JP2016128899A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】整磁材料のサイズを小さくして原価コストを低減すると共に、加工を簡易化して加工コストを低減することが可能な定着装置を提供する。【解決手段】ベルト状の定着部材２４と、磁束を発生させる磁束発生部２７と、定着部材２４を磁束による発熱で加熱する加熱部材２１と、加熱部材２１を介して磁束発生部２７と対向配置された磁束制御部材２２と、磁束制御部材２２を介して磁束発生部２７と対向配置された磁束遮蔽部材２３とを有し、磁束制御部材２２と磁束遮蔽部材２３とはそれぞれ平面形状部２２ａ，２３ａを有し、定着部材２４は各平面形状部２２ａ，２３ａに沿った状態で張架されている定着装置２０。【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置、画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として誘導加熱方式のものが広く採用されており、定着装置における技術的課題の一つとして通紙時での紙幅外領域における過昇温が挙げられる。誘導加熱方式を用いた定着装置では、過昇温の対策として整磁材料を発熱体と磁気遮蔽部材との間に設ける構成が知られている。これにより、整磁材料がキュリー温度以上となった場合に、励磁装置が発生させる磁束が整磁材料内部に透過して遮蔽部材に遮蔽されるため、発熱体の過昇温が抑制される。

このような技術として、整磁材料を用いて自己温度制御機能を持たせつつ、発熱部の熱容量を小さくするため、導電層を備えた定着部材を磁束制御部材と摺動させる定着装置が知られている（例えば「特許文献１」参照）。

しかし今までの誘導加熱方式を用いた定着装置では、整磁材料を加熱部材として使用する際に整磁材料をローラ状に加工する必要があり、製造コストがアップしてしまうという問題点があった。これは、整磁材料自体の材料費及びローラ状加工の際の加工費が大きく、定着装置全体の製造コストに対する割合が大きいため、低コストの定着装置を開発するためにはさらなる改善が求められる。「特許文献１」に記載された技術でも磁束制御部材が円弧形状であるため、加工コストは依然として大きなままである。
本発明は、上述した問題点を解決し、整磁材料のサイズを小さくして原価コストを低減すると共に、加工を簡易化して加工コストを低減することが可能な定着装置及び画像形成装置の提供を目的とする。

本発明は、ベルト状の定着部材と、磁束を発生させる磁束発生部と、前記定着部材を前記磁束による発熱で加熱する加熱部材と、前記加熱部材を介して前記磁束発生部と対向配置された磁束制御部材と、前記磁束制御部材を介して前記磁束発生部と対向配置された磁束遮蔽部材とを有し、前記磁束制御部材と前記磁束遮蔽部材とはそれぞれ平面形状部を有し、前記定着部材は前記各平面形状部に沿った状態で張架されていることを特徴とする。

本発明によれば、従来の定着装置に比して整磁材料の使用量を減少することができると共に加工を簡易化することができ、材料費及び加工費を低減して定着装置の製造コストを大幅に引き下げることができる。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる定着装置の概略図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる定着ベルトの断面図である。 本発明の第１の実施形態に用いられるコイルの構成を説明する概略図である。 本発明の第１の実施形態における磁束制御部材がキュリー温度以下の場合でのコイルから発生した磁束の経路を説明する概略図である。 本発明の第１の実施形態における磁束制御部材がキュリー温度以上の場合でのコイルから発生した磁束の経路を説明する概略図である。 従来の定着装置を説明する要部概略図である。 本発明の第１の実施形態における装置立ち上げ時からの時間経過に応じた定着装置の温度推移を示す線図である。 本発明の第２の実施形態に用いられる定着装置要部の概略図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる磁束制御部材に生じる渦電流を説明する概略図である。 本発明の第３の実施形態に用いられる磁束制御部材を説明する概略図である。 本発明の第３の実施形態に用いられる磁束制御部材に生じる渦電流を説明する概略図である。 本発明の第３の実施形態の変形例に用いられる磁束制御部材を説明する概略図である。 本発明の第３の実施形態の変形例に用いられる磁束制御部材に生じる渦電流を説明する概略図である。 本発明の第１の実施形態と第３の実施形態との装置立ち上げからの昇温時間を比較した線図である。 本発明の第４の実施形態に用いられる定着装置の概略図である。 本発明の第５の実施形態に用いられる定着装置の概略図である。 本発明の第５の実施形態に用いられる定着ベルトの断面図である。 本発明の第６の実施形態に用いられる磁束制御部材の概略斜視図である。 本発明の第７の実施形態に用いられる定着装置要部の概略図である。 本発明の第８の実施形態に用いられる定着装置要部の概略図である。 本発明の第９の実施形態に用いられる接触部材における定着ベルト摺擦面の概略図である。

