(57)【要約】【課題】本発明の課題は、従来の誘導発熱型の定着ローラーにおける欠点を解消し、効率良く、立ち上がり時間が短く、構造上の強度を充分に持った定着ローラーを提供することである。【解決手段】上記課題の解決手段として、本発明に係る定着ローラーは、磁界発生手段２と、該磁界発生手段２の外周を囲むように配設され電磁誘導発熱を利用して発熱する導電性発熱層２６と、強度的に劣る前記導電性発熱層２６が変形を受けないように支持する非導電性かつ非磁性の固定部と可動部を有し、取り外しを行うときには、可動部から外側を脱着できる構造とした。また、本発明に係る定着ローラーは、前記固定部と可動部の熱膨張率を、固定部＞可動部となるように構成した。【選択図】　　　　　　　図３
2004004902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界発生手段と、該磁界発生手段の外周を囲むように配設され電磁誘導発熱を利用して発熱する導電性発熱層と、強度的に劣る前記導電性発熱層が変形を受けないように支持する非導電性かつ非磁性の固定部と可動部を有し、取り外しを行うときには、可動部から外側を脱着できる構造としたことを特徴とする定着ローラー。
【請求項２】
前記固定部と可動部の熱膨張率を、固定部＞可動部となるように構成したことを特徴とする請求項１記載の定着ローラー。
【請求項３】
軸に固定されている磁性体からなるコアと該コアに巻き付けられた巻線から構成される磁界発生手段と、該磁界発生手段の外周を囲むように配設され電磁誘導発熱を利用して発熱する筒状の発熱部からなり、前記発熱部が、非導電性耐熱支持層と薄層の導電性発熱層と離型層の３層からなる定着ローラーにおいて、
前記非導電性耐熱支持層を固定部と可動部の２体で形成し、取り外しを行うときには両部を分割し、可動部から外側を脱着できる構造としたことを特徴とする定着ローラー。
【請求項４】
前記非導電性耐熱支持層の固定部と可動部の熱膨張率を、固定部＞可動部となるように構成したことを特徴とする請求項３記載の定着ローラー。
【請求項５】
トナー像を加熱溶融し転写材上に定着する定着装置において、
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の定着ローラーを用いたことを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー像を加熱溶融し転写材上に定着して画像形成を行う画像形成装置の定着装置に関し、特に、電磁誘導発熱を利用した定着ローラーとその定着ローラを用いた定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁誘導発熱を利用した定着ローラー（加熱ローラーとも呼ばれる）としては、例えば、実開昭４８−５９４５８号公報に開示された誘導発熱ローラーがあり、この誘導発熱ローラーは、固定軸の外表面に固設された鉄心にコイルを巻き、コイルに交流電源を接続し、そのコイルを巻いたものの外周面に高導電性、高熱伝導性の非磁性材料よりなる薄肉円筒状の回転する発熱ローラーを固定軸と同心的に配設し、上記コイルに通電された時に誘起する鉄心を通る交番磁束の漏洩磁束が、上記発熱ローラーの円周側壁を貫通することにより、同ローラーを加熱するように構成されている。
【０００３】
また、特開昭５３−５０８４４号公報には、軸に固着されている磁性体からなるコアーに巻き付けられた巻線と、巻線の外周に配設された弾性体からなる耐熱断熱層と、この耐熱断熱層を被覆する可橈性の誘導発熱層とからなる加熱ローラーとすることにより、加熱ローラーの立ち上がりを早くし、発熱層の強度不足を解消する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電子写真方式の複写機、ファクシミリ、プリンター等、トナーを用いた画像形成装置の定着装置としては一般的に熱ローラー定着装置が用いられる。この熱ローラー定着装置では、内部に熱源を有する定着ローラーと、定着ローラーに押圧される機構を備えた加圧ローラーを用い、それらから構成される熱ローラー対の間に形成されるニップ部に未定着のトナー像を担持した転写材を通過させることにより、トナーを加熱溶融し、転写材に固定する構成となっている。定着ローラーの熱源としては、赤外線ヒーターを用いることが一般的であるが、投入した電力の一部が可視光線となってしまうことが避けられないことと、赤外線を受光する定着ローラーの内壁での受光ロス等により、効率の限界がある。
