JPH0950199A - 加圧ローラ及び加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加圧ローラ側からのバックアップ加熱を可能
とすることにより従来より低い定着温度の設定を可能と
し消費エネルギの効率アップが図れ、装置自体の耐久寿
命の向上を図れる加圧ローラ及び加熱定着装置を提供す
る。 【解決手段】 加圧ローラ３０の構成が芯金３１／弾性
層３２／発熱層３３／離型層３４の順で構成されている
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁誘導を利用し
て渦電流を発生させ加熱定着させる加熱定着装置に関
し、特に電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装
置に用いられ未定着トナーを定着するのに好適な加圧ロ
ーラ及び加熱定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】加熱定着装置に代表される像加熱装置と
しては、従来から熱ローラ方式、フィルム加熱方式など
の接触加熱方式が広く用いられている。

【０００３】その中でも、最大４層のトナー層を有する
フルカラーの定着装置では、ハロゲンヒータを発熱さ
せ、定着ローラ芯金、ゴム弾性層を介してトナー像の加
熱を行っている。

【０００４】特公平５−９０２７号公報では、磁束によ
り定着ローラの渦電流を発生させジュール熱によって発
熱させることが提案されている。

【０００５】このように渦電流の発生を利用することで
発熱位置をトナーに近くすることができ、ハロゲンラン
プを用いた熱ローラよりも消費エネルギーの効率アップ
が達成できる。

【０００６】しかしながら、上記定着方法では、定着ロ
ーラという熱容量の大きなものを加熱するため、効率を
最良のものしてクイックスタートを達成することはでき
なかった。また、特公平５−９０２７号公報のように円
筒状に渦電流を発生させジュール熱を発生させると励磁
コイル、励磁鉄芯が昇温して磁束の量が減少して発熱が
不安定となる。

【０００７】また、昇温が大きいと励磁コイルの劣化も
生じてしまう。

【０００８】また、ローラ内部への放熱により熱効率も
十分ではない。

【０００９】その他ハロゲンヒータを用いる方法はエネ
ルギを一旦は光に変換しているため、効率が悪い。

【００１０】特に、カラーの画像記録装置ではトナー層
が最大４層まで重ねられることがあり、記録材とトナー
層との界面まで十分に加熱しないと定着不良が発生す
る。また、カラー画像を印刷する場合、特に写真現像な
どでは被記録材上で大きな、面積にわたってベタ画像が
形成される。この場合、被記録材の凹凸あるいはトナー
層の凹凸に加熱面（定着フィルム表層）が追従できない
と加熱ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で
画像に光沢ムラが発生する（伝熱量が多い部分は光沢度
が高く、伝熱量が少ない部分は光沢度が低い）。このよ
うな画像光沢ムラを防止するためには定着フィルムの層
中に弾性層を設けることが有効であるが、この弾性層の
断熱効果により、記録材とトナー層の界面まで十分に加
熱するためには多くのエネルギ消費が必要であり必ずし
も効率的ではなかった。また、モノクロ画像形成装置に
おいても高速化を図るためには十分な熱量が得られなか
った。

【００１１】これらの問題点を解決するために、電磁誘
導により金属フィルムに渦電流を発生させ、ジュール熱
を発生させる方法も考えられるが、記録材とトナー層と
の界面と金属フィルム発熱層とに間に断熱層であるゴム
層あるいは樹脂層が存在するため必ずしもエネルギ効率
が最良のものとは言えなかった。

【００１２】すなわち従来考案されている定着方式で
は、省エネルギでかつ装置のクイックスタート化、及び
フルカラー化、高速化に対応した、十分な熱伝達を達成
するという点で問題があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の技術の
前記の問題点を解決した加圧ローラ及び定着装置を提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記の目的は以下の手段
によって達成される。

【００１５】すなわち、本発明は、定着フィルムと加圧
ローラとを圧接し各発熱層に磁場を入れることで渦電流
を発生するための交番磁場を発生させるコイルを少なく
とも１個配し、前記定着フィルムと前記加圧ローラ間に
未定着トナー像をのせた被記録部材を挟持搬送させるこ
とで加熱定着させる加熱定着装置における加圧ローラに
おいて、該加圧ローラの構成が芯金／弾性層／発熱層／
離型層の順で構成されていることをと特徴とする加圧ロ
ーラを提案するものであり、前記加圧ローラの弾性層の
熱伝導率λが５．０×１０^-4［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・
℃］以下であることを含む。

