(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラ基体の内周面に絶縁層を介して抵抗体を設けた発熱ローラを有し、該抵抗体に通電して発熱させる定着装置において、発熱ローラの絶縁層がシート状又はチューブ状となっており、ローラ基体の内周面に凹凸部が形成されており、その凹部と対向する絶縁層に凹部と外部とを連通する通気用開口が設けられ、高温多湿環境に吸湿により絶縁層に発生する水蒸気が前記開口から凹部を経てローラの外部に排出されるようになっていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
ローラ基体の凸部と絶縁層とは固着材によって固定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
固着材は接着剤又は粘着剤からなり、規則的に形成された凹部の体積は固着材の体積より大きくなっていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
凸部はローラ基体の軸方向に連続した筋状体となっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ファクシミリ・プリンタ・複写機等の電子写真装置に使用される定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来前記電子写真装置における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、溶剤定着方法等が知られている。この中で加熱定着方法は、トナーを熱によって溶解させ、用紙に圧力をかけて定着させる方法で広く採用され、その中で最も一般的なのが金属ローラの内面から、ハロゲンランプで加熱する方法である。ところがこの方法は、輻射熱を利用するので、エネルギの変換効率が悪くて消費電力が嵩み、またウォームアップ時間が長いという欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこでこのような定着方法の欠点を除く定着装置として、図12に示すようなものが提案されており、それは金属製のローラ基体１の内側に、絶縁層２、接着層３を介して線状又は箔状の抵抗体を有する発熱層４を配置し、外側に離型層６を設けた定着装置が提案されている。ところがこのような装置においては、各層が密着した状態でないと、均一で効率のよい熱伝導がなされず、発熱層４が絶縁層２から離れてしまうと、その部分はローラ表面の温度が上昇しないで、温度むら及び耐圧不良が生じたり、昇温時間が長くなってしまうという問題がある。
【０００４】
またさらに発熱層４の遊離が拡大すると、発熱層４自体は発生した熱を絶縁層２及びローラ基体１に奪われることがないため、局部的に異常な過熱を起こし、最悪の場合には近接した絶縁層２を破壊して耐圧不足となって、電気用品取締法で規定されている基礎絶縁１kVが必要とされることに反することとなるという問題がある。
【０００５】
このような問題を解消するためには、耐熱性に優れた接着絶縁層が必要である。しかし耐熱性に優れた接着絶縁層をもつものの通常の使用時において、ヒートサイクルを繰返しても、密着性が保たれる構成となっていても、接着絶縁層が吸湿した場合には、例えば梅雨時のように平均30℃で湿度70％の高湿環境に、１週間以上長期間放置されると、接着絶縁層に面積当たり0.07mg/cm2程度以上の水分が吸湿され、放置直後に通電過熱を行うと急激に水分の気化膨張が起って、0.07mgの水は150℃では、0.13cm3の水蒸気が発生して絶縁層がめくり上るという問題が起こる。
【０００６】
このような問題について実際例を参照して説明することとする。定着部で使用される180℃以上の耐熱性のある樹脂として、ポリイミド系樹脂が広く知られている。ところで直接加熱型のローラでは、耐圧性の確保のために絶縁層をポリイミド系樹脂等からなる耐熱性樹脂層で、またマイカをシリコーン樹脂等でシート化したもので形成することが有利である。これらのことにより発熱層を金属箔を蛇行パターン又は、金属を含んだガラスセラミック層、炭素フイルム層とし、20℃、50％の環境で１分毎の断続通紙、及び連続通紙を行った結果、いずれも定着装置として十分な５万枚以上の耐久性がえられた。
【０００７】
しかしこれを温度40℃、湿度90％の高温多湿下に２日間放置し、その直後に通電加熱をしたところ、絶縁層２とローラ基体１との間に膨れが発生し、この繰返しによって発熱体の密着性が低下して前記のような温度むら、絶縁破壊が発生した。この膨れ現象は、プリント基板ではデラミネーションとして広く知られている。プリント基板の場合は高湿放置後の200〜260℃の時に、銅と基板との間で剥がれが発生する。このような場合には、はんだ槽への投入前に予備乾燥を行うことで、デラミネーションを大幅に低減することができるが、立上り時間を短縮したい定着装置は予備乾燥を行うことができず、またプリント基板では加湿−加熱が１度であるが、定着装置では繰返してそのような使用状況がありうる。
【０００８】
