(57)【要約】【課題】ＩＨＦにおけるコイルコア昇温の防止と定着性の向上、光沢むらの防止。【解決手段】定着ローラを芯金＋プライマ＋ゴム弾性層とし、ゴム弾性層の熱伝導率を１．２×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上、厚みを０．０１ｍｍ〜０．８ｍｍ、プライマ層の熱伝導率０．８×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁手段による励磁により過電流が発生して発熱する回転発熱体と、前記励磁手段により発生する磁界を遮断して前記回転発熱体による加熱部に向けて磁束を集中させる磁界遮断部材と、
を備えた加熱装置において、
前記回転発熱体は少なくとも磁性金属を含有する金属層上にプライマを介して、ゴム弾性層を設け、このゴム弾性層の熱伝導率が１．２×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の熱伝導性ゴム材料により構成されることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
ゴム弾性層の厚さが０．０１〜０．８ｍｍである請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
プライマが熱伝導率０．８×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の高熱伝導性プライマである請求項１記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式の複写機、プリンタおよびファクシミリなどの画像形成装置に用いられる加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式の複写機などには、記録媒体である記録紙ないし転写材などのシート上に転写されたトナー像をシートに定着させる加熱装置が設けられている。この加熱装置は、例えば、シート上のトナーを熱溶融させる加熱ローラとも指称される定着ローラと、当該定着ローラに圧接してシートを扶持する加圧ローラとを有している。定着ローラは金属芯金と弾性層より構成される。定着ローラは中空状に形成され、この定着ローラの中心軸上には、発熱体が保持手段により保持されている。発熱体は、例えば、ハロゲンランプなどの管状発熱ヒータより構成され、所定の電圧が印加されることにより発熱するものである。このハロゲンランプは定着ローラの中心軸に位置しているため、ハロゲンランプから発せられた熱は定着ローラ内壁に均一に幅射され、定着ローラの外壁の温度分布は円周方向において均一となる。定着ローラの外壁は、その温度が定着に適した温度（例えば、１５０〜２００℃）になるまで加熱される。この状態で定着ローラと加圧ローラは圧接しながら互いに逆方向へ回転し、トナーが付着したシートを扶持する。定着ローラと加圧ローラとの圧接部（以下、ニップ部ともいう）において、シート上のトナーは定着ローラの熱により溶解し、両ローラから作用する圧力によりシートに定着される。
【０００３】
しかし、ハロゲンランプなどから構成される発熱体を備えた上記加熱装置においては、ハロゲンランプからの幅射熱を利用して定着ローラを加熱するため、電源を投入した後、定着ローラの温度が定着に適した所定温度に達するまでの時間（以下、「ウォームアップタイム」という）に、比較的長時間を要していた。その間、使用者は複写機を使用することができず、長時間の待機を強いられるという問題があった。その一方、ウォームアップタイムの短縮を図ってユーザの操作性を向上すべく多量の電力を定着ローラに印加したのでは、加熱装置における消費電力が増大し、省エネルギー化に反するという問題が生じていた。このため、複写機などの商品の価値を高めるためには、加熱装置の省エネルギー化（低消費電力化）と、ユーザの操作性向上（クイックプリント）との両立を図ることが一層注目され重視されてきている。
【０００４】
かかる要請に応える装置として、特開昭５９−３３７８７号公報に示されるように、加熱源として高周波誘導を利用した誘導加熱方式の加熱装置が提案されている。この誘導加熱装置は、金属導体からなる中空の定着ローラの内部にコイルが同心状に配置されており、このコイルに高周波電流を流して生じた高周波磁界を、磁界遮断部材である磁性体コアを用いて加熱部に向けて集中させることで、定着ローラに誘導渦電流を発生させ、定着ローラ自体の表皮抵抗によって定着ローラそのものをジュール発熱させるようになっている。この誘導加熱方式の加熱装置によれば、電気一熱変換効率がきわめて向上するため、ウォームアップタイムの短縮化が可能となる。
