JP2010230932A - 定着装置、および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】感温磁性部材64は、定着ベルト61の幅方向に沿って配列された複数の構成部分により構成され、磁気特性が温度に応じて強磁性と常磁性との間で遷移する遷移領域が、一または複数の構成部分において他の構成部分とは異なる温度領域からなる。
【選択図】図3
Description
例えば特許文献1には、磁束発生手段としての電磁誘導コイルが磁性金属製の芯金シリンダからなる定着ロールの内部に配置され、電磁誘導コイルにて生成した誘導磁界により定着ロールに渦電流を誘起させて、定着ロールを直接的に加熱する誘導加熱方式の定着装置が記載されている。
本発明は、誘導加熱方式の定着装置における非通紙領域での過剰な昇温を抑制することを目的とする。
請求項3に記載の発明は、前記磁路形成部材は、使用される前記記録材の中の最小幅の当該記録材が通過する領域に配置された前記構成部分の前記遷移領域の開始温度が前記定着部材の耐熱温度よりも低く構成されたことを特徴とする請求項1記載の定着装置である。
請求項4に記載の発明は、前記磁路形成部材は、使用される前記記録材の中の最小幅の当該記録材が通過する領域以外の領域に配置された前記構成部分の前記遷移領域の終了温度が前記定着部材の耐熱温度よりも低く構成されたことを特徴とする請求項1記載の定着装置である。
請求項5に記載の発明は、前記磁路形成部材は、前記遷移領域が透磁率が減少を開始する透磁率変化開始温度までの温度範囲にて温度と比透磁率との関係を規定する第1の関数と当該透磁率変化開始温度を超えた温度範囲にて温度と比透磁率との対応関係を規定する第2の関数との交点となる開始温度と、当該第2の関数における比透磁率が1となる終了温度との間の領域で規定されることを特徴とする請求項1記載の定着装置である。
請求項6に記載の発明は、前記定着部材の温度を検知する温度検知部材をさらに備え、前記温度検知部材は、使用される前記記録材の中の最小幅の当該記録材が通過する領域に配置されたことを特徴とする請求項1記載の定着装置である。
請求項9に記載の発明は、前記定着手段の前記磁路形成部材は、使用される前記記録材の中の最小幅の当該記録材が通過する領域に配置された前記構成部分の前記遷移領域の開始温度が前記定着部材の耐熱温度よりも低く構成されたことを特徴とする請求項7記載の画像形成装置である。
請求項10に記載の発明は、前記定着手段の前記磁路形成部材は、使用される前記記録材の中の最小幅の当該記録材が通過する領域以外の領域に配置された前記構成部分の前記遷移領域の終了温度が前記定着部材の耐熱温度よりも低く構成されたことを特徴とする請求項7記載の画像形成装置である。
請求項2の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、通紙領域において定着部材に設定する定着設定温度を高く設定して、定着性能を向上させることができる。
請求項3の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、通紙領域において定着部材に損傷が生じさせない温度範囲内で、定着性能を向上させることができる。
請求項4の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、非通紙領域において定着部材に損傷が生じることを抑制することができる。
請求項5の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、定着部材の非通紙領域の昇温をより効果的に抑制するとともに、定着部材に設定する定着設定温度の上限値を高めることができる。
請求項6の発明によれば、通紙領域における定着部材の温度に応じて温度調整を行うことができ、本発明を採用しない場合に比べ、通紙領域の温度をより精度良く定着設定温度に設定することができる。
請求項8の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、通紙領域において定着部材に設定する定着設定温度を高く設定して、定着性能を向上させることができる。
