JPH08510859A - 熱調節層を備えたセラミックヒータローラ - Google Patents

熱調節層を備えたセラミックヒータローラ

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JPH08510859A JP7500592A JP50059295A JPH08510859A JP H08510859 A JPH08510859 A JP H08510859A JP 7500592 A JP7500592 A JP 7500592A JP 50059295 A JP50059295 A JP 50059295A JP H08510859 A JPH08510859 A JP H08510859A
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Abstract

(57)【要約】 工業およびオフィス装置に用いる熱伝導ローラ(10)は、セラミック加熱層(13)と、このセラミック加熱層および芯体の間に配置される第2のセラミック層(12)とを有する。第2のセラミック層(12)は、芯体の抵抗が長手方向における抵抗としてはほぼ同一オーダーの量であるのに対し、熱で減少するような抵抗特性を有する。これはセラミック加熱層(13)から分流される電流によるものであって、層および被作動体に接触するいかなる外部層(17)の温度を制限する。

Description

【発明の詳細な説明】 熱調節層を備えたセラミックヒータローラ [技術分野] 本発明は各種の産業機械に使用されるヒーターローラとその製法に関する。 [発明の背景] 蒸気加熱ローラおよび誘導加熱ローラは、紙類の製造および印刷や、紙,フィ ルム,金属箔を加工する各産業に用いられる。このようなローラの例としては、 ローラおよびドラムを乾燥するためのウェブ加熱ローラや、乾燥ローラまたはド ラム,ラミネーティングローラ,エンボシング(浮出し)ローラ、およびキャス トフィルム押出しローラがある。 内部に加熱されたヒューザを有するローラは、複写機産業に用いられる。この ヒューザローラは、トナーを溶かして紙に押し付ける。一般的なヒューザローラ は、内部に石英加熱ランプを有するアルミニウムあるいは非磁性金属コアからな る。コアの内径は、ランプからの熱を吸収する特殊なコーティングを有する。ロ ーラは、対向するローラとの加圧ニップを形成し、か つ、紙にトナーを放出するのに、例えばシリコーンゴムなどの非粘着性エラスト マー材料で覆われる。 ゼログラフィーおよびその他に適用する加熱ローラは、サトムラ氏の米国特許 第4,628,183号、ナガスカ氏などの米国特許第4,743,940号、リー氏などの米国特 許第4,791,275号、コグレ氏などの米国特許第4,813,372号、アーバン氏などの米 国特許第4,810,858号、アーバン氏の米国特許第4,820,904号、ヨシカワ氏などの 米国特許第4,841,154号、ランダ氏などの米国特許第5,089,856号に開示される。 特に、動作表面の領域でローラが過熱状態にならず、かつ、望ましい温度が維 持されるように、動作条件を変え続けながらローラへの熱を調節するには技術的 な問題がある。 本発明は、様々な動作条件のもとでヒータローラの熱を調節するための、改良 されたセラミックヒータの構造に向けられている。 [発明の概要] 本発明は、予め決められ調節された抵抗をもつセラミック加熱層を芯体上に備 えた円筒状ローラ芯体と、芯体およびセラミック加熱層間の熱調節層とを有する 熱伝導ローラに関する。ローラが加熱し終わると、熱調節層は芯体に対し放射方 向においてより低い抵抗性となり、加熱層の熱を制限する熱調節層に対 し電流側路を提供する。 好ましくは、加熱層および熱調節層の双方は、各々の層に対し望ましい抵抗特 性を得るのに混合されることがあるセラミック材料からなる。ローラの寿命以上 の耐久性を果たすために、セラミック加熱層をエラストマーまたは他の材料から なる外部機能層で覆ってもよい。加熱層を介して電流が伝えられるように、ロー ラの反対側端部で電極が形成される。 セラミック加熱層の電気的抵抗は、第1の半導体セラミック材料を第2の半導 体セラミック材料と混ぜるとともに、電気抵抗を調節するのに選択された厚さに セラミック加熱層を形成して調節されることがある。セラミック加熱層は複数の より薄い副次層から各々形成されるが、この副次層は終結層を築き上げるのに一 方が他方の上部に形成される。 上述した以外の他の諸目的および諸利益は、当業者であれば次の好ましい実施 態様の説明から明白となるであろう。この説明中における符号は、ここでの一部 分をなし、かつ、本発明の各例を示す添付図面に示される。しかし、こうした各 例は、本発明の様々な実施態様を網羅するものではない。それゆえ、本発明の範 囲を決定するために、説明に続くクレームが参照となる。 [図面の簡単な説明] 第1図は、本発明におけるローラの一部切欠斜視図である。 第2図は、第1図のローラ部分の断面図である。 第3図は、第1図のローラの長手方向の左端破断図である。 第4図は、第1図のローラの長手方向の右端破断図である。 第5図は、本発明のローラの第2実施例における長手方向の左端破断図である 。 