JP2010002603A - 定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】整磁合金を用いた自己温度制御機能を備えつつ従来技術よりも発熱部の熱容量を小さくし、省エネ効果及び迅速な立ち上がり特性を得ることができる定着装置を提供する。
【解決手段】
周回駆動されるベルト５１の周回経路の内側に配された第１ローラ５２をベルトを介して第２ローラ５３で押圧して定着ニップを確保すると共に、ベルトを電磁誘導により加熱して未定着画像の形成されたシートＳを定着ニップを通し熱定着する定着装置５であって、周回経路の外側に配設された励磁コイル５５と、周回経路の内側であってベルトを挟んで励磁コイルとほぼ対向する位置に配設されベルトの内周面に接触してベルトの周回位置を規制する固定プレート５４とを備え、ベルトは整磁合金を含まない導電発熱層をベルト基材とし、固定プレートは整磁合金層と整磁合金層のベルトと反対側に積層された導電層とを含むこと。
【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置を備える画像形成装置に関し、特に、誘導発熱方式を用い、小サイズの記録シートを熱定着する際の、記録シートが通過しない箇所の温度上昇を抑制する技術に関する。

近年、電子写真式や静電記録方式の画像形成装置が備える定着装置において、比較的熱変換効率が高くコンパクトな誘導発熱方式の熱源を用いるものが登場し、省エネ、スペース効率、及びウォームアップ時間の短縮等の観点から注目されている。
特に、励磁コイルに交流電流を流すことによって発生する磁束を、フェライトコア等のコア材を用いて導電発熱層へ導くような構成にすることにより、発熱部の熱容量をかなり小さく設計することができるので、ウォームアップ時間を大幅に短縮することができる。

しかしながら、発熱部の熱容量が小さくなると熱が移動しにくくなるので、幅の狭い小サイズの記録シートを連続使用すると、発熱部の幅方向外側の、記録シートが通過しない箇所（以下「非通紙部」と記す）の温度が異常に上昇し、周辺部材の熱破壊や劣化を招いたり、また、続いて幅の広い記録シートが通過すると、幅方向外側だけに高温オフセットが発生したり光沢ムラが生じるという問題がある。

そこで、上記定着装置において、非通紙部の温度上昇を抑制する方法として、用紙幅に応じて導電部材を動かして非通紙部への磁束のみを遮蔽する技術や、消磁コイルにより非通紙部への磁束のみを打ち消す技術が知られている。
また上記定着装置において、定着温度よりも幾分高めのキュリー点を有する整磁合金を発熱部に用いることで、非通紙部の温度がある程度上昇したときに、自動的に非通紙部の位置の発熱部のみが磁性を失い、発熱量が低下する自己温度制御機能を備えることにより、非通紙部の過昇温を抑制する技術が以下に開示されている。

例えば特許文献１には、定着ベルトの背面に整磁合金層を含む発熱層を接触させる像加熱装置が開示され、この定着ベルトは熱容量が非常に小さいのでウォームアップ時間を極めて小さくでき、また自己温度制御が有効に行われるので、幅の狭い記録シート材を連続で通した場合においても、励磁部材が熱により破損するおそれがないと記載されている。
また特許文献２には、遮蔽板の端部を発熱ローラに対向させて配置した定着装置が開示され、発熱ローラに対する熱負荷が小さいので、過昇温を防止しつつウォームアップの時間を短縮するとともに、オフセットの発生を防止して良好な定着性能を実現することができると記載されている。

また特許文献３には、低抵抗板状部材において、定着回転体の幅方向中央部の厚みが両端部の厚みよりも薄く、両端部の厚みが磁束の浸透深さ以上である定着部材が開示され、自己温度制御機能は定着回転体の両端部で特に有効に機能し、定着回転体の中央部での立ち上がり性能や加熱効率を低下させることなく、幅方向両端部における過昇温を防止でき、小サイズの記録媒体を連続通紙する時にも、定着回転体の中央部での加熱不足を発生させることなく、幅方向両端部における過昇温を確実に防止できると記載されている。

一方、画像形成をしない待機時には、いつ画像形成が指示されても迅速に定着を開始できるように、定着部の温度を、数秒で定着温度に達する程度の待機温度に維持しておかなければばらない。特に、定着部の温度の立ち上がり特性が悪いと待機温度を高く設定しなければならなくなるので省エネに適さない。また電源ＯＮ時においても、定着部の温度の立ち上がり特性が悪いと、長い時間ユーザを待たせることになるので望ましくない。
特許第３９８８２５１号公報 特開２００７−１５６０６５号公報 特開２００７−２６４４２１号公報

上記定着装置において、省エネ効果、及び迅速な立ち上がり特性を得るためには、定着装置自体をコンパクトな構成にして小熱容量化すると有効であるので、さらなるコンパクト化が望まれる。
例えば、定着ベルトのベルト基材に整磁合金層を用い、ベルト基材を電磁誘導により加熱すれば、コンパクトで発熱効率のよい自己温度制御機能を備える定着装置を構成することが可能である様に思われるが、整磁合金を用いて膜厚が均質な定着ベルトを製造することは容易な事ではなく、たとえ製作が可能であっても温度特性や強度等の必要な性能を同時に得ることは難しく、また大変高価なものになってしまうものと思われる。

一方、定着ベルトのベルト基材を整磁合金以外の導電体にすれば、製造が比較的容易で特性の優れた安価なものを選択でき、かつ電磁誘導により加熱することができる。例えば定着ベルトのベルト基材をニッケルにすれば、製造実績及び使用実績があり製造が比較的容易でかつ強度があるニッケル電鋳ベルトを使うことができる。
しかしながら、発熱の補助として定着ベルトに導電体を含ませる場合とは違い、整磁合金でない導電体をベルト基材としてベルト全面に用い導電発熱層として機能させた場合には、従来の技術では上記のような自己温度制御機能を備えることは難しいものと思われる。

