JPH11231713A

JPH11231713A - 加熱定着装置

Info

Publication number: JPH11231713A
Application number: JP10029841A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Tsujimoto; 隆浩辻本
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 1999-08-27
Also published as: US6137969A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】抵抗発熱体層への入力電流を所定の制限電流
以下に抑制することができ、その割りには加熱定着ロー
ラの昇温速度を低下させずに該ローラ温度を所定の定着
温度へ速やかに上昇させることができる加熱定着装置を
提供する。【解決手段】電気絶縁体層１１を介在させて重ねて形
成されている抵抗発熱体層（芯ローラ）１０及び抵抗発
熱体層１２を含む加熱定着ローラ１と、抵抗発熱体層１
０にのみ通電可能の第１回路又は抵抗発熱体層１０及び
抵抗発熱体層１２を並列接続してそれらに通電可能の第
２回路を形成できる電源回路８と、各抵抗発熱体層への
電源回路８による通電を制御する制御部ＣＯＮＴとを備
えており、制御部ＣＯＮＴは、加熱定着ローラ１の昇温
開始から所定時間経過するまでは抵抗発熱体層１０のみ
に通電し、該所定時間経過後から抵抗発熱体層１０及び
抵抗発熱体層１２を並列接続してそれらに通電するよう
に電源回路８を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複写機、プリンタ及
びファクシミリ機等の画像形成装置に用いられる加熱定
着装置、特に通電により発熱する抵抗発熱体層の面状発
熱を利用して未定着画像を保持した記録媒体に該画像を
加熱定着させる加熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機、プリンタ及びファクシミリ機等
の画像形成装置における加熱定着装置は、一般的には、
加熱定着ローラを備えており、トナー像等の未定着画像
を保持した記録媒体を該定着ローラとバックアップ部材
（一般的には加圧ローラ）との間に挟持しつつ通過させ
ることで該未定着画像を記録媒体上に加熱加圧して定着
させる。

【０００３】この定着ローラを加熱するために多くの熱
量が必要となる。最近では省エネルギのために画像形成
装置の画像形成中は勿論、待機中においても消費電力低
減が求められている。その消費電力低減効果に寄与する
要素の一つとして加熱定着装置の省電力化を挙げること
ができる。既述のように未定着画像を保持した記録媒体
に該画像を加熱加圧して定着させる加熱定着装置には、
例えば、加熱定着ローラにハロゲン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により該定着ロー
ラを加熱するものや、定着ローラに含まれる芯ローラに
形成され通電により発熱する物質からなる抵抗発熱体、
いわゆる面状発熱ヒータの発熱により該定着ローラを加
熱するものがある。

【０００４】これらのうち、ハロゲンヒータ等の内蔵発
熱ヒータを熱源とする加熱定着装置では、電気・熱変換
効率は７０％程度と言われており、残りの３０％程度は
変換ロスになっている。一方、面状発熱ヒータを熱源と
する加熱定着装置では、電気・熱変換効率はきわめて良
く、画像形成装置の消費電力値を低く設定することがで
き、大幅な省電力化を行える。

【０００５】また、ハロゲンヒータ等の内蔵発熱ヒータ
と同じ容量の面状発熱ヒータを用いるとすれば、該面状
発熱ヒータの電気・熱変換効率が高い分、定着ローラが
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）は大幅に短縮される。よって、省電力
下の面では、加熱定着装置の熱源として電気・熱変換効
率に優れた面状発熱ヒータを採用する方が有効である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、面状発熱ヒ
ータを採用する加熱定着装置では、昇温開始時、すなわ
ち定着ローラが未だ暖まっていない状態（室温の状態）
から発熱体層に電流を流しはじめたときに、該定着ロー
ラが暖まっている状態のときよりも多くの電流が流れる
という特性がある。低温時に多くの電流が流れることは
導電性材料の一般的な特性であるが、この発熱体層にお
いても同様である。温度上昇に伴って電気抵抗値は上昇
する。

【０００７】したがって、面状発熱ヒータを熱源とする
加熱定着装置では、定着ローラが所定の定着適正温度と
なった後に発熱体層に流れる電流が低いものであって
も、定着ローラの温度が低い昇温初期では該発熱体層の
電気抵抗値が低い分、多くの電流が流れることがある。
これを防止するために、例えば発熱体層の電気抵抗値を
高くしておき、定着ローラの昇温初期の発熱体層への電
流を制限するという方法が考えられるが、それでは、発
熱体に流れる電流が減少するので定着ローラの昇温速度
が遅くなってしまう。

