JP4474056B2

JP4474056B2 - 加熱装置

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Publication number: JP4474056B2
Application number: JP2001024327A
Authority: JP
Inventors: 竹内　　昭彦; 雅博鈴木; 厳恭宮本; 辰郎早川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2021-01-31
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱部材と加圧部材の圧接ニップ部に被加熱材を通紙して挟持搬送させて被加熱材を加熱する加熱装置に関する。
【０００２】
より詳しくは、フィルム状の回転体と、該回転体を導くガイド部材と、該ガイド部材に対し該回転体を介して圧接ニップを形成する加圧部材と、該回転体を昇温せしめ該回転体の回転と共に該ニップ内を搬送される被加熱材を加熱する加熱手段とを有する加熱装置に関する。
【０００３】
ここで、被加熱材を加熱とは、具体的には、例えば、被記録材上に転写方式或いは直接方式で形成担持させた未定着画像の加熱定着処理、仮定着する像加熱処理、画像を担持した被記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱処理、シート状の被加熱材の加熱乾燥処理、加熱ラミネート処理、しわ取り等のための熱プレス処理等である。
【０００４】
【従来の技術】
電子写真複写機やプリンター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。
【０００５】
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。
【０００６】
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（サーフ）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（ＩＨＦ）の加熱装置も提案されている。
【０００７】
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号公報等に提案されている。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
ｂ）電磁誘導加熱方式の定着装置
実開昭５１−１０９７３９号公報には、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。
【００１１】
しかしながら、磁場発生手段としての励磁コイルにより発生した交番磁束のエネルギーは定着フィルム全体の昇温に使われるため放熱損失が大きい。そのため、投入したエネルギーに対して定着に作用するエネルギーの割合が低く、効率が悪いという欠点があった。
【００１２】
そこで、定着に作用するエネルギーを高効率で得るために、発熱体である定着フィルムに励磁コイルを接近させたり、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップ部近傍に集中させたりして、高効率の定着装置が考案された。
【００１３】
図２０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。
【００１４】
１０は電磁誘導発熱層（導電体層、磁性体層、抵抗体層）を有する回転体としての円筒状・可とう性の定着フィルム（以下スリーブと称す）である。
【００１５】
１６ｃは横断面略半円弧状樋型のフィルムガイド部材（以下スリーブガイド部材と称す）であり、スリーブ１０はこのスリーブガイド部材１６ｃの外側にルーズに外嵌させてある。
【００１６】
１５はスリーブガイド部材１６ｃの内側に配設した磁場発生手投であり、励磁コイル１８とＥ型の磁性コア（芯材）１７とからなる。
【００１７】
３０は弾性加圧ローラであり、スリーブ１０を挟ませてスリーブガイド部材１６ｃの下面と所定の圧接力をもって所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させて相互圧接させてある。
【００１８】
上記磁場発生手段１５の磁性コア１７は定着ニップ部Ｎに対応させて配設してある。
【００１９】
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、該加圧ローラ３０とスリーブ１０の外面との、定着ニップ部Ｎにおける摩擦力でスリーブ１０に回転力が作用して、該スリーブ１０がその内面が定着ニップ部Ｎにおいてスリーブガイド部材１６ｃ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１６ｃの外周を回転する（加圧ローラ駆動方式）。
【００２０】
スリーブガイド部材１６ｃは、定着ニップ部Ｎへの加圧、磁場発生手段１５としての励磁コイル１８と磁性コア１７の支持、スリーブ１０の支持、該スリーブ１０の回転時の搬送安定性を図る役目をする。このスリーブガイド部材１６ｃは磁束の通過を妨げない絶縁性の部材であり、高い荷重に耐えられる材料が用いられる。
【００２１】
励磁コイル１８は不図示の励磁回路から供給される交番電流によって交番磁束を発生する。交番磁束は定着ニップ部Ｎの位置に対応しているＥ型の磁性コア１７により定着ニップ部Ｎに集中的に分布し、その交番磁束は定着ニップ部Ｎにおいてスリーブ１０の電磁誘導発熱層に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層の固有抵抗によってジュール熱を発生させる。このスリーブ１０の電磁誘導発熱は交番磁束を集中的に分布させた定着ニップ部Ｎにおいて集中的に生じて定着ニップ部Ｎが高効率に加熱される。
【００２２】
定着ニップ部Ｎの温度は、不図示の温度検知手段を含む温調制御系により、励磁コイル１７への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。
【００２３】
而して、加圧ローラ３０が回転駆動され、それに伴ってスリーブ１０がスリーブガイド部材１６の外回りを回転し、励磁回路からの励磁コイル１７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る。そして温調された状態において、不図示の画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像ｔが形成された被記録材Ｐは、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に、即ち定着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と一緒に被記録材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被記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。被記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過すると回転するスリーブ１０の外面から分離して排出搬送されていく。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述ｂ）の様な電磁誘導タイプの加熱定着装置はスリーブ１０として５０μｍ前後の薄い金属（Ｎｉ，ＳＵＳ等）を用いるため、スリーブ自体の剛性は高いものの、くり返し回転状態で使用すると、スリーブ１０の端部における定着装置との摺擦部分から座屈による亀裂が生じ、破壊に至る、という問題点が有った。
