JP2011047990A - 発熱ローラ、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱量の自己調節能力が高く、且つ、破損しにくい発熱ローラを提供する。
【解決手段】外側から順に、電気抵抗率の低い材料からなる主発熱層３１と、少なくともニッケルを含有する磁性金属かならなる発熱制御層３０と、熱伝導率の低い断熱層３６と、剛性のある芯金３０とを有し、外側から磁束が印加されて発熱する発熱ローラにおいて、発熱制御層３０を焼鈍処理し、発熱制御層３０と断熱層３６とを接着する。
【選択図】図３

Description

本発明は、発熱ローラ、定着装置および画像形成装置に関する。

画像形成装置の定着装置として、表面近くに誘導加熱によって発熱する薄い金属層を設けた、発熱ローラは発熱スリーブ（ベルト）を有するものが公知である。このような発熱ローラは、熱容量が小さく発熱量が大きいため、短時間に表面温度を上昇可能であり、待機時の予熱が不要であるのでエネルギー消費が少ない。

特許文献１には、銅からなる主発熱層（誘導発熱層）と整磁合金からなる発熱制御層とで構成された発熱層を有する発熱スリーブ（定着ベルト）が記載されている。この発熱スリーブは、整磁合金がキュリー温度以下であるときは、強磁性体である整磁合金の発熱制御層が磁束を捕捉し、表皮効果によって主発熱層中に誘導電流（渦電流）を集中させて主に主発熱層を発熱させ、整磁合金がキュリー温度以上であるときは、常磁性体となった整磁合金の発熱制御層が磁束を通過させ、発熱スリーブの内側に配置した磁束抑制層に磁束を誘導することで、発熱層の発熱量を低下させる。このように、発熱量を自己調節可能とした発熱スリーブは、通紙範囲が狭い場合にも。通紙範囲外の部分が過剰に温度上昇しない。

定着温度に近いキュリー温度を有し、透磁率の変化が大きい整磁合金として、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）が広く利用されている。しかしながら、パーマロイは強度が大きくないため、パーマロイを用いて発熱スリーブを形成すると、発熱スリーブが破損しやすくなるという問題がある。特に、パーマロイは、好ましい磁性を得るには焼鈍処理が欠かせないが、発熱スリーブに焼鈍処理を施すと、パーマロイの強度が低下するだけでなく、誘導発熱層を構成する銅の強度も低下してしまい、定着装置用発熱スリーブとして必要な強度を得ることができない。

特許文献２には、非磁性体からなる主発熱層と、定着温度と同程度のキュリー温度を有する磁性体（パーマロイ）からなる発熱制御層とを有する発熱ベルトの内側に、弾性のある断熱層を有する定着ローラを配置し、定着ベルトの外側に、定着ローラとの間に発熱ベルトを挟み込んでニップを形成する加圧ローラを配置した定着装置が記載されている。この発熱ベルトにおいても、パーマロイの磁性を改善するために焼鈍処理を施すと、その強度が不十分になる。

特開２００７−２７９６７２号公報 特開２００９−１７５２００号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、発熱量の自己調節能力が高く、且つ、破損しにくい発熱ローラ、並びに、発熱ローラが部分的に過熱しない定着装置および画像形成装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による発熱ローラは、外側から順に、電気抵抗率の低い材料からなる主発熱層と、少なくともニッケルを含有する磁性金属かならなる発熱制御層と、熱伝導率の低い断熱層と、剛性のある芯金とを有し、外側から磁束が印加されて発熱する発熱ローラであって、前記発熱制御層は、焼鈍処理されており、前記発熱制御層と前記断熱層とは、互いに接着されているものとする。

この構成によれば、発熱制御層を焼鈍処理した磁性金属で形成することによって最適な磁気特性を与え、発熱制御層を断熱層に接着することで、発熱制御層の蛇行を防止して破損を防止できる。

