JP2009175189A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小サイズの用紙を連続通紙した場合でも，部分的な過昇温が発生せず，安定した定着性能を有するとともに耐久性に優れた定着装置および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】本発明の定着装置１は，加熱ローラ１１と，加圧ローラ１２と，加熱ローラ１１に磁束を印加する磁束発生部１３とを有するものであって，加熱ローラ１１が，磁束発生部１３に近い方から順に，第１導電層（主発熱体層２４）と第２導電層（発熱制御層２３）と第３導電層（芯金２１）とを有し，第２導電層がニオブまたはタンタルを添加したパーマロイで構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は，コピー機，プリンタ等の画像形成装置およびそれに用いられる定着装置に関する。さらに詳細には，電磁誘導加熱を利用した定着装置および画像形成装置に関するものである。

従来より，画像形成装置の定着装置等において，電磁誘導加熱方式によるものがある。電磁誘導加熱方式の定着装置は一般に，誘導発熱体と，その誘導発熱体に磁束を印加する励磁部とを有する。誘導発熱体は，例えば無端ベルト状の導電体，より望ましくは，磁性導電体である。励磁部は，例えば励磁コイルとコア等を有し，高周波の交番電圧が印加されることによって磁束を発生させるものである。その磁束によって誘導発熱体に渦電流を生じさせる。これにより，誘導発熱体は，電気抵抗によるジュール熱を発生する。

画像形成装置には様々なサイズの用紙が通紙される。定着装置は，その幅方向（通紙方向に垂直な方向）のうち，実際に通紙された部分では用紙に熱を奪われて温度が低下するが，通紙されなかった部分は熱を奪われないのであまり温度が低下しない。すなわち，加熱ローラの幅のうち，用紙幅より外側の部分は用紙による温度低下が起きない。次回の用紙の定着のために，その状態から再び加熱されると，温度低下しなかった部分もさらに昇温する。そのため，比較的小サイズの用紙が連続して通紙された場合には，誘導発熱体のうちその用紙の通紙領域外の部分が過昇温するおそれがあった。

これに対し，特許文献１には，定着温度よりやや高い温度をキュリー温度とした磁性材料によるパイプまたはフィルムを用いた定着装置が開示されている。さらに，そのパイプ等の外側に励磁部が，内側にそのパイプ等より電気抵抗率の低い非磁性材料が，それぞれ配置されている。この文献に記載の装置によれば，キュリー温度以上に昇温した部分では，そのパイプ等が非磁性体となる。そして，誘導電流が電気抵抗率の低い非磁性材料を流れるので，その部分の発熱量は小さくなるとされている。

あるいは，特許文献２には，発熱体である定着ベルトが回転可能に保持され，その外側に励磁部が配置されている定着装置が開示されている。さらに，本文献の定着装置では，定着ベルトの内部に隙間を開けて対向コアが固定されている。この対向コアはキュリー点１９０℃のフェライトで形成されている。この文献によれば，定着ベルトの温度が上昇してキュリー点より高くなった箇所では，対向コアの透磁率が低下するので，発熱量が低下する。従って，過昇温が防止されているとされている。
特許第３９００６９２号公報 再公表特許ＷＯ２００４／０６３８１９号公報

しかしながら，前記した両文献に記載の定着装置には，以下のような問題点があった。キュリー温度を調整するための磁性材として，パーマロイやフェライト等が多く用いられるが，これらの材質の定着ベルトを使用した定着装置で繰り返して定着動作を行うと，定着ベルトの割れが発生するおそれがあった。特に，特許文献１のようにこの磁性材を被定着物の近くに配置した場合には，磁性材に対して加圧状態と非加圧状態とが反復される。そのため，磁性材の金属疲労により定着ベルトにひび割れが発生するのである。すなわち，これらの材質は，加熱加圧方式の定着装置に用いられる定着ベルトとしては，耐久使用に対し十分な強度を有しているとは言えないという問題点があった。

一方，特許文献２に記載の装置では，対向コアを圧力を受けない位置に配置している。しかし，対向コアと定着ベルトとの間に間隔があいているので，これらの間での熱伝導にやや時間がかかる。そのため，対向コアがキュリー温度を超える前に，外側の定着ベルトのみが過昇温してしまうおそれがあった。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，小サイズの用紙を連続通紙した場合でも，部分的な過昇温が発生せず，安定した定着性能を有するとともに耐久性に優れた定着装置および画像形成装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の定着装置は，加熱ローラと，加圧ローラと，前記加熱ローラに磁束を印加する励磁コイルとを有する定着装置であって，加熱ローラが，励磁コイルに近い方から順に，第１導電層と第２導電層と第３導電層とを有し，第２導電層がニオブまたはタンタルの少なくとも一方を添加したパーマロイで構成されているものである。

本発明の定着装置によれば，第２導電層がパーマロイで構成されているので，この層のキュリー温度を調整しておくことができる。この加熱ローラが部分的にそのキュリー温度を超える高温になったときには，透磁率が部分的に変化する。すなわち，キュリー温度に到達した部分の磁束密度が低下する。一方，さほど高温状態とはなっていない部分では，磁束密度はほとんど変化しない。従って，低温部分はさらに昇温されるとともに，高温部分では発熱量が低下する。なお，キュリー温度の調整は，パーマロイではその成分比の選択によって可能である。