【００２５】
この問題は前述ａ）で述べたセラミックヒータによるフィルム加熱方式の定着装置において、定着フィルムの耐久性向上のために、通常用いられるＰＩ（ポリイミド）等の耐熱樹脂の代りに、前述の金属製のスリーブを用いようとする場合においても同様に耐久寿命を阻害する要因となり、金属製スリーブの使用を困難なものとしていた。
【００２６】
上記問題点に対し、スリーブ１０の端面（円筒の断面）を周囲部材との摺擦から守る手段として、図２１の様に、スリーブ１０の端部にスリーブ１０と一体になり回転する、端部保護部材であるフランジ２０１を設ける事が考えられる。
【００２７】
ところが、加圧ローラ３０により、スリーブ１０に図２２の矢印Ａの方向の力が加わると、スリーブ１０の端部ではフランジ２０１により内径形状が決められてしまうため、加圧ローラ３０の当接部と、スリーブ１０の端部（加圧ローラ非当接部）の間で歪みが発生し、最も応力の大きいＢの部分から、耐久による疲労破壊が発生する、という新たな問題が生じた。
【００２８】
この歪みを軽減するために、フランジ２０１のかん合部ｒ１を、スリーブ１０の内径ｒ２に対して十分小さくする事が考えられるが、実際に試してみると、フランジ２０１とスリーブ１０が十分に接触しない、すなわち、十分な摩擦力が得られないため、両者１０・２０１が一体となって回転せず、スリップすることで、フランジ２０１がスリーブ１０により削られたり、あるいはスリーブ１０とフランジ２０１が摺擦をくり返すうちに、スリーブ１０が疲労破壊するなどの問題が生じた。
【００２９】
そこで本発明は、この種タイプの加熱装置について、上記のフィルム状の回転体である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、定着性能を得られる様にすることを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする加熱装置である。
【００３１】
（１）フィルム状のスリーブと、前記スリーブを導くガイド部材と、前記ガイド部材に対し前記スリーブを介して圧接ニップ部を形成する加圧部材と、前記スリーブを昇温せしめ前記スリーブの回転と共に前記ニップ部内を搬送される被加熱材を加熱する加熱手段と、を有する加熱装置において、
前記スリーブの全長は、前記加圧部材の前記スリーブとの当接面長さよりも大きく設定され、かつ、前記スリーブは、その両端部を外周面側から支持部材であるフランジにより支持される構造とし、
前記スリーブの外径をａ、前記フランジの内径をｂ（ｂ＞ａ）としたとき、前記加圧部材により前記スリーブを所定の圧力で加圧した際に、前記フランジにて支持されるスリーブ端部の断面形状が、前記加圧部材の当接により形成される前記ニップ部におけるスリーブ断面形状に倣う方向に変形可能となるように、前記スリーブの外径ａ、前記フランジの内径ｂの間に０．００９≦Δｔ／ａ≦０．０３の関係が成り立つように所定量のギャップΔｔ＝ｂ−ａを設けたことを特徴とする加熱装置。
【００３３】
（２）フィルム状のスリーブと、前記スリーブを導くガイド部材と、前記ガイド部材に対し前記スリーブを介して圧接ニップ部を形成する加圧部材と、前記スリーブを昇温せしめ前記スリーブの回転と共に前記ニップ部内を搬送される被加熱材を加熱する加熱手段と、を有する加熱装置において、
前記スリーブの全長は、前記加圧部材の前記スリーブとの当接面長さよりも大きく設定され、かつ、前記スリーブは、その両端部を外周面側から支持部材であるフランジにより支持される構造とし、かつ、前記フランジはスリーブ外周面支持面よりもスリーブ長手方向における外側に、スリーブの長手方向外側からスリーブ端面を支持するためのスリーブ長手方向支持面を有し、前記スリーブ長手方向支持面により、長手方向の外側から前記フランジが前記スリーブ端面を支持する構造とするとともに、前記スリーブ長手方向支持面のフランジ直径方向での幅Ｗを前記スリーブの厚さＳよりも大としたことを特徴とする加熱装置。
【００３４】
（３）前記フランジの長手方向の断面形状における、前記スリーブ外周面支持面と前記スリーブ長手方向支持面のなす角θが９０°以上であることを特徴とする（２）に記載の加熱装置。
【００３５】
（４）フィルム状のスリーブと、前記スリーブを導くガイド部材と、前記ガイド部材に対し前記スリーブを介して圧接ニップ部を形成する加圧部材と、前記スリーブを昇温せしめ前記スリーブの回転と共に前記ニップ部内を搬送される被加熱材を加熱する加熱手段と、を有する加熱装置において、
前記スリーブの全長は、前記加圧部材の前記スリーブとの当接面長さよりも大きく設定され、かつ、前記スリーブは、その両端部を外周面側から支持部材であるフランジにより支持される構造とし、更に、前記フランジの長手方向における、前記スリーブと反対側面から、前記フランジを介して前記スリーブ端部を支持するための端部ホルダーを設けたことを特徴とする加熱装置。
【００３６】
（５）前記端部ホルダーは、前記スリーブ内側に有って前記スリーブの回転を導くための前記ガイド部材に対し固定支持されていることを特徴とする（４）に記載の加熱装置。
【００３８】
（６）前記スリーブは、厚さ２０μｍ〜１００μｍの可とう性を有する薄層金属を基材として用いたものであることを特徴とする（１）〜（６）の何れか一項に記載の加熱装置。
【００４１】
〈作用〉
スリーブの両端部に、スリーブを外周面にて保持するフランジを設け、このときスリーブ外径よりもフランジ内径を所定量大きくする。これにより、スリーブ全長より加圧部材をスリーブに当接させた際に、ニップ部にてスリーブが加圧部材形状に倣って変形するのに従って、加圧部材当接部の外側で、かつフランジにより外周を保持されているスリーブ端部部分も変形可能とし、しかも、この変形により、スリーブとフランジが一体的に回転可能となるための十分な摩擦力を得るとともに、スリーブ回転時におけるニップ部近傍でのスリーブ変形ストレスを軽減し、スリーブの耐久性を大幅に向上することが可能となる。
【００４２】
Δｔとａの関係が０．００９≦Δｔ／ａ≦０．０３を満足する様に設定することで、上記の作用効果をより良好に達成できる。
【００４３】
また、フランジのスリーブ外周面支持部よりも外側に、スリーブの長手方向側からスリーブ端部を支持するためのスリーブ長手方向支持面を形成し、該長手方向支持面により、長手方向の外側からフランジがスリーブ端面を支持する構造とするとともに、このときフランジのスリーブ長手方向支持部の、フランジ直径方向での幅を、スリーブの厚さよりも大とする。これにより、上記と同様に、スリーブ回転時におけるニップ部近傍でのスリーブ変形ストレスを軽減し、スリーブの耐久性を大幅に向上することが可能となる。
【００４４】
更に、このとき、フランジの長手方向の断面形状における、スリーブ外周面側の支持面と、該フランジのスリーブ長手方向支持面のなす角θが、９０°以上となる様にすることで、上記の良好な耐久性能がより効果的に得られる。
【００４５】
