JPH11287238A - Heating roller - Google Patents

Heating roller

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Publication number
JPH11287238A
JPH11287238A JP11572598A JP11572598A JPH11287238A JP H11287238 A JPH11287238 A JP H11287238A JP 11572598 A JP11572598 A JP 11572598A JP 11572598 A JP11572598 A JP 11572598A JP H11287238 A JPH11287238 A JP H11287238A
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JP
Japan
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roller
heating
heat generating
meandering
layer
Prior art date
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Application number
JP11572598A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Fujita
貴史 藤田
Hidenori Machida
秀則 町田
Yasuhiko Taguchi
泰彦 田口
Katsuhiro Echigo
勝博 越後
Jun Yura
純 由良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a temperature distribution over the whole surface of a roller by arranging a heating layer, in which a plurality of heating elements made of a PTC characteristic substance are connected together in parallel electrically in the roller axial direction according to a pattern arrangement on the same plane, in a heating roller for a fixing device for an electronic photocopy machine and the like. SOLUTION: In a heating roller 1, a mold releasing layer 11 is formed in the outer circumference of a base body 12, while on the inside face of the base body 12, an insulating layer 13, a heating layer 14, and an electrode are arranged. The heating layer 14 is formed by connecting two heating elements R1 , R2 made of PTC characteristic material together in parallel electrically in the roller axial direction according to a pattern arrangement on the same plane. In usage of this kind of heating roller 1 as a fixing roller, for example, when a temperature of the left side heating element is lowered because of passage of paper and the like, resistance of this heating element is reduced and a heating value V<2> /R1 is increased higher than N<2> /R2 , so that the temperature in the axial direction of the heating roller 1 works so as to be unified, and consequently, the temperature of the heating layer 14 is unified.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機、
ファクシミリ、プリンタなどの電子写真プロセスを利用
した機器に使用される定着装置の発熱ローラに関するも
のであり、またリライタブル記録カードの消去用熱ロー
ラにも応用することが考えられる。
The present invention relates to an electrophotographic copying machine,
The present invention relates to a heat generating roller of a fixing device used for an apparatus using an electrophotographic process, such as a facsimile and a printer, and may be applied to a heat roller for erasing a rewritable recording card.

【0002】[0002]

【従来の技術】トナー画像の定着方法としては、加熱定
着方法、圧力定着方法、溶剤定着方法が知られている。
加熱定着方法は、トナーを熱によって溶解させ、用紙に
圧力をかけて固定させる方法で、広く採用されている。
加熱定着方法の中でも最も一般的なものは、金属ローラ
の内部からハロゲンランプで加熱する方式のものであ
る。しかし、この形式のものには、輻射熱を利用するの
でエネルギーの変換効率が悪く、消費電力がかさみ、ま
たウォームアップ時間が長いという欠点がある。
2. Description of the Related Art As a fixing method of a toner image, a heat fixing method, a pressure fixing method, and a solvent fixing method are known.
The heat fixing method is a method in which toner is melted by heat and pressure is applied to paper to fix the paper, and is widely adopted.
The most common of the heat fixing methods is a method of heating with a halogen lamp from inside a metal roller. However, this type has a drawback that the radiant heat is used, so that the energy conversion efficiency is low, the power consumption is large, and the warm-up time is long.

【0003】そこで、このような欠点を解決する手段の
一つとして、基体(すなわち芯金)の内側あるいは外側
に発熱層を配置した発熱ローラを用いた直接加熱方式の
定着ローラが提案されている。
Therefore, as one of means for solving such a drawback, a fixing roller of a direct heating type using a heating roller in which a heating layer is disposed inside or outside a base (namely, a metal core) has been proposed. .

【0004】直接加熱方式の定着ローラには、前記ハロ
ゲンランプによる間接加熱方式と比較して、ウォームア
ップ時間が短く、消費電力が少ない等の利点がある。し
かしながら、紙幅が異なる数種類のコピー用紙を通紙す
る場合、通紙部と非通紙部とで温度分布に差が生じると
いう点では間接加熱方式と共通の欠点を有している。一
般的に、定着ローラの中央部をコピー用紙が通過し、そ
の際熱が紙に奪われるために、ローラ端部の温度が中央
部に比べて高くなり、中央部を適正温度まで加熱する
と、ローラ端部の温度が上昇しすぎてしまう(以下、端
部温度上昇と呼ぶ)。通常、端部温度上昇は幅の狭い紙
を連続で通紙した時に起こる。端部温度上昇が起こった
状態で、幅の広い紙を通紙すると、ローラ端部が定着に
適した温度よりも高くなっているために、オフセットと
呼ばれる画像不良が生じてしまう。逆に、発熱ローラの
両端からの放熱があるために、立ち上がり時には端部の
温度が低いという不都合もある。
The direct heating type fixing roller has advantages such as a shorter warm-up time and less power consumption than the indirect heating method using the halogen lamp. However, when several types of copy paper having different paper widths are passed, there is a common drawback with the indirect heating method in that a difference occurs in the temperature distribution between the paper passing portion and the non-paper passing portion. In general, the copy paper passes through the center of the fixing roller, and at that time, heat is taken away by the paper, so that the temperature at the roller end becomes higher than that at the center, and when the center is heated to an appropriate temperature, The temperature at the end of the roller is too high (hereinafter, referred to as an end temperature increase). Usually, the edge temperature rise occurs when narrow paper is continuously passed. When wide paper is passed in a state where the edge temperature rises, an image defect called an offset occurs because the roller edge is higher than a temperature suitable for fixing. Conversely, since heat is radiated from both ends of the heat generating roller, there is a disadvantage that the temperature of the end is low at the time of startup.

【0005】このような不具合を解決する方法として、
発熱層がPTC特性(電気抵抗が温度上昇により増加す
る特性、すなわち、抵抗温度係数が正)をもつ場合に、
当該発熱層に偶数個の電極を配設し、ローラの一方の端
から奇数個目、偶数個目の電極をそれぞれ接続して並列
回路を形成し、温度分布の均一化を図ることが提案され
ている。この方法では、ローラ全体におおよそ均一に発
熱層を配置すれば良く、これに電極を適切に配置するこ
とで温度分布の均一化を達成できる利点がある。しか
し、この方法が最低限必要とされる両端の二つの電極に
加えて、さらに最低二つの電極を必要とすることは、つ
ぎのような不都合の原因となっている。すなわち、通電
発熱体では発熱体に大電流が通電されるので電極部の接
触の信頼性が重要であるが、この接続部の信頼性確保が
困難である。
[0005] As a method of solving such a problem,
When the heat generating layer has a PTC characteristic (a characteristic in which the electric resistance increases as the temperature rises, that is, the temperature coefficient of resistance is positive),
It has been proposed to arrange an even number of electrodes on the heat generating layer, connect an odd numbered electrode and an even numbered electrode from one end of the roller to form a parallel circuit, and achieve a uniform temperature distribution. ing. In this method, it is sufficient to arrange the heat generating layer approximately uniformly over the entire roller, and there is an advantage that the temperature distribution can be made uniform by appropriately arranging the electrodes on the heat generating layer. However, the fact that this method requires at least two electrodes in addition to the two electrodes at both ends which are required at the minimum causes the following inconveniences. That is, since a large current flows through the heating element in the energizing heating element, the reliability of contact between the electrode portions is important, but it is difficult to ensure the reliability of this connection portion.

【0006】発熱ローラに用いる発熱体としては、箔状
の抵抗体で蛇行パターンを形成したものがある。これ
は、通電経路を長くすることで抵抗値を調整し、消費電
力を所望の値とするためである。しかし、単なる蛇行パ
ターンでは切断面の沿面長さ(以下、沿面長さと呼ぶ)
が通電経路と同様に長くなってしまうため、発熱ローラ
を作製する際にバラバラになりやすく、扱いが極めて困
難という不都合がある。また、作製時にこの不都合が問
題とならなくても、使用時に発熱体がローラから剥がれ
やすく、剥がれて浮いてしまった部分ではローラ表面の
温度が上昇せず、発熱体自身が局部的に異常加熱を起こ
してしまうという欠点がある。
As a heating element used for the heating roller, there is a heating element in which a meandering pattern is formed by a foil-shaped resistor. This is because the resistance value is adjusted by increasing the length of the current supply path, and the power consumption is set to a desired value. However, in a simple meandering pattern, the creepage length of the cut surface (hereinafter, referred to as creepage length)
However, when the heat generating roller is manufactured, the heat generating roller is likely to be scattered, which is extremely difficult to handle. In addition, even if this inconvenience does not cause a problem during manufacturing, the heating element easily peels off from the roller during use, and the temperature of the roller surface does not increase in the area where the heating element has peeled off and floated, and the heating element itself is locally abnormally heated. There is a drawback that causes.

