(57)【要約】【課題】発熱層に銅を用いた定着装置でありながら、弾性層が剥離しにくい定着装置を提供すること。【解決手段】回転体である加熱ローラ４２と、加熱ローラ４２を電磁誘導により加熱する電磁誘導加熱手段である磁束発生部とを備え、搬送されてくる記録シートに加熱ローラ４２の周面を接触させて当該記録シート上のトナー像を溶融定着させる定着装置であって、加熱ローラ４２は、銅を含む発熱層５６とエラストマーからなる弾性層６０とを有し、発熱層５６には発熱層５６の酸化を防止する酸化防止層５８が積層されており、酸化防止層５８に弾性層５６が接着されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と、当該回転体を電磁誘導により加熱する電磁誘導加熱手段とを備え、搬送されてくる記録シートに前記回転体の周面を接触させて当該記録シート上のトナー像を溶融定着させる定着装置であって、
前記回転体は、銅を含む発熱層とエラストマーからなる弾性層とを有し、前記発熱層には当該発熱層の酸化を防止する酸化防止層が積層されており、当該酸化防止層に前記弾性層が接着されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記酸化防止層が、ニッケル、クロム、銀のいずれか一の材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記酸化防止層が、ポリイミド樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
記録シート上に形成されたトナー像を定着装置により溶融定着させる定着装置を有する画像形成装置であって、
当該定着装置として、請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置および画像形成装置に関し、特に、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置およびこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導加熱方式を用いた定着装置は、回転体と、当該回転体を電磁誘導により加熱する電磁誘導加熱手段とを備え、搬送されてくる記録シートに前記回転体の周面を押圧させて当該記録シート上のトナー像を溶融定着させる構成を有している。
回転体は電磁誘導により発熱する発熱層を有する。発熱層の外周には、記録シート（トナー像）に均一に熱を加えるため、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性エラストマーからなる弾性層が接着されている。
【０００３】
従来、上記発熱層を構成する材料としては、ニッケル（Ｎｉ）が主流であるが、近年、これよりも発熱効率の高い銅（Ｃｕ）を用いることが検討されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００７−２７９６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発熱層を銅（Ｃｕ）で形成した場合、耐久性に関し以下の問題が生じることが判明した。すなわち、定着装置の累積稼働時間が長くなると、弾性層が発熱層（銅層）から剥離してしまうのである。これは、銅層表面に酸化膜が発生し、これが原因で、弾性層との接着性が低下するためであると考えられる。エラストマーといえども若干の通気性は有し、銅層の表面は空気（酸素）に曝される。その上、定着装置の稼働中、発熱層（銅層）は、２００℃前後に発熱するため、酸化が促進されるためと考えられる。
【０００５】
本発明は、上記した課題に鑑み、発熱層に銅を用いた定着装置でありながら、弾性層が剥離しにくい定着装置を提供すること、および、そのような定着装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、回転体と、当該回転体を電磁誘導により加熱する電磁誘導加熱手段とを備え、搬送されてくる記録シートに前記回転体の周面を接触させて当該記録シート上のトナー像を溶融定着させる定着装置であって、前記回転体は、銅を含む発熱層とエラストマーからなる弾性層とを有し、前記発熱層には当該発熱層の酸化を防止する酸化防止層が積層されており、当該酸化防止層に前記弾性層が接着されていることを特徴とする。
【０００７】
また、上記の目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、記録シート上に形成されたトナー像を定着装置により溶融定着させる定着装置を有する画像形成装置であって、当該定着装置として、上記定着装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成からなる定着装置によれば、銅を含む発熱層に当該発熱層の酸化を防止する酸化防止層が積層され、当該酸化防止層にエラストマーからなる弾性層が接着されているため、発熱層の酸化を防止することができるので、当該酸化に起因する弾性層の剥離を防止することが可能になる。
前記酸化防止層を、ニッケル、クロム、銀のいずれか一の材料で形成することとできる。これらの金属材料は、銅の上に薄肉で形成することができるため、発熱特性に悪影響をほとんど与えることがない。また、エラストマーとの接着性も高く、長期に渡る加熱使用においても接着性が低下することがない。
【０００９】
あるいは、前記酸化防止層を、ポリイミド樹脂で形成しても構わない。ポリイミド樹脂は僅かながら通気性を有するが、絶縁材料であるため発熱特性にまったく悪影響を与えることがない。このため、厚肉化により発熱層に達する空気を可能な限り遮断することができる。また、シリコーンゴムとの接着性も高く、長期に渡る加熱使用においても接着性が低下することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜実施の形態１＞
１．画像形成装置（カラープリンタ）の全体構成
図１は、実施の形態１に係る画像形成装置の一例として示すカラープリンタ２の概略構成を示す図である。
【００１１】