また更に、上記の構成によりフランジで適度にスリーブを保持することが出来るので、フランジの長手方向における、スリーブと反対側面から、該フランジを介して前記スリーブ端部を支持するための端部ホルダーを設ける様にすることで、フランジを端部ホルダーにより位置規制して、スリーブがニップ近傍で変形を受けても、変形後の形状を安定して保つことが出来、安定した加熱性能・定着性能を得ることが出来る。
【００４６】
【発明の実施の形態】
〈第１の実施例〉
（１）画像形成装置
図１は、本発明の加熱装置を定着装置１００を適用するための、画像形成装置の一例の構成略図である。本例はカラーレーザプリンターである。
【００４７】
１０１は有機感光体やアモルファスシリコン感光体でできた感光ドラム（像担持体）であり、矢示の反時計方向に所定のプロセス速度（周速度）で回転駆動される。
【００４８】
感光ドラム１０１はその回転過程で帯電ローラ等の帯電装置１０２で所定の極性・電位の一様な帯電処理を受ける。
【００４９】
次いでその帯電処理面にレーザ光学箱（レーザスキャナー）１１０から出力されるレーザ光１０３により、目的の画像情報の走査露光処理を受ける。レーザ光学箱１１０は不図示の画像読み取り装置等の画像信号発生装置からの目的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（オン／オフ）したレーザ光１０３を出力し、感光ドラム１０１面に走査露光した目的画像情報に対応した静電潜像が形成される。１０９はレーザ光学箱１１０からの出力レーザ光１０３を感光ドラム１０１の露光位置に偏向させるミラーである。
【００５０】
フルカラー画像形成の場合は、目的のフルカラー画像の第１の色分解成分画像、例えばイエロー成分画像についての走査露光・潜像形成がなされ、その潜像が４色カラー現像装置１０４のうちのイエロー現像器１０４Ｙの作動でイエロートナー画像として現像される。そのイエロートナー画像は感光ドラム１０１と中間転写ドラム１０５との接触部（或いは近接部）である１次転写部Ｔ１において中間転写ドラム１０５面に転写される。中間転写ドラム１０５面に対するトナー画像転写後の感光ドラム１０１面はクリーナ１０７により転写残トナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【００５１】
上記のような帯電・走査露光・現像・一次転写・清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画像の第２の色分解成分画像（例えはマゼンタ成分画像、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第３の色分解成分画像（例えばシアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作動）、第４の色分解成分画像（例えば黒成分画像、黒現像器１０４ＢＫが作動）の各色分解成分画像について順次実行され、中間転写ドラム１０５面にイエロートナー画像・マゼンタトナー画像・シアントナー画像・黒トナー画像の４色のトナー画像が順次重ねて転写されて、目的のフルカラー画像に対応したカラートナー画像が形成される。
【００５２】
中間転写ドラム１０５は、金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を設けたもので、感光ドラム１０１に接触して或いは近接して感光ドラム１０１とほぼ同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動され、中間転写ドラム１０５の金属ドラムにバイアス電位を与えて感光ドラム１０１との電位差で感光ドラム１０１側のトナー画像を前記中間転写ドラム１０５面側に転写させる。
【００５３】
上記の中間転写ドラム１０５面に形成されたカラートナー画像は、前記中間転写ドラム１０５と転写ローラ１０６との接触ニップ部である二次転写部Ｔ２において、前記二次転写部Ｔ２に不図示の給紙部から所定のタイミングで送り込まれた被記録材（以下、転写材あるいは用紙と記す）Ｐの面に転写されていく。転写ローラ１０６は転写材Ｐの背面からトナーと逆極性の電荷を供給することで中間転写ドラム１０５面倒から転写材Ｐ側へ合成カラートナー画像を順次に一括転写する。
【００５４】
二次転写部Ｔ２を通過した転写材Ｐは中間転写ドラム１０５面から分離されて定着装置（像加熱装置）１００へ導入され、未定着トナー画像（被記録材上の未定着画像）の加熱定着処理を受けて、機外の不図示の排紙トレーに排出される。
【００５５】
転写材Ｐに対するカラートナー画像転写後の中間転写ドラム１０５はクリーナ１０８により転写残トナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【００５６】
このクリーナ１０８は常時は中間転写ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写ドラム１０５から転写材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写ドラム１０５に接触状態に保持される。
【００５７】
また転写ローラ１０６も常時中間転写ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写ドラム１０５から転写材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過捏において中間転写ドラム１０５に転写材Ｐを介して接触状態に保持される。
【００５８】
本例装置は、白黒画像などモノカラー画像のプリントモードも実行できる。また両面画像プリントモードも実行できる。
【００５９】
両面画像プリントモードの場合は、定着装置１００を出た１面目画像プリント済みの転写材Ｐは不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されて再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれて２面に対するトナー画像転写を受け、再度、定着装置１００に導入されて２面に対するトナー画像の定著処理を受けることで両面画像プリントが出力される。
【００６０】
（２）定着装置１００
Ａ）装置の全体的構成
本例において定着装置１００は電磁誘導加熱方式の装置である。図２は本例の定着装置１００の要部の横断側面模型図、図３は要部の正面模型図、図４は要部の縦断正面模型図（図２の（４）−（４）線部分の縦断正面模型図）である。
【００６１】
本例装置１００は図２０の定着装置と同様に、回転定着部材（定着スリーブ）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た、加圧ローラ駆動方式で、電磁誘導加熱方式の装置である。図２０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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
励磁コイル１８には給電部１８ａ・１８ｂ（図５）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。
【００６５】
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。
【００６６】
