JP2006259724A - Heating roller and fixing device - Google Patents
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Abstract
【課題】熱疲労により劣化を軽減し、加圧部材との間に一定以上のニップ幅を確保する加熱部材の性能低下を抑制することができる加熱ローラおよび定着装置を提供すること。
【解決手段】軸芯1aと、この軸芯1aの周りに形成された弾性層1bと、この弾性層1bよりも外側に配置され、金属粒子を含む導電層1eと、弾性層1bと導電層1eとの間に配置される少なくとも1つのインピーダンス整合層11c、12c、13cとを備えている。
【選択図】図2To provide a heating roller and a fixing device capable of reducing deterioration due to thermal fatigue and suppressing deterioration in performance of a heating member that secures a certain nip width between the pressure member and the pressure member.
A shaft core 1a, an elastic layer 1b formed around the shaft core 1a, a conductive layer 1e disposed outside the elastic layer 1b and containing metal particles, an elastic layer 1b and a conductive layer 1e, at least one impedance matching layer 11c, 12c, 13c.
[Selection] Figure 2
Description
この発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載され、用紙上の現像剤像を定着させる定着装置、およびこの定着装置に搭載されている加熱ローラに関する。 The present invention relates to a fixing device that is mounted on an image forming apparatus such as a copying machine or a printer and fixes a developer image on a sheet, and a heating roller that is mounted on the fixing device.
デジタル技術を利用した画像形成装置たとえば電子複写機は、加熱により溶融された現像剤像を圧力を加えることで用紙に定着させる定着装置を有している。 An image forming apparatus using digital technology, such as an electronic copying machine, has a fixing device that fixes a developer image melted by heating to a sheet by applying pressure.
定着装置は、現像剤例えばトナーを溶融させる加熱部材と、この加熱部材に所定の圧力を提供する加圧部材とを備え、加熱部材と加圧部材との接触領域(ニップ部)には所定の接触幅(ニップ幅)が形成される。このニップ部を通過する用紙には、加熱部材からの熱によって溶かされた用紙上の現像剤像が、加圧部材からの圧力により定着する。 The fixing device includes a heating member that melts a developer, for example, toner, and a pressure member that provides a predetermined pressure to the heating member. A predetermined region is provided in a contact area (nip portion) between the heating member and the pressure member. A contact width (nip width) is formed. On the paper passing through the nip portion, the developer image on the paper melted by the heat from the heating member is fixed by the pressure from the pressure member.
例えば、誘導加熱を用いて加熱部材を加熱する方法として、導電性の薄膜をローラ状の外周面に有する加熱部材に、励磁コイルから発生する磁界を提供して渦電流を流し、発熱させるものが知られている。この場合、剛性を維持するため、導電性の薄膜としては、金属(例えばニッケル)からなる薄い金属膜が利用されてきた。
しかし、金属からなる金属膜は酸化しやすく、例えばニッケルからなる加熱部材の金属膜が、200℃以上に加熱され、さらに加圧部材からの加圧も受けると、熱疲労により劣化し、長期にわたって機能を維持することが困難である。また、加熱が終了して冷却される際、金属膜は熱履歴により破損する虞があり、加熱部材の性能を長時間維持することは困難である。 However, a metal film made of metal is easily oxidized. For example, if a metal film of a heating member made of nickel is heated to 200 ° C. or more and further subjected to pressure from a pressure member, it deteriorates due to thermal fatigue, and over a long period of time. It is difficult to maintain the function. Further, when the heating is finished and the metal film is cooled, the metal film may be damaged by the heat history, and it is difficult to maintain the performance of the heating member for a long time.
また、従来より、電気鋳造あるいはメッキにより形成されるニッケル層からなる金属膜を有する加熱部材が知られている。この場合、ニッケルは200℃付近での熱劣化が顕著であって使用上の制約が大きいことの問題や、メッキによる製造方法に関する課題、すなわち、設備の増大化、析出厚さの管理の難しさ、廃液に関する環境問題等がある。 Conventionally, a heating member having a metal film made of a nickel layer formed by electroforming or plating is known. In this case, nickel is prone to thermal degradation around 200 ° C. and has great restrictions on use, problems related to the manufacturing method by plating, that is, increase in equipment and difficulty in managing the deposition thickness. There are environmental problems related to waste liquid.
