JP2006267963A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘導加熱を対象としてさらなるウォームアップ時間の短縮および消費電力の削減を図り、加えて定着部材の温度の不均一を防止する。
【解決手段】 転写されたトナー像を被転写材に熱処理で定着させる定着部材３０と、この定着部材３０に当接して用紙Ｐを通過させるニップ部Ｎを形成する加圧部材４０とを備えてなる定着装置２０であり、定着部材３０は、表面側に用紙Ｐが当接される筒状の金属層３２と、この金属層３２に向けて磁気を供給して誘導加熱する誘導コイル３４とを備え、金属層３２は、誘導コイル３４側に形成された非磁性金属からなる非磁性金属層３２１と、この非磁性金属層３２１に積層された感温金属からなる感温金属層３２２とからなり、非磁性金属層３２１は、定着部材３０が発する発熱量が感温金属層３２２単体における発熱量よりも大きくなるように厚み寸法が設定されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複写機やファクシミリ装置、プリンタ等の画像形成装置に適用される定着装置に関するものであり、特に誘導加熱によってトナー像の被転写材に対する定着処理を施す定着装置に関するものである。

画像形成装置は、画像情報に基づく光線を回転している感光体ドラムの周面に照射し、これによって前記周面に形成された静電潜像に現像剤としてのトナーを供給してトナー像を形成させるようになされている。感光体ドラムの周面に形成されたトナー像は、搬送されてきた被転写材としての用紙に転写され、定着装置において加熱による用紙への定着処理が施されるようになっている。定着処理済みの用紙は装置本体から外部に排出される。

定着装置は、通常、高温に加熱される定着ローラと、周面がこの定着ローラの周面に当接状態で対向配置された加圧ローラとを備えて構成され、これら両ローラ間のニップ部に用紙を供給することによって定着処理を施すようになっている。従来、定着ローラの加熱源として当該定着ローラに内装されたハロゲンランプが採用されていたが、熱効率が劣り、かつ、ウォームアップ（加熱の立ち上がり）に長時間を要することから迅速性に欠けるという欠点がある。かかる欠点を解消するべく定着ローラの低熱容量化や薄肉化が図られているが、それにも限界がある。

そこで、近年、特許文献１に記載されているような誘導加熱により定着ローラを加熱する誘導加熱方式の定着装置が注目されている。この誘導加熱方式の定着装置は、定着ローラが良熱伝導性でかつ非磁性の中空金属ローラと、この中空金属ローラ外周に形成された磁性金属からなる磁性金属薄層とから構成されている。かかる定着ローラの内部に誘導コイルが設けられ、この誘導コイルの励起によって磁性金属薄層に渦電流を発生させることによるジュール熱で定着ローラを加熱するようになっている。

かかる誘導加熱方式の定着装置を採用することにより、従来のハロゲンランプ方式のものに比べて定着ローラの昇温速度が格段に速くなるため、定着装置のウォームアップの迅速化が実現するが、あまりに迅速に昇温するため定着ローラが過加熱されるという新たな問題点が提起される。かかる問題点を解消するために、定着ローラの温度をサーミスタやサーモスタット等の温度センサで検出し、予め設定された温度以上に高温になった場合に誘導コイルへの電力の供給を遮断するフィードバック制御が採用されるが、タイムラグによってこれら温度センサの検出信号の出力が誘導加熱による温度上昇に追随することができず、定着ローラが過加熱されてしまうことがあるという不都合が存在する。

また、薄肉化に伴い定着ローラは、長手方向に向かう熱の移動がスムーズに行われ難くなる傾向となるため、加熱幅より小さい用紙を連続通紙した場合、用紙の通過する頻度が少ない両端部に熱がこもりがちになり、この状態で幅広の用紙に定着処理を施すと、当該用紙のトナー像が定着ローラに融着してしまって次の用紙に転写される、いわゆるオフセット現象が生じるなどの画像不良を引き起こすという不都合も発生する。

このような不都合を解消するために、特許文献２には、図１１に示すように、定着ローラ９０を筒状の感温金属製の感温金属層９１と、この感温金属層９１の外周面に同心で積層されてなる非磁性金属製の非磁性金属層９２とを備えて構成し、筒状を呈した感温金属層９１の内部には磁気を発生させる誘導コイル９３の設けられたものが記載されている。かかる定着ローラ９０において、感温金属層９１の厚み寸法ｔ（ｍ）は、以下の不等式を満足するように設定されている。

５０３×√（ρ／（μｓ×ｆ））＜ｔ＜５０３×√（ρ／（１×ｆ））
（但し、ρ：感温金属の固有抵抗（Ω・ｍ）、ｆ：誘導コイル電源周波数（Ｈｚ）、μｓ：感温金属のキュリー温度以下の比透磁率）。

なお、この式において「５０３×√（ρ／（μｓ×ｆ））」は、感温金属層９１がキュリー温度（転移温度）以下のときの磁気の浸透深さであり、「５０３×√（ρ／（１×ｆ））」は、感温金属層９１がキュリー温度以上のときの磁気の浸透深さである。

そして、このように構成された定着ローラ９０を採用することにより、感温金属層９１がキュリー温度以下のときは、磁気の浸透深さが感温金属層９１の厚みより小さくなるため、これによって発生する渦電流に対する負荷（電気抵抗）が増大し（すなわち、狭い領域に電流が流れることにより渦電流密度が増大して負荷が増大し）、図１１の（イ）に矢印で示すように、磁気の流れが電気抵抗の大きな感温金属層９１内を軸方向に走るようになり、これによって渦電流に起因した負荷による大きな発熱量（ジュール熱）により感温金属層９１は速やかに加熱されることになる。

この加熱によって感温金属層９１の温度がキュリー温度を越えると、磁気の浸透深さが感温金属層９１の厚みより大きくなるため、磁気は、非磁性でかつ感温金属層９１より低抵抗率の非磁性金属層９２にまで到達し、図１１の（ロ）に示すように、当該低抵抗率の非磁性金属層９２を軸心方向に向けて走ることになり、これよって発熱量が抑えられて定着ローラ９０の過加熱が抑制されることになる。

従って、このような定着ローラ９０を採用すれば、定着ローラ９０の温度をサーミスタやサーモスタット等の温度センサで検出して当該定着ローラ９０の温度を抑える制御を行うことなく（すなわち、制御を行った場合には検出信号の出力遅れによるタイムラグが生じるが、かかるタイムラグのない状態で）、定着ローラ９０が過加熱するのを防止することが可能になるという作用効果が得られる。

因みに、特許文献２に記載の定着ローラ９０にあっては、感温金属層９１として鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）との合金が採用されていると共に、非磁性金属層９２としてアルミニウム（Ａｌ）が採用されている。
特開平９−１２７８１０号公報 特開２００４−１５１４７０号公報

