JP2005183122A - 加熱装置およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被加熱材の凹凸に密着して加圧でき、かつ、耐久性があり省エネルギーの加熱装置を実現する。
【解決手段】 芯金１２に、第１の弾性層１３と、発熱して熱源となっている導電層１３と、第２の弾性層１４と、離型性を高めるための離型層１５と、をこの順に形成させた加熱ローラ１と、被加熱材９を、加熱ローラ１の離型層に圧接させる加圧ローラ２と、を備える加熱装置において、上記離型層の厚みを５μｍ以下とする。これにより、離型層１１５および第２の弾性層１４の厚さを薄膜化しても、良好な画像が得られるので、省エネルギーの定着装置４０となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、加熱装置およびこれを備えた画像形成装置に関するものであり、特に、省エネルギーで短時間でウォームアップができ、かつ、被加熱材に均一に加熱できる加熱装置およびこれを備えた画像形成装置に関する。

画像形成装置にて記録紙上にトナー像を形成する際には、トナーを記録紙に付着させた後、溶融させて定着させている。定着を行う定着装置においては、トナーに熱を与えて溶融させる加熱部材と、トナーを記録紙に押し付ける加圧部材とが必要となり、定着装置の具体的な構成としては種々のものが提案されている。

一般的な定着装置の例としては、熱源を備えた加熱ローラと、加熱ローラと圧接させて設置された加圧ローラとによりニップ部を形成し、トナーが付着した記録紙をこのニップ部に通過させることで、トナーを溶融させて記録紙に定着するものがある。このような定着装置には、加熱ローラにトナーが付着してしまうことを防ぐために、ローラ表面に離型層が設けられている。

ここで、図６を用いてニップ部にてトナーが記録紙に定着される様子を説明する。図６（ａ）は芯金７１にフッ素樹脂からなる離型層７２を積層した加熱ローラを使用した定着装置であり、カラートナー７３が表面に付着した記録紙７４がニップ部を通過したときの、加熱ローラの表面部分の様子を示している。図に示すように、記録紙７４表面には通常数十μｍ程度の凹凸があるので、カラートナー７３はその凹凸に沿って並んでいる。ところが、芯金７１に離型層７２を積層した加熱ローラでは、表面が硬すぎて記録紙７４の凹凸に追従せず、凹凸に対して平面で押圧することとなるので、記録紙７４表面で加熱ローラに接する部分と接しない部分がでてくる。この場合、加熱ローラと接するところではカラートナー７３が良好に溶融し、定着後に光沢のある印刷面となるが、接しないところでは、カラートナー７３が良好に溶融せずに、印刷面に光沢がでない。よって、印刷後に光沢むらが生じることとなる。

そこで、通常、図６（ｂ）のように、芯金７１と離型層７２との間に弾性層７５を設けて加熱部材の表面の柔軟性を調整し、ニップ部にて加圧ローラと加熱ローラとが記録紙の凹凸に追従して変形するようにしている。これにより、加熱部ローラが記録紙１４の凹凸に沿って均一に密着して加熱するので、トナーが均一に溶融し光沢むらが防がれる。

具体的な定着装置としては、特許文献１に、加熱部材として電磁誘導発熱フィルムを用いた構成が示されている。この加熱部材は、励磁コイルの周囲に電磁誘導発熱フィルムを外嵌させたローラ状のもので、上記電磁誘導発熱フィルム（定着フィルム）は内側から発熱層、弾性層、離型層を形成してなる。なお、加熱部材が、上記の記録紙に追従するためには、弾性層が１０〜５００μｍとすることが記載されている。また、離型層としては、シリコーンやフッ素を含む樹脂またはゴムを素材として、１〜１００μｍの厚さとすることが記載されている。

また、特許文献２には、画像形成装置部品の接触面に炭素膜（特にＤＬＣ(ダイヤモンドライクカーボン：diamond like carbon)膜）を形成することが記載されている。このＤＬＣ膜のコーティング方法およびその特性については、非特許文献２にも開示されている。

また、特許文献３に、内側の弾性層を硬化させることなくフッ素樹脂の離型層を形成する方法が示されている。
特開平９−４４０１５号公報（公開日：１９９７年２月１４日） 特開平１０−１８０３７号公報（公開日：１９９８年１月２０日） 特開２００３−８４５９３（公開日：２００３年３月１９日） 「テクニカルデータカタログ」（"Technical Data Catalogue"），第５版，グンゼ株式会社・エンプラ事業部，２００１年３月，ｐ．８ 「Ｆ−ＤＬＣ」、［online ］、日本アイ・ティ・エフ株式会社、[平成１５年１２月４日検索]、インターネット＜URL ：http://www.nippon-itf.co.jp/fdlc.html＞

近年、省エネルギー化の観点から、定着装置において、加熱部材の加熱を効率よく行うことが求められている。また、使用者の利便性の観点から、ウォームアップ時間の短縮化が求められている。このために、加熱部材の熱容量を小さくすることで、ウォームアップのためのエネルギーをできるだけ少なくするとともに、加熱開始直後に加熱部材が昇温するようにする（熱応答性の向上）ことが考えられる。加熱部材の熱容量を小さくするためには、熱源から表面までの熱伝導効率を向上させることが必要となり、この方法の１つとして弾性層・離型層を薄層化する方法がある。

しかしながら、離型層について言えば、例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）を用いた離型層では、ＰＦＡチューブを用いて作製すると、製造方法の問題上２０μｍ程度にまでしか薄膜化できない。このことは、非特許文献１のカタログに、複写機・プリンタ等ＯＡ機器のヒートロール（加熱部材）、加圧ロール（加圧部材）及び帯電ロール用のフッ素樹脂収縮チューブ・非収縮チューブの製造可能サイズとして、厚み：２０〜１００μｍと記載されていることから示唆されている。

