JPH0442185A - 熱定着装置 - 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、画像形成装置の熱定着装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来、静電写真プロセスを利用した画像形成装置に用い
られている定着装置には、その多くが熱効率と定着性へ
の観点から、少なくとも、一方が熱源を有し、互いに圧
接回転する一対のローラ等からなる熱定着装置が用いら
れている。この熱源を有するローラ（以後ヒートローラ
と略称する。）の表面には、温度検出手段としてのサー
ミスタ素子等が接触しており、温度制御用電源と協調し
てヒートローラの表面温度を所定の定着温度になるよう
制御するようになっている。このようにして加熱された
ローラ間をトナー像が転写された転写用紙を通過させる
ことにより、熱と圧力によって転写用紙上にトナー像を
定着させるのである。

さて、上記ヒートローラとしてはシーズヒータやハロゲ
ンランプ等をローラ内部に挿入して固定した方式が一般
的であるが、所定温度までの立ち上がり時間が長く、温
度制御においても上下変動中が大きく、消費電力も大き
くなるきらいがあった。

これらを改善する方法として発熱部を極力ヒートローラ
外周部に設けることが提案されており（特開昭６０−１
６３０７０号、６２−２４７３８６号等）、所定温度ま
での立ち上がり時間も３０秒、温度変動中も１０℃程度
に改善されることが報告されている。

また、ヒートローラ全面を均一に発熱させると共にその
表面温度を所定温度に維持させることは大変難しい技術
を必要としており（例えば特開昭６４−２５１７７号、
平１−１００５８４等）、本熱定着装置の構成を複雑化
させている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来技術を用いた熱定着装置は所定温度ま
での立ち上がり時間が遅すぎるため、画像形成装置の電
源投入初期の処理スピード改善の大きなネックになって
いた。また、ヒートローラ表面の温度を均一に、かつ一
定範囲内に制御する技術が複雑過ぎる問題があった。

そこで、本発明の目的は、所定温度までの立ち上がり時
間を短縮させ、しがもヒートローラ表面温度検出用セン
サと制御用電源を用いることなく、単純なトランス電源
のみでヒートローラ全面の温度を均一にかつ所定温度に
維持できる自己発熱自己ｉ制御型ヒートローラを提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の上記目的は次の構成により達成される。

すなわち、少なくとも一方に発熱部材を備えた互いに圧
接回転する一対のローラと、未定着トナー像を持つ像支
持材を上記ローラ間に通過させて該未定着トナー像を熱
溶融定着させる熱定着装置において、上記発熱部材を備
えたローラが、正特性サーミスタ材料を用いた円筒状ヒ
ータから成る熱定着装置、 である。

［作用］ さて、正特性サーミスタ材料からなる円筒状ヒータ（以
下、ＰＴＣヒータという、）とは、周囲温度の変化に対
してもＰＴＣ自身の発熱量を変えてヒータ自体が一定の
温度を保つように動作する自己発熱、自己制御型ヒータ
で、過熱の心配のない、ヒータ全体が均一温度となる定
温度ヒータとして良く知られている６その抵抗温度特性
の一例を第１図に示すが、この抵抗急変点をキュリー温
度Ｔｃと呼んでいる０代表的なＰＴＣはＢａＴｉＯ２に
半導体化物質Ｙ２０．を添加しＹをＢａの一部と置換さ
せた半導体であるが、この基本組成のＴｃは１２０℃で
ある。これより高いＴｃを得るにはＢａをＰｂで置換す
れば良く、その移動割合はｐｂの１原子％当たり４℃で
あり、例えばＴｃ−１５０℃のＰＴＣは約８原子％のｐ
ｂを添加すれば得られる。

この様な特性を持つＰＴＣ製円筒状ヒータを用いて、自
己発熱、自己制御型ヒートローラを作ることができ、し
かも、構成の非常に簡単な熱定着装置を実現できる８ま
た、このヒートローラ上にオーミックコンタクト電極部
を除いて容易に非粘着性樹脂層をコーティングすること
ができる。またオーミックコンタクト用電極にしゅう動
電径を設けると耐摩耗性の電極が得られる。

［実施例〕 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１実施例 第２図は本発明の熱定着装置の断面図で、ヒートローラ
１０はＰＴＣヒータ１と、非粘着性樹脂層２から構成さ
れている。第３図はヒートローラ１０のみを、その回転
軸を含む断面で見た半断面図で、ＰＴＣヒータ１に通電
するための電極８．８′とヒートローラ１０の回転支持
用ローラ軸９の構成を示している。

