JP2009003301A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立ち上げ時間が極めて短く、自己温度制御性が高く、定着ベルトの走行方向の温度低下が少ない、電磁誘導加熱方式の定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナー像を加熱・溶融する定着ベルト２２と、定着ベルト２２を張架する複数のローラ部材２１、２３と、定着ベルト２２に圧接して記録媒体Ｐが搬送されるニップ部を形成する加圧部材３０と、複数のローラ部材のうち少なくとも２つのローラ部材２１、２３の内部にそれぞれ貫入するように巻回された励磁コイル２５と、を備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、電磁誘導加熱方式の定着装置と、それを備えた複写機、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、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、ローラ部材の内周面及び外周面に対向するようにループ状の励磁コイルを配設して、励磁コイルによってローラ部材を電磁誘導加熱することで定着ベルトを加熱する定着装置が知られている（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、定着ベルト、定着ベルトを張架する２つのローラ部材（支持ローラと定着補助ローラとである。）、支持ローラの内周面及び外周面に対向するように配設された励磁コイル（コイル）、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。支持ローラは、所定のキューリー点を有する材料で形成されている。

そして、定着ベルトは、ループ状の励磁コイルによって電磁誘導加熱された支持ローラによって加熱される。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、励磁コイルに高周波の交番電流を流すことで、支持ローラ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、立ち上げ時間が極めて短く、自己温度制御性が高く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抑止されるものとして知られている。

一方、特許文献２の図４等には、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置であって、定着ベルトを張架する２つのローラ部材の内部にそれぞれ貫入するようにコア部材を配設する技術が開示されている。

特開２００７−１７７２３号公報 特許３５５３８３０号公報

上述した特許文献１等の定着装置は、定着ベルトが支持ローラに巻装された位置で加熱される構成であるために、定着ベルト表面が支持ローラの位置からニップ部の位置に移動するまでにベルト温度が低下してしまう問題があった。特に、ニップ部では、定着ベルトの熱が、記録媒体に加えて、定着ベルトに圧接する加圧部材にも奪われるために、ニップ部における定着ベルトの温度低下が大きくなっていた。そして、このように定着ベルトのニップ部における温度（定着温度）が低下すると、定着工程において所望の定着性が得られなくなってしまう。
このような問題は、高速機（記録媒体を搬送する速度が速い画像形成装置である。）の場合には、記録媒体により奪われる熱が多量になるために、特に無視できないものになっていた。

一方、上述の特許文献２等の技術は、励磁コイルが一部に巻装されたコア部を、定着ベルトを張架する２つのローラ部材の内部にそれぞれ貫入するように配設したものである。したがって、励磁コイルによって形成される磁束は特許文献１等の定着装置のものと異なり、特許文献１等の定着装置に比べて発熱効率も低く、上述した問題を直接的に解決することはできない。

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、立ち上げ時間が極めて短く、自己温度制御性が高く、定着ベルトの走行方向の温度低下が少ない、電磁誘導加熱方式の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定着装置は、トナー像を加熱・溶融する定着ベルトと、前記定着ベルトを張架する複数のローラ部材と、前記定着ベルトに圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、前記複数のローラ部材のうち少なくとも２つのローラ部材の内部にそれぞれ貫入するように巻回された励磁コイルと、を備えたものである。

また、請求項２記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記励磁コイルが貫入された前記ローラ部材のうち少なくとも１つは、前記励磁コイルにより発生される磁束によって加熱される発熱層を備えたものである。

また、請求項３記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項２に記載の発明において、前記発熱層は、３５０℃以下のキューリー点を有す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定着装置は、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記励磁コイルは、周波数が１０ｋ〜１ＭＨｚの交番電流が印加されるものである。

また、請求項５記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記励磁コイルは、前記少なくとも２つのローラ部材の内周面にそれぞれ対向するように１回又は複数回巻回されたものである。