図１は、本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置としてのフルカラープリンタ（以下、プリンタという）１００を示している。同図においてプリンタ１００は、装置本体１０１の上部に図示しない原稿走査装置が搭載されており、原稿走査装置の下方に位置する本体上面には胴内排紙部として用いられる排紙トレイ１７が形成されている。

装置本体１０１の内部では、各感光体ドラム１２０Ｙ（イエロ），１２０Ｃ（シアン），１２０Ｍ（マゼンタ），１２０Ｂｋ（ブラック）に形成された可視像が各感光体ドラム１２０に対峙しながら矢印Ａ１方向に移動可能な転写ベルト１１に対して順次転写される。この転写工程は１次転写工程であり、転写ベルト１１上に各画像が順次転写されて重畳転写画像が形成される。その後、用紙Ｐに対して２次転写工程を実行することで、重畳転写画像が用紙Ｐに一括転写される。

感光体ドラム１２０の周囲には、感光体ドラム１２０の回転に伴い画像形成処理を行うための装置が配置されている。ブラック画像形成を行う感光体１２０Ｂｋを対象として説明すると次の通りである。感光体ドラム１２０Ｂｋの回転方向に沿って、画像形成処理を行う帯電装置３０Ｂｋ、現像装置４０Ｂｋ、１次転写ローラ１２Ｂｋ、及びクリーニング装置５０Ｂｋが配置されている。帯電後に行われる書き込みには、後述する光走査装置８が用いられる。

転写ベルト１１に対する重畳転写は、転写ベルト１１が矢印Ａ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム１２０に形成された可視像が転写ベルト１１上に順次重ねて転写される。１次転写工程は、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム１２０に対向して配設された１次転写ローラ１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｂｋを用いた転写バイアス印加により、矢印Ａ１方向上流側から下流側に向けて順次行われる。

各感光体ドラム１２０はプロセスカートリッジに収容されており、矢印Ａ１方向の上流側からイエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの順に並んでいる。各感光体ドラム１２０は、各色の画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに設けられている。１次転写工程を実行するための構成としては、転写ベルト１１及び転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム１２０に対向する各１次転写ローラ１２を備えた転写ベルトユニット１０が用いられる。転写ベルト１１に重畳転写された画像は、転写ベルト１１の走行に伴い従動回転するローラで構成された２次転写ローラ５によって用紙Ｐに一括転写される。

プリンタ１００には、上述したプロセスカートリッジ及び転写ベルトユニット１０に加え、４つの画像ステーションの下方に対向して配設された光走査装置８と、転写ベルト１１をクリーニングするベルトクリーニング装置１３とが設けられている。

光走査装置８は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズ、ミラー及びポリゴンミラー等を装備している。光走査装置８は、各感光体ドラム１２０に対して色毎に対応した書き込み光Ｌｂ（図１では、便宜上ブラック画像の画像ステーションのみを対象として符号を付しているが、他の画像ステーションも同様である）を射出する。これにより、各感光体ドラム１２０上に静電潜像が形成される。

プリンタ１００は、２次転写工程において重畳転写された画像が一括転写される用紙Ｐを給送する給紙装置６１と、給紙装置６１から給送された用紙Ｐのレジストタイミングを設定して２次転写位置に給送するレジストローラ対４とを有している。またプリンタ１００は、用紙Ｐの先端がレジストローラ対４に到達したことを検知する図示しないセンサを有している。

２次転写工程により転写ベルト１１に重畳転写されたトナー像が一括転写された用紙Ｐは、後述する定着装置２０に搬送されてトナー像の定着が行われる。定着後の用紙Ｐは、排紙ローラ７を介して装置本体１０１の外部に設けられている排紙トレイ１７に向けて排出される。なお、図１中の符号９Ｙ，９Ｃ，９Ｍ，９Ｂｋは、各色の画像ステーションに設けられている現像装置に対する新規トナーの補給タンクを示している。

次に、本発明の第１の実施形態に用いられる定着装置２０について説明する。図２に示すように定着装置２０は、誘導加熱によって発熱する加熱部材２１、自発的に温度制御を行うための磁性体で構成された磁束制御部材２２、アルミニウムからなる磁束遮蔽部材２３、定着ローラ２５、張架部材２８を有している。また定着装置２０は、定着ローラ２５と張架部材２８とによって張架された定着部材としての定着ベルト２４、加熱部材２１に定着ベルト２４を介して対向配置された磁束発生部としての誘導加熱コイル２７を有している。さらに定着装置２０は、定着ベルト２４を介して定着ローラ２５に当接する押圧部材としての加圧ローラ２６を有している。磁束制御部材２２には平面形状部２２ａが、アルミ部材２３には平面形状部２３ａがそれぞれ形成されている。

