JPH09146400A - 定着ローラ - Google Patents

定着ローラ

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JPH09146400A
JPH09146400A JP33109895A JP33109895A JPH09146400A JP H09146400 A JPH09146400 A JP H09146400A JP 33109895 A JP33109895 A JP 33109895A JP 33109895 A JP33109895 A JP 33109895A JP H09146400 A JPH09146400 A JP H09146400A
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JP
Japan
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layer
heating element
resistance heating
element layer
fixing roller
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JP33109895A
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English (en)
Inventor
Motoharu Tanaka
元治 田中
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の定着温度までの立上り時間を短くし
て、温度分布を均一にするとともに、低消費電力化を図
った定着ローラを提供する。 【解決手段】 円筒状支持体1上に、パターン化した抵
抗発熱体層2を設け、その上にトナー剥離性を有する層
4を設けたことを特徴とする定着ローラ。ここで、抵抗
発熱体層2の両側端部には電極層3が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子写真複写機、プ
リンタ、ファクシミリなどで用いられる定着ローラに関
する。
【0002】
【従来の技術】従来の定着ローラは、ステンレス、アル
ミニウムなどの金属パイプ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を内蔵させ、この
ヒータの発する熱により金属パイプを170〜180℃
に加熱し、この加熱ローラと加圧ローラとの間に未定着
画像を通すことにより定着するものであった。しかし、
この方式では空気を介して金属パイプを間接的に加熱し
ているため、熱効率が悪く、所定の定着温度(170〜
180℃)になるのに3〜5分かかっていた。
【0003】そのため、定着の立上り時間の短縮を図る
ために、特開昭56−138766号公報ではセラミッ
クヒータをローラ芯体に埋設して、ローラ本体を直接加
熱することが提案された。しかし、所定の定着温度(1
70〜180℃)になるのにまだ1〜2分必要であっ
た。また、特開平3−282576号公報では固定の抵
抗発熱体を設けて、トナー剥離性の良い層を設けた定着
ベルトを介して定着する方法が提案されている。しか
し、フィルムからなるベルトの制御が難しく、耐久性お
よび高速化に問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、所定
の定着温度までの立上り時間を短くして、温度分布を均
一にするとともに、低消費電力化を図った定着ローラを
提供するものである。本発明の他の目的は、耐久性及び
安定性にすぐれた定着ローラを提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、(1)
円筒状支持体上に、パターン化した抵抗発熱体層を設
け、その上にトナー剥離性を有する層を設けたことを特
徴とする定着ローラ、が提供される。
【0006】また、本発明によれば、(2)前記(1)
において、円筒状支持体が耐熱性プラスチック、あるい
は0.7mm厚以下のアルミニウム又はステンレス上に
断熱絶縁層を設けたものであることを特徴とする定着ロ
ーラ、(3)前記(1)において、抵抗発熱体層がNi
−Cr、Ni−Cr−SiO2、Cr−SiO2、Fe−
Cr、Ni−Ti、Cr−Ti、Ti−Al、Ni−A
l、Cr−Al、Ni−Cr−Al、Fe−Cr−A
l、Ni−Ti−AlおよびCr−Ti−Alのいずれ
かであることを特徴とする定着ローラ、(4)前記
(1)において、抵抗発熱体層の両側端部にスパッタ法
