JPH05278141A

JPH05278141A - 発熱パイプ及びその製造法

Info

Publication number: JPH05278141A
Application number: JP4016306A
Authority: JP
Inventors: Toru Sawaki; 透佐脇; Shigekazu Kimura; 繁和木村
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1993-10-26

Abstract

(57)【要約】【目的】プリンタのカーボントナー熱固定ローラ等と
して好適な発熱パイプ及びそれを効率的に製造する方法
を提供する。【構成】金属パイプの内周面に電気絶縁層と炭素繊維
からなる導電層を形成し、これらを熱可塑性ポリマーに
より固着一体化したもの。マンドレルの外周に炭素繊維
層、電気絶縁性繊維層及び熱可塑性ポリマー層を形成
し、これを金属パイプ内に挿入して内側から加圧しつつ
加熱することにより製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、ＯＡ機器のプ
リンタ、ファクシミリ等カーボントナーを熱固定する方
式の印刷機の熱固定ローラとして有用な発熱パイプ及び
それを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複写機等において静電気を利
用して像を描いたカーボントナーは、熱固定ローラによ
り印字を行うべき基体（印刷基体）に固定されていた。
この時の熱固定ローラの温度は２００℃に近い高温が必
要であり、かつ熱固定ローラは回転体であるため、ハロ
ゲンランプ等を使用した間接加熱により所定温度を保つ
方式が一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
間接加熱方式では、エネルギー効率が悪いため、起動時
の予熱時間が長くかつ使用する電力が多いと言う問題を
有していた。このため、熱固定ローラの受光部を黒体仕
上げする方法やランプとの距離を近づける方法が採られ
ているが、未だ充分な問題解決に至っていない。これに
対して、ローラに直接発熱体をとり付ける直接加熱方式
は原理的に問題解決に近い方法と考えられる。しかしな
がら、直接加熱方式においては、常時２００℃近い温度
に耐え、かつ印刷基体との均一な接触を保証する高温表
面性を持ち、さらに電気的な事故発生を防ぐ、安価な発
熱パイプが開発されていない。

【０００４】本発明は、このような実情に鑑み、耐熱性
の熱可塑性ポリマー（熱可塑性樹脂）を使用して金属パ
イプと発熱体を溶着一体化しかつ絶縁性も保証した新規
な直接加熱型発熱パイプ及びそれを効率的に製造する方
法を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、金属パイ
プの内側に電気絶縁層を形成し、その内側に炭素繊維よ
りなる導電発熱層を形成し、これらを耐熱熱可塑性ポリ
マーで固着一体化した新規な発熱パイプ、及び、マンド
レルに炭素繊維よりなる導電層と、必要に応じ電気絶縁
性繊維よりなる絶縁層と、耐熱熱可塑性ポリマー層とを
積層し、次いで、該積層物を金属パイプ内に挿入し、パ
イプの中心から外側（すなわちパイプの内周面）へ向け
て加圧しつつ、２００℃以上に加熱し、一体化させる発
熱パイプの製造法により達成される。

【０００６】本発明の発熱パイプはその最外層が金属パ
イプにより構成される。金属パイプの径や長さは発熱パ
イプの用途や使用形態に応じて選定される。金属パイプ
の材質は特に制限されないが、軽量な発熱パイプを得る
にはアルミニウム又はアルミニウム合金が好ましい。こ
の金属は導電性の低いものでも構わない。一般に、表面
平滑性の良好なものが用いられるが、用途によっては表
面に溝や模様を有するものも用いられる。

【０００７】本発明において、印刷基体等と接する上記
金属パイプと通電時発熱体として作用する炭素繊維層と
は電気的に絶縁されている必要がある。このため、金属
パイプ内面と炭素繊維層の間に絶縁層を設置するが、か
かる絶縁層としては耐熱熱可塑性ポリマー単独もしくは
電気絶縁性繊維層単独又はそれらの混合物が使用され
る。電気絶縁性繊維としては、長期耐熱性を具備する必
要があり、このような繊維としては、例えばメタ系アラ
ミド繊維、パラ系アラミド繊維、アリレート繊維、ＰＥ
ＥＫ繊維、ＰＰＳ繊維などの有機繊維。ガラス繊維、ア
ルミナ繊維などの無機繊維が挙げられ、これらは単独で
あるいは２種以上併用して用いられるが、就中、汎用
性、耐熱性の観点からメタ系アラミド繊維及び／又はガ
ラス繊維が最も好ましい。

