JP2001312168A

JP2001312168A - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2001312168A
Application number: JP2000129606A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Kishi; 和人岸
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】立ち上がり時間を速くすることができるとと
もに、カラー画像、白黒画像に拘らず高画質の画像を得
ることができ、熱移動による定着不良の問題や部品寿命
の低下等の問題をも同時に解消できる定着装置及びこれ
を備えた画像形成装置の提供。【解決手段】定着装置５０は、定着ローラ２８と、加
圧ローラ３０と、誘導加熱方式の外部加熱手段５２を有
している。定着ローラ２８は、芯金２８ａと、該芯金２
８ａの上にローラの径方向外側に向かって順に、断熱層
２８ｂ、発熱層２８ｇ、弾性層２８ｄを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、未定着の白黒画像
又はカラー画像を担持した記録材（用紙、シート、ＯＨ
Ｐシート、転写材等の概念を含む。以下同じ）を通して
定着を行う定着装置及びこの定着装置を有する複写機、
プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画
像形成装置では、像担持体上に画像情報に基づいてトナ
ー像を形成し、該トナー像を記録材上に転写し、トナー
像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧力により
トナー像を記録材上に定着することが行われている。定
着装置としては、主として熱ローラ方式と、フィルム方
式が知られており、さらに熱ローラ方式としては、定着
ローラの内部に熱源（ハロゲンヒータ）を有する内部加
熱方式と、定着ローラの外部に加熱源を有する外部加熱
方式が知られている。

【０００３】熱ローラ方式における内部加熱方式の定着
装置は、内部に設けられたハロゲンヒータによって加熱
される定着ローラと、この定着ローラとの間で定着ニッ
プ部を形成する加圧ローラを有しており、画像を担持し
た記録材を定着ニップ部に通すことにより、定着ローラ
の熱によってトナーが溶融し、圧力により定着される。
定着ローラは金属製の芯金よりなる構成が一般的であ
り、加圧ローラは金属製の芯金の表面にゴム等の弾性層
を被覆した構成が一般的となっている。熱ローラ方式の
定着装置は、安全性や高速機への対応性等の観点から広
く用いられている。

【０００４】カラー画像形成装置に用いられる熱ローラ
方式の定着装置では、定着ローラとして、厚みが数ｍｍ
の金属製芯金の外周にゴムなどの弾性層を被覆した構成
のものを用い、弾性層による記録材やトナーの凹凸への
追従性によって画像へ熱を均一に伝導させ、トナーを均
一に溶融することにより画像品質を高めている。これ
は、金属ローラ表面に離型層のみを形成したいわゆるハ
ードローラでは、ローラ表面が記録材やトナーの凹凸に
追従できず、トナーに熱が充分に伝わるところと伝わら
ないところができる熱伝導ムラが生じ、画像の溶け方の
違いによる光沢ムラが発生するためである。弾性層を有
するいわゆるソフトローラでは、画像表面の凹凸にロー
ラ表面が追従してトナーの溶融ムラが低減されるため、
画像品質が向上する。

【０００５】フィルム方式の基本的構成は、例えば特開
平７−３１９３１８号公報に記載されているように、薄
肉円筒状の耐熱性フィルムと、フィルム内面に接触する
板状加熱体と、該板状加熱体に対向する位置に配置され
た加圧ローラを有しており、板状加熱体と加圧ローラで
フィルムと記録材を密着させるように挟み込み、摺動さ
せつつ熱エネルギーを記録材に与えるものである。フィ
ルムが約１００μｍ以下と薄肉であるため、実質的に立
ち上げ時間は熱容量の小さい板状加熱体の温度を上昇さ
せるだけで済み、立ち上がり時間を短くすることができ
る。フィルム表面に弾性層を形成して高画質画像を得る
構成も提案されている。

【０００６】熱ローラ方式における内部加熱方式の定着
装置では定着ローラの熱容量が極めて大きいため、定着
ローラの表面温度が所定の定着温度に達するまでの立ち
上げに数分の時間がかかり、画像出力動作を速やかに実
行できないという問題がある。この方式において、画像
出力動作を速やかに実行しようとする場合には、例え
ば、定着装置の非使用時でも定着ローラをある程度の温
度に維持する待機時余熱を行う必要があり、消費エネル
ギーが多すぎるという問題があった。

【０００７】この待機時余熱を削減もしくは低減して省
エネルギー化を実現するために、近年においては、例え
ば特開平８−１２９３１３号公報に記載されているよう
な外部加熱方式が提案されている。これは、定着のため
の熱量は、定着ローラの表層近傍にのみ蓄熱された熱で
足りるとの考えに基づくものであり、内部から加熱して
定着ローラ全体を加熱する内部加熱方式に比べて立ち上
がり時間が短く、エネルギーロスが少ないという利点が
ある。特開平８−１２９３１３号公報に記載された定着
装置における定着ローラは、弾性体層の表面に金属スリ
ーブを設けた構成であり、弾性層の変形によって定着ニ
ップ幅を充分にとれるようになっている。