また、本発明の発熱ローラにおいて、前記主発熱層は、銅を含んでもよい。

この構成によれば、主発熱層の抵抗を低くして、力率を高め、電源効率および発熱効率を高められる。

また、本発明の発熱ローラにおいて、前記主発熱層は、メッキによって形成され焼鈍処理されていなくてもよい。

この構成によれば、主発熱層に十分な強度を持たせられる。

また、本発明の発熱ローラは、前記主発熱層の外面に、酸化防止層、弾性層および離型層が順に積層されていてもよい。

この構成によれば、酸化防止層によって、主発熱層の腐食を防止して、主発熱層と弾性層との接着を長期に亘って確保できる。

また、本発明の発熱ローラにおいて、前記芯金は、非磁性の電気抵抗率の低い材料からなってもよい。

この構成によれば、発熱制御層がキュリー温度に達したとき、発熱制御層を貫通した磁束はさらに芯金を貫通し、芯金内に渦電流を発生させる。芯金に生じた渦電流は、磁束を打ち消すので、主発熱層を通過する磁束数を低下させて発熱量をさらに低減する。

また、本発明による定着装置は、前記発熱ローラのいずれかと、前記発熱ローラに磁束を印加する励磁コイルと、前記発熱ローラに圧接される加圧ローラとを有するものとする。

この構成によれば、発熱ローラは、部分的過熱がないように発熱量を自己調節でき、且つ、ニップを形成するための変形に耐え得る十分な強度を有する。また、発熱制御層が断熱層に接着されているため、発熱制御層が蛇行して過大な応力を受けることがない。このため、定着装置の定着能力が高く、故障が少ない。

また、本発明による画像形成装置は、前記定着装置を備えるものとする。

この構成によれば、発熱ローラの発熱量調節機能によって画像の定着が安定し、発熱ローラが損傷しにくいのでダウンタイムが短い。

本発明によれば、発熱ローラの発熱制御層に、焼鈍処理した整磁金属で形成することによって好ましい磁気特性を与え、弾性層に接着することで蛇行を防止して損傷を防止できる。

本発明の第１実施形態の発熱ローラを備える画像形成装置の構成図である。 図１の定着装置の断面図である。 図２の定着ローラの部分拡大断面図である。 パーマロイのニッケル配合率とキュリー温度との関係を示すグラフである。 図２の加圧ローラの部分拡大断面図である。 材料と加工方法とによる硬さの違いを示す図である。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の１つの実施形態である発熱ローラを有する画像形成装置１を示す。

本実施形態の面像形成装置１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーによってトナー画像を形成する４つの作像部２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、作像部２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが形成したトナー画像を、無端ループ状の中間転写ベルト３に、静電気力によって１次転写する１次転写ローラ４と、中間転写ベルト３に転写されたトナー画像を、さらに、静電気力によって記録紙に２次転写する２次転写ローラ５と、トナー画像が転写された記録紙を加熱および加圧してトナーを溶融し、トナー画像を記録紙に定着させる定着装置６とを有する、いわゆるタンデム方式のカラープリンタである。

画像形成装置１は、中間転写ベルト３上のトナー画像の濃度を検出する画像濃度センサ７を有する。この画像濃度センサ７は、レジストセンサとしての機能も果たす。中間転写ベルト３は、駆動ローラ８と自由ローラ９との間に掛け渡されている。

各色の作像部２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、それぞれ、感光体１０と、感光体１０を帯電させる帯電器１１と、帯電した感光体１０を選択的に露光して静電潜像を形成する露光器１２と、静電潜像にトナーを供給して現像する現像器１３と、中間転写ベルト３に転写できずに残留するトナーを掻き落とすクリーナ１４とを有する。

また、画像形成装置１は、記録紙を収容する給紙トレイ１５を有し、給紙トレイ１５から給紙ローラ１６によって１枚ずつ記録紙が取り出され、中間転写ベルト３と２次転写ローラ５とのニップに供給される。定着装置６によってトナー画像が定着された記録紙は、排紙ローラ１７によって、排紙トレイ１８上に排出される。

図２に、定着装置６の構成を詳しく示す。定着装置６は、本発明に係る発熱ローラ１９と、発熱ローラ１９に押圧され、記録紙Ｐを挟み込む幅のあるニップを形成する加圧ローラ２０と、加圧ローラ２０の反対側で、発熱ローラ１９に対向して配置され、発熱ローラ１９に交番磁界を印加する励磁コイル２１とを有する。

