JPH06314038A

JPH06314038A - 像加熱装置

Info

Publication number: JPH06314038A
Application number: JP10273293A
Authority: JP
Inventors: Soji Sugita; 壮志杉田; Nobukazu Adachi; 信和安達; Akira Kuroda; 明黒田; Manabu Takano; 学高野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】記録材に効率良く熱を供給し、且つ、熱不均
一性を押える。【構成】断熱性のヒータ保持部材を用い、加圧ローラ
の芯金をアルミニウム製とする。

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、プリンタ等の画
像形成装置の定着装置として好適に用いられ記録材上の
像を加熱する像加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】記録材上の像を加熱する像加熱装置とし
て特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７
８７８号公報、特開平４−４４０７５号公報等でセラミ
ックヒーターと、このセラミックヒーターと摺動するフ
ィルムと、このフィルムを介してヒータとニップを形成
する加圧ローラを用いたものが考えられている。

【０００３】このようなフィルム加熱方式の加熱装置
は、昇温の速い低熱容量の加熱体や薄膜のフィルムを用
いることができるため、省電力化やウェイトタイム短縮
化（クイックスタート性）が可能となる等の利点を有
し、効果的なものである。

【０００４】フィルム加熱方式の加熱装置において、加
熱部材は一般的に加圧ローラが用いられる。特開平４−
４４０７５〜４４０８３号公報等に開示の所謂テンショ
ンレスタイプのフィルム加熱方式加熱装置においては、
該加圧ローラを回転駆動させることにより該ローラの回
転摩擦力によりエンドレスの耐熱性フィルムを、そのフ
ィルム内面を加熱体に対して密着させつつ加熱体面を摺
動させて回転駆動するフィルム駆動ローラを兼用させて
いる。

【０００５】ニップ部に被加熱材が導入されたときは該
被加熱材とフィルムとが加熱体と加圧ローラとの間に挟
まれて加圧ローラの回転力で両者一緒にニップ部を搬送
され通過していく。

【０００６】上述のようなフィルム加熱方式の加熱装置
としての定着器において、加熱部材としての加圧ローラ
は耐熱性フィルムを挟んで加熱体との間に、ある程度の
幅を有する圧接ニップ部を形成させる必要があり、そこ
で該加圧部材としての加圧ローラは、加圧に耐え得る剛
性を持った、鉄かステンレス製の中心軸（芯金棒）に、
ゴム等の柔らかい材質の弾性部材層を被覆（コーティン
グ）した構成のものとしてある。

【０００７】また、加圧部材から受ける圧を支えるため
に、加熱体は剛性をもった保持部材によって接着保持さ
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしフィルム加熱方
式は次に述べる相反する２つの問題がある。（Ａ）１つは、加熱体の発熱する熱量が、加熱体保持
部材を通して、被加熱材と逆方向に逃げてしまうことで
ある。また、加圧部材についても断熱性が高くなれば、
被加熱材から熱を奪ってしまう。

【０００９】その結果、クイックスタートによって、全
く室温の状態から、未定着画像を定着させる時、ニップ
部が定着に必要な温度に上昇するまで、加熱体は多大な
熱量を発熱し、フィルム式加熱装置の特徴である省電力
が損われてしまう。（Ｂ）一方、加熱装置に通紙できる最大幅の記録材よ
りも幅の狭い記録材（以下、小サイズ紙と記す）を連続
的に通紙すると、加圧部材の長手方向に関して、記録材
が通る通紙領域に対応する加圧部材部分に対して、非通
紙領域に対応する加圧部材部分の温度が高くなっていく
温度不均一性を生じる。

【００１０】また、加熱体とその保持部材についても、
同様な温度不均一性が生じる。

【００１１】上記のような温度不均一性現象は「非通紙
部昇温」と呼ばれている。

【００１２】この非通紙部昇温は、通紙領域では該領域
に対応する加熱体部分の熱が記録材や未定着トナー画像
の加熱のために使われるのに対して、非通紙領域に対応
する加熱体部分の熱は記録材や未定着トナー画像の加熱
に使われず、加圧部材に流れたり、加熱体に蓄積して、
加熱部材や加熱体が昇温していくためである。

【００１３】例えばフィルム加熱方式の定着器では加圧
部材は、通紙領域部分の温度が１３０度前後であるのに
対して、非通紙領域部分では３００度弱まで上昇する。

【００１４】その結果、加圧部材が熱膨張変形し、フィ
ルムにねじり力が生じフィルムが破損したり、非通紙側
に存在する部品が高温に耐えられず劣化してしまったり
する。

