(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面を有して導電性物質で作られた円筒形ローラ本体と，
前記ローラ本体の外面と接触している絶縁層と，
前記絶縁層と接触し，組成物を基準として５〜７５ｗｔ％のルテニウム系粉末，４００℃〜５００℃の軟化点を有する５〜４０ｗｔ％のガラスフリット，５〜７５ｗｔ％の銀系粉末，５〜４５ｗｔ％の有機バインダ，前記組成物の粘度が７０，０００〜３００，０００センチポイズとなるような有機溶媒，及び０．１〜５．０ｗｔ％の添加剤を含み，さらに前記ガラスフリット組成中には４０〜９０ｗｔ％の酸化鉛を含んでいる，発熱抵抗層と，
前記発熱抵抗層と接触しており，前記発熱抵抗層に電気を提供する二つの電極と，
前記発熱抵抗層と接触しており，前記発熱抵抗層の外面を保護する保護層と，
を備えたことを特徴とする，トナー画像定着のための加熱ローラ。
【請求項２】
前記二電極間の抵抗は，５ないし２５Ωであることを特徴とする請求項１に記載の加熱ローラ。
【請求項３】
前記絶縁層は，５０〜５００μｍの厚さを有したことを特徴とする請求項１に記載の加熱ローラ。
【請求項４】
前記発熱抵抗層は，３〜１００μｍの厚さを有したことを特徴とする請求項１に記載の加熱ローラ。
【請求項５】
前記保護層は，ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ），ポリペルフルオロアルキルビニルエーテルレジン（ｐｏｌｙｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｙｌｖｉｎｙｌ  ｅｔｈｅｒｒｅｓｉｎ），及びテトラフルオロエチレンペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合レジン（ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｙｌｖｉｎｙｌ  ｅｔｈｅｒ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ  ｒｅｓｉｎ）から選択されたポリマーを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の加熱ローラ。
【請求項６】
外周面を有した円形ローラ本体と，
前記ローラ本体の外周面周囲に形成されて，組成物を基準として５〜７５ｗｔ％のルテニウム系粉末，４００℃〜５００℃の軟化点を有する５〜４０ｗｔ％のガラスフリット，５〜７５ｗｔ％の銀系粉末，５〜４５ｗｔ％の有機バインダ，前記組成物の粘度が７０，０００〜３００，０００センチポイズとなるような有機溶媒，及び０．１〜５．０ｗｔ％の添加剤を含み，さらに前記ガラスフリット組成中には４０〜９０ｗｔ％の酸化鉛を含んでいる，発熱抵抗層と，
前記発熱層と接触して，前記発熱層に電気を提供する二つの電極と，
を含むことを特徴とする加熱ローラ。
【請求項７】
前記発熱抵抗層は，ローラ本体の弾性臨界温度を超過しない温度で形成されたことを特徴とする請求項６に記載の加熱ローラ。
【請求項８】
前記ローラ本体は，オーステナイト（ａｕｓｔｅｎｉｔｅ）系ステンレススチールで形成されたことを特徴とする請求項６に記載の加熱ローラ。
【請求項９】
前記ローラ本体と前記発熱抵抗層間の前記ローラ本体の外周面周囲に形成された絶縁層をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の加熱ローラ。
【請求項１０】
前記発熱抵抗層は，５５０℃で形成されたことを特徴とする請求項７に記載の加熱ローラ。
【請求項１１】
前記発熱抵抗層は，ペーストの熱処理によって形成されて，前記ペーストは，前記ガラスフリットに含まれて所定の組成を有する第１ガラスフリットと，前記ルテニウム系粉末と，銀系粉末と，有機バインダと有機溶媒とを含むことを特徴とする請求項６に記載の加熱ローラ。
【請求項１２】
前記ルテニウム系粉末の平均粒子直径は，０．０１〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１１に記載の加熱ローラ。
【請求項１３】
前記ルテニウム系粉末の平均粒子直径は，０．０２〜０．０８μｍであることを特徴とする請求項１１に記載の加熱ローラ。
【請求項１４】
前記銀系粉末の平均粒子直径は，０．１〜０．３μｍであることを特徴とする請求項１１に記載の加熱ローラ。
【請求項１５】
前記銀系粉末の平均粒子直径が０．１〜０．３μｍであり，最大粒子直径が７μｍであることを特徴とする請求項１４に記載の加熱ローラ
【請求項１６】
前記銀系粉末の比表面積は，０．５〜３．５ｍ２／ｇであることを特徴とする請求項１１に記載の加熱ローラ。
【請求項１７】
前記第１ガラスフリットは，４００〜５００℃間の軟化点を有することを特徴とする請求項１１に記載の加熱ローラ。
【請求項１８】
前記ペーストは，前記ガラスフリットに含まれて前記第１ガラスフリットとは異なる組成の第２ガラスフリットをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の加熱ローラ。
【請求項１９】
前記第１ガラスフリットは，Ｂｉ２Ｏ３４０〜９０ｗｔ％，ＳｉＯ２５〜３０ｗｔ％，Ｂ２Ｏ３５〜３０ｗｔ％，及びＢａＯ２〜４０ｗｔ％でなって，前記第２ガラスフリットはＰｂＯ４０〜９０ｗｔ％，ＳｉＯ２１０〜４０ｗｔ％，Ｂ２Ｏ３５〜３０％，ＴｉＯ２１０ｗｔ％以下，及びＡｌ２Ｏ３２０ｗｔ％以下でなることを特徴とする請求項１８に記載の加熱ローラ。
【請求項２０】
前記第１ガラスフリットは，Ｂｉ２Ｏ３４０〜９０ｗｔ％，ＳｉＯ２５〜３０ｗｔ％，Ｂ２Ｏ３５〜３０ｗｔ％，及びＢａＯ２〜４０ｗｔ％，ＰｂＯ４０〜９０ｗｔ％，ＴｉＯ２１０ｗｔ％以下，及びＡｌ２Ｏ３２０ｗｔ％以下でなることを特徴とする請求項１１に記載の加熱ローラ。
【請求項２１】
外部円周面を有した円筒形ローラを準備する段階と，
組成物を基準として５〜７５ｗｔ％のルテニウム系粉末，４００℃〜５００℃の軟化点を有する５〜４０ｗｔ％のガラスフリット，５〜７５ｗｔ％の銀系粉末，５〜４５ｗｔ％の有機バインダ，前記組成物の粘度が７０，０００〜３００，０００センチポイズとなるような有機溶媒，及び０．１〜５．０ｗｔ％の添加剤を含み，さらに前記ガラスフリット組成中に４０〜９０ｗｔ％の酸化鉛を含んでいる，ペーストを前記円周面に，塗布して前記外部円周面の中央円筒形部を全体的にコーティングする段階と，
前記ペーストを熱処理して前記中央円筒形部を取り囲む発熱抵抗層を形成する段階と，
を含むことを特徴とする加熱ローラの製造方法。
【請求項２２】
５５０℃で前記熱処理過程を遂行することを特徴とする請求項２１に記載の加熱ローラの製造方法。
【請求項２３】
外部円周面を有して，導電物質で作られた円筒形ローラを準備する段階と，
絶縁物質で前記外部面の中央円周面をコーティングする段階と，
組成物を基準として５〜７５ｗｔ％のルテニウム系粉末，４００℃〜５００℃の軟化点を有する５〜４０ｗｔ％のガラスフリット，５〜７５ｗｔ％の銀系粉末，５〜４５ｗｔ％の有機バインダ，前記組成物の粘度が７０，０００〜３００，０００センチポイズとなるような有機溶媒，及び０．１〜５．０ｗｔ％の添加剤を含み，さらに前記ガラスフリット組成中に４０〜９０ｗｔ％の酸化鉛を含んでいる，ペーストを前記中央円周面に塗布して前記中央円周部周囲に前記ペーストのコーティングを形成する段階と，
前記ペーストを熱処理して前記中央円周部を取り囲む発熱抵抗層を形成する段階と，
を含むことを特徴とする加熱ローラの製造方法。
【請求項２４】
前記熱処理は，５５０℃で遂行されることを特徴とする請求項２３に記載の加熱ローラの製造方法。
【請求項２５】
外部円周面を有して，導電物質で作られた円筒形ローラを準備する段階と，
前記外部面の中央円周部に絶縁物質を塗布する段階と，
第１温度で前記絶縁物質を熱処理する段階と，
