JPH06301308A - 加熱ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱の利用効率を向上させるとともにニップ幅
を大きくとることができ、かつヒートアップ時間を短縮
できるようにする。 【構成】 加熱ローラ１は、軸体１１の周面に弾性層１
２を介して電気抵抗線１３が巻装され、さらにオフセッ
ト防止膜１４が被覆されて形成されている。加熱ローラ
１に加圧ローラ２が圧接しながら等周速回転する状態か
ら電気抵抗線１３に通電を行うと、電気抵抗線１３がそ
の抵抗値に応じた熱量で発熱し、オフセット防止膜１４
がダイレクトに加熱されて迅速に高温となる。したがっ
て、加熱ローラ１と加圧ローラ２との間にトナーＴが表
面に付着された記録媒体Ｓを送り込むと、加熱ローラ１
がトナーＴを熱溶融させると同時に、トナーＴが加圧ロ
ーラ２からの圧力を受けて記録媒体Ｓの表面に定着され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加熱ローラに関し、特に
記録媒体の表面に被定着物を加熱定着させる熱定着装置
における加熱ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】紙，フィルム等の記録媒体の表面に粉体
状着色材（トナー）等の被定着物を定着させるプロセス
をもつ画像形成装置（ハードコピー出力装置）、例えば
レーザプリンタ，複写機，普通紙ファクシミリ等では、
一般的にローラ型の熱定着装置が用いられている。この
ローラ型の熱定着装置は、一対の加熱ローラおよび加圧
ローラがその長手方向に一様に外接して等周速回転する
２ローラ外接構造を基本としている。例えば、図４に示
すように、加熱ローラ４１は、熱の良導体である金属製
の中空円筒体４４の内部に加熱源４３として棒状ヒータ
やハロゲンランプ等を配設した内部発熱型であった。ま
た、加圧ローラ４２は、金属製の中空円筒体４５の周面
にゴム等でなる弾性層４６を肉厚に被覆して形成されて
いた。このようなローラ型の熱定着装置では、内部に加
熱源４３を有する加熱ローラ４１と加熱ローラ４１に圧
接する加圧ローラ４２との間に加熱ローラ４１および加
圧ローラ４２を回転させながらトナーＴを転写された記
録媒体Ｓを挟み込んで、トナーＴを熱溶融しながら同時
に加圧して記録媒体Ｓに定着させていた。

【０００３】ところで、従来の加熱ローラ４１は、熱の
良導体である金属製の中空円筒体４４の内部に加熱源４
３として棒状ヒータやハロゲンランプ等を配設した内部
発熱型であったので、まず加熱源４３からの輻射熱によ
り中空円筒体４４の内部が加熱され、次にこの熱が中空
円筒体４４の表面に伝導されて加熱されることになる。
したがって、熱の使用効率は低く、例えば加熱ローラ４
１の表面温度を１６０゜Ｃにするためには、加熱源４３
の加熱温度を９００゜Ｃ程度とする必要があった。熱損
失の大半は、加熱源４３と中空円筒体４４との間の空気
加熱損，加熱源４３および中空円筒体４４の支持部から
の伝導損，ならびに中空円筒体４４の表面からの輻射損
であった。

【０００４】また、従来の加熱ローラ４１は、表面が変
形しにくい剛体構造となっていたので、加熱ローラ４１
と加圧ローラ４２との間の接触幅、すなわちニップ幅は
ローラ直径を大きくして必要な幅を発生させており、そ
の分だけ加熱ローラ４１の表面からの輻射損は比較的大
きくなっていた。

【０００５】したがって、従来の熱定着装置における熱
の利用効率は、１０％以下ときわめて低かった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の加熱ロ
ーラ４１は、熱の良導体である金属製の中空円筒体４４
の内部に加熱源４３として棒状ヒータやハロゲンランプ
等を配設していたので、加熱ローラ４１が大型化すると
ともに、熱効率が悪く消費電力が大きいという問題点が
あった。

【０００７】また、加熱ローラ４１が金属の中空円筒体
４４で形成されていたので、直径方向の剛性が高く、ニ
ップ幅を大きくとることができないという問題点があっ
た。

【０００８】さらに、加熱ローラ４１の熱容量が大きく
かつ加熱ローラ４１と加熱源４３とが別体であったの
で、画像形成装置の起動時に定着が行える所定温度に立
ち上がるまでに数分間の待ち時間（いわゆる、ヒートア
ップ時間）が必要であるという問題点があった。

