JP2018045122A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感温磁性体によりベルトの過剰な加熱が抑制される定着装置において、感温磁性体が常磁性になった場合に、ベルトの温度を測定するセンサが磁界の作用で加熱されることを抑制すること。【解決手段】発熱制御部材７３５は、定着ベルト７３１の第２面７３１Ｓ２側の空間に配置されてキュリー温度で強磁性から常磁性に変化する感温磁性材料を有し、定着ベルト７３１の発熱を抑制する。温度センサ７５は、定着ベルト７３１の温度を測定する。温度センサ７５は、導電体を有しており、磁界の作用により加熱されるようになっている。磁性体７６は、温度センサ７５の周囲に設置され、ＩＨヒータ７２により生成される磁界により温度センサ７５の温度が上昇することを抑制する。【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。

特許文献１には、磁界の作用で加熱される定着ベルトが過剰に加熱されることを、感温磁性材料を用いて防止する技術が開示されている。

特開２００８−１５２２４７号公報

定着装置においては、ベルトの温度を測定するセンサを設けることがある。このセンサとして磁界の作用で加熱されるものが用いられた場合、特許文献１の技術のように定着ベルトの加熱に磁界が用いられていると、感温磁性体が強磁性である状態では感温磁性体によって磁束が導かれて磁界が弱まる領域が生じるのでその領域にセンサを配置しておけばよいが、感温磁性体が加熱されて常磁性になると、磁界が弱まっていたセンサの設置領域の磁界が強くなりセンサが加熱され、実際のベルトの温度よりも高い温度が測定されることが起こり得る。
そこで、本発明は、感温磁性体によりベルトの過剰な加熱が抑制される定着装置において、感温磁性体が常磁性になった場合に、ベルトの温度を測定するセンサが磁界の作用で加熱されることを抑制す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、磁界の作用により熱を発生させて当該熱により媒体に画像を定着させるベルトと、前記ベルトの第１面側に配置されて当該ベルトを加熱する磁界を発生させる磁界発生部と、前記ベルトの第２面側の空間に配置されてキュリー温度で強磁性から常磁性に変化する第１磁性体を有し、前記ベルトの発熱を抑制する発熱制御部材と、前記第１磁性体よりも前記ベルト側で且つ当該第１磁性体から見て前記ベルトの厚さ方向に存在する空間を前記第２面側の空間から除いた第１空間に配置され、前記ベルト側に存在する物体の温度を測定し、且つ、磁界の作用により加熱されるセンサと、前記センサよりも前記ベルトとは反対側で且つ当該センサから見て前記厚さ方向に存在する空間を前記第２面側の空間から除いた第２空間に配置された第２磁性体とを備えることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る定着装置は、請求項１に記載の構成において、前記第２磁性体は、前記第１磁性体のキュリー温度では強磁性を示すことを特徴とする。

本発明の請求項３に係る定着装置は、請求項１又は２に記載の構成において、前記第２磁性体は、キュリー温度が前記第１磁性体よりも高いことを特徴とする。

本発明の請求項４に係る定着装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載の構成において、前記第２磁性体は、前記第２空間のうち、前記第１磁性体よりも前記ベルトから離れた空間に配置されていることを特徴とする。

本発明の請求項５に係る定着装置は、請求項１から４のいずれか１項に記載の構成において、前記発熱制御部材は、前記厚さ方向に貫通する孔を有し、前記センサは、前記孔の前記厚さ方向に配置されていることを特徴とする。

本発明の請求項６に係る定着装置は、請求項１から４のいずれか１項に記載の構成において、前記センサは、前記第１磁性体によって前記ベルト側が覆われる位置に配置されていることを特徴とする。

本発明の請求項７に係る定着装置は、請求項１から６のいずれか１項に記載の構成において、前記第２磁性体は、前記センサから見て前記ベルトの厚さ方向に存在する空間を前記第２空間から除いた第３空間に配置されていることを特徴とする。

本発明の請求項８に係る定着装置は、請求項１から６のいずれか１項に記載の構成において、前記第２磁性体は、前記第２空間のうち、前記センサよりも前記ベルト側で且つ当該センサから見て前記厚さ方向に存在する第４空間に配置されていることを特徴とする。

本発明の請求項９に係る画像形成装置は、請求項１から８のいずれか１項に記載の定着装置と、媒体に画像を形成し、当該媒体に形成された画像が前記定着装置により当該媒体に定着される画像形成部とを備えることを特徴とする。

請求項１、２、３、９に係る発明によれば、感温磁性体によりベルトの過剰な加熱が抑制される定着装置において、感温磁性体が常磁性になった場合に、ベルトの温度を測定するセンサが磁界の作用で加熱されることを抑制することができる。
請求項４に係る発明によれば、ベルトの温度ムラの発生を防ぐことができる。
請求項５に係る発明によれば、センサがベルトの温度を直接測定することができる。
請求項６に係る発明によれば、センサのベルト側が覆われていない場合に比べて、ベルトの熱がセンサに伝わりにくいようにすることができる。
請求項７に係る発明によれば、第２磁性体の磁性を強くするほどセンサの温度上昇を抑制することができる。
請求項８に係る発明によれば、第２磁性体が第４空間に配置されていない場合に比べて、ベルトの熱がセンサに伝わりにくいようにすることができる。

実施例に係る画像形成装置の全体構成を表す図 画像形成部の構成を表す図 搬送方向Ａ２に見た定着装置７を表す図 図３の矢視IV-IV方向に見た定着装置７の断面を表す図 温度センサの周辺を拡大して表す図 温度センサの周辺の空間を表す図 温度センサの周辺で発生した磁界における磁力線の一例を表す図 感温磁性材料がキュリー温度に達した場合の磁力線の一例を表す図 感温磁性材料がキュリー温度に達した場合の磁力線の一例を表す図 温度センサの温度上昇の実験結果の一例を表す図 温度センサの温度上昇の実験結果の一例を表す図 変形例の発熱制御部材の一例を表す図 変形例の発熱制御部材の別の一例を表す図 変形例の磁性体の一例を表す図 変形例の磁性体の別の一例を表す図 変形例の温度センサの周辺の空間を表す図 温度センサの周辺の空間を表す図

