JPH1063129A - 発熱定着ローラおよびその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】相転移発熱物質層への熱伝導効率を向上し得
て、しかも、機械的強度を維持することができる発熱定
着ローラを提供すること。 【解決手段】光学的に透明な支持体３１に内蔵された主
熱源３４を加熱して支持体３１の表面に設けられた相転
移発熱物質層３２を昇温させることにより相転移発熱物
質の結晶化を促進させる。

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、トナー定着可能温度とするために相転
移発熱物質層を設けた発熱定着ローラおよびその使用方
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】図４（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。

【０００４】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。

【０００５】発熱定着ローラ１０は、図４（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１４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、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（特開平７−１４０８２
３号公報等参照）。

【０００６】尚、このような相転移による発熱を利用し
た発熱定着ローラ１０の原理については、特開平７−１
４０８２３号公報に開示されている。また、相転移発熱
物質層１２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と
なることから、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。

【０００７】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。

【０００８】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いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
複写機１等に用いられている発熱定着ローラ１０にあっ
ては、初期昇温時間（ウオーミングアップ時間）の短縮
化を実現するために、相転移発熱物質層１２を用いてい
る他、相転移発熱物質層１２への伝達効率を向上させる
べく支持体としての芯金１１に比較的熱伝導率の高いア
ルミニウムを用いている。

【００１０】しかしながら、いかに熱伝導率が高い物質
であっても、有限の厚みを持つ物質では、その厚さを伝
達するためにある程度の時間を必要とする。従って、よ
り一層の初期昇温時間の短縮化を実現するためには、芯
金１１の厚さを極力薄くするしかないが、芯金１１の厚
さを極力薄くすると、機械加工時にビビリが発生し易
く、表面の平滑な加工は困難になる。また、化学エッチ
ングは廃液の処理等の付随した問題が伴っている。さら
に薄くし過ぎると、実機使用時の加圧圧力に耐えられず
変形してしまうという不具合も生じる。

【００１１】本発明は、このような問題を解決するため
に、相転移発熱物質層への熱伝導効率を向上し得て、し
かも、機械的強度を維持することができる発熱定着ロー
ラおよびその使用方法を提供するものである。

【００１２】

【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、内部に主熱源を内蔵し且
つ光学的に透明な支持体と、該支持体上に設けられた相
転移発熱物質層とを備えていることを要旨とする。

【００１３】また、光学的に透明な支持体に内蔵された
主熱源を加熱して前記支持体の表面に設けられた相転移
発熱物質層或は光吸収中間層を昇温させることにより相
転移発熱物質の結晶化を促進させることを要旨とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の発熱定着ローラの
実施の形態を複写機に適用し、図面に基づいて説明す
る。

【００１５】図１（Ａ）において、複写機２１は、装置
本体２２に着脱可能に装着された給紙カセット２３と、
給紙カセット２３内にセットされた転写紙Ｐを装置本体
２２内に送り出す給紙ローラ２４と、表面に感光層２５
ａ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２５ａに形成された像に応じて付着する
ドラム式感光体２５と、ドラム式感光体２５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２６と、トナー転写後の転写紙Ｐを定着部２７に
案内する補助ローラ２８，２８とを備えている。

【００１６】定着部２７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２９と、加圧ローラ２９の回転に回転に従動して回転
するように加圧ローラ２９に接触する発熱定着ローラ３
０とを備えている。

【００１７】発熱定着ローラ３０は、図１（Ｂ），
（Ｃ）に示すように、光学的に透明な略円筒形状の支持
体３１と、支持体３１の外周に設けられた相転移発熱物
質層３２と、相転移発熱物質層３２を覆う保護層３３と
を備え、支持体３１内を貫通するハロゲンランプ等の主
熱源３４の発熱によって相転移発熱物質層３２が相転移
して急速に発熱し、その発熱を利用して発熱定着ローラ
３０のトナー定着可能温度（約１８０℃）までの上昇時
間（ウオーミングアップ時間）を短縮している。

