JPH09237671A

JPH09237671A - 加熱ローラ

Info

Publication number: JPH09237671A
Application number: JP6519596A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Nakabayashi; 均中林; Hiroto Sato; 弘人佐藤
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】給電リングの内表面が発熱抵抗体の終端電極
に直接に接触し、給電リングが金属基材に確実に固定さ
れた加熱ローラを提供することにある。【解決手段】円筒状の金属基材１１と、この金属基材
１１の外表面に形成された発熱抵抗体１３と、この発熱
抵抗体１３に電流を流すための給電リング３１，３２を
備えてなる加熱ローラ１０であって、前記発熱抵抗体１
３は、その両端部に終端電極１３１．１３２が形成され
ており、前記給電リング３１，３２が、その内表面で前
記終端電極１３１．１３２に直接接触して取着されてい
ることを特徴とする加熱ローラ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は加熱ローラに関し、
更に詳しくは、電子写真複写機、レーザプリンタ、ファ
クシミリ等においてトナー像の定着に用いるヒートロー
ラ方式の加熱定着装置の加熱ローラ、シート体表面被覆
装置の加熱ローラ、その他各種加熱装置のヒータとして
用いる加熱ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写機等において、記録材上に
形成されたトナー像を加熱定着させるための方式とし
て、従来より、加熱ローラとこれに対接配置された加圧
ローラとの間に、未定着トナー像よりなるトナー像が形
成された記録材を通過させることにより、前記未定着ト
ナー像を記録材に定着させるヒートローラ方式が広く知
られている。

【０００３】近年、特開昭５６−１０９３８１号、特開
昭６３−１８２６８４号、特開平６−１８６８７７号に
示されるているように、加熱ローラ自体が自己発熱機能
を有するものが採用されている。このような従来の加熱
ローラを図面を用いて説明する。

【０００４】図６は、従来の加熱ローラの構成説明図で
ある。加熱ローラ１０は、円筒状の金属基材１１と、こ
の金属基材１１の外表面上に形成された絶縁膜１２と、
この絶縁膜１２上に形成された発熱抵抗体１３と、この
発熱抵抗体１３を被覆するように形成された保護膜１４
と、この保護膜１４上に形成された離型層１５と、発熱
抵抗体１３に電流を流すための給電リング３１，３２と
を備えてなる。また、図４の発熱抵抗体の展開模式図に
示されるように、１３１、１３２は発熱抵抗体の一端部
に設けられた終端電極である。

【０００５】そして、発熱抵抗体１３の終端電極１３
１，１３２と給電リング３１，３２の接合は、接合剤Ｓ
を用いて成されており、接合剤として、シリコーン樹脂
（バインダ成分）中に銀（フィラー）が充填含有されて
なる導電性接着剤または固相線温度が３００℃以上であ
る高温ハンダが用いられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような加熱ローラは、給電リング３１，３２が接合剤Ｓ
によって発熱抵抗体１３の終端電極１３１，１３２に接
合さており、使用中、１５０℃〜２００℃と高温になる
ため、接合剤Ｓ自体の熱応力によって以下のような問題
が発生する。給電リング３１，３２の内表面と接触して
いるところの接合剤Ｓ、及び、終端電極１３１，１３２
と接触しているところの接合剤Ｓは、繰り返し熱応力が
発生すると接着面の一部が剥がれ、有効接着面積が小さ
くなる。そして、この有効接着面積が小さくなったとこ
ろに電流が集中して流れる結果、接合剤Ｓの抵抗値が大
きくなり、接合剤Ｓが発熱して焼き切れて、最終的に給
電リング３１，３２と終端電極１３１，１３２とが不導
通になってしまう。

【０００７】接合剤Ｓの内部においても、繰り返し熱応
力が発生すると、接合剤Ｓの内部にクラックが入り、接
合剤Ｓ内部の有効通電面積が小さくなる。そして、有効
通電面積が小さくなったところに電流が集中して流れる
結果、接合剤Ｓの抵抗値が大きくなり、接合剤Ｓが発熱
して焼き切れて、最終的に給電リング３１，３２と終端
電極１３１，１３２とが不導通になってしまう。

