JPH11287238A

JPH11287238A - 発熱ローラ

Info

Publication number: JPH11287238A
Application number: JP11572598A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fujita; 貴史藤田; Hidenori Machida; 秀則町田; Yasuhiko Taguchi; 泰彦田口; Katsuhiro Echigo; 勝博越後; Jun Yura; 純由良
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、従来の不都合を取り除き、簡単な
構成で且つローラ全表面にわたって温度分布良好な発熱
ローラを提供することを課題とする。【解決手段】ＰＴＣ特性の物質からなる複数の発熱体
を同一平面内のパターン配置により少なくともローラ軸
方向において電気的に並列に接続することによって発熱
層を形成する。

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定着装置の発熱ローラに関するも
のであり、またリライタブル記録カードの消去用熱ロー
ラにも応用することが考えられる。

【０００２】

【従来の技術】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ものは、金属ローラ
の内部からハロゲンランプで加熱する方式のものであ
る。しかし、この形式のものには、輻射熱を利用するの
でエネルギーの変換効率が悪く、消費電力がかさみ、ま
たウォームアップ時間が長いという欠点がある。

【０００３】そこで、このような欠点を解決する手段の
一つとして、基体（すなわち芯金）の内側あるいは外側
に発熱層を配置した発熱ローラを用いた直接加熱方式の
定着ローラが提案されている。

【０００４】直接加熱方式の定着ローラには、前記ハロ
ゲンランプによる間接加熱方式と比較して、ウォームア
ップ時間が短く、消費電力が少ない等の利点がある。し
かしながら、紙幅が異なる数種類のコピー用紙を通紙す
る場合、通紙部と非通紙部とで温度分布に差が生じると
いう点では間接加熱方式と共通の欠点を有している。一
般的に、定着ローラの中央部をコピー用紙が通過し、そ
の際熱が紙に奪われるために、ローラ端部の温度が中央
部に比べて高くなり、中央部を適正温度まで加熱する
と、ローラ端部の温度が上昇しすぎてしまう（以下、端
部温度上昇と呼ぶ）。通常、端部温度上昇は幅の狭い紙
を連続で通紙した時に起こる。端部温度上昇が起こった
状態で、幅の広い紙を通紙すると、ローラ端部が定着に
適した温度よりも高くなっているために、オフセットと
呼ばれる画像不良が生じてしまう。逆に、発熱ローラの
両端からの放熱があるために、立ち上がり時には端部の
温度が低いという不都合もある。

【０００５】このような不具合を解決する方法として、
発熱層がＰＴＣ特性（電気抵抗が温度上昇により増加す
る特性、すなわち、抵抗温度係数が正）をもつ場合に、
当該発熱層に偶数個の電極を配設し、ローラの一方の端
から奇数個目、偶数個目の電極をそれぞれ接続して並列
回路を形成し、温度分布の均一化を図ることが提案され
ている。この方法では、ローラ全体におおよそ均一に発
熱層を配置すれば良く、これに電極を適切に配置するこ
とで温度分布の均一化を達成できる利点がある。しか
し、この方法が最低限必要とされる両端の二つの電極に
加えて、さらに最低二つの電極を必要とすることは、つ
ぎのような不都合の原因となっている。すなわち、通電
発熱体では発熱体に大電流が通電されるので電極部の接
触の信頼性が重要であるが、この接続部の信頼性確保が
困難である。

【０００６】発熱ローラに用いる発熱体としては、箔状
の抵抗体で蛇行パターンを形成したものがある。これ
は、通電経路を長くすることで抵抗値を調整し、消費電
力を所望の値とするためである。しかし、単なる蛇行パ
ターンでは切断面の沿面長さ（以下、沿面長さと呼ぶ）
が通電経路と同様に長くなってしまうため、発熱ローラ
を作製する際にバラバラになりやすく、扱いが極めて困
難という不都合がある。また、作製時にこの不都合が問
題とならなくても、使用時に発熱体がローラから剥がれ
やすく、剥がれて浮いてしまった部分ではローラ表面の
温度が上昇せず、発熱体自身が局部的に異常加熱を起こ
してしまうという欠点がある。

