JPH0756457A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 転動自在な環状の発熱部材を部分的に発熱さ
せる定着装置において、発熱部材の熱容量と熱伝導性と
を低減して定着装置の熱効率を向上させる。 【構成】 形状を維持する環状のベース部材３５の内周
面に導電体層３６と発熱抵抗体層３７とを順次形成した
構造で発熱部材３４を形成し、この発熱部材３４の形状
を成形性が良好で熱伝導性が低いベース部材３５で維持
することで、熱伝導性が高い導電体層３６と成形性が悪
い発熱抵抗体層３７とを良好な生産性で薄型化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真装置において
記録媒体に付着させた未定着の現像剤を加熱すると共に
加圧して定着させる定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真方式で画像を形成するレ
ーザプリンタなどでは、現像剤の一つであるトナーを静
電的に画像化して印刷用紙等の記録媒体に転写し、この
記録媒体を定着装置で加熱すると共に加圧してトナーを
定着させることで、印刷画像を形成するようになってい
る。

【０００３】そこで、本出願人が出願した特開昭3-1293
73号公報の定着装置を、ここでは第一の従来例として図
７及び図８に基づいて以下に説明する。まず、この定着
装置１では、円管状に形成した発熱部材である定着ロー
ラ２を、その内周部に配置した通電押圧部材である電極
ローラ３により、媒体誘導部材である対向ローラ４に弾
発的に押圧した構造となっている。

【０００４】ここで、前記定着ローラ２は、導電性微粒
子であるカーボンを分散したポリカーボネードやポリイ
ミド等の樹脂の射出成形などで形成した円筒形の発熱抵
抗体層５の外周面上に、クロムニッケル合金等の金属か
らなる導電体層６をスパッタリング法などで形成し、こ
の導電体層６の両方の端部７を除いて弗素樹脂のコーテ
ィングなどで離型材層８を形成したものとなっている。

【０００５】また、前記電極ローラ３は、導電性が良好
な金属ブロック等を機械加工で所定形状に形成した構造
などとなっている。さらに、前記対向ローラ４は、通電
路の一部となる鍔状の通電電極９を両端に形成した金属
等からなる芯材１０の中央部を耐熱ゴム１１で外装した
構造となっている。

【０００６】そして、この定着装置１では、軸受１２を
介してフレーム１３に導通状態で取付けた前記対向ロー
ラ４と、前記フレーム１３に軸受１４と絶縁リング１５
とを介して絶縁状態で取付けた前記電極ローラ３とを、
樹脂等の絶縁材からなるギヤ機構１６で連結している。
そこで、この定着装置１では、前記発熱抵抗体層５が前
記電極ローラ３に導通すると共に前記導電体層６の端部
７が前記対向ローラ４の通電電極９に導通した状態で、
前記定着ローラ２を前記ローラ３，４間に転動自在に保
持している。そして、前記フレーム１３に絶縁スペーサ
１７で装着して前記電極ローラ３の一端に当接したブラ
シ１８に駆動電源１９を接続し、前記対向ローラ４と導
通した前記フレーム１３にアースライン２０を接続して
いる。

【０００７】このような構成において、この定着装置１
は、電子写真装置（図示せず）などの定着部に配置して
使用するようになっている。そして、この定着装置１で
は、現像剤であるトナーが付着した印刷用紙２１が接近
すると各ローラ２〜４を所定方向に回転させ、駆動電源
１９から電極ローラ３に直流電流を通電する。

【０００８】すると、この直流電流は定着ローラ２の発
熱抵抗体層５から導電体層６に流れ、その端部７から対
向ローラ４の芯材１０と軸受１２及びフレーム１３を介
してアースライン２０まで流れることになる。この時、
この定着装置１では、二個のローラ３，４間に位置する
部分だけ定着ローラ２の発熱抵抗体層５は膜厚方向に通
電されるので、この定着ローラ２は印刷用紙２１の表面
を加圧する部分のみが発熱して良好な熱効率でトナーを
印刷用紙２１に定着させることができる。

【０００９】そこで、本出願人が、層厚100(μm)の樹脂
フィルムからなる発熱抵抗体層と層厚1.0(μm)の金属か
らなる導電体層とを積層して層厚 20(μm)の弗素樹脂で
コーティングした定着ローラ２を実際に試作したとこ
ろ、その表面は極短時間の通電で定着に必要な所定温度
に到達することを確認できた。つまり、このような構造
で定着ローラ２を形成することで、ウォーミングアップ
タイムが極めて短く消費電力も小さい定着装置１を得る
ことができる。

