(57)【要約】【課題】電子写真方式による画像形成装置の加熱ローラにおいて、電熱変換効率を高め、立ち上げ時間および待機時間を短縮することを目的とする。【解決手段】ＩＨコイル１から照射される高周波数の電磁波によって発熱層４を発熱させ、用紙９上に転写されたトナー１０を加熱及び加圧して定着する画像形成装置の加熱ローラ１３において、発熱層４を、ＩＨコイル１と発熱層４より透磁率の高い誘導体層である高透磁率樹脂層５との間に配置している。ＩＨコイル１から照射される高周波数の電磁波を発熱層４を集中させることにより、電熱変換効率が高まり、画像形成装置の立ち上げ時間および待機時間を短縮することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＨコイルから照射される高周波数の電磁波によって発熱層を発熱させ、記録材上に転写されたトナーを加熱及び加圧して定着する画像形成装置の加熱ローラであって、前記発熱層を、前記ＩＨコイルと前記発熱層より透磁率の高い誘導体層を含む２層以上の層との間に配置したことを特徴とする画像形成装置の加熱ローラ。
【請求項２】
前記発熱層の電気抵抗値を前記誘導体層の電気抵抗値より小さくしたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置の加熱ローラ。
【請求項３】
前記発熱層の電気抵抗値を１．４×１０−８〜９．０×１０−８Ωｍとしたことを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置の加熱ローラ。
【請求項４】
前記発熱層と前記誘導体層との間に、断熱機能、圧力緩和機能、防磁機能のうちの少なくとも一つを有する機能層を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置の加熱ローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザープリンターや複写機など電子写真方式による画像形成装置において、記録材上に転写されたトナーを加熱及び加圧して定着する機能を有する定着部の加熱ローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式によるレーザープリンターや複写機などの画像形成装置の定着部においては、感光体等を用いてあるいは直接記録媒体上にトナー等の印材を転写付着させ、これを加熱及び加圧することによって定着することが一般的に行われている。
【０００３】
図２は従来の画像形成装置の定着部の一例を示す概略構成図である。この定着部においては発熱源としてハロゲンランプ１２を用いており、加熱ローラ１３を構成する軸心材６の内部に配置されたハロゲンランプ１２を点灯することによって加熱ローラ１３の加熱が行われる。この画像形成装置の場合、トナー１０等の印材を転写付着させるために必要な温度に達するまでは装置が待機状態となる。また、加熱ローラ１３の温度を一定に保つためにハロゲンランプ１２は点灯と消灯を繰り返すようになっている。
【０００４】
一方、図３は従来のＩＨ方式の加熱ローラを示す概略構成図である。この定着部においては発熱源としてＩＨコイル１により発生させた高周波数の電磁波を、誘導発熱する発熱体に照射し、その発熱体に発生する渦電流による発熱を用いており、加熱ローラ１３を構成する軸心材６の内部に配置された加熱用ＩＨコイル１が外部の発熱体（誘導体層４）を直接発熱させることによって加熱ローラ１３の加熱が行われる。この時、加熱ローラ１３の温度を一定に保つためにＩＨコイル１に印加される電流と周波数は、ＯＮ−ＯＦＦ制御あるいはインバーター制御により調整がおこなわれる。
【０００５】
これらの電子写真方式による画像形成装置における定着部において、トナー１０等の印材を用紙９に転写付着させこれを加熱及び加圧して定着するのであるがため、定着操作要求時に加熱ローラ１３が必要な温度になるまで操作を待機するか、待機時間を短縮するためにあらかじめ加熱しておく余熱操作を行うかの必要があった。
【０００６】
そこで、近年は図４に示すように、定着部において、発熱源であるＩＨコイル１により発生させた高周波数の電磁波を加熱ローラ１３上の発熱体（誘導体層４）に照射することが行われているが、この場合、電磁波を効率的に誘導体層４に照射するために、トナー１０等の印材を転写付着させた用紙９を加熱及び加圧する加熱ローラ１３の外周部に誘導体層４が形成され、この誘導体層４に近い部分にＩＨコイル１を配置した構成となっているものもある。
【０００７】
