JP4901343B2 - 定着ローラ、定着装置、及び、画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置とそこに設置される定着ローラ及び定着装置とに関し、特に、電磁誘導加熱方式を用いた定着ローラ、定着装置、及び、画像形成装置に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、装置の立ち上げ時間を低減して省エネルギー化することを目的として、電磁誘導加熱方式の定着装置を用いる技術が広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１等において、電磁誘導加熱方式の定着装置は、発熱層を有する定着スリーブ（金属スリーブ）、定着スリーブに内挿された定着補助ローラ（内部加圧部材）、定着スリーブに対向する磁束発生手段（誘導加熱源）、定着スリーブを介して定着補助ローラに圧接する加圧部材（外部加圧部材）、等で構成される。

そして、定着スリーブ（発熱層）は、磁束発生手段との対向位置で加熱される。加熱された定着スリーブは、加圧ローラとの当接位置（定着ニップ部である。）に搬送される記録媒体上のトナー像を加熱して定着する。詳しくは、コイル部に高周波の交番電流を流すことで、コイル部の周囲に交番磁界が形成されて、定着スリーブの発熱層に渦電流が生じる。発熱層に渦電流が生じると、発熱層の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、定着スリーブ全体が加熱される。
ここで、定着補助ローラは、芯金上に弾性を有する断熱層（断熱弾性層）が形成されたものである。定着補助ローラの外周面に断熱弾性層を設けることによって、定着ニップ部におけるニップ量が確保されるとともに、定着スリーブの熱が定着補助ローラ側に伝わる熱損失が軽減される。

また、特許文献２等には、電磁誘導加熱方式の定着装置であって、発熱層（定着スリーブ）が断熱層（定着補助ローラ）に対してプライマ等による接着により一体化された定着ローラを用いたものが開示されている。このような定着ローラも、弾性を有する断熱層を設けることで、定着ニップ部におけるニップ量が確保されるとともに、定着スリーブの熱が定着補助ローラ側に伝わる熱損失が軽減される。

これらの電磁誘導加熱方式の定着装置は、発熱層が電磁誘導によって直接的に加熱されるために、熱ローラ方式（ヒータランプ加熱方式）等の他方式のものに比べて熱変換効率が高く、少ないエネルギー消費で短い立ち上げ時間にて定着ローラの表面温度（定着温度）を所望の温度まで昇温できるものとして知られている。

他方、特許文献３等には、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置であって、磁束発生手段のコア部（磁性体コア）のキューリー点を幅方向で調整する技術が開示されている。詳しくは、幅方向両端部におけるコア部のキューリー点が、幅方向中央部のキューリー点に比べて小さくなるように形成している。この技術は、小サイズの記録媒体を通紙した場合に定着ベルトの幅方向両端部に生じる昇温を抑止することを目的としたものである。

また、特許文献４、特許文献５等には、定着装置に設置される加圧ローラ（又は断熱ローラ）の断熱性を向上させるために、加圧ローラ（又は断熱ローラ）に設けた断熱層の表面を凹凸状に形成する技術が開示されている。

特開平１０−７４００７号公報 特開２００１−３１２１６８号公報 特開２０００−１６２９１２号公報 特開２００５−１５７３０３号公報 特開２００４−３０１２９１号公報

上述した従来の定着装置は、小サイズの記録媒体を連続的に定着した場合や、紙詰まり等により装置が突発的に駆動停止した場合に、定着ローラの一部又は全部が過昇温することがあった。

詳しくは、次の通りである。
一般的な画像形成装置は、幅方向のサイズが異なる数種類の記録媒体に対して、画像形成ができるように構成されている。ここで、幅方向サイズの異なる記録媒体とは、ＪＩＳ寸法のＡ列やＢ列における種々の定形サイズの記録媒体の他に、不定形サイズの記録媒体も含まれる。また、同一サイズ（例えば、Ａ４サイズである。）の記録媒体であっても、長手方向を搬送方向にした場合と、短手方向（長手方向に直交する方向である。）を搬送方向にした場合とでは、幅方向サイズの異なる記録媒体を扱っていることになる。

このような幅方向サイズの異なる記録媒体を定着装置で定着する場合には、記録媒体の幅方向サイズに応じて、定着ローラの幅方向の熱分布が変動して、温度ムラが生じてしまう場合があった。例えば、幅方向サイズの小さな記録媒体を通紙して定着する場合には、その記録媒体の幅方向サイズに対応する定着ローラの位置（通紙領域である。）では熱が多く奪われて、その他の位置（非通紙領域である。）に比べて定着温度が低くなる。このような現象は、幅方向サイズの小さな記録媒体を連続的に通紙するような場合に、特に顕著になる。

したがって、定着ローラの幅方向中央部の定着温度を基準として定着ローラの幅方向全域の定着温度を制御しようとすると、定着ローラの幅方向中央部の定着温度は所望の温度に制御できるものの、幅方向両端部の定着温度が上昇（過昇温）してしまうことになる。このように、定着ローラの幅方向両端部の定着温度が上昇した状態で、幅方向サイズの大きな記録媒体を定着すると、温度上昇位置に対応した記録媒体上にホットオフセットが発生してしまう。さらに、幅方向両端部の定着温度が定着ローラの耐熱温度を超えた場合には、定着ローラに熱的破損が生じることも考えられる。