【０００５】
一方、実開昭４８−５９４５８号公報に開示されているように、発熱ローラーとして電磁誘導発熱を利用するものでは、定着ローラーは、回転駆動される外筒と、この外筒を誘導発熱させるための誘導コイルを備えた電磁誘導発熱機構を持つ内筒より構成されており、誘導コイルは外部に設けられた交流電源に接続され、誘導コイルが交流電源により励磁されると外筒の内壁に交流渦電流が誘起され、内壁近傍が発熱する仕組みになっている。この場合、外筒そのものが発熱源となるため、赤外線ヒーターを用いたときのような損失を無くすことができる。
【０００６】
ところで、上記のような電磁誘導発熱を利用した定着ローラーの温度の立ち上がりを早めるには発熱層（金属層）を薄くすればよいが、定着ローラーを他のローラーに圧接させてシートの搬送を行わせる場合に、圧力に耐えられなくなってシート搬送に支障を来す欠点がある。この欠点を改良する発明であって、電磁誘導発熱を利用した定着ローラー（加熱ローラー）として開示されている特開昭５３−５０８４４号公報記載の技術では、加熱ローラーの立ち上がりを早くするために、発熱層を可橈性とし（金属を薄くする）、熱ローラー対として使用するときの圧力に耐えうるように、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性体にて発熱層を支持するようにしている。このように構成することにより、熱ローラー対の機能を保ちつつ立ち上がり時間を早めることができるようになった。
【０００７】
しかし、発熱層の支持部に弾性体を用いることにより、発熱層（金属の薄層）が繰り返し圧力により疲労して損壊してしまったり、高速度の画像形成に供される定着装置ではローラー対の圧力が非常に高いために発熱層が塑性変形してローラ対としての役割を果たせなかったりすることは避けられない。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、以下に、本発明の課題
（目的）を述べる。
（１）本発明では、上述した欠点の生じない、効率の良い、熱ローラー対に適した定着ローラーとそれを用いた定着装置を提供することを目的とする。
（２）本発明では、（１）の目的に加え、交換性の良い定着ローラーとそれを用いた定着装置を提供することを目的とする。
（３）本発明では、（２）の目的に加え、さらに交換性を向上させ、しかも、取付け位置精度をも確保できる定着ローラーとそれを用いた定着装置を提供することを目的とする。
（４）本発明では、（３）の目的に加え、支持方法を簡略化できる定着ローラーとそれを用いた定着装置を提供することを目的とする。
（５）本発明では、（１）の定着ローラーを大量に生産するときに歩留まりを向上させ、安定的に生産できる定着ローラーを提供することを目的とする。
（６）本発明では、（５）の目的に加え、重量を軽減して、取扱い性を向上させた定着ローラーを提供することを目的とする。
（７）本発明では、（６）の目的に加え、定着装置の温度制御機構等の故障によりローラーが過熱した際にローラーが破損し、高い圧力で圧接された熱ローラー対が飛散する事故をも防止できる定着ローラーを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明に係る定着ローラーは、磁界発生手段と、該磁界発生手段の外周を囲むように配設され電磁誘導発熱を利用して発熱する導電性発熱層と、強度的に劣る前記導電性発熱層が変形を受けないように支持する非導電性かつ非磁性の固定部と可動部を有し、取り外しを行うときには、可動部から外側を脱着できる構造としたことを特徴とする（請求項１）。
また、本発明に係る定着ローラーは、前記固定部と可動部の熱膨張率を、固定部＞可動部となるように構成したことを特徴とする（請求項２）。
