JPH07129011A - 熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 立ち上がり時間、発熱量、並びに消費電力が
少なく、しかも構成が簡単で信頼性の高い熱定着装置を
供給する。 【構成】 加熱ローラと圧ローラとが圧接するニップ部
を形成して、このニップ部のみが発熱するよう構成され
た熱定着装置において、用紙最大幅Ｌ１と離型層形成幅
Ｌ２と加熱ローラ幅Ｌ３と圧ローラ幅Ｌ４の関係を、Ｌ
１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式のプリン
タ、コピー、ファクシミリなどの画像記録装置に用いら
れる現像トナーを定着するための熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像記録を行うトナーを記録媒
体、例えば用紙に定着するための熱定着装置において
は、ハロゲンヒータ等（以下、ヒータという）を内蔵さ
せた加熱ローラと該ローラに圧接される圧ローラが多く
用いられてきた。そして、両ローラ間のニップ領域に
は、トナー像の転写された紙などを挟んで定着を行うに
十分な熱と、適当な圧接力及び密着性を得る必要があ
り、そのため、加熱ローラとして、固定されたヒータ
と、その外周を回転するように設けられたアルミ又はス
テンレスなどの熱伝導の良い材質でなる中空円筒状のロ
ーラとから構成されたものが用いられ、圧ローラとし
て、耐熱性のシリコンゴムなどで構成されたものが用い
られていた。

【０００３】また、ヒータによって供給される熱量を制
御して加熱ローラの表面温度を一定に保つために、加熱
ローラ温度検出用の温度センサが加熱ローラに近接して
設けられていた。更に、熱定着装置に何らかのトラブル
が生じ、ヒータから出る熱量の制御が困難となって、そ
の熱によって周辺機器を損傷するといったことを防止す
るために、異常温度で溶断して装置の電源を遮断する温
度ヒューズが加熱ローラの近傍に設けられていた。

【０００４】また、上記の加熱ローラ、圧ローラ、温度
センサ、温度ヒューズ等は、定着動作時とその前後にお
いて高温の状態にさらされる。このため、これら各部品
を支持する軸受け等の部材は耐熱性の高い樹脂や金属な
どで構成されていた。特に、加熱ローラの回転部の軸受
け等は高い耐熱性が要求された。更に、定着動作時に用
紙ジャム等が生じて、熱定着装置付近の用紙を除去しよ
うとした場合に、作業者が熱定着装置に触れても問題が
ないように、上記加熱ローラ等の構成部品を覆うカバー
などの保護部材が装備されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成された熱定着装置では、ヒータの加熱によっ
て、紙やトナーと接する部分以外の加熱ローラやその軸
受け、更にはヒータの周りの空気まで加熱され、熱定着
装置のほぼ全体が高温状態となるので、使用者が誤って
熱定着装置に触れても問題がないように、熱定着装置の
周囲を断熱性の部材ですっかり覆い隠すように構成する
必要があり、このため、熱定着装置の構造が複雑になっ
たり、大型化するという問題があった。しかも、熱定着
装置の周りの部品が該装置の熱による影響を受けないよ
うにするため、他の部品を熱定着装置から離して設置し
たり、あるいは他の装置、例えば感光体、現像器、スキ
ャナ等との間に断熱材を設け、あるいは排気用のファン
などを設ける必要があり、このため、プリンタやコピー
機の構造が複雑になり、大型化してしまうという問題が
あった。

【０００６】さらに、電源投入から実際の定着動作が可
能な状態、すなわち、加熱ローラの表面温度が所定の温
度に達するまでには、ヒータへの通電後、ヒータの熱が
加熱ローラの内側に伝わり、加熱ローラ全体の温度が上
昇するまで、ある程度の立ち上がり時間が必要であり、
待ち時間が生じて使用者にとって不便であった。また、
電源投入から加熱ローラが一定温度に加熱されるまでの
立ち上がり時に消費される電力や、定着に供せられるこ
となく外部に放出される熱損失に伴う無駄な電力消費が
大きいという問題があった。また、熱定着装置の立ち上
がり時間を少しでも早くするために、電源投入後は、装
置が実際に定着動作していない空き時間にも、加熱ロー
ラの温度をある一定温度に保つように予熱処理を行って
いるものがあるが、その場合、装置を使用していない時
でも多くの電力が消費されるという問題があった。

