JP2001005315A

JP2001005315A - 像加熱装置とこれに用いる発熱ローラおよび画像形成装置

Info

Publication number: JP2001005315A
Application number: JP17048799A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Terada; 浩寺田; Masaru Imai; 勝今井; Hideki Tatematsu; 英樹立松; Shuichi Watanabe; 周一渡辺
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の像加熱装置の構成では、剛性を増すた
めに加熱ローラの肉厚を増したり、径を大きくしていく
と必然的に熱容量が増していく。したがってそれに応じ
て、一定電力で常温から必要温度まで立ち上げる時間は
長くなってしまい、効率のよい電磁誘導加熱を用いて
も、格段にウォームアップの短い像加熱装置を得ること
は困難である。【解決手段】表面から内側に向かって順に薄肉導電
層、断熱層、および支持層とを隣同士互いに密着させて
ローラ状としてなる発熱ローラと、前記薄肉導電層を外
部から励磁して加熱する励磁コイルと、前記発熱ローラ
に圧接してニップを形成する加圧手段とを有し、前記ニ
ップに画像を担持した記録材を通過させて像を加熱する
ことを特徴とする像加熱装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウォームアップ時
間を短縮する像加熱装置に関し、特に電子写真装置、静
電記録装置等の画像形成装置に用いられ未定着画像を定
着する定着装置に適する像加熱装置と、これに用いられ
る発熱ローラおよびこれを用いた画像形成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】加熱定着装置に代表される像加熱装置と
しては、従来から熱ローラ方式、ベルト方式等の定着装
置が一般に用いられている。

【０００３】近年、ウォームアップ時間の短縮や省エネ
ルギなどの要望から、急速加熱、高効率加熱の可能性を
もった電磁誘導加熱方式が注目されている。

【０００４】特開平１０−１２３８６１はその一例で、
図１０にその構造を示す。加熱ローラ１１２の内部に励
磁コイル１１４を配置し、これとフェライト等で構成し
たコア１１７によって交流磁界を発生させて加熱ローラ
１１２内に渦電流を発生させて、発熱させる。加熱ロー
ラ１１２と加圧ローラ１１３の圧接部に、未定着のトナ
ー像１１１をのせた記録材１１０を通過させてこれを定
着する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような誘導加熱を
用いた定着装置は、加熱ローラなどの発熱体を電磁誘導
により直接発熱させる形態であるため、ハロゲンランプ
加熱方式と比較して、熱変換効率が高く、より少ない電
力で、定着ローラ表面を定着温度まで迅速に昇温させる
ことができるとされている。

【０００６】しかしながら、上記従来例のように通常の
金属製加熱ローラを単に電磁誘導加熱するだけの構成で
は、従来のハロゲンランプ方式に比較して、格段のウォ
ームアップ短縮を図ることは難しい。

【０００７】すなわち熱ローラ方式では、熱ローラを所
定の温度に加熱してこれにより記録材上の未定着像を定
着するものであるが、この時十分な定着を行うためには
熱ローラは加圧ローラとの間で高い圧力を発生させてニ
ップを形成する必要がある。そのため熱ローラには高い
剛性が必要で、これが不足すると撓んだりするため均一
で十分なニップ幅や圧力が取れずに定着不良が生じる。
この剛性を得るため熱ローラは肉厚や径の大きさを十分
とる必要がある。このことはプロセス速度の大きい装置
になるほど必要性が増し、それだけ剛性の高いローラが
必要となる。

【０００８】従来の構成では、このような剛性を増すた
めに加熱ローラの肉厚を増したり、径を大きくしていく
と必然的に熱容量が増していく。したがってそれに応じ
て、一定電力で常温から必要温度まで立ち上げる時間は
長くなってしまい、いかに効率のよい電磁誘導加熱を用
いても、格段にウォームアップの短い定着装置を得るこ
とは困難になる。

【０００９】また一方、ウォームアップ短縮を図って加
熱ローラの表面の熱容量を小さくするために肉厚を薄く
していくと、上記のような剛性不足とともに、表面での
横方向の熱伝導がそれにともなって悪くなり、部分的な
温度ムラが生じ易くなるという問題も生じてくる。

