JPH1124474A - 加熱定着ローラ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ローラ基体の内側に発熱層を有する加熱定着
ローラにおいて、局部的な温度上昇を防ぎ絶縁層や発熱
層の耐久性を向上させる。 【解決手段】 中空円筒状の基体１２の内側に絶縁層１
３を介して抵抗発熱層１４を設けた加熱定着ローラに関
する。絶縁層１３とともに抵抗発熱層１４を挟み込む支
持層１６を抵抗発熱層１４の内側に設けたことを特徴と
する。抵抗発熱層１４を絶縁層１３と支持層１６とで挟
み込んだので、抵抗発熱層１４が浮き上がるのを防止す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機、
ファクシミリ、プリンタなどの電子写真プロセスを利用
した機器に使用される加熱定着ローラ及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真におけるトナー画像の定着方法
としては、加熱定着方法、圧力定着方法、溶剤定着方法
が知られている。加熱定着方法は、トナーを熱によって
溶解させ、用紙に圧力をかけて固定させる方法で、広く
採用されている。加熱定着方法の中でも、最も一般的な
のが金属ローラの内面から、ハロゲンランプで加熱する
方式のものである。

【０００３】ところが、ハロゲンランプで加熱する方式
のものは、輻射熱を利用するのでエネルギーの変換効率
が悪く、消費電力が嵩み、またウォームアップ時間が長
いという欠点がある。

【０００４】そこで、このような欠点を解決する手段の
一つとして、金属製のローラ基体に絶縁層を介して、ま
たは絶縁性のローラ基体に、発熱層と離型層を備えるよ
うにした、直接加熱方式の定着ローラが提案されてい
る。

【０００５】この直接加熱方式の定着ローラとして既に
提案されている技術には、発熱層をローラ基体の外側に
設けるタイプと、ローラ基体の内側に設けるタイプがあ
る。発熱層をローラ基体の外側に設けるタイプの定着ロ
ーラは、発熱層の真直度やうねりなどの形状を仕上げる
ことが難しいため、離型層を設けた後のローラ表面も所
望の真直度やうねりが得られない欠点がある。

【０００６】一方、発熱層をローラ基体の内側に設ける
タイプの定着ローラとして、特開昭５８−１９６５６２
号の「電子写真式複写機の定着装置」や特開平８−３０
５１９７号の「定着用加熱ローラ」が知られている。特
開昭５８−１９６５６２号の「電子写真式複写機の定着
装置」は、定着ローラの内面に面発熱体及び断熱材を順
次層状に密着して設置したことを特徴とするものであ
る。

【０００７】また、特開平８−３０５１９７号の「定着
用加熱ローラ」は、ローラ本体の内周面に抵抗発熱体を
接着して固定したものである。絶縁部材の内面に抵抗発
熱体を固着し、外面に熱伝導体を固着し、抵抗発熱体が
ローラ中心側を向いた状態でローラ内周面に固定してい
ることを特徴とするものである。

【０００８】これらの発熱層をローラ基体の内側に設け
るタイプの定着ローラは、ローラ基体に直接離型層を設
けることが出来るので表面の形状は問題ないが、内面に
層を形成するのが困難という欠点がある。内面に層を形
成する方法として、例えば、線膨張率が大きいマンドレ
ルに内面に形成する層を巻き回し、定着ローラ基体に挿
入後、加熱してマンドレルの膨張により貼り付けるとい
う方法が行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構成の定着ローラでは使用時にヒートサイクルがかかる
ので、発熱層と絶縁層との線膨張率の違いのため力が加
わって、経時で発熱層が絶縁層から浮いてしまう場合が
ある。

【００１０】発熱体に浮きがある状態で通電した場合、
浮いている部分に熱がこもり、局部的に温度が上昇して
しまう。このとき、絶縁層や発熱体が破壊されリークや
断線などの不具合が生じる。

【００１１】そこで、本発明は、ローラ基体の内側に発
熱層を有する加熱定着ローラにおいて、局部的な温度上
昇を防ぎ絶縁層や発熱層の耐久性を向上させることを目
的とする。

【００１２】

【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の加熱定着ローラでは、中空円筒状の基体の
内側に絶縁層を介して抵抗発熱層を設けた加熱定着ロー
ラにおいて、前記絶縁層とともに前記抵抗発熱層を挟み
込む支持層を前記発熱層の内側に設けたことを特徴とし
ている。この構成では、発熱層を絶縁層と支持層で挟み
込んでいるので、発熱層が浮くことがなく、熱容量が上
がるため局部的に温度が上昇することがなく絶縁層や発
熱層の破壊を防止することができる。また、空気を遮断
するため、発熱体の酸化を防止し、抵抗変化が少なくな
る。

