JPH1152774A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構造が簡単で立上りが早く、温度分布の均一化
および小電力化が可能な定着装置を提供すること。 【解決手段】定着ローラ１と、この定着ローラ１に圧接
する加圧ローラ２との間に記録体を通過させることによ
り、この記録体上のトナー像を加熱定着する定着装置に
おいて、定着ローラ１の周壁が薄肉のスリーブ６と、ス
リーブ６の内側又は外側に積層された抵抗発熱層と、ス
リーブ６内側に充填された耐熱性の発泡剤１０とを有す
る定着装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機、
プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に使用され
る定着装置に関し、特に、温度分布の均一化および小電
力化が可能な定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写機、プリンタ、ファクシミ
リなどの画像形成装置には、熱ローラである定着ローラ
に加圧ローラを圧接した定着装置が用いられている。定
着装置は一般に、加熱した定着ローラを回転駆動し、こ
の定着ローラと、定着ローラに連れ回りする加圧ローラ
との間にトナー転写後の転写紙等の記録体を通過させる
ことにより、トナーを加熱溶融してこの記録体上のトナ
ー像を加熱定着するものである。

【０００３】近年においては、エネルギーの無駄な消費
を抑えるなどの環境への意識の高まりから、各種画像形
成装置は、その不使用時には定着ローラを加熱するヒー
タへの通電を遮断し、必要なときのみ通電して消費電力
を低減するようになっている。

【０００４】このようなタイプの画像形成装置では、ヒ
ータの休止により低下した定着ローラの表面温度を、印
刷時には即座に設定温度まで上昇させる必要、すなわち
立上り時間を短縮する必要がある。そこで、定着ローラ
の熱容量を小さくするために、定着ローラを構成する金
属スリーブの肉厚を１ｍｍ以下にする薄肉化が行われて
いる。また、スリーブを加熱するヒータとしては、スリ
ーブ内に設けたハロゲンランプを用いるもの、スリーブ
に発熱層を積層した直接加熱方式のものが知られてい
る。

【０００５】直接加熱方式のヒータを用いると、ハロゲ
ンランプを用いたものよりも熱効率が向上し、約２０〜
３０％の立上り時間の短縮が可能となる。これに加えて
上記の薄肉化を行うと、さらに立上り時間を短縮するこ
とができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、立上り時間の
大幅な短縮を図るためにスリーブを薄肉化すると、スリ
ーブの機械的強度が減少し、加圧ローラの圧接により定
着ローラの撓みや断面形状のつぶれなどが発生し、定着
不良やローラの破損が発生するという問題がある。スリ
ーブの薄肉化は、その機械的強度の確保の課題を伴って
いる。

【０００７】機械的強度の確保には、補強のための部材
をスリーブに装着することが比較的容易で有効である
が、熱容量の大きな補強部材では立上り時間をかえって
増大させることとなるし、特開昭５３−２０９３４号公
報に記載されているような補強部材（弾性電極等）を用
いる場合にはこの部材の固定が困難であり、構成が複雑
で生産性に欠けるし、熱容量が局所的に大きくなって温
度ムラが発生する問題がある。また、スリーブ内側に発
熱層を積層する場合には、補強部材の固定がさらに困難
となり、また、その固定による応力の集中が起ってこの
層を傷つけ、ショートや漏電を引き起こす可能性がある
という問題がある。

【０００８】本発明は、これら問題を解決し、スリーブ
の機械的強度を保ちつつその薄肉化を行うことができ、
さらに温度分布の均一化および小電力化が可能な定着装
置の提供を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、定着ローラと、この定着ロ
ーラに圧接する加圧ローラとを有し、上記両ローラ間に
記録体を通過させることにより、この記録体上のトナー
像を加熱定着する定着装置において、上記定着ローラは
周壁が薄肉のスリーブと、上記スリーブの内側又は外側
に積層された抵抗発熱層と、上記スリーブ内側に充填さ
れた耐熱性の発泡剤とを有することを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の定
着装置において、上記スリーブの周壁が、上記加圧ロー
ラとの圧接により上記スリーブの周壁に変形を生じ得る
程度の厚さであることを特徴とする。請求項３記載の発
明は、請求項１又は２記載の定着装置において、上記ス
リーブが金属製であって、この金属スリーブと上記抵抗
発熱層との間には、電気絶縁層が設けられていることを
特徴とする。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項１ないし３
の何れか一つに記載の定着装置において、上記発泡剤
は、発泡樹脂であることを特徴とする。請求項５記載の
発明は、請求項１ないし３の何れか一つに記載の定着装
置において、上記発泡剤は、発泡セラミックであること
を特徴とする。