【０００７】この欠点は、発熱体が蛇行パターンをもつ
場合にかぎられるわけではない。直接加熱方式の発熱ロ
ーラでは、各層が密着した状態にないと、均一で効率の
よい熱伝導が得られない。例えば、基体の内面に絶縁層
を介して線状または箔状の抵抗体からなる発熱層が配置
されている場合に、発熱層が絶縁層から離れてしまう
と、離れた部分ではローラ表面の温度が上昇しない。一
方、発熱層自体は、発生した熱を絶縁層及び基体に奪わ
れないので、局部的に異常過熱を起こす。そのため、最
悪の場合には絶縁層を破壊してリークが生じる。また、
絶縁層が基体から離れても、その部分ではローラ表面の
温度が上昇しない。このように各層が遊離してしまう原
因としては、各層の線膨張差が考えられる。ただし、一
般に絶縁層に用いられる、集成マイカ、ポリイミドなど
の耐熱樹脂、アラミド絶縁紙など、１０〜５００μｍ程
度の厚さで耐熱絶縁に実績のあるものは、いずれも金属
に比べて弾性率が明らかに小さいため、金属材料に挟み
込まれた構成ではその膨張は金属材料に支配される。従
って、基体内面と発熱層との線膨張率の差が問題とな
る。

【０００８】発熱ローラの昇温時間を短くするには、発
熱ローラの熱容量を小さくするという方法がある。この
ために、発熱ローラの基体の肉厚を薄くすることが求め
られる。しかし、熱を被加熱物に効率的に伝達するため
には、ローラの剛性が必要であり、発熱体材料にも、高
弾性率の材料が必要であり、当然ながら、耐熱性・耐食
性が求められる。このような目的において、弾性率当た
りの熱容量が材料特性として重要である。これは、基体
材料として広く実用化されている鉄とアルミとで比較す
ると、鉄はアルミの５７％であり、有利である。しか
し、（１）熱伝導率がアルミの３０％であり、温度ムラ
が発生しやすい、（２）錆が発生するため、防錆処理が
必要である、という欠点がある。ＳＵＳ合金であれば、
錆に関しては問題が無く、弾性率当たりの熱容量はアル
ミの６５％と鉄と同等である。しかし、熱伝導率がアル
ミの７〜１２％と極端に小さいため、温度ムラが非常に
発生しやすく、実用化されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の問題点
に鑑みたものであり、上記の不都合を取り除き、簡単な
構成で且つローラ全表面にわたって温度分布良好な発熱
ローラを提供することを第一の課題とする。また、上記
の課題を解決するとともに、扱いやすく且つ基体の薄肉
化にも対応できる発熱層を構成することを第二の課題と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記第一の課題は、ＰＴ
Ｃ特性の物質からなる複数の発熱体を同一平面内のパタ
ーン配置により少なくともローラ軸方向において電気的
に並列に接続することによって発熱層が形成されている
ことを特徴とする発熱ローラによって解決される。ま
た、前記第二の課題は、前記発熱体が蛇行パターンを有
する箔状の抵抗体からなり、ローラ軸方向に隣あって位
置する発熱体の蛇行パターンが同一のピッチをもち且つ
蛇行の向きが逆向きであり、それらの蛇行パターンを蛇
行頂部で統合することによって発熱体をローラ軸方向に
おいて電気的に並列に接続することを特徴とする上述の
発熱ローラによって解決される。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を添付
の図を用いて説明する。図１は本発明に係る発熱ローラ
の一つの実施形態の概略断面図である。発熱ローラ１は
金属製の基体（すなわち芯金）１２の外周に離型層１１
を形成し、基体内面に（多層の）絶縁層１３、発熱層１
４、及び電極（図示せず）を配設した構成となってい
る。

【００１２】図２のａに示すように発熱層をローラ軸方
向に二つの発熱体に分割し、それらを同一平面内のパタ
ーン配置により（すなわち、発熱体に同一平面内でパタ
ーンをもたせ、それらの発熱体のパターンを適当に接続
することにより）電気的に並列に接続した場合を説明す
る。ここでは、ＰＴＣ特性（温度が上がると抵抗が増
え、温度が下がると抵抗が減る）を有する発熱体を考え
る。