これに対して、定着ローラの幅方向両端部の定着温度を基準として定着ローラの幅方向全域の定着温度を制御しようとすると、定着ローラの幅方向両端部の定着温度は所望の温度に制御できるものの、幅方向中央部の定着温度が下降してしまうことになる。このように、定着ローラの幅方向中央部の定着温度が下降した状態で記録媒体を定着すると、温度下降位置に対応した記録媒体上にコールドオフセット等の定着不良が発生してしまう。

また、画像形成装置内の搬送経路中に紙詰まり（ジャム）が発生した場合等には、定着装置における駆動が突発的に停止される。このような場合には、磁束発生手段（誘導加熱部）への通電が遮断されるまでの僅かな時間に、磁束発生手段に対向する定着ローラの部分が瞬時に過昇温してしまう。これによって、定着ローラや磁束発生手段のコイル部等の構成部材に熱的破損が生じることも考えられる。

このような問題を解決するために、定着スリーブ（定着ローラ）の発熱層を、キューリー点を有する材料（自己温度制御が可能な材料である。）にて形成する方策が考えられる。すなわち、所定のキューリー点を有する発熱層を用いることで、自己温度制御性により定着ローラの過昇温が制限されてホットオフセット等の不具合を抑止する効果が期待できる。
しかし、その場合であっても、定着ニップ部におけるニップ量を充分に確保して良好な定着性を維持するとともに、立ち上げ時間（昇温時間）を充分に短くする必要がある。特に、高速の画像形成装置では、記録媒体の搬送速度が速いために、定着ニップ部におけるニップ量を充分に確保する必要がある。

一方、上述の特許文献３等の技術は、磁束発生手段のコア部のキューリー点を幅方向で調整している。しかし、磁束発生手段によって加熱される定着ローラの過昇温は、コア部に過昇温が生じる前に発生するために、上述した定着ローラの過昇温を直接的に抑止する効果は期待できない。
また、上述の特許文献４、特許文献５等の技術は、加圧ローラ（又は断熱ローラ）の断熱性を向上させるために、加圧ローラ（又は断熱ローラ）の断熱層の表面を凹凸状に形成するものであって、上述した定着ローラの過昇温等の不具合を抑止する効果は期待できない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、定着ニップ部におけるニップ量が充分に確保され、立ち上げ時間が短く、小サイズの記録媒体を連続的に定着した場合や装置が突発的に駆動停止した場合等であっても過昇温が確実に抑止される、電磁誘導加熱方式の定着ローラ、定着装置、及び、画像形成装置を提供することにある。

本願発明者は、前記課題を解決するために研究を重ねた結果、次の事項を知るに至った。
すなわち、定着スリーブの発熱層を所定のキューリー点を有する材料にて形成するとともに、定着補助ローラにおいて断熱弾性層の下層に低抵抗層を設けることで、定着ローラの自己温度制御性がさらに高まる。すなわち、定着ローラの内部から外周面側に向けて低抵抗層、断熱弾性層、発熱層を順次設けることによって、定着ローラの過昇温が制限されてホットオフセット等の不具合が抑止される。しかし、その場合であっても、断熱弾性層の層厚が厚すぎると、定着ニップ部のニップ量は確保できるものの、定着ローラの自己温度制御性が低下してしまう。これに対して、断熱弾性層の層厚が薄すぎると、定着ローラの自己温度制御性は向上するものの、定着ニップ部のニップ量が確保できなくなってしまう。
ところが、断熱弾性層の外周面の周方向に沿って凹部と凸部とを交互に連続的に形成すると、断熱弾性層の層厚がある程度薄くても、加圧部材の加圧力により断熱弾性層がつぶれやすくなって、充分なニップ量を確保することができる。さらに、断熱弾性層に凹部を設けることで断熱弾性層と定着スリーブとの接触面積が低下するために、断熱弾性層の外周面全域が定着スリーブに接触しているものに比べて、定着スリーブの熱が定着補助ローラ側に伝わる熱損失が軽減されて、定着ローラ全体の昇温効率が向上する。

この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる定着ローラは、磁束発生手段により発生される磁束によって加熱されるとともに所定のキューリー点を有する発熱層を具備し、トナー像を溶融して記録媒体に定着する定着スリーブと、外周面に断熱弾性層を具備するとともに当該断熱弾性層の下層に体積抵抗率が５．０×１０^-8Ω・ｍ以下となるように形成された低抵抗層を具備し、前記定着スリーブに内挿された定着補助ローラと、を備え、前記定着補助ローラの前記断熱弾性層は、外周面の周方向に沿って凹部と凸部とが交互に連続的に形成され、前記断熱弾性層の前記凹部上に体積抵抗率が５．０×１０ ^-8 Ω・ｍ以下となるように形成された第２低抵抗層を具備したものである。

また、請求項２記載の発明にかかる定着ローラは、前記請求項１に記載の発明において、前記第２低抵抗層は、その層厚が５０〜１５０μｍになるように形成されたものである。

また、請求項３記載の発明にかかる定着ローラは、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記断熱弾性層は、幅方向両端部が周方向にわたって凹部のみで形成されて外周面全域の凹部が同一面上に形成されるように構成され、前記第２低抵抗層は、前記外周面全域の凹部上に一体的に形成されたものである。