【００１２】請求項６記載の発明は、請求項１ないし５
の何れか一つに記載の定着装置において、上記スリーブ
の両端部に設けられ、上記発泡剤を封入し、上記抵抗発
熱層に給電を行うする円盤状電極対と、これら電極に当
接して給電を行う給電電極対とを有することを特徴とす
る。

【００１３】

【実施例】図１に本発明を採用した定着装置の第１の実
施例を示す。定着ローラ１に加圧ローラ２が図示しない
スプリングによって一定の加圧力で圧接している。定着
ローラ１は断熱ブッシュ３ａ、ｂおよび軸受４ａ、ｂを
介して定着側板１３ａ、ｂに回転自在に取り付けられて
いる。定着ローラ１は一端に歯車５を有し、この歯車５
を介して図示しない駆動源により回転駆動される。加圧
ローラ２はその軸２１の両端が軸受２２ａ、ｂを介して
定着側板１３ａ、ｂに回転自在に取り付けられており、
定着ローラ１に連れ回りする。

【００１４】図２にも示すように、定着ローラ１は、周
壁が周知のアルミニウム製の薄肉のスリーブ６からな
り、このスリーブ６を基体としている。スリーブ６の厚
さは、熱容量を勘案するとできる限り薄い方がよいた
め、０．２〜０．８ｍｍが好ましく、本実施例では０．
５ｍｍとされている。スリーブ６は、周知の鉄製のもの
であってもよい。

【００１５】スリーブ６の外面には周知の材質からなる
電気絶縁層７が積層されている。電気絶縁層７の外面に
は定着ローラ１を加熱し、定着ローラ１と加圧ローラ２
との間を両ローラ１、２の回転により通過する図示しな
い記録体上のトナー像を加熱定着するためのヒータとし
ての抵抗発熱層８が積層されている。抵抗発熱層８の外
面には、定着ローラ１の最外面をなし、加熱定着を行う
際に図示しない記録体およびトナーの離型性を良くする
ための離型層９が積層されている。

【００１６】スリーブ６の内側には耐熱性の発泡剤１０
充填されている。発泡剤１０は、加圧ローラ２との圧接
により変形が生じ得る程度の厚さである機械的強度の低
いスリーブ６を補強するものであるので、圧縮強さ及び
曲げ強さに優れている必要がある。また、抵抗発熱層８
による加熱に耐えるため２００°Ｃ程度の耐熱性が要求
され、かつ定着ローラ１の熱容量を小さくするために熱
容量が小さく、断熱性に富んだ材料である必要がある。

【００１７】したがって、発泡剤１０としてこれらの条
件を満たす周知の発泡樹脂を用いることができるが、本
実施例では、発泡樹脂であるフェノールフォームを用い
ている。フェノールフォームは略２００°Ｃの耐熱性を
有し、比重が０．７〜０．９ｇ／ｃｍ⁹程度であり、熱
容量が小さい。発泡剤１０には、これらの条件を満たす
ものであれば、周知の発泡セラミックを用いてもよい。
発泡セラミックは略１０００°Ｃの耐熱性を有し、比重
が０．２〜０．５ｇ／ｃｍ⁹とアルミニウムの１／１０
〜１／５程度で熱容量が非常に小さく、圧縮強度も大変
大きい。これらのような材料の発泡剤を用いることによ
り、立上り時に熱が発泡剤１０に伝導しにくく、かつ熱
容量も小さいので定着ローラの機械的強度を確保しなが
ら定着ローラの立上りに影響を与えることがない。

【００１８】発泡剤１０は、スリーブ６に充填されるこ
とで成形されるが、予め円筒状に成形したものをスリー
ブ６に挿入してもよい。何れにせよ、発泡剤１０を固定
するための部材を特に設ける必要がないので従来に比べ
て構造が簡単となるし、熱容量が小さな断熱材料からな
るので、熱容量が小さくなる。また、発泡剤１０はスリ
ーブ６の軸方向に亘って設けられるので、熱容量が軸方
向で均一となり、スリーブ６を支持するための応力集中
が起こらず、スリーブ６を傷つけることがない。

【００１９】図１に示すように、定着ローラ１は、その
両端部に、受電電極１１ａ、ｂを有している。受電電極
１１ａ、ｂを設ける部分の離型層９は剥離されており、
受電電極１１ａ、ｂは抵抗発熱層８直上に設けられてい
る。受電電極１１ａ、ｂには、受電電極１１ａ、ｂを介
して抵抗発熱層８に給電を行い、定着ローラ１を加熱す
るための給電電極１５ａ、ｂが当接している。

