(57)【要約】【目的】実際に回転駆動させた状態でも、端部に割れが発生せずに長期間に渡り使用可能な状態を継続させることの出来る定着用ローラ、及び、この定着用ローラを備えた定着装置を提供することである。【構成】この発明に係わる定着用ローラは、芯金１６と、この芯金１６の外周にこれを取り巻くように配設されたスポンジ層２２と、このスポンジ層２２の外周に被覆された金属製薄肉スリーブ２６とを具備し、金属製薄肉スリーブ２６の端部が、スポンジ層２２の端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態で位置していることを特徴としている。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金と、
この芯金の外周にこれを取り巻くように配設されたスポンジ層と、
このスポンジ層の外周に被覆された金属製薄肉スリーブと、
を具備し、
前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態で位置していることを特徴とする定着用ローラ。
【請求項２】
前記金属製薄肉スリーブは、前記スポンジ層の外周に、接着剤層を介して接着されていることを特徴とする請求項１に記載の定着用ローラ。
【請求項３】
前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部より軸方向に沿って内方に偏倚して位置していることを特徴とする請求項１に記載の定着用ローラ。
【請求項４】
前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部に一致した状態で位置していることを特徴とする請求項１に記載の定着用ローラ。
【請求項５】
芯金と、
この芯金の外周にこれを取り巻くように配設されたスポンジ層と、
このスポンジ層の外周にこれを覆うように配設された金属製薄肉スリーブと、
を具備し、
前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部と一致又はこれより軸方向に沿って内方に偏倚した状態で位置していることを特徴とする定着用ローラ。
【請求項６】
前記金属製薄肉スリーブは、前記スポンジ層の外周に、接着剤層を介して接着されていることを特徴とする請求項５に記載の定着用ローラ。
【請求項７】
前記金属製薄肉スリーブは、厚さ１０〜１００μｍの肉厚を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の定着用ローラ。
【請求項８】
前記金属製薄肉スリーブは、ニッケル電鋳製であること特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の定着用ローラ。
【請求項９】
前記スポンジ層は、シリコーンゴムから形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の定着用ローラ。
【請求項１０】
前記スポンジ層は、３００ｇ荷重のアスカ−Ｃ硬度で、１５〜６０度の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の定着用ローラ。
【請求項１１】
前記接着剤層は、全周に渡り形成されていることを特徴とする請求項２又は６に記載の定着用ローラ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の定着用ローラを、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる画像定着装置の定着ローラとして備えることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
前記定着ローラに所定の圧力で転接する加圧ローラを更に具備し、
該定着ローラの前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態で位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴とする請求項１２に記載の定着装置。
【請求項１４】
前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部と一致した状態で位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴とする請求項１３に記載の定着装置。
【請求項１５】
前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部より軸方向に沿って内方に偏倚した状態で位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴とする請求項１３に記載の定着装置。
【請求項１６】
前記定着ローラに所定の圧力で転接する加圧ローラを更に具備し、
該定着ローラの前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部と一致又は軸方向に沿って内方に偏倚して位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴とする請求項１２に記載の定着装置。
【請求項１７】
前記金属製薄肉スリーブを加熱する加熱手段を更に具備することを特徴とする請求項１２乃至１６の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項１８】