また、請求項４記載の発明にかかる定着ローラは、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記断熱弾性層は、幅方向の複数箇所が周方向にわたって凹部のみで形成されて外周面全域の凹部が同一面上に形成されるように構成され、前記第２低抵抗層は、前記外周面全域の凹部上に一体的に形成されたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる定着ローラは、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記第２低抵抗層は、アルミニウムからなるものである。

また、請求項６記載の発明にかかる定着ローラは、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記凹部は、幅方向にわって溝状に形成されたものである。

また、請求項７記載の発明にかかる定着ローラは、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記凹部と前記凸部とは、外周面全域にわたって格子状に形成されたものである。

また、請求項８記載の発明にかかる定着ローラは、前記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発明において、前記低抵抗層は、アルミニウムからなるものである。

また、請求項９記載の発明にかかる定着ローラは、前記請求項１〜請求項８のいずれかに記載の発明において、前記低抵抗層を、前記定着補助ローラの芯金としたものである。

また、請求項１０記載の発明にかかる定着ローラは、前記請求項１〜請求項９のいずれかに記載の発明において、前記発熱層は、整磁合金で形成されたものである。

また、請求項１１記載の発明にかかる定着ローラは、前記請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の発明において、前記定着スリーブは、前記発熱層よりも体積抵抗率の低い第２発熱層を具備したものである。

また、請求項１２記載の発明にかかる定着ローラは、前記請求項１１に記載の発明において、前記第２発熱層は、銅からなるものである。

また、請求項１３記載の発明にかかる定着装置は、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の定着ローラと、前記定着ローラに圧接する加圧部材と、前記磁束発生手段と、を備えたものである。

また、この発明の請求項１４記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１３に記載の定着装置を備えたものである。

本発明は、定着スリーブの発熱層を所定のキューリー点を有する材料にて形成するとともに、定着補助ローラにおいて断熱弾性層の下層に低抵抗層を設けて、さらに断熱弾性層の外周面の周方向に沿って凹部と凸部とを交互に連続的に形成している。これによって、定着ニップ部におけるニップ量が充分に確保され、立ち上げ時間が短く、小サイズの記録媒体を連続的に定着した場合や装置が突発的に駆動停止した場合等であっても過昇温が確実に抑止される、電磁誘導加熱方式の定着ローラ、定着装置、及び、画像形成装置を提供することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１〜図７にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機の装置本体、２は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、３は原稿Ｄを原稿読込部４に搬送する原稿搬送部、４は原稿Ｄの画像情報を読み込む原稿読込部、７は転写紙等の記録媒体Ｐが収容される給紙部、９は記録媒体Ｐの搬送タイミングを調整するレジストローラ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー像が形成される感光体ドラム、１２は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上を帯電する帯電部、１３は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成される静電潜像を現像する現像部、１４は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐ上に重ねて転写する転写バイアスローラ、１５は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の未転写トナーを回収するクリーニング部、を示す。

また、１６は転写ベルト１７を清掃する転写ベルトクリーニング部、１７は複数色のトナー像が記録媒体Ｐ上に重ねて担持されるように記録媒体Ｐを搬送する転写ベルト、１９は記録媒体Ｐ上のトナー像（未定着画像）を定着する電磁誘導加熱方式の定着装置、を示す。

以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Ｄは、原稿搬送部３の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部４のコンタクトガラス５上に載置される。そして、原稿読込部４で、コンタクトガラス５上に載置された原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。

詳しくは、原稿読込部４は、コンタクトガラス５上の原稿Ｄの画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿Ｄにて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿Ｄのカラー画像情報は、カラーセンサにてＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、ＲＧＢの色分解画像信号をもとにして画像処理部で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。

そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部２に送信される。そして、書込み部２からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光（露光光）が、それぞれ、対応する感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に向けて発せられる。

一方、４つの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫは、それぞれ、図１の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫの表面は、帯電部１２との対向部で、一様に帯電される（帯電工程である。）。こうして、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
書込み部２において、４つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程である。）。

イエロー成分に対応したレーザ光は、紙面左側から１番目の感光体ドラム１１Ｙ表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラーにより、感光体ドラム１１Ｙの回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部１２にて帯電された後の感光体ドラム１１Ｙ上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。

同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、紙面左から２番目の感光体ドラム１１Ｍ表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、紙面左から３番目の感光体ドラム１１Ｃ表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、紙面左から４番目の感光体ドラム１１ＢＫ表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。

その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、現像部１３との対向位置に達する。そして、各現像部１３から感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の潜像が現像される（現像工程である。）。
その後、現像工程後の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、転写ベルト１７との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、転写ベルト１７の内周面に当接するように転写バイアスローラ１４が設置されている。そして、転写バイアスローラ１４の位置で、転写ベルト１７上の記録媒体Ｐに、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される（転写工程である。）。

そして、転写工程後の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、クリーニング部１５との対向位置に達する。そして、クリーニング部１５で、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。
その後、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫにおける一連の作像プロセスが終了する。

他方、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の各色のトナーが重ねて転写（担持）された記録媒体Ｐは、図中の矢印方向に走行して、分離チャージャ１８との対向位置に達する。そして、分離チャージャ１８との対向位置で、記録媒体Ｐに蓄積された電荷が中和されて、トナーのちり等を生じさせることなく記録媒体Ｐが転写ベルト１７から分離される。
その後、転写ベルト１７表面は、転写ベルトクリーニング部１６の位置に達する。そして、転写ベルト１７上に付着した付着物が転写ベルトクリーニング部１６に回収される。

