(57)【要約】【課題】紙サイズの異なる種々の紙を用いても、回転発熱体の外径差を最小限に押さえつつ、紙サイズの異なるを種々の紙に対して紙シワの発生を抑制することができると共に、回転発熱体を構成するゴム層の肉厚を薄くして回転発熱体の立ち上がり時間を短くすることができる回転発熱体を提供する。【解決手段】励磁手段３による励磁により渦電流が発生して発熱する回転発熱体２において、（イ）前記回転発熱体２の外径サイズが、該回転発熱体２の回転軸方向の中央部より両端部まで漸次拡大されるように設定され、且つ、（ロ）前記回転発熱体２の外径変化量が、用紙サイズ毎に適した該回転発熱体の外径変化量となるように、該回転発熱体２の回転軸方向の中央部から両端部に向かって、用紙サイズの数に合わせた数の該回転発熱体の外径変化量にそれぞれ設定されているものとする。【選択図】図１
2008070651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁手段による励磁により渦電流が発生して発熱する回転発熱体において、
（イ）前記回転発熱体の外径サイズが、該回転発熱体の回転軸方向の中央部より両端部まで漸次拡大されるように設定され、且つ、
（ロ）前記回転発熱体の外径変化量が、用紙サイズ毎に適した該回転発熱体の外径変化量となるように、該回転発熱体の回転軸方向の中央部から両端部に向かって、用紙サイズの数に合わせた数の該回転発熱体の外径変化量にそれぞれ設定されている
ことを特徴とする回転発熱体。
【請求項２】
前記用紙サイズの数に合わせた数の前記回転発熱体の外径変化量が、それぞれ、該回転発熱体の回転軸方向の中央部から両端部に向かって漸次拡大するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転発熱体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転発熱体と、該回転発熱体に当接するようにその軸方向に設けられた定着ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラの弾性層を構成するゴムのゴム硬度が、６０°以下であることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
未定着のトナーの画像面が、前記回転発熱体に対向する定着ローラの面と接していることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記回転発熱体の肉厚が、０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３又は４に定着装置。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式により転写紙に転写されたトナー画像を熱定着するのに用いられる、励磁手段による励磁により渦電流が発生して発熱する、回転発熱体及びそれを有する定着装置、並びに、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、導電層を有するスリーブと、このスリーブとの圧接部に圧接ニップ部を形成する導電層を有する加圧部材と、この圧接ニップ部内に磁束を形成し該磁束を前記各導電層に作用させ、該各導電層に渦電流を発生させて発熱させる交番磁場発生手段とを有し、被加熱材を前記圧接ニップ部に挟持搬送させて加熱する加熱装置において、前記スリーブの導電層を少なくとも強磁性体と非磁性体の２層構成とし該導電層の最内層が強磁性体であり、前記強磁性体と前記非磁性体の厚みの比が２．５から６０であるものが提案されている（特許文献１を参照。）。この定着装置によれば、紙しわの発生がスリーブのたわみによって防止される。
【特許文献１】特開２０００-３９７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の励磁手段による励磁により渦電流が発生して発熱する回転発熱体を有する電子写真装置の定着装置においては、該回転発熱体の肉厚は、０．２〜０．８ｍｍ程度とされているが、該回転発熱体の立ち上がり時間を短縮するためには、そのゴム層の厚さも０．８ｍｍ以下にすることが好ましいとされている。しかしながら、ゴム層が薄くなると転写材としての紙のシワを抑制するためのつづみ量が大きくなるが、芯金肉厚、ゴム厚ともに薄い上記のような発熱回転体においては、外径差を持たせることは難しいという問題があった。
【０００４】
通常、このようなゴム層を有する回転発熱体においては、ゴム層の厚さに偏差を設けて該回転発熱体に外径差を持たせているが、ゴム層が薄くなると厚さの偏差が小さくなるので、外径差も規制される。例えば、回転発熱体のゴム厚が０．５ｍｍの場合、肉厚の偏差は最大で０．５ｍｍとなり、該回転発熱体の外径差は最大で１ｍｍとなる。また、ゴム厚の偏差を大きくすると熱伝導の偏差が生じるので、未定着画像へ与える熱量の偏差が生じ、そのために、濃度ムラ等の原因となる。それ故、画像への影響を考えると肉厚の偏差はできるだけ小さくする必要があり、肉厚の偏差は１０％程度とすることが好ましい。