【００１３】また、請求項２の加熱定着ローラでは、請
求項１に記載の加熱定着ローラにおいて、前記支持層の
軸方向の幅は、前記抵抗発熱層の軸方向両端に備える電
極間距離より短いことを特徴としている。この構成で
は、支持層は両端の電極間距離よりも短いので、内面に
電極を取ることができる。また、支持層の端部に段差が
できる。

【００１４】また、請求項３の加熱定着ローラでは、請
求項２に記載の加熱定着ローラにおいて、前記支持層
は、前記抵抗発熱層との間に段差を有することを特徴と
している。この構成では、支持層はローラ内面に段差を
有するので、給電部材がローラ内部にずれて、電極との
接触不良を生じることを防止することができる。

【００１５】また、請求項４の加熱定着ローラでは、請
求項１〜３に記載の加熱定着ローラにおいて、前記絶縁
層となる絶縁層部分と前記支持層となる支持層部分とを
１枚の可撓性の絶縁性シート部材から構成し、該絶縁性
シート部材の絶縁層部分の上に抵抗発熱層を形成し、該
抵抗発熱層を形成した絶縁性シート部材を渦巻き状に巻
回して前記絶縁層部分と前記支持層部分との重なってい
る部分の間に発熱層を配置したことを特徴としている。
この構成では、加工性がよく、絶縁層の重なり部分の温
度分布の影響が小さい。

【００１６】また、請求項５の加熱定着ローラでは、請
求項１〜４記載の加熱定着ローラにおいて、前記支持層
は高弾性体からなることを特徴としている。この構成で
は、弾性力により発熱層の浮きを防止できるので、より
効果的に発熱層の浮きを防止することができる。

【００１７】また、請求項６の加熱定着ローラの製造方
法では、基体の内側に絶縁層を介して抵抗発熱層を設け
る加熱定着ローラの製造方法において、前記絶縁層とな
る絶縁層部分と、該絶縁層部分上に形成した、前記抵抗
発熱層となる抵抗発熱層部分と、前記絶縁層部分に連続
する支持層部分とを有する可撓性の絶縁性シート部材を
設け、該絶縁性シート部材を前記支持層部分の端部から
前記絶縁層部分に向けて渦巻き状に巻回して前記絶縁層
部分と前記支持層部分との重なっている部分の間に発熱
層を配置することを特徴としている。この構成では、発
熱層が浮くことがなく、熱容量が上がるため局部的に温
度が上昇することがなく絶縁層や発熱層の破壊を防止す
ることができる。また、空気を遮断するため、発熱体の
酸化を防止し、抵抗変化が少なくなる。

【００１８】

【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は本発明の実施形態に係わる
加熱定着ローラの概略断面図、図２は加熱定着ローラの
円筒状気体に挿入した後、絶縁層、抵抗発熱層および絶
縁性支持層となる絶縁性シート部材の説明図、図３は加
熱定着ローラの円筒状気体に挿入した後の、絶縁層、抵
抗発熱層および絶縁性支持層の説明図、図４は比較例に
係わる加熱定着ローラの概略断面図、図５は比較例の加
熱定着ローラの絶縁層、抵抗発熱層および絶縁性支持層
の説明図である。

【００１９】まず、図４および図５を参照して、従来の
加熱定着ローラと同様の比較例の加熱定着ローラについ
て説明する。 （比較例）比較例の加熱定着ローラ１００は、ローラ基
体１２の外側に離型層１１を有し、ローラ基体１２の内
側に絶縁層１３、抵抗発熱層１４を形成する。この加熱
定着ローラ１００では、外部より電極ブラシ（図示せ
ず）を通じて給電部材１７を介して電極１５から発熱層
１４に給電される。

【００２０】この比較例の加熱定着ローラ１００は、ロ
ーラ基体１２をアルミニウムとし、離型層１１をＰＦＡ
とし、絶縁層１３をマイカとし、ＳＵＳ（ステンレス
鋼）を用いてあるパターンの抵抗発熱層１４を形成し
た。ローラ基体１２のアルミニウムと絶縁層１３のマイ
カとの間、絶縁層１３のマイカと抵抗発熱層１４のＳＵ
Ｓとの間はそれぞれシリコーン系の接着剤を使用した。
この比較例の加熱定着ローラ１００をヒートサイクル試
験したところ、５０，０００サイクルで発熱層のＳＵＳ
が局部的に高温になり、断線した。

