JPH06332331A

JPH06332331A - 加熱定着装置

Info

Publication number: JPH06332331A
Application number: JP13919193A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Sato; 弘人佐藤
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】電子写真方式などで形成した未定着トナー像を
もつ記録材を加熱ローラーにて定着させる加熱定着装置
において、加熱ローラーを所定の温度まで昇温させる時
間を短縮し、装置の小型化、簡略化を実現し、更に発熱
分布を制御できる装置を提供する。【構成】円筒状基材の表面に、抵抗温度係数が正である
抵抗発熱物質により略帯状の抵抗パターン３を設け、こ
れらの抵抗パターン３に電流を流すことが出来るように
配設された電極４、４ａを有する加熱ローラー１から構
成されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子写真方式な
どで形成した未定着トナー像を持つ紙などの記録材を加
熱ローラーと加圧ローラーとの間を通過させてトナーを
加熱、溶融することにより記録材にトナ−を定着させる
加熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来の定着装置を説明する。加熱
ローラーの内部の空間にハロゲンランプなどの熱源をも
ち、その熱源から発せられる輻射熱によって間接的にロ
ーラー本体を加熱する装置がある（以下、従来例１と称
する）。これは、例えば、特開昭５９ー１１６７７５号
に開示されているように、アルミニウムなどの中空金属
パイプの外表面にフッ素樹脂などから成る離型性皮膜を
設け、該パイプの内部空間にハロゲンランプなどの放射
熱源を配した構造の加熱ローラーを用い、使用時には放
射熱源から発する輻射熱によって内部空気層を介してロ
ーラー本体を所定の温度まで昇温させるものである。

【０００３】これに対して、抵抗体膜に電流を流して発
生するジュール熱によって加熱ローラーを直接加熱する
装置もある（以下、従来例２と称する）。これは、例え
ば、特開昭５９ー１５５８７２号に開示されているよう
に、金属製パイプの外面にプラズマ溶射して形成されＴ
ｉＯ₂系セラミックの抵抗体膜を有する構造の加熱ロー
ラーを用い、使用時にこの抵抗体膜に電流を流して発生
するジュール熱によって該加熱ローラーの本体を直接加
熱するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな加熱装置においては、以下のような問題点がある。〔従来例１における問題点〕記録材を加熱ローラーと加圧ローラーの間を通過させ
加熱させる際に、加熱ローラーはトナー粒子と記録材に
熱を奪われる。従って、加熱ローラーの熱容量が小さい
時には、短時間に大量の定着動作を行うと加熱ローラー
の温度が降下して、良好な定着性能が得られない場合が
ある。これを防ぐためには、加熱ローラーの熱容量を大
きくする必要があり、しかもローラー本体はハロゲンラ
ンプなどの放射熱源によって内部空気層を介して間接的
に加熱されるためローラーを所定の温度まで昇温させる
時間（以下、予熱時間と呼ぶ）が長くなる。この予熱時
間を短縮させるためには、大電力の放射熱源を必要と
し、装置の省電力化の妨げになる。加熱ローラーの内部の熱源に用いるハロゲンランプに
は、通電開始時に一時的に過大な電流（以下、突入電流
と呼ぶ）が流れる。そのため、電力を供給する回路の部
品にはこの突入電流に耐えうるものを使用するか、又
は、突入電流を抑えるための機構を別に設けることが必
要になる。いずれにしても、装置の小型化及び簡略化の
妨げになる。加熱ローラーの内部の空間に熱源であるハロゲンラン
プを有する構造のため、ローラーの径を小さくするには
限界があり、装置の小型化の妨げになる。