【００１６】また、本発明は、定着フィルムと加圧部材
とを圧接し各発熱層に磁場を入れることで渦電流を発生
するための交番磁場を発生させるコイルを少なくとも１
個配し前記定着フィルムと前記加圧部材間に未定着トナ
ー像をのせた被記録部材を挟持搬送させることで加熱定
着させる加熱定着装置において前記加圧ローラを有する
ことを特徴とする加熱定着装置を提案するものである。

【００１７】本発明によれば、定着フィルムと加圧ロー
ラとを圧接し、前記定着フィルムの発熱層に磁場を入れ
ることで渦電流を発生させるための交番磁場を発生させ
るコイルを少なくとも１個配し、前記定着フィルムと前
記加圧ローラ間に未定着トナー像をのせた被記録材を挟
持搬送させることで定着させる加熱定着装置における加
圧ローラにおいて、前記コイルが定着フィルム内部に位
置しており前記加圧ローラの層構成が少なくとも芯金、
弾性層、発熱層、離型層の順で構成されているため、定
着フィルム側で誘導加熱されるとその渦電流の漏れによ
って同時に加圧ローラ側も発熱し、そのために加圧ロー
ラ側からのバックアップ加熱が可能となり、従来よりも
被記録材上のトナーの定着性が向上する。また、同様に
バックアップ加熱がプラスされることにより従来よりも
低い定着温度の設定が可能となりさらなる消費エネルギ
の効率アップが図れる。そのため定着フィルム、加圧ロ
ーラなどの長寿命化が図れ、ひいていは定着装置自体の
耐久寿命の長寿命化をも実現することができる。

【００１８】また発熱層が磁性粉体を含む樹脂材あるい
はゴム材である場合は金属発熱層に比べ十分な効果が得
られない場合があるがそのような場合は加圧ローラ側に
定着フィルムと同様の渦電流を発生させるための交番磁
場を発生させるコイルを少なくとも１個配することによ
り上記と同様の効果が得られる。またこの場合発熱層
が、 （１）少なくとも磁性体コートされたウィスカーを含む
樹脂あるいはゴム材 （２）少なくともファイバー状の磁性粉体を含む樹脂材
あるいはゴム材 （３）少なくとも磁性体コートさせたファイバーを含む
樹脂材あるいはゴム材 （４）（１）乃至（３）に記載の発熱層の体積抵抗が１
×１０⁸ Ω以下である樹脂層あるいはゴム層 である場合についても同様の効果が得られる。

【００１９】また、本発明における加圧ローラにおいて
弾性層の熱伝導率を５．０×１０^-4［ｃａｌ／ｃｍ・ｓ
ｅｃ・℃］以下にすることにより加圧ローラ内部への熱
の損失を防ぎ断熱効果を得ることができ、さらなる定着
性の向上、エネルギの効率アップが実現できるものであ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して詳
細に説明する。

【００２１】図４は本発明を用いた電子写真カラープリ
ンターの一例を示す断面図である。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体ドラム、
１０２はこの感光体ドラム１０１に一様な帯電を行うた
めの帯電ローラ、１１０は不図示の画像信号発生装置か
らの信号をレーザ光のオン／オフに変換し、感光体ドラ
ム１０１に静電潜像を形成するレーザ光学箱である。１
０３はレーザ光、１０９はミラーである。感光体ドラム
１０１の静電潜像は現像器１０４によってトナーを選択
的に付着させることで顕像化される。現像器１０４は、
イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣのカラー現像器と黒
用の現像器Ｂｋから構成され、一色づつ感光体ドラム１
０１上の潜像を現像しこのトナー像を中間転写体ドラム
１０５上に順次重ねてカラー画像を得る。中間転写体ド
ラム１０５は金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の
表層を有するもので、金属ドラムにバイアス電位を与え
て感光体ドラム１０１との電位差でトナー像の転写を行
うものである。一方、給紙カセットから給紙ローラによ
って送り出された被記録材Ｐは、感光体ドラム１０１の
静電潜像と同期するように転写ローラ１０６と中間転写
体ドラム１０５との間に送り込まれる。転写ローラ１０
６は被記録材Ｐの背面からトナーと逆極性の電荷を供給
することで、中間転写体ドラム１０５上のトナー像を被
記録材上に転写する。こうして、未定着トナー像をのせ
た被記録材は加熱定着装置１００で熱と圧を加えられ
て、被記録材上に永久固着させられて、排紙トレー（不
図示）へと排出される。感光体ドラム１０１上に残った
トナーや紙粉はクリナー１０８によって除去され、感光
体ドラムは帯電以降の工程を繰り返す。

