JPH06250550A

JPH06250550A - 加熱定着装置

Info

Publication number: JPH06250550A
Application number: JP3708093A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Katayama; 勝之片山; Katsuhiko Gotoda; 克彦後藤田
Original assignee: STAR SYST KAIHATSU KK; Star Micronics Co Ltd
Current assignee: STAR SYST KAIHATSU KK; Star Micronics Co Ltd
Priority date: 1993-02-25
Filing date: 1993-02-25
Publication date: 1994-09-09

Abstract

(57)【要約】【目的】自己発熱型導電性セラミック材料から成る加
熱ローラの加工コストの低減を図り、表面温度を安定に
保つことができる加熱定着装置を提供する。【構成】導電性セラミック材料から成る加熱ローラ１
と加圧ローラ２４とを備える加熱定着装置において、加
圧ローラ２４に回転駆動手段を設けて回転駆動し、加熱
ローラ１を従動回転させる。こうして、加熱ローラ１か
ら回転駆動手段を介して熱放出されるのを防ぎ、加熱ロ
ーラ１の表面温度を安定に保つことができるとともに、
加熱ローラ１に回転駆動手段を設けるための加工を施さ
なくてもよいので加工コストの低減を図ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真プロセスを利
用したプリンタや複写機などの電子写真装置において、
記録媒体上の未定着トナーを加熱溶融させて定着させる
ための加熱定着装置に関し、特に自己発熱型導電性セラ
ミック材料から成る加熱ローラを備える加熱定着装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の加熱定着装置８２を用い
た電子写真装置の一例を示す構成図である。この電子写
真装置は、表面に光導電層が形成された円柱状の感光ド
ラム７１と、感光ドラム７１の表面を帯電させるための
帯電器７２と、所望の画像パターンを感光ドラム７１に
照射する光学系７３と、感光ドラム７１上に形成された
静電潜像にトナー７６を付着させるための現像器７５
と、感光ドラム７１上のトナー７６を記録紙７０へ転写
するための転写器７９と、感光ドラム７１の表面に残留
したトナーを回収するクリーニング装置８０と、記録紙
７０上に転写されたトナー７６を定着させるための加熱
定着装置８２などから構成されている。

【０００３】この動作について説明すると、感光ドラム
７１が矢印Ａ方向に回転しながら帯電器７２によって感
光ドラム７１の表面が一様に帯電する。次に、レーザや
ＬＥＤ（発光ダイオード）などからの変調光や原稿から
の反射光を感光ドラム７１表面に照射し、光が照射され
た領域の電荷が放電して静電潜像が形成される。次に、
現像器７５内に格納されたトナー７６が現像ブラシ７５
ａによって運ばれ、感光ドラム７１上の静電潜像に応じ
たトナー像を形成する。次に、感光ドラム７１の回転と
合わせて記録紙７０が搬送ローラ７７，７８によって矢
印Ｂ方向に搬送され、転写器７９によって感光ドラム７
１上に形成されたトナー像がそのまま記録紙７０上に転
写される。次に、トナーが付着した記録紙７０は、加熱
定着装置８２に送られて、回転駆動された加熱ローラ８
３と加圧ローラ８４との間に挟み込まれることによっ
て、トナーが加熱溶融して記録紙７０上に定着し排出さ
れる。こうして、光学系７３によって形成される画像パ
ターンが記録紙７０上にトナー像として記録される。な
お、記録紙７０上へ転写されずに感光ドラム７１上に残
留したトナーは、クリーニング装置８０に設けられたブ
レード８１によって清掃されて回収される。

【０００４】従来の加熱定着装置８２に用いられる加熱
ローラ８３は、金属やガラスなどから成る円筒状ローラ
の軸芯部に、ジュール熱を発生するニクロム線や輻射熱
を発生するハロゲンランプなどの発熱素子が組込まれた
ものが一般的である。しかし、発熱素子とローラとの間
に一定の空間が存在するため、熱の伝達効率が低く、発
熱素子の通電開始からローラ表面がトナー定着可能な所
定温度に達するまでに要する時間が長くなり、１分〜１
０分程度の予熱時間を必要としている。