【００１０】この温度ムラの問題は、熱ローラの幅に対
して小さな幅の記録材を連続で通すときにさらに顕著に
なり、記録材に熱を取られる中央部の温度を維持するた
めに電力を加え続けると、両端の熱の吸収の少ないとこ
ろでは異常な温度上昇を招いたりする。これが両端の軸
受け等の損傷につながる。

【００１１】またこのような温度ムラは定着画像の部分
的なムラとなって画質を悪化する。

【００１２】本発明は、上記従来の課題を解決するため
になされたものであり、熱容量は小さくかつ高い剛性が
得られ、急速加熱の可能な像加熱装置を提供するもので
ある。また温度ムラの生じにくく、定着画質の優れた像
加熱装置を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、表面から内側に向かって順に薄肉導電
層、断熱層、および支持層とを隣同士互いに密着させて
ローラ状としてなる発熱ローラと、前記薄肉導電層を外
部から励磁して加熱する励磁コイルと、前記発熱ローラ
に圧接してニップを形成する加圧手段とを有し、前記ニ
ップに画像を担持した記録材を通過させて像を加熱する
ことを特徴とする像加熱装置とこれに用いられる発熱ロ
ーラおよびこれを用いた画像形成装置を提供する。

【００１４】また本発明は、表面から内側に向かって順
にキュリー点を所定の温度に調整された磁性を有する薄
肉導電層、断熱層、および高導電性の支持層とを隣同士
互いに密着させてローラ状としてなる発熱ローラと、前
記薄肉導電層を外部から励磁して加熱する励磁コイル
と、前記発熱ローラに圧接してニップを形成する加圧手
段とを有し、前記ニップに画像を担持した記録材を通過
させて像を加熱することを特徴とする像加熱装置とこれ
に用いられる発熱ローラおよびこれを用いた画像形成装
置を提供する。

【００１５】また本発明は、表面から内側に向かって順
に薄肉導電層、前記薄肉導電層と接する面に凹凸が形成
された断熱層、および支持層とを隣同士互いに密着させ
てローラ状としてなる発熱ローラと、前記薄肉導電層を
外部から励磁して加熱する励磁コイルと、前記発熱ロー
ラに圧接してニップを形成する加圧手段とを有し、前記
ニップに画像を担持した記録材を通過させて像を加熱す
ることを特徴とする像加熱装置とこれに用いられる発熱
ローラおよびこれを用いた画像形成装置を提供する。

【００１６】

【発明の実施の形態】図９は本発明の実施例の像加熱装
置を定着装置として用いた画像形成装置の断面図であ
る。以下にこの装置の構成と動作を説明する。

【００１７】１は電子写真感光体（以下感光ドラム）で
ある。感光ドラム１は矢印の方向に所定の周速度で回転
駆動されながら、その表面が帯電器２によりマイナスの
所定の暗電位Ｖ０に一様に帯電される。

【００１８】３はレーザビームスキャナであり、図示し
ない画像読取装置やコンピュータ等のホスト装置から入
力される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応
して変調されたレーザビームを出力する。上記のように
一様帯電された感光ドラム１の表面が、このレーザビー
ムで走査露光されて、露光部分は電位絶対値が小さくな
って明電位ＶＬとなり、感光ドラム１面に静電潜像が形
成される。

【００１９】次いでその潜像は現像器４によりマイナス
に帯電した粉体トナーで反転現像されて顕像化される。

【００２０】現像器４は回転駆動される現像ローラ４ａ
を有し、そのローラ外周面にマイナスの電荷をもったト
ナーの薄層が形成されて感光ドラム１面と対抗してお
り、その現像ローラ４ａにはその絶対値が感光ドラム１
の暗電位Ｖ０より小さく、明電位ＶＬより大きな現像バ
イアス電圧が印加されていることで、現像ローラ４ａ上
のトナーが感光ドラム１の明電位ＶＬの部分にのみ転移
して潜像が顕像化される。