熱定着装置は、このヒートローラ１０Ｇ、ｍＪｌｔ７が
接触して十分な熱量がトナー６と用紙７に伝わるように
、回転軸を持つ金属コア４にシリコンゴムやフッ素ゴム
等からなる耐熱弾性体が被覆されている圧着ローラ２ｏ
を一定の圧力でヒートローラ１０に押しつけ、矢印の方
向に回転させる。圧着ローラ２０の長さはヒートローラ
１ｏの画電極にかからぬようにヒートローラ１ｏより短
くしておくことは言うまでもない。

ヒートローラ１０の表面温度を上昇させて熱定着装置を
稼働させるためには、ヒートローラ１０の画電極８．８
゛から電気ブラシ等の手段を用いて電源３から通電すれ
ば良く、これによってＰＴＣヒータ１はそれ自身のキュ
リー温度近くまで急速に加熱され、その付近の温度で自
動的に保持され、しかもヒートローラ１０の全表面にわ
たって均一温度に維持される。このように温度検出手段
なしに、また技術的に高級な制御電源を用いることなく
、ヒートローラ１０自身が温度制御を自動的に行うこと
ができる。

なお、非粘着性樹脂層２は、言うまでもなくヒートロー
ラ１０側にトナーを付着させないためのものであり、通
常フッ素樹脂が使われるが、十分な熱量がトナー６と用
紙７に伝わると共に摩耗による寿命も考慮して２０〜４
０μｍ程度の厚さに被覆する。

また、本実施例では非粘着性樹脂層２を用いたが、非粘
着性樹脂層２は必ずしも必要ではなく、シリコン油をヒ
ートローラ１０の作動時に供給することにより、ヒート
ローラ１０側にトナーが付着するのを防ぐこともできる
。

以下、ヒートローラ１０の具体的な製造法と特性につい
て述べる。

まず円筒状ＰＴＣヒータは標準的な押し出し成形セラミ
ックスの製法と同じ方法で作成し、１３５０℃×２時間
の本焼成を行う、そのあと、外周表面を真円度加工を行
い、外径１５ｍｍφ、肉厚１ｍｍ、長さ２５０ｍｍのＰ
ＴＣヒータバイブとする。熱定着処理量に応じてＰＣＴ
ヒータの径は設定されるが、４０〜５０輪鋤程度の径の
ものも作製できる。また、ＰＴＣヒータ１の膜厚は０．
５〜２．０−一の範囲で用いるのが、その製作性および
ウオーミングアツプ性から見て上記膜厚が実用的である
。

なお、本実施例のＰＴＣヒータ１は第１図に示した組成
の正特性サーミスタ半導体を用いたが、フッ素樹脂系ゴ
ムに炭素の粉末を含有させたＰＴＣポリマ等を用いても
良い、このＰＴＣポリマを用いる場合は、熱伝導性が小
さく、電気絶縁性の耐熱合成樹脂、例えば、耐熱仕様の
ナイロン４６（ポリアミド合成樹脂、帝人（株）製）、
ボリベンコ（ＰＥＥＫ　（ポリエーテルエーテルケトン
）ボリベンコ（株）製）等をローラ芯体として用いる。

そして、このＰＴＣポリマは非粘着性フッ素樹脂系ゴム
を主成分とするため、この発熱体上には非粘着性樹脂層
を形成する必要がないという利点がある。

このヒータパイプ両端の外周表面にオーミックコンタク
ト用のＡｇペーストをロールコータ法によって１０ｍｍ
巾に転写形成し、１５０℃での乾燥と真円度加工後、４
５０℃×１０分の焼成を行ってオーミックコンタクト電
極１１（第４図）とした。あとで述べるしゆう動電極１
３を取り付けた後にＰＴＣヒータ１上には通常の方法で
フッ素樹脂コートを行ったが、ＰＴＣヒータ１が焼結体
のため、その表面は粗面であるので、フッ素樹脂コート
のための表面粗化の工程を省略できるのも本構成の大き
な利点となっている。しかも、このとき電極１３の表面
は粗面でないためフッ素樹脂はコーティングされないの
で、ＰＴＣヒータ１表面へのフッ素樹脂コーティング作
業が簡単に行える。

フッ素樹脂コートの平均膜厚は３０μｍであった。

このフッ素樹脂層２によるＰＴＣヒータ１表面温度の低
下は約２℃である。

オーミックコンタクト電極１１は半導体であるＰＴＣヒ
ータ１の負荷電圧と電流との間にリニア性を持たせるた
めのものであるが、耐摩耗性がないので、この電極表面
には第４図に示すように耐摩耗性のしゅう動電極１３を
設ける０本実施例では中７ｍｍの円筒状銅合金をこのＡ
ｇ電極１１上にかぶせ、高温はんだではんだ付けを行っ
てしゅう動を極１３としな。

