JPS6378188A - 複写機用熱定着ロ−ル - Google Patents

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 この発明は、複写機に用いる熱定着ロールに関するもの
で、更に述べると電子複写機用熱定着ロールに関するも
のである。

従来の技術 電子複写機には、着色トナーと樹脂を主成分とする乾式
現象剤を支持体上に加熱定着させるために熱定着ロール
が設けられている。

従来の熱定着ロールは、円筒状の金属製支持体の内側に
発熱体を設け、この発熱体により熱定着ロール表面を加
熱している。

しかし、この加熱方法は、発熱体の輻射熱によるので、
ヒートアップタイム、即ち、複写機起動時より複写機使
用可能となるまでの時間が長く、約１〜２分かかる。

そこで、このヒートアップタイムを短縮するため支持体
の表面に面状発熱抵抗体を設け、その一端から他端に向
って電流を流し、この時発生するジュール熱により直接
ロール表面を加熱する所謂面状発熱抵抗体型の熱定着ロ
ールが用いられる。

ところが、この面状発熱体の厚さは、均一なので、熱定
着ロールの軸方向の表面温度分布は第８図の曲線０に示
すようにロール両端部１０ａが、その中央部１０Ｃに比
べ低くなる。

そのため均一な画像を得ることが困難となる。そこで、
従来、熱定着ロールの抵抗体膜を一定の厚さに形成し、
この抵抗体膜をロール両端近くで削り取り、その部分の
抵抗値を大きくすることにより前記温度分布の均一化を
図りている。（昭和５９年特開第１５４４７６号公報参
照）発明が解決しようとする問題点 従来例ではロール両端近くの抵抗体膜を削り取る作業が
必要であるが、この作業は面倒であり、多くの時間と労
力を必要とするので、ロールのコストアップの原因とな
る。

又、抵抗体膜の厚さは、薄く、例えば５０μｍの厚さな
ので、この膜を削り所定の厚さにすることは、極めて困
難であり、そのためロール表面の温度分布は不均一なも
のとなりやすい。

この発明は上記事情に鑑み、熱定着ロールの表面温度分
布を均一にすることを目的とする。

他の目的はコストの安い熱定着ロールを得ることである
。

問題点を解決するための手段 この発明は、円筒状の絶縁性支持体の表面に帯状の発熱
抵抗体を、ねじ状に形成すると共に、該発熱抵抗体のピ
ッチをロールの中央部から両端部に向フて徐々に小さく
することにより上記問題を解決するものである。

作　　用 帯状の発熱抵抗体に電流を流すと、この電流はジュール
熱により抵抗体を加熱しながら螺旋状に流れる。

この時通常は、ロールの中央部より両端部の方が抵抗値
が大きいので、両端部の方が中央部より発熱量が大きく
なり、ロール表面の温度分布は均一となる。

実施例 この発明の一実施例を添付図面により説明すると、第１
図においてＰｏは金属製中空バイブで、このバイブＰ０
の表面には第２図に示す如く、絶縁層１が形成され、更
にその絶縁層１の表面には発熱抵抗体２が形成されてい
る。

この絶縁層ｌはアルミナ（＾Ｊ２２０ｓ）やスピネル（
＾２，０３　・ＭｇＯ）等をプラズマ溶射することによ
り形成される’ｆｉｉＨであり、その厚さは例えば２０
０μｍである。

又、発熱抵抗体２は次のようにして形成される。先ず、
絶縁層１の表面に第３図に示す様にマスキング線材、例
えば、金属線４を螺旋状に壱ぎ付ける。

この金属線４として、例えば、溶射時のマスキング線材
の熱膨張を防ぐために径０．６　ａｒｍのインバール線
を用いるのがよいが、銅線を高張力で用いることもでき
る。

金属線４のピッチＰは、熱定着ロール１０の中央部１０
Ｃ１側部１０ｂ、端部１０ａの順に狭くなっており、例
えば端部１０ａのピッチＰ１は４　ａｍ、側部１０ｂの
ピッチＰ２は５　＋１ｍ。

中央部１０ｃのピッチＰＳは、６■■である。

このようにして、金属線４を巻き付けた後、その上から
抵抗材料、例えば、ニクロム、ステンレス、ニッケル、
アルミニウム、又はアルミロウな、溶射ガンＧにより溶
射し発熱抵抗体２を形成する。

このアルミニウム又はアルミロウは高温による抵抗値の
変化がない上安価なので、抵抗材料としては最適である
。この抵抗体２は薄膜状でその厚さｄは例えば４０μ■
である。