請求項9の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、通紙領域において定着部材に損傷が生じさせない温度範囲内で、定着性能を向上させることができる。
請求項10の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、非通紙領域において定着部材に損傷が生じることを抑制することができる。
<画像形成装置の説明>
図1は本実施の形態の定着装置が適用される画像形成装置の構成例を示した図である。図1に示す画像形成装置1は、所謂タンデム型のカラープリンタであり、画像データに基づき画像形成を行う画像形成部10、画像形成装置1全体の動作を制御する制御部31を備えている。さらには、例えばパーソナルコンピュータ(PC)3や画像読取装置(スキャナ)4等との通信を行って画像データを受信する通信部32、通信部32にて受信された画像データに対し予め定めた画像処理を施す画像処理部33を備えている。
画像形成ユニット11各々は、現像器15に収納されるトナーを除いて略同様に構成され、それぞれがイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)のトナー像を形成する。
一方、一次転写後に感光体ドラム12に付着しているトナー(一次転写残トナー)、および二次転写後に中間転写ベルト20に付着しているトナー(二次転写残トナー)は、それぞれドラムクリーナ16、およびベルトクリーナ25によって除去される。
このようにして、画像形成装置1での画像形成処理がプリント枚数分のサイクルだけ繰り返し実行される。
次に、本実施の形態の定着ユニット60について説明する。
図2および図3は本実施の形態の定着ユニット60の構成を示す図であり、図2は正面図、図3は図2におけるX−X断面図である。
まず、断面図である図3に示すように、定着ユニット60は、交流磁界を生成する磁界生成部材の一例としてのIH(Induction Heating)ヒータ80、IHヒータ80により電磁誘導加熱されてトナー像を定着する定着部材の一例としての定着ベルト61、定着ベルト61に対向するように配置された加圧ロール62、定着ベルト61を介して加圧ロール62から押圧される押圧パッド63を備えている。
さらに、定着ユニット60は、押圧パッド63等の構成部材を支持するホルダ65、IHヒータ80にて生成された交流磁界を誘導して磁路を形成する感温磁性部材64、感温磁性部材64を通過した磁力線を誘導する誘導部材66、定着ベルト61からの用紙Pの剥離を補助する剥離補助部材173を備えている。
定着ベルト61は、原形が円筒形状の無端のベルト部材で構成され、例えば原形(円筒形状)時の直径が30mm、幅方向長が370mmに形成されている。また、図4(定着ベルト61の断面層構成図)に示したように、定着ベルト61は、基材層611、基材層611の上に積層された導電発熱層612、トナー像の定着性を向上させる弾性層613、最上層に被覆された表面離型層614からなる多層構造のベルト部材である。
具体的には、基材層611として、例えば、厚さ30〜200μm(好ましくは50〜150μm)の非磁性ステンレススチール等の非磁性金属や、厚さ60〜200μmの樹脂材料等が用いられる。
通常、IHヒータ80に交流電流を供給する励磁回路88(後段の図6も参照)の電源として、安価に製造できる汎用電源が使用される。そのため、IHヒータ80により生成される交流磁界の周波数は、一般に、汎用電源による20k〜100kHzとなる。それにより、導電発熱層612は、周波数20k〜100kHzの交流磁界が侵入し通過するように構成される。
そのため、導電発熱層612の厚さは、周波数20k〜100kHzの交流磁界が導電発熱層612を侵入し通過するように、(1)式で規定される導電発熱層612の表皮深さ(δ)よりも薄層に構成される。また、導電発熱層612を構成する材料として、例えば、Au,Ag,Al,Cu,Zn,Sn,Pb,Bi,Be,Sb等の金属や、これらの金属合金が用いられる。
