JP2006011144A - 発熱部材、定着装置、及び、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁誘導加熱方式の定着工程において、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発熱部材、定着装置、及び、画像形成装置を提供する。
【解決手段】 トナー像を記録媒体に定着する定着装置に設置されるとともに電磁誘導によって加熱される発熱部材２２であって、定着温度の目標値近傍にキューリー点を有する導電層２２ｂを備える。その導電層２２ｂは、体積固有抵抗率が７．０×１０^-6Ωｃｍ以下になるように形成される。
【選択図】 図３

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、そこに設置される発熱部材及び定着装置とに関し、特に、電磁誘導加熱方式の定着工程に用いる発熱部材、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、装置の立ち上がり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たものが多く用いられている（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、支持ローラ（発熱ローラ）、定着補助ローラ（定着ローラ）、支持ローラと定着補助ローラとによって張架された定着ベルト、支持ローラに定着ベルトを介して対向する誘導加熱部、定着補助ローラに定着ベルトを介して対向する加圧ローラ、等で構成される。誘導加熱部は、幅方向（記録媒体の搬送方向に直交する方向である。）に延設されたコイル部（励磁コイル）や、コイル部に対向するコア等で構成される。

そして、定着ベルトは、誘導加熱部との対向位置で加熱される。加熱された定着ベルトは、定着補助ローラ及び加圧ローラの位置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、コイル部の周囲に磁界が形成されて、支持ローラ表面近傍に渦電流が生じる。支持ローラに渦電流が生じると、支持ローラ自身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、支持ローラに巻装された定着ベルトが加熱される。
このような電磁誘導加熱方式の定着装置は、少ないエネルギー消費で短い立ち上げ時間にて、定着ベルトの表面温度（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。

一方、特許文献２等には、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置であって、基層と発熱層とを備えた定着ベルトを用いる技術が開示されている。ここで、定着ベルトの基層は、比透磁率が２以上となるように形成されている。また、定着ベルトの発熱層は、比透磁率が２以下であり、層厚が電磁誘導によって励磁されたときの浸透深さよりも小さくなるように形成されている。この技術は、定着ベルトにおける発熱効率を向上することを目的としたものである。

また、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、キューリー点を有する磁性層でなる発熱部材（定着部材）を用いる技術が開示されている。ここで、発熱部材の磁性層は、その温度がキューリー点以上となったときの発熱量が通常温度で励磁されたときの発熱量の１／２となるように形成されている。この技術は、定着部材における過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等には、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置であって、誘導加熱部のコア部（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。

特開２００３−２１５９５６号公報 特開２００３−７４３８号公報 特開２０００−３５７２４号公報 特開２０００−１６２９１２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、定着ベルト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、定着ベルト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ベルトの位置（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、定着ベルトの幅方向中央部の定着温度を基準として定着ベルトの幅方向全域の定着温度を制御しようとすると、定着ベルト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、定着ベルト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ベルトの耐熱温度を超えた場合には、定着ベルトに熱的破損が生じることも考えられる。

これに対して、定着ベルトの幅方向両端部の定着温度を基準として定着ベルトの幅方向全域の定着温度を制御しようとすると、定着ベルト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、定着ベルト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、誘導加熱部への通電が遮断されるまでの僅かな時間に、誘導加熱部に対向する定着ベルトの部分が瞬時に過昇温してしまう。これによって、定着ベルトや誘導加熱部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。

一方、上述の特許文献２等の技術は、定着ベルトにおける基層及び発熱層の比透磁率や層厚を適正化することで、定着ベルトにおける発熱効率を向上させるものである。したがって、上述の定着ベルトの過昇温を抑止する効果は期待できない。

また、上述の特許文献３等の技術は、定着部材の磁性層に所定のキューリー点を設定している。しかし、磁性層の温度がキューリー点以上となったときの発熱量が通常に励磁されたときの発熱量の１／２となるように形成している。しかも、磁性層の温度がキューリー点以上となったときにも、加熱ローラの厚さ全体に渡って電流が流れるように構成しているために、上述の定着ベルトの過昇温を確実に抑止する効果は期待できない。

また、上述の特許文献４等の技術は、誘導加熱部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、誘導加熱部によって加熱される定着部材の過昇温は、コア部に過昇温が生じる前に発生するために、上述の定着ベルトの過昇温を直接的に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、電磁誘導加熱方式の定着工程において、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発熱部材、定着装置、及び、画像形成装置を提供することにある。

この発明の請求項１記載の発明にかかる発熱部材は、トナー像を記録媒体に定着する定着装置に設置されるとともに電磁誘導によって加熱される発熱部材であって、定着温度の目標値近傍にキューリー点を有する導電層を備え、前記導電層は、体積固有抵抗率が７．０×１０^-6Ωｃｍ以下になるように形成されたものである。