【００２２】次に本発明の要部である加熱定着装置を図
面を参照して説明する。

【００２３】図１は本発明における加熱定着器の一例を
示す断面図である。

【００２４】定着フィルム１０は矢印方向に回転し、フ
ィルムガイド１６によってニップ部への加圧とフィルム
安定性が図られている。

【００２５】さらにフィルムガイド１６は、高透磁率の
コア１７とコイル１８を支持する働きを持つ。高透磁率
コア１７はフェライトやパーマロイなどといったトラン
スのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは１０
０ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるがよ
い。

【００２６】コイル１８には励磁回路（不図示）が接続
されており、この回路は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。加圧ローラ３０と定着フィルム１０で形成されたニ
ップに未定着トナーＴをのせた被記録材Ｐを通すことで
加熱定着を行う。

【００２７】このニップ内での加熱原理は図１に示す通
り、励磁回路（不図示）によってコイルに印加される電
流で発生する磁束は、高透磁率コア１７に導かれてニッ
プ内で定着フィルム１０の発熱層２に磁束２３と渦電流
２４を発生させる。この渦電流２４と発熱層２の固有抵
抗によって熱が発生する。

【００２８】発生した熱は、離型層３を介してニップに
搬送される被記録材Ｐと被記録材Ｐ上のトナーＴを加熱
する。ニップ内ではトナーＴを溶融させニップ通過後、
冷却して永久固着像とするものである。

【００２９】次に定着フィルム１０の構成について説明
する。

【００３０】図１において、１は定着フィルムの基層で
ある。基層１はポリイミド樹脂、ポリエーテルサルフォ
ン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド
樹脂などの耐熱樹脂からなることが好ましい。またその
厚みは１０μｍ以上５００μｍが好ましい。１０μｍ以
下であると定着フィルムとしての耐久性に劣り、また５
００μｍ以上であるとフィルムの剛性が高くなり記録材
の曲率分離が困難になるという問題がある。

【００３１】２は定着フィルムの発熱層である。発熱層
２としては樹脂材あるいはゴム材にニッケル、鉄、ＳＵ
Ｓ、コバルトなどの磁束吸収のよい磁性粉体を充填した
ものを用いるのが好ましい。このような磁束吸収のよい
磁性粉体を樹脂材あるいはゴム材に充填させておくこと
により、図１における励磁回路（不図示）によってコイ
ルに印加される電流で発生する磁束が、高透磁率コア１
７に導かれてニップ内で定着フィルム１０の発熱層２中
に磁束２３と渦電流２４を発生させる。この渦電流２４
と発熱層２の固有抵抗により熱が発生する。

【００３２】３は定着フィルムのトナー離型層である。
離型層３にはフッ素樹脂（ＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＰＥＰな
ど）、シリコーン樹脂、フッ素ゴム、シリコーンゴムな
どの離型性かつ耐熱性に優れた材料を選択するのが好ま
しい。またその厚みは１μｍ以上５００μｍ以下が望ま
しく、１μｍ以下であると離型層の摩耗ためトナーのオ
フセット現象が生じ、また５００μｍ以上であると発熱
層で発生した熱を十分記録材及びトナーに伝えることが
できず定着不良が発生するという問題がある。次に本発
明における加圧ローラ構成について述べる。

【００３３】図５は本発明の一例を示す加圧ローラの断
面図である。

【００３４】３１は加圧ローラの芯金である。芯金３１
の材料としてはアルミ、ＳＵＳ、鉄などが挙げられる。

【００３５】加圧ローラの芯金３１の外周に被覆される
弾性層３２はシリコーンゴム、フッ素ゴムといった耐熱
性に優れたものを選択するのが好ましい。弾性層３２に
はＮｉ，Ｆｅ，ＳＵＳ，ＣＯなどの強磁性粉体と分散さ
せることが好ましい。また、その際発熱層で得られた熱
の断熱効果を得るために弾性層３２の熱伝導率は５．０
×１０^-4［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃］以下、１．０×
１０^-5［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃］以上のものを用い
る。弾性層３２の熱伝導率が、１．０×１０^-5［ｃａｌ
／ｃｍ・ｓｅｃ・℃］未満では弾性層の機械的強度不足
の問題があり、５．０×１０^-4［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ
・℃］を越えると適当な断熱効果が得られない。

【００３６】３３は加圧ローラの発熱層である。発熱層
３３は非磁性の金属でもよいが、より好ましくはニッケ
ル、鉄、ニッケル−コバルト合金などの磁束吸収のよい
金属を用いるとよい。またその厚みは次式で表されれる
表皮深さより厚くかつ２００μｍ以下が望ましい。表皮
深さのσ［ｍ］は励磁回路の周波数ｆ［Ｈｚ］と高透磁
率μと固有抵抗ρ［Ωｍ］で