この場合、空気でアルミをプラズマ溶射又はアーク溶射
（特願昭８０−１８１０８１又は６Ｇ−１８１０８２号
参照）することにより安定な発熱抵抗体を形成すること
ができる。なお前記溶射を用いる代わりに蒸着、スバタ
リング、イオンプレーティグ等を用いてもよい、その後
金属線４をロール１０の表面から除去すると、発熱抵抗
体２は第１図に示す様にねじ状となり、このの発熱抵抗
体２のピッチ、ｔ＆ｈ９．金属線４のピッチＰは、ロー
ルの中央部１０ｃから側部１０ｂ、４部１０ａに近づく
程小さくなる。

次にロール表面に付着防止膜３を形成するが、この膜３
は、弗素樹脂又はシリコン樹脂コーテングにより例えば
５０μｍの膜厚ｔに形成される。

このコーテング終了後、付着防止膜３の表面を研磨して
平滑にすると共に中空バイブＰａの一端に給電部６を設
け、他端に給電部フを設け、該給電部６．７を夫々発熱
抵抗体２の端部に接続する。

次に、この実施例の作用につき説明すると、給電部６か
ら発熱抵抗体２に電流を流すと、この電流はジュール熱
により抵抗体２を加熱しながら矢印ＡＩＯ方向に流れ給
電部７に到達する。

このようにして、ジュール熱によりロール表面温度が上
昇するが、熱定着ロール１０の中央部１０ｃ、側部ｔｏ
ｂ、端部１０ａの順に発熱抵抗体２のとッチＰが狭くな
っているので、即ち、高発熱量所要部分のピッチＰＩ、
　Ｐ２が、他の部分のピッチＰ３より小さいので、ロー
ル表面温度はその全長に互って均一となる。

これを詳細に説明すると、抵抗値をＲ０物質の比抵抗値
をρ、抵抗体の長さをり、抵抗体の断面積をＳとすると
、抵抗値ＲはＲ−ρ・Ｌ／Ｓで表示される。

ここで発熱抵抗体のピッチをＰ、その厚さをｄ、絶縁層
ｌの半径をｅとすると、ロール軸方向の単位距離当りの
抵抗ｆｌｉ　ｒは、ｒ−ρ・２ル８（１／ＤＪ　／（ｄ
・０）となる。

ここでＣを定数とすると抵抗値ｒ　ｓ＋　Ｃ／　Ｄ　２
となりロール軸方向の単位距離当りの抵抗値ｒは発熱抵
抗体のピッチＰの二乗に反比例する。

従って、抵抗体２のピッチＰを、ロールｌＯの端部１０
ａのピッチＰ１を４　ａ＋ａ、側部１０ｂのピッチＰ、
を５　ａｍ、中央部１０ｃのピッチＰ。

を６ｍ＋ｏにすると、上記関係より抵抗値ｒの比は、端
部１０ａを１とすると、側部ｔｏｂは０．６４．中央部
１０ｃは０．４４となる。

またジュールの法則により電流値をｌとすると、単位距
離当りの発熱量Ｗは、Ｗ＋ｗｌ’ｒとなり抵抗値ｒに比
例するため中央部１０Ｃより端部１０ａに向う程発熱量
が大となるので両端部１０ａ両側部１０ｂからの熱放散
バランスがとられ、結局ロール軸方向の表面温度分布は
均一となる。

本実施例と従来例のロール表面温度分布を実験したとこ
ろ第８図のような結果を得た。即ち、従来例は、曲線０
となり、ロール端部１０ａと中央部１０ｃとでは、平均
的３０℃の温度差があるのに対し、本実施例では直線Ｎ
となり、ロール表面会体１０ａ〜１０ｃが２００℃均一
になった。

なお発熱抵抗体２への１渣（電力）供給はヒートアップ
タイムまでは継続して行うが、その後は断続的に行って
も必要なロール表面温度を維持することができる０本実
施例において発熱抵抗体２の抵抗値を１０Ωにして１０
０Ｖ荷電した場合、消費電力はＩＫＷで、２ｏｏ℃まで
のヒートアップタイムは１０秒間であり、従来例に比べ
そのタイムは大幅に短縮される。

帯状発熱抵抗体をねじ状に形成する方法として、ロール
の絶縁層の表面全体に抵抗材料をコーテングして抵抗膜
を形成し、この抵抗膜に螺旋状に溝を形成することも考
えられるが、この方法では隣り合う抵抗体の間を完全に
分離するために、溝を深めに、即ち、絶縁層にくい込む
程度に形成する必要がある。

