JP2008191259A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材における記録媒体の通過領域と非通過領域の温度差が低減される定着装置及び画像形成装置を得る。
【解決手段】定着ベルト１０２は、励磁コイル１１０で発生する磁界により電磁誘導され発熱する発熱層１２８と、定着設定温度以上で且つ発熱層１２８の耐熱温度以下であるキュリー温度（１８０℃）を有する感温層１３０とを備えている。小サイズの記録用紙Ｐが連続通紙され定着が行われると、記録用紙Ｐの非通過領域では定着ベルト１０２の温度が上昇する。ここで、記録用紙Ｐの非通過領域における定着ベルト１０２表面の温度が定着設定温度１７０℃よりも高く、且つ透磁率変化開始温度１８０℃を超えた場合、定着ベルト１０２内の感温層１３０が常磁性体となり、磁界Ｈの磁束密度が減少し、発熱層１２８の発熱量が低減される。これにより、記録媒体Ｐの非通過領域における温度上昇が低減される。
【選択図】図４

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

従来、熱源として、通電により磁界を発生するコイルと、磁界の電磁誘導により渦電流が生じて発熱する発熱体とを用いた電磁誘導発熱方式の定着装置がある。

電磁誘導発熱方式を用いた定着装置の第１例として、所定のキュリー温度を有する感温磁性材料で構成され、励磁コイルで発生する磁界の電磁誘導作用で発熱する発熱ローラと、定着ローラとでベルトを懸架し、発熱ローラ内に回転移動可能な導電性部材を配置した定着装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の定着装置は、発熱ローラの昇温時には導電性部材を励磁コイルと対向しない位置に移動させ、所定の温度まで上昇したら、導電性部材を励磁コイルと対向する位置に移動させて、特に非通紙部における発熱ローラの温度上昇を防いでいる。

また、電磁誘導発熱方式を用いた定着装置の第２例として、加圧ロール内に配置された誘導加熱コイルと、所定のキュリー温度となるように形成された定着ロールとしての感温磁性パイプと、感温磁性パイプの内部に非接触状態で配置された非磁性材料を有する定着装置がある（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２の定着装置は、感温磁性パイプの温度がキュリー温度より低い場合は、感温磁性パイプに誘導電流が流れて発熱するが、キュリー温度より高い場合は、感温磁性パイプが非磁性体となって磁束が通過し、非磁性材料に誘導電流が流れて温度上昇が止まる。
特許３５２７４４２ 特開２０００−０３０８５０

本発明は、定着部材における記録媒体の通過領域と非通過領域の温度差が低減される定着装置及び画像形成装置を得ることを目的とする。

本発明の請求項１に係る定着装置は、磁界を発生する磁界発生手段と、前記磁界発生手段と対向配置され、前記磁界の電磁誘導により発熱する発熱層と、定着設定温度以上で且つ前記定着部材の耐熱温度以下の温度領域に透磁率が連続的に低下し始める透磁率変化開始温度を有し、前記磁界発生手段と反対側の前記発熱層面に接する感温層と、を有する無端状の定着部材と、前記定着部材の内側へ配置された支持体と、前記定着部材を前記支持体へ加圧する加圧回転体と、を備えたことを特徴としている。ここで、透磁率変化開始温度とは、図６の模式図に示すように、透磁率（ＪＩＳ Ｃ２５３１で測定）が連続的に低下し始める温度であり、磁界の磁束の貫通量が変化し始める点をいう。

本発明の請求項２に係る定着装置は、前記定着部材の内側に、前記磁界の磁束を誘導する非磁性体からなる誘導部材を前記定着部材と非接触で設けたことを特徴としている。

本発明の請求項３に係る定着装置は、前記誘導部材が、前記支持体を支持することを特徴としている。

本発明の請求項４に係る定着装置は、前記加圧回転体との接触部の前記定着部材に、凹部と前記凹部の両側に凸部を形成したことを特徴としている。

本発明の請求項５に係る定着装置は、前記磁界発生手段が所定の周波数の電流を流す通電手段を有し、前記周波数が２０ｋＨｚ以上、前記感温層の抵抗値が７０×１０^−８Ωｍ以上、及び前記感温層の比透磁率が９００以上であることを特徴としている。

