(57)【要約】【課題】  加熱の立ち上がりが速く（電力供給を開始した時点から定着可能温度に達するまでの時間が短く）、記録材に安定にトナーを固着可能な加熱装置を提供する。【解決手段】  この発明は、中心軸と、中心軸の周りに所定の厚さに形成される弾性体と、弾性体の周りに所定の厚さに形成される導体層と、導体層の周りに所定の厚さに形成される第２の弾性体と、を含む熱発生体と、熱発生体の導体層が熱を発生可能に、磁界を提供する磁界発生装置、および熱発生体の中心軸に沿って設けられ、中心軸または熱発生体の所定の位置に向けて、弾性体層を所定量変形させる圧力を提供する加圧部材を含む装置に関する。【選択図】  図１
2005275403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸と、
前記中心軸の周りに所定の厚さに形成される弾性体と、
前記弾性体の周りに所定の厚さに形成される導体層と、
前記導体層の周りに所定の厚さに形成される第２の弾性体と、
を有し、前記熱発生体は、前記第２の弾性体に対して所定の圧力で接触される部材と接触する位置で弾性変形し、前記第２の弾性体と前記接触される部材との間に供給される媒体とその媒体が保持する顕像化剤に熱と圧力を供給可能であることを特徴とする加熱装置に用いる熱発熱体。
【請求項２】
前記中心軸は、磁界が供給された際に熱を発生しないか、前記導体層が発生するべき熱として利用される磁界の影響を受けない材質を含むことを特徴とする請求項１記載の熱発熱体。
【請求項３】
前記中心軸は、抵抗率をρ（Ω・ｍ）、比透磁率をμとするとき、    
μ≦２．８１×１０９ρ    
を満たすことを特徴とする請求項２記載の熱発熱体。
【請求項４】
前記中心軸は、抵抗率が１０６（Ω・ｍ）以上、キュリー温度が１８０℃以上、比透磁率が２００以上であることを特徴とする請求項２記載の熱発熱体。
【請求項５】
前記中心軸は、少なくとも非鉄金属または非金属材料を含むことを特徴とする請求項１記載の熱発熱体。
【請求項６】
前記中心軸は、抵抗率が１０６（Ω・ｍ）以上で、キュリー温度が１８０℃以上、比透磁率が２００以上の第１の材料と、前記第１の材料と特性の異なる第２の材料を含むことを特徴とする請求項１記載の熱発熱体。
【請求項７】
前記中心軸の周りを覆う中心軸保護材をさらに含むことを特徴とする請求項３または６記載の熱発熱体。
【請求項８】
前記中心軸の内側に、前記中心軸の全長にわたって設けられる中心軸補強材をさらに含むことを特徴とする請求項３または６記載の熱発熱体。
【請求項９】
中心軸と、前記中心軸の周りに所定の厚さに形成される弾性体と、前記弾性体の周りに所定の厚さに形成される導体層と、前記導体層の周りに所定の厚さに形成される第２の弾性体と、を含む熱発生体と、
前記熱発生体の前記導体層が熱を発生可能に、磁界を提供する磁界発生装置と、
前記熱発生体の前記中心軸に沿って設けられ、前記中心軸または前記熱発生体の所定の位置に向けて、前記弾性体層を所定量変形させる圧力を提供する加圧部材と、
を有し、
前記中心軸は、磁界が供給された際に熱を発生しないか、前記導体層が発生するべき熱として利用される磁界の影響を受けない材質を含むことを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
前記磁界発生装置は、前記熱発生体の前記中心軸が延びる方向に沿って複数設けられることを特徴とする請求項９記載の定着装置。
【請求項１１】
前記中心軸は、抵抗率をρ（Ω・ｍ）、比透磁率をμとするとき、    
μ≦２．８１×１０９ρ    
を満たすことを特徴とする請求項１０記載の定着  。
【請求項１２】
前記中心軸は、抵抗率が１０６（Ω・ｍ）以上、キュリー温度が１８０℃以上、比透磁率が２００以上であることを特徴とする請求項１０記載の定着装置。
【請求項１３】
熱伝達部材、前記導体層から発生される熱が、前記導体層の前記磁界発生装置相互間で変動することを低減可能な熱伝達部材をさらに有することを特徴とする請求項１０記載の定着装置。
【請求項１４】
前記中心軸の周りを覆う中心軸保護材をさらに有することを特徴とする請求項１３記載の定着装置。
【請求項１５】
前記中心軸の内側に、前記中心軸の全長にわたって設けられる中心軸補強材をさらに有することを特徴とする請求項１３記載の定着装置。
【請求項１６】