ここで、転写ベルト１７上に搬送される記録媒体Ｐは、給紙部７からレジストローラ９等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、記録媒体Ｐを収納する給紙部７から、給紙ローラ８により給送された記録媒体Ｐが、不図示の搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ９に導かれる。レジストローラ９に達した記録媒体Ｐは、タイミングを合わせて、転写ベルト１７の位置に向けて搬送される。

そして、フルカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、転写ベルト１７から分離された後に定着装置１９に導かれる。定着装置１９では、定着ローラと加圧ローラとのニップにて、カラー画像（トナー）が記録媒体Ｐ上に定着される。
そして、定着工程後の記録媒体Ｐは、不図示の排紙ローラによって、装置本体１外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、画像形成装置本体１に設置される定着装置１９の構成・動作について詳述する。
図２は定着装置を示す断面図であって、図３は定着ローラ２０の構成を示す断面図である。なお、図３は定着ローラ２０における一方の幅方向端部を示すが、他方の幅方向端部も同様に構成されている。
図２に示すように、定着装置１９は、磁束発生手段としての誘導加熱部２５、誘導加熱部２５に対向する定着ローラ２０、定着ローラ２０に圧接する加圧部材としての加圧ローラ３０、等で構成される。定着ローラ２０は、主として、定着スリーブ２１と定着補助ローラ２２とで構成されている。

ここで、図３を参照して、定着スリーブ２１は、内周面側から発熱層２１ｄ（第１発熱層）、第２発熱層２１ｃ、弾性層２１ｂ、離型層２１ａ等が順次積層された多層構造体である。
定着スリーブ２１の発熱層２１ｄは、所定のキューリー点を有していて、ニッケル、鉄、クロム、コバルト、銅、又は、それらの合金等の磁性導電性材料で形成することができる。本実施の形態１では、発熱層２１ｄの材料として、層厚が５０μｍ程度であってキューリー点が定着可能温度以上であって３００℃以下となる整磁合金を用いている。具体的には、ニッケル、鉄、クロムの合金であって、各材料の添加量と加工条件とが調整されてキューリー点が２５０℃程度に設定されている。このように、発熱層２１ｄを整磁合金層とすることで、定着ローラ２０の自己温度制御性が担保されることになる。

定着スリーブ２１の第２発熱層２１ｃは、発熱層２１ｄよりも体積抵抗率の低い材料で形成されている。第２発熱層２１ｃとしては、銅、銀、アルミニウム等の良導体を用いることができる。本実施の形態１では、第２発熱層２１ｃとして、層厚が１５μｍ程度であって体積抵抗率が５．０×１０^-8Ω・ｃｍ以下となる銅を用いている。なお、銅からなる第２発熱層２１ｃ（銅層）は、発熱層２１ｄ（整磁合金層）上にメッキ処理にて形成することができる。このように、整磁合金からなる発熱層２１ｄに加えて低抵抗の第２発熱層２１ｃを設けることで、発熱層２１ｄがキューリー点に達していないときに誘導加熱部２５（磁束発生手段）から発せられる磁束によって定着スリーブ２１（発熱層２１ｄ及び第２発熱層２１ｃ）は効率よく電磁誘導加熱されることになる。

定着スリーブ２１の弾性層２１ｂは、層厚が２００μｍ程度であって、シリコーンゴム等で形成される。定着スリーブ２１に弾性層２１ｂを設けることで、特にカラー画像形成装置における定着ムラの発生が抑止される。
定着スリーブ２１の離型層２１ａは、層厚が３０μｍ程度であって、ＰＦＡ等のフッ素化合物で形成される。離型層２１ａは、トナー像（トナー）Ｔが直接的に接する定着スリーブ２１表面のトナー離型性を高めるためのものであって、チューブ材を用いることができる。
なお、定着スリーブ２１の構成は、本実施の形態１のものに限定されることなく、例えば、銅からなる第２発熱層２１ｃの防錆性を高めるためにニッケル層等を設けることもできる。

定着スリーブ２１に内挿された定着補助ローラ２２は、アルミニウムからなる芯金２４上に、耐熱性と弾性とを有する断熱弾性層２３が形成されたものである。
発熱層２１ｄ（断熱弾性層２３）の下層に体積抵抗率が５．０×１０^-8Ω・ｍ以下となるように形成された低抵抗層としての芯金２４を設けることで、定着ローラ２０の自己温度制御性がさらに高められる。すなわち、発熱層２１ｄの温度がキューリー点に達したときに、発熱層２１ｄが磁性を失うとともに磁束が発熱層２１ｄを突き抜けて低抵抗層２４に達するために、発熱層２１ｄにおける渦電流負荷ｄが低下して発熱しにくくなる。これについては、後で図７を用いて説明する。
なお、本実施の形態１では、低抵抗層２４（芯金）を断熱弾性層２３の直下に形成したが、低抵抗層２４（芯金）と断熱弾性層２３との間に別の層を設けることもできる。また、低抵抗層２４の材料としては、体積抵抗率が５．０×１０^-8Ω・ｃｍ以下となる良導体であれば、アルミニウムの他に、銅等を用いることもできる。