【０００７】さらに、記録媒体である通常のコピー用紙
や上質紙といわれる用紙は別として、封筒や表面の性状
の粗い用紙や厚紙等は依然としてその定着品質に問題が
あった。すなわち、これら表面性状の粗い用紙や厚紙等
は余分な空気層を多く含み、それが断熱層として作用す
るために、十分な定着品質を得ようとした場合、通常の
コピー用紙や上質紙といわれる用紙の定着エネルギーに
比べて更に大きなエネルギーで定着をする必要が生じ
た。このため、これら表面性状の粗い用紙や厚紙等を十
分に定着可能なように装置の定着エネルギーを設定した
場合には、通常用紙ではローラ表面の温度が過度に加熱
されたりして望ましくなかった。

【０００８】また、加熱ローラとして、該ローラ表面に
ヒータを有し、これが発熱する方式を考えたとき、その
ヒータに電力を供給するための電気回路を固定側から接
続する必要があるが、その構造を簡素化することが要請
される。

【０００９】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、加熱ローラの定着動作に必要な
部分のみが発熱されるようにして、周辺の部材に熱的な
影響を与えることが大きく低減され、装置全体の高温対
策が簡単な構成ですみ、装置の小型化が図れる熱定着装
置を提供することを目的とする。また、本発明は、装置
が定着動作可能な温度に達するまでの立ち上がり応答の
早い熱定着装置を提供することを目的とする。また、本
発明は、本来の定着動作以外に消費される電力を極力少
なくすることができる熱定着装置を提供することを目的
とする。また、本発明は、記録媒体の種類に関わらず良
好な定着品質が得られる熱定着装置を提供することを目
的とする。また、本発明は、表面発熱型の加熱ローラと
する場合のヒータへの電力供給を行うための構成を簡素
化できる熱定着装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に請求項１の発明の熱定着装置は、軸状の基体部の外周
に設けられ凸状の電極部を多数有した電極層と、その電
極層の外周に電気絶縁性と弾性とを有する材料にて形成
され、前記凸状の電極部を挿通するための貫通穴が設け
られた弾性層と、その弾性層の外周に設けられ所定の電
気抵抗値を有する抵抗層と、その抵抗層の外周に抵抗層
と電気的に導通可能となるように設けられた共通電極層
と、その共通電極層の表面を覆い、現像剤の融着を防止
する融着防止層とからなり、前記共通電極層は軸方向端
部にて外周面に露出してなる加熱ローラと、導電性の材
質で形成され、前記加熱ローラ表面と圧接することによ
り生ずるニップ部にて記録媒体を挟支する圧ローラと、
前記電極層と共通電極層との間に電力を供給する電力供
給手段とを備え、前記加熱ローラと圧ローラとの圧接に
より前記ニップ部に生じる前記弾性層の弾性変形に伴
い、前記電極層と前記抵抗層とが導通状態となることに
より、ニップ部にて挟支された記録媒体上の現像剤の加
熱定着を行なうように構成したものである。請求項２の
発明の熱定着装置は、前記記録媒体の最大幅Ｌ１と、前
記加熱ローラの融着防止層が形成されている部分の最大
幅Ｌ２と、前記加熱ローラの最大有効幅Ｌ３と、前記圧
ローラの有効幅Ｌ４との間に、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４
となる関係を有するようにしたものである。

