JP5783451B2 - 定着装置、及び、画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、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、そこに設置される電磁誘導加熱方式の定着装置と、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、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短いことを特徴とする、電磁誘導加熱方式の定着装置が知られている（例えば、特許文献１〜３等参照。）。

特許文献１には、電磁誘導加熱方式の定着装置であって、定着ベルト（定着回転体）の温度が定着設定温度に到達するまで、感温磁性部材を定着ベルトから離間した状態で定着ベルトの電磁誘導加熱をおこない、定着ベルトの温度が定着設定温度に到達した後に、昇温状態の感温磁性部材を定着ベルトに接触させる技術が開示されている。

また、特許文献２には、電磁誘導加熱方式の定着装置であって、発熱ローラの昇温時には、発熱ローラに内設された導電性部材を励磁コイルに対向しない位置に移動させて、定着ベルト（定着回転体）の温度が所定温度に達した後に、導電性部材を励磁コイルに対向する位置に移動させる技術が開示されている。
また、特許文献２、３には、励磁コイルによって電磁誘導加熱される発熱ローラ（金属パイプ）を、所定のキュリー温度を有する感温磁性材料で形成することで、発熱ローラ（金属パイプ）の過昇温を防止する技術が開示されている。

上述した特許文献１の定着装置は、定着ベルト（定着回転体）の温度が定着設定温度に到達するまで、感温磁性部材を定着ベルトから離間した状態で定着ベルトの電磁誘導加熱をおこなっているものの、その間も常に感温磁性部材が電磁誘導加熱されているために、定着ベルト（定着回転体）に対する電磁誘導加熱による加熱効率を充分に高めることができなかった。
また、上述した特許文献２、３の定着装置は、電磁誘導加熱される発熱層と、昇温防止のために形成された感温磁性層と、が一体化されているために、発熱層の熱が感温磁性層に奪われてしない、定着ベルト（定着回転体）の昇温時間を充分に短縮化することができなかった。

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、定着回転体に対する電磁誘導加熱による加熱効率が充分に高くて、定着回転体の昇温時間がさらに短縮化される、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、励磁コイル部によって電磁誘導加熱される第１発熱層を具備するとともに、所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融する定着回転体と、前記定着回転体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回転体と、前記定着回転体を介して対向する前記励磁コイル部によって電磁誘導加熱される第２発熱層を具備して、前記定着回転体を加熱するとともに、前記定着回転体に内接した状態で前記定着回転体の内周面に沿って回転可能に形成された発熱回転体と、を備え、前記発熱回転体は、その周方向の一部に非導電部が少なくとも１つ幅方向に延在するように形成され、前記発熱回転体における前記第２発熱層の発熱量を小さくする場合には、前記定着回転体の走行方向に対する前記励磁コイル部の中央部に前記非導電部が対向するように前記発熱回転体を回転し、前記発熱回転体における前記第２発熱層の発熱量を大きくする場合には、前記定着回転体の走行方向に対する前記励磁コイル部の中央部に前記非導電部が形成されていない部分が対向するように前記発熱回転体を回転するものである。

本発明は、定着回転体に内接した状態で発熱回転体を回転させて、励磁コイル部に対して発熱回転体に形成された非導電部の位置を移動させることで、発熱回転体の第２発熱層の発熱量や発熱分布を可変している。これにより、定着回転体に対する電磁誘導加熱による加熱効率が充分に高くて、定着回転体の昇温時間がさらに短縮化される、定着装置、及び、画像形成装置を提供することができる。

この発明の実施の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。 図１の画像形成装置に設置された定着装置を示す構成図である。 発熱回転体が回転した状態を示す図である。 励磁コイル部に対向する発熱回転体を示す上面図である。 第１発熱層に形成される磁場と磁束密度との関係を示すグラフである。 小サイズ紙を連続通紙したときの、定着ベルトにおける幅方向の温度分布を示すグラフである。 別形態の発熱回転体を示す上面図である。 さらに別形態の発熱回転体を示す上面図である。

実施の形態．
以下、この発明を実施するための形態について、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。

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複写機の装置本体、２は原稿Ｄの画像情報を光学的に読み込む原稿読込部、３は原稿読込部２で読み込んだ画像情報に基いた露光光Ｌを感光体ドラム５上に照射する露光部、４は感光体ドラム５上にトナー像（画像）を形成する作像部、７は感光体ドラム５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はセットされた原稿Ｄを原稿読込部２に搬送する原稿搬送部、１２〜１４は転写紙等の記録媒体Ｐが収納された給紙部、２０は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着装置、２１は定着装置２０に設置された定着回転体としての定着ベルト、３１は定着装置２０に設置された加圧回転体としての加圧ローラ、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、原稿Ｄは、原稿搬送部１０の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部２上を通過する。このとき、原稿読込部２では、上方を通過する原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。
そして、原稿読込部２で読み取られた光学的な画像情報は、電気信号に変換された後に、露光部３（書込部）に送信される。そして、露光部３からは、その電気信号の画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、作像部４の感光体ドラム５上に向けて発せられる。

