JP3215797B2 - 発熱定着ローラ - Google Patents

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
ー、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる定着ロ
ーラ、特に、トナー定着可能温度とするために相転移発
熱物質層を設けた発熱定着ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、複写機、プリンター、ファク
シミリ等の画像形成装置には、トナーを転写紙に定着さ
せるために定着ローラが用いられている。

【０００３】また、このような定着ローラには、例え
ば、電源をＯＮした場合に、定着ローラがトナー定着可
能温度（約１８０℃）にまで上昇する時間、即ち、ウオ
ーミングアップ時間を短縮するために定着ローラの芯金
上に相転移発熱物質を設け、この相転移発熱物質を他の
主熱源（例えば、ハロゲンランプ）による加熱によって
相転移させることで急速に発熱させ、この発熱を利用し
てトナー定着可能温度にまで短時間で温度上昇させるよ
うにした発熱定着ローラも知られている（特開平７−１
４０８２３号公報等参照）。

【０００４】このような相転移による発熱を利用した発
熱定着ローラの原理については、特開平７−１４０８２
３号公報に開示している。また、相転移発熱物質として
は、画像形成装置の繰り返しの使用、即ち、電源をＯＮ
する度毎に発熱する必要があるため、加熱することによ
って結晶化すると共に冷却することによって再び非晶質
化する物質であることが条件となる。

【０００５】そして、このような相転移発熱物質として
は、無機系物質では周期率表（長周期型）のＩＩＩｂ族
〜ＶＩｂ族の属する元素は多元系で非晶質化可能領域を
有することが良く知られている。その中でも、セレン
（Ｓｅ）を主成分としたカルコゲンやカルゴケナイドは
極めて良好に結晶化して発熱する。

【０００６】一方、有機高分子系においても、ポリエチ
レンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリブチレンテレフタ
レート（ＰＢＴ）等のポリエステル類のような結晶性熱
可塑性樹脂は非晶質化および結晶化発熱することで知ら
れている。さらに、最近、低分子の有機系物質でも効率
的な相転移発熱物質の存在が分かってきた。

【０００７】これらの相転移発熱物質は、非晶質から結
晶質へ相転移する際に発熱するが、この結晶化温度は各
物質固有の温度特性を有しており、結晶化の開始温度と
終了温度も相転移発熱物質によって異なっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、発熱定着ロ
ーラのトナー定着温度までの加熱時間、即ち、ウォーミ
ングアップ時間を短くするためには、相転移発熱物質の
発熱を効率的に行なう必要がある。

【０００９】しかしながら、その発熱領域が低い温度で
あると発熱定着ローラの表面温度がトナー定着温度にま
で昇温する間に周りに散逸して発熱の有効利用を図るこ
とができず、逆に発熱領域が高い温度であると相転移発
熱物質を発熱させるための主熱源による加熱の依存性が
高くなり、何れもウオーミングアップ時間を良好に短縮
することができないばかりでなく、発熱領域が高い温度
の場合には過剰の熱量のためにオーバーヒート現象を起
こしてしまう虞がある。

【００１０】従って、所定のトナー定着温度にまで早く
到達させるためには、それに応じた結晶化温度の相転移
発熱物質を選択しなければならないが、相転移発熱物質
の結晶化開始温度から結晶化終了温度までの温度領域
と、使用環境下での常温からトナー定着温度までの温度
領域とを概略一致させるにはある程度物質が限定されて
しまうという問題があり、また、厳密に温度領域を一致
させることは困難であった。

【００１１】また、主熱源の省電化を図るにはできるだ
け常温に近い低い温度領域で発熱することが好ましい
が、上述した発熱定着ローラの表面温度の散逸を考慮す
ると結晶化温度が比較的高い相転移発熱物質を使用せざ
るを得ず、主熱源の依存性が高く省電化を図ることはで
きなかった。

【００１２】本発明は、上記事情に鑑みて為されたもの
であって、ウォーミングアップ時間の大幅な短縮化を実
現し得て、しかも、温度領域の設定が容易で、主熱源の
省電化をも実現することができる発熱定着ローラを提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】その目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、芯金上に相転移発熱物質
層を設け、該相転移発熱物質層の発熱を利用してトナー
定着温度にまで温度上昇させるようにした発熱定着ロー
ラにおいて、前記相転移発熱物質層は、低温域相転移発
熱物質と、該低温域相転移発熱物質の結晶化終了温度よ
りも低い結晶化開始温度特性を有する高温域相転移発熱
物質と、の混合体であることを要旨とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の発熱定着ローラの
実施の形態を、画像形成装置である複写機に適用し、図
面に基づいて説明する。