本発明は、整磁合金を用いた自己温度制御機能を備えつつ、従来技術よりも発熱部の熱容量を小さくし、省エネ効果、及び迅速な立ち上がり特性を得ることができ、また特に、定着ベルトのベルト基材を整磁合金以外の導電体にしつつも、自己温度制御機能を備える定着装置、及び当該定着装置を備える画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、周回駆動されるベルトの周回経路の内側に配された第１ローラを前記周回経路の外側から当該ベルトを介して第２ローラで押圧して当該ベルト表面と当該第２ローラの間に定着ニップを確保すると共に前記ベルトを電磁誘導により加熱して未定着画像の形成されたシートを前記定着ニップを通し前記未定着画像を熱定着する定着装置であって、前記周回経路の外側に配設された励磁コイルと、前記周回経路の内側であって前記ベルトを挟んで前記励磁コイルとほぼ対向する位置に配設され周回駆動されるベルトの内周面に接触して当該ベルトの周回位置を規制する固定プレートとを備え、前記ベルトは整磁合金を含まない導電発熱層をベルト基材とし、前記固定プレートは整磁合金層と当該整磁合金層の前記ベルトと反対側に積層された導電層とを含むことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、
上記定着装置を備える画像形成装置である。

課題を解決するための手段に記載した構成により、整磁合金でない導電体を定着ベルトのベルト基材、及び導電発熱層として兼用し、定着ベルトとは別の固定プレートに整磁合金と導電層とを積層するので、整磁合金を用いた自己温度制御機能を備えつつ、定着ベルト自体が発熱し、かつ定着ベルトの熱容量を非常に小さくすることができる。
従って、省エネ効果、及び迅速な立ち上がり特性を得ることができる。

なお、本願では、整磁合金でない導電体を定着ベルトに含ませて導電発熱層として機能させ、定着ベルトの内周と接触する固定プレートに整磁合金層を備えることにより自己温度制御機能を実現しているが、例えば、理論的には自己温度制御機能を備えるためには、整磁合金を定着ベルトに含ませて導電発熱層として機能させた方が簡単なように思われる。しかしながら、実際のところ、整磁合金の薄膜を用いて精度よく定着ベルトを製造することは容易なことではなく、均質な厚みを持った整磁合金の薄膜による定着ベルトを製造することは難しい。なぜなら、整磁合金は２種、あるいは３種以上の金属の合金であり、キュリー点等の所望する特性を備えるために、適当な割合で成分を微調整をしなければならないので、このような所望する特性を備えつつ、耐久性等の定着ベルトの基材としての諸特性を充実させることは困難である。

本願では、定着ベルトのベルト基材に、整磁合金でない多くの導電体の中から、耐久性等に優れ製造が容易な適当な材料を選べばよいので、選択の幅が広く現実的である。また一例として、ベルト基材をニッケルにすることにより、無端状のニッケル電鋳ベルトを使うことができる。このニッケル電鋳ベルトは従来から現像ローラ等に使われているものであって、製造実績及び使用実績があり、また薄膜でありながら強度もあり、製造が比較的容易で、かつ新しい設備も不要なので、コスト面においても大変有利である。なお、整磁合金性のベルトはニッケル電鋳ベルトと同様の方法で製造することはできない。

ここで、定着装置、及び画像形成装置において、前記固定プレートを構成する整磁合金層は、キュリー点未満の温度のときに強磁性を示し、キュリー点以上の温度になると磁性を失い、前記ベルトにおける導電発熱層は、前記整磁合金層が磁性を失うと、発熱量が８０％以下に低下することを特徴とすることもできる。
これにより、キュリー点未満の温度からキュリー点以上の温度になると、発熱量が８０％以下に低下するので、自己温度制御機能が得られ、非通紙部の過昇温を抑制することができる。

ここで、定着装置、及び画像形成装置において、前記ベルトにおける導電発熱層はニッケルであり、１０μｍ以上、１００μｍ以下の厚さであることを特徴ととすることもできる。
これにより、定着ベルトのベルト基材をニッケルにしたので、薄膜でありながら強度があり、製造が比較的容易であり、コスト面においても大変有利である。

ここで、定着装置、及び画像形成装置において、前記励磁コイルは、周波数が１０ｋＨｚ以上、３０ｋＨｚ以下の磁束を発生させることを特徴ととすることもできる。
これにより、励磁コイルが周波数が１０ｋＨｚ以上、３０ｋＨｚ以下の磁束を発生させるので、キュリー点未満の温度では導電発熱層における発熱量は十分であり、キュリー点以上の温度になると導電発熱層における発熱量が十分に得られないので、非通紙部の過昇温を抑制することができる。

ここで、定着装置、及び画像形成装置において、前記固定プレートを構成する整磁合金層は、Ｎｉ−Ｆｅ合金、又は、Ｎｉ−ＦｅーＣｒ合金であり、キュリー点が１８０℃以上、２４０℃以下であることを特徴ととすることもできる。
これにより、整磁合金層のキュリー点が１８０℃以上、２４０℃以上であるので、非通紙部の温度が異常に上昇したり、周辺部材の熱破壊や劣化を招いたり、また、幅の広い記録シートの後に、幅の広い記録シートを通過させるような場合であっても、幅方向外側だけに高温オフセットが発生したり、光沢ムラが生じるという問題が生じない。

ここで、定着装置、及び画像形成装置において、前記固定プレートは、前記ベルトに最も近い側に、さらに、前記整磁合金層よりも、前記ベルトが周回駆動する際のすべり摩擦係数が小さい低摩擦層を積層した、少なくとも３層からなる積層構造をなし、前記ベルトが周回駆動する際に、前記ベルトの内周面と前記低摩擦層とが摺擦することを特徴ととすることもできる。