上述の構成において、加熱部材２１が平面形状部２１ａを、磁束制御部材２２が平面形状部２２ａを、磁束遮蔽部材２３が平面形状部２３ａをそれぞれ有し、定着ベルト２４を張架する張架部材２８を備えることにより、定着ベルト２４は平面状となる部位を有する状態で張架されている。この平面状となる部位を定着ベルト２４の加熱部２４ａとする。

加熱部材２１は、磁束が透過する必要があるために非磁性体が用いられる。具体的には、非磁性のステンレスであるＳＵＳ３０４、耐熱性の高い樹脂である液晶ポリマ等が挙げられる。加熱部材２１として、金属または樹脂で構成された部材の表層に、良伝導の部材からなる発熱層として厚さ３〜１５μｍ程度のＣｕ層を形成してもよい。誘導加熱に適した金属としては一般的に高抵抗のものが知られているが、良伝導の部材を薄層化することにより発熱層の実質的な抵抗を任意に設定することができ、発熱量を向上させることができる。発熱層は良伝導であればよく、銀、アルミニウム、マグネシウム、あるいは磁性体であるニッケル等の他の金属層を用いてもよい。また、Ｃｕ層の表層に、さらに防錆目的でニッケル等のメッキを施してもよい。

加熱部材２１よりも定着ローラ２５側に配設された磁束制御部材２２は、キュリー温度１００〜２５０℃程度の整磁合金が用いられ、具体例としてはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系の合金等が挙げられる。各材料の添加量や加工条件等の調整により、所望のキュリー点を得ることができる。磁束制御部材２２よりも定着ローラ２５側には磁束遮蔽部材２３が配設されており、これにより磁束制御部材２２のキュリー温度近傍での昇温停止が可能となっている。磁束遮蔽部材としては、非磁性で損失の大きなアルミニウムで形成されていることが最適である。

磁束遮蔽部材２３の厚さは、コイルから発生される誘導磁場の浸透深さよりも厚いことが望ましい。浸透深さδは次式で表される。δ＝｛ρ／（πμｆ）｝^１／２
ここで、ρは材料の体積抵抗率（Ω・ｍ）、μは材料の透磁率（Ｈ／ｍ）、ｆは材料を励磁する交番電流の周波数（Ｈｚ）である。例えば、交番電流の周波数が６０ｋＨｚの場合には、アルミニウムの浸透深さδは約０．３４ｍｍとなる。磁束遮蔽部材の厚さが浸透深さよりも厚ければ、磁束遮蔽部材に進入した磁束は部材中でエネルギを消失して磁束制御部材２２を透過することができなくなるため、浸透深さδよりも著しく厚くする必要はない。以上から、磁束遮蔽部材としてアルミ部材２３を使用した場合には、その厚さを０．６〜２．０ｍｍとすることが望ましい。

なお、加熱部材２１と磁束制御部材２２とは、互いに接着されていても非接着であってもよく、また非接着の場合には、接触していても離間していてもよい。また、加熱効率を高めるために、加熱部材２１は定着ベルト２４と摺擦していることが望ましい。この場合、加熱部材２１の表層に低摩擦抵抗の材料層を形成することが可能である。ここで用いられる材料としては、低摩擦係数であってかつ耐熱性と熱伝導率が共に高いものが望ましく、具体例としてはポリイミドやフッ素樹脂等が挙げられる。

定着ローラ２５は、例えばステンレスや炭素鋼等の金属製の芯金２５ａと、耐熱性を有するシリコンゴム等をソリッド状または発泡状にして芯金２５ａを被覆した弾性部材２５ｂとから構成されている。定着ローラ２５は、加圧ローラ２６から押圧力を受けて所定幅の接触部である定着ニップ部Ｎを形成する。定着ローラ２５は、その外径が３０〜４０ｍｍ程度、弾性部材２５ｂの厚さは３〜１０ｍｍ程度、その硬度は１０〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）程度に設定されている。

定着ベルト２４は、図３に示すように、基材２４ｂの上に弾性層２４ｃが形成され、その上に離型層２４ｄが形成された積層構造を呈している。基材２４ｂに求められる特性として、ベルトを張り渡した際の機械的強度、柔軟性、定着温度での使用に耐えうる耐熱性等が挙げられる。本実施形態では、加熱部材２１を誘導加熱するため基材２４ｂは絶縁性の耐熱樹脂材料、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、フッ素樹脂等が適している。また、その厚さは熱容量、強度の関係から、３０〜２００μｍが望ましい。弾性層２４ｃは、光沢ムラのない均一な画像を得るため、ベルト表面に柔軟性を与える目的で形成され、ゴム硬度５〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）、厚さ５０〜５００μｍが望ましい。また、定着温度における耐熱性から、シリコンゴム、フロロシリコンゴムが用いられる。離型層２４ｄとしては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂、またはこれ等の樹脂の混合物、耐熱性樹脂にこれ等フッ素系樹脂を分散させたもの等が挙げられる。

