JP2009063863A

JP2009063863A - 定着装置および画像形成装置

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Publication number: JP2009063863A
Application number: JP2007232346A
Authority: JP
Inventors: Masaru Imai; 勝今井; Yasuhiro Torigoe; 靖浩鳥越
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2009-03-26

Abstract

【課題】薄肉化した定着ローラの加工工程における変形や精度の低下、並びに回転駆動力伝達時における定着ローラの強度の低下や変形および破損の防止を可能とする。
【解決手段】定着ローラ２１１と回転伝達部材２６０と係合部材２７０とを備えた定着装置において、定着ローラ２１１は少なくとも一方の端部にその端面から離れて開口部２１８が形成され、前記回転伝達部材２６０は当該部材の厚さより浅い切り欠き部２６３を有し、前記係合部材２７０は前記開口部２１８と係合する開口係合部２７１と前記切り欠き部２６３と係合する切り欠き係合部２７２とを有しており、前記開口係合部２７１の幅より前記切り欠き係合部２７２の幅が広く形成された構成を採る。これにより定着ローラの強度低下、変形、破損および精度低下の防止が可能となる。
【選択図】図１８

Description

本発明は、電子写真方式又は静電記録方式の複写機、ファクシミリ、プリンタなどの画像形成装置に用いられる定着装置、特に、トナーで形成されている未定着の画像を電磁誘導加熱方式によって紙その他の記録材に加熱定着する定着装置、及びこの定着装置を用いた画像形成装置に関する。

近年、複写機、ファクシミリ、プリンタなどに用いられる定着装置の、省エネルギーに関する取り組みが盛んに検討されている。そして、その有力な構成として、電磁誘導加熱方式を採用することが盛んに検討されている。また、加熱方式にかかわらず、省エネルギー化のためには、定着装置の熱容量を低減することが必須であり、定着ローラを薄肉化した構成が種々提案されている。そして、定着ローラを薄肉化した場合に幅の狭い記録紙を印字すると定着ローラの用紙幅以外の温度が過昇温する課題についてもそれを解決する構成が種々提案されている。さらに定着ローラの薄肉化に伴っての、定着ローラに回転力を伝達する構成に関する提案や定着ローラの変形防止等についての提案も行われている。

図２９は、従来の定着ローラについての斜視図であり、定着ローラに係合溝と弾性凸部とを設けたことを示している。このような定着ローラによって、定着ギヤに設けた凸部をこの定着ローラの係合溝に嵌合させて駆動力を伝達し、この定着ローラに設けた弾性凸部で定着ギヤのスラスト方向への移動を規制する（例えば特許文献１）。

図３０は、従来の定着器のヒートローラ端面部を示す拡大図であり、薄肉円筒状のヒートローラの一端に切欠溝が形成されていることを示している。このようなヒートローラによって、ギヤのキーと係合して駆動力を伝達し、切欠溝の端部の角部を円弧状にして軸受や接地用板金の削れ抑制やヒートローラのガタツキ、異音を防止する（例えば特許文献２）。

図３１は、従来の定着装置の伝達部材本体と定着ローラとの取付状況を示す分解斜視図であり、周面部に孔を形成させた円筒状の定着ローラに、伝達部材本体と凸部とからなる駆動力伝達部材を、その凸部を定着ローラの孔に貫通させるとともに、その伝達部材本体を定着ローラに内嵌させていることを示している。このような伝達部材本体と定着ローラとによって、伝達部材本体内周面に形成された雌ねじに、リング状縮径防止手段の雄ねじを螺合させて、過度な応力が作用しても内周側へのたわみ、シワを防止し、正常な回転を維持する（例えば特許文献３）。
特開２０００−８１８０７号公報特開２００６−１３３４６６号公報特開２００７−７９４６３号公報

しかしながら、従来の、定着ローラに係合溝と弾性凸部とを設け、定着ギヤに設けた凸部を定着ローラの係合溝に嵌合させて駆動力を伝達し、定着ローラに設けた弾性凸部で定着ギヤのスラスト方向への移動を規制する構成では、駆動力の伝達は定着ギヤ凸部から定着ローラの係合溝に作用するが、定着ローラの端面は係合溝により連続していないので、定着ローラは、断面欠損を生じ、係合溝周縁部の強度がその分低下し、ローラの変形や破損を生ずるといった課題がある。また、定着ローラに弾性凸部を設けていることにより一層の強度低下を生じ、定着ローラの加工が複雑でコストアップする課題もある。

また、従来の、薄肉円筒状のヒートローラの一端に切欠溝が形成され、ギヤのキーと係合して駆動伝達し、切欠溝の端部の角部を円弧状にして軸受や接地用板金の削れ抑制やヒートローラのガタツキ、異音を防止する構成も、同様に強度の低下による変形や破損が課題となる。

また、従来の、周面部に孔を形成させた円筒状の定着ローラに、伝達部材本体と凸部とからなる駆動力伝達部材を、その凸部を定着ローラの孔に貫通させるとともに、その伝達部材本体を定着ローラに内嵌させ、伝達部材本体内周面に形成された雌ねじに、リング状縮径防止手段の雄ねじを螺合させた構成では、強度の低下は防止可能であるが、構造が複雑で、分解組立が簡易でなく、コストアップする課題がある。さらに、伝達部材本体内周面に形成された雌ねじに、リング状縮径防止手段の雄ねじを螺合させてあるので、駆動力の伝達方向はねじが緩まない方向に限定されるといった課題がある。

本発明は、これらのような従来の課題を解決するものであり、薄肉化した定着ローラの強度低下や変形、破損を生ずることなく、簡易に組み立て可能で、円滑な駆動力の伝達が可能な定着装置およびこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、定着装置において、互いが平行に配設されてその間に記録材を挟んで加圧しつつそれぞれ回転する定着ローラ及び加圧ローラと、前記記録材を、前記定着ローラを介して加熱する加熱手段と、前記定着ローラの端部に当接嵌合してその定着ローラの回転を駆動する回転伝達部材と、前記定着ローラと前記回転伝達部材とを係合する係合部材とを備え、前記定着ローラは薄肉円筒状で、少なくとも一方の端部にその端面から離れて開口部が形成され、前記回転伝達部材は当該回転伝達部材の厚さより浅い切り欠き部を有し、前記係合部材は前記開口部と係合する開口係合部と前記切り欠き部と係合する切り欠き係合部とを有しており、前記開口係合部の幅より前記切り欠き係合部の幅が広く形成された構成を採る。

本発明は、これらの構成により、定着ローラを、低熱容量化するために薄肉化しても、強度低下や変形、破損することなく円滑な回転駆動力の伝達が可能なものにできる。また簡易な組み立てで確実な回転駆動力の伝達が可能なものにできる。さらに、電磁誘導加熱を利用した構成、特に常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなる定着ローラを採用した場合、ローラ形成過程の各工程における変形や精度低下を防止することが可能となり、定着ローラの歩留まりを向上させ、コストの低減に貢献する。

このように、本発明によれば、薄肉化した定着ローラの強度低下や変形および精度低下を防止して歩留まりを向上させ、回転力伝達における定着ローラの変形や破損がなく、定着ローラへの円滑な回転力伝達が可能となる。

本発明の実施の第１の形態は、記録材を加熱加圧してその面上の色材を定着させる定着装置である。この定着装置は、互いが平行に配設されてその間に記録材を挟んで加圧しつつそれぞれ回転する定着ローラ及び加圧ローラと、前記記録材を、前記定着ローラを介して加熱する加熱手段と、前記定着ローラの端部に当接嵌合してその定着ローラの回転を駆動する回転伝達部材と、前記定着ローラと前記回転伝達部材とを係合する係合部材とを備える。そして、前記定着ローラは薄肉円筒状で、少なくとも一方の端部にその端面から離れて開口部が形成され、前記回転伝達部材は当該回転伝達部材の厚さより浅い切り欠き部を有し、前記係合部材は前記開口部と係合する開口係合部と前記切り欠き部と係合する切り欠き係合部とを有しており、前記開口係合部の幅より前記切り欠き係合部の幅が広いことを特徴としたものである。

このような構成により、定着ローラを、低熱容量化するために薄肉化しても、強度低下や変形、破損および精度が低下することなく円滑な回転駆動力の伝達が可能なものにできる。また簡易な組み立てで確実な回転駆動力の伝達が可能なものにできる。さらに、加熱手段として電磁誘導加熱を利用した構成、特に常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなる定着ローラを採用した場合、ローラ形成過程の各工程における変形や精度低下を防止することが可能となり、定着ローラの歩留まり向上によるコストの低減と、円滑な回転力伝達および消費電力の低減とが可能となる。

