JPH0836319A

JPH0836319A - 加熱定着装置

Info

Publication number: JPH0836319A
Application number: JP19124394A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Sato; 弘人佐藤
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】予熱時間の短縮化と装置の省電力化とを
同時に満足する加熱定着装置の提供。小サイズの記
録材について定着処理を行う場合でも、加熱ローラの表
面に極端に高温となる部分を生じさせない加熱定着装置
の提供。従来の装置に比べて小型でコンパクトな構
成の加熱定着装置の提供。構成が簡単で製造が容易
な加熱定着装置の提供。熱源への通電開始時におい
て突入電流が流れることがなく、装置の構成が簡単な加
熱定着装置の提供。【構成】加熱ローラ１０と加圧ローラ２０との間に記
録材を通過させるヒートローラ方式の定着装置であっ
て、前記加熱ローラ１０は、円筒状基材１１の外表面上
に、記録材のサイズに応じて発熱領域を異にする２つ以
上の発熱抵抗パターン１３ａ，１３ｂが、絶縁膜１２
ａ，１２ｂを介して積層形成されて構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加熱定着装置に関し、更
に詳しくは、電子写真複写機、レーザプリンタ、ファク
シミリ等においてトナー像の定着に用いるヒートローラ
方式の加熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写機等において、記録材上に
形成されたトナー像を加熱定着するための方式として、
従来より、加熱ローラと、これに対接配置された加圧ロ
ーラとの間に、未定着トナーよりなるトナー像が形成さ
れた記録材を通過させることにより、前記未定着トナー
を加圧下で加熱してトナー像を記録材に定着させるヒー
トローラ方式が広く知られている。

【０００３】ヒートローラ方式による従来の定着装置に
おいては、例えば特開昭５９−１１６７７５号公報に記
載されているように、フッ素樹脂等からなる離型性被覆
膜が外表面に形成された中空金属パイプの内部空間に、
ハロゲンランプ等のヒータランプが挿入配置されて加熱
ローラが構成されている。そして、前記ヒータランプか
らの輻射熱によって加熱ローラが加熱され、その外表面
が定着可能温度（例えば１５０〜２００℃）まで昇温す
る。加熱ローラの外表面が定着可能温度に達した後にお
いて、加熱ローラと加圧ローラとの間に記録材を通過さ
せることにより、未定着トナーが加圧下で加熱されてト
ナー像が記録材に定着される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】

（１）例えば電子写真複写機によって連続的に画像を形
成する場合には、短時間に多量の定着処理を行う必要が
あり、このような使用態様においても良好な定着性能を
維持するためには、加熱ローラの表面温度が定着処理に
伴って著しく低下することがないよう、その熱容量をあ
る程度大きくしなければならない。

【０００５】しかしながら、上記のような構成の従来の
定着装置においては、中空金属パイプに対してヒータラ
ンプが非接触状態で保持され、中空金属パイプとヒータ
ランプとの間には空気層が介在しているため、両者間の
熱伝導速度が小さく、また、中空金属パイプの内部は外
気と遮断されていないので熱損失も生じやすい。このた
め、加熱ローラの熱容量を大きくした場合には、ヒータ
ランプへの通電を開始してから加熱ローラの外表面が定
着可能温度に達するまでの時間（以下「予熱時間」とも
いう）として通常３０秒間〜３分間程度と長い時間が必
要となる。ここに、消費電力の大きなヒータランプを搭
載することによって、予熱時間を短縮することも考えら
れるが、装置の省電力化を図る観点から好ましくない。
このように、従来のヒートローラ方式による定着装置に
おいては、「予熱時間の短縮化」と「装置の省電力化」
を同時に満足することは困難である。

【０００６】（２）従来より、１の定着装置により種々
のサイズの記録材が処理されている。しかして、上記の
ような構成の従来の定着装置において、加熱ローラ表面
の有効加熱領域（熱源により加熱されて定着可能温度に
達する、ローラの長さ方向における領域であり、この有
効加熱領域の大きさにより、定着処理しえる記録材の最
大サイズが決定される。）の全範囲に記録材が接触する
とは限られず、サイズの小さな記録材を用いて定着処理
を行う場合には、前記有効加熱領域において、定着時に
記録材が接触する部分（以下「接触領域」という）と、
記録材が接触しない部分（以下「非接触領域」という）
とが存在することとなる。そして、定着処理を重ねるに
従って、記録材に熱を奪われない非接触領域における表
面温度は、接触領域における表面温度に比べて極端に高
いもの（例えば２２０〜２４０℃）となる。このような
場合には、定着に利用されない電力が消費されることに
なり、装置の省電力化を図る観点から好ましくないばか
りか、加熱ローラの表面において極端な高温部分が生じ
る結果、加熱ローラを構成する離型層が剥離しやすくな
り、また、加圧ローラを構成する弾性被覆層がクラック
等を生じやすくなるなど、加熱ローラおよび加圧ローラ
に、ローラ軸方向の熱歪のために、これらローラの耐久
性が著しく損なわれてしまう。

