JPH10115993A - 加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 端部温度上昇を抑制して定着異常及び搬送異
常を防止でき、過昇温防止が可能な加熱定着装置を提供
する。 【解決手段】 加熱ローラ１、加圧ローラ２を備え、加
熱ローラ１には電気絶縁層９と、炭素繊維からなる発熱
層１０が形成され、加熱ローラ１左右両端の内部に、加
熱ローラ１よりも熱伝導率が高い部材で形成された円盤
状の受電電極１１ａ、１１ｂを取り付け、この受電電極
１１ａ、１１ｂによって端部付近の放熱を行い、端部温
度上昇を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真式の複写
機、プリンタ、ファクシミリ等に使用される加熱定着装
置に関し、とりわけ温度分布が均一で、しかも省電力化
が可能である加熱定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真式の複写機、プリン
タ、ファクシミリ等では、加熱ローラに加圧ローラを圧
接した加熱定着装置が用いられている。この加熱定着装
置は、加熱した加熱ローラを回転させながら、この回転
する加熱ローラと加圧ローラとの間にトナーを転写され
た印刷用紙を挿通し、トナーを加熱溶融して印刷用紙上
に融着するものである。このような加熱定着装置におい
て、印字品質を一定に保つには、加熱ローラの表面温度
を定着温度内で一定に維持する必要がある。

【０００３】また、近年の環境規制、環境保護意識の高
まりから、各種電子写真装置は不使用時には、定着ヒー
タへの通電を遮断し、必要な時のみ通電することによ
り、消費電力を低減することも行われている。不使用時
の定着ヒータオフのためには、センサにより使用者の接
近などを感知し、定着ヒータを昇温させる技術なども提
案されており、このような機能を有する電子写真装置も
使用時以外に定着部を加熱しない電子写真装置に含まれ
る。

【０００４】このような省力エネ型の電子写真装置で
は、印刷時に加熱ローラの表面温度が即座に設定温度ま
で達する必要がある。この要求を満たすため、金属基体
内部からハロゲンヒータで加熱する方式においては、肉
厚を１ｍｍ以下にする基体の薄肉化が行われている。さ
らに別の手段として、発熱層を有する直接加熱方式の定
着ローラがある。この場合も同様に基体の薄肉化技術と
組み合わせることで、さらに迅速な昇温の達成を図って
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような迅速に昇温する定着ローラは、端部温度が上昇す
るという技術課題を有している。端部温度上昇とは、電
子写真装置に使用する最大の用紙幅（例えば、Ａ３縦）
に対して、小さい幅の紙（例えば、Ｂ５縦）を連続して
通紙した場合に、中央では紙による熱の消費分だけヒー
タから熱が供給され一定の範囲の温度が保持されるが、
両端では紙による熱の消費が無いため、熱が加圧ローラ
と定着ローラに蓄積し、温度が上昇する現象を指す。

【０００６】この端部温度上昇が発生すると、軸受け部
材の耐熱寿命の低下、さらには端部温度上昇直後に大き
な幅の紙を通紙した場合に、設定温度よりも高温となっ
ている端部での定着異常（ホットオフセット）及び搬送
異常が発生するという不都合がある。

【０００７】こうした端部温度上昇は、以前の電子写真
装置でも起きていた現象であるが、上述のような、基体
の薄肉化により迅速に昇温させる定着ローラは、熱伝導
率及び基体の肉厚で決まる中央と端部間の熱移動が小さ
くなっているため、とりわけ端部温度上昇が顕著になる
という不具合が生じることになる。

【０００８】また、前記の端部温度上昇は、ハロゲンヒ
ータによる加熱方式及び直接加熱方式共通の問題である
が、特に直接加熱方式において問題となることを、次に
説明する。

【０００９】直接加熱方式の定着ローラは、その構成例
として、中空円筒形状の金属基体の内周面に絶縁層、発
熱層、そして金属基体の外周に離型層が形成されてい
る。離型層はトナーの融着を防ぐため非粘着性に優れた
フッ素樹脂が一般的に使われる。発熱層は炭素繊維など
の抵抗発熱体が用いられる。前記定着ローラには、金属
芯金上にシリコンスポンジを被覆した加圧ローラが押し
当てられている。

【００１０】このような、炭素繊維のような熱伝導率の
大きな発熱体を用いた構成の加熱定着装置では、他の発
熱体に比べ、線速に応じて熱消費の差が拡大されること
により、端部温度上昇が大きくなるという問題がある。
（なお、これはハロゲンヒータ方式の加熱定着装置につ
いても同様である。）