によって電極層を設けたことを特徴とする定着ローラ、
(5)前記(1)において、抵抗発熱体層の全部および
両側端部の電極の一部を覆うようにトナー剥離性を有す
る層を設けたことを特徴とする定着ローラ、(6)前記
(1)又は(5)において、抵抗発熱体層とトナー剥離
性を有する層との間に保護層を設けたことを特徴とする
定着ローラ、(7)前記(1)、(5)又は(6)にお
いて、抵抗発熱体層の厚さが0.05〜5μmであるこ
とを特徴とする定着ローラ、が提供される。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明を図面を参照しながら詳細
に説明する。本発明の定着ローラは、図1に示したよう
に、円筒状支持体1上に抵抗発熱体層2をパターン化し
て設け、その抵抗発熱体層の両端上に電極層3を設け、
さらに、電極層3の一部と抵抗発熱体層2の全部を覆う
ように、トナーの剥離性を有する層4を設けたものであ
る。ここで、抵抗発熱体層2のパターンは、図2のよう
に、(a)直線パターン、(b)斜めラインパターン、
(c)ジクザクパターンなど、一定の形状を有し、か
つ、それらの両端上が電極層3に電気的に繋がっている
ものであればよい。これら隣接するパターンどおしの間
隔は適宜採りうるが、少なくとも定着ローラの周面をほ
ぼ均一に加熱できることが必要である。また、発熱体層
2は、Ni−Cr、Ni−Cr−SiO2、Cr−Si
2、Fe−Cr、Ni−Ti、Cr−Ti、Ti−A
l、Ni−Al、Cr−Al、Ni−Cr−Al、Fe
−Cr−Al、Ni−Ti−Al、Cr−Ti−Alの
いずれかからなり、耐久性を上げるために膜厚は0.0
5μm以上好ましくは0.1〜1μmの厚さになるよう
にスパッタ法で作膜する。
【0008】実際に、こうした構造をもつ定着ローラを
製造するには、円筒状支持体1上に抵抗発熱体層2を低
温成膜法であるスパッタ法で円筒状支持体1を破壊しな
いようにパターン化して設け、抵抗発熱体層2の両端上
に電極層3をスパッタ法で設け、その電極層の一部と抵
抗発熱体層2を覆うようにトナーの剥離性を有する上げ
るための層4(好ましくはテフロン層、パーフルオロア
ルコキシ樹脂層など)を粉体塗装法、チューブ被膜法な
どにより設けることによりなされる。
【0009】円筒状支持体1は、アルミニウム、ステン
レス又は耐熱性プラスチックからなる。耐熱性プラスチ
ックとしては、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、液晶
ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテル
サルフォンなどがあげられる。ただし、アルミニウム、
ステンレスの円筒支持体を用いる場合には、図3に示し
たように、温度の逃げを防止するため断熱絶縁層5を設
ける。断熱絶縁層5はSiO2、ポリイミド樹脂、フェ
ノール樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケト
ン、ポリエーテルサルフォンのいずれかから選択され、
射出成形法、スクリーン印刷法および真空蒸着法、スパ
ッタ法などにより設ける。
【0010】電極層3は、Al、Cu、Ag、Au、P
tまたはこれらの合金からなり、スパッタ法で膜厚0.
1μm以上好ましくは0.5〜10μmの範囲に形成す
る。トナー剥離性を有する層4は、テフロン、パーフル
オロアルコキシ樹脂などからなり、粉体塗装法、チュー
ブ被膜法などにより設ける。また、図4に示すように抵
抗発熱体層2および電極層3の一部を覆うように保護層
6を設けても良い。保護層6は、Si34、SiO2
lN、Al23などの無機膜、ポリイミド樹脂、フェノ
ール樹脂などの有機膜からなり、スパッタ法、真空蒸着
法、スプレー法、スクリーン印刷法などにより、0.1
〜10μmの膜厚に設ける。
【0011】
【実施例】次に実施例をあげて本発明をさらに具体的に
説明する。
【0012】実施例1 外径20mmφ(肉厚2mm)の液晶ポリマー上にNi
−Crの抵抗発熱体層を以下のスパッタ条件で、斜めラ
インパターン(幅3mm、間隔1mm)に作製し、その
上にCu電極層をスパッタ法で作製し、さらにその上に
10μm厚のテフロン層を収縮チューブを使って設け、
CAの熱電対を用いて昇温特性を評価した。そして、N
i−Cr膜がパターン化している場合と全面に形成して
