(57)【要約】【課題】立ち上がり時間を短縮することができ、また、部分的に温度が下がった場合にその部分のみを加熱することができ、さらに、表面温度を制御するための装置を不要として装置構成を簡素化することができる定着装置を提供する。  【解決手段】中空円筒状の芯体２１の内周面または外周面に発熱体シート２２を被着した定着ローラ２０を備えた定着装置であって、発熱体層２２は、電極層２２ｂおよびＰＴＣ抵抗体層２２ｃで構成される。また、金属層または耐熱性樹脂層４１の内周面または外周面に発熱体層を有する定着スリーブ４０を備えた定着装置であって、発熱体層は、電極層４２およびＰＴＣ抵抗体層４３で構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒状のローラ芯体の内周面または外周面に発熱体層を有する熱定着ローラを備えた定着装置であって、
前記発熱体層は、電極層およびＰＴＣ抵抗体層からなることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
耐熱性樹脂層の内周面または外周面に発熱体層を有する定着スリーブを備えた定着装置であって、
前記発熱体層は、電極層およびＰＴＣ抵抗体層からなることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
前記ＰＴＣ抵抗体層は、無機ポリマー系ＰＴＣ材料からなることを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
【請求項４】
定着スリーブの内側にヒータを配置し、このヒータにより前記定着スリーブを介して転写材上のトナーを加熱溶融させるように構成した定着装置であって、
前記ヒータとして、ＰＴＣヒータを用いることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機等の画像形成装置に使用される定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真複写機、ファクシミリ、レーザビームプリンタ等の複写・印刷機器においては、電子写真、静電記録、磁気記録等の画像形成プロセスにより、加熱溶融性の樹脂等からなるトナーの画像を記録紙上に形成し、これを熱により定着させる熱定着方式が一般に採用されている。
【０００３】
そして、このような熱定着方式で使用される定着装置としては、芯金内部に熱源としてハロゲンランプを内蔵した定着ローラと加圧ローラの２つのローラ間にトナー像が形成された記録紙を送り込んで定着させるヒートローラ方式が広く用いられている。
【０００４】
しかしながら、この定着装置の定着ローラは、ハロゲンランプからの輻射熱で内側から加熱するものであるため熱効率が悪く、複写機等を立ち上げたとき、表面が所定の温度に達するまでに時間がかかるうえ、消費電力も大きいという難点があった。
【０００５】
そこで、この難点を解消するため、芯金の内側あるいは外側に、抵抗発熱体層を設け、この抵抗発熱体層に通電して熱を発生させるとともに、この熱を表面層に伝達するようにした熱伝導加熱方式の熱定着ローラが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。上記抵抗発熱体層の形成には、例えば、ステンレス鋼や、銀等の導電性材料を配合した耐熱性樹脂等が使用されている。
【０００６】
しかしながら、このような抵抗発熱体層を設けた熱伝導加熱方式の熱定着ローラは、従来のハロゲンランプを熱源とした輻射加熱方式のものに比べ立ち上がり時間が短縮されるものの、その効果は決して十分なものではなかった。そのうえ、面状に加熱するものではないため表面温度の均一性に欠け、また、通紙により部分的に温度が下がった場合でも、その部分のみを部分的に加熱することが難しいという問題もあった。後者は消費電力の無駄につながる。さらに、ハロゲンランプを使用した場合と同様、温度センサやサーミスタ等をはじめ、表面温度を制御するための装置が必要で、装置全体の構成が複雑化する難点があった。
【０００７】
また、熱定着方式による定着装置として、上記定着ローラに代えて、薄肉の金属または耐熱性樹脂からなるスリーブ、あるいは、その外周面にフッ素樹脂等を被覆した複合スリーブを使用する定着装置も近年用いられるようになってきた。このような定着装置では、スリーブの内側にヒータを配置し、このヒータにスリーブを圧接させるとともに、その外側に加圧ローラを圧接させ、これらのヒータに圧接した部分のスリーブと加圧ローラ間に、トナー像を形成した記録紙を通過させ、記録紙を耐熱性スリーブを介して加熱することにより、未定着のトナー像を記録紙上に熱定着させる。
