JP4082483B2 - トナー画像定着のための直接加熱ローラ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はトナー画像定着のための直接加熱ローラ及びその製造方法に関するものであり,より詳細には電子写真画像形成装置の定着部で加熱ローラの外部表面にルテニウム系電気抵抗発熱層を厚膜形態で均一に塗布して比較的低温で焼成することによって量産性が向上されて短時間内に動作温度に上昇できてウオーミング・アップ時間を縮めることができるトナー画像定着のための直接加熱ローラ及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子写真現像方式を利用する電子写真画像形成装置,例えば複写機,レーザービームプリンタ等においては,帯電ローラが回転しながら帯電ローラが高圧で感光ドラムの外周面上に感光体を均等に帯電させるようになる。
【0003】
露光走査部(Laser Scanning unit;LSU)を通して感光体の表面を走査して静電潜像(E1ectro−static Image)を生成させる。その後,現像機を通して感光体に形成された静電潜像にトナー(Toner)を供給して可視像として現像する。そして,転写口ーラと感光体間に転写電圧を印加して回転させるのでその間を通過する用紙にトナーで形成された像を転写する。
【0004】
定着部では加熱ローラを備えて用紙上に熱を提供して堆積されたトナーを一時溶融して定着する方式を用いる電子写真画像形成装置が通常は用いられる。
【0005】
一般に加熱ローラの表面を定まった温度に加熱する熱源としてハロゲンランプが加熱ローラの内部に設けられて用いられる。
【0006】
従来の電子写真画像形成装置の外部構造を図1に示している。
【0007】
図1で見れば,従来の電子写真画像形成装置は用紙引き出し部101,操作部103,コントロールボードカバー105,上部カバー開きボタン107,用紙表示窓109,多用途給紙窓111,オプションカセット113,用紙カセット115,補助受け台117が具備される。
【0008】
図2は,従来の電子写真画像形成装置の内部構成を示し,図3は従来の電子写真画像形成装置のハロゲンランプ加熱ローラが設けられた状態を示す。
【0009】
図面を参照すると,トナーカートリッジ121内部にはトナー123が撹拌機125により撹拌される。規制ブレード129がトナー供給量を規制しながら供給ローラ127を通してトナー123が供給される。帯電口−ラ137が感光ドラム135表面に電気的に電荷層を均一に帯電させる。露光走査部139で感光ドラム135表面に静電潜像を形成する。そして,現像口一ラ131が感光ドラム135表面に形成された静雷潜像にトナー123を現像させる。感光ドラム135表面に形成されたトナー画像124を用紙141上に転写ローラ133が転写させる。
【0010】
その後,トナーが付着された用紙141は定着部149に移送されて加熱ローラ145と加圧口−ラ143間を通過しながら粉末状のトナー画像は用紙に溶融されて定着されることである。前記加熱ローラ145は印加された電源がハロゲンランプ151に提供されながら熱が生じて,定着ローラ145の定着熱と加圧口一ラ143の加圧力によりトナーが用紙に融着された後排出される。加熱ローラ145上部に位置したサーミスタ147は定着ローラ145の温度を感知して一定温度を維持できるようにコントロールするために設けられる。
【0011】
このようなハロゲンランプ方式の従来技術は不要な電源消耗が多くて特に電源をオフしてから画像形成のために電源をオン時,一定時間のウオームアップタイム(Warm−uptime)を必要とする。すなわち電源を印加した後加熱ローラ145が所望する目標温度に到達する時まで一定時間が必要である。このような時間は短くは数十秒から長くは数分間が所要される場合もある。そして,加熱ローラが用紙に接触しながら温度が下がることに対する補償がむずかしい。
【0012】
またプリントが終了された後,次の画像を出力するまで待ち時間にも一定温度を維持するために電源を一定周期で印加することによって不要な電力消耗を増やすようになって次の画像を出力するため一定時間の待ち時間を有することによって速い画像出力を達成できない問題点がある
また,他の従来の技術として米国特許4,776,070号ではトナー画像定着のための直接加熱ローラを開示する。図4を参照すると,従来の直接加熱ローラは小さい熱キャパシタを有するローラ本体161の外部表面上に下部絶縁層165との結合のためにボンディング層163が形成されて,前記ボンディング層163上には電流供給を遮断するために下部絶縁層165が提供される。また下部絶縁層165上には金属抵抗熱発生層167を形成させて前記金属抵抗熱発生層167上に上部絶縁層169が提供されて前記上部絶縁層上でトナー画像のオフセットを防ぐために保護層171が形成されて前記金属抵抗熱発生層167の両端で電極層173が形成されて電源供給を受ける。
【0013】
このような構成において金属抵抗熱発生層167としては通常はニッケルークロム(Ni−Cr)混合物が用いられ前記熱発生層を構成するためにアークプラズマスプレー法(Arc−plasmaspraying)を用いている。
【0014】
また,電気発熱層を絶縁させるための下部絶縁層をローラ本体に接着させるために別途のボンディング層を形成しなければならない問題があった。このようなボンディング層を用いるようになれば層間温度特性や加圧力等によって層間分離が起きる恐れがある。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
したがって,本発明の目的は,トナー画像を定着する直接加熱ローラとそれを製造する方法を提供することである。
【0016】
本発明の他の目的は,ウオーミング・アップ時間が短くて,消費電力が低くて,構造が簡単な直接加熱ローラを提供することである。
【0017】
本発明の他の目的は,優秀な熱抵抗及び耐久性を有した直接加熱ローラを提供することである。
【0018】
本発明のまた他の目的は,ローラ上のローラ本体と絶縁層とが分離されない直接加熱ローラを提供することである。
【0019】
本発明のまた他の目的は,製作費用が低い直接加熱ローラを提供することである。
【0020】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明によるトナー画像定着のための直接加熱ローラは,導電性の円筒形ローラ本体と,前記ローラ本体に前記導電性本体の弾性限界温度以下である第1温度で焼成されて形成される絶縁層と,ルテニウムと酸化鉛とで作られており,前記絶縁層上に前記第1温度より低い第2温度で焼成されて形成される発熱層と,前記発熱層上に形成された保護層と,前記発熱層両端に形成された電極とを備えることを特徴とする。
【0021】
本発明の方法は,金属製で形成された円筒形ローラ本体を用意する段階と,前記ローラ本体の外部表面にガラスペーストを所定厚さで塗布する段階と,前記塗布されたガラスペーストをローラ本体の弾性限界温度より低い第1温度で焼成させて絶縁層を形成する段階と,前記絶縁層表面に発熱体ペーストを均一な厚さで塗布する段階と,前記塗布された発熱層を前記絶縁層の焼成温度より低い第2温度で焼成させて発熱層を形成する段階と,前記発熱層上に保護層を形成する段階と,前記電気抵抗発熱層の両端に電極を形成する段階とを備えることを特徴とする。
【0022】
