JPH09127814A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 通電により発熱する抵抗発熱層を有し、オペ
レータが温度検出素子の接続されている回路等に触れて
も感電に対し十分安全であり、画像形成装置の小型化、
低コスト化に寄与でき、また、温度検出素子等の抵抗発
熱層からの漏電に対する保護や温度検出素子の抵抗発熱
層温度に対する応答性についても不都合がない定着装置
を提供する。 【解決手段】 抵抗発熱層１３の表面を、厚さ０．４ｍ
ｍ以下で、耐電圧性３０００〔Ｖ〕以上の耐熱性電気絶
縁層１５２で被覆するとともに、サーミスタＴＭの温度
検出面も厚さ０．４ｍｍ以下で、耐電圧性３０００
〔Ｖ〕以上の耐熱性電気絶縁層１５３で被覆して、両電
気絶縁層１５２及び１５３を介してサーミスタＴＭを抵
抗発熱層１３に当接させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真方式の複写
機、プリンタ等の画像形成装置においてトナー像等の未
定着画像を保持した記録材に該画像を加熱して定着させ
る定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、複写機等の画像形成装置にお
ける定着装置は、通常、未定着画像を記録材に加熱定着
させるための加熱ローラを備えており、トナー像等の未
定着画像を保持した記録材は、一般的には、この加熱ロ
ーラとこれに対向配置されたバックアップ部材（一般的
には加圧ローラ）との間に通され、その間に加圧下に加
熱定着される。

【０００３】かかる加熱ローラにはこれまでハロゲンラ
ンプヒータ等の発熱ヒータを内蔵して、該ヒータからの
輻射熱でローラを加熱するものが多用されてきた。しか
しハロゲンランプヒータ等の内蔵発熱ヒータを熱源とす
る加熱ローラによると、該ヒータの通電開始時から加熱
ローラ表面の所定定着温度までの昇温速度が遅く、その
ため画像形成装置の電源スイッチをオンしてから定着装
置が所定温度に到達するまでの予熱時間（いわゆるウォ
ーミングアップ時間）が長くなり、それだけ装置が使い
難くなっていた。

【０００４】そこで所定温度に到達するまでの昇温時間
が短く済む加熱ローラとして、例えば特開昭５９−１８
９３８１号公報に開示されているような、芯ローラに通
電により発熱する物質よりなる抵抗発熱層を該芯ローラ
とともに回転するように形成した加熱ローラが提案され
ている。このタイプの加熱ローラは電気・熱変換効率が
良く、該抵抗発熱層への通電開始後速やかに加熱ローラ
表面温度を所定温度まで上昇させることができ、これに
より定着装置の予熱時間を短縮することができる。

【０００５】このような加熱ローラを採用する定着装置
においては、通常、抵抗発熱層への通電を制御して加熱
ローラ温度を所定の定着温度に調節する。さらに、安全
のために加熱ローラの異常昇温を防止するように加熱ロ
ーラ温度を制御することもある。そしてこのような加熱
ローラ温度制御のために、良く知られた手法として、サ
ーミスタ等による接触型の温度検出素子を加熱ローラに
対し配置し、該素子からの検出温度情報を温度制御に供
することが行われている。

【０００６】ところで、プリンタ、複写機等の画像形成
装置では、通常、紙詰まりの処理、各種メインテナンス
処理等のために、内部機構に接近するための開閉カバー
が設けられていたり、通紙経路を境にして上部機構部分
を画像形成装置片側部分に設けたヒンジ中心に反対側か
ら回動開閉できるようになっていたりする。後者はクラ
ムシェル型の画像形成装置として知られている。

【０００７】このような開閉カバーを備えていたり、ク
ラムシェル型に構成されていたりする画像形成装置にお
いて、前記の抵抗発熱層を有する加熱ローラ及びその温
度を検出する温度検出素子を含む定着装置が装備されて
いるものでは、オペレータがカバーを開いたり、クラム
シェルの可動部を開いたりしたときに、抵抗発熱層に触
れて感電したり、温度検出素子が抵抗発熱層に何らかの
絶縁層を介して接触せしめられてはいるがその絶縁性能
が不十分であるときに該温度検出素子の接続された回路
等に触れて感電することがないように、該カバーや可動
部を開き始めると直ちに抵抗発熱層への通電回路を遮断
する安全スイッチを設けてある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
安全スイッチは、画像形成装置の商用電源インレット部
とは反対側の位置にあるなど、電源インレット部から遠
い位置に設けられていることが多く、そのため抵抗発熱
層への通電回路配線がこの遠い位置にある安全スイッチ
を経て形成されなければならず、それだけ配線が長くな
り、その長い配線のための内部スペースも広く必要とな
る等して、装置の小型化、低コスト化の妨げになってい
ることが多々ある。また、たとえ安全スイッチが電源イ
ンレット部から遠い位置にない場合でも、抵抗発熱層へ
の通電回路配線が安全スイッチを経て形成されなければ
ならないことに変わりはなく、そのための配線が必要と
なり、それだけ装置の小型化、低コスト化の妨げにな
る。

