。反射手段２６、２７は発
熱手段１より放射される電磁波（ハロゲンランプの場合
は可視光線から中間赤外線まで）を反射する例えば、金
属面、好ましくは金属鏡面や白色の反射率の高い表面、
材質よりなる。このため発熱手段１から加熱ローラ４の
端部へ向かう電磁波３２は反射手段２６、２７により高
効率で反射された後加熱ローラ軸２３へ選択的に放射さ
れる。一方、押圧ローラ６は押圧ローラ軸３３とこれに
嵌着された弾性部材２８とこれに嵌着された被覆層２９
とで構成されている。加圧手段３５は押圧ローラ６を加
圧ローラ４に加圧している。弾性部材２８は押圧ローラ
６が加圧手段３５により加圧ローラ４に所定の圧力にて
所定のニップ幅を保って接触し、かつ十分な耐熱性等を
満足する材料、具体的にはＨＴＶシリコーンゴム、ＬＴ
Ｖシリコーンゴム、ＲＴＶシリコーンゴム、ふっ素ゴム
，ＥＰＤＡゴム等の耐熱性弾性体より成る。被覆層２９
は耐摩耗性と耐熱性等を満足する材料、例えばふっ素樹
脂チューブ等から成る。ベース７に保持される加圧手段
３５はベアリング３４、押圧ローラ軸３３を介して押圧
ローラ６を加圧回転させる。

【００３４】図１の構成では加熱ローラ４の両端は支持
部材２５により覆われ、支持部材２５は開口直径Ｄを有
するが、発熱手段１に対しわずか大きく設定されている
。好ましくは２ｍｍ以下のクリアランスを介して対向し
ている。従ってこのクリアランス部にてオリフィス効果
を持つために空気抵抗は大きく、発熱手段１の輻射熱に
より加熱された加熱ローラ軸の周辺部の高温空気が対流
により開口部から外部へ流出するのを防ぐと同時に、低
温の外気の流入も阻害するため、加熱ローラ内の空気温
度を高温に保てる。また反射手段２６、加熱ローラ軸２
３と反射手段２７は互いに狭いクリアランスをもって対
向するためこのクリアランス部でも同様の効果をもつ。 更にこのクリアランス部では対向する２面のうち一方は
固定、他方は回転するためラビリンス効果を有し、非常
に大きな空気抵抗をもつため、加熱ローラ４内の高温空
気は適度に保持される。また熱伝導性に優れる金属等か
ら成る加熱ローラ軸端面を反射手段２６を介して支持部
材２５が覆う。支持部材２５は樹脂のような熱伝導性の
低い材質からなり、この断熱効果により加熱ローラ軸端
面から熱が周辺外部へ放散浪費されることがなくなった
。そのうえ、従来、周辺外部へ放散浪費されていた加熱
ローラ端部からの漏洩発熱光は反射手段３２により円筒
内部へ反射され、加熱ローラの加熱に供することができ
る。これら効果によって加熱ローラ４の熱効率を非常に
向上させることができた。また結果として、発熱手段１
は小電力で加熱ローラの十分な高温保持が可能となった
。

【００３５】空気の対流と加熱ローラ軸の解放両端部か
らの熱放散を防止できたため、加熱ローラ４の軸方向の
温度分布は略均一となった。両端部での低温や中央部で
の異常な高温が防止され、トナーの加熱ローラへの付着
（高温オフセット）のない安定した印字品質が確保され
、加熱ローラ、押圧ローラの部材の熱劣化のない耐久性
に優れた装置が実現できた。更に支持部材２５は熱伝導
性が小さいため加熱ローラから離れた位置に配置される
第２の円筒面９２ではその温度は低く保持されるため、
摺動部の摩擦トルクの増加や甚だしきは焼付き等の装置
の停止にいたるという致命欠陥は皆無となり、装置の機
械的信頼性を向上させた。

【００３６】空気の対流と加熱ローラ軸２３の解放両端
部からの熱放散を防止でき、また、装置の低消費電力化
のため、周辺部のベース７への加熱が少なくベース７の
温度不均一によるベース７の熱歪が小さくなるため、こ
れに装着される他の部材との相対位置精度は一定に保た
れ被定着物（例えば紙）のシワ、カール、変形等のない
良好な定着が可能となった。また、装置内の温度上昇が
小さく抑えられるため、像担持体や紙、トナーの特性を
変化させず安定した印字特性を確保できた。更に、支持
部材２５、反射手段２６、２７により、発熱手段のシー
ル部９は加熱ローラ軸２３の大開口部から高温の空気対
流のみならず輻射熱で加熱されることなく低温に保てる
構成であり、シール部９の高温劣化は抑止されるため発
熱手段１の寿命を長く保ち装置の機械的信頼性を向上さ
せた。

