JPH096170A

JPH096170A - 定着ローラ

Info

Publication number: JPH096170A
Application number: JP15728295A
Authority: JP
Inventors: Minoru Matsuo; 稔松尾
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】定着ローラの構成材料の熱伝導率に制約され
ることなくウォームアップ時間を短縮でき、かつ定着ロ
ーラに形成した発熱部から所望の発熱量を得る、新規な
定着ローラを提供する。【構成】電子写真定着用のローラには、ローラ基体自
身若しくは芯金１上に設けて発熱層２１とした発熱部
と、この発熱部の外側に絶縁層１２を設け、この絶縁層
の外側に非晶質と結晶質とに相転移する相転移層１３を
設けられており、発熱部を発熱するための電流が相転移
層に分流することを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真用の定着ローラ
に関し、更に詳しくは複写機、プリンター、ファクシミ
リ等において電子写真方式により記録シートに転写され
たトナー画像を熱定着する装置に組み込まれた定着加熱
ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真装置、例えばレーザプリンタな
どは、回転する感光体ドラムを有し、この感光体ドラム
の感光体部位を帯電部によって一様に帯電させた後レー
ザスキャナユニットからのレーザビームによって情報を
静電潜像として記録し、その静電潜像を現像部において
トナーを付着させてトナー像を形成し、そのトナー像を
転写部において搬送されてくる記録シート上に転写さ
せ、更にその記録シートを熱定着装置へ通過させてトナ
ー像を熱定着するように構成されている。

【０００３】従来のこのような熱定着装置においては、
図４のようなアルミニウムなどの中空円筒からなる芯金
１の外周面にトナーの粘着を防止するためのフッ素樹脂
層などからなる粘着防止層２を設けた定着ローラが使用
されているが、このような定着ローラは芯金の中空部に
回転中心に沿ってハロゲンランプなどのヒータを配置
し、その輻射熱によって定着ローラを内側から加熱する
ようになっている。そして定着ローラと平行に、これに
圧接する加圧ローラを設けて、定着ローラの回転に対し
て加圧ローラと定着ローラとの接触部位が同一方向に移
動するように回転させ、その接触部位に記録シートが挾
持されて移動するようになっている。そして、この移動
の間に記録シート上に付着しているトナーが定着ローラ
の熱により軟化し、加圧により記録シート上に融着する
ようになっている。

【０００４】しかし、こうした熱定着装置では、起動時
に電源が投入されてから定着ローラの表面が必要な温度
に達するまでに比較的に長いウォームアップ時間がかか
る。そこで、一般的には主電源を投入したときに定着ロ
ーラのヒータにも通電を開始して定着ローラを予備加熱
しておく方法が取られていたが、これは電力の浪費であ
る。そして、これを避ける目的で、定着ローラのウォー
ムアップ時間を短縮するための手段が種々提案されてい
る。

【０００５】即ち、ローラの中空部の内面を黒化するこ
とにより複写率を高め熱の吸収効率をあげる方法、同じ
く内面に凹凸を設けて表面積を大きくする方法（特開平
４−３４４８３、特開平４−１３４３８７など）、ロー
ラをヒートパイプで構成する方法（特開平３−１３９６
８４）、ローラを電磁誘導加熱する方法（実開平４−５
５０５５）、ローラを導電性弾性材料で構成し、これに
通電して直接に発熱させる方法（特開平４−１８６２７
０）、正特性サーミスタ材料を用いた円筒材ヒータで定
着する方法（特開平４−４２１８５）などである。しか
しながら、これらの提案が効果をあげるためにはいずれ
も芯金自体の熱伝達が良好であることが前提となるが、
定着ローラの芯金の厚さを薄くすることには機械的強度
の観点から限界があるため、定着ローラの構成材料の熱
伝導率に制約されて十分な効果をあげることはできない
か、または電源が多きすぎるために実用的でないという
問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、定着
ローラの構成材料の熱伝導率に制約されることなくウォ
ームアップ時間を短縮することが可能で、かつ定着ロー
ラに形成した発熱部から所望の発熱量を得ることができ
る、新規な定着ローラを提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
発熱部と、この発熱部の外側に絶縁層を設け、この絶縁
層の外側に非晶質と結晶質とに相転移する相転移層を設
けていることを特徴とする定着ローラによって達成され
る。

【０００８】更に、定着ローラの基体そのものが発熱可
能な部材とする方式、発熱部を芯金上に設けた発熱層の
場合は、ニクロム線などの一般的な電線を芯金上に巻く
方式や、金、パナジウム等をシルク印刷する方式、等が
ある。