いる場合の比較を行なった。 (Ni−Cr層の作製条件) 残留ガス圧 :5×10-7Toor Arガス圧 :5×10-3Toor Ni放電電力 :600W Cr放電電力 :200W 基板回転数 :40rpm プレスパッタ時間:10min 膜厚 :0.2μm (Cu層の作製条件) 残留ガス圧 :5×10-7Toor Arガス圧 :5×10-3Toor Cu放電電力 :400W 基板回転数 :0rpm プレスパッタ時間:10min 膜厚 :2μm
【0013】このときの昇温特性の変化を図5に示す。
縦軸はCA熱電対の熱起電力、横軸は電源投入後の時間
を表わす。なお、投入パワーは800Wである。これか
ら分かるように、定着温度(7.2mV=180℃)に
抵抗発熱体層がパターン化されている場合は12se
c、全面に抵抗発熱体層が形成されている場合は17s
ecで到達し、抵抗発熱体層がパターン化されている場
合の方が昇温特性の立上がりが速いことが分かった。こ
れは抵抗発熱体層をパターン化することにより、見かけ
上の熱容量が小さくなったためと考えられる。
【0014】実施例2 外径20mmφ(肉厚0.5mm)のステンレスからで
きた円筒上に断熱層としてSiO2層を設け、その上に
抵抗発熱体層の材料を変えて、以下のスパッタ条件で膜
を作製し、その上に実施例1と同様な条件でCu電極
層、テフロン層を順次積層して作製した。昇温特性は、
CA熱電対を用いて測定した。抵抗発熱体は、斜めライ
ンパターン(幅3mm、間隔1mm)にパターン化して
作製した。抵抗発熱体層の材料はNi−Cr、Ni−T
i、Ti−Alとした。 (Ni−Cr層の作製条件) 残留ガス圧 :5×10-7Toor Arガス圧 :5×10-3Toor Ni放電電力 :600W Cr放電電力 :200W 基板回転数 :40rpm プレスパッタ時間:10min 膜厚 :0.2μm (Ni−Ti層の作製条件) 残留ガス圧 :5×10-7Toor Arガス圧 :5×10-3Toor Ni放電電力 :600W Ti放電電力 :300W 基板回転数 :40rpm プレスパッタ時間:10min 膜厚 :0.2μm (Ti−Al層の作製条件) 残留ガス圧 :5×10-7Toor Arガス圧 :5×10-3Toor Ti放電電力 :700W Al放電電力 :200W 基板回転数 :40rpm プレスパッタ時間:10min 膜厚 :0.2μm (SiO2層の作製条件) 残留ガス圧 :5×10-7Toor Arガス圧 :5×10-3Toor SiO2放電電力 :600W 基板回転数 :0rpm プレスパッタ時間:5min 膜厚 :2μm
【0015】このときの昇温特性の変化を図6に示す。
縦軸はCA熱電対の熱起電力、横軸は投入パワーが80
0Wで電源投入後の時間を変化したときの投入エネルギ
ーを示す。これから、3つの材料ともほぼ同一線上にデ
ータがのり、800Wの投入パワーで20sec以内に
定着温度(7.2mV=180℃)になることが分かっ
た。
【0016】実施例3 外径20mmφ(肉厚0.5mm)のフェノールから成
る円筒上に抵抗発熱体層を材料を変えて設け、その上に
実施例1と同様な条件でCu電極層、テフロン層を順次
積層した。抵抗発熱体層の材料は、Ni−Cr、Ni−
Cr−SiO2、Cr−SiO2、Fe−Cr、Ni−T
i、Cr−Ti、Ti−Al、Ni−Al、Cr−A
l、Ni−Cr−Al、Fe−Cr−Al、Ni−Ti
−Al、Cr−Ti−Alで、昇温繰返し時に入るクラ
ックの発生を調べた。抵抗発熱体層は、斜めラインパタ
ーン(幅3mm、間隔1mm)にパターン化して、作製
した。その結果、表1のようになり、耐熱性プラスチッ
ク上に膜作製する場合には、Ni−Cr、Fe−Cr、
Ni−Ti、Cr−Ti、Ti−Al、Ni−Al、C
r−Al、Ni−Cr−Al、Fe−Cr−Al、Ni
−Ti−Al、Cr−Ti−Alの抵抗発熱体層を選定
した方が良いことが分かった。
【0017】
【表1】 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 抵抗発熱体層 クラックの有無 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ Ni−Cr 無 Ni−Cr−SiO2 有 Cr−SiO2 有 Fe−Cr 無 Ni−Ti 無 Cr−Ti 無 Ti−Al 無 Ni−Al 無 Cr−Al 無 Ni−Cr−Al 無 Fe−Cr−Al 無 Ni−Ti−Al 無 Cr−Ti−Al 無 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
【0018】実施例4 実施例1と同じ構成で、抵抗発熱体層(Ni−Cr)の
層厚を0.03μm、0.05μm、0.1μm、0.
