JP2001282026A - トナー画像定着のための直接加熱ローラ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウオーミングアップ時間が短く，消費電力が
低く，構造が簡単な直接加熱ローラを提供する。 【解決手段】 本発明の装置は導電性の円筒形ローラ本
体２０１と，ローラ本体に導電性本体の弾性限界温度以
下である第１温度で焼成されて形成される絶縁層２０２
と，絶縁層上に第１温度より低い第２温度で焼成されて
形成される発熱層２０３と，発熱層上に形成された保護
層２０５と，発熱層両端に形成された電極２０７とを含
む。口一ラ表面に発熱層を厚膜形態で均一に形成するこ
とによって短時間内に動作温度に上昇するので初期駆動
時必要なウオーミングアップ時間を縮めることができて
トナー定着装置の電力消耗を減らすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトナー画像定着のた
めの直接加熱ローラ及びその製造方法に関するものであ
り，より詳細には電子写真画像形成装置の定着部で加熱
ローラの外部表面にルテニウム系電気抵抗発熱層を厚膜
形態で均一に塗布して比較的低温で焼成することによっ
て量産性が向上されて短時間内に動作温度に上昇できて
ウオーミング・アップ時間を縮めることができるトナー
画像定着のための直接加熱ローラ及びその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真現像方式を利用する電子写真画
像形成装置，例えば複写機，レーザービームプリンタ等
においては，帯電ローラが回転しながら帯電ローラが高
圧で感光ドラムの外周面上に感光体を均等に帯電させる
ようになる。

【０００３】露光走査部（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎ
ｇ ｕｎｉｔ；ＬＳＵ）を通して感光体の表面を走査し
て静電潜像（Ｅ１ｅｃｔｒｏ−ｓｔａｔｉｃ Ｉｍａｇ
ｅ）を生成させる。その後，現像機を通して感光体に形
成された静電潜像にトナー（Ｔｏｎｅｒ）を供給して可
視像として現像する。そして，転写口ーラと感光体間に
転写電圧を印加して回転させるのでその間を通過する用
紙にトナーで形成された像を転写する。

【０００４】定着部では加熱ローラを備えて用紙上に熱
を提供して堆積されたトナーを一時溶融して定着する方
式を用いる電子写真画像形成装置が通常は用いられる。

【０００５】一般に加熱ローラの表面を定まった温度に
加熱する熱源としてハロゲンランプが加熱ローラの内部
に設けられて用いられる。

【０００６】従来の電子写真画像形成装置の外部構造を
図１に示している。

【０００７】図１で見れば，従来の電子写真画像形成装
置は用紙引き出し部１０１，操作部１０３，コントロー
ルボードカバー１０５，上部カバー開きボタン１０７，
用紙表示窓１０９，多用途給紙窓１１１，オプションカ
セット１１３，用紙カセット１１５，補助受け台１１７
が具備される。

【０００８】図２は，従来の電子写真画像形成装置の内
部構成を示し，図３は従来の電子写真画像形成装置のハ
ロゲンランプ加熱ローラが設けられた状態を示す。

【０００９】図面を参照すると，トナーカートリッジ１
２１内部にはトナー１２３が撹拌機１２５により撹拌さ
れる。規制ブレード１２９がトナー供給量を規制しなが
ら供給ローラ１２７を通してトナー１２３が供給され
る。帯電口−ラ１３７が感光ドラム１３５表面に電気的
に電荷層を均一に帯電させる。露光走査部１３９で感光
ドラム１３５表面に静電潜像を形成する。そして，現像
口一ラ１３１が感光ドラム１３５表面に形成された静雷
潜像にトナー１２３を現像させる。感光ドラム１３５表
面に形成されたトナー画像１２４を用紙１４１上に転写
ローラ１３３が転写させる。

【００１０】その後，トナーが付着された用紙１４１は
定着部１４９に移送されて加熱ローラ１４５と加圧口−
ラ１４３間を通過しながら粉末状のトナー画像は用紙に
溶融されて定着されることである。前記加熱ローラ１４
５は印加された電源がハロゲンランプ１５１に提供され
ながら熱が生じて，定着ローラ１４５の定着熱と加圧口
一ラ１４３の加圧力によりトナーが用紙に融着された後
排出される。加熱ローラ１４５上部に位置したサーミス
タ１４７は定着ローラ１４５の温度を感知して一定温度
を維持できるようにコントロールするために設けられ
る。

【００１１】このようなハロゲンランプ方式の従来技術
は不要な電源消耗が多くて特に電源をオフしてから画像
形成のために電源をオン時，一定時間のウオームアップ
タイム（Ｗａｒｍ−ｕｐｔｉｍｅ）を必要とする。すな
わち電源を印加した後加熱ローラ１４５が所望する目標
温度に到達する時まで一定時間が必要である。このよう
な時間は短くは数十秒から長くは数分間が所要される場
合もある。そして，加熱ローラが用紙に接触しながら温
度が下がることに対する補償がむずかしい。

【００１２】またプリントが終了された後，次の画像を
出力するまで待ち時間にも一定温度を維持するために電
源を一定周期で印加することによって不要な電力消耗を
増やすようになって次の画像を出力するため一定時間の
待ち時間を有することによって速い画像出力を達成でき
ない問題点がある また，他の従来の技術として米国特許４，７７６，０７
０号ではトナー画像定着のための直接加熱ローラを開示
する。図４を参照すると，従来の直接加熱ローラは小さ
い熱キャパシタを有するローラ本体１６１の外部表面上
に下部絶縁層１６５との結合のためにボンディング層１
６３が形成されて，前記ボンディング層１６３上には電
流供給を遮断するために下部絶縁層１６５が提供され
る。また下部絶縁層１６５上には金属抵抗熱発生層１６
７を形成させて前記金属抵抗熱発生層１６７上に上部絶
縁層１６９が提供されて前記上部絶縁層上でトナー画像
のオフセットを防ぐために保護層１７１が形成されて前
記金属抵抗熱発生層１６７の両端で電極層１７３が形成
されて電源供給を受ける。

【００１３】このような構成において金属抵抗熱発生層
１６７としては通常はニッケルークロム（Ｎｉ−Ｃｒ）
混合物が用いられ前記熱発生層を構成するためにアーク
プラズマスプレー法（Ａｒｃ−ｐｌａｓｍａｓｐｒａｙ
ｉｎｇ）を用いている。

【００１４】また，電気発熱層を絶縁させるための下部
絶縁層をローラ本体に接着させるために別途のボンディ
ング層を形成しなければならない問題があった。このよ
うなボンディング層を用いるようになれば層間温度特性
や加圧力等によって層間分離が起きる恐れがある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】したがって，本発明の
目的は，トナー画像を定着する直接加熱ローラとそれを
製造する方法を提供することである。

【００１６】本発明の他の目的は，ウオーミング・アッ
プ時間が短くて，消費電力が低くて，構造が簡単な直接
加熱ローラを提供することである。

【００１７】本発明の他の目的は，優秀な熱抵抗及び耐
久性を有した直接加熱ローラを提供することである。

【００１８】本発明のまた他の目的は，ローラ上のロー
ラ本体と絶縁層とが分離されない直接加熱ローラを提供
することである。

【００１９】本発明のまた他の目的は，製作費用が低い
直接加熱ローラを提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明によるトナー画像定着のための直接加熱
ローラは，導電性の円筒形ローラ本体と，前記ローラ本
体に前記導電性本体の弾性限界温度以下である第１温度
で焼成されて形成される絶縁層と，前記絶縁層上に前記
第１温度より低い第２温度で焼成されて形成される発熱
層と，前記発熱層上に形成された保護層と，前記発熱層
両端に形成された電極とを備えることを特徴とする。

【００２１】本発明の方法は，金属製で形成された円筒
形ローラ本体を用意する段階と，前記ローラ本体の外部
表面にガラスペーストを所定厚さで塗布する段階と，前
記塗布されたガラスペーストをローラ本体の弾性限界温
度より低い第１温度で焼成させて絶縁層を形成する段階
と，前記絶縁層表面に発熱体ペーストを均一な厚さで塗
布する段階と，前記塗布された発熱層を前記絶縁層の焼
成温度より低い第２温度で焼成させて発熱層を形成する
段階と，前記発熱層上に保護層を形成する段階と，前記
電気抵抗発熱層の両端に電極を形成する段階とを備える
ことを特徴とする。

【００２２】本発明の他の装置は，絶縁性の円筒形のロ
ーラ本体と，前記ローラ本体上にペースト状態で塗布さ
れて，塗布されたペーストを前記ローラ本体の弾性限界
温度より低い温度で焼成して不導体から導電体に電気的
性質が変換される発熱層と，前記電気抵抗発熱層上に形
成された保護層と，前記電気抵抗発熱層の両端に電気的
に接触する電極とを備える。