第6図は、第1図のローラを貫く選択された方向における温度に対するlog10 (対数)オームの各プロットのグラフである。 [好ましい態様の詳細な説明] 第1図は、紙類の製造および印刷や、紙,フィルム,金属箔を加工する各産業 用の蒸気加熱ローラあるいは誘導加熱ローラのように、複写機あるいは他産業へ の応用に用いるタイプのヒータローラ10の好ましい実施態様を示している。 第1図および第2図に示すように、本実施例におけるヒータローラ10の好まし い実施態様は芯体11である。芯体の材料は、好ましい実施態様では鋼材であるが 、ステンレス鋼,真鍮,アルミニウム,ガラス,あるいはFRP(ガラス繊維強 化プラスチック)複合型材料が用いられることもある。仕上げられたローラ10は 、当業者に公知のタイプである適当な機械軸受け構造 に配置するために、適当なジャーナル軸25を備えている。 ガラスのような非導電性の材料からなる芯体11では、1〜3ミル(1ミル=0 .001インチ)の厚さを有する金属製の薄層(図示せず)を、芯体の外面全体 を覆うように形成して用いることもある。この金属層は、芯体の外面全体を覆っ て接着コーティングをプラズマ溶射して形成されることがある。 熱調節層12は5〜100ミルの厚さを有し、接着層の外面全体を覆って形成さ れる。この層12は、低温度で層13の抵抗よりも著しく高い抵抗を持ったセラミッ クで形成される。実際において、層12は低温度で絶縁材料の抵抗を持つ。温度が 増加すると、層12の抵抗は減り、層13と芯体11間の電流通路となる半導体材料の 範囲に入り込む。層12は、種々の温度に対応して特定の抵抗値を持つ可変抵抗の ように作用する。 加熱層13は1〜100ミルの厚さを有し、温度調節層12の外面全体を覆って形 成される。この層13は半導体的であって、外部機能層17の温度を調節するように 、特定されかつ調節された温度に対する抵抗電力の消滅により、加熱されるよう に意図されている。 2つの電極が、加熱層13の外面の各終端を取り囲む細帯18,19によって形成さ れる。帯18,19間には、加熱層13の残りの外面を覆って機能外部層17が形成され る。外部機能層17は、セラ ミックあるいはエラストマー/高分子材料から形成される。 電気ブラシは素子15により示されているが、これは、帯18に接触するとともに 、電圧源21の正(+)電圧端子に電気的に接続される。芯体11は、ローラ10の他 方の終端から延びるリング形状の帯22(第3図)をも形成している。第2のブラ シは素子23により示されているが、これは、帯22に接触するとともに、電圧源21 の接地された負(−)端子に電気的に接続される。これが、芯体11を接地接続す ることになる。電圧源21は、交流あるいは直流のいずれか一方を供給するもので あればよい。第3のブラシ16は帯19に接触しており、電圧源21の接地された負( −)端子に電気的に接続される。 第3図および第4図に示すように、電流は矢印26,28により示されているが、 これは、ローラ10に対し長手方向に正電極18から負電極19に流れる。矢印27にて 示す電流は、正電極18と芯体11間の放射方向に流れる。熱調節層12の抵抗は、電 気的に加熱層13の抵抗と並列である。熱調節層12は、加熱層13をより低温度で動 作すると一層抵抗性を持ち、温度が増加するにつれて抵抗が減少するような抵抗 特性を持つ半導体セラミックにより形成される。温度が増加すると、熱調節層12 の抵抗は減少し始め、層13からの電流を分流するとともに、これによって、抵抗 電力の消滅により層13に発生する熱を下げる。 芯体11の接地は任意である。いずれにしても、芯体11は熱調節層12よりも極め て多くの導電性を有することになり、それゆえに電流は電極18より層13から放射 状に層12を通って芯体11に達し、その後は負電極19,22に向かい、層12を通って 電極19に達するように後方に流れることになる。もし所望ならば、抵抗器29を芯 体11とグランドとの間に接続して、芯体を流れる電流を減らし、かつ、加熱層13 と芯体11との間の電圧降下を減らすこともある。 ブラシ15,16,23の位置と、層11,12,13の相対的な抵抗は、ローラ10の他の 部分よりも、ブラシ15の近傍でより多くの熱をもたらすことがある。もし所望な らば、ブラシ15,16,23の正および接地電圧は、ローラ10のより均一な加熱を付 与する順にスイッチされることがある。 ヒータローラ10は次のようにして得られる。手順1 鋼製芯体11のグリットブラスト表面をきれいにし、約200乃至300マイク ロインチの表面粗さRaに粗面化する。手順2 プラズマ溶射あるいは熱溶射によって、Metco450あるいは480のよ うな300〜400マイクロインチの表面仕 上げ粗さRaを有する1〜3ミルの厚さのニッケル−アルミナイド材料から、接 着層を塗布する。この手順は任意ではあるが、芯体11に対しセラミック12の接着 強度を改良することになる。手順3 プラズマ溶射の技法と装置を用いることにより、アルミナおよびジルコニアの 混合物を用いた5〜100ミルの厚さを有する第1のセラミック層12を塗布する 。一例として、アルミナとジルコニアを87対13で混合したNorton10 6を材料とする。層12は20ミルの厚さにて塗布される。