本発明の実施の第２の形態は、上記第１の形態において、回転伝達部材の切り欠き部が、少なくとも２種類以上の異なった幅を有した形状であることを特徴としたものである。

このような構成により、回転伝達部材の定着ローラ軸方向の移動規制が特別な部材を用いることなく可能となる。

本発明の実施の第３の形態は、上記第１の形態において、前記係合部材の切り欠き係合部は、前記定着ローラの内径又は外径の何れかと同じ円弧を成した面である円弧部を有することを特徴としたものである。

このような構成により、係合部材の定着ローラに対するガタツキがなく円滑な駆動力伝達が可能となる。

本発明の実施の第４の形態は、上記第１の形態において、前記回転伝達部材と前記係合部材とが当接する部分において、それら部材の少なくとも１つには定着ローラの外径における接線方向から僅かに軸側へ向いた方向に垂直な面である傾斜部が形成されていることを特徴としたものである。

このような構成により、係合部材は常に定着ローラに密着して定着ローラに対する回転伝達部材からの円滑な駆動力伝達が可能となる。

本発明の実施の第５の形態は、上記第１の形態において、前記回転伝達部材と前記係合部材とが当接する部分において、それら部材の少なくとも１つには前記係合部材を前記定着ローラに密着させる方向の分力が発生する面である傾斜部が形成されていることを特徴としたものである。

本発明の実施の第６の形態は、上記第１の形態において、前記加熱手段は励磁コイルユニットと電源とを含み、定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、塑性加工後にアニール処理が行われたことを特徴としたものである。

このような構成により、定着ローラのアニール時の軟化や応力緩和による変形や精度低下の防止が可能となる。

本発明の実施の第７の形態は、上記第１の形態において、前記加熱手段は励磁コイルユニットと電源とを含み、前記定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、スピニング加工後にアニール処理が行われたことを特徴としたものである。

このような構成により、安価な加工法で定着ローラの加工が可能となり、定着ローラのアニール時の軟化や応力緩和による変形や精度低下の防止が可能となる。

本発明の実施の第８の形態は、上記第１の形態において、前記加熱手段は励磁コイルユニットと電源とを含み、前記定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、前記整磁材料をロール成型後溶接し、少なくとも一方の端部を小径化加工後スピニング加工にて成型し、アニール処理を行ったものであることを特徴としたものである。

このような構成により、素材のロスが少なく、安価な加工法で定着ローラの加工が可能となり、定着ローラのアニール時の軟化や応力緩和による変形や精度低下の防止が可能となる。

本発明の実施の第９の形態は、上記第１の形態において、前記加熱手段は励磁コイルユニットと電源とを含み、前記定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、前記整磁材料をロール成型後溶接し、少なくとも一方の端部を、小径化加工後スピニング加工にて直径を変化させたクラウン形状に成型し、アニール処理を行ったものであることを特徴としたものである。

このような構成により、素材のロスが少なく、安価な加工法でクラウン形状の定着ローラの加工が可能となり、定着ローラのアニール時の軟化や応力緩和による変形や精度低下の防止が可能となる。

本発明の実施の第１０の形態は、上記第１の形態において、前記加熱手段は励磁コイルユニットと電源とを含み、前記定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、塑性加工後にアニール処理が行われ、内外面の少なくとも一方の一部分にめっき処理を行うことを特徴としたものである。

このような構成により、幅の狭い記録紙を連続通紙した場合の記録紙幅外の過昇温を確実に防止することが可能で、めっき処理時の変形や精度低下の防止が可能となる。

本発明の実施の第１１の形態は、上記第１の形態において、前記加熱手段は励磁コイルユニットと電源とを含み、前記定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、塑性加工後にアニール処理が行われ、内外面の少なくとも一方の一部分に厚さが１５μｍ以上の非磁性導電層がめっき処理にて形成されたることを特徴としたものである。

このような構成により、昇温が早く、記録紙幅外の過昇温を確実に防止し、めっき加工時の変形や精度低下の防止が可能となる。

本発明の実施の第１２の形態は、上記第１の形態において、前記加熱手段は励磁コイルユニットと電源とを含み、前記定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、塑性加工後にアニール処理が行われ、内外面の少なくとも一方の一部分に厚さが１５μｍ以上の銅めっき処理が行われたことを特徴としたものである。

本発明の実施の第１３の形態は、画像信号で示された画像を記録紙上の可視画像として出力する画像形成装置であって、上記の形態の何れか１つに記載の定着装置を備えたものである。

このような構成により、定着装置のウォームアップが早く、幅の狭い記録紙を連続通紙させた場合の記録紙幅外の過昇温を防止し、定着ローラ加工時の変形や精度低下の防止が可能であり、強度低下や駆動により変形することなく定着ローラに対する回転伝達部材からの円滑な回転駆動力の伝達が可能となる。また簡易な組み立てで確実なその回転駆動力の伝達が可能となる。

以下に、本発明に係る定着装置および、画像形成装置の実施例について図面を用いて詳細に説明する。なお、この実施例に本発明が限定されるものではない。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。

同図に示すように、この画像形成装置の画像形成装置本体１００には、電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という）１０１が回転自在に配設されている。

図１において、感光ドラム１０１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１０２によってマイナスの所定の暗電位Ｖ０に一様に帯電される。

レーザービームスキャナ１０３は、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ービーム１０４を出力する。

一様に帯電された感光ドラム１０１の表面は、レーザービーム１０４によって走査露光される。これにより、感光ドラム１０１の露光部分は電位絶対値が低下して明電位ＶＬとなり、感光ドラム１０１の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、後述するように、現像器１０５のマイナスに帯電したトナーによって反転現像され、顕像（トナー像）化される。

現像器１０５は、回転駆動される現像ローラ１０６を備えている。

現像ローラ１０６は、感光ドラム１０１と対向して配置されており、その外周面にはトナーの薄層が形成される。すなわち、現像ローラ１０６には、その絶対値が感光ドラム１０１の暗電位Ｖ０よりも小さく、明電位ＶＬよりも大きい現像バイアス電圧が印加されている。これにより、現像ローラ１０６上のトナーが、感光ドラム１０１の明電位ＶＬの部分にのみ転写されて、静電潜像が顕像化され、感光ドラム１０１上に未定着トナー像（以下、「トナー像」という）１１１が形成される。

一方、給紙部１０７からは、記録材としての記録紙１０９が給送ローラ１０８によって一枚ずつ給送される。給送された記録紙１０９は、一対のレジストローラ１１０を経て、感光ドラム１０１と転写ローラ１１２とのニップに、感光ドラム１０１の回転と同期した適切なタイミングで送られる。これにより、感光ドラム１０１上のトナー像１１１が、転写バイアスが印加された転写ローラ１１２により、記録紙１０９上へ転写される。

このようにしてトナー像１１１を形成され担持した記録紙１０９は、記録紙ガイド１１４により案内されて感光ドラム１０１から分離された後、加熱定着装置（以下、「定着装置」という）２００の定着部位へ向けて搬送される。そして、この定着部位に搬送された記録紙１０９は、定着装置２００によってそのトナー像１１１が加熱定着される。

トナー像１１１が加熱定着された記録紙１０９は、定着装置２００を通過した後、画像形成装置本体１００の外部に配設されている排紙トレイ１１５上に排出される。

記録紙１０９が分離された後の感光ドラム１０１は、その表面の転写残トナー等の残留物がクリーニング装置１１３によって除去され、繰り返し次の画像形成に供される。

図２および図３は本発明の実施例１に係る定着装置の構成を示す断面模型図である。

これらの図で示すように、定着装置２００は、加熱手段２１０、定着ローラ、加圧ローラを有しており、加熱手段により定着ローラを加熱し、定着ローラに圧接される加圧ローラとの間で形成されるニップに記録紙を通過させて熱と圧力でトナー像を記録紙上に定着する。

定着ローラ２１１は、直径が例えば４０ｍｍの円筒形状のローラで、断熱ブッシュ２１２を介して軸受２１３に支持され、図示しないモータからの回転駆動力を回転伝達部材および係合部材によって伝達され、トナー像を形成され担持した記録紙１０９を矢印方向へ搬送するように、回転する。

ここで、定着ローラ２１１は、少なくとも透磁性導電層（非磁性導電層との対比において高透磁性導電層とも呼ぶ）２１４と非磁性（本発明において非磁性とは透磁率が透磁性導電層のそれとは明らかな差をもって低いことをいう）導電層２１５が積層されて構成されている。より具体的には、図４は発熱ローラの表層部分を拡大した断面模型図であり、その図４に示すように、発熱ローラ２１１の中心軸に近い方から順に、高透磁性導電層２１４、非磁性導電層２１５、保護層２１６、および離型層２１７が積層されている。