ここで本発明では，第２導電層の材質が，パーマロイにニオブまたはタンタルの少なくとも一方が添加されたものである。パーマロイのみでは，透磁率の変化は顕著であるものの，圧力変化の反復に対する強度は十分とは言えない。本発明では，ニオブまたはタンタルまたはその両方を添加することにより，第２導電層を十分な強度を有するものとすることができる。従って，小サイズの用紙を連続通紙した場合でも，部分的な過昇温が発生せず，安定した定着性能を有するとともに耐久性に優れた定着装置となっている。

さらに本発明では，第２導電層におけるニオブまたはタンタルの少なくとも一方の含有率が，０．５〜５重量％の範囲内であることが望ましい。なお，ニオブとタンタルとの両方を添加した場合には，ここでの含有率はその合計量についてのものである。
０．５重量％未満の添加では，十分な強度を得ることができない。また，含有率が５重量％を越えると，パーマロイ本来の特性が損なわれる。さらに，含有率が５重量％を越えるようなものは製造が困難である。

さらに本発明は，シートにトナー像を形成する画像形成部と，そのトナー像をシートに定着させる定着装置とを有する画像形成装置であって，定着装置が，加熱ローラと，加圧ローラと，加熱ローラに磁束を印加する励磁コイルとを有し，加熱ローラが，励磁コイルに近い方から順に，第１導電層と第２導電層と第３導電層とを有し，第２導電層がニオブとタンタルとの少なくとも一方を添加したパーマロイで構成されている画像形成装置にも及ぶ。

本発明の定着装置および画像形成装置によれば，小サイズの用紙を連続通紙した場合でも，部分的な過昇温が発生せず，安定した定着性能を有するとともに耐久性に優れている。

「第１の形態」
以下，本発明を具体化した第１の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，電磁誘導加熱方式の定着装置を有する画像形成装置に本発明を適用したものである。

本形態の画像形成装置１００は，図１に概略構成を示すように，中間転写ベルト１０１を有する，いわゆるタンデム方式のカラープリンタである。中間転写ベルト１０１は，無端状ベルト部材であり，その図中両端部がローラ１０２，１０３によって支持されている。中間転写ベルト１０１の図中下部に沿って，イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ）の各色の画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋおよび画像濃度センサ１０５が配置されている。この画像濃度センサ１０５は，レジストセンサとしての機能をも有している。

各色の画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋはいずれも同様の構成である。それぞれ，感光体ドラム１０６とその周囲に配置された帯電装置１０７，露光装置１０８，現像装置１０９，クリーナ装置１１０を有している。また，中間転写ベルト１０１を挟んで感光体ドラム１０６に対向する位置に，１次転写装置１１１が配置されている。図１中では画像形成部１０４Ｙによって代表して示している。

図１中で下方に示すのは，用紙Ｐを収容する給紙装置１１２である。給紙装置１１２の上部には，用紙Ｐを送り出す給紙ローラ１１３が設けられている。用紙Ｐは，給紙装置１１２から搬送経路１１４に沿って上方へ送られる。搬送経路１１４を挟んで，ローラ１０３と対面する位置に，２次転写装置１１５が配置されている。さらにその下流側（図中上方）には，定着装置１が配置されている。定着装置１は，加熱ローラ１１，加圧ローラ１２，磁束発生部１３を有している。定着装置１については，後に詳述する。定着装置１より搬送経路１１４のさらに下流側には，排紙ローラ１１６および排紙トレイ１１７が配置されている。

次に，本形態の画像形成装置１００の動作を簡単に説明する。この画像形成装置１００は，画像形成の指示を受けると，その画像信号から各色の画像データを生成する。生成された各色の画像データは，対応する画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋにそれぞれ送出される。各色の画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋは，画像データに基づいて，それぞれの感光体ドラム１０６を帯電・露光して静電潜像を形成する。さらに，形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。

形成されたトナー像は，順次，１次転写装置１１１によって中間転写ベルト１０１に転写され，重ね合わせられる。中間転写ベルト１０１に重ね合わせられたトナー像は，２次転写装置１１５によって用紙Ｐに転写される。トナー像を担持した用紙Ｐは，さらに搬送されて定着装置１に至り，定着装置１によって加熱されるとともに加圧される。これによりトナー像が用紙Ｐに定着される。トナー像が定着された用紙Ｐは，排紙ローラ１１６によって排紙トレイ１１７に排出される。

本形態の定着装置１は，図２に概略構成を示すように，加熱ローラ１１，加圧ローラ１２，磁束発生部１３を有している。加熱ローラ１１と加圧ローラ１２とは互いに平行に配置され，いずれも回転可能に支持されている。加圧ローラ１２は，加熱ローラ１１へ向けて軸と垂直の方向に付勢される。これにより，加熱ローラ１１と加圧ローラ１２との間にニップが形成される。そして，ニップの出口（図中右側）の近傍には，定着後の用紙を加熱ローラ１１から分離するための分離爪１４が備えられている。なお，この図２は，図１の定着装置１を，右が下となるように９０度回転させて示したものである。

加熱ローラ１１は，図３に示すように，内側（図中下側）から芯金２１，断熱層２２，発熱制御層２３，主発熱体層２４，弾性層２５，離型層２６の６層構成になっている。このうち，芯金２１と断熱層２２とは互いに接着されてローラ状となっている。これらを合わせて定着ローラ２７という。また，発熱制御層２３，主発熱体層２４，弾性層２５，離型層２６は互いに接着されて，無端ベルト状になっている。これらを合わせて定着ベルト２８という。定着ローラ２７と定着ベルト２８とは接着されていない。定着ベルト２８の内部に定着ローラ２７が挿入されている。