2μm、0.3μmと変化して作製し、昇温動作を繰返
したときの抵抗発熱体層に入るクラックの有無を調べ
た。抵抗発熱体層は、斜めラインパターン(幅3mm、
間隔1mm)で作製した。その結果、表2のようにな
り、クラックを無くすためには、0.05μm以上の膜
厚が必要であることが分かった。
【0019】
【表2】 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 抵抗発熱体層の厚さ クラックの有無 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 0.03μm 有 0.05μm 無 0.1μm 無 0.2μm 無 0.3μm 無 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
【0020】実施例5 外径20mmφ(肉厚1mm)のアルミニウム、ステン
レス上にSiO2の層、その上にNi−Crの層を表3
のスパッタ条件で作製し、その上にCu電極層をスパッ
タ法で作製し、さらにその上に30μmのテフロン層を
収縮チューブを使って設け、CAの熱電対を用いて昇温
特性を評価した。そして、円筒状支持体がアルミニウム
の場合とステンレスの場合の昇温特性の比較を行なっ
た。
【0021】
【表3】
【0022】このときの昇温特性の変化を図7に示す。
縦軸はCA熱電対の熱起電力、横軸は投入パワーは80
0Wで電源投入後の時間を変化したときの投入エネルギ
ーを示す。これから分かるように、ステンレスの方がア
ルミニウムの場合より昇温特性の立上りが速く、定着温
度(7.2mV=180℃)にステンレスの場合は1
7.1secで、アルミニウムの場合は20.3sec
で到達した。従来技術から比較して、昇温特性の立上り
時間は20sec以内である必要があり、アルミニウム
の1mm厚は特性を満足出来ない。
【0023】実施例6 外径20mmφのステンレス(肉厚0.5mm、0.7
mm)およびアルミニウム(肉厚0.7mm)からでき
た円筒上に表4の条件で、SiO2層(断熱層)を設
け、この上にNi−Cr層を設け、更にその上にCu電
極層、テフロン層を順次積層して定着ローラをつくっ
た。
【0024】
【表4】
【0025】このときの昇温特性の変化を図8に示す。
縦軸はCA熱電対の熱起電力、横軸は投入パワーは80
0Wで電源投入後の時間を変化したときの投入エネルギ
ーを示す。これから、ステンレス、アルミニウム共肉厚
が薄いほど昇温特性が立上りが速くなり、肉厚が0.7
mm、0.5mmとも20sec以内に定着温度(7.
2mV=180℃)になることが分かった。定着温度
(7.2mV=180℃)になるまでの時間は、次のよ
うになった。 SUS 0.7mmt:14.2sec SUS 0.5mmt:10.9sec Al 0.7mmt:16.2sec
【0026】実施例7 外径20mmφ(肉厚0.7mm)のステンレスからな
る円筒上に表5の条件で、SiO2膜を作製し、その上
に抵抗発熱体層を材料を変えて設け、その上にCu電極
層、テフロン層を順次積層した。抵抗発熱体層の材料
は、Ni−Cr、Ni−Cr−SiO2、Cr−Si
2、Fe−Cr、Ni−Ti、Cr−Ti、Ti−A
l、Ni−Al、Cr−Al、Ni−Cr−Al、Fe
−Cr−Al、Ni−Ti−Al、Cr−Ti−Al
で、昇温繰返し時に入るクラックの発生を調べた。
【0027】
【表5】
【0028】その結果、表6のようになり、ステンレス
上に膜作製する場合には、Ni−Cr、Ni−Cr−S
iO2、Cr−SiO2、Fe−Cr、Ni−Ti、Cr
−Ti、Ti−Al、Ni−Al、Cr−Al、Ni−
Cr−Al、Fe−Cr−Al、Ni−Ti−Al、C
r−Ti−Alのいずれを選定しても良いことが分かっ
た。
【0029】
【表6】 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 抵抗発熱体層 クラックの有無 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ Ni−Cr 無 Ni−Cr−SiO2 無 Cr−SiO2 無 Fe−Cr 無 Ni−Ti 無 Cr−Ti 無 Ti−Al 無 Ni−Al 無 Cr−Al 無 Ni−Cr−Al 無 Fe−Cr−Al 無 Ni−Ti−Al 無 Cr−Ti−Al 無 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
【0030】実施例8 実施例7と同じ構成で、抵抗発熱体層をNi−Crとし
て、層厚を0.03μm、0.05μm、0.1μm、
0.2μm、0.3μmと変化して作製し、昇温動作を
繰返したときの抵抗発熱体層に入るクラックの有無を調
べた。その結果、表7のようになり、クラックを無くす
