JPH063990A

JPH063990A - 定着装置

Info

Publication number: JPH063990A
Application number: JP16085992A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Akiyama; 良造秋山; Yoshimitsu Otaka; 善光大高
Original assignee: Tokyo Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Tec Corp
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1994-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】軽量で応答性と定着性能とが共に良好な定着
装置を得る。【構成】負の抵抗温度係数を有するセラミックの粒子
を結着材に分散した円筒形の発熱体２３の内周面に補強
部材２４を設けて発熱ローラ１４を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真装置に利用さ
れる定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真装置の定着装置は、例えば、印
刷用紙等の記録媒体の搬送路を介して対向する発熱ロー
ラと加圧ローラとをスプリング等の加圧機構で圧接する
ようにした構造が知られている。そして、このような定
着装置は、記録媒体に転写されたトナーを発熱ローラの
発熱で加熱溶融させ、ローラ間で加圧することでトナー
を記録媒体に定着させるようになっている。

【０００３】そして、上述のような定着装置の発熱ロー
ラを正の抵抗温度係数を有する発熱体で形成すること
で、この発熱ローラの発熱温度を自動的に一定に維持す
るようにした定着装置が特公昭64-4176 号公報に提案さ
れている。ここで、上記公報に開示された定着装置を従
来例として図９に基づいて説明する。まず、この定着装
置１は、発熱ローラ２と加圧ローラ３とが所定のニップ
量で圧接された構造となっており、この加圧ローラ３は
金属等の円筒形の支持体４上にフッ化エチレン樹脂やシ
リコンゴム等の弾性体５を設けた構造となっている。そ
して、前記発熱ローラ２は、フッ化エチレン樹脂やシリ
コンゴム等の被膜６を円筒形の発熱体７上に設けた構造
となっており、この発熱体７は、正の抵抗温度係数を有
するセラミックの粒子をガラスやシリコンゴム等の結着
材に分散することで正の抵抗温度係数を有している。

【０００４】このような構成において、この定着装置１
は、電子写真装置（図示せず）では記録媒体である印刷
用紙９に転写されたトナー８を発熱体７の加熱で溶融さ
せると同時にローラ２，３間で加圧することでトナー８
を印刷用紙９に定着させる。そして、この定着装置１で
は、発熱ローラ２内の発熱体７は正の抵抗温度係数を有
するので、通電開始時の温度上昇が良好で印加電力の出
力制御などを要することなく加熱温度が一定に維持され
るようになっている。ここで、正の抵抗温度係数を有す
る発熱体７とは、温度が上昇すると抵抗値も上昇するサ
ーミスタを意味しており、これは所定の加熱温度で抵抗
値と印加電力とがバランスするので、検温素子や電力制
御回路を要することなく加熱温度が一定の発熱ローラを
形成することができる。

【０００５】ここで、この定着装置１では、正の抵抗温
度係数を有するセラミックの粒子を結着材に分散した発
熱体７で加熱温度を自己制御する発熱ローラ２を実現し
ているが、このように正の抵抗温度係数を有するセラミ
ックとしては、チタン酸バリウム程度しか実用化されて
おらず、その材料の選択性に乏しいために生産性や実用
性が阻害されている。

【０００６】一方、このような正の抵抗温度係数を有す
る発熱体の他の形成手段として、特公昭59-10553号公報
や特公昭58-58793号公報には、導電性粉体と結晶性高分
子材料とを混練することで、抵抗温度係数が正でない各
種の材料で正の抵抗温度係数を有する発熱体を形成でき
ることが提案されている。しかし、上記公報には導電性
粉体としてカーボンブラックやグラファイトを利用する
ことが開示されているが、このような材料は発熱温度が
比較的低いため、加熱温度に高温が要求される定着装置
の発熱ローラなどには適用不可能である。