【0007】この欠点は、発熱体が蛇行パターンをもつ
場合にかぎられるわけではない。直接加熱方式の発熱ロ
ーラでは、各層が密着した状態にないと、均一で効率の
よい熱伝導が得られない。例えば、基体の内面に絶縁層
を介して線状または箔状の抵抗体からなる発熱層が配置
されている場合に、発熱層が絶縁層から離れてしまう
と、離れた部分ではローラ表面の温度が上昇しない。一
方、発熱層自体は、発生した熱を絶縁層及び基体に奪わ
れないので、局部的に異常過熱を起こす。そのため、最
悪の場合には絶縁層を破壊してリークが生じる。また、
絶縁層が基体から離れても、その部分ではローラ表面の
温度が上昇しない。このように各層が遊離してしまう原
因としては、各層の線膨張差が考えられる。ただし、一
般に絶縁層に用いられる、集成マイカ、ポリイミドなど
の耐熱樹脂、アラミド絶縁紙など、10〜500μm程
度の厚さで耐熱絶縁に実績のあるものは、いずれも金属
に比べて弾性率が明らかに小さいため、金属材料に挟み
込まれた構成ではその膨張は金属材料に支配される。従
って、基体内面と発熱層との線膨張率の差が問題とな
る。
This disadvantage is not limited to the case where the heating element has a meandering pattern. In the heating roller of the direct heating system, uniform and efficient heat conduction cannot be obtained unless the layers are in close contact with each other. For example, if a heating layer made of a linear or foil-shaped resistor is disposed on the inner surface of the base with an insulating layer interposed therebetween, and the heating layer is separated from the insulating layer, the temperature of the roller surface is increased at the separated portion. Does not rise. On the other hand, the heat generation layer itself does not deprive the generated heat to the insulating layer and the substrate, and thus causes local abnormal overheating. Therefore, in the worst case, the insulating layer is broken and a leak occurs. Also,
Even if the insulating layer is separated from the base, the temperature of the roller surface does not increase in that portion. As a cause of the separation of the layers, a difference in linear expansion between the layers can be considered. However, those that are generally used for the insulating layer, such as laminated mica, heat-resistant resin such as polyimide, aramid insulating paper, etc., which have a proven track record in heat-resistant insulation with a thickness of about 10 to 500 μm, all have a higher elastic modulus than metal. In a configuration sandwiched between metal materials, its expansion is dominated by the metal material. Therefore, a difference in the coefficient of linear expansion between the inner surface of the base and the heat generating layer poses a problem.

【0008】発熱ローラの昇温時間を短くするには、発
熱ローラの熱容量を小さくするという方法がある。この
ために、発熱ローラの基体の肉厚を薄くすることが求め
られる。しかし、熱を被加熱物に効率的に伝達するため
には、ローラの剛性が必要であり、発熱体材料にも、高
弾性率の材料が必要であり、当然ながら、耐熱性・耐食
性が求められる。このような目的において、弾性率当た
りの熱容量が材料特性として重要である。これは、基体
材料として広く実用化されている鉄とアルミとで比較す
ると、鉄はアルミの57%であり、有利である。しか
し、(1)熱伝導率がアルミの30%であり、温度ムラ
が発生しやすい、(2)錆が発生するため、防錆処理が
必要である、という欠点がある。SUS合金であれば、
錆に関しては問題が無く、弾性率当たりの熱容量はアル
ミの65%と鉄と同等である。しかし、熱伝導率がアル
ミの7〜12%と極端に小さいため、温度ムラが非常に
発生しやすく、実用化されていない。
In order to shorten the heating time of the heating roller, there is a method of reducing the heat capacity of the heating roller. For this reason, it is required to reduce the thickness of the base of the heat generating roller. However, in order to efficiently transfer heat to the object to be heated, the rigidity of the roller is necessary, and a high-elasticity material is also required for the heating element material. Naturally, heat resistance and corrosion resistance are required. Can be For such a purpose, the heat capacity per elastic modulus is important as a material property. This is advantageous in that iron is 57% of aluminum when compared with iron and aluminum which are widely used as base materials. However, there are disadvantages in that (1) thermal conductivity is 30% of that of aluminum and temperature unevenness easily occurs, and (2) rust is generated, so that rust prevention treatment is required. If it is a SUS alloy,
There is no problem with rust, and the heat capacity per elastic modulus is 65% of aluminum, which is equivalent to iron. However, since the thermal conductivity is extremely small, 7 to 12% of that of aluminum, temperature unevenness is very likely to occur and has not been put to practical use.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の問題点
に鑑みたものであり、上記の不都合を取り除き、簡単な
構成で且つローラ全表面にわたって温度分布良好な発熱
ローラを提供することを第一の課題とする。また、上記
の課題を解決するとともに、扱いやすく且つ基体の薄肉
化にも対応できる発熱層を構成することを第二の課題と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to eliminate the above-mentioned disadvantages and to provide a heat generating roller having a simple structure and a good temperature distribution over the entire surface of the roller. One issue. It is a second object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to construct a heat generating layer which is easy to handle and can cope with thinning of the substrate.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記第一の課題は、PT
C特性の物質からなる複数の発熱体を同一平面内のパタ
ーン配置により少なくともローラ軸方向において電気的
に並列に接続することによって発熱層が形成されている
ことを特徴とする発熱ローラによって解決される。ま
た、前記第二の課題は、前記発熱体が蛇行パターンを有
する箔状の抵抗体からなり、ローラ軸方向に隣あって位
置する発熱体の蛇行パターンが同一のピッチをもち且つ
蛇行の向きが逆向きであり、それらの蛇行パターンを蛇
行頂部で統合することによって発熱体をローラ軸方向に
おいて電気的に並列に接続することを特徴とする上述の
発熱ローラによって解決される。
The first object is to provide a PT.
A heating roller is characterized in that a heating layer is formed by electrically connecting a plurality of heating elements made of a substance having the C characteristic in parallel in at least a roller axial direction by pattern arrangement in the same plane. . Further, the second problem is that the heating element is formed of a foil-shaped resistor having a meandering pattern, and the meandering patterns of the heating elements located adjacent to each other in the roller axis direction have the same pitch and the meandering direction is different. This problem is solved by the heat generating roller described above, wherein the heat generating elements are electrically connected in parallel in the roller axial direction by integrating the meandering patterns at the meandering top.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を添付
の図を用いて説明する。図1は本発明に係る発熱ローラ
の一つの実施形態の概略断面図である。発熱ローラ1は
金属製の基体(すなわち芯金)12の外周に離型層11
を形成し、基体内面に(多層の)絶縁層13、発熱層1
4、及び電極(図示せず)を配設した構成となってい
る。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of one embodiment of a heat generating roller according to the present invention. The heat generating roller 1 has a release layer 11 on the outer periphery of a metal base (that is, a metal core) 12.
Is formed, and the (multi-layer) insulating layer 13 and the heat generating layer 1 are formed on the inner surface of the substrate.
4 and electrodes (not shown).

【0012】図2のaに示すように発熱層をローラ軸方
向に二つの発熱体に分割し、それらを同一平面内のパタ
ーン配置により(すなわち、発熱体に同一平面内でパタ
ーンをもたせ、それらの発熱体のパターンを適当に接続
することにより)電気的に並列に接続した場合を説明す
る。ここでは、PTC特性(温度が上がると抵抗が増
え、温度が下がると抵抗が減る)を有する発熱体を考え
る。
As shown in FIG. 2A, the heating layer is divided into two heating elements in the axial direction of the roller, and these are arranged by pattern arrangement in the same plane (that is, the heating elements are provided with patterns in the same plane, The case where the heating elements are electrically connected in parallel will be described. Here, a heating element having PTC characteristics (resistance increases as the temperature rises and resistance decreases as the temperature falls) is considered.