組成物を基準として５〜７５ｗｔ％のルテニウム系粉末，４００℃〜５００℃の軟化点を有する５〜４０ｗｔ％のガラスフリット，５〜７５ｗｔ％の銀系粉末，５〜４５ｗｔ％の有機バインダ，前記組成物の粘度が７０，０００〜３００，０００センチポイズとなるような有機溶媒，及び０．１〜５．０ｗｔ％の添加剤を含み，さらに前記ガラスフリット組成中に４０〜９０ｗｔ％の酸化鉛を含んでいる，ペーストを前記中央円周部に塗布して前記中央円周部周囲に前記ペーストのコーティングを形成する段階と，
前記第１温度を超過しない第２温度で前記ペーストを熱処理して前記中央円周部を取り囲む発熱抵抗層を形成する段階と，
を含むことを特徴とする加熱ローラの製造方法。
【請求項２６】
前記ペーストの熱処理過程は，５５０℃で遂行されることを特徴とする請求項２５に記載の加熱ローラの製造方法。
【請求項２７】
６３０℃を超過しない温度で前記絶縁物質の熱処理を遂行する段階と，５５０℃で前記ペーストの熱処理を遂行する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の加熱ローラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトナー画像定着のための直接加熱ローラ及びその製造方法に関するものであり，より詳細には電子写真画像形成装置の定着部で加熱ローラの外部表面にルテニウム系電気抵抗発熱層を厚膜形態で均一に塗布して比較的低温で焼成することによって量産性が向上されて短時間内に動作温度に上昇できてウオーミング・アップ時間を縮めることができるトナー画像定着のための直接加熱ローラ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真現像方式を利用する電子写真画像形成装置，例えば複写機，レーザービームプリンタ等においては，帯電ローラが回転しながら帯電ローラが高圧で感光ドラムの外周面上に感光体を均等に帯電させるようになる。
【０００３】
露光走査部（Ｌａｓｅｒ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｕｎｉｔ；ＬＳＵ）を通して感光体の表面を走査して静電潜像（Ｅ１ｅｃｔｒｏ−ｓｔａｔｉｃ  Ｉｍａｇｅ）を生成させる。その後，現像機を通して感光体に形成された静電潜像にトナー（Ｔｏｎｅｒ）を供給して可視像として現像する。そして，転写口ーラと感光体間に転写電圧を印加して回転させるのでその間を通過する用紙にトナーで形成された像を転写する。
【０００４】
定着部では加熱ローラを備えて用紙上に熱を提供して堆積されたトナーを一時溶融して定着する方式を用いる電子写真画像形成装置が通常は用いられる。
【０００５】
一般に加熱ローラの表面を定まった温度に加熱する熱源としてハロゲンランプが加熱ローラの内部に設けられて用いられる。
【０００６】
従来の電子写真画像形成装置の外部構造を図１に示している。
【０００７】
図１で見れば，従来の電子写真画像形成装置は用紙引き出し部１０１，操作部１０３，コントロールボードカバー１０５，上部カバー開きボタン１０７，用紙表示窓１０９，多用途給紙窓１１１，オプションカセット１１３，用紙カセット１１５，補助受け台１１７が具備される。
【０００８】
図２は，従来の電子写真画像形成装置の内部構成を示し，図３は従来の電子写真画像形成装置のハロゲンランプ加熱ローラが設けられた状態を示す。
【０００９】
図面を参照すると，トナーカートリッジ１２１内部にはトナー１２３が撹拌機１２５により撹拌される。規制ブレード１２９がトナー供給量を規制しながら供給ローラ１２７を通してトナー１２３が供給される。帯電口−ラ１３７が感光ドラム１３５表面に電気的に電荷層を均一に帯電させる。露光走査部１３９で感光ドラム１３５表面に静電潜像を形成する。そして，現像口一ラ１３１が感光ドラム１３５表面に形成された静雷潜像にトナー１２３を現像させる。感光ドラム１３５表面に形成されたトナー画像１２４を用紙１４１上に転写ローラ１３３が転写させる。
【００１０】
その後，トナーが付着された用紙１４１は定着部１４９に移送されて加熱ローラ１４５と加圧口−ラ１４３間を通過しながら粉末状のトナー画像は用紙に溶融されて定着されることである。前記加熱ローラ１４５は印加された電源がハロゲンランプ１５１に提供されながら熱が生じて，定着ローラ１４５の定着熱と加圧口一ラ１４３の加圧力によりトナーが用紙に融着された後排出される。加熱ローラ１４５上部に位置したサーミスタ１４７は定着ローラ１４５の温度を感知して一定温度を維持できるようにコントロールするために設けられる。
【００１１】
このようなハロゲンランプ方式の従来技術は不要な電源消耗が多くて特に電源をオフしてから画像形成のために電源をオン時，一定時間のウオームアップタイム（Ｗａｒｍ−ｕｐｔｉｍｅ）を必要とする。すなわち電源を印加した後加熱ローラ１４５が所望する目標温度に到達する時まで一定時間が必要である。このような時間は短くは数十秒から長くは数分間が所要される場合もある。そして，加熱ローラが用紙に接触しながら温度が下がることに対する補償がむずかしい。
【００１２】
またプリントが終了された後，次の画像を出力するまで待ち時間にも一定温度を維持するために電源を一定周期で印加することによって不要な電力消耗を増やすようになって次の画像を出力するため一定時間の待ち時間を有することによって速い画像出力を達成できない問題点がある
また，他の従来の技術として米国特許４，７７６，０７０号ではトナー画像定着のための直接加熱ローラを開示する。図４を参照すると，従来の直接加熱ローラは小さい熱キャパシタを有するローラ本体１６１の外部表面上に下部絶縁層１６５との結合のためにボンディング層１６３が形成されて，前記ボンディング層１６３上には電流供給を遮断するために下部絶縁層１６５が提供される。また下部絶縁層１６５上には金属抵抗熱発生層１６７を形成させて前記金属抵抗熱発生層１６７上に上部絶縁層１６９が提供されて前記上部絶縁層上でトナー画像のオフセットを防ぐために保護層１７１が形成されて前記金属抵抗熱発生層１６７の両端で電極層１７３が形成されて電源供給を受ける。
【００１３】
このような構成において金属抵抗熱発生層１６７としては通常はニッケルークロム（Ｎｉ−Ｃｒ）混合物が用いられ前記熱発生層を構成するためにアークプラズマスプレー法（Ａｒｃ−ｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｉｎｇ）を用いている。
【００１４】
また，電気発熱層を絶縁させるための下部絶縁層をローラ本体に接着させるために別途のボンディング層を形成しなければならない問題があった。このようなボンディング層を用いるようになれば層間温度特性や加圧力等によって層間分離が起きる恐れがある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって，本発明の目的は，トナー画像を定着する直接加熱ローラとそれを製造する方法を提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は，ウオーミング・アップ時間が短くて，消費電力が低くて，構造が簡単な直接加熱ローラを提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は，優秀な熱抵抗及び耐久性を有した直接加熱ローラを提供することである。
【００１８】
本発明のまた他の目的は，ローラ上のローラ本体と絶縁層とが分離されない直接加熱ローラを提供することである。
【００１９】