【０００８】そこで本発明は、熱源として通電により発
熱する抵抗発熱体層を利用した加熱定着ローラを備えて
おり、未定着画像を保持した記録媒体に該画像を加熱定
着させることができる加熱定着装置であって、抵抗発熱
体層への入力電流を所定の制限電流以下に抑制すること
ができ、その割りには加熱定着ローラの昇温速度を低下
させずに該ローラ温度を所定の定着温度へ速やかに上昇
させることができる加熱定着装置を提供することを課題
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため、次の第１及び第２の各加熱定着装置を提供す
る。（１）第１加熱定着装置未定着画像を保持した記録媒体に該画像を加熱定着させ
る加熱定着装置であり、少なくとも二つの複数の抵抗発
熱体層を含む加熱定着ローラと、前記複数の抵抗発熱体
層のうちその全数より少ない所定の１又は２以上のもの
にのみ通電する第１回路と、前記複数の抵抗発熱体層の
うち前記未定着画像の定着のために使用する全ての抵抗
発熱体層に通電する第２回路とをそれぞれ形成できる電
源回路と、前記各抵抗発熱体層への前記電源回路による
通電を制御する制御部とを備えており、前記制御部は、
前記加熱定着ローラの昇温開始から所定時間経過するま
では前記第１回路を形成し、該所定時間経過後から前記
第２回路を形成するように前記電源回路を制御するもの
であり、前記第１回路は、前記所定時間が経過するまで
該第１回路を構成する前記一つの抵抗発熱体層又は２以
上の抵抗発熱体層への入力電流が所定の制限電流以下と
なる回路であり、前記第２回路は、前記所定時間経過後
において、前記未定着画像の定着のために使用する全て
の抵抗発熱体層による合成抵抗の抵抗値が、前記第１回
路を構成していた前記一つの抵抗発熱体層の抵抗値又は
２以上の抵抗発熱体層群による合成抵抗の抵抗値より低
くなり、且つ、該未定着画像の定着のために使用する全
ての抵抗発熱体層による合成抵抗のもとにおけるそれら
抵抗発熱体層への入力電流が所定の制限電流以下となる
回路であることを特徴とする加熱定着装置。（２）第２加熱定着装置未定着画像を保持した記録媒体に該画像を加熱定着させ
る加熱定着装置であり、少なくとも二つの複数の抵抗発
熱体層を含む加熱定着ローラと、前記複数の抵抗発熱体
層のうちその全数より少ない所定の１又は２以上のもの
にのみ通電する第１回路と、前記複数の抵抗発熱体層の
うち前記未定着画像の定着のために使用する全ての抵抗
発熱体層に通電する第２回路とをそれぞれ形成できる電
源回路と、前記各抵抗発熱体層への前記電源回路による
通電を制御する制御部と、前記加熱定着ローラの温度を
検出する装置とを備えており、前記制御部は、前記加熱
定着ローラが昇温開始から前記温度検出装置が所定温度
を検出するまでは前記第１回路を形成し、前記温度検出
装置が該所定温度検出後から前記第２回路を形成するよ
うに前記電源回路を制御するものであり、前記第１回路
は、前記温度検出装置が所定温度を検出するまでは、該
第１回路を構成する前記一つの抵抗発熱体層又は２以上
の抵抗発熱体層への入力電流が所定の制限電流以下とな
る回路であり、前記第２回路は、前記温度検出装置が所
定温度検出後において、前記未定着画像の定着のために
使用する全ての抵抗発熱体層による合成抵抗の抵抗値
が、前記第１回路を構成していた前記一つの抵抗発熱体
層の抵抗値又は２以上の抵抗発熱体層群による合成抵抗
の抵抗値より低くなり、且つ、該未定着画像の定着のた
めに使用する全ての抵抗発熱体層による合成抵抗のもと
におけるそれら抵抗発熱体層への入力電流が所定の制限
電流以下となる回路であることを特徴とする加熱定着装
置。

【００１０】前記第１及び第２の各加熱定着装置による
と、前記加熱定着ローラを室温（加熱定着ローラの加熱
前の温度）から定着に適した所定の温度（例えば、それ
には限定されないが、１５０℃〜２００℃）にまで昇温
するにあたり、前記電源回路においては制御部の指示の
もとに、当初は、第１回路が形成され、該第１回路によ
り該回路における１又は２以上の抵抗発熱体層にのみ通
電される。この第１回路による抵抗発熱体層への通電に
おいては、第１回路を構成している一つの抵抗発熱体層
又は２以上の抵抗発熱体層への入力電流が所定の制限電
流以下に抑制される。

【００１１】すなわち、抵抗発熱体層はそれ自身の温度
上昇により抵抗が増していくのであるが、該１又は２以
上の抵抗発熱体層として、それへの通電による加熱定着
ローラの昇温開始から、第１加熱定着装置では所定時間
経過するまでは、また第２加熱定着装置では前記温度検
出装置による検出温度が所定温度に達するまでは、該一
つの抵抗発熱体層又は２以上の抵抗発熱体層への入力電
流が所定の制限電流以下に抑制されるのであり、一つの
抵抗発熱体層の場合には、通電開始当初においてもかか
る制限電流以下を達成するそのような抵抗発熱体層が採
用され、２以上の抵抗発熱体層の場合には、通電開始当
初においてもかかる制限電流以下を達成するように個々
の抵抗発熱体層が選択採用されるとともにそれらが接続
されるのである。

【００１２】既述のように抵抗発熱体層は、それ自身ま
だ昇温していないときは抵抗値が低く、昇温とともに抵
抗値が増していく性質がある。従ってこのような第１回
路を採用せず、当初から未定着画像を定着するために使
用する全抵抗発熱体層へ一斉に通電するとすれば、それ
ら抵抗発熱体層へ流入する電流が制限電流を超える恐れ
があるが、ここでは前記第１回路を採用するのでそのよ
うな恐れはない。

【００１３】また、仮に第１回路だけで加熱定着ローラ
を昇温させようとすると、抵抗発熱体層の昇温とともに
その抵抗値が増大し、流れる電流量が次第に低下するか
らローラの昇温速度は遅くなってしまうが、これに対し
第１加熱定着装置においては前記所定時間経過後から前
記第２回路が採用され、第２加熱定着装置においては温
度検出装置による所定温度検出後から前記第２回路が採
用される。

【００１４】第１加熱定着装置の場合の前記所定時間、
第２加熱定着装置の場合の前記所定温度は、採用する抵
抗発熱体層の種類、サイズなどや、それらの接続状態、
さらには該抵抗発熱体層が設けられる相手方部材の材
質、熱容量等に応じて、前記第２回路に切り換えたとき
でも抵抗発熱体層への入力電流が所定の制限電流以下に
抑制されるように、或いはさらに制限電流以下を達成し
つつ加熱定着ローラの昇温速度を速めるように、実験等
により予め決定しておくことができる。

【００１５】第１加熱定着装置においては前記所定時間
経過後から、また第２加熱定着装置においては前記所定
温度検出後から、電源回路において制御部の指示のもと
に第２回路が形成され、該第２回路により未定着画像の
定着のために使用する全ての抵抗発熱体層に通電され
る。この第２回路による抵抗発熱体層への通電において
は、未定着画像の定着のために使用する抵抗発熱体層へ
の入力電流は所定の制限電流以下に抑制される。

