JPH11212385A - 加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックス基板を大きくすることなく非通
紙部の過剰加熱を防ぎながら、１２ｐｐｍ近傍の定着速
度下でも混在する大小の記録紙にトナー画像を安定して
定着させる装置を提供する。 【解決手段】 窒化アルミニウム基板１０の上に形成さ
れた発熱体１１を含むセラミックスヒータ３と、前記セ
ラミックスヒータ３に摺動しながら回転移動する定着フ
ィルム４と、前記セラミックスヒータ３の摺動面を通過
する前記定着フィルム４に圧力を加える加圧ローラ１と
を備え、前記加圧ローラ１による加圧と前記定着フィル
ム４を介した前記セラミックスヒータ３による加熱とに
よって、前記定着フィルム４と前記加圧ローラ１の回転
に伴い挟持されて移動する転写材５の表面に形成された
トナー画像を加熱定着する装置において、前記加圧ロー
ラの長さを、前記セラミックスヒータの前記発熱体の全
長より１０ｍｍ〜５０ｍｍ長くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱溶融性のトナ
ーを用いて転写材に形成した未定着画像を、加熱して定
着する加熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリやプリンター等のような加
熱方式のトナー画像定着装置では、トナー未定着画像を
転写材面に定着させるため、感光ドラム上に形成したト
ナー画像を定着装置により加熱ローラと加圧ローラによ
り加熱、加圧して転写材である紙面上に定着させてい
る。

【０００３】従来の加熱ローラは、円筒状の金属ロール
中にハロゲンランプなどの熱源を設置し、その熱で金属
ローラを加熱しトナーを定着させていたが、近年、加熱
ローラの加熱部に絶縁性セラミックス製のヒータ基板に
発熱体を設けて、層状の通電式加熱部を形成したものが
実用化されている。この装置は、セラミックスヒータを
樹脂製の支持体に取付け、さらに、その外周部を耐熱性
の定着フィルムが加圧ローラと同一の速度で回転するこ
とで記録紙を搬送してトナーを定着する。

【０００４】この方式の装置では、金属製のロールの従
来の方式に比較してセラミックスヒータの熱容量が非常
に小さいため、ヒータの定着温度までの立ち上がり時間
が短く、所謂クイックスタート性に優れている。このた
め、ヒーターの余熱時間は大幅に短縮され消費電力を小
さくできる等のメリットがある。

【０００５】この定着方法では、加熱部材であるセラミ
ックスヒータが、セラミックス基板長手方向において略
均一に発熱するので、発熱体の長さと同程度の記録紙が
搬送される場合には、記録紙は均一に加熱されるためト
ナーは斑なく均等に定着される。ところが、発熱体より
も幅の小さい小紙幅の葉書や封筒を定着すると、転写材
の通過するニップ部分では一定の熱が転写材に奪われる
が、ヒータと加圧ローラで形成されるニップ部における
非通紙部は、発熱体の熱がセラミックス基板や加圧ロー
ラに蓄熱されるため必要以上に温度が上昇する。

【０００６】特に、小紙幅の転写材の投入枚数が連続的
に多数である場合には、非通紙部の温度が上昇しすぎ、
ゴム製の加圧ローラが熱変形したり、ニップ部の温度分
布の不均一による定着フィルムの捩じれや幅広の転写材
の紙しわ或いはトナーの溶融適温範囲を越えて高温オフ
セツトと称する定着フィルム側にまでトナーを融着させ
る不具合を招き易い。

【０００７】この現象を防止するため、特開平６−１４
９０９９号公報には図５に示すように、セラミックス基
板上の発熱体の長さを選択できる手段が提案されてい
る。図５は、セラミツクスヒータ１００の平面図であ
る。１０１は、セラミックス基板であり長短のヒータ１
０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを横に並べて配置し、リー
ド線１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃと共に焼成されてい
る。

