(57)【要約】【課題】  電磁誘導発熱層で発熱する発熱効率の低下を防止しつつ、磁束発生手段の磁束による発熱の昇温速度が速く、加圧ローラとのニップ長さを確保できる定着ローラを提供すること。【解決手段】  この定着ローラ１は、径方向の外側から内側へ順に配置された、電磁誘導発熱層１３、断熱層１２および芯金層１１を備える。電磁誘導発熱層１３の厚さＴ1μｍは、電磁誘導発熱層１３の表皮深さδ1μｍよりも小さいので、磁束発生手段３の磁束による発熱の昇温速度が速く、加圧ローラ２とのニップＮの長さ寸法Ｌを確保できる。また、断熱層１２の厚さＴ2は、（０．０４×（Ｔ1）2／δ1）よりも大きいので、芯金層１１での発熱を防止し、電磁誘導発熱層１３で発熱する発熱効率の低下を防止することができる。【選択図】  図１
2005309113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着像を坦持した記録材に上記未定着像を溶融定着させるための電磁誘導発熱式の定着ローラであって、
電磁誘導発熱層と、
この電磁誘導発熱層の径方向の内側に距離を隔てて配置された芯金層と
を備え、
上記電磁誘導発熱層の厚さＴ1μｍは、上記電磁誘導発熱層の表皮深さδ1μｍよりも小さく、
上記電磁誘導発熱層と上記芯金層との間の距離Ｔ2は、
Ｔ2＞０．０４×（Ｔ1）2／δ1
を満たすことを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
未定着像を坦持した記録材に上記未定着像を溶融定着させるための電磁誘導発熱式の定着ローラであって、
厚さが表皮深さよりも小さい電磁誘導発熱層と、
この電磁誘導発熱層の径方向の内側に配置された磁性層と、
この磁性層の径方向の内側に配置された芯金層と
を備えることを特徴とする定着ローラ。
【請求項３】
請求項２に記載の定着ローラにおいて、
上記磁性層は、上記芯金層を直接に覆っていることを特徴とする定着ローラ。
【請求項４】
請求項２に記載の定着ローラにおいて、
上記磁性層は、断熱材と磁性材とを含むことを特徴とする定着ローラ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の定着ローラと、
この定着ローラとともに上記記録材を挟持して搬送する加圧ローラと、
上記定着ローラの外側に配置されると共に磁束を発生して上記定着ローラの上記電磁誘導発熱層を発熱させる磁束発生手段と
を備えることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置に用いられて記録材の未定着画像を溶融定着（加熱定着）するための電磁誘導発熱式の定着ローラ、および、この定着ローラを用いた定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の定着装置においては、省エネを目指して、高い熱変換効率が得られる誘導加熱方式の熱源を採用することが考えられている。特に、コイルによって発生する磁束を、フェライトコアなどのコア材で、定着装置の定着ローラの導電発熱層に導くような構成のものが、コンパクトさや効率の高さで着目されている。
【０００３】
そして、この従来の電磁誘導加熱方式の定着装置は、定着ローラと、この定着ローラと接触してニップを形成する加圧ローラと、この定着ローラの外側に配置されて磁束を発生する磁束発生手段とを備えている。
【０００４】
この定着ローラは、径方向の内側から外側に順に、支持層、スポンジ層、および、電磁誘導発熱層を備え、上記磁束発生手段の磁束によって、上記定着ロ一ラの上記電磁誘導発熱層を発熱させて、上記ニップで未定着像を担持した記録材を挟持しつつ搬送してこの未定着像をこの記録材に溶融定着させている（特開２０００−２１４７０２号公報：特許文献１参照、特開２０００−２１４７１３号公報：特許文献２参照、特開２０００−２１４７１４号公報：特許文献３参照）。
【０００５】
しかしながら、上記従来の定着ローラでは、十分な発熱効率を得るために、上記電磁誘導発熱層の厚さを、十分に厚くしているので、上記電磁誘導発熱層の熱容量が大きく、上記電磁誘導発熱層の昇温速度を上げにくいという問題がある。また、上記電磁誘導発熱層が厚くなることで、上記定着ローラが硬くなり、ニップ長さを長くすることが困難になる問題がある。
【特許文献１】特開２０００−２１４７０２号公報
【特許文献２】特開２０００−２１４７１３号公報
