JPH07271239A

JPH07271239A - トナー定着用ヒートローラ

Info

Publication number: JPH07271239A
Application number: JP6273894A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Togo; 靖浩東郷; Hiroshi Takenouchi; 浩竹之内
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-20

Abstract

(57)【要約】【構成】金属パイプ２の内周側に絶縁層３を介して発熱
抵抗体４を備えるとともに、外周側に離形層５を備えて
トナー定着用ヒートローラ１を構成する。【効果】発熱抵抗体４の熱が絶縁層３、金属パイプ２、
離形層５を通して伝わるため、表面の温度分布を均一に
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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、加圧ローラを対抗して配置し、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、金属パイプの外周に絶縁層を介し
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５５−７
２３９０号、特開昭６２−２００３８０号公報等参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に、金属パイプの外周に絶縁層、発熱抵抗体、離形層を
積層した構造のヒートローラでは、表面を均一な温度に
することが困難であるという問題点があった。即ち、ヒ
ートローラの中央部に比べて端部は熱が逃げて温度が低
くなりやすいため、通常は中央部が高温で端部は低温の
温度分布となりやすかった。そこで、発熱抵抗体の端部
側の抵抗値を高くすることも考えられているが（特開平
１−１７７５７７号公報等参照）、製造に手間がかかる
という欠点があった。

【０００６】また、従来のヒートローラの発熱抵抗体
は、自己制御作用をなすべく抵抗温度係数の高い材料を
用いていた（特開昭５５−１５６４８５９号公報等参
照）ため、サイズの小さな用紙を定着する場合に局部発
熱が発生しやすいという問題点があった。即ち、ヒート
ローラ使用時にサイズの小さな用紙を通過させると、ヒ
ートローラにおける用紙通過部分は温度が低くなって発
熱抵抗体の抵抗値が下がり、一方用紙の通過しない部分
は温度が高くなって発熱抵抗体の抵抗値が高くなる。そ
のため、用紙通過部分に比べて用紙の通過しない部分
は、発熱抵抗体の抵抗値が大きくなって、より大きく加
熱されることになり、温度差が大きくなってしまうので
ある。

【０００７】このように、従来のヒートローラでは通常
使用時や、サイズの小さな用紙を使用する場合等に、発
熱温度の不均一が生じやすかった。そのため、トナーの
定着不足や定着不良が生じやすく、またヒーターに負荷
がかかるため寿命が短くなるという問題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、金属
パイプの内周に絶縁層を介して発熱抵抗体を備えるとと
もに、外周に離形層を備えてトナー定着用ヒートローラ
を構成した。

【０００９】本発明によれば、金属パイプの内周側に発
熱抵抗体を備えたため、この熱は絶縁層、金属パイプ、
離形層を通して表面に伝わる過程で均一に広がり、ヒー
トローラ表面の温度分布を均一にすることができるので
ある。

【００１０】また、この場合優れた昇温特性を得るため
には、金属パイプ自体の熱伝導性が重要であるが、上記
金属パイプとして、熱伝導率０．０３ｃａｌ／ｃｍ・℃
・ｓｅｃ以上であり、肉厚０．５〜１．０ｍｍのものを
用いれば優れた昇温特性を得ることができる。

【００１１】さらに、本発明は、金属パイプの表面に、
絶縁層を介して抵抗温度係数の絶対値が２５００ｐｐｍ
／℃以下の発熱抵抗体を備えるとともに、外周表面に離
形層を備えてトナー定着用ヒートローラを構成した。な
お、上記発熱抵抗体は金属パイプの内周、外周いずれ側
に備えても良い。

【００１２】本発明によれば、発熱抵抗体の抵抗温度係
数の絶対値を２５００ｐｐｍ／℃以下としたため、サイ
ズの小さな用紙を通過させて温度が不均一になった場合
でも、発熱抵抗体の抵抗値には変化がなく、均一な発熱
を行うことができ、ヒートローラ表面の温度分布を均一
にすることができる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の実施例を詳細に説明する。