また、定着ベルト61が定着設定温度まで加熱されるまでに要する時間(以下、「ウォームアップタイム」)を短縮する観点からも、導電発熱層612は、薄層に構成するのが好ましい。
表面離型層614は、用紙P上に保持された未定着トナー像と直接接触するため、離型性の高い材質が使用される。例えば、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重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、シリコーン共重合体、またはこれらの複合層等が用いられる。表面離型層614の厚さとしては、薄すぎると、耐摩耗性の面で充分でなく、定着ベルト61の寿命を短くする。その一方で、厚すぎると、定着ベルト61の熱容量が大きくなりすぎ、ウォームアップタイムが長くなる。そこで、表面離型層614の厚さとして、耐摩耗性と熱容量とのバランスを考慮し、1〜50μmが好適である。
押圧パッド63は、シリコーンゴム等やフッ素ゴム等の弾性体で構成され、加圧ロール62と対向する位置にてホルダ65に支持される。そして、定着ベルト61を介して加圧ロール62から押圧される状態で配置され、加圧ロール62との間でニップ部Nを形成する。
また、押圧パッド63は、ニップ部Nの入口側(用紙Pの搬送方向上流側)のプレニップ領域63aと、ニップ部Nの出口側(用紙Pの搬送方向下流側)の剥離ニップ領域63bとで異なるニップ圧が設定されている。すなわち、プレニップ領域63aでは、加圧ロール62側の面がほぼ加圧ロール62の外周面に倣う円弧形状に形成され、均一で幅の広いニップ部Nを形成する。また、剥離ニップ領域63bでは、剥離ニップ領域63bを通過する定着ベルト61の曲率半径が小さくなるように、加圧ロール62表面から局所的に大きなニップ圧で押圧されるように形成される。それにより、剥離ニップ領域63bを通過する用紙Pに定着ベルト61表面から離れる方向のカール(ダウンカール)を形成して、用紙Pに対する定着ベルト61表面からの剥離を促進させている。
次に、感温磁性部材64は、定着ベルト61の内周面に倣った円弧形状で形成され、定着ベルト61の内周面とは予め定めた間隙(例えば、0.5〜2.5mm)を有するように近接させるが、非接触で配置される。感温磁性部材64を定着ベルト61と近接させて配置するのは、感温磁性部材64の温度が定着ベルト61の温度に対応して変化する、すなわち、感温磁性部材64の温度が定着ベルト61の温度と略同じ温度となるように構成するためである。また、感温磁性部材64を定着ベルト61と非接触で配置するのは、画像形成装置1のメインスイッチがオンされ、定着ベルト61が定着設定温度まで加熱される際に、定着ベルト61の熱が感温磁性部材64に流入するのを抑制して、ウォームアップタイムの短縮を図るためである。
また、感温磁性部材64は、IHヒータ80により生成された交流磁界(磁力線)に対する表皮深さδ(上記(1)式参照)よりも厚い厚さで形成される。具体的には、例えばFe−Ni合金を用いた場合には50〜300μm程度に設定される。表皮深さδと同等以上の厚さにすれば主な磁束の磁路が形成できるので、感温磁性部材64が定着ベルト61昇温時の温度を感度よく検知(センシング)するためには熱容量の観点から薄い方が望ましい。
押圧パッド63を支持するホルダ65は、押圧パッド63が加圧ロール62からの押圧力を受けた状態での撓み量が一定量以下となるように、剛性の高い材料で構成される。それにより、ニップ部Nにおける長手方向の圧力(ニップ圧N)の均一性を維持している。さらに、本実施の形態の定着ユニット60では、電磁誘導を用いて定着ベルト61を加熱する構成を採用していることから、ホルダ65は、誘導磁界に影響を与えないか、または与え難い材料であり、かつ、誘導磁界から影響を受けないか、または受け難い材料で構成される。例えば、ガラス混入PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の耐熱性樹脂や、例えばAl,Cu,Ag等の非磁性金属材料等が用いられる。