ここで、定着装置、及び画像形成装置において、前記ベルトは、その内周側の表面に、さらに、前記ベルト基材よりも、前記ベルトが周回駆動する際のすべり摩擦係数が小さい低摩擦層を積層した、少なくとも２層からなる積層構造をなし、前記ベルトが周回駆動する際に、前記固定プレートと前記低摩擦層とが摺擦することを特徴ととすることもできる。

ここで、定着装置、及び画像形成装置において、前記固定プレートは、前記ベルトに最も近い側に、さらに、前記整磁合金層よりも、前記ベルトが周回駆動する際のすべり摩擦係数が小さい第１の低摩擦層を積層した、少なくとも３層からなる積層構造をなし、前記ベルトは、その内周側の表面に、さらに、前記ベルト基材よりも、前記ベルトが周回駆動する際のすべり摩擦係数が小さい第２の低摩擦層を積層した、少なくとも２層からなる積層構造をなし、前記ベルトが周回駆動する際に、前記第１の低摩擦層と、前記第２の低摩擦層とが摺擦することを特徴ととすることもできる。

ここで、定着装置、及び画像形成装置において、前記低摩擦層は、フッ素系樹脂であることを特徴ととすることもできる。
これにより、定着ベルトと固定プレートとの摺擦による摩擦が軽減するので、定着ベルトの駆動トルクが軽減し、省エネ効果、及び耐久性が向上する。
ここで、定着装置、及び画像形成装置において、前記ベルトは、前記第１ローラの回転軸に垂直な平面による断面の形状が略楕円形であり、長径≦短径×２の関係を満たすことを特徴ととすることもできる。

これにより、特許文献１、２のように定着ベルトの内周にローラを２つ備えるもの等に較べてベルト長が格段に短いので、発熱部の熱容量が小さく、省エネ、スペース効率、及びウォームアップ時間の短縮等の観点から大変有利である。

［実施の形態１］
＜概要＞
実施の形態１は、誘導発熱方式の熱源を用いて、未定着画像を記録シートに熱定着する定着装置を備える画像形成装置であって、ニッケルの薄膜を定着ベルトの基材とし、当該基材を導電発熱層として機能させ、また励磁コイルと対向する位置の定着ベルトの内周に、整磁合金層と導電部材層を積層した固定プレートを設け、各層の厚みと励磁コイルが発生する磁束を反転させる周波数とを、適切な値に設定することにより、自己温度制御機能を備えつつ、発熱部の熱容量を小さくし、省エネ効果、及び良好な迅速な立ち上がり特性を得るものである。

＜構成＞
図１は、本実施の形態における画像形成装置の全体構成を示す図である。
図１に示すように、本実施の形態における画像形成装置１は、タンデム型カラーデジタルプリンタであり、交流電流発生器２、画像プロセス部３、給送部４、定着装置５、制御部６を備え、ネットワーク（例えば社内ＬＡＮ）に接続されて、社内の端末装置から印刷の実行指示を受付けると、その指示に従って、記録シート上にカラー画像を形成して出力する。

交流電流発生器２は、略２０ｋＨｚの交流電流を、定着装置５内の励磁コイルへ供給する。
画像プロセス部３は、主に画像の形成を担う部分であり、矢印Ａに示す方向に循環する中間転写ベルト１１に添って、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのそれぞれのトナー像を形成する画像形成ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋが順に配列され、各画像形成ユニットの下方には、レーザダイオード等の発光素子を備える光学部１０が配置されている。なお画像プロセス部３において、参照番号の後に“Ｙ”が付いている構成要素を主体とする画像形成ユニットがイエローのトナーによる画像を生成し、以下同様に参照番号の後に“Ｍ”が付いている構成要素を主体とする画像形成ユニットがマゼンタのトナーによる画像を生成し、参照番号の後に“Ｃ”が付いている構成要素を主体とする画像形成ユニットがシアンのトナーによる画像を生成し、参照番号の後に“Ｋ”が付いている構成要素を主体とする画像形成ユニットがブラックのトナーによる画像を生成する。

画像形成ユニット３Ｙは、感光体ドラム３１Ｙと、その周辺に配設された帯電器３２Ｙ、現像器３３Ｙ、１次転写ローラ３４Ｙ、及びクリーナ３５Ｙを備えている。
イエローのトナーによる画像を生成するにあたり、帯電器３２Ｙが感光体ドラム３１Ｙを一様に帯電させ、制御部６の制御により、光学部１０が一様に帯電した感光体ドラム３１Ｙへレーザ光Ｌを出射して静電潜像を形成し、形成された静電潜像に現像器３３Ｙがイエローのトナーによる現像を行い、現像されたトナー像が中間転写ベルト１１に１次転写され、１次転写後、感光体ドラム３１Ｙに残留するトナーがクリーナ３５Ｙによって除去される。

画像形成ユニット３Ｍ、３Ｃ、３Ｋについても、画像形成ユニット３Ｙと同様の構成を備え（図中の符号を省略している）、同様に各色のトナーによる画像を生成する。
中間転写ベルト１１に１次転写されるトナー像は、画像形成ユニットのそれぞれを通過する毎にそれぞれの色が重ねられ、最終的にフルカラーのトナー画像が生成される。
一方、給送部４は、主に記録シートの搬送を担う部分であり、記録シートＳを納める給紙カセット４１と、納められている記録シートＳを搬送路４３へ１枚ずつ繰り出す繰り出しローラ４２と、繰り出された記録シートＳを送り出すタイミングを図るタイミングローラ対４４と、２次転写ローラ４５とを備え、記録シートＳが２次転写位置４６まで搬送され、中間転写ベルト１１に生成されたフルカラーのトナー画像が、２次転写位置４６において記録シートＳに２次転写される。