【００１５】図１において、複写機１は、装置本体２に
着脱可能に装着された給紙カセット３と、給紙カセット
３内にセットされた転写紙Ｐを装置本体２内に送り出す
給紙ローラ４と、表面に感光層５ａを設け且つ図示を略
すトナー供給装置から供給されたトナーが感光層５ａに
形成された像に応じて付着するドラム式感光体５と、ド
ラム式感光体５に付着したトナー像を送り出された転写
紙Ｐの一面に転写させる転写装置６と、トナー転写後の
転写紙Ｐを定着部７に案内する補助ローラ８，８とを備
えている。

【００１６】定着部７は、アルミニウムや鉄等の芯金の
外周にゴム等の弾性体を装着した加圧ローラ９と、加圧
ローラ９の回転に従動して回転するように加圧ローラ９
と接触する発熱定着ローラ１０とを備えている。

【００１７】補助ローラ８，８によって案内された転写
紙Ｐに転写されたトナーは、この発熱定着ローラ１０の
熱によって転写紙Ｐに定着された後、装置本体２に形成
された排出口２ａから排出される。

【００１８】発熱定着ローラ１０は、図１（Ｂ）に示す
ように、熱伝導率の良好なアルミニウム合金等の金属か
らなる芯金１１と、芯金１１の外表面に設けられた相転
移発熱物質層１２と、相転移発熱物質層１２を覆う保護
層１３と、芯金１１の内表面に設けられた主熱源１４と
を備えている。尚、主熱源１４は配線１４ａ，１４ａか
らの電源供給により発熱するが、図に示したような筒状
のもののほか、ハロゲンランプ等でもよい。

【００１９】相転移発熱物質層１２には、主熱源１４の
発熱によって比較的低温時に相転移する低温域相転移発
熱物質と、この低温域相転移発熱物質の相転移に伴う発
熱に誘引されて相転移する高温域相転移発熱物質を混合
した混合体となっている。

【００２０】尚、相転移発熱物質層１２には、２種類の
相転移発熱物質に限らず、３種類以上の複数の相転移発
熱物質を用いることも可能である。

【００２１】上記の構成において、図示を略す主電源を
ＯＮすると、主熱源１４が発熱を開始し、比較的低いレ
ベルの所定温度に達すると相転移発熱物質層１２の低温
域発熱物質が相転移を開始し、この相転移に伴って発生
する急激な昇熱の温度が所定以上に達すると、今度は高
温域相転移発熱物質が相転移を開始し、この相転移に伴
って発生する急激な昇熱の温度によって発熱定着ローラ
１０がトナー定着可能温度（約１８０℃）に達する。

【００２２】このように、相転移発熱物質が固有の結晶
化温度特性を有することを積極的に利用して、主熱源１
４の昇温時間よりも急激な昇温作用を有する２種類の相
転移発熱物質によって相転移発熱物質層１２を形成し、
この相転移発熱物質層１２の発熱によって、比較的低い
温度から段階的に急激な昇温効果を得ることができ、ウ
ォーミングアップ時間の大幅な短縮化、並びに、主熱源
１４の省電化を実現することができる。

【００２３】また、複写機を使用する環境下での常温か
らトナー定着可能温度までの温度域に昇温レベルを設定
する際、結晶化温度特性の異なるものを混合して相転移
発熱物質層１２を形成することによってその温度域設定
や使用物質の組み合わせ等の環境設定が容易となる。

【００２４】尚、本発明の発熱定着ローラ１０は、基本
的には、芯金１１の上に相転移発熱層１２と保護層１３
の２層を形成して構成されるが、その他の接着層（図１
（Ｃ）の符号１５）、通電発熱層、絶縁層等を必要に応
じて追加形成してもよい。

【００２５】ところで、相転移発熱物質層１２を形成す
る物質としては、下記の表１に示すように、結晶化温度
（Ｔｃ）、融点（Ｔｍ）、結晶化発熱潜熱（Ｌｃ）が判
っているものを低温域相転移発熱物質と高温域相転移発
熱物質として選択して組み合わせて混合することにより
相転移発熱物質層１２を芯金１１に形成する。

【００２６】

【表１】 この際、相転移発熱物質層１２は、温度特性の異なる相
転移発熱物質を選択して芯金１１上に形成することによ
り、相互反応や溶解相互拡散等を起こさず繰り返しの使
用に対して安定的に使用することができる。