【特許文献３】特開２０００−２１４７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、この発明の課題は、電磁誘導発熱層で発熱する発熱効率の低下を防止しつつ、磁束発生手段の磁束による発熱の昇温速度が速く、加圧ローラとのニップ長さを確保できる定着ローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、この発明の定着ローラは、
未定着像を坦持した記録材に上記未定着像を溶融定着させるための電磁誘導発熱式の定着ローラであって、
電磁誘導発熱層と、
この電磁誘導発熱層の径方向の内側に距離を隔てて配置された芯金層と
を備え、
上記電磁誘導発熱層の厚さＴ1μｍは、上記電磁誘導発熱層の表皮深さδ1μｍよりも小さく、
上記電磁誘導発熱層と上記芯金層との間の距離Ｔ2は、
Ｔ2＞０．０４×（Ｔ1）2／δ1
を満たすことを特徴としている。
【０００８】
ここで、この明細書では、上記表皮深さδ1とは、ある材質に入射した電磁界が１／ｅに減衰する距離である。例えば、高周波電流の周波数をｆとし、透磁率がμで導電率がσの導体において、上記表皮深さδ1は、１／√（πｆμσ）となる。
【０００９】
この発明の定着ローラによれば、上記電磁誘導発熱層の厚さＴ1μｍは、上記電磁誘導発熱層の表皮深さδ1μｍよりも小さいので、上記電磁誘導発熱層の熱容量は小さくなり、上記電磁誘導発熱層は薄くなる。そして、この定着ローラを、磁束発生手段および加圧ローラと共に、定着装置に用いた場合、上記電磁誘導発熱層の熱容量は小さいので、上記電磁誘導発熱層が磁束発生手段による磁束を捉えて発熱するときの昇温時間が短くなって、昇温速度がはやくなり、さらに、上記電磁誘導発熱層は薄いので、上記定着ローラは柔らかくなり、上記定着ローラと上記加圧ローラとの接触部分であるニップの長さを確保することができて、上記記録材に上記未定着像を確実に溶融定着させることができる。また、上記定着ローラを上記加圧ローラよりも柔らかくすることが可能になり、上記記録材を上記定着ローラから確実に分離することができる。
【００１０】
すなわち、上記電磁誘導発熱層の厚さＴ1μｍが、上記電磁誘導発熱層の表皮深さδ1μｍよりも大きいと、上記電磁誘導発熱層の熱容量は大きくなって、上記電磁誘導発熱層が磁束発生手段による磁束を捉えて発熱するときの昇温時間が長くなると共に、上記電磁誘導発熱層は厚くなって、上記定着ローラは硬くなり、上記ニップ長さを確保することができない。
【００１１】
また、上記電磁誘導発熱層と上記芯金層との間の距離Ｔ2は、（０．０４×（Ｔ1）2／δ1）より大きいので、上記磁束発生手段による磁束は、上記芯金層へ到達されずに、上記電磁誘導発熱層で吸収されて、上記芯金層での発熱を防止し、上記電磁誘導発熱層で発熱する発熱効率の低下を防止することができる。さらに、上記距離Ｔ2の下限値を決定することで、上記定着ローラの径寸法を小さくして、上記定着ローラをコンパクトにできる。
【００１２】
すなわち、上記距離Ｔ2が、（０．０４×（Ｔ1）2／δ1）より小さいと、上記磁束発生手段による磁束が上記芯金層へ到達して、上記電磁誘導発熱層で捉える磁束が減り、上記電磁誘導発熱層で発熱する発熱効率が低下するという問題がある。
【００１３】
このように、上記電磁誘導発熱層で発熱する発熱効率の低下を防止しつつ、上記磁束発生手段の磁束による発熱の昇温速度が速く、上記加圧ローラとのニップ長さを確保できる定着ローラを実現できる。
【００１４】
また、この発明の定着ローラは、
未定着像を坦持した記録材に上記未定着像を溶融定着させるための電磁誘導発熱式の定着ローラであって、
厚さが表皮深さよりも小さい電磁誘導発熱層と、
この電磁誘導発熱層の径方向の内側に配置された磁性層と、
この磁性層の径方向の内側に配置された芯金層と
を備えることを特徴としている。
【００１５】
この発明の定着ローラによれば、厚さが表皮深さよりも小さい電磁誘導発熱層を備えるので、上記電磁誘導発熱層の熱容量は小さくなり、かつ、上記電磁誘導発熱層は薄くなる。そして、この定着ローラを、磁束発生手段および加圧ローラと共に、定着装置に用いた場合、上記電磁誘導発熱層の熱容量は小さいので、上記電磁誘導発熱層が上記磁束発生手段による磁束を捉えて発熱するときの昇温時間が短くなって、昇温速度がはやくなり、さらに、上記電磁誘導発熱層は薄いので、上記定着ローラは柔らかくなり、上記定着ローラと上記加圧ローラとの接触部分であるニップの長さを確保することができて、上記記録材に上記未定着像を確実に溶融定着させることができる。また、上記定着ローラを上記加圧ローラよりも柔らかくすることが可能になり、上記記録材を上記定着ローラから確実に分離することができる。
