JPH0636121B2

JPH0636121B2 - 複写機用熱定着ロ−ル

Info

Publication number: JPH0636121B2
Application number: JP61224333A
Authority: JP
Inventors: 秀雄長坂; 孜伊藤; 学下泉; 斎藤　　弘; 建三柳田; 和憲藤田
Original assignee: Onoda Cement Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1986-09-22
Filing date: 1986-09-22
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-05-11
Also published as: JPS6378188A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、複写機に用いる熱定着ロールに関するもの
で、更に述べると電子複写機用熱定着ロールに関するも
のである。

従来の技術電子複写機には、着色トナーと樹脂を主成分とする乾式
現象剤を支持体上に加熱定着させるために熱定着ロール
が設けられている。

従来の熱定着ロールは、円筒状の金属製支持体の内側に
発熱体を設け、この発熱体により熱定着ロール表面を加
熱している。

しかし、この加熱方法は、発熱体の輻射熱によるので、
ヒートアップタイム，即ち、複写機起動時より複写機使
用可能となるまでの時間が長く、約１〜２分かかる。

そこで、このヒートアップタイムを短縮するため支持体
の表面に面状発熱抵抗体を設け、その一端から他端に向
って電流を流し、この時発生するジュール熱により直接
ロール表面を加熱する所謂面状発熱抵抗体型の熱定着ロ
ールが用いられる。

ところが、この面状発熱体の厚さは、均一なので、熱定
着ロールの軸方向の表面温度分布は第８図の曲線０に示
すようにロール両端部１０ａが、その中央部１０Ｃに比
べ低くなる。

そのため均一な画像を得ることが困難となる。そこで、
従来、熱定着ロールの抵抗体膜を一定の厚さに形成し、
この抵抗体膜をロール両端近くで削り取り、その部分の
抵抗値を大きくすることにより前記温度分布の均一化を
図っている。（昭和５９年特開第154476号公報参照）発明が解決しようとする問題点従来例ではロール両端近くの抵抗体膜を削り取る作業が
必要であるが、この作業は面倒であり、多くの時間と労
力を必要とするので、ロールのコストアップの原因とな
る。

又、抵抗体膜の厚さは、薄く、例えば50μｍの厚さなの
で、この膜を削り所定の厚さにすることは、極めて困難
であり、そのためロール表面の温度分布は不均一なもの
となりやすい。

この発明は上記事情に鑑み、熱定着ロールの表面温度分
布を均一にすることを目的とする。他の目的はコストの
安い熱定着ロールを得ることである。

問題点を解決するための手段この発明は、円筒状の絶縁性支持体の表面に帯状の発熱
抵抗体を、ねじ状に形成すると共に、該発熱抵抗体のピ
ッチをロールの中央部から両端部に向って徐々に小さく
することにより上記問題を解決するものである。

作用帯状の発熱抵抗体に電流を流すと、この電流はジュール
熱により抵抗体を加熱しながら螺旋状に流れる。

この時通常は、ロールの中央部より両端部の方が抵抗値
が大きいので、両端部の方が中央部より発熱量が大きく
なり、ロール表面の温度分布は均一となる。

実施例この発明の一実施例を添付図面により説明すると、第１
図においてP₀は金属製中空パイプで、このパイプP₀の表
面には第２図に示す如く、絶縁層１が形成され、更にそ
の絶縁層１の表面には発熱抵抗体２が形成されている。

この絶縁層１はアルミナ（Al₂O₃）やスピネル（Al₂O₃・
MgO）等をプラズマ溶射することにより形成される薄膜
であり、その厚さは例えば200μｍである。

又、発熱抵抗体２は次のようにして形成される。先ず、
絶縁層１の表面に第３図に示す様にマスキング線材、例
えば、金属線４を螺旋状に巻き付ける。

この金属線４として、例えば、溶射時のマスキング線材
の熱膨脹を防ぐために径0.6mmのインバール線を用いる
のがよいが、銅線を高張力で用いることもできる。

金属線４のピッチＰは、熱定着ロール１０の中央部１０
ｃ，側部１０ｂ，端部１０ａの順に狭くなっており、例
えば端部１０ａのピッチＰ_１は４mm，側部１０ｂのピッ
チＰ_２は５mm，中央部１０ｃのピッチＰ_３は、６mmであ
る。

このようにして、金属線４を巻き付けた後、その上から
抵抗材料、例えば、ニクロム，ステンレス，ニッケル，
アルミニウム，又はアルミロウを、溶射ガンＧにより溶
射し発熱抵抗体２を形成する。

このアルミニウム又はアルミロウは高温による抵抗値の
変化がない上安価なので、抵抗材料としては最適であ
る。この抵抗体２は薄膜状でその厚さｄは例えば40μｍ
である。

