JPH01207779A - 加熱定着ロールの抵抗発熱体層形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子写真複写機、ファクシミリ、プリンター
など電子写真プロセスを利用した機器に使用される定着
装置の加熱定着ロールの、特に抵抗発熱体層の形成方法
に関する。

［従来の技術］ 電子写真プロセスでは、一般に感光体上に形成されたト
ナー画像を転写装置によって記録支持体、例えば用紙上
に転写し、その後必要に応じてトナー画像を用紙表面に
定着して所望のコピー等を得ている。

トナー画像の定着方式としては、加熱定着法、圧力定着
法、溶剤定着法が知られている。

加熱定着法は加熱によってトナーを溶融させ、用紙上に
付着させる方法であり、広く採用されている。

加熱定着方式にも熱風定着法、オーブン定着法、加熱ロ
ール定着法等種々あるが、加熱ロール定着法が最も一般
的である。

従来より一般的に用いられている加熱ロール方式の定着
装置は、第２図に示１ようにＩＩＩ熱ロール１と加圧ロ
ール１０からなり、その内部に内部加熱素子２５を収容
した加熱ロール１と、１ノ１１斤ロール１０との間で用
紙２０を挟持搬送する際に、加熱と加圧とを行ない、感
光体ドラムから転写された用紙２０表面上の未定着トナ
ー画像２１を定着覆るものである。

このにうな内部加熱素子２５を用いる方式の加熱ロール
型定着装置においては、加熱素子（熱源）としてハロゲ
ンランプ等のランプが用いられているが、ロールの表面
温度を加熱定着に必要な一定の温度まで上昇させるため
には、ロール仝体をその内部からランプにより加熱する
必要があり、そのため、従来の定着装置においては、１
〜１０分程度程度オームアツプタイムを要している。従
って、オペレータがスイッチをオンにしてからそのウオ
ームアツプまでの間、複写の動作を実施できないロス時
間があった。また、熱の損失が大きいため、消費電力も
比較的大きく、更に温度制御装置、表面温度センサー等
を必要とし、しかも高価なハロゲンランプを使うために
コストアップになると共に構造も極めて複雑になり、故
障に対する信頼性も低いなどの欠点もある。

他の加熱方法として、加熱ロールの外周面近傍に自己温
度制御特性（ＰＴＣ特性）を有りる半導体セラミックス
材等で加熱素子を形成し、ロールの表面近傍から加熱す
る方式か提案されているか、発熱体の抵抗の立上り温度
が所望の値となるＰＴＣセラミックス材料を実際に得る
ことは困難であり、特に膜状の発熱体をロール表面に形
成する場合には抵抗値のコントロールが極めて難しく、
例えば、設ｈ１値を１８０’Ｃとした時に抵抗の立上り
温度が１８０℃かられずか数度ずれただけで、発熱体へ
の通電加熱が不可能となる等の問題を有している。

そこで、本発明者等は円筒状の支持体の外周に薄膜状の
抵抗発熱体層を設けた加熱定着用発熱ロールを作成して
実験したところ、ウオームアツプ時間の大幅な短縮化、
省電力化、構造の簡素化、低コスト化、信頼性の向上か
図れ、しかも温度制御が極めて簡単に行なえることが確
認された。

しかしながら、このような薄膜状の抵抗発熱体層を設け
た加熱定着ロールを実用化するためには、支持体上に精
度よく、かつ生産性よく抵抗発熱体層を形成することか
極めて重要な要件となる。

また、ウオームアツプタイムを短縮するためには支持体
ロールコアの材質としては、セラミック、ホーロー等熱
伝導性が低い材料が適している。すなわち、熱伝導率１
．２〜１０．８Ｋｃａｌ　／ｍ、ｈ、°Ｃのものが適し
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、セラミックコアのような熱伝導性の低い
ロールコアを採用した場合以下のような欠点がある。す
なわち、加熱定着ロールにおいて最大通紙部より小さい
サイズの用紙で連続複写を行なうとロールの非通紙部分
の温度が上昇するが、ロールコアの熱伝導性が低いため
、熱の移動が無くその部分が蓄熱されてゆき、表面の離
型層の耐熱温度（テフロン系の場合２６０〜２８０　’
Ｃ）以上になると離型層が変質し、破損してしまう。

また小サイズ通紙後に大サイズの用紙でコピーをとると
現像剤（トナー）がホットオフセットとなり定着ロール
側にイ」着してしまいコピー貿欠陥となること等の欠点
がある。