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Ｌ_F＝２８３ｍｍ、ａ＝外径３４ｍｍの電磁誘導発熱スリーブ１０をルーズに外嵌させてある。
【００６７】
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。
【００６８】
また、スリーブガイド部材１６ａには良熱伝導性部材４０が定着ニップ部Ｎの加圧ローラ３０との対向面側で、スリーブ１０の内側に配設してあり、スリーブ内面側バックアップ部材としても機能している。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
具体的には、良熱伝導性部材４０を励磁コイル１８に対して磁性コア１７ｂ・１７ｃを隔てた位置に配設し、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に影響を与えないようにしている。
【００７２】
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。
【００７３】
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の間を絶縁するための絶縁部材である。
【００７４】
フランジ部材２３ａ・２３ｂ（図３・図４）はスリーブガイド部材１６ａ・１６ｂのアセンブリの長手方向左右両端部に外嵌し、前記左右位置を固定しつつ回転自在に取り付け、スリーブ１０の回転時に該スリーブ１０の端部を受けてスリーブ１０のスリーブガイド部材１６ａ・１６ｂの長手に沿う寄り移動を規制する役目をする。このフランジ部材２３ａ・２３ｂについては後記（Ｄ）項で詳述する。
【００７５】
加圧部材としての加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、前記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Ｌ_R＝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Ｌ_Rよりも大きい。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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、機械強度から下限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、９．８Ｎ（１ｋｇ加重））の範囲とするのが望ましい。
【００７９】
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Ｎを７ｍｍ程度とした。
【００８０】
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。
【００８１】
この場合、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の下面を潤滑部材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。
【００８２】
良熱伝導性部材４０は長手方向の温度分布を均一にする効果があり、例えば、転写材（被記録材）Ｐとして小サイズ紙を通祇した場合、スリーブ１０での非通紙部の熱量が、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、非通紙部の熱量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。
【００８３】
また、図５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、スリーブガイド部材１６ａの周面とスリーブ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。
【００８４】
図６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。
【００８５】
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。
【００８６】
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６のグラフような分布を示す。図６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。
【００８７】
この定着ニップ部Ｎの温度は、温度検知手段２６（図２）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。
【００８８】
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。
【００８９】
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が形成された転写材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。
【００９０】
この定着ニップ部Ｎをスリーブ１０と一緒に転写材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転写材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。
【００９１】
転写材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。
【００９２】
転写材Ｐ上（被記録材上）の加熱定着トナー画像は定着ニップ部通過後、冷却して固着像となる。
【００９３】
本例においては、図２に示すように、スリーブ１０の発熱域Ｈ（図６）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温度検知素子であるサーモスイッチ６０を配設している。
【００９４】
図７は本例で使用した安全回路の回路図である。温度検知素子であるサーモスイッチ６０は２４ＶのＤＣ電源とリレースイッチ６１と直列に接続されており、サーモスイッチ６０が切れると、リレースイッチ６１への給電が速断され、リレースイッチ６１が動作し、励磁回路２７への給電が速断されることにより励磁コイル１８への給電を遮断する構成をとっている。サーモスイッチ６０はＯＦＦ動作温度を２２０℃に設定した。
【００９５】
また、サーモスイッチ６０はスリーブ１０の発熱域Ｈに対向してスリーブ１０の外面に非接触に配設した。サーモスイッチ６０とスリーブ１８との間の距離は約２ｍｍとした。これにより、スリーブ１０にサーモスイッチ６０の接触による傷が付くことがなく、耐久による定着画像の劣化を防止することができる。
【００９６】
本例の定着装置の場合は、装置故障による定着装置暴走時、前述の図２０の定着装置のような定着ニップ部Ｎで発熱する構成とは違い、定着ニップ部Ｎに紙（転写材）Ｐが挟まった状態で定着装置が停止し、励磁コイル１８に給電が続けられスリーブ１０が発熱し続けた場合でも、紙が挟まっている定着ニップ部Ｎでは発熱していないために紙が直接加熱されることがない。また、発熱量が多い発熱域Ｈには、サーモスイッチ６０が配設してあるため、サーモスイッチ６０が２２０℃を感知して、サーモスイッチ６０が切れた時点で、リレースイッチ６１により励磁コイル１８への給電が速断される。