【００１５】以上述べた欠点を克服するためにはそれぞ
れ、以下の対策をする必要がある。

【００１６】欠点（Ａ）は、転写紙（被加熱材）に効率
良く流入すべき熱量が、加熱体保持部材や加圧部材に逃
げてしまうことが、原因であった。その対策として考え
られることは、加熱体保持部材や加圧部材等、加熱体と
被加熱材間にない全ての部品の断熱性を上げ、不必要な
部材への熱流入を最小限にすることがある。

【００１７】一方、欠点（Ｂ）は、長手方向の熱不均一
性が問題であるので、この温度差を“ならす”ために
は、長手方向に熱が流れやすいように、加圧部材や加熱
保持部材の熱伝導率を上げてやる必要がある。

【００１８】このように欠点（Ａ）（Ｂ）は相反する関
係にある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、加熱部材と、この加熱部材と摺動するフィルム
と、このフィルムを介して加熱部材とニップを形成する
加圧ローラと、を有する像加熱装置において、上記加熱
部材を断熱支持する支持部材を有し、上記加圧ローラは
アルミニウムからなる芯金と、この芯金上に設けられた
断熱ゴム層を有することを特徴とするものである。

【００２０】

【実施例】図１は本発明に従う、フィルム加熱方式の加
熱装置の一実施例としての画像加熱定着装置１００の要
部の横断側面図、図２は加熱体の拡大横断面図、図３は
加熱体の途中部省略の一部切り欠き拡大平面図と通電回
路系、図４は装置の縦断正面図、図５は要部の斜視図で
ある。

【００２１】本例の定着装置１００は特開昭４−４４０
７５〜４４０８３号公報等に開示の所謂テンションレス
タイプの装置である。

【００２２】図１において、１は横断面略半円弧樋形の
耐熱、断熱材製のヒーター保持部材である。この保持部
材１の外面下面の略中央部に部材長手に沿って加熱体嵌
め込み溝を設け、この溝内に低熱容量の線状加熱体２
（以下ヒーターと記す）を嵌め込んで支持させてある。

【００２３】このヒータ２付のヒータ保持部材１に対し
て円筒型の耐熱性の定着フィルム３をルーズに外嵌させ
てある。即ち、円筒型の定着フィルム３の内周長とヒー
タ２を含むヒータ保持部材１の外周長はフィルム３の方
を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、従ってフィルム３
はヒータ２を含む保持部材１に対して周長が余裕をもっ
てルーズに外嵌している。またフィルム走行時に、フィ
ルム形状が円を保って回転できるように、フィルム内面
支持部材（キャップ）１６ａ保持部材１上部に取りつけ
られている。

【００２４】４は加圧ローラ（圧接ローラ、バックアッ
プローラ）であり、この加圧ローラ４とヒータ２との間
にフィルム３を挟ませて加圧ローラ４をヒータ２に対し
て圧接させてある。

【００２５】この加圧ローラ４は図４のようにその両端
軸部４３、４３をそれぞれ軸受４５、４５を介して装置
のボディーボックス１０の両端板１１、１１間に回転自
由に保持させてあり、この加圧ローラ４の上にフィルム
３を外嵌させたヒータ２付のヒータ保持部材１を配置
し、ボディーボックス１０の上部に蓋板１２をネジ止め
して取り付けてある。そしてこの蓋板１２の両端ラグ部
１３、１３と、ヒータ保持部材１の両端ラグ部１４、１
４との間にそれぞればね１５、１５を縮設してあり、こ
のばね１５、１５によりフィルム３を外嵌させたヒータ
２付のヒータ保持部材１が下方に押圧されることで、ヒ
ータ２と加圧ローラ４とがフィルム３を挟んで圧接して
定着ニップ部Ｎが形成される。ヒータ２と加圧ローラ４
との当接圧は例えばＡ４幅で総圧３〜６Ｋｇである。

【００２６】加圧ローラ４はその一方の軸端に固着した
ギヤ４６が画像形成装置等本体の駆動系のギヤ（不図
示）に噛合しており、所定の周速度をもって回転駆動さ
れることで加圧ローラ４の表面摩擦力で円筒型の定着フ
ィルム３がヒータ２の下面に密着摺動してヒータ保持部
材１の回りを回転駆動される。

【００２７】このとき、フィルム内面支持部材１６は定
着フィルム両端部の内面を支持することによって、フィ
ルムの姿勢を加圧部材からの駆動力に対して垂直に保
ち、長手方向への寄り力を規制する働きを持っている。

