JPS636587A - 直接加熱式定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子写真複写機、ファクシミリ、プリンター
等の画像形成装置において未定着画像を支持する記録体
を加熱ロールと加圧ロールとの間に通すことにより画像
の定着を行なうように構成された定着装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、酸化亜鉛感光紙、普通紙、プラスナックシート等
の記録体上に形成されたトナー像を定着するために、互
いに圧接された加熱ロールと加圧ロールとを有し、ロー
ル間に記録シートを通過させて加熱・加圧を行なう、加
熱ロールタイプの加熱定着装置が知られている。かかる
従来の加熱定着ロールにおいては、加熱ロールの内部に
／”ｉロゲｙランプやニクロム線等の熱源が設けられて
おり、熱源の輻射熱によシ加熱ロールの表面を加熱して
いる。しかし々から、このようか加熱方式では加熱ロー
ルの表面が所望の温度、例えば１８０℃に達するまでに
要する時間（ウオーミングアツプ時間）は１分乃至数分
と非常に長く、かつ、大電力が必要であった。

最近、ウオーミングアツプ時間を短縮するためにいわゆ
る直接加熱式の加熱定着装置が提案された。例えば、特
開昭５５−１６４８６０号は、心金の外周に下から断熱
層、絶縁層、抵抗発熱体層及び保護層が順に形成されて
いる発熱ローラを開示している。また特開昭５７−１６
１７６８号は、円筒体の外周に下から絶縁層及び発熱層
が形成され、両端に発熱層と電気的に接続された摺動リ
ングが設けられてなる熱ローラを開示している。摺動リ
ングには摺動ブラシが圧接されておシ、加熱に要する電
流が供給される０ との種加熱定着装置にあっては、加熱ロールは、−般に
耐熱弾性体の外膚を有する加圧ロールとの圧接によシ所
定の接触幅を形成するために、約３０〜約５ＯＮの外径
を有している。しかしながらこのような外径寸法を有す
る加熱ロールを用いると、定着部から排出された記録体
がカールして加熱ロールに巻き付くという現象が生ずる
０そのため通常の加熱定着装置には、定着後の記録体を
加熱ロールから引き剥すための分離爪が設けられている
。

しかるに分離爪を用いると、分離爪に付着したトナーに
よる汚れや画像の乱れを生ずる。加熱ロール表面を傷つ
ける等の問題がある０ そこで分離爪を用いずとも記録体の巻き付きを防ぐため
に、種々の工夫が提案されている０例えば、特開昭５４
−１７０３４号は、加熱ローラ及び加圧ローラの回転中
心を結ぶ線と支持体の両ローラ間への進入方向とのなす
角度が鈍角になるように両ローラを配置することを開示
している。また、特開昭６０−２０７１７０号は、加熱
ローラの直径を１０〜２０　ｓｗ　Ｋすることを開示し
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したローラ配置によシ、定着部から排出された記録
体の巻き付きはかなり改善されるが、巻き付きを完全に
無くすことはできなかった。また小径の加熱ローラを用
いることによシ巻き付きは防止できるが、単に加熱ロー
ラの直径を小さくしただけでは加圧ロールとの接触幅が
小さくなり定着性が低下してしまう。さらに熱容量減少
のため、均一な温度分布が得にくいなどの問題があった
。

従って本発明の目的は、良好な定着性を確保しかつ定着
部から排出された記録体が加熱ロールに巻き付くのを防
止することのできる直接加熱式定着装置を提供すること
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の直接加熱式定着装置は、基体の表面に少なくと
も電気抵抗層と離型性層とが形成されている加熱ロール
と、加熱ロールに圧接されている加圧ロールとを有する
定着装置であって、基体が半導電性乃至絶縁性を有する
セラミックスからな９．８〜２５ｍの外径を有しかつそ
の全長に亘って外径が実質的に同径である円柱体である
と共に、加熱ロールと加圧ロールとの接触幅が２請以上
であることを特徴とするものである。