本発明の他の装置は,絶縁性の円筒形のローラ本体と,前記ローラ本体上にペースト状態で塗布されて,塗布されたペーストを前記ローラ本体の弾性限界温度より低い温度で焼成して不導体から導電体に電気的性質が変換される,ルテニウムと酸化鉛とで作られた発熱層と,前記電気抵抗発熱層上に形成された保護層と,前記電気抵抗発熱層の両端に電気的に接触する電極とを備える。
【0023】
本発明の他の方法は,絶縁材で形成された円筒形ローラ本体を用意する段階と,前記ローラ本体上に発熱体ペーストを均一な厚さで塗布する段階と,前記塗布された発熱体ペーストを所定温度で焼成させて発熱層を形成する段階と,前記発熱層上に保護層を形成する段階と,前記発熱層の両端に電極を形成する段階とを備えることを特徴とする。
【0024】
上述したように,本発明の望ましい実施形態によると,ルテニウム系発熱層をローラの表面に形成して瞬間的にローラが定着温度に到達するようにすることができる。従来技術によるNi−Cr系抵抗発熱物質と比較する時,より低い電力を利用して可能な限り遠くターゲット定着温度を発生させることが可能である。また,ルテニウム系抵抗発熱層を形成する工程は700℃以下,600℃以下または,はなはだしくは550℃以下の温度で遂行できるので,ローラ本体と絶縁層とのために多様な物質が使用できる。したがって,収率が改善されて,費用が節減できる。また,均一な厚さを有する発熱抵抗層を製作できる。さらに,全般的に定着温度特性を均一に維持できるので,トナー定着温度特性が改善できる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下,本発明の望ましい実施形態を添付した図面によってさらに詳細に説明する。
【0026】
図5は,本発明による電子写真画像形成装置の直接加熱ローラの望ましい一実施形態の構成を示した縦断面図である。図6は本発明の実施の一形態による電子写真画像形成装置の定着部が設けられた状態を示す縦断面図である。
【0027】
図面で本発明の実施の一形態の直接加熱口―ラ213は,ローラ本体201に絶縁層202,発熱層203,保護層205が順に積層されて形成される。発熱層203の中央部は保護層で保護されて,発熱層203には両端部に設けられた一対の電極207を通して電流が供給される。
【0028】
図6に図示したように,電子写真画像形成装置の定着部は用紙219が排出される方向(矢印方向),すなわち時計方向に回転する加熱ローラ213と,加熱ローラ213と接触して反時計方向に回転する加圧ローラ211とが具備される。前記加熱ローラ213には加熱ローラ213の温度を検出するためのサーミスタ217が接触する。
【0029】
加熱ローラ213と加圧ローラ211とは,画像形成装置の本体に回転可能に設けられる。設けられた加熱ローラ213及び加圧ローラ211は本体に設けられた駆動モータから動力伝達を受けて回転される。また,加熱ローラ213は電極207を通して電源が印加されると発熱層203に供給される電流による抵抗熱が生じてそれで加熱ローラの温度が上昇する。前記加熱口一ラ213の表面温度は加熱ローラの表面に接触したサーミスタ217により検出されて本体の電源供給コントローラに提供される。電源供給コントローラでは加熱ローラ213の表面温度を設定された加熱温度範囲で温度をコントロールする。
【0030】
前記加圧ローラ211及び加圧ローラ211によって用紙219上に定着前のトナー画像215は加熱加圧されて用紙219に安定したトナー画像216として定着される。
【0031】
上述したように,トナーを定着させるためには約200℃程度の定着温度が要求される。したがって,常温の加熱ローラを200℃の動作温度に加熱するためのウオーミング・アップ時間が要求されてこの時電力を多く消耗するようになる。
【0032】
したがって,本発明の実施の一形態ではウオーミング・アップ時間を縮めて電力消耗を減らすことができるように加熱ローラを構成したことである。
【0033】
<第1実施形態> 低温導電性ローラ本体
1.ローラ本体
加熱ローラの本体201は,オーステナイト系(austenite)のステンレススチール(例:SUS304系列,JIS規格)を用いる。オーステナイト(austenite)系のステンレススチールは弾性限界点である630℃が越えるようになると変形されたり捩れる等の機械的特性が変質するので後続工程の温度条件を630℃以下に制限しなければならない。
【0034】
弾性限界温度は,次のように定義できる。一般的に物体に荷重が加われば変形するようになって,ある程度までの荷重を加えた後にそれを除去すればその物体は元来の寸法を再び回復するようになる。このように荷重を除去すれば物体が元来の寸法に戻る限界を弾性限界という。
【0035】
ここでは円筒形のローラ本体に絶縁材ペーストや発熱材ペーストを塗布した後高温でこれを焼成するための工程で導電性の円筒形ローラ本体が元来の形状を失わなくて加工されたそのままの形状を維持できる温度をいう。普通前記した弾性限界温度以上に前記円筒形本体部が露出された時にはローラ本体がゆがんだり曲がる現像などが生じてこのように弾性変形が生じたローラは用紙に付着されたトナー画像を均一に密着して温度によるトナー画像定着を遂行できなくなる。
【0036】
2.絶縁層
絶縁層202は,酸化鉛成分を含んだガラスフリツト,有機バインダ,溶剤,添加剤を混合して作ったペーストをローラ本体201に厚膜塗布技法で塗布した後口−ラ本体201の弾性限界温度630℃以下で焼成して形成する。絶縁層の厚さは約50−300μm程度に均一な厚さを有する。
【0037】
前記ガラスフリットは,次のような組成比を有する。
【0038】
PbO 40〜60w%
SiO2 20〜40w%
B203 10〜20w%
Al2O3 0〜10w%
TiO2 0〜5w%
ガラスフリツトは,PbO55.9%,SiO228.0%,B2O38.1%,Al2O34.7%,TiO23.3%の組成比を有することが望ましい。
【0039】
有機バインダは,セルロース系樹脂またはアクリル樹脂を用いる。溶剤はテルピネオール(terpineol),BCR,BCAなどを用いて,添加剤はAl2O3,ZrO3を用いる。
【0040】
3.発熱層
発熱層203は,ルテニウム系化合物,酸化鉛成分を含んだガラスフリツト,有機バインダ,溶剤,添加剤を混合してペースト状態に作った後絶縁層202上に厚膜塗布技法で塗布して約550℃程度で焼成して形成する。
【0041】
本発明の実施の一形態の発熱層ペーストで伝導性物質として用いられたルテニウム系酸化物及びAg系粉末は電気的特性を決定して最終厚膜の機械的特性に影響を与えるようになって,ガラスフリットは基板に対する厚膜の結合性を増大させる役割をし,有機バインダは伝導性物質と無機結合剤とを分散させる役割をし,厚膜形成時ペーストの流動性に影響を及ぼすようになる。
【0042】
本発明の実施の一形態の発熱層ペースト組成物の構成成分は次のようである。
【0043】
(1)ルテニウム系粉末
本発明の実施の一形態の発熱体用抵抗ペースト組成物に用いられるルテニウム系粉末はルテニウム金属粉末またはルテニウム酸化物粉末を示し,ルテニウム酸化物の具体的な例としてはRuO2,GdBiRu2O6〜7,Pb2Ru2O6〜7,CO2Ru2O6,PbBiRu2O6〜7,CuxBi2−xRu2O6〜7(0くxく1)及びBi2Ru2O6〜7などが含まれて,これら中1種以上を選択して使用できる。
【0044】
前記ルテニウム系粉末は,比表面積が5ないし30m2/g範囲であることが望ましく,より望ましくは10ないし25m2/g範囲である。比表面積が5m2/g未満であれば,粒子があまりに大きくなって均一な厚膜が得られなく,比表面積が30m2/gより大きければ,粉末があまりに微細で印刷特性が低下されて精度が低下され焼結性が低下されて織密な膜が得られるのが難しくなる。