【０００８】
このような定着装置においては、薄肉のスリーブの熱容量が小さいため、立ち上がり時間も短く、加熱に要するエネルギーも小さくすることができる。しかしながら、ヒータが必要であり、また、このヒータによる加熱温度を制御するための装置も必要であった。
【特許文献１】特開平１１−２９６０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記従来技術の課題に対処してなされたもので、従来の輻射加熱方式や熱伝導加熱方式のものに比べ、立ち上がり時間をよりいっそう短縮することができるとともに、部分的に温度が下がった場合にその部分のみを加熱することができ、しかも、表面温度を制御するための装置を不要として装置構成を簡素化することができる定着ローラを備えた定着装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、耐熱性スリーブを用いた定着装置において、ヒータおよびこのヒータによる加熱温度を制御するための装置を不要として装置構成を簡素化することができる定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本願の第１の発明は、中空円筒状のローラ芯体の内周面または外周面に発熱体層を有する熱定着ローラを備えた定着装置であって、前記発熱体層は、電極層およびＰＴＣ抵抗体層からなることを特徴とする定着装置である。
【００１２】
また、本願の第２の発明は、耐熱性樹脂層の内周面または外周面に発熱体層を有する定着スリーブを備えた定着装置であって、前記発熱体層は、電極層およびＰＴＣ抵抗体層からなることを特徴とする定着装置である。
【００１３】
さらに、本願の第３の発明は、定着スリーブの内側にヒータを配置し、このヒータにより前記定着スリーブを介して転写材上のトナーを加熱溶融させるように構成した定着装置であって、前記ヒータとして、ＰＴＣヒータを用いることを特徴とする定着装置である。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明の定着装置によれば、立ち上がり時等の温度が低いときは急速に発熱するＰＴＣ抵抗体層を備えているので、立ち上がり時間を大幅に短縮することができる。また、ＰＴＣ抵抗体層は、温度が下がった部分のみ発熱するため、従来に比べて消費電力の低減を図ることができる。さらに、ＰＴＣ抵抗体層は自己温度制御性を有するため、従来のような表面温度を制御するための装置を不要とすることができ、装置構成を簡素化することができる。
【００１５】
また、第２の発明の定着装置によれば、自己温度制御性を有するＰＴＣ抵抗体層を備えているので、従来必要としたヒータやこのヒータによる加熱温度を制御するための装置を不要とすることができ、装置構成を簡素化することができる。
【００１６】
さらに、第３の発明の定着装置によれば、ヒータとして自己温度制御性を有するＰＴＣヒータを用いているので、従来必要としたヒータによる加熱温度を制御するための装置を不要とすることができ、装置構成を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る定着装置の第１の実施形態を概略的に示す構成図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の定着装置は、記録紙等の転写材１０上に担持された未定着トナー像１２と接する上側の定着ローラ２０と、この定着ローラ２０に加圧接触する下側の加圧ローラ３０とを備えている。また、図示を省略したが、これらの定着ローラ２０および加圧ローラ３０の少なくとも一方には駆動手段が接続されており、この駆動手段により、両ローラ２０、３０は図面矢印方向に回転駆動されるようになっている。
【００２０】
定着ローラ２０は、図２の軸方向断面図にも示すように、中空円筒状の芯体２１と、その外周面に被着された発熱体シート２２と、この発熱体シート２２の外周面に順に形成されたシリコーンゴム等からなる弾性体層２３とフッ素系樹脂等からなる離型層２４とを有している。発熱体シート２２は、図３Ａに示すように、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の耐熱性樹脂からなる厚さ０．０５〜０．５ｍｍ程度の絶縁フィルム２２ａ上に、銀や銅等からなる電極層２２ｂ、例えば図４の平面図に示すような櫛形パターンからなる電極層を形成し、さらに、その上にＰＴＣ抵抗体層２２ｃを設けて構成されている。そして、この実施形態では、発熱体シート２２は、絶縁フィルム２２ａ側を中空円筒状の芯体２１に向けて被着した構造となっている。すなわち、中空円筒状の芯体２１上に、絶縁フィルム２２ａが設けられ、その上に電極層２２ｂが設けられ、さらにその上にＰＴＣ抵抗体層２２ｃが設けられている。
