JP5266640B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いて画像形成を行うプリンタや複写機等の画像形成装置において、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一例として、磁界を発生するコイルと、コイルから発生した磁界の作用により発熱する導電層を有する回転可能なベルトと、ベルトの内面に回転移動しないように固定配置され、ベルトを所定の張力で支持し、ベルトの搬送をガイドするガイド部材と、を備えた定着装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−０４７９８８

本発明は、定着部材における記録媒体の非通過領域の過度の温度上昇による定着むらを防止可能な定着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部と、前記発熱部と接して前記発熱部の温度分布を調整する熱伝導部と、を備えた発熱体と、前記発熱体に巻き掛けられた無端状の定着部材と、前記定着部材の内側に配置された支持体と、前記定着部材を介して前記支持体を加圧する加圧回転体と、を有し、前記熱伝導部が、前記定着部材の軸方向における小サイズ記録用紙の一端と大サイズ記録用紙の一端とに跨って配置された第１ヒートパイプと、該第１ヒートパイプと該軸方向に並んで配置され該軸方向における該小サイズ記録用紙の他端と該大サイズ記録用紙の他端とに跨って配置された第２ヒートパイプと、を有することを特徴としている。

本発明の請求項２に係る定着装置は、前記熱伝導部の熱伝導率が、前記発熱部の熱伝導率よりも大きい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、前記発熱部の厚さが、表皮深さ以上の厚さであることを特徴としている。

ここで、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。

本発明の請求項４に係る定着装置は、前記定着部材が、前記磁界発生手段により電磁誘導され発熱する誘導発熱層を有する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、前記定着部材の前記誘導発熱層の厚さが、表皮深さ以下の厚さであることを特徴としている。ここでの、表皮深さも同様に（１）式で与えられる。

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の発明では、本構成を有さない場合に比較して、定着部材における記録媒体の非通過領域の過度の温度上昇による定着むらを防止することが可能となる。

請求項２の発明では、本構成を有さない場合に比較して、定着部材における記録媒体の非通過領域の温度の過度な上昇を短時間で抑制することが可能となる。

請求項３の発明では、本構成を有さない場合に比較して、熱伝導部の発熱が抑えられるため、定着部材が過剰に昇温されることがない。

請求項４の発明では、本構成を有さない場合に比較して、定着部材における記録媒体の非通過領域の過度の温度上昇の発生を抑制できる。

請求項５の発明では、本構成を有さない場合に比較して、定着部材に熱が十分に供給される為、記録媒体を連続して定着することができ、生産性を維持できる。

請求項６の発明では、本構成を有さない場合と比較して、小サイズの記録媒体と大サイズの記録媒体を混在する場合にも、大サイズの記録媒体の定着むらが防ぐことが可能となる。

本発明の定着装置、及び画像形成装置の第１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２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの回転方向上流側には、感光体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２０Ｙ、２０Ｍには第１中間転写体２６が接触し、感光体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２０Ｙ〜２０Ｋの表面に照射され、感光体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１２６を備えている。

筐体１２６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。

図２ｂに示すように、定着ベルト１０２は、内側から外側に向けて基層１３４、弾性層１３２、及び離型層１３０で構成されており、これらが積層され一体となっている。

基層１３４は、定着ベルト１０２の機械強度を保持でき、また、それ自体が電磁誘導により発熱しにくい非磁性体（比透磁率が概ね１の常磁性体）で構成されることが好ましい。本実施形態ではポリイミドを用いているが、非磁性ＳＵＳを用いてもよい。厚さは５０μｍとしている。

弾性層１３２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好ましく、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１３２の厚さを２００μｍとしている。

離型層１３０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１３０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好ましく、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１３０の厚さは１０μｍとしている。

図２ａに示すように、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は、後述の通電回路１４４（図３参照）によって通電され、磁界Ｈを発生するようになっている。

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。

一方、定着ベルト１０２の内側には、定着ベルト１０２の内周面と面接触し、発熱して定着ベルト１０２を定着設定温度まで昇温する発熱体１１８が設けられている。

また、定着ベルト１０２の内側には、発熱体１１８と非接触で支持部材１１４が設けられている。支持部材１１４は、非磁性体であるアルミニウムからなり、両端が定着装置１００の図示しない筐体に固定されている。