【０００８】特開平８−３１４３２３号公報には、芯金
の上にあるシリコンゴム層表面を、内部のヒータだけで
なく、外部加熱手段で加熱する定着装置が開示されてい
る。

【０００９】特開平１１−２９７４６２号公報には、定
着ローラの外部に電磁誘導による誘導方式の外部加熱手
段を設け、定着ローラの導電層を発熱させる定着装置が
開示いされている。定着ローラは、実質的に金属製ロー
ラの表面に離型層を形成したハードローラとなってい
る。特開平１１−２８８１９０号公報には、弾性ローラ
の表面にニッケル製のベルトを巻き、該ベルトを電磁誘
導による誘導方式の外部加熱手段で発熱させる定着装置
が開示されている。特開２０００−１９８７６号公報に
は、芯金にシリコンゴムを被覆した定着ローラの外面
に、電磁誘導により発熱するヒートローラを接触させて
加熱する定着装置が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、カラー画像
形成においては、上述のように、記録材や画像の凹凸に
定着ローラの表面が追従できるようにすることによって
光沢ムラを低減でき、高画質の画像を得ることができる
が、白黒画像においてもトナー画像に対する定着ローラ
からの熱伝導の均一性は高画質化をもたらすことが本発
明者の実験によって確認されている。上記特開平８−１
２９３１３号公報、特開平１１−２９７４６２号公報、
特開平１１−２８８１９０号公報に記載された定着装置
における定着ローラは、定着ニップ部を形成するための
変形が可能なものもあるが、その表面性状の観点からみ
ると、記録材や画像の凹凸に追従できない硬質性を有し
ており、光沢ムラなどの画質の低下を避けられなかっ
た。特開２０００−１９８７６号公報に記載された定着
装置では、定着ローラとヒートローラのニップ幅を広く
とれないため、ヒートローラの温度を高く保つ必要があ
り、安全性と部品寿命の低下、高耐熱部品を採用しなけ
ればならないことによるコスト上昇などが避けられな
い。

【００１１】特開平８−３１４３２３号公報に記載の定
着装置では記録材や画像の凹凸に対する追従性を得るこ
とができるが、立ち上がり時間を短くするためには、芯
金への熱の逃げを防止しなければならない。そのために
はシリコンゴム層を厚くし、外部だけに熱エネルギーを
集中させる構成が考えられる。しかしながら、このよう
にした場合、シリコンゴム層が厚くて立ち上がり直後で
ゴム層の温度が充分に上がっていないときは、ローラ表
面付近の熱容量が十分でなく、トナーの定着に必要な熱
エネルギーが足りず、連続して通紙をするとすぐに温度
が低下して数枚で定着不良になるという問題が発生す
る。

【００１２】そこで、本発明は、立ち上がり時間を速く
することができるとともに、カラー画像、白黒画像に拘
らず高画質の画像を得ることができ、熱移動による定着
不良の問題や部品寿命の低下等の問題をも同時に解消で
きる定着装置及びこれを備えた画像形成装置の提供を、
その主な目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明では、定着ローラと、該定着ロ
ーラとの間で未定着画像を担持した記録材を挟持するた
めの定着ニップ部を形成する加圧部材と、上記定着ロー
ラの外部から該定着ローラを加熱する外部加熱手段を有
する定着装置において、上記定着ローラが、芯材と、該
芯材の上にローラの径方向外側に向かって順に、少なく
とも断熱層、被加熱層、弾性層を有している、という構
成を採っている。

【００１４】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
定着装置において、上記断熱層の熱伝導率をλ１、被加
熱層の熱伝導率をλ２、弾性層の熱伝導率をλ３とした
とき、λ１＜λ２、λ１≦λ３の条件を満足する、とい
う構成を採っている。

【００１５】請求項３記載の発明では、請求項１又は２
記載の定着装置において、上記被加熱層が金属層であ
る、という構成を採っている。

【００１６】請求項４記載の発明では、請求項３記載の
定着装置において、上記金属層が、金属の粒子状体を散
りばめた構成である、という構成を採っている。

【００１７】請求項５記載の発明では、定着ローラと、
該定着ローラとの間で未定着画像を担持した記録材を挟
持するための定着ニップ部を形成する加圧部材と、上記
定着ローラの外部から該定着ローラを加熱する外部加熱
手段を有する定着装置において、上記定着ローラが、芯
材と、該芯材の上にローラの径方向外側に向かって順
に、少なくとも断熱層、発熱層、弾性層を有し、上記外
部加熱手段が電磁誘導による誘導方式のものである、と
いう構成を採っている。

【００１８】請求項６記載の発明では、請求項５記載の
定着装置において、上記断熱層の熱伝導率をλ１、発熱
層の熱伝導率をλ２、弾性層の熱伝導率をλ３としたと
き、λ１＜λ２、λ１≦λ３の条件を満足する、という
構成を採っている。

【００１９】請求項７記載の発明では、請求項５又は６
記載の定着装置において、上記発熱層が、ニッケル、磁
性ステンレス、鉄など又はこれらの合金からなる強磁性
体である、という構成を採っている。

【００２０】請求項８記載の発明では、請求項５又は６
記載の定着装置において、上記発熱層が、導電性を有す
る粒子状体を散りばめた構成である、という構成を採っ
ている。

【００２１】請求項９記載の発明では、請求項１乃至８
のうちの一つに記載の定着装置において、上記断熱層が
０．３（Ｗ／ｍＫ）以下の熱伝導率を有している、とい
う構成を採っている。

【００２２】請求項１０記載の発明では、請求項１乃至
８のうちの一つに記載の定着装置において、上記断熱層
が発泡体で形成されている、という構成を採っている。

【００２３】請求項１１記載の発明では、請求項１０記
載の定着装置において、上記発泡体が発泡ゴムである、
という構成を採っている。

【００２４】請求項１２記載の発明では、請求項１乃至
８のうちの一つに記載の定着装置において、上記断熱層
の厚さが、１ｍｍ以上である、という構成を採ってい
る。

【００２５】請求項１３記載の発明では、請求項１乃至
８のうちの一つに記載の定着装置において、上記弾性層
の厚さが、１０μｍ〜２ｍｍの範囲内である、という構
成を採っている。