【００１３】図２のａの左側の発熱体の抵抗をＲ_１、右
側の発熱体の抵抗をＲ_２とすると、それらは図２のｂに
示すような並列回路を形成する。この時、これらの発熱
体にはそれぞれ電源電圧Ｖがかかることとなり、それぞ
れＶ^２／Ｒ_１［発熱量は電流（Ｖ／Ｒ_１）×電圧
（Ｖ）］、Ｖ^２／Ｒ_２［発熱量は電流（Ｖ／Ｒ_２）×電
圧（Ｖ）］のジュール熱が発生する。例えば当該発熱ロ
ーラを定着ローラとして使用すると、通紙などによって
どちらかの、例えば左側の発熱体の温度が低くなった場
合、当該発熱体の抵抗はＰＴＣ特性によって減少し、発
熱量Ｖ^２／Ｒ_１がＶ^２／Ｒ_２より増大し、当該発熱ロー
ラの軸方向の温度を均一化する方向に働く。

【００１４】これに対して、図８のａに示すように、発
熱層を軸方向に二つの発熱体に分割して電気的に直列に
接続した場合には、左側の発熱体の抵抗をＲ_１０、右側
の発熱体の抵抗をＲ_２０とすると、図８のｂに示すよう
な直列回路となる。この場合には、図２の場合と異なっ
て、これらの発熱体には、それぞれＶ×Ｒ_１０／（Ｒ
_１０＋Ｒ_２０）、Ｖ×Ｒ_２０／（Ｒ_１０＋Ｒ_２０）の電
圧がかかる。従って、それぞれＶ^２×Ｒ_１０／（Ｒ_１０
＋Ｒ_２０)^２［発熱量は電流（Ｖ／（Ｒ_１０＋
Ｒ _２０））×電圧（Ｖ×Ｒ_１０／（Ｒ_１０＋
Ｒ_２０））］、Ｖ^２×Ｒ_２０／（Ｒ_１ _０＋Ｒ_２０)
^２［発熱量は電流（Ｖ／（Ｒ_１０＋Ｒ_２０））×電圧
（Ｖ×Ｒ_２０／（Ｒ_１０＋Ｒ_２０））］のジュール熱が
発生する。通紙などによってどちらか、例えば左側の発
熱体の温度が低くなると、ＰＴＣ特性により左側の発熱
体の抵抗Ｒ_１０が減少し、それによって左側の発熱体の
発熱量は右側の発熱体の発熱量より減少してしまい、軸
方向の温度差を拡大する方向に働いてしまう。

【００１５】以上のように、ＰＴＣ特性を有する複数の
発熱体を電気的に並列に接続すると温度差をなくして均
一化する効果があり、抵抗変化の温度係数が大きいほ
ど、多数に分割するほど、発熱層の温度が均一化されや
すくなる。

【００１６】ただし、多数に分割しすぎると、温度は均
一化されるが、パターンが煩雑になり、エッチング等に
作製手段が限られ、また発熱体が細くなり破断しやすく
なる。従って、ローラ端部からの放熱、定着ローラの使
用時に軸方向温度差を生じる最も大きな原因となる端部
温度上昇、通紙可能な紙のサイズ等を考慮して、要求さ
れる条件に応じて効果的な数に分割することが有利であ
る。

【００１７】実施例１：図２のａに示すような構成の発
熱層を用いてローラを作製した。基体はφ３０mmのアル
ミニウム合金、発熱層には抵抗温度係数が正である厚さ
４０μmのＳＵＳ３０４箔を用い、エッチングあるいは
プレスによる切断により発熱体パターンを形成した。離
型層にはＰＦＡ樹脂を用い、絶縁層は集成マイカシート
とした。発熱層全体の幅はＡ４縦幅（２９７mm）よりや
や長めの３００mmとし、Ａ４横幅（２１０mm）で分割し
た。図２のａに示す例では、左端を通紙基準とし、左側
の発熱体がＡ４横幅を持つように分割した。発熱層の発
熱密度が均等になるように、発熱体パターンの線幅（パ
ターン幅）を調整した（図中では細線及び太線によって
パターンの線幅の違いが示されている）。

【００１８】このような構成の定着ローラを用いて、左
端を基準にＡ４横幅の紙を連続で通紙したところ、ロー
ラの右側端部の温度が左に比べて高くなると、ＰＴＣ特
性のゆえに右側の発熱体の抵抗が増加し、その結果、右
側端部の発熱量が低下して温度分布の幅が小さくなっ
た。ローラ表面温度差は２０℃以下であった。Ａ４横幅
の紙を連続で通紙した後、Ａ４縦幅の紙を通紙したが、
オフセットは発生しなかった。

