WO2000008527A1

WO2000008527A1 - Cylindre chauffant rapide

Info

Publication number: WO2000008527A1
Application number: PCT/JP1999/004194
Authority: WO
Inventors: Takao Kawamura; Tsuyoshi Nishi
Original assignee: Daiken Chemical Co., Ltd.
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2000-02-17
Also published as: EP1020775A1; KR20010030927A; US6289198B1; KR100371828B1

Description

糸田 » クイックヒートローラ一

(技術分野）

本発明は、複写機、プリンタ一等の電子写真装置におけるトナー定着用のヒート口 —ラーに関し、更に詳細には長寿命かつ高速加熱が可能であり、また高温化するに従つて発熱電力を自動的に抑制する温度制御性又は自己制御性を有するクイックヒート口一ラーに関する。

(背景技術）

一般に、複写機、プリンタ一等の電子写真装置におけるトナー定着装置としては、発熱手段を備えたヒートローラーと、加圧ローラ一を対向して配置し、これらの口一ラ一間に、トナー画像を転写した記録紙を通過させ、加熱と同時に加圧してトナー画像を記録紙に熱定着している。

従来から実用化されているヒ一トロ一ラーは、アルミニウムやステンレス等の金属パイプの内部にハロゲンランプ等の発光加熱管を内装したものである。しかし、このヒートローラーは輻射熱を利用するため、発熱効率が悪く、熱定着に必要な所定の温度、例えば 1 6 0 °Cに上昇するのに、数十秒〜数分を要していた。特に、複写機を停止状態又は小休止状態からオン状態にする際、使用可能になるまでの長い待機時間は利用者の作業効率を低下させていた。

また、近年では複写機を他の電子機器と連動させて使用するため、オフ状態又は小休止状態の複写機に信号入力があったときには、ヒ一トロ一ラ一の長い加熱時間を待たなければシステムが進行せず、システム全体の高速化を阻害する主要因ともなってきている。即ち、他の電子装置が如何に高速化されても、トナー定着部の抜本的解決策がない限り、電子写真システムの高速化は困難な状況下にある。

また、発光加熱管は常時発光発熱するために、ヒ一卜ローラーを設定温度以上に加熱するおそれがあり、このため設定温度近傍になると発光加熱管を外部回路によってオンオフ制御しているのが実情である。ところが、このオンオフ制御によってヒートローラ一の温度は結果的に振動し、この振動幅、即ちリップルが大きい場合には時間経過に従ってトナーの熱定着にムラを生じさせることもあった。このムラをなくすために、オンオフ制御回路が高価になったり、またどうしても微妙なムラを改善できないという事態が出現していた。

更に、発光加熱管はガラス製ランプであるため衝撃により破損するおそれがあり、それを内蔵する定着用ヒ一トロ一ラーの取り扱いには慎重さが要請され、このことが作業能率の低下を招来していた。同時に、このヒートローラーは消費電力が大きく、未使用時にも点灯予熱する必要があるなど、省エネルギーの要請に応えるものではなかった。

そこで、この欠点を改善するために、発光加熱管を使用しない方法が提案された。即ち、定着用ヒ一卜ローラーである金属パイプからなる円筒体の外周面に、ポリイミド等の高耐熱性有機樹脂からなる電気絶縁体層を形成し、この外周面に発熱抵抗体層を設け、更にその表面にテフロン（フッ素樹脂）等の離形層を備えた構造のヒート口 —ラである（特開昭 5 5— 7 2 3 9 0号、特開昭 6 2— 2 0 0 3 8号、特開昭 6 3一 1 5 8 5 8 2号参照）。発熱抵抗体層を電流加熱すれば、ヒ一卜ローラ一全体を早期に昇温できるというアイデアである。

しかし、本発明者らは、このヒートローラを研究する中で、実用化が不可能な重大な欠点を有することを見いだすに至った。即ち、離形層および電気絶縁体層は、金属パイプの外周面に形成されており、しかもこれら各層の材料は有機榭脂のため硬度が低いことである。狭圧状態にあるヒー卜口一ラ一と加圧口一ラーの間に記録紙を走行させるから、表面に露出する離形層とその次にある電気絶縁体層には直接外力が作用し、極めて傷つきやすい状態にある。

にもかかわらず、記録紙を剥がすための剥離爪がヒートローラー外周面に接触するだけでなく、この外周面に温度計測用のサ一ミスターが所定の押圧力で接触配置されており、その結果、ヒートローラ一外周面は極めて傷つき易くしかも急速に磨耗してゆく。摩耗が進んで発熱抵抗体層が露出すると、ショートによる漏電事故など不測の事態を生起する。これらの理由のために、この方式は実用化されること無くアイデア倒れとなり、現在もなお発光加熱管方式が利用されているのである。また、温度リツプル現象の対策については全く解決されていない。また、デジタル技術の進歩により、複写機も複写機能 · プリント機能 ·通信機能を持つ、いわゆる複合機器が市場に投入され、多機能化 ·カラ一化が進んでいる。特に、多機能化によって、多くの仕様の用紙が使用されるようになった。例えば、 B— 5の用紙の直後に A— 4、 A— 3等の用紙が使用される場合、 B— 5の用紙の通過したヒ一卜ローラ一の部分の表面は、熱を奪われて低温になり、通過しない部分は高温となつて、ヒートローラ一の表面温度分布に大きな温度差が生じる。このような状態で B 一 5以上の用紙を通過させると、定着ムラが生じ、特にカラ一機器の場合にはカラー発色に問題を生じている。

