(57)【要約】【課題】加熱部材と加圧部材との間に一定以上のニップ幅を確保することができる定着装置を提供する。【解決手段】円筒状に形成され、最大外径と最小外径が、０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲の差を有する弾性部材２ｂと、弾性部材２ｂの外側に配置されている金属導電層２ｃとを備えることを特徴とした加熱ローラ２と、加圧機構４により加熱ローラ２に押し当てられている加圧ローラ３と、誘導加熱を利用して、金属導電層２ｃを発熱させる誘導加熱装置６とを備えている。【選択図】図１
2006259732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成され、最大外径と最小外径が、０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲の差を有する第１の弾性層と、
前記第１の弾性層の外側に配置されている導電層とを備えることを特徴とした加熱ローラ。
【請求項２】
前記第１の弾性層の硬度は、デュロメータＥタイプによる測定で、２５度以上４５度以内であることを特徴とした請求項１に記載の加熱ローラ。
【請求項３】
前記第１の弾性層は、前記最小外径を有する中央部と、前記中央部の両側に配置され前記最大外径を有する端部とを含み、前記端部の厚さが５.０ｍｍ以上で、最大外径と最小外径は、０．２ｍｍよりも大きく３．０ｍｍよりも小さい範囲の差を有することを特徴とした請求項１あるいは２に記載の加熱ローラ。
【請求項４】
前記第１の弾性層は、前記最小外径を有する中央部と、前記中央部の両側に配置され前記最大外径を有する端部とを含み、前記端部の厚さが７.５ｍｍ以上で、最大外径と最小外径は、０．２ｍｍよりも大きく３．５ｍｍよりも小さい範囲の差を有することを特徴とした請求項１あるいは２に記載の加熱ローラ。
【請求項５】
前記導電層は、外周に一体的に形成されている離型層をさらに有することを特徴とした請求項１ないし４のいずれか１項に記載の加熱ローラ。
【請求項６】
前記導電層は、外周に一体的に形成されている第２の弾性層をさらに有することを特徴とした請求項１ないし５のいずれか１項に記載の加熱ローラ。
【請求項７】
円筒形状に形成され、軸部材の外周面上に配置されている弾性部材と、
前記弾性部材の外周面上に配置されている導電層と、
前記軸部材および前記導電層と共に、前記弾性部材を密閉しているフィルターとからなることを特徴とした加熱ローラ。
【請求項８】
前記フィルターは、活性炭フィルターであることを特徴とした請求項７に記載の加熱ローラ。
【請求項９】
前記フィルターは、前記弾性部材の軸方向の両端に配置されていることを特徴とする請求項７あるは８に記載の加熱ローラ。
【請求項１０】
前記フィルターは、ベンゼン核を含まない接着剤により、前記軸部材と前記導電層と接合されていることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載の加熱ローラ。
【請求項１１】
最小外径を有する中央部と、前記中央部の両側に配置され最大外径を有する端部とを含む弾性部材と、前記弾性部材の外周面上に配置されている導電層とを含み、加熱時の表面硬度と非加熱時の表面硬度とが異なる加熱部材と、
加圧機構により前記加熱部材に押し当てられている加圧部材と、
誘導加熱を利用して、前記導電層を発熱させる加熱機構とを備えることを特徴とした定着装置。
【請求項１２】
前記加熱部材は、前記加熱時の表面硬度の方が、前記非加熱時の表面硬度よりも高いことを特徴とする請求項１１に記載の定着装置。
【請求項１３】
前記加圧部材の表面硬度は、前記加熱部材の加熱時の表面硬度よりも高いことを特徴とする請求項１１あるいは１２に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、用紙上の現像剤像を定着させる定着装置、特に、誘導加熱方法を利用する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル技術を利用した画像形成装置たとえば電子複写機は、加熱により溶融された現像剤像を圧力を加えることで用紙に定着させる定着装置を有している。
【０００３】
定着装置は、現像剤例えばトナーを溶融させる加熱ローラと、この加熱ローラに所定の圧力を提供する加圧ローラとを備え、加熱ローラと加圧ローラとの接触領域（ニップ部）には所定の接触幅（ニップ幅）が形成される。このニップ部を通過する用紙には、加熱ローラからの熱によって溶かされた用紙上の現像剤像が、加圧ローラからの圧力により定着する。そして近年、加熱ローラの外側に薄膜の金属導電層を形成し、この金属導電層を誘導加熱を利用して発熱させる誘導動加熱装置が利用されている。