図１に示すように、カラープリンタ２は、中間転写ベルト４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４は、無端状ベルト部材であり、駆動ローラ６と従動ローラ８によって張架されていて、駆動ローラ６により矢印Ａの方向に走行駆動される。
中間転写ベルト６の下部に沿って、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１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ、および画像濃度センサ１２が配置されている。画像濃度センサ１２は、レジストセンサとしての機能をも有している。
【００１２】
各色の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋはいずれも同様の構成である。よって、画像形成部１０Ｙを代表にして説明する。画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１４と、その周囲に配置された帯電装置１６、露光装置１８、現像装置２０、クリーナ装置２２を有している。また、中間転写ベルト４を挟んで感光体ドラム１４に対向する位置に、1次転写装置２４が配置されている。
【００１３】
画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの下方には、記録シートＰを収容し給紙する給紙装置２６が設けられている。給紙装置２６は、記録シートを収容する給紙カセット２８を有している。給紙カセット２６の上部には、記録シートＰを送り出す給紙ローラ３０が設けられている。記録シートＰは、給紙ローラ３０によって、給紙カセットから繰り出され、搬送路３２へ送出される。
【００１４】
搬送路３２を挟んで、従動ローラ８と対向する位置に、２次転写装置３４が配置されている。
さらに、記録シートＰの搬送方向下流側(図中上方)の搬送路３２途中には、定着装置３６が配置されている。定着装置３６については、後に詳述する。
定着装置３６より搬送路３２のさらに下流側には、排紙ローラ３８および排紙トレイ４０が配置されている。
【００１５】
カラープリンタ２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１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにそれぞれ送出される。各色の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、画像データに基づいて、帯電装置１６により一様に帯電されたそれぞれの感光体ドラム１４を露光して静電潜像を形成する。形成された静電潜像は、現像装置２０によって、トナー像として現像される。
【００１６】
形成されたトナー像は、１次転写装置２４によって、走行する中間転写ベルト４に順次転写され、重ね合わされる。中間転写ベルト４に重ね合わされたトナー像は、２次転写装置３４によって、搬送路３２を搬送される記録シートＰに転写される。
トナー像を担持した記録シートＰは、さらに搬送されて定着装置３６に至り、定着装置３６によって加熱されるとともに加圧される。これにより、トナー像が記録シートＰに定着される。トナー像が定着された記録シートＰは、排紙ローラ３８によって排紙トレイ４０に排出される。
２．定着装置の構成
（１）全体構成
次に、定着装置３６の構成について、図２、図３を参照しながら説明する。
【００１７】
図２は、定着装置３６の概略構成を示す斜視図であり、図３は、定着装置３６の横断面図である。
定着装置３６は、図２、図３に示すように、加熱ローラ４２、加圧ローラ４４、磁束発生部４６を有している。
回転体である加熱ローラ４２と加圧ローラ４４とは互いに平行に配置され、いずれも回転自在に支持されている。加圧ローラ４４は、加熱ローラ４２へ向けてその軸芯と垂直の方向に付勢されている。これにより、加熱ローラ４２と加圧ローラ４４との間にニップが形成される。ニップの出口(図３中右側)の近傍には、定着後の記録シートＰを加熱ローラ４２から分離するための分離爪４８（図２で不図示）が備えられている。なお、図２、図３は、図1に示す設置状態から、定着装置３６を時計回りに９０度回転させて示したものである。
（２）加熱ローラの構成
（ａ）全体構成
加熱ローラ４２の縦断面の一部の上側半分の詳細を図４に示す。図４に示すように、内側(図４中下側)から中空の芯金５０、断熱層５２、発熱制御層５４、発熱層５６、酸化防止層５８、弾性層６０、離型層６２の7層構成になっている。このうち、芯金５０と断熱層５２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６４という。また、発熱制御層５４、発熱層５６、酸化防止層５８、弾性層６０、離型層６２は互いに接合されて、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６６という。定着ローラ６４と定着ベルト６６とは接合されていない。
【００１８】
定着ベルト６６に定着ローラ６４が挿入されていて、定着ベルト６６と定着ローラ６４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６６と定着ローラ６４とを合わせた全体で1つのローラ(加熱ローラ４２)と見ることができる。
（ｂ）芯金
芯金５０は、加熱ローラ４２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。芯金５０は、非磁性材で構成されている。芯金５０の比透磁率は０.９９〜２.０、好ましくは０.９９〜１.１の範囲内とする。
【００１９】
また、芯金５０としては、電気抵抗率の低い材料を用いる。芯金５０の体積抵抗率は、１.０×１０-8[Ωｍ]〜１０.０×１０-8[Ωｍ]、好ましくは１.０×１０-8[Ωｍ]〜２.０×１０-8[Ωｍ]の範囲内のものとする。特に、本形態では、芯金５０には、高温において発熱制御層５４よりも低抵抗である材料を用いる。芯金５０としては、例えば、厚さ４[ｍｍ]程度で、外径１５[ｍｍ]〜２５[ｍｍ]の銅製パイブとするとよい。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、ステンレススティール（ＳＵＳ）、アルミニウム等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５４のキュリー温度を超えた温度範囲に相当する。