【0013】図2のaの左側の発熱体の抵抗をR、右
側の発熱体の抵抗をRとすると、それらは図2のbに
示すような並列回路を形成する。この時、これらの発熱
体にはそれぞれ電源電圧Vがかかることとなり、それぞ
れV/R[発熱量は電流(V/R)×電圧
(V)]、V/R[発熱量は電流(V/R)×電
圧(V)]のジュール熱が発生する。例えば当該発熱ロ
ーラを定着ローラとして使用すると、通紙などによって
どちらかの、例えば左側の発熱体の温度が低くなった場
合、当該発熱体の抵抗はPTC特性によって減少し、発
熱量V/RがV/Rより増大し、当該発熱ロー
ラの軸方向の温度を均一化する方向に働く。
Assuming that the resistance of the heating element on the left side of FIG. 2A is R 1 and the resistance of the heating element on the right side is R 2 , they form a parallel circuit as shown in FIG. 2B. At this time, a power supply voltage V is applied to each of these heating elements, and V 2 / R 1 [heating value is current (V / R 1 ) × voltage (V)], V 2 / R 2 [heating value] Generates Joule heat of current (V / R 2 ) × voltage (V)]. For example, when the heat generating roller is used as a fixing roller, when the temperature of one of the heat generating elements, for example, the left side, becomes low due to paper passing or the like, the resistance of the heat generating element decreases due to the PTC characteristic, and the heat generation amount V 2 / R. 1 increases from V 2 / R 2, and acts in a direction to make the temperature in the axial direction of the heat generating roller uniform.

【0014】これに対して、図8のaに示すように、発
熱層を軸方向に二つの発熱体に分割して電気的に直列に
接続した場合には、左側の発熱体の抵抗をR10、右側
の発熱体の抵抗をR20とすると、図8のbに示すよう
な直列回路となる。この場合には、図2の場合と異なっ
て、これらの発熱体には、それぞれV×R10/(R
10+R20)、V×R20/(R10+R20)の電
圧がかかる。従って、それぞれV×R10/(R10
+R20)[発熱量は電流(V/(R10
20))×電圧(V×R10/(R10
20))]、V×R20/(R +R20)
[発熱量は電流(V/(R10+R20))×電圧
(V×R20/(R10+R20))]のジュール熱が
発生する。通紙などによってどちらか、例えば左側の発
熱体の温度が低くなると、PTC特性により左側の発熱
体の抵抗R10が減少し、それによって左側の発熱体の
発熱量は右側の発熱体の発熱量より減少してしまい、軸
方向の温度差を拡大する方向に働いてしまう。
On the other hand, as shown in FIG.
The thermal layer is divided into two heating elements in the axial direction and electrically connected in series.
If connected, set the resistance of the left heating element to R10, Right
The resistance of the heating element of R20Then, as shown in FIG.
A series circuit. In this case, it differs from the case of FIG.
Each of these heating elements has V × R10/ (R
10+ R20), V × R20/ (R10+ R20)
Pressure is applied. Therefore, V2× R10/ (R10
+ R20)2[The amount of generated heat is current (V / (R10+
R 20)) × voltage (V × R10/ (R10+
R20))], V2× R20/ (R1 0+ R20)
2[The amount of generated heat is current (V / (R10+ R20)) × voltage
(V × R20/ (R10+ R20))]
Occur. Depending on the paper passing etc.
When the temperature of the heating element decreases, the PTC characteristic causes
Body resistance R10Of the heating element on the left side
The calorific value is smaller than the calorific value of the right heating element.
It works in the direction to increase the temperature difference in the direction.

【0015】以上のように、PTC特性を有する複数の
発熱体を電気的に並列に接続すると温度差をなくして均
一化する効果があり、抵抗変化の温度係数が大きいほ
ど、多数に分割するほど、発熱層の温度が均一化されや
すくなる。
As described above, when a plurality of heating elements having PTC characteristics are electrically connected in parallel, there is an effect of eliminating the temperature difference and making the temperature difference uniform. In addition, the temperature of the heat generating layer is easily made uniform.

【0016】ただし、多数に分割しすぎると、温度は均
一化されるが、パターンが煩雑になり、エッチング等に
作製手段が限られ、また発熱体が細くなり破断しやすく
なる。従って、ローラ端部からの放熱、定着ローラの使
用時に軸方向温度差を生じる最も大きな原因となる端部
温度上昇、通紙可能な紙のサイズ等を考慮して、要求さ
れる条件に応じて効果的な数に分割することが有利であ
る。
However, if it is divided into too many parts, the temperature will be uniform, but the pattern will be complicated, the production means will be limited to etching and the like, and the heating element will be thin and easily broken. Therefore, the heat radiation from the roller end, the temperature rise at the end, which is the largest cause of an axial temperature difference when the fixing roller is used, the size of paper that can be passed, etc. It is advantageous to divide into effective numbers.

【0017】実施例1:図2のaに示すような構成の発
熱層を用いてローラを作製した。基体はφ30mmのアル
ミニウム合金、発熱層には抵抗温度係数が正である厚さ
40μmのSUS304箔を用い、エッチングあるいは
プレスによる切断により発熱体パターンを形成した。離
型層にはPFA樹脂を用い、絶縁層は集成マイカシート
とした。発熱層全体の幅はA4縦幅(297mm)よりや
や長めの300mmとし、A4横幅(210mm)で分割し
た。図2のaに示す例では、左端を通紙基準とし、左側
の発熱体がA4横幅を持つように分割した。発熱層の発
熱密度が均等になるように、発熱体パターンの線幅(パ
ターン幅)を調整した(図中では細線及び太線によって
パターンの線幅の違いが示されている)。
Example 1 A roller was manufactured using a heat generating layer having a structure as shown in FIG. A heating element pattern was formed by etching or pressing using a SUS304 foil having a thickness of 40 μm having a positive temperature coefficient of resistance for an aluminum alloy having a diameter of 30 mm and a heating layer having a positive resistance temperature coefficient. A PFA resin was used for the release layer, and a mica sheet was used for the insulating layer. The width of the entire heat generating layer was set to 300 mm, which was slightly longer than the A4 vertical width (297 mm), and divided by the A4 horizontal width (210 mm). In the example shown in FIG. 2A, the left end of the heating element is divided so as to have an A4 width based on the paper passing reference on the left end. The line width (pattern width) of the heating element pattern was adjusted so that the heat generation density of the heat generating layer became uniform (the line width of the pattern is indicated by a thin line and a thick line in the figure).

【0018】このような構成の定着ローラを用いて、左
端を基準にA4横幅の紙を連続で通紙したところ、ロー
ラの右側端部の温度が左に比べて高くなると、PTC特
性のゆえに右側の発熱体の抵抗が増加し、その結果、右
側端部の発熱量が低下して温度分布の幅が小さくなっ
た。ローラ表面温度差は20℃以下であった。A4横幅
の紙を連続で通紙した後、A4縦幅の紙を通紙したが、
オフセットは発生しなかった。
When a sheet of A4 width is continuously passed using the fixing roller having such a configuration with the left end as a reference, if the temperature of the right end of the roller becomes higher than that of the left side, the right side of the roller will have a PTC characteristic, so As a result, the calorific value of the right end portion was reduced, and the width of the temperature distribution was reduced. The roller surface temperature difference was 20 ° C. or less. After continuously passing A4 width paper, A4 length paper was passed.
No offset occurred.

【0019】図2のaに示した発熱体パターンをもつ発
熱層のかわりに図3から図7に示すような発熱体パター
ンをもつ発熱層を用いて同様の実験を行った。いずれの
場合もローラ表面温度差は10℃〜30℃であり、以下
に述べる比較例1に比べて温度差が小さかった。
A similar experiment was conducted using a heating layer having a heating element pattern as shown in FIGS. 3 to 7 instead of the heating layer having the heating element pattern shown in FIG. 2A. In each case, the roller surface temperature difference was 10 ° C. to 30 ° C., which was smaller than Comparative Example 1 described below.

