JP2001265150A

JP2001265150A - 熱伝達強化型クイックヒートローラー及びこれを用いた装置

Info

Publication number: JP2001265150A
Application number: JP2000121761A
Authority: JP
Inventors: Takao Kawamura; 孝夫河村; Akio Harada; 昭雄原田; Takeshi Nishi; 毅西
Original assignee: Daiken Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Daiken Kagaku Kogyo KK
Priority date: 2000-03-18
Filing date: 2000-03-18
Publication date: 2001-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】発熱抵抗体層で発生した熱を用紙側へ効率的
に伝導して、用紙の効率的熱定着とヒートローラーの高
速加熱を実現する。【構成】本発明に係る熱伝達強化型クイックヒートロ
ーラーは、円筒体２の外周面側に発熱抵抗体層８を設け
たクイックヒートローラー１において、発熱抵抗体層８
の内外面を電気絶縁層６、１０で狭着し、外側にある電
気絶縁層１０の外面側に高熱伝導率で適量の熱容量をも
つ熱伝達層１１を設け、発熱抵抗体層８からの発生熱
を、熱伝達層１１を介して効率的に用紙側に伝導するこ
とを特徴とする。また、円筒体２の内周面側に発熱抵抗
体層８を設けたクイックヒートローラー１において、発
熱抵抗体層８の内外面を電気絶縁層６、１０で狭着し、
円筒体側の電気絶縁層１０と円筒体２の間に、高熱伝導
率の熱伝達層１１を設けて、発熱抵抗体層８からの発生
熱を熱伝達層１１を介して効率的に用紙側に伝導するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
等の電子写真機器におけるトナー定着用ヒートローラー
関し、更に詳細には、発熱抵抗体層で生起した発生熱を
熱伝達層を介して用紙側又は定着用エンドレスベルト側
に効率的に伝導することにより、ヒートローラーの加熱
効率を向上させ、ヒートローラーの高速昇温を可能にし
た熱伝達強化型クイックヒートローラー及びこれを用い
た装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、複写機、プリンタ等の電子写真
機器におけるトナー定着装置は、ハロゲンランプを備え
たヒートローラーと加圧ローラーを圧接状態に配置して
構成されている。これらのローラー間にトナー画像を転
写した用紙を通過させ、加熱と同時に加圧してトナー画
像を熱定着し、定着の終わった用紙を排出する。

【０００３】しかし、このヒート・ローラーはハロゲン
ランプの輻射熱を利用するため、発熱効率が低く、熱定
着に必要な温度、例えば１６０℃にするには、数分〜十
数分を要し、待機時の電力消費も大きく、省エネルギー
対策が重要となる。デジタル技術時代、定着装置の開発
目標は、消費電力の軽減と、昇温時間の短縮技術に尽き
る。特にカラー機器では、高速昇温と温度分布の均一性
が、高画質の最大の要因である。

【０００４】また、近年では複写機やプリンタを他のＯ
Ａ機器と連動させて使用するため、待機時に複写機やプ
リンタに入力信号があった場合、ヒートローラーの昇温
時間が長いとシステムが進行せず、システム全体の高速
化を阻害させる主要因となっている。即ち電子装置が如
何に高速化されても、トナー定着部の抜本的解決策がな
い限り、システムの高速化は困難な情勢にある。

【０００５】前述のごとく、従来の定着用ヒートローラ
ーは、円筒体（金属素管ともいう）の内面に熱源として
ハロゲンランプ等の発光加熱管を設け、円筒体全体を加
熱して、定着温度に昇温し使用する。このため、消費電
力が増大し、昇温時間の短縮が困難であった。そこで発
光加熱管方式を改善する提案が種々なされてきた。