【０００５】
ところで、従来より定着ローラとしては芯金上にトナーとの離型性に優れたＰＴＦＥ（テトラフルオロエチレン樹脂）や（パーフルオロアルコキシエチレン樹脂）等のフッ素樹脂を薄く被覆したものが用いられる。フッ素樹脂被覆ローラは、一般に良好な非粘着性を示し、シリコーンオイルの供給を必ずしも必要としないが、表面が硬くゴム弾性に乏しいため、コピー面に不要の光沢（光沢ムラ）を与え、また定着性の面でもゴム弾性があるローラに劣るという欠点を有する。このため、高速、高画質を狙った電子複写機等の熱定着部に使用される熱定着ローラとしては、アルミ等からなる金属芯軸上にプライマを介して適度な弾性を有するシリコーンゴムやフッ素ゴム等のゴム材料を被覆し、さらにこのゴム層上にトナーとの離型性に優れたＰＴＦＥ（テトラフルオロエチレン樹脂）やＰＦＡ（パーフルオロアルコキシエチレン樹脂）等のフッ素樹脂を被覆したものか使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の誘導加熱方式の加熱装置にあっては、定着ローラの内面への熱放射のために、コイル周辺の温度上昇が大きく、そのためコイルの電気抵抗の上昇が発生し、必要電力が増加してしまうという問題があった。また、樹脂からなるコイルの被覆が熱により溶融し、コイルの絶縁性が損なわれてしまうという問題があった。さらに、磁性体コアのキュリー温度以上の昇温により、発熱が停止してしまうという問題があった。
【０００７】
特に、従来のソフトローラを用いると、熱伝導率が５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃程度の一般のゴム材料を用いてゴム層を形成しているため、定着ローラ外面と内面で温度差が生じ、定着ローラ外面温度を定着に必要な温度に保った場合、前述したコアとコイルの異常昇温を誘発する可能性がある。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、励磁コイルの温度上昇を防止し、かつ良好な定着性能を有し、オイルを必要としない、耐久性が高く高画質な画像の出力が行える加熱装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、請求項毎に次のように特定される。
【００１０】
請求項１に記載の発明は励磁手段による励磁により過電流が発生して発熱する回転発熱体と、前記励磁手段により発生する磁界を遮断して前記回転発熱体による加熱部に向けて磁束を集中させる磁界遮断部材と、を備えた加熱装置において、前記回転発熱体は少なくとも磁性金属を含有する金属層上にプライマを介してゴム弾性層を設け、このゴム弾性層の熱伝導率が１．２×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の熱伝導性ゴム材料により構成されることを特徴とする加熱装置である。
【００１１】
また請求項２に記載の発明は、ゴム弾性層の厚さが０．０１〜０．８ｍｍである請求項１記載の加熱装置である。
【００１２】
また請求項３に記載の発明はプライマが熱伝導率０．８×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の高熱伝導性プライマである請求項１記載の加熱装置である。本発明に使用する熱伝導性ゴム材料としては、シリコーンゴムやフッ素ゴム等のベースゴムに加硫剤や石英、シリカ、酸化マグネシウム、アルミナ等の金属酸化物、銅、鉄、ニッケル、コバルト、タングステン等の金属等の充填剤が添加されて所定の熱伝導率とされた組成物が適している。このような熱伝導性ゴム材料を使用することにより、通紙によるコイル昇温が防止される。
【００１３】
なおゴム弾性層の厚さは０．０１〜０．８ｍｍの範囲を用いることが上記効果を撚り高めることになり好ましい。また通紙によるローラの表面温度の降下防止や、剥離爪の痕跡の防止等もある。
【００１４】
本発明のプライマとしては、使用ゴム材料に応じて公知のものから任意に選択して使用することができるが、一般のプライマより熱伝導率が高い、すなわち熱伝導率が０．８×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の高熱電導性のプライマを用いることが、上記効果をより高めることになり好ましい。高熱電導性プライマとしては、たとえばプライマー１８Ｂ（商品名  信越化学社製）がある。本発明に使用するフッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）等が適している。本発明においては、これらのフッ素樹脂を、粉体を用いて静電塗装等により直線付着させ焼成する方法、あるいはディスパージョンを用いて表面に塗布し焼成する方法等により、ゴム弾性層上に被覆してフッ素樹脂層を形成させる。
