JPWO2005038534A1 - 定着装置 - Google Patents

Abstract

発熱回転体の発熱量を安定化して当該発熱回転体の発熱効率を向上させることができる定着装置。定着装置（２００）は、発熱スリーブ（２１０）、電磁誘導加熱装置（２３０）、電磁誘導加熱装置（２３０）により生成された磁場を吸収する磁場吸収部材（２３３）、発熱スリーブ（２１０）を挟持回転する定着ローラ（２４０）及び加圧ローラ（２５０）を具備する。磁場吸収部材（２３３）は、発熱スリーブ（２１０）を挟んで励磁コイル（２３１）と対向する部位に配設され、電磁誘導加熱装置（２３０）により生成された磁場を吸収する。発熱スリーブ（２１０）は、肉厚が１０μｍから５００μｍの範囲であり、比抵抗が８０×１０−６Ωｃｍ以下の非磁性の金属材料で構成される。

Description

本発明は、電子写真方式あるいは静電記録方式の複写機、ファクシミリ及びプリンタ等の画像形成装置における電磁誘導加熱方式の定着装置に関する。

従来、電磁誘導加熱方式（ＩＨ（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ）方式）の定着装置として、誘導加熱により発熱すると共に回転可能に設けられた導電層を含む薄肉の発熱回転体と、前記発熱回転体の外面に対向して配置され前記発熱回転体を誘導加熱する磁場生成手段からなる誘導加熱源と、前記発熱回転体の内面に当接する回転可能な内部加圧部材と、前記内部加圧部材に対向して前記発熱回転体の外面に当接する回転可能な外部加圧部材とを有する定着装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、上記特許文献１に開示された定着装置の概略断面図である。図１に示すように、この定着装置は、前記誘導加熱源としての高周波磁界を生じるコイルアセンブリ１０と、コイルアセンブリ１０による誘導加熱により発熱すると共に回転可能に設けられた前記発熱回転体としての金属スリーブ１１と、金属スリーブ１１の内面に当接する回転可能な内部加圧部材１２と、内部加圧部材１２に対向して金属スリーブ１１の外面に当接する回転可能な外部加圧部材１３とを有している。

図１において、金属スリーブ１１は、外部加圧部材１３と内部加圧部材１２との間に挟持され、外部加圧部材１３の回転に伴って従動回転する。

一方、未定着トナー像が転写されている記録材１４は、外部加圧部材１３と金属スリーブ１１との間に形成されたニップ部２３に向けて矢印方向から送り込まれる。記録材１４は、ニップ部２３において、コイルアセンブリ１０により加熱された金属スリーブ１１の熱と両加圧部材１２，１３による圧力とが加えられる。これにより、記録材１４上に未定着トナー像が加熱定着される。

この定着装置の金属スリーブ１１は、肉厚が２０μｍ〜６０μｍの可撓性を有する薄肉の中空金属導体であり、例えばニッケル、鉄、ＳＵＳ４３０などの導電性磁性材料から形成される導電層を含んでいる。

また、この定着装置のコイルアセンブリ１０は、図示しないホルダに支持され、金属スリーブ１１の外面との間に所定寸法の隙間を隔てて、定着ユニットフレームに固定されており、対向する金属スリーブ１１に誘導電流（渦電流）を誘起させて金属スリーブ１１をジュール発熱させる。

この定着装置は、金属スリーブ１１の外側に配設したコイルアセンブリ１０により金属スリーブ１１を加熱しているので、コイルアセンブリ１０の自己発熱及び金属スリーブ１１への熱放射による周辺温度の過昇温を軽減できる。また、この定着装置は、金属スリーブ１１を直接加熱して未定着トナー像を記録材１４上に加熱定着させているので、例えば、金属スリーブ１１を加熱した支持ローラにより間接的に加熱する方式の定着装置に較べて、ウォーミングアップ時における金属スリーブ１１の熱損失が少ない。さらに、金属スリーブ１１が薄肉であるので、金属スリーブ１１自体の熱容量が小さく、金属スリーブ１１が所定の定着温度に加熱されるまでの立ち上がり応答性が向上される。

また、導電層を有する薄肉の加熱ベルトと、前記薄肉の加熱ベルトの外部から前記導電層を誘導加熱する磁界発生手段と、前記磁界発生手段に対して前記加熱ベルトの反対側に当該加熱ベルトとギャップを介して強磁性体とを有し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

この定着装置によれば、加熱部材の熱容量が極めて小さくなり、ウオームアップタイムが短縮される。また、加熱ベルトと加圧部材とのニップ部において、十分な加熱及び加圧を行うことができ、良好な定着性を得ることができる。
特開平１０−７４００７号公報 特開平２００４−１４５３６８号公報

しかしながら、前者の定着装置は、その発熱回転体を一対の加圧部材により挟持回転する構成であるため、発熱回転体の走行安定性が悪く、発熱回転体の回転軌道が変動して前記磁場生成手段と前記発熱回転体との間の発生磁場が変化し易い。このため、この定着装置では、その発熱回転体の発熱量が不安定になり、発熱効率が低下するという不具合がある。

なお、前記発熱回転体の回転軌道の変動は、発熱回転体の肉厚が薄くなるほど大きくなる。これは、前記発熱回転体の肉厚が薄くなると、その真円度の確保が難しくなって走行性が不安定になることによる。従って、前記発熱回転体の回転軌道の変動を少なくするには、この発熱回転体の肉厚を厚くすればよい。しかし、前記発熱回転体の肉厚を厚くするとその熱容量が大きくなるため加熱時の立ち上がり応答性が悪くなる。

また、後者の定着装置は、加熱ベルトと加圧部材とのニップ部において、加熱ベルトが当該ニップ部の形状に倣う構成であるため、加熱ベルトはフレキシブルなベルトである必要があり、可能な限り薄層にすることが要求される。したがって、加熱ベルトを構成する導電層も薄層にせざるを得ないため、十分な発熱効率を得ることができないという不具合がある。