【００２６】請求項１４記載の発明では、請求項１乃至
８のうちの一つに記載の定着装置において、上記断熱層
が上記芯材を兼ねる、という構成を採っている。

【００２７】請求項１５記載の発明では、請求項１乃至
１４のうちの一つに記載の定着装置において、上記弾性
層の表面に離型層を有している、という構成を採ってい
る。

【００２８】請求項１６記載の発明では、請求項１乃至
１５のうちの一つに記載の定着装置において、上記加圧
部材が弾性層を有し、上記定着ローラの弾性層の硬度が
該加圧部材の弾性層の硬度より低い、という構成を採っ
ている。

【００２９】請求項１７記載の発明では、未定着画像を
熱と圧力により記録材上に定着する定着装置を有する画
像形成装置において、上記定着装置が請求項１乃至１６
のうちの一つに記載のものである、という構成を採って
いる。

【００３０】請求項１８記載の発明では、請求項１７記
載の画像形成装置において、カラー画像形成が可能であ
る、という構成を採っている。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図に
基づいて説明する。まず、図５に基づいて、本実施形態
に係る画像形成装置の一例としてのプリンタ２の全体構
成の概要を説明する。プリンタ２は、給紙手段４と、レ
ジストローラ対６と、像担持体としての感光体ドラム８
と、転写手段１０と、外部加熱方式の定着装置１２等を
有している（請求項１７）。給紙手段４は、記録材とし
ての用紙Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４と、
給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐを最上のものから順
に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６等を有してい
る。給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐはレジス
トローラ対６で一旦停止され、姿勢ずれを矯正された
後、感光体ドラム８の回転に同期するタイミングで、す
なわち、感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端
と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイ
ミングでレジストローラ対６により転写部位Ｎへ送られ
る。

【００３２】感光体ドラム８の周りには、矢印で示す回
転方向順に、帯電手段としての帯電ローラ１８と、図示
しない露光手段の一部を構成するミラー２０と、現像ロ
ーラ２２ａを備えた現像手段２２と、転写手段１０と、
クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段
２４等が配置されている。帯電ローラ１８と現像手段２
２の間において、ミラー２０を介して感光体ドラム８上
の露光部２６に露光光Ｌｂが照射され、走査されるよう
になっている。

【００３３】プリンタ２における画像形成動作は従来と
同様に行われる。すなわち、感光体ドラム８が回転を始
めると、感光体ドラム８の表面が帯電ローラ１８により
均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光
部２６に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静
電潜像が形成される。この静電潜像は感光体ドラム８の
回転により現像手段２２へ移動し、ここでトナーが供給
されて可視像化され、トナー像が形成される。感光体ド
ラム８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで
転写部位Ｎに進入してきた用紙Ｐ上に転写手段１０によ
る転写バイアス印加により転写される。

【００３４】トナー像を担持した用紙Ｐは定着装置１２
へ向けて搬送され、定着装置１２で定着された後、図示
しない排紙トレイへ排出・スタックされる。転写部位Ｎ
で転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナー
は、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２
４に至り、このクリーニング手段２４を通過する間にク
リーニングブレード２４ａにより掻き落とされて清掃さ
れる。その後、感光体ドラム８上の残留電位が図示しな
い除電手段により除去され、次の作像工程に備えられ
る。

【００３５】定着装置１２は、図１及び図２に示すよう
に、定着ローラ２８と、この定着ローラ２８との間で定
着ニップ部ＳＮを形成する加圧部材としての加圧ローラ
３０と、内部にハロゲンヒータ３８を有し定着ローラ２
８をその外部から加熱する外部加熱手段としての加熱ロ
ーラ３２と、定着ローラ２８の表面温度を検知する温度
検知手段としてのサーミスタ３４と、加熱ローラ３２の
表面温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ３
６と、サーミスタ３４，３６の検知情報に基づいてハロ
ゲンヒータ３８を制御する制御手段４２（例えばプリン
タ２のコントローラ）を有している。制御手段４２は、
ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェース等を
包含するマイクロコンピュータを意味する。

【００３６】本実施形態における定着ローラ２８は、外
径が５０ｍｍで、図３に示すように、芯材としてのスリ
ーブ状の芯金２８ａと、該芯金２８ａの上にローラの径
方向外側（矢印ｒ方向）に向かって順に、断熱層２８
ｂ、被加熱層２８ｃ、弾性層２８ｄ、離型層２８ｅを有
している（請求項１，１５）。なお、図１では離型層２
８ｅは省略している。芯金２８ａはローラのたわみを防
ぐものであり、肉厚２〜３ｍｍのアルミニウムや鉄など
の金属でできていることが強度及び耐熱性の点から望ま
しい。樹脂あるいはガラスやセラミック系であってもか
まわない。また、肉厚も荷重などの構成により適宜変更
可能であり、２〜３ｍｍに限定されるものではない。