【００１４】図１にヒートローラ１の断面図を示すよう
に、金属パイプ２の内周面に絶縁層３を介して発熱抵抗
体４を備え、一方外周面に離形層５を備えている。この
ヒートローラ１は、発熱抵抗体４が金属パイプ２の内周
側にあるため、この発熱抵抗体４に通電加熱した場合、
熱が絶縁層３、金属パイプ２、離形層５を通じて表面に
伝わり、この過程で均一に広がることから、表面の温度
分布を均一にすることができる。

【００１５】なお、上記金属パイプ２としては、昇温特
性を高めるために熱伝導率の高い材質を用いる必要があ
り、熱伝導率０．０３ｃａｌ／℃・ｃｍ・ｓｅｃ以上の
金属を用いる。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れば良いがアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金が最適である。

【００１６】また、昇温特性を高めるためには金属パイ
プ２の熱容量を小さくする必要があり、その肉厚を０．
５〜１ｍｍとしてある。これは肉厚が０．５ｍｍ未満で
あると強度が低くなって変形が生じやすく、一方１ｍｍ
を超えると昇温特性が悪くなってしまうためであり、好
ましくは０．５〜０．７ｍｍの範囲内が良い。

【００１７】絶縁層３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に優れた樹脂から成
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１０〜４０μｍの厚みが好ましい。

【００１８】また、発熱抵抗体４はＮｉ−Ｃｒ，ＴａＳ
ｉＯ₂，Ｎｉ，ＲｕＯ₂等の材料からなり、蒸着、スパ
ッタリング、スクリーン印刷、メッキ、金属箔等により
絶縁層３上または内部に形成され、その厚みやパターン
形状は求められる抵抗値に応じて適宜設定すれば良い。

【００１９】さらに、これらの絶縁層３、発熱抵抗体４
を金属パイプ２の内周面に備える際には、図２に示すよ
うに、予め絶縁層３をシート状に成形し、この上または
内部に発熱抵抗体４を所定のパターンに形成しておい
て、このシートを金属パイプ２の内周に固着すれば容易
に製造することができる。

【００２０】このシート状の絶縁層３を固着する場合
は、ポリイミド、フェノール、シリコンなどを主成分と
する接着剤を用いて接着すれば良いが、さらに図１に示
すように、内側で発泡材６を発泡させ、密着性を高める
こともできる。発泡材６は熱容量が小さく、断熱性があ
るため、昇温特性への影響は少ない。この発泡材６とし
ては例えばポリウレタン樹脂等を用い、ポリエステルま
たはポリエーテル型の多価アルコールとジイソシアン酸
エステルに水等の触媒の存在下で重合、架橋反応を起こ
し発泡するものである。

【００２１】また、上記シート状の絶縁層３の接着時に
密着性を高めるために、内側にゴムチューブ等を挿入
し、このゴムチューブに空気を送り込んで膨らませ、絶
縁層３を金属パイプ２に押しつけるようにしても良い。
そして、接着後は空気を抜いてゴムチューブを取り出せ
ば良い。

【００２２】また、外周側の離形層５はトナーとの離形
性に優れたテフロン、シリコン等を用い、スプレーコー
ティング法や熱収縮性チューブを用いる方法等により形
成する。

【００２３】実験例１図１に示す本発明のヒートローラにおける表面の温度分
布を調べた。本発明実施例として、金属パイプ２をアル
ミニウム合金（Ａｌ−５０５６）により外径１８ｍｍ、
厚み０．７ｍｍ、長さ２６０ｍｍに形成し、絶縁層３は
ポリイミドで、発熱抵抗体４はＲｕＯ₂で、離形層５は
テフロンでそれぞれ形成した。一方比較例として、上記
と同じ寸法、材料で、絶縁層３と発熱抵抗体４を金属パ
イプ２の外周側に形成した従来のヒートローラを用意し
た。