【０００８】また、本発明において使用される耐熱熱可
塑性ポリマーは、使用温度において分解を起さずかつ溶
融しないことが必要である。若干の軟化は本発明におい
ては金属パイプの内側に該ポリマー層を設けるため、問
題とならない。これによって、本発明ではかなりの種類
の耐熱性ポリマーを使用することが可能であり、例え
ば、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレンサ
ルファイド（ＰＰＳ）、芳香族ポリエーテルエーテルケ
トン（ＰＥＥＫ）などが好ましく用いられる。

【０００９】本発明において、炭素繊維層の内側の面
（内周面）は、少なくともパイプの両端部では耐熱熱可
塑性ポリマーで被覆されず露出していることが必要であ
る。これは発熱パイプの両端部に通電用の端子を設置す
るために必要である。それ以外の部分における炭素繊維
層の内側の面は、上記ポリマーで被覆されていてもいな
くてもかまわないが、炭素繊維の酸化劣化を抑制するた
めには上記ポリマーで被覆した方が良い。

【００１０】次に、本発明の発熱パイプの製造方法につ
いて説明する。

【００１１】本発明の発熱パイプは、いかなる方法で製
造されてもかまわないが、より効率的に製造しようとし
た場合、以下に述べる方法によるのが有効である。すな
わち、円筒形のマンドレルの外周に、炭素繊維よりなる
導電層と、必要に応じ電気絶縁性繊維よりなる絶縁層
と、耐熱熱可塑性ポリマー層を積層し、次いで、該積層
物を金属パイプ内に挿入し、該パイプの中心より外側へ
加圧しつつ、２００℃以上に加熱し、耐熱熱可塑性ポリ
マーを軟化又は溶融させることにより固着一体化させる
ことを特徴とする発熱パイプの製造法である。

【００１２】本発明の製造方法において、使用するマン
ドレルは金属パイプよりも熱膨張の大きい材質で作成す
ることが好ましい。かような材質のマンドレルを使用し
た場合、金属パイプ内径とマンドレル外径とを適当に調
節することにより、マンドレルに各素材を積層したまま
金属パイプ内に挿入し、加熱することによってマンドレ
ルの熱膨張を利用し積層した各素材を圧縮しつつ固着一
体化させることができる。このようなマンドレルの材質
としては「テフロン」の商品名で知られる弗素樹脂が好
ましい。かかる弗素樹脂を使用した場合のマンドレル外
径は金属パイプ内径よりも１〜１０mm小さくするのがよ
い。マンドレル外径をあまり小さくするとマンドレルの
熱膨張を有効に利用することが困難になるので好ましく
なく、一方、あまり大きくすると各素材を積層した状態
で金属パイプに挿入することが困難となるので好ましく
ない。

【００１３】好適な加熱温度は、使用する熱可塑性ポリ
マーの軟化点を考慮して２００℃以上の範囲で適宜選定
する。かかる加熱、加圧により、上記熱可塑性ポリマー
が軟化又は溶融して各層と金属パイプを固着一体化す
る。その後、冷却することによりマンドレルは成形され
た発熱体より容易に抜き取ることができ、目的とする発
熱パイプを得ることができる。

【００１４】本発明の製造方法において、使用する熱可
塑性ポリマー層は、フイルム又はテープの形態が好まし
く、特にテープの形で供給し、これをマンドレル上にワ
イディングする方法が効率的で好ましい。この方法を使
用することにより、任意の量の熱可塑性ポリマーを迅速
にマンドレル上に供給することができる。

【００１５】本発明の製造方法において、使用する炭素
繊維層は成形時の圧力によって自由に膨脹し、マンドレ
ル外径から金属パイプ内径へサイズを変えることができ
る必要がある。このためにはマンドレル上の炭素繊維の
配向角をマンドレル軸に対し８０°以下とする必要があ
る。このような炭素繊維の形態としてはブレードチュー
ブ構造を好ましい一例としてあげることができる。ただ
し、ブレードチューブを使用する場合は、マンドレルに
挿入する工程が必要となる。第２の好ましい形態として
は、炭素繊維のヤーン、ストランド又は織物テープをマ
ンドレルにその軸に対して８０°以下の角度で巻付ける
方法がある。第３の好ましい形態としては炭素繊維の一
方向ステッチ材をマンドレル軸と平行に施設する方法が
ある。この場合は、施設工程が必要となる。これらの素
材は、それぞれ未含浸材料であってもよく、耐熱熱可塑
性ポリマーのプリプレグであってもよい。

【００１６】本発明の製造方法では、炭素繊維を積層し
たマンドレルの上に、必要に応じ絶縁性繊維よりなる絶
縁層を設置する。絶縁層としては、導電層となる炭素繊
維の場合と同様に、ブレード、ヤーン、織物、ＵＤ材を
それぞれの形態に適した形で積層される。これに加え
て、不織布テープもワインディングにより、効果的に使
用することができる。