【００１０】つぎに、特開平3-144676号公報や特開平3-
144677号公報に開示された定着装置を、第二の従来例と
して図９に基づいて以下に説明する。まず、この定着装
置２２は、柔軟なエンドレスベルト状に形成した定着ベ
ルト２３を、その内周部に配置した複数のフィードロー
ラ２４や一対の電極ローラ２５，２６で転動自在に張架
し、これらの電極ローラ２５，２６で前記定着ベルト２
３を媒体誘導部材である対向ローラ２７に弾発的に押圧
した構造となっている。

【００１１】ここで、前記定着ベルト２３は、導電性微
粒子であるカーボンブラックを分散したポリカーボネー
ドやポリイミド等の樹脂を、膜厚 30(μm)程度のエンド
レスベルト状に形成して外周面を四弗化エチレン樹脂で
コーティングした構造などとなっている。また、前記電
極ローラ２５，２６は、導電性が良好な銅製のシャフト
の外周面を導電性が極めて良好な白金やロジウムのメッ
キで被覆した構造などとなっており、前記対向ローラ２
７は、金属等からなる芯材２８を離型性と耐熱性とが良
好なシリコンゴム２９で外装した構造などとなってい
る。

【００１２】そして、この定着装置２２では、所定間隔
で連続配置した一対の前記電極ローラ２５，２６に一対
の電源端子（図示せず）を個々に接続しており、これら
の電源端子は一対の前記電極ローラ２５の一方から他方
に前記定着ベルト２３を介して直流電流を通電するよう
になっている。

【００１３】このような構成において、この定着装置２
２では、定着ベルト２３は電極ローラ２５，２６の間隙
に位置する部分のみが張架方向に通電されて発熱するの
で、この表面でトナーを印刷用紙に良好な熱効率で定着
させることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような定着装置
１，２２では、印刷用紙２１を加圧する部分のみ定着ロ
ーラ２や定着ベルト２３を発熱させることで、良好な熱
効率でトナーを定着するようになっている。

【００１５】ここで、第一の従来例として前述した定着
装置１では、定着ローラ２は発熱抵抗体層５の外周面に
導電体層６と離型剤層８とを順次形成した構造となって
いるので、ここでは発熱抵抗体層５が形状を維持するよ
うになっている。そこで、この発熱抵抗体層５を、導電
性微粒子であるカーボンを分散したポリカーボネードや
ポリイミド等の樹脂などで形成するようになっている
が、このように導電性微粒子を分散した樹脂は、良好な
導電性を得るまで導電性粒子を混入していくと、発熱抵
抗体層５の層厚が増大して柔軟性が低下するので、この
固さのために成形性が悪化する。つまり、このような発
熱抵抗体層５は薄型化が困難であるため、その層厚の増
大により熱容量が増加して部分的な発熱が困難となり、
定着装置１の熱効率が低下することになる。

【００１６】そして、第二の従来例として前述した定着
装置２２でも、定着ベルト２３は導電性微粒子であるカ
ーボンを分散したポリカーボネードやポリイミド等の樹
脂などで形成するようになっているので、これも成形性
が悪いので層厚の増大により熱容量が増加して定着装置
２２の熱効率が低下することになる。

【００１７】さらに、第二の従来例として前述した定着
装置２２では、定着ベルト２３が一対の電極ローラ２
５，２６の間隙の部分で発熱するので、この発熱面積が
増大して熱効率が低下することになる。そこで、このよ
うな課題を解決する手段としては、一対の電極ローラ２
５，２６を小径化して間隔を縮小することが想定できる
が、これでは電極ローラ２５，２６と定着ベルト２３と
の摩擦損失が増大すると共に、電極ローラ２５，２６の
絶縁を確保することが困難になるので実用的でない。ま
た、このような電極ローラ２５，２６を小径化する変わ
りに前後縁部に一対の電極を設けた一個のプレート（図
示せず）を利用することも想定できるが、この場合も摩
擦損失が増大して電極の絶縁が困難になるので実用的で
ない。

【００１８】そこで、このような課題を解決する手段と
しては、例えば、定着ローラ２の発熱抵抗体層５や定着
ベルト２３を金属抵抗体フィルムで形成することも想定
できるが、これでは発熱抵抗体層５の熱伝導性が高く、
発熱抵抗体層５と導電体層６との比抵抗差も低下するの
で、定着ローラ２や定着ベルト２３の部分的な発熱が困
難で定着装置１，２２の熱効率が低下することになる。

