JP2008129517A - 定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通紙による回転体の温度低下が抑制される定着装置及び画像形成装置を提供すること。
【解決手段】例えば、定着ベルト３８の内周側に、磁界の作用により発熱する発熱体４６であって、磁界発生装置４２に対し定着ベルト３８を介して対向すると共に定着ベルト３８の内周面に接触して発熱体４６を設け、この発熱体４６を厚みが表皮深さを超え且つ磁性金属材料を含んで構成させる。そして、この構成の定着装置を画像形成装置に配設する。
【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置、及び画像形成装置に関する。

電磁誘導加熱方式を採用した定着装置が提案されている。この電磁誘導加熱方式は、導電性層を有する回転体に誘導コイルによって発生させた磁界を作用させ、導電性層に発生する渦電流により回転体を直接発熱させるものである。

この電磁誘導加熱方式を利用した定着装置としては、例えば特許文献１で提案されている。この提案では、無端状の回転体に発熱層を持たせると共に、回転体をガイドするガイド部材に厚みが表皮深さ以下の発熱層を設けた定着装置が提案されている。

特開２００６−０４７９８８

本発明の課題は、通紙による回転体の温度低下が抑制される定着装置及び画像形成装置を提供することである。

上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項１に係る発明は、
円筒形状の第１回転体と、
前記第１回転体に接する第２回転体と、
前記第１回転部材の内周面又は外周面に対し所定の間隙を持って配置され、磁界を発生させる磁界発生手段と、
前記第１回転体を介して前記磁界発生手段と対向すると共に前記第１回転体に接して配置され、厚みが表皮深さを超え且つ磁性金属材料を含んで構成され、磁界の作用により発熱する発熱体と、
を備えることを特徴とする定着装置ある。
ここで、表皮深さとは、電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になっており、逆に言うとほとんどのエネルギーはこの深さまでで吸収されていること意味する。

請求項２に係る発明は、
前記磁性金属材料が、キューリー点を持つ感温磁性金属材料を含んで構成される請求項１に記載の定着装置である。
ここでキューリー点は、キューリー温度、キュリー点、キュリー温度とも呼ばれ、この温度以上になると磁力を失う、即ち非磁性になる温度を示す。即ち、感温磁性金属材料は、所定温度（キューリー点）より温度が低ければ磁性を持ち磁束（磁界）を貫通せず、温度が高ければ非磁性になり磁束（磁界）を貫通させる材料である。

請求項３に係る発明は、
前記キューリー点が、前記第１回転体の設定温度以上、前記第１回転体の耐熱温度以下の範囲である請求項２に記載の定着装置である。
ここで、第１回転体の設定温度とは、定着を開始するときの第１回転体の表面温度のことを意味する。また、耐熱温度とは、連続使用時においても定着ベルトが熱的に破損しないで連続使用可能な最高温度を意味する。

請求項４に係る発明は、
前記第１回転体内部に当該第１回転体及び前記発熱体を介し、且つ前記発熱体と非接触で前記磁界発生手段に対向して配置され、非磁性金属材料を含んで構成される非磁性金属部材を備える請求項１に記載の定着装置である。

請求項５に係る発明は、
前記第１回転体の軸方向両端の少なくとも一方に設けられ、前記第１回転体へ回転駆動を伝達する駆動伝達部材を備える請求項１に記載の定着装置である。

請求項６に係る発明は、
前記第１回転体が無端状のベルトで構成され、
前記磁界発生手段が前記第１回転部材の外周面に所定の間隙を持って配置され、
且つ前記発熱体が前記第１回転体を円筒形状に維持させつつ、非押圧で前記第１回転体の内周面に接している請求項１に記載の定着装置である。
ここで、「非押圧で前記第１回転体の内周面に接している」とは、発熱体が無端ベルトに必要以上の張力を掛けることなく密着していることを示し、具体的には５〜１００Ｎで発熱体が無端ベルトの内周面に接触していることを意味する。

請求項７に係る発明は、
前記第１回転体が、非磁性金属材料を含む発熱層を有する請求項１に記載の定着装置である。

請求項８に係る発明は、
前記発熱体をその端部で支持する支持部材を備える請求項１に記載の定着装置である。

請求項９に係る発明は、
潜像保持体と、
潜像保持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
電子写真用現像剤を用いて前記潜像を画像に現像する現像手段と、
現像された前記画像を被転写媒体に転写する転写手段と、
前記被転写媒体上の前記画像を定着する定着手段と、
を備え、
前記定着手段が請求項１〜８のいずれか１項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、通紙による回転体の温度低下が抑制される効果を奏する。