また、この発明の請求項６記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項５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、定着ベルトを張架する複数のローラ部材のうち少なくとも２つのローラ部材の内部にそれぞれ貫入するように励磁コイルを巻回するために、比較的簡易な構成で定着ベルトを複数箇所で加熱することができる。これにより、立ち上げ時間が極めて短く、自己温度制御性が高く、定着ベルトの走行方向の温度低下が少ない、電磁誘導加熱方式の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４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電磁誘導加熱方式の定着装置、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。
なお、図示は省略するが、プロセスカートリッジ４には、感光体ドラム１８、感光体ドラム１８上を帯電する帯電部、トナー（現像剤）が収容されていて感光体ドラム１８上に形成された静電潜像を現像する現像部、感光体ドラム１８上に残存する未転写トナーを除去するクリーニング部、等が一体的に設けられている。

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（ニップ部である。）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、定着補助ローラ２１（ローラ部材）、定着ベルト２２、支持ローラ２３（ローラ部材）、誘導加熱部２４（励磁コイル２５）、加圧ローラ３０（加圧部材）、サーミスタ３８、ガイド板３５、分離板３６、等で構成される。

定着補助ローラ２１は、芯金の表面に、ソリッド状又は発泡状のシリコーンゴム等の弾性層が形成された円筒状のローラ部材である。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、外径が３０ｍｍ程度であって、不図示の駆動装置によって図２の反時計方向に回転駆動される。定着補助ローラ２１の内部には、その内周面に対向するように、励磁コイル２５が貫入されている（図４をも参照できる。）。

ここで、定着補助ローラ２１の芯金は、キューリー点が３５０℃以下となる材料で形成され、励磁コイル２５によって電磁誘導加熱される発熱層として機能する。芯金の材料として、ニッケル、鉄、クロム、モリブデン、コバルト、バナジウム、銅、又は、それらの合金等の磁性導電性材料を用いることができる。本実施の形態１では、定着補助ローラ２１の芯金の材料として、キューリー点が３００℃（定着可能温度以上である。）となる整磁合金を用いている。具体的には、ニッケル、鉄、クロムの合金であって、各材料の添加量と加工条件とが調整されてキューリー点が３００℃に設定されている。
このように、３５０℃以下のキューリー点を有する芯金（発熱層）を定着補助ローラ２１に設けることで、定着ベルト２２を加熱する定着補助ローラ２１の加熱機能を維持しつつ、芯金が電磁誘導によって過昇温されるのを抑止することができる（自己温度制御性を高めることができる。）。

支持ローラ２３は、直径が２０ｍｍ、肉厚が０．６ｍｍの円筒状のローラ部材である。支持ローラ２３は、図２の反時計方向に回転する。支持ローラ２３の内部には、その内周面に対向するように、励磁コイル２５が貫入されている（図４をも参照できる。）。
支持ローラ２３は、キューリー点が３５０℃以下となる材料で形成され、励磁コイル２５によって電磁誘導加熱される発熱層（発熱部材）として機能する。支持ローラ２３の材料として、ニッケル、鉄、クロム、モリブデン、コバルト、バナジウム、銅、又は、それらの合金等の磁性導電性材料を用いることができる。本実施の形態１では、定着補助ローラ２１の芯金の材料として、キューリー点が３００℃（定着可能温度以上である。）となる整磁合金を用いている。具体的には、ニッケル、鉄、クロムの合金であって、各材料の添加量と加工条件とが調整されてキューリー点が３００℃に設定されている。
このように、３５０℃以下のキューリー点を有する材料で支持ローラ２３を形成することで、定着ベルト２２を加熱する支持ローラ２３の加熱機能を維持しつつ、支持ローラ２３が電磁誘導によって過昇温されるのを抑止することができる（自己温度制御性を高めることができる。）。

なお、本実施の形態１において、支持ローラ２３の発熱層上に補強層、弾性層、断熱層等を設けることもできる。
また、支持ローラ２３の発熱層を、複層構造とすることもできる。具体的には、上述した整磁合金層に加えて、銅、金、銀等の低体積抵抗層を設けることもできる。