しかしながら、特許文献２に記載の定着装置にあっては、誘導加熱による加熱効率（特に立ち上がり時（ウォームアップ時）の昇温速度）が感温金属の特性（具体的にはキュリー温度以下における比抵抗と透磁率の値）にのみ依存し、加熱効率のさらなる向上等を図ることができないという解決課題が存在する。

本発明は、かかる状況に鑑みなされたものであって、誘導加熱を対象としてさらなるウォームアップ時間の短縮と消費電力の削減とを図ることができ、加えて定着部材の温度の不均一、特に定着部材の端部の異常昇温を抑制することができる定着装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、転写されたトナー像を被転写材に熱処理で定着させる定着部材と、この定着部材に当接して被転写材を通過させるニップ部を形成する加圧部材とを備えてなる定着装置であって、前記定着部材は、表面側に被転写材が当接される筒状の金属層と、この金属層に向けて磁気を供給して誘導加熱する誘導コイルとを備え、前記金属層は、前記誘導コイル側に形成された非磁性金属からなる非磁性金属層と、この非磁性金属層に積層された感温金属からなる感温金属層とからなり、前記非磁性金属層は、当該定着部材から発せられる発熱量が前記感温金属層単体における発熱量よりも大きくなるように厚み寸法が設定されていることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、非磁性金属層の厚み寸法を磁気の浸透深さより薄く設定しておくことにより、誘導コイルから供給された磁束は、まず非磁性金属層を透過して感温金属層に到り、当該感温金属層内を走ってから再度非磁性金属層を透過して誘導コイルに戻ることになる。従って、定着部材は、感温金属層のキュリー温度以下の条件下におけるジュール加熱に加えて、非磁性金属層のジュール加熱によっても加熱されるようになる。

このような構成において、本発明者は、非磁性金属層の厚み寸法を所定範囲に設定することにより、当該非磁性金属層が渦電流負荷を適正化する調整層として機能することを見出した。すなわち、非磁性金属層の厚み寸法を採用する材料に応じて調整することで、感温金属層単体の場合よりも、感温金属層と非磁性金属層とを組み合わせた場合の方が渦電流負荷を小さくすることができ（渦電流負荷を低減でき）、もって当該定着部材から発せられる発熱量を感温金属層単体における発熱量よりも大きくなるようにできることを見出したものである。上記の構成は、かかる知見に基づくものであって、これにより被加熱体に効率よく熱エネルギーを伝達できるようになる。

なお、感温金属層は、その製造・加工条件によって透磁率が変化し易いという不安定さを有している。従って、渦電流負荷も不安定さが否めないが、上記構成のように渦電流負荷の調整層としての非磁性金属層を付設することで、渦電流負荷の安定化、つまり狙い通りの渦電流負荷値を容易に設定できるようにすることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記非磁性金属層は、非磁性金属である銅によって形成され、かつ、厚み寸法が７．０μｍ以下に設定されていることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、非磁性金属層として熱放射率の低い銅を採用することにより、誘導コイルが加熱された定着部材から受ける熱量が少なくなり、これによって誘導コイルが焼損するような不都合の発生が有効に防止される。また、銅からなる非磁性金属層の厚み寸法を、少なくとも７．０μｍ以下に設定することにより、感温金属層と銅からなる非磁性金属層とを組み合わせた場合の渦電流負荷を適正化できるようになる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記非磁性金属層は、非磁性金属であるアルミニウムによって形成され、かつ、厚み寸法が１１．０μｍ以下に設定されていることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、非磁性金属層として熱放射率の低いアルミニウムを採用することにより、誘導コイルが加熱された定着部材から受ける熱量が少なくなり、これによって誘導コイルが焼損するような不都合の発生が有効に防止される。また、アルミニウムからなる非磁性金属層の厚み寸法を１１．０μｍ以下に設定することにより、感温金属層とアルミニウムからなる非磁性金属層とを組み合わせた場合の渦電流負荷を適正化できるようになる。さらに、アルミニウムは銅より廉価な材料であるため、定着装置の製造コストの低減化に貢献する。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記非磁性金属層は、非磁性金属である非磁性ステンレススチールによって形成され、かつ、厚み寸法が３００μｍ以下に設定されていることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、非磁性ステンレススチールからなる非磁性金属層の厚み寸法を、少なくとも３００μｍ以下に設定することにより、感温金属層と非磁性ステンレススチールからなる非磁性金属層とを組み合わせた場合の渦電流負荷を適正化できるようになる。また、非磁性ステンレススチールは、ヤング率が高く丈夫な材料であるため、定着部材を構成する構造材として利用することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記感温金属層は、感温金属単体の渦電流負荷が０．００３Ω以下となるように厚み寸法が設定されていることを特徴とするものである。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記感温金属層は、感温金属である鉄とニッケルとの合金によって形成され、かつ、厚み寸法が２００μｍ以上に設定されていることを特徴とするものである。

なお、上述した発明の構成において、渦電流負荷とは、以下の式によって定義される負荷のことである。
Ｒ＝ρ／ｚ
但し、Ｒは、渦電流負荷（Ω）、ρは、比抵抗（Ω・ｍ）、ｚは、渦電流が発生する深さ（すなわち磁気の浸透深さ）（ｍ）である。この渦電流負荷Ｒは、感温金属層の厚み寸法ｄ（ｍ）が磁気の浸透深さより薄い場合、この感温金属層の厚み寸法ｄに律されて
Ｒ＝ρ／ｄ
となる。このことは、感温金属層の渦電流負荷Ｒの値をその厚み寸法ｄによって設定し得ることを示している。

一方、感温金属層の渦電流負荷Ｒが０．００３Ωを越えると、感温金属層のジュール熱による発熱量が過大になりすぎて定着部材が過加熱されるという不都合の生じることが実験的に確認されている。従って、前記の「Ｒ＝ρ／ｄ」という式から渦電流負荷Ｒが０．００３Ω以下になる感温金属層の厚み寸法ｄを逆算し、この厚み寸法ｄより厚くなるようにすることによって定着部材の過加熱が防止される（請求項５）。この感温金属層の厚み寸法ｄは、感温金属が鉄とニッケルとの合金である場合２００μｍ（請求項６）である。

従って、請求項５および６の発明によれば、感温金属層の厚み寸法ｄをこのように設定した状態（すなわちジュール熱による発熱量を低く抑えた状態）で加熱すると、コイルの電源での損失（発熱）が大きくなり、非効率になるだけでなく、コイル電源の焼損につながりかねない。このような状態を防止するために、電源内部に予め負荷検出回路を備えておくことり、一定負荷以下になるとアラームもしくは自動停止機能によって加熱出力を停止するようにし得るので、結果として定着部材の過加熱が防止される。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記感温金属層は、前記感温金属のキュリー温度が定着部材の過昇温を防止し得る温度に設定されていることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、感温金属層のキュリー温度が定着部材の過昇温を防止し得る温度に設定されているため、感温金属層がジュール熱によって過加熱されることにより定着部材が異常な高温になることが有効に防止される。