【００３７】発熱手段１のシール部９への熱伝達を極力
小さく抑えることができたため、定着幅Ｌ１、加熱ロー
ラ幅Ｌ２に対する放熱長さＬ４が非常に小さくできるこ
とにより、発熱手段１長Ｌ３は小さくなり、装置の小型
軽量化が実現できると共に発熱手段１や加熱ローラ４の
コストを下げることが可能となった。

【００３８】反射手段２６、２７による高効率の反射と
支持部材２５、反射手段２６、２７、加熱ローラ軸２３
による狭いクリアランス構成により、加熱ローラ軸の解
放両端部から加熱光が漏洩することがほとんどなく、像
担持体に対する特別な遮光手段が不要となった。

【００３９】加熱ローラ４外周の表面層２２は支持部材
２５と第１の円筒面９１にて加熱ローラ４によって嵌合
枢支されるが、この部分での摺動はなく耐摩耗性、耐潤
滑性が要求されることはないため、耐熱離型性のみ最も
優れた材質を用いればよい。このため高温オフセットが
容易に防止できた。また、摺動摩耗がないため、支持部
材２５と加熱ローラ４の間に摩耗偏心はなく、加熱ロー
ラ４と押圧ローラ６は一定して接触し、安定した定着が
可能となった。仮に摩擦トルクの増加等があっても嵌合
枢支力が向上し一層の固定強度が確保され、望ましい効
果が得られた。従って表面層２２は加熱ローラ軸全面に
一度に施すことができ、追加工、マスキング等の特別な
工程は不要であり品質も安定した。

【００４０】加熱ローラ軸２３はフランジ等のない一定
厚のパイプで構成できるため、簡単な構造であり、価格
も低廉である。フランジがないため、特殊加工も不要で
あり、ローラの製造管理、装置の保守管理も簡素化され
た。またフランジ部への応力集中もなく加熱ローラ軸２
３は薄肉に構成できるため、熱容量が小さく加熱ローラ
４の熱応答特性が速くなり、サイズの異なる被定着物の
連続定着時、始動時のウォームアップ時間の短縮を実現
できた。

【００４１】加熱ローラ４は押圧ローラ６から数ｋｇか
ら数十ｋｇの予圧加重を受けつつ回動する。回転摺動部
である支持部材２５の第２の円筒面９２の半径は、加熱
ローラ４の半径より小径となり、またこの部分での温度
は低温に保持されるため、摩擦係数の増加もなく回動に
要するトルクは非常に小さくなり、小出力、小型軽量の
駆動モータで十分機能するため、装置の低価格化、小型
軽量化、低消費電力化を実現した。

【００４２】支持部材２５には加熱ローラ４を駆動する
例えば歯車、スプロケット等の駆動伝達手段３６が一体
成形されて成るため、専用の歯車等やこれを固接するキ
ー、スプライン等が不要となり、部品点数、加工の低減
ができた。また、支持部材２５の材質は耐摩耗性、耐潤
滑性を有すると共に耐熱性に優れたベアリング材等を用
いるため駆動伝達用としても最適である。

【００４３】支持部材２５に導電性を付与し、加熱ロー
ラに所定の電位を与えることが可能となり、例えばゼロ
レベルにたもつことにより被定着物である紙、トナーの
帯電や接触摩擦による加熱ローラの帯電を除去できる。 更に、紙、トナーと逆極性の電位を付与することで静電
気の反発力により加熱ローラからの紙、トナーの離型性
を大幅に向上できた。このため紙の加熱ローラへの巻付
き、紙ジャムに伴う発煙、発火を防止し装置の信頼性を
向上させるとともに、オフセットをなくし印字品質を高
めた。