【０００８】さらに、加熱ローラは使用中１５０℃〜２
００℃の高温になる。そして、給電リング３１，３２の
線膨張係数の値が、金属基材１１の線膨張係数の値より
大きい場合、給電リング３１，３２が、金属基材１１に
比べ外方に向けて膨張する量が大きくなる。その結果、
給電リング３１，３２の内面に金属基材１１より離れよ
うとする応力が発生し、この応力が結合剤Ｓの接着力を
上回ると、その部分で給電リング３１，３２が接合剤Ｓ
から剥がれてしまう。よって、給電リング３１，３２と
接合剤Ｓとの有効接着面積が小さくなり、この有効接着
面積が小さくなったところに電流が集中して流れる結
果、結合剤Ｓの抵抗値が大きくなり、接合剤Ｓが発熱し
て焼き切れて、最終的に給電リング３１，３２と終端電
極１３１，１３２とが不導通になってしまう。

【０００９】また、給電リング３１，３２と接合剤Ｓが
離れているところで、火花放電が発生することがあり、
この火花放電の電磁ノイズによる装置の誤操作などの故
障を生じさせる可能性が出てくる。

【００１０】本発明は、以上のような事情に基づいてな
されたものであって、その目的は、給電リングと発熱抵
抗体の終端電極との接合が良好であり、給電リングが金
属基材に確実に固定された加熱ローラを提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の加熱ローラは、円筒状の金属基材
と、この金属基材の外表面に形成された絶縁膜と、この
絶縁膜上に形成された帯状体よりなる発熱抵抗体と、こ
の発熱抵抗体に電流を流すための給電リングを備えてな
る加熱ローラであって、前記発熱抵抗体は、その両端部
に発熱抵抗体の一部よりなる終端電極が形成されてお
り、前記給電リングが、その内表面で前記終端電極に直
接接触して取着されていることを特徴とする。

【００１２】上記課題を解決するために、請求項２に記
載の加熱ローラは、請求項１に記載の加熱ローラであっ
て、特に、前記金属基材と前記給電リングを焼嵌めによ
り取着することを特徴とする。

【００１３】上記課題を解決するために、請求項３に記
載の加熱ローラは、請求項１又は請求項２に記載の加熱
ローラであって、特に、前記金属基材の線膨張係数の値
が、前記給電リングの線膨張係数の値より大きいことを
特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は、本発明の加熱ローラ１０の構
成を示す一部破断正面図、図２は図１におけるＡ−Ａ矢
視断面図、図３は図１におけるＢ−Ｂ矢視断面図であ
る。図１および図２に示すように、本発明の加熱ローラ
１０は、円筒状の金属基材１１と、この金属基材１１の
外表面に形成された絶縁膜１２と、この絶縁膜１２上に
形成された発熱抵抗体１３と、この発熱抵抗体１３を被
覆するように形成された保護膜１４と、この保護膜１４
の上に形成された離型層１５と、発熱抵抗体１３に電流
を流すための給電リング３１，３２とを備えてなる。

【００１５】金属基材１１は、常温（２０℃）において
外径２０ｍｍ、肉厚１．４ｍｍ、全長２９７ｍｍの中空
パイプ状の部材である。この金属基材１１は、加熱ロー
ラ１０表面における温度ムラを防止する観点から熱伝導
率の大きい金属材料、特に、熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ
・Ｋ）以上の金属材料よりなることが好ましく、具体的
にはアルミニウム合金よりなることが好ましい。アルミ
ニウム合金を円筒状基材として用いることにより、加熱
ローラ１０の表面温度をより均一なものとすることがで
きる。本実施例では、金属基材１１の材質はＪＩＳ記号
Ａ５０５２のアルミニウム合金を使用した。

【００１６】金属基材１１上に形成された絶縁膜１２
は、アルミナあるいはシリカ等を主成分とする絶縁材料
より構成される。本実施例では、絶縁膜１２は厚さ約７
０μｍのアルミナである。

【００１７】発熱抵抗体１３は幅０．５ｍｍ〜５ｍｍ、
厚さ約１０μｍの帯状体よりなり、導電物質を含有す
る。本実施例においては、発熱抵抗体１３を構成する物
質として銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）合金が用いられ
る。発熱抵抗体１３の形成方法としては特に限定される
ものではないが、スクリーン印刷法等の周知の製造方法
が適用できる。図４において、１３１，１３２は発熱抵
抗体１３の一部よりなり、発熱抵抗体１３の両端部に形
成された終端電極である。終端電極１３１，１３２間に
電圧を印加して発熱抵抗体１３に電流を流すものであ
る。

