JPS641030B2

JPS641030B2 -

Info

Publication number: JPS641030B2
Application number: JP10008380A
Authority: JP
Inventors: Michiro Shigenobu
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1980-07-22
Filing date: 1980-07-22
Publication date: 1989-01-10
Also published as: JPS5724974A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、静電印刷、電子写真、磁気写真等に
於ける未定着画像の定着装置、特に未定着画像に
熱を加えて、その画像支持材に定着するように構
成された定着装置に関する。

如上の定着装置として、正の抵抗温度係数を有
するセラミツク（本明細書において、これを
PTC特性を有するセラミツク又はPTCセラミツ
ク等と言う）を熱源とする装置が知られている。
このような装置に於いては温度の立上りが速いこ
と、特に検温素子を使用して温度を監視しつつ印
加電力を外部から調節せずとも自己温度制御機能
を有していること、熱源電圧の変動に対して発熱
量の変動が小さいこと、長寿命であること等未定
着画像定着にとつて種々の利点を有する。

しかし、PTCセラミツクは切削や研磨等の加
工性に劣り、それ故PTCセラミツクで定着装置
を構成する比較的長いロールや比較的広面積の板
体を寸法、形状等の面で、精度よく成型すること
は、実際極めて困難で、その為量産性が悪くコス
トの高いものとなる。又、PTCセラミツクは、
その焼成、冷却時に寸法安定性が悪いという欠点
がある。それ故PTCセラミツク形成品の体積や
表面積が大になる程、焼成、冷却の際に、その欠
点は顕著になり、クラツクが生じたり、部分的に
質的なムラが生じ易くなり、又PTCセラミツク
形成品の表面のおける温度の時間的なゆらぎ現象
が起こる。上記のような、不安定な精度、クラツ
ク、質的なムラ、温度のゆらぎ現象等が原因とな
つてトナー像及びその支持材に均一な熱を印加で
きず、これが為定着ムラが生ずる等の定着不良が
生じてしまう。

本発明は上述したような不都合を解決して
PTCセラミツクの特性を十分に活用できる定着
装置を提供することを主な目的とする。そこで本
発明の定着装置に於いては、未定着画像加熱源を
剛性体のケース状支持手段とこの中にPTC特性
を有するセラミツク粒子を圧力充填したものによ
り構成した。以下図面を参照して本発明の実施例
を説明する。

第１図は、本発明の一実施例の説明のための横
断面図である。

図中１は、定着ローラ、２は加圧ローラで、Ｔ
は未定着トナー画像、Ｓは画像支持材である。定
着ローラ１は支持円筒６と、これと同芯同軸であ
る支持円柱３とを有し、前記支持円筒６の周面と
前記支持円柱３の周面とが成す間隙にPTCセラ
ミツクの粒子を圧力を加えて充填して発熱体５と
した構成要素を有する。又、前記支持円柱３は、
ポリフエニレンサルフアイド（PPS）等の耐熱性
樹脂で作られ、そのPTCセラミツクの粒子と接
する周面は金属、例えばアルミニウム４が蒸着さ
れている。前記円筒６は円柱３より熱伝導性の高
いアルミニウム等の剛性金属で作られ、その外表
面は、離型性をより得るための離型性物質、例え
ば４弗化エチレン樹脂７をコーテイングしてあ
る。加圧ローラ２は、ステンレス等の剛性円筒８
にシリコンゴムや弗素ゴム等の耐熱性弾性体の厚
い層９を被覆したもので、定着ローラ１に圧接さ
れている。その際、層９が弾性変形して、定着ロ
ーラ１との間に画像支持材Ｓを挟圧するニツプ部
を形成する。又上記支持円筒６の表面部と上記支
持円柱３の周面との導電性のアルミニウムに、必
要電力を印加することによつてPTCセラミツク
の粒子への電力の供給を行なう。

画像支持材Ｓは上記ニツプ部に送り込まれロー
ラ１，２の回転によつて上記ニツプ部を進行しこ
の時未定着画像Ｔは、定着ローラ１に加熱されて
熱溶融し画像支持材Ｓに定着せしめられる。