請求項１記載の発明によれば、渦電流負荷の調整層として非磁性金属層を機能させることで、定着部材から発せられる発熱量を感温金属層単体における発熱量よりも大きくすることができる。従って、被加熱体に効率よく熱エネルギーを伝達でき、加熱効率を向上させることができると共に、ウォームアップ時間の短縮化を実現することができる。また、感温金属層の透磁率不安定さも非磁性金属層の付設により補うことができ、所望の渦電流負荷に設定することが容易となる。

請求項２記載の発明によれば、非磁性金属層として熱放射率の低い銅が採用されているため、誘導コイルが加熱された定着部材から受ける熱量が少なくなり、これによって誘導コイルが焼損するような不都合の発生を有効に防止することができる。また、銅からなる非磁性金属層の厚み寸法を、少なくとも７．０μｍ以下に設定することにより、感温金属層と銅からなる非磁性金属層とを組み合わせた場合の渦電流負荷を適正化できるようになる。

請求項３記載の発明によれば、非磁性金属層として熱放射率の低いアルミニウムを採用されているため、誘導コイルが加熱された定着部材から受ける熱量が少なくなり、これによって誘導コイルが焼損するような不都合の発生を有効に防止することができる。また、アルミニウムからなる非磁性金属層の厚み寸法を少なくとも１１．０μｍ以下に設定することにより、感温金属層とアルミニウムからなる非磁性金属層とを組み合わせた場合の渦電流負荷を適正化できるようになる。さらに、アルミニウムは銅より廉価な材料であるため、定着装置の製造コストの低減化に貢献することができる。

請求項４記載の発明によれば、非磁性ステンレススチールからなる非磁性金属層の厚み寸法が少なくとも３００μｍ以下に設定されているため、感温金属層と非磁性ステンレススチールからなる非磁性金属層とを組み合わせた場合の渦電流負荷を適正化できるようになる。また、非磁性ステンレススチールは、ヤング率が高く丈夫な材料であるため、定着部材を構成する構造材として利用することができる。

請求項５記載の発明によれば、感温金属単体の渦電流負荷が０．００３Ω以下となるように厚み寸法が設定されており、また請求項６記載の発明によれば、感温金属層を感温金属である鉄とニッケルとの合金によって形成し、かつ、厚み寸法を２００μｍ以上に設定している。このように渦電流負荷若しくは厚み寸法を設定することで、高周波電源側における負荷変動の検知を容易に行うことができ、結果として定着部材の過加熱を確実に防止することができる。

請求項７記載の発明によれば、感温金属層のキュリー温度が定着部材の過昇温を防止し得る温度に設定されているため、感温金属層がジュール熱によって過加熱されることにより定着部材が異常な高温になることを有効に防止することができる。

まず、本発明に係る現像装置が適用された画像形成装置の一例であるプリンタについて図１を基に説明する。図１は、プリンタの一実施形態を示すその内部構造の概要を説明するための正面断面視の説明図である。この図に示すように、プリンタ１０（画像形成装置）１０は、印刷処理に供する用紙（被転写材）Ｐを貯留する用紙貯留部１２と、この用紙貯留部１２に貯留された用紙束Ｐ１から繰り出された１枚ずつの用紙Ｐに対して画像の転写処理を施す転写部１３と、この転写部１３で転写処理の施された用紙Ｐに対して定着処理を施す定着部１４とが装置本体１１に内装されると共に、定着部１４で定着処理の施された用紙Ｐが排紙される排紙部１５が装置本体１１の頂部に設けられることによって構成されている。

前記用紙貯留部１２には、所定数（本実施形態では１つ）の用紙カセット１２１が装置本体１１に対して挿脱自在に設けられている。用紙カセット１２１の上流端（図１の右方）には、用紙束Ｐ１から１枚ずつの用紙Ｐを繰り出させるピックアップローラ１２２が設けられている。このピックアップローラ１２２の駆動によって用紙カセット１２１から繰り出された用紙Ｐは、給紙搬送路１２３およびこの給紙搬送路１２３の下流端に設けられたレジストローラ対１２４を介して転写部１３に給紙されるようになっている。

前記転写部１３は、コンピュータ等から電送された画像情報に基づき用紙Ｐに転写処理を施すものであり、前後方向（図１の紙面と直交する方向）に延びるドラム心回りに回転可能に設けられた感光体ドラム１３１の周面に沿うように、当該感光体ドラム１３１の直上位置から時計方向に向けて帯電器１３２、露光装置１３３、現像装置１３４、転写ローラ１３５およびクリーニング装置１３６が配設されることによって形成されている。

前記感光体ドラム１３１は、周面に静電潜像およびこの静電潜像に沿ったトナー像を形成させるためのものであり、周面にアモルファスシリコン層が積層され、これによってこれらの像を形成させるのに適したものになっている。

前記帯電器１３２は、ドラム心回り時計方向に回転している感光体ドラム１３１の周面に一様な電荷を形成させるものであり、図１に示す例では、コロナ放電によって感光体ドラム１３１の周面に電荷を付与する方式が採用されている。なお、感光体ドラム１３１の周面に電荷を付与する部材として帯電器１３２に代えて周面が感光体ドラム１３１の周面と当接しながら従動回転しつつ電荷を付与する帯電ローラを採用してもよい。

前記露光装置１３３は、コンピュータ等の外部の機器から電送されてきた画像データに基づき強弱の付与されたレーザー光を回転している感光体ドラム１３１の周面に照射し、これによる感光体ドラム１３１周面のレーザー光が照査された部分の電荷の消去によって当該感光体ドラム１３１の周面に静電潜像を形成させるものである。

前記現像装置１３４は、感光体ドラム１３１の周面にトナーを供給することによって周面の静電潜像が形成された部分にトナーを付着させ、これによって感光体ドラム１３１の周面にトナー像を形成させるものである。

前記転写ローラ１３５は、感光体ドラム１３１の直下位置に送り込まれた用紙Ｐに対して当該感光体ドラム１３１の周面に形成されているプラスに帯電したトナー像を用紙Ｐに転写させるものであり、トナー像の電荷と逆極性であるマイナスの電荷を用紙Ｐに付与するようになっている。

従って、感光体ドラム１３１の直下位置に到達した用紙Ｐは、転写ローラ１３５と感光体ドラム１３１とによって押圧挟持されつつ、プラスに帯電した感光体ドラム１３１周面のトナー像がマイナスに帯電した用紙Ｐの表面に向けて引き剥がされ、これによって用紙Ｐに対し転写処理が施されることになる。

前記クリーニング装置１３６は、転写処理後の感光体ドラム１３１の周面に残留しているトナーを取り除いて清浄化するためのものである。この転写ローラ１３６によって清浄化された感光体ドラム１３１の周面は、次の画像形成処理のために再び帯電器１３２へ向かうことになる。