前記加熱手段は、前記金属製薄肉スリーブを外部から加熱する外部加熱手段であることを特徴とする請求項１７に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、芯金の外周をスポンジで覆い、更に、このスポンジの外周を金属製薄肉スリーブで覆った構成の定着用ローラ、及び、この定着用ローラを備えた定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置において、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式等の適宜の作像プロセス機構により被記録材（転写材・感光紙・静電記録紙・印刷紙等）に転写方式（間接方式）或いは直接方式で目的の画像情報に対応させて形成担持させた未定着トナー像を、被記録材面に加熱・加圧定着させるための定着装置としては、定着ローラ及び加圧ローラを備えた所謂２ローラ方式の装置構成が広く用いられている。
【０００３】
図１３に、従来の２ローラ方式の定着装置の概略構成を示す。参照符号８０は、加熱用回転体としての定着ローラを示している。この定着ローラ８０のアルミニウム製の中空芯金８２の内部には、加熱手段としてのハロゲンランプ８１が配設されている。このハロゲンランプ８１に対して、不図示の電源から通電して発熱させて、定着ローラ８０を、中空芯金８２の内部から、被加熱材としての被記録材Ｐ（以下、転写材と記す）上のトナー画像のトナーを融解させるのに十分な温度に加熱する。
【０００４】
また、転写材Ｐ上のトナーをオフセットすることなく、転写材上に定着するために、該定着ローラ８０の中空芯金８２の外側には離型性に優れた性能を示すポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシテトラフルオロエチレン共重合体（ＰＦＡ）などの離型性層８３が形成されている。また、定着ローラ８０の表面にはサーミスタ８４が接触しており、定着ローラ表面の温度を検知し、適度な温度で転写材上のトナー像を加熱するようにハロゲンランプ８１への給電をｏｎ／ｏｆｆ制御するように構成されている。
【０００５】
また、参照符号９０は、定着ローラ８０に対する加圧部材としての加圧ローラを示しており、定着ローラ８０に対して略並行に配列され、ローラ長手両端部において不図示の加圧バネにより付勢されて定着ローラ８０に対して圧接した状態に保持されている。この加圧ローラ９０は、芯金９１の外部にシリコーンゴムを形成した弾性層あるいはシリコーンゴムを発泡して成るスポンジ弾性層９２、さらにその外層に定着ローラ８０と同様のＰＴＦＥあるいはＰＦＡの離型性層９３を形成して構成されている。
【０００６】
このように２ローラ方式の定着装置を構成することにより、この加圧ローラ９０の弾性により定着ローラ８０と加圧ローラ９０の両ローラ間の圧接ニップ部Ｎに十分なニップ幅を形成することができることになる。
【０００７】
そして、回転させた定着ローラ８０と加圧ローラ９０のニップ部Ｎに、未定着トナー像を担持させた転写材Ｐを画像面を定着ローラ８０側にして導入して挟持搬送させることで、定着ローラ８０の熱及びニップ部Ｎで作用される圧力により、トナー像が転写材Ｐ面に永久画像として加熱・加圧定着されることになる。
【０００８】
ここで、定着ローラ８０の中空芯金８２は、熱容量をできるだけ小さく抑え、かつより高い熱伝導性を有しながらも機械的強度を満足させるために、２０〜３０ｍｍの外径で、肉厚１．５〜３ｍｍを必要としていた。更に、最外層を成す離型性層８３は熱伝導性が小さいため厚く形成することができず、通常３０〜５０μｍの厚みで形成されていた。
【０００９】
また、加圧ローラ９０は、転写材Ｐの搬送中にトナーが融解するのに十分なニップ幅を得るために１５〜６０度（ＡＳＫＥＲ−Ｃ、３００ｇ荷重時）程度のローラ表面硬度が必要となっていた。
【００１０】
しかしながら、上記従来例のような２ローラ方式の定着装置の場合、定着ローラ８０の中空芯金８２の肉厚をできるだけ小さくすることにより熱伝導性を高めることができる反面、熱容量が小さくなるために転写材Ｐを通紙した場合には、転写材Ｐへの放熱により定着ローラ８０の表面の温度変動（リップル）が大きくなり、よって転写材Ｐ上のトナー像の定着性にムラが生じてしまう等の問題が指摘されていた。
【００１１】
このため定着ローラ８０および加圧ローラ９０を使用した２ローラ方式の定着装置においては、昨今求められているウォームアップ時間短縮の実現が容易に達成されていない問題点が発生している。即ち、画像形成装置が動作していない状態であっても、定着ローラ８０の表面をある程度加熱状態にしておく必要があり、消費電力が多大となっていた。
【００１２】
また、定着ローラ８０が剛体であり、加圧ローラ９０の弾性のみによってニップ部Ｎを形成するため、定着ローラ８０の形状に沿って転写材Ｐが搬送される。これにより転写材Ｐには加熱状態で屈曲するような外圧がかかることになるため、定着装置から排出される転写材Ｐにはニップ部Ｎの曲率形状に沿った湾曲のカールが生じる。特に程度が悪いときには定着ローラ８０からの分離性能にも悪影響を与える等の問題があった。
【００１３】
更に、封筒を通紙した場合においては、封筒の湾曲もしくは変形によりシワが生じ、印刷した宛名がシワにより分断され、極端な場合には解読不可能になる等の問題がある。これは近年の装置の小型化に伴って定着ローラ８０の外径が小さくなるほど顕在化する問題であった。
【００１４】
更にまた、加圧ローラ９０の長手方向両端部の加圧手段で定着ローラ８０側に加圧ローラ９０を圧接する場合には、小径の加圧ローラ９０は軸の撓みにより長手方向中央部に比べ、両端部に向かうにつれ加圧力が増大する。このためニップ部Ｎの幅はニップ部長手方向で異なり、ニップ部長手方向の中央部に比べ両端部へ向かうにつれ大きくなる。これによりニップ部Ｎに挟持搬送される転写材Ｐに及ぶ加圧状態が中央と両端部で異なり、転写材端部は過剰に加圧されるため紙繊維が伸び、波打ちが発生する問題点も指摘されていた。
【００１５】