【０００７】そこで、このような課題を解決するために
本出願人が提案した特願平３−１９８９８８号や特願平
３−２５６２８７号の定着装置では、負の抵抗温度係数
を有するセラミックの粒子を結着材に分散した発熱体で
発熱ローラを形成することで、発熱体を形成する材料の
選択性と加熱温度とを改善している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本出願人が提案した特
願平3-198988号や特願平3-256287号の定着装置では、負
の抵抗温度係数を有するセラミックの粒子を結着材に分
散することで、発熱ローラを形成する材料の選択性と加
熱温度とを改善している。

【０００９】ここで、上述のような定着装置の発熱ロー
ラは、熱容量の低減による発熱動作の応答性の向上や軽
量化が要望されているので、その発熱体を必然的に円筒
形の中空構造として形成されている。しかし、このよう
な円筒形の発熱体からなる発熱ローラは強度が低く押圧
力に対して湾曲しやすいため、加圧ローラを圧接しても
中央部の密着性が低下している。このため、上述のよう
な定着装置で印刷用紙のトナー像を定着すると、印刷用
紙の中央部などに定着不良が発生しがちである。

【００１０】さらに、上述のような発熱ローラは、一般
的に円筒形の発熱体の両端部にフランジを装着した構造
となっているが、この場合は駆動力が伝達されるフラン
ジに発熱体を固定的に連結する必要がある。例えば、実
開平3-45566 号公報に開示された定着装置では、フラン
ジに軸方向に嵌合するキーに凸部を形成し、この凸部が
嵌合する貫通孔を円筒形の発熱体に形成した構造となっ
ている。しかし、これではフランジの駆動力が発熱体の
貫通孔に集中的に作用するので、発熱体が貫通孔の位置
から破損しやすいことになり、さらに、部品数が増加し
て組立性も低下するので好ましくない。

【００１１】本発明は、軽量で応答性と定着性能とが共
に良好な定着装置を得るものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】回転自在に軸支された発
熱ローラと加圧ローラとを対向配置し、これらの発熱ロ
ーラと加圧ローラとの少なくとも一方を他方に付勢する
加圧機構を設けた定着装置において、負の抵抗温度係数
を有するセラミックの粒子を結着材に分散した円筒形の
発熱体の内周面に軸方向と平行に補強部材を設けて前記
発熱ローラを形成した。

【００１３】

【作用】発熱ローラの材料の選択性が良好で発熱温度も
高いので生産性や定着性能の向上に寄与することがで
き、また、内周面の補強部材により中空構造であるため
に湾曲しやすい発熱体の熱容量や重量を増加させること
なく発熱ローラの剛性を向上させることができ、軽量で
応答性と定着性能とが共に良好な定着装置を得ることが
できる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図１ないし図８に基づいて
説明する。まず、この定着装置１０では、図１及び図２
に例示するように、本体ハウジング１１内に絶縁耐熱軸
受１２，１３で回転自在に軸支された発熱ローラ１４と
加圧ローラ１５とが所定のニップ量で圧接されており、
これらのローラ１４，１５にはギヤ１６を介して駆動モ
ータ１７が連結されている。また、前記加圧ローラ１５
は、金属製の支持シャフト１８上にシリコンゴム、フッ
素ゴム等の弾性体１９を設けた構造となっており、前記
発熱ローラ１４は、支持シャフト２０の両端部に金属製
のフランジ２１，２２を装着し、これらのフランジ２
１，２２上に円筒形の発熱体２３を装着した構造となっ
ている。

【００１５】より詳細には、図３に例示するように、こ
の定着装置１０では、負の抵抗温度係数を有するセラミ
ックの粒子を結着材に分散することで正の抵抗温度係数
を有する円筒形の前記発熱体２３を形成しており、図１
及び図４に例示するように、この発熱体２３は内周面に
軸方向と平行な波形の補強部材である凹凸２４が周方向
に連設されている。そして、図１及び図３に例示するよ
うに、このような構造の発熱体２３は表裏面に電極層２
５，２６が形成されており、その外周面上には熱収縮性
チューブ２７が装着されている。そして、このような構
造の発熱ローラ１４は、一端に露出した外方の前記電極
層２５上に金属管からなるスリーブ２８が導通状態で装
着されて前記フランジ２２が内方の前記電極層２６に導
通しており、このフランジ２２と前記スリーブ２８とに
ブラシ２９を介して定電圧電源３０が接続されている。

