JPH1173050A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低消費電力で急速昇温できる定着装置を得る。 【解決手段】印字後の用紙３を一対の定着ローラ２間に
供給してトナー３１を定着するようにした装置におい
て、上記定着ローラ２の外表面及び供給される用紙３を
同時に加熱するための加熱体を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタ等の電子
写真装置におけるトナーの定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、プリンタ等の電子写真装置に
おけるトナーの定着装置は、図７（ａ）に示すように、
２つの定着ローラ２を対向して並べて配置し、これらを
回転させながら、両定着ローラ２、２の間に転写後の用
紙３を通過させることによって、トナーを加熱定着する
ようになっている。上記定着ローラ２は、アルミニウム
やステンレス等の金属パイプ２１中にハロゲンランプ等
の加熱素子２３を設け、外表面にフッ素樹脂等の離形層
２４を備えたものである。

【０００３】また、カラートナーを用いたプリンターに
用いる場合は、３色以上のカラートナーを定着する必要
があることから、図７（ｂ）に示すように、肉厚２ｍｍ
以上のアルミニウム等の金属パイプ２１の外表面にシリ
コンゴム等からなり厚み１ｍｍ以上の弾性部材２２を備
えた定着ローラ２を用い、６０ｋｇｆ程度で加圧するこ
とによって、両定着ローラ２の密着部２ａの幅を広くす
ることが行われている。

【０００４】また、上記ハロゲンランプ等の加熱素子２
３に代えて、金属パイプ２１の表面にポリイミド等の有
機樹脂からなる絶縁層を介して発熱抵抗体を備えた定着
ローラも提案されている（特開昭５５−７２３９０号、
特開昭６２−２００３８０号公報等参照）。この定着ロ
ーラでは、発熱抵抗体に通電して加熱することから、昇
温時間を速くして、消費電力を小さくすることができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
定着ローラ２において、実際に加熱する必要があるのは
用紙３と接する部分のみであるにもかかわらず、従来の
定着装置における定着ローラ２ではローラの全体を加熱
する方式であることから、加熱の大部分が無駄になると
いう問題があった。

【０００６】また、従来の定着ローラ２は、内部から加
熱する方式であるため、特に図７（ｂ）に示すような肉
厚の弾性部材２２を備えたカラートナーの定着装置で
は、弾性部材２２の熱伝導率が低いことから加熱効率が
悪いため、昇温時間が遅く、消費電力が大きいという問
題があった。例えば、使用開始時のウォームアップ時間
が５分以上必要であり、常時加熱しておかなければなら
ないため消費電力が１０００Ｗ以上必要であった。

【０００７】さらに、弾性部材２２の表面を１９０℃程
度にするためには、金属パイプ２１と弾性部材２２の界
面は２２０℃程度に加熱する必要があり、弾性部材２２
を成すシリコンゴムの耐熱温度を超えるため、耐久性が
悪いという問題もあった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、転写後
の用紙を一対の定着ローラ間に供給してトナーを定着す
る装置において、上記転写後の用紙と定着用ローラの外
表面とを加熱する位置に加熱体を配置したことを特徴と
する。

【０００９】即ち、本発明では、定着ローラの内部では
なく外部に加熱体を備え、定着用ローラの外表面のみを
加熱するようにしたものである。しかも、同じ加熱体で
供給する用紙を予備加熱することにより、低消費電力で
効率良くトナーを定着することができる。

【００１０】また、本発明では、上記加熱体として、転
写後の用紙の近傍に配置し、定着ローラと当接しながら
回転する加熱ローラを用いることにより、定着装置を滑
らかに回転できるようにしたものである。

【００１１】さらに、本発明では、上記加熱体として、
定着ローラと転写後の用紙の近傍に配置した板状ヒータ
を用いることにより、定着ローラ及び用紙を保温して熱
効率を向上できるようにしたものである。

【００１２】また、本発明では、上記加熱体の発熱源と
して発熱抵抗体を備えることにより、昇温時間を速くし
たものである。

【００１３】さらに、本発明は、上記定着ローラの外表
面に弾性部材を有し、特にカラートナーの定着を行うよ
うにしたことを特徴とする。

【００１４】即ち、上記弾性部材は熱伝導性が低いこと
から、内部から加熱しても非常に熱効率が悪いものであ
るが、本発明では弾性部材の外表面を加熱体で加熱する
ことにより、効率的に加熱することができ、しかも外表
面の熱が逃げにくいことから保温性を向上できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図によ
って説明する。

【００１６】図１に示す定着装置は、カラートナーの定
着用のものであり、２本の定着ローラ２を対向させ、そ
の外表面が互いに当接するように並べてて配置し、各々
の定着ローラ２の外表面に当接するように加熱体として
円筒状の加熱ローラ１を配置してある。

