(57)【要約】【課題】  定着時におけるヒートローラの長手方向の硬度を均一化して、定着性能の向上を図ると共に、熱容量を最適に調整可能な構成とし、高速駆動しても定着不良を起こさないような熱容量を有する加熱ローラおよび加熱装置を提供する。【解決手段】  ヒートローラ２２の芯金２２ａと金属導電層２２ｄの間に単位体積あたりの熱容量の小さい発泡ゴム層２２ｂ−１と、発泡ゴム層２２ｂ−１と比較して単位体積あたりの熱容量の大きいシリコンゴム層２２ｂ−２を積層構造で配置する。【選択図】    図４
2010181879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯部材と、
この芯部材の外周に配置された第１の弾性体と、
この第１の弾性体よりも単位体積当たりの熱容量が大きく、前記第１の弾性体の外周に配置された第２の弾性体と、
この第２の弾性体の外周に配置された導電性の金属層と、
からなることを特徴とする加熱ローラ。
【請求項２】
前記第１の弾性体の密度は、前記第２の弾性体の密度よりも低いことを特徴とする請求項１記載の加熱ローラ。
【請求項３】
前記第１の弾性体の硬度は、前記第２の弾性体の硬度よりも低いことを特徴とする請求項１記載の加熱ローラ。
【請求項４】
前記第１の弾性体は、シリコンゴムに発泡剤を加えて発泡させたシリコン発泡ゴムであることを特徴とする請求項２記載の加熱ローラ。
【請求項５】
前記加熱ローラの長手方向において前記第２の弾性体は、中央部の外径が両端部の外径よりも小さく、前記金属層は、前記第２の弾性体の前記両端部でのみ接着されていることを特徴とする請求項１乃至５記載の加熱ローラ。
【請求項６】
芯部材と、この芯部材の外周に配置された第１の弾性体と、この第１の弾性体よりも単位体積当たりの熱容量が大きく、前記第１の弾性体の外周に配置された第２の弾性体と、この第２の弾性体の外周に配置された導電性の金属層とを有する加熱ローラと、
この加熱ローラに対向して配置され、加熱ローラとの間で媒体に対して圧力を加える加圧ローラと、
前記加熱ローラの外周近傍に配置され、前記金属層を加熱する加熱源と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
前記第１の弾性体の密度は、前記第２の弾性体の密度よりも低いことを特徴とする請求項６記載の加熱装置。
【請求項８】
前記第１の弾性体の硬度は、前記第２の弾性体の硬度よりも低いことを特徴とする請求項６記載の加熱装置。
【請求項９】
前記第１の弾性体は、シリコンゴムに発泡剤を加えて発泡させたシリコン発泡ゴムであることを特徴とする請求項７記載の加熱装置。
【請求項１０】
前記加熱ローラの長手方向において前記第２の弾性体は、中央部の外径が両端部の外径よりも小さく、前記金属層は、前記第２の弾性体の前記両端部でのみ接着されていることを特徴とする請求項６乃至９記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、用紙上に形成されたトナー像の加熱に用いる加熱ローラおよびこの加熱ローラを用いた加熱装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来から一般的な電子写真方式の画像形成装置においては、画像形成部にて用紙上に形成されたトナー像を加熱するとともに加圧することで用紙上に溶融定着させる加熱装置が搭載されている。この加熱装置は、ヒートローラとプレスローラのいずれか一方、もしくは両方を加熱する加熱源が設けられている。この加熱源として、ハロゲンランプや誘導加熱方式のコイルが広く用いられている。
【０００３】
これら加熱装置に要求される点は、エネルギー効率を上げること及び、単位時間当たりの用紙加熱枚数を増やす（高速化）である。
【０００４】
これらの要求を満たすため、用紙の加熱を行うヒートローラの構造に様々な改良が加えてられている。例えば、ヒートローラに弾性体層を設けて、その表面を金属導電層で覆うものである。このタイプのヒートローラは、弾性体層内の空気が熱により膨張するため、弾性体層と金属導電層との間に空間を設けることで、弾性体層の膨張を吸収している。このように構成することで、ヒートローラの熱容量を減らしつつ、必要なヒートローラの硬度を維持している（例えば特許文献１）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記のように弾性体層を設けることで、ヒートローラの熱容量は下がり、結果、エネルギー効率は上がるが、高速化に対応できないという問題点がある。