JPH08292675A

JPH08292675A - 発熱性ロール

Info

Publication number: JPH08292675A
Application number: JP13255495A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nakai; 浩一中井; Taichi Kawahara; 太一川原
Original assignee: Gunze Ltd
Current assignee: Gunze Ltd
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】低電力で短時間に所定の温度に到達でき、かつ
耐熱性等にも優れている発熱性ロールを得んとするもの
である。【構成】アルミ製等の金属ロール４上に、熱可塑性ポリ
イミド樹脂層１を有し、中間に発熱体層２を有し、表面
にフッ素系樹脂層３を有する発熱性ロールに関するもの
であり、例えば静電複写装置等の定着加熱ロールとして
有効に利用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低電力の印加で短時間に
所定の温度に到達することの可能な発熱性ロールに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】トナーを用いる静電式複写装置において
は、中間転写体から紙等に転写されたトナー画像は、加
圧下で加熱されトナーが紙等に融着し、固定されること
により、最終複写物となる。この加圧、加熱、融着、固
定は定着工程と云われており該複写装置の下流位置に設
けられている。一般に定着には、サーフ方式とヒートロ
ール方式の２方式がある。サーフ方式はベルトを受けロ
ーラと対峙させて、配置する機構であり、この際ベルト
表面の加熱は、ベルトの裏側の受けローラ部分に設けら
れた加熱源によって行われる。この際、未定着のトナー
画像が転写されている用紙等は、ベルトと受けローラと
の間を通過し、ここで加圧されつつ加熱され、融着固定
され定着画像が形成される。一方、ヒートロール方式
は、アルミ等の金属ロールの中に、加熱源を埋設した加
熱用金属ロールを圧着ロールと対峙させる機構を有し、
この間を、トナー画像が転写されている用紙等を通すこ
とにより、加圧しつつ加熱、融着、固定する構成であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】サーフ方式はヒートロ
ール方式に比較して、加熱効率（低電力で、短時間）は
良好であるがベルトを使用するために機構も複雑で、装
置全体のコンパクト化に限界がある上にベルト自身の寿
命も短いので、交換の必要もある。従って、加熱効率の
改善が行われれば、ヒートロール方式は極めて有効な方
法といえる。何故ヒートロール方式は、加熱効率が良く
ないかと云うと、金属ロール全体を加熱となければなら
ず、放熱が大きくなるためである。その上、所定温度に
短時間で到達させようとすれば、より高電力が必要で、
費用が増加し、更にその温度維持のためにオンとオフの
頻度も多くなり、それだけ耐久性が悪くなるのである。

【０００４】本発明はヒートロール方式に関して、加熱
効率の良い発熱性ロールを見い出すべき鋭意検討し、な
されたものである。つまり本発明の第一の目的は低電力
の印加で、短時間に所定の温度に到達することのでき放
熱現象の少ない発熱性ロールを提供することにあり、第
二の目的は使用耐久性に極めて優れた発熱性ロールを提
供することにあり、更に第三の目的は静電式複写装置の
トナー定着用部材をはじめ、種々の装置のおける加熱用
ローラとして使用できる発熱性ロールを提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記１、２の目
的を達成するために、金属ロールの表面にポリイミド系
樹脂層を、中間に発熱体層を、外表面にフッ素系樹脂層
を有してなる発熱性ロール体を見い出した点にあり、更
に前記３の目的を達成するために、例えば前記発熱ロー
ルの両端部に電極を設けてなる、静電複写機の定着部材
用発熱性ロールを見い出した点にある。以下に本発明の
構成についてより詳細に説明する。

【０００６】本発明の発熱性ロールは、まず金属ロール
を芯体としてこの外周面に３層を設けていることを基本
とするものである。従って、ここで１層でも欠けたら、
また非金属性のロールが芯体となっても、本発明の前記
目的は達成されるものではない。ここで金属ロールは、
例えばアルミ、ステンレス等によるロールを例示でき、
このようなロールを芯体とするのは、温度による変化
（伸縮等）がなく、かつ高精度の真円状のロールを得る
ことができるからであり、このことは高精度の発熱性ロ
ールを得ることができる結果になる。該金属ロールの形
状（直径、長さ、内部構造等）は目的、用途によって適
宜変えられるが、内部は中空になっていることが望まし
い。これは、より軽量化と断熱性に寄与するためであ
る。中空内部に軽量な断熱材を充填してもよい。このこ
とからも解るように、本発明で云う金属ロールとは金属
管、金属筒体、金属棒等の如き、ロールに加工できる材
料をも含むことは当然である。