【００１７】また、図面の下方側の加熱ローラ１は、定
着ローラ２に当接するとともに、供給される用紙３の近
傍に配置され、この用紙３を予備加熱するようになって
いる。なお、以下の実施形態では用紙３を例にとって説
明するが、その他にフィルムや布等のさまざまな記録媒
体を用いることができる。

【００１８】上記定着ローラ２は、アルミニウムやステ
ンレス等の金属パイプ２１の外表面にシリコンゴム等の
弾性部材２２を備えたものであり、この弾性部材２２が
変形することによって、両定着ローラ２の密着面２ａの
幅を広くし、定着性の悪いカラートナーであっても良好
に定着できるようにしてある。

【００１９】この定着装置を作動させる場合は、加熱ロ
ーラ１を発熱させながら、該加熱ローラ１及び定着ロー
ラ２をそれぞれ矢印方向に回転させ、両定着ローラ２、
２の間に印字後の用紙３を通過させれば良い。この時、
加熱ローラ１によって定着ローラ２の外表面が加熱さ
れ、この状態のままで用紙３に当接し、加圧することに
よって、トナーの定着を行うことができる。

【００２０】このように、本発明の定着装置では、外部
の加熱ローラ１を用いて、加熱の必要な定着ローラ２の
外表面のみを加熱することにより、無駄な発熱を防止
し、低消費電力で効率的な加熱を行うことができる。

【００２１】また、上記定着ローラ２の外表面は加熱ロ
ーラ１と当接して加熱された後、用紙３と接するまでの
間に若干放熱することになるが、予めこの放熱分を見越
して加熱すれば問題はない。さらに、定着ローラ２にお
ける加熱ローラ１との当接部位を用紙３との当接部位の
近傍に配置しておけば、より好適である。また、このよ
うなカラートナー用の定着装置では、定着ローラ２の外
表面は熱伝導率の低いシリコンゴム等の弾性部材２２か
ら成るため、加熱した外表面の熱が逃げにくいという利
点もある。

【００２２】しかも、加熱体として加熱ローラ１を用
い、定着ローラ２と当接しながら回転させることによっ
て、定着ローラ２の回転を妨げることを防止できる。

【００２３】さらに、下側の加熱ローラ１を用紙３の近
傍に配置してあることによって用紙３が予備加熱される
ため、より加熱効率を向上できる。なお、加熱ローラ１
と用紙３の間は０．１〜２０ｍｍの距離ｄをあけて離し
ておくことが好ましい。これは、加熱ローラ１と用紙３
が接触しているとトナー等が加熱ローラ１に付着しやす
く、一方２０ｍｍ以上の距離ｄがあると予備加熱効果に
乏しいためである。

【００２４】次に、上記加熱ローラ１の構造は、図２
（ａ）に示すように、金属パイプからなる円筒体１１の
内周面に絶縁層１２を介して発熱抵抗体１３を備えたも
のである。また、この加熱ローラ１の両端部では、発熱
抵抗体１３の端部に導電性耐熱接着剤を用いて導通端子
部材１４を固着してある。そして、加熱ローラ１を回転
させながら、両端部に備えた導通端子部材１４の摺動面
１４ａに給電部材１５を当接させ、摺動させながら給電
することによって、発熱抵抗体に１３に通電し、発熱さ
せることができる。

【００２５】このように、加熱ローラ１の発熱源として
発熱抵抗体１３を用いることにより、急速昇温すること
ができ、定着装置の始動時の待ち時間を短縮できる。

【００２６】また、図２に示す加熱ローラ１において
は、発熱抵抗体１３を円筒体１１の内周面側に備えるこ
とによって、製品の安全性を高めることができる。

【００２７】なお、上記円筒体１１を成す金属パイプ
は、熱伝導率０．０３ｃａｌ／℃・ｃｍ・ｓｅｃ以上の
金属からなり、具体的にはアルミニウムやアルミニウム
合金、、鉄、あるいはステンレス等を用い、その肉厚は
０．１〜２ｍｍとする。また、絶縁層１２はポリイミ
ド、フェノール、シリコン、ボロシロキサン、ポリアミ
ドイミド、ブタジエン、ポリエステル、フッ素樹脂等の
耐熱性に優れた有機樹脂からなり、その厚みは、絶縁耐
力によって異なるが、例えばポリイミドの場合１０〜２
００μｍの厚みが好ましい。あるいは、円筒体１１とし
て絶縁材料を用いれば絶縁層１２をなくすこともでき
る。