定着補助ローラ２２の外周面に形成された断熱弾性層２３は、発泡シリコーンゴム等の弾性発泡材料や、シリコーンゴム等の弾性材料で形成されている。
ここで、図４を参照して、定着補助ローラ２２の断熱弾性層２３は、外周面の周方向に沿って凹部２３ｂと凸部２３ａとが交互に連続的に形成されている。具体的には、凹部２３ｂが幅方向にわって溝状に形成されている。断熱弾性層２３は、定着ニップ部におけるニップ量を確保するとともに、定着スリーブ２１の熱が定着補助ローラ２２側に伝わる熱損失を軽減するためのものである。

そして、このように断熱弾性層２３の外周面を凹凸状に形成することにより、断熱弾性層２３の層厚がある程度薄くても、加圧ローラ３０の加圧力により断熱弾性層２３がつぶれやすくなって、充分なニップ量を確保することができる。
詳しくは、断熱弾性層２３の外周面を凹凸状に形成しない場合（従来の形状である。）には、図５（Ｂ）に示すように、断熱弾性層２３の層厚が薄いと断熱弾性層２３（定着補助ローラ２２）の変形が規制されて、定着ニップ部のニップ量Ｎ２が充分に確保できなくなってしまう。
これに対して、本実施の形態１では、断熱弾性層２３の外周面を凹凸状に形成しているために、図５（Ａ）に示すように、断熱弾性層２３の層厚が薄くても断熱弾性層２３（定着補助ローラ２２）が変形しやすい。これにより、ニップ量Ｎ１が充分に確保できることになる（Ｎ１＞Ｎ２である。）。

さらに、断熱弾性層２３に凹部２３ｂを設けることで断熱弾性層２３と定着スリーブ２１との接触面積が低下するために、断熱弾性層２３の外周面全域が定着スリーブ２１に接触しているものに比べて、定着スリーブ２１の熱が定着補助ローラ２２側に伝わりにくくなって、定着ローラ２０全体の昇温効率が向上する。すなわち、定着ローラ２０（定着装置）の立ち上げ時間が短縮化される。

ここで、整磁合金からなる発熱層２１ｄと低抵抗層としての芯金２４との間に介在する断熱弾性層２３の層厚（発熱層２１ｄ−低抵抗層２４間のギャップＭである。）が厚すぎると、定着ニップ部のニップ量は確保できるものの、定着ローラ２０の自己温度制御性が低下してしまう。これに対して、断熱弾性層２４の層厚が薄すぎると、定着ローラ２０の自己温度制御性は向上するものの、定着ニップ部のニップ量が確保できなくなってしまう。
図６中のグラフＱ１は、本実施の形態１における定着ローラを用いた場合の、発熱層２１ｄ−低抵抗層２４間の距離Ｍと発熱低下率との関係を示すグラフである。ここで、発熱低下率（発熱抑制率）Ｗは、自己温度制御性を示す値であって、発熱層２１ｄの温度がキューリー点に達する前の発熱量をＷ１として、発熱層２１ｄの温度がキューリー点に達したときの発熱量をＷ２としたときに、
Ｗ＝｜（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１｜
なる式で求められる。

定着ローラ２０における過昇温を抑止するためには、発熱低下率Ｗが４５％以上である必要があることが、本願発明者によって実験的に確認されている。したがって、充分な自己温度制御性を確保するためには、発熱層２１ｄ−低抵抗層２４間の距離Ｍ（断熱弾性層２４の層厚）を７ｍｍ以下にする必要がある。ここで、本実施の形態１では、発熱層２１ｄ−低抵抗層２４間の距離Ｍ（断熱弾性層２４の層厚）を５ｍｍに設定しているが、そのように断熱弾性層２４の層厚が比較的薄い場合であっても、断熱弾性層２３に凹部２３ｂと凸部２３ａとを交互に連続的に形成することで、定着ニップ部において充分なニップ量を確保することができ、定着装置が高速化された場合であっても良好な定着性を得ることができる。

ここで、定着補助ローラ２２は定着スリーブ２１に内挿されるが、定着補助ローラ２２と定着スリーブ２１とを接着して一体化することもできるし、定着補助ローラ２２と定着スリーブ２１とを接着しないで別体化することもできる。ただし、定着補助ローラ２２と定着スリーブ２１とを別体化した場合には、稼働中に定着スリーブ２１が幅方向（スラスト方向）に移動するのを抑止するための規制部材を設置することが好ましい。

また、図示は省略するが、定着スリーブ２１の表面には、サーミスタが当接されている。サーミスタは、熱応答性の高い感温素子であって、定着スリーブ２１上の温度（定着温度）を検知する。そして、サーミスタによる検知結果に基いて、誘導加熱部２５による加熱量を調整する。

図２を参照して、加圧部材としての加圧ローラ３０は、アルミニウム、銅等からなる円筒部材３２上に、シリコーンゴム等からなる弾性層３１、ＰＦＡ等からなる離型層（不図示である。）が形成されたものである。加圧ローラ３０の弾性層３１は、肉厚が１〜５ｍｍとなるように形成されている。また、加圧ローラ３０の離型層は、層厚が２０〜５０μｍとなるように形成されている。加圧ローラ３０は、定着ローラ２０に圧接している。そして、定着ローラ２０と加圧ローラ３０との圧接部（定着ニップ部である。）に、記録媒体Ｐが搬送される。