【０００７】次に金属ロールの表面に設けられるポリイ
ミド系樹脂層（以下、下層という）について説明する。
ここにポリイミド系樹脂を用いるのは耐熱性、電気絶縁
性、断熱性、機械的物性において、他の樹脂より格段に
優れているからであり、また層を形成する手段において
も、液体コーティング方法も、予め円筒状（シームレス
であることが望ましい）に成型加工し被覆する方法も可
能であるからである

【０００８】ここでポリイミド系樹脂は、それが熱硬化
性、熱可塑性であるを問わず、分子主鎖にイミド基を有
し、これが有機基と共に繰り返し単位となって、高分子
を形成しているものである。そしてこれらの製造の基本
は、テトラカルボン酸二無水物又はトリカルボン酸一無
水物と有機ジアミンとの当モルを、有機極性溶媒中で重
合縮合反応することによる。

【０００９】ここで熱硬化性と熱可塑性の性質の差は、
イミド基が結合する有機基に左右され、これが脂肪族
基、酸素原子、カルボニル基等を主鎖に持つ長い有機基
である場合に、熱可塑性を示す場合が多い。そしてこれ
らの性質の差は、下層１を形成せしめる方法も異なり、
各々望ましい方法が採用される。以上について、次に具
体的に説明する。

【００１０】まず、熱硬化性ポリイミドの場合について
説明する。該ポリイミドでは、加熱によって軟化も溶融
もしないので、その前駆体、つまりポリアミック酸の段
階で、直接または間接的に層を形成し、最後に加熱等に
よってイミド閉環して、ポリイミドに変換する。従っ
て、まずポリアミック酸を製造する必要があるが、これ
には出発原料として、例えばピロメリット酸二無水物、
３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無
水物等と４，４’−フェニレンジアミン、４，４’−ビ
フェニルジアミン等とを各々組合せて、この当モルを
Ｎ，Ｎ’ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン
等の極性溶媒に溶解して、これを常温以下で反応せしめ
る。これにより重合縮合反応が行われ、ポリアミック酸
が生成し、そのまま液状で取得できる。

【００１１】こうして得られたポリアミック酸溶液を使
って、下層１を形成する方法は、基体となる金属ロール
表面に、直接デッピング、スプレー、ドクターブレー
ド、ロールコーター等でコーティングした後、まず約２
００℃程度までの温度に徐々に昇温して、前記極性溶媒
を蒸発除去した後、最後に約４００℃程度の温度まで徐
々に昇温して、所定時間（約３０〜６０分間）加熱す
る。残存溶媒の更なる除去と共に閉環イミド化して、熱
硬化性ポリイミド層に変化する。

【００１２】また間接的な方法として、前記ポリアミッ
ク酸溶液系を予め遠心成型又はドラム上へのキャステン
グ等によって円筒状に成型し、前記同様にまず約２００
℃程度までの温度に、次に約４００℃程度までの温度に
徐々に昇温し、所定時間過熱する。得られた円筒状の熱
硬化性ポリイミドフィルムを金属ロールに被せ、固定す
る。

【００１３】一方、熱可塑性ポリイミドを用いる場合に
は、該樹脂は加熱によって軟化又は溶融するので、熱硬
化性ポリイミド樹脂の場合のような手段をあえてとるこ
とはない。層の形成法は、該ポリイミド樹脂を有機極性
溶媒に溶融して、これを金属ロール表面にコーティング
してもよいが、予めに円筒状フィルムを押出成形法等に
より作成し、これを金属ロールに被せ、固定する方が好
ましい。このような円筒状フィルムは、加熱により収縮
する性質を付与することもでき、かかる性質を利用して
固定のために活用することもできる。

【００１４】前記した熱可塑性のポリイミド樹脂を製造
する方法には、次のような出発原料の組合せによって前
記する有機極性溶媒中で、当モルを重縮合せしめポリア
ミック酸を経由して一挙にイミド閉環する。最後に該溶
媒を分離除去して、ポリイミド粉体を得る。

【００１５】出発原料の組合せは、例えばピロメリット
酸二無水物と４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）
ベンゾフェノンとの組合せ、ピロメリット酸二無水物と
ビス［４−｛３−（４−アミノフェノキシ）ベンゾイ
ル｝フェニル］エーテルとの組合せ、３，３’４，４’
−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物と３，３’
−ジアミノベンゾフェノンとの組合せ、更にはイソプロ
ピリデンビス−（４−フェニレンオキシ−４−フタル
酸）二無水物と２，２’−フェニレンジアミンとの組合
せ等を挙げることができる。

【００１６】尚、熱可塑性ポリイミドとして、既に上市
もされているものもあり、これを使用してもよい。例え
ば、ＧＥ社のＵＬＴＥＭ１０００、ＤＵＰＯＮＴ社のＫ
−ＰＯＬＩＭＥＲ、三井東圧化学株式会社のＡＵＲＵＭ
又はＬＡＲＣ−ＴＰＩ等がある。中でも押出成型性にお
いてより優れているものとしてＡＵＲＡＭ（Ｎｅｗ−Ｔ
ＰＩとも呼ばれる）をあげることができ、この中である
種のグレードのものは、ガラス転移点が２５０℃、融点
が３８８℃である。

