JP2000206814A - 加熱定着ロ―ラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】画像形成装置に用いられる誘導加熱定着装置に
おける加熱ローラであって、迅速昇温が可能であり、ま
た、その性状を限定することにより好適化された加熱定
着ローラを提供することを目的とする。 【解決手段】 上記課題を解決すべく、本発明は、非磁
性絶縁性の円筒型ローラ基材上に、弾性体層、導電性磁
性層及び離型層をこの順に積層し、該ローラ基材内部に
設けたコイルに高周波電流を流すことにより、該導電性
磁性層を電磁誘導発熱させる加熱定着ローラである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
及びファクシミリなどに用いられる定着装置に関し、更
に詳しくは、誘導加熱を利用してトナー像を記録媒体に
定着する定着装置に用いる加熱定着ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機などは、記録媒体上に転写
されたトナー像を記録媒体に定着する定着装置を有して
構成されている。この定着装置は、例えば、記録媒体上
のトナーを熱融解する加熱ローラと、加熱ローラに圧接
して記録媒体を挟持する加圧ローラとを備えている。加
熱ローラは円筒形状に形成されており、この加熱ローラ
の内部には、発熱体が保持手段により保持されている。
発熱体は、例えばハロゲンランプなどにより構成され、
所定の電圧を印加されることにより発熱するものであ
る。この発熱体は加熱ローラの中心に位置しているた
め、発熱体から発せられた熱は加熱ローラ内壁に均一に
輻射され、加熱ローラの外壁の温度分布は円周方向にお
いて均一となる。加熱ローラの外壁は、その温度が定着
に適した温度（例えば１５０〜２００℃）になるまで加
熱される。この状態で加熱ローラと加圧ローラは摺接し
ながら互いに逆方向へ回転し、トナー像を担持した記録
媒体を挟持する。加熱ローラと加圧ローラとのニップ部
において、記録媒体上のトナーは加熱ローラの熱により
融解し、圧接力より記録媒体に定着される。定着後加熱
ローラと加圧ローラの回転に伴い、記録媒体は排紙ロー
ラによって搬送され、排紙トレイ上に排出される。

【０００３】上記の定着装置においては、複写機などに
電源を投入した後、加熱ローラが定着に適した温度に達
するまでに比較的長時間を要していた。この間使用者は
複写機を使用できず、長時間の待機を強いられるという
問題があった。

【０００４】そこで、このような問題を解決する装置と
して、金属体からなる定着部材の内部に同心状にコイル
を巻装したコア（開磁路鉄心）を配置した誘導加熱定着
装置が提案されている。

【０００５】誘導加熱定着装置は、コイルに高周波電流
を流すことにより、その周辺に高周波磁界を発生させ、
該磁界内に導電性磁性部材を有する加熱ローラを配設す
る。例えば、加熱ローラ内部にコイルを設ける。このよ
うにして、該導電性磁性部材内部に誘導渦電流を生じさ
せ、ジュール熱によって、該導電性磁性部材を発熱させ
定着を行なう装置である。

【０００６】この導電性磁性部材を含む加熱ローラの温
度の制御は加熱ローラ用サーミスタの温度検出によって
フィードバック制御されるのが通常である。例えば以下
のような制御を行なっている。

【０００７】加熱ローラ用サーミスタで検出される温度
が、定着に必要な温度に満たない場合、制御回路よりド
ライブ回路へスイッチングを開始する信号が出される。
ドライブ回路はその信号を受けてスイッチング素子をオ
ンし、コイルに電流を流す。コイルの電流はそのインダ
クタンスにより上昇していくが、電流検出回路によって
所定の電流値に達したらスイッチング素子をオフする信
号をドライブ回路へ出す。すると、コイルに蓄積された
エネルギはコンデンサに流れ込み電圧は上昇し、コイル
とコンデンサの共振作用によりやがて電圧は降下する。
電圧検出回路は電圧が所定の電圧値まで下がったらスイ
ッチング素子をオンする信号をドライブ回路へ出し、コ
イルへ再度電流が流れ始める。以降このサイクル（発
振）を繰り返すことによってコイルへ高周波電流を流
し、加熱ローラを加熱する。サーミスタが定着温度に達
したことを検出すると制御回路はドライブ回路へスイッ
チングを停止する信号を出す。以上のように発振と停止
を繰り返して一定の温度を保つように制御される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、誘導加
熱方式は、発熱体の熱容量が小さいことから、迅速昇温
が可能で、温度制御がしやすいという利点がある。しか
しながら、加熱ローラには、加圧ローラとのニップを形
成するために、所定の圧接力が加わり、その強度確保も
必要となる。従来の誘導加熱ローラにおいては、その強
度確保のためには、導電性磁性部材を肉厚に設けること
となり、上記の利点が損なわれるという問題がある。