定着用ヒートロ一ラ一の温度分布を均一にするため、予め通紙基準位置の発熱量が大きくなるように発熱抵抗体を調整する提案（特公平 7— 1 0 9 5 3 1号参照）があるが、 B— 5〜A— 3等の用紙が混在する場合、瞬時に用紙の寸法に応じて温度分布を一定にすることはできなかった。

以上を総合すると、従来の技術では、長寿命性、安全性、高速加熱性、温度ムラの急速均一化（温度恒常性）および温度リップルの抑制を同時的に満足することはできなかった。つまり、これらの欠点の改善には更なる工夫を必要としていた。

(発明の開示）

本発明に係る第 1のクイックヒートローラーは定着用クイックヒ一トローラーで、円筒体の内周面に発熱抵抗体シートを備え、この発熱抵抗体シートは少なくとも発熱抵抗体層からなり、この発熱抵抗体層を電流加熱して前記円筒体を所望の定着温度に設定する点に特徴がある。

本発明に係る第 2のクイックヒ一トローラ一は温度制御型クイックヒ一トロ一ラ一で、円筒体の內周面に発熱抵抗体シートを備え、この発熱抵抗体シ一卜は少なくとも高温度係数抵抗体層からなり、この高温度係数抵抗体層を電流加熱して前記円筒体を所望の定着温度に設定し、高温化するに従って発熱電力を抑制する性質を有する点に特徴がある。

本発明に係る第 3のクイックヒ一トロ一ラーは自己制御型クイックヒートロ一ラ一で、円筒体の内周面に発熱抵抗体シートを備え、この発熱抵抗体シートは少なくとも高温度係数抵抗体層と低温度係数抵抗体層からなる発熱抵抗体層を含み、両抵抗体層を電流加熱して前記円筒体を所望の定着温度に高速に設定し、高温化するに従って発熱電力が低下して定着温度を一定に保持する自己制御性を有する点に特徴がある。これらの発熱抵抗体シートの片面の最外部に熱反射層を設け、この熱反射層を円简体の最内部に配置したクイックヒ一卜口一ラ一を提案する。

また、前記発熱抵抗体シートは、絶縁体層の上に発熱抵抗体層、絶縁体層をこの順に積層した 3層構成からなる層状シ一卜であり、この発熱抵抗体シートを円筒体の内周面に密着接合させたクイックヒ一卜ローラ一を提案する。

更に、前記発熱抵抗体シートは、絶縁体層の上に発熱抵抗体層、絶縁体層、熱反射層をこの順に積層した 4層構成からなる層状シ一卜で、この発熱抵抗体シートを円筒体の内周面に密着接合させたクイックヒートローラーを提案する

これらの発熱抵抗体シー卜の少なくとも発熱抵抗体層をスクリーン印刷法により作成し、発熱抵抗体層の膜厚を多層印刷により制御するクイックヒ一トローラーを提案する。

本発明者等は上記従来例およびその改良案の欠点を鋭意研究した結果、絶縁体層や発熱抵抗体層を円筒体の内周面に形成することによりそれらの欠点を克服できることを着想するに至った。このように、発熱抵抗体層を内面に形成した第 1のタイプのクイツクヒ一トローラ一を定着用クイックヒートローラーと呼ぶ。内面に形成すれば、剥離爪ゃサーミスタと接触しないから摩耗が無く、長寿命性と安全性を確保できる。しかもシー卜状の発熱抵抗体層で円简体の全面を密着的に電流加熱できるから高速加熱性を付与できる。

円筒体内周面への各層の形成を容易にするため、まず各層をシート状に積層して発熱抵抗体シートを成形し、この発熱抵抗体シートを円筒体内周面に接着、融着などの方法で密着接合すれば実用性が高まり、電子写真装置の画期的な改良を実現できることになる。

また、本発明者等は、電流加熱する抵抗体層を高温度係数材料から形成すれば、高温状態で:の温度リップル現象を抑制できることを着想するに至った。この第 2のタイプのクイックヒ一トローラーを本発明では温度制御型クイックヒ一卜ローラ一と呼ぶ。

一般に発熱抵抗体層を一定電圧で加熱すると次第に温度が上昇する。その抵抗値 R は通常温度上昇に従って増大し、線形近似では R = R。（ l + α t ) と定式化される。その増加率 _αを温度係数と称し、より正確な多項式近似では、 1次温度係数、 2次温度係数等が存し、前記 αは 1次温度係数である。この温度係数が高いほど抵抗値は温度と共に急速に增加して行く。

発熱抵抗体層への印加電圧を V、抵抗体層の抵抗値を Rとすると、発熱電力 Ρは Ρ - V ² / R V ²Z R。（ 1 + _α t ) で表される。従って、温度 tが增加すると抵抗値 Rが増大し、その結果、電力 Pは反比例して小さくなつてゆく。温度係数が高いほど温度上昇と共に発熱電力は急速に低下し、温度係数が小さいと発熱電力はそれほど低下せず依然発熱を続ける作用を有する。

以上から本発明の高温度係数抵抗体層は一定温度に収束してゆく自発的な温度制御性を有することが分かる。逆に、温度が低下すると抵抗値が小さくなつて発熱電力が増大し、温度上昇を促進することになる。換言すれば、高温度係数抵抗体層は所望定着温度からの過加熱や過冷却を自発的に自己抑制して、外部回路を要することなく温度恒常性を保持するという画期的な性質を有するのである。この性質により、外部回路のオンオフ制御による温度リップル現象や、用紙通過後のヒートローラ一の温度ムラを急速に定着温度に回復することができる。この性質を温度制御性と呼ぼう。

