JP3263020B2 - 定着ローラ及び定着装置 - 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
ーラ及び定着装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機、プリンタ、ファクシミリなどで
は、現像された画像の定着に、定着ローラと加圧ローラ
とからなる定着装置を用いている。この定着装置では、
トナーが転写されて現像された転写紙は定着ローラと加
圧ローラとの間を通され、トナーが加熱溶融（軟化）さ
れて転写紙上に融着して定着される。

【０００３】この種の定着ローラでは、その外周面の温
度が定着に要求される温度（定着可能温度又は所定温度
（例えば、１８０度Ｃ））に達するまで、予めウオーミ
ングアップすることが行われている。このウオーミング
アップには長時間を要し、一般にはメイン電源のオンと
共に定着ローラを予備加熱する構成が採用されている。

【０００４】しかしながら、この予備加熱する構成の定
着ローラでは、電力の浪費が大きく、地球環境保護、省
エネルギーの観点から必ずしも望ましいものではない。
そこで、本件出願人は、筒状の芯金の外周に、非晶質と
結晶質との間で相転移が可能な相転移発熱物質からなる
相転移発熱層を設け、その相転移発熱層を保護層で被覆
する構成の定着ローラを提案した（例えば、特開平７−
１４０８２３号公報を参照）。この定着ローラによれ
ば、ヒータ加熱により定着ローラの外周面の温度が定着
可能温度に達するまでの間に、相転移発熱物質が非晶質
から結晶質に相転移するときに発生する熱エネルギーに
より、定着ローラの外周面の温度上昇をヒータのみによ
る昇温と較べて促進させている。これにより、ウオーミ
ングアップ時間の短縮及び省電力化が図られる。

【０００５】この種の定着ローラでは、相転移発熱物質
が結晶化する際に発生する熱エネルギーを利用している
ため、この相転移発熱物質の再使用を図るためには、こ
れらの相転移発熱物質は、溶融状態から急冷させること
により非晶質化し、その非晶質化した物質を昇温すると
結晶化する性質を有することが必要である。

【０００６】この種の物質として、無機系物質では、周
期律表第ＩＩＩ族〜第ＶＩ族の元素は多元系で、非晶質
化可能領域を有することが知られている。その中でもＳ
ｅ（セレン）を主成分としたカルコゲンやカルコゲナイ
ド化合物は、急速に結晶化して発熱し、結晶化の際の発
熱エネルギーも大きいので好適な材料である。

【０００７】有機系物質では、ＰＥＴ（ポリエチレンテ
レフタレート）系やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレー
ト）系等のポリエステル類のような結晶性熱可塑性樹脂
などの高分子系物質が非晶質化可能領域を有することが
わかってきた。さらに、低分子の有機系物質では、イソ
フタル酸ジフェニルの誘導体、ビスフェノール誘導体等
は結晶化の際に発熱することが確認されている。

【０００８】例えば、図１は熱分析装置（ＤＴＡ）によ
る代表的な相転移発熱物質（Ｓｅ）の熱分析特性を示し
ている。この図１において、符号Ｌ１はコントロール温
度直線を示し、この図１には、毎分１０分の割合で昇温
させたときの発熱−吸熱曲線Ｑが示されている。符号Ｔ
ｇは相転移発熱物質のガラス転移点、Ｐｇ、Ｐｍはその
物質の吸熱ピーク、Ｐｃはその物質の発熱ピーク部分、
Ｔｃｐはその物質の発熱ピーク温度、Ｔｃｉはその物質
が非晶質から結晶質に相転移を開始するときの結晶化開
始温度、Ｔｃｆはその物質による相転移が完了してコン
トロール温度になったときの結晶化終了温度、Ｔｍはそ
の物質の溶融温度（融点）である。これらの温度特性値
は、コントロール速度が大きくなると若干高温側にシフ
トする。

【０００９】この発熱−吸熱曲線Ｑでは、時間の経過
（温度上昇）に従って、まずガラス転移点Ｔｇにおいて
小さな吸熱ピークＰｇが観測される。次いで結晶化に伴
う大きな発熱ピークＰｃが観測され、その後、溶融に基
づく吸熱ピークＰｍが観測される。

【００１０】ところで、ウオーミングアップ時間を一層
短縮するためには、定着ローラの外周の表面温度を、定
着可能温度（トナーの軟化（溶融））温度以上に速やか
に上昇させることが必要である。相転移発熱物質を定着
可能温度に比べて著しく低い温度領域で発熱させると、
定着ローラの表面が定着可能温度に上昇するまでに、発
生した熱が周囲に散逸し、相転移発熱物質を有効に利用
することができない。一方、定着可能温度に達してから
相転移発熱物質を発熱させたとしてもウオーミングアッ
プ時間の短縮は図れない。また、相転移発熱物質が発熱
を開始してから発熱を終了するまでの発熱温度領域が高
すぎる場合には、所定の定着可能温度到達時以後も発熱
を伴うので、その温度以上に加熱され、いわゆるオーバ
ーヒートが生じる。

【００１１】しかしながら、各相転移発熱物質には、各
物質固有の結晶化開始温度Ｔｃｉ、発熱ピーク温度Ｔｃ
ｐ、融点Ｔｍ、結晶化終了温度Ｔｃｆ等の結晶化温度特
性があり、この相転移発熱物質は、適切な特性を有する
ことが望まれ、市販の定着ローラの場合、相転移発熱物
質としてその結晶化開始温度Ｔｃｉから融点Ｔｍまでの
温度範囲が通常８０〜２００°Ｃのものが望まれるが、
この温度領域を広くカバーできる相転移発熱物質の選択
は難しい。

【００１２】本発明は、上記の事情を考慮して為された
もので、ウォーミングアップ時間の大幅な短縮化を実現
し得て、かつ、相転移発熱物質の選択の自由度が増大し
て製造上の制約が大幅に軽減され、しかも、ヒータの省
電力化を実現できる定着ローラ及び定着装置を提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のもの
は、上記課題を解決するため、結晶質と非晶質とに相転
移が可能な相転移発熱物質からなる相転移発熱層を芯金
上に設け、前記相転移発熱物質が非晶質から結晶質へ相
転移するときの発熱を利用して昇温が促進される定着ロ
ーラにおいて、前記相転移発熱物質には非晶質から結晶
質に相転移を開始する結晶化開始温度が少なくとも二つ
以上存在し、前記相転移発熱物質は互いに異なる単一の
結晶化開始温度を有する少なくとも二種類の物質の混合
物からなり、前記混合物は第１相転移発熱物質と第２相
転移発熱物質からなり、前記第１相転移発熱物質の結晶
化開始温度が前記第２相転移発熱物質の結晶化開始温度
と第２相転移発熱物質の発熱ピーク温度との間にあるこ
とを特徴とする。

【００１４】請求項２に記載のものは、請求項１に記載
の定着ローラにおいて、前記第１相転移発熱物質の発熱
ピーク温度が前記第２相転移発熱物質の融点未満である
ことを特徴とする。

【００１５】請求項３に記載のものは、上記課題を解決
するため、結晶質と非晶質とに相転移が可能な相転移発
熱物質からなる相転移発熱層が芯金上に設けられて前記
相転移発熱物質が非晶質から結晶質へ相転移するときの
発熱を利用して昇温が促進される定着ローラと、前記相
転移発熱物質を非晶質から結晶質に相転移させる加熱部
と、結晶化した相転移発熱物質を溶融させる溶融部と、
溶融状態の相転移発熱物質を非晶質の相転移発熱物質に
固化させる冷却部とを備え、前記相転移発熱物質が互い
に異なる単一の結晶化開始温度を有する少なくとも二種
類の物質の混合物からなる定着装置であることを特徴と
する。