弾性層２４ｃを離型層２４ｄが被覆すると、シリコンオイル等を使用せずともトナー離型性が向上すると共に紙粉固着防止が可能となる（オイルレス化）。しかし、これ等の離型性を有する樹脂は一般にゴム材料のような弾性を有していないことから、弾性層２４ｃ上に厚く離型層２４ｄを形成すると、ベルト表面の柔軟性が損なわれて光沢ムラを発生させてしまう。離型性と柔軟性とを両立させるためには、離型層２４ｄの膜厚を５〜５０μｍ、望ましくは１０〜３０μｍとする必要がある。また、必要に応じて各層間にプライマ層を設けてもよく、基材２４ｂの内面に摺動時の耐久性を向上させる層を設けてもよい。この層を構成する材質としては、ポリイミドやフッ素樹脂等が挙げられる。さらに、基材２４ｂに発熱層を具備させてもよく、例えばポリイミド等からなる基層上にＣｕ層を３〜１５μｍ形成してこれを発熱層として用いることができる。

加熱誘導コイル２７は、コイル２７ａと磁性体コアとケース２７ｅとから構成されている。磁性体コアは、加熱部材２１に対向する位置であってコイル２７ａの背後に配置されている平面形状コア２７ｂを有している。また磁性体コアは、コイル２７ａを介さずに加熱部材２１に対向し平面形状コア２７ｂよりも加熱部材２１に近接する位置に配置されたセンターコア２７ｃ及び２個のサイドコア２７ｄを有している。そして磁性体コアは、コイル２７ａより発生した磁束を加熱部材２１へと集中させる磁路を形成している。

平面形状コア２７ｂは、加熱部材２１の紙面方向である長手方向の温度分布が均一となるように、長手方向に適当な間隔を開けて複数配置する。磁性体コアは、保磁力が小さく透磁率が大きい軟磁性材料であり、かつ電気抵抗率の高いものが望ましい。フェライトの他にはパーマロイ等の材料が挙げられるコアの材質には、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト等が用いられる。なお、平面形状コア２７ｂの個数及び間隔は、適宜調整可能である。

コイル２７ａは、絶縁被覆を施した直径０．０５〜０．２ｍｍ程度の導線を５０〜５００本程度撚り合わせたリッツ線を５〜２０回巻き回したものである。リッツ線の表面には融着層を備えており、通電加熱または恒温槽で加熱することにより融着層が固化し、巻き回したコイルの形状保持が可能となる。また、融着層を保持しないリッツ線を用いてコイルを巻き、それをプレス成型することで形状を与えることも可能である。リッツ線には定着温度以上の耐熱性が必要であることから、素線の絶縁被覆材にはポリアミドイミド、ポリイミド等の耐熱性と絶縁性とを兼ね備えた樹脂を用いる。巻き終えたコイル２７ａはケース２７ｅにシリコン接着剤等を用いて接着固定する。ケース２７ａは定着温度以上の耐熱性が必要であることから、耐熱性の高い樹脂であるＰＥＴや液晶ポリマ等を用いる。

図４に示すように、コイル２７ａは絶縁された外径０．１５ｍｍの銅製の線材を９０本束ねた線束を周回させることにより形成され、加熱部材２１を覆うように成型されているケース２７ｅの全幅にわたって渦巻き状に配置されている。コイル２７ａの形状は、センターコア２７ｃを軸として加熱部材２４ａにおいて定着ベルト２４に沿う平面形状となるように形成されている。

加圧ローラ２６は、離型層２６ａ、耐熱性の高い弾性層２６ｂ、金属製の円筒部材からなる芯金２６ｃから構成され、定着ベルト２４を介して定着ローラ２５に圧接して定着ニップ部Ｎを形成している。加圧ローラ２６は、外径３０〜４０ｍｍ、弾性層２６ｂの厚さ０．３〜５．０ｍｍ、硬度２０〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）程度で構成されており、材質としては耐熱性が必要であることからシリコンゴムが用いられる。さらに、両面画像形成時の離型性を高めるため、弾性層２６ｂ上にフッ素樹脂を使用した離型層２６ａを１０〜１００μｍ程度形成している。加圧ローラ２６の硬度を定着ローラ２５よりも高くすることにより、加圧ローラ２６が定着ローラ２５（及び定着ベルト２４）側へ食い込む形となる。これにより、記録材は定着ニップ部Ｎの出口において定着ベルト２４の表面に沿うことができない曲率を持つこととなり、記録材の離型性を向上することができる。

