JP3309053B2

JP3309053B2 - 定着用ヒートローラ

Info

Publication number: JP3309053B2
Application number: JP25815096A
Authority: JP
Inventors: 浩竹之内; 孝一林; 京治内山; 好雄三浦; 広治坂元; 浩治徳永
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 2002-07-29
Anticipated expiration: 2016-09-30
Also published as: JPH10104986A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特にプリンタ等の
電子写真装置におけるトナー定着用ヒートローラに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、プリンタ等の電子写真装置に
おけるトナー定着装置は、発熱手段を備えたヒートロー
ラと、加圧ローラを対向して配置し、これらのローラ間
に印字後の用紙を通過させることによって、トナーを加
熱定着するようになっている。

【０００３】そして、上記ヒートローラとしてはアルミ
ニウムやステンレス等の金属パイプ中にハロゲンランプ
等の加熱素子を設けたものが用いられてきたが、発熱効
率が悪いため１分以上のウォームアップ時間が必要であ
り、また消費電力も大きいという問題点があった。

【０００４】そこで、金属パイプからなる円筒体の表面
にポリイミド等の有機樹脂やガラスからなる絶縁層を介
して発熱抵抗体を備え、さらにその表面に離形層を備え
た構造のヒートローラが提案されている（特開昭５５−
７２３９０号、特開昭６２−２００３８０号公報等参
照）。

【０００５】

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この定着用ヒ
ートローラでは、昇温、降温を繰り返すことから、長期
使用中に絶縁層と発熱抵抗体が剥がれやすいという問題
点があった。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、円筒
体の表面にポリイミドからなる絶縁層を介して発熱抵抗
体を備えてなる定着用ヒートローラにおいて、上記絶縁
層にＳｉＯ₂又はＡｌ₂Ｏ₃を添加して上記発熱抵抗体と
の密着層としたことを特徴とする。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図によっ
て説明する。

【００２１】図１に示すように、本発明の定着用ヒート
ローラは、金属パイプからなる円筒体１の内周面に絶縁
層２を備え、この絶縁層２上に発熱抵抗体３を形成し、
該発熱抵抗体３の端部に導電ペースト４を用いて電極部
材５を固着し、円筒体１の外周面には離形層６を備えて
いる。また、円筒体１の端部には、回転時に係止するた
めの切り欠き１ａを備えている。なお、図１（ｂ）では
一方の端部しか示していないが、両方の端部に同様に電
極部材５を固着してある。

【００２２】この電極部材５は、円筒体１の中空孔を塞
ぐような蓋状であり、中央部に突出部を形成して、その
端面を給電部材７との摺動面５ａとしてある。そして、
この定着用ヒートローラを使用する際は、円筒体１を回
転させながら、両端に備えた電極部材５の摺動面５ａに
給電部材７を当接させ、摺動させながら給電することに
よって、発熱抵抗体３に通電し、発熱させることができ
る。

【００２３】また、他の実施形態として、図２に示すも
のは、円筒体１の外周面に絶縁層２、発熱抵抗体３、離
形層６をこの順で形成し、発熱抵抗体３の端部にリング
状の電極部材５を備えたものである。

【００２４】なお、上記円筒体１を成す金属パイプは、
熱伝導率０．０３ｃａｌ／℃・ｃｍ・ｓｅｃ以上の金属
から成り、具体的にはアルミニウムやアルミニウム合
金、あるいはステンレス等を用い、その肉厚は０．５〜
３ｍｍとする。また、絶縁層２はポリイミド、フェノー
ル、シリコン、ボロシロキサン等の耐熱性５００℃以
上、ガラス転移温度（Ｔｇ）２５０℃以上の有機樹脂か
らなり、その厚みは絶縁耐力によって異なるが、例えば
ポリイミドの場合１０〜２００μｍの厚みが好ましい。
また、離形層６はトナーとの離形性に優れたフッ素樹
脂、シリコン等から成るものである。