【０００９】また、誘導加熱ローラに弾性体層を設けた
場合は、低圧で所定のニップ幅を確保するために、その
硬度が問題となる。また、導電性磁性層の発熱効率を高
め、且つ弾性体層の温度劣化を低減させるために、弾性
体層の熱伝導率も問題となる。更に、ペーパの分離性を
高めるため弾性体層の圧縮が開放されるニップ出口付近
での高曲率を得る観点からも、その硬度が問題となる。

【００１０】表面層においては、十分な離型性を確保し
て記録紙の巻付きやオフセットを防止するために、離型
剤（オイル）保持能力等の観点から、その材質が問題と
なる。

【００１１】本発明は、上記問題を解決するために所定
構造の加熱定着ローラを提供するとともに、該加熱定着
ローラの各部材に対し、上記の問題を解決するための好
適な条件を与えることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、請求項１に記載の発明にかかる加熱定着ローラは、
非磁性絶縁性の円筒型ローラ基材上に、弾性体層、導電
性磁性層及び離型層をこの順に積層し、該ローラ基材内
部に設けたコイルに高周波電流を流すことにより、該導
電性磁性層を電磁誘導発熱させる加熱定着ローラであ
る。

【００１３】請求項１に記載の発明にかかる加熱定着ロ
ーラによれば、円筒型ローラ基材により加圧ローラから
の押力を弾性体層の変形により負担することができ、こ
れにより導電性磁性層は、薄く設けることが可能とな
る。また、離型層を設けたことにより、記録媒体がその
剛直度と相俟って定着ローラから自然に分離することが
できる。

【００１４】請求項２に記載の発明にかかる加熱定着ロ
ーラは、前記弾性体層が、ＪＩＳ−Ａ硬度計で、硬度５
度以上３０度以下のソリッドゴムから成ることを特徴と
する請求項１記載の加熱定着ローラである。

【００１５】請求項３に記載の発明にかかる加熱定着ロ
ーラは、前記弾性体層が、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度計で、硬
度１０度以上４０度以下の発泡樹脂から成ることを特徴
とする請求項１記載の加熱定着ローラである。

【００１６】請求項２又は３に記載の発明にかかる加熱
定着ローラによれば、加圧ローラからの押力をより低圧
にして、広いニップを形成することが可能となるととも
に、記録媒体と定着ローラとの分離箇所において、分離
のための加熱定着ローラの曲率を好適化することができ
る。更に、弾性体層にソリッドゴム又は発泡樹脂を用い
ることで、その断熱性が好適化される。

【００１７】請求項４に記載の発明にかかる加熱定着ロ
ーラは、前記導電性磁性層が、厚さ２０μｍ以上１００
μｍ以下の無端金属フィルムであることを特徴とする請
求項１記載の加熱定着ローラである。

【００１８】請求項５に記載の発明にかかる加熱定着ロ
ーラは、前記導電性磁性層が、厚さ１０μｍ以上１００
μｍ以下の樹脂に磁性金属紛を分散させた無端フィルム
であることを特徴とする請求項１記載の加熱定着ローラ
である。

【００１９】請求項４又は５に記載の発明にかかる加熱
定着ローラによれば、強度確保、迅速昇温、及び発熱効
率の観点から導電性磁性層が好適化される。

【００２０】請求項６に記載の発明は、前記離型層が、
厚さ１０μｍ以上１００μｍ以下の、フッ素系樹脂層で
あることを特徴とする請求項１記載の加熱定着ローラで
ある。