一方、作像部４において、感光体ドラム５は図中の時計方向に回転しており、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程）を経て、感光体ドラム５上に画像情報に対応した画像（トナー像）が形成される。
その後、感光体ドラム５上に形成された画像は、転写部７で、レジストローラ対（タイミングローラ対）により搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。

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１２、１３、１４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１２が選択されたものとする。）。
そして、給紙部１２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の位置に達する。そして、レジストローラの位置に達した記録媒体Ｐは、感光体ドラム５上に形成された画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２１と加圧ローラ３１との間に送入されて、定着ベルト２１から受ける熱と双方の部材２１、３１から受ける圧力とによって画像が定着される。画像が定着された記録媒体Ｐは、定着ベルト２１と加圧ローラ３１との間（ニップ部である。）から送出された後に、画像形成装置本体１から排出される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２〜図４にて、画像形成装置本体１に設置される定着装置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、定着回転体（定着部材）としての定着ベルト２１、発熱回転体２３（発熱部材）、励磁コイル部２５（誘導加熱部）、加圧回転体としての加圧ローラ３１、温度検知手段としての温度センサ４０、ガイド板３５、３７、等で構成される。

ここで、定着回転体としての定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、図２中の矢印方向（時計方向）に回転（走行）する。定着ベルト２１は、内周面（発熱回転体２３との摺接面である。）側から、第１発熱層（基材層）、弾性層、離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが１ｍｍ以下に設定されている。

ここで、定着ベルト２１の第１発熱層（基材層）は、層厚が数ミクロン〜数百ミクロン程度（好ましくは、十ミクロン〜数十ミクロン程度）の低熱容量の導電性材料からなり、励磁コイル部２５によって電磁誘導加熱される発熱層として機能する。
定着ベルト２１の弾性層は、層厚が１００〜３００μｍ程度であって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料で形成されている。弾性層を設けることで、ニップ部における定着ベルト２１表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。なお、本実施の形態では、定着ベルト２１の弾性層として、層厚が２００μｍのシリコーンゴムを用いている。
定着ベルト２１の離型層は、層厚が１０〜５０μｍ程度であって、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共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等の材料で形成されている。離型層を設けることで、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が担保される。

定着ベルト２１の内部（内周面側）には、発熱回転体２３等が設置されている。また、定着ベルト２１の外周面の一部に隙間を空けて対向するように、励磁コイル部２５（誘導加熱部）が配設されている。また、図示は省略するが、定着ベルト２１の内周面には、潤滑剤が塗布されている。

図２を参照して、発熱回転体２３は、定着ベルト２１（定着回転体）を介して励磁コイル部２５に対向するとともに、定着ベルト２１に内接した状態で定着ベルト２１の内周面に沿って回転可能に形成されている。
詳しくは、発熱回転体２３は、定着ベルト２１に内接する第１発熱部２３Ａと第２発熱部２３Ｂとが分割して設けられていて、これらの発熱部２３Ａ、２３Ｂが柱状部材を介して回転軸２３ｂ（不図示のステッピングモータ（移動機構）に接続されている。）に保持されている。そして、ステッピングモータによって回転軸２３ｂを中心にして発熱回転体２３が図２の両矢印方向に回転されて、第１発熱部２３Ａが励磁コイル部２５に対向して第２発熱部２３Ｂが加圧ローラ３１に対向する姿勢（図２及び図３（Ａ）の状態である。）と、第２発熱部２３Ｂが励磁コイル部２５に対向して第１発熱部２３Ａが加圧ローラ３１に対向する姿勢（図３（Ｂ）の状態である。）と、が切り替えられることになる。

ここで、発熱回転体２３は、定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１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部材としても機能する。具体的に、発熱回転体２３が図２及び図３（Ａ）の状態である場合には、第２発熱部２３Ｂが定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に圧接してニップ部を形成する。これに対して、発熱回転体２３が図３（Ｂ）の状態である場合には、第１発熱部２３Ａが定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に圧接してニップ部を形成する。
そして、ある程度剛性のある第１発熱部２３Ａ（又は、第２発熱部２３Ｂ）によって、加圧ローラ３１による加圧力を受けても定着ベルト２１や発熱回転体２３が大きく撓むことがなく、双方の部材２１、３１の間に加圧ローラ３１の曲率にならうような良好なニップ部が形成されることになる。これにより、記録媒体Ｐは加圧ローラ３１の曲率にならうようにニップ部から送出されるために、定着工程後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に吸着して分離しないような不具合を抑止することができる。