定着装置５は、ベルト方式の定着装置であり、トナー画像が２次転写された記録シートＳを加熱及び加圧して、トナー画像を記録シートＳに定着させる。定着装置５については以下に詳細に記す。
定着後の記録シートＳは排紙ローラ７１等の駆動により排紙トレイ７２へ排紙される。
制御部６は、画像形成装置１の全体の動作や温調等を一括して制御するコントローラであり、形成すべき画像のデータに基づいて、各画像形成ユニット別に光学部１０の発光素子用の駆動信号を生成し、１次転写において各色のトナー像を正確に重ねたり、２次転写において記録シートＳにトナー画像が正確に転写されるようにタイミングを調整する。

図２は、定着装置５の構成を模式的に示す図である。
図２に示すように、定着装置５は、定着ベルト５１、定着ローラ５２、加圧ローラ５３、固定プレート５４、励磁コイル５５を備え、定着ベルト５１を電磁誘導により加熱して、未定着画像の形成されたシートを、定着ベルト５１と加圧ローラ５３との間の定着ニップに通し、未定着画像を熱定着する。

定着ベルト５１は、周回駆動される可撓性を有するベルトであり、整磁合金を含まず、かつ整磁合金でない導電体を含む導電発熱層をベルト基材とし、ベルト基材に励磁コイル５５が発生する磁束を導くことにより発熱させて導電発熱層として機能させ、定着用の熱源とする。本実施の形態では、ベルト基材の表面上に、熱定着の際に記録シートＳとの密着性を高めて定着性を向上させるためのシリコンゴム等の弾性層と、記録シートＳや加圧ローラ５３との貼り付きを押さえるためのフッ素樹脂等による離型層とを積層した無端ベルトである。ここで定着ベルト５１は、定着ローラ５２の回転軸に垂直な平面による断面の形状が略楕円形であり、長径≦短径×２の関係を満たす。

定着ローラ５２は、定着ベルト５１の周回経路の内側に配され、円柱形の鋼鉄やアルミニウムの芯軸の外周に、シリコンゴムやシリコンスポンジ材等の弾性断熱層が積層されて構成されている。
加圧ローラ５３は、定着ベルト５１の周回経路の外側から定着ベルト５１を介して定着ローラ５２を押圧して、定着ベルト５１の表面との間に定着ニップを確保するように設けられ、円筒形の鋼鉄やアルミニウムのパイプ等の芯軸の外周にシリコンゴム等の弾性断熱層とフッ素樹脂等による離型層等が積層されて構成されている。

固定プレート５４は、定着ベルト５１の周回経路の内側の定着ニップに近接しない位置で、定着ベルト５１の内周面に接触し、定着ベルト５１を挟んで励磁コイル５５とほぼ対向する位置に配設され、かつ定着ベルト５１が周回駆動する際に、定着ベルト５１の内周面と摺擦し定着ベルト５１の周回位置を規制するように固定され、定着ベルト５１に近い側の整磁合金層と遠い側の低抵抗導電層との、少なくとも２層からなる積層構造をなす。このように整磁合金層と低抵抗導電層とを積層化することにより、定着ベルト５１の周回経路の内側に包含する部材が小型化し、定着ベルト５１のベルト長を短くすることができる。

励磁コイル５５は、定着ベルト５１の外周面に面し、定着ベルト５１の周回経路の外側に、定着ベルト５１を挟んで固定プレート５４と対向する位置に配設され、定着ベルト５１及び固定プレート５４へ向けて磁束を発生させる。本実施の形態では、図１に示す交流電流発生器２から供給される略２０ｋＨｚの交流電流が流されることにより、略２０ｋＨｚの交流電流の周波数が略２０ｋＨｚで反転する磁束を発生させる。

以上のように、本実施の形態の定着装置５は、定着ベルト５１の内周に、定着ローラ５２と固定プレート５４とを備えており、特許文献１、２のように定着ベルトの内周にローラを２つ備えるものに較べてベルト長が格段に短いので、発熱部の熱容量が小さく、省エネ、スペース効率、及びウォームアップ時間の短縮等の観点から大変有利である。
なお、各層の材質や厚さ等については以下に詳細に説明する。

図３は、定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。
図３に示すように、定着ローラ５２の中心から見て、一番外側に励磁コイル５５があり、その内側に、順に離型層５１１、弾性層５１２、ベルト基材５１３が積層された定着ベルト５１があり、またその内側に、順に整磁合金層５４１、低抵抗導電層５４２が積層された固定プレート５４があり、さらにその内側に、弾性断熱層５２１、芯軸５２２により構成された定着ローラ５２が位置する。また、励磁コイル５５と定着ベルト５１との間には空隙があり、定着ベルト５１と固定プレート５４との間は接触し、固定プレート５４と定着ローラ５２との間にも空隙がある。

離型層５１１の材質は、本実施の形態ではＰＦＡであり、定着温度による使用に耐え得る上、トナー離型性を有するものでなければならず、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＥＰ，ＰＦＥＰ等のフッ素樹脂が好ましい。
離型層５１１の厚さは、本実施の形態では３０μｍであり、耐久性や省エネ等の面から考えて、５μｍ以上、１００μｍ以下程度が好ましく、実用的には５μｍ以上、５０μｍ以下がより好ましい。

弾性層５１２の材質は、本実施の形態ではシリコンゴムであり、耐熱性、及び弾性を備えていなければならず、例えば、定着温度による使用に耐え得るシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性エラストマーを用いることができる。また弾性層５１２には、熱導電性の向上、及び補強等のために、充填材を混入してもよい。充填材は加工性や価格等を考慮すると、実用的にはシリカ、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好ましく、特性的には、ダイヤモンド、銀、銅、アルミニウム、大理石、ガラス等であってもよい。

