JPH10171282A - 発熱定着ローラおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウオーミングアップ時間をさらに短縮すること
ができるばかりでなく、機械的強度をも向上させること
ができる発熱定着ローラを提供する。 【解決手段】熱伝導性物質によって被覆された非晶質物
質からなる相転移発熱物質層１２が芯金１１の上層に設
けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
ー、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる発熱定
着ローラ、特に、短時間でトナー定着可能温度とするた
めに相転移発熱物質層を円筒状の支持体の上層に設けた
発熱定着ローラおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、複写機、プリンター、ファク
シミリ等の画像形成装置には、トナーを転写紙に定着さ
せるために発熱定着ローラが用いられている。

【０００３】この発熱定着ローラは、アルミニウム等の
比較的熱伝導率の高い略円筒形状の芯金を支持体とし、
この支持体の上層に相転移発熱物質層と保護層とを設
け、支持体を貫通するハロゲンランプ等の主熱源（図示
せず）の発熱によって相転移発熱物質層が相転移して急
速に発熱し、この発熱を利用して発熱定着ローラのトナ
ー定着可能温度（約１８０℃）までの上昇時間、即ち、
ウオーミングアップ時間を短縮している。

【０００４】尚、このような相転移発熱を利用した発熱
定着ローラの原理については、特開平７−１４０８２３
号公報に開示されている。また、相転移発熱物質層に用
いられる相転移発熱物質としては、画像形成装置の繰り
返しの使用、即ち、電源をＯＮする度毎に発熱する必要
があることから、加熱による結晶化と共に冷却による非
晶質化が可能な物質であることが条件であり、無機系物
質では周期率表（長周期型）のＩＩＩｂ族〜ＶＩｂ族に
属する元素が多元系で非晶質化可能領域を有するために
適しており、その中でも、セレン（Ｓｅ）を主成分とし
たのカルコゲンやカルゴケナイドは極めて良好に結晶化
して発熱するために良好な相転移発熱物質となり得る。

【０００５】一方、有機高分子系においても、ポリエチ
レンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリブチレンテレフタ
レート（ＰＢＴ）等のポリエステル類のような結晶性熱
可塑性樹脂は非晶質化および結晶化発熱することで知ら
れている。さらに、最近、低分子の有機系物質でも効率
的な相転移発熱物質の存在が分かってきた。そして、こ
れら低分子の有機系物質は相転移発熱する際の発熱量つ
まり結晶化発熱の潜熱が大きく、非晶質から結晶への相
転移の転換効率が高分子系よりも大きいことも分かって
きた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これらの相
転移発熱物質は、非晶質から結晶質へ相転移する際に発
熱するが、この結晶化温度は各物質固有の温度特性を有
しており、結晶化の開始温度と終了温度も相転移発熱物
質によって異なっており、しかも、これらの相転移発熱
物質の多くは、それ自身の熱伝導率が小さいため折角発
熱してもローラの表面温度を上昇させるための伝熱が遅
れて熱の伝達効率を充分活かしきれていないというのが
実情であった。

【０００７】本発明は、熱の伝達効率を向上し得て、ウ
オーミングアップ時間をさらに短縮することができるば
かりでなく、機械的強度をも向上させることができる発
熱定着ローラを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】その目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、円筒状の支持体の上層に
熱伝導性物質によって被覆された非晶質物質からなる相
転移発熱物質層を設けたことをようしとする。

【０００９】また、請求項３に記載の発明は、円筒状の
支持体の上層に、相転移発熱物質を一旦結晶化した後に
非晶質部を溶剤で除去し、その除去によって形成された
空隙に熱伝導性物質を設けることで非晶質物質を前記熱
伝導性物質によって被覆した相転移発熱物質層を設ける
ことを要旨とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）は、このような発熱定
着ローラを用いた画像形成装置の一例である複写機１を
示す。この複写機１は、装置本体２に着脱可能に装着さ
れた給紙カセット３と、給紙カセット３内にセットされ
た転写紙Ｐを装置本体２内に送り出す給紙ローラ４と、
表面に感光層５ａを設け且つ図示を略すトナー供給装置
から供給されたトナーが感光層５ａに形成された像に応
じて付着するドラム式感光体５と、ドラム式感光体５に
付着したトナー像を送り出された転写紙Ｐの一面に転写
させる転写装置６と、トナー転写後の転写紙Ｐを定着部
７に案内する補助ローラ８，８とを備えている。