請求項２に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、第１回転体における非通紙部の温度上昇を抑制する効果を奏する。

請求項３に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、第１回転体の劣化を防止しつつ、定着不良が防止される効果を奏する。

請求項４に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、不要な部分が加熱されることが防止される効果を奏する。

請求項５に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、第１回転体の摺動抵抗の影響による回転速度の変動を抑制し、紙しわや定着ムラを抑制できる効果を奏する。

請求項６に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、第１回転体の摺動抵抗を抑えつつ、第１回転体の変形が抑えられる効果を奏する。

請求項７に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、第１回転体自体が発熱し、定着可能状態になるまでの時間の短縮が図れる効果を奏する。

請求項８に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、他部材への熱伝導が抑えられ、熱効率が向上する効果を奏する。

請求項９に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、通紙による回転体の温度低下が抑制される効果を奏する。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、実質的に同一の機能を有する部材には、全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明は省略することがある。

図１は、実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。図２は、実施形態に係る定着装置を示す概略断面図である。図３は、実施形態に係る定着装置を示す概略構成図である。なお、図２は、定着装置の軸方向から見た概略断面図である。図３は、図２の２−２概略断面図であり、定着装置の軸方向と直交方向から見た概略断面図である。

本実施形態に係る画像形成装置１００は、図１に示すように、一方向へ（図１において矢印Ａ方向）に回転する円筒状の感光体１０を備えている。この感光体１０の周囲には、感光体１０の回転方向上流側から順に、感光体１０の表面を帯電させる帯電装置１２と、感光体１０に像光Ｌを照射して表面に潜像を形成する露光装置１４と、感光体１０表面の潜像にトナーを選択的に転移させてトナー画像を形成する現像器１６Ａ〜１６Ｄで構成される現像装置１６と、感光体１０と対向し、周面が周回可能に支持される無端ベルト状の中間転写体１８と、トナー画像の転写後に感光体１０に残留するトナーを除去する清掃装置２０と、感光体１０の表面を除電する除電露光装置２２とが設けられている。

また、中間転写体１８の内側には、感光体１０表面に形成されたトナー画像を中間転写体１８に一次転写する転写装置２４と、２つの支持ロール２６Ａ、２６Ｂと、二次転写を行うための転写対向ロール２８とが配置されており、これらによって中間転写体１８が一方向（図１において矢印Ｂ方向）へ周回可能に張架されている。転写対向ロール２８と対向する位置には、中間転写体１８を介して、中間転写体１８の外周面に一次転写されたトナー画像を記録紙（記録媒体）Ｐに二次転写する転写ロール３０が設けられており、転写対向ロール２８と転写ロール３０との圧接部に、記録紙Ｐが矢印Ｃ方向へ送り込まれるようになっている。そして、当該圧接部において表面にトナー画像が二次転写された記録紙Ｐは、そのまま矢印Ｃ方向に搬送される。

記録紙Ｐの搬送方向（矢印Ｃ方向）下流側には、記録紙Ｐ表面のトナー画像を加熱溶融して記録紙Ｐに定着する定着装置３２が配されており、記録紙Ｐが用紙案内部材３６を経由して送り込まれる。また、中間転写体１８の回転方向（矢印Ｂ方向）下流に沿った位置には、中間転写体１８表面に残留するトナーを除去する清掃装置３４が設けられている。

次に、本実施形態に係る定着装置について説明する。

本実施形態に係る定着装置３２は、図２及び図３に示すように、一方向（矢印Ｄ方向）へ回転する無端状の定着ベルト３８（第１回転体）と、定着ベルト３８の周面に接し、一方向（矢印Ｅ方向）へ回転する加圧ロール４０（第２回転体）と、定着ベルト３８の加圧ロール４０との圧接面とは反対の外周面に対向すると共に離間して配置される磁界発生装置４２（磁界発生手段）と、を備えている。