次に、上述のように構成された定着装置２０の動作について説明する。
定着ベルト２４は、図２に矢印Ｒで示す方向に走行し、加熱部材２１は誘導加熱により加熱される。詳しくは、誘導加熱コイル２７に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交番電流を流すことにより、誘導加熱コイル２７のループ内に磁力線が双方向かつ交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることにより、加熱部材２１に渦電流が生じてジュール熱が発生し誘導加熱される。このように発熱した加熱部材２１からの熱により定着ベルト２４が加熱され、搬送される記録紙Ｐと定着ベルト２４とが定着ニップ部Ｎで接触し、記録紙Ｐ上のトナー像Ｔを加熱して溶融する。

図５及び図６は誘導加熱コイル２７から発生した磁力線の経路を示しており、図５は磁束制御部材２２がキュリー温度以下の場合を、図６は磁束制御部材２２がキュリー温度以上の場合をそれぞれ示している。図５の場合では、誘導加熱コイル２７から発生した磁束は図中の磁束Ａの経路のように磁束制御部材２２の内部を通るため、加熱部材２１での誘導加熱が発生して加熱部材２１は所定の温度まで上昇する。一方、磁束制御部材２２の温度が上昇してキュリー温度以上となった場合、図６に示すように誘導加熱コイル２７から発生した磁束は図中磁束Ｂの経路のように磁束制御部材２２を通過して磁束遮蔽部材２３を通るようになる。このように磁束が磁束遮蔽部材２３で遮蔽されるため、定着装置２０の過昇温の防止を行うことができる。

ここで、本発明の定着装置２０と従来の定着装置との相違点を述べる。従来の定着装置では、図７に示すように、整磁合金をロール状に形成して磁束制御部材８１を構成し、その曲面によって定着ベルトを張架する。そして、定着ベルトを介して磁束制御部材８１と対向する位置にロール状の磁束制御部材８１に沿った形状の誘導加熱コイルを設けることにより磁束制御部材８１に加熱部材としての機能を持たせ、その内部に磁束遮蔽部材８２を設けている。このように、従来の定着装置では高価な整磁合金をロール状に形成する必要があり、その材料費及び加工費が定着装置全体のコストに対して大きな割合を占めていたため、定着装置のコストダウンを図る上でのネックとなっていた。

本発明の第１の実施形態では、加熱部材２１と磁束制御部材２２と磁束遮蔽部材２３とはそれぞれ平面形状部２１ａ，２２ａ，２３ａを有し、定着ベルト２４は各平面形状部２１ａ，２２ａ，２３ａに沿った状態で張架されて加熱部２４ａを形成している。この構成により、従来の定着装置に比して整磁材料の使用量を減少することができると共に加工を簡易化することができ、材料費及び加工費を低減して定着装置の製造コストを大幅に引き下げることができる。また、磁束制御部材２２が平面形状となったことにより、誘導加熱コイル２７についても平面形状とすることができる。このため、従来のアーチ状の誘導加熱コイルに対して加熱部材２１との間のクリアランス制御が容易となり、かつクリアランスを小さくし易くなる。特に、クリアランスを小さくし易くすることができることにより、加熱効率の向上を見込むことができる。

図８は、第１の実施形態における装置立ち上げ時からの時間経過に応じた定着装置２０の温度推移を示している。図８に示すように装置立ち上げ時から昇温が始まり、狙いの温度（ここでは１７０℃）近傍になると、磁束制御部材２２と磁束遮蔽部材２３との効果により温度上昇が鈍化し始め、最終的に狙いの温度で安定する。このように、本構成においても従来の定着装置と同様に、自動で定着ベルト２４の温度が制御される。

以上のように、定着ベルト２４が平面状となる箇所を設け、磁束制御部材２２及び磁束遮蔽部材２３に平面形状部２２ａ，２３ａを設けることにより、従来の定着装置に比して構成を大きく変更することなく製造コストを低減することができる。なお、本発明は誘導加熱を用いた定着装置において磁束制御用の部材構成を簡易化することにより定着装置のコストダウンを図るものであり、定着部材、加圧部材、加熱部材は他の構成でもよい。例えば、可撓性を有する無端状で回転自在な定着部材と定着部材内部のニップ形成部材と定着部材を介して対向する加圧体とで形成されたニップにより加圧及び加熱される定着装置であってもよい。この定着装置では、定着部材に発熱層である加熱部材が設けられて誘導加熱される。また、定着部材として定着ローラを用い、対向する加圧ローラとで形成されたニップ部により加圧及び加熱される定着装置であり、定着ローラに発熱層である加熱部材が設けられ、誘導加熱する構成でもよい。

図９は、本発明の第２の実施形態を示している。この第２の実施形態は、上述した第１の実施形態に比較すると、磁束遮蔽部材２３に代えて磁束制御部材２３Ａを有する点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。この第２の実施形態は、磁束遮蔽部材２３Ａの位置を変更することによりウォームアップタイムの短縮を図っている。

