(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁コイルにて電磁誘導加熱された定着ベルトによりトナー像を溶融し、記録シートに定着する定着装置であって、
表皮深さより薄い非磁性導電体層と、
非磁性導電体層を介して励磁コイルと反対側に配置され、表皮深さより薄い第１の磁性導電体層と、を積層した無端状の定着ベルトと、
定着ベルトの周回経路内に配され、表皮深さより厚い第２の磁性導電体層を有する補助部材と、を備え、
第１並びに第２の磁性導電体層は非磁性導電体層よりも固有抵抗が高く、
第１磁性導電体層が焼鈍処理をすることなく、塑性加工またはメッキ加工により製造されている
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
第１の磁性導電体層よりも第２の磁性導電体層の方が、キュリー温度が低い
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
定着ベルトは、更に、弾性層と離型層とを有し、
非磁性導電体層は、表面に酸化防止層が形成されており、
酸化防止層上に、弾性層と離型層とが積層されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
非磁性導電体層は銅からなっている
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記第１の磁性導電層はニッケル又はＳＵＳにより形成された層である
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記第１の磁性導電層はメッキ加工により製造された層である
ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の定着装置。
【請求項７】
前記第１の磁性導電層は前記補助部材に接触するように配置される
ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の定着装置。
【請求項８】
請求項１から７の何れか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、定着装置及び画像形成装置に関し、特に、電磁誘導加熱方式の定着装置が備える定着部材であって、発熱量を自己調整する定着部材の機械的強度と発熱効率とを共に改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁誘導方式の定着装置においては、ベルト等の熱容量が小さい定着部材を、励磁コイルを用いた電磁誘導によりジュール発熱させることによって、ウォームアップ時間を短縮して、待機時の予熱を省き、エネルギー消費を削減する技術が知られている。
このような定着装置が備える定着部材の温度を調節するために、例えば、整磁合金を用いる構成が提案されている（特許文献１）。具体的には、定着部材に銅（Ｃｕ）からなる主発熱体層（誘導発熱体層）と、整磁合金からなる発熱制御層とを設けるというものである。発熱制御層は、キュリー温度以下であるときには強磁性体として振る舞い、励磁コイルが発生させる磁束を捕捉して、主発熱体層に誘導電流（渦電流）を集中させ、効率よく主発熱体層をジュール発熱させる。
【０００３】
また、発熱制御層は、キュリー温度を超えると常磁性体として振る舞い、励磁コイルが発生させる磁束を通過させるので、主発熱体層内の磁束密度が低下して、発熱が抑えられる。なお、発熱制御層を通過した磁束は磁束抑制層に誘導される。このようにすれば、小サイズ紙を連続通紙する場合における非通紙領域の過熱を防止することができる（発熱量の自己調整）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
定着温度に近いキュリー温度を有し、透磁率の変化が大きい整磁合金としてはパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）が広く利用されている。しかしながら、パーマロイは機械的強度が高くないため、パーマロイを用いた定着部材は破損し易いという問題がある。
また、パーマロイは、好ましい磁性を得るには焼鈍処理が欠かせないが、パーマロイを含む定着部材全体に焼鈍処理を施すと、パーマロイの機械的強度が低下するだけでなく、誘導発熱体層を構成する銅の機械的強度も低下してしまうので、定着装置用定着部材としての必要な強度を得ることができない。
【０００６】
パーマロイを単体で焼鈍処理した後、電解メッキで発熱体層を形成することも考えられるが、焼鈍処理したパーマロイ表面には強固な酸化皮膜が生成するため、発熱体層とパーマロイとの間で必要な剥離強度を得ることができない。