本発明のまた他の目的は，製作費用が低い直接加熱ローラを提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明によるトナー画像定着のための直接加熱ローラは，導電性の円筒形ローラ本体と，前記ローラ本体に前記導電性本体の弾性限界温度以下である第１温度で焼成されて形成される絶縁層と，ルテニウムと酸化鉛とで作られており，前記絶縁層上に前記第１温度より低い第２温度で焼成されて形成される発熱層と，前記発熱層上に形成された保護層と，前記発熱層両端に形成された電極とを備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の方法は，金属製で形成された円筒形ローラ本体を用意する段階と，前記ローラ本体の外部表面にガラスペーストを所定厚さで塗布する段階と，前記塗布されたガラスペーストをローラ本体の弾性限界温度より低い第１温度で焼成させて絶縁層を形成する段階と，前記絶縁層表面に発熱体ペーストを均一な厚さで塗布する段階と，前記塗布された発熱層を前記絶縁層の焼成温度より低い第２温度で焼成させて発熱層を形成する段階と，前記発熱層上に保護層を形成する段階と，前記電気抵抗発熱層の両端に電極を形成する段階とを備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明の他の装置は，絶縁性の円筒形のローラ本体と，前記ローラ本体上にペースト状態で塗布されて，塗布されたペーストを前記ローラ本体の弾性限界温度より低い温度で焼成して不導体から導電体に電気的性質が変換される，ルテニウムと酸化鉛とで作られた発熱層と，前記電気抵抗発熱層上に形成された保護層と，前記電気抵抗発熱層の両端に電気的に接触する電極とを備える。
【００２３】
本発明の他の方法は，絶縁材で形成された円筒形ローラ本体を用意する段階と，前記ローラ本体上に発熱体ペーストを均一な厚さで塗布する段階と，前記塗布された発熱体ペーストを所定温度で焼成させて発熱層を形成する段階と，前記発熱層上に保護層を形成する段階と，前記発熱層の両端に電極を形成する段階とを備えることを特徴とする。
【００２４】
上述したように，本発明の望ましい実施形態によると，ルテニウム系発熱層をローラの表面に形成して瞬間的にローラが定着温度に到達するようにすることができる。従来技術によるＮｉ−Ｃｒ系抵抗発熱物質と比較する時，より低い電力を利用して可能な限り遠くターゲット定着温度を発生させることが可能である。また，ルテニウム系抵抗発熱層を形成する工程は７００℃以下，６００℃以下または，はなはだしくは５５０℃以下の温度で遂行できるので，ローラ本体と絶縁層とのために多様な物質が使用できる。したがって，収率が改善されて，費用が節減できる。また，均一な厚さを有する発熱抵抗層を製作できる。さらに，全般的に定着温度特性を均一に維持できるので，トナー定着温度特性が改善できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の望ましい実施形態を添付した図面によってさらに詳細に説明する。
【００２６】
図５は，本発明による電子写真画像形成装置の直接加熱ローラの望ましい一実施形態の構成を示した縦断面図である。図６は本発明の実施の一形態による電子写真画像形成装置の定着部が設けられた状態を示す縦断面図である。
【００２７】
図面で本発明の実施の一形態の直接加熱口―ラ２１３は，ローラ本体２０１に絶縁層２０２，発熱層２０３，保護層２０５が順に積層されて形成される。発熱層２０３の中央部は保護層で保護されて，発熱層２０３には両端部に設けられた一対の電極２０７を通して電流が供給される。
【００２８】
図６に図示したように，電子写真画像形成装置の定着部は用紙２１９が排出される方向（矢印方向），すなわち時計方向に回転する加熱ローラ２１３と，加熱ローラ２１３と接触して反時計方向に回転する加圧ローラ２１１とが具備される。前記加熱ローラ２１３には加熱ローラ２１３の温度を検出するためのサーミスタ２１７が接触する。
【００２９】
加熱ローラ２１３と加圧ローラ２１１とは，画像形成装置の本体に回転可能に設けられる。設けられた加熱ローラ２１３及び加圧ローラ２１１は本体に設けられた駆動モータから動力伝達を受けて回転される。また，加熱ローラ２１３は電極２０７を通して電源が印加されると発熱層２０３に供給される電流による抵抗熱が生じてそれで加熱ローラの温度が上昇する。前記加熱口一ラ２１３の表面温度は加熱ローラの表面に接触したサーミスタ２１７により検出されて本体の電源供給コントローラに提供される。電源供給コントローラでは加熱ローラ２１３の表面温度を設定された加熱温度範囲で温度をコントロールする。
【００３０】
前記加圧ローラ２１１及び加圧ローラ２１１によって用紙２１９上に定着前のトナー画像２１５は加熱加圧されて用紙２１９に安定したトナー画像２１６として定着される。
【００３１】
上述したように，トナーを定着させるためには約２００℃程度の定着温度が要求される。したがって，常温の加熱ローラを２００℃の動作温度に加熱するためのウオーミング・アップ時間が要求されてこの時電力を多く消耗するようになる。
【００３２】
したがって，本発明の実施の一形態ではウオーミング・アップ時間を縮めて電力消耗を減らすことができるように加熱ローラを構成したことである。
【００３３】
＜第１実施形態＞    低温導電性ローラ本体
１．ローラ本体
加熱ローラの本体２０１は，オーステナイト系（ａｕｓｔｅｎｉｔｅ）のステンレススチール（例：ＳＵＳ３０４系列，ＪＩＳ規格）を用いる。オーステナイト（ａｕｓｔｅｎｉｔｅ）系のステンレススチールは弾性限界点である６３０℃が越えるようになると変形されたり捩れる等の機械的特性が変質するので後続工程の温度条件を６３０℃以下に制限しなければならない。
【００３４】
弾性限界温度は，次のように定義できる。一般的に物体に荷重が加われば変形するようになって，ある程度までの荷重を加えた後にそれを除去すればその物体は元来の寸法を再び回復するようになる。このように荷重を除去すれば物体が元来の寸法に戻る限界を弾性限界という。
【００３５】
ここでは円筒形のローラ本体に絶縁材ペーストや発熱材ペーストを塗布した後高温でこれを焼成するための工程で導電性の円筒形ローラ本体が元来の形状を失わなくて加工されたそのままの形状を維持できる温度をいう。普通前記した弾性限界温度以上に前記円筒形本体部が露出された時にはローラ本体がゆがんだり曲がる現像などが生じてこのように弾性変形が生じたローラは用紙に付着されたトナー画像を均一に密着して温度によるトナー画像定着を遂行できなくなる。
【００３６】
２．絶縁層
絶縁層２０２は，酸化鉛成分を含んだガラスフリツト，有機バインダ，溶剤，添加剤を混合して作ったペーストをローラ本体２０１に厚膜塗布技法で塗布した後口−ラ本体２０１の弾性限界温度６３０℃以下で焼成して形成する。絶縁層の厚さは約５０−３００μｍ程度に均一な厚さを有する。
【００３７】
前記ガラスフリットは，次のような組成比を有する。
【００３８】
ＰｂＯ      ４０〜６０ｗ％
ＳｉＯ２      ２０〜４０ｗ％
Ｂ２０３      １０〜２０ｗ％
Ａｌ２Ｏ３      ０〜１０ｗ％
ＴｉＯ２      ０〜５ｗ％
ガラスフリツトは，ＰｂＯ５５．９％，ＳｉＯ２２８．０％，Ｂ２Ｏ３８．１％，Ａｌ２Ｏ３４．７％，ＴｉＯ２３．３％の組成比を有することが望ましい。
【００３９】
有機バインダは，セルロース系樹脂またはアクリル樹脂を用いる。溶剤はテルピネオール（ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ），ＢＣＲ，ＢＣＡなどを用いて，添加剤はＡｌ２Ｏ３，ＺｒＯ３を用いる。
【００４０】
３．発熱層
発熱層２０３は，ルテニウム系化合物，酸化鉛成分を含んだガラスフリツト，有機バインダ，溶剤，添加剤を混合してペースト状態に作った後絶縁層２０２上に厚膜塗布技法で塗布して約５５０℃程度で焼成して形成する。
【００４１】
本発明の実施の一形態の発熱層ペーストで伝導性物質として用いられたルテニウム系酸化物及びＡｇ系粉末は電気的特性を決定して最終厚膜の機械的特性に影響を与えるようになって，ガラスフリットは基板に対する厚膜の結合性を増大させる役割をし，有機バインダは伝導性物質と無機結合剤とを分散させる役割をし，厚膜形成時ペーストの流動性に影響を及ぼすようになる。
【００４２】
本発明の実施の一形態の発熱層ペースト組成物の構成成分は次のようである。
【００４３】
（１）ルテニウム系粉末