【００２８】このフィルム回転駆動状態においてフィル
ム３と加圧ローラ４との間に未定着トナー画像Ｔを担持
させた記録材Ｐが導入されて回転するフィルム３に密着
してフィルムと一緒に定着ニップ部Ｎを通過することで
記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを通過する過程でヒータ２の
熱エネルギーがフィルム１を介して記録材Ｐに与えられ
てトナー像の加熱定着がなされる。

【００２９】即ち記録材Ｐは、少なくとも定着ニップ部
Ｎ内では、回転加圧ローラ４のヒータ２に対する当接圧
によって滑ることなく、定着フィルム３、加圧ローラ４
と同一速度で送られる。この定着ニップ部Ｎ通過過程を
加熱および加圧工程として、ヒータ２の熱が定着フィル
ム３を介して記録材Ｐへ伝達され、記録材Ｐ上の未定着
トナー画像Ｔが溶融、加圧される。定着ニップ部Ｎを通
過した後、定着フィルム３と記録材Ｐは引き続き溶融、
軟化したトナーＴの粘着力により密着したまま搬送され
る。この搬送過程を冷却工程として、軟化、溶融したＴ
の熱が放熱され、トナーＴは冷却固化し記録材Ｐ上に永
久固着像が形成される。冷却工程後、定着フィルム３と
記録材Ｐはトナー冷却固化により容易に曲率分離し、記
録材Ｐは装置より排出される。

【００３０】ヒータ２の温度制御は、サーミスタ２３に
よるヒータ２の検知温度が一定となるように通電発熱体
層２２への通電が制御される。例えばサーミスタ２３の
出力をＡ／Ｄ変換し、ＣＰＵ（中央演算装置）（不図
示）に取り込み、その情報をもとにトライアック（不図
示）によりヒータ２、即ち通電発熱体層に通電するＡＣ
電源のＡＣ電圧を位相あるいは波数制御等のパルス幅変
調をかけ、ヒータ通電電力を制御することで行う。或は
サーミスタ２３とＣＰＵとによる温調系によりヒータ２
への給電をｏｎ、ｏｆｆすることによってヒータ温度を
適切な定着温度（例えば摂氏１７０度）に制御する。

【００３１】ヒーター保持部材１は熱硬化性樹脂である
フェノール樹脂にガラスを交ぜ、剛性を上げたものであ
り、外面のヒータ嵌め込み部から内面までの肉厚は約
３．５ｍｍある。

【００３２】加圧ローラ４は、直径約１６ｍｍであり、
アルミニウム製の中心軸４１に、弾性部材層４２として
シリコンゴムを被覆したものである。

【００３３】以下に、通常の場合、記録材Ｐを加熱装置
に通紙したときの熱の流れを説明する（図４）。

【００３４】ヒータ２は、単位時間当りＱ₀の熱量を発
熱するとする。

【００３５】ここでＱ₁はヒータからヒータ保持部材側に流れる熱量Ｑ₂はヒータからニップ側に流れる熱量Ｑ₃は紙に持っていかれる熱量Ｑ₄は加圧部材に流れる熱量とする。Ｑ₀〜Ｑ₄について以下の式が成り立つＱ₀＝Ｑ₁＋Ｑ₂、Ｑ₂＝Ｑ₃＋Ｑ₄ Ｑ₀＝Ｑ₁＋Ｑ₃＋
Ｑ₄

【００３６】ヒータ保持部材１、加圧部材４の断熱性が
大きいと、Ｑ₁及びＱ₄の値が小さくなる。ヒータの発熱
量Ｑ₀が一定であるとすると、ヒータ保持部材及び加圧
部材の断熱性が良ければ、Ｑ₃の値が大きくなり、Ｑ₃の
一部は記録紙上のトナーを溶融させる熱量であるので、
少ない発熱量で、トナーを定着させることができる。

【００３７】しかしながら、ヒータまわりの部材の断熱
性が高いと、小サイズ紙を通紙したとき、長手方向に熱
が流れにくいので、非通紙昇温が起りやすくなる。

【００３８】そこで以下に、本実施例の定着器に小サイ
ズ紙を通紙したときの、加圧ローラ部の熱の流れを、計
算式を用いて説明する。

【００３９】図８は加圧ローラ４内の熱の流れを表す概
念図である。Ｑ４は通紙領域側においてヒータ２から加
圧ローラ４に流れる単位時間あたりの熱量Ｑ５は非通紙領域側における加圧ローラ４に流れる単位
時間あたりの熱量、Ｑ６は加圧ローラ軸方向に流れる単
位時間あたりの熱量、Ｔ１は通紙領域部加圧ローラ温
度、Ｔ２は非通紙領域部の加圧ローラ温度である。