【００４４】図５は本発明の加熱ローラ装置の半径方向
の断面図である。１本の発熱手段１はその軸方向に発熱
量の異なる部分から成る発熱体３０、３１を挿通し、そ
の両端のシール部９をもって封入するよう構成され、表
面層２２と加熱ローラ軸２３から成る加熱ローラ４の円
筒内に挿通し、それぞれを独立にまた同時に通電可能に
したため、一方の発熱体が点灯加熱する際に、その輻射
熱がごく少量他方の発熱体に吸収されるに留まり輻射熱
のほとんどは加熱ローラ４の発熱に寄与する。このため
加熱ローラ４の温度は加熱ローラ４の中心３７に対し略
点対称形となる。矢印３８は加熱ローラ４の円周方向の
温度を表し、実線３９は温度分布を示す。温度分布は加
熱ローラ４の中心３７に対し略円形となる。このように
損失の少ない高熱効率かつ均一な温度分布を有する加熱
ローラ装置が実現できた。

【００４５】図６は本発明の加熱ローラ装置の他の一例
の断面図である。図１と略同一機能同一名称の部材には
同一番号を付して説明を省略する。加熱ローラ４はその
内周の両端部の直径Ｄ３なる第１の円筒面にて支持部材
４５により嵌合枢止され支持部材４５と共に発熱手段１
のまわりを回動する。支持部材４５は小径、コンパクト
となり剛性が増加するため、加圧手段３５の加圧に対す
る変形が小さく両ローラが安定して接触する。また、使
用量が少ないためコストダウンになった。さらに支持部
材４５が導電性を有する場合、アルミニウム、ステンレ
ス等から成る加圧ローラ軸に直接、圧入、焼きばめにて
固着できるため第１の円筒面での電気的な接触抵抗は非
常に小さくできた。反射手段４６は支持部材４５の端面
に配置され、従来、周辺外部へ放散浪費されていた加熱
ローラ端部からの漏洩発熱光は反射手段４６により円筒
内部へ反射され、加熱ローラの加熱に供することができ
る。図１の構成とは異なり反射手段２７がないが、反射
手段４６、２７どちらか一方でも十分な電磁波の反射、
封入効果が得られる。また、反射手段４６は支持部材４
５を白色や金属色系といった反射率の高い色の材料で構
成したり、反射率の高い色のコーティングを施すことに
より構成することが可能である。

【００４６】図７は本発明の加熱ローラ装置の更に他の
一例の断面図である。図１、図６と略同一機能同一名称
の部材には同一番号を付して説明を省略する。支持部材
４５は加熱ローラ軸２３の開口部を塞ぎ、反射手段５０
、発熱手段１、加熱ローラ軸２３とともに構成する狭い
クリアランスにより高温空気の外部への移動が抑止され
、反射手段５０により端部からの漏洩輻射熱は微量にな
るため、発熱手段のシール部９を支持部材４５の内部に
配置し、加熱ローラ４と重なる位置に配設してもシール
部９の温度を使用範囲内にできる。このため、シール部
および放熱長さＬ４によって長尺になっていた発熱手段
１の長さを小さくし、両支持部材間の距離Ｌ５以下に抑
えることができ、デッドスペースを削減し、装置のコン
パクト化が可能となった。