【００１７】このようにして、マンドレル上に積層され
た各素材の上又は炭素繊維層と絶縁層との間に、耐熱熱
可塑性ポリマーのテープをワインディングする。積層さ
れた繊維層とポリマー層の割合は体積でポリマーが２割
以上を占めることが好ましい。

【００１８】かくして、マンドレル上に積層された各素
材は、マンドレルが弗素樹脂で作られている場合は直接
に、金属で作られている場合は一たん２００〜２５０℃
の温度に加熱して軽く固着一体化させた後に金属マンド
レルを除去した状態で、金属パイプ内に挿入し、２５０
℃を越える温度の下、１kg／cm²Ｇ以上の圧力で、該パ
イプの中心から外側へ向けて加圧することによって、上
記ポリマーにて導電層及び絶縁層を金属パイプ内面に密
着一体化させ、目的とする発熱パイプを得る。

【００１９】加熱加圧時の圧力源としては、マンドレル
が弗素樹脂製の場合、マンドレル自体の膨脹圧が利用さ
れ、それ以外の場合は空気をはじめとした流体圧が好ま
しく使用される。熱源としては、炭素繊維への通電加
熱、熱風、輻射加熱等が好ましく使用される。

【００２０】

【発明の効果】上記の如き本発明による発熱パイプは、
炭素繊維層に通電することにより容易に所定温度に発熱
する。しかも軽量で取扱い性にすぐれている。そして、
従来の間接加熱による発熱パイプに比べて、（１）低電
力で温度を維持できる、（２）低電力で速い昇温速度が
得られるという利点を有する。更に、（３）金属パイプ
の内側に施工することにより高温時の表面平滑性、表面
硬度が保たれる、（４）耐熱ポリマーで固着一体化する
ことにより導電層が大気と遮断されるので耐久性にすぐ
れており、しかも伝導効率が高い、等の効果がある。

【００２１】このため、上述したプリンタの発熱パイプ
として特に有用であるが、それ以外にも、例えば乾燥ロ
ーラ、ヒートセットローラ等の工業用加熱ローラとして
も使用できる。

【００２２】

【実施例】以下実施例をあげ、本発明をさらに詳しく説
明するが、本発明はこれにより、何らの制約も受けるも
のではない。

【００２３】

【実施例１】所定の長さの直径１６mmのマンドレル
（「テフロン」丸棒）に導電層として炭素繊維ブレード
（東レ（株）製「トレカ」ブレード、Ｔ―３４８４）の
一層を設置し、さらに電気絶縁層としてメタ系アラミド
繊維（帝人（株）製「コーネックス」不織布）の一層を
巻きつけた。この際、上記の導電層と電気絶縁層との層
間及び最表層にはそれぞれポリエーテルイミド（ＰＥ
Ｉ）繊維の一層を巻きつけ、積層した。この際、所定の
長さのアルミパイプの両端から各１０mmの領域にはポリ
エーテルイミド（ＰＥＩ）層を積層せず、その部分の導
電層の炭素繊維ブレードとマンドレル間に電極として厚
さ０．１mmの銅シートを巻きつけ、炭素繊維と銅シート
を直接接着した。

【００２４】しかる後、このマンドレルに巻きつけられ
た積層体を、所定の長さの内径１８mm、厚さ１mmのアル
ミパイプに挿入した。

【００２５】かくして得られたアルミパイプ内装積層体
を、温度２８０℃で３０分間加熱することにより、マン
ドレルの膨脹圧によってアルミパイプ内面に上記積層体
が圧着され、該積層体とアルミパイプを固着一体化させ
た。しかる後、冷却し、収縮したマンドレルを引き抜い
た。かくしてアルミパイプの内側にＰＥＩ絶縁層と炭素
繊維導電体を設置した発熱パイプを得た。この発熱パイ
プは１３Ｖ、１５Ａの通電で６０秒間で２００℃の温度
に到達することができ、温度バラツキは２℃以下であ
り、良好な性能を示した。

【００２６】

【実施例２】所定の長さの直径１６mmのマンドレル
（「テフロン」丸棒）に導電層として炭素繊維ブレード
（東レ（株）製「トレカ」１２Ｋ）をフィラメントワイ
ディング法でゆるくラセン状に巻きつけ、さらに電気絶
縁層としてガラス繊維クロス（日東紡（株）平織０．０
３mm^ｔ）の一層を巻きつけた。この際、上記の導電層と
絶縁層の層間及び最表裏層にはポリエーテルイミド（Ｐ
ＥＩ）繊維の各一層を巻きつけ積層した。さらには導電
層の炭素繊維ブレードとマンドレル間に所定長さのアル
ミパイプの両端から１０mmの領域はポリエーテルイミド
（ＰＥＩ）層を積層せず、電極として０．１mm厚さの銅
シートを巻きつけ、炭素繊維と銅シートとを直接接着し
た。