米国ニューヨーク州ウ エストバリにあるメトコ コーポレーションより入手可能なMetco130の ような他の材料も、この層に用いることができる。好ましい材料は、Metco 130とMetco131の混合物である。 この手順は、さらに望ましい厚さのセラミック層12に到達するために、薄い均 一の副次層を溶射することで完成される。高い一貫性と均一性を持つ電気的グレ ードコーティング用のプラズマ溶射されたセラミックの最も薄い実際的な層は、 約5ミルである。より薄い層の場合、接着コート層の頂点がセラミック層12を通 過して突き出すことがある。プラズマ溶射されたセラミックは、100ミル以上 の非常に厚い層に塗布されることもある。セラミック層12の抵抗は、プラズマ溶 射する過程で用い る材料および層12の厚さを調節することで、調節され得る。 ローラに沿って長手方向の抵抗は、その長さに直接比例して増加する。放射方 向では、層の面積が増加するにつれて抵抗が減少する。仮に層の長さと周囲が殆 ど一定のままである場合には、セラミック層12の厚さが増加するにつれて、放射 方向における抵抗は幾分増加する一方、同時に長手方向の抵抗は、層の放射状に 厚くなった部分によって生じたより大きな断面積により、減少することになる。 混合されたセラミック層12において、半導体セラミックに対する絶縁セラミッ クの割合を変えることで、セラミック層の抵抗特性を調節することができる。 セラミック混合物は、一方が導体あるいは半導体セラミックで、他方が絶縁材 料に近いセラミックからなる。2以上の材料を混ぜ合わせることも可能である。 ここで使用される「導体」材料という用語は、103オームセンチメートル以 下の体積抵抗率を有する材料を意味する。「絶縁」材料という用語は、1010 オームセンチメートル以上の体積抵抗率を有する材料を意味する。ここで使用さ れる「半導体」材料という用語は、103オームセンチメートルから1010オー ムセンチメートルの間の体積抵抗率を有する材料を意味する。酸化クロム(Cr O2またはCrO)は、半導体また は低抵抗セラミックスの例である。溶射していないパウダーはCr23であり、 この材料は溶射後にCrOまたはCrO2になることがある。 二酸化チタンは、チタニア(TiO2)として引用されてもいるが、これは、 単独で用いられたときの導電材料の一例である。二酸化チタンは、加熱層の単独 の構成要素として用いられることがある。ここで述べた変動する抵抗特性を持つ 材料を得るために、二酸化チタンが熱調節層用に他の絶縁セラミックスと混合さ れる。例えば、ジルコニアやアルミナのような絶縁セラミックスがチタニアと混 合されることがある。 ここで述べたセラミックパウダーは、一般的な純粋材料よりも劣るものである 。商業的に入手できる最も純粋なアルミナでさえも、99.0%〜99.5%の 純度に過ぎない。 アルミナの多くのグレードは、他の金属酸化物を重さで数パーセント含んでい る。例えば、ホワイトあるいはグレーアルミナは、5%未満から少なくとも40 %までの量でチタニア(二酸化チタン,TiO2)を含有する。 混合物におけるチタニアの割合が増加すると、材料抵抗が低下する。こうした 各材料が単一のパウダーとして利用可能であっても、これらは様々なセラミック スの混合物のままである。最終セラミック層の電気的特性は、抵抗,キャパシタ ンス,絶 縁耐力などに対し個々の要因を合計したものとなる。電気的要求を正確に満足す るものであれば、単一のパウダーを利用してもよい。 熱調節層12の好ましい材料は、Metco130とMetco131との混合 物である。Metco130は87%のアルミナと13%のチタニアとの混合物 であり、Metco131は60%のアルミナと40%のチタニアとの混合物で ある。電気的特性は、仕上げコーティングにおけるチタニアに対するアルミナの 割合で大部分が決定される。仕上げ層12におけるチタニアの望ましい比率は、1 0%から50%である。Metco130およびMetco131は、それらが 同一の粒径範囲で入手されることがあり、かつ、殆ど同一の密度を有することか ら、混合されることがある。 チタニア(二酸化チタン)を含有するセラミック層は、どのような層であって もその抵抗が溶射状態の影響を受ける。チタニアは、プラズマ炎内で水素あるい は他の還元剤の存在によって、部分的に亜酸化物に還元されることがある。セラ ミック層16における半導体は、この亜酸化物(おそらくTiO2ではなくむしろ TiO)である。二酸化チタンは通常は絶縁材料である。二酸化チタンの代表的 な平均化学組成は、プラズマ溶射されたコーティングにおいては、一分子当たり 酸素2.0ではな く、むしろ酸素1.8である。このレベル(そしてこのようなコーティング特性 )は、プラズマ炎内における水素の割合を高くしたり低くしたりすることで、あ る範囲に調節することができる。通常の一次ガスは窒素あるいはアルゴンである のに対し、二次ガスは水素あるいはヘリウムである。二次ガスは、ある与えられ た電極電流で出力レベルを増加することによって、混合物のイオン化ポテンシャ ルを上げる。代表的なMetcoのプラズマ銃の場合、このプラズマ銃の電極電 圧を74ボルトから80ボルトの間に維持するように、水素レベルが調節される 。 