【０００９】この問題を解決するには安全スイッチを省
略して、しかもオペレータが温度検出素子の接続されて
いる回路等に触れても感電する恐れがないように十分な
安全手段を設ければよいのであるが、そのような手段は
未だ見当たらないし、考慮もされていない。例えば、特
開昭５５−６２４７４号公報に開示されているように、
抵抗発熱層を熱伝導性の絶縁性エラストマーで被覆し、
この被覆層に温度検出素子を接触させることが考えられ
るが、このエラストマー層だけでは、抵抗発熱層と温度
検出素子間の漏電に対し十分安全であるとは言えない。
また、抵抗発熱層を加熱ローラの外周面部に設けるとき
は、該抵抗発熱層を離型層で被覆するが、かかる離型層
も抵抗発熱層と温度検出素子間の漏電に対し十分安全で
あるとは言えない。

【００１０】また、安全性を高めるためにかかる絶縁性
エラストマー層や離型層を厚く形成するときには、温度
検出素子の抵抗発熱層温度に対する応答性が悪化して精
度のよい加熱ローラ温度制御ができなくなる。そこで本
発明は、通電により発熱する抵抗発熱層を有し、未定着
画像を保持した記録材に該画像を加熱定着させるための
加熱ローラと、該加熱ローラの温度制御に供するために
該抵抗発熱層の温度を検出する接触型温度検出素子とを
含む定着装置であって、オペレータが温度検出素子の接
続されている回路等に触れても感電する恐れがないよう
にするための従来の安全スイッチを省略してもなお感電
に対し十分安全であり、従って該安全スイッチを省略す
ることができ、それだけ画像形成装置の小型化、低コス
ト化に寄与でき、また、温度検出素子等の抵抗発熱層か
らの漏電に対する保護も達成できる定着装置を提供する
ことを課題とする。

【００１１】また、本発明はこのような定着装置であっ
て、さらに温度検出素子の抵抗発熱層温度に対する応答
性についても不都合がない定着装置を提供することを課
題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記最初の課題
を解決するため、通電により発熱する抵抗発熱層を有
し、未定着画像を保持した記録材に該画像を加熱定着さ
せるための加熱ローラと、該加熱ローラの温度制御に供
するために該抵抗発熱層の温度を検出する接触型温度検
出素子とを含んでおり、前記抵抗発熱層は表面が耐熱性
電気絶縁層で被覆されているとともに前記温度検出素子
の温度検出面も耐熱性電気絶縁層で被覆されていて該両
絶縁膜を介して該温度検出素子が該抵抗発熱層に当接し
ており、前記各電気絶縁層は３０００〔Ｖ〕以上の耐電
圧性を有する層であることを特徴とする定着装置を提供
する。

【００１３】また、本発明は、前記の二つ目の課題を解
決するため、上記定着装置において、前記各電気絶縁層
が３０００〔Ｖ〕以上の耐電圧性を有するとともに厚さ
０．４〔ｍｍ〕以下の層である定着装置を提供する。前
記耐熱性電気絶縁層の材質としては、抵抗発熱層につい
ては離型性のあるテトラフルオロエチレンとパーフルオ
ロアルコキシエチレンとの共重合体（ＰＦＡ）を、温度
検出素子についてはポリイミドをそれぞれ代表例として
挙げることができる。また、耐熱性電気絶縁層による被
覆は、抵抗発熱層についてはチューブ状の電気絶縁層を
被覆することで、温度検出素子についてはフィルム状の
電気絶縁層を被覆することで行うことが代表例として挙
げることができる。

【００１４】各耐熱性電気絶縁層の３０００〔Ｖ〕の耐
電圧性は、いずれかの電気絶縁層における絶縁性が低
下、又は破壊されたときでもなお、もう片方の絶縁層で
抵抗発熱層から温度検出素子への漏電を十分安全に防止
しできるように定めたもので、この３０００〔Ｖ〕の値
は、ＡＣ２３０〔Ｖ〕のピーク電圧である √２×２３
０〔Ｖ〕のさらに約１０倍の安全性をみたものである。
なお、ＡＣ２３０〔Ｖ〕は海外仕様も考慮したものであ
る。