【００１９】図２のａに示した発熱体パターンをもつ発
熱層のかわりに図３から図７に示すような発熱体パター
ンをもつ発熱層を用いて同様の実験を行った。いずれの
場合もローラ表面温度差は１０℃〜３０℃であり、以下
に述べる比較例１に比べて温度差が小さかった。

【００２０】比較例１：図８のａに示したような構成の
発熱層を有する定着ローラを用いて実施例１と同様の通
紙試験をおこなった。その際、発熱体の発熱密度は、均
等になるように、また実施例１と同じになるように発熱
体パターン線幅を広くして調整した。結果は、ローラの
表面温度差が５０℃あった。Ａ４横幅の紙を連続で通紙
した後、Ａ４縦幅の紙を通紙したところ、オフセットが
発生した。

【００２１】実施例２：図１のような構成の発熱体でロ
ーラを作製した。基体は肉厚１mm、φ３０mmのアルミニ
ウム合金、発熱層にはＳＵＳ３１６箔および炭素フィル
ムをそれぞれ用い、エッチングあるいはプレスによる切
断によりパターンを形成した。離型層にはＰＦＡ樹脂を
用い、絶縁層は集成マイカシートとした。全体の発熱幅
はＡ４縦幅（２９７mm）よりやや長めの３００mmとし
た。

【００２２】上記構成の発熱ローラでφ３０の発砲シリ
コーンゴム製の加圧ローラとユニットを構成し、中央を
基準にＡ４横幅の紙を連続で通紙し、表面温度差を測定
した。また、昇温直後の表面温度差も測定した。さらに
加熱・冷却を１万回繰り返し、耐久性を確認した。

【００２３】図９〜図１７に示すパターンを有する発熱
層を用いてそれぞれ上記の実験を行った結果を比較例２
とともに表１に示す。比較例２：図１９及び図２０に示す発熱体パターンを用
いた。これらの発熱体パターンは、図９〜図１７のＢに
示す複数の発熱体を統合したものよりも切断面の沿面距
離が長いため、ローラ作製に当たっては発熱体がばらけ
やすく、隣の通電路と接触しないように所望の位置に発
熱体を設置するのが難しく、位置の微調整に時間を要し
た。

【００２４】

【表１】

【００２５】実施例２では中央基準の通紙を行ったた
め、ＰＴＣ特性を有する発熱層（この場合はＳＵＳ３１
６）をローラ軸方向に中央部と両端部の三つに分割した
もの（図１０、図１４、図１５）が通紙時のローラ表面
温度差を小さくするという点では適している。しかしな
がら、通紙基準をローラ端部にすれば、図９、図１１に
示すような二つに分割されたパターンも十分に考慮に値
する。

【００２６】昇温時の温度差を小さくするという点で
は、ＰＴＣ特性を有する発熱層の場合には、図１４、図
１５に示すように、両端部に位置する発熱体の蛇行パタ
ーンの振幅を中央部の発熱体に比べて小さくする、及び
（あるいは）両端部の蛇行パターンのパターン線幅を太
くすることが有利である。また、昇温時の温度差を小さ
くするという点に限れば、図１６及び図１７に示すよう
に発熱層をローラ軸方向に中央部と両端部に分割しそれ
らを電気的に直列に接続し、且つ両端部の発熱体のパタ
ーンの線幅を中央部に比べて細くする、パターン線間の
幅を中央部に比べて狭くする等の措置をとることも有効
である。ただし、この場合にＰＴＣ特性の発熱体を用い
ると通紙時の温度差は大きくする方向に働いてしまうた
め、ＮＴＣ特性の発熱体を用いたほうがよい。

【００２７】図９〜図１７のＢに示すパターンを有する
発熱層は、全般的に、図１９及び図２０に示すパターン
を有する発熱層に比べて、耐久性に優れていることがわ
かる。

【００２８】参考例として、基体の肉厚を０．７mmとし
て実施例２と同様の実験を行った。昇温時間は短縮され
たが、発熱体として炭素フィルムを用いた場合では、た
わみの発生が見られ、通紙時にしわの発生が頻発し、実
用は困難であった。