使用される粉末混合物に拘らず、仕上げられたセラミック層12における材料の 混合が確実に意図されたものと同じになるように、プラズマ溶射のパラメータは 適当に調節されるべきである。前述した全ての粉末は、同一の出力レベル、スプ レー距離およびその他のパラメータを必要としない。したがって、スプレー距離 の調節は、例えば他方のパウダーを覆う一方のパウダーの付着率を増やし、仕上 げコーティングにおける材料の混合を変えればよい。 プラズマ銃を1回パス(層)するか、または複数回パスすることで、プラズマ 溶射されたセラミックコーティングを形成することができる。コーティングを塗 布する殆どのタイプの一般的な方法は、多数の薄いセラミックコーティングを塗 布して、 必要な厚さに作り上げることにある。前述したセラミック層は均一なセラミック 組成を有してはいるが、得られた層12内におけるセラミックの副次層は、同一の 組成を有する必要はない。材料の平均容積よりも表面で異なる抵抗を持つように 、コーティングを設計することがある。手順4 第1のセラミック層12を覆って、第2のセラミック層13を塗布する。手順3で 言及した最初の例では、上部セラミック加熱層13は100パーセントのチタニア 材料からなるMiller1097であり、これは、2〜3ミルの厚さの層に塗 布される。他の材料としては、米国ニューヨーク州ウエストバリにあるメトコ コーポレーションから入手できる、Metco102セラミックパウダーのよう なものが利用されることもある。二酸化チタン(TiO2)は、通常は電気絶縁 材料である。しかし、この材料がプラズマ溶射されると、化学的に二酸化物の形 態の幾つかが、導電性の副酸化物(一酸化物)の形態に還元され、溶着したコー ティングが電気的に導体となる。 セラミック加熱層13は、その後、所定の寸法および表面仕上げに仕上げられる (ダイアモンド、炭化けい素質研削材などにより)。仕上げ後、セラミック加熱 層13は、一般には表面仕上げが20〜70マイクロインチの表面粗さRaで、1 00ミル の厚さとなる。他の実施態様では、セラミック加熱層を10ミル以上の厚さとし 、10〜250マイクロインチの表面粗さRaに変えることがある。手順5 その後、外部機能層17が塗布される。これは、ローラの塗布に適した、熱溶射 によって塗布され得るいかなる材料、いかなるエラストマー、熱可塑性あるいは 熱硬化性樹脂であってもよい。外部機能層17は絶縁体であるが、もし導体であれ ば加熱層13から絶縁される。 セラミックの物理的および電気的特性は、時間の経過や酸素,水分,化学製品 によっても変化せず、結果的に製品に対する耐用寿命を延ばす。また、改良され た温度抵抗が陽極酸化された表面上で期待される。金属芯体を有するローラでは 500°F〜600°Fと同じ高さの温度で、また、セラミック芯体を有するロ ーラでは可能的に2000°Fに達する温度で、セラミック表面が働く。手順6 最終的に、米国ニューヨーク州ウエストバリにあるメトコ コーポレーション から入手できるMetco450なる1/2(0.5)インチの幅広な帯の合金 によって、外部電極18,19が形成される。例1 鋼製芯体11を有するローラ10は、アルミナとチタニアを87対13の割合で混 ぜたセラミックで、20ミルの厚さのNorton106セラミックからなる温 度調節層12を備えていた。その後、2〜3ミルのセラミック加熱層13が、調節層 12を覆って形成された。米国ニューヨーク州ウエストバリにあるメトコ コーポ レーションから入手できるMetco450なる1/2(0.5)インチの幅広 な帯の合金によって、外部電極が形成された。 第1の例におけるローラは、第6図のような結果で組み立てられ試験された。 この曲線は、得られたプロットの各側に位置する連続点を貫いた中間の直線プロ ットである。 電極15から電極16へのローラ10の抵抗は、第1のプロット30に示されており、 200°Fで約15オーム、600°Fで6オーム(log1.3対log0. 8)である。これは、調節層における抵抗が高いときに電流が加熱層を通過して 伝わるが、この加熱層13の抵抗が、長手方向で大きく変化しないことを意味する 。第2のプロット31に示すように、放射方向における抵抗は、正電極15と芯体電 極23との間で測定され、200°Fで約6000オームから600°Fで約25 オームに変化している。これは、長手方向における抵抗としてはほぼ同一オーダ ー の量であるのに対し、400°Fの範囲を越えては2オーダーの量(10倍)よ りも大きい降下である。高温度では、調節層12が低抵抗のために、加熱層13から の電流が分流される。調節層12は、第2の加熱層13として動作し始めることもあ る。 調節層12の抵抗の変化は方向性をもち、長手方向よりも放射方向により多く変 化する。したがって、ローラ内の電流は芯体11に対し放射方向に、その後、導電 性の芯体11を通過して負電極16,23に分流される。第1図に示すように、層13と 外部機能層17との間のローラ10の中間部を取り囲む導電性帯32を備えることによ って、層13内の熱が調節されることもある。これらは、ローラ10の中間部におけ る熱を減らすように、電流が長手方向に伝わる際に、層13の側路部分に対し電流 通路を交互に形成する。 