図９は、ウォームアップ時における磁束遮蔽部材２３Ａの位置を示している。この第２の実施形態において、モータ等の図示しない駆動手段により、磁束遮蔽部材２３Ａはウォームアップ時において磁束制御部材２２から離れる方向に移動される。この場合、誘導加熱コイル２７から発生した磁束によって加熱部材２１及び磁束制御部材２２が加熱され、磁束制御部材２２がキュリー温度以上となった場合でも磁束遮蔽部材２３Ａに磁束が透過しないため、エネルギが消費されずに昇温が止まらなくなる。これにより、ウォームアップ時での急速立ち上げが可能となる。この第２の実施形態において、磁束遮蔽部材２３Ａは磁束制御部材２２から３．０〜５．０ｍｍ程度離間されることが望ましい。

第２の実施形態において、磁束遮蔽部材２３Ａの移動は平行移動には限定されず、例えば一端を固定した円弧を描くような回転移動、磁束遮蔽部材２３Ａが磁束制御部材２２に対して垂直となるような移動軌跡を描いてもよい。また、磁束遮蔽部材２３Ａとして２以上の部材を並べて構成してもよく、その場合の移動においても同様である。

通常駆動時には、磁束遮蔽部材２３Ａの位置は第１の実施形態と同様に磁束制御部材２２に接触または近接する位置に戻り、キュリー温度近傍での磁束制御部材２２の温度自動制御が可能となる。磁束遮蔽部材２３Ａを移動させる方法としては、上述したモータ等のアクチュエータを組み込むことの他、加圧ローラ２６の加圧脱圧機構と連動させる等、レイアウトを大きく変えることのない簡易な方法が適用可能である。

次に、本発明の第３の実施形態を説明する。この第３の実施形態では、磁束制御部材２２の構成を変更することにより加熱効率の良化を図っている。第１の実施形態では、加熱部材２１と磁束制御部材２２とを別部材としている。このため、電磁誘導によって磁束制御部材２２の表面に図１０に示すような経路の渦電流が流れ、加熱により損失となってしまうことが考えられる。加熱効率の良化を図るためには、磁束制御部材２２の表面での渦電流損失を抑える必要がある。そのための対策の一つが図１１に示す構成である。

本発明の第３の実施形態を示す図１１において、磁束制御部材２２に代えて用いられる磁束制御部材２２Ａには複数のスリット２２ｂが形成されている。このような複数のスリット２２ｂを有することにより、磁束制御部材２２Ａの表面には大きな渦電流の経路が存在できなくなり、図１２に示すような小さな渦電流の経路が各スリット２２ｂ間に存在する形となる。このため、渦電流による発熱が小さくなって磁束制御部材２２Ａによる発熱の損失が減少するため、加熱効率が良化する。各スリット２２ｂは、磁束制御部材２２Ａを貫通するように形成されることが望ましい。

図１３は、本発明の第３の実施形態の変形例に用いられる磁束制御部材２２Ｂを示している。この磁束制御部材２２Ｂは、磁束制御部材２２を小さなブロック状に分割して構成されている。この磁束制御部材２２Ｂにおいても各ブロック間では渦電流の経路が形成されないため、磁束制御部材２２Ｂの表面を流れる渦電流の経路は図１４に示すように小さくなり、第３の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

この変形例において、磁束制御部材２２Ｂはブロック状に分割されていればよく、各ブロック間は離間されているか、または絶縁層が間に入る形で耐熱性の高い絶縁性の接着剤によって接着されていればよい。各ブロックを離間して構成する場合には、リブ状に形成された樹脂製の保持用部材に磁束制御部材２２Ｂを並べる構成が採用可能である。なお、上述した第３の実施形態及び変形例において、スリット２２ｂの幅及び各ブロックの大きさは適宜調整可能である。

図１５は、第１の実施形態と第３の実施形態との装置立ち上げからの昇温時間を比較した線図である。第１の実施形態と比較すると、第３の実施形態では磁束制御部材２３Ｂの表面で渦電流損失が抑えられている影響により、定着装置のより早い立ち上げが可能に構成されている。

図１６は、本発明の第４の実施形態に用いられる定着装置２０Ａを示している。本発明では、加熱部材２１を介して誘導加熱コイル２７と対向する位置に磁束制御部材２２が位置し、さらに磁束制御部材２２を介して誘導加熱コイル２７と対向する位置に磁束遮蔽部材２３が位置していることが重要である。従って、図１６に示すように、定着ベルト２４の内側に誘導加熱コイル２７が位置し、定着ベルト２４の外側に磁束制御部材２２及び磁束遮蔽部材２３が位置する定着装置２０Ａを使用してもよい。この定着装置２０Ａによっても第１の実施形態で示した定着装置２０と同様の作用効果を得ることができる。