【００９７】
本例によれば、紙の発火温度は約４００℃近辺であるため紙が発火することなく、スリーブ１０の発熱を停止することができる。
温度検知素子としてサーモスイッチ６０のほかに温度ヒューズを用いることもできる。
【００９８】
本例ではトナーｔに低軟化物質を含有させたトナーを使用したため、定着装置、にオフセット防止のためのオイル塗布機構を設けていない。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
励磁コイル１８の形状は、図２・図６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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
励磁コイル１８のスリーブガイド部材１６ａからの引出線すなわち給電部１８ａ・１８ｂ（図５）については、スリーブガイド部材１６ａから外の部分について束線の外側に絶縁被覆を施している。
【０１０６】
Ｃ）スリーブ１０
図８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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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に通紙される被加熱材としての転写材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。
【０１０９】
ａ．発熱層１
発熱層１はニッケル、鉄、強磁性ＳＵＳ、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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になっており、逆にいうと殆どのエネルギーはこの深さまでで吸収されている（図９）。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。即ち、スリーブ１０は、厚さ２０μｍ〜１００μｍの可とう性を有する薄層金属を基材として用いたものである。
【０１１５】
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。
【０１１６】
「す」と称する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「す」を防止するのに必要である。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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／℃］（６×１０^-4〜２×１０^-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］）がよい。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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「す」が発生する。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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８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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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転写材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。
【０１３３】
Ｄ）端部フランジ２３（ａ・ｂ）
次に、端部フランジ２３（ａ・ｂ）について詳述する。図１０〜１４に加圧ローラ３０により、スリーブ１０が加圧を受ける際の変形の様子を示す。
【０１３４】
図１０は、加圧ローラ３０による加圧を解除した状態でのスリーブ１０、及びスリーブ１０を受ける部分のフランジ２３の断面形状を示すものである。このように、ストレスを受けていない状態での、スリーブ１０の外径ａは３４ｍｍである。ｂはフランジ２３のスリーブ外周面を保持する部分の内径ｂである。
【０１３５】
これに対し、加圧ローラ３０をスリーブ１０に当接加圧した場合を図１１〜図１４に示す。
【０１３６】
フランジ２３のスリーブ外周面を保持する部分の内径ｂ（ｂ≧ａ）は、小さすぎると図１１のようにスリーブ１０がフランジ内部で全く変形できず、フランジ内径ｂとほぼ同じ円の形状を維持する。
【０１３７】
一方、大きすぎると、図１２のようにスリーブ１０とフランジ２３の間に摩擦力が働かなくなり、フランジ２３とスリーブ１０を一体的に回転できなくなる。
【０１３８】
前者（図１１）の場合には、従来例（図２２）で説明したのと同様に、フランジ２３との嵌合部と加圧ローラ３０の当接部分（ニップ形成部）とで、スリーブ１０になが手方向の歪みが生じ、耐久使用時において、スリーブ１０に加圧・加熱によるストレスが大きく作用して、スリーブ１０が疲労破壊を起こしてしまう。
【０１３９】
一方、後者（図１２）の場合に於いては、スリーブ１０とフランジ２３がスリップを起こし、フランジ２３（ＰＰＳ，ＬＣＰ，ＰＩ等の耐熱性樹脂を使用）が削れて破損を起こしたり、スリーブ１０の端部が挫屈変形してクラックを生じる等の問題が発生する。
【０１４０】
図１３は上記スリーブ１０の外径ａとランジ２３の内径ｂの関係を適切に保ったときの、フランジ２３内でのスリーブ１０の形状を示すものである。
【０１４１】
本発明者等の検討の結果、具体的数値としてはフランジ２３の内径ｂと、スリーブ１０の外径ａとの間のギャップΔｔ（＝ｂ−ａ）が、０．３ｍｍ程度以下となると，フランジ２３内でスリーブ１０の端部が十分に変形できず、又、Δｔが、１．０ｍｍ以上と成ると、変形は十分にするが図１１におけるスリーブ１０の変形後においてフランジ２３と密着する部分が減少し、この結果スリーブとフランジの間で十分な接触が得られず、スリーブ１０とフランジ２３の間にスリップの発生してしまうことが判明した。
【０１４２】
一方、Δｔが０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの間では、スリーブ１０がフランジ２３内で十分に変形でき、かつ、スリーブ１０の変形時の戻り力で、スリーブ１０とフランジ２３の間に十分な摩擦力が生じた（図１３）。
【０１４３】
このギャップΔｔの最適値は主にスリーブ１０の外径、および厚さに依存するものと思われるが、厚さ２０μｍ〜１００μｍ程度の金属スリーブ（Ｎｉ，Ｃｏ−Ｎｉ，鉄，ＳｕＳ等）においては外径２５ｍｍ〜５０ｍｍ位の範囲で、ほぼ下式
０．００９≦Δｔ／ａ≦０．０３
を満足することにより、適切なギャップΔｔを得ることができた。
【０１４４】