支持部材１１４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が固定されている。これにより、押圧パッド１１６を支持する部材を別途設ける必要がなく、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１２４が接触して設けられている。サーミスタ１２４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１０２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１２４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１２４は、配線１３８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１４０に接続されている。また、制御回路１４０は、配線１４２を介して通電回路１４４に接続されており、通電回路１４４は、配線１４６、１４８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１４０は、サーミスタ１２４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１４４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１４４を停止するようになっている。

通電回路１４４は、制御回路１４０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１４６、１４８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。

次に発熱体１１８について説明する。

図２ａ及び図２ｂに示すように、発熱体１１８は、定着ベルト１０２の内周面と面接触する発熱層１２０と、発熱層１２０の裏側（定着ベルト１０２と反対側）に配置される熱伝導層１２２とで構成されており、これらが積層され一体となっている。

発熱層１２０は、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り、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、ＳＵＳ、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、発熱層１２０として鉄−ニッケル合金を用いている。

発熱層１２０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できるだけ薄くした方がよい。しかし、磁界Ｈ（図２ａ参照）が発熱層１２０を抜けて熱伝導層１２２に到達すると、僅かではあるが熱伝導層１２２でも発熱する。このため、発熱層１２０の厚さは、磁界Ｈを侵入させて、且つ熱伝導層１２２に磁界Ｈが届きにくい表皮深さ以上の厚さであることが好ましい。

本実施形態では、表皮深さ以上で、且つウォームアップ時間を短縮できる厚さとして、発熱層１２０の厚さを０．９ｍｍとしている。

一方、熱伝導層１２２は、銀、銅、金、アルミニウム等の金属、又はこれらの合金で構成されるもので、本実施形態では銅を使用している。

熱伝導層１２２は銅で構成され、発熱層１２０は鉄−ニッケル合金で構成されている。このため、熱伝導層１２２の方が、発熱層１２０よりも熱伝導率（熱流束密度（単位時間に単位面積を通過する熱エネルギー）を温度勾配で割ったもの）が大きくなっている。なお、熱伝導層１２２の厚さは、１ｍｍとしている。

ここで、発熱層１２０及び熱伝導層１２２は、クラッド材として一体成型されている。

次に、本発明の第１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１２０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１０２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１４０からの電気信号に基づいて通電回路１４４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４に示すように、磁界Ｈが発熱体１１８の発熱層１２０に侵入すると、磁界Ｈの変化を妨げる磁界が生じるように発熱層１２０に渦電流（図示せず）が発生する。

発熱層１２０は、発熱層１２０の表皮抵抗、及び発熱層１２０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１２４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１４０が通電回路１４４を駆動制御して励磁コイル１１０に所定の周波数（２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ）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１４０が通電回路１４４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１２０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Ｐを通紙する場合について説明する。

図５ａ及び図５ｂ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Ｂ、大サイズの記録用紙Ｐが通過する領域をＡ＋Ｂ＋Ｃ、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Ｄ及びＥとする。また、熱伝導層１２２が無い場合の定着ベルト１０２の温度グラフをＴ１、本実施形態の定着ベルト１０２の温度グラフをＴ２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Ｂでは、記録用紙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１４０（図３参照）は、サーミスタ１２４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１４４（図３参照）を制御し、発熱層１２０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における記録用紙Ｐの非通過領域Ａ、Ｃ（Ｄ、Ｅ含む）では、記録用紙Ｐに熱量が奪われることがないので、発熱層１２０の発熱によって温度がさらに上昇する。

ここで、熱伝導層１２２が無い場合は、記録用紙Ｐの非通過領域Ａ、Ｃ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Ｔ１のように、定着ベルト１０２における記録用紙Ｐの通過領域Ｂと非通過領域Ａ、Ｃの温度差が大きくなる。

記録用紙Ｐの通過領域Ｂと非通過領域Ａ、Ｃ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では、発熱層１２０の単位長さ当りの発熱量は領域Ａ、Ｂ、Ｃで変わらないが、定着ベルト１０２における記録用紙Ｐの非通過領域Ａ、Ｃで発熱層１２０の温度が上昇し、熱伝導層１２２との間で温度勾配が生じる。

この温度勾配により、非通過領域Ａ、Ｃにおける発熱層１２０の過剰な熱量が、矢印Ｈ１に示すように熱伝導層１２２に熱伝導し、非通過領域Ａ、Ｃにおける発熱層１２０及び定着ベルト１０２の温度が下がる。