しかし、高温度係数抵抗体層の温度制御性は、室温から定着温度への高速加熱に対しブレーキ作用を果たすので、それだけでは高速加熱が困難になる。この弱点を打開するために、本発明者等は低温度係数抵抗体層と高温度係数抵抗体層を 2層状態に積層する着想を得た。この第 3のタイプのクイックヒ一トロ一ラ一を自己制御型クイックヒート口一ラーと呼ぶ。上述したように、この低温度係数抵抗体層は単純には温度の上昇 ·下降に関わらず常に発熱状態にあると考えればよい。

従って、室温からの温度上昇過程では、高温度係数抵抗体層と低温度係数抵抗体層の両方が加熱作用を果たすので高速加熱が可能になる。次第に温度が上昇してくると、高温度係数抵抗体層は温度制御性によって加熱効果は小さくなる。一方、低温度係数抵抗体層は加熱作用を果たし続けるので、外部回路のオンオフ制御および高温度係数抵抗体層の温度制御性によって所望の定着温度に安定する。ところが、外部回路のォンオフ制御により温度リップル現象が生じたり、用紙の通過によって温度ムラがヒ一トロ一ラーに生じると、高温度係数抵抗体層の温度制御性により、それらの時間的 · 場所的な温度変動は強制減衰させられ、一定温度に急速に復帰する。このように、高 •低温度係数抵抗体層の 2層構成によつて高速加熱性と強力な温度恒常性が発揮されることになり、この性質を自己制御性と呼ぼう。

次に、前記した 3種類のクイックヒ一トローラー、即ち、定着用クイックヒート口一ラー、温度制御型クイックヒ一トロ一ラー及び自己制御型クイックヒー卜ローラーに共通する具体的構造について説明する。

まず、金属パイプからなる円筒体の外周面に記録紙の剥離を容易にするテフロン等の材質からなる離形層を形成しておく。一方、絶縁体層、発熱抵抗体層、絶縁体層、熱反射層をこの順番に積層した発熱抵抗体シー卜を形成する。この発熱抵抗体層に 3 種類のタイプがある。第 1は一般の抵抗体層、第 2は高温度係数抵抗体層、第 3は高温度係数抵抗体層と低温度抵抗体層を積層した 2層構成である。但し、高温度係数抵抗体層と低温度抵抗体層の積層順序は問わない。

次に、このシートを円筒体の内周面に密着接合する。但し、熱反射層が円筒体の最内部になるように配置する。従って、絶縁体層が金属パイプと接触するため、電流が金属パイプに漏電することはない。

また、絶縁パイプからなる円筒体の場合には、まず外周面に離形層を形成しておく。一方、発熱抵抗体層、絶縁体層、熱反射層をこの順番に積層した発熱抵抗体シートを成形し、熱反射層が円筒体の最內部になるようにシートを円筒体内周面に密着接合する。発熱抵抗体層が絶縁パイプに接触していても、絶縁パイプの電気絶縁性によって漏電することはなレ、。

発熱抵抗体層は電流の通電によって発熱するシー卜状で、適切な温度係数を有する金属粉体等の導電性ペーストを塗膜形成したり、その温度係数材料からなる抵抗性フイルムを張設したりすることによって形成する。その厚みを調節すれば抵抗値を可変でき、発熱電力を自在に調節できる。フィルムではその膜厚を可変したり、ペーストでは塗膜厚を可変にすればよい。

第 1タイプの前記定着用クイックヒ一卜口一ラーの発熱抵抗材料としては特に限定されず、使用に適する抵抗値を有する導電材料から構成される。従って、現在知られている全ての公知の導電材料から選択されることができる。

第 2のタイプである温度制御型クイックヒ一トローラーに用いられる高温度係数抵抗材料としては、例えば、 Ag、 N i、 Au、 P d、 Mo、 Mn、 W等の金属材料、 Ag— P d、 Cu— N i、 C u— Z n、 Cu— S n等の合金、あるいは V₂〇₃、 S b ₂〇₃、 B i ₂0₃、 C r 0₂等の金属間化合物が用いられる。これらの導電材料の中には温度係数の大きなものから小さなものまで含まれているが、温度制御性を発揮できる材料であれば選択的に使用できる。

第 3のタイプである温度制御型クイックヒートローラーに用いられる高温度係数の導電材料としては、 P d、 M o、 W等の金属材料、 Ag— P d、 Cu— N i、 Cu— Z n、 C u— S n等の合金、あるいは V₂〇₃、 S b ₂0₃、 B i ₂0₃、 C r〇₂等の金属間化合物を用いる。これらを単体で、また混合して用い、これ以外にも公知の各種材料を利用できる。これらは電気抵抗の温度係数が正の値を示し、比較的その値が大きい。

低温度係数の導電材料としては、 Ag、 N i、 Au、 P d、 Mo、 W等の金属材料、あるレ、は R e ₂〇₃、 Mn ₂0₃、 L a M n O ₃等の金属間化合物を用いる。

これらの導電材料を単体で、又は混合して用いる。また、これ以外の公知の各種材料を利用できる。これらは電気抵抗の温度係数が正の値を示し、比較的その値が小さい。自己制御型において低温度係数導電材料として例示される導電材料の一部が、温度制御型の髙温度係数導電材料に用いられている。これについて説明しておく。自己制御型においては低温度係数抵抗体層と高温度係数抵抗体層を 2層重ねる構成であり、その相互の数値的差異の特性を活用して自己制御性を発揮している。一方、温度制御型では高温度係数抵抗体層の 1層で温度制御性を発揮する。従って、温度制御性を発揮できる導電材料であれば、比較的低温度係数であつても利用できることになる。次に、第 1、第 2及び第 3タイプのクイックヒートローラ一に共通する性質について説明する。