【００２５】さらに、上記発熱抵抗体３は、詳細を後述
するように、金属や導電性セラミックス等からなる導電
剤と、マトリックスを成す合成樹脂又はガラスとの混合
物を用いる。また、発熱抵抗体３の厚みは５〜１００μ
ｍとする。これは厚みが５μｍ未満であると抵抗値が高
くなってバラツキが生じやすくなり、一方１００μｍを
超えると剥がれやすくなるためである。

【００２６】さらに、電極部材５は、円筒体１との熱膨
張率の差が１０×１０^-6／℃以内であり、電気抵抗率が
１０μΩ・ｃｍ以下で、融点が８００℃以上のものを用
い、具体的には、真鍮、銅、銅合金、ステンレス等、あ
るいはこれらの金属表面にニッケル等のメッキを施した
ものを用いる。

【００２７】次に、本発明の定着用ヒートローラの製造
方法を説明する。

【００２８】まず、金属パイプからなる円筒体１を所定
形状に加工し、内周面または外周面に有機樹脂からなる
絶縁層２をスピンコート、スプレーコート、ディッピン
グ等によって塗布し２００〜４５０℃の空気中または窒
素雰囲気中で焼き付ける。この上に、発熱抵抗体成分を
有機溶剤、バインダー、分散剤等と混合してペースト状
にしたものをスクリーン印刷、ディッピング、スプレー
コーティング等により塗布して４００〜５００℃で焼成
し、発熱抵抗体３とする。

【００２９】この後、必要に応じて発熱抵抗体３にレー
ザー加工で溝を形成する。その後、発熱抵抗体３の両端
に電極部材５を導電ペースト４で接合し、円筒体１の外
周面に離形層６をコーティングすれば良い。

【００３０】なお、絶縁層２よりも発熱抵抗体３の方
が、周波数１〜１０ＭＨｚのレーザー光に対する吸収性
が高くなるようにすることが好ましい。そのための具体
的な手段としては、上記発熱抵抗体３中に１〜１０ＭＨ
ｚの周波数のレーザー光の吸収性成分を含有すれば良
い。

【００３１】即ち、上記定着用ヒートローラの製造工程
で、軸方向の抵抗分布を調整するためにレーザー光によ
る加工（レーザートリミング）を行い、部分的に発熱抵
抗体３を除去して抵抗値を高くすることが行われてい
る。例えば、図３（ａ）に発熱抵抗体３の展開図を示す
ように、軸方向に沿って複数のゾーン３２、３３、３４
に分割し、端部のゾーン３２、３４に、レーザートリミ
ングで互いに平行な斜めの溝３１を形成することによっ
て、この端部のゾーン３２、３４の抵抗値を高くするこ
とができる。

【００３２】あるいは、図３（ｂ）に示すように、端部
のゾーン３２と中央のゾーン３３の両方に互いに平行な
斜めの溝３１を形成し、互いの角度を変化させることに
よって、それぞれのゾーンの抵抗値を変化させることが
できる。このとき、各ゾーン３２、３３の間に境界部３
５を備えておけば、各ゾーンの個々の抵抗値を測定する
ことが容易である。

【００３３】さらに、図３（ｃ）に示すように、軸方向
に伸びる溝３１ａとこれに連続した軸に直交方向の溝３
１ｂを形成することもできる。

【００３４】いずれの場合も、溝３１の断面図を図４に
示すように、発熱抵抗体３のみが完全に除去され、絶縁
層２は除去されずに残った状態とすることが好ましい。
そのためには、絶縁層２に比べて発熱抵抗体３の方が、
レーザー光の吸収性を高くしておけば良いことになる。

【００３５】そこで、発熱抵抗体３中に、周波数１〜１
０ＭＨｚのレーザー光の吸収性成分を含有した。

【００３６】ここで、ＹＡＧレーザーの周波数は１．０
６ＭＨｚ、ＣＯ₂レーザーの周波数は１０．６ＭＨｚで
あるから、周波数１〜１０ＭＨｚでの吸収性が高けれ
ば、さまざまなレーザー光を用いた加工に対応できる。