【００２１】一方給紙部１０からは被記録材１５が一枚
ずつ給送され、レジストローラ対１１、１２を経て、感
光ドラム１とこれに当接させた転写ローラ１３とのニッ
プ部へ、感光体ドラム１の回転と同期した適切なタイミ
ングで送られる。転写バイアスの印加された転写ローラ
１３の作用によって、感光ドラム１上のトナー像は被記
録材１５に順次転写される。転写部を通った被記録材１
５は感光ドラム１から分離され、定着装置１６へ導入さ
れ、転写トナー像の定着が行われる。定着されて像が固
定された被記録材１５は排紙トレイ１７へ出力される。

【００２２】被記録材分離後の感光ドラム１面はクリー
ニング装置５で転写残りトナー等の感光ドラム面残留物
の除去を受けて清浄にされ、繰り返し次の作像に供され
る。

【００２３】次に、本発明の実施例の像加熱装置を詳細
に説明する。

【００２４】＜実施例１＞図１は上記画像形成装置に用
いられる、本発明の第１の実施例の像加熱装置としての
定着装置の断面図である。

【００２５】２１は発熱ローラで、表面側から順に、そ
の表面に薄いフッ素コートをした厚さ０．３ｍｍの磁性
を有するＳＵＳ４０３でなる薄肉導電層２２、次に厚さ
２．５ｍｍ硬度ＪＩＳＡ７５度のシリコンゴムでなる断
熱層２３、一番内側に厚さ４ｍｍのアルミニウムでなる
支持層２４、の３層が積層された外径３０ｍｍのローラ
となっている。紙面の奥行き方向にはＡ３用紙の幅に対
して余裕を持たせた長さをもっている。

【００２６】この発熱ローラ２１の各層の積層された断
面の構成を図２に示す。シリコンゴムで構成された断熱
層２３の、薄肉導電層２２と接する面２３ａは、薄肉導
電層２２をはめ込む前にあらかじめＲａ２０程度に粗面
化されており、その境界にはその凹凸に応じた微少な空
気層が形成されている。

【００２７】図１で、２５は発熱手段としての励磁コイ
ルで細い線を束ねたリッツ線を使用し、断面形状は図１
のように発熱ローラ２１を覆うように形成され、中心と
端部および背面の一部にはフェライトで構成された芯材
２６が設置されている。図３は芯材２６と励磁コイル２
５の構成を発熱ローラ２１の方から正面を見た図で、励
磁コイル２５は図のように渦巻き状に形成されており、
背面の芯材は一部のみに存在し外部に漏れる磁束を捕捉
するように構成されている。励磁コイル２５には励磁回
路２７から２３ｋＨｚの交流電流が印加される。

【００２８】次に図４で発熱ローラ２１全体を横方向か
らみた構成を説明する。発熱ローラ２１は図４に示すよ
うに、その最下層である支持層２４の両端において軸受
け２８、２８’に回転可能に支持されている。また発熱
ローラ２１は、図示しない装置本体の駆動手段によって
支持層２４に一体的に固定された歯車２９を通じて回転
駆動される。

【００２９】再び図１において、加圧ローラ３１は硬度
ＪＩＳＡ６５度のシリコンゴムで構成され、発熱ローラ
２１に対して全体で約３０ｋｇの力で圧接されニップ３
３を形成している。得られたニップの幅は約４．５ｍｍ
である。発熱ローラ２１には非常に大きな力が加えられ
ておりその表面の薄肉導電層の厚さは薄いが、厚みのあ
る支持層２４がその圧力を支えているため、中心軸に対
するたわみ量はわずかに抑えられ軸方向に均一な幅のニ
ップが形成されている。加圧ローラ３１はこの状態で金
属軸３２の周りに従動で回転可能に支持した。加圧ロー
ラ３１の材質は他のフッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性
樹脂やゴムで構成しても良い。また加圧ローラ３１の表
面には耐摩耗性や離型性を高めるために、ＰＦＡ、ＰＴ
ＦＥ、ＦＥＰ等の樹脂あるいはゴムを単独あるいは混合
で被覆してもよい。熱の放散を防ぐため、加圧ローラは
熱伝導性の小さい材料で構成されることが望ましい。