【００２３】本発明の他の方法は，絶縁材で形成された
円筒形ローラ本体を用意する段階と，前記ローラ本体上
に発熱体ペーストを均一な厚さで塗布する段階と，前記
塗布された発熱体ペーストを所定温度で焼成させて発熱
層を形成する段階と，前記発熱層上に保護層を形成する
段階と，前記発熱層の両端に電極を形成する段階とを備
えることを特徴とする。

【００２４】上述したように，本発明の望ましい実施形
態によると，ルテニウム系発熱層をローラの表面に形成
して瞬間的にローラが定着温度に到達するようにするこ
とができる。従来技術によるＮｉ−Ｃｒ系抵抗発熱物質
と比較する時，より低い電力を利用して可能な限り遠く
ターゲット定着温度を発生させることが可能である。ま
た，ルテニウム系抵抗発熱層を形成する工程は７００℃
以下，６００℃以下または，はなはだしくは５５０℃以
下の温度で遂行できるので，ローラ本体と絶縁層とのた
めに多様な物質が使用できる。したがって，収率が改善
されて，費用が節減できる。また，均一な厚さを有する
発熱抵抗層を製作できる。さらに，全般的に定着温度特
性を均一に維持できるので，トナー定着温度特性が改善
できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下，本発明の望ましい実施形態
を添付した図面によってさらに詳細に説明する。

【００２６】図５は，本発明による電子写真画像形成装
置の直接加熱ローラの望ましい一実施形態の構成を示し
た縦断面図である。図６は本発明の実施の一形態による
電子写真画像形成装置の定着部が設けられた状態を示す
縦断面図である。

【００２７】図面で本発明の実施の一形態の直接加熱口
―ラ２１３は，ローラ本体２０１に絶縁層２０２，発熱
層２０３，保護層２０５が順に積層されて形成される。
発熱層２０３の中央部は保護層で保護されて，発熱層２
０３には両端部に設けられた一対の電極２０７を通して
電流が供給される。

【００２８】図６に図示したように，電子写真画像形成
装置の定着部は用紙２１９が排出される方向（矢印方
向），すなわち時計方向に回転する加熱ローラ２１３
と，加熱ローラ２１３と接触して反時計方向に回転する
加圧ローラ２１１とが具備される。前記加熱ローラ２１
３には加熱ローラ２１３の温度を検出するためのサーミ
スタ２１７が接触する。

【００２９】加熱ローラ２１３と加圧ローラ２１１と
は，画像形成装置の本体に回転可能に設けられる。設け
られた加熱ローラ２１３及び加圧ローラ２１１は本体に
設けられた駆動モータから動力伝達を受けて回転され
る。また，加熱ローラ２１３は電極２０７を通して電源
が印加されると発熱層２０３に供給される電流による抵
抗熱が生じてそれで加熱ローラの温度が上昇する。前記
加熱口一ラ２１３の表面温度は加熱ローラの表面に接触
したサーミスタ２１７により検出されて本体の電源供給
コントローラに提供される。電源供給コントローラでは
加熱ローラ２１３の表面温度を設定された加熱温度範囲
で温度をコントロールする。

【００３０】前記加圧ローラ２１１及び加圧ローラ２１
１によって用紙２１９上に定着前のトナー画像２１５は
加熱加圧されて用紙２１９に安定したトナー画像２１６
として定着される。

【００３１】上述したように，トナーを定着させるため
には約２００℃程度の定着温度が要求される。したがっ
て，常温の加熱ローラを２００℃の動作温度に加熱する
ためのウオーミング・アップ時間が要求されてこの時電
力を多く消耗するようになる。

【００３２】したがって，本発明の実施の一形態ではウ
オーミング・アップ時間を縮めて電力消耗を減らすこと
ができるように加熱ローラを構成したことである。

【００３３】＜第１実施形態＞ 低温導電性ローラ本
体 １．ローラ本体 加熱ローラの本体２０１は，オーステナイト系（ａｕｓ
ｔｅｎｉｔｅ）のステンレススチール（例：ＳＵＳ３０
４系列，ＪＩＳ規格）を用いる。オーステナイト（ａｕ
ｓｔｅｎｉｔｅ）系のステンレススチールは弾性限界点
である６３０℃が越えるようになると変形されたり捩れ
る等の機械的特性が変質するので後続工程の温度条件を
６３０℃以下に制限しなければならない。

【００３４】弾性限界温度は，次のように定義できる。
一般的に物体に荷重が加われば変形するようになって，
ある程度までの荷重を加えた後にそれを除去すればその
物体は元来の寸法を再び回復するようになる。このよう
に荷重を除去すれば物体が元来の寸法に戻る限界を弾性
限界という。

【００３５】ここでは円筒形のローラ本体に絶縁材ペー
ストや発熱材ペーストを塗布した後高温でこれを焼成す
るための工程で導電性の円筒形ローラ本体が元来の形状
を失わなくて加工されたそのままの形状を維持できる温
度をいう。普通前記した弾性限界温度以上に前記円筒形
本体部が露出された時にはローラ本体がゆがんだり曲が
る現像などが生じてこのように弾性変形が生じたローラ
は用紙に付着されたトナー画像を均一に密着して温度に
よるトナー画像定着を遂行できなくなる。

【００３６】２．絶縁層 絶縁層２０２は，酸化鉛成分を含んだガラスフリツト，
有機バインダ，溶剤，添加剤を混合して作ったペースト
をローラ本体２０１に厚膜塗布技法で塗布した後口−ラ
本体２０１の弾性限界温度６３０℃以下で焼成して形成
する。絶縁層の厚さは約５０−３００μｍ程度に均一な
厚さを有する。

【００３７】前記ガラスフリットは，次のような組成比
を有する。

【００３８】 ＰｂＯ ４０〜６０ｗ％ ＳｉＯ_２ ２０〜４０ｗ％ Ｂ_２０_３ １０〜２０ｗ％ Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜１０ｗ％ ＴｉＯ_２ ０〜５ｗ％ ガラスフリツトは，ＰｂＯ５５．９％，ＳｉＯ_２２８．
０％，Ｂ_２Ｏ_３８．１％，Ａｌ_２Ｏ_３４．７％，ＴｉＯ
_２３．３％の組成比を有することが望ましい。

【００３９】有機バインダは，セルロース系樹脂または
アクリル樹脂を用いる。溶剤はテルピネオール（ｔｅｒ
ｐｉｎｅｏｌ），ＢＣＲ，ＢＣＡなどを用いて，添加剤
はＡｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_３を用いる。

【００４０】３．発熱層 発熱層２０３は，ルテニウム系化合物，酸化鉛成分を含
んだガラスフリツト，有機バインダ，溶剤，添加剤を混
合してペースト状態に作った後絶縁層２０２上に厚膜塗
布技法で塗布して約５５０℃程度で焼成して形成する。

【００４１】本発明の実施の一形態の発熱層ペーストで
伝導性物質として用いられたルテニウム系酸化物及びＡ
ｇ系粉末は電気的特性を決定して最終厚膜の機械的特性
に影響を与えるようになって，ガラスフリットは基板に
対する厚膜の結合性を増大させる役割をし，有機バイン
ダは伝導性物質と無機結合剤とを分散させる役割をし，
厚膜形成時ペーストの流動性に影響を及ぼすようにな
る。

【００４２】本発明の実施の一形態の発熱層ペースト組
成物の構成成分は次のようである。

【００４３】（１）ルテニウム系粉末 本発明の実施の一形態の発熱体用抵抗ペースト組成物に
用いられるルテニウム系粉末はルテニウム金属粉末また
はルテニウム酸化物粉末を示し，ルテニウム酸化物の具
体的な例としてはＲｕＯ_２，ＧｄＢｉＲｕ_２Ｏ_６〜７，
Ｐｂ_２Ｒｕ_２Ｏ _６〜７，ＣＯ_２Ｒｕ_２Ｏ_６，ＰｂＢｉＲ
ｕ_２Ｏ_６〜７，ＣｕｘＢｉ_２−ｘＲｕ_２Ｏ_６〜７（０く
ｘく１）及びＢｉ_２Ｒｕ_２Ｏ_６〜７などが含まれて，こ
れら中１種以上を選択して使用できる。

【００４４】前記ルテニウム系粉末は，比表面積が５な
いし３０ｍ^２／ｇ範囲であることが望ましく，より望ま
しくは１０ないし２５ｍ^２／ｇ範囲である。比表面積が
５ｍ^２／ｇ未満であれば，粒子があまりに大きくなって
均一な厚膜が得られなく，比表面積が３０ｍ^２／ｇより
大きければ，粉末があまりに微細で印刷特性が低下され
て精度が低下され焼結性が低下されて織密な膜が得られ
るのが難しくなる。

