JPH0477314B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は加熱装置、特に加熱防止機能を備えた
加熱装置に関する。

以下加熱装置として複写機等の画像形成機器に
適用される加熱定着装置を例に挙げて説明する。

従来の加熱定着装置は加熱源としてのハロゲン
ヒータによつて加熱された発熱体例えば定着ロー
ラの表面温度を該定着ローラに当接させた温度検
知手段で検知し、この検知信号を受けた温調回路
で上記ヒータ電路に挿入されたスイツチを断接さ
せて、上記定着ローラの表面温度を許容範囲内に
保つように制御している。

ところで、上記温調回路の故障等でスイツチの
断接が行なわれない場合、定着ローラは異常な高
温に加熱されるおそれがある。そこで、この過昇
温を防止するために定着ローラに近接して熱応答
性部材としての温度ヒユーズを設け、この温度ヒ
ユーズを上記ヒータ電路に直列に挿入し、この温
度ヒユーズが定着ローラからの熱を受けて溶断す
ることによつて、上記定着ローラが過昇温になる
ことを防止している。

この場合、上記のように温度ヒユーズを定着ロ
ーラから一定距離を保つて近接配設することは、
次のような理由による。即ち、定着ローラと温度
ヒユーズの間には距離に依存した規則的な温度の
関係がある。例えば定着ローラの表面温度が200
℃とすれば、定着ローラから１mm離れた位置では
180℃、２mm離れた位置では160℃、３mm離れた位
置では180℃、４mm離れた位置では90℃となる。
従つて２mm離れた位置に定格温度（溶断する温
度）168℃の温度ヒユーズを配置すれば、定着ロ
ーラの表面温度が正常に許容範囲内に制御されて
いるときは溶断することなく、異常時つまり温調
回路の故障等により定着ローラは過昇温して、上
記温度ヒユーズの配置位置の温度が168℃以上に
なることにより該温度ヒユーズは溶断し、加熱源
への電力の通電を確実に断つことができるもので
ある。このため、温度ヒユーズと定着ローラとの
位置関係が重要で、温度ヒユーズを配置してある
側では可能な限りガタとか熱膨張に起因する定着
ローラの位置変化を少なくする工夫がなされてい
た。

しかし、上記のように温度ヒユーズが定着ロー
ラには近接してはいるが、その定着ローラ周面か
ら離れた位置に設けられていると、大電流を
OFFするような温度ヒユーズを用いた場合、そ
れ自体の熱容量も大きく、サーミスタなどの温度
検知手段に比べ、熱応答性（反応時間）が劣る問
題点があつた。

そこで本発明は、上記従来例の問題点を解消
し、熱応答性を高めて温度変化が急激な加熱源の
過昇温防止をも行うことのできる加熱装置を提供
するものである。

上記目的を達成する本発明は、加熱源と、この
加熱源によつて加熱される加熱ローラと、加熱ロ
ーラの過昇温時加熱源への電力供給を遮断する過
昇温防止素子と、を有する加熱装置において、上
記加熱ローラは軸方向で一端側は固定支持され他
端側は移動可能に支持されると共に、上記過昇温
防止素子は加熱ローラの移動可能に支持される側
に設けられ、加熱ローラが軸方向に熱膨張するこ
とで加熱ローラと過昇温防止素子間の距離が短く
なることを特徴とするものである。

以下、本発明の一実施例を説明する。

第１図及び第２図は、本発明の一実施例を適用
した複写機の加熱定着装置及び加熱定着ローラの
側端部の縦断面図である。

図に於て１はアルミニウム製円筒の定着ローラ
１で、軸受け２ａ，２ｂによつて両端が回転自在
に保持されている。なおこの軸受け２ａ，２ｂ
は、定着装置の支持枠（図示せず）に取付けられ
ている。又駆動ギア１５は定着ローラ１に嵌合し
て固定されており、複写機本体側の駆動源（図示
せず）からの駆動力が本体側のギア１４を介して
伝達されている。そして定着ローラ１の位置を一
定にして軸受２ａ，２ｂより「ズレ」とか「抜
け」を防止するために、ローラ１の駆動側端部の
みに設けた溝１ａにＣ−リングのような軸止め１
６を係合してある。又加圧ローラ１９は定着ロー
ラ１と加圧対峙しており、ステンレス製の芯金２
０の周面にシリコーンゴムの弾性体層１８を被覆
した構成である。この芯金２０は軸受１７ａ，１
７ｂにより回転自在に支持されている。そして上
記定着ローラ１の内部には、略その全幅にわたつ
てハロゲンヒータ４が設けられている。このハロ
ゲンヒータ４は枠体７に取付けられた電極３によ
つてローラ１のほぼ中央部に支持され、この電極
３を介して電源と連結して通電される。サーミス
タ５は定着ローラ１の表面に当接して設けられた
該定着ローラ１の表面温度を検知する。温度ヒユ
ーズ６はハロゲンヒータ４の発する熱線を直接感
知できる位置で、しかも定着ローラ１が軸受２に
駆動ギア１５を軸止め１６により長手方向に対す
る「ズレ」防止対策が施されていない側、つまり
ローラ１の熱膨張変化率の大きい側、本実施例で
はローラ１の端面に近接して設けられている。そ
して、この温度ヒユーズ６は枠体７に取付けられ
たリード線１３を介してヒータ４と電源１１（第
３図）との間に直列に接続されている。