このような問題点を解決するために、例えば、特開平８−１２９３１３号公報に示されるような、「内部に弾性体層を含み、その外部に厚さ１０〜１５０μｍの金属スリーブを設けた加熱用回転体」を備える技術が提案されている。このような加熱用回転体によれば、上述した問題点を解決することが出来るものである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような「内部に弾性体層を含み、その外部に厚さ１０〜１５０μｍの金属スリーブを設けた加熱用回転体」により形成された定着用ローラとこれに所定の圧力で転接する加圧ローラとから所謂２ローラ方式の定着装置を構成して、実際に耐久試験を行ってみると、耐久性を担保する時間内に金属製スリーブの端部に、連続運転時間１００時間程度で割れが発生して、耐久性が十分でない場合があることが判明した。
【００１７】
この発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、この発明の目的は、実際に回転駆動させた状態でも、端部に割れが発生せずに長期間に渡り使用可能な状態を継続させることの出来る定着用ローラ、及び、この定着用ローラを備えた定着装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決し、目的を達成するため、この発明に係わる定着用ローラは、請求項１の記載によれば、芯金と、この芯金の外周にこれを取り巻くように配設されたスポンジ層と、このスポンジ層の外周に被覆された金属製薄肉スリーブとを具備し、前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態で位置していることを特徴としている。
【００１９】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項２の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブは、前記スポンジ層の外周に、接着剤層を介して接着されていることを特徴としている。
【００２０】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項３の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部より軸方向に沿って内方に偏倚して位置していることを特徴としている。
【００２１】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項４の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部に一致した状態で位置していることを特徴としている。
【００２２】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項５の記載によれば、芯金と、この芯金の外周にこれを取り巻くように配設されたスポンジ層と、このスポンジ層の外周にこれを覆うように配設された金属製薄肉スリーブとを具備し、前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部と一致又はこれより軸方向に沿って内方に偏倚した状態で位置していることを特徴としている。
【００２３】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項６の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブは、前記スポンジ層の外周に、接着剤層を介して接着されていることを特徴としている。
【００２４】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項７の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブは、厚さ１０〜１００μｍの肉厚を有することを特徴としている。
【００２５】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項８の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブは、ニッケル電鋳製であること特徴としている。
【００２６】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項９の記載によれば、前記スポンジ層は、シリコーンゴムから形成されていることを特徴としている。
【００２７】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項１０の記載によれば、前記スポンジ層は、３００ｇ荷重のアスカ−Ｃ硬度で、１５〜６０度の範囲に設定されていることを特徴としている。
【００２８】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項１１の記載によれば、前記接着剤層は、全周に渡り形成されていることを特徴としている。
【００２９】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項１２の記載によれば、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の定着用ローラを、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる画像定着装置の定着ローラとして備えることを特徴としている。
【００３０】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項１３の記載によれば、前記定着ローラに所定の圧力で転接する加圧ローラを更に具備し、該定着ローラの前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態で位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴としている。
【００３１】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項１４の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部と一致した状態で位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴としている。
【００３２】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項１５の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部より軸方向に沿って内方に偏倚した状態で位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴としている。
【００３３】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項１６の記載によれば、前記定着ローラに所定の圧力で転接する加圧ローラを更に具備し、該定着ローラの前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部と一致又は軸方向に沿って内方に偏倚して位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴としている。
【００３４】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項１７の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブを加熱する加熱手段を更に具備することを特徴としている。
【００３５】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項１８の記載によれば、前記加熱手段は、前記金属製薄肉スリーブを外部から加熱する外部加熱手段であることを特徴としている。
【００３６】
【好適する実施例の説明】
以下に、この発明に係わる定着用ローラを、２ローラ方式の定着装置の定着ローラに適用した場合の種々の実施例につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３７】
（第1の実施例の説明）
先ず、図１を参照して、この発明に係わる第1の実施例の定着装置１０の概略構成を説明する。参照符号１２は、この発明に係わる一実施例の定着用ローラが適用されるところの、加熱用回転体としての定着ローラを示しており、参照符号１４は、この定着ローラ１２に所定の圧力で転接する加圧部材としての加圧ローラを示している。尚、この定着ローラ１２の外周面には、この表面温度を測定するためのサーミスタ３８が接触配置されている。
【００３８】
この定着ローラ１２は、鉄等の金属製芯金１６の駆動軸の長手方向端部にある不図示の駆動ギアを介して、不図示の駆動系により、矢印で示す方向に回転駆動される。一方、加圧ローラ１４は、鉄製の芯金１８の長手方向両端部にある不図示の軸受を介して、不図示の加圧バネにより、定着ローラ１２側へ圧接された状態で、定着ローラ１２の回転に従動して矢印で示す方向に回転する。参照符号Ｎは、この両ローラ１２、１４が互いに転接する圧接ニップ部を示している。
【００３９】
この一実施例の定着ローラ１２は、図２に取り出して示すように、芯金１６と、この芯金１６の外周に、プライマー２０を介してこれを取り巻くように配設されたスポンジ層２２と、このスポンジ層２２の外周に、接着剤層２４を介して接着された金属製薄肉スリーブ２６と、この金属製薄肉スリーブ２６の外周にこれを覆うように配設された離型層２８とを備えて構成されている。
【００４０】
ここで、上述したスポンジ層２２は、シリコーンゴムを発泡して形成されたところの、少なくとも独立気泡を含むスポンジ体から構成されている。このスポンジ層２２は、金属製薄肉スリーブ２６内に嵌入されたスポンジ体から形成されており、嵌入前の状態において、その外径が、スリーブ２６の内径よりも径大になるように、図示しない外径研磨装置により、加工されている。具体的には、金属製薄肉スリーブ２６の内径は、３０．０ｍｍに設定されているが、嵌入前のスポンジ体の外径は、３０．５ｍｍになるように、加工されている。
【００４１】
また、金属製薄肉スリーブ２６は、高い熱伝導を有する金属材料、例えば、鉄・ＳＵＳ・ニッケル等、具体的には、この実施例においては、ニッケル電鋳製のスリーブから形成されていて、内径が３０．０ｍｍ、肉厚が１０〜１００μｍ、好ましくは３０〜５０μｍ、具体的には、この実施例においては、肉厚３５μｍの薄肉スリーブとして形成されている。
【００４２】
また、上述したスポンジ層２２と金属製薄肉スリーブ２６とを接着するために、スポンジ層２２の外周面及び金属製薄肉スリーブ２６の内周面の少なくとも一方、具体的には、この一実施例では、スポンジ層２２の外周面には、これの外周への金属製薄肉スリーブ２６の嵌入に先立ち、接着剤が全面に渡り塗布されていて接着剤層２４が構成されている。
【００４３】
ここで、この接着剤層２４を構成する接着剤としては、この一実施例においては、シリコーンゴム系接着剤が用いられており、特に、２液付加ＬＴＶ（商品名：ＳＥ１７００、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）が用いられている。また、ＲＴＶ（商品名：ＫＥ４５、信越化学工業社製）の接着剤も、用いられ得るものである。
【００４４】
ここで、この接着剤層２４の層厚としては、５〜１００μｍの範囲が適切であり、特に、この一実施例においては、塗布量からの換算として、約５０μｍに設定されている。尚、接着剤層２４の層厚が5μｍより薄いと、接着強度が担保されず、一方で、１００μｍより厚いと、スポンジ層２２の断熱効果を損なうこととなり好ましくない。従って、上記したように、接着剤層２４の層厚としては、５〜１００μｍが最適な範囲となるものである。
【００４５】
このように、スポンジ層２２と金属製薄肉スリーブ２６とを互いに接着しているために、定着ローラ１２の回転状態において、金属製薄肉スリーブ２６と加圧ローラ１４との間の摩擦係合力が強くなったとしても、スポンジ層２２と金属製薄肉スリーブ２６との間で相対回転が発生せず、短時間のうちにスポンジ層の外表面がぼろぼろになって、使用不能状態となることが、確実に防止されることになり、その効果は絶大である。