【００１５】また、各耐熱性電気絶縁層の厚さを、０．
４〔ｍｍ〕以下とすると、温度検出素子の抵抗発熱層温
度に対する応答性に支障のないようにすることができ
る。これは以下の理由による。一般的に温度Ｔ１〔°
Ｃ〕である抵抗発熱層から厚さｄ〔ｍ〕の電気絶縁層を
介して、温度Ｔ２〔°Ｃ〕（Ｔ１＞Ｔ２）である温度検
出素子に熱を伝える場合に、該電気絶縁層の単位面積を
単位時間に通過する熱量Ｑ〔Ｊ／ｍ² ・ｈｒ〕は、
Ｑ＝−λ（Ｔ１−Ｔ２）／ｄ （式１）の式で
表せる。なお、式１は、フーリエの法則と呼ばれるもの
で、式１中、λ〔Ｊ／ｍ・ｈｒ・°Ｃ〕は、電気絶縁層
の材質によりきまる比例定数である。

【００１６】式１により、電気絶縁層を伝導する熱量Ｑ
は、該電気絶縁層の厚さｄに反比例することが分かる。
したがって、該電気絶縁層が厚くなると、温度検出素子
に伝わる熱量が少なくなり、その結果、該温度検出素子
により検出される温度にて抵抗発熱層の温度検出をする
場合には、応答遅れが生じ、温度調節の際の温度リップ
ルが増大する。

【００１７】電気絶縁層として例えば一般的によく使わ
れるポリイミドを使用する場合、その厚みが５０〔μ
ｍ〕であるときの温度調節時の温度リップルが約３〔°
Ｃ〕であり、温度リップルが５０〔°Ｃ〕以上になる
と、温度調節時に予想制御を行っても、抵抗発熱層の温
度調節が困難になるので、５０／３≒１６倍程度の厚さ
以下、すなわち、５０〔μｍ〕×１６＝０．８〔ｍｍ〕
以下の厚さの電気絶縁層である必要がある。

【００１８】本発明に係る定着装置においては、抵抗発
熱層と温度検出素子との間の熱伝導は、該抵抗発熱層表
面を被覆する電気絶縁層及び該温度検出素子の温度検出
面を被覆する電気絶縁層の２層を介するものであるの
で、後述する耐電圧性も考慮すると、両電気絶縁層を同
じ又はほぼ同様の耐電圧性を有する電気絶縁材料で形成
する場合、各層の厚さは同じであり、すなわち、各電気
絶縁層はそれぞれ０．４〔ｍｍ〕以下である。

【００１９】なお、電気絶縁層として、ポリイミド以外
の電気絶縁材料を使用しても、ポリイミドと他の電気絶
縁材料の比例定数λは、ほぼ等しいので、いずれの電気
絶縁材料を使用しても抵抗発熱層の温度調節時の温度リ
ップルをほぼ５０〔°Ｃ〕未満に抑えることができる。
なお、前記温度検出素子としては、代表的にはサーミス
タを挙げることができる。

【００２０】本発明の定着装置は、加熱ローラの抵抗発
熱層に通電することで加熱ローラを所定の定着温度に昇
温させ、未定着画像の記録材への加熱定着に供すること
ができる。また、加熱ローラ温度の制御は温度検出素子
で検出される温度情報に基づいて行える。抵抗発熱層は
表面が耐熱性電気絶縁層で被覆されているとともに温度
検出素子の温度検出面も耐熱性電気絶縁層で被覆されて
いて、両絶縁層を介して該温度検出素子が該抵抗発熱層
に当接しているから、オペレータが抵抗発熱層から感電
したり、温度検出素子に接続された回路等に触れて感電
する恐れはない。また、両絶縁層を介して温度検出素子
が抵抗発熱層に当接しており、且つ、各電気絶縁層は３
０００〔Ｖ〕以上の耐電圧性を有する層であるから、い
ずれか一方の電気絶縁層における絶縁性が低下、又は破
壊されたときでもなお、もう片方の絶縁層で抵抗発熱層
から温度検出素子への漏電を十分防止でき、これにより
温度検出素子の接続された回路（インターフェース回
路、温度調節制御用回路等）等にオペレータが触れて感
電することが防止されるので十分安全であるとともに温
度検出素子自体及びこれの接続された回路等も抵抗発熱
層からの漏電に対し保護される。