ためには、0.05μm以上の膜厚が必要であることが
分かった。
【0031】
【表7】 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 抵抗発熱体層の厚さ クラックの有無 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 0.03μm 有 0.05μm 無 0.1μm 無 0.2μm 無 0.3μm 無 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
【0032】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、円筒状支持体
上に、抵抗発熱体層をスパッタ法でパターン化して設
け、その上にトナー剥離性を上げるための層を設けるこ
とにより、定着温度迄の立上り時間が短く消費電力が低
い定着ローラを提供出来た。請求項2の発明によれば、
円筒状支持体にアルミニウム、ステンレス又は耐熱性プ
ラスチックを用いることにより、耐久性の良い定着ロー
ラを提供出来た。請求項3の発明によれば、抵抗発熱体
層がNi−Cr、Ni−Cr−SiO2、Cr−Si
2、Fe−Cr、Ni−Ti、Cr−Ti、Ti−A
l、Ni−Al、Cr−Al、Ni−Cr−Al、Fe
−Cr−Al、Ni−Ti−Al、Cr−Ti−Alの
うちのいずれかからなることにより、安定性の良い定着
ローラを提供出来た。請求項4の発明によれば、抵抗発
熱体層の両側端部にスパッタ法で電極層を設けることに
より、再現性がよく、均一性の良好な発熱特性で示す定
着ローラを提供できた。請求項5の発明によれば、抵抗
発熱体層及び両端部の電極の一部を覆うようにトナー剥
離性を上げるための層を設けることにより、抵抗発熱体
層および電極層の剥がれ等のない耐久性の良い定着ロー
ラを提供出来た。請求項6の発明によれば、抵抗発熱体
層および両端部の電極の一部を覆うように保護層を設け
ることにより、安定性の良い抵抗発熱体層および電極層
を提供出来た。請求項7の発明によれば、抵抗発熱体層
の膜厚を0.5μm以上とすることにより、クラックの
発生しない耐久性の良い定着ローラを提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の定着ローラの一例を表わした断面図。
【図2】(a)、(b)、(c)は抵抗発熱体層がパタ
ーン状に形成される様子を表わした三例の図。
【図3】本発明の定着ローラの他の例を表わした図。
【図4】本発明の定着ローラの更に他の例を表わした
図。
【図5】抵抗発熱体層をパターン化した定着ローラとパ
ターン化しない定着ローラとの、スイッチON後の昇温
状態を表わした図。
【図6】抵抗発熱体層の材料をかえた定着ローラの、ス
イッチON後の昇温状態を表わした図。
【図7】実施例5で用いた定着ローラの昇温特性を表わ
した図。
【図8】実施例6で用いた定着ローラの昇温特性を表わ
した図。
【符号の説明】
1 円筒状支持体 2 抵抗発熱体 3 電極層 4 トナー剥離性を有する層 5 断熱絶縁層 6 保護層

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒状支持体上に、パターン化した抵抗
    発熱体層を設け、その上にトナー剥離性を有する層を設
    けたことを特徴とする定着ローラ。
  2. 【請求項2】 請求項1において、円筒状支持体が耐熱
    性プラスチック、あるいは0.7mm厚以下のアルミニ
    ウム又はステンレス上に断熱絶縁層を設けたものである
    ことを特徴とする定着ローラ。
  3. 【請求項3】 請求項1において、抵抗発熱体層がNi
    −Cr、Ni−Cr−SiO2、Cr−SiO2、Fe−
    Cr、Ni−Ti、Cr−Ti、Ti−Al、Ni−A
    l、Cr−Al、Ni−Cr−Al、Fe−Cr−A
    l、Ni−Ti−AlおよびCr−Ti−Alのいずれ
    かであることを特徴とする定着ローラ。
  4. 【請求項4】 請求項1において、抵抗発熱体層の両側
    端部にスパッタ法によって電極層を設けたことを特徴と
    する定着ローラ。
  5. 【請求項5】 請求項1において、抵抗発熱体層の全部
    および両側端部の電極の一部を覆うようにトナー剥離性
    を有する層を設けたことを特徴とする定着ローラ。
  6. 【請求項6】 請求項1又は5において、抵抗発熱体層
    とトナー剥離性を有する層との間に保護層を設けたこと
    を特徴とする定着ローラ。
  7. 【請求項7】 請求項1、5又は6において、抵抗発熱
    体層の厚さが0.05〜5μmであることを特徴とする
    定着ローラ。
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