ローラ軸９は本熱定着装置の消費電力を低減させる目的
で、熱伝導度の小さい耐熱性エンジニアリングプラスチ
ックを使用した。

このようにして製作したヒートローラ１０の電極８．８
゛間の室温での抵抗値は約２にΩであった。初期投入電
力を１５０Ｗとした時の昇温特性の一例を第５図に示す
が、従来の立ち上がり特性の良いヒートローラに比べて
も大巾に改善（約１／２化）されていることが分がる。

また、１６０℃に到達する時点でのヒートローラ１０の
全面（２１０ｍｍ中）での温度分布は±５℃の範囲に入
っている。これらの緒特性は、技術的にも複雑なヒート
ローラ１０の表面温度検出手段と温度制御電源を用いる
ことなく、単純な交流トランス電源のみで達成されたも
のであり、加熱暴走のない本質的に安全なヒートローラ
１０を提供できることを示している。

第２実施例 本発明の他の実施例のヒートローラ１０を第６図に示す
、なお、本実施例の熱定着装置は第１実施例の電極８．
８′の電極形状が異なるだけである。

ＰＴＣヒータ１内面の対向する位置に、それぞれＡｇペ
ーストを１ｍｍ幅に２本、ＰＴＣヒータ１の円筒軸と平
行に印刷・燃成しオーミックコンタクト電極とする。こ
の電極に通電用銅線を高温はんだではんだ付けして両端
に引き出して耐摩耗性のしゆう動電極として電極１５．
１５°を構成する。こうすることによって、ＰＴＣヒー
タ１の抵抗値が第１実施例の１／１００となり、初期投
入電力を例えば第１実施例の３倍である４　５０　”ｔ
Ｖとしても印加電圧を１００Ｖ程度と低くすることがで
き、このためにＰＴＣヒータ１の昇温時間を約４秒と大
巾に短縮できた。これはファクシミリやコピー機など、
電源投入後直ちに印刷したい機器向けの熱定着装置とし
て非常に望ましいものである。

なお、本実施例では対向電極１５．１５゛を一対とした
が、高速熱定着装置向けとして３０〜４０ｍｍφのヒー
トローラ１０には２〜３対の対向電極を使用したが、も
ちろん、前記の１５ｍｍφのヒートローラ１０に対して
も複数対の対向電極を用いて良いことは言うまでもない
。

［発明の効果］ 本発明によれば、昇温時間を大幅に短縮できるだけでな
く、複雑なヒートローラの表面温度検出手段と温度制御
電源を用いることなく、単純な交流トランス電源のみで
、加熱暴走のない本質的に安全なヒートローラを提供で
きる。

誌た、ＰＴＣヒータ表面は粗面のため、そのまま非粘着
性樹脂コーティング作業が笥単に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図はＢ　ａＴ　ｉ　Ｏ，系サーミスタの代表例で、
本発明にも用いたＰＴＣサーミスタヒータの抵抗温度特
性を示す図、第２図は本発明の熱定着装置の断面図、第
３図は本発明のヒートローラの断面図、第４図は本発明
のビートローラのｔｉ部の詳細断面図、第５図は本発明
のヒートローラの昇温特性を示す図面、第６図は本発明
の他の実施例のヒートローラの断面図。 第４図 １・・・ＰＴＣヒータ、２・・・非粘着性樹脂層、８．
８゛・・・電極、１０・・・ヒートローラ、１１・・・
オーミックコンタクト電極、１３．１５．１５′・・・
しゅう動電極、２ｏ・・・圧着ローラ １：ＰＴｃヒータ １２：はんだ １３ニジゅう動電極 出願人　バブコック日立株式会社 第５図 第６図 加熱時間（秒） Ｉ５．１’３’：Ｎ、徨 手続補正書 平成２年７月５日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一方に発熱部材を備えた互いに圧接回
   転する一対のローラと、未定着トナー像を持つ像支持材
   を上記ローラ間に通過させて該未定着トナー像を熱溶融
   定着させる熱定着装置において、 上記発熱部材を備えたローラが、正特性サーミスタ材料
   を用いた円筒状ヒータから成ることを特徴とする熱定着
   装置。
2. （２）前記発熱部材を備えたローラが、正特性サーミス
   タ材料からなる円筒状ヒータと、このヒータ上に形成さ
   れた非粘着性樹脂層とから成ることを特徴とする請求項
   １記載の熱定着装置。