【０００５】〔従来例２における問題点〕抵抗体膜として用いられるＴｉＯ₂系セラミックは、
温度が上昇するに従って電気抵抗値が減少するという負
の抵抗温度係数を有しているので、定められた電圧印加
の場合に流れる電流は大きくなる。その結果、抵抗体は
更に温度が上昇する性質をもつので加熱昇温時の温度制
御が極めて困難になり、加熱ローラーを予熱する際に、
所定の温度よりも過昇温してしまう現象（オーバーシュ
ート）が起こり易い。このような抵抗体の温度−相対電
気抵抗率の関係を図７のグラフＧ1 に示す。この内容は
Ｋｉｎｇｅｒｙ，Ｂｏｗｅｎ，Ｕｈｌｍａｎｎ著の「セ
ラミックス材料科学入門−応用編（１９８１）」文献中
の８３５ペ−ジから引用している。図７における横軸は
抵抗体の温度を示し、縦軸は温度２０℃での相対電気抵
抗率を１とした場合の相対値で示してある。グラフＧ1
はＴｉＯ₂系セラミック抵抗体、例えばＴｉ₂Ｏ₃の特
性を示す。グラフＧ１が右下がりの傾向を示す故にＴｉ
₂Ｏ₃セラミックは負の抵抗温度係数を有することを示
している。前記のような過昇温を防ぐには、抵抗体膜と
入力電源との間に、所定温度に達すると抵抗体膜への通
電を停止させる制御回路を組み込むことが必要になる。
これは装置の小型化、コストダウンの妨げになる。加熱ローラーを具備する方式では、ローラー長手方向
の両端部はローラーを支持するための軸受けに熱を奪わ
れるので、通常は端部付近の配熱を中央部付近よりもや
や大きくすることが行われる。従来例２でこれを行うた
めには、発熱層である抵抗体膜の膜厚を端部付近と中央
部付近では変える必要があるが、製作可能な膜厚の範囲
に限界がある上に、膜厚そのものを正確に制御すること
が容易でないために、希望する配熱分布を得られない場
合がある。以上、従来の技術には種々の問題点を有している。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、以上のような問題点を解決す
るためになされたもので、その目的は、加熱ローラーを所定の温度まで加熱するための予熱
時間を短縮し、且つ省電力化を図る。加熱開始時に過大な電流が流れることがなく、装置の
小型化と簡略化を図る加熱ローラーの径を小さくすることにより装置の小型
化を図る。予熱初期の加熱ローラーの過昇温（オーバーシュー
ト）を小さく抑える。加熱ローラーの長手方向の配熱に容易に分布をもたす
ことが出来る。以上のことを可能とする加熱定着装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明における加熱ローラーは、ロ−ラ−部を形成
している円筒状基材の表面に抵抗温度係数が正である抵
抗発熱物質により略帯状に形成される抵抗パターンを設
け、なおかつ、該抵抗パターンに電流を流すための電極
を有する。本発明は、以上の構成よりなる加熱定着装置
である。

【０００８】

【作用】加熱ローラーに配設された各電極間に電圧を印
加して、抵抗発熱物質からなる抵抗パターンに電流を流
し、この時発生するジュール熱によってローラー本体で
ある円筒状基材を所定の温度に昇温させる。抵抗パタ−
ンの形状を変えることにより、加熱ロ−ラ−の長手方向
の配熱分布は任意に可変制御出来る。更に、抵抗パター
ンは抵抗温度係数が正である抵抗発熱物質により形成さ
れるので、温度の上昇につれて抵抗率が大きくなり、予
熱初期の加熱ローラーの過昇温（オーバーシュート）を
抑える。所定の温度に昇温された加熱ローラーと、該加
熱ローラーに圧接された加圧ローラーを互いの母線方向
が一致するように回転させ、未定着トナー像をもつ記録
材を前記二つのローラー間を通過させる。この時記録材
はトナーの付着した面が加熱ローラー側になるように通
過させることにより、トナーを加熱、溶融させて記録材
に定着せしめる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図１は本発明に係わる加熱定着装置の概略正面図、
図２は同装置の側面図を示す。同図において１は加熱ロ
ーラー、２は加圧ローラー、３は抵抗発熱物質からなる
略帯状の抵抗パターン、４、４ａは導電体からなるリン
グ状の電極、５、５ａは給電ブラシ、６、６ａは軸受
け、７は駆動ギアで、加熱ローラー１の片側は軸受け６
を介して駆動ギアに接続され、加熱ローラー１の反対側
は軸受け６ａを介して側板（図示せず）に回転自在に保
持されている。８は加圧ローラーの芯金、９は記録材、
１０は記録材に付着する未定着トナ−粒子である。リン
グ状の電極４、４ａは抵抗発熱物質からなる抵抗パター
ン３とそれぞれ１ケ所ずつ電気的導通をもつように設け
られ、給電ブラシ５、５ａは電極４、４ａの外表面と接
触している。給電ブラシ５、５ａは外部電源（図示せ
ず）と電気的に接続されており、この給電ブラシ５、５
ａを介して電極４、４ａに所定の電圧を印加することに
より、抵抗パターン３に電流を流して加熱ローラー１を
加熱する構成になっている。所定の温度まで加熱された
加熱ローラー１は駆動ギア７によって回転し、該加熱ロ
ーラー１と圧接して回転する加圧ローラー２との間を記
録材９を通過させることにより、未定着トナー粒子１０
を加熱、溶融させて記録材に定着せしめる。

