(57)【要約】【課題】  画像形成装置の加熱定着装置において、加熱開始から定着温度までの時間を短縮でき、補強層で、加圧下でも基体のつぶれ変形を低減でき、所定のニップ圧が得られ、良好な定着性を確保できると同時に、加熱量を低減でき、熱効率を向上することができる定着装置を提供する。【解決手段】  励磁コイルと磁性体コアを有する磁束発生手段を少なくとも１つ以上設け、磁束発生手段の発生磁束の作用により電磁誘導発熱する誘導発熱体を有する加熱装置において、誘導発熱体が強磁性の特性を有する管状の物質で、その内面に高断熱の特性を有する物質を有し更にその内側には誘導発熱体の剛性を確保するための補強層を有し、磁束発生手段がこれらの外部に配置されていることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁コイルと磁性体コアを有する磁束発生手段を少なくとも１つ以上設け、磁束発生手段の発生磁束の作用により電磁誘導発熱する誘導発熱体を有する加熱装置において、誘導発熱体が強磁性の特性を有する管状の物質で、その内面に高断熱の特性を有する物質を有し、更にその内側には誘導発熱体の剛性を確保するための補強層を有し、磁束発生手段がこれらの外部に配置されていることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の誘導発熱体において、該誘導発熱体の強磁性の特性を有する管状の物質は、磁性金属管で形成され、磁性金属管に誘導電流を誘起させて加熱することを特徴とする加熱定着装置。
【請求項３】
励磁コイルと磁性体コアを有する磁束発生手段を少なくとも１つ以上設け、磁束発生手段の発生磁束の作用により誘導発熱する誘導発熱体を有する加熱装置において、前記誘導発熱体の基体は、高熱伝導性の特性を有する管状の物質で構成され、前記基体の内側に強磁性の特性を有する物質層を形成し、該強磁性物質層の内側に高断熱物質層を形成し、更に該高断熱物質層の内側に誘導発熱体の剛性確保用補強層を形成し、磁束発生手段がこれらの外部に配置されていることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項４】
請求項３記載の誘導発熱体において、高熱伝導性の特性を有する管状の物質の内側に強磁性の特性を有する物質の層と絶縁層を交互に複数層形成し、該複数層の内側に高断熱の特性を有する物質からなる断熱層を形成し、更に該断熱層の内側に前記誘導発熱体の剛性を確保するための補強層を形成し、磁束発生手段を前記誘導発熱体の外部に配置することを特徴とする加熱定着装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の誘導発熱体において、高熱伝導性の特性を有する管状の物質がアルミニウム合金であり、強磁性の特性を有する物質の層が磁性金属層であり、該磁性金属層に誘導電流を誘起させて加熱することを特徴とする加熱定着装置。
【請求項６】
励磁コイルと磁性体コアを有する磁束発生手段を少なくとも１つ以上設け、磁束発生手段の発生磁束の作用により電磁誘導発熱する誘導発熱体を有する加熱装置の内側に誘導発熱体の剛性を確保する為の補強層を有する構成の補強層がアルミニウム合金の中空ローラであることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項７】
前記中空ローラ補強層の内面に円周方向に厚肉部を一箇所以上設けたことを特徴とする請求項１、３、４、６のいずれか１項に記載の加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真式の画像成形装置に使用される加熱定着装置に関し、特に、誘導加熱によるローラ定着装置のローラ構成の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電磁誘導加熱方式の定着装置では、省エネを狙いとして電源をオフにしたスリープモードからの復帰時間の短縮を目的とするため、定着ローラ（加熱ローラ）全体の熱容量を低減する必要があり、基体・発熱体共に肉厚を薄くする方法が提案されている。そのため、加圧ローラの圧力により定着ローラの撓み量やつぶれ量が大きくなり、紙搬送のトラブルや画像ムラなどが発生する恐れがあった。