【００１６】
すなわち、上記電磁誘導発熱層の厚さが、上記電磁誘導発熱層の表皮深さよりも大きいと、上記電磁誘導発熱層の熱容量は大きくなって、上記電磁誘導発熱層が磁束発生手段による磁束を捉えて発熱するときの昇温時間が長くなると共に、上記電磁誘導発熱層は厚くなって、上記定着ローラは硬くなり、上記ニップ長さを確保することができない。
【００１７】
また、上記電磁誘導発熱層と上記芯金層との間に磁性層を備えるので、上記電磁誘導発熱層を貫いた上記磁束発生手段による磁束は、上記磁性層に吸収されて、上記芯金層に到達しない。すなわち、上記磁性層は、上記磁束のバイパスの役割を担う。このように、上記磁束発生手段の磁束による上記芯金層での発熱を防止することができて、上記電磁誘導発熱層で発熱する発熱効率の低下を防止することができる。
【００１８】
このように、上記電磁誘導発熱層で発熱する発熱効率の低下を防止しつつ、上記磁束発生手段の磁束による発熱の昇温速度が速く、上記加圧ローラとのニップ長さを確保できる定着ローラを実現できる。
【００１９】
また、一実施形態の定着ローラでは、上記磁性層は、上記芯金層を直接に覆っている。
【００２０】
この一実施形態の定着ローラによれば、上記磁性層は、上記芯金層を直接に覆っているので、上記電磁誘導発熱層で吸収される上記磁束発生手段からの磁束を減らさずに、上記磁束発生手段からの磁束を上記磁性層で確実にバイパスできて、上記芯金層での発熱を防止し、上記電磁誘導発熱層で発熱する発熱効率の低下を一層防止することができる。
【００２１】
また、一実施形態の定着ローラでは、上記磁性層は、断熱材と磁性材とを含む。
【００２２】
この一実施形態の定着ローラによれば、上記磁性層は、断熱材と磁性材とを含むので、上記磁性層は、磁性材により、上記磁束発生手段による磁束をバイパスして、上記芯金層での発熱を防止すると共に、断熱材により、上記電磁誘導発熱層で発熱した熱が上記芯金層へ逃げないように、断熱の役割を担う。このように、上記電磁誘導発熱層で発熱する発熱効率の低下を二重で防止することができる。また、定着ローラを構成する層を削減することができるので、定着ローラの径を小さくして、定着ローラの小型化を図ることができる。
【００２３】
また、この発明の定着装置は、
上記定着ローラと、
この定着ローラとともに上記記録材を挟持して搬送する加圧ローラと、
上記定着ローラの外側に配置されると共に磁束を発生して上記定着ローラの上記電磁誘導発熱層を発熱させる磁束発生手段と
を備えることを特徴としている。
【００２４】
この発明の定着装置によれば、上記定着ローラを備えるので、上記磁束発生手段による上記定着ローラの昇温速度が速くなって、上記記録材に上記未定着像を迅速に溶融定着させることができる。また、上記加圧ローラとのニップ長さを確保できて、上記記録材に上記未定着像を確実に溶融定着させることができる。さらに、上記定着ローラで発熱する発熱効率の低下を防止することができて、効率のよいものになる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明の定着ローラによれば、上記電磁誘導発熱層の厚さＴ1μｍは、上記電磁誘導発熱層の表皮深さδ1μｍよりも小さく、上記電磁誘導発熱層と上記芯金層との間の距離Ｔ2は、（０．０４×（Ｔ1）2／δ1）より大きいので、上記電磁誘導発熱層で発熱する発熱効率の低下を防止しつつ、上記磁束発生手段の磁束による発熱の昇温速度が速く、上記加圧ローラとのニップ長さを確保できる定着ローラを実現できる。
【００２６】
また、この発明の定着ローラによれば、厚さが表皮深さよりも小さい電磁誘導発熱層を備え、上記電磁誘導発熱層と上記芯金層との間に磁性層を備えるので、上記電磁誘導発熱層で発熱する発熱効率の低下を防止しつつ、上記磁束発生手段の磁束による発熱の昇温速度が速く、上記加圧ローラとのニップ長さを確保できる定着ローラを実現できる。
【００２７】