【００３０】図１で３４は温度検知センサで、発熱ロー
ラ２１の表面に接触し、ニップ直前の表面の温度を検知
し、図示しない制御回路にフィードバックする。動作時
はこれにより前記励磁回路２７の励磁電力を調節するこ
とによって、発熱ローラ２１のニップ３３直前の表面温
度を１８５度Ｃにコントロールした。本実施例では、ウ
ォームアップ時間を短縮するという目的を達成するため
に、薄肉導電層２２の熱容量を極力小さく設定してい
る。立ち上がりを早くするために本実施例のように薄肉
導電層２２の厚さを小さくしていくと、薄肉導電層２２
に蓄えられる熱量は非常に小さくなってくるので、大熱
容量タイプのものに比べて、記録材に接したのちに温度
低下しやすい。したがって本実施例ではニップ前の発熱
ローラの設定温度を通常よりはやや高く設定している。

【００３１】３５は剥離爪で、ニップ３３通過後の記録
材１５の先端があやまって発熱ローラ２１に巻き付いた
場合でも、剥離するように安全を確保するものである。

【００３２】本実施例では、上記の発熱ローラ部の構成
によって、励磁コイル２５の作用によって発熱ローラ２
１の薄肉導電層２２の部分に誘導電流を生じさせて加熱
した。以下にその作用を図５を用いて説明する。

【００３３】図５において、励磁コイル２５により生じ
た磁束は発熱ローラ２１の薄肉導電層２２の磁性のた
め、図の矢印Ｄ、Ｄ’に示すようにほとんど薄肉導電層
２２内を貫通して生成消滅を繰り返し、それによって発
生する誘導電流は表皮効果によってほとんど薄肉導電層
２２内にのみ発生し、その部分にジュール熱が発生す
る。表皮効果によって大部分の電流の流れる深さは表皮
深さと呼ばれるが、これは磁束の通る材料の材質と交流
磁界の周波数によって決まる。計算によればこの表皮深
さは、ＳＵＳ４３０の場合励磁電流の周波数が２３ｋＨ
ｚのとき０．２６ｍｍ程度の厚さになる。薄肉導電層２
２の厚さはこの表皮深さと同等かそれ以上であれば、電
流がほとんど薄肉導電層２２内で発生する。したがって
支持層２４にはほとんど磁束は達せず、これをアルミニ
ウムで構成してもここではほとんど誘導電流が発生せ
ず、薄肉導電層２２での発熱には影響を与えない。電流
周波数を上げればそれだけ表皮深さは小さくなり、それ
だけ薄い発熱ローラを用いることができる。しかし励磁
電流の周波数はあまり高くするとコストがかかり、外部
に出るノイズも大きくなる。

【００３４】以上により薄肉導電層２２の厚さは、励磁
コイルに印加する周波数に対応した表皮深さと同等以上
であれば支持層２４の材質にかかわらず、無駄な電流を
流さずに発熱させることができる。

【００３５】この実施例では、支持層２４をアルミニウ
ムで構成したが、これを高剛性の樹脂等の絶縁性材料で
構成した場合には磁束がここまでもれても誘導電流は発
生しないので、薄肉導電層２２の厚さは表皮深さにとら
われず比較的自由に選択できる。

【００３６】なおこの実施例では、薄肉導電層２２はＳ
ＵＳ４０３を用いたが、鉄等他の磁性金属でも同様の効
果を得ることが可能である。また支持層２４に絶縁体を
用いる場合には、ここに磁束が達しても誘導電流は発生
しないので薄肉導電層２２は磁性体である必要は無い。

【００３７】以上のように構成した定着装置を回転しな
がら、まず常温から１０００Ｗの電力を投入しウォーム
アップを開始した。温度検知センサの出力をモニタする
と、電力投入開始後約１６秒で発熱ローラ２１の表面が
１８５度Ｃに達した。

