JPH0792838A

JPH0792838A - トナー定着用加熱ローラ

Info

Publication number: JPH0792838A
Application number: JP23675193A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Hosomi; 和徳細見; Yoshiharu Ogawa; 善晴小川; Masato Sano; 正人佐野; Tatsuo Kono; 辰男河野
Original assignee: KYUSHU NORITAKE KK; Noritake Co Ltd
Current assignee: KYUSHU NORITAKE KK; Noritake Co Ltd
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 1995-04-07
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JP2862465B2

Abstract

(57)【要約】【目的】加熱ローラの軸方向に比較的均一な温度分布
が得られると共に、定着時の加熱・加圧が比較的均一に
行われるトナー定着用加熱ローラを提供する。【構成】Ａｕ系レジネートペーストを印刷した抵抗体
転写紙を硬質ガラス円筒（電気絶縁性基体）に貼り付け
て転写し、乾燥、焼成することにより、硬質ガラス円筒
に抵抗体を固着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は静電複写機等に用いられ
るトナー定着用加熱ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】トナー画像を紙等に転写した後に定着す
る複写機が知られている。一般に、このような複写機に
おいては、トナーが転写された紙等に複写機内に備えら
れた加熱ローラと加圧ローラとの間を通過させることに
より、加熱と同時に加圧をして、トナーを紙等に定着さ
せることが行われている。従来、上記加熱ローラには、
内部に加熱源としてハロゲンランプ等を備えた円筒状の
アルミニウム等が用いられていた。

【０００３】しかしながら、上記のアルミニウム製の加
熱ローラは、内部に備えられたハロゲンランプ等の輻射
熱によって加熱ローラの表面の温度を上昇させる構造で
あるため、加熱ローラ表面全面を定着に必要な所定の温
度にするには１乃至１０分程度の長時間を要すると共
に、熱容量が大きいため加熱に多大な電力が必要である
という問題があった。そこで、特開昭６３−１５８５８
３号公報に開示されているように、金属粉体とガラスバ
インダを含む厚膜ペーストを用いて転写紙等に形成した
抵抗発熱体パターンをセラミックスや絶縁体皮膜を有す
る金属体等の表面に転写して焼成し、厚膜抵抗発熱体を
固着させる技術が提案されている。このような技術によ
れば、加熱ローラが直接発熱させられるため表面温度を
上昇させるための時間が短縮されると共に、加熱に必要
な電力が低減される。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】ところが、上記公報に開示さ
れている技術では、抵抗発熱体のパターンが厚膜ペース
トを印刷することにより形成されているため、表面粗さ
が例えばＲａ（ＪＩＳＢ０６０１で規定）で１μｍ以
上と粗く、また、膜厚が１０乃至２０μｍ以上と厚くな
って抵抗発熱体が固着されている部分と固着されていな
い部分とでは大きな凹凸が生じる。このため、定着時の
加熱・加圧が均一に行われ得ず、トナーの定着ムラが発
生するという問題があった。なお、上記の膜厚に起因す
る凹凸は、抵抗発熱体が固着されていない部分がないよ
うに、円筒状絶縁性基体の外周面の全面に抵抗発熱体を
固着すれば解消することが可能であるが、その場合に
は、加熱ローラの中央部と周辺部とでは放熱量が異なっ
て加熱ローラの軸方向に均一な温度分布が得られず、ト
ナーの定着ムラが発生するという問題が生じる。

【０００５】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであって、その目的は加熱ローラの軸方向に比較
的均一な温度分布が得られると共に、定着時の加熱・加
圧が比較的均一に行われて定着ムラの発生を防止し得る
トナー定着用加熱ローラを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の要旨とするところは、円筒状の電気絶縁性
基体の外周表面上に抵抗発熱体層が形成されたトナー定
着用加熱ローラにおいて、その抵抗発熱体層を、電気絶
縁性基体の外周面上に金属有機化合物を含む液状または
ペースト状物から形成された膜を加熱して生成される薄
膜金属により構成したことにある。