発熱抵抗材料は、前記の導電材料だけでなく、これにマトリックスを成す合成樹脂またはガラスを添加した混合物を用いることができる。これらのマトリックスは成膜強度を向上させたり、電気抵抗値を改善したり、あるいはその他の物性値を最良形態に調整する機能を有する。また、目的に応じてその他の公知の材料を添加することもできる。特に、ガラスを用いることにより、加熱冷却サイクルによっても抵抗値の変化を少なくすることができる。絶縁体層は発熱抵抗体層からの電流を絶縁するもので、絶縁性ペーストの塗膜や絶縁性フィルムの張設等によって形成する。絶縁材料としては無機絶縁材料と有機絶縁材料に分かれる。無機絶縁材料にはマイ力、大理石、セラミックス、ガラスなどがあり、有機絶縁材料には繊維、プラスチックス、ゴム、ろう、コンパウンドなど各種の公知材料があり、絶縁度、処理性能等によって使い分ければよい。特に、プラスチックフィルムやその類似物は、それ自体で表面が極平坦なシ一ト状に形成できるから、そのまま絶縁体層として利用できる。

熱反射層は、発熱抵抗体層から熱反射層まで透過的に又は直接的に散逸放射される熱線を円筒体内周面側に反射して、円筒体の加熱効率を上昇させる部材である。鏡面を熱反射面とすればよく、例えばアルミ膜等の金属フィルムの鏡面側を反射面として配置する。この熱反射層によりヒー卜ローラーの昇温時間を著しく短縮でき、しかも省エネルギーに寄与することができる。

前記熱反射層はヒートロ一ラーの昇温性能に効果を有するが、熱反射層を有しない場合でも散逸した熱は円筒体内部に残留するから、遅延的に円筒体の昇温に作用する。つまり、高速加熱性が一部減退してもよい場合には熱反射層を取り外してもよい。この場合には、前述した発熱抵抗体シートの層状構成は、金属性円筒体には絶縁体層、発熱抵抗体層、絶縁体層となり、絶縁性円筒体には発熱抵抗体層、絶縁体層となる。但し、円筒体の最内部にある絶縁体層は通電が安定であるなら無くてもよい。積層方式としてはこのような各種の層形成が可能となり、これ以外の変形積層も可能である。自己制御型においては、発熱抵抗体層は高温度係数抵抗体層と低温度係数抵抗体層を積層して構成されている。また両抵抗体層の間に絶縁体層を介して積層してもよい。導電性ペース卜で発熱抵抗体層を形成したり、絶縁性ペース卜で絶縁体層を形成する場合には、スクリーン印刷法を活用するとその形成を容易化できる。もちろん、導電性フィルムゃ絶緣性フィルムの場合にはそのまま層として利用でき、フィルムの厚み調整も可能である。スクリーン印刷法は、所望の孔空きパターンを介在させて印刷する方式で、その孔あき部分にペース卜が印刷されるのである。従って、使用するスクリ一ンを変更するだけで任意のパターンを印刷でき、また膜厚を調整するために 2 重、 3重と多重印刷することにより、発熱抵抗体層の抵抗値や絶縁体層の絶縁値を自由に設定することができる。ヒ一トローラーは記録紙上の卜ナ一画像を加熱定着する作用を有するから、定着ムラをなくすためにヒ一卜口一ラーの全面を均一温度に設定することが重要である。一般にヒー卜ローラ一の両端から熱が散逸するので、温度分布は中央部分が高く、両端が低くなる傾向にある。従って、発熱抵抗体層の両端を次第に薄くして抵抗値を大きくすることによってその部分の発熱率を高め、ヒ一トローラーの全面を均一温度に設定することができる。この厚み効果と高 ·低温度係数の強力な温度恒常性との複合効果によって温度が常に一定値に保持される。

(図面の簡単な説明）

図 1は、本発明の実施例 1である定着用クイックヒ一卜ローラーの基本構成図である。

図 2は、実施例 1である定着用クイックヒ一トローラーに適用される発熱抵抗体シ一卜の積層構成図である。

図 3は、実施例 1である定着用クイックヒ一トローラーと従来のランプヒ一トロ一ラ一の昇温特性の比較図である。

図 4は、本発明の実施例 2である温度制御型クイックヒートロ一ラーに適用される発熱抵抗体シートの積層構成図である。

図 5は、実施例 2である温度制御型クイックヒートローラーと他のヒ一トロ一ラ一の昇温特性の比較図である。

図 6は、本発明の実施例 3である自己制御型クイックヒー卜ローラーに適用される発熱抵抗体シ一卜の積層構成図である。

図 7は、実施例 3である自己制御型クイックヒ一トロ一ラーと他のヒ一トロ一ラーの昇温特性の比較図である。

(発明を実施するための最良の形態）

本発明を実施するための最良の形態を実施例として図面により詳細に説明する。実施例 1

[定着用クイックヒートローラー]

実施例 1は第 1タイプの定着用クイックヒ一トローラ一に関するものである。図 1 に示すように、本発明に係るクイックヒートローラ一 2は、外周面に離形層 4を設けたアルミ素管の円筒体 6の内周面に、発熱抵抗体シ一ト 8を接着剤で張り付けて構成されている。 1 0、 1 2は通電用端子、 1 4は温度計測用サーミスタである。 1 6 , 1 8は後述する対向電極層で、通電用端子 1 0、 1 2に接続されて発熱抵抗体層 2 2 に電流を通電させるものである。