本形態では，定着ベルト２８と定着ローラ２７との間には，ほとんど隙間はない。そのため，実質的に，定着ベルト２８と定着ローラ２７とを合わせた全体で１つのローラ（加熱ローラ１１）と見ることができる。ここで，主発熱体層２４が第１導電層，発熱制御層２３が第２導電層にそれぞれ相当する。

芯金２１は，加熱ローラ１１の全体を支持する支持体であり，十分な耐熱性と強度を有することが必要である。さらに本形態では，芯金２１は第３導電層としての機能を兼ねている。芯金２１は，非磁性材でも磁性材でも構わないが，どちらかというと非磁性材の方が望ましい。芯金２１の比透磁率は０．９９〜１０００，望ましくは０．９９〜１．１の範囲内とする。特に本形態では，芯金２１には，常温において発熱制御層２３と主発熱体層２４とのいずれよりも低透磁率である材料を用いる。ここで，本発明における「常温」とは，過昇温状態ではない温度範囲のことであり，本形態では発熱制御層２３のキュリー温度以下の温度範囲に相当する。

また，芯金２１としては，電気抵抗率の低い材料を用いる。芯金２１の体積抵抗率は，１．０〜１０．０×１０^-8Ωｍ，望ましくは１．０〜２．０×１０^-8Ωｍの範囲内のものとする。特に本形態では，芯金２１には，高温において発熱制御層２３よりも低抵抗である材料を用いる。芯金２１としては，例えば，壁厚４ｍｍ程度で，外径１５〜２５ｍｍφの銅製パイプとするとよい。あるいは，上記の比透磁率及び体積抵抗率の範囲内であれば，鉄，ＳＵＳ，アルミ等の材質のものを用いることもできる。ここで，本発明における「高温」とは，過昇温状態である温度範囲のことであり，本形態では発熱制御層２３のキュリー温度を超えた温度範囲に相当する。

断熱層２２は，定着ベルト２８に発生した熱を芯金２１へ逃がさないためのものである。そのために，熱伝導率が低く，耐熱性および弾性を有する，ゴム材や樹脂材のスポンジ体（断熱構造体）のものが好ましい。このようなものとすれば，定着ベルト２８のたわみを許容し，ニップ幅を大きく保つことができる。また，加熱ローラ１１全体としての硬度を小さくして，定着性や通紙性等を良好なものとできる。また，断熱層２２として，ソリッド体とスポンジ体との２層構造のものを使用してもよい。

また，例えば，断熱層２２として，シリコンスポンジ材を用いる場合は，厚さ１〜１０ｍｍさらに望ましくは２〜７ｍｍのものを使用するとよい。また，この断熱層２２の硬度は，アスカーＣ硬度で２０〜６０度，さらに望ましくは３０〜５０度の範囲内とする。なお，この加熱ローラ１１全体としてのローラ硬度は，アスカーＣ硬度で３０〜９０度程度が好ましい。

発熱制御層２３としては，常温において，芯金２１よりも適度に体積抵抗率の大きい磁性体を用いる。さらに本形態では，定着温度と同程度の温度にキュリー点を有する材質を用いる。例えば，比透磁率は，５０〜２０００，望ましくは１００〜１０００の範囲内のものとする。また，キュリー温度より低温の温度範囲での体積抵抗率は，２〜２００×１０^-8Ωｍ，望ましくは５〜１００×１０^-8Ωｍの範囲内のものとする。なお，発熱制御層２３の厚さは，２０〜２００μｍ，望ましくは４０〜１００μｍの範囲内とすることが好ましい。

また，目標とする定着温度が約１８０℃（１７０〜１９０℃）の場合には，キュリー温度は，１５０〜２２０℃，望ましくは１８０〜２００℃の範囲内のものとする。本実施例では，キュリー温度が１９０℃のパーマロイを使用している。パーマロイでは，ニッケルの比率が高いほどキュリー温度の高いものを得ることができるので，パーマロイの成分比によって発熱制御層２３のキュリー温度を調整する。また，クロム，コバルト，モリブデン等を含む合金とすることによってもキュリー温度の調整が可能である。さらに本形態では，パーマロイに０．５〜５重量％のニオブまたはタンタルを添加したものを用いている。これにより，パーマロイのみの場合に比較して，圧接の繰り返しに対して割れが生じにくいものとすることができる。

主発熱体層２４は，磁束発生部１３によって発生される磁束を受けて誘導電流が誘起され，それによって発熱する層である。そのため，比透磁率が高く，芯金２１よりも適度に体積抵抗率が大きい磁性材を用いる。例えば，ニッケル，磁性ステンレス，パーマロイ等が好ましい。主発熱体層２４の比透磁率は，１〜５００，望ましくは１〜２００の範囲内のものとする。また，体積抵抗率は，１〜１００×１０^-8Ωｍ，望ましくは１〜１０×１０^-8Ωｍの範囲内のものとする。なお，主発熱体層２４の厚さは，１０〜１００μｍ，望ましくは２０〜５０μｍの範囲内とすることが好ましい。また，非磁性材料でも，銅・銀等の良好な導電性を有する材質であれば，厚さ４０μｍ以下の薄膜とすることにより使用できる。