【００２０】
（ｃ）断熱層
断熱層５２は、定着ベルト６６に発生した熱を芯金５０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、かつ耐熱性および弾性を有する、ゴム材や樹脂材からなるスポンジ体(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６６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４２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５２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。
【００２１】
また、例えば、断熱層５２として、シリコンスポンジ材を用いる場合は、厚さ１[ｍｍ]〜１０[ｍｍ]、さらに好ましくは２[ｍｍ]〜７[ｍｍ]のものを使用するとよい。また、この断熱層５２の硬度は、アスカーＣ硬度で２０[度]〜６０[度]、さらに好ましくは、３０[度]〜５０[度]の範囲内とする。なお、この加熱ローラ４２全体としてのローラ硬度は、アスカーC硬度で３０[度]〜９０[度]程度が好ましい。
【００２２】
（ｄ）発熱制御層
発熱制御層５４としては、常温において、芯金５０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、好ましくは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、２×１０-8[Ωｍ]〜１００×１０-8[Ωｍ]、好ましくは５×１０-8[Ωｍ]〜１００×１０-8[Ωｍ]の範囲内のものとする。なお、発熱制御層５４の厚さは、２０[μｍ]〜２００[μｍ]、好ましくは４０[μｍ]〜１００[μｍ]の範囲内とすることが良い。
【００２３】
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[℃]、好ましくは１８０[℃]〜２００[℃]の範囲内のものとする。本例では、キュリー温度が１９０[℃]のパーマロイ（Ｎｉ-Ｆｅ系透磁率合金）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、その成分比によって発熱制御層５４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。
【００２４】
（ｅ）発熱層
発熱層５６は、磁束発生部４６によって発生される磁束を受けて誘導電流が誘起され、これにより発熱する層である。本形態では、この発熱層５６を形成する材料として非磁性材であり、良好な導電性を有する銅（Ｃｕ）を用いる。銅は、比透磁率は低いが、薄膜にすることにより、Ｎｉ等の磁性材料を使用した場合よりさらに発熱効率のよい発熱層を得ることができる。また、他の非磁性材料、例えば銀を用いた場合よりも高い発熱効率が得られる。
【００２５】
なお、発熱層５６は、純銅に限らず銅合金でも構わない。この場合に、発熱層５６の比透磁率は、１.０〜２.０の範囲内が望ましい。また、良好な発熱性を得るために、発熱層５６はごく薄く形成する。発熱層５６の厚さは、５[μｍ]〜４０[μｍ]の範囲内が好ましい。本例では、厚さ１０[μｍ]の純銅で形成されている。
また、発熱層５６の体積抵抗率は、高温において、発熱制御層５４より小さいものとする。高温における発熱層５６の体積抵抗率は、芯金５０とほぼ同程度であることが望ましい。具体的には、１.０×１０-8[Ωｍ]〜１０.０×１０-8[Ωｍ]、望ましくは１.０×１０-8[Ωｍ]〜２.０×１０-8[Ωｍ]の範囲内であることが望ましい。
【００２６】
（ｆ）酸化防止層
酸化防止層５８は、発熱層５６の酸化を防止するためのものである。この酸化防止層５８が外気（空気）の発熱層５６への接触を防ぐことで、発熱層５６と弾性層６０の間の酸化防止層５８を介した接合状態が長期間に渡って良好に維持される。特に、本実施の形態では、発熱層５６に銅を含むため、何らの手当てをしない場合には、酸化皮膜の成長が激しい上、酸化皮膜自体の強度が非常に弱く、酸化皮膜層部分で剥離が発生するおそれがある。
【００２７】
また、酸化防止層５８の材料としては、通気性が皆無である金属材料が好ましく、発熱性能への影響を少なくするためには、なるべく非磁性かつ低抵抗の材料で薄く形成すると更に良い。特に、ニッケル、クロム、銀は、薄肉形成可能で発熱性能への影響が小さく、弾性層６０との接着性も良好なため適している。
上記金属材料で酸化防止層５８を形成した場合の厚みとしては０.５[μｍ]〜５[μｍ]の範囲内であることが望ましい。厚さが０.５[μｍ]未満ではピンホールによってシール性が悪化するおそれがあり、厚さが５[μｍ]を超えると発熱性能に影響し、特に過昇温の防止効果に悪影響を与えるからである。なお、厚さに因る発熱性能への影響については後述する。
【００２８】
また、酸化防止層５８の材料としてポリイミド樹脂を用いても良い。ポリイミド樹脂は絶縁体であるため後述する発熱性能への影響は皆無である。しかし、金属材料に比べ若干の通気性を有するため厚みは３[μｍ]〜３０[μｍ]が望ましい。厚さが３[μｍ]未満であるとシール性が不十分となり発熱層（銅層）表面が酸化し、一方、厚みが３０[μｍ]を超えていると、発熱層５６で発生した熱を加熱ローラ４２の外周面まで到達させることが難しく、熱効率が悪くなるからである。
【００２９】
（ｇ）弾性層
弾性層６０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６０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ったりす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６０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ーンゴム、フッ素ゴムその他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。例えば、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。