よって、これらの課題を解決できる導電膜を有する加熱部材が要求されている。 Therefore, a heating member having a conductive film that can solve these problems is required.
本発明は、上記課題を解決するためのものであって、その目的は、熱疲労により劣化を軽減し、加圧部材との間に一定以上のニップ幅を確保する加熱部材の性能低下を抑制することができる加熱ローラおよび定着装置を提供することにある。 The present invention is for solving the above-described problems, and its purpose is to reduce deterioration due to thermal fatigue, and to suppress a deterioration in performance of a heating member that secures a certain nip width between the pressure member and the pressure member. It is an object of the present invention to provide a heating roller and a fixing device that can be used.
本発明の一態様によると、加熱ローラは、軸芯と、この軸芯の周りに形成された弾性層と、この弾性層よりも外側に配置され、金属粒子を含む導電層と、前記弾性層と前記導電層との間に配置される少なくとも1つのインピーダンス整合層とを備えたことを特徴としている。 According to one aspect of the present invention, the heating roller includes a shaft core, an elastic layer formed around the shaft core, a conductive layer disposed outside the elastic layer and including metal particles, and the elastic layer. And at least one impedance matching layer disposed between the conductive layer and the conductive layer.
また、本発明の一態様によると、定着装置は、軸芯と、この軸芯の周りに形成された弾性層と、この弾性層よりも外側に配置され、金属粒子を含む導電層と、前記弾性層と前記導電層との間に配置される少なくとも1つのインピーダンス整合層とを備えた加熱部材と、前記加熱部材に圧接している加圧部材と、誘導加熱を利用して、前記導電層を発熱させる加熱機構とを含むことを特徴としている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a fixing device comprising: a shaft core; an elastic layer formed around the shaft core; a conductive layer disposed outside the elastic layer and including metal particles; A heating member comprising at least one impedance matching layer disposed between an elastic layer and the conductive layer, a pressure member in pressure contact with the heating member, and the conductive layer using induction heating And a heating mechanism for generating heat.
本発明は、熱疲労により劣化を軽減し、加圧部材との間に一定以上のニップ幅を確保する加熱部材の性能低下を抑制することができる加熱ローラおよび定着装置を提供することができる。 The present invention can provide a heating roller and a fixing device that can reduce deterioration due to thermal fatigue and can suppress a decrease in performance of a heating member that secures a certain nip width between the pressure member and the pressure member.
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の定着装置の一例を示す。 FIG. 1 shows an example of a fixing device of the present invention.
図1に示すように、定着装置は、用紙P上のトナーTを加熱する加熱部材(加熱ローラ)1と、加熱ローラ1に所定の圧力を与える加圧部材(加圧ローラ)2と、加圧ローラ2の所定の圧力を提供する加圧機構3と、加熱ローラ1の外周面を誘導加熱により加熱する加熱機構5とを備える。
As shown in FIG. 1, the fixing device includes a heating member (heating roller) 1 that heats the toner T on the paper P, a pressure member (pressure roller) 2 that applies a predetermined pressure to the