〔実施例〕

以下本発明の詳細を図面によシ説明する。

第１図は本発明の直接加熱式定着装置の一実施例の縦断
面図である０ 定着装置１は加熱ロール２と加圧ロール６とを有する。

加熱ロール２は円柱状の基体２１とその上に形成された
電気抵抗層２２と、その上の離型性層２３とを有する。

離型性層２３は電気抵抗層２２の両端よシ幾分内側で終
っている。電気抵抗層２２の両端にありて離型性層２３
に被覆されていない部分には電極リング２４が設けられ
ている。

基体２１はその上に電気抵抗層２２を形成するために、
体積抵抗が１０３０・（７）以上であるような半導電性
乃至絶縁性のセラミックス材料により形成される。具体
的な材料としては、Ａｔｚ　Ｏｓ　、　Ａｔ２０３・Ｍ
ｇＯ＃　Ｙ＊　Ｏｓ　＃　Ｓｔ　Ｏｘ　＃　Ｚｒ　Ｏｘ
又はこれらの混合物、もしくはハードフェライト粉末（
Ｂａ−フェライト。

５ｒ−７エライト等）のような酸化物永久磁石材料など
が挙げられる。これらのセラミックス材料は、原料粉末
を押出法又は乾式プレス法等の手法により円柱状に成形
し、次いで焼結し、その後外周面の研削加工を含む加工
を施して所定寸法の基体とされる。電気抵抗層２２はＡ
ｔ２０ｓやＡｔ２０ｓ・ＭｇＯのような絶縁性セラミッ
クスの微粒子とＮｉ　Ｃｒのような導電性物質との微粒
子との混合物を５０〜２５０μｍ程度の厚さにプラズマ
溶射してなるものが好ましい。電気抵抗層２２中ではＮ
ｉ　Ｃｒ粒子は絶縁性セラミックス母材中に均一に分散
しておシ、−部で互いに接触し合っている。Ｎｉ　Ｃｒ
の含有量が増加すると電気抵抗層２２の抵抗率は減少す
るので、加熱ロール２の消費電力はＮｉ　Ｃｒ含有量を
調節することにより所望のレベルに設定することができ
る。離型性層２３は記録体上のトナーと直接接触するの
で、トナーが融着しないような性質（耐熱性と低表面エ
ネルギー）を有していなければならない。このために好
ましい材料はテトラフルオロエチレン樹脂やパーフルオ
ロアルコキシ樹脂等のフッ素樹脂である。その厚さは１
０〜５０μｍ程度が好ましい。電極リング２４はＣｕ　
−Ｚｎ合金や集電ブラシ用熱鉛のような導電性の良好な
材料で形成する。

また加熱ロール２においては、基体２１と電気抵抗層２
２との接着性を高めるために、両者の間に中間の熱膨張
係数を有するような材料の結合層を形成してもよい０そ
の厚さは２０〜１００μ禽程度でよい。また安全性の点
から電気抵抗層２２の上に絶縁層を形成し、その上に離
型性層２３を形成してもよい。この絶縁層は上記のよう
な絶縁性セラミックスを２０〜５０μｍ程度の厚さにプ
ラズマ溶射により形成したものでよい０ 加圧ロール３はシャフト３１とシリコーンゴムのような
耐熱性を有する弾性材からなる円筒状加圧部材６２とを
有する。加圧部材３２は加熱ロール２の有効加熱定着領
域全体と均一に接触している。

定着装置１の左右の側板４，４にはそれぞれ軸受保持部
材５，５を介して軸受６，６が固定され、各軸受は加熱
ロール２０基体２１の両端部付近を支持している。また
加圧ロール３を回転自在に支持するために、側板４，４
にはそれぞれ軸受保持部材８．８を介して軸受６，６が
固定されている０第１図に示すように１基体２１の一端
には軸受６の外側に歯車１０が固定されている。歯車１
０は外部駆動源の歯車（図示せず）と係合しており、外
部駆動源によう加熱ロール２は回転させられる。