また、発熱回転体２３（第１発熱部２３Ａ、第２発熱部２３Ｂ）には、励磁コイル部２５によって電磁誘導加熱される第２発熱層（導電性材料で形成されている。）が形成されていて、励磁コイル部２５により生成される交番磁界によって電磁誘導加熱されて定着ベルト２１を加熱する（熱を伝える。）。すなわち、発熱回転体２３が励磁コイル部２５によって直接的に電磁誘導加熱されて、発熱回転体２３を介して定着ベルト２１が間接的に加熱されることになる。
ここで、先に説明したように、定着ベルト２１にも第１発熱層が設けられているため、定着ベルト２１（第１発熱層）自体も、励磁コイル部２５により生成される交番磁界によって直接的に電磁誘導加熱されることになる。したがって、定着ベルト２１は、励磁コイル部２５により直接的に電磁誘導加熱されるとともに、発熱回転体２３（励磁コイル部２５により電磁誘導加熱されている。）によって間接的に加熱されることになり、定着ベルト２１の加熱効率が高められる。

そして、本実施の形態では、加熱された定着ベルト２１の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられることになる。
なお、励磁コイル部２５の出力制御は、定着ベルト２１表面に対向するサーミスタ、サーモパイル等の温度センサ４０（温度検知手段）によるベルト表面温度の検知結果に基いておこなわれる。また、このような励磁コイル部２５の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定することができる。

さらに具体的に、発熱回転体２３が図２及び図３（Ａ）の状態である場合には、第１発熱部２３Ａが励磁コイル部２５により電磁誘導加熱される発熱部材として機能して、第２発熱部２３Ｂが定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に圧接してニップ部を形成する部材として機能する。これに対して、発熱回転体２３が図３（Ｂ）の状態である場合には、第２発熱部２３Ｂが励磁コイル部２５により電磁誘導加熱される発熱部材として機能して、第１発熱部２３Ａが定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に圧接してニップ部を形成する部材として機能する。
なお、発熱回転体２３には、非導電部としてのスリット２３ａが形成されている。具体的に、図４を参照して、第１発熱部２３Ａには幅方向のほぼ全域にわたってスリット２３ａ１が形成され、第２発熱部２３Ｂには幅方向両端部にスリット２３ａ２が形成されている。そして、発熱回転体２３を回転させて励磁コイル部２５に対してスリット２３ａ（非導電部）の位置を移動させることで、第２発熱層の発熱量や発熱分布を可変することになるが、これについては後で詳しく説明する。

図２を参照して、励磁コイル部２５（誘導加熱部）は、励磁コイル２６、励磁コイルコア２７、等で構成される。励磁コイル２６は、定着ベルト２１の外周面の一部を覆うように配設された励磁コイルコア２７上に細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向（図２の紙面垂直方向である。）に延設したものである。そして、不図示の交流電源から励磁コイル２６に交流電流が供給されることで、励磁コイル部２５から定着ベルト２１の第１発熱層や発熱回転体２３（第１発熱部２３Ａ又は第２発熱部２３Ｂ）の第２発熱層に向けて磁束が生成されることになる。なお、励磁コイルコア２７は、フェライト等の強磁性体（比透磁率が２５００程度である。）からなり、定着ベルト２１の第１発熱層や発熱回転体２３の第２発熱層に向けて効率のよい磁束を形成するためのものである。

なお、定着ベルト２１及び発熱回転体２３を介して励磁コイル部２５に対向する位置に、アルミニウムや銅等の非磁性金属材料で形成された磁束遮蔽部材を設置することもできる。このような磁束遮蔽部材を設けることで、励磁コイル部２５で生成された磁束が定着ベルト２１及び発熱回転体２３を貫通しても、その貫通磁束を打ち消すように渦電流が生じることにより、漏れ磁束を低減して定着ベルト２１や発熱回転体２３の加熱効率を高めることができる。

図２を参照して、加圧回転体としての加圧ローラ３１は、中空構造の芯金３２上に弾性層３３（層厚が３ｍｍ程度である。）を形成したものである。加圧ローラ３１（加圧回転体）の弾性層３３は、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層３３の表層にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。加圧ローラ３１は定着ベルト２１を介して発熱回転体２３に圧接して、双方の部材間に所望のニップ部を形成する。また、図示は省略するが、加圧ローラ３１には不図示の駆動機構の駆動ギアに噛合するギアが設置されていて、加圧ローラ３１は図２中の矢印方向（反時計方向）に回転駆動される。また、加圧ローラ３１は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板に軸受を介して回転自在に支持されている。なお、加圧ローラ３１の内部に、ハロゲンヒータ等の熱源を設けることもできる。