【００１６】なお、この定着装置１０では、前記発熱体
２３の内周面の波形の凹凸２４を補強する波形の凹凸３
１が前記フランジ２１，２２の外周面に形成されてお
り、これらの凹凸２４，３１が嵌合することで、前記フ
ランジ２１，２２と前記発熱体２３とが固定的に連結さ
れている。

【００１７】そして、この定着装置１０では、図２に例
示したように、前記加圧ローラ１５は絶縁耐熱軸受１３
が前記本体ハウジング１１にスライド自在に装着されて
加圧機構である押圧スプリング３２で前記発熱ローラ１
４に向かって付勢されており、この発熱ローラ１４の外
周面には前記加圧ローラ１５とは逆側の位置でトナーク
リーナ３３が圧接されている。ここで、この加圧機構で
もあるトナークリーナ３３は、シリコンオイルを含浸さ
せたフェルト等のクリーニングパッド３４を支持フレー
ム３５の表面に交換自在に装着し、この支持フレーム３
５の中央部を板バネ３６で前記本体ハウジング１１に弾
発的に装着した構造となっている。

【００１８】なお、この定着装置１０では、負の抵抗温
度係数を有するセラミックの粒子を結着材に分散するこ
とで、正の抵抗温度係数を有する前記発熱体２３が形成
されており、このようにして形成された発熱体２３は、
ここでは表面粗度Ｒが30〜80（μm)となっている。さら
に、この定着装置１０では、上述のような発熱体２３上
に自身の熱収縮で前記熱収縮性チューブ２７が装着され
ており、この熱収縮性チューブ２７の厚さｔは、前記発
熱体２３の外周面の表面粗度Ｒに対し、Ｒ≦ｔ≦60Ｒの関係を満足するようになっている。

【００１９】このような構成において、この定着装置１
０は、電子写真装置（図示せず）では記録媒体である印
刷用紙３８に転写されたトナー３７を発熱体２３の加熱
で溶融させると同時に発熱ローラ１４と加圧ローラ１５
との間で加圧することで画像を定着させる。そして、こ
の定着装置１０では、発熱ローラ１４の発熱体２３は正
の抵抗温度係数を有するので、通電開始時の温度上昇が
良好で定電圧電源３０の出力制御などを要することなく
加熱温度が一定に維持されるようになっている。なお、
この定着装置１０では、上述のようにして印刷用紙３８
のトナー３７を定着させた発熱ローラ１４は、その回転
によって外周面上の付着トナー等の汚損がトナークリー
ナ３３でクリーニングされるようになっている。

【００２０】ここで、この定着装置１０では、上述のよ
うに正の抵抗温度係数を有する発熱体２３を負の抵抗温
度係数を有するセラミックの粒子で形成しており、その
材料の選択性が良好なので、定着装置１０の生産性や実
用性の向上に寄与することができ、さらに、このような
材料は発熱温度が高いので、加熱温度が高く実用的な定
着装置１０を得ることができる。

【００２１】そして、この定着装置１０では、その熱容
量を低減して発熱動作の応答性を向上させるために発熱
ローラ１４の発熱体２３が円筒形の中空構造で形成され
ているので、この発熱体２３は強度が低下して押圧力に
より湾曲しやすくなっている。しかし、この定着装置１
０では、凹凸２４で発熱体２３が補強されているので、
熱容量や重量を増加させることなく発熱ローラ１４の剛
性が向上しており、軽量で応答性も良好でありながら定
着性能が良好である。

【００２２】さらに、この定着装置１０では、発熱体２
３とフランジ２１，２２とは、その内周面と外周面との
凹凸２４，３１が嵌合することで固定的に連結されてい
るので、フランジ２１，２２から発熱体２３に伝達され
る駆動力が極めて多数の箇所に分散され、キーや連結ピ
ン等のように駆動力の伝達箇所が集中しないので発熱体
２３の破損が防止されている。さらに、この定着装置１
０では、上述のように発熱体２３とフランジ２１，２２
とは凹凸２４，３１の嵌合で固定的に連結されているの
で、その連結にキーや連結ピン等のような部品を要する
ことがなく、その部品数が削減されて組立性も良好であ
る。