【００２７】しかる後、このマンドレルに巻きつけられ
た積層体を所定の長さの内径１８mm、厚さ０．５mmのア
ルミパイプに挿入した。

【００２８】かくして得られたアルミパイプ内装積層体
を、温度２８０℃で３０分間加熱することによりマンド
レルの膨脹圧でアルミパイプ内面に積層体が圧着され、
該積層体とアルミパイプとを固着一体化させた。しかる
後、冷却し、収縮してマンドレルを引き抜くことによ
り、アルミパイプの内側に炭素繊維導電体を設置した発
熱パイプを得た。

【００２９】かくして得られた電気抵抗３０〜５０Ωで
あり、１００Ｖ、２．８Ａの電流で４０秒間で２００℃
に到達することができ、温度バラツキは２℃以下であ
り、良好な性能を有していた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属パイプの内側に、電気絶縁層があ
り、さらにその内側に炭素繊維よりなる導電層が存在
し、かつこれらが耐熱熱可塑性ポリマーで固着一体化さ
れていることを特徴とする発熱パイプ。
【請求項２】電気絶縁層がガラス繊維及び／又はメタ
系アラミド繊維で構成されている請求項１記載の発熱パ
イプ。
【請求項３】電気絶縁層が耐熱熱可塑性ポリマーの層
及び／又は耐熱熱可塑性ポリマーとガラス繊維もしくは
アラミド繊維との複合体の層である請求項１記載の発熱
パイプ。
【請求項４】耐熱熱可塑性ポリマーがポリエーテルイ
ミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）又は芳香族ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）である請求項１，２又は３記載の発熱パイプ。
【請求項５】金属パイプの両端部における炭素繊維よ
りなる導電層は、その内面が耐熱熱可塑性ポリマーで覆
われずに露出しており、この部分に通電用の端子を設置
するようにしたことを特徴とする請求項１，２，３又は
４記載の発熱パイプ。
【請求項６】マンドレルの外周に、炭素繊維よりなる
導電層と、必要に応じ電気絶縁性繊維よりなる絶縁層
と、耐熱熱可塑性ポリマー層とを積層し、次いで該積層
物を金属パイプ内に挿入し、該パイプの中心より外側に
向けて加圧するとともに、２００℃以上に加熱し、上記
熱可塑性ポリマーを軟化又は溶融させて、該ポリマーに
より導電層、絶縁層及び金属パイプを固着一体化させた
後、マンドレルを引抜くことを特徴とする発熱パイプの
製造法。
【請求項７】マンドレルとして金属パイプ内径より１
〜１０mm小さい外径を有する弗素樹脂製のマンドレルを
使用する請求項６記載の製造法。
【請求項８】耐熱熱可塑性ポリマー層の積層をテープ
ワイディングで実施する請求項６又は７記載の製造法。
【請求項９】炭素繊維よりなる導電層として、炭素繊
維ブレード、炭素繊維織編物、炭素繊維一方向配列（Ｕ
Ｄ）材、炭素繊維フィラメントの何れかを使用する請求
項６，７又は８記載の製造法。
【請求項１０】導電層及び絶縁層の形成をテープワイ
ディング又はフィラメントワインディングで行う請求項
６〜９の何れかに記載の製造法。
【請求項１１】マンドレルの外周に炭素繊維よりなる
導電層と、必要に応じて電気絶縁性繊維よりなる電気絶
縁層と、耐熱熱可塑性ポリマー層とを積層し、該マンド
レル上の積層物を前もって２００〜２５０℃に加熱し、
接合一体化した後、マンドレルを引抜き、得られた予備
成形物を金属パイプ内に挿入し、該パイプの中心より外
側へ向けて加圧しつつ加熱し、該予備成形物と金属パイ
プとを固着一体化させることを特徴とする発熱パイプの
製造法。
【請求項１２】金属パイプと予備成形物とを固着一体
化させるに際し、圧力源としてマンドレルの熱膨張もし
くは流体圧を使用して、金属パイプの中心から外側へ向
けて１kg／cm²Ｇ以上に加圧するとともに、２５０℃を
越える温度に加熱することを特徴とする請求項１１記載
の製造法。