なお、加圧ローラ３１の弾性層３３を発泡性シリコーンゴム等のスポンジ状の材料で形成した場合には、ニップ部に作用する加圧力を減ずることができるために、ニップ部において発熱回転体２３に生じる撓みを軽減することができる。さらに、加圧ローラ３１の断熱性が高められて、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ３１側に移動しにくくなるために、定着ベルト２１の加熱効率が向上する。

また、定着ベルト２１と加圧ローラ３１との当接部（ニップ部である。）の入口側には、ニップ部に向けて搬送される記録媒体Ｐを案内するガイド板３５（入口ガイド板）が配設されている。また、ニップ部の出口側には、ニップ部から送出される記録媒体Ｐを案内するガイド板３７（出口ガイド板）が配設されている。双方のガイド板３５、３７は、いずれも、定着装置２０のフレーム（筐体）に固設されている。

以下、上述のように構成された定着装置２０の通常時の動作について簡単に説明する。
装置本体１の電源スイッチが投入されると、不図示の交流電源（高周波電源）から励磁コイル部２５（励磁コイル２６）に交番電流が供給されるとともに、加圧ローラ３１の図２中の矢印方向の回転駆動が開始される。そして、ニップ部の位置における加圧ローラ３１との摩擦力によって、定着ベルト２１も図２中の矢印方向に従動（回転）する。
その後、給紙部１２から記録媒体Ｐが給送されて、転写部７の位置で、記録媒体Ｐ上に未定着のカラー画像が担持（転写）される。未定着画像Ｔ（トナー像）が担持された記録媒体Ｐは、ガイド板３５に案内されながら図２の矢印Ｙ１０方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ３１のニップ部に送入される。
そして、加熱状態にある定着ベルト２１による加熱と、定着ベルト２１（発熱回転体２３）と加圧ローラ３１との押圧力とによって、記録媒体Ｐの表面にトナー像Ｔが定着される。その後、ニップ部から送出された記録媒体Ｐは、矢印Ｙ１１方向に搬送される。

以下、本実施の形態における定着装置２０において、特徴的な構成・動作について詳述する。
本実施の形態における定着装置２０は、発熱回転体２３の一部に非導電部としてのスリット２３ａ（貫通穴）が形成されている。そして、不図示の移動機構によって発熱回転体２３を回転させて励磁コイル部２５に対してスリット２３ａ（非導電部）の位置を移動させることで、第２発熱層の発熱量（電磁誘導加熱による発熱量である。）や、第２発熱層の発熱分布（電磁誘導加熱される第２発熱層の幅方向の発熱分布である。）を調整する。

図４を参照して、スリット２３ａ１、２３ａ２（非導電部）は、第２発熱層に誘導される渦電流の方向に沿う方向（図２の紙面垂直方向であって、図４の左右方向である。）に延在するように形成されている。さらに、スリット２３ａ１、２３ａ２（非導電部）は、幅方向サイズの異なる記録媒体Ｐに合わせて複数形成されている。
そして、発熱回転体２３は、ニップ部に搬送される記録媒体Ｐの幅方向サイズに合わせて複数のスリット２３ａ１、２３ａ２（非導電部）のうち励磁コイル部２５に対向させるスリットが可変されるように回転されることになる。

具体的に、図４（Ａ）に示すように、発熱回転体２３の第１発熱部２３Ａには、大サイズ紙の通紙領域に合わせて幅方向のほぼ全域にわたって第１のスリット２３ａ１が形成されている。また、図４（Ｂ）に示すように、発熱回転体２３の第２発熱部２３Ｂには、小サイズ紙の非通紙領域に合わせて幅方向両端部にのみ第２のスリット２３ａ２が形成されている。そして、移動機構によって、第１のスリット２３ａ１が励磁コイル部２５に対向する状態（図３（Ａ）の状態である。）と、第２のスリット２３ａ２が励磁コイル部２５に対向する状態（図３（Ｂ）の状態である。）と、が切り替えられる。そして、通紙される記録媒体Ｐのサイズに応じて２つのスリット２３ａ１、２３ａ２のうち励磁コイル部２５に対向させるスリットを可変することで、小サイズ紙が通紙されるときの非通紙領域における定着ベルト２１の過昇温を抑止することができる（図６を参照できる）。これは、発熱部（第２発熱層）においてスリット２３ａ１、２３ａ２（非導電部）が形成された部分は、励磁コイル部２５による磁束によって電磁誘導加熱されないためである。

小サイズ紙が通紙される場合には、図３（Ｂ）の状態（第２のスリット２３ａ２が励磁コイル部２５に対向する状態である。）に発熱回転体２３を移動することで、発熱回転体２３の非通紙領域の発熱量が抑えられるために、非通紙領域において発熱回転体２３から定着ベルト２１に受け渡される熱量も少なくなって、定着ベルト２１の両端部の過昇温を防止することができる。
また、この定着装置は、大サイズ紙が通紙される場合においても、図３（Ａ）の状態（第１のスリット２３ａ１が励磁コイル部２５に対向する状態である。）から発熱回転体２３の移動量を微調整することによって、発熱回転体２３の発熱量を通紙領域全域にわたって微調整できるように構成されている。