より具体的な構成について述べると、本発明に係る定着ローラーは、軸に固定されている筒状の磁性体からなるコアと該コアに巻き付けられた巻線（誘導コイル）から構成される磁界発生手段（筒状の構造であるため、これを内筒と呼ぶ）と、該磁界発生手段の外周を囲むように配設され電磁誘導発熱を利用して発熱する筒状の発熱部（前記内筒に対応して、これを外筒と呼ぶ）からなる定着ローラーであり、前記発熱部（外筒）が、非導電性耐熱支持層と薄層の導電性発熱層と離型層の３層から構成されている。
【００１０】
そして、本発明に係る定着ローラーでは、前記３層構造の発熱部（外筒）は一体にて構成され、（内筒等の固定部側に対して）取り外し可能である。
【００１１】
また、本発明に係る定着ローラーでは、前記非導電性耐熱支持層を固定部と可動部の２体で形成し、取り外しを行うときには両部を分割し、可動部から外側を脱着できる構造とした（請求項３）。
さらに本発明に係る定着ローラーでは、その非導電性耐熱支持層の固定部と可動部の熱膨張率を、固定部＞可動部となるように構成した（請求項４）。
そして、本発明に係る定着装置では、以上のような構成の定着ローラーを用いたことを特徴とする（請求項５）。
【００１２】
尚、本発明に係る定着ローラーでは、前記非導電性耐熱支持層は、その耐熱温度が前記離型層を形成する際の温度負荷を上回るような材質から構成されるものとした。
また、本発明に係る定着ローラーでは、その非導電性耐熱支持層の材質が、耐熱樹脂からなるものとした。
さらに本発明に係る定着ローラーでは、その非導電性耐熱支持層の材質が、ポリイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂等の耐熱の熱硬化性樹脂からなるものとした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明が実施される、誘導発熱型の定着ローラーを用いた定着装置の一構成例を示す断面図である。また、図２は図１に示す定着装置のローラー軸に直交する断面を示す断面図である。定着ローラー２１は、外筒１と、内筒２と、回転自在なフランジ３からなる。内筒２は、軸と一体に形成された鉄心（コア）１１と、鉄心１１に巻き付けられた誘導コイル１２とからなり磁界発生手段を構成している。誘導コイル１２はリード線１４により、交流電源１５に接続されている。発熱部である外筒１は内筒２の外周を囲むように同心的に配設され、その両側には、フランジ３が設置され、図示しないネジ等で結合されている。このフランジ３は、内筒２の鉄心１１の軸に軸受１３を介して回転自在に支持されており、フランジの１つには図示しない駆動ギヤが設けられ、該駆動ギヤを介して図示しないモータと接続されている。従って、定着ローラー２１は内筒２が固定で、外筒１のみ回転するようになっている。
【００１４】
加圧ローラー２２は、シリコーンゴム等の弾性体を芯金上に形成したものを用い、定着ローラー２１と所定の圧力で接触されて熱ローラー対を形成し、ニップ部を形成している。そして転写紙３１上に坦持された未定着トナー３２は、そのニップ部を通過することにより加熱溶融され、転写紙３１上に固定される。定着ローラー２１の外側表面にはサーミスタ等の温度検知手段１６が設置されており、この温度検知手段１６により定着ローラー２１の表面温度が検知され、図示しない制御手段により交流電源１５の出力電流を制御することにより所望の温度に制御している。
【００１５】
ここで、従来構成の電磁誘導発熱を利用した定着ローラーでは、定着ローラー２１の外筒１は、金属等の導電体からなり、内筒２の誘導コイル１２が交流電源１５により励磁されると、外筒１の内壁に交流渦電流が誘起され、ジュール熱により内壁近傍が発熱する。発生した熱は、外筒１の半径方向外側に向かって伝わり、表面が加熱される。このとき、外筒１は薄い方が熱容量が少ないため、温めるために要する立ち上げ時間が減少するという利点がある。しかし、薄くすることによって強度が低下し、加圧ローラと圧接されるときの圧力に耐えられずローラーが変形し、転写紙３１の搬送性やトナー３２の定着性に支障をきたすようになる。また、弾性体にて薄層の外筒を支持する方法があるが、課題のところで述べた問題点がある。