以下、定着ベルト２２について詳述する。
図２を参照して、定着ベルト２２は、複数のローラ部材（支持ローラ２３と定着補助ローラ２１とである。）に張架・支持されている。
図３に示すように、定着ベルト２２は、基材２２ａ上に弾性層２２ｂ、離型層２２ｃ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、機械的強度、柔軟性、耐熱性を有する材料、例えば、ステンレス、ニッケル等の金属材料や、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、フッ素樹脂等の耐熱性樹脂材料で形成されている。基材２２ａとして金属材料を用いる場合には、定着ベルト２２の撓みを考慮して、その層厚を１００μｍ以下に設定することが好ましい。また、基材２２ａとして耐熱性樹脂材料を用いる場合には、熱容量及び強度の点から、その層厚を３０〜２００μｍに設定することが好ましい。

定着ベルト２２の弾性層２２ｂ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２２ｃ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上のトナー離型性や紙粉固着防止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〜２２ｃの間に、プライマ層等を設けることもできる。

図２及び図４を参照して、交番磁界を生成する誘導加熱部２４は、ループ状に形成された励磁コイル２５で構成される。
ここで、誘導加熱部２５（磁束発生手段）としての励磁コイル２５は、定着ベルト２２を張架する２つのローラ部材（定着補助ローラ２１と支持ローラ２３とである。）の内部にそれぞれ貫入するように巻回されている。具体的には、図４を参照して、２つのローラ部材２１、２３の内周面にそれぞれ対向するように、励磁コイル２５が巻回されている（本実施の形態１では、３回巻回されている。）。図４に示すように、励磁コイル２５は、定着補助ローラ２１及び支持ローラ２３の幅方向（回転軸方向）に平行に延設されている。励磁コイル２５の幅方向の両端部は定着補助ローラ２１側と支持ローラ２３側とを結ぶ折返し部になっていて、一端側には高周波電源部４０が接続されている。そして、高周波電源部４０から、１０ｋ〜１ＭＨｚ（好ましくは、２０ｋ〜３００ｋＨｚである。）の交番電流が励磁コイル２５に印加される。

ここで、励磁コイル２５は、表面に絶縁被膜を施した細い導線が複数撚り合わせて束ねられたリッツ線である。一般に、導線の径が小さいほど高周波交番電流を印加したときの損失が小さくなる反面、強度が低下して巻回による破断が生じ易くなる。そのため、コイルは、各導線の素線径を０．０５ｍｍ以上にすることが好ましい。また、各導線の素線径は、素線全域に電流が流れることを考慮して、コイルに印加される交番電流の周波数から算出される浸透深さの２倍以下にすることが好ましい。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（体積抵抗率）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。

また、コイルをリッツ線とする場合、その撚り本数が多ければ断面積が増えるために耐電流量が増加する反面、巻回するための柔軟性が低下するとともに、占有面積が増えてレイアウト上のデメリットとなる。これらのことを考慮して、本実施の形態１の励磁コイル２５は、素線径が０．１５ｍｍの導線を１５０本撚り合わせたものを用いている。

なお、本実施の形態１では、２つのローラ部材２１、２３の内周面にそれぞれ対向するように、励磁コイル２５を３回巻回したが、励磁コイル２５を１回（巻数１である。）だけ巻回してもよいし、励磁コイル２５を２回又は４回以上巻回してもよい。
なお、本実施の形態１では、励磁コイル２５をリッツ線で構成したが、励磁コイル２５を１本の導線で構成することもできる。
また、励磁コイル２５が定着補助ローラ２１及び支持ローラ２３の内周面に対向しない領域において漏れ磁場が形成されるのを抑止するために、コアを設置して磁路を整形したり、銅やアルミ等の非磁性低抵抗の導電体カバーを設置したりすることもできる。

図２を参照して、加圧ローラ３０は、アルミニウム、銅、ステンレス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、外径が３０ｍｍ程度であって、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、熱応答性の高いサーミスタ３８（感温素子）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、支持ローラ２３に巻装された位置と、定着補助ローラ２１に巻装された位置と、で２段階で加熱される。

