JPS63307489A

JPS63307489A - トナ−定着用ヒ−トロ−ル

Info

Publication number: JPS63307489A
Application number: JP62143560A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Shibata; 良一柴田; Toshiyuki Kasakoshi; 笠越　利幸
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1987-06-09
Filing date: 1987-06-09
Publication date: 1988-12-15
Also published as: DE3819698C2; US4874927A; DE3819698A1; KR890000936A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等において
、トナー像を紙に加熱定着させるトナー定着装置のヒー
トロールに関し、特にヒートロールの加熱用として使用
する抵抗発熱体層を改良したものである。

「従来の技術」複写機やプリンタなどにおいて、トナー像を紙に定着す
る方法としては、トナー中の樹脂を加熱し溶着して定着
する熱定着方式および、圧力を加えてトナーを定着する
圧力定着方式が知られている。これらのうち、熱定着方
式は、低速から高速までの幅広い範囲で安定した定着性
能が維持でき、更に熱効率が高く、安全性にも優れてい
るため、今日、広く使用されている。

この熱定着方式に用いられるヒートロールは。

従来、ロール内部にハロゲンランプを設けたり、ニクロ
ム線をロール周壁に設けたりしていた。しかし、最近で
は、円筒状基体に抵抗発熱体層を設けたものが各種提案
されている。

抵抗発熱体層として、一般にアルミナと旧−Ｃｒ合金と
を含んだ抵抗層を使用しているが、ニッケルクロム合金
は比抵抗が小さいために層厚を薄く形成する必要があり
、そのために均一で所定の抵抗値を持たせることが困難
であった。そこでこの欠点を改良するため、アルミナ、
マグネシア及びアルミナ、マグネシアスピネルの１種又
は２種以上の酸化物とニッケルクロム合金とを含有して
なる抵抗層も提案されている（特開昭８１−１３４７７
８号公報）。

「発明が解決しようとする問題点」従来、ヒートロールの抵抗発熱体層として、所定の抵抗
値のものを適切な厚さに製造しやすくしたものが提案さ
れている。

しかし従来の抵抗発熱体層は所定の抵抗値とするために
かなり多くの割合でアルミナ等のセラミックが含まれる
。この種のヒートロールは曲げに弱く、ヒートロールの
トナー定着作動時に生じる微小たわみが繰返されると、
抵抗発熱体層に割れが生じて、所定の抵抗値が得られな
くなることが考えられる。また抵抗発熱体層を円筒状基
体の外周に形成する場合、セラミックとＸｌ−Ｃｒ合金
を含む混合物を溶射して行なわれるが、従来の抵抗層成
分は酸化による発熱を十分に生じないので、円筒状基体
に付着しに〈＜、安定した厚さの抵抗発熱体層を製造す
ることが困難であった。

そこで本発明は、ヒートロールの抵抗発熱体層に所定の
抵抗値を持たせるとともに、抵抗値の大きな金属成分の
量を多くして曲げ強度を強くし、さらに円筒状基体に溶
射して形成する場合に抵抗発熱体層が強く付着できるよ
うにすることを目的とする。

「問題点を解決するための手段」本発明は、円筒状基体の外周に抵抗発熱体層を設けたヒ
ートロールに関し、その抵抗発熱体層を改良したもので
ある。

抵抗発熱体層は、セラミック基地中にＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ
合金が分散された抵抗相からなり、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合
金相がヒートロールの軸線方向に連続した状態となって
いる。

以下第１図により更に詳細に本発明を説明する、円筒状
基体ｌのロール部外周に順次、結合層２、絶縁層３．抵
抗発熱体層４．絶縁層５．保護層６が形成される。ロー
ル部の両端部は、絶縁ＭＩ５と保護層６とが設けられず
、その部分の抵抗発熱抵抗体ｆｉ４の外周にリング状の
電極７が設けられる。電極７は、給電ブラシ８を介して
電源に接続され、電極７を介して抵抗発熱体層４に電力
が供給されると発熱するようになっている。なお、円筒
状基体１の材質を、不導体で、断熱性を有し、しかも抵
抗発熱体層が付着しやすいもの（例えば各種セラミック
、耐熱樹脂）とすれば、絶縁層３と結合層２が不要にな
ることもある。

複写機などには、上記ヒートロールの両端部が軸受を介
して回転可能に保持され、そしてこのヒートロールに加
圧ロール（例えば１表面にシリコツゴムなどの耐熱弾性
体層を有するロール）が加圧される。そしてヒートロー
ルと加圧ロールとの間に、トナー像を持った紙を通すと
、トナー像が紙に定着される。