【００１６】
そこで本発明では、定着ローラー２１の発熱部を構成する外筒１を、非導電性耐熱支持層と薄層の導電性発熱層と離型層の３層で構成したものである。すなわち定着ローラーの外筒を３層構造にすることにより、効率良く、立ち上がり時間が短く、構造上の強度も十分に持った定着ローラを形成することが可能と成る。
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００１７】
【実施例】
図３は本発明の第１の実施例を示す定着ローラーの断面図である。本発明の定着ローラー２１の外筒１は、非導電性耐熱支持層２５と、導電性発熱層２６と、離型層２７により構成される。導電性発熱層２６は、金属の薄膜や炭素繊維を編んだもの等の導電性を有する材料からなり、熱容量が小さくなるように薄くしたものを用いる。非導電性耐熱支持層２５は、強度的に劣る導電性発熱層２６が変形を受けないように支持する役目を果たし、非導電性、非磁性の、例えば、ガラス、樹脂、セラミックス等を用いる。また、熱容量の小さい材質を用いたり、熱伝導率の小さな材質を用いて立ち上げ時間を阻害しないようにすることが望ましい。離型層２７は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂を１０〜３０μｍの薄層にコーティングした物やチューブ状に加工したものを用い、ニップ部において溶融したトナーがローラ表面に付着して、再度転写紙上に付着する、いわゆるオフセットと呼ばれる不具合を防止する。
【００１８】
次に第２の実施例として、図３に示す定着ローラー２の外筒１を構成する上記３層２５，２６，２７が一体になるように材料を選定し、加工する。具体的には、非導電性耐熱支持層２５の表面に、導電性発熱層２６として金属、例えばニッケル、金、銀をメッキやコーティング、蒸着等の方法により薄層で形成し、その上に、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂の微粉末をコーティングし焼成したものや、薄層のチューブを被せて熱収縮させたものを用いて、離型層２７を形成する。こうすることにより、３層構造の外筒１を一体的に形成することができ、定着ローラー２１のフランジ３から一体的に取り外すことができ、各層を分離して取り外して交換する必要が無いため、メンテナンスを行う際の交換性が向上する。
【００１９】
次に図４に第３の実施例を示す。ここでは、定着ローラー２１の外筒１の非導電性耐熱支持層２５を、固定部２５１と可動部２５２にて構成する。そして、固定部２５１を図１に示した定着ローラー２１のフランジ３に固定し、可動部２５２を固定部２５１に設置する構成をとる。このように構成すると、離型層２７の寿命等で定着ローラー２１を交換する必要が生じたときには、可動部２５２から外側の部分を一体的に取り外すことができるため、駆動部や内筒２を取り外す必要がなくなり、交換性が向上する。
【００２０】
次に第４の実施例として、図４に示す構成の定着ローラーにおいて、外筒１の非導電性耐熱支持層２５を構成する固定部２５１と可動部２５２の材質を、固定部２５１の熱膨張率が、可動部２５２の熱膨張率よりも大きくなるような材質とする。例えば固定部２５１にＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）、可動部２５２にＰＩ（ポリイミド）などを使用することにより、使用時の温度上昇により自然に絞まり方向になるため、特別な固定方法をとる必要がなくなるというメリットが生じる。さらに、固定部２５１の材質は、可動部２５２の材質よりも耐熱が低いものを選択することもできるため、安価に構成できるメリットもある。また、固定部２５１はフランジ３に固定したままとすることができるので、製造時に高精度に取り付けを行えば、メンテナンスを行っても位置精度が維持されるので、位置精度不良によるジターや搬送性の不良といったことが起こりにくくなる。
【００２１】