この場合、空気でアルミをプラズマ溶射又はアーク溶射
（特願昭60-181081又は60-181082号参照）することによ
り安定な発熱抵抗体を形成することができる。なお前記
溶射を用いる代わりに蒸着，スパタリング，イオンプレ
ーティグ等を用いてもよい。その後金属線４をロール１
０の表面から除去すると、金属線４に対応して螺線状の
溝が形成される。即ち、該溝の幅はその全長にわたっ
て、金属線４の径と同一であり、又、隣り合う溝同志の
間隔は、前記金属線４のピッチＰと同様であり、ロール
の中央部１０ｃから、側部１０ｂ、端部１０ａに近づく
程小さくなる。その結果、発熱抵抗体２は第１図に示す
様にねじ状となり、この発熱抵抗体２のピッチ即ち幅
は、ロールの中央部１０ｃから側部１０ｂ、端部１０ａ
に近づく程狭くなる。

次にロール表面に付着防止膜３を形成するが、この膜３
は、弗素樹脂又はシリコン樹脂コーテングにより例えば
５０μｍの膜厚ｔに形成される。

このコーテング終了後、付着防止膜３の表面を研磨して
平滑にすると共に中空パイプP₀の一端に給電部６を設
け、他端に給電部７を設け、該給電部６，７を夫々発熱
抵抗体２の端部に接続する。

次に、この実施例の作用につき説明すると、給電部６か
ら発熱抵抗体２に電流を流すと、この電流はジュール熱
により抵抗体２を加熱しながら矢印Ａ１０方向に流れ給
電部７に到達する。

このようにして、ジュール熱によりロール表面温度が上
昇するが、熱定着ロール１０の中央部１０ｃ，側部１０
ｂ，端部１０ａの順に発熱抵抗体２のピッチＰが狭くな
っているので、即ち、高発熱量所要部分のピッチP₁，P₂
が、他の部分のピッチP₃より小さいので、ロール表面温
度はその全長に亙って均一となる。

これを詳細に説明すると、抵抗値をＲ，物質の比抵抗値
をρ，抵抗体の長さをＬ，抵抗体の断面積をＳとする
と、抵抗値ＲはＲ＝ρ・L/Sで表示される。

ここで発熱抵抗体のピッチをＰ，その厚さをｄ，絶縁層
１の半径をｅとすると、ロール軸方向の単位距離当りの
抵抗値ｒは、ｒ＝ρ・２πe(1/D)／(d・D)となる。

ここでＣを定数とすると抵抗値ｒ＝Ｃ／Ｄ^２となりロー
ル軸方向の単位距離当りの抵抗値ｒは発熱抵抗体のピッ
チＰの二乗に反比例する。

従って、抵抗体２のピッチＰを、ロール１０の端部１０
ａのピッチＰ_１を４mm，側部１０ｂのピッチＰ_２を５m
m，中央部１０ｃのピッチＰ_３を６mmにすると、上記関
係より抵抗値ｒの比は、端部１０ａを１とすると、側部
１０ｂは0.64，中央部１０ｃは0.44となる。

またジュールの法則により電流値をｉとすると、単位距
離当りの発熱量Ｗは、Ｗ＝ｉ^２ｒとなり抵抗値ｒに比例
するため中央部１０Ｃより端部１０ａに向う程発熱量が
大となるので両端部１０ａ両側部１０ｂからの熱放散バ
ランスがとられ、結局ロール軸方向の表面温度分布は均
一となる。

本実施例と従来例のロール表面温度分布を実験したとこ
ろ第８図のような結果を得た。即ち、従来例は、曲線Ｏ
となり、ロール端部１０ａと中央部１０ｃとでは、平均
約３０℃の温度差があるのに対し、本実施例では直線Ｎ
となり、ロール表面全体１０ａ〜１０ｃが２００℃均一
になった。

なお発熱抵抗体２への電流（電力）供給はヒートアップ
タイムまでは継続して行うが、その後は断続的に行って
も必要なロール表面温度を維持することができる。本実
施例において発熱抵抗体２の抵抗値を１０Ωにして１０
０Ｖ荷電した場合、消費電力は１ＫＷで、２００℃まで
のヒートアップタイムは１０秒間であり、従来例に比べ
そのタイムは大幅に短縮される。

帯状発熱抵抗体をねじ状に形成する方法として、ロール
の絶縁層の表面全体に抵抗材料をコーテングして抵抗膜
を形成し、この抵抗膜に螺旋状に溝を形成することも考
えられるが、この方法では隣り合う抵抗体の間を完全に
分離するために、溝を深めに、即ち、絶縁層にくい込む
程度に形成する必要がある。

そのため、その上に弗素樹脂をコーテングして付着防止
膜を形成するとその表面に凹凸が生じ平坦性が失われや
すい。

そこで付着防止膜を一旦厚く形成した後、その表面を研
磨して平滑にしなければならないが、この研磨作業は、
多くの時間を必要とする上、高価な付着防止膜の材料を
削り捨てることになるので熱定着ロールのコストアップ
の原因となる。