【０００７】（３）また、中空金属パイプの内部空間に
ヒータランプが挿入配置されて加熱ローラが構成されて
いるので、当該ヒータランプを挿入するためのスペース
を確保する必要があり、加熱ローラの小径化には限界が
ある。このため、近時における装置の小型化・コンパク
ト化の要請に応えることができない。

【０００８】（４）また、中空金属パイプの内部におい
てヒータランプを保持する手段が必要となるなど、定着
装置を構成する要素・部材の数が多くて、装置の構成が
複雑であり、製造コストを含めてコストの高いものであ
る。

【０００９】（５）熱源であるヒータランプへの通電開
始時において、当該ヒータランプには瞬間的に過大な電
流（以下「突入電流」という）が流れる。これは、ヒー
タランプへの通電開始時（フィラメント温度：常温）
と、ヒータランプの安定動作時（フィラメント温度：２
０００〜２３００℃）とでは、ヒータランプを構成する
フィラメント材の抵抗率が大きく異なるからである。す
なわち、ヒータランプへの通電開始時におけるフィラメ
ント材の抵抗率が、ヒータランプの安定動作時における
フィラメント材の抵抗率に比べて極端に小さいことによ
り、ヒータランプへの通電開始時に、安定動作時におけ
る定常電流に比べて過大な電流（突入電流）が流れるこ
とになる。このような事情から、従来の装置において
は、ヒータランプへの電力供給回路を構成する部品とし
て突入電流に耐え得るものを使用するか、または、突入
電流を抑制する手段を別に設けることが必要になり、何
れにしても、装置の構成が複雑となって装置のコストア
ップの原因となる。

【００１０】本発明は、以上のような事情に基いてなさ
れたものである。本発明の第１の目的は、消費電力の小
さな熱源が搭載されているにも関わらず、予熱時間が短
くて定着動作を直ちに行うことができる加熱定着装置、
すなわち、「予熱時間の短縮化」と「装置の省電力化」
を同時に満足することのできる加熱定着装置を提供する
ことにある。本発明の第２の目的は、サイズの小さな記
録材について定着処理を行う場合にあっても、加熱ロー
ラの表面において極端に高温となる部分を生じさせない
耐久性に優れた加熱定着装置を提供することにある。本
発明の第３の目的は、ローラ径の小さな加熱ローラを備
えた、従来の装置に比べて小型でコンパクトな構成の加
熱定着装置を提供することにある。本発明の第４の目的
は、装置の構成要素・構成部材の数が少なく、構成が簡
単で製造が容易な加熱定着装置を提供することにある。
本発明の第５の目的は、熱源への通電開始時においても
突入電流が流れることがなく、装置の構成が簡単な加熱
定着装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の加熱定着装置
は、加熱ローラと、この加熱ローラに対向して圧接する
よう配置された加圧ローラとの間に、未定着トナーより
なるトナー像が形成された記録材を通過させることによ
り、前記未定着トナーを加圧下で加熱してトナー像を記
録材に定着させるよう構成された加熱定着装置であっ
て、前記加熱ローラは、円筒状基材の外表面上に、記録
材のサイズに応じて発熱領域を異にする２つ以上の発熱
抵抗パターンが、絶縁膜を介して積層形成されて構成さ
れていることを特徴とする。

【００１２】本発明の加熱定着装置においては、２つ以
上の発熱抵抗パターンの各々は、銀−パラジウム合金を
導電体とする厚さ５〜２０μｍの帯状体よりなることが
好ましい。また、本発明の加熱定着装置においては、加
熱ローラが、２つ以上の発熱抵抗パターンの各々に選択
的に電流を流すことができる３つ以上の給電リングを備
えていることが好ましい。