更に、クラッド化したパーマロイ（発熱制御層）と銅（主発熱体層）とＮｉ（酸化防止層）の積層材を焼鈍処理した後に、電解メッキで補強層を形成することも考えられるが、機械的強度を確保するに足るだけの補強層を励磁コイル側に形成すると発熱効率が悪化する。
【０００７】
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、発熱量の自己調整能力が高く、十分な機械的強度と発熱効率を有する定着部材を備えた定着装置及び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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、励磁コイルにて電磁誘導加熱された定着ベルトによりトナー像を溶融し、記録シートに定着する定着装置であって、表皮深さより薄い非磁性導電体層と、非磁性導電体層を介して励磁コイルと反対側に配置され、表皮深さより薄い第１の磁性導電体層と、を積層した無端状の定着ベルトと、定着ベルトの周回経路内に配され、表皮深さより厚い第２の磁性導電体層を有する補助部材と、を備え、第１並びに第２の磁性導電体層は非磁性導電体層よりも固有抵抗が高く、第１磁性導電体層が焼鈍処理をすることなく、塑性加工またはメッキ加工により製造されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このようにすれば、主発熱体層たる非磁性導電体層と、補強層たる第１の磁性導電体層とが、何れも表皮深さより薄いので、誘導電流の密度を高めて、高い発熱効率を達成することができる。
また、定着ベルトが定着温度下にある場合には、第１の磁性導電体層が非磁性導電体層よりも固有抵抗が高いので、第１の磁性導電体層で発生した誘導電流が非磁性導電体層に漏れて、非磁性導電体層における電流密度が高くなり、発熱効率がより高くなる。
【００１０】
また、第１並びに第２の磁性導電体層の少なくとも一方が塑性加工またはメッキ加工により製造されているので、機械的強度を高めることができる。
また、前記第１の磁性導電層はニッケル又はＳＵＳにより形成された層であることを特徴とする。
また、前記第１の磁性導電層はメッキ加工により製造された層であることを特徴とする。
また、前記第１の磁性導電層は前記補助部材に接触するように配置されることを特徴とする。
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る定着装置を備えることを特徴とする。このようにすれば、本発明に係る定着装置の上述のような効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。
【図２】定着装置１００の主要な構成を示す断面図である。
【図３】定着部材１０２の構成を模擬的に示す断面図である。
【図４】加圧ローラー１０３の構成を示す断面図である。
【図５】ニッケル配合率とキュリー温度Ｔｃとの関係を示すグラフである。
【図６】加工状態と材料硬度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］  画像形成装置の構成
まず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。図１に示されるように、画像形成装置１は、いわゆるタンデム方式のカラープリンターであって、駆動ローラー１１０と従動ローラー１１１とに張架され、矢印Ａ方向に回転駆動される中間転写ベルト１１２を備えており、当該中間転写ベルト１１２の駆動ローラー１１０から従動ローラー１１１へ向かう部分に沿って、画像形成部１１３Ｙ〜１１３Ｋが順次配設されている。画像形成部１１３Ｙ〜１１３Ｋは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色のトナー像を形成する。
【００１３】
画像形成部１１３Ｙ〜１１３Ｋは、それぞれ感光体ドラム１１４、帯電装置１１５、露光装置１１６、現像装置１１７及びクリーナ装置１１８を備えている。帯電装置１１５、露光装置１１６、現像装置１１７及びクリーナ装置１１８は、感光体ドラム１１４の回転方向に沿って順次配設されている。感光体ドラム１１４は、回転しながら、帯電装置１１５によって外周面を一様に帯電させられ、露光装置１１６によって静電潜像を形成され、現像装置１１７によって静電潜像をトナー像に現像される。
【００１４】