【００３０】
弾性層６０としては、厚さ１０[μｍ]〜８００[μｍ]、さらに望ましくは１００[μｍ]〜３００[μｍ]の範囲内のものとする。弾性層６０の厚さが１０[μｍ]未満では厚さ方向の十分な弾力性を得ることが難しく、一方、厚さが８００[μｍ]を超えていると、発熱層５６で発生した熱を加熱ローラ４２の外周面まで到達させることが難しく、熱効率が悪くなるからである。
【００３１】
弾性層６０の硬度は、ＪＩＳ Ａ硬度で１[度]〜８０[度]、さらに望ましくは５[度]〜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６０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ーンゴムとして、例えば、１成分系、２成分系、または３成分系以上のシリコーンゴム、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)型のシリコーンゴム、縮合型または付加型のシリコーンゴム等が使用できる。本例では、ＪＩＳ Ａ硬度１０[度]で厚さ２００[μｍ]のシリコーンゴムを使用している。
【００３２】
（ｈ）離型層
離型層６２は、加熱ローラ４２の最外層をなし、加熱ローラ４２と記録シートとの離型性を高めるためのものである。離型層６２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、シリコー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。
【００３３】
離型層６２の厚さは５[μｍ]〜１００[μｍ]、さらに望ましくは１０[μｍ]〜５０[μｍ]の範囲内のものとする。また、離型層６２と弾性層６０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６２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。
（ｉ）加熱ローラの製法
上記各層からなる定着ベルト６６の製造方法について説明する。本形態では、発熱制御層５４となるパーマロイの圧延材、発熱層５６となる銅の圧延材、酸化防止層５８となるニッケルの圧延材を重ねてクラッド材化する。当該クラッド材を、絞り加工、スピニング加工、あるいは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ベルト状に形成する。当該ベルト状部材の外周面に弾性層６０となるシリコーンゴムシート及び離型層６２となるフッ素ゴムシートを接着剤によって接合することにより、定着ベルト６６を製造する。当該接着剤としては、プライマー（例えば、東レ・ダウコーニング社製の「プライマーＣ」）が用いられる。
【００３４】
あるいは、発熱制御層５４のみを塑性加工により円筒形の無端ベルト状にした後、発熱層５６、酸化防止層５８はメッキ加工により発熱制御層５４に積層しても構わない。また、酸化防止層５８にポリイミド樹脂を用いる場合は、発熱層５６の外表面に、ポリアミック酸溶液（ポリイミド前駆体）を塗布し、これを高温で乾燥・焼き付けをすることによりポリイミド樹脂皮膜を形成する。
（３）加圧ローラの構成
図３に戻り、加圧ローラ４４について説明する。図３に示すように、加圧ローラ４４は、中空の芯金６８、断熱層７０、離型層７２を有している。
【００３５】
（ａ）芯金
芯金６８は、厚さ３[ｍｍ]で外径１５[ｍｍ]〜２５[ｍｍ]のアルミ製パイプである。強度が確保できれば、芯金６８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。
【００３６】
（ｂ）断熱層
芯金６８の外周には、断熱層７０が設けられている。断熱層７０は、厚さ３[ｍｍ]〜１０[ｍｍ]の範囲内のシリコーンスポンジゴムからなる層である。なお、断熱層７０は、一層で構成するのではなく、シリコーンゴムとシリコーンスポンジとの二層構造としてもよい。
【００３７】
（ｃ）離型層
加圧ローラ４４の最外周の離型層７２は、加熱ローラ４２の離型層６２（図４）と同様に、記録シート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。離型層７２は、PTFEまたはPFA等のフッ素系樹脂からなる厚さ１０[μｍ]〜５０[μｍ]の範囲内の層である。
【００３８】
なお、本形態では、加圧ローラ４４は、加熱ローラ４２に対して３００[Ｎ]〜５００[Ｎ]の荷重で加圧されており、定着装置３６のニップ幅は約５[ｍｍ]〜１５[ｍｍ]となっている。加圧ローラ４４の荷重を変更することにより上記ニップ幅を調整することができ、上記範囲外のニップ幅に調整することも可能である。
（４）磁束発生部の構成
（ａ）全体構成
図２、図３に戻り、磁束発生部４６について説明する。
【００３９】
次に、磁束発生部４６について説明する。磁束発生部４６は、加熱ローラ４２の外周に対面するとともに、加熱ローラ４２の長手方向に沿って、加熱ローラ４２に平行に配置されている。磁束発生部４６は、図２に示すように、励磁コイル７８と磁性体コア８０とコイルボビン８２とを有している。本形態ではさらに、高周波インバータ８４、サーミスタ８６、制御部８８を有している。
【００４０】
（ｂ）励磁コイル
励磁コイル７８は、加熱ローラ４２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３参照)は、加熱ローラ４２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７８には、高周波インバータ８４が接続され、２０[ｋＨz]〜４０[ｋＨz]、１００[Ｗ]〜２０００[Ｗ]の高周波電力が供給される。本形態では、周波数を２０[ｋＨz]〜４０[ｋＨz]としたので、発熱効率が高く、十分高い定着温度を得ることができる。周波数を２０[ｋＨz]未満とすると、発熱効率が大きく低下してしまう。また、周波数を４０[ｋＨz]より大きくすると、連続通紙時に電力供給が不足気味となるおそれがある。このような状態では、定着ベルト６６の温度が十分高くならず、定着不良が発生するおそれがあるので好ましくない。
