JP2005242333A - 可撓性スリーブを有する像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性スリーブ１０を用いた像加熱装置において、可撓性スリーブの耐久時における疲労劣化を防止して装置の耐久性を向上させること、常に安定した加熱性能、定着性能が得られるようにすること。
【解決手段】記録材上に形成された像を加熱する像加熱装置において、可撓性スリーブ１０と、スリーブの外周面に接触しスリーブを回転させる駆動ローラ３０と、スリーブの内周面に接触しスリーブを間に挟んで駆動ローラと共にニップ部Ｎを形成する摺動部材と、スリーブの母線方向端部の内周面に対向する対向領域を有する内面規制部材２０１と、を有し、記録材はニップ部で挟持搬送され、内面規制部材の対向領域の輪郭は、装置に内面規制部材を取り付けていない状態でスリーブを駆動ローラで回転させた時のスリーブの端面の輪郭と略相似形である。
【選択図】図７

Description

本発明は複写機やプリンタに搭載する定着器として用いれば好適な像加熱装置に関し、特に、可撓性スリーブを用いた像加熱装置に関する。

電子写真複写機やプリンタ等の画像形成装置における定着装置を例にして説明する。画像形成装置において、電子写真プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段で被記録材（用紙）に間接（転写）あるいは直接に形成担持させた未定着トナー画像を被記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定着装置（定着器）としては従来より熱ローラ方式の加熱装置が広く用いられている。

近年では、クイックスタートや省エネルギーの観点からフィルム加熱方式の装置が実用化されている。また金属からなるフィルム自身を発熱させる電磁誘導加熱方式の加熱装置も提案されている。

ａ）フィルム加熱方式の定着装置
フィルム加熱方式の定着装置は、例えば特許文献１〜８等に提案されている。即ち、加熱体としてのセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルム（以下、定着フィルムと記す）を挟ませて圧接ニップ部（以下、定着ニップ部と記す）を形成させ、該定着ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間に未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入して定着フィルムと一緒に挟持搬送させることで、定着フィルムを介してセラミックヒータの熱を与えながら定着ニップ部の加圧力で未定着トナー画像を被記録材面に定着させるものである。

このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータ及びフィルムに低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができ、画像形成実行時のみ熱源のセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電力）等の利点がある。

また、特許文献３〜８に記載されているものは、加圧ローラを駆動することによってフィルム（可撓性スリーブ）を従動回転させるもの（加圧ローラ駆動タイプ）であり、可撓性スリーブ内に駆動ローラとテンションローラを設けて可撓性スリーブを回転させるタイプに比べて、構造が簡単であるというメリットがあるものである。

ｂ）電磁誘導加熱方式の定着装置
例えば特許文献９には、磁束により定着フィルムの金属層（発熱層）に渦電流を誘導させて、そのジュール熱で発熱させる誘導加熱定着装置が開示されている。これは、誘導電流の発生を利用することで直接定着フィルムを発熱させることができ、ハロゲンランプを熱源とする熱ローラ方式の定着装置よりも高効率の定着プロセスを達成している。

図１４に、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップ部に集中させて効率を向上させた電磁誘導加熱方式の定着装置の一例の概略構成を示す。この定着装置は、金属層を有する定着フィルム（可撓性スリーブ）１０と、このフィルムの内面に配置されたフィルムガイド部材１６Ｃと、励磁コイル１８及び磁性コア１７を有する磁場発生手投１５と、フィルム１０を回転させる加圧ローラ３０と、を有する。この例ではフィルムガイド部材１６Ｃと加圧ローラ３０によって記録紙Ｐを搬送するニップ部Ｎが形成されている。励磁コイル１８に通電すると定着フィルム１０の金属層に渦電流が発生し、定着フィルムが発熱する。この熱により記録紙Ｐ上のトナー像ｔを加熱定着する。

上述のように、可撓性スリーブを介してヒータによりトナー像を加熱する方式の定着装置や、可撓性スリーブ自体を発熱させてトナー像を加熱する方式の定着装置、いずれも可撓性スリーブを用いるものである。

このような可撓性スリーブを用いる定着装置、特に金属製の可撓性スリーブを用いるものでは金属疲労によるスリーブの破断を考慮する必要がある。また、上述した可撓性スリーブを用いた装置のうち加圧ローラ駆動タイプの装置は、構造が簡単でしかも可撓性スリーブに与える負荷は小さく出来る。しかしながら特に金属製の可撓性スリーブを用いる場合は、加圧ローラ駆動タイプの装置であっても金属疲労によるスリーブの破断を考慮する必要がある。例えば、スリーブ１０が加圧ローラ３０で駆動された際、スリーブ１０が母線方向の片側に寄るが、その寄り力が強い場合、母線方向端部に座屈応力が発生し疲労現象を加速する。または、その寄り力によって端部に大きい摩擦力が働くので、スリーブ１０がスリーブ１０の突き当たっている面に対し、うまく摺動できず、局部的に過変形することで、疲労現象を加速する。

このように金属製の可撓性スリーブはポリイミド等の樹脂製の可撓性スリーブに比べ破断しやすく、したがって可撓性スリーブの金属疲労を考慮し、これを抑えるための設計が種々成されてきた。
特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平２−１５７８７８号公報 特開平４−４４０７５号公報 特開平４−２０４９８０号公報 特開２００１−１８３９３０号公報 特開２００３−３１６１８０号公報 特開２００４−２９６５８号公報 特許第３１２４３７５号公報 特開平７−１１４２７６号公報

ところで、本発明者らは、可撓性スリーブの金属疲労を招いてしまう新たな要因を見出した。

その要因とは、スリーブ１０が加圧ローラ３０で駆動された際、スリーブが自然にありたい形に変形するにも拘わらずそれを無理やり別な形に部分的に矯正してしまっており、その結果、スリーブに部分的に作用する応力が大きくなり疲労現象を加速するというものである。

本発明は上述の課題に鑑み成されたものであり、その目的は、可撓性スリーブの耐久性を高めることができる像加熱装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、可撓性スリーブに作用する応力を軽減できる像加熱装置を提供することにある。

本発明の更なる目的は添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。

上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の構成は、可撓性スリーブと、前記スリーブの外周面に接触し前記スリーブを回転させる駆動ローラと、前記スリーブの内周面に接触し前記スリーブを間に挟んで前記駆動ローラと共にニップ部を形成する摺動部材と、前記スリーブの母線方向端部の内周面に対向する対向領域を有する内面規制部材と、を有し、記録材を前記ニップ部で挟持搬送しつつ記録材に形成された像を加熱する像加熱装置において、前記内面規制部材の前記対向領域の輪郭は、前記装置に前記内面規制部材を取り付けていない状態で前記スリーブを前記駆動ローラで回転させた時の前記スリーブの端面の輪郭と略相似形であることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の他の構成は、可撓性スリーブと、前記スリーブの外周面に接触し前記スリーブを回転させる駆動ローラと、前記スリーブの内周面に接触し前記スリーブを間に挟んで前記駆動ローラと共にニップ部を形成する摺動部材と、前記スリーブの母線方向端部の内周面に対向する対向領域を有する内面規制部材と、を有し、記録材を前記ニップ部で挟持搬送しつつ記録材に形成された像を加熱する像加熱装置において、前記内面規制部材の前記対向領域の輪郭は、前記装置に前記内面規制部材を取り付けておらず且つ前記スリーブの端面を板状測定板に突き当てた状態で前記スリーブを前記駆動ローラで回転させた時に、前記板状測定板に形成される回転軌跡と略相似形であるであることを特徴とする。

上記の像加熱装置構成によれば、可撓性スリーブの耐久性を高めることができる。可撓性スリーブに作用する応力を軽減できる。

（１）定着装置（像加熱装置）１００
Ａ）装置の全体的構成
本例において定着装置は電磁誘導加熱方式の装置である。図１は本例の定着装置１００の要部の横断側面模型図、図２は要部の正面模型図である。