【0045】
ルテニウム系粉末は,平均粒径が0,01ないし0.1μm範囲であることが望ましく,さらに望ましくは0.02ないし0.08μm範囲である。平均粒径が0.01μm未満であれば,粒子があまりに微細で印刷特性が低下されて精度が低下され煤結性が低下されて緻密な膜が得られるのが難しくなり,平均粒径が0.1μmより大きければ,粒子があまりに大きくなって均一な厚膜が得られないので望ましくない。
【0046】
前記ルテニウム系粉末の使用量は,組成物重量の5ないし75重量%,望ましくは5ないし20重量%範囲の量であり,5重量%未満に用いれば形成された電気抵抗発熱層が0.1ないし30Ω/mm2範囲の低い抵抗値を有するのが難しく,75重量%を超過すれば膜の表面平滑性が低下されて望ましくない。
【0047】
(2)Ag系粉末
また,本発明の実施の一形態の発熱体用抵抗ペースト組成物は,Ag系粉末を5ないし75重量%,望ましくは20ないし40重量%範囲の量で含む。5重量%未満に用いれば形成された電気発熱体が0.1ないし30Ω/mm2範囲の低い抵抗値を有するのが難しく,75重量%を超過すれば0.1Ω/mm2以下の抵抗値を有するようになって,300℃以上の温度に発熱して抵抗体厚膜を損傷させる場合があって望ましくない。
【0048】
本発明の実施の一形態で用いるAg系粉末は,Ag金属の粉末,Ag酸化物の粉末(例えばAg20),Ag合金の粉末(例えばAgPd,Ag0.1,Pd0.9,RhO2等)でありうる。特に低温焼成が可能になるためには銀板状粉末を用いることが望ましい。前記Ag系粉末は平均粒径0.1ないし3μm範囲及び最大粒子大きさ7μm以下であることが望ましいが,平均粒径が0.1μm未満であれば,粒子があまりに微細になって焼結時収縮率が大きくなって膜にクラックが生じやすくて粒子が凝集されやすくてペースト中における安定した分散状態を得るのが困難で印刷特性が低下され,平均粒径が3μmより大きければペースト塗布膜の表面が荒くなってごく微細なパターンを得るのが難しくまた焼結性が低下されて織密な薄膜が得られるのが難しくて望ましくない。
【0049】
前記Ag系粉末の表面積/重量比(比表面積)は0.5ないし3.5m2/gであり,密度は2.5ないし6g/cm3範囲であることが望ましい。比表面積が0.5m2/g未満であれば粒子があまりに大きくなり焼成後の塗布膜の平滑性が低下されて望ましくなく,3.5m2/gより大きければ粒子があまりに微細になって粒子が凝集しやすくて印刷特性が低下される。また,密度値が前記範囲を外れると印刷特性が悪くなるので望ましくない。
【0050】
(3)ガラスフリツト
また,本発明の実施の一形態のペースト組成物に用いられるガラスフリットは,ルテニウム系粉末を相互結合させる結着剤役割をし,ペーストの基板に対する接着性を向上させると同時に焼結時に軟化してガラスフリットを基板側に凝集させる作用効果がある。
【0051】
前記ガラスフリツトの軟化点は,示差走査熱量測定(differential scanning calorimetry;DSC)法により測定されるが,軟化点が400ないし550℃範囲であることが望ましく,さらに望ましくは420ないし500℃範囲である。軟化点が400℃より低ければ,有機成分が含まれやすくて有機成分が分解されるによってペーストの塗布膜中にブリスター(blister)が生じやすくなる。一方,軟化点が550℃より高ければ焼成後の膜の基板に対する接着強度が低下される。
【0052】
前記ガラスフリツトは,本発明の実施の一形態のペースト組成物に5ないし40重量%,望ましくは10ないし40重量%範囲で用い,使用量が5重量%未満であれば焼成後の膜の基板に対する接着強度が低下されて,40重量%を超過すれば形成された電気抵抗発熱層が0.1ないし30Ω/mm2範囲の低い抵抗値を有するのが難しい。
【0053】
前記ガラスフリツトとしてはガラスフリツトA及びガラスフリツトBが望ましく利用できる。前記ガラスフリットAとしては酸化ビスマス(Bi2O3)を含有するものが利用可能で,酸化物換算表記で示した組成成分及び含有量が下記表3のような組成を90重量%以上含有することが望ましくて,ガラスフリツトBは酸化鉛(PbO)を含有するものが利用され,酸化物換算表記で示した組成成分及び含有量が下記のような組成を90重量%以上含有することが望ましい。
【0054】
(ガラスフリットA)
構成成分 含有量(重量%)
Bi2O3 40ないし90
SiO2 5ないし30
B2O3 5ないし30
BaO 2ないし40
【0055】
(ガラスフリットB)
構成成分 含有量(重量%)
PbO 40ないし90
SiO2 10ないし40
B2O3 5ないし30
TiO2 0ないし10
Al2O3 0ないし20
【0056】
前記ガラスフリットの使用により,ガラス基板が応力を受けない温度でペーストを焼付けることが可能になる。
【0057】
前記ガラスフリットA組成で,酸化ビスマス(Bi2O3)が40重量%未満に使用されるとべーストをガラス基板に焼付ける時接着強度を増大させる効果が少なく,90重量%を超過すればガラスフリットの軟化点があまりに低くてペーストの脱ビヒクル性が悪くなって基板との接着強度が低下されるために望ましくない。酸化ビスマスの望ましい量は50ないし80重量%範囲である。
【0058】
前記ガラスフリツトA組成で酸化ケイ素(SiO2)が5重量%未満の場合はガラスフリットの安全性が低下され,30重量%より多くの場合は耐熱温度が上昇して570℃以下でガラス基板上に焼付けるのが困難になる。望ましくは,酸化ケイ素は5ないし15重量%範囲の量で用いる。
【0059】
前記ガラスフリツトA組成で酸化ホウ素(B2O3)は接着強度,熱膨張計数などの特性を損傷しないようにガラス基板上における焼付温度を制御するために添加されるが,5重量%未満では接着強度が低下されて,30重量%を超過すればガラスフリットの安全性が低下される。酸化ホウ素は7ないし20重量%範囲の量で用いることが望ましい。
【0060】
前記ガラスフリットA組成で酸化バリウム(BaO)は,2重量%未満に使用されるとガラス基板上の焼付温度を制御することが困難になり,40重量%を超過すればガラス基板の安全性が低下される。望ましくは2ないし30重量%範囲の量で用いる。
【0061】
また,前記ガラスフリットB組成で酸化鉛(PbO)が40重量%未満の場合はペーストをガラス基板上に焼付ける時接着強度を高める効果が少なくて,90重量%を超過すればガラスフリットの軟化点があまりに低くてペーストの脱ビヒクル性が悪くなって,基板との接着強度が低下されるために望ましくない。酸化鉛の望ましい量の範囲は50ないし80重量%範囲である。
【0062】
前記ガラスフリツトB組成で酸化ケイ素(SiO2)が10重量%未満の場合はガラスフリットの安全性が低下され,40重量%より多くの場合は耐熱温度が上昇して570℃以下でガラス基板上に焼付けるのが困難になる。望ましくは,酸化ケイ素は10ないし30重量%範囲の量で用いる。
【0063】
前記ガラスフリットB組成で酸化ホウ素(B2O3)が5重量%未満に使用されると接着強度が低下されて,30重量%を超過して使用されるとガラスフリットの安全性が低下される。酸化ホウ素は5ないし20重量%範囲の量で用いることが望ましい。
【0064】
前記ガラスフリツトB組成で二酸化チタン(TiO2)が10重量%を超過して使用されるとガラス層の安全性が低下され,望ましい使用量は2ないし5重量%範囲である。