【０００５】
このような回転発熱体をトナー層の厚いカラー電子写真装置における加圧ローラとして用いるためには、定着ローラと、それに対向する加圧ローラで形成されるニップ幅を広くする必要があるので、前記したようなゴム厚の薄い発熱回転体を加圧ローラとして用いる場合には、それに対向する定着ローラとしては、低硬度であるものが要求されるが、このような低硬度の定着ローラにおいては、外径差を有する構造にしても、紙シワを抑制する効果が乏しいという問題があった。このように、カラー電子写真装置の立ち上がり時間を短縮するために、芯金の肉厚、及び、ゴム厚の薄い回転発熱体を加圧ローラとして用いたカラー定着装置においては、紙シワの発生を抑制することは非常に難しいという問題があった。このようなカラー定着装置においては、本来の目的である立ち上がり時間短縮を犠牲にしても、回転発熱体のゴム厚を厚くすること等によって紙シワの発生をを抑制してきた。
【０００６】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
【０００７】
即ち、本発明は、紙サイズの異なる種々の紙を用いても、回転発熱体の外径差を最小限に押さえつつ、紙サイズの異なるを種々の紙に対して紙シワの発生を抑制することができると共に、回転発熱体を構成するゴム層の肉厚を薄くして回転発熱体の立ち上がり時間を短くすることができる回転発熱体、及び、それを有する定着装置、並びに、画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、励磁手段による励磁により渦電流が発生して発熱する回転発熱体において、
（イ）前記回転発熱体の外径サイズが、該回転発熱体の回転軸方向の中央部より両端部まで漸次拡大されるように設定され、且つ、
（ロ）前記回転発熱体の外径変化量が、用紙サイズ毎に適した該回転発熱体の外径変化量となるように、該回転発熱体の回転軸方向の中央部から両端部に向かって、用紙サイズの数に合わせた数の該回転発熱体の外径変化量にそれぞれ設定されている
ことを特徴とする回転発熱体である。
【０００９】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記用紙サイズの数に合わせた数の前記回転発熱体の外径変化量が、それぞれ、該回転発熱体の回転軸方向の中央部から両端部に向かって漸次拡大するように設定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載の回転発熱体と、該回転発熱体に当接するようにその軸方向に設けられた定着ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラの弾性層を構成するゴムのゴム硬度が、６０°以下であることを特徴とする定着装置である。
【００１１】
請求項４に記載された発明は、請求項３に記載された発明において、未定着のトナーの画像面が、前記回転発熱体に対向する定着ローラの面と接していることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に記載された発明は、請求項３又は４に記載された発明において、前記回転発熱体の肉厚が、０．８ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６に記載された発明は、請求項３〜５のいずれか１項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載された発明によれば、励磁手段による励磁により渦電流が発生して発熱する回転発熱体において、（イ）前記回転発熱体の外径サイズが、該回転発熱体の回転軸方向の中央部より両端部まで漸次拡大されるように設定され、且つ、（ロ）前記回転発熱体の外径変化量が、用紙サイズ毎に適した該回転発熱体の外径変化量となるように、該回転発熱体の回転軸方向の中央部から両端部に向かって、用紙サイズの数に合わせた数の外径変化量にそれぞれ設定されているので、紙サイズの異なる種々の紙を用いても、回転発熱体の外径差を最小限に押さえつつ、紙サイズの異なるを種々の紙に対して紙シワの発生を抑制することができると共に、回転発熱体を構成するゴム層の肉厚を薄くして回転発熱体の立ち上がり時間を短くすることができる回転発熱体を提供することができる。
【００１５】
請求項２に記載された発明によれば、前記用紙サイズの数に合わせた数の前記回転発熱体の外径変化量が、それぞれ、該回転発熱体の回転軸方向の中央部から両端部に向かって漸次拡大するように設定されているので、該回転発熱体の央部ほど外径変化量が少なくなり、そのために、ゴム肉厚を厚くする必要が無く、該回転発熱体の熱容量を大きくしないで済み、よって、励磁により渦電流が発生して発熱する該回転発熱体が持つ本来の目的である立ち上がり時間をいっそう短くすることができる。