【００１０】加熱ローラー１の構成については図３、図
４、図５で詳細に説明する。図３はこの発明にかかる加
熱ローラーの一部を切り欠いた正面図、図４は図３のＡ
ーＡ断面図、図５は加熱ローラーに設けられた抵抗パタ
ーン３の形状展開図である。同図において、１１は加熱
ローラー１の本体である円筒状基材、１２、１２ａは導
電性を持つ導電層、１３はガラスを主成分にした保護
層、１４は加熱ローラー１の最外表面を覆う離型層であ
る。加熱ローラー１の本体である円筒状基材１１は内径
１５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍのアルミナパイプであり、そ
の外表面上にＡｇーＰｄ合金を主成分とした略帯状の抵
抗パターン３を設ける。電極４、４ａは内径約１８ｍ
ｍ、肉厚２ｍｍ、幅７ｍｍのＣｕ系の導電性のリングで
あり、抵抗パターン３と電気的に導通を保つように設け
られた導電層１２、１２ａにそれぞれ固定して取り付け
られている。抵抗パターン３の厚みは一定にして幅１．
５ｍｍ、全長は電極４、４ａ間の電気抵抗値が所定の値
になるようにし、図５のようなパターン形状に決められ
る。更に、図４に示すように、抵抗パターン３の保護と
電気的絶縁性を確保するために、抵抗パターン３を設け
たあと、導電層１２、１２ａ以外の円筒状基材１１の外
表面にガラスを主成分とした保護層１３を設け、更にそ
の外表面上に記録材９が通過する部分にはフッ素樹脂な
どの離型層１４を設ける。尚、図５に示すように、加熱
ローラー１の両端部付近に配設する抵抗パターン３のパ
ターン密度は中央部に比べて大きくする事により、定着
動作時に加熱ローラー１の両端部付近の温度が降下する
ことを防止する。定着動作時には、電極４、４ａ間に電
圧を印加して、抵抗パターン３に電流を流して発生する
ジュール熱によって加熱ローラー１を所定の温度まで昇
温させるが、円筒状基材１１を直接加熱する方式のた
め、熱源をローラー内にもつ間接加熱方式に比べ少ない
電力でしかも短時間に昇温させることが出来る。また、
間接加熱方式にみられる予熱初期に内部熱源に過大な電
流（突入電流）が流れることもなく、円筒状基材１１の
内部に熱源を配設しないので加熱ローラー１の小径化も
可能になる。また、抵抗パターン３のパターン形状を変
えることによって円筒状基材１１の長手方向即ち、加熱
ローラー１の長手方向の配熱の分布も容易に可変制御が
できる。更に、抵抗パターン３を構成するＡｇーＰｄ合
金は、温度が高くなるに従い電流が流れにくくなるとい
う正の抵抗温度係数を有するので、予熱初期にみられる
加熱ローラー１の過昇温（オーバーシュート）を小さく
制御できる。このような抵抗パタ−ンの温度−相対電気
抵抗率の関係を図７のグラフＧ2 に示す。図７における
横軸は抵抗体の温度を示し、縦軸は温度２０℃での相対
電気抵抗率を１とした場合の相対値で示してある。グラ
フＧ２は発明者の実測によるものであり、Ａｇ−Ｐｄ合
金抵抗体の特性を示す。グラフＧ2 が右上がり故に、Ａ
ｇ−Ｐｄ合金は正の抵抗温度係数を有することを示して
いる。