【００２０】給電電極１５ａ、ｂは、基端部を絶縁性の
定着側板１３ａ、ｂに支持された導電性の板バネ１４
ａ、ｂの先端部に設けられており、定着ローラ１ととも
に回転駆動される受電電極１１ａ、ｂに対し一定の圧力
で摺接する。給電電極１５ａ、ｂが抵抗発熱層８に直接
給電するのではなく、受電電極１１ａ、ｂを介して給電
を行うため、抵抗発熱層８や電気絶縁層７を傷つけるこ
とがなく、ショートや漏電を回避することができる。

【００２１】板バネ１４ａ、ｂは導電体であり、ＣＰＵ
１７によって通電制御されるドライバ１６からの電流
は、板バネ１４ａ、ｂを介して給電電極１５ａ、ｂに供
給される。定着側板１３ａ、ｂは絶縁性であるから電流
が板バネ１４ａ、ｂから漏れることはないが、板バネ１
４ａ、ｂと定着側板１３ａ、ｂとの導通を断つ構成とす
れば、定着側板１３ａ、ｂに導電性の材料を用いること
も可能である。

【００２２】符号１９は、定着ローラ１に当接して定着
ローラ１の温度を検知し、検知温度を入力回路１８側に
出力する温度センサを示している。ＣＰＵ１７は、定着
ローラ１の温度に関する入力回路１８からの信号に基づ
きドライバ１６の通電制御を行い、定着ローラ１の温度
を定着に適した温度に保つ。

【００２３】図３、４に本発明を適用した定着装置の第
２の実施例を示す。第１の実施例と同様の構成には同じ
符号を付すに留め、説明を省略する。本実施例が第１の
実施例と異なるのは、図４に示すように、定着ローラ１
の層の構成である。電気絶縁層７及び抵抗発熱層８が、
この順番でスリーブ６の内側に積層され、発泡剤１０は
抵抗発熱層８の内側に充填されている。離型層９は、ス
リーブ６の外面に直接積層されている。

【００２４】また、これに伴い、図３に示すように、受
電電極１１ａ、ｂ、板バネ１４ａ、ｂ、給電電極１５
ａ、ｂがスリーブ６の内側に位置している。板バネ１４
ａ、ｂは、絶縁性の給電部用のブラケット２０ａ、ｂに
よって基端を支持されている。ブラケット２０ａ、ｂ
は、定着装置の図示しない外壁に支持されている。

【００２５】本実施例においては、発泡剤１０を充填す
ることにより、抵抗発熱層８及び電気絶縁層７がスリー
ブ６の内面に押しつけられるため、抵抗発熱層８及び電
気絶縁層７を接着するための手段が必要ない。

【００２６】図５に本発明を適用した定着装置の第３の
実施例を示す。本実施例は、定着ローラ１の層の構成
が、第２の実施例と同様の図４に示す構成である場合の
他の実施例である。第２の実施例と同様の構成には同じ
符号を付すに留め、説明を省略する。

【００２７】本実施例が第２の実施例と主に異なるの
は、受電電極が、スリーブ６の両端部に設けられ、発泡
剤１０を封入する円盤状電極１２ａ、ｂとなっている点
である。給電電極１５ａ、ｂは、円盤状電極１２ａ、ｂ
の回転中心付近の突部と当接している。給電電極１５
ａ、ｂは板バネ１４ａ、ｂの先端部に設けられており、
また円盤状電極１２ａ、ｂの周壁が抵抗発熱層８の内側
で嵌合しスリーブ６とともに回転駆動されるので、給電
電極１５ａ、ｂは円盤状電極１２ａ、ｂの突部に対し一
定の圧力で摺接する。

【００２８】受電電極が円盤状電極１２ａ、ｂとなって
いるので摺接部を回転中心に位置させることができ、給
電電極１５ａ、ｂとの相対速度が小さくなり、摺動摩擦
が低減される。発泡剤１０が円盤状電極１２ａ、ｂの内
側に封入されているので、円盤状電極１２ａ、ｂは板バ
ネ１４ａ、ｂによって押し付けられても移動しないた
め、特に固定する手段がなくとも、位置決めされる。

【００２９】なお、第１の実施例においては、発泡剤に
発泡アルミニウムなどの導電性材料を用いることができ
るが、第２、第３の実施例では、発泡剤が抵抗発熱層や
受電電極と当接するので、発泡剤は絶縁性の材質とする
か、発泡剤と抵抗発熱層、電極との間にさらに絶縁層を
設ける必要がある。