【０００８】搬送されてくる記録紙の幅をセンサーで判
別し、それに対応するヒータの長さを選択して、該ヒー
タの直下に加圧ローラを移動して、定着フィルムとの間
に記録紙を挟持しながらトナー画像を定着するものであ
る。そして、種々の記録紙の幅に応じた発熱体を選択で
きるので、略均一な熱輻射分布が得られると共に非通紙
部分への熱輻射がなく無駄な電力を消費することもない
と説明されている。

【０００９】他の従来技術として特開平８−３０５１８
８号公報には、感光体ドラムを通過した記録紙の幅を紙
幅検知センサーにて確認し、コントローラ（ＣＰＵ）に
信号を送り、転写材の搬送スピードと発熱体の温度制御
を成すことで、非通紙部の過剰加熱を防ぐ技術が提案さ
れている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】特開平６−１４９０９
９号公報の技術では、図５のヒータ１０２ａを選択した
後、ヒータ１０２ｃに移動した直後にはセラミックス基
板１０１の温度をトナーの溶融適温範囲に上昇させるの
にタイムラグが発生するのと、ヒータを交互に選択する
ことによるヒートバランスの崩れを履歴することで、セ
ラミックス基板に熱歪みに起因する亀裂を発生し易い。
又、セラミックス基板の記録紙通過方向の幅を拡大する
必要がある。

【００１１】特開平８−３０５１８８号公報の技術で
は、記録紙の幅に対応して搬送スピードとヒータ温度を
コントローラにて制御することになるので、記録紙の幅
が大紙幅から小紙幅に変化する際には、ヒータ温度を３
０〜４０℃低下させると共に搬送スピードは約３０％ダ
ウンする。ニップ部の温度は、セラミックスヒータと加
圧ローラの熱容量が関与して、コントローラの指令を受
けても瞬間的に変化せず必然的にタイムラグが存在す
る。

【００１２】加えて、近年、定着速度の高速化が求めら
れ、通常の定着速度が４〜８ｐｐｍ（４ｐｐｍは、１分
間にＡ４用紙を４枚搬送する速度を表し４ ｐａｐｅｒ
ｓｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅの略称）であるのに対し、１２
ｐｐｍ以上の高速処理の要請がある。従って、該技術で
は高速処理の要請には応えられない。

【００１３】そこで本発明では、セラミックス基板を大
きくすることなく非通紙部の過剰加熱を防ぎながら、１
２ｐｐｍ近傍の定着速度下でも混在する大小の記録紙に
トナー画像を安定して定着させる装置を提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】窒化アルミニウム基板の
上に形成された発熱体を含むセラミックスヒータと、前
記セラミックスヒータに摺動しながら回転移動する定着
フィルムと、前記セラミックスヒータの摺動面を通過す
る前記定着フィルムに圧力を加える加圧ローラとを備
え、前記加圧ローラによる加圧と前記定着フィルムを介
した前記セラミックスヒータによる加熱とによって、前
記定着フィルムと前記加圧ローラの回転に伴い挟持され
て移動する転写材の表面に形成されたトナー画像を加熱
定着する装置において、前記加圧ローラの長さを、前記
セラミックスヒータの前記発熱体の全長より１０ｍｍ〜
５０ｍｍ長くする。

【００１５】本発明における「加圧ローラの長さ」と
は、転写材が通過する正面の中央に配置された加圧ロー
ラの全長に対し、これより短い発熱体の全長と比較し
て、両端に振り分けて伸長している長さの合計を意味す
る。

【００１６】定着フィルムを挟持しているセラミックス
ヒータと加圧ローラとの接触面の長さを、前記セラミッ
クスヒータの全長と同等の長さにすると、更にトナー画
像を安定して定着させることができる。

【００１７】セラミックスヒータを形成する絶縁性基板
の材質に、熱伝導率が８０〜２５０Ｗ／ｍの窒化アルミ
ニウムを用いると、効果的に非通紙部の過剰加熱を防ぐ
ことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を具体化した好適
の実施例を、添付した図面に基づいて説明する。電子写
真方式を応用した複写機の原稿載置台上の画像を画像形
成手段にて読み取り、転写材カセットから搬送される転
写材に静電画像を担持させ、加熱定着装置により記録紙
に顕像化させる全体構成は、公知の手段となっているの
で、その詳細説明は省く。