そこでこの発明の目的は、前記のような従来の定着装置のもつ問題を解消し、高温多湿環境に放置された直後の使用を繰返しても、水蒸気が発生して絶縁層がめくり上がることがなくて、各層の密着を長期に渡って確保し、温度むらがなくて昇温時間が増大することのない定着装置を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記のような目的を達成するために、ローラ基体の内周面に絶縁層を介して抵抗体を設けた発熱ローラを有し、該抵抗体に通電して発熱させる定着装置において、発熱ローラの絶縁層がシート状又はチューブ状となっており、ローラ基体の内周面に凹凸部が形成されており、その凹部と対向する絶縁層に凹部と外部とを連通する通気用開口が設けられ、高温多湿環境に吸湿により絶縁層に発生する水蒸気が前記開口から凹部を経てローラの外部に排出されるようになっていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、ローラ基体の凸部と絶縁層とは固着材によって固定されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、固着材は接着剤又は粘着剤からなり、規則的に形成された凹部の体積は固着材の体積より大きくなっていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、凸部はローラ基体の軸方向に連続した筋状体となっていることを特徴とするものである。
【００１３】
図面に示すこの発明の各実施形態において、前記従来のもの及び各相互において、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる部分について説明する。
図１，２に示すこの発明の第１実施形態は、請求項１に記載された発明に対応するものであって、１はローラ基体であって、その内周面に順次絶縁層２、第１接着層３、発熱層４が、また外周に離型層６がそれぞれ設けられており、絶縁層２と、発熱層４とは、第１接着層３によって接着されている。発熱層４内には図示を省略した抵抗体が設けられていて、該抵抗体に通電して発熱させるようになっている。この実施形態においては、絶縁層２がシート状又はチューブ状となっていて、その両端部及び発熱層４の図示を省略した発熱体の中間に対応する位置に、通気用開口11が設けられている。そしてローラ基体１の内周面に独立凸部７及びその中間の凹部８が形成されていて、凸部７は絶縁層２の内面に当接しており、凹部８と絶縁層２の通気用開口11が外部と連通している。
【００１４】
この実施形態において、例えば梅雨時のような高温多湿環境に、１週間以上長期間放置されて接着絶縁層に水分が吸湿され、その放置直後に通電過熱を行うと急激に水分の気化膨張が起って水蒸気が発生する。このようになった際この水蒸気は、通気用開口11を経て絶縁層２の両端開口部からローラの外部に排出され、絶縁層２がめくり上って温度むら及び耐圧不良を発生するのが防止される。
【００１５】
図３，４に示すこの発明の第２実施形態は、請求項２に記載された発明に対応するものであって、絶縁層２に凸部７が第２接着層９によって接着された点を除いては、第１実施形態と異なるところがないが、絶縁層２に凸部７を介してローラ基体１が接着されていることから、全体として長期安定性に優れたものとなっている。
【００１６】
【実施例】
前記のような第１，２実施形態について、その実施例を説明することとすると、ローラ基体１は、φ30mm、長さ365mmであって、防錆処理を行つた鉄で肉厚を0.38mmとし、離型層６はＰＦＡ樹脂で形成されている。前記のようなものについて、φ30mmのシリコーンゴム製の加圧ローラと組み合わせて、温度40℃、湿度90％で２日間放置後、通紙100枚を10回繰返して耐久性を確認した結果をつぎの表１に示す。
【００１７】
この表１に記載の実施例１，２は、請求項１に記載の発明に含まれるものであって、図８に示す構成の30μmの凹凸部７，８を有し、比較例１，２は、凹凸部７，８に対応する凹凸部を有しないものとした。また実施例１及び比較例１の絶縁層２は、ポリイミドフィルムで構成し、実施例２及び比較例２の絶縁層２は、シリコーン含有マイカで構成している。
【００１８】
実施例３，４は、請求項２に記載の発明に含まれるものである。これらの実施例３，４及びそれに対比した比較例３，４は、図８に示す構成の30μmの凹凸部７，８を有するものとなっている。また実施例３及び比較例３の絶縁層２は、ポリイミドフィルムで構成し、実施例４及び比較例４の絶縁層２は、シリコーン含有マイカで構成している。また実施例３，４における第２接着層９の接着剤としては、高粘度で厚さ30μmのものを使用した。
【００１９】
一般に熱可塑性接着剤は高粘度であり、軟化時も107dyne/cm2以上の弾性率を有しており、微細の凹部に入り込むことができない。一方熱硬化性の接着剤は、硬化反応が開始される前に液状化して107dyne/cm2以下の弾性率となり、低粘度となって微細な凹部に入り込むことができる。したがって低粘度の接着剤を使用する場合は、凹部８を埋めきれないような接着剤の厚みを選択する必要がある。これに対して、比較例３，４における第２接着層９の接着剤としては、低粘度で厚さ30μmのものを使用し、接着剤によって凹部８が埋められている。