高透磁性導電層２１４は、キュリー温度が所定の温度となるように設定された、整磁材料からなっており、例えば直径が４０ｍｍ、肉厚が０．６ｍｍ、全長が３８５ｍｍの中空円筒形状に成形されている。定着ローラ２１１の熱容量を考慮すると、高透磁性導電層２１４を薄くして熱容量を小さくし、定着ローラ２１１の温度を速やかに上昇させるのが望ましい。しかし、キュリー温度以下において、高透磁性導電層２１４の厚みが表皮深さより薄いと、磁力線（磁束）は高透磁性導電層２１４を貫通し、非磁性導電層２１５に浸透し、後述するように発熱量が減少し、昇温速度の低下等を招き、好ましくない。これゆえ、高透磁性導電層２１４は、この層を形成する整磁材料の表皮深さよりも厚くしておくことが望ましい。具体的には、高透磁性導電層２１４の肉厚は、０．２ｍｍないし１ｍｍであることが好ましい。

高透磁性導電層２１４を形成する整磁材料としては、例えば鉄とニッケルの合金または鉄とニッケルとクロムの合金などが用いられる。そして、これらの各金属の配合を調整することにより、整磁材料のキュリー温度を所定の温度に設定することができる。本実施例においては、高透磁性導電層２１４を形成する整磁材料のキュリー温度を、トナーの定着温度に近い２１０℃に設定してあるものとする。したがって、高透磁性導電層２１４は、温度が２１０℃以下では強磁性体としての特性を示すが、温度が２１０℃を超えると非磁性体としての特性を示す。この場合、整磁材料の固有抵抗は８１．５×１０^-8Ωｍであった。なお、キュリー温度は２１０℃に限らず、他の温度に設定してもよい。

非磁性導電層２１５は、例えば固有抵抗が１．６８×１０^-8Ωｍの銅などの非磁性材料からなっており、高透磁性導電層２１４の外周面にめっき、メタライジング等により、本装置において使用可能な最大サイズの記録材（最大記録材という。本実施例ではＡ３判紙）の通紙幅（本装置にて通紙されるときに、その走行方向に直交した方向線上の、記録材が通る範囲の長さ[幅]。最大幅とも、単に幅とも呼ぶ。なお、「最大記録材幅」は、最大記録材の通紙幅の意であり、本実施例ではＡ３判紙の短辺）より少し大きい３２０ｍｍの範囲に亘って加工が施された、肉厚が例えば０．０１５ｍｍの層である。

なお、非磁性導電層２１５の材料としては、固有抵抗が７×１０^-8Ωｍ以下のものが望ましく、銅の他には固有抵抗が２．７×１０^-8Ωｍのアルミニウム、６．１×１０^-8Ωｍの亜鉛、１．６２×１０^-8Ωｍの銀および２．３×１０^-8Ωｍ金などでもよい。

また、非磁性導電層２１５の肉厚は０．０１５ｍｍないし０．０６ｍｍ程度が望ましい。非磁性導電層２１５の肉厚については別途詳細に記載する。

保護層２１６は、非磁性導電層２１５の外周面にメッキ、メタライジング等により非磁性層２１５と等しい幅で形成された、肉厚が例えば２μｍのニッケル層である。保護層２１６は、非磁性導電層２１５の表面を覆うことにより、非磁性導電層２１５の酸化を防止し、耐久性を向上するとともに、離型層２１７の密着性が向上し剥離を防止する。

なお、保護層２１６としては、ニッケルの代わりに、クロムや亜鉛などを用いた肉厚が３μｍ程度の薄膜を形成してもよい。保護層２１６の肉厚が１μｍ以下となると、酸化防止層としての働きが不十分になる場合がある一方、１０μｍを超えると、熱容量が大きくなりウォームアップに時間がかかってしまい、また、記録材通過時に定着温度維持するための印加電力が増加し好ましくない。

非磁性導電層２１５及び保護層２１６は、ともに同一幅で形成されており、それらの形成作業時においては、高透磁性導電層１４の両端部には形成されないようにマスキングすることが必要となる。本実施例では、形成幅が同一なのでマスキングは共通で使用することが可能で、作業性が良好となり、安価な加工が可能となっている。

離型層２１７は、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡ、またはＦＥＰなどのフッ素樹脂からなっており、保護層２１６の外表面に非磁性導電層２１４の幅と同じ３２０ｍｍの範囲に亘って形成された、肉厚が例えば２０μｍの層である。

なお、保護層２１６と離型層２１７との間にシリコーンゴム層を設けて、発熱ローラ２１１に弾力性を持たせてもよい。また、非磁性導電層２１５より広い範囲に亘って形成してもよい。

再度図２および図３を参照して、加圧ローラ２２０は、両端を図示しない軸受にて回転可能に支持され、図示しない付勢手段により加圧ローラ２１１に圧接して記録紙１０９が通過するニップを形成する。

加圧ローラ２２１は、定着ローラ２１１の回転に従動して、記録紙１０９を矢印方向へ搬送するように中心軸周りに回転（図では時計回り）する。ここでは、加圧ローラ２２１が発熱ローラ２１１の回転に従動するものとしたが、加圧ローラ２２１を回転させて定着ローラ２１１を従動させてもよい。

また、加圧ローラ２２１は、例えば硬度ＪＩＳＡ１０度のシリコーンゴムなどの熱伝導性が小さい弾性層２２２と芯金２２３よりなっており、弾性層の外径は３０ｍｍ、長さは３１５ｍｍに成形されており、小さな付勢力で所定のニップが形成される構成となっている。

なお、弾性層２２２の材料としては、例えばフッ素ゴムおよびフッ素樹脂などの耐熱性樹脂や他のゴムあるいはスポンジなどの発泡性樹脂を単独あるいは積層して用いてもよい。また、耐摩耗性や離型性を高めるために、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、またはＦＥＰなどの樹脂やゴムを単独又は混合して弾性層２２２の外周面を被覆することが望ましい。

加熱手段２４０は少なくとも図示しない電源と励磁コイルユニット２４１を含んでおり、励磁コイルユニット２４１は絶縁性保持部材２４２にコイル２４３が螺旋状に捲回されて定着ローラ２１１内部に所定間隔を保って保持されている。コイル２４３は細い線材を束ねたリッツ線が好適である。

励磁コイルユニット２４１は、図示しない電源から高周波電流が供給されることにより、定着ローラ２１１を誘導加熱する。励磁コイルユニット２４１は、非磁性導電層２１５より僅かに狭い３１５ｍｍの範囲を加熱可能に構成されている。なお、励磁コイルユニット２４１には絶縁性保持部材２４２の他に磁気回路の結合を高めるフェライト等からなるコア部材を用いてもよい。また前記励磁コイル２４１のように磁束が定着ローラ２１１の全周に亘るものや、定着ローラ２１１の内面に対向する状態でリッツ線を定着ローラ２１１の一端から他端に向かって捲回される構成のもの、あるいは、定着ローラ２１１の内面の約１８０度の範囲に亘って対向するように捲回される構成のものでもよい。

絶縁性保持部材２４２は、コイル２４３を保持すると共に、絶縁性を確保するものであり、本実施例の場合は、中空の軸となっており、連続動作時に中空内部に空気の流れを生じさせて、コイル２４３の発熱を低減することが可能な構成となっている。絶縁性保持部材２４２の形状は、中空の軸に限らず、中実の軸あるいは円弧状等コイル２４３の形状に合わせた形状でもよい。

温度センサ２３０は、定着ローラ２１１の外周面に当接して設けられ、定着ローラ２１１の温度を検知する。温度センサ２３０によって定着ローラ２１１の温度が検知されると、例えば図示しない制御部によって給送ローラ１０８による記録紙１０９の給送開始が指示されたり、図示しない電源から励磁手段２４０への交流電流の供給が制御されたりする。より具体的には、温度センサ２３０によって定着ローラ２１１の温度がトナー像１１１の定着に適した温度になったことが検知された場合は、図示しない制御部によって給送ローラ１０８の動作開始が指示され、印字が開始される。また、温度センサ２３０によって定着ローラ２１１の温度が所定の閾値よりも高くなったことが検知された場合は、図示しない電源から励磁コイルユニット２４１への交流電流の供給が制御される。

次いで、上記のように構成された定着装置の動作について説明する。

図５は発熱ローラ内を流れる誘導電流を説明するための図であり、図中のハッチングで示した部分に誘導電流が流れることを示している。

まず、定着ローラ２１１の温度がキュリー温度以下である場合について説明する。画像形成装置１００の電源切断時やスリープ状態時には、通常、定着装置２００の定着ローラ２１１は、その温度が室温程度にまで低下し続け、本実施例のキュリー温度である２１０℃よりも大幅に低温となっている。そして、印字を行うために電源が投入されたりスリープ状態から復帰したりする際には、トナー像１１１の定着に適した温度にまで定着ローラ２１１が昇温される。