【００１９】図１は、本発明の加熱定着装置における加
圧ローラにより形成されるニップ部分を中心にした、定
着フィルムとセラミックスヒータ及び加圧ローラの関係
位置を説明する断面図である。１は、加圧ローラでシリ
コンゴム等より成る耐熱性の弾性層を有する形状に形成
され、矢印Ａ方向に強制的に回転される。２は、支持部
材で断熱性及び電気絶縁性を有するフェノール樹脂等か
ら成り、別途設ける筐体（図示せず）に固定されてい
る。該支持部材２の溝２ａの中には、セラミックスヒー
タ３が収納されていて、セラミックスヒータ３と支持部
材２の外周に、無端のベルト状の耐熱性のポリイミド等
から成る定着フィルム４がルーズにガイドレール（図示
せず）に沿って装着されている。そして、転写材５とし
ての未定着トナー６がを胆持された記録紙は、定着フィ
ルム４と加圧ローラ１に挟持され矢印Ｂ方向に搬送され
る。

【００２０】図２は、加圧ローラ１により形成されるニ
ップ部周辺を拡大した断面図である。支持部材２の溝２
ａに固定されているセラミックスヒータ３は、窒化アル
ミニウム基板１０の片面に発熱体１１を形成し、該発熱
体１１の絶縁と保護のためシリカを主成分とするガラス
１２がスクリーン印刷等により形成されている。

【００２１】セラミックス基板の材質としては、絶縁性
と熱伝導性の優れている窒化アルミニウムを用いること
が好ましい。窒化アルミニウムの絶縁性に関与する固有
抵抗は１０¹³Ωｃｍ以上であり、熱伝導率は１０〜３０
０Ｗ／ｍＫであるが、熱伝導率が８０〜２５０Ｗ／ｍＫ
の範囲を選択するのが好もしい。８０Ｗ／ｍＫ以下では
熱伝達が充分でなく、２５０Ｗ／ｍＫ以上では発熱体１
１の端子１３の接点の過熱により接点が軟化する等の問
題が発性する。

【００２２】加圧ローラ１と定着フィルム４の間に転写
材５を挟持する際、押圧力により加圧ローラ１の弾性層
が変形してニップ部を形成し、転写材５が該部を通過す
るとき発熱体１１の発熱により未定着トナー６は、瞬間
的に１８０〜２００℃に加熱されて溶融し、矢印Ｂ方向
に搬送される過程で冷却し画像が定着する。

【００２３】図３に、保持部材２に固定されるセラミッ
クスヒータ３を平面図で示す。セラミックスヒータ３
は、窒化アルミニウム基板１０に発熱体１１として、銀
ーパラジュームのペーストをスクリーン印刷した後、８
８０℃にて焼付けし、その後、加熱体１１を保護するシ
リカを主成分とするペーストのガラス１２をスクリーン
印刷して、７００℃にて焼付けた短冊板状のものであ
る。発熱体１１の両端に端子１３を設けて通電すること
により、ニップ部の温度を１８０〜２００℃に維持す
る。ここで、窒化アルミニウム基板１０の全長をＬ１、
横幅をＢ、発熱体１１の全長をＬ２とする。

【００２４】セラミックスヒータ３は、複写機の電源を
ＯＮにしたら素早く加熱定着装置を稼動状態にするた
め、熱伝導性のよい素材が選ばれると共に加圧ローラ１
のニップ部全域が均等な温度に維持されるよう、発熱体
１１は一条であるよりは、図３のように二条であった方
が好ましく、窒化アルミニウム基板１０全域のヒートバ
ランスに配慮して形成される。