磁束発生手段としての誘導加熱部２５は、コイル部２６（励磁コイル）、コア部２７（励磁コイルコア）、コイルガイド２８、カバー部材２９、等で構成される。コイル部２６は、定着スリーブ２１の外周面の一部を覆うように配設されたコイルガイド２８上に細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向（図２の紙面垂直方向である。）に延設したものである。コイルガイド２８は、耐熱性の高い樹脂材料等からなり、定着スリーブ２１との対向面の側でコイル部２６を保持する。コア部２７は、フェライト等の強磁性体（比透磁率が２５００程度である。）からなり、定着スリーブ２１の発熱層に向けて効率のよい磁束を形成するためにセンターコアやサイドコアが設けられている。コア部２７は、幅方向に延設されたコイル部２６に対向するように設置されている。カバー部材２９は、コイル部２６、コア部２７、コイルガイド２８を覆うように構成されている。

このように構成された定着装置１９は、次のように動作する。
不図示の駆動モータによって定着ローラ２０が図２の時計方向に回転駆動され、それにともない加圧ローラ３０が反時計方向に回転する。そして、定着スリーブ２１は、誘導加熱部２５との対向位置（対向面）で、誘導加熱部２５から発生される磁束によって加熱される。

詳しくは、発振回路が周波数可変の電源部（不図示である。）からコイル部２６に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ（好ましくは、２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚである。）の高周波交番電流を流すことで、図７（Ａ）を参照して、発熱層２１ｄの温度がキューリー点に達していないとき（発熱層２１ｄが磁性を有するときである。）に、コイル部２６から定着スリーブ２１の発熱層２１ｄ及び第２発熱層２１ｃに向けて磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることで、発熱層２１ｄ及び第２発熱層２１ｃに渦電流が生じて、発熱層２１ｄ及び第２発熱層２１ｃはその電気抵抗によってジュール熱が発生して誘導加熱される。こうして、定着スリーブ２１（定着ローラ２０）は、自身の発熱層２１ｄ及び第２発熱層２１ｃの誘導加熱によって加熱される。

その後、誘導加熱部２５によって加熱された定着スリーブ２１（定着ローラ２０）表面は、加圧ローラ３０との当接部に達する。そして、搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔ（トナー）を加熱して溶融する。
詳しくは、先に説明した作像プロセスを経てトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが、不図示のガイド板に案内されながら定着ローラ２０と加圧ローラ３０との間に送入される（矢印Ｙ１の搬送方向の移動である。）。そして、定着ローラ２０から受ける熱と加圧ローラ３０から受ける圧力とによってトナー像Ｔが記録媒体Ｐに定着されて、記録媒体Ｐは定着ローラ２０と加圧ローラ３０との間から送出される。

定着位置を通過した定着ローラ２０表面は、その後に再び誘導加熱部２５との対向位置に達する。
このような一連の動作が連続的に繰り返されて、画像形成プロセスにおける定着工程が完了する。

これに対して、図７（Ｂ）を参照して、発熱層２１ｄの温度がキューリー点に達したとき（発熱層２１ｄが磁性を失ったときである。）には、コイル部２６から発熱層２１ｄ及び第２発熱層２１ｃを透過して芯金２４（低抵抗層）に向けて磁力線が形成される。このとき、発熱層２１ｄにおける渦電流負荷ｄが低下するのにともない投入電力が減少して、発熱しにくくなる。これにより、小サイズの記録媒体Ｐを連続的に定着した場合や定着装置が突発的に駆動停止した場合等であっても、定着ローラ２０の過昇温が確実に抑止される。

ここで、渦電流負荷ｄは、発熱層の体積抵抗率をρとして、発熱層の浸透深さ（表皮深さ）をδとしてときに、次式で求まるものである。
ｄ＝ρ／δ
ただし、発熱層の層厚ｔが浸透深さ以下である場合には、上式は、
ｄ＝ρ／ｔ
となる。なお、浸透深さδは次式で求まる。
δ（ｍ）＝５０３・〔ρ／（μｆ）〕^1/2
上式において、ρは発熱層の体積抵抗率（Ω・ｍ）であり、μは発熱層の比透磁率であり、ｆは発熱層を励磁する交番電流の周波数（Ｈｚ）である。

以上説明したように、本実施の形態１では、定着スリーブ２１の発熱層２１ｄを所定のキューリー点を有する材料にて形成するとともに、定着補助ローラ２２において断熱弾性層２３の下層に低抵抗層２４（芯金）を設けて、さらに断熱弾性層２３の外周面の周方向に沿って凹部２３ｂと凸部２３ａとを交互に連続的に形成している。これによって、定着ニップ部におけるニップ量が充分に確保され、立ち上げ時間が短く、小サイズの記録媒体Ｐを連続的に定着した場合や装置が突発的に駆動停止した場合等であっても定着ローラ２０の過昇温を確実に抑止することができる。

実施の形態２．
図８にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図８は、実施の形態２における定着ローラの定着補助ローラを示す断面図である。本実施の形態２における定着補助ローラは、凹部２３ｂ上に第２低抵抗層４０が設けられている点が、前記実施の形態１のものとは相違する。

図８に示すように、本実施の形態２では、定着補助ローラ２２における断熱弾性層２３の凹部２３ｂ上に、体積抵抗率が５．０×１０^-8Ω・ｍ以下となるように形成された第２低抵抗層４０が設けられている。本実施の形態２では、第２低抵抗層４０の材料として、薄膜形成が比較的容易なアルミニウムが用いられている。また、第２低抵抗層４０（アルミニウム層）の層厚は１００μｍに設定され、第２低抵抗層４０と定着スリーブ２１（発熱層２１ｄ）とのギャップＨは２ｍｍに設定されている。

