(57)【要約】【課題】電磁誘導発熱層の剛性の低剛性化を容易に可能にして、所望の剛性を得ることのできる定着ローラ及びこれを備えた定着装置の提供。【解決手段】電磁誘導発熱層１３の外周円周面１３ａには、全幅（矢印Ｃ方向）及び全周（矢印Ｄ方向）に亘って、電磁誘導発熱層１３の上端縁１３ｃに対して垂直な縦線状の切り目１７ａと電磁誘導発熱層１３の上端縁１３ｃに対して平行な水平線状の切り目１７ｂとが４ｍｍ間隔で複数本、この発熱層１３の厚み方向で約１／２の厚みまで切り込まれている。従って、これらの切り目１７ａと１７ｂの形成によって、格子模様が形成され、正方形状の分割面１３ｂ、いわゆるクロスカット状の分割面１３ｂが幅方向（Ｃ方向）及び円周方向（Ｄ方向）に複数形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の内側から外側へ順に、支持体、スポンジ層、電磁誘導発熱層、弾性層、離型層の少なくとも５層から構成された定着ローラにおいて、
前記電磁誘導発熱層は、当該発熱層の円周面に、幅方向及び円周方向で複数の一定形状の分割面を一定間隔で備えたことを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
請求項１記載の定着ローラにおいて、
前記分割面は、直線状の切り目で形成されたクロスカット形状であることを特徴とする定着ローラ。
【請求項３】
請求項２記載の定着ローラにおいて、
前記クロスカットの分割面の間隔は、０．５ｍｍ乃至３０ｍｍの範囲であることを特徴とする定着ローラ。
【請求項４】
請求項２または３記載の定着ローラにおいて、
前記分割面は、平行四辺形状であることを特徴とする定着ローラ。
【請求項５】
請求項４記載の定着ローラにおいて、
前記平行四辺形状の分割面は、２５度乃至１６５度の交差角を有することを特徴とする定着ローラ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項記載の定着ローラにおいて、
前記スポンジ層は、発泡イミド樹脂で構成されていることを特徴とする定着ローラ。
【請求項７】
定着ローラと加圧ローラとの圧接ニップ部で未定着像を担持した記録材を挟持搬送して未定着像を記録材に溶融定着させる定着装置において、
前記定着ローラは、請求項１乃至６のいずれか１項記載の定着ローラであることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着ローラ及びこれを備えた定着装置に係り、特に、電磁誘導加熱方式に適用される定着ローラ及びこれを備えた定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真プロセスを利用した画像形成装置で使用される定着装置においては、記録用紙等の記録材に形成された未定着のトナー像を定着するために、定着ローラと加圧ローラとで未定着のトナー像を有する記録用紙を加熱、加圧してトナー像を定着している。この定着ローラとして昇温時間を短く熱効率を高くするためのものとして、励磁コイルによる磁束で定着ローラ内面に設けた導電層（電磁誘導発熱層）に渦電流を発生させてジュール熱により導電層を発熱させ、その発熱により定着ローラを加熱するようにした電磁誘導加熱方式の定着ローラが知られている。
この電磁誘導加熱方式の定着ローラでは、軸方向の内側から外側に順に、支持体、スポンジ層、電磁誘導発熱層、弾性層、離型層の５層から構成された定着ローラとし、電磁誘導発熱層として、厚さが０．１ｍｍの無端状のニッケル電鋳ベルトで構成している。（例えば、特許文献１参照）この電磁誘導発熱層は、記録材の分離性を上げるために定着ローラ側を変形させてニップを形成しようとすると、いくら電磁誘導発熱層の厚みが０．１ｍｍと薄い無端状のベルトでも一体形状なので剛性が出てしまい、思うように、ニップ幅が出ず、定着不良を起こすという問題が生じる場合があった。
【０００３】
このような問題を解消するため、電磁誘導発熱層の外周に、全幅に亘る直線状の切り目を円周方向で所定間隔で形成して、この発熱層の外周を少なくとも３つ以上に分割し、電磁誘導発熱層の剛性を弱めることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２１４７０２公報