【００２１】請求項６に記載の発明にかかる加熱定着ロ
ーラによれば、画質不良の防止、装置構成の簡略化、ロ
ーラの長寿命化の観点から離型層が好適化される。

【００２２】請求項７に記載の発明にかかる加熱定着ロ
ーラは、前記離型層が、厚さ１００μｍ以上５００μｍ
以下の、表面にシリコンオイルを有するシリコンゴム層
であることを特徴とする請求項１記載の加熱定着ローラ
である。

【００２３】請求項７に記載の発明にかかる加熱定着ロ
ーラによれば、離型剤（オイル）保持能力の確保、オイ
ル膨潤による化学劣化の低減、熱伝導性等の観点から離
型層が好適化される。

【００２４】請求項８に記載の発明にかかる加熱定着ロ
ーラは、前記離型層が、厚さ１００μｍ以上５００μｍ
以下の、表面にシリコンオイルまたはフッ素オイルを有
するフッ素ゴム層であることを特徴とする請求項１に記
載の加熱定着ローラである。

【００２５】請求項８に記載の発明にかかる定着ローラ
によれば、画質不良の防止、耐磨耗性の向上の観点から
離型層を好適化できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図1は、本発明にかかる加熱定着
ローラを用いた加熱定着装置の概略を示す断面図であ
る。

【００２７】加熱ローラは、ローラ基材４上に弾性体層
５、導電性磁性層６及び離型層７をこの順に設け、図示
しない保持手段によって回転可能に保持されている。加
熱ローラ内部には、コイルボビン３に保持されコア１を
巻回するコイル２からなるコイルユニットが図示しない
保持手段によって保持されている。コイル２には、図示
しないドライバ回路が接続され、該ドライバ回路はサー
ミスタ８及び１０の検出温度等に応じた信号を受け、コ
イルへの電力を制御している。加圧ローラは、芯金１１
上に弾性層１２を設け、図示しない駆動手段によって、
回転可能に保持されている。また、加圧ローラは、加熱
ローラに対する方向に図示しない押圧手段によって押圧
され、加熱ローラとの間にニップを形成している。

【００２８】この構成で加圧ローラを回転駆動させるこ
とにより、加熱ローラは加圧ローラとニップを形成しつ
つ従動回転する。また、加熱ローラの導電性発熱層は、
コイルに流れる高周波電流により発生する交番磁界を受
け電磁誘導発熱する。前記ニップ部にトナーを担持した
記録媒体である記録紙１３が図示しない搬送手段によっ
てａの方向に搬送されると、ニップ部において挟持搬送
される。なお、記録紙１３において、未定着トナーは加
熱ローラ側に担持されている。このとき記録紙１３上の
未定着トナーは、加熱した導電性磁性層の熱を受け熱融
解し、ローラ間の圧接力より記録紙１３に浸透する。

【００２９】このようにして、定着されつつ搬送される
記録紙１３がニップ部を抜けると、加熱ローラの曲率及
び記録紙１３自身の剛直性により、加熱ローラから分離
する。更に、この分離をより確実に行なうために加熱ロ
ーラと記録紙１３の分離箇所付近に加熱ローラに当接し
て分離爪９を設けてある。

【００３０】図２は、本発明にかかる誘導加熱ローラの
断面図である。

【００３１】非磁性絶縁性のローラ基材４は、例えばＰ
ＰＳ（ポリフェニレン・サルファイド）や液晶ポリマ
ー、フェノール樹脂、ガラス、結晶化ガラス、セラミク
ス等が用いられ、強度を持たせるため、数ｍｍの厚さで
形成され、加圧ローラに対向して圧接され、駆動回転さ
れる。