また、ＰＦＡをコーティングして離型層を設けた場合はより薄くできるが、この場合は、耐久性や磨耗性の問題が生じ、実際には２０μｍ程度の厚みが必要となる。さらに、コーティングの場合、離型層をフッ素樹脂の紛体コーティングした後焼成を行う必要があるので、その下層の弾性層表面に３００℃以上の高温がかかってしまい、処理中に弾性層の劣化（硬化）が起きてしまい、所望の弾性が失われてしまうという問題もある。

なお、上記特許文献１には、離型層を１〜１００μｍとすることが記載されているが、離型層薄層化するための、あるいは、離型層の耐久性・磨耗性を確保するための技術内容が記載も示唆もされておらず、どのようにして薄い離型層が実現できるのかが不明である。

このように、従来の方法では離型層の薄膜化に限界があった。さらに、加熱部材に比較的硬度の高い離型層が厚く形成されることとなり、加熱部材の表面硬度が高くなることは避けられなかった。したがって、上記した記録紙へ追従する程度の柔軟性を与えるための、約400μｍ以上の厚さの弾性層を備えることが必須となり、薄膜化が達成できなかった。

なお、特許文献１には、画像品質を保証するために弾性層を１０〜５００μｍとすることが記載されているが、記録紙の凹凸は最大約３５μｍであり、トナーの凹凸が約１５μｍほどあるので、一般的に使用されている記録紙すべてに対して光沢むらのない画像品質を保とうとした場合には、最低５０μｍの厚さの弾性層が必要である。また、上記した２０μｍ以上の離型層が設けられている場合は、上記した通り400μｍ以上の厚さの弾性層が必要であると考えられる。

一方、硬度の高い離型層を設けずに、例えば、芯金にシリコーンゴム等の弾性素材からなる離型層を積層させ（すなわち、シリコーンゴムの弾性層のみを積層させるとも言える）、オイル等の離型剤用いて離型性を与えるという方法も考えられる。この方法では、５０μｍ程度のシリコーンゴムの層という比較的薄い層で、紙およびトナーの凹凸に十分追従し、光沢むらを防ぐことができる。しかし、この場合は、シリコーンゴムの耐久性が十分でないため、長時間の使用に耐えられない。また、オイルによる離型性能も十分でない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被加熱材の凹凸に密着して加圧でき、かつ、耐久性があり省エネルギーの加熱装置、およびこれを用いた画像形成装置を実現することにある。

本発明に係る加熱装置は、上記課題を解決するために、発熱してあるいは加熱されて熱を保持している蓄熱部に、少なくとも、弾性を有する素材からなる弾性層と、離型性を有する離型層と、をこの順に形成させた加熱部材と、被加熱材を上記加熱部材の離型層に圧接させる加圧部材と、を備える加熱装置において、上記離型層の厚みが５μｍ以下であることを特徴としている。

離型層を５μｍ以下とすることで、従来の２０μｍ程度の厚さの離型層を備えている場合と比べ、熱容量が小さくなる。したがって、加熱装置のウォームアップ時間の短縮化が図れ、また、少ないエネルギーにて加熱が行える。

さらに、一般的に硬度が高い素材からなる離型層を５μｍ以下とすることで、弾性層の持つ柔軟性がより良好に加熱部材の表面に伝えられる。したがって、弾性層の厚さを薄くしても十分な柔軟性が得られ、被加熱材が加圧部材により加熱装置の離型層に押圧されたときに、被加熱材の表面の凹凸に追従して離型層が変形し、加熱部材から熱が均一に伝わる。つまり、従来より薄い弾性層にて、被加熱材を均一に加熱できる。

そして、弾性層の厚みを薄くすることで、離型層を薄くした場合と同様にして、熱容量が小さくなり、加熱装置のウォームアップ時間が短縮化でき、また、少ないエネルギーにて加熱が行える。

離型層の厚みが５μｍより厚くなると、離型層での熱容量がより大きくなる。また、離型層の下層である弾性層の弾性の柔軟性が表面に伝わりにくくなるため、被加熱材の凹凸面に追従した変形をさせて熱を均一に伝えるためには、より厚いの弾性層が必要となり、このことがより一層熱容量を大きくする。熱容量が大きくなると、加熱装置のウォームアップ時間が長くなり、使用時の利便性が失われ、また、加熱にかかるエネルギーが大きくなるので、求められるレベルの省エネルギー化が行えない。

また、本発明に係る加熱装置は、上記離型層がダイヤモンドライクカーボンにより形成されていることを特徴としている。

従来は、定着装置などに用いられる加熱装置において、一般的に、ＰＦＡチューブあるいはフッ素樹脂の粉体コーティングにより離型層を形成していたが、このような方法では離型層の薄層化に限界があることや、薄層化した場合に耐久性が維持できないことが問題となっていた。

上記ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜は、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の高温の熱処理を要さない薄膜形成方法が適用できるので、弾性層の弾性を失わせずに、しかも非常に薄い膜を形成することが可能である。

また、ＤＬＣ膜は、従来のフッ素樹脂に比べ耐久性がある（ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の９分の１の磨耗性）ので、５μｍ以下という非常に薄い膜であっても耐久性を確保できる。

また、本発明にかかる加熱装置は、上記離型層の厚みが、３μm以上であることを特徴としている。

離型層をＤＬＣ膜とした場合、３μｍ以上の厚さとすることで、十分に耐久性に優れた離型層とすることができる。このことは、従来より用いられているフッ素樹脂性離型層の場合に、厚みが２０μｍ以上あれば十分に耐久性がないことが知られており、かつ、ＤＬＣ膜がフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）の９倍の耐磨耗性があることから導き出される。