次の第5図を参照すると、本発明は同様に、加熱層,熱調節層および電極が芯 体の内部にあるローラ内を具体化したものである。第5図において、ローラ50は 、鋼製芯体33,セラミック加熱層35およびセラミック熱調節層34を含み、セラミ ック層は上述のセラミックの構成成分からなっている。正電極帯36はローラ50の 内周の回りに及んでおり、電気的に正電圧源40(+V)に接続される。この帯36 を層35上に形成してもよく、層35が回転する時には、帯は静止接点(図示せず) に接触し続けるもの の、層とともに移動する。線材はジャーナル軸39内の開口部を貫いて延びるが、 ジャーナル軸は中空のローラ芯体33の一端を封入するエンドキャップ38に取り付 けられる。第2の導電性電極帯37は、外部電源の接地端子41に接続される。端子 40,41は、端子40,41および帯36,37に電気的に接続する線材が、ローラ50の回 転時に静止し続けるように、スリップリング部材に接続される。第1図に示すロ ーラ10と同様に、ローラ50の中間内部を取り囲んで、層35ほど熱くない電流側路 部を設けることによって、層35内の熱を和らげるのに役立つ熱調節帯42を設けて もよい。 ここまで、いかにして本発明を成し遂げるかという例を詳述した。当業者であ れば、他の詳細な実施態様に帰着して様々に細部を変更でき、しかも、これらの 実施態様が本発明の範囲に含まれることが理解できるであろう。 本発明によって含まれる発明の範囲および実施態様を公に知らせるのに、次の クレームが記載される。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.加熱層内に熱を起こすのに電圧がローラに印加される機械用の熱伝導ローラ であって、このローラは、円筒表面を有する円筒状のローラ芯体と、抵抗性の加 熱に対して抵抗を有し、ローラ芯体の円筒表面を覆って配置されるセラミック加 熱層と、ローラの外表面に対し外方に多少の熱が伝導するこの熱を発生するため に、セラミック加熱層を通過して電流を流すための電源に対するセラミック加熱 層の接続手段と、芯体とセラミック加熱層との間に配置され、低温度で加熱層よ りも導電性が低く、また、セラミック加熱層の温度を調節するのにセラミック加 熱層から電流が分流されるように、温度が各々の温度範囲を超えて増加すると、 芯体に対し放射方向にその抵抗が減少するセラミック熱調節層とからなることを 特徴とする熱調節層を備えたセラミックヒータローラ。 2.ローラの外側面を形成する最外層をさらに備え、この最外層は被作動体に接 触して熱を伝えるために配置されたことを特徴とする請求項1記載の熱調節層を 備えたセラミックヒータローラ。 3.円筒状のローラ芯体は導電性材料からなる外表面を有し、電流がセラミック 加熱層から熱調節層および芯体を通過して分流されるように、導電性材料が電気 的接地に接続されることを特徴とする請求項1記載の熱調節層を備えたセラミッ クヒータローラ。 4.ローラ芯体が、完全な導電性材料からなることを特徴とする請求項3記載の 熱調節層を備えたセラミックヒータローラ。 5.セラミック加熱層を長手方向に通過して流れる電流に側路を提供するために 、複数の導電性帯がセラミック加熱層に間隔をおいて離れて形成されることを特 徴とする請求項1記載の熱調節層を備えたセラミックヒータローラ。 6.加熱層内に熱を起こすのに電圧がローラに印加される機械用の熱伝導ローラ であって、このローラは、円筒表面を有する円筒状のローラ芯体と、円筒状のロ ーラ芯体の円筒表面を覆って配置されるセラミック加熱層と、ローラの外表面に 対し外方に多少の熱が伝導するこの熱を発生するために、セラミック加熱層を通 過して電流を流すための電源に対するセラミック加熱層の接続手段と、芯体とセ ラミック 加熱層との間に配置されるセラミック熱調節層とからなり、セラミック熱調節層 は第1および第2のセラミック材料からなるプラズマ溶射された混合物であって 、この混合物は電流を分流してセラミック加熱層の温度を制限するために、温度 が増加したときに芯体に対し放射方向に減少する電気的抵抗を結果的に有するも のであることを特徴とする熱調節層を備えたセラミックヒータローラ。 7.セラミック熱調節層の電気的抵抗は、第1のセラミック材料を第2のセラミ ック材料と混ぜることにより、また、電気的抵抗を調節する選択された厚さにセ ラミック熱調節層を塗布することにより、調節されるものであることを特徴とす る請求項6記載の熱調節層を備えたセラミックヒータローラ。 8.第1のセラミック材料は二酸化チタンまたは酸化クロムであり、第2のセラ ミック材料はアルミナあるいはジルコニアであることを特徴とする請求項7記載 の熱調節層を備えたセラミックヒータローラ。 9.セラミック熱調節層は二酸化チタンおよび他の材料からなる混合物をプラズ マ溶射することによって得られ、セラミック加熱層の電気的抵抗は酸素二次プラ ズマガスのレベルを変えることで調節されることを特徴とする請求項6記載の熱 調節層を備えたセラミックヒータローラ。 10.セラミック加熱層を長手方向に通過して流れる電流に側路を提供するために 、複数の導電性帯がセラミック加熱層に間隔をおいて離れて形成されることを特 徴とする請求項6記載の熱調節層を備えたセラミックヒータローラ。