【００３２】弾性体層５はシリコンゴム、シリコンスポ
ンジ、フッ素ゴム等で圧縮変形してニップを形成するた
め、数ｍｍの厚さであまり高硬度でないものが望まし
い。例えば、弾性体層５にソリッドゴムを用いた場合
は、ＪＩＳ−Ａ硬度計で、硬度５度以上３０度以下であ
ることが望ましい。硬度３０度以上となると、ニップの
形成に必要な押力が過大となり、導電性磁性層６は離型
層に負担を与えることとなり、一方、硬度５度以下で
は、加圧ローラとの摩擦によって回転する際の変形が著
しく画質不良を招くからである。また、弾性体層５に、
発泡樹脂を用いた場合は、同様の理由より、ＡＳＫＥＲ
−Ｃ硬度計で硬度１０度以上４０度以下であることが望
ましい。

【００３３】導電性磁性層６は、鉄、ニッケル、パーマ
ロイ等で、厚さ数μｍ〜１００μｍ程度であれば可撓性
を有し、すばやく加熱されるものである。例えば、導電
性磁性層が金属のみからなる場合は、その厚さは、２０
μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。１００
μｍとすると、ニップ部での変形のために高圧が必要と
なり、低圧でニップを形成することが可能な弾性体層を
設けた意義がなくなる一方、２０μｍ以下では、加圧ロ
ーラからの押力によって割れてしまい、また熱容量が小
さすぎ発熱効率が低下するからである。また、導電性磁
性層６を樹脂に磁性金属紛を分散させたフィルムとした
場合も、同様の理由から、その厚さは１０μｍ以上１０
０μｍ以下であることが望ましい。

【００３４】離型層７は、数十μｍのテフロン（登録商
標）層で形成してもよいが、フルカラー画像形成装置
等、高画質が要求される場合は鏡面シリコンゴムにシリ
コンオイルを供給して離型性を得るのが一般的である。
例えば離型層７に、シリコンゴムを用いる場合は、その
厚さは１００μｍ以上５００μｍであることが望まし
い。１００μｍ程度以下であれば、トナー像の拡大等の
画質劣化が発生し、また、十分なオイル（離型剤）保持
能力が確保できず、一方、５００μｍを超えるとオイル
膨潤による通紙性の悪化や、熱伝導性の低下を招くから
である。

【００３５】一方、離型層７をフッ素系樹脂層とした場
合は、その厚さは１０μｍ以上１００μｍ以下であるこ
とが望ましい。１０μｍより薄いと磨耗や傷を生じやす
く、又チューブタイプではシワが発生し製造が困難とな
るからである。また、１００μｍより厚いと表面の硬度
が上がり、トナーによる記録紙表面の凹凸への追従性が
低下し、凸部ではつぶれが、凹部では定着不良が発生し
やすくなるからである。また、フッ素系樹脂は、材質の
離型性に優れるため、これを離型層７に用いた場合に
は、離型材の塗布機構が不要なため、構成が簡単とな
り、低コスト化やイージーメンテナンスが可能となり、
オイルスジの発生等の塗布に関する不具合点も発生し得
ないこととなる。更に、フッ素系樹脂は、低摩擦高強度
という特性から、ローラに接触する温度検出器や分離爪
の摺擦に対しても耐久性が高くなる。

【００３６】また、離型層７をフッ素ゴム層とした場合
は、その厚さは１００μｍ以上５００μｍ以下であるこ
とが望ましい。１００μｍ程度以下であれば、トナー像
の拡大等の画質劣化が発生し、また、十分なオイル（離
型剤）保持能力が確保できず、一方、５００μｍを超え
るとオイル膨潤による通紙性の悪化や、熱伝導性の低下
が発生するからである。離型層７にフッ素ゴムを用いた
場合は、耐磨耗性の観点から強度が確保できることとな
る。

【００３７】加熱ローラについて、より具体的には、例
えば、ローラ基材に外径３６ｍｍ厚さ３ｍｍのフェノー
ル樹脂パイプを用い、その表面と内径４０ｍｍ厚さ５０
μｍのニッケルスリーブの間にシリコンスポンジ層を発
泡して形成し、ニッケルスリーブ表面に、厚さ２００μ
ｍのシリコンゴム層を塗布形成する。