【００２７】即ち、電源ＯＦＦから再度電源ＯＮとした
ときに相転移発熱を利用するための初期化を行う際に
は、一旦相転移発熱物質を融点以上に加熱溶融した後に
冷却するため、繰り返しの使用を可能とするためには、
これらの物質が化学反応等の相互作用をせず、しかも、
溶融時に相溶性がないことが必要であり、溶融時に相溶
してしまうと変質してしまい、非晶質化が困難、結晶化
温度の変化、結晶化が困難、融点の変化等が発生する虞
がある。

【００２８】そして、適宜の相転移発熱物質を、低温で
結晶化する低温域相転移発熱物質と高温で結晶化する高
温域相転移発熱物として選択して組み合わせることで、
主熱源１４の比較的早い時期の低温加熱状態で低温域相
転移発熱物質を結晶化開始温度にまで急速に昇温させ、
次いでその急速な結晶化発熱によって高温域相転移発熱
物質の結晶化を早く起こすことができるようになり、ロ
ーラ表面温度を素早く立ちあげることができるようにな
るばかりでなく、単独物質層では狭い温度域のみで結晶
化発熱する現象が急速且つ幅広い範囲の発熱とすること
ができる。

【００２９】図２は、従来の定着ローラにおける昇熱温
度と時間との関係（破線で示す曲線Ａ）と、低温域相転
移発熱物質単体で相転移発熱物質層１２を形成した場合
の昇熱温度と時間との関係（１点鎖線で示す曲線Ｂ）
と、高温域相転移発熱物質単体で相転移発熱物質層１２
を形成した場合の昇熱温度と時間との関係（２点鎖線で
示す曲線Ｃ）と、本発明の発熱定着ローラ１０における
昇熱温度と時間との関係（実線で示すＤ）を比較するた
めのグラフ図である。

【００３０】以下、本発明の発熱定着ローラ１０各種実
施例と比較例とを説明する。

【００３１】

【実施例１】外径２０ｍｍの芯金１１の表面上に、２つ
の蒸発源を真空蒸着槽内にセットして、その１つにＴｅ
８重量％含有のＳｅＴｅ合金を、他の１つにイソフタル
酸ジフェニールの誘導体（分子量約６００、融点２１０
℃）を投入して両者の蒸発源を通電加熱して蒸着し、厚
さ６０μｍの相転移発熱物質層１２を形成した。その
後、ＰＦＡの熱収縮チューブを保護層１３として被せて
封止し、２５０℃まで加熱した後、毎分１０℃以上の冷
却速度で急冷して発熱定着ローラ１０を作成した（表２
に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ１）。

【００３２】その後、ＰＦＡの熱収縮チューブを保護層
１３として被せて封止し、２５０℃まで加熱した後、毎
分１０℃以上の冷却速度で急冷して発熱定着ローラ１０
を作成した（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ１）。

【００３３】

【実施例２】外径２０ｍｍの芯金１１の表面上に、２つ
の蒸発源を真空蒸着槽内にセットして、その１つにイソ
フタル酸ジフェニールの誘導体を、他の１つにビスフェ
ノールＡに炭酸ジフェニールを付加した３〜５量体の誘
導体（分子量約８００、融点２１５℃）を、それぞれ投
入して両者の蒸発源を通電加熱して蒸着して厚さ６０μ
ｍの相転移発熱物質層１２を形成した。

【００３４】その後、ＰＦＡの熱収縮チューブを保護層
１３として被せて封止し、２３０℃まで加熱した後、毎
分１０℃以上の冷却速度で急冷して発熱定着ローラ１０
を作成した（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ２）。

【００３５】

【実施例３】予め粉末にしたＰＥＴ、及びＴｅ５０重量
％含有のＳｅＴｅ合金を１：１の比率で混合し、この混
合粉末を静電塗装で外径２０ｍｍの芯金１１の表面上に
塗装して厚さ６０μｍの相転移発熱物質層１２を形成し
た。

【００３６】その後、１５０℃付近の温度にまで急加熱
して合金が結晶化して芯金１１に焼き付けを起こした段
階で、ＰＦＡの熱収縮チューブを保護層１３として被せ
て封止し、２８５℃まで減圧加熱した後、毎分５０℃以
上の冷却速度で急冷して発熱定着ローラ１０を作成した
（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ３）。

【００３７】

【比較例１】実施例１〜３で使用した相転移発熱物質
を、各々単体で各実施例と同様にして芯金１１の表面上
に膜形成して発熱定着ローラ１０を作成した。但し、Ｓ
ｅＴｅ合金、イソフタル酸ジフェニールの誘導体および
炭酸ジフェニール付加ビスフェノールＡ誘導体は真空蒸
着により膜を形成し、ＰＥＴは予備加熱カール法で形成
した（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ４，５，６，７，
８）。