従って、本発明の目的は抵抗発熱体層をセラミックコア
上に設けた加熱定着ロールにおける前述の軸方向の熱分
布不良の欠点を改善し、通紙部を越えた部分での蓄熱及
びホットオフセットの生じにくい加熱定着ロールを提供
することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは定着時における加熱ロールの軸方向の温度
分布に合わせて、セラミックコア上の抵抗発熱体素材の
体積重偵を制御する印刷法により形成した抵抗発熱体シ
ートを使用覆ることにより面記の問題点を解決した。

すなわち、本発明は、印刷法によって抵抗発熱体素材の
体積＠量が中央部の通紙領域で少ない抵抗発熱体素材シ
ートを形成し、この抵抗発熱体素材シートを円筒状の一
支持体の外周に転写した後、支持体上の抵抗発熱体素材
を加熱焼成することを特徴とする加熱定着ロールの抵抗
発熱体層形成方法ぐある。

本発明の抵抗発熱体層形成方法を第１図に示すＴ程図に
従って説明する。

本発明の方法で使用する抵抗発熱体素材の原料は、導電
性粒子、カラス粉末及びビヒクルである。

導電性粒子としては各種の金属粉、金属酸化物粉、金属
酸化物粉、金属酸化物粉等を使用することができる。

このような導電性粒子としては、Ａ（ｊ、Ｐｄ、Ｎｉ、
Ｃｕ、ＡＩ、Ｃｒ等の金属粉末、ＲｕＯ２、Ｍ２　Ｒｕ
２　ｏ□　ｘ　（Ｍは３ｉ、ｐｂ、３ａ等）等の金属酸
化物、ニッケルーホウ素合金（以下、ＮｉＢと記す。）
等の金属硼化物、ニッケルーリン合金（以下、ＮｉＰと
記す。）等の金属燐化物等が挙げられる。これらのうち
で、好ましいのはＴＣＲ値の大きなＮｉあるいはＮｉ系
の化合物の粉末であり、特に好ましいのはコストが低く
、大気中の焼成でＮｉに変化するＮｉＢである。ＢはＮ
ｉの酸化を防止し、大気中での焼成を可能とする。

以下、主としてＮｉＢを使用する場合について詳述する
。

ＮｉＢは、ＮｉとＢの比がほぼ任意の割合で存在し得る
が、本発明の加熱定着ロールの抵抗発熱体の原料として
適当なＮｉＢは、Ｂの含有率が１〜２０重量％の範囲の
ものであり、市販のＮ１Ｂ（Ｂ含有率　約１０〜１２重
量％）が好ましく用いられる。Ｂ含有率か１重量％以下
では、大気中での焼成工程でＮｉが酸化され非導電性の
酸化ニッケルを生じるので、焼成条件（焼成速度、焼成
温度、焼成雰囲気等）を厳密に調節する必要かある。ま
た、ＮｉＢ中の８が２０重量％を越えると、園素成分が
吸湿性に冨むために耐湿性不良とイ蒙るので好ましくな
い。

ガラスバインダーは、焼成によって支持体として用いら
れるセラミックあるいはホウロウ貿の表面に融着して、
堅固な抵抗発熱体層を形成せしめるために使用されるも
のであり、好ましくはその熱膨張率が支持体材料の熱膨
張率に近いものを選択して使用する。

ＮｉＢとガラスバインダーとの使用割合は広い範囲で変
えることができる。すなわち、ＮｉＢの割合が１０〜９
６手量％、好ましくは２０〜８０重量％（従ってカラス
バインダー４〜９０重量％、好ましくは２０〜８０手量
％）となる範囲で使用づる。

ビヒクルは、粉末状のガラスバインダーとＮｉＢをペー
ストとして転写シートに良好に印刷するだめの印刷向上
剤として用いられる。

ビヒクルとしては、印刷の分野で一般に使用されている
材料、例えばエチルセルロース、ニトロセルロース、ア
クリル樹脂等のバインダー２〜１５手間部をブチルカル
ヒトールアセテート、カルピトールアセテート、テルピ
ネオール等の溶剤１００重量部に溶解した溶液が用いら
れる。

その使用量はＮｉＢとガラスバインダーの総組（１００
重量部）に対して５〜７０重量部である。

ビヒクル、ＮｉＢ粉末及びカラスバインダーの粉末はラ
イカイ機、三本ロール等の攪拌機により均一に混合して
ペースト状態とし、必要な場合には脱泡処理した後、印
刷法により転写紙上に均一な薄膜状に印刷する。印刷法
としては一般的な任意の印刷法を利用できるが、生産性
、１０〜３０μｍ程度の高寿命の膜厚が形成できること
及び高精度の膜厚制御（±１μＴｒＬ）が可能なことか
ら、特にシルクスクリーン等を用いるスクリーン印刷法
が好ましい。