弾性層５１２の厚さは、本実施の形態では２００μｍであり、必要な厚み方向の弾性力を得るためは１０μｍ以上あることが望ましく、また８００μｍを超えるとベルト基材において発生した熱が記録シートＳに伝わりにくくなるため熱効率が下がり望ましくないので、１０μｍ以上、８００μｍ以下程度が好ましく、実用的には１００μｍ以上、３００μｍ以下がより好ましい。

ベルト基材５１３は、本実施の形態では無端状のニッケル電鋳ベルトであり、ベルトの構造を保つとともに、誘導発熱方式における導電発熱層の役割を兼用するものである。ニッケルの薄膜を基材としたベルトは製造が比較的容易であり、かつ耐久性が高く丈夫であり、樹脂材料などの補強材を必要とせず熱容量を大変小さくできるので、定着装置用のベルトに大変適している。またベルト基材５１３の材質には、磁性ステンレス等の比較的透磁率μが高く、適度な抵抗率ρを持つ磁性材料（例えば磁性金属）を用いてもよい。また導電発熱層として、Ｃｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）等の非磁性体の金属等であって導電性の高い材質を用いることもでき、このような場合には材料を１５μｍ程度の薄膜にして抵抗値を高くすることにより必要な発熱量を得ることが可能である。ただし、このような薄膜だけでは強度が不足するような場合等には、ベルト基材５１３に樹脂材料などを用いて薄膜を補強してもよいし、樹脂材料中に導電性の高い材質からなる粒子を散在させてもよい。

ベルト基材５１３の厚さは、本実施の形態では４０μｍであり、ニッケル電鋳ベルトを用いる場合は、１０μｍ未満であるとベルト割れが発生し、１００μｍを超えると用紙分離不良が発生し易くなるので、、１０μｍ以上、１００μｍ以下程度が好ましく、実用的には、ベルトの製造容易性、及びベルトの取り扱い易さ等を考慮すると、２０μｍ以上、５０μｍ以下がより好ましい。

整磁合金層５４１の材質は、本実施の形態ではＮｉ（ニッケル）とＦｅ（鉄）からなる整磁合金であり、キュリー点は２２０℃である。なお、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ（クロム）合金であってもよい。整磁合金はキュリー点未満の温度のときに強磁性を示し、キュリー点以上の温度になると磁性を失う特性があり、合金を構成する各成分の割合を調整することにより、所定の範囲内でキュリー点を任意に設定することが可能である。またキュリー点は１８０℃以上、２４０℃以下に設定することが好ましく、２２０℃程度に設定することがより好ましい。

整磁合金層５４１の厚さは、本実施の形態では２００μｍであり、Ｎｉ−Ｆｅ合金を用いる場合には５０μｍ以上、４００μｍ以下程度が好ましく、実用的には１００μｍ以上、３００μｍ以下がより好ましい。
低抵抗導電層５４２の材質は、本実施の形態ではＣｕであり、導電性の高い材質であれば何でもよいが、ある程度の厚さがあり電気抵抗値が低くなければならない。

低抵抗導電層５４２の厚さは、本実施の形態では２００μｍであり、５０μｍ以上、４００μｍ以下程度が好ましく、実用的には１００μｍ以上、３００μｍ以下がより好ましい。
整磁合金層５４１がキュリー点未満の温度では整磁合金層５４１は磁束を補足し、ベルト基材５１３が発熱する。

ベルト基材５１３において発熱した熱は、熱定着に利用されると同時に、整磁合金層５４１に伝熱する。
整磁合金層５４１がキュリー点以上の温度になると、磁性を失った整磁合金層５４１は磁束を補足することができなくなり、整磁合金層５４１を通過した磁束は、低抵抗導電層５４２に到達する。低抵抗導電層５４２は抵抗値が小さいので磁束が到達しても発熱量は小さいが、逆磁界が発生するため、元の磁束を打ち消す効果が生じる。よって、ベルト基材５１３を通過する磁束が減少し、ベルト基材５１３における発熱量が低下する。

以上のような原理で、小サイズの記録シートを熱定着する際の非通紙部の温度上昇を抑制することができる。
弾性断熱層５２１の材質は、本実施の形態ではシリコンスポンジ材であり、定着ベルト５１を断熱しつつ保持すると同時に、定着ベルト５１のたわみを許容してニップ幅を確保し、また排紙性、及び記録シートＳの分離性を向上させる。また弾性断熱層５２１を、例えばゴム材とスポンジ材の２層構造とすることにより、高い断熱性と十分な弾性とを比較的容易に得ることもできる。

弾性断熱層５２１の厚さは、本実施の形態では１０ｍｍであり、シリコンスポンジ材を用いる場合は２ｍｍ以上、１５ｍｍ以下が好ましく、８ｍｍ以上、１２ｍｍ以下がより好ましい。また、弾性断熱層５２１の硬度は、硬度アスカーゴム硬度計において２０度以上、６０度以下が好ましく、３０度以上、５０度以下がより好ましい。
芯軸５２２の材質は、本実施の形態ではアルミニウムであり、強度が確保できれば、鋼鉄やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）のような耐熱性のモールド製のパイプを使用することも可能である。但し、漏れた磁束により芯軸５２２が発熱しないように、非磁性材料を用いることが好ましい。

芯軸５２２の太さは、本実施の形態では直径１０ｍｍである。
図４は、加圧ローラ５３の層構造の概略を示す図である。
図４に示すように、加圧ローラ５３は、外周側から順に、離型層５３１、弾性断熱層５３２、芯軸５３３が積層されている。
離型層５３１の材質は、本実施の形態ではＰＴＦＥ又はＰＦＡ当のフッ素樹脂であり、表面の離型性を高めるものであればよい。

