JPH11143286A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウォーミングアップ時間を極力短くし、省電
力化が図られた定着装置の提供。 【解決手段】 加熱ローラの芯金ローラの内面と外面と
に発熱抵抗層Ａ，Ｂを設け、各発熱抵抗層Ａ，Ｂに対し
ては個別の通電制御手段Ａ，Ｂを設け、ウォーミングア
ップ時には発熱抵抗層Ａ，Ｂ両方の通電を行い、それ以
後は発熱抵抗層Ａにのみ通電を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真記録装置
等に使用され、トナー像を支持した記録媒体を加熱ロー
ラに圧接させて搬送することにより、記録媒体上のトナ
ー像を熱定着するようにした定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真記録装置においては、通常メイ
ンスイッチをＯＮしてから加熱ローラが記録媒体上のト
ナー像を溶融定着できる所定温度にまで加熱される時間
（これをウォーミングアップ時間という）の間は、画像
形成の作業を行うことはできない。加熱ローラとして
は、従来は芯金ローラの内部にハロゲンヒータを熱源と
して設け、所定温度まで加熱することが行われている
が、ハロゲンヒータは空気層を介して加熱がなされるの
で熱効率が悪く、大電力を流すために回路も複雑なもの
となる。このハロゲンヒータに代えて芯金ローラの表面
に発熱抵抗層を設け、熱効率のよい加熱ローラを用いた
定着装置が提案されている。

【０００３】特開昭５６−１２３５８０号公報（公報Ａ
という）は、加熱ローラのローラ表面に薄層の電気抵抗
体を設けたもので、ウォーミングアップ時間を短縮する
目的からローラの薄層電気抵抗体への入力をウォーミン
グアップ時には定着処理時より大とすることが記載され
ている。また、特開平７−２１９３８６号公報（公報Ｂ
という）には、加熱ローラのローラ外周面に周方向に分
割した発熱抵抗層を設け、個々に給電電極を設け、温度
センサの検出信号により各給電電極に選択的に電力を供
給することが記載されている。この提案は効果として省
電力を行いながらニップ部における定着性が確保される
としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】公報Ａの提案にあって
は、出力電圧を異にした複数の電源部を必要とし、原価
的に高価となることは避けられない。また公報Ｂの提案
にあっては、ローラ外周面に設けた発熱抵抗層の分割部
分における定着性に問題があり、多数の給電電極が設け
られることから回路も複雑となる。

【０００５】本発明は、加熱ローラに発熱抵抗層を設
け、省電力化がなされると共に、特に複数の電源部を設
けることなく、ウォーミングアップ時間の短縮がなされ
るようにした定着装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、回転する加
熱ローラに記録媒体を圧接させて搬送することにより記
録媒体上のトナー像を記録媒体に熱定着するようにした
定着装置において、前記加熱ローラは芯金ローラの内面
と外面とに発熱抵抗層を設け、内面及び外面の各発熱抵
抗層に対し個別の通電制御手段を設けたことを特徴とす
る定着装置によって達成される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の説
明を行う。

【０００８】図１は本発明の一実施形態を示す定着装置
の概略構成図である。図において、１は加熱ローラ、２
は加圧ローラで、定着処理時には矢印方向に回転し、ト
ナー像Ｔが付着状態にある記録媒体Ｐを挟んで左方に搬
送する。この時記録媒体Ｐである転写紙の未定着トナー
像面は加熱ローラ１に圧接され、トナー像Ｔは加熱溶融
して転写紙に定着する。加熱ローラ１の転写紙上のトナ
ー像を加熱定着する為に設定する設定定着温度は通常１
５０℃〜２００℃の間の適宜の値に設定される。本実施
形態においては１９０℃をもって設定定着温度とし、メ
インスイッチＯＮしてより、加熱ローラ１の表面温度が
１９０℃に達する迄の時間がウォーミングアップ時間と
なる。

【０００９】加圧ローラ２は芯金ローラ２１の周面にシ
リコンゴム等の厚い弾性体層２２を被覆して形成したソ
フトローラで、弾性体層２２の弾性変形によって加熱ロ
ーラ１と加圧ローラ２との圧接部にローラ回転方向に関
して幅（ニップ部）をもたせ、ニップ部を通過中に定着
がなされるようになっている。

【００１０】一方、加熱ローラ１は中空のパイプ状の芯
金ローラ１１の外面と内面には極薄い絶縁層として絶縁
層Ａ１２Ａ、絶縁層Ｂ１２Ｂが設けられ、これら絶縁層
を介して通電により発熱する発熱抵抗層Ａ１３Ａが外面
に、発熱抵抗層Ｂ１３Ｂが内面に設けられている。更に
外面の発熱抵抗層Ａ１３Ａの外周には離型性層１４を設
けている。