すなわち、図示しない電源から加熱手段２４０に電圧が印加され、交流電流が流れる。この交流電流の周波数は、２０〜１００ｋＨｚであることが望ましい。本実施例においては、この周波数を２０〜６０ｋＨｚとした。励磁コイルユニット２４１に交流電流が流れることにより、励磁コイルユニット２４１により発生した磁束は、高透磁性導電層２１４と鎖交し、表皮効果によって高透磁性導電層２１４の内周面付近、図５（ａ）のハッチングで示した部分に誘導電流を誘導し、ジュール熱によって高透磁性導電層２１４が発熱する。

定着ローラ２１１全体が昇温してトナー像１１１の定着に適した定着温度にまで加熱されると、温度センサ２３０によって定着ローラ２１１の温度が検知され制御回路によって昇温を停止し、定着温度を保つように制御される。本実施例では定着温度を１８０℃に設定（定着設定温度）し、励磁手段２４０に約１２００Ｗの電力を投入することで最大記録材幅（Ａ３）の全幅を常温２５℃から約２４．５秒で定着温度まで昇温させることができた。

次に、連続して記録材を通過させる場合の動作を説明する。

図６はサイズの異なる記録紙１０９を毎秒４４０ｍｍの速度（Ａ４判紙では毎分６３枚、Ａ３判紙では毎分４２枚）で連続通紙させた場合の発熱ローラ幅方向の温度分布を示した図である。最大記録材幅（本実施例ではＡ３サイズ）を連続通過させた場合は図６に破線で示したようにＡ３幅全体がほぼ均一な１８０℃に保たれる。これは定着ローラ２１１の幅全体に亘って記録材が接触し、通過幅全面から熱を奪うからである。

一方、サイズの小さいＡ４縦を連続通紙させると、温度分布は図６に実線で示したようになる。

すなわち、記録紙１０９の接触するＡ４縦幅内は１８０℃の一定温度に制御されるが、Ａ４幅の外側は記録紙１０９が接触することは無く熱を奪われない。ここで、加熱手段２４０による電力は記録材幅より僅かに広い範囲に投入されているので、その結果、定着ローラ２１１は、Ａ４縦幅の外側では急激に温度が上昇し、キュリー温度に近づいていく。

しかし、定着ローラ２１１は、温度がキュリー温度に近づくと、その部分の透磁率が急激に低下して磁性を無くし、その結果励磁コイルユニット２４１の発生する磁束は高透磁性導電層２１４を貫通し、外周面に形成されている非磁性導電層２１５に浸透する。図５（ｂ）のハッチングで示した部分は、この状態における、励磁コイルユニット２４１の発生する磁束により誘起される誘導電流の流れる部分を示し、図５（ｂ）は高透磁性導電層２１４のみならず、非磁性導電層２１５においても誘導電流が流れることを示している。そして、この誘導電流により磁束を打ち消す方向に反発磁界が発生し、励磁コイルユニット２４１による磁束を大幅に減衰させる。その結果、定着ローラ２１１は、非磁性導電層２１５の固有抵抗は１．６８×１０^-8Ω・ｍと高透磁性導電層２１４の固有抵抗８１．５×１０^-8Ω・ｍより格段に小さいことにより、Ａ４縦幅外の発熱が大幅に低減され、それ以上の温度上昇は無く過昇温が防止される。

本実施例では、毎分６３枚の連続出力時に図６の実線で示したように２０５℃に抑えることができ、記録材の通過する間隔を長くしたり、連続通過させる枚数を制限することなく連続出力が可能になった。

ここで、本実施例では、非磁性導電層２１５の形成範囲は３２０ｍｍと最大記録材幅より大きく、また励磁コイルユニット２４１の加熱可能範囲３１５ｍｍよりも大きく、加圧ローラ２２１の全長３１５ｍｍより大きい。

したがって、定着ローラ２１１の記録材の通過しない部分の温度が上昇し、キュリー温度を超えて磁束が高透磁性導電層２１４透過した場合に、非磁性導電層２１５の形成された範囲の方が加熱可能範囲つまり磁束の発生範囲より大きいので、確実に非磁性導電層２１５で磁束を低減させて過昇温を抑制できる結果、加圧ローラ２２１の端部が異常な高温となって破損することがない。

なお、本実施例ではＡ４縦サイズの記録材通過のみを示したが、記録材のサイズはこれに限定されることは無くあらゆるサイズでこの原理は働き、自動的に記録材幅外の過昇温が抑えられることは言うまでもない。

また、記録材幅外の温度は連続通過の速度、記録材の通過間隔、記録材の厚みに影響される。これは励磁コイルユニット２４１全体に投入される電力がこれらの条件によって大きく左右されるからである。しかし、ほとんどの場合キュリー温度以下に過昇温を抑制することが出来、ゴム材の寿命の低下や、軸受の損傷を発生することもなく信頼性の高い定着器を実現できる。

次に、本実施例に用いた定着ローラ２１１の磁気特性とウォームアップ時間、幅の狭い記録材を連続通過させた時の過昇温の関係を詳細に説明する。

図７は、定着ローラ２１１の加工を説明するための図である。

図７において、素管２５１は、厚み約１ｍｍの板材からなる整磁材料をロール状に曲げて溶接し、一端部を小径化してカップ状に成形し、他端にはフランジ２５４を形成したものである。素管２５１はマンドレル２５２に嵌め込み、軸線のまわりに回転させられる。

ローラ２５３は、マンドレル２５２の軸線方向および軸線と直交する方向に移動可能な図示しない可動部材に保持されている。ローラ２５３は１つでもよいが、３個のローラを等間隔で配置することが望ましい。

ここで、マンドレル２５２とローラ２５３との間の距離を素管の肉厚より薄い所定の寸法とし、ローラ２５３を矢印方向Ｘに移動させると、素管２５１は、肉厚がマンドレル２５２とローラ２５３の距離と等しい寸法になるとともに、肉厚が薄くなった分全長が長くなる。このとき、前記フランジ２５４を矢印Ｘ方向に移動させる方向に力を加えることが望ましい。

また、ローラ２５３を矢印Ｘ方向に移動させるとともに、矢印Ｚ方向にも移動させると肉厚および外径が変化した素管２５１となる。従って、ローラ２５３の移動量を制御することにより、任意の形状の素管２５１が加工可能となる。本実施例１の場合、図８のように、中央部の外径Ｄ２が端部の外径Ｄ１より僅かに小さい鼓形をしたクラウン形状のローラとし、記録材がニップを通過する時記録材にシワが発生するのを防止している。

本実施例１では上記のようにスピニング加工により素管２５１を薄肉化し、端部の直径が４０ｍｍ、中央部の直径が３９．９ｍｍ、内径３８．８ｍｍ、長さ３８５ｍｍのローラ形状としたものである。加工法としてはもちろんこれに限定されるものではなく、ロール状に曲げて溶接後しごきにより管材を薄肉化するアイアニング加工や、引抜加工によって一次仕上げ後、機械加工により外形を仕上げて薄肉円筒体にする方法などがある。

ところで、いずれにしても肉厚の薄い管材にする場合、整磁材料に塑性加工を施し、強い機械的ストレスを掛けることでその磁気特性が大きく変化してしまう。

図９は、本実施例に用いた整磁材料からなる定着ローラ２１１の、スピニング加工直後のものの比透磁率の温度特性を示したものである。ここで、比透磁率の温度特性は４５Ａ／ｍ、３０ｋＨｚ交流磁場の条件下での測定値を示す。

図９において、比透磁率は、Ｔｓで示す温度１６８℃近辺から低下を始めキュリー温度Ｔｃ＝２２２℃でほぼ非磁性となる。なお、比透磁率が半減する温度（半減温度と呼ぶ）Ｔｈは２０４℃であった。ここで、Ｔｓは、整磁材料の比透磁率が低下し始める温度を意味する。

次に、この加工直後のものに対し、さらにその後、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下８００℃で1時間保持した後２００℃以下に徐冷するアニール処理を施した定着ローラ２１１の特性を図１０に示す。図９と比較して解るようにアニール処理後は、半減温度Ｔｈは２０５℃でアニール前とほぼ同じであるが、透磁率の変化が急峻になり、キュリー温度Ｔｃは２１０℃、比透磁率の低下し始める温度Ｔｓは１９５℃となった。