詳しくは、高周波電源部４０から励磁コイル２５に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交番電流を流すことで、励磁コイル２５のループ内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や定着補助ローラ２１（芯金）の温度がキューリー点以下である場合に、励磁コイル２５のループ内に配設された支持ローラ２３と定着補助ローラ２１の芯金（発熱層）とにそれぞれ渦電流が生じて、支持ローラ２３及び定着補助ローラ２１（芯金）の電気抵抗によってそれぞれにジュール熱が発生して、支持ローラ２３及び定着補助ローラ２１がそれぞれ加熱される。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、発熱した定着補助ローラ２１から受ける熱と、によって加熱される。
なお、支持ローラ２３と定着補助ローラ２１（芯金）との発熱量の割合（配分）は、それぞれに用いる磁性金属材料の磁気特性（例えば、透磁率、飽和磁束密度、保磁力、キューリー点、等である。）や、支持ローラ２３や定着補助ローラ２１（芯金）の肉厚を調整することで可変できる。

支持ローラ２３の位置を通過した後の定着ベルト２２表面は、サーミスタ３８の位置を通過して、加圧ローラ３０との当接部（ニップ部である。）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、その後に再び支持ローラ２３の巻装位置に達する。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。
このように、本実施の形態１では、支持ローラ２３の位置で加熱された定着ベルト２２表面が、定着補助ローラ２１の位置で再び加熱されるために、定着ベルトの走行速度が低速であっても、支持ローラ２３の位置で加熱された定着ベルト２２表面がニップ部の位置に移動するまでにベルト温度が大きく低下してしまう不具合が抑止される。また、定着ベルトの走行速度が高速であって記録媒体により奪われる定着ベルト２２の熱が多量であっても、支持ローラ２３の位置に加えて定着補助ローラ２１の位置でも定着ベルト２２を積極的に加熱しているために、ニップ部でベルト温度が大きく低下してしまう不具合が抑止される。したがって、ニップ部における定着ベルト２２の大きな温度低下が生じることなく、定着工程において良好な定着性が得られることになる。
特に、本実施の形態１では、ループ状の励磁コイル２５からなる誘導加熱部２４を２箇所に設けるのではなく、１つの誘導加熱部２４によって２つのローラ部材（支持ローラ２３と定着補助ローラ２１とである。）を同時に加熱しているために、比較的簡易な構成で低コストで効率的にベルト温度の低下を抑止することができる。

他方、このような定着工程において、支持ローラ２３や定着補助ローラ２１（芯金）の温度がキューリー点を超えた場合には、支持ローラ２３や定着補助ローラ２１（芯金）の発熱がそれぞれ制限されることになる。
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や定着補助ローラ２１（芯金）の温度がキューリー点を超えた場合には、支持ローラ２３や定着補助ローラ２１（芯金）が磁性を失うために、それらの表面近傍での渦電流の発生が制限される。これにより、支持ローラ２３や定着補助ローラ２１（芯金）におけるジュール熱の発生量が低下して、過昇温が抑止される。

このような自己温度制御能力は、本実施の形態１のように、発熱部材２１、２３に対して励磁コイル２５をループ状に配設した場合、発熱部材２１、２３の発熱主面側（外周面側である。）のみに対向するように励磁コイル２５を配設した場合に比べて、特に高くなる。このような効果を示す実験例については、後で図６〜図８にて説明する。

以上説明したように、本実施の形態１では、定着ベルト２２を張架する２つのローラ部材２１、２３の内部にそれぞれ貫入するように励磁コイル２５を巻回するために、比較的簡易な構成で定着ベルト２２を複数箇所で加熱することができる。これにより、装置の立ち上げ時間が極めて短く、自己温度制御性が高く、定着ベルト２２の走行方向の温度低下を軽減することができる。