【００１５】
いずれの発明にあっても、定着ローラが弾性層を有するため、定着性が良く、光沢ムラのない高画質な画像が得られ、かつ弾性層の熱伝導性が高いために、定着ローラ表面の温度とコア及びコイルの温度が近く、内部熱源の昇温が抑制される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る誘導加熱装置を概略で示す断面図である。
【００１７】
加圧ローラ２は、中空芯金１４と、その外周面に形成される表面離型性１３、耐熱ゴム層である弾性層１５とからなる。この加圧ローラ２の両端には軸受部が形成され、図示しない定着ユニットフレームに回転自在に取り付けられている。定着ローラ１は外形４０（ｍｍ）、厚さ０．７（ｍｍ）の鉄製の芯金シリンダ１０１に弾性層１０３としてシリコンゴムを設けている。定着ローラ１に関しては後程詳しく説明する。
【００１８】
定着ローラ１と加圧ローラ２は回転自在に保持されていて、定着ローラ１のみを駆動する構成になっている。加圧ローラ２は定着ローラ１の表面に圧接していて、圧接部（ニップ部）での摩擦力で従動回転する様に配置してある。また加圧ローラ２は定着ローラ１の回転軸方向にバネなどを用いた図示しない機構によって加圧されている。加圧ローラ２は約３０（Ｋｇ重）で荷重されており、その場合圧接部の幅（ニップ幅）は約６（ｍｍ）になる。しかし都合によっては荷重を変化させてニップ幅を変えてもよい。
【００１９】
この定着ニップ部内での加熱原理を図２で説明する。
【００２０】
励磁回路１６によって励磁コイル３に印加される電流で発生する磁束は、高透磁率な磁性体コア４に導かれて定着ニップ部Ｎ内で定着ローラ１の芯金に磁束２３と渦電流２４を発生させる。この渦電流２４と定着ローラの固有抵抗によって熱が発生する。
【００２１】
誘導コイル３はコア４に巻き付ける様にＰＰＳ，ＰＥＥＫ、フェノール樹脂等の耐熱性樹脂からなるホルダー５の内部に配設されている。この誘導コイル３には１０〜１００［ｋＨｚ］の交流電流が印加される。交流電流によって誘導された磁界は導電層である定着ローラ１の内面に渦電流を流し、ジュール熱を発生させる。この発熱を増加させるためには誘導コイル３の巻き数を増やしたり、コア４をフェライト、パーマロイといった高透磁率で残留磁速密度の低いものを用いたり、交流電流の周波数を高くすると良い。
【００２２】
温度センサー６は定着ローラ１の表面に当接するように配置され、温度センサー６の検出信号をもとに誘導コイル３への電力供給を増減させることで、定着ローラ１の表面温度が所定の一定温度になる様自動制御される。
【００２３】
搬送ガイド７は、未定着のトナー画像９を担持しながら搬送される転写材１９を定着ローラ１と加圧ローラ２との圧接部（ニップ部）へ案内する位置に配置される。
【００２４】
分離爪１０は、定着ローラ１の表面に当接または近接して配置される。
【００２５】
次に本実施例で用いた定着ローラ１に関して図３、表１〜２を用いて詳しく説明する。
【００２６】
本実施例における加熱装置に用いられる定着ローラは、図３に示すように鉄、ニッケル等の金属芯軸（外径５０ｍｍ、長さ３２０ｍｍ）１０１上に、熱伝導率１．０×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃のプライマー１８Ｂ（商品名  信越化学社製）１０２を塗布した後、熱伝導率がそれぞれ２．８×１０−３、１．８×１０−３、１．１×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃となるような３種類のシリコーンゴム材料（いずれも信越化学社製）を加硫接着して次表に示すような厚さのシリコーンゴム層１０３を形成した。
【００２７】
次いでこれらの各シリコーンゴム層３の表面に、ＰＴＦＥディスパージョン（ＡＤ−６３９  旭硝子社製）の塗布焼成により厚さ２０μｍのＰＴＦＥ層１０４を形成した。
【００２８】
このようにして得られたＰＴＦＥ被覆シリコーンゴムローラに、コイルユニットを内蔵して複写機に装着し、連続通紙（９００Ｗ、１８０℃温調）を行なってコイルの温度を測定した。結果は次表に示す通りであった。
【００２９】
【表１】
2004152544.tif 000003
【００３０】
ここで、コイルはポリアミドイミドで被覆されているため、耐熱温度を２２０℃として評価した。
【００３１】
また比較例として、シリコーンゴム層のないＰＴＦＥ被覆ハードローラを形成し、連続通紙によるコイル温度の変化、さらに定着性及び画像の光沢ムラの状態を調べた。結果は次表に示す通りであった。