【０００７】

【作用および発明の効果】このようにすれば、金属有機
化合物を含む液状またはペースト状物から形成された膜
が加熱されることにより、比較的薄く且つ表面粗さの良
い抵抗発熱体層が電気絶縁性基体の表面に形成されるた
め、加熱ローラの表面の凹凸が小さくなり、定着時の加
熱・加圧が均一に行われる。上記金属有機化合物を含む
液状またはペースト状物とは、一般にレジネートと呼ば
れるものであって、単にM.O.C.(Metal-Organic Compoun
d)とも呼ばれることもあるが、以下の説明においてはレ
ジネートの語を用いる。レジネートは、液状またはペー
スト状であって金属が有機物と化学的に結合できる程度
に極めて微細になっているため、薄い膜厚が得られると
共に良い表面粗さが得られるのである。また、レジネー
ト膜は乾燥後の厚みに対する加熱・固着後の厚みの比が
１／５以下になるため、一層良好な表面粗さが得られ
る。なお、レジネート膜から得られた抵抗発熱体層は、
金属が原子レベルで結合しているため、使用時の熱応力
による断線が生じ難く、上記のように薄い膜厚で使用す
ることが可能である。一方、従来のように厚膜ペースト
を用いて形成した場合は抵抗発熱体層の金属はガラス成
分によって結合されることにより粒子レベルで互いに接
触しているだけであるため、熱応力に対する抵抗力が低
く、前記のような膜厚以下にすることが困難であったの
である。また、抵抗発熱体層がきわめて薄いため、抵抗
発熱体層を軸方向の温度分布を比較的均一にするために
両端部程配線密度の高いパターンに形成した場合にも、
固着されている部分と固着されていない部分との凹凸が
小さく、また、抵抗発熱体層を中央部分のみ積層するこ
とにより上記温度分布を比較的均一にした場合にも、厚
みの絶対値が小さいために、積層部分と積層されない部
分との間の凹凸がきわめて小さい。したがって、加熱・
加圧を比較的均一に行いながら、軸方向の温度分布を比
較的均一にして定着ムラの発生を防止することが可能で
ある。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。

【０００９】図１は、本発明の一実施例のトナー定着用
加熱ローラを製造する工程流れ図である。表１のNo.1〜
No.14 の組成のＡｕ（金）系レジネートペーストを作製
し、転写紙に例えばスクリーン印刷により所定のパター
ンで４〜５μｍの厚さに印刷して乾燥し、更にその上に
トップコートとして例えば合成セルロースペースト或い
は合成アクリルペーストを印刷して乾燥し、抵抗体パタ
ーンが印刷された抵抗体転写紙を作製した。なお、Ａｕ
系レジネートペーストは、図２に示すように、主成分と
してＡｕを、および、添加物成分としてＰｄ（パラジウ
ム）、Ｐｔ（白金）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｒｈ（ロジウ
ム）、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｓｎ
（錫）、Ｃｕ（銅）、Ｐｂ（鉛）等をそれぞれ溶解して
有機結合物と反応させることにより生成されるレジネー
ト（金属有機化合物：Metal-Organic-Compound：ＭＯ
Ｃ）を、ホウケイ酸系ガラス或いはホウケイ酸鉛系ガラ
スパウダーおよび、テレピン油或いはターピネオール等
の溶剤と共に混合・混練することにより得られるもので
ある。また、上記添加物成分としての金属の内、Ｂｉ、
Ｒｈ、Ｃｒ、Ｖ、Ｓｎ等は、レジネートの他に酸化物パ
ウダの形態で混合されることもある。また、上記ＭＯＣ
としては、（Ｃ₇Ｈ₁₅Ｓ）_n−Ｍ，（Ｃ₁₂Ｈ₂₅Ｓ）_n−
Ｍ（Ｍは金属、ｎは任意の自然数を表す。Ａｕにおいて
はｎ＝１）等の金属メルカプチドや、或いは、アビエチ
ン酸（Ｃ₂₀Ｈ₃₀Ｏ₂）の何れかの基に−ＳＭが結合した
金属樹脂硫化バルサム等が用いられる。

【００１０】

【表１】

【００１１】次に、例えば全長２６０ｍｍ、外径１０ｍ
ｍ、肉厚１．５乃至３．０ｍｍ程度の寸法の引き抜き加
工により製造された硬質ガラス（例えばＮａ₂Ｏ４．
４ｗｔ％，Ｂ₂Ｏ₃１１．９ｗｔ％，ＳｉＯ₂ ８０．
６ｗｔ％および少量のＡｌ₂Ｏ₃，アルカリ土類酸化物
を含む組成から成り、その特性が熱伝導率０．００２６
cal/sec・cm・℃，比熱０．２３ cal/g・℃，軟化点８
２０℃程度のガラス等）製円筒を用意し、前記抵抗体転
写紙を所定寸法に切断し、溶解液に浸した後に貼り付
け、硬質ガラス製円筒の外周面全周に前記抵抗体パター
ンを転写した。この抵抗体パターンが転写された硬質ガ
ラス製円筒を乾燥・焼成して、抵抗体パターンの第一層
を固着した。更に、同様にして第一層上に第二層を固着
した。なお、抵抗体転写紙を貼り付け、転写する際に転
写紙の合わせ目が生じるが、上記第一層と第二層の合わ
せ目はそれぞれ外周面上で１８０°異なる位置にされて
いる。また、本実施例においては、上記硬質ガラス円筒
が電気絶縁性基体に相当する。