【特許文献２】特開２００５−５５６８０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献２記載のものでは、電磁誘導発熱層には、幅方向の直線状の切り目しか形成されていないため、電磁誘導発熱層の剛性の低剛性化が不十分のため、所望のニップ幅を形成できないという問題がある。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、電磁誘導発熱層の剛性の低剛性化を容易に可能にして、所望の剛性を得ることのできる定着ローラ及びこれを備えた定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、軸方向の内側から外側へ順に、支持体、スポンジ層、電磁誘導発熱層、弾性層、離型層の少なくとも５層から構成された定着ローラにおいて、前記電磁誘導発熱層は、当該発熱層の円周面に、幅方向及び円周方向で複数の一定形状の分割面を一定間隔で備えたことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の定着ローラにおいて、前記分割面は、直線状の切り目で形成されたクロスカット形状であることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項２記載の定着ローラにおいて、前記クロスカットの分割面の間隔は、０．５ｍｍから３０ｍｍの範囲であることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項４の発明は、請求項２または３記載の定着ローラにおいて、前記分割面は、平行四辺形状であることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項４記載の定着ローラにおいて、前記平行四辺形状の分割面は、２５度から１６５度の交差角を有することを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項記載の定着ローラにおいて、前記スポンジ層は、発泡イミド樹脂で構成されていることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、定着ローラと加圧ローラとの圧接ニップ部で未定着像を担持した記録材を挟持搬送して未定着像を記録材に溶融定着させる定着装置において、前記定着ローラは、請求項１乃至６のいずれか１項記載の定着ローラであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、上記構成を採用することによって、電磁誘導発熱層の剛性の低剛性化を容易に可能にして、所望の剛性を得ることのできる定着ローラ及びこれを備えた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】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による一実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。図中、１は定着ローラ、２は加圧ローラ、３は磁束発生手段、４は高周波コンバーター等からなる励磁回路、５は温度センサ、６は制御回路、Ｐは記録用紙等の記録材、Ｐ１は記録材Ｐ上に形成された未定着のトナー像である。
【０００９】
定着ローラ１と加圧ローラ２は、上下に平行に配列してそれぞれ両端側を図示しない軸受け部材に回転自在に支持されている。加圧ローラ２は、バネ等によって定着ローラ１の回転軸１６の方向に加圧付勢されており、定着ローラ１の下面部に所定の加圧力で圧接させて圧接ニップ部Ｎを形成させている。定着ローラ１は、図示しない駆動機構により時計方向に所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ２は圧接ニップ部Ｎでの定着ローラ１との圧接摩擦力で定着ローラ１の回転に従動して回転する。