図 2は発熱抵抗体シ—ト 8の断面図である。厚みが 4〜 1 0 /i mのポリイミド樹脂フィルムからなる絶縁体層 2 0の表面に発熱抵抗体層 2 2をスクリーン印刷法により成膜し、さらに、厚みが 4〜 1 Ο μ πιのポリイミド樹脂フィルムからなる絶縁体層 2 4を積層する。フィルムの厚みは自在に調製できる。その表面にアルミ箔からなる熱反射層 2 6を接着して発熱抵抗体シ— ト 8を完成する。発熱抵抗体層 2 2の両端には、対向電極層 1 6、 1 8がスクリーン印刷法により導電材料を塗着して形成され、前述した通電用端子 1 0、 1 2に導電性接着剤を通して接続固着される。

通電用端子 1 0、 1 2は機器の機壁に設けられた絶縁性軸受に支えられ、外部電源からの電流により発熱抵抗体層 2 2を加熱制御する。温度計測用サ一ミスタ 1 4によつてクイックヒ一トロ一ラー 2を所定温度に加熱設定し、図示しない制御回路により電力制御を行なう。発熱抵抗体層 2 2は両端ほど薄く形成されているから発熱率が高くなり、軸受への熱散逸を補充して、結果的に発熱抵抗体層 2 2の全面での加熱温度を均一化している。

発熱抵抗材料は、導電剤とマトリックスを成す合成樹脂またはガラスの混合物を用いる。本実施例では導電剤として A g、 N iを主剤とし，これにマトリックスとしてガラスを混合させ、流動性のある導電性ペーストを作成する。この導電性ぺ一ストをスクリーン印刷法により所望パターンに塗膜形成する。

ガラスをマトリックスとして用いる場合には、加熱冷却サイクルによっても抵抗値の変化を少なくすることができる。また、合成樹脂やガラスをマトリックスとして用いると成膜強度を向上することができる等、発熱抵抗体層の物性値の改善効果を有する。導電材料は 9 0〜 1 0重量％、マトリックスは 1 0〜9 0重量％の範囲で含有させる。発熱抵抗体層 2 2の厚さは 5〜 1 0 0 μ mとすることが好ましく、 2 0〜 6 0 μ παがより好ましい。しかし、配合量や厚さはこれらの数値に限定されるものではなく、昇温性能や高温保持性能、温度分布性能などの諸条件を満足させるように、より適切な数値を選択することができる。

円筒体 6 , 対向電極層 1 6、 1 8および通電用端子 1 0、 1 2などの諸材料は熱膨張係数の差ができるだけ小さい方が好ましく、そのような材料を選択することが望まれる。また、発熱抵抗体シ一卜 8の導電材料の電気抵抗率や絶縁体層 2 0、 2 4の絶縁率やそれらの融点など各種物性値も、目的に応じて適切に選択されるものである。次に、本実施例のクイックヒートローラ一 2の製造法を説明する。まず、アルミパイブを所定形状に加工し、表面に離形層 4として、テフロンをスプレーコートし、約 3 0 0 °Cで 3 0分間焼き付けを行なう。アルミ素管の内周面に接着剤を塗布し、発熱抵抗体シート 8を張り付ける。

この張り付け方法として、内圧膨張法であるブロー法やバルジ法等が用いられる。気体や液体を内型である密封体に充填し、これを加圧することにより密封体が膨張して外型に押しつけられる技術である。外型に接着剤を塗布しておけば、外型と内型の間に発熱抵抗体シートを配置するだけで、シートが外型の内面に接着する。また、円筒体とシー卜を異電気に帯電させておき、両者の電気的引力で密着させる方式もある。その他各種の方法が採用できる。

具体例としてプロ一法を説明する。片端部を密閉した中空ゴム製のパイプに発熱抵抗体シート 8を卷きつけ、これをアルミ素管内に納める。次に、中空ゴム製パイプ内に空気を送り、内部から膨らまし、発熱抵抗体シート 8をアルミ素管の内周面に完全に密着させる。その後、 3 0 0 ：、 3 0分焼成して接着剤を加熱硬化させる。更に、所定箇所に通電用端子 1 0、 1 2を導電性接着剤で接着し、定着用クイックヒート口一ラー 2を完成する。

次に、この第 1実施例と従来例の昇温特性を比較した。実施例としては熱反射層 2 6を有するものと有さないものの 2種類を用意し、従来例としてはハロゲンランプ（電力は 6 5 0 W) を用いたものを使用する。

実施例の作成法を更に詳細に説明すると、まず平面ガラス板上に、厚さ Ι Ο μ πιのポリイミド樹脂シートを絶縁体層 2 0として固定する。導電材料として A g , N iを主体とし、蒸気マトリックスを成す合成樹脂およびガラスを 5 0 %含有させて発熱抵抗物質を調製する。前記ポリイミド樹脂シート上に 3回スクリーン印刷を行い発熱抵抗体シート（約 1 1 . 7 Ω ) を作成した。第一回のスクリーン印刷は発熱抵抗体層 2 2、第二のスクリーン印刷は温度分布を均一にするための発熱抵抗体層の膜厚分布調整、第三のスクリーン印刷は対向電極層（導電層） 1 6、 1 8の製作である。次に、発熱抵抗体層 2 2の上に絶縁体層 2 4としてポリィミド樹脂シートを接着し、さらに熱反射層 2 6のアルミ箔を接着して、発熱抵抗体シート 8を完成した。

外径 2 O m m , 長さ 2 8 3 m m、肉厚 0 . 9 m mのアルミ素管の内面に発熱抵抗体シート 8を張り付け、更に通電用端子 1 0、 1 2を導電性接着剤で接着してクイックヒ—トローラー 2を完成した。もちろん、熱反射層を設けていないクイックヒ一トロ一ラー 2も作成した。これらのクイックヒ一トロ一ラーに 1 0 0 Vの電圧を印加したところ、約 8 . 5 Aの電流が流れ、投入電力は 8 5 0 Wであった。