【0020】比較例1:図8のaに示したような構成の
発熱層を有する定着ローラを用いて実施例1と同様の通
紙試験をおこなった。その際、発熱体の発熱密度は、均
等になるように、また実施例1と同じになるように発熱
体パターン線幅を広くして調整した。結果は、ローラの
表面温度差が50℃あった。A4横幅の紙を連続で通紙
した後、A4縦幅の紙を通紙したところ、オフセットが
発生した。
Comparative Example 1 A paper-passing test similar to that of Example 1 was performed using a fixing roller having a heat generating layer having a configuration as shown in FIG. At that time, the heating element pattern line width was adjusted so that the heating density of the heating element was equalized and the same as in Example 1. As a result, the roller surface temperature difference was 50 ° C. After passing A4 width paper continuously, and then passing A4 length paper, offset occurred.

【0021】実施例2:図1のような構成の発熱体でロ
ーラを作製した。基体は肉厚1mm、φ30mmのアルミニ
ウム合金、発熱層にはSUS316箔および炭素フィル
ムをそれぞれ用い、エッチングあるいはプレスによる切
断によりパターンを形成した。離型層にはPFA樹脂を
用い、絶縁層は集成マイカシートとした。全体の発熱幅
はA4縦幅(297mm)よりやや長めの300mmとし
た。
Example 2 A roller was manufactured using a heating element having the structure shown in FIG. An aluminum alloy having a thickness of 1 mm and a diameter of 30 mm was used as a substrate, and a SUS316 foil and a carbon film were used as heat generating layers, respectively, and patterns were formed by etching or cutting by pressing. A PFA resin was used for the release layer, and a mica sheet was used for the insulating layer. The overall heat generation width was 300 mm, which was slightly longer than the A4 vertical width (297 mm).

【0022】上記構成の発熱ローラでφ30の発砲シリ
コーンゴム製の加圧ローラとユニットを構成し、中央を
基準にA4横幅の紙を連続で通紙し、表面温度差を測定
した。また、昇温直後の表面温度差も測定した。さらに
加熱・冷却を1万回繰り返し、耐久性を確認した。
A pressure roller made of silicone rubber with a diameter of 30 and a unit were constituted by the heat generating roller having the above-mentioned structure, and a sheet of A4 width was continuously passed through the center as a reference, and the surface temperature difference was measured. Further, the surface temperature difference immediately after the temperature rise was also measured. Further, heating and cooling were repeated 10,000 times, and the durability was confirmed.

【0023】図9〜図17に示すパターンを有する発熱
層を用いてそれぞれ上記の実験を行った結果を比較例2
とともに表1に示す。 比較例2:図19及び図20に示す発熱体パターンを用
いた。これらの発熱体パターンは、図9〜図17のBに
示す複数の発熱体を統合したものよりも切断面の沿面距
離が長いため、ローラ作製に当たっては発熱体がばらけ
やすく、隣の通電路と接触しないように所望の位置に発
熱体を設置するのが難しく、位置の微調整に時間を要し
た。
The results of the above experiments using the heating layers having the patterns shown in FIGS.
The results are shown in Table 1. Comparative Example 2: The heating element pattern shown in FIGS. 19 and 20 was used. Since these heating element patterns have a longer creepage distance of the cut surface than those obtained by integrating a plurality of heating elements shown in FIG. 9 to FIG. It was difficult to install the heating element at a desired position so as not to come into contact with the device, and it took time to finely adjust the position.

【0024】[0024]

【表1】 [Table 1]

【0025】実施例2では中央基準の通紙を行ったた
め、PTC特性を有する発熱層(この場合はSUS31
6)をローラ軸方向に中央部と両端部の三つに分割した
もの(図10、図14、図15)が通紙時のローラ表面
温度差を小さくするという点では適している。しかしな
がら、通紙基準をローラ端部にすれば、図9、図11に
示すような二つに分割されたパターンも十分に考慮に値
する。
In the second embodiment, since the paper is fed on the basis of the center, a heat generating layer having PTC characteristics (in this case, SUS31)
6) is divided into three parts at the center and both ends in the roller axis direction (FIGS. 10, 14, and 15), which is suitable in that the difference in roller surface temperature during paper passing is reduced. However, if the paper passing reference is the roller end, the two divided patterns as shown in FIGS. 9 and 11 are sufficiently considered.

【0026】昇温時の温度差を小さくするという点で
は、PTC特性を有する発熱層の場合には、図14、図
15に示すように、両端部に位置する発熱体の蛇行パタ
ーンの振幅を中央部の発熱体に比べて小さくする、及び
(あるいは)両端部の蛇行パターンのパターン線幅を太
くすることが有利である。また、昇温時の温度差を小さ
くするという点に限れば、図16及び図17に示すよう
に発熱層をローラ軸方向に中央部と両端部に分割しそれ
らを電気的に直列に接続し、且つ両端部の発熱体のパタ
ーンの線幅を中央部に比べて細くする、パターン線間の
幅を中央部に比べて狭くする等の措置をとることも有効
である。ただし、この場合にPTC特性の発熱体を用い
ると通紙時の温度差は大きくする方向に働いてしまうた
め、NTC特性の発熱体を用いたほうがよい。
In order to reduce the temperature difference at the time of raising the temperature, in the case of the heating layer having the PTC characteristic, as shown in FIGS. 14 and 15, the amplitude of the meandering pattern of the heating elements located at both ends is reduced. It is advantageous to reduce the size of the heating element at the center and / or to increase the pattern line width of the meandering pattern at both ends. As far as the point of reducing the temperature difference at the time of raising the temperature is reduced, as shown in FIGS. 16 and 17, the heat generating layer is divided into a central portion and both end portions in the roller axial direction, and these are electrically connected in series. It is also effective to take measures such as making the line width of the pattern of the heating element at both ends narrower than the central part, and making the width between pattern lines narrower than the central part. However, in this case, if a heating element having the PTC characteristic is used, the temperature difference at the time of paper passing acts in a direction to increase, and therefore a heating element having the NTC characteristic is preferably used.

【0027】図9〜図17のBに示すパターンを有する
発熱層は、全般的に、図19及び図20に示すパターン
を有する発熱層に比べて、耐久性に優れていることがわ
かる。
It can be seen that the heat generating layer having the patterns shown in FIGS. 9 to 17B is generally superior in durability to the heat generating layers having the patterns shown in FIGS. 19 and 20.

【0028】参考例として、基体の肉厚を0.7mmとし
て実施例2と同様の実験を行った。昇温時間は短縮され
たが、発熱体として炭素フィルムを用いた場合では、た
わみの発生が見られ、通紙時にしわの発生が頻発し、実
用は困難であった。
As a reference example, the same experiment as in Example 2 was performed with the thickness of the substrate set to 0.7 mm. Although the heating time was shortened, when a carbon film was used as the heating element, the occurrence of bending was observed, and the occurrence of wrinkles frequently occurred during paper passing, which made practical use difficult.

【0029】実施例1及び実施例2では、それぞれSU
S304、SUS316を発熱体として用いたが、ニッ
ケルクロム合金、鉄クロム合金など金属系発熱体はPT
C特性をもち、金属粉、炭素分などを含む導電ペースト
などもPTC特性を有する発熱体である。導電ペースト
などの液状材料であれば、パターンを印刷することも可
能である。また、NTC特性(抵抗温度係数が負)を示
すものとしては、炭素フィルムの他、半導体の多くが挙
げられる。
In the first and second embodiments, the SU
S304 and SUS316 were used as heating elements, but metal heating elements such as nickel chromium alloy and iron chrome alloy
Conductive pastes having C characteristics, such as metal powder and carbon, are also heating elements having PTC characteristics. If it is a liquid material such as a conductive paste, the pattern can be printed. In addition, many of semiconductors besides the carbon film are shown as those exhibiting the NTC characteristic (the temperature coefficient of resistance is negative).

【0030】次に発熱ローラを構成する各層の密着を長
期にわたって確保するのに有利な基体内面及び発熱層の
材料の組合わせについて説明する。
Next, a description will be given of a combination of the material of the inner surface of the base and the material of the heat generating layer, which is advantageous for ensuring the adhesion of each layer constituting the heat generating roller for a long period of time.