次に第５の実施例として、図３に示した構成の定着ローラー２１において、非導電性耐熱支持層２５の耐熱温度を、離型層２７を形成するフッ素樹脂の焼成温度よりも高くなるようにして、製造時に熱変形を起こして歩留まりが低下するようなことがなくなるようにした。
【００２２】
次に第６の実施例として、図３に示した構成の定着ローラー２１において、非導電性耐熱支持層２５を構成する材質を耐熱樹脂とする。これにより外筒１の重量を軽減し、駆動始動時のトルク変動を抑えたり、メインテナンス時の取扱性を向上することができた。
【００２３】
次に第７の実施例として、図３に示した構成の定着ローラー２１において、非導電性耐熱支持層２５を構成する材質をＰＩ（ポリイミド）樹脂やＰＢＩ（ポリベンズイミダゾール）樹脂等の熱硬化性耐熱樹脂を用いて構成する。これにより、非常に高い強度を広い温度範囲において維持することができるようになり、例えば、温度制御機構の故障によって定着ローラー２１の温度が異常に上昇した場合でも、ローラーが溶融して破損して事故を起こすようなことがなくなる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下のような作用効果が得られる。
すなわち、本発明では、定着ローラーの外筒（発熱部）を非導電性耐熱支持層と薄層の導電性発熱層と離型層の３層構造にしたことにより、効率良く、立ち上がり時間が短く、構造上の強度を充分に持った定着ローラーが得られた。
【００２５】
本発明では、外筒（発熱部）の３層構造を一体的に構成することにより、交換性の良い定着ローラーを提供することができる。
【００２６】
本発明では、非導電性耐熱支持層を可動部と固定部の２部分にて構成することにより、さらに交換性を向上させ、コストも低く抑え、しかも、取付け位置精度をも確保できる定着ローラーが得られた。
【００２７】
本発明では、非導電性耐熱支持層の固定部の熱膨張を可動部の熱膨張よりも大きくしたので、特別な固定方法を用いなくても自然にローラーが固定されるようになり、可動部の支持方法を簡略化できる定着ローラーが得られた。
【００２８】
本発明では、非導電性耐熱支持層の耐熱温度をフッ素樹脂の焼成温度よりも高くなるようにしたので、上記構成の定着ローラーを大量に生産するときに、歩留まりを向上させ、安定的に生産できる定着ローラーが得られた。
【００２９】
本発明では、非導電性耐熱支持層の材質を樹脂にしたので、重量を軽減して、取扱い性を向上させた定着ローラーが得られた。
【００３０】
本発明では、非導電性耐熱支持層の材質をＰＩやＰＢＩ等の熱硬化性の樹脂にしたので、定着装置の温度制御機構等の故障によりローラーが過熱した際にローラーが破損し、高い圧力で圧接された熱ローラー対が飛散する事故をも防止できる定着ローラーが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が実施される誘導発熱型の定着ローラーを用いた定着装置の一構成例を示す断面図である。
【図２】図１に示す定着装置のローラー軸に直交する断面を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例を示す定着ローラーの断面図である。
【図４】本発明による定着ローラーの外筒の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　　　外筒（発熱部）
２　　　内筒（磁界発生手段）
３　　　フランジ
１１　　鉄心（コア）
１２　　誘導コイル（巻線）
１３　　軸受
１４　　リード線
１５　　交流電源
１６　　温度検知手段
２１　　定着ローラー
２２　　加圧ローラー
２５　　非導電性耐熱支持層
２６　　導電性発熱層
２７　　離型層
３１　　転写紙
３２　　未定着トナー
２５１　非導電性耐熱支持層の固定部
２５２　非導電性耐熱支持層の可動部
【図１】
2004004902.tif 000003
【図２】
2004004902.tif 000004
【図３】
2004004902.tif 000005
【図４】
2004004902.tif 000006