なお、前述した非磁性導電層２１５は本アニール処理後に形成し、その後さらに保護層２１６および離型層２１７を形成する。

このアニール処理前のものを用いたときと処理後の定着ローラ２１１を用いたときとのウォームアップ時間の比較を図１１に示す。

図１１において、本発明に係るアニール処理後の定着ローラ２１１を用いた場合のウォームアップ時間を実線で、アニール前のものを用いた場合を破線で示してある。実線で示したとおり本発明に係る定着ローラ２１１では前述したように２４．５秒で１８０℃に到達したが、破線で示すとおりアニール処理前のものでは１６０℃近辺から昇温カーブが緩やかになり１８０℃に到達するまでに約３２秒を要した。これはアニール処理前のものでは、前記Ｔｓ（１６８℃）が定着設定温度（１８０℃）よりも低い値となっており、１６８℃近辺の早い段階で磁気特性の変化が現れるので、強い磁場のもとでは早い段階から高透磁性導電層２１４を貫通する磁束が増加し始め、非磁性導電層２１５に磁界が浸透し、誘導電流が流れることによる反発磁界により磁束密度が低下し、高透磁性導電層と励磁手段との磁気結合が弱まり発熱効率が低下するからと考えられる。

次に、この両者を用い、それぞれについてＡ４縦サイズの記録材を連続通過させた結果、同一の条件下で、アニール処理後の定着ローラ２１１を用いた場合では、記録材紙幅外の過昇温は、２０５℃以下であったが、アニール処理前の定着ローラ２１１を用いた場合では２３０℃近くまで上昇した。これは記録材通過領域内の温調（一定に調節される温度）が１８０℃であり、この時すでに定着ローラ２１０の全域において貫通する磁束の割合が増加しており、Ａ４縦幅相当部分の発熱効率が低下して結果として温調に必要な電力が増大したことと、通紙部と非通紙部との磁気的結合の差がつきにくくなったことからと考えられる。

以上のことから、比透磁率が低下し始める温度Ｔｓは、定着設定温度よりもできるだけ高い温度に設定することが望ましいが、これに合わせてキュリー温度を高く設定すると記録材幅外の過昇温が高くなり過ぎ、好ましくない。キュリー温度としては加圧ローラ２２１に用いられるシリコーンゴム材の耐熱温度を考慮して２２０℃以下のできるだけ低い温度であることが望ましい。

本発明者らは、非磁性導電層２１４の厚みを変えた定着ローラ２１１で、それぞれについてＡ４縦方向およびＡ４横方向の記録材を連続通紙させて、定着ローラ２１１軸方向の温度分布、定着温度に昇温するまでのウォームアップ時間、及び平均印加電力の比較検討を行った。

図１２は、前記の非磁性導電層２１５の厚みを変えて、それぞれについてＡ４縦方向の記録材を連続５００枚連続通過させた場合の定着ローラ２１１の軸方向温度分布を示し、図１３は、非磁性導電層２１５の厚み毎の、１８０℃に昇温するまでのウォームアップ時間を示し、図１４は、Ａ４横方向およびＡ４縦方向の記録材を各々５００枚連続で通過させたときの平均印加電力を示す。

図１２から判るように、非磁性導電層２１５のない（厚みが０μｍ）場合は、記録材非通過部分の温度は、２４０℃を越えているが、非磁性導電層２１５の厚みが０．０１５ｍｍないし０．０８ｍｍの場合は２０５℃でほぼ飽和している。このように、本発明者らは、非磁性導電層２１５の厚みが０．０８ｍｍ、０．０３ｍｍ及び０．０１５ｍｍの３種類について実験を行い、非通過部分の温度はいずれも２０５℃付近で飽和しており、０．０１５ｍｍの厚みがあれば非通過部分の過昇温の抑制に大きな効果があることを見出した。一般に、非磁性導電層２１５は電磁誘導により発熱しにくいとされていたが、その肉厚を適切な厚みにすることにより抵抗が大きくなり、発熱することが知られている。また、本実施例のように非磁性導電層２１５により磁束を制限したり、あるいは遮蔽したりする場合にはその厚みはある程度の厚みがないと非磁性導電層２１５が発熱し記録材非通過部分の温度が高くなりすぎたり、あるいは励磁コイルユニット２４１付近の温度が高くなりすぎて励磁コイルユニット２４１の絶縁層の絶縁性が損なわれる等の弊害があるとされていた。しかし、本発明者らは、本実施例において非磁性導電層２１５の肉厚が０．０１５ｍｍあれば記録材非通過部分の過昇温が起こらないことを見出した。非磁性導電層２１５の肉厚は薄いほど抵抗が大きくなり、発熱しやすくなるが、高透磁性導電層２１４と密着しており、ある程度は高透磁性導電層２１４へ熱が移動し、また大気中に放出され、印可する電力による発熱とバランスしているものと推察される。

非磁性導電層２１５の厚みと昇温に要する時間の関係は、図１３に示すように、非磁性導電層２１５の厚みの増加と共に昇温時間は長くなり、非磁性導電層２１５の厚みが０．０６ｍｍの場合、非磁性導電層２１４がない場合に比較して約１．５秒長くなっている。しかし、室温から約２５．５秒で定着温度に昇温しており、実使用上の影響は軽微である。

図１４は、記録材を５００枚連続で通過させた場合の平均印加電力と非磁性導電層の厚みとの関係を示す。図１４において、破線はＡ４横方向通紙持の、実線はＡ４縦方向通紙時の平均印加電力と非磁性導電層の厚みとの関係を示し、Ａ４横方向通紙の場合、非磁性導電層２１５の厚みが０．０３ｍｍの場合、非磁性導電層２１５がない場合と比較して、約９Ｗ増加しており、非磁性導電層２１５の厚みが０．０６ｍｍの場合は約２０Ｗ、０．０８ｍｍの場合は約２７．６Ｗ増加している。また、Ａ４縦方向通紙の場合の平均印加電力は、非磁性導電層２１５の厚みが０．０３ｍｍの場合、非磁性導電層２１５がない場合と比較して約３１Ｗ低下している。非磁性導電層２１５の厚みが０．０６ｍｍの場合、非磁性導電層がない場合とほぼ同じで、非磁性導電層２１５の厚みが０．０８ｍｍの場合は約２７Ｗ非磁性導電層２１５がない場合と比較して増加している。これは、Ａ４横方向の場合は非磁性導電層２１５の厚さ分熱容量が増加し、温度を維持する電力が増加しており、Ａ４縦方向の場合は、非磁性導電層２１５のない場合、記録材非通過部分が２４０℃を越える温度となっており、その昇温に電力を消費しているからと思われる。非磁性導電層２１５の厚みが０．０３ｍｍの場合は、熱容量は増加しているが、記録材非通過部分の温度は２０５℃で平衡しており、その結果電力が低減されているものと推察される。また、非磁性導電層２１５の厚みが０．０８ｍｍの場合は、記録材非通過部分が２０５℃で平衡して電力を軽減させている分を、熱容量の増加による負荷増加の影響が上回り、電力が増加しているものと推察される。

非磁性導電層２１５の厚みを０．０１５ｍｍないし０．０６０ｍｍに設定することにより、小サイズの記録材を通過させる場合、非磁性導電層２１５がない場合と同等もしくは少ない電力で定着温度に定着ローラを維持することが可能で、しかも小サイズの記録材が通過しない領域の過昇温が防止できる。非磁性導電層２１５の厚みが０．０６ｍｍより厚いと、非通過部分の過昇温は防止できるが、印加電力が増加する。

本実施例では、Ａ４横方向の記録材とＡ４縦方向の記録材とについて記載したが、他の記録材についても印加電力の増減量に差はあるものの同様の傾向となることは言うまでもない。

次に、図１５はＡ４横方向連続通過時の定着ローラ２１１の軸方向温度分布を示し、実線は、前述の非磁性導電層２１４の厚みを０．０３ｍｍとし、その長さを３２０ｍｍとした場合の、破線は高透磁性導電層２１４の定着ローラ２１１の全長に亘って形成した場合の温度分布を示す。図１５から判るように、非磁性導電層２１４を定着ローラ２１０の全長に亘って形成した場合は両端部の温度が低下しており、通過する最大記録材の幅より僅かに大きい３２０ｍｍの範囲に非磁性導電層２１４を形成した場合は記録材のほぼ全幅に亘って均一な温度分布を示す。

すなわち、前述の定着ローラ２１１は、その高透磁性導電層２１４はキュリー温度が２１０℃に調整された整磁材料で構成されており、その熱伝導率は１３Ｗ／ｍ・Ｋと小さく、一方、非磁性導電層２１５として形成された銅の熱伝導率は３９８Ｗ／ｍ・Ｋと大きい。それゆえ、仮に全長に亘って非磁性導電層２１５を形成した場合には、前述の励磁コイルユニット２４１による定着ローラ２１１の発熱部分での熱が、その発熱部分以外の、定着ローラ２１１両端部に向かって、非磁性導電層２１５を通って移動し、軸受２１３等へ流出するので、記録材幅内の両端部において温度ムラが発生する。しかし、非磁性導電層２１５を３２０ｍｍの範囲に形成した場合には、定着ローラ２１１における非磁性導電層２１５の範囲外は、熱伝導率の小さい整磁材料を通じて熱が移動するのみであり、端部からの熱流出は極端に小さくなり、温度ムラは発生しなかった。