また、請求項２記載の発明にかかる発熱部材は、上記請求項１に記載の発明において、前記導電層は、その温度が前記キューリー点を超えた場合に電磁誘導によって励磁されたときの渦電流の浸透深さがその層厚よりも小さく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発熱部材は、上記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記導電層は、前記キューリー点が１００〜３５０℃の範囲内になるよう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発熱部材は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記導電層を励磁する交番電流の周波数を１０ｋ〜１ＭＨｚの範囲内としたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる発熱部材は、上記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記導電層は、ニッケルからなるものである。

また、この発明の請求項６記載の発明にかかる定着装置は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発熱部材と、前記発熱部材を電磁誘導によって加熱する誘導加熱部と、を備えたものである。

また、請求項７記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項６に記載の発明において、前記誘導加熱部のコイル部に印加される交番電流の周波数を１０ｋ〜１ＭＨｚの範囲内にしたものである。

また、請求項８記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項６又は請求項７に記載の発明において、前記発熱部材を、トナー像を溶融する定着部材としたものである。

また、請求項９記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項８に記載の発明において、前記定着部材は、定着ベルトであって、前記誘導加熱部は、前記定着ベルトの外周面に対向するように配設されたものである。

また、請求項１０記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項９に記載の発明において、前記定着ベルトは、支持ローラと定着補助ローラとに張架され、前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設されたものである。

また、請求項１１記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１０に記載の発明において、前記支持ローラは、前記誘導加熱部に対して前記定着ベルトを介して対向するように配設されたものである。

また、請求項１２記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項８に記載の発明において、前記定着部材は、定着ベルトであって、前記誘導加熱部は、前記定着ベルトの外周面及び内周面に対向するように配設されたものである。

また、請求項１３記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１２に記載の発明において、前記定着ベルトは、支持ローラと定着補助ローラとに張架され、前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設され、前記誘導加熱部は、前記支持ローラを介して前記定着ベルトの内周面に対向するように配設されたものである。

また、請求項１４記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項８に記載の発明において、前記定着部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接する定着ローラであって、前記誘導加熱部は、前記定着ローラの外周面又は／及び内周面に対向するものである。

また、請求項１５記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項６〜請求項１４のいずれかに記載の発明において、前記発熱部材を、トナー像を溶融する定着部材を加熱する加熱部材とするものである。

また、請求項１６記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１５に記載の発明において、前記定着部材は、定着ベルトであって、前記加熱部材は、定着補助ローラとともに前記定着ベルトを張架する支持ローラであって、前記支持ローラは、前記定着ベルトの外周面に対向する前記誘導加熱部に対して当該定着ベルトを介して対向するように配設され、前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設されたものである。

また、請求項１７記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１５に記載の発明において、前記定着部材は、定着ベルトであって、前記加熱部材は、定着補助ローラとともに前記定着ベルトを張架する支持ローラであって、前記誘導加熱部は、前記定着ベルトの外周面に対向するとともに、前記支持ローラを介して前記定着ベルトの内周面に対向するように配設され、前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設されたものである。

また、この請求項１８記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項６〜請求項１７のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。

本発明は、電磁誘導加熱方式の定着装置に用いられる発熱部材において、導電層が定着温度近傍にキューリー点を有するとともに、導電層の体積固有抵抗率が適正化されている。これにより、導電層がキューリー点に達した場合に、導電層におけるジュール熱の発生が制限される。したがって、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発熱部材、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３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レーザープリンタの装置本体、３は画像情報に基いた露光光Ｌを感光体ドラム１８上に照射する露光部、４は装置本体１に着脱自在に設置される作像部としてのプロセスカートリッジ、７は感光体ドラム１８上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写する転写部、１０は出力画像が載置される排紙トレイ、１１、１２は転写紙等の記録媒体Ｐが収納された給紙部、１３は記録媒体Ｐを転写部７に搬送するレジストローラ、１５は手差し給紙部、１８は像担持体としての感光体ドラム、２０は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着装置を示す。

図１を参照して、画像形成装置における、通常の画像形成時の動作について説明する。
まず、露光部３から、画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、プロセスカートリッジ４の感光体ドラム１８上に向けて発せられる。感光体ドラム１８は図中の反時計方向に回転しており、所定の電子写真プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程）を経て、感光体ドラム１８上に画像情報に対応したトナー像が形成される。
その後、感光体ドラム１８上に形成されたトナー像は、転写部７で、レジストローラ１３により搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。

一方、転写部７に搬送される記録媒体Ｐは、次のように動作する。
まず、画像形成装置本体１の複数の給紙部１１、１２、１５のうち、１つの給紙部が自動又は手動で選択される（例えば、最上段の給紙部１１が選択されたものとする。）。そして、給紙部１１に収納された記録媒体Ｐの最上方の１枚が、搬送経路Ｋの位置に向けて搬送される。その後、記録媒体Ｐは、搬送経路Ｋを通過してレジストローラ１３の位置に達する。そして、レジストローラ１３の位置に達した記録媒体Ｐは、感光体ドラム１８上に形成されたトナー像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写部７に向けて搬送される。