【００４５】ルテニウム系粉末は，平均粒径が０，０１
ないし０．１μｍ範囲であることが望ましく，さらに望
ましくは０．０２ないし０．０８μｍ範囲である。平均
粒径が０．０１μｍ未満であれば，粒子があまりに微細
で印刷特性が低下されて精度が低下され煤結性が低下さ
れて緻密な膜が得られるのが難しくなり，平均粒径が
０．１μｍより大きければ，粒子があまりに大きくなっ
て均一な厚膜が得られないので望ましくない。

【００４６】前記ルテニウム系粉末の使用量は，組成物
重量の５ないし７５重量％，望ましくは５ないし２０重
量％範囲の量であり，５重量％未満に用いれば形成され
た電気抵抗発熱層が０．１ないし３０Ω／ｍｍ２範囲の
低い抵抗値を有するのが難しく，７５重量％を超過すれ
ば膜の表面平滑性が低下されて望ましくない。

【００４７】（２）Ａｇ系粉末 また，本発明の実施の一形態の発熱体用抵抗ペースト組
成物は，Ａｇ系粉末を５ないし７５重量％，望ましくは
２０ないし４０重量％範囲の量で含む。５重量％未満に
用いれば形成された電気発熱体が０．１ないし３０Ω／
ｍｍ^２範囲の低い抵抗値を有するのが難しく，７５重量
％を超過すれば０．１Ω／ｍｍ^２以下の抵抗値を有する
ようになって，３００℃以上の温度に発熱して抵抗体厚
膜を損傷させる場合があって望ましくない。

【００４８】本発明の実施の一形態で用いるＡｇ系粉末
は，Ａｇ金属の粉末，Ａｇ酸化物の粉末（例えばＡｇ２
０），Ａｇ合金の粉末（例えばＡｇＰｄ，Ａｇ_０．１，
Ｐｄ _０．９，ＲｈＯ_２等）でありうる。特に低温焼成が
可能になるためには銀板状粉末を用いることが望まし
い。前記Ａｇ系粉末は平均粒径０．１ないし３μｍ範囲
及び最大粒子大きさ７μｍ以下であることが望ましい
が，平均粒径が０．１μｍ未満であれば，粒子があまり
に微細になって焼結時収縮率が大きくなって膜にクラッ
クが生じやすくて粒子が凝集されやすくてペースト中に
おける安定した分散状態を得るのが困難で印刷特性が低
下され，平均粒径が３μｍより大きければペースト塗布
膜の表面が荒くなってごく微細なパターンを得るのが難
しくまた焼結性が低下されて織密な薄膜が得られるのが
難しくて望ましくない。

【００４９】前記Ａｇ系粉末の表面積／重量比（比表面
積）は０．５ないし３．５ｍ^２／ｇであり，密度は２．
５ないし６ｇ／ｃｍ^３範囲であることが望ましい。比表
面積が０．５ｍ^２／ｇ未満であれば粒子があまりに大き
くなり焼成後の塗布膜の平滑性が低下されて望ましくな
く，３．５ｍ^２／ｇより大きければ粒子があまりに微細
になって粒子が凝集しやすくて印刷特性が低下される。
また，密度値が前記範囲を外れると印刷特性が悪くなる
ので望ましくない。

【００５０】（３）ガラスフリツト また，本発明の実施の一形態のペースト組成物に用いら
れるガラスフリットは，ルテニウム系粉末を相互結合さ
せる結着剤役割をし，ペーストの基板に対する接着性を
向上させると同時に焼結時に軟化してガラスフリットを
基板側に凝集させる作用効果がある。

【００５１】前記ガラスフリツトの軟化点は，示差走査
熱量測定（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎ
ｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ；ＤＳＣ）法により測定さ
れるが，軟化点が４００ないし５５０℃範囲であること
が望ましく，さらに望ましくは４２０ないし５００℃範
囲である。軟化点が４００℃より低ければ，有機成分が
含まれやすくて有機成分が分解されるによってペースト
の塗布膜中にブリスター（ｂｌｉｓｔｅｒ）が生じやす
くなる。一方，軟化点が５５０℃より高ければ焼成後の
膜の基板に対する接着強度が低下される。

【００５２】前記ガラスフリツトは，本発明の実施の一
形態のペースト組成物に５ないし４０重量％，望ましく
は１０ないし４０重量％範囲で用い，使用量が５重量％
未満であれば焼成後の膜の基板に対する接着強度が低下
されて，４０重量％を超過すれば形成された電気抵抗発
熱層が０．１ないし３０Ω／ｍｍ^２範囲の低い抵抗値を
有するのが難しい。

【００５３】前記ガラスフリツトとしてはガラスフリツ
トＡ及びガラスフリツトＢが望ましく利用できる。前記
ガラスフリットＡとしては酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）
を含有するものが利用可能で，酸化物換算表記で示した
組成成分及び含有量が下記表３のような組成を９０重量
％以上含有することが望ましくて，ガラスフリツトＢは
酸化鉛（ＰｂＯ）を含有するものが利用され，酸化物換
算表記で示した組成成分及び含有量が下記のような組成
を９０重量％以上含有することが望ましい。

【００５４】（ガラスフリットＡ） 構成成分 含有量（重量％） Ｂｉ_２Ｏ_３ ４０ないし９０ ＳｉＯ_２ ５ないし３０ Ｂ_２Ｏ_３ ５ないし３０ ＢａＯ ２ないし４０

【００５５】（ガラスフリットＢ） 構成成分 含有量（重量％） ＰｂＯ ４０ないし９０ ＳｉＯ_２ １０ないし４０ Ｂ_２Ｏ_３ ５ないし３０ ＴｉＯ_２ ０ないし１０ Ａｌ_２Ｏ_３ ０ないし２０

【００５６】前記ガラスフリットの使用により，ガラス
基板が応力を受けない温度でペーストを焼付けることが
可能になる。

【００５７】前記ガラスフリットＡ組成で，酸化ビスマ
ス（Ｂｉ_２Ｏ_３）が４０重量％未満に使用されるとべー
ストをガラス基板に焼付ける時接着強度を増大させる効
果が少なく，９０重量％を超過すればガラスフリットの
軟化点があまりに低くてペーストの脱ビヒクル性が悪く
なって基板との接着強度が低下されるために望ましくな
い。酸化ビスマスの望ましい量は５０ないし８０重量％
範囲である。

【００５８】前記ガラスフリツトＡ組成で酸化ケイ素
（ＳｉＯ_２）が５重量％未満の場合はガラスフリットの
安全性が低下され，３０重量％より多くの場合は耐熱温
度が上昇して５７０℃以下でガラス基板上に焼付けるの
が困難になる。望ましくは，酸化ケイ素は５ないし１５
重量％範囲の量で用いる。

【００５９】前記ガラスフリツトＡ組成で酸化ホウ素
（Ｂ_２Ｏ_３）は接着強度，熱膨張計数などの特性を損傷
しないようにガラス基板上における焼付温度を制御する
ために添加されるが，５重量％未満では接着強度が低下
されて，３０重量％を超過すればガラスフリットの安全
性が低下される。酸化ホウ素は７ないし２０重量％範囲
の量で用いることが望ましい。

【００６０】前記ガラスフリットＡ組成で酸化バリウム
（ＢａＯ）は，２重量％未満に使用されるとガラス基板
上の焼付温度を制御することが困難になり，４０重量％
を超過すればガラス基板の安全性が低下される。望まし
くは２ないし３０重量％範囲の量で用いる。

【００６１】また，前記ガラスフリットＢ組成で酸化鉛
（ＰｂＯ）が４０重量％未満の場合はペーストをガラス
基板上に焼付ける時接着強度を高める効果が少なくて，
９０重量％を超過すればガラスフリットの軟化点があま
りに低くてペーストの脱ビヒクル性が悪くなって，基板
との接着強度が低下されるために望ましくない。酸化鉛
の望ましい量の範囲は５０ないし８０重量％範囲であ
る。

【００６２】前記ガラスフリツトＢ組成で酸化ケイ素
（ＳｉＯ_２）が１０重量％未満の場合はガラスフリット
の安全性が低下され，４０重量％より多くの場合は耐熱
温度が上昇して５７０℃以下でガラス基板上に焼付ける
のが困難になる。望ましくは，酸化ケイ素は１０ないし
３０重量％範囲の量で用いる。

【００６３】前記ガラスフリットＢ組成で酸化ホウ素
（Ｂ_２Ｏ_３）が５重量％未満に使用されると接着強度が
低下されて，３０重量％を超過して使用されるとガラス
フリットの安全性が低下される。酸化ホウ素は５ないし
２０重量％範囲の量で用いることが望ましい。