本発明の目的は、発熱回転体の発熱量を安定化して当該発熱回転体の発熱効率を向上させることができる定着装置を提供することである。

本発明の定着装置は、磁場を生成する磁場生成手段に対向して配置され前記磁場生成手段により生成された磁場を吸収する磁場吸収手段と、前記磁場生成手段との間を通過するように、一対の加圧部材により挟持回転され前記磁場生成手段により生成された磁場により誘導加熱されかつ磁界エネルギーを透過する、所定の比抵抗及び肉厚を有する非磁性の金属材料で構成された発熱回転体を配置したものである。

より具体的には、本発明は、磁場を生成する磁場生成手段と、前記磁場生成手段に対向して配置され前記磁場生成手段により生成された磁場を吸収する磁場吸収手段と、前記磁場吸収手段と前記磁場生成手段との間を通過するように一対の加圧部材により挟持回転され前記磁場生成手段により生成された磁場により誘導加熱されかつ磁界エネルギーを透過する発熱回転体と、を具備する定着装置において、前記発熱回転体を、肉厚が１０μｍから５００μｍの範囲であり、比抵抗が８０×１０^−６Ωｃｍ以下の非磁性の金属材料で構成する。

本発明によれば、発熱回転体の発熱量を安定化して当該発熱回転体の発熱効率を向上させることができる。

従来の定着装置の構成を示す概略断面図 本発明の一実施の形態に係る定着装置を搭載するのに適した画像形成装置の全体構成を示す概略断面図 上記実施の形態に係る定着装置の構成を示す断面図 上記実施の形態に係る定着装置の作用を説明するための概略断面図 上記実施の形態に係る定着装置の他の構成を示す概略断面図

図２は、本発明の一実施の形態に係る定着装置を搭載するのに適した画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。

図２に示すように、画像形成装置１００は、電子写真感光体（以下、「感光ドラム」と称する）１０１、帯電器１０２、レーザービームスキャナ１０３、現像器１０５、給紙装置１０７、定着装置２００及びクリーニング装置１１３などを具備している。

図２において、感光ドラム１０１は、矢印の方向に所定の周速度で回転駆動されながら、その表面が帯電器１０２によってマイナスの所定の暗電位Ｖ０に一様に帯電される。

レーザービームスキャナ１０３は、図示しない画像読取装置やコンピュータ等のホスト装置から入力される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザービーム１０４を出力し、一様に帯電された感光ドラム１０１の表面をレーザービーム１０４によって走査露光する。これにより、感光ドラム１０１の露光部分の電位絶対値が低下して明電位ＶＬとなり、感光ドラム１０１の表面に静電潜像が形成される。

現像器１０５は、回転駆動される現像ローラ１０６を備えている。現像ローラ１０６は、感光ドラム１０１と対向して配置されており、その外周面にはトナーの薄層が形成される。また、現像ローラ１０６には、その絶対値が感光ドラム１０１の暗電位Ｖ０よりも小さく、明電位ＶＬよりも大きい現像バイアス電圧が印加されている。

これにより、現像ローラ１０６上のマイナスに帯電したトナーが感光ドラム１０１の表面の明電位ＶＬの部分にのみ付着し、感光ドラム１０１の表面に形成された静電潜像が反転現像されて顕像化されて、感光ドラム１０１上に未定着トナー像１１１が形成される。

一方、給紙装置１０７は、給紙ローラ１０８により所定のタイミングで記録媒体としての記録紙１０９を一枚ずつ給送する。給紙装置１０７から給送された記録紙１０９は、一対のレジストローラ１１０を経て、感光ドラム１０１と転写ローラ１１２とのニップ部に、感光ドラム１０１の回転と同期した適切なタイミングで送られる。これにより、感光ドラム１０１上の未定着トナー像１１１が、転写バイアスが印加された転写ローラ１１２により記録紙１０９に転写される。

このようにして未定着トナー像１１１が形成担持された記録紙１０９は、記録紙ガイド１１４により案内されて感光ドラム１０１から分離された後、定着装置２００の定着部位に向けて搬送される。定着装置２００は、その定着部位に搬送された記録紙１０９に未定着トナー像１１１を加熱定着する。

未定着トナー像１１１が加熱定着された記録紙１０９は、定着装置２００を通過した後、画像形成装置１００の外部に配設された排紙トレイ１１６上に排出される。

一方、記録紙１０９が分離された後の感光ドラム１０１は、その表面の転写残トナー等の残留物がクリーニング装置１１３によって除去され、繰り返し次の画像形成に供される。

次に、本一実施の形態に係る定着装置について、具体例を挙げてさらに詳細に説明する。図３は、本一実施の形態に係る定着装置の構成を示す断面図である。図３に示すように、定着装置２００は、発熱回転体としての発熱スリーブ２１０、磁場生成手段としての電磁誘導加熱装置２３０、電磁誘導加熱装置２３０により生成された磁場を吸収する磁場吸収手段としての磁場吸収部材２３３、発熱スリーブ２１０を挟持回転する一対の加圧部材としての定着ローラ２４０及び加圧ローラ２５０などを具備している。

図３において、発熱スリーブ２１０は、その上部が後述するコイルガイド２３４に沿って円弧状に湾曲するように、定着ローラ２４０に懸架されている。このように、発熱スリーブ２１０の上部をコイルガイド２３４に沿って円弧状に湾曲させることで、発熱スリーブ２１０の走行性を安定させることができるようになる。定着ローラ２４０は、本体側板２０１に短軸２０２により揺動自在に取り付けられた揺動板２０３に回転自在に軸支されている。加圧ローラ２５０は、定着装置２００の本体側板２０１の下部側に回転自在に軸支されている。