上記 3種類のヒートローラ一の昇温特性を図 3に示す。拳は比較のため、一般に使用されているハロゲンランプによるヒ一ト ' ローラ一（6 5 0 W)の昇温特性である。〇は熱反射層の無い場合の定着用クイックヒートローラー（ 8 5 0 W) の昇温特性、 ☆は熱反射層のある場合の昇温特性である。表面温度が 1 6 0 °Cに達するには、ハロゲンランプの場合 1 7秒が必要で、熱反射層のないクイックヒートローラ一の場合約 9秒、熱反射層を設けると著しく改善され約 6秒に短縮できた。

熱反射層を設けたものは無い場合に対して定着温度到達時間が 2 3に短縮するから、熱反射層が加熱効率の増加に大きく寄与していることが分かる。従来のハロゲンランプと比較すると、熱反射層が無い場合は約 1 / 2、熱反射層がある場合は約 1 / 3に定着温度到達時間が短縮され、従来の発光加熱管と比べて本発明の効果がいかに優れているかが分かる。しかも発熱抵抗体シ一卜を円筒体の内部に装填しているから、それらは外力により摩耗や損傷を受けることが無く、寿命の長期化をも同時に達成したものである。

実施例 2

[温度制御型クイックヒートロ一ラ一]

実施例 2は第 2タイプの温度制御型クイックヒートローラーに関するものである。ヒートローラー自体の構造は図 1 と同様であるからその説明を省略する。

図 4は温度制御型における発熱抵抗体シー卜の積層構成図である。図 2の発熱抵抗体層 2 2の代わりに高温度係数抵抗体層 2 1がスクリーン印刷法により成膜されている。他の構成は図 2と同様であるからその説明を省略する。高温度係数抵抗体層 2 1は発熱電力が抵抗値と逆比例の関係にあり、従って発熱電力が加熱温度と逆比例的関係になっている。ヒ一トロ一ラーが所定温度に達した後、用紙通過や温度リップル現象により温度ムラが生じたとき、その温度制御性によって温度ムラを急速に回復修正し、常にヒートローラ一の温度を一定に保持する。その温度制御性により、複写してもコピームラが生じず、秀麗な印刷を行うことができる。高温度係数抵抗材料としては、導電剤とマトリックスを成す合成樹脂またはガラスの混合物を用いる。本実施例では高温度係数導電剤として A g、 N iを主剤とし，これにマトリックスとしてガラスを混合させ、流動性のある導電性ペース卜を作成する。この導電性ペーストをスクリーン印刷法により所望パターンに塗膜形成する。

次に、実施例 2と従来例の昇温特性を比較した。実施例としては熟反射層 2 6を有するものと有さないものの 2種類を用意し、従来例としてはハロゲンランプ（電力は 6 5 O W) を用いたものを使用する。また、これらと比較する意味で、高温度係数を有しない発熱抵抗体層を発熱部材としたクイックヒ一トローラ一（電力は 8 5 O W) も比較試験した。

上記 4種類のヒ一卜ローラ一の昇温特性を図 5に示す。攀は比較のため、一般に使用されているハロゲンランプによるヒート ' ローラー（6 5 0 W)の昇温特性である。 ☆は熱反射層の無い場合の温度制御型クイックヒートローラー（1 0 0 0 W) の昇温特性、 ★は熱反射層のある場合の昇温特性である。 ◎は熱反射層のあるクイックヒ一卜ローラ一（8 5 0 W) の比較例である。表面温度が 1 2 0 °Cに達するには、ハロゲンランプの場合 1 4秒が必要で、クイックヒートローラーの場合約 4秒、熱反射層のない制御型クイックヒ一トロ一ラーも約 4秒、これらに対し熱反射層を設けると著しく改善され約 2秒に短縮できた。

即ち、それらの到達時間を比較すると、 ★：☆：◎： ·は 2 ： 4 ： 4 ： 1 4となることが分かる。熱反射層を設けた温度制御型クイックヒ一卜ローラーはハロゲンランプに対して定着温度到達時間が 1ノ 7に短縮するから、超高速加熱が達成できていることが分かる。また、熱反射層が加熱効率の増加に大きく寄与していることも分かる。更に、熱反射層を有するもの同士で比較すると、温度制御型クイックヒート口一ラーはクイックヒートロ一ラーに対して到達時間が 1 Z 2に短縮されており、高温度係数抵抗材料の効果が明白である。従来のハロゲンランプと比較すると、熱反射層が無い場合は約 1ノ 3 . 5、熱反射層がある場合は約 1 7に定着温度到達時間が短縮され、従来の発光加熱管と比べて本発明の効果が如何に優れているかが分かる。しかも発熱抵抗体シ一卜を円筒体の内部に装填しているから、それらは外力により摩耗や損傷を受けることが無く、寿命の長期化をも同時に達成したものである。

温度リップル現象はどうであろう力図 5では読みとれないが、ハロゲンランプの約 2 0 0 °C到達時間は約 2 4秒であり、しかもそれ以上の時間ではオンオフ制御によつて大きなリップル現象が発生した。クイックヒー卜ローラーでも小さなリップル現象が見られる。これらに対して、本発明では熱反射層がある場合には全くリップル現象が発見できないくらい、温度恒常性が強く保持されている。また、熱反射層が無い場合でもリップルはほとんど見いだせない位である。従って、本発明の効果が如何に大きいかが理解できる。