本発明の請求項６に係る画像形成装置は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の定着装置と、前記定着装置の前記定着部材の温度を検知する検知手段と、前記検知手段で得られた温度が所定の温度となるように前記磁界発生手段を制御する制御手段と、を有することを特徴としている。

請求項１の発明は、感温層を有していない場合に比較して、定着部材における記録媒体の通過領域と非通過領域の温度差が低減される定着装置を得ることができる。

請求項２の発明は、本構成を有していない場合に比較して、定着部材の過剰な発熱を抑えることができる。

請求項３の発明は、誘導部材が支持体を支持しない場合に比較して、定着装置の小型化が可能となる。

請求項４の発明は、加圧回転体との接触部の定着部材に凹凸がない場合に比較して、用紙の定着部材からの剥離性が向上する。

請求項５の発明は、本構成を有していない場合に比較して、定着部材の温度が上昇開始から定着可能な温度になるまでの時間を短縮できる。

請求項６の発明は、小サイズの記録媒体と大サイズの記録媒体を混在して連続定着しても、定着部材における記録媒体の通過領域と非通過領域の温度差が低減される画像形成装置を得ることができる。

本発明の定着装置及び画像形成装置の実施形態を図面に基づき説明する。

図１には、画像形成装置としてのプリンタ１０が示されている。

プリンタ１０において、プリンタ１０の本体を構成する筐体１２に光走査装置５４が固定されており、光走査装置５４に隣接する位置に、光走査装置５４及びプリンタ１０の各部の動作を制御する制御ユニット５０が設けられている。

光走査装置５４は、図示しない光源から出射された光ビームを回転多面鏡（ポリゴンミラー）で走査し、反射ミラー等の複数の光学部品で反射して、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及び ブラック（Ｋ）の各トナーに対応した光ビーム６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋを出射するようになっている。

光ビーム６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋは、それぞれ対応する各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに導かれる。

プリンタ１０の下方側には、記録用紙Ｐを収納する用紙トレイ１４が設けられている。用紙トレイ１４の上方には、記録用紙Ｐの先端部位置を調整する一対のレジストローラ１６が設けられている。

プリンタ１０の中央部には、画像形成ユニット１８が設けられている。画像形成ユニット１８は、前述の４つの感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを備えており、これらが上下一列に並んでいる。

感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの回転方向上流側には、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの表面を帯電する帯電ローラ２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋが設けられている。

また、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの回転方向下流側には、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各トナーをそれぞれ感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ上に現像する現像器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋが設けられている。

一方、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍには第１中間転写体２６が接触し、感光体ドラム２０Ｃ、２０Ｋには第２中間転写体２８が接触している。そして、第１中間転写体２６、第２中間転写体２８には第３中間転写体３０が接触している。

第３中間転写体３０と対向する位置には、転写ロール３２が設けられている。転写ロール３２と第３中間転写体３０との間を記録用紙Ｐが搬送され、第３中間転写体３０上のトナー画像を記録用紙Ｐに転写させる。

記録用紙Ｐが搬送される用紙搬送路３４の下流には、定着装置１００が設けられている。定着装置１００は、定着ベルト１０２と加圧ロール１０４を有しており、記録用紙Ｐを加熱・加圧してトナー画像を記録用紙Ｐ上に定着させる。

トナー画像が定着された記録用紙Ｐは、用紙搬送ロール３６でプリンタ１０の上部に設けられたトレイ３８に排出される。

ここで、プリンタ１０の画像形成について説明する。

画像形成が開始されると、各感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｋの表面が帯電ローラ２２Ｙ〜２２Ｋによって一様に帯電される。

光走査装置５４から出力画像に対応した光ビーム６０Ｙ〜６０Ｋが、帯電後の感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｋの表面に照射され、感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｋ上に各色分解画像に応じた静電潜像が形成される。

この静電潜像に対して、現像装置２４Ｙ〜２４Ｋが選択的に各色、すなわちＹ〜Ｋのトナーを付与し、感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｋ上にＹ〜Ｋ色のトナー画像が形成される。

その後、マゼンタ用の感光体ドラム２０Ｍから第１中間転写体２６にマゼンタのトナー画像が一次転写される。また、イエロー用の感光体ドラム２０Ｙから第１中間転写体２６にイエローのトナー画像が一次転写され、第１中間転写体２６上で前記マゼンタのトナー画像に重ね合わされる。

