JPH06118825A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子写真装置等に用いられる熱ローラー式定
着装置において、加熱ローラーの発熱源の温度を下げて
安全なものとし、さらに信頼性の向上、小型低価格化を
図る。 【構成】 抵抗性フィルム１には加熱ローラー２の軸方
向に並列した一対の電極とその間の発熱領域の中央部に
固着された温度センサ１１が配されており、板ばね６３
によって張力を付与されて加熱ローラー２の周面の一部
に圧接されている。電極に通電することにより、発熱領
域が発熱し加熱ローラー２が所定温度に維持される。記
録材８は加熱ローラー２と加圧ローラー３間で加熱、加
圧されて定着される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプリンタや複写機等の電
子写真式画像形成装置に用いられる定着装置に関する。
更に詳しくは加熱ローラーの加熱方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真式画像形成装置の定着装
置は、ハロゲンランプなどのランプヒーターから輻射熱
が与えられることにより所定の温度に維持された加熱ロ
ーラーと、弾性層を有して加熱ローラーに圧接された加
圧ローラーによって、未定着のトナー画像を担持する記
録材を加熱加圧する熱ローラー方式が代表的であった。

【０００３】また、ランプヒーターを用いないで加熱ロ
ーラーを加熱する方法としては特開昭５６−１２３５８
０に開示されるように加熱ローラー周面の抵抗発熱層に
通電することで加熱する方法があった。また、特開昭６
３−３１３１８２号に開示されているように加熱ローラ
ーを用いずに記録材と同速度で移動するフィルムを介し
て固定の抵抗発熱体で加熱する方法があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが上述の従来例
は以下に示されるような課題を有していた。すなわち、
ランプヒーターによる方法では、 十分な輻射熱を得るためにランプのフィラメント部は
３０００℃近辺と非常に高温にする必要があり安全上問
題であった。

【０００５】ランプヒーターはフィラメントをガラス
管で封じ込めた構造であり、さらにガラス管に素手でさ
わると寿命が著しく損なわれることもあって装置の組立
性が悪くコストアップを招いていた。またそれ自身高価
でもあった。

【０００６】必要な発熱長を得るのにフィラメント封
止部や端子などのために余分な長さが必要で装置の大型
化を招いていた。

【０００７】寿命が短く装置の信頼性を低下させてい
た。

【０００８】特開昭６３−３１３１８２号では、 フィルムが記録材と同速度で搬送されるためその取扱
いが容易でなく構造が複雑であった。またそのためコス
ト高も招いていた。

【０００９】フィルムが記録材と接触するため、記録
材のジャム等によりフィルムが破損するなど信頼性に課
題を有していた。

【００１０】特開昭５６−１２３５８０号では、 ブラシ電極が必要であり、接点部の抵抗発熱、電気的
ノイズ発生の問題を有していた。

【００１１】加熱ローラー周面に発熱層や電極を形成
せねばならず、製造が容易ではなくコスト高であった。

【００１２】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは上記課題を除去
し、安全性、信頼性が高く、しかも小型低コストの定着
装置を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、記録材の表面
に接触することによって該記録材を加熱する加熱ローラ
ーと、前記加熱ローラーの加熱手段と、前記記録材を前
記加熱ローラーに圧接させる加圧手段とを備え、前記加
熱手段は前記加熱ローラーの表面に接して固定配置され
たフィルム状抵抗発熱体であり、望ましくは、前記フィ
ルム状抵抗発熱体は前記加熱ローラーの軸方向に並列し
て配された少なくとも一対の電極を有し、更に望ましく
は、前記フィルム状抵抗発熱体上には温度検出素子が備
えられていることを特徴とする。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。

【００１５】まず定着装置全体の構造について、図１、
図２、図３を用いて説明する。図１は本実施例の側面断
面図、図２は正面断面図、図３は発熱フィルムの構成を
示す図でａ）が平面図、ｂ）が側面断面図である。