【００１１】加熱ローラ１の芯金ローラ１１としては、
薄肉の金属の中空ローラが用いられ、本実施形態の芯金
ローラ１１には、外径２５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍのアル
ミ合金を用いている。芯金ローラ１１としてはセラミッ
ク等の絶縁体を用いることも可能で、このような絶縁体
を芯金ローラ１１として用いるときは、絶縁層Ａ１２
Ａ、絶縁層Ｂ１２Ｂを設ける必要はなくなる。しかし本
発明のように芯金ローラ１１の内面に発熱抵抗層Ｂ１３
Ｂを設け、ウォーミングアップ時間を短縮しようとする
構成においては、芯金ローラ１１としては熱伝導性のよ
い金属ローラとし、かつ薄肉として熱容量を小さくする
ことが望ましい。

【００１２】絶縁層Ａ１２Ａ、絶縁層Ｂ１２Ｂとしては
４弗化エチレン樹脂やシリコンゴム、弗素ゴム等の耐熱
樹脂のコーティング、或いはアルミナ等の絶縁性金属酸
化物のコーティング等が使用される。本実施形態におい
てはポリイミド樹脂のコーティングを行っている。

【００１３】通電により発熱する電気抵抗体で、特に芯
金ローラ１１の外面に設ける発熱抵抗層Ａ１３Ａについ
ては薄い層であって、加熱ローラ１の表面に極近い部分
に設けられて使用されるという条件下で充分な機械的強
度、耐熱性、耐酸化特性を有したものが用いられ、本実
施形態においては低融点ガラスに銀微粒子を分散した発
熱抵抗体を用いている。軟化状態まで加熱した発熱抵抗
体を同じく加熱状態とした芯金ローラ１１の絶縁層Ａ１
２Ａ上を被覆するようにして形成される。発熱抵抗体と
してはこのような低融点ガラスや耐熱性樹脂層に金属微
粒子を分散させたものの他、絶縁性の基体上に金属薄膜
を蒸着等の手段によって形成したものや薄層のステンレ
ス鋼を貼付けたもの等が用いられる。その他、比強度、
比弾性率に優れたカーボン繊維に耐熱性樹脂を一定の割
合で含浸させた複合材料から成る一方向繊維をもって芯
金ローラ１１の絶縁層Ａ１２Ａを被覆することによって
も形成される。芯金ローラ１１の内面に設ける発熱抵抗
層Ｂ１３Ｂは強度的な負担がないので、発熱抵抗体とし
ての選択度は広いが、本実施形態においては発熱抵抗層
Ａ１３Ａも発熱抵抗層Ｂ１３Ｂを同材料を用いている。
但し両者の間は層厚を異にする等の手段によって両者の
出力は相異するよう設定されている。

【００１４】発熱抵抗層Ａ１３Ａの外周は離型性層１４
によって被覆される。本実施形態では離型性層１４とし
て４弗化エチレン−パーフロロ・アルキシ・エチレン共
重合体（ＰＦＡ）の熱収縮チューブを用い、発熱抵抗層
Ａ１３Ａを設けたローラをチューブ内に挿入し、このチ
ューブを加熱収縮することによって形成している。離型
性層１４としては、ＰＦＡ以外にもＰＴＦＥ，ＦＥＰ等
の弗素樹脂が用いられる。

【００１５】図２（ａ）の端部断面図に示すように加熱
ローラ１の両端はそれぞれ絶縁性のボス１５によって支
持され、両端に設けたボス１５には中心を軸１６が貫通
固設されていて、図示しない軸受によって支持され、軸
１６に設けた歯車はモータ歯車によって駆動され、ロー
ラ回転がなされる。ローラ外面に設けた発熱抵抗層Ａ１
３Ａの両端には帯状で導電性の受動電極１７Ａが設けら
れ、ローラ内面の発熱抵抗層Ｂ１３Ｂの両端は金属薄板
からなる受動電極１７Ｂに接続され、ボス１５の端面部
分に摺動面が設けられている。図２（ｂ）は端面におけ
る電気接続の状態を示したもので、給電電極である給電
用板バネ１３Ａの先端部が受動電極１７Ａと、給電用板
バネ３１Ｂの先端部が受動電極１７Ｂと接触し、加熱ロ
ーラ１の回転と停止とに関係なく発熱抵抗層への給電が
可能の状態となっている。なお本実施形態においては複
数の給電用板バネを設けて複数個所で１つの受動電極に
対し接触するよう構成し、確実な電気接続がなされるよ
う構成している。

【００１６】なお、給電電極には上記の板バネ以外に、
カーボンと銅を主成分としたブラシも用いられる。導電
性の細線を束ねてブラシ状とし、ブラシ状の給電電極を
受動電極に摺接するよう構成して電気接続を行うことも
確実な電気接続方法として好ましく用いられる。

【００１７】図３は本実施形態の回路ブロック図で、図
４は本実施形態の定着動作を示すタイムチャートと温度
センサ４１によって計測した加熱ローラ１の表面温度を
示す温度変化図である。