【００４１】
そのため、本形態では、励磁コイル７８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７８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７８を空冷することが望ましい。なお、本形態の励磁コイル７８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。
【００４２】
（ｃ）磁性体コア
磁性体コア８０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８０は、メインコア９０、端部コア９２、裾コア９４を有している。メインコア９０は、その横断面が図２、図３に示すようなアーチ形状のものである。メインコア９０は、長さが約１０[ｍｍ]のコア片を、加熱ローラ４２の軸方向に複数個（本例では１３個）配置したものとしている。なお、メインコア９０として、断面が略「Ｅ」字の形状で、中央部に加熱ローラ４２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、さらに発熱劾率を高めることができる。また、端部コア９２は、横断面が四角形状で長さが５[ｍｍ]〜１０[ｍｍ]のコア片を、加熱ローラ４２の両端部に配置したものである。また、裾コア９４は、横断面が四角形状のものを、加熱ローラ４２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。
【００４３】
磁性体コア８０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８０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７８と磁性体コア８０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８０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。
（５）サーミスタ
さらに本形態では、加熱ローラ４２の表面に当接して配置されたサーミスタ８６を有している。サーミスタ８６は、加熱ローラ４２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４２の左端部の近くである。また、加熱ローラ４２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８６によって、加熱ローラ４２の定着前の場所における表面温度が検出される。
【００４４】
そして、定着処理時には、サーミスタ８６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８８によって高周波インバータ８４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４２の表面温度の検出は、サーミスタ８６に限らず、非接触式の温度センサによって行ってもよい。
（６）定着装置の動作
次に、本形態の定着装置３６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３６では、加圧ローラ４４が加熱ローラ４２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３中に矢印で示すように、加圧ローラ４４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４２は、加圧ローラ４４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。
【００４５】
磁束発生部４６においては、高周波インバータ８４によって、励磁コイル７８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８０の内部を通る。そして、その磁束は、磁性体コア８０の突起部間で外部に出て、加熱ローラ４２に至る。発熱制御層５４が、そのキュリー温度より低温の常温状態であれば、発熱制御層５４は透磁率の高い状態である。この状態では、発熱制御層５４のシールド効果により、磁束はその反対側(加熱ローラ４２のより内周側)へはほとんど漏れない。
【００４６】
すなわち、常温では、磁束のほとんどは、発熱層５６と発熱制御層５４との厚さの中を（両層内を）加熱ローラ４２の周方向に進み、磁束発生部４６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、発熱層５６と発熱制御層５４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(発熱層５６と発熱制御層５４)の熱容量が小さく、断熱層５２によって定着ベルト６６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。
【００４７】
さらに本形態では、発熱層５６が非磁性材であるものの非常に薄い層であるので、発熱層５６によって大きい発熱量が得られる。このことは、次のように説明できる。一般に、高周波の交番電界を印加した場合に導電層に誘導される渦電流は、いわゆる表皮効果のために表面層に集中し、内部にはあまり流れない。表皮効果の程度は、以下の（式１）で表される。
【００４８】
δ＝√｛ρ/（π・f・μ）｝    …(式1)
ただし、δは浸透深さ(電流密度が表面の1/eになる深さ)、fは交番電圧の周波数、μは透磁率、ρは体積抵抗率である。ここで、浸透深さδ当たりの抵抗は、以下の（式２）に示す表皮抵抗Rで表され、このRを用いて導電層の発熱量Ｐは以下の（式３）で表される。
Ｒ＝ρ/δ                    …(式２)
Ｐ＝Ｒ・Ｉ２                  …(式３)