第２図に示すように、加圧ロール３のシャフト３１社レ
バー部材１１の凹部と係合している。レバー部材１１の
一端は、側板４に固定されたピン１２に回動自在に支持
され、他端にはバネ１３の一端が摩り付けられている０
バネ１３の他端は、軸受保持部材５に固定されたピン１
４と係合している。軸受保持部材５の外縁の一部は外側
に突出しており、そこに設けられたピン１５により側板
４に支持されている。このような構成により、加圧ロー
ル３は加熱ロール２に圧接されている。

第６図は本発明の加熱定着装置による定着を示す。トナ
ー像１６を保持した記録紙１７は入紙ガイド１８に案内
されて加熱ロール２と加圧ロール３との間に送シ込まれ
、そこで加熱・加圧されることによりトナー像が定着し
た状態で排紙ガイド１９　、１９’から排紙される。こ
こで図示しないが、電源に接続された給電ブラシから電
極リングを介して電気抵抗層に電力が供給されて、加熱
ロールの表面が加熱される。

本発明者等の検討によれば、上記の定着操作において、
加熱ロールの基体の外径（Ｄ）が記録紙の加熱ロールへ
の巻き付きの発生に大きく影響することがわかった。こ
のような巻き付きの発生は、直接的には加熱ロールの外
径に関係するが、抵抗層や離型性層の厚さは合計でも高
々数１００μｍであるので、加熱ロールの外径の代りに
基体の外径を基準にして巻き付きの発生を評価しても実
用上全く問題は生じなかった０そして実験によれば、Ｄ
が２５ｗよシ大きいと分離爪の使用なしには巻き付きの
発生が増加したのに対し、Ｄを２５■以下とするととに
より分離爪を用いずとも巻き付きの発生を略解消できる
ことが見出された。これは、Ｄが２５−以下であると、
記録紙が両ロール間を通過する際に加熱ロールから遠ざ
かる方向に偏曲されるので、記録紙が加熱ロールの側に
引寄せられることがなくなるからであると考えられる。

このようにＤが２５請以下であると通常使用される紙の
巻き付きは防止できるのが、Ｄが小さすぎると加圧ロー
ルとの圧接によシたわむおそれがあるので、Ｄは８■以
上は必要である。

上記のように基体の外径を２５■以下と従来よシかなり
小さくすると、加熱ロールと加圧ロールとの間の接触＠
（第３図ＫＷで示す）が小さくなシ、定着性の低下を招
く。そこで、良好な定着性を確保するためには、定着速
度にもよるが、−船釣には接触幅を２ｍ＋以上（好まし
くは３ｍ以上）とする必要がある。そのためにはヘルツ
の式から明らかなように、両ロールの接触圧力を大きく
する、加圧ロールの接触圧力を大きくする、あるいは加
圧ロールの硬度を下げるなどの工夫をするとよい。

次に本発明においては、紙しわを防止するために、第４
図に示すように加熱ロール２は、有効定着中にわたって
ロールの中央から両端部に向かってロール径を連続的に
増加せしめた形状としてもよい。この場合、Ｄｌ＋　Ｄ
ｔ　／　２−への値が３０〜８０μｍの範囲にあるよう
Ｋ　Ｄｗ　、　Ｄｚ　、　Ｄｓの寸法を定めることが望
ましい。

〔実験例〕

以下の実験例により本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。

実験例１ 第１図に示す定着装置において、外径の異なる８種類の
Ａ１２０　ｓ　Ｈ基体２１を準備し、各基体上に厚さ１
７０μｍの電気抵抗層２２をプラズマ溶射によシ形成し
、その両端に厚さ６００μｍ２幅４ｗの電極リング２４
を火炎溶射により形成し、厚さ２０μｍのＰＦＡ樹脂か
らなる離型性層２５を形成して加熱ロール２を製作した
。ここで電気抵抗層２２は、Ｎｉ８０重量％とＣｒ　２
０重ｆｃ％からなるＮｉ　Ｃｒ合金５重量％とＭ＊　Ｏ
ｓ　９５重量％からなる層とした。電極リング２４はＣ
ｕ　−Ｚｎ合金で形成した。