【００２３】なお、本出願人は実際に上述のような構造
の定着装置１０を試作して生産性や性能等を検討した。
まず、本出願人は、直径8.0 (mm)の金属軸からなる支持
シャフト１８上に硬度25度のシリコンゴムからなる弾性
体１９を厚さ4.0(mm）に被覆することで、実質的に硬度
40度で外径16(mm)の加圧ローラ１５を実際に試作した。

【００２４】つぎに、発熱ローラ１４を形成する発熱体
２３としては、負の抵抗温度係数を有するセラミックと
してスピネル型フェライト単結晶であるＭn-Ｚn フェラ
イトを採用すると共に、結着材としては熱可塑性樹脂で
あるポリエーテルエーテルケトンを採用し、Ｍn-Ｚn フ
ェライトの基材を平均粒径3.0(μm)に粉砕してポリエー
テルエーテルケトンに50体積％に分散させ、これを押出
成形機で成形硬化させることで発熱体２３を形成した。
この発熱体２３は、外径16(mm)、内径14(mm)、長さ240
(mm）の円筒形として成形し、その内外周面にニッケル
メッキで膜厚10(μm）の電極膜を形成して厚さ方向に通
電を行なうようにし、さらに、最外周面に四フッ化エチ
レンで膜厚0.4(mm）の離型膜を形成した。すると、この
発熱体２３は、寸法精度が良好でクラックが生じること
もなく、材料的にも均質で量産性も良好であることが確
認された。なお、本出願人は円筒形の発熱体２３を製作
する場合、１／３２＜Ｔ／Ｄ＜１／８の関係を満足する
ように肉厚Ｔと直径Ｄとを設定することで、良好な発熱
体２３が製作できることを確認した。また、このような
発熱体２３は、既存の射出成形技術や押出成形技術等で
極めて容易に実施可能である。

【００２５】そこで、上述のようにして製作した発熱体
２３とＭn-Ｚn フェライトとの抵抗温度係数を実測した
ところ、図５に例示するように、Ｍn-Ｚn フェライトは
負の抵抗温度係数で発熱体２３は200(℃）以上で正の抵
抗温度係数となった。そして、この発熱体２３は、図６
に例示するように、100(Ｖ）の交流を通電すると約20(s
ec）で加熱温度は230(℃）に到達して以後は230 ±5
(℃）で安定し、自己温度制御に到達してからの電流量
は約0.8(Ａ）で安定することが確認された。つまり、こ
の発熱体２３は、単位面積当たりの消費電力が7.0 ×10
~³（Ａ／cm²)なので、100(Ｗ）以下の消費電力で定着動
作を実現することができる。

【００２６】なお、上述のような特性を示す熱収縮性チ
ューブ２７としては、耐熱性と剥離性とを両立する各種
の材料が利用可能であり、例えば、テトラフルオロエチ
レンとフッ素化されたエチレン性不飽和化合物とのコポ
リマーであるＰＦＡやＦＥＰ及びシリコンゴム等が利用
可能である。

【００２７】また、上述した負の抵抗温度係数を有する
セラミックとしては、ＮｉＯ、Ｃo₃Ｏ₄ 、Ｍn₃Ｏ₄ 、Ｃ
r₂Ｏ₃ などの遷移金属酸化物の複合系ＮｉＯ−ＴｉＯ₂
系、ＣｏＯ−Ａl₂Ｏ₃ 系、ＳｎＯ₂-ＴｉＯ₂ 系等も利用
可能であり、結着材の材料としては、耐熱性が良好なシ
リコンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、ＰＦＡ樹脂、
ＦＥＰ樹脂等の他、結晶性樹脂であるポリテトラフルオ
ロエチレンやポリフェニレンサルファイド及びポリケト
ン、非結晶性樹脂であるポリイミドやポリエーテルイミ
ド等が利用可能である。