【００１１】

【作用】上記の構成を有する本発明の熱定着装置によれ
ば、加熱ローラと圧ローラとが圧接したニップ部で弾性
層が圧縮されて、該ニップ部でのみ抵抗層と電極部が接
触し、かつ、加熱ローラと導電性の圧ローラとのニップ
部の一部で回転接触する電気的な導通部が形成され、抵
抗層に通電され、抵抗層が発熱する。その熱エネルギー
はニップ部にて挟支されている記録媒体に伝達されて現
像剤の加熱・定着に供される。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の実施例による熱定着装置１の
概略構成図である。熱定着装置１は、加熱ローラ２と、
この加熱ローラ２に当接する圧ローラ３から構成されて
おり、これら両ローラ２，３間に記録媒体である用紙４
を挟んで搬送する時に、用紙４上に転写され乗せられた
トナー５を加熱ローラ２の発熱によって融解することに
よって、用紙４に定着するための装置である。熱定着装
置１による熱定着は、加熱ローラ２及び圧ローラ３が図
示矢印方向に不図示の駆動装置などで回転されることに
よって、用紙４が矢印方向に順次搬送されることにより
行われる。従って、本実施例に示した熱定着装置１は、
用紙を搬送する機能と、熱によってトナーを融解し用紙
に定着するという２つの機能を有するものである。

【００１３】熱定着装置１は、その他に装置外部に用紙
４を排出するローラ６，７と、用紙４を所定の位置に案
内する用紙ガイド８，９と、全体を覆う上カバー１０
と、下カバー１１などから構成されている。また、加熱
ローラ２は両端が軸受け等に回転自在に支持され、不図
示の駆動装置で回転される。また、圧ローラ３は金属な
どでなる中心軸１２の外周にシリコンゴムなどの耐熱性
弾性材でなる弾性ローラ部１３が設けられたものであ
る。圧ローラ３は中心軸１２の両端で軸受け等に回転自
在に支持されており、熱定着装置１の下カバー１１に支
持された不図示のバネによって上方に力が付与されてお
り、これによって、圧ローラ３は加熱ローラ２に圧接さ
れニップが形成される。

【００１４】図２は本実施例による加熱ローラ２の断面
図である。加熱ローラ２は、中心軸としての導電性を有
する金属などでなる支持部２１の外周に、順次、ゴム又
は樹脂等の弾性のある絶縁性の材料で形成されている基
体２２と、主にアルミ等の金属の導電体でなる電極層２
３と、絶縁性の弾性材料でなる弾性層２４と、抵抗層２
５と、共通電極層２６と、融着防止層２７とが設けられ
ている。支持部２１の中心部分は中空形状であってもよ
く、また、支持部２１と基体２２は一体的に構成されれ
ばよい。なお、支持部２１は熱定着装置の軸受けに支持
されており、定着動作時に所定の方向に回転駆動される
ようになっている。

【００１５】電極層２３には、図３に部分拡大して示し
たように、基体２２に接している面とは反対側の面に多
数の凸状の電極部２３ａが形成されている。この電極部
２３ａは、本実施例では、円柱形状のものを示すが、立
方柱又は半球状など種々の形状が考えられる。また、電
極層２３と電極部２３ａとは導電可能に構成されてい
る。なお、電極部２３ａは電極層２３と同じ材質で一体
に形成されても、別体のものを接合して形成されてもよ
い。電極部２３ａは、本実施例では、先端部が高温かつ
高圧力条件下にさらされることから、耐熱性及び対摩耗
性の良いタングステン等の材料で構成されている。

【００１６】弾性層２４には、図３に示したように、上
記の電極部２３ａに対向する部分に上下に貫通した穴２
４ａが形成されている。電極部２３ａの高さは、常時は
穴２４ａの高さより低くなるような位置関係で構成され
ており、従って、電極層２３と弾性層２４が接着された
状態では、電極部２３ａの上面と弾性層２４の上面すな
わち穴２４ａの上面との間には隙間が形成される。抵抗
層２５は、弾性層２４の表面に配置され、本実施例では
２０マイクロメートル程度の厚さで、ポリカーボネート
フィルムにカーボンを分散させた材料で構成され、これ
によって所定の体積抵抗値を持つよう調整されている。