実施例 3

[自己制御型クイックヒートローラ一]

実施例 3は第 3タイプの自己制御型クイックヒ一トローラーに関するものである。ヒ一トローラー自体の構造は図 1 と同様であるからその説明を省略する。

図 6は自己制御型における発熱抵抗体シー卜の積層構成図である。図 2の発熱抵抗体層 2 2として高温度係数抵抗体層 2 1 と低温度係数抵抗体層 2 3を重ねてスクリーン印刷法により成膜されている。抵抗体層 2 1、 2 3の上下順序は逆であってもよい。他の構成は図 2と同様であるからその説明を省略する。

前述したように、高温度係数抵抗体層 2 1は温度制御性を有し、低温度係数抵抗体層 2 3は加熱効果を有するから、各種部材に温度リップルや温度ムラが生じたときには、設定温度に急速に均一復帰させる機能を発揮する。従って、ヒート口一ラーが所定温度に達した後、用紙通過や温度リップル現象により温度ムラが生じたとき、その自己制御性によって温度ムラを急速に回復修正し、常にヒ一トローラーの温度を一定に保持する。その急速性により、複写してもコピームラが生じず、秀麗な印刷を行うことができる。

低温度係数抵抗材料は、導電剤とマトリックスを成す合成樹脂またはガラスの混合物を用いる。本実施例では低温度係数導電剤として A g、 N i、 A u、 M o、 Wを主剤とし，これにマトリックスとしてガラスを混合させ、流動性のある導電性ぺ一ストを作成する。この導電性ぺ一ストをスクリーン印刷法により所望パターンに塗膜形成する。

同様に、高温度係数抵抗材料は、導電剤とマ卜リックスを成す合成樹脂またはガラスの混合物を用いる。本実施例では高温度係数導電剤として V ₂0 ₃、 S b ₂〇₃、 B i ₂ O _s、 C r 0 ₂の金属間化合物を用いる。これにマトリックスとしてガラスを混合させ、流動性のある導電性ペーストを作成する。この導電性ペーストをスクリーン印刷法により所望パターンに塗膜形成する。

ガラスをマトリックスとして用いる場合には、加熱冷却サイクルによっても抵抗値の変化を少なくすることができる。また、合成樹脂やガラスをマトリックスとして用いると成膜強度を向上することができる等、発熱抵抗体層の物性値の改善効果を有する。導電材料は 9 0〜 1 0重量％、マトリックスは 1 0〜 9 0重量％の範囲で含有させる。高 '低温度係数抵抗体層 2 1、 2 3の厚さは 5〜 1 0 0 μ mとすることが好ましく、 2 0〜 6 0 / mがより好ましレ、。しかし、配合量や厚さはこれらの数値に限定されるものではなく、昇温性能や高温保持性能、温度分布性能などの諸条件を満足させるように、より適切な数値を選択することができる。

次に、実施例 3と従来例の昇温特性を比較した。実施例としては熱反射層 2 6を有するものと有さないものの 2種類を用意し、従来例としてはハロゲンランプ（電力は 6 5 0 W) を用いたものを使用する。また、これらと比較する意味で、低温度係数抵抗体層の 1層のみからなる発熱抵抗体層を発熱部材としたクイックヒート口一ラー (電力は 8 5 0 W) も比較試験した。

実施例の作成法を更に詳細に説明しておくと、まず平面ガラス板上に、厚さ 1 0 μ mのポリイミド榭脂シ一卜を絶縁体層 2 0として固定する。導電材料として上記の高温度係数および低温度係数抵抗材料を調製する。これらの抵抗材料を前記ポリイミド樹脂シート上に 5回スクリーン印刷を行い発熱抵抗体シート（約 1 0 Ω )を作成した。第一回のスクリーン印刷は高温度係数抵抗体層 2 1、第二のスクリーン印刷は温度分布を均一にするための高温度係数抵抗体層の膜厚分布調整、第三回のスクリーン印刷は低温度係数抵抗体層 2 3、第四のスクリーン印刷は温度分布を均一にするための低温度係数抵抗体層の膜厚分布調整、第五のスクリーン印刷は対向電極層（導電層） 1 6、 1 8の製作である。次に、低温度係数抵抗体層 2 3の上に絶縁体層 2 4としてポリイミド樹脂シートを接着し、さらに熱反射層 2 6のアルミ箔を接着して、発熱抵抗体シー卜 8を完成した。

この自己制御型クイックヒートローラ一に 1 0 O Vの電圧を印加したところ、高 ' 低温度係数抵抗体層それぞれに約 5 Aの電流が流れ、総投入電力は約 1 0 0 0 Wであつた

上記 4種類のヒー卜ローラ一の昇温特性を図 7に示す。藝は比較のため、一般に使用されているハロゲンランプによるヒ一卜 ' ローラ一（6 5 0 W)の昇温特性である。 ☆は熱反射層の無い場合の自己制御型クイックヒートローラー（1 0 0 0 W) の昇温特性、 ★は熱反射層のある場合の昇温特性である。 ◎は熱反射層のあるクイックヒ一トローラー（8 5 0 W) の比較例である。定着温度より低いが図 7から読みとり易いために、表面温度が 1 2 0 °Cに達する時間で比較すると、ハロゲンランプの場合 1 4 秒が必要で、クイックヒートローラーの場合約 4秒、熱反射層のない自己制御型クイックヒ一トロ一ラ一も約 4秒、これらに対し熱反射層を設けると著しく改善され約 2 秒に短縮できた。