【００２５】図４は、ニップ部を転写材５の通過正面か
ら見た通紙部Ｘと非通紙部Ｙの位置関係を説明する断面
図である。仮に、転写材５が小紙幅の封筒である場合、
加圧ローラ１の通紙部Ｘはゾーン１ａに相当し、非通紙
部Ｙは発熱体１１の端面までのゾーン１ｂと発熱体１１
と対向しないゾーン１ｃとに相当する。加圧ローラ１の
全長は、Ｘ＋２Ｙとなり該当の加熱定着装置の最大定着
幅に等しいのが好ましく、窒化アルミニウム基板１０の
全長まで伸長してもよい。

【００２６】次に、加圧ローラ１の長手寸法と窒化アル
ミニウム基板１０の熱伝導率を組み合わせて、非通紙部
Ｙの過剰加熱の影響を評価した結果につき説明する。

【００２７】図４の窒化アルミニウム基板１０の寸法が
Ｂ＝９ｍｍ、Ｌ１＝３７０ｍｍの上に、Ｌ２＝３２０ｍ
ｍの発熱体１１を形成したセラミックスヒータ３を準備
し、加圧ローラ１のニップ部の温度を１８０℃に維持し
ながら、周速を２４０ｃｍ／分（１１．４ｐｐｍに相
当）で運転しながら、封筒とＡ３用紙を交互に搬送して
トナー画像の定着性を評価した。

【００２８】

【実施例】（試料１） 窒化アルミニウム基板１０の材
質に熱伝導率８０Ｗ／ｍＫの窒化アルミニウムを用い、
加圧ローラ１の全長を３２５ｍｍに設定してニップ部の
過剰加熱による不具合の発生するまで運転すると、封筒
とＡ３用紙を３枚づつ連続で定着させた後、Ａ３用紙に
紙しわが発生した。

【００２９】（試料２） 窒化アルミニウム基板１０の
材質に熱伝導率８０Ｗ／ｍＫの窒化アルミニウムを用
い、加圧ローラ１の全長を３３０ｍｍに設定してニップ
部の過剰加熱による不具合の発生するまで運転すると、
封筒とＡ３用紙を６枚づつ連続で定着させた後、Ａ３用
紙に紙しわが発生した。

【００３０】（試料３） 窒化アルミニウム基板１０の
材質に熱伝導率８０Ｗ／ｍＫの窒化アルミニウムを用
い、加圧ローラ１の全長を窒化アルミニウム基板のＬ１
と同等の３７０ｍｍに設定してニップ部の過剰加熱によ
る不具合の発生するまで運転すると、封筒とＡ３用紙を
１０枚づつ連続で定着させた後も、Ａ３用紙に不具合は
発性しなかった。

【００３１】（試料４） 窒化アルミニウム基板１０の
材質に熱伝導率７０Ｗ／ｍＫの窒化アルミニウムを用
い、加圧ローラ１の全長を窒化アルミニウム基板のＬ１
と同等の３７０ｍｍに設定して、ニップ部の過剰加熱に
よる不具合の発生するまで運転すると、封筒とＡ３用紙
を１０枚づつ連続で定着させた後も、Ａ３用紙に不具合
は発性しなかったが、支持部材２の軟化を認めた。以上
の結果を、まとめて表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１の結果を考察すると、試料１の加圧ロ
ーラ１の全長では、発熱体１１の全長より伸長している
両端のゾーン１ｃの幅が５ｍｍしかなく、非通紙部Ｙに
おける放熱効果は不十分であることが判る。試料２の加
圧ローラ１の全長では、発熱体１１の全長より伸長して
いる両端のゾーン１ｃの幅が１０ｍｍとなり、非通紙部
Ｙは実用的な放熱効果を発揮してくる。

【００３４】試料３の加圧ローラ１の全長では、発熱体
１１の全長より伸長している両端のゾーン１ｃの幅が５
０ｍｍとなり、非通紙部Ｙは可成り顕著な放熱効果を発
揮してくる。因みに、Ａ３用紙の短尺寸法は、２９７ｍ
ｍであるから発熱体１１の全長は３００ｍｍに短縮し、
加圧ローラ１の全長を３５０ｍｍに設定しても同等の放
熱効果が得られる。