【００３２】
【表２】
2004152544.tif 000004
【００３３】
以上のことから、本実施例におけるソフトローラを用いることで、ハードローラとほぼ同等なコイル昇温の程度でありながら、定着性ならびに光沢ムラを改善することができる。
【００３４】
（第２の実施例）
次に、本発明の他の実施の形態を図面に基づいて説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る加熱装置を概略で示す断面図である。なお、図中前記実施の形態と同一のものは同一番号を付して説明は省略する。
【００３５】
本実施例ではコイルユニット４０８が定着ローラ１の外面と対向して外部より、芯金を加熱する。
【００３６】
外部より加熱する場合、本実施例のような弾性層の熱伝導度の高い定着ローラを用いると、定着ローラ外面と芯金との温度差が小さいため、定着ローラ芯金に撚り多くの熱が畜熱される。このため、連続通紙時の温度低下が防止できる。
【００３７】
（第３の実施例）
次に、本発明の他の実施の形態を図面に基づいて説明する。図５は、本発明の実施の形態３に係る加熱装置を概略で示す断面図である。ベルトタイプの加熱装置に応用した例である。定着ローラ２２１とテンションローラ１２２のあいだにＮｉ電鋳からなる定着ベルト２０１が懸架されている。定着ベルトは図６のように金属層２０５、プライマー層２０４、弾性層２０３、離型層２０２の４層より構成されており、金属層２０５は励磁コイル３０３から発生した磁界により加熱され、定着ローラ２２１と加圧ローラ１０２で形成されるニップを通過することにより、加熱定着される。本実施例において、断熱層２０３を形成するシリコンゴムの熱伝導率が１．５×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃であり、プライマー層の熱伝導率が、１．０×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃であり、励磁コイル１０３及び磁性体コア１０４の昇温を防止している。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、加熱装置内の回転発熱体に１）熱伝導性フィラーを添加した弾性層を配し、その熱伝導率を、１．２×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とし、２）その厚みを０．０１〜０．８ｍｍとし、３）プライマを熱伝導率０．８×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の高熱伝導性プライマとすることで、画像品質を損なうことなく、電磁誘導方式の加熱装置では定着ローラ内面からの輪射熱による、励磁コイルの温度上昇を抑えることができる。
【００３９】
したがって、ファンなどを設けた場合のように大型化せずに励磁コイルの温度上昇を防止でき、またステイ等の部品に必要以上に高温での耐熱性に優れた樹脂等を用いなくてもよいので、装置を小型化できるとともにコスト低減が可能となる。
【００４０】
さらに、定着ローラで発生した熱をニップ方向に効果的に伝達し、励磁コイルの発熱による抵抗上昇も生じないため、装置の低電力化や迅速立ち上げも図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる加熱装置の概略断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる加熱装置の加熱原理を説明する図である。
【図３】定着ローラ１の模式図。
【図４】実施の形態２に係る加熱装置の概略断面図。
【図５】実施の形態３に係る加熱装置の概略断面図。
【図６】実施の形態３に係る定着ベルト２０１の概略断面図。
【符号の説明】
１  定着ローラ（加熱部材）
２  加圧ローラ（加圧部材）
３、３０３  励磁コイル
４  コア（芯材）
５  ホルダー（保持部材）
６  サーミスタ（温度検知素子）
７  搬送ガイド
９  トナー画像
１０  分離爪
１０１、２０５  金属層
１０２、２０４  プライマー層
１０３、２０３  弾性層
１０４、２０２  離型層
２０１  定着ベルト
１２２  テンションローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004152544.tif 000008
【図５】
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【図６】
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