感光体ドラム１１４には、中間転写ベルト１１２を挟んで１次転写ローラー１１９が対向しており、感光体ドラム１１４の外周面上に担持されているトナー像が中間転写ベルト１１２上へ静電転写される。その後、感光体ドラム１１４はクリーナ装置１１８によって除電され、外周面上に残留するトナーを掻き取られる。このようにして、画像形成部１１３Ｙ〜１１３Ｋが形成したＹＭＣＫ各色のトナー像が順次、中間転写ベルト１１２上に重なり合うようにして転写され、カラートナー像が形成され、従動ローラー１１１の方へ搬送される。
【００１５】
給紙装置１２０は、記録シートＰを収容しており、上に並行して、給紙ローラー１２１にて記録シートＰを１枚ずつ搬送経路１２２へ送り出す。送り出された記録シートＰは従動ローラー１１１と２次転写ローラー１２３がなす２次転写ニップを通過する際に、中間転写ベルト１１２上に担持されているトナー像を静電転写される。
定着装置１００は、いわゆる電磁誘導加熱方式の定着装置であって、磁束発生部１０１にて発生させた交番磁束により定着部材１０２を電磁誘導加熱し、トナー像を担持する記録シートＰを、定着部材１０２と加圧ローラー１０３とがなす定着ニップに通紙することによって、トナー像を溶融し、記録シートＰに圧着する。トナー像を定着された記録シートＰは、排紙ローラー１２４によって、排紙トレイ１２５上に排出される。
【００１６】
なお、中間転写ベルト１１２の画像形成部１１３Ｋから従動ローラー１１１に至る経路上には、中間転写ベルト１１２上に担持されているトナー濃度を検出する画像濃度センサー１２５が配設されており、画像濃度センサー１２５は、例えば、画像安定化処理の際にレジストセンサとして機能する。
［２］  定着装置１００の構成
次に、定着装置１００の構成について更に説明する。
【００１７】
図２は、定着装置１００の主要な構成を示す断面図である。図２に示されるように、定着部材１０２は、周回走行する無端状の定着ベルト２００の走行経路の内部に補助部材２１０と定着ローラー２２０とが配設されてなる。定着ローラー２２０は、加圧ローラー１０３と共に定着ベルト２００を挟持する。定着ローラー２２０と加圧ローラー１０３とは互いに回転軸が並行になるように配設されている。また、加圧ローラー１０３は、定着部材１０２に圧接するように付勢されており、これによって定着ニップが形成される。
【００１８】
加圧ローラー１０３が、不図示の駆動源によって矢印Ｄ方向へ回転駆動されると、加圧ローラー１０３、定着ベルト２００及び定着ローラー２２０相互の摩擦力によって、定着ベルト２００と定着ローラー２２０とが矢印Ｃ方向へ従動回転する。これに並行して、トナー像Ｔを担持する記録シートＰは矢印Ｂ方向に搬送され、定着ニップにてトナー像を定着された後、分離爪１４によって定着部材１０２から分離される。なお、加圧ローラー１０３と定着ローラー２２０との駆動−従動関係は上記と逆であっても良い。
【００１９】
定着部材１０２を構成する補助部材２１０は、断面円弧状の部材であって、定着ローラー２２０の磁束発生部１０１側において定着ベルト２００を走行経路の内側から支持する。定着ローラー２２０の回転軸方向において、補助部材２１０と定着ローラー２２０とはほぼ同じ長さになっている。図３は、定着部材１０２を構成する各部材の層構成を模式的に示す断面図である。
【００２０】
（定着ローラー２２０）
図３に示されるように、定着ローラー２２０は円柱状の芯金２２１の外周面上に断熱層２２２を接着したものである。芯金２２１は、定着ローラー２２０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必要から、ステンレス又は鉄からなっている。また、アルミニウム（Ａｌ）を用いれば、芯金２２１自体が電磁誘導加熱されるのを防止することができ、したがって、発熱ロスが減少する。
【００２１】
また、断熱層２２２は、定着ベルト２００から芯金２２１へ熱が逃げるのを防止するために、熱伝導率が低く、耐熱性及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）からなっている。このような材料を用いれば、定着ベルト２００の撓みを許容して、定着ニップの幅を大きく保つことができる。また、定着ローラー２２０全体としての硬度を小さくして、定着性や通紙性を良好にすることができる。なお、断熱層２２２を、ソリッド体にスポンジ体を積層した２層構造としても同様の効果を得ることができる。
【００２２】
また、断熱層２２２の材料として、シリコーンズポンジ材を用いる場合には、厚さを１〜１０ｍｍ、望ましくは２〜７ｍｍの範囲内とすれば好適である。また、硬度は、アスカーＣ硬度で２０〜６０度、望ましくは３０〜５０度の範囲内とすれば良い。なお、定着ローラー２２０全体としてのローラー硬度は、アスカーＣ硬度で３０〜９０度の範囲内とするのが好ましい。