本発明の実施の一形態の発熱体用抵抗ペースト組成物に用いられるルテニウム系粉末はルテニウム金属粉末またはルテニウム酸化物粉末を示し，ルテニウム酸化物の具体的な例としてはＲｕＯ２，ＧｄＢｉＲｕ２Ｏ６〜７，Ｐｂ２Ｒｕ２Ｏ６〜７，ＣＯ２Ｒｕ２Ｏ６，ＰｂＢｉＲｕ２Ｏ６〜７，ＣｕｘＢｉ２−ｘＲｕ２Ｏ６〜７（０くｘく１）及びＢｉ２Ｒｕ２Ｏ６〜７などが含まれて，これら中１種以上を選択して使用できる。
【００４４】
前記ルテニウム系粉末は，比表面積が５ないし３０ｍ２／ｇ範囲であることが望ましく，より望ましくは１０ないし２５ｍ２／ｇ範囲である。比表面積が５ｍ２／ｇ未満であれば，粒子があまりに大きくなって均一な厚膜が得られなく，比表面積が３０ｍ２／ｇより大きければ，粉末があまりに微細で印刷特性が低下されて精度が低下され焼結性が低下されて織密な膜が得られるのが難しくなる。
【００４５】
ルテニウム系粉末は，平均粒径が０，０１ないし０．１μｍ範囲であることが望ましく，さらに望ましくは０．０２ないし０．０８μｍ範囲である。平均粒径が０．０１μｍ未満であれば，粒子があまりに微細で印刷特性が低下されて精度が低下され煤結性が低下されて緻密な膜が得られるのが難しくなり，平均粒径が０．１μｍより大きければ，粒子があまりに大きくなって均一な厚膜が得られないので望ましくない。
【００４６】
前記ルテニウム系粉末の使用量は，組成物重量の５ないし７５重量％，望ましくは５ないし２０重量％範囲の量であり，５重量％未満に用いれば形成された電気抵抗発熱層が０．１ないし３０Ω／ｍｍ２範囲の低い抵抗値を有するのが難しく，７５重量％を超過すれば膜の表面平滑性が低下されて望ましくない。
【００４７】
（２）Ａｇ系粉末
また，本発明の実施の一形態の発熱体用抵抗ペースト組成物は，Ａｇ系粉末を５ないし７５重量％，望ましくは２０ないし４０重量％範囲の量で含む。５重量％未満に用いれば形成された電気発熱体が０．１ないし３０Ω／ｍｍ２範囲の低い抵抗値を有するのが難しく，７５重量％を超過すれば０．１Ω／ｍｍ２以下の抵抗値を有するようになって，３００℃以上の温度に発熱して抵抗体厚膜を損傷させる場合があって望ましくない。
【００４８】
本発明の実施の一形態で用いるＡｇ系粉末は，Ａｇ金属の粉末，Ａｇ酸化物の粉末（例えばＡｇ２０），Ａｇ合金の粉末（例えばＡｇＰｄ，Ａｇ０．１，Ｐｄ０．９，ＲｈＯ２等）でありうる。特に低温焼成が可能になるためには銀板状粉末を用いることが望ましい。前記Ａｇ系粉末は平均粒径０．１ないし３μｍ範囲及び最大粒子大きさ７μｍ以下であることが望ましいが，平均粒径が０．１μｍ未満であれば，粒子があまりに微細になって焼結時収縮率が大きくなって膜にクラックが生じやすくて粒子が凝集されやすくてペースト中における安定した分散状態を得るのが困難で印刷特性が低下され，平均粒径が３μｍより大きければペースト塗布膜の表面が荒くなってごく微細なパターンを得るのが難しくまた焼結性が低下されて織密な薄膜が得られるのが難しくて望ましくない。
【００４９】
前記Ａｇ系粉末の表面積／重量比（比表面積）は０．５ないし３．５ｍ２／ｇであり，密度は２．５ないし６ｇ／ｃｍ３範囲であることが望ましい。比表面積が０．５ｍ２／ｇ未満であれば粒子があまりに大きくなり焼成後の塗布膜の平滑性が低下されて望ましくなく，３．５ｍ２／ｇより大きければ粒子があまりに微細になって粒子が凝集しやすくて印刷特性が低下される。また，密度値が前記範囲を外れると印刷特性が悪くなるので望ましくない。
【００５０】
（３）ガラスフリツト
また，本発明の実施の一形態のペースト組成物に用いられるガラスフリットは，ルテニウム系粉末を相互結合させる結着剤役割をし，ペーストの基板に対する接着性を向上させると同時に焼結時に軟化してガラスフリットを基板側に凝集させる作用効果がある。
【００５１】
前記ガラスフリツトの軟化点は，示差走査熱量測定（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ；ＤＳＣ）法により測定されるが，軟化点が４００ないし５５０℃範囲であることが望ましく，さらに望ましくは４２０ないし５００℃範囲である。軟化点が４００℃より低ければ，有機成分が含まれやすくて有機成分が分解されるによってペーストの塗布膜中にブリスター（ｂｌｉｓｔｅｒ）が生じやすくなる。一方，軟化点が５５０℃より高ければ焼成後の膜の基板に対する接着強度が低下される。
【００５２】
前記ガラスフリツトは，本発明の実施の一形態のペースト組成物に５ないし４０重量％，望ましくは１０ないし４０重量％範囲で用い，使用量が５重量％未満であれば焼成後の膜の基板に対する接着強度が低下されて，４０重量％を超過すれば形成された電気抵抗発熱層が０．１ないし３０Ω／ｍｍ２範囲の低い抵抗値を有するのが難しい。
【００５３】
前記ガラスフリツトとしてはガラスフリツトＡ及びガラスフリツトＢが望ましく利用できる。前記ガラスフリットＡとしては酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）を含有するものが利用可能で，酸化物換算表記で示した組成成分及び含有量が下記表３のような組成を９０重量％以上含有することが望ましくて，ガラスフリツトＢは酸化鉛（ＰｂＯ）を含有するものが利用され，酸化物換算表記で示した組成成分及び含有量が下記のような組成を９０重量％以上含有することが望ましい。
【００５４】
（ガラスフリットＡ）
構成成分              含有量（重量％）
Ｂｉ２Ｏ３              ４０ないし９０
ＳｉＯ２                ５ないし３０
Ｂ２Ｏ３                ５ないし３０
ＢａＯ                  ２ないし４０
【００５５】
（ガラスフリットＢ）
構成成分              含有量（重量％）
ＰｂＯ                  ４０ないし９０
ＳｉＯ２                １０ないし４０
Ｂ２Ｏ３                  ５ないし３０
ＴｉＯ２                  ０ないし１０
Ａｌ２Ｏ３                ０ないし２０
【００５６】
前記ガラスフリットの使用により，ガラス基板が応力を受けない温度でペーストを焼付けることが可能になる。
【００５７】
前記ガラスフリットＡ組成で，酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）が４０重量％未満に使用されるとべーストをガラス基板に焼付ける時接着強度を増大させる効果が少なく，９０重量％を超過すればガラスフリットの軟化点があまりに低くてペーストの脱ビヒクル性が悪くなって基板との接着強度が低下されるために望ましくない。酸化ビスマスの望ましい量は５０ないし８０重量％範囲である。
【００５８】
前記ガラスフリツトＡ組成で酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が５重量％未満の場合はガラスフリットの安全性が低下され，３０重量％より多くの場合は耐熱温度が上昇して５７０℃以下でガラス基板上に焼付けるのが困難になる。望ましくは，酸化ケイ素は５ないし１５重量％範囲の量で用いる。
【００５９】
前記ガラスフリツトＡ組成で酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）は接着強度，熱膨張計数などの特性を損傷しないようにガラス基板上における焼付温度を制御するために添加されるが，５重量％未満では接着強度が低下されて，３０重量％を超過すればガラスフリットの安全性が低下される。酸化ホウ素は７ないし２０重量％範囲の量で用いることが望ましい。
【００６０】
前記ガラスフリットＡ組成で酸化バリウム（ＢａＯ）は，２重量％未満に使用されるとガラス基板上の焼付温度を制御することが困難になり，４０重量％を超過すればガラス基板の安全性が低下される。望ましくは２ないし３０重量％範囲の量で用いる。
【００６１】
また，前記ガラスフリットＢ組成で酸化鉛（ＰｂＯ）が４０重量％未満の場合はペーストをガラス基板上に焼付ける時接着強度を高める効果が少なくて，９０重量％を超過すればガラスフリットの軟化点があまりに低くてペーストの脱ビヒクル性が悪くなって，基板との接着強度が低下されるために望ましくない。酸化鉛の望ましい量の範囲は５０ないし８０重量％範囲である。