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Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5245392A (en) * 1992-10-02 1993-09-14 Xerox Corporation Donor roll for scavengeless development in a xerographic apparatus
US5616263A (en) * 1992-11-09 1997-04-01 American Roller Company Ceramic heater roller
US6069346A (en) * 1993-01-12 2000-05-30 American Roller Company Ceramic heater roller with ground shield and fault detection
US5835679A (en) 1994-12-29 1998-11-10 Energy Converters, Inc. Polymeric immersion heating element with skeletal support and optional heat transfer fins
US6233398B1 (en) * 1994-12-29 2001-05-15 Watlow Polymer Technologies Heating element suitable for preconditioning print media
US5722025A (en) * 1995-10-24 1998-02-24 Minolta Co., Ltd. Fixing device
US5760375A (en) * 1996-10-08 1998-06-02 Hall; Timothy G. Heated rollers
WO1998051127A1 (en) 1997-05-06 1998-11-12 Thermoceramix, L.L.C. Deposited resistive coatings
US6148169A (en) * 1998-10-06 2000-11-14 Ricoh Company, Ltd. Device for fixing an image on a recording medium
US6263158B1 (en) 1999-05-11 2001-07-17 Watlow Polymer Technologies Fibrous supported polymer encapsulated electrical component
US6392208B1 (en) 1999-08-06 2002-05-21 Watlow Polymer Technologies Electrofusing of thermoplastic heating elements and elements made thereby
US6222166B1 (en) * 1999-08-09 2001-04-24 Watlow Electric Manufacturing Co. Aluminum substrate thick film heater
GB2359234A (en) * 1999-12-10 2001-08-15 Jeffery Boardman Resistive heating elements composed of binary metal oxides, the metals having different valencies
US6304740B1 (en) 2000-02-10 2001-10-16 Nexpress Solutions Llc Externally heated external hearted rollers
US6392206B1 (en) 2000-04-07 2002-05-21 Waltow Polymer Technologies Modular heat exchanger
US6433317B1 (en) 2000-04-07 2002-08-13 Watlow Polymer Technologies Molded assembly with heating element captured therein
US6523262B1 (en) * 2000-05-12 2003-02-25 American Roller Company, Llc Elastomer-covered roller having a thermally sprayed permeable bonding material
US7241131B1 (en) * 2000-06-19 2007-07-10 Husky Injection Molding Systems Ltd. Thick film heater apparatus
US6285006B1 (en) * 2000-07-12 2001-09-04 American Roller Company Ceramic heater/fuser roller with internal heater