抵抗率が１０６（Ω・ｍ）以上、キュリー温度が１８０℃以上、比透磁率が２００以上の第１の材質により形成された領域と、前記第１の材質とは異なる第２の材質により形成された領域とを含み、中心軸と、前記中心軸の周りに所定の厚さに形成される弾性体と、前記弾性体の周りに所定の厚さに形成される導体層と、前記導体層の周りに所定の厚さに形成される第２の弾性体と、を含む熱発生体と、
前記熱発生体の前記導体層が熱を発生可能に、磁界を提供する磁界発生装置と、
前記熱発生体の前記中心軸に沿って設けられ、前記中心軸または前記熱発生体の所定の位置に向けて、前記弾性体層を所定量変形させる圧力を提供する加圧部材と、
を有することを特徴とする記録材に保持されている顕像化剤を記録材に定着する装置。
【請求項１７】
前記中心軸は、少なくともフェライトを含む材質により形成されることを特徴とする請求項１６記載の顕像化剤を記録材に定着する装置、
を有する定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、誘導加熱を利用した加熱装置、特に、熱溶融性の顕像剤を用いる電子写真方式の複写装置やプリンタ装置等に利用可能で、記録対象に顕像剤を定着する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスを用いた複写装置に組み込まれる定着装置は、被定着材（記録材）上に形成されたトナー（顕像剤）を加熱して溶融させ、記録材にトナーを固着する。近年、電力供給を開始した時点から定着可能温度に達するまでの時間である加熱時間を低減できる加熱方式として誘導加熱が広く利用されている。また、加熱時間を低減可能な要素の１つとして、と接するローラ（またはベルト）の特性を考慮した報告がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、弾性ならびに断熱性を備えたローラ、およびこれを用いた加熱装置が示されていている。この文献に記載された加熱装置の特徴として、加熱の立ち上がりが速い（電力供給を開始した時点から定着可能温度に達するまでの時間が短い）ことが示されている。
【０００４】
例えば、特許文献２には、記録紙に定着したトナーが剥離しにくい加熱装置が示されていている。この文献に記載された加熱装置の特徴として、記録紙が搬送される方向における加熱ローラと加圧ローラとの接触長さ、すなわちニップ幅を充分に大きくしたことが示されている。
【特許文献１】特開２００２−２９５４５２号公報
【特許文献２】特開２００２−２１３４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記いずれの文献に示された加熱装置を用いた場合であっても、ローラすなわち回転体の芯材の材質や、芯材と表面の導体層（定着面）との距離に起因して、必ずしも導体層部分で発生する熱がトナーを記録材に定着するために十分であるとは限らない。また、定着面の温度の上昇に寄与しない芯材の温度の上昇が確認されている。
【０００６】
この発明の目的は、加熱の立ち上がりすなわち電力供給を開始した時点から定着可能温度に達するまでの時間が短く、記録材に安定にトナーを固着可能な定着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、中心軸と、前記中心軸の周りに所定の厚さに形成される弾性体と、前記弾性体の周りに所定の厚さに形成される導体層と、前記導体層の周りに所定の厚さに形成される第２の弾性体と、を有し、前記熱発生体は、前記第２の弾性体に対して所定の圧力で接触される部材と接触する位置で弾性変形し、前記第２の弾性体と前記接触される部材との間に供給される媒体とその媒体が保持する顕像化剤に熱と圧力を供給可能であることを特徴とする加熱装置に用いる熱発熱体を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように本発明の熱発熱体は、導体層に供給される磁界を効率よく熱に変換できる。また、本発明の熱発熱体は、導体層での熱の発生として利用されないエネルギー（磁界）の損失を低減できる。すなわち、本発明の熱発熱体を定着装置に適用することで、消費電力（磁界発生量）を低減しながら、定着可能温度まで加熱対象の温度を上昇させるために要求される時間を低減できる。また、記録材に形成された画像の定着性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は、この発明の実施の形態が適用される定着装置の全体構成を示した概略図である。
【００１１】
図１に示されるように、定着装置１は、加熱ローラ２と加圧ローラ３と加熱装置１００を有する。
【００１２】