【００１７】この熱可塑性ポリイミドを押出成型によっ
て円筒状フィルムに成型する方法は特に制限はないが、
一般に行われるスクリュー式押出機を用い、環状ダイス
を通して、容易に押出成型できる。該押出機のバレル温
度、環状ダイスの温度は、例えば４００℃前後に設定す
る。また環状ダイスから吐出された後は、適宜の寸法規
制治具等を使ってインサイド又は／及びアウトサイド等
から、寸法規制することが望ましい。これは厚み精度と
径をより正確に規制できるからであり、これによりポリ
イミド系樹脂の円筒状フィルムを、より高精度に形成さ
しめることになる。更に必要ならば縦及び／又は横に延
伸してもよい。

【００１８】尚、この熱可塑性ポリイミドの成型の際
に、耐熱性等の大きな低下をもたらさない他の成分であ
れば、許容範囲の混合量でブレンドすることは可能であ
る。このような成分としては、例えばポリエーテルエー
テルケトンを挙げることができ、これは耐熱性も高く、
ポリイミドとの相溶性も良好で、かつ該ポリイミドの押
出成型性を改良するからである。

【００１９】かくして、別途成型して得られた円筒状の
熱可塑性ポリイミドフィルムは、そのまま金属ロールに
強く押し込んで物理的に固定するか、若干のクリアラン
スを持って被せ、接着剤で固定してもよいが、実質的に
無延伸で製膜された該ポリイミドフィルムを、縦及び／
又は横に延伸することにより熱収縮性を付与せしめ、金
属ロールに被せて、密着固定することもできる。

【００２０】延伸方法は特に限定はしないが、チューブ
状のフィルムを縦及び／又は横に延伸できる方法であれ
ばどのような方法でも構わない。例えばフィルムを縦方
向に引張りながら、フィルム内にエアー圧を０．１〜１
０Ｋｇｆ／ｃｍ^２程度かけてフィルムを加熱しながら規
制治具に沿わせ延伸する方法が例示できる。

【００２１】このように延伸された前記ポリイミドフィ
ルムを金属ロールに固定するためには、まず該ロールに
該ポリイミドフィルムを被せ、全体を該ポリイミドフィ
ルムが収縮する温度、例えば約１００〜４００℃、好ま
しくは２００〜３００℃に均一に加熱すると該ロール表
面で収縮するので、その収縮力によって該ロールに密着
固定できる。

【００２２】前記した如く、ポリイミド系樹脂について
は熱硬化性でも熱可塑性でもいずれのポリイミドによっ
ても、形成できるが、押出製膜の可能な点で熱可塑性ポ
リイミドの方が好ましい。即ち、押出製膜された円筒状
のフィルムは、金属ロールと接する面に固定する操作が
簡単で、スピーディに行え、しかも高精度でより厚い円
筒状フィルムが容易に得られるからである。その結果、
最終的に得られる発熱性ロールの精度や性能もより良好
となり、層の表面が平滑で気泡等もなく、有機極性溶媒
の残存の懸念もない等の利点を有することになる。

【００２３】尚、該層は金属ロールに対して、より断熱
的であることが望ましいので、可能なかぎり層厚は厚い
方が望ましく約０．１〜１ｍｍ程度が好ましい値として
例示できる。

【００２４】次に、中間に形成される発熱体層について
説明する。ここでいう発熱体層（以下中間層という）と
は、特に制限はないが、発熱体それ自身が層状に形成さ
れたもので十分で、このような発熱体とは通電すること
によって発熱する性質をもつ材料であって、可能な限り
低電圧の印加で発熱し、より高温が得られるものが望ま
しい。そのためには適切な電気抵抗値を有する材料とい
うことになる。その電気抵抗値は、表面電気抵抗値で１
０^−３〜１０^６Ω／□、好ましくは１０^−１〜１０^２Ω
／□程度がよい。

【００２５】しかし乍ら、優れた発熱性と高い表面精度
をもって中間層２が形成せれるものであれば、その発熱
体の種類、内容には特に制限はない。例えば素材から分
類するとガラス系、セラミック系、樹脂系がある。これ
らは該素材を基体として、これに例えば前記する表面抵
抗値が付与されるように、導電材を適宜混合、コーティ
ング、電着、蒸着、スパッタリング等によって付与せし
めればよく、特に制限はない。