また、加熱手段を渦電流により発熱される素材で円筒状のヒートローラとして構成した加熱部材と、このヒートローラを誘導加熱によって加熱する誘導加熱体とで構成し、誘導加熱体をヒートローラの外周面に沿って配設したもの（例えば、特許文献１参照。）などがある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−２９５４１４号公報（第１−５頁、第２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図４で示したように、トナー１０等の印材を転写付着させた用紙９を加熱及び加圧する加熱ローラ１３の外周部に誘導体層４を形成し、この誘導体層４に近い部分にＩＨコイル１を配置する構成となっている定着部においては、発熱体である誘導体層４は、ＩＨコイル１により発生した高周波数の電磁波が照射されて発生する渦電流により効率的に電熱変換されて発熱する。このときの発熱量は誘導体層４を通過する磁束密度変化と、温度依存性を有する誘導体層４の電気抵抗値により決定される。
【００１０】
このため、誘導体層４には高い透磁率を有する磁性材料が用いられているが、このような磁性材料は電気抵抗値が比較的高い上に、発熱により電気抵抗値が上昇するとともに磁気特性が低下するため、電磁変換効率が低下する。
【００１１】
一方、誘導体層４を、電気抵抗値が低く、発熱による電気抵抗値の上昇が小さな材料を用いて形成すると、このような材料は透磁率が低く、電磁波を効率的に電熱変換できないだけでなく、不必要な磁気が装置外部に漏れるおそれがあるため、漏れた磁気が外部の電子機器に影響を与えないようにシールドする必要がある。
【００１２】
また、誘導体層４で発生した熱を有効に用いるため、トナー１０等の印材を転写付着させた用紙９を加熱及び加圧する定着部を構成する部材以外の部品に、誘導体層４で発生した熱が伝わるのを防止するために、加熱ローラ１３には断熱性能をもたせることも必要である。
【００１３】
また、加熱ローラ１３には、被転写体の形状や厚み等により変化する加圧の変化を緩和し、被転写物に加えるに十分な押圧を発揮する柔軟性が必要であり、トナー１０等の印材を転写付着させた用紙９を加熱及び加圧するためには、加熱ローラ１３は適度な剛性を持つ必要もある。さらに、加熱ローラ１３を構成する発熱層、透磁層、断熱層などは、それぞれ特性が大きく異なるため、それぞれの特性に応じた材質および形成方法を用いて、これらの異なる複数層を形成する必要が有る。
【００１４】
本発明は、電子写真方式による画像形成装置の加熱ローラにおいて、電熱変換効率を高め、立ち上げ時間および待機時間を短縮することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、ＩＨコイルから照射される高周波数の電磁波によって発熱層を発熱させ、記録材上に転写されたトナーを加熱及び加圧して定着する画像形成装置の加熱ローラにおいて、前記発熱層を、前記ＩＨコイルと前記発熱層より透磁率の高い誘導体層との間に配置したものである。
【００１６】
これにより、電子写真方式による画像形成装置の加熱ローラにおいて、電熱変換効率を高め、立ち上げ時間および待機時間を短縮することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本願の請求項１に記載の発明は、ＩＨコイルから照射される高周波数の電磁波によって発熱層を発熱させ、記録材上に転写されたトナーを加熱及び加圧して定着する画像形成装置の加熱ローラにおいて、発熱層を、ＩＨコイルと発熱層より透磁率の高い誘導体層との間に配置したものであり、ＩＨコイルから照射される高周波数の電磁波を発熱層に集中させ、電熱変換効率を高めるという作用を有する。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、発熱層の電気抵抗値を誘導体層の電気抵抗値より小さくしたしたものであり、発熱層を流れる電流値を高めて発熱量を増大させるという作用を有する。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、発熱層の電気抵抗値を１．４×１０−８〜９．０×１０−８Ωｍとしたものであり、発熱層の電熱変換効率が高まるという作用を有する。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、発熱層と誘導体層との間に、断熱機能、圧力緩和機能、防磁機能のうちの少なくとも一つを有する機能層を設けたものであり、加熱ローラが断熱機能、圧力緩和機能、防磁機能を発揮するという作用を有する。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図１を用いて説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態による加熱ローラを示す概略構成図である。
【００２３】
図１に示す様に、ＩＨコイル１に電流を通すことにより発生した磁場は、高透磁率の素材で形成されたＩＨ磁気コア２により効果的に集められ、誘導体層である高透磁率樹脂層５との間で磁気回路が形成され、発熱層４を通過する磁場よって発生する電磁誘導による電流が発熱層４に発生して、この発熱層４の抵抗値に応じた熱が発生する。
【００２４】