【００３７】なお、レーザー光の吸収性成分とは、上記
周波数のレーザー光を照射した時の吸収率が２０％以上
であるものを言い、具体的には、ＬａＭｎＯ₃、Ｃｏ
Ｏ、ＭｎＯ₂、Ｐｄ、その他の遠赤外線吸収体化合物等
を用い、色調として黒から茶、緑のものが好適である。

【００３８】これらの成分は、発熱抵抗体３中に２〜５
０％の範囲で添加するが、これは２％未満ではレーザー
光を吸収する作用に乏しく、一方５０％を超えるとマト
リックスの強度を低下させ耐久性が低下するためであ
る。なお、これらの成分には絶縁性のものもあり、発熱
抵抗体３の抵抗調整用に用いることもできる。

【００３９】なお、以上の実施形態では発熱抵抗体３側
にレーザー光の吸収成分を含有する例を示したが、逆に
絶縁層２側にレーザー光の非吸収成分を含有することも
できる。

【００４０】また、発熱抵抗体３を成すマトリックス成
分として、燐酸系ガラス、酸化亜鉛系ガラス、樹脂の少
なくとも一種を用い、鉛（Ｐｂ）成分を含まないように
することが好ましい。

【００４１】即ち、マトリックス成分の融点を低くする
ためにＰｂＯを含むと、このＰｂ成分が環境汚染の原因
になる。そこで、Ｐｂ成分を含まずに低融点とできるよ
うなマトリックス成分について種々検討を重ねた結果、
燐酸系ガラス（Ｐ₂Ｏ₅−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂｉ₂Ｏ
₃系）、酸化亜鉛系ガラス（ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系）、ポ
リイミド等の熱硬化性樹脂、の一種を用いれば良いこと
がわかった。

【００４２】これらのマトリックス成分を用いれば、Ｐ
ｂ成分を含まずに低融点とすることができ、環境汚染の
恐れをなくすことができる。

【００４３】なお、これらのマトリックス成分は、発熱
抵抗体３の全体に対して、５０〜８５％の範囲で含有さ
せるが、これは定着用ヒートローラとして必要な抵抗値
とするためである。

【００４４】また、上記発熱抵抗体３として抵抗温度係
数（ＴＣＲ）が３０００ｐｐｍ／℃以上のものを用いる
ことが好ましい。

【００４５】一般に、発熱抵抗体３に一定電圧を印加し
て昇温させた場合、発熱抵抗体３のＴＣＲが高いと、昇
温時に抵抗値が高くなって電力が低下し、発熱量が低下
する。したがって、電力または電流の初期値（突入電
力、突入電流）を規定する仕様のプリンター等に用いる
場合は、ＴＣＲの低い発熱抵抗体３を用いることが好ま
しい。

【００４６】しかし、プリンター等の仕様によっては、
飽和時の電力又は電流を規定する場合もあり、この場合
は上記と逆になる。即ち、発熱抵抗体３に一定電圧を印
加した時の時間と電力の関係を図５に示すように、飽和
時の電力を規定した場合、ＴＣＲが低い比較例に比べ、
ＴＣＲの大きい本発明実施例では初期値の電力を高くす
ることができる。そのため、ＴＣＲの高い発熱抵抗体３
を用いた方が高い電力を印加でき、昇温速度を速くする
ことができるのである。

【００４７】なお、ここで、ＴＣＲを３０００ｐｐｍ／
℃以上と限定した理由は、ＴＣＲが３０００ｐｐｍ／℃
未満では昇温速度を短縮する効果に乏しいためであり、
またＴＣＲ３０００ｐｐｍ／℃以上の具体的な材質とし
て、金属１成分系ではＡｇ等、２成分系ではＡｇとＰｄ
を９：１で混合したもの等がある。