【００３８】このような層構成での、表面温度の立上が
り方を推定するために以下に説明するシミュレーション
を行った。無限平面の表面に０．３ｍｍの厚さのＳＵＳ
と、その奥にこれに密着して無限深さのゴムが形成され
ている壁を想定し、この表面から、直径３０ｍｍのＡ３
幅ローラ表面に１０００Ｗ投入した場合と同等の単位時
間、単位面積あたりの熱を供給した場合の、壁の内部の
温度変化を計算した。このとき用いたそれぞれの材料の
熱的性質は次の通りである。

【００３９】ＳＵＳ：比重ρ＝７８００ｋｇ／ｍ³、比
熱ｃ＝０．４６×１０³Ｊ／（ｋｇ・℃）熱伝導率λ＝２７Ｗ／（ｍ・℃）ゴム：比重ρ＝９７０ｋｇ／ｍ³、比熱ｃ＝１．６
×１０³Ｊ／（ｋｇ・℃）熱伝導率λ＝０．２Ｗ／（ｍ・℃）常温状態（２５度Ｃ）から熱を供給し始めて１３秒たっ
た後の、表面から深さ方向の温度分布の様子を図６に示
す。すなわちこのシミュレーションによれば、熱を供給
開始後、１３秒後には表面の温度は２００度Ｃに到達す
ることが予想される。さらにその時のゴム層内の温度状
態は、たとえば表面から２．３ｍｍのところ（図８の破
線）では約５０度Ｃであり、常温からの温度上昇分は２
５ｄｅｇ程度しかない。したがってこの位置より奥の位
置に、ゴムの代わりに例えばアルミニウムのような熱伝
導性の良いものを置いたとしても、この１３秒程度の時
間内にアルミニウム層に逃げる熱は非常に少ないという
ことを示している。

【００４０】以上のシミュレーションから次の様なこと
が推定できる。すなわち、上記実施例１の発熱ローラ単
体に１０００Ｗの熱を供給すると、供給開始から約１３
秒後には表面の薄肉導電層２２の温度は約２００度Ｃ以
上に達する。しかもその間に、最内部の支持層に逃げる
熱はほとんどない。すなわちウォーミングアップ中に支
持層に逃げる熱はほとんどないので、非常に短時間で立
ち上げることができる。

【００４１】上記実施例１では、ゴム層の厚さは３ｍｍ
に構成したが、シミュレーションによれば２ｍｍ以上あ
ればその効果は大きい。また上記シミュレーションでは
表面のＳＵＳとゴムは完全密着としたが、実施例１の構
成のように境界面を祖面化して微小空気層を設ければ、
さらにゴム層に逃げる熱が少なくなり表面温度の立ち上
がりが早くなる。実施例１では、加圧ローラを接触させ
ながら立ち上げることで、熱供給開始後約１６秒で、表
面が１８５度Ｃに達した。

【００４２】以上のように構成した定着装置に、図３の
画像形成装置でトナー像を転写された被記録材１５を、
図１に示すようにトナー３５のある面を上側にして矢印
Ｆの方向から突入させ、被記録材１５上のトナーを定着
した。

【００４３】本実施例では、ウォームアップ時間を短縮
するという目的を達成するために、表面の薄肉導電層２
２の厚さを極力薄くし、この薄肉導電層を外部から電磁
誘導により効率よく加熱した。一般にプロセス速度が大
きくなるほど、定着に必要な十分なニップ幅と圧力を得
るために熱ローラと加圧ローラ間の強い圧力が必要とな
ってくるが、本実施例ではこの圧力を支持層２４で受け
るため十分な剛性が得られる。

【００４４】また一般の構成では熱ローラの熱容量が少
なくなるほど、ニップを通過するときの熱ローラ表面温
度は記録材等に吸熱されて激しく低下するが、本実施例
ではその内部の断熱層表面がある程度の熱量を蓄えてい
るので、その低下が少ない。

【００４５】さらに本実施例では、薄肉導電層２２と断
熱層２３の境界面に微小な空気層部分を形成することに
よって、断熱層に逃げる熱を少なくした。また薄肉導電
層２２を表皮深さ以上の厚さの磁性体で構成することに
よって、支持層２４にアルミニウムのような導電体を用
いることを可能にした。