本例装置１００は、定着スリーブ（可撓性スリーブ）としてフィルム状・円筒状の電磁誘導発熱スリーブを用いており、加圧ローラ（駆動ローラ）をモータで駆動することにより定着スリーブを回転させる加圧ローラ駆動方式の電磁誘導加熱定着装置である。前述した図１４の装置と共通の構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。

磁場発生手投１５は磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８からなる。

磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃは高透磁率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。

励磁コイル１８の給電部１８ａ・１８ｂ（図３）に励磁回路２７を接続してある。この励磁回路２７は２０ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波をスイッチング電源で発生できるようになっている。

励磁コイル１８は励磁回路２７から供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。

１６ａ・１６ｂは横断面略半円弧状樋型のスリーブガイド部材であり、開口側を互いに向かい合わせて略円柱体を構成し、外側に円筒状回転体として全長ＬＦ＝２８３ｍｍ、外径３４ｍｍの電磁誘導発熱スリーブ１０を円柱状のスリーブガイド部材１６に対して隙間をあけてルーズに外嵌させてある。

前記スリーブガイド部材１６ａは、磁場発生手段１５としての磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃと励磁コイル１８を内側に保持している。

また、スリーブガイド部材１６ａにはスリーブ１０の内周面と接触する良熱伝導性部材（摺動部材）４０が取り付けられており、スリーブ１０を間に挟んで良熱伝導性部材４０と加圧ローラ３０とで定着ニップ部Ｎを形成している。

本例においては、良熱伝導性部材４０に厚さ１ｍｍのアルミニウムを用いている。

また、良熱伝導性部材４０は磁場発生手投１５である励磁コイル１８と磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃから発生する磁場の影響を受けないように、この磁場の外に配設してある。

具体的には、励磁コイル１８に対して磁性コア１７ｂ・１７ｃを隔てた位置に配設し、且つ、良熱伝導性部材４０は磁性コア１７ｂ・１７ｃを境に励磁コイル１８とは反対側に配置することにより、良熱伝導性部材４０を励磁コイル１８による磁路の外側に位置させて良熱伝導性部材４０に磁場の影響を与えないようにしている。

２２は良熱伝導性部材４０のニップ部Ｎに対応する部分の裏面側とスリーブガイド部材１６ｂの内面平面部とに当接させて配設した横長の加圧用剛性ステイである。

１９は、磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８と、加圧用剛性ステイ２２と、の間を絶縁するための絶縁部材である。

スリーブガイド部材１６ａよりも更に両端側、即ちスリーブ１０の母線方向両端部に対応する位置には、それぞれ内面規制部材２０１ａと２０１ｂが設けられ、それぞれは、更に外側に設けられたスリーブ端部規制部材２０２ａと２０２ｂに固定されている。本実施形態では内面規制部材２０１と端部規制部材２０２は別々の部品であるが、一体成型体にしても良い。スリーブ端部規制部材２０２ａと２０２ｂはスリーブ１０の端面に対向しており、スリーブ１０が長手方向（母線方向）に動いていった場合に移動を規制する役割を果たし、スリーブが長手方向の所定の位置に留まるようにしている。内面規制部材２０１ａと２０１ｂについては後記（Ｄ）項で詳述する。

駆動ローラとしての加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層３０ｂ及び、表層の離型層３０ｃとしてＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰ等のフッ素樹脂層（厚さ１０μｍ〜１００μｍ程度）で構成されており、芯金３０ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。本実施例では、加圧面長ＬＲ＝２５０ｍｍ、外径２０ｍｍの加圧ローラ３０を用いた。従って、前記スリーブ１０の全長ＬＦは加圧ローラ３０の当接面長ＬＲよりも大きい。また、スリーブ１０と加圧ローラ３０の長手方向（母線方向）の位置関係は、図２のように両端部共にスリーブの端部と加圧ローラの端部との間に距離が存在する位置関係である。したがってニップ部Ｎの長手方向の長さは加圧ローラの弾性層の長手方向の長さと略等しい。

加圧用剛性ステイ２２の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材２９ａ・２９ｂとの間にそれぞれ加圧バネ２５ａ・２５ｂを縮設することで加圧用剛性ステイ２２に押し下げ力を作用させている。これにより良熱伝導性部材４０のニップ部Ｎに対応する部分の下面と加圧ローラ３０の上面とが定着スリーブ１０を挟んで圧接して所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

本実施例では、ニップ部Ｎでの加圧ローラ３０による押圧力（線圧力）を７．８Ｎ／ｃｍ（８００ｇ／ｃｍ）程度とした。

ここで、ニップＮの幅をある程度確保するには、加圧ローラ３０の硬度が高すぎると好ましくない。加圧ローラ３０の硬度は、ニップ確保のため上限７５度、機械強度を考慮して下限４５度程度（加圧ローラの表層上からのアスカーＣ硬度測定値、９．８Ｎ（１ｋｇ加重）時）の範囲とするのが望ましい。

本実施例では、加圧ローラ３０の硬度を約５６度とし、ニップ量（記録紙搬送方向の幅）Ｎを７ｍｍ程度とした。

加圧ローラ３０は駆動手段Ｍにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ３０の回転駆動により、前記加圧ローラ３０との外面との摩擦力でスリーブ１０に回転力が作用し、前記スリーブ１０がその内面が定着ニップＮにおいて良熱伝導性部材４０の下面に密着して摺動しながら矢示の時計方向に加圧ローラ３０の周速度にほぼ対応した周速度をもってスリーブガイド部材１６ａ・１６ｂの外周を回転する。ただし、スリーブ１０が回転する時のスリーブ１０内周面が接触するスリーブガイド部材外周面領域は、ニップ部Ｎのスリーブ回転方向上流側端部から数ミリ程度であり、ニップ部Ｎのスリーブ回転方向下流側端部より下流側は殆ど接触しない。つまり、スリーブ１０内周面は、スリーブ１０が回転している時でもスリーブガイド部材１６ａ・１６ｂの外周面とは殆ど接触しておらず、ニップ部Ｎで摺動部材４０（正確には後述する潤滑層４１）と接触しているだけである。本実施例のスリーブガイド部材１６ａ・１６ｂは、スリーブ１０が回転している時に突発的に変形した場合の変形量を抑える機能しかない。

また、定着ニップ部Ｎにおける良熱伝導性部材４０の下面とスリーブ１０の内面との相互摺動摩擦力を低減化させるために定着ニップ部Ｎの良熱伝導性部材４０の下面とスリーブ１０の内面との間に耐熱性グリスなどの潤滑剤を介在させる、あるいは良熱伝導性部材４０の下面を潤滑層４１で被覆することでニップＮでのスリーブ１０の摺動性を向上させることもできる。これは、良熱伝導性部材４０としてアルミニウムを用いた場合のように表面滑り性が材質的によくない或いは仕上げ加工を簡素化した場合に、摺動するスリーブ１０に傷をつけてスリーブ１０の耐久性が悪化してしまうことを防ぐものである。

良熱伝導性部材４０はスリーブ１０の長手方向の温度分布を均一にする効果があり、例えば、記録材Ｐとして小サイズ紙を通祇した場合、スリーブ１０での非通紙部の熱が、良熱伝導性部材４０へ伝熱し、良熱伝導性部材４０における長手方向の熱伝導により、非通紙部の熱が小サイズ紙通紙部へ伝熱される。これにより、小サイズ紙通紙時の消費電力を低減させる効果も得られる。

また、図３に示すように、スリーブガイド部材１６ａの周面に、その長手に沿い所定の間隔を置いて凸リブ部１６ｅを形成具備させ、万一スリーブ１０がスリーブガイド部材１６に触れたとしても、スリーブガイド部材１６とスリーブ１０の内面との接触摺動抵抗を低減させてスリーブ１０の回転負荷を少なくしている。このような凸リブ部１６ｅはスリーブガイド部材１６ｂにも同様に形成具備することができる。