【００４６】
また、このような定着ローラ１２の回転状態において、金属製薄肉スリーブ２６はスポンジ層２２に接着固定されているので、金属製薄肉スリーブ２６がスポンジ層２２に対して軸方向に沿って変位する状態が確実に防止されることとなる。この結果、金属製薄肉スリーブ２６がスポンジ層２２に対して軸方向に沿って変位する事により発生していた所の、応力集中による割れの発生が、確実に防止されることになる。
【００４７】
一方、この発明の特徴となる点であるが、定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６の両端部は、図３に示すように、スポンジ層２２の対応する端部よりも夫々内側に偏倚した状態で位置している。換言すれば、この一実施例においては、金属製薄肉スリーブ２６の両端部は、スポンジ層２２の対応する端部から夫々軸方向に沿って外方に突出しないように、内方に引き込まれた状態で配設されている。
【００４８】
これは、本願発明者が従来の技術の欄に記載した問題点（スリーブの端部割れ）を解決すべく、種々の構成を検証することにより、該問題点を解決するに最適の構成を発明するに至ったものである。即ち、本願発明者は、金属製薄肉スリーブ２６がスポンジ層２２から軸方向外方に突出している場合に、その突出している側の端部に割れが発生する傾向があることに着目し、後に種々の変形例として説明するが、要は、金属製薄肉スリーブ２６の端部がスポンジ層２２の端部から外方に突出している場合に、そのスポンジ層２２の端部を構成する角部が、金属製薄肉スリーブ２６の内周面に当たり、この当たっている部位において応力集中が発生して、割れが発生する原因であることに気が付いたものである。
【００４９】
そこで、このような割れの発生に対する対応策として、金属製薄肉スリーブ２６の端部が、スポンジ層２２の端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態、即ち、軸方向に沿って内方に偏倚して位置させる技術を発明するに至ったものである。
【００５０】
このように、この一実施例においては、金属製薄肉スリーブ２６の端部が、スポンジ層２２の端部より内側に偏倚して位置させることにより、連続駆動時間として４００時間を経過しても、尚、割れが発生しない状態となり、十分な耐久性が達成される効果が奏せられることになる。
【００５１】
また、この一実施例においては、接着剤層２４を構成する接着剤として、シリコーンゴム系の接着剤を採用することにより、この接着剤自身に所定の柔らかさ及び弾性を発揮し得ることとなる。この結果、柔らかなスポンジ層２２と硬い金属製薄肉スリーブ２６とを接着するに際して、両者の間の硬度の違いを効果的に吸収して、ストレスを与えない点で、顕著な効果を奏することが出来るものである。
【００５２】
また、この接着剤層２４は、上述したように所定の弾性を有しているために、硬い金属製薄肉スリーブ２６からの力を、直に、スポンジ層２２に伝達することを防止して、所謂保護層としての機能を発揮することが出来るものである。
【００５３】
また、離型層２８は、ＰＴＦＥあるいはＰＦＡ等のフッ素樹脂から形成されている。例えば、金属製薄肉スリーブ２６の外周面にＰＦＡを塗布する事により形成しても良いし、ＰＦＡ製のチューブを被覆する事により形成しても良いものである。
【００５４】
一方、加圧ローラ１４は芯金１８の外周に、シリコーンゴム製の弾性層３０、そして、ＰＴＦＥあるいはＰＦＡ等の離型層３２を順次形成して構成されている。
【００５５】
そして、この第１の実施例に係わる定着装置１０においては、定着ローラ１２に加圧ローラ１４が所定の圧力で転接している状態において、金属製薄肉スリーブ２６の端部割れの発生を防止する目的で、定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６の端部が、加圧ローラ１４の端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態、即ち、内方に偏倚して位置するように、加圧ローラ１４は定着ローラ１２に転接している。
【００５６】
即ち、既に上述したように、金属製薄肉スリーブ２６の内周面にスポンジ層２２の端部を構成する角部が当たることにより、金属製薄肉スリーブ２６に応力集中が発生し、これが割れの原因となると同様に、金属製薄肉スリーブ２６の外周面に加圧ローラ１４の端部を構成する角部が当たることにより、金属製薄肉スリーブ２６に応力集中が同様に発生し、これが割れの原因となることも判明した。
【００５７】
従って、この加圧ローラ１４の当たり具合を起因とする割れの発生を防止する目的から、定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６の端部は、加圧ローラ１４の端部の内側に偏倚して位置する状態で、加圧ローラ１４は定着ローラ１２に転接するように構成されている。
【００５８】
尚、このように加圧ローラ１４を定着ローラ１２に転接させることにより、加圧ローラ１４の外周面に、定着ローラ１２のスポンジ層２２の外部に露出している外周面の部分（即ち、金属製薄肉スリーブ２６の両端からはみ出しているスポンジ層２２の部分の外周面）が、直接的に転接することになる。この結果、定着ローラ１２と加圧ローラ１４との互いの摩擦係合力は増大し、駆動側の定着ローラ１２の回転に伴って、加圧ローラ１４はスリップ無く従動回転される（勿論、加圧ローラ１４が駆動側である場合には、加圧ローラ１４の回転に伴って、定着ローラ１２はスリップ無く従動回転される）ことになる効果が、特有に奏せられるものである。
【００５９】
また、参照符号３４は定着ローラ１２の表面を外部より加熱する外部加熱手段としてのハロゲンヒータを示している。このハロゲンヒータ３４は、定着ローラ１２と加圧ローラ１４との圧接ニップ部Ｎの転写材入口近傍において定着ローラ１２に対向させて配設してあり、このハロゲンヒータ３４の輻射熱により定着ローラ１２の表面が加熱されるようになされている。