揺動板２０３は、コイルバネ２０４の緊縮習性により、短軸２０２を中心として時計方向に揺動する。定着ローラ２４０は、この揺動板２０３の揺動に伴って変位し、発熱スリーブ２１０を挟んで加圧ローラ２５０に圧接している。

加圧ローラ２５０は、図示しない駆動源により矢印方向に回転駆動される。定着ローラ２４０は、加圧ローラ２５０の回転により発熱スリーブ２１０を挟持しながら従動回転する。これにより、発熱スリーブ２１０が、定着ローラ２４０と加圧ローラ２５０とに挟持されて矢印方向に回転される。この発熱スリーブ２１０の挟持回転により、発熱スリーブ２１０と加圧ローラ２５０との間に未定着トナー像１１１を記録紙１０９上に加熱定着するためのニップ部が形成される。

電磁誘導加熱装置２３０は、前記ＩＨ方式の磁場生成手段からなり、図３に示すように、発熱スリーブ２１０のコイルガイド２３４に沿って円弧状に湾曲された部位の外周面に沿って配設した励磁コイル２３１と、励磁コイル２３１を覆うフェライトで構成したコア２３２と、を備えている。励磁コイル２３１は、細い線を束ねたリッツ線を用いて形成されており、発熱スリーブ２１０の外周面を覆うように、断面形状が半円形に形成されている。

磁場吸収部材２３３は、発熱スリーブ２１０を挟んで励磁コイル２３１と対向する部位に配設されており、電磁誘導加熱装置２３０により生成された磁場を吸収する。

電磁誘導加熱装置２３０の励磁コイル２３１には、図示しない励磁回路から所定周波数（２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚ）の励磁電流が印加される。これより、コア２３２と磁場吸収部材２３３との間に交流磁界が生成され、発熱スリーブ２１０の表面に渦電流が発生して発熱スリーブ２１０が発熱する。

コア２３２は、励磁コイル２３１の中心と背面の一部に設けられている。コア２３２及び磁場吸収部材２３３の材料としては、フェライトの他、パーマロイ等の高透磁率の材料を用いることができる。

この定着装置２００は、図３に示すように、未定着トナー像１１１が転写された記録紙１０９を、未定着トナー像１１１の担持面を発熱スリーブ２１０に接触させるように矢印方向から搬送することにより、記録紙１０９上に未定着トナー像１１１を加熱定着することができる。

なお、発熱スリーブ２１０の裏面には、サーミスタからなる温度センサ２６０が接触するように設けられている。この温度センサ２６０により発熱スリーブ２１０の温度が検出される。温度センサ２６０の出力は、図示しない制御装置に与えられている。制御装置は、温度センサ２６０の出力に基づいて、最適な画像定着温度となるように、前記励磁回路を介して励磁コイル２３１に供給する電力を制御し、これにより発熱スリーブ２１０の発熱量を制御している。

また、記録紙１０９の搬送方向下流側の、発熱スリーブ２１０の定着ローラ２４０に懸架された部分には、加熱定着を終えた記録紙１０９を排紙トレイ１１６に向けてガイドする排紙ガイド２７０が設けられている。

さらに、電磁誘導加熱装置２３０には、励磁コイル２３１及びコア２３２と一体に、保持部材としてのコイルガイド２３４が設けられている。このコイルガイド２３４は、ＰＥＥＫ材やＰＰＳなどの耐熱温度の高い樹脂で構成されている。このコイルガイド２３４は、発熱スリーブ２１０から放射される熱が発熱スリーブ２１０と励磁コイル２３１との間の空間に籠もって、励磁コイル２３１が損傷を受けるのを回避することができる。

なお、図３に示したコア２３２は、その断面形状が半円形になっているが、このコア２３２は必ずしも励磁コイル２３１の形状に沿った形状とする必要はなく、その断面形状は、例えば、略Πの字状であってもよい。

発熱スリーブ２１０の発熱部材としては、非磁性材料が望ましい。このような非磁性材料としては、例えばステンレス、アルミ、銅などの比抵抗が８０×１０^−６Ωｃｍ（ステンレス）以下の材料を挙げることができる。本一実施の形態に係る定着装置２００おいては、発熱スリーブ２１０の発熱部材として、非磁性のステンレス（ＳＵＳ３０４）を用いた。

なお、発熱スリーブ２１０の発熱部材としては、その厚さ及び前記励磁電流の周波数等の条件次第では、例えば、ニッケル、コバルト、鉄などの磁性材料を用いることもできる。

また、発熱スリーブ２１０の肉厚は、１０〜５００μｍ程度が望ましい。本一実施の形態においては、発熱スリーブ２１０の肉厚を２００μｍとした。

また、発熱スリーブ２１０としては、表面に導電層を有するものが望ましい。この導電層の材料としては、例えば、銅、銀、アルミなどが好ましく、特に比抵抗が１０×１０^−６Ωｃｍ以下の良導電材料が好ましい。この導電層は、発熱スリーブ２１０の表面であれば、外周面もしくは内周面のどちらに設けてもよい。導電層の厚みは、５〜１５μｍ程度が望ましい。本一実施の形態においては、発熱スリーブ２１０の表面に厚さ１０±２μｍの銅メッキからなる導電層を設けた。

また、発熱スリーブ２１０を加熱する前記高周波電源の励磁電流の周波数は、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲が望ましい。本一実施の形態に係る定着装置２００おいては、前記励磁電流の周波数を２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚとした。