このとき、凸リブ部１６ｅは、あくまでスリーブ１０を万一のときにガイドするもので、積極的にスリーブ１０と摺動させ位置規制を行う構造にはしていない。スリーブ１０の位置規制および形状規制については、本発明の主となる部分なので、Ｄ）内面規制部材２０１（ａ・ｂ）のところで後述する。

図４は交番磁束の発生の様子を模式的に表したものである。磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表す。

磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃに導かれた交番磁束Ｃは、磁性コア１７ａと磁性コア１７ｂとの間、そして磁性コア１７ａと磁性コア１７ｃとの間においてスリーブ１０の電磁誘導発熱層１に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層１の固有抵抗によって電磁誘導発熱層１にジュール熱（渦電流損）を発生させる。

ここでの発熱量Ｑは電磁誘導発熱層１を通る磁束の密度によって決まり、図４のグラフような分布を示す。図４のグラフは、縦軸が磁性コア１７ａの中心を０とした角度φで表したスリーブ１０における円周方向の位置を示し、横軸がスリーブ１０の電磁誘導発熱層１での発熱量Ｑを示す。ここで、発熱域Ｈは最大発熱量をＱとした場合、発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義する。これは、定着に必要な発熱量が得られる領域である。

この定着ニップ部Ｎの温度は、温度検知手段２６（図１）を含む温調系により励磁コイル１８に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。

温度検知手段２６はスリーブ１０の温度を検知するサーミスタなどの温度センサであり、本例においてはこの温度センサ２６で測定したスリーブ１０の温度情報をもとに定着ニップ都Ｎの温度を制御するようにしている。

而して、スリーブ１０が回転し、励磁回路２７から励磁コイル１８への給電により上記のようにスリーブ１０の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温調された状態において、画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像ｔが形成された記録材Ｐが定着ニップ部Ｎのスリーブ１０と加圧ローラ３０との間に画像面が上向き、即ちスリーブ面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面がスリーブ１０の外面に密着してスリーブ１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。

この定着ニップ部Ｎをスリーブ１０と一緒に記録材Ｐが挟持搬送されていく過程においてスリーブ１０の電磁誘導発熱で加熱されて記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。

記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過するとスリーブ１０の外面から分離して排出搬送されていく。

記録材Ｐ上の定着済みトナー画像は定着ニップ部通過後、冷却して永久固着像となる。

本例においては、図１に示すように、スリーブ１０の発熱域の対向位置に暴走時の励磁コイル１８への給電を遮断するため感熱素子であるサーモスイッチ６０を配設している。

Ｂ）励磁コイル１８
励磁コイル１８はコイル（線輪）を構成させる導線（電線）として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の細線を複数本束ねたもの（束線）を用い、これをコア１７ａの長手方向周りに複数回巻いて励磁コイルを形成している。本例では１０ターン巻いて励磁コイル１８を形成している。

絶縁被覆はスリーブ１０の発熱による熱伝導を考慮して耐熱性を有する被覆を用いるのがよい。たとえば、アミドイミドやポリイミドなどの被覆を用いるとよい。

励磁コイル１８は外部から圧力を加えて密集度を向上させてもよい。

励磁コイル１８の形状は、図１・図４のようにスリーブ１０の発熱層１の曲面に沿うようにしている。本例ではスリーブ１０の発熱層１と励磁コイル１８との間の距離は約２ｍｍになるように設定した。

スリーブガイド部材（励磁コイル保持部材）１６ａ・１６ｂの材質としては絶縁性に渡れ、耐熱性がよいものがよい。例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＬＣＰ樹脂などを選択するとよい。

磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８と、スリーブ１０の発熱層１との間の距離はできる限り近づけた方が磁束の吸収効率が高いのであるが、この距離が５ｍｍを越えるとこの効率が著しく低下するため５ｍｍ以内にするのがよい。また、５ｍｍ以内であればスリーブ１０の発熱層１と励磁コイル１８の距離が一定である必要はない。

Ｃ）スリーブ（可撓性スリーブ）１０
図５の（ａ）は本例におけるスリーブ１０の層構成模型図である。本例のスリーブ１０は、電磁誘導発熱性のスリーブ１０の基層となる金属スリーブ等でできた発熱層１と、その外面に積層した弾性層２と、その外面に積層した離型層３の複合構造のものである。

発熱層１と弾性層２との間の接着、弾性層２と離型層３との間の接着のため、各層間にプライマー層（不図示）を設けてもよい。

略円筒形状であるスリーブ１０において発熱層１が内面側であり、離型層３が外面側である。前述したように、発熱層１に交番磁束が作用することで前記発熱層１に渦電流が発生して前記発熱層１が発熱する。その熱が弾性層２・離型層３を介してスリーブ１０を加熱し、前記定着ニップＮに通紙される記録材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。

ａ．発熱層１
発熱層１はニッケル、鉄、強磁性ＳＵＳ(Steel Use Stainless)、ニッケル−コバルト合金といった強磁性体の金属を用いるとよい。

非磁性の金属でも良いが、より好ましくは磁束の吸収の良いニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバルト−ニッケル合金等の金属が良い。その厚みは次の式で表される表皮深さより厚くかつ２００μｍ以下にすることが好ましい。表皮深さはσ［ｍｍ］は、励磁回路２７の周波数ｆ［Ｈｚ］と透磁率μと固有抵抗ρ［Ωｍ］で
σ＝５０３×（ρ／ｆμ）^１／２
と表される。

発熱層１の厚さは好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは２０μｍ〜１００μｍがよい。発熱層１の厚みが１μｍよりも小さいとほとんどの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪くなる。更に、機械的強度の観点からは、発熱層１の厚さは２０μｍ程度以上であることが望ましい。

また、発熱層１が１００μｍを超えると剛性が高くなりすぎ、また屈曲性が悪くなり回転体として使用するには現実的ではない。従って、発熱層１の厚みは１〜１００μｍ、機械的強度を考慮して、より好ましくは２０μｍ〜１００μｍの範囲で決定するのが好ましい。本例では、５０μｍの厚さのニッケル電鋳メッキ品を用いた。

ｂ．弾性層２
弾性層２は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよく、熱伝導率がよい材質である。

定着時に発生する画像上のこまかいモザイク状欠陥を防止するのに、この弾性層が重要となる。すなわち、ワックス内包トナー使用時においては、シャープメルト系トナー使用時と異なり、弾性層２のやわらかさを反映してスリーブ１０の表層である離型層３がトナー自体をつつみ込む効果がモザイク状欠落を防止するのに必要である。

このために弾性層２としては、ゴム単体での硬度がＪＩＳ−Ａ測定、すなわちＪＩＳ−Ｋ６３０１のＡ型硬度計により規定される硬度にて３０度以下、より好ましくは２５度以下、厚さは５０μｍ以上より好ましくは１００μｍ以上とする必要がある。

一方、弾性層２の厚さが５００μｍを超えると弾性層の熱抵抗が大きくなりすぎてしまい、クイックスタートが実現困難（１０００μｍ以上ではほぼ不可能）となる。このため、弾性層２の厚さは５００μｍ以下とするのが望ましい。

また、弾性層２の熱伝導率λに関しては、２．５×１０^−１〜８．４×１０^−１［Ｗ／ｍ／℃］熱伝導率λが２．５×１０^−１［Ｗ／ｍ／℃］よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、スリーブの表層（離型層３）における温度上昇が遅くなる。

熱伝導率λが８．４×１０^−１［Ｗ／ｍ／℃］よりも大きい場合には、硬度が高くなりすぎたり、圧縮永久歪みが悪化する。

よって、熱伝導率λは２．５×１０^−１〜８．４×１０^−１［Ｗ／ｍ／℃］がよい。より好ましくは３．３×１０^−１〜６．３×１０^−１［Ｗ／ｍ／℃］（８×１０^−４〜１．５×１０^−３［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］）がよい。