【００２１】また、このように感電に対し十分安全であ
るから、従来の安全スイッチを省略することができ、そ
れだけ画像形成装置の小型化、低コスト化が可能とな
る。さらに、各電気絶縁性層の厚さを０．４〔ｍｍ〕以
下とするときは、温度検出素子はこれら両絶縁層を介し
て抵抗発熱層の温度を検出するにもかかわらず、応答性
に問題はない。

【００２２】なお、本発明は、抵抗発熱層が加熱ローラ
を構成している芯ローラの外周面に沿って形成されてい
る場合は勿論、該芯ローラの内周面に沿って形成されて
いる場合にも適用可能である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１に示す装置は、未定着画像で
あるトナー像を保持する記録材である記録紙上に、該ト
ナー像を加熱定着させる定着装置であり、図１は該装置
の概略断面図である。

【００２４】この定着装置は、加熱ローラ１及びこれに
図示しない押圧手段にて押圧される加圧ローラ４を有す
る。加熱ローラ１及び加圧ローラ４はそれぞれ図示しな
い支持手段により回転可能に支持され、図示しない駆動
手段により回転駆動される。前記加熱ローラ１は、円筒
状のアルミニウム製芯ローラ１０を有し、該芯ローラ１
０の外周面には、電気絶縁層１５１、層状の抵抗発熱層
１３及び電気絶縁層１５２が順に形成されている。

【００２５】電気絶縁層１５２は、厚さ約０．４〔ｍ
ｍ〕（但し、０．４ｍｍ以下）で３０００〔Ｖ〕以上の
耐電圧性を有する耐熱性電気絶縁樹脂チューブ（ここで
は前記のＰＦＡ製のチューブ）で形成されている。この
電気絶縁層１５２は、記録紙が前記加熱ローラ１と該加
熱ローラ１に対向する加圧ローラ４との間に挟持されつ
つ通過するときに、加熱されるトナー像が加熱ローラ１
から剥がれやすくするために離型性も有し、該記録紙の
最大幅以上の幅をもつ。

【００２６】抵抗発熱層１３は、後述する受電部材１１
ａ、１１ｂを嵌装するために電気絶縁層１５２よりも幅
広に形成されている。この抵抗発熱層１３は通電により
自らジュール発熱する正の温度係数を有するチタン酸バ
リウム系セラミックで形成してある。電気絶縁層１５１
は、抵抗発熱層１３と芯ローラ１０との電気絶縁性を保
つため、両者の間に形成されており、耐熱絶縁性樹脂の
ポリイミドからなる。抵抗発熱層１３及び電気絶縁層１
５１、１５２は芯ローラ１０と一体的に回転する。

【００２７】前述の電気絶縁層１５２からはみ出た抵抗
発熱層１３の両端外周部分には、一対の導電性の銅合金
製リング状受電部材１１ａ、１１ｂが嵌装され、抵抗発
熱層１３に固定されている。受電部材１１ａ、１１ｂも
芯ローラ１０と一体的に回転する。前記受電部材１１
ａ、１１ｂの外周面には、一対の導電性のカーボン製給
電部材１２ａ、１２ｂがそれぞれ接触配置されている。
この給電部材１２ａ（１２ｂ）は、図示しない押圧手段
によって受電部材１１ａ（１１ｂ）を押圧しており、受
電部材１１ａ（１１ｂ）が芯ローラ１０と一体的に回転
しても、両者の接触面で電気的な接続が保たれるように
なっている。

【００２８】そして、前記給電部材１２ａは電源２の一
端に、給電部材１２ｂはリレーＲＹの接点を介して電源
２の他端に接続されているので、前記抵抗発熱層１３に
は、該リレーＲＹの接点が閉じているときは、電源２に
より電圧が印加される。前記リレーＲＹには、該リレー
ＲＹの接点の開閉指令信号を出力する制御部３が接続さ
れている。制御部３は、後述する接触型温度検出素子で
あるサーミスタＴＭの検出する温度に基づき、加熱ロー
ラ１を所定の定着温度に調節する。

【００２９】また、制御部３には、加熱ローラ１の温度
検出をするサーミスタＴＭが接続されている。サーミス
タＴＭは電気絶縁層１５３を介して電気絶縁層１５２に
当接されている。電気絶縁層１５３は、厚さ約０．４
〔ｍｍ〕（但し、０．４ｍｍ以下）で耐電圧３０００
〔Ｖ〕以上を有する耐熱性電気絶縁樹脂フィルム（こご
ではポリイミドフィルム）で形成されている。

