JP2741202B2 - 加熱定着ロール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子写真複写機、ファクシミリ、プリンタ
ーなど電子写真プロセスを利用した機器に使用される定
着装置の加熱定着ロールの特に加熱源である抵抗発熱体
層に関する。

［従来の技術及びその問題点］ 電子写真プロセスでは、一般に感光体上に形成された
トナー画像を転写装置によって記録支持体、例えば用紙
上に転写し、その後必要に応じてトナー画像を用紙表面
に定着して所望のコピー等を得ている。

トナー画像の定着方式としては、加熱定着法、圧力定
着法、溶剤定着法が知られている。

加熱定着法は、加熱によってトナーを溶融させ、用紙
上に付着させる方法であり、広く採用されている。

加熱定着方式にも熱風定着法、オーブン定着法、加熱
ロール定着法等種々あるが、加熱ロール定着法が最も一
般的である。

従来より一般的に用いられている加熱ロール方式の定
着装置は、第４図に示すように加熱ロール１と加圧ロー
ル10からなり、その内部に内部加熱素子25を収容した加
熱ロール１と、加圧ロール10との間で用紙20を挟持搬送
する際に、加熱と加圧とを行ない、感光体ドラムから転
写された用紙20表面上の未定着トナー画像21を定着する
ものである。

このような内部加熱素子25を用いる方式の加熱ロール
型定着装置においては加熱素子（熱源）としてハロゲン
ランプ等のランプが用いられているが、ロールの表面温
度を加熱定着に必要な一定の温度まで上昇させるために
は、ロール全体をその内部からランプにより加熱する必
要があり、そのため従来の定着装置においては、１〜10
分程度のウォームアップタイムを要している。従って、
オペレータが、スイッチをオンにしてからそのウォーム
アップまでの間、複写の動作を実施できないロス時間が
あった。また、熱の損失が大きいため、消費電力も比較
的大きく、更に温度制御装置、表面温度センサー等を必
要とし、しかも高価なハロゲンランプを使うためにコス
トアップになると共に構造も極めて複雑になり、故障に
対する信頼性も低いなどの欠点もある。

他の加熱方法として、加熱ロールの外周面近傍に自己
温度制御特性（PTC特性）を有する半導体セラミック材
等で加熱素子を形成し、ロールの表面近傍から加熱する
方式が提案されているが、発熱体の抵抗の立上り温度が
所望の値となるPTCセラミック材料を実際に得ることは
困難であり、特に膜状の発熱体をロール表面に形状する
場合には、抵抗値のコントロールが極めて難しく、例え
ば、設計値を180℃とした時に抵抗の立上り温度が180℃
からわずか数度ずれただけで発熱体への通電加熱が不可
能となる等の問題を有している。

本発明者等は、円筒状の支持体の外周に薄膜状の抵抗
発熱体層を設けた加熱定着用発熱ロールを作成して実験
したところ、ウォームアップ時間の大幅な短縮化、省電
力化、構造の簡素化、低コスト化、信頼性の向上が図
れ、しかも温度制御が極めて簡単に行えることが確認さ
れた。

このような薄膜状の抵抗発熱体層を設けた加熱定着ロ
ールを実用化するためには、支持体上に精度よく、かつ
生産性よく抵抗発熱体層を形成することが極めて重要な
要件となる。

そこで、本発明者等は転写シート上にニッケル−ホウ
素合金（Ni−Ｂ）からなる抵抗体発熱体素材ペーストを
スクリーン印刷法等により印刷した後、これを支持体ロ
ールに巻回し転写して加熱焼成した層を抵抗発熱体層と
する加熱定着ロールを提案した（特願昭61−305387
号）。この加熱定着ロールでは高精度な抵抗発熱体層を
生産性よく得ることができ、ウォームアップタイムのか
なりの短縮、省電力、構造の簡素化、低コスト化及び信
頼性の向上が計られる。しかしながら、印刷法による形
成した抵抗発熱体層を支持体ロールに巻回するため、支
持体ロール上の一部で軸方向に発熱体層の存在しない空
隙が出来、この空隙部が定着ロールの表面温度に影響を
及ぼさないよう、例えば表面離型層を設けるに先立って
プライマー層を均一に塗布するなどの必要があり、従っ
て製造工程数が増え、コストアップとなった。またNi−
ＢはTCR値が大きく（〜3500ppm/℃）、そのため昇温速
度がかならずしも充分でなく、クイックスタートの点で
若干問題があった。従って、本発明の目的は抵抗発熱体
層に継ぎ目がなく、かつTCR値が小さく、より一層のク
イックススタートが可能な加熱定着ロールを提供するこ
とにある。