離型層の厚さが５μｍより大きくなると、上記したように、その下層にある弾性層の弾性の効果がなくなって加熱部材の表面が硬くなってしまい、その結果加熱部材の表面が被加熱材の凹凸に追従しなくなる。また、離型層を３μｍより小さくすると充分な耐久性が得られなくなる。したがって、被加熱材に均一に加熱でき、しかも離型層の耐久性を確保する範囲としては、上記範囲がもっとも好ましい。

本発明の加熱装置は、上記弾性層の厚みが５０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴としている。

上記弾性層の厚みを５０μｍ以上３００μｍ以下とすることで、加熱部材の表面を被加熱材の凹凸に追従させることができ、かつ、熱容量を小さくできるので、ウォームアップ時間を短縮でき、小さなエネルギーで加熱ができる。

弾性層が３００μｍより大きくなると加熱部材の熱容量が大きくなるので、ウォームアップ時間が長くなり、また、加熱のためのエネルギーが大きくなる。一方、弾性層の厚さを５０μｍより小さくすると、加熱部材の表面が、例えば紙等の通常５０μｍ程度の凹凸面を有する被加熱材の凹凸に追従しなくなり、均一な加熱ができない。

上記加熱装置は、上記蓄熱部の厚みが１０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴としている。

上記蓄熱部の厚みを１０μｍ以上１００μｍ以下とすることで、耐久性を保ちながら、熱容量の増大を抑えてウォームアップ時間の短縮および省エネルギー化を図れる。

蓄熱部の厚みが１０μｍより小さいと、耐久性が不足し、加圧部材との圧接の圧力によって破損される。一方、蓄熱部が上記１００μｍより厚くなると、熱容量が大きくなり、ウォームアップ時間が長くなるとともに、加熱のために多くのエネルギーが必要となる。

本発明の加熱装置は、上記加熱部材が、円柱状の芯金の周囲に、内部弾性層、層状の蓄熱部、弾性層、離型層をこの順に形成させたものであることを特徴としている。

これによれば、蓄熱部より芯金側に内部弾性層を備えていることで、加熱部材の熱容量を上げることなく加熱部材表面の柔軟性を調整することができる。よって、被加熱材の凹凸に追従した均一な加熱が達成できるとともに、ウォームアップ時間の短縮化、省エネルギー化を実現できる。

また、本発明の加熱装置は、上記蓄熱部が、交番磁界を印加されることにより、誘導電流を発生して発熱することを特徴としている。

これによれば、上記蓄熱部が誘導加熱方式にて発熱し、言い換えれば、自身を熱源として加熱されるので、別の熱源から加熱される場合よりも熱量のロスが少なく、加熱のためのエネルギーをさらに小さくできる。また、蓄熱部を層状に形成できるので、被加熱材に近い位置に配置することもできる。したがって、さらにウォームアップ時間を短縮でき、かつ、加熱のためのエネルギーを少なくできる。さらに、例えば、蓄熱部に交番磁界を印加させるときに、交番磁界の発生源を加熱部材を覆うように配置させることで、加熱部材を短時間で均一に加熱できる。

本発明の加熱装置は、記録媒体に付着したトナーを加熱して定着させるために使用されることを特徴としている。また、本発明の画像形成装置は、このような定着をさせるための加熱装置を備えたものである。

この場合、上記被加熱材はトナーが付着した記録媒体である。一般に使用されている記録媒体表面は、最大で約３５μｍの凹凸があり、さらにその上にトナーが約１５μｍ程度の凹凸を形成するように付着しているが、上記の加熱装置によれば、加熱部材がこのような凹凸に対応して変形するため、記録媒体表面が均一に加熱される。これにより、トナーが均一に溶融して、記録媒体に、光沢むらがない良好な画像品質のトナー像が形成される。なお、記録媒体に均一が加熱されるので、必要最低限の温度にて加熱しても良好に画像形成され、省エネルギーにも役立つ。

また、上述の加熱装置は、ウォームアップ時間が短いことから、画像形成装置が画像データを取得している間に（例えば、複写機において原稿読み取り動作から紙が印字され排出されるまでの時間である１５秒以内に）ウォームアップが完了するため、使用者が待たされることがない。さらに、省エネルギーで画像形成を行える。

本発明の加熱装置は、離型層の厚みが５μｍ以下であるので熱容量が小さくでき、したがって、加熱装置のウォームアップ時間の短縮化ができるとともに、少ないエネルギーにて加熱が行える。

さらに、一般的に硬度が高い素材からなる離型層を５μｍ以下とすることで、弾性層の持つ柔軟性がより良好に加熱部材の表面に伝えられる。したがって、弾性層の厚さを薄くしても十分な柔軟性が得られ、被加熱材が加圧部材により加熱装置の離型層に押圧されたときに、被加熱材の表面の凹凸に追従して、離型層が変形し、加熱部材から熱が均一に伝わる。つまり、従来より薄い弾性層にて、被加熱材を均一に加熱できる。

そして、弾性層の厚みを薄くすることで、離型層を薄くした場合と同様にして、熱容量が小さくなり、加熱装置のウォームアップ時間が短縮化でき、また、少ないエネルギーにて加熱が行える。

〔実施の形態１〕
画像形成装置の定着装置においては、良好な画質（均一性、色再現性、光沢）を得るために、紙およびトナーに均一に熱と圧力を加える必要がある。そこで、紙およびトナー表面の凹凸に追従するようにローラ表面に厚肉の弾性層が必要である。また、離型層の影響で生じる光沢ムラを防ぐためにも、弾性層は必須であった。

一方、カラー定着において熱容量を低減させるには、この弾性層の薄層化が必要である。そこで、発明者らは、薄膜可能なコーティング（例えば、DLC膜）で離型層を構成することで、離型層を薄膜化して弾性層の薄層化することが可能となり、しかも光沢ムラが抑えられることを見出した。