離型層５３１の厚さは、本実施の形態では２０μｍであり、フッ素樹脂を用いる場合は１０μｍ以上、５０μｍ以下程度が好ましい。
弾性断熱層５３２の材質及び厚さは、定着ローラ５２の弾性断熱層５２１と同様である。
芯軸５３３の材質及び太さは、定着ローラ５２の芯軸５２２と同様である。

＜実験結果＞
実験の結果、以下の事実を確認した。
（１）導電発熱層（ベルト基材５１３）を厚さ４０μｍのニッケル、整磁合金層なし、低抵抗導電層なしとし、磁束が反転する周波数を４０ｋＨｚとした第１設定の場合には、十分な発熱量が得られ、また整磁合金層がないので、当然に自己温度制御機能は得られなかった。

（２）導電発熱層（ベルト基材５１３）を厚さ４０μｍのニッケル、整磁合金層を厚さ２００μｍのＮｉ−Ｆｅ合金、低抵抗導電層を厚さ２００μｍの銅、磁束が反転する周波数を４０ｋＨｚとした第２設定の場合には、キュリー点未満の温度、及びキュリー点以上の温度において、十分な発熱量が得られた。よって、自己温度制御機能は得られなかった。

（３）導電発熱層（ベルト基材５１３）を厚さ４０μｍのニッケル、整磁合金層なし、低抵抗導電層なしとし、磁束が反転する周波数を２０ｋＨｚとした第３設定の場合には、十分な発熱量が得られず、また整磁合金層がないので、当然に自己温度制御機能は得られなかった。
（４）導電発熱層（ベルト基材５１３）を厚さ４０μｍのニッケル、整磁合金層を厚さ２００μｍのＮｉ−Ｆｅ合金、低抵抗導電層を厚さ２００μｍの銅、磁束が反転する周波数を２０ｋＨｚとした第４設定の場合には、キュリー点未満の温度において十分な発熱量が得られ、また、キュリー点以上の温度において、十分な発熱量が得られなかった。よって、自己温度制御機能が得られた。

以上の実験結果から、上記第４設定の場合に、十分な発熱量が得られ、かつ自己温度制御機能が得られることが確認された。
＜動作原理＞
シミュレーションの結果、以下の考察を得た。
図５（ａ）、（ｂ）、図６（ａ）、（ｂ）は、発熱材、整磁合金層、低抵抗導電層、及び励磁コイルが発生する磁束が反転する周波数の設定別に、発熱材の表面からの距離と電流密度との関係をシミュレートした図である。

ここで図５（ａ）、（ｂ）、図６（ａ）、（ｂ）において、発熱材を厚さ４０μｍのＮｉとし、所定の区間とＸ軸と折れ線グラフとの間にできる面の面積は、その区間毎の発熱量に相当するので、表面からの距離０〜０．０４ｍｍの区間とＸ軸と折れ線グラフとの間にできる面の面積は、発熱材の発熱量に相当する。
図５（ａ）は、整磁合金層、低抵抗導電層を用いずに、磁束が反転する周波数を４０ｋＨｚとした場合（上記実験結果の第１設定に相当する）における、発熱材の表面からの距離と電流密度との関係を示しており、発熱材の発熱量は図中の斜線部分Ａに相当し、この状態で十分な発熱量が得られている。

この設定は、整磁合金を用いず自己温度制御機能を備えない従来の誘導発熱方式の定着装置の設定と同等であり、この状態で発熱材の後に整磁合金層と低抵抗導電層とを用いたとしても（上記実験結果の第２設定に相当する）、整磁合金層がキュリー点以上の温度になって磁性を失っても発熱材の発熱量は高いままなので、自己温度制御機能は得られない。

図５（ｂ）は、整磁合金層、低抵抗導電層を用いずに、磁束が反転する周波数を２０ｋＨｚとした場合（上記実験結果の第３設定に相当する）における、発熱材の表面からの距離と電流密度との関係を示しており、発熱材の発熱量は図中の斜線部分Ｂに相当し、この状態では十分な発熱量が得られていない。
図６（ａ）は、本実施の形態と同様に、厚さ２００μｍの整磁合金層と、厚さ２００μｍの低抵抗導電層を用いて、磁束が反転する周波数を２０ｋＨｚとした場合（上記実験結果の第４設定に相当する）における、キュリー点未満の温度のときの発熱材の表面からの距離と電流密度との関係を示しており、発熱材の発熱量は図中の斜線部分Ｃに相当し、この状態で十分な発熱量が得られている。

図６（ｂ）は、上記の場合における、キュリー点以上の温度のときの発熱材の表面からの距離と電流密度との関係を示しており、発熱材の発熱量は図中の斜線部分Ｄに相当し、この状態では十分な発熱量が得られていない。
図５（ａ）、（ｂ）、図６（ａ）、（ｂ）より、厚さ４０μｍのＮｉに、反転する周波数が４０ｋＨｚの磁束を与えると発熱量は十分であるが整磁合金を用いても自己温度制御機能が得られず、また反転する周波数が２０ｋＨｚの磁束を与えると発熱量が不足して使えないが、整磁合金層と低抵抗導電層とを用いて反転する周波数が２０ｋＨｚの磁束を与えると、キュリー点未満の温度では発熱量が十分であり、キュリー点以上の温度では発熱量が十分に低下することがわかる。

