JPH08314311A - 定着ローラ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ローラ表面にカルコゲンを主成分とする周期
律表III乃至VI族の非晶質物質の結晶化による発熱を利
用する定着ローラにおいて、ローラ表面から非晶質物質
や保護層あるいは離型層が剥離することなく、また保護
層あるいは離型層に皺などの変形が発生することのない
定着ローラ、及びその製造方法を提供する。 【構成】 加熱体を有する定着ローラにおいて、多孔質
フッ素樹脂層の孔にカルコゲンを主成分とする周期律表
III乃至VI族の非晶質物質が充填されてなる発熱層をロ
ーラ表面に有することを特徴とする定着ローラ。ローラ
表面に多孔質フッ素樹脂層を形成した後、多孔質フッ素
樹脂層の温度をカルコゲンを主成分とする周期律表III
乃至VI族の非晶質物質の融点近傍に保持し、真空蒸着に
より該非晶質物質を多孔質フッ素樹脂層の孔に付着含浸
させて充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、定着ローラ及びその製
造方法に関し、更に詳しくは、複写機、プリンター、フ
ァクシミリなどにおいて電子写真方式等により記録シー
トに転写されたトナー画像などを熱定着する装置に組み
込まれる定着ローラ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を用いる装置、例えば、レ
ーザプリンタなどは、回転する感光体ドラムを有し、こ
の感光体ドラムの感光体を一様に帯電させたのちレーザ
走査ユニットからのレーザビームによって露光して静電
潜像を形成し、その静電潜像をトナーによって現像して
トナー像とし、そのトナー像を記録シート上に転写さ
せ、更にその記録シートを熱定着装置に通過させてトナ
ー像を熱定着するように構成されている。

【０００３】従来のこのような熱定着装置においては、
例えば、アルミニウムなどの中空円筒からなる芯金の外
周面にトナーの粘着を防止するための弗素樹脂層などか
らなる粘着防止層を設けた定着ローラが使用されている
が、このような定着ローラは芯金の中空部に回転中心線
に沿ってハロゲンランプなどのヒータを配置し、その幅
射熱によって定着ローラを内側から加熱するようになっ
ている。そして定着ローラと平行にこれに圧接する加圧
ローラを設けて、加圧ローラと定着ローラとの間に記録
シートを通過させることにより記録シート上に付着して
いるトナーが定着ローラの熱により軟化し、加圧により
記録シート上に定着されるようになっている。

【０００４】しかし、こうした熱定着装置では、起動時
に電源が投入されてから定着ローラの表面が定着に必要
な温度に達するまでに比較的に長いウォームアップ時間
がかかる。そこで、一般には主電源を投入したときに定
着ローラのヒータにも通電を開始して定着ローラを予備
加熱しておく方法が採られているが、これでは電力を浪
費するため、これを避ける目的で、定着ローラのウォー
ムアップ時間を短縮する手段が種々提案されている。例
えば、ローラの周表面または周表面近傍に抵抗発熱層を
設ける方法（特開昭５５−１６４８６０号公報、特開昭
５６−１３８７６６号公報、特開平２−２８５３８３号
公報など）、ローラの中空部の内面を黒化することによ
り幅射率を高め熱の吸収効率を挙げる方法、同じく内面
に凹凸を設けて表面積を大きくする方法（特開平４−３
４４８３号公報、特開平４−１３４３８７号公報な
ど）、ローラをヒートパイプで構成する方法（特開平３
−１３９６８４号公報）、ローラを電磁誘導加熱する方
法（実開平４−５５０５６号公報）、ローラを導電性弾
性材料で構成し、これに通電して直接に発熱させる方法
（特開平４−１８６２７０号公報）、正特性サーミスタ
材料を用いた円筒状ヒータで定着ローラを形成する方法
（特開平４−４２１８５号公報）などが提案されてい
る。

【０００５】従来の定着ローラでは、ウォームアップ時
間を短縮するには、ヒータなどの加熱体に大きなエネル
ギーを投入しなければならないという問題がある。本発
明者は、加熱体を有する定着ローラにおいて、ローラ表
面にカルコゲンを主成分とする周期律表III乃至VI族の
非晶質物質からなる発熱層のように結晶化の際に熱を発
生する発熱層を有する定着ローラが、加熱体に大きなエ
ネルギーを投入することなくウォームアップ時間を十分
に短縮できることを見い出した。

【０００６】この定着ローラにおいては、非晶質状態の
発熱層が定着ローラの加熱体により加熱されて結晶化温
度に達したときに結晶化熱を放出し、発熱層の温度が急
速に上昇し、これにより、定着ローラ表面が速やかに定
着可能温度に到達するので、ウォームアップ時間を十分
に短縮することができる。そして、この定着ローラは、
結晶化した発熱層を加熱体により一時的にその融点以上
の温度にまで加熱し、ついで放冷することにより発熱層
を再び非晶質状態に戻して初期化して、再び発熱層を加
熱体により加熱して結晶化熱を放出させることができる
ものである。

