JPH07296945A - 定着用加熱ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面発熱方式の加熱ローラにおいて、耐熱性
樹脂抵抗体のようなシート抵抗値が大きい材料を抵抗発
熱体層に使用可能とし、信頼性及び生産性の高い定着用
加熱ローラを提供する。 【構成】 電気的絶縁性を有する円筒状の芯体１０の表
面に抵抗発熱体層１４を設け、かつ抵抗発熱体層１４に
給電するための電極が設置された定着用加熱ローラであ
ってう、芯体１０の両端に、抵抗発熱体層１４と接触し
ないように配置されたリング状電極１６と、抵抗発熱体
層１４上に配置された２つの線状電極１８とを備え、前
記線状電極１８は芯体１０の軸線方向に延びるように配
置され、少なくとも１つの線状電極１８が前記リング状
電極１６の一方と導電し、他の線状電極１８が他方のリ
ング状電極１６と導電している。

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、プリンタ、フ
ァックス等の画像形成装置における加熱定着装置に用い
る定着用加熱ローラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真技術を用いた画像形成装
置の定着装置には、所定の温度に加熱された加熱ローラ
と、該加熱ローラに圧接する加圧ローラとによって、ト
ナー画像を支持した記録材を挟持搬送しつつ加熱するこ
とにより、トナー画像を記録材に定着する熱ローラ方式
が多用されている。加熱ローラの熱源としては、ハロゲ
ンランプが主に使用されているが、熱効率が悪く加熱ロ
ーラを所定温度に達するまでの時間が長くかかるという
欠点があった。

【０００３】この欠点を補うため加熱ローラ表面に抵抗
発熱体を形成し、該抵抗発熱体に電流を流して発熱さ
せ、直接表面を加熱する方式が多数提案されている。こ
の方式を仮に表面加熱方式と呼ぶ。図２は、従来の加熱
ローラの構成を示す斜視図及び断面図である。

【０００４】従来の加熱ローラは、図２に示すように、
円筒状の芯体１０２の表面に絶縁層１０４が形成され、
さらにその上層に抵抗発熱体層１０６が形成されてい
る。抵抗発熱体層１０６の上面には、抵抗発熱体層の保
護と定着済みの用紙の剥離のために設けられた剥離層１
０８が形成されている。また、抵抗発熱体層１０６に給
電するため、抵抗発熱体層１０６の両端に接するように
リング状電極１１０が設けられている。

【０００５】リング状電極の形成手段としては、金属リ
ングを焼きばめする方法、金属をアーク放電を利用して
コーティングする方法、金属ペーストを塗布して焼成す
る方法等が用いられている。

【０００６】また、リング状電極１１０と摺動しながら
給電するための摺動電極１１２がリング状電極と接触す
る位置に配置されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、抵抗発
熱体層の両端にリング状電極を形成する場合、加熱ロー
ラに使用する芯体の形状により、抵抗発熱体の適正な抵
抗値は決定される。例えば、抵抗発熱体の両端の電極に
実効値１００Ｖの交流を印加して、発熱量５００Ｗを得
るためには、抵抗発熱体の両端電極間の抵抗値を２０Ω
とする。ここで、加熱ローラの芯体の直径が２０ｍｍ、
抵抗発熱体が設置される範囲の軸方向の長さを２１０ｍ
ｍとすると、抵抗発熱体のシート抵抗の適正値は約６Ω
／□となる。また、抵抗発熱体の材料には金属抵抗体、
セラミック抵抗体、カーボンブラックまたはグラファイ
トを混入した樹脂抵抗体などがあるが、このうち樹脂抵
抗体はディップ、スプレー、スクリーン印刷などの方法
で容易に形成でき、アルミ等の金属と熱膨張率が近いた
め冷熱サイクルのヒートショックにも強い。特にポリイ
ミド樹脂をベースとした抵抗体は耐熱性も十分である。

【０００８】しかし、ポリイミド樹脂抵抗体は容易に形
成できる膜厚範囲において、シート抵抗の下限が数百Ω
／□であるため、従来の方式おいては抵抗発熱体層に使
用できなかった。また、シート抵抗値を下げる方法とし
ては、銀などの金属フィラーを混入する方法があるが樹
脂によっては分散性が悪いものがあり、ポリイミド樹脂
においても均一に分散させることは困難である。