【００１６】アルミニウム性の加熱ローラー２は金属製
の加熱ローラー軸２２と同軸上にＰＰＳ（ポリフェニレ
ンサルファイド）等の耐熱樹脂製のスリーブ２１を介し
て固定されている。加熱ローラー軸２２は、滑り軸受け
２４、２４を介して、上ケース６に一体となって成形さ
れている上支持板６４、６５に回転可能に支持されてい
る。加熱ローラー軸２２の一端には駆動ギア２３が固定
されており、図示しないモーターにより回転駆動され
る。加熱ローラー２の表面には、ＰＦＡ（四フッ化エチ
レン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合
体）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン
共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）
等の離型層が塗設されており、トナーのオフセット性が
改善されているとともに加熱ローラー２の周面の一部と
摺擦する発熱フィルム１との摩擦係数低減も図られてい
る。

【００１７】発熱フィルム１は矩型をしており、その長
辺の一方を上ケース６に、他方を板ばね６３を介して上
ケース６に、それぞれフィルム押さえ板６１、６２及び
接着剤により固着されている。固定は、発熱フィルム２
を所定位置にセットした後、その上からフィルム押さえ
板６１、６２をネジ等により固定し、最後に上ケース６
とフィルム押さえ板６１、６２の間に接着剤を流し込め
ば良い。発熱フィルム２の矩型の短辺の長さは加熱ロー
ラー２を所定位置にセットすると、板ばね６３がたわん
で発熱フィルム２に張力が生じるような寸法に設定され
ている。発熱フィルムの材質は抵抗性、例えばカーボン
ビーズを分散したＰＩ（ポリイミド）であり、図３に示
すように発熱フィルム１には銀ペースト等からなる一対
の電極１３が加熱ローラー２の軸方向に並列して塗設さ
れており、電極間に所定の電圧を印加すると加熱ローラ
ー２の軸方向に平行な線状となる電極間の間隙部（発熱
領域１２）に電流が流れ発熱する。発熱領域１２上には
温度センサ１１が固着されており、検出した温度情報に
基づいて発熱フィルムに印加する電力を調節することに
よって加熱ローラー２の温度制御がなされる。

【００１８】その他に加熱ローラ２の外周には、記録材
８が加熱ローラー２に巻き付くのを防止する分離爪５、
わずかにオフセットして加熱ローラー２に付着したトナ
ーを除去するためのフェルト製のクリーニングパッド４
が配設されている。クリーニングパッド４は、発熱フィ
ルム１にトナ−の付着がおこって熱伝導性が悪くなった
り発熱フィルム１と熱ローラー２が貼り付いて発熱フィ
ルム１が破損したりするのを防ぐために、加熱ローラー
２の回転方向に付いて発熱フィルム１よりも上流側に配
されている。発熱フィルム１と加熱ローラー２の貼り付
きよる発熱フィルム１の破損についてさらに安全を期す
ためには、電源オン直後など加熱ローラー２の温度が低
く、発熱フィルム１と加熱ローラー２の間にもしトナ−
が有った場合にトナーが両者を固着させているような状
態の時には、すなわちトナーの特性により定められる所
定の温度以下の時には、加熱ローラー２を回転しないよ
う回転駆動を制御すれば良い。

【００１９】加圧ローラー３は加圧ローラー軸３２の外
周にシリコンゴム等の弾性部材３１が設けられており、
加熱ローラー２とともに記録材８を加熱、加圧するニッ
プ部を形成している。加圧ローラー３は加圧ローラー軸
受け３３を介して下フレーム７に一体として成形された
下支持板７１、７２に回転可能に支持されている。下フ
レーム７は上フレーム６に対してフレーム回転軸９０に
よって回転可能に支持されており、加圧ばね９１によっ
て加圧ローラー３を加熱ローラー２に圧接させる方向に
付勢されている。