即ち、それらの到達時間を比較すると、 ★ ： ☆ ：◎： ·は 2 ： 4 ： 4 ： 1 4となることが分かる。熱反射層を設けた自己制御型クイックヒートローラーはハロゲンランプに対して高温到達時間が 1 / 7に短縮するから、超高速加熱が達成できていることが分かる。また、熱反射層が加熱効率の増加に大きく寄与していることも分かる。更に、熱反射層を有するもの同士で比較すると、自己制御型クイックヒ一卜ローラ一はクイックヒ一トロ一ラーに対して到達時間が 1 Z 2に短縮されており、高 ·低温度係数抵抗材料の効果が明白である。

従来のハロゲンランプと比較すると、熱反射層が無い場合は約 1 Z 3 . 5、熱反射層がある場合は約 1 / 7に定着温度到達時間が短縮され、従来の発光加熱管と比べて本発明の効果が如何に優れているかが分かる。しかも発熱抵抗体シートを円筒体の内部に装填しているから、それらは外力により摩耗や損傷を受けることが無く、寿命の長期化をも同時に達成したものである。

温度リップル現象はどうであろう力。図 7では読みとれないが、ハロゲンランプの約 2 0 0 °C到達時間は約 2 4秒であり、しかもそれ以上の時間ではオンオフ制御によつて大きなリップル現象が発生した。クイックヒ一トローラーでも小さなリップル現象が見られる。これに対して、本発明では熱反射層がある場合には全くリップル m象が発見できず強力な温度恒常性が保持されている。また、熱反射層が無い場合でもリップルはほとんど見いだせない位である。従って、本発明の効果が如何に大きいかが理解できる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含することは云うまでもない。

(産業上の利用可能性）

請求項 1によれば、発熱抵抗体シートの製作が容易となり、しかも発熱抵抗体層によって加熱するから加熱効率が高く、優れた昇温性能を有する。また発熱部材を総てヒー卜ローラーの內部に装填したから、発熱部材が外力により摩耗 ·損傷を受けないため長寿命化を達成できる。特に、前者の効果は、電子写真機器、カラー機器、プリンタ等のデジタル機器において、画像信号投入時間内に昇温が完了するため、ウェイテング時間が不要になり、信号送信と同時にクイックヒー卜ローラーが動作すればよく、省エネルギー対策に大きく貢献するものである。

請求項 2によれば、高温度係数抵抗体層を利用しているから、温度ムラを急速に解消してヒートローラー全体の温度を強力に一定に保持できる。同時に請求項 1の効果も有する。

請求項 3によれば、高温度係数抵抗体層と低温度係数抵抗体層を利用しているから、急速温度上昇と温度ムラの急速解消を実現でき、しかも温度リップルを強力に抑制してヒ一トロ一ラー全体の温度を強力に一定に保持する。同時に請求項 1の効果も有する。

請求項 4によれば、熱反射層を設けたから熱の散逸を防止でき、発生熱をヒート口 —ラの昇温に集中できるなど、昇温性能の高度化を達成できる。

請求項 5は請求項 1乃至 3を更に具体化したもので、発熱抵抗体シー卜を 3層構成とすることにより、その実用化と製造の容易化を達成した。

請求項 6は請求項 1乃至 3を更に具体化したもので、発熱抵抗体シートを 4層構成とすることにより、その実用化と製造の容易化を達成し、本発明の産業への適用性を高めたものである。

請求項 7は発熱抵抗体シ一トの作成にスクリーン印刷法を適用したもので、本発明の量産性を可能にし、本製品を安価に市場に供給できる効果を有する。

Claims

求の

1 . 円筒体の内周面に発熱抵抗体シ一卜を備え、この発熱抵抗体シ一卜は少なくとも発熱抵抗体層からなり、この発熱抵抗体層を電流加熱して前記円筒体を所望の定着温度に設定することを特徴とした定着用クイックヒ一トロ一ラー。

2 . 円筒体の内周面に発熱抵抗体シー卜を備え、この発熱抵抗体シ一卜は少なくとも高温度係数抵抗体層からなり、この高温度係数抵抗体層を電流加熱して前記円筒体を所望の定着温度に設定し、高温化するに従って発熱電力が低下する性質を有することを特徴とした温度制御型クイックヒ一トロ一ラ一。

3 . 円筒体の內周面に発熱抵抗体シ一トを備え、この発熱抵抗体シ一トは少なくとも高温度係数抵抗体層と低温度係数抵抗体層からなる発熱抵抗体層を含み、両抵抗体層を電流加熱して前記円筒体を所望の定着温度に設定し、高温化するに従って発熱電力が低下する自己制御性を付与したことを特徴とする自己制御型クイックヒートロー

4 . 前記発熱抵抗体シートの片面の最外部に熱反射層を設け、この熱反射層を円筒体の最内部に配置した請求項 1乃至 3記載のクイックヒ一トロ一ラー。

5 . 前記発熱抵抗体シートは、絶縁体層の上に発熱抵抗体層、絶縁体層をこの順に積層した 3層構成からなる層状シ一トであり、この発熱抵抗体シ一卜を円筒体の内周面に密着接合させた請求項 1乃至 3記載のクイックヒー卜口一ラー。

6 . 前記発熱抵抗体シートは、絶縁体層の上に発熱抵抗体層、絶縁体層、熱反射層をこの順に積層した 4層構成からなる層状シー卜で、この発熱抵抗体シートを円筒体の內周面に密着接合させる請求項 1乃至 2記載のクイックヒ一トロ一ラ一。

7 . 前記発熱抵抗体シー卜の少なくとも発熱抵抗体層をスクリーン印刷法により作成し、発熱抵抗体層の膜厚を多層印刷により制御した請求項 1乃至 3記載のクイックヒートローラー。