【０００６】例えば、円筒体に発熱抵抗体層を巻回形成
して高速に電流加熱する方法が提案された。高速昇温が
可能であるために本発明者等はこのヒート・ローラーを
クイックヒートローラーと称している。まず特開昭５５
−７２３９０号、特開昭６２−２００３８号及び特開昭
６３−１５８５８２号では、金属パイプからなる円筒体
の外周面に、電気絶縁層と発熱抵抗体層を設け、その上
にポリミイド等の高耐熱性有機樹脂からなる電気絶縁層
を設け、更にその表面にテフロン（登録商標）（弗素樹
脂）等の離形層を備えた構造の外接型クイックヒートロ
ーラーが提案された。

【０００７】外接型は表面が摩耗するため、本発明者等
は内接型クイックヒートローラーを提案した。即ち、特
開平１０−２５４４８７号、特開平１０−２５４４８８
号および特開平１０−２５５９３６号として、円筒体の
内周面に電気絶縁層、発熱抵抗体層、電気絶縁層をこの
順に巻回形成した内接型クイックヒートローラーであ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記電気絶縁層は発熱
抵抗体層を流れる電流の漏電を防止するために設けられ
ている。しかし発熱抵抗体層の発生熱は電気絶縁層を通
して上下に均等に伝達するため、発生熱の半分が用紙側
に伝達して熱定着に使用される。しかし、残りの半分は
逆方向に伝達して廃熱となってしまうため、用紙の熱定
着効率は低下し、この結果ヒートローラーの高速昇温特
性も不十分であった。

【０００９】従って、本発明の目的は、発熱抵抗体層で
発生した熱を外方向側、即ち用紙側又は定着用エンドレ
スベルト側へ効率的に伝導させて、ヒートローラーの高
速昇温を実現しようとすることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、円筒
体の外周面側に発熱抵抗体層を設けたクイックヒートロ
ーラーにおいて、発熱抵抗体層の内外面を電気絶縁層で
狭着し、外側にある電気絶縁層の外面側に高熱伝導率の
熱伝達層を設け、発熱抵抗体層からの発生熱を熱伝達層
を介して効率的に用紙側または、定着用エンドレスベル
ト側に伝導することを特徴とする熱伝達強化型クイック
ヒートローラーである。

【００１１】請求項２の発明は、円筒体の内周面側に発
熱抵抗体層を設けたクイックヒートローラーにおいて、
発熱抵抗体層の内外面を電気絶縁層で狭着し、円筒体側
の電気絶縁層と円筒体の間に高熱伝導率の熱伝達層を設
けて、発熱抵抗体層からの発生熱を熱伝達層を介して効
率的に用紙側または、定着用エンドレスベルト側に伝導
することを特徴とする熱伝達強化型クイックヒートロー
ラーである。

【００１２】請求項３の発明は、前記電気絶縁層が耐熱
性有機絶縁物質からなる請求項１又は２記載の熱伝達強
化型クイックヒートローラーである。

【００１３】請求項４の発明は、前記熱伝達層は耐熱性
有機絶縁物質と金属粉または、高熱伝導率の酸化物粉等
の混合物からなる請求項１または２記載の熱伝達強化型
クイックヒートローラーである。

【００１４】請求項５の発明は、前記耐熱性有機絶縁物
質がポリミイド樹脂である請求項３または４記載の熱伝
達強化型クイックヒートローラーである。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１乃至５に記載
のクイックヒートローラーに定着用エンドレスベルトを
かけ、定着用エンドレスベルトと加圧ローラーの間に加
重をかけ記録紙を通過させて、トナー画像を熱定着する
ように配置した熱伝達強化型クイックヒートローラー装
置である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明者等はクイックヒートロー
ラーの欠点を改善するために鋭意研究した結果、外方側
（用紙側）の位置にある電気絶縁層の外側に高熱伝導率
の熱伝達層を配置することにより、その欠点を克服でき
ることを着想するに至った。即ち、発熱抵抗体層で発生
した熱を熱伝達層を介して効率的に、用紙側または、定
着用エンドレスベルト側に熱伝達させれば、熱定着効率
が増大し、又ヒートローラーの高速昇温を実現できる。