第１図では画像支持材Ｓの未定着画像支持面が
ローラ１に圧接せしめられているが、ローラ２側
に圧接させてもよい。又ローラ２は、ローラ回転
駆動源からギア列等駆動力伝達手段を介して矢印
方向に回転駆動され、ローラ１は、ローラ２との
摩擦力で矢印方向に従動回転するが、逆にローラ
１を駆動回転させ、ローラ２はローラ１との摩擦
力で従動回転しても良いし、両ローラとも、駆動
回転させても良い。

さて、上述したように定着ローラ１は、そのア
ルミニウム円筒６に内接せしめた状態で発熱体５
を有しているため、ローラ中空内や、ローラ外部
から転射熱を加えたりするように構成された定着
装置に比べて、ローラが未定着画像を定着可能な
温度状態になるまでの時間が短縮される。而して
この発熱体５はPTC特性を有するセラミツクの
粒子を圧力充填したもので構成されている。

周知の如く、PTCセラミツクバルクはキユリ
ー点を持つた物質つまり、個有の温度を越えると
抵抗値が急増する性質を有してものである。これ
に、個有温度付近に発熱するよう電圧を印加する
と、前述した自己温度制御機能を発揮しまた電圧
変動に対しても発熱温度は略一定に保たれるもの
である。

本発明の発明者はPTCセラミツクの粒子を剛
性体のケース内に圧力充填してローラや板体を構
成すると、前述した従来の加工上の問題点や他の
不都合を解決し、さらに上記PTCセラミツクバ
ルクと同様の効果・特性を有するものであること
を見出した。本発明はこの事実に着目して成され
たものである。以下PTCセラミツクの詳細な説
明をする。

さて、PTCセラミツクとして代表的なものは
チタン酸バリウム（BaTiO₃）系セラミツクであ
る。そして未定着画像の加熱定着装置の熱源とし
て使用する場合、チタン酸バリウムの一部のバリ
ウムサイトを鉛等の他の原子で置換してキユリー
温度を高め、抵抗値が急激に上昇し始める温度付
近に未定着画像をその支持材に加熱定着できる作
動温度を設定できるようにすることが好ましい。
一例として、酸化チタン（TiO₂）及び炭酸バリ
ウム（BaCO₃）と酸化鉛（PbOあるいはPb₃O₄等
の鉛酸化物もしくは、炭酸塩でもよい）を、Ti、
Ba、Pbの比が原子量モル比で１：１−ｘ：ｘ
（ここでｘ＝0.05〜0.20）となるように配合し、
1300〜1400℃の高温で焼成する。得られたチタン
酸バリウム系セラミツクはキユリー温度が140〜
210℃であつて、このようなキユリー温度付近を
作動温度とすれば通常の未定着画像はその支持材
に加熱溶融定着できる。従つて本発明にはこのよ
うなPTCセラミツクを粒子にしたものが使用で
き、その場合上述のキユリー温度140〜210℃付近
を作動温度に設定すれば、発熱体５はこの設定温
度に自己制御する。

斯様にPTCセラミツク粒子を、剛性体や２つ
の支持体が互いに成す間隙等に圧力充填して加熱
源を形成するため、加熱源の形状は、そのケース
の形状で決まり加工性に劣るセラミツクを表面加
工することなく、要望を満たす自由な形状にでき
る。従つて上記加熱源を製造する際極めて容易で
あり所定の寸法、形状が非常に精度よく得られ
る。

又、上記加熱源はPTC特性を有するセラミツ
クが粒子状で圧力充填されているから、この発熱
体の加熱冷却を極めて長期にわたつて繰り返して
も、PTCセラミツク粒子の界面が分離したりク
ラツクが入ることもなく、極めて長期にわたつて
使用ができる利点がある。