【００２９】実施例１及び実施例２では、それぞれＳＵ
Ｓ３０４、ＳＵＳ３１６を発熱体として用いたが、ニッ
ケルクロム合金、鉄クロム合金など金属系発熱体はＰＴ
Ｃ特性をもち、金属粉、炭素分などを含む導電ペースト
などもＰＴＣ特性を有する発熱体である。導電ペースト
などの液状材料であれば、パターンを印刷することも可
能である。また、ＮＴＣ特性（抵抗温度係数が負）を示
すものとしては、炭素フィルムの他、半導体の多くが挙
げられる。

【００３０】次に発熱ローラを構成する各層の密着を長
期にわたって確保するのに有利な基体内面及び発熱層の
材料の組合わせについて説明する。

【００３１】抵抗加熱に必要な大電流密度に耐え得る金
属発熱体には、（１）体積抵抗率が大きいこと、（２）
高温での耐酸化性があること、（３）繰り返し加熱に耐
えること、（４）耐食性がよいこと、が求められる。そ
のような要求を満たすものとして、ＳＵＳ合金、ニッケ
ルクロム合金が広く用いられている。これらの合金は線
膨張率に基づいて大きく二分される。すなわち、一方
は、（Ａ）オーステナイト系ＳＵＳ合金（SUS304、30
1、316など；線膨張率14.4〜17.3×10^−６／℃）、ニッ
ケルクロム合金（線膨張率14.4〜17.0×10^−６／℃）他
方は、（Ｂ）マルテンサイト系ＳＵＳ合金（SUS410S、4
20J2；線膨張率9.9〜10.3×10 ^−６／℃）、フェライト
系ＳＵＳ合金（SUS405、430、444など；線膨張率9.9〜1
0.7×10^−６／℃）である。

【００３２】表２に示す実施例３〜５及び比較例３〜５
では、図1のような構成のローラを用いた。基体はφ３
０mm、発熱層は金属箔を所望の抵抗になるようにパター
ン化したもの、または所望の抵抗になるよう螺旋に配置
したテープ状の金属箔あるいは金属線で形成した。絶縁
層は集成マイカあるいはポリイミドあるいはアラミド絶
縁紙とした。ローラ表面には離型層としてＰＦＡ樹脂を
施してある。基体の厚さはアルミニウムの場合は０．８
mm、鉄の場合は０．３５mmとした。どちらの場合もロー
ラのたわみの大きさは同等であった。表中の線膨張率の
単位は×10^−６／℃である。

【００３３】

【表２】

【００３４】一方、実施例６〜１１では、図１８のよう
な構成のローラを用いた。基体１２は厚さ０．４mmのア
ルミニウム製であり、基体の内側には中間層１５として
厚さ０．１５mmのＳＵＳ合金層が配置されている。すな
わち、この合金層が基体内面を構成する。その他の構成
は上述の図１の構成に基づくものと同じである。このよ
うに構成したローラのたわみの大きさは、実施例３〜５
で用いたローラと同等であった。表中の線膨張率の単位
は×10^−６／℃である。中間層は継ぎ目のないパイプで
もよいが、アルミニウムとＳＵＳの二重パイプ、いわゆ
るクラッド管で薄肉に制作するのは困難である。従っ
て、中間層は、ＳＵＳ箔を一周以上巻いたものを接着あ
るいは溶接によりパイプとしたものが好ましい。

【００３５】

【表３】

【００３６】実施例３〜１１及び比較例３〜５では、表
２及び表３に示した材料を用いて上述のように構成され
たそれぞれの発熱ローラとφ３０mmの発泡シリコーンゴ
ム製の加圧ローラとでユニットを構成し、通紙部分の表
面温度差をサーモグラフィで測定した。さらに、加熱と
冷却を１万回繰り返し、耐久性を確認した。

【００３７】昇温時間は、１２００Ｗの電力を投入し、
室温２５℃から定着温度１８０℃まで昇温する時間を測
定した。温度ムラがあると、トナーの定着率のばらつき
が生じる。３０℃以上のムラがある場合には、安定した
定着を得るのは難しい。基体が鉄の場合には、温度ムラ
が生じやすいが、表２に示した結果からわかるように、
発熱層にフェライト系ＳＵＳが用いられていると（実施
例３）、温度ムラは小さかった。基体がアルミニウムの
場合には温度ムラは生じにくいが、比較例５のように発
熱層にフェライト系ＳＵＳを用いると、逆に温度ムラが
大きくなった。実施例６〜１１の結果からわかるよう
に、アルミニウムの基体の内側にＳＵＳ合金からなる中
間層を配置した発熱ローラでは、使用した発熱層の種類
にかかわらず、鉄製の基体の場合に近い昇温時間が得ら
れた。また、温度ムラについての結果も良好であった。