又、他の従来の加熱定着装置には、高熱伝導部材でローラの剛性が得られる構造になっているローラの技術開示もある。この場合には高熱伝導部材の肉厚を薄くすることができず、加熱ローラの熱容量が大きくなるため電源をオフにしたスリープモードからの復帰時間を顕著に短縮することができないと言う問題があった（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２３００６４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上述した実情を考慮してなされたもので、スリープモードからの復帰時間を顕著に短縮することができ、低熱容量の補強層で、加圧ローラの荷重下でも基体のつぶれ変形を低減でき、所定のニップ幅とニップ面圧が得られ、良好な定着性を確保できると同時に、断熱層を通過する加熱量を低減でき、熱効率を向上することができる定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、励磁コイルと磁性体コアを有する磁束発生手段を少なくとも１つ以上設け、磁束発生手段の発生磁束の作用により電磁誘導発熱する誘導発熱体を有する加熱装置において、誘導発熱体が強磁性の特性を有する管状の物質で、その内面に高断熱の特性を有する物質を有し更にその内側には誘導発熱体の剛性を確保するための補強層を有する加熱定着装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の誘導発熱体において、該誘導発熱体の強磁性の特性を有する管状の物質は、磁性金属管で形成され、磁性金属管に誘導電流を誘起させて加熱する加熱定着装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、励磁コイルと磁性体コアを有する磁束発生手段を少なくとも１つ以上設け、磁束発生手段の発生磁束の作用により誘導発熱する誘導発熱体を有する加熱装置において、前記誘導発熱体の基体は、高熱伝導性の特性を有する管状の非磁性物質で構成され、前記基体の内側に強磁性の特性を有する物質層を形成し、該強磁性物質層の内側に高断熱物質層を形成し、更に該高断熱物質層の内側に誘導発熱体の剛性を確保する補強層を形成し、磁束発生手段がこれらの外部に配置されている加熱定着装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３記載の誘導発熱体において、高熱伝導性の特性を有する管状の物質の内側に強磁性の特性を有する物質の層と絶縁層を交互に複数層形成し、該複数層の内側に高断熱の特性を有する物質からなる断熱層を形成し、更にその断熱層の内側に前記誘導発熱体の剛性を確保するための補強層を形成し、磁束発生手段を前記誘導発熱体の外部に配置することを加熱定着装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項３または４記載の誘導発熱体において、高熱伝導性の特性を有する管状の物質がアルミニウム合金であり、強磁性の特性を有する物質の層が磁性金属層であり、該磁性金属層に誘導電流を誘起させて加熱する加熱定着装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、励磁コイルと磁性体コアを有する磁束発生手段を少なくとも１つ以上設け、磁束発生手段の発生磁束の作用により電磁誘導発熱する誘導発熱体を有する加熱装置において、該誘導発熱体円筒内側に誘導発熱体の剛性を確保するための補強層を有し、該補強層がアルミニウム合金の中空ローラであることを特徴とする加熱定着装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、前記中空ローラ補強層の内面に円周方向に厚肉部を一箇所以上設けたことを特徴とする請求項１、３、４、６のいずれか１項に記載の加熱定着装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、磁束発生手段の発生磁束の作用により電磁誘導発熱する誘導発熱体を有する加熱装置において、誘導発熱体が強磁性の特性を有する管状の物質で、その内面に高断熱の特性を有する物質を有し更にその内側には誘導発熱体の剛性を確保するための補強層を有する加熱装置により、基体の強磁性の磁性金属管に誘導電流を誘起させて発生した熱が、内面の断熱材によりローラ表面側に早く伝熱されるために、定着装置として電源をオフにしたスリープモードからの復帰時間を顕著に短縮することが可能となる。
また、誘導発熱体の基体は、高熱伝導性の特性を有する管状の非磁性物質で構成され、前記基体の内側に強磁性の特性を有する物質層を形成し、該強磁性物質層の内側に高断熱物質層を形成し、更に該高断熱物質層の内側に誘導発熱体の剛性を確保する補強層を形成し、磁束発生手段がこれらの外部に配置されている加熱装置により、後述する図３に示す基体１３がアルミニウム等の高熱伝導性の物質であり透磁率が小さく誘導電流による発熱は小さいことと、極力薄くできることと、内面の強磁性金属層１４も薄くすることで熱効率が確保でき、この場合には内面の断熱層１１より基体側のローラ表面により早く伝熱され、基体が高熱伝導性の物質で構成されていることで、定着プロセスで発生する表面の温度ムラを緩和させることができ、安定した定着性を確保できる。また、強磁性金属層はチューブ形状だけで無く、箔状のものが使用できるのでより薄く発熱効率も良好になり、加工、組み付け性も容易にすることが可能となる。