【００１８】本実施形態においては、芯金ローラ１１の
外面に設けた発熱抵抗層Ａには通電制御部Ａ４２Ａ、芯
金ローラ１１の内面に設けた発熱抵抗層Ｂには通電制御
部Ｂ４２Ｂを個別に設け、制御部４０によってそれぞれ
の発熱抵抗層に対して通電制御するよう構成している。

【００１９】本実施形態においては、発熱抵抗層Ａ１３
Ａは３００Ｗ、発熱抵抗層Ｂ１３Ｂは５００Ｗのヒータ
である。ヒータ電源としては一般使用の交流電源４４が
用いられ、主スイッチ４３をＯＮすることによってウォ
ーミングアップモードとなり、制御部４０は通電制御部
Ａ４２Ａ及び通電制御部Ｂ４２Ｂを共にＯＮとして、発
熱抵抗層Ａ１３Ａ及び発熱抵抗層Ｂ１３Ｂに通電する。
即ちウォーミングアップ時にあっては８００Ｗの電力が
加熱ローラ１の加熱に用いられる。

【００２０】加熱ローラ１の表面に軽く当接し、或いは
僅かの間隙を設けて、加熱ローラ１の表面温度を計測す
るサーミスタ等を用いた温度センサ４１が設けられてい
る。温度検知回路４１ａを介して温度センサ４１で検知
された加熱ローラ１の表面温度は制御部４０に入力され
る。

【００２１】温度センサ４１が設定定着温度１９０℃を
検知すると、ウォーミングアップ時間は終えて、通電制
御部Ａ４２Ａ及び通電制御部Ｂ４２Ｂは共にＯＦＦとな
る。本実施態様におけるウォーミングアップ時間は３０
ｓｅｃである。これに較べ、ローラ外面の３００Ｗの発
熱抵抗層Ａ１３Ａのみによってウォーミングアップを行
うときは、８０ｓｅｃを必要とし、ローラ内面の５００
Ｗの発熱抵抗層Ｂ１３Ｂのみによってウォーミングアッ
プを行うときは５０ｓｅｃを必要とし、本発明によりウ
ォーミングアップ時間が大幅に短縮されたことが確認さ
れた。

【００２２】ウォーミングアップを終えると定着モード
に切り替えられ、制御部４０は温度センサ４１の検知温
度に基づいて、通電制御部Ａ４２ＡのみのＯＮ／ＯＦＦ
制御を行い、ローラ外面の３００Ｗの発熱抵抗層Ａ１３
Ａのみを通電及び休止を繰り返し定着がなされる。本実
施形態においては、本発明者らの多くの実験検討により
発熱抵抗層Ａ１３Ａからの発熱量（３００Ｗ）は本定着
装置を備えた電子写真記録装置の仕様での最大斤量でか
つ最大サイズの転写紙が通紙する際に必要な熱量より大
きく設定している。それにより定着性を損なうことな
く、省電力が図れることになっている。またウォーミン
グアップ以降については、ローラ外面にある発熱抵抗層
Ａ１３ＡのみのＯＮ／ＯＦＦ制御を行っているので、応
答性の遅れの少ないより正確な定着時の温度制御がなさ
れるようになっている。

【００２３】

【発明の効果】本発明によるときは、ウォーミングアッ
プ時は極力ウォーミングアップ時間を短くするために、
２つの発熱抵抗層に通電を行うが、ウォーミングアップ
が終えた以降は最低限必要とする電力のみを供給するた
め１つの発熱抵抗層にのみ通電を行うよう制御がなされ
るので、それにより定着性を損なうことなく省電力化が
図れることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図。

【図２】加熱ローラの端部断面図及び端面図。

【図３】本実施形態の回路ブロック図。

【図４】本実施形態のタイムチャートとローラの温度変
化図。

【符号の説明】

１ 加熱ローラ １１ 芯金ローラ １２Ａ 絶縁層Ａ １２Ｂ 絶縁層Ｂ １３Ａ 発熱抵抗層Ａ １３Ｂ 発熱抵抗層Ｂ １４ 離型性層 ２ 加圧ローラ ２１ 芯金ローラ ２２ 弾性体層 ４０ 制御部 ４１ 温度センサ ４２Ａ 通電制御部Ａ ４２Ｂ 通電制御部Ｂ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転する加熱ローラに記録媒体を圧接さ
   せて搬送することにより記録媒体上のトナー像を記録媒
   体に熱定着するようにした定着装置において、 前記加熱ローラは芯金ローラの内面と外面とに発熱抵抗
   層を設け、内面及び外面の各発熱抵抗層に対し個別の通
   電制御手段を設けたことを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 前記通電制御手段は、ウォーミングアッ
   プ時には内面と外面の発熱抵抗層の両方に通電を行い、
   ウォーミングアップ以降は外面の発熱抵抗層にのみ通電
   を行う事を特徴とする請求項１に記載の定着装置。