加熱ローラ２は、図２により以下に説明する内部構造が与えられた回転体である。なお、その内部構造は、加圧ローラ３に適用されてもよい。
【００１３】
加圧ローラ３は、例えば金属製の芯材の周囲に、シリコンゴムやフッ素ゴムなどが被覆された弾性体である。加圧ローラ３は芯材を有し、芯材の軸線が加熱ローラ２の軸線（芯材）と実質的に平行に配列された状態で、加圧機構４により熱ローラ２に対して所定の圧力で押しつけられることにより、加熱ローラ２の外周面と接する位置で、ニップ（定着領域）を提供する。
【００１４】
加熱ローラ２は、図示しない駆動モータの駆動力が、図示しない動力伝達機構により供給されることにより矢印方向に回転される。従って、加圧ローラ３は、従動で矢印方向に回転する。
【００１５】
加熱ローラ２の外周面には、ニップ部を基準として、ローラ２が回転される方向に沿って、剥離爪５、サーミスタ６（加熱ローラ２の長手方向に複数）、クリーニング部材７、およびサーモスタッド８等が順に配列されている。剥離爪５は、ニップ部に案内される用紙（記録材）Ｐを、加熱ローラ２から剥離させる。サーミスタ６は、加熱ローラ２の温度検出をする。クリーニング部材７は、加熱ローラ２の表面（外周面）に固着したトナーや用紙Ｐから発生する粉体等を除去する。サーモスタッド８は、加熱ローラ２の表面温度の異常を検知して、加熱装置１００への電力の供給を遮断する。サーミスタ６やサーモスタッド８は、加熱装置１００、すなわち磁束を発生ためのコイル等に代表される磁束発生装置から発生される磁力線の影響を受けない位置に設けられる。
【００１６】
加圧ローラ３の外周面には、ニップ部を基準として、ローラ３が回転される方向に沿って、剥離爪９およびクリーニングローラ１０が設けられている。剥離爪９は、用紙Ｐをローラ３から剥離する。クリーニングローラ１０は、ローラ３表面に付着したトナーや用紙（記録材）から発生する粉体等を除去する。
【００１７】
サーミスタ６は、加熱ローラ２の長手方向に複数配置されることにより、加熱ローラ２の長手方向（軸方向）の任意の位置の温度を計測できる。従って、図示しない温度制御装置を用いて加熱装置１００を制御することにより、加熱ローラ２の軸方向の温度の偏差が最小に設定される。
【００１８】
図２は、図１に示した定着装置１の加熱ローラ２もしくは加圧ローラ３の少なくとも一方に利用可能な回転体の内部構造を示す。
【００１９】
回転体１１は、弾性体層１２の表面に、導体層１３と弾性体層１４と離型層１５が順次配列された円筒状である。回転体１１の中心には芯材１６が設けられている。弾性体層１４と離型層１５は、定着装置１が組み込まれる図示しない画像形成装置に応じて決められる定着特性に基づいて、その一方または両方が省略されてもよい。
【００２０】
弾性体層１２は、例えばシリコンゴムまたは耐熱性の発泡ゴム等により形成される。
【００２１】
導体層１３は、加熱装置１００により電力が供給されることでうず電流が生じる材質、例えばニッケル等により形成され、生じたうず電流の大きさに対して温度上昇（発熱）する。
【００２２】
弾性体層１４は、例えばシリコンゴム等により形成され、加圧ローラ３と接するニップ部に搬送される用紙Ｐと用紙に静電的に保持されている顕像材すなわちトナーに所定の圧力を提供する。
【００２３】
回転体１１を図２に示した、弾性体層１２、導体層１３および弾性体層１４により構成することで、導体層を誘導加熱により加熱する際に、回転体１１の表面近傍で熱を発生させることができる。従って、エネルギー（電力）利用効率が向上でき、加熱装置１００へ電力を供給してから用紙にトナーを定着可能な定着可能温度まで加熱ローラ２の温度を上昇させるために要求される加熱時間（待ち時間）が低減可能である。また、弾性体層１２、導体層１３および弾性体層１４の層厚や材料の硬度を調節することにより、回転体１１の外周面の硬度を調節できる。これにより、ニップ幅や剥離性能（特性）が任意に設定可能である。
【００２４】
以下に、弾性体層１２、導体層１３および弾性体層１４のそれぞれの厚さすなわち導電体層と芯材の距離を最適化するための実験結果を示す（図３および図４）。
【００２５】
図３は、導体層１３の材質をＮｉ（ニッケル）とし、芯材１６の材質を変化させた際に導体層１３から生じる熱量の変化を導体層と芯材との間の距離に関して求めた結果で、図４は、導体層１３の材質をＮｉとし、芯材１６と導体層１３との間の距離を変化させた場合の芯材から発生する熱の大きさを示している。
【００２６】