誘導部材66は、感温磁性部材64の内周面に倣った円弧形状で形成され、感温磁性部材64の内周面とは予め定めた間隙(例えば、1.0〜5.0mm)を有する非接触に配置される。また、誘導部材66は、例えばAg,Cu,Alといった固有抵抗値が比較的小さい非磁性金属で構成される。そして、感温磁性部材64が透磁率変化開始温度以上の温度に上昇した際に、IHヒータ80により生成された交流磁界(磁力線)を誘導して、定着ベルト61の導電発熱層612よりも渦電流Iが発生し易い状態を形成する。それにより、誘導部材66の厚さは、渦電流Iが流れ易いように、表皮深さδ(上記(1)式参照)よりも充分に厚い厚さ(例えば、1.0mm)で形成される。
次に、定着ベルト61の駆動機構について説明する。
正面図である図2に示したように、ホルダ65(図3参照)の軸方向両端部には、定着ベルト61の両端部の断面形状を円形に維持しながら定着ベルト61を周方向に回転駆動するエンドキャップ部材67が固定されている。そして、定着ベルト61は、両端部からエンドキャップ部材67を介した回転駆動力を直接的に受けて、例えば140mm/sのプロセススピードで図3の矢印C方向に回転移動する。
ここで図5は、(a)がエンドキャップ部材67の側面図であり、(b)がZ方向から見たエンドキャップ部材67の平面図である。図5に示したように、エンドキャップ部材67は、定着ベルト61の両端部内側に嵌合される固定部67a、固定部67aより外径が大きく形成され、定着ベルト61に装着された際に定着ベルト61よりも半径方向に張り出すように形成されたフランジ部67d、回転駆動力が伝達されるギヤ部67b、ホルダ65の両端部に形成された支持部65aと結合部材166を介して回転自在に結合されたベアリング軸受部67cを備える。そして、上記図2に示したように、ホルダ65の両端部の支持部65aが定着ユニット60の筐体69の両端部に固定されることで、エンドキャップ部材67は、支持部65aに結合されたベアリング軸受部67cを介して回転自在に支持される。
エンドキャップ部材67を構成する材質としては、機械的強度や耐熱性の高い所謂エンジニアリングプラスチックスが用いられる。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、LCP樹脂等が適する。
このように、定着ベルト61が定着ベルト61の両端部から駆動力を直接受けて回転するので、定着ベルト61は安定して回転する。
また、エンドキャップ部材67のフランジ部67dにより定着ベルト61の片寄りを抑えているが、その際の定着ベルト61には、一般に、端部(フランジ部67d)側から軸方向に向けて1〜5N程度の圧縮力が働く。しかし、定着ベルト61がこのような圧縮力を受けた場合においても、定着ベルト61の基材層611が非磁性ステンレススチール等で構成されていることから、座屈等の発生が抑制される。
上記のように、本実施の形態の定着ベルト61においては、定着ベルト61の両端部から駆動力を直接受けて回転するので、安定した回転が行われる。また、その際に、定着ベルト61の基材層611を機械的強度の高い例えば非磁性ステンレススチール等で構成することで、ねじりトルクや圧縮力に対して座屈等が発生し難い構成を実現している。さらには、基材層611および導電発熱層612を薄層に形成して、定着ベルト61全体としての柔軟性・フレキシブル性を確保しているので、ニップ部Nに倣った変形と形状復元とが行われる。
加圧ロール62は、例えば直径18mmの中実のアルミニウム製コア(円柱状芯金)621と、コア621の外周面に被覆された例えば厚さ5mmのシリコーンスポンジ等の耐熱性弾性体層622と、さらに例えば厚さ50μmのカーボン配合のPFA等の耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層623とが積層されて構成される。そして、押圧バネ68(図2参照)により例えば25kgfの荷重で定着ベルト61を介して押圧パッド63を押圧している。
続いて、定着ベルト61の導電発熱層612に交流磁界を作用させて電磁誘導加熱するIHヒータ80について説明する。
