発熱スリーブ、定着装置および画像形成装置
【課題】発熱量の自己調節能力が高く、且つ、十分な強度を有する発熱スリーブを提供する。
【解決手段】金属からなる主発熱層３１と、パーマロイからなる発熱制御層３０とを有する発熱スリーブ１９において、発熱制御層３０は、焼鈍処理されたパーマロイからなり、主発熱層３１は、発熱制御層３０の表面にメッキによって積層した焼鈍処理されていない金属からなる。
【解決手段】金属からなる主発熱層３１と、パーマロイからなる発熱制御層３０とを有する発熱スリーブ１９において、発熱制御層３０は、焼鈍処理されたパーマロイからなり、主発熱層３１は、発熱制御層３０の表面にメッキによって積層した焼鈍処理されていない金属からなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱スリーブ、定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の定着装置として、熱容量が小さい発熱スリーブ（ベルト）を誘導加熱によって短時間に昇温可能とし、待機時の予熱を不要としたエネルギー消費の少ない定着装置が公知である。
【０００３】
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であって、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発熱スリーブが記載されている。このように、発熱ベルトの発熱量を自己調節可能とすることで、通紙範囲が狭い場合に発熱ベルトの通紙範囲外の部分が過熱することを防止できる。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７９６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、十分な強度を有する発熱スリーブ、並びに、発熱スリーブ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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明による発熱スリーブは、金属からなる主発熱層と、パーマロイからなる発熱制御層とを有し、前記発熱制御層は、焼鈍処理されたパーマロイからなり、前記主発熱層は、前記発熱制御層の表面にメッキによって積層した焼鈍処理されていない金属からなるものとする。
【０００８】
この構成によれば、発熱制御層を焼鈍処理したパーマロイで形成することによって最適な磁気特性を与え、主発熱層を焼鈍処理しないメッキ層として形成することによって、強度を補うことができる。
【０００９】
また、本発明の発熱スリーブにおいて、前記発熱制御層は、パーマロイを塑性加工して有底筒状に成形し、底部を切除してなってもよく、電解メッキによりパーマロイの層を筒状に成形してなってもよい。
【００１０】
この構成によれば、従来の加工方法によって発熱スリーブを製造できる。
【００１１】
また、本発明の発熱スリーブにおいて、前記主発熱層は、ニッケルを含んでもよい。
【００１２】
ニッケルまたはニッケル合金は、良好な磁性と導電性とを備えながら、メッキによって層状に形成したときに十分な強度を発揮する。
【００１３】
また、本発明による定着装置は、前記発熱スリーブのいずれかと、前記発熱スリーブに外側に、交番磁界を印加する励磁コイルと、前記発熱スリーブを内側と外側とから挟み込んでニップを形成する１対のローラとを有するものとする。
【００１４】
この構成によれば、発熱ベルトが、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。このため、定着装置の定着能力が高く、故障が少ない。
【００１５】
また、本発明の定着装置は、前記発熱スリーブの内側に、断熱層を介して前記励磁コイルに対向する磁束抑制層を備える補助部材をさらに有してもよい。
【００１６】
この構成によれば、補助部材に磁界を捕捉させることで、主発熱層の発熱量を十分に低下させられる。
【００１７】
また、本発明による画像形成装置は、前記定着装置のいずれかを備えるものとする。
【００１８】
この構成によれば、発熱スリーブの発熱量自己調節機能によって画像の定着が安定し、発熱スリーブの十分な強度によって発熱スリーブ破断によるダウンタイムが短い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、発熱スリーブに、焼鈍処理したパーマロイからなる発熱制御層によって好ましい磁気特性を与え、焼鈍処理しないメッキ層によって十分な強度を付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態の発熱スリーブを備える画像形成装置の構成図である。
【図２】図１の定着装置の断面図である。
【図３】図２の定着装置の部分拡大断面図である。
【図４】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５】図２の加圧ローラの部分拡大断面図である。
【図６】材料と加工方法とによる硬さの違いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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スリーブを有する画像形成装置１を示す。
【００２２】
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。
【００２３】
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を有し、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。
【００２４】
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。
【００２５】
また、画像形成装置１は、記録紙をする給紙トレイ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。
【００２６】
図２に、定着装置６の構成を詳しく示す。定着装置６は、本発明に係る筒状の発熱スリーブ１９と、発熱スリーブ１９の内側に配置された定着ローラ２０と、定着ローラ２０に対向して発熱スリーブ１９を挟み込み、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２１と、加圧ローラ２１の反対側で、発熱スリーブ１９に対向して配置され、発熱スリーブ１９に交番磁界を印加する励磁コイル２２と、発熱スリーブ１９の内側に、励磁コイル２２に対向するように配設された補助部材２３とを有する。
【００２７】
励磁コイル２２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２２の周囲で、発熱スリーブ１９が位置しない三方には、励磁コイル２２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、発熱スリーブ１９から記録紙Ｐを分離するための分離爪２８、および、発熱スリーブ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、発熱スリーブ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。
【００２８】