そして、転写工程後の記録媒体Ｐは、転写部７の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に達する。定着装置２０に達した記録媒体Ｐは、定着ベルトと加圧ローラとの間に送入されて、定着ベルトから受ける熱と加圧ローラから受ける圧力とによってトナー像が定着される。トナー像が定着された記録媒体Ｐは、定着ベルトと加圧ローラとの間から送出された後に、出力画像として画像形成装置本体１から排出されて、排紙トレイ１０上に載置される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２にて、画像形成装置本体１における定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２に示すように、定着装置２０は、主として、定着補助ローラ２１、定着ベルト２２、支持ローラ２３、誘導加熱部２４、加圧ローラ３０、サーミスタ３８、ガイド板３５、分離板３６等で構成される。

ここで、定着補助ローラ２１は、ステンレス鋼等からなる芯金の表面に、シリコーンゴム等の弾性層を形成したものである。定着補助ローラ２１の弾性層は、肉厚が３〜１０ｍｍで、アスカー硬度が１０〜５０度となるように形成されている。定着補助ローラ２１は、不図示の駆動部によって図２の反時計方向に回転駆動される。

加熱部材（発熱部材）としての支持ローラ２３は、ニッケル等の磁性導電性材料からなる導電層（円筒部）を備えている。支持ローラ２３の円筒部は、その肉厚（層厚）が０．３７〜１ｍｍ程度となるように形成されている。支持ローラ２３は、図２の反時計方向に回転する。

ここで、発熱部材としての支持ローラ２３の材料（導電層の材料である。）は、常温環境（２０℃）における体積固有抵抗率が７．０×１０^-6Ωｃｍ以下となる磁性導電性材料が選定されている。現実的には体積固有抵抗率が最も低い銀の値を考慮して、常温環境における体積固有抵抗率が１．５×１０^-6〜７．０×１０^-6Ωｃｍの範囲となる磁性導電性材料が選定されている。したがって、ニッケルの他には、コバルトやそれらの合金を選定することもできる。

また、支持ローラ２３の材料は、キューリー点が定着ベルト２２の定着温度の目標値（例えば、１８０℃である。）の近傍になるような材料が選定されている。具体的には、キューリー点が１００〜３５０℃の範囲内になる材料が選定されている。

さらに、支持ローラ２３は、支持ローラ２３の温度がキューリー点を超えた場合（磁性を失って比透磁率が１になる場合である。）に、電磁誘導によって励磁されたときの渦電流の浸透深さδが、支持ローラ２３の肉厚よりも小さくなるように形成されている。
なお、浸透深さδは次式で求まる。
δ＝５０３・〔ρ／（μｆ）〕^1/2
上式において、ρは材料の体積固有抵抗率であり、μは材料の比透磁率であり、ｆは材料を励磁する交番電流の周波数である。

本実施の形態１では、支持ローラ２３をニッケルにて形成しているために、その温度がキューリー点以下であるときの比透磁率μは２００となり、その温度がキューリー点を超えたときの比透磁率μは１となる。また、本実施の形態１では、周波数ｆを１０ｋ〜１ＭＨｚとしている。

以上説明した構成により、支持ローラ２３は、電磁誘導によって過昇温されることなく加熱されることになる。
すなわち、誘導加熱部２４によって加熱された支持ローラ２３の温度がキューリー点に達しない場合には、支持ローラ２３の比透磁率は１よりも大きくて磁性を有しているために、渦電流の生じる浸透深さが小さくなる。すなわち、支持ローラ２３の表面近傍に渦電流が発生して、その領域における抵抗が大きくなって、その抵抗に比例して大きなジュール熱が発生する。
これに対して、誘導加熱部２４によって加熱された支持ローラ２３の温度がキューリー点を超えた場合には、支持ローラ２３の比透磁率は１になって磁性を失うために、渦電流の生じる浸透深さが大きくなって抵抗が小さくなる。これにより、その抵抗に比例してジュール熱の発生量が低下して、過昇温が抑止される。

なお、本実施の形態１では、支持ローラ２３を導電層のみの構成としたが、支持ローラ２３の導電層上に弾性層等を設けることもできる。その場合にも、支持ローラ２３の導電層を、本実施の形態１と同様の構成とすることで、本実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態１において、支持ローラ２３の材料によっては、支持ローラ２３の内部にフェライト等の強磁性体からなる内部コアを設置することもできる。その場合、内部コアは、定着ベルト２２を介してコイル部２５に対向することになる。

以下、定着ベルト２２について詳述する。
図２を参照して、発熱部材としての定着ベルト２２（定着部材）は、支持ローラ２３と定着補助ローラ２１とに張架・支持されている。
図３（Ａ）に示すように、定着ベルト２２は、基材２２ａ上に導電層２２ｂ（発熱層）、弾性層２２ｃ、離型層２２ｄが順次形成された、多層構造のエンドレスベルトである。基材２２ａは、絶縁性の耐熱樹脂材料からなり、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、フッ素樹脂等を用いることができる。基材２２ａの層厚は、熱容量及び強度の点から、３０〜２００μｍに形成されている。