【０００５】そこで、導電性セラミック材料を用いてロ
ーラと発熱素子とを一体化したセラミック加熱ローラ
が、近年提案されており、この加熱ローラに電力を供給
することによって、加熱ローラ自体がジュール熱を発生
するため、熱の伝達効率が良好になり、熱損失も少なく
予熱時間の短縮化を図ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の加熱定着装置で
は、回転駆動される加熱ローラに外部から電力を供給す
るために、セラミック加熱ローラの両端部に金属などか
ら成る導電性被膜を形成して、この導電性被膜に対して
ブラシ電極などの摺動可能な電極接点を用いる必要があ
る。

【０００７】さらに、加熱ローラ自体を回転駆動する場
合、駆動ギアなどの駆動手段を加熱ローラに取付けるた
めに、セラミック材料からなる加熱ローラに加工を施す
必要がある。しかし、セラミック材料の硬度および脆性
に起因して加工が困難となるため、加工コストの上昇を
招くという課題がある。

【０００８】また、加熱ローラの一端に駆動手段を設置
すると、加熱ローラの熱が駆動手段に伝達し、駆動手段
から放熱され、加熱ローラの表面温度上昇に時間を要す
るとともに、表面温度が不安定となる傾向がある。

【０００９】本発明の目的は、前述した課題を解決する
ため、自己発熱型導電性セラミック材料から成る加熱ロ
ーラを従動回転させることによって加熱ローラの温度を
安定に保つとともに、加熱ローラに加工を施すことなく
コストの低減を図ることができる加熱定着装置を提供す
ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、自己発熱型導
電性セラミック材料から成る加熱ローラと加圧ローラと
を備える加熱定着装置において、前記加圧ローラを回転
駆動するための回転駆動手段を設けることによって、前
記加圧ローラを従動回転させることを特徴とする加熱定
着装置である。

【００１１】

【作用】本発明に従えば、自己発熱型導電性セラミック
材料から成る加熱ローラと加圧ローラとを備える加熱定
着装置において、加圧ローラを回転駆動するための回転
駆動手段を加圧ローラに備えることによって、加熱ロー
ラを従動回転させるので、加熱ローラから回転駆動手段
を介して放熱されることを防いで、前記加熱ローラの表
面温度を安定に保つことができる。また、加熱ローラに
回転駆動手段を設けるための加工を施す必要がないた
め、加工コストの低減を図ることができる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である加熱定着装
置の構成を示す断面図である。この加熱定着装置は、自
己発熱型導電性セラミック材料から成る中空円筒状の加
熱ローラ１と、表面がシリコーンゴムで覆われた円筒状
の加圧ローラ２４と、加圧ローラ２４を回転駆動するた
めの駆動力を伝達する駆動歯車１２と、加熱ローラ１を
加圧ローラ２４に対して付勢して所定幅のニップを得る
ための圧縮ばね２６ａ，２６ｂと、これらを収納する筐
体３などから構成されている。

【００１３】加熱ローラ１は、たとえばチタン酸バリウ
ムを主体とする、正の温度係数を示す電気抵抗特性を有
する半導体セラミックスに、希土類元素であるランタン
やイットリウムなどの酸化物をドープ剤として添加され
た自己温度制御能のある導電性セラミック材料を焼結す
ることによって形成されており、一例として、商品名
「インフレックスバーク」（旭硝子株式会社製）を外
径１８ｍｍ、肉厚３ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、比抵抗１．
４１Ω・ｃｍの中空円筒状ローラに成形したものを用い
ることができる。なお、成形した円筒状ローラの表面は
研磨加工によって平坦化されており、両端面および各端
面から内側へ延びる所定長さ分の内壁、すなわち後述す
る導電性被膜が形成される部分はサンドブラスト処理に
よって粗面化されている。

【００１４】加熱ローラ１の外周表面のうち加圧ローラ
２４が圧着する領域には、たとえばフッ素樹脂にカーボ
ン粒子を微量添加した離型層２が厚さ２０μｍでコーテ
ィングされる。なお、離型層２の表面が帯電するのを防
ぐために、離型層２の体積抵抗率が１０⁶Ω・ｃｍ以上
であって、その表面抵抗が１０⁶〜１０⁹Ωの範囲に調整
された導電性を有することが好ましい。

【００１５】加熱ローラ１は、筐体３に一端が固定され
る圧縮ばね２６ａ，２６ｂを介して軸受４ａ，４ｂによ
って従動回転可能なように軸支されている。軸受４ａ，
４ｂは、耐熱性および耐摩耗性を有する、たとえばＰＰ
Ｓ（ポリフェニリンサルファイド）等で形成されること
が好ましく、高温になる加熱ローラ１に対して低摩擦抵
抗を保つことができる。この軸受４ａ，４ｂに対して圧
縮ばね２６ａ，２６ｂが加圧ローラ２４側へそれぞれた
とえば２ｋｇｆ程度の力で押圧している。