前記定着部１４は、転写部１３によって転写処理の施された用紙Ｐのトナー像に加熱による定着処理を施すものであり、用紙Ｐに熱を加える定着部材３０と、この定着部材３０の下部に対向配置された加圧部材４０とを有する定着装置２０備えて構成されている。そして、転写処理後の用紙Ｐは、定着部材３０と加圧部材４０との間に形成されたニップ部Ｎへ向けて送り込まれ、当該ニップ部Ｎを通過することによって、定着部材３０からの熱を得て定着処理が施されるようになっている。定着処理の施された用紙Ｐは、排紙搬送路１４３を通って排紙部１５へ排出されることになる。

前記排紙部１５は、装置本体１１の頂部が凹没されることによって形成され、この凹没した凹部の底部に排紙された用紙Ｐを受ける排紙トレイ１５１が形成されている。

図２は、定着装置２０の第１実施形態を示す一部切り欠き斜視概略図である。また、図３は、そのＡ−Ａ線断面図であり、図４は、そのＢ−Ｂ線断面図である。これらの図においては、定着ローラ３１および加圧ローラ軸４１の厚み寸法を誇張して示している。まず、図２に示すように、定着装置２０は、箱形を呈した筐体２１内に定着部材３０および加圧部材４０が装着されることによって形成されている。

前記定着部材３０は、筐体２１内の上部位置に装着された筒状の定着ローラ３１と、この定着ローラ３１に内装された誘導コイル３４とを備えている。前記定着ローラ３１は、筐体２１内の上部に、用紙搬送方向（図２に白抜き矢印で表示）と直交する用紙幅方向に延びた筒心３１０（図３）回りに回転可能に装着されている。かかる定着ローラ３１は、筐体２１の外部に設けられた図略の駆動モータの駆動で筒心３１０回りに時計方向に向けて駆動回転されるようになっている。かかる定着部材３０は、本実施形態においては、外径寸法が４０ｍｍに設定されているが、定着部材３０の外径寸法が４０ｍｍであることい限定されるものではなく、状況に応じて最適の径寸法を設定することができる。

前記加圧部材４０は、筐体２１内の下部において外周面を定着ローラ３１の外周面に当接させた状態で当該定着ローラ３１と平行に配設されている。かかる加圧部材４０は、筐体２１の両側壁間に軸心回りに回転自在に架設された加圧ローラ軸４１と、この加圧ローラ軸４１回りに回転可能に同心で軸支された加圧ローラ４２とを備えて構成されている。

前記加圧ローラ４２は、弾力性を有するシリコンゴム等のエラストマーによって形成され、これによって周面が、図３に示すように、定着ローラ３１の周面に押圧当接された状態で径方向の内方に向けて弾性変形するようになっている。かかる加圧ローラ４２は、定着ローラ３１の筒心３１０回りの駆動回転に従動して回転するようになっている。加圧ローラ４２の定着ローラ３１に対して当接する位置には、用紙Ｐをニップして通過させるニップ部Ｎが形成されている。従って、定着ローラ３１および加圧ローラ４２が互いに逆方向に回転した状態で画像形成部１３から送り込まれた用紙Ｐは、弾性変形している加圧ローラ軸４１により表面が定着ローラ３１に押圧されつつニップ部Ｎを通過しながら定着ローラ３１により加熱され、これによって溶融したトナーが用紙Ｐの表面に溶着される定着処理が施されるようになっている。

前記誘導コイル３４は、図２に示すように、定着ローラ３１内に長手方向に延びるように装着された磁性材料製のコア３４１における上下の鍔部間に長手方向に向かうように巻回されている。かかる各誘導コイル３４に誘導加熱用電源としての図略の高周波発生回路からの電力が供給されるようになっている。そして、誘導コイル３４に誘導加熱用電力が供給されることにより、誘導コイル３４のコア３４１の一方の鍔部から出力された磁力線の束（磁束）が、図５に矢印で示すように、定着ローラ３１内を走り、誘導コイル３４のコア３４１の他方の鍔部へ向かうことになる。そして、このような磁束の流れによって定着ローラ３１内には渦電流が励起され、これによるジュール発熱で定着ローラ３１が加熱されるようになっている。

前記定着ローラ３１は、誘導加熱により当該定着ローラ３１を加熱する金属層３２と、この金属層３２の周面に積層された樹脂層３３とを備えて構成されている。樹脂層３３は、金属層３２の周面を保護するためと、用紙Ｐに対する剥離性を確保するために設けられるものであり、シリコンゴム等の弾性材料によって形成された弾性層３３１と、この弾性層３３１の周面に積層されたＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー）等からなる剥離層３３２とからなっている。本実施形態においては、弾性層３３１は、厚み寸法が略１００μｍに設定されていると共に、剥離層３３２は、厚み寸法が略５０μｍに設定されている。

前記金属層３２は、図３および図４に示すように、非磁性金属からなる環状の非磁性金属層３２１と、この非磁性金属層３２１の外周面に積層された感温金属からなる感温金属層３２２とからなっている。本実施形態においては、前記非磁性金属として銅、アルミニウムおよび非磁性ステンレススチールの内のいずれかが採用される。

前記感温金属は、温度により磁気特性が変化する金属のことであり、本実施形態においては鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）との合金によって形成されたものが採用されている。このような感温金属は、磁気特性が変化する磁気転移温度（キュリー温度）を境にして、磁気の浸透深さが変化する性質を有している。本実施形態においては、感温金属を構成する鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）との合金比率を調節することによってキュリー温度を略２００℃になるようにしている。因みに、非磁性金属においては、そもそも磁気を帯びないため、キュリー温度が存在しない。

そして、本発明においては、誘導コイル３４側に設けられた非磁性金属層３２１を透過する磁束によるジュール発熱と、この非磁性金属層３２１を透過した後の磁束による感温金属層３２２のジュール発熱との双方を利用することによって定着ローラ３１の加熱の立ち上がり（ウォームアップ）をより迅速に行い得るようにすると共に、消費電力を削減し得るようになされている。

以下、本発明において重要な役割を果たす金属の磁気の浸透深さについて説明する。金属の磁気の浸透深さは、つぎの（ｉ）式によって表される。
σ＝５０３×√（ρ／（μ×ｆ））・・・（ｉ）
（但し、σ：磁気の浸透深さ（ｍ）、ρ：比抵抗（Ω・ｍ）、ｆ：誘導加熱電源周波数（Ｈｚ）、μ：比透磁率（感温金属の場合キュリー温度以下のときの透磁率））
（ｉ）式は、対象となる金属が非磁性金属であるか感温金属であるかに拘らず成立する式であるが、特にその金属が感温金属の場合、当該感温金属がキュリー温度以下において成立する式である。因みに、キュリー温度以上の場合、感温金属の磁気の浸透深さσは後述の（ｉｉ）式のようになる。

（ｉ）式から判るように、磁気の浸透深さσは、金属の固有抵抗ρの平方根に比例する一方、比透磁率μおよび誘導加熱電源周波数ｆの平方根に反比例するようになっている。従って、金属の比抵抗ρの値が大きくなる程磁気の浸透深さσは深くなる一方、比透磁率μおよび誘導加熱電源周波数ｆが大きくなればなる程磁気の浸透深さσが浅くなるのが判る。通常、金属のキュリー温度以下の比透磁率μの値は１より相当大きい。