【００１７】電気絶縁層は発熱抵抗体層からの電流を電
気的に絶縁するもので、絶縁性粉体の塗膜や絶縁性フイ
ルムの張設等によって形成する。絶縁材料としては、無
機絶縁材料と有機絶縁材料に分れる。無機絶縁材料には
マイカ、大理石、セラミック、ガラス等があり、有機絶
縁材料には、繊維、プラスチック、ゴム、ろう、コンパ
ウンドなど各種の公知材料があり、絶縁度、処理性能等
によって使い分ければよい。特に、プラスチックフイル
ムやその類似物は、それ自体で表面が極平坦なシート状
に形成できるから、そのまま絶縁体層として利用でき
る。

【００１８】近年、発熱部の電気絶縁材料として耐熱性
有機絶縁材料が使用され、特にポリミイド樹脂が注目を
集めている。このポリミイド樹脂をフイルムに形成して
張設したり、ポリミイド樹脂を塗布して電気絶縁層を形
成する。このポリミイド樹脂の耐熱性、電気絶縁性は良
好で、薄くても電気絶縁することができる。

【００１９】用紙側、又定着用エンドレスベルト側に位
置する電気絶縁層の外側に熱伝達層を形成し、逆側には
熱伝達層を形成しない。発熱抵抗体層からは上下に均等
に熱伝達するが、外方側には熱伝達層があるために発生
熱の多くがこの熱伝達層に向けて流出していく。この伝
導された熱は、用紙の熱定着に利用され、しかもヒート
ローラー表面を高速に加熱する作用をする。

【００２０】熱伝達層は高熱伝導率を有した熱伝導材料
を層状に形成したものである。この熱伝達材料を塗着形
成してもよいし、熱伝導性フイルムを張設してもよい。
高熱伝導率を有しておれば、熱伝導材料は単体物質でも
よいし、混合物質でもよい。例えば、液状の耐熱性有機
絶縁物質に金属粉又は高熱伝導率をもつ酸化物粉を添加
混合して熱伝導材料を形成できる。この場合には、金属
粉又は高熱伝導率をもつ金属酸化物粉の添加量により、
熱容量、熱伝導率を任意に調節できる。

【００２１】耐熱性有機絶縁物質としては公知の各種物
質が利用できるが、近年ポリミイド樹脂が利用されるこ
とが多くなった。液状のポリミイド樹脂をポリミイドワ
ニスと呼び、このポリミイドワニスに金属粉又は高熱伝
導率をもつ金属酸化物粉を適量配合する。金属粉として
は、任意の金属が利用でき、例えばＺｎ，Ａｌ，Ｆｅ、
Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｍｎ，Ｍｏ等がある。勿論、真鍮や
青銅などの合金も使用できる。更に、高熱伝導率の金属
酸化物粉として、高純度アルミ酸化物（Ａｌ２Ｏ３）粉
も利用できる。

【００２２】以下に本発明の実施形態を図面に従って詳
細に説明する。図１は外接式クイックヒートローラーの
縦断面図である。アルミパイプ等の円筒体２の外周面
に、電気絶縁層６、発熱抵抗体層８、電気絶縁層１０、
熱伝達層１１そして最外表面に離形層１２がこの順に積
層形成されている。円筒体２の両端面には絶縁リング１
４、１４が設けられ、これに通電用端子１６、１６が内
設されている。発熱抵抗体層８と通電用端子１６とは接
続部１８により電気的に接続されている。

【００２３】通電用端子１６、１６間に電圧を印加する
と、接続部１８を介して発熱抵抗体層８に電流が流れ、
この通電によって発熱抵抗体層８でジュール発熱が生起
する。発熱抵抗体層８は両面を電気絶縁層６、１０で狭
着されているため、電流が内外へ漏洩することはない。

【００２４】一方、発熱抵抗体層８からの発生熱は内方
および外方に熱伝達する。しかし外方側には高熱伝導率
の熱伝達層１１があり、発生熱は効果的に熱伝達層１１
を介して離形層１２へと伝導され、熱定着を効果的に行
なう。このような熱効率の向上がヒートローラーの高速
加熱を実現した。離形層１２は定着後に用紙の剥離を容
易にするために設けられているが、後述する定着用エン
ドレスベルトを使用する場合は不要である。