また、この発明の定着装置によれば、上記定着ローラを備えるので、上記磁束発生手段による上記定着ローラの昇温速度が速くなって、上記記録材に上記未定着像を迅速に溶融定着させることができる。また、上記加圧ローラとのニップ長さを確保できて、上記記録材に上記未定着像を確実に溶融定着させることができる。さらに、上記定着ローラで発熱する発熱効率の低下を防止することができて、効率のよいものになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
図１は、この発明の定着装置の一実施形態である横断面構成図を示し、図２は、この発明の定着ローラの要部拡大断面図を示している。図１と図２に示すように、この定着装置１０は、定着ローラ１と、この定着ローラ１と接触してニップＮを形成する加圧ローラ２と、この定着ローラ１の外側に配置されて磁束を発生する磁束発生手段３とを備えている。
【００３０】
そして、この磁束発生手段３の磁束によって上記定着ローラ１を発熱させてから、未定着像ｔを担持した記録材Ｐを一対の導入ガイド４，４の間を通過させ、上記ニップＮによって上記記録材Ｐを挟持搬送しながら上記未定着像ｔをこの記録材Ｐに溶融定着（加熱定着）させる。その後、定着された上記記録材Ｐを導出ガイド５を通して排出する。
【００３１】
上記記録材Ｐは、例えば、紙、ＯＨＰシート等の用紙であり、上記未定着像ｔは、例えば、樹脂や、磁性材や、着色料等からなる加熱溶融性のトナーである。
【００３２】
上記定着ローラ１と上記加圧ロ一ラ２とは、上下に平行に対向して配置され、それぞれの両端側が、図示しない軸受部材に回転自在に支持されている。上記加圧ローラ２は、図示しないバネ等の加圧機構によって、上記定着ローラ１の軸側に弾発付勢され、上記定着ローラ１の下面部に所定圧力で圧接されて、ニップＮを形成する。
【００３３】
上記定着ローラ１は、図示しないモータ等の駆動機構によって、矢印にて示す反時計廻り方向に、所定の周速度で回転駆動される。上記加圧ローラ２は、上記ニップＮでの上記定着ローラ１との圧接摩擦力によって、上記定着ローラ１の回転に従動して回転する。
【００３４】
上記定着ローラ１は、径方向の内側から外側に順に、芯金層１１、断熱層１２、電磁誘導発熱層１３、弾性層１４および離型層１５の５つの層から構成される。
【００３５】
上記芯金層１１は、上記定着ローラ１の形状を保持するためのものであり、例えば、アルミまたは鉄等の金属のシリンダである。
【００３６】
上記断熱層１２は、上記電磁誘導発熱層１３を断熱保持するためのものであり、耐熱性および弾性を有するゴム材や樹脂材のスポンジ体（断熱構造体）が用いられる。このように、上記断熱層１２に、耐熱性および弾性を有するゴム材や樹脂材のスポンジ体（断熱構造体）を用いることにより、上記電磁誘導発熱層１３を確実に断熱保持するとともに、上記電磁誘導発熱層１３のたわみを許容して上記ニップＮの長さ寸法Lを増やし、さらに、上記定着ローラ１を上記加圧ローラ２よりも柔らかくして、排紙性および記録材分離性能を向上することができる。
【００３７】
上記電磁誘導発熱層１３は、例えば、無端状のニッケル電鋳ベルト部材である。なお、上記電磁誘導発熱層１３の他の材料として、例えば、磁性ステンレスのような磁性材料（磁性金属）といった、比較的透磁率μが高く、適当な抵抗率ρを有するものを用いてもよい。上記電磁誘導発熱層１３では、上記磁束発生手段３の磁束によって、渦電流が発生してジュール熱により発熱し、この発熱により上記定着ローラ１が加熱される。この加熱を、電磁誘導加熱という。
【００３８】
上記弾性層１４は、耐熱性および弾性を有するゴム材や樹脂材からなり、上記記録材Ｐと上記定着ローラ１表面との密着性を高める。上記弾性層１４としては、例えば、定着温度での使用に耐えられるシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性エラストマーを用いる。
【００３９】
上記離型層１５は、上記定着ローラ１の表面の離型性を高めるものであり、定着温度での使用に耐えられる上にトナー離型性を有する。上記離型層１５としては、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴムや、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＥＰ等のフッ素樹脂が用いられる。
【００４０】
上記加圧ローラ２は、径方向の内側から外側に順に、芯金層２１と、断熱層２２と、離型層２５との３つの層から構成される。上記加圧ローラ２の上記芯金層２１、上記断熱層２２および上記離型層２５は、それぞれ、上記定着ローラ１の上記芯金層１１、上記断熱層１２および上記離型層１５と同様である。
