(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を有する中空円筒状の加熱ローラの受電電極に対し給電電極を電気的に摺動接触させて給電を行う加熱装置において、
前記給電電極がばね定数ａ〔Ｎ／ｍｍ〕のばねで付勢されることにより、当接力ｂ〔Ｎ〕で前記受電電極の回転中心に当接され、前記ばね定数ａ及び当接力ｂが下記の式、
ａ≦ｂ−１．８
ａ≦−ｂ＋８．２
を満たす範囲であることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
発熱体を有する中空円筒状の加熱ローラの受電電極に対し給電電極から給電を行う摺動電極接触部を有する加熱装置において、
前記受電電極と該受電電極の回転中心に摺接する給電電極とは、磁力発生手段により、１．８〔Ｎ〕以上８．２〔Ｎ〕以下の当接力で当接していることを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
前記給電電極に耐熱性の振動吸収部材が接触していることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式複写機、ファクシミリ、プリンタ等に用いる加熱装置に関し、特に、加熱定着装置や熱により繰り返し書込み消去可能なサーモクロミズムの消去用ローラとして使用可能な加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の環境保護意識の高まりから省エネルギーが求められ、電子写真式複写機、ファクシミリ、プリンタ等の各種電子写真装置は不使用時に定着ヒータをオフすることが必要とされている。この定着ヒータオフと同時に、使用時に待ち時間のほとんどない瞬時立ち上がりが求められている。
【０００３】
このような電子写真装置では、紙が給紙部から定着部へ移動するのに約７秒程度かかるため、定着の立ち上がりに許容されるのは（７＋α）秒であり、１０秒程度が目安と考えられる。しかし従来の金属基体内部からハロゲンヒータで加熱する方式では熱伝導効率が悪いので、この立ち上がり要求を満たすことは困難である。
【０００４】
この欠点を解決する手段の一つとして、基体の外面或いは内面に電気絶縁層（又は基体そのものが絶縁体である）を介して発熱層を有する直接加熱方式の定着ローラがある。
【０００５】
このような加熱ローラは、抵抗発熱体がローラと共に回転しているため、ユニット側から摺動による給電が必要である。本出願人はこの給電方法に関して、先に特開平１０−２５４２８０号として、ローラ両端から回転中央に摺動電極を当接する方式を提案した。この方式では、発熱層を内部に有した定着ローラの内部の両側に受電電極を有しており、この受電電極と給電ブラシとの接触部を回転中心とした。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方式を検討する中で、ローラが左右の位置固定の遊びなどで電極の摺動位置が変動した場合、当接力が小さいと接触が不安定になり、摺動部で火花が発生する不具合が生じることがわかった。また、当接力を大きくすれば接触は安定するが、摩耗、異音が発生しやすいという問題が生じた。即ち、これらを両立するためには、必要最低限の当接力を比較的大きな振動に対しても発生させる必要がある。
【０００７】
また、ローラを長期に使用する場合、通紙などによって生じる微小な振動によって当接力が変動して接触が不安定になり、火花が発生するという問題が生じた。
【０００８】
そこで、本発明は、摩耗、異音の発生を防止しつつ、安定した接触を得ることが出来る加熱装置を提供することをその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、発熱体を有する中空円筒状の加熱ローラの受電電極に対し給電電極を電気的に摺動接触させて給電を行う加熱装置において、前記給電電極がばね定数ａ〔Ｎ／ｍｍ〕のばねで付勢されることにより、当接力ｂ〔Ｎ〕で前記受電電極の回転中心に当接され、前記ばね定数ａ及び当接力ｂが下記の式、
ａ≦ｂ−１．８
ａ≦−ｂ＋８．２
を満たす範囲であることを特徴とする加熱装置である。この構成では、ローラ位置が変動しても、当接力が適正な範囲で当接しているため、安定した当接力が得られ、火花の発生のない摺動による安定した給電が可能となる。
【００１０】
また、請求項２の発明は、発熱体を有する中空円筒状の加熱ローラの受電電極に対し給電電極から給電を行う摺動電極接触部を有する加熱装置において、前記受電電極と該受電電極の回転中心に摺接する給電電極とは、磁力発生手段により、１．８〔Ｎ〕以上８．２〔Ｎ〕以下の当接力で当接していることを特徴とする加熱装置である。この構成では、ローラ位置が変動しても、当接力が変動しない磁力で当接されているため、安定した当接力が得られ、火花の発生のない摺動による安定した給電が可能となる。
【００１１】