本実施例ではゴム硬度が単体の硬度で１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率が４．２×１０^−１［Ｗ／ｍ／℃］（１×１０^−３［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］）、厚さが３００μｍのシリコーンゴムを用いた。

ｃ．離型層３
離型層３はフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる。離型層３はこのようなフッ素系樹脂のチューブ層あるいは樹脂コート層にすることができる。

前述の弾性層２のやわらかさを十分に表面に伝えるためには、離型層３の厚さが最大でも１００μｍ以下より好ましくは８０μｍ以下である必要がある。１００μｍより大きいと、トナーをつつみ込む効果が発揮されなくなり、ベタ画像上にモザイク状欠落が発生する。

更に、弾性層２が薄くなるに従い、離型層３の厚さの上限値も小さくする必要が有る。本件出願人の検討の結果では、離型層３の厚さは最大でも弾性層２の厚さの１／３以下とする必要が有り、これ以上では弾性層２のやわらかさが表層まで十分に反映されなくなった。

一方、離型層３の厚さが５μｍを下回ると、弾性層に加わる機械的ストレスを緩和出来なくなり、弾性層や離型層自体が劣化してしまう。このため、離型層３の厚さの下限値として５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上が必要である。

本実施例では離型層３として厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いた。

上記弾性層２と離型層３相互の層厚の関係をまとめると、弾性層２の厚さをｔ１、離型層３の厚さをｔ２としたとき、５０μｍ≦ｔ１≦５００μｍ、５μｍ≦ｔ２≦１００μｍ、ｔ１≧３×ｔ２、であることが好ましい。

ｄ．断熱層４
また、図５の（ｂ）に示すように、スリーブ１０の構成において、発熱層１のスリーブガイド部材面側（発熱層１の弾性層２とは反対面側）に断熱層４を設けてもよい。

断熱層４としては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂などの耐熱樹脂がよい。

また、断熱層４の厚さとしては１０〜１０００μｍが好ましい。断熱層４の厚さが１０μｍよりも小さい場合には断熱効果が得られず、また、耐久性も不足する。一方、１０００μｍを超えると磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８から発熱層１までの距離が大きくなり、磁束が十分に発熱層１に吸収されなくなる。

断熱層４は、発熱層１に発生した熱がスリーブ１０の内側に向かわないように断熱できるので、断熱層４がない場合と比較して記録材Ｐ側への熱供給効率が良くなる。よって、消費電力を抑えることができる。

Ｄ）内面規制部材２０１（ａ・ｂ）
続いて、本発明の主となる内面規制部材２０１について説明する。

上述したように、本発明者らは、可撓性スリーブの金属疲労を招いてしまう新たな要因を見出した。その要因とは、スリーブ１０が加圧ローラ３０で駆動された際、スリーブが本来ありたい自然な形に変形するが、それを無理やり別な形に部分的に矯正した場合、部分的に応力が大きくなり疲労現象を加速する。そこで、この部分的に作用する応力による疲労現象をどのように解決したかを以下に述べる。

本発明者等は、まず、定着装置に本来取り付けられる内面規制部材２０１ａ、２０１ｂを取り付けていない状態（良熱伝導性部材４０と加圧ローラ３０の間に掛ける圧力は定着時と同じ圧力）で駆動させる（駆動速度は定着時と同じ）ことで、スリーブの自然にありたい形を求めた。このときスリーブ１０は、加圧ローラ３０と良熱伝導性部材４０に挟まれた状態で加圧ローラによって回転させられるために、その端面の輪郭は図６のようにいびつな形となる。

本発明者は、この変形状態をベースに、図７に示すようにスリーブ１０回転状態の端面の輪郭に略相似形状であり、かつこのスリーブ１０の内面との間に適当な隙間を設けた内面規制部材２０１をスリーブ１０の母線方向両端部の内面側に配置した。したがって内面規制部材２０１はスリーブの母線方向端部の内周面に対向する対向領域を有する。すなわち、内面規制部の外周面（対向領域）の形状（輪郭）は、スリーブ１０が、前記内面規制部が無い時に回転駆動された際に生じる形と略相似形状となるように設定した。なお、本実施例の内面規制部材の対向領域はスリーブ内面の周方向全域に存在する。

このような内面規制部材の対向領域の輪郭設定により、スリーブに作用する応力を抑えることができ、スリーブの耐久性が向上する。なお、本実施例の内面規制部材の対向領域は上述したようにスリーブ回転中のスリーブ端面の輪郭と略相似形の輪郭を有し、且つスリーブ内周長よりも短い輪郭を有するので、スリーブ回転中スリーブの内面と殆ど接触しないが、スリーブが突発的にイレギュラーな変形を起こした場合、スリーブ内面が内面規制部材の対向領域に接触することによりその変形を最小限に抑える機能を有するものである。なお、内面規制部材の対向領域はスリーブが回転している時の自然な形状を妨げなければ、スリーブ内面と接触しても構わない。従来の内面規制部材は、このようにスリーブ１０が本来ありたい自然な形を考慮したものではなかったので、スリーブ１０の端部は内面規制部材によって自然な形状ではない形状に変形させられ、一方、スリーブの中央部は本来ありたい形になろうとするため、長手方向にスリーブが曲がる力が働いてしまっていた。その状態を図８に示す。また、より詳しい図を図１５に示す。図１５のものは内面規制部材２０１として従来のものを使用した場合の、スリーブ回転時のスリーブの形状とスリーブ停止時のスリーブの形状を表した図である。図８や図１５のように、スリーブ１０は加圧ローラ３０によって駆動を受けると、矢印の方向（記録材搬送方向）に変形しようとする。しかしながら従来の内面規制部材はスリーブ回転時のスリーブ端面の輪郭（回転軌跡）と相似形ではないので、スリーブ母線方向（長手方向）において、スリーブの両端の内面規制部材に対応する二つの領域と、その間の領域（ニップ部の領域）と、の間で歪が生じてしまう。この歪、すなわちスリーブに作用する応力がスリーブの耐久性を下げる原因となっていた。

一方で内面規制部材２０１を本発明に示す形にすることによって、従来のようにスリーブ１０の本来ありたい自然な形を無理やり変える事がなくなるので、長手方向全域にわたり均一な自然な変形を形成することが可能となる。すなわち部分的に局部応力が加わる事を防止できるのである。

さらには、もしスリーブ１０の端面がスリーブ端部規制部材２０２の表面に引っかかり、突発的に異常な変形につながる力が加わったとしても、スリーブ１０の内面が内面規制部材２０１により確実にガイドされているので、その変形を防止することが可能となる。

内面規制部材２０１がない場合にスリーブの端面が端部規制部材２０２に引っかかると図９のαに示すようなスリーブの変形が起こり、局部応力によってスリーブ１０の破損につながる。したがって、本実施例の内面規制部材は、スリーブ回転中スリーブの内面と殆ど接触しないものであるが、突発的に発生するスリーブの変形を最小限に抑えるために必要な部品なのである。なお、上述したが本発明の内面規制部材はスリーブが回転している時の自然な形状を妨げなければ（即ちスリーブ回転時のスリーブ端面の輪郭と略相似形状であれば）、スリーブ内面と接触しても構わない。

内面規制部材の対向領域の輪郭をスリーブ回転時のスリーブ端面の輪郭と略相似形状にして、且つスリーブ内面と接触する大きさにした場合、スリーブ１０は、両端部に設けられた内面規制部材２０１よって加圧ローラの軸心に対するアライメントが確保されるというメリットがある。

尚、本実施例においては、本発明者等の検討の結果、スリーブ１０と内面規制部材２０１の隙間を０．５ｍｍとなるように設定した。これによりスリーブ１０の寄り力を著しく低減できたとともに、スリーブ１０の応力が局部的に上がらない構成を実現でき、耐久試験において５０万プリントでもまったく問題のない結果を得ることができた。

尚、本発明者等の検討において、スリーブ１０と内面規制部材２０１の隙間を１．５．ｍｍ以上に設定した場合には、スリーブ１０が突発的な変形を起こした際のスリーブ１０の端部内面をガイドする効果が薄れてしまうので隙間は１．５ｍｍ未満に設定するのが好ましい。