【０００７】このような発熱層を有する定着ローラにお
いては、結晶化した発熱層を加熱体により一時的にその
融点以上の温度にまで加熱したときに発熱層が融解し流
動化して定着ローラ外に流出するのを防止するため、或
いはトナーなどの粘着を防止するために、発熱層上また
はローラ最外周面を熱収縮性チューブなどで被覆して保
護層あるいは離型層を形成することが好ましい。しかる
に、非晶質物質の結晶化による発熱においては、（１）
結晶化することによって非晶質物質の密度が変化するこ
と、（２）初期化のための融解において非晶質物質が流
動化して凝集すること、などにより、非晶質物質や保護
層あるいは離型層が定着ローラ表面から剥離しやすく、
また保護層あるいは離型層が非晶質物質との熱膨張率の
差に伴って皺などの変形を起こしやすい等の問題があ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ロー
ラ表面にカルコゲンを主成分とする周期律表III乃至VI
族の非晶質物質の結晶化による発熱を利用する定着ロー
ラにおいて、ローラ表面から非晶質物質や保護層あるい
は離型層が剥離することなく、また保護層あるいは離型
層に皺などの変形が発生することのない定着ローラを提
供すること、及びその製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、前
記特許請求の範囲に記載の発明によって達成される。す
なわち、請求項１の発明は、加熱体を有する定着ローラ
において、多孔質フッ素樹脂層の孔にカルコゲンを主成
分とする周期律表III乃至VI族の非晶質物質が充填され
てなる発熱層をローラ表面に有することを特徴とする定
着ローラである。請求項２の発明は、請求項１の定着ロ
ーラにおいて、発熱層上に保護層を有することを特徴と
する定着ローラである。請求項３の発明は、ローラ表面
に多孔質フッ素樹脂層を形成した後、多孔質フッ素樹脂
層の温度をカルコゲンを主成分とする周期律表III乃至V
I族の非晶質物質の融点近傍に保持し、真空蒸着により
該非晶質物質を多孔質フッ素樹脂層の孔に付着含浸させ
て充填することを特徴とする定着ローラの製造方法であ
る。

【００１０】本発明におけるカルコゲンを主成分とする
周期律表III乃至VI族の非晶質物質としては、例えば、
セレン、セレン・テルル合金、テルル・ゲルマニウム合
金、セレン・インジウム系合金、テルル・インジウム系
合金、セレン・アンチモン系合金、テルル・アンチモン
系合金などが挙げられ、特にセレン、セレン・テルル合
金が好ましい。

【００１１】また、本発明における発熱層は、ローラ表
面、例えばステンレス、アルミニウムなどの芯金内にハ
ロゲンランプ、赤外線ランプまたはニクロム線などのヒ
ータが内蔵される定着ローラの芯金表面、或いは抵抗発
熱層を有する定着ローラの抵抗発熱層上などに設けるこ
とができる。更に、発熱層上にはそれを被覆する保護層
を設けることが好ましく、また定着ローラ最外周面には
トナーなどの粘着を防止するため離型層を設けることが
好ましい。離型層が保護層を兼ねてもよい。離型層は従
来公知の方法によって設けることができるが、ＰＦＡ樹
脂、ＦＥＰ樹脂、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂系の熱収縮
性チューブをローラに被せて加熱することにより設ける
ことが好ましい。

【００１２】本発明の定着ローラは、例えば、上記芯金
表面或いはローラの抵抗発熱層上にＰＴＦＥなどの多孔
質フッ素樹脂シートを巻きつけて接着させ、真空蒸着槽
に入れ、多孔質フッ素樹脂層の温度をカルコゲンを主成
分とする周期律表III乃至VI族の非晶質物質の融点近傍
に保持し、真空蒸着により該非晶質物質を多孔質フッ素
樹脂層の孔に付着含浸させて充填することにより製造す
ることができる。

【００１３】

【作用】本発明の定着ローラにおいては、多孔質フッ素
樹脂層の孔に充填されているカルコゲンを主成分とする
周期律表III乃至VI族の非晶質物質が、定着ローラの加
熱体により加熱されて結晶化温度に達したときに結晶化
熱を放出し、発熱層の温度が急速に上昇する。これによ
り、定着ローラ表面が速やかに定着可能温度に到達する
のでウォームアップ時間を十分に短縮することができ
る。