【００１７】共通電極層２６は、弾性層２４と反対側の
抵抗層２５の表面に配置され、本実施例では、抵抗層２
５の外側表面にアルミ等の材質を真空蒸着することによ
り形成されている。同電極層２６は１０００オングスト
ロームから０．２ミリメートルの厚みで構成されてい
る。融着防止層２７は、共通電極層２６の表面上で加熱
ローラ２の外周表面に設けられ、トナー定着時に加熱ロ
ーラ２へトナーが融着するのを防止するためのもので、
四フッ化エチレン等の材料で構成されている。なお、上
記の支持部２１、基体２２、電極層２３、弾性層２４、
抵抗層２５、共通電極層２６及び融着防止層２７のそれ
ぞれの接触面の間は、適切な接着剤又は蒸着等の強固な
機械力によって接合されている。

【００１８】図４は上記加熱ローラ２の構成を示す断面
図である。加熱ローラ２の左右側端部には、共通電極層
２６の表面が加熱ローラ２の表面に露出するように構成
されている。つまり、この部分では、共通電極層２６の
表面上には融着防止層２７が設けられていない。また、
電極層２３と弾性層２４と抵抗層２５は（これらを離型
層形成層という）、加熱ローラ２の軸方向に幅Ｌ２まで
形成され、共通電極層２６は加熱ローラ２の最大幅Ｌ３
まで形成されている。Ｌ２とＬ３の間で電極層２３と弾
性層２４と抵抗層２５とが形成されていない所は、基体
２２が径を大きく形成されている。なお、幅Ｌ２は、用
紙の最大幅Ｌ１より大きく構成され、加熱ローラ２の最
大幅Ｌ３より小さく構成されている。また、基体２２の
一部には、電極層２３と支持部２１とが電気的な導通が
可能となるように接続部２１ａが設けられている。

【００１９】図５は加熱ローラ２及び圧ローラ３とそれ
らの電気的接続の関係を示す斜視図である。加熱ローラ
２の左右側端部には共通電極層２６が露出され、さらに
その両側方端部には導電性材でなる支持部２１が露出さ
れている。この露出した支持部２１の表面には当接して
電気的接続が可能となるように電極２８が配置されてい
る。また、圧ローラ３の導電性材でなる中心軸１２の露
出した表面には当接して電気的接続が可能となるように
電極２９が配置されている。また、加熱ローラ２の左右
側端部に露出された共通電極層２６は、圧ローラ３の弾
性ローラ部１３と対向しており、両ローラがニップされ
弾性層２４が圧縮された状態では共通電極層２６及び抵
抗層２５を介して、電極層２３と、弾性ローラ部１３と
電気的接続がなされるようになっている。本実施例では
弾性ローラ部１３は導電性シリコンゴム等の導電性材で
形成されている。なお、圧ローラ３の弾性ローラ部１３
の幅Ｌ４は加熱ローラ２の幅Ｌ３よりも大きく形成され
ている。

【００２０】上記電極２８，２９はそれぞれ電源３０
（図７参照）の正極及び負極（接地側）に接続されてい
る。そして、電極２８は、加熱ローラ２の支持部２１に
当接されているので、接続部２１ａを介して支持部２１
に接続されている電極層２３及び電極部２３ａは、正の
所定の電位に保持される。また、電極２９は、圧ローラ
３の中心軸１２に当接されているので、中心軸１２と密
着している導電性の弾性ローラ部１３とニップ部Ａにて
回転接触する加熱ローラ２の共通電極層２６は、電源３
０の負極と同電位（接地）に保持される。従って、電源
３０からの電力を供給するための電極２８，２９がいづ
れも加熱ローラ２及び圧ローラ３の軸体である支持部２
１及び中心軸１２に接続されるように構成されているの
で、加熱ローラ２及び圧ローラ３の回転中に電力を供給
するための構成が簡素となる。なお、圧ローラ３を支持
する軸受けを導電性材で構成しておけば、電極２９は装
置のフレームグランド側に接続するようにしてもよい。