弾性層２５は，トナー像に均一かつ柔軟に熱を伝えるためのものである。この弾性層２５が適度な弾性を有することにより，トナー像が押しつぶされたり不均一な溶融となることによる画像ノイズの発生を防止できる。そのために，弾性層２５には，耐熱性と弾性とを有するゴム材や樹脂材を用いる。その材料としては，例えば，定着温度での使用に耐えられるシリコンゴム，フッ素ゴム等の耐熱性エラストマーが適している。また，上記の材料に，熱伝導性や補強等を目的とした各種の充填材を混入したものでもよい。そのうち熱伝導性の向上のために充填される粒子の例としては，ダイヤモンド，銀，銅，アルミニウム，大理石，ガラス等が挙げられる。実用的には，シリカ，アルミナ，酸化マグネシウム，窒化ホウ素，酸化ベリリウム等が好ましい。

この弾性層２５としては，厚さ１０〜８００μｍ，さらに望ましくは１００〜３００μｍの範囲内のものとする。弾性層２４の厚さが１０μｍ未満では厚さ方向の十分な弾力性を得ることが難しい。また，この厚さが８００μｍを超えていると，主発熱体層２４で発生した熱を加熱ローラ１１の外周面まで到達させることが難しく，熱効率が悪いので好ましくない。

弾性層２５の硬度は，ＪＩＳ硬度で１〜８０度，さらに望ましくは５〜３０度の範囲内のものとする。この範囲内の硬度であれば，弾性層２５の強度の低下や密着性の低下を防止しつつ，安定した定着性を確保できる。硬度がこの範囲内となるシリコンゴムとして，例えば，１成分系，２成分系，または３成分系以上のシリコンゴム，ＬＴＶ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖｕｌｃａｎｉｚａｂｌｅ：低温加硫）型，ＲＴＶ（Ｒｏｏｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖｕｌｃａｎｉｚａｂｌｅ：常温加硫）型，またはＨＴＶ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖｕｌｃａｎｉｚａｂｌｅ：高温加硫）型のシリコンゴム，縮合型または付加型のシリコンゴム等が使用できる。本形態では，ＪＩＳ硬度１０度で厚さ２００μｍのシリコンゴムを使用している。

離型層２６は，加熱ローラ１１の最外層をなし，加熱ローラ１１と用紙との離型性を高めるためのものである。この離型層２６としては，定着温度での使用に耐えられるとともにトナーに対する離型性に優れたものを使用する。例えば，シリコンゴムやフッ素ゴム，あるいは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体），ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン），ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化エチレン共重合体），ＰＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）等のフッ素樹脂が好ましい。あるいは，これらを混合したものでもよい。

離型層２６の厚さは５〜１００μｍ，さらに望ましくは１０〜５０μｍの範囲内のものとする。また，この離型層２６と弾性層２５との接着力を向上させるために，プライマー等による接着処理を行ってもよい。また，離型層２６の中に，必要に応じて，導電材，耐摩耗材，良熱伝導材等をフィラーとして添加してもよい。

本形態では，発熱制御層２３と主発熱体層２４とをそれぞれ圧延してから，重ねてクラッド化し，絞り加工，スピニング加工，ＤＩ加工（ドローイング・アイアニング加工）などの塑性加工により無端状のベルト層とする。その上に弾性層２５及び離型層２６を被覆することによって，定着ベルト２８を製造する。あるいは，発熱制御層２３のみを塑性加工した後，主発熱体層２４はメッキ加工や塗布皮膜によって構成してもよい。主発熱体層２４は比較的薄い層であるので，このような製造方法を採用することもできる。

次に，加圧ローラ１２について説明する。加圧ローラ１２は，図４に示すように，芯金３１，断熱層３２，離型層３３を有している。芯金３１は，壁厚３ｍｍのアルミ製パイプである。強度が確保できれば，芯金３１に代えて，ＰＰＳのような耐熱性の材質によるモールドのパイプを用いてもよい。あるいは，鉄パイプを使用することも不可能ではないが，電磁誘導による影響を受けにくい非磁性のものがより好ましい。

芯金３１の外周には，断熱層３２が設けられている。断熱層３２は，厚さ３〜１０ｍｍの範囲内のシリコンスポンジゴムの層である。１層の断熱層３２に代えて，シリコンゴムとシリコンスポンジとの２層構造としてもよい。

加圧ローラ１２の最外周の離型層３３は，加熱ローラ１１の離型層２６と同様に，用紙に対するローラ表面の離型性を向上させるためのものである。この離型層３３は，ＰＴＦＥまたはＰＦＡ等のフッ素系樹脂による厚さ１０〜５０μｍの範囲内の層である。なお本形態では，加圧ローラ１２は，加熱ローラ１１に対して３００〜５００Ｎの荷重で加圧されており，定着装置１のニップ幅は約５〜１５ｍｍとなっている。本形態とは異なるニップ幅で使用したい場合には，加圧ローラ１２の荷重を変更して調整すればよい。

次に，磁束発生部１３について説明する。磁束発生部１３は，加熱ローラ１１の外周に対面するとともに，加熱ローラ１１の長手方向に沿って，加熱ローラ１１に平行に配置されている。磁束発生部１３は，図２に示すように，励磁コイル４１と磁性体コア４２とコイルボビン４３とを有している。本形態ではさらに，高周波インバータ４４，サーミスタ４５，制御部４６を有している。