【０００４】
例えば、断熱性に優れ、加熱による立ち上がりが速く、弾性を必要とするローラにも適用可能な弾性および断熱性を備えたローラ及びこれを用いた加熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、記録紙の搬送方向における加熱ローラと加圧ローラとの接触長さであるニップ幅を充分に大きく形成し、記録紙上にトナーが充分融着し剥離することのない良好な品質の定着画像を得ることができる定着温度の範囲である非オフセット域を広くする技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２９５４５２号公報
【特許文献２】特開２００２−２１３４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この加熱ローラと加圧ローラとのニップ部に形成されるニップ幅が充分に確保されないと、良好な画像が形成されない問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためのものであって、その目的は、加熱部材と加圧部材との間に一定以上のニップ幅を確保することができる定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によると、加熱ローラは、円筒状に形成され、最大外径と最小外径が、０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲の差を有する第１の弾性層と、前記第１の弾性層の外側に配置されている導電層とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の一態様によると、加熱ローラは、円筒形状に形成され、軸部材の外周面上に配置されている弾性部材と、前記弾性部材の外周面上に配置されている導電層と、前記軸部材および前記導電層と共に、前記弾性部材を密閉しているフィルターとを備え、外部への通気は前記フィルターを介してのみであることを特徴としている。
【００１０】
さらに、本発明の一態様によると、定着装置は、最小外径を有する中央部と、前記中央部の両側に配置され最大外径を有する端部とを含む弾性部材と、前記弾性部材の外周面上に配置されている導電層とを含み、加熱時の表面硬度と非加熱時の表面硬度とが異なる加熱部材と、加圧機構により前記加熱部材に押し当てられている加圧部材と、誘導加熱を利用して、前記導電層を発熱させる加熱機構とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、加熱部材と加圧部材との間に一定以上のニップ幅を確保することができる定着装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る定着装置１の一例を示す。
【００１４】
図１に示すように、定着装置１は、用紙Ｑ上のトナーＴを加熱する加熱部材（加熱ローラ）２と、加熱ローラ１に所定の圧力を与える加圧部材（加圧ローラ）３とを有する。
【００１５】
加熱ローラ２は、定着装置１の所定の位置で固定され、軸部材２ａと、この周りに配置される第1の弾性層（以下弾性部材と記す）２ｂと、金属導電層２ｃと、第２の弾性層２ｄと、離型層２ｅとを有し、図示しない駆動モータにより矢印ＣＷ方向に回転される。この加熱ローラ２の回転に伴い、加圧ローラ３は、矢印ＣＣＷ方向に回転される。
【００１６】
本実施の形態においては、弾性部材２ｂは、例えばシリコンゴム等を発泡させた発泡ゴムにより構成されている。また、金属導電層２ｃは、厚さ０．３μｍ〜２ｍｍ程度のアルミニウム、ニッケルあるいは鉄等により構成されている。第２の弾性層２ｄは、厚さ数μｍ程度の例えばシリコンを含有するゴム（弾性体）により構成されている。離型層２ｅは、最外周部分に厚さ３０μｍ程度で形成され、フッ素樹脂（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、もしくはＰＦＡとＰＴＦＥの混合物）により構成されている。また、加熱ローラ２は、外径４５ｍｍに形成されている。
【００１７】
加圧ローラ３は、軸部材３ａと、この外側に配置される弾性部材（例えばシリコンゴム）３ｂと、離型層（例えばフッ素ゴム）３ｃを含む。加圧機構（圧力提供機構）４は、この軸部材３ａと接続されている軸受け部材４ａを介して、加圧スプリング４ｂにより、加圧ローラ３を加熱ローラ２に向かって押し当てている。これにより、加熱ローラ２と加圧ローラ３の接触部には、用紙Ｑの搬送方向に一定以上の幅（ニップ幅）を有するニップ部が形成される。
【００１８】