【００３７】断熱層２８ｂは、被加熱層２８ｃから芯金
２８ａへの熱の移動を抑制するための層であり、ＪＩＳ
−Ａ硬度２０〜７０の発泡シリコンゴムで厚さ４ｍｍに
形成されている（請求項１０，１１）。断熱層２８ｂの
材料としては、発泡シリコンゴム以外のものでもよく、
例えば同じく耐熱エラストマー系材料としてフッ素ゴム
でもよい。断熱層２８ｂの材料として発泡性を有しない
ソリッドのシリコンゴムを使用してもよいが、熱伝導率
が低く熱移動が少ないこと及びゴムの熱膨張による被加
熱層２８ｃ（金属層）に加わる応力を低減できることな
どの観点から、発泡シリコンゴムが望ましい。ゴムの熱
膨張係数は金属の熱膨張係数よりも大きいので、定着ロ
ーラ２８の温度が上昇したときに断熱層２８ｂの体積が
大きく増えるのに対し、その外側を囲む被加熱層２８ｃ
（金属層）はそれほど膨張しない。このため、ソリッド
シリコンゴムの場合には被加熱層２８ｃを破壊するおそ
れがあるが、発泡シリコンゴムの場合には内在する空気
孔により変形が吸収されるので、被加熱層２８ｃへの応
力影響を回避することができる。

【００３８】断熱層２８ｂの厚さは、１ｍｍ以上とする
（請求項１２）。その理由を以下に示す。まず、表１に
断熱層２８ｂの厚さとその断熱機能の関係を示す実験結
果を示す。実験条件は以下の通りである。弾性層：シリコンゴム（厚さ０．１ｍｍ）被加熱層：ニッケル（厚さ０．１ｍｍ）断熱層：発泡シリコンゴム芯金：アルミニウム（厚さ１ｍｍ）加熱形態：停止状態でローラ全周を一様に加熱

【００３９】

【表１】

【００４０】表１から、断熱層２８ｂの厚さが１ｍｍ以
上であれば、定着ローラの表面温度がトナー溶融に必要
な１６０℃を超えることがわかる。定着時の温度や湿度
などの環境によらない確実な定着性を考慮すれば、断熱
層２８ｂの厚さは１．５ｍｍ以上が望ましい。

【００４１】次に、図４に基づいて、熱伝導率の観点か
らの断熱層２８ｂの選定基準を説明する。図４は、伝熱
シミュレーションによる、電源オンから１０秒後のロー
ラ表面温度の比較グラフである。比較対象は、発泡シリ
コンゴム（発泡Ｓｉゴム、熱伝導率０．１Ｗ／ｍＫ）、
ソリッドシリコンゴム（Ｓｉゴム、熱伝導率０．２５Ｗ
／ｍＫ）、パイレックス（登録商標）ガラス（ガラス、
熱伝導率１．２Ｗ／ｍＫ）で、厚みがそれぞれ０．１ｍ
ｍの場合である。発泡シリコンゴムの場合には、定着ロ
ーラの表面温度がトナー溶融に必要な１６０℃を楽に超
え、熱伝導率が０．２５（Ｗ／ｍＫ）のソリッドシリコ
ンゴムの場合には１６０℃に達していない。しかしなが
ら、本シミュレーションにおいては、供給電力をまだ上
げられる余裕があり、また、立ち上がり時間は１０秒で
なく１５秒程度であっても十分な高速立ち上がりとなる
ので、実際的に、断熱層２８ｂの熱伝導率は０．３（Ｗ
／ｍＫ）以下であれば十分である（請求項９）。

【００４２】被加熱層２８ｃは、ニッケル、鉄、ステン
レスなどの金属からなる厚さ３０〜１００μｍの層で
（請求項３）、加熱ローラ３２により加熱される熱伝導
率の高い層である。被加熱層２８ｃは単体で形成される
ことが温度分布の均一性の点で望ましいが、複数部材の
組み合わせ、あるいはフィラーや繊維状の金属を層状に
形成する構成としてもよい。

【００４３】弾性層２８ｄはシリコンゴムやフッ素ゴム
などの耐熱性のあるエラストマーから形成されており、
厚さは０．８ｍｍである。この弾性層２８ｄは、用紙Ｐ
やトナー画像の凹凸に追従できる柔軟性を得る観点から
設けられている。弾性層２８ｄは被加熱層２８ｃの上に
存在するので、加熱ローラ３２による熱を被加熱層２８
ｃへ伝えやすい方が望ましく、かかる観点から、熱伝導
率を高めるために、金属など各種フィラーを混入させた
構成でもよい。弾性層２８ｄの厚さの範囲は、１０μｍ
〜２ｍｍである（請求項１３）。これは、１０μｍ以下
であるトナー粒径や１０μｍ前後の太さである紙繊維等
による画像表面の凹凸に追従することにより、定着ロー
ラ２８からトナーに受け渡す伝熱量のバラツキによる光
沢ムラを抑え、高品質の定着画質を得るためである。１
００μｍ以上であることがより望ましい。

【００４４】弾性層２８ｄの厚みは、２ｍｍ以上になる
と弾性層２８ｄを通過する熱量が小さくなり、高速昇温
性が低下するため、より望ましくは１ｍｍ以下がよい。
また、弾性層２８ｄの硬度は、硬すぎると画像表面の凹
凸に追従できないため、ＪＩＳ−Ａ硬度で６０度以下、
より望ましくは４０度以下がよい。

【００４５】本実施形態では、断熱層２８ｂの熱伝導率
をλ１、被加熱層２８ｃの熱伝導率をλ２、弾性層２８
ｄの熱伝導率をλ３としたとき、λ１＜λ２、λ１≦λ
３の条件を満足するように設定されている（請求項
２）。このため、被加熱層２８ｃの熱が定着ローラ２８
の内部へ伝わりにくく、外部に向かってより多く流れる
ので、定着ローラ２８の表面温度が上がり易いという特
性を有している。離型層２８ｅは、定着ローラ２８の表
面にオイルを塗布しなくても離型性を確保できるように
するために設けられており、ＰＦＡやＰＴＦＥなどのフ
ッ素系樹脂、あるいは離型性を有するシリコン系樹脂や
ゴムにより厚みが１０〜８０μｍの層に形成される。シ
リコンゴムよりも摩耗しにくく傷の付き難いＰＦＡやＰ
ＴＦＥなどのフッ素系樹脂で形成すれば、定着ローラ２
８の耐久性を高めることもできる。