詳しくは、励磁コイル部２５によって加熱される第２発熱層（発熱回転体２３）の発熱量を抑える場合には、第１スリット２３ａ１が励磁コイル部２５の中央部に対向するように発熱回転体２３（第１発熱部２３Ａ）の対向位置を微調整する。このとき、発熱回転体２３においてスリット２３ａ１の近傍ではスリット２３ａ１を避けるように小さな磁路しか形成されないために、発熱回転体２３の発熱量が低くなる。
これに対して、励磁コイル部２５によって加熱される第２発熱層（発熱回転体２３）の発熱量を増加する場合には、第１スリット２３ａ１が励磁コイル部２５の中央部に対向しないように発熱回転体２３（第１発熱部２３Ａ）の対向位置を微調整する。このとき、発熱回転体２３では比較的大きな磁路が形成されるために、発熱回転体２３の発熱量が高くなる。
そして、このように発熱回転体２３の発熱量を可変することによって、定着ベルト２１の加熱状態を細かく調整することができる。
なお、図４では、２つのサイズの記録媒体Ｐに合わせて発熱回転体２３にスリット２３ａ１、２３ａ２を形成したが、３つ以上のサイズの記録媒体Ｐに合わせて発熱回転体２３にさらに複数のスリットを形成することもできる。

ここで、本実施の形態において、励磁コイル部２５は、定着ベルト２１の第１発熱層に作用する磁束密度が第１発熱層の飽和磁束密度より大きくなるように制御されることになる。
図５は、第１発熱層を鉄、ニッケル、コバルト、又は、それらの合金等の強磁性材料で形成したときの、第１発熱層の近傍に生成される磁場（コイル磁界）と、第１発熱層に作用する磁束密度と、の関係を示すグラフである。図５に示すように、磁場の大きさが大きくなるにつれて第１発熱層に作用する磁束密度は大きくなるが、磁場の大きさがある程度大きくなると磁束密度は飽和した状態になる（飽和磁束密度Ｃに達する）。そして、この飽和磁束密度Ｃよりも小さな磁束密度Ｂ１が作用するように励磁コイル部２５を制御することにより、励磁コイル部２５によって生成される磁束が、第１発熱層を貫くことなく、第１発熱層のみに作用することになる。これに対して、飽和磁束密度Ｃよりも大きな磁束密度Ｂ２が作用するように励磁コイル部２５を制御することにより、励磁コイル部２５によって生成される磁束が、第１発熱層を貫いて、第２発熱層（発熱回転体２３）にも作用することになる。

ここで、定着ベルト２１の第１発熱層は、鉄、ニッケル、コバルト、又は、それらの合金、等の強磁性を有する整磁性金属材料（好ましくは、鉄、ニッケル、シリコン、ホウ素、ニオブ、銅、ジルコニウム、コバルト、又は、それらの合金、等の強磁性から常磁性に変化する整磁性金属材料）で形成することができる。
その場合、第１発熱層のキュリー温度を定着温度近傍に設定することで、定着ベルト２１の温度が定着温度を超えることがなくなるため、連続通紙時における定着ベルト２１の温度リップルが小さくなり、定着性や光沢性が安定した定着画像を得ることができる。また、第１発熱層のキュリー温度を定着ベルト２１の耐熱温度以下に設定することで、小サイズ紙（幅方向サイズが小さな記録媒体Ｐである。）を連続通紙した場合であっても、定着ベルト２１の非通紙領域が耐熱温度を超えて過昇温する不具合を抑止することができる。
図６は、小サイズ紙の連続通紙時における定着ベルト２１の幅方向の温度分布を示すグラフであって、一点鎖線Ｑ０は第１発熱層を通常の金属材料で形成したときの温度分布を示し、実線Ｑ１は第１発熱層を整磁性金属材料で形成したときの温度分布を示す。図６から、第１発熱層を整磁性金属材料で形成したときには、小サイズ紙の非通紙領域においても定着設定温度ＴＭの近傍にベルト温度が抑えられていることがわかる。

これに対して、定着ベルト２１の第１発熱層を、金、銀、銅、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛、ビスマス、ベリリウム、アンチモン、又は、それらの合金、等の非磁性金属材料で形成することもできる。
その場合、励磁コイル部２５と定着ベルト２１との対向距離が変化しても、定着ベルト２１を貫通する磁束の量は大きく変化しないため、定着ベルト２１の幅方向の加熱ムラが発生しにくくなる。また、定着ベルト２１の走行中に、定着ベルト２１に幅方向のベルト寄りが生じても、定着ベルト２１の幅方向の加熱ムラが発生しにくくなる。