加熱ローラ1は、所定の圧力で変形しない剛性(硬さ)を有する材質から構成されるシャフトである軸部材(軸芯)1aと、この軸部材1aのまわりに順に配置される弾性層(第1の弾性層,発泡ゴム層)1b、インピーダンス整合層1c、耐熱樹脂層1d、加熱機構5により誘導加熱される導電層1e、ソリッドゴム層(第2の弾性層)1fおよび離型層1gを有する。なお、弾性層1bよりも外側に配置されているインピーダンス整合層1c〜離型層1gの積層は、外層部1H(図2参照)と以下呼称する。外層部1Hは、弾性層1bの両端部と、例えば耐熱性の接着剤等により接着されている。
The
加圧ローラ2は、軸部材2aと、この外側に配置される弾性層(例えばシリコンゴム)2bと、離型層(例えばフッ素ゴム)2cを有する。
The
加圧機構(圧力提供機構)3は、この軸部材2aと接続されている軸受け部材3aを介して、加圧スプリング3bにより、加圧ローラ2を加熱ローラ1に向かって押し当てている。これにより、加熱ローラ1と加圧ローラ2の接触部には、用紙Pの搬送方向に一定の幅(ニップ幅)を有するニップ部4が形成される。
The pressure mechanism (pressure providing mechanism) 3 presses the
加圧機構3からの圧力により加圧ローラ2との間に一定以上のニップ幅を維持しながら接触している加熱ローラ1は、駆動モータ(図示せず)により矢印方向(CW)に回転される。加熱ローラ1の回転に伴い、加圧ローラ2が、矢印方向(CCW)に回転される。
The
加熱ローラ1の外側には、加熱ローラ1の導電層1eに所定の磁界を提供する励磁コイル5aと、この励磁コイル5aの外側に配置される磁性体コア5bを含む加熱機構5が配置されている。なお、励磁コイル5aの電線の巻き数は、磁性体コア5bを備えることにより少なくできる。
Outside the
図示しない励磁回路(インバータ回路)から、所定の周波数の高周波電流が提供されると、励磁コイル5aはこの周波数に応じた所定の磁界を発生する。この磁界が提供されることにより、導電層1eには渦電流が流れ、導電層1eの抵抗に応じて発生するジュール熱により加熱ローラ1は発熱する。
When a high-frequency current having a predetermined frequency is provided from an excitation circuit (inverter circuit) not shown, the
この加熱ローラ1からの熱により溶融されたトナーTは、トナーTが付着している用紙Pが加熱ローラ1と加圧ローラ2のニップ部4を通過し、加圧ローラ2により所定の圧力が加えられることで、用紙Pに定着される。
The toner T melted by the heat from the
ここで、加熱ローラ2のそれぞれの構成要件についてより詳細に説明する。
Here, each component of the
導電層1eは、形成時の下地となるソリッドゴム層1fに導電性ペーストを均一に塗布した後、焼結させたものにより構成されている。この導電性ペーストは、樹脂ペーストに、金、銀、白金、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス、アルミニウムとステンレスの複合材、鉄又は錫等のうち、いずれか1つの金属粒子(金属フィラー)が混練されたものである。この導電層1eは、厚さや、構成される金属粒子の種類に応じた特定の透磁率および抵抗値を有し、この導電層1eには、励磁コイル5aに流れる電流の周波数に対応する所定の浸透深さの電流(渦電流)が流れる。ちなみに、導電層1eの厚さが浸透深さよりも薄い場合、励磁コイル5aから発生する磁界が例えば軸部材1aを加熱して加熱ローラ1の内側を温めてしまう虞がある。また、誘導加熱に利用されない磁界が発生してしまうため損失となり、発熱効率が悪くなる問題がある。しかし、浸透深さを浅くするためには、周波数を高くしなければならず、所定の範囲内での周波数を使用する定着装置においては、浸透深さに応じて、励磁コイル5aに供給する電流の周波数を自由に設定することは困難である。
The
インピーダンス整合層1cは、この励磁コイル5aから発生した磁界が加熱ローラ1の外周面付近で誘導加熱として利用されるように、励磁コイル5aからの磁界により誘導加熱される発熱対象全体のインピーダンスを整合する。本実施の形態において、インピーダンス整合層1cは、形成時の下地となる耐熱性樹脂層1dに導電性ペーストを均一に塗布した後、焼結させたものにより構成されている。この導電性ペーストは、樹脂ペーストに、金、銀、白金、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス、アルミニウムとステンレスの複合材、鉄又は錫等のうち、いずれか1つの金属粒子(金属フィラー)が混練されたものである。
The
弾性層1bは、例えばシリコンゴム等を発泡させた発泡ゴムにより構成されている。また、弾性層1bは、熱膨張による加熱ローラ2の変形を防ぐため、加熱ローラ1の内側の空気を外側に積極的に逃がすように軸方向に貫通した通気孔が複数設けられてもよい。また、この通気孔は、外周面から軸部材1aに向う切り欠きであってもよく、外周面から軸部材1aに達する複数の穴であってもよい。また、同じ目的で、弾性層1bを連続泡により形成してもよく、導電層1eの両端部はメッシュ状あるいはドット状の通気孔が形成されていてもよい。さらに、弾性層1bは、弾性層1bと導電層1e(あるいは耐熱樹脂層1d)との間に空隙を形成するため、軸方向に異なる径を有する形状、例えばテーパ状に形成されていてもよい。また、弾性層1bと導電層1eは、全面ではなく、所定の一部分のみで接着されていることが好ましい。
The