【００６２】
前記ガラスフリツトＢ組成で酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が１０重量％未満の場合はガラスフリットの安全性が低下され，４０重量％より多くの場合は耐熱温度が上昇して５７０℃以下でガラス基板上に焼付けるのが困難になる。望ましくは，酸化ケイ素は１０ないし３０重量％範囲の量で用いる。
【００６３】
前記ガラスフリットＢ組成で酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）が５重量％未満に使用されると接着強度が低下されて，３０重量％を超過して使用されるとガラスフリットの安全性が低下される。酸化ホウ素は５ないし２０重量％範囲の量で用いることが望ましい。
【００６４】
前記ガラスフリツトＢ組成で二酸化チタン（ＴｉＯ２）が１０重量％を超過して使用されるとガラス層の安全性が低下され，望ましい使用量は２ないし５重量％範囲である。
【００６５】
前記ガラスフリツトＢ組成で，酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）は組成物の変形温度を高めてガラス組成やペーストの安定化のために添加され，２０重量％を超過すればガラスの耐熱温度があまりに高まりガラス基板上に焼付けるのが困難になる。望ましい使用量は２ないし１５重量％範囲である。
【００６６】
また，本発明の実施の一形態によると，ガラスフリツトとして前記ガラスフリツトＡとガラスフリットＢと二つともを含有する複合ガラスフリットを用いることができ，酸化物換算表記で示した構成成分及び含有量が下記のような複合ガラスフリットを９０重量％以上含有することが望ましい。
【００６７】
前記ガラスフリットＡ，ガラスフリットＢ及び複合ガラスフリットは平均粒径０．２ないし５μｍ及び最大大きさ１０μｍ以下であることが望ましい。前記ガラスフリットの粒径を前記範囲とすれば，低温におけるガラス基板との接着強度が高まるようになって低抵抗性の緻密な膜が得られることができ，また薄膜にする場合にも薄膜の剥離が起きるのがむずかしいと言う長所がある。
【００６８】
（複合ガラスフリット）
構成成分                含有量（重量％）
Ｂｉ２Ｏ３                  ４０ないし９０
ＰｂＯ                    ４０ないし９０
ＳｉＯ２                    ５ないし３０
Ｂ２Ｏ３                    ５ないし３０
ＢａＯ                    ２ないし４０
ＴｉＯ２                    ０ないし１０
Ａｌ２Ｏ３                  ０ないし２０
【００６９】
（４）有機バインダ
本発明の実施の一形態の発熱体用抵抗ペースト組成物に使用可能な有機バインダ成分としては，エチルセルロース，メチルセルロース，ニトロセルロース，カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体とアクリル酸エステル，メタクリル酸エステル，ポリビニルアルコール，ポリビニルブチラールなどの樹脂成分が利用できる。これら中から，アクリル樹脂，エチルセルロースが望ましく利用できる。
【００７０】
前記有機バインダ成分は，本発明の実施の一形態の組成物に５ないし４５重量％の量で用いられるが，この範囲内になければ焼成段階で完全に蒸発（焼絹，脱バインダ）できなくなるので望ましくない。
【００７１】
（５）有機溶媒
また，本発明の実施の一形態のペースト組成物には，有機成分を溶解させて微分末及びガラスフリットを分散させて粘度を調整するために，有機溶媒が添加できる。有機溶媒としてはｔｅｘａｎｏｌ（２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソ酪酸エステル），エチレングリコール（テルペン），ブチルカルビトール，エチルセロソルブ，エチルベンゼン，イソプロフィルベンゼン，メチルエチルケトン，ジオキサン，アセトン，シクロヘキサノン，シクロペンタノン，イソブチルアルコール，ジメチルスルホキシド，テルピネオール，松根オイル，ボリピニルブチラール，３−メトキシ酢酸ブチル，γ−ブチロラクトン，フタル酸ジエチルなどがある。これら有機溶媒は単独でまたは２種以上混合して使用できる。
【００７２】
（６）その他添加剤
本発明の実施の一形態のペースト組成物には上述した成分以外にも，保存中の安全性を与えて，染み，鋸の目現像，厚さ偏差を防止して，膜の亀裂を防止するために，ヒドロキノンモノメチルエーテルのような重合禁止剤，ボリアクリル酸塩，セルロース誘導体のような分散剤，機材に対する接着性を改善するためのシランカップリング剤などの接着性付与剤，塗布性能を改善するための消泡剤，作業性を改善するためのポリエチレングリコール，フタル酸ジブチル等のような可塑剤，界面活性剤，チキントロピー性付与剤などの添加剤が０．１ないし５．０重量％範囲内で本発明の実施の一形態組成物の効果に害をおよばない範囲の量で含まれることができる。
【００７３】
本発明の実施の一形態のペースト組成物は，前記構成成分を例を挙げると３個のロールを有したロール製粉機，ミクサ，均質化機などの混練機を利用して混練する。また，塗布に適合な流動性を与えるためにペースト組成物の粘度はせん断速度（ｓｈｅａｒｒａｔｅ）４Ｓ−１で通常７０，０００ないし３００，０００センチポイズ範囲である。印刷時の塗布液の粘度は通常１００，０００ないし２００，０００センチポイズ範囲，望ましくは１３０，０００ないし１８０，０００センチポイズ範囲に調整できる。
【００７４】
次に発熱層を作る典型的なべ−ストの特定組成物を説明する。
【００７５】
典型的なべ一スト１．典型的なべ一スト１は０．０５μｍの平均粒子直径と１０ｍ２／ｇの比表面積を有したＰｂ２Ｒｕ２Ｏ６の１０重量部と，０．０３μｍの平均粒子直径と２３ｍ２／ｇの比表面積を有したＲｕＯ２の１３重量部と，１μｍの平均直径と３μｍの最大直径を有した銀の２０重量部と，１μｍの平均直径と３．６μｍの最大直径を有したガラスフリットの３０重量部で作られる。ガラスフリットはＢｉＯ２６８．９％，ＳｉＯ２１０．０％，Ｂ２Ｏ３１１．８％，ＢａＯ６．５％及びＡｌ２Ｏ３２．８％に作られて，４６０℃の軟化点（ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ  ｐｏｉｎｔ）温度を有している。前記パウダーはセルロースと９２対８の比率で混合されて，組合わせたパウダーは１５００００センチポイズ（ｃｅｎｔｉｐｏｉｓｅ）の粘性を有したペーストを生産するためにテルピネオール（ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ）と混合される。
【００７６】
本発明の実施の一形態の発熱層２０３の厚さ範囲は３〜１００μｍ間である。発熱層２０３は１５μｍ以下，例えば６，８，１０，または１５μｍ厚さを有することができる。電気抵抗発熱層２０３は１１０Ｖ印加時には５〜１０Ωの電気抵抗を有し，２２０Ｖ印加時には１５ないし２５Ωの電気抵抗を有することが望ましい。このような抵抗値はシステムの要求によって多様な電気抵抗を有するように変更することが可能である。
【００７７】
３．保護層
保護層２０５は，フッ素樹脂（ＰＦＡ）チューブで形成されて電気抵抗発熱層２０３上に挿入された次に熱処理により収縮して圧搾される。保護層２０５は印刷用紙と直接接触してトナー剥離層を形成する。特に，前記保護層２０５は電流が外部に流れることを防ぐ絶縁特性を有する
４．電極
電極２０７は，保護層２０５両側に露出された発熱層２０３の両端に銀ペーストを塗布した後に輪様子の電極２０７が挿入された次に銀ペーストを硬化させて接着形成する。
【００７８】