【００３７】

【数１】σ＝５０３×（ρ／ｆμ）^1/2 で表される。

【００３８】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、逆に言うとほとんどのエ
ネルギーはこの深さまで吸収されている。

【００３９】また、発熱層３３は、磁性粉体を含む樹脂
材あるいはゴム材であってもよい。この場合の樹脂材あ
るいはゴム材は （１）少なくとも磁性体コートされたウィスカーを含む
樹脂材あるいはゴム材 （２）少なくともファイバー上の磁性粉体を含む樹脂材
あるいはゴム材 （３）少なくとも磁性体コートさせたファイバーを含む
樹脂材あるいはゴム材 （４）（１）乃至（３）に記載の発熱層の体積抵抗が１
×⁸ Ω以下である樹脂層あるいはゴム層 の少なくともいずれかであり上記発熱層３３の厚みは５
０μｍ以上１０００μｍ以下であることが望ましい。

【００４０】加圧ローラ側の発熱層が磁性粉体を含む樹
脂材あるいはゴム材の場合、金属発熱層に比較し十分な
バックアップ加熱による効果が得られない場合が多い。
そこで前記と同様の加熱原理にて発熱層を発熱させる電
磁誘導加熱装置を定着フィルム内部以外に加圧側外部に
少なくとも１個配し、補助的に熱を発生させ与えてやる
ことが望ましい。

【００４１】３４は離型層である。離型層３４にはフッ
素樹脂（ＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＰＥＰなど）、シリコーン
樹脂、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどの離型性にかつ
耐熱性に優れた材料を選択する。またその厚みは１μｍ
以上５００μｍ以下が望ましく、１μｍ以下であると離
型層の摩耗のためトナーのオフセット現象が生じ、また
５００μｍ以上であると発熱層で発生した熱を十分記録
材及びトナーに伝えることができず定着不良が発生する
という問題がある。

【００４２】

【実施例】以下本発明を実施例に基づきさらに詳細に説
明する。

【００４３】実施例１ 図１の加熱装置において基層１に５０μｍのポリイミド
樹脂と発熱層２に強磁性粉体としてＮｉが分散されたシ
リコーンゴムと離型層３に１５μｍ厚のフッ素樹脂とか
らなる定着フィルムを用い、加熱ローラとしてアルミか
らなる芯金３１に弾性層３２として熱伝導５．０×１０
^-5［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃］で厚み３ｍｍのシリコ
ーンゴム発泡弾性体を積層し金属発熱層３３として厚み
５０μｍのニッケル電鋳フィルムを積層し、さらに該電
鋳フィルムに離型層３４として厚み１５μｍのフッ素樹
脂を積層したもの（図５参照）を用い図４の装置により
被記録材Ｐに転写させたトナー像を加熱定着させた。

【００４４】以上本発明の加圧ローラ（図５）を使用す
ることにより定着時のバックアップ加熱が可能となり定
着画像の定着性を向上することができた。また定着時の
設定温度ダウンを可能にし、エネルギの効率アップ、装
置の長寿命化を実現することができた。

【００４５】図２は被記録材Ｐの曲率分離を可能とする
定着器の断面図である。

【００４６】定着フィルムの剛性を低くし、定着フィル
ムを図２のような形状で加圧ローラに当接することによ
り、被記録材の曲率分離が可能となった。

【００４７】実施例２ 本実施例における像加熱装置の説明を行う。

【００４８】（１）像加熱装置の全体構成（図３） 図３は本発明における定着器の断面図である。

【００４９】実施例１と同様の加熱原理にて発熱層を発
熱させる電磁誘導加熱装置３５を定着フィルム内部以外
に加圧側外部に少なくとも１個配する以外は実施例１で
使用した像加熱装置と同様である。

【００５０】また、定着フィルムについても実施例１と
同様の構成のものを使用した。

【００５１】（２）加圧ローラ構成について 芯金３１、弾性層３２及びトナー離型層３４は実施例１
と同様である。

【００５２】本実施例における発熱層３３は磁性粉体を
含む樹脂材である。この場合の樹脂材はニッケルを含む
フッ素樹脂ブライマーからなる樹脂材からなり、厚み１
５μｍの発熱層３３を使用した。

【００５３】なお、樹脂材中に分散させる強磁性粉体と
してはニッケル以外に鉄、ＳＵＳ、コバルトなども使用
可能である。

【００５４】以上本発明の加圧ローラ及びこれを有した
像加熱装置を使用することにより定着時のバックアップ
加熱が可能となり定着画像の定着性を向上することがで
きた。また定着時の設定温度ダウンを可能にし、エネル
ギの効率アップ、装置の長寿命化を実現することができ
た。