【００１６】
請求項３に記載された発明によれば、請求項１又は２に記載の回転発熱体と、該回転発熱体に当接するようにその軸方向に設けられた定着ローラと、を有する定着装置において、該定着ローラの弾性層を構成するゴムのゴム硬度が６０°以下であるので、定着ニップ幅を広くすることが可能となり、そのために、転写材上のトナー量が多いカラー画像においても未定着のトナー画像を転写材上に固定するのに十分な熱量を与えることができる。
【００１７】
請求項４に記載された発明によれば、未定着のトナーの画像面が前記回転発熱体に対向する定着ローラの面と接しているので、トナーと定着ローラの粘着による巻き付きが発生しにくくなり、そのために、別途に転写材と定着ローラの巻き付きを規制する爪等の分離部材を設ける必要がなくなる。それ故、部品点数の増加によるコストアップを防ぐことができる上に、分離部材による定着ローラへのアタックが無くなり、経時での画像品質の悪化を抑制することができる。
【００１８】
請求項５に記載された発明によれば、前記回転発熱体の肉厚が０．８ｍｍ以下であるので、立ち上がり時間短縮への悪影響を最小限にすることができ、そのために、両面印刷時の第１面トナー画像の劣化に対して余裕度を向上することができる。
【００１９】
請求項６に記載された発明によれば、請求項３〜５のいずれか１項に記載の定着装置を有する画像形成装置であるので、用紙サイズの異なるを種々の用紙に対して紙シワの発生を抑制することができると共に、回転発熱体の立ち上がり時間を短くすることができ、しかも、爪等の転写材と定着部材との巻き付きを規制する部材を別途必要としない、経時での画像品質を安定させた、両面カラー画像に対応可能な画像形成装置を低コストで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】
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態を示す定着装置の概略説明図である。図２は、実施例１で得られた回転発熱体のゴム端部基準と回転発熱体の半径との関係を示すグラフである。
【００２１】
本発明者は、回転発熱体（加圧ローラ）の外径差を最小限に抑えるための開発を進めてきたところ、回転発熱体の軸方向の変位に対する回転発熱体の外径変化量が紙シワの発生に影響するので、用紙幅によって紙シワの発生を抑制するのに必要な回転発熱体の外径変化量が異なることを見出した。具体的には、用紙幅が狭ければ、回転発熱体の外径変化量は小さくても紙シワの発生を抑制できるが、用紙幅が広くなると、紙シワを抑制するのに必要な回転発熱体の外径変化量は大きくなる。その理由は次のとおりである。用紙を定着ニップ部を通過させる際に、用紙中央部に比べて用紙の端部線速を早くして、用紙の端部を引っ張り気味に搬送すると、紙シワの発生を抑制することができるからである。それ故、用紙幅が広くなると、紙シワの発生を抑制するためには、用紙をより引っ張り気味に搬送する必要があり、そのためには、回転発熱体の外径変化量を大きくする必要がある。本発明によれば、回転発熱体の外径変化量を用紙サイズ毎に適したものになるように、回転発熱体の回転軸方向の中央部から両端部に向かって、用紙サイズの数に合わせた数の回転発熱体の外径変化量にそれぞれ設定したので、回転発熱体の軸方向中央部の外径変化量が小さくなり、そのために、従来の回転発熱体に比べて、回転発熱体の外径差を小さくすることと紙シワの発生を抑制することを両立させることができる。
【００２２】
即ち、図１に示されているように、本発明の回転発熱体（加圧ローラ）２は、励磁手段（励磁コイル）３による励磁により渦電流が発生して発熱するものである。具体的には、励磁回路によって励磁コイル３に印加される交流電流によって発生する磁束が、高透磁率なフェライトコア４に導かれて、回転発熱体２の芯金に磁束と渦電流とを発生さ、この渦電流と回転発熱体２の芯金の固有抵抗とにより熱が発生する。図１においては、加熱ローラ２の外面を軸方向に間隔を覆うように設けられた励磁コイル３と該励磁コイル３に対抗するように回転発熱体２に埋め込まれたフェライトコア４との間に渦電流が発生して回転発熱体２が発熱される。そして、（イ）前記回転発熱体２の外径サイズは、該回転発熱体２の回転軸方向の中央部より両端部まで漸次拡大されるように設定され、且つ、（ロ）前記回転発熱体２の外径変化量が、用紙サイズ毎に適した該回転発熱体２の外径変化量となるように、該回転発熱体２の回転軸方向の中央部から両端部に向かって、用紙サイズの数に合わせた数の外径変化量にそれぞれ設定されている。例えば、図２及び表１に示されているように、本発明の実施例１で得られた回転発熱体２は、４種類の用紙サイズに合わせて４種類の外径変化量にそれぞれ設定されている。