【００２０】次に発熱フィルム１の発熱条件設定に付い
て説明する。

【００２１】発熱フィルムに印加する電力の適正値につ
いては、電源オンから定着可能になるまでのウォームア
ップタイムをどの程度に設定するか、温度変動を安定化
させるために加熱ローラー２の熱容量をどの程度に設定
するか等により異なる。本実施例は、消費電力をできる
だけ小さく、ウォームアップ時間をできるだけ短くする
ことを主眼としたものであるが、そのような場合、例え
ば加熱ローラー２の直径をφ１２ｍｍからφ２０ｍｍ、
肉厚を０．４ｍｍから１ｍｍ程度とし、最大印加電力を
１５０Ｗから３００Ｗに設定すると、ウォームアップ時
間は１０秒から数１０秒となる。本実施例では最大印加
電力を２００Ｗとなるように発熱フィルム１の抵抗値を
定めてある。具体的には、発熱フィルム１の抵抗値が５
０Ωとなるように、発熱フィルム１の体積抵抗率を１０
００Ωｃｍ、図３中の電極長さＬｅ２２０ｍｍ、電極間
幅Ｄｅ２．２ｍｍ、発熱フィルム厚を５０μｍと設定し
て、最大印加電圧の実効値を１００Ｖとすれば良い。

【００２２】発熱条件設定に付いては当然上述の値に限
られるものではないが、発熱フィルム１の体積抵抗率
は、製造性、抵抗率の安定度等から、１０²Ωｃｍから
１０⁵Ωｃｍ程度が望ましい。また、発熱フィルム厚は
取扱い性、しわの発生し難さの観点から１２μｍ以上、
熱伝導性の観点から２００μｍ以下が望ましい。電極長
さＬｅは、加熱ローラー長さをＬｒとすれば、Ｌｒ＞Ｌ
ｅ＞Ｌｒ−２０ｍｍ程度が望ましい。Ｌｅの上限は、発
熱領域１２の端部で加熱ローラー２に接触しない部分が
生じることによる発熱フィルム１の部分的な過昇温を防
止するためであり、下限は加熱ローラー２の両端部が加
熱されないことによって温度分布の不均一性を防止する
ためである。ここで加熱ローラー長さＬｒは最大記録材
幅より５ｍｍから５０ｍｍ程度長くするのが適当であ
る。電極間幅Ｄｅは、図１に示される加熱ローラー２と
発熱フィルム１の接触幅をＤｒとすれば、Ｄｒ＞Ｄｅ＞
１ｍｍ程度が望ましい。Ｄｅの上限は、発熱領域１２の
中で加熱ローラー２に接触しない部分が生じることによ
り発熱フィルム１の部分的な過昇温を防止するためであ
り、下限は、発熱密度が高くなるのと熱伝導に必要な接
触面積が減ることにより、発熱フィルム１と加熱ローラ
ー２間の温度勾配が大きくなりすぎて加熱ローラーの温
度コントロールが不正確になること、さらには発熱フィ
ルムが過昇温することを防止するためである。

【００２３】次に、本実施例の定着装置の温度制御に付
いて説明する。

【００２４】図４に本実施例の温度制御に関するブロッ
ク図を示す。サーミスタによる温度センサ１１からの温
度情報はＡＤ変換器を通して演算処理部に入力され、適
切な印加電力量が設定されて、通電制御部によって発熱
フィルム１の電極１３への通電量が制御される。

【００２５】図５に温度センサ１１の構造を示す。絶縁
性ＰＩの基材１１１にはサーミスタ１１２、電極１１３
が配されており、基材１１１はサーミスタ１１２が発熱
フィルム１の発熱領域１２の中央部に位置するように発
熱フィルム１に接着されている。従来のランプヒータで
加熱する熱ローラー方式の場合、ＰＩフィルムを介して
サーミスタを熱ローラーに摺動させる方式の温度センサ
になるため、弾性部材を用いて圧接させるなど構造が複
雑になるが、本発明によれば接着で固定できるため構造
が簡単で、また発熱部からの熱伝導性がよいため温度制
御の精度も向上する。