そのため、その上に弗素樹脂をコーテングして付着防止
膜を形成するとその表面に凹凸か１び平坦恨が失われや
すい。

そこで付着防止膜を一旦厚く形成した後、その表面を研
磨して平滑にしなければならないが、この研磨作業は、
多くの時間を必要とする上、高価な付着防止膜の材料を
削り捨てることになるので熱定着ロールのコストアップ
の原因となる。

これに対し、前述のようにして発熱抵抗体を形成すると
その厚さｄを薄くすることができるので隣り合う抵抗体
２の間の溝Ｍは浅くなる。

従って、この上に弗素樹脂をコーテングして付着防止＠
３を形成するとその表面は自然に平坦な状態になりやす
く、前述のような研磨作業などの問題は生じない。

実験によると、溝Ｍの幅ｍを５００μｌ以下、例えば４
００μ曙にし、この上から弗素樹脂をコーテングして膜
厚ｔ■５０μｍ以下、例えば、４０μｍの付着防止ＷＡ
３を形成し、付着防止に必要な表面平滑度をつるための
研磨を施すと、その表面は使用上支障のない程度の平滑
面となフた。

他の実施例 この発明の実施例は、上記に限定されるものでなく、例
えば、帯状の発熱抵抗体を二重ねじ状に形成してもよい
。

この実施例を第４図〜第６図により説明するが、第１図
〜第３図と同一図面符号はその名称も機能も同一である
。

第５図に示す様に絶縁層１の表面に金属線４を二重ねじ
状に巻き付け、その上からアルミロウなどを溶射し、発
熱抵抗体２を形成し、その後金属線４を除去すると、二
重ねじ状となり、第６図に示す様にロールの中央部１０
ｃから端部１０ａに向つてそのピッチＰｓ、Ｐｔ、Ｐ＋
は順次小さくなる。この抵抗体２は第４図の如く、往路
用抵抗体２ａと復路用抵抗体２ｂとからなり、これらの
一端は結合部２Ｃで電気的に連結されている。

次にロール表面に付着防止膜３を形成すると共に、複写
機内の配線の簡素化を図るため、中空バイブＰａの一端
に給電部６．７を設ける。

そして給電部６に往路用抵抗体２ａを接続し、又、給電
部７に復路用抵抗体２ｂを接続する。

給電部６から往路用抵抗体２ａに電流を流すと、この電
流は、ジュール熱により抵抗体２ａを加熱すると共に、
その周囲に磁界を発生させながら矢印へ６方向に流れ、
抵抗体２ａの結合部２ｃに到達する。

そしてこの結合部２ｃに到達した電流は、ここで折り返
され復路用抵抗体２ｂに流れ前述と同様にジュール熱と
磁界を発生させながら矢印Ａ７方向に流れ給電部フに到
達する。

この際、往路用抵抗体２ａと復路用抵抗体２ｂとは、二
重ねじ状に形成されているので電流が互に逆向ぎになる
。

そのため抵抗体２ａの周囲の磁界と、抵抗体２ｂの周囲
の磁界とは、互にその磁界を打ち消し合うので、結局、
抵抗体２ａ、２ｂ即ち発熱抵抗体２の磁界はほとんど消
滅してしまう、ちなみに熱定着ロールの中空バイブＰ６
＋絶縁層１、および発熱抵抗体２から夫々２　Ｃａｍれ
た場所の磁界の強さを測定したところ、−重ねじ状の帯
状発熱抵抗体の場合には、測定値の最高が９．３ガウス
（Ｇａｕｓｓ）、次が７．２ガウスであったが、二重ね
じ状の発熱抵抗体の場合には、測定値の最高が０．４ガ
ウスで、次が０．２ガウスであり、二ｍねじ状にすると
著しく磁界の強さが減少していることがわかつた。

なお、この実施例においても熱定着ロール１０の中央部
１０ｃ、側部ｔａｂ、１部１０ａの順に発熱抵抗体２ｍ
、２ｂのピッチＰが狭くなっているのでロール表面温度
は前記実施例と同様その全長に亙って均一となることは
勿論である。

前記実施例においては帯状の発熱抵抗体が直接付着防止
膜で覆われているが、′ｊ４７図に示す様に帯状の発熱
抵抗体２の表面に絶縁＠ＩＮを形成し、その上に付着防
止＠３を形成してもよい。