定着ベルト２２の導電層２２ｂは、ニッケル等の磁性導電性材料からなり、その層厚が０．３６ｍｍを超えるように形成されている。導電層２２ｂは基材２２ａ上に、メッキ、スパッタ、真空蒸着等によって形成される。
ここで、導電層２２ｂの材料は、常温環境（２０℃）における体積固有抵抗率が７．０×１０^-6Ωｃｍ以下となる磁性導電性材料が選定されている。現実的には体積固有抵抗率が最も低い銀の値を考慮して、常温環境における体積固有抵抗率が１．５×１０^-6〜７．０×１０^-6Ωｃｍの範囲となる磁性導電性材料が選定されている。したがって、ニッケルの他には、コバルトやそれらの合金を選定することもできる。

また、導電層２２ｂの材料は、キューリー点が定着ベルト２２の定着温度の目標値の近傍になるような材料が選定されている。具体的には、キューリー点が１００〜３５０℃の範囲内になる材料が選定されている。
さらに、導電層２２ｂは、導電層２２ｂの温度がキューリー点を超えた場合に、電磁誘導によって励磁されたときの渦電流の浸透深さδが、導電層２２ｂの層厚よりも小さくなるように形成されている。

本実施の形態１では、導電層２２ｂをニッケルにて形成しているために、その温度がキューリー点以下であるときの比透磁率μは２００となり、その温度がキューリー点を超えたときの比透磁率μは１となる。また、本実施の形態１では、周波数ｆを１０ｋ〜１ＭＨｚとしている。

以上説明した構成により、定着ベルト２２の導電層２２ｂは、電磁誘導によって過昇温されることなく加熱されることになる。
すなわち、誘導加熱部２４によって加熱された導電層２２ｂの温度がキューリー点に達しない場合には、渦電流の生じる浸透深さが小さくなる。すなわち、導電層２２ｂの表面近傍に渦電流が発生して、大きなジュール熱が発生する。
これに対して、導電層２２ｂの温度がキューリー点を超えた場合には、渦電流の生じる浸透深さが大きくなって、ジュール熱の発生量が低下することにより過昇温が抑止される。

定着ベルト２２の弾性層２２ｃは、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等からなり、層厚が５０〜５００μｍでアスカー硬度が５〜５０度となるように形成されている。これにより、出力画像において、光沢ムラのない均一な画質を得ることができる。

定着ベルト２２の離型層２２ｄは、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂、これらの樹脂の混合物、又は、これらの樹脂を耐熱性樹脂に分散させたものである。離型層２２ｄの層厚は、５〜５０μｍ（好ましくは、１０〜３０μｍである。）に形成されている。これにより、定着ベルト２２上のトナー離型性が担保されるとともに、定着ベルト２２の柔軟性が確保される。
なお、定着ベルト２２の各層２２ａ〜２２ｄの間に、プライマ層等を設けることもできる。

なお、本実施の形態１では、発熱部材としての定着ベルト２２を４層構造体（図３（Ａ）の構造体である。）としたが、図３（Ｂ）〜（Ｄ）の多層構造体とすることもできる。
図３（Ｂ）の定着ベルト２２は、導電層２２ｂ、弾性層２２ｃ、離型層２２ｄからなる。ここで、導電層２２ｂは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、フッ素樹脂等の樹脂材料に、磁性導電性粒子を分散したものを用いることもできる。その場合、樹脂材料に対して磁性導電性粒子を２０〜９０重量％の範囲内で添加する。具体的には、ワニス状態の樹脂材料中に、ロールミル、サンドミル、遠心脱泡装置等の分散装置を用いて磁性導電性粒子を分散する。これを溶剤により適当な粘度に調整して、金型により所望の層厚に成形する。

図３（Ｃ）の定着ベルト２２は、複数の導電層２２ｂを基材２２ａ中に設けて、その上に弾性層２２ｃ、離型層２２ｄを順次形成している。
図３（Ｄ）の定着ベルト２２は、基材２２ａ上に複数の導電層２２ｂを備えた弾性層２２ｃを形成して、さらに表面層として離型層２２ｄを形成している。
これらの場合にも、導電層２２ｂを本実施の形態１と同様の構成とすることで、本実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

図２を参照して、誘導加熱部２４は、コイル部２５、コア２６、コイルガイド２７等で構成される。
ここで、コイル部２５は、支持ローラ２３に巻装された定着ベルト２２の外周部を覆うように、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２７は、耐熱性の高い樹脂材料等からなり、コイル部２５を保持する。コア２６は、フェライト等の強磁性体からなり、センターコア２６ａやサイドコア２６ｂが設けられている。コア２６は、幅方向に延設されたコイル部２５に対向するように設置されている。コイル部２５は、不図示の高周波電源部に接続されていて、高周波電源部から１０ｋ〜１ＭＨｚ（好ましくは、１０ｋ〜３００ｋＨｚである。）の交番電流が印加される。