【００１２】次に、Ａｇ（銀）またはＡｇ−Ｐｄ，Ａｇ
−Ｐｔ厚膜ペーストを用意し、例えばスクリーン印刷で
別の転写紙に１０〜２０μｍの厚さで印刷して乾燥し、
更にＡｇ膜上に前記の抵抗体転写紙と同様にトップコー
トを施して電極転写紙を作製した。この電極転写紙を所
定寸法に切断して溶解液に浸した後、上記の抵抗体が固
着された硬質ガラス円筒の両端部側の外周面に貼り付
け、電極を転写した。これを所定の条件で乾燥・焼成し
て固着し、更に硬質ガラス円筒の外周面の前記抵抗体が
固着された部分に厚さ２０〜２５μｍ程度のフッ素樹脂
（例えばポリテトラフルオロエチレン）皮膜を形成し
て、図３に示すようなトナー定着用加熱ローラ１０を得
た。以上のようにして得られたトナー定着用加熱ローラ
１０は、図３に示すように、硬質ガラス円筒１２の外周
面上に、その両端部に一対の電極１４が、一対の電極１
４の中間部に抵抗体１６とその抵抗体１６を覆うフッ素
樹脂皮膜１８が固着されており、抵抗体１６はらせん状
とされて、その両端部が電極１４に接続されている。な
お、フッ素樹脂皮膜は、複写機において加熱・加圧され
た際に抵抗体を保護すると共に、トナーの付着を防止す
るものである。

【００１３】図４は、上記トナー定着用加熱ローラが適
用された複写機のトナー定着部の要部断面を模式的に示
す図である。図において、上下に所定の間隔をもって固
定されたハウジング２０，２２内に、上記トナー定着用
加熱ローラ１０とアルミニウム製円柱２４の外周面にシ
リコーンゴム２６が固着されて成る加圧ローラ２８とが
図示しない軸受けにより回転可能に取り付けられてお
り、トナー定着用加熱ローラ１０および加圧ローラ２８
は所定の力で互いに押圧されている。また、ハウジング
２０の内周面とトナー定着用加熱ローラ１０の外周面と
の間隔は約１ｍｍ程度と小さくされており、ハウジング
２０の外部から内周面に貫通して設けられた貫通穴に熱
電対３０が取り付けられて、内部の温度を検出し、図示
しない制御回路によりトナー定着用加熱ローラ１０に印
加される電圧が制御され、その表面温度が適正な温度に
保たれるようにされている。そして、図示しない転写装
置によりトナーが転写された紙３２等が搬入口３４から
送り込まれると、トナー定着用加熱ローラ１０および加
圧ローラ２８間で加熱されつつ加圧されて、その紙３２
等にトナーが定着させられるのである。

【００１４】ここで、上記トナー定着用加熱ローラ１０
の加熱性能を確認するため以下の評価を行った。なお、
基本特性は、硬質ガラスとの接着性が良好であったNo.5
のＡｕ系レジネートペーストを用いたもので測定した。
その結果、電極部の膜厚はｄ≒１５μｍ、抵抗率はρ≒
８×１０^-5Ω・ｃｍ（すなわち、シート抵抗値Ｒ_S≒５
０ｍΩ／□）、抵抗体部の膜厚はｄ≒０・５μｍ、表面
粗さはＲａで０．０５〜０．３μｍ、抵抗率ρ≒１．３
×１０^-4Ω・ｃｍ（すなわち、シート抵抗Ｒ_S≒２．６
Ω／□）であり、トナー定着用加熱ローラ１０の全抵抗
（すなわち一対の電極１４間の抵抗値）は１９．７Ωで
あった。次いで、両端部の電極１４に電圧を印加して温
度立ち上がり特性を評価した。その結果、図５に示すよ
うに９０Ｖ（すなわち４１１Ｗ）以上の電圧を印加すれ
ば、１０秒以内に所定の温度すなわちトナー定着に必要
な１８０±２０℃の温度に到達し、７０Ｖ（すなわち２
５０Ｗ）程度の電圧でも１２秒程度、５０Ｖ（すなわち
１２７Ｗ）程度の電圧であれば３０秒程度で所定の温度
に到達することが確認された。