【００３０】図１に示す定着装置によると、加熱ローラ
１の抵抗発熱層１３に電源２から給電部材１２ａ及び受
電部材１１ａ並びにリレーＲＹの接点、給電部材１２ｂ
及び受電部材１１ｂを介して電圧が印加され、加熱ロー
ラ１を昇温させる。そして、サーミスタＴＭで検出され
る温度に応じて制御部３がリレーＲＹの接点を開閉させ
て、抵抗発熱層１３への電圧印加を制御して加熱ローラ
１を所定の定着温度に保つ。そして、記録紙が定着温度
に保たれた加熱ローラ１と加圧ローラ４との間に通さ
れ、トナー像が記録紙上に加熱、加圧下に定着される。

【００３１】本発明に係るこの定着装置によると、加熱
ローラ１の温度検出をするサーミスタＴＭは、それぞれ
０．４〔ｍｍ〕以下の電気絶縁層１５３及び１５２を介
して抵抗発熱層１３に当接されているため、加熱ローラ
１の温度変化に対するサーミスタＴＭの応答性に不都合
はなく、しかも、それぞれ耐電圧３０００〔Ｖ〕以上を
有する電気絶縁層１５３及び１５２の２層によって、高
電圧が印加される抵抗発熱層１３とサーミスタＴＭとを
絶縁しているため、サーミスタの接続されている回路等
にオペレータが触れても感電する恐れが少ない。また、
電気絶縁層を１５２及び１５３の２層に設けたことで、
何らかの理由で一方の絶縁性が低下しても、各層はそれ
ぞれ３０００〔Ｖ〕以上の耐電圧を有するため、未だ正
常な一層だけでも絶縁性を保つことができ、それだけ絶
縁の信頼性が高い。このように、十分に絶縁性が保たれ
るので従来の安全スイッチを省略することができ、それ
だけこの定着装置を含む画像形成装置を小型化、低コス
ト化することができる。

【００３２】また、各電気絶縁層１５２及び１５３はそ
れぞれ０．４〔ｍｍ〕以下であるので、サーミスタＴＭ
による抵抗発熱層１３の温度検出の際の応答性にも不都
合はない。なお、前記実施形態で示した定着装置各部の
材料は、前記のものに限定される必要はない。

【００３３】

【発明の効果】本発明によると、通電により発熱する抵
抗発熱層を有し、未定着画像を保持した記録材に該画像
を加熱定着させるための加熱ローラと、該加熱ローラの
温度制御に供するために該抵抗発熱層の温度を検出する
接触型温度検出素子とを含む定着装置であって、オペレ
ータが温度検出素子の接続されている回路等に触れても
感電する恐れがないようにするための従来の安全スイッ
チを省略してもなお感電に対し十分安全であり、従って
該安全スイッチを省略することができ、それだけ画像形
成装置の小型化、低コスト化に寄与できる定着装置を提
供でき、また、温度検出素子等の抵抗発熱層からの漏電
に対する保護や温度検出素子の抵抗発熱層温度に対する
応答性についても不都合がない定着装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である定着装置の概略断面
図である。

【符号の説明】

１ 加熱ローラ １０ 芯ローラ １１ａ、１１ｂ 受電部材 １２ａ、１２ｂ 給電部材 １３ 抵抗発熱層 １４ 離型層 １５１、１５２、１５３ 電気絶縁層 ２ 電源 ３ 制御部 ４ 加圧ローラ ＲＹ リレー ＴＭ サーミスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電により発熱する抵抗発熱層を有し、
   未定着画像を保持した記録材に該画像を加熱定着させる
   ための加熱ローラと、該加熱ローラの温度制御に供する
   ために該抵抗発熱層の温度を検出する接触型温度検出素
   子とを含んでおり、前記抵抗発熱層は表面が耐熱性電気
   絶縁層で被覆されているとともに前記温度検出素子の温
   度検出面も耐熱性電気絶縁層で被覆されていて該両絶縁
   層を介して該温度検出素子が該抵抗発熱層に当接してお
   り、前記各電気絶縁層は３０００〔Ｖ〕以上の耐電圧性
   を有する層であることを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 前記各電気絶縁層は３０００〔Ｖ〕以上
   の耐電圧性を有し、且つ、厚さ０．４〔ｍｍ〕以下の層
   である請求項１記載の定着装置。