図6は、本実施の形態のIHヒータ80の構成を説明する断面図である。図6に示したように、IHヒータ80は、例えば耐熱性樹脂等の非磁性体から構成される支持体81、交流磁界を生成する励磁コイル82を備えている。また、励磁コイル82を支持体81上に固定する弾性体で構成された弾性支持部材83、励磁コイル82にて生成された交流磁界の磁路を形成する磁心84を備えている。さらには、磁界を遮蔽するシールド85、磁心84を支持体81側に加圧する加圧部材86、励磁コイル82に交流電流を供給する励磁回路88を備えている。
支持体81を構成する材質としては、例えば、耐熱ガラス、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の耐熱性樹脂、またはこれらにガラス繊維を混合した耐熱性樹脂等の耐熱性のある非磁性材料が用いられる。
弾性支持部材83は、例えばシリコーンゴム等やフッ素ゴム等の弾性体で構成されたシート状部材である。弾性支持部材83は、励磁コイル82が支持体81の支持面81aに密着して固定されるように、励磁コイル82を支持体81に対して押圧するように設定されている。
ここで、磁心84は磁路形成による損失が小さい材料が望ましい。具体的には、磁心84は渦電流損を小さくする形態(スリット等による電流経路遮断や分断化、薄板束ね等)での使用が望ましく、ヒステリシス損の小さい材料で形成されることが望ましい。
また、定着ベルト61の回転方向に沿った磁心84の長さは、感温磁性部材64の定着ベルト61の回転方向に沿った長さよりも小さく構成される。それにより、磁力線のIHヒータ80周辺への漏洩が減り、力率が向上する。さらには、定着ユニット60を構成する金属製部材への電磁誘導を抑え、定着ベルト61(導電発熱層612)での発熱効率を高める。
引き続いて、IHヒータ80により生成された交流磁界によって定着ベルト61が発熱する状態を説明する。
まず、上記したように、感温磁性部材64の磁気特性が強磁性と非磁性(常磁性)との間で遷移する遷移領域は、各色トナー像を定着する定着設定温度以上であって定着ベルト61の耐熱温度以下となる温度範囲内(例えば、140〜240℃)に設定されている。そして、定着ベルト61の温度が遷移領域以下の温度状態にある場合には、定着ベルト61に近接する感温磁性部材64の温度も定着ベルト61の温度に対応して、遷移領域以下の温度となる。そのため、感温磁性部材64は強磁性を呈するので、IHヒータ80により生成された交流磁界の磁力線Hは、定着ベルト61を透過した後、感温磁性部材64の内部を広がり方向に沿って通過する磁路を形成する。ここでの「広がり方向」とは、感温磁性部材64の厚さ方向と直交する方向を意味する。
このように、定着ベルト61の温度が遷移領域以下の温度範囲にある場合には、磁力線Hが導電発熱層612を横切る領域R1,R2や領域R3において大きな熱が発生する。それにより、定着ベルト61は加熱される。
次に、定着ベルト61の非通紙部の昇温を抑制する機能について説明する。
ここでまず、定着ユニット60に小サイズの用紙P(小サイズ紙P1)を連続して通紙した場合について述べる。図8は、小サイズ紙P1を連続して通紙した際の定着ベルト61の幅方向の温度分布の概略を示した図である。図8においては、画像形成装置1にて使用される用紙Pの最大サイズ幅(例えば、A3横幅)である最大通紙領域をFf、最大サイズ用紙Pよりも横幅の小さな小サイズ紙P1(例えば、A4縦送り)が通過する領域(小サイズ紙通紙領域)をFs、小サイズ紙P1が通過しない非通紙領域をFbとする。なお、画像形成装置1では中央位置基準で通紙が行われるものとする。
このように、感温磁性部材64は、定着ベルト61の温度を検知する検知部としての機能と、検知した定着ベルト61の温度に応じて定着ベルト61の過度の温度上昇を抑制する昇温抑制部としての機能とを併せ持っている。
そのため、定着ベルト61の温度が透磁率変化開始温度を超える温度範囲にある場合には、領域R1,R2や領域R3において導電発熱層612を厚さ方向に横切る磁力線Hの磁束密度が減少することとなる。それにより、磁力線Hが厚さ方向に横切る導電発熱層612に発生する渦電流Iは減り、定着ベルト61に発生するジュール熱Wは減少する。それにより、定着ベルト61の温度は低下する。