【０００６】
さらに、前記誘導発熱体において、高熱伝導性の特性を有する管状の物質の内側に強磁性の特性を有する物質の層と絶縁層を交互に複数層形成し、該複数層の内側に高断熱の特性を有する物質からなる断熱層を形成し、更にその断熱層の内側に前記誘導発熱体の剛性を確保するための補強層を形成し、磁束発生手段を前記誘導発熱体の外部に配置することにより、強磁性金属層が多層化しているのでより発熱効率の向上を図ることが可能となる。
また、補強層として内面にアルミニウム合金等の中空ローラなので補強層としてローラの熱容量を顕著に増加させることなく補強できるので、後述する図１に示す加圧ローラ６の荷重で基体の撓み変形、つぶれ変形を低減でき、所定のニップ部５のニップ幅とニップ面圧が得られ、良好な定着性を確保することが可能になる。
さらに、補強層として内面にアルミニウム合金等の中空ローラで更に、円周方向の厚肉部を一箇所以上有しているので、低熱容量の補強層で、後述する図１に示す加圧ローラ６の荷重で基体のつぶれ変形を低減でき、所定のニップ部５のニップ幅とニップ面圧が得られ、良好な定着性を確保できると同時に、断熱層を通って遅れて補強層を加熱する熱量が低減できるので、定着装置としての熱効率を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１、図２は本発明の加熱定着装置の概略構成を示したものである。図１によれば、発熱基体（誘導発熱体）３の内面には断熱層１、補強層２が設けられ、発熱基体３の外面は図２に明らかなように従来の定着ローラ同様に離型層１１を有している。離型層１１の外側には誘導コイル（磁束発生手段）４が配置されている。また、この加熱定着装置においては、発熱基体３と離型層１１の間には弾性層１２を設ける場合もある。６は加圧ローラ、５はニップ部である。
即ち、本発明は、励磁コイルと磁性体コアを有する磁束発生手段４を少なくとも１つ以上設け、磁束発生手段４の発生磁束の作用により電磁誘導発熱する誘導発熱体３を有する加熱装置において、誘導発熱体３が強磁性の特性を有する管状の物質で、その内面に高断熱の特性を有する物質から成る断熱層１を有し、更にその内側には誘導発熱体の剛性を確保するための補強層２を有し、磁束発生手段４がこれらの外部に配置されている構成が特徴的である。
なお、誘導発熱体３の強磁性の特性を有する管状の物質は、磁性金属管で形成され、磁性金属管に誘導電流を誘起させて加熱する。
本実施形態によれば、基体の強磁性の磁性金属管に誘導電流を誘起させて発生した熱が、内面の断熱材によりローラ表面側に早く伝熱されるために、定着装置として電源をオフにしたスリープモードからの復帰時間を顕著に短縮することが可能となる。
【０００８】
本発明に係る加熱定着装置の第１の実施例は、発熱基体３が磁性金属管で、例えばステンレス鋼管を用いるが、発熱効率を確保するためには極力薄くし、その肉厚を０．１ｍｍ〜０．５ｍｍにすることが望ましい。また、断熱層１には加熱条件に耐える耐熱性が要求されるので例えばセラミックスフェルトやシリコンゴム及びＰＴＦＥ樹脂等の素材を用いるが、有効な断熱効率を得るには何れも０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの厚さに設定することが望ましい。
本発明に係る加熱定着装置の第２の実施例は、図３に示すようにロール基体１３に高熱伝導性を有する物質としてアルミニウム合金を用いるが、内面の磁性金属層１４の発熱効率を確保するためには極力薄いことが肝要で、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍにすることが望ましい。また、磁性金属層１４は、ステンレス鋼、Ｎｉ電鋳等からなるチューブまたはステンレス鋼、Ｎｉ合金のシートからなり、何れも肉厚は１０μｍ〜７０μｍで構成される。
また、磁性金属層１４がシートの場合の端部は、端部同士の重ね合わせ部が発生しても、隙間が発生しても良く、隙間は２ｍｍ以下で有れば、発熱差が高熱伝導性を有するロール基体１３を伝熱する際には緩和され、表面温度のムラにはならない（図３参照）。
図３に示す基体１３がアルミニウム等の高熱伝導性の物質であり透磁率が小さく誘導電流による発熱は小さいことと、極力薄くできることと、内面の強磁性金属層１４も薄くすることで熱効率が確保できる。この場合には内面の断熱層１１よりも基体側のローラ表面により早く伝熱され、基体が高熱伝導性の物質で構成されていることで、定着プロセスで発生する表面の温度ムラを緩和させることができ、安定した定着性を確保できる。また、強磁性金属層はチューブ形状だけで無く、箔状のものが使用できるのでより薄く発熱効率も良好になり、加工、組み付け性も容易にすることが可能となる。