励磁コイル２２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、発熱スリーブ１９の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。
【００２９】
図３に、発熱スリーブ１９、補助部材２３および定着ローラ２０の構成を示す。発熱スリーブ１９は、内側から順に、発熱制御層３０、主発熱層３１、弾性層３２、離型層３３が積層されてなる。補助部材２３は、内側から順に、磁束抑制層３４、保護層３５の２つの層を有する。定着ローラ２０は、芯金３６の外周に、断熱層３７を有する。
【００３０】
発熱スリーブ１９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、さらに、弾性層３２を積層し、最後に、弾性層３２の上に離型層３３を形成してなる。
【００３１】
発熱制御層３０は、先ず、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有底筒状に成形し、底部を切除することで、無端の発熱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発熱スリーブ状に成形してもよい。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
このように、パーマロイを発熱スリーブ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、１×１０−８〜１００×１０−８Ωｍ、好ましくは、１０×１０−８〜５０×１０−８Ωｍとなるような、比透磁率が２０〜２０００の磁性金属材料、好ましくは、ニッケルまたはニッケル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５〜８０μｍに形成することが好ましい。
【００３５】
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２２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。渦電流は表皮効果によって、表面の主発熱層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。
【００３６】
磁性材料で形成した主発熱層３１では、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るので、電流密度が大きく発熱量も大きい。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、主発熱層３１に非磁性材を用いる場合は、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って、十分な発熱量を得ることができるように、主発熱層３１を非常に薄いものとすればよい。つまり、主発熱層３１は、厚さを５〜２０μｍ程度に薄くすることで、銅や銀等の非磁性の低抵抗の金属材料を用いて形成することができる。
【００３７】
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２２が形成した磁束を十分に補足することができず、発熱スリーブ１９の内部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。
【００３８】
このように、発熱スリーブ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が自己抑制されるので、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２２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。
【００３９】
また、主発熱層３１を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３２の間に酸化防止層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３２の剥離を生じさせる危険性が高いため、酸化防止層によって、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３２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。
【００４０】
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。
【００４１】
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で発生した熱を定着ローラ２０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。
【００４２】
また、発熱スリーブ１９は、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３２が形成される。弾性層３２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３２が適度な弾性を有することにより、トナー像が押しつぶ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。
【００４３】
このため、弾性層３２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上げられる。
【００４４】
弾性層３２の厚さは、１０〜８００μｍ、好ましくは、１００〜３００μｍとする。弾性層３２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で発生した熱を定着ローラ２０の外周面まで到達させることが難しなるからである。
【００４５】
弾性層３２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３２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。
【００４６】
さらに、発熱スリーブ１９は、弾性層３２の上に、離型層３３を形成してなる。離型層３３は、発熱スリーブ１９の最外層をなし、発熱スリーブ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３３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。
【００４７】
離型層３３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３３と弾性層３２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３３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。
【００４８】
補助部材２３の磁束抑制層３４は、体積抵抗率が１×１０−８〜１０×１０−８Ωｍ、好ましくは、１×１０−８〜２×１０−８Ωｍの低抵抗で、且つ、比透磁率が０．９９〜２．０、好ましくは０．９９〜１．１の非磁性材料、例えば、板厚０．２〜２ｍｍ程度の銅からなる。
【００４９】
発熱制御層３０がキュリー温度以上となったときに、励磁コイル２２が発生する磁束は、磁束抑制層３４を通過する。磁束抑制層３４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２２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。