定着ローラ２４０は、表面が低硬度（ここでは、ＪＩＳＡ３０度）、直径３０ｍｍの低熱伝導性の弾力性を有する発泡体であるシリコーンゴムによって構成されている。

加圧ローラ２５０は、硬度ＪＩＳＡ６５度のシリコーンゴムによって構成されている。この加圧ローラ２５０の材料としては、フッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性樹脂や他のゴムを用いてもよい。また、加圧ローラ２５０の表面には、耐摩耗性や離型性を高めるために、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の樹脂あるいはゴムを、単独あるいは混合して被覆することが望ましい。また、加圧ローラ２５０は、熱伝導性の小さい材料によって構成されることが望ましい。

このような構成の発熱スリーブ２１０は、その磁界エネルギーの透過率が、８９％〜９９％であった。従って、本一実施の形態に係る定着装置２００は、前記励磁回路により図４に破線で示すように磁路が形成され、発熱スリーブ２１０が磁界エネルギーを透過する構成となる。従って、この定着装置２００においては、発熱スリーブ２１０の回転軌道が変動しても発生磁場の変化が少なく、発熱スリーブ２１０の発熱量の変化が少なくなり、発熱効率を向上させることができる。

特に、上記した特開平１０−７４００７号公報に係る定着装置においては、発熱回転体の回転軌道が変動して前記磁場生成手段と前記発熱回転体との間の発生磁場が変化し易いことに起因して、その発熱回転体の発熱量が不安定になって発熱回転体の回転方向に発熱ムラが発生する事態が生ずる。これに対し、本一実施の形態に係る定着装置においては、発熱スリーブ２１０の回転軌道が変動しても発生磁場の変化が少なく、発熱スリーブ２１０の発熱量の変化を少なくすることができるので、発熱スリーブ２１０の回転方向での発熱ムラを小さくすることができる。

また、本一実施の形態に係る定着装置２００は、発熱スリーブ２１０の比抵抗が８０×１０^−６Ωｃｍ以下であるので、発熱スリーブ２１０の回転軌道が変動しても電流が流れやすくなる。つまり、比抵抗が８０×１０^−６Ωｃｍよりも高い非磁性材料で構成した発熱スリーブ２１０は、その磁界エネルギーから熱エネルギーへの変換率は高くなるが、電流が流れにくくなるため、結果的に熱効率が低下して発熱し難くなる。

ここで、発熱スリーブ２１０を固有抵抗が７２μΩｃｍの非磁性のステンレス材（ＳＵＳ３０４）で構成した場合には、磁束が遮蔽されずに発熱スリーブ２１０を透過するので、厚さが０．２ｍｍのものでも発熱が極めて小さい。また、この発熱スリーブ２１０は、機械的強度も高く懸架するのに必要な強度を確保することができるので、薄肉化して熱容量をさらに小さくすることができ、加熱時の立ち上がり応答性をさらに向上させることができる。

また、本一実施の形態に係る定着装置２００は、発熱スリーブ２１０の肉厚が１０μｍから５００μｍの範囲であるので、発熱スリーブ２１０の熱容量を小さくすることができ、発熱スリーブ２１０の加熱時の立ち上がり応答性をさらに向上させることができる。

また、本一実施の形態に係る定着装置２００は、発熱スリーブ２１０の表面に導電層を有しているので、電流が流れやすくなり発熱スリーブ２１０の熱効率を向上させることができる。つまり、発熱スリーブ２１０は、肉厚を小さくしたり非磁性の金属材料で構成したりすると磁界エネルギーを透過しても電流が流れにくくなるが、その表面側に導電層を設けることによって渦電流を流れやすくすることができる。なお、前記導電層を非磁性材料でさらに表面処理しても同様な効果が得られる。

特に、本一実施の形態に係る定着装置２００においては、発熱スリーブ２１０に設けた導電層の厚みを１０±２μｍに設定することで、十分に発熱効率を向上させている。これに対し、上記した特開２００４−１４５３６８号公報に係る定着装置においては、加熱ベルトと加圧部材とのニップ部を確保する観点から加熱ベルトの柔軟性を維持するために、加熱ベルトを構成する導電層の厚みを５μｍ程度に設定している。このため、本一実施の形態に係る定着装置２００ほど渦電流を流れやすくすることはできず、結果的に発熱効率が本一実施の形態に係る定着装置２００よりも低くなる。また、本一実施の形態に係る定着装置２００は、発熱スリーブ２１０の表面に設けた導電層の比抵抗が１０×１０^−６Ωｃｍ以下であるので、発熱スリーブ２１０に電流がより流れやすくなり発熱スリーブ２１０の熱効率をさらに向上させることができる。

このように構成した本一実施の形態に係る定着装置２００は、発熱スリーブ２１０の磁界エネルギーの透過率を６７％から９９％の範囲まで向上させることができ、発熱スリーブ２１０の回転軌道の変動による発生磁場の変化をより少なくすることができる。

なお、本一実施の形態に係る定着装置２００においては、発熱スリーブ２１０を定着ローラ２４０と加圧ローラ２５０とで挟持回転させ、かつコイルガイド２３４に沿わせるように湾曲させた構成としたが、例えば、図５に示すように、発熱スリーブ２１０を円筒状に形成しコイルガイド２３４に対して隙間が生じるように定着ガイド板４０１と加圧ローラ２５０とで挟持回転させるように構成してもよい。この構成によれば、定着装置の小型化を図ることができる。

本明細書は、２００３年１０月２１日出願の特願２００３−３６１０５１に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

以上説明したように、本発明に係る定着装置は、発熱回転体の回転軌道が変動しても発生磁場の変化が少なく、発熱回転体の発熱量の変化も少なくなり、発熱回転体の発熱効率を向上させることができるので、電子写真方式あるいは静電記録方式の複写機、ファクシミリ及びプリンタ等の定着装置として有用である。