即ち、回転定着部材であるスリーブ１０の両端をフランジ２３ａ，２３ｂにより外周面上から保持するとともに、このフランジ２３ａ，２３ｂの内径ｂを、上記のようにスリーブ１０の外径ａよりも所定の大きさだけ大となる関係とする、つまり、加圧ローラ３０によりスリーブ１０を所定の圧力で加圧した際に、該フランジ２３ａ，２３ｂにて支持されるスリーブ端部の断面形状が、加圧ローラ３０の当接により形成されるニップ部におけるスリーブ断面形状に倣う方向に変形可能となるように、該スリーブの端部における外径ａ、該フランジの内径ｂの間に所定量のギャップΔｔ＝ｂ−ａを設けることで、回転時におけるニップ部近傍でのスリーブ１０の変形ストレスを軽減し、スリーブ１０の耐久性を大幅に向上することが可能となった。しかも、このとき同時にフランジ２３ａ，２３ｂにより、適度にスリーブ１０を保持することが出来、安定した定着性能を得ることが出来た。
【０１４５】
本発明者等の耐久試験の結果では、一例としてスリーブ１０の外径ａ＝３４ｍｍに対し、フランジ２３のスリーブ受け面内径をｂ＝３４．７ｍｍとしたところ、約３０万枚のフルカラープリントにおいても、スリーブ１０の破損が生じることはなかった。
【０１４６】
一方、比較例として、ｂ＝３４．１ｍｍとしたところ、約５万枚のフルカラープリントにおいて、加圧ローラ３０によるニップ形成部よりも外側のスリーブ１０の表面、すなわち長手方向でスリーブ１０がフランジ２３に支持される手前部分に、クラックが発生した。
【０１４７】
〈第２の実施例〉
以下、図１５を用いて、フランジ２３（ａ，ｂ）をさらに改良した第２の実施例を説明する。
【０１４８】
図１５においてフランジ２３ｂには、スリーブ１０の端部を外周面で受ける、外周面支持部５０と、スリーブ長手方向にてスリーブ端面を支持する、長手方向支持部５１を具備している。このうち、長手方向支持部５１は、スリーブ１０の長手方向における定着装置の中でのガタつきが存在する為、必ず一方向に片寄り左右いずれかのフランジ２３ａまたは２３ｂに対してスリーブ１０が押される構造となる。これは、スリーブ１０や加圧ローラ３０の真円度、加圧のバランス、スリーブ１０と加圧ローラ３０のアライメント、その他によりスリーブ１０の片寄り方向が決まることとなる。図１５は、スリーブ１０が図面上で相対的に右方向にずれ、右側のフランジ２３ｂに押し当たった場合を示している。
【０１４９】
ところが、スリーブ１０は第１の実施例の説明における図１３、図１４から明らかなように、回転に伴って、常にニップ部分ではフランジ２３から離れ、逆に、ニップと反対側では、フランジ２３と摩擦力により強く密着する、という動作を繰り返す。したがって、ニップと反対側面においては、長手方向支持部５１の長さＷ（フランジ直径方向での幅）はスリーブ１０の厚さＳよりも大きくなければ、スリーブ１０を長手方向に押し戻すことができない。
【０１５０】
しかも、図１５に示すような関係に、フランジ２３ｂ（２３ａも同様）の外周面支持部５０と長手方向支持部５１のなす角度θを設定することで、この押し戻しをスムーズに行なうことが可能となる。
【０１５１】
θを、９０度よりも大とすれば良い。即ち、θ＞９０°とすることにより、スリーブ１０の端面（断面）はスリーブ長手方向支持部５１に対し、面で接触することがなくなり、エッジ部Ｅが、支持部５１の形成する斜面を点接触によりすべるように移動可能となる。
【０１５２】
このため、θ＝９０°の場合では、スリーブ１０が回転する際に、スリーブ１０の断面と支持部５１の摩擦が大きいため、ニップ部でスリーブ１０の端部が変形する際に、フランジ内部で、スリーブ１０のスムーズな動き（変形）が阻害されることがあったが、θ＞９０°とすることで、この問題がなくなり、常にスリーブ１０の回転がスムーズに行なえるようになった。
【０１５３】
尚、θ＜９０°では、スリーブ１０の端部が、フランジ２３における支持部５０と５１の間の鋭角部にはまりこみ、スリーブ１０が、回転する際に、図１３のように、変形することが阻害された。
【０１５４】
一例として、本実施例では、フランジ２３のスリーブ外周面支持部５０の幅を５ｍｍ、スリーブ長手方向指示部５１の幅を１．５ｍｍ，θ＝１２０°とすることで、スリーブ１０の良好な耐久性能が得られた。
【０１５５】
本実施例のように、スリーブ１０の全長は、加圧ローラ３０の当接面長さよりも大きく設定され、かつ、スリーブ１０は、その両端部を外周面側から支持部材であるフランジ２３ａ・２３ｂにより支持される構造とし、かつ、フランジのスリーブ外周面支持部５０よりも外側に、スリーブの長手方向側からスリーブ端部を支持するためのスリーブ長手方向支持面５１を形成し、該長手方向支持面により、長手方向の外側からフランジがスリーブ端面を支持する構造とするとともに、このとき該フランジのスリーブ長手方向支持部５１の、フランジ直径方向での幅Ｗを、スリーブの厚さＳよりも大とした形状とすることで、回転時におけるニップ部近傍でのスリーブ１０の変形ストレスを軽減し、スリーブ１０の耐久性を大幅に向上することが可能となった。しかも、このとき同時にフランジ２３ａ，２３ｂにより、適度にスリーブ１０を保持することが出来るので、安定した定着性能を得ることが出来た。
【０１５６】
〈第３の実施例〉
第１、第２の実施例において、スリーブ１０とフランジ２３に関して、耐久時に良好な動作を行なえるための構造を説明した。一方、スリーブ１０はフランジ２３により、長手方向の動きを規制されるが、長手方向に垂直な方向に関しては、正確な位置規制をするのは困難である。それは、スリーブ１０がスリーブガイド部材１６ａ，１６ｂに内側からガイドされることで規制されており、スリーブ１０自体が、円周方向に回動する際に、加圧ローラ３０と当接するニップ部、ニップ部より外側、といった場所に応じて異なった形に変形を受けるためで、しかも、スリーブガイド部材１６ａ，１６ｂとスリーブ１０のない周の間には、スリーブ１０がスムーズに従動回転するための若干のすき間を設けているためである。
【０１５７】
このため、図１６に示すようにスリーブ１０の円周部の位置は、図中１０−Ａ，１０−Ｂのように若干変化する。
【０１５８】
したがって、用紙Ｐに対し定着ニップの入口、出口の部分において、スリーブ１０の当接する状態が変化してしまい、定着部分において、スリーブ１０の当接する状態が変化してしまい、定着性能や定着後の用紙Ｐの分離状態、分離後の紙パスに影響を及ぼすことがあった。
【０１５９】
これに対し、図１７に示すように、フランジ２３ｂ（２３ａも同様）に対し、端部ホルダー４２ｂ（図中、右フランジ２３ｂに対するホルダー４２ｂのみ記したが、左フランジ２３ａに対しても同様にホルダー４２ａを適用する）を嵌合させ、この端部ホルダー４２ｂを、加圧用剛性ステイ２２（ステイ２２は図１６のスリーブガイド部材１６ａ，１６ｂに対し、直接、または良熱伝導性部材４０を介して一体的に固定されている）に、ビス４３等で一体的に固定することにより、最終的にスリーブガイド部材１６ａ，１６ｂと端部ホルダー４２ａ，４２ｂが一体的に固定され、スリーブ１０はスリーブガイド部材１６ａ，１６ｂだけでなく、端部において、フランジ２３ａ，２３ｂを介して端部ホルダー４２ａ，４２ｂによっても位置を規制することが可能となる。即ち、端部ホルダー４２ａ，４２ｂは、スリーブ内側に有って、スリーブ１０の回転を導くためのガイド部材１６ａ，１６ｂに対し、一体的に固定支持されている。図１６ではスリーブガイド部材１６ａが、ニップ部の摺動面も兼ねる。このとき、端部ホルダー４２ｂは固定（４２ａも同様）、スリーブ１０とフランジ２３ｂ（２３ａも同様）は一体的に回転し、端部ホルダー４２ａ，４２ｂとフランジ２３ａ，２３ｂは、嵌合部で摺動することになるため、嵌合部におけるフランジ２３ａ，２３ｂの内径ｃと、端部ホルダー４２ａ，４２ｂの外径ｄの間には、適切なギャップｃ−ｄが必要である。