【００１９】さらに、第一の従来例として前述した定着
装置１に関しては、例えば、定着ローラ２の導電体層６
を金属製の円管などで形成し、この金属の展性で定着ロ
ーラ２の形状を維持することも想定できるが、これでは
導電体層６の熱伝導性が極めて良好なので定着ローラ２
の部分的な発熱が困難で定着装置１の熱効率が低下する
ことになる。

【００２０】また、上述した定着装置１，２２では、押
圧電極部材となる電極ローラ３，２５，２６を熱伝導率
が良好な金属で形成するようになっているので、これら
の電極ローラ３，２５，２６が定着ローラ２や定着ベル
ト２３の発熱を放熱することになって定着装置１，２２
の熱効率が低下している。

【００２１】本発明は、熱効率と生産性とが良好な定着
装置を得るものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
環状のベース部材の内周面に導電体層と発熱抵抗体層と
を順次形成した発熱部材を設け、この発熱部材の内周面
に当接して発熱抵抗体層に導通する位置に押圧電極部材
を配置し、この押圧電極部材に発熱部材を介して対向し
て発熱部材の外周面に記録媒体を圧接する位置に媒体誘
導部材を配置し、導電体層に導通する通電電極を発熱部
材の少なくとも一方の端部に配置した。

【００２３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、発熱部材の発熱抵抗体層を導電性微粒子を
分散した樹脂で形成し、発熱部材の導電体層を金属で形
成し、発熱部材のベース部材を耐熱性樹脂で形成した。

【００２４】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、耐熱性樹脂からなる基材の表面に金属から
なる導電体層を形成して押圧電極部材を形成した。

【００２５】

【作用】請求項１記載の発明は、成形性が良好で熱伝導
性が低いベース部材で発熱部材の形状を維持すること
で、熱伝導性が高い導電体層を良好な生産性で薄型化し
て発熱部材の熱伝導性を低減することができ、さらに、
成形性が悪い発熱抵抗体層を良好な生産性で薄型化して
発熱部材の熱容量を低減することができるので、定着装
置の熱効率の向上に寄与することができる。

【００２６】請求項２記載の発明は、熱容量と熱伝導性
とを低減した発熱部材を良好な生産性で形成することが
できる。

【００２７】請求項３記載の発明は、押圧電極部材の熱
伝導性と熱容量とを低減して定着装置の熱効率の向上に
寄与することができる。

【００２８】

【実施例】本発明の実施例を図１ないし図６に基づいて
説明する。まず、この定着装置３０は、図１及び図３に
例示するように、一対のフレーム３１で通電押圧部材で
ある電極ローラ３２と媒体誘導部材である対向ローラ３
３とを相互に圧接する位置で回転自在に軸支し、円管状
に形成した発熱部材である定着ローラ３４を、その内周
部に配置した前記電極ローラ３２で前記対向ローラ３３
に弾発的に押圧した構造となっている。

【００２９】ここで、前記定着ローラ３４は、図２及び
図４等に例示するように、耐熱性樹脂であるポリイミド
の射出成形などで形成した層厚100(μm)程度の円筒形の
ベース部材であるベースフィルム３５の内周面の全域
に、ニッケルを主成分とした無電解メッキやスパッタリ
ング等で層厚が数（μm)程度の金属層からなる導電体層
３６を形成し、この導電体層３６の内周面の中央領域
に、導電性微粒子であるカーボンを分散した熱可塑性の
マトリクス樹脂を主成分とする液状のインク材料（日本
カーボン製の商品である“ニカヒータ”に使用されるイ
ンク材料）を塗布して硬化させることで発熱抵抗体層３
７を形成した構造となっている。

【００３０】つまり、この定着ローラ３４は、その両端
部に前記発熱抵抗体層３７を形成しないので、これら両
端部では前記導電体層３６が内周面に露出するようにな
っている。なお、このような構造の定着ローラ３４も、
その外周面上に弗素樹脂のコーティングなどで離型材層
（図示せず）を形成することは実施可能である。