【００１６】請求項４に記載のものは、請求項３に記載
の定着装置において、前記混合物が第１相転移発熱物質
と第２相転移発熱物質からなり、前記第１相転移発熱物
質の非晶質から結晶質に相転移を開始する結晶化開始温
度が前記第２相転移発熱物質の結晶化開始温度と第２相
転移発熱物質の発熱ピーク温度との間にあり、前記加熱
部は少なくとも第１相転移発熱物質の結晶化開始温度ま
で前記相転移発熱層を加熱することを特徴とする。

【００１７】請求項５に記載のものは、請求項４に記載
の定着装置において、前記第１相転移発熱物質のピーク
温度が第２相転移発熱物質の融点未満であることを特徴
とする。

【００１８】請求項６に記載のものは、請求項３に記載
の定着装置において、前記混合物が第１相転移発熱物質
と第２相転移発熱物質からなり、前記溶融部は第１相転
移発熱物質の融点と第２相転移発熱物質の融点とのう
ち、高い方の融点以上に前記相転移発熱層を加熱し、前
記冷却部は第１相転移発熱物質と第２相転移発熱物質と
のうち、融点の高い方の相転移発熱物質が溶融状態から
非晶質の固体へ相転移する冷却速度により冷却すること
を特徴とする。

【００１９】

【００２０】請求項７に記載のものは、請求項３に記載
の定着装置において、前記混合物が第１相転移発熱物質
と第２相転移発熱物質からなり、前記溶融部は第１相転
移発熱物質の融点と第２相転移発熱物質の融点とのう
ち、高い方の融点以上に相転移発熱層を加熱し、前記冷
却部は第１相転移発熱物質が非晶質の固体へ相転移する
冷却速度と第２相転移発熱物質が非晶質の固体へ相転移
する冷却速度とのうち、早い方の冷却速度により前記第
１相転移発熱物質と第２相転移発熱物質とを冷却するこ
とを特徴とする。

【００２１】

【００２２】請求項１０に記載のものは、円筒形状の芯
金の外周表面に円周状凹所が形成され、該円周状凹所内
に結晶質と非晶質との間で相転移可能の相転移発熱層が
配設され、前記相転移発熱層は少なくとも第１相転移発
熱物質と第２相転移発熱物質との混合物から構成され、
前記第１相転移発熱物質と第２相転移発熱物質とは、ヒ
ータを用いて加熱することにより非晶質から結晶質に相
転移され、結晶質の各相転移発熱物質は溶融状態にされ
た後、冷却ファンを用いて冷却することにより非晶質に
相転移され、前記相転移発熱層の外周面には保護層が形
成され、該保護層の端部は前記芯金の表面の端部に密着
され、前記ヒータは前記芯金の中空内に設置されて制御
部によって制御され、該制御部は、前記各相転移発熱物
質を非晶質から結晶質に相転移させるときに第１相転移
発熱物質の非晶質から結晶質に相転移を開始する結晶化
開始温度と第２相転移発熱物質の非晶質から結晶質に相
転移を開始する結晶化開始温度とのうち少なくとも低い
方の結晶化開始温度まで前記ヒータを加熱制御する一
方、前記第１相転移発熱物質と前記第２相転移発熱物質
とを溶融させるときに前記第１相転移発熱物質の融点と
前記第２相転移発熱物質の融点とのうち高い方の融点ま
で前記ヒータを加熱制御し、前記冷却ファンは第１相転
移発熱物質が溶融状態から非晶質の固体となるときの冷
却速度と第２相転移発熱物質が溶融状態から非晶質の固
体となるときの冷却速度とのうち早い方の冷却速度によ
り溶融状態の相転移発熱層を前記保護層を介して冷却す
ることを特徴とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】

【００２４】

【発明の実施の形態１】次に、本発明の定着ローラを複
写機に適用した実施例について図面を参照しつつ説明す
る。

【００２５】図２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を有するドラム式感
光体５と、ドラム式感光体５に付着したトナー像を転写
紙Ｐの一面に転写する転写装置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。

【００２６】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定着ローラ１０とを
備えている。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、定着ローラ１０の熱によっ
て転写紙Ｐに定着される。その後、転写紙Ｐは装置本体
２の排出口２ａから排出される。

【００２７】定着ローラ１０は、図３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を有する。芯金１１の外周面には円周状凹所１１ａ
が形成されている。芯金１１の外表面で円周状凹所１１
ａ内には相転移発熱層１２が設けられている。相転移発
熱層１２は保護層１３により被覆され、保護層１３の端
部１３ａは芯金１１の端部１１ｂに密着されている。芯
金１１の内表面にはヒータ１４が設けられている。な
お、ヒータ１４には配線１４ａ，１４ａから電源が供給
される。このヒータ１４は図３に示す筒状体のほか、ハ
ロゲンランプ等でもよい。なお、この実施例の定着ロー
ラ１０は、基本的には、芯金１１の外表面に相転移発熱
層１２と保護層１３とを設けることにより構成される
が、その他、図４に示すように接着層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。

【００２８】相転移発熱層１２は結晶質と非晶質との間
で相転移が可能な相転移発熱物質から構成されている。
この相転移発熱物質には非晶質から結晶質に相転移を開
始する結晶化開始温度（発熱開始温度ともいう）が二以
上存在しているものを使用する。ここでは、相転移発熱
層１２を構成する相転移発熱物質は少なくとも二種類の
物質からなり、例えば、ヒータ１４の発熱によって低温
領域で相転移を開始する第２相転移発熱物質（低温域相
転移発熱物質）と、第２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を開始する第１相転移発熱物質
（高温域相転移発熱物質）の混合物からなる。

【００２９】相転移発熱層１２を形成する混合物は、下
記の表１に示す結晶化開始温度Ｔｃｉ、発熱ピーク温度
Ｔｃｐ、融点Ｔｍ、結晶化終了温度Ｔｃｆ、結晶化発熱
潜熱Ｌｃが知られている物質を第１相転移発熱物質、第
２相転移発熱物質として用いる。これらの物質は選択的
に組み合わされる。

【００３０】

【表１】 相転移発熱層１２は、溶融時に相互反応、相互溶解を起
こさない物質を使用することが望ましい。

【００３１】というのは、電源ＯＦＦから再度電源ＯＮ
として、相転移による発熱を利用するための初期化を行
う際、一旦相転移発熱物質を融点以上に加熱溶融した後
に冷却するからである。従って、相転移発熱物質を繰り
返し使用するためには、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
要である。溶融時に二種類の物質が相溶すると変質し、
非晶質化が困難となる。また、結晶化開始温度、発熱ピ
ーク温度、融点が変化することが考えられ、再結晶化が
困難になるおそれがあるからである。