【0031】抵抗加熱に必要な大電流密度に耐え得る金
属発熱体には、(1)体積抵抗率が大きいこと、(2)
高温での耐酸化性があること、(3)繰り返し加熱に耐
えること、(4)耐食性がよいこと、が求められる。そ
のような要求を満たすものとして、SUS合金、ニッケ
ルクロム合金が広く用いられている。これらの合金は線
膨張率に基づいて大きく二分される。すなわち、一方
は、(A)オーステナイト系SUS合金(SUS304、30
1、316など;線膨張率14.4〜17.3×10−6/℃)、ニッ
ケルクロム合金(線膨張率14.4〜17.0×10−6/℃)他
方は、(B)マルテンサイト系SUS合金(SUS410S、4
20J2;線膨張率9.9〜10.3×10 −6/℃)、フェライト
系SUS合金(SUS405、430、444など;線膨張率9.9〜1
0.7×10−6/℃)である。
Gold that can withstand the large current density required for resistance heating
The genus heating elements include (1) a large volume resistivity, and (2)
(3) resistant to repeated heating
And (4) good corrosion resistance. So
SUS alloys, nickel
Ruchrome alloys are widely used. These alloys are wire
It is roughly divided into two based on the expansion rate. That is, one
Is (A) austenitic SUS alloy (SUS304, 30
1, 316 etc .; coefficient of linear expansion 14.4-17.3 × 10-6/ ℃), Ni
Kerchrome alloy (linear expansion coefficient 14.4-17.0 × 10-6/ ℃) and others
One is (B) martensitic SUS alloy (SUS410S, 4
20J2; coefficient of linear expansion 9.9 to 10.3 × 10 -6/ ° C), ferrite
SUS alloy (SUS405, 430, 444, etc .; linear expansion coefficient 9.9-1)
0.7 × 10-6/ ° C).

【0032】表2に示す実施例3〜5及び比較例3〜5
では、図1のような構成のローラを用いた。基体はφ3
0mm、発熱層は金属箔を所望の抵抗になるようにパター
ン化したもの、または所望の抵抗になるよう螺旋に配置
したテープ状の金属箔あるいは金属線で形成した。絶縁
層は集成マイカあるいはポリイミドあるいはアラミド絶
縁紙とした。ローラ表面には離型層としてPFA樹脂を
施してある。基体の厚さはアルミニウムの場合は0.8
mm、鉄の場合は0.35mmとした。どちらの場合もロー
ラのたわみの大きさは同等であった。表中の線膨張率の
単位は×10−6/℃である。
Examples 3 to 5 and Comparative Examples 3 to 5 shown in Table 2
In this case, a roller having a configuration as shown in FIG. 1 was used. The base is φ3
The heat generating layer was formed of a metal foil patterned to have a desired resistance, or a tape-shaped metal foil or metal wire spirally arranged to have a desired resistance. The insulating layer was made of laminated mica, polyimide or aramid insulating paper. A PFA resin is applied to the roller surface as a release layer. Substrate thickness is 0.8 for aluminum
mm, and 0.35 mm for iron. In both cases, the magnitude of deflection of the rollers was comparable. The unit of the coefficient of linear expansion in the table is × 10 −6 / ° C.

【0033】[0033]

【表2】 [Table 2]

【0034】一方、実施例6〜11では、図18のよう
な構成のローラを用いた。基体12は厚さ0.4mmのア
ルミニウム製であり、基体の内側には中間層15として
厚さ0.15mmのSUS合金層が配置されている。すな
わち、この合金層が基体内面を構成する。その他の構成
は上述の図1の構成に基づくものと同じである。このよ
うに構成したローラのたわみの大きさは、実施例3〜5
で用いたローラと同等であった。表中の線膨張率の単位
は×10−6/℃である。中間層は継ぎ目のないパイプで
もよいが、アルミニウムとSUSの二重パイプ、いわゆ
るクラッド管で薄肉に制作するのは困難である。従っ
て、中間層は、SUS箔を一周以上巻いたものを接着あ
るいは溶接によりパイプとしたものが好ましい。
On the other hand, in Examples 6 to 11, the rollers having the structure shown in FIG. 18 were used. The base 12 is made of aluminum having a thickness of 0.4 mm, and a SUS alloy layer having a thickness of 0.15 mm is disposed as an intermediate layer 15 inside the base. That is, this alloy layer forms the inner surface of the base. Other configurations are the same as those based on the configuration of FIG. 1 described above. The magnitude of the deflection of the roller configured as described above was determined in Examples 3 to 5.
It was the same as the roller used in. The unit of the coefficient of linear expansion in the table is × 10 −6 / ° C. The intermediate layer may be a seamless pipe, but it is difficult to make it thin with a double pipe of aluminum and SUS, a so-called clad pipe. Therefore, the intermediate layer is preferably formed by winding or winding a SUS foil one or more times into a pipe by bonding or welding.

【0035】[0035]

【表3】 [Table 3]

【0036】実施例3〜11及び比較例3〜5では、表
2及び表3に示した材料を用いて上述のように構成され
たそれぞれの発熱ローラとφ30mmの発泡シリコーンゴ
ム製の加圧ローラとでユニットを構成し、通紙部分の表
面温度差をサーモグラフィで測定した。さらに、加熱と
冷却を1万回繰り返し、耐久性を確認した。
In Examples 3 to 11 and Comparative Examples 3 to 5, the respective heating rollers and the pressure rollers made of foamed silicone rubber having a diameter of 30 mm as described above using the materials shown in Tables 2 and 3 were used. And a unit was constructed, and the surface temperature difference of the paper passing portion was measured by thermography. Further, heating and cooling were repeated 10,000 times, and durability was confirmed.

【0037】昇温時間は、1200Wの電力を投入し、
室温25℃から定着温度180℃まで昇温する時間を測
定した。温度ムラがあると、トナーの定着率のばらつき
が生じる。30℃以上のムラがある場合には、安定した
定着を得るのは難しい。基体が鉄の場合には、温度ムラ
が生じやすいが、表2に示した結果からわかるように、
発熱層にフェライト系SUSが用いられていると(実施
例3)、温度ムラは小さかった。基体がアルミニウムの
場合には温度ムラは生じにくいが、比較例5のように発
熱層にフェライト系SUSを用いると、逆に温度ムラが
大きくなった。実施例6〜11の結果からわかるよう
に、アルミニウムの基体の内側にSUS合金からなる中
間層を配置した発熱ローラでは、使用した発熱層の種類
にかかわらず、鉄製の基体の場合に近い昇温時間が得ら
れた。また、温度ムラについての結果も良好であった。
As for the heating time, power of 1200 W is supplied,
The time required to raise the temperature from room temperature 25 ° C. to the fixing temperature 180 ° C. was measured. If the temperature is uneven, the toner fixing rate varies. When there is unevenness of 30 ° C. or more, it is difficult to obtain stable fixing. When the substrate is iron, temperature unevenness tends to occur, but as can be seen from the results shown in Table 2,
When ferrite-based SUS was used for the heat generating layer (Example 3), the temperature unevenness was small. When the substrate was made of aluminum, temperature unevenness was unlikely to occur, but when ferrite-based SUS was used for the heat generating layer as in Comparative Example 5, the temperature unevenness increased. As can be seen from the results of Examples 6 to 11, in the heat generating roller in which the intermediate layer made of the SUS alloy is disposed inside the aluminum base, the temperature rise is close to that of the iron base regardless of the type of the heat generating layer used. Time was obtained. Further, the result regarding the temperature unevenness was also good.