【００２３】
このように、励磁手段による励磁により渦電流が発生して発熱する回転発熱体２において、（イ）前記回転発熱体２の外径サイズが、該回転発熱体２の回転軸方向の中央部より両端部まで漸次拡大されるように設定され、且つ、（ロ）前記回転発熱体２の外径変化量が、用紙サイズ毎に適した該回転発熱体２の外径変化量となるように、該回転発熱体２の回転軸方向の中央部から両端部に向かって、用紙サイズの数に合わせた数の外径変化量にそれぞれ設定されていると、紙サイズの異なる種々の紙を用いても、回転発熱体２の外径差を最小限に押さえつつ、紙サイズの異なるを種々の紙に対して紙シワの発生を抑制することができると共に、回転発熱体２を構成するゴム層の肉厚を薄くして回転発熱体２の立ち上がり時間を短くすることができる回転発熱体を提供することができる。
【００２４】
本発明においては、前記用紙サイズの数に合わせた数の前記回転発熱体２の外径変化量は、それぞれ、該回転発熱体２の回転軸方向の中央部から両端部に向かって漸次拡大するように設定されている。このように、前記用紙サイズの数に合わせた数の前記回転発熱体２の外径変化量が、それぞれ、該回転発熱体２の回転軸方向の中央部から両端部に向かって漸次拡大するように設定されていると、該回転発熱体２の央部ほど外径変化量が少なくなり、そのために、ゴム肉厚を厚くする必要が無く、該回転発熱体２の熱容量を大きくしないで済み、よって、励磁により渦電流が発生して発熱する該回転発熱体２が持つ本来の目的である立ち上がり時間をいっそう短くすることができる。
【００２５】
図１に示されているように、本発明の定着装置１０は、請求項１又は２に記載の回転発熱体２と、該回転発熱体２に当接するようにその軸方向に設けられた定着ローラ１と、を有している。前記定着ローラ１は、芯金の上にスポンジゴムからなる弾性層を有し、最外面にフッ素樹脂チューブからなる離型層を有している。そして、本発明の定着装置１０においては、前期定着ローラ１の弾性層を構成するゴムのゴム硬度は、好ましくは、６０°以下であ。このように、請求項１又は２に記載の回転発熱体２と、該回転発熱体２に当接するようにその軸方向に設けられた定着ローラ１と、を有する定着装置１０において、該定着ローラ２の弾性層を構成するゴムのゴム硬度が６０°以下であると、定着ニップ幅を広くすることが可能となり、そのために、転写材上のトナー量が多いカラー画像においても未定着のトナー画像を転写材（記録紙）上に固定するのに十分な熱量を与えることができる。
【００２６】
本発明においては、未定着のトナー６の画像面は、好ましくは、前記回転発熱体２に対向する定着ローラ１の面と接している。このように、未定着のトナー６の画像面が前記回転発熱体２に対向する定着ローラ１の面と接していると、トナー６と定着ローラの粘着による巻き付きが発生しにくくなり、そのために、別途に用紙、即ち、転写材と定着ローラの巻き付きを規制する爪等の分離部材を設ける必要がなくなる。それ故、部品点数の増加によるコストアップを防ぐことができる上に、分離部材による定着ローラへのアタックが無くなり、経時での画像品質の悪化を抑制することができる。
【００２７】
本発明においては、前記回転発熱体２の肉厚は、好ましくは、０．８ｍｍ以下である。このように、前記回転発熱体２の肉厚が０．８ｍｍ以下であると、立ち上がり時間短縮への悪影響を最小限にすることができ、そのために、両面印刷時の第１面トナー画像の劣化に対して余裕度を向上することができる。
【００２８】
図２に示されているように、本発明の画像形成装２０は、請求項３〜５のいずれか１項に記載の定着装置１０を有している。このように、請求項３〜５のいずれか１項に記載の定着装置１０を有していると、紙サイズの異なるを種々の紙に対して紙シワの発生を抑制することができると共に、回転発熱体の立ち上がり時間を短くすることができ、しかも、爪等の転写材と定着部材との巻き付きを規制する部材を別途必要としない、経時での画像品質を安定させた、両面カラー画像に対応可能な画像形成装置を低コストで提供することができる。
【００２９】
本発明の画像形成装置２０を詳しく説明すると、本発明の画像形成装置２０は、静電潜像が形成される感光体ドラム１１、感光体ドラム１１に接触して帯電処理を行う帯電ローラ１２、レーザビーム等の露光手段１３、感光体ドラム１１の静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ１４、帯電ローラ１２にＤＣ電圧を印加するためのパワーパック１５、感光体ドラム１１上のトナー像を用紙（記録紙）１７に転写処理する転写ローラ１６、転写処理後の感光体ドラム１１をクリーニングするためのクリーニング装置１８、及び、感光体ドラム１１の表面電位を測定する表面電位計１９を有し、そして、加熱ローラ２の外面を軸方向に間隔を覆うように設けられた励磁コイル３と該励磁コイル３に対抗するように回転発熱体に埋め込まれたフェライトコア４との間に渦電流を発生させて回転発熱体２を発熱させる定着装置１０を有している。