本発明の一実施形態について図１および図２に基づいて説明すると以下の通りである。

まず、図１を用いて、本発明の一実施形態の画像形成装置について説明する。図１は、乾式電子写真方式のカラー画像形成装置の内部構造を示している。画像形成装置は、例えばネットワーク上の各端末装置から送信される画像データ等に基づいて、所定の記録紙に対して多色又は単色の画像を形成する。

上記画像形成装置は、可視像形成ユニット５０（５０Ｙ・５０Ｍ・５０Ｃ・５０Ｂ）、記録紙搬送手段３０、定着装置（加熱装置）４０、供給トレイ５７を備えている。

上記プリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色に対応して、４つの可視像形成ユニット５０Ｙ・５０Ｍ・５０Ｃ・５０Ｂが並設されている。つまり、可視像形成ユニット５０Ｙは、イエロー（Ｙ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット５０Ｍは、マゼンダ（Ｍ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット５０Ｃは、シアン（Ｃ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット５０Ｂは、ブラック（Ｂ）のトナーを用いて画像形成を行う。具体的な配置としては、記録紙８の供給トレイ５７と定着装置４０とを繋ぐ記録紙の搬送路に沿って４組の可視像形成ユニット５０を配設した、所謂タンデム式である。

可視像形成ユニット５０は、それぞれ実質的に同一の構成を有し、すなわち、それぞれに、感光体ドラム５１、帯電器５２、レーザ光照射手段５３、現像器５４、転写ローラ５５クリーナユニット５６、が設けられており、搬送される記録紙８に各色トナーを多重転写する。

ここで、上記感光体ドラム５１は、形成される画像を担持するものである。上記帯電器５２は、感光体ドラム５１表面を所定の電位に均一に帯電させるものである。レーザ光照射手段５３は、画像形成装置に入力された画像データに応じて、帯電器５によって帯電した感光体ドラム５１表面を露光して、該感光体ドラム５１表面に静電潜像を形成する。上記現像器５２は、感光体ドラム５１表面に形成された静電潜像を、各色のトナーによって顕像化する。転写ローラ５５は、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加されており、後述する記録紙搬送手段３０により搬送された記録紙８に、形成されたトナー像を転写させている。ドラムクリーナユニット５６は、現像器５２での現像処理、及び、感光体ドラム５１に形成された画像の転写後に、感光体ドラム５１表面に残留したトナーを、除去・回収する。以上のような、記録紙８に対するトナー像の転写は、４色について４回繰り返される。

上記記録紙搬送手段３０は、駆動ローラ３１、アイドリングローラ３２、搬送ベルト３３からなり、記録紙８に可視像形成ユニット５０にてトナー像が形成されるように、記録紙８を搬送するものである。駆動ローラ３１およびアイドリングローラ３２は、無端状の搬送ベルト３３を架張するものであり、駆動ローラ３１が所定の周速度に制御されて回転することで、無端状の搬送ベルト３３を回転させている。搬送ベルト３３は、外側表面に静電気を発生させており、記録紙８を静電吸着させながら、上記記録紙８を搬送している。

上記記録紙８は、このようにして、搬送ベルト３３に搬送されながらトナー像を転写されたあと、駆動ローラ３１の曲率により搬送ベルト３３から剥離され、定着装置４０に搬送される。定着装置４０は、記録紙８に適度な熱と圧力とを与えて、トナーを溶解して記録紙に固定することで、堅牢な画像を形成する。

ここで、上記定着装置（加熱装置）４０について、図２を用いて詳細に説明する。定着装置４０は、誘導加熱方式にて加熱されるものである。加熱手段としては、ハロゲンランプなどを用いたランプ加熱方式、セラミックヒータや誘導コイルを用いた誘導加熱方式が使用可能であるが、短時間で均一に加熱して定着させるには、以下に示すような誘電コイルを用いた誘導加熱方式とすることが好ましい。

図２に、この定着装置４０の概略図を示す。この定着装置４０は、加熱ローラ（加熱部材）１、加圧ローラ（加圧部材）２、磁界発生部３、励磁回路４、駆動部５、制御部６からなる。定着装置４０は、表面に未定着のトナー７ａが付着した記録紙８（被加熱材９）を、一定温度に加熱された該加熱ローラと加圧ローラとの当接部（ニップ部）に通紙することで、トナー７ａを溶融させて記録紙８に押し付け、記録紙８に画像を定着させるものである。なお、定着後には、記録紙８にトナー７ｂが溶着された状態となり、光沢が出る。

まず、加熱ローラ１について説明する。加熱ローラ１は、芯金１１に、第１の弾性層（内部弾性層）１２、導電層（蓄熱部）１３、第２の弾性層（弾性層）１４、離型層１５をこの順に積層させたものであり、導電層１３に対して、加熱ローラ１の外部に配置した磁界発生部３から交番磁界を印加することで発熱させ、被加熱材８を加熱する。

芯金１１は、外径２８ｍｍの中空のアルミニウム円筒を使用しており、加熱ローラ１の基材となっている。しかし、素材や形状はこれに限られるものではなく、例えば、鉄製の金属からなるものでもよい。また、芯金１１の形状は、中空でなくても（中実でも）かまわないが、芯金１１からの放熱が抑制されるので中空の方が望ましい。

第１の弾性層１２は、厚さ６ｍｍの断熱性・耐熱性を有する発泡性シリコーンスポンジを使用している。硬度は、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度計でで２５度である。この第１の弾性層は、加熱ローラ１の表面に柔軟性を与え、加熱ローラ１と加圧ローラ２との間に形成されるニップ部に歪みを生じさせ、また広く（ワイドニップに）できる。しかも、弾性層１２は断熱性を有しているため、導電層１３から熱が伝達されるべき方向、すなわち導電層１３から表面に向かう方向とは反対側に熱が伝達されるのを防ぐので、熱の伝達効率が上がる。また、第１の弾性層１２の厚さは加熱ローラ１の熱容量増大に寄与しないので、この厚さの調整により熱容量を増大させずに柔軟性を調整できる。