また、請求項３の発明は、前記給電電極に耐熱性の振動吸収部材が接触していることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置である。この構成では、加熱ローラが微小に振動しても、防振効果のある振動吸収部材が存在するため、振動が発生しにくく、火花の発生のない摺動による安定した給電が長期に渡って可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の加熱装置の一実施形態としての加熱定着装置に備える直接加熱方式の発熱加熱ローラの一例を示すものである。この発熱加熱ローラは、中空円筒形状の絶縁性の基体２と、基体２の外表面に設けた離型層３と、基体２の内面に設けた発熱層１とを備えている。なお、基体２が導電性の場合は基体２と発熱層１との間に絶縁層が必要である。
【００１３】
図２は図１のような発熱加熱ローラを用いた特開平１０−２５４２８０号で示された加熱定着装置と同様の加熱定着装置の概略図である。この加熱定着装置では、内部に受電電極であるローラ側摺動電極１４を有し、ローラ側摺動電極１４の中央である回転中心に対して給電電極であるユニット側摺動電極１３を当接している。なお、図中、４は発熱加熱ローラを回転自在に支持する軸受、５はローラ回転駆動用ギア、１１は絶縁材からなりユニット側に固定される電極固定台、１２はユニット側摺動電極１３をローラ側摺動電極１４に押圧付勢する板ばね、４２は軸受、４１は軸受４２により回転自在に支持される加圧ローラ、１０は発熱加熱ローラを所定温度に制御する温度制御回路、４３は発熱層１に温度制御回路１０を介し電力を供給して加熱する加熱用電源である。
【００１４】
この摺動電極の適正な当接力を把握するため、先ず振動のない理想的な実験装置でローラ側摺動電極１４の代わりに平板を回転させ、ユニット側摺動電極１３を平板の回転中心に当接した。そして、前記平板の回転数を１０〜１００ｒｐｍとし、ユニット側摺動電極１３の当接力を０．５〜７〔Ｎ〕とし、電極間に１３Ａの電流を流し、摺動部の火花発生を暗室で観察した。
【００１５】
その結果、１．８〔Ｎ〕以下では火花が観察され、８．２〔Ｎ〕以上では異音が発生した。この結果は、回転数、摺動部の材料によらず殆ど一定であった。
【００１６】
（実施例１）
図２に示すように、上記結果から、実際に図２のユニットである加熱定着装置でＡ４サイズ紙の１０万枚通紙耐久試験を行った。この加熱定着装置では、定着ローラである発熱加熱ローラの左右の固定をＣリングで行っているが、組み付け精度の点から多くの場合、約±１ｍｍの遊びがある。このため、発熱加熱ローラは左右に１ｍｍ動く場合がある。
【００１７】
図３は実施例１の結果を示す当接力とばね定数との関係を示す図である。
図３に当接力、ばね定数を変化させた場合の結果を図示した。当接力は初期的に遊びを無くし、±１ｍｍの左右変動の中心位置に発熱加熱ローラをセットした場合の測定値である。また、ばね定数も同様なセット状態からの変位量と当接力変化から測定した。当接力１．７〜８．３〔Ｎ〕、ばね定数０．１〜３．９〔Ｎ／ｍｍ〕で試験を行った。図中の横線の範囲、即ち異常なし領域では、火花、異音とも発生しなかった。横線の左上の斜線の範囲、即ち火花発生領域では、火花が発生した。横線の右上の斜線の範囲、即ち異音発生領域では、異音が発生した。
【００１８】
図４はローラ位置の変動と当接力との関係を示す図である。
この結果を考察したのが、図４である。この図４では先の実験で得た適正当接力１．８〜８．２〔Ｎ〕を発熱加熱ローラの位置ずれ±１ｍｍの範囲で得るのに、縦線で示した範囲が必要であることがわかる。この図４において、位置ずれ０の当接力をｂ〔Ｎ〕、ばね定数をａ〔Ｎ／ｍｍ〕とすると、位置ずれをＸ（ばねが圧縮される方向が正）、当接力をＹとした場合Ｙは次式（１）で表される。
Ｙ＝ａＸ＋ｂ      ・・・（１）
【００１９】
ここで当接力ＹはＸ＝−１で最小であり、このときの当接力Ｙが１．８〔Ｎ〕以上でなければならない。また、当接力ＹはＸ＝１で最大であり、このときの当接力Ｙが８．２〔Ｎ〕以下でなければならない。これを式で表すと次式（２），（３）となる。
−ａ＋ｂ≧１．８    ・・・（２）
ａ＋ｂ≦８．２    ・・・（３）
この連立不等式を変形すると次式（４），（５）となり、図３の結果と一致する。
ａ≦ｂ−１．８    ・・・（４）
ａ≦−ｂ＋８．２  ・・・（５）
【００２０】
実施例１によれば、ローラ位置が変動しても、適正な範囲の当接力Ｙで、ユニット側摺動電極とローラ側電極とが当接しているため、安定した当接力が得られ、火花の発生のない摺動による安定した給電が可能となる。
【００２１】
（実施例２）
実施例１の結果から、ばねのように位置ずれに依存しない当接力発生源を用いれば、安定した当接が得られることがわかり、磁力による当接を試みた。
図５は実施例２の要部構成を示す図である。