このように構成された本発明の実施の一形態の直接加熱ローラの消費電力は初期印加時約８００Ｗ程度であり，瞬間的な定着温度上昇で電源印加後７ないし８秒以内に目標動作温度例えば１８０ないし２００℃に到達するようになる。それゆえ，瞬間的に定着温度に到達するようになるのでウォーミング・アップ時に電力消耗を減らすことができる。また，待機時にも定着手段に電源を印加する必要がないので待機時消費電力を減らすことができる。
【００７９】
５．製造方法
図７は，本発明の実施の一形態による直接加熱ローラの製造方法の順序を示して，図８ないし図１２は本発明の実施の一形態による直接加熱ローラの製造過程を示す。
【００８０】
図面を参照すると，本発明の実施の一形態の直接加熱ローラはまずＳＵＳのような金属製を加工してパイプまたは円筒形のローラ本体２０１を形成する（図８参照）。加工されたローラ本体は超音波洗浄をして不純物を除去する（Ｓ３０１）。
【００８１】
洗浄されたローラ本体２０１の表面に上述した絶縁層ペーストをスクリーン印刷法で塗布する（Ｓ３０２）。
【００８２】
図１３ないし図１５は，本発明の実施の一形態によるスクリーン印刷法を示す。まず図１３に図示したように，印刷板２１０のマスク２１２上にペースト２１４を覆う。続いて，回転軸に固定されたローラ本体２１８を上昇させてマスク２１２の下部に接触させる。スクイザー（ｓｑｕｅｅｚｅｒ）２１６を下降させてマスク２１２の上部に接触させる。印刷板２１０を左側方向（矢印方向）に移動させながら口一ラ本体２１８を反時計方向に回転させるとスクイザー２１６によりペースト（２１４）が加圧されてマスク２１２の網目を通して下方に追い出されて絞られるようになる。マスク２１２下方に追い出されて絞られたペーストは回転するローラ本体２１８に塗布される。塗布されたペーストの厚さはマスク２１２の網目の大きさ及び印刷板の移動速度等により決定される。マスクの幅はローラ本体の円周長さと同一に形成される。
【００８３】
このようなスクリーン印刷法で塗布して（Ｓ３０２），一定温度で一定時間乾燥させた次に（Ｓ３０３）焼成する（Ｓ３０４）。ペーストを塗布した次に乾燥させることによって被膜が形成されることを防止してクラックが生じることを防ぐことができる。スクリーン印刷法により複数回塗布することは一定な厚さを得るためのことでありその回数や塗布厚さは設計的な選択仕様により変更できる。
【００８４】
図１６は，絶縁層の焼成温度特性を示す。
絶縁層ペーストが塗布されたローラ本体を焼結炉に入れて全体焼成時間約４５分間進める。
【００８５】
すなわち，ｔｇ１ないしｔｇ２間では約１５分間徐々に温度を高めて約６２０℃（Ｔｇ２）に温度を上昇させてｔｇ２ないしｔｇ３間に約１０ないし１５分間６２０℃を維持した次にｔｇ３ないしｔｇ４間では約１５分間再び徐々に温度を下げる。
【００８６】
このように印刷と焼成を１回以上繰り返すことによってローラ本体に絶縁層が密着固定されて形成されるので衝撃及び温度特性に対して強い耐性を有するようになる。本発明の実施の一形態では７０ないし１２０μｍのガラス絶縁層を得る（図９参照）。このような絶縁層は発熱層の軟化点より高い温度で軟化する絶縁層ペーストを用いる。その理由は発熱層の焼成時生じるルテニウム化合物と絶縁層で突出する鉛成分との反応が絶縁層でも生じるようになれば絶縁層の絶縁特性が落ちるようになるためである。
【００８７】
続いて，前記絶縁層２０２表面に上述したルテニウム系発熱層ペーストを図１３ないし図１５に図示したようにスクリーン印刷法で２回塗布する（Ｓ３０５）。塗布した後に熱風循環式，電熱ヒーターまたは赤外線炉等で８０ないし１２０℃で約５分ないし１０分間乾燥させる（Ｓ３０６）。乾燥された塗膜の厚さは約２３μｍである。このような乾燥過程は塗布されたペーストの表面の被膜形成を防止してクラック発生を防止する。
【００８８】
続いて，前記塗布された発熱層ペーストを所定温度で焼成させて発熱層を形成する（Ｓ３０７）（図１０）。以下，電気抵抗発熱体の焼成過程に対して説明する。
【００８９】
図１７は，本発明の実施の一形態による発熱層ペーストを形成するための焼成温度サイクルを示して，図１８ないし図２０は本発明の実施の一形態による電気抵抗発熱層の形成メカニズムを示す。
【００９０】
まず，焼結炉内に発熱層ペーストが塗布されたローラ本体を入れて加熱する。時間ｔａ１（ｔｂ１）ないしｔａ２（ｔｂ２）にかかってＴａ１（Ｔｂ１）からＴａ２（Ｔｂ２）に温度が上昇しながらペーストに含まれた有機物が燃焼し始めると図１８に図示したように，ガラスグレーンの周辺に酸化ルテニウムがくっつく形態に存在してガラスグレーンが軟化し始める。
【００９１】
時間ｔａ２（ｔｂ２）ないしｔａ３（ｔｂ３）にかかってＴａ２（Ｔｂ２）からＴａ３（Ｔｂ３）に温度が上昇するとガラスグレーンがさらに軟化し始めて，鉛成分が含まれた部位が突出し始める。時間ｔａ３（ｔｂ３）ないしｔａ４（ｔｂ４）にかかってＴａ３（Ｔｂ３）からＴａ４（Ｔｂ４）に上昇するとこの軟化点以上で図１９に図示したように軟化したガラスグレーンから突出した鉛がルテニウムと反応してパイロクロアタイブのルテニウムオキサイド（Ｐｂ２Ｒｕ２０６−ｘ）がガラスグレーン表面に生成し始める。前記した反応は特定に区別された時間及び温度領域でのみ生じることでなく反応過程を説明するために区分したことであり有機物燃焼とガラス軟化ルテニウムと鉛成分との反応などは漸次的に進められることである。
【００９２】
時間ｔａ４（ｔｂ４）ないしｔａ５（ｔｂ５）にかかってＴａ４（Ｔｂ４）で温度を一定に維持すると図２０に図示したように表面に形成されたパイロクロアタイブのルテニウムオキサイド（Ｐｂ２Ｒｕ２Ｏ６−Ｘ）がガラスグレーン内部に拡散される
時間ｔａ５（ｔｂ５）ないしｔａ６（ｔｂ６）にかかってＴａ４（Ｔｂ４）から温度を下降させながらアニーリング（Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程により焼結組織のストレスが緩和されながら組織が緻密化される。
【００９３】
このような焼成時間は，ｔａ１（ｔｂ１）−ｔａ４（ｔｂ２）約１５分程度，ｔａ４（ｔｂ４）−ｔａ５（ｔｂ５）が約１０−１５分程度，ｔａ５（ｔｂ５）−ｔａ６（ｔｂ６）が約１５分程度に所要されて全体的に約４５分程度の焼成時間が所要される。しかしこのような温度特性はより最適化できる。
【００９４】
このような焼成過程を経て粒子が相互融着して緻密化され，一定な機械的強度を有する安定した組織に形成されて発熱層２０３が形成される。図２０に図示したように，電荷はパイロクロアタイブのルテニウムオキサイド（Ｐｂ２Ｒｕ２Ｏ６−Ｘ）を通して移動するようになる。
【００９５】
得られた電気抵抗発熱層の厚膜は厚さが５μｍであり，面積抵抗が１２Ω／ｍｍ２であった。
【００９６】
図１１に図示したように，保護層２０５は約５０μｍ程度の厚さを有してフッ素樹脂（ＰＦＡ：ｔｅｔｒａｆｌｕｒｏｅｔｈｌｅｎｅ  ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ  ａｌｋｙ−ｖｉｎｙｌｅｔｈｅｒ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ  ｒｅｓｉｎ）でチューブ形態に製作された次に電気抵抗発熱層２０３上に挿入される（Ｓ３０８）。挿入された状態で約２５０ないし４００℃で熱処理すると収縮圧搾される。保護層２０５は耐トナー性が強くて絶縁材で電気抵抗発熱層の表面を絶縁させると同時にトナーから電気抵抗発熱層２０３を保護する。
【００９７】
図１２に図示したように，保護層２０５の両側に露出された電気抵抗発熱層２０３の表面に銀ペーストを塗布した次に輪様子の銅電極層２０７を挿入して１５０℃温度で約３０分間銀ペーストを硬化させる（Ｓ３０９）。
【００９８】
図２１は，上述したように本発明の実施の一形態により作られた直接加熱ローラの断面を電子顕微鏡で取った写真を示す。写真に示されたようにローラ本体に絶縁層と発熱層とが焼成により形成されて密着固定されるので温度特性及び機械的衝撃等にも非常に強い耐久性を有するようになる。
【００９９】
く第２実施形態＞  高温導電性ローラ本体