定着ローラ１は、軸方向の内側から外側へ順に、支持層１１、スポンジ層１２、電磁誘導発熱層１３、弾性層１４、離型層１５の少なくとも５層から構成している。この定着ローラ１は、励磁コイル３１と磁性体コア３２とを備える磁束発生手段３から発生する磁束を定着ローラ１の外周面側から電磁誘導発熱層１３に作用させることによって電磁誘導発熱層１３を発熱させ、矢印Ａ方向から搬送される未定着トナー像Ｐ１を表面に有する記録材Ｐを圧接ニップ部Ｎで加圧、加熱して、トナー像Ｐ１を定着し矢印Ｂ方向に搬送する。
【００１０】
磁束発生手段３は、定着ローラ３の表面に設置された温度センサ５で検出された表面温度検出信号に基づき制御回路６によって制御された励磁回路４からの１０〜１００ｋＨｚの交流電流によって磁束が発生され、この磁束によって定着ローラ１の電磁誘導発熱層１３内に渦電流を発生させ、この渦電流によって電磁誘導発熱層１３にジュール熱を発生させ、この発熱で定着ローラを加熱する。この磁束発生手段３は、この実施例では、定着ローラ１の外側に配置しているが、必ずしも定着ローラ１の外側に配置する必要はなく、例えば、定着ローラ１の支持体１１内に配置しても良い。なお、磁束発生手段３への給電は、装置本体でも装置本体に設置したキャパシタ等でも構わない。
なお、加圧ローラ２は、鉄製の芯金２１の外周に、シリコンゴム等の弾性層２２と、離型性を高めるために、例えば、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）や４フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（ＰＦＡ）等の離型層２３を設けて形成されている。
【００１１】
定着ローラ１は、軸方向の内側から外側へ順に、支持層１１、スポンジ層１２、電磁誘導発熱層１３、弾性層１４、離型層１５の５層から構成され、直径が２０〜６０ｍｍを有している。支持層１１は、中心に回転軸１６を有し、外径が１０〜５９ｍｍのアルミニューム、鉄、銅、ステンレス等の金属材料から構成され、中実棒またはパイプで形成されている。
定着ローラ１の離型層１５は、定着ローラ１の離型性を高めるものであり、ＰＦＡ（四フッ化エチレン・パ−フルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）、ＰＴＦＥ（四ふっ化エチレン樹脂）又はＰＦＡとＰＴＦＥの混合体から構成されている。離型層１５の厚さは１０〜４０μｍに形成されており、離型層１５と弾性層１４との接着のため間にプライマが塗布されている。
【００１２】
次に定着ローラ１の弾性層１４は、記録材Ｐと定着ローラ１表面との密着性を高める役目を行うものであり、耐熱性及び弾性を有するゴム材や樹脂材で構成され、一般的にシリコ−ンゴムが用いられるがその他ではフッ素ゴム等の耐熱性ゴムでも構わない。また、弾性層１４の厚さは０．０５〜０．５ｍｍに形成されており、ゴム中に熱伝導率を上げるために酸化物やシリカ等の材料を分散して混入しておくと更に良い。
【００１３】
電磁誘導発熱層１３は、前述のように、磁束発生手段３からの磁束を受けて渦電流を生成する導電体から構成され、具体的には、厚さが０．１ｍｍの無端状のニッケル電鋳ベルト層を用いている。この電磁誘導発熱層１３の円周外周面１３ａには、後述するように、幅方向（矢印Ｃ方向）と円周方向（矢印Ｄ方向）に、４ｍｍ間隔で複数の切り目１７が形成されている。電磁誘導発熱層１３他の材料としては、例えば、磁性ステンレスのような磁性材料・非磁性ステンレス上に銅メッキを施した２層構造のものを用いることができる。そのトータル厚さは０．０３〜１．０ｍｍが望ましい。
スポンジ層１２は、電磁誘導発熱層１３を断熱保持すると共に、電磁誘導発熱層１３の撓みを許容して圧接ニップ部Ｎの幅を増やし、また加圧ローラ２よりもローラ硬度を小さくして排紙性、記録材分離性を向上させる機能を有するものであり、ポリイミドの発泡体から構成され、その厚さは１〜１０ｍｍに設定され、その硬度はアスカ−硬度計で６０度以下が望ましい。
【００１４】
ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、又はＰＦＡとＰＴＦＥの混合体から構成されている離型層１５を有する定着ローラ１では、離型層１５の成膜のため、定着ローラ１全体を、３００℃を超える高温に加熱する必要がある。そのため、従来のシリコーンスポンジからなるスポンジ層１２では、前記離型層１５の成膜時における加熱処理時に、３００℃を越える高温域での加熱処理を受けた際に、スポンジ層１２の機械的な強度が劣化する。そのため、本実施例においては、スポンジ層１２として、ポリイミド発泡体を採用した。このポリイミド発泡体用いることで、離型層１５の成膜時に、スポンジ層１２を熱劣化させることなく離型層１５を成膜することができる。さらに定着装置の定着ローラ１として使用する際にも、１２０〜２００℃の高温になるが、ポリイミドの高耐熱性により、シリコーンスポンジと比較して経時的にも変形しにくいので、高い耐久性を得られる。また、このポリイミド発泡体からなるスポンジは軽く、引き裂き強度などにも優れた性能を有しており、しかも、熱伝導率が低く、保温材としてもすぐれた性能を有し、この発泡ポリイミドから形成されたスポンジ層を使用した場合には、電磁誘導発熱層１３による発熱を断熱保持すると共に、適度なクッション性を持ち、緩衝材として作用に、良好な弾性を付与することができる。さらに、独立気泡構造なので、吸水性も極めて低い材質となる。この発泡ポリイミドの熱伝導率は、０．０３５〜０．０５４Ｗ／ｍ・Ｋ程度で非発泡体の熱伝導率（０．２９〜０．３０Ｗ／ｍ・Ｋ）の１／１５程度と小さいので断熱性に優れる。そのため支持体１１にはあまり伝熱せず、電磁誘導発熱層１３の発熱を未定着像を溶融定着させるのに有効に使用できる。
【００１５】
次に、電磁誘導発熱層１３の低剛性化について図２に基づいて説明する。図２（Ａ）は、電磁誘導発熱層１３を平面に展開した際の平面図を示し、電磁誘導発熱層１３の外周円周面１３ａには、全幅（矢印Ｃ方向）及び全周（矢印Ｄ方向）に亘って、電磁誘導発熱層１３の上端縁１３ｃに対して垂直な縦線状の切り目１７ａと電磁誘導発熱層１３の上端縁１３ｃに対して平行な水平線状の切り目１７ｂとが４ｍｍ間隔で複数本、この発熱層１３の厚み方向で約１／２の厚みまで切り込まれている（図２（Ｂ）参照）。従って、これらの切り目１７ａと１７ｂの形成によって、格子模様が形成され、正方形状の分割面１３ｂ、いわゆるクロスカット状の分割面１３ｂが幅方向（Ｃ方向）及び円周方向（Ｄ方向）に複数形成されている。そのため、この電磁誘導発熱層１３がスポンジ層１２に巻きつけられると、図２（Ｃ）に示す用に、外周表面の切り目１７が拡開して正方形状の分割面１３ｂが円周方向（Ｄ方向）及び幅方向（Ｃ方向）に、所定間隔で形成されることになる。このように、複数の分割面１３ｂが幅方向及び円周方向に一定間隔及び一定大きさで形成されることによって、剛性の大きい０．１ｍｍ厚みのニッケル電鋳ベルトからなる電磁誘導発熱層１３の剛性が幅方向及び円周方向の両方向で弱められ、特に、円周方向の剛性が弱められ、前述の圧接ニップ部Ｎの圧接面積を広げて良好な圧接状態を形成することが可能となる。具体的には、切り目のないものに比べ、１．２〜４倍のニップ幅とすることができた。
【００１６】
このような、分割面１３ｂは、幅方向及び円周方向で、複数、一定間隔及び一定形状で形成されれば、前述の目的を達成することができ、これらの分割面１３ｂは、前述のような切り目１７以外に、エンボス加工等によっても形成することができ、これらの分割面１３の配置模様は、文目模様、網目模様、格子模様等、種々の模様とすることができる。特に、これらの模様を作成するに当たり、直線状の切り目１７とするときには、電磁誘導発熱層１３の円周上で均質な圧接力を付与する一定形状の分割面１３を容易かつ適切に形成することができるので好適である。このような切り目１７の間隔及び深さは、電磁誘導発熱層１３の材質や厚み等によって適当に選定され、例えば、ワイヤカット放電加工、ＹＡＧレーザ切断加工法、エッチング法、エンボス加工等によって、容易に形成することができる。
【００１７】