これに対し、前述のようにして発熱抵抗体を形成すると
その厚さｄを薄くすることができるので隣り合う抵抗体
２の間の溝Ｍは浅くなる。

従って、この上に弗素樹脂をコーテングして付着防止膜
３を形成するとその表面は自然に平坦な状態になりやす
く、前述のような研磨作業などの問題は生じない。

実験によると、溝Ｍの幅ｍを500μｍ以下、例えば400μ
ｍにし、この上から弗素樹脂をコーテングして膜厚ｔ＝
50μｍ以下、例えば、40μｍの付着防止膜３を形成し、
付着防止に必要な表面平滑度をうるための研磨を施す
と、その表面は使用上支障のない程度の平滑面となっ
た。

他の実施例この発明の実施例は、上記に限定されるものでなく、例
えば、帯状の発熱抵抗体を二重ねじ状に形成してもよ
い。

この実施例を第４図〜第６図により説明するが、第１図
〜第３図と同一図面符号はその名称も機能も同一であ
る。

第５図に示す様に絶縁層１の表面に金属線４を二重ねじ
状に巻き付け、その上からアルミロウなどを溶射し、発
熱抵抗体２を形成し、その後金属線４を除去すると、二
重ねじ状となり、第６図に示す様にロールの中央部１０
ｃから端部１０ａに向ってそのピッチＰ_３，Ｐ_２，Ｐ_１
は順次小さくなる。この抵抗体２は第４図の如く、往路
用抵抗体２ａと復路用抵抗体２ｂとからなり、これらの
一端は結合部２ｃで電気的に連結されている。

次にロール表面に付着防止膜３を形成すると共に、複写
機内の配線の簡素化を図るため、中空パイプＰ_０の一端
に給電部６，７を設ける。そして給電部６に往路用抵抗
体２ａを接続し、又、給電部７に復路用抵抗体２ｂを接
続する。

給電部６から往路用抵抗体２ａに電流を流すと、この電
流は、ジュール熱により抵抗体２ａを加熱すると共に、
その周囲に磁界を発生させながら矢印Ａ６方向に流れ、
抵抗体２ａの結合部２ｃに到達する。

そしてこの結合部２ｃに到達した電流は、ここで折り返
され復路用抵抗体２ｂに流れ前述と同様にジュール熱と
磁界を発生させながら矢印Ａ７方向に流れ給電部７に到
達する。

この際、往路用抵抗体２ａと復路用抵抗体２ｂとは、二
重ねじ状に形成されているので電流が互に逆向きにな
る。

そのため抵抗体２ａの周囲の磁界と、抵抗体２ｂの周囲
の磁界とは、互にその磁界を打ち消し合うので、結局、
抵抗体２ａ，２ｂ即ち発熱抵抗体２の磁界はほとんど消
滅してしまう。ちなみに熱定着ロールの中空パイプ
Ｐ_０，絶縁層１，および発熱抵抗体２から夫々２cm離れ
た場所の磁界の強さを測定したところ、一重ねじ状の帯
状発熱抵抗体の場合には、測定値の最高が9.3ガウス（G
auss）、次が7.2ガウスであったが、二重ねじ状の発熱
抵抗体の場合には、測定値の最高が0.4ガウスで、次が
0.2ガウスであり、二重ねじ状にすると著しく磁界の強
さが減少していることがわかった。

なお、この実施例においても熱定着ロール１０の中央部
１０ｃ，側部１０ｂ，端部１０ａの順に発熱抵抗体２
ａ，２ｂのピッチＰが狭くなっているのでロール表面温
度は前記実施例と同様その全長に亙って均一となること
は勿論である。

前記実施例においては帯状の発熱抵抗体が直接付着防止
膜で覆われているが、第７図に示す様に帯状の発熱抵抗
体２の表面に絶縁膜１Ｎを形成し、その上に付着防止膜
３を形成してもよい。

このように発熱抵抗体２と付着防止膜３との間に絶縁膜
１Ｎを形成すると、付着防止膜３は丈夫になり又、その
表面が平坦となると共に電気的な安全性が向上する。

発明の効果この発明は、以上のように帯状の発熱抵抗体が高発熱量
所用部分の幅を他の部分より狭い幅になしたので、該発
熱抵抗体の幅は、高発熱量所用部分即ちロールの両端部
では狭く、又、その他の部分即ちロールノ中央部では広
くなる。そのため、該発熱抵抗体のピッチは、ロールの
中央部から両端部に向かって徐々に小さくなるので、両
端部の抵抗値は中央部の抵抗値より大きくなる。