導電層１３は、厚み４０μｍのニッケルを使用しており、交番磁界を印加されることにより発熱する発熱体である。導電層１３の材料や厚さとしては、このような誘導加熱が可能なものであればこれに限られるものではない。導電層１３の材質としては、磁性を有する導電性材料では、鉄、ＳＵＳ４３０ステンレス材等でもよいが、特に比透磁率が高い珪素鋼板や電磁鋼板、ニッケル鋼等であることが好ましい。また、非磁性体の導電性材料であっても、ＳＵＳ３０４ステンレス材など抵抗値の高い材料であれば誘導加熱できるのでこれを使用してもよい。

更に、導電層１３として、比透磁率の高い非磁性のベース部材（例えば、セラミックなど）を使用し、このベース部材が導電性を有するように配置した構成としてもよい。また、導電層１３を複数のスリーブからなるように構成し、発熱量を増大させてもよい。

また、導電層１３の厚さとしては、加熱ローラ１表面の温度が昇温し始めるまでの時間を短縮するために、その肉厚を1０μｍ以上1００μｍ以下の厚さに薄肉化することが好ましい。また、３０μｍ以上とすることがより好ましく、８０μｍ以下とすることがより好ましい。
厚さが１０μｍより小さいとであると、導電層１３の耐久性が不足し、回転中に破損する。一方１００μｍより小さいとの厚みにすると、熱容量が大きくなりウォームアップ時間が長くなってしまう。なお、特許文献１には、導電層（発熱層）が２μｍ〜１００μｍとすることが記載されているが、耐久性などの問題から１０μｍ以下のものは実用化は困難である。

第２の弾性層１４は、被加熱材９が加圧ローラ２により加熱ローラ１に押圧されたときに、被加熱材９の表面の凹凸に追従して離型層１５を変形させ、加熱ローラ１から熱が均一に伝わるようにするものである。第２の弾性層１４は、厚み１５０μｍの、ゴム硬度２０度（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴムを使用しているが、これに限られるものではない。

第２の弾性層１４の材料としては、耐熱性に優れ、ゴム弾性を有するものであればよく、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が挙げられる。この中でも、特にゴム弾性が優れているシリコーンゴムを用いるのが望ましい。

第２の弾性層１４の厚さとしては、５０μｍ以上３００μｍ以下とすることが好ましい。また、１００μｍ以上とすることがより好ましく、２００μｍ以下とすることがより好ましい。弾性層１４が３００μｍより大きくなると加熱部材自身の熱容量が大きくなるので、ウォームアップ時間がより長くなり、また、加熱のためのエネルギーが大きくなる。ウォームアップ時間の目安としては、例えば従来の複写機において、コピー読み取り動作から紙が印字され排出されるまでの時間が約１５秒以下であることから、この時間内に定着器のウォームアップを完了しておくことが望ましい。後に実施例に述べる通り、弾性層１４が３００μｍ以下であると、１５秒以下のウォームアップが可能である。

一方、紙などの表面の凹凸は、表面粗さ計で容易に測定することが可能でるが、記録紙８として一般的に使用されるもののうち、もっとも表面が粗い紙では表面粗さが最大で約３５μｍ程度ある。そして、トナー７ａの凹凸は約１５μｍほどある。したがって、定着装置４０の被加熱材９は、最低５０μｍの凹凸があることを前提とする必要がある。この凹凸に追従するためには、弾性層は、少なくとも５０μｍ以上必要である。言い換えると、第２の弾性層１４が５０μｍより小さいと、加熱ローラ１が被加熱材９の凹凸に追従しなくなり、均一な加熱ができない。この場合、定着後のトナー像に光沢むらが生じる。

離型層１５は、加熱され粘度が低下したトナー７ａを記録紙８の方に付着させるために、トナー７ａが加熱ローラ１側に付着するのを防止する役割を有する。また、上記した凹凸の追従性を損なわないためには離型層１５の厚さを加熱ローラ１の弾性を失わせない程度の厚さにすることが必要となる。このためには、離型層１５の厚さを５μｍ以下とすることが必要となる。また、離型層１５を５μｍ以下とすることで、離型層１５の熱容量の小さくできる。

本実施の形態では、離型層１５として、厚さ３μｍのＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン：diamond like carbon）を使用している。離型層１５の材料としては、耐久性に優れ、熱を用いずに薄膜状に形成することができるＤＬＣ膜を用いることが好ましい。

ここで、ＤＬＣ膜とは、C_1-ｎH_ｎあるいは C_1-ｎF_ｎで表され、ｎが0.4〜0.6となるものであり、具体的には、C_0.5H_0.5の炭素膜が好ましい。また、離型性確保のためには、C_0.5F_0.5を用いることも有効である。ＤＬＣ膜の作成方法としては、プラズマCVD（Chemical Vapor Deposition）法が好適である。この方法によれば、加熱ローラ１に熱を加えることなく離型層１５を形成できるので、第２の弾性層１４の弾性を失わせることがなく、非常に薄い離型層１５を製造できる。

また、離型層１５の厚さは、５μｍ以下とすることが好ましい。さらに、３μｍ以上５μｍ以下とするのがより好ましい。特に、ＤＬＣ膜を用いる場合は、３μｍ以上とすることで、耐久性を確保できる。

ＤＬＣ膜は耐久性に優れ、従来のフッ素コーティング（ＰＴＦＥ；ポリテトラフルオロエチレン）の1/9の磨耗性であることが分かっている（非特許文献２参照）。言い換えると、ＤＬＣ膜が、磨耗を従来のフッ素樹脂（ＰＴＦＥ：ポリテトラフルオロエチレン）の９分の１に抑えることができるのである。従来のPFAでは20μｍあれば耐久性は十分である事がわかっているので、磨耗性から判断してＤＬＣ膜の場合３μｍ以上の厚さがあれば十分な耐久性があることがわかる。