熱伝導層１２２では、発熱層１２０から伝導した熱量によって、非通過領域Ａ、Ｃの温度が通過領域Ｂの温度よりも高くなっており、熱伝導層１２２内で温度勾配が生じている。このため、発熱層１２０から熱伝導層１２２に移動した熱量は、矢印Ｈ２に示すように熱伝導層１２２内を移動する。

定着ベルト１０２における記録用紙Ｐの通過領域Ｂでは、定着ベルト１０２及び発熱層１２０の熱量が記録用紙Ｐに奪われて温度が低下しているため、発熱層１２０の温度が熱伝導層１２２の温度よりも低くなり、温度勾配が生じる。これにより、熱伝導層１２２の熱量が、矢印Ｈ３に示すように、記録用紙Ｐの通過領域Ｂにおける発熱層１２０及び定着ベルト１０２に伝導する。

このように、過剰な熱量が矢印Ｈ１からＨ３の経路で移動することにより、発熱層１２０における温度分布が均一になる。また、定着ベルト１０２における記録用紙Ｐの非通過領域Ａ、Ｃの温度上昇が低減されるとともに、温度低下した通過領域Ｂの温度が上昇するので、温度分布のグラフはＴ２のようになる。

こうして、非通過領域Ａ、Ｃと通過領域Ｂの温度差が低減され、定着ベルト１０２の温度が各領域で略均一になると、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、定着むらが生じにくい。

また、発熱体１１８がクラッド材で構成されており、発熱層１２０と熱伝導層１２２界面の金属結合が強いため、発熱層１２０から熱伝導層１２２への熱移動がスムーズに行われ、発熱層１２０と熱伝導層１２２の熱膨張率の違いによる発熱層１２０と熱伝導層１２２界面の剥がれが発生しにくい。

さらに、熱伝導層１２２に用いる材料が磁界Ｈ発生による電磁誘導効果で僅かに発熱するものであったとしても、発熱層１２０が表皮深さ以上の厚さとなっているので、磁界Ｈが熱伝導層１２２に到達しない。このため、熱伝導層１２２自体が発熱することがなく、定着ベルト１０２が過剰に昇温されることがない。

次に、本発明の定着装置及び画像形成装置の第２実施形態を図面に基づき説明する。

なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部品には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。

図６ａに示すように、定着装置１００において、前述の定着ベルト１０２に替えて定着ベルト１５８が設けられている。また、定着ベルト１５８の内側にはヒートパイプ１５０、１６０が設けられ、前述の発熱層１２０は、ヒートパイプ１５０、１６０表面に被覆されている。

図６ｂに示すように、定着ベルト１５８は、内側から外側に向けて基層１６６、誘導発熱層１６４、弾性層１３２、及び離型層１３０で構成されており、これらが積層され一体となっている。基層１６６は、ポリイミドで構成され、厚さは６０μｍとなっている。また、誘導発熱層１６４は、銅合金で構成されており、磁界Ｈが貫通可能となるように、厚さが表皮深さ以下の１０μｍとなっている。

一方、図７ａに示すように、ヒートパイプ１５０は、略半円筒状に形成されたコンテナ１５２と、コンテナ１５２の内壁に取り付けられた毛細管構造のウィック１５４と、コンテナ１５２の内部に減圧封入された作動液Ｌとで構成されている。また、ヒートパイプ１５０は、長手方向に、入熱部（蒸発部）Ｌ１、断熱部Ｌ２、放熱部（凝縮部）Ｌ３を有している。

ここで、ヒートパイプ１５０の入熱部Ｌ１が、発熱層１２０（図６参照）又は定着ベルト１５８により加熱され、矢印Ｈ１のように熱量が与えられると、入熱部Ｌ１で作動液Ｌが蒸発する。

続いて、入熱部Ｌ１、断熱部Ｌ２、及び放熱部Ｌ３の圧力差によって、矢印Ｈ２に示すように、作動液Ｌの蒸気が断熱部Ｌ２を越えて放熱部Ｌ３に移動する。

続いて、入熱部Ｌ１よりも低温の放熱部Ｌ３で、作動液Ｌの蒸気が凝縮さされるとともに矢印Ｈ３に示すように蒸発潜熱を放出（放熱）する。

続いて、放熱部Ｌ３で凝縮された作動液Ｌは、矢印Ｈ４に示すように、ウィック１５４における毛細管現象により入熱部Ｌ１に環流する。

このように、作動液Ｌの一連の相変化が連続的に生じることで、入熱部Ｌ１の熱が素早く放熱部Ｌ３に移動するようになっている。

なお、ヒートパイプ１６０はヒートパイプ１５０と同じ構成であるため、説明を省略する。

また、図７ｂに示すように、ヒートパイプ１５０、１６０は、定着ベルト１５８の軸方向に並んで配置されており、定着ベルト１５８における小サイズ及び大サイズの記録用紙Ｐの通過領域をカバーしている。