【００２６】本実施例では加熱ローラー２の低熱容量化
を図っているため、発熱フィルム１の発熱量変化や記録
材８の通過等に対して加熱ローラー２の温度変動が敏感
である。従って温度センサ１１の情報からきめ細かに発
熱フィルム１の通電量を制御することが望ましい。本実
施例では温度情報を８ビットのデジタル信号にし、演算
処理部で、目標温度との偏差、偏差の微分値、積分値を
もとに印加熱量を算出する。すなわち離散的ＰＩＤ制御
を行う。算出された熱量を基に通電制御部が発熱フィル
ム１への通電量を変化させる。図６に示すように通電量
の変化は商用ＡＣ電源のゼロクロスポイントで分割した
波数の変化で行う。

【００２７】上述以外にも、温度制御の方法としては、
検出温度と目標温度の高低によりオンオフ制御を行う方
法、検出温度と目標温度の偏差から印加熱量を調節する
方法、ウォームアップ時や記録材の通過時点をあらかじ
め考慮してそれにあわせた印加熱量を与えるいわゆるフ
ィードフォワード制御等、種々の方法が適用できる。ま
た、通電量の変化方法としては、ＡＣ波形の一周期内で
通電する位相範囲を変化させる位相制御を適用すること
もできる。

【００２８】このように本発明では導電性ＰＩのような
プラスチックフィルムに電極を形成しただけで加熱体と
することができ、きわめて低コストであり、また組立も
容易である。また、加熱ローラーに直接接して加熱する
ため加熱ローラーと同程度の温度、すなわち百数十度と
なるだけでランプヒーターの様な数千度といった高温に
はならず安全性が高い。また、加熱フィルム１の寸法は
加熱ローラーの長さ以内に納まっており、装置の大型化
につながらない。また、発熱体としては寿命も半永久的
であり信頼性を大きく向上させることができる。また、
固定の通電発熱体であるため構造が簡単でブラシ電極も
必要ない。

【００２９】このように本発明は多くの優れた特徴を有
するが、さらに本実施例は、加熱ローラー２の軸方向温
度分布を積極的に解消しようとする著しい効果を有する
ことも発見された。熱ローラー方式において軸方向の温
度分布は避けられないものであり、とくに本実施例のよ
うな低熱容量化を図ったものにおいては十分な対策を施
す必要がある。その発生の主原因はローラー両端軸受け
部からの伝熱により両端部の温度が低下すること、記録
材がローラーから熱を奪っていくことにより中央部の温
度が低下することである。ところで、抵抗発熱体は一般
的に高温になるほど抵抗値が上昇し一定の印加電圧下に
おいては発熱量が低下する。本実施例のように１対の電
極で挟まれた線状の発熱領域の場合、線状のそれぞれの
場所で電極間に一定電圧が印加されていると近似的にみ
なせるため、例えば両端部が高温になればその両端部の
抵抗が上昇し、すると両端部の発熱量が中央部に比較し
て低下する。逆に両端部が低温になればその部分の抵抗
値が減少して発熱量が増加しする。すなわち生じている
温度分布を積極的に補正するような発熱量分布となり、
温度分布の均一化がなされるわけである。

【００３０】なお、上述の実施例では発熱フィルムは導
電性の基材に電極を形成したものであったが、例えばポ
リイミドフィルムなど絶縁性のフィルム上に抵抗層と電
極を塗設して発熱領域を形成したものでも良い。

【００３１】また、上述の実施例では発熱フィルム１に
加えた張力に寄って発熱フィルム１を加熱ローラー２に
圧接しているが、例えばフェルト等の断熱性の弾性部材
によって圧接させる方式でも良い。