［問題点を解決する手段］ 本発明者等は無電解メッキ法に着目し、この方法で支
持体ロール上にニッケル系合金の抵抗発熱体層を形成す
べく鋭意検討を続けた。その結果、特にニッケル−クロ
ム−リン合金を抵抗発熱体層とした時にTCR特性値が低
く、耐久性にすぐれ、加熱定着ロールに好適であること
を見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は円筒状の支持体の周囲に抵抗発熱
体層を設けてなる加熱定着ロールにおいて、抵抗発熱体
層として無電解メッキ法で形成したニッケル−クロム−
リン合金を使用することを特徴とする加熱定着ロールで
ある。

本発明の加熱定着ロールにおけるニッケル−クロム−
リン合金の組成はニッケル83〜90重量％、好ましくは85
〜87重量％、クロム0.1〜４重量％、好ましくは１〜２
重量％、リン８〜15重量％、特に12〜13重量％である。

これらの合金成分のうち、特にクロムが重要である。
すなわち、クロムを含有しない、ニッケル−リン合金、
あるいはニッケル−リン−鉄合金でも支持体上に均一な
メッキ膜が形成されるが、耐久性に劣り長時間の使用で
焼損するのに対し、クロム成分が0.1重量％以上加わる
と加熱定着ロールとして充分使用できる程度まで耐久性
が向上する。クロムの含有量は多いほど好ましいが、現
在のところ無電解メッキ法では最大４重量％が限界とな
っている。

次に、ニッケル−クロム−リン合金の無電解メッキ法
について第１図のフローチャートに基き説明する。
（１） 前処理 研磨の際にセラミックコアの表面に付着したセラミッ
ク粉等を除去し、希アルカリ溶液中にコアを浸して脱脂
した後水洗する。

（２） プリディップ 弱酸性液中にコアを浸して表面を中性乃至微弱酸性と
する。

（３） キャタライジング パラジウム及びスズのコロイド状溶液にコアを浸し、
パラジウムとスズをコア上に吸着させ、他のコロイド溶
液成分は水洗により除去し、乾燥する。

（４） アクセレーテイング 硫酸を主成分とする溶液にコアを浸してスズを除去し
活性パラジウムを残存させる。次に水洗し乾燥する。

このコア上のパラジウムが核となり次工程のメッキに
より合金が沈積する。

なおアクセレーテイングの際、コアの両端付近の抵抗
発熱体層を設けない部分には予め一定巾のテープ等を密
着してマスキングしておく。

（５） 無電解メッキ ニッケル、リン及びクロムイオンを含有するニッケル
−クロム−リンメッキ用の溶液（奥野製薬工業（株）の
トップ・ニコロン（CR−１）；なお、（１）〜（４）の
工程に使用する各種の液も同社より販売されている。）
に、先の活性パラジウムを有するコアをどぶ漬けし、所
望により上下方向に揺動する。一たん合金がパラジウム
核上に沈積すると自己触媒的メッキが進む。所望の抵抗
値となったところでメッキ液から取り出し洗浄乾燥す
る。

［実施例］ 第２図は、本発明の加熱定着ロールを備えている定着
装置例の正面断面図である。

この定着装置は従来より用いられている定着装置と同
様に、加熱ロール１と、加圧ロール10を対向させた構造
となっている。加熱ロール１は、直径25mmで長さが250m
m、肉厚1.5mmの円筒状のムライト製コアの上に、全面均
一に本発明の抵抗発熱体層を有し、更に厚さ20μｍのテ
フロン（登録商標）性離型層４を有するものである。

抵抗発熱体層は前述の方法（第１図参照）により膜厚
が３μｍの均一な層（TCR≒80ppm）を形成した。

セラミックコア２の両側部には、円筒状電極5,5aが設
けられており、この円筒状電極と、発熱層とは導線6,6a
で接続されている。円筒状電極5,5aは、加熱ロール１を
支持するすべり軸受7,7aに接触するもので、このすべり
軸受7,7aには各々電源からの導線8,8aが接続される。