さらに、PTCセラミツクが粒子状であるため
に発熱体内部の時間的ゆらぎ現象を小さくし、或
いは無くすことができ、上記発熱源は安定した発
熱量を未定着画像支持材に供給できる。これらに
よつて、むらのない良好な定着が可能となつた。

さらに、発熱体の抵抗は、圧力充填される
PTCセラミツク粒子の抵抗ρsの対数に、その
PTCセラミツク粒子の発熱体に占める体積Vsを
かけたものと、圧力充填時の空気の抵抗ρaの対
数に空気の発熱体に占める体積Vaをかけたもの
との和Vslogρs＋Valogρaで表わされる。これに
よつて発熱体の大きい抵抗値が得られ、少ない電
力で適切な発熱量が得られる。従つて省エネル
ギ、省コストを達成する、合理的定着装置が得ら
れるものである。

第２図は、第１図における実施例の説明のため
の軸方向横断面図である。

前述した電力は、上記アルミニウム円筒６と上
記支持円柱３の周表面のアルミニウム４とに摺擦
する金属ブラシ等の摺擦部材１１，１１′を介在
し電源Ｖと連結し上記発熱体の管肉方向に電位を
印加する構成によつて供給される。上記円筒６と
上記支持円柱３とは絶縁部材１０，１０′例えば
上記PPS等の絶縁樹脂によつて電気的に絶縁され
ている。

即ち、上記加熱源の一端部では上記アルミニウ
ム円筒６の管肉部端面に絶縁部材の一端が圧接さ
れ、支持円柱３の表面に嵌合するように絶縁部材
１０が配設されている。加熱源の他の端部では、
逆に支持円柱３の内表面に圧入され、円筒６に嵌
合するように絶縁部材１０′が配設されている。
このように電力が供給されると発熱体５から、定
着に必要な発熱量が未定着画像へ、円筒６を通過
し供給され、むらのない定着が行なわれる。

このように管肉方向へ電圧を印加する場合、電
流の流れが速く、電源を入れてから、必要発熱量
を得るまでの時間が短縮される。

本実施例では、支持円柱３として絶縁部材を用
いたが、支持円柱３としてアルミニウム等の支持
円筒を用いてアルミニウム円筒６とで構成する二
重円筒管の間隙にPTCセラミツクの粒子を圧力
充填しても良い。この場合電極４は必要なく、円
柱３をそのまま電極として使用できる。

また、前述のように外側支持体６をアルミニウ
ムで、内側支持体３をPPSで構成するなどして、
外側支持体６の熱伝導率を内側支持体３のそれよ
り大きくすると次のような効果が得られる。即
ち、２つの異なる熱伝導率を有する支持体３，６
の間隙に形成されたPTCセラミツク粒子の発熱
体５は電圧Ｖによつて印加され発熱し、未定着画
像を融解せしめ転写材に定着させるための熱量を
放出する。このとき、発熱した熱は熱伝導率の大
きいもの即ち上記円筒６の方向へ多く伝わり、定
着のため効率よく使われる。従つて支持円柱３の
内部に伝わり放出される熱量が減少し、少ない電
圧でも所要の発熱量が得られ、低コスト、省エネ
ルギーを推進することになる。

第１図及び第２図では、発熱体５の管肉方向に
電圧を印加したが発熱体５の長手方向に電圧を印
加しても良い。第３図にその例を示す。第３図は
定着ローラ１の縦断面図であり、発熱体層に電圧
を印加する手段の詳細について説明する。

発熱体５は、同芯的に配設された径の異なる２
つの剛性円筒１４，１５が成す間隙にPTCセラ
ミツク粒子を圧入充填して形成されている。その
発熱体の両側端面に銅や銀或いはニツケル等の金
属板１３を圧接させて電極とし電圧が発熱体の長
手方向に印加されるように絶縁部材１２，１６
が、フランジ１７′と両円筒面の間に配設されて
いる。上記円筒１５の外表面は、離型性物質例え
ば４弗化エチレン樹脂７でコーテイングされてお
り、その２つの円筒の材料は、PTCセラミツク
粒子側の面が絶縁処理されたアルミニウム等の金
属でも、PPS等の樹脂の様な剛性体でも良い。