【０００９】相転移層に設けられる非晶質材料として
は、周期律表の３Ｂ乃至６Ｂに属する元素の１種以上か
らなる選択された材料が好ましく、例えばカルコゲンあ
るいはカルコゲナイド化合物等があり、セレン（融点約
２１７℃）、セレン・テルル合金（テルル単体の融点約
４５０℃）、ゲルマニウム・テルル合金（ゲルマニウム
単体の融点約９３７℃）、インジウム・セレン系合金
（インジウム単体の融点約１５６℃）、インジウム・テ
ルル系合金、アンチモン・セレン系合金（アンチモン単
体の融点約６３１℃）等があげら、特にセレン、セレン
・テルル合金が好ましい。その理由として、溶融状態か
ら冷却凝固する際に非晶質相となり、次に加温して結晶
化温度に到達すると、急速に結晶相に軟化するが、その
結晶化温度が８０〜２００℃の範囲内で、結晶化熱が集
中して発生するためである。

【００１０】次に、本発明の定着ローラの基体となる芯
金を構成する材料は、従来から利用されている熱伝導率
の良好な金属、例えばアルミニウム合金、ＳＵＳなどが
用いられているが、特に限定されるものではない。

【００１１】また、外表面に発熱層を設けた場合、所望
の電気抵抗となるように芯金への導通を防止するために
発熱層と芯金との間に更に絶縁層を設けると良い。

【００１２】更に、発熱層を被覆する保護層が設けると
良い。一般的に非晶質材料を結晶化させ、更に非晶質に
相転移するには、非晶質材料を加熱することにより固体
の結晶化を行い、この固体化したものを一旦熔融状態に
してから冷却（急冷）することにより非結晶にする第１
の方法と、非晶質材料を加熱することにより固体の結晶
化を行い、この固体化したものにイオン注入することで
非結晶に戻す第２の方法がある。

【００１３】第２の方法では、半導体の製造技術を応用
する方法が有るが、第１の方法では相転移層の熔融状態
を考慮するのみで構わない。よって、非結晶に相転移す
るときにこの材料が流出しないように、相転移層に保護
層を設ける必要が有る。そのため、この相転移層の熔融
状態でもこの保護層が非熔融状態を維持する耐熱性を有
することが条件となる。

【００１４】また、この保護層が定着ローラの最も外側
の表面とした場合には、トナーなどの粘着を防止する離
型層を兼ねてもよい。これらを考慮すると、この保護層
は、フッ素樹脂系が好ましく、熱収縮性チューブをかぶ
せて加熱することにより設けると良い。このとき、相転
移層の定着ローラの軸方向の幅（以下、幅とする）より
も、定着ローラの両端部を大きくすることで、定着ロー
ラの側部を封止することができる。尚、離型層を保護層
の外層に更に設けても構わない。

【００１５】本発明における発熱部と相転移層との間に
設けられた絶縁層は、第１の方法をを用いたとき、相転
移層の非晶質材料の融点以上の耐熱性（例えば、熱変形
の発生が少ない、高分子から低分子への分子分解が少な
いなど）を有するフッ素樹脂系（ＰＦＡ，ＰＴＦＥ）、
エポキシ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ポリイミド樹脂、などが望
ましい。

【００１６】

【作用】非晶質状態の電気抵抗は、結晶質状態の電気抵
抗と比較して著しく高い。従って、発熱部と相転移層が
直接接触していると、２つの抵抗体が並列回路を形成す
ることになるため、ウォームアップ時に発熱部に電流を
流すと、相転移層である非晶質材料の方への分流が発生
し、発熱部の所望の発熱量が得られなくなる可能性があ
るが、本発明では、発熱部と相転移層との間に絶縁層を
設けているため、発熱部から相転移層への分流を未然に
防止することが可能である。

【００１７】相転移層は、発熱層に通電することによっ
て加熱を行なうと、非晶質材料が結晶化温度に達したと
きに結晶化熱を放出して急速に温度が上昇し、速やかに
定着可能温度に到達する。そしてその後は通常のヒータ
の発熱により温度の制御が行なわれるが、結晶化した後
は材料の熱伝導が高まるので温度の制御はいっそう容易
になる。また複写作業が終了したときは、一時的にヒー
タあるいは発熱層に大きな電力を供給して結晶化した材
料をその融点以上の温度にまで加熱し、ついで電源を切
って放冷あるいはファン等による急冷をすることにより
再び非晶質材料層に戻り、繰返し使用ができる。

【００１８】また相転移層は、第１に非晶質状態と結晶
状態間の完全な相転移が起こること、第２にガラス転移
点Ｔｇが常温以上であること、第３に結晶化温度Ｔｃが
常温から定着温度Ｔｔ（約２００℃）の間であること、
第４に再度非晶質化するための融点ＴｍがＴｔ以上でな
るべく低いこと、第５に結晶化、熔融の繰返しに対して
変質しなこと、などの特性を有することが望ましい。