【００６０】
ここで、ハロゲンヒータ３４による定着ローラ１２の輻射加熱を効率的に行うために、ハロゲンヒータ３４を中にして定着ローラ１２と反対側には反射率の高い湾曲した反射板３６が配置されており、ハロゲンヒータ３４からの輻射熱を発散させずに定着ローラ１２側へ反射させるように構成されている。
【００６１】
上述した定着ローラ１２に対しては、この定着ローラの表面温度を検知するためのサーミスタ３８が当接されており、これにより検知された定着ローラ１２の表面温度情報は、Ａ／Ｄ変換器（不図示）を介してＣＰＵ（不図示）へと送られ、これに基づきＣＰＵ（不図示）は、ＡＣドライバ（不図示）を介してハロゲンヒータ３４のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、定着ローラ１２の表面温度を所定値に制御するように構成されている。
【００６２】
この定着ローラ１２の他の外部加熱方法としては、図４に第１の実施例の第１の変形例として示すように加熱用コイル４０を用いた誘導加熱等がある。これは上記金属製薄肉スリーブ２６として鉄・ニッケル・コバルト等の強磁性体を使用した場合に特に有効である。加熱用コイル４０は定着ローラ１２の表面より一定間隔を隔てて配設されている。
【００６３】
図５は、図４に示す加熱用コイル４０の一端部側の拡大斜視図である。該加熱用コイル４０は定着ローラ１２の長さ寸法に略対応した横長部材であり、定着ローラ１２に対して略並行に配列させてある。図中参照符号４２は、フェライト等の強磁性体よりなる横長コアを示しており、一般にスイッチング電源用として用いられている代表的な形状としてＩ型・Ｅ型・Ｕ型等がある。本実施例ではＥ型のコアを用いているが、他の形状のコアとすることもできる。このコア４２には導線４４が巻かれており、長手方向端部より不図示の電源により通電される。
【００６４】
以上の構成により、定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６は、加熱用コイル４０の導線４４に高周波の交流を通電することで、定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６内に渦電流が発生し、そのジュール熱で誘導加熱される。この場合も、定着ローラ１２の表面温度がサーミスタ３８で検知され、その検知情報により、定着ローラ１２の表面が所定の定着温度になるように加熱用コイル４０への通電が制御される。この加熱方法はエネルギー効率の高い加熱が可能となり、効率的な定着方法となる。
【００６５】
このように、第１の実施例の定着装置１０では、定着ローラ１２の構成が、内部にスポンジ層２２、外部に金属製薄肉スリーブ２６を形成しており、熱容量が小さく熱伝導性に優れた金属製薄肉スリーブ２６は外部からの加熱手段（ハロゲンヒータ）３４によって急激に加熱することができることになる。
【００６６】
ここで、金属製薄肉スリーブ２６の肉厚を薄くしすぎると、加工上の観点から問題であるが、加工上の観点を満足するために金属製薄肉スリーブ２６の厚みをあまり厚くすると、剛性が強くなり、ニップ部Ｎのニップ幅を十分に得られなくなる問題点が発生する。以上の観点から、定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６は１０〜１００μｍの肉厚で形成することが望ましいことがわかる。
【００６７】
この一実施例では、内部に断熱効果の高い弾性体層としてのスポンジ層２２を形成し、その外側に１０〜１００μｍの金属製薄肉スリーブ２６を形成した定着ローラ１２の表面を、外部の加熱手段３４により定着可能な温度に加熱することによって、ウォームアップ時間を短縮することができる。よって画像形成装置が動作していない状態においては従来例のごとく定着ローラ表面を加熱する必要がなく、消費電力を大幅に削減できることになる。
【００６８】
また、この一実施例によれば、定着ローラ内部の弾性により小径の加圧ローラ１４の芯金１８が撓むことによる圧接ニップ部Ｎの不均一性を解消でき、圧接ニップ部長手方向のニップ幅を均一化することで転写材に同様の負荷を与えるため波打ち等の転写材の不具合を防止できることになる。
【００６９】
更に、定着ローラ１２にも弾性を持たせてあることから、ニップ幅を広く設定することが容易になり、画像形成装置の高速化をも可能とする定着装置となるものである。
【００７０】
この発明に係わる定着用ローラ及び定着装置は、夫々、上述した一実施例及び第1の実施例の構成に限定される事なく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である事は、言うまでもない。以下に、この発明に係わる定着用ローラの他の実施例、及び、定着装置の種々の実施例を、添付図面を参照して説明する。尚、以下の説明において、上述した一実施例及び第1の実施例と同一部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００７１】
（他の実施例の説明）
例えば、上述した一実施例の定着ローラ１２においては、金属製薄肉スリーブ２６の端部は、スポンジ層２２の端部から軸方向に沿って内方に偏倚した状態で配設されるように説明したが、この発明は、このような構成に限定されること無く、図６に他の実施例として示すように、金属製薄肉スリーブ２６の端部は、スポンジ層２２の端部と一致した状態で配設しても良いものである。要は、金属製薄肉スリーブ２６の端部が、スポンジ層２２の端部から軸方向に沿って外方に突出しないようにして配設すれば、良いものである。
【００７２】