【０００９】
本発明に係る加熱定着装置の第３の実施例は、図４に示すようにロール基体１３に、高熱伝導性を有する物質としてアルミニウム合金を用いるが、内面の磁性金属層１４は、磁性金属層１４の発熱効率を確保するためには極力薄いことが肝要で、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍにすることが望ましい。また、磁性金属層として例えば厚さが１０μｍ〜５０μｍのステンレス箔またはＮｉ箔と絶縁層２５として例えば１０μｍ〜５０μｍのポリイミドフィルム等を交互に２層以上に積層して、各層で発熱させることもできる。
高熱伝導性の特性を有する管状の物質の内側に強磁性の特性を有する物質の層１４と絶縁層１５を交互に複数層形成し、該複数層の内側に高断熱の特性を有する物質からなる断熱層１を形成し、更にその断熱層の内側に誘導発熱体の剛性を確保するための補強層２を形成し、磁束発生手段４を誘導発熱体の外部に配置することにより、強磁性金属層が多層化しているのでより発熱効率の向上を図ることが可能となる。
図５のローラ全体断面図に示すように、本発明に係る加熱定着装置は補強層２がアルミニウム合金の中空ローラで、顕著に熱容量を増加させることなく、加圧ローラの荷重による基体の撓み変形及びつぶれ変形に対して補強できる。
補強層は、アルミニウム合金等の中空ローラなので、補強層としてローラの熱容量を顕著に増加させることなく補強できるので、図１に示す加圧ローラ６の荷重で基体の撓み変形、つぶれ変形を低減でき、所定のニップ部５のニップ幅とニップ面圧が得られ、良好な定着性を確保することが可能になる。
又、本発明に係る加熱定着装置は、図６の全体断面図に示すように補強層２がアルミニウム合金の中空ローラで、その内面に円周方向に延びる厚肉部３２を一箇所以上有している。円周方向の厚肉部３２の事例としては厚肉部の高さが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍで、幅が２ｍｍ〜５ｍｍで、軸方向ピッチが１０ｍｍ以上となるように、配置することにより、顕著に熱容量を増加させることなく、加圧ローラの荷重による基体の撓み変形及びつぶれ変形に対して補強できる。
補強層としてアルミニウム合金等の中空ローラを用い、更に、円周方向の厚肉部を一箇所以上有しているので、低熱容量の補強層で、図１に示す加圧ローラ６の荷重で基体のつぶれ変形を低減でき、所定のニップ部５のニップ幅とニップ面圧が得られ、良好な定着性を確保できると同時に、断熱層を通って遅れて補強層を加熱する熱量が低減できるので、定着装置としての熱効率を向上させることが可能になる。
【実施例】
【００１０】
以下の条件で、電源オフからの復帰時間と加圧ローラの荷重による変形量を測定した結果、以下の結果がえられた。
基体：外径φ５０  材質ＳＵＳ４３０  ｔ＝０．３
断熱層：セラミックスフェルト  ｔ＝１．０
補強層：Ａ５０５２  ｔ＝０．６、厚肉部高さ０．６  ９本
離型層：ＰＦＡ  ｔ＝２０μｍ
誘導電力：１２００ｗ
加圧ローラ径：φ５０
（結果）
常温（２５℃）から１８０℃までの復帰時間：１０秒
強度（側荷重３０ｋｇｆにて中央部変位）：０．２０ｍｍ
尚、断熱層と補強層が無い場合は復帰時間の差異は無いが変形量が大きくなった。
常温（２５℃）から１８０℃までの復帰時間：１０秒
強度（側荷重３０ｋｇｆにて中央部変位）：０．５０ｍｍ
尚、中央部の変位は表１のようになった。
【００１１】
（表１）
中央部変位
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【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の電磁誘導発熱による加熱定着装置の断面図。
【図２】本発明の定着ローラの基体が磁性金属管の場合の断面構成図。
【図３】本発明の定着ローラの基体が高熱伝導物質の場合の断面構成図。
【図４】本発明の定着ローラの発熱体が積層発熱体管の場合の断面構成図。
【図５】本発明の定着ローラの補強層がＡｌ合金の場合の断面構成図。
【図６】本発明の定着ローラの補強層に厚肉部がある場合の断面構成図。
【符号の説明】
【００１３】
１  断熱層
２  補強層
３  基体
４  誘導コイル
５  ニップ部
６  加圧ローラ
１１  離型層
１２  弾性層
１３  ロール基体
１４  磁性金属層
１５  絶縁層
３２  厚肉部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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