加圧ローラ３０は、アルミニウム、銅等からなる円筒部材上にフッ素ゴム、シリコーンゴム等の弾性層が形成されたものである。加圧ローラ３０の弾性層は、肉厚が１〜５ｍｍで、アスカー硬度が２０〜５０度となるように形成されている。加圧ローラ３０は、定着ベルト２２を介して定着補助ローラ２１に圧接している。そして、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との当接部（定着ニップ部である。）に、記録媒体Ｐが搬送される。

定着ベルト２２と加圧ローラ３０との当接部の入口側には、記録媒体Ｐの搬送を案内するガイド板３５が配設されている。
定着ベルト２２と加圧ローラ３０との当接部の出口側には、記録媒体Ｐの搬送を案内するとともに記録媒体Ｐが定着ベルト２２から分離するのを促進する分離板３６が配設されている。

定着ベルト２２の外周面上であって定着ニップ部の上流側には、熱応答性の高い感温素子としてのサーミスタ３８が当接されている。そして、サーミスタ３８によって、定着ベルト２２上の表面温度（定着温度）が検知されて、誘導加熱部２４の出力が調整される。

このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。
定着補助ローラ２１の回転駆動によって、定着ベルト２２は図２中の矢印方向に周回するとともに、支持ローラ２３も反時計方向に回転して、加圧ローラ３０も矢印方向に回転する。定着ベルト２２は、誘導加熱部２４との対向位置で加熱される。

詳しくは、高周波電源部からコイル部２５に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交番電流を流すことで、コイル部２５の周囲（定着ベルト２２及び支持ローラ２３の一部を含む範囲である。）に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、支持ローラ２３及び導電層２２ｂの温度がキューリー点以下である場合に、支持ローラ２３表面と定着ベルト２２の導電層２２ｂとに渦電流が生じて、支持ローラ２３及び導電層２２ｂの電気抵抗によってジュール熱が発生して、支持ローラ２３及び導電層２２ｂが加熱される。こうして、定着ベルト２２は、発熱した支持ローラ２３から受ける熱と、自身の導電層２２ｂの発熱と、によって加熱される。

その後、誘導加熱部２４によって発熱した定着ベルト２２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、ガイド板３５に案内されながら定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間に送入される（矢印Ｙの搬送方向の移動である。）。そして、定着ベルト２２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は定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間から送出される。

加圧ローラ３０の位置を通過した定着ベルト２２表面は、その後に再び誘導加熱部２４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。
このような定着工程において、支持ローラ２３及び導電層２２ｂの温度がキューリー点を超えた場合には、先に説明したように、支持ローラ２３及び導電層２２ｂの発熱が適宜に制限されることになる。

以上説明したように、本実施の形態１では、電磁誘導加熱方式の定着装置２０に用いられる支持ローラ２３及び定着ベルト２２の導電層において、キューリー点を定着温度近傍に設定し、導電層の体積固有抵抗率及び層厚を適正化している。これにより、導電層２２ｂ、２３がキューリー点に達した場合に、導電層２２ｂ、２３におけるジュール熱の発生が制限される。したがって、小サイズの記録媒体Ｐを連続的に通紙した場合や、装置本体１が突発的に駆動停止した場合等であっても、定着ベルト２２の過昇温を確実に抑止することができる。

なお、本実施の形態１では、導電層２２ｂを有する定着ベルト２２と、導電層を有する支持ローラ２３と、を発熱部材として用いた。これに対して、定着ベルト２２及び支持ローラ２３のうちいずれか一方のみを発熱部材として用いることもできる。その場合も、発熱部材として用いた一方の部材に、本実施の形態１と同様の導電層を設けることで、本実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態１では、定着ベルト２２を介して支持ローラ２３に対向する位置に、誘導加熱部２４を配設した。これに対して、支持ローラ２３から定着補助ローラ２１に至る定着ベルト２２の外周面に対向する位置に、誘導加熱部２４を配設することもできる。この場合、支持ローラ２３は発熱部材として機能せずに、導電層２２ｂを有する定着ベルト２２が発熱部材として機能することになる。また、誘導加熱部材２４と定着ベルト２２との距離を一定に保つために、定着ベルト２２の内周面に位置決め部材を当接させることになる。このような定着装置に対しても、定着ベルト２２の導電層２２ｂの体積固有抵抗率、層厚、キューリー点を適正化することで、本実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図４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４は実施の形態２における画像形成装置の要部を示す断面図である。本実施の形態２の画像形成装置は、タンデム型のカラー画像形成装置である点と、発熱部材として定着ローラ３１を用いている点とが、前記実施の形態１のものとは相違する。

本実施の形態２における画像形成装置は、タンデム型のカラー画像形成装置である。図４に示すように、作像部には、複数の感光体ドラム１８ＢＫ、１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃが転写ベルト８上に並設されている。図示は省略するが、複数の感光体ドラム１８ＢＫ、１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃの外周には、帯電部、露光部、現像部、クリーニング部、除電部が配設されている（図１のプロセスカートリッジ４を参照できる。）。そして、各感光体ドラム１８ＢＫ、１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ上で、各色（ブラック、イエロー、マゼンタ、シアン）のトナー像が形成される。