【００１６】また、第２回路による抵抗発熱体層への通
電においては入力電流が制限電流以下に抑制されるもの
の、この通電時における、未定着画像の定着のために使
用する全ての抵抗発熱体層による合成抵抗の抵抗値は、
前記第１回路を構成していた一つの抵抗発熱体層の抵抗
値又は２以上の抵抗発熱体層群による合成抵抗の抵抗値
より低く設定され、それだけ流れる電流が大きくなり、
抵抗発熱体層のジュール熱損が増し、さらに使用する抵
抗発熱体層の数が増すから、加熱定着ローラの昇温速度
を実用上無視できない程度まで遅らせることはなく、速
やかに該ローラを所定の定着温度まで上昇させることが
できる。

【００１７】第２回路を構成する全抵抗発熱体層のうち
第１回路を構成していた抵抗発熱体層以外のものは、こ
のように制限電流以下を達成するとともに合成抵抗の抵
抗値を低下させるように選択採用されるとともに第１回
路を構成していた一つの抵抗発熱体層又は２以上の抵抗
発熱体層群に対し接続されるのである。かかる接続状態
としては、普通には、合成抵抗の抵抗値が低くなるよう
に、第２回路を構成する全抵抗発熱体層のうち第１回路
を構成していた抵抗発熱体層以外のもののそれそぞれ
を、第１回路を構成していた一つの抵抗発熱体層又は２
以上の抵抗発熱体層群に対し並列に接続する場合を挙げ
ることができる。

【００１８】以上により、第１及び第２の加熱定着装置
では、加熱定着ローラの抵抗発熱体層に流れる電流を制
限電流以下に抑制しつつ定着ローラの昇温速度を遅らせ
ることなく、速やかに該ローラ温度を所定の定着温度へ
向け上昇させることができる。第１及び第２の加熱定着
装置のいずれにおいても、加熱定着ローラが未定着画像
の定着に適する所定の定着温度に到達したのちは、前記
第２回路を採用しなくてもよく、例えば前記電源回路に
おいて該所定の定着温度を維持できる適当な回路を形成
してそれを用いてもよい。

【００１９】なお、前記制限電流値としては、通常使用
される供給電源の定格電流値である１５Ａを例示でき
る。第１及び第２のいずれの加熱定着装置においても、
前記電源回路及びこれを制御する前記制御部として例え
ば、次のものを挙げることができる。すなわち、電源回
路については、全ての抵抗発熱体層のそれぞれにＳＳＲ
（ソリッドステートリレー）、光半導体が組み合わされ
たフォトカプラ等のスイッチ装置を直列に接続し、その
それぞれの直列に接続されたスイッチ装置及び抵抗発熱
体層の組を並列に接続した回路を含む電源回路を例示で
き、制御部についてはかかる電源回路におけるスイッチ
装置のうち第１回路を構成するための所定の１又は２以
上の抵抗発熱体層に直列接続されたスイッチ装置のみを
オンさせることで第１回路を形成し、未定着画像の定着
に使用するすべての抵抗発熱体層のそれぞれに直列接続
されたスイッチ装置をすべてオンさせることで第２回路
を形成できるものを例示できる。

【００２０】第１及び第２のいずれの加熱定着装置にお
いても、前記加熱定着ローラとして、導電性材料からな
る中空芯ローラであって前記複数の抵抗発熱体層のうち
の一つを兼ねる芯ローラを含んでおり、前記複数の抵抗
発熱体層のうち他のものが電気絶縁体層を介して該芯ロ
ーラの外周面及び（又は）内周面に重ね形成されている
ものを例示できる。この場合、該芯ローラは前記第１回
路を形成するための抵抗発熱体層を兼ねていてもよい。

【００２１】前記導電性材料からなる中空芯ローラとし
ては、例えば、炭素鋼管、ステンレス合金管、或いはア
ルミニウム合金管など挙げることができる。かかる導電
性材料からなる芯ローラを採用する場合、複数の抵抗発
熱体層のうち他のものの例として、該芯ローラの外周面
及び（又は）内周面に電気絶縁体層を介して重ね形成さ
れた銀パラジゥムを含むカーボン等からなる抵抗発熱体
層を例示できる。

【００２２】また、前記中空芯ローラの外周面側に、最
外層として離型性を向上させるためのポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッソ樹脂などからなる離
型層を形成してもよい。

【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に本発明の一実施形態である
加熱定着装置の１例の概略断面図を示す。この加熱定着
装置は、未定着のトナー像を保持するシート状記録材上
に、該トナー像を加熱定着させるためのものである。

【００２４】この加熱定着装置は、加熱定着ローラ１及
び加熱定着ローラ１に対向する加圧ローラ２を備えてい
る。加熱定着ローラ１はその両端部において軸受け３
１、３１により回転可能に支持されている。図中左側の
軸受け３１は、定着装置ハウジングＨにネジ留めされた
樹脂製ホルダー４１の筒状突出部４１３の内周面に合成
樹脂で一体的に形成されている。また、図中右側の軸受
け３１もハウジングＨにネジ留めされた樹脂製ホルダー
４２の断面円形凹部４２３の内周面に合成樹脂で一体的
に形成されている。加熱定着ローラ１の右側端部の外周
面には、リングギア１４が設けられており、リングギア
１４はギア列（図示省略）を介してモータ（図示省略）
により駆動でき、これにより加熱定着ローラ１は回転駆
動される。

【００２５】加圧ローラ２は、軸芯の周囲に表面離型性
耐熱ゴム層（本例では、シリコンゴム層）がコーティン
グされたものである。その両端部に設けられた軸２１が
支持部材３２により回転可能に支持されており、また、
支持部材３２に一方向から接するバネ３２１により加熱
定着ローラ１に向けて押圧されている。加圧ローラ２
は、加熱定着ローラ１の回転に従動して、或いは、両ロ
ーラの間に通される記録シートの移動に従動して回転す
る。