【００１３】

【作用】

（１）給電リングのそれぞれに電圧を印加すると、発熱
抵抗パターンに電流が流れてジュール熱が発生し、この
ジュール熱によって、加熱ローラが直接的に加熱され、
その外表面が定着可能温度まで昇温する。然るに、加熱
ローラは、これを構成する発熱抵抗パターンによって、
直接的に、すなわち、空気層などを介在させることなく
接触加熱されるため、その間における熱伝導速度は大き
く、また、熱損失も極めて少ない。従って、後述する実
施例の結果からも明らかなように、発熱抵抗パターンに
よる消費電力が小さいにも関わらず、予熱時間を短いも
のとすることができる。（２）ローラの長さ方向における発熱領域を異にする２
つ以上の発熱抵抗パターンのうち、定着処理される記録
材が接触する表面領域のみを加熱する発熱抵抗パターン
を選択して通電することにより、サイズの小さい記録材
を用いて定着処理を行う場合であっても、加熱ローラの
表面において極端に高温となる部分が発生しない。（３）ヒータランプの挿入スペースを考慮する必要がな
いため、加熱ローラのローラ径を小さくすることがで
き、これにより、装置の小型化・コンパクト化を図るこ
とができる。（４）ヒータランプを保持する手段などを設ける必要が
ないため、装置の構成要素や構成部材の数を少なくする
ことができ、構成が簡単で製造が容易である。（５）発熱抵抗パターンの安定動作時における温度はせ
いぜい２００℃程度であり、発熱抵抗パターンの抵抗率
は、通電開始時（常温時）と安定動作時とで大きく異な
ることがない。従って、後述する実施例の結果からも明
らかなように、発熱抵抗パターンへの通電開始時におい
て、安定動作時における定常電流に比べて過大な突入電
流が流れることはない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。図１は、本発明の加熱定着装置の一例を示す正面
図、図２は、この加熱定着装置の側面図、図３は、図１
におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

【００１５】図１〜図３において、１０は加熱ローラで
あり、加熱ローラ１０は耐熱軸受４１，４２を介して保
持枠１の側面に回転自在に保持されている。３１，３２
ａ，３２ｂは、それぞれ、加熱ローラ１０を構成する給
電リング、５１，５２ａ，５２ｂは、給電リング３１，
３２ａ，３２ｂのそれぞれに電圧を印加するための給電
ブラシ、５３，５４ａ，５４ｂは、給電ブラシ５１，５
２ａ，５２ｂを保持するためのブラシホルダーである。

【００１６】給電ブラシ５１，５２ａ，５２ｂは、それ
ぞれ、リード線１０１，１０５ａ，１０５ｂと電気的に
接続されており、リード線１０１は、接続端子１０２を
介して温度感知リレー９０の一方の端子体９１と電気的
に接続されている。温度感知リレー９０の他方の端子体
９２は、接続端子１０３を介してリード線１０４と電気
的に接続されている。リード線１０４，１０５ａおよび
リード線１０５ｂは、それぞれ図示しない電源に接続さ
れている。加熱ローラ１０の表面温度が異常に昇温した
場合には、温度感知リレー９０が動作して加熱ローラ１
０への電流路が遮断される。これにより、火災などの事
故を未然に防止することができる。

【００１７】６１は加熱ローラ１０を回転させるための
駆動ギアである。この駆動ギア６１は、加熱ローラ１０
の一端側に設けられた切欠部と嵌合して加熱ローラ１０
の回転軸に固定されており、図示しない駆動モータから
の回転動力が駆動ギア６１を介して加熱ローラ１０に伝
達されるようになっている。

【００１８】２０は加圧ローラであり、この加圧ローラ
２０は、金属製ロッド２２と、その周囲に形成された耐
熱性を有する弾性被覆層２１とにより構成され、その母
線方向が加熱ローラ１０の母線方向と一致するように配
置されている。

【００１９】加圧ローラ２０の両端部は、軸受７１，７
２を介して軸受板７３，７４に回転自在かつ昇降自在に
保持されている。軸受板７３（７４）は、ネジ７５（７
６）によって保持枠１に固定されている。８１および８
２は加圧板であり、加圧板８１（８２）は、ヒンジピン
Ｈによって軸受板７３（７４）に回転自在に保持されて
いる。８３および８４は引張りバネであり、引張りバネ
８３（８４）は、その上端が保持枠１に固定され、下端
が加圧板８１（８２）に固定されており、加圧板８１
（８２）に対して上方への引張り力を与えている。そし
て、引張りバネ８３（８４）による引張り力が与えられ
た加圧板８１（８２）には、ヒンジピンＨを中心とする
回転力が生じて軸受７１（７２）を押し上げる。これに
より、加圧ローラ２０が上昇して加熱ローラ１０と対向
して圧接される。この状態において、駆動ギア６１を介
して加熱ローラ１０を回転させると、これに伴って加圧
ローラ２０が回転する。