【００１９】更に、絶縁層の特性として、第１に相転移
層の結晶化した材料の溶融状態で耐熱性が得られるこ
と、第２に発熱部（基体、発熱層など）と相転移層との
密着性が良好であること、等が必要である。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）外径２０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのＳＵＳ基
体１１上に、絶縁層１２となるＰＦＡ樹脂の熱収縮性チ
ューブ（グンゼ製）を被覆し１５０℃で加熱した。その
後８重量％のテルル（Ｔｅ）を含むセレン・テルル（Ｓ
ｅ・Ｔｅ）合金が、厚さ０．１ｍｍとなるように真空蒸
着を行ない相転移層１３を形成する。若しくは厚さ０．
１ｍｍとなるように蒸着・研磨を行なっても良い。次い
でこの相転移層１３の表面に導電性ＰＦＡ樹脂の熱収縮
性チューブ（グンゼ製）を被覆し、３００℃で加熱して
厚さ約２０μｍのトナーの粘着防止を兼ねた保護層１４
を形成し、図１のような断面構造を有する本発明の定着
ローラＡを得た。このＳＵＳ基体１１自身は発熱部とす
るため両端部などに電気的接続を行なう。

【００２１】（実施例２）外径２０ｍｍ、厚さ０．５ｍ
ｍの硬質ガラスを芯金１として金（Ａｕ）、パラジウム
（Ｐｄ）が分散されたセラミック剤（ノリタケ製）をシ
ルク印刷し、約５００℃で３０分間加熱焼成し、電気抵
抗１０Ωの通電発熱層１２を形成する。次いで、この通
電発熱層２１の表面に絶縁層２となるＰＴＦＥ樹脂の熱
収縮性チューブを被覆し１５０℃で加熱した。その後３
０重量％のＴｅを含むＳｅ・Ｔｅ合金が、厚さ０．１ｍ
ｍとなるように真空蒸着を行ない相転移層１３を形成す
る。更にこの相転移層１３の表面に導電性ＰＦＡ樹脂の
熱収縮性チューブを被覆し、３００℃で加熱して厚さ約
１０μｍのトナーの粘着防止を兼ねた保護層１４を形成
し、図２のような断面構造を有する本発明の定着ローラ
Ｂを得た。通電発熱層２１は両端部などに電気的接続を
行ない所望の発熱を行なう。

【００２２】（実施例３）外径２０ｍｍ、厚さ０．５ｍ
ｍの硬質ガラスを芯金１表面に、第二の絶縁層３１とな
るＰＴＦＥ樹脂の熱収縮性チューブ（グンゼ製）を被覆
し１５０℃で加熱する。そして金（Ａｕ）、パラジウム
（Ｐｄ）が分散されたセラミック剤（ノリタケ製）をシ
ルク印刷し、約５００℃で３０分間加熱焼成し、電気抵
抗１０Ωの通電発熱層２１を形成する。次いで、この通
電発熱層２１の表面に絶縁層１２となるＰＴＦＥ樹脂の
熱収縮性チューブ（グンゼ製）を被覆し１５０℃で加熱
した。その後３０重量％のＴｅを含むＳｅ・Ｔｅ合金
が、厚さ０．１ｍｍとなるように真空蒸着を行ない相転
移層１３を形成する。更にこの相転移層１３の表面に導
電性ＰＦＡ樹脂の熱収縮性チューブ（グンゼ製）を被覆
し、３００℃で加熱して厚さ約１０μｍのトナーの粘着
防止を兼ねた保護層１４を形成し、図３のような断面構
造を有する本発明の定着ローラＣを得た。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、発熱部での発熱量が安
定するため、電流の入力変動を抑制することができるた
め、均一な表面温度分布となり良好な定着性を得ること
ができ更に、相転移層による非晶質から結晶質へ相転移
するときの結晶化熱によりウォームアップ時間を著しく
短縮することができ、結晶化したあとは熱伝導性が高く
なるので温度の均等化が改善され、オフセットが起こり
難くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の定着ローラの構造を示す断
面図である。

【図２】本発明の実施例２の定着ローラの構造を示す断
面図である。

【図３】本発明の実施例３の定着ローラの構造を示す断
面図である。

【図４】従来型の定着ローラの構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１芯金、２粘着防止層、１１基体、１２絶縁
層、１３相転移層１４保護層、２１通電発熱層、３１第二の絶縁層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子写真装置により記録媒体上にトナー
を転写し、そのトナーを記録媒体上に定着させる定着ロ
ーラにおいて、発熱部と、発熱部の外側に絶縁層を設
け、更にこの絶縁層の外側に非晶質と結晶質とに相転移
する相転移層を設けていることを特徴とする定着ロー
ラ。
【請求項２】発熱部は、芯金の外側に設けられた発熱
層であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
定着ローラ。
【請求項３】芯金と発熱層との間に更に第２の絶縁層
を設けることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
定着ローラ。
【請求項４】相転移層の外側には、更に相転移層の非
晶質材料の融点以上の耐熱性を有する保護層を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の
定着ローラ。
【請求項５】絶縁層は、相転移層の非晶質材料の融点
以上の耐熱性を有することを特徴とする特許請求の範囲
第４項記載の定着ローラ。
【請求項６】相転移層の非晶質材料は、周期律表の３
Ｂ乃至６Ｂに属する元素の１種以上から選択することを
特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の定着
ローラ。
【請求項７】相転移層における非晶質材料の結晶化温
度は、８０〜２００℃の範囲内であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の定着ローラ。