［１］実施例
図１は実施例に係る画像形成装置１００の全体構成を表す。画像形成装置１００は、画像データに応じた画像を形成する装置である。画像形成装置１００は、制御部１１０と、表示部１２０と、操作部１３０と、通信部１４０と、記憶部１５０と、画像形成部１６０とを備える。

制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む演算装置やメモリを備えたコンピュータである。制御部１１０の演算装置は、メモリに記憶されたプログラムを実行して、画像形成装置１００の各部を制御したり、データを処理したりする。また、制御部１１０は、時刻を測定する機能を有し、これらの制御や処理を行ったときの時刻を取得したり、決められた時刻にこれらの制御や処理を行ったりする。表示部１２０は、液晶表示画面及び液晶駆動回路を備えており、制御部１１０から供給されてくる情報に基づいて処理の進行状況やユーザに操作を案内する情報などを表示する。

操作部１３０は、ボタン等の操作子を備え、ユーザの操作に応じてその操作内容を表す操作情報を制御部１１０に供給する。通信部１４０は、ＬＡＮ（Local Area Network）などの通信回線と接続し、その通信回線に接続する外部装置と通信する。この外部装置からは、例えば、画像を形成するための画像データと共に、その画像を用紙に形成するように要求することを示す要求データが送信されてくる。通信部１４０は、送信されてきたそれらのデータを制御部１１０に供給する。記憶部１５０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶装置を備え、例えば、上記の画像データを記憶する。画像形成部１６０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の４色のトナーを用いて電子写真方式で用紙等の媒体（記録媒体）に画像を形成する。

図２は画像形成部１６０の構成を表す。図２に示す画像形成部１６０の各符号のうち、その末尾に付されたアルファベットは画像形成装置が扱うトナーの色に対応する。符号の末尾のアルファベットが異なる構成は、扱うトナーの色が異なるが、その構成は互いに共通している。以下の説明において、これら各構成を特に区別する必要がない場合には、符号の末尾のアルファベットを省いて説明する。画像形成部１６０は、画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋと、露光装置２と、中間転写ベルト３と、給紙部４と、複数の搬送ロール５と、二次転写ロール６と、定着装置７と、排出部８とを有する。

露光装置２は、各画像形成ユニット１に各色の画像データに応じた光（露光光）をそれぞれ出力し、各色の画像の元となる静電潜像をそれぞれ形成する。画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、トナーを用いて静電潜像を現像し、各色の画像をそれぞれ形成する。これらの画像形成ユニット１の構成について、画像形成ユニット１Ｋの構成を例に挙げて説明する。画像形成ユニット１Ｋは、感光体１１Ｋと、帯電装置１２Ｋと、露光部１３Ｋと、現像装置１４Ｋと、一次転写ロール１５Ｋと、クリーニング装置１６Ｋとを有する。感光体１１Ｋは、表面に光導電膜を積層して軸を中心に回転する円筒状の部材であり、表面に形成された静電潜像を保持する。

帯電装置１２Ｋは、感光体１１Ｋを決められた帯電電位に帯電させる。露光部１３Ｋは、露光装置２から出力された露光光が感光体１１Ｋに至るまでの経路を形成する。帯電装置１２Ｋにより帯電された感光体１１Ｋの表面には、露光装置２が出力した露光光が露光部１３Ｋを通って到達し、画像データに応じた静電潜像が形成される。現像装置１４Ｋは、非磁性体であるトナーと磁性体であるキャリアとを有する現像剤を収容する。現像装置１４Ｋは、この現像剤に含まれるトナーを上記の静電潜像に供給し、この静電潜像を現像して感光体１１Ｋの表面に画像を形成する。一次転写ロール１５Ｋは、この画像を感光体１１Ｋから中間転写ベルト３に一次転写する。クリーニング装置１６Ｋは、一次転写がされた後の感光体１１Ｋの表面に残留するトナーを除去する。

中間転写ベルト３は、駆動ロール３１を含む複数のロールに掛け渡されており、これらのロールにより回転可能に支持されている。駆動ロール３１は、制御部１１０により制御される図示せぬ駆動機構により駆動されて、制御部１１０が定めた回転速度（回転する速度のこと）で回転する。中間転写ベルト３は、駆動ロール３１が回転することにより、矢印で示す回転方向Ａ１に回転する。中間転写ベルト３の外周面には、各画像形成ユニットによって形成された画像が重ね合わされるようにして一次転写される。給紙部４には、用紙が複数枚収容されている。

複数の搬送ロール５は、給紙部４から二次転写ロール６、定着装置７を経由して排出部８にまで至る破線の矢印で示す搬送路Ｂ１を形成し、この搬送路Ｂ１を矢印で示す搬送方向Ａ２に用紙を搬送する搬送手段である。これらの搬送ロール５は、制御部１１０により制御される図示せぬ駆動機構により駆動されて、制御部１１０が定めた回転速度で回転する。

二次転写ロール６は、中間転写ベルト３と接触し、画像の転写のための領域である転写領域を形成する。二次転写ロール６は、複数の搬送ロール５によってこの転写領域に搬送されてきた用紙に、中間転写ベルト３に一次転写された画像を二次転写する。このように画像が二次転写されることで、用紙に画像が形成されることになる。二次転写ロール６は、制御部１１０により制御される図示せぬ駆動機構により駆動されて、制御部１１０が定めた回転速度で回転する。転写領域を通過した用紙は、搬送路Ｂ１を通って定着装置７に搬送される。

定着装置７は、搬送されてきた用紙に二次転写された画像に対し加熱及び加圧を行うことによって、その画像を用紙に定着させる。定着装置７は、この加熱を行うタイミング等が図１に示す制御部１１０によって制御されている。定着装置７及び制御部１１０が協働することで、本発明に係る「定着装置」として機能する。画像が形成された用紙は複数の搬送ロール５により搬送されて排出部８に排出させられる。上述した画像形成ユニット１、露光装置２、中間転写ベルト３及び二次転写ロール６は、用紙等の媒体に画像を形成する手段であり、本発明に係る「画像形成部」の一例である。この画像形成部により媒体に形成された画像は、定着装置７によりその媒体に定着されることになる。