【００５０】
このような作用を発揮するために、磁束抑制層３４は、発熱制御層３０がキュリー温度以上となったときに、発熱制御層３０よりも低抵抗であることが重要である。また、磁束抑制層３４は、上記体積抵抗率および比透磁率の条件を満たすものであれば、ＳＵＳやアルミ等の他の材料で形成してもよい。
【００５１】
補助部材２３の保護層３５は磁束抑制層３４を摩擦磨耗から保護するために設けられた層である。したがって、ＰＦＡやＰＴＦＥを含有する低摩擦材料で形成することが望ましく、厚さは１０〜５０μｍ程度とするとよい。
【００５２】
定着ローラ２０の芯金３６は、発熱スリーブ１９を支持するために十分な強度と耐熱性とを有する金属等で形成される。これにより、芯金３６の熱容量が大きくなるので、定着ローラ２０は、発熱スリーブ１９から芯金３６に熱を逃がさないようにするために、芯金３６の外側に断熱層３７が形成されている。
【００５３】
したがって、断熱層３７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３７を弾性のある材料で形成することで、発熱スリーブ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３７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。
【００５４】
例えば、断熱層３７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３７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。
【００５５】
図５に、加圧ローラ２１の構造を示す。加圧ローラ２１は、芯金３８の上に断熱層３９が形成され、さらに断熱層３９の表面に離型層４０が形成されている。芯金３８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３８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。
【００５６】
加圧ローラ２１の断熱層３９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。
【００５７】
加圧ローラ２１の最外周の離型層４０は、定着ローラ２０の離型層３３と同様に、記録紙Ｐに対する加圧ローラ２１の離型性を向上させるためのものである。この離型層４０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。
【００５８】
なお、本実施形態では、加圧ローラ２１は、定着ローラ２０に対して３００〜５００Ｎの荷重で圧接されており、発熱スリーブ１９と加圧ローラ２１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２１の圧接荷重を変更して調整すればよい。
【００５９】
このように、定着装置６では、定着ローラ２０と加圧ローラ２１とで発熱スリーブ１９を挟み込み、発熱スリーブ１９と加圧ローラ２１との間にニップが形成されている。定着処理時には、図２において、加圧ローラ２１が時計回りに回転駆動される。これにより、発熱スリーブ１９および定着ローラ２０は、加圧ローラ２１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、定着ローラ２０を駆動して、発熱スリーブ１９および加圧ローラ２１を従動回転させてもよい。
【００６０】
励磁コイル２２は、発熱スリーブ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、発熱スリーブ１９の外周に倣ってやや湾曲した形状となっている。
【００６１】
本実施形態では、励磁コイル２２の巻き線として、細い素続を数十〜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２２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、例えばファン等によって、励磁コイル２２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２２は、その長手方向に一繋がりのものである。
【００６２】
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。
【００６３】
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２２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。
【００６４】
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、定着ローラ２０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、発熱スリーブ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２２の内側で、発熱スリーブ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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
これにより、発熱スリーブ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。
【符号の説明】
【００６８】
１…画像形成装置
６…定着装置
１９…発熱スリーブ
２０…定着ローラ
２１…加圧ローラ
２２…励磁コイル
２３…補助部材
３０…発熱制御層
３１…主発熱層
３２…弾性層
３３…離型層
３４…磁束抑制層
３５…保護層
３６…芯金
３７…断熱層
３８…芯金
３９…断熱層
４０…離型層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱スリーブ、定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の定着装置として、熱容量が小さい発熱スリーブ（ベルト）を誘導加熱によって短時間に昇温可能とし、待機時の予熱を不要としたエネルギー消費の少ない定着装置が公知である。
【０００３】
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であって、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発熱スリーブが記載されている。このように、発熱ベルトの発熱量を自己調節可能とすることで、通紙範囲が狭い場合に発熱ベルトの通紙範囲外の部分が過熱することを防止できる。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７９６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、十分な強度を有する発熱スリーブ、並びに、発熱スリーブ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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明による発熱スリーブは、金属からなる主発熱層と、パーマロイからなる発熱制御層とを有し、前記発熱制御層は、焼鈍処理されたパーマロイからなり、前記主発熱層は、前記発熱制御層の表面にメッキによって積層した焼鈍処理されていない金属からなるものとする。