一方、同様にブラック用の感光体ドラム２０Ｋから第２中間転写体２８にブラックのトナー画像が一次転写される。また、シアン用の感光体ドラム２０Ｃから第２中間転写体２８にシアンのトナー画像が一次転写され、第２中間転写体２８上で前記ブラックのトナー画像に重ね合わされる。

第１中間転写体２６へ一次転写されたマゼンタとイエローのトナー画像は、第３中間転写体３０へ二次転写される。一方、第２中間転写体２８へ一次転写されたブラックとシアンのトナー画像も、第３中間転写体３０へ二次転写される。

ここで先に二次転写されているマゼンタ 、イエローのトナー画像と、シアンおよびブラックのトナー画像とが重ね合わされ、カラー（３色）とブラックのフルカラートナー画像が第３中間転写体３０上に形成される。

二次転写されたフルカラートナー画像は、第３中間転写体３０と転写ロール３２との間のニップ部に達する。そのタイミングに同期して、レジストロール１６から記録用紙Ｐが当該ニップ部分に搬送され、記録用紙Ｐ上にフルカラートナー画像が三次転写（最終転写）される。

この記録用紙Ｐは、その後、定着装置１００に送られ、定着ベルト１０２と加圧ロール１０４とのニップ部を通過する。その際、定着ベルト１０２と加圧ロール１０４とから与えられる熱と圧力との作用により、フルカラートナー画像が記録用紙Ｐに定着する。定着後、記録用紙Ｐは用紙搬送ロール３６によりトレイ３８に排出され、記録用紙Ｐへのフルカラー画像形成が終了する。

次に、本実施形態に係る定着装置１００について説明する。

図２ａに示すように、定着装置１００は、記録用紙Ｐの進入又は排出を行うための開口が形成された筐体１２０を備えている。

筐体１２０の内部には、矢印Ｄ方向へ回転する無端状の定着ベルト１０２が設けられている。定着ベルト１０２の両端部には図示しないギヤが接着されている。

定着ベルト１０２の外周面と対向する位置には、絶縁性の材料で構成されたボビン１０８が配置されている。ボビン１０８と定着ベルト１０２との間隔は１〜３ｍｍ程度となっている。ボビン１０８は、定着ベルト１０２の外周面に倣った略円弧状に形成されており、凸部１０８Ａが突設されている。

ボビン１０８には、励磁コイル１１０が、凸部１０８Ａを中心として軸方向（図２ａの紙面奥行き方向）に複数回巻き回されている。

励磁コイル１１０と対向する位置には、ボビン１０８の円弧状に倣って略円弧状に形成された磁性体コア１１２が配置され、ボビン１０８に支持されている。

定着ベルト１０２の内側には、定着ベルト１０２と非接触で誘導体１１４が設けられている。誘導体１１４と定着ベルト１０２との間は１．０〜１．５ｍｍ離れている。

誘導体１１４は、非磁性体であるアルミニウムからなり、定着ベルト１０２と対向する円弧部１１４Ａと、円弧部１１４Ａと一体で形成される柱部１１４Ｂとで構成され、両端が定着装置１００の図示しない筐体に固定されている。また、誘導体１１４の円弧部１１４Ａは、定着ベルト１０２を磁界Ｈの磁束が貫通した場合に、磁界Ｈの磁束を誘導する位置に予め配置されている。

誘導体１１４の柱部１１４Ｂの端面には、定着ベルト１０２を所定の圧力で外側に向けて押圧するための押圧パッド１１６が固定され支持されている。これにより、誘導体１１４と押圧パッド１１６をそれぞれ支持する部材を設ける必要がなく、定着装置１００の小型化が可能となっている。

押圧パッド１１６は、ウレタンゴム又はスポンジ等の弾性を有する部材で構成され、一端面が定着ベルト１０２の内周面と接触して定着ベルト１０２を押圧している。

一方、定着ベルト１０２の外周面と対向する位置には、定着ベルト１０２を押圧パッド１１６に向けて加圧するとともに、図示しないモータ及びギアからなる駆動機構により矢印Ｅ方向に回転する加圧ロール１０４が配置されている。