加熱ローラ２の周囲には、加熱ローラ２と加圧ローラ３とのニップ部から回転方向の下流側に、用紙Ｑを加熱ローラ２から剥離するための剥離用ブレード５と、励磁コイル６ａを含み加熱ローラ２の金属導電層２ｃに所定の磁界を提供する誘導加熱装置６と、加熱ローラ２に付着するオフセットされたトナーや紙粉等のゴミを除去するためのクリーニング部材７とが、回転方向順に設けられている。また、加熱ローラ２の長手方向には、加熱ローラ２の温度を検出するサーミスタ８と、加熱ローラ２の表面温度の異常を検知して加熱ローラ２を加熱させるための電力の供給を停止させるサーモスタッド９が配置されている。なお、サーミスタ８は、加熱ローラ２の長手方向に複数設けられることが好ましく、サーモスタッド９は、加熱ローラ２の長手方向に少なくとも１つ以上設けられることが好ましい。
【００１９】
加圧ローラ３の周囲には、用紙Ｑを加圧ローラ３から剥離するための剥離用ブレード１０と、加圧ローラ３に付着するトナーを除去するためのクリーニング部材１１が配置されている。
【００２０】
図示しない励磁回路（インバータ回路）から、誘導加熱装置６の励磁コイル６ａに高周波電流が提供されると、励磁コイル６ａから所定の磁界が発生され、加熱ローラ２の金属導電層２ｃに渦電流が流れる。すると、金属導電層２ｃの抵抗にジュール熱が発生し、加熱ローラ２は発熱する。
【００２１】
この加熱ローラ２からの熱により溶融されたトナーＴは、トナーＴが付着している用紙Ｑが加熱ローラ２と加圧ローラ３とのニップ部を通過して、加圧ローラ３により所定の圧力が加えられることで、用紙Ｑに定着される。
【００２２】
このように、本発明の定着装置は、誘導加熱を利用して、加熱ローラ２の外周面に形成される金属導電層２ｃを発熱させるため、熱損失が少なく、エネルギー効率がよく、加熱ローラ２を短時間で一定の温度まで昇温できる。
【００２３】
（第１の実施の形態）
次に、図２、図３および図４を用いて、図１に示した加熱ローラ２に適用される加熱ローラの一例について詳細に説明する。図２は、本実施の形態に適用可能な加熱ローラ２の概略図を示す。図３は、図２に示した加熱ローラ２の弾性部材の硬度、厚さおよび直径差に応じた画像品質の良否および用紙Ｑの紙シワの検出結果を示す表である。図４は、図２に示した加熱ローラ２の加熱時の表面硬度と非加熱時の表面硬度の検出結果を示す表である。
【００２４】
図２に示す通り、弾性部材２ｂは、最小外径ｒ１を有する中央部２１ｂと、中央部２１ｂの両側に位置し最大外径ｒ２を有する端部２２ｂ，２３ｂを含む。
【００２５】
中央部２１ｂは、軸方向に長さＤ１、厚さｒ３に形成されている。端部２２ｂ，２３ｂは、軸方向に長さＤ２、厚さｒ４に形成されている。また、弾性部材２ｂは、軸方向に一定の外径を有する軸部材２ａの上に形成されている。つまり、中央部２１ｂの厚さｒ３は、端部２２ｂ，２３ｂの厚さｒ４よりも薄い。
【００２６】
弾性部材２ｂは、例えば、プライマ−を塗布された軸部材２ａに発泡剤等を添加した粘土状のシリコンゴムを塗布し、スポンジ状に発泡させて、形成することができる。例えば、発泡率あるいは材料等を選択することにより、所望の硬度および厚さを有する弾性部材２ｂを形成することができる。
【００２７】
そして、弾性部材２ｂは、一定以上のニップ幅を確保して良好な画像形成が実行でき、かつ紙シワが形成されないような範囲の最小外径ｒ１と最大外径ｒ２の差を有する。詳細には、図３に示される通り、弾性部材２ｂは、硬度や厚さを変えることにより、０．２ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下の範囲の最小外径ｒ１と最大外径ｒ２との差を有する。なお、図３は、異なる設定値を有する弾性部材２ｂの「品質試験」の結果を示す。この「品質試験」とは、所定の厚さ（３．０〜７．５ｍｍ）および所定の硬度（２５〜４５度）を有するタイプＡ〜Ｉに区別して、タイプＡ〜Ｉのそれぞれと対応する所定の外径差（０．０〜３．５ｍｍ）を有する弾性部材２ｂのサンプルを用意し、このサンプルを定着装置１に組み込み、用紙Ｑに画像を形成する試験である。
【００２８】