耐熱樹脂層1dは、例えばポリイミドを含む耐熱樹脂により構成されている。この耐熱樹脂層1dは、導電性ペーストを含むインピーダンス整合層1cと導電層1eとの間に配置され、加熱ローラ1の外層部1Hの機械的強度を補っている。
The heat
本実施の形態においては、加熱ローラ1は直径40mmに、加圧ローラ2は直径40mmに、弾性層1bは厚さ5mmに、導電層1eは厚さ10μmに、ソリッドゴム層1fは厚さ200μmに、離型層1gは厚さ30μmに、それぞれ形成されている。なお、ソリッドゴム層1fは耐熱シリコンゴムにより構成され、導電層1eと離型層1gとの密着強度を高める機能を有し、離型層1gは、フッ素樹脂(PFAまたはPTFE(ポリ四フッ化エチレン)、もしくはPFAとPTFEの混合物)により構成されている。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態において、インピーダンス整合層1c、耐熱樹脂層1d、導電層1e、ソリッドゴム層1fおよび離型層1gからなる積層(以下導電層積層と記す)は、外側の離型層1g、ソリッドゴム層1f、導電層1e、耐熱樹脂層1d、インピーダンス整合層1cを、順に、基材となる円筒状の芯材上に積層した後、内側と外側を裏返すことにより形成される。このため、上述の通り、導電層1eは、ソリッドゴム層1fに、インピーダンス整合層1cは、耐熱性樹脂層1dに、それぞれ導電性ペーストを均一に塗布した後、焼結させたものにより構成されると説明した。しかしながら、本発明の導電層積層は、これに限られず、インピーダンス整合層1c、耐熱樹脂層1d、導電層1e、ソリッドゴム層1f、離型層1gの順に、基材となる円筒状の芯材に積層して形成される構成であってもよい。つまり、導電層1eは、下地となる耐熱性樹脂層1dに、導電性ペーストを均一に塗布した後、焼結させたものにより構成されてもよい。
In the present embodiment, the laminate composed of the
図1に示される通り、加熱ローラ1の周囲には、加熱ローラ1および加圧ローラ2のニップ部から回転方向の順に、用紙Pを加熱ローラ1から剥離するための剥離用ブレード6と、加熱ローラ1に付着するトナーを除去するためのクリーニングローラ8が配置される。また、加熱ローラ1の長手方向の所定の位置に、加熱ローラ1の周面付近の温度を検知するためのサーミスタ9と、加熱ローラ1の表面温度が異常温度まで上昇したことを検知し、励磁コイル5aに供給されている電力を遮断するためのサーモスタッド10が配置される。
As shown in FIG. 1, around the
また、加圧ローラ2の周囲には、用紙Pを加圧ローラ2から剥離するための剥離用ブレード7と、加熱ローラ1に付着するトナーを除去するためのクリーニングローラ11が配置されている。
Around the
なお、サーミスタ9およびサーモスタッド10は、それぞれ加熱ローラ1の長手方向に複数設けられていてもよい。また、剥離用ブレード6,7は、用紙Pが剥離されにくい場合は、それぞれ複数備えられていてもよく、用紙Pが剥離されやすい場合は、なくてもよい。
Note that a plurality of thermistors 9 and
本実施の形態においては、励磁コイル5aは、電線が架空の軸を中心に巻かれた形状を有し、加熱ローラ1の長手方向に、少なくとも通紙領域(用紙Pと接する領域)よりも長い長さを有する。このような形状の励磁コイル5aは、磁束を集中的に発生でき、加熱ローラ1の導電層1cを局所的に発熱可能である。
In the present embodiment, the
なお、励磁コイル5aの電線としては、表面が絶縁処理された複数の被覆銅線を束ねたリッツ線を用いる。励磁コイル5aの電線としてリッツ線を用いることにより、有効に磁界を発生することができる。本実施の形態においては、表面を耐熱性のポリアミドイミドを用いて絶縁処理された、直径0.3mmの銅線材(ポリアミドイミド銅線)を18本束ねたリッツ線を用いた。しかし、本発明はこれに限られず、例えば直径0.5mmの銅線材を19本を束ねたリッツ線も利用可能である。
In addition, as the electric wire of the
また、本実施の形態において、励磁コイル5aに、図示しないインバータ回路から周波数20〜50kHzの範囲の高周波電流が供給されて、加熱ローラ1から出力される発熱量は、300〜1500Wの範囲で変化する。なお、この図示しないインバータ回路から供給される電流の周波数は任意に選択可能であって、特定の周波数(例えば40kH,60kH)を避けて、所定の周波数を選択的に使用することができる。
In the present embodiment, the
上述のとおり、導電性ペーストからなる導電層1eは、金属からなる金属膜に比べて耐屈曲性に優れている。また、加熱ローラ1は、耐熱樹脂層1dにより機械強度が補強され、柔軟性に優れている。このため、本発明の加熱ローラ1は、加熱機構5による誘導加熱や、加圧ローラ2により加圧される環境においても、熱疲労や熱履歴による劣化が軽減され、性能をより長い時間維持することができる。よって、ニップ部4のニップ幅を一定以上に確保可能であって、加熱部材のライフを延ばすことができる。
As described above, the
なお、本実施の形態において、弾性層1bと導電層1eとの間には、耐熱樹脂層1dが配置されると説明したが、本発明はこれに限られず、導電層1eとソリッドゴム層1fの間に配置されていてもよく、あるいは、その両方に配置に配置されていてもよい。また、十分な機械強度を確保できるのであれば、耐熱樹脂層1dはなくてもよい。
In the present embodiment, it has been described that the heat-