【００２１】
なお、図示は省略したが、定着ローラ２０の両端には、電極層２２ｂに通電するための電極接続部が設けられている。
【００２２】
中空円筒状の芯体２１の材料としては、鉄やアルミニウムあるいはこれらの各金属を主体とする合金等が挙げられるが、芯体２１からの熱の逃げを防止するという観点から、ステンレス等の熱伝導率の低い材料を使用することが好ましい。すなわち、従来の定着ローラは、芯体内部に挿通させたハロゲンランプ等の熱源からの熱をローラ表面に効率良く伝達するために熱伝導率の高い材料が使用されていたが、本実施形態では、芯体２１の外側に熱源を持つため、芯体は熱伝導率の低い材料で形成されていることが好ましい。
【００２３】
また、発熱体シート２２のＰＴＣ抵抗体層２２ｃの材料としては、ＰＣＴ材料、すなわち、抵抗の温度係数が正（Positive Temperature Coefficient of Resistance）を示す材料のなかで、１３０〜２５０℃でＰＣＴ特性を示すものが使用される。具体的には、無機系ポリマー中に導電性粒子として、ニッケル、銅、タングステン、チタン、銀、金、アルミニウム、活性炭、グラファイト、酸化スズ、酸化インジウム、酸化バナジウム、酸化レニウム、炭化珪素、窒化チタン等を分散させた無機ポリマー系ＰＣＴ材料が、スクリーン印刷により可撓性の良好な層形成が可能であることから、好ましく使用される。なお、ＰＴＣ抵抗体層２２ｃの厚さは、通常、５〜１５μｍ程度である。
【００２４】
定着ローラ２０は、電極接続部を介して電極層２２ｂに通電を開始すると、対向する電極間に電流が流れて、ＰＣＴ抵抗体層２２ｃが発熱し、急速に温度が上昇する。そして、ＰＣＴ抵抗体層２２ｃの温度が所定の温度に達すると、抵抗が急激に増加し、電流が流れなくなり、発熱が中断する。その結果、温度が下がると、再び電流が流れて発熱する。これが繰り返され、ＰＣＴ抵抗体層２２ｃは所定の温度が維持される。
【００２５】
一方、加圧ローラ３０は、鉄やアルミニウムあるいはこれらの各金属を主体とする合金等からなる中空円筒状の芯体３１上に、シリコーンゴム等からなる弾性体層３２およびフッ素樹脂等からなる表面層３３を順に設けた構造を有する。なお、本発明においては、加圧ローラ３０に代えて、例えば複数のローラに懸架した耐熱性樹脂などからなるフィルム状のスリーブを用いるようにしてもよい。通常、このようなフィルム状のスリーブの内側には、本スリーブを定着ローラ２０に圧接するための加圧手段が配設される。
【００２６】
このように構成される定着装置においては、定着ローラ２０がＰＴＣ抵抗体層２２ｃを備えており、このＰＴＣ抵抗体層２２ｃは、立ち上がり時等の温度が低いときは急速に発熱するため、従来のものに比べ立ち上がり時間を大幅に短縮することができる。また、発熱するＰＴＣ抵抗体層２２ｃが面状に形成されているため、従来の線状に形成された抵抗発熱体層のように局部的に加熱されることはなく、温度ムラの発生が抑えられる。さらに、通紙等により部分的に温度が下がった場合にその部分のみが発熱するため、全面が発熱する従来の抵抗発熱体層に比べ、消費電力を低減することができる。しかも、ＰＴＣ抵抗体層２２ｃは自己温度制御性を有するため、温度センサやサーミスタ等をはじめとする温度制御装置が不要であり、かかる温度制御装置を必要とした従来の定着装置に比べ、装置構成を簡素化することができる。
【００２７】
なお、上記実施形態では、発熱体シート２２を芯体２１の直上に設けた構造とされているが、これらの間に他の被覆層を介在させるようにしてもよい。この場合、芯体２１からの熱の逃げを防止するため、ゴムやセラミック等の断熱性に優れた絶縁材料を使用することが好ましい。また、同様に芯体２１からの熱の逃げを防止するため、芯体２１内にガラス繊維等の断熱材を充填するようにしてもよい。
【００２８】