【００２６】加熱定着ローラ１は、ここではアルミニゥ
ム合金管からなる中空円筒パイプ状の芯ローラ１０を主
体とするもので、該芯ローラ１０の内周面には電気絶縁
体層１１を介して抵抗発熱体層１２が積層形成さてい
る。該抵抗発熱体層１２は、ここでは銀パラジュウムを
含むカーボンからなっている。芯ローラ１０の外周面に
は離型層１３が形成されている。

【００２７】芯ローラ１０は抵抗発熱体層を兼ねてお
り、通電により自らジュール発熱する。抵抗発熱体層１
２も、通電により自らジュール発熱する。離型層１３
は、未定着のトナー像を保持する記録シートが加熱定着
ローラ１とこれに対向する加圧ローラ２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形成されており、本例
ではポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からな
る。

【００２８】これら絶縁層１１、抵抗発熱体層１２及び
離型層１３は抵抗発熱体層（芯ローラ）１０と一体的に
回転する。加熱定着ローラ１の回転中心軸線方向の両端
部には、それぞれ受電部材１５が装着されている。それ
には限定されないが、ここでは抵抗発熱体層（芯ロー
ラ）１０の内周面側に嵌装されている。各受電部材１５
は、ローラ１の回転中心軸線と中心線を一致させた平坦
円形状の頂面１５２を有するものである。なお、該頂面
１５２は正確には内側円形頂面とこれを間隔をおいて囲
むリング形状の頂面からなっている。

【００２９】各受電部材１５は導電性材料からなる受電
端子１５３、１５４からなっている。これら受電端子１
５３、１５４は前記頂面１５２の内側円形頂面とこれを
囲むリング形状の頂面の間に嵌め込んだ絶縁リング部材
１５５により電気的に絶縁されている。受電端子１５
３、１５４及び絶縁部材１５５は一体的に形成されてい
る。

【００３０】受電端子１５３は導電性接着剤により抵抗
発熱体層１２に接着固定され、該発熱体層１２に電気的
に接続している。受電端子１５４は導電性接着剤により
抵抗発熱体層（芯ローラ）１０に接着固定され、抵抗発
熱体層（芯ローラ）１０に電気的に接続している。受電
端子１５３、１５４からなるこの受電部材１５は、抵抗
発熱体層（芯ローラ）１０と一体的に回転する。

【００３１】各受電部材１５の平坦頂面１５２には、加
熱定着ローラ１の回転中心軸線方向外側から、給電部材
１６がそれぞれ面接触している。各給電部材１６は給電
端子１６３とこれを間隔をおいて囲む筒形状の給電端子
１６４を有しており、いずれも導電性材料からなってい
る。これら給電端子１６３、１６４はこれらの間に嵌め
込まれた絶縁円筒部材１６５により電気的に絶縁されて
おり、給電端子１６３、１６４及び絶縁部材１６５は一
体的に形成されている。

【００３２】図１中左側の給電部材１６は、ホルダー４
１に設けた凹所４１１に嵌入されて、該凹所４１１のロ
ーラ１側に設けた孔４１１ａから一部突出して受電部材
１５に臨み、前記凹所４１１に嵌装したバネ１６１にて
受電部材１５に適圧下に接触し、給電端子１６３が受電
端子１５３に、給電端子１６４が受電端子１５４にそれ
ぞれ接触している。また、右側の給電部材１６も右側ホ
ルダー４２の凹所４２１に嵌入されて、ホルダー孔４２
１ａから一部突出して右側受電部材１５に臨み、該凹所
４２１に嵌められたバネ１６１にて右側受電部材１５に
適圧下に接触し、給電端子１６３が受電端子１５３に、
給電端子１６４が受電端子１５４にそれぞれ接触してい
る。なお各バネ１６１は給電端子１６３には接触せず、
給電端子１６４に接触しつつ給電部材１６全体を受電部
材１５へ向け押圧している。各バネ１６１はホルダー外
端部にネジ留めした導電性端子板３３にて外端を支持さ
れている。かくして、受電部材１５が抵抗発熱体層（芯
ローラ）１０と一体的に回転しても受電端子１５３、１
５４と給電端子１６３、１６４との電気的接続が保たれ
るようになっている。各給電端子１６３は端子板３３に
貫通した電線３６に電気的に接続されている。また、各
給電端子１６４はリード線１６２によりそれぞれ端子板
３３に電気的に接続されている。

【００３３】左側端子板３３には、電源８１（図３も参
照）の一端に接続された電線３４が圧着端子３４１によ
り接続されており、右側端子板３３には、第１ソリッド
ステートリレーＳＳＲ１（図３も参照）を介して電源８
１の他端に接続された電線３４が圧着端子３４１により
接続されている。また、左側電線３６は、電源８１（図
３も参照）の一端に接続されており、右側電線３６は、
第２ソリッドステートリレーＳＳＲ２（図３も参照）を
介して電源８１の他端に接続されている。また、この加
熱定着装置には、後述する制御部ＣＯＮＴが設けられて
おり、第１リレーＳＳＲ１及び第２リレーＳＳＲ２は制
御部ＣＯＮＴに接続されている。

【００３４】図２は図１に示す加熱定着装置の加熱定着
ローラ１（一部切欠状態）及び加圧ローラ２の斜視図で
あり、受電部材１５と給電部材１６との接触状態及び加
熱定着ローラ１と加圧ローラ２との間に通過する記録シ
ートＳの通紙状態を示している。既述のとおり受電部材
１５は、芯ローラ１０の回転中心軸線方向の両端部に装
着され該芯ローラ１０と共に回される。また、給電部材
１６は受電部材１５に芯ローラ１０の回転中心軸線方向
外側から接触する。