【００３８】温度ムラが大きくなった発熱ローラのロー
ラ内部を観察すると、発熱層の遊離がみられた。したが
って、金属製基体内面に絶縁層を介して線状または箔状
の金属抵抗体からなる発熱層を配置した発熱ローラで
は、実施例４あるいは実施例５の場合のように、金属製
基体がアルミニウム合金からなり、発熱層がオーステナ
イト系ステンレス合金あるいはニッケルクロム合金によ
って形成されていると、基体内面と発熱層の線膨張率差
が小さくなり、加熱冷却を繰り返しても発熱層の遊離が
発生せず、長期に均一な温度分布を得ることができるよ
うになる。また、実施例３のように、金属製基体を鉄鋼
により形成し、発熱層にフェライト系あるいはマルテン
サイト系ステンレス合金を用いても同様の効果が得られ
る。

【００３９】さらに、実施例６〜実施例１１の場合のよ
うに、金属製基体をアルミニウム合金で形成し、その内
面にステンレス合金の層を設けると、マルテンサイト系
あるいはオーステナイト系ステンレス合金あるいはニッ
ケルクロム合金を発熱層に用いて同様の効果を得ること
ができる。これらの場合には、基体が、熱伝導率の大き
いアルミニウムからなるので、特に温度分布が均一にな
りやすい。また、基体内面に弾性率当たりの熱容量の小
さいＳＵＳ合金層を配置しているので、低熱容量で剛性
の高い発熱ローラが得られ、鉄製基体の場合に近い昇温
時間も得ることができる。ＳＵＳやアルミニウムでは錆
が発生しないため、鉄製基体の場合のような防錆処理が
必要ないという点でも有利である。

【００４０】上記実施例は、定着ローラであったが、加
圧ローラもしくは図２１に示すような定着ローラ加熱用
ローラなどの電子写真用発熱ローラとしても、本発明は
広く適用できる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１に記載の発熱ローラでは、ＰＴ
Ｃ特性を有する複数の発熱体がローラ軸方向に電気的に
並列に接続されて発熱層を形成しているので、特別な装
置を用いることなく端部温度上昇を自己制御で低減する
ことが可能であり、ローラ表面温度分布を均一にするこ
とができる。また、同一平面内に連続体として発熱層を
構成できるため、最低限必要な両端の電極しか必要とせ
ず、高い信頼性を得ることができる。

【００４２】請求項２〜４に記載の発熱ローラでは、発
熱層が、必ず通紙が行われる通紙基準近傍の発熱体と、
それ以外の発熱体とからなり、ＰＴＣ特性を持った各発
熱体がそれぞれ発熱量を自己制御するので、連続通紙に
より発生する温度むらを効果的に抑制できる。

【００４３】請求項５に記載の発熱ローラでは、ローラ
両端部に位置する発熱体の発熱密度（発熱量／面積）が
他の発熱体より大きいため、立ち上り時に端部からの放
熱により発生する温度むらを抑制できる。

【００４４】請求項６に記載の発熱ローラでは、発熱層
が、各々のピッチが同一であり、隣のパターンと逆向き
である複数の蛇行パターンを蛇行頂部で統合した形状と
なっているため、沿面長さが短くなり、発熱層自身の剛
性が保たれ、ローラ作製時に扱いやすく効率がよいとと
もに、発熱層がローラから外れることなく長期に渡って
安定した使用が可能となる。

【００４５】請求項７に記載の発熱ローラでは、それぞ
れの発熱体の蛇行パターンの始点と終点とを結んだ方向
が、ほぼローラ円周方向であるので、軸方向に分割され
た複数の抵抗体が並列接続された回路と等価であり、Ｐ
ＴＣ特性により温度が低い部分が抵抗も低くなり電流が
多く流れ、優先的に発熱し、温度分布が均一となる。

【００４６】請求項８に記載の発熱ローラでは、発熱体
の蛇行パターンの統合部分が、連続通紙可能な紙の端部
が通過する位置とほぼ等しい位置にあることから、発熱
層が形成する並列回路が連続通紙による温度差を小さく
する方向に最大限の能力を発揮する。