【００２５】これらの各層は円筒体２の外周に塗布形成
される。塗布方法には公知の各種方法、例えば浸潤浸漬
法、刷毛法、スプレー法などが利用できるが、膜厚の制
御、再現性には、特殊スクリーン印刷法が最適である。
電気絶縁層６、１０はポリミイド樹脂で形成され、熱伝
達層１１はポリミイドワニスにアルミ粉または高純度ア
ルミ酸化物（あるみな）粉を充填混合して硬化形成され
る。

【００２６】図２は内接型クイックヒートローラーの縦
断面図である。鉄、アルミパイプ等の円筒体の内面に、
熱伝達層１１、電気絶縁層１０、発熱抵抗体層８、及び
電気絶縁層６がこの順に形成されている。円筒体２の外
周面には離形層１２が形成され、用紙の剥離容易性を
保証している。発熱抵抗体層８の両端は電極層１３、１
３を介して通電端子１６、１６に導電接続されている。

【００２７】通電端子１６、１６間に電圧を印加する
と、電極層１３を介して発熱抵抗体層８に電流が流れ、
この通電によって発熱抵抗体層８でジュール発熱が生起
する。発熱抵抗体層８は両面を電気絶縁層６、１０で挟
まれているため、電流が内外へ漏洩することはない。

【００２８】一方、発熱抵抗体層８からの発生熱は内方
及び外方に熱伝達する。内側には電気絶縁層６が存在す
るが、外側には電気絶縁層１０と熱伝達層１１がある。
従って、発生熱の多くは熱伝導率の高い熱伝達層１１を
介して外方へと流出し、用紙の熱定着と高速加熱を保証
する。

【００２９】これらの各層は円筒体２の内面にシートを
貼着して形成されている。即ち、ポリミイドフイルムか
らなる電気絶縁層１０の表面に発熱抵抗体層８を塗布形
成し、その上に電気絶縁層６を塗着形成する。最後に、
このシートの裏面に熱伝達層１１をペースト状に塗着す
る。更に、熱伝達層１１を円筒体２の内面に接着するよ
うにシートを貼りつける。離形層１２は円筒体２の外周
面に塗着形成される。

【００３０】後述する定着用エンドレスベルトを使用す
る場合には、離形層１２は省略してもよい。また、熱伝
達層材料として金属酸化物粉の混合物を使用する場合、
熱伝導層は高電気絶縁性であるため、電気絶縁層１０は
省略すればよい。この場合には、層の厚みが薄くなるの
で、発生熱の伝導はより有利となり、昇温特性の箸しい
改善が可能である。

【００３１】図３は本発明に係るクイックヒートローラ
ーを利用した熱定着法の概要説明図である。本発明のク
イックヒートローラー１、１を圧接状態で対抗配置す
る。トナー画像Ｔを形成した用紙を両ローラー１、１間
に矢印ａ方向に挿入すると、両ローラー１、１によりト
ナー画像Ｔが熱定着され、定着画像Ｈとなって、用紙Ｐ
が排出される。

【００３２】図４は本発明のクイックヒートローラーと
定着用エンドレスベルトを用いたカラー定着装置の概要
説明図である。２０は加熱用ローラー、２４は加圧ロー
ラー、２６は駆動ローラー、２８はクリーニングローラ
ー、３０はオイルローラー、３２は定着用エンドレスベ
ルト、３４は温度検出サーミスターである。加熱用ロー
ラー２０は本発明の断熱強化型クイックヒートローラー
１で構成される。

【００３３】加熱用ローラー２０はエンドレスベルト３
２を所定温度に加熱し、駆動ローラー２６の回転によ
り、用紙Ｐをエンドレスベルト３２と加圧ローラー２４
の間に走行させる。エンドレスベルト３２の熱と加圧ロ
ーラー２４の圧力でトナー画像Ｔは定着される。エンド
レスベルト３２が用紙Ｐに面接着するから定着時間が長
く作用し、定着が確実に行われる。