【００３５】かかる加熱定着装置は複写機、プリンタ等
の画像形成装置に搭載される。加熱定着ローラ１は図中
反時計方向Ａに回転駆動され、加圧ローラ２は図中時計
方向Ｂに従動回転する。未定着のトナー像を保持する記
録シートＳが加熱定着ローラ１と加圧ローラ２との間に
挟持されつつ、それらの間に通され、該両ローラのニッ
プ部において、記録シートＳ上のトナー像は所定の定着
温度に達している加熱定着ローラの熱により溶融し、両
ローラから作用する圧力により記録シートＳに定着され
る。そのあと、加熱定着ローラ１及び加圧ローラ２の回
転に伴い、記録シートＳは図示を省略した排紙ローラに
よって図中矢印Ｃ方向へ搬送され、排紙トレイに排出さ
れる。

【００３６】図３に抵抗発熱体層（芯ローラ）１０及び
抵抗発熱体層１２への通電を行う電源回路８の概略ブロ
ック図を、その通電制御を行う制御部ＣＯＮＴとともに
示す。なお、図３においては、受電部材１５、給電部材
１６、バネ１６１、リード線１６２等は図示を省略して
ある。抵抗発熱体層（芯ローラ）１０、抵抗発熱体層１
２には、そのそれぞれに直列接続される第１ソリッドス
テートリレーＳＳＲ１、第２ソリッドステートリレーＳ
ＳＲ２をオンすることにより電源８１から交流電流を通
電することができる。第１リレーＳＳＲ１、第２リレー
ＳＳＲ２には、加熱定着装置全体の動作制御を行う、中
央演算処理装置（ＣＰＵ）を含む制御部ＣＯＮＴが接続
されており、制御部ＣＯＮＴにより第１リレーＳＳＲ
１、第２リレーＳＳＲ２はオン、オフされる。なお、本
例では抵抗発熱体層（芯ローラ）１０及び抵抗発熱体層
１２への通電は第１リレーＳＳＲ１、第２ＳＳＲ２を用
いてそのオン、オフにて行うが、ＳＳＲに代えて光半導
体が組み合わされたフォトカプラなどを用いてそのオ
ン、オフを行ってもよい。

【００３７】制御部ＣＯＮＴは、後述する加熱定着ロー
ラ１の昇温動作により、加熱定着ローラ１を定着に適し
た所定の温度（本例では２００℃）になるまで加熱指示
する。それ以降は第２リレーＳＳＲ２はオフ状態とする
一方、加熱定着ローラ１の離型層１３の外周面上に当接
された温度検出素子であるサーミスタＴＨ（図１におい
て図示を省略）の検出する加熱定着ローラ１の温度に基
づいて、第１リレーＳＳＲ１のオン、オフを行う。すな
わち、サーミスタＴＨの検出する加熱定着ローラ１の温
度に基づき、制御部ＣＯＮＴは抵抗発熱体層（芯ロー
ラ）１０への通電制御を行い、加熱定着ローラ１を所定
の温度に維持する。

【００３８】なお、加熱定着ローラ１の温度制御のため
の上記サーミスタＴＨとは別に、加熱定着ローラ１の異
常昇温防止のための温度検出素子を設けてもよい。該温
度検出素子が検出する温度に基づき開閉する安全スイッ
チを、図３に示す抵抗発熱体層（芯ローラ）１０及び抵
抗発熱体層１２と電源８１との間に直列に接続すれば、
何らかの原因により制御部ＣＯＮＴによる通電制御が正
常に動作せず、加熱定着ローラ１が異常昇温するような
ときにも、該安全スイッチにより加熱定着ローラ１やそ
の周辺部品が熱的損傷を受ける前に通電回路を遮断する
ことができる。該温度検出素子も、加熱定着ローラ１の
外周面上に当接して設ければよい。該温度検出素子とし
ては、例えばサーミスタや熱電対を採用することがで
き、また、温度検出機能を備える安全スイッチとして、
例えば温度ヒューズを採用することができる。

【００３９】次に、以上説明した加熱定着装置におい
て、図４を参照しながら図１及び図３に示す電源回路８
での昇温動作について説明する。図４に加熱定着ローラ
１の昇温開始から所定の適正定着温度になるまでの電源
回路８の入力電流値の変化を示す。図４において、図中
実線α、βは本発明にかかる制御部の制御の１例による
電流変化を示しており、図中点線α’、β’は芯ローラ
１０にのみ通電した場合の電流変化を示してる。

【００４０】この加熱定着装置によると、加熱定着ロー
ラ１の昇温初期段階においては、加熱定着ローラ１を室
温（加熱定着ローラ１の加熱開始前の温度）から昇温さ
せるために、制御部ＣＯＮＴは、所定の時間ｔ１まで
は、電源回路８（図３参照）に、抵抗発熱体層（芯ロー
ラ）１０及び抵抗発熱体層１２のうち抵抗発熱体層（芯
ローラ）１０のみに通電可能な第１回路を形成させる。
すなわち、制御部ＣＯＮＴは、所定の時間ｔ１までは、
第１リレーＳＳＲ１をオンし、第２リレーＳＳＲ２をオ
フし、抵抗発熱体層（芯ローラ）１０のみに交流電流を
通電させる。この回路における抵抗発熱体層の抵抗値は
芯ローラ１０の抵抗値であり、それは加熱定着ローラ１
が室温状態のとき、すなわち芯ローラの温度が未だ低
く、従ってその抵抗値が未だ低いときでさえ、抵抗発熱
体層（芯ローラ）１０への入力電流値が制限電流値（本
例では１５Ａ）を超えないものである。換言すれば芯ロ
ーラ１０としてそのようなものが採用されている。