定着ベルト３８の内周側には、加圧ロール４０とで接触部を形成する固定部材４４と、磁界発生装置４２に定着ベルト３８を介して対向すると共に定着ベルト３８の内周面に接触して配置される発熱体４６と、固定部材４４を支持する支持部材４８と、を備えている。発熱体４６は、支持部材４８により支持されている。そして、定着ベルト３８の両端部には、定着ベルト３８を回転駆動するために、その回転動力を伝達するための駆動伝達部材５０が設けられている。

また、定着ベルト３８と加圧ロール４０との接触部の記録紙Ｐの搬送方向（矢印Ｆ方向）下流側には、剥離部材５２が設けられている。剥離部材５２は、一端が固定支持された支持部５２Ａと、これに支持されている剥離シート５２Ｂとからなり、剥離シート５２Ｂの先端が定着ベルト３８に近接又は接触するように配置されている。

まず、定着ベルト３８について説明する。定着ベルト３８は、例えば、厚みが３０〜１５０μｍ（望ましくは５０〜１５０μｍ、より望ましくは１００〜１５０μｍ）の金属ベルト（ステンレススチール、軟質磁性材料（例えばパーマロイ、センダスト等）、又は硬質磁性材料（Ｆｅ−Ｎｉ−ＣｏやＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ合金）等の金属で構成されたベルト）や、例えば厚みが５０〜１５０μｍの樹脂ベルト（例えばポリイミドベルト）等が挙げられる。また、これら金属ベルト、樹脂ベルトを基材として、その外周面上に例えば厚さが１μｍ〜３０μｍの表面離型層（例えばフッ素樹脂層）を形成したベルトも適用され得る。

特に、定着ベルト３８は、磁界の作用により自己発熱する非磁性金属材料を含む発熱層を有するものであることがよい。具体的は、例えば厚み２μｍ〜２０μｍ（望ましくは５〜１０μｍ）の、金属（銅、アルミ、銀）等の発熱層（上記金属ベルト）を有するベルトが挙げられる。この定着ベルト３８は、上記同様に、発熱層の外周面にその外周面上に例えば厚さが１μｍ〜３０μｍの表面離型層（例えばフッ素樹脂層）を形成したベルトも適用され得る。また、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つのステンレスチール基材に発熱層（例えば銅）を挟んだベルトも適用し得る。

また、基材と表面離型層との間には、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。

また、定着ベルト３８は、例えば、厚みを薄くしたり、構成材料を選択して、熱容量の小さい構成（例えば熱容量５Ｊ／Ｋ〜６０Ｊ／Ｋ、望ましくは３０Ｊ/Ｋ以下）とすることがよい。

定着ベルト３８の直径は、例えば２０〜５０ｍｍのものが適用され得る。また、定着ベルト３８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（例えば固定部材４４のみに摺動に対して耐久性のあるフィルムを設置）、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。

次に、加圧ロール４０について説明する。加圧ロール４０は、両端部がバネ部材（不図示）によって定着ベルト３８を介して固定部材４４に例えば総荷重２９４Ｎ（３０ｋｇｆ）で押圧して配置されている。一方、予備加熱（定着可能状態になるまでの加熱）のときには、定着ベルト３８と離間するように移動される（図４参照）。

加圧ロール４０は、例えば、金属製の円筒状の芯材４０Ａと、該芯体４０Ａの表面に設けられた弾性層４０Ｂ（例えばシリコーンゴム層や、フッ素ゴム層等）と、を備えたロールが適用し得る。また、加圧ロール４０には、必要に応じて最表面に表面離型層（フッ素樹脂層）を備えてもよい。

次に、発熱体４６について説明する。発熱体４６は、定着ベルト３８の内周面に倣った形状に構成され、定着ベルト３８内周面に接すると共に磁界発生装置４２に定着ベルト３８を介して対向して配置されている。また、発熱体４６は、支持部材４８のバネ部材４８Ｂにより、支持部材本体４８Ａとは非接触で定着ベルト３８を円筒形状に維持させつつ、非押圧で定着ベルト３８の内周面に接して配置されている。

そして、発熱体４６は、磁界発生装置４２から発生する磁界の作用により電磁誘導されて発熱する発熱体であって、厚みが表皮深さを超え且つ磁性金属材料を含んで構成される発熱体である。