【００４７】図８は本発明の加熱ローラ装置の発熱手段
の一例の説明図である。加熱ローラの円筒内に軸方向に
伸びる長尺の発熱手段１が配置され、これには発熱体３
１と３０が配置されている。図８（Ａ）に示すように、
発熱体３０においては長さＬ６、Ｌ７なる両端部が、長
さＬ８なる中央部よりも単位長さ当りの発熱量（以下は
単に発熱量と呼ぶ）が高くなるように配光されている。 発熱体３１においては長さＬ９、Ｌ１０なる両端部が、
長さＬ１１なる中央部よりも発熱量が低くなるように配
光されている。また、長さＬ２０は最大幅の被定着物に
対応し、長さＬ１１は小幅の被定着物に対応している。 図８（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）において、横軸Ｌは装置の
長さを示し、縦軸Ｈは発熱量を示す。図８（Ｂ）は発熱
体３０の発熱量分布６０を示す。両端部の発熱量Ｈ１は
、加熱ローラ両端からの熱伝達を補償するため中央部の
発熱量Ｈ２よりも若干高くなっている。図８（Ｃ）は発
熱体３１の発熱量分布６１を示す。小幅な被定着物が通
過する中央部の発熱量Ｈ４に対し、被定着物の通過しな
い両端部でも保温のため発熱量Ｈ３を設定する。小幅の
被定着物を定着する場合は発熱体３１のみを通電し、両
端部の温度も所定値に保つ。連続して大幅の被定着物を
定着する場合は、発熱体３０のみを通電する。これによ
り被定着物の切り替え時に、両端部は余熱されているた
め定着温度に達するまでの時間が短縮できる。また、図
８（Ｃ）は発熱体３０、３１に同時に通電を行った場合
の発熱量分布６２を示す。発熱体３１には中央部にて発
熱量Ｈ８になるように通電を行う場合の発熱量分布６３
を図中一点鎖線にて示す。一方、発熱体３０には中央部
にて発熱量Ｈ９になるように通電を行う場合の発熱量分
布６４を図中破線にて示す。両者を同時に通電した場合
はこれらの加算となり中央部にて発熱量Ｈ５、両端部に
て発熱量Ｈ６、それらの中間部にて発熱量Ｈ７なる図中
実線にて示される発熱量分布６２が得られる。小幅の被
定着物が通過している場合の両端の非通過部でも両端に
なればなるほど熱伝達による損失は大きいため、これを
補償するため最端部の発熱量Ｈ６は中間部の発熱量Ｈ７
よりも大きくすることが望ましい。発熱量分布６２は中
央部Ｈ５＞両端部Ｈ６＞中間部Ｈ７なる発熱量を有する
ためより一層良好な発熱状態を可能とした。更に、発熱
体３０、３１への通電量をそれぞれ独立に変化させるこ
とにより、中央部Ｈ５、両端部Ｈ６、中間部Ｈ７なる発
熱量は、これらの比率を自由に選択することができた。 また、温度センサを発熱手段１の軸方向に配置し、それ
ぞれの発熱体への通電量をフィードバック制御すれば、
なお効果的である。このように発熱手段１の軸方向の発
熱量分布形状（換言すれば加熱ローラの温度分布）を自
由に変化、制御することが可能となった。このため被定
着物の温度、湿度、及び厚さの変化による加熱ローラの
温度変化に自由に対応制御できる発熱手段が実現できた
。