また、導電層1eに銅を含む導電性ペーストを利用することで、酸化被膜の影響を受けやすく、既知の銅イオン供給による化学焼結等を用いることが可能である。
Further, by using a conductive paste containing copper for the
さらに、本発明の定着装置がカラーコピー可能な画像形成装置等に搭載される場合、ニップ部4の面積を増やすため、ソリッドゴム層1fおよび離型層1gは、より熱伝導率が高い材料により構成される。
Further, when the fixing device of the present invention is mounted on an image forming apparatus capable of color copying, the solid rubber layer 1f and the
(第2の実施の形態)
次に図2を用いて、本発明の他の実施の形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図2に示す通り、加熱ローラ1は、軸部材1aと、弾性層1bと、複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cと、この複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cの間にそれぞれ配置されている複数の耐熱樹脂層200と、複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cよりも外側に配置されている導電層1eと、ソリッドゴム層1f、および離型層1gを有する。なお、図1と同じ構成を有する構成要素には、同じ符号を付し、以下、その詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 2, the
複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cは、弾性層1bと導電層1eの間に、第1のインピーダンス整合層11c、第2のインピーダンス整合層12c、第3のインピーダンス整合層13cの順に導電層1eに近い方から配置されている。
The plurality of
複数の耐熱樹脂層200は、上述の第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cの間に加えて、さらに第1のインピーダンス整合層11cと導電層1eの間と、第3のインピーダンス整合層13cと弾性層1bとの間に、それぞれ配置されている。
In addition to the first to third
第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cは、上述したように、励磁コイル5aから発生した磁界が加熱ローラ1の外周面付近で誘導加熱として利用されるように、励磁コイル5aからの磁界により誘導加熱される発熱対象のインピーダンスを整合する。ここで、発熱対象とは、励磁コイル5aからの磁界が提供されて渦電流が流れ、誘導加熱により加熱されるものであって、主は導電層1eであるが、第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cも、励磁コイル5aからの磁界を受けて発熱できる。
As described above, the first to third
本実施の形態において、第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cおよび導電層1eは、それぞれ10μmの厚さに形成されている。
In the present embodiment, the first to third
このように、本実施の形態にかかる加熱ローラ1は、薄膜の導電層1e、第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cを備える。また、これら導電層1e、第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cは、それぞれ導電性ペーストにより構成されている。このため、高い柔軟性を示し、ニップ部4で一定以上のニップ幅を確保できる。これは、本実施の形態に係る定着装置が、カラーコピー可能な画像形成装置等に搭載された場合において、特に有益である。
As described above, the
また、本実施の形態にかかる加熱ローラ1は、第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cのそれぞれが、耐熱樹脂層200により挟まれている構成である。このため、機械的強度が強く、さらに、第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cおよび導電層1eを構成している導電性ペーストは、耐屈曲性に優れているという性質を有するため、柔軟性に優れている。
Further, the
従って、本発明の加熱ローラ1は、加熱機構5により誘導加熱され、加圧ローラ2により加圧される環境においても、熱疲労や熱履歴による劣化が軽減される。このため、加熱ローラ1の性能をより長い時間維持することができ、ニップ部4のニップ幅を一定以上に確保可能である。
Accordingly, the
なお、複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cは、含まれる金属粒子の含有率や金属の種類を変更することにより透磁率および抵抗値が調整できるため、励磁コイル5aからの磁界により誘導加熱される発熱対象の浸透深さを所定の値に調整可能である。また、第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cは、それぞれを所定の厚さに形成し、あるいは導電層1eおよびインピーダンス整合層全体の数を調整して、励磁コイル5aに対応する発熱対象の浸透深さと同等の厚さを確保できる。