これに対し、感温金属の場合においては、キュリー温度を越えると、当該感温金属の磁気の浸透深さσは、以下の（ｉｉ）のようになる。
σ＝５０３×√（ρ／（１×ｆ））・・・（ｉｉ）
（但し、σ：磁気の浸透深さ（ｍ）、ρ：比抵抗（Ω・ｍ）、ｆ：誘導加熱電源周波数（Ｈｚ）、μ＝１：感温金属のキュリー温度以上の比透磁率）
すなわち、感温金属においては、キュリー温度を越えると、比透磁率μの値が最小の「１」になってしまうため、その分磁気の浸透深さσが深くなることになる。なお、本実施形態においては、誘導加熱電源周波数ｆは、３０ｋＨｚに設定されている。

つぎに、金属が磁界中に存在することにより励起される渦電流の負荷について説明する。渦電流負荷Ｒは、以下の（ｉｉｉ）式によって表現される。
Ｒ＝ρ／ｚ・・・（ｉｉｉ）
（但し、Ｒ：渦電流負荷（Ω）、ρ：比抵抗（Ω・ｍ）、ｚ：渦電流が発生する深さ（ｍ））
すなわち、渦電流負荷Ｒは、その金属の比抵抗ρに比例する一方、渦電流発生深さｚに反比例するため、同一の比抵抗ρを有する金属については、渦電流発生深さｚが深くなる程渦電流負荷Ｒは小さくなることが判る。

一方、金属の厚み寸法を渦電流発生深さｚ（すなわち磁気の浸透深さσ）より薄くすると、渦電流負荷Ｒは、以下の（ｉｖ）式のようになる。
Ｒ＝ρ／ｄ・・・（ｉｖ）
（但し、ｄ：金属の厚み寸法ｄ（ｄ＜ｚ＝σ））
表１は、金属の厚み寸法ｄを磁気の浸透深さσより厚くした場合（ｄ＞σ）、すなわち厚み寸法ｄに律されない状態における非磁性金属および磁性金属の渦電流負荷Ｒを示した一覧表である。なお、誘導加熱電源周波数ｆとして３０ｋＨｚを採用している。

表１から判るとおり、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）、非磁性ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）等の非磁性金属は、磁気の浸透深さσが磁性金属に比べて極めて深いため、両者間で１桁程度しか差がない比抵抗ρの値を磁気の浸透深さσで除した値である渦電流負荷Ｒは、磁性金属に比べて非常に小さく、従って誘導加熱は可能であるものの加熱効率が悪いのである。そこで、非磁性金属を用いて誘導加熱を行うに際しては、誘導加熱電源の周波数ｆを２００ｋＨｚにまで上げて磁気の浸透深さσを浅くするのが一般的であるが（前記（ｉ）式および（ｉｉ）式参照）、このようにすると電源コスト（電力コスト）が大幅に増大する。

そこで、本発明においては、前記（ｉｖ）式に注目して非磁性金属層３２１の厚み寸法ｄを充分に薄くし、これによる渦電流負荷Ｒの増大と、非磁性金属層３２１を透過した磁束の感温金属層３２２でのジュール熱による加熱とを組み合わせることにより定着ローラ３１のウォームアップ時の迅速な加熱を確保すると共に、定着ローラ３１の過加熱を防止するようになされている。

そして、本発明においては、定着ローラ３１の過昇温を防止するために、感温金属層３２２は、その温度がキュリー温度異常になると比透磁率μが最小値である「１」になるという性質（すなわち比透磁率μの値が「１」より格段に大きい場合の前記（ｉ）式により計算される磁気の浸透深さσより比透磁率μの値が「１」である前記（ｉｉ）式により計算された磁気の浸透深さσの値が格段に大きくなるという性質）を利用する（すなわち、磁気の浸透深さσが深くなるとその分渦電流負荷Ｒの値が小さくなってジュール熱による発熱量が少なくなるという性質を利用する）と共に、誘導コイル３４に高周波電力を供給する図略の高周波電源は、本来的にその回路構成によって感温金属層３２２がキュリー温度以上になった状態でこのときの感温金属層３２２の大きな負荷の変動を検出し、この検出結果に基づいて誘導コイル３４への電力供給を停止するように構成されている点を利用するようにしている。

すなわち、感温金属層３２２がキュリー温度以上に加熱されると、比透磁率μが「１」になって感温金属層３２２の渦電流負荷Ｒが大幅に低くなるため、感温金属層３２２内でのジュール発熱量が小さくなる一方、過大な電流が誘導コイル３４に供給されるようになり（高周波電源の所定の回路内で短絡が生じたような状態になり）、この急激で、かつ、大幅な電流の増加が検出されて高周波電源からの誘導コイル３４への電力の供給が一時的に遮断され、これによって定着ローラ３１の過加熱が防止されるので、これらの作用で定着ローラ３１の過加熱が防止されるのである。

表２に６０％の鉄（Ｆｅ）と４０％のニッケル（Ｎｉ）との合金からなる感温金属層３２２のキュリー温度未満およびキュリー温度以上のそれぞれについて誘導加熱に関する各種データおよび渦電流負荷Ｒの値を示す。

表２から判るように、感温金属層３２２の温度がキュリー温度未満の場合、比透磁率μは１００００と非常に大きいため、誘導加熱電源周波数ｆを３０ｋＨｚとした場合、磁気の浸透深さσは０．０２２５ｍｍ（２．２５×１０^−５ｍ）となり、前記（ｉｉｉ）式から渦電流負荷Ｒは２．６７×１０^−２Ω（６．０×１０^−７／２．２５×１０^−５）になるのに対し、感温金属層３２２の温度がキュリー温度以上になると、磁気の浸透深さσは２．２５ｍｍ（２．２５×１０^−３ｍ）と深くなり、これによって渦電流負荷Ｒは２．６７×１０^−４（６．０×１０^−７／２．２５×１０^−５）と２桁も小さくなっている。

かかる感温金属層３２２の厚み寸法については、感温金属のキュリー温度以上の非磁性金属層３２１と感温金属層３２２とを合わせた総渦電流負荷ΣＲが、感温金属のキュリー温度未満の非磁性金属層３２１と感温金属層３２２とを合わせた総渦電流負荷ΣＲ′の略５０％以下になる（ΣＲ／ΣＲ′＜略０．５）ような厚みが必要であるという基準（この基準は、感温金属層３２２がキュリー温度を越えた場合に誘導コイル３４への電力供給が遮断されることに関し実際の運転から得られた経験的なものである）に照らすと、２００μｍになる。因みに、感温金属層３２２が２００μｍの場合のΣＲは、１．５８×１０^−３であり、ΣＲ′は、２．９７×１０^−３であるから、「ΣＲ／ΣＲ′＝０．５３」になっている。