【００４８】次に本発明について説明する。本発明は、
上記絶縁層２に、絶縁層２と発熱抵抗体３との密着層を
備えたことを特徴とする。

【００４９】即ち、図６（ａ）に示すように、定着用ヒ
ートローラにおける絶縁層２の表層部に密着層２１を備
え、この上に発熱抵抗体３を形成してある。ここで、密
着層２１は、絶縁層２を成す樹脂成分に加えて、発熱抵
抗体３との密着性の良い成分を含有してある。そのた
め、密着層２１は絶縁層２及び発熱抵抗体３との密着性
に優れ、両者の密着強度を向上できる。

【００５０】上記密着層２１に添加する発熱抵抗体３と
の密着性の良い成分としては、発熱抵抗体３中のマトリ
ックス成分を成すガラス成分とのなじみの良い成分を用
い、具体的にはＳｉＯ₂又はＡｌ₂Ｏ₃を用いる。上記密
着層２１では、ポリイミドの樹脂成分に加えて、これら
の密着性の良い成分を、全体の０．０５〜８０％の範囲
で含有することによって、発熱抵抗体３との密着性を高
めている。

【００５１】なお、図６（ａ）では絶縁層２と密着層２
１を別に形成した例について説明したが、実際には絶縁
層２の全体を密着層２１とする。

【００５２】さらに、他の実施形態として、図６（ｂ）
に示すように、絶縁層２の表面をブラスト処理等で粗く
して、この面を密着層２１とすることもできる。この場
合は、発熱抵抗体３を形成した時にアンカー効果で密着
性を高めることができる。

【００５３】また、上記絶縁層２と発熱抵抗体３の間に
両者の反応層を形成することが好ましい。この場合は、
絶縁層２と発熱抵抗体３を成す材質の組合せが重要であ
り、両者が反応性の高い材質の組合せとなるようにすれ
ば良い。

【００５４】具体的には、絶縁層２としてポリイミドを
用い、発熱抵抗体３中の導電剤またはマトリックス成分
として、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒの少なくとも一
種を用いる。これらの金属材とポリイミドは反応しやす
く、その結果、絶縁層２と発熱抵抗体３の密着性を向上
させることができる。

【００５５】または、絶縁層２としてポリイミドを用
い、発熱抵抗体３中のマトリックス成分として同じポリ
イミドを用いれば、両方のポリイミド同士が反応して強
固に接合することができる。

【００５６】なお、ここで絶縁層２と発熱抵抗体３の間
に両者の反応層を有するかどうかは、発熱抵抗体３の剥
離試験を行えば判断できる。即ち、反応層がなければ発
熱抵抗体３は絶縁層２との境界面で完全に剥離するが、
反応層があれば発熱抵抗体３を剥離した場合に絶縁層２
の表面に発熱抵抗体３の一部が残存する。したがって、
発熱抵抗体３の剥離試験を行った時に、絶縁層２の表面
い発熱抵抗体３が残存すれば、反応層が存在することに
なる。

【００５７】また、アルカリ成分の含有量が２０重量％
以下のガラスで上記絶縁層２を形成することが好まし
い。即ち、絶縁層２を成すガラスのアルカリ成分を減ら
すことによって、高温での絶縁性を維持し、絶縁不良を
防止することができる。

【００５８】ここでアルカリ成分とは、主にアルカリ金
属酸化物のことであり、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ等
である。また、これらのアルカリ成分は熱膨張率の調整
に用いられていたが、これらの成分を２０重量％以下に
減らしても、その分Ａｌ₂Ｏ₃を増やせば熱膨張率を高
くするとともに耐湿性を向上でき、さらにＢ₂Ｏ₃を増
やせば融点を低くすることができる。