次に、本発明の第２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。

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１５８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１４０からの電気信号に基づいて通電回路１４４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６ｂに示すように、磁界Ｈが定着ベルト１５８の誘導発熱層１６４を横切り、発熱層１２０に侵入すると、磁界Ｈの変化を妨げる磁界が生じるように誘導発熱層１６４及び発熱層１２０に渦電流（図示せず）が発生する。

誘導発熱層１６４及び発熱層１２０は、表皮抵抗、及び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１５８が加熱される。

定着ベルト１５８表面の温度は、図３に示すようにサーミスタ１２４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１４０が通電回路１４４を駆動制御して励磁コイル１１０に所定の周波数（２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ）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１４０が通電回路１４４の制御を停止する。

続いて、図６ａ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１２０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１５８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１５８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１５８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Ｐを通紙する場合について説明する。なお、定着ベルト１５８の温度については、第１実施形態と同様に図５ｂを用いて説明する。

図５ｂに示すように、定着ベルト１５８において、小サイズの記録用紙Ｐが通過する領域をＢ、大サイズの記録用紙Ｐが通過する領域をＡ＋Ｂ＋Ｃ、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Ｄ及びＥとする。また、ヒートパイプ１５０、１６０が無い場合の定着ベルト１５８の温度グラフをＴ１、本実施形態の定着ベルト１５８の温度グラフをＴ２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１５８における記録用紙Ｐの通過領域Ｂでは、記録用紙Ｐに熱量が奪われて定着ベルト１５８の温度が定着設定温度（１７０℃）よりも低下する。

制御回路１４０（図３参照）は、サーミスタ１２４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１５８の温度を定着設定温度に近づけるように通電回路１４４（図３参照）を制御し、誘導発熱層１６４（図６ｂ参照）及び発熱層１２０が発熱する。これにより、定着ベルト１５８の温度が上昇する。

定着ベルト１５８における記録用紙Ｐの非通過領域Ａ、Ｃ（Ｄ、Ｅ含む）では、記録用紙Ｐに熱量が奪われることがないので、誘導発熱層１６４及び発熱層１２０の発熱によって温度がさらに上昇する。

ここで、ヒートパイプ１５０、１６０が無い場合は、記録用紙Ｐの非通過領域Ａ、Ｃ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Ｔ１のように、定着ベルト１０２における記録用紙Ｐの通過領域Ｂと非通過領域Ａ、Ｃの温度差が大きくなる。

記録用紙Ｐの通過領域Ｂと非通過領域Ａ、Ｃ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１５８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、図７ｂに示すように、本実施形態の定着装置１００では、定着ベルト１５８における記録用紙Ｐの非通過領域Ａ、Ｃで発熱層１２０の温度が上昇した場合、発熱層１２０の単位長さ当りの発熱量は記録用紙Ｐの通過領域Ｂと変わらないが、発熱層１２０自体の温度が高くなっているために、発熱層１２０とヒートパイプ１５０、１６０との間で温度勾配が生じる。

この温度勾配により、非通過領域Ａ、Ｃにおける発熱層１２０の過剰な熱量が、矢印Ｈ１に示すようにヒートパイプ１５０、１６０に熱伝導し、非通過領域Ａ、Ｃにおける発熱層１２０及び定着ベルト１０２の温度が下がる。

ヒートパイプ１５０、１６０は、発熱層１２０から伝導した熱量によって、非通過領域Ａ、Ｃの温度が通過領域Ｂの温度よりも高くなっている。このため、ヒートパイプ１５０、１６０では、前述の作動液Ｌの一連の相変化によって熱量が移動し（矢印Ｈ２）、記録用紙Ｐの通過領域Ｂにおいて放熱を行う（矢印Ｈ３）。