この図６に示す状態において、加圧ローラ１４は、これの端部より金属製薄肉スリーブ２６の端部が軸方向に沿って内方に偏倚した状態で、定着ローラ１２に転接しているが、この発明は、このような構成に限定されること無く、図７に変形例として示すように、加圧ローラ１４は、これの端部と金属製薄肉スリーブ２６の端部が一致する状態で、定着ローラ１２に転接するようにしても良いことは、言うまでもない。即ち、この図７に示す変形例においては、スポンジ層２２の端部と、金属製薄肉スリーブ２６の端部と、加圧ローラ１４の端部とが一致した状態で構成されている。
【００７３】
(第２の実施例の説明)
また、上述した第１の実施例の定着装置１０においては、金属製薄肉スリーブ２６の端部は、加圧ローラ１４の端部より、軸方向に沿って内方に偏倚して位置するように、加圧ローラ１４は定着ローラ１２に転接するように説明したが、この発明は、このような構成に限定されること無く、図８に第２の実施例として示すように、金属製薄肉スリーブ２６の端部と加圧ローラ１４の端部と一致するように、加圧ローラ１４を定着ローラ１２に転接させても良い。要は、金属製薄肉スリーブ２６の端部が、加圧ローラ１４の端部から軸方向に沿って外方に突出しないような状態で、加圧ローラ１４が定着ローラ１２に転接すればよいものである。
【００７４】
以上の点をまとめると、図９に示すようになる。この図９において、符号Ｎｉは金属製薄肉スリーブ２６の端部位置を示しており、符号Ｐ／Ｒは加圧ローラ１４の端部位置を示しており、符号スポンジは、スポンジ層２２の端部位置を示している。そして、横欄の「Ｎｉ＜Ｐ／Ｒ」は、金属製薄肉スリーブ２６の端部が加圧ローラ１４の端部より軸方向内方に偏倚している状態を表し、「Ｎｉ＝Ｐ／Ｒ」は、金属製薄肉スリーブ２６の端部と加圧ローラ１４の端部が一致している状態を表し、「Ｎｉ＞Ｐ／Ｒ」は、金属製薄肉スリーブ２６の端部が加圧ローラ１４の端部より軸方向に沿って外方に突出している状態を表している。
【００７５】
一方、図９の縦欄の「スポンジ＜Ｎｉ」は、金属製薄肉スリーブ２６の端部がスポンジ層２２の端部より軸方向に沿って外方に突出している状態を示し、「スポンジ＝Ｎｉ」は、金属製薄肉スリーブ２６の端部とスポンジ層２２の端部が一致している状態を示し、「スポンジ＞Ｎｉ」は、金属製薄肉スリーブ２６の端部がスポンジ層２２の端部より軸方向に沿って内方に偏倚している状態を示している。
【００７６】
そして、この図９に示す表において、縦欄と横欄との交差する部位に描かれた構成が、縦欄で対応する条件と横欄で対応する条件とが組み合わされた条件による構成として規定されるものである。この図９に示す個々の構成において、評価の「○」は、金属製薄肉スリーブ２６の端部に割れが発生するまでの連続運転で、４００時間が経過しても尚、割れが発生しない状態を示しており、「×」は、１００時間程度以下で割れが発生したことを示している。
【００７７】
この図９から明らかなように、金属製薄肉スリーブ２６の端部が、スポンジ層２２の端部からも、加圧ローラ１４の端部からも軸方向に沿って外方に突出しない状態において、評価「○」が得られているものであり、これにより、本願発明の効果が明らかに実証されるものである。
【００７８】
(第３の実施例の説明)
また、上述した一実施例においては、定着ローラ１２においては、離型層２８は、金属製薄肉スリーブ２６の外周面に直接的に配設されるように説明したが、この発明は、このような構成に限定される事なく、例えば図１０に第３の実施例として示すように、一旦、金属製薄肉スリーブ２６の外周面に、シリコーンゴム等の弾性層４６を形成し、この弾性層４６の外周面に離型層２８を形成するように構成してよい事は、言うまでもない。
【００７９】
(第４の実施例の説明)
次に、図１１を参照して、この発明に係わる定着装置の第４の実施例の構成を説明する。この第４の実施例の定着装置１０全体の構成は、上述した第１の実施例で図1を参照して説明した構成と同様であり、定着装置１０内に配設された定着ローラ１２の構成も、上述した一実施例で図2及び図３を参照して示した構成と同様であるため、ここでの説明を省く。
【００８０】
この第４の実施例では、第1の実施例における外部加熱手段が、定着ローラの外周面に対して非接触な状態で配設されていたのに対して、定着ローラ表面を加熱するための外部加熱手段５０を、直接に定着ローラ１２の外周面に接触させた構成が採用されている。
【００８１】
この外部加熱手段５０は、細長いセラミック等の絶縁基板５２の表面にその長手に沿って銀・パラジウム合金粉末等のペーストを線状もしくは帯状に塗布焼成して低熱容量の通電発熱抵抗体５４を形成した加熱板（セラミックヒータ）を示しており、熱伝導性や熱応答性に優れ、定着ローラ表面を急激に加熱することができる。またこの加熱板５０の表面には、ＰＴＦＥ・ＰＦＡ等の耐熱性・離型性のよい部材５６がコーティングされており、定着ローラ１２との摺擦にも耐久できる構成となっている。尚、加熱板５０を、その背面を不図示の加圧部材により押圧することで定着ローラ１２に対して適度な加圧力で加圧接触させてある。
【００８２】
以上説明した第４の実施例では、定着ローラ表面の適切な位置を直接加熱することができるため、エネルギー効率の良い加熱定着が実現できる効果が、特有に奏せられることになる。
【００８３】
(第５の実施例の説明)
更に、図１２を参照して、この発明に係わる定着装置の第５の実施例の構成を説明する。この第５の実施例では、定着ローラ１２の外部加熱手段として交流磁場形成による誘導加熱を利用しており、転写材上のトナー像を定着するニップ部Ｎの下方に該加熱手段を配設してある。なお、定着装置１０内の定着ローラ１２の構成は、一実施例として図２及び図３に示した構成と同様であるため説明を省く。
【００８４】
この第５の実施例においては、定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６は鉄・コバルト・ニッケル等の強磁性体を用いた方がよい。図１２において、参照符号６０は、上述した第1の実施例で示したものと同様であり、フェライト等の磁性体コアに導線が巻かれた加熱コイルを示している。これと定着ローラ１２の間には、熱可塑性があり、耐熱性に優れたポリイミド・芳香族ポリアミド・ポリベンゾイミダゾール等の円筒状のフィルム６２が介設されている。