つまり、高速化があるレベルを超えると、用紙により奪われる熱量が、ヒートローラが持つ熱量よりも多くなってしまい、結果、定着不良を発生させてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、芯部材と、この芯部材の外周に配置された第１の弾性体と、この第１の弾性体よりも単位体積当たりの熱容量が大きく、前記第１の弾性体の外周に配置された第２の弾性体と、この第２の弾性体の外周に配置された導電性の金属層とからなることを特徴とする加熱ローラおよびこの加熱ローラを用いた加熱装置からなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、必要な硬度を維持しつつ、熱容量を調整可能な加熱ローラおよびこの加熱ローラを用いた加熱装置を提供することが可能となる。これにより、エネルギー効率を大幅に下げることなく、高速化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施態様の定着装置を搭載した画像形成装置を示す概略構成図。
【図２】本発明の実施態様の定着装置を示す概略構成図。
【図３】本発明の実施態様の誘導電流発生コイルを示す概略説明図。
【図４】本発明の実施態様のヒートローラの長手方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下添付図面を例にとって、この発明の実施形態について詳細に説明する。図１はこの発明の実施形態の誘導加熱定着装置である定着装置１１を搭載してなる画像形成装置１を示す概略構成図である。画像形成装置１の上面には自動原稿送り装置４により供給される原稿を読取るスキャナ部６を備える。画像形成装置１は、画像形成ユニット１０に被定着媒体であるシート紙Ｐを供給するカセット機構３を備える。
【００１０】
カセット機構３は第１及び第２の給紙カセット３ａ、３ｂを備える。各給紙カセット３ａ、３ｂから、画像形成ユニット１０に至る搬送路７には、給紙カセット３ａ、３ｂからシート紙を取り出すピックアップローラ７ａ、７ｂ、分離搬送ローラ７ｃ、７ｄ、搬送ローラ７ｅ及びレジストローラ８が設けられる。画像形成ユニット１０の下流には、画像形成ユニット１０にてシート紙Ｐに形成されるトナー像を定着する定着装置１１を有する。定着装置１１の下流には、排紙ローラ４０が設けられ、定着後のシート紙Ｐを排紙部１ｂに搬送する排紙搬送路４１が設けられる。
【００１１】
画像形成ユニット１０は、イエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成ステーション１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋを有する。各画像形成ステーション１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋは、矢印ｑ方向に回転される転写ベルト１０ａに沿って、タンデムに配列される。
【００１２】
イエロ（Ｙ）の画像形成ステーション１８Ｙは、矢印ｒ方向に回転する像担持体である感光体ドラム１２Ｙの周囲に、プロセス部材である帯電器１３Ｙ、現像装置１４Ｙ、転写ローラ１５Ｙ、クリーナ１６Ｙ、除電器１７Ｙを配置してなっている。またイエロ（Ｙ）の画像形成ステーション１８Ｙ上方には、感光体ドラム１２Ｙにレーザビームを照射するレーザ露光装置１９が設けられる。
【００１３】
マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成ステーション１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋは、イエロ（Ｙ）の画像形成ステーション１８Ｙと同様の構成を有している。
【００１４】
画像形成ユニット１０においては、プリント操作開始により、イエロ（Ｙ）の画像形成ステーション１８Ｙにあっては、感光体ドラム１２Ｙが矢印ｒ方向に回転し、帯電器１３Ｙにより一様に帯電される。次いで感光体ドラム１２Ｙは、レーザ露光装置１９により、スキャナ部６で読取った画像情報に対応する露光々を照射され静電潜像を形成される。この後感光体ドラム１２Ｙは現像装置１４Ｙにてトナー像を形成され、転写ローラ１５Ｙ位置で、転写ベルト１０ａ上を矢印ｑ方向に搬送されるシート紙Ｐにトナー像を転写する。転写終了後、感光体ドラム１２Ｙはクリーナ１６Ｙにより残留トナーをクリーニングされ、除電器１７Ｙにより感光体ドラム１２Ｙ表面を除電され、次のプリント可能となる。
【００１５】
マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成ステーション１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋは、イエロ（Ｙ）も画像形成ステーション１８Ｙと同様に画像形成操作を行い、シート紙Ｐにフルカラートナー像を形成する。この後シート紙Ｐは、誘導加熱定着装置である定着装置１１により加熱加圧定着されプリント画像を完成され排紙部１ｂに排紙される。