図３は搬送方向Ａ２に見た定着装置７を表す。図３では用紙の搬入側から見た定着装置７を示している。定着装置７は、支持体７１を有し、その支持体７１の内部に、ＩＨ（Induction Heating）ヒータ７２と、定着部材７３と、加圧ロール７４と、温度センサ７５と、２つの磁性体７６とを備えている。加圧ロール７４は、一点鎖線の矢印で示す軸Ｃ１を中心に回転するロールであり、支持体７１に回転可能に支持されている。軸Ｃ１は、矢印で示す軸方向Ａ３に沿っている。

加圧ロール７４は、図示せぬ接離機構により、定着部材７３と接触または離間するようになっている。図３では、加圧ロール７４が定着部材７３に接触した状態を示している。この状態において、定着部材７３及び加圧ロール７４は、ニップ領域Ｒ１を形成している。ニップ領域Ｒ１は、用紙が通過する領域である。定着部材７３は、ニップ領域Ｒ１において画像を用紙に定着させる部材である。定着部材７３は、定着ベルト７３１と、ベルト支持部材７３２と、ホルダ７３３とを有する。

定着ベルト７３１は、円筒状に形成された無端のベルトであり、外周面を加圧ロール７４と接触させて上記のニップ領域Ｒ１を形成している部材である。定着ベルト７３１は、ＩＨヒータ７２が生成した交流磁界によって引き起こされる電磁誘導により熱を発生させる。定着ベルト７３１は、このように磁界の作用により発生させた熱により媒体に画像を定着させる。定着ベルト７３１は本発明の「ベルト」の一例である。

定着ベルト７３１は、例えば、基材と、その外周面上に形成された発熱層及び表面離型層とを有する。基材は、発熱層を支持する強度を有し、耐熱性があり、磁界（磁束）を貫通しつつ、磁界の作用により発熱しないか、又は発熱しにくい材料により形成されている。基材の材料は、例えば、厚みが３０μｍ以上２００μｍ以下（望ましくは５０μｍ以上１５０μｍ以下、より望ましくは１００μｍ以上１５０μｍ以下）の金属ベルト（非磁性金属として例えば非磁性ステンレススチールや、軟質磁性材料及び硬質磁性材料として例えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，又はこれらの合金Ｆｅ−Ｎｉ−ＣｏやＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ合金等を有する金属材料で構成されたベルト）や、例えば厚みが６０μｍ以上２００μｍ以下の樹脂ベルト（例えばポリイミドベルト）等である。

発熱層は、磁界（磁束）を容易に貫通しつつ、磁界の作用により発熱しやすい材料で形成されている。発熱層は、熱容量が小さいほど望ましい。周波数２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの汎用電源（汎用電源を用いると安価に製造できる）を使用し、発熱層を５０μｍ以下に薄くしていくと、磁性金属より低固有抵抗の非磁性金属の方が電磁誘導加熱しやすくなる。逆に厚さ５０μｍ以上であれば磁性金属が発熱しやすい。一般に磁性金属は固有抵抗が高く、比透磁率が数十から数千であるため、表皮深さにおける渦電流が流れ難くなってしまう。例えば、磁性金属の鉄は９．７１、ニッケルは６．８４（それぞれ×１０−８Ωｍ）である。

これに対して低固有抵抗の非磁性金属の銀は１．５９、銅は１．６７、アルミニウムは２．７（それぞれ×１０−８Ωｍ）と固有抵抗が小さく、比透磁率はおおよそ１であるため、薄くすると発熱しやすくなる。特に上記非磁性金属は２０μｍ以下にすると発熱し易くなる。逆に上記非磁性金属はこれより厚くしていくと発熱しにくくなり、渦電流は流れるものの固有抵抗が小さいために渦電流損による発熱量が少なくなる。発熱層は、例えば、厚み２μｍ以上２０μｍ以下（望ましくは５μｍ以上１５μｍ以下、発熱領域の総熱容量例えば３Ｊ／Ｋ以下）である、非磁性金属材料によって形成されている。非磁性金属材料としては、先に示した通り銅、アルミ、銀が望ましい。

表面離型層は、例えば、厚さが１μｍ以上３０μｍ以下のフッ素樹脂層（例えば、ＰＦＡ層：ＰＦＡ：テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体の層）である。なお、定着ベルト７３１は、上記構成に限られず、２つの基材に発熱層を挟んだベルト、具体的には例えば２つのステンレススチール基材に発熱層（例えば銅）を挟んだベルトであってもよい。

また、基材と発熱層、又は発熱層と表面離型層とに挟まれた、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等を含む弾性層を設けてもよい。いずれの場合も、定着ベルト７３１は、熱容量が小さいほど望ましい（例えば熱容量５Ｊ／Ｋ以上６０Ｊ／Ｋ以下、望ましくは３０Ｊ／Ｋ以下）。また、定着ベルト７３１の内周面には、フッ素樹脂が被覆された摺動に対して耐久性のあるフィルムを設けたり、フッ素樹脂等をコーティングしたり、潤滑剤（例えばシリコーンオイル等）を塗布したりしてもよい。

ＩＨヒータ７２は、電力が供給されると定着部材７３を含む空間に交流磁界を生成する。より詳細には、ＩＨヒータ７２は、定着ベルト７３１の一方の面側に配置されて定着ベルト７３１を加熱する磁界を発生させる。定着ベルト７３１の２つの面のうちＩＨヒータ７２が配置される側の面を以下では「第１面７３１Ｓ１」といい、その反対側の面を「第２面７３１Ｓ２」という。ＩＨヒータ７２は本発明の磁界発生部の一例である。定着ベルト７３１は、ＩＨヒータ７２が発生させた磁界により加熱されると、ニップ領域Ｒ１を通過する用紙に熱を加え、その用紙に形成されている画像を定着させる。ホルダ７３３は、上記の軸方向Ａ３に延伸する棒状の部材であり、軸方向Ａ３の両端が支持体７１に固定されている。