転写部７は、記録媒体Ｐを搬送する転写ベルト８、各感光体ドラム１８ＢＫ、１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃに対して転写ベルト８を介して対向するバイアスローラ９、転写ベルト８表面を清掃するクリーニングローラ１４、等で構成される。
転写ベルト８は、矢印方向から搬送される記録媒体Ｐを、各感光体ドラム１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８ＢＫとの対向位置に順次搬送する。このとき、バイアスローラ９に印加される転写バイアスによって、記録媒体Ｐ上に各色のトナー像が重ねて転写される。こうして、記録媒体Ｐ上にフルカラーのトナー像が形成される。その後、フルカラーのトナー像が形成された記録媒体Ｐは、転写ベルト８から分離されて、定着装置２０に向けて搬送されることになる。

一方、本実施の形態２の定着装置２０は、主として、発熱部材としての定着ローラ３１（定着部材）、加圧ローラ３０、誘導加熱部２４等で構成される。
定着ローラ３１は、ニッケルからなる導電層２２ｂ、シリコーンゴム等からなる弾性層、フッ素化合物等からなる離型層、等で構成される。定着ローラ３１は、加圧ローラ３０の加圧力に抗するだけの機械的強度をもつ。

定着ローラ３１の導電層２２ｂは、前記実施の形態１と同様に、体積固有抵抗率が７．０×１０^-6Ωｃｍ以下となる磁性導電性材料としてのニッケルからなり、その層厚が０．３６ｍｍを超えるように形成されている。さらに、定着ローラ３１の導電層２２ｂは、キューリー点が定着ベルト２２の定着温度の目標値近傍になるように形成されている。

また、誘導加熱部２４は、前記実施の形態１と同様に、コイル部２５、コア２６等からなる。そして、コイル部２５に１０ｋ〜１ＭＨｚの交番電流が供給されることで、コイル部２５の周囲（定着ローラ３１の一部を含む範囲である。）に磁力線が形成されて、電磁誘導により定着ローラ３１が加熱される。このようにして、加熱された定着ローラ３１は、矢印方向から搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像を加熱・溶融して記録媒体Ｐに定着する。

本実施の形態２においても、定着ローラ３１の導電層２２ｂの温度がキューリー点を超えた場合には、前記実施の形態１と同様に、導電層２２ｂの発熱が適宜に制限されることになる。

以上説明したように、本実施の形態２では、電磁誘導加熱方式の定着装置２０に用いられる定着ローラ３１の導電層２２ｂにおいて、キューリー点を定着温度近傍に設定し、導電層２２ｂの体積固有抵抗率及び層厚を適正化している。これにより、導電層２２ｂがキューリー点に達した場合に、導電層２２ｂにおけるジュール熱の発生が制限される。したがって、小サイズの記録媒体Ｐを連続的に通紙した場合や、装置本体１が突発的に駆動停止した場合等であっても、定着ローラ３１の過昇温を確実に抑止することができる。

なお、本実施の形態２では、定着装置２０において、誘導加熱部２４を定着ローラ３１の外周面に対向させた。これに対して、誘導加熱部を定着ローラ３１の内周面に対向させることもできる。すなわち、定着ローラ３１の内部にコイル部２５を設置して、電磁誘導により定着ローラ３１を加熱することができる。このような定着装置２０に対しても、定着ローラ３１の導電層２２ｂの体積固有抵抗率、層厚、キューリー点を適正化することで、本実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態２では、誘導加熱部２４に対向する定着部材として定着ローラ３１を用いたが、誘導加熱部２４に対向する定着部材として円状の定着ベルト２２を用いることもできる。この場合、定着ベルト２２を円状に保持する保持部材を、定着ベルト２２の内周面に当接させることになる。さらに、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との適正な定着ニップを形成するために、定着ベルト２２の内周面であって加圧ローラ３０に対向する位置に加圧部材を当接させることになる。このような定着装置２０に対しても、定着ベルト２２の導電層２２ｂの体積固有抵抗率、層厚、キューリー点を適正化することで、本実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図５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５は実施の形態３における定着装置を示す断面図である。本実施の形態３の定着装置は、誘導加熱部２４の構成が前記実施の形態１のものとは相違する。

本実施の形態３における定着装置２０は、主として、発熱部材としての定着ベルト２２（定着部材）、発熱部材としての支持ローラ２３、加圧ローラ３０、誘導加熱部２４等で構成される。誘導加熱部２４以外の構成部材は、前記実施の形態１のものと同等である。

図５に示すように、本実施の形態３の誘導加熱部２４は、発熱部材としての定着ベルト２２及び支持ローラ２３を挟むように略ループ状に配設されたコイル部２５からなる。すなわち、誘導加熱部２４のコイル部２５は、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の外周面に対向するとともに、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の内周面に対向するように配設されている。