【００３５】試料３の加圧ローラ１の全長３７０ｍｍ
は、窒化アルミニウム基板１０の全長Ｌ１と等価であり
両端のゾーン１ｃ部分が充分に放熱効果に寄与している
ことを示している。両端のゾーン１ｃ部分を更に伸長す
ると放熱効果よりも、セラミックスヒータ３の消費電力
を増大させるばかりか、加熱定着装置の占有スペースを
増大させ好ましくない。

【００３６】そして、窒化アルミニウム基板１０の熱伝
導率は、８０Ｗ／ｍＫ以上が好ましく、７０Ｗ／ｍＫ近
傍では熱伝達が不充分で樹脂製の支持部材２の軟化を認
めた。また、２５０Ｗ／ｍＫ以上では発熱体１１の端子
１３の接点の過熱により接点が軟化する等の問題が発性
する。又、表１の１２ｐｐｍ近傍の評価運転を通じ、紙
しわの他の高温オフセツトや加圧ローラ１の熱変形等の
不具合は認められなかった。

【００３７】

【発明の効果】加熱定着装置の加圧ローラの長さを、セ
ラミックスヒータの発熱体の全長より１０〜５０ｍｍよ
り長くしたから、小紙幅の転写材が搬送された際の非通
紙部の輻射熱が該部より放熱されて、非通紙部の過剰加
熱を防ぎ紙しわや高温オフセット等の発生を抑制でき
る。さらに、セラミックスヒータの窒化アルミニウム基
板の全長と加圧ローラの全長を同等に設定すれば、非通
紙部の放熱効果は一層顕著な効果を発揮できる。

【００３８】又、セラミックスヒータの基板に、熱伝導
率が８０〜２５０Ｗ／ｍＫの窒化アルミニウムを選択す
れば、１２ｐｐｍ近傍の高速定着を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱定着装置における主要部品の関係
位置を説明する断面図である。

【図２】本発明の加圧ローラにより形成されるニップ部
周辺の拡大した断面図である。

【図３】本発明のセラミックスヒータの平面図である。

【図４】本発明のニップ部を転写材の通過正面から見た
通紙部と非通紙部の位置関係を説明する断面図である。

【図５】従来例のセラミツクスヒータの平面図である。

【符号の説明】

１：加圧ローラ ２：支持持部材 ３：セラミックスヒータ ４：定着フィルム ５：転写材 ６：トナー １０：窒化アルミニウム基板 １１：発熱体 １２：ガラス １３：端子

フロントページの続き (72)発明者 湯塩 泰久 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化アルミニウム基板の上に形成された
   発熱体を含むセラミックスヒータと、前記セラミックス
   ヒータに摺動しながら回転移動する定着フィルムと、前
   記セラミックスヒータの摺動面を通過する前記定着フィ
   ルムに圧力を加える加圧ローラとを備え、前記加圧ロー
   ラによる加圧と前記定着フィルムを介した前記セラミッ
   クスヒータによる加熱とによって、前記定着フィルムと
   前記加圧ローラの回転に伴い挟持されて移動する転写材
   の表面に形成されたトナー画像を加熱定着する装置にお
   いて、前記加圧ローラの長さが、前記セラミックスヒー
   タの前記発熱体の全長より１０ｍｍ〜５０ｍｍ長いこと
   を特徴とする加熱定着装置。
2. 【請求項２】 加圧ローラの接触面の長さが、セラミッ
   クスヒータの全長と同等の長さを有することを特徴とす
   る請求項１に記載の加熱定着装置。
3. 【請求項３】 セラミックスヒータのベースとなる窒化
   アルミニウム基板の熱伝導率が８０〜２５０Ｗ／ｍＫで
   あることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記
   載の加熱定着装置。