【００３８】また、加圧ローラの方は、ローラ基材とし
て外径３４ｍｍ厚さ４ｍｍのアルミパイプを用い、その
上に厚さ２．８５ｍｍのシリコンゴム層、フッ素ゴムか
らなる厚さ約２０μｍのバリア層、及び離型オイルを保
持する表層約１３０μｍを順に設けて形成する。

【００３９】このようにして形成された加熱ローラと加
圧ローラは、約１５ｋｇの圧力で圧接されニップを形成
する。この構成により、定着に先立ち、両ローラを駆動
しつつ、加熱ローラ内のコイルに高周波電流を供給する
と、数秒で加熱ローラの温度が上昇を始める。更に加圧
ローラ温度が安定するまで３０〜６０秒加熱回転させた
後、通紙動作に入ることができる。

【００４０】なお、本発明にかかる加熱定着装置におい
ては、ニップを形成する二つのローラの両方を以上に説
明した構成を有する加熱ローラとすることも有効であ
る。図３は、このような加熱定着装置を示す該略図であ
る。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ニップを形成するための圧接力をローラ基材が負うた
め、導電性磁性層を薄く形成しその熱容量を小さくする
ことができ、迅速な昇温を図ることができる。また、こ
のようにして迅速に発熱した熱が導電性磁性層に密着し
ている薄い表層を介して表面に伝熱するため、表面の温
度制御性に優れ、定着性能の変動を少なく抑えることが
可能となる。更に、各層の性状を限定することで、迅速
昇温・高画質・長寿命化等の観点から好適化された加熱
ローラを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図1は、本発明にかかる誘導加熱定着装置の
概略を示す断面図である。

【図２】 図２は、本発明にかかる加熱ローラの構成を
示す断面図である。

【図３】 図３は、本発明の他の実施例にかかる誘導加
熱定着装置に概略を示す断面図である。

【符号の説明】

１：コア、２：コイル、３：コイルボビン、４：ローラ
基材、５：弾性体層、６：導電性磁性層、７：離型層、
８：加熱ローラサーミスタ、９：分離爪、１０：加圧ロ
ーラサーミスタ、１１：加圧ローラ芯金、１２：加圧ロ
ーラ弾性体層、１３：記録紙（記録媒体）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非磁性絶縁性の円筒型ローラ基材上に、
   弾性体層、導電性磁性層及び離型層をこの順に積層し、
   該ローラ基材内部に設けたコイルに高周波電流を流すこ
   とにより、該導電性磁性層を電磁誘導発熱させる加熱定
   着ローラ。
2. 【請求項２】 前記弾性体層は、ＪＩＳ−Ａ硬度計で、
   硬度５度以上３０度以下の、ソリッドゴムから成ること
   を特徴とする請求項１記載の加熱定着ローラ。
3. 【請求項３】 前記弾性体層は、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度計
   で、硬度１０度以上４０度以下の、発泡樹脂から成るこ
   とを特徴とする請求項１記載の加熱定着ローラ。
4. 【請求項４】 前記導電性磁性層は、厚さ２０μｍ以上
   １００μｍ以下の、無端金属フィルムであることを特徴
   とする請求項１記載の加熱定着ローラ。
5. 【請求項５】 前記導電性磁性層は、厚さ１０μｍ以上
   １００μｍ以下の、樹脂に磁性金属紛を分散させた無端
   フィルムであることを特徴とする請求項１記載の加熱定
   着ローラ。
6. 【請求項６】 前記離型層は、厚さ１０μｍ以上１００
   μｍ以下の、フッ素系樹脂層であることを特徴とする請
   求項１記載の加熱定着ローラ。
7. 【請求項７】 前記離型層は、厚さ１００μｍ以上５０
   ０μｍ以下の、表面にシリコンオイルを有するシリコン
   ゴム層であることを特徴とする請求項１記載の加熱定着
   ローラ。
8. 【請求項８】 前記離型層は、厚さ１００μｍ以上５０
   ０μｍ以下の、表面にシリコンオイル、又は、フッ素オ
   イルを有するフッ素ゴム層であることを特徴とする請求
   項１記載の加熱定着ローラ。