【００４１】
上記磁束発生手段３は、励磁用コイル３１と磁性体のコア３２とを備え、上記定着ローラ１の外側で、上記定着ローラ１に対向させて、上記定着ローラ１の長手方向に沿わせて配置している。
【００４２】
上記コア３２は、横断面がE字形のフェライトコアであり、上記定着ローラ１に向かって延びる３つの突起３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有する。具体的に述べると、上記コア３２は、幅方向中央の中央突起３２ａと、幅方向両端の端突起３２ｂ，３２ｃとを有する。
【００４３】
上記コイル３１は、図１と図３に示すように、全体として長円形状に、幅方向中央の中央隙間３１ａを中心に巻設されている。上記コイル３１の長辺は、上記定着ローラ１の軸と平行（通紙方向に対して垂直）である。
【００４４】
上記コイル３１は、幅方向両端の端隙間３１ｂ，３１ｃを除いて、密着巻きされている。上記コイル３１の中央隙間３１ａは、上記コア３２の中央突起３２ａに嵌り込むと共に、上記コイル３１の全体が、上記コア３２の両側の端突起３２ｂ，３２ｃに囲まれる領域に収まっている。
【００４５】
上記コイル３１の一方の端隙間３１ｂには、上記定着ローラ１に対向するように温度を検知するサーモスタット７が配置されている。
【００４６】
上記コイル３１に電流を流すと、上記コイル３１によって発生する磁束の大部分が上記コア３２に案内されて、上記定着ローラ１の上記電磁誘導発熱層１３を通り、上記電磁誘導発熱層１３が渦電流によって発熱し、この熱が、上記離型層１５まで伝わることで、定着に必要な熱を供給される。
【００４７】
次に、図４Ａと図４Ｂに上記離型層１５上での発熱分布を示す。
【００４８】
図４Ａに示すように、上記定着ローラ１の中心から上記コア３２の幅方向中央を通る線を角度座標の原点とし、上記定着ローラ１の回転方向をプラスにすると共に上記定着ローラ１の回転と逆方向をマイナスにして、この角度座標を横軸にとり、上記離型層１５上の発熱量を縦軸にとってグラフを描くと、図４Ｂに示すようになる。発熱分布のほとんどは、上記コア３２の存在範囲に収まり、途中にピークを有する。上記コイル３１の両方の端隙間３１ｂ，３１ｃは、このピークの位置に対応させてある。つまり、上記サーモスタット７は、発熱ピーク部分を検知できるようになっている。
【００４９】
次に、図５に上記磁束発生手段３の回路図を示す。具体的に述べると、上記コイル３１は、メインコンデンサ４２とともに単一のＬＣ発振回路を形成している。このＬＣ発振回路をＯＮ／ＯＦＦするためのＩＧＢＴ４３は、図１に示す上記定着ローラ１の外側に配置された温度センサ８の出力をもとに、コントロールユニット４４によって制御されて、上記温度センサ８で検知される温度が一定になるようになっている。上記サーモスタット７は、電源部に直列に挿入されており、図４Ｂに示す上記離型層１５上の発熱ピーク部分が異常高温になった場合に、電源を遮断するようになっている。
【００５０】
特に、モータの故障などで、上記定着ローラ１の回転が停止したり遅くなったりしたときでも、発熱ピーク部分の温度を検知することで、上記サーモスタット７が的確に作動して電源を遮断するので、安全性は高い。また、上記コイル３１が分割された形状になっているので、冷却効果が高く、熱損が大きくなりにくいので、発熱効率を高く保つことができる。
【００５１】
次に、上記定着ローラ１の発熱効率および昇温時間を測定し、この測定結果を表１と図６に示す。
【００５２】
［表１］
2005309113.tif 000003
【００５３】
この測定に用いた定着ローラ１の具体的な構成を示すと、上記芯金層１１は、厚さ１ｍｍであり、上記断熱層１２は、厚さＴ2のＳｉスポンジゴムであり、上記電磁誘導発熱層１３は、厚さＴ1であり、上記弾性層１４は、厚さ２００μｍのＳｉゴムであり、上記離型層１５は、厚さ２０μｍのＰＦＡであり、上記定着ローラ１の外径は、４２ｍｍとなっている。
【００５４】
上記芯金層１１に用いられる金属は、周波数３０ｋＨｚにおける表皮深さが約１００μｍとなる鉄材を選んでいる。上記電磁誘導発熱層１３の材質、上記電磁誘導発熱層１３の厚さＴ1、および、上記断熱層１２の厚さＴ2は、表１の左側に示すような組み合わせで実験を行った。
【００５５】