加圧ロール１０４は、アルミニウム等の金属からなる芯金１０６の周囲に、シリコンゴム及びＰＦＡが被覆された構成となっている。また、加圧ロール１０４は、図示しないソレノイド等の電磁スイッチ、又はカム機構を用いて矢印Ａ、Ｂ方向に移動可能となっており、矢印Ａ方向に移動したときは定着ベルト１０２の外周面と接触して加圧し、矢印Ｂ方向に移動したときは定着ベルト１０２の外周面から離間するようになっている。

ここで、加圧ロール１０４が定着ベルト１０２を押圧パッド１１６側に加圧すると、定着ベルト１０２と加圧ロール１０４の接触部（ニップ部）において、定着ベルト１０２に凹部１０３が形成され、凹部１０３の両側に凸部１０５が形成される。

このニップ部の形状は、トナーＴが載った記録用紙Ｐが通過するときに、定着ベルト１０２から記録用紙Ｐを剥離させる方向に湾曲した形状となっている。このため、矢印ＩＮ方向から搬送されてきた記録用紙Ｐは、それ自体の腰の強さでニップ部の形状に倣って矢印ＯＵＴ方向に排出される。

また、押圧パッド１１６は、定着ベルト１０２を加圧ロール１０４側に押圧するとともに定着ベルト１０２の内周面に倣って湾曲し、ニップ部の面積を広げている。

定着ベルト１０２の表面で、励磁コイル１１０と対向しない領域で且つ記録用紙Ｐの排出側の領域には、定着ベルト１０２表面の温度を測定するサーミスタ１１８が接触して設けられている。サーミスタ１１８の接触位置は、記録用紙Ｐのサイズの大小によって測定値が変わらないように、定着ベルトの軸方向（図２の紙面奥行き方向）の略中央部となっている。

サーミスタ１１８は、定着ベルト１０２表面から与えられる熱量に応じて抵抗値が変化することで、定着ベルト１０２表面の温度を計測する。

図３に示すように、サーミスタ１１８は、配線１３２を介して、前述の制御ユニット５０（図１参照）の内部に設けられた制御回路１３４に接続されている。また、制御回路１３４は、配線１３６を介して通電回路１３８に接続されており、通電回路１３８は、配線１４０、１４２を介して前述の励磁コイル１１０に接続されている。

ここで、制御回路１３４は、サーミスタ１１８から送られた電気量に基づいて定着ベルト１０２表面の温度を測定し、この測定温度と予め記憶させてある定着設定温度（本実施形態では１７０℃）と比較する。そして、測定温度が定着設定温度よりも低い場合は、通電回路１３８を駆動して励磁コイル１１０に通電し、磁気回路としての磁界Ｈ（図２ａ参照）を発生させる。一方、測定温度が定着設定温度よりも高い場合は、通電回路１３８を停止するようになっている。

通電回路１３８は、制御回路１３４から送られる電気信号に基づいて駆動又は駆動停止され、配線１４０、１４２を介して励磁コイル１１０に所定の周波数の交流電流を供給（矢印方向）又は供給停止するようになっている。

次に、定着ベルト１０２の構成について説明する。

定着ベルト１０２は、図２ｂに示すように、内側から外側に向けて感温層１３０、発熱層１２８、弾性層１２６、及び離型層１２４で構成されており、これらが積層され一体となっている。

感温層１３０は、定着ベルト１０２の強度を保持するための基層に位置しており、鉄、ニッケル、シリコン、ホウ素、ニオブ、銅、ジルコニウム、コバルト等の金属、又はこれらの合金で構成される金属軟磁性材料が用いられる。本実施形態では、感温層１３０として鉄−ニッケル合金を用いている。

また、感温層１３０は、発熱層１２８（あるいは定着ベルト１０２）の耐熱温度（熱による変形が始まる温度）以下で、定着装置１００の定着設定温度（定着ベルト１０２で必要とされる定着温度）以上の温度領域に透磁率が連続的に低下し始める透磁率変化開始温度を有するものが用いられる。本実施形態では、耐熱温度２４０℃、定着設定温度１７０℃として、透磁率変化開始温度が１８０℃程度のＦｅ−Ｎｉ合金を用いている。