また、定着ベルト２１の第１発熱層は、その層厚が、励磁コイル部２５（励磁コイル２６Ａ、２６Ｂ）に所定の周波数の交番電流が流れたときの表皮深さよりも小さくなるように形成することが好ましい。ここで、「表皮深さ」とは、発熱層の固有抵抗及び透磁率、発熱層を励磁する交番電流の周波数（本実施の形態では、交流電源から出力される交流電流の周波数が２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲内で設定されている。）で求まる値である。
そして、本実施の形態における定着装置２０の構成において、第１発熱層の層厚が表皮深さよりも小さくなるように形成することで、励磁コイル部２５の磁束が確実に第２発熱層（発熱回転体２３）に達することになる。

さらに、発熱回転体２３の第２発熱層は、鉄、ニッケル、シリコン、ホウ素、ニオブ、銅、ジルコニウム、コバルト、又は、それらの合金、等の強磁性から常磁性に変化する整磁性金属材料で形成することができる。
その場合、第２発熱層のキュリー温度を定着温度より高く、定着ベルト２１の耐熱温度以下に設定することで、定着ベルト２１が過昇温する不具合を防止することができる。第２発熱層の温度がキュリー温度を超えると、励磁コイル部２５からの磁束が第２発熱層を貫くことになる。そのため、定着ベルト２１と発熱回転体２３とを介して励磁コイル部２５に対向するように非磁性材料で形成された磁束遮蔽部材を設置することが好ましい。これにより、第２発熱層を貫いた磁束が磁束遮蔽部材に達して、磁束遮蔽部材にて貫通磁束を打ち消すように渦電流が生じることになる。

これに対して、発熱回転体２３の第２発熱層を、鉄、ニッケル、コバルト、等の強磁性金属材料で形成することもできる。
この場合、励磁コイル部２５からの磁束が第２発熱層を貫くことがなくなるため、遮蔽部材２４を設置しなくても、発熱回転体２３の誘導加熱効率を高めることができる。

なお、本実施の形態では、発熱回転体２３を第２発熱層のみで形成された単層構造体としたが、発熱回転体２３を第２発熱層を含む多層構造体にすることもできる。例えば、発熱回転体２３の表裏層を第２発熱層（電磁誘導加熱層）で形成して、中間層をアルミニウム、鉄、ステンレス等の高熱伝導性材料で形成することもできる。

ここで、本実施の形態では、上述したように、励磁コイル部２５に対向する第１発熱部２３Ａ（発熱回転体２３）の回転方向の姿勢を微調整することで、第２発熱層の発熱量（電磁誘導加熱による発熱量である。）を可変できるようにしている。
そして、装置の稼動状況に合わせて、第２発熱層の発熱量を可変（調整）することで、種々のメリットを得ることができる。

具体的に、定着装置２０（装置本体１）の立ち上げ時には、発熱回転体２３（第２発熱層）による発熱量が大きくなるように、発熱回転体２３の回転方向の姿勢を制御している。これにより、朝一等で放置時間が長くて温度が低下している定着ベルト２１が発熱回転体からも積極的に熱を受けて、定着ベルト２１の急速な昇温（立ち上げ）が可能になる。
これに対して、通紙時には、発熱回転体２３（第２発熱層）による発熱量が小さくなるように、発熱回転体２３の回転方向の姿勢を制御している。これにより、上述した立ち上げ時の動作によって充分に昇温した状態の定着ベルト２１の加熱を補完するように、定着ベルト２１と発熱回転体２３との間で熱の受け渡しがおこなわれることになる。

なお、温度センサ４０（温度検知手段）によって検知された温度が所定値以下になったときには、発熱回転体２３（第２発熱層）による発熱量が大きくなるように、発熱回転体２３の回転方向の姿勢を制御して、温度センサ４０によって検知された温度が所定値に達したときには、発熱回転体２３（第２発熱層）による発熱量が小さくなるように、発熱回転体２３の回転方向の姿勢を制御することもできる。
なお、このような通紙時の制御は、連続通紙時においても同様におこなうことができる。