【００２６】例えばガラス系では水ガラスに導電剤、例
えば導電性無機粉体、例えば鉛、銅、クラム、ニッケ
ル、アルミ、酸化亜鉛、酸化鉛、二酸化錫、カーボン、
カーボンブラック、炭素織維、グラファイト等を所定量
混合することにより得られる。こうして得られた発熱体
を下層１の上に所定厚さでコーティングした後、高温
（約３００℃）に加熱して、固定するか又は別途円筒状
に成型加工し、これを下層１の上に被せ、固定すること
により、中間層２が形成される。

【００２７】またセラミックス系では、例えば予め基体
となる円筒体をセラミックスで成型しておいて、この円
筒体を例えば５００〜７００℃に加熱し、この表面に四
塩化錫等の溶液を吹きつけて、二酸化錫等を有する中間
層を形成するか、二酸化錫等をスパッタリングすること
によって薄膜形成せしめ、該薄膜のみからなる中間層を
設けてもよく、特に制限はない。また、前記基体にエス
テル系、アクリル系等の樹脂に銀、カーボンブラック等
を混合した導電ペーストを塗布せしめる等の方法があ
る。これらの方法は基体がセラミックスにかぎらず、ガ
ラスによってつくられた円筒体、樹脂によってつくられ
た円筒体を適宜利用することができる。ここで樹脂によ
って得られた円筒体の例の一つとして、下層１それ自身
を円筒状基体に利用することもでき、この下層１面に二
酸化錫等を用いスパッタリング等の方法で薄膜形成せし
め、この薄膜を発熱体としてなる中間層２とすることが
できる。

【００２８】また樹脂系では、例えば前記する導電ペー
ストを下層１面に直接コーティングすることもできる
し、前記する導電材を樹脂に混合分散せしめ、これを円
筒状に成形し、下層１に被せて固定することもできる。
かかる場合、形成の容易さ、加工精度等を考慮すると、
予め成型された円筒状（シームレスであることが望まし
い）の抵抗発熱体を、中間層２とすることが望ましい。

【００２９】ここで基体となる樹脂は、十分な耐熱性を
有するものが望まれるが、このものとしては例えば前記
のポリイミド系樹脂、熱硬化性のフェノール系、エポキ
シ系、ケイ素等の各樹脂を例示することができる。該樹
脂を基体とする場合は、その前駆体に前記導電剤を混合
し、これを直接下層１面にデッピング等の方法でコーテ
ィングし、最後に硬化のための加熱を行うか、別途遠心
成形、キャスティング成型等の方法で円筒状に成型し、
最後に加熱硬化する。得られた円筒体は、前記するセラ
ミックス系の場合と同様に下層１に被せ、しっかりと固
定する方法がとられる。

【００３０】また基体として、前記下層１で例示した熱
可塑性ポリイミドを使用することもできる。該ポリイミ
ドであれば、これに前記導電剤を混合しても同様に円筒
状に加熱押出成型ができるので、前記する熱硬化性樹脂
を基体とするような方法をとらずに、中間層２を形成す
ることができる。勿論発熱に必要な電気抵抗も導電剤の
種類、混合量によって自由にコントロールでき便利であ
る。

【００３１】前記導電剤の中でもカーボンブラックが好
ましい。これは熱硬化性樹脂を基体とする場合も同様で
ある。カーボンブラックの場合、基体との相溶性、成型
性（押出成型性、コーティング性）が良好で、その結果
形成された中間層２の表面も平滑性に優れ、精度もよく
なる。ここで相溶性が良好ということは、かなりの量の
カーボンブラックを混合しても本来有する基体自身の物
性を変えることなく、発熱に必要な電気抵抗を付与せし
めることに通ずるのである。カーボンブラックは、その
製造方法によってアセチレンブラック、オイルファーネ
スブラック、サーマルブラック等に分類される。いずれ
もほぼ同等の効果を発現するが、より少量の混合でより
効果的な抵抗発熱性を付与せしめるためにはオイルファ
ーネスブラックが好ましい。具体的には、例えばアセチ
レンブラックＥＣ（電気化学工業株式会社製）、オイル
ファーネスブラックの一種であるケッチェンブラック
（ライオン株式会社製）、三菱カーボン＃３９５０、同
＃３７５０及び同＃３２５０（いずれも三菱化成工業株
式会社製）等を挙げることができる。

【００３２】前記樹脂基体への導電剤の混合量は、導電
剤の種類、必要な抵抗発熱量等によってきめられるの
で、各々の場合について、予備実験して条件設定すれば
よいが−般には該基体９５〜６０重量％に対して約５〜
４０重量％で、有効な表面電気抵抗値（１０^−３〜１０
^６Ω／□程度）を容易に得ることができる。尚、混合分
散は極めて重要であるがその方法には特に制限されるも
のはない。