The plurality of
例えば、励磁コイル5aに供給される電流の周波数が、低い周波数(例えば30kHz以下)の範囲に限られている定着装置では、第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cの厚さを厚くして、あるいは第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cの数を増やして、浸透深さと同等の発熱対象全体の厚さを確保することができる。ちなみに、この浸透深さに応じた厚さの発熱対象を一層だけで形成しようとすると十分な柔軟性を得られず、十分なニップ幅を確保することは難しい。
For example, in the fixing device in which the frequency of the current supplied to the
このように、複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cの数、厚さ、透磁率を調整することにより、励磁コイル5aに流れる電流の周波数と、励磁コイル5aからの磁界により誘導加熱される発熱対象の浸透深さとを整合させて、加熱ローラ1の発熱効率を向上することができる。
In this way, by adjusting the number, thickness, and permeability of the plurality of
同様に、複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cの数、厚さ、透磁率を、これらの外側に配置されている導電層1eの厚さ、材料、透磁率に対応させて調整することにより、より効果的に励磁コイル5aからの磁界により誘導加熱される発熱対象の浸透深さを所定の値に調整可能である。なお、導電層1eは、複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cよりも加熱ローラ1の外側、すなわち励磁コイル5aに最も近い側に配置されているため、これらに比較して浸透深さが小さくしジュール熱を多く発生させ、誘導加熱による発熱効率を高くすることが求められている。
Similarly, by adjusting the number, thickness, and magnetic permeability of the plurality of
例えば、導電層1eおよび複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cを同じ材料により構成する場合には、最も外側に配置されている導電層1eほど厚さを薄くし、複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cを導電層1eの厚さ以上に厚くすることが好ましい。これは、抵抗が断面積に反比例し、抵抗が高い方が渦電流が集中して流れ、発熱効率が高くなるからである。なお、層の厚さを浸透深さよりも薄くすることにより、無理やり渦電流の密度を上げ、発熱させることも可能である。
For example, when the
また、導電層1eおよび複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cを同じ厚さで形成する場合には、最も外側に配置されている導電層1eの透磁率を最も高く、複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cの透磁率が導電層1eの透磁率以下となるような材料により構成されることが好ましい。例えば、最も外側に配置される導電層1eにニッケル、銀、あるいはアルミニウム等を利用することが好ましい。これは、下記の式1に示されている浸透深さの式に示されている通り、透磁率が大きいほど浸透深さが小さくなるからである。なお、δは浸透深さ、ρは胴体の抵抗率、μは導体の比透磁率、fは電流の周波数である。
…(式1)
さらに、加熱ローラ1の外側の浸透深さを、内側の浸透深さに比べて小さくすることが好ましく、導電層1eの浸透深さを最も小さくし、それより内側に配置されている複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cの浸透深さが徐々に大きくなる配置であることが好ましい。この場合、外側に配置されているものが磁性体であって、内側に配置されているものが非磁性であってもよい。
... (Formula 1)
Furthermore, it is preferable to make the penetration depth outside the
このように、導電層1eと、複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cのそれぞれパラメータを調整することにより、導電層1eの発熱効率を最も高くすることができる。
Thus, by adjusting the parameters of the
なお、導電層1eあるいは複数のインピーダンス整合層11c,12c,13cとして、銀ペーストを利用してもよい。この銀ペーストは、銀をバインダーに溶かしたものを加熱し固められており、バインダーは残存する。このため、銀ペーストの抵抗率2×10−6Ωcmは、銀そのものの抵抗率5×10−5Ωcmに比べて10倍以上も大きく、誘導加熱による発熱効率が高い。よって、銀ペーストは、導電層1eに利用されることがより好ましい。
A silver paste may be used as the