【０００９】このように適正なシート抵抗値を実現でき
ないという問題は、導電性樹脂チューブを使用する場合
も同様に生じる。ここで、導電性樹脂チューブはカーボ
ンブラック、グラファイトなどの導電性素子を樹脂チュ
ーブに混入したものである。この樹脂チューブに熱可塑
性または熱収縮性を持たせると、加熱ローラの芯体にか
ぶせた後、樹脂チューブを加熱することにより、容易に
抵抗発熱体層を形成できる。このように、導電性樹脂チ
ューブの熱収縮性または熱可塑性を利用して、加熱ロー
ラを作製する方式は、作製が容易でしかも抵抗発熱体の
膜厚を制御し易く信頼性も高いため有望な方式である
が、シート抵抗が数百Ω／□以下で耐熱性も十分な導電
性樹脂チューブを作製することは難しかった。

【００１０】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、製造が容易で信頼性の高い定着
用加熱ローラを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の定着用加熱ローラは、少なくとも外周部が電
気的絶縁性を有する円筒または円柱状の芯体の表面に抵
抗発熱体層を設け、かつ抵抗発熱体層に給電するための
電極が設置された定着用加熱ローラであって、前記芯体
の、抵抗発熱体層と接触しない位置に配置されたリング
状電極と、抵抗発熱体層の上層または下層に設置された
少なくとも２つの線状電極とを備え、前記線状電極は抵
抗発熱体層の一方の端から他方の端周辺までを結ぶよう
に配置され、少なくとも１つの線状電極が前記リング状
電極の一方と導電し、他の線状電極が他方のリング状電
極と導電することを特徴とする。

【００１２】ここで、前記線状電極が芯体の軸と平行で
あってもよい。抵抗発熱体層の材料には、導電性材料を
混入した耐熱性樹脂、特にカーボンブラックまたはグラ
ファイト、もしくはその両方の混合物を混入したポリイ
ミドを用いることができる。また、抵抗発熱体として熱
収縮性もしくは熱可塑性を有する導電性樹脂チューブを
用い、加熱処理により該導電性樹脂チューブを芯体に密
着させることで抵抗発熱体層を形成してもよい。

【００１３】

【作用】上記の構成を有する本発明の定着用加熱ローラ
は、リング状電極を介し、線状電極によって抵抗発熱体
層に電力が供給されるため、主に加熱ローラの円周方向
に電流が流れる。この場合、従来のように電極が両端に
あり電流が主に加熱ローラの軸方向に流れる場合に比
べ、同じシート抵抗であっても電極間の抵抗値は小さく
なる。したがって、逆に電極間の抵抗値が同じであって
も、本発明の電極形状の方が大きいシート抵抗で対応で
きる。

【００１４】前述のように従来の電極形状の場合、抵抗
発熱体層のシート抵抗の適正値は約６Ω／□であったの
に対し、本発明の定着用加熱ローラの電極形状を採用す
ると、加熱ローラが同形状でも抵抗発熱体のシート抵抗
は２５０Ω／□と大きくなる。これは、前記導電性素子
を混入した耐熱性樹脂抵抗体でも十分作製可能な値であ
る。また、シート抵抗が前記のように２５０Ω／□で対
応できるならば、導電性樹脂チューブで抵抗発熱体を形
成することが可能となり、熱収縮性及び熱可塑性を利用
して加熱ローラ芯体に密着できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。まず図１を参照しながら加熱ローラ
の構造について説明する。図１は本発明の定着用加熱ロ
ーラの斜視図および断面の拡大図である。本実施例の定
着用加熱ローラはアルミからなる芯金１０の表面に絶縁
層１２が形成されている。芯金１０の材料は鉄や銅など
他の金属を使用することも可能である。さらに絶縁層１
２の上面に抵抗発熱体層１４が形成されている。抵抗発
熱体層の材質としては、カーボンブラックまたはグラフ
ァイトを混合したポリイミド樹脂抵抗体を用いた。