【００２１】本発明者らは鋭意研究の結果、絶縁層１３
が破壊されリークが発生したり、抵抗発熱層１４が断線
あるいは抵抗変化を起こす原因は先に述べたように抵抗
発熱層１４が局部的に高温になってしまうためであるこ
とがわかった。これは抵抗発熱層１４が浮いて接触しな
くなったことで熱が蓄積されるために起こると考えられ
る。

【００２２】これを防止するためには抵抗発熱層１４が
絶縁層１３と接触していること、あるいは抵抗発熱層１
４と絶縁層１３が非接触になっても抵抗発熱層１４に熱
伝導の良い物質が接触し放熱することにより解決でき
る。

【００２３】そこで、図１に示すように、本発明の実施
形態に係わる加熱定着ローラは、比較例の加熱定着ロー
ラ１００の発熱層１４を絶縁層１３と絶縁性支持層１６
とで挟み込んで形成されている。

【００２４】絶縁性支持層１６は高抵抗で耐熱性がある
ことが必要である。この絶縁性支持層１６としては、例
えば加硫ゴム等の弾性率が高い材料を用いることによ
り、ローラ基体１２の内側（中心側）から抵抗発熱層１
４が浮かないように押さえつけることができる。

【００２５】絶縁層１３と絶縁性支持層１６が抵抗発熱
層１４を挟み込んでいるため、抵抗発熱層１４が浮きに
くくなる。ローラ基体１２の内側からも絶縁性支持層１
６が絶縁層１３を押さえている。仮に抵抗発熱層１４が
絶縁層１３から浮いた場合でも絶縁性支持層１６に接触
するため、絶縁性支持層１６を伝わって熱が逃げるので
抵抗発熱層１４の発熱体が局部的に高温にならない。

【００２６】特に絶縁層１３と絶縁性支持層１６が同材
質の場合、絶縁層１３と絶縁性支持層１６が強固に結び
つくため浮きにくくなる。

【００２７】絶縁層１３から抵抗発熱層１４が浮いた場
合でも絶縁性支持層１４に接するため局部的に熱がこも
らない。

【００２８】更に、絶縁性支持層１４が空気を遮断する
ため抵抗発熱層１４が酸化しにくくなり抵抗安定性、耐
久性が向上する。

【００２９】絶縁性支持層１４は抵抗発熱層１４の部分
より絶縁性支持層１４の厚さの分だけ径が小さくなって
いるため、給電部材１７や電極１５がローラの内側に押
されてずれることを防止することができる。

【００３０】〔実施例〕図２に示した可撓性の絶縁性シ
ート部材１８を巻き回し、図３のようなローラを製作し
た。

【００３１】図２に示すように、絶縁性シート部材１８
は、絶縁層１３となる絶縁層部分１３ａと支持層１６と
なる支持層部分１６ａとから構成されている。この絶縁
性シート部材１８の絶縁層部分１３ａの上に抵抗発熱層
１４（図１、３参照）となる抵抗発熱層部分１４ａを形
成する。この抵抗発熱層部分１４ａの両端には電極１５
が設けられている。

【００３２】前記絶縁層部分１３ａの軸方向の幅Ｌ１は
加熱定着ローラ１の軸方向の幅とほぼ同じ長さに形成さ
れている。また、前記絶縁性支持層部分１６ａの軸方向
の幅Ｌ２は、絶縁性シート部材１８を巻回したときに、
電極１５が加熱定着ローラ１の内面に露出するように、
短く形成されている。このような絶縁性シート部材１８
を巻き始め端部１６ｂから、図２中、矢印で示す巻回方
向に所定径（ローラ基体の内径よりやや小さい径）で巻
き始める。そして、図３に示すように、絶縁性シート部
材１８を渦巻き状に巻回して絶縁層部分１３ａと支持層
部分１６ａとの重なっている部分の間に発熱層１４を配
置する。そして、図１及び図２に示すように段差Ｄが形
成される。この段差により給電部材１７が当接して位置
決めされるので、電極１５とのずれによる接触不良を防
止することができる。

【００３３】絶縁層１３と絶縁性支持層１６は同一の絶
縁材料としてマイカを使用し、発熱層１４にはＳＵＳを
使用した。接着はシリコーン系耐熱接着剤を用いた。上
記加熱定着ローラ１をヒートサイクル試験したところ、
２００，０００サイクルでも抵抗変化はなく、絶縁も保
たれていた。絶縁性シート部材１８の重なり部分はウォ
ームアップ時に多少の温度低下がみられたが、定着性に
問題はなかった。

【００３４】〔重ね巻きの比較〕シート状の場合、図５
に示す比較例のように１層ずつ分けて層を形成する方法
では重なり部分が増える。この場合に、温度分布の影響
を避けるためには重なる方向や位置をずらす管理が必要
である。絶縁性を増すため、絶縁層１３が複数である場
合は更に影響が大きくなり、ずらす管理も面倒となる。