【００４１】この抵抗発熱体層（芯ローラ）１０のみ通
電可能な回路での通電により、抵抗発熱体層（芯ロー
ラ）１０の温度が上昇し、抵抗発熱体層（芯ローラ）１
０の抵抗値がしだいに上昇する。これに伴って、図４中
の実線α、点線α’に示すように、抵抗発熱体層（芯ロ
ーラ）１０への入力電流が略１５Ａから減少していく。
これにより、加熱定着ローラ１の昇温初期において抵抗
発熱体層（芯ローラ）１０に流れる電流を制限電流以下
に抑制できるが、このままでは、さらに該抵抗発熱体層
の温度が上昇し、図４中の点線β’に示すように、抵抗
発熱体層（芯ローラ）１０への入力電流がさらに減少
し、加熱定着ローラ１が適正定着温度（本例では２００
℃）に達するころには略５Ａにまで減少するので、該適
正定着温度に達するまでに時間（図４中昇温開始から時
間ｔ３までの時間）がかかってしまう。しかし、この加
熱定着装置では、次のような制御を行って加熱定着ロー
ラ１の昇温速度を大きくしている。

【００４２】すなわち、所定の時間ｔ１経過のときに、
制御部ＣＯＮＴは電源回路８に、抵抗発熱体層（芯ロー
ラ）１０及び抵抗発熱体層１２を並列接続してそれらに
通電可能な第２回路を形成させる。すなわち、制御部Ｃ
ＯＮＴが、第１リレーＳＳＲ１及び第２リレーＳＳＲ２
をともにオンし、抵抗発熱体層（芯ローラ）１０及び抵
抗発熱体層１２の両方に交流電流を通電する。この回路
で形成される合成抵抗の抵抗値は、抵抗発熱体層（芯ロ
ーラ）１０と抵抗発熱体層１２が並列に接続されるの
で、抵抗発熱体層１０、１２の抵抗をＲ１、Ｒ２とする
と、１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）となり、抵抗発熱体層
（芯ローラ）１０のみ通電可能な回路の抵抗値Ｒ１より
減少する。またここでは、このとき、並列接続された抵
抗発熱体層（芯ローラ）１０及び抵抗発熱体層１２への
入力電流値が制限電流値（本例では１５Ａ）を超えない
ようにしている。すなわち、抵抗発熱体層１０、１２の
抵抗値はそれらの温度（換言すればそれらにより加熱さ
れる加熱定着ローラ１の温度）によってきまるので、並
列接続された抵抗発熱体層（芯ローラ）１０及び抵抗発
熱体層１２への入力電流が制限電流を超えない合成抵抗
値が得られる加熱定着ローラ１の温度（図４中温度Ｔ
１）を予め実験で求めておき、加熱定着ローラ１が室温
状態からその温度になるまでの時間として前記時間ｔ１
を設定している。なお、抵抗発熱体層（芯ローラ）１０
及び抵抗発熱体層１２の抵抗値は該抵抗発熱体層の大き
さ（例えば、加熱定着ローラ１の回転中心軸線方向の長
さ、加熱定着ローラ１の直径、抵抗発熱体層の層厚な
ど）や材質に影響されるので、これらを考慮して抵抗発
熱体層（芯ローラ）１０及び抵抗発熱体層１２の抵抗値
を設定している。

【００４３】所定の時間ｔ１経過後から、並列接続され
た抵抗発熱体層（芯ローラ）１０及び抵抗発熱体層１２
への通電により、それら抵抗発熱体層の温度が上昇し、
それら抵抗発熱体層の抵抗値がしだいに上昇するが、そ
れらによる合成抵抗の抵抗値は既述のように抵抗発熱体
層（芯ローラ）１０のみに通電するときの抵抗値よりも
小さく、従って並列接続された抵抗発熱体層（芯ロー
ラ）１０及び抵抗発熱体層１２への入力電流がそれだけ
大きくなるので、抵抗発熱体層（芯ローラ）１０及び抵
抗発熱体層１２のジュール熱損が上昇し、また、二つの
抵抗発熱体層１０、１２を用いるので、それだけ加熱定
着ローラ１の昇温速度を遅らせることなく、該ローラを
速やかに所定定着温度まで昇温させることができる。図
４の例では時間ｔ２（＜ｔ３）で所定の定着温度２００
℃に到達する。

【００４４】このことを図４を参照しながらさらに説明
すると、時間ｔ１までは抵抗発熱体層（芯ローラ）１０
にのみ通電し、時間ｔ１経過後、時間ｔ２までの間にお
いては芯ローラ１０及び抵抗発熱体層１２を並列接続し
た回路に通電して加熱定着ローラ１を所定定着温度２０
０℃まで昇温させる場合の熱量は、図４中の実線βと点
線α’とで挟まれる領域の面積Ｙ’に図４中点線α’下
方の白抜き斜線部分の面積Ｘを加えた面積に相当する。
この合計面積のうち、面積Ｙ’は、抵抗発熱体層（芯ロ
ーラ）１０のみに時間ｔ２からｔ３（所定定着温度２０
０℃になるとき）まで通電したときの熱量に相当する、
図４中点線α’及びβ’下方の面積から前記面積Ｘを差
し引いた残りの面積Ｙ、すなわち時間ｔ２からｔ３まで
の熱量に相当する面積に等しい。すなわち、抵抗発熱体
層（芯ローラ）１０と抵抗発熱体層１２との並列接続に
よる合成抵抗の抵抗値が制限電流を超えなくなる時間ｔ
１経過後から、並列接続された抵抗発熱体層（芯ロー
ラ）１０と抵抗発熱体層１２とに通電することで、速や
かに加熱定着ローラ１を所定の適正定着温度まで昇温さ
せることができるのである。所定の適正定着温度の検出
は、図３に示すサーミスタＴＨが検出する。