【００２１】次に、本実施例の熱定着装置による定着動
作について図６、図７を参照して説明する。図６は加熱
ローラ２と圧ローラ３が圧接されてニップ部Ａが形成さ
れる状況を示す断面図であり、図７（ａ）（ｂ）は加熱
ローラ２のニップされていない部分と、ニップされてい
る部分の部分断面図である。定着動作は、以下に述べる
ように、ニップ部Ａで抵抗層２５に通電され、抵抗層２
５が発熱することで可能となる。すなわち、図６におい
て、加熱ローラ２は、定着時には、中心軸１２の回りに
シリコンゴム等で構成された弾性ローラ部１３を有した
圧ローラ３によって加圧される。この弾性ローラ部１３
の圧力によって加熱ローラ２の外周部は、主に弾性層２
４の部分が弾性変形することによって押しつぶされる。
これによって、加熱ローラ２と圧ローラ３の接触部付近
には、定着に適当な面積と圧力を有するニップ部Ａが形
成される。

【００２２】実際の定着動作に際しては、トナーが転写
された用紙（図示せず）がニップ部Ａにおける加熱ロー
ラ２と圧ローラ３との間に搬送され、加熱ローラ２と圧
ローラ３が図６の矢印方向に回転することによって、順
次、用紙がニップ部Ａに送り込まれ、用紙上のトナーが
融解して定着が行われる。ニップ部Ａは、加熱ローラ２
と圧ローラ３の回転に伴い、順次、加熱ローラ２の各周
面上に形成される。

【００２３】上記ニップ部Ａの形成された位置で抵抗層
２５に通電されて、抵抗層２５が発熱する状況を図７
（ａ）（ｂ）を用いてさらに詳細に説明する。図７
（ａ）に示すニップ部Ａが形成されていない部分では、
加熱ローラ２の電極部２３ａは抵抗層２５に接触してい
ないので、電極部２３ａと抵抗層２５との間では電流は
流れない。従って、この状態では抵抗層２５は発熱しな
い。一方、図７（ｂ）に示すように、ニップ部Ａでは、
弾性層２４が圧縮され、これによって、電極部２３ａが
抵抗層２５と接触して両者は電気的に接続される。その
結果、電源３０の正極に接続された電極２８より、電極
層２３、抵抗層２５、共通電極層２６、圧ローラ３の弾
性ローラ部１３、中心軸１２、電極２９を通じて電源３
０の負極へ戻るという閉回路が形成され、抵抗層２５に
電流が流れるので、抵抗層２５が発熱する。

【００２４】抵抗層２５の発熱によって生じた熱は、抵
抗層２５から共通電極層２６を通じて融着防止層２７に
伝達される。従って、この熱がニップ部Ａに挟まれて搬
送される用紙上のトナーの融解に供せられ、定着が行わ
れる。用紙はトナーの転写された側を加熱ローラ２側に
向けて送られており、その用紙と加熱ローラ２とが弾性
接触した状態で定着が行われるので、用紙が粗面のもの
であってもその粗さは加熱ローラ２の弾性変形に吸収さ
れ、定着品質を良好に保持できる。