また、記録媒体Ｐとして薄紙が通紙される場合（厚さが所定値以下の記録媒体Ｐがニップ部に搬送される場合である。）に、発熱回転体２３（第２発熱層）による発熱量が小さくなるように、発熱回転体２３の回転方向の姿勢を制御することもできる。これは、薄紙が通紙される場合には、記録媒体Ｐに奪われる定着ベルト２１の熱が小さいため、発熱回転体２３から定着ベルト２１に向けて多量の熱を伝熱しなくても定着ベルト２１の温度を安定化できることによる。
また、本実施の形態における画像形成装置はモノクロ画像形成装置であるが、カラー画像形成装置を用いる場合であって、モノクロ画像モードが実行されるとき（カラー画像を定着せずにモノクロ画像を定着するときである。）には、発熱回転体２３（第２発熱層）による発熱量が小さくなるように、発熱回転体２３の回転方向の姿勢を制御することもできる。これは、モノクロ画像モード時には、カラー画像モード時に比べて、記録媒体Ｐ上のトナー像に奪われる定着ベルト２１の熱が小さいため、発熱回転体２３から定着ベルト２１に向けて多量の熱を伝熱しなくても定着ベルト２１の温度を安定化できることによる。

なお、本実施の形態では、励磁コイル部２５に対向する第１発熱部２３Ａ（第１スリット２３ａ１）の回転方向の姿勢を微調整することで、第２発熱層の発熱量を可変できるように構成した。これに対して、発熱回転体２３に、第１発熱部２３Ａと第２発熱部２３Ｂとは別に、第１発熱部２３Ａよりも非導電部の総面積が小さな第３発熱部（例えば、スリットがまったく設けられていない発熱部である。）を設けて、励磁コイル部２５に対して第１発熱部を対向させたり第３発熱部を対向させたり切り替えることで、第２発熱層の発熱量を可変してもよい。

また、本実施の形態において、非導電部としてのスリットを、第２発熱層に誘導される渦電流の方向に交差する方向に延在するように形成することもできる。さらに、非導電部としてのスリットを、幅方向両端部にのみ形成することもできる。
具体的に、図７に示した発熱回転体２３の発熱部は、第２発熱層に誘導される渦電流の方向に交差する方向に延在する非導電部としてのスリット２３ａ１１（貫通穴）が形成されている。詳しくは、発熱回転体２３（発熱部）には、その幅方向両端部（小サイズ紙の非通紙領域に相当する部分である。）に、定着ベルト２１の回転方向に対して平行に複数のスリット２３ａ１１が形成されている。
このように、発熱回転体２３（第２発熱層）において、第２発熱層に誘導される渦電流の方向に交差する方向にスリット２３ａ１１（非導電部）を形成することにより、磁束がスリット２３ａ１１を超えて幅方向に流れ込むのを防ぐことができるため、発熱回転体２３における通紙領域の両端部の温度が低下する（ダレる）のを防止することができる。さらに、図７に示すように、スリット２３ａ１１を小サイズ紙の非通紙領域に対応する両端部のみに形成した場合には、小サイズ紙を連続通紙したときの非通紙領域の過昇温をも防止することができる。

また、図８（Ａ）に示すように、発熱回転体２３（発熱部）において、その幅方向両端部（小サイズ紙の非通紙領域に相当する部分である。）に、定着ベルト２１の回転方向に対して平行ではなく傾斜するように複数のスリット２３ａ１２を形成することもできる。このような場合には、発熱回転体２３における通紙領域の両端部の温度が低下する（ダレる）のを防止することができるとともに、発熱回転体２３の幅方向の発熱分布を均一化することができる。
さらに、図８（Ｂ）に示すように、発熱回転体２３（発熱部）の幅方向全域にわたって傾斜した複数のスリット２３ａ１２を形成することもできる。このような場合には、スリットが形成されていないものに比べて発熱回転体２３の全体の発熱量が小さくなるものの、発熱回転体２３の幅方向の発熱分布をさらに均一化することができる。

以上説明したように、本実施の形態においては、定着ベルト２１（定着回転体）に内接した状態で発熱回転体２３を回転させて、励磁コイル部２５に対して発熱回転体２３に形成されたスリット２３ａ（非導電部）の位置を移動させることで、発熱回転体２３の第２発熱層の発熱量や発熱分布を可変している。これにより、定着ベルト２１に対する電磁誘導加熱による加熱効率が充分に高くて、定着ベルト２１の昇温時間をさらに短縮化することができる。

なお、本実施の形態では、加圧回転体として加圧ローラを用いて定着回転体として定着ベルトを用いた定着装置に対して本発明を適用したが、加圧回転体として加圧ベルト等を用いた定着装置や、定着回転体として定着フィルム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、この場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、モノクロの画像形成装置１に設置される定着装置２０に対して本発明を適用したが、カラーの画像形成装置に設置される定着装置に対しても当然に本発明を適用することができる。