【０００８】
この構成によれば、発熱制御層を焼鈍処理したパーマロイで形成することによって最適な磁気特性を与え、主発熱層を焼鈍処理しないメッキ層として形成することによって、強度を補うことができる。
【０００９】
また、本発明の発熱スリーブにおいて、前記発熱制御層は、パーマロイを塑性加工して有底筒状に成形し、底部を切除してなってもよく、電解メッキによりパーマロイの層を筒状に成形してなってもよい。
【００１０】
この構成によれば、従来の加工方法によって発熱スリーブを製造できる。
【００１１】
また、本発明の発熱スリーブにおいて、前記主発熱層は、ニッケルを含んでもよい。
【００１２】
ニッケルまたはニッケル合金は、良好な磁性と導電性とを備えながら、メッキによって層状に形成したときに十分な強度を発揮する。
【００１３】
また、本発明による定着装置は、前記発熱スリーブのいずれかと、前記発熱スリーブに外側に、交番磁界を印加する励磁コイルと、前記発熱スリーブを内側と外側とから挟み込んでニップを形成する１対のローラとを有するものとする。
【００１４】
この構成によれば、発熱ベルトが、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。このため、定着装置の定着能力が高く、故障が少ない。
【００１５】
また、本発明の定着装置は、前記発熱スリーブの内側に、断熱層を介して前記励磁コイルに対向する磁束抑制層を備える補助部材をさらに有してもよい。
【００１６】
この構成によれば、補助部材に磁界を捕捉させることで、主発熱層の発熱量を十分に低下させられる。
【００１７】
また、本発明による画像形成装置は、前記定着装置のいずれかを備えるものとする。
【００１８】
この構成によれば、発熱スリーブの発熱量自己調節機能によって画像の定着が安定し、発熱スリーブの十分な強度によって発熱スリーブ破断によるダウンタイムが短い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、発熱スリーブに、焼鈍処理したパーマロイからなる発熱制御層によって好ましい磁気特性を与え、焼鈍処理しないメッキ層によって十分な強度を付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態の発熱スリーブを備える画像形成装置の構成図である。
【図２】図１の定着装置の断面図である。
【図３】図２の定着装置の部分拡大断面図である。
【図４】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５】図２の加圧ローラの部分拡大断面図である。
【図６】材料と加工方法とによる硬さの違いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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スリーブを有する画像形成装置１を示す。
【００２２】
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。
【００２３】
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を有し、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。
【００２４】
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。
【００２５】
また、画像形成装置１は、記録紙をする給紙トレイ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。
【００２６】
図２に、定着装置６の構成を詳しく示す。定着装置６は、本発明に係る筒状の発熱スリーブ１９と、発熱スリーブ１９の内側に配置された定着ローラ２０と、定着ローラ２０に対向して発熱スリーブ１９を挟み込み、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２１と、加圧ローラ２１の反対側で、発熱スリーブ１９に対向して配置され、発熱スリーブ１９に交番磁界を印加する励磁コイル２２と、発熱スリーブ１９の内側に、励磁コイル２２に対向するように配設された補助部材２３とを有する。
【００２７】
励磁コイル２２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２２の周囲で、発熱スリーブ１９が位置しない三方には、励磁コイル２２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、発熱スリーブ１９から記録紙Ｐを分離するための分離爪２８、および、発熱スリーブ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、発熱スリーブ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。
【００２８】
励磁コイル２２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、発熱スリーブ１９の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。
【００２９】
図３に、発熱スリーブ１９、補助部材２３および定着ローラ２０の構成を示す。発熱スリーブ１９は、内側から順に、発熱制御層３０、主発熱層３１、弾性層３２、離型層３３が積層されてなる。補助部材２３は、内側から順に、磁束抑制層３４、保護層３５の２つの層を有する。定着ローラ２０は、芯金３６の外周に、断熱層３７を有する。
【００３０】
発熱スリーブ１９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、さらに、弾性層３２を積層し、最後に、弾性層３２の上に離型層３３を形成してなる。
【００３１】
発熱制御層３０は、先ず、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有底筒状に成形し、底部を切除することで、無端の発熱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発熱スリーブ状に成形してもよい。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
このように、パーマロイを発熱スリーブ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、１×１０−８〜１００×１０−８Ωｍ、好ましくは、１０×１０−８〜５０×１０−８Ωｍとなるような、比透磁率が２０〜２０００の磁性金属材料、好ましくは、ニッケルまたはニッケル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５〜８０μｍに形成することが好ましい。
【００３５】
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２２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。渦電流は表皮効果によって、表面の主発熱層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。