また、上記実施形態では、発熱体シート２２は、絶縁フィルム２２ａ側を中空円筒状の芯体２１に向けて被着しているが、例えば図５に示すように、中空円筒状の芯体２１上に、例えば上記したようなゴムやセラミック等の断熱性に優れた絶縁材料からなる被覆層２５を設け、その上に発熱体シート２２を、ＰＴＣ抵抗体層２２ｃ側を中空円筒状の芯体２１に向けて被着するようにしてもよい。すなわち、図５に示す定着ローラは、中空円筒状の芯体２１上に、ゴムやセラミック等の断熱性に優れた絶縁材料からなる被覆層２５を設け、その上に発熱体シート２２を、ＰＴＣ抵抗体層２２ｃ側を内側に向けて被着し、さらに、その上に弾性体層２３および離型層２４を順に設けた構成となっている。
【００２９】
このような定着ローラを用いた定着装置においても、定着ローラ２０がＰＴＣ抵抗体層２２ｃを備えており、このＰＴＣ抵抗体層２２ｃは、立ち上がり時等の温度が低いときは急速に発熱するため、従来のものに比べ、立ち上がり時間を大幅に短縮することができる。また、発熱するＰＴＣ抵抗体層２２ｃが面状に形成されているため、従来の線状に形成された抵抗発熱体層のように局部的に加熱されることはなく、温度ムラの発生が抑えられる。さらに、通紙等により部分的に温度が下がった場合にその部分のみが発熱するため、全面が発熱する従来の抵抗発熱体層に比べ、消費電力を低減することができる。しかも、ＰＴＣ抵抗体層２２ｃは自己温度制御性を有するため、温度センサやサーミスタ等をはじめとする温度制御装置が不要であり、かかる温度制御装置を必要とした従来の定着装置に比べ、装置構成を簡素化することができる。
【００３０】
なお、この例においても、芯体２１からの熱の逃げを防止するため、芯体２１内にガラス繊維等の断熱材を充填するようにしてもよい。
【００３１】
また、本発明においては、発熱体シート２２に代えて、図３Ｂに示すような、ＰＴＣ抵抗体層２２ｃ上に絶縁フィルム２２ａと同様の絶縁フィルム２２ｄをさらに１枚積層した構造の発熱体シート２２１を用いるようにしてもよい。すなわち、この発熱体シート２２１は、電極層２２ｂおよびＰＴＣ抵抗体層２２ｃを２枚の、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の耐熱性樹脂からなる厚さ０．０５〜０．５ｍｍ程度の絶縁フィルム２２ａ、２２ｄで挟持した構造となっており、図３Ａに示すものに比べて機械的強度が大きく取り扱いやすいという利点を有している。
【００３２】
さらに、本発明においては、図示は省略したが、上記のような発熱体シート２２、２２１を芯体２１の内周面上に配置することも可能であり、また、このように予め成形した発熱体シート２２、２２１を用いずに、芯体２１外周に直接、絶縁フィルム２２ａ等の発熱体シート２２、２２１を構成する各層を設けるようにしてもよい。この場合、ＰＴＣ抵抗体層２２ｃの形成は、ＰＣＴ材料をスクリーン印刷する方法の他、ＰＴＣ材料を予めテープ状乃至シート状に成形したものを巻き付ける方法を用いることができる。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施形態および第３の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００３４】
図６および図７はそれぞれ、本発明に係る定着装置の第２および第３の実施形態を概略的に示す構成図であり、図１と共通する部分には同一符号を付してある。
【００３５】
図６に示す定着装置は、定着ローラ２０に代えて定着スリーブ４０が用いられている点を除いて、図１に示す第１の実施形態と同様に構成されている。図８および図９は、このような定着装置に用いられる定着スリーブ４０の例を示したものである。
【００３６】
図８に示す定着スリーブは、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の耐熱性樹脂からなる厚さ０．０５〜０．５ｍｍ程度の絶縁層４１上に、発熱体層として、第１の実施の形態における電極層２２ｂおよびＰＴＣ抵抗体層２２ｃと同様の電極層４２およびＰＴＣ抵抗体層４３を順に形成し、さらに、その上に、シリコーンゴム等からなる弾性体層４４およびフッ素系樹脂等からなる離型層４５を順に設けた構造となっている。
【００３７】
また、図９に示す定着スリーブは、薄肉の金属層上に耐熱性樹脂層を設けてなるスリーブ基材層４６上に、発熱体層として、第１の実施の形態におけるＰＴＣ抵抗体層２２ｃおよび電極層２２ｂと同様のＰＴＣ抵抗体層４３および電極層４２を順に形成し、その上に、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の耐熱性樹脂からなる厚さ０．０５〜０．５ｍｍ程度の絶縁層４１を形成し、さらに、その上に、シリコーンゴム等からなる弾性体層４４およびフッ素系樹脂等からなる離型層４５を順に設けた構造となっている。スリーブ基材層４６は、耐熱性樹脂層のみで構成されていてもよい。