【００６４】前記ガラスフリツトＢ組成で二酸化チタン
（ＴｉＯ_２）が１０重量％を超過して使用されるとガラ
ス層の安全性が低下され，望ましい使用量は２ないし５
重量％範囲である。

【００６５】前記ガラスフリツトＢ組成で，酸化アルミ
ニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）は組成物の変形温度を高めてガラ
ス組成やペーストの安定化のために添加され，２０重量
％を超過すればガラスの耐熱温度があまりに高まりガラ
ス基板上に焼付けるのが困難になる。望ましい使用量は
２ないし１５重量％範囲である。

【００６６】また，本発明の実施の一形態によると，ガ
ラスフリツトとして前記ガラスフリツトＡとガラスフリ
ットＢと二つともを含有する複合ガラスフリットを用い
ることができ，酸化物換算表記で示した構成成分及び含
有量が下記のような複合ガラスフリットを９０重量％以
上含有することが望ましい。

【００６７】前記ガラスフリットＡ，ガラスフリットＢ
及び複合ガラスフリットは平均粒径０．２ないし５μｍ
及び最大大きさ１０μｍ以下であることが望ましい。前
記ガラスフリットの粒径を前記範囲とすれば，低温にお
けるガラス基板との接着強度が高まるようになって低抵
抗性の緻密な膜が得られることができ，また薄膜にする
場合にも薄膜の剥離が起きるのがむずかしいと言う長所
がある。

【００６８】（複合ガラスフリット） 構成成分 含有量（重量％） Ｂｉ_２Ｏ_３ ４０ないし９０ ＰｂＯ ４０ないし９０ ＳｉＯ_２ ５ないし３０ Ｂ_２Ｏ_３ ５ないし３０ ＢａＯ ２ないし４０ ＴｉＯ_２ ０ないし１０ Ａｌ_２Ｏ_３ ０ないし２０

【００６９】（４）有機バインダ 本発明の実施の一形態の発熱体用抵抗ペースト組成物に
使用可能な有機バインダ成分としては，エチルセルロー
ス，メチルセルロース，ニトロセルロース，カルボキシ
メチルセルロースなどのセルロース誘導体とアクリル酸
エステル，メタクリル酸エステル，ポリビニルアルコー
ル，ポリビニルブチラールなどの樹脂成分が利用でき
る。これら中から，アクリル樹脂，エチルセルロースが
望ましく利用できる。

【００７０】前記有機バインダ成分は，本発明の実施の
一形態の組成物に５ないし４５重量％の量で用いられる
が，この範囲内になければ焼成段階で完全に蒸発（焼
絹，脱バインダ）できなくなるので望ましくない。

【００７１】（５）有機溶媒 また，本発明の実施の一形態のペースト組成物には，有
機成分を溶解させて微分末及びガラスフリットを分散さ
せて粘度を調整するために，有機溶媒が添加できる。有
機溶媒としてはｔｅｘａｎｏｌ（２，２，４−トリメチ
ル−１，３−ペンタンジオールモノイソ酪酸エステ
ル），エチレングリコール（テルペン），ブチルカルビ
トール，エチルセロソルブ，エチルベンゼン，イソプロ
フィルベンゼン，メチルエチルケトン，ジオキサン，ア
セトン，シクロヘキサノン，シクロペンタノン，イソブ
チルアルコール，ジメチルスルホキシド，テルピネオー
ル，松根オイル，ボリピニルブチラール，３−メトキシ
酢酸ブチル，γ−ブチロラクトン，フタル酸ジエチルな
どがある。これら有機溶媒は単独でまたは２種以上混合
して使用できる。

【００７２】（６）その他添加剤 本発明の実施の一形態のペースト組成物には上述した成
分以外にも，保存中の安全性を与えて，染み，鋸の目現
像，厚さ偏差を防止して，膜の亀裂を防止するために，
ヒドロキノンモノメチルエーテルのような重合禁止剤，
ボリアクリル酸塩，セルロース誘導体のような分散剤，
機材に対する接着性を改善するためのシランカップリン
グ剤などの接着性付与剤，塗布性能を改善するための消
泡剤，作業性を改善するためのポリエチレングリコー
ル，フタル酸ジブチル等のような可塑剤，界面活性剤，
チキントロピー性付与剤などの添加剤が０．１ないし
５．０重量％範囲内で本発明の実施の一形態組成物の効
果に害をおよばない範囲の量で含まれることができる。

【００７３】本発明の実施の一形態のペースト組成物
は，前記構成成分を例を挙げると３個のロールを有した
ロール製粉機，ミクサ，均質化機などの混練機を利用し
て混練する。また，塗布に適合な流動性を与えるために
ペースト組成物の粘度はせん断速度（ｓｈｅａｒｒａｔ
ｅ）４Ｓ^−１で通常７０，０００ないし３００，０００
センチポイズ範囲である。印刷時の塗布液の粘度は通常
１００，０００ないし２００，０００センチポイズ範
囲，望ましくは１３０，０００ないし１８０，０００セ
ンチポイズ範囲に調整できる。

【００７４】次に発熱層を作る典型的なべ−ストの特定
組成物を説明する。

【００７５】典型的なべ一スト１．典型的なべ一スト１
は０．０５μｍの平均粒子直径と１０ｍ^２／ｇの比表面
積を有したＰｂ_２Ｒｕ_２Ｏ_６の１０重量部と，０．０３
μｍの平均粒子直径と２３ｍ^２／ｇの比表面積を有した
ＲｕＯ_２の１３重量部と，１μｍの平均直径と３μｍの
最大直径を有した銀の２０重量部と，１μｍの平均直径
と３．６μｍの最大直径を有したガラスフリットの３０
重量部で作られる。ガラスフリットはＢｉＯ_２６８．９
％，ＳｉＯ_２１０．０％，Ｂ_２Ｏ_３１１．８％，ＢａＯ
６．５％及びＡｌ_２Ｏ_３２．８％に作られて，４６０℃
の軟化点（ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）温度を有
している。前記パウダーはセルロースと９２対８の比率
で混合されて，組合わせたパウダーは１５００００セン
チポイズ（ｃｅｎｔｉｐｏｉｓｅ）の粘性を有したペー
ストを生産するためにテルピネオール（ｔｅｒｐｉｎｅ
ｏｌ）と混合される。

【００７６】本発明の実施の一形態の発熱層２０３の厚
さ範囲は３〜１００μｍ間である。発熱層２０３は１５
μｍ以下，例えば６，８，１０，または１５μｍ厚さを
有することができる。電気抵抗発熱層２０３は１１０Ｖ
印加時には５〜１０Ωの電気抵抗を有し，２２０Ｖ印加
時には１５ないし２５Ωの電気抵抗を有することが望ま
しい。このような抵抗値はシステムの要求によって多様
な電気抵抗を有するように変更することが可能である。

【００７７】３．保護層 保護層２０５は，フッ素樹脂（ＰＦＡ）チューブで形成
されて電気抵抗発熱層２０３上に挿入された次に熱処理
により収縮して圧搾される。保護層２０５は印刷用紙と
直接接触してトナー剥離層を形成する。特に，前記保護
層２０５は電流が外部に流れることを防ぐ絶縁特性を有
する ４．電極 電極２０７は，保護層２０５両側に露出された発熱層２
０３の両端に銀ペーストを塗布した後に輪様子の電極２
０７が挿入された次に銀ペーストを硬化させて接着形成
する。

【００７８】このように構成された本発明の実施の一形
態の直接加熱ローラの消費電力は初期印加時約８００Ｗ
程度であり，瞬間的な定着温度上昇で電源印加後７ない
し８秒以内に目標動作温度例えば１８０ないし２００℃
に到達するようになる。それゆえ，瞬間的に定着温度に
到達するようになるのでウォーミング・アップ時に電力
消耗を減らすことができる。また，待機時にも定着手段
に電源を印加する必要がないので待機時消費電力を減ら
すことができる。

【００７９】５．製造方法 図７は，本発明の実施の一形態による直接加熱ローラの
製造方法の順序を示して，図８ないし図１２は本発明の
実施の一形態による直接加熱ローラの製造過程を示す。

【００８０】図面を参照すると，本発明の実施の一形態
の直接加熱ローラはまずＳＵＳのような金属製を加工し
てパイプまたは円筒形のローラ本体２０１を形成する
（図８参照）。加工されたローラ本体は超音波洗浄をし
て不純物を除去する（Ｓ３０１）。