さらにこの発熱体５の電極１３に、アルミニウ
ムやステンレス鋼の軸部材１７のフランジ部１
７′が密着せしめられ、この軸部材１７が円筒１
４の内壁部に嵌合接合されている。よつて軸部材
１７は円筒１４に固定され、軸部材１７に固定さ
れたポリイミド等の絶縁性耐摩耗材１８が本体機
枠に固定されたボールベアリング１９に嵌合され
ている。

更に軸部材１７には金属ブラシ１１が摺擦され
ておりブラシ接点を構成している。ブラシ１１は
電源V′に接続されており、これによつて発熱体
５に所要の電圧を印加し、未定着画像をその支持
材に融解定着する温度に発熱させる。

尚、前記第１図の装置で加圧ローラ２も定着ロ
ーラ１と同様の構成にして前記発熱体を備えても
良い。

第４図は本発明の他の実施例の説明図である。
図に於いて２０は加熱ローラ、２１は定着ロー
ラ、２２は加圧ローラである。

定着ローラ２１は剛性芯ロール２４にシリコー
ンゴム、弗素ゴム等の弾性、断熱性の厚い離型性
被覆２５を施して成るローラで、加圧ローラ２２
は剛性ロールにシリコーンゴムや４弗化エチレン
樹脂等の離型性の薄い被覆２７を施して成るもの
である。

ローラ２１，２２は圧接して矢印方向に回転
し、そのニツプ部にて画像支持材Ｓを挾圧搬送し
て未定着画像Ｔを画像支持材Ｓに加熱定着する。
加熱ローラ２０は、前述したローラ１と同様に構
成され、同様に電力を供給される。ただし離型性
コーテイング７はなくてもよい。この加熱ローラ
２０は、定着ローラ２１に圧接して矢印方向に回
転し定着ローラ２１の周面を、未定着画像Ｔを加
熱溶融できる温度に加熱する。これによつてロー
ラ２１は加熱され未定着画像Ｔを溶融し、同時に
圧力ローラ２２とによつて良好な定着を画像支持
材Ｓに対し行なう。

又、画像支持材Ｓの未定着画像Ｔの支持面を第
４図と反対に、ローラ２２に圧接搬送するように
してもよい。更にまた、ローラ２２にも上記発熱
体５と同様な発熱体を設けてもよく、このように
すれば定着速度を更に向上できる。

第５図は本発明の他の実施例の説明図である。
２８は加熱板である。加熱板２８は前述の発熱体
５と同様PTCセラミツク粒子を対向する剛性の
金属板２９，３０間に圧力充填して成る。板２
９，３０は電極を兼ねている。そして電極２９，
３０を電気的に絶縁する絶縁部材３１が側面すべ
てを囲むように配設されている。そして電極２９
表面には４弗化エチレン樹脂等、すべり性の良い
耐熱性薄膜２３が被覆されている。電極２９，３
０には電源V′から所要の電圧が印加され、これ
によつて発熱体５が未定着画像Ｔを画像支持材Ｓ
に定着可能な温度に発熱する。尚、画像支持材Ｓ
は未定着画像Ｔの非支持面が層２３表面に摺擦さ
れるように搬送され、この時加熱板２８で加熱さ
れてトナー像が定着するものである。又は画像支
持材Ｓは加熱板２８から少し離した状態で板２８
に対向させつつ搬送し、輻射熱によつて未定着画
像を定着するようにしてもよい。この時は画像支
持材の未定着画像Ｔの支持面を板２８に対向させ
てもよいし、また離型層２３は必ずしも必要では
ない。また第５図では発熱体５の厚み方向に電圧
を印加しているが、画像支持材Ｓの搬送方向と平
行な方向或いは画像支持部材Ｓの幅方向等、発熱
体５の厚さ方向と垂直な方向に電圧を印加して発
熱させてもよいことは勿論である。