従って、本実施の形態の設定において、自己温度制御機能が得られる。
なお、図６（ａ）、（ｂ）によると、整磁合金層の温度が、キュリー点未満の温度からキュリー点以上の温度になると発熱量が７０％程度に低下しているが、このとき、非通紙部の温度上昇は狙いの温度以下に十分抑えることができたので、発熱量が８０％以下に低下すれば効果は得られるものと思われる。従って、同図より、発熱材であるＮｉの厚さは１０μｍ以上、１００μｍ以下程度が好ましく、実用的には２０μｍ以上、５０μｍ以下がより好ましいと思われる。また励磁コイルが発生する磁束が反転する周波数は、整磁合金層と導電部材層を積層した固定プレートを用いた場合には、比較的低い周波数でも磁束の浸透深さが浅くなる現象が起こるため、１０ｋＨｚ以上、３０ｋＨｚ以下程度であれば、効果が得られるものと思われる。

＜まとめ＞
以上のように、実施の形態１の定着装置、及び当該定着装置を備える画像形成装置によれば、定着ベルトの基材に、Ｎｉ等の整磁合金でない導電体を含む層を用いることにより、定着ベルト自体が発熱し、かつ定着ベルトの熱容量を大変小さくできるとともに、導電発熱層を定着ベルトに内蔵し、かつ整磁合金層と低抵抗導電層とを積層して一体化したことにより、定着ベルトの周回経路の内側に包含する部材が小型化し、定着ベルトのベルト長を短くすることができるので、整磁合金を用いた自己温度制御機能を備えつつ、従来技術よりも発熱部の熱容量を小さくし、省エネ効果、及び迅速な立ち上がり特性を得ることができる。
［変形例１］
＜概要＞
変形例１は、実施の形態１と固定プレートの一部のみが異なり、固定プレートの定着ベルトと摺擦する面に、低摩擦層を積層したものである。

＜構成＞
図７は、変形例１における定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。
なお、変形例１では、実施の形態１と同一の構成には同一番号を付し、その説明を省略する。

図７の層構造は、実施の形態１の図３の層構造における固定プレート５４が固定プレート５６に置き換わったものであり、その他は実施の形態１と同様である。
固定プレート５６は、定着ベルト５１に近い側から順に低摩擦層５６１、整磁合金層５４１、低抵抗導電層５４２が積層されている。
低摩擦層５６１は、定着ベルト５１と固定プレート５６との摺擦による摩擦を軽減するために設けられ、整磁合金層５４１よりも定着ベルト５１が周回駆動する際のすべり摩擦係数が小さくなければならず、その材質は例えば耐熱性を備えたＰＦＡ等が好ましく、またその厚さは、本実施の形態では３０μｍであり、耐久性や省エネ等の面から考えて、５μｍ以上、１００μｍ以下程度が好ましく、実用的には５μｍ以上、５０μｍ以下がより好ましい。

以上のように、変形例１によれば、実施の形態１と同様の効果に加え、固定プレートの定着ベルトと摺擦する面に低摩擦層を設けたことにより、定着ベルトの駆動トルクが軽減し、省エネ効果、及び耐久性が向上するという効果が得られる。
［変形例２］
＜概要＞
変形例２は、実施の形態１と定着ベルトの一部のみが異なり、定着ベルトの固定プレートと摺擦する面に、低摩擦層を積層したものである。

＜構成＞
図８は、変形例２における定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。
なお、変形例２では、実施の形態１と同一の構成には同一番号を付し、その説明を省略する。

図８の層構造は、実施の形態１の図３の層構造における定着ベルト５１が定着ベルト５７に置き換わったものであり、その他は実施の形態１と同様である。
定着ベルト５７は、励磁コイル５５に近い側から順に離型層５１１、弾性層５１２、ベルト基材５１３、低摩擦層５７１が積層されている。
低摩擦層５７１は、定着ベルト５７と固定プレート５４との摺擦による摩擦を軽減するために設けられ、ベルト基材５１３よりも定着ベルト５７が周回駆動する際のすべり摩擦係数が小さくなければならず、変形例１の低摩擦層５６１と同様に、その材質は、例えば耐熱性を備えたＰＦＡ等が好ましく、またその厚さは、本実施の形態では３０μｍであり、耐久性や省エネ等の面から考えて、５μｍ以上、１００μｍ以下程度が好ましく、実用的には５μｍ以上、５０μｍ以下がより好ましい。

以上のように、変形例２によれば、実施の形態１と同様の効果に加え、定着ベルトの固定プレートと摺擦する面に低摩擦層を設けたことにより、変形例１と同様に定着ベルトの駆動トルクが軽減し、省エネ効果、及び耐久性が向上するという効果が得られる。
［変形例３］
＜概要＞
変形例３は、実施の形態１と固定プレートの一部、及び定着ベルトの一部のみが異なり、固定プレートの定着ベルトと摺擦する面に、低摩擦層を積層し、かつ
定着ベルトの固定プレートと摺擦する面にも、低摩擦層を積層したものである。

＜構成＞
図９は、変形例３における定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。
なお、変形例３では、実施の形態１、変形例１、及び変形例２と同一の構成には同一番号を付し、その説明を省略する。

図９の層構造は、実施の形態１の図３の層構造における固定プレート５４が固定プレート５６に置き換わり、かつ実施の形態１の図３の層構造における定着ベルト５１が定着ベルト５７に置き換わったものであり、その他は実施の形態１と同様である。
以上のように、変形例３によれば、実施の形態１と同様の効果に加え、固定プレートの定着ベルトと摺擦する面に低摩擦層を設け、かつ定着ベルトの固定プレートと摺擦する面に低摩擦層を設けたことにより、変形例１、２と同様に定着ベルトの駆動トルクが軽減し、省エネ効果、及び耐久性が向上するという効果が得られる。