【００３４】定着用エンドレスベルト３２の表面には、
離形層としてフッ素樹脂層（テフロン）又はシリコン樹
脂層が形成される。サーミスタ３４が定着用エンドレス
ベルトの表面の温度を測定して定着システム全体の温度
制御を行なっている。加熱を高速化させる場合には、加
圧ローラー２４を本発明の断熱強化型クイックヒートロ
ーラー１で構成してもよい。

【００３５】図５は本発明のクイックヒートローラーと
定着用エンドレスベルトを用いた簡易型定着装置の概要
説明図である。図４と異なる部分は定着兼駆動ローラー
２３を設けている点で、このローラーは定着ローラーの
機能と駆動ローラーの機能を兼有する。また、図４と同
一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

【００３６】エンドレスベルト３２は加熱ローラー２０
と定着ローラー２２に巻回されており、用紙Ｐは定着ロ
ーラー２２と加圧ローラー２４の間に搬送され、定着用
エンドレスベルト３２で熱定着される。図４と異なり、
本装置では用紙Ｐはエンドレスベルト３２と点接着す
る。熱定着の高速化を図るために、加熱ローラー２０、
定着ローラー２２及び加圧ローラー２４の全てを本発明
の断熱強化型クイックヒートローラー１で構成すること
ができる。

【００３７】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲におけ
る種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包
含することは云うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、外接型クイッ
クヒートローラーおいて、発熱抵抗体層の外側に電気絶
縁層と熱伝達層を設けたから、発生熱は効率的に外方、
即ち用紙側に伝導できる。従って、熱定着の熱効率を向
上させることができ、外接式クイックヒートローラーの
高速昇温を実現できる。発熱抵抗体層を外側に設けるこ
とは、小口径のクイックヒートローラーの製作を可能に
し、超小型、高速昇温、及び省エネルギー対策を満足す
る定着装置の可能性を有するものである。

【００３９】請求項２の発明によれば、内接型クイック
ヒートローラーにおいて、円筒体と電気絶縁層の間に熱
伝達層を設けたから、発生熱を効率的に円筒体側、即ち
用紙側に伝導でき、用紙の熱定着を効率化できる。この
熱効率の増加によって、内接型クイックヒートローラー
の高速昇温を実現できる。

【００４０】請求項３の発明によれば、前記電気絶縁層
は耐熱性有機絶縁物質から構成されるので、比較的薄く
ても大きな電気絶縁効果をうることができる。また、熱
の伝導方向、つまり円筒体側の電気絶縁層を薄く形成す
れば、電気絶縁作用をしながら熱を比較的伝達すること
ができ、熱伝達層への熱流入を効率化できる。また、熱
伝達層材料に高熱伝導率の絶縁性金属酸化物粉を用いれ
ば、電気絶縁層は不要になり、更に高速昇温が期待され
る。

【００４１】請求項４によれば熱伝達層を耐熱性有機絶
縁物質と金属粉又は高熱伝導率の金属酸化物粉の混合物
から構成したから、金属粉および高熱伝導率金属酸化物
粉の種類と配合量によって熱伝達と熱容量特性を任意に
調整できる。

【００４２】請求項５の発明によれば、耐熱性有機絶縁
物質をポリミイド樹脂で構成したから、比較的少量で電
気絶縁効果を発揮でき、しかもヒートローラーを高温設
計しても十分な耐熱性効果を有する。

【００４３】請求項６の発明によれば、熱伝達強化型ク
イックヒートローラーを用いたベルト式定着法を提案し
たものであり、小口径のヒートローラーが使用可能であ
るため、高速昇温と省エネルギー対策を兼ね備えた超小
型多機能カラー定着システムが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る外接式熱伝達強化型クイックヒー
トローラーの縦断面構成図である。