図５は、本発明の作用を説明するための模式化した定着部材３０の正面断面視の説明図であり、（イ）は、金属層３２の温度がキュリー温度未満の状態、（ロ）は、金属層３２の温度がキュリー温度以上の状態をそれぞれ示している。なお、図５では、樹脂層３３の図示を省略しているとともに、金属層３２の厚み寸法を誇張して示している。

まず、金属層３２の温度がキュリー温度未満の図５の（イ）に示す状態においては、誘導コイル３４からの磁気は、コア３４１の一方の端部から出て薄い非磁性金属層３２１を透過し、前記（ｉ）式で計算される浅い浸透深さσ（表２のキュリー温度未満の欄参照）で非磁性金属層３２１内を走り、再度非磁性金属層３２１を透過してコア３４１の他端に戻るため、金属層３２は、薄い非磁性金属層３２１での前記（ｉｖ）式で計算される大きな渦電流負荷Ｒによるジュール加熱と、感温金属層３２２での大きな渦電流負荷Ｒによるジュール加熱とによって加熱されることになり、これによってウォームアップ時に迅速に温度が立ち上がることになる。

ついで、金属層３２がキュリー温度として設定された２００℃を越えると、誘導コイル３４からの磁気の浸透深さσ（表２のキュリー温度以上の欄参照）がキュリー温度未満の場合の略１００倍に増大し、これによって渦電流負荷Ｒがキュリー温度未満の場合の略１／１００になり、誘導コイル３４からの磁気による渦電流は、図５の（ロ）に示すように、余裕を持って感温金属層３２２内を流れるため、感温金属層３２２でのジュール加熱はほとんど行われなくなる。また、この状態では、高周波電源から誘導コイル３４に対して過大な電流が供給されることになり、この電流の過供給に基づき誘導コイル３４への電力供給が自動的に遮断されるため、キュリー温度を大幅に越えた定着ローラ３１の過加熱が確実に防止される。

その後、金属層３２の温度がキュリー温度である２００℃未満になると、高周波電源からの誘導コイル３４に対する電力供給が自動的に再開されるため、誘導コイル３４からの磁気の供給状態が図５の（イ）に示す状態に戻り、再度感温金属層３２１におけるジュール熱による加熱が行われる。

このようなキュリー温度を境にした磁束通路の切り換えによって定着ローラ３１の加熱および冷却が繰り返されることにより、特に温度センサを用いたフィードバック制御を行わなくても、定着ローラ３１は、許容範囲内でばらついた温度制御が実現するため、その分装置コストの低減化に貢献することができる。

そして、本発明においては、定着ローラ３１の迅速加熱および過加熱防止を図る上での非磁性金属層３２１および感温金属層３２２の効果的な厚み寸法を見出している。すなわち、前記非磁性金属層３２１は、当該定着ローラ３１から発せられる発熱量が前記感温金属層３２２単体における発熱量よりも大きくなるように厚み寸法が設定されている。つまり、定着ローラ３１から発せられる発熱量は、上述の渦電流負荷の値に依存し、感温金属層３２２の渦電流負荷が高すぎる場合は、その発熱量も低下することになる。一方、非磁性金属層３２１の渦電流負荷は低いことから、感温金属層３２２の渦電流負荷が適正でない場合は、非磁性金属層３２１をその材料に応じた適宜な厚さ寸法で感温金属層３２２に付設することで両者を組み合わせた場合における渦電流負荷を最も加熱効率の良い値に設定することが可能となる。いわば非磁性金属層３２１を、渦電流負荷を適正化するための調整層として機能させることが可能となり、これにより定着ローラ３１から発せられる発熱量を、感温金属層３２２単体でみたときの発熱量よりも大きくすることができるようになる。

以下、図６を基に非磁性金属層３２１および感温金属層３２２の効果的な厚み寸法について具体的に説明する。

図６は、誘導加熱電源周波数ｆが３０ｋＨｚの場合の定着ローラ３１の金属層３２を構成する各種材料の厚み寸法ｄと渦電流負荷Ｒとの関係を示す両対数グラフである。このグラフにおいては、横軸に対数目盛で厚み寸法ｄ（μｍ）が設定されていると共に、縦軸に対数目盛で渦電流負荷Ｒ（Ω、但し、目盛数値の「１．０Ｅ−ｉ」は、「１．０×１０^−ｉ」を示す）が設定されている。また、このグラフにおいて、非磁性金属である銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）およびステンレススチール（ＳＵＳ３０４）については、それぞれ黒塗り菱形、黒塗り四角および黒塗り三角で示すと共に、感温金属である鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）については黒丸および×印で示している。

また、このグラフにおいて、各種材料の厚み寸法ｄと渦電流負荷Ｒとの間の関係を示す線は、実測値をプロットすることによって得られた線であり、前記（ｉｉｉ）式および（ｉｖ）式は、これらの線から導き出されたものである。

そして、図６のグラフにおいて点線で囲まれた範囲（渦電流負荷Ｒについて２．０×１０^−４〜２．０×１０^−２の範囲）内が効果的に誘導加熱を施し得る範囲として設定されている。このような範囲が設定される理由は以下のとおりである。

すなわち、渦電流負荷Ｒが２．０×１０^−４Ω未満の場合には、金属層３２の抵抗の値が誘導コイル３４そのものの抵抗値と大差がなくなってしまい、ジュール熱を発生させるべき値としてあまりにも小さすぎることによって金属層３２を充分に加熱することができなくなるためである。これに対し、渦電流負荷Ｒが２．０×１０^−２Ωを越えた場合には、抵抗値が大きすぎることによって高周波電源の供給し得る電流量との関係で渦電流そのものが発生し難くなり、これによって実質的にジュール熱を得ることができなくなるからである。かかる渦電流負荷Ｒの加熱可能範囲については、種々の実験を行うことによって得られた値である。

そして、このような範囲において、非磁性金属層３２１の渦電流負荷Ｒは、２．４×１０^−３Ω以上が好ましく、２．８×１０^−３Ω〜８．０×１０^−３Ωの範囲内が特に好適であることを見出した。

これらの渦電流負荷Ｒの値を材質毎にその厚み寸法に換算して示すと、表３のようになる。

なお、表３において、例えば銅（Ｃｕ）の好ましい厚みの範囲である７．０μｍ以下の「７．０」という数値は、前記（ｉｖ）式に基づき銅（Ｃｕ）の比抵抗の値である１．６７×１０^−８Ωｍ（表１参照）を、当該銅（Ｃｕ）の渦電流負荷Ｒの値である２．４×１０^−３Ωで除すことによって得られた値（ｄ＝１．６７×１０^−８Ωｍ／２．４×１０^−３Ω＝７．０×１０^−６）である。以下同様に銅（Ｃｕ）の特に好ましい厚みの範囲の数値並びにアルミニウム（Ａｌ）およびステンレススチール（ＳＵＳ３０４）の厚みの数値が算出されている。