また加圧ロール３は、外径１０■の鉄製シャフト３１上
にＲＴＶシリコーンゴムからなる加圧部材３２を固着し
て形成し、その外径を３０四とした。

市販の電子写真複写機（ミノルタカメラ社製ＥＰ−５０
型）により普通紙（Ａ４サイズ）上にトナー像を形成し
た後、上記の各加熱ロールと加圧ロールとを組合せた定
着装置により＋加熱ロール毎に厚さ６５μｍの普通紙を
用いて２千枚の連続定着テストを行なった。定着条件は
、加熱ロールの光面温度を２００℃、両ロールの接触圧
力を１　、０　ｋｉｙ１４゜接触幅を３１１ＩＩとした
。また実験は２５℃、６０％Ｒ３Ｈ０の環境条件にて行
なった。この定着テストにより、各加熱ロール毎に紙の
巻き付き発生率を求めた。その結果を第５図に示す。

第５図から、基体の外径が小さくなるに従って巻き付き
発生率が減少し、外径２５戴以下では巻き付きが殆んど
発生せず、特に外径２０ｗ以下では巻き付き発生率が０
になることがわかる。

実験例２ 加熱ロールとして外径が２０ｍの基体を有するものを用
い、接触幅を変化させた以外は実施例１と同様の条件で
定着テストを行ない、各接触幅毎に定着性を評価した。

その結果を第１表に示す。

第　　１　　表 第１表から定着速度にも影響を受けるが、少なく弁接触
幅が２．０河以上であると、良好な定着性を示すことが
わかる。

上記の実験において、外径１２馴の基体を有する加熱ロ
ールの場合、５００Ｗの消費電力にて２００℃に達する
までの時間は２３　ｓｅｃであり、外径が２０ＩＩＩＩ
のアルミニウム合金製パイプからなる基体と容量１）Ｃ
Ｗのハロゲンランプを用いた時の２００℃に達するまで
の時間１５ｓｅｃと比べて多少長くなるが、ハロゲンラ
ンプを用いた加熱ロールの場合の数分の１以下であ）実
用上問題がないことを確認した。

また第１図に示す加熱ロールは半導電性乃至絶縁性セラ
ミックスからなる中実円柱体を基体としているために、
従来の金属製円筒を基体とした場合と比べて、結合層や
絶縁性を省くことができるので製作コストを引き下げる
ことができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、半導電性乃至絶
縁性のセラミックスからなる、外径８〜２５簡の円柱体
を加熱ロールの基体に用いるので、分離爪を用いずとも
記録体の巻き付きを防止することができる。しかも加熱
ロールと加圧ロールの接触幅を２．０ｆｉ以上としてい
るので、良好な定着性が得られる。なお本発明では、安
全のため分離爪を非接触で配置してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の直接加熱式定着装置の一実施例の断面
図、第２図は第１図の装置の右側面図、第３図は第１図
の配置による定着操作を示す図、第４図は第１図の装置
に組み込まれる加熱ロールの外観図、第５図は加熱ロー
ルの基体の直径と紙の巻き付き９発生率の関係を示す図
である。 １　：直接加熱式定着装置２：加熱ロール３：加圧ロー
ル　　　４：側　板 ２１：基　体　　　　　２２：電気抵抗層悌　７　図 第２　オ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体の表面に少なくとも電気抵抗層と離型性層と
   が形成されている加熱ロールと、前記加熱ロールに圧接
   されている加圧ロールとを有する直接加熱式定着装置に
   おいて、前記基体が半導電性乃至絶縁性を有するセラミ
   ックスからなり、８〜２５ｍｍの外径を有しかつその全
   長に亘って外径が実質的に同径である円柱体であると共
   に、前記加熱ロールと前記加圧ロールとの接触幅が２ｍ
   ｍ以上であることを特徴とする直接加熱式定着装置。