【００８１】洗浄されたローラ本体２０１の表面に上述
した絶縁層ペーストをスクリーン印刷法で塗布する（Ｓ
３０２）。

【００８２】図１３ないし図１５は，本発明の実施の一
形態によるスクリーン印刷法を示す。まず図１３に図示
したように，印刷板２１０のマスク２１２上にペースト
２１４を覆う。続いて，回転軸に固定されたローラ本体
２１８を上昇させてマスク２１２の下部に接触させる。
スクイザー（ｓｑｕｅｅｚｅｒ）２１６を下降させてマ
スク２１２の上部に接触させる。印刷板２１０を左側方
向（矢印方向）に移動させながら口一ラ本体２１８を反
時計方向に回転させるとスクイザー２１６によりペース
ト（２１４）が加圧されてマスク２１２の網目を通して
下方に追い出されて絞られるようになる。マスク２１２
下方に追い出されて絞られたペーストは回転するローラ
本体２１８に塗布される。塗布されたペーストの厚さは
マスク２１２の網目の大きさ及び印刷板の移動速度等に
より決定される。マスクの幅はローラ本体の円周長さと
同一に形成される。

【００８３】このようなスクリーン印刷法で塗布して
（Ｓ３０２），一定温度で一定時間乾燥させた次に（Ｓ
３０３）焼成する（Ｓ３０４）。ペーストを塗布した次
に乾燥させることによって被膜が形成されることを防止
してクラックが生じることを防ぐことができる。スクリ
ーン印刷法により複数回塗布することは一定な厚さを得
るためのことでありその回数や塗布厚さは設計的な選択
仕様により変更できる。

【００８４】図１６は，絶縁層の焼成温度特性を示す。
絶縁層ペーストが塗布されたローラ本体を焼結炉に入れ
て全体焼成時間約４５分間進める。

【００８５】すなわち，ｔｇ１ないしｔｇ２間では約１
５分間徐々に温度を高めて約６２０℃（Ｔｇ２）に温度
を上昇させてｔｇ２ないしｔｇ３間に約１０ないし１５
分間６２０℃を維持した次にｔｇ３ないしｔｇ４間では
約１５分間再び徐々に温度を下げる。

【００８６】このように印刷と焼成を１回以上繰り返す
ことによってローラ本体に絶縁層が密着固定されて形成
されるので衝撃及び温度特性に対して強い耐性を有する
ようになる。本発明の実施の一形態では７０ないし１２
０μｍのガラス絶縁層を得る（図９参照）。このような
絶縁層は発熱層の軟化点より高い温度で軟化する絶縁層
ペーストを用いる。その理由は発熱層の焼成時生じるル
テニウム化合物と絶縁層で突出する鉛成分との反応が絶
縁層でも生じるようになれば絶縁層の絶縁特性が落ちる
ようになるためである。

【００８７】続いて，前記絶縁層２０２表面に上述した
ルテニウム系発熱層ペーストを図１３ないし図１５に図
示したようにスクリーン印刷法で２回塗布する（Ｓ３０
５）。塗布した後に熱風循環式，電熱ヒーターまたは赤
外線炉等で８０ないし１２０℃で約５分ないし１０分間
乾燥させる（Ｓ３０６）。乾燥された塗膜の厚さは約２
３μｍである。このような乾燥過程は塗布されたペース
トの表面の被膜形成を防止してクラック発生を防止す
る。

【００８８】続いて，前記塗布された発熱層ペーストを
所定温度で焼成させて発熱層を形成する（Ｓ３０７）
（図１０）。以下，電気抵抗発熱体の焼成過程に対して
説明する。

【００８９】図１７は，本発明の実施の一形態による発
熱層ペーストを形成するための焼成温度サイクルを示し
て，図１８ないし図２０は本発明の実施の一形態による
電気抵抗発熱層の形成メカニズムを示す。

【００９０】まず，焼結炉内に発熱層ペーストが塗布さ
れたローラ本体を入れて加熱する。時間ｔａ１（ｔｂ
１）ないしｔａ２（ｔｂ２）にかかってＴａ１（Ｔｂ
１）からＴａ２（Ｔｂ２）に温度が上昇しながらペース
トに含まれた有機物が燃焼し始めると図１８に図示した
ように，ガラスグレーンの周辺に酸化ルテニウムがくっ
つく形態に存在してガラスグレーンが軟化し始める。

【００９１】時間ｔａ２（ｔｂ２）ないしｔａ３（ｔｂ
３）にかかってＴａ２（Ｔｂ２）からＴａ３（Ｔｂ３）
に温度が上昇するとガラスグレーンがさらに軟化し始め
て，鉛成分が含まれた部位が突出し始める。時間ｔａ３
（ｔｂ３）ないしｔａ４（ｔｂ４）にかかってＴａ３
（Ｔｂ３）からＴａ４（Ｔｂ４）に上昇するとこの軟化
点以上で図１９に図示したように軟化したガラスグレー
ンから突出した鉛がルテニウムと反応してパイロクロア
タイブのルテニウムオキサイド（Ｐｂ_２Ｒｕ
_２０ _６−ｘ）がガラスグレーン表面に生成し始める。前
記した反応は特定に区別された時間及び温度領域でのみ
生じることでなく反応過程を説明するために区分したこ
とであり有機物燃焼とガラス軟化ルテニウムと鉛成分と
の反応などは漸次的に進められることである。

【００９２】時間ｔａ４（ｔｂ４）ないしｔａ５（ｔｂ
５）にかかってＴａ４（Ｔｂ４）で温度を一定に維持す
ると図２０に図示したように表面に形成されたパイロク
ロアタイブのルテニウムオキサイド（Ｐｂ_２Ｒｕ_２Ｏ
_６−Ｘ）がガラスグレーン内部に拡散される 時間ｔａ５（ｔｂ５）ないしｔａ６（ｔｂ６）にかかっ
てＴａ４（Ｔｂ４）から温度を下降させながらアニーリ
ング（Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程により焼結組織のスト
レスが緩和されながら組織が緻密化される。

【００９３】このような焼成時間は，ｔａ１（ｔｂ１）
−ｔａ４（ｔｂ２）約１５分程度，ｔａ４（ｔｂ４）−
ｔａ５（ｔｂ５）が約１０−１５分程度，ｔａ５（ｔｂ
５）−ｔａ６（ｔｂ６）が約１５分程度に所要されて全
体的に約４５分程度の焼成時間が所要される。しかしこ
のような温度特性はより最適化できる。

【００９４】このような焼成過程を経て粒子が相互融着
して緻密化され，一定な機械的強度を有する安定した組
織に形成されて発熱層２０３が形成される。図２０に図
示したように，電荷はパイロクロアタイブのルテニウム
オキサイド（Ｐｂ_２Ｒｕ_２Ｏ _６−Ｘ）を通して移動する
ようになる。

【００９５】得られた電気抵抗発熱層の厚膜は厚さが５
μｍであり，面積抵抗が１２Ω／ｍｍ^２であった。

【００９６】図１１に図示したように，保護層２０５は
約５０μｍ程度の厚さを有してフッ素樹脂（ＰＦＡ：ｔ
ｅｔｒａｆｌｕｒｏｅｔｈｌｅｎｅ ｐｅｒｆｌｕｏｒ
ｏａｌｋｙ−ｖｉｎｙｌｅｔｈｅｒ ｃｏｐｏｌｙｍｅ
ｒ ｒｅｓｉｎ）でチューブ形態に製作された次に電気
抵抗発熱層２０３上に挿入される（Ｓ３０８）。挿入さ
れた状態で約２５０ないし４００℃で熱処理すると収縮
圧搾される。保護層２０５は耐トナー性が強くて絶縁材
で電気抵抗発熱層の表面を絶縁させると同時にトナーか
ら電気抵抗発熱層２０３を保護する。

【００９７】図１２に図示したように，保護層２０５の
両側に露出された電気抵抗発熱層２０３の表面に銀ペー
ストを塗布した次に輪様子の銅電極層２０７を挿入して
１５０℃温度で約３０分間銀ペーストを硬化させる（Ｓ
３０９）。

【００９８】図２１は，上述したように本発明の実施の
一形態により作られた直接加熱ローラの断面を電子顕微
鏡で取った写真を示す。写真に示されたようにローラ本
体に絶縁層と発熱層とが焼成により形成されて密着固定
されるので温度特性及び機械的衝撃等にも非常に強い耐
久性を有するようになる。

【００９９】く第２実施形態＞ 高温導電性ローラ本体 １．ローラ本体 本発明の第２実施形態では上述した一実施形態と比較し
て高温の絶縁層ペーストと発熱層ペーストを用いるため
にローラ本体は弾性限界温度が約９００℃以上の高温に
耐えることができるフェライト（Ｆｅｒｒｉｔｅ）系の
ステンレススチール（ＳＵＳ４０４系列）を用いる。