ここで表皮深さδ（ｍ）は、励磁回路の周波数ｆ（Ｈｚ）と、比透磁率μｒと、固有抵抗ρ（Ωｍ）により次式で表される。
式：δ＝５０３（ρ／（ｆ×μｒ））^1/2

上記式は、電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になっており、逆に言うとほとんどのエネルギーはこの深さまで吸収されていること意味する。

従って、表皮深さδ（ｍ）以上であることで、磁界の作用により発熱すると共に、熱が発熱体内部に蓄熱され、温度低下が生じ難くなる。

一方、磁性金属材料としては、例えばネオジュウム（Ｎｄ）-鉄（Ｆｅ）-ボロン（Ｂ）を主成分とした希土類系の磁性金属材料、サマリウム（Ｓｍ）-コバルト（Ｃｏ）を主成分とした磁性金属材料、アルミ（Ａｌ）-ニッケル（Ｎｉ）-コバルト（Ｃｏ）を主成分としたアルニコ系の磁性金属材料、バリュウム（Ｂａ）又はストロンチウム（Ｓｒ）と酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）を主成分としたフェライト系の磁性金属材料、軟質磁性材料、酸化物軟質磁性材料、整磁合金等が挙げられる。

また、磁性金属材料は、例えばその比透磁率が１００以上、望ましくは５００以上の強磁性体であることがよい。

磁性金属材料としては、キューリー点を持つ感温磁性金属材料も適用することができる。
このキューリー点は、定着ベルト３８の設定温度以上、定着ベルト３８の耐熱温度以下の範囲であることがよく、具体的には、例えば１７０℃〜２５０℃であることが望ましく、より望ましくは１９０℃〜２３０℃である。

感温磁性金属材料としては、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ系、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系の整磁合金が適している。

発熱体４６の形状は、厚みが表皮深さを超えていれば（具体的には例えば、０．０５〜１．０ｍｍ、望ましくは０．３〜０．６ｍｍ）、例えば円筒の所定の中心角の範囲（例えば３０°〜１８０°）に相当する部分を切り出した形状等が挙げられるが、特に制限はない。

次に固定部材４４について説明する。固定部材４４は例えば定着ベルト３８の軸方向（幅方向）に軸線を有する棒状部材で構成され、加圧ロール４０から作用する押圧力に抵抗するものとなっている。定着ベルト３８を介して加圧ロール４０が固定部材４４に押圧させることで、定着ベルト３８はその内周面側に変形される。

固定部材４４の材料としては、加圧ロール４０から押圧力を受けたときの支持体４８と組み合わせたときのたわみ量が許容されるレベル以下で、具体的には例えばたわみ量が０．５ｍｍ以下になる程度の材料であれば、特に制限はなく、例えば、シリコーンゴムの弾性体や、ガラス繊維入りＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、フェノール、ポリイミド、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂等を用いてもよい。

次に支持部材４８について説明する。支持部材４８は、例えば、支持部材本体４８Ａと、発熱体４６を支持するためのバネ部材４８Ｂと、支持部材本体４８Ａと当該本体４８Ａの長手方向両端に設けられるシャフト４８Ｃとで構成されている。

支持部材本体４８Ａやシャフト４８Ｃは、例えば金属材料、樹脂材料等により構成することができる、また、支持部材本体４８Ａは、発熱体４６が上記感温磁性材料で構成する場合、非磁性金属材料（例えば、銅、アルミ、銀等）で構成させることがよい（非磁性金属部材）。

一方、バネ部材４８Ｂは、発熱体４６と支持部材本体４８Ａとの連結部材であり、発熱体４６を直接支持するものである。バネ部材４８Ｂは、発熱体４６をその幅方向両端部にて連結されている。

また、バネ部材４８Ｂは、例えば湾曲した板バネ（例えば金属製）で構成される。このバネ部材４８Ｂにより、発熱体４６は、支持されると共に、定着ベルト３８が偏心して回転して、定着ベルト３８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３８の内周面に接触状態が維持される。

次に、駆動伝達部材５０について説明する。駆動伝達部材５０は、定着ベルト３８を自己回転させるための駆動動力を伝達するための部材であり、例えば、定着ベルト３８の端部内側に嵌め込まれるフランジ部５０Ａと、外周面に凹凸を有する円筒状のギア部５０Ｂとで構成されている。駆動伝達部材５０は、例えば、金属材料、樹脂材料等で構成され得る。