【００３２】また、前述したように本発明は温度分布を
積極的に解消しようとする効果を有しているが更に尚強
制的に温度分布を補正するために、発熱フィルム１上に
複数の電極対を設けて加熱ローラー２の軸方向に異なる
レベルの熱量を独立に制御して与えることも可能であ
る。本発明ではこのような構成をとるのに電極のパター
ンニングのみで行えるため、従来例に比べて容易に実現
することができる。

【００３３】また、抵抗発熱体として正の抵抗温度係数
を有する物質いわゆるＰＴＣ特性を有する物質を用いて
も良い。図７に代表的なＰＴＣ特性を示す。このような
特性を示す物質には例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏ₃ ）系セラミックがある。具体的には特開昭５６−１
２３５８１号に開示されているように、商品名ポジスタ
（株式会社村田製作所）粉末を絶縁性のバインダをもち
いて結着させれば定着装置に適したＰＴＣ特性が得られ
る。本発明に適用するには、絶縁性のフィルム上に上記
物質と電極を塗設してフィルム発熱体とすればよい。ま
た、特定の樹脂中にカーボンビーズを分散させることで
もＰＴＣ特性が現れることも知られており、本発明に適
用可能である。図７に示すようにＰＴＣ特性を有する物
質ではある所定温度に達するまでは温度上昇に従って抵
抗値が減少するため印加電力低下が生じず温度立ち上が
りが速い。また所定温度に達した後は急激に抵抗値が上
昇するため自動的に印加電力が減少するため、温度セン
サをもちいて外部から温度制御しなくても自己温度調節
機能を有する。ところで、特開昭５６−１２３５８１号
では加熱ローラー等のローラーにＰＴＣセラミックスを
塗設する構成であり、その場合特開昭５６−１２３５８
０号と同様の課題を有しているが、本発明に適用するこ
とによりそれらの課題を解決しつつ上述のＰＴＣ特性に
よる効果を発揮させることができるため、ＰＴＣ特性を
有する発熱体の本発明への適用は極めて好適であるとい
える。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
記録材の表面に接触することによって該記録材を加熱す
る加熱ローラーと、前記加熱ローラーの加熱手段と、前
記記録材を前記加熱ローラーに圧接させる加圧手段とを
備え、前記加熱手段は前記加熱ローラーの表面に接して
固定配置されたフィルム状抵抗発熱体であり、望ましく
は、前記フィルム状抵抗発熱体は前記加熱ローラーの軸
方向に並列して配された少なくとも一対の電極を有し、
更に望ましくは、前記フィルム状抵抗発熱体上には温度
検出素子が備えられているため、ランプヒーターのよう
な高温部がなく安全性が高い発熱体を構成でき、小型低
コストで高性能な定着装置を提供することができるとい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を示す側面断面図。

【図２】 本発明の実施例を示す正面断面図。

【図３】 本発明の実施例の発熱フィルムを示すａ）は
平面図、ｂ）は側面断面図。

【図４】 本発明の実施例の温度制御の方法を示すブロ
ック図。

【図５】 本発明の実施例の温度センサを示すａ）は平
面図、ｂ）は側面断面図。

【図６】 本発明の実施例の通電量の変化方法示す図。

【図７】 ＰＴＣ特性を示す図。

【符号の説明】

１ 発熱フィルム ２ 加熱ローラー ３ 加圧ローラー ４ クリーニングパッド ５ 分離爪 ６ 上ケース ７ 下ケース ８ 記録材 １１ 温度センサ １３ 電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録材の表面に接触することによって該
   記録材を加熱する加熱ローラーと、前記加熱ローラーの
   加熱手段と、前記記録材を前記加熱ローラーに圧接させ
   る加圧手段とを備え、前記加熱手段は前記加熱ローラー
   の表面に接して固定配置されたフィルム状抵抗発熱体で
   あることを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 前記フィルム状抵抗発熱体は前記加熱ロ
   ーラーの軸方向に並列して配された少なくとも一対の電
   極を有することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 【請求項３】 前記フィルム状抵抗発熱体上には温度検
   出素子が備えられていることを特徴とする請求項１記載
   の定着装置。