【０１００】２．絶縁層 絶縁層は，絶縁層ペーストをローラ本体２０１に厚膜塗
布技法で塗布した後ローラ本体２０１の弾性限界温度９
００℃以下で焼成して形成する。絶縁層の厚さは約５０
−３００μｍ程度に均一な厚さを有する。絶縁層はデュ
ポン社の３５００Ｎ釉薬（ｇｌａｚｅ）を利用して構成
できる。

【０１０１】３．発熱層 前記発熱層は，ルテニウム系化合物を含む発熱層ペース
トを絶縁層上に塗布して第１温度より低い第２温度で焼
成するようになる。望ましくは８５０℃以下である。高
温焼成発熱層としてはデュポン社の３６××シリーズを
使用できる。

【０１０２】４．保護層 実施形態１と同一。

【０１０３】５．電極 実施形態１と同一。

【０１０４】６．製造工程 まずフェライト系ステンレス（ＳＵＳ４０４）を加工し
てパイプまたは円筒形のローラ本体を形成する。加工さ
れたローラ本体は超音波洗浄をして不純物を除去する。

【０１０５】洗浄されたローラ本体の表面に上述した絶
縁層ペーストをスクリーン印刷法で塗布する。

【０１０６】このようなスクリーン印刷法で塗布して，
一定温度で一定時間乾燥させた次に焼成する。ペースト
を塗布した次に乾燥させることによって被膜が形成され
ることを防止してクラックが生じることを防ぐことがで
きる。スクリーン印刷法により複数回塗布することは一
定な厚さを得るためのことでありその回数や塗布厚さは
設計的な選択仕様により変更できる。

【０１０７】図２２は，絶縁層の焼成温度特性を示す。

【０１０８】絶縁層ペーストが塗布されたローラ本体を
焼結炉に入れて全体焼成時間約４５分間進める。

【０１０９】すなわち，ｔｇ１ないしｔｇ２間では約１
５分間徐々に温度を高めて約９００℃（Ｔｇ２）に温度
を上昇させてｔｇ２ないしｔｇ３間に約１０ないし１５
分間９００℃を維持した次にｔｇ３ないしｔｇ４間では
約１５分間再び徐々に温度を下げる。

【０１１０】このように印刷と焼成を１回以上繰り返す
ことによってローラ本体に絶縁層が密着固定されて形成
されるので衝撃及び温度特性に対して強い耐性を有する
ようになる。本発明の実施の一形態では７０ないし１２
０μｍのガラス絶縁層を得る。このような絶縁層は発熱
層の軟化点より高い温度で軟化する絶縁層ペーストを用
いる。その理由は発熱層の焼成時生じるルテニウム化合
物と絶縁層で突出する鉛成分との反応が絶縁層でも生じ
るようになれば絶縁層の絶縁特性が落ちるようになるた
めである。

【０１１１】続いて，前記絶縁層表面に上述したルテニ
ウム系発熱層ペーストをスクリーン印刷法で２回塗布す
る。塗布した後に熱風循環式，電熱ヒーターまたは赤外
線炉等で８０ないし１２０℃で約５分ないし１Ｏ分間乾
燥させる。乾燥された塗膜の厚さは約２３μｍである。
このような乾燥過程は塗布されたペーストの表面の被膜
形成を防止してクラック発生を防止する。

【０１１２】続いて，前記塗布された発熱層ペーストを
所定温度で焼成させて発熱層を形成する。以下，電気抵
抗発熱体の焼成過程に対して説明する。

【０１１３】図２３は，本発明の実施の一形態による発
熱層ペーストを形成するための焼成温度サイクルを示
す。

【０１１４】まず，焼結炉内に発熱層ペーストが塗布さ
れたローラ本体を入れて加熱する。時間ｔｂ１ないしｔ
ｂ２にかかってＴｂ１からＴｂ２に温度が上昇しながら
ペーストに含まれた有機物が燃焼し始めるとガラスグレ
ーンの周辺に酸化ルテニウムがくっつく形態に存在して
ガラスグレーンが軟化し始める。

【０１１５】時間 ｔｂ２ないしｔｂ３にかかってＴｂ
２（５０００Ｃ）からＴｂ３（７００℃）に温度が上昇
するとガラスグレーンがさらに軟化し始めて，鉛成分が
含まれた部位が突出し始める。時間ｔｂ３ないしｔｂ４
にかかってＴｂ３（７００℃）からＴｂ４（８５０℃）
に上昇すると，この軟化点以上で軟化したガラスグレー
ンから突出した鉛がルテニウムと反応してパイロクロア
タイプのルテニウムオキサイド（Ｐｂ_２Ｒｕ
_２Ｏ_６−Ｘ）がガラスグレーン表面に生成し始める。前
記した反応は特定に区別された時間及び温度領域でのみ
生じることでなく反応過程を説明するため区分したこと
であって有機物燃焼とガラス軟化ルテニウムと鉛成分と
の反応などは漸次的に進められることである。

【０１１６】時間ｔｂ４ないしｔｂ５にかかってＴｂ４
（８５０℃）に温度を一定に維持すると表面に形成され
たパイロクロア（ｐｙｒｏｃｈｌｏｒｅ）タイプのルテ
ニウムオキサイド（Ｐｂ_２Ｒｕ_２Ｏ_６−Ｘ）がガラスグ
レーン内部に拡散される。

【０１１７】時間ｔｂ５ないしｔｂ６にかかってＴｂ４
（８５０℃）から温度を下降させながらアニーリング
（Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程により焼結組織のストレス
が緩和されながら組織が緻密化される。

【０１１８】このような焼成時間は，ｔｂ１−ｔｂ２約
１５分程度，ｔｂ４−ｔｂ５が約１０−１５分程度，ｔ
ｂ５−ｔｂ６が約１５分程度に所要されて全体的に約４
５分程度の焼成時間が所要される。しかしこのような温
度特性はより最適化できる。

【０１１９】このような焼成過程を経て粒子が相互融着
して緻密化され，一定な機械的強度を有する安定した組
織に形成されて発熱層が形成される。

【０１２０】次に保護層と電極とは，上述した実施形態
１と同一な方法で進められる。

【０１２１】＜第３実施形態＞ 低温絶縁ローラ本体 図２４は，本発明の実施の一形態による低温絶縁ローラ
で構成した直接加熱ローラの構成を示す。

【０１２２】第３実施形態は，絶縁性の口一ラ本体で構
成した場合としてローラ本体４０１はセラミックやガラ
ス等で形成される。セラミックはステンレススチールに
比べて機械的衝撃が弱いが高温熱処理にも変形や物性変
化なく耐えることができるのでペーストの焼成温度範囲
を広く設定できる。したがって，電気抵抗ペーストの組
成物選択を容易にして焼成工程の温度条件をひるめるこ
とができる。また，セラミックは絶縁性であるので絶縁
層を形成する工程を省略して直ちにローラ本体４０１の
外部表面に発熱層を形成できる。

【０１２３】図２５は，本発明による他の実施形態の加
熱ローラが設けられた電子写真画像形成装置の定着部が
設けられた状態を示す。

【０１２４】第３実施形態で定着部４０９は用紙が排出
される方向，すなわち反時計万向に回転する加熱ローラ
４１３と，加熱ローラ４１３と接触して時計方向に回転
する加圧ローラ４１１とを備える。加熱ローラ４１３の
表面にはサーミスタ４１７が接触する。加熱ローラ４１
３は絶縁体である円筒形ローラ本体４０１，発熱層４０
３，保護層４０５，電極４０７を含む。

【０１２５】本発明の実施の一形態による電子写真画像
形成装置の定着部４０９は，電極層を通して電気抵抗発
熱層４０３に電流が供給されると抵抗熱により温度が上
昇する。サーミスタ４１７により加熱ローラ４１３の表
面温度が検出されて検出された信号に応答して電気抵抗
発熱層４０３に提供される電流量が制御される。

【０１２６】前記加圧ローラ４１１及び加圧ローラ４１
１によって用紙４１９上に定着前トナー画像４１５は加
熱加圧されて用紙４１９に安定したトナー画像４１６と
して定着される。

【０１２７】第３実施形態の加熱口一ラの構成は次のよ
うである。

【０１２８】１．ローラ本体 弾性限界温度が６００℃以上である絶縁性のセラミック
またはガラス。

【０１２９】２．発熱層，保護層，電極 上述した第１実施形態と同一。

【０１３０】３．製造方法 図２６は，第３実施形態による直接加熱ローラの製造方
法の順序を示して，図２７ないし図３０は本発明の実施
の一形態による直接加熱ローラの製造過程を示す。

【０１３１】図面を参照すると，本発明の実施の一形態
の直接加熱ローラはまずセラミックのような絶縁体でパ
イプまたは円筒形のローラ本体４０１を形成する（図２
７参照）。加工されたローラ本体は超音波洗浄をして不
純物を除去する（Ｓ４０１）。