抵抗発熱体層４は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金を１０〜３０
ｗｔ２含み、残部が実質的にセラミックであることが望
ましく、それは円筒状基体に溶射することにより形成さ
れる。溶射により形成した場合、セラミック中にＦｅ−
Ｃｒ−Ａｌ合金が長手方向に沿った層となり、電気的に
接続して所定の抵抗値となる。　Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金
が１０ｗｔ＄未満の場合、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金とセラ
ミックをアークプラズマで溶射してもセラミック中のＦ
ｅ−０ｒ−Ａｌ合金が少なく、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金を
長さ方向に電気的に連続した暦として分散させることが
むつかしい、このためＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金が切断され
て、電気的につながらず、抵抗発熱体層の抵抗が極めて
大きなものとなるとともに、繰返し熱衝撃によりその不
連続な部分でクラックが生じる。また抵抗発熱体層中の
金属成分が少なくて曲げに弱く、ヒートロールが加圧ロ
ールに押されてたわんだときに、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金
層の電気的接続が切断され易くなる。ざらにＦｅ−Ｃｒ
−Ａｌ合金中のＡｌ成分が少ないことから、溶射時に、
酸化による発熱を十分に得られず、溶着しにくくなる。

一方、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金が３０ｗｔ＄を越えて含ま
れる場合、抵抗発熱体層の比抵抗が１０−３Ω・ｃｍ以
下となって１発熱体として使えなくなる。

Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金としては、Ｆｅ８４〜８９ｗｔ＄
　、　Ｃｒ１Ｇ〜３０ｗｔＸ　、　ＡＩ　２〜１０ｗｔ
Ｘの組成が９ましい、　ＡＩが２　ｗｔ＄より少ないと
溶射時に、酸化による発熱量が小さくて、溶着しにくく
なるからであり、　１０ｗｔ２より多いと材料がもろく
なるからである。またＣ「を１０〜３０ｗｔ＄としたの
は、ｆＯｗｔ＄より小さいと電気抵抗率がいもぢるしく
低下してヒータ材として不適となり、３０ｗｔ＄を越え
ると金属部がもろくなり、断線しやすくなるからである
。

抵抗発熱体層番のセラミック基地としては、Ａｌ２０１
　、　ＭｇＡｌ２０４　、　ＺｒＯ２−８ｆ０２を適用
できるが、　Ａｌ２０３が望ましい、Ａｌ２Ｏ３はその
中に、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌを長さ方向に連続した層として
より好ましく分散する性質を持つためである。

円筒状基体１としては、通常のハロゲンランプを使用す
るヒートロールでは、成形性、均熱性、即熱性などを考
慮して、高強度アルミニウム合金が使われることが多い
、しかし、本発明では抵抗発熱体層のセラミックの熱膨
張係数に近いそれを持つ材料が望ましく、鉄あるいは鉄
合金が適切である。

結合層２としテｔ　Ｎｉ−Ｃｒ−Ｎｏ、　Ｎｉ−Ａｌ、
旧−Ｃｒなどが用いられ、これらを円筒状基体の外表面
に溶射すると、自己発熱するとともに、一部が酸化され
て酸化物を生成し、これが抵抗発熱体層のセラミックと
の結合強度を高める。

下側の絶縁層３は、抵抗発熱体７１４を円筒状基体ｌか
ら電気的に絶縁するとともに、抵抗発熱体層４の発熱が
円筒状基体１に伝わるのを防ぐ働きをする。そのため、
材料としてＡｌ２Ｏ３等を使用し、　　２００〜５００
１ｔ、ｍの厚さが適切である。

上側の絶縁層５は、ヒートロール表面の電気的絶縁をと
るために必要である。そのため、材料は下側絶縁Ｒ３と
同一で、厚さを３０〜２０ＯＩＬｍとするのが適切であ
る。

保護層６は、トナー像の耐オフセツト性向上のために設
けられ、それはポリテトラフルオロエチレン（ＦＥＰ）
、フッ化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオ
ロアルデキシ／テトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）など
の共重合体やフッ化重合体などのフッ素樹脂を、通常！
Ｏ〜５０島ｍ程度島原程度形成したものである。

「実施例１」長さ　４００ｍｍ、外径３５ＩＩｌｌの円筒状基体の外
周に、Ｎｉ　−ＡＩ　−Ｎｏ合金で厚さ２０ＩＬｍの溶
射結合層２を形成し、さらにその外周にＭｇＡｌ２０４
の絶縁層３を３００１Ｌｍの厚さに形成し、さらにその
外周に２０ｗｔ２のＦｅ−０ｒ−Ａｌ合金（Ｅ１５ｗｔ
Ｘ　Ｆｅ、３０ｗｔ＄　Ｃｒ、５　ｗｔ＄ＡＩ）ト、８
０ｗｔ＄　（７）　Ａｌ２０３　トカラナ！抵抗発熱体
層４を　１００ｇ、ｍの厚さにプラズマ溶射で形成した
。抵抗発熱体層４の軸方向両端部にそれぞれ電極７を設
け１両端部の電極７を除いた抵抗発熱体層４の外周に順
次、ＭｇＡｌ２Ｏ３からなる絶縁層５、ＰＦＡからなる
保護Ｆ！！＆６を設けてヒートロールを形成した。