以上の例は未定着画像を加熱溶融定着する装置
例であるが、本発明はローラ長手方向１cm当り通
常10Kg以上の圧力を加えたローラ対で未定着画像
支持材を挾持し、主としてその際の圧力により未
定着画像をその支持材に定着する装置に於いて、
未定着画像及びその支持材に補助的に熱を加える
ように構成された定着装置にも適用できる。その
際未定着画像に加える熱は加熱溶融定着の場合よ
り低くて良いので、結着材中に分散させるPTC
セラミツクとしてはキユリー温度が120℃程度の
純粋なBaTiO₃のセラミツク、或いはBaTiO₃の
Baサイトの一部をストロンチウム（Sr）等で置
換してキユリー温度を更に低下させたBaTiO₃系
セラミツク等の粒子が使用できる。又その際の加
える圧力は、熱を与えることによつて、圧力定着
の場合より低くて良いので、その結果画像がつぶ
れること無く、良好な画質が得られ、さらにロー
ラの耐久性を向上させる。

以上本発明によれば定着装置の加熱源として
PTCセラミツクを適用するに際し、PTCセラミ
ツクを粒子として剛性体のケース状支持手段内に
圧入充填した発熱体を適用したので、発熱体をク
ラツクのない均質なものとでき、それ故むらのな
い良好な定着が可能となつた。また上記PTCセ
ラミツクの微粉は、容易に製造でき又加工上極め
て困難であるPTCセラミツクを、剛性体のケー
ス状支持手段内に入れたので加熱手段を所要の形
状寸法に精度良く形成できるから、この点からも
良質の定着が可能となりしかも成形、製造が容易
であるから低コストの定着装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の説明のための横断面
図、第２図は、本発明の一実施例の軸方向横断面
図、第３図は本発明の他の実施例の説明図でかつ
発熱体への電圧印加手段の説明図、第４図は本発
明の他の実施例の説明図、第５図は本発明の更に
他の実施例の説明図である。１，２１は定着ローラ、２，２２は加圧ロー
ラ、５は発熱体、６は剛性円筒、２８は加熱板で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】１未定着画像加熱源が、剛性体のケース状支持
手段と、この中にPTC特性を有するセラミツク
粒子を圧力充填したものによつて構成された定着
装置。２上記ケース状支持手段は第１の支持体とこの
外側に非接触に配設した第２の支持体とを有し、
上記第１、第２の各支持体とが成す間隙部に
PTC特性を有するセラミツク粒子を圧力充填し
た特許請求の範囲第１項記載の定着装置。３上記加熱源は、未定着画像支持材が摺接搬送
又は対向搬送される板体であつて、この板体はケ
ース状支持手段として対向する第１と第２の２つ
の板状支持体を有しPTC特性を有するセラミツ
ク粒子を対向する第１と第２の板状支持体間に圧
力充填した特許請求の範囲第１項記載の定着装
置。４上記加熱源はローラ状であり、このローラ状
加熱源に圧接される第２のローラを備えている特
許請求の範囲第１項又は第２項記載の定着装置。５画像支持材は、上記ローラ状加熱源と第２の
ローラとに挟持搬送される特許請求の範囲第４項
記載の定着装置。６上記第２のローラに圧接される第３のローラ
を有し、画像支持材は第２のローラと第３のロー
ラに挟持搬送される特許請求の範囲第４項記載の
定着装置。７上記加熱源は未定着画像を定着するものに関
与する部位とこれに対向する部位とに電極を有
し、この電極を介して電力を供給される特許請求
の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の定着
装置。８上記加熱源はその長手方向の両端に電極を有
し、この電極を介して電力を供給される特許請求
の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の定着
装置。９上記加熱源の剛性体ケース状支持手段は、画
像支持材に関与する側に相当する部分の熱伝導率
が他の部分の熱伝導率よりも大きい材質で構成さ
れた特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか
に記載の定着装置。１０上記加熱源は画像支持材に関与する側に相
当する部分の表面を離型性物質で被覆された特許
請求の範囲第１項乃至第９項いずれかに記載の定
着装置。