【００４６】図１に示すように、加圧ローラ３０は、外
径が５０ｍｍで厚みが４ｍｍの鉄製の芯金３０ａと、こ
の芯金３０ａの表面に被覆された弾性層３０ｂを有して
いる。弾性層３０ｂは、ＪＩＳ−Ａ硬度３０〜６０のシ
リコンゴムで形成されており、厚みは５ｍｍである。弾
性層３０ｂの表面には、離型性を高めるために厚みが５
０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成するのが望ましい。加
圧ローラ３０は図示しない付勢手段により定着ローラ２
８に圧接されている。加熱ローラ３２は、外径が１５ｍ
ｍで厚みが０．３ｍｍのアルミニウム製のローラ本体４
４と、ローラ本体４４の内部に設けられたハロゲンヒー
タ３８を有している。加熱ローラ３２は図示しない付勢
手段により定着ローラ２８の表面に押し当てられてお
り、定着ローラ２８が図示しない駆動手段により回転す
るのに連れて従動回転するようになっている。

【００４７】ハロゲンヒータ３８は４００ｗ〜１２００
ｗの最大供給電力で加熱ローラ３２を加熱する。上述の
ようにハロゲンヒータ３８はサーミスタ３４，３６の検
知情報に基づいて制御手段４２により制御され、これに
より定着ローラ２８の表面温度をトナーを加熱溶融する
のに必要な温度（定着温度）に保つことができる。

【００４８】また、定着ローラ２８の弾性層２８ｄの硬
度を、加圧ローラ３０の弾性層の３０ｂの硬度より低く
設定している（請求項１６）。このため、図１に示すよ
うに、定着ニップ部ＳＮは、加圧ローラ３０が定着ロー
ラ２８へ入り込んで弾性層２８ｄが変形する形態となっ
ている。これにより、用紙Ｐは定着ニップ部ＳＮで定着
ローラ２８に対して凸となるように曲げられ、定着後の
定着ローラ２８からの分離性が向上する。

【００４９】被加熱層２８ｃは、図６に示すように、金
属の粒子状体２８ｆ（粉末の概念を含む）をバインダ材
で固めて散りばめた構成としてもよい（請求項４）。焼
結等の方法によって形成してもよい。本実施形態の場
合、被加熱層２８ｃを単独に形成してもよく、弾性層２
８ｄ又は断熱層２８ｂに一体に形成してもよい。断熱層
２８ｂを芯金２８ａの機能を有する材料で形成し、断熱
層２８ｂが芯金２８ａを兼ねる構成としてもよい（請求
項１４）。

【００５０】次に、図７及び図８に基づいて、他の実施
形態を説明する。なお、上記実施形態と同一部分は同一
符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機
能上の説明は省略する。本実施形態における定着装置５
０は、電磁誘導による誘導方式の外部加熱手段５２を有
している（請求項５）。外部加熱手段５２は、断面コ字
状のコイル保持体５４と、コイル保持体５４に巻回され
た導線からなるコイル５６を有している。コイル保持体
５４は図示しない装置側板に支持されている。外部加熱
手段５２は、定着ローラ２８の周方向に約７０ｍｍの長
さを有し、定着ローラ２８の軸方向のほぼ全体に亘って
延びている。コイル５６は高周波になると問題になって
くる表皮効果による影響を避けるため、細い導線を集成
した撚り線（リッツ線）であることが望ましい。

【００５１】本実施形態においては、定着ローラ２８の
断熱層２８ｂの上には、発熱層２８ｇが形成されてい
る。発熱層２８ｇは、厚さが０．０５〜２ｍｍの金属層
として形成されている。誘導発熱するための発熱層２８
ｇは、非磁性の金属でもよいが、ステンレスのうちでも
ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４１０などの磁性ステンレス、鉄
やニッケル、及びこれらを主成分とする合金等の強磁性
体であることが望ましい（請求項７）。

【００５２】コイル５６に約２０〜６０ｋＨｚの高周波
電流を流すことにより、定着ローラ２８の発熱層２８ｇ
にうず電流が生じ、これによるジュール熱で発熱層２８
ｇが昇温する。この誘導発熱により、定着ローラ２８の
表面温度をトナーが溶融する温度まで上昇させることが
できる。最外層に離型層２８ｅを有する場合には、離型
層２８ｅの熱伝導率が比較的悪いため、定着ローラ２８
の温度上昇がしにくいが、誘導加熱方式とすることによ
り、定着ローラ２８内部の発熱層２８ｇを直接加熱で
き、立ち上がり時間の短縮が可能となる。

【００５３】本実施形態では、断熱層２８ｂの熱伝導率
をλ１、発熱層２８ｇの熱伝導率をλ２、弾性層２８ｄ
の熱伝導率をλ３としたとき、λ１＜λ２、λ１≦λ３
の条件を満足するように設定されている（請求項６）。
このため、発熱層２８ｇｃの熱が定着ローラ２８の内部
へ伝わりにくく、外部に向かってより多く流れるので、
定着ローラ２８の表面温度が上がり易いという特性を有
している。本実施形態においても、図６で示したのと同
様に、発熱層２８ｇを導電性を有する粒子状体を散りば
めた構成としてもよい（請求項８）。コイル５６の巻き
方は、定着ローラ２８の外周面に対応した平面的な略渦
巻き状とし、これをコイル保持体５４の内側（定着ロー
ラ２８側）に設けて支持する構成としてもよい。