【0065】
前記ガラスフリツトB組成で,酸化アルミニウム(Al2O3)は組成物の変形温度を高めてガラス組成やペーストの安定化のために添加され,20重量%を超過すればガラスの耐熱温度があまりに高まりガラス基板上に焼付けるのが困難になる。望ましい使用量は2ないし15重量%範囲である。
【0066】
また,本発明の実施の一形態によると,ガラスフリツトとして前記ガラスフリツトAとガラスフリットBと二つともを含有する複合ガラスフリットを用いることができ,酸化物換算表記で示した構成成分及び含有量が下記のような複合ガラスフリットを90重量%以上含有することが望ましい。
【0067】
前記ガラスフリットA,ガラスフリットB及び複合ガラスフリットは平均粒径0.2ないし5μm及び最大大きさ10μm以下であることが望ましい。前記ガラスフリットの粒径を前記範囲とすれば,低温におけるガラス基板との接着強度が高まるようになって低抵抗性の緻密な膜が得られることができ,また薄膜にする場合にも薄膜の剥離が起きるのがむずかしいと言う長所がある。
【0068】
(複合ガラスフリット)
構成成分 含有量(重量%)
Bi2O3 40ないし90
PbO 40ないし90
SiO2 5ないし30
B2O3 5ないし30
BaO 2ないし40
TiO2 0ないし10
Al2O3 0ないし20
【0069】
(4)有機バインダ
本発明の実施の一形態の発熱体用抵抗ペースト組成物に使用可能な有機バインダ成分としては,エチルセルロース,メチルセルロース,ニトロセルロース,カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体とアクリル酸エステル,メタクリル酸エステル,ポリビニルアルコール,ポリビニルブチラールなどの樹脂成分が利用できる。これら中から,アクリル樹脂,エチルセルロースが望ましく利用できる。
【0070】
前記有機バインダ成分は,本発明の実施の一形態の組成物に5ないし45重量%の量で用いられるが,この範囲内になければ焼成段階で完全に蒸発(焼絹,脱バインダ)できなくなるので望ましくない。
【0071】
(5)有機溶媒
また,本発明の実施の一形態のペースト組成物には,有機成分を溶解させて微分末及びガラスフリットを分散させて粘度を調整するために,有機溶媒が添加できる。有機溶媒としてはtexanol(2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソ酪酸エステル),エチレングリコール(テルペン),ブチルカルビトール,エチルセロソルブ,エチルベンゼン,イソプロフィルベンゼン,メチルエチルケトン,ジオキサン,アセトン,シクロヘキサノン,シクロペンタノン,イソブチルアルコール,ジメチルスルホキシド,テルピネオール,松根オイル,ボリピニルブチラール,3−メトキシ酢酸ブチル,γ−ブチロラクトン,フタル酸ジエチルなどがある。これら有機溶媒は単独でまたは2種以上混合して使用できる。
【0072】
(6)その他添加剤
本発明の実施の一形態のペースト組成物には上述した成分以外にも,保存中の安全性を与えて,染み,鋸の目現像,厚さ偏差を防止して,膜の亀裂を防止するために,ヒドロキノンモノメチルエーテルのような重合禁止剤,ボリアクリル酸塩,セルロース誘導体のような分散剤,機材に対する接着性を改善するためのシランカップリング剤などの接着性付与剤,塗布性能を改善するための消泡剤,作業性を改善するためのポリエチレングリコール,フタル酸ジブチル等のような可塑剤,界面活性剤,チキントロピー性付与剤などの添加剤が0.1ないし5.0重量%範囲内で本発明の実施の一形態組成物の効果に害をおよばない範囲の量で含まれることができる。
【0073】
本発明の実施の一形態のペースト組成物は,前記構成成分を例を挙げると3個のロールを有したロール製粉機,ミクサ,均質化機などの混練機を利用して混練する。また,塗布に適合な流動性を与えるためにペースト組成物の粘度はせん断速度(shearrate)4S−1で通常70,000ないし300,000センチポイズ範囲である。印刷時の塗布液の粘度は通常100,000ないし200,000センチポイズ範囲,望ましくは130,000ないし180,000センチポイズ範囲に調整できる。
【0074】
次に発熱層を作る典型的なべ−ストの特定組成物を説明する。
【0075】
典型的なべ一スト1.典型的なべ一スト1は0.05μmの平均粒子直径と10m2/gの比表面積を有したPb2Ru2O6の10重量部と,0.03μmの平均粒子直径と23m2/gの比表面積を有したRuO2の13重量部と,1μmの平均直径と3μmの最大直径を有した銀の20重量部と,1μmの平均直径と3.6μmの最大直径を有したガラスフリットの30重量部で作られる。ガラスフリットはBiO268.9%,SiO210.0%,B2O311.8%,BaO6.5%及びAl2O32.8%に作られて,460℃の軟化点(softening point)温度を有している。前記パウダーはセルロースと92対8の比率で混合されて,組合わせたパウダーは150000センチポイズ(centipoise)の粘性を有したペーストを生産するためにテルピネオール(terpineol)と混合される。
【0076】
本発明の実施の一形態の発熱層203の厚さ範囲は3〜100μm間である。発熱層203は15μm以下,例えば6,8,10,または15μm厚さを有することができる。電気抵抗発熱層203は110V印加時には5〜10Ωの電気抵抗を有し,220V印加時には15ないし25Ωの電気抵抗を有することが望ましい。このような抵抗値はシステムの要求によって多様な電気抵抗を有するように変更することが可能である。
【0077】
3.保護層
保護層205は,フッ素樹脂(PFA)チューブで形成されて電気抵抗発熱層203上に挿入された次に熱処理により収縮して圧搾される。保護層205は印刷用紙と直接接触してトナー剥離層を形成する。特に,前記保護層205は電流が外部に流れることを防ぐ絶縁特性を有する
4.電極
電極207は,保護層205両側に露出された発熱層203の両端に銀ペーストを塗布した後に輪様子の電極207が挿入された次に銀ペーストを硬化させて接着形成する。
【0078】
このように構成された本発明の実施の一形態の直接加熱ローラの消費電力は初期印加時約800W程度であり,瞬間的な定着温度上昇で電源印加後7ないし8秒以内に目標動作温度例えば180ないし200℃に到達するようになる。それゆえ,瞬間的に定着温度に到達するようになるのでウォーミング・アップ時に電力消耗を減らすことができる。また,待機時にも定着手段に電源を印加する必要がないので待機時消費電力を減らすことができる。
【0079】
5.製造方法
図7は,本発明の実施の一形態による直接加熱ローラの製造方法の順序を示して,図8ないし図12は本発明の実施の一形態による直接加熱ローラの製造過程を示す。
【0080】
図面を参照すると,本発明の実施の一形態の直接加熱ローラはまずSUSのような金属製を加工してパイプまたは円筒形のローラ本体201を形成する(図8参照)。加工されたローラ本体は超音波洗浄をして不純物を除去する(S301)。
【0081】
洗浄されたローラ本体201の表面に上述した絶縁層ペーストをスクリーン印刷法で塗布する(S302)。
【0082】