【００１５】すなわち、本実施例のトナー定着用加熱ロ
ーラ１０は、レジネート膜から形成された薄膜金属によ
り抵抗体１６が構成されているため、図３に示すような
パターンに抵抗体１６を作製しても、抵抗体１６が固着
されている部分と固着されていない部分の凹凸は抵抗体
１６の厚み分すなわち約０．５μｍに過ぎず、また、レ
ジネートペーストがきわめて微細な金属粒子により構成
されていることから上記のような良好な表面粗さが得ら
れるため、トナーが転写された紙３２等を加熱・加圧す
る際に紙等の側に与えられる熱量、圧力が比較的均一に
なって、トナーの定着ムラが回避されるのである。な
お、図３に示す抵抗体１６のパターンは、抵抗体１６の
端部側の密度を中央よりも密にしてトナー定着用加熱ロ
ーラ１０の端部側の放熱量を補い、軸心方向に比較的均
一な温度分布が得られるように形成されたものである
が、上述のように抵抗体１６のパターンによる凹凸がき
わめて小さいために、加熱・加圧を比較的均一に行いな
がら、軸心方向の温度分布を比較的均一にすることが可
能とされるのである。

【００１６】また、上記のように、抵抗体１６が極めて
薄いため、用いられる金属が比較的少量となり、比較的
低コストでトナー定着用加熱ローラ１０を得ることが可
能となる。

【００１７】なお、本実施例においては、Ａｕは導電成
分であり、添加物であるＰｄ，Ｐｔは高抵抗導電成分と
して、Ｂｉ，Ｒｈ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎは硬質ガラス円筒と
の接着力を高めると共に抵抗体の機械的強度を高める成
分として、ホウケイ酸系ガラス或いはホウケイ酸鉛系ガ
ラスは抵抗体の抵抗値を高くすると共に硬質ガラス円筒
１２との接着力を高める成分としてそれぞれ添加されて
いる。

【００１８】次に、本発明の他の実施例を説明する。

【００１９】前述の実施例のＡｕ系レジネートペースト
に代えて、表２のNo.1〜No.4の組成のＲｕ（ルテニウ
ム）系レジネートペーストを用いた他は同様にして、厚
さ５〜７μｍの抵抗体ペーストが印刷された抵抗体転写
紙を作製した。なお、Ｒｕ系レジネートペーストは、主
成分としてＲｕおよび、添加物成分としてＰｂ（鉛）、
Ｂ（ホウ素）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｂｉ等を用いた他は前
記実施例と同様にして得られるものである。また、本実
施例においても前記の実施例と同様なＭＯＣが用いられ
るが、ＲｕのＭＯＣとしては金属樹脂硫化バルサムに代
えてＲｕオクタネート〔（Ｃ₈Ｈ₁₅ＣＯＯ）₃Ｒｕ〕が
用いられ、金属メルカプチドとしては、前記の化学式に
おいてｎ＝３のものが用いられる。

【００２０】

【表２】

【００２１】次に、前記実施例と同様な硬質ガラス製円
筒を用意し、上記抵抗体転写紙を所定寸法に切断し、溶
解液に浸した後に貼り付け、硬質ガラス製円筒の外周面
全周に前記抵抗体を転写した。この抵抗体が転写された
硬質ガラス製円筒を乾燥・焼成して、抵抗体の第一層を
固着した。更に、同様にして第一層上中央部に抵抗体の
第二層を固着した。

【００２２】次に、前述の実施例と同様にして、電極を
固着し、フッ素樹脂皮膜を形成して図６に示すようなト
ナー定着用加熱ローラ３６を得た。トナー定着用加熱ロ
ーラ３６は、図７に断面を示すように、硬質ガラス円筒
３８の外周表面に、両端部に一対の電極４０が、一対の
電極４０の中間部にフッ素樹脂皮膜４２に覆われた二層
構造の抵抗体４４がそれぞれ固着されて構成されてい
る。第一層抵抗体４４ａは、硬質ガラス円筒３８の一対
の電極４０間を覆うように設けられ、両端部が電極４０
に接続されている。一方、第二層抵抗体４４ｂは、電極
１４の端部との間に図に示すように所定の間隔が生じる
ように設けられており、抵抗体４４の中央部が端部に比
較して厚く、例えば中央部が１．５μｍ程度、端部が
０．５μｍ程度にされている。また、本実施例において
も、抵抗体４４の表面粗さはＲａで０．０５〜０．１５
μｍ程度と良好であった。