溶射はメラコ社７ＭＢシステムを用いて行なった。この
ヒートロール中央部に荷重を作用して０゜１層１のたわ
みをｔｏｏｏｔｍ繰返し生じさせ、その後に抵抗発熱体
層の両電極間での抵抗値を測定し、繰返し荷重を作用す
る前と比べてたわみにより抵抗値がどのような影響を受
けるかを測定し、表１に示した。また比較のため、前記
実施例の抵抗発熱体層の成分であるＦａ−Ｃｒ−ＡＩの
代りに旧−２０ｗｔ＄Ｃｒ合金を使用したものと、旧−
１８ｗＨＣｒ−２４ｗｔＸＦｅを使用したものも前記と
同様に試作して、それらに繰返し荷重を与えて・その前
後の抵抗値を測定して表１に示した。

表１かられかるように、抵抗発熱体層の合金としてＦｅ
−Ｃｒ−Ａｌ合金を使用した本発明のものが最も抵抗値
の変化がなく、たわみに対し、抵抗発熱体層中の合金の
電気的連続性が切断しないことがわかる。すなわちヒー
トロールを加熱定着装置に組込みトナーの定着作用をさ
せると、加圧ロールに押されてヒートロールは若干たわ
むが、そのたわみが繰返されても悪影響を受けないこと
がわかる。

また上記実施例と比較例のヒートロールを使用して、　
２８００回の繰返し加熱冷却を行ない、その前後で電極
間の抵抗発熱体層の抵抗値をそれぞれ測定して表２に示
した。

表２かられかるように、本実施例のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合
金を使用したものが加熱前後の抵抗値の差が小さく、抵
抗発熱体層が円筒状基体に強く溶着して熱衝撃に強いこ
とがわかる。

さらに前記における本実施例のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金を
使用した抵抗発熱体層、比較例のＮｉ−Ｃｒ合金あるい
はＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅを使用した抵抗発熱体層の温度係数
を測定したところ、Ｆｅ−０ｒ−Ａｌ合金を使用したも
のが圧力や加熱冷却に対し安定であって最も望ましいも
のであった。

「実施例２」第１実施例の抵抗発熱体層において、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ
合金の各金属成分を変更してそれぞれヒートロールを作
成し、前記表１の場合と同様に中央に繰返し荷重を与え
た前後の抵抗値を測定して表３に示した。

□璽 ※　　Ｃｏ１．５％−ＭｎＯ，Ｈ−Ｔｉ０．５に表３か
ら推察すると、　Ｆｅ８４〜８９ｗｔ寛、　Ｃｒ１Ｏ〜
３０ｗｔ＄　、　ＡＩ　２〜１０ｗｔ＄にするのが望ま
しいことがわかる。

「実施例３」第１実施例の発熱抵抗体層において、そのセラミック成
分を変更してそれぞれヒートロールを形成し、それぞれ
のヒートロールに表１の場合と同様の繰返し荷重を与え
てその前後の抵抗値を測定してその結果を表４に示した
。

表４かられかるように、どのセラミック成分のものも抵
抗値の変化がほとんどないが、低価格という点で＾１２
０１が望ましい。

ｒ発明の効果」本発明のヒートロールｔｒ、その抵抗発熱体層をＦｅ　
＝Ｃｒ−ＡＩ合金とセラミックとを溶射して形成される
ので、抵抗発熱体層中にその長子方向の合金の電気的連
続層ができ、しかもその合金成分が多いので、ヒートロ
ールは曲げに強く、たわんでも電気的連続層が破壊する
ことがない、また抵抗発熱体層の溶射時にＦｅ−Ｃｒ−
Ａｌ合金が大きな酸化発熱醗を生じるので強く溶着し、
加熱冷却の熱衝撃を受けても電気的連続層が破壊しにく
く安定したものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトナー定着用ヒートロールの縦断面図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）円筒状基体の外周に抵抗発熱体層を設け、抵抗発
熱体層に電極を介して電圧を印加することにより発熱さ
せるようにしたトナー定着用ヒートロールにおいて、抵
抗発熱体層は、セラミック基地中にＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合
金が分散された抵抗相からなり、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金
相がヒートロールの軸方向に電気的に連続していること
を特徴とするトナー定着用ヒートロール。
（２）抵抗発熱体層は、セラミックが７０〜９０ｗｔ％
、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金が１０〜３０ｗｔ％からなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のトナー定
着用ヒートロール。
（３）Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金は、Ｆｅ６４〜８９ｗｔ％
、Ｃｒ１０〜３０ｗｔ％、Ａｌ２〜１０ｗｔ％からなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のトナー
定着用ヒートロール。
（４）抵抗発熱体層のセラミックが、Ａｌ＿２Ｏ＿３で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のト
ナー定着用ヒートロール。