【００５４】上記各実施形態では、白黒画像形成装置と
してのプリンタ２への定着装置１２，５０の適用例を示
したが、カラー画像形成装置においても同様に適用する
ことができる（請求項１８）。その場合の一例（定着装
置５０を用いた場合）を図９に基づいて説明する。な
お、定着装置５０の説明は省略する。もちろん、定着装
置１２を用いてもよい。

【００５５】露光手段としての書き込み光学ユニット４
００は、カラースキャナ２００からのカラー画像データ
を光信号に変換して原稿画像に対応した光書き込みを行
い、像担持体である感光体４０２上に静電潜像を形成す
る。該書き込み光学ユニット４００は、レーザーダイオ
ード４０４、ポリゴンミラー４０６とその回転用モータ
４０８、ｆ／θレンズ４１０や反射ミラー４１２等によ
り構成されている。感光体４０２は、矢印で示すように
反時計回りの向きに回転され、その周囲には、感光体ク
リーニングユニット４１４、除電ランプ４１６、電位セ
ンサ４２０、回転式現像装置４２２のうちの選択された
現像器（図９では現像器４３８）、現像濃度パターン検
知器４２４、中間転写ベルト４２６等が配置されてい
る。

【００５６】回転式現像装置４２２は、ブラック用現像
器４２８、シアン用現像器４３０、マゼンタ用現像器４
３２、イエロー用現像器４３４と、角現像器を回転させ
る図示しない回転駆動部を有している。各現像器は、静
電潜像を可視像化するために、現像剤の穂を感光体４０
２の表面に接触させて回転する現像スリーブや、現像剤
を汲み上げて攪拌するために回転する現像パドル等を有
している。待機状態では、回転式現像装置４２２は、ブ
ラック現像の位置にセットされており、コピー動作が開
始されると、カラースキャナ２００で所定のタイミング
からブラック画像のデータの読み取りがスタートし、こ
の画像データに基づいてレーザ光による光書き込み・静
電潜像（ブラック潜像）の形成が始まる。

【００５７】このブラック潜像の先端部から現像するた
めに、ブラック用現像器４２８の現像位置に潜像先端部
が到達する前に、現像スリーブを回転開始してブラック
潜像をブラックトナーで現像する。そして、以後、ブラ
ック潜像領域の現像動作を続けるが、潜像後端部がブラ
ック現像位置を通過した時点で、速やかにブラックのた
めの現像位置から次の色んお現像位置まで、回転式現像
装置４２２が回転する。当該動作は、少なくとも、次の
画像データによる潜像先端部が到達する前に完了させ
る。像形成サイクルが開始されると、まず、感光体４０
２は矢印で示すように反時計回りの向きに、中間転写ベ
ルト４２６は時計回りの向きに、図示しない駆動モータ
によって回転させられる。中間転写ベルト４２６の回転
に伴って、ブラックトナー像形成、シアントナー像形
成、マゼンタトナー像形成、イエロートナー像形成が行
われ、最終的にブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼ
ンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に、中間転写ベルト４
２６上に重ねられ、トナー像が形成される。

【００５８】中間転写ベルト４２６は、駆動ローラ４４
４、転写対向ローラ４４６ａ、４４６ｂ、クリーニング
対向ローラ４４８及び従動ローラ群に張架されており、
図示しない駆動モータにより駆動制御されるようになっ
ている。感光体４０２に順次形成されるブラック、シア
ン、マゼンタ、イエローの各トナー像が中間転写ベルト
４２６上で正確に順次位置合わせされ、これによって４
色重ねのベルト転写画像が形成される。このベルト転写
画像は転写コロナ放電器４５４により記録材（用紙）に
一括転写される。

【００５９】給紙バンク４５６内の各記録紙カセット４
５８、４６０、４６２には装置本体内のカセット４６４
に収容された用紙のサイズとは異なる各種サイズの用紙
が収容されており、これらのうち、指定されたサイズ紙
の収容カセットから、該指定された用紙が給紙コロ４６
６によってレジストローラ対４７０方向に給紙・搬送さ
れる。図９において、符号４６８はＯＨＰ用紙や厚紙等
のための手差し給紙トレイを示す。像形成が開始される
時期に、用紙は上記いずれかのカセットの給紙口から給
送され、レジストローラ対４７０のニップ部で待機す
る。そして、コロナ放電器４５４に中間転写ベルト４２
６上のトナー像の先端がさしかかるときに、丁度用紙先
端がこの像先端に一致するようにレジストローラ対４７
０が駆動され、用紙と像のレジスト合わせが行われる。

【００６０】このようにして、用紙が中間転写ベルト４
２６と重ねられて、正電位につながれたコロナ放電器４
５４の上を通過する。このとき、コロナ放電電流で用紙
が正電荷で荷電され、トナー画像が用紙に転写される。
続いて、コロナ放電器４５４の図上左側に配置された図
示しない除電ブラシの箇所を通過するときに用紙は除電
され、中間転写ベルト４２６から剥離して紙搬送ベルト
４７２に移る。中間転写ベルト４２６から４色重ねトナ
ー像を一括転写された用紙は、紙搬送ベルト４７２によ
りベルト定着方式の定着装置５０へ搬送され、この定着
装置５０で熱と圧力によりトナー像を定着される。定着
を終えた用紙は排出ローラ対４８０で機外へ排出され、
図示しないトレイにスタックされる。これにより、フル
カラーコピーが得られる。