【００３３】以上に説明するように、中間層２の形成方
法については種々例示でき、いずれによるかは適宜選択
して決めればよい。尚、樹脂を基体として用いる場合は
耐熱性、耐薬品性、機械的物性において、卓越している
ポリイミドが最適である。ポリイミドも前記する如く、
熱可塑性ポリイミドが中間層２を形成する操作性におい
て有利ではあるが、下層１と異なり直接発熱するので、
より高い耐熱性、機械的特性等が要求されるので、その
点からは熱硬化性ポリイミドの方が優れている。該ポリ
イミドについての製造法については前記の通りであり、
これに抵抗発熱性を付与して中間層を形成するために
は、前記する如く前駆体の段階でカーボンブラック等の
導電剤を混合した後、直接下層１面に又は遠心成型等の
方法で円筒状に成型し、これを下層１上に被せて固定す
ればよい。尚、中間層２の層厚については、層を形成す
る抵抗発熱体の内容（基体を構成する素材、抵抗発熱性
の付与方法等）によって異なり、一般的に決められない
が多くの場合約５〜１００μｍ程度で形成される。

【００３４】次にフッ素系樹脂層（以下表面層という）
について説明する。ここでフッ素系樹脂を必要とする理
由は、発熱性ロールとしての機能を十分に発揮するため
であり、こうした点で他の樹脂では不十分であるからで
ある。前記機能とは、一般的に効率よく被加熱体を加熱
する性質と、ロール自身が十分な耐久性を有しているこ
とをいうが、このような機能は具体的には特に優れた耐
吸水性、低表面張力（離型性）、耐薬品性、耐熱性、耐
摩擦性によって発現されるもので、他の樹脂を用いたの
ではこれらの性質のいづれかに欠け満足できない。

【００３５】このフッ素樹脂としては、一般に知られて
いるものであれば特に制限はないが、中でもテトラフル
ロオロエチレン系共重合体が好ましい。こらは表面層３
を高精度で、かつ簡単に迅速、確実に形成せしめること
もできるからであり、即ち該共重合体はシームレスの円
筒状フィルムに、比較的容易に成形でき、かつ延伸によ
る熱収縮性も良好に付与することができるからである。
つまり表面層３を予め別途製造しておいて、これを中間
層に被せて加熱収縮し、密着して被服することができる
のである。

【００３６】ここでテトラフルオロエチレン系共重合体
とは、テトラフロオロエチレンと他のビニルモノマとの
共重合体をいうが、例えばテトラフルオロエチレンとパ
ーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体（以
下、ＰＦＡと言う）、テトラフロオロエチレンとヘキサ
フルオロプロピレンとの共重合体、テトラフルオロエチ
レンとエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレン
とヘキサフルオロプロピレンとパーフルオロアルキルビ
ニルエーテルとの三元共重合体等を挙げることができ
る。また単独ポリマーとして、例えばポリテトラフルオ
ロエチレン（以下、ＰＴＦＥと言う）を例示できる。

【００３７】表面層３の形成に関し、前記ＰＴＦＥの場
合にはシームレスの円筒状フィルムに成型しずらいの
で、この場合には微粉末状のＰＴＦＥをエマルジョン状
態にし、これをコーティングした後、焼付けて該層を形
成せしめる方法がとられる。一回で所定の層厚が得られ
ない場合には、得られるまで何回でもコーティングと焼
付けが繰り返されるが、エマルジョン等の液体によるコ
ーティングの場合には１回では所定の層厚は得られない
場合が多い。

【００３８】一方、テトラフルオロエチレン系共重合体
は、勿論このエマルジョン溶液での表面層３の形成は前
記同様にコーティング、焼付けの繰返で形成することは
できるが、前記するようにシームレスの円筒状フィルム
に容易に押出成型することができるので、この場合には
予め成型されたシームレスの円筒状フィルムを用いるこ
ともできる。この方法はコーティング、焼付けによる層
形成に比較して、一回の作業でもって、所望とする層厚
を自由に簡単に得ることができ、層厚にムラがない等の
利点もある。こうして形成されたものは、加熱表面に温
度ムラがなく、従って常に均一な加熱ができること等で
優れている。

【００３９】シームレス円筒状フィルムの成型は一般に
行われる環状ダイスを通して加熱溶融押出成型による。
そして環状ダイスから吐出された後は、空冷しつつ直ち
に引き取ってもよいが、強制冷却しつつ寸法規制を行
い、引き取ってもよい。こうした押出成型法については
特に規制はなく、この際押出成型温度は約３８０〜４２
０℃の範囲を例示できる。円筒状成型の際に補強剤、例
えばカーボン、二硫化モリブデン等の微粉末を少量添加
することは許容される。これは硬度、寸法安定性、熱伝
導性、耐クリープ性等が改善される場合もあるからであ
る。