【００３５】これを図３の本実施形態の加熱定着ローラ
１のように１枚のシートで順次巻き付ければ重なり部分
は１カ所になり、温度分布に与える影響は小さい。な
お、図３及び図５では、層をわかりやすくするために、
ローラ基体１２と絶縁層１３との間に隙間が空けてある
が実際には密着している。

【００３６】以上において、ローラ基体１２と絶縁層１
３との間、及び絶縁層１３と抵抗発熱層１４との間に必
要に応じて耐熱性を有する接着層があってもかまわな
い。離型層１としては、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキ
シ樹脂）やＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）が使用さ
れている。

【００３７】また、ローラ基体１２としては、アルミニ
ウムや鉄、セラミックスなどの耐熱性を有する材料が使
用されている。ローラ基体１２に絶縁性材料を用いる場
合は、ローラ基体１２と絶縁層１３とを兼ねているの
で、絶縁層１３は不要である。

【００３８】絶縁層１３はポリイミド樹脂、アラミド樹
脂、マイカ、アルミナ、シリカなどの耐熱絶縁材料が使
用されている。ローラ基体がアルミニウムの場合、アル
マイトを絶縁層１３としてもよい。また、前述の絶縁材
料を組み合わせてもよい。

【００３９】接着層はポリイミド系、シリコーン系の耐
熱性を有する接着剤などが使用される。接着剤はワニス
状でも、熱可塑性ポリイミドシートのようなシート状で
も良い。

【００４０】以上の実施形態の加熱定着ローラ１によれ
ば、抵抗発熱層１４を絶縁層１３と絶縁性支持層１６で
挟み込んでいるので、抵抗発熱層１４が浮くことがな
く、熱容量が上がるため局部的に温度が上昇することが
なく絶縁層１３や抵抗発熱層１４の破壊を防止すること
ができる。また、空気を遮断するため、抵抗発熱層１４
の発熱体の酸化を防止し、抵抗変化が少なくなる。

【００４１】また、絶縁性支持層１６は両端の電極１５
間距離よりも短いため内面に電極１５を取ることができ
る。

【００４２】また、絶縁性支持層１６はローラ内面に段
差を有するため、給電部材１７がローラ内部にずれて、
電極１５との接触不良を生じることを防止することがで
きる。

【００４３】また、絶縁層１３と絶縁性支持層１６とが
１枚の絶縁性シート部材１８からなり、絶縁性シート部
材１８を渦巻き状に配置し、絶縁性シート部材１８の重
なりの間に発熱層１４を有するため、加工性がよく、絶
縁層１３の重なり部分の温度分布の影響が小さい。

【００４４】また、絶縁性支持層１６は高弾性体からな
るので、ローラ基体１２の内側（中心側）から抵抗発熱
層１４が浮かないように押さえつけることができ、より
効果的に抵抗発熱層１４の浮きを防止することができ
る。

【００４５】また、ローラ基体１２の内側に絶縁層１３
を介して抵抗発熱層１４を設ける加熱定着ローラ１の製
造方法において、絶縁層１３となる絶縁層部分１３ａ
と、絶縁層部分１３ａ上に形成した、抵抗発熱層１４と
なる抵抗発熱層部分１４ａと、絶縁層部分１３ａに連続
する絶縁性支持層部分１６ａとを有する可撓性の絶縁性
シート部材１８を設け、絶縁性シート部材１８を絶縁性
支持層部分１６ａの端部から絶縁層部分１３ａに向けて
渦巻き状に巻回して絶縁層部分１３ａと絶縁性支持層部
分１６ａとの重なっている部分の間に発熱層１４を配置
するので、抵抗発熱層１４が浮くことがなく、熱容量が
上がるため局部的に温度が上昇することがなく絶縁層１
３や抵抗発熱層１４の破壊を防止することができる。ま
た、空気を遮断するため、抵抗発熱層１４の発熱体の酸
化を防止し、抵抗変化が少なくなる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかな如く請求項１の
加熱定着ローラによれば、局部的な温度上昇を防ぎ絶縁
層や発熱層の耐久性を向上させることができる。

【００４７】また、請求項２の加熱定着ローラによれ
ば、支持層は両端の電極間距離よりも短いので、内面に
電極を取ることができる。また、支持層の端部に段差が
できるので、電極の位置決め、ずれ防止になる。

【００４８】また、請求項３記載の加熱定着ローラによ
れば、支持層はローラ内面に段差を有するので、給電部
材がローラ内部にずれて、電極との接触不良を生じるこ
とを防止することができる。