この表１において、上記電磁誘導発熱層１３の材料としては、ニッケル材（周波数３０ｋＨｚにおける表皮深さδ1が６７μｍ）と、磁性ステンレス材（周波数３０ｋＨｚにおける表皮深さδ1が９２μｍ）との２種類を用いている。また、前提として、上記電磁誘導発熱層１３の厚さＴ1μｍは、上記電磁誘導発熱層１３の表皮深さδ1μｍよりも小さい。
【００５６】
上記定着ローラ１の周速が１００ｍｍ／ｓになるように回転させながら、上記コイル３１に周波数約３０ｋＨｚで７００Ｗの電力を投入して、上記温度センサ８の検出温度が３０℃から１７０℃まで上昇するのに要する時間を、昇温時間として測定した。
【００５７】
また、上記コイル３１への投入電力が、上記定着ローラ１で発熱する発熱エネルギーへ変換される割合を、発熱効率として算出した。具体的には、この発熱効率とは、上記電磁誘導発熱層１３を設けた場合と設けない場合とのインピーダンスの変化を測定して求める。
【００５８】
そして、発熱効率および昇温時間の測定結果を、表１の右側に示している。また、図６では、上記電磁誘導発熱層１３の材料がニッケル材（周波数３０ｋＨｚにおける表皮深さδ1が６７μｍ）である場合の発熱効率および昇温時間の測定結果を示す。表１中の区分（I）〜（IV）は、図６中のグラフ線（I）〜（IV）に対応する。
【００５９】
表１と図６からわかるように、上記断熱層１２の厚さＴ2が厚いほど、昇温時間が短く、特に、上記電磁誘導発熱層１３の厚さＴ1が薄い場合には、より厚くする必要があることがわかる。
【００６０】
また、図６において、昇温時間は下凸の曲線を描いており、上記断熱層１２の厚さＴ2が薄くなると、途中から急激に悪化することがわかる。具体的に述べると、図６の昇温時間において、グラフ線（I）の断熱層１２の厚さＴ2の臨界点は、７ｍｍであり、グラフ線（II）の断熱層１２の厚さＴ2の臨界点は、５ｍｍであり、グラフ線（III）の断熱層１２の厚さＴ2の臨界点は、４ｍｍであり、グラフ線（IV）の断熱層１２の厚さＴ2の臨界点は、４ｍｍである。
【００６１】
そして、本発明では、この急激な悪化領域を避けるためには、以下の（式１）を満たす必要があるということを見出した。
Ｔ2＞０．０４×（Ｔ1）2／δ1      ・・・（式１）
【００６２】
具体的に述べると、本発明では、上記電磁誘導発熱層１３の厚さＴ1μｍごとに、上記断熱層１２の厚さＴ2ｍｍとしての必要厚さが決まるということを見出して、シミュレーションにて上記（式１）を求め出した。
【００６３】
また、この急激な悪化領域に入るポイントは発熱効率としては、８０％付近であることも判明した。このように、上記断熱層１２の厚さＴ2を、０．０４×（Ｔ1）2／δ1より大きい値で選ぶことで、必要以上に昇温性能が悪化することを避けることができる。
【００６４】
もちろん、上記（式１）は、表１の測定結果を満たす。すなわち、表１からもわかるように、区分（I）の最適な断熱層１２の厚さＴ2の最小値は、７ｍｍであり、区分（II）の最適な断熱層１２の厚さＴ2の最小値は、５ｍｍであり、区分（III）の最適な断熱層１２の厚さＴ2の最小値は、４ｍｍであり、区分（IV）の最適な断熱層１２の厚さＴ2の最小値は、４ｍｍであり、区分（V）の最適な断熱層１２の厚さＴ2の最小値は、５ｍｍである。
【００６５】
要するに、上記断熱層１２の厚さＴ2が、０．０４×（Ｔ1）2／δ1より小さいと、上記磁束発生手段３からの磁束が上記芯金層１１へ到達して、上記電磁誘導発熱層１３で捉える磁束が減り、上記電磁誘導発熱層１３で発熱する発熱効率が低下するという問題がある。
【００６６】
このことから、上記断熱層１２の厚さＴ2とは、言い換えると、上記電磁誘導発熱層１３と上記芯金層１１との間の距離Ｔ2といえる。すなわち、上記電磁誘導発熱層１３と上記芯金層１１との間には、上記断熱層１２の他に別の層が含まれていてもよく、または、上記断熱層１２に代わって別の層が配置されていてもよい。
【００６７】
なお、上記構成の定着ローラ１と共に使用される上記加圧ローラ２の具体的な構成を示すと、例えば、上記芯金層２１は、鉄製であり、上記断熱層２２は、厚さ６ｍｍのＳｉ発泡ゴムであり、上記離型層２５は、厚さ３０μｍのＰＦＡであり、上記加圧ローラ２の外径は、３８ｍｍとなっている。そして、この加圧ローラ２は、上記定着ローラ２に約４００Ｎの荷重で弾発付勢されており、上記ニップNの長さ寸法Lは、約７ｍｍに形成される。
【００６８】