図13ないし図15は,本発明の実施の一形態によるスクリーン印刷法を示す。まず図13に図示したように,印刷板210のマスク212上にペースト214を覆う。続いて,回転軸に固定されたローラ本体218を上昇させてマスク212の下部に接触させる。スクイザー(squeezer)216を下降させてマスク212の上部に接触させる。印刷板210を左側方向(矢印方向)に移動させながら口一ラ本体218を反時計方向に回転させるとスクイザー216によりペースト(214)が加圧されてマスク212の網目を通して下方に追い出されて絞られるようになる。マスク212下方に追い出されて絞られたペーストは回転するローラ本体218に塗布される。塗布されたペーストの厚さはマスク212の網目の大きさ及び印刷板の移動速度等により決定される。マスクの幅はローラ本体の円周長さと同一に形成される。
【0083】
このようなスクリーン印刷法で塗布して(S302),一定温度で一定時間乾燥させた次に(S303)焼成する(S304)。ペーストを塗布した次に乾燥させることによって被膜が形成されることを防止してクラックが生じることを防ぐことができる。スクリーン印刷法により複数回塗布することは一定な厚さを得るためのことでありその回数や塗布厚さは設計的な選択仕様により変更できる。
【0084】
図16は,絶縁層の焼成温度特性を示す。
絶縁層ペーストが塗布されたローラ本体を焼結炉に入れて全体焼成時間約45分間進める。
【0085】
すなわち,tg1ないしtg2間では約15分間徐々に温度を高めて約620℃(Tg2)に温度を上昇させてtg2ないしtg3間に約10ないし15分間620℃を維持した次にtg3ないしtg4間では約15分間再び徐々に温度を下げる。
【0086】
このように印刷と焼成を1回以上繰り返すことによってローラ本体に絶縁層が密着固定されて形成されるので衝撃及び温度特性に対して強い耐性を有するようになる。本発明の実施の一形態では70ないし120μmのガラス絶縁層を得る(図9参照)。このような絶縁層は発熱層の軟化点より高い温度で軟化する絶縁層ペーストを用いる。その理由は発熱層の焼成時生じるルテニウム化合物と絶縁層で突出する鉛成分との反応が絶縁層でも生じるようになれば絶縁層の絶縁特性が落ちるようになるためである。
【0087】
続いて,前記絶縁層202表面に上述したルテニウム系発熱層ペーストを図13ないし図15に図示したようにスクリーン印刷法で2回塗布する(S305)。塗布した後に熱風循環式,電熱ヒーターまたは赤外線炉等で80ないし120℃で約5分ないし10分間乾燥させる(S306)。乾燥された塗膜の厚さは約23μmである。このような乾燥過程は塗布されたペーストの表面の被膜形成を防止してクラック発生を防止する。
【0088】
続いて,前記塗布された発熱層ペーストを所定温度で焼成させて発熱層を形成する(S307)(図10)。以下,電気抵抗発熱体の焼成過程に対して説明する。
【0089】
図17は,本発明の実施の一形態による発熱層ペーストを形成するための焼成温度サイクルを示して,図18ないし図20は本発明の実施の一形態による電気抵抗発熱層の形成メカニズムを示す。
【0090】
まず,焼結炉内に発熱層ペーストが塗布されたローラ本体を入れて加熱する。時間ta1(tb1)ないしta2(tb2)にかかってTa1(Tb1)からTa2(Tb2)に温度が上昇しながらペーストに含まれた有機物が燃焼し始めると図18に図示したように,ガラスグレーンの周辺に酸化ルテニウムがくっつく形態に存在してガラスグレーンが軟化し始める。
【0091】
時間ta2(tb2)ないしta3(tb3)にかかってTa2(Tb2)からTa3(Tb3)に温度が上昇するとガラスグレーンがさらに軟化し始めて,鉛成分が含まれた部位が突出し始める。時間ta3(tb3)ないしta4(tb4)にかかってTa3(Tb3)からTa4(Tb4)に上昇するとこの軟化点以上で図19に図示したように軟化したガラスグレーンから突出した鉛がルテニウムと反応してパイロクロアタイブのルテニウムオキサイド(Pb2Ru206−x)がガラスグレーン表面に生成し始める。前記した反応は特定に区別された時間及び温度領域でのみ生じることでなく反応過程を説明するために区分したことであり有機物燃焼とガラス軟化ルテニウムと鉛成分との反応などは漸次的に進められることである。
【0092】
時間ta4(tb4)ないしta5(tb5)にかかってTa4(Tb4)で温度を一定に維持すると図20に図示したように表面に形成されたパイロクロアタイブのルテニウムオキサイド(Pb2Ru2O6−X)がガラスグレーン内部に拡散される
時間ta5(tb5)ないしta6(tb6)にかかってTa4(Tb4)から温度を下降させながらアニーリング(Annealing)工程により焼結組織のストレスが緩和されながら組織が緻密化される。
【0093】
このような焼成時間は,ta1(tb1)−ta4(tb2)約15分程度,ta4(tb4)−ta5(tb5)が約10−15分程度,ta5(tb5)−ta6(tb6)が約15分程度に所要されて全体的に約45分程度の焼成時間が所要される。しかしこのような温度特性はより最適化できる。
【0094】
このような焼成過程を経て粒子が相互融着して緻密化され,一定な機械的強度を有する安定した組織に形成されて発熱層203が形成される。図20に図示したように,電荷はパイロクロアタイブのルテニウムオキサイド(Pb2Ru2O6−X)を通して移動するようになる。
【0095】
得られた電気抵抗発熱層の厚膜は厚さが5μmであり,面積抵抗が12Ω/mm2であった。
【0096】
図11に図示したように,保護層205は約50μm程度の厚さを有してフッ素樹脂(PFA:tetrafluroethlene perfluoro alky−vinylether copolymer resin)でチューブ形態に製作された次に電気抵抗発熱層203上に挿入される(S308)。挿入された状態で約250ないし400℃で熱処理すると収縮圧搾される。保護層205は耐トナー性が強くて絶縁材で電気抵抗発熱層の表面を絶縁させると同時にトナーから電気抵抗発熱層203を保護する。
【0097】
図12に図示したように,保護層205の両側に露出された電気抵抗発熱層203の表面に銀ペーストを塗布した次に輪様子の銅電極層207を挿入して150℃温度で約30分間銀ペーストを硬化させる(S309)。
【0098】
図21は,上述したように本発明の実施の一形態により作られた直接加熱ローラの断面を電子顕微鏡で取った写真を示す。写真に示されたようにローラ本体に絶縁層と発熱層とが焼成により形成されて密着固定されるので温度特性及び機械的衝撃等にも非常に強い耐久性を有するようになる。
【0099】
く第2実施形態> 高温導電性ローラ本体
1.ローラ本体
本発明の第2実施形態では上述した一実施形態と比較して高温の絶縁層ペーストと発熱層ペーストを用いるためにローラ本体は弾性限界温度が約900℃以上の高温に耐えることができるフェライト(Ferrite)系のステンレススチール(SUS404系列)を用いる。
【0100】
2.絶縁層
絶縁層は,絶縁層ペーストをローラ本体201に厚膜塗布技法で塗布した後ローラ本体201の弾性限界温度900℃以下で焼成して形成する。絶縁層の厚さは約50−300μm程度に均一な厚さを有する。絶縁層はデュポン社の3500N釉薬(glaze)を利用して構成できる。
【0101】
3.発熱層
前記発熱層は,ルテニウム系化合物を含む発熱層ペーストを絶縁層上に塗布して第1温度より低い第2温度で焼成するようになる。望ましくは850℃以下である。高温焼成発熱層としてはデュポン社の36××シリーズを使用できる。
【0102】
4.保護層
実施形態1と同一。
【0103】
5.電極
実施形態1と同一。
【0104】
6.製造工程
まずフェライト系ステンレス(SUS404)を加工してパイプまたは円筒形のローラ本体を形成する。加工されたローラ本体は超音波洗浄をして不純物を除去する。