【００１８】保護膜１４は厚さ５０〜１００μｍのアル
ミナあるいはシリカ等を主成分とする絶縁体よりなる膜
であり、発熱抵抗体１３の劣化防止、電気絶縁性の確
保、異物による発熱抵抗体１３の損傷防止などの観点か
ら設けられている。

【００１９】離型層１５は、加熱ローラ１０の表面にお
ける離型性を向上するために設けられたフッ素樹脂層で
ある。離型層１５を設けることによって、特に電子写真
複写機などのトナー定着動作時におけるオフセット現象
が発生しにくくなり、良好な定着性能を得ることができ
る。

【００２０】給電リング３１，３２は、それぞれ、常温
（２０℃）において内径２０．１１ｍｍ，肉厚０．８ｍ
ｍ，幅５ｍｍのＪＩＳ記号Ｃ１０２０の銅合金よりなり
円環状である。そして、図３に示すように、給電リング
３１の内表面が発熱抵抗体１３の終端電極１３１と直接
接触して取着されている。なお、他方の給電リング３２
も同様に発熱抵抗体１３の終端電極１３２と直接接触し
て取着されている。

【００２１】次に、給電リング３１，３２の金属基材１
１への固定方法について、詳細に説明する。加熱ローラ
１０を構成する金属基材１１および給電リング３１，３
２の線膨張係数をそれぞれａ１，ａ２とし、加熱ローラ
として組み立てられる前の、温度２０℃における、金属
基材１１と、その外表面に形成された絶縁膜１２と、こ
の絶縁膜１２上に形成された終端電極１３１，１３２か
らなる部分の外径（以下、給電リング取り付け部の外径
と呼ぶ）および給電リング３１，３２の内径をそれぞれ
ｄ１，ｄ２とし、温度ｔ℃における、給電リング取り付
け部の外径をＤ１、給電リングの内径をＤ２とすると、
ａ１，ａ２，ｄ１，ｄ２の関係は下記のようになる。Ｄ１＝ｄ１・（１＋ａ１・（ｔ−２０））────式１Ｄ２＝ｄ２・（１＋ａ２・（ｔ−２０））────式２

【００２２】本実施例において、金属基材１１の線膨張
係数の値ａ１は２３．８×１０^-6、給電リング３１，３
２の線膨張係数の値ａ２は１６．８×１０^-6である。ま
た、給電リング取り付け部の外径ｄ１は、金属基材１１
の外径と絶縁膜１２の厚さの２倍と発熱抵抗体１３の厚
さの２倍の和であるので、ｄ１＝２０＋０．０７×２＋
０．０１×２＝２０．１６であり、給電リング３１，３
２の内径ｄ２は２０．１１である。そして、加熱ローラ
として組み立てられる前の、温度２０℃の時の給電リン
グ取り付け部の外径Ｄ１と給電リング３１，３２の内径
Ｄ２は、式１，式２より、Ｄ１＝２０．１６であり、Ｄ
２＝２０．１１である。さらに、これらの値をもとにし
て、加熱ローラとして組み立てられる前の、温度ｔ℃に
おける、給電リング取り付け部の外径Ｄ１、給電リング
の内径Ｄ２の関係をグラフにすると図５のようになる。

【００２３】つまり、給電リング取り付け部と給電リン
グの温度差が小さい場合、Ｄ１＞Ｄ２となり、このまま
の状態では、給電リング取り付け部の外径が給電リング
３１，３２の内径より大きくなり、給電リング３１，３
２を終端電極１３１，１３２が存在する給電リング取り
付け部まで挿通することができない。しかし、給電リン
グ３１，３２のみ加熱し膨張させることにより、給電リ
ング３１，３２の内径を給電リング取り付け部の外径よ
り大きくして、給電リング３１，３２を給電リング取り
付け部まで挿通することができるようになる。その後、
給電リング３１，３２を冷却することにより、給電リン
グ３１，３２が給電リング取り付け部に焼嵌めされる。
このようにして給電リング３１，３２の内面が終端電極
１３１，１３２に強固に直接取着され、さらに、給電リ
ング３１，３２を金属基材１１に確実に固定することが
できる。