このように発熱抵抗体２と付着防止＠３との間に絶縁＠
ｌＮを形成すると、付着防止ｗＡ３は丈夫になり又、そ
の表面が平坦となると共に電気的な安全性が向上する。

発明の効果 この発明は、以上のように帯状の発熱抵抗体をねじ状に
形成したので、該発熱抵抗体のピッチをロールの中央部
から両端部に向って徐々に小さくすると、両端部の抵抗
値は中央部の抵抗値より大きくなる。

従りて、ロールの中央部から端部に向う発熱量が大きく
なるので、両端部からの熱放散バランスがとられ、結局
ロールの軸方向の表面温度分布は第８図の直線Ｎのよう
になり、ロール表面全体が均一の温度となる。

又、発熱抵抗体の抵抗値をロールの中央部から両端部に
向って徐々に小さくする際、車にねじ状発熱抵抗体のピ
ッチを徐々に小さくするだけですむので、その製作コス
トが従来例に比べ安価なものとなる。

更に帯状の発熱抵抗体を二重ねじ状に形成し、その一端
を互に電気的に結合し、他端を夫々別の給電部に接続す
ると、給電部から発熱抵抗体に電流を供給した場合には
その電流は螺旋状に流れながらロール表面上を往復する
。

この時、電流の流れに伴い発生した磁界は互に打ち消し
合って消滅するので、熱定着ロールの表面上には磁界は
ほとんどなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は、この発明の実施例を示す図で、第１
図は平面図、第２図は第１図の１１−１１線断面拡大図
の一部を示す図、第３図は発熱抵抗体の形成工程を示す
図、第４図は他の実施例を示す平面図、Ｎ５図は支持体
に対する金属線の巻き方を示す図、第６図は発熱抵抗体
形成後金属線を抜き取った状態を示す図、第７図は更に
他の実施例を示す断面図で第２図に相当する図、第８図
はロール表面の温度分布を示す図である。 １・・・・・・絶縁層　　　　　２・・・・・・発熱抵
抗体１０・・・・・・熱定着ロール　　Ｐ・・・・・・
ピッチ代理人　　弁理士　　　斎　藤　　　侑（ばか２
名） 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円筒状の絶縁性支持体の表面に帯状の発熱抵抗体を
   ねじ状に形成したことを特徴とする複写機用熱定着ロー
   ル。 ２、絶縁性支持体が、その表面に絶縁層が形成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複写機
   用熱定着ロール。 ３、絶縁層が、薄膜状であることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の複写機用熱定着ロール。 ４、絶縁層がアルミナ又はスピネルのプラズマ溶射によ
   り形成されることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の複写機用熱定着ロール。 ５、帯状の発熱抵抗体が、高発熱量所要部分の幅を他の
   部分よりせまい幅になしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の複写機用熱定着ロール。 ６、帯状の発熱抵抗体が、二重ねじ状でその一端を互に
   電気的に結合し、他端を夫々別の給電部に接続したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複写機用熱定
   着ロール。 ７、帯状の発熱抵抗体が、薄膜状であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の複写機用熱定着ロール。 ８、帯状の発熱抵抗体が、抵抗材料の溶射により形成さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複写
   機用熱定着ロール。 ９、帯状の発熱抵抗体が、抵抗材料のプラズマ溶射又は
   アーク溶射により形成されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の複写機用熱定着ロール。 １０、帯状の発熱抵抗体が、抵抗材料の空気を溶射する
   ことにより形成されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の複写機用熱定着ロール。 １１、帯状の発熱抵抗体が、絶縁性支持体の外周にマス
   キング線材を螺旋状に巻き付け、その上に抵抗材料を溶
   射し、その後該線材を除去することにより形成されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複写機用熱
   定着ロール。 １２、マスキング線材が、インバール線又は銅線である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の複写機
   用熱定着ロール。 １３、抵抗材料がアルミニウム又はアルミロウであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第８項、第９項又は第１
   ０項記載の複写機用熱定着ロール。 １４、帯状の発熱抵抗体が、絶縁膜により覆われている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複写機用
   熱定着ロール。 １５、絶縁膜が、付着防止膜で覆われていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１４項記載の複写機用熱定着ロ
   ール。 １６、帯状の発熱抵抗体が、付着防止膜で覆われている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複写機用
   熱定着ロール。 １７、付着防止膜が、弗素樹脂又はシリコン樹脂のコー
   テングにより形成されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１６項記載の複写機用熱定着ロール。 １８、付着防止膜が、幅５００μｍ以下の発熱抵抗体溝
   を充填すると共に、その膜厚が５０μｍ以下であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１６項記載の複写機用熱
   定着ロール。