【００１１】定着部７は、アルミニウム（Ａｌ）や鉄な
どの芯金の外周にゴム等の弾性体を装着した加圧ローラ
９と、加圧ローラ９の回転に回転に従動して回転するよ
うに加圧ローラ９に接触する発熱定着ローラ１０とを備
えている。

【００１２】発熱定着ローラ１０は、図１（Ｂ），
（Ｃ）に示すように、アルミニウム等の比較的熱伝導率
の高い略円筒形状の芯金１１と、この支持体としての芯
金１１の外周に設けられた相転移発熱物質層１２と、相
転移発熱物質層１２を覆う保護層１３とを備え、芯金１
１内を貫通するハロゲンランプ等の主熱源（図示せず）
の発熱によって相転移発熱物質層１２が相転移して急速
に発熱し、この発熱を利用して発熱定着ローラ１０のト
ナー定着可能温度（約１８０℃）までの上昇時間、即
ち、ウオーミングアップ時間を短縮している。

【００１３】尚、本発明を使用する発熱定着ローラ１０
は基本としては、芯金１１と相転移発熱物質層１２と保
護層１３の３層から構成されるが、例えば、図２に示す
ように、芯金１１と相転移発熱物質層１２との間に接着
層１４を設ける等の他、通電発熱層や絶縁層等を必要に
応じて追加形成することができる。

【００１４】非晶質体である相転移発熱物質は、一般に
は金属のように熱伝導率は大きくなく、それ自身の熱伝
導率を上げることは物性上不可能であることから、相転
移発熱物質に良好な熱伝導物質を分散することで熱伝導
率を上げることが考えられるが、この場合には相転移発
熱物質と熱伝導物質との相性が良くないとうまく分散す
ることができないで、材料の選択性が欠ける。

【００１５】そこで、図３（Ａ），（Ｂ）に相転移発熱
物質層１２を拡大して示すように、相転移発熱物質１２
ａの表面に良好な熱伝導体１２ｂを被覆することで発熱
した熱をローラの表面に迅速に伝えることができるよう
にしている。

【００１６】また、発熱は結晶化の相転移によって起こ
るものであるから、結晶化は１００％に限りなく近い方
が望ましい。

【００１７】この際の結晶化は、結晶核を中心として成
長するので、結晶化した部分には結晶核が存在してお
り、一旦非晶質化しても結晶化はし易くなっている。従
って、有機高分子のように結晶化度があまり大きくない
物質でも、結晶化していない部分（非晶質部）を予め除
去しておくことにより、高度の結晶化の相転移が起こる
ようになる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の発熱定着ローラ１０の実施例
を述べる。

【００１９】（実施例１）外径４０ｍｍのアルミニウム
製の芯金１１を支持体として常温で保持し、真空蒸着で
セレン（Ｓｅ）膜を１００μｍ形成した後に取り出し、
この取り出したものを約８０℃で加熱して結晶化した
後、二硫化炭素（ＣＳ₂）に浸して非晶質部を溶出させ
た。

【００２０】ＣＳ₂乾燥後、銀微粒子分散の良熱伝導の
接着剤を含浸塗布して乾燥させ、その上に導電性のＰＦ
Ａチューブを被せて定着ローラを作製した。次にこの定
着ローラを、加熱炉にセットして減圧しながら、Ｓｅの
融点２２０℃以上で且つＰＦＡの融点３１０℃以下の２
４０℃で加熱し、その後、冷却ガスを注入して急冷却し
た（Ｓａｍｐｌｅ Ｎｏ１）。

【００２１】（実施例２）ポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）を予め１５０℃で加熱し、これをフェノール
の溶液に浸して非晶質部を溶出させて、結晶微粒子を取
り出した。

【００２２】このＰＥＴ結晶微粒子をアルミ微粉末分散
の接着剤溶液に分散し、スプレー塗布で外径４０ｍｍの
芯金１１上に塗膜を形成した。

【００２３】さらに導電性のＰＦＡチューブを被せて減
圧しながら、相転移発熱体の融点２４０℃以上で且つＰ
ＦＡの融点３１０℃以下の２６０℃で加熱し、その後炉
から取り出してして急冷した（Ｓａｍｐｌｅ Ｎｏ
２）。