【００５９】

【実施例】実施例１以下、本発明の好ましい態様について説明する。

【００６０】図４に示すように、アルミニウムからなる
円筒体１の表面にポリイミドからなる絶縁層２を形成
し、この表面に表１に示す各種組成からなる発熱抵抗体
３を厚み５〜３０μｍで形成した。

【００６１】この発熱抵抗体３に、ＹＡＧレーザー（周
波数１．０６ＭＨｚ）、ＣＯ₂レーザー（周波数１０．
６ＭＨｚ）を用いて、出力３Ｗで２分間の加工を行い、
溝３１を形成した。その後、溝３１を挟む両側の発熱抵
抗体間の抵抗値を測定し、この値が１ｋΩ以上のものは
○、１ｋΩ未満のものを×で評価した。

【００６２】結果は表１に示す通りである。この結果よ
り、レーザー光の吸収性成分を含まないもの（Ｎｏ．
１、８、１１）では、溝３１による絶縁性が悪く、溝３
１が完全に形成されていなかった。

【００６３】これに対し、その他のレーザー光の吸収性
成分を含む第１発明の実施例では、レーザー光による加
工性が良く、短時間で溝３１を加工できることがわか
る。なお、Ｎｏ．１４、１５では添加成分を含んでいな
いが、導電剤のＰｄがレーザー光の吸収成分を兼用して
いる。

【００６４】

【表１】

【００６５】実施例２次に、本発明の好ましい態様について説明する。

【００６６】図１に示す構造の定着用ヒートローラを試
作し、直径２０ｍｍ、長さ２８０ｍｍ、肉厚１ｍｍのア
ルミニウムからなる円筒体１の内周面にポリイミドの絶
縁層２を形成し、この上に表２に示す各種組成の発熱抵
抗体３を形成した。

【００６７】それぞれ、２７０℃で５秒間保持した後、
急冷して５５秒間保持する熱サイクルを５０００回繰り
返す耐久試験を行い、その後の抵抗変化率が５％未満の
ものを○、５％以上のものを×で評価した。

【００６８】結果は表２に示す通りである。この結果よ
り、マトリックス成分として、リン酸系ガラス、酸化亜
鉛系ガラス、ポリイミドを用いた第２発明実施例（Ｎ
ｏ．１〜１５）では、環境汚染対象金属が含まれず、ま
たマトリックス成分の含有量を１５〜５０％としておけ
ば耐久性も優れていた。

【００６９】

【表２】

【００７０】実施例３次に、本発明の好ましい態様について説明する。

【００７１】実施例２と同様にして、発熱抵抗体３の導
電剤の組成を変えて表３に示すようにＴＣＲを変化させ
て、定着用ヒートローラを試作した。なお、マトリック
ス成分は鉛系ガラスとした。それぞれ、飽和電力が６０
Ｗとなるように規定し、常温から２２０℃までの昇温速
度を測定した。

【００７２】結果は表３に示す通りである。この結果よ
り、発熱抵抗体３のＴＣＲが大きいほど昇温速度を速く
でき、特にＴＣＲが３０００ｐｐｍ／℃を超えると急激
に速くできることがわかる。

【００７３】

【表３】

【００７４】実施例４次に、本発明の実施例を説明する。

【００７５】絶縁層２と発熱抵抗体３との密着性を評価
するために、図７に示すように、円筒体１に相当するア
ルミニウム製の基板１１上に、表４に示す種々の組成の
絶縁層１２を形成し、その上に、３０×３０ｍｍの範囲
で発熱抵抗体１３を形成した。なお、発熱抵抗体１３の
組成は鉛系ガラス＋Ａｇ、Ｐｄ系とした。

【００７６】この発熱抵抗体１３上にエポキシ系接着剤
で７×７ｍｍの範囲に金属ブロック１４を接合し、この
金属ブロック１４を上方向に引き上げたとき、発熱抵抗
体１３が剥離するまでの引っ張り力を測定し、これを接
合強度とした。この値が２ｋｇｆ以上のものを○、２ｋ
ｇｆ未満のものを×として評価した。