【００２８】また、発熱抵抗体１３としては、Ａｇ，Ｎ
ｉ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｃｒ等の金属材及び
これらを主成分とする合金材、あるいはＲｅ₂ Ｏ₃ 、Ｍ
ｎ₂Ｏ₃ 、ＬａＭｎＯ₃ 、ＴａＳｉＯ₂ 、ＲｕＯ₂ 等の
金属化合物の少なくとも一種、またはこれらの導電剤と
マトリックスを成す合成樹脂又はガラスとの混合物を用
いる。マトリックスを成すガラスとしては、結晶化ガラ
ス、非結晶化ガラスのいずれでも良いが、結晶化ガラス
を用いることにより、加熱冷却サイクルによっても抵抗
値の変化を少なくすることができる。その組成として
は、ＰｂＯを５０重量％以上含むものが良く、好ましく
は軟化点が５００℃以下の低融点のものが良い。なお、
マトリックスを成す合成樹脂又はガラスは成膜強度を向
上するために１０〜９０重量％の範囲で含有することが
好ましい。

【００２９】さらに、発熱抵抗体３を厚膜法で形成する
場合の厚みは５〜１００μｍ、メッキや蒸着等の薄膜法
で形成する場合の厚みは０．１〜２０μｍの範囲とすれ
ば、抵抗値のばらつきが生じにくく、かつ剥離を防止す
ることができる。

【００３０】また、導通端子部材１４は、円筒体１１と
の熱膨張率の差が１０×１０^-6／℃以内であり、電気抵
抗率が１０μΩ・ｃｍ以下で、融点が８００℃以上のも
のを用い、具体的には、真鍮、銅、銅合金、鉄、ステン
レス等、あるいはこれらの表面にニッケル等のメッキを
施したものを用いる。

【００３１】次に、加熱ローラ１の他の実施形態を説明
する。

【００３２】図３（ａ）に示すように、金属パイプ等の
円筒体１１の外周面に絶縁層１２を介して発熱抵抗体１
３を形成し、これを覆うように保護層１６を形成するこ
ともできる。各部材の材質は図２の実施形態と同様であ
り、保護層１６は絶縁層１２と同様の材質を用いる。

【００３３】また、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、円
筒状又は円柱状のセラミック体１７に発熱抵抗体１３を
埋設した、いわゆるセラミックヒータを加熱ローラ１と
することもできる。

【００３４】さらに、このような加熱ローラ１は、外径
が５〜２５ｍｍの範囲とすれば、熱容量を小さくして昇
温特性を向上させることができる。

【００３５】一方、定着ローラ２を成す金属パイプ２１
は、アルミニウムや鉄、ステンレス等から形成して肉厚
０．１〜３ｍｍとし、弾性部材２２はシリコンゴムや発
泡性ゴム等で形成して肉厚０．５〜６ｍｍとし、定着ロ
ーラ２全体の外径は２０〜４０ｍｍ程度とする。また、
弾性部材２２の表面にフッ素樹脂等からなる離形層を形
成することもできる。

【００３６】さらに、定着ローラ２の他の実施形態とし
て、図４に示すように、金属パイプ２１の外周面に備え
たシリコンゴム等の弾性部材２２の表面に、カーボンや
金属粒子等を分散させて熱伝導性を向上させたゴム又は
樹脂等からなる伝熱層２５を形成し、この表面にフッ素
樹脂等からなる離形層２４を形成することもできる。こ
の定着ローラ２では、伝熱層２５の存在によって、加熱
ローラ１との当接部から定着部へ良好に熱を伝えること
ができる。また温度ムラ対策として、シリコンゴム等の
弾性部材２２の温度が１５０℃以上とならないように加
熱ローラ１を回転させて熱を伝えることができる。

【００３７】次に、本発明の他の実施形態を説明する。

【００３８】図５に示す定着装置は、基本的に図１に示
すものと同様であるが、用紙３の下方側に加熱ローラ１
とともに搬送ローラ４を配置し、これらの間に金属材又
は耐熱樹脂からなる搬送ベルト５を備えたものである。

【００３９】また、図６に示す定着装置は、加熱体とし
て板状ヒータ１０を備えたものである。この板状ヒータ
１０は、定着ローラ２の近傍に配置され、これを覆う曲
面部１０ａと供給される用紙３の近傍に配置される平面
部１０ｂを有しており、樹脂やセラミックス等の絶縁材
に発熱抵抗体を備えたものである。そのため、この板状
ヒータ１０を発熱させれば、定着ローラ２を外表面から
加熱できるとともに、供給される用紙３を予備加熱する
ことができる。

【００４０】しかも、この板状ヒータ１０は、定着ロー
ラ２と用紙３を覆う形状であることから、保温性を高め
て熱効率を向上させることができ、また定着ローラ２に
接触しないことから、その回転を滑らかにすることがで
きる。