【００４５】本例では熱定着ローラ１が所定の適正定着
温度に達すると、既述のとおりその後（図中時間ｔ２以
降）は、所定の適正定着温度を保つために、制御部ＣＯ
ＮＴがサーミスタＴＨの検出する加熱定着ローラ１の温
度に基づいて、第１リレーＳＳＲ１のオン、オフを行
う。第２リレーＳＳＲ２は所定の適正定着温度に達する
とオフされ、それ以降は常にオフ状態である。

【００４６】なお、以上説明した加熱定着装置では、制
御部ＣＯＮＴが電源回路８に抵抗発熱体層（芯ローラ）
１０のみ通電可能な第１回路から抵抗発熱体層（芯ロー
ラ）１０及び抵抗発熱体層１２を並列接続してそれらに
通電可能な第２回路を形成させるタイミングを予め実験
等により求めておくことができる所定の時間ｔ１によっ
て定めているが、サーミスタＴＨが同様のタイミングを
検出できる加熱定着ローラ１の所定の温度を予め実験等
により求めておき、制御部ＣＯＮＴが、サーミスタＴＨ
によるこの所定温度検出までは電源回路８において抵抗
発熱体層（芯ローラ）１０にのみ通電させ、該所定温度
検出後から所定の適正定着温度検出までは、電源回路８
において抵抗発熱体層（芯ローラ）１０及び抵抗発熱体
層１２を並列接続させてそれらに通電させるようにして
もよい。

【００４７】なお、以上説明した加熱定着ローラ１にお
いては、抵抗発熱体層１２を芯ローラ１０の内周面に設
けたが、芯ローラ１０の外周面、或いは内外周面に設け
てもよい。次に、本発明に係る加熱定着装置の他の例に
ついて図５を参照して説明する。この装置における加熱
定着ローラも芯ローラ１０を備えているが、該芯ローラ
１０は抵抗発熱体層を兼ねていない。

【００４８】図５に示す加熱定着装置は、加熱定着ロー
ラ１’を備えており、該加熱定着ローラ１’は芯ローラ
１０と、その外周面に電気絶縁層１１１を介して積層さ
れた抵抗発熱体層１２０、内周面に電気絶縁層１１２を
介して積層さた抵抗発熱体層１２１を含んでいる。抵抗
発熱体層１２０の外周面には離型層１３１が形成されて
おり、これに加熱定着ローラ温度検出用のサーミスタＴ
Ｈが当接している。

【００４９】抵抗発熱体層１２０には一対のリング形状
の受電部材２５４’が外嵌され、電気的に接続されてお
り、各受電部材２５４’に定位置の給電部材２６４’が
相対的摺動可能に接触している。一方の給電部材２６
４’は交流電源８１の一端に電気的に接続され、他方の
給電部材２６４’は第１ソリッドステートリレーＳＳＲ
１を介して電源８１の他端に接続されている。

【００５０】抵抗発熱体層１２１には一対のリング形状
の受電部材２５３’が内嵌され、電気的に接続されてお
り、各受電部材２５３’に定位置の給電部材２６３’が
相対的摺動可能に接触している。一方の給電部材２６
３’は交流電源８１の一端に電気的に接続され、他方の
給電部材２６３’は第２ソリッドステートリレーＳＳＲ
２を介して電源８１の他端に接続されている。

【００５１】前記と同様の制御部ＣＯＮＴが設けられて
おり、各リレーＳＳＲ１、ＳＳＲ２は該制御部からの指
示基づいてオン、オフされる。サーミスタＴＨの検出温
度情報は制御部ＣＯＮＴに入力される。この加熱定着装
置においても、図１から図３に示す加熱定着装置と同様
に、制御部ＣＯＮＴからの指示で前記と同様の第１回
路、第２回路を形成して、抵抗発熱体層に流れる電流を
制限電流以下に抑制しつつ、加熱定着ローラ１’を速や
かに所定定着温度まで上昇させ、その温度に維持するこ
とができる。

【００５２】この他、芯ローラの内周面側には抵抗発熱
体層を設けずに、芯ローラの外周面側に２層、或いはそ
れ以上の抵抗発熱体層を設けてもよい。図６は芯ローラ
１０の外周面側に２層の抵抗発熱体層１２０、１２２を
設けた例を示している。図６において、図５の定着装置
における部品、部分と実質上同じ機能の部品、部分には
図５と同じ参照符号を付してある。なお、図６中１１３
は絶縁層である。芯ローラの外周面側には抵抗発熱体層
を設けずに、芯ローラの内周面側に２層、或いはそれ以
上の抵抗発熱体層を設けてもよい。また、受電部材及び
給電部材は各抵抗発熱体層について一対ずつ設けてもよ
いが、制御部からの指示基づいてオン、オフするソリッ
ドステートリレー等のスイッチ装置を介さずに直接電源
に接続される側の受電部材及び給電部材については、複
数の抵抗発熱体層のうち２以上のものに電気的に接続し
てそれらに共通のものとしてもよい。図７はその１例を
示している。いずれにしても前記のような第１回路、第
２回路を形成できる電源回路を設け、これを制御部にて
コントロールし、抵抗発熱体層に流れる電流を制限電流
以下に抑制しつつ、加熱定着ローラを速やかに所定定着
温度まで上昇させ、その温度に維持することができる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によると、熱源として通電により
発熱する抵抗発熱体層を利用した加熱定着ローラを備え
ており、未定着画像を保持した記録媒体に該画像を加熱
定着させることができる加熱定着装置であって、抵抗発
熱体層への入力電流を所定の制限電流以下に抑制するこ
とができ、その割りには加熱定着ローラの昇温速度を低
下させずに該ローラ温度を所定の定着温度へ速やかに上
昇させることができる加熱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加熱定着装置の概略
断面図である。