なお、非磁性導電層２１５をその幅を最大記録材の幅と等しくして形成すると、記録材相当幅の端部において、記録材の通過位置の変動や、励磁コイルユニット２４１による磁界発生幅変動があった場合に、そのような非磁性導電層２１５によっては非磁性導電層２１５が形成されていない部分での過昇温を低減することができず、温度ムラが発生する場合があり、非磁性導電層２１５の幅は、最大記録材より僅かに大きいことが望ましい。

そして、定着ローラ２１１の全幅に非磁性導電層２１５を形成した場合、温度ムラがないように励磁コイルユニット２４１の発生磁束分布を調整することは可能であるが、その場合は非磁性導電層２１５を最大記録材幅より僅かに大きく形成した場合に比べて、印加電力が増加する。

また、励磁コイルユニット２４１による発生磁界のバラツキによる温度ムラについても、熱伝導率の大きな非磁性導電層２１４を形成することにより低減可能である。

また、非磁性導電層２１４を形成された範囲は、励磁コイルユニット２４１の発生磁束にムラがあってもその高熱伝導性により、温度ムラが軽減されることは言うまでもない。

また、非磁性導電層２１４について、銅を使用した場合について説明したが、銅に限定されるものではなく、熱伝導率が２３７Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウム、１１４．３Ｗ／ｍ・Ｋの亜鉛、８７．９Ｗ／ｍ・Ｋのニッケル、２９４Ｗ／ｍ・Ｋの金、４１８Ｗ／ｍ・Ｋの銀等でも同様の効果は得られる。それぞれの金属において、固有抵抗、熱伝導率が異なり、前述の効果が得られる厚みは異なる。本発明者らの実験では、銅の場合は０．０１５ｍｍないし０．０６０ｍｍ、アルミニウムの場合は０．０２５ｍｍないし０．０６０ｍｍ、亜鉛の場合は０．０５５ｍｍないし０．０６０ｍの場合に、同様な効果が得られることが判った。

以上のように、キュリー温度を所定の温度に設定された整磁材料からなる高透磁性導電層２１４よりなる定着ローラ２１１に最大記録材より僅かに広い範囲に非磁性導電層２１５の薄膜を形成することにより、迅速な立ち上がりが可能で、記録材幅外の過昇温を防止しつつ、温度ムラの防止及び端部への熱流出を防止し、印加電力が低減できる。

さらに、加熱手段２４０が発熱ローラ２１１の内部に配置されており、発熱ローラ２１１表面に付着残留したトナーを除去するクリーニング手段や記録材の分離手段の配置が容易であり、小型化が可能な定着装置が実現できる。

以上のように、定着ローラに整磁材料を用いる場合は、スピニング加工でローラを加工することにより、切削によるクラウン加工による材料ロスがなくなり、加工コストの低減が可能となる。また、整磁材料を用いる場合はアニール処理をすることが、迅速なウォームアップと非通紙部分の過昇温防止を実現させるために重要である。さらに、非磁性導電層の薄層を形成することも、非通紙部分に過昇温を生じなせないために重要となる。

ところで、本発明者たちの検討において、上述のアニール処理と非磁性導電層を形成するめっき処理とにおいて、ローラの変形や精度が低下するといった課題が発生した。具体的には、スピニング加工にて仕上げられた状態では、加工硬化によりローラの硬度は高くなっており、内部には加工による応力が残留しているが、その後、アニール処理により、磁気特性が調整されるとともに硬度も低下し、応力も緩和される。しかし、その際に従来構成のように回転力伝達用の係合溝をローラ端部から形成してあると、定着ローラの端面は、係合溝により連続せず、断面欠損を生じて、係合溝周縁部の強度が低下し、図１６に示すように、定着ローラ２１１の係合溝２１８ａの端部２１８ｂ付近がまくれるように変形したり、真円度等の形状精度が低下する。

図１７は、非磁性導電層を形成するめっき処理を説明する概略図であり、槽２５５はめっき液が入った槽であり、定着ローラ２１１は、内部にめっき液が進入しないようにパッキング２５６が両端に圧入され、そのパッキング２５６を貫通したピン２５７およびピン２５７に固定された弾性部材２５８を通じて電流が流れ、めっき皮膜が形成される構成となっていることを示している。

一般に、定着ローラ（２１１）の内部にめっき液が進入すると、めっき層が形成されるが、全長に亘る均一な形成は困難であり、不均一な非磁性層が形成されると発熱分布が変動するので、好ましくない。そこで、本実施例では、前記パッキング２５６は定着ローラ２１１の一部を覆うように形成されており、めっき範囲を記録紙より僅かに大きい範囲に設定して消費電力の低減を図っている。そのためにパッキングを圧入してめっき液がローラ内部に進入しないようにしてある。しかし、従来構成のように係合溝２１８ａをローラ端部から形成してあると、定着ローラ２１１の端面は係合溝２１８ａにより連続せず、断面欠損が生じ、係合溝周縁部の強度が低下し、パッキング２５６の圧入により定着ローラ２１１の係合溝２１８ａの端部２１８ｂ付近が図１６に示すようにまくれるように変形したり、真円度等の形状精度が低下する。

次に、本実施例１の回転伝達部について詳細に説明する。

図１８は回転伝達部を示す分解斜視図、図１９は回転伝達部の縦断面図、図２０は回転伝達部材の斜視図、図２１は係合部材の斜視図である。

定着ローラ２１１には端部から少し離れた位置に長円形の開口部２１８が形成され、前記開口部２１８より端部側に長穴２１９が３箇所設けられている。

回転伝達部材２６０は、定着ローラ２１１の端部外径と嵌合する嵌合部２６１が内面に形成され、外周部には図示しないモータからの回転力を伝達する歯車２６２が形成されている。回転伝達部材２６０には切り欠き部２６３が形成されており、前記切り欠き部２６３は回転伝達部材２６０の厚みより短い範囲にすなわち浅く形成されている。

係合部材２７０には開口係合部２７１と切り欠き係合部２７２とが形成されており、開口係合部２７１は長円形の突起であり、前記定着ローラ２１１の開口部２１８と係合している。切り欠き係合部２７２は開口係合部２７１より幅が広く形成されており、開口係合部側には定着ローラ２１１の外径と同じ円弧を成した面である円弧部２７３が形成されている。係合部材２７０は、開口係合部２７２を定着ローラ２１１の開口部２１８に係合され、円弧部２７３が定着ローラ２１１の外径と当接して保持され、切り欠き係合部２７２は回転伝達部材２６０の切り欠き部２６３と係合し、図示しないモータからの回転が歯車２６２に伝達され、係合部材２７０を通じて定着ローラ２１１に回転が伝達される。

止め輪２８０は、中央付近に形成された第１係止部２８１および両端部に形成された第２係止部２８２が定着ローラ２１１の長穴２１９に係合して回転伝達部材２６０の軸方向への移動を規制している。

ここで、開口部２１８については長円形を例示したが、長円形に限らず長方形や正方形あるいはそれらの角に円弧部を設けた形状でもよいが、応力の集中を避けるため角部には円弧部を設けることが望ましい。係合部材２７０の開口係合部２７１の形状も同様に長円形に限らず、開口部２１８に係合する形状にすることができる。また、切り欠き係合部２７２と開口係合部の長さ、（定着ローラ２１１に係合したときその軸線方向となる）は、同じ長さを例示したが、どちらか一方を長くしてもよい。切り欠き係合部２７２の角部や回転伝達部材２６０の切り欠き部２６３の角部に円弧部を設けてもよい。

本実施例の構成における回転伝達部の装着について説明すると、まず、係合部材２７０の開口係合部２７１を定着ローラ２１１の開口部２１８に装着する。この時、係合部材２７０の切り欠き係合部２７２の幅が開口係合部２７１の幅より大きく、かつ係合部材２７０の円弧部２７３と定着ローラ２１１の外周部とが同一円弧であるゆえ定着ローラ２１１と係合部材２７０とはガタつくことなく定着ローラ２１１が安定した状態で仮保持される。

続いて、回転伝達部材２６０の切り欠き部２６３が形成された側を定着ローラ２１１の端面から挿入し、内周の嵌合部２６１を定着ローラ２１１の外周に装着、嵌合させる。この時、回転伝達部材２６０の切り欠き部２６３と定着ローラ２１１に仮保持されている係合部材２７０の切り欠き係合部２７２との位相を合わせて軸方向に移動させることにより、切り欠き部２６３と切り欠き係合部２７２とが係合し、さらに回転伝達部材２６０の厚さより薄く形成された切り欠き部２６３の壁部２６４と切り欠き係合部２７２とが当接して回転伝達部材２６０の軸方向の位置が規定される。