【００３２】適宜の相転移発熱物質を、低温領域で発熱
を開始する第２相転移発熱物質と高温領域で発熱を開始
する第１相転移発熱物質とを選択して組み合わせること
により、ヒータ１４による低温加熱状態で第２相転移発
熱物質を発熱させて、定着ローラ１０の表面温度を第２
相転移発熱物質の結晶化開始温度にまで急速に昇温さ
せ、従って、その急速な第２相転移発熱物質による発熱
によって第１相転移発熱物質の結晶化を誘発させること
ができ、これにより定着ローラ１０の表面温度を素早く
立ちあげることができる。結晶化開始温度が単一の物質
では狭い温度範囲のみで発熱現象が生じるが、二以上の
結晶化開始温度を有する相転移発熱物質（混合物）を用
いているので、幅広い温度範囲に渡って急速に発熱させ
ることができる。

【００３３】この理由を図５を参照しつつ更に詳細に説
明する。

【００３４】図５は従来の定着ローラ１０’を加熱した
場合の温度−時間特性（昇温特性直線Ａを破線で示す）
と、第２相転移発熱物質のみからなる相転移発熱層１２
が形成された定着ローラを加熱した場合の温度−時間特
性（昇温特性曲線Ｂを１点鎖線で示す）と、第１相転移
発熱物質のみからなる相転移発熱層１２が形成された定
着ローラを加熱した場合の温度−時間特性（昇温特性曲
線Ｃを２点鎖線で示す）と、第１相転移発熱物質と第２
相転移発熱物質との混合物からなる相転移発熱層１２が
形成された定着ローラ１０を加熱した場合の温度−時間
特性（昇温特性曲線Ｄを実線で示す）を比較して説明す
るためのグラフ図である。なお、従来の定着ローラ１
０’の構成は、例えば、図６に示されている。その定着
ローラ１０’は芯金１１’の外表面に離型層１２’が形
成され、芯金１１’の内部に設けられたハロゲンランプ
１４’により加熱される。

【００３５】第２相転移発熱物質のみから相転移発熱層
１２がなる定着ローラの立ち上げ時間は従来の定着ロー
ラ１０’の立ち上げ時間に較べてｔ１分短縮でき、第１
相転移発熱物質のみから相転移発熱層１２がなる定着ロ
ーラの立ち上げ時間は従来の定着ローラ１０’の立ち上
げ時間に較べてｔ２分短縮でき、第１相転移発熱物質と
第２相転移発熱物質との混合物から相転移発熱層１２が
なる定着ローラ１０の立ち上げ時間は従来の定着ローラ
１０’の立ち上げ時間に較べてｔ３分短くできる。

【００３６】第１相転移発熱物質の発熱ピーク温度Ｔｃ
ｐ１は第２相転移発熱物質が固体状態を維持する必要が
あるため、第２相転移発熱物質の融点Ｔｍ２よりも低い
ことが条件である。第２相転移発熱物質が溶融すると、
定着ローラ１０の表面の剛性を維持できず、加圧ローラ
９と定着ローラ１０との間のニップ９’（図２参照）の
間隔を維持できなくなり、定着を適正に行うことができ
なくなるおそれがあるからである。

【００３７】第２相転移発熱物質の結晶化開始温度Ｔｃ
ｉ２とこの第２相転移発熱物質の発熱ピーク温度Ｔｃｐ
２との間に第１相転移発熱物質の結晶化開始温度Ｔｃｉ
１が存在する第１相転移発熱物質と第２相転移発熱物質
とを組み合わせることにより、なだらかな昇温特性曲線
Ｄを得ることができる。

【００３８】第２相転移発熱物質はその発熱ピーク温度
Ｔｃｐ２を過ぎると温度が一旦下がり、定着ローラ１０
の温度上昇が鈍くなるが、第２相転移発熱物質の結晶化
開始温度Ｔｃｉ２とその発熱ピーク温度Ｔｃｐ２との間
に第１相転移発熱物質の結晶化開始温度Ｔｃｉ１を存在
させると、第２相転移発熱物質の発熱により定着ローラ
の温度が結晶化開始温度Ｔｃｉ１を越えた時点で、第１
相転移発熱物質による発熱が開始され、第２相転移発熱
物質による発熱に第１相転移発熱物質による急激な発熱
が重なるからである。従って、第２相転移発熱物質の発
熱を第１相転移発熱物質の発熱に有効利用できる。

【００３９】この加熱は第１相転移発熱物質の結晶化開
始温度Ｔｃｉ１まで行えば充分であるが、少なくとも第
２相転移発熱物質の結晶化開始温度Ｔｃｉ２まで加熱す
る必要がある。

【００４０】ここで、記号Ｉは第１相転移発熱物質の結
晶化開始温度Ｔｃｉ１と第２相転移発熱物質の結晶化開
始温度Ｔｃｉ２との温度差を示し、記号ＩＩは第１相転
移発熱物質の結晶化開始温度Ｔｃｉ１と第２相転移発熱
物質の発熱ピーク温度Ｔｃｐ２との温度差を示し、ＩＩ
Ｉは第１相転移発熱物質の発熱ピーク温度Ｔｃｐ１と第
２相転移発熱物質の発熱ピーク温度Ｔｃｐ２との温度差
を示し、ＩＶは結晶化開始温度Ｔｃｉ２と発熱ピーク温
度Ｔｃｐ２との温度差を示し、定着可能温度よりも上昇
している箇所Ｅはオーバシュートをしていることを示し
ている。

【００４１】このオーバシュートが大きすぎると、トナ
ーの定着に支障が生じる。従って、第１相転移発熱物質
の発熱ピーク温度Ｔｃｐ１は定着可能温度の近傍である
ことが望ましい。このオーバシュートによる温度は、以
下に説明する実施例では、ほとんど支障のない程度であ
った。なお、ヒータ１４は定着可能温度を維持するため
にコントロールされ、通常ヒータ１４は定着ローラ１０
の表面温度が定着可能温度よりも若干低くなるようにコ
ントロールされる。

【００４２】二種類の相転移発熱物質は、複写時に固体
状態の結晶質となっている。従って、固体状態の非晶質
から固体状態の結晶質に相転移するときに発生する熱エ
ネルギーを再利用するために、二種類の相転移発熱物質
を一旦溶融させる。この場合、第１相転移発熱物質の融
点Ｔｍ１と第２相転移発熱物質の融点Ｔｍ２とのうちい
ずれか高い方よりも高い温度で各物質を溶融させる。第
２相転移発熱物質の発熱ピーク温度Ｔｃｐ２が第１相転
移発熱物質の発熱ピーク温度Ｔｃｐ１よりも低いからと
いって、必ずしも第２相転移発熱物質の融点Ｔｍ２が第
１相転移発熱物質の融点Ｔｍ１よりも低いとは限らない
からである。すなわち、発熱ピーク温度Ｔｃｐ２が低い
第２相転移発熱物質の融点Ｔｍ２が発熱ピーク温度Ｔｃ
ｐ１が高い第１相転移発熱物質の融点Ｔｍ１よりも高い
場合がある。

【００４３】例えば、Ｔｅ８重量％含有のＳｅＴｅ合金
は、結晶化開始温度Ｔｃｉが１００度Ｃ、発熱ピーク温
度Ｔｃｐが１５０°Ｃであり、その融点Ｔｍは２３０°
Ｃである。一方、Ｔｅ５０重量％含有のＳｅＴｅ合金
は、結晶化開始温度Ｔｃｉが９０度Ｃ、発熱ピーク温度
Ｔｃｐが１１０°Ｃであり、その融点Ｔｍは２８０°Ｃ
である。従って、結晶化開始温度Ｔｃｉ１が結晶化開始
温度Ｔｃｉ２と発熱ピーク温度Ｔｃｐ２との間に存在す
るＴｅ８重量％含有のＳｅＴｅ合金を第１種相転移発熱
物質として用い、第２種相転移発熱物質としてＴｅ５０
重量％含有のＳｅＴｅ合金を用いた場合、融点Ｔｍ１と
融点Ｔｍ２との関係が逆転する。