駆動伝達部材５０は、フランジ部５０Ａを定着ベルト３８の端部内側に嵌めこませて定着ベルト３８の端部に支持される。そして、図示しないモータ等により駆動伝達部材５０のギア部５０Ｂが回転駆動されると共に、その回転動力が定着ベルト３８に伝達され定着ベルト３８が自己回転される。

なお、駆動伝達部材５０は、定着ベルト３８の軸方向両端に設けているが、これに限られず、定着ベルト３８の軸方向一端のみに設けてもよい。また、駆動伝達部材５０は、フランジ部５０Ａを定着ベルト３８の端部内側に嵌めこませて定着ベルト３８の端部に支持されているが、これに限られず、フランジ部５０Ａの内側に定着ベルト３８の端部を嵌め込んで、駆動伝達部材５０を定着ベルト３８の端部に支持してもよい。

次に、磁界発生装置４２について説明する。磁界発生装置４２は、定着ベルト３８の外周面に倣った形状に構成され、発熱体４６と定着ベルト３８を介して対向すると共に、定着ベルト３８の外周面との間隙が例えば１〜３ｍｍとなるように配置されている。また、磁界発生装置４２には、複数回巻き回されている励磁コイル（磁界発生手段）４２Ａが、定着ベルト３８の軸方向へ沿って配置されている。

この励磁コイル４２Ａには、励磁コイル４２Ａに交流電流を供給する励磁回路（不図示）が接続されている。また、この励磁コイル４２Ａの表面上には磁性体部材４２Ｂが、長さ方向（定着ベルト３８の軸方向）に沿って延在して配置されている。

磁界発生装置４２の出力は、例えば、キューリー点未満での発熱体４６を磁束（磁界）によって発熱させる範囲で行われる。具体的には、例えば、１９０〜２３０の範囲が挙げられる。

なお、磁性発生装置４２は、定着ベルト３８の内周面側に所定の間隙を持って設けられもよい。この場合、発熱体４６は定着ベルト３８の外周面に接して設けられる。

以下、本実施形態に係る画像形成装置１００の動作について説明する。

まず、感光体１０の表面が帯電装置１２により帯電され、次いで露光装置１４から像光Ｌが照射されて感光体１０表面に静電電位の差による潜像が形成される。そして、感光体１０の矢印Ａ方向への回転により、現像装置１６の１つの現像器１６Ａと対向する位置に移動し、現像器１６Ａから１色目のトナーが転移され、感光体１０表面にトナー画像が形成される。このトナー画像は、感光体１０の矢印Ａ方向への回転により、中間転写体１８との対向位置に搬送され、転写装置２４によって中間転写体１８表面に静電的に一次転写される。

一方、一次転写後に感光体１０表面に残留するトナーが清掃装置２０により除去され、清浄化後の感光体１０表面は、除電露光装置２２により電位的に初期化され、再び帯電装置１２との対向位置に移動する。

以後、現像装置１６の３つの現像器１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄが順次感光体１０と対向する位置に移動し、同様に２色目、３色目、４色目のトナー画像が順次形成され、４色が重なったところで、一括して中間転写体１８表面に重ねて転写される。

中間転写体１８上に重ね合わされたトナー画像は、中間転写体１８の矢印Ｂ方向への周回移動により、転写ロール３０と転写対向ロール２８との対向位置に搬送され、送り込まれた記録紙Ｐに接触される。転写ロール３０と中間転写体１８との間には転写用電圧が印加されており、トナー画像は記録紙Ｐ表面に二次転写される。

未定着のトナー画像を保持した記録紙Ｐは、用紙案内部材３６を経由して定着装置３２へ搬送される。

次に、本実施形態に係る定着装置３２の動作について説明する。
まず、定着装置３２では、例えば上記画像形成装置１００におけるトナー画像形成動作が開始されると同時に（無論、厳密に同時である必要ない。以下、同様である。）、定着ベルト３８と加圧ロール４０とが離間した状態で（図４参照）、不図示のモータにより駆動伝達部材５０が回転駆動され、これに伴い定着ベルト３８が矢印Ｄ方向へ例えば周速２００ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動される。