【００４０】このようにして得られた円筒状フィルム
は、前記中間層２に被せて固定するが、その固定法は勿
論接着剤を用いてもよいし、物理的に強制的に押し込ん
でも良い。また、予め縦と横又は横に延伸してなる円筒
状フィルムを用い、これを該中間層に鵜被せ、その熱収
縮性を利用して密着固定することがより好ましい。ここ
で中間層２に被せた後の該フィルムの加熱は約２００〜
３００℃程度で行うのが、一般的と言えるが、特に制限
はない。密着固定を強固に行うためには、少なくとも横
方向に、又は縦方向と横方向の夫々に１．０５〜３．０
倍程度、好ましくは１．１〜２．０倍程度に延伸を行う
ことが望まれる。このような延伸は押出成型に連続して
行ってもよいし、別々の工程で行ってもよい。このよう
な延伸の温度は２００〜３００℃程度、好ましくは２５
０〜２９０℃程度を例示でき、その時間は約５〜３０分
間程度を例示できるが、これらの値は特に制限はない。

【００４１】表面層３の層厚は、強度や中間層２の表面
等に悪影響がでない限り可能な限り薄い方が望ましい。
これは中間層２による抵抗発熱を直接かつ迅速に伝達せ
しめるためである。つまりあまり厚くして断熱的であっ
てはならない。数値的には約１０〜１００μｍ、好まし
くは２０〜７５μｍ程度を例示できる。尚、得られた発
熱性ロールを実際に加熱用ロールとして使用する場合に
は該ロールの中間層の両端に電極を設ける必要があるの
で、そのために表面層３の両端は、中間層２の両端より
短く形成するなどして電極が簡単に取付け易いようにし
ておくのが望ましい。

【００４２】かくして最終的に得られた発熱性ロール
は、ローラ式加熱法による種々の加熱用部材として有効
に利用されるが、なかでも単色又は多色の静電式複写装
置におけるトナー画像の定着部材として、効果的に便用
される。

【００４３】本発明の発熱性ロールは、金属ロール及び
少なくとも特定の３層から構成されているが、必要なら
ばその性質を著しく変えない範囲で、表面層と中間層の
間、中間層と下層の間、下層と金属ロールの間等、接着
層、接着剤を含む層等の適宜の第三成分からなる層を設
けることはいつこうに差しつかえない。このように構成
された本発明の発熱性ロールは、中間層として設けられ
た発熱体層の両端に電極を設け、これに直流電圧を印加
すると直ちにかつ発生した熱量の大部分は、表面層３に
伝達される。この際表面層３上に存在する被加熱体は固
体にかぎらず液体であっても直ちに加熱されるのであ
る。また本発明の発熱性ロールはローラ状なのでエンド
レス状の連続加熱も可能であり、このために連続加熱源
としても有効に機能する。

【００４４】また表面層３は表面張力の極めて低い表面
を有しているので、例えば静電式複写装置におけるトナ
ー画像の定着部材として用いる場合、加熱されることに
よりトナーに含まれる樹脂成分又は他の例えば接着剤、
有機溶媒等の成分がロール表面に付着し、離型しないよ
うになることは全くなく、常に初期の表面状態を維持す
る。

【００４５】

【実施例１】以下、実施例によって更に詳述するが、こ
のことが本発明を拘束するものでないことは勿論であ
る。

【００４６】実施例１まず下層１のポリイミド系樹脂として、熱可塑性ポリイ
ミドを用い、次の如くシームレスの円筒状フィルムを作
製した。先ず、熱可塑性ポリイミド系樹脂（三井東圧化
学株式会社のＡＵＲＵＭ）のペレットを十分乾燥した
後、１軸押出機（バレル温度３８０〜４１０℃）を使っ
て、その先端に取付けた環状ダイス（温度３９５℃）か
ら該樹脂を円筒状に吐出し、その直後にインサイドマン
ドレルにより寸法規制を行いつつ、冷却して引き取っ
た。得られた円筒状フィルムは厚さ７５．０±５μｍ、
外径２３．０ｍｍ±３０μｍであった。

【００４７】次いで、前記円筒状フィルムを長さ３５０
ｍｍにカットし、これをパッチ式延伸装置により延伸温
度２８０℃で縦と横方向に夫々１．２倍延伸した。得ら
れた円筒状フィルムは厚さ４８．６μｍ±８μｍ、外径
２７．６ｍｍ±４０μｍであり、また表面ｔｏ裏面はか
かる延伸により一層円滑になった。

【００４８】前記で得られたシームレス状の円筒状延伸
熱可塑性ポリイミドフィルムを、厚さ２．０ｍｍ、外径
２５．０ｍｍ、長さ３５０ｍｍのアルミ管（幅３５０ｍ
ｍの金属ロールを作成するための金属管）に被せ、３０
０℃に均一に加熱した。ここで該ポリイミドフィルムは
熱収縮し、アルミ管に強固に密着固定され、収縮後の該
ポリイミドフィルムの厚さは５５．０μｍ±９μｍであ
った。