【００４８】図９は本発明の加熱ローラ装置の発熱手段
の他の一例の説明図である。図９（Ａ）は発熱手段１の
構造を示し、図９（Ｂ）は発熱体５１の発熱量分布７１
を示し、図９（Ｃ）は発熱体５２の発熱量分布７２を示
し、図９（Ｄ）は発熱体５３の発熱量分布７３を示し、
図９（Ｅ）、図９（Ｆ）は発熱手段１の発熱量分布を示
す。図９（Ａ）に示すように発熱手段１には発熱体５１
、５２、５３が配置されている。横軸Ｌは装置の長さを
示し、縦軸Ｈは発熱量を示す。発熱体５１は長さＬ１２
にわたり発熱量Ｈ１０をもち発光する。長さＬ１２は第
１の幅の被定着物に対する実効発熱長に対応している。 発熱体５２は発熱量Ｈ１１なる長さＬ１３の部分と発熱
量Ｈ１２なる長さＬ１４の部分より構成され、長さＬ１
３は第２の幅の被定着物に対する実効発熱長に対応して
いる。長さＬ１４は第２の幅の被定着物が通過しない余
熱の部分に対応している。発熱体５３は発熱量Ｈ１３な
る長さＬ１６の部分と発熱量Ｈ１４なる長さＬ１５の部
分より構成され、長さＬ１６は第３の幅の被定着物に対
する実効発熱長に対応している。長さＬ１５は第３の幅
の被定着物が通過しない余熱の部分に対応している。第
１、第２、第３の幅の被定着物を定着する場合は、発熱
体５１、５２、５３それぞれを独立に通電加熱すればよ
く、好ましくは、第２、第３の幅の被定着物を定着する
場合は、発熱体５１と５２、５１と５３の組合せにてそ
れぞれを同時独立に通電加熱し、軸方向の発熱量分布を
変化させることができ、被定着物等の環境変化による加
熱ローラの温度分布変動を制御可能にした。発熱体５２
、５３の長さＬ１３とＬ１６の重なる部分の長さＬ１７
は第４の幅の被定着物の実効発熱長に対応している。図
９（Ｅ）は発熱体５２、５３に同時に通電を行った場合
の発熱量分布７４を示す。発熱体５２にはＬ１３にて発
熱量Ｈ１４になるように通電を行う場合の発熱量分布７
５を図中破線にて示す。一方、発熱体５３にはＬ１６に
て発熱量Ｈ１５になるように通電を行う場合の発熱量分
布７６を図中一点鎖線にて示す。両者を同時に通電した
場合はこれらの加算となりＬ１７にて発熱量Ｈ１６、両
端部にて発熱量Ｈ１７、Ｈ２４になる図中実線にて示さ
れる発熱量分布７４が得られる。また、これに発熱体５
１を同時独立に通電することも可能である。図９（Ｆ）
は発熱体５１、５２、５３に同時に通電を行った場合の
発熱量分布７７を示す。発熱体５１にはＬ１２にて発熱
量Ｈ２０になるように通電を行う場合の発熱量分布８０
を図中二点鎖線にて示す。発熱体５２にはＬ１３にて発
熱量Ｈ１８になるように通電を行う場合の発熱量分布７
８を図中破線にて示す。一方、発熱体５３にはＬ１６に
て発熱量Ｈ１９になるように通電を行う場合の発熱量分
布７９を図中一点鎖線にて示す。三者を同時に通電した
場合はこれらの加算となりＬ１７にて発熱量Ｈ２１、両
端部にて発熱量Ｈ２２、Ｈ２３になる図中実線にて示さ
れる発熱量分布７７が得られる。発熱体５１、５２、５
３への通電量をそれぞれ独立に変化させることにより、
Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３なる発熱量はこれらの比率を自
由に選択することができた。また、温度センサ５４、５
５、５６を発熱手段１の軸方向に（例えば図９（Ａ）で
は二点鎖線にて示す加熱ローラ軸２３の上方に）配置し
検出し更に例えばＣＰＵ等を用いて所定のアルゴリズム
によりそれぞれの発熱体への通電量をフィードバック制
御すればなお効果的である。このため被定着物の幅だけ
でなく、温度、湿度、及び厚さの変化による加熱ローラ
の温度変化及び温度分布変化に自由に対応制御できる発
熱手段が実現できた。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、（１
）　　図１の構成では加熱ローラ４の両端は支持部材２
５により覆われ、支持部材２５は開口直径Ｄを有するが
、発熱手段１に対しわずか大きく設定されている。好ま
しくは２ｍｍ以下のクリアランスを介して対向している
。従ってこのクリアランス部にてオリフィス効果をもつ
ために空気抵抗は大きく、発熱手段１の輻射熱により加
熱された加熱ローラ軸の周辺部の高温空気が対流により
開口部から外部へ流出するのを防ぐと同時に、低温の外
気の流入も阻害するため、加熱ローラ内の空気温度を高
温に保てる。また反射手段２６、加熱ローラ軸２３と反
射手段２７は互いに狭いクリアランスをもって対向する
ためこのクリアランス部でも同様の効果をもつ。更にこ
のクリアランス部では対向する２面のうち一方は固定、
他方は回転するためラビリンス効果を有し、非常に大き
な空気抵抗をもつため、加熱ローラ４内の高温空気は適
度に保持される。また熱伝導性に優れる金属等から成る
加熱ローラ軸端面を反射手段２６を介して支持部材２５
が覆う。支持部材２５は樹脂のような熱伝導性の低い材
質からなり、この断熱効果により加熱ローラ軸端面から
熱が周辺外部へ放散浪費されることがなくなった。 そのうえ、従来、周辺外部へ放散浪費されていた加熱ロ
ーラ端部からの漏洩発熱光は反射手段３２により円筒内
部へ反射され、加熱ローラの加熱に供することができる
。これら効果によって加熱ローラ４の熱効率を非常に向
上させることができた。また結果として、発熱手段１は
小電力で加熱ローラの十分な高温保持が可能となった。

【００５０】（２）　　空気の対流と加熱ローラ軸の解
放両端部からの熱放散を防止できたため、加熱ローラ４
の軸方向の温度分布は略均一となった。両端部での低温
や中央部での異常な高温が防止され、トナーの加熱ロー
ラへの付着（高温オフセット）のない安定した印字品質
が確保され、加熱ローラ、押圧ローラの部材の熱劣化の
ない耐久性に優れた装置が実現できた。更に支持部材２
５は熱伝導性が小さいため加熱ローラから離れた位置に
配置される第２の円筒面９２ではその温度は低く保持さ
れるため、摺動部の摩擦トルクの増加や甚だしきは焼付
き等の装置の停止にいたるという致命欠陥は皆無となり
、装置の機械的信頼性を向上させた。