このように、断熱弾性層２３の凹部２３ｂ上に第２低抵抗層４０を設けることで、整磁合金からなる発熱層２１ｄに対向する低抵抗層２４（芯金）に加えて、発熱層２１ｄに近接して対向する低抵抗層（第２低抵抗層）が増えることになって、定着ローラの自己温度制御性がさらに向上する。
図６のグラフＱ２は、本実施の形態２における定着ローラを用いた場合の、発熱層２１ｄ−低抵抗層２４間の距離Ｍと発熱低下率との関係を示すグラフである。図６中のグラフＱ１と比較して、第２低抵抗層４０を設けることで、発熱低下率（自己温度制御性）が向上していることがわかる。

なお、凹部２３ｂに設ける第２低抵抗層４０の層厚は、５０〜１５０μｍの範囲に形成することが好ましい。
第２低抵抗層４０の層厚が５０μｍよりも薄いと、第２低抵抗層４０の発熱量が大きくなり過ぎてしまう可能性がある。ただし、第２低抵抗層４０は定着スリーブ２１に接触していないために、第２低抵抗層４０の発熱が大きな問題になることはない。
これに対して、第２低抵抗層４０の層厚が１５０μｍよりも厚いと、断熱弾性層２３の変形に影響して定着ニップ部におけるニップ量を確保できなくなる可能性がある。

以上説明したように、本実施の形態２における構成によれば、前記実施の形態１のものと同様に、定着ニップ部におけるニップ量が充分に確保され、立ち上げ時間が短く、小サイズの記録媒体Ｐを連続的に定着した場合や装置が突発的に駆動停止した場合等であっても定着ローラ２０の過昇温を確実に抑止することができる。

実施の形態３．
図９及び図１０にて、この発明の実施の形態３について詳細に説明する。
図９は、実施の形態３における定着ローラの定着補助ローラを示す斜視図であって、前記実施の形態１における図４に相当する。また、図１０は、図９の定着補助ローラに形成される第２低抵抗層の展開図である。本実施の形態３における定着補助ローラは、断熱弾性層の幅方向両端部が周方向にわたって凹部のみで形成されている点が、前記実施の形態１のものとは相違する。

図９に示すように、本実施の形態３における定着補助ローラ２２の断熱弾性層２３も、幅方向中央部において外周面の周方向に沿って凹部２３ｂと凸部２３ａとが交互に連続的に形成されている（凹部２３ｂが幅方向にわって溝状に形成されている。）。

ただし、本実施の形態３における断熱弾性層２３は、幅方向両端部において周方向にわたって凹部２３ｂのみで形成されていて、外周面全域の凹部２３ｂが同一面上に形成されるように構成されている。そして、第２低抵抗層４０が、その外周面全域の凹部２３ｂ上に一体的に形成されている。
具体的に、図１０に示すように、定着補助ローラ２２に組み付ける前の第２低抵抗層４０は、概矩形の薄膜状アルミニウムに複数の矩形の穴部４０ａが形成されたものである。そして、第２低抵抗層４０の穴部４０ａを断熱弾性層２３の凸部２３ａにはめ込んで第２低抵抗層４０を接着することで、定着補助ローラ２２の組み付けが完了する。このように、第２低抵抗層４０が一体化されることで、定着補助ローラ２２の組み付け性が向上するとともに、第２低抵抗層４０の接着面積が大きくなって定着補助ローラ２２からの第２低抵抗層４０の剥離が抑止される。

さらに、第２低抵抗層４０が幅方向両端部でつながっていることで、発熱層２１ｄの温度がキューリー点を超えたときに、第２低抵抗層４０の渦電流が流れやすくなるために、定着ローラの自己温度制御性がさらに向上することになる。なお、渦電流が流れる方向は、コイル部２６に電流が流れる方向に相反する方向であって、コイル部２６によって形成される磁束に直交する。

以上説明したように、本実施の形態３における構成によれば、前記各実施の形態のものと同様に、定着ニップ部におけるニップ量が充分に確保され、立ち上げ時間が短く、小サイズの記録媒体Ｐを連続的に定着した場合や装置が突発的に駆動停止した場合等であっても定着ローラ２０の過昇温を確実に抑止することができる。

実施の形態４．
図１１及び図１２にて、この発明の実施の形態４について詳細に説明する。
図１１は、実施の形態４における定着ローラの定着補助ローラを示す斜視図であって、前記実施の形態１における図４に相当する。また、図１２は、図１１の定着補助ローラに形成される第２低抵抗層の展開図である。本実施の形態４における定着補助ローラは、断熱弾性層の凹部と凸部とが格子状に形成されている点が、凹部が幅方向にわたって溝状に形成されている前記実施の形態１のものとは相違する。

図１１に示すように、本実施の形態４における定着補助ローラ２２の断熱弾性層２３も、前記実施の形態１のものと同様に、外周面の周方向に沿って凹部２３ｂと凸部２３ａとが交互に連続的に形成されている。
ただし、本実施の形態４における断熱弾性層２３は、凹部２３ｂと凸部２３ａとが外周面全域にわたって格子状に形成されている。すなわち、外周面の周方向に加えて幅方向に沿っても凹部２３ｂと凸部２３ａとが交互に連続的に形成されている。さらに換言すると、断熱弾性層２３は、幅方向の複数箇所が周方向にわたって凹部２３ｂのみで形成されていて、外周面全域の凹部２３ｂが同一面上に形成されるように構成されている。