なお、離型層１５は、厚さ５μｍ以下で耐久性を保てるものであればＤＬＣ膜に限られるものではなく、例えば高耐久性を備えさせたＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）や、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系材料を使用してもよい。このとき、特に、特許文献３に記載のような方法を用いることで弾性を損なわずに薄膜の離型層１５を形成できる。

また、第１の弾性層１２、導電層１３、第２の弾性層１４、離型層１５の各層はそれぞれ隣接する層と強固に密着されている。このようにして形成された加熱ローラは外径は４０．０ｍｍとなった。

次に、加圧ローラ２について説明する。加圧ローラ２は、芯金２１に耐熱弾性体層２２を積層したものである。加圧ローラ２は、図示していない弾性部材（バネ）によって、加熱ローラ１に圧接されて、加熱ローラ１との間に接触ニップ部を形成している。そして、このニップ部に記録紙が通紙された場合に、記録紙８を加熱ローラ１に押し付け、記録紙８およびトナー７に良好に熱が伝わるようにするという役割を果たしている。

加圧ローラ２の芯金２１は、ここでは鉄製の外径が２０．０μｍのものを用いているが、材料や大きさはこれに限られるものではなく、例えば、鉄・ステンレスもしくはアルミニウムからなるものであってもよい。

耐熱弾性体層２２は、記録紙８に対して均等に加圧させるためのものであり、ここでは、厚さ５μｍの耐熱性のシリコーンゴムを用いている。しかし、このような機能を果たすものであれば、材料や厚さはこれに限られるものではない。

加圧ローラ２の各層は強固に密着されており、加圧ローラは外径は３０．０ｍｍとなっている。なお、加圧ローラ２にも、加熱ローラ１の離型層１５と同様に、トナー７の付着を防止する目的で、表面にＰＦＡやＰＴＦＥからなる離型層が形成されていても良い。

次に、磁界発生部３について説明する。加熱ローラ１に交番電界を印加して発熱させる磁界発生部３は、誘導コイルから構成されており、加熱ローラ１の外周部を半周程度取り囲むように、構成されている。このように構成することで、誘電コイルに曲率が存在することとなり、磁束が誘導コイルの曲率円の中心側に集中するので、渦電流の発生量が多くなる。これにより、導電層１３の発熱量が大きくなるので、加熱ローラ１の表面温度が迅速に昇温して、ウォームアップ時間の短縮化ができる。

誘導コイルは、ここでは、耐熱性を考慮してアルミニウム単線を使用し、その表面を絶縁層（例えば、酸化膜で覆ったものを使用している。しかし、誘電コイルは、銅線もしくは銅ベースの複合部材線であっても良いし、リッツ線（エナメル線等を撚り線にしたもの）であってもよい。なお、何れの線材でも、誘電コイルでのジュール損を抑えるために、誘導コイルの全抵抗値を０．５Ω以下、望ましくは０．１Ω以下とすることが好ましい。また、誘導コイルは１つ配置しても、定着させる記録紙のサイズに応じて複数個配置してもかまわない。

励磁回路４は、この磁界発生部３の誘導コイルに高周波電流を流すものであり、これにより、交番磁界を発生させて加熱ローラ１に印加する。加熱ローラ１に交番磁界を印加させると、加熱ローラ１の導電層１３が発熱する。

制御部６はＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成され、励磁回路４に流す高周波電流を制御する。これにより、加熱ローラ１の温度が一定温度に制御される。なお、ニップ部入り口近傍の加熱ローラ１の外周には、サーミスタ１０が配設されており、加熱ローラ１の表面温度を検知して検知信号を出す。制御部６は、このサーミスター１０の検知信号に応じて、励磁回路４を制御し、加熱ローラ１の温度を一定温度に制御する。

また、駆動部５は加熱ローラ１を回転駆動させるものであり、記録紙８の搬送に応じて加熱ローラ１を回転させることで、未定着トナー７ａを載せた記録紙８画像を搬送しながら、トナー７ａを熱と圧力により記録紙８に定着させる。なお、駆動部５の動作は制御部６によって制御される。

以上のような誘電加熱方式の定着装置４０は、第１に超低熱容量構造を達成できるという利点がある。これは、トナー７ａの溶融定着に必要な熱を保持する熱受容体層（導電層１３＋第２の弾性層１４＋離型層１５）が薄層化されるためである。熱を保持するべき熱受容体層が低熱容量であると、小さなエネルギーで加熱ができ、ウォームアップの時間も短縮化できる。

第２に、離型層１５が非常に薄層であることから、第２の弾性層１４の柔軟性を良好に表面に伝えるので柔軟性に富み、且つ第１の弾性層１２により上記熱受容体層以外の部分で加熱ローラ１の柔軟性を上げられるので、第２の弾性層１４が薄層であるにも関わらず、ニップ部で歪みを生じさせることができると同時に、ワイドニップが形成可能である。

第３に、熱源となる導電層１３が加熱ローラ１表面近傍に設けられるとともに、加熱ローラ１外部に設けた誘導加熱コイルを用いて発熱するので、熱量のロスが少なくなる。したがって、熱応答性が大幅に向上するのでウォームアップの時間が短縮でき、また省エネルギー化にもつながる。

〔実施の形態２〕
次に、図３を用いて、定着装置４０の代わりに定着装置（加熱装置）６０を用いた画像形成装置の例を説明する。なお、定着装置６０以外の構成は、実施の形態１と同じである。