本発明は、電子写真方式あるいは静電記録方式の複写機、ファクシミリ及びプリンタ等の画像形成装置における電磁誘導加熱方式の定着装置に関する。

従来、電磁誘導加熱方式（ＩＨ（induction heating）方式）の定着装置として、誘導加熱により発熱すると共に回転可能に設けられた導電層を含む薄肉の発熱回転体と、前記発熱回転体の外面に対向して配置され前記発熱回転体を誘導加熱する磁場生成手段からなる誘導加熱源と、前記発熱回転体の内面に当接する回転可能な内部加圧部材と、前記内部加圧部材に対向して前記発熱回転体の外面に当接する回転可能な外部加圧部材とを有する定着装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、上記特許文献１に開示された定着装置の概略断面図である。図１に示すように、この定着装置は、前記誘導加熱源としての高周波磁界を生じるコイルアセンブリ１０と、コイルアセンブリ１０による誘導加熱により発熱すると共に回転可能に設けられた前記発熱回転体としての金属スリーブ１１と、金属スリーブ１１の内面に当接する回転可能な内部加圧部材１２と、内部加圧部材１２に対向して金属スリーブ１１の外面に当接する回転可能な外部加圧部材１３とを有している。

図１において、金属スリーブ１１は、外部加圧部材１３と内部加圧部材１２との間に挟持され、外部加圧部材１３の回転に伴って従動回転する。

一方、未定着トナー像が転写されている記録材１４は、外部加圧部材１３と金属スリーブ１１との間に形成されたニップ部２３に向けて矢印方向から送り込まれる。記録材１４は、ニップ部２３において、コイルアセンブリ１０により加熱された金属スリーブ１１の熱と両加圧部材１２，１３による圧力とが加えられる。これにより、記録材１４上に未定着トナー像が加熱定着される。

この定着装置の金属スリーブ１１は、肉厚が２０μｍ〜６０μｍの可撓性を有する薄肉の中空金属導体であり、例えばニッケル、鉄、ＳＵＳ４３０などの導電性磁性材料から形成される導電層を含んでいる。

また、この定着装置のコイルアセンブリ１０は、図示しないホルダに支持され、金属スリーブ１１の外面との間に所定寸法の隙間を隔てて、定着ユニットフレームに固定されており、対向する金属スリーブ１１に誘導電流（渦電流）を誘起させて金属スリーブ１１をジュール発熱させる。

この定着装置は、金属スリーブ１１の外側に配設したコイルアセンブリ１０により金属スリーブ１１を加熱しているので、コイルアセンブリ１０の自己発熱及び金属スリーブ１１への熱放射による周辺温度の過昇温を軽減できる。また、この定着装置は、金属スリーブ１１を直接加熱して未定着トナー像を記録材１４上に加熱定着させているので、例えば、金属スリーブ１１を加熱した支持ローラにより間接的に加熱する方式の定着装置に較べて、ウォーミングアップ時における金属スリーブ１１の熱損失が少ない。さらに、金属スリーブ１１が薄肉であるので、金属スリーブ１１自体の熱容量が小さく、金属スリーブ１１が所定の定着温度に加熱されるまでの立ち上がり応答性が向上される。

また、導電層を有する薄肉の加熱ベルトと、前記薄肉の加熱ベルトの外部から前記導電
層を誘導加熱する磁界発生手段と、前記磁界発生手段に対して前記加熱ベルトの反対側に当該加熱ベルトとギャップを介して強磁性体とを有し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

この定着装置によれば、加熱部材の熱容量が極めて小さくなり、ウオームアップタイムが短縮される。また、加熱ベルトと加圧部材とのニップ部において、十分な加熱及び加圧を行うことができ、良好な定着性を得ることができる。
特開平１０−７４００７号公報 特開２００４−１４５３６８号公報

しかしながら、前者の定着装置は、その発熱回転体を一対の加圧部材により挟持回転する構成であるため、発熱回転体の走行安定性が悪く、発熱回転体の回転軌道が変動して前記磁場生成手段と前記発熱回転体との間の発生磁場が変化し易い。このため、この定着装置では、その発熱回転体の発熱量が不安定になり、発熱効率が低下するという不具合がある。

なお、前記発熱回転体の回転軌道の変動は、発熱回転体の肉厚が薄くなるほど大きくなる。これは、前記発熱回転体の肉厚が薄くなると、その真円度の確保が難しくなって走行性が不安定になることによる。従って、前記発熱回転体の回転軌道の変動を少なくするには、この発熱回転体の肉厚を厚くすればよい。しかし、前記発熱回転体の肉厚を厚くするとその熱容量が大きくなるため加熱時の立ち上がり応答性が悪くなる。

また、後者の定着装置は、加熱ベルトと加圧部材とのニップ部において、加熱ベルトが当該ニップ部の形状に倣う構成であるため、加熱ベルトはフレキシブルなベルトである必要があり、可能な限り薄層にすることが要求される。したがって、加熱ベルトを構成する導電層も薄層にせざるを得ないため、十分な発熱効率を得ることができないという不具合がある。

本発明の目的は、発熱回転体の発熱量を安定化して当該発熱回転体の発熱効率を向上させることができる定着装置を提供することである。

本発明の定着装置は、磁場を生成する磁場生成手段に対向して配置され前記磁場生成手段により生成された磁場を吸収する磁場吸収手段と、前記磁場生成手段との間を通過するように、一対の加圧部材により挟持回転され前記磁場生成手段により生成された磁場により誘導加熱されかつ磁界エネルギーを透過する、所定の比抵抗及び肉厚を有する非磁性の金属材料で構成された発熱回転体を配置したものである。

より具体的には、本発明は、磁場を生成する磁場生成手段と、前記磁場生成手段に対向して配置され前記磁場生成手段により生成された磁場を吸収する磁場吸収手段と、前記磁場吸収手段と前記磁場生成手段との間を通過するように一対の加圧部材により挟持回転され前記磁場生成手段により生成された磁場により誘導加熱されかつ磁界エネルギーを透過する発熱回転体と、を具備する定着装置において、前記発熱回転体を、肉厚が１０μｍから５００μｍの範囲であり、比抵抗が８０×１０^−６Ωｃｍ以下の非磁性の金属材料で構成する。