また、本実施の形態では、周方向に２つに分割された発熱部２３Ａ、２３Ｂを発熱回転体２３に形成したが、周方向に３つ以上に分割された発熱部を発熱回転体２３に形成することもできる。そして、この場合にも、装置の稼働状況に合わせて複数に分割された発熱部のうち選択した１つを励磁コイル部２５に対向させるように発熱回転体２３を回転させることで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、発熱回転体２３において周方向に分割された複数の発熱部２３Ａ、２３Ｂが離間するように形成したが、発熱回転体２３において周方向に分割された複数の発熱部（発熱領域）が近接（当接）するように形成することもできる。そして、この場合にも、装置の稼働状況に合わせて複数に分割された発熱部（発熱領域）のうち選択した１つを励磁コイル部２５に対向させるように発熱回転体２３を回転させることで、本実施の形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

なお、本発明が本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、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本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、形状等は本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。

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２０ 定着装置、
２１ 定着ベルト（定着回転体）、
２３ 発熱回転体、
２３Ａ 第１発熱部、 ２３Ｂ 第２発熱部、
２３ａ、２３ａ１、２３ａ２、２３ａ１１、２３ａ１２ スリット（非導電部）、
２５ 励磁コイル部（誘導加熱部）、
３１ 加圧ローラ（加圧回転体）。

特開２００９−２８２４１３号公報 特許第３５２７４４２号公報 特許第３９００６９２号公報

Claims (6)

1. 励磁コイル部によって電磁誘導加熱される第１発熱層を具備するとともに、所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融する定着回転体と、
   前記定着回転体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回転体と、
   前記定着回転体を介して対向する前記励磁コイル部によって電磁誘導加熱される第２発熱層を具備して、前記定着回転体を加熱するとともに、前記定着回転体に内接した状態で前記定着回転体の内周面に沿って回転可能に形成された発熱回転体と、
   を備え、
   前記発熱回転体は、その周方向の一部に非導電部が少なくとも１つ幅方向に延在するように形成され、
   前記発熱回転体における前記第２発熱層の発熱量を小さくする場合には、前記定着回転体の走行方向に対する前記励磁コイル部の中央部に前記非導電部が対向するように前記発熱回転体を回転し、
   前記発熱回転体における前記第２発熱層の発熱量を大きくする場合には、前記定着回転体の走行方向に対する前記励磁コイル部の中央部に前記非導電部が形成されていない部分が対向するように前記発熱回転体を回転することを特徴とする定着装置。
2. 前記定着回転体の表面温度を検知する温度検知手段を備え、
   前記温度検知手段によって検知された温度が所定値に達した場合には、前記定着回転体の走行方向に対する前記励磁コイル部の中央部に前記非導電部が対向するように前記発熱回転体を回転し、
   前記温度検知手段によって検知された温度が前記所定値以下になった場合には、前記定着回転体の走行方向に対する前記励磁コイル部の中央部に前記非導電部が形成されていない部分が対向するように前記発熱回転体を回転することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記発熱回転体は、その周方向の一部に前記非導電部が少なくとも１つ幅方向に延在するように形成された第１発熱部と、その周方向の一部に非導電部が少なくとも１つ幅方向両端部にのみ形成された第２発熱部と、を周方向に隙間をあけて離れた位置に具備し、
   前記第２発熱部において前記非導電部が形成された幅方向両端部の範囲は、幅方向の全範囲に対応した記録媒体に対して幅方向サイズの小さな記録媒体の非通紙領域に対応する範囲であって、
   前記幅方向サイズの小さな記録媒体が通紙される場合には、前記励磁コイル部に前記第２発熱部が対向するように前記発熱回転体を回転し、
   前記幅方向の全範囲に対応した記録媒体が通紙される場合には、前記励磁コイル部に前記第１発熱部が対向するように前記発熱回転体を回転し、
   前記幅方向の全範囲に対応した記録媒体が通紙される場合であって、前記第１発熱部における前記第２発熱層の発熱量を小さくする場合には、前記定着回転体の走行方向に対する前記励磁コイル部の中央部に前記第１発熱部の前記非導電部が対向するように前記発熱回転体を回転し、
   前記幅方向の全範囲に対応した記録媒体が通紙される場合であって、前記第１発熱部における前記第２発熱層の発熱量を大きくする場合には、前記定着回転体の走行方向に対する前記励磁コイル部の中央部に前記第１発熱部の前記非導電部が形成されていない部分が対向するように前記発熱回転体を回転す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. 装置の立ち上げ時には、前記定着回転体の走行方向に対する前記励磁コイル部の中央部に前記非導電部が形成されていない部分が対向するように前記発熱回転体を回転し、
   通紙時には、前記定着回転体の走行方向に対する前記励磁コイル部の中央部に前記非導電部が対向するように前記発熱回転体を回転す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. 厚さが所定値以下の記録媒体が通紙される場合、又は、カラー画像モードとモノクロ画像モードとのうち前記モノクロ画像モードが実行される場合、に前記定着回転体の走行方向に対する前記励磁コイル部の中央部に前記非導電部が形成されていない部分が対向するように前記発熱回転体を回転する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。

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