ベルト支持部材７３２は、定着ベルト７３１の上記の軸方向Ａ３の両端部を、定着ベルト７３１の断面の形状を円形に維持しながら支持する部材である。ベルト支持部材７３２は、定着ベルト７３１の軸を中心に回転可能な状態でホルダ７３３に支持されており、図示せぬ駆動機構により定着ベルト７３１の周方向に回転する。これにより、定着ベルト７３１は、一点鎖線で示した軸Ｃ２を中心に回転する。軸Ｃ２も、軸Ｃ１のように、軸方向Ａ３に沿っている。

図４は図３の矢視IV-IV方向に見た定着装置７の断面を表す。図４では、支持体７１を省いている。ＩＨヒータ７２は、励磁回路７２１と、励磁コイル７２２と、磁心７２３と、シールド７２４とを有する。励磁回路７２１は、定められた周波数の交流電流を励磁コイル７２２に供給する。この周波数は、例えば、一般的な汎用電源により生成される交流電流の周波数であり、例えば２０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数である。この交流電流の電流量は、制御部１１０によって制御される。

励磁コイル７２２は、相互に絶縁された銅線材を束ねたリッツ線が、楕円形状または長方形状等の中空きの閉ループ状に巻かれて形成されているコイルである。励磁コイル７２２に励磁回路７２１から上記の交流電流が供給されることにより、励磁コイル７２２の周囲には、上記のリッツ線を中心とする交流磁界が生成される。上記の電流量が大きいほど、生成される交流磁界の強度が大きくなる。

磁心７２３は、例えば焼成フェライト、フェライト樹脂、パーマロイや感温磁性合金等を材料に形成された円弧形状の強磁性体である。これらの材料は、透磁率が比較的高い酸化物や合金材質である。磁心７２３は、励磁コイル７２２の周囲に生成された交流磁界の磁力線（磁束）を内部に誘導し、磁心７２３から定着部材７３を透過して感温磁性材料を有する発熱制御部材７３５から磁心７２３に戻る磁力線の通路（磁路）を形成する。磁心７２３と発熱制御部材７３５の感温磁性材料で挟み込む磁路を形成することにより、上記の交流磁界の磁力線が、定着部材７３のうち磁心７２３と対向する部分に集中し、高磁束密度の磁界を形成して高効率な誘導加熱を実現できる。シールド７２４は、磁界を遮蔽して外部への漏洩を抑制する。

定着ベルト７３１は、上記のとおり、加圧ロール７４と接触してニップ領域Ｒ１を形成している。ニップ領域Ｒ１には、図２に示す複数の搬送ロール５により用紙Ｐ１が搬送路Ｂ１を通って搬送されてくる。複数の搬送ロール５は、画像が形成された用紙をニップ領域Ｒ１に搬送する手段である。加圧ロール７４は、矢印で示す回転方向Ａ４に回転し、定着ベルト７３１は、矢印で示す回転方向Ａ５に回転する。加圧ロール７４及び定着ベルト７３１がこれらの方向に回転することで、ニップ領域Ｒ１まで搬送された用紙Ｐ１は、この領域を通過して、再び搬送路Ｂ１を搬送される。

定着部材７３は、上述した定着ベルト７３１及びホルダ７３３に加え、パッド７３４と、発熱制御部材７３５と、支持部材７３６とを有する。パッド７３４は、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどの圧力により変形するものを材料に形成され、定着ベルト７３１の内側で加圧ロール７４と対向する位置に配置されている。パッド７３４は、ニップ領域Ｒ１において加圧ロール７４から押圧される定着ベルト７３１を支持する。ホルダ７３３は、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、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の非磁性金属等を材料に用いて形成されている。これにより、ホルダ７３３は、他の材料を用いる場合に比べて比較的、誘導磁界に影響を与えにくくなっており、且つ、誘導磁界から影響を受けにくくなっている。

発熱制御部材７３５は、定着ベルト７３１の第２面７３１Ｓ２側の空間に配置されてキュリー温度で強磁性から常磁性に変化する感温磁性材料を有し、定着ベルト７３１の発熱を抑制する。この感温磁性材料は本発明の「第１磁性体」の一例である。発熱制御部材７３５は、定着ベルト７３１の第２面７３１Ｓ２に倣った形状に構成され、定着ベルト７３１の第２面７３１Ｓ２に接すると共にＩＨヒータ７２に定着ベルト７３１を介して対向して配置されている。

発熱制御部材７３５は、支持部材７３６により、定着ベルト７３１を円筒形状に維持させつつ、非押圧で定着ベルト７３１の第２面７３１Ｓ２に接触するように支持されている。定着ベルト７３１に張力を作用させないので、発熱制御部材７３５が接触しても定着ベルト７３１の形状は極端な変化をしないようになっている。支持部材７３６は、両端（発熱制御部材７３５の軸方向Ａ３の両端）にバネ部材を有する。

このバネ部材は、例えば湾曲した板ばねであり（金属製、各種エラストマー等の板ばね）、発熱制御部材７３５と連結されている。このバネ部材により、発熱制御部材７３５は、支持されると共に、定着ベルト７３１が偏心して回転して、定着ベルト７３１が半径方向へ変位しても、その変位に対して追従し、定着ベルト７３１の第２面７３１Ｓ２に接触する状態が維持される。なお、発熱制御部材７３５がこのバネ部材を有していてもよい。

発熱制御部材７３５が有する感温磁性材料は、そのキュリー温度が定着ベルト７３１の設定温度以上で定着ベルト７３１の耐熱温度以下の範囲となる材料が用いられている。感温磁性材料のキュリー温度は、具体的には、１４０℃以上２４０℃以下であることが望ましく、より望ましくは１５０℃以上２３０℃以下である。

発熱制御部材７３５自体は、磁界の作用によって発熱させないようにした非発熱体であることが望ましい。もし非発熱体が一定の温度以上に発熱してしまうと、発熱層への電磁誘導作用により定着ベルト７３１を加熱するときに、非発熱体にも電磁誘導による磁束が作用するので、渦電流損やヒステリシス損による自己発熱が大きいと温度が上昇して意図せずキュリー温度まで到達してしまい、必要のない時に温度抑制効果が発現してしまうことがあるためである。