【００１４】本発明の定着ローラにおける発熱層は、多
孔質フッ素樹脂層の孔にカルコゲンを主成分とする周期
律表III乃至VI族の非晶質物質が充填されて形成されて
いるので、加熱昇温を繰り返しても非晶質物質が定着ロ
ーラから剥離することはない。 発熱層上に保護層や離
型層が形成されている場合にも、保護層あるいは離型層
が剥離することはなく、また保護層あるいは離型層に皺
などの変形が発生することはない。さらに、多孔質フッ
素樹脂層は芯金表面などローラ表面に強固に密着させる
ことができ、また多孔質フッ素樹脂層は高分子の樹脂皮
膜であり膜強度も強く、耐摩耗性にも優れており、本発
明の定着ローラは高速多数枚複写機などでの多数回の繰
り返し使用に充分対応できるものである。

【００１５】次に、本発明の定着ローラの製造方法にお
いては、ローラ表面に多孔質フッ素樹脂層を形成した
後、多孔質フッ素樹脂層の温度をカルコゲンを主成分と
する周期律表III乃至VI族の非晶質物質の融点近傍に保
持し、真空蒸着により該非晶質物質を多孔質フッ素樹脂
層の孔に付着含浸させて充填し発熱層を形成するが、こ
れは、多孔質フッ素樹脂が水蒸気のような分子に近い状
態では透過するが、水滴のような状態では透過させない
という現象を応用したものである。

【００１６】一般的に蒸着においては、蒸着される支持
体の温度の変化に対して３つの成膜特性を持っている。
すなわち、支持体温度が低いと（≦蒸着母材のガラス転
移点以下）蒸発飛翔分子は支持体表面で急激に冷却され
て凝縮してしまい、ボソボソの膜となる。支持体温度が
ある程度高くなると（蒸着母材のガラス転移点以下≦）
蒸発飛翔分子はマイグレーションと呼ばれる支持体表面
の平面内で動きを示し次第に他の分子とくっ付合って光
沢のある平滑な膜を形成する。さらに温度が高くなると
一部は再蒸発で支持体から離脱し、成膜するかどうかは
蒸発飛翔分子の付着速度と再蒸発での離脱速度との兼ね
合いになるが、蒸発飛翔分子の付着速度が再蒸発での離
脱速度より大きくて成膜する場合でも支持体温度が融点
以上であると、膜は液滴として凝集し、支持体面が下方
地面方向に来ると落下してしまう。

【００１７】真空蒸着により非晶質物質の蒸着を行う
と、多孔質フッ素樹脂層の孔は微細なので多孔質フッ素
樹脂層の温度が低い場合には多孔質フッ素樹脂層表面で
蒸発飛翔分子は凝縮してしまい、孔の中に浸透していか
ない。また、この一方、多孔質フッ素樹脂層表面に蒸着
された非晶質物質を大気圧中で融点以上に加熱すれば熔
融流動して孔の中に浸透して行きそうであるが、実際は
熔融物の表面エネルギーによる凝集で深く浸透すること
は無い。ところが、多孔質フッ素樹脂層の温度をカルコ
ゲンを主成分とする周期律表III乃至VI族の非晶質物質
の融点近傍に保持し、真空蒸着により該非晶質物質を蒸
着させた場合には、真空中で蒸発飛翔分子が分子レベル
という細かさであり、真空中という減圧成形と同じ原理
で注入されていくことと合わせて、孔の中に非晶質物質
が浸透して行き、そして多孔質フッ素樹脂層の温度が非
晶質物質の融点近傍であることから、非晶質物質が液滴
化しており流動化しやすくなって孔の深部へも入り多孔
質フッ素樹脂層の孔を埋め尽して充填される。多孔質フ
ッ素樹脂層の孔を非晶質物質が埋め尽くすので滴下して
離脱することもない。また、非晶質物質が多孔質フッ素
樹脂層の孔中に繋がって存在してるので、発熱層の膜強
度にも優れている。なお、多孔質フッ素樹脂層として２
軸伸延で製造されいる多孔質フッ素樹脂シートを用いる
場合には、加熱すると幾分収縮するが、非晶質物質を蒸
着する際に加熱されて収縮しているので、定着ローラと
して用いる際に収縮変形を起こすことはない。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例を示して説明するが、
本発明はこれにより限定されるものではない。

【００１９】実施例１ 表面を大気中で加熱処理して酸化膜を形成した外径２０
ｍｍ、厚み０．４ｍｍのＳＵＳ芯金（ＳＵＳ３０４）上
に厚さ約５０μｍの多孔質フッ素樹脂シート（ゴアテッ
クス株式会社製ＰＴＦＥ）を巻きつけて接着し、真空槽
内で多孔質フッ素樹脂シート温度を２１０℃に保持して
Ｓｅをゆっくりしたスピードで蒸着した。冷却後に真空
槽内から取り出して、厚さ約５μｍのＰＴＦＥチューブ
を被せて離型層を形成し、本発明の定着ローラを作製し
た。多孔質フッ素樹脂シートを切断して断面を見るとＳ
ｅが多孔質部の孔に内部まで入り込んで充填されてい
た。