本発明によれば、発熱回転体の発熱量を安定化して当該発熱回転体の発熱効率を向上させることができる。

図２は、本発明の一実施の形態に係る定着装置を搭載するのに適した画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。

図２に示すように、画像形成装置１００は、電子写真感光体（以下、「感光ドラム」と称する）１０１、帯電器１０２、レーザービームスキャナ１０３、現像器１０５、給紙装置１０７、定着装置２００及びクリーニング装置１１３などを具備している。

図２において、感光ドラム１０１は、矢印の方向に所定の周速度で回転駆動されながら、その表面が帯電器１０２によってマイナスの所定の暗電位Ｖ０に一様に帯電される。

レーザービームスキャナ１０３は、図示しない画像読取装置やコンピュータ等のホスト装置から入力される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザービーム１０４を出力し、一様に帯電された感光ドラム１０１の表面をレーザービーム１０４によって走査露光する。これにより、感光ドラム１０１の露光部分の電位絶対値が低下して明電位ＶＬとなり、感光ドラム１０１の表面に静電潜像が形成される。

現像器１０５は、回転駆動される現像ローラ１０６を備えている。現像ローラ１０６は、感光ドラム１０１と対向して配置されており、その外周面にはトナーの薄層が形成される。また、現像ローラ１０６には、その絶対値が感光ドラム１０１の暗電位Ｖ０よりも小さく、明電位ＶＬよりも大きい現像バイアス電圧が印加されている。

これにより、現像ローラ１０６上のマイナスに帯電したトナーが感光ドラム１０１の表面の明電位ＶＬの部分にのみ付着し、感光ドラム１０１の表面に形成された静電潜像が反転現像されて顕像化されて、感光ドラム１０１上に未定着トナー像１１１が形成される。

一方、給紙装置１０７は、給紙ローラ１０８により所定のタイミングで記録媒体としての記録紙１０９を一枚ずつ給送する。給紙装置１０７から給送された記録紙１０９は、一対のレジストローラ１１０を経て、感光ドラム１０１と転写ローラ１１２とのニップ部に、感光ドラム１０１の回転と同期した適切なタイミングで送られる。これにより、感光ドラム１０１上の未定着トナー像１１１が、転写バイアスが印加された転写ローラ１１２により記録紙１０９に転写される。

このようにして未定着トナー像１１１が形成担持された記録紙１０９は、記録紙ガイド１１４により案内されて感光ドラム１０１から分離された後、定着装置２００の定着部位に向けて搬送される。定着装置２００は、その定着部位に搬送された記録紙１０９に未定着トナー像１１１を加熱定着する。

未定着トナー像１１１が加熱定着された記録紙１０９は、定着装置２００を通過した後、画像形成装置１００の外部に配設された排紙トレイ１１６上に排出される。

一方、記録紙１０９が分離された後の感光ドラム１０１は、その表面の転写残トナー等の残留物がクリーニング装置１１３によって除去され、繰り返し次の画像形成に供される。

次に、本一実施の形態に係る定着装置について、具体例を挙げてさらに詳細に説明する。図３は、本一実施の形態に係る定着装置の構成を示す断面図である。図３に示すように、定着装置２００は、発熱回転体としての発熱スリーブ２１０、磁場生成手段としての電磁誘導加熱装置２３０、電磁誘導加熱装置２３０により生成された磁場を吸収する磁場吸収手段としての磁場吸収部材２３３、発熱スリーブ２１０を挟持回転する一対の加圧部材としての定着ローラ２４０及び加圧ローラ２５０などを具備している。

図３において、発熱スリーブ２１０は、その上部が後述するコイルガイド２３４に沿って円弧状に湾曲するように、定着ローラ２４０に懸架されている。このように、発熱スリーブ２１０の上部をコイルガイド２３４に沿って円弧状に湾曲させることで、発熱スリーブ２１０の走行性を安定させることができるようになる。定着ローラ２４０は、本体側板２０１に短軸２０２により揺動自在に取り付けられた揺動板２０３に回転自在に軸支されている。加圧ローラ２５０は、定着装置２００の本体側板２０１の下部側に回転自在に軸支されている。

揺動板２０３は、コイルバネ２０４の緊縮習性により、短軸２０２を中心として時計方向に揺動する。定着ローラ２４０は、この揺動板２０３の揺動に伴って変位し、発熱スリーブ２１０を挟んで加圧ローラ２５０に圧接している。

加圧ローラ２５０は、図示しない駆動源により矢印方向に回転駆動される。定着ローラ２４０は、加圧ローラ２５０の回転により発熱スリーブ２１０を挟持しながら従動回転する。これにより、発熱スリーブ２１０が、定着ローラ２４０と加圧ローラ２５０とに挟持されて矢印方向に回転される。この発熱スリーブ２１０の挟持回転により、発熱スリーブ２１０と加圧ローラ２５０との間に未定着トナー像１１１を記録紙１０９上に加熱定着するためのニップ部が形成される。

電磁誘導加熱装置２３０は、前記ＩＨ方式の磁場生成手段からなり、図３に示すように、発熱スリーブ２１０のコイルガイド２３４に沿って円弧状に湾曲された部位の外周面に沿って配設した励磁コイル２３１と、励磁コイル２３１を覆うフェライトで構成したコア２３２と、を備えている。励磁コイル２３１は、細い線を束ねたリッツ線を用いて形成されており、発熱スリーブ２１０の外周面を覆うように、断面形状が半円形に形成されている。