【００３８】

【比較例２】Ｔｅ５０重量％含有ＳｅＴｅ合金と、Ｓｅ
単体とを別々の蒸発源に投入し、これらを芯金１１の外
表面に真空中で同時に蒸着して相転移発熱物質層１２を
形成した。その後、ＰＦＡの熱収縮チューブを保護層１
３として被せて封止して発熱定着ローラ１０を作成した
（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ９）。

【００３９】

【比較例３】実施例２で使用したビスフェノールＡに炭
酸ジフェニールを付加した３〜５量体の誘導体と、ビス
フェノールＡ誘導体とを別々の蒸発源に投入し、これら
を芯金１１の外表面に真空中で同時に蒸着して相転移発
熱物質層１２を形成した。その後、ＰＦＡの熱収縮チュ
ーブを保護層１３として被せて封止して発熱定着ローラ
１０を作成した（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ１
０）。

【００４０】これらの実施例１〜３、比較例１〜３の発
熱定着ローラ１０をリコー社製電子写真複写機Ｍ２１０
の定着装置に組込み、ヒーター電力９６０Ｗで加熱しな
がら発熱定着ローラの表面温度の上昇状況等を調べてみ
た。尚、表２は以下に示す各実施例並びに比較例の実験
結果を示す。

【００４１】

【表２】 この結果、実施例では、図２に示したように、表面温度
の上昇が２つの相転移物質の結晶化発熱パターンの複合
化した形となり、低温域結晶化発熱物質の結晶化開始温
度から温度急上昇が起こって連続的に上昇して行き、単
体の単独使用の場合は、低温域結晶化発熱物質の結晶化
昇温ではトナー定着温度付近で息切れして昇温効果が薄
れており、高温結晶化発熱物質の結晶化昇温では結晶化
開始温度が高い分、昇温開始が遅れていることが判る。

【００４２】また、２種の結晶化発熱物質が類似の性質
を持つ場合は、初期には２つの発熱の昇温が認められる
が、繰り返すと段々結晶化温度が変化していき、安定し
ていないことが判った。

【００４３】図３に示した各相転移発熱物質の結晶化温
度Ｔｃ、結晶化開始温度Ｔｃｉ、結晶化ピーク温度Ｔｃ
ｐ、結晶化終了温度Ｔｃｆは、熱分析装置ＤＴＡで毎分
１０℃のコントロールで昇温して、発熱開始点を結晶化
開始温度Ｔｃｉ、発熱ピーク時の設定で昇温した温度を
結晶化ピーク温度Ｔｃｐ、発熱が終了してコントロール
温度勾配に復帰する時の温度を結晶化終了温度Ｔｃｆと
定義している。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の発熱定着
ローラにあっては、相転移発熱物質層は、低温域相転移
発熱物質と、該低温域相転移発熱物質の結晶化終了温度
よりも低い結晶化開始温度特性を有する高温域相転移発
熱物質と、の混合体であることことにより、ウォーミン
グアップ時間の大幅な短縮化を実現し得て、しかも、温
度領域の設定が容易で、主熱源の省電化をも実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係わる発熱定着ローラ
を示し、（Ａ）は複写機の概略断面図、（Ｂ）は発熱定
着ローラの拡大断面図、（Ｃ）は発熱定着ローラの変形
例を示す拡大断面図である。

【図２】同じく、従来の定着ローラ、低温域相転移発熱
物質層、高温域相転移発熱物質層、本発明の発熱定着ロ
ーラの各々における昇熱温度と時間との関係を比較する
ためのグラフ図である。

【図３】同じく、相転移発熱物質の温度定義を説明する
ためのグラフ図である。

【符号の説明】

１０…発熱定着ローラ １１…芯金 １２…相転移発熱物質層

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】芯金上に相転移発熱物質層を設け、該相転
   移発熱物質層の発熱を利用してトナー定着温度にまで温
   度上昇させるようにした発熱定着ローラにおいて、 前記相転移発熱物質層は、低温域相転移発熱物質と、該
   低温域相転移発熱物質の結晶化終了温度よりも低い結晶
   化開始温度特性を有する高温域相転移発熱物質と、の混
   合体であることを特徴とする発熱定着ローラ。
2. 【請求項２】前記各相転移発熱物質は、その溶融時に相
   互の相溶性を有しない物質であることを特徴とする請求
   項１に記載の発熱定着ローラ。