前記実施例１において、スリーブ１０と内面規制部材２０１に関して、耐久時（スリーブ回転時）に良好な動作を行うための内面規制部材２０１の形状について説明した。ここでは更なる性能向上のために、内面規制部材２０１の形状工夫について説明する。

前述したように、スリーブガイド部材１６でスリーブ１０をガイドした場合、スリーブガイド１６の接触により、スリーブ１０の熱が奪われ定着性に影響がでる等の問題があるという事を述べたが、この内面規制部材２０１についても、スリーブ１０の端部とは言え、スリーブ内面と接触する大きさにするとスリーブ１０の熱を多少奪うことは考えられる。

そこで、その影響を最小限に留めるために、内面規制部材２０１の外周に、適当な溝を設け、スリーブ１０と内面規制部材２０１の接触面積を減らすことが有効な手段となる。なお、本実施例においても内面規制部材の対向領域の輪郭はスリーブ回転中のスリーブ端面の輪郭と略相似形状である。

図１０に本実施形態における具体的な内面規制部材２０１の形状例を示す。

図１０の（ａ）は、断面方向で溝２０１ｓを形成した（即ち内面規制部材の対向領域はスリーブ周方向において溝により複数に分割されている）場合の例であり、本実施例の目的であるスリーブ１０の位置規制・形状規制の機能を維持しつつ、接触面積を減らした例である。

またこの場合、この溝２０１ｓによって、スリーブ１０と内面規制部材２０１の間の潤滑材として付与しているグリスを溝で保持できるので、グリスの効果を長期間維持する効果も期待できる。

図１０の（ｂ）は、回転方向に溝２０１ｔを形成した（即ち内面規制部材の対向領域にはスリーブの周方向に沿った溝が形成されている）場合の例であり、これついても実施例の目的であるスリーブ１０の位置規制・形状規制の機能を維持しつつ、接触面積を減らした例である。

尚、ここで、この溝２０１ｔ形状を螺旋形状にし、スリーブ１０と内面規制部材２０１の間の潤滑材として付与しているグリスが、スリーブ１０の回転によって、絶えずスリーブの長手方向内側に戻る方向にその螺旋方向を形成することも、グリスによる効果を維持するために有効な手段である。

前記実施例１において、スリーブ１０と内面規制部材２０１に関して、耐久時に良好な動作を行うための構造を説明した。ここで、スリーブ１０は内面規制部材２０１により、断面方向（長手方向に垂直な方向）の動きを規制できるが、長手方向の位置規制に関しては、固定の壁であるスリーブ端部規制部材２０２がスリーブ１０と摺動することとなり、そこでの磨耗が問題となる可能性がある。そこで更なる耐久向上を狙うために、スリーブ１０の回転にともなって、一緒に回転するフランジ２３ａと２３ｂをスリーブ両端部に設けた。本実施例ではこのフランジが端部規制部材に相当する。なお、本実施例においても内面規制部材の対向領域の輪郭はスリーブ回転中のスリーブ端面の輪郭と略相似形状である。

図１１に示すように、フランジ２３ａ（２３ｂも同様）は、内面規制部材２０１と一体的に構成された端部ホルダー２２ａと２２ｂによって長手方向の位置が規制される。すなわちフランジ２３ａ（２３ｂも同様）は、端部ホルダー２２ａ（２２ｂも同様）と回転摺動するように構成されている。すなわち、フランジ２３ａ、２３ｂはスリーブ１０の端面が接触した場合に回転するリング状部材である。このように、フランジ２３ａ（２３ｂも同様）が端部ホルダー２２ａ（２２ｂも同様）に対して回転できる構造にすることで、スリーブ１０の端面とフランジとが摺動することによる磨耗を防止することが可能となる。

尚、このとき、スリーブの位置規制はあくまで内面規制部材２０１で行い、スリーブの端部を長手方向に規制する機能のみを、フランジ２３ａ，２３ｂで担う事を可能とするために、嵌合部におけるフランジ２３ａ，２３ｂの内径ｄと、端部ホルダー２２ａ，２２ｂの外径ｃの間には、適切なギャップｄ−ｃが必要である。

本実施例では、図１１においてｄ＝３３．０ｍｍ、ｃ＝２９．０ｍｍとし、ギャップを１．０ｍｍ取ることで、本実施例の意図する性能向上が可能となった。

尚、端部ホルダー２２ａ，２２ｂの材質としては、フランジ２３ａ，２３ｂと同様にＰＰＳ，ＬＣＰ，ＰＩ等の耐熱樹脂を用いても良く、この他に適切な金属材質（しんちゅう等）を用いても良い。

本実施例の定着装置は加圧ローラと共にニップ部を形成する摺動部材が通電により発熱するヒータ１２となっている。したがって本実施例ではスリーブ自体は発熱しない。図１２の（ａ）は本例における定着装置の横断面模型図である。

１６ｃは横断面略半円弧状樋型の耐熱性・断熱性のスリーブガイド（フィルムガイド）であり、その機能は実施例１のスリーブガイド部材１６と略同じであり、スリーブ内面に対して積極的に接触するものではない。１２は摺動部材としてのセラミックヒータであり、スリーブガイド１６ｃの下面の略中央部にガイド長手に沿って形成具備させた溝部に嵌入して固定支持させてある。

１１は可撓性スリーブ（定着スリーブ）である。このスリーブ１１はスリーブガイド１６ｃにルーズに外嵌させてある。

２２はスリーブガイド１６ｃの内側に挿通した加圧用剛性ステイである。

３０は弾性層を有する加圧ローラ（スリーブ駆動ローラ）であり、芯金３０ａにシリコーンゴム等の弾性層３０ｂを設けて硬度を下げたもので、芯金３０ａの両端部を装置の不図示の手前側と奥側のシャーシ側板間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。表面性を向上させるために、さらに外周に、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂層３０ｃを設けてもよい。

定着ニップＮを形成するための加圧手段については第１の実施例と同様の構成を取り、ここでの説明は省略する。内面規制部材は、実施例１同様、スリーブ回転時の自然変形状態のスリーブ端面の輪郭と略相似形である。ただし本実施例の場合、スリーブ周方向においてニップ部に対応する位置には内面規制部材のスリーブ内面対向領域は存在しない。

加圧ローラ３０も実施例１と同様のものを用いることが出来る。ここで、加圧ローラ３０は駆動手段Ｍにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ３０の回転駆動による加圧ローラ３０とスリーブ１１の外面との摩擦力でスリーブ１１に回転力が作用して、スリーブ１１がその内面が定着ニップ部Ｎにおいてセラミックヒータ１２の下面に密着して摺動しながら矢示の時計方向に加圧ローラ３０の回転周速度にほぼ対応した周速度をもってスリーブガイド１６ｃの外回りを回転状態になる（加圧ローラ駆動方式）。

定着ニップ部Ｎにおけるセラミックヒータ１２の下面とスリーブ１１の内面との相互摺動摩擦力を低減化させるために定着ニップ部Ｎのセラミックヒータ１２の下面に潤滑層４０を形成し、スリーブ１１の内面との間に耐熱性グリスなどの潤滑剤を介在させる。

プリントスタート信号に基づいて加圧ローラ３０の回転が開始され、またセラミックヒータ１２のヒートアップが開始される。加圧ローラ３０の回転によるスリーブ１１の回転周速度が定常化し、且つセラミックヒータ１２の温度が所定に立ち上がった状態において、定着ニップ部Ｎのスリーブ１１と加圧ローラ３０との間にトナー画像ｔを担持させた記録材Ｐが進入する。記録材Ｐはスリーブ１１を介してセラミックヒータ１２の下面に密着しつつ定着ニップ部Ｎをスリーブ１１と一緒に移動通過していく。