【００１１】さらに、直接加熱方式においては、ローラ
の温度分布が直ちに各層の温度分布となるため、端部の
絶縁層・発熱層が不必要に高温となって寿命が短くなっ
ていしまうという特有の欠点がある。

【００１２】さらに炭素繊維のように温度上昇に伴い抵
抗が減少する（温度係数が負の）発熱体を用いた場合、
端部の温度上昇によって端部の抵抗が下がり、全体の消
費電力が端部温度上昇のない場合より大きくなってしま
うという欠点がある。

【００１３】このような場合、実際の製品においては、
最大消費電力を端部温度上昇が生じた状態の電力に設定
することとなる。従って、端部温度上昇のない立ち上が
り時には最大消費電力を投入することができなくなり、
端部温度上昇が小さいものに比べ、立ち上がり時間が長
くなってしまう。つまり端部温度上昇により、従来考え
られていた問題点に加えて、温度係数が負である発熱体
を用いた直接発熱型定着ローラは、寿命が短くなり、立
ち上がりも遅くなってしまうという欠点を有していた。

【００１４】本発明は、前記のような従来技術における
問題点を解決するためなされたもので、端部温度上昇を
抑制することにより、端部での定着異常（ホットオフセ
ット）及び搬送異常を防止するとともに、過昇温を防止
することができる加熱定着装置を提供することを目的と
する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明に係る加熱定着装置は、回転駆動される加熱ロー
ラと、この加熱ローラに所定圧力をもって圧挿された回
転自在な加圧ローラとを備え、この回転する２つのロー
ラの間にトナーを転写された印刷用紙を挿通し、トナー
を加熱溶融して印刷用紙上に融着するようにした加熱定
着装置において、加熱ローラは薄肉で熱容量の小さな中
空円筒状基体からなり、該中空円筒状基体の外面に離型
層を形成するとともに、該中空円筒状基体の内には、少
なくとも、電気絶縁層と該絶縁層内面に配置された電気
抵抗をもつ炭素繊維からなる発熱層とを積層し、前記加
熱ローラ内部の発熱層の両端位置には発熱層に外部から
電力を供給するための電力供給手段を付設し、該電力供
給手段は、加熱ローラの発熱層両端部に円盤形状の電極
を固設し、該円盤形状の電極に摺動面を形成する導電性
ブラシを備えた電極を前記導伝性ブラシの摺動面に当接
する構成とし、前記円盤形状の電極は前記中空円筒状基
体よりも高熱伝導性を有する部材を用いることを特徴と
する。

【００１６】前記の構成により、加熱ローラに蓄熱され
た熱は、端部に設けた電極部材を介して放熱され、よっ
て端部の熱が速やかに除去されるので、端部温度上昇が
抑制される。この結果、端部での定着異常（ホットオフ
セット）及び搬送異常防止がなされ、過昇温が防止され
る。

【００１７】あるいは、本発明に係る加熱定着装置の前
記円盤形状の電極は円盤の両端を、円筒状基体の胴部に
沿って折り曲げた形状として円筒状基体との接融面積を
大に構成し、かつ肉厚を厚く構成することを特徴とす
る。前記の構成によれば、熱容量が増大して加熱ローラ
からの伝熱性が改善される。したがって電極の熱伝導性
が高くなり、端部の熱をさらに速やかに除去して端部温
度上昇が抑制される。

【００１８】あるいは本発明に係る加熱定着装置は、前
記円盤形状の電極に放熱フィン部を設けて構成される。
この構成によって、円盤形状の電極に伝わった熱の放熱
性がさらに改善される。

【００１９】あるいは本発明に係る加熱定着装置は、円
盤形状の電極に湾曲部を形成して構成される。この構成
によって、電極の表面が大きくなり、円盤形状の電極に
伝わった熱の放熱性を向上させることが可能になり、端
部での定着異常（ホットオフセット）及び搬送異常を防
止するとともに、過昇温による信頼性低下を防止するこ
とができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る加熱
定着装置の一実施形態の一部切断正面図である。図１に
示されるように、本発明に係る加熱定着装置Ｈは、加熱
ローラ１、加圧ローラ２を備えて構成される。