【図２】本発明に係る内接式熱伝達強化型クイックヒー
トローラーの縦断面構成図である。

【図３】本発明に係る熱伝達強化型クイックヒートロー
ラーを利用した熱定着法の概要説明図である。

【図４】本発明の熱伝達強化型クイックヒートローラー
を用いたカラー定着装置の概要説明図である。

【図５】本発明の熱伝達強化型クイックヒートローラを
用いた簡易型定着装置の概要説明図である。

【符号の説明】

１・・・・クイックヒートローラー２・・・・円筒体６・・・・電気絶縁層８・・・・発熱抵抗体層１０・・・電気絶縁層１１・・・熱伝達層１２・・離形層１３・・・電極層１４・・・絶縁リング１６・・・通電用端子１８・・・接続部２０・・・加熱ローラー２３・・・定着兼駆動ローラー２４・・・加圧ローラー２６・・・駆動ローラー２８・・・クリーニングローラー３０・・オイルローラー３２・・・定着用エンドレスベルト３４・・・温度検出サーミスターＨ・・・・定着画像Ｐ・・・・用紙Ｔ・・・・トナー画像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｋ 3/08 Ｃ０８Ｋ 3/08 3/22 3/22 Ｃ０８Ｌ 79/08 Ｃ０８Ｌ 79/08 ＺＦ１６Ｃ 13/00 Ｆ１６Ｃ 13/00 ＣＨ０５Ｂ 3/00 ３３５Ｈ０５Ｂ 3/00 ３３５ (72)発明者西毅大阪府大阪市城東区放出西２丁目７番19号大研化学工業株式会社内Ｆターム(参考） 2H033 BA11 BA12 BA25 BA26 BB03 BB04 BB13 BB14 BB19 BB21 3J103 AA02 AA15 BA05 FA01 GA02 GA52 GA57 GA58 HA03 HA13 HA31 HA46 3K058 AA02 AA87 AA95 BA18 DA04 DA26 GA06 4F100 AA17D AB01D AK01B AK01C AK01D AK49D AT00E BA04 BA05 BA10D BA10E EH46 GB90 JG04A JG04B JG04C JJ01 JJ01D JJ03B JJ03C JJ03D JJ06A 4J002 CM041 DA076 DA086 DA096 DA106 DA116 DE146 GQ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒体２の外周面側に発熱抵抗体層８を
設けたクイックヒートローラー１において、発熱抵抗体
層８の内外面を電気絶縁層６、１０で狭着し、外側にあ
る電気絶縁層１０の外面側に高熱伝導率で適量の熱容量
をもつ熱伝達層１１を設け、発熱抵抗体層８からの発生
熱を、熱伝達層１１を介して効率的に用紙側に伝導する
ことを特徴とする熱伝達強化型クイックヒートローラ
ー。
【請求項２】円筒体２の内周面側に発熱抵抗体層８を
設けたクイックヒートローラー１において、発熱抵抗体
層８の内外面を電気絶縁層６、１０で狭着し、円筒体側
の電気絶縁層１０と円筒体２の間に、高熱伝導率の熱伝
達層１１を設けて、発熱抵抗体層８からの発生熱を熱伝
達層１１を介して効率的に用紙側に伝導することを特徴
とする熱伝達強化型クイックヒートローラー。
【請求項３】前記電気絶縁層６、１０は耐熱性有機絶
縁物質からなる請求項１又は２記載の熱伝達強化型クイ
ックヒートローラー。
【請求項４】前記熱伝達層１１は耐熱性有機絶縁物質
と金属粉または高熱伝導率の金属酸化物粉からなる請求
項１又は２記載の熱伝達強化型クイックヒートローラ
ー。
【請求項５】前記耐熱性有機絶縁物質がポリイミド樹
脂である請求項３又は４記載の熱伝達強化型クイックヒ
ートローラー。
【請求項６】請求項１乃至５に記載のクイックヒート
ローラーに定着用エンドレスベルトをかけ、定着用エン
ドレスベルトと加圧ローラーの間に加重をかけ記録紙を
通過させて、トナー画像を熱定着するように配置した熱
伝達強化型クイックヒートローラー装置。