図５に示すように、実施例２ではユニット側摺動電極１３の摺動面と反対側面に磁石１５が取り付けられている。他の構成は実施例１と同様である。この構成の場合では、磁力は磁力発生手段である磁石１５の磁束密度とローラ側、ユニット側の材料が一定ならば、磁石１５とローラ側摺動電極１４との距離で決まる。磁力発生源としての磁石１５の位置は摺動面の位置と一緒に動くため、磁石１５と摺動面との距離は一定で、一定の当接力が得られる。実験の結果、当接力が１．８〜８．２Ｎの範囲で火花・異音の発生のない摺動給電が可能であった。
【００２２】
実施例２によれば、ローラ位置が変動しても、当接力が変動しない磁力でユニット側摺動電極１３とローラ側摺動電極１４とが当接されているため、安定した当接力が得られ、火花の発生のない摺動による安定した給電が可能となる。
【００２３】
（実施例３）
実施例１，２で良好な結果が得られた条件のものを、更に２０万枚の通紙評価（総枚数で３０万枚）を行った。その結果、総枚数２００万枚を超えた時点から火花が発生した。この原因解析を行い、当接部の振動測定を行った。この測定から微小な振動による当接力の不安定化が原因として予測された。
【００２４】
図６は実施例３の要部構成を示す図である。
図６に示すように、実施例３では、ユニット側摺動電極２３の摺動面と反対側面に振動吸収部材１６が取り付けられている。振動吸収部材１６は、例えばシリコーンゴムなどの耐熱防振材を用いることができる。他の構成は実施例１と同様である。
図６に示した構成で振動測定を行ったところ、振動が半減された。そこで、３０万枚の通紙評価を行った。
その結果、３０万枚でも火花の発生しない摺動電極構成が得られた。
【００２５】
実施例３によれば、発熱加熱ローラが微小に振動しても、防振効果のある振動吸収部材１６が存在するため、振動が発生しにくく、火花の発生のない摺動による安定した給電が長期に渡って可能となる。
【００２６】
変形例として、実施例１では板ばねに限らず、コイルばねなどでも同様である。特にゼンマイ状の定荷重ばねは、ばね定数が小さくて好ましい。
【００２７】
また、実施例２では、磁力発生手段として磁石を用いたが板ばね自体に着磁したり、ローラ側電極に着磁したり、両方に異極で着磁したりしても同様である。
【００２８】
実施例３では、板ばねの裏面にシリコーンゴムなどの耐熱防振材を貼り付けたが、図７に示したようにループ状の板ばね３３内に発泡ゴム２６などを当接しても同様の効果が得られる。
【００２９】
以上の実施例において、ローラ側摺動電極とユニット側摺動電極との間に何れかに取り付けた導電性ブラシを設けてもよい。
なお、本発明は上記実施例等に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の発明によれば、発熱体を有する中空円筒状の加熱ローラの受電電極に対し給電電極を電気的に摺動接触させて給電を行う加熱装置において、前記給電電極がばね定数ａ〔Ｎ／ｍｍ〕のばねで付勢されることにより、当接力ｂ〔Ｎ〕で前記受電電極の回転中心に当接され、前記ばね定数ａ及び当接力ｂが下記の式、
ａ≦ｂ−１．８
ａ≦−ｂ＋８．２
を満たす範囲であるので、ローラ位置が変動しても、当接力が適正な範囲で当接しているため、安定した当接力が得られ、火花の発生のない摺動による安定した給電が可能となる。
【００３１】
また、請求項２の発明によれば、発熱体を有する中空円筒状の加熱ローラの受電電極に対し給電電極から給電を行う摺動電極接触部を有する加熱装置において、前記受電電極と該受電電極の回転中心に摺接する給電電極とは、磁力発生手段により、１．８〔Ｎ〕以上８．２〔Ｎ〕以下の当接力で当接しているので、ローラ位置が変動しても、当接力が変動しない磁力で当接されているため、安定した当接力が得られ、火花の発生のない摺動による安定した給電が可能となる。
【００３２】
また、請求項３の発明によれば、請求項１又は２に記載の加熱装置において、前記給電電極に耐熱性の振動吸収部材が接触しているので、加熱ローラが微小に振動しても、防振効果のある振動吸収部材が存在するため、振動が発生しにくく、火花の発生のない摺動による安定した給電が長期に渡って可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基体内周に発熱体を有した発熱加熱ローラの断面図である。
【図２】内部電極を有した加熱定着装置の概略図である。
【図３】実施例１の結果を示す当接力とばね定数との関係を示す図である。
【図４】ローラ位置の変動と当接力との関係を示す図である。
【図５】実施例２の要部構成を示す図である。
【図６】実施例３の要部構成を示す図である。
【図７】実施例３の変形例の要部構成を示す図である。
【符号の説明】
１    発熱層
２    基体
３    離型層
４    軸受
５    ギア
１２    板ばね
１３    ユニット側摺動電極（給電電極）
１４    ローラ側摺動電極（受電電極）
１５    磁石（磁力発生手段）
１６    振動吸収部材
【図１】
0003968194.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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