なお、導電層1e、第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cの数や膜圧を調整することにより、加熱ローラ1の剛性(硬度)を調整することができる。よって、加圧ローラ2との間に形成されるニップ部4のニップ幅も調整することができるため、例えば、導電層1eの膜圧を薄くして、第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cの数を増やし、加熱ローラ2の硬度を低くして、ニップ部4のニップ幅を増やし、用紙Pの通過速度を速めて、通過する用紙Pの加熱時間を減らす、用紙Pの加熱時間のコントロールが可能である。
The rigidity (hardness) of the
また、図示しないが、第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cは、加熱ローラ1の軸方向の両端において、それぞれ電気的に接続されていてもよい。これにより、加熱ローラ1の両端部の熱伝導率がよくなり、加熱ローラ1の内側の第3のインピーダンス整合層13cの熱エネルギーを、迅速に、外側の第1のインピーダンス整合層11cの方へ導くことができる。よって、加熱ローラ1の両端部は、対向して配置されている励磁コイル5aのカーブ部分によって加熱されるため、部分的に加熱ローラ1の表面温度が低下する従来の問題を改善し、加熱ローラ1の発熱ムラを回避できる。
Although not shown, the first to third
(第3の実施の形態)
次に図3,4,5を用いて、本発明の他の実施の形態について説明する。
(Third embodiment)
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図3,4に示される通り、加熱ローラ1は、少なくとも導電層1eを分割する割れ目300を有する。割れ目300は、図3に示すように、加熱ローラ1の軸方向で直線状に導電層1eを分割するものであってもよく、図4に示すように、加熱ローラ1の外周面を螺旋状に導電層1eを分割するものであってもよい。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
また、割れ目300は、図5に示すように、第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cのそれぞれに形成されている。この場合、割れ目300は、導電層1eおよび第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cのそれぞれにおいて、厚さ方向に所定の角度ずつずれた位置に形成されている。
Moreover, the
これにより、導電層1eは、熱膨張した弾性層1bにより内側から押し上げられた場合でも、加熱ローラ1の円周方向に広がるため、導電層1eに亀裂や皺等が発生する事象を回避できる。また、弾性部材1bと導電層1eの熱膨張率の差異に起因して加熱ローラ2の硬度が高くなりすぎる虞があるが、導電層1eが円周方向に広がることにより、この事象を防止できる。
Thereby, even when the
また、図6に示すとおり、導電層1eおよび第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cのそれぞれに形成されている割れ目300が、加熱ローラ1の周方向で位相が異なる位置に形成され、割れ目300が厚さ方向に重なっていない。このため、割れ目300において温度低下が生じた場合であっても、薄膜の導電層1eおよび第1〜3のインピーダンス整合層11c,12c,13cのいずれか1つにおいて生ずる僅かな温度低下であって、無視できる程度である。よって、加熱ローラ1の外周面の温度が局所的に低下する事象が回避され、加熱ローラ1の外周面の発熱ムラを防止できる。
Moreover, as shown in FIG. 6, the
さらに、導電層1eよりも外側に形成されているソリッドゴム層1fおよび離型層1gには、用紙Pと接触する表面が凸凹にならないように、割れ目300は形成されない。また、上述のように、導電性ペーストにより構成される導電層1eは、金属だけからなる導電層に比べてやわらかく、耐屈曲性に優れているため、上述のような割れ目300が形成されても、加熱ローラ1の外周面に影響を及ぼしにくい。
Further, the
なお、割れ目100は、例えばエッチング等により導電層1eの所定領域を除去して形成されてもよく、単なる切込みであってもよい。また、図6に示されるように、割れ目300の部分には、耐熱樹脂層200の一部が入り込んでいる状態であってもよく、空隙でもよい。
The crack 100 may be formed by removing a predetermined region of the
(第4の実施の形態)
次に図6,7,8を用いて、本発明の他の実施の形態について説明する。
(Fourth embodiment)
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図6に示す通り、導電層1eを含む弾性層1bよりも外側の外層部1H(図2参照)は、軸方向の両端部に、複数の通気孔400を有する。
As shown in FIG. 6, the
通気孔400は、加熱ローラ1の両端部分の非通紙領域に形成され、導電層1eの内側の空気を、積極的に外側へ案内する。本実施の形態では、通気孔400は、直径1mmの概略円に形成されることが好ましい。
The
従って、導電層1bが加熱され、内側の空気が熱膨張した場合であっても、通気孔400により、内側の空気は外側に案内され、弾性部材1bと導電層1eの熱膨張率の差異に起因して加熱ローラ2の硬度が高くなりすぎる事象を防止できる。また、通紙領域において、高い画質の画像を得るための一定以上のニップ幅を確保できる。
Therefore, even when the
なお、外層部1Hは、この通気孔400の孔をつぶさないように、内側に配置される弾性層1bの外周面の一部と、例えば耐熱性の接着剤等により接着されている。また、外層部1Hと弾性層1bの中央部分とは、非接着であり、間に空隙が形成されることが好ましい。