励磁コイル４１は，加熱ローラ１１の長手方向に沿って巻かれたコイルである。その横断面（図２参照）は，加熱ローラ１１の外周に倣ってやや湾曲した形状となっている。この励磁コイル４１には，高周波インバータ４４が接続され，１０〜１００ｋＨｚ，１００〜２０００Ｗの高周波電力が供給される。そのため，本形態では，励磁コイル４１の巻き線として，細い素線を数十〜数百本束ねてリッツ線としたものを使用している。この励磁コイル４１は通電時に自己発熱する。その場合でも絶縁性を保てるように，巻き線に耐熱性の樹脂が被覆されたものを使用している。さらに，例えばファン等によって，励磁コイル４１を空冷することが望ましい。なお，本形態の励磁コイル４１は，その長手方向に一繋がりのものであり，複数個に分断されているものではない。なお，主発熱体層２４に薄膜の非磁性体を用いる場合には，交番電圧の範囲を２０〜４０ｋＨｚとすることが望ましい。

磁性体コア４２は，磁気回路の効率を上げるためと，磁気遮蔽のためのものである。この磁性体コア４２は，メインコア４７，端部コア４８，裾コア４９を有している。メインコア４７は，その横断面が図２に示すようなアーチ形状のものである。本形態では，長さが約１０ｍｍのコア片を，加熱ローラ１１の軸方向に１３個配置したものとしている。なお，メインコア４７として，断面が略「Ｅ」字の形状で，中央部に加熱ローラ１１側へ突出した部分のあるものを使用しても良い。このようにすれば，さらに発熱効率を高めることができる。また，端部コア４８は，横断面が四角形状で長さが５〜１０ｍｍのコア片を，加熱ローラ１１の両端部に配置したものである。また，裾コア４９は，横断面が四角形状のものを，加熱ローラ１１の長手方向寸法に略対応した範囲に連続的に配置したものである。

磁性体コア４２はいずれも，高透磁率でありかつ渦電流の損失が低い材質で形成されている。本形態の磁性体コア４２のキュリー温度は，１４０〜２２０℃，さらに望ましくは１６０〜２００℃の範囲内とすることが望ましい。本形態では高周波を用いるため，コア内における渦電流の損失が大きくなりがちである。また，パーマロイのような高透磁率の合金によるコアでは，さらに渦電流の損失が大きくなりがちである。そこで，このような材質を使用する場合は薄板を積層した構造のコアとすることが望ましい。なお，励磁コイル４１と磁性体コア４２とによる磁気回路部分の磁気遮蔽が，他の手段によって十分にできる場合には，コアなし（空芯）にしてもよい。さらに，磁性体コア４２として，樹脂材に磁性粉を分散させたものを用いることもできる。この素材は，透磁率はやや低いが，形状を自由に設定できるという利点がある。

さらに本形態では，加熱ローラ１１の表面に当接して配置されたサーミスタ４５を有している。サーミスタ４５は，加熱ローラ１１のローラ軸方向について，どのサイズの用紙を通紙した場合でも用紙が通過する箇所に配置される。例えば，左寄せで通紙される画像形成装置であれば，加熱ローラ１１の左端部の近くである。また，加熱ローラ１１の回転方向について，定着ニップの入口よりやや上流側に配置されている。このサーミスタ４５によって，加熱ローラ１１の定着前の場所における表面温度が検出される。

そして，定着処理時には，サーミスタ４５によって検出された表面温度が適切な定着温度の範囲内となるように，制御部４６によって高周波インバータ４４が制御される。適切な定着温度は，トナーの種類等に応じてあらかじめ設定されており，例えば，１００〜２００℃程度である。なお，加熱ローラ１１の表面温度の検出は，サーミスタ４５に限らず，非接触式の温度センサによって行ってもよい。

次に，本形態の定着装置１による定着処理動作について説明する。本形態の定着装置１では，加圧ローラ１２が加熱ローラ１１に押し付けられ，これらの間にニップが形成されている。定着処理時には，図２中に矢印で示すように，加圧ローラ１２が図中時計回り方向に回転駆動される。これにより，加熱ローラ１１は，加圧ローラ１２との摩擦力によって，図中反時計回り方向に従動回転される。なお，この駆動と従動との関係は，逆でもよい。

磁束発生部１３においては，高周波インバータ４４によって，励磁コイル４１に高周波電力が供給される。これにより発生した磁束は，磁性体コア４２の内部を通る。そして，その磁束は，磁性体コア４２の突起部間で外部に出て，加熱ローラ１１に至る。発熱制御層２３がそのキュリー温度より低温の常温状態であれば，主発熱体層２４と発熱制御層２３とがともに透磁率が高い状態である。この状態では，発熱制御層２３のシールド効果により，磁束はその反対側（加熱ローラ１１のより内周側）へはほとんど漏れない。

すなわち，常温では，磁束のほとんどは，主発熱体層２４と発熱制御層２３との厚みの中を加熱ローラ１１の周方向に進み，磁束発生部１３へ戻る。このため，これらの層では磁束密度が非常に高い。従って，これらの層では発熱量が大きい。例えば，ウォームアップ時はこの状態であるので，主発熱体層２４と発熱制御層２３とがともに大きく発熱する。さらに本形態では，発熱に寄与する層（主発熱体層２４と発熱制御層２３）の熱容量が小さく，断熱層２２によって定着ベルト２８が断熱保持されていることから，短時間で昇温させることができる。

このように発生した熱は，主発熱体層２４に接着されている弾性層２５を介して，加熱ローラ１１の表面へ伝達される。そして，加熱ローラ１１の表面が適切な定着温度となるように，制御部４６によって高周波インバータ４４が制御される。トナー像を担持する用紙Ｐは，トナー像の載っている面を加熱ローラ１１の側に向けた状態で，加熱ローラ１１と加圧ローラ１２との間のニップに挿入される。そして，加熱ローラ１１と加圧ローラ１２との間のニップを，図２中左から右へ通過する間に，トナーが溶融されて用紙Ｐに定着される。