ここで第３図を用いて、ローラ１の温度制御に
ついて説明する。

まず定着ローラ１は、電極３によつて支持され
たヒータ４により加熱される。そして定着ローラ
１の表面に当接された温度検知手段としてのサー
ミスタ５の検知温度に応じて、温調回路１０から
の信号によりスイツチ１２がON・OFFしてロー
ラ１の表面を許容範囲内に保つよう制御する。こ
の際温調回路１０は室温から定着に必要な温度ま
でローラ１表面温度を立ち上げるとき、ハロゲン
ヒータ４が定格最大の出力を出すよう制御し、一
旦定着に必要な温度まで達すると、それ以後は位
相制御により1/2の出力を出すように制御する。

そして万一、定着ローラ１が規定温度以上の熱
を発するような状態となつた場合、温度ヒユーズ
６は直接この定格温度以上の熱を受けて溶断し、
直ちにヒータ４への電力の供給が停止される。こ
の際定着ローラは熱膨張係数の大きな金属で構成
されており、しかも温度ヒユーズ６のない側の軸
受け部で長手方向の動きが規制されているため、
定着ローラ１の端面は定着装置枠体との位置が固
定しているヒユーズ６との間の距離を縮めて、ヒ
ユーズ６は定着ローラ１よりの熱をより迅速に受
けられるようになり、温度ヒユーズ６は溶断しや
すくなつて速やかに異常状態を解消することがで
きる。

この過程を更に詳しく第４図を用いて説明す
る。定着ローラ１の一端（第１，４図に於て左
端）は、駆動ギア１４と軸止め１６により定着装
置枠体（不図示）に固定された軸受け２ａとの位
置を規制されているので、定着ローラ１の自由端
（第１，４図に於て右端）と、定着装置枠体との
位置関係は一義的に微量の誤差範囲（例えば±
0.1mmの範囲）で決まる。即ち、定着ローラ１が
室温（25℃）にあるとき、該定着ローラの自由端
と温度ヒユーズ６との位置関係が1A−L1という
ことになる。そして通常の使用状態（例えば180
℃）にあるときの位置関係は定着ローラの軸線方
向への熱膨張によつて1B−L1（1B−L1＞1A−
L1）となる。この状態ではいかなる通常の使用
状態において温度的な影響を受けても温度ヒユー
ズ６が溶断あるいは変質しない状態が保持される
ように1D−L1を決めてある。

さて温調用のサーミスタ５の断線等の事故によ
り加熱源であるハロゲンヒータ４が連続点灯し、
定着ローラ１が異常に昇温した場合、定着ローラ
は軸線方向に熱膨張して固定されていな自由端側
つまり温度ヒユーズ６の配設側にのびる。即ち即
ち、通常使用状態よりも遥かに高い温度（例えば
350℃）にあるとき、温度ヒユーズ６と定着ロー
ラ１の端面との位置関係が1C−L1となつて両者
間の距離が近接し、温度ヒユーズ６は定着ローラ
１の輻射熱をより受けられるようになる。このた
め、温度ヒユーズ６の溶断するまでの時間T1が、
定着ローラ１の熱膨張を考慮しない場合の溶断す
るまでの時間T2に比較して遥かに短かく（T1，
T2）なる。

第５図は本発明の実施例と従来例との熱応答性
の比較実験結果を示すグラフである。実験はアル
ミニウム製の肉厚1.6mm、外径25mm、長さ260mmの
定着ローラに、1.2Kwのハロゲンヒータを内部に
設けた、前記第１図乃至第５図に示す実施例装置
で行なつた。

まず、上記ハロゲンヒータに交流100Vを印加
して定着ローラを加熱したところ、第５図のグラ
フＡに示すごとく時間の経過とともに定着ローラ
の表面温度も上昇し、約18秒で200℃まで上昇し
た。一方定格226℃±1.67℃の高精度温度ヒユー
ズをハロゲンヒータと直列に接続し、異状を想定
して電力を共給し続ける実験を行なつたところ、
異常発生時から約50秒後にヒユーズは溶断し、ハ
ロゲンヒータへの電力の供給が断たれた。このと
きの定着ローラ端面とヒユーズとの間の距離は
200℃のときより2.6mm近づき定着ローラの表面温
度は瞬間約550℃に至つたものの、定着ローラは
溶けるには至らなかつた。なお第５図中グラフＢ
は時間（秒）とヒユーズ周辺の雰囲気温度との関
係を示したものである。