さらに、感温層１３０は、透磁率変化開始温度より低い温度では強磁性体となり、前述の磁界Ｈ（図２ａ参照）を侵入させる。また、透磁率変化開始温度より高い温度では、磁界Ｈの磁束貫通量が多くなるようになっている。

ここで、図４ａは、感温層１３０の温度が感温層１３０の透磁率変化開始温度以下の場合を表しており、図４ｂは、感温層１３０の温度が感温層１３０の透磁率変化開始温度以上の場合を表している。

図４ａに示すように、感温層１３０の温度が透磁率変化開始温度以下の場合は、感温層１３０が強磁性体であるため、発熱層１２８を貫通した磁界Ｈ１は、感温層１３０に侵入して閉磁路を形成し、磁界Ｈ１を強める。これにより、発熱層１２８の発熱量を十分得られる。

一方、図４ｂに示すように、感温層１３０の温度が透磁率変化開始温度以上の場合は、磁界Ｈ２は感温層１３０を貫通して磁界Ｈ２が弱まる。

磁界Ｈ２は、感温層１３０を貫通した後、さらに誘導体１１４に向かう。磁界Ｈ２は、誘導体１１４に誘導されるものの、誘導体１１４が非磁性体で磁界Ｈ２が貫通されるので、閉磁路を形成しにくくなり、結果的に磁界Ｈ２がさらに弱まって、発熱層１２８の発熱量が低減される。

なお、誘導体１１４の表面では一部の磁束によって渦電流が生じ、発熱する場合もあるが、定着ベルト１０２と非接触のため、定着ベルト１０２の温度を上昇させることはない。

ここで、感温層１３０の厚さ、透磁率の設計方法について説明する。

感温層１３０は、定着装置１００のウォームアップ時間短縮、定着ベルト１０２の可撓性、及び感温機能（透磁率変化開始温度を境にして磁束の貫通する程度が変化する機能）の発現のために要求される必要な厚さが存在する。

定着装置１００のウォームアップ時間については、使用者の利便性と省エネルギーの観点から１０秒以下にすることが要求されてきている。

ここで、１０秒以下のウォームアップ時間を実現するために必要な定着ベルト１０２の熱容量を求めることにした。

熱容量２０Ｊ／Ｋ、７５Ｊ／Ｋの２種類の定着ベルトを用いて、電力１．５ＫＶＡ以内においてそれぞれのウォームアップ時間を測定したところ、それぞれ７秒、３０秒となった。この熱容量とウォームアップ時間との関係式から近似式を求め、ウォームアップ時間が１０秒となる定着ベルトの熱容量を求めたところ、熱容量は２７．１Ｊ／Ｋ以下にする必要があることが分かった。

定着ベルト１０２の発熱層１２８を厚さ１０〜１５μｍの銅、弾性層１２６を厚さ２００μｍのシリコンゴム、及び離型層１２４を厚さ３０μｍのＰＦＡとした場合、定着ベルト１０２の熱容量を２７．１Ｊ／Ｋ以下にするためには、鉄−ニッケル合金からなる感温層１３０を厚さ１００μｍ以下にする必要があることが分かった。

次に、定着ベルト１０２の可撓性の評価結果について説明する。

定着ベルト１０２の可撓性評価は、定着ベルト１０２と加圧ロール１０４の接触部（ニップ部）において、定着ベルト１０２に凹部１０３（図２参照）が形成され、凹部１０３の両側に凸部（図２参照）が形成される時に、定着ベルトに生じる歪みを測定して評価する。この歪みが小さすぎると記録用紙Ｐの剥離性能が十分に確保できない。

歪み測定は、定着ベルト１０２のニップ部内でのベルト変形による外周表面歪みを測定することにより行われる。凹部１０３では圧縮歪み、凸部１０５では引っ張り歪みが定着ベルト１０２に発生する。

歪み測定の一例としては、歪みゲージ（共和電業製）をフレキシブルシートに接着したセンサーにより、外力を与えない状態の定着ベルト１０２の曲率を基準にして凹部１０３と凸部１０５の歪みを測定する。

歪み測定の判定は、定着ベルト１０２のニップ部内の軸方向すべてに亘って引っ張り歪み≧０．２％、圧縮≧０．２％となれば○、ニップ部内の軸方向の一部でこの条件を満たさない箇所がある場合は△、ニップ部内の軸方向すべてでこの条件を満たさない場合は×として行う。