磁場吸収部材２３３は、発熱スリーブ２１０を挟んで励磁コイル２３１と対向する部位に配設されており、電磁誘導加熱装置２３０により生成された磁場を吸収する。

電磁誘導加熱装置２３０の励磁コイル２３１には、図示しない励磁回路から所定周波数（２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚ）の励磁電流が印加される。これより、コア２３２と磁場吸収部材２３３との間に交流磁界が生成され、発熱スリーブ２１０の表面に渦電流が発生して発熱スリーブ２１０が発熱する。

コア２３２は、励磁コイル２３１の中心と背面の一部に設けられている。コア２３２及
び磁場吸収部材２３３の材料としては、フェライトの他、パーマロイ等の高透磁率の材料を用いることができる。

この定着装置２００は、図３に示すように、未定着トナー像１１１が転写された記録紙１０９を、未定着トナー像１１１の担持面を発熱スリーブ２１０に接触させるように矢印方向から搬送することにより、記録紙１０９上に未定着トナー像１１１を加熱定着することができる。

なお、発熱スリーブ２１０の裏面には、サーミスタからなる温度センサ２６０が接触するように設けられている。この温度センサ２６０により発熱スリーブ２１０の温度が検出される。温度センサ２６０の出力は、図示しない制御装置に与えられている。制御装置は、温度センサ２６０の出力に基づいて、最適な画像定着温度となるように、前記励磁回路を介して励磁コイル２３１に供給する電力を制御し、これにより発熱スリーブ２１０の発熱量を制御している。

また、記録紙１０９の搬送方向下流側の、発熱スリーブ２１０の定着ローラ２４０に懸架された部分には、加熱定着を終えた記録紙１０９を排紙トレイ１１６に向けてガイドする排紙ガイド２７０が設けられている。

さらに、電磁誘導加熱装置２３０には、励磁コイル２３１及びコア２３２と一体に、保持部材としてのコイルガイド２３４が設けられている。このコイルガイド２３４は、ＰＥＥＫ材やＰＰＳなどの耐熱温度の高い樹脂で構成されている。このコイルガイド２３４は、発熱スリーブ２１０から放射される熱が発熱スリーブ２１０と励磁コイル２３１との間の空間に籠もって、励磁コイル２３１が損傷を受けるのを回避することができる。

なお、図３に示したコア２３２は、その断面形状が半円形になっているが、このコア２３２は必ずしも励磁コイル２３１の形状に沿った形状とする必要はなく、その断面形状は、例えば、略Πの字状であってもよい。

発熱スリーブ２１０の発熱部材としては、非磁性材料が望ましい。このような非磁性材料としては、例えばステンレス、アルミ、銅などの比抵抗が８０×１０^−６Ωｃｍ（ステンレス）以下の材料を挙げることができる。本一実施の形態に係る定着装置２００おいては、発熱スリーブ２１０の発熱部材として、非磁性のステンレス（ＳＵＳ３０４）を用いた。

なお、発熱スリーブ２１０の発熱部材としては、その厚さ及び前記励磁電流の周波数等の条件次第では、例えば、ニッケル、コバルト、鉄などの磁性材料を用いることもできる。

また、発熱スリーブ２１０の肉厚は、１０〜５００μｍ程度が望ましい。本一実施の形態においては、発熱スリーブ２１０の肉厚を２００μｍとした。

また、発熱スリーブ２１０としては、表面に導電層を有するものが望ましい。この導電層の材料としては、例えば、銅、銀、アルミなどが好ましく、特に比抵抗が１０×１０^−６Ωｃｍ以下の良導電材料が好ましい。この導電層は、発熱スリーブ２１０の表面であれば、外周面もしくは内周面のどちらに設けてもよい。導電層の厚みは、５〜１５μｍ程度が望ましい。本一実施の形態においては、発熱スリーブ２１０の表面に厚さ１０±２μｍの銅メッキからなる導電層を設けた。

また、発熱スリーブ２１０を加熱する前記高周波電源の励磁電流の周波数は、２０ｋＨ
ｚ〜１００ｋＨｚの範囲が望ましい。本一実施の形態に係る定着装置２００おいては、前記励磁電流の周波数を２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚとした。

定着ローラ２４０は、表面が低硬度（ここでは、ＪＩＳＡ３０度）、直径３０ｍｍの低熱伝導性の弾力性を有する発泡体であるシリコーンゴムによって構成されている。

加圧ローラ２５０は、硬度ＪＩＳＡ６５度のシリコーンゴムによって構成されている。この加圧ローラ２５０の材料としては、フッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性樹脂や他のゴムを用いてもよい。また、加圧ローラ２５０の表面には、耐摩耗性や離型性を高めるために、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の樹脂あるいはゴムを、単独あるいは混合して被覆することが望ましい。また、加圧ローラ２５０は、熱伝導性の小さい材料によって構成されることが望ましい。

このような構成の発熱スリーブ２１０は、その磁界エネルギーの透過率が、８９％〜９９％であった。従って、本一実施の形態に係る定着装置２００は、前記励磁回路により図４に破線で示すように磁路が形成され、発熱スリーブ２１０が磁界エネルギーを透過する構成となる。従って、この定着装置２００においては、発熱スリーブ２１０の回転軌道が変動しても発生磁場の変化が少なく、発熱スリーブ２１０の発熱量の変化が少なくなり、発熱効率を向上させることができる。

特に、上記した特開平１０−７４００７号公報に係る定着装置においては、発熱回転体の回転軌道が変動して前記磁場生成手段と前記発熱回転体との間の発生磁場が変化し易いことに起因して、その発熱回転体の発熱量が不安定になって発熱回転体の回転方向に発熱ムラが発生する事態が生ずる。これに対し、本一実施の形態に係る定着装置においては、発熱スリーブ２１０の回転軌道が変動しても発生磁場の変化が少なく、発熱スリーブ２１０の発熱量の変化を少なくすることができるので、発熱スリーブ２１０の回転方向での発熱ムラを小さくすることができる。