US6519835B1 (en) 2000-08-18 2003-02-18 Watlow Polymer Technologies Method of formable thermoplastic laminate heated element assembly
CN101638765A (zh) 2000-11-29 2010-02-03 萨莫希雷梅克斯公司 电阻加热器及其应用
US6539171B2 (en) 2001-01-08 2003-03-25 Watlow Polymer Technologies Flexible spirally shaped heating element
US6801728B2 (en) * 2002-02-28 2004-10-05 Seiko Epson Corporation Image forming apparatus and image forming method
NZ535581A (en) * 2002-03-13 2006-11-30 Watlow Electric Mfg Hot runner heater device and method of manufacture thereof
US20030185595A1 (en) * 2002-03-28 2003-10-02 Samsung Electronics Co. Developing unit and density control method in electrophotography
US20030185596A1 (en) * 2002-03-28 2003-10-02 Samsung Electronics Co. Developing unit and density control method in electrophotography
US7024126B2 (en) * 2002-03-28 2006-04-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Developing unit and density control method in electrophotography
US6991003B2 (en) * 2003-07-28 2006-01-31 M.Braun, Inc. System and method for automatically purifying solvents
US20090272728A1 (en) * 2008-05-01 2009-11-05 Thermoceramix Inc. Cooking appliances using heater coatings
US8247747B2 (en) * 2008-10-30 2012-08-21 Xaloy, Inc. Plasticating barrel with integrated exterior heater layer
US8180269B2 (en) * 2008-11-14 2012-05-15 Lexmark International, Inc. Resistive heating hot roll fuser
TWI409176B (zh) * 2010-12-31 2013-09-21 E Ink Holdings Inc 電熱轉印裝置以及電熱轉印方法
WO2012124498A1 (ja) * 2011-03-11 2012-09-20 シャープ株式会社 金型、金型の製造方法、及び、ナノインプリントフィルムの製造方法
US9420638B2 (en) 2011-08-05 2016-08-16 Nordson Corporation Multi-part electrodes for a heater layer
DE102016107032A1 (de) * 2016-04-15 2017-10-19 Borgwarner Ludwigsburg Gmbh Heizstab mit dielektrisch beschichtetem Gehäuse
TWI648753B (zh) * 2017-08-09 2019-01-21 曾吉旺 機械式調控裝置及其可變電阻組件

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3607343A (en) * 1965-10-04 1971-09-21 Metco Inc Flame spray powders and process with alumina having titanium dioxide bonded to the surface thereof
US3521126A (en) * 1967-07-28 1970-07-21 Addressograph Multigraph Roller charging apparatus
JPS55111859A (en) * 1979-02-21 1980-08-28 Nippon Sanso Kk Supplying method of pulverized material to be flame-sprayed
JPS55164859A (en) * 1979-06-11 1980-12-22 Toshiba Corp Fixing device of electrophotographic copier