【００３０】
この画像形成装置２０は、回転する感光体ドラム１１の感光体層を帯電ローラ１２を用いて一様に帯電させた後にレーザビーム等の露光手段１３で露光して静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーによって現像することによりトナー像とし、このトナー像を用紙（記録紙）５上に転写し、そして、この記録紙５を、回転発熱体２と該回転発熱体２に対向して設けられた定着ローラ１との間に通過させて、該記録紙５の上に付着しているトナー像を該回転発熱体２の熱により軟化させつつ回転発熱体２で加圧して該記録紙５上に熱定着するように構成されている。以上、本発明の画像形成装置として、白黒画像を記録紙に形成するものについて説明したが、本発明の画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の各色で構成されるカラー画像を記録紙に形成するものについても同様に適用することができる。
【００３１】
（実施例１）
胴部径１４ｍｍ、ジャーナル部径１０ｍｍの芯金の周りに外径３０ｍｍ、 幅３０５ｍｍのシリコーンスポンジ層を金型成形により形成した後、そのシリコーンスポンジ層の外周にフッ素樹脂チューブを被覆して定着ローラとした。そして、外径３８ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの鉄製の芯金上に厚さ０．３ｍｍ、幅３１２ｍｍのシリコーンゴム層を注型成形により形成して加圧ローラとした。その際、図１に示されているような位置にフェライトコアを埋め込んで成形した。また、前記芯金上に形成されたシリコーンゴム層の外表面を、シリコーンゴム層を含む回転発熱体ローラ（加圧ローラ）の外径（半径）をシリコーンゴム層の端部を０としたときに、図３に示されるグラフＡのプロットで記されている形状を有しているものとした。このようにして得た定着ローラ及び加圧ローラ並びに励磁コイルを用いて図２に示されているような画像形成装置とした。そして、この加圧ローラに温度センサーを配置し、その温度センサーの情報に基づいて励磁コイルに印加する交流電流を制御して、加圧ローラ表面を１７０℃に調整した。
【００３２】
（比較例１）
シリコーンゴム層を含む回転発熱体ローラ（加圧ローラ）の外径（半径）をシリコーンゴム層の端部を０としたときに図３に示されるグラフＢのプロットで記されている形状を有しているものとした以外は、実施例１と同様にして画像形成装置とした。
【００３３】
以上、実施例１及び比較例１の構成を有する画像形成装置を用いてＡ４及びＡ３の用紙５０枚を両面で通紙して紙シワの発生の有無を調べた。Ａ４サイズの用紙においては、実施例１及び比較例１ともにシワの発生が無かったが、Ａ３サイズの用紙では比較例１においてシワが発生した。Ａ３サイズの用紙を通紙させる場合には、その用紙端部は、加圧ローラの０〜１１の部分と３０２〜３１２の部分を通過するが（図３を参照。）、この箇所の外径変化率（次に示す表１を参照。）を比較すると、実施例１では、６．３４×１０-4であるのに対して、比較例１では、３．８５×１０-4と小さい。
【００３４】
【表１】
2008070651.tif 000003
【００３５】
これらのことからすると、Ａ３用紙の端部付近の加圧ローラの外径変化率が小さいと、用紙の端部を外側に引っ張る力が十分に得られないので、紙シワが発生すると考えられる。これに対して、Ａ４の用紙を通紙する場合には、用紙の端部は、加圧ローラの４８〜１０７と２０５〜２６４の部分を通過する。この箇所の外径変化率は、比較例１が３．８５×１０-4であり、そして、実施例１が３．９０×１０-4であり、ほぼ同等であるので、実施例１及び比較例１ともに紙シワは発生していない。これらのことからすると、用紙サイズが小さくなると、外径変化率がちいさくても、シワの発生が抑制されると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態を示す加熱ローラの断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す加熱ローラを構成するアルミニウム芯金の内周面を研磨するサンドブラスト装置の概略説明図である。
【図３】加熱ローラの光沢度と昇温速度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１  定着ローラ
２  回転発熱体（加圧ローラ）
３  励磁手段（励磁コイル）
４  フェライトコア
５  用紙（記録紙）
１０  定着装置
２０  画像形成装置
【図１】
2008070651.tif 000004
【図２】
2008070651.tif 000005
【図３】
2008070651.tif 000006