【００２０】本発明の加熱定着装置は、加熱ローラの構
成に特徴を有するものである。図４は、加熱ローラ１０
の具体的構成を示す破断正面図、図５は、図４における
Ｂ−Ｂ矢視断面図である。

【００２１】図４および図５において、１１は円筒状基
材、１２ａは、円筒状基材１１の外表面上に形成された
第１の絶縁膜、１３ａは、第１の絶縁膜１２ａ上に形成
された第１の発熱抵抗パターン、１２ｂは、第１の発熱
抵抗パターン１３ａを被覆するよう形成された第２の絶
縁膜、１３ｂは、第２の絶縁膜１２ｂ上に形成された第
２の発熱抵抗パターン、１４は、第２の発熱抵抗パター
ン１３ｂを被覆するよう形成された保護膜、１５は、保
護膜１４上に形成された離型層である。１３１は、第１
の発熱抵抗パターン１３ａおよび第２の発熱抵抗パター
ン１３ｂの一端部に設けられた終端電極、１３２ａは、
第１の発熱抵抗パターン１３ａの他端部に設けられた終
端電極、１３２ｂは、第２の発熱抵抗パターン１３ｂの
他端部に設けられた終端電極であり、終端電極１３１，
１３２ａ，１３２ｂには、それぞれ、給電リング３１，
３２ａ，３２ｂが電気的導通を持つように接合・固定さ
れている。

【００２２】加熱ローラ１０を構成する円筒状基材１１
は、マグネシウムおよびケイ素をそれぞれ微量に含むア
ルミニウム合金よりなり、外径２０ｍｍ、肉厚１．５ｍ
ｍ、全長３０４ｍｍの円筒状の部材である。円筒状基材
は、熱伝導率の大きい金属材料、特に、熱伝導率が１０
０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属材料よりなることが好まし
く、具体的にはアルミニウム合金よりなることが好まし
い。アルミニウム合金を円筒状基材として用いることに
より、加熱ローラの表面温度の均一性を更に向上するこ
とができる。

【００２３】円筒状基材１１上に形成された第１の絶縁
膜１２ａはシリカ（ＳｉＯ₂）より構成され、その膜厚
は例えば１００μｍとされる。

【００２４】第１の発熱抵抗パターン１３ａは、幅２ｍ
ｍ、厚さ１０μｍの帯状体よりなり、電流を流すことに
よってジュール熱を発生する抵抗発熱物質を有してい
る。第１の発熱抵抗パターン１３ａの発熱領域は、小サ
イズ（例えばＡ４サイズ）の記録材を有効に加熱定着す
ることができる、ローラの長さ方向における領域（小サ
イズ相当面Ｓａ）に対応している。

【００２５】第１の発熱抵抗パターン１３ａを被覆する
よう形成された第２の絶縁膜１２ｂはシリカ（Ｓｉ
Ｏ₂）より構成され、その膜厚は例えば１００μｍとさ
れる。この第２の絶縁膜１２ｂによって、第１の発熱抵
抗パターン１３ａと、第２の発熱抵抗パターン１３ｂ
は、終端電極１３１以外の部分において電気的に絶縁さ
れている。

【００２６】第２の発熱抵抗パターン１３ｂは、幅２ｍ
ｍ、厚さ１０μｍの帯状体よりなり、電流を流すことに
よってジュール熱を発生する抵抗発熱物質を有してい
る。第２の発熱抵抗パターン１３ｂの発熱領域は、最大
サイズ（例えばＢ４サイズ）の記録材を有効に加熱定着
することができる、ローラの長さ方向における領域（最
大サイズ相当面Ｓｂ）に対応している。

【００２７】第１の発熱抵抗パターン１３ａおよび第２
の発熱抵抗パターン１３ｂを構成する抵抗発熱物質とし
ては、抵抗温度係数が正である（温度上昇に伴い抵抗率
が増加する）導電体、具体的には、銀−パラジウム（Ａ
ｇ−Ｐｄ）合金を用いることが好ましい。銀−パラジウ
ム合金を用いることにより、加熱ローラの過昇温（オー
バーシュート）を有効に防止することができる。かかる
銀−パラジウム合金の組成としては、「Ａｇ：Ｐｄ（重
量比）」が９０：１０〜７０：３０であることが、発熱
抵抗パターン１３ａ，１３ｂと、絶縁膜１２ａ，１２ｂ
との接合強度、電気抵抗値の安定性および材料コストの
観点から好ましい。