【００５１】（３）　　空気の対流と加熱ローラ軸２３
の解放両端部からの熱放散を防止でき、また、装置の低
消費電力化のため、周辺部のベース７への加熱が少なく
ベース７の温度不均一によるベース７の熱歪が小さくな
るため、これに装着される他の部材との相対位置精度は
一定に保たれ被定着物（例えば紙）のシワ、カール、変
形等のない良好な定着が可能となった。また、装置内の
温度上昇が小さく抑えられるため、像担持体や紙、トナ
ーの特性を変化させず安定した印字特性を確保できた。 更に、支持部材２５、反射手段２６、２７により、発熱
手段のシール部９は加熱ローラ軸２３の大開口部から高
温の空気対流のみならず輻射熱で加熱されることなく低
温に保てる構成であり、シール部９の高温劣化は抑止さ
れるため発熱手段１の寿命を長く保ち装置の機械的信頼
性を向上させた。

【００５２】（４）　　発熱手段１のシール部９への熱
伝達を極力小さく抑えることができたため、定着幅Ｌ１
、加熱ローラ幅Ｌ２に対する放熱長さＬ４が非常に小さ
くできることにより、発熱手段１長Ｌ３は小さくなり、
装置の小型軽量化が実現できると共に発熱手段１や加熱
ローラ４のコストを下げることが可能となった。

【００５３】（５）　　反射手段２６、２７による高効
率の反射と支持部材２５、反射手段２６、２７、加熱ロ
ーラ軸２３による狭いクリアランス構成により、加熱ロ
ーラ軸の解放両端部から加熱光が漏洩することがほとん
どなく、像担持体に対する特別な遮光手段が不要となっ
た。

【００５４】（６）　　加熱ローラ４外周の表面層２２
は支持部材２５と第１の円筒面９１にて加熱ローラ４に
よって嵌合枢支されるが、この部分での摺動はなく耐摩
耗性、耐潤滑性が要求されることはないため、耐熱離型
性のみ最も優れた材質を用いればよい。このため高温オ
フセットが防止できた。また、摺動摩耗がないため、支
持部材２５と加熱ローラ４の間に摩耗偏心はなく、加熱
ローラ４と押圧ローラ６は一定して接触し、安定した定
着が可能となった。仮に摩擦トルクの増加等があっても
嵌合枢支力が向上し一層の固定強度が確保され、望まし
い効果が得られた。従って表面層２２は加熱ローラ軸全
面に一度に施すことができ、追加工、マスキング等の特
別な工程は不要であり品質も安定した。

【００５５】（７）　　加熱ローラ軸２３はフランジ等
のない一定厚のパイプで構成できるため、簡単な構造で
あり、価格も低廉である。フランジがないため、特殊加
工も不要であり、ローラの製造管理、装置の保守管理も
簡素化された。またフランジ部への応力集中もなく加熱
ローラ軸２３は薄肉に構成できるため、熱容量が小さく
加熱ローラ４の熱応答特性が速くなり、サイズの異なる
被定着物の連続定着時、始動時のウォームアップ時間の
短縮を実現できた。

【００５６】（８）　　加熱ローラ４は押圧ローラ６か
ら数ｋｇから数十ｋｇの予圧加重を受けつつ回動する。 回転摺動部である支持部材２５の第２の円筒面９２の半
径は、加熱ローラ４の半径より小径となり、またこの部
分での温度は低温に保持されるため、摩擦係数の増加も
なく回動に要するトルクは非常に小さくなり、小出力、
小型軽量の駆動モータで十分機能するため、装置の低価
格化、小型軽量化、低消費電力化を実現した。

【００５７】（９）　　支持部材２５には加熱ローラ４
を駆動する例えば歯車、スプロケット等の駆動伝達手段
３６が一体成形されて成るため、専用の歯車等やこれを
固接するキー、スプライン等が不要となり部品点数、加
工の低減ができた。また、支持部材２５の材質は耐摩耗
性、耐潤滑性を有すると共に耐熱性に優れたベアリング
材等を用いうため、駆動伝達用としても最適である。