【００１６】
次に定着装置１１について述べる。図２は、定着装置１１を示す概略構成図である。定着装置１１は、エンドレスの被加熱部材であるヒートローラ２２と加圧部材であるプレスローラ２３を有する。ヒートローラ２２は、駆動モータ２５により矢印ｓ方向に駆動する。プレスローラ２３は、圧縮バネ２４ａによりヒートローラ２２に加圧接触される。これによりヒートローラ２２及びプレスローラ２３間に一定幅のニップ２６が形成される。プレスローラ２３は、ヒートローラ２２に従動して矢印ｔ方向に回転する。
【００１７】
更に定着装置１１の、ヒートローラ２２の外側には、ギャップを介して、ヒートローラ２２を加熱する誘導電流発生コイル２７が対向配置される。更にヒートローラ２２の外周には、定着後のシート紙Ｐの巻きつきを防止する剥離爪３１、ヒートローラ２２の表面温度を検出する第１のサーミスタ３３ａ、第２のサーミス３３ｂ、第３のサーミスタ３３ｃ及び、ヒートローラ２２の表面温度の異常を検知して、加熱を遮断するためのサーモスタット３４が設けられる。尚、シート紙Ｐがヒートローラに巻きつく恐れが無い場合は、剥離爪３１を設けなくても良い。プレスローラ２３の外周にはクリーニングローラ２４ｂが設けられる。
【００１８】
ヒートローラ２２は、芯金２２ａ周囲に厚さ５〜１２ｍｍの弾性体（ゴム）層２２ｂ、ニッケル（Ｎｉ）からなる厚さ４０μｍの金属導電層２２ｄ、厚さ２００μｍのソリッドゴム層２２ｅ及び、厚さ３０μｍの離型層２２ｆからなっている。金属導電層２ｃは、ニッケルに限らず、ステンレス、アルミニウム、あるいはステンレスとアルミニウムの複合材等であっても良い。
【００１９】
プレスローラ２３は、芯金２３ａ、周囲にシリコンゴム層２３ｂを被覆してなっている。プレスローラ２３は、さらに離型層２３ｃを持つ。尚、シリコンゴム層２３ｂに換えて、フッ素ゴム層を用いても良い。ヒートローラ２２及びプレスローラ２３は、いずれも直径４０ｍｍに形成されている。シート紙Ｐは、このようなヒートローラ２２及びプレスローラ２３間のニップ２６を通過することにより、シート紙Ｐ上のトナー像を加熱加圧定着される。
【００２０】
尚、プレスローラ２３も必要に応じて、誘導電流発生コイルにより加熱される金属導電層を有していたり、或いはハロゲンランプヒータを内蔵する等しても良い。
【００２１】
次に誘導電流発生コイル２７について述べる。誘導電流発生コイル２７は、第１乃至第３の誘導電流発生コイル２７ａ、２７ｂ、２７ｃからなっている。第１乃至第３の誘導電流発生コイル２７ａ、２７ｂ、２７ｃの磁性体コア２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、ヒートローラ２２とほぼ同軸状となっている。磁性体コア２８は、誘導電流発生コイル２７による磁束をヒートローラ２２に集中させる。磁性体コア２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、両側に磁気遮蔽材３０ａ、３０ｂ、３０ｃが凸設されていて、ヒートローラ２２に磁束を更に集中させることが出来る。
【００２２】
図３に示すように、第１の誘導電流発生コイル２７ａは、長さ２００ｍｍであり、ヒートローラ２２の中央領域を加熱する。第２及び第３の誘導電流発生コイル２７ｂ、２７ｃは、第１の誘導電流発生コイル２７ａの両側に配置される。第２及び第３の誘導電流発生コイル２７ｂ、２７ｃは、直列接続され、同じ制御で駆動される。第１乃至第３の誘導電流発生コイル２７ａ、２７ｂ、２７ｃにより、ヒートローラ２２全長の長さ３２０ｍｍを加熱する。第１の誘導電流発生コイル２７ａと、第２及び第３の誘導電流発生コイル２７ｂ、２７ｃは、交互に切り替えて出力される。尚、第１の誘導電流発生コイル２７ａと、第２及び第３の誘導電流発生コイル２７ｂ、２７ｃの出力は、同時であっても良い。
【００２３】
誘導電流発生コイル２７は高周波電流を印加することにより磁束を発生する。この磁束により、磁界の変化を妨げるように、ヒートローラ２２に渦電流を発生させる。この渦電流と、ヒートローラ２２の抵抗によって金属導電層２２ｄにジュール熱が発生し、ヒートローラ２２は加熱される。
【００２４】
誘導電流発生コイル２７は、例えば銅線材を複数本撚った線径３ｍｍのリッツ線を用いる。銅線の絶縁材は、耐熱性のポリアミドイミドを用いる。電線及び絶縁材はこれに限定されず、線径も任意である。又リッツ線を用いる場合にその構造も任意であり、単に複数の絶縁した銅線を束ねたものであっても良いし、銅線の数や太さも限定されない。誘導電流発生コイル２７は、リッツ線を磁性体コア２８ａ、２８ｂ、２８ｃに巻きつけてなる。