その移動通過過程においてセラミックヒータ１２の熱がスリーブ１１を介して記録材Ｐに付与されてトナー画像ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐはスリーブ１１の面から分離されて搬送される。

スリーブ１１は図１２の（ｂ）に示す様に、基層１１ａ、弾性層１１ｂ、離型層１１ｃから成る。ここで基層１１ａは、耐久性向上のため、従来よく用いられるＰＩ等の樹脂フィルムの代わりに、６０μｍ厚のＳＵＳ(Steel Use Stainless)製金属フィルムを用いた。

また、弾性層１１ｂは、カラー画像定着時の定着性向上のため、必要に応じて設けられるもので、白黒専用プリンタ等の定着装置においては、必ずしも必要ではない。本実施例では、弾性層１１ｂとして、ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率４．１８６０５×１０^−１Ｗ／ｍ・℃（１×１０^−３［ｃａｌ／ｃｍ．ｓｅｃ．ｄｅｇ］）、厚さ２００μｍのシリコーンゴムを用い、離型層１１ｃは厚さ２０μｍのＰＦＡコート層を用いた。離型層１１ｃとしては、実施例１と同様のＰＦＡチューブを用いても良い。ＰＦＡコートは、厚さが薄く出来、材質的にもＰＦＡチューブに比較してトナーをつつみ込む効果がより大きい点が優れている。一方、機械的及び電気的強度はＰＦＡチューブがＰＦＡコートよりも優っているので、場合により使い分けることが出来る。

セラミックヒータ１２は、スリーブ１１の移動方向に直交する方向を長手とする低熱容量の横長の線状加熱体である。チッ化アルミニウム等でできたヒータ基板１２ａと、このヒータ基板１２ａの表面にその長手に沿って設けた発熱層１２ｂ（例えばＡｇ／Ｐｄ（銀／パラジウム）等の電気抵抗材料を厚み約１０μｍ、幅１〜５ｍｍでスクリーン印刷等により塗工して設けたもの）と、更にその上に設けたガラスやフッ素樹脂等の保護層１２ｃを基本構成とするものである。

前記セラミックヒータ１２の発熱層１２ｂの両端間から電力を供給ことで発熱層１２ｂは発熱してヒータ１２が急速に昇温する。そのヒータ温度が不図示の温度センサに検知され、ヒータ温度が所定の温度に維持されるように不図示の制御回路で発熱層１２ｂに対する通電が制御されてヒータ１２は温調管理される。

前記セラミックヒータ１２は、スリーブガイド１６ｃの下面の略中央部にガイド長手に沿って形成具備させた溝部に保護層１２ｃ側を上向きに嵌入して固定支持させてある。スリーブ１１内面と接触するのは保護層１２ｃとは反対側の面の摺動層４０である。

上記構成の装置において、スリーブ１１と加圧ローラ３０を総圧１４７．１Ｎ（１５ｋｇ）で当接させ、スリーブ移動方向において略８ｍｍのニップを形成させた。

上記構成の装置においても、スリーブ１１と内面規制部材２０１の関係は前述の第１の実施例における場合と全く同様である。ここで、第１の実施例に示したのと同様の条件で内面規制部材２０１をスリーブ１１の両端に配設したところ、約３０万枚のプリント耐久においても、スリーブ１１の破損が生じることはなく、良好な結果が得られた。

図１３に示すのは上述した実施例１〜４の像加熱装置を定着装置４５として搭載した電子写真式カラーレーザープリンタの断面図である。図に示すカラー画像形成装置１は、上下方向に４色の画像形成ユニットが直線状に並設されたものである。主だった部分だけを簡単に説明すると、図の下から順に、給紙カセット４１、イエロー画像形成ユニット（ｙ）、マゼンタ画像形成ユニット（ｍ）、シアン画像形成ユニット（ｃ）、ブラック画像形成ユニット（ｋ）、定着器４５、排紙トレイ４７が配置されている。記録材の搬送方向はこの順番である。なお、３４（ｙ〜ｋ）は感光ドラム３１（ｙ〜ｋ）を画像情報に応じて走査するレーザースキャナユニット、３２は記録材搬送ベルトであり、定着装置４５を除く構成は周知のものであり、詳細な説明は避ける。

次に、図１３に示すレーザープリンタに搭載した定着装置を用いて、本発明で用いている内面規制部材のスリーブ内面と対向する対向領域の輪郭の設定方法を更に詳細に説明する。図２３は本実施例の定着装置の断面図である。図１６は本実施例の定着装置の斜視図（加圧ローラ３０の軸の両端及び端部規制部材２０２を保持するフレームは省略している）、図１７は図１６に記載したものから更にスリーブ１０を取り除き、スリーブガイド１６と内面規制部材２０１が露出した状態を表した斜視図である。図１８は端部規制部材２０２ａに取り付けられた状態の内面規制部材２０１ａの斜視図、図１９は端部規制部材２０２ｂに取り付けられた状態の内面規制部材２０１ｂの斜視図である。図１８及び図１９においてＸ面がスリーブ１０の内面と対向する対向領域である。なお、本実施例の定着装置は実施例４に示したものと基本的に同じ構造のものであるが、図１３に示したプリンタに搭載する姿勢のまま図示しており、したがって、トナー画像と接触するスリーブ１０が加圧ローラ３０の下側になるように図示している。本実施例のものは実施例４と基本的に同じなので使用する符号も同じにする。

実施例１でも説明したが、本発明者等は、まず内面規制部材２０１を定着装置から取り除いた状態で駆動させることで、スリーブ１０が回転している時の自然な形状を求めた。求め方は、まず、内面規制部材２０１を取り除き、ヒータ長手方向の端部規制部材２０２内側に内面規制部材２０１の代わり板状測定板２００を取り付ける。そしてスラスト方向（スリーブ母線方向）にスリーブ１０端面を板状測定板２００に突き当てて回転させる。板状測定板の材質はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）なので、スリーブ端面が板状測定板に接触した状態で回転すると測定板２００にスリーブ１０端面の回転軌跡がキズとして刻まれる。図２０に回転軌跡が形成された状態の板状測定板２００を示す。図２０に示した測定板２００に開いている穴はヒータ１２やガイド１６の端部を通すための穴であり、図２０の穴の輪郭のうち右上のフラットな部分がニップ部に相当する。測定板２００に刻まれた回転軌跡を座標計測機能付き顕微鏡(OLYMPUS MEASURING MICROSCOPE STM)にて計測し、回転軌跡の座標をプロットし、スリーブ１０の回転軌跡を求めた。このようにして得られた回転軌跡から、内面規制部材の対向領域Ｘとして必要な領域（すなわちスリーブ周方向においてニップ部を除いた領域の少なくとも一部）を取り出すことによりスリーブの回転軌跡と略相似形の内面規制部材を作成した。内面規制部材の対向領域Ｘはスリーブ１０の母線方向端部の内周長の半分以上の長さがあれば良い。特に、本実施例のようにヒータ１２を用いる定着装置の場合、内面規制部材の対向領域Ｘはスリーブ１０の周方向においてニップ部を除いた領域内でスリーブ１０の内周面と対向するので、このニップ部を除いた領域の長さがスリーブ内周長の半分以上あれば良い。

続いて、この内面規制部材の形状について、さらに最適化を図るための条件について述べる。前述したように、本発明の目的はスリーブの耐久性を向上させることにある。したがって、内面規制部材をどのような形にすべきかの制約条件は、特にスリーブが金属層を有する時、金属疲労現象を左右する関連パラメータによって変わってくる。この点を考慮し、重要となるパラメータと、そのパラメータが必要な理由について述べる。

パラメータ１：加圧ローラ３０の端部からスリーブ１０の端部までの距離Ｆ（図２１）
理由：スリーブ１０は加圧ローラ３０とヒータ１２に挟まれて加圧される（ニップ部Ｎを形成する）ことによって変形する。したがって、仮にスリーブの形を強制的に変形させる内面規制部材を設けた場合、距離Ｆが短いと、内面規制部材による変形部分にニップ部Ｎによる変形の応力が加わってスリーブの金属疲労が発生しやすい。逆に距離Ｆが長ければ、内面規制部材による変形部分にニップ部Ｎによる変形の応力は加わりにくくスリーブの金属疲労を抑えることができる。つまり、距離Ｆが長ければ長いほどスリーブの金属疲労は発生しにくい。