【００４７】請求項９〜１０に記載の発熱ローラは、ロ
ーラ両端部の抵抗が中央部に比べて小さい回路と等価で
あるので、端部に電流が多く流れ発熱量が中央部に比べ
て多くなるため、昇温時の端部の温度落ちこみが少な
く、温度分布が均一となる。

【００４８】請求項１１に記載の発熱ローラでは、発熱
体が、電気抵抗が温度上昇により低下する傾向（ＮＴＣ
特性）を持ち、またその蛇行パターンの始点と終点とを
結んだ方向が、おおよそ軸方向であるため、発熱層が軸
方向において直列に接続された抵抗を有する回路を形成
する形となり、軸方向で温度が高い部分の抵抗が減少
し、発熱量も相対的に減少するため、温度分布が均一と
なる。

【００４９】請求項１２及び請求項１３に記載の発熱ロ
ーラでは、ローラ両端の発熱体の抵抗が中央部の発熱体
に比べて大きく、発熱量も中央部に比べて大きくなるた
め、昇温時の端部の温度落ち込みが少なく、温度分布が
均一となる。

【００５０】請求項１４に記載の発熱ローラでは、発熱
体が高弾性率で耐熱性・耐食性に優れたステンレスから
なるため、発熱ローラの剛性を高めることができ、被加
熱体に強く押し当てることができ、接触幅が大きくで
き、効率的に熱伝達でき、長期に渡って使用できる。

【００５１】請求項１５及び請求項１６に記載の発熱ロ
ーラでは、ローラ基体内面と発熱層との線膨張率の差が
小さいので、加熱と冷却を繰り返しても発熱層の遊離が
発生せず、長期間にわたって均一な温度分布が得られ
る。

【００５２】請求項１６に記載の発熱ローラでは、熱伝
導率の大きいアルミニウムを芯金としており、温度分布
が均一となりやすい。また、内面に弾性率当たりの熱容
量が小さいＳＵＳ合金層を配置しているため、低熱容量
で剛性の高いローラとなり、鉄芯金に近い昇温時間を得
られる。また、ＳＵＳ、アルミニウムともに錆の発生が
ないため、鉄芯金のように防錆処理の必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発熱ローラの一つの実施形態の概
略横断面図である。

【図２】ａは本発明の実施例１に係る一つの発熱体パタ
ーンの図であり、ｂは当該発熱体パターンの等価回路の
図である。

【図３】本発明の実施例１に係る別の発熱体パターンの
図である。

【図４】本発明の実施例１に係る別の発熱体パターンの
図である。

【図５】本発明の実施例１に係る別の発熱体パターンの
図である。

【図６】本発明の実施例１に係る別の発熱体パターンの
図である。

【図７】本発明の実施例１に係る別の発熱体パターンの
図である。

【図８】ａは本発明に対する比較例１に係る発熱体パタ
ーンの図であり、ｂは当該発熱体パターンの等価回路の
図である。

【図９】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、Ａ
は基礎となる蛇行パターン、Ｂは統合後のパターン、Ｃ
はその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅の
大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。

【図１０】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Ａは基礎となる蛇行パターン、Ｂは統合後のパターン、
Ｃはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。

【図１１】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Ａは基礎となる蛇行パターン、Ｂは統合後のパターン、
Ｃはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。

【図１２】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Ａは基礎となる蛇行パターン、Ｂは統合後のパターン、
Ｃはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。

【図１３】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Ａは基礎となる蛇行パターン、Ｂは統合後のパターン、
Ｃはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。

【図１４】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Ａは基礎となる蛇行パターン、Ｂは統合後のパターン、
Ｃはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。

【図１５】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Ａは基礎となる蛇行パターン、Ｂは統合後のパターン、
Ｃはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。

【図１６】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Ａは基礎となる蛇行パターン、Ｂは統合後のパターン、
Ｃはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。

【図１７】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Ａは基礎となる蛇行パターン、Ｂは統合後のパターン、
Ｃはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。

【図１８】本発明の別の実施形態に係る発熱ローラの概
略横断面図である。

【図１９】従来の発熱層の構造の図である。

【図２０】従来の発熱層の構造の図である。

【図２１】本発明に係る発熱ローラの使用例としての定
着ローラ加熱用ローラ周辺の概略図である。

【符号の説明】

１定着ローラ１１離型層１２基体１３絶縁層１４発熱層（抵抗発熱体）１５中間層２１スポンジゴム製定着ローラ２２発熱ローラ２３通紙方向２４紙２５加圧ローラ

───────────────────────────────────────────────────── 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