このように、上記構成の定着装置１０によれば、上記電磁誘導発熱層１３の厚さＴ1μｍは、上記電磁誘導発熱層１３の表皮深さδ1μｍよりも小さいので、上記電磁誘導発熱層１３の熱容量は小さくなり、上記電磁誘導発熱層１３は薄くなる。そして、上記電磁誘導発熱層１３の熱容量は小さくなるので、上記磁束発生手段３の磁束による上記定着ローラ１の昇温速度がはやくなって、上記記録材Ｐに上記未定着像ｔを迅速に溶融定着できる。また、上記電磁誘導発熱層１３は薄くなるので、上記定着ローラ１は柔らかくなり、上記ニップＮの長さＬを確保することができて、上記記録材Ｐに上記未定着像ｔを確実に溶融定着できる。また、上記定着ローラ１を上記加圧ローラ２よりも柔らかくすることが可能になり、定着後の上記記録材Ｐを上記定着ローラ１から確実に分離することができる。
【００６９】
また、上記電磁誘導発熱層１３と上記芯金層１１との間の距離Ｔ2は、０．０４×（Ｔ1）2／δ1より大きいので、上記磁束発生手段３による磁束は、上記芯金層１１へ到達されずに、上記電磁誘導発熱層１３で吸収されて、上記芯金層１１での発熱を防止し、上記電磁誘導発熱層１３で発熱する発熱効率の低下を防止することができる。さらに、上記距離Ｔ2の下限値を決定することで、上記定着ローラ１の径寸法を小さくして、上記定着装置１０をコンパクトにできる。
【００７０】
（第２の実施形態）
図７は、この発明の他の実施形態を示している。この定着ローラ５１は、厚さが表皮深さよりも小さい電磁誘導発熱層１３と、この電磁誘導発熱層１３の径方向の内側に配置された磁性層５６と、この磁性層５６の径方向の内側に配置された芯金層１１とを備える。
【００７１】
具体的に述べると、この定着ローラ５１は、径方向の内側から外側に順に配置された、上記芯金層１１、上記磁性層５６、上記断熱層１２、上記電磁誘導発熱層１３、上記弾性層１４および上記離型層１５を備える。この磁性層５６は、上記芯金層１１を直接に覆っている。
【００７２】
このように、上記電磁誘導発熱層１３と上記芯金層１１との間に磁性層５６を備えるので、上記電磁誘導発熱層１３を貫いた上記磁束発生手段３による磁束は、上記磁性層５６に吸収されて、上記芯金層１１に到達しない。すなわち、上記磁性層５６は、上記磁束のバイパスの役割を担う。このように、上記磁束発生手段３の磁束による上記芯金層１１での発熱を防止することができて、上記電磁誘導発熱層１３で発熱する発熱効率の低下を防止することができる。また、上記磁性層５６は、上記芯金層１１をコーティングしているので、上記電磁誘導発熱層１３で吸収される上記磁束発生手段３からの磁束を減らさずに、上記電磁誘導発熱層１３による磁束を上記磁性層５６で確実にバイパスできる。なお、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
【００７３】
次に、上記第１の実施形態と同様に、上記定着ローラ５１の発熱効率および昇温時間を測定した。
【００７４】
この測定に用いた定着ローラ５１の具体的な構成を示すと、上記第１の実施形態の表１に示す表皮深さ６７μｍで厚さ４０μｍのニッケル材の電磁誘導発熱層と厚さ７ｍｍの断熱層とを有する定着ローラの芯金層に、厚さ３０μｍの磁性層をコーティングしたものである。
【００７５】
この磁性層は、粘着材と、この粘着材に混合されている粉末状の磁性材とを有する。磁性材としては、フェライトとパーマロイとの２種類を使用する。なお、図７では、上記磁性層５６中の磁性材を、わかりやすくするために、実際より大きく描いている。
【００７６】
この測定結果は、磁性材がフェライトの場合は、発熱効率が９２％で、昇温時間が５７ｓとなり、磁性材がパーマロイの場合は、発熱効率が９１．５％で、昇温時間が５８ｓであった。上記第１の実施形態の表１（発熱効率が９１％で、昇温時間が６０ｓである）と比べると、発熱効率が向上し、昇温時間が短くなっているのがわかる。
【００７７】
なお、この第２の実施形態では、上記電磁誘導発熱層１３と上記芯金層１１との間の距離Ｔ2は、上記第１の実施形態の上記（式１）を満たしていなくてもよい。
【００７８】
（第３の実施形態）
図８は、この発明の別の実施形態を示している。この定着ローラ６１は、径方向の内側から外側に順に配置された、上記芯金層１１、磁性層６６、上記電磁誘導発熱層１３、上記弾性層１４および上記離型層１５を備える。この磁性層６６は、断熱材と磁性材とを含む。
【００７９】