非発熱体は定着ベルト７３１の温度を抑制するために必要な部材であるので、自己発熱による意図しない温度上昇はできる限り小さくする必要がある。本実施例の非発熱体は、発熱層の発熱に対して自己発熱が一定の割合以下になる部材であり、自己発熱により機能の発現に問題が生じる場合には、渦電流損が発生し難くするためのスリットや切り欠きを入れた構造にしてもよい。このスリットや切り欠きは、ＩＨヒータ７２からの電磁誘導作用により発熱制御部材７３５に発生する渦電流を遮断する遮断手段として機能する。

また、感温磁性材料は金属材料と酸化物材料とに大別されるが、酸化物材料（例えば、フェライトなど）は、薄厚化（３００μｍ以下）することが困難であり、割れやすく扱いにくい、また、熱容量は大きくなり、熱伝導率が低いため、定着ベルトの温度変化に感度よく追従せず、狙いの発熱制御ができないといった問題が起こることもある。これらの問題を解決するため、安価で容易に薄肉化成型可能で良加工性、しなやかさを有し、かつ、熱伝導率が高い、金属材料である非結晶合金の整磁鋼、非晶質合金などを用いる。

つまり、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｓｉ、Ｂ，Ｎｂ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｃｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ、Ｍｏなどを有する金属合金材料で、例えば、Ｆｅ−Ｎｉの二元系整磁鋼やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒの三元系整磁鋼を用いることが望ましい。感温磁性材料は、キュリー温度未の状態では強磁性を示し、キュリー温度になると、材料が非磁性化される。比透磁率が少なくとも数百以上の強磁性体が非磁性化（常磁性化）されることにより比透磁率が１に近づき、磁束密度の変化（磁場の強弱）が生じるため、非磁性化により磁束密度を弱め、発熱しにくくさせる変化を与えることができる。

また、金属を有する導体材料の表皮深さは、δ：表皮深さ（ｍ）、ρ：固有抵抗値（Ωｍ）、ｆ：周波数（Ｈｚ）、μ_r：比透磁率とした場合に、式（１）で決まる。

表皮深さを感温磁性金属層の厚さ以下にする場合には、材料を熱処理により高透磁率化するか、ＩＨヒータ７２の周波数を高めるか、固有抵抗値が小さい材料を選択することで実現できる。本実施例では、表皮深さが感温磁性金属層の厚さ以下であることが必須ではないが、感温磁性金属層の厚さ以下にした方が、効果がより高まるため望ましい。この場合、感温磁性材料の比磁性率は、キュリー温度未満の範囲であれば、少なくとも発熱制御部材７３５の厚みに応じて式（１）に従って選択される。

例えば感温磁性材料がＦｅ−Ｎｉ系の整磁合金であれば、発熱制御部材７３５の厚みが５０μｍの場合、少なくとも５０００以上とする。発熱制御部材７３５の形状は、厚みが（例えば、２０以上３００μｍ以下）で、例えば円筒の特定の中心角の範囲（例えば３０°以上１８０°以下）に相当する部分を切り出した形状等が挙げられるが、これに制限はない。

定着装置７が媒体に画像を定着させる際に、ＩＨヒータ７２の出力は、例えば磁束（磁界）が定着ベルト７３１の発熱層を貫通しつつ発熱させ、キュリー温度未満では磁束（磁界）が発熱制御部材７３５を貫通させ難く且つ発熱しない範囲で行われる。この画像の定着の際に、定着ベルト７３１の定着領域幅（軸方向長さ）よりも小さい小サイズの記録紙Ｐを連続して定着すると、定着ベルト７３１における通紙部では熱が消費されるのに対し、非通紙部では熱の消費がなされない。このため、定着ベルト７３１の非通紙部では昇温する。

そして、定着ベルト７３１の非通紙部の温度が、発熱制御部材７３５を構成する感温磁性材料のキュリー温度になると、定着ベルト７３１の非通紙部と重なる（接する）発熱制御部材７３５の領域が非磁性化される。これにより磁性が維持された領域である通紙領域と非磁性化（常磁性化）された非通紙領域に磁束密度の違い（磁場の強弱）が生じ、通紙領域より非通紙領域の発熱層の発熱が少なくなる。このように、発熱制御部材７３５により、定着ベルト７３１の発熱層の発熱が制御される。また、発熱制御部材７３５が非磁性化（比透磁率が１に近づく）することにより、式（１）からわかるように容易に磁束（磁界）が貫通するようになる。

発熱制御部材７３５は、定着ベルト７３１の厚さ方向Ａ６に貫通する孔７３５Ｈを有する。温度センサ７５は、支持部材７３６によって支持されており、この孔７３５Ｈの厚さ方向Ａ６に配置されている。このため、温度センサ７５からは孔７３５Ｈを通して定着ベルト７３１が直接見えるようになっており、温度センサ７５が定着ベルト７３１の温度を直接測定するようになっている。温度センサ７５は、定着ベルト７３１側に存在する物体の温度を測定するセンサであり、本実施理では定着ベルト７３１の温度を測定する。温度センサ７５は本発明の「センサ」の一例である。

温度センサ７５は、定着ベルト７３１のうち用紙が通過する通紙部の温度を測定するため、その通紙部に対向する空間に配置されている。温度センサ７５は、測定した温度を図１に表す制御部１１０に通知する。制御部１１０は、定められた上限の温度が通知された場合に、定着ベルト７３１の温度が過度に上昇したと判断して、ＩＨヒータ７２による加熱を停止させる制御を行う。上限の温度としては、例えば定着ベルト７３１に変形や溶融が生じる温度が定められる。また、温度センサ７５は、導電体を有しており、磁界（例えばＩＨヒータ７２により生成される磁界）の作用により加熱されるようになっている。