【0038】温度ムラが大きくなった発熱ローラのロー
ラ内部を観察すると、発熱層の遊離がみられた。したが
って、金属製基体内面に絶縁層を介して線状または箔状
の金属抵抗体からなる発熱層を配置した発熱ローラで
は、実施例4あるいは実施例5の場合のように、金属製
基体がアルミニウム合金からなり、発熱層がオーステナ
イト系ステンレス合金あるいはニッケルクロム合金によ
って形成されていると、基体内面と発熱層の線膨張率差
が小さくなり、加熱冷却を繰り返しても発熱層の遊離が
発生せず、長期に均一な温度分布を得ることができるよ
うになる。また、実施例3のように、金属製基体を鉄鋼
により形成し、発熱層にフェライト系あるいはマルテン
サイト系ステンレス合金を用いても同様の効果が得られ
る。
Observation of the inside of the heat generating roller where the temperature unevenness became large revealed that the heat generating layer was separated. Therefore, in the heat generating roller in which a heat generating layer made of a linear or foil-shaped metal resistor is disposed on the inner surface of the metal base via an insulating layer, as in the case of Example 4 or Example 5, the metal base is made of aluminum. When the heat-generating layer is made of an austenitic stainless steel alloy or a nickel-chromium alloy, the difference in the coefficient of linear expansion between the inner surface of the base and the heat-generating layer becomes small, and the heat-generating layer does not separate even after repeated heating and cooling. Thus, a uniform temperature distribution can be obtained for a long period of time. Similar effects can be obtained by forming the metal substrate from steel and using a ferrite-based or martensitic-based stainless alloy for the heating layer as in the third embodiment.

【0039】さらに、実施例6〜実施例11の場合のよ
うに、金属製基体をアルミニウム合金で形成し、その内
面にステンレス合金の層を設けると、マルテンサイト系
あるいはオーステナイト系ステンレス合金あるいはニッ
ケルクロム合金を発熱層に用いて同様の効果を得ること
ができる。これらの場合には、基体が、熱伝導率の大き
いアルミニウムからなるので、特に温度分布が均一にな
りやすい。また、基体内面に弾性率当たりの熱容量の小
さいSUS合金層を配置しているので、低熱容量で剛性
の高い発熱ローラが得られ、鉄製基体の場合に近い昇温
時間も得ることができる。SUSやアルミニウムでは錆
が発生しないため、鉄製基体の場合のような防錆処理が
必要ないという点でも有利である。
Further, as in the case of Examples 6 to 11, when a metal substrate is formed of an aluminum alloy and a stainless steel alloy layer is provided on its inner surface, a martensitic or austenitic stainless steel alloy or nickel chromium Similar effects can be obtained by using an alloy for the heat generating layer. In these cases, since the base is made of aluminum having a high thermal conductivity, the temperature distribution is particularly likely to be uniform. In addition, since the SUS alloy layer having a small heat capacity per elastic modulus is disposed on the inner surface of the base, a heat roller having a low heat capacity and a high rigidity can be obtained, and a heating time close to that of an iron base can be obtained. Since SUS and aluminum do not generate rust, they are also advantageous in that rust prevention treatment is not required as in the case of an iron base.

【0040】上記実施例は、定着ローラであったが、加
圧ローラもしくは図21に示すような定着ローラ加熱用
ローラなどの電子写真用発熱ローラとしても、本発明は
広く適用できる。
Although the above-described embodiment is a fixing roller, the present invention can be widely applied to an electrophotographic heating roller such as a pressure roller or a fixing roller heating roller as shown in FIG.

【0041】[0041]

【発明の効果】請求項1に記載の発熱ローラでは、PT
C特性を有する複数の発熱体がローラ軸方向に電気的に
並列に接続されて発熱層を形成しているので、特別な装
置を用いることなく端部温度上昇を自己制御で低減する
ことが可能であり、ローラ表面温度分布を均一にするこ
とができる。また、同一平面内に連続体として発熱層を
構成できるため、最低限必要な両端の電極しか必要とせ
ず、高い信頼性を得ることができる。
According to the heat generating roller according to the first aspect of the present invention, PT
Since a plurality of heating elements having C characteristics are electrically connected in parallel in the roller axis direction to form a heating layer, the end temperature rise can be reduced by self-control without using a special device. Therefore, the roller surface temperature distribution can be made uniform. Further, since the heat generating layer can be formed as a continuous body on the same plane, only minimum required electrodes at both ends are required, and high reliability can be obtained.

【0042】請求項2〜4に記載の発熱ローラでは、発
熱層が、必ず通紙が行われる通紙基準近傍の発熱体と、
それ以外の発熱体とからなり、PTC特性を持った各発
熱体がそれぞれ発熱量を自己制御するので、連続通紙に
より発生する温度むらを効果的に抑制できる。
In the heat generating roller according to the second to fourth aspects, the heat generating layer includes a heat generating element near a paper passing reference where paper is always passed.
Since each of the heating elements having other heating elements and having PTC characteristics controls the amount of heat generated by itself, it is possible to effectively suppress temperature unevenness generated by continuous paper passing.

【0043】請求項5に記載の発熱ローラでは、ローラ
両端部に位置する発熱体の発熱密度(発熱量/面積)が
他の発熱体より大きいため、立ち上り時に端部からの放
熱により発生する温度むらを抑制できる。
In the heat generating roller according to the fifth aspect, since the heat generating density (heat generation amount / area) of the heat generating elements located at both ends of the roller is larger than the other heat generating elements, the temperature generated by the heat release from the ends at the time of start-up. Unevenness can be suppressed.

【0044】請求項6に記載の発熱ローラでは、発熱層
が、各々のピッチが同一であり、隣のパターンと逆向き
である複数の蛇行パターンを蛇行頂部で統合した形状と
なっているため、沿面長さが短くなり、発熱層自身の剛
性が保たれ、ローラ作製時に扱いやすく効率がよいとと
もに、発熱層がローラから外れることなく長期に渡って
安定した使用が可能となる。
In the heat generating roller according to the sixth aspect, the heat generating layer has a shape in which a plurality of meandering patterns having the same pitch and opposite to the adjacent pattern are integrated at the meandering top. The creepage length is shortened, the rigidity of the heat generating layer itself is maintained, and the roller is easy to handle and efficient at the time of manufacturing the roller. In addition, the heat generating layer can be stably used for a long time without coming off the roller.

【0045】請求項7に記載の発熱ローラでは、それぞ
れの発熱体の蛇行パターンの始点と終点とを結んだ方向
が、ほぼローラ円周方向であるので、軸方向に分割され
た複数の抵抗体が並列接続された回路と等価であり、P
TC特性により温度が低い部分が抵抗も低くなり電流が
多く流れ、優先的に発熱し、温度分布が均一となる。
In the heat generating roller according to the seventh aspect, since the direction connecting the start point and the end point of the meandering pattern of each heat generating element is substantially the circumferential direction of the roller, the plurality of resistive elements divided in the axial direction are provided. Are equivalent to a circuit connected in parallel, and P
Due to the TC characteristics, a portion having a low temperature has a low resistance, a large amount of current flows, heat is preferentially generated, and the temperature distribution becomes uniform.

【0046】請求項8に記載の発熱ローラでは、発熱体
の蛇行パターンの統合部分が、連続通紙可能な紙の端部
が通過する位置とほぼ等しい位置にあることから、発熱
層が形成する並列回路が連続通紙による温度差を小さく
する方向に最大限の能力を発揮する。
In the heating roller according to the eighth aspect, since the integrated portion of the meandering pattern of the heating element is located at a position substantially equal to the position where the end of the paper that can be continuously passed passes, the heating layer is formed. The parallel circuit exerts its maximum capability in the direction of reducing the temperature difference due to continuous paper passing.

【0047】請求項9〜10に記載の発熱ローラは、ロ
ーラ両端部の抵抗が中央部に比べて小さい回路と等価で
あるので、端部に電流が多く流れ発熱量が中央部に比べ
て多くなるため、昇温時の端部の温度落ちこみが少な
く、温度分布が均一となる。
The heating roller according to the ninth to tenth aspects is equivalent to a circuit in which the resistance at both ends of the roller is smaller than that at the center, so that a large amount of current flows at the ends and the amount of heat generated is larger than at the center. Therefore, the temperature drop at the end portion during temperature rise is small, and the temperature distribution becomes uniform.

【0048】請求項11に記載の発熱ローラでは、発熱
体が、電気抵抗が温度上昇により低下する傾向(NTC
特性)を持ち、またその蛇行パターンの始点と終点とを
結んだ方向が、おおよそ軸方向であるため、発熱層が軸
方向において直列に接続された抵抗を有する回路を形成
する形となり、軸方向で温度が高い部分の抵抗が減少
し、発熱量も相対的に減少するため、温度分布が均一と
なる。
In the heat generating roller according to the eleventh aspect, the heat generating element has a tendency that the electric resistance decreases due to a temperature rise (NTC).
Characteristic), and since the direction connecting the start point and the end point of the meandering pattern is roughly the axial direction, the heating layer forms a circuit having a resistor connected in series in the axial direction, In this case, the resistance of the portion where the temperature is high decreases, and the calorific value also relatively decreases, so that the temperature distribution becomes uniform.