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＰＴＣ特性の物質からなる複数の発熱体を
同一平面内のパターン配置により少なくともローラ軸方
向において電気的に並列に接続することによって発熱層
が形成されていることを特徴とする発熱ローラ。
【請求項２】通紙基準がローラの一方の端部側にあ
り、前記発熱層が、少なくともローラ軸方向通紙基準側
および反通紙基準側に位置する発熱体を有することを特
徴とする、請求項１に記載の発熱ローラ。
【請求項３】通紙基準がローラのほぼ中央にあり、前
記発熱層が、少なくともローラ軸方向中央部及び両端部
に位置する発熱体を有することを特徴とする、請求項１
に記載の発熱ローラ。
【請求項４】通紙基準位置直近に位置する発熱体の幅
が、連続通紙可能な最小紙幅とほぼ等しいことを特徴と
する、請求項２または請求項３に記載の発熱ローラ。
【請求項５】ローラ端部に位置する発熱体の発熱密度
が、それ以外の発熱体の発熱密度よりも大きいことを特
徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発熱ロ
ーラ。
【請求項６】前記発熱体が蛇行パターンを有する箔状
の抵抗体からなり、ローラ軸方向に隣あって位置する発
熱体の蛇行パターンが同一のピッチをもち且つ蛇行の向
きが逆向きであり、それらの蛇行パターンを蛇行頂部で
互いに統合することによって発熱体をローラ軸方向にお
いて電気的に並列に接続することを特徴とする請求項１
〜５のいずれか一項に記載の発熱ローラ。
【請求項７】前記蛇行パターンの始点と終点とを結ぶ
方向が、ほぼローラ円周方向であることを特徴とする請
求項６に記載の発熱ローラ。
【請求項８】前記蛇行パターンの統合部分が、連続通
紙可能なシートの端部通過位置とほぼ等しい位置にある
ことを特徴とする、請求項７に記載の発熱ローラ。
【請求項９】ローラ端部側に位置する発熱体の蛇行パ
ターンの振幅がそれより内側に位置する発熱体の蛇行パ
ターンの振幅よりも小さいことを特徴とする、請求項６
〜８のいずれか一項に記載の発熱ローラ。
【請求項１０】ローラ端部側に位置する発熱体の蛇行
パターンのパターン幅のほうがそれより内側に位置する
発熱体の蛇行パターンのパターン幅よりも広いことを特
徴とする、請求項６〜９に記載の発熱ローラ。
【請求項１１】発熱層が、蛇行パターンを有する箔状
のＮＴＣ特性の抵抗体からなる複数の発熱体によって形
成されていること、前記蛇行パターンの始点と終点とを
結ぶ方向がほぼローラ軸方向であること、及び、ローラ
周方向に隣あって位置する発熱体の蛇行パターンが同一
のピッチをもち且つ蛇行の向きが逆向きであり、それら
の蛇行パターンの蛇行頂部が互いと統合されていること
を特徴とする発熱ローラ。
【請求項１２】前記蛇行パターンがローラ両端部側に
おいてローラ中央部よりも狭い通電路幅を有することを
特徴とする、請求項１１に記載の発熱ローラ。
【請求項１３】前記蛇行パターンがローラ両端部側に
おいてローラ中央部に比べて狭いピッチを有することを
特徴とする、請求項１１または請求項１２に記載の発熱
ローラ。
【請求項１４】前記発熱体がステンレスからなること
を特徴とする、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の
発熱ローラ。
【請求項１５】金属製基体内面に絶縁層を挟んで前記
発熱層が配置されている、上記請求項のいずれか一項に
記載の発熱ローラにおいて、前記金属製基体内面と前記
発熱層との材料の組合わせが、加熱冷却を繰り返しても
発熱層の遊離が発生しない程度に線膨張率の差が小さく
なるように選択されていることを特徴とする発熱ロー
ラ。
【請求項１６】金属製基体がアルミニウム製であり、
前記金属製基体内面がＳＵＳ箔を一周以上管状に巻きつ
けて接着あるいは溶接で固定した中間層によって形成さ
れていることを特徴とする、請求項１５に記載の発熱ロ
ーラ。