発熱ローラ１９は、表層の発熱スリーブ２２と、発熱スリーブ２２の内側に接着されて一体に回転する定着ローラ２３とからなる。

励磁コイル２１は、ボビン２４に巻線を巻回して形成されている。また、励磁コイル２１の周囲で、発熱ローラ１９が位置しない三方には、励磁コイル２１が形成した磁束を案内するためのコア２５，２６，２７が配置されている。また、定着装置６は、発熱ローラ１９から記録紙Ｐを分離するための分離爪２８、および、発熱ローラ１９の温度を検出する温度センサ２９を有する。温度センサ２９は、発熱ローラ１９の、記録紙Ｐのサイズに拘わらず記録紙Ｐと当接して熱が奪われる部分の温度を検出するように配設される。

励磁コイル２１には、不図示の高周波インバータから２０〜４０ｋＨｚ、１００〜２０００Ｗの高周波電力が、温度センサ２９の検出温度に応じて出力調節して供給される。この高周波電力の周波数を２０ｋＨｚ未満とすると、発熱効率が大きく低下してしまう。また、周波数を４０ｋＨｚより大きくすると、連続通紙時に電力供給が不足気味となり、発熱ローラ１９の表面温度が十分に上昇せず、定着不良が発生するおそれがあるので好ましくない。

図３に、発熱ローラ１９の詳細な構成を示す。発熱ローラ１９の発熱スリーブ２２は、内側から順に、発熱制御層３０、主発熱層３１、酸化防止層３２、弾性層３３、離型層３４を有する。定着ローラ２３は、芯金３５の外周に、断熱層３６を有する。

発熱スリーブ２２は、発熱制御層３０を形成し、その上に、主発熱層３１を形成し、主発熱層３１の上に、酸化防止層３２を形成し、さらに、その上に、弾性層３３を積層し、最後に、弾性層３３の上に離型層３４を形成してなる。

発熱制御層３０は、先ず、ニッケルを含む磁性金属、例えばパーマロイの板をドローイング加工によって、側壁の板厚が２０〜２００μｍ、好ましくは、３０から７０μｍの有底筒状に成形し、底部を切除することで、無端のスリーブ状に形成する。他にも、深絞り、スピニング等の塑性加工が適用できる。また、円筒表面に、電解メッキによってパーマロイの層を形成することで無端スリーブ状に成形してもよい。

パーマロイは、定着装置６の定着温度が１７０〜１９０℃であれば、キュリー温度が１５０度から２２０℃、好ましくは、１８０〜２００℃であり、且つ、キュリー温度以下の低温時の体積抵抗率が２×１０^−８〜２００×１０^−８Ωｍ、好ましくは、５×１０^−８〜１００×１０^−８Ωｍになるような組成を選択する。パーマロイをスリーブ状に成形したなら、焼鈍処理を施して、常温（キュリー温度以下）で、比透磁率が５０〜２０００、好ましくは、１００〜１０００となるようにする。

鉄にニッケルを配合すると、その配合率に応じて、図４に示すように、キュリー温度が変化する。つまり、ニッケルの配合率によって、パーマロイのキュリー温度が設定できる。また。パーマロイのキュリー温度は、クロム、コバルト、モリブデン等の配合によっても調節できる。なお、図４のデータは、パーマロイを電解めっきにより板状に形成したものに８００℃で１時間の焼鈍処理を行った検体について、岩通計測製Ｂ−Ｈアナライザを用いてキュリー温度（Ｔｃ）の測定を行ったものである。

焼鈍処理は、真空またはヘリウムガス雰囲気下で、６００℃〜１２００℃、好ましくは、８００℃〜１０００℃の範囲内で、０．２時間〜４時間、好ましくは、０．５時間〜２時間保持することが望ましい。

発熱制御層３０は、定着温度に近いキュリー温度を有することが望ましいが、定着温度より高いキュリー温度を有するものであっても、温度制御効果が得られるため、パーマロイに限らず、ニッケル合金やステンレス鋼等の磁性金属を用いてもよい。

このように、磁性金属を発熱ローラ状に加工してから焼鈍処理して形成した発熱制御層３０の外周に、金属メッキによって主発熱層３１を形成する。主発熱層３１は、導電性の良好な、特に、発熱制御層３０がキュリー温度以上となったとき、体積抵抗率が、０．５×１０^−８〜２０×１０^−８Ωｍ、好ましくは、０．５×１０^−８〜１０×１０^−８Ωｍとなるような、比透磁率が０．９９〜２０の非磁性金属材料、好ましくは、銅または銅合金を用いて形成するとよい。このような材質からなる主発熱層３１は、厚さ５〜２０μｍに形成することが好ましく、本実施形態では銅を厚さ１０μｍにメッキしている。