【0049】請求項12及び請求項13に記載の発熱ロ
ーラでは、ローラ両端の発熱体の抵抗が中央部の発熱体
に比べて大きく、発熱量も中央部に比べて大きくなるた
め、昇温時の端部の温度落ち込みが少なく、温度分布が
均一となる。
In the heating roller according to the twelfth and thirteenth aspects, the resistance of the heating element at both ends of the roller is greater than that of the heating element at the center, and the amount of heat generation is greater than that at the center. The temperature drop at the end of is small and the temperature distribution becomes uniform.

【0050】請求項14に記載の発熱ローラでは、発熱
体が高弾性率で耐熱性・耐食性に優れたステンレスから
なるため、発熱ローラの剛性を高めることができ、被加
熱体に強く押し当てることができ、接触幅が大きくで
き、効率的に熱伝達でき、長期に渡って使用できる。
In the heating roller according to the present invention, since the heating element is made of stainless steel having a high elastic modulus and excellent heat resistance and corrosion resistance, the rigidity of the heating roller can be increased, and the heating roller can be strongly pressed against the object to be heated. , The contact width can be increased, heat can be efficiently transferred, and it can be used for a long time.

【0051】請求項15及び請求項16に記載の発熱ロ
ーラでは、ローラ基体内面と発熱層との線膨張率の差が
小さいので、加熱と冷却を繰り返しても発熱層の遊離が
発生せず、長期間にわたって均一な温度分布が得られ
る。
In the heat generating roller according to the present invention, since the difference in linear expansion coefficient between the inner surface of the roller base and the heat generating layer is small, the heat generating layer is not separated even if heating and cooling are repeated. A uniform temperature distribution can be obtained over a long period.

【0052】請求項16に記載の発熱ローラでは、熱伝
導率の大きいアルミニウムを芯金としており、温度分布
が均一となりやすい。また、内面に弾性率当たりの熱容
量が小さいSUS合金層を配置しているため、低熱容量
で剛性の高いローラとなり、鉄芯金に近い昇温時間を得
られる。また、SUS、アルミニウムともに錆の発生が
ないため、鉄芯金のように防錆処理の必要がない。
In the heat generating roller according to the present invention, aluminum having high thermal conductivity is used as the core metal, and the temperature distribution tends to be uniform. In addition, since the SUS alloy layer having a small heat capacity per elastic modulus is disposed on the inner surface, the roller has a low heat capacity and a high rigidity, and a heating time close to that of an iron core can be obtained. Further, since rust does not occur in both SUS and aluminum, there is no need for rust prevention treatment unlike iron core metal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る発熱ローラの一つの実施形態の概
略横断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a heating roller according to the present invention.

【図2】aは本発明の実施例1に係る一つの発熱体パタ
ーンの図であり、bは当該発熱体パターンの等価回路の
図である。
FIG. 2A is a diagram of one heating element pattern according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a diagram of an equivalent circuit of the heating element pattern.

【図3】本発明の実施例1に係る別の発熱体パターンの
図である。
FIG. 3 is a diagram of another heating element pattern according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例1に係る別の発熱体パターンの
図である。
FIG. 4 is a diagram of another heating element pattern according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例1に係る別の発熱体パターンの
図である。
FIG. 5 is a diagram of another heating element pattern according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例1に係る別の発熱体パターンの
図である。
FIG. 6 is a diagram of another heating element pattern according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例1に係る別の発熱体パターンの
図である。
FIG. 7 is a diagram of another heating element pattern according to the first embodiment of the present invention.

【図8】aは本発明に対する比較例1に係る発熱体パタ
ーンの図であり、bは当該発熱体パターンの等価回路の
図である。
8A is a diagram of a heating element pattern according to Comparative Example 1 for the present invention, and FIG. 8B is a diagram of an equivalent circuit of the heating element pattern.

【図9】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、A
は基礎となる蛇行パターン、Bは統合後のパターン、C
はその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅の
大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。
FIG. 9 is a schematic view of the structure of a heat generating layer according to the present invention,
Is the basic meandering pattern, B is the integrated pattern, C
Is a diagram of the equivalent circuit. Note that the magnitude of the amplitude in the equivalent circuit represents the magnitude of the resistance for convenience.

【図10】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Aは基礎となる蛇行パターン、Bは統合後のパターン、
Cはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。
FIG. 10 is a schematic view of a structure of a heat generating layer according to the present invention;
A is the base meandering pattern, B is the pattern after integration,
C is a diagram of the equivalent circuit. Note that the magnitude of the amplitude in the equivalent circuit represents the magnitude of the resistance for convenience.

【図11】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Aは基礎となる蛇行パターン、Bは統合後のパターン、
Cはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。
FIG. 11 is a schematic diagram of a structure of a heat generating layer according to the present invention;
A is the base meandering pattern, B is the pattern after integration,
C is a diagram of the equivalent circuit. Note that the magnitude of the amplitude in the equivalent circuit represents the magnitude of the resistance for convenience.

【図12】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Aは基礎となる蛇行パターン、Bは統合後のパターン、
Cはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。
FIG. 12 is a schematic view of a structure of a heat generating layer according to the present invention;
A is the base meandering pattern, B is the pattern after integration,
C is a diagram of the equivalent circuit. Note that the magnitude of the amplitude in the equivalent circuit represents the magnitude of the resistance for convenience.

【図13】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Aは基礎となる蛇行パターン、Bは統合後のパターン、
Cはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。
FIG. 13 is a schematic view of a structure of a heat generating layer according to the present invention;
A is the base meandering pattern, B is the pattern after integration,
C is a diagram of the equivalent circuit. Note that the magnitude of the amplitude in the equivalent circuit represents the magnitude of the resistance for convenience.

【図14】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Aは基礎となる蛇行パターン、Bは統合後のパターン、
Cはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。
FIG. 14 is a schematic diagram of a structure of a heat generating layer according to the present invention;
A is the base meandering pattern, B is the pattern after integration,
C is a diagram of the equivalent circuit. Note that the magnitude of the amplitude in the equivalent circuit represents the magnitude of the resistance for convenience.

【図15】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Aは基礎となる蛇行パターン、Bは統合後のパターン、
Cはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。
FIG. 15 is a schematic view of a structure of a heat generating layer according to the present invention;
A is the base meandering pattern, B is the pattern after integration,
C is a diagram of the equivalent circuit. Note that the magnitude of the amplitude in the equivalent circuit represents the magnitude of the resistance for convenience.

【図16】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Aは基礎となる蛇行パターン、Bは統合後のパターン、
Cはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。
FIG. 16 is a schematic view of a structure of a heat generating layer according to the present invention;
A is the base meandering pattern, B is the pattern after integration,
C is a diagram of the equivalent circuit. Note that the magnitude of the amplitude in the equivalent circuit represents the magnitude of the resistance for convenience.

【図17】本発明に係る発熱層の構造の模式図であり、
Aは基礎となる蛇行パターン、Bは統合後のパターン、
Cはその等価回路の図である。なお、等価回路中で振幅
の大きさは抵抗の大きさを便宜的に表したものである。
FIG. 17 is a schematic view of a structure of a heat generating layer according to the present invention;
A is the base meandering pattern, B is the pattern after integration,
C is a diagram of the equivalent circuit. Note that the magnitude of the amplitude in the equivalent circuit represents the magnitude of the resistance for convenience.

【図18】本発明の別の実施形態に係る発熱ローラの概
略横断面図である。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a heat roller according to another embodiment of the present invention.

【図19】従来の発熱層の構造の図である。FIG. 19 is a diagram of the structure of a conventional heat generating layer.

【図20】従来の発熱層の構造の図である。FIG. 20 is a diagram of the structure of a conventional heat generating layer.