【００２４】（実施例３）ポリエチレンテレフタレート
を予め１５０℃で加熱し、これをフェノールの溶液に浸
して非晶質部を溶出させ結晶微粒子を取り出した。

【００２５】このＰＥＴ結晶微粒子をアルミ微粉末分散
の接着剤で塗し、充分固化した粉末を静電塗装で外径４
０ｍｍの芯金１１上に塗布塗膜を形成した。

【００２６】さらに導電性のＰＦＡチューブを被せて減
圧しながら、相転移発熱体の融点２４０℃以上で且つＰ
ＦＡの融点３１０℃以下の２６０℃で加熱し、その後炉
から取り出してして急冷した（Ｓａｍｐｌｅ Ｎｏ
３）。

【００２７】（実施例４）ビスフェノール−Ａ誘導体
（分子量約１０００、融点２１０℃）を予め１５０℃で
加熱し、これをエタノールの溶液に浸して非晶質部及び
残存モノマー分子を溶出させて、結晶微粒子を取り出し
た。

【００２８】この誘導体結晶微粒子をカーボンブラック
微粉末分散の接着剤溶液に分散し、浸漬塗布（ディッピ
ング）で外径４０ｍｍの芯金１１上に塗膜を形成した。

【００２９】さらに、導電性のＰＦＡチューブを被せて
減圧しながら、相転移発熱体の融点２１０℃以上で且つ
ＰＦＡの融点３１０℃以下の２５０℃で加熱し、その後
炉から取り出して急冷した（Ｓａｍｐｌｅ Ｎｏ４）。

【００３０】（実施例５）ビスフェノール−Ａ誘導体
（分子量約１０００、融点２１０℃）を予め１５０℃で
加熱し、これをエタノールの溶液に浸して非晶質部及び
残存モノマー分子を溶出させて、結晶微粒子を取り出し
た。

【００３１】この結晶微粒子をカーボンブラック微粉末
分散の接着剤溶液に塗布し、充分固化した粉末を静電塗
装で外径４０ｍｍの芯金１１上に塗布塗膜を形成した。

【００３２】さらに、導電性のＰＦＡチューブを被せて
減圧しながら、相転移発熱体の融点２１０℃以上で且つ
ＰＦＡの融点３１０℃以下の２５０℃で加熱し、その後
炉から取り出してして急冷した（Ｓａｍｐｌｅ Ｎｏ
５）。

【００３３】（比較例１〜３）上記実施例１〜３で使用
した相転移発熱物質を単体のみで芯金１１上に塗布して
相転移発熱物質層１２を形成すると共に、フッソ樹脂の
保護層１３を被せて定着ローラを作製した（Ｓａｍｐｌ
ｅ Ｎｏ６〜８）。

【００３４】表１はこれら各実施例１〜５並びに比較例
１〜３の特徴を一覧に示したものである。

【００３５】

【表１】 これらの実施例１〜５と比較例１〜３及び相転移発熱物
質層１２を設けない場合のローラをリコー製電子写真複
写機Ｍ２１０の定着装置に組込み、ヒーター電力９６０
Ｗで加熱しながらローラの表面温度の上昇状況等を調べ
てみた。

【００３６】その結果、図３に示すように、相転移発熱
物質層１２を設けない場合の昇温特性（線分Ｄ）に対し
て比較例１〜３の昇温特性（線分Ｃ）が良く、この比較
例１〜３の昇温特性に対して実施例２，４の昇温特性
（線分Ｂ）は良好であり、さらに、実施例２，４の昇温
特性よりも実施例１，３，５の昇温特性（線分Ａ）は特
に良好であることが判明した。

【００３７】このように、非晶質物質は、一旦結晶化さ
れた領域は再度非晶質化しても結晶核が存在するので結
晶化し易いので結晶化の相転移効率ひいては結晶化発熱
効率が高まるため、熱伝導性物質によって非晶質物質を
被覆することにより、ウオーミングアップ時間をさらに
短縮することができるばかりでなく、機械的強度をも向
上させることができる。