また、主発熱層３１は、ニッケルなどの磁性材料で形成することもできる。また、樹脂に銅や銀等の良導性の粒子を分散させたもので形成してもよい。樹脂材料の適用は、発熱スリーブ２２の柔軟性を高めることに寄与し、結果として、記録紙の分離性を向上させるのに資する。

発熱制御層３０がキュリー温度以下である場合、励磁コイル２１が形成した磁束は、透磁率の高い発熱制御層３０および主発熱層３１に補足され、発熱制御層３０および主発熱層３１の内部に渦電流を励起する。渦電流は、抵抗が小さい主発熱層３１に集中して流れ、主に主発熱層３１においてジュール熱を発生させる。

主発熱層３１を磁性材料で形成すると、表皮効果が大きく、主発熱層３１の厚さに拘わらず渦電流の流れる範囲が限定されて電流密度が大きくなり、発熱量が大きくなる。しかしながら、非磁性材の場合は、表皮効果が小さく、主発熱層３１全体に渦電流が流れるため、発熱量が小さくなりやすい。このため、本実施形態のように、主発熱層３１に非磁性材を用いる場合は、主発熱層３１を上述のように、厚さを５〜２０μｍ程度に薄くすることで、主発熱層３１全体に渦電流が分散して流れたとしても、電流密度が大きくなるようにし、十分な発熱量を得られるようにする。

また、発熱制御層３０がキュリー温度以上である場合、透磁率が低くなった発熱制御層３０は、励磁コイル２１が形成した磁束を十分に補足することができず、内側に磁束を通過させる。これにより、主発熱層３１に流れる渦電流が小さくなり、主発熱層３１の発熱量が、発熱制御層３０がキュリー温度以下であるときよりも少なくなる。

このように、発熱ローラ１９は、発熱制御層３０がキュリー温度に達した部分の発熱量を自己抑制するので、記録紙Ｐが通紙されて熱を奪われる部分の温度を所定の定着温度に維持するように、励磁コイル２１に印加する電力を制御したとしても、記録紙Ｐに熱を奪われない部分が、定着に不都合が生じる温度まで過昇温することがない。

また、主発熱層３１を本実施形態のように、酸化しやすい銅等で形成した場合、主発熱層３１の酸化を防止するために、主発熱層３１と弾性層３３の間に酸化防止層３２を設けることが望ましい。主発熱層３１を銅で形成した場合は、酸化皮膜の成長が激しい上、酸化皮膜自体の強度が非常に弱く、酸化皮膜が剥離して弾性層３３の剥離を生じさせる危険性が高いため、酸化防止層３２によって、外気（空気）の主発熱層３１への接触を防ぐことで、主発熱層３１と後述の弾性層３３との接着を長期間に渡って良好に維持可能とする必要があるからである。

この酸化防止層の材料としては、通気性が皆無である金属材料が望ましく、発熱性能への影響を少なくするために、なるべく非磁性かつ低抵抗の材料で薄く形成するとことが望ましい。特にニッケル、クロム、銀は薄肉形成可能で発熱性能への影響が小さく、弾性層との接着性も良好なため、酸化防止層に適している。酸化防止層の厚みとしては０．５〜４０μｍの範囲内であることが望ましい。厚さが０．５μｍ未満ではピンホールによってシール性が悪化し、厚さが４０μｍを超えると発熱性能に影響し、特に過昇温の防止効果に悪影響を与えるからである。

また、酸化防止層の材料としてポリイミド樹脂等を用いることもできる。ポリイミド樹脂は絶縁体であるため発熱性能への影響は皆無である。しかし、金属材料に比べて若干の通気性を有するため、酸化防止層の厚みは、３〜７０μｍとすることが望ましい。厚さが３μｍ未満であると、シール性が不十分となるので酸化皮膜が成長し、厚みが７０μｍを超えると、主発熱層３１で発生した熱を発熱ローラ１９の外周面まで到達させることが難しく、熱効率が悪くなるからである。

また、発熱ローラ１９は、発熱制御層３０の上に、金属メッキによって主発熱層３１を形成し、必要に応じて酸化防止層を形成した後、主発熱層３１を覆うように、弾性層３３が形成される。弾性層３３は、トナー像に均一かつ柔軟に熱を伝えるためのものである。この弾性層３３が適度な弾性を有することにより、トナー像が押し潰されたり不均一な溶融となることによる画像ノイズの発生を防止できる。