【００４６】また本実施例では、励磁コイルや芯材は発
熱ローラ外部に設置できるので、励磁コイル等が発熱部
の温度の影響を受けて昇温しにくく、発熱量を安定に保
つことができる。

【００４７】以上により、本実施例ではウォームアップ
の短い、かつ十分なニップ幅とニップ圧力により優れた
定着性の得られる像加熱装置が提供できるものである。

【００４８】＜実施例２＞次に第２の実施例の像加熱装
置として、自己温度制御特性を応用した定着装置を説明
する。第２の実施例において、第１の実施例の定着装置
と同様の構成の部分は、その詳細な説明を省略する。第
２の実施例の定着装置の基本的な構成は第１の実施例と
同様であるので、図１から図５は同じ図面を用いる。

【００４９】本実施例で、第１の実施例と異なる部分は
第１図の薄肉導電層２２の材質である。薄肉導電層２２
は厚さ０．３ｍｍの感温金属でなる。この感温金属は、
鉄・ニッケル・クロムの合金でなる磁性材料で構成さ
れ、そのキュリー点が材料中に混合するクロム量により
２２０度になるように調整されて製造されている。この
薄肉導電層の材質以外の、各層の寸法、材質等は第１の
実施例と同様である。

【００５０】本実施例では、上記の発熱ローラの構成に
よってこの部分に自己温度制御特性を持たしている。以
下にその作用を図５、図７を用いて説明する。ここで自
己温度特性とは、発熱ローラの温度が定着に必要な温度
に比べて低い状態にあるときは、十分な発熱が起こり温
度をさらに上昇させようとするが、定着温度に近くなる
と自動的に発熱が弱まりその温度にとどまろうとする働
きである。

【００５１】ウォームアップ開始直後の温度の低い状態
での発熱の作用は、第１の実施例の時と同じ内容なの
で、第１の実施例と同じ図５を用いて説明する。

【００５２】図５において、発熱ローラ２１の励磁コイ
ル２５に対向した薄肉導電層２２の部分がキュリー点以
下の温度にある時は、励磁コイル２５により生じた磁束
は薄肉導電層２２の磁性のため、図の矢印Ｄ、Ｄ’に示
すようにほとんど薄肉導電層２２内を貫通して生成消滅
を繰り返し、それによって発生する誘導電流は表皮効果
によってほとんど表面にのみ流れ、その部分にジュール
熱が発生する。一方発熱ローラ２１の発熱部である薄肉
導電層２２がキュリー温度近くになると磁性がなくなる
ため、図７の矢印Ｅ、Ｅ’に示すように磁束が内部の支
持層２４の方にも発散し、誘導電流は電気抵抗の低いア
ルミニウム製の支持層２４内で圧倒的に流れだし、この
時は電気抵抗が低いので電流を一定に制限しておくと熱
の発生が格段に少なくなる。計算によればこの表皮効果
による電流の流れる部分の深さは、感温金属の場合、励
磁電流の周波数が２３ｋＨｚのとき０．２８ｍｍ程度の
厚さになる。薄肉導電層２２の厚さはこの表皮深さと
同等かそれ以上であれば、低温時には電流がほとんど感
温金属からなる薄肉導電層２２内で発生する。電流周波
数を上げればそれだけ表皮深さは小さくなり、それだけ
薄い発熱ローラを用いることができる。しかし励磁電流
の周波数はあまり高くするとコストがかかり、外部に出
るノイズも大きくなる。

【００５３】本実施例では発熱ローラは、上記設定によ
り電力投入後、定電流で電力を投入し続けて、約１９０
度の安定した温度制御が実現できた。この場合には、温
度検知センサ３４は異常昇温時の検知のために用いた。

【００５４】薄肉導電層２２を構成している感温金属の
厚さは、励磁コイルに印加する周波数に対応した表皮深
さと同等以上であれば自己温度制御の効果が大きくな
る。

【００５５】なおこの実施例では支持層２４としてアル
ミニウムを用いたが他の銅などの導電性の高い金属を用
いることもできる。また薄肉導電層２２もキュリー温度
を設定可能な他の合金でも同様の効果を得ることが可能
である。