【0105】
洗浄されたローラ本体の表面に上述した絶縁層ペーストをスクリーン印刷法で塗布する。
【0106】
このようなスクリーン印刷法で塗布して,一定温度で一定時間乾燥させた次に焼成する。ペーストを塗布した次に乾燥させることによって被膜が形成されることを防止してクラックが生じることを防ぐことができる。スクリーン印刷法により複数回塗布することは一定な厚さを得るためのことでありその回数や塗布厚さは設計的な選択仕様により変更できる。
【0107】
図22は,絶縁層の焼成温度特性を示す。
【0108】
絶縁層ペーストが塗布されたローラ本体を焼結炉に入れて全体焼成時間約45分間進める。
【0109】
すなわち,tg1ないしtg2間では約15分間徐々に温度を高めて約900℃(Tg2)に温度を上昇させてtg2ないしtg3間に約10ないし15分間900℃を維持した次にtg3ないしtg4間では約15分間再び徐々に温度を下げる。
【0110】
このように印刷と焼成を1回以上繰り返すことによってローラ本体に絶縁層が密着固定されて形成されるので衝撃及び温度特性に対して強い耐性を有するようになる。本発明の実施の一形態では70ないし120μmのガラス絶縁層を得る。このような絶縁層は発熱層の軟化点より高い温度で軟化する絶縁層ペーストを用いる。その理由は発熱層の焼成時生じるルテニウム化合物と絶縁層で突出する鉛成分との反応が絶縁層でも生じるようになれば絶縁層の絶縁特性が落ちるようになるためである。
【0111】
続いて,前記絶縁層表面に上述したルテニウム系発熱層ペーストをスクリーン印刷法で2回塗布する。塗布した後に熱風循環式,電熱ヒーターまたは赤外線炉等で80ないし120℃で約5分ないし1O分間乾燥させる。乾燥された塗膜の厚さは約23μmである。このような乾燥過程は塗布されたペーストの表面の被膜形成を防止してクラック発生を防止する。
【0112】
続いて,前記塗布された発熱層ペーストを所定温度で焼成させて発熱層を形成する。以下,電気抵抗発熱体の焼成過程に対して説明する。
【0113】
図23は,本発明の実施の一形態による発熱層ペーストを形成するための焼成温度サイクルを示す。
【0114】
まず,焼結炉内に発熱層ペーストが塗布されたローラ本体を入れて加熱する。時間tb1ないしtb2にかかってTb1からTb2に温度が上昇しながらペーストに含まれた有機物が燃焼し始めるとガラスグレーンの周辺に酸化ルテニウムがくっつく形態に存在してガラスグレーンが軟化し始める。
【0115】
時間 tb2ないしtb3にかかってTb2(5000C)からTb3(700℃)に温度が上昇するとガラスグレーンがさらに軟化し始めて,鉛成分が含まれた部位が突出し始める。時間tb3ないしtb4にかかってTb3(700℃)からTb4(850℃)に上昇すると,この軟化点以上で軟化したガラスグレーンから突出した鉛がルテニウムと反応してパイロクロアタイプのルテニウムオキサイド(Pb2Ru2O6−X)がガラスグレーン表面に生成し始める。前記した反応は特定に区別された時間及び温度領域でのみ生じることでなく反応過程を説明するため区分したことであって有機物燃焼とガラス軟化ルテニウムと鉛成分との反応などは漸次的に進められることである。
【0116】
時間tb4ないしtb5にかかってTb4(850℃)に温度を一定に維持すると表面に形成されたパイロクロア(pyrochlore)タイプのルテニウムオキサイド(Pb2Ru2O6−X)がガラスグレーン内部に拡散される。
【0117】
時間tb5ないしtb6にかかってTb4(850℃)から温度を下降させながらアニーリング(Annealing)工程により焼結組織のストレスが緩和されながら組織が緻密化される。
【0118】
このような焼成時間は,tb1−tb2約15分程度,tb4−tb5が約10−15分程度,tb5−tb6が約15分程度に所要されて全体的に約45分程度の焼成時間が所要される。しかしこのような温度特性はより最適化できる。
【0119】
このような焼成過程を経て粒子が相互融着して緻密化され,一定な機械的強度を有する安定した組織に形成されて発熱層が形成される。
【0120】
次に保護層と電極とは,上述した実施形態1と同一な方法で進められる。
【0121】
<第3実施形態> 低温絶縁ローラ本体
図24は,本発明の実施の一形態による低温絶縁ローラで構成した直接加熱ローラの構成を示す。
【0122】
第3実施形態は,絶縁性の口一ラ本体で構成した場合としてローラ本体401はセラミックやガラス等で形成される。セラミックはステンレススチールに比べて機械的衝撃が弱いが高温熱処理にも変形や物性変化なく耐えることができるのでペーストの焼成温度範囲を広く設定できる。したがって,電気抵抗ペーストの組成物選択を容易にして焼成工程の温度条件をひるめることができる。また,セラミックは絶縁性であるので絶縁層を形成する工程を省略して直ちにローラ本体401の外部表面に発熱層を形成できる。
【0123】
図25は,本発明による他の実施形態の加熱ローラが設けられた電子写真画像形成装置の定着部が設けられた状態を示す。
【0124】
第3実施形態で定着部409は用紙が排出される方向,すなわち反時計万向に回転する加熱ローラ413と,加熱ローラ413と接触して時計方向に回転する加圧ローラ411とを備える。加熱ローラ413の表面にはサーミスタ417が接触する。加熱ローラ413は絶縁体である円筒形ローラ本体401,発熱層403,保護層405,電極407を含む。
【0125】
本発明の実施の一形態による電子写真画像形成装置の定着部409は,電極層を通して電気抵抗発熱層403に電流が供給されると抵抗熱により温度が上昇する。サーミスタ417により加熱ローラ413の表面温度が検出されて検出された信号に応答して電気抵抗発熱層403に提供される電流量が制御される。
【0126】
前記加圧ローラ411及び加圧ローラ411によって用紙419上に定着前トナー画像415は加熱加圧されて用紙419に安定したトナー画像416として定着される。
【0127】
第3実施形態の加熱口一ラの構成は次のようである。
【0128】
1.ローラ本体
弾性限界温度が600℃以上である絶縁性のセラミックまたはガラス。
【0129】
2.発熱層,保護層,電極
上述した第1実施形態と同一。
【0130】
3.製造方法
図26は,第3実施形態による直接加熱ローラの製造方法の順序を示して,図27ないし図30は本発明の実施の一形態による直接加熱ローラの製造過程を示す。
【0131】
図面を参照すると,本発明の実施の一形態の直接加熱ローラはまずセラミックのような絶縁体でパイプまたは円筒形のローラ本体401を形成する(図27参照)。加工されたローラ本体は超音波洗浄をして不純物を除去する(S401)。
【0132】
前記ローラ本体401表面に上述した実施形態1のルテニウム系発熱層ペーストを図13ないし図15に図示したようにスクリーン印刷法で均一な厚さに1回以上塗布する(S402)。塗布した後に熱風循環式,電熱ヒーターまたは赤外線炉等で80ないし120℃で約5分ないし10分間乾燥させる(S403)。
【0133】
前記乾燥された発熱層塗膜を焼成させる(S404)。焼成温度サイクルは前記実施形態1の低温発熱層ペーストの焼成過程と同一である。このような焼成過程を経て粒子が相互融着して緻密化され,一定な機械的強度を有する安定した組織に形成されて電気抵抗発熱層403が形成される(図28参照)。
【0134】