【００２８】第１の発熱抵抗パターンおよび第２の発熱
抵抗パターンの厚さは、寿命信頼性（耐久性）、定着性
能およびパターン形成方法などを考慮して選択され、具
体的には５〜２０μｍの範囲とされ、好ましくは１０〜
１５μｍの範囲とされる。発熱抵抗パターンの厚さが５
μｍ未満である場合には、通電時においてパターン焼損
などが生じ寿命信頼性が低下する。一方、発熱抵抗パタ
ーンの厚さが２０μｍを超える場合には、加熱ローラの
外表面が平滑性に劣るものとなって形成される定着画像
の品質が低下する。第１の発熱抵抗パターン１３ａおよ
び第２の発熱抵抗パターン１３ｂの形成方法としては特
に限定されるものではないが、５〜２０μｍの厚さのパ
ターンを容易に形成できることから、スクリーン印刷法
が好ましい。

【００２９】図６は、第１の発熱抵抗パターン１３ａの
展開図である。同図において、１３１および１３２ａ
は、それぞれ終端電極であり、これら終端電極１３１，
１３２ａを介して、第１の発熱抵抗パターン１３ａと、
給電リング３１，３２ａとが電気的に接続されることに
なる。

【００３０】図７は、第２の発熱抵抗パターン１３ｂの
展開図である。同図において、１３１および１３２ｂ
は、それぞれ終端電極であり、これら終端電極１３１，
１３２ｂを介して、第２の発熱抵抗パターン１３ｂと、
給電リング３１，３２ｂとが電気的に接続されることに
なる。

【００３１】本実施例の定着装置においては、加熱ロー
ラの両端側で多くのジュール熱が発生するよう発熱抵抗
パターンに配熱分布を持たせている。具体的には、図７
に示すように、ローラ軸方向の端部領域（Ｄ，Ｅ）にお
けるパターン密度を、中央領域（Ｃ）におけるパターン
密度に比べて大きくしている。このような配熱分布とす
ることにより、加熱ローラの端部から隣接部材へ熱が流
出することにより生じる加熱ローラの両端側での表面温
度の低下（表面温度の不均一化）が抑制され、加熱ロー
ラの軸方向における表面温度の均一化を図ることができ
る。

【００３２】図７において、終端電極１３１と終端電極
１３２ｂとの間の距離Ｌは２９０ｍｍ、端部領域（Ｄ，
Ｅ）の長さｄは３０ｍｍである。そして、中央領域
（Ｃ）における単位面積あたりの発熱量をＱ¹、端部領
域（Ｄ，Ｅ）における単位面積あたりの発熱量をＱ²と
するとき、「Ｑ²／Ｑ¹」の値が１．２〜１．５である
ことが好ましい。

【００３３】保護膜１４は、厚さ５０μｍのシリカ（Ｓ
ｉＯ₂）よりなる膜であり、第２の発熱抵抗パターン１
３ｂの劣化防止、電気絶縁性の確保、記録材に付着した
異物による第２の発熱抵抗パターン１３ｂの損傷防止な
どの観点から設けられている。

【００３４】保護膜は、第２の絶縁膜１２ｂ上に部分的
に形成された第２の熱抵抗パターン１３ｂを被覆するも
のであるため、この保護膜の構成材料は、第２の発熱抵
抗パターン１３ｂとの密着性が高く、しかも、第２の絶
縁膜１２ｂに対しても十分な密着性を有するものでなけ
ればならない。かかる観点から、保護膜の構成材料とし
てはガラスまたはシリカ（ＳｉＯ₂）が好ましい。

【００３５】一方、保護膜の厚さとしては、通常１００
μｍ以下とされ、好ましくは５０〜８０μｍとされる。
保護膜の厚さが１００μｍを超える場合には、第１の熱
抵抗パターン１３ａまたは第１の熱抵抗パターン１３ｂ
で発生したジュール熱が加熱ローラ１０の外表面へ伝わ
りにくくなり定着性能に悪影響を及ぼすおそれがある。

【００３６】離型層１５は、加熱ローラ１０の表面にお
ける離型性を向上させるために設けられたフッ素樹脂層
である。離型層１５を設けることによって、定着動作時
におけるオフセット現象が発生しにくくなり、良好な定
着性能を得ることができる。