図３から、導体層と芯材の距離が近い、すなわち弾性体層の厚さが少ないと、Ｎｉ層から生じる熱が減少する芯材の材料が存在することが認められる。すなわち、芯材１６の材質としては、Ｆｅ（鉄）あるいはＸＦｅ２Ｏ４（フェライトすなわち酸化鉄もしくは酸化鉄を含む化合物に代表され、磁界の影響を受けないか磁界の影響を受けにくい材料）が好適であることがわかる。
【００２７】
回転体１１の弾性体層１２の厚さとしては、図示しない画像形成装置本体の画像形成速度（プロセス速度）に支配されるが、多くの場合、例えば３ｍｍ程度である。
【００２８】
このため、Ｎｉ層において発生される熱量を定着装置１として利用可能な熱量とするためには、弾性体の材質としては、抵抗率をρ（Ω・ｍ）、比透磁率をμとするとき、    
μ≦２．８１×１０９ρ    
を満たすことが好ましい。
【００２９】
なお、フェライトを芯材とする場合、抵抗率が１０６（Ω・ｍ）以上、キュリー温度が１８０℃以上および比透磁率が２００以上であることがより好ましい。この場合、芯材１６による熱は、ほとんど発生しない。反面、フェライトは、鉄（Ｆｅ）や銅（Ｃｕ）等に比較して高価であるとともに、衝撃に強くない（脆い）ことが知られている。
【００３０】
芯材１６の材質としては、例えばＣｕ（銅）等の非鉄金属もしくは耐熱性の高い樹脂材料あるいはセラミック等を用いることも可能である。
【００３１】
また、図５に示すように、芯材５６として、フェライトの周囲をチューブ状の樹脂材料等により覆うことで、フェライトの量を低減できるとともに、衝撃に対する耐性を向上させることができる。
【００３２】
図６は、この発明の実施の形態が適用される定着装置の別の構成の一例を示す概略図である。なお、図１により前に説明した構成と同じか類似した構成には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３３】
図６に示されるように、定着装置１０１は、加熱ローラ１０２（回転体１１１）と加圧ローラ３と加熱装置２００を有する。なお、定着装置１０１は、加熱装置２００と回転体１１１（加熱ローラ１０２）とサーミスタ６の個数を除き、実質的に図１に示した定着装置１と同様である。
【００３４】
図６に示す定着装置１０１においては、加熱装置２００は、回転体１１１（以下、この実施の形態では加熱ローラ１０２とする）の長手方向に関し、例えば３個に分割されている。加熱装置２００は、内部に設けられる磁界発生装置（コイル体）のみが３分割されたものであってもよい。
【００３５】
それぞれの加熱装置または内部のコイル体は、加熱ローラ１０２と加圧ローラ３との間を搬送される用紙Ｐの幅、すなわち用紙が搬送される方向に直交する方向の長さと関連のあサーミスタ６は、加熱ローラ１０２の長手方向に複数配置されることにより、加熱ローラ１０２の長手方向（軸方向）の任意の位置の温度を独立に計測できる。従って、図示しない温度制御装置を用いて加熱装置２００の個々のコイル体に供給される電力を制御することにより、加熱ローラ１０２の軸方向の温度の偏差を最小に設定できる（関連づけられた）所定の位置で分割されている。
【００３６】
図７は、図６に示した定着装置に組み込まれる加熱ローラ１０２の内部構造を示す。
【００３７】
図７に示す加熱ローラ１０２は、弾性体層１２の表面に導体層１３と弾性体層１４と離型層１５が順次配列された円筒状である。
【００３８】
弾性体層１２の長手方向において、加熱装置２００もしくは加熱装置２００内のコイル体が分割されている位置に対応する位置には、導体層１３により生じる熱を熱伝導により加熱ローラの長手方向に拡散（伝達）するための熱伝達部材１７が設けられている。
【００３９】
すなわち、熱伝達部材１７を加熱ローラ１０２の長手方向であって、加熱装置２００からの誘導磁界の強度が低下し易い領域に設けることにより、加熱ローラ１０２の長手方向の熱分布を均一化できる。
【００４０】
熱伝達部材１７としては、例えば銅（Ｃｕ）等が利用可能である。熱伝達部材１７は、弾性体層１２の外周の所定の位置に直接設けられてもよいし、導体層１３をチューブ状とし、内部の所定の位置にＣｕをメッキ等により設け、その後、弾性体層１２を内側に形成してもよい。熱伝達部材１７を設けることにより、導体層１３と芯材１６との間の距離が僅かではあるが不均一となることから、熱伝達部材１７が設けられる部分の弾性体層１２厚さを、熱伝達部材１７の厚さの分だけ薄くしてもよい。この場合、導体層１３により発生される熱が芯材１６と導体層１３との間の距離に起因して変化することが防止できる。
【００４１】
図８は、図６に示した定着装置に組み込まれる加熱ローラ１０２の内部構造の別の実施の形態の一例を示す。
【００４２】