【００２１】加熱ローラ１は、左右両端の軸受３ａ、３
ｂで回転自在に支持されており、図示を略した回転駆動
機構によって所定速度で回転される。加圧ローラ２は、
図示を略したスプリングなどの付勢手段によって加熱ロ
ーラ１に所定の加圧力で押圧されて接している。さらに
加圧ローラ２も左右両端の軸受４ａ、４ｂで回転自在に
支持されており、加熱ローラ１の回転に従動して回転さ
れるものである。

【００２２】そして、印刷用紙は加熱ローラ１と加圧ロ
ーラ２の間に挿通され、印刷用紙上に転写されているト
ナーが加熱溶融されることによって、印刷用紙上に融着
される。

【００２３】前記加熱ローラ１は、図１に示すように、
例えば０．４ｍｍ程度の厚さの中空円筒状のアルミニウ
ム基体７からなり、このアルミニウム基体７の外面に、
厚さ５〜３０μｍのフッ素樹脂からなる離型層８が形成
されている。さらに、その内面には、電気絶縁層９が形
成され、この電気絶縁層９を中に挟んで、電気抵抗体と
しての炭素繊維からなる発熱層１０が形成されている。

【００２４】前記加熱ローラ１の左右両端の内部には、
図１に示すように、円盤状の受電電極１１ａ、１１ｂが
取り付けられており、この受電電極１１ａ、１１場の中
心位置に設けられた導電性プラシ１２ａ、１２ｂの端面
の摺動面に、先端を逆Ｕ字状に折り曲げられた板状の導
電性弾性部材からなる給電電極１３ａ、１３ｂが所定押
圧力で当接されている。

【００２５】前記給電電極１３ａ、１３ｂは、ローラ外
部において絶縁端子台１４ａ、１４ｂにそれぞれ接続さ
れており、この絶縁端子台１４ａと１４ｂに加熱用電源
１５が接続されている。

【００２６】図２は、円盤状の受電電極１１ａの側面図
である。上記構造では、円盤状の受電電極１１ａ、１１
ｂに加熱ローラ１よりも熱伝導率が高い部材を使用して
いるので、端部付近の方が加熱ローラからの吸熱・放熱
が多く行われ、端部温度上昇を抑制することが可能とな
り、端部での定着異常（ホットオフセット）及び搬送異
常を防止するとともに、過昇温による信頼性低下を防止
することができる。

【００２７】つぎに、本発明に係る第２の実施形態を図
３に示す。定着ローラ１及び加圧ローラ２の構成は第１
の実施例と同様である。第２の実施形態は、受電電極２
１ａ、２１ｂの端部の折曲げ部を前記第１実施形態と逆
方向にして、且つその寸法Ｄを長くしている。また、電
極部材の肉厚ｔを厚くしていて、電極部材の熱容量を大
きくしてある。このような構造にすることによって、端
部付近の吸熱・放熱をより多く行うことが可能になり、
さらに端部温度上昇を抑制することが可能となり、端部
での定着異常（ホットオフセット）及び搬送異常を防止
するとともに、過昇温による信頼性低下を防止すること
ができる。

【００２８】本発明に係る第３の実施形態を図４（ａ）
および図４（ｂ）に示す。定着ローラ１及び加圧ローラ
２の構成は第１の実施形態と同様である。第３の実施形
態では、受電電極３１ａ、３１ｂに、加熱ローラ１から
伝わった熱を効果的に放熱する放熱フィン部１６を設け
ている。このような構造にすることによって、端部付近
の吸熱・放熱をより多く行うことが可能になり、さらに
端部温度上昇を抑制することが可能となり、端部での定
着異常（ホットオフセット）及び搬送異常を防止すると
ともに、過昇温による信頼性低下を防止することができ
る。

【００２９】本発明に係る第４の実施形態を図５（ａ）
および図５（ｂ）に示す。定着ローラ１及び加圧ローラ
２の構成は第１の実施形態と同様である。第４の実施形
態では、受電電極４１ａ、４１ｂに、加熱ローラ１から
伝わった熱を効果的に放熱するため、電極の平面部を湾
曲形状１７にしている。このような構造にすることによ
って、電極の表面積を増やし、端部付近の吸熱・放熱を
より多く行うことが可能になり、さらに端部温度上昇を
抑制することが可能となり、端部での定着異常（ホット
オフセット）及び搬送異常を防止するとともに、過昇温
による信頼性低下を防止することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項１
に係る加熱定着装置は、円盤形状の電極に前記中空円筒
状基体よりも高い熱伝導性を有する部材を用いて構成す
るものであるから、加熱ローラに蓄熱された熱を端部に
設けた電極部材を介して吸熱・放熱して速やかに除去
し、よって端部温度上昇を抑制することができる。この
結果、端部での定着異常（ホットオフセット）および搬
送異常を防止するとともに、過昇温による信頼性低下の
防止という効果を実現できる。