従って、ロールの中央部から端部に向う発熱量が大きく
なるので、両端部からの熱放散バランスがとられ、結局
ロールの軸方向の表面温度分布は第８図の直線Ｎのよう
になり、ロール表面全体が均一の温度となる。発熱抵抗
体は螺線状の溝により仕切られており、該溝はその全長
にわたって同一幅に形成されているので、発熱抵抗体の
幅を変化させるだけで簡単にしかも正確に発熱量の調整
をすることができる。

又、発熱抵抗体の抵抗値をロールの中央部から両端部に
向って徐々に小さくする際、単にねじ状発熱抵抗体のピ
ッチを徐々に小さくするだけですむので、その製作コス
トが従来例に比べ安価なものとなる。

更に帯状の発熱抵抗体を二重ねじ状に形成し、その一端
を互に電気的に結合し、他端を夫々別の給電部に接続す
ると、給電部から発熱抵抗体に電流を供給した場合には
その電流は螺旋状に流れながらロール表面上を往復す
る。

この時、電流の流れに伴い発生した磁界は互に打ち消し
合って消滅するので、熱定着ロールの表面上には磁界は
ほとんどなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は、この発明の実施例を示す図で、第１
図は平面図、第２図は第１図のII−II線断面拡大図の一
部を示す図、第３図は発熱抵抗体の形成工程を示す図、
第４図は他の実施例を示す平面図、第５図は支持体に対
する金属線の巻き方を示す図、第６図は発熱抵抗体形成
後金属線を抜き取った状態を示す図、第７図は更に他の
実施例を示す断面図で第２図に相当する図、第８図はロ
ール表面の温度分布を示す図である。１……絶縁層、２……発熱抵抗体１０……熱定着ロール、Ｐ……ピッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柳田建三千葉県市川市北方３−13−15 (72)発明者藤田和憲千葉県船橋市前原西６−３−１−302 (56)参考文献特開昭55−72390（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−29068（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−134776（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−102267（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−149385（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−74159（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−128364（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−30758（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−9370（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−16966（ＪＰ，Ｕ) 実公昭58−48648（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状の絶縁性支持体の表面に、螺線状の
溝により仕切って帯状の発熱抵抗体をねじ状に形成した
複写機用定着ロールであって、該溝はその全長にわたっ
て同一幅に形成されており、隣り合う溝同志の間隔は高
発熱量所要部分を他の部分より狭く形成され、該発熱抵
抗体の幅は高発熱量所要部分を他の部分より狭く形成さ
れたことを特徴とする複写機要熱定着ロール。
【請求項２】絶縁性支持体が、その表面に絶縁層が形成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の複写機熱定着ロール。
【請求項３】絶縁層が、薄膜状であることを特徴とする
特許請求の範囲第２記載の複写機用熱定着ロール。
【請求項４】絶縁層が、アルミナ又はスピネルのプラズ
マ溶射により形成されることを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載の複写機用熱定着ロール。
【請求項５】帯状の発熱抵抗体が、二重ねじ状でその一
端を互いに電気的に結合し、他端を夫々別の給電部に接
続したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複
写機用熱定着ロール。
【請求項６】帯状の発熱抵抗体が、薄膜状であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複写機用熱定着
ロール。
【請求項７】帯状の発熱抵抗体が、抵抗材料の溶射によ
り形成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の複写機用熱定着ロール。
【請求項８】帯状の発熱抵抗体が、抵抗材料のプラズマ
溶射又はアーク溶射により形成されることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の複写機用熱定着ロール。
【請求項９】帯状の発熱抵抗体が、抵抗材料を空気で溶
射することにより形成されることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の複写機用熱定着ロール。
【請求項１０】帯状の発熱抵抗体が、絶縁性支持体の外
周にマスキング線材を螺線状に巻き付け、その上に抵抗
材料を溶射し、その後該線材を除去することにより形成
されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複
写機用熱定着ロール。
【請求項１１】マスキング材料が、インバール線又は銅
線であることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載
の複写機用熱定着ロール。
【請求項１２】抵抗材料が、アルミニウム又はアルミロ
ウであることを特徴とする特許請求の範囲第７項、第８
項又は第９項記載の複写機用熱定着ロール。
【請求項１３】帯状の発熱抵抗体が、絶縁膜により覆わ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
複写機用熱定着ロール。
【請求項１４】絶縁膜が、付着防止膜で覆われているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の複写機用
熱定着ロール。
【請求項１５】帯状の発熱抵抗体が、付着防止膜で覆わ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
複写機用熱定着ロール。
【請求項１６】付着防止膜が、弗素樹脂又はシリコン樹
脂のコーテングにより形成されることを特徴とする特許
請求の範囲第１５項記載の複写機用熱定着ロール。
【請求項１７】付着防止膜が、幅５００μｍ以下の発熱
抵抗体溝を充填すると共に、その膜厚が５０μｍ以下で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１５項記載の複
写機用熱定着ロール。