JP3362210B2 - 定着ローラ - Google Patents

定着ローラ

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JP3362210B2
JP3362210B2 JP03016095A JP3016095A JP3362210B2 JP 3362210 B2 JP3362210 B2 JP 3362210B2 JP 03016095 A JP03016095 A JP 03016095A JP 3016095 A JP3016095 A JP 3016095A JP 3362210 B2 JP3362210 B2 JP 3362210B2
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  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子写真複写機、プリ
ンターまたはファクシミリ装置などに用いられる定着ロ
ーラに関する。
【0002】
【従来の技術】従来知られている定着ローラには、ステ
ンレスあるいはアルミニウムなどの金属パイプにハロゲ
ンランプ、赤外ランプあるいはニクロム線などのヒータ
を内蔵させ、このヒータの発熱により金属パイプを17
0〜180℃程度に加熱し、この加熱ローラと加圧ロー
ラとの間に未定着画像を通すことにより画像を定着する
ものがある。また、円筒または円柱の基体の周面に発熱
抵抗体層を設け、この発熱抵抗体層に電力を供給する方
式のものも種々提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た前者の方式は空気を介して金属パイプを間接的に加熱
するものであるため、熱効率が悪く所定の定着温度に達
するのに3〜5分位を必要とした。特開昭56−138
766号公報には、このような立上り時間の短縮を図る
ため、中空ローラの芯体にセラミックヒータを埋設して
ローラ本体を直接加熱することが記載されている。しか
し、このようなローラによっても所定温度に達するのに
未だ1〜2分を要する。一方、上述した後者の方式は、
連続使用により中央部が両端部より低温となる欠点があ
った。特開昭63−85676号公報および特開昭63
−85677号公報には、このような欠点を解消するた
め、円筒状基体の外周に絶縁体層、発熱抵抗体層を設け
るとともに最外周に保護層を設けた定着ローラにおい
て、円筒状基体の外周または保護層の内周に銅合金やア
ルミ合金等の熱伝導層を設けた定着ローラが記載されて
いる。しかし、このような定着ローラはローラ軸方向に
おける温度の均一性は改善されるものの円筒状基体を加
熱するものであるため、円筒状基体からの放熱があり、
立上り時間はそれほど短縮されなかった。本発明は、こ
のような状況に鑑みてなされたもので、定着温度までの
立上り時間を短縮し、低消費電力化を実現できる定着ロ
ーラを得ることを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、第一
に、アルミニウムまたはステンレスからなる支持ローラ
上に断熱層を介して抵抗発熱層、SiO2層およびテフ
ロン層を順次設けた定着ローラであって、該断熱層がポ
リイミド樹脂またはフェノール樹脂からなり、かつ層厚
が100μm以上の層であり、該抵抗発熱層がNi−C
r−SiO 2 および/又はCr−SiO 2 から形成された
層であることを特徴とする定着ローラが提供される。
二に、上記第一に記載した定着ローラにおいて、断熱層
と抵抗発熱層との間にさらにSiO2層を設けたことを
特徴とする定着ローラが提供される。第三に、上記第
記載した定着ローラにおいて、断熱層とSiO2層と
の間にさらにCr層を設けたことを特徴とする定着ロー
ラが提供される。
【0005】
【作用】本発明の定着ローラは、第一に、支持ローラ上
に層自体が発熱する抵抗発熱層を設ける構成とするとと
もに断熱層を介して抵抗発熱層を設ける構成としたこと
から支持ローラ側への熱の移動が押えられ、定着温度ま
での到達時間が速く消費電力を低くすることができる。
また、抵抗発熱層上のSiO2層により抵抗発熱層が保
護され、さらに、テフロン層によりトナーの剥離性が向
上する。
【0006】また第二に、断熱層をポリイミド樹脂また
はフェノール樹脂で構成したことから、耐熱性でかつ機
械的特性に優れた断熱層とすることができ、かつ、断熱
層の膜厚を100μm以上としたことから断熱効果が上
り、定着ローラの昇温特性を上げることができる。さら
に第三に、抵抗発熱層をNi−Cr−SiO2 および/
又はCr−SiO2で構成したことから発熱が速く定着
温度までの立上り時間を速くすることができる。この際
スパッタ法により抵抗発熱層およびその層の両端に電
極層を設けることにより断熱層の上に再現性よく、か
つ、均一性のよい昇温特性を示す定着ローラをること
ができる。また、SiO2層およびテフロン層が両端の
電極層の一部を覆うよう抵抗発熱層上をカバーすること
により電極部の剥がれを防止し耐熱性の良好な定着ロー