このように構成された定着装置２０において、ループ状のコイル部２５に１０ｋ〜１ＭＨｚの交番電流が供給されることで、定着ベルト２２及び支持ローラ２３を挟むコイル部２５の間に磁力線が形成されて、電磁誘導により定着ベルト２２及び支持ローラ２３が加熱される。
本実施の形態３においても、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の導電層の温度がキューリー点を超えた場合には、前記実施の形態１と同様に、導電層の発熱が適宜に制限されることになる。

以上説明したように、本実施の形態３の構成によれば、前記各実施の形態と同様に、発熱部材の導電層がキューリー点に達した場合に、導電層におけるジュール熱の発生が制限される。したがって、小サイズの記録媒体Ｐを連続的に通紙した場合や、装置本体１が突発的に駆動停止した場合等であっても、定着ローラ３１の過昇温を確実に抑止することができる。

なお、本実施の形態３では、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の外周面及び内周面に対向するように、ループ状の誘導加熱部２４を配設した。これに対して、支持ローラ２３から定着補助ローラに至る定着ベルト２２の外周面及び内周面に対向する位置に、ループ状の誘導加熱部２４を配設することもできる。さらに、図４のような定着ローラ３１の外周面及び内周面に対向する位置に、ループ状の誘導加熱部２４を配設することもできる。これらのような定着装置に対しても、発熱部材の導電層の体積固有抵抗率、層厚、キューリー点を適正化することで、本実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

実施例．
図６にて、上記各実施の形態で述べた効果を確認するための実施例と比較例とについて説明する。
図６に示す実施例は、前記実施の形態１の定着ベルト２２を用いて、交番電流の周波数ｆを１３０ｋＨｚとして、過昇温の有無について評価した。具体的に、実施例の定着ベルト２２は、導電層２２ｂの材料がニッケルであって、層厚（厚さ）が１．０ｍｍに形成されている。導電層２２ｂの常温における体積固有抵抗率は６．９×１０^-6Ωｃｍである。また、導電層２２ｂの温度がキューリー点以下のとき（磁性時である。）、比透磁率が２００となって浸透深さが０．０３ｍｍになる。これに対して、導電層２２ｂの温度がキューリー点を超えたとき（非磁性時である。）、比透磁率が１となって浸透深さが０．３６ｍｍになる。

実施例においては、導電層２２ｂの層厚を１．０ｍｍとして、非磁性時の浸透深さ０．３６ｍｍよりも大きく形成している。これにより、導電層２２ｂがキューリー点を超えたときに、導電層２２ｂの表面から離れた内部に渦電流が発生することになり、導電層２２ｂの発熱が抑えられる。図６の「過昇温防止」における「○」は、導電層２２ｂがキューリー点を超えたときに、過昇温が生じなかった結果を示すものである。

図６に示す比較例１は、実施例の導電層２２ｂの層厚を０．２ｍｍとしたときの、過昇温の有無について評価した。比較例１の導電層２２ｂは、層厚以外の条件は実施例のものと同等である。
比較例１においては、導電層２２ｂの層厚を０．２ｍｍとして、非磁性時の浸透深さ０．３６ｍｍよりも小さく形成している。このような場合には、導電層２２ｂがキューリー点を超えたときに、導電層２２ｂの発熱を充分に抑えられない。図６の「過昇温防止」における「×」は、導電層２２ｂがキューリー点を超えたときに、過昇温が生じた結果を示すものである。

図６に示す比較例２は、実施例の導電層２２ｂの材料として、磁性導電性材料のニッケルに替わって、非磁性材料のアルミニウムを用いた。具体的に、比較例２の導電層２２ｂは、材料がアルミニウムであって、層厚が０．８ｍｍに形成されている。導電層２２ｂの常温における体積固有抵抗率は２．７×１０^-6Ωｃｍである。また、導電層２２ｂの浸透深さは０．２３ｍｍになる。
比較例２においては、導電層２２ｂの層厚が浸透深さよりも大きく形成されているものの、非磁性材料であるために、電磁誘導による発熱が生じなかった。

図６に示す比較例３は、実施例の導電層２２ｂの材料として、磁性導電性材料のニッケルに替わって、非磁性材料のＳＵＳ３０４を用いた。具体的に、比較例３の導電層２２ｂは、材料がＳＵＳ３０４であって、層厚が１．５ｍｍに形成されている。導電層２２ｂの常温における体積固有抵抗率は７．０×１０^-5Ωｃｍである。また、導電層２２ｂの浸透深さは１．１８ｍｍになる。
比較例３においては、導電層２２ｂの層厚が浸透深さよりも大きく形成されているものの、体積固有抵抗率が大きいために、過昇温が生じてしまった。

実施例と比較例３とを比べて、電磁誘導加熱定着方式に用いる発熱部材の導電層２２ｂにおいて、その体積固有抵抗率が双方の値の中間をとって１．０×１０^-5Ωｃｍ程度よりも小さいこと、好ましくは７．０×１０^-6Ωｃｍ以下であることが過昇温を防止する条件になることがわかる。
また、実施例と比較例２とを比べて、電磁誘導加熱定着方式に用いる発熱部材の導電層２２ｂにおいて、その材料が定着温度近傍にキューリー点を有しうる磁性導電性材料であることが過昇温を防止する条件になることがわかる。
また、実施例と比較例１とから、電磁誘導加熱定着方式に用いる発熱部材の導電層２２ｂにおいて、その層厚が非磁性時の浸透深さよりも大きいことが過昇温を防止する条件になることがわかる。