【００６１】

【発明の効果】請求項１，１７又は１８記載の発明によ
れば、定着ローラが、芯材の上に少なくとも断熱層、被
加熱層、弾性層をこの順に有している構成としたので、
外部加熱方式によって立ち上がり時間を短くできるとと
もに、弾性層の機能により記録材や画像の凹凸に定着ロ
ーラの表面が追従でき、そのため定着ローラから画像へ
の熱伝導が均一となって高画質を実現できる。特に、カ
ラー画像形成においては光沢ムラのない高画質を実現で
きる。また、断熱層の機能によって被加熱層の熱の逃げ
を抑制できるので、立ち上がり時間を短くできるととも
に、通紙枚数が多くても定着温度が下がって定着不良が
生じることを防止できる。

【００６２】請求項２，１７又は１８記載の発明によれ
ば、断熱層の熱伝導率をλ１、被加熱層の熱伝導率をλ
２、弾性層の熱伝導率をλ３としたとき、λ１＜λ２、
λ１≦λ３の条件を満足するように設定している。この
ため、弾性層の機能により記録材や画像の凹凸に定着ロ
ーラの表面が追従でき、そのため定着ローラから画像へ
の熱伝導が均一となって高画質を実現できる。特に、カ
ラー画像形成においては光沢ムラのない高画質を実現で
きる。また、断熱層の機能により、被加熱層の熱の逃げ
を抑制できるので、立ち上がり時間を短くできるととも
に、通紙枚数が多くても定着温度が下がって定着不良が
生じることを防止できる。

【００６３】請求項３，１７又は１８記載の発明によれ
ば、被加熱層が金属層である構成としたので、高い熱伝
導性によって立ち上がり時間を短くできる。

【００６４】請求項４，１７又は１８記載の発明によれ
ば、金属層が金属の粒子状体を散りばめた構成であるこ
ととしたので、製造の容易化を図ることができる。

【００６５】請求項５，１７又は１８記載の発明によれ
ば、外部加熱手段が電磁誘導による誘導方式のものであ
る構成としたので、外部加熱手段の温度をそれほど上げ
る必要がなく、これによって安全性を高めることができ
るとともに装置寿命を延ばすことができ、また、耐熱性
の部品を使う必要がないためコスト低減も図ることがで
きる。

【００６６】請求項６，１７又は１８記載の発明によれ
ば、断熱層の熱伝導率をλ１、発熱層の熱伝導率をλ
２、弾性層の熱伝導率をλ３としたとき、λ１＜λ２、
λ１≦λ３の条件を満足するように設定している。この
ため、弾性層の機能により記録材や画像の凹凸に定着ロ
ーラの表面が追従でき、そのため定着ローラから画像へ
の熱伝導が均一となって高画質を実現できる。特に、カ
ラー画像形成においては光沢ムラのない高画質を実現で
きる。また、断熱層の機能により発熱層の熱の逃げを抑
制できるので、立ち上がり時間を短くできるとともに、
通紙枚数が多くても定着温度が下がって定着不良が生じ
ることを防止できる。

【００６７】請求項７，１７又は１８記載の発明によれ
ば、発熱層が、ニッケル、磁性ステンレス、鉄など又は
これらの合金からなる強磁性体である構成としたので、
磁束を発熱層に集中させることができ、立ち上がり時間
を短くできる。

【００６８】請求項８，１７又は１８記載の発明によれ
ば、発熱層が導電性を有する粒子状体を散りばめた構成
であることとしたので、製造の容易化を図ることができ
る。

【００６９】請求項９，１７又は１８記載の発明によれ
ば、断熱層が０．３（Ｗ／ｍＫ）以下の熱伝導率を有し
ている構成としたので、断熱層の機能によって被加熱層
の熱の逃げを抑制できるので、立ち上がり時間を短くで
きるとともに、通紙枚数が多くても定着温度が下がって
定着不良が生じることを防止できる。

【００７０】請求項１０，１１，１７又は１８記載の発
明によれば、断熱層が発泡体で形成されている構成とし
たので、熱膨張差による被加熱層又は発熱層の劣化ない
し破壊を防止することができる。

【００７１】請求項１２，１７又は１８記載の発明によ
れば、断熱層の厚さが１ｍｍ以上である構成としたの
で、立ち上がり時間を短くできるとともに、通紙枚数が
多くても定着温度が下がって定着不良が生じることを防
止できる。

【００７２】請求項１３，１７又は１８記載の発明によ
れば、弾性層の厚さが１０μｍ〜２ｍｍの範囲内である
構成としたので、記録材や画像の凹凸に追従でき、伝熱
ムラが少なく、光沢ムラのない高画質の画像を得ること
ができる。また、２ｍｍ以下の条件によって、外部加熱
手段のコイルと発熱層の距離が短く、加熱効率を高める
ことができる。また、弾性層による伝熱がしやすくな
り、立ち上がり時間を短くすることができる。

【００７３】請求項１４，１７又は１８記載の発明によ
れば、断熱層が上記芯材を兼ねる構成としたので、構成
の簡易化、製造の容易化を図ることができる。

【００７４】請求項１５，１７又は１８記載の発明によ
れば、弾性層の表面に離型層を有している構成としたの
で、定着ローラへのトナーのオフセットを防止でき、定
着品質を高めることができる。また、定着ローラの表面
にオイル塗布をすることなく離型性を高めることができ
るので、オイル塗布装置のない簡易か構成とすることが
できる。