【００４９】次に、中間層２を次の方法によって形成し
た。まず３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボ
ン酸二無水物と、Ｐ−フェニレンジアミンとの当量をＮ
−メチルピロリドン中で縮合重合して得られたポリアミ
ック酸溶液（固型分濃度２０重量％）にケッチェンブラ
ックＥＣを１５重量％添加し、十分に混合して分散せし
めた。

【００５０】次に、こうして得たケッチェンブラック含
有ポリアミック酸溶液を、前記下層１を有するアルミ管
にデッピングすることによって、表面にコーティング
し、１５０℃で２０分間加熱して該Ｎ−メチルピロリド
ンを蒸発除去した。最後に２５０℃で３０分間、更に３
８０℃で１０分間加熱して、イミド化せしめ、得られた
コーティング層（中間層２）の厚さは５±０．５μｍ
で、表面電気抵抗値は１０^０〜１０^１Ω／□であった。

【００５１】最後に前記中間層２の上に次の方法によっ
てＰＦＡからなる表面層３を形成せしめた。まず、ＰＦ
Ａ粉末を原料とし環状ダイス（温度３６０℃）を先端に
有する１軸押出機（バレル温度３１０〜３９０℃）を使
って円筒状フィルムとして押出した。この際、寸法規制
をインサイドとアウトサイドで行うために、サイジング
（寸法規制）治具を該環状ダイスのすぐ下に付設し、冷
却しつつ引取った。得られた該フィルムの厚さは５０±
１．５μｍ、直径は２３０ｍｍ±３０μｍであった。

【００５２】前記で得られたＰＦＡ円筒状フィルムを長
さ３３０ｍｍに２本カットして、これをパッチ式延伸法
に基づいて温度２００℃で、縦と横方向に夫々１．１倍
延伸した。これによって得られた該フィルムは各々厚さ
４１．３±１０μｍ、直径２５．３ｍｍ±５０μｍであ
った。

【００５３】延伸された前記の円筒状フィルムの一本
を、前記中間層２に被せ、３１０℃で３０分間加熱し、
冷却した。該円筒状フィルムは収縮して、中間層２上に
強固に密着固定され表面層３として形成された。この
際、表面層３の幅は３３０ｍｍであり、金属ロール、下
層及び中間層の幅３５０ｍｍより左右夫々１０ｍｍ少な
く、この部分の中間層が表面に露出していた。

【００５４】かくして得られた発熱性ロールの発熱効果
を確認するために、次の試験を行った。まず両電極を設
けるために、中間層２の両端縁の前記露出部分に銀導電
ペーストを幅１０ｍｍ、厚さ２０μｍに塗布、乾燥（紫
外線露光による）した。そしてこの両電極に電圧１００
Ｖを印加し、経過時間に対する表面層３の表面温度を測
定した。その結果、１０秒経過して１５０℃、更に１０
秒経過して２００℃に上昇し、以下はその温度を維持し
つづけた。このことからも得られた発熱性ロールは満足
できる発熱効果を有することが分かる。一方、ロールの
表面層３上にトナーを散布し、同様に加熱したところ、
トナー表面が溶融したので、これを他のゴムローラに巻
いたコピー用紙に回転接触したところ、トナーが完全に
該用紙に転移し固着された。

【００５５】参考までに本実施例で得られた発熱性ロー
ルを図１に示す。この図１は発熱性ロール５の適宜の部
分の断面を併せて図示しており、一方の端部に設けられ
た電極６は、実際は他方の端部に設けられており、左右
対称の形状をしている。図において発熱性ロール５は、
アルミ管４に順次下層１、中間層２、表面層３が形成さ
れたものである。そして電極６は中間層２の上に、銀ペ
ーストを塗布、乾燥させて設けたものであり、これに電
圧を印加して発熱せしめるのである。

【００５６】実施例２実施例１において、環状ダイスのスリット幅を変えるこ
とを除き、他は全く同条件で、熱可塑性ポリイミドペレ
ットを円筒状フィルムに成形し、同様の延伸法に基づい
て同様に延伸した。得られた円筒状フィルムの厚さは８
５±８μｍ、外径２８．０±５０μｍであった。

【００５７】こうして取得したシームレス状の円筒状延
伸熱可塑性ポリイミドフィルムを下層１とし、厚さ２．
０ｍｍ、外径２５．０ｍｍ３長さ３５０ｍｍのアルミ管
に被せ、３００℃で均−に加熱した。該ポリイミドフィ
ルムは収縮してアルミ管に強固に密着し、この時のポリ
イミドフィルムの厚さは８８．０±１０μｍであった。