FR2485796A1 (fr) * 1980-06-24 1981-12-31 Thomson Csf Resistance electrique chauffante et tete d'imprimante thermique comportant de telles resistances chauffantes
JPS59102267A (ja) * 1982-12-03 1984-06-13 Hitachi Metals Ltd 均熱ヒ−トロ−ル
JPS60131784A (ja) * 1983-12-19 1985-07-13 キヤノン株式会社 ヒ−トロ−ラ−
US4724305A (en) * 1986-03-07 1988-02-09 Hitachi Metals, Ltd. Directly-heating roller for fuse-fixing toner images
US4791275A (en) * 1986-04-07 1988-12-13 Imi-Tech Corporation High temperature compliant roll particularly adapted for xerography
US4813372A (en) * 1986-05-08 1989-03-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Toner image fixing apparatus
EP0254411A3 (en) * 1986-07-18 1989-08-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Thermal copying apparatus
DE3782224T2 (de) * 1986-09-22 1993-02-25 Hideo Nagasaka Waermefixierwalze zur verwendung in einem kopiergeraet und verfahren zu ihrer herstellung.
JPS63307489A (ja) * 1987-06-09 1988-12-15 Hitachi Metals Ltd トナ−定着用ヒ−トロ−ル
JPS6421887A (en) * 1987-07-16 1989-01-25 Hitachi Cable Sheet heater
JPH01118173A (ja) * 1987-10-30 1989-05-10 Sharp Corp 電子写真装置の定着装置
US4810858A (en) * 1987-11-02 1989-03-07 Eastman Kodak Company Fusing roller
US4820904A (en) * 1987-11-02 1989-04-11 Eastman Kodak Company Electrical contacting device for fusing roller
US5089856A (en) * 1989-02-06 1992-02-18 Spectrum Sciences B.V. Image transfer apparatus incorporating an internal heater
JPH02308291A (ja) * 1989-05-24 1990-12-21 Onoda Cement Co Ltd 複写機用熱定着ロール及びその製造方法
US5047612A (en) * 1990-02-05 1991-09-10 General Electric Company Apparatus and method for controlling powder deposition in a plasma spray process
US5159173A (en) * 1990-09-26 1992-10-27 General Electric Company Apparatus for reducing plasma constriction by intermediate injection of hydrogen in RF plasma gun
KR960008921B1 (en) * 1991-08-08 1996-07-09 Tech K K Fixing apparatus
US5191381A (en) * 1991-08-12 1993-03-02 Jie Yuan PTC ceramic heat roller for fixing toner image

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Publication number Publication date
MX9404006A (es) 1995-01-31
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CA2163877A1 (en) 1994-12-08
US5408070A (en) 1995-04-18
KR960702980A (ko) 1996-05-23

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