【００２０】比較例１ 実施例１と同じく芯金に多孔質フッ素樹脂シートを巻き
つけて接着し、多孔質フッ素樹脂シート温度を６０℃に
保持して実施例１と同様にＳｅを真空蒸着した。Ｓｅは
表面を全面覆っており、多孔質フッ素樹脂シートを切断
して断面を見ると僅かに多孔質部の孔に入り込んでいる
のみで内部まで浸透していなかった。

【００２１】比較例２ 比較例１で作製した表面にＳｅが付着したローラを大気
中で２５０℃まで加熱したところ、非晶質物質はばらば
らに凝集し始めて半球状の凝縮液滴を形成したのみで、
多孔質部の孔へは浸透していかなかった。

【００２２】比較例３ 実施例１と同様のＳＵＳ芯金に、ＳＵＳ芯金表面温度６
０℃で直接Ｓｅを蒸着し発熱体層を形成した後、厚さ５
０μｍ純ＰＴＦＥのチューブを被せて離型層を形成し、
定着ローラを作製した。

【００２３】比較例４ 実施例１と同様のＳＵＳ芯金に直接厚さ５０μｍの純Ｐ
ＴＦＥのチューブを被せて離型層を形成し、定着ローラ
を作製した。

【００２４】このようにして得られた定着ローラをリコ
ー製ファクシミリーＦ１７の定着装置に組み込み、芯金
内に設置してあるハロゲンランプヒーターに電力５００
Ｗで入力して定着ローラ表面温度の昇温スピードを比較
した。その結果を表１に示す。なお、立上り時間は、比
較例４を常温から１９０℃まで３０秒で立ち上がるよう
に入力を設定したときの他のサンプルの比較の時間で示
したものである。

【表１】 サンプルＮｏ． 立上り時間（ｓｅｃ） 実施例１ １６ 比較例３ ２３ 比較例４ ３０ また、実施例１の定着ローラをリコー製ファクシミリー
Ｆ１７の定着装置に組み込み、電力の入力オンオフを繰
り返して、画像定着−定着ローラ初期化−画像定着を繰
り返し行ったところ、定着ローラからＳｅあるいは離型
層が剥離することなく、また離型層に皺などの変形が発
生せずに、１００００枚の画像定着でも立上り時間や定
着画像に特に問題は無く、良好な定着画質が得られた。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、ヒータなどの加熱体に
大きなエネルギーを投入することなく定着ローラ表面を
速やかに定着可能温度に到達させることができ、定着ロ
ーラのウォームアップ時間を十分に短縮することができ
る。また、本発明によれば、発熱層が、多孔質フッ素樹
脂層の孔にカルコゲンを主成分とする周期律表III乃至V
I族の非晶質物質が充填されて形成されているので、加
熱昇温を繰り返しても非晶質物質が定着ローラから剥離
することはない。さらに、発熱層上に保護層や離型層が
形成されている場合にも、保護層あるいは離型層が剥離
することはなく、また保護層あるいは離型層に皺などの
変形が発生することはない。また、本発明によれば、多
孔質フッ素樹脂層は芯金表面などローラ表面に強固に密
着させることができ、多孔質フッ素樹脂層は高分子の樹
脂皮膜であり膜強度も強く、耐摩耗性にも優れており、
高速多数枚複写機などでの多数回の繰り返し使用に充分
対応できる。さらに、本発明によれば、多孔質フッ素樹
脂層の孔の深部にまで非晶質物質を浸透させ、非晶質物
質を多孔質フッ素樹脂層の孔に十分に充填することがで
きる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱体を有する定着ローラにおいて、多
   孔質フッ素樹脂層の孔にカルコゲンを主成分とする周期
   律表III乃至VI族の非晶質物質が充填されてなる発熱層
   をローラ表面に有することを特徴とする定着ローラ。
2. 【請求項２】 発熱層上に保護層を有することを特徴と
   する請求項１記載の定着ローラ。
3. 【請求項３】 ローラ表面に多孔質フッ素樹脂層を形成
   した後、多孔質フッ素樹脂層の温度をカルコゲンを主成
   分とする周期律表III乃至VI族の非晶質物質の融点近傍
   に保持し、真空蒸着により該非晶質物質を多孔質フッ素
   樹脂層の孔に付着含浸させて充填することを特徴とする
   定着ローラの製造方法。