【００１６】加熱ローラ１の両端面および各端面から延
びる所定長さ分の内壁には、アルミニウムなどの金属を
溶かして微粒とし、これを吹付けて被膜を形成する溶射
法によって導電性被膜９，１９が形成されることが好ま
しく、これによってセラミック材料の粗い表面が滑らか
になるとともに、接触抵抗の低減化を図ることができ
る。なお、導電性被膜９，１９が形成される下地は、サ
ンドブラスト処理によって粗面化されているため、導電
性被膜９，１９の接着強度が向上している。また、導電
性被膜９，１９は延性の金属で極めて薄く形成されてい
るため、セラミック材料との熱膨張の差による剥離の発
生を解消することができる。

【００１７】図２および図３は、図１に示す加熱ローラ
１の両端部の構造を示す分解斜視図である。図２におい
て、加熱ローラ１に給電するための電極部材８は、円弧
状に弯曲した櫛歯状の突起８ａが両側に３個ずつ形成さ
れ、その端部にはリード線１４ａを圧着して電気的接続
を行うかしめ部８ｂが形成されている。電極部材８の材
質は、たとえばりん青銅やステンレス鋼等の弾性材料か
ら成り、電極部材８が加熱ローラ１の内壁に装着される
と、突起部８ａが外側に広がろうとする弾性力が作用し
て、突起部８ａの先端と加熱ローラ１の内壁、特に内壁
に形成された導電性被膜９との電気的接続が安定に確保
される。

【００１８】加熱ローラ１の端部に装着される、フラン
ジ型のローラキャップ１０が耐熱性接着剤１０ａによっ
て加熱ローラ１の端面と密着するように固定される。さ
らに、フランジ型のローラキャップ１０の小口径を有す
る突出円筒１０ｂの外周に、櫛歯状の突起部８ａの先端
の一対が嵌合し、電極部材８とローラキャップ１０とが
固定される。なお、ローラキャップ１０の端面には、加
熱ローラ１の内空間と外気とを連通するための連通孔２
８が穿設されており、これによって加熱ローラ１の温度
上昇によって上昇する内空間の圧力を大気圧に保つこと
ができる。

【００１９】次に、図３において、加熱ローラ１に給電
するための電極部材１８は、外周面が円筒状であって、
その内部に先端が外側に屈曲した弾性片１８ａが円周上
等間隔に複数形成された形状を有し、この電極部材１８
を加熱ローラ１に装着することによって弾性片１８ａが
外側に広がろうとする弾性力が作用して、弾性片１８ａ
の先端と加熱ローラ１の内壁、特に内壁に形成された導
電性被膜１９との電気的接続が安定に確保される。な
お、電極部材１８の材質は、電極部材８と同様に、たと
えばりん青銅やステンレス鋼などのような弾性材料から
成る。また、電極部材１８を加熱ローラ１に弾性によっ
て固定する際に、耐熱性接着剤を併用しても構わない。

【００２０】この電極部材１８の弾性片１８ａに嵌入す
るように円筒状の突起１７ａが形成された、たとえばＰ
ＰＳなどから成る円板状の絶縁スペーサ１７の中に、リ
ード線１４ｂが導かれ、図１に示すように、端子台１７
ｂに接続されている。なお、絶縁スペーサ１７と電極部
材１８とは耐熱性接着剤によって固定される。絶縁スペ
ーサ１７の端面に、略同径の導電板１５が耐熱性接着剤
によって固定されており、絶縁スペーサ１７の端子台１
７ｂと導電板１５の端子台１５ａとが電気的に接続され
ることによって、リード線１４ｂと導電板１５との電気
的接続が行われる。

【００２１】導電板１５には、円環状の溝１５ｃが設け
られ、導電板２０ｂに対向して設けられた円環状の溝２
０ｃとの間に介在する導電性の球１５ｂを介してころが
り軸受を形成し、摺動接触している。電極板２０ｂは電
極ばね２０ａを介して固定電極２０に固定されている。
こうして、加熱ローラ１および導電板１５が一体的に回
転運動しても安定な電気的接続が得られる。この固定電
極２０は、電極部材８，１８と同様に、たとえばりん青
銅やステンレス鋼などの弾性材料から成る。また、導電
板２０ｂが電極ばね２０ａによって導電板１５に向かっ
て一定の力で付勢することによって、加熱ローラ１全体
が図１左方へ移動しようとするが、リング状の突起１６
を加熱ローラ１に突設させて、例えば軸受４ａで支持す
ることによって、加熱ローラ１の変位を抑えている。