図１７は本発明の第５の実施形態に用いられる定着装置２０Ｂを、図１８は本発明の第５の実施形態に用いられる定着部材としての定着ベルト２４Ａをそれぞれ示している。定着ベルト２４Ａには、離型層２４ｄのさらに上に加熱部材２１が設けられており、定着装置２０Ｂには加熱部材２１が設けられていない。この第５の実施形態によれば、定着ベルト２４Ａの摺擦による加熱部材２１の物理的な劣化を抑制することができ、より長寿命の定着装置を得ることができる。

図１９は本発明の第６の実施形態に用いられる磁束制御部材を示している。上述した磁束制御部材２２，２２Ａ，２２Ｂに代えて用いられる磁束制御部材２２Ｃは、異なる２種類の磁性体である磁性材料２２Ｃａ，２２Ｃｂによって構成されている。各磁性材料２２Ｃａ，２２Ｃｂは共に整磁合金であり、磁性材料２２Ｃａのキュリー温度Ｔｃａは定着装置２０，２０Ａ，２０Ｂの駆動時に定着ベルト２４の温度が狙いの温度となるような温度に、磁性材料２２Ｃｂのキュリー温度Ｔｃｂはキュリー温度Ｔｃａよりも低くなるようにそれぞれ構成されている。磁束制御部材２２Ｃの長手方向中央部に磁性材料２２Ｃａが、両端に磁性材料２２Ｃｂがそれぞれ位置しており、磁性材料２２Ｃａの幅が通常使用される記録紙の幅（例えばＡ４サイズ）と対応するように構成されている。

上述の構成より、通常使用される記録紙が通紙される位置には磁性材料２２Ｃａが位置しているため、定着ベルト２４は記録紙上のトナーを定着するに適した狙いの温度に昇温されている。一方、非通紙部には磁性材料２２Ｃｂが位置しており、キュリー温度Ｔｃｂがキュリー温度Ｔｃａよりも低いことから非通紙部における定着ベルト２４の温度が低くなり、非通紙部における過昇温が確実に抑制される。なお、通常使用される記録紙が通紙される領域では過昇温の虞が少ないため、非通紙部ほど厳密な温度制御は必要ない。そのため、磁性材料２２Ｃａを、キュリー温度を調整した整磁合金に代えてフェライト等で構成することも可能である。第６の実施形態では、異なる２種類の磁性材料２２Ｃａ，２２Ｃｂによって磁束制御部材２２Ｃを構成したが、異なる３種類以上の磁性材料によって磁束制御部材２２Ｃを構成してもよい。

図２０は本発明の第７の実施形態を示している。この第７の実施形態は、上述した第４の実施形態と比較すると、定着ベルト２４と磁束発生部２７との間に接触部材２９を有している点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。接触部材２９は図示しない付勢手段によって図２０において左方へと付勢されており、定着ベルト２４を介して加熱部材２１に圧接している。加熱効率を良化させるためには加熱部材２１と定着ベルト２４とが接触していることが望ましく、さらに密着性が高いほど加熱効率が向上する。この構成により加熱部材２１と定着ベルト２４との密着性が高まり、単に加熱部材２１と定着ベルト２４とを離間または摺擦する場合に比して界面の熱抵抗を低下させることができ、加熱効率が向上する。

接触部材２９は加熱部材２１により加熱効率が損なうことを防止するため非導電性物質で構成されることが望ましく、また熱的損失を抑制するために熱伝導率が低い物質であることが望ましい。接触部材２９としては高い耐熱性も必要であり、これ等のことから液晶ポリマのような樹脂部材が好適である。また、磁束発生部２７から発生した磁束により加熱部材２１の誘電加熱が損なわれないように、接触部材２９の厚みは厚すぎないことが望ましい。加熱部材２１と定着ベルト２４との密着性を高めるためにはそれほど高い圧力は必要ないため、接触部材２９の厚みは２〜３ｍｍ程度が適当である。さらに、接触部材２９の表面に四フッ化エチレン樹脂のような低摩擦材料を設けたり、シリコンオイルやグリスのような潤滑剤を塗布したりしてもよい。

第７の実施形態では、接触部材２９と加熱部材２１との密着性を向上させるため、図示しない付勢手段によって接触部材２９を図２０において左方へと付勢させる構成を示した。しかし、上述した図示しない付勢手段によって接触部材２９を付勢せず、定着ベルト２４を介して加熱部材２１に接触部材２９を接触させる構成としてもよい。この構成としては、例えば接触部材２９が加熱部材２１に接触する位置となるように接触部材２９を支持する構成等が挙げられる。