本発明では転写紙上に印刷する抵抗発熱体素材の体積重
量が、後に支持体ロールコアに転写した場合、中央部の
油紙領域で少なくなるように網点印刷法等で長間に印刷
を実行するか、または多層印１１法にて２層目以降で膜
厚が中央部が薄くなるように印刷を行なう。

通常は二層の多層印刷法によって実用上問題のない温度
制御か可能である。

転写シート上に形成するペース１〜の膜厚（乾燥時）は
５〜１００μｍ、好ましくは１５〜４０μｍであり、中
央部と両端部での膜厚の差は５〜１０ｕｍ程度とする。

この程度の膜厚差は定着性能には全く影響を与えない。

膜厚が５μｍより薄いと、通電時の熱ストレスにより断
線を生じ易い。

一方、１００μｍより厚くなると支持体への転写かスム
ースに行なえず、また加熱定着ロールとしたときの熱容
量か大きくなるためウオームアツプタイムが長くなる。

　転写シート上のペースト印刷物は、室温もしくは加熱
乾燥した後、所望によってはトップ」−ト印刷により樹
脂液を表面に塗４５、乾燥して補強した後、支持体ロー
　ルコアの表而に合わけて切断される。

支持体ロールコアは、パイプ状に製造された、アルミナ
あるいはムライト材料等からなるセラミック、ホウロウ
、その他無機物で表面が絶縁処理されたアルミニウム、
ステンレス等の金属である。

支持体ロールコアの表面に転写液（水等）を塗イ５した
後、これを回転させながら前記の転写シートを巻きつけ
て乾燥ペーストを付着せしめ転写を行ない、室温あるい
は加熱乾燥し焼成する。

前述のようにＮｉＢを用いる場合には、大気中で焼成１
ればよいが、Ｎｉ粉等を用いるときには非酸化雰囲気（
Ｎ２、Ａｒガス中等）中で焼成する必要がある。

焼成温度及び時間は、使用した導電性おるいは非導電性
粒子、ガラスバインダーの種類、転写ペーストの膜厚等
により異なるか、Ｎ１Ｂ−ガラスバインダーの系では４
００〜９５０℃、通常は６００〜７００℃の温度であり
、時間はトータル１０分間乃至３時間程度加熱焼成する
。

この焼成工程により、導電性物質が導電経路を形成する
ようガラスバインダー中に含有した状態の堅固な層が支
持体ロール表面に融着されて抵抗発熱体層が形成される
。ＮｉＢ粉末を用いる場合にはこの焼成によりガラスバ
インダー中のＮ１Ｂｈ（Ｎｌに変化して発熱体層となる
。

［実施例］ このような本発明の方法により抵抗発熱体層を支持体ロ
ール表面に設けた加熱定着ロール及びそのロールを利用
した定着装置の実施例について、以下図面に基いて説明
する。

第３図は、本発明の加熱定着ロールを備えている定着装
置例の正面断面図でおる。

この定着装置は従来より用いられている定着装置と同様
に、加熱ロール１と、加圧ロール１０を対向させた構成
となっている。加熱Ｏ−ル１は、直径２５ｍｍで長さが
２５０ｍｍ、肉厚１．５Ｍの円筒状のムライト製コアの
上に、全面均一に本発明の抵抗発熱体層（膜厚１６μｍ
）を有し、更に厚さ２００ｍのテフロン性離型層４を有
するもので必る。

抵抗発熱体層は下記の方法により形成した。

ＮｉＢ粉（Ｂ含有率１０．５Φ量％、平均粒径１μｍ）
　　　　　　　　　　　　　３０重量％カラス粉バイン
ダー（ムライト製コアの熱膨脹率に合わせたもの、平均
粒径５μｍ） ５０重四％ エチルセルロースとテルピネオールとからなるヒヒクル
　　　　　　　　　　　　２０重量％上記の成分をライ
カイ機により均一に混合した後、静置して脱泡したペー
ストを２００メツシユのシルクスクリーンを用いて転写
シート上に２４μ瓦（乾燥時）の膜厚にベースを印刷し
、室温で１日乾燥した。

次にベース材料と同一の組成のペーストでその上に網点
印刷法で高温となるロールの両端側の位置に抵抗発熱体
層を２層印刷し乾燥した。

次いで、これをムライトコアの大きさに合わせて切断し
、樹脂水溶液を塗布したムライトコアに回転しながら巻
きつけて転写し、１００℃で１５分間乾燥した。次に、
空気中で６８０　’Ｃまで２５分かけて昇温し、その温
度に１０分間保って焼成し、２５分間で室温まで冷却し
たところ膜厚が１６μ７ｒＬの均一な発熱抵抗体層（Ｔ
ＣＲ３５００ｐｐｍ／’Ｃ＞が形成された。