そして、第２低抵抗層４０が、その外周面全域の凹部２３ｂ上に一体的に形成されている。
具体的に、図１２に示すように、定着補助ローラ２２に組み付ける前の第２低抵抗層４０は、概矩形の薄膜状アルミニウムに複数の穴部４０ａが網目状に形成されたものである。そして、第２低抵抗層４０の穴部４０ａを断熱弾性層２３の凸部２３ａにはめ込んで第２低抵抗層４０を接着することで、定着補助ローラ２２の組み付けが完了する。このように、第２低抵抗層４０が一体化されることで、定着補助ローラ２２の組み付け性が向上するとともに、第２低抵抗層４０の接着面積が大きくなって定着補助ローラ２２からの第２低抵抗層４０の剥離が抑止される。
さらに、第２低抵抗層４０を網目状に形成することで、一体化された第２低抵抗層４０の曲げ変形が容易になって、定着補助ローラ２２への組み付け性がさらに向上する。

以上説明したように、本実施の形態４における構成によれば、前記各実施の形態のものと同様に、定着ニップ部におけるニップ量が充分に確保され、立ち上げ時間が短く、小サイズの記録媒体Ｐを連続的に定着した場合や装置が突発的に駆動停止した場合等であっても定着ローラ２０の過昇温を確実に抑止することができる。

なお、本発明が前記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

この発明の実施の形態１における画像形成装置を示す全体構成図である。 定着装置を示す断面図である。 定着ローラの構成を示す断面図である。 定着補助ローラを示す斜視図である。 定着ニップ部の近傍を示す概略図である。 発熱層−低抵抗層間の距離と発熱低下率との関係を示すグラフである。 定着ローラに作用する磁束の状態を示す模式図である。 この発明の実施の形態２における定着補助ローラを示す断面図である。 この発明の実施の形態３における定着補助ローラを示す斜視図である。 図９の定着補助ローラに形成される第２低抵抗層の展開図である。 この発明の実施の形態４における定着補助ローラを示す斜視図である。 図１１の定着補助ローラに形成される第２低抵抗層の展開図である。

符号の説明

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
１９ 定着装置、
２０ 定着ローラ、
２１ 定着スリーブ、
２１ａ 離型層、 ２１ｂ 弾性層、 ２１ｃ 第２発熱層（銅層）、
２１ｄ 発熱層（整磁合金層）、
２２ 定着補助ローラ、
２３ 断熱弾性層、
２３ａ 凸部、 ２３ｂ 凹部、
２４ 芯金（低抵抗層）、
２５ 誘導加熱部（磁束発生手段）、
２６ コイル部、 ２７ コア部、
２８ コイルガイド、 ２９ カバー部材、
３０ 加圧ローラ（加圧部材）、
４０ 第２低抵抗層、 ４０ａ 穴部。

Claims (14)

1. 磁束発生手段により発生される磁束によって加熱されるとともに所定のキューリー点を有する発熱層を具備し、トナー像を溶融して記録媒体に定着する定着スリーブと、
   外周面に断熱弾性層を具備するとともに当該断熱弾性層の下層に体積抵抗率が５．０×１０^-8Ω・ｍ以下となるように形成された低抵抗層を具備し、前記定着スリーブに内挿された定着補助ローラと、を備え、
   前記定着補助ローラの前記断熱弾性層は、外周面の周方向に沿って凹部と凸部とが交互に連続的に形成され、
   前記断熱弾性層の前記凹部上に体積抵抗率が５．０×１０ ^-8 Ω・ｍ以下となるように形成された第２低抵抗層を具備したことを特徴とする定着ローラ。
2. 前記第２低抵抗層は、その層厚が５０〜１５０μｍになるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ。
3. 前記断熱弾性層は、幅方向両端部が周方向にわたって凹部のみで形成されて外周面全域の凹部が同一面上に形成されるように構成され、
   前記第２低抵抗層は、前記外周面全域の凹部上に一体的に形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着ローラ。
4. 前記断熱弾性層は、幅方向の複数箇所が周方向にわたって凹部のみで形成されて外周面全域の凹部が同一面上に形成されるように構成され、
   前記第２低抵抗層は、前記外周面全域の凹部上に一体的に形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着ローラ。
5. 前記第２低抵抗層は、アルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着ローラ。
6. 前記凹部は、幅方向にわって溝状に形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着ローラ。
7. 前記凹部と前記凸部とは、外周面全域にわたって格子状に形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着ローラ。
8. 前記低抵抗層は、アルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の定着ローラ。
9. 前記低抵抗層は、前記定着補助ローラの芯金であることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の定着ローラ。
10. 前記発熱層は、整磁合金で形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の定着ローラ。
11. 前記定着スリーブは、前記発熱層よりも体積抵抗率の低い第２発熱層を具備したことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の定着ローラ。
12. 前記第２発熱層は、銅からなることを特徴とする請求項１１に記載の定着ローラ。
13. 請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の定着ローラと、前記定着ローラに圧接する加圧部材と、前記磁束発生手段と、を備えたことを特徴とする定着装置。
14. 請求項１３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。

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