なお、図６に示した材料に限定されることなく、その他の材料を導電層２２ｂに用いた場合にも、上述の条件を満足するときには、過昇温の防止に大きな効果があることが確認された。

なお、本発明が上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、上記各実施の形態の中で示唆した以外にも、上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、上記構成部材の数、位置、形状等は上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。 図１の画像形成装置における定着装置を示す断面図である。 図２の定着装置における定着ベルトを示す断面図である。 この発明の実施の形態２における画像形成装置の要部を示す構成図である。 この発明の実施の形態３における定着装置を示す構成図である。 この発明の効果を確認する実施例と比較例とを示す表図である。

符号の説明

１ 画像形成装置本体（装置本体）、 ３ 露光部、
４ プロセスカートリッジ（作像部）、 ７ 転写部、
８ 転写ベルト、 ９ バイアスローラ、
１８、１８ＢＫ、１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ 感光体ドラム、
２０ 定着装置、 ２１ 定着補助ローラ、
２２ 定着ベルト（発熱部材、定着部材）、 ２２ａ 基材、
２２ｂ 導電層（発熱層）、 ２２ｃ 弾性層、 ２２ｄ 離型層、
２３ 支持ローラ（加熱部材）、 ２４ 誘導加熱部、
２５ コイル部、 ２６ コア、 ３０ 加圧ローラ、
３１ 定着ローラ（発熱部材、定着部材）、 Ｐ 記録媒体、 Ｔ トナー像。

Claims (18)

1. トナー像を記録媒体に定着する定着装置に設置されるとともに電磁誘導によって加熱される発熱部材であって、
   定着温度の目標値近傍にキューリー点を有する導電層を備え、
   前記導電層は、体積固有抵抗率が７．０×１０^-6Ωｃｍ以下になるように形成されたことを特徴とする発熱部材。
2. 前記導電層は、その温度が前記キューリー点を超えた場合に電磁誘導によって励磁されたときの渦電流の浸透深さがその層厚よりも小さくなるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発熱部材。
3. 前記導電層は、前記キューリー点が１００〜３５０℃の範囲内になるように形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発熱部材。
4. 前記導電層を励磁する交番電流の周波数は１０ｋ〜１ＭＨｚの範囲内であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発熱部材。
5. 前記導電層は、ニッケル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発熱部材。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発熱部材と、前記発熱部材を電磁誘導によって加熱する誘導加熱部と、を備えたことを特徴とする定着装置。
7. 前記誘導加熱部のコイル部に印加される交番電流の周波数は１０ｋ〜１ＭＨｚの範囲内であることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
8. 前記発熱部材は、トナー像を溶融する定着部材であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の定着装置。
9. 前記定着部材は、定着ベルトであって、
   前記誘導加熱部は、前記定着ベルトの外周面に対向するように配設されたことを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
10. 前記定着ベルトは、支持ローラと定着補助ローラとに張架され、
    前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設されたことを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
11. 前記支持ローラは、前記誘導加熱部に対して前記定着ベルトを介して対向するように配設されたことを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。
12. 前記定着部材は、定着ベルトであって、
    前記誘導加熱部は、前記定着ベルトの外周面及び内周面に対向するように配設されたことを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
13. 前記定着ベルトは、支持ローラと定着補助ローラとに張架され、
    前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設され、
    前記誘導加熱部は、前記支持ローラを介して前記定着ベルトの内周面に対向するように配設されたことを特徴とする請求項１２に記載の定着装置。
14. 前記定着部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接する定着ローラであって、
    前記誘導加熱部は、前記定着ローラの外周面又は／及び内周面に対向することを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
15. 前記発熱部材は、トナー像を溶融する定着部材を加熱する加熱部材であることを特徴とする請求項６〜請求項１４のいずれかに記載の定着装置。
16. 前記定着部材は、定着ベルトであって、
    前記加熱部材は、定着補助ローラとともに前記定着ベルトを張架する支持ローラであって、
    前記支持ローラは、前記定着ベルトの外周面に対向する前記誘導加熱部に対して当該定着ベルトを介して対向するように配設され、
    前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設されたことを特徴とする請求項１５に記載の定着装置。
17. 前記定着部材は、定着ベルトであって、
    前記加熱部材は、定着補助ローラとともに前記定着ベルトを張架する支持ローラであって、
    前記誘導加熱部は、前記定着ベルトの外周面に対向するとともに、前記支持ローラを介して前記定着ベルトの内周面に対向するように配設され、
    前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設されたことを特徴とする請求項１５に記載の定着装置。
18. 請求項６〜請求項１７のいずれか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。
    

Images