それにより、例えば小サイズ紙P1が連続通紙されて、温度が上昇した非通紙領域Fbでは、定着ベルト61の導電発熱層612に発生する渦電流Iが減って、定着ベルト61の非通紙領域Fbでの発熱量(ジュール熱W)は低減する。その結果、非通紙領域Fbでの過剰な温度上昇は抑えられる。
感温磁性部材64が上記した非通紙領域Fbでの過剰な温度上昇を抑える機能を果たすには、感温磁性部材64の長手方向の領域毎の温度がそれに対向する定着ベルト61の長手方向の領域毎の温度に対応して変化し、上記した定着ベルト61の温度を検知する検出部としての機能を果たす必要がある。
そのために、感温磁性部材64自身に関しては、磁力線Hによって誘導加熱され難い構成が採用される。すなわち、定着ベルト61の温度が感温磁性部材64の遷移領域以下であり、感温磁性部材64が強磁性を呈する状態であっても、IHヒータ80からの磁力線Hの中には、感温磁性部材64を厚さ方向に横切る磁力線Hは存在する。それにより、感温磁性部材64内部には弱い渦電流Iが発生しており、感温磁性部材64自身においても若干の発熱が生じる。そのため、例えば、大量の画像形成が連続して行われた場合等には、感温磁性部材64に自己発熱した熱が蓄積され、通紙領域(図8参照)でも感温磁性部材64の温度が上昇傾向を呈する。このように渦電流損による自己発熱が大きいと感温磁性部材64の温度が上昇して、意図せず遷移領域まで到達してしまい、通紙領域と非通紙領域の磁気特性に差が殆どなくなって昇温抑制効果が充分得られないことがある。そこで、感温磁性部材64の温度と定着ベルト61の温度との対応関係が維持され、感温磁性部材64が定着ベルト61の温度を検知する検知部として精度良く機能するために、感温磁性部材64自身に発生するジュール熱Wを抑える必要がある。
また、第2として、感温磁性部材64の厚さは、少なくとも遷移領域以下の温度範囲にて磁力線Hが感温磁性部材64の厚さ方向に横切り難いように、強磁性を呈する状態での表皮深さδよりも厚く形成される。
また、スリットの傾斜角が最大となった状態として、感温磁性部材64がスリット部で小片に分割された状態となる小片分割群となってもよく、このような形態であっても本発明の効果は同様に得られる。
次に、感温磁性部材64の長手方向の構成について説明する。
図11は、感温磁性部材64の長手方向の構成を説明する斜視図である。図11に示したように、感温磁性部材64は、長手方向に沿って複数(例えば3つ)の構成部分、すなわち感温磁性部材64A,64B,64Cに分割されて構成されている。中央部に配置された構成部分の一例としての感温磁性部材64Aは、長手方向の配置領域が、画像形成装置1にて使用される最大サイズ用紙Pよりも横幅の小さな小サイズ紙P1(例えば、画像形成装置1にて使用される最小幅用紙としてのA4縦送り)が通過する小サイズ紙通紙領域Fs(上記図8参照)に対応して形成されている。また、感温磁性部材64Aの両端部に配置された構成部分の一例としての感温磁性部材64B,64Cは、長手方向の配置領域が、小サイズ紙P1が通過しない非通紙領域Fb(上記図8参照)に対応して形成されている。
また、このような感温磁性部材64A,64B,64C各々の磁気特性に対応させて、定着ベルト61の温度を検知する温度検知部材の一例であるサーミスタ71およびサーミスタ72の双方は、定着ベルト61の長手方向に関して感温磁性部材64Aの配置領域に配置される(図11参照)。さらには、定着ベルト61の温度が異常に上昇した場合に定着ユニット60への電力の供給を遮断する遮断部材の一例であるサーモスイッチ70も、同様に、定着ベルト61の長手方向に関して感温磁性部材64Aの配置領域に配置される(図11参照)。それにより、定着ベルト61の温度制御は、小サイズ紙通紙領域Fsにて検知される温度に基づいて定着設定温度での温度調整制御が行われる。
ここで、感温磁性部材64(64A,64B,64C)が有する感温磁性について説明しておく。
本実施の形態の感温磁性部材64は、その磁気特性の透磁率(例えば、JIS C2531で測定される透磁率)が急変する温度である「透磁率変化開始温度」から減少への変化を開始し、物質が磁性を消失する温度であるキュリー点(「CP:Curie Point」)に到達するまで減少を続ける磁気特性を有する。このような特定の温度領域において強磁性と非磁性(常磁性)との間で可逆的に変化する感温磁性部材64の磁気特性を「感温磁性」と称している。