ニップを通過した用紙Ｐは，加熱ローラ１１から分離されて後段へと搬送される。用紙Ｐが，ニップを通過した後も加熱ローラ１１に張り付いたままであれば，分離爪１４によって加熱ローラ１１から強制的に分離される。これにより，用紙Ｐが定着装置１でジャムになることが防止されている。なお，分離爪１４の先端部は，加熱ローラ１１の表面に接触していてもしていなくてもよい。

用紙Ｐの定着処理により，用紙Ｐ及びトナーによって加熱ローラ１１の表面から熱が奪われる。そのため，ローラの軸方向について用紙Ｐの通紙された範囲では，加熱ローラ１１の表面温度が下がる。サーミスタ４５は，用紙Ｐが通紙される箇所で温度を検出する。制御部４６は，サーミスタ４５の検出結果を受けて，高周波インバータ４４を制御する。すなわち，次回の用紙Ｐが定着ニップまで搬送されてくるまでに適切な定着温度の範囲内となるように，制御部４６は，高周波インバータ４４から励磁コイル４１に供給される高周波電力を増減する。

この定着装置１によって，比較的用紙幅の小さい用紙Ｐを連続して定着処理すると，通紙範囲外においては次第に熱が溜まる。そのため，加熱ローラ１１の軸方向のうち，通紙範囲外においては発熱制御層２３の温度が特に上昇し，その部分の温度がキュリー温度を超える場合がある。発熱制御層２３の温度がキュリー温度を超えた箇所では，発熱制御層２３の透磁率が大きく低下する。これにより，発熱制御層２３によるシールド効果が弱くなる。すなわち，通紙範囲外の高温となった部分では，発熱制御層２３の透磁率が大きく低下して，磁束の大部分が主発熱体層２４と発熱制御層２３とを貫通してさらに内周側へ漏れる。これにより，主発熱体層２４と発熱制御層２３とを通る磁束密度が大きく減少するので，これらによる発熱量も大きく低下する。

さらに本形態では，芯金２１が第３導電層として機能する。高温箇所において主発熱体層２４と発熱制御層２３とを貫いて漏れた磁束は，第３導電層である芯金２１に掛かる。芯金２１は，例えば銅製パイプであり低抵抗であるので，渦電流が容易に流れる。そのため，芯金２１に掛かっている磁束による渦電流の大部分は，芯金２１中に発生する。芯金２１は低抵抗であるので，渦電流が流れてもほとんど発熱しない。また，芯金２１に発生する渦電流による逆起電力が，磁束を打ち消す方向に働く。そのため，主発熱体層２４と発熱制御層２３との磁束密度がさらに低下する。従って，発熱量がさらに低下する。これにより，高温箇所では，加熱ローラ１１の半径方向のいずれの箇所でもほとんど発熱しない状態となる。

従って，過昇温となった箇所では，発熱制御層２３の透磁率が変化するとともに，発熱量が大きく低下する。一方，通紙範囲内の高温となっていない部分では発熱量はほとんど変わらない。これは，この範囲においては，発熱制御層２３の透磁率が低下せず，磁束密度の分布が常温状態からほとんど変化しないことによる。このように，芯金２１が第３導電層として機能することにより，発熱制御層２３の透磁率の分布が変化した際に，主発熱体層２４と発熱制御層２３との発熱量をさらに低下させることができる。さらに，本形態では第３導電層である芯金２１の厚さが他の層に比較して大きいので，第３導電層の発熱量をより抑制でき，定着装置の全体として熱効率のよいものとできる。

さらに本形態では，主発熱体層２４と発熱制御層２３とが積層されているので，表面温度の変化が発熱制御層２３に素早く伝わる。従って，加熱ローラ１１の一部において，その表面温度が，定着に適した温度を超えて高くなるとすぐに，その部分の発熱量が大きく低下するので，過昇温状態が続くことはない。このような効果が得られるように，発熱制御層２３のキュリー温度が選択されている。また，本形態では，第３導電層として芯金２１を使用しているので，第３導電層をも定着ベルトに積層した場合に比較して，定着ベルト２８の熱容量は大きくない。従って，短時間でのウォームアップが可能である。さらに，発熱制御層２３が，ニオブまたはタンタルを添加したパーマロイで形成されているので，繰り返し加圧されたとしても割れ等の発生するおそれはなく，定着ベルト２８の耐久性に優れている。

次に，本形態の定着装置による効果を確認するために行った様々な実験の結果について説明する。まず，第１の実験として，加熱ローラに導電体ではない材質の回転軸を用いた点の他は本形態と同じ構成の画像形成装置を比較例とし，本形態の実施例との比較実験を行った。具体的には，比較例の回転軸としてセラミック製のパイプを使用した。

この実験では，発熱制御層２３がキュリー温度を超えたときの前後での発熱量の変化の度合いを，前の発熱量に対する後の発熱量の割合によって発熱率として求めた。その結果を図５に示す。ここでは，全導電層による合計の発熱量で比較した。比較例では，発熱率６５％程度までしか低下しなかったのに比較して，実施例では，３０％以下となった。このことから，第３導電層を有することによって，キュリー温度を超えたときの発熱量の低下の割合を大きくすることができることが分かった。