この定着ベルト３８の回転駆動がなされると共に、不図示の励磁回路から磁界発生装置４２に含まれる励磁コイル４２Ａに交流電流が供給される。励磁コイル４２Ａに交流電流が供給されると、励磁コイル４２Ａの周囲に磁束（磁界）が生成消滅を繰り返す。この磁束（磁界）が発熱体４６を横切るとき、その磁界の変化を妨げる磁界が生じるように、発熱体４６に渦電流が発生し、発熱体４６の表皮抵抗及び発熱体４６を流れる電流の大きさに二乗に比例して発熱する。

ここで、定着ベルト３８が非磁性金属材料を含む発熱層を有する場合、定着ベルト３８は磁束（磁界）が貫通すると共に、当該磁束（磁界）の作用によって発熱層が発熱する。

そして、発熱体４６は、定着ベルト３８の内周面に擦られながら定着ベルト３８を加熱する。これにより、定着ベルト３８は、例えば１０秒程度で設定温度（例えば１５０℃）まで加熱される。

次に、定着ベルト３８に対し加圧ロール４０を押圧した状態で、上記定着装置に送り込まれた記録紙Ｐが定着ベルト３８と加圧ロール４０との間の接触部に送り込まれ、発熱体により加熱された定着ベルト３８と加圧ロール４０とによって加熱押圧され、トナー画像が当該記録紙Ｐ表面に溶融圧着され、トナー画像が記録紙Ｐ表面に定着される。

ここで、定着ベルト３８及び加圧ロール４０による定着の際、発熱体４６は厚みが表皮深さを超え且つ磁性金属材料を含んで構成されるため、十分に発熱されると共に、蓄熱されるので、定着ベルト３８と加圧ロール４０との間の接触部に記録紙Ｐが通過したとき、記録紙Ｐにより定着ベルト３８の熱が消費されても、当該発熱体４６が蓄熱部材としての機能して、発熱体４６から定着ベルト３８への熱の移動が発生する。

また、例えば、定着ベルト３８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３８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３８の非通紙部では昇温する。

これに対し、発熱体４６を上記感温磁性金属材料で構成すると、温度が上昇する定着ベルト３８の非通紙領域と接する発熱体４６領域も温度が上昇し、定着ベルト３８の非通紙部の温度が、発熱体４６を構成する感温磁性金属材料のキューリー点以上となると、定着ベルト３８の非通紙部と重なる（接する）発熱体４６の領域が非磁性化され磁束（磁界）を貫通するようになる。このように磁束（磁界）が貫通した発熱体４６の領域では、磁束（磁界）が乱れ渦電流の発生が抑制され発熱量の低下が生じる。

このとき、非磁性金属材料で構成された支持部材本体４８Ａが存在すると、磁束（磁界）が支持部材本体４８Ａに及び、当該支持部材本体４８Ａに渦電流が主に流れ、定着ベルト３８に流れる渦電流がより抑制される。また、発熱体４６を貫通した磁束（磁界）は、非磁性金属材料で構成された支持部材本体４８Ａにより導かれて磁界発生装置４２に戻る。加えて、支持部材本体４８Ａは、発熱体４８と非接触で設けられ、定着ベルト３８の熱を伝達しない。

一方、定着ベルト３８及び加圧ロール４０による定着の際、定着ベルト３８は、その内周面の形状に倣った形状の発熱体４６に非押圧で接触されて、支持されつつ回転し、摺動抵抗を抑制しつつ、定着ベルト３８内周面の凹凸等の吸収と電磁力（コイルから磁界を妨げる方向）を受け止め、円筒形状を維持して定着が行われる。

そして、記録紙Ｐは、定着ベルト３８と加圧ロール４０との接触部から送り出されたとき、その剛性によって送り出された方向に直進しようとし、曲げ回される定着ベルト３８から先端が剥離され、その記録紙Ｐの先端と定着ベルト３８との間に剥離部材５２（剥離シート５２Ｂ）が入り込み、記録紙Ｐを定着ベルト３８表面から剥離する。