【０１６０】
本実施例では、図１７においてｃ＝３２．４ｍｍ、ｄ＝３２．０ｍｍとし、ギャップを０．４ｍｍ取ることで、スムーズな摺動性を得ながら、かつスリーブ１０の長手方向に垂直な方向における位置を、所定の位置に規制することができた。
【０１６１】
尚、端部ホルダー４２ａ，４２ｂ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。
【０１６２】
また、本実施例では、第１の実施例中で述べたように、加圧用剛性ステイ２２は、図１６のようにスリーブガイド部材１６ｂの内面平面部に直接あるいは良熱伝導性部材４０を介して当接させ、これらをバネ２５ａ，２５ｂにより端部ホルダー４２ａ，４２ｂを介して一体的に加圧ローラ３０の方向に押しつけており（図２，図３参照）、かつ、スリーブガイド部材１６ａ，１６ｂも互いに接合されているという構成を成している。
【０１６３】
従って、図１７のような構成とすることで、結果的にバネ２５ａ、２５ｂの力は、そのままニップ部において、スリーブ１０と加圧ローラ３０の間に直接作用し、かつ、スリーブガイド部材１６ａ，１６ｂと端部ホルダー４２ａ，４２ｂは、良好な寸法精度にて互いに固定されるので、各部材間の正確な位置出しが可能となっている。
【０１６４】
また、図２に示すように、サーミスタ２６もスリーブガイド部材１６ｂ（または１６ａ）に保持することで、スリーブ１０とサーミスタ２６の位置関係も、上記と同様にして安定化でき、スリーブ１０の正確な温度制御が可能となる。
【０１６５】
この他の方法として、例えば加圧用剛性ステイ２２、スリーブガイド部材１６ａ，１６ｂ等をあらかじめ一体構造で成形したり、また、更に端部ホルダー４２ａ，４２ｂをこれらと一体的に成形するなどの工夫を行なっても良いのは言うまでもない。
【０１６６】
〈第４の実施例〉
本実施形態例は加熱体としてセラミックヒータを用いたスリーブ加熱方式の定着装置例である。図１８は本例における定着装置１００の横断面模型図である。
【０１６７】
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）、１２は加熱体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。
【０１６８】
１１は円筒状もしくはエンドレス状の、可とう性・耐熱性フィルム（定着フィルム）のスリーブ（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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
３０は加圧部材で、本例は弾性加圧ローラであり、芯金３０ａにシリコーンゴム等の弾性屠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。
【０１７１】
定着ニップＮを形成するための加圧手段及びスリーブ端部の保持手段（端部フランジ）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。
【０１７２】
加圧ローラ３０の第１の実施例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）。
【０１７３】
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の下面に潤滑部材４０を配設し、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。
【０１７４】
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、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との間に被加熱材としてのトナー画像ｔを担持させた転写材Ｐがトナー画像担持面側をスリーブ１１側にして導入されることで、転写材Ｐは定着ニップ部Ｎにおいてスリーブ１１を介してセラミックヒータ１２の下面に密着して定着ニップ部Ｎをスリーブ１１と一緒に移動通過していく。
【０１７５】
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を介して転写材Ｐに付与されてトナー画像ｔが転写材Ｐ面に加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した転写材Ｐはスリーブ１１の面から分離されて搬送される。
【０１７６】
スリーブ１１は図１９に示す様に、基層２０１、弾性層２０２、離型層２０３から成る。ここで基層２０１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製金属フィルムを用いた。
【０１７７】
また、弾性層２０２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、白黒専用プリンター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２０２としおて、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２０３は厚さ２０μｍのＰＦＡコート層を用いた。離型層２０３としては、第１の実施例と同様の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。
【０１７８】
加熱体としてのセラミックヒータ１２は、スリーブ１１・転写材Ｐ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約１０μｍ、幅１〜５ｍｍにスクリーン印刷等により塗工して設けた発熱層１２ｂ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。
【０１７９】
前記セラミックヒータ１２の発熱層１２ｂの両端間に通電されることで発熱層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。
【０１８０】
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との接触する定着ニップ部Ｎにはこのセラミックヒータ１２の摺動部材４０の面とスリーブ１１の内面が相互接触摺動する。
【０１８１】
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、略８ｍｍのニップを形成させた。
【０１８２】
上記構成の装置においても、スリーブ１１とスリーブガイド１６ｃの関係は前述の第１〜第３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フランジ部材２３ａ，２３ｂをスリーブ１１の両端に配設したところ、一例として、スリーブ１１とフランジ部材のギャップΔｔを０．６ｍｍに設定した結果、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かった。
【０１８３】