【００３６】
磁性材料で形成した主発熱層３１では、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るので、電流密度が大きく発熱量も大きい。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、主発熱層３１に非磁性材を用いる場合は、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って、十分な発熱量を得ることができるように、主発熱層３１を非常に薄いものとすればよい。つまり、主発熱層３１は、厚さを５〜２０μｍ程度に薄くすることで、銅や銀等の非磁性の低抵抗の金属材料を用いて形成することができる。
【００３７】
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２２が形成した磁束を十分に補足することができず、発熱スリーブ１９の内部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。
【００３８】
このように、発熱スリーブ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が自己抑制されるので、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２２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。
【００３９】
また、主発熱層３１を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３２の間に酸化防止層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３２の剥離を生じさせる危険性が高いため、酸化防止層によって、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３２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。
【００４０】
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。
【００４１】
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で発生した熱を定着ローラ２０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。
【００４２】
また、発熱スリーブ１９は、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３２が形成される。弾性層３２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３２が適度な弾性を有することにより、トナー像が押しつぶ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。
【００４３】
このため、弾性層３２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上げられる。
【００４４】
弾性層３２の厚さは、１０〜８００μｍ、好ましくは、１００〜３００μｍとする。弾性層３２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で発生した熱を定着ローラ２０の外周面まで到達させることが難しなるからである。
【００４５】
弾性層３２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３２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。
【００４６】
さらに、発熱スリーブ１９は、弾性層３２の上に、離型層３３を形成してなる。離型層３３は、発熱スリーブ１９の最外層をなし、発熱スリーブ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３３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。
【００４７】
離型層３３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３３と弾性層３２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３３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。
【００４８】
補助部材２３の磁束抑制層３４は、体積抵抗率が１×１０−８〜１０×１０−８Ωｍ、好ましくは、１×１０−８〜２×１０−８Ωｍの低抵抗で、且つ、比透磁率が０．９９〜２．０、好ましくは０．９９〜１．１の非磁性材料、例えば、板厚０．２〜２ｍｍ程度の銅からなる。
【００４９】
発熱制御層３０がキュリー温度以上となったときに、励磁コイル２２が発生する磁束は、磁束抑制層３４を通過する。磁束抑制層３４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２２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。
【００５０】
このような作用を発揮するために、磁束抑制層３４は、発熱制御層３０がキュリー温度以上となったときに、発熱制御層３０よりも低抵抗であることが重要である。また、磁束抑制層３４は、上記体積抵抗率および比透磁率の条件を満たすものであれば、ＳＵＳやアルミ等の他の材料で形成してもよい。
【００５１】
補助部材２３の保護層３５は磁束抑制層３４を摩擦磨耗から保護するために設けられた層である。したがって、ＰＦＡやＰＴＦＥを含有する低摩擦材料で形成することが望ましく、厚さは１０〜５０μｍ程度とするとよい。
【００５２】
定着ローラ２０の芯金３６は、発熱スリーブ１９を支持するために十分な強度と耐熱性とを有する金属等で形成される。これにより、芯金３６の熱容量が大きくなるので、定着ローラ２０は、発熱スリーブ１９から芯金３６に熱を逃がさないようにするために、芯金３６の外側に断熱層３７が形成されている。
【００５３】
したがって、断熱層３７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３７を弾性のある材料で形成することで、発熱スリーブ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３７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。
【００５４】
例えば、断熱層３７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３７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。
【００５５】
図５に、加圧ローラ２１の構造を示す。加圧ローラ２１は、芯金３８の上に断熱層３９が形成され、さらに断熱層３９の表面に離型層４０が形成されている。芯金３８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３８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。
【００５６】