【００２４】給電リング３１，３２が給電リング取り付
け部に焼嵌めされることについて具体的に説明する。前
述したとおり、加熱ローラとして組み立てられる前の、
温度２０℃の時の、給電リング３１，３２の内径Ｄ２
は、２０．１１ｍｍであり、同温度での給電リング取り
付け部の外径Ｄ２は２０．１６ｍｍである。そして、図
５を参照して説明すると、給電リング３１，３２のみを
１６８℃以上に加熱することにより、給電リング３１，
３２の内径Ｄ２が２０．１６ｍｍ以上になり、給電リン
グ取り付け部の外径Ｄ２より大きくなるので、給電リン
グ３１，３２を給電リング取り付け部まで挿通すること
ができる。

【００２５】また、同じく図５を参照して説明すると、
給電リング取り付け部のみを−８４℃以下に冷却するこ
とにより、給電リング取り付け部の外径Ｄ１が２０．１
１ｍｍ以下になり、給電リング３１，３２の内径Ｄ２よ
り小さくなるので、給電リング３１，３２を給電リング
取り付け部まで挿通することができる。つまり、冷嵌め
の技術を利用することになる。

【００２６】そして、前述したとおり、金属基材１１の
線膨張係数の値ａ１が２３．８×１０^-6、給電リング３
１，３２の線膨張係数の値ａ２が１６．８×１０^-6であ
り、金属基材１１の方が線膨張係数の値が大きいので、
加熱ローラ１０の使用中、加熱ローラ１０が高温になる
ほど、金属基材１１が径方向外向きに膨張しようとする
応力が、給電リング３１，３２が径方向外向きに膨張し
ようとする応力より大きくなるので、給電リング３１，
３２の内表面が終端電極１３１，１３２に強固に接触す
ることになり、給電リング３１，３２が金属基材１１に
確実に固定される。なお、加熱ローラが異常高温になら
ないように、トナー定着の場合は、約１５０〜２００℃
に温調制御されている。

【００２７】

【発明の効果】請求項１に記載の加熱ローラによれば、
金属基材上に形成された発熱抵抗体の終端電極に、接合
剤を用いず、直接、給電リングの内表面が接触して取着
されているので、長時間、或いは、繰り返し高温状態で
加熱ローラを使用しても、給電リングと発熱抵抗体との
接触不良が発生せず、なおかつ、給電リングと金属基材
の固定が確実なものとなる。

【００２８】請求項２に記載の加熱ローラによれば、金
属基材と給電リングを焼嵌めにより取着することによ
り、給電リングと金属基材の固定を強固にすることがで
きる。

【００２９】請求項３に記載の加熱ローラによれば、金
属基材の線膨張係数の値が、給電リングの線膨張係数の
値より大きいので、加熱ローラが高温になるほど、給電
リングと金属基材が強固に固定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱ローラを示す一部破断正面図であ
る。

【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】図１におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図４】加熱ローラを構成する発熱抵抗体の展開模式図
である。

【図５】給電リング取り付け部の外径と給電リング部材
の内径の温度変化を示すグラフである。

【図６】従来の加熱ローラを示す一部破断正面図であ
る。

【符号の説明】

１０加熱ローラ１１金属基材１２絶縁膜１３発熱抵抗体１３１終端電極１３２終端電極１４保護膜１５離型層３１給電リング３２給電リングＳ結合剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状の金属基材と、この金属基材の外表面に形成された絶縁膜と、この絶縁膜上に形成された帯状体よりなる発熱抵抗体
と、この発熱抵抗体に電流を流すための給電リングを備えて
なる加熱ローラであって、前記発熱抵抗体は、その両端部に発熱抵抗体の一部より
なる終端電極が形成されており、前記給電リングが、その内表面で前記終端電極に直接接
触して取着されていることを特徴とする加熱ローラ。
【請求項２】前記金属基材と前記給電リングを焼嵌め
により取着することを特徴とする請求項１に記載の加熱
ローラ。
【請求項３】前記金属基材の線膨張係数の値が、前記
給電リングの線膨張係数の値より大きいことを特徴とす
る請求項１又は請求項２に記載の加熱ローラ。