【００５８】次に、中間層２として、前記下層１の全表
面に、二酸化錫をアルゴンガス中で高周波スパッタリン
グすることにより、二酸化錫薄膜の発熱体を形成せしめ
た。該層の厚さは５００Ａ゜であり、表面電気抵抗値は
１０^０〜１０^１Ω／□であった。

【００５９】更に、表面層３として、前記中間層２の上
に実施例１で得たもう一本のＰＦＡ円筒状フィルムを被
せ、全体を均一に３１０℃で３０分間加熱し、冷却した
とこる、中間層２上には、ＰＦＡのフィルムがしっかり
と密着固定していた。

【００６０】最後に、こうして得られた発熱性ロールの
発熱効果を確認するために、実施例１と同様に中間層２
の両端縁の露出部分に導電性銀ペーストにより両極を形
成せしめた。次で、両電極に電圧１００Ｖを印加したと
ころ、１分経過時点で表面層３の表面温度は２００℃に
到達した。

【００６１】実施例３実施例１で得られた発熱性ローラを、４色の静電式複写
機の定着部に、図２の側面側の断面図で示す如く取り付
けた。つまり定着部を断熱材でつくられたボックス７内
におさめ、該ローラ８と耐熱ゴムローラ９とを対峙して
配置すると共に、該ローラ８の両極は直流電源に接続し
た。実際の定着動作は、転写装置１０によってトナーの
転写された用紙１１が、搬送ベルト１２によって、定着
部に運ばれ、該ローラ８と耐熱ゴムローラ９によって所
定の圧力を受けながら、該ローラ８でローリングされつ
つ加熱されることにより行われる。この時、用紙上の画
像を形成しているトナーは融着されて定着され、冷却後
複写画像の形成されたコピー用紙１３は排紙される。

【００６２】

【発明の効果】本発明の発熱性ロールは前記のとおり構
成されているので、発熱損失が少なく、極めて単時間に
高温まで加熱できるという効果を奏する。しかも、所定
温度に到達せしめるための印加電力が少なくてすむ上
に、所定温度を維持するための昇温後のＯＮ／ＯＦＦの
頻度も小さくてすみ、温度保持性にも優れた有用なもの
である。

【００６３】更に、本発明のロールは被加熱物に対して
離型性の優れた表面層を介して、中間層の発熱体により
加熱することができるので、効率よく連続的に加熱でき
る上に、表面層が中間層と被加熱物との間に介在してい
るので、例えば複写機の定着ロールとして用いる場合、
ロールにトナー等が付着することがなく、極めて離型性
に優れて、しかも長期間の使用に対しても、精度不良を
起したり損傷をもたらすようなこともなく、極めて耐久
性に優れているものである。このように本発明の発熱性
ロールは静電複写装置の定着用部材を始め、他のＯＡ機
器の加熱ローラ等として、また接着剤、樹脂等を含む溶
液等を加熱し、紙、布地等に塗工するためロールコータ
ーの塗工用加熱ロール等としても有効に使用でき、今後
一層広範な用途が期待されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発熱性ロールの斜視図。

【図２】静電複写装置の定着部を示す断面図。

【符号の説明】

１下層２中間層３表面層４アルミ菅５発熱性ロール６電極７ボックス８発熱性ロール９耐熱ゴムローラ１０転写装置１１用紙１２搬送ベルト１３複写画像の形成された定着済コピー用紙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属ロールの表面にポリイミド系樹脂層
を、中間に発熱体層を、外表面にフッ素系樹脂層を有す
ることを特徴とする発熱性ロール。
【請求項２】ポリイミド樹脂層がポリイミド樹脂のシ
ームレスの円筒状フィルムよりなる請求項１に記載の発
熱性ロール。
【請求項３】発熱体層が表面電気抵抗値１０^−３〜１
０^６Ω／□の抵抗発熱体よりなる請求項１又は２に記載
の発熱性ロール。
【請求項４】フッ素樹脂層がテトラフルオロエチレン
系共重合体からなる厚さ１０〜１００μｍのシームレス
の円筒状フィルムである請求項１〜３のいずれかに記載
の発熱性ロール。
【請求項５】金属ロールの表面に、ポリイミド樹脂の
延伸されたシームレスの円筒状フィルムを有し、中間に
表面電気抵抗値１０^−１〜１０^２Ω／□の抵抗発熱体を
有し、外表面にテトラフルオロエチレン系共重合体の延
伸されてなる厚さ１０〜１００μｍのシームレス状円筒
フィルムを有することを特徴とする発熱性ロール。
【請求項６】請求項１〜５のいづれかに記載された発
熱性ロールの両端部に電極を設けてなる静電式複写機の
定着部材用発熱性ロール。