【０００９】本発明の目的は、上述の点に鑑み、熱定着
に必要な温度を加熱ローラの表面だけに発生させるよう
にして熱の利用効率を向上させるとともに、ローラ直径
を大きくとることなしにニップ幅を大きくとることがで
きるようにし、かつヒートアップ時間を短縮できるよう
にした加熱ローラを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の加熱ローラは、
電気的加熱手段を備えた加熱ローラと、この加熱ローラ
の回転軸と平行になるように回転軸が配置された加圧ロ
ーラと、前記加熱ローラと前記加圧ローラとの回転軸間
距離を近づける方向に力を与える加圧手段とを備えた熱
定着装置において、軸体と、この軸体の周面に設けられ
電気絶縁性で耐熱性を有する弾性層と、この弾性層の周
面に巻装された電気抵抗線と、この電気抵抗線の周囲に
被覆され電気絶縁性で耐熱性を有するオフセット防止膜
と、前記電気抵抗線に電源を供給する接触型給電手段と
から構成されていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の加熱ローラでは、電気抵抗線が軸体に
対して弾性層を介して巻装されているので、接触型給電
手段を通じて電気抵抗線に通電を行うと、電気抵抗線が
発熱し、オフセット防止膜がダイレクトに加熱されて、
少ない消費電力で迅速に加熱定着が行えるようになる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例に係る加熱ロー
ラ１が配置された熱定着装置を示す縦断面図である。加
熱ローラ１は、軸体１１と、軸体１１の周面に被覆され
た弾性層１２と、弾性層１２の周面に巻装された電気抵
抗線１３と、電気抵抗線１３上に被覆されたオフセット
防止膜１４とから、その主要部が構成されている。

【００１４】軸体１１は、曲げの剛性が高いアルミニュ
ーム，ステンレススチール等の金属で円筒体（または円
柱体）に形成されている。また、軸体１１は、曲げの剛
性が高い合成樹脂、例えばポリフェニルレンサルファイ
ド等で円筒体または円柱体に形成されていてもよい。軸
体１１を形成する合成樹脂としては、その他に、ポリサ
ルホン，芳香族ポリアミド，芳香族ポリエステル，ポリ
アミドイミド等が使用可能である。

【００１５】弾性層１２は、テトラ・フルオロ・エチレ
ン・プロピレン系，フッ化ビニリデン系，シリコーン
系，フルオロ・シリコーン系等のフッ素系およびシリコ
ーン系の電気絶縁性かつ耐熱性のエラストマ材を成形し
て形成されている。弾性層１２の特性としては、ゴム硬
度（Ａスケール）４０〜８０゜程度であることが好まし
い。

【００１６】電気抵抗線１３は、図３に示すように、ニ
ッケル−クロム等の抵抗体の長尺線を圧延して断面が薄
肉帯状に形成されており、その表面にエナメル等の耐熱
性の絶縁被覆１３ａが被覆されている。電気抵抗線１３
は、図２に示すように、弾性層１２の周面に軸体１１の
軸方向に対して所定の角度をなすように螺旋状に密着巻
きされている。なお、加熱ローラ１の必要とする発熱量
（電流×抵抗値² に比例）に応じて電気抵抗線１３の抵
抗値（長さ÷断面積に比例）が決定される。

【００１７】電気抵抗線１３が巻装された加熱ローラ１
の両端部には、図２に示すように、金属製の導体リング
部材３ａおよび３ｂが圧入されてかしめ付けられてい
る。導体リング部材３ａおよび３ｂの圧入およびかしめ
付けにより弾性層１２が圧縮されて、導体リング部材３
ａおよび３ｂの周面は、巻装された電気抵抗線１３の周
面とほぼ同一面となるようになっている。そして、導体
リング部材３ａおよび３ｂの周面には、図示しない電源
に接続された金属製の給電ブラシ部材４ａおよび４ｂが
それぞれ摺接されている。

【００１８】オフセット防止膜１４は、テフロン，シリ
コーン等の合成樹脂を薄く塗布して乾燥させたり、シリ
コーン等の合成樹脂でなるチューブを被覆したりする等
の方法によって可撓性の耐熱膜として形成されている。
オフセット防止膜１４は、加熱ローラ１へのトナーＴの
付着を防止するとともに、絶縁膜としての役目もする。

【００１９】なお、電気抵抗線１３は、図３に示すよう
に、断面円形の長尺線を圧延して断面薄肉帯状に形成し
た場合、両側面が丸味を帯びて密着巻きをしても隣接す
る電気抵抗線１３間に空隙が発生することになる。この
ため、電気抵抗線１３間に金属粉等の熱良導体が配合さ
れた耐熱性の合成樹脂等でなる充填材１５が充填されて
おり、電気抵抗線１３からオフセット防止膜１４への熱
伝導を促進しているとともに、オフセット防止膜１４の
均一な加熱を可能にしている。