【００３７】給電リング３１，３２ａ，３２ｂは、それ
ぞれ、内径２０．４ｍｍ、肉厚０．８ｍｍ、幅７ｍｍの
銅合金よりなるリング状部材よりなる。給電リング３
１，３２ａ，３２ｂは、それぞれ、終端電極１３１，１
３２ａ，１３２ｂと電気的導通を持つように接合・固定
されている。

【００３８】給電リング３１，３２ａ，３２ｂと、終端
電極１３１，１３２ａ，１３２ｂとを接合するための接
合剤としては、シリコーン樹脂（バインダ成分）中に銀
（フィラー）が充填含有されてなる導電性接着剤、また
は固相線温度が３００℃以上である高温ハンダを用いる
ことが好ましい。かかる導電性接着剤および高温ハンダ
は、２００℃以上の耐熱性を有するものであり、定着動
作時における加熱ローラの表面温度（１５０〜２００
℃）においても十分な接合力と導電性を維持することが
できる。

【００３９】本実施例の定着装置により、最大サイズ
（Ｂ４サイズ）の記録材を定着処理する際の予熱操作と
しては、給電ブラシ５１，５２ｂを介して給電リング３
１と給電リング３２ｂとの間に電圧を印加して、第２の
発熱抵抗パターン１３ｂに電流を流し、これにより発生
するジュール熱によって加熱ローラ１０を加熱する。こ
こに、加熱ローラ１０の表面温度は温度センサ１１０に
よって検知され、加熱ローラ１０の表面が定着可能な温
度に達したところで温調制御が行われる。

【００４０】本実施例の定着装置により、小サイズ（Ａ
４サイズ）の記録材を定着処理する際の予熱操作として
は、給電ブラシ５１，５２ａを介して給電リング３１と
給電リング３２ａとの間に電圧を印加して、第１の発熱
抵抗パターン１３ａに電流を流し、これにより発生する
ジュール熱によって加熱ローラ１０を加熱する。ここ
に、加熱ローラ１０の表面温度は温度センサ１１０によ
って検知され、加熱ローラ１０の表面が定着可能な温度
に達したところで温調制御が行われる。小サイズの記録
材を処理する場合において、第１の発熱抵抗パターン１
３ａを選択することにより、当該小サイズの記録材が接
触しない表面領域にあっては、第１の発熱抵抗パターン
１３ａによって加熱されず、加熱ローラ１０の有効加熱
領域の全範囲が記録材と接触することになり、従って、
加熱ローラ１０の表面において、極端に高温となる部分
が発生しない。

【００４１】上記のようにして予熱操作が行われた後に
定着動作が開始される。図８は、図１に示す加熱定着装
置による定着動作を模式的に示す説明用側面図である。
同図において、Ｐは紙などの記録材であり、記録材Ｐ上
にはトナーＴよりなるトナー像が形成されている。互い
の母線方向が一致するようにして圧接しながら回転して
いる加熱ローラ１０と加圧ローラ２０との間に、トナー
像の形成面が加熱ローラ１０側になるようにして記録材
Ｐを通過させることにより、トナーＴが加圧下で加熱さ
れてトナー像が記録材Ｐに定着される。

【００４２】本実施例の定着装置によれば、円筒状基材
１１より構成される加熱ローラ１０が、２つの発熱抵抗
パターン１３ａ，１３ｂの何れかによって直接的に、す
なわち、空気層などを介在させることなく接触加熱され
るため、熱伝導速度が大きくて熱損失も極めて少ない。
従って、加熱ローラ１０の外表面の昇温速度が大きく、
従来の定着装置（ヒータランプによる間接加熱方式）に
比べて予熱時間が短いものである。

【００４３】また、有効加熱領域内に非接触領域を存在
させないよう、記録材のサイズに応じて、２つの発熱抵
抗パターン１３ａ，１３ｂの何れかを選択することによ
り、加熱ローラ１０の表面において極端に高温となる部
分が発生することはない。

【００４４】また、本実施例の定着装置を構成する加熱
ローラは、その内部空間に熱源を配置する必要がないの
で、加熱ローラのローラ径を小さくすることができ、こ
れにより、装置の小型化・コンパクト化を図ることがで
きる。

【００４５】また、ヒータランプを保持する手段などを
設ける必要がないため、装置の構成要素や構成部材の数
を少なくすることができ、また、加熱ローラ内に熱源を
挿入・設置する工程が不要となる等、製造が容易なもの
となる。従って、製造コストを含めてコストの低減を図
ることができる。