【００１８】このように、本発明の発熱定着ローラ３０
は、主熱源３４からの加熱による昇温を利用して物質内
部に蓄えられたエネルギーを熱の形で放出することによ
り、主熱源３４のみの昇温よりも急速に表面温度を立ち
あげることができる。

【００１９】尚、本発明を使用する際の発熱定着ローラ
３０は、基本としては、支持体３１と相転移発熱物質層
３２と保護層３３の３層、若しくは、支持体３１と相転
移発熱物質層３２との間に設けた接着層（図示せず）か
ら構成されるが、その他の接着層、通電発熱層、絶縁層
等を必要に応じて追加形成することも可能である。ま
た、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、支持体３と相転
移発熱物質層３２との間に光吸収中間層３５を追加形成
してもよい。

【００２０】尚、熱伝達には、大きく対流、輻射、接触
伝熱の３種類があり、上述した実施の形態では輻射を利
用したものを開示した。即ち、主熱源３４としては、ヒ
ートパイプ方式の直接接触伝熱、マイクロ波誘導加熱等
の直接加熱方式、ハロゲンランプや遠赤外ヒーターの点
灯による輻射加熱方式等が考えられるものの、ハロゲン
ランプや遠赤外ヒーターによる輻射加熱方式は装置とし
ても簡便で、よく利用されている方式であるからであ
る。

【００２１】また、従来の発熱定着ローラ１０には、芯
金１１としてアルミニウム等の金属が使用されている
が、金属自体は可視光や赤外光の吸収係数は小さく、長
時間主熱源１４を点灯していると熱が集中して過熱によ
る焼切れが発生する虞がある。従って、このような金属
を芯金１１に使用する場合には、芯金１１の内部に光を
吸収しやすい物質を塗布しているが、芯金１１を用いて
いる限り伝熱時間の短縮化には限界がある。

【００２２】一方、本発明は、原理的には、光照射によ
り相転移発熱物質の結晶化の活性化エネルギーを小さく
して結晶化反応を促進することと、光吸収によって熱エ
ネルギーを増加させて結晶化開始温度に早く到達するよ
うにすることで、特に相転移発熱物質層３２を形成した
場合により効果的な熱効率の向上を実現している。

【００２３】

【実施例】

（実施例１）外径４０ｍｍ、厚み０．５ｍｍの透明石英
管を支持体３１として、その支持体３１を真空蒸着槽内
にセットして、Ｔｅ５０重量％のＳｅＴｅ（セレンテル
ル）合金を蒸発源として通電加熱して相転移発熱物質層
３２を蒸着し、さらに、その表面に導電性のペルフルオ
ロアルコキフッ素樹脂（ＰＦＡ）の熱収縮チューブを保
護層３３として被せた後、その成形品を加熱炉にセット
して減圧しながらＳｅＴｅ合金の融点２５０℃以上でＰ
ＦＡチューブの融点３１０℃以下の温度２８０℃で加熱
し、その後冷却ガスを注入して急冷却することで発熱定
着ローラ３０を作成した（表１のＳａｍｐｌｅ Ｎｏ
１）。

【００２４】（実施例２）外径４０ｍｍ、厚み１．０ｍ
ｍの透明な硬質ガラス管を支持体３１として、その支持
体３１を真空蒸着槽内にセットして、Ｔｅ５０重量％の
ＳｅＴｅ合金を蒸発源として通電加熱して相転移発熱物
質層３２を蒸着し、さらに、実施例１と同様にしてＰＦ
Ａチューブを保護層３３として被せて減圧しながら、Ｓ
ｅＴｅ合金の融点以上且つＰＦＡチューブの融点以下の
温度２８０℃で加熱し、その後炉から取り出してして急
冷することで発熱定着ローラ３０を作成した（表１のＳ
ａｍｐｌｅ Ｎｏ２）。

【００２５】（実施例３）外径４０ｍｍ、厚み０．５ｍ
ｍの透明石英管を支持体３１としてカーボンブラック１
０重量％分散のポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）
のシートを相転移発熱物質層３２として巻き付け、さら
にその上に実施例１，２と同様にしてＰＦＡチューブを
保護層３３として被せて減圧しながら、ＰＢＴの融点以
上且つＰＦＡの融点以下の温度２５０℃で加熱し、その
後炉から取り出してして急冷することで発熱定着ローラ
３０を作成した（表１のＳａｍｐｌｅ Ｎｏ３）。