ラを得ることができる。さらに、抵抗発熱層の膜厚を
0.1μm以上とすることによりクラックの発生のない
寿命の長い定着ローラが得られる。 また、本発明の定着
ローラは、断熱層と抵抗発熱層との間にさらにSiO2
層を設けた構成としたことから断熱層側からのコンタミ
がなくなり、安定した抵抗発熱膚が得られる。さらに本
発明の定着ローラは、断熱層とSiO2層との間にさら
Cr層を設ける構成としたことから断熱層とSiO2
層との接着性が向上し、昇温の繰リ返し特性の優れた定
着ローラを得ることができる。以下に本発明を詳しく説
明する。
【0007】図1〜図3はいずれも本発明の定着ローラ
の三例の概略を示す断面図である。図1のようにアルミ
ニウムまたはステンレスからなる支持ローラ1上にポリ
イミド樹脂またはフェノール樹脂からなる断熱層2を射
出成形法、スクリーン印刷法、真空蒸着法またはスパッ
タ法などにより設ける。次にその上に抵抗発熱層3を低
温成膜法であるスパッタ法で断熱層2を破壊しないよう
に設け、抵抗発熱層3の両端に電極層4をスパッタ法で
設け、電極層4の一部と抵抗発熱層3を覆うように保護
層であるSiO2層5を設け、さらにその上にトナーの
剥離性を上げるためにテフロン層6を粉体塗装法、チュ
ーブ皮膜法などにより設ける。
【0008】抵抗発熱層3は、Ni−Cr、Ni−Cr
−SiO2またはCr−SiO2のいずれかからなり、耐
久性を上げるため膜厚は0.1μm以上としスパッタ法
で作製する。電極層4は、A1、Cu、Ag、Au、P
t、またはこれらの合金よりなり、スパッタ法で膜厚
0.1μm以上に形成する。保護層のSiO2層5は、
スパッタ法で作製し、膜厚は0.1〜3μmとする。ま
た、テフロン層6は、10〜50μmの膜厚とする。抵
抗発熱層3の耐久性を上げるために断熱層2と抵抗発熱
層3との間に、図2に示すように、SiO2層7を設け
てもよい。SiO2層7は断熱層2の構造を破壊しない
ようにスパッタ法で作製し、膜厚は0.01〜0.5μ
mとする。断熱層2とSiO層7との接着性を向上させ
るために、これらの間にCr層8を設けるのが有利であ
る(図3)。Cr層8は厚くしすぎると断熱層の効果が
小さくなる。また、アルミニウムまたはステンレスから
なる支持ローラ1は、図1〜図3に示すように円筒状で
肉厚が0.5〜2.0mmのもののほか、円柱状(図示
してない)のものでもよい。円柱状のものでは機械的強
度が上がるために小さい径にでき、定着ユニットの小型
化に適応できる。
【0009】
【実施例】以下に実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。
【0010】実施例1 4本の外径20mmφ(肉厚1mm)のアルミニウムの
円筒上に層厚の異なるポリイミド樹脂層をそれぞれ設
け、各ポリイミド樹脂層上にCr−SiO2層を以下に
示すスパッタ条件で形成し、その上に電極層、SiO2
保護層を順次スパッタ法で作製し、さらに、その上に1
0μm厚のテフロン層を収縮チューブを使って設け計4
種類の定着ローラを得た。CAの熱電対を用いてこれら
4種の定着ローラの昇温特性を評価した。
【0011】〈Cr−SiO2層の作製条件〉 ・残留ガス圧 :5×10-7Torr ・Arガス圧 :5×10-3Torr ・Cr放電電力 :300W ・SiO2放電電力 :200W ・基板回転数 :40rpm ・プレスパッタ時間:10min ・膜厚 :0.2μm 〈Cu層の作製条件〉 ・残留ガス圧 :5×10-7Torr ・Arガス圧 :5×10-3Torr ・Cu放電電力 :400W ・基板回転数 :0rpm ・プレスパッタ時間:10min ・膜厚 :2μm 〈SiO2層の作製条件〉 ・残留ガス圧 :5×10-7Torr ・Arガス圧 :5×10-3Torr ・SiO2放電電力 :600W ・プレスパッタ時間:5min ・膜厚 :0.2μm 〈ポリイミド樹脂層の層厚〉70μm、140μm、2
80μm、700μmに変化させた。
【0012】その時の昇温特性の変化を図4に示す。縦
軸はCA熱電対の熱起電力、横軸は電原投入後の時間を
表す。なお、投入パワーは800Wである。図4から判
かるように、ポリイミド樹脂層の層厚が厚くなるにつれ
て断熱効果が効いて昇温速度が速くなる。この実験では
800W、30sec以内で定着温度(180℃)にす
ることを目標としたので、ポリイミド樹脂層の層厚が7
0μmでは目標に達せず、140μmでは十分クリアさ
れるため凡そポリイミド樹脂層の層厚は100μm以上
必要であることが判明した。
【0013】実施例2 3本の外径20mm(肉厚1mm)のステンレスの円筒
上に層厚280μmのフェノール樹脂層をそれぞれ設
け、それらフェノール樹脂層上に抵抗発熱層の材料を変
えて、以下のスパッタ条件で膜を形成し、その上に実施
例1と同様の条件でCu電極層、SiO2保護層、テフ
ロン層を順次積層して計3種類の定着ローラを作製し
た。昇温特性は、CA熱電対を用いて測定した。抵抗発
熱層の材料は、Ni−Cr、Ni−Cr−SiO2、C