【００１１】抵抗パターン３のパターン形状は図５に示
すような形状に限定されるものでなく、目的とする加熱
ローラー１の長手方向の配熱分布に応じて任意に変えて
も良い。例えば、抵抗パターン３は複数本の帯状パター
ンであっても良いし、パターンの幅も部分的に大きくし
たり、又は小さくしたりしても良い。また、加熱ローラ
ー１の円筒状基材１１の形状は中空である限定はなく、
中実であっても良い。円筒状基材１１の材質はアルミナ
に限定する必要はないが、導電性のものを用いる場合は
抵抗パターン３と円筒状基材１１の間に絶縁層を設ける
必要がある。

【００１２】他の実施例として、図６を用いて説明す
る。基本的な装置の構成は、図１に示す本発明の実施例
と同じであるが、電力を供給するための電極４、４ａを
加熱ローラー１の片側部付近にやや間隔をおいて並べて
取り付ける点が異なる。抵抗パターン３はこれらの電極
４、４ａより中央部の円筒状基材１１の表面に配設され
る。この実施例では前述の効果に加えて、給電のための
機構を加熱ローラー１の片側に集中できるので、給電ブ
ラシ５、５ａの保持器（図示せず）を一体化できる利点
がある。また、給電ブラシ５、５ａに接続される結線
（図示せず）の配設が容易になるなどの利点もある。

【００１３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の効
果を整理すると下記のようになる。抵抗発熱物質である抵抗パターンで発生するジュール
熱により加熱ローラーの円筒基材を直接加熱するので、
加熱ローラーを所定の温度まで昇温させる予熱時間が短
くなり、省電力化も可能である。ハロゲンランプのような熱源を使わないので、加熱の
ための初期通電時に過大な電流（突入電流）が流れない
ので、そのための特段の機構を不要とし、加熱定着装置
の小型化及び簡略化が可能である。ローラーの内部に熱源を配設しない構造のため、ロー
ラーの小径化が可能になり、その結果、加熱定着装置の
小型化が可能である。抵抗パターンの材質に抵抗温度係数が正である例えば
ＡｇーＰｄ合金を用いることにより、加熱ローラーの予
熱初期の過昇温（オーバーシュート）を小さく抑えるこ
とが容易となる。抵抗パターンのパターン形状を任意に変えることによ
り、加熱ローラーの配熱分布を簡単にしかも大きく変え
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる加熱定着装置の概略正面図を
示す。

【図２】この発明にかかる加熱定着装置の側面図を示
す。

【図３】この発明にかかる加熱ローラーの一部を切り欠
いた正面図を示す。

【図４】図３のＡーＡ断面図を示す。

【図５】この発明にかかる抵抗パターンの形状展開図を
示す。

【図６】この発明にかかる他の実施例の概略正面図を示
す。

【図７】抵抗発熱体（Ｔi ₂Ｏ₃セラミック及びＡg-Ｐ
ｄ合金）の温度と相対電気抵抗率の関係を示す。

【符号の説明】

１加熱ローラー９
記録材２加圧ローラー１０
未定着トナー３抵抗パターン１１
円筒状基材４、４ａ電極１２、１２
ａ導電層５、５ａ給電ブラシ１３
保護層６、６ａ軸受け１４
離型層７駆動ギア８加圧ローラーの芯金

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱ローラーと該加熱ローラーに圧接さ
れた加圧ローラーとの間に未定着トナ−像をもつ記録材
を通過させるように構成した定着装置において、前記加熱ローラーは、ロ−ラ−部を形成している円筒状
基材の表面に抵抗温度係数が正である抵抗発熱物質によ
り略帯状に形成される抵抗パタ−ンを設け、なおかつ、該抵抗パタ−ンに電流を流すための電極を有
することを特徴とする加熱定着装置。