【００４４】二つの相転移発熱物質は急冷により溶融状
態から非晶質の固体に相転移する。この場合、融点の高
い方の相転移発熱物質が溶融状態から非晶質の固体状態
に相転移する冷却速度により冷却する。この二種類の相
転移発熱物質を急冷することにより各相転移発熱物質が
非晶質の固体となる。

【００４５】二種類の相転移発熱物質を効率よく非晶質
化する場合には、融点の低い相転移発熱物質の凝固点Ｔ
ｍ’（融点Ｔｍとほぼ同じ温度）の近傍で冷却速度を切
り替える。各相転移発熱物質を効率よく非晶質化するた
めの冷却速度は各物質によって異なっており、融点Ｔｍ
の高い相転移発熱物質は融点Ｔｍの低い方の相転移発熱
物質の凝固点近傍で非晶質化がほぼ完了するため、融点
の低い方の相転移発熱物質の凝固点近傍でその物質を効
率良く冷却できる冷却速度に切り替えると、非晶質化効
率が向上するからである。

【００４６】また、第１相転移発熱物質が溶融状態から
非晶質の固体に相転移する冷却速度と第２相転移発熱物
質が溶融状態から非晶質の固体に相転移する冷却速度と
のうち早い方の冷却速度により冷却しても良い。これに
より、速やかに溶融状態の相転移発熱物質を非晶質の固
体状態に移行させることができる。この場合にも、融点
の低い相転移発熱物質の凝固点近傍で、冷却速度を切り
替えることにより、各相転移発熱物質を効率良く非晶質
化できる。相転移完了後、後述する冷却ファンによる冷
却を停止する。相転移発熱物質はその後、環境温度とな
る。その図５において、符号Ｆは早い方の冷却速度を示
し、符号Ｇは遅い方の冷却速度を示している。相転移発
熱物質の発熱を再利用するときには、ヒータ１４により
定着ローラ１０を再加熱する。

【００４７】図７〜図１０は加熱・溶融から冷却までの
制御を説明するための具体例を示している。

【００４８】図７に示すように、芯金１１はその軸部１
１ｅが支持筒１１ｆに回転可能に保持されている。芯金
１１には送風ファン２０が臨まされている。この送風フ
ァン２０はモータ２１によって駆動され、送風ファン２
０とモータ２１とは冷却部を構成する。ヒータ１４はこ
こではハロゲンランプからなり、ヒータ１４は相転移発
熱層１２を加熱する加熱部として機能すると共に、結晶
質化した相転移発熱物質を溶融させる溶融部として機能
する。そのヒータ１４、モータ２１は制御部（ＣＰＵ）
２２によりコントロールされる。この制御部２２には温
度センサ２３とメインスイッチ２４と図示を略す本体パ
ネルの開閉検知スイッチ２５とが接続されている。温度
センサ２３は定着ローラ１０の表面温度を検出する。

【００４９】メインスイッチ２４をオンすると、制御部
２２はヒータ１４に通電を開始し、定着ローラ１０が加
熱される。これにより、各相転移発熱物質が各結晶化開
始温度で発熱を開始し、定着ローラ１０が急速に定着可
能温度にまで立ち上げられる。

【００５０】制御部２２は温度センサ２３により定着ロ
ーラ１０の表面温度が定着可能温度を維持するようにヒ
ータ１４を通電制御する。メインスイッチ２４をオフ又
は本体パネルを開成すると、制御部２２は相転移発熱物
質を溶融させるためにヒータ１４への通電量を増加す
る。温度センサ２３は相転移発熱物質が溶融したか否か
を表面温度により判定する。制御部２２は温度センサ２
３に基づき相転移発熱物質の溶融を判断し、ヒータ１４
への通電を停止する。次に、同時に又は所定時間後、制
御部２２はモータ２１を駆動し、相転移発熱物質の冷却
を開始する。制御部２２により冷却速度を切り替える場
合、定着ローラ１０の表面温度が温度センサ２３により
融点の低い方の凝固点近となった時点で行う。制御部２
２は各相転移発熱物質が固体状態の非晶質となった時点
で送風を停止させる。図８はその通電制御のタイミング
図である。これらの制御は、後述する発明の実施の形態
２、形態３についても適用できる。

【００５１】制御部２２はメインスイッチ２４がオン又
は本体パネルが閉じられると再びヒータ１４に通電を開
始し、これにより定着ローラ１０が急速に定着可能温度
に立ち上げられる。ここでは、加熱と溶融とを１個のヒ
ータ１４により行っているが加熱部と溶融部とを別々に
設けても良く、また芯金１１を加熱する構成となってい
るが、相転移発熱層１２を直接加熱する構成を採用して
も良い。

【００５２】図７では相転移発熱層１２を内部から冷却
する構成としているが、図９に示すように、相転移発熱
層１２を外側から強制的に送風ファン２０により冷却す
る構成とすることもできる。この場合、ニップ９’に向
けて送風するようにすると、定着ローラ１０の変形を防
止できて望ましい。また、図１０に示すように、定着ロ
ーラ１０を回転させながら溶融させると共に冷却するよ
うにすると、加圧ローラ９による加圧力が均一に定着ロ
ーラ１０の外周面に加わることとなるので、溶融・冷却
後の相転移発熱層１２の厚さを均一に保つことができ
る。

【００５３】次に、この発明の実施の形態の定着ローラ
１０の各種実施例と比較例とを説明する。

【００５４】

【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を（分子量約６００、融点２１
０℃）を投入して両者の蒸発源に通電加熱して蒸着し、
厚さ６０μｍの相転移発熱層１２を形成した。

【００５５】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℃以上の冷却速度により急冷して発熱定着ローラ
１０を作成した（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ１）。

【００５６】

【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に通電加熱して蒸着し、厚さ６０μ
ｍの相転移発熱物質層１２を形成した。

【００５７】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℃以上の冷却速度により急冷して定着ローラ１０
を作成した（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ２）。

【００５８】

【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
合粉末を静電塗装により外径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。

【００５９】その後、１５０℃付近の温度にまで急速に
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
℃以上の冷却速度により急冷して定着ローラ１０を作成
した（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ３）。

【００６０】

【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
に膜形成して定着ローラ１０を作成した。但し、ＳｅＴ
ｅ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）。

【００６１】

【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 Ｎｏ９）。

【００６２】

【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定着ローラ１０を作
成した（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ１０）。

【００６３】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。

【００６４】

【表２】 この結果、実施例では、図５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が複合
化した形となり、第２相転移発熱物質の結晶化開始温度
Ｔｃｉ２から温度急上昇が起こって連続的に上昇し良好
な結果が得られた。第２相転移発熱物質のみによる昇温
では結晶化開始温度Ｔｃｉ２が低いので定着可能温度付
近で息切れして昇温効果が薄れ、第１相転移発熱物質の
みによる昇温では、結晶化開始温度Ｔｃｉ１が高い分だ
け昇温開始が遅れた。なお、２種の相転移発熱物質が類
似の性質を持つ場合、初期には２つの相転移発熱物質に
よる昇温が別々に認められるが、繰り返すと段々結晶化
開始温度が変化し、安定していないことが確認された。