このようにして、定着ベルト１０２内の感温層１３０の厚さを変えながら歪み測定を行ったところ、２００μｍ及び１８０μｍで×、１５０μｍ及び１２５μｍで△、１００μｍ及び７５μｍで○であった。

以上の検討結果により、感温層１３０の厚さは１００μｍ以下にすると軸方向すべてに亘って所望の定着ベルトのひずみを得られる。。

ここで、感温層１３０の厚さを１００μｍ以下とするとき、感温機能が発現するためには、磁界が侵入できる深さを示す表皮深さδを１００μｍ以下にする必要がある。

表皮深さδは（１）式で与えられる。

（１）式において、ρは固有抵抗、ｆは周波数、μｒは比透磁率（室温）である。

いま、ρ≧７０×１０^−８Ωｍ、ｆ≧２０ｋＨｚを必要条件として、（１）式に基づいてδ≦１００μｍとなる比透磁率を求めると、少なくとも比透磁率μｒ≧９００が必要となる。なお、固有抵抗ρはＪＩＳ Ｋ６９１１の方法で求められる。

以上をふまえて、本実施形態における感温層の厚さは５５μｍとしている。

一方、発熱層１２８は、前述の磁界Ｈ（図２ａ参照）を打ち消す磁界を生成するように渦電流が流れる電磁誘導作用により発熱する金属材料である。また、磁束を貫通させるために表皮深さよりも薄く構成される必要がある。用いられる金属材料としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛、ビスマス、ベリリウム、アンチモン、又はこれらの合金の金属材料を用いることができる。本実施形態では、固有抵抗を２．７×１０−８Ωｃｍ以下に小さくして必要な発熱量を効率よく得ること、及び低コストの観点から、発熱層１２８として銅を用いている。

また、発熱層１２８の厚さは、定着装置１００のウォームアップ時間を短くするためにもできるだけ薄くした方がよく、このため、本実施形態では発熱層１２８の厚さを１０μｍとしている。

弾性層１２６は、優れた弾性と耐熱性が得られる等の観点から、シリコン系ゴム、又はフッ素系ゴムが用いられ、本実施形態ではシリコンゴムを用いている。本実施形態では、弾性層１２６の厚さを２００μｍとしている。

離型層１２４は、記録用紙Ｐ上で溶融されたトナーＴ（図２ａ参照）との接着力を弱めて、記録用紙Ｐを定着ベルト１０２から剥離し易くするために設けられる。優れた表面離型性を得るためには、離型層１２４として、フッ素樹脂、シリコン樹脂、又はポリイミド樹脂を用いることが用いられ、本実施形態では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樹脂）を用いている。離型層１２４の厚さは３０μｍとしている。

次に、本発明の実施形態の作用について説明する。

図１〜図３に示すように、前述のプリンタ１０の画像形成工程を経て、トナーＴが転写された記録用紙Ｐが定着装置１００に送られる。

定着装置１００において、前述の制御ユニット５０の制御により、定着ベルト１０２表面の温度が定着設定温度に到達するまでは、加圧ロール１０４が定着ベルト１０２表面から離間されており、定着ベルト１０２表面の温度が定着設定温度に到達すると、加圧ロール１０４が移動して定着ベルト１０２表面に接触する。

定着ベルト１０２表面の温度は、加圧ロール１０４との接触により一時的に低下するが、発熱層１２８が継続して発熱することで、定着設定温度に到達する。

このように、定着ベルト１０２の昇温時に加圧ロール１０４が接触しておらず、定着ベルト１０２単体で昇温できるので、定着ベルト１０２と加圧ロール１０４とが接触した状態で昇温するよりも、ウォームアップ時間を短くすることができる。

続いて、定着装置１００では、加圧ロール１０４が矢印Ｅ方向への回転駆動を開始し、定着ベルト１００がそれに従動して矢印Ｄ方向へ回転する。このとき、前述の制御回路１３４からの電気信号に基づいて通電回路１３８が駆動され、励磁コイル１１０に交流電流が供給される。