パラメータ２：スリーブの金属材料の許容応力δ
理由：材料の許容応力が高いほどスリーブに加えられる応力に対する耐力が上がる。

パラメータ３：「内面規制部材を設けていない状態でのスリーブ端面回転軌跡」に対する内面規制部材の倍率Ｐ（図２４）
理由：例え内面規制部材の対向領域Ｘの輪郭がスリーブ回転時の輪郭と相似形であっても内面規制部材が大き過ぎて内側からスリーブを押して変形させてしまうとやはり金属疲労を招くからである。逆に、内面規制部材が小さ過ぎてスリーブとの隙間が大きくなってしまうと、スリーブの突発的な変形（例えばスリーブ１０の端部がスリーブ端部規制部材２０２の表面でバリ等が原因でひっかかり変形してしまう場合）を最小限に抑える機能がなくなってしまうからである。

パラメータ４：スリーブ１０の端面の形状因子
理由：一般的に金属疲労現象は、きっかけがあると急激に悪化することが知られている。このきっかけは、スリーブ端面のバリやへこみ、表面の凹凸である事が多い。これを形状係数と表現することが多いが、この係数を力学的に数式で求めることは困難で、試験結果の実績等から決めるのが一般的である。

本発明者は、上記関連パラメータ１〜３を材料力学による数式で表し、それにパラメータ４の形状係数の影響と実際の設計における安全率をトータルの安全率という形で加えて、以下の関係式を導いた。

（Ｐ−１）×（Ｄ／２）×（ｔ／０．０３）×（Ｅ／Ｆ）×０．０４０６＜δ
上記式は一般的な金属製の可撓性スリーブを用いて算出している。上記式が成り立つスリーブのベース材料の厚み範囲は０．０１ｍｍ≦ｔ≦０．１ｍｍであり、ｔ／０．０３の項の０．０３とは、実験時に用いたスリーブの厚み０．０３ｍｍをもとにしたものである。

但し、
Ｐ：内面規制部材に適用される倍率
Ｄ：非変形状態（図２２）の時のスリーブの内径（ｍｍ）
Ｆ：スリーブの一方の端部と、同じ側の駆動ローラ（加圧ローラ）の端部と、の間の距離（ｍｍ）
ｔ：スリーブのベース材料（金属層）の厚み（ｍｍ）
ｔ／０．０３：スリーブの金属ベース材料の厚み（ｔの単位はｍｍであるがｔ／０．０３は比率となるのでｍｍの単位は持たない）
Ｅ：スリーブの金属ベース材料のヤング率（ｋｇ・ｆ／ｍｍ^２）
δ：スリーブの金属ベース材料の許容応力（ｋｇ・ｆ／ｍｍ^２）
０．０４０６：トータルの安全率から定義した係数
本実施例においては、スリーブの材質としてＳＵＳ(Steel Use Stainless)３０４を用い、Ｆ＝８ｍｍ、Ｄ＝２４ｍｍ、ｔ＝３０μｍとした。この場合の許容応力δは６２７ＭＰａ（６４ｋｇｆ／ｍｍ^２）、縦弾性係数は２０６００である。これらの数値を前提に、上記関係式に基づくと、内面規制部材の輪郭として適切な倍率Ｐは、上述したように板状測定板から得られた形状αの倍率を１とすると±１．０５１倍の範囲となる。但し、内面規制部材がスリーブの中に入る大きさでなければならない。本実施例においては、この前提に基づき１．０２５の倍率を適用した。すなわち図２４（Ａ〜Ｄ）に示す様に、内面規制部材の輪郭の寸法を適用した。その結果、スリーブの局部応力を許容限界内に抑えることができ、スリーブの金属疲労破壊を防止することができるに至った。以下に図２４の詳細説明を行う。

スリーブ１０が内面規制部が無い状態で駆動した際に、スリーブ１０端部に形成される形状α（図中、右上がり斜線の領域部Ａのラインと左上がり斜線の領域部Ｂのラインの境界線）よりも倍率Ｐ分大きい形状βの範囲を領域部Ａで、形状αに対し倍率Ｐ分小さい形状γの範囲を領域部Ｂで示している。この領域部Ａと領域部Ｂの範囲内に内面規制部材のアウトライン（図中、ラインＣ）が入っていれば上記式を満たすことになり、スリーブの変形がスリーブの許容応力内となるのでスリーブの金属疲労破壊を防止することができる。

図２４Ａは、内面規制部材の対向領域ＸのアウトラインＣが図中左斜め下部では形状γ内、図中左斜め上部及び、右斜め下部では形状β内に形成されている。また、内面規制部材の対向領域Ｘのアウトラインはスリーブの内周長より短く設定されている。

一方、図２４Ｂは、内面規制部材の対向領域ＸのアウトラインＣが形状αと同一形状であるが、内面規制部材の位置が右斜め上方に平行移動した状態を示している。

図２４Ｃは、内面規制部材の対向領域Ｘのアウトラインが形状αと同一形状であるが、内面規制部材の位置が左斜め上方に平行移動した状態を示している。

図２４（Ａ〜Ｃ）の内面規制部材形状は、いずれも上記式の範囲に入っており、スリーブの金属疲労破壊を防止することができる。図２４（Ａ〜Ｃ）に示した形状はいずれも形状αより大きな部分が存在する（ラインＣの一部が領域部Ａに侵入している）が、形状αに対してこの程度のはみ出しは問題とならず、形状αに対して相似形の範囲内である。

なお、図２４ＤのラインＣ´で示すように、内面規制部材の対向領域Ｘのアウトラインが凹凸形状になっていても、このラインＣ´の凸部を繋ぐと図２４ＤのラインＣなり、このラインＣは領域部Ｂ及び領域部Ａのエリア内に入っているので上述した図２４（Ａ〜Ｃ）と同様の効果を有するものである。

このように本発明で述べている相似形とは、内面規制部材を取り外した状態で駆動ローラによりスリーブを回転させた時のスリーブ端面の形状と全く同一の形状だけに限定されるものではなく、倍率Ｐの範囲内であれば（但し、内面規制部材がスリーブの中に入る大きさである必要がある）多少形状が異なるものも含むものである。また、図２４（Ａ〜Ｄ）のラインＣで示した切れ目のない形状だけでなく、図１８や図１９に示したように、その一部を切り取った形状であっても良い。

なお、本発明は金属をベースにしたスリーブを用いた像加熱装置に適用されるだけでなく、その他の材質、例えばポリイミドなどの樹脂がベースになっているスリーブを用いた像加熱装置にも適用できる。

また本発明の像加熱装置は、画像加熱定着装置としてばかりではなく、画像を担持した記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着処理する像加熱装置、にも使用できることは勿論である。