２つの磁性体７６は、いずれも温度センサ７５の周囲に設置され、ＩＨヒータ７２により生成される磁界により温度センサ７５の温度が上昇することを抑制する。２つの磁性体７６は、本実施例では、図３に表すように、いずれも温度センサ７５に対して、軸方向Ａ３に直交する方向に隣接して設置されている。磁性体７６は、前述した定着ベルト７３１の上限の温度以下の温度では強磁性を示し、ＩＨヒータ７２により生成される磁界の磁束を引き寄せることで、磁性体７６が設置されない場合に比べて温度センサ７５を通る磁束を減らし、温度センサ７５の温度上昇を抑制する。

温度センサ７５及び磁性体７６の配置と温度上昇が抑制される原理について、図５から図９までを参照してより詳細に説明する。
図５は図４の温度センサ７５の周辺を拡大して表す。以降の図では、弧を描いている励磁コイル７２２、定着ベルト７３１、発熱制御部材７３５及び支持部材７３６を、図を見やすくするため真っ直ぐに表した。図５では、２つの磁性体７６が温度センサ７５の左右にそれぞれ隣接して、ただしいずれも温度センサ７５に接触はしないようにして配置されている。

図６は図５に表す温度センサ７５の周辺の空間を表す。図６（ａ）では、定着ベルト７３１の第２面７３１Ｓ２側に存在する第２面側空間Ｓ１が表されている。図６（ｂ）では、第２面側空間Ｓ１のうち、発熱制御部材７３５よりも定着ベルト７３１から離れた空間Ｓ２が表されている。温度センサ７５は、本実施例では、この空間Ｓ２に配置されている。

図６（ｃ）では、温度センサ７５から見て定着ベルト７３１の厚さ方向Ａ６に存在する空間Ｓ３が表されている。図６（ｄ）では、第２面側空間Ｓ１のうち、空間Ｓ３を除いた空間Ｓ４が表されている。空間Ｓ４は本発明の「第３空間」の一例である。磁性体７６は、本実施例では、前述した空間Ｓ２及びこの空間Ｓ４が重複した空間に配置されている。

図７は温度センサ７５の周辺で発生した磁界における磁力線の一例を表す。図７では、ＩＨヒータ７２が発生させた磁界における磁力線Ｍ１１からＭ１８までの８本の磁力線を表した。図７の例では、発熱制御部材７３５が有する感温磁性材料がキュリー温度に達しておらず、強磁性を示す状態となっている。この状態では、磁力線Ｍ１１からＭ１４までは、発熱制御部材７３５のうち温度センサ７５よりも左側に位置する部分に引き寄せられている。

また、磁力線Ｍ１５からＭ１８までは、発熱制御部材７３５のうち温度センサ７５よりも右側に位置する部分に引き寄せられている。このように、発熱制御部材７３５が有する感温磁性材料が強磁性を示す状態では、その感温磁性材料が磁力線を引き寄せることで、発熱制御部材７３５が設けられていない場合に比べて、温度センサ７５と交わる磁力線が少なくなり、温度センサ７５の温度上昇が抑制されるようになっている。

図８、図９は感温磁性材料がキュリー温度に達した場合の磁力線の一例を表す。感温磁性材料がキュリー温度に達すると、感温磁性材料が常磁性を示すようになり、感温磁性材料が強磁性を示す状態よりも磁界が弱まる。そのため、図８、図９の例では、磁力線をＭ２１からＭ２６までの６本にすることで、磁界が弱まったことを表した。また、図８の例は、磁性体７６が設けられていない場合の磁力線を表し、図９の例では、磁性体７６が設けられている場合（本実施例）の磁力線を表すことで、磁性体７６が設けられることによる磁力線の変化を比較した。

図８に表す状態では、温度センサ７５の周囲に磁力線を引き寄せる物体がないので、磁力線Ｍ２１からＭ２６までのいずれもが、定着ベルト７３１の厚さ方向Ａ６に伸びている。次に、図９の例について説明する。磁性体７６は、発熱制御部材７３５が有する感温磁性材料よりもキュリー温度が高い磁性体である。つまり、磁性体７６も感温磁性材料であるが、発熱制御部材７３５が有する感温磁性材料のキュリー温度、すなわち図９に表す状態では磁性体７６は強磁性を示す。

図９の例では、感温磁性材料が常磁性を示しているが、強磁性を示す磁性体７６が存在するので、磁力線Ｍ２１からＭ２３までは、温度センサ７５の左側に配置された磁性体７６に引き寄せられ、磁力線Ｍ２４からＭ２６までは、温度センサ７５の右側に配置された磁性体７６に引き寄せられている。

このように、発熱制御部材７３５が有する感温磁性材料が常磁性を示す状態において、その感温磁性材料の代わりに、磁性体７６が磁力線を引き寄せることで、磁性体７６が設けられていない場合に比べて、温度センサ７５と交わる磁力線が少なくなり、温度センサ７５の温度上昇が抑制されることになる。そのことを確かめた実験結果を図１０、図１１に表す。

図１０、図１１は温度センサ７５の温度上昇の実験結果の一例を表す。図１０、図１１では、定着ベルト７３１の温度と、感温磁性材料の温度と、温度センサ７５の温度とが、縦軸を温度（単位は℃。Ｔ１〜Ｔ５は等間隔の温度を示す）、横軸を経過時間（単位は秒（ｓ）。Ｓ１〜Ｓ１０は等間隔の時刻を表す）としたグラフに表されている。図１０の例は、磁性体７６が設けられていない場合の温度を表し、図１１の例は、磁性体７６が設けられている場合（本実施例）の温度を表す。

図１０の例では、感温磁性材料の温度がＳ７秒とＳ８秒の中間あたりの経過時間でキュリー温度（Ｔ４℃より大きくＴ５℃より小さい温度）に達しているものとする。図１０の例では、その経過時間以降、すなわち感温磁性材料が常磁性を示す状態では、温度センサ７５の温度が感温磁性材料の温度を超えて上昇を続けている。これに対し、図１１の例では、感温磁性材料の温度がＳ８秒を超えたあたりの経過時間でキュリー温度に達しているものとする。図１１の例では、その経過時間以降、すなわち感温磁性材料が常磁性を示す状態でも、図１０の例に比べて、温度センサ７５の温度上昇が抑制されている。