【００２８】例えば、ＲＴＶシリコンゴムの生ゴムにフ
ェライトの粒子を硬化材と共に混練したものや、ＰＦＡ
樹脂の微粒子にセラミックの粒子を混合したものをＲＴ
Ｖシリコンゴムなどと同様な製法で円筒形に硬化させて
から研磨や切削等で成形することでも発熱体２３を製作
可能である。また、無機絶縁材料であるアルミナや耐熱
ガラスの粉砕粒子にセラミックの粉砕粒子を混合して12
00（℃）程度で溶融させ、これをガラス成形技術で円筒
形に成形することでも発熱体２３を製作可能である。な
お、上述のようにシリコンゴムやフッ素樹脂からなる結
着材で発熱体を製作した場合、このような高分子材料は
弾性を有して分散されたセラミックの粒子の剥離が防止
されるので、その耐久性や信頼性が良好である。

【００２９】また、本実施例の定着装置１０では、図１
及び図４に例示したように、発熱体２３の内周面に形成
する凹凸２４の形状が波形であることを例示したが、本
発明は上記構造に限定されるものではなく、図７に例示
するように、各々台形の凸部と凹部とからなる凹凸３９
で補強部材を形成した発熱体４０や、図８に例示するよ
うに、三角形の凸部と台形の凹部とからなる凹凸４１で
補強部材を形成した発熱体４２なども実施可能である。
さらに、このような凹凸内に高剛性の凹凸の補強材を挿
入して固着することも実施可能である。

【００３０】また、本実施例の定着装置１０では、発熱
体２３の表裏面に電極層２５，２６を設けて通電を発熱
体２３の厚さ方向に行なうことを例示したが、このよう
な電極層２５，２６を設けることなく発熱体２３の両端
部に電極（図示せず）を設けて通電を発熱体２３の長手
方向に行なうことも実施可能である。

【００３１】また、本発明で云う負の抵抗温度係数と
は、温度が上昇すると抵抗値が低下することを意味して
おり、例えば、ＮＴＣ(Negative Temperature Coeffici
ent Thermistor）やＣＴＲ(Critical Temperature Resi
stor）などを内包している。

【００３２】

【発明の効果】本発明は上述のように、回転自在に軸支
された発熱ローラと加圧ローラとを対向配置し、これら
の発熱ローラと加圧ローラとの少なくとも一方を他方に
付勢する加圧機構を設けた定着装置において、負の抵抗
温度係数を有するセラミックの粒子を結着材に分散した
円筒形の発熱体の内周面に軸方向と平行に補強部材を設
けて前記発熱ローラを形成したことにより、発熱ローラ
の材料の選択性が良好で発熱温度も高いので生産性や定
着性能の向上に寄与することができ、また、補強部材に
より中空構造であるために湾曲しやすい発熱体の熱容量
や重量を増加させることなく発熱ローラの剛性を向上さ
せることができ、軽量で応答性と定着性能とが共に良好
な定着装置を得ることができる等の効果を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した定着装置の実施例を示す縦断
側面図である。

【図２】縦断正面図である。

【図３】発熱ローラを示す縦断正面図である。

【図４】発熱体を示す斜視図である。

【図５】抵抗温度係数を示す特性図である。

【図６】時間に対する電流値と温度との変化を示す特性
図である。

【図７】発熱体の変形例を示す斜視図である。

【図８】発熱体の変形例を示す斜視図である。

【図９】従来例を示す縦断側面図である。

【符号の説明】

１０定着装置１４発熱ローラ１５加圧ローラ２３，４０，４２発熱体２４，３９，４１補強部材３２，３３加圧機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転自在に軸支された発熱ローラと加圧
ローラとを対向配置し、これらの発熱ローラと加圧ロー
ラとの少なくとも一方を他方に付勢する加圧機構を設け
た定着装置において、負の抵抗温度係数を有するセラミ
ックの粒子を結着材に分散した円筒形の発熱体の内周面
に軸方向と平行に補強部材を設けて前記発熱ローラを形
成したことを特徴とする定着装置。