【００１６】抵抗発熱体層１４は、絶縁層１２の全ての
面上に形成されるのではなく、加熱ローラの両端の１０
〜２０ｍｍ程度の範囲では形成されない。この絶縁層１
２の両端には、それぞれ１つ計２つのリング状電極１６
が、前記抵抗発熱体層１４と接触しないように設置され
る。さらに、抵抗発熱体層１４上に、加熱ローラの軸方
向と平行に延びる線状電極１８が円周方向の対称な位
置、円周方向に１８０度間隔をおいて計２本設置され
る。該線状電極１８は、一方が右側のリング上電極１６
と電気的に接続され、もう一方が左側のリング上電極１
６と電気的に接続されている。２本の線状電極１８は、
抵抗発熱体層１４に接触し向かい合って配置されている
ため、リング状電極１６を介して線状電極１８から電力
を供給することにより、抵抗発熱体層１４には円周方向
に電流が流れる。

【００１７】さらに、抵抗発熱体層１４及び線状電極１
８の上層には、絶縁と抵抗発熱体の保護を兼ねた剥離層
２０が形成されている。剥離層２０は記録用紙の加熱ロ
ーラへの巻付を防ぐものであり、一般にフッソ樹脂が使
用される。またリング状電極１６への給電は、リング状
電極１６に常に接しながら摺動するように設置された摺
動電極２２によって行われる。

【００１８】次に本実施例の定着用加熱ローラの作製手
順について述べる。まず、加熱ローラの芯体１０となる
アルミ管を用意し、その表面に絶縁体層１２を形成す
る。絶縁体層１２はペースト状のポリイミド樹脂を、デ
ィップ、スプレー、スクリーン印刷等の方法でアルミ管
表面に塗布し、２５０〜４００℃で焼成することによっ
て作製できる。また、陽極酸化もしくはコーティングに
よりアルミナ膜をアルミ管表面に形成し、絶縁層１２と
することも可能である。

【００１９】なお、芯体１０の材料はアルミである必要
はなく、鉄、銅などのその他の金属やセラミックスなど
を用いることもできる。セラミックスなどの絶縁性の材
料を芯体１０に用いる場合は絶縁層１２は必要ない。次
に、絶縁層１２の上面に抵抗発熱体層１４を形成する。
ここで、加熱ローラの発熱量と抵抗発熱体層１４のシー
ト抵抗値について説明する。定着器の必要発熱量と加熱
ローラの形状が決定されると、それに応じて抵抗発熱体
層１４の適正なシート抵抗値は決定される。例えば定着
器の必要発熱量を５００Ｗ、抵抗発熱体の電極間の印加
電圧を１００Ｖとした場合、電極間の適正な抵抗値は２
０Ωである。

【００２０】従来の技術の項で示したように、抵抗発熱
体の両端にリング状電極１６を設置したタイプの加熱ロ
ーラの場合、芯体の直径が２０ｍｍ、抵抗発熱体が設置
される範囲の軸方向の長さを２１０ｍｍとすると、電極
間の抵抗値が２０Ωであるためには、抵抗発熱体のシー
ト抵抗は約６Ω／□となる。このシート抵抗値をカーボ
ンブラックまたはグラファイトを混入したポリイミド樹
脂で実現することは困難であった。これに対し本発明の
定着用加熱ローラのように、抵抗発熱体層１４上に軸に
平行な線状電極１８を配置した場合、電流はおもに円周
方向に流れるため、適したシート抵抗の値は大きいもの
になる。

【００２１】本実施例の加熱ローラの場合は２５０Ω／
□である。このシート抵抗値は、カーボンブラックまた
はグラファイトを混合したポリイミド樹脂で作製可能で
ある。ポリイミド樹脂抵抗体は、カーボンブラックまた
はグラファイトをペースト状態のポリイミド樹脂に混入
し、ディップ、スプレー、スクリーン印刷等で芯体の表
面に塗布した後、２５０〜４００℃で焼成することによ
り、容易に形成可能である。耐熱製も十分であり、熱膨
張率も芯体に用いる金属に近いため冷熱サイクルのヒー
トショックにも強い。

【００２２】以上のような利点があるため、ポリイミド
樹脂抵抗体を使用することは、加熱ローラの信頼性と生
産性の向上において重要である。また、ペースト状態の
ポリイミド樹脂を用いる方法の他に、熱収縮性または熱
可塑性を持つチューブ形状のポリイミド樹脂を用いるこ
ともできる。この場合も、ポリイミド樹脂チューブには
カーボンブラックまたはグラファイトが混入され、適正
なシート抵抗値に設定されている。ポリイミド樹脂チュ
ーブを用いる場合、表面が絶縁処理された芯体に該ポリ
イミド樹脂チューブをかぶせ、加熱処理を施すことによ
り容易に抵抗発熱体層１４を形成することができる。