【００６５】この相転移発熱層１２を３種類以上の複数
の相転移発熱物質の混合物により形成しても良い。

【００６６】このように、相転移発熱物質が固有の温度
特性を有することを積極的に利用して、ヒータ１４のみ
による昇温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層１２を形成し、この相
転移発熱層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、並びに、ヒータ１４の省電力
化を実現できた。

【００６７】また、複写機を使用する環境下での常温か
ら定着可能温度までの温度範囲で昇温させるとき、結晶
化温度特性（結晶化開始温度、発熱ピーク温度等をい
う）の異なる物質を混合して相転移発熱層１２を形成す
ることにしたので、使用する物質の組み合わせにより、
温度範囲の選定が容易となった。

【００６８】

【発明の実施の形態２】発明の実施の形態１では、相転
移発熱層１２を第１相転移発熱物質と第２相転移発熱物
質との混合物から形成した。この発明の実施の形態２で
は、相転移発熱層１２を第１相転移発熱物質のみからな
る第１層と第２相転移発熱物質のみからなる第２層とに
より構成したものである。この作用効果は発明の実施の
形態１と大略同一であるのでその詳細な説明は省略する
こととし、異なる部分についてのみ説明することとす
る。

【００６９】図１１は相転移発熱層１２を第１層１２ａ
と第２層１２ｂとから構成し、保護層１３により相転移
発熱層１２を被覆した構成を示している。第１層１２ａ
は第１相転移発熱物質のみから構成され、第２層１２ｂ
は第２相転移発熱物質のみから構成され、第１層１２ａ
は第２層１２ｂの上に積層形成されている。ここでは、
第１相転移発熱物質の結晶化開始温度を第１結晶化開始
温度といい、第２相転移発熱物質の結晶化開始温度を第
２結晶化開始温度ということにする。第１結晶化開始温
度は第２結晶化開始温度よりも高い。

【００７０】この相転移発熱層１２には図１２に示すよ
うに、第１層１２ａと第２層１２ｂとの間に結晶化開始
温度が第１結晶化開始温度と第２結晶化開始温度との間
に存在する相転移発熱物質のみからなる第３層１２ｃを
設けても良い。

【００７１】さらに、図１３に示すように、第２層１２
ｂと第１層１２ａとの間にアルミニウム合金等の熱伝導
率の大きな仕切り層１２ｄを介在させても良い。この仕
切り層１２ｄにはその融点が各相転移発熱物質の融点Ｔ
ｍ１、Ｔｍ２よりも高いものを使用するのが望ましい。
各相転移発熱物質の溶融時に相互に融合しないようにす
るためである。相溶性を有する物質を組み合わせて用い
る場合には、上述した仕切り層１２ｄを設けることが望
ましい。

【００７２】第１層１２ａ、第２層１２ｂを構成する物
質には、発明の実施の形態１と同様に表１に示す物質を
使用する。

【００７３】以下に、発明の実施の形態２の定着ローラ
１０各種実施例と比較例とを説明する。

【００７４】

【実施例１】外径２０ｍｍのアルミニウム合金からなる
芯金１１の外表面に、イソフタル酸ジフェニールの誘導
体を分散した塗工液を塗布して第２層１２ｂを形成し、
この第２層１２ｂを乾燥させた後、真空蒸着槽内にセッ
トし、Ｔｅ８重量％含有のセレン・テルル（ＳｅＴｅ）
合金を蒸発源として通電加熱して、これを第２層１２ｂ
の上に蒸着して膜厚６０μｍの第１層１２ａを形成し
た。

【００７５】その後、ペルフルオロアルコキシフッ素樹
脂（ＰＦＡ）の熱収縮チューブを第１層１２ａに被せて
封止し、２５０℃まで加熱した後、毎分１０℃以上の冷
却速度により急冷して定着ローラ１０を作成した（表３
に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ１）。

【００７６】

【実施例２】外径２０ｍｍの芯金１１の外表面に、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
フル酸ジフェニールの誘導体を投入し、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
の誘導体を投入し、まずイソフル酸ジフェニールの誘導
体の蒸発源を通電加熱して蒸着することにより、第２層
１２ｂを形成し、その後、ビスフェノールＡの誘導体に
通電加熱して蒸着し、第１層１２ａを形成して、厚さ６
０μｍの相転移発熱層１２を形成した。

【００７７】その後、ＰＦＡの熱収縮チューブを被せて
封止して保護層１３とし、２２０℃まで加熱した後、毎
分１０℃以上の冷却速度により急冷して定着ローラ１０
を作成した（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ２）。

【００７８】

【実施例３】予め予備加熱カール法によってＰＥＴ膜
（第２層１２ｂ）を形成した外径２０ｍｍの芯金１１の
外表面にＴｅ８重量％含有のＳｅＴｅ合金を真空蒸着し
て膜（第１層１２ａ）を形成して、厚さ６０μｍの２層
の相転移発熱層１２を形成した。

【００７９】その後、ＰＦＡの熱収縮チューブを被せて
封止して保護層１３とし、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定着ローラ１
０を作成した（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ３）。

【００８０】

【実施例４】外径２０ｍｍの芯金１１の外表面に真空蒸
着でＴｅ５０重量％含有ＳｅＴｅ合金を第２層１２ｂと
して形成した後、その表面にスパッタリングによってス
テンレス鋼膜（仕切り層１２ｄ）を形成し、さらにその
上にＴｅ８重量％含有ＳｅＴｅ合金を第１層１２ａとし
て形成した。

【００８１】その後、ＰＦＡの熱収縮チューブを被せて
封止して保護層１３とし、２８５℃まで減圧加熱した
後、毎分１０℃以上の冷却速度により急冷して定着ロー
ラ１０を作成した（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ
４）。

【００８２】

【実施例５】外径２０ｍｍの芯金１１の外表面に、イソ
フタル酸ジフェニールの誘導体を分散した塗工液を塗布
して第２層１２ｂを形成し、この第２層１２ｂが乾燥し
た後、予めアルミニウム膜（仕切層１２ｄ）を形成した
ＰＥＴシートを、アルミニウム膜面を内側にして予備加
熱でカールさせた後、第２層１２ｂを形成した芯金１１
の上に第１層１２ａを形成した。

【００８３】その後、ＰＦＡの熱収縮チューブを被せて
封止して保護層１３とし、２５０℃まで減圧加熱した
後、毎分５０℃以上の冷却速度により急冷して定着ロー
ラ１０を作成した（表２に示すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ
５）。

【００８４】

【比較例１】実施例１〜３で使用した相転移発熱物質
を、各々単体で実施例と同様にして芯金１１支持体の上
に形成した。ただし、ＳｅＴｅ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ものである（表２に示すＳ
ａｍｐｌｅ Ｎｏ６，７，８，９）。

【００８５】

【比較例２】実施例４の２種類のＳｅＴｅ合金を真空蒸
着で順次積層して第２層１２ｂと第１層１２ａとを形成
し、その後、ＰＦＡの熱収縮チューブを被せて封止して
保護層１３として定着ローラ１０を作製した（表２に示
すＳａｍｐｌｅ Ｎｏ１０）。

【００８６】

【比較例３】実施例５と同様にして、第２層１２ｂと第
１層１３ａとの間にアルミニウム被膜のない（仕切層１
２ｄのない）定着ローラ１０を作製した（表２に示すＳ
ａｍｐｌｅ Ｎｏ１１）。