定着ベルト１５８における記録用紙Ｐの通過領域Ｂでは、誘導発熱層１６４及び発熱層１２０の発熱と、ヒートパイプ１５０、１６０からの放熱によって温度が定着設定温度近くまで上昇する。

このように、非通過領域Ａ、Ｃの過剰な熱量が、矢印Ｈ１からＨ３の経路で移動することにより、発熱層１２０における温度分布が均一になる。また、定着ベルト１５８における記録用紙Ｐの非通過領域Ａ、Ｃの温度上昇が低減されるとともに、温度低下した通過領域Ｂの温度が上昇するので、温度分布のグラフは図５ｂのＴ２のようになる。

こうして、非通過領域Ａ、Ｃと通過領域Ｂの温度差が低減され、定着ベルト１５８の温度が各領域で略均一になると、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、定着むらが生じにくい。

また、ヒートパイプ１５０、１６０によって熱量移動が短時間で行われるので、定着ベルト１５８における記録用紙Ｐの非通過領域Ａ、Ｃの過剰な蓄熱が短時間で低減される。

さらに、記録用紙Ｐの通過領域Ｂが温度低下しても、誘導発熱層１６４が発熱して定着ベルト１５８の温度低下を抑えるので、記録用紙Ｐを連続して定着することができ、生産性が維持される。

また、定着ベルト１５８の誘導発熱層１６４の厚さは、誘導発熱層１６４に電流が流れる表皮深さ以下の厚さとなっているので、磁界Ｈは定着ベルト１５８を貫通して発熱層１２０に到達する。これにより、定着ベルト１５８によって発熱層１２０への磁界Ｈの到達が遮断されることがなくなる。

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１２４の代わりに熱電対を用いてもよい。

サーミスタ１２４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１２４は、加圧ロール１０４の表面に取付けてもよい。

ヒートパイプ１５０、１６０は、３本以上の複数のヒートパイプで構成してもよく、定着ベルト１５８の周方向（回転方向）に並列してもよい。

本発明の第１実施形態に係るプリンタの全体図である。 （ａ）本発明の第１実施形態に係る定着装置の断面図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る定着ベルト及び発熱体の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る制御回路及び通電回路の接続図である。 本発明の第１実施形態に係る発熱層に磁界が侵入する状態を示した模式図である。 （ａ）本発明の第１実施形態に係る発熱体の熱伝導の状態を示した模式図である。（ｂ）本発明の第１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。 （ａ）本発明の第２実施形態に係る定着装置の断面図である。（ｂ）本発明の第２実施形態に係る定着ベルト及び発熱体の断面図である。 （ａ）本発明の第２実施形態に係るヒートパイプの構成図である。（ｂ）本発明の第２実施形態に係るヒートパイプの熱伝導の状態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）
１０４ 加圧ロール（加圧回転体）
１１０ 励磁コイル（磁界発生手段）
１１６ 押圧パッド（支持体）
１１８ 発熱体（発熱体）
１２０ 発熱層（発熱部）
１２２ 熱伝導層（熱伝導部）
１２４ サーミスタ（検知手段）
１４０ 制御回路（制御手段）
１５０ ヒートパイプ（ヒートパイプ）
１５８ 定着ベルト（定着部材）
１６０ ヒートパイプ（ヒートパイプ）
１６４ 誘導発熱層（誘導発熱層）
Ｈ 磁界（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部と、前記発熱部と接して前記発熱部の温度分布を調整する熱伝導部と、を備えた発熱体と、
   前記発熱体に巻き掛けられた無端状の定着部材と、
   前記定着部材の内側に配置された支持体と、
   前記定着部材を介して前記支持体を加圧する加圧回転体と、
   を有し、
   前記熱伝導部が、前記定着部材の軸方向における小サイズ記録用紙の一端と大サイズ記録用紙の一端とに跨って配置された第１ヒートパイプと、該第１ヒートパイプと該軸方向に並んで配置され該軸方向における該小サイズ記録用紙の他端と該大サイズ記録用紙の他端とに跨って配置された第２ヒートパイプと、を有することを特徴とする定着装置。
2. 前記熱伝導部の熱伝導率が、前記発熱部の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記発熱部の厚さが、表皮深さ以上の厚さであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記定着部材が、前記磁界発生手段により電磁誘導され発熱する誘導発熱層を有する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. 前記定着部材の前記誘導発熱層の厚さが、表皮深さ以下の厚さであることを特徴とする請求項４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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