【００５８】（１０）　　支持部材２５に導電性を付与
し、加熱ローラに所定の電位を与えることが可能となり
、例えばゼロレベルにたもつことにより被定着物である
紙、トナーの帯電や接触摩擦による加熱ローラの帯電を
除去できる。更に、紙、トナーと逆極性の電位を付与す
ることで静電気の反発力により加熱ローラからの紙、ト
ナーの離型性を大幅に向上できた。このため紙の加熱ロ
ーラへの巻付き、紙ジャムに伴う発煙、発火を防止し装
置の信頼性を向上させるとともに、オフセットをなくし
印字品質を高めた。

【００５９】（１１）　　発熱手段のシール部９を支持
部材４５の内部に配置し、加熱ローラ４と重なる位置に
配設してもシール部９の温度を使用範囲内にできる。こ
のため、シール部および放熱長さＬ４によって長尺にな
っていた発熱手段１の長さを小さくし、両支持部材間の
距離Ｌ５以下に抑えることができ、デッドスペースを削
減し、装置のコンパクト化が可能となった。 （１２）　　１本の発熱手段１はその軸方向に発熱量の
異なる部分から成る発熱体３０、３１を挿通しその両端
のシール部９をもって封入するよう構成され、加熱ロー
ラ軸２３の円筒内に挿通し、それぞれを独立にまた同時
に通電可能にしたため、一方の発熱体が点灯加熱する際
に、その輻射熱がごく少量他方の発熱体に吸収されるに
留まり輻射熱のほとんどは加熱ローラ４の発熱に寄与す
るため損失の少ない高熱効率かつ均一な温度分布を有す
る加熱ローラ装置が実現できた。

【００６０】（１３）　　複数の発熱体への通電量を、
それぞれ独立に変化させることにより、装置の軸方向の
各部、例えば中央部、両端部、中間部での発熱量はこれ
らの比率を自由に選択することができた。また、温度セ
ンサを発熱手段１の軸方向に配置しそれぞれの発熱体の
通電量をフィードバック制御すれば、なお効果的である
。 このように、発熱手段１の軸方向の発熱量分布形状（換
言すれば加熱ローラの温度分布）を自由に変化、制御す
ることが可能となった。このため、多種の幅の被定着物
の連続定着時のウォームアップ時間を短縮するばかりで
はなく、被定着物の温度、湿度、及び厚さの変化による
加熱ローラの温度変化に自由に対応制御できる加熱ロー
ラ装置が実現できた。

【００６１】以上の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱ローラ装置の断面概観図である。

【図２】従来の電子写真装置等の定着器の一例の断面図
である。

【図３】従来の電子写真装置等の定着器の他の一例の断
面図である。

【図４】従来の電子写真装置等の定着器の半径方向の断
面図である。

【図５】本発明の加熱ローラ装置の半径方向の断面図で
ある。

【図６】本発明の加熱ローラ装置の他の一例の断面図で
ある。

【図７】本発明の加熱ローラ装置の更に他の一例の断面
図である。

【図８】本発明の加熱ローラ装置の発熱手段の一例の説
明図である。

【図９】本発明の加熱ローラ装置の発熱手段の他の一例
の説明図である。

【符号の説明】

１　　発熱手段 ４　　加熱ローラ ６　　押圧ローラ ７　　ベース ８　　歯車 ９　　シール部 １１　　１２　　９１　　ヒータランプ２２　　表面層 ３　　１３　　２３　　加熱ローラ軸 ５　　２５　　４５　　支持部材 ２６　　２７　　４６　　５０　　反射手段３０　　３
１　　５１　　５２　　５３　　発熱体３３　　押圧ロ
ーラ軸 ３４　　ベアリング ３５　　加圧手段 ３６　　４７　　駆動伝達手段 ５４　　５５　　５６　　温度センサ ９１　　第１の円筒面 ９２　　第２の円筒面 ９３　　開口部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　互いに圧接しながら回動する加熱ロー
   ラと押圧ローラより成る加熱ローラ装置において、反射
   手段を前記加熱ローラの端部に配設して成ることを特徴
   とする加熱ローラ装置。
2. 【請求項２】　　前記加熱ローラを嵌合枢止する第１の
   円筒面と前記第１の円筒面以下の直径にて回転摺動する
   第２の円筒面からなり前記反射手段を有する支持部材を
   前記加熱ローラの端部に配設して成ることを特徴とする
   請求項１記載の加熱ローラ装置。
3. 【請求項３】　　発熱手段に前記反射手段を配設して成
   ることを特徴とする請求項１記載の加熱ローラ装置。