励磁コイル１１０に交流電流が供給されると、励磁コイル１１０の周囲に磁気回路としての磁界Ｈ（図２ａ参照）が生成消滅を繰り返す。

そして、図４ａに示すように、磁界Ｈ１が定着ベルト１０２の発熱層１２８を横切ると、磁界Ｈ１の変化を妨げる磁界が生じるように発熱層１２８に渦電流（図示せず）が発生する。

発熱層１２８は、発熱層１２８の表皮抵抗、及び発熱層１２８を流れる渦電流の大きさに比例して発熱し、これによって定着ベルト１０２が加熱される。

定着ベルト１０２表面の温度は、図３に示すようにサーミスタ１１８で検知され、定着設定温度１７０℃に到達していない場合は、制御回路１３４が通電回路１３８を駆動制御して励磁コイル１１０に所定の周波数の交流電流を通電する。また、定着設定温度に到達している場合は、制御回路１３４が通電回路１３８の制御を停止する。

続いて、図２に示すように、定着装置１００に送り込まれた記録用紙Ｐは、発熱層１２８が発熱して所定の定着設定温度（１７０℃）となっている定着ベルト１０２と、加圧ロール１０４とによって加熱押圧され、トナー画像が記録用紙Ｐ表面に定着される。

記録用紙Ｐは、定着ベルト１０２と加圧ロール１０４との間のニップ部から送り出されるとき、それ自体の剛性によってニップ部に沿った方向に直進しようとするため、定着ベルト１０２から剥離される。

定着装置１００から排出された記録用紙Ｐは、用紙搬送ロール３６によりトレイ３８に排出される。

ここで、小サイズの記録用紙Ｐを連続して通紙して定着を行い、続いて大サイズの記録用紙を通紙する場合について説明する。

図５に示すように、定着ベルト１０２において、小サイズの記録用紙Ｐが通過する領域をＣ、大サイズの記録用紙Ｐが通過する領域をＢ＋Ｃ＋Ｄ、記録用紙Ｐが通過せず励磁コイル１１０（図２ａ参照）が配置されていない領域をＡ及びＥとする。また、感温層１３０（図２ａ参照）が無い、もしくは、感温層１３０の透磁率変化開始温度が１７０℃〜２４０℃に存在しない場合の定着ベルトの温度グラフをＧ１、本実施形態の定着ベルト１０２の温度グラフをＧ２とする。

まず、小サイズの記録用紙Ｐが連続して通紙され定着が行われると、定着ベルト１０２における記録用紙Ｐの通過領域Ｃでは、記録媒体Ｐに熱量が奪われて定着ベルト１０２の温度が定着設定温度（１７０℃）よりも低下する。

制御回路１３４（図３参照）は、サーミスタ１１８で検知された温度と定着設定温度の差に基づいて、定着ベルト１０２の温度を定着設定温度に近づけるように通電回路１３８を制御し、発熱層１２８が発熱する。これにより、定着ベルト１０２の温度が上昇する。

定着ベルト１０２における記録媒体Ｐの非通過領域Ｂ、Ｄ（Ａ、Ｅ含む）では、記録媒体に熱量が奪われることがないので、発熱層１２８の発熱によって温度がさらに上昇する。

ここで、感温層１３０（図２ａ参照）が無い、もしくは、感温層１３０の透磁率変化開始温度が１７０℃〜２４０℃に存在しない定着ベルトを用いている場合は、記録媒体Ｐの非通過領域Ｂ、Ｄにおける温度上昇を低減する手段を有していないため、グラフＧ１のように、定着ベルト１０２における記録媒体Ｐの通過領域Ｃと非通過領域Ｂ、Ｄの温度差が大きくなる。

記録媒体Ｐの通過領域Ｃと非通過領域Ｂ、Ｄの温度差が大きくなると、小サイズの記録用紙Ｐの後に大サイズの記録用紙Ｐを定着したときに、記録用紙Ｐの端部に過剰な熱量が与えられてしまい、トナーＴの一部が定着ベルト１０２側に残ってしまう、いわゆるホットオフセット現象となって、画像の定着むらが生じる。