なお、非通紙領域Fbに配置された感温磁性部材64B,64Cも、比透磁率μrに関する温度特性は感温磁性部材64Aと同様の傾向を示す。
また、指標温度TP3は、遷移領域の終了温度の一例であって、一次関数F2(T)と比透磁率μr=1との交点の温度である。
なお、図12に示したように、透磁率変化開始温度TP1を超えた温度範囲においては、比透磁率μrが多次関数で減少する領域が存在するが、第2の関数の一例である一次関数F2(T)は、透磁率変化開始温度TP1を超えた温度範囲において一次関数で減少する領域での温度Tと比透磁率μrとの関係を表すものである。
一方、温度Tと比透磁率μrとが一次関数F2(T)で減少する温度領域の最も高温の領域部分では感温磁性部材64の比透磁率μrは殆ど1となる。そのため、指標温度TP3は、実質的なキュリー点CPとして捉えることができる。
そのため、指標温度TP3と指標温度TP2との間の温度領域は、感温磁性部材64の磁気特性が強磁性と非磁性(常磁性)との間で遷移する遷移領域として定義付けることができる。
その場合には、感温磁性部材64では、定着ベルト61の定着設定温度に対応させて、感温磁性部材64の機能が実質的に発現し始める指標温度TP2を定着ベルト61の耐熱温度に近づけて設定する。それにより、定着ベルト61の定着設定温度において感温磁性部材64は強磁性を呈する。そして、上記図7に示したように、IHヒータ80により生成された交流磁界の磁力線Hは、定着ベルト61を透過した後、感温磁性部材64の内部を広がり方向(厚さ方向と直交する方向)に沿って通過する磁路を形成する。その結果、定着ベルト61を横切る磁力線Hの磁束密度は高くなり(図7の領域R1,R2,R3)、定着ベルト61に大きな熱が発生する。
そこで、非通紙領域Fbに配置された感温磁性部材64B,64Cにおいては、実質的なキュリー点CPとして捉えることができる指標温度TP3を定着ベルト61の耐熱温度以下となるように設定する。すなわち、感温磁性部材64B,64Cでの磁気特性の遷移領域の終了温度が定着ベルト61の耐熱温度以下となるように設定する。
一方、上記の図12に例示した小サイズ紙通紙領域Fsに配置された感温磁性部材64Aでは、磁気特性の遷移領域が指標温度TP2を240℃、指標温度TP3を249℃とする温度領域に設定されている。
この場合に、定着ベルト61の耐熱温度が245℃程度であると想定する。そうすると、定着ベルト61が耐熱温度に近い例えば235℃に設定された定着設定温度にて温度調整制御されたとしても、温度調整制御はサーミスタ71および/またはサーミスタ72にて検知された定着ベルト61の温度に基づき行われるため、小サイズ紙通紙領域Fsでの定着ベルト61の温度は耐熱温度を超えない範囲に制限される。
それに対し、定着ベルト61が耐熱温度に近い定着設定温度にて温度調整制御されたとしても、非通紙領域Fbでは、定着ベルト61の耐熱温度(245℃)以下の指標温度TP3(240℃)で感温磁性部材64B,64Cの比透磁率μrが1となり、発熱量が低下する。そのため、定着ベルト61の非通紙領域Fbが耐熱温度に到達することが抑制される。
また、本実施の形態では、小サイズ紙通紙領域Fsと非通紙領域Fbとにおいて、磁気特性の遷移領域が異なる2種類の構成部分からなる感温磁性部材64を用いる構成について説明した。しかし、このような構成の他に、例えば小サイズ紙通紙領域Fsや非通紙領域Fbをそれぞれ長手方向に沿って複数(例えば2つ)の構成部分に分割し、複数の小サイズ紙通紙領域Fsや非通紙領域Fbそれぞれに磁気特性の遷移領域の異なる構成部分からなる感温磁性部材64を用いる構成を採用してもよい。すなわち、磁気特性の遷移領域の異なる3種類以上の構成部分からなる感温磁性部材64を用いてもよい。
また、本実施の形態の感温磁性部材64は、磁気特性の遷移領域が異なる複数の構成部分を一体的に構成してもよいし、それぞれを別体で構成してもよい。
Claims (10)
- 導電層を有し、当該導電層が電磁誘導加熱されることで記録材にトナーを定着する定着部材と、