このため、弾性層３３は、耐熱性と弾性とを有するゴム材や樹脂材、例えば、定着温度での使用に耐えられるシリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性エラストマーを用いて形成する。また、それらの材料に、熱伝導性や補強等を目的とした各種の充填材を添加してもよい。熱伝導性の向上のために添加される粒子の例としては、ダイヤモンド、銀、銅、アルミニウム、大理石、ガラス等、特に実用的なものとして、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ベリリウム等が挙げられる。

弾性層３３の厚さは、１０〜８００μｍ、好ましくは、１００〜３００μｍとする。弾性層３３は、厚さが１０μｍ未満では厚さ方向の十分な弾力性を得ることが難しく、厚さが８００μｍを超えると主発熱層３１で発生した熱を発熱ローラ１９の外周面まで到達させることが難しなるからである。

弾性層３３の硬度は、ＪＩＳ硬度で１〜８０度、好ましくは、５〜３０度とする。この範囲内の硬度であれば、弾性層３３の強度の低下や密着性の低下を防止しつつ、安定した定着性を確保できるからである。この条件を満たす樹脂として、１成分系、２成分系、または３成分系以上のシリコーンゴム、ＬＴＶ（ＬｏｗＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＶｕｌｃａｎｉｚａｂｌｅ：低温加硫）型、ＲＴＶ（ＲｏｏｍＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＶｕｌｃａｎｉｚａｂｉｅ：常温加硫〉型、またはＨＴＶ（ＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＶｕｌｃａｎｉｚａｂｌｅ：高温加硫）型のシリコーンゴム、縮合型または付加型のシリコーンゴム等が使用できる。

さらに、発熱ローラ１９は、弾性層３３の上に、離型層３４を形成してなる。離型層３４は、発熱ローラ１９の最外層をなし、発熱ローラ１９と記録紙Ｐとの離型性を高めるためのものである。この離型層３４としては、定着温度での使用に耐えられるとともにトナーに対する離型性に優れたものを使用する。例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム、あるいはＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体）、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化エチレン共重合体）、ＰＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）等のフッ素樹脂が好ましく、これらを混合したものでもよい。

離型層３４の厚さは、５〜１００μｍ、好ましくは、１０〜５０μｍの範囲内のものとする。また、この離型層３４と弾性層３３との接着力を向上させるために、プライマー等による接着処理を行ってもよい。また、離型層３４の中に必要に応じて、導電材、耐摩耗材、良熱伝導材等をフィラーとして添加してもよい。

発熱ローラ１９は、発熱スリーブ２２とは別に、内部の定着ローラ２３が形成される。定着ローラ２３の芯金３５は、発熱ローラ１９を支持するために十分な強度と耐熱性とを有するように、十分に厚みのある非磁性で電気抵抗率の低い金属、例えば厚さ３ｍｍのアルミニウムで形成される。

発熱制御層３０がキュリー温度以上となったとき、励磁コイル２１が発生した磁束は、主発熱層３１および発熱制御層３０で補足しきれず、発熱制御層３０を貫通して、定着ローラ２３の芯金３５を貫通することになる。芯金３５は電気抵抗率が低いため、大きな渦電流が流れ、この渦電流は、励磁コイル２１が発生した磁束を打ち消すような磁界を形成し、主発熱層３０に印加される磁束密度を低下させて、主発熱層３０の発熱量をさらに低下させる。

ここで、芯金３５は、その材質が非磁性であるために表皮効果が小さく、さらに、十分な厚みを有するので渦電流が分散して流れる。このため、芯金３５を流れる渦電流の電流密度は低く抑えられ、低抵抗の芯金３５に大きなジュール熱を発生させない。

さらに、発熱ローラ１９の定着ローラ２３は、芯金３５の周りに、発熱スリーブ２２から芯金３５に熱が伝わらないようにするため、芯金３５の外側に断熱層３６が形成されている。

したがって、断熱層３６は、熱伝導率が低く、耐熱性を有するゴム材や樹脂材の発泡体で形成することが好ましい。また、断熱層３６を弾性のある材料で形成することで、発熱ローラ１９のたわみを許容し、ニップ幅を大きく保つことができる。また、断熱層３６として、ソリッド体と発泡体との２層構造のものを使用してもよい。