つぎに、このような非磁性金属層３２１の好ましい厚み寸法の範囲に関しその根拠について銅（Ｃｕ）を例に挙げて図８を基に説明する。図８は、銅（Ｃｕ）からなる非磁性金属層３２１の厚み寸法と、キュリー温度以下の場合における非磁性金属層３２１および感温金属層３２２からなる金属層３２のジュール発熱量との関係を示すグラフである。

このグラフにおいて、横軸に非磁性金属層３２１の厚み寸法（μｍ）を設定すると共に、縦軸に感温金属層３２２のみがジュール加熱された場合の発熱量を１とした発熱量比を設定している。この感温金属層３２２のみがジュール加熱された場合とは、感温金属層３２２に非磁性金属層３２１が積層されていない状態のことである。因みに、感温金属層３２２の厚み寸法はキュリー温度以下の磁気の浸透深さである２２．５μｍより相当厚い２５０μｍに設定している。

そして、このグラフは、図７に示すような試験装置を用いた試験の結果得られたものである。図７に示すように、試験装置５０は、内部に負荷検出回路５１１を有する誘導加熱用電源５１と、この誘導加熱用電源５１から供給される誘導加熱用の電力によって高周波の磁力を発生する誘導加熱コイル５２とから構成されている。かかる試験装置５０において、誘導加熱コイル５２には、誘導加熱用電源５１から周波数が３０ｋＨｚの高周波電力を供給するようにした。

このような試験装置５０において、誘導加熱コイル５２の上方位置にテストピース５３を配置した状態で誘導加熱用電源５１の駆動により当該テストピース５３に磁力を供給し、これによるテストピース５３の温度の上昇状況を測定することによって前記発熱量比を求めた。

テストピース５３は、平面寸法が１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形状に設定した厚み寸法が２５μｍの鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）との合金からなる感温金属層５３１と、この感温金属層５３１に積層された銅（Ｃｕ）からなる非磁性金属層５３２とを備えてなるものを調製した。そして、基準となるテストピース５３については非磁性金属層５３２が形成されていないものを採用し、この基準となるテストピース５３に対して非磁性金属層５３２を積層したものを６種類調製した。この６種類のテストピース５３における非磁性金属層５３２の厚み寸法については、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍおよび５０μｍとした。そして、各種類のテストピース５３について誘電加熱を実行してその温度を測定し、この温度測定結果を発熱量比に換算した値をグラフ上にプロットすることにより図８を得た。

図８のグラフから判るように、非磁性金属層３２１として銅（Ｃｕ）を採用した場合、当該銅（Ｃｕ）の厚み寸法が５μｍのときに非磁性金属層３２１と感温金属層３２２とのトータルのジュール熱による発熱量が最大になることを確認することができた。しかも、厚み寸法が７．０μｍ以下の場合、感温金属層３２２単体の場合の発熱量に比べて、テストピース５３の発熱量の方が多くなり、特に２．０〜６．０μｍの範囲内において発熱量の増加度合いが大きいことが確認された。このことは、定着ローラとして構成した場合に、銅からなる非磁性金属層３２１の厚み寸法を７．０μｍ以下とすることで、感温金属層３２２単体の場合よりも定着ローラの発熱量を増加させ得ることを意味している。以上の結果から、銅（Ｃｕ）の厚み寸法を少なくとも７．０μｍ以下、特に２．０〜６．０μｍの範囲内に設定することが望ましいということができる。

また、非磁性金属であるステンレススチール（ＳＵＳ３０４）についても同様の試験を行った。その結果を図９に示す。図９のグラフに示すように、非磁性金属層３２１としてステンレススチール（ＳＵＳ３０４）を採用した場合、当該ステンレススチールの厚み寸法が約２００μｍのときに非磁性金属層３２１と感温金属層３２２とのトータルのジュール熱による発熱量が最大になることを確認することができた。しかも、厚み寸法が３００μｍ以下の場合、感温金属層３２２単体の場合の発熱量に比べて、テストピース５３の発熱量の方が多くなり、特に９０〜２５７μｍの範囲内において発熱量の増加度合いが大きいことが確認された。

さらに、非磁性金属であるアルミニウム（Ａｌ）についても同様の試験を行った結果、アルミニウム（Ａｌ）の厚み寸法が略７μｍのときに非磁性金属層３２１と感温金属層３２２とのトータルのジュール熱による発熱量が最大になることを確認することができた。しかも、厚み寸法が１１．０μｍ以下の場合、感温金属層３２２単体の場合の発熱量に比べて、テストピース５３の発熱量の方が多くなり、特に３．３〜９．５μｍの範囲内において発熱量の増加度合いが大きいことが確認された。

図１０は、第２実施形態の定着装置２０′の概略を説明するための説明図であり、（イ）は、定着装置２０′の断面視の正面図、（ロ）は、定着ベルト３７の拡大断面図である。まず、図１０の（イ）に示すように、第２実施形態の定着装置２０′においては、定着部材３０′がテンションローラ（一方の支持ローラ）３５と、下部でこのテンションローラ３５に対向配置された定着ローラ（他方の支持ローラ）３６と、これらテンションローラ３５と定着ローラ３６との間に張設された定着ベルト３７と、前記テンションローラ３５の上方位置で定着ベルト３７と対向配置された誘導コイル３４′とを備えて構成されている。定着装置２０′のその他の構成は第１実施形態のものと同様である。

前記テンションローラ３５は、テンションローラ軸３５１と、このテンションローラ軸３５１回りに同心で一体回転可能に形成された筒状の感温金属筒体３５２とからなっている。前記テンションローラ軸３５１は、図略の駆動モータの駆動で時計方向に向けて回転され、これによって感温金属筒体３５２がテンションローラ軸３５１と一体回転するようになっている。本実施形態においては、感温金属筒体３５２として厚み寸法が０．１ｍｍに設定された鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）との合金が採用されている。

前記定着ローラ３６は、前記テンションローラ軸３５１と同一方向に向けて平行に配された定着ローラ軸３６１と、この定着ローラ軸３６１の周面に同心で一体的に形成された定着ローラ本体３６２とからなっている。定着ローラ本体３６２は、本実施形態においては、シリコンゴムの発泡体からなる、いわゆるシリコンスポンジが採用され、これによって定着ローラ本体３６２が定着ベルト３７を介し加圧ローラ４２に押圧当接された状態で当該定着ローラ本体３６２が径方向に向けて圧縮弾性変形するようになっている。

前記定着ベルト３７は、図１０の（ロ）に示すように、内面側に形成された非磁性金属からなる金属層３８と、この金属層３８の外面側に積層された樹脂層３９とを備えて構成されている。前記金属層３８は、本実施形態においては、厚み寸法が５μｍに設定された銅（Ｃｕ）によって形成されている。