r−SiO2の3種とした。各抵抗発熱層のスパッタ条
件を以下に示す。尚、Ni−Crは参考。
【0014】〈Ni−Cr層の作製条件〉 ・残留ガス圧 :5×10-7Torr ・Arガス圧 :5×10-3Torr ・Ni放電電力 :600W ・Cr放電電力 :50〜600W ・プレスパッタ時間:10min ・膜厚 :0.2μm 〈Ni−Cr−SiO2層の作製条件〉 ・残留ガス圧 :5×10-7Torr ・Arガス圧 :5×10-3Torr ・Ni放電電力 :600W ・Cr放電電力 :200W ・SiO2放電電力 :100〜600W ・プレスパッタ時間:10min ・膜厚 :0.2μm 〈Cr−SiO2層の作製条件〉 ・残留ガス圧 :5×10-7Torr ・Arガス圧 :5×10-3Torr ・Cr放電電力 :300W ・SiO2放電電力 :100〜500W ・プレスパッタ時間:10min ・膜厚 :0.2μm
【0015】各抵抗発熱層の組成を変化させたときの発
熱特性を図5に示す。投入パワーは800Wでパワー投
入後、5、10、15、20secのときのデータをプ
ロットした。縦軸はCA熱電対による定着ローラ表面の
起電力、横軸は投入エネルギーを示す。これから3つの
材料ともほぼ同一線上に乗ることが判かる。また、80
0Wの投入パワーで30sec以内に定着温度に達する
ことが判かる。
【0016】実施例3 実施例1と同じ構成で、抵抗発熱層(Cr−SiO
2層)の層厚を0.05μm、0.1μm、0.2μ
m、0.3μmと変化させ、抵抗発熱層に昇温繰り返し
時に入るクラックの発生を調べた。その結果、表1のよ
うになり、クラックの発生を防止するためには0.1μ
m以上の膜厚が必要であることが判かった。
【0017】
【表1】
【0018】実施例4 実施例1と同じ構成で抵抗発熱層(Cr−SiO2層)
と断熱層(ポリイミド樹脂層)との間に0.2μm厚の
SiO2層を実施例1と同じ条件で設けた試料とさらに
SiO2層と断熱層との間にCr層を0.1μm厚で以
下のスパッタ条件で設けた試料を作製して昇温の繰り返
し特性を調べた。 〈Cr層の作製条件〉 ・残留ガス圧 :5×10-7Torr ・Arガス圧 :5×10-3Torr ・Cr放電電力 :200W ・プレスパッタ時間:10min ・膜厚 :0.1μm その結果、表2に示すように、Cr層を設けた方がクラ
ックが入りにくく、耐久性がよいことが判かった。
【0019】
【表2】 ○:発生しない、 ×:発生する
【0020】
【発明の効果】以上のように本発明の定着ローラによれ
ば、支持ローラ上に抵抗発熱層を設けるとともに断熱層
を介して抵抗発熱層を設けたことから支持ローラ側への
熱の移動が押えられ、定着温度までの立上り効率の優れ
た定着ローラを得ることができる。また、断熱層をポリ
イミド樹脂またはフェノール樹脂で構成することにより
耐熱性で、しかも機械的特性が優れ、かつ、層厚100
μm以上とすることにより定着温度までの立上り時間の
速い定着ローラが得られる。さらに、抵抗発熱層をN
−Cr−SiO2 および/またはCr−Si 2 形成し
たものであるから、ほぼ同様で良好な立上り特性を示
す。さらにまた、抵抗発熱層の層厚を0.1μm以上に
し、あるいはまた断熱層と抵抗発熱層との間にSiO2
層を設け、さらにSiO2層と断熱層との間にCr層を
設けたものは、クラックの発生防止に顕著な効果を示し
耐久性の優れた定着ローラが得られる。さらに、その他
の構成による場合は上記作用の欄で詳述したとおりであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の定着ローラの一例を示す概略断面図で
ある。
【図2】本発明の定着ローラの一例を示す概略断面図で
ある。
【図3】本発明の定着ローラの一例を示す概略断面図で
ある。
【図4】本発明の定着ローラの昇温特性を示すグラフで
ある。
【図5】本発明の定着ローラの発熱特性を示すグラフで
ある。
【符号の説明】
1 支持ローラ 2 断熱層 3 抵抗発熱層 4 電極層 5、7 SiO2層 6 テフロン層 8 Cr層 10 中空部
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウムまたはステンレスからなる
    支持ローラ上に断熱層を介して抵抗発熱層、SiO2
    およびテフロン層を順次設けた定着ローラであって、該
    断熱層がポリイミド樹脂またはフェノール樹脂からな
    り、かつ層厚が100μm以上の層であり、該抵抗発熱
    層がNi−Cr−SiO 2 および/又はCr−SiO 2
    ら形成された層であることを特徴とする定着ローラ。
  2. 【請求項2】 前記の断熱層と抵抗発熱層との間にさら
    SiO2層を設けたことを特徴とする請求項1記載の
    定着ローラ。
  3. 【請求項3】 前記の断熱層とSiO2層との間にさら
    Cr層を設けたことを特徴とする請求項2記載の定着
    ローラ。
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