ただし、Ｉは、渦電流である。
【００４９】
磁性材の発熱層では、この表皮効果により、層自体の厚さにかかわらず渦電流の流れる範囲が限定されるので、電流密度が大きく発熱量も大きい。非磁性材の揚合は、表皮効果が小さく、層全体に渦電流が流れる。本形態の発熱層５６は、非磁性材の非常に薄い層であるので、層全体に流れたとしても電流密度が大きく、十分な発熱量を得ることができる。また、低抵抗の発熱層５６があることにより、芯金５０へ磁束の一部が漏れることが防止されている。
【００５０】
このように発生した熱は、発熱層５６に接着されている酸化防止層５８、弾性層６０を介して、加熱ローラ４２の表面へ伝達される。そして、加熱ローラ４２の表面が適切な定着温度となるように、制御部８８によって高周波インバータ８４が制御される。トナー像を担持する記録シートＰは、トナー像の載っている面を加熱ローラ４２の側に向けた状態で、加熱ローラ４２と加圧ローラ４４との間のニップに挿通される。そして、加熱ローラ４２と加圧ローラ４４との間のニップを、図３中左から右へ通過する間に、トナーが溶融されて記録シートＰに定着される。
【００５１】
ニップを通過した記録シートＰは、加熱ローラ４２から分離されて後段へと搬送される。記録シートＰが、ニップを通過した後も加熱ローラ４２に張り付いたままであれば、分離爪４８によって加熱ローラ４２から強制的に分離される。これにより、記録シートＰが定着装置３６でジャムになることが防止されている。なお、分離爪４８の先端部は、加熱ローラ４２の表面に接触していてもしていなくてもよい。
【００５２】
記録シートＰの定着処理により、記録シートＰ及びトナーによって加熱ローラ４２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記録シートＰの通紙された範囲では、加熱ローラ４２の表面温度が下がる。サーミスタ８６は、記録シートＰが通紙される箇所で温度を検出する。制御部８８は、サーミスタ８６の検出結果を受けて、高周波インバータ８４を制御する。すなわち、次回の記録シート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８８は、高周波インバータ８４から励磁コイル７８に供給される高周波電力を増減する。
【００５３】
この定着装置３６によって、比較的用紙幅の小さい記録シート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４２の軸方向のうち、通紙範囲外においては発熱制御層５４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５４の温度がキュリー温度を超えた箇所では、発熱制御層５４の透磁率が大きく低下する。これにより、発熱制御層５４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５４の透磁率が大きく低下して、磁束の大部分が発熱層５６と発熱制御層５４とを貫通してさらに内周側へ漏れる。これにより、発熱層５６と発熱制御層５４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。
【００５４】
さらに本形態では、芯金５０が補助発熱制御層として機能する。高温箇所において発熱層５６と発熱制御層５４とを貫いて漏れた磁束は、補助発熱制御層である芯金５０に掛かる。芯金５０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５０に掛かっている磁束による渦電流の大部分は、芯金５０中に発生する。芯金５０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５０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、発熱層５６と発熱制御層５４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４２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。
【００５５】
従って、過昇温となった箇所では、発熱制御層５４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５４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５０が補助発熱制御層として機能することにより、発熱制御層５４の透磁率の分布が変化した際に、発熱層５６と発熱制御層５４との発熱量をさらに低下させることができる。さらに、本形態では補助発熱制御層である芯金５０の厚さが他の層に比較して大きいので、補助発熱制御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。
【００５６】
さらに本形態では、発熱層５６と発熱制御層５４とが積層されているので、表面温度の変化が発熱制御層５４に素早く伝わる。従って、加熱ローラ４２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５４のキュリー温度が選択されている。また、本形態では、補助発熱制御層として芯金５０を使用しているので、補助発熱制御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６６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。
【００５７】
さらに本形態では、非磁性体の発熱層５６を有している。特に、この発熱層５６をごく薄いものとしたので、総発熱量が大きい。従って、投入電力の制御可能な範囲が広いものとなっている。また、発熱層５６の熱容量が小さいので、ウォームアップ時間が短いものとなっている。
（７）酸化防止層に関する実験
次に、酸化防止層に関して行った二つの実験の結果について説明する。
【００５８】
（ａ）第１の実験
まず、第1の実験として、酸化防止層５８を設けたことによる弾性層６０の剥離防止効果を検証するための実験を行った。