【図21】本発明に係る発熱ローラの使用例としての定
着ローラ加熱用ローラ周辺の概略図である。
FIG. 21 is a schematic diagram around a fixing roller heating roller as an example of use of the heat generating roller according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 定着ローラ 11 離型層 12 基体 13 絶縁層 14 発熱層(抵抗発熱体) 15 中間層 21 スポンジゴム製定着ローラ 22 発熱ローラ 23 通紙方向 24 紙 25 加圧ローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixing roller 11 Release layer 12 Base 13 Insulating layer 14 Heat generation layer (resistance heating element) 15 Intermediate layer 21 Sponge rubber fixing roller 22 Heat generation roller 23 Paper passing direction 24 Paper 25 Pressure roller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 越後 勝博 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 由良 純 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Katsuhiro Echigo 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stock inside Ricoh Company (72) Inventor Jun Yura 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stock Inside the company Ricoh

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】PTC特性の物質からなる複数の発熱体を
同一平面内のパターン配置により少なくともローラ軸方
向において電気的に並列に接続することによって発熱層
が形成されていることを特徴とする発熱ローラ。
An exothermic layer is formed by electrically connecting a plurality of exothermic elements made of a substance having a PTC characteristic in parallel in at least a roller axial direction by a pattern arrangement in the same plane. roller.
【請求項2】 通紙基準がローラの一方の端部側にあ
り、前記発熱層が、少なくともローラ軸方向通紙基準側
および反通紙基準側に位置する発熱体を有することを特
徴とする、請求項1に記載の発熱ローラ。
2. A paper passing reference is located at one end of the roller, and the heat generating layer has a heating element located at least on a roller passing direction reference side and a sheet passing reference side in the roller axial direction. The heat generating roller according to claim 1.
【請求項3】 通紙基準がローラのほぼ中央にあり、前
記発熱層が、少なくともローラ軸方向中央部及び両端部
に位置する発熱体を有することを特徴とする、請求項1
に記載の発熱ローラ。
3. The paper feeding reference is located substantially at the center of the roller, and the heating layer has a heating element located at least at the center and both ends in the roller axial direction.
The heat generating roller according to 1.
【請求項4】 通紙基準位置直近に位置する発熱体の幅
が、連続通紙可能な最小紙幅とほぼ等しいことを特徴と
する、請求項2または請求項3に記載の発熱ローラ。
4. The heating roller according to claim 2, wherein the width of the heating element located immediately near the sheet passing reference position is substantially equal to a minimum sheet width that allows continuous sheet passing.
【請求項5】 ローラ端部に位置する発熱体の発熱密度
が、それ以外の発熱体の発熱密度よりも大きいことを特
徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の発熱ロ
ーラ。
5. The heat generating roller according to claim 1, wherein the heat generating density of the heat generating element located at the roller end is higher than the heat generating densities of the other heat generating elements. .
【請求項6】 前記発熱体が蛇行パターンを有する箔状
の抵抗体からなり、ローラ軸方向に隣あって位置する発
熱体の蛇行パターンが同一のピッチをもち且つ蛇行の向
きが逆向きであり、それらの蛇行パターンを蛇行頂部で
互いに統合することによって発熱体をローラ軸方向にお
いて電気的に並列に接続することを特徴とする請求項1
〜5のいずれか一項に記載の発熱ローラ。
6. The heating element is a foil-shaped resistor having a meandering pattern, and the meandering patterns of the heating elements located adjacent to each other in the roller axis direction have the same pitch and the meandering directions are opposite. The heating elements are electrically connected in parallel in the roller axial direction by integrating the meandering patterns with each other at the meandering top.
The heat generating roller according to any one of claims 1 to 5, wherein
【請求項7】 前記蛇行パターンの始点と終点とを結ぶ
方向が、ほぼローラ円周方向であることを特徴とする請
求項6に記載の発熱ローラ。
7. The heat generating roller according to claim 6, wherein a direction connecting a start point and an end point of the meandering pattern is substantially a roller circumferential direction.
【請求項8】 前記蛇行パターンの統合部分が、連続通
紙可能なシートの端部通過位置とほぼ等しい位置にある
ことを特徴とする、請求項7に記載の発熱ローラ。
8. The heat generating roller according to claim 7, wherein an integrated portion of the meandering pattern is located at a position substantially equal to an end passing position of a sheet that can be continuously passed.
【請求項9】 ローラ端部側に位置する発熱体の蛇行パ
ターンの振幅がそれより内側に位置する発熱体の蛇行パ
ターンの振幅よりも小さいことを特徴とする、請求項6
〜8のいずれか一項に記載の発熱ローラ。
9. The amplitude of the meandering pattern of the heating element located on the roller end side is smaller than the amplitude of the meandering pattern of the heating element located on the inner side of the roller.
The heat-generating roller according to any one of claims 1 to 8.
【請求項10】 ローラ端部側に位置する発熱体の蛇行
パターンのパターン幅のほうがそれより内側に位置する
発熱体の蛇行パターンのパターン幅よりも広いことを特
徴とする、請求項6〜9に記載の発熱ローラ。
10. The pattern width of the meandering pattern of the heating element located on the roller end side is wider than that of the heating element located inside the heating element. The heat generating roller according to 1.
【請求項11】 発熱層が、蛇行パターンを有する箔状
のNTC特性の抵抗体からなる複数の発熱体によって形
成されていること、前記蛇行パターンの始点と終点とを
結ぶ方向がほぼローラ軸方向であること、及び、ローラ
周方向に隣あって位置する発熱体の蛇行パターンが同一
のピッチをもち且つ蛇行の向きが逆向きであり、それら
の蛇行パターンの蛇行頂部が互いと統合されていること
を特徴とする発熱ローラ。
11. The heating layer is formed by a plurality of heating elements made of a foil-like NTC characteristic resistor having a meandering pattern, and a direction connecting a start point and an end point of the meandering pattern is substantially in a roller axial direction. And the meandering patterns of the heating elements located adjacent to each other in the roller circumferential direction have the same pitch and the meandering directions are opposite, and the meandering tops of those meandering patterns are integrated with each other. A heating roller characterized by the above.
【請求項12】 前記蛇行パターンがローラ両端部側に
おいてローラ中央部よりも狭い通電路幅を有することを
特徴とする、請求項11に記載の発熱ローラ。
12. The heat generating roller according to claim 11, wherein the meandering pattern has a narrower conduction path width at both ends of the roller than at a central portion of the roller.
【請求項13】 前記蛇行パターンがローラ両端部側に
おいてローラ中央部に比べて狭いピッチを有することを
特徴とする、請求項11または請求項12に記載の発熱
ローラ。
13. The heat generating roller according to claim 11, wherein the meandering pattern has a narrower pitch at both ends of the roller than at the center of the roller.
【請求項14】 前記発熱体がステンレスからなること
を特徴とする、請求項6〜10のいずれか一項に記載の
発熱ローラ。
14. The heating roller according to claim 6, wherein the heating element is made of stainless steel.
【請求項15】 金属製基体内面に絶縁層を挟んで前記
発熱層が配置されている、上記請求項のいずれか一項に
記載の発熱ローラにおいて、前記金属製基体内面と前記
発熱層との材料の組合わせが、加熱冷却を繰り返しても
発熱層の遊離が発生しない程度に線膨張率の差が小さく
なるように選択されていることを特徴とする発熱ロー
ラ。
15. The heat generating roller according to claim 1, wherein the heat generating layer is disposed on an inner surface of the metal base with an insulating layer interposed therebetween. A heat generating roller, wherein a combination of materials is selected such that a difference in linear expansion coefficient is so small that a heat generating layer is not separated even if heating and cooling are repeated.
【請求項16】 金属製基体がアルミニウム製であり、
前記金属製基体内面がSUS箔を一周以上管状に巻きつ
けて接着あるいは溶接で固定した中間層によって形成さ
れていることを特徴とする、請求項15に記載の発熱ロ
ーラ。
16. The metal substrate is made of aluminum,
The heat-generating roller according to claim 15, wherein the inner surface of the metal base is formed by an intermediate layer formed by winding a SUS foil one or more times around a tube and bonding or welding the SUS foil.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009244867A (en) * 2008-03-14 2009-10-22 Canon Inc Image heating apparatus and heater used for the image heating apparatus
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WO2017090692A1 (en) * 2015-11-27 2017-06-01 株式会社美鈴工業 Heater, fixing device, image-forming device, and heating device

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