加熱ローラ１３において、軸心材６を非磁性体で形成していれば、高透磁率樹脂層５がなくても軸心材６が発熱することはないが、発熱層４を通過する磁束が低くなり発熱効率は大幅に低減する。本実施の形態では、発熱層４を挟む様にＩＨコイル１と高透磁率樹脂層５を配置しているため、ＩＨコイル１から照射される高周波数の電磁波は発熱層４に集中することとなり、高い電熱変換効率を得ることができる。また、発熱層４の電気抵抗値を高透磁率樹脂層５の電気抵抗値より小さくしているため、発熱層４に流れる電流は高い電流値となり、発熱量も大である。
【００２５】
また、発熱層４で発生した熱が軸心材６を通して逃げない様に、発熱層４と高透磁率樹脂層５の間に断熱機能を有する機能層である樹脂層３を配置している。この樹脂層３は耐熱性と難燃性を必要とするため、これらの性質を有するシリコン樹脂等を用いて形成されている。シリコン樹脂は添加される材料により、多様な特性を発揮するが、本実施の形態では、高透磁特性を発揮させるために、高透磁材料をシリコン樹脂の体積比率の５０％以上添加したものを用いている。
【００２６】
一方、高透磁率樹脂層５は、高透磁特性を有するとともに、磁場により発熱しないことが必要であるので、電気抵抗値が高い素材で形成する必要がある。そこで、高い抵抗値を有する高透磁材料である、鉄−ニッケル系のパーマロイ金属紛、鉄−シリコン−アルミニウムの３元素系金属センダスト材粉末、あるいは、鉄、ニッケルなどの磁性金属紛、酸化金属系材料であるマンガン、亜鉛、鉄、ニッケルなどを原料とするフェライト紛などを添加した樹脂を用いて形成されている。フェライト粉以外は体積が大きい場合の抵抗値が小さいので微粉末が用いられ、樹脂の内部においても相互に非導通状態である必要がある。
【００２７】
また、高透磁率樹脂層５にも断熱性能を付与するために、空気や窒素などの気体や、中が真空あるいは気体を封入した微細なカプセルや、断熱特性を有する多孔質体などを混在させた樹脂を用いることもできる。これらのように互いに異なる特性を有する添加物を添加しても、シリコン樹脂が主材であるので、積層後に加硫焼成を行うことにより特段の接着作業をすることなく接合され、大幅な工数の低減が可能なばかりでなく、高い品質を得ることが出来る。
【００２８】
次に、発熱層４は、電気抵抗値が１．４×１０−８〜９．０×１０−８Ωｍ程度である材料で形成することにより、比較的小さな体積でありながら、発熱層４に流れる電流値を大きくすることができ、これによって、設定温度まで迅速に到達させることができるだけでなく、発熱層４の厚みを大幅に薄くすることが出来るという効果も得られた。
【００２９】
電気抵抗値が１．４×１０−８〜９．０×１０−８Ωｍ程度である材料としては、金や銀、白金や銅、アルミニウム等の金属が好適であるが、これらの金属は薄板状あるいは粉末として用いることができる。粉末として使用する場合は母材となる樹脂中にあっても互いに導通状態にあることが必要であるため、金属粉末を６０％以上含有させる必要がある。また、針状や扁平状の金属粉状体を用いれば、６０％よりも低い含有率で導通を得ることも可能である。
【００３０】
このとき、母材となる樹脂には耐熱性・靭性に優れた特性が必要であることから、ポリイミド系やポリエーテル系の樹脂が用いられるが、強度を向上させることを目的に、これらの樹脂にガラス系の繊維や炭素系の繊維を積層することも有効である。また電気導通性を高め、強度を得るために前記金属材料で作成された繊維状のシートやメッシュを用いることも出来る。
【００３１】
次に、加熱ローラ１３を構成する樹脂層３には、シリコン樹脂に気泡や高柔軟性の樹脂成分、シリコンモノマーやシリコンオイルなどの混合物を含有させ、柔軟性を高め、圧力緩和機能をもたせている。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によって以下の効果を奏することができる。
【００３３】
（１）請求項１記載の発明によって、電熱変換効率を高め、画像形成装置の立ち上げ時間および待機時間を短縮することができる。
【００３４】
（２）請求項２記載の発明によって、発熱層を流れる電流値を高めて発熱量を増大させることができる。
【００３５】
（３）請求項３記載の発明によって、発熱層の電熱変換効率を高めることができる。
【００３６】
（４）請求項４記載の発明によって、漏洩電磁波による悪影響を防止し、被転写体への押圧性を高め、不要な温度上昇を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による加熱ローラを示す概略構成図
【図２】従来のハロゲンランプ方式の加熱ローラを示す概略構成図
【図３】従来のＩＨ方式の加熱ローラを示す概略構成図
【図４】従来のＩＨ方式の加熱ローラを示す概略構成図
【符号の説明】
１  ＩＨコイル
２  ＩＨ磁気コア
３  樹脂層
４  発熱層（誘導体層）
５  高透磁率樹脂層
６  軸心材
７  離形層
８  加圧ローラ
９  用紙
１０  トナー
１１  分離爪
１２  ハロゲンランプ
１３  加熱ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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