発熱層のモデルとして純銅からなる５０[ｍｍ]×５０[ｍｍ]、厚さ１[ｍｍ]の銅板を準備した。
【００５９】
また、従来技術に係る比較例として、銅板の片面に弾性層に相当するものとして厚さ０.５[ｍｍ]からなるシリコーンゴムシートを接着剤で直接接着したもの（すなわち、酸化防止層の無いもの）を準備した。
一方、本発明の実施例として、銅板の片面に、酸化防止層として、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）を、それぞれ１[μｍ]の厚さでメッキしたものを準備した。そして、各種メッキが施された各々のメッキ層（酸化防止層）に接着剤で上記と同じシリコーンゴムシートを接着した。なお、接着剤としては、前記のプライマーを用いた。
【００６０】
以上の４種類のテスト片を、２００[℃]の雰囲気中に２４０時間放置した後、弾性層（シリコーンゴムシート）の剥離の有無を調査した。
調査の結果、比較例のものは、弾性層の接着性は完全に失われていて、弾性層は手で力をほとんど加えなくても簡単に剥がれる程度になっていた。
これに対し、実施例の３種は、手で剥がそうとしても、シリコーンゴムシート（弾性層）は、メッキ層（酸化防止層）との境界（界面）から剥がれることはなく、無理に剥がそうとするとシリコーンゴムがちぎれる状態であった。
【００６１】
これにより、酸化防止層による発熱層（銅層）の酸化防止効果が確認できると共に、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）で形成した各々の酸化防止層の弾性層（シリコーンゴム）との接着性についても確認できた。
以上の結果を図５にまとめた。
（ｂ）第２の実験
次に、第２の実験として、酸化防止層を設けることによる発熱性能への影響を調べた。
【００６２】
当該実験は、実機を用い、図４に示した構成において、酸化防止層であるニッケル層、クロム層、銀層の厚みの異なるものを準備し、各々の場合における、過昇温時の発熱率に与える影響を調べた。ここでの発熱率とは、発熱制御層５４がキュリー温度を超えた後の発熱量で、越える前の発熱量を除して得られる百分率である。発熱率の基準値は、製品仕様毎に異なり、２０[％]〜３０[％]の範囲にあるが、本実験では、２０[％]を超えた場合は、不合格（×）、２０[％]以下であれば合格（○）とした。なお、発熱量は、放射温度計を用いて測定した、加熱ローラ（定着ベルト）の外表面温度によって評価した。
【００６３】
実験結果を図６に示す。当該結果から、金属材料からなる酸化防止層を設けたとしても、ニッケルとクロムで形成した場合は、５[μｍ]以下、銀では少なくとも１０[μｍ]以下では、過昇温防止効果への悪影響がないことが分かった。
３．実施例効果
以上、説明したように、本実施の形態に係るカラープリンタによれば、発熱層５６と弾性層６０の間に酸化防止層５８を設けたので、弾性層６０の発熱層５６からの剥離を防止することが可能となるため、長期に渡り安定した定着性能を有するものとなっている。
【００６４】
さらに、加熱ローラ４２に、発熱層５６と発熱制御層５４と補助発熱制御層（芯金５０）とを有しているため、部分的に高温となり、定着ベルト６６の表面温度が発熱制御層５４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５４の透磁率が大きく低下する。よって、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定着装置および画像形成装置となっている。
＜実施の形態２＞
実施の形態２に係るカラープリンタ１００は、主として加熱ローラの構成が異なる以外は、基本的に実施の形態１のカラープリンタ２と同様である。よって、異なる部分を中心に説明し、実施の形態１のカラープリンタ２と同様の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明については省略する。
【００６５】
実施の形態２に係るカラープリンタ１００の定着装置１０２の横断面図を図７に示す。
図７に示すように、定着装置１０２の回転体である加熱ローラ１０４は、回転体である定着ローラ６４の外径が、回転体である定着ベルト１０６の内径よりかなり小径に形成されている、この定着ローラ６４は、実施の形態１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６４は、定着ベルト１０６を挟んで、加圧ローラ４４に圧接されている。
【００６６】
本形態では、定着ローラ６４が小径であることから、その上部において、定着ベルト１０６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１０８が固定されて配置されている。摺接部材１０８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１０４とほぼ同等の長さを有するものである。また、その上面は、定着ベルト１０６の内側の面に軽く接触している。すなわち、定着ベルト１０６は、定着ローラ６４と摺接部材１０８とに架け渡されている。
【００６７】
本形態の定着ベルト１０６は、実施の形態１の定着ベルト６６とは異なり、発熱制御層５４（図４）を有していない。
図８に、定着ベルト１０６の縦断面の一部の上半分を示す。図８に示すように、定着ベルト１０６は、内周側から順に発熱層１１０、酸化防止層１１２、弾性層１１４、離型層１１６の４層構成となっている。摺接部材１０８は、図８に示すように、内周側から順に補助発熱制御層１１８と発熱制御層１２０との２層構成となっている。
【００６８】
発熱層１１０は、実施の形態１の発熱層５６と同じく非磁性材である純銅、または銅合金からなる。発熱制御層１２０は、実施の形態１の発熱制御層５４と同じく、キュリー温度１９０[℃]程度のパーマロイからなる。補助発熱制御層１１８は、実施の形態１の芯金５０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。なお、図８では、定着ベルト１０６と摺接部材１０８の境界を明確にするため、これらの間に多少の隙間を設けて描いているが、実際には互いに接触している。
【００６９】