以上説明したようにトナー画像が記録紙Ｐに形成され、定着が行われる。

（試験例）
以下、上記実施形態に係る定着装置の試験例を示す。

−試験例１−
まず、上記実施形態に係る定着装置（図１及び図２参照）を使用し、以下の評価を行った。各部材は以下のものを用いた。また、

・定着ベルト：直径３０ｍｍで、幅３６０ｍｍ、厚さ５５μｍのステンレススチール（ＳＵＳ３０４）基材と、その外周面に厚さ３０μｍの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）とで構成されたベルト（耐熱温度２５０℃程度）
・加圧ロール：直径約３０ｍｍ、幅３５０ｍｍであり、直径２０ｍｍのステンレス製シャフトに弾性層として肉厚５ｍｍのシリコーンゴム（ゴム硬度３０°：ＪＩＳ−Ａ）を被覆し、更にその上に肉厚３０μｍのＰＦＡチューブを被覆した弾性体ロール。
・発熱体：厚さ０．３５ｍｍ、長さ３１０ｍｍ、直径３０ｍｍの円筒の中心角１２５°に相当する部分を切り出した形状をした湾曲板形状であり、比透磁率が５００の炭素鋼の強磁性体で構成された発熱体。なお、この構成の発熱体の表皮深さは、０．１ｍｍ以下である。
・支持部材本体：アルミからなる支持部材本体

−評価−
磁性発生装置の出力１０００Ｗ、設定温度１８５℃、プロセススピード２１０ｍｍ／ｓの条件で、記録紙（サイズＢ５、給紙方向は用紙の短手部分を先頭に給紙、コピースピード毎分３５枚、用紙坪量１１０ｇｓｍ）用いて、画像の定着を連続５００枚行った。

その結果、室温から設定温度までの準備加熱時間は１３秒で、その後の連続コピー時の通紙領域の温度は、初期は紙が急激にベルトから熱を奪うために温度が低下するが、発熱体から熱エネルギーがベルトに供給されるために、初期のベルト表面温度低下は１５℃以内に抑えられ、毎分３５枚の速度でもコピーすることが可能であった。

これに対して、発熱体を定着ベルトの内面に接触させないで、発熱体からの熱補給をなくした場合には、連続コピー時のベルト表面温度の低下は４０℃となり、毎分３５枚の速度でのコピー処理を行うことはできなかった。可能なコピー処理能力は温度低下が２０℃以内であるので、毎分２５枚が限界であった。

また、連続通紙コピーでは、通紙領域では１８５℃に維持されていたが非通紙領域は用紙が熱を奪わないので急激にベルト温度は上昇し、約１００枚で耐熱温度の２５０℃を超えてしまい、ベルト温度を均一にするための時間を要することとなった。

−試験例２−
（発熱体に感温磁性材料を適用した例）
発熱体の材料を、比透磁率が１０００、キューリー点が２３０℃で、Ｎｉ−Ｆｅ系の整磁合金（肉厚０．６ｍｍ）の強磁体（感温磁性材料）を適用した以外は、試験例１と同様にして評価した。

その結果、室温から設定温度までの準備加熱時間は１５秒で、その後の連続通紙コピーでは、通紙領域では１８５℃に維持されていたが、非通紙領域は用紙が熱を奪わないので急激にベルト温度は上昇し、約４０枚で２２５℃に到達した。しかしそのときの非通紙部の発熱体の温度は２３０℃のキューリー点（Ｔｃ）になっており、コイルからの磁束は整磁合金を貫通してアルミの支持体に流れるようになる。このため、電気抵抗の小さなアルミ支持体に渦電流が流れるようになるので、発熱体の発熱は大幅に低下する。このためそれ以降のベルト温度は２２５℃を維持する。このように感温磁性金属材料を発熱体として用いることにより、小サイズ紙の連続コピー時の非通紙領域の温度上昇を押さえることができる。

−試験例３−
（非磁性金属材料を含む発熱層を有する定着ベルトを適用した例）
定着ベルトとして以下のものを適用した以外は、試験例１と同様にして評価した。
・定着ベルト：基層として７５μｍのポリイミドベルト上に、発熱層として非磁性金属の１０μｍの銅層、更にその上に離型層として３０μｍのＰＦＡ層を形成したベルト。