【００４６】更に、２つの発熱抵抗パターン１３ａ，１
３ｂの各々の抵抗率は、通電開始時（常温時）と安定動
作時とで大きく異なることがないので、発熱抵抗パター
ンへの通電開始時において、安定動作時における定常電
流に比べて過大な突入電流が流れることはない。これに
より、熱源への電力供給回路を構成する部品として、電
流許容定格の小さな部品を使用することができ、しか
も、突入電流を抑制するための特段の手段を設ける必要
がない。従って、電源の構造を含めて装置の構成が簡単
なものとなり、コストダウンを図ることができる。

【００４７】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれらによって限定されるものではなく、
種々の変更が可能である。例えば、発熱抵抗パターンの
各パターン形状等は、目的とする加熱ローラの軸方向の
配熱分布に応じて任意に変えることができる。例えば、
複数本の帯状パターンから各発熱抵抗パターンが構成さ
れていてもよいし、パターン幅を変化させることによっ
て発熱量（単位面積あたりの発熱量）を調整してもよ
い。また、絶縁膜を介して積層形成される発熱抵抗パタ
ーンの層数は、２つに限られるものでなく、記録材のサ
イズに応じて増加させることができ、電子写真複写機等
において、例えばＡ５、Ｂ５、Ａ４、Ｂ４、Ａ３の各サ
イズに応じて、発熱抵抗パターンを５層構成としてもよ
い。この場合において、それぞれの発熱抵抗パターンに
ついて給電機構（給電リング，給電ブラシ，ブラシホル
ダー，リード線）を設けることができる。

【００４８】＜実験例１＞加熱ローラ表面を加熱する手
段として、発熱抵抗パターンを用いることにより「予熱
時間の短縮化」が図れることを確認するために、次の実
験を行った。円筒状基材の外表面上に絶縁膜を介して１
つの発熱抵抗パターンが形成されてなる加熱ローラを搭
載した定着装置（絶縁膜および発熱抵抗パターンの数を
１つとしたこと以外は本実施例と同様の構成の定着装
置。以下「抵抗パターン加熱定着装置」という。）を製
造し、この抵抗パターン加熱定着装置および従来の定着
装置（アルミニウム製パイプの内部空間にハロゲンラン
プを挿入配置して構成した加熱ローラを搭載した装置）
の各々について、熱源への通電を開始した後における加
熱ローラの表面温度の経時的変化を測定した。結果を図
９に示す。なお、加熱ローラの外径、肉厚、全長および
初期入力電力は下記表１に示すとおりである。

【００４９】

【表１】

【００５０】図９に示すように、抵抗パターン加熱定着
装置において、熱源への通電を開始してから加熱ローラ
の表面が定着可能温度（例えば１８０℃）に達するまで
の予熱時間は３２秒間であった。一方、従来の定着装置
において、熱源（ハロゲンランプ）への通電を開始して
から加熱ローラの表面が定着可能温度（１８０℃）に達
するまでの予熱時間は４７秒間であった。このように、
抵抗パターン加熱定着装置によれば、初期消費電力が同
一である従来装置において必要される予熱時間の約７０
％の時間で、加熱ローラの表面温度を定着可能温度にま
で昇温させることができる。しかして、本実施例の定着
装置は、この抵抗パターン加熱定着装置と同様に、加熱
ローラ表面を加熱する手段として、発熱抵抗パターンを
用いるものである。従って、本実施例の定着装置におい
ても「予熱時間の短縮化」を図ることができるものと理
解される。

【００５１】＜実験例２＞実験例１で用いた抵抗パター
ン加熱定着装置および従来の定着装置の各々について、
熱源の通電開始時において流れる電流を測定した。結果
を図１０および図１１に示す。なお、各熱源への印加電
圧は、電圧実効値１００Ｖ、周波数６０Ｈｚの交流電圧
とした。図１０および図１１から理解されるように、熱
源への通電を開始してから約３００ｍｓｅｃ後における
電流値は、抵抗パターン加熱定着装置と従来の定着装置
とでほぼ同じであるにも関わらず、従来の定着装置では
通電開始直後に突入電流の発生が認められる。これに対
して抵抗パターン加熱定着装置においては突入電流の発
生が認められなかった。