続いて、止め輪２８０を定着ローラ２１１の長穴２１９に係止、固定することにより、回転伝達部材２６０の軸方向の移動が規制される。

ここで、図示しないモータにより、回転伝達部材２６０の歯車に回転駆動力が伝達されると、回転伝達部材２６０の切り欠き部２６３と係合部材２７０の切り欠き係合部２７２とが当接し、したがって係合部材２７０の開口係合部２７１と定着ローラ２１１の開口部２１８とが当接して定着ローラ２１１に回転力が伝達される。

図２２は、回転伝達部の部分拡大図である。回転伝達部材２６０からの回転力が係合部材２７０に伝わったとき、本実施例では、図２２（ａ）に示すように定着ローラ２１１の外径部と、係合部材２７０の円弧部２７３とが同一円弧で隙間なく当接しており、係合部材２７０が傾いたりすることなく円滑に動力の損出なく回転力を伝達することができる。図２２（ｂ）のように、係合部材２７０に円弧部がないと、定着ローラ２１１の外周部との間に隙間２７４が形成され、回転伝達部材２６０に回転力が伝達された場合係合部材２７０は定着ローラ２１１の外周面と当接するように傾き動力の損出を生じ、円滑な回転力の伝達ができない。

回転伝達部材２６０を装着する場合にも同様の現象があり、図２２（ｂ）のように係合部材２７０に円弧部２７３がないと、開口係合部２７１を定着ローラ２１１の開口部２１８に装着する時に定着ローラ２１１の外周部に当接するまで係合部材２７０は傾き、回転伝達部材２６０を装着する場合に位相が合致せず、装着が困難となる。図２２（ａ）では、係合部材２７０の切り欠き係合部２７２が開口係合部２７１より幅が広く、かつ円弧部２７３が形成されているので係合部材２７０が脱落することなく、安定した正しい姿勢で定着ローラ２１１上に仮保持されることから、回転伝達部材を容易に装着することが可能である。

以上のとおり、本実施例では、端部から形成された係合溝に代わり、端部から少し離れた位置に開口部を形成し、係合部材を係合させ、回転伝達部材を定着ローラに嵌合するとともに係合部材を回転伝達部材の開口係合部と係合させる構成としたので、定着ローラの端面は連続しており、断面欠損がなく、係合溝周縁部の強度低下がなく、ローラの変形や破損、あるいは形状精度が低下することがない。

（実施例２）
本発明の実施例２の特徴は、回転伝達部材２６０と係合部材２７０との少なくとも１つの当接部に傾斜部を形成することにより、係合部材２７０を定着ローラ２１１に密着させる方向の分力が作用し、より一層円滑な回転力の伝達を行うことである。

本実施例に係る画像形成装置の概略構成は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。本実施例においては、定着装置の構成のみが実施例１と異なっている。

図２３は本実施例２に係る定着装置の回転伝達部の部分拡大図、図２４は本実施例２に係る定着装置の回転伝達部の動作を説明する図である。これらの図において、実施例１に係る定着装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。

係合部材２７０の回転伝達部材２６０との当接部には定着ローラの外径における接線方向から僅かに軸側へ向いた方向に垂直な面である傾斜部２７５が形成され、回転伝達部材２６０の当接部にも同様の傾斜部が形成されている。

次いで上記のように構成された定着装置の回転伝達時の動作について説明する。

図示しないモータからの回転駆動力が回転伝達部材２６０に伝達されると、切り欠き部２６３と係合部材２７０の切り欠き係合部２７２とが当接する。両者には傾斜部が形成されてあり、図２４に示すように、回転伝達部材２６０の回転力は、傾斜部に垂直な方向の力Ｆとして係合部材２７０に作用し、傾斜に垂直な方向の力Ｆは、定着ローラ２１１の外周の接線方向の分力Ｆ１とその垂直方向の分力Ｆ２として作用する。接線方向の分力Ｆ１は回転を伝達する力として作用し、垂直方向の分力Ｆ２は係合部材２７０を定着ローラ２１１密着させる力として作用する。その結果、係合部材が円弧部２７３を定着ローラ２１１に密着させた状態で円滑な回転力の伝達が可能となる。

一般的に２種以上の部品を嵌合、又は係合させる場合、組み立て性に配慮し両者の間に僅かな隙間を設けるが、本実施例２の係合部材２７０の開口係合部２７１と定着ローラ２１１の開口部にも僅かな隙間が設けられ、また係合部材２７０の切り欠き係合部２７２と回転伝達部材２６０の切り欠き部２６３にも僅かな隙間が設けられている。それゆえ回転力を伝達する際に隙間分だけ係合部材２７０が傾いたりあるいは動揺する場合が多いが、本実施例２では係合部材２７０を定着ローラ２１１に密着させる方向に分力が作用するので、傾いたり動揺することなく定着ローラに対する回転伝達部材からの円滑な回転力の伝達が可能となる。

（実施例３）
本発明の実施例３の特徴は、回転伝達部材２６０の切り欠き部２６３ａの幅を少なくとも２種類以上の異なった幅を形成することにより、止め輪２８０を用いなくとも回転伝達部材２６０の定着ローラ軸方向の位置の規制を可能とすることである。

本実施例に係る画像形成装置の概略構成は、実施例１と同様であるゆえ、その説明を省略する。本実施例においては、定着装置の構成のみが実施例１と異なっている。

図２５は、本実施例３に係る定着装置の回転伝達部材の斜視図である。この図において、実施例１に係る定着装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。

回転伝達部材２６０の切り欠き部２６３ａは、一端部側は係合部材２７０の切り欠き係合部２７２と同等の幅の部分２６３ｂと、前記切り欠き係合部２７２より幅の広い部分２６３ｃとが形成されている。切り欠き部２６３ａの深さは回転伝達部材２６０の厚さより浅く形成されている。

実施例１と同様に、係合部材２７０の開口係合部２７１を定着ローラ２１１の開口部２１８に装着し、回転伝達部材２６０の切り欠き部２６３ａが形成された側を定着ローラ２１１の端面から挿入し、内周の嵌合部２６１を定着ローラ２１１の外周に装着、嵌合させ、切り欠き係合部２７２の位相を合わせて軸方向に移動させることにより、切り欠き部２６３ａと切り欠き係合部２７２が係合し、さらに回転伝達部材２６０の厚さより薄く形成された切り欠き部２６３の壁部２６４と切り欠き係合部２７２が当接して回転伝達部材２６０の軸方向の位置が規定される。この状態で係合部材２７０の切り欠き係合部２７２は回転伝達部材２６０の切り欠き部２６３ａの幅の広い部分２６３ｃと対向しており、幅の差分の隙間が形成されている。

続いて、回転伝達部材２６０を前記隙間をなくす方向に回動させることにより、回転伝達部材２６０の位置規制部２６３ｄと係合部材２７０の切り欠き係合部２７３とが係止し、回転伝達部材２６０の軸方向の移動が規制される。このとき、回転伝達部材２６０の回転方向は前記隙間をなくす方向のみとすることにより、止め輪を用いることなく回転伝達部材の定着ローラ軸方向の位置規制が可能となり、コストの低減に貢献する。

（実施例４）
本発明の実施例４の特徴は、回転伝達部材の嵌合部を外周部に形成し、定着ローラの内周と嵌合させることにより、薄肉の定着ローラに大きな応力が作用しても、定着ローラの変形や破損を生ずることなく、円滑な回転伝達を可能とすることである。

図２６は回転伝達部の縦断面図、図２７は回転伝達部材の斜視図、図２８は係合部材の斜視図である。

定着ローラ２１１には端部から少し離れた位置に設けられた開口部２１８より中央側に複数の穴２１９ｂが形成されている。

回転伝達部材２９０は、定着ローラ２１１の内周と嵌合する嵌合部２９１が外周部に形成され、隣接する外周部には歯車２９２が形成されている。回転伝達部材２９０の嵌合部２１９には切り欠き部２９３が形成されており、前記切り欠き部２９３は回転伝達部材２９０の厚みより短い範囲に形成されている。前記嵌合部２９１には一部が嵌合部２９１の外径より外側に突出するとともに傾斜部および突起部２９４ａを有する係止部２９４が複数箇所形成されている。

係合部材３００には開口係合部３０１と開口係合部３０１より幅の広い切り欠き係合部３０２が形成され、切り欠き係合部３０２の開口係合部３０１側には定着ローラ２１１の内周と同じ円弧の円弧部３０３が形成されている。