【０１３２】前記ローラ本体４０１表面に上述した実施
形態１のルテニウム系発熱層ペーストを図１３ないし図
１５に図示したようにスクリーン印刷法で均一な厚さに
１回以上塗布する（Ｓ４０２）。塗布した後に熱風循環
式，電熱ヒーターまたは赤外線炉等で８０ないし１２０
℃で約５分ないし１０分間乾燥させる（Ｓ４０３）。

【０１３３】前記乾燥された発熱層塗膜を焼成させる
（Ｓ４０４）。焼成温度サイクルは前記実施形態１の低
温発熱層ペーストの焼成過程と同一である。このような
焼成過程を経て粒子が相互融着して緻密化され，一定な
機械的強度を有する安定した組織に形成されて電気抵抗
発熱層４０３が形成される（図２８参照）。

【０１３４】図２９に図示したように，保護層４０５は
約５０μｍ程度の厚さを有してフッ素樹脂（ＰＦＡ：ｔ
ｅｔｒａｆｌｕｒｏｅｔｈｌｅｎｅ ｐｅｒｆｌｕｏｒ
ｏａｌｋｙｌｖｉｎｙｌｅｔｈｅｒ ｃｏｐｏｌｙｍｅ
ｒ ｒｅｓｉｎ）でチューブ形態に製作された次に電気
抵抗発熱層４０３上に挿入される（Ｓ４０５）。挿入さ
れた状態で約３５０℃で熱処理すると収縮圧搾される。

【０１３５】図３０に図示したように，保護層４０５の
両側に露出された電気抵抗発熱層４０３の表面に銀ペー
ストを塗布した次に輪様子の銅電極４０７を挿入して１
５０℃温度で約３０分間銀ペーストを硬化させる（Ｓ４
０６）。

【０１３６】＜第４実施形態＞ 高温絶縁ローラ本体 第４実施形態は，絶縁性のローラ本体で構成した場合と
してローラ本体はセラミックやガラス等で形成される。
第３実施形態と比較してローラ本体の弾性限界温度が９
００℃以上であるセラミックまたはガラスを用いた点が
異なる。

【０１３７】したがって，発熱層ペーストの組成物選択
を容易にして焼成工程の温度条件を広めることができ
る。また，セラミックは絶縁性であるので絶縁層を形成
する工程を省略して直ちに口一ラ本体の外部表面に発熱
層を形成できる。第４実施形態の加熱ローラの構成は次
のようである。

【０１３８】１．口一ラ本体 弾性限界温度が９００℃以上である絶縁性のセラミック
またはガラス。

【０１３９】２．発熱層，保護層，電極 上述した第２実施形態と同一。

【０１４０】３．製造方法 第４実施形態の製造方法は，弾性限界温度が９００℃以
上のセラミックのような絶縁体でパイプまたは円筒形の
ローラ本体を形成する。加二されたローラ本体は超音波
洗浄をして不純物を除去する（Ｓ４０１）。

【０１４１】前記ローラ本体表面に上述した実施形態２
のルテニウム系発熱層ベーストを図１３ないし図１５に
図示したようにスクリーン印刷法で均一な厚さで１回以
上塗布する。塗布した後に熱風循環式，電熱ヒーターま
たは赤外線炉等で８０ないし１２０℃で約５分ないし１
０分間乾燥させる。

【０１４２】前記乾燥された発熱層塗膜を焼成させる
（Ｓ３０８）。焼成温度サイクルは前記実施形態２の高
温発熱層ペーストの焼成過程と同一である。このような
焼成過程を経て粒子が相互融着して緻密化され，一定な
機械的強度を有する安定した組織に形成されて電気抵抗
発熱層が形成される。

【０１４３】上述した他の実施形態と同一な方法で保護
層と電極とを形成する。

【０１４４】以上添付図面を参照しながら本発明の好適
な実施形態にかかる加熱ローラおよびその製造方法につ
いて説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当
業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想
の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得
ることは明らかであり，それらについても当然に本発明
の技術的範囲に属するものと了解される。

【０１４５】

【発明の効果】上述したように，本発明ではルテニウム
系発熱層をローラ表面に形成して瞬間的に定着温度に発
熱することが可能である。従来のニッケルークロム系の
抵抗発熱体と比較するとより少ない電力でより遠い時間
に目標定着温度に発熱することが可能である。

【０１４６】また，本発明ではルテニウム系電気抵抗発
熱層を形成することにおいて，その焼成温度を５５０℃
程度の低温で処理することによってローラ本体及び絶縁
層の材料選択の幅が広まって量産性を向上させることが
できる。また，電気抵抗発熱層を均一な厚さに製作する
ことが可能であって全体的に定着温度特性を均一に維持
できてトナー定着特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電子写真画像形成装置の外部構造を示し
た斜視図。