【００２０】
実施例５〜８は、請求項３に記載の発明に含まれるものである。これらの実施例５〜８は図８に示す構成で、30μmの凹凸部７，８を有し、そして実施例５，７の絶縁層２は、ポリイミドフィルムで構成し、実施例６，８の絶縁層２は、シリコーン含有マイカで構成している。実施例５，６における第２接着層９の接着剤としては、低粘度で厚さ10μmのものを、また実施例７，８における第２接着層９の接着剤としては、高粘度で厚さ10μmのものを使用している。
【００２１】
実施例９，10は、請求項３に記載の発明に含まれるものである。これらの実施例９，10は図９に示す構成で、40μmの凹凸部７，８を有し、実施例９の絶縁層２は、ポリイミドフィルムで構成し、実施例10の絶縁層２は、シリコーン含有マイカで構成している。また実施例９，10における第２接着層９の接着剤としては、高粘度で厚さ10μmのものをそれぞれ使用している。
下記の表１からこの発明の各実施例は、高湿放置通紙10回後にいずれも膨らみを発生しないのに対して、同種の比較例においては、１回で膨らみを発生したことが確認された。
【００２２】
【表１】
0003865104.tif 000002
【００２３】
図５〜11は、第３〜７実施形態におけるローラ基体の一部を示し、これらのローラ基体を第１，２実施形態におけるローラ基体に変えて使用することができるものであり、なおこれ以外の形状のものも同様の機能をもつものであれば、同様に使用可能であることはいうまでもない。さらに図10，11に示す実施例は、請求項４に含まれるものであって、凸部７がローラ基体１の軸線方向に平行に設けられていることから、ローラ基体１の引き抜き加工によって容易に形成されるという利点をもつものである。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１〜４に記載された発明は前記のような構成を有していることにより、高温多湿環境に放置された直後の使用を繰返しても、水蒸気が発生して絶縁層がめくり上がることがなくて、各層の密着を長期に渡って確保し、温度むらがなくて昇温時間が増大することがないという効果がある。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、ローラ基体の凸部と絶縁層とは固着材によって固定されているので、長期安定性にすぐれているという効果もある。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、固着材は接着剤又は粘着剤からなり、規則的に形成された凹部の体積は固着材の体積より大きくなっているので、凹部が固着材によって埋められることがなくて、低粘度から高粘度の固着材を選択的に使用することもできるという効果がある。
【００２７】
請求項４に記載の発明は、凸部はローラ基体の軸方向に連続した筋状体となっているので、ローラ基体の成形加工が容易であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態の定着発熱ローラの一部の縦断正面図である。
【図２】同上の線２−２によって切断し、矢印の方向にみた断面図である。
【図３】この発明の第２実施形態の定着発熱ローラの一部の縦断正面図である。
【図４】同上の線４−４によって切断し、矢印の方向にみた断面図である。
【図５】この発明の第３実施形態のローラ基体の実施例の一部縦断正面図である。
【図６】この発明の第４実施形態のローラ基体の実施例の一部縦断正面図である。
【図７】この発明の第５実施形態のローラ基体の実施例の一部縦断正面図である。
【図８】この発明の第６実施形態のローラ基体の実施例の一部縦断正面図である。
【図９】同上の線９−９に沿って矢印方向にみた図面である。
【図１０】この発明の第７実施形態のローラ基体の実施例の一部縦断正面図である。
【図１１】同上の線11−11に沿って矢印方向にみた図面である。
【図１２】この発明と同種の従来の定着装置定着発熱ローラの一部の縦断正面図である。
【符号の説明】
１  ローラ基体                      ２  絶縁層
３  第１接着層                      ４  発熱層
６  離型層                          ７  凸部
８  凹部                            ９  第２接着層
11  通気用開口
【図１】
0003865104.tif 000003
【図２】
0003865104.tif 000004
【図３】
0003865104.tif 000005
【図４】
0003865104.tif 000006
【図５】
0003865104.tif 000007
【図６】
0003865104.tif 000008
【図７】
0003865104.tif 000009
【図８】
0003865104.tif 000010
【図９】
0003865104.tif 000011
【図１０】
0003865104.tif 000012
【図１１】
0003865104.tif 000013
【図１２】
0003865104.tif 000014