図29に図示したように,保護層405は約50μm程度の厚さを有してフッ素樹脂(PFA:tetrafluroethlene perfluoro alkylvinylether copolymer resin)でチューブ形態に製作された次に電気抵抗発熱層403上に挿入される(S405)。挿入された状態で約350℃で熱処理すると収縮圧搾される。
【0135】
図30に図示したように,保護層405の両側に露出された電気抵抗発熱層403の表面に銀ペーストを塗布した次に輪様子の銅電極407を挿入して150℃温度で約30分間銀ペーストを硬化させる(S406)。
【0136】
<第4実施形態> 高温絶縁ローラ本体
第4実施形態は,絶縁性のローラ本体で構成した場合としてローラ本体はセラミックやガラス等で形成される。第3実施形態と比較してローラ本体の弾性限界温度が900℃以上であるセラミックまたはガラスを用いた点が異なる。
【0137】
したがって,発熱層ペーストの組成物選択を容易にして焼成工程の温度条件を広めることができる。また,セラミックは絶縁性であるので絶縁層を形成する工程を省略して直ちに口一ラ本体の外部表面に発熱層を形成できる。
第4実施形態の加熱ローラの構成は次のようである。
【0138】
1.口一ラ本体
弾性限界温度が900℃以上である絶縁性のセラミックまたはガラス。
【0139】
2.発熱層,保護層,電極
上述した第2実施形態と同一。
【0140】
3.製造方法
第4実施形態の製造方法は,弾性限界温度が900℃以上のセラミックのような絶縁体でパイプまたは円筒形のローラ本体を形成する。加二されたローラ本体は超音波洗浄をして不純物を除去する(S401)。
【0141】
前記ローラ本体表面に上述した実施形態2のルテニウム系発熱層ベーストを図13ないし図15に図示したようにスクリーン印刷法で均一な厚さで1回以上塗布する。塗布した後に熱風循環式,電熱ヒーターまたは赤外線炉等で80ないし120℃で約5分ないし10分間乾燥させる。
【0142】
前記乾燥された発熱層塗膜を焼成させる(S308)。焼成温度サイクルは前記実施形態2の高温発熱層ペーストの焼成過程と同一である。このような焼成過程を経て粒子が相互融着して緻密化され,一定な機械的強度を有する安定した組織に形成されて電気抵抗発熱層が形成される。
【0143】
上述した他の実施形態と同一な方法で保護層と電極とを形成する。
【0144】
以上添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態にかかる加熱ローラおよびその製造方法について説明したが,本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0145】
【発明の効果】
上述したように,本発明ではルテニウム系発熱層をローラ表面に形成して瞬間的に定着温度に発熱することが可能である。従来のニッケルークロム系の抵抗発熱体と比較するとより少ない電力でより遠い時間に目標定着温度に発熱することが可能である。
【0146】
また,本発明ではルテニウム系電気抵抗発熱層を形成することにおいて,その焼成温度を550℃程度の低温で処理することによってローラ本体及び絶縁層の材料選択の幅が広まって量産性を向上させることができる。また,電気抵抗発熱層を均一な厚さに製作することが可能であって全体的に定着温度特性を均一に維持できてトナー定着特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電子写真画像形成装置の外部構造を示した斜視図。
【図2】従来の電子写真画像形成装置の内部構成を示した概略図。
【図3】従来の電子写真画像形成装置のハロゲンランプ加熱ローラが設けられた状態を示す断面図。
【図4】従来の電子写真画像形成装置のトナー画像定着のための直接加熱ローラが設けられた状態を示す断面図。
【図5】本発明による電子写真画像形成装置の直接加熱ローラの望ましい第1実施形態を示した断面図。
【図6】本発明による第1実施形態の加熱ロ−ラが設けられた電子写真画像形成装置の定着部を示した断面図。
【図7】本発明による第1実施形態の直接加熱ロ−ラの製造方法を示しフローチャート。
【図8】本発明による第1実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図9】本発明による第T実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図10】本発明による第T実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図11】本発明による第T実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図12】本発明による第T実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図13】本発明によるペーストのスクリーン印刷法を説明するための図面。
【図14】本発明によるペーストのスクリーン印刷法を説明するための図面。
【図15】本発明によるペーストのスクリーン印刷法を説明するための図面。
【図16】本発明による第1実施形態の絶縁層を形成するための焼成温度サイクルを示した図面。
【図17】本発明による第1実施形態の発熱層を形成するための焼成温度サイクルを示した図面。
【図18】本発明による第1実施形態の発熱層の形成メカニズムを説明するための図面。
【図19】本発明による第1実施形態の発熱層の形成メカニズムを説明するための図面。
【図20】本発明による第1実施形態の発熱層の形成メカニズムを説明するための図面。
【図21】本発明による第1実施形態の直接加熱ローラの電子顕微鏡写真。
【図22】本発明による第2実施形態の絶縁層を形成するための焼成温度サイクルを示した図面。
【図23】本発明による第2実施形態の発熱層を形成するための焼成温度サイクルを示した図面。
【図24】本発明による第3実施形態の電子写真画像形成装置の直接加熱ローラの断面図。
【図25】本発明による第3実施形態の加熱ローラが設けられた電子写真画像形成装置の定着部を示す断面図。
【図26】本発明による第3実施形態の直接加熱ローラの製造方法を示したフローチャート。
【図27】本発明による他の実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図28】本発明による他の実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図29】本発明による他の実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図30】本発明による他の実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【符号の説明】
201:ローラ本体
202:ガラス絶縁層
203:電気抵抗発熱層
205:保護層
207:電極
Claims (27)
- 外面を有して導電性物質で作られた円筒形ローラ本体と,
前記ローラ本体の外面と接触している絶縁層と,
前記絶縁層と接触し,組成物を基準として5〜75wt%のルテニウム系粉末,400℃〜500℃の軟化点を有する5〜40wt%のガラスフリット,5〜75wt%の銀系粉末,5〜45wt%の有機バインダ,前記組成物の粘度が70,000〜300,000センチポイズとなるような有機溶媒,及び0.1〜5.0wt%の添加剤を含み,さらに前記ガラスフリット組成中には40〜90wt%の酸化鉛を含んでいる,発熱抵抗層と,
前記発熱抵抗層と接触しており,前記発熱抵抗層に電気を提供する二つの電極と,