【００２２】図１において、電極部材１８の外周面に給
電する給電軸受２１は、電極部材１８に固定される導電
性の内輪と、固定電極２２に固定される導電性の外輪
と、内輪と外輪の間に介在する導電性の球とから成るこ
ろがり軸受が用いられ、加熱ローラ１および電極部材１
８が一体的に回転運動しても安定な電気的接続が得られ
ている。なお、このような導電性のころがり軸受の代わ
りに、外輪および内輪の材料として、摺動性の良好な導
電性材料、たとえば銅または銀等の高導電性金属と黒鉛
とを混合し、焼結したブラシ（商品名「スライディング
コンタクト／ＧＴＳ−０４Ｂ、オーパックス社製）から
成るすべり軸受を用いても構わない。給電軸受２１と電
気的に接続された固定電極２２、および導電板１５と電
気的に接続された固定電極２０は、たとえばＰＰＳなど
から成る電気絶縁性の電極ハウジング２３に保持されて
おり、電極ハウジング２３は筐体３に取付けられてい
る。

【００２３】電極部材８に接続されたリード線１４ａお
よび絶縁スペーサ１７の端子台１７ｂに接続されたリー
ド線１４ｂは、加熱ローラ１の軸芯に沿って配設され、
途中２個所で耐熱性および高い電気絶縁性を有する、た
とえばＰＰＳなどのリング状スペーサ７で支持され、そ
の間に温度ヒューズ５が直列接続される。この温度ヒュ
ーズ５は、加熱ローラ１が異常高温になると溶断して、
加熱ローラ１への給電を停止するために設けられ、加熱
ローラの平均的な温度分布を示す軸芯部に設けられる。
なお、温度ヒューズ５の表面は、耐熱性および高い電気
絶縁性を有する被覆層６、たとえばポリイミド樹脂で覆
われている。

【００２４】こうして、固定電極２２から給電軸受２
１、電極部材１８、導電性被膜１９、加熱ローラ１を通
って、導電性被膜９、電極部材８、リード線１４ａ、温
度ヒューズ５、リード線１４ｂ、端子台１７ｂ、端子台
１５ａ、導電板１５、球１５ｂ、導電板２０ｂ、電極ば
ね２０ａ、固定電極２０までの電気回路が形成される。
これらの固定電極２０，２２に、温度制御装置４０から
たとえばＡＣ１００Ｖの交流を供給することによって、
自己発熱型導電性セラッミ材料から成る加熱ローラ１が
全体にわたって均一に発熱する。なお、加熱ローラ１の
温度を検出するために、サーミスタなどの温度検出素子
４１が加熱ローラ１の外表面に接触するように取付け部
材４２によって固定されており、この温度検出素子４１
の出力はＣＰＵ（中央処理装置）４３と接続された温度
制御装置４０に入力され、加熱ローラ１の温度が安定す
るように制御されている。

【００２５】加圧ローラ２４は、軸芯２４ａのまわりを
厚さ５ｍｍ程度のシリコーンゴムで覆われた外径２０ｍ
ｍ、長さ２２０ｍｍのローラであり、軸芯２４ａの両端
は耐熱性および摺動性を有する、たとえばＰＰＳなどか
ら成る軸受２５ａ，２５ｂによって軸支され、加圧ロー
ラ２４の回転を安定なものにしている。軸芯２４ａの延
長上の一端には、駆動歯車１２が固定される。駆動歯車
１２に嵌合する軸１１の断面形状は略Ｄ字状に形成され
ており、駆動歯車１２と一体的に固定される。なお、軸
１１と駆動歯車１２との固定構造として、スプリングピ
ンなどで取付けても構わない。