また、本一実施の形態に係る定着装置２００は、発熱スリーブ２１０の比抵抗が８０×１０^−６Ωｃｍ以下であるので、発熱スリーブ２１０の回転軌道が変動しても電流が流れやすくなる。つまり、比抵抗が８０×１０^−６Ωｃｍよりも高い非磁性材料で構成した発熱スリーブ２１０は、その磁界エネルギーから熱エネルギーへの変換率は高くなるが、電流が流れにくくなるため、結果的に熱効率が低下して発熱し難くなる。

ここで、発熱スリーブ２１０を固有抵抗が７２μΩｃｍの非磁性のステンレス材（ＳＵＳ３０４）で構成した場合には、磁束が遮蔽されずに発熱スリーブ２１０を透過するので、厚さが０．２ｍｍのものでも発熱が極めて小さい。また、この発熱スリーブ２１０は、機械的強度も高く懸架するのに必要な強度を確保することができるので、薄肉化して熱容量をさらに小さくすることができ、加熱時の立ち上がり応答性をさらに向上させることができる。

また、本一実施の形態に係る定着装置２００は、発熱スリーブ２１０の肉厚が１０μｍから５００μｍの範囲であるので、発熱スリーブ２１０の熱容量を小さくすることができ、発熱スリーブ２１０の加熱時の立ち上がり応答性をさらに向上させることができる。

また、本一実施の形態に係る定着装置２００は、発熱スリーブ２１０の表面に導電層を有しているので、電流が流れやすくなり発熱スリーブ２１０の熱効率を向上させることができる。つまり、発熱スリーブ２１０は、肉厚を小さくしたり非磁性の金属材料で構成したりすると磁界エネルギーを透過しても電流が流れにくくなるが、その表面側に導電層を設けることによって渦電流を流れやすくすることができる。なお、前記導電層を非磁性材
料でさらに表面処理しても同様な効果が得られる。

特に、本一実施の形態に係る定着装置２００においては、発熱スリーブ２１０に設けた導電層の厚みを１０±２μｍに設定することで、十分に発熱効率を向上させている。これに対し、上記した特開２００４−１４５３６８号公報に係る定着装置においては、加熱ベルトと加圧部材とのニップ部を確保する観点から加熱ベルトの柔軟性を維持するために、加熱ベルトを構成する導電層の厚みを５μｍ程度に設定している。このため、本一実施の形態に係る定着装置２００ほど渦電流を流れやすくすることはできず、結果的に発熱効率が本一実施の形態に係る定着装置２００よりも低くなる。また、本一実施の形態に係る定着装置２００は、発熱スリーブ２１０の表面に設けた導電層の比抵抗が１０×１０^−６Ωｃｍ以下であるので、発熱スリーブ２１０に電流がより流れやすくなり発熱スリーブ２１０の熱効率をさらに向上させることができる。

このように構成した本一実施の形態に係る定着装置２００は、発熱スリーブ２１０の磁界エネルギーの透過率を６７％から９９％の範囲まで向上させることができ、発熱スリーブ２１０の回転軌道の変動による発生磁場の変化をより少なくすることができる。

なお、本一実施の形態に係る定着装置２００においては、発熱スリーブ２１０を定着ローラ２４０と加圧ローラ２５０とで挟持回転させ、かつコイルガイド２３４に沿わせるように湾曲させた構成としたが、例えば、図５に示すように、発熱スリーブ２１０を円筒状に形成しコイルガイド２３４に対して隙間が生じるように定着ガイド板４０１と加圧ローラ２５０とで挟持回転させるように構成してもよい。この構成によれば、定着装置の小型化を図ることができる。

本明細書は、２００３年１０月２１日出願の特願２００３−３６１０５１に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

以上説明したように、本発明に係る定着装置は、発熱回転体の回転軌道が変動しても発生磁場の変化が少なく、発熱回転体の発熱量の変化も少なくなり、発熱回転体の発熱効率を向上させることができるので、電子写真方式あるいは静電記録方式の複写機、ファクシミリ及びプリンタ等の定着装置として有用である。

従来の定着装置の構成を示す概略断面図 本発明の一実施の形態に係る定着装置を搭載するのに適した画像形成装置の全体構成を示す概略断面図 上記実施の形態に係る定着装置の構成を示す断面図 上記実施の形態に係る定着装置の作用を説明するための概略断面図 上記実施の形態に係る定着装置の他の構成を示す概略断面図

Claims (6)

1. 磁場を生成する磁場生成手段と、前記磁場生成手段に対向して配置され前記磁場生成手段により生成された磁場を吸収する磁場吸収手段と、前記磁場吸収手段と前記磁場生成手段との間を通過するように一対の加圧部材により挟持回転され前記磁場生成手段により生成された磁場により誘導加熱されかつ磁界エネルギーを透過する発熱回転体と、を具備する定着装置において、前記発熱回転体は、肉厚が１０μｍから５００μｍの範囲であり、比抵抗が８０×１０^−６Ωｃｍ以下の非磁性の金属材料である定着装置。
2. 前記発熱回転体は、表面側に導電層を有している請求項１記載の定着装置。
3. 前記導電層は、比抵抗が１０×１０^−６Ωｃｍ以下の金属材料である請求項２記載の定着装置。
4. 前記磁場発生手段は、励磁コイルと、前記励磁コイルに所定電力を供給する高周波電源を有する励磁回路と、を備え、前記高周波電源の周波数は、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲である請求項１記載の定着装置。
5. 前記発熱回転体は、磁界エネルギーの透過率が８９％以上である請求項１記載の定着装置。
6. 請求項１記載の定着装置を具備する画像形成装置。

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