このように、本実施例によれば、定着装置７のように感温磁性体によりベルトの過剰な加熱が抑制される定着装置において、感温磁性体が常磁性になった場合に、定着ベルトの温度を測定するセンサ（温度センサ７５）が磁界の作用で加熱されることが抑制されるようになっている。

［２］変形例
上述した実施例は本発明の実施の一例に過ぎず、以下のように変形させてもよい。また、実施例及び各変形例は、必要に応じて組み合わせて実施してもよい。

［２−１］発熱制御部材
発熱制御部材の形及び配置は上記のものに限らない。
図１２は本変形例の発熱制御部材の一例を表す。図１２の例では、定着ベルト７３１と接触しないように定着ベルト７３１から離して配置された発熱制御部材７３５ａが表されている。この場合、実施例のように両部材が接触している場合に比べて、定着ベルト７３１の熱エネルギーが発熱制御部材７３５ａに移動しにくくなる。

図１３は本変形例の発熱制御部材の別の一例を表す。図１３（ａ）には、温度センサ７５の定着ベルト７３１側に孔が設けられていない発熱制御部材７３５ｂが表されている。発熱制御部材７３５ｂに孔が設けられていないため、温度センサ７５は、発熱制御部材７３５ｂによって定着ベルト７３１側が覆われる位置に配置されている。この場合、定着ベルト７３１が発する熱が発熱制御部材７３５ｂによって遮られるため、温度センサ７５の定着ベルト７３１側が覆われていない場合に比べて、定着ベルト７３１の熱が温度センサ７５に伝わりにくくなっている。

この場合、発熱制御部材７３５ｂが有する感温磁性材料が強磁性を示す状態では、発熱制御部材７３５ｂを含めた励磁コイル７２２側の空間Ｓ５における磁界に比べて、発熱制御部材７３５ｂよりも温度センサ７５側の空間Ｓ６における磁界は弱くなる。図１３（ｂ）では、その状態における磁力線として、空間Ｓ５ではＭ３１からＭ３８までの８本の磁力線が表されており、空間Ｓ６ではＭ４１からＭ４６までの６本の磁力線が表されている。

このように温度センサ７５が設けられている空間Ｓ６では磁界が弱くなると共に、各磁力線が磁性体７６に引き寄せられるため、温度センサ７５を貫通する磁力線が少なくなり、温度センサ７５の温度上昇が抑制されるようになっている。また、感温磁性材料が常磁性を示す状態になると、図９の例のように磁界が発生して、実施例のように温度センサ７５の温度上昇が抑制される。

なお、図１３の例では、温度センサ７５が、定着ベルト７３１側に存在する物体として、発熱制御部材７３５ｂの温度を測定する。その場合でも、定着ベルト７３１に変形や溶融が生じるほどに温度が上昇すると、発熱制御部材７３５ｂの温度も定着ベルト７３１に近い温度又はそれ以上の温度まで上昇するので、制御部１１０は、温度センサ７５が測定した発熱制御部材７３５ｂの温度に基づいて、定着ベルト７３１の温度が過度に上昇したと判断して、ＩＨヒータ７２による加熱を停止させる制御を行えばよい。

［２−２］第２磁性体
温度センサ７５の温度上昇を抑制させるために設けられる磁性体（本発明の「第２磁性体」。以下単に「磁性体」という場合はこの「第２磁性体」をいうものとする）は、上記の各例では感温磁性材料であったが、感温磁性材料でなくてもよい。その場合でも、発熱制御部材が有する感温磁性材料のキュリー温度において強磁性を示すものが磁性体として用いられることが望ましい。ただし、第２磁性体は、感温磁性材料のキュリー温度において強磁性を示さないものであってもよい。例えば常磁性を示すものであっても、周囲に磁界が発生すれば磁性を示す状態になるので、強磁性を示すものほどではなくても磁力線を引き寄せ、その結果、温度センサ７５の温度上昇が抑制される。

また、磁性体の数、形及び配置は上記のものに限らない。例えば実施例では２つの磁性体が設けられていたが、いずれか１つの磁性体だけが設けられていてもよい。その場合でも、磁性体が１つも設けられていない場合に比べれば、温度センサ７５を貫通する磁力線が少なくなって温度上昇が抑制される。また、磁性体が３以上設けられていてもよいし、温度センサ７５を囲むリング状の磁性体が１つだけ設けられてもよい。それらの場合も、磁性体がなければ温度センサ７５を貫通していた磁力線が磁性体に引き寄せられるので、温度センサ７５の温度上昇が抑制される。

図１４は本変形例の磁性体の一例を表す。図１４では、図１２の例のように定着ベルト７３１から離して配置された発熱制御部材７３５ｃが表されており、その発熱制御部材７３５ｃ及び定着ベルト７３１に挟まれた空間に配置された磁性体７６ｃが表されている。言い換えると、この磁性体７６ｃも、温度センサ７５に向かう磁力線を引き寄せるので、温度センサ７５の温度上昇が抑制される。なお、図１４の例のように定着ベルト７３１から離して発熱制御部材が配置されている場合に、温度センサ７５が発熱制御部材７３５ｃよりも定着ベルト７３１側に突き出ていてもよい。

実施例では、図６に表す空間Ｓ２、すなわち発熱制御部材７３５よりも定着ベルト７３１から離れた空間に磁性体７６が配置されていた。図１４の例のように発熱制御部材７３５ｃよりも定着ベルト７３１側に磁性体が配置されると、発熱制御部材７３５ｃの感温磁性材料が常磁性になった場合に周囲と比べて磁束が多くなり、定着ベルト７３１の温度にムラが生じることになる。実施例のように磁性体７６を空間Ｓ２に配置することで、定着ベルト７３１の温度ムラの発生が防がれる。