図２１は本発明の第８の実施形態を示している。この第８の実施形態は、上述した第４の実施形態と比較すると、加熱部材２１に代えて加熱部材２１Ａを用いる点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。第７の実施形態でも述べたように、加熱部材と定着ベルトの密着性が高まるほど加熱効率が向上する。加熱部材２１Ａは、定着ベルト２４側の中央部が突出するように湾曲形成されており、各張架部材２８に張架された定着ベルト２４に圧接させることで密着性が向上することで加熱効率が向上するように構成されている。この構成により、接触部材２９を省略して第７の実施形態と同様の作用効果を低コストで得ることができる。なお、この構成において、第７の実施形態と同様に接触部材２９を配設してもよい。これにより、加熱部材２１Ａと定着ベルト２４とを確実に密着させることができ、加熱効率が確実に向上する。

第７の実施形態では、接触部材２９に対して定着ベルト２４が密着しつつ摺擦するため、摺擦時における摩耗等を原因として定着ベルト２４が破損して定着装置が非常停止してしまう虞がある。そこで、定着ベルト２４に対する接触面積を減少させた接触部材を第９の実施形態として示す。

図２２は、本発明の第９の実施形態に用いられる接触部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃをそれぞれ示している。各接触部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃは、定着ベルト２４との摺擦面に凸部２９Ａａ，２９Ｂａ，２９Ｃａと凹部２９Ａｂ，２９Ｂｂ，２９Ｃｂとをそれぞれ有しており、各凸部２９Ａａ，２９Ｂａ，２９Ｃａのみが定着ベルト２４と摺擦する。この構成により、定着ベルト２４との接触面積が減少して定着ベルト２４に対する摺擦力の作用を抑制することができ、定着ベルト２４の寿命を延ばすことができる。また、この第９の実施形態において、第７の実施形態と同様に各凸部２９Ａａ，２９Ｂａ，２９Ｃａに低摩擦材料を設けたりシリコンオイルやグリスのような潤滑剤を塗布したりした構成としてもよい。さらに、各凸部２９Ａａ，２９Ｂａ，２９Ｃａの高さは不均一でもよく、さらに各凸部２９Ａａ，２９Ｂａ，２９Ｃａと各凹部２９Ａｂ，２９Ｂｂ，２９Ｃｂとで材質が異なっていてもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

２０，２０Ａ，２０Ｂ 定着装置
２１，２１Ａ 加熱部材
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ 磁束制御部材
２２ａ，２３ａ 平面形状部
２２ｂ スリット
２２Ｃａ，２２Ｃｂ 磁性体（磁性材料）
２３，２３Ａ 磁束遮蔽部材
２４，２４Ａ 定着部材（定着ベルト）
２６ 押圧部材（加圧ローラ）
２７ 磁束発生部（加熱誘導コイル）
２９，２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ 接触部材
１００ 画像形成装置（プリンタ）
Ｎ 定着ニップ部

特開２０１０−２６０３号公報

Claims (10)

1. ベルト状の定着部材と、
   磁束を発生させる磁束発生部と、
   前記定着部材を前記磁束による発熱で加熱する加熱部材と、
   前記加熱部材を介して前記磁束発生部と対向配置された磁束制御部材と、
   前記磁束制御部材を介して前記磁束発生部と対向配置された磁束遮蔽部材とを有し、
   前記磁束制御部材と前記磁束遮蔽部材とはそれぞれ平面形状部を有し、前記定着部材は前記各平面形状部に沿った状態で張架されている定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   前記磁束制御部材はキュリー温度が１００〜２５０℃である磁性体からなることを特徴とする定着装置。
3. 請求項２記載の定着装置において、
   前記磁束制御部材はキュリー温度が異なる複数の前記磁性体を有することを特徴とする定着装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一つに記載の定着装置において、
   前記加熱部材は非磁性体であることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一つに記載の定着装置において、
   前記加熱部材と前記定着部材とが摺擦し前記加熱部材の表層には低摩擦材料層を有することを特徴とする定着装置。
6. 請求項１ないし４の何れか一つに記載の定着装置において、
   前記磁束遮蔽部材は立ち上げ時に前記磁束制御部材との距離が変更されることを特徴とする定着装置。
7. 請求項１ないし４の何れか一つに記載の定着装置において、
   前記磁束制御部材には複数のスリットを有することを特徴とする定着装置。
8. 請求項１ないし４の何れか一つに記載の定着装置において、
   前記定着部材と前記磁束発生部との間に配設され前記定着部材を前記加熱部材に接触させる接触部材を有することを特徴とする定着装置。
9. 請求項８記載の定着装置において、
   前記接触部材はその表面が凹凸状であることを特徴とする定着装置。
10. 請求項１ないし９の何れか一つに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

Images