前記発熱抵抗層と接触しており,前記発熱抵抗層の外面を保護する保護層と,
を備えたことを特徴とする,トナー画像定着のための加熱ローラ。 - 前記二電極間の抵抗は,5ないし25Ωであることを特徴とする請求項1に記載の加熱ローラ。
- 前記絶縁層は,50〜500μmの厚さを有したことを特徴とする請求項1に記載の加熱ローラ。
- 前記発熱抵抗層は,3〜100μmの厚さを有したことを特徴とする請求項1に記載の加熱ローラ。
- 前記保護層は,ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene),ポリペルフルオロアルキルビニルエーテルレジン(polyperfluoroalkylvinyl etherresin),及びテトラフルオロエチレンペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合レジン(tetrafluoroethylene perfluoroalkylvinyl ether copolymer resin)から選択されたポリマーを含んでいることを特徴とする請求項1に記載の加熱ローラ。
- 外周面を有した円形ローラ本体と,
前記ローラ本体の外周面周囲に形成されて,組成物を基準として5〜75wt%のルテニウム系粉末,400℃〜500℃の軟化点を有する5〜40wt%のガラスフリット,5〜75wt%の銀系粉末,5〜45wt%の有機バインダ,前記組成物の粘度が70,000〜300,000センチポイズとなるような有機溶媒,及び0.1〜5.0wt%の添加剤を含み,さらに前記ガラスフリット組成中には40〜90wt%の酸化鉛を含んでいる,発熱抵抗層と,
前記発熱層と接触して,前記発熱層に電気を提供する二つの電極と,
を含むことを特徴とする加熱ローラ。 - 前記発熱抵抗層は,ローラ本体の弾性臨界温度を超過しない温度で形成されたことを特徴とする請求項6に記載の加熱ローラ。
- 前記ローラ本体は,オーステナイト(austenite)系ステンレススチールで形成されたことを特徴とする請求項6に記載の加熱ローラ。
- 前記ローラ本体と前記発熱抵抗層間の前記ローラ本体の外周面周囲に形成された絶縁層をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の加熱ローラ。
- 前記発熱抵抗層は,550℃で形成されたことを特徴とする請求項7に記載の加熱ローラ。
- 前記発熱抵抗層は,ペーストの熱処理によって形成されて,前記ペーストは,前記ガラスフリットに含まれて所定の組成を有する第1ガラスフリットと,前記ルテニウム系粉末と,銀系粉末と,有機バインダと有機溶媒とを含むことを特徴とする請求項6に記載の加熱ローラ。
- 前記ルテニウム系粉末の平均粒子直径は,0.01〜0.1μmであることを特徴とする請求項11に記載の加熱ローラ。
- 前記ルテニウム系粉末の平均粒子直径は,0.02〜0.08μmであることを特徴とする請求項11に記載の加熱ローラ。
- 前記銀系粉末の平均粒子直径は,0.1〜0.3μmであることを特徴とする請求項11に記載の加熱ローラ。
- 前記銀系粉末の平均粒子直径が0.1〜0.3μmであり,最大粒子直径が7μmであることを特徴とする請求項14に記載の加熱ローラ
- 前記銀系粉末の比表面積は,0.5〜3.5m2/gであることを特徴とする請求項11に記載の加熱ローラ。
- 前記第1ガラスフリットは,400〜500℃間の軟化点を有することを特徴とする請求項11に記載の加熱ローラ。
- 前記ペーストは,前記ガラスフリットに含まれて前記第1ガラスフリットとは異なる組成の第2ガラスフリットをさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の加熱ローラ。
- 前記第1ガラスフリットは,Bi2O340〜90wt%,SiO25〜30wt%,B2O35〜30wt%,及びBaO2〜40wt%でなって,前記第2ガラスフリットはPbO40〜90wt%,SiO210〜40wt%,B2O35〜30%,TiO210wt%以下,及びAl2O320wt%以下でなることを特徴とする請求項18に記載の加熱ローラ。
- 前記第1ガラスフリットは,Bi2O340〜90wt%,SiO25〜30wt%,B2O35〜30wt%,及びBaO2〜40wt%,PbO40〜90wt%,TiO210wt%以下,及びAl2O320wt%以下でなることを特徴とする請求項11に記載の加熱ローラ。
- 外部円周面を有した円筒形ローラを準備する段階と,
組成物を基準として5〜75wt%のルテニウム系粉末,400℃〜500℃の軟化点を有する5〜40wt%のガラスフリット,5〜75wt%の銀系粉末,5〜45wt%の有機バインダ,前記組成物の粘度が70,000〜300,000センチポイズとなるような有機溶媒,及び0.1〜5.0wt%の添加剤を含み,さらに前記ガラスフリット組成中に40〜90wt%の酸化鉛を含んでいる,ペーストを前記円周面に,塗布して前記外部円周面の中央円筒形部を全体的にコーティングする段階と,
前記ペーストを熱処理して前記中央円筒形部を取り囲む発熱抵抗層を形成する段階と,
を含むことを特徴とする加熱ローラの製造方法。 - 550℃で前記熱処理過程を遂行することを特徴とする請求項21に記載の加熱ローラの製造方法。
- 外部円周面を有して,導電物質で作られた円筒形ローラを準備する段階と,
絶縁物質で前記外部面の中央円周面をコーティングする段階と,
組成物を基準として5〜75wt%のルテニウム系粉末,400℃〜500℃の軟化点を有する5〜40wt%のガラスフリット,5〜75wt%の銀系粉末,5〜45wt%の有機バインダ,前記組成物の粘度が70,000〜300,000センチポイズとなるような有機溶媒,及び0.1〜5.0wt%の添加剤を含み,さらに前記ガラスフリット組成中に40〜90wt%の酸化鉛を含んでいる,ペーストを前記中央円周面に塗布して前記中央円周部周囲に前記ペーストのコーティングを形成する段階と,
前記ペーストを熱処理して前記中央円周部を取り囲む発熱抵抗層を形成する段階と,
を含むことを特徴とする加熱ローラの製造方法。 - 前記熱処理は,550℃で遂行されることを特徴とする請求項23に記載の加熱ローラの製造方法。
- 外部円周面を有して,導電物質で作られた円筒形ローラを準備する段階と,
前記外部面の中央円周部に絶縁物質を塗布する段階と,
第1温度で前記絶縁物質を熱処理する段階と,
組成物を基準として5〜75wt%のルテニウム系粉末,400℃〜500℃の軟化点を有する5〜40wt%のガラスフリット,5〜75wt%の銀系粉末,5〜45wt% の有機バインダ,前記組成物の粘度が70,000〜300,000センチポイズとなるような有機溶媒,及び0.1〜5.0wt%の添加剤を含み,さらに前記ガラスフリット組成中に40〜90wt%の酸化鉛を含んでいる,ペーストを前記中央円周部に塗布して前記中央円周部周囲に前記ペーストのコーティングを形成する段階と,
前記第1温度を超過しない第2温度で前記ペーストを熱処理して前記中央円周部を取り囲む発熱抵抗層を形成する段階と,
を含むことを特徴とする加熱ローラの製造方法。 - 前記ペーストの熱処理過程は,550℃で遂行されることを特徴とする請求項25に記載の加熱ローラの製造方法。
- 630℃を超過しない温度で前記絶縁物質の熱処理を遂行する段階と,550℃で前記ペーストの熱処理を遂行する段階をさらに含むことを特徴とする請求項25に記載の加熱ローラの製造方法。
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