【００２３】また、シート状のポリイミド樹脂抵抗体を
芯体表面に巻き付け接着することで、抵抗発熱体層１４
を形成することも可能である。なお、線状電極１８は絶
縁層１２と抵抗発熱体層１４の間もしくは、抵抗発熱体
層１４と剥離層２０の間に設置すればよい。例えば抵抗
発熱体層１４と剥離層２０の間に線状電極１８を設置す
る方法としては、銀ペーストなどの導電性ペーストで線
状のパターンを形成してもよいし、アルミの薄板で線状
電極１８を作製し接着してもよい。これらの方法で抵抗
発熱体層１４上に線状電極１８を形成した後、その外側
に熱収縮性のフッソ樹脂チューブをかぶせ、加熱処理を
行えば剥離層２０を形成することができる。もちろん、
スプレー、ディップ等の方法でフッソ樹脂のコーティン
グ膜を形成してもよい。

【００２４】次に線状電極１８と接するようにリング状
電極１６を設置する。線状電極１８とリング状電極１６
は導電性接着材で接着してもよいし、半田付けで接着し
てもよい。もしくは、リング上電極１６と線状電極１８
を一体成形で形成してもよい。なお、リング状電極１６
は摺動電極２２と常に接触摺動するため、摩耗しにくい
材質がよい。また、逆に摺動電極２２をカーボンブラシ
などの摩耗し易いもので形成すれば、リング状電極１６
の摩耗は少量になる。

【００２５】なお、本実施例においては線状電極１８は
２本とし、抵抗発熱体層１４上の円周上の対称な位置に
設置したが、線状電極１８を４本またはそれ以上の本数
設置し、右側のリング上電極１６と接続する線状電極と
左側のリング上電極１６と接続する線状電極が、互い違
いに構成される櫛形電極構造としてもよい。この櫛形電
極構造とすることにより、さらに抵抗発熱体層１４の適
正なシート抵抗値の設定範囲が広くなり、使用可能な抵
抗体材料の選択の幅が広がる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の定着用加熱ローラによれば、抵抗発熱体層の材料
として、カーボンブラックまたはグラファイトなどの導
電性素子を混入した耐熱性樹脂を用いることができるた
め、信頼性及び生産性の高い定着用加熱ローラを提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定着用加熱ローラの斜視図および断面
図である。

【図２】従来の定着用加熱ローラの斜視図および断面図
である。

【符号の説明】

１０ 芯体 １２ 絶縁層 １４ 抵抗発熱体層 １６ リング状電極 １８ 線状電極 ２０ 剥離層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも外周部が電気的絶縁性を有す
   る円筒または円柱状の芯体の表面に抵抗発熱体層を設
   け、かつ抵抗発熱体層に給電するための電極が設置され
   た定着用加熱ローラにおいて、 前記芯体の、抵抗発熱体層と接触しない位置に配置され
   たリング状電極と、抵抗発熱体層の上層または下層に設
   置された少なくとも２つの線状電極とを備え、前記線状
   電極は抵抗発熱体層の一方の端から他方の端周辺までを
   結ぶように配置され、少なくとも１つの線状電極が前記
   リング状電極の一方と導電し、他の線状電極が他方のリ
   ング状電極と導電することを特徴とする定着用加熱ロー
   ラ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の定着用加熱ローラにお
   いて、該線状電極は芯体の軸と平行に配置されることを
   特徴とする定着用加熱ローラ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の定着用
   加熱ローラにおいて、前記抵抗発熱体層を、導電性材料
   を混合した耐熱性樹脂により形成したことを特徴とする
   定着用加熱ローラ
4. 【請求項４】 請求項３に記載の定着用加熱ローラにお
   いて、前記導電性材料にカーボンブラックまたはグラフ
   ァイト、もしくはその両方の混合物を用い、前記耐熱性
   樹脂にポリイミドを用いることを特徴とする定着用加熱
   ローラ。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２に記載の定着用
   加熱ローラにおいて、抵抗発熱体として熱収縮性もしく
   は熱可塑性を有する導電性樹脂チューブを用い、加熱処
   理により該導電性樹脂チューブを芯体に密着させ、発熱
   抵抗体層を形成したことを特徴とする定着用加熱ロー
   ラ。