【図２】従来の電子写真画像形成装置の内部構成を示し
た概略図。

【図３】従来の電子写真画像形成装置のハロゲンランプ
加熱ローラが設けられた状態を示す断面図。

【図４】従来の電子写真画像形成装置のトナー画像定着
のための直接加熱ローラが設けられた状態を示す断面
図。

【図５】本発明による電子写真画像形成装置の直接加熱
ローラの望ましい第１実施形態を示した断面図。

【図６】本発明による第１実施形態の加熱ロ−ラが設け
られた電子写真画像形成装置の定着部を示した断面図。

【図７】本発明による第１実施形態の直接加熱ロ−ラの
製造方法を示しフローチャート。

【図８】本発明による第１実施形態の直接加熱ローラの
製造過程を示した図面。

【図９】本発明による第Ｔ実施形態の直接加熱ローラの
製造過程を示した図面。

【図１０】本発明による第Ｔ実施形態の直接加熱ローラ
の製造過程を示した図面。

【図１１】本発明による第Ｔ実施形態の直接加熱ローラ
の製造過程を示した図面。

【図１２】本発明による第Ｔ実施形態の直接加熱ローラ
の製造過程を示した図面。

【図１３】本発明によるペーストのスクリーン印刷法を
説明するための図面。

【図１４】本発明によるペーストのスクリーン印刷法を
説明するための図面。

【図１５】本発明によるペーストのスクリーン印刷法を
説明するための図面。

【図１６】本発明による第１実施形態の絶縁層を形成す
るための焼成温度サイクルを示した図面。

【図１７】本発明による第１実施形態の発熱層を形成す
るための焼成温度サイクルを示した図面。

【図１８】本発明による第１実施形態の発熱層の形成メ
カニズムを説明するための図面。

【図１９】本発明による第１実施形態の発熱層の形成メ
カニズムを説明するための図面。

【図２０】本発明による第１実施形態の発熱層の形成メ
カニズムを説明するための図面。

【図２１】本発明による第１実施形態の直接加熱ローラ
の電子顕微鏡写真。

【図２２】本発明による第２実施形態の絶縁層を形成す
るための焼成温度サイクルを示した図面。

【図２３】本発明による第２実施形態の発熱層を形成す
るための焼成温度サイクルを示した図面。

【図２４】本発明による第３実施形態の電子写真画像形
成装置の直接加熱ローラの断面図。

【図２５】本発明による第３実施形態の加熱ローラが設
けられた電子写真画像形成装置の定着部を示す断面図。

【図２６】本発明による第３実施形態の直接加熱ローラ
の製造方法を示したフローチャート。

【図２７】本発明による他の実施形態の直接加熱ローラ
の製造過程を示した図面。

【図２８】本発明による他の実施形態の直接加熱ローラ
の製造過程を示した図面。

【図２９】本発明による他の実施形態の直接加熱ローラ
の製造過程を示した図面。

【図３０】本発明による他の実施形態の直接加熱ローラ
の製造過程を示した図面。

【符号の説明】

２０１：ローラ本体 ２０２：ガラス絶縁層 ２０３：電気抵抗発熱層 ２０５：保護層 ２０７：電極

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外面を有して導電性物質で作られた円
   筒形ローラ本体と，前記ローラ本体の外面と接触してい
   る絶縁層と，ルテニウムと鉛とで作られて前記絶縁層と
   接触している発熱抵抗層と，前記発熱抵抗層と接触して
   おり，前記発熱抵抗層に電気を提供する二つの電極と，
   及び前記発熱抵抗層と接触しており，前記発熱抵抗層の
   外面を保護する保護層を備えたことを特徴とする，トナ
   ー画像定着のための加熱ローラ。
2. 【請求項２】 前記発熱抵抗層は，リテニウムで作ら
   れた表面を有するガラス粒子を含むことを特徴とする請
   求項１に記載の加熱ローラ。
3. 【請求項３】 前記ガラス粒子は，鉛で作られたこと
   を特徴とする請求項２に記載の加熱ローラ。
4. 【請求項４】 前記発熱層は，銀をさらに含むことを
   特徴とする請求項１に記載の加熱ローラ。
5. 【請求項５】 前記二電極間の抵抗は，５ないし２５
   Ωであることを特徴とする請求項１に記載の加熱ロー
   ラ。
6. 【請求項６】 前記絶縁層は，５０〜５００μｍの厚
   さを有したことを特徴とする請求項１に記載の加熱ロー
   ラ。
7. 【請求項７】 前記発熱抵抗層は，３〜１００μｍの
   厚さを有したことを特徴とする請求項１に記載の加熱ロ
   ーラ。
8. 【請求項８】 前記保護層は，ポリテトラフルオロエ
   チレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅ
   ｎｅ），ポリベルフルオロアルキルビニルエーテルレジ
   ン（ｐｏｌｙｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｙｌｖｉｎｙｌ
   ｅｔｈｅｒｒｅｓｉｎ），及びテトラフルオロエチレ
   ンベルフルオロアルキルビニルエーテル共重合レジン
   （ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｅｒｆ
   ｌｕｏｒｏａｌｋｙｌｖｉｎｙｌ ｅｔｈｅｒ ｃｏｐ
   ｏｌｙｍｅｒ ｒｅｓｉｎ）から選択されたポリマーで
   作られたことを特徴とする請求項１に記載の加熱ロー
   ラ。
9. 【請求項９】 前記絶縁層は，前記ローラ本体に塗布
   された物質の多重噴射によって形成された多層で形成さ
   れたことを特徴とする加熱ローラ。
10. 【請求項１０】 外周面を有した円形ローラ本体と，
    前記口−ラ本体の外周面周囲に形成されて，ルテニウム
    と鉛とを含む発熱抵抗層と，及び前記発熱層と接触し
    て，前記発熱層に電気を提供する二つの電極を含むこと
    を特徴とする加熱ローラ。
11. 【請求項１１】 前記発熱層は，銀成分を含んでいる
    ことを特徴とする請求項１０に記載の加熱ローラ。
12. 【請求項１２】 前記発熱抵抗層は，ローラ本体の弾
    性臨界温度を超過しない温度で形成されたことを特徴と
    する請求項１０に記載の加熱ローラ。
13. 【請求項１３】 前記ローラ本体は，オーステナイト
    （ａｕｓｔｅｎｉｔｅ）系ステンレススチールで形成さ
    れたことを特徴とする請求項１０に記載の加熱ローフ。
14. 【請求項１４】 前記ローラ本体と前記発熱抵抗層間
    の前記ローラ本体の外周面周囲に形成された絶縁層をさ
    らに含むことを特徴とする請求項１０に記載の加熱ロー
    ラ。
15. 【請求項１５】 前記発熱抵抗層は，５５０℃を超過
    しない温度で形成されたことを特徴とする請求項１２に
    記載の加熱ローラ。
16. 【請求項１６】 前記発熱抵抗層は，ペーストの熱処
    理によって形成されて，前記ペーストは第１ガラスフリ
    ットと，粉末のルテニウム成分と，粉末の銀成分と，有
    機バインダと有機溶媒とを含むことを特徴とする請求項
    １０に記載の加熱口−ラ。
17. 【請求項１７】 前記粉末のルテニウム成分の平均粒
    子直径は，０．０１〜０．１μｍであることを特徴とす
    る請求項１６に記載の加熱ローラ。
18. 【請求項１８】 前記粉末のルテニウム成分の平均粒
    子直径は，０．０２〜０．０８μｍであることを特徴と
    する請求項１６に記載の加熱ローラ。
19. 【請求項１９】 前記粉末の銀成分の平均粒子直径
    は，０．１〜０．３μｍであることを特徴とする請求項
    １６に記載の加熱ローラ。
20. 【請求項２０】 前記粉末の銀成分の平均粒子直径が
    ０．１〜０．３μｍであり，最大粒子直径が７μｍであ
    ることを特徴とする請求項１９に記載の加熱ローラ
21. 【請求項２１】 前記粉末の銀成分の比表面積は，
    ０．５〜３．５ｍ^２／ｇであることを特徴とする請求項
    １６に記載の加熱ローラ。
22. 【請求項２２】 前記ガラス粒子は，４００〜５００
    ℃間の軟化点を有することを特徴とする請求項１６に記
    載の加熱口ーラ。
23. 【請求項２３】 前記ペーストは，前記第１ガラスフ
    リットとは異なる組成の第２ガラスフリットをさらに含
    むことを特徴とする請求項１６に記載の加熱ローラ。
24. 【請求項２４】 前記第１ガラスフリツトは，Ｂｉ_２
    Ｏ_３４０〜９０ｗｔ％，ＳｉＯ_２５〜３０ｗｔ％，Ｂ_２
    Ｏ_３５〜３０ｗｔ％，及びＢａＯ２〜４０ｗｔ％でなっ
    て，前記第２ガラスフリツトはＰｂＯ４０〜９０ｗｔ
    ％，ＳｉＯ_２１０〜４０ｗｔ％，Ｂ_２Ｏ_３５〜３０％，
    ＴｉＯ_２１０ｗｔ％以下，及びＡｌ_２Ｏ _３２０ｗｔ％以
    下でなることを特徴とする請求項２３に記載の加熱口ー
    ラ。
25. 【請求項２５】 前記第１ガラスフリツトは，Ｂｉ_２
    Ｏ_３４０〜９０ｗｔ％，ＳｉＯ_２５〜３０ｗｔ％，Ｂ_２
    Ｏ_３５〜３０ｗｔ％，及びＢａＯ２〜４０ｗｔ％，Ｐｂ
    Ｏ４０〜９０ｗｔ％，ＴｉＯ_２１０ｗｔ％以下，及びＡ
    ｌ_２Ｏ_３２０ｗｔ％以下でなることを特徴とする請求項
    １６に記載の加熱ローラ。
26. 【請求項２６】 外部円周面を有した円筒形ローラを
    準備する段階と，ガラスフリツトと，粉末のルテニウム
    成分と，粉末の銀成分と，有機バインダと，有機溶媒と
    を含むペーストを前記円周面に，塗布して前記外部円周
    面の中央円筒形部を全体的にコーナイングする段階と，
    前記ペーストを熱処理して前記中央円筒形部を取り囲む
    発熱抵抗層を形成する段階とを含むことを特徴とする加
    熱ローラの製造工程。
27. 【請求項２７】 約５５０℃と５７０℃とを超過しな
    い温度で前記熱処理過程を遂行することを特徴とする請
    求項２６に記載の加熱ローラの製造工程。
28. 【請求項２８】 外部円周面を有して，導電物質で作
    られた円筒形ローラを準備する段階と，絶縁物質で前記
    外部面の中央円周面をコーティングする段階と，ガラス
    フリットと，粉末のルテニウム成分と，粉末の銀成分
    と，有機バインダと，有機溶媒とを含むペーストを前記
    中央円周面に塗布して前記中央円周部周囲に前記ペース
    トのコーティングを形成する段階と，前記ペーストを熱
    処理して前記中央円周部を取り囲む発熱抵抗層を形成す
    る段階とを含むことを特徴とする加熱ローラの製造工
    程。
29. 【請求項２９】 前記熱処理は，約５５０℃と５７０
    ℃とを超過しない温度で遂行されることを特徴とする請
    求項２８に記載の加熱口一ラの製造工程。
30. 【請求項３０】 外部円周面を有して，導電物質で作
    られた円筒形ローラを準備する段階と，前記外部面の中
    央円周部に絶縁物質を塗布する段階と，第１温度で前記
    絶縁物質を熱処理する段階と，ガラスフリットと，粉末
    のルテニウム成分と，粉末の銀成分と，有機バインダ
    と，有機溶媒とを含むペーストを前記中央円周部に塗布
    して前記中央円周部周囲に前記ペーストのコーティング
    を形成する段階と，前記第１温度を超過しない第２温度
    で前記ペーストを熱処理して前記中央円周部を取り囲む
    発熱抵抗層を形成する段階とを含むことを特徴とする加
    熱ローラの製造工程。
31. 【請求項３１】 前記ペーストの熱処理過程は，約５
    ５０℃と５７０℃とを超過しない温度で遂行されること
    を特徴とする請求項３０に記載の加熱ローラの製造工
    程。
32. 【請求項３２】 ６３０℃を超過しない温度で前記絶
    縁物質の熱処理を遂行する段階と，約５５０℃と５７０
    ℃とを超過しない温度で前記ペーストの熱処理を遂行す
    る段階をさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載
    の加熱ローラの製造工程。