【００２０】本実施例の加熱ローラ１に対して、図１に
示すように、金属製の軸体２１上にゴム等でなる弾性層
２２を層厚に被着してなる加圧ローラ２が簡易な加圧機
構（図示せず）によって圧接するように配置されてお
り、弾性層１２および２２の弾性によって加熱領域であ
るニップ幅が比較的大きくとられている。また、図示し
ない駆動源により、加熱ローラ１および／または加圧ロ
ーラ２が回転駆動されるようになっている。

【００２１】次に、このように構成された本実施例の加
熱ローラ１の機能について、熱定着装置の動作とともに
説明する。

【００２２】給電ブラシ部材４ａおよび４ｂならびに導
体リング部材３ａおよび３ｂを通じて電気抵抗線１３に
数アンペア程度の通電を行うと、電気抵抗線１３がその
抵抗値に応じた熱量で発熱して、加熱ローラ１の表面に
あるオフセット防止膜１４が迅速に高温となる。すなわ
ち、ヒートアップ時間がきわめて短時間ですむ。

【００２３】このような状態から、図１に示すように、
圧接しながら等周速回転する加熱ローラ１と加圧ローラ
２との間にトナーＴが表面に付着された記録媒体Ｓが送
り込まれると、加熱ローラ１が記録媒体Ｓの表面に接触
してトナーＴを熱溶融させると同時に、熱溶融されたト
ナーＴが加圧ローラ２からの均一な接触圧力で加圧され
て記録媒体Ｓの表面に確実に定着される。トナーＴを定
着された記録媒体Ｓは、加熱ローラ１および加圧ローラ
２の回転に伴って熱定着装置外に送り出される。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
軸体に対して弾性層を介して巻装された電気抵抗線に通
電して発熱を得るようにしたことにより、加熱ローラを
小型化することができるとともに、消費電力を抑えるこ
とができるという効果がある。実験によれば、熱の利用
効率を３０％以上に高めることができた。

【００２５】また、弾性層を設けたので、加熱ローラの
直径方向の剛性が低くなり、ニップ幅を大きくとること
ができるという効果がある。

【００２６】さらに、加熱ローラの表面と加熱源である
電気抵抗線とが近接しているので、加熱がダイレクトに
行われ、ヒートアップ時間が非常に短時間ですむという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る加熱ローラを配設する
熱定着装置の構成を示す縦断面図である。

【図２】本実施例の加熱ローラの要部を示す平面図であ
る。

【図３】本実施例の加熱ローラの要部を示す横断面図で
ある。

【図４】従来の熱定着装置を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 加熱ローラ ２ 加圧ローラ ３ａ，３ｂ 導体リング部材 ４ａ，４ｂ 給電ブラシ部材 １１ 軸体 １２ 弾性層 １３ 電気抵抗線 １４ オフセット防止膜 １５ 充填材 Ｓ 記録媒体 Ｔ トナー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的加熱手段を備えた加熱ローラと、
   この加熱ローラの回転軸と平行になるように回転軸が配
   置された加圧ローラと、前記加熱ローラと前記加圧ロー
   ラとの回転軸間距離を近づける方向に力を与える加圧手
   段とを備えた熱定着装置において、 軸体と、この軸体の周面に設けられ電気絶縁性で耐熱性
   を有する弾性層と、この弾性層の周面に巻装された電気
   抵抗線と、この電気抵抗線の周囲に被覆され電気絶縁性
   で耐熱性を有するオフセット防止膜と、前記電気抵抗線
   に電源を供給する接触型給電手段とから構成されている
   ことを特徴とする加熱ローラ。
2. 【請求項２】 前記電気抵抗線が薄肉帯状に形成されて
   表面に耐熱性の絶縁被覆が被覆されており、前記弾性層
   の周面に軸方向に対して所定の角度をなすよに傾けられ
   て螺旋状に密着巻きされている請求項１記載の加熱ロー
   ラ。
3. 【請求項３】 前記電気抵抗線間に熱良導体が配合され
   た充填材が充填されている請求項１または２記載の加熱
   ローラ。
4. 【請求項４】 前記接触型給電手段が、前記加熱ローラ
   の両端部に取り付けられた一対の導体リング部材と、こ
   れら導体リング部材にそれぞれ摺接する一対の給電ブラ
   シ部材とからなる請求項１記載の加熱ローラ。