【００４９】また、請求項４記載の加熱定着ローラによ
れば、絶縁層と支持層とが１枚の絶縁性シートからな
り、該絶縁シートを渦巻き状に配置し、絶縁シートの重
なりの間に発熱層を有するため、加工性がよく、絶縁層
の重なり部分の温度分布の影響が小さい。

【００５０】また、請求項５記載の加熱定着ローラによ
れば、請求項１〜４記載の加熱定着ローラにおいて、前
記支持層は高弾性体からなるので、基体の内側（中心
側）から発熱層が浮かないように押さえつけることがで
き、より効果的に発熱層の浮きを防止することができ
る。

【００５１】また、請求項６記載の加熱定着ローラによ
れば、基体の内側に絶縁層を介して抵抗発熱層を設ける
加熱定着ローラの製造方法において、前記絶縁層となる
絶縁層部分と、該絶縁層部分上に形成した前記抵抗発熱
層となる抵抗発熱層部分と、前記絶縁層部分に連続する
支持層部分とを有する可撓性の絶縁性シート部材を設
け、該絶縁性シート部材を前記支持層部分の端部から前
記絶縁層部分に向けて渦巻き状に巻回して前記絶縁層部
分と前記支持層部分との重なっている部分の間に発熱層
を配置するので、発熱層が浮くことがなく、熱容量が上
がるため局部的に温度が上昇することがなく絶縁層や発
熱層の破壊を防止することができる。また、空気を遮断
するため、発熱体の酸化を防止し、抵抗変化が少なくな
る。したがって、局部的な温度上昇を防ぎ絶縁層や発熱
層の耐久性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係わる加熱定着ローラの概
略断面図である。

【図２】加熱定着ローラの円筒状気体に挿入した後、絶
縁層、抵抗発熱層および絶縁性支持層となる絶縁性シー
ト部材の説明図である。

【図３】加熱定着ローラの円筒状気体に挿入した後の、
絶縁層、抵抗発熱層および絶縁性支持層の説明図であ
る。

【図４】比較例に係わる加熱定着ローラの概略断面図で
ある。

【図５】比較例の加熱定着ローラの絶縁層、抵抗発熱層
および絶縁性支持層の説明図である。

【符号の説明】

１ 加熱定着ローラ １１ 離型層 １２ ローラ基体 １３ 絶縁層 １４ 発熱層 １５ 電極部 １６ 絶縁性支持層 １７ 給電部材 １８ 絶縁性シート部材

フロントページの続き (72)発明者 越後 勝博 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 由良 純 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空円筒状の基体の内側に絶縁層を介し
   て抵抗発熱層を設けた加熱定着ローラにおいて、前記絶
   縁層とともに前記抵抗発熱層を挟み込む支持層を前記発
   熱層の内側に設けたことを特徴とする加熱定着ローラ。
2. 【請求項２】 前記支持層の軸方向の幅は、前記抵抗発
   熱層の軸方向両端に備える電極間距離より短いことを特
   徴とする請求項１に記載の加熱定着ローラ。
3. 【請求項３】 前記支持層は、前記抵抗発熱層との間に
   段差を有することを特徴とする請求項２に記載の加熱定
   着ローラ。
4. 【請求項４】 前記絶縁層となる絶縁層部分と前記支持
   層となる支持層部分とを１枚の可撓性の絶縁性シート部
   材から構成し、該絶縁性シート部材の絶縁層部分の上に
   抵抗発熱層を形成し、該抵抗発熱層を形成した絶縁性シ
   ート部材を渦巻き状に巻回して前記絶縁層部分と前記支
   持層部分との重なっている部分の間に発熱層を配置した
   ことを特徴とする請求項１〜３に記載の加熱定着ロー
   ラ。
5. 【請求項５】 前記支持層は高弾性体からなることを特
   徴とする請求項１〜４記載の加熱定着ローラ。
6. 【請求項６】 基体の内側に絶縁層を介して抵抗発熱層
   を設ける加熱定着ローラの製造方法において、 前記絶縁層となる絶縁層部分と、該絶縁層部分上に形成
   した、前記抵抗発熱層となる抵抗発熱層部分と、前記絶
   縁層部分に連続する支持層部分とを有する可撓性の絶縁
   性シート部材を設け、該絶縁性シート部材を前記支持層
   部分の端部から前記絶縁層部分に向けて渦巻き状に巻回
   して前記絶縁層部分と前記支持層部分との重なっている
   部分の間に発熱層を配置することを特徴とする加熱定着
   ローラの製造方法。