【００５５】比較例１ 本比較例では実施例１と同様の像加熱装置及び同構成の
定着フィルムを使用した。

【００５６】（１）加圧ローラ構成について 芯金３１、発熱層３３及び離型層３４は実施例１と同様
である。弾性層３２には熱伝導率１．５×１０^-3［ｃａ
ｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃］のシリコーンゴムを使用した。

【００５７】本比較例における加圧ローラを実施例１に
おける像加熱装置に装着し定着試験を行った。その結
果、発熱層からの熱が弾性層を経て流出するため十分な
バックアップ加熱が得られず実施例１で得られた良好な
定着性は得られなかった。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、定着フィルムと加
圧ローラとを圧接し、前記定着フィルムの発熱層に磁場
を入れることで渦電流を発生させるための交番磁場を発
生させるコイルを少なくとも１個配し、前記定着フィル
ムと前記加圧ローラ間に未定着トナー像をのせた被記録
材を挟持搬送させることで定着させる加熱装置におい
て、前記加圧ローラの層構成が少なくとも芯金、弾性
層、発熱層、離型層の順で構成することにより、定着フ
ィルム側が誘導加熱されると同時に加圧ローラ側も発熱
し、そのために加圧ローラ側からのバックアップ加熱が
可能となり、従来よりも被記録材上のトナーの定着性が
向上し、また、同様にバックアップ加熱がプラスされる
ことにより従来よりも低い定着温度の設定が可能となり
さらなる消費エネルギの効率アップが図れる。そのため
定着フィルム、加圧ローラなどの長寿命化が図れ、ひい
ては定着装置自体の耐久寿命の長寿命化をも実現するこ
とができる。

【００５９】また加圧ローラにおいて弾性層の熱伝導率
を５．０×１０^-4［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃］以下に
することにより加圧ローラ内部への熱の損失を防ぎ断熱
効果を得ることができ、さらなる定着性の向上、エネル
ギの効率アップが実現できる。

【００６０】また、加圧ローラ側の発熱層が磁性粉体を
含む樹脂材あるいはゴム材の場合、金属発熱層に比較し
十分なバックアップ加熱による効果が得られない場合が
多い。そこで同様の加熱原理にて発熱層を発熱させる電
磁誘導加熱装置を定着フィルム内部以外に加圧側外部に
少なくとも１個配し補助的に熱を発生させ与えてやるこ
とにより同様の効果を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱定着装置の一例を示す断面図であ
る。

【図２】曲率分離を可能とする加熱定着装置の断面図で
ある。

【図３】実施例２に用いた加熱定着装置の断面図であ
る。

【図４】電子写真カラープリンターの断面図である。

【図５】本発明の加圧ローラの一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】 １ 基層 ２ 発熱層 ３ トナー離型層 １０ 定着フィルム １６ フィルムガイド １７ コア １８ コイル ２３ 磁束 ２４ 渦電流 ３０ 加圧ローラ ３１ 芯金 ３２ 弾性層 ３３ 発熱層 ３４ 離型層 ３５ 電磁誘導加熱装置 Ｐ 被記録材 Ｔ トナー １００ 加熱定着装置 １０１ 感光体ドラム １０２ 帯電ローラ １０３ レーザ光 １０４ 現像器 １０５ 中間転写体ドラム １０６ 転写ローラ １０７ クリーナ １０８ クリーナ １０９ ミラー １１０ レーザ光学箱

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畠山 英之 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 熊谷 裕昭 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定着フィルムと加圧ローラとを圧接し各
   発熱層に磁場を入れることで渦電流を発生するための交
   番磁場を発生させるコイルを少なくとも１個配し、前記
   定着フィルムと前記加圧ローラ間に未定着トナー像をの
   せた被記録部材を挟持搬送させることで加熱定着させる
   加熱定着装置における加圧ローラにおいて、該加圧ロー
   ラの構成が芯金／弾性層／発熱層／離型層の順で構成さ
   れていることをと特徴とする加圧ローラ。
2. 【請求項２】 前記加圧ローラの弾性層の熱伝導率λが
   ５．０×１０^-4［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃］以下であ
   る加圧ローラ。
3. 【請求項３】 定着フィルムと加圧部材とを圧接し各発
   熱層に磁場を入れることで渦電流を発生するための交番
   磁場を発生させるコイルを少なくとも１個配し前記定着
   フィルムと前記加圧部材間に未定着トナー像をのせた被
   記録部材を挟持搬送させることで加熱定着させる加熱定
   着装置において請求項１または２の加圧ローラを有する
   ことを特徴とする加熱定着装置。