次に，第２の実験として，上記と同じ実施例と比較例について，発熱効率を比較した。ここでの発熱効率とは，定着装置全体の発熱量のうち，有効な発熱である第１〜第３導電層の全体による発熱量が占める割合のことである。インバーターの電源損失を除いて算出した。これ以外の発熱，つまり無駄な発熱としては，コイルのジュール発熱や，周辺板金等の誘導発熱等がある。第２の実験の結果を図６に示す。この図に示すように，実施例においても，比較例においても，発熱効率は約９７％であり，大差ない。すなわち，芯金２１として第３導電層として機能するものを用いても，発熱効率を低下させることにはならないことが確認できた。

さらに，第３の実験として，発明者らは，発熱制御層２３の材質を変えて，定着ベルト２８の強度を確認した。本実験では，主発熱体層２４として厚さ１０μｍの銅を用い，これにニオブまたはタンタルをそれぞれ異なる割合で添加したパーマロイ製の発熱制御層２３を約３０μｍの厚さに積層した。なお，ニオブを使用した場合とタンタルを使用した場合とで明確な差はなかった。また，本実験では銅製の芯金２１を使用した。この定着ベルト２８を用いて，３０万枚の定着動作を行った。その後，定着ベルト２８を取り出して，その状態を観察した。

第３の実験の結果は，表１に示すとおりであった。ニオブまたはタンタルを０．５〜５重量％含有するパーマロイによって発熱制御層２３を製造した定着ベルト２８では，目視で異常は見られなかった。一方，ニオブまたはタンタルを全く添加しなかったもの（０重量％）や，含有量が０．１重量％のものでは，定着ベルト２８に割れが発生した。また，ニオブまたはタンタルを１０重量％以上添加したパーマロイ製の定着ベルトは製造が困難であった。従って，発熱制御層２３の材質は，ニオブまたはタンタルを０．５〜５重量％含有するパーマロイとすることが望ましいことが分かった。

また，本実験をニオブのみを添加した場合，タンタルのみを添加した場合，ニオブとタンタルとを両方添加しその合計量が上記の含有量となるように調整した場合とのいずれにおいても，上記と同様の結果が得られた。なお比較のために，本実験と同じ厚さの定着ベルト２８をニッケルのみによって製造し，本実験と同様の定着動作を繰り返し行ったところ，ベルトの割れは発生しなかった。

以上詳細に説明したように，本形態の画像形成装置によれば，加熱ローラ１１に，第１導電層（主発熱体層２４）と第２導電層（発熱制御層２３）と第３導電層（芯金２１）とを有している。従って，部分的に高温となり，定着ベルト２８の表面温度が発熱制御層２３のキュリー温度を超えた場合には，その箇所の発熱制御層２３の透磁率が大きく低下する。従って，その部分の磁束密度が大きく低下し，発熱量が減少するので，過昇温が防止されている。さらに，発熱制御層２３の材質が，ニオブまたはタンタルを添加したパーマロイであるので，定着ベルト２８の強度は十分大きいものとなっている。主発熱体層２４が磁性材によるものであるので，加熱ローラ１１としての発熱効率がよい。また，芯金２１の体積抵抗率を発熱制御層２３の体積抵抗率に比較して小さいものとしたので，キュリー温度を超えたときの発熱量の低下が顕著なものとなっている。すなわち，小サイズの用紙を連続通紙した場合でも，部分的な過昇温が発生せず，安定した定着性能を有するとともに耐久性に優れた定着装置および画像形成装置となっている。

「第２の形態」
次に，本発明を具体化した第２の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，第１の形態に比較して，加熱ローラ１１の構成がやや異なるのみであり，同一の部材については，同一の符号を付し，説明を省略する。

本形態の定着装置２の加熱ローラ５１は，図７に示すように，定着ローラ２７の外径が，定着ベルト５２の内径よりかなり小径に形成されているものである。この定着ローラ２７は，第１の形態におけるものと径が異なるのみで，同一の層構成である。また定着ローラ２７は，定着ベルト５２を挟んで，加圧ローラ１２に圧接されている。

本形態では，定着ローラ２７が小径であることから，その図７中上部において，定着ローラ２７と定着ベルト５２との間に空間Ｓがある。この空間Ｓ内に，２層構造の摺接部材５３が固定されて配置されている。摺接部材５３は，定着ベルト５２を挟んで，磁束発生部１３に対向する位置に固定されている。摺接部材５３は，図示の横面形状が扇形で，図中奥行き方向に加熱ローラ５１とほぼ同等の長さを有するものである。また，その図中上面は，定着ベルト５２の内側の面に接触している。すなわち，定着ベルト５２は，定着ローラ２７と摺接部材５３とに架け渡されている。

本形態の定着ベルト５２は，第１の形態の定着ベルト２８に比較して，発熱制御層２３を有していない。すなわち，図８に示すように，内周側から順に主発熱体層５５，弾性層５６，離型層５７の３層構成となっている。そして，摺接部材５３は，同図に示すように，内周側から順に補助発熱層５８と発熱制御層５９との２層構成となっている。なお，図では，定着ベルト５２と摺接部材５３との区別のために，これらの間に多少の隙間を設けているが，実際には互いに接触している。

主発熱体層５５の材質は，第１の形態の主発熱体層２４と同じものとすればよい。磁性体であればニッケル等が望ましい。また，発熱制御層５９の材質は，第１の形態の発熱制御層２３と同じく，キュリー温度１９０℃程度のパーマロイにニオブまたはタンタルを添加したものである。補助発熱層５８の材質は，第１の形態の芯金２１と同じく，体積抵抗率の低い導電性金属材料，例えば銅とすればよい。