なお、本実施の形態１では、定着ベルト２２を２つのローラ部材２１、２３で張架した定着装置に対して本発明を適用したが、定着ベルト２２を３つ以上のローラ部材で張架した定着装置に対しても本発明を適用することができる。その場合も、定着ベルトを張架する複数のローラ部材のうち少なくとも２つのローラ部材の内部にそれぞれ貫入するように励磁コイルを配設することで、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では、加圧部材として加圧ローラ３０を用いた定着装置に対して本発明を適用したが、加圧部材として加圧ベルトや加圧パッドを用いた定着装置に対しても本発明を適用することができる。そして、その場合にも、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５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５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、励磁コイル２５の巻数を６回としている点と、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５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、励磁コイル２５の巻数を除き、前記実施の形態１のものと同様に構成され動作する。本実施の形態２における励磁コイル２５は、２つのローラ部材２１、２３の内周面にそれぞれ対向するように、６回巻回されている。

以上説明したように、本実施の形態２でも、前記実施の形態１と同様に、定着ベルト２２を張架する２つのローラ部材２１、２３の内部にそれぞれ貫入するように励磁コイル２５を巻回するために、比較的簡易な構成で定着ベルト２２を複数箇所で加熱することができる。これにより、装置の立ち上げ時間が極めて短く、自己温度制御性が高く、定着ベルト２２の走行方向の温度低下を軽減することができる。

実験例．
図６〜図８にて、発熱部材の表裏面を挟むように励磁コイルを離間して配設することによって発熱部材における自己温度制御能力が高まる効果を確認する実験例について説明する。
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、実験装置を示す概略図である。図６（Ａ）の実験装置は、発熱層３３を有するテストピース（前記各実施の形態の発熱部材２１、２３に相当するものである。）の表裏面を挟むように励磁コイル２５を離間させたものである（前記各実施の形態における定着装置の構成である。）。図６（Ｂ）の実験装置は、発熱層３３を有するテストピースの発熱主面に励磁コイル２５を対向させたものである（従来の定着装置の構成である。）。

すなわち、図６（Ａ）の実験装置と図６（Ｂ）の実験装置とは、励磁コイル２５の構成は同等であって、励磁コイル２５に対向するテストピースの向きのみが異なることになる。

ここで、テストピースは、発熱層３３のみのものと、発熱層３３上にアルミニウムからなる非磁性導電層３４を厚さ０．３ｍｍにて形成したものと、発熱層３３上にアルミニウムからなる非磁性導電層３４を厚さ０．８ｍｍにて形成したものと、の３種類を用意した。テストピースの発熱層３３は、表裏面の大きさが２５ｍｍ×５０ｍｍであって、厚さが０．２２ｍｍであって、キューリー温度が２４０℃の整磁合金からなる。テストピースの非磁性導電層３４も、表裏面の大きさを２５ｍｍ×５０ｍｍとした。

また、実験装置の励磁コイル２５には、高周波電源部４０から、電力が２００〜１２００Ｗであって、励磁周波数が３６ｋＨｚと１３０ｋＨｚとの２種類の交番電流が印加される。これによって、励磁コイル２５近傍には、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すような磁力線が形成される。

図７及び図８は、上述の実験装置を用いておこなった実験例の結果を示すグラフである。図７及び図８において、横軸は電磁誘導を開始してからの時間を示し、縦軸は発熱層３３上の温度を示す。
図７は図６（Ａ）の実験装置を用いたときの実験結果であり、図８は図６（Ｂ）の実験装置を用いたときの実験結果である。

図７（Ａ）は、高周波電源部４０から出力される交番電流の周波数を３６ｋＨｚとしたときの、時間と温度との関係を示すグラフである。図７（Ｂ）は、高周波電源部４０から出力される交番電流の周波数を１３０ｋＨｚとしたときの、時間と温度との関係を示すグラフである。また、図７において、実線Ｒ０は発熱層３３のみのテストピースを用いた場合であり、実線Ｒ１は発熱層３３上に厚さ０．３ｍｍの非磁性導電層３４を形成したテストピースを用いた場合であり、実線Ｒ２は発熱層３３上に厚さ０．８ｍｍの非磁性導電層３４を形成したテストピースを用いた場合である。