【図２】図１に示す加熱定着装置の加熱定着ローラ及び
加圧ローラの斜視図である。

【図３】抵抗発熱体層を兼ねる芯ローラ及びもう一つの
抵抗発熱体層のための電源回路及び通電制御を行う制御
回路の概略図である。

【図４】加熱定着ローラの昇温開始から所定の適正定着
温度になるまでの電源回路の入力電流値の変化を示す図
である。

【図５】本発明に係る加熱定着装置の他の例の概略断面
図である。

【図６】本発明に係る加熱定着装置のさらに他の例の概
略断面図である。

【図７】本発明に係る加熱定着装置のさらに他の例の概
略断面図である。

【符号の説明】

１、１’ 加熱定着ローラ２加圧ローラ３１軸受けＨ定着装置ハウジング４１樹脂製ホルダー４１１ホルダーに設けた凹所４１１ａ凹所の加熱定着ローラ側に設けた孔４１３筒状突出部４２樹脂製ホルダー４２１右側ホルダーの凹所４２１ａホルダー孔４２３断面円形凹部２１軸３２支持部材３２１バネ３３導電性端子板３４、３６電線３４１圧着端子１０抵抗発熱体層（芯ローラ）１１、１１１、１１２、１１３電気絶縁層１２、１２０、１２１、１２２抵抗発熱体層１３、１３１離型層１４リングギア１５受電部材１５２平坦円形頂面１５３、１５４受電端子１５５絶縁部材１６給電部材１６１バネ１６２リード線１６３、１６４給電端子１６５絶縁部材２５３’、２５４’ リング状受電部材２６３’、２６４’ リング状給電部材８電源回路８１電源ＳＳＲ１第１ソリッドステートリレーＳＳＲ２第２ソリッドステートリレーＳ記録シートＣＯＮＴ制御部ＴＨサーミスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】未定着画像を保持した記録媒体に該画像を
加熱定着させる加熱定着装置であり、少なくとも二つの複数の抵抗発熱体層を含む加熱定着ロ
ーラと、前記複数の抵抗発熱体層のうちその全数より少ない所定
の１又は２以上のものにのみ通電する第１回路と、前記
複数の抵抗発熱体層のうち前記未定着画像の定着のため
に使用する全ての抵抗発熱体層に通電する第２回路とを
それぞれ形成できる電源回路と、前記各抵抗発熱体層への前記電源回路による通電を制御
する制御部とを備えており、前記制御部は、前記加熱定着ローラの昇温開始から所定
時間経過するまでは前記第１回路を形成し、該所定時間
経過後から前記第２回路を形成するように前記電源回路
を制御するものであり、前記第１回路は、前記所定時間が経過するまで該第１回
路を構成する前記一つの抵抗発熱体層又は２以上の抵抗
発熱体層への入力電流が所定の制限電流以下となる回路
であり、前記第２回路は、前記所定時間経過後において、前記未
定着画像の定着のために使用する全ての抵抗発熱体層に
よる合成抵抗の抵抗値が、前記第１回路を構成していた
前記一つの抵抗発熱体層の抵抗値又は２以上の抵抗発熱
体層群による合成抵抗の抵抗値より低くなり、且つ、該
未定着画像の定着のために使用する全ての抵抗発熱体層
による合成抵抗のもとにおけるそれら抵抗発熱体層への
入力電流が所定の制限電流以下となる回路であることを
特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】前記加熱定着ローラは導電性材料からなる
中空芯ローラであって前記複数の抵抗発熱体層のうちの
一つを兼ねる芯ローラを含んでおり、前記複数の抵抗発
熱体層のうち他のものが電気絶縁体層を介して該芯ロー
ラの外周面及び（又は）内周面に重ね形成されている請
求項１記載の加熱定着装置。
【請求項３】前記芯ローラは前記第１回路を形成するた
めの抵抗発熱体層を兼ねている請求項２記載の加熱定着
装置。
【請求項４】未定着画像を保持した記録媒体に該画像を
加熱定着させる加熱定着装置であり、少なくとも二つの複数の抵抗発熱体層を含む加熱定着ロ
ーラと、前記複数の抵抗発熱体層のうちその全数より少ない所定
の１又は２以上のものにのみ通電する第１回路と、前記
複数の抵抗発熱体層のうち前記未定着画像の定着のため
に使用する全ての抵抗発熱体層に通電する第２回路とを
それぞれ形成できる電源回路と、前記各抵抗発熱体層への前記電源回路による通電を制御
する制御部と、前記加熱定着ローラの温度を検出する装置とを備えてお
り、前記制御部は、前記加熱定着ローラが昇温開始から前記
温度検出装置が所定温度を検出するまでは前記第１回路
を形成し、前記温度検出装置が該所定温度検出後から前
記第２回路を形成するように前記電源回路を制御するも
のであり、前記第１回路は、前記温度検出装置が所定温度を検出す
るまでは、該第１回路を構成する前記一つの抵抗発熱体
層又は２以上の抵抗発熱体層への入力電流が所定の制限
電流以下となる回路であり、前記第２回路は、前記温度検出装置が所定温度検出後に
おいて、前記未定着画像の定着のために使用する全ての
抵抗発熱体層による合成抵抗の抵抗値が、前記第１回路
を構成していた前記一つの抵抗発熱体層の抵抗値又は２
以上の抵抗発熱体層群による合成抵抗の抵抗値より低く
なり、且つ、該未定着画像の定着のために使用する全て
の抵抗発熱体層による合成抵抗のもとにおけるそれら抵
抗発熱体層への入力電流が所定の制限電流以下となる回
路であることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項５】前記加熱定着ローラは導電性材料からなる
中空芯ローラであって前記複数の抵抗発熱体層のうちの
一つを兼ねる芯ローラを含んでおり、前記複数の抵抗発
熱体層のうち他のものが電気絶縁体層を介して該芯ロー
ラの外周面及び（又は）内周面に重ね形成されている請
求項４記載の加熱定着装置。
【請求項６】前記芯ローラは前記第１回路を形成するた
めの抵抗発熱体層を兼ねている請求項５記載の加熱定着
装置。