本発明は上述の実施例にとらわれるものではなく、技術思想内の変形を含むものである。

実施例１の像加熱装置（定着装置）の要部を示す断面図 実施例１の像加熱装置の要部を示す正面図 磁場発生手段部分の斜視図 交番磁束の発生の様子を示す模式図 スリーブの層構成を示す模式図 内面規制部材を取り外した状態でスリーブを回転させた場合のスリーブの端面の輪郭を表した図 図６のスリーブの輪郭と相似形の輪郭を有する内面規制部材を取り付けた実施例１の像加熱装置の簡易断面図 従来の内面規制部材を用いた場合のスリーブの長手方向変形を示す図 スリーブの突発的な局部変形を示す図 実施例２の像加熱装置が搭載する内面規制部材の形状を示す図 実施例３の像加熱装置の正面図 実施例４の像加熱装置の断面図 本発明の像加熱装置を搭載したカラーレーザープリンタの断面図 従来の定着装置の断面図 従来の内面規制部材を用いた場合のスリーブ回転状態のスリーブの変形をより詳細に表した図である。 実施例５の定着装置の斜視図（加圧ローラ３０の軸の両端を保持するフレームは省略している）である。 図１６に記載したものから更にスリーブ１０を取り除き、スリーブガイド１６と内面規制部材２０１が露出した状態を表した斜視図である。 端部規制部材２０２ａに取り付けられた状態の内面規制部材２０１ａの斜視図である。 端部規制部材２０２ｂに取り付けられた状態の内面規制部材２０１ｂの斜視図である。 スリーブ端面の回転軌跡が形成された状態の板状測定板を表した図である。 スリーブ端面と加圧ローラの端部との距離Ｆを説明するための図である。 非変形状態のスリーブの内径Ｄを説明するための図である。 実施例５の定着装置の断面図である。 スリーブ端面の回転軌跡と相似形の輪郭を説明するための図（その１）である。 スリーブ端面の回転軌跡と相似形の輪郭を説明するための図（その２）である。 スリーブ端面の回転軌跡と相似形の輪郭を説明するための図（その３）である。 スリーブ端面の回転軌跡と相似形の輪郭を説明するための図（その４）である。

符号の説明

１０・・スリーブ ２２・・加圧用剛性ステイ ２５・・加圧バネ ３０・・加圧ローラ ４０・・良熱伝導性部材 ２０１・・内面規制部材 ２０２・・スリーブ端部規制部材

Claims (24)

1. 可撓性スリーブと、
   前記スリーブの外周面に接触し前記スリーブを回転させる駆動ローラと、
   前記スリーブの内周面に接触し前記スリーブを間に挟んで前記駆動ローラと共にニップ部を形成する摺動部材と、
   前記スリーブの母線方向端部の内周面に対向する対向領域を有する内面規制部材と、
   を有し、記録材を前記ニップ部で挟持搬送しつつ記録材に形成された像を加熱する像加熱装置において、
   前記内面規制部材の前記対向領域の輪郭は、前記装置に前記内面規制部材を取り付けていない状態で前記スリーブを前記駆動ローラで回転させた時の前記スリーブの端面の輪郭と略相似形であることを特徴とする像加熱装置。
2. 前記装置に前記内面規制部材を取り付けていない状態で前記スリーブを前記駆動ローラで回転させた時の前記スリーブの端面の輪郭をα、αに対して倍率Ｐ大きい形状をβ、αに対して倍率Ｐ小さい形状をγとすると、前記内面規制部材の前記対向領域の輪郭はβ及びγの領域内に入っており、前記倍率Ｐが下記の関係式を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
   （Ｐ−１）×（Ｄ／２）×（ｔ／０．０３）×（Ｅ／Ｆ）×０．０４０６＜δ
   但し、
   Ｄ：非変形状態の時のスリーブの内径（ｍｍ）
   Ｆ：スリーブの一方の端部と、同じ側の駆動ローラの端部と、の間の距離（ｍｍ）
   ｔ：スリーブのベース材料の厚み（ｍｍ）
   Ｅ：スリーブのベース材料のヤング率（ｋｇｆ／ｍｍ^２）
   δ：スリーブのベース材料の許容応力（ｋｇｆ／ｍｍ^２）
   ０．０４０６：トータルの安全率から定義した係数
3. 前記内面規制部材の前記対向領域は、前記スリーブの母線方向端部の内周長の半分以上の領域で前記スリーブの内周面と対向していることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
4. 前記内面規制部材の前記対向領域は、前記スリーブの周方向において前記ニップ部を除いた領域内で前記スリーブの内周面と対向していることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
5. 前記内面規制部材の前記対向領域は前記スリーブの周方向において複数に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
6. 前記内面規制部材の前記対向領域には前記スリーブの周方向に沿った溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
7. 前記装置は更に、前記スリーブの端面に対向しており前記スリーブの母線方向への移動を規制する端部規制部材を有することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
8. 前記内面規制部材と前記端部規制部材は一体成型体であることを特徴とする請求項７に記載の像加熱装置。
9. 前記端部規制部材は前記スリーブの端面との接触により回転可能であることを特徴とする請求項７に記載の像加熱装置。
10. 前記装置は更に、前記スリーブに渦電流を発生させて前記スリーブを発熱させるための励磁コイルを有することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
11. 前記摺動部材は通電により発熱するヒータであることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
12. 前記スリーブは金属層を有することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
13. 可撓性スリーブと、
    前記スリーブの外周面に接触し前記スリーブを回転させる駆動ローラと、
    前記スリーブの内周面に接触し前記スリーブを間に挟んで前記駆動ローラと共にニップ部を形成する摺動部材と、
    前記スリーブの母線方向端部の内周面に対向する対向領域を有する内面規制部材と、
    を有し、記録材を前記ニップ部で挟持搬送しつつ記録材に形成された像を加熱する像加熱装置において、
    前記内面規制部材の前記対向領域の輪郭は、前記装置に前記内面規制部材を取り付けておらず且つ前記スリーブの端面を板状測定板に突き当てた状態で前記スリーブを前記駆動ローラで回転させた時に、前記板状測定板に形成される回転軌跡と略相似形であるであることを特徴とする像加熱装置。
14. 前記装置に前記内面規制部材を取り付けていない状態で前記スリーブを前記駆動ローラで回転させた時の前記スリーブの端面の輪郭をα、αに対して倍率Ｐ大きい形状をβ、αに対して倍率Ｐ小さい形状をγとすると、前記内面規制部材のｔｈｅ対向領域の輪郭はβ及びγの領域内に入っており、前記倍率Ｐが下記の関係式を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１３に記載の像加熱装置。
    （Ｐ−１）×（Ｄ／２）×（ｔ／０．０３）×（Ｅ／Ｆ）×０．０４０６＜δ
    但し、
    Ｄ：非変形状態の時のスリーブの内径（ｍｍ）
    Ｆ：スリーブの一方の端部と、同じ側の駆動ローラの端部と、の間の距離（ｍｍ）
    ｔ：スリーブのベース材料の厚み（ｍｍ）
    Ｅ：スリーブのベース材料のヤング率（ｋｇｆ／ｍｍ^２）
    δ：スリーブのベース材料の許容応力（ｋｇｆ／ｍｍ^２）
    ０．０４０６：トータルの安全率から定義した係数
15. 前記内面規制部材の前記対向領域は、前記スリーブの母線方向端部の内周長の半分以上の領域で前記スリーブの内周面と対向していることを特徴とする請求項１３に記載の像加熱装置。
16. 前記内面規制部材の前記対向領域は、前記スリーブの周方向において前記ニップ部を除いた領域内で前記スリーブ内周面と対向していることを特徴とする請求項１３に記載の像加熱装置。
17. 前記内面規制部材の前記対向領域は前記スリーブの周方向において複数に分割されていることを特徴とする請求項１３に記載の像加熱装置。
18. 前記内面規制部材の前記対向領域には前記スリーブの周方向に沿った溝が形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の像加熱装置。
19. 前記装置は更に、前記スリーブの端面に対向しており前記スリーブの母線方向への移動を規制する端部規制部材を有することを特徴とする請求項１３に記載の像加熱装置。
20. 前記内面規制部材と前記端部規制部材は一体成型体であることを特徴とする請求項１９に記載の像加熱装置。
21. 前記端部規制部材は前記スリーブの端面との接触により回転可能であることを特徴とする請求項１９に記載の像加熱装置。
22. 前記装置は更に、前記スリーブに渦電流を発生させて前記スリーブを発熱させるための励磁コイルを有することを特徴とする請求項１３に記載の像加熱装置。
23. 前記摺動部材は通電により発熱するヒータであることを特徴とする請求項１３に記載の像加熱装置。
24. 前記スリーブは金属層を有することを特徴とする請求項１３に記載の像加熱装置。