１．ローラ本体
本発明の第２実施形態では上述した一実施形態と比較して高温の絶縁層ペーストと発熱層ペーストを用いるためにローラ本体は弾性限界温度が約９００℃以上の高温に耐えることができるフェライト（Ｆｅｒｒｉｔｅ）系のステンレススチール（ＳＵＳ４０４系列）を用いる。
【０１００】
２．絶縁層
絶縁層は，絶縁層ペーストをローラ本体２０１に厚膜塗布技法で塗布した後ローラ本体２０１の弾性限界温度９００℃以下で焼成して形成する。絶縁層の厚さは約５０−３００μｍ程度に均一な厚さを有する。絶縁層はデュポン社の３５００Ｎ釉薬（ｇｌａｚｅ）を利用して構成できる。
【０１０１】
３．発熱層
前記発熱層は，ルテニウム系化合物を含む発熱層ペーストを絶縁層上に塗布して第１温度より低い第２温度で焼成するようになる。望ましくは８５０℃以下である。高温焼成発熱層としてはデュポン社の３６××シリーズを使用できる。
【０１０２】
４．保護層
実施形態１と同一。
【０１０３】
５．電極
実施形態１と同一。
【０１０４】
６．製造工程
まずフェライト系ステンレス（ＳＵＳ４０４）を加工してパイプまたは円筒形のローラ本体を形成する。加工されたローラ本体は超音波洗浄をして不純物を除去する。
【０１０５】
洗浄されたローラ本体の表面に上述した絶縁層ペーストをスクリーン印刷法で塗布する。
【０１０６】
このようなスクリーン印刷法で塗布して，一定温度で一定時間乾燥させた次に焼成する。ペーストを塗布した次に乾燥させることによって被膜が形成されることを防止してクラックが生じることを防ぐことができる。スクリーン印刷法により複数回塗布することは一定な厚さを得るためのことでありその回数や塗布厚さは設計的な選択仕様により変更できる。
【０１０７】
図２２は，絶縁層の焼成温度特性を示す。
【０１０８】
絶縁層ペーストが塗布されたローラ本体を焼結炉に入れて全体焼成時間約４５分間進める。
【０１０９】
すなわち，ｔｇ１ないしｔｇ２間では約１５分間徐々に温度を高めて約９００℃（Ｔｇ２）に温度を上昇させてｔｇ２ないしｔｇ３間に約１０ないし１５分間９００℃を維持した次にｔｇ３ないしｔｇ４間では約１５分間再び徐々に温度を下げる。
【０１１０】
このように印刷と焼成を１回以上繰り返すことによってローラ本体に絶縁層が密着固定されて形成されるので衝撃及び温度特性に対して強い耐性を有するようになる。本発明の実施の一形態では７０ないし１２０μｍのガラス絶縁層を得る。このような絶縁層は発熱層の軟化点より高い温度で軟化する絶縁層ペーストを用いる。その理由は発熱層の焼成時生じるルテニウム化合物と絶縁層で突出する鉛成分との反応が絶縁層でも生じるようになれば絶縁層の絶縁特性が落ちるようになるためである。
【０１１１】
続いて，前記絶縁層表面に上述したルテニウム系発熱層ペーストをスクリーン印刷法で２回塗布する。塗布した後に熱風循環式，電熱ヒーターまたは赤外線炉等で８０ないし１２０℃で約５分ないし１Ｏ分間乾燥させる。乾燥された塗膜の厚さは約２３μｍである。このような乾燥過程は塗布されたペーストの表面の被膜形成を防止してクラック発生を防止する。
【０１１２】
続いて，前記塗布された発熱層ペーストを所定温度で焼成させて発熱層を形成する。以下，電気抵抗発熱体の焼成過程に対して説明する。
【０１１３】
図２３は，本発明の実施の一形態による発熱層ペーストを形成するための焼成温度サイクルを示す。
【０１１４】
まず，焼結炉内に発熱層ペーストが塗布されたローラ本体を入れて加熱する。時間ｔｂ１ないしｔｂ２にかかってＴｂ１からＴｂ２に温度が上昇しながらペーストに含まれた有機物が燃焼し始めるとガラスグレーンの周辺に酸化ルテニウムがくっつく形態に存在してガラスグレーンが軟化し始める。
【０１１５】
時間  ｔｂ２ないしｔｂ３にかかってＴｂ２（５０００Ｃ）からＴｂ３（７００℃）に温度が上昇するとガラスグレーンがさらに軟化し始めて，鉛成分が含まれた部位が突出し始める。時間ｔｂ３ないしｔｂ４にかかってＴｂ３（７００℃）からＴｂ４（８５０℃）に上昇すると，この軟化点以上で軟化したガラスグレーンから突出した鉛がルテニウムと反応してパイロクロアタイプのルテニウムオキサイド（Ｐｂ２Ｒｕ２Ｏ６−Ｘ）がガラスグレーン表面に生成し始める。前記した反応は特定に区別された時間及び温度領域でのみ生じることでなく反応過程を説明するため区分したことであって有機物燃焼とガラス軟化ルテニウムと鉛成分との反応などは漸次的に進められることである。
【０１１６】
時間ｔｂ４ないしｔｂ５にかかってＴｂ４（８５０℃）に温度を一定に維持すると表面に形成されたパイロクロア（ｐｙｒｏｃｈｌｏｒｅ）タイプのルテニウムオキサイド（Ｐｂ２Ｒｕ２Ｏ６−Ｘ）がガラスグレーン内部に拡散される。
【０１１７】
時間ｔｂ５ないしｔｂ６にかかってＴｂ４（８５０℃）から温度を下降させながらアニーリング（Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程により焼結組織のストレスが緩和されながら組織が緻密化される。
【０１１８】
このような焼成時間は，ｔｂ１−ｔｂ２約１５分程度，ｔｂ４−ｔｂ５が約１０−１５分程度，ｔｂ５−ｔｂ６が約１５分程度に所要されて全体的に約４５分程度の焼成時間が所要される。しかしこのような温度特性はより最適化できる。
【０１１９】
このような焼成過程を経て粒子が相互融着して緻密化され，一定な機械的強度を有する安定した組織に形成されて発熱層が形成される。
【０１２０】
次に保護層と電極とは，上述した実施形態１と同一な方法で進められる。
【０１２１】
＜第３実施形態＞  低温絶縁ローラ本体
図２４は，本発明の実施の一形態による低温絶縁ローラで構成した直接加熱ローラの構成を示す。
【０１２２】
第３実施形態は，絶縁性の口一ラ本体で構成した場合としてローラ本体４０１はセラミックやガラス等で形成される。セラミックはステンレススチールに比べて機械的衝撃が弱いが高温熱処理にも変形や物性変化なく耐えることができるのでペーストの焼成温度範囲を広く設定できる。したがって，電気抵抗ペーストの組成物選択を容易にして焼成工程の温度条件をひるめることができる。また，セラミックは絶縁性であるので絶縁層を形成する工程を省略して直ちにローラ本体４０１の外部表面に発熱層を形成できる。
【０１２３】
図２５は，本発明による他の実施形態の加熱ローラが設けられた電子写真画像形成装置の定着部が設けられた状態を示す。
【０１２４】
第３実施形態で定着部４０９は用紙が排出される方向，すなわち反時計万向に回転する加熱ローラ４１３と，加熱ローラ４１３と接触して時計方向に回転する加圧ローラ４１１とを備える。加熱ローラ４１３の表面にはサーミスタ４１７が接触する。加熱ローラ４１３は絶縁体である円筒形ローラ本体４０１，発熱層４０３，保護層４０５，電極４０７を含む。
【０１２５】
本発明の実施の一形態による電子写真画像形成装置の定着部４０９は，電極層を通して電気抵抗発熱層４０３に電流が供給されると抵抗熱により温度が上昇する。サーミスタ４１７により加熱ローラ４１３の表面温度が検出されて検出された信号に応答して電気抵抗発熱層４０３に提供される電流量が制御される。
【０１２６】
前記加圧ローラ４１１及び加圧ローラ４１１によって用紙４１９上に定着前トナー画像４１５は加熱加圧されて用紙４１９に安定したトナー画像４１６として定着される。
【０１２７】
第３実施形態の加熱口一ラの構成は次のようである。
【０１２８】
１．ローラ本体
弾性限界温度が６００℃以上である絶縁性のセラミックまたはガラス。
【０１２９】
２．発熱層，保護層，電極
上述した第１実施形態と同一。
【０１３０】
３．製造方法
図２６は，第３実施形態による直接加熱ローラの製造方法の順序を示して，図２７ないし図３０は本発明の実施の一形態による直接加熱ローラの製造過程を示す。
【０１３１】
図面を参照すると，本発明の実施の一形態の直接加熱ローラはまずセラミックのような絶縁体でパイプまたは円筒形のローラ本体４０１を形成する（図２７参照）。加工されたローラ本体は超音波洗浄をして不純物を除去する（Ｓ４０１）。
【０１３２】