【００３０】また、上述の全実施例において、スリーブ
に非導電性の材料を用いる場合には、電気絶縁層を省
き、スリーブ上に直接、抵抗発熱層を積層することがで
きる。

【００３１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、薄肉のス
リーブの内側に耐熱性の発泡剤を充填するので、機械的
強度を確保するための構成である発泡剤を固定する手段
が不要のため簡単な構成となり、熱容量を大きくするこ
となく立上り時間に影響を与えずに定着ローラの機械的
強度を確保した、省電力、小コスト型の定着装置を提供
することができる。定着ローラの機械的強度を確保する
ための応力集中を生じないので、抵抗発熱層を傷つける
ことがなく、ショートや漏電を回避することができる安
全性の高い定着装置を提供することができる。スリーブ
の軸方向における熱容量が一定となり、温度ムラが生じ
ないので、温度分布の均一化による良好な定着を行って
高質の画像を得ることができる定着装置を得ることがで
きる。

【００３２】機械的強度の低い薄肉のスリーブは機械加
工、特に外径研削が非常に困難で生産性を阻害するが、
スリーブに発泡剤を充填した後に外径研削を行えば、機
械的強度が保たれるので生産性を向上できる。

【００３３】請求項２記載の発明によれば、スリーブに
耐熱性の発泡剤を充填しているので、スリーブの周壁を
加圧ローラとの圧接により変形が生じ得る程度の厚さと
し、熱容量を小さくして立上り時間を短縮することがで
きる定着装置を提供することができる。

【００３４】請求項３記載の発明によれば、抵抗発熱層
との間に電気絶縁層を設けることによりスリーブを金属
製とすることができ、スリーブの材質の自由度が増す。
請求項４記載の発明によれば、発泡剤が、熱容量が小さ
く、断熱性、耐熱性の要件を満たした発泡樹脂であるの
で、立上り時間を短縮することができ、安全性の高い定
着装置を提供することができる。

【００３５】請求項５記載の発明によれば、発泡剤が、
熱容量が非常に小さく、十分な耐熱性を持ち、圧縮強度
が大きく、断熱性の用件をも満たした発泡セラミックで
あるので、立上り時間をさらに短縮しつつスリーブの機
械的強度を向上でき、また、耐熱温度が高いために定着
ローラの設定温度を高くしても発泡剤の劣化が生じにく
いので、さらに安全性の高い、高寿命の定着装置を提供
することができる。

【００３６】請求項６記載の発明によれば、受電電極を
円盤状電極とすることにより、給電電極との摺接時の摩
擦の影響を軽減することができる。また、円盤状電極対
で発泡剤を封入するので、受電電極を固定するための手
段が不要となるため構成が容易になり、生産性と耐久性
を向上した定着装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した定着装置の第１の実施例を示
す一部破断側面図である。

【図２】図１に示した定着ローラの概略断面図である。

【図３】本発明を適用した定着装置の第２の実施例を示
す一部破断側面図である。

【図４】図３に示した定着ローラの概略断面図である。

【図５】本発明を適用した定着装置の第３の実施例を示
す一部破断側面図である。

【符号の説明】 １ 定着ローラ ２ 加圧ローラ ６ スリーブ ７ 電気絶縁層 ８ 抵抗発熱層 １０ 発泡剤 １２ａ、ｂ 円盤状電極対 １５ａ、ｂ 給電電極対

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】定着ローラと、この定着ローラに圧接する
   加圧ローラとを有し、上記両ローラ間に記録体を通過さ
   せることにより、この記録体上のトナー像を加熱定着す
   る定着装置において、 上記定着ローラは周壁が薄肉のスリーブと、上記スリー
   ブの内側又は外側に積層された抵抗発熱層と、上記スリ
   ーブ内側に充填された耐熱性の発泡剤とを有することを
   特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の定着装置において、上記ス
   リーブの周壁は、上記加圧ローラとの圧接により上記ス
   リーブの周壁に変形を生じ得る程度の厚さであることを
   特徴とする定着装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の定着装置において、
   上記スリーブが金属製であって、この金属スリーブと上
   記抵抗発熱層との間には、電気絶縁層が設けられている
   ことを特徴とする定着装置。
4. 【請求項４】請求項１ないし３の何れか一つに記載の定
   着装置において、上記発泡剤は、発泡樹脂であることを
   特徴とする定着装置。
5. 【請求項５】請求項１ないし３の何れか一つに記載の定
   着装置において、上記発泡剤は、発泡セラミックである
   ことを特徴とする定着装置。
6. 【請求項６】請求項１ないし５の何れか一つに記載の定
   着装置において、上記スリーブの両端部に設けられ、上
   記発泡剤を封入し、上記抵抗発熱層に給電を行うする円
   盤状電極対と、これら電極に当接して給電を行う給電電
   極対とを有することを特徴とする定着装置。