複写機のフレーム15,15aには、絶縁性の部材で形成さ
れた軸受ハウジング16,16aが各々設けられ、その軸受ハ
ウジングに上記のすべり軸受7,7aが支持されている。導
線8,8aは、軸受ハウジングに形成された孔17,17aを介し
て接続され、さらに軸受ハウジング16の外側に、駆動用
ギヤ18が固定されていて、このギアがモータ側ギヤ19に
噛合って加熱ロール１を回転させるようになっている。

加熱ロール１に対向して形成される加圧ロール10は、
第３図（ａ）に示されているように、金属コア11の表面
に弾性体12を被覆した状態で形成されており、その両側
で軸受部材13,13aにより支持されて、自由に回転可能な
ように設けられ、加熱ロール１の回転に従って回転す
る。

加圧ロール10は、直径15mmの金属コアの表面にシリコ
ンスポンジを5mmの厚さで被覆したものを用い、スプリ
ング等により、5kgの加重で加熱ロールに接触させるよ
うにしている。

また、定着装置は、第３図（ａ）に示すように、その
加熱ロール１と加圧ロール10との挟持部の両側に、ガイ
ド板24によって用紙搬送路が形成されており、その用紙
搬送路に搬送されてくる用紙20の表面に形成されている
トナー画像21を、加圧と、加熱を行なうことにより定着
する。加熱ロール１の周囲には温度コントロールのため
の温度センサー22、定着後の複写物を剥すための剥離爪
23等が設けられている。

上記の構造の加熱定着装置において、電極5,5aに100V
の電圧を印加したところ、約10秒で200℃に達し、その
時の電力は約500Wであった。

［発明の効果］ 従来のハロゲンランプを使用する方式の場合には200
℃を得るのに900〜1000Wを必要とし、更に約５〜10分の
時間を要していたのに比べて本発明の加熱定着ロールに
よれば従来方式の数分の１の時間でコピーのスタートが
できると共に電力は数十％低減させることができた。

また、30000枚の連続コピーでテスト後の発熱体の出
力低下は１％以下であり、極めて長寿命であることが明
らかとなった。

本発明の加熱定着ロールを使用すれば、装置が簡素化
され、低コスト、信頼性の向上をも同時に計ることがで
きる。

また、本発明の加熱定着ロールで使用する発熱体は無
電解メッキ法によりシームレス状に形成でき、量産性に
すぐれている。

更に、本発明の加熱定着ロールの抵抗発熱体層材料で
あるニッケル−クロム−リン合金のTCR値は約80ppmであ
り、スクリーン印刷法によるニッケル−ホウ素合金の場
合の3000ppmに比べて格段に小さく、それだけ温度立上
りが早くクイックスタートに好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は無電解メッキ法によるニッケル−クロム−リン
合金の形成のフローチャート、 第２図は本発明の加熱定着ロールを使用した定着装置例
の構造を示す正面断面図、 第３図（ａ）は同じく側断面図、第３図（ｂ）は第３図
（ａ）の加熱ロール部分の斜視図、 第４図は従来の加熱ロール方式の定着装置の断面図であ
る。 図中符号 １……加熱ロール;2……セラミックコア;3……抵抗発熱
体層;4……離型層、5,5a……円筒状電極;6,6a……導線;
7,7a……すべり軸受:8,8a……導線;10……加圧ロール;1
1……金属コア;12……弾性体;13,13a……軸受;14……
軸;15,15a……フレーム;16,16a……軸受ハウジング;17
……孔;18……駆動用ギア;19……モータ側ギア;20……
用紙;21……トナー画像;22……温度センサー;23……剥
離爪;24……ガイド板;25……内部加熱素子。

フロントページの続き (72)発明者 浜部 幸志 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼ ロックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 毛利 護 石川県松任市相木町383番地 ニッコー 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−164864（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状の支持体の周囲に抵抗発熱体層を設
   けてなる加熱定着ロールにおいて、抵抗発熱体層として
   無電解メッキ法で形成した、クロム含有量が0.1〜４重
   量％のニッケル−クロム−リン合金を使用することを特
   徴とする加熱定着ロール。