本実施例４における回転伝達部材の装着は、係合部材３００の開口係合部３０１を定着ローラ２１１の開口部２１８に内周側から装着する。この時、係合部材３００の切り欠き係合部３０２の幅が開口係合部３０１の幅より大きく、かつ係合部材３００の円弧部３０３と定着ローラ２１１の内周部が同一円弧であるゆえ定着ローラ２１１と係合部材３００はガタつくことなく安定した状態で仮保持される。

続いて、回転伝達部材２９０の嵌合部２９１側を定着ローラ２１１の内周に挿入し、嵌合部２９１を定着ローラ２１１の内周に装着、嵌合させる。この時、回転伝達部材２９０の切り欠き部２９３と定着ローラ２１１に仮保持されている係合部材３００の切り欠き係合部３０２の位相を合わせて軸方向に移動させることにより、切り欠き部２９３と切り欠き係合部３０２が係合し、回転伝達部材２９０の厚さより薄く形成された切り欠き部２９３の壁部２９４と切り欠き係合部３０２が当接して回転伝達部材２９０の軸方向の位置が規定される。同時に係止部２９４の突起部２９４ａが定着ローラ２１１の穴２１９ａと係合し回転伝達部材２９０の軸方向への移動が規制される。

ここで図示しないモータにより、回転伝達部材２９０の歯車に回転力が伝達されると、回転伝達部材２９０の切り欠き部２９３と係合部材３００の切り欠き係合部３０２が当接し、したがって係合部材３００の開口係合部３０２と定着ローラ２１１の開口部２１８が当接して定着ローラ２１１に回転力が伝達される。この時、定着ローラ２１１の内周部と、係合部材３００の円弧部３０３が同一円弧で隙間なく当接しており、係合部材３００が傾いたりすることなく円滑に動力の損出なく回転力を伝達することができる。また、回転伝達部材２９０の嵌合部２９１が定着ローラ２１１の内周と嵌合しているので、過大な負荷が働いても定着ローラ２１１が内周側に変形することがなく、安定して円滑な回転力の伝達が可能となる。

本実施例では、加熱手段として電磁誘導加熱方式を採用し、定着ローラとして常温では磁性を有するも所定温度では磁性のなくなる整磁材料を採用した構成について説明したが、本構成に限定することなく他の加熱方式、他の材料を採用した薄肉の定着ローラを用いた定着装置においても同様の効果を有することは言うまでもない。本実施例で採用した、電磁誘導加熱方式および整磁材料を用いることにより、従来の低熱容量化したローラのように、強度の低下や変形、破損がなく、かつ幅の狭い記録材に連続印字した場合の記録材幅外の過昇温がなく、より省エネルギー化を図った定着装置の実現が可能となる。

また、加熱手段として電磁誘導加熱方式を採用し、誘導コイルを定着ローラの内部に配置し、非磁性導電層を定着ローラの外周部に形成した構成について説明したが、誘導コイルを定着ローラの外部に配置し、非磁性導電層を定着ローラの内周部の一部に形成する構成でも同様の効果が得られることは明白である。

以上のように、本発明にかかる定着装置は、省エネルギー化のために低熱容量化つまり薄肉化した定着ローラを使用しても強度の低下や変形あるいは破損および精度の低下を生ずることなく円滑な回転駆動力の伝達が可能となり、未定着画像を記録材に加熱定着する定着装置などに有用である。

本発明実施例１における画像形成装置の概略構成を示す図本発明実施例１における定着装置の構成を示す横断面模型図本発明実施例１における定着装置の構成を示す縦断面模型図本発明実施例１における定着ローラの詳細な構成を示す一部断面図本発明実施例１における、（ａ）はキュリー温度以下の状態における定着ローラ内を流れる誘導電流の説明図（ｂ）はキュリー温度に近づいた状態における定着ローラ内を流れる誘導電流の説明図本発明実施例１における連続通紙時の定着ローラの温度分布図本発明実施例１におけるスピニング加工の説明図本発明実施例１におけるスピニング加工後のクラウン形状の説明図本発明実施例１における整磁材料のアニール処理前の比透磁率の温度特性図本発明実施例１における整磁材料の比透磁率の温度特性図本発明実施例１におけるウォームアップ時の定着ローラの昇温特性を示した図本発明実施例１におけるＡ４縦連続通紙時の定着ローラの温度分布図本発明実施例１における非磁性導電層の厚みとウォームアップ時間の関係を示した図本発明実施例１における連続通紙時の電力と非磁性導電層の関係を示した図本発明実施例１における非磁性導電層の幅を変えた場合の連続通紙時の発熱ローラの温度分布図従来構成定着ローラの変形を説明する図本発明実施例１におけるメッキ処理の概略図本発明実施例１における回転駆動力伝達部の構成を示す分解斜視図本発明実施例１における回転駆動力伝達部の縦断面図模型図本発明実施例１における回転伝達部材を示す斜視図本発明実施例１における係合部材を示す斜視図（ａ）は本発明実施例１における回転伝達部の部分拡大図、（ｂ）は係合部材に円弧部がないとした場合における回転伝達部を説明するための部分拡大図本発明実施例２における回転伝達部の部分拡大図本発明実施例２における回転伝達部の動作を説明する図本発明実施例３における回転伝達部材の斜視図本発明実施例４における回転伝達部の縦断面図模型図本発明実施例４における回転伝達部材を示す斜視図本発明実施例４における係合部材を示す斜視図従来の定着器の加熱ローラの構造を示す図従来の定着器の加熱ローラの構造を示す図従来の定着器の加熱ローラの構造を示す図

符号の説明

２００定着装置
２１１定着ローラ
２１４高透磁性導電層
２１５非磁性導電層
２１８開口部
２２１加圧ローラ
２３０温度センサー
２４０加熱手段
２６０、２９０回転伝達部材
２６３、２９３切り欠き部
２７０、３００係合部材
２７１、３０１開口係合部
２７２、３０２切り欠き係合部

Claims

記録材を加熱加圧してその面上の色材を定着させる定着装置であって、
互いが平行に配設されてその間に記録材を挟んで加圧しつつそれぞれ回転する定着ローラ及び加圧ローラと、
前記記録材を、前記定着ローラを介して加熱する加熱手段と、
前記定着ローラの端部に当接嵌合してその定着ローラの回転を駆動する回転伝達部材と、
前記定着ローラと前記回転伝達部材とを係合する係合部材とを備え、
前記定着ローラは薄肉円筒状で、少なくとも一方の端部にその端面から離れて開口部が形成され、
前記回転伝達部材は当該回転伝達部材の厚さより浅い切り欠き部を有し、
前記係合部材は前記開口部と係合する開口係合部と前記切り欠き部と係合する切り欠き係合部とを有しており、前記開口係合部の幅より前記切り欠き係合部の幅が広く形成されたことを特徴とする定着装置。
前記回転伝達部材の切り欠き部は、少なくとも２種類以上の異なった幅を有した形状であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記係合部材の切り欠き係合部は、前記定着ローラの内径又は外径の何れかと同じ円弧を成した面を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記回転伝達部材と前記係合部材とが当接する部分において、それら部材の少なくとも１つには、傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記回転伝達部材と前記係合部材とが当接する部分において、それら部材の少なくとも１つには、前記係合部材を前記定着ローラに密着させる方向の分力が発生する傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記加熱手段は少なくとも励磁コイルユニットと電源とを含み、
前記定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、塑性加工後にアニール処理が行われたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記加熱手段は少なくとも励磁コイルユニットと電源とを含み、
前記定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、スピニング加工後にアニール処理が行われたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記加熱手段は少なくとも励磁コイルユニットと電源とを含み、
前記定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、前記整磁材料をロール成型後溶接し、少なくとも一方の端部を小径化加工後スピニング加工にて成型し、アニール処理を行ったものであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記加熱手段は少なくとも励磁コイルユニットと電源とを含み、
前記定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、前記整磁材料をロール成型後溶接し、少なくとも一方の端部を、小径化加工後スピニング加工にて直径を変化させたクラウン形状に成型し、アニール処理を行ったものであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記加熱手段は少なくとも励磁コイルユニットと電源とを含み、
前記定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、塑性加工後にアニール処理が行われ、内外面の少なくとも一方の一部分に非磁性導電層をめっき処理にて形成することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記加熱手段は少なくとも励磁コイルユニットと電源とを含み、
前記定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、塑性加工後にアニール処理が行われ、内外面の少なくとも一方の一部分に厚さが１５μｍ以上の非磁性導電層がめっき処理にて形成されたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記加熱手段は少なくとも励磁コイルユニットと電源とを含み、
前記定着ローラは、常温では磁性を有するも所定温度以上では磁性が無くなる整磁材料からなり、塑性加工後にアニール処理が行われ、内外面の少なくとも一方の一部分に厚さが１５μｍ以上の銅めっき処理が行われたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。