前記ローラ本体４０１表面に上述した実施形態１のルテニウム系発熱層ペーストを図１３ないし図１５に図示したようにスクリーン印刷法で均一な厚さに１回以上塗布する（Ｓ４０２）。塗布した後に熱風循環式，電熱ヒーターまたは赤外線炉等で８０ないし１２０℃で約５分ないし１０分間乾燥させる（Ｓ４０３）。
【０１３３】
前記乾燥された発熱層塗膜を焼成させる（Ｓ４０４）。焼成温度サイクルは前記実施形態１の低温発熱層ペーストの焼成過程と同一である。このような焼成過程を経て粒子が相互融着して緻密化され，一定な機械的強度を有する安定した組織に形成されて電気抵抗発熱層４０３が形成される（図２８参照）。
【０１３４】
図２９に図示したように，保護層４０５は約５０μｍ程度の厚さを有してフッ素樹脂（ＰＦＡ：ｔｅｔｒａｆｌｕｒｏｅｔｈｌｅｎｅ  ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ  ａｌｋｙｌｖｉｎｙｌｅｔｈｅｒ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ  ｒｅｓｉｎ）でチューブ形態に製作された次に電気抵抗発熱層４０３上に挿入される（Ｓ４０５）。挿入された状態で約３５０℃で熱処理すると収縮圧搾される。
【０１３５】
図３０に図示したように，保護層４０５の両側に露出された電気抵抗発熱層４０３の表面に銀ペーストを塗布した次に輪様子の銅電極４０７を挿入して１５０℃温度で約３０分間銀ペーストを硬化させる（Ｓ４０６）。
【０１３６】
＜第４実施形態＞  高温絶縁ローラ本体
第４実施形態は，絶縁性のローラ本体で構成した場合としてローラ本体はセラミックやガラス等で形成される。第３実施形態と比較してローラ本体の弾性限界温度が９００℃以上であるセラミックまたはガラスを用いた点が異なる。
【０１３７】
したがって，発熱層ペーストの組成物選択を容易にして焼成工程の温度条件を広めることができる。また，セラミックは絶縁性であるので絶縁層を形成する工程を省略して直ちに口一ラ本体の外部表面に発熱層を形成できる。
第４実施形態の加熱ローラの構成は次のようである。
【０１３８】
１．口一ラ本体
弾性限界温度が９００℃以上である絶縁性のセラミックまたはガラス。
【０１３９】
２．発熱層，保護層，電極
上述した第２実施形態と同一。
【０１４０】
３．製造方法
第４実施形態の製造方法は，弾性限界温度が９００℃以上のセラミックのような絶縁体でパイプまたは円筒形のローラ本体を形成する。加二されたローラ本体は超音波洗浄をして不純物を除去する（Ｓ４０１）。
【０１４１】
前記ローラ本体表面に上述した実施形態２のルテニウム系発熱層ベーストを図１３ないし図１５に図示したようにスクリーン印刷法で均一な厚さで１回以上塗布する。塗布した後に熱風循環式，電熱ヒーターまたは赤外線炉等で８０ないし１２０℃で約５分ないし１０分間乾燥させる。
【０１４２】
前記乾燥された発熱層塗膜を焼成させる（Ｓ３０８）。焼成温度サイクルは前記実施形態２の高温発熱層ペーストの焼成過程と同一である。このような焼成過程を経て粒子が相互融着して緻密化され，一定な機械的強度を有する安定した組織に形成されて電気抵抗発熱層が形成される。
【０１４３】
上述した他の実施形態と同一な方法で保護層と電極とを形成する。
【０１４４】
以上添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態にかかる加熱ローラおよびその製造方法について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１４５】
【発明の効果】
上述したように，本発明ではルテニウム系発熱層をローラ表面に形成して瞬間的に定着温度に発熱することが可能である。従来のニッケルークロム系の抵抗発熱体と比較するとより少ない電力でより遠い時間に目標定着温度に発熱することが可能である。
【０１４６】
また，本発明ではルテニウム系電気抵抗発熱層を形成することにおいて，その焼成温度を５５０℃程度の低温で処理することによってローラ本体及び絶縁層の材料選択の幅が広まって量産性を向上させることができる。また，電気抵抗発熱層を均一な厚さに製作することが可能であって全体的に定着温度特性を均一に維持できてトナー定着特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電子写真画像形成装置の外部構造を示した斜視図。
【図２】従来の電子写真画像形成装置の内部構成を示した概略図。
【図３】従来の電子写真画像形成装置のハロゲンランプ加熱ローラが設けられた状態を示す断面図。
【図４】従来の電子写真画像形成装置のトナー画像定着のための直接加熱ローラが設けられた状態を示す断面図。
【図５】本発明による電子写真画像形成装置の直接加熱ローラの望ましい第１実施形態を示した断面図。
【図６】本発明による第１実施形態の加熱ロ−ラが設けられた電子写真画像形成装置の定着部を示した断面図。
【図７】本発明による第１実施形態の直接加熱ロ−ラの製造方法を示しフローチャート。
【図８】本発明による第１実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図９】本発明による第Ｔ実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図１０】本発明による第Ｔ実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図１１】本発明による第Ｔ実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図１２】本発明による第Ｔ実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図１３】本発明によるペーストのスクリーン印刷法を説明するための図面。
【図１４】本発明によるペーストのスクリーン印刷法を説明するための図面。
【図１５】本発明によるペーストのスクリーン印刷法を説明するための図面。
【図１６】本発明による第１実施形態の絶縁層を形成するための焼成温度サイクルを示した図面。
【図１７】本発明による第１実施形態の発熱層を形成するための焼成温度サイクルを示した図面。
【図１８】本発明による第１実施形態の発熱層の形成メカニズムを説明するための図面。
【図１９】本発明による第１実施形態の発熱層の形成メカニズムを説明するための図面。
【図２０】本発明による第１実施形態の発熱層の形成メカニズムを説明するための図面。
【図２１】本発明による第１実施形態の直接加熱ローラの電子顕微鏡写真。
【図２２】本発明による第２実施形態の絶縁層を形成するための焼成温度サイクルを示した図面。
【図２３】本発明による第２実施形態の発熱層を形成するための焼成温度サイクルを示した図面。
【図２４】本発明による第３実施形態の電子写真画像形成装置の直接加熱ローラの断面図。
【図２５】本発明による第３実施形態の加熱ローラが設けられた電子写真画像形成装置の定着部を示す断面図。
【図２６】本発明による第３実施形態の直接加熱ローラの製造方法を示したフローチャート。
【図２７】本発明による他の実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図２８】本発明による他の実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図２９】本発明による他の実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【図３０】本発明による他の実施形態の直接加熱ローラの製造過程を示した図面。
【符号の説明】
２０１：ローラ本体
２０２：ガラス絶縁層
２０３：電気抵抗発熱層
２０５：保護層
２０７：電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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