なお、この第４の実施例の装置において、同様にして第２、第３の実施例における構造と略等しい構造及び作用効果を実現することが可能であることは言うまでもなく、ここでの詳細は省略する。
【０１８４】
以上説明したように本実施例によれば、スリーブ１０の両端をフランジ２３ａ，２３ｂにより外周面上から保持するとともに、このフランジ２３ａ，２３ｂの内径を、第１の実施例の様にスリーブ１０の外形よりも所定の大きさだけ大となる関係とする、あるいは第２の実施例の様に所定の形状とすることで、回転時におけるニップ部近傍でのスリーブ１０の変形ストレスを軽減し、スリーブ１０の耐久性を大幅に向上することが可能となった。しかも、このとき同時にフランジ２３ａ，２３ｂにより、適度にスリーブ１０を保持することが〕出来るので、本実施例の様にフランジ２３ａ，２３ｂをホルダー４２ａ，４２ｂにより位置規制することで、スリーブ１０がニップ近傍で変形を受けても、変形後の形状を安定して保つことができ、安定した定着性能を得ることが出来た。
【０１８５】
〈その他の例〉
第１〜第４の実施例における電磁誘導発熱型の定着装置は、発熱部がニップに近く特に熱応答性に優れているので、第１の実施例の図１における様な１つの感光体を用いたプリント装置以外にも、例えば４つの感光体を用いて一括でフルカラープリントを行なうことの出来る、インラインタイプのプリンターにも好適に用いることが出来、高速度の連続プリント時においても、本発明を用いることで、耐久性能の良好な定着装置を提供することが可能となる。
【０１８６】
本発明の加熱装置は、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、シート状物を給送して乾燥処理・ラミネート処理する等の加熱装置など、広く被加熱材の加熱処理装置として使用できることは勿論である。
【０１８７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、フィルム状のスリーブと、該スリーブを導くガイド部材と、該ガイド部材に対し該スリーブを介して圧接ニップを形成する加圧部材と、該スリーブを昇温せしめ該回転体の回転と共に該ニップ内を搬送される被加熱材を加熱する加熱手段とを有する加熱装置について、上記のフィルム状の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ができ、常に安定した加熱性能、定着性能を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例における画像形成装置の概略構成模型図
【図２】第１の実施例における定着装置の要部の横断側面模型図
【図３】同装置の要部の正面模型図
【図４】同装置の要部の縦断正面模型図
【図５】磁場発生手段部分の斜視模型図
【図６】交番磁束の発生の様子を示す模式図
【図７】安全回路図
【図８】スリーブの層構成模型図
【図９】発熱層深さと電磁波強度の関係図
【図１０】スリーブと端部フランジの関係説明図（その１）
【図１１】スリーブと端部フランジの関係説明図（その２）
【図１２】スリーブと端部フランジの関係説明図（その３）
【図１３】スリーブと端部フランジの関係説明図（その４）
【図１４】スリーブと端部フランジの関係説明図（その５）
【図１５】第２の実施例における定着装置のスリーブと端部フランジの関係説明図
【図１６】第３の実施例における定着装置のスリーブと端部フランジの関係説明図（その１）
【図１７】第３の実施例における定着装置のスリーブと端部フランジの関係説明図（その２）
【図１８】第４の実施例における定着装置の要部の横断側面模型図
【図１９】スリーブの層構成模型図
【図２０】従来例の定着装置の要部の横断側面模型図
【図２１】スリーブと端部フランジの関係説明図（その１）
【図２２】スリーブと端部フランジの関係説明図（その２）
【符号の説明】
１０・・スリーブ１６ａ，１６ｂ・・スリーブガイド部材１７ａ〜１７ｃ・・磁性コア１８・・励磁コイル２２・・加圧用剛性ステイ２３ａ，２３ｂ・・フランジ２５ａ，２５ｂ・・加圧バネ３０・・加圧ローラ４０・・良熱伝導性部材４１・・潤滑部材1

Claims

フィルム状のスリーブと、前記スリーブを導くガイド部材と、前記ガイド部材に対し前記スリーブを介して圧接ニップ部を形成する加圧部材と、前記スリーブを昇温せしめ前記スリーブの回転と共に前記ニップ部内を搬送される被加熱材を加熱する加熱手段と、を有する加熱装置において、
前記スリーブの全長は、前記加圧部材の前記スリーブとの当接面長さよりも大きく設定され、かつ、前記スリーブは、その両端部を外周面側から支持部材であるフランジにより支持される構造とし、
前記スリーブの外径をａ、前記フランジの内径をｂ（ｂ＞ａ）としたとき、前記加圧部材により前記スリーブを所定の圧力で加圧した際に、前記フランジにて支持されるスリーブ端部の断面形状が、前記加圧部材の当接により形成される前記ニップ部におけるスリーブ断面形状に倣う方向に変形可能となるように、前記スリーブの外径ａ、前記フランジの内径ｂの間に０．００９≦Δｔ／ａ≦０．０３の関係が成り立つように所定量のギャップΔｔ＝ｂ−ａを設けたことを特徴とする加熱装置。
フィルム状のスリーブと、前記スリーブを導くガイド部材と、前記ガイド部材に対し前記スリーブを介して圧接ニップ部を形成する加圧部材と、前記スリーブを昇温せしめ前記スリーブの回転と共に前記ニップ部内を搬送される被加熱材を加熱する加熱手段と、を有する加熱装置において、
前記スリーブの全長は、前記加圧部材の前記スリーブとの当接面長さよりも大きく設定され、かつ、前記スリーブは、その両端部を外周面側から支持部材であるフランジにより支持される構造とし、かつ、前記フランジはスリーブ外周面支持面よりもスリーブ長手方向における外側に、スリーブの長手方向外側からスリーブ端面を支持するためのスリーブ長手方向支持面を有し、前記スリーブ長手方向支持面により、長手方向の外側から前記フランジが前記スリーブ端面を支持する構造とするとともに、前記スリーブ長手方向支持面のフランジ直径方向での幅Ｗを前記スリーブの厚さＳよりも大としたことを特徴とする加熱装置。
前記フランジの長手方向の断面形状における、前記スリーブ外周面支持面と前記スリーブ長手方向支持面のなす角θが９０°以上であることを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
フィルム状のスリーブと、前記スリーブを導くガイド部材と、前記ガイド部材に対し前記スリーブを介して圧接ニップ部を形成する加圧部材と、前記スリーブを昇温せしめ前記スリーブの回転と共に前記ニップ部内を搬送される被加熱材を加熱する加熱手段と、を有する加熱装置において、
前記スリーブの全長は、前記加圧部材の前記スリーブとの当接面長さよりも大きく設定され、かつ、前記スリーブは、その両端部を外周面側から支持部材であるフランジにより支持される構造とし、更に、前記フランジの長手方向における、前記スリーブと反対側面から、前記フランジを介して前記スリーブ端部を支持するための端部ホルダーを設けたことを特徴とする加熱装置。
前記端部ホルダーは、前記スリーブ内側に有って前記スリーブの回転を導くための前記ガイド部材に対し固定支持されていることを特徴とする請求項４に記載の加熱装置。
前記スリーブは、厚さ２０μｍ〜１００μｍの可とう性を有する薄層金属を基材として用いたものであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の加熱装置。