定着装置６０は、加熱ローラ６８と、加圧ローラ６９と、定着ローラ７０と、無端ベルト６３を備え、記録紙上の未定着のトナーを溶融して、記録紙上に固着させる。

加熱ローラ６８は、蓄熱ができる円筒６２（例えば、厚さ０．２ｍｍ外径３０ｍｍのアルミニウム製の円筒）と、その内部に配置された例えばハロゲンランプなどの熱源６１からなり、定着に必要な熱を定着ベルト６３に与えるものである。なお、熱効率を上げるためには、加熱ローラ内部に発熱層を設け、別途設けた給電手段により発熱層に電流を通電させ、発熱層を加熱するたダイレクトヒーティング（ＤＨ）方式によって加熱してもよい。これにより、さらにウォームアップ時間の短縮を図ることが可能である。

定着ローラ７０は、円筒６４（例えば、厚さ厚さ3ｍｍ外径28ｍｍのアルミ製の円筒）と、その表面に形成されたスポンジ層６５（例えば、厚さ6ｍｍのシリコンスポンジゴム層）とからなり、加圧ローラ６９と圧接してニップ部を形成し、記録紙に圧力を与える。

加圧ローラ６９は、円筒６６（例えば、厚さ3ｍｍ外径20ｍｍの鉄製の円筒）と、その表面に形成された弾性層６７（例えば、厚さ5ｍｍのシリコンゴム層）とからなり、加圧ローラ６９と圧接してニップ部を形成し、記録紙に圧力を与える。なお、加圧ローラ６９は、定着ローラ７０よりも固い硬度を有するローラとする。

無端ベルト６３は、上記加熱ローラ６８と定着ローラ７０とに渡って巻回された無端ベルトであり、加熱ローラ６８から与えられた熱を保持して、定着ローラ７０と加圧ローラ６９により形成されたニップ部にて、記録紙に熱と圧力とを与える。

無端ベルト６３の構造を図４に示す断面図を用いて説明する。無端ベルト６３は、基層（蓄熱部）８０に弾性層８１と離型層８２とを積層させた構成であり、内側に（つまり、加熱ローラ６８や定着ローラ７０と接する側）に基層８０が、外側（つまり、記録紙や加圧ローラ６９と接する側）に離型層８２がくるように配置する。

上記基層８０は、良好に加熱ローラ６８からの熱を受けて保持できるものであればよく、例えば厚さ８０ｍｍ程度のポリイミドからなるものが好ましい。

弾性層８１は、記録紙とトナーの凹凸に追従できる程度の柔軟性を与えるものであり、例えば、厚み150μｍで、硬度20（JIS-Aの硬度計使用）のシリコーンゴムを使用できる。弾性層８１の材料としては、耐熱性に優れ、ゴム弾性を有するものであればよく、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が挙げられる。この中でも、特にゴム弾性が優れているシリコーンゴムを用いるのが望ましい。

弾性層８０の厚さとしては、５０μｍ以上３００μｍ以下とすることが好ましい。弾性層８１が３００μｍより大きくなると加熱部材自身の熱容量が大きくなるので、ウォームアップ時間がより長くなり、また、加熱のためのエネルギーが大きくなる。

離型層８２は、加熱され粘度が低下したトナーが定着ベルト６３側に付着するのを防止する役割を有する。離型層８２としては、厚さ３μｍのＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）を使用している。離型層１５の材料としては、耐久性に優れ、熱を用いずに薄膜状に形成することができるＤＬＣ膜を用いることが好ましい。しかし、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）や、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系材料を使用してもよい。

離型層８２の厚さは、５μｍ以下とすることが好ましい。これは、弾性層８１の上記した凹凸の追従性を損なわないためには、離型層８２の厚さを５μｍ以下とすることが必要となるからである。また、離型層１５を５μｍ以下とすることで、離型層１５の熱容量の小さくできる。

特に、ＤＬＣ膜を用いる場合は、３μｍ以上とすることが好ましい。ＤＬＣ膜は耐久性に優れ、従来のフッ素コーティング（ＰＴＦＥ；ポリテトラフルオロエチレン）の1/9の磨耗性であることが分かっている（非特許文献２参照）。言い換えると、ＤＬＣ膜が、磨耗を従来のフッ素樹脂（ＰＴＦＥ：ポリテトラフルオロエチレン）の９分の１に抑えることができるのである。ここで、従来のＰＦＡでは２０μｍあれば耐久性は十分である事がわかっているので、磨耗性から判断してＤＬＣ膜の場合３μｍ以上の厚さがあれば十分な耐久性があることがわかる。

以上、実施の形態として、芯金上に弾性層、離型層の順に形成した定着ローラ、基層状に弾性層、離型層を形成した定着ベルト（フィルム）について説明したが、本発明は、加熱される蓄熱部上に、弾性層、離型層を形成する加熱装置であれば、どのようなものにも適用できる。例えば、湿式電子写真機器における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置等にも好適に実施される。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

また、本発明は、発熱あるいは加熱される薄膜の基材上に弾性層、離型層の順で形成された加熱回転部材と、回転加熱部材に圧接される加圧部材と、加熱回転部材を加熱する加熱手段を少なくとも備える加熱装置において、離型層の厚みｄが0μm＜ｄ≦５μｍの範囲に形成されている構成であってもよい。