【００２６】（実施例４）外径４０ｍｍ、厚み１．０ｍ
ｍの透明な硬質ガラス管を支持体３１として、その上に
黒色塗料おきつも＃８０００（オキツモ株式会社製）を
光吸収中間層３５として塗布し、加熱乾燥後真空蒸着槽
内にセットして、ビスフェノールＡ誘導体（分子量約５
００，融点２００℃）を投入した蒸発源を通電加熱して
相転移発熱物質層３２として蒸着し、その後、実施例１
〜３と同様にして導電性ＰＦＡチューブを保護層３３と
して被せて減圧しながら、ビスフェノールＡ誘導体の融
点以上且つＰＦＡチューブの融点以下の温度２３０℃で
加熱し、その後炉から取り出してして急冷したすること
で発熱定着ローラ３０を作成した（表１のＳａｍｐｌｅ
Ｎｏ４）。

【００２７】（比較例１）外径２０ｍｍ、厚み０．５ｍ
ｍのＡｌを芯金１１とし、以下、実施例１〜３と同様に
して相転移発熱物質層１２及び保護層１３を有する発熱
定着ローラ１０を作成した（表１のＳａｍｐｌｅ Ｎｏ
５，６，７）。

【００２８】（比較例２）外径２０ｍｍ、厚み０．５ｍ
ｍのＡｌを芯金１１として、ビスフェノールＡ誘導体を
相転移発熱物質層１２として真空蒸着により芯金１１上
に形成し、ＰＦＡチューブにより保護層１３を形成して
発熱定着ローラ１０を作成した（Ｓａｍｐｌｅ Ｎｏ
８）。

【００２９】（比較例３）外径４０ｍｍ、厚み１．０ｍ
ｍの透明な硬質ガラス管を支持体３１とし、実施例４と
同様にビスフェノールＡ誘導体を相転移発熱物質層３２
として支持体３１上に形成し、ＰＦＡチューブにより保
護層３３を形成して発熱定着ローラ３０を作成した（表
１のＳａｍｐｌｅ Ｎｏ９）。尚、この場合は、実施例
４とは異なり、支持体３１と相転移発熱物質層３２との
間に光吸収中間層３５は設けなかった。

【００３０】（比較例４）芯金１１の表面に相転移発熱
物質層１２を設けることなく保護層１３を形成した定着
ローラ（図示せず）を作成した（表１のＳａｍｐｌｅ
Ｎｏ１０）。

【００３１】表１はこれら各実施例１〜４並びに比較例
１〜４の特徴を一覧に示したものである。

【００３２】

【表１】 これらの実施例１〜４及び比較例１〜４の発熱定着ロー
ラ３０，１０並びに従前の定着ローラをリコー社製電子
写真複写機Ｍ２１０の定着装置に組み込み、ハロゲンラ
ンプ（主熱源３４）を電力９６０Ｗで加熱しながら発熱
定着ローラ３０，１０の表面温度の上昇状況等を調べ
た。

【００３３】その結果、図３に示すように、光学的に透
明な支持体３１を使用した発熱定着ローラ３０（線分
Ａ）は、いずれも発熱定着ローラ１０（線分Ｂ）の場
合、並びに従前の定着ローラ（線分Ｄ）よりも早くトナ
ー定着温度に達した。

【００３４】また、光吸収中間層３５を設けない場合の
発熱定着ローラ３０（表１のＳａｍｐｌｅ Ｎｏ９に相
当する線分Ｃ）では、発熱定着ローラ１０よりも昇温速
度が遅いことが判明した。この結果、相転移発熱物質層
３２の物質によっては光吸収中間層３５を設けることが
好ましいことが判る。

【００３５】以上説明したように、本発明の発熱定着ロ
ーラ３０にあっては、 １．支持体３１が光学的に透明であることにより、主熱
源３４の輻射熱が直接に相転移発熱物質層３２あるいは
光吸収中間層３５に到達し、相転移発熱物質層３２の昇
温が早くなると共に相転移発熱が早く起こり、発熱定着
ローラ３０の表面温度の立上りが早くなる。