【００２４】それぞれ、ＡＣ１００Ｖ、４００Ｗの電圧
を印加した時のヒートローラ表面の温度分布を調べた。
その結果を図３に示すように、本発明のヒートローラは
端部まで均一な温度分布とできることがわかる。

【００２５】実験例２次に本発明のヒートローラにおける昇温特性を調べる実
験を行った。

【００２６】金属パイプ２の材質としてステンレス（Ｓ
ＵＳ３０４）、アルミニウム合金（Ａｌ−５０５６、Ａ
ｌ−６０６３）を用い、肉厚は０．５ｍｍと０．７ｍｍ
の二種類を用意した。その他は上記実験例と同様にして
得られたヒートローラに対し、３５０Ｗ印加した時に表
面温度が１５０℃となるまでの時間を測定した。

【００２７】結果は表１及び図４に示す通りである。通
常、１５０℃までの昇温速度は１２秒以下であることが
求められるが、金属パイプ２としてアルミニウム合金を
用いたものや、肉厚０．５ｍｍのステンレスを用いたも
のでは、１２秒以下で１５０℃まで昇温することが可能
であった。なお、ステンレスを用いて肉厚を０．７ｍｍ
としたものは昇温時間が長くかかった。

【００２８】さらに、表１中金属パイプ２の材質として
アルミニウム合金（Ａｌ−５０５６）を用い、肉厚０．
７ｍｍとした本発明のヒートローラ（本発明実施例）
と、従来の外周側に発熱抵抗体を備えたヒートローラ
（比較例１）と、従来の内部にハロゲンランプを備えた
ヒートローラ（比較例２）の３種類について、昇温特性
を比較した。結果を図５に示すように、本発明実施例は
比較例１と同程度で、比較例２に比べると遙かに優れた
昇温特性を有していることがわかる。

【００２９】

【表１】

【００３０】次に本発明の他の実施例を説明する。

【００３１】図６に示すように本発明のヒートローラ１
は、金属パイプ２の外周に絶縁層３を介して発熱抵抗体
４を備え、この上に離形層５を備えてなるものである。
そして、上記金属パイプ２、絶縁層３、離形層５の材質
としては、前記実施例と同様であるが、本発明では発熱
抵抗体４として抵抗温度係数の絶対値が２５００ｐｐｍ
／℃以下のものを用いたことを特徴とする。

【００３２】そして、発熱抵抗体４の抵抗温度係数の絶
対値が低いため、高温になっても抵抗値が高くならない
ことから昇温速度を速くすることができる。また、サイ
ズの小さな用紙を通過させた場合には、ヒートローラ１
における用紙通過部分の温度が低くなり、用紙の通過し
ない部分の温度が高くなるが、この場合でも、発熱抵抗
体４の抵抗値は均一となるため、全体に均一な発熱を行
い、温度分布を均一化することができる。なお、発熱抵
抗体４の抵抗温度係数は正でも負でも良いが、いずれの
場合でも絶対値が２５００ｐｐｍ／℃以下、好ましくは
１０００ｐｐｍ／℃以下と小さいものを用いる。

【００３３】このような発熱抵抗体４の具体的な材質と
しては、Ｎｉ−Ｃｒ，ＴａＳｉＯ₂，Ｎｉ−Ｃｕ，Ｒｕ
Ｏ₂，ＡｇＰｔ，等を用い、蒸着、スパッタリング、ス
クリーン印刷、メッキ等により形成する。発熱抵抗体４
の厚みやパターン形状等は求める抵抗値に応じて適宜設
定すればよい。