【００８５】
このフィルム６２は加熱用コイル６０と定着ローラ１２の間にバネ等の加圧手段（不図示）により一定の加圧力で挟持され、定着ローラ１２の回転に従動して回転する。この時、加熱用コイル６０とフィルム６２とは摺動するため、耐摩耗性・離型性に優れたフッ素系樹脂をフィルム６２の内面にコーティングしてあってもよい。またオフセット防止や転写材との離型性を保つために、フィルム６２の外側に同様にフッ素系樹脂をコーティングしてあってもよい。また加熱用コイル６０の定着ローラ１２側に耐摩耗性・離型性に優れたフッ素系樹脂部材が被せてあっても同様に耐久性に優れた構成となる。
【００８６】
加熱用コイル６０の構成は、上述した第1の実施例で図５において示した構成と同様であり、フェライト等の強磁性体よりなるコアに導線が巻かれており、長手方向端部より不図示の電源により通電される。
【００８７】
以上の構成により、定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６は、加熱用コイル６０の導線に高周波の交流を通電することで、ニップ部Ｎの下方から定着ローラ１２の金属製薄肉スリーブ２６に交流磁場を作用させて金属製薄肉スリーブ２６内に渦電流を発生させ、そのジュール熱で金属製薄肉スリーブ２６を誘導加熱する。これによりニップ部Ｎにおける定着ローラ表面を急激に加熱して搬送された転写材上のトナー像を熱融解し定着する。
【００８８】
以上、この第５の実施例では、エネルギー効率の良い誘導加熱によってニップ部Ｎを直接加熱するために、定着ローラ表面を転写材上のトナー像が融解可能な温度まで急激に加熱することができ、効率的な定着が可能となる。さらに交流磁場発生による誘導加熱であるため、転写材が搬送されている間も安定した加熱を行うことができる。
【００８９】
また定着ローラ内部は適度に弾性を有しており、定着ローラ１２と加熱コイル６０の間には変形自在のフィルム６２を用いているために、ニップ部Ｎの幅は加熱コイル４０のコアの幅を選択することで容易に変更することができる。
【００９０】
また、上述した実施例においては、金属製薄肉スリーブ２６は、スポンジ層２２の外周に接着剤層２４を介して被覆されるように説明したが、この発明は、このような構成に限定されること無く、スポンジ層２２の外周に圧入されることにより被覆されるようにして取り付けるようにしても良いことは言うまでもない。要は、金属製薄肉スリーブ２６は、スポンジ層２２の外周に、これから脱落不能な状態でこれを覆うように設けられていればよいものである。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、実際に回転駆動させた状態でも、端部に割れが発生せずに長期間に渡り使用可能な状態を継続させることの出来る定着用ローラ、及び、この定着用ローラを備えた定着装置が提供されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わる定着用ローラを備えた定着装置の一実施例の構成を概略的に示す図である。
【図２】この発明に係わる定着用ローラを定着ローラに適用した場合の第1の実施例の構成を示す横断面図である。
【図３】図２に示す定着ローラを正面から見た状態で示す一部断面図である。
【図４】外部加熱手段を加熱コイルとした定着装置の概略の側面図である。
【図５】加熱コイルの一端部側の拡大斜視図である。
【図６】定着ローラの他の実施例の構成を示す正面一部断面図である。
【図７】図６に示す定着ローラと加圧ローラとの関係を変更して、金属製薄肉スリーブとスポンジ層と加圧ローラとの夫々の端部を一致させた変形例を示す正面一部断面図である。
【図８】加圧ローラと金属製薄肉スリーブとの端部を一致させた第２の実施例に係わる定着装置の構成を示す正面図である。
【図９】定着ローラにおける金属製薄肉スリーブの端部とスポンジ層の端部との関係、及び、金属製薄肉スリーブの端部と加圧ローラの端部との関係を分類して示す図である。
【図１０】この発明に係わる定着用ローラを、加圧ローラに適用した場合の第３の実施例の構成を概略的に示す図である。
【図１１】この発明に係わる定着装置の第４の実施例の構成を概略的に示す図である。
【図１２】この発明に係わる定着装置の第５の実施例の構成を概略的に示す図である。
【図１３】従来の２ローラ式の定着装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０  定着装置
１２  定着ローラ
１４  加圧ローラ
１６  芯金（定着ローラの）
１８  芯金（加圧ローラの）
２０  プライマー層
２２  スポンジ層
２４  接着剤層
２６  金属製薄肉スリーブ
２８  離形層
３０  弾性層
３２  離型層
３４ ハロゲンヒータ（外部加熱手段）
３６  反射板
３８  サーミスタ
４０  加熱用コイル
４２  コア
４４  導線
４６  弾性層
５０ 加熱板
５２  絶縁基板
５４  通電発熱抵抗体
５６  コーティング部材
６０  加熱用コイル
６２  フィルム
Ｎ ニップ部
Ｐ 転写材（被加熱材）
【図１】
2004205814.tif 000003
【図２】
2004205814.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004205814.tif 000006
【図５】
2004205814.tif 000007
【図６】
2004205814.tif 000008
【図７】
2004205814.tif 000009
【図８】
2004205814.tif 000010
【図９】
2004205814.tif 000011
【図１０】
2004205814.tif 000012
【図１１】
2004205814.tif 000013
【図１２】
2004205814.tif 000014
【図１３】
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