前記樹脂層３９は、前記金属層３８を支持するＰＩ（ポリイミド）製の支持層３９１と、第１実施形態の弾性層３３１と同様の機能を有し、かつ、同様の厚み寸法（１００μｍ）に設定されたシリコンゴム製の弾性層３９２と、第１実施形態の剥離層３３２と同様の機能を有し、かつ、同様の厚み寸法（５０μｍ）に設定されたＰＦＡ製の剥離層３９３とからなっている。前記金属層３８は、前記支持層３９１の内面側に蒸着処理が施されることによって形成されている。

このように構成された第２実施形態の定着装置２０′によれば、定着ベルト３７がテンションローラ３５の駆動回転により当該テンションローラ３５と定着ローラ３６との間で周回されている状態で、誘導コイル３４′からの磁束が定着ベルト３７の表面側に供給されることにより、当該磁束が金属層３８を透過することによってジュール熱で加熱され、同時に感温金属筒体３５２が渦電流の励起によるジュール熱で速やかにキュリー温度にまで加熱される。

従って、この状態で用紙Ｐがニップ部Ｎに供給されると、当該用紙Ｐは、定着ローラ本体３６２が圧縮弾性変形した状態で周回している定着ベルト３７と加圧ローラ４２との間で押圧挟持されつつ図１０における左方に向けて移動させられ、この移動中に用紙Ｐに対し定着ベルト３７からの加熱による定着処理が施される。

そして、感温金属筒体３５２の温度がキュリー温度を越えると、感温金属筒体３５２の磁気の浸透深さσが深くなるため、その分過加熱が防止される、もしくは高周波電源の負荷検出回路により誘導コイル３４′への電力の供給が遮断されるため、定着ベルト３７の過加熱が防止される。感温金属筒体３５２がキュリー温度以下になると、高周波電源の電力供給遮断が解除され、これによって当該感温金属筒体３５２が再び誘導加熱されるため、以後、定着ベルト３７の温度は、キュリー温度を境にして許容範囲内で上下にばらつきながら推移することになる。

そして、第２実施形態においては、定着ベルト３７に機械的な強度が要求されないため、金属層３８を極限の薄さ（５ミクロン）にまで薄くすることが可能になる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。

（１）上記の実施形態においては、画像液製装置としてプリンタ１０が採用されているが、本発明は、画像形成装置がプリンタ１０であることに限定されるものではなく、スキャナーによって読み取った画像情報に基づくトナー像を用紙Ｐに転写する複写機や、電送されてきた画像情報に基づくトナー像を用紙Ｐに転写するファクシミリ装置であってもよい。

（２）上記の第２実施形態において、テンションローラ３５に感温金属筒体３５２を設ける代わりに金属層３８の内面側に感温金属を積層して定着ベルト３７側に感温金属層を設けるようにしてもよい。こうすることによって、定着ベルト３７の強度を向上させることが可能になる。

プリンタの一実施形態を示すその内部構造の概要を説明するための正面断面視の説明図である。 定着装置の第１実施形態を示す一部切り欠き斜視概略図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の作用を説明するための模式化した定着部材の正面断面視の説明図であり、（イ）は、加熱層の温度がキュリー温度未満の状態、（ロ）は、加熱層の温度がキュリー温度以上の状態をそれぞれ示している。 誘導加熱電源周波数が３０ｋＨｚの場合の定着ローラの加熱層を構成する各種材料の厚み寸法と渦電流負荷との関係を示す両対数グラフである。 試験装置の概要を説明するための説明図である。 銅からなる非磁性金属層の厚み寸法と、キュリー温度以下の場合における非磁性金属層および感温金属層からなる加熱層のジュール発熱量との関係を示すグラフである。 ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）からなる非磁性金属層の厚み寸法と、キュリー温度以下の場合における非磁性金属層および感温金属層からなる加熱層のジュール発熱量との関係を示すグラフである。 第２実施形態の定着装置の概略を説明するための説明図であり、（イ）は、定着装置の断面視の正面図、（ロ）は、定着ベルトの拡大断面図である。 従来の定着ローラの誘導加熱を説明するための説明図であり、（イ）は、定着ローラがキュリー温度未満の場合、（ロ）は、定着ローラがキュリー温度以上の場合をそれぞれ示している。

符号の説明

１０ プリンタ（画像形成装置）
１１ 装置本体 １２ 用紙貯留部
１２１ 用紙カセット １２２ ピックアップローラ
１２３ 給紙搬送路 １２４ レジストローラ対
１３ 画像形成部 １３１ 感光体ドラム
１３２ 帯電器 １３３ 露光装置
１３４ 現像装置 １３５ 転写器
１３６ クリーニング装置 １４ 定着部
１５ 排紙部 １５１ 排紙トレイ
２０，２０′ 定着装置 ２１ 筐体
３０，３０′ 定着部材 ３１０ 筒心
３１ 定着ローラ ３２ 金属層
３２１ 非磁性金属層 ３２２ 感温金属層
３３ 樹脂層 ３３１ 弾性層
３３２ 剥離層 ３４，３４′ 誘導コイル
３５ テンションローラ（一方の支持ローラ）
３５１ テンションローラ軸 ３５２ 感温金属筒体
３６ 定着ローラ（他方の支持ローラ）
３６１ 定着ローラ軸 ３６２ 定着ローラ本体
３７ 定着ベルト ３８ 金属層
３９ 樹脂層 ３９１ 支持層
３９２ 弾性層 ３９３ 剥離層
４０ 加圧部材 ４１ 加圧ローラ軸
４２ 加圧ローラ ５０ 試験装置
５１ 誘導加熱用電源 ５１１ 負荷検出回路
５２ 誘導加熱コイル ５３ テストピース
５３１ 感温金属層 ５３２ 非磁性金属層
Ｎ ニップ部 Ｐ 用紙

Claims (7)

1. 転写されたトナー像を被転写材に熱処理で定着させる定着部材と、この定着部材に当接して被転写材を通過させるニップ部を形成する加圧部材とを備えてなる定着装置であって、
   前記定着部材は、表面側に被転写材が当接される筒状の金属層と、この金属層に向けて磁気を供給して誘導加熱する誘導コイルとを備え、
   前記金属層は、前記誘導コイル側に形成された非磁性金属からなる非磁性金属層と、この非磁性金属層に積層された感温金属からなる感温金属層とからなり、
   前記非磁性金属層は、当該定着部材から発せられる発熱量が前記感温金属層単体における発熱量よりも大きくなるように厚み寸法が設定されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記非磁性金属層は、非磁性金属である銅によって形成され、かつ、厚み寸法が７．０μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記非磁性金属層は、非磁性金属であるアルミニウムによって形成され、かつ、厚み寸法が１１．０μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
4. 前記非磁性金属層は、非磁性金属である非磁性ステンレススチールによって形成され、かつ、厚み寸法が３００μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
5. 前記感温金属層は、感温金属単体の渦電流負荷が０．００３Ω以下となるように厚み寸法が設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記感温金属層は、感温金属である鉄とニッケルとの合金によって形成され、かつ、厚み寸法が２００μｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記感温金属層は、前記感温金属のキュリー温度が定着部材の過昇温を防止し得る温度に設定されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の定着装置。

Images