このように、上記電磁誘導発熱層１３と上記芯金層１１との間に磁性層６６を備えるので、上記第２の実施形態と同様に、上記磁性層６６にて上記磁束をバイパスして、上記磁束による上記芯金層１１での発熱を防止することができる。
【００８０】
また、上記磁性層６６は、断熱材と磁性材とを含むので、上記磁性層６６は、磁性材により、上記電磁誘導発熱層１３による磁束をバイパスして、上記芯金層１１での発熱を防止すると共に、断熱材により、上記電磁誘導発熱層１３で発熱した熱が上記芯金層１１へ逃げないように、断熱の役割を担う。このように、上記電磁誘導発熱層１３で発熱する発熱効率の低下を二重で防止することができる。また、上記定着ローラ６１を構成する層を削減することができるので、この定着ローラ６１の径を小さくして、この定着ローラ６１の小型化を図ることができる。なお、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
【００８１】
次に、上記第１の実施形態と同様に、上記定着ローラ６１の発熱効率および昇温時間を測定した。
【００８２】
この測定に用いた定着ローラ６１の具体的な構成を示すと、上記第１の実施形態の表１に示す表皮深さ６７μｍで厚さ４０μｍのニッケル材の電磁誘導発熱層と厚さ７ｍｍの断熱層とを有する定着ローラの断熱層に、磁性材を分散させたものである。
【００８３】
すなわち、磁性層は、断熱材と、この断熱材に分散されている粉末状の磁性材とを有する。この磁性材としては、フェライトを用い、この磁性層としては、粉末状のフェライトを重量比２％分散させたものと５％分散させたものの２種類を用いた。なお、図８では、上記磁性層６６中の磁性材を、わかりやすくするために、実際より大きく描いている。
【００８４】
この測定結果は、フェライトを重量比２％分散させた場合は、発熱効率が９１．５％で、昇温時間が５８ｓとなり、フェライトを重量比５％分散させた場合は、発熱効率が９２％で、昇温時間が５９ｓであった。上記第１の実施形態の表１（発熱効率が９１％で、昇温時間が６０ｓである）と比べると、発熱効率が向上し、昇温時間が短くなっているのがわかる。
【００８５】
なお、この第３の実施形態では、上記電磁誘導発熱層１３と上記芯金層１１との間の距離Ｔ2は、上記第１の実施形態の上記（式１）を満たしていなくてもよい。
【００８６】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、上記定着ローラは、上記支持層、上記断熱層、上記電磁誘導発熱層、上記弾性層および上記離型層を備えるが、これらの他に、他の層を備えてよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の定着装置の一実施形態を示す横断面構成図である。
【図２】本発明の定着ローラの展開状態を示す要部拡大断面図である。
【図３】磁束発生手段のコイルの平面図である。
【図４Ａ】定着ローラの発熱分布の説明図である。
【図４Ｂ】図４Ａの発熱分布を示すグラフ図である。
【図５】磁束発生手段の回路図である。
【図６】横軸に断熱層の厚さ、縦軸に発熱効率および昇温時間を示すグラフ図である。
【図７】定着ローラの他の実施形態を示す断面図である。
【図８】定着ローラの別の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１，５１，６１    定着ローラ
２    加圧ローラ
３    磁束発生手段
１０  定着装置
１１  芯金層
１３  電磁誘導発熱層
５６，６６  磁性層
Ｐ    記録材
ｔ    未定着像
Ｔ1    電磁誘導発熱層の厚さ
Ｔ2    断熱層の厚さ（電磁誘導発熱層と芯金層との間の距離）
【図１】
2005309113.tif 000004
【図２】
2005309113.tif 000005
【図３】
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【図４Ａ】
2005309113.tif 000007
【図４Ｂ】
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【図５】
2005309113.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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