例えば、断熱層３６として、シリコンスポンジ材を用いる場合は、厚さ１〜１０ｍｍ、好ましくは、２〜７ｍｍに形成するとよい。また、この断熱層３６の硬度は、アスカーＣ硬度で２０〜６０度、好ましくは、３０〜５０度の範囲内とする。

以上のように、別々に形成された発熱スリーブ２２と定着ローラ２３とは、最終的に、接着剤によって接着される。このため、発熱スリーブ２２（発熱制御層３０）の内径は、定着ローラ２３（断熱層３６）の外径よりも０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度大きく形成され、発熱スリーブ２２の内面または定着ローラ２３の外面に接着剤を塗布して、発熱スリーブ２２の中に定着ローラ２３を挿入して、両者を接着する。

接着剤としては、シリコン系の接着剤を用い、加熱によって接着剤を硬化させるとよい。また、発熱スリーブ２２の内面や定着ローラ２３の外面を、必要に応じてプライマー処理してもよい。

このように、発熱スリーブ２２と定着ローラ２３とを接着することで、発熱スリーブ２２の蛇行を防止できる。これにより、焼鈍処理によって強度が低下した発熱制御層３０に蛇行に伴う応力が作用せず、発熱制御層３０の損傷を防止できるので、発熱ローラ１９は損傷し難い。結果として、画像形成装置１の発熱ローラ１９の交換のためのダウンタイムも短くできる。

図５に、加圧ローラ２０の構造を示す。加圧ローラ２０は、芯金３７の上に断熱層３８が形成され、さらに断熱層３８の表面に離型層３９が形成されている。芯金３７は、例えば、壁厚３ｍｍのアルミ製パイプからなり、強度が確保できれば、ＰＰＳのような耐熱性の材質によるモールドのパイプを用いてもよい。芯金３７として鉄パイプを使用することも不可能ではないが、電磁誘導による影響を受けにくい非磁性のものがより好ましい。

加圧ローラ２０の断熱層３８は、例えば厚さ３〜１０ｍｍの範囲内のシリコーンゴム発泡体からなる層であるが、シリコーンゴムのソリッドとシリコーンゴム発泡体との２層構造としてもよい。

加圧ローラ２０の最外周の離型層３９は、発熱ローラ１９の離型層３４と同様に、記録紙Ｐに対する加圧ローラ２０の離型性を向上させるためのものである。この離型層３９は、厚さ１０〜５０μｍのＰＴＦＥまたはＰＦＡ等のフッ素系樹脂で形成すればよい。

なお、本実施形態では、加圧ローラ２０は、発熱ローラ１９に対して３００〜５００Ｎの荷重で圧接されており、発熱ローラ１９と加圧ローラ２０とが圧接されるニップ幅は約５〜１５ｍｍとなっている。本実施形態とは異なるニップ幅で使用したい場合には、加圧ローラ２０の圧接荷重を変更して調整すればよい。

定着処理時には、図２において、加圧ローラ２０が時計回りに回転駆動される。これにより、発熱ローラ１９は、加圧ローラ２０との摩擦力によって、図において反時計回りに従動回転される。なお、発熱ローラ１９を駆動して、発熱ローラ１９および加圧ローラ２０を従動回転させてもよい。

励磁コイル２１は、発熱ローラ１９の長手方向に沿って巻回されたコイルである。その横断面は、図２に示すように、発熱ローラ１９の外周に倣ってやや湾曲した形状となっている。

本実施形態では、励磁コイル２１の巻き線として、細い素続を数十本〜数百本束ねてリッツ線としたものを使用している。このような励磁コイル２１は通電時に巻線抵抗によって自己発熱するので、その場合でも絶縁性を保てるように巻線に耐熱性の樹脂が被覆されたものを使用している。さらに、例えばファンによって、励磁コイル２１を空冷することが望ましい。なお、本実施形態の励磁コイル２１は、その長手方向に一繋がりのものである。

コア２５，２６，２７は、磁気回路の効率を上げるため、および、磁束の外部へ漏れを防止するために配設されている。そのため、コア２５，２６，２７は、高透磁率であり、且つ、渦電流の損失が低い材質で形成される。また、コア２５，２６，２７の材料は、キュリー温度が１４０〜２２０℃、好ましくは１６０〜２００℃のものを使用するとよい。