セラミックコア２の両側部には、円筒状電極５゜５ａが
設けられており、この円筒状電極と、発熱層とは導線６
，６ａで接続されている。円筒状電極５，５ａは、加熱
ロール１を支持するずべり軸受７，７ａに接触するもの
で、このすべり軸受７゜７ａには各々電源からの導線８
，８ａが接続される。

複写機のフレーム１５．１５８には、絶縁性の部材で形
成された軸受ハウジング１６．１６ａか各々設けられ、
その軸受ハウジングに上記のすべり軸受７，７ａが支持
されている。導線８，８ａは、軸受ハウジングに形成さ
れた孔１７．１７ａを介して接続され、ざらに軸受ハウ
ジング１６の外側に、駆動用ギヤ１８が固定されていて
、このキアがモータ側ギヤ１９に噛合って加熱ロール１
を回転させるようになっている。

加熱ロール１に対向して形成される加圧ロール１０は、
第４図（ａ）に示されているように、金属コア１１の表
面に弾性体１２を被覆した状態で形成されており、その
両側で軸受部材１３により支持されて、自由に回転可能
なように設けられ、加熱ロール１の回転に従って回転す
る。

加圧ロール１０は、直径１５ｍの金属コアの表面にシリ
コンスポンジを５ｍｍの厚さで被覆したものを用い、ス
プリング等により、５　Ｋ９の卵子で加熱ロールに接触
さけ゛るようにしている。

また、定着装置は、第４図（ａ）に示すように、その加
熱ロール１と加圧ロール１０との挟持部の両側に、ガイ
ド板２４によって用紙搬送路が形成されており、その用
紙搬送路に搬送されてくる用紙２０の表面に形成されて
いるトナー画像２１を、加圧と、加熱を行なうことによ
り定着する。

加熱ロール１の周囲には温度コントロールのための温度
センサー２２、定着後の複写物を剥すための剥離爪２３
等が設けられている。

上記の構成の１Ｊ１１熱定着装置において、電極５゜５
ａに１００Ｖの電圧を印加したところ、約２０秒で２０
０’Ｃに達し、その時の電力は約５００ＷＶ′Ｃｔう　
つ　ｌこ。

従来のハロゲンランプを使用する方式の場合には２００
℃を得るのに９００〜１０００Ｗを必要とし、更に約５
〜１０分の時間を要していたのに比べて本発明の加熱定
着ロールによれば従来方式の数分の１の時間でコピーの
スタートができると共に電力は数十％低減させることが
できた。

また、３００００枚の連続コピーでテスト後の発熱体の
出力低下は１％以下でおり、極めて長寿命であることが
明らかとなった。

また、小サイズ用紙の連続コピー時にも網点２層印刷さ
れた部分は、抵抗値が若干低いため発熱量を低く制御で
き、従来のように非油紙部分が高温になることもなく良
好なコピーか得られることが明らかとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による加熱定着ロールの抵抗発熱体層形
成方法の流れを示す工程図、第２図は従来の加熱ロール
方式の定着装置の概要図、 第３図は本発明の方法により形成された抵抗発熱体層を
有する定着装置例の正面断面図、第４図（ａ）は同じく
概略側断面図、第４図（ｂ）は第４図（。）の加牟ロー
ル部分の斜視図である。 図中符＠： １．１ａ・・・加熱ロール；　２・・・セラミックコア
；３・・・抵抗発熱体層；　４・・・離型層：５．５ａ
・・・円筒状電極：６．６ａ・・・導線ニア、７ａ・・
・すべり軸受；　８・・・導線：１０’、１０ａ・・・
加圧ロール；　１１・・・金属コア；　１２・・・弾性
体；１３．１３ａ・・・軸受；　１４・・・軸：１５．
１５８・・・フレーム：　　１６．１６ａ・・・軸受ハ
ウジング；　１７・・・孔；　１８・・・駆動用ギア：
１９・・・モータ側ギア：　２０・・・用紙；　２１・
・・トナー画像；　２２・・・温度センサー；　２３・
・・剥離爪；　２４・・・カイト板；２５・・・内部加
熱素子。 第１図 第２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 印刷法によつて抵抗発熱体素材の体積重量が中央部の通
   紙領域で少ない抵抗発熱体素材シートを形成し、この抵
   抗発熱体素材シートを円筒状の支持体の外周に転写した
   後、支持体上の抵抗発熱体素材を加熱焼成することを特
   徴とする加熱定着ロールの抵抗発熱体層形成方法。