JPH063993A

JPH063993A - 定着装置

Info

Publication number: JPH063993A
Application number: JP16085892A
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
を結着材に分散して補強部材２４をインサートした円筒
形の発熱体２３で発熱ローラ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１０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、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】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。

【００１１】

【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
発熱体に補強部材をインサートして前記発熱ローラを形
成した。

【００１２】

【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、インサートし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。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図１ないし図９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上にシリコンゴムやフッ
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。

【００１４】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、この
発熱体２３には補強部材である多数の金属ワイヤ２４が
軸方向と平行にインサートされている。なお、このよう
な補強部材はステンレスやタングステン等からなる金属
ワイヤ２４の他に、ガラス、プラスチック、セラミック
等の芯線などが実施可能であり、これは伸長強度や耐熱
性や熱容量等を考慮して選択される。

【００１５】そして、このような構造の発熱体２３は表
裏面に電極層２５，２６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２
８が導通状態で装着されると共に他端の前記フランジ２
２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、図３及び図
４に例示するように、前記フランジ２１の一つの凹部３
１と前記発熱体２３の一つの貫通孔３２とに一個の連結
ピン３３が嵌合しており、このような連結ピン３３を保
持した前記スリーブ２８が一個のスプリングピン３４で
前記フランジ２１に位置保持されている。さらに、この
フランジ２１は外側面に凹溝３５が形成されており、こ
の凹溝３５に前記支持シャフト２０を貫通したスプリン
グピン３６が嵌合することで、前記支持シャフト２０と
前記フランジ２１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３７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３８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３８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３９を支持フレー
ム４０の表面に交換自在に装着し、この支持フレーム４
０の中央部を板バネ４１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４３に転写されたトナー４２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は抵
抗温度係数が正なので、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４３のトナ
ー４２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３８
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。そこで、この定着装置１
０では、インサートした金属ワイヤ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】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。

【００２３】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
金属ワイヤ２４のインサートは既存の射出成形技術や押
出成形技術やＦＲＰ(Fiber Reinforced Plastic)技術等
で極めて容易に実施可能である。

【００２４】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
抵抗温度係数が負で発熱体２３は200(℃）以上で抵抗温
度係数が正となった。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。

【００２５】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。

【００２６】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 、Ｃr
₂Ｏ₃ 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。

【００２７】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。

【００２８】ここで、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】なお、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。

【００３０】また、本実施例の定着装置１０では、図７
（ａ）等に例示するように、発熱ローラ１４の円筒形の
発熱体２３内にインサートする補強部材として、多数の
金属ワイヤ２４を軸方向と平行に配置することを例示し
たが、本発明は上記構造に限定されるものではなく、例
えば、同図（ｂ）に例示するように、螺旋形に巻回した
一本の金属ワイヤ４４や、同図（ｃ）に例示するよう
に、円筒形に形成した金属メッシュ４５などでも補強部
材を実施可能である。さらに、図８（ａ）に例示するよ
うに、補強部材として両端部が太く中央部が細い多数の
金属ワイヤ４６を円筒形の発熱体２３内に軸方向と平行
に配置することで、この発熱体２３の熱容量分布を長手
方向で可変して発熱温度を均一化することが可能であ
る。また、このように発熱体２３の長手方向での熱容量
分布を調整する補強部材としては、同図（ｂ), (ｃ）に
例示するように、両端部の間隔が狭く中央部の間隔が広
い螺旋形の金属ワイヤ４７や円筒形の金属メッシュ４８
等が実施可能である。

【００３１】また、本実施例の定着装置１０では、発熱
ローラ１４のフランジ２１と発熱体２３とを一個の連結
ピン３３で連結することを例示したが、図９（ａ),
(ｂ）に例示するように、複数個の連結ピン３３を周方
向や軸方向に連設して発熱ローラ１４とフランジ２１と
の連結を強化した発熱ローラ４９，５０なども実施可能
である。さらに、本実施例の定着装置１０では、発熱ロ
ーラ１４の支持シャフト２０やフランジ２１やギヤ１６
等を別個に形成して組合わせることを例示したが、同図
（ｃ）に例示するように、上述のような部品を一体化し
た金属部品５１で発熱体２３を支持した発熱ローラ５２
なども実施可能である。

【００３２】なお、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。

【００３３】

【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
円筒形の発熱体に補強部材をインサートして前記発熱ロ
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、インサートした補強部材に
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】発熱体とフランジとの連結構造を示す分解斜視
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】補強部材の変形例を示す斜視図である。

【図８】補強部材の変形例を示す斜視図である。

【図９】フランジ等の変形例を示す縦断側面図である。

【図１０】従来例を示す縦断側面図である。

【符号の説明】

１０定着装置１４，４９，５０，５２発熱ローラ１５加圧ローラ２３発熱体２４，４４〜４８補強部材３７，３８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に補強部
材をインサートし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。