【００８７】これらの実施例１〜５、比較例１〜３の定
着ローラ１０をリコー製電子写真複写機Ｍ２１０の定着
装置に組込み、ヒーター電力９６０Ｗで加熱しながら各
定着ローラ１０の表面温度の上昇状況等を調べてみた。
尚、表３は以下に示す各実施例並びに比較例の実験結果
を示す。

【００８８】

【表３】 この比較結果は、発明の実施の形態１とほぼ同じであっ
たが、比較例２、３のように相溶性を有する物質を積層
形成した場合、繰り返し使用により段々と結晶化開始温
度がずれ、しかも、発熱も劣化してきたが、実施例４、
５のように第１層１２ａと第２層１２ｂとの間に仕切り
層１２ｄを形成した場合には繰り返し使用でも、結晶化
開始温度が安定していた。

【００８９】

【発明の実施の形態３】発明の実施の形態１では二種の
異なる相転移発熱物質を混合して芯金１１に相転移発熱
層１２を形成した。発明の実施の形態２では単一の相転
移発熱物質のみからなる第２層と第１層とを積層して芯
金１１に少なくも２層からなる相転移発熱層１２を形成
した。

【００９０】しかし、２種以上の相転移発熱物質を用い
る場合には、結晶化温度範囲の選択に加え、２種以上の
物質の相溶性、融点、ガラス転移点等の特性を極めて相
性よく選択する必要がある。それ故、発明の実施の形態
１、２ではそれでもなお、物質の適用範囲が限定されて
いる。

【００９１】例えば、結晶化した相転移発熱層１２を溶
融させるとき、その融点が３００°Ｃ近傍以上の相転移
発熱物質は、転写紙Ｐの発火点温度を考慮すると高すぎ
る。他方、その融点が定着可能温度以下である場合、昇
温時にその相転移発熱物質が融解されると吸熱する。こ
れにより、定着ローラ１０の温度上昇は促進されず、か
えって減速される。また、ガラス転移点が常温よりも低
い場合には、非晶化された相転移発熱層が経時的に結晶
化される。さらに、相溶性があると、２種の相転移発熱
物質は相互に溶解される。

【００９２】一般に、相転移発熱物質の結晶化温度（Ｔ
ｃｉ，Ｔｃｐ，Ｔｃｆ）はその物質に固有の温度であ
り、使用する相転移発熱材料によって決ってしまうと考
えられていた。また、ガラス転移点Ｔｇ、融点Ｔｍも同
様に一般にその物質固有の温度である。それ故、異なる
結晶化温度を有する材料を選択すると融点も同様に異な
ると予想される。

【００９３】しかしながら、本発明者の研究によれば、
相転移発熱材料は一般的に固有の結晶化温度を有する
が、ある特定の処理、たとえば粉砕処理を行なうことに
より本来の塊（バルク）の固有の結晶化温度よりも低い
第二の結晶化発熱温度を有する特性に改良できることが
判明した。これにより、相転移発熱材料の固有の値であ
る融点Ｔｍやガラス転移点Ｔｇは元のままで、相転移の
結晶化温度領域を拡大することができた。

【００９４】この現象は結晶の成長速度の方向性、成長
速度の異方性などの結晶成長時の条件に起因すると推測
される。たとえば、水の結晶である雪がいわゆる雪印形
の平面デンドライト形態を有したり、水晶のような石柱
錘形を有すように、結晶成長時の条件で結晶の形状が変
化することが知られている。

【００９５】Ｓｅ系非晶質物質の結晶化の粒径による結
晶化パターンの変化の理由は、たとえば、次のように考
えることができる。

【００９６】Ｓｅにおいて発生した２重ピークの結晶化
の活性化エンタルピーは、低温域ピークで１．３ｅＶ
（３７９ｃａｌ／ｇ）、高温域ピークで１．０ｅＶ（２
９２ｃａｌ／ｇ）となる。Ｔｅを６重量％（ｗｔ％）含
むＳｅＴｅ合金でも同様に低温域ピークの活性化エンタ
ルピーが高いとの測定結果が得られている。このこと
は、高温域ピークは結晶化し易く、低温域ピークは結晶
化しにくいことを示している。それ故、この低温域ピー
クは高温域ピークに比べて活性化エンタルピーが高いの
で塊中ではこの低温域ピークに基づく結晶化は発現しに
くいと考えられる。

【００９７】ここで、Ｓｅ等のカルコゲンでは、塊を粉
砕するとその破断面では結合手が切断され、無数のダン
グリングボンドが発生する。このダングリングボンド
は、空気中に放置しておくと酸素と結合して安定化す
る。一方、Ｓｅは酸素濃度の増大に従って結晶化しやす
くなることが確認されている（特願平７−１４４１３０
号明細書参照）。これらの事実を総合すると、ダングリ
ングボンド自体は結晶核としても働くが、この安定化し
たダングリングボンドも結晶核として作用するものと推
定される。これにより微細化は、結晶成長を促進する結
晶核を表面に多数発生させるのに、寄与していると考え
られる。

【００９８】また、Ｓｅ等のカルコゲンでは、塊中での
結晶成長形態は球晶であるが、しばしば蒸着薄膜の結晶
形態を観察すると、くらげ状あるいは茸状の平面放射状
の大きな結晶が認められる。このことは、この材料では
塊中での成長よりも表面での結晶成長速度が速いと考え
られる。微細化は、この結晶成長速度の速い表面の増大
に寄与していると考えられる。

【００９９】それ故、この物質では、微粒子化すること
により粒子表面に結晶核が多数発生して結晶化が促進さ
れるとともに、結晶化が塊中よりも速いと考えられる表
面の微粒子化に伴う増大によって、更に結晶化が促進さ
れると考えられる。したがって、微細化により発生した
粒子表面の多数の結晶核や、微細化による粒子表面積の
増大、により結晶化が促進され、これらの結晶化の促進
により活性化エンタルピーが高くて結晶化しにくい低温
域ピークが出現するものと推定される。

【０１００】有機高分子の結晶化のメカニズムは複雑で
あるが、基本的には塊（バルク）中と自由表面での関係
は同様であると推定される。すなわち、微細化すること
により表面積を増大させたり、高分子粒子の表面に公知
の結晶核剤を付着させることにより、第２の結晶化ピー
クの発現が促進される。

【０１０１】この相転移発熱物質は複数の結晶化発熱温
度を有するので、単一の結晶化発熱温度を有する相転移
発熱物質に比べて比較的広い範囲の温度領域でこの促進
が行なわれる。したがって、この発熱の促進は比較的低
い温度から開始され、また、定着ローラの定着温度付近
の高い温度まで加速させることが可能となる。さらに、
このものは同一物質であり、融解に基づく単一の吸熱温
度を有する材料であるので、非晶質化のために溶融する
場合には単一の融点以上に加熱すればよい。従って、複
数の異なる物質を用いる場合に比べて材料の選択が容易
となる。

【０１０２】また、粒径を異ならせた同一物質を選択的
に組み合わせて用いることにより二種以上の結晶化開始
温度を有する相転移発熱層１２を形成できる。

【０１０３】たとえば、カルコゲン系元素を主体とした
合金は、粉砕して微粒子にすれば低温域に新たに結晶化
開始温度を発生させることができる。また、カルコゲン
系元素合金の中でもＳｅは融点が２１７°Ｃであること
から、合金になっても融点は大きくはシフトしない。し
たがって、非晶質初期化の融解過程で高温を必要せずに
効果的に行える。