一方、本実施形態の定着装置１００において、記録媒体Ｐの非通過領域Ｂ、Ｄで温度が上昇し、定着ベルト１０２表面の温度が定着設定温度１７０℃よりも高く、且つ透磁率変化開始温度１８０℃を超えた場合、前述の磁界Ｈの磁束は、感温層１３０を貫通するようになり、磁界Ｈの磁束密度が減少して電磁誘導による渦電流が減少し、記録媒体Ｐの非通過領域における発熱層１２８の発熱量が低減される。

これにより、定着ベルト１０２では、記録媒体Ｐの非通過領域Ｂ、Ｄにおける温度上昇が低減される。

また、定着ベルト１０２における記録媒体Ｐの通過領域Ｃでは、感温層１３０の温度が透磁率変化開始温度１８０℃に到達せず、強磁性体のままとなっているので、発熱層１２８の発熱量は低減されず、定着設定温度１７０℃まで温度上昇する。

このようにして、定着ベルト１０２における記録媒体Ｐの通過領域Ｃと非通過領域Ｂ、Ｄの温度差が低減され、温度分布がグラフＧ２のようになるので、小サイズの記録用紙Ｐの定着後に大サイズの記録用紙Ｐを定着しても、大サイズの記録用紙Ｐの端部で前述のホットオフセット現象が起こりにくく、定着むらを防ぐことができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。

プリンタ１０は、固体の現像剤を用いる乾式の電子写真方式だけでなく、液体現像剤を用いるものであってもよい。

定着ベルト１０２の温度の検知手段として、サーミスタ１１８の代わりに熱電対を用いてもよい。

サーミスタ１１８の取付け位置は、定着ベルト１０２の表面に限定されず、定着ベルト１０２の内周面に取付けてもよい。この場合、定着ベルト１０２の表面が摩耗しにくくなる。また、サーミスタ１１８は、加圧ロール１０４の表面に取付けてもよい。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体図である。 （ａ）本発明の実施形態に係る定着装置の断面図である。（ｂ）本発明の実施形態に係る定着ベルトの断面図である。 本発明の実施形態に係る制御回路及び通電回路の接続図である。 本発明の実施形態に係る定着ベルトを磁界が貫通する状態を示した模式図である。 本発明の実施形態に係る定着ベルトの温度分布を示したグラフである。 透磁率と温度の関係を示した模式図である。

符号の説明

１０ プリンタ（画像形成装置）
１００ 定着装置（定着装置）
１０２ 定着ベルト（定着部材）
１０３ 凹部（凹部）
１０４ 加圧ロール（加圧回転体）
１０５ 凸部（凸部）
１１０ 励磁コイル（磁界発生手段）
１１４ 誘導体（誘導部材）
１１６ 押圧パッド（支持体）
１１８ サーミスタ（検知手段）
１２８ 発熱層（発熱層）
１３０ 感温層（感温層）
１３４ 制御回路（制御手段）
１３８ 通電回路（通電手段）
１４６ 発熱層（発熱層）
１４８ 定着ベルト（定着部材）
Ｈ 磁界
Ｐ 記録用紙（記録媒体）
Ｔ トナー（現像剤）

Claims (6)

1. 磁界を発生する磁界発生手段と、
   前記磁界発生手段と対向配置され、前記磁界の電磁誘導により発熱する発熱層と、定着設定温度以上で且つ前記定着部材の耐熱温度以下の温度領域に透磁率が連続的に低下し始める透磁率変化開始温度を有し、前記磁界発生手段と反対側の前記発熱層面に接する感温層と、を有する無端状の定着部材と、
   前記定着部材の内側へ配置された支持体と、
   前記定着部材を前記支持体へ加圧する加圧回転体と、
   を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記定着部材の内側に、前記磁界の磁束を誘導する非磁性体からなる誘導部材を前記定着部材と非接触で設けたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記誘導部材が、前記支持体を支持することを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記加圧回転体との接触部の前記定着部材に、凹部と前記凹部の両側に凸部を形成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記磁界発生手段が所定の周波数の電流を流す通電手段を有し、前記周波数が２０ｋＨｚ以上、前記感温層の抵抗値が７０×１０^−８Ωｍ以上、及び前記感温層の比透磁率が９００以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の定着装置と、
   前記定着装置の前記定着部材の温度を検知する検知手段と、
   前記検知手段で得られた温度が所定の温度となるように前記磁界発生手段を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

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