加圧ローラ２１の断熱層３９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。
【００５７】
加圧ローラ２１の最外周の離型層４０は、定着ローラ２０の離型層３３と同様に、記録紙Ｐに対する加圧ローラ２１の離型性を向上させるためのものである。この離型層４０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。
【００５８】
なお、本実施形態では、加圧ローラ２１は、定着ローラ２０に対して３００〜５００Ｎの荷重で圧接されており、発熱スリーブ１９と加圧ローラ２１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２１の圧接荷重を変更して調整すればよい。
【００５９】
このように、定着装置６では、定着ローラ２０と加圧ローラ２１とで発熱スリーブ１９を挟み込み、発熱スリーブ１９と加圧ローラ２１との間にニップが形成されている。定着処理時には、図２において、加圧ローラ２１が時計回りに回転駆動される。これにより、発熱スリーブ１９および定着ローラ２０は、加圧ローラ２１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、定着ローラ２０を駆動して、発熱スリーブ１９および加圧ローラ２１を従動回転させてもよい。
【００６０】
励磁コイル２２は、発熱スリーブ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、発熱スリーブ１９の外周に倣ってやや湾曲した形状となっている。
【００６１】
本実施形態では、励磁コイル２２の巻き線として、細い素続を数十〜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２２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、例えばファン等によって、励磁コイル２２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２２は、その長手方向に一繋がりのものである。
【００６２】
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。
【００６３】
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２２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。
【００６４】
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、定着ローラ２０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、発熱スリーブ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２２の内側で、発熱スリーブ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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
これにより、発熱スリーブ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。
【符号の説明】
【００６８】
１…画像形成装置
６…定着装置
１９…発熱スリーブ
２０…定着ローラ
２１…加圧ローラ
２２…励磁コイル
２３…補助部材
３０…発熱制御層
３１…主発熱層
３２…弾性層
３３…離型層
３４…磁束抑制層
３５…保護層
３６…芯金
３７…断熱層
３８…芯金
３９…断熱層
４０…離型層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる主発熱層と、
パーマロイからなる発熱制御層とを有し、
前記発熱制御層は、焼鈍処理されたパーマロイからなり、
前記主発熱層は、前記発熱制御層の表面にメッキによって積層した焼鈍処理されていない金属からなることを特徴とする発熱スリーブ。
【請求項２】
前記発熱制御層は、パーマロイを塑性加工して有底筒状に成形し、底部を切除してなることを特徴とする請求項１に記載の発熱スリーブ。
【請求項３】
前記発熱制御層は、電解メッキによりパーマロイの層を筒状に成形してなることを特徴とする請求項１に記載の発熱スリーブ。
【請求項４】
前記主発熱層は、ニッケルを含む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スリーブ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の発熱スリーブと、
前記発熱スリーブに外側に、交番磁界を印加する励磁コイルと、
前記発熱スリーブを内側と外側とから挟み込んでニップを形成する１対のローラとを有することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
前記発熱スリーブの内側に、断熱層を介して前記励磁コイルに対向する磁束抑制層を備える補助部材をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項５または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。
【請求項１】
金属からなる主発熱層と、
パーマロイからなる発熱制御層とを有し、
前記発熱制御層は、焼鈍処理されたパーマロイからなり、
前記主発熱層は、前記発熱制御層の表面にメッキによって積層した焼鈍処理されていない金属からなることを特徴とする発熱スリーブ。
【請求項２】
前記発熱制御層は、パーマロイを塑性加工して有底筒状に成形し、底部を切除してなることを特徴とする請求項１に記載の発熱スリーブ。
【請求項３】
前記発熱制御層は、電解メッキによりパーマロイの層を筒状に成形してなることを特徴とする請求項１に記載の発熱スリーブ。
【請求項４】
前記主発熱層は、ニッケルを含む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スリーブ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の発熱スリーブと、
前記発熱スリーブに外側に、交番磁界を印加する励磁コイルと、
前記発熱スリーブを内側と外側とから挟み込んでニップを形成する１対のローラとを有することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
前記発熱スリーブの内側に、断熱層を介して前記励磁コイルに対向する磁束抑制層を備える補助部材をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項５または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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２２３８５（Ｐ２０１１−２２３８５Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６７６７０（Ｐ２００９−１６７６７０）
【出願日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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