図８（Ａ）は、高周波電源部４０から出力される交番電流の周波数を３６ｋＨｚとしたときの、時間と温度との関係を示すグラフである。図８（Ｂ）は、高周波電源部４０から出力される交番電流の周波数を１３０ｋＨｚとしたときの、時間と温度との関係を示すグラフである。また、図８において、実線Ｑ０は発熱層３３のみのテストピースを用いた場合であり、実線Ｑ１は発熱層３３上に厚さ０．３ｍｍの非磁性導電層３４を形成したテストピースを用いた場合であり、実線Ｑ２は発熱層３３上に厚さ０．８ｍｍの非磁性導電層３４を形成したテストピースを用いた場合である。

図７より、非磁性導電層３４の有無や交番電流の周波数に係わらず、発熱層３３の温度がキューリー点に達するとそれ以上の過昇温が防止されることがわかる。
これに対して、図８（Ａ）より、励磁周波数を３６ｋＨｚにすると、厚さが０．８ｍｍ以上の非磁性導電層３４を設けなければ、発熱層３３の過昇温を防止できないことがわかる。同様に、図８（Ｂ）より、励磁周波数を１３０ｋＨｚにすると、厚さが０．３ｍｍ以上の非磁性導電層３４を設けなければ、発熱層３３の過昇温を防止できないことがわかる。このように、励磁コイル２５を発熱部材（発熱層３３）の発熱主面に対向させる場合には、発熱主面の反対側に低抵抗率の非磁性導電層を設ける必要がある。このことは、特開２００３−２１５９５６号公報等にある記載内容にも一致するものである。

以上のことから、ループ状の励磁コイル２５内に発熱部材を挟入することで、発熱部材の自己温度制御の能力が高められることがわかる。さらに、図７と図８との比較から、ループ状の励磁コイル２５内に発熱部材を挟入することで、発熱部材の発熱効率（立ち上がり）も向上することがわかる。しかも、上述の効果は、発熱部材に非磁性導電層３４を設けることなく得られるものであるため、発熱部材の構成が簡素化される。したがって、低廉で、層間剥がれ等の発熱層を設けることによる不具合がない発熱部材を提供することができる。
なお、上述の効果は、ループ状の励磁コイル２５内に２つの発熱部材（本実施の形態１における支持ローラ２３と定着補助ローラ２１とに対応する。）を挟入した場合にも、ほぼ同様に得られるものである。

なお、本発明が前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、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前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、前記構成部材の数、位置、形状等は前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。 定着装置を示す断面図である。 定着ベルトを示す断面図である。 定着ベルトの近傍を幅方向に示す上面図である。 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。 効果確認のための実験装置を示す概略図である。 図６の実験装置による実験結果を示すグラフである。 図７に続く実験結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２０ 定着装置、
２１ 定着補助ローラ（ローラ部材）、
２２ 定着ベルト、
２３ 支持ローラ（ローラ部材）、
２４ 誘導加熱部、
２５ 励磁コイル、
３０ 加圧ローラ（加熱部材）、
４０ 高周波電源部。

Claims (6)

1. トナー像を加熱・溶融する定着ベルトと、
   前記定着ベルトを張架する複数のローラ部材と、
   前記定着ベルトに圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、
   前記複数のローラ部材のうち少なくとも２つのローラ部材の内部にそれぞれ貫入するように巻回された励磁コイルと、
   を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記励磁コイルが貫入された前記ローラ部材のうち少なくとも１つは、前記励磁コイルにより発生される磁束によって加熱される発熱層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記発熱層は、３５０℃以下のキューリー点を有するように形成されたことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記励磁コイルは、周波数が１０ｋ〜１ＭＨｚの交番電流が印加され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定着装置。
5. 前記励磁コイルは、前記少なくとも２つのローラ部材の内周面にそれぞれ対向するように１回又は複数回巻回された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定着装置。
6. 請求項１〜請求項５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