本発明は、定着装置を備える画像形成装置の技術分野に広く適用することができる。
本発明によって、定着ベルト自体が発熱し、定着ベルトの熱容量を非常に小さくすることができるので、省エネ効果、及び迅速な立ち上がり特性を得ることができ、その産業的利用価値は極めて高い。

本実施の形態における画像形成装置の全体構成を示す図である。 定着装置５の構成を模式的に示す図である。 定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。 加圧ローラ５３の層構造の概略を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、発熱材、整磁合金層、低抵抗導電層、及び励磁コイルが発生する磁束が反転する周波数の設定別に、発熱材の表面からの距離と電流密度との関係を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、発熱材、整磁合金層、低抵抗導電層、及び励磁コイルが発生する磁束が反転する周波数の設定別に、発熱材の表面からの距離と電流密度との関係を示す図である。 変形例１における定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。 変形例２における定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。 変形例３における定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 交流電流発生器
３ 画像プロセス部
４ 給送部
５ 定着装置
６ 制御部
１０ 光学部
１１ 中間転写ベルト
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ 画像形成ユニット
３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ 感光体ドラム
３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ 帯電器
３３Ｙ、３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋ 現像器
３４Ｙ、３４Ｍ、３４Ｃ、３４Ｋ １次転写ローラ
３５Ｙ、３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｋ クリーナ
４１ 給紙カセット
４２ 繰り出しローラ
４３ 搬送路
４４ タイミングローラ対
４５ ２次転写ローラ
４６ ２次転写位置
５１ 定着ベルト
５２ 定着ローラ
５３ 加圧ローラ
５４ 固定プレート
５５ 励磁コイル
５６ 固定プレート
５７ 定着ベルト
７１ 排紙ローラ
７２ 排紙トレイ
５１１ 離型層
５１２ 弾性層
５１３ ベルト基材
５２１ 弾性断熱層
５２２ 芯軸
５３１ 離型層
５３２ 弾性断熱層
５３３ 芯軸
５４１ 整磁合金層
５４２ 低抵抗導電層
５６１ 低摩擦層
５７１ 低摩擦層

Claims (11)

1. 周回駆動されるベルトの周回経路の内側に配された第１ローラを、前記周回経路の外側から当該ベルトを介して第２ローラで押圧して、当該ベルト表面と当該第２ローラの間に定着ニップを確保すると共に、前記ベルトを電磁誘導により加熱して、未定着画像の形成されたシートを前記定着ニップを通し、前記未定着画像を熱定着する定着装置であって、
   前記周回経路の外側に配設された励磁コイルと、
   前記周回経路の内側であって、前記ベルトを挟んで前記励磁コイルとほぼ対向する位置に配設され、周回駆動されるベルトの内周面に接触して、当該ベルトの周回位置を規制する固定プレートとを備え、
   前記ベルトは、整磁合金を含まない導電発熱層をベルト基材とし、
   前記固定プレートは、整磁合金層と、当該整磁合金層の前記ベルトと反対側に積層された導電層とを含むこと
   を特徴とする定着装置。
2. 前記固定プレートを構成する整磁合金層は、キュリー点未満の温度のときに強磁性を示し、キュリー点以上の温度になると磁性を失い、
   前記ベルトにおける導電発熱層は、前記整磁合金層が磁性を失うと、発熱量が８０％以下に低下すること
   を特徴とする請求項１に記載の定着装置
3. 前記ベルトにおける導電発熱層はニッケルであり、１０μｍ以上、１００μｍ以下の厚さであること
   を特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記励磁コイルは、周波数が１０ｋＨｚ以上、３０ｋＨｚ以下の磁束を発生させること
   を特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記固定プレートを構成する整磁合金層は、Ｎｉ−Ｆｅ合金、又は、Ｎｉ−ＦｅーＣｒ合金であり、キュリー点が１８０℃以上、２４０℃以下であること
   を特徴とする請求項１に記載の定着装置。
6. 前記固定プレートは、
   前記ベルトに最も近い側に、さらに、前記整磁合金層よりも、前記ベルトが周回駆動する際のすべり摩擦係数が小さい低摩擦層を積層した、少なくとも３層からなる積層構造をなし、
   前記ベルトが周回駆動する際に、前記ベルトの内周面と前記低摩擦層とが摺擦すること
   を特徴とする請求項１に記載の定着装置。
7. 前記ベルトは、
   その内周側の表面に、さらに、前記ベルト基材よりも、前記ベルトが周回駆動する際のすべり摩擦係数が小さい低摩擦層を積層した、少なくとも２層からなる積層構造をなし、
   前記ベルトが周回駆動する際に、前記固定プレートと前記低摩擦層とが摺擦すること
   を特徴とする請求項１に記載の定着装置。
8. 前記固定プレートは、
   前記ベルトに最も近い側に、さらに、前記整磁合金層よりも、前記ベルトが周回駆動する際のすべり摩擦係数が小さい第１の低摩擦層を積層した、少なくとも３層からなる積層構造をなし、
   前記ベルトは、
   その内周側の表面に、さらに、前記ベルト基材よりも、前記ベルトが周回駆動する際のすべり摩擦係数が小さい第２の低摩擦層を積層した、少なくとも２層からなる積層構造をなし、
   前記ベルトが周回駆動する際に、前記第１の低摩擦層と、前記第２の低摩擦層とが摺擦すること
   を特徴とする請求項１に記載の定着装置。
9. 前記低摩擦層は、フッ素系樹脂であること
   を特徴とする請求項６〜８のうちのいずれか１項に記載の定着装置。
10. 前記ベルトは、
    前記第１ローラの回転軸に垂直な平面による断面の形状が略楕円形であり、
    長径≦短径×２の関係を満たすこと
    を特徴とする請求項１に記載の定着装置。
11. 請求項１〜１０のうちの何れか１項の定着装置を備える画像形成装置。

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