また、上記離型層がDLC膜により形成されていてもよい。この場合、上記加熱装置の離型層の厚みｄが、３μｍ≦ｄ≦５μｍの範囲であることが好ましい。

また、上記弾性層の厚みｔ1が50μｍ≦ｔ1≦300μｍ以下であってもよい。

また、上記基材の厚みｔが10μｍ≦ｔ≦100μｍであってもよい。

また、上記加熱装置において、加熱手段が基材に交番磁界を印加して誘導電流を発生させる誘導加熱手段であってもよい。

また、本発明の画像形成装置は、以上の加熱装置を備えるものであってもよい。

実施の形態１の定着装置４０を有する画像形成装置において、加熱ローラ１の離型層１５の厚みを０μｍ〜１０μｍに変更して形成された画像品質を評価する実験を行った。つまり、加熱ローラとして、外径２８ｍｍの中空のアルミニウム円筒（芯金１１）に、厚さ６ｍｍの断熱性・耐熱性を有する発泡性シリコーンスポンジ（第１の弾性層１２）、厚さ４０μｍのニッケル（導電層１３）、１５０μmのゴム硬度２０度（ＪＩＳ−Ａ硬度計）のシリコーンゴム（第２の弾性層１４）、ＤＬＣ膜０〜１０μｍ（離型層１５）を積層させたものを用い、加圧ローラ２として、外径２０．０μｍの鉄製の円筒に厚さ５ｍｍの耐熱性シリコーンゴムを積層したものを用いた。なお、ＤＬＣ膜０μｍとは、離型層を設けない場合である。画像品質の評価は、定着後のトナー像に光沢むらが生じたか否かを、目視にて評価した。

画像形成の条件を以下に記載する。トナーは、ワックスを内包したカラー用オイルレストナー（ポリエステル樹脂、スチレンアクリル樹脂）を使用した。トナーの粒径は8.5μｍであり、このトナーの記録紙の面積単位毎の付着量は1.5mg/cm²である。記録紙は、75ｇの普通紙を使用した。プロセス速度は、100mm/sであり、加熱ローラ１の表面温度（定着温度）が170℃となるようにした。

上記条件で作成した未定着画像（べた画像）サンプルを定着装置４０に通紙して、定着後のサンプルの光沢むらの有無を目視にて評価した。結果を表１に示す。なお、光沢ムラ発生が無い場合は「○」とし、光沢ムラ発生がある場合は、「×」としている。これによれば、定着装置４０の場合は離型層１５を１０μｍより小さく、より具体的には５μｍ以下とすることで、記録紙に光沢むらが生じなくなる事がわかる。

次に、上記の画像形成装置において、ＤＬＣ膜を３μｍに設定し、第２の弾性層１４の厚みを５０μｍ〜４００μｍに変更して、ウォームアップ所要時間（交番電界印加開始から加熱ローラ１が１７０℃になるまでの時間）を測定する実験を行った。結果を図４に示す。

これによると、第２の弾性層を３００μｍ以下とすることで、ウォームアップ時間を１５秒以下にできる。この場合、ウォームアップ時間が、複写機においてコピー読み取り動作から紙が印字され排出されるまでの時間である１５秒より短くなっているので、使用者が不便さを感じないレベルにまでウォームアップ時間を短縮できたといえる。

本発明の加熱装置は、離型層を５μｍ以下であるため、離型層自身の熱容量が小さくなり、また、弾性層の持つ柔軟性がより良好に加熱部材の表面に伝えられるため、弾性層の厚さを薄くしても、被加熱材を均一に加熱できるので、弾性層の厚みを薄くすることができる。このように、離型層、弾性層を薄くした場合、熱容量が小さくなり、加熱装置のウォームアップ時間が短縮化でき、また、少ないエネルギーにて加熱が行える。

この加熱装置は、蓄熱する蓄熱部に、弾性層、離型層の順に形成した加熱装置すべてに適用可能であり、例えば乾式電子写真機器における定着装置、湿式電子写真機器における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置等で好適に実施される。定着装置としては、記録紙に接触して熱を伝える部材である、加熱ローラや定着ベルト（フィルム）として適用できる。

本発明の実施の一形態であるの画像形成装置の構成を簡略化して示した図面である。 図１の画像形成装置の加熱装置の構成を簡略化して示した断面図である。 本発明の他の実施の一形態である加熱装置の構成を簡略化して示した断面図である。 図３の加熱装置の定着ベルトの構造を示す断面図である。 図１の画像形成装置の第２の弾性層の肉厚を変化させたときの肉厚とウォームアップ時間との関係を示す図面である。 従来の加熱装置にてトナー像を定着させる様子を示す断面図であり、（ａ）は弾性層を有さない加熱装置の場合を、（ｂ）は弾性層を有する加熱装置の場合を示している。

符号の説明

１ 加熱ローラ（加熱部材）
２ 加圧ローラ（加圧部材）
３ 磁界発生部
４ 励磁回路
５ 駆動部
６ 制御部
９ 被加熱材
１１ 芯金
１２ 第１の弾性層（内部弾性層）
１３ 導電層（蓄熱部）
１４ 第２の弾性層（弾性層）
１５ 離型層
４０ 定着装置（加熱装置）
６０ 定着装置（加熱装置）
６３ 定着ベルト（加熱部材）
６８ 加熱ローラ
６９ 加圧ローラ（加圧部材）
７０ 定着ローラ
８０ 基層（蓄熱部）
８１ 弾性層
８２ 離型層

Claims (9)

1. 発熱してあるいは加熱されて熱を保持している蓄熱部に、少なくとも、弾性を有する素材からなる弾性層と、離型性を有する離型層と、をこの順に形成させた加熱部材と、
   被加熱材を上記加熱部材の離型層に圧接させる加圧部材と、を備える加熱装置において、
   上記離型層の厚みが５μｍ以下であることを特徴とする加熱装置。
2. 上記離型層がダイヤモンドライクカーボンにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
3. 上記離型層の厚みが、３μｍ以上であることを特徴とする請求項２記載の加熱装置。
4. 上記弾性層の厚みが５０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の加熱装置。
5. 上記蓄熱部の厚みが１０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の加熱装置。
6. 上記加熱部材が、円柱状の芯金の周囲に、内部弾性層、層状の蓄熱部、弾性層、離型層をこの順に形成させたものであることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の加熱装置。
7. 上記蓄熱部が、交番磁界を印加されることにより、誘導電流を発生して発熱するものであることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の加熱装置。
8. 記録媒体に付着したトナーを加熱して定着させるために使用される請求項１から７の何れか１項に記載の加熱装置。
9. 請求項８に記載の加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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