【００５２】＜実験例３−１＞本実施例の定着装置を備
えた画像形成装置を用い、第１の発熱抵抗パターン１３
ａ（小サイズ用紙定着熱源）に通電して、小サイズの用
紙上にコピー画像を連続して形成する実写テストを行
い、加熱ローラ１０の表面のうち、小サイズ用紙と接触
しない箇所における表面温度を測定した。この結果、小
サイズ用紙と接触しない箇所において、表面温度が極端
に高くなる部分は発生せず、また、実写テスト終了後、
加熱ローラ１０および加圧ローラ２０の表面状態を観察
したが、それぞれ、異常は認められなかった。

【００５３】＜実験例３−２＞第２の発熱抵抗パターン
１３ｂ（最大サイズ用紙定着熱源）に通電したこと以外
は、実験例３−１と同様にして、小サイズの用紙上にコ
ピー画像を連続して形成する実写テストを行い、加熱ロ
ーラ１０の表面のうち、小サイズ用紙と接触しない箇所
における表面温度を測定した。この結果、小サイズ用紙
と接触しない箇所において、表面温度が極端に高くなる
部分が発生した。

【００５４】

【発明の効果】本発明の加熱定着装置によれば、発熱抵
抗パターンによる消費電力が小さいにも関わらず、予熱
時間を短いものとすることができ、「予熱時間の短縮
化」と「装置の省電力化」を同時に満足することができ
る。また、サイズの小さい記録材について定着処理を行
う場合にあっても、加熱ローラの表面において極端に高
温となる部分が発生せず、加熱ローラや加圧ローラを含
めた装置としての耐久性に優れている。また、ヒータラ
ンプの挿入スペースを考慮する必要がないため、加熱ロ
ーラのローラ径を小さくすることができ、これにより、
装置の小型化・コンパクト化を図ることができる。ま
た、装置の構成要素・構成部材の数が少なく、構成が簡
単で製造が容易である。更に、発熱抵抗パターンへの通
電開始時において、突入電流が流れることはない。これ
により、熱源への電力供給回路を構成する部品として、
電流許容定格の小さな部品を使用することができ、しか
も、突入電流を抑制するための特段の手段を設ける必要
がない。従って、電源の構造を含めて装置の構成が簡単
なものとなり、コストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱定着装置の一例を示す正面図であ
る。

【図２】本発明の加熱定着装置の一例を示す側面図であ
る。

【図３】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

【図４】加熱ローラの具体的構成を示す破断正面図であ
る。

【図５】図４におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図６】第１の発熱抵抗パターンの展開図である。

【図７】第２の発熱抵抗パターンの展開図である。

【図８】図１に示す加熱定着装置による定着動作を模式
的に示す説明用側面図である。

【図９】実験例１の結果を示すグラフである。

【図１０】実験例２の結果を示す波形図である。

【図１１】実験例２の結果を示す波形図である。

【符号の説明】

１保持枠１０加熱ローラ１１円筒状
基材１２ａ第１の絶縁膜１２ｂ第２の
絶縁膜１３ａ第１の発熱抵抗パターン１３ｂ第２の
発熱抵抗パターン１４保護膜１５離型層２０加圧ローラ２１弾性被覆
層２２金属製ロッド３１，３２ａ，３２ｂ給電リング４１，４２耐熱軸受５１，５２ａ，５２ｂ給電ブラシ５３，５４ａ，５４ｂブラシホルダー６１駆動ギア７１，７２軸受７３，７４軸受板７５，７６ネジ８１，８２加圧板８３，８４引張り
バネ９０温度感知リレー９１，９２端子体１０１，１０４，１０５ａ，１０５ｂリード線１０２，１０３接続端子１１０温度センサ１３１，１３２ａ，１３２ｂ終端電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱ローラと、この加熱ローラに対向し
て圧接するよう配置された加圧ローラとの間に、未定着
トナーよりなるトナー像が形成された記録材を通過させ
ることにより、前記未定着トナーを加圧下で加熱してト
ナー像を記録材に定着させるよう構成された加熱定着装
置であって、前記加熱ローラは、円筒状基材の外表面上に、記録材の
サイズに応じて発熱領域を異にする２つ以上の発熱抵抗
パターンが、絶縁膜を介して積層形成されて構成されて
いることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】２つ以上の発熱抵抗パターンの各々は、
銀−パラジウム合金を導電体とする厚さ５〜２０μｍの
帯状体よりなることを特徴とする請求項１に記載の加熱
定着装置。
【請求項３】加熱ローラは、２つ以上の発熱抵抗パタ
ーンの各々に選択的に電流を流すことができる３つ以上
の給電リングを備えていることを特徴とする請求項１又
は請求項２に記載の加熱定着装置。