【００３１】本発明の請求項２に係る加熱定着装置は、
円盤形状の電極の円盤の両端部を、円筒状基体の胴部に
沿って折曲げた形状として円筒状基体との接触面積を大
とし、かつ肉厚を厚くして電極部材の熱容量を大として
構成するものであるから、電極の熱伝導性を高くするこ
とが可能になり、端部の熱を速やかに除去して、端部で
の定着異常（ホットオフセット）及び搬送異常を防止す
るとともに、過昇温による信頼性低下を防止することが
できる。

【００３２】本発明の請求項３に係る加熱定着装置は、
円盤形状の電極に放熱フィンを設けて構成するものであ
るから、放熱性の向上によって円盤形状の電極に伝わっ
た熱の放熱が効果的になされて端部温度上昇を抑制する
ことができ、端部での定着異常（ホットオフセット）お
よび搬送異常を防止するとともに、過昇温による信頼性
低下を防止できるという効果を奏する。

【００３３】本発明の請求項４に係る加熱定着装置は、
円盤形状の電極に湾曲部を形成する構成とするものであ
るから、これによって電極面積が大になり、円盤形状の
電極に伝わった熱の放熱性を向上させることが可能にな
る。この結果、端部での定着異常（ホットオフセット）
及び搬送異常を防止するとともに、過昇温による信頼性
低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る加熱定着装置の一実施形態の一部
切断正面図である。

【図２】図１に示された円盤状の受電電極の側面図であ
る。

【図３】本発明に係る加熱定着装置の第２実施形態によ
る受電電極の断面図である。

【図４】本発明に係る加熱定着装置の第３実施形態によ
る受電電極の断面図である。

【図５】本発明に係る加熱定着装置の第４実施形態によ
る受電電極の断面図である。

【符号の説明】

Ｈ 本発明に係る加熱定着装置 １ 加熱ローラ ２ 加圧ローラ ３ａ、３ｂ 軸受 ４ａ、４ｂ 軸受 ７ アルミニウム基体（中空円筒状基体） ８ 離型層 ９ 電気絶縁層 １０ 発熱層 １１ａ、１１ｂ 受電電極 １２ａ、１２ｂ 導電性ブラシ １３ａ、１３ｂ 給電電極 １４ａ、１４ｂ 絶縁端子台 １５ 加熱用電源 １６ 放熱フィン部 １７ 湾曲部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動される加熱ローラと、この加熱
   ローラに所定圧力をもって圧挿された回転自在な加圧ロ
   ーラとを備え、この回転する２つのローラの間にトナー
   を転写された印刷用紙を挿通し、トナーを加熱溶融して
   印刷用紙上に融着するようにした加熱定着装置におい
   て、 前記加熱ローラは薄肉で熱容量の小さな中空円筒状基体
   からなり、該中空円筒状基体の外面に離型層を形成する
   とともに、該中空円筒状基体の内には、少なくとも、電
   気絶縁層と該電気絶縁層内面に配置された電気抵抗をも
   つ炭素繊維からなる発熱層とを積層し、前記加熱ローラ
   内部の前記発熱層の両端位置には前記発熱層に外部から
   電力を供給するための電力供給手段を付設し、該電力供
   給手段は、前記加熱ローラの前記発熱層両端部に円盤形
   状の電極を固設し、該円盤形状の電極に摺動面を形成す
   る導電性ブラシを備えた電極を前記導電性ブラシの摺動
   面に当接する構成とし、前記円盤形状の電極は前記中空
   円筒状基体よりも高熱伝導性を有する部材を用いること
   を特徴とする加熱定着装置。
2. 【請求項２】 前記円盤形状の電極は円盤の両端を、前
   記円筒状基体の胴部に沿って折り曲げた形状として前記
   円筒状基体との接融面積を大に構成し、かつ肉厚を厚く
   構成することを特徴とする請求項１記載の加熱定着装
   置。
3. 【請求項３】 前記円盤形状の電極に放熱フィン部を設
   けることを特徴とする請求項１または２記載の加熱定着
   装置。
4. 【請求項４】 前記円盤形状の電極に湾曲部を形成する
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載の加熱定着
   装置。