前記定着部材の前記導電層と交差する交流磁界を生成する磁界生成部材と、
前記定着部材を挟んで前記磁界生成部材と対向して配置され、磁気特性が温度に応じて強磁性と常磁性との間で遷移する遷移領域を有し、当該磁界生成部材で生成された交流磁界の磁路を形成する磁路形成部材とを備え、
前記磁路形成部材は、前記定着部材の幅方向に沿って配列された複数の構成部分により構成され、一または複数の当該構成部分の前記遷移領域が他の当該構成部分とは異なる温度領域からなることを特徴とする定着装置。 - 前記磁路形成部材は、使用される前記記録材の中の最小幅の当該記録材が通過する領域に配置された前記構成部分が他の当該構成部分よりも前記遷移領域の温度領域が高く構成されたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記磁路形成部材は、使用される前記記録材の中の最小幅の当該記録材が通過する領域に配置された前記構成部分の前記遷移領域の開始温度が前記定着部材の耐熱温度よりも低く構成されたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記磁路形成部材は、使用される前記記録材の中の最小幅の当該記録材が通過する領域以外の領域に配置された前記構成部分の前記遷移領域の終了温度が前記定着部材の耐熱温度よりも低く構成されたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記磁路形成部材は、前記遷移領域が透磁率が減少を開始する透磁率変化開始温度までの温度範囲にて温度と比透磁率との関係を規定する第1の関数と当該透磁率変化開始温度を超えた温度範囲にて温度と比透磁率との対応関係を規定する第2の関数との交点となる開始温度と、当該第2の関数における比透磁率が1となる終了温度との間の領域で規定されることを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記定着部材の温度を検知する温度検知部材をさらに備え、
前記温度検知部材は、使用される前記記録材の中の最小幅の当該記録材が通過する領域に配置されたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。 - トナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記トナー像形成手段によって形成された前記トナー像を記録材上に転写する転写手段と、
前記記録材上に転写された前記トナー像を当該記録材に定着する定着手段とを有し、
前記定着手段は、
導電層を有し、当該導電層が電磁誘導加熱されることで前記記録材にトナーを定着する定着部材と、
前記定着部材の前記導電層と交差する交流磁界を生成する磁界生成部材と、
前記定着部材を挟んで前記磁界生成部材と対向して配置され、磁気特性が温度に応じて強磁性と常磁性との間で遷移する遷移領域を有し、当該磁界生成部材で生成された交流磁界の磁路を形成する磁路形成部材とを備え、
前記磁路形成部材は、前記定着部材の幅方向に沿って配列された複数の構成部分により構成され、一または複数の当該構成部分の前記遷移領域が他の当該構成部分とは異なる温度領域からなることを特徴とする画像形成装置。 - 前記定着手段の前記磁路形成部材は、使用される前記記録材の中の最小幅の当該記録材が通過する領域に配置された前記構成部分が他の当該構成部分よりも前記遷移領域の温度領域が高く構成されたことを特徴とする請求項7記載の画像形成装置。
- 前記定着手段の前記磁路形成部材は、使用される前記記録材の中の最小幅の当該記録材が通過する領域に配置された前記構成部分の前記遷移領域の開始温度が前記定着部材の耐熱温度よりも低く構成されたことを特徴とする請求項7記載の画像形成装置。
- 前記定着手段の前記磁路形成部材は、使用される前記記録材の中の最小幅の当該記録材が通過する領域以外の領域に配置された前記構成部分の前記遷移領域の終了温度が前記定着部材の耐熱温度よりも低く構成されたことを特徴とする請求項7記載の画像形成装置。
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