図３に示す通り、硬度が３５度、４５度で、厚さが３．０ｍｍ、５．０ｍｍで、弾性部材２ｂの最小外径ｒ１と最大外径ｒ２の差が、０．２ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下の範囲内であれば、良好な画質の画像が形成され、かつ紙シワも形成されなかった。硬度が３５度、４５度で、厚さが５．０ｍｍ、７．５ｍｍで、弾性部材２ｂの最小外径ｒ１と最大外径ｒ２の差が、０．４ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下の範囲内であれば、良好な画質の画像が形成され、かつ紙シワも形成されなかった。硬度が３５度あるいは４５度で、厚さが７．５ｍｍで、弾性部材２ｂの最小外径ｒ１と最大外径ｒ２の差が、０．４ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下の範囲内であれば、良好な画質の画像が形成され、かつ紙シワも形成されなかった。また、タイプＡ〜Ｉの全てにおいて、良好な画質の画像が形成され、かつ紙シワも形成されなかった範囲は、弾性部材２ｂの最小外径ｒ１と最大外径ｒ２の差が、０．４ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下であった。
【００２９】
このように、少なくとも０．２ｍｍ以上の外径差を有する弾性部材２ｂを形成することにより、加熱により熱膨張した場合であっても、所望のニップ幅を確保できるため、良好な画像を形成することができた。また、硬度が低いと弾性部材２ｂに含まれる空気も多くなり、また、同じ硬度であっても、厚さが厚くなると、その分弾性部材２ｂに含まれる空気も多くなる。このため、加熱により熱膨張量が多くなり、硬度の低い弾性部材２ｂの方が、硬度が低い加熱部材２ｂに比べて大きくなる。よって、一部のサンプルにおいては、０．２ｍｍの外径差では良好な画像が形成されなかったが、０．４ｍｍ以上の外径差を確保することにより、良好な画像を形成することができた。
【００３０】
上述の通り、弾性部材２ｂは、最小外径ｒ１と最大外径ｒ２の差が、少なくとも０．４ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下の範囲内であれば、良好な画質の画像が形成され、かつ紙シワも形成されない。そして、硬度や厚さを変えることにより、最小外径ｒ１と最大外径ｒ２の差が、０．２ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下の範囲を有する弾性部材２ｂを利用することができる。
【００３１】
これにより、良好な画像が形成でき、且つ紙シワも形成できない。
【００３２】
なお、２５度より小さく、４５度より大きい硬度の弾性部材２ｂを用いて加熱ローラ２を作成した場合、加熱ローラとしての機能が全く満たされないものしかできなかった。
【００３３】
さらに、加熱ローラ２は、加熱時において、非加熱時の表面硬度と異なる表面硬度を有する。詳細には、加熱時の表面硬度の方が、非加熱時の表面硬度に比べて高く、図４に示した「加熱による硬度変化試験」の結果に示される通り、表面硬度は、最大で９度も高くなった。なお、この図４に示される「加熱による硬度変化試験」とは、最小外径ｒ１と最大外径ｒ２との外径差が、それぞれ、０，０．８，１．０，１．６，２．０ｍｍである弾性部材２ｂのサンプルを用意し、これらサンプルが加熱装置６により加熱される前の硬度（非加熱時の硬度）と、加熱された後の硬度（加熱時の硬度）を測定する試験である。なお、加熱した後の硬度とは、加熱ローラ２と加圧ローラ３とを接触させ、加熱ローラ２を回転させながら誘導加熱装置７により加熱ローラ２を加熱し、加熱ローラ２が定着温度である１８０℃になったときに測定された加熱ローラ２の表面硬度である。
【００３４】
図４に示される通り、非加熱時の表面硬度および加熱時の表面硬度は、外径差が０（ゼロ）の場合で一番高く、外径差が大きくなると共に、非加熱時および加熱時のそれぞれの表面硬度は低くなった。そして、加熱時の表面硬度は、外径差が０（ゼロ）の場合で一番高く、外径差が１．６ｍｍ，２．０ｍｍの場合においては、加熱時の表面硬度が対策なしの加熱前の表面硬度とほぼ同程度であった。なお、加圧ローラ３は、この加熱ローラ２の加熱時の表面硬度よりも高い表面硬度を有する。
【００３５】
これは、弾性部材２ｂと、金属導電層２ｃ、第２の弾性層２ｄ、離型層２ｅを含む積層（以下導電層積層と記す）との熱膨張係数が異なるためであって、膨張した弾性部材２ｂが導電層積層を押し上げることに起因している。
【００３６】
なお、中央部２１ｂは、加熱ローラ２と加圧ローラ３との間を搬送される用紙Ｑが通過する領域として定義される通紙領域を含む。このため、中央部２１ｂの軸方向の長さＤ１は、少なくとも通紙領域よりも長い長さを有する。本実施の形態において、中央部２１ｂの軸方向の長さＤ１は、Ａ３サイズの用紙の短い方の一辺の長さ（２９７ｍｍ）よりわずかに長い長さとして、例えば３１０ｍｍである。ちなみに、中央部２１ｂと端部２２ｂ，２３ｂとの境目にある段差部分が、通紙領域内に存在していると、この通紙領域を通過する用紙Ｑに係る圧力が部分的に集中してしまい、画像不良や紙シワが発生する虞がある。
【００３７】
また、図３に示した弾性部材２ｂの硬度は、ＪＩＳ６２５３−１９９７の加硫ゴムおよび熱可塑性ゴムの硬さ試験方法で規定されているＡＳＫＡＲ−タイプＥデュロメータにより測定されている。