図３は、本発明による他の実施形態に係る定着ローラ１の電磁誘導発熱層１３に形成される切り目１７の形状を示す展開図である。本実施例に係る切り目１３は、前記実施例１の格子状の切り目１７と相違して、電磁誘導発熱層１３の上端縁１３ｃから下端縁１３ｄに向けて４５度（θ１）傾斜した第１斜線状切り目１７ｃと下端縁１３ｄから上端縁１３ｃに向けて４５度（θ２）傾斜した第２の斜線状切り目１７ｄの２種類の斜線状切り目１７ｃ及び１７ｄで形成され、電磁誘導発熱層１３の幅方向及び円周方向に複数の正方形の分割面１３ｂが形成されている。これらの２種類の斜線状切り目１７ｃ、１７ｄによって幅方向（Ｃ方向）及び円周方向（Ｄ方向）で複数の分割面１３ｂが所定間隔で形成されている。このように、２種の斜線状切り目１７ｃ、１７ｄで分割面１３ｂを形成した場合には、電磁誘導発熱層１３の幅方向と円周方向での剛性の比率を変えて低剛性化を行うことが可能となり、剛性の調整が容易となり、ニップ部Ｎでの圧接力の調整を適切に設定することが可能となる。
前述の２種の傾斜状切り目１７ａ及び１７ｂの傾斜角度θ１及びθ２を変え、図４に示すように、平行四辺形状の分割面１３ｂとすることができる。この斜線状切り目１７ｃと１７ｄの交差角θ３（図５参照）を種々変更し、幅方向と円周方向の剛性を調節し、所望の剛性を得ることが可能となる。この場合に、交差角θ３は、２５度から１６５度の範囲で選定されることが望ましい。
【００１８】
図６は、本発明による定着ローラ１の電磁誘導発熱層１３に形成される切り目の他の実施形態を示す図で、（Ａ）は電磁誘導発熱層１３の展開した場合の切り目１７の形状を、（Ｂ）は、スポンジ層１２に電磁誘導発熱層１３を巻きつけた場合の切り目１７の形状を示す。この実施例においては、前述実施例と相違して、切り目１７は電磁誘導発熱層１３の内面円周面１３ｅに形成したものである。なお、この場合に、分割面１３ｂの円周面１３ｅ上の配置は、図２（Ａ）、図３、図４で示すような、形状、配置とすることができる。このように、切り目１７を電磁誘導発熱層１３の内面円周面１３ｅに形成しても適切に、電磁誘導発熱層１３の幅方向及び円周方向の剛性を弱めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による実施例１に係る定着装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明による実施例１に係る定着ローラの電磁誘導発熱層の切り目の形状を示す図で、（Ａ）は電磁誘導発熱層を展開した場合の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の一部を切り欠いた側面図、（Ｃ）は電磁誘導発熱層をスポンジ層に巻きつけた場合の切り目形状を示す一部を切り欠いた側面図である。
【図３】本発明による実施例２に係る定着ローラの電磁誘導発熱層の切り目の形状を示す展開平面図である。
【図４】本発明による実施例２の変形例に係る定着ローラの電磁誘導発熱層の切り目の形状を示す展開平面図である。
【図５】図４のＥ部の拡大平面図である。
【図６】本発明による実施例３に係る定着ローラの電磁誘導発熱層の切り目の形状を示す図で、（Ａ）は一部を切り欠いた展開側面図、（Ｂ）は電磁誘導発熱層をスポンジ層に巻きつけた場合の切り目形状を示す一部を切り欠いた側面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  定着ローラ
２  加圧ローラ
３  磁束発生手段
４  励磁回路
５  温度センサ
６  制御回路
Ｐ  記録材
Ｐ１  未定着トナー像
Ｎ  圧接ニップ部
１１  支持体
１２  スポンジ層
１３  電磁誘導発熱層
１３ａ  外周円周面
１３ｂ  分割面
１３ｃ  上端縁
１３ｄ  下端縁
１３ｅ  内面円周面
１４  弾性層
１５  離型層
１６  回転軸
１７  切り目
１７ａ  縦線状切り目
１７ｂ  水平線状切り目
１７ｃ  第１の斜線状切り目
１７ｄ  第２の斜線状切り目
【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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