【００３６】２．主熱源３４がハロゲンランプや遠赤外
ヒーターであるから、容易に輻射熱を発生させることが
でき、しかも、主熱源としては従来から用いられている
ものであるものの一種であるから、特殊な装置も必要と
せず安価に使用することができる。

【００３７】３．主熱源３４がハロゲンランプである
と、可視光線を強力に発生するから支持体３１の強度確
保のために肉厚を多少厚めにしても相転移発熱物質層３
２への輻射熱の減衰が小さく、効果的に利用できる。

【００３８】４．相転移発熱物質層３２が良好な光吸収
体であると、それ自身で輻射熱を吸収して温度上昇する
から、効率的であり、さらに光吸収中間層３５により結
晶化の相転移の活性化エネルギーが小さくなるから結晶
化しやすくなり、発熱効率が上がる。

【００３９】５．相転移層発熱物質層３２の光吸収率が
あまり良くない場合は、光吸収率の良い光吸収中間層３
５を積層することで、相転移発熱物質層３２の昇温効果
を向上させることができ、上記４と同様の効果を得るこ
とができる。

【００４０】６．輻射熱を利用することで熱の伝達を早
め（吸収体までは光速で到達）、効率的に相転移発熱物
質層３２の相転移発熱を引き起こすことができ、最終的
に発熱定着ローラ３０の表面温度の立上り時間を迅速に
することができる。

【００４１】という効果を奏することができる。

【００４２】

【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、内部に主熱源を内蔵し且つ光学的に
透明な支持体と、該支持体上に設けられた相転移発熱物
質層とを備えていることにより、相転移発熱物質層への
熱伝導効率を向上し得て、しかも、機械的強度を維持す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わる発熱定着ローラを
示し、（Ａ）は本発明の発熱定着ローラを用いた複写機
の説明図、（Ｂ）は発熱定着ローラの長手方向に沿う断
面図、（Ｃ）は発熱定着ローラの小口方向に沿う断面図
である。

【図２】本発明の実施の形態に係わる発熱定着ローラの
変形例を示し、（Ａ）は発熱定着ローラの長手方向に沿
う断面図、（Ｂ）は発熱定着ローラの小口方向に沿う断
面図である。

【図３】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。

【図４】従来の実施の形態に係わる発熱定着ローラを示
し、（Ａ）は本発明の発熱定着ローラを用いた複写機の
説明図、（Ｂ）は発熱定着ローラの長手方向に沿う断面
図、（Ｃ）は発熱定着ローラの小口方向に沿う断面図で
ある。

【符号の説明】

３０…発熱定着ローラ ３１…支持体 ３２…相転移発熱物質層 ３３…保護層 ３４…主熱源 ３５…光吸収中間層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に主熱源を内蔵し且つ光学的に透明な
   支持体と、該支持体上に設けられた相転移発熱物質層と
   を備えていることを特徴とする発熱定着ローラ。
2. 【請求項２】前記主熱源は、可視光あるいは赤外光を輻
   射する熱源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】前記主熱源は、ハロゲンランプ又は遠赤外
   ヒーターであることを特徴とする請求項２に記載の発熱
   定着ローラ。
4. 【請求項４】前記相転移発熱物質層は、可視光或は赤外
   光を吸収して構造的に活性化する性質を持つ物質から形
   成されていることを特徴とする請求項１に記載の発熱定
   着ローラ。
5. 【請求項５】前記支持体と前記相転移発熱物質層との間
   に、可視光或は赤外光を吸収する物質からなる光吸収中
   間層を形成したことを特徴とする請求項１に記載の発熱
   定着ローラ。
6. 【請求項６】光学的に透明な支持体に内蔵された主熱源
   を加熱して前記支持体の表面に設けられた相転移発熱物
   質層或は光吸収中間層を昇温させることにより相転移発
   熱物質の結晶化を促進させることを特徴とする発熱定着
   ローラの使用方法。