図８に示す加熱ローラ１３２は、弾性体層１２の表面に導体層１３と弾性体層１４と離型層１５が順次配列された円筒状である。加熱ローラ１３２中心には、加熱装置２００のコイル体または加熱装置２００自身が分割されている領域に対応する部分が、例えば酸化鉄または酸化鉄を含む合金（フェライト類）により形成されている芯材１３６が設けられている。
【００４３】
図８に示す加熱ローラ１３２は、芯材１３６として、加熱装置２００もしくは加熱装置２００のコイル体が分割されている領域において磁束密度が低下することにより、長手方向における熱の発生が不均一になることを低減可能である。また、図５により前に説明した、全てがフェライトにより形成された芯材５６に比較して、コストが低減できる。この場合、芯材１３６、特に少なくともフェライト部分の周囲をチューブ状の樹脂材料等により覆うことにより、フェライトの量をより低減できるとともに、衝撃に対する耐性を向上させることができる。
【００４４】
図９に示すように、芯材１７６の中心付近に、軸１７６ａを通すことによっても、同様に、衝撃に対する耐性を向上でき、しかもフェライトの量を低減できる。軸１７６ａは、透磁率が低く、抗せん断性の高い材質が好ましい。軸１７６ａの形状（断面）は、円でも、多角形でもかまわない。
【００４５】
図１０に示すように、芯材１９６のフェライト部分をフェライト含有樹脂材料とすることによっても衝撃に対する耐性を向上でき、かつ使用量を低減できる。
【００４６】
以上説明したように本発明の熱発熱体は、導体層に供給される磁界を効率よく熱に変換できる。また、熱発熱体は、導体層での熱の発生として利用されないエネルギー（磁界）の損失を低減できる。すなわち、本発明の熱発熱体を定着装置に適用することで、消費電力（磁界発生量）を低減しながら、定着可能温度まで加熱対象の温度を上昇させるために要求される時間を低減できる。また、記録材に形成された画像の定着性を高めることができる。
【００４７】
なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形もしくは変更が可能である。また、個々の実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の実施の形態が適用される定着装置の全体構成を示した概略図。
【図２】図１に示した定着装置の加熱ローラもしくは加圧ローラの少なくとも一方に利用可能な回転体の内部構造を示す概略図。
【図３】回転体（加熱ローラまたは加圧ローラ）に利用される導体層の材質をＮｉ（ニッケル）とし、芯材の材質を変化させた際に導体層から生じる熱量の変化を導体層と芯材との間の距離に関して求めた結果を示すグラフ。
【図４】回転体（加熱ローラまたは加圧ローラ）に利用される導体層の材質をＮｉとし、芯材と導体層との間の距離を変化させた場合に芯材から発生する熱の大きさの変化を示すグラフ。
【図５】図２に示した回転体の別の実施の形態の一例を説明する概略図。
【図６】この発明の実施の形態が適用される定着装置の別の構成の一例を示す概略図。
【図７】図６に示した定着装置に組み込まれる加熱ローラの内部構造を示す概略図。
【図８】図６に示した定着装置に組み込まれる加熱ローラの内部構造の別の実施の形態の一例を示す概略図。
【図９】図８に示した加熱ローラに利用可能な芯材の別の実施の形態の一例を示す概略図。
【図１０】図８に示した加熱ローラに利用可能な芯材のさらにまた別の実施の形態の一例を示す概略図。
【符号の説明】
【００４９】
１…定着装置、２，…加熱ローラ、３…加圧ローラ、４…加圧機構、５…剥離爪、６…サーミスタ、７…クリーニング部材、８…サーモスタッド、９…剥離爪、１０…クリーニングローラ、１１…回転体、１２…弾性体層、１３…導体層、１４…弾性体層、１５…離型層、１６…芯材、１７…熱伝達部材、５６…芯材、１０１…定着装置、１０２…加熱ローラ（回転体１１１）、１３２…加熱ローラ、１３６，１７６，１９６…芯材、２００…加熱装置。
【図１】
2005275403.tif 000003
【図２】
2005275403.tif 000004
【図３】
2005275403.tif 000005
【図４】
2005275403.tif 000006
【図５】
2005275403.tif 000007
【図６】
2005275403.tif 000008
【図７】
2005275403.tif 000009
【図８】
2005275403.tif 000010
【図９】
2005275403.tif 000011
【図１０】
2005275403.tif 000012