【００３８】また、結晶化処理をしても非晶質のまま残
っている領域は結晶・非晶質を繰り返しても非晶質のま
まであることが多く、結晶化相転移効率：結晶化度（結
晶化発熱効率）が上がらないため、結晶化処理をした際
の非晶質部（領域）を除去することで結晶化相転移効率
（結晶化発熱効率）を高めることができる。

【００３９】また、結晶と非晶質で溶剤に対する溶解度
が異なるので非晶質部分と結晶部分とを溶剤で容易に分
離でき、しかも、非晶質化部分を除去することで空隙が
生じるので、この空隙を熱の良伝導体で埋めることによ
り結晶化部分（領域）を被覆することができる。

【００４０】Ｓｅ系相転移発熱物質は、球晶を形造るの
で結晶化反応が早く進行し発熱も良好である。また、Ｓ
ｅ系相転移発熱物質は非晶質部（ＣＳ₂）に溶出するの
で、一旦結晶化して球晶を作っておけば球状の相転移発
熱物質が形成される。

【００４１】従って、非晶質化部分を除去した球晶を熱
の良伝導体で被覆することは容易であるばかりでなく、
結晶には結晶核が存在し、その結晶を一旦溶融して非晶
質化しても次の結晶化相転移は残存している結晶核を中
心にして容易に進行することができる。

【００４２】有機高分子は結晶化処理をしても無機系の
ようには結晶化度が高くないので、非晶質部を取り除く
ことで、結晶化相転移効率（結晶化発熱効率）を大きく
向上させることができる。

【００４３】結晶化させた該相転移発熱物質の非晶質部
を除去した後に、結晶部のみを熱良伝導性物質で被覆す
ることで、結晶化発熱効率を大きく向上させることがで
きると共に熱伝導も向上し、発熱定着ローラ１０の表面
温度上昇も早くなる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の発熱定着
ローラにあっては、円筒状の支持体の上層に熱伝導性物
質によって被覆された非晶質物質からなる相転移発熱物
質層を設けたことにより、表面への熱が迅速に伝わって
表面温度上昇が早くなりウオーミングアップ時間をさら
に短縮することができるばかりでなく、機械的強度をも
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発熱定着ローラの実施の形態を示し、
（Ａ）は画像形成装置としての複写機の説明図、（Ｂ）
は発熱定着ローラの断面図、（Ｃ）は要部の拡大断面図
である。

【図２】本発明の発熱定着ローラの実施の形態の応用例
を示し、発熱定着ローラの断面図である。

【図３】本発明の発熱定着ローラの実施の形態を示し、
（Ａ）は被覆熱伝導性物質が余り形が崩れない時に空隙
に見えている部分にも熱伝導性物質を殻にした微少な相
転移発熱物質が埋まっている状態を示す要部の模式図、
（Ｂ）は被覆熱伝導性物質の形が崩れてバインダーのよ
うに相転移発熱物質の隙間を埋めている状態を示す模式
図である。

【図４】本発明の実施例と比較例の実機内昇温状態の結
果を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１０…発熱定着ローラ １１…芯金（支持体） １２…相転移発熱物質層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状の支持体の上層に熱伝導性物質によ
   って被覆された非晶質物質からなる相転移発熱物質層を
   設けたことを特徴とする発熱定着ローラ。
2. 【請求項２】前記非晶質物質は一旦結晶化された後に非
   晶質化されたものであることを特徴とする請求項１に記
   載の発熱定着ローラ。
3. 【請求項３】円筒状の支持体の上層に、相転移発熱物質
   を一旦結晶化した後に非晶質部を溶剤で除去し、その除
   去によって形成された空隙に熱伝導性物質を設けること
   で非晶質物質を前記熱伝導性物質によって被覆した相転
   移発熱物質層を設けることを特徴とする発熱定着ローラ
   の製造方法。
4. 【請求項４】前記熱伝導性物質によって被覆された前記
   非晶質物質はセレンを主成分としたものであるあること
   を特徴とする請求項１，２に記載の発熱定着ローラ。
5. 【請求項５】前記熱伝導性物質によって被覆された非晶
   質物質は有機高分子を主成分とすることを特徴とする請
   求項１，２に記載の発熱定着ローラ。
6. 【請求項６】結晶化させた前記相転移発熱物質の非晶質
   部を溶剤で除去した後に結晶部に膜形成したことを特徴
   とする請求項５に記載の発熱定着ローラ。