【００２３】上記トナー定着用加熱ローラ３６も、前述
の実施例と同様な特性を有し、同様な複写機に用いられ
得るものであり、本実施例においては、中央部の抵抗体
部を端部に比較して厚くすることにより軸心方向の温度
分布が略均一にされている。

【００２４】なお、本実施例においては、Ｒｕは導電成
分であり、添加物のＰｂ，Ｂ，Ｓｉ，Ｂｉは硬質ガラス
円筒３８との接着強度を高めると共に抵抗体４４の機械
的強度を高める成分として添加されている。

【００２５】以上、本発明の一実施例を詳細に説明した
が、本発明は更に別の態様でも実施される。

【００２６】例えば、抵抗体１６，４４を形成するレジ
ネートペーストは、実施例のＡｕ系レジネートペースト
およびＲｕ系レジネートペーストに限られず、Ｐｔ，Ｐ
ｄ，Ａｇ等の他の導電成分を主成分とするものでもよ
く、また、添加物成分としてはＣｄ（カドミウム）等が
用いられ得る。各成分は、トナー定着用加熱ローラとし
ての特性を損なわない範囲で、レジネートの形態の他
に、金属酸化物パウダ或いは単に金属パウダの形態で混
合され得る。なお、パウダ類の添加量は少ない方が焼成
時の収縮が大きく、本発明の効果が一層期待できる。

【００２７】また、電気絶縁性基体としては、硬質ガラ
ス１２，３８の他にアルミナ、ムライト、ジルコニア等
のセラミックスや、絶縁皮膜を有するアルミニウム、ス
テンレス等の金属も用いられ得る。但し、本発明におい
ては、発熱は電気絶縁性基体の表面で行われるため、放
熱によって表面温度上昇の速度が損なわれないように熱
伝導率の低い材料を用いることが好ましく、実施例で用
いた硬質ガラス１２，３８やジルコニア等の低熱伝導率
材料が望ましい。

【００２８】また、実施例においては、レジネートを二
層積層して（但し、第二実施例においては部分的に一
層）形成したが、一層でも良く、或いは反対に三層以上
の積層としても良い。積層数は、必要な膜強度および抵
抗値、発熱特性等により適宜決定されるものである。

【００２９】また、レジネート膜の電気絶縁性基体上へ
の形成方法は、実施例で示した湿式転写法の他に、乾式
転写法、曲面印刷機による電気絶縁性基体上への直接印
刷等によっても良い。

【００３０】また、実施例においては、抵抗体と電極と
の焼成時の反応を避けるために、抵抗体転写紙と電極転
写紙とを別々に作製し、順次転写・焼成する工程をとっ
たが、焼成時の反応が問題とならない材料を抵抗体と電
極に用いた場合には、一枚の転写紙に両者を印刷して転
写・加熱工程を簡単にすることも可能である。

【００３１】その他、一々例示はしないが、本発明はそ
の主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の製造工程を示す工程流れ図
である。

【図２】図１の工程において用いられるレジネートペー
ストの製造工程を示す工程流れ図である。

【図３】図１の工程により製造されたトナー定着用加熱
ローラの一例を示す図である。

【図４】図３のトナー定着用加熱ローラが適用された静
電複写機のトナー定着部の要部断面を模式的に示す図で
ある。

【図５】図３のトナー定着用加熱ローラに電圧を印加し
た場合の表面温度特性を示す図である。

【図６】本発明のトナー定着用加熱ローラの別の一例を
示す図である。

【図７】図６のトナー定着用加熱ローラの断面を模式的
に示す図である。

【符号の説明】

１０：トナー定着用加熱ローラ１２：硬質ガラス円筒（電気絶縁性基体）１４：電極１６：抵抗体１８：フッ素樹脂皮膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川善晴愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内 (72)発明者佐野正人愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内 (72)発明者河野辰男福岡県朝倉郡夜須町大字三並字八ツ並2160 番地九州ノリタケ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状の電気絶縁性基体の外周表面上に
抵抗発熱体層が形成されたトナー定着用加熱ローラにお
いて、該抵抗発熱体層を、該電気絶縁性基体の外周面上に金属
有機化合物を含む液状またはペースト状物から形成され
た膜を加熱して生成される薄膜金属により構成したこと
を特徴とするトナー定着用加熱ローラ。