コア２５，２６，２７をパーマロイのような高透磁率の合金で形成すると、渦電流の損失が大きくなりがちである。このため、このような材質を使用する場合は薄板を積層した構造のコアとすることが望ましい。また、コア２５，２６，２７として、樹脂材に磁性粉を分散させたものを用いることもできる。このような素材は、透磁率はやや低いが、形状を自由に設定できるという利点がある。なお、励磁コイル２１による磁気回路と外部との間の磁気遮蔽が、他の手段によって達成できる場合には、コア２５，２６，２７を省略したコアなし（空芯）にしてもよい。

コア２５は、その横断面が図２に示すようなアーチ形状のものである。本実施形態では、長さが約１０ｍｍのコア片を、発熱ローラ１９の軸方向に１３個並べて配置したものとしている。コア２６は、横断面が四角形状で長さが５〜１０ｍｍのコア片を、発熱ローラ１９の両脇に配置したものである。また、コア２７は、横断面が四角形状のものを、励磁コイル２１の内側で、発熱ローラ１９の長手方向寸法に略対応した範囲に、連続的に配置したものである。なお、コア２５，２６，２７を、断面が略「Ｅ」宇型の一体に形成したものとすれば、さらに発熱劾率を高めることができる。

図６に、パーマロイ（ニッケル含有率３４％）、純ニッケル、銅の３種類の材料の加工方法による強度の変化を示す。なお、各材料について、電解メッキによって所定形状に成形した焼鈍処理を行っていないメッキ品、塑性加工によって所定形状に成形した焼鈍処理を行っていない塑性加工品、および、所定形状に成形した後８００℃で１時間の焼鈍処理を施した焼鈍品との、同一形状の３つの検体を作成し、マイクロビッカース硬度計を用いて、ビッカース硬度（Ｈｖ）を測定した。

いずれの材料であっても、メッキ品の強度が最も高く、焼鈍品の強度が最も低い。本発明によれば、発熱制御層３０をパーマロイで形成し、焼鈍処理によって好ましい磁気特性を付与し、焼鈍処理の後に主発熱層３１を金属メッキによって形成し、主発熱層３１を焼鈍処理によって強度が低下していないものとすることで、焼鈍処理によって低下した発熱制御層３０の強度を補う構成としている。

これにより、発熱ローラ１９は、発熱制御層３０によって高度な発熱量の自己制御機能を発揮しながら、高い強度を有する主発熱層３１によって、ニップを形成するために変形を受けても容易に破損しないだけの十分な強度を備える。

さらに、発熱ローラ１９は、発熱ベルト２２と定着ローラ２３とを接着して、発熱ベルト２２の蛇行を防止しているので、過剰な応力が作用せず、損傷する危険性が小さい。

１…画像形成装置
６…定着装置
１９…発熱ローラ
２０…加圧ローラ
２１…励磁コイル
２２…発熱スリーブ
２３…定着ローラ
３０…発熱制御層
３１…主発熱層
３２…弾性層
３３…離型層
３４…保護層
３５…芯金
３６…断熱層
３７…芯金
３８…断熱層
３９…離型層

Claims (7)

1. 外側から順に、電気抵抗率の低い材料からなる主発熱層と、少なくともニッケルを含有する磁性金属かならなる発熱制御層と、熱伝導率の低い断熱層と、剛性のある芯金とを有し、外側から磁束が印加されて発熱する発熱ローラであって、
   前記発熱制御層は、焼鈍処理されており、
   前記発熱制御層と前記断熱層とは、互いに接着されていることを特徴とする発熱ローラ。
2. 前記主発熱層は、銅を含むことを特徴とする請求項１に記載の発熱ローラ。
3. 前記主発熱層は、メッキによって形成され焼鈍処理されていないことを特徴とする請求項１または２に記載の発熱ローラ。
4. 前記芯金は、非磁性の電気抵抗率の低い材料からなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発熱ローラ。
5. 前記主発熱層の外面に、酸化防止層、弾性層および離型層が順に積層されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発熱ローラ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の発熱ローラと、前記発熱ローラに磁束を印加する励磁コイルと、前記発熱ローラに圧接される加圧ローラとを有することを特徴とする定着装置。
7. 請求項６に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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