【００３４】なお、図６では金属パイプ２の外周に発熱
抵抗体４を備えたものを示したが、図１のように金属パ
イプ２の内周に発熱抵抗体４を備えたものであっても良
い。

【００３５】実験例３ここで、図６に示す本発明実施例のヒートローラについ
てサイズの小さな用紙を通過させた時の温度分布を調べ
る実験を行った。

【００３６】金属パイプ２としてアルミニウム合金（Ａ
ｌ−５０５６）を用い、外径１８ｍｍ、肉厚０．７ｍ
ｍ、長さ２６０ｍｍとした。絶縁層３はボロシロキサン
樹脂により、離形層５はテフロンによりそれぞれ形成
し、発熱抵抗体４として、表２に示すさまざまな材質を
用いてヒートローラ１を形成した。それぞれ表面温度を
１８０℃に支持した状態で、全長の半分に用紙を通過さ
せて、この用紙通過部分と用紙が通過しない部分との温
度差を求めた。

【００３７】結果は表２及び図７に示す通りである。こ
の結果より明らかに、抵抗温度係数が２５００ｐｐｍ／
℃よりも高い材質で発熱抵抗体４を形成したもの（Ｎ
ｏ．１，２）は、３０℃以上の温度差が生じてしまっ
た。これに対し、抵抗温度係数の絶対値が２５００ｐｐ
ｍ／℃以下の材質で発熱抵抗体４を形成した本発明実施
例（Ｎｏ．３〜７）では、温度差を２０℃以下とするこ
とができ、温度分布を均一にできることがわかる。さら
に好ましくは、抵抗温度係数の絶対値を１０００ｐｐｍ
／℃以下とすれば（Ｎｏ．４〜７）上記温度差を１０℃
以下とすることができ、より好適である。

【００３８】また、離形層５を成すテフロンの耐熱温度
は２３０℃であるが、本発明実施例（Ｎｏ．３〜７）で
は最高温度の部分でも２００℃であり、離形層５の剥離
等が生じる恐れはない。

【００３９】

【表２】

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、金属パイ
プの内周に絶縁層を介して発熱抵抗体を備えるととも
に、外周に離形層を備えてトナー定着用ヒートローラを
構成したことによって、発熱抵抗体の熱が絶縁層、金属
パイプ、離形層を通して伝わるため、表面の温度分布を
均一にすることができる。

【００４１】また、本発明によれば、金属パイプの表面
に、絶縁層を介して抵抗温度係数が２５００ｐｐｍ／℃
以下の発熱抵抗体を備え、外周表面に離形層を備えてト
ナー定着用ヒートローラを構成したことによって、昇温
速度を速くし、サイズの小さな用紙を通過させた場合で
も均一な温度分布を保つことができる。

【００４２】このように本発明によれば、ヒートローラ
表面の温度分布を均一にできることから、トナーの定着
不足や定着不良をなくし、ヒートローラ自体の寿命を長
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒートローラを示す断面図である。

【図２】図１中の絶縁層と発熱抵抗体の例を示す斜視図
である。

【図３】本発明実施例及び比較例のヒートローラにおけ
る表面温度分布を示すグラフである。

【図４】本発明のヒートローラにおける、金属パイプの
熱伝導率と昇温時間の関係を示すグラフである。

【図５】本発明及び比較例のヒートローラにおける昇温
特性を示すグラフである。

【図６】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図７】本発明実施例及び比較例のヒートローラにおけ
る表面温度分布を示すグラフである。

【符号の説明】

１：ヒートローラ２：金属パイプ３：絶縁層４：発熱抵抗体５：離形層６：発泡材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属パイプの内周に絶縁層を介して発熱抵
抗体を備えるとともに、外周に離形層を備えてなるトナ
ー定着用ヒートローラ。
【請求項２】上記金属パイプが、熱伝導率０．０３ｃａ
ｌ／ｃｍ・℃・ｓｅｃ以上であり、肉厚０．５〜１．０
ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のトナー定着
ローラ。
【請求項３】金属パイプの表面に、絶縁層を介して抵抗
温度係数の絶対値が２５００ｐｐｍ／℃以下の発熱抵抗
体を備えるとともに、外周に離形層を備えてなるトナー
定着用ヒートローラ。