【００５６】本実施例によれば、発熱ローラ自身が自己
温度制御特性を持つので、発熱部が異常に高温になった
りすることはなく、定着温度にほぼ近い温度の温度制御
が自動的に行えるものである。このことは図１の奥行き
方向の部分的な温度差に対しても作用し、部分的な発熱
作用の差が発生するので、幅の狭い被記録材を連続で通
しても、被記録材の通過しない部分が異常に高温になる
ことがなく、またその後幅広の被記録材を通してもホッ
トオフセットすることがない。

【００５７】なお本実施例では、発熱ローラの自己温度
制御を定着温度に設定したが、他の構成として、定着温
度の制御は通常のサーミスタ等による検出による制御を
行って、一方自己温度制御の設定をもっと高くして、装
置の高温による破損に対する安全を確保するための異常
昇温の防止のためにこれを用いることもできる。

【００５８】＜実施例３＞次に第３の実施例の像加熱装
置として、断熱層の表面に凹凸を設けた発熱ローラを用
いた定着装置を説明する。第３の実施例において、第１
の実施例の定着装置と同様の構成で同じ役割をする部分
は、その詳細な説明を省略する。第３の実施例の定着装
置の全体の構成は、第１の実施例と同様であり、図１及
び、図３ないし図５で同様に示される。

【００５９】本実施例で、第１の実施例と異なる部分は
第１図における断熱層２３（本実施例では断熱層４３と
する）の詳細な構成である。図８に、本実施例の発熱ロ
ーラの層構成の詳細を示す。図８において断熱層４３の
薄肉導電層２２と接する表面には、平面方向の直径約１
ｍｍ、隣同士のピッチ約２ｍｍの細かい凹部が均一に形
成された状態で、薄肉導電層２２がはめ込まれている。
この断熱層４３表面形状以外の、各層の全体寸法、材質
等は第１の実施例と同様である。

【００６０】本実施例では、薄肉導電層２２と断熱層４
３との実質的な接触面積は、平面同士で密着させた場合
の約半分になっているので、薄肉導電層２２から断熱層
４３に伝わる熱は大幅に小さくすることができ、ウォー
ムアップ時間がさらに短縮できる。また定着温度に達し
たのちの動作時にも、発熱ローラ内部に逃げる熱量が少
ないので、動作時の投入電力が節約できる。

【００６１】また凹部のピッチを２ｍｍ程度の細かさに
しているので、薄肉導電層２２の表面温度のムラに影響
を与えることがなく、均一な定着ができる。本発明では
ウォームアップ時間を短縮するために薄肉導電層の熱容
量を極力小さくしているため、このような凹部のピッチ
を広げると温度ムラがでやすく、それによって定着画像
のムラをもたらす。実験によれば薄肉導電層が０．３ｍ
ｍの場合、このピッチが３ｍｍより大きくなると、定着
画像のムラとなって現れやすい。３ｍｍ以下が定着画質
にとって望ましい。

【００６２】また本実施例では、薄肉導電層２２は断熱
層４３にきつくはめ込まれることによって、加圧ローラ
３１による押圧時でも変形が少ない。一方、発熱ローラ
全体の温度が上昇してきて、内部の支持層２４や断熱層
４３の熱膨張が激しくなってきても、シリコンゴム製の
断熱層４３の弾性とこの凹部が応力の逃げ場となって異
常なストレスが各層に加わることがない。

【００６３】

【発明の効果】本発明は、上記のように、熱容量は小さ
いにも関わらず高い剛性が得られ、急速加熱の可能な像
加熱装置を提供するものである。また温度ムラの生じに
くく、定着画質の優れた像加熱装置および発熱ローラを
提供するものである。

【００６４】さらに自己温度制御により、安定した温度
制御が可能になるとともに、幅の狭い被記録材を連続で
通しても被記録材の通らない部分が過昇温することな
く、ホットオフセットを起こしたり、発熱量が不安定に
なったりすることがなく、また励磁コイルや両端の軸受
け等の熱による破損を防止できる。