The
また、通気孔400は、図6に示した通り、無作為に複数形成されていてもよいが、例えば、図7に示す通り、径方向に並んで形成されてもよく、図8に示す通り、端部部分がメッシュ形状に形成されてもよい。
Further, as shown in FIG. 6, a plurality of
また、この発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形、変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the invention when it is implemented. Moreover, each embodiment may be implemented in combination as appropriate as possible, and in that case, the effect of the combination can be obtained.
例えば、上記実施の形態においては、図1に示した耐熱樹脂層1dおよび図2,5に示した耐熱樹脂層200は、ポリイミド等の耐熱樹脂により構成されると説明したが、本発明はこれに限られず、上述のインピーダンス整合層と同じ目的で、金属粒子が含まれるものであってもよい。なお、この場合、含まれる金属粒子の含有量は、機械強度を補強可能な程度とする。
For example, in the above embodiment, the heat-
また、弾性層1bは、発泡されていないソリッドゴムであってもよい。
The
さらに、加圧ローラ2は、加熱ローラ1と同様に弾性層、補強層、導電層を有する構成であってもよい。
Furthermore, the
さらに、弾性部材2bは、例えば、連続気泡が形成されている発泡ゴムにより構成されていてもよく、端部と中央部が別部材からなる弾性層1cにおいては、すくなくとも端部分が連続気泡の発泡ゴムにより構成されていることが好ましい。また、発泡ゴムとしては、シリコンゴム以外にも、ポリイミドを発泡させたものが利用可能である。さらに、弾性層1cとしては、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド材料を利用することができる。
Furthermore, the
1・・・加熱ローラ、1a・・・軸部材、1b・・・弾性層、1c・・・インピーダンス整合層、1d・・・耐熱樹脂層、1e・・・導電層、1f・・・ソリッドゴム層、1g・・・離型層、2・・・加圧ローラ、3・・・加圧機構、4・・・ニップ部、5・・・加熱機構、6・・・剥離ブレード、7・・・剥離ブレード、8・・・クリーニング部材、9・・・サーミスタ、10・・・サーモスタッド。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
この軸芯の周りに形成された弾性層と、
この弾性層よりも外側に配置され、金属粒子を含む導電層と、
前記弾性層と前記導電層との間に配置される少なくとも1つのインピーダンス整合層とを備えたことを特徴とする加熱ローラ。 The shaft core,
An elastic layer formed around the axis;
A conductive layer disposed outside the elastic layer and containing metal particles;
A heating roller comprising at least one impedance matching layer disposed between the elastic layer and the conductive layer.
前記加熱部材に圧接している加圧部材と、
誘導加熱を利用して、前記導電層を発熱させる加熱機構とを含むことを特徴とする定着装置。 A shaft core, an elastic layer formed around the shaft core, a conductive layer disposed outside the elastic layer and including metal particles, and at least disposed between the elastic layer and the conductive layer A heating member comprising one impedance matching layer;
A pressure member in pressure contact with the heating member;
And a heating mechanism that heats the conductive layer using induction heating.
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|---|---|---|---|
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| JP2010003673A (en) * | 2008-05-23 | 2010-01-07 | Fuji Xerox Co Ltd | Heating device, fixing device and image forming device |
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- 2006-03-13 JP JP2006068354A patent/JP2006259724A/en active Pending
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