【０１０４】相転移発熱層１２を構成する物質には、溶
融水中ショット法で調製された高純度Ｓｅ（純度９９．
９９９％）ペレットが用いられる。本発明者の研究によ
れば、第二の結晶化開始温度は、塊を粉砕すると発現す
る。そこで、この現象を確認するため、ペレットを粉砕
機で粉砕させ、得られた粉末を０．５ｍｍ以上の塊、
０．２〜０．５ｍｍの粉、０．１ｍｍ未満の微粉に分級
する。各々の試料を毎分１０°Ｃの昇温速度の条件によ
り熱分析ＤＴＡを行ない、結果を表４にまとめた。

【０１０５】

【表４】 試料番号１の塊は、図１４に示すように、図１と同様な
結晶化による発熱パターンを示し、１４０°Ｃにシャー
プな発熱ピーク温度Ｔｃｐを示している。

【０１０６】これに対して、機械的に微粉砕した粒径
０．１ｍｍ未満の試料番号３の微粉では、図１５に示す
ように低温側に発熱パターンのピーク部分が広がった比
較的大きな発熱量を有する発熱ピークを認めることがで
きた。また、試料番号２，３の材料は、高温側の発熱ピ
ーク温度Ｔｃｐ１（１４０°Ｃ）に加え、低温側の発熱
ピーク温度Ｔｃｐ２（１１０°Ｃ）が発現するので、低
温側から高温側まで広い範囲の発熱領域を有する物質で
あることが理解される。また、結晶化開始温度も低温側
にずれている。これにより、粒径をコントロールすると
いう簡単な構成により結晶化開始温度がコントロールで
きることが理解される。また、この試料番号２、３の材
料は低温側から高温側まで広い範囲で昇温を促進させる
材料として有効に利用されることが理解される。

【０１０７】とくに、試料番号３の材料は、試料番号２
の材料に比べて発熱パターンがブロード化されているこ
とが理解され、この試料番号３の材料は、広い領域で連
続的に滑らかに昇温を促進させる効果が期待される。ま
た、これらの試料番号２，３の材料はいずれも融点Ｔ
ｍ、ガラス転移点Ｔｇともに試料番号１の材料と実質的
に変化は認められなかった。

【０１０８】一方、対照として同ペレットを支持体基板
温度５０°Ｃにて真空蒸着して厚さ０．１ｍｍの蒸着膜
を形成させ、剥離させて蒸着膜試料（試料番号４）を得
た。同様にして熱分析ＤＴＡを行なったところ、図１４
と同様な発熱パターンを示し、その結果を併せて表４に
示した。蒸着膜では、厚さが０．１ｍｍと薄くても第２
の発熱ピークは認められなかった。

【０１０９】同様に高純度Ｓｅに代えて、Ｔｅを６重量
％含むＳｅＴｅ合金およびＴｅを５０重量％含むＳｅＴ
ｅ合金（融点２８５°Ｃ）についても粉砕、分級してＤ
ＴＡを行なったところ、図１６に示すように、Ｔｅ組成
に基づき高純度Ｓｅに比較して発熱ピーク温度はやや高
温側にシフトするものの、Ｓｅと全く同じ挙動を示し、
粉砕された材料では、二つの発熱ピークが確認された。
これにより、カルコゲナイド系化合物ではＳｅと同様な
挙動を示すことが確認される。

【０１１０】これらの微粉砕化されたＳｅおよびＳｅＴ
ｅ合金のＤＴＡパターンは、その試料を数年間放置して
も初期の２重ピークパターンが維持されていることが確
認されている。したがって、この微粉砕化された試料を
加熱ロールの転移層を構成する材料として利用しても耐
久性がよいと理解される。

【０１１１】以上の説明から明らかなように、この発明
の実施の形態３によれば、相転移発熱物質の粒子径をコ
ントロールすることにより発熱温度範囲を制御すること
ができる。例えば、粒子径を小さくすることにより低温
域でより多くの発熱を伴う物質とすることができる。

【０１１２】すなわち、これらの粒子の径が異なる同一
物質を選択的に組み合わせることにすれば、発明の実施
の形態１、発明の実施の形態２で説明したと同様に、低
温領域から高温領域に渡って広い温度範囲で昇温させる
相転移発熱層１２を形成することができる。相転移発熱
層１２は図１７〜図１９に示すように第１粒子３０と第
２粒子３１とを混合した混合物からなる一層構成のもの
であっても良い。

【０１１３】相転移発熱層１２を第１粒子３０と第２粒
子３１とからなる混合物により一層のみの構成とする場
合、第１粒子３０と第２粒子３１とを全体に渡って混在
させて均一に分散させる構成とするのが望ましい。

【０１１４】この相転移発熱層１２は同一物質であるの
で、融点Ｔｍ、凝固点Ｔｍ’が同一である。このため、
溶融時に融合しないように第１粒子３０の融点及び第２
粒子３１の融点よりも高い融点を有する熱伝導性の形態
保持材料により保持することが必要である。特に、第１
粒子３０よりも粒子径が小さい第２粒子３１はその結晶
化開始温度が第１粒子３０の結晶化開始温度よりも低い
ので、その第２粒子３１の結晶化開始温度を維持するた
めに、図１７に示すように、形態保持材料３４により被
覆することが望ましいが、図１８に示すように第１粒子
３０と第２粒子３１とを両方とも形態保持材料３４によ
り被覆しても良い。

【０１１５】また、図１９に示すように、第１粒子３０
と第２粒子３１とを、この各粒子３０、３１の融点より
も高い融点を有する熱伝導性の形態保持材料３５中に均
一に分散させて混在させる構成としても良い。この場合
には、各粒子３０、３１を被覆する必要はない。

【０１１６】更に、図２０に示すように、第１粒子３０
を熱伝導性の形態保持材料３６に均一に分散させて第１
層３２を構成し、第２粒子３１を熱伝導性の形態保持材
料３７に均一に分散させて第２層３３を構成し、この第
１層３２と第２層３３とにより相転移発熱層１２を形成
しても良い。この場合、発明の実施の形態１と同様に結
晶化開始温度の高い第１粒子３０のみからなる第１層３
２を第２粒子３１のみからなる第２層３３の上に形成す
るのが望ましい。なお、第１相転移発熱物質には、蒸着
膜を用いても良い。

【０１１７】また、熱伝導性の形態保持材料には、エポ
キシ系接着剤、熱可塑性ポリイミド系接着剤を用いる
が、粒子を被覆した状態で、相転移発熱物質を非晶質化
させるために、相転移発熱物質を溶融させた状態で、そ
の塗膜が溶融したり、分解したりせずに形態を保つこと
により、初期の粒子の形態を保持できるものであればよ
い。このような材料には、たとえば、架橋型高分子や高
融点高分子などがある。

【０１１８】なお、これらの実施例では、結晶化した固
体を非晶質の固体に相転移させるために、結晶化した固
体を溶融状態にし、この溶融状態の液体を急冷すること
により非晶質の固体に相転移させているが、結晶化した
固体にイオンを注入することにより結晶化した固体を非
晶質の固体に相転移させることができる。この場合、イ
オン注入装置を複写機内に組み込めば良い。