本形態では、摺接部材１０８の上面は、定着ベルト１０６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１２０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１２０の上面は、そのほぼ全城にわたって、定着ベルト１０６の発熱層１１０に常時接触している。発熱制御層１２０の下面と補助発熱制御層１１８の上面とが接合されている。補助発熱制御層１１８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１０８の下面は、定着ローラ６４に接触していない。
【００７０】
本形態では、定着ローラ６４の外径を小さいものとしたので、定着ベルト１０６と定着ローラ６４との接触面積が小さい。従って、定着ベルト１０６から定着ローラ６４へ逃げる熱の量も小さい。さらに、摺接部材１０８は定着ベルト１０６の全周でなく部分的に設けられているので、摺接部材１０８へ逃げる熱の量も小さい。また、発熱制御層１２０を定着ベルト１０６以外の部分に設けたことから、その分、定着ベルト１０６は実施の形態１の定着ベルト６６に比較して薄く形成することができる。よって、定着ベルト１０６の熱容量を実施の形態１の場合に比較して小さくできる。したがって、実施の形態１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。
【００７１】
以上、説明したように、実施の形態２のカラープリンタ１００によっても、実施の形態１と同様に、小サイズの記録シートを連続通紙した場合でも、部分的な過昇温が発生せず、長期に渡り安定した定着性能を発揮する。また、定着ベルトにおいて弾性層が剥離しにくく、耐久性が優れたものとなっている。
＜実施の形態３＞
実施の形態３に係るカラープリンタ２００は、主として定着ベルトと摺接部材の構成が異なる以外は、基本的に実施の形態２のカラープリンタ１００（図７）と同様である。よって、異なる部分を中心に説明し、実施の形態２のカラープリンタ１００と同様の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明については省略する。
【００７２】
実施の形態３に係るカラープリンタ２００の定着装置２０２の横断面図を図９に示す。
図９に示すように、定着装置２０２、加熱ローラ２０４が、定着ローラ６４と定着ベルト２０６と摺接部材１０８を有している。摺接部材１０８の上面は定着ベルト２０６に接触している。実施の形態３では、定着ベルト２０６に、発熱制御層をも含んでいる。摺接部材１０８の形状は、実施の形態２の摺接部材１０８と同様であるが、２層構成とはなっていない。摺接部材１０８は、単に補助発熱制御層として機能する。このようにしても、定着ベルト２０６と定着ローラ６４との接触面積が小さいので、定着ベルト２０６から定着ローラ６４へ逃げる熱の量を小さくすることができる。
【００７３】
または、補助発熱制御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、補助発熱制御層、発熱制御層、発熱層、酸化防止層、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、説明したように、実施の形態３に係るカラープリンタ２００によっても、実施の形態１、２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高い発熱効率が得られる。
【００７４】
以上、本発明に係る画像形成装置についてタンデム方式のカラープリンタを例にして説明してきたが、本発明は、タンデム式のカラープリンタに限らず、他の方式のカラープリンタ、例えば、ロータリ式のカラープリンタにも適用可能である。また、カラープリンタに限らずモノクロプリンタにも適用できる。さらには、プリンタに限らず、コピー機やファクシミリ装置、あるいはこれら三つの機能を有する複合機（ＭＦＰ）にも適用可能である。要は、電磁誘導加熱方式の定着装置を有し、トナー像を熱定着するような画像形成装置であれば適用できるのである。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、例えば、カラープリンタ等の画像形成装置に用いられる電磁誘導方式の定着装置に好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施の形態に係るタンデム式カラープリンタの概略構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る定着装置の斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る定着装置の断面図である。
【図４】上記定着装置を構成する加熱ローラの縦断面の一部の上側半分を示す図である。
【図５】酸化防止層を設けたことによる弾性層の剥離防止効果を検証した実験の結果を示す図である。
【図６】酸化防止層を設けることによる発熱性能への影響を調べた実験の結果を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る定着装置の断面図ある。
【図８】実施の形態２に係る定着装置を構成する加熱ローラの縦断面の一部の上側半分を示す図である。
【図９】実施の形態３に係る定着装置の断面図ある。
【符号の説明】
【００７７】
３６    定着装置
４２    加熱ローラ
４６    磁束発生部
５６，１１０    発熱層
５８，１１２    酸化防止層
６０，１１４    弾性層
６６    定着ベルト
１０６，２０６    定着ベルト
【図１】
2010002657.tif 000003
【図２】
2010002657.tif 000004
【図３】
2010002657.tif 000005
【図４】
2010002657.tif 000006
【図５】
2010002657.tif 000007
【図６】
2010002657.tif 000008
【図７】
2010002657.tif 000009
【図８】
2010002657.tif 000010
【図９】
2010002657.tif 000011