【００７５】請求項１６，１７又は１８記載の発明によ
れば、定着ローラの弾性層の硬度が加圧部材の弾性層の
硬度より低い構成としたので、定着ローラからの記録材
の分離性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る定着装置の概要正面
図である。

【図２】定着装置の概要斜視図である。

【図３】定着ローラの構成を示す模式的断面図である。

【図４】ローラ表面温度と熱伝導率との関係を示すグラ
フである。

【図５】画像形成装置としてのプリンタの概要正面図で
ある。

【図６】他の実施形態における定着ローラの構成を示す
模式的断面図である。

【図７】他の実施形態における定着装置の概要正面図で
ある。

【図８】図７で示した定着装置の概要斜視図である。

【図９】カラー画像形成装置の概要正面図である。

【符号の説明】

２８定着ローラ２８ａ芯材としての芯金２８ｂ断熱層２８ｃ被加熱層２８ｄ弾性層２８ｅ離型層２８ｇ発熱層３０加圧部材としての加圧ローラ３２外部加熱手段しての加熱ローラ５２外部加熱手段Ｐ記録材としての用紙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｃ 13/00 Ｆ１６Ｃ 13/00 ＤＥＨ０５Ｂ 6/14 Ｈ０５Ｂ 6/14 Ｆターム(参考） 2H033 AA11 AA30 BA05 BB04 BB15 BB19 BB23 BB28 BB33 3J103 AA02 AA15 AA24 AA33 AA41 AA51 BA02 BA04 BA19 BA23 BA24 BA31 BA41 FA01 FA02 FA07 FA12 FA15 FA18 GA02 GA57 GA58 GA60 GA66 HA01 HA03 HA04 HA05 HA11 HA12 HA15 HA18 HA31 HA32 HA33 HA37 HA51 HA53 HA60 3K059 AA08 AB19 AB28 AD02 AD30 AD40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定着ローラと、該定着ローラとの間で未定
着画像を担持した記録材を挟持するための定着ニップ部
を形成する加圧部材と、上記定着ローラの外部から該定
着ローラを加熱する外部加熱手段を有する定着装置にお
いて、上記定着ローラが、芯材と、該芯材の上にローラの径方
向外側に向かって順に、少なくとも断熱層、被加熱層、
弾性層を有していることを特徴とする定着装置。
【請求項２】請求項１記載の定着装置において、上記断熱層の熱伝導率をλ１、被加熱層の熱伝導率をλ
２、弾性層の熱伝導率をλ３としたとき、 λ１＜λ２、λ１≦λ３の条件を満足することを特徴とする定着装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の定着装置において、上記被加熱層が金属層であることを特徴とする定着装
置。
【請求項４】請求項３記載の定着装置において、上記金属層が、金属の粒子状体を散りばめた構成である
ことを特徴とする定着装置。
【請求項５】定着ローラと、該定着ローラとの間で未定
着画像を担持した記録材を挟持するための定着ニップ部
を形成する加圧部材と、上記定着ローラの外部から該定
着ローラを加熱する外部加熱手段を有する定着装置にお
いて、上記定着ローラが、芯材と、該芯材の上にローラの径方
向外側に向かって順に、少なくとも断熱層、発熱層、弾
性層を有し、上記外部加熱手段が電磁誘導による誘導方
式のものであることを特徴とする定着装置。
【請求項６】請求項５記載の定着装置において、上記断熱層の熱伝導率をλ１、発熱層の熱伝導率をλ
２、弾性層の熱伝導率をλ３としたとき、 λ１＜λ２、λ１≦λ３の条件を満足することを特徴とする定着装置。
【請求項７】請求項５又は６記載の定着装置において、上記発熱層が、ニッケル、磁性ステンレス、鉄など又は
これらの合金からなる強磁性体であることを特徴とする
定着装置。
【請求項８】請求項５又は６記載の定着装置において、上記発熱層が、導電性を有する粒子状体を散りばめた構
成であることを特徴とする定着装置。
【請求項９】請求項１乃至８のうちの一つに記載の定着
装置において、上記断熱層が０．３（Ｗ／ｍＫ）以下の熱伝導率を有し
ていることを特徴とする定着装置。
【請求項１０】請求項１乃至８のうちの一つに記載の定
着装置において、上記断熱層が発泡体で形成されていることを特徴とする
定着装置。
【請求項１１】請求項１０記載の定着装置において、上記発泡体が発泡ゴムであることを特徴とする定着装
置。
【請求項１２】請求項１乃至８のうちの一つに記載の定
着装置において、上記断熱層の厚さが、１ｍｍ以上であることを特徴とす
る定着装置。
【請求項１３】請求項１乃至８のうちの一つに記載の定
着装置において、上記弾性層の厚さが、１０μｍ〜２ｍｍの範囲内である
ことを特徴とする定着装置。
【請求項１４】請求項１乃至８のうちの一つに記載の定
着装置において、上記断熱層が上記芯材を兼ねることを特徴とする定着装
置。
【請求項１５】請求項１乃至１４のうちの一つに記載の
定着装置において、上記弾性層の表面に離型層を有していることを特徴とす
る定着装置。
【請求項１６】請求項１乃至１５のうちの一つに記載の
定着装置において、上記加圧部材が弾性層を有し、上記定着ローラの弾性層
の硬度が該加圧部材の弾性層の硬度より低いことを特徴
とする定着装置。
【請求項１７】未定着画像を熱と圧力により記録材上に
定着する定着装置を有する画像形成装置において、上記定着装置が請求項１乃至１６のうちの一つに記載の
ものであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１８】請求項１７記載の画像形成装置におい
て、カラー画像形成が可能であることを特徴とする画像形成
装置。