【００２６】次に、図１に示す加熱定着装置の動作につ
いて説明する。この加熱定着装置を搭載した電子写真装
置の電源を投入すると、ＣＰＵ４３の命令に基づいて、
加熱ローラ１が所定の予熱温度になるように、温度制御
装置４０が加熱ローラ１への通電量を制御する。その
後、ＣＰＵ４３から印刷命令が送られると、温度制御装
置４０は加熱ローラ１の温度を予熱温度から１５０℃〜
２００℃の範囲の定着温度になるように、加熱ローラ１
の通電量を増加させるとともに、記録紙の搬送装置の動
作に併せて駆動歯車１２が図示しない駆動系によって回
転駆動されて、加圧ローラ２４が回転し、加熱ローラ１
が従動的に回転する。そして、未定着トナーを載せた記
録紙が加熱定着装置に搬入されて、加熱ローラ１と加圧
ローラ２４によって挟持されながら搬送されると、未定
着トナーが加熱溶融して記録紙上に定着される。加熱ロ
ーラ１は従動回転するため、加熱ローラ１に回転駆動手
段を設ける必要がなくなり、回転駆動手段を介して加熱
ローラ１の熱放出を防ぐことができ、加熱ローラ１の表
面温度が安定に保たれる。

【００２７】このようにして、加熱ローラ１に、たとえ
ばＡＣ１００Ｖ、４００Ｗの電力を供給することによっ
て、加熱ローラ１の表面温度が１５５℃になり、加熱ロ
ーラ１の周速を３９ｍｍ／秒、加圧ローラ２４のニップ
幅を１８ｍｍに設定した場合、定着性に優れ、しかも画
像乱れの少ないトナー定着像を得ることができた。

【００２８】加熱ローラ１が室温から定着温度まで上昇
すると、金属製の電極部材８，１８は熱膨張するのに対
して、セラミック製の加熱ローラ１はあまり膨張しない
ため、電極部材８の突起８ａの先端および電極部材１８
の弾性片１８ａの先端が相対的に変位する。しかし、電
極部材８，１８は弾性的に固定されているため、加熱ロ
ーラ１と電極部材８，１８との電気的接続が安定に保た
れる。さらに、電極部材８，１８は導電性被膜９，１９
を介して加熱ローラ１に接触していることによって、接
触抵抗が極めて小さくなるため、加熱ローラ１の回転に
よっても安定した通電が行われ、加熱ローラ１の温度変
動が少なくなり良好な定着画像を得ることができる。

【００２９】以上の実施例において、加熱ローラ１の両
端部に形成する導電性被膜が、アルミニウムを溶射して
形成される例を用いて説明したが、他の金属を溶射して
も構わず、さらに金属をめっきしたり蒸着することによ
って、たとえばＮｉのみの単層被膜やＮｉ＋Ｃｕ＋Ｎｉ
の３層被膜を形成しても構わず、また導電性の非金属で
形成しても構わない。

【００３０】また、以上の実施例において、加熱ローラ
１に給電するために、加熱ローラ１の一端側に回転摺動
可能な給電電極を設ける例を説明したが、加熱ローラ１
の両端部にそれぞれ回転摺動可能な給電電極を設けて、
加熱ローラ１のスラスト方向に沿って給電する構成でも
構わない。

【００３１】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、セ
ラミック材料から成る中空の加熱ローラに特殊な加工を
施すことなく、加工コストの低減を図ることができると
ともに、加熱ローラからの熱放出を防ぐことができるた
め、加熱ローラの表面温度を安定に保つことができる。
したがって、加熱ローラの温度変動が少なくなって、極
めて良好なトナー定着像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である加熱定着装置の構成を
示す断面図である。

【図２】図１に示す加熱ローラ１の両端部の構造を示す
分解斜視図である。

【図３】図１に示す加熱ローラ１の両端部の構造を示す
分解斜視図である。

【図４】従来の加熱定着装置８２を用いた電子写真装置
の一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１加熱ローラ２離型層３筐体４ａ，４ｂ軸受５温度ヒューズ７リング状スペーサ８，１８電極部材９，１９導電性被膜１０ローラキャップ１１軸１２駆動歯車１５導電板１５ｃ，２０ｃ溝１５ｂ球１６突起１７絶縁スペーサ２０，２２固定電極２１給電軸受２３電極ハウジング２４加圧ローラ２５ａ，２５ｂ軸受２６ａ，２６ｂ圧縮ばね２８連通孔４０温度制御装置４１温度検出素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自己発熱型導電性セラミック材料から成
る加熱ローラと加圧ローラとを備える加熱定着装置にお
いて、前記加圧ローラを回転駆動するための回転駆動手段を設
けることによって、前記加熱ローラを従動回転させるこ
とを特徴とする加熱定着装置。