【００２５】上述した通り、トナーの融解に供せられる
熱は、抵抗層２５より共通電極層２６と融着防止層２７
を通して伝達されるが、共通電極層２６と融着防止層２
７が極めて薄い層で形成されているので、共通電極層２
６と融着防止層２７の熱抵抗を極めて小さくすることが
できる。従って、抵抗層２５で発生した熱を極めて効率
よく加熱ローラ２の表面に伝えることが可能となる。ま
た、発熱されるのは、圧ローラ３によって加圧されたニ
ップ部Ａ付近のみであるので、熱定着装置以外の他の部
材へ及ぼす熱的な影響を大幅に低減することができ、高
温対策が簡素なものでよくなる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明の熱定着装置によれば、圧ローラの圧力による加熱ロ
ーラの弾性層の変形によりニップ部が形成され、同ニッ
プ部の領域のみで電極部と抵抗層が通電可能とされ、ニ
ップ部の通電可能領域のみで発熱が行われ、定着が可能
となる。従って、周辺の部材に熱的影響を及ぼすことが
極めて少なくなり、高温対策が簡単な構成ですみ、装置
の小型化が図れる。さらには、立ち上がり応答性が良く
なると共に、熱定着以外に無駄に熱を損失することがな
くなり、無駄な電力消費が大幅に低減される。また、定
着面と弾性接触するので、記録媒体の粗密を問わずに良
好な定着品質が得られる。さらには、加熱ローラの共通
電極層と圧ローラとの回転接触面を通して通電されるの
で、簡単な構成で電源の供給が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による熱定着装置の断面図であ
る。

【図２】本実施例による加熱ローラの断面図である。

【図３】（ａ）は本実施例による加熱ローラの電極層の
電極部と弾性層の一部を拡大して示した斜視図、（ｂ）
は弾性層の一部を拡大して示した斜視図、（ｃ）は電極
層の一部を拡大して示した斜視図である。

【図４】本実施例による加熱ローラの部分断面図であ
る。

【図５】本実施例による加熱ローラ及び圧ローラと電極
構成を示す斜視図である。

【図６】本実施例による加熱ローラと圧ローラのニップ
部が形成される状況を示す断面図である。

【図７】（ａ）は上記ニップ部以外の部分での加熱ロー
ラの部分拡大図、（ｂ）は上記のニップ部での加熱ロー
ラの部分断面図である。

【符号の説明】

２ 加熱ローラ ３ 圧ローラ ４ 用紙（記録媒体） １３ 弾性ローラ部 ２３ 電極層 ２３ａ 電極部 ２４ 弾性層 ２５ 抵抗層 ２６ 共通電極層 ２７ 融着防止層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸状の基体部の外周に設けられ凸状の電
   極部を多数有した電極層と、その電極層の外周に電気絶
   縁性と弾性とを有する材料にて形成され、前記凸状の電
   極部を挿通するための貫通穴が設けられた弾性層と、そ
   の弾性層の外周に設けられ所定の電気抵抗値を有する抵
   抗層と、その抵抗層の外周に抵抗層と電気的に導通可能
   となるように設けられた共通電極層と、その共通電極層
   の表面を覆い、現像剤の融着を防止する融着防止層とか
   らなり、前記共通電極層は軸方向端部にて外周面に露出
   してなる加熱ローラと、 導電性の材質で形成され、前記加熱ローラ表面と圧接す
   ることにより生ずるニップ部にて記録媒体を挟支する圧
   ローラと、 前記電極層と共通電極層との間に電力を供給する電力供
   給手段とを備え、 前記加熱ローラと圧ローラとの圧接により前記ニップ部
   に生じる前記弾性層の弾性変形に伴い、前記電極層と前
   記抵抗層とが導通状態となることにより、ニップ部にて
   挟支された記録媒体上の現像剤の加熱定着を行なうこと
   を特徴とする熱定着装置。
2. 【請求項２】 前記記録媒体の最大幅Ｌ１と、前記加熱
   ローラの融着防止層が形成されている部分の最大幅Ｌ２
   と、前記加熱ローラの最大有効幅Ｌ３と、前記圧ローラ
   の有効幅Ｌ４との間に、 Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４となる関係を有することを特徴
   とする請求項１記載の熱定着装置。