【００３１】また、前記電極ローラ３２は、図２及び図
５等に例示するように、ＰＥＳ(Polyether Sulphone)や
ＰＥＥＫ(Polyetheretherketone)等の耐熱性樹脂の射出
成形などで円筒部３８の両端に軸部３９が突出した基材
４０を形成し、この基材４０の前記軸部３９の両端以外
の表面全域に金属であるクロムとニッケルとのスパッタ
リングで導電体層４１を形成した構造となっている。そ
こで、この電極ローラ３２の前記導電体層４１は、前記
定着ローラ３４の両端部の前記導電体層３６には接触す
ることなく中央部の前記発熱抵抗体層３７に接触して導
通するようになっている。

【００３２】ここで、この定着装置３０では、前記電極
ローラ３２の前記円筒部３８の端部上で前記軸部３９の
外周面上に電極部材４２を一体に装着している。この電
極部材４２は、ＰＥＳやＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂の射出
成形などで円盤部４３から軸部４４が突出した基材４５
を形成し、この基材４５の外周面で前記導電体層４１と
接触しない部分に、金属であるクロムとニッケルとのス
パッタリングで導電体層４６を形成した構造などとなっ
ている。そこで、この電極部材４２の前記導電体層４６
は、前記定着ローラ３４の中央部の前記発熱抵抗体層３
７には接触することなく両端部の前記導電体層３６に接
触して導通するようになっている。

【００３３】さらに、この定着装置３０では、上述のよ
うに一体に接合した前記電極ローラ３２と前記電極部材
４２との前記導電体層４１，４６の両端部に燐青銅製の
スリップリング４７，４８を装着し、これらのスリップ
リング４７，４８の外周面にスライド自在に接触したカ
ーボンブラシ４９，５０に駆動電源（図示せず）を接続
している。

【００３４】また、前記対向ローラ３３は、図１及び図
６等に例示するように、所定形状に形成した金属製の芯
材５１の中央部を、多孔体状で厚いシリコンゴム５２と
緻密で薄いシリコンゴム５３とで二重に外装した構造と
なっている。

【００３５】なお、この定着装置３０では、前記フレー
ム３１に回転自在に軸支した一対の前記ローラ３２，３
３の少なくとも一方に、ギヤ機構（図示せず）などで駆
動モータ（図示せず）を連結している。

【００３６】このような構成において、この定着装置３
０は、例えば、現像剤であるトナー５４が付着した印刷
用紙５５の接近を光センサ（図示せず）などで検知する
と、各ローラ３２〜３４を所定方向に回転させると共に
駆動電源からカーボンブラシ４９で電極ローラ３２の導
電体層４１に直流電流を通電する。なお、各ローラ３２
〜３４は常時回転させておき、印刷用紙５５の接近を検
知した場合のみ電極ローラ３２の導電体層４１に通電す
ることも実施可能である。

【００３７】すると、この直流電流は定着ローラ３４の
発熱抵抗体層３７の内表面から層厚方向で導電体層３６
に流れ、その端部から電極部材４２の導電体層４６を介
してカーボンブラシ５０で駆動電源まで流れることにな
る。この時、この定着装置３０では、二個のローラ３
２，３３間に位置する部分だけ定着ローラ３４の発熱抵
抗体層３７は膜厚方向に通電するので、この定着ローラ
３４は印刷用紙５５の表面を加圧する部分のみが発熱し
て良好な熱効率でトナー５４を印刷用紙５５に定着させ
ることができる。

【００３８】そして、この定着装置３０では、定着ロー
ラ３４は形状を維持するベースフィルム３５の内周面に
導電体層３６と発熱抵抗体層３７とを順次形成した構造
とすることで、成形性が良好で熱伝導性が低いベースフ
ィルム３５で定着ローラ３４の形状を維持するようにな
っているので、熱伝導性が高い導電体層３６を良好な生
産性で薄型化して定着ローラ３４の熱伝導性を低減する
ことができ、さらに、成形性が悪い発熱抵抗体層３７を
良好な生産性で薄型化して定着ローラ３４の熱容量を低
減することができ、その熱効率と生産性とを向上させる
ことができる。

【００３９】なお、この定着装置３０では、定着ローラ
３４の発熱抵抗体層３７を導電性微粒子であるカーボン
を分散した熱可塑性のマトリクス樹脂で形成し、定着ロ
ーラ３４の導電体層を金属で形成し、定着ローラ３４の
ベースフィルム３５を耐熱性樹脂であるポリイミドで形
成することで、熱容量と熱伝導性とを低減した定着ロー
ラ３４を良好な生産性で形成することができるようにな
っている。さらに、導電性微粒子を分散した樹脂からな
る発熱抵抗体層３７は、特性的に所定の温度より高温で
は電気抵抗が急激に増大するので、これは自己温度制御
機能を有している。