【０１１９】この発明の実施の形態３によれば、同一物
質で広い範囲の加熱促進が図れ、複数の異なる種類の相
転移発熱物質を用いるよりも製造上の制約が大幅に軽減
される。

【０１２０】異なる粒径の物質を均一に分散させること
により、ローラの全体に渡って昇温促進効果が均一とな
る。

【０１２１】機械的微粉砕により、相転移発熱物質の結
晶化温度を拡大できる。

【０１２２】非晶質化のために相転移発熱物質を溶融さ
せたとしても、被覆により保護、分離されているので、
互いの粒子は相溶することはなく、繰り返し使用に対し
て常に同じ粒子形状が保たれる。また、被覆物質が良熱
伝導性であるので、発生した熱の伝熱効率がよい。

【０１２３】カルコゲン系元素を主体とした合金は、粉
砕して微粒子にすることで容易に低温域結晶化発熱温度
を発生させることができる。

【０１２４】カルコゲン系元素合金の中でもＳｅは融点
が２１７°Ｃであることから、合金になっても融点は大
きくはシフト変化せず、非晶質初期化のための融解が効
果的に行える。

【０１２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の定着ロー
ラ及び定着装置は、相転移発熱物質層を構成する相転移
発熱物質が、二種以上の結晶化開始温度を有しているの
で、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、温度範囲の選定が容易で、ヒータの省電化
をも実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 相転移発熱物質の発熱特性を説明するための
模式的なＤＴＡ曲線図を示す。

【図２】 本発明の実施の形態に係わる複写機の概略構
成を示す断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態に係わる定着ローラの構
成の一例を示す拡大断面図である。

【図４】 本発明に係わる定着ローラの変形例を示す拡
大断面図である。

【図５】 本発明に係わる定着ローラの昇温特性を説明
するための温度−時間曲線を示す模式図である。

【図６】 従来の定着ローラの構成を示す断面図であ
る。

【図７】 本発明に係わる定着装置の制御を説明するた
めの構成図である。

【図８】 図７に示す定着装置の制御タイミングを示す
図である。

【図９】 定着ローラの外周面を冷却する構成を示す概
略図である。

【図１０】 定着ローラを回転させながら冷却構成を示
す概略図である。

【図１１】 相転移発熱層を第１層と第２層との２層構
成とした定着ローラの拡大断面図である。

【図１２】 相転移発熱層を第１層と第２層と第３層と
の３層構成とした定着ローラの拡大断面図である。

【図１３】 相転移発熱層を第１層と第２層との２層構
成とし、第１層と第２層との間に仕切り層を設けた定着
ローラの拡大断面図である。

【図１４】 高純度Ｓｅ塊の結晶化発熱特性を示すＤＴ
Ａ曲線図である。

【図１５】 高純度Ｓｅ微粉の結晶化発熱特性を示すＤ
ＴＡ曲線図である。

【図１６】 ＳｅＴｅ合金粉の結晶化発熱特性を示すＤ
ＴＡ曲線図である。

【図１７】 粒径の異なる同一物質を混合して芯金に相
転移発熱物質を形成した状態を示す定着ローラの部分拡
大図であり、粒径の小さい方の粒子を熱伝導性の形態保
持材料により被覆した状態を示している。

【図１８】 同一物質からなる粒径の異なる第１粒子と
第２粒子とを混合して芯金に相転移発熱物質を形成した
定着ローラの部分拡大図であり、両方の粒子を熱伝導性
の形態保持材料により被覆した状態を示している。

【図１９】 粒径の異なる第１粒子と第２粒子とを混合
して熱伝導性の材料に均一に分散させて相転移発熱層を
形成した定着ローラの部分拡大図である。

【図２０】 同一物質の第１粒子のみからなる第１層と
第２粒子にのみからなる第２層とにより相転移発熱層を
形成した定着ローラの部分拡大図である。

【符号の説明】

１０…定着ローラ １１…芯金 １２…相転移発熱層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20 F16C 13/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶質と非晶質とに相転移が可能な相転
   移発熱物質からなる相転移発熱層を芯金上に設け、前記
   相転移発熱物質が非晶質から結晶質へ相転移するときの
   発熱を利用して昇温が促進される定着ローラにおいて、 前記相転移発熱物質には非晶質から結晶質に相転移を開
   始する結晶化開始温度が少なくとも二つ以上存在し、前
   記相転移発熱物質は互いに異なる単一の結晶化開始温度
   を有する少なくとも二種類の物質の混合物からなり、該
   混合物は第１相転移発熱物質と第２相転移発熱物質から
   なり、前記第１相転移発熱物質の結晶化開始温度が前記
   第２相転移発熱物質の結晶化開始温度と第２相転移発熱
   物質の発熱ピーク温度との間にあることを特徴とする定
   着ローラ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の定着ローラにおいて、
   前記第１相転移発熱物質の発熱ピーク温度が前記第２相
   転移発熱物質の融点未満であることを特徴とする定着ロ
   ーラ。
3. 【請求項３】 結晶質と非晶質とに相転移が可能な相転
   移発熱物質からなる相転移発熱層が芯金上に設けられて
   前記相転移発熱物質が非晶質から結晶質へ相転移すると
   きの発熱を利用して昇温が促進される定着ローラと、前
   記相転移発熱物質を非晶質から結晶質に相転移させる加
   熱部と、結晶化した相転移発熱物質を溶融させる溶融部
   と、溶融状態の相転移発熱物質を非晶質の相転移発熱物
   質に固化させる冷却部とを備え、前記相転移発熱物質が
   互いに異なる単一の結晶化開始温度を有する少なくとも
   二種類の物質の混合物からなる定着装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の定着装置において、前
   記混合物が第１相転移発熱物質と第２相転移発熱物質か
   らなり、前記第１相転移発熱物質の非晶質から結晶質に
   相転移を開始する結晶化開始温度が前記第２相転移発熱
   物質の結晶化開始温度と第２相転移発熱物質の発熱ピー
   ク温度との間にあり、前記加熱部は少なくとも第１相転
   移発熱物質の結晶化開始温度まで前記相転移発熱層を加
   熱することを特徴とする定着装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の定着装置において、前
   記第１相転移発熱物質のピーク温度が第２相転移発熱物
   質の融点未満であることを特徴とする定着装置。
6. 【請求項６】 請求項３に記載の定着装置において、前
   記混合物が第１相転移発熱物質と第２相転移発熱物質か
   らなり、前記溶融部は第１相転移発熱物質の融点と第２
   相転移発熱物質の融点とのうち、高い方の融点以上に前
   記相転移発熱層を加熱し、前記冷却部は第１相転移発熱
   物質と第２相転移発熱物質とのうち、融点の高い方の相
   転移発熱物質が溶融状態から非晶質の固体へ相転移する
   冷却速度により冷却することを特徴とする定着装置。
7. 【請求項７】 請求項３に記載の定着装置において、前
   記混合物が第１相転移発熱物質と第２相転移発熱物質か
   らなり、前記溶融部は第１相転移発熱物質の融点と第２
   相転移発熱物質の融点とのうち、高い方の融点以上に相
   転移発熱層を加熱し、前記冷却部は第１相転移発熱物質
   が非晶質の固体へ相転移する冷却速度と第２相転移発熱
   物質が非晶質の固体へ相転移する冷却速度とのうち、早
   い方の冷却速度により前記第１相転移発熱物質と第２相
   転移発熱物質とを冷却することを特徴とする定着装置。