【００７７】結果は表４に示す通りである。この結果よ
り、絶縁層１２に、平均粒径０．０５〜１０μｍのＳｉ
Ｏ₂を０．０５〜４０％の範囲で添加したものでは、絶
縁層１２自体が発熱抵抗体１３との密着層となることか
ら、充分に高い接合強度を示した。なお、この実施例で
はＳｉＯ₂を添加したもののみを示したが、この他にＡ
ｌ₂Ｏ₃等の無機物を添加したものであれば同様の結果
であった。

【００７８】

【表４】

【００７９】実施例５次に、本発明の好ましい態様について説明する。

【００８０】実施例４と同様にして、絶縁層１２はポリ
イミドで形成し、発熱抵抗体１３の組成を表５に示すよ
うに種々に変化させた。それぞれ、発熱抵抗体１３が剥
離するまでの引っ張り強度を求めて接合強度とした。

【００８１】結果は表５に示す通りである。この結果よ
り、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒの一種を含む発熱抵
抗体１３（Ｎｏ．１、２、４、５）は、ポリイミド製の
絶縁層１２との間で反応層を形成し、密着強度を向上で
きることがわかる。

【００８２】

【表５】

【００８３】実施例６次に、本発明の好ましい態様について説明する。

【００８４】円筒体１上に、表６に示す各組成のガラス
で絶縁層２を形成した。なお、これらの組成は、いずれ
も焼成温度８５０〜１０００℃、熱膨張率２２０〜２４
０×１０^-7／℃となるように調整したものである。

【００８５】この絶縁層２を２００℃に保持した時の絶
縁抵抗を測定した結果を表６に示す。一般に絶縁抵抗は
１００ＭΩ以上あれば絶縁劣化を生じることがなく、表
６よりアルカリ成分を２０重量％以下としておけば良い
ことがわかる。

【００８６】

【表６】

【００８７】

【００８８】

【００８９】

【００９０】

【発明の効果】本発明によれば、定着用ヒートローラに
おいて、ポリイミドからなる絶縁層にＳｉＯ₂又はＡｌ₂
Ｏ₃を添加して発熱抵抗体との密着層としたことによっ
て、絶縁層と発熱抵抗体との密着性を高めることができ
る。

【００９１】

【００９２】

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の定着用ヒートローラを示す側
面図、（ｂ）は（ａ）中のＸ−Ｘ線断面図である。

【図２】（ａ）は本発明の定着用ヒートローラを示す側
面図、（ｂ）は（ａ）中のＹ−Ｙ線断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の定着用ヒートローラ
における発熱抵抗体の展開図である。

【図４】図３（ａ）中のＺ−Ｚ線断面図である。

【図５】定着用ヒートローラに一定電圧を印加した時
の、時間と電力の関係を示すグラフである。

【図６】定着用ヒートローラにおける発熱抵抗体近傍の
部分断面図である。

【図７】発熱抵抗体の密着強度を測定するための試験装
置を示す断面図である。

【符号の説明】

１：円筒体２：絶縁層３：発熱抵抗体４：導電ペースト５：電極部材６：離形層７：給電部材３１：溝３２、３３、３４：ゾーン３５：境界部

フロントページの続き (72)発明者坂元広治滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の６京セラ株式会社滋賀工場内 (72)発明者徳永浩治滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の６京セラ株式会社滋賀工場内審査官矢沢清純 (56)参考文献特開昭59−155872（ＪＰ，Ａ) 特開平２−308291（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−164859（ＪＰ，Ａ) 特開平８−152799（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−158582（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−121279（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒体の表面にポリイミドからなる絶縁層
を介して発熱抵抗体を備えてなる定着用ヒートローラに
おいて、上記絶縁層にＳｉＯ ₂ 又はＡｌ ₂ Ｏ ₃を添加して
上記発熱抵抗体との密着層としたことを特徴とする定着
用ヒートローラ。