【００４０】また、この定着装置３０では、耐熱性樹脂
であるポリイミドからなる基材４５の表面に金属である
クロムとニッケルとからなる導電体層４６を形成して押
圧電極部材である電極ローラ３２を形成しているので、
その熱伝導性と熱容量とを低減して定着装置３０の熱効
率の向上に寄与するようになっている。

【００４１】なお、上述のように定着ローラ３４は生産
性を阻害しない範囲で薄型化することが望ましいが、本
実施例で例示した定着装置３０では、定着ローラ３４を
一個の電極ローラ３２で支持する構造となっているの
で、自然放置した定着ローラ３４が円筒形状を維持でき
る層厚にベースフィルム３５を形成するようになってい
る。そこで、このような定着ローラ３４と同様な構造の
エンドレスベルトで発熱部材（図示せず）を形成して複
数のローラ（図示せず）で支持する場合には、そのベー
ス部材は張力などを確保できる程度に薄型化することが
望ましい。

【００４２】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、環状のベース部
材の内周面に導電体層と発熱抵抗体層とを順次形成した
発熱部材を設け、この発熱部材の内周面に当接して発熱
抵抗体層に導通する位置に押圧電極部材を配置し、この
押圧電極部材に発熱部材を介して対向して発熱部材の外
周面に記録媒体を圧接する位置に媒体誘導部材を配置
し、導電体層に導通する通電電極を発熱部材の少なくと
も一方の端部に配置したことにより、熱伝導性が高い導
電体層を良好な生産性で薄型化して発熱部材の熱伝導性
を低減することができ、さらに、成形性が悪い発熱抵抗
体層を良好な生産性で薄型化して発熱部材の熱容量を低
減することができるので、定着装置の熱効率の向上に寄
与することができる等の効果を有するものである。

【００４３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、発熱部材の発熱抵抗体層を導電性微粒子を
分散した樹脂で形成し、発熱部材の導電体層を金属で形
成し、発熱部材のベース部材を耐熱性樹脂で形成したこ
とにより、熱容量と熱伝導性とを低減した発熱部材を良
好な生産性で形成することができる等の効果を有するも
のである。

【００４４】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、耐熱性樹脂からなる基材の表面に金属から
なる導電体層を形成して押圧電極部材を形成したことに
より、押圧電極部材の熱伝導性と熱容量とを低減して定
着装置の熱効率の向上に寄与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】

【図１】本発明の実施例の定着装置の全体の内部構造を
示す縦断正面図である。

【図２】定着装置の要部の内部構造を示す縦断正面図で
ある。

【図３】定着装置の全体の内部構造を示す縦断側面図で
ある。

【図４】発熱部材である定着ローラの外観を示す斜視図
である。

【図５】通電電極である電極部材を一体に装着した押圧
電極部材である電極ローラの外観を示す斜視図である。

【図６】媒体誘導部材である対向ローラの外観を示す斜
視図である。

【図７】第一の従来例の定着装置を示す正面図である。

【図８】側面図である。

【図９】第二の従来例の定着装置を示す側面図である。

【符号の説明】

３０ 定着装置 ３２ 押圧電極部材 ３３ 媒体誘導部材 ３４ 発熱部材 ３５ ベース部材 ３６ 導電体層 ３７ 発熱抵抗体層 ４０ 基材 ４１ 導電体層 ４２ 通電電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状のベース部材の内周面に導電体層と
   発熱抵抗体層とを順次形成した発熱部材と、この発熱部
   材の内周面に当接して前記発熱抵抗体層に導通する押圧
   電極部材と、この押圧電極部材に前記発熱部材を介して
   対向して前記発熱部材の外周面に記録媒体を圧接する媒
   体誘導部材と、前記発熱部材の少なくとも一方の端部に
   位置して前記導電体層に導通する通電電極とを具備した
   ことを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 発熱部材の発熱抵抗体層を導電性微粒子
   を分散した樹脂で形成し、前記発熱部材の導電体層を金
   属で形成し、前記発熱部材のベース部材を耐熱性樹脂で
   形成したことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 【請求項３】 耐熱性樹脂からなる基材の表面に金属か
   らなる導電体層を形成して押圧電極部材を形成したこと
   を特徴とする請求項１記載の定着装置。