その結果、室温から設定温度までの準備加熱時間は１１秒で、試験例１より約２秒早い。理由はベルト自体が発熱し、また、ベルト熱容量が試験例１より小熱容量化されているためである。連続コピー時の通紙領域の温度は、初期は紙が急激にベルトから熱を奪うために温度が低下するが、発熱体から熱エネルギーがベルトに供給されるために、初期のベルト表面温度低下は８℃以内に抑えられた。今度はコピー速度を毎分４０枚の速度で行った場合の初期のベルト表面温度低下は１４℃となり、試験例１とほぼ同じ温度低下になった。その後の連続通紙コピーでは、通紙領域では１８５℃に維持されていたが非通紙領域は用紙が熱を奪わないので急激にベルト温度は上昇し、約１００枚で耐熱温度の２５０℃を超えてしまい、ベルト温度を均一にするための時間を要することとなった。

−比較例１−
（発熱体の厚みが表皮深さ以下の例）
発熱体の厚みを０．０５ｍｍとした以外は、試験例１と同様にして評価した。

その結果、コイルからの磁束の多くが発熱体を貫通してアルミの支持体に流れるようになるため、電気抵抗の小さなアルミ支持体に渦電流が流れるようになるので、発熱体の発熱は大幅に低下する。このため電力は４００Ｗ以上を印加することはできず、これ以上の電力を得ようとすると電源の負荷が大きくなりスイッチング素子の耐圧を超えてしまうため、本来必要な１０００Ｗの電力を発熱体に印加することができないということが判明した。

以上の試験例の結果から、本試験例では、比較例に比べて、準備加熱時間を短縮すると共に、通紙による回転体の温度低下が抑制され高速で定着可能となることがわかる。

本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 本実施形態に係る定着装置を示す概略断面図である。 本実施形態に係る定着装置を示す概略断面図である。 本実施形態に係る定着装置において、定着ベルトと加圧ロールとが離間した様子を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ 感光体
１２ 帯電装置
１４ 露光装置
１６ 現像装置
１８ 中間転写体
２０ 清掃装置
２２ 除電露光装置
２４ 転写装置
２６Ａ，２６Ｂ 支持ロール
２８ 転写対向ロール
３０ 転写ロール
３２ 定着装置
３４ 清掃装置
３６ 用紙案内部材
３８ 定着ベルト
４０ 加圧ロール
４２ 磁界発生装置
４４ 固定部材
４６ 発熱体
４８ 支持部材
４８Ａ 支持部材本体
４８Ａ 支持部材
４８Ｃ シャフト
５０ 駆動伝達部材
５２ 剥離部材
１００ 画像形成装置
Ｐ 記録紙

Claims (9)

1. 円筒形状の第１回転体と、
   前記第１回転体に接する第２回転体と、
   前記第１回転部材の内周面又は外周面に対し所定の間隙を持って配置され、磁界を発生させる磁界発生手段と、
   前記第１回転体を介して前記磁界発生手段と対向すると共に前記第１回転体に接して配置され、厚みが表皮深さを超え且つ磁性金属材料を含んで構成され、磁界の作用により発熱する発熱体と、
   を備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記磁性金属材料が、キューリー点を持つ感温磁性金属材料である請求項１に記載の定着装置。
3. 前記キューリー点が、前記第１回転体の設定温度以上、前記第１回転体の耐熱温度以下の範囲である請求項２に記載の定着装置。
4. 前記第１回転体内部に当該第１回転体及び前記発熱体を介し、且つ前記発熱体と非接触で前記磁界発生手段に対向して配置され、非磁性金属材料を含んで構成される非磁性金属部材を備える請求項１に記載の定着装置。
5. 前記第１回転体の軸方向両端の少なくとも一方に設けられ、前記第１回転体へ回転駆動を伝達する駆動伝達部材を備える請求項１に記載の定着装置。
6. 前記第１回転体が無端状のベルトで構成され、
   前記磁界発生手段が前記第１回転部材の外周面に所定の間隙を持って配置され、
   且つ前記発熱体が前記第１回転体を円筒形状に維持させつつ、非押圧で前記第１回転体の内周面に接している請求項１に記載の定着装置。
7. 前記第１回転体が、非磁性金属材料を含む発熱層を有する請求項１に記載の定着装置。
8. 前記発熱体をその端部で支持する支持部材を備える請求項１に記載の定着装置。
9. 潜像保持体と、
   潜像保持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
   電子写真用現像剤を用いて前記潜像を画像に現像する現像手段と、
   現像された前記画像を被転写媒体に転写する転写手段と、
   前記被転写媒体上の前記画像を定着する定着手段と、
   を備え、
   前記定着手段が請求項１〜８のいずれか１項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。

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