図１５は本変形例の磁性体の別の一例を表す。図１５では、発熱制御部材７３５に設けられた孔７３５Ｈに配置された磁性体７６ｄが表されている。磁性体７６ｄの配置について、図１６を参照してより詳細に説明する。
図１６は本変形例の温度センサ７５の周辺の空間を表す。図１６では、温度センサ７５よりも定着ベルト７３１側で且つ温度センサ７５から見て定着ベルト７３１の厚さ方向Ａ６に存在する空間Ｓ５が表されている。磁性体７６ｄは、この空間Ｓ５に配置されている。空間Ｓ５は本発明の「第４空間」の一例である。

図１３の例のように、この磁性体７６ｄよりも励磁コイル７２２側の空間における磁界に比べて、磁性体７６ｄよりも温度センサ７５側の空間における磁界は弱くなる。図１５では、その状態における磁力線として、前者の空間ではＭ６３及びＭ６４の２本の磁力線が表されており、後者の空間ではＭ６７という１本の磁力線が表されている。この磁性体７６ｄによっても、磁性体７６ｄが設けられない場合に比べて、温度センサ７５を貫通する磁力線が少なくなり、温度センサ７５の温度上昇が抑制される。また、定着ベルト７３１が発する熱が磁性体７６ｄによって遮られるため、空間Ｓ５に磁性体７６ｄが配置されていない場合に比べて、定着ベルト７３１の熱が温度センサ７５に伝わりにくくなっている。

なお、実施例では、図６に表す第２面側空間Ｓ１のうち、温度センサ７５から見て定着ベルト７３１の厚さ方向Ａ６に存在する空間Ｓ３を除いた空間Ｓ４に磁性体７６が配置されていた。図１５の例のように空間Ｓ３のうち発熱制御部材７３５ｃよりも定着ベルト７３１側に磁性体７６ｄが配置されると、磁性体７６ｄの磁性を強くして磁力線を引き寄せるほど、磁性体７６ｄの温度センサ７５側の磁界が強くなる。これに対し、実施例のように空間Ｓ４に磁性体７６を配置すれば、磁性体７６の磁性を強くするほど温度センサ７５の貫通する磁力線が少なくなり、温度センサ７５の温度上昇が抑制される。

以上の実施例及び変形例で述べた磁性体の配置について、図１７を参照して説明する。
図１７は温度センサ７５の周辺の空間を表す。図１７では、定着ベルト７３１から離して配置され、且つ、孔が設けられた発熱制御部材７３５ｅが表されている。図１７（ａ）では、発熱制御部材７３５ｅが有する感温磁性材料よりも定着ベルト７３１側で且つその感温磁性材料から見て定着ベルト７３１の厚さ方向Ａ６に存在する空間Ｓ６が表されている。

図１７（ｂ）では、図６（ａ）に表す第２面側空間Ｓ１（定着ベルト７３１の第２面７３１Ｓ２側に存在する空間）から空間Ｓ６を除いた空間Ｓ７が表されている。温度センサ７５は、いずれの例でも、この空間Ｓ７に配置されている。また、本発明においては、温度センサ７５は、この空間Ｓ７に配置されていればよい。空間Ｓ７は本発明の「第１空間」の一例である。

また、図１７（ｃ）では、温度センサ７５よりも定着ベルト７３１とは反対側で且つその温度センサ７５から見て厚さ方向Ａ６に存在する空間Ｓ８が表されている。図１７（ｄ）では、第２面側空間Ｓ１から空間Ｓ８を除いた空間Ｓ９が表されている。磁性体は、いずれの例でも、この空間Ｓ９に配置されている。また、本発明においては、磁性体は、この空間Ｓ９に配置されていればよい。空間Ｓ９は本発明の「第２空間」の一例である。

温度センサ７５が空間Ｓ７に配置され、磁性体が空間Ｓ９に配置されることで、感温磁性材料が常磁性を示す状態でも、その磁性体が設けられていない場合に比べて、温度センサ７５を貫通する磁力線が減らされて、温度センサ７５の温度上昇が抑制されることになる。

１００…画像形成装置、１１０…制御部、１６０…画像形成部、７…定着装置、７２…ＩＨヒータ、７３…定着部材、７４…加圧ロール、７５…温度センサ、７６…磁性体、７３１…定着ベルト、７３２…ベルト支持部材、７３３…ホルダ、７３４…パッド、７３５…発熱制御部材、７３６…支持部材。

Claims (9)

1. 磁界の作用により熱を発生させて当該熱により媒体に画像を定着させるベルトと、
   前記ベルトの第１面側に配置されて当該ベルトを加熱する磁界を発生させる磁界発生部と、
   前記ベルトの第２面側の空間に配置されてキュリー温度で強磁性から常磁性に変化する第１磁性体を有し、前記ベルトの発熱を抑制する発熱制御部材と、
   前記第１磁性体よりも前記ベルト側で且つ当該第１磁性体から見て前記ベルトの厚さ方向に存在する空間を前記第２面側の空間から除いた第１空間に配置され、前記ベルト側に存在する物体の温度を測定し、且つ、磁界の作用により加熱されるセンサと、
   前記センサよりも前記ベルトとは反対側で且つ当該センサから見て前記厚さ方向に存在する空間を前記第２面側の空間から除いた第２空間に配置された第２磁性体と
   を備える定着装置。
2. 前記第２磁性体は、前記第１磁性体のキュリー温度では強磁性を示す
   請求項１に記載の定着装置。
3. 前記第２磁性体は、キュリー温度が前記第１磁性体よりも高い
   請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記第２磁性体は、前記第２空間のうち、前記第１磁性体よりも前記ベルトから離れた空間に配置されている
   請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記発熱制御部材は、前記厚さ方向に貫通する孔を有し、
   前記センサは、前記孔の前記厚さ方向に配置されている
   請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記センサは、前記発熱制御部材によって前記ベルト側が覆われる位置に配置されている
   請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記第２磁性体は、前記センサから見て前記ベルトの厚さ方向に存在する空間を前記第２空間から除いた第３空間に配置されている
   請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記第２磁性体は、前記第２空間のうち、前記センサよりも前記ベルト側で且つ当該センサから見て前記厚さ方向に存在する第４空間に配置されている
   請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の定着装置と、
   媒体に画像を形成し、当該媒体に形成された画像が前記定着装置により当該媒体に定着される画像形成部と
   を備える画像形成装置。

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