続いて従来の例えば第６図に示したように、軸
止め１６ａ，１６ｂを定着ローラ両端軸受け２
ａ，２ｂに対し夫々設け、定着ローラ１の端面と
温度ヒユーズ６との位置関係が定着ローラの熱膨
張などにより変化しないようにした定着装置を用
いて実験した。前回同様に異常時を想定してヒー
タに電力を供給し続ける実験を行なつたところ、
異常発生時から約70秒後にヒユーズは溶断した。
第５図中グラフＣは、このときの時間とヒユーズ
周辺の雰囲気温度との関係を示したものである。

上記の実施例に於ては、定着ローラ材質として
線熱膨張率の大きなアルミニウムを用いている
が、鉄、ステンレス、銅、真ちゆうなどの金属も
利用できる。

以上、第１図乃至第５図の実施例は定着ローラ
１の軸線方向への熱膨張を利用したものである
が、定着ローラ１の周方向の熱膨張即ち外径の変
化により定着ローラの周面近傍に設けられた温度
ヒユーズとの距離が変化することを利用すること
もできる。この場合、軸受けの構造によつて定着
ローラを特定の径方向に膨張させることができ
る。

第７図は上記の軸受けの一例を示すもので、２
分割式の軸受け部材２２，２３を線熱膨張率の異
なる物質で作製してある。そして、両軸受け部材
２２，２３の内面に耐熱性樹脂の中に４弗化エチ
レンを混合した摺動部材２４、例えばポリイミド
樹脂と４弗化エチレンの混合物からなる円筒状の
すべり性の良い樹脂をはりつけておいても良い。
つまりすべり性の良い樹脂は外側を固定している
物質にならつて充分に伸び縮みするので、軸受け
部材２２により軸受け部材２３の方がよく熱膨張
する物質で作つておけば、定着ローラ１の軸受け
部は上下方向に自由度が大きくなり、定着ローラ
１を加熱すると該定着ローラが第８図に示すよう
に横断面楕円形に熱膨張して（軸受け部材２２は
同２３より熱膨張しないから定着ローラ１は熱膨
張しやすい軸受け部材２３側へ積極的に膨張す
る）その直径がR1よりR2に増大し、結果として
軸受け部材２３側のローラ表面に近接して温度ヒ
ユーズを設けておけば、その定着ローラと温度ヒ
ユーズ間の距離が短かくなり、該温度ヒユーズの
溶断を早めて過昇温を確実に防止できる。

上記軸受け部材２２にはステンレス、軸受け部
材２３にはアルミニウムを用いて実験したところ
内径25φの軸受けに於て、R2−R1＝1.0mmの熱膨
張変化があつた。

第９図は軸受け構造の他の例を示すもので、摺
動部材２７ａ，２７ｂを２分割して、夫々軸受け
部材２５，２６に密着させ、その両軸受け部材２
５，２６を内部で自由に上下移動できる枠体２８
の中に入れ、枠体２８と軸受け部材２６の間にバ
ネ部材２９を入れた構成である。

本例に於ても定着ローラ１の軸受け部は上下方
向に自由度が大きくなり、定着ローラは加熱され
ると、軸受け部材２６をバネ部材２９のバネ力に
抗して押し上げながら横断面楕円形に熱膨張し、
前記第７，８図例と同一の作用効果が得られる。

なお熱応答性部材としての温度ヒユーズ６は、
バイメタルを使用した温度スイツチ、磁性体を使
用した温度スイツチ等種々のものが利用できる。

以上述べたように本発明は、異常事態の発生に
よつて定着ローラの温度が高くなつたとき、定着
ローラは熱膨張によつて該熱膨張方向に配設固定
した温度ヒユーズとの距離を近づけるから、温度
ヒユーズは定着ローラの過昇発熱に迅速に応答し
て溶断し、速やかに異常状態を解消することがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明加熱装置の縦断面図、第２図は
その一部の拡大縦断面図、第３図は温調回路のブ
ロツク図、第４図は定着ローラの熱膨張説明図、
第５図は定着ローラの加熱時間対昇温温度のグラ
フ図、第６図は従来の軸受け構造を採用した定着
ローラの縦断面図、第７図は定着ローラの軸受け
構造の一例を示す図、第８図は定着ローラが直径
方向に熱膨張した状態を示す同上図、第９図は定
着ローラの軸受け構造の他の例を示す図である。 １は定着ローラ、２ａ，２ｂは軸受け、３は電
極、４はヒータ、５はサーミスタ、６は温度ヒユ
ーズ、７は枠体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱源と、この加熱源によつて加熱される加
   熱ローラと、加熱ローラの過昇温時加熱源への電
   力供給を遮断する過昇温防止素子と、を有する加
   熱装置において、 上記加熱ローラは軸方向で一端側は固定支持さ
   れ他端側は移動可能に支持されると共に、上記過
   昇温防止素子は加熱ローラの移動可能に支持され
   る側に設けられ、加熱ローラが軸方向に熱膨張す
   ることで加熱ローラと過昇温防止素子間の距離が
   短くなることを特徴とする加熱装置。