【００２５】
尚、本実施の形態では、誘導電流発生コイルを用いて金属層を誘導加熱させる構成を開示したが、これに限定されず、例えば、ハロゲンランプによって加熱するタイプにも応用可能である。
【００２６】
図４は、ヒートローラ２２を回転軸に平行な面で切った断面図である。ヒートローラ２２は、鉄等の金属により構成される芯金２２ａを有する。この芯金２２ａの両端は、図示しない軸受けにより支持されており、駆動モータ２５により回転力が伝達される。
【００２７】
この芯金２２ａの外周には、弾性体層２２ｂが接着剤により接着されて配置されている。この弾性体層２２ｂは、発泡ゴム層２２ｂ−１とシリコンゴム層２２ｂ−２から構成される。発泡ゴム層２２ｂ−１は、シリコンゴム等に発泡剤を加えて発泡させたものであり、芯金２２ａと接着されている。
【００２８】
シリコンゴム層２２ｂ−２はシリコンゴムであり、発泡ゴム層２２ｂ−１の外周に接着されている。シリコンゴムは、発泡された発泡ゴム層２２ｂ−１よりも単位体積当たりの熱容量が大きく、また、硬度が高い。
【００２９】
熱容量を大きくする方法としては、上記のように発泡させない状態とするか、発泡ゴム層２２ｂ−１の発泡率（発泡倍率）よりも低い発泡率としても良い。このように低発泡率とすることで、発泡ゴム層２２ｂ−１のシリコンゴムの密度に比べて発泡ゴム層２２ｂ−２のシリコンゴムの密度が高くなるため、熱容量が増え、熱伝導率が高くなる。
【００３０】
また、シリコンゴム層２２ｂ−２に用いるシリコンゴムよりも高い熱容量を持つゴム材料を使用してもよいし、同一材料に導電性のフィラー等を加えることで熱容量を増やしてもよい。つまり、同一体積で比較した場合に、発泡ゴム層２２ｂ−１よりも高い熱容量を有していればよく、そのやり方は、本実施の形態に限定されない。
【００３１】
ただし、シリコンゴム層２２ｂ−２の熱容量が大きくなりすぎる場合、過剰にエネルギーを蓄積してしまうため、実用的ではない。本実施態様では、シリコンゴム層２２−２の厚みは、１．５ｍｍとしている。
【００３２】
このシリコンゴム層２２ｂ−２は円筒形状であり、ヒートローラ長手方向において、このシリコンゴム層２２ｂ−２の外周の中央部の外径は、端部の外径よりも小さくなるよう段差をもって加工されている。この段差の深さは約１ｍｍ程度としている。また、この段差のローラ長手方向の長さは、使用される用紙の最大サイズよりも若干長い程度に設定される。例えば、Ａ４の横幅（２９７ｍｍ）が最大の通紙サイズである場合、若干長い３２０ｍｍとすればよい。
【００３３】
このシリコンゴム層２２ｂ−２の外周には、金属導電層２２ｄが配置される。この金属導電層２２ｄは、シリコンゴム層２２ｂ−２の両端部分で接着されている。この結果、常温（約２５度）程度のヒートローラ内部温度の場合は、ヒートローラ中央部には、シリコンゴム層２２ｂ−２と金属導電層２２ｄの間には空隙部２９が形成されることになる。
【００３４】
金属導電層２２ｄの外側には、シリコンゴムから構成されるソリッドゴム層２２ｅが厚さ２００μｍ程度で形成されている。このソリッドゴム層２２ｅの外側には、フッ素系樹脂によりなる離型層２２ｆが厚さ３０μｍで形成されている。
【００３５】
上記のような多層構造のヒートローラとすることにより、例えば、シリコンゴム層２２ｂ−２の硬度を高くした場合は、発泡ゴム層２２ｂ−１の硬度を低くする等の調整を行うことにより所望するヒートローラの硬度を得ることが可能となる。
【００３６】
この実施態様によれば、ヒートローラの硬度を維持しつつ、必要に応じてヒートローラの熱容量を増やすことが可能となる。
【００３７】
尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
【００３８】
本実施形態では、画像形成装置の定着装置を例に説明したが、これに限定されない。例えば、用紙上に定着されたトナー像の色を消すような消色装置にも応用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１１…定着装置、２２…ヒートローラ、２２ａ…芯金、２２ｂ…弾性体層、２２ｂ-１…発泡ゴム層、２２ｂ−２…シリコンゴム層、２２ｄ…金属導電層、２２ｅ…ソリッドゴム層、２２ｆ…離型層
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４０】
【特許文献１】特開２００８−２０９９４６公報
【図１】
2010181879.tif 000003
【図２】
2010181879.tif 000004
【図３】
2010181879.tif 000005
【図４】
2010181879.tif 000006