【００４１】なお、本発明の定着装置において、加熱体
は上述したような加熱ローラ１、板状ヒータ１０に限ら
ず、何らかの発熱源を備えた加熱体を定着ローラ２の外
表面に当接させ又は近傍に配置して、加熱するようなも
のであれば良い。

【００４２】また、図１では、弾性部材２２を備えたカ
ラートナーの定着用の定着ローラ２を示したが、図５
（ａ）に示すように、離形層２４のみを備えた定着ロー
ラ２を用いて本発明の定着装置を構成することもでき
る。

【００４３】さらに、図１では、２本の定着ローラ２の
両方に加熱ローラ１を当接させたが、用紙３の印字面側
の定着ローラ２のみに加熱ローラ１を当接させて、もう
一方は加圧ローラとしたものであっても良い。

【００４４】

【実施例】本発明実施例として、図１に示す定着装置を
作製した。

【００４５】加熱ローラ１はアルミニウム合金製の円筒
体１１の内周面にポリイミドからなる絶縁層１２を介し
て導電剤とマトリックス成分の混合物からなる発熱抵抗
体１３を形成し、全体の大きさは、長さ２８０ｍｍ、外
径２０ｍｍとした。一方、定着ローラ２は、アルミニウ
ム合金からなる金属パイプ２１の外周面にシリコンゴム
からなる弾性部材２２を肉厚２．５ｍｍとなるように形
成し、全体の大きさが、長さ２７０ｍｍ、外径２５ｍｍ
となるようにした。

【００４６】一方、比較例として、同一寸法で、図７
（ｂ）に示すように内部にハロゲンランプからなる加熱
素子２３を備えた定着ローラ２を用いた定着装置も用意
した。

【００４７】両者を用いて、定着ローラ２外表面の定着
面を１７０℃とするために必要な電力（１本当たり）
と、通電開始から上記温度に達するまでの昇温時間を比
較した。

【００４８】結果は、表１に示すように、本発明実施例
では、昇温時間が非常に速く、しかも消費電力を小さく
できることが確認された。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、転写後の
用紙を一対の定着ローラ間に供給してトナーを定着する
装置において、上記転写後の用紙と定着用ローラの外表
面とを加熱する位置に加熱体を配置したことによって、
定着に必要な定着用ローラの外表面のみを加熱し、しか
も用紙を予備加熱できることから、低消費電力で効率良
く加熱することができる。

【００５１】また、本発明では、上記加熱体として、供
給される用紙の近傍に配置され、定着ローラと当接しな
がら回転する加熱ローラを用いることによって、定着装
置を滑らかに回転することができる。

【００５２】さらに、本発明では、上記加熱体として、
定着ローラ及び供給される用紙の近傍に配置された板状
ヒータを用いることによって、保温性を高めて熱効率を
向上させることができる。

【００５３】また、本発明では、上記加熱体の発熱源と
して発熱抵抗体を備えることにより、昇温時間を速くす
ることができる。

【００５４】さらに、本発明は、上記定着ローラの外表
面に弾性部材を有し、カラートナーの定着を行うように
したことによって、熱伝導率の低い弾性部材の外表面を
加熱体で加熱することにより、効率的に加熱することが
でき、しかも外表面の熱が逃げにくいことから保温性を
向上することができる。

【００５５】したがって、本発明によれば、昇温時間が
速く、低消費電力で、特にカラートナーの定着に好適に
使用可能な定着装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定着装置を示す断面図である。

【図２】（ａ）は本発明の定着装置における加熱ローラ
の横断面図、（ｂ）は同じく加熱ローラの端部の縦断面
図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の定着装置における加
熱ローラの他の実施形態を示す横断面図である。

【図４】本発明の定着装置における定着ローラの他の実
施形態を示す横断面図である。

【図５】本発明の定着装置の他の実施形態を示す断面図
である。

【図６】本発明の定着装置の他の実施形態を示す断面図
である。

【図７】（ａ）（ｂ）は従来の定着装置を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１：加熱ローラ １０：板状ヒータ １１：円筒体 １２：絶縁層 １３：発熱抵抗体 １４：通電端子部材 １５：給電部材 １６：保護層 １７：セラミック体 ２：定着ローラ ２１：金属パイプ ２２：弾性部材 ２３：加熱素子 ２４：離形層 ３：用紙

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】転写後の記録媒体を一対の定着ローラ間に
   供給してトナーを定着する装置において、上記転写後の
   用紙と定着用ローラの外表面とを加熱する位置に加熱体
   を配置したことを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】上記加熱体が、転写後の記録媒体の近傍に
   配置され、定着ローラと当接しながら回転する加熱ロー
   ラであることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 【請求項３】上記加熱体が、定着ローラ及び転写後の記
   録媒体の近傍に配置された板状ヒータであることを特徴
   とする請求項１記載の定着装置。