【００３８】
このような定着スリーブ４０を備えた定着装置においては、従来のこの種の定着装置において必要としたヒータやこのヒータによる加熱温度を制御するための装置を不要とすることができ、装置構成を簡素化することができる。
【００３９】
また、図７に示す定着装置は、定着ローラ２０に代えて定着スリーブ５０を用いるとともに、その内側に、駆動ローラ６２と、外周面にヒータ６０を備えた固定ローラ６４を配置し、そのヒータ６０により定着スリーブ５０を介して転写材１０上の未定着トナー像１２を加熱溶融させるように構成されている点を除いて、図１に示す第１の実施形態と同様に構成されている。
【００４０】
そして、この実施形態では、定着スリーブ５０に、従来よりこの種の定着装置の定着スリーブとして知られているものが使用されている一方、ヒータ６０として、１３０〜２５０℃でＰＣＴ特性を示すような材料を発熱体とするＰＴＣヒータが用いられている。具体的には、定着スリーブ５０として、例えば、薄肉の金属層またはポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の耐熱性樹脂層上に、シリコーンゴム等からなる弾性体層およびフッ素系樹脂等からなる離型層を順に設けたものが使用される。また、ヒータ６０としては、第１および第２の実施形態におけるＰＴＣ抵抗体層の材料として例示した、無機系ポリマー中に導電性粒子として、ニッケル、銅、タングステン、チタン、銀、金、アルミニウム、活性炭、グラファイト、酸化スズ、酸化インジウム、酸化バナジウム、酸化レニウム、炭化珪素、窒化チタン等を分散させた無機ポリマー系ＰＣＴ材料を用いたＰＴＣヒータ等が使用される。
【００４１】
このように構成される定着装置においては、ヒータを必要とするものの、ＰＴＣヒータは自己温度制御性を有するため、温度センサやサーミスタ等をはじめとする温度制御装置が不要とすることができ、装置構成を簡素化することができる。
【００４２】
なお、図７に示す定着装置では、定着スリーブ５０は２つのローラ、すなわち駆動ローラ６２と固定ローラ６４上を走行するように構成されているが、例えば図１０に示すように、固定ローラ６４に代えて、断面Ｃ型のガイド部材６６が用いられていてもよい。ガイド部材６６は、定着スリーブ５０の走行を保ち、その外面に取り付けたヒータ６０によって定着スリーブ５０を介して転写材１０上の未定着トナー像１２を加熱溶融させることができるように構成されていれば、その形状等は特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の定着装置の一実施形態を概略的に示す図である。
【図２】本発明の定着装置に使用される定着ローラの一例を示す縦断面図である。
【図３Ａ】本発明で使用される発熱体シートの一例を示す縦断面図である。
【図３Ｂ】本発明で使用される発熱体シートの他の例を示す縦断面図である。
【図４】本発明で使用される発熱体シートの電極層のパターンの一例を示す平面図である。
【図５】本発明の定着装置に使用される定着ローラの他の例を示す縦断面図である。
【図６】本発明の定着装置の他の実施形態を概略的に示す図である。
【図７】本発明の定着装置のさらに他の実施形態を概略的に示す図である。
【図８】本発明の定着装置に使用される定着スリーブの一例を示す横断面図である。
【図９】本発明の定着装置に使用される定着スリーブの他の例を示す横断面図である。
【図１０】図７に示す実施形態の変形例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
２０…定着ローラ、２１…芯体、２２，２２１…発熱体シート、２２ａ，２２ｄ…絶縁フィルム、２２ｂ，４２…電極層、２２ｃ，４３…ＰＴＣ抵抗体層、２３，４４…弾性体層、２４，４５…離型層、３０…加圧ローラ、４０，５０…定着スリーブ、４１…絶縁層、４６…スリーブ基材層、６０…ヒータ
【図１】
2006208819.tif 000003
【図２】
2006208819.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006208819.tif 000009
【図７】
2006208819.tif 000010
【図８】
2006208819.tif 000011
【図９】
2006208819.tif 000012
【図１０】
2006208819.tif 000013