本形態では，摺接部材５３の図８中上面は，定着ベルト５２の内周側に沿って湾曲した曲面となっている。すなわち，発熱制御層５９は，均一の厚さの円筒面の一部の形状である。そして，発熱制御層５９の図中上面は，そのほぼ全域にわたって，定着ベルト５２の主発熱体層５５に常時接触している。発熱制御層５９の図中下面は，その全域にわたって，補助発熱層５８に接触している。補助発熱層５８も，均一の厚さの円筒面の一部の形状である。また，摺接部材５３の図中下面は，定着ローラ２７に接触していない。この形態では，主発熱体層５５が第１導電層に，発熱制御層５９が第２導電層に，補助発熱層５８が第３導電層にそれぞれ相当する。

本形態では，定着ローラ２７の外径を小さいものとしたので，定着ベルト５２と定着ローラ２７との接触面積が小さい。従って，定着ベルト５２から定着ローラ２７へ逃げる熱の量も小さい。さらに，摺接部材５３は全周でなく１箇所のみに設けられているので，摺接部材５３へ逃げる熱の量も小さい。また，発熱制御層５９を定着ベルト５２以外の部分に設けたことから，定着ベルト５２は第１の形態の定着ベルト２８に比較して薄く形成することができる。従って，定着ベルト５２の熱容量を第１の形態に比較して小さくできる。これらのことから，第１の形態に比較してウォームアップ時間のさらなる短縮が可能である。

以上詳細に説明したように，本形態の画像形成装置によっても，第１の形態と同様に，小サイズの用紙を連続通紙した場合でも，部分的な過昇温が発生せず，安定した定着性能を有するとともに耐久性に優れた画像形成装置となっている。

「第３の形態」
次に，本発明を具体化した第３の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，第２の形態に比較して，定着ベルトと摺接部材の構成がやや異なるのみであり，同一の部材については，同一の符号を付し，説明を省略する。

本形態の定着装置３は，図９に示すように，加熱ローラ６１が，定着ローラ２７と定着ベルト６２と摺接部材６３を有しているものである。本形態では，定着ベルト６２に，発熱制御層をも含んでいる。摺接部材６３の形状は，第２の形態の摺接部材５３と同様であるが，２層構成とはなっていない。摺接部材６３は，単に補助発熱層として機能する。このようにしても，定着ベルト６２と定着ローラ２７との接触面積が小さいので，定着ベルト６２から定着ローラ２７へ逃げる熱の量は小さい。

または，補助発熱層をも定着ベルトに含まれるものとしてもよい。すなわち，補助発熱層，発熱制御層，主発熱体層，弾性層，離型層のすべてが含まれるものとすることもできる。この場合は，摺接部材はなくてもよい。

以上詳細に説明したように，本形態の画像形成装置によっても，第１の形態と同様に，小サイズの用紙を連続通紙した場合でも，部分的な過昇温が発生せず，安定した定着性能を有するとともに耐久性に優れた画像形成装置となっている。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，本形態ではカラープリンタとしたが，１色の画像形成部のみを有する単色プリンタに本発明を適用することもできる。その場合には，加熱ローラ１１として弾性層２５の無いものとしてもよい。

また例えば，主発熱体層２４として，樹脂にニッケル，パーマロイ等の磁性材の粒子や銅・銀等の粒子を分散させたものとしてもよい。あるいは，樹脂材にこれらの材料をコーティングしたものとしてもよい。主発熱体層２４として，樹脂ベースのものを用いれば，定着ベルト２８全体としての柔軟性がさらに大きくなり，用紙の分離性を向上させることができる。なお，このようなものでは，対外的な導電性は得られないかもしれないが，渦電流は通ることが可能である。本発明の導電層としてはこのようなものも含まれる。

本形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 第１の形態に係る定着装置の概略構成図である。 定着ローラの層構成を示す説明図である。 加圧ローラの層構成を示す説明図である。 キュリー温度到達の前後での発熱率の変化を示すグラフ図である。 キュリー温度到達の前後での発熱効率の変化を示すグラフ図である。 第２の形態に係る定着装置の概略構成図である。 第２の形態に係る定着ベルトの層構成を示す説明図である。 第３の形態に係る定着装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 定着装置
１１ 加熱ローラ
１２ 加圧ローラ
１３ 磁束発生部
２１ 芯金
２３，５９ 発熱制御層
２４，５５ 主発熱体層
５８ 補助発熱層
１００ 画像形成装置

Claims (3)

1. 加熱ローラと，加圧ローラと，前記加熱ローラに磁束を印加する励磁コイルとを有する定着装置において，
   前記加熱ローラが，前記励磁コイルに近い方から順に，第１導電層と第２導電層と第３導電層とを有し，
   前記第２導電層がニオブまたはタンタルの少なくとも一方を添加したパーマロイで構成されていることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において，
   前記第２導電層におけるニオブまたはタンタルの少なくとも一方の含有率が，０．５〜５重量％の範囲内であることを特徴とする定着装置。
3. シートにトナー像を形成する画像形成部と，そのトナー像をシートに定着させる定着装置とを有する画像形成装置において，
   前記定着装置が，加熱ローラと，加圧ローラと，前記加熱ローラに磁束を印加する励磁コイルとを有し，
   前記加熱ローラが，前記励磁コイルに近い方から順に，第１導電層と第２導電層と第３導電層とを有し，
   前記第２導電層がニオブとタンタルとの少なくとも一方を添加したパーマロイで構成されていることを特徴とする画像形成装置。

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