【００６５】また、励磁コイルと芯材は発熱ローラ外部
に設置できるので、励磁コイル等が高温にさらされるこ
となく安定した発熱量を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１ないし第３の実施例の像加熱装置
の断面図

【図２】本発明の第１および第２の実施例の像加熱装置
の発熱ローラ層構成の断面図

【図３】本発明の第１ないし第３の実施例の像加熱装置
に用いる励磁コイルと芯材を示す正面図

【図４】本発明の第１ないし第３の実施例の像加熱装置
に用いる発熱ローラの断面図

【図５】本発明の第１および第３の実施例の像加熱装置
に用いる発熱ローラを通過する磁束の流れ、および第２
の実施例における低温時の磁束の流れを説明する図

【図６】２層構成の場合の、シミュレーションによる加
熱開始１３秒後の各層の温度状態を説明する図

【図７】第２の実施例における、高温状態のときに発熱
ローラを通過する磁束の流れを説明する図

【図８】本発明の第３の実施例の発熱ローラの層構成を
示す図

【図９】本発明の像加熱装置を定着装置として用いた、
画像形成装置の断面図

【図１０】電磁誘導を用いた、従来の像加熱装置の断面
図

【符号の説明】

１感光ドラム１５被記録材１６定着装置２１発熱ローラ２２薄肉導電層２３，４３断熱層２４支持層２５励磁コイル３１加圧ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者立松英樹大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者渡辺周一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H033 AA03 AA30 BA26 BB02 BB14 BB15 BE06 3J103 AA02 AA14 FA01 FA20 GA02 GA52 GA66 3K059 AB23 AB28 AD05 CD44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面から内側に向かって順に薄肉導電
層、断熱層、および支持層とを隣同士互いに密着させて
ローラ状としてなる発熱ローラと、前記薄肉導電層を外
部から励磁して加熱する励磁コイルと、前記発熱ローラ
に圧接してニップを形成する加圧手段とを有し、前記ニ
ップに画像を担持した記録材を通過させて像を加熱する
ことを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】薄肉導電層が磁性を有することを特徴と
する請求項１記載の像加熱装置。
【請求項３】断熱層の薄肉導電層と接する面、または
薄肉導電層の断熱層と接する面のうち、一方もしくはそ
の両方が粗面化されていることを特徴とする請求項１記
載の像加熱装置。
【請求項４】表面から内側に向かって順にキュリー点
を所定の温度に調整された磁性を有する薄肉導電層、断
熱層、および高導電性の支持層とを隣同士互いに密着さ
せてローラ状としてなる発熱ローラと、前記薄肉導電層
を外部から励磁して加熱する励磁コイルと、前記発熱ロ
ーラに圧接してニップを形成する加圧手段とを有し、前
記ニップに画像を担持した記録材を通過させて像を加熱
することを特徴とする像加熱装置。
【請求項５】表面から内側に向かって順に薄肉導電
層、前記薄肉導電層と接する面に凹凸が形成された断熱
層、および支持層とを隣同士互いに密着させてローラ状
としてなる発熱ローラと、前記薄肉導電層を外部から励
磁して加熱する励磁コイルと、前記発熱ローラに圧接し
てニップを形成する加圧手段とを有し、前記ニップに画
像を担持した記録材を通過させて像を加熱することを特
徴とする像加熱装置。
【請求項６】断熱層が弾性を有することを特徴とする
請求項５記載の像加熱装置。
【請求項７】薄肉導電層の表面にさらに離型層が形成
されていることを特徴とする請求項１ないし６記載の像
加熱装置。
【請求項８】請求項１ないし７の何れかひとつに記載
の像加熱装置に用いられる発熱ローラ。
【請求項９】被記録材に未定着画像を形成担持させる
画像形成手段と、未定着画像を被記録材に熱定着させる
熱定着装置を有する画像形成装置であって、熱定着装置
が請求項１ないし７の何れかひとつに記載の像加熱装置
であることを特徴とする画像形成装置。