【００４０】小サイズ紙を連続通紙した後、加圧ローラ
温度分布が定常状態になったとき、Ｑ⁵＝Ｑ⁴＋Ｑ⁶ …（１）なる関係が成立する。

【００４１】また、Ｑ⁶＝Ａλ（Ｔ２−Ｔ１）／Ｌ …（２）Ａ：加圧部材４の断面積 λ：加圧部材の熱伝導率Ｌ：加圧ローラの長さなる関係が成り立つ。

【００４２】（１）、（２）式よりＴ２−Ｔ１＝（Ｌ／Ａλ）、（Ｑ⁵−Ｑ⁴） …（３）加圧部材の熱伝導率λは加圧部材の弾性部材の熱伝導率
と中心軸の熱伝導率を合わせた等価熱伝導率である。

【００４３】ここで、中心軸の熱伝導率が、大きくなれ
ば、長手方向に関しては、λは大きくなる。

【００４４】Ｑ₅−Ｑ₄を一定であると仮定すると、λが
大きければ、Ｔ₂−Ｔ₁も小さくなる。

【００４５】すなわち、加圧ローラ中心軸をＡｌにする
と、非通紙昇温による温度差不均一は緩和される。

【００４６】ここで、加圧ローラ肉厚が大きければ、ア
ルミニウム中心軸の効果が薄くなる。実験データでは、
加圧ローラ全断面に対する、アルミニウム芯金の断面積
比が、２５％以上あれば、上記の効果が得られている。

【００４７】但し、断熱材たるゴム層の比率が少なすぎ
ると逆に加圧ローラを通した放熱が大きくなるためアル
ミニウム芯金断面積比は６０％以下が好ましい。

【００４８】（実施例２）本実施例において定着器の構
成は、前述の実施例１と以下の点を除いて同じである。

【００４９】本実施例では、図６、７のようにヒータ保
持部材のヒータとは逆側の面に熱伝導性の良い、例えば
金属の板材１７を長手方向にわたって取り付けた。

【００５０】非通紙昇温が生じたとき、ヒータ保持部材
側に流入した非通紙側の熱量は、板材１７を伝わって通
紙側に流れる。その結果、温度不均一性は緩和され、非
通紙昇温による弊害が少なくなる。

【００５１】（実施例３）本実施例において、定着器の
構成は、前述の実施例１とほぼ同じである。

【００５２】本実施例では、フィルム内面支持部材１６
が図８のように長手方向全体によって取りつけられてお
り、その材質は、例えばアルミニウム、銅、真鍮等の熱
伝導性の良い金属を用いている。

【００５３】非通紙昇温が生じたとき、熱はフィルム内
面支持部材を通って流れやすくなり、温度不均一性が解
消される。

【００５４】（実施例４）本実施例は図９のように、加
熱体保持部材の加熱体接触面にざぐり穴をあけ、空気断
熱層をつくることによって、ヒータの熱流出を最小限に
押さえたものである。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、ヒータ保持部材を
断熱したことにより、ヒータの発熱が効率良く記録材に
伝わり、また、加圧部材の中心軸をアルミニウムにした
り、保持部材裏側に板材を追加したことにより、長手方
向に熱が流れやすくなることで非通紙昇温による温度不
均一性が緩和される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の画像加熱定着装置の要部の横断側面
図。

【図２】装置の縦断正面図。

【図３】要部の斜視図。

【図４】実施例１において、加熱装置の熱の流れを表す
概念図。

【図５】実施例４において加圧ローラ内の熱の流れを表
す概念図。

【図６】実施例２の装置の要部の横断面図。

【図７】実施例２の要部の斜視図。

【図８】実施例３の縦断正面図。

【図９】実施例４の横断面図。

【図１０】従来例。

【図１１】熱膨張変形した加圧ローラの模型図。

【符号の説明】

１フィルム内面ガイド部材２加熱体（ヒータ）３耐熱性フィルム（定着フィルム）４加圧ローラ（加圧部位材）１６キャップ１７熱伝導性板材４１中心軸４２ゴム部材層（弾性部材層）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高野学東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱部材と、この加熱部材と摺動するフ
ィルムと、このフィルムを介して加熱部材とニップを形
成する加圧ローラと、を有する像加熱装置において、上記加熱部材を断熱支持する支持部材を有し、上記加圧
ローラはアルミニウムからなる芯金と、この芯金上に設
けられた断熱ゴム層を有することを特徴とする像加熱装
置。
【請求項２】上記芯金の加圧ローラに占める断面積の
比が２５％以上であることを特徴とする請求項１の像加
熱装置。