【００３８】
（第２の実施の形態）
次に、図５および図６を用いて、図１に示した加熱ローラ２に適用される加熱ローラの他の例について詳細に説明する。図５は、本実施の形態に適用可能な加熱ローラ２の概略斜視図を示す。図６は、図５に示した加熱ローラ２の断面図である。
【００３９】
図５および図６に示す通り、加熱ローラ２は、軸部材２ａと、弾性部材２ｂと、弾性部材２ｂと、導電層積層２ｃｄｅと、フィルター２ｆを備える。なお、導電層積層２ｃｄｅは、金属導電層２ｃ，第２の弾性層２ｄ、離型層２ｅからなる積層である。
【００４０】
導電層積層２ｃｄｅは、図６に示されるように、弾性部材２ｂよりも少し長い長手方向の長さを有し、弾性部材２ｂの両端より少し飛び出している。
【００４１】
フィルター２ｆは、この弾性部材２ｂの両端に配置され、ベンゼン核（ベンゼン環）を含まない接着剤２ｓにより、軸部材２ａおよび導電層積層２ｃｄｅのそれぞれと接合されている。よって、弾性部材２ｂは、軸部材２ａ、導電層積層２ｃｄｅ、およびフィルター２ｆにより密閉されている。すなわち、外部への通気は、フィルターを介してのみ行われる。このフィルター２ｆとしては、ベンゼン等に代表される有毒ガスを除去できるフィルター（例えば活性炭フィルター）が利用できる。
【００４２】
これにより、加熱ローラ２が誘導加熱装置６に加熱され、弾性部材２ｂから有毒なガスが発生した場合であっても、有毒ガスは、フィルター２ｆを通過することができず、有毒ガスが除去された空気が外部に排出される。
【００４３】
また、接着剤２ｓもベンゼン核を含まない接着剤であるため、加熱されて有毒ガスは発生されない。
【００４４】
よって、ユーザが安心して利用できる定着装置を提供することができる。
【００４５】
また、上述のように、弾性部材２ｂから有害ガスを発生させないため、弾性部材２ｂは、分子骨格にベンゼン核を含まないシリコンゴムとして例えばジメチルシリコンゴムを発泡させた発泡ゴムにより構成されてもよい。このジメチルシリコンゴムは、本実施の形態のように、１００度以上の高温に加熱される場合であっても、ベンゼンに代表されるような有毒ガスを発生しない。
【００４６】
よって、有毒ガスが外部に排出されることはなく、ユーザが安心して利用できる定着装置を提供することができる。
【００４７】
なお、弾性部材２ｂの発泡ゴムを製造する際に一般的に使用される発泡剤や架橋剤、添加剤等にも、ベンゼン核を含まないものを使用することが好ましい。
【００４８】
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。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４９】
例えば、第１の弾性層２ｂは、例えば、連続気泡が形成されている発泡ゴムにより構成されていてもよく、図２に示すように、端部と中央部が別部材からなる弾性部材２ｂにおいては、すくなくとも端部分が連続気泡の発泡ゴムにより構成されていることが好ましい。また、発泡ゴムとしては、シリコンゴム以外にも、ポリイミドを発泡させたものが利用可能である。さらに、弾性部材２ｂとしては、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド材料を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態が適用可能な定着装置の一例を説明する概略図。
【図２】図１に示した加熱ローラの一例を示す概略図。
【図３】図２に示した加熱ローラの品質試験の結果を示す表。
【図４】図２に示した加熱ローラの加熱による硬度変化試験の結果を示す表。
【図５】図１に示した加熱ローラの他の例を説明するための断面図。
【図６】図５に示した加熱ローラ２の断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１・・・定着装置、２・・・加熱ローラ、２ａ・・・軸部材、２ｂ・・・第１の弾性層、２ｃ・・・金属導電層、２ｄ・・・第２の弾性層、２ｅ・・・離型層、３・・・加圧ローラ、４・・・加圧機構、５・・・剥離用ブレード、６・・・誘導加熱装置、７・・・クリーニング部材、８・・・サーミスタ、９・・・サーモスタッド、１０・・・剥離用ブレード。
【図１】
2006259732.tif 000003
【図２】
2006259732.tif 000004
【図３】
2006259732.tif 000005
【図４】
2006259732.tif 000006
【図５】
2006259732.tif 000007
【図６】
2006259732.tif 000008