【００２３】
（補助部材２１０）
次に、補助部材２１０の構成について説明する。
補助部材２１０は、補助発熱層３１１上に発熱制御層３１２、保護層３１３を順次積層してなり、保護層３１３側で定着ベルト２００に当接する。補助発熱層２１０は非磁性材からなり、その比透磁率は０．９９〜２．０、望ましくは０．９９〜１．１の範囲内とするのが好ましい。また、補助発熱層２１０の体積抵抗率については１．０×１０−８〜１０．０×１０−８Ωｍ、望ましくは１．０×１０−８〜２．０×１０−８Ωｍの範囲内が好適である。
【００２４】
特に、本実施の形態においては、補助発熱層３１１の材料として、高温において発熱制御層３１２よりも体積抵抗率が低い材料として、厚さが０．２〜２．０ｍｍの範囲内にある、厚さ０．４ｍｍのアルミニウムを用いている。ここで、高温とは、定着という目的に照らして過昇温状態である温度をいい、本実施の形態においては、発熱制御層３１２のキュリー温度を超えた温度をいう。なお、比透磁率と体積抵抗率が上述の範囲内にあれば、ＳＵＳ（stainless steel）や銅などの材料を用いることもできる。
【００２５】
発熱制御層３１２の材料としては、常温において補助発熱層３１１や後述する定着ベルト２００の主発熱体層３０２よりも体積抵抗率の大きい磁性体を用いる。また、本実施の形態においては、キュリー温度が定着温度よりも高い２２０℃のパーマロイを発熱制御層３１２に用いている。定着温度が１７０〜１９０℃の範囲内、例えば、１８０℃の場合には、キュリー温度が１８０〜２４０℃、望ましくは１９０〜２２０℃の範囲内の材料を用いればよい。パーマロイは、ニッケル（Ｎｉ）の含有率を高くするほどキュリー温度を高くすることができるので、パーマロイの成分比を調整することによってキュリー温度を調整すれば良い。また、クロム（Ｃｒ）やコバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）等を用いても、パーマロイのキュリー温度を調整することができる。
【００２６】
発熱制御層３１２の比透磁率は５０〜２０００、望ましくは１００〜１０００の範囲内が好ましい。また、キュリー温度よりも低温では、体積抵抗率が２．０×１０−８〜２００．０×１０−８Ωｍ、望ましくは５．０×１０−８〜１００．０×１０−８Ωｍの範囲内が好適である。発熱制御層３１２の厚さは１００〜１０００μｍ、望ましくは２００〜６００μｍの範囲内とするのが良い。本実施の形態においては、厚さを４００μｍとしている。
【００２７】
保護層３１３は、発熱制御層３１２を摩擦磨耗や酸化から保護するための層である。保護層３１３は、クロムやニッケル、またはこれらを含有する合金を発熱制御層３１２にメッキして、形成するのが望ましい。保護層３１３の厚さは１〜５μｍ程度で良い。
補助部材２１０は、補助発熱層３１１と発熱制御層３１２を別々にプレス加工により形成した後、７００〜１２００℃の真空若しくは窒素ガス置換した炉にて発熱制御層３１２に３０分〜２時間程度の焼鈍処理を施して、磁性体の結晶粒を肥大化させることにより磁気特性を回復させる。その後、メッキにより保護層３１３を形成する。
【００２８】
（定着ベルト２００）
次に、定着ベルト２００の構成について説明する。
定着ベルト２００は、走行経路の内側から順に補強層３０１、主発熱体層３０２、酸化防止層３０３、弾性層３０４及び離型層３０５が積層されてなる。
補強層３０１は、定着ベルト２００の強度を確保するための層である。補強層３０１には、主発熱体層３０２の発熱性能に悪影響を与えないように、磁性材を用いるのが良い。磁性材を用いれば、補強層３０１を厚くしても、表皮効果によって渦電流が補強層３０１の表面近くのみに流れるので、主発熱体層３０２の発熱性能が悪化するのを避けることができる。かかる効果を得るために、補強層３０１の比透磁率は５０〜２０００の範囲内であることが望ましく、また、厚さは１０〜８０μｍの範囲内であることが望ましい。
【００２９】
補強層３０１の材料としては、ニッケルやニッケル合金、ＳＵＳ等の高い硬度と耐食性を有する材料を用いるべきである。補強層３０１の硬度は、ビッカース硬度Ｈｖで２００〜２０００の範囲内であるのが望ましい。本実施の形態においては、ニッケルを電気鋳造メッキすることによって厚さ４０μｍの補強層３０１を形成した。
補強層３０１は、主発熱体層３０２よりも体積抵抗率が大きい方が望ましく、１．０×１０−８〜１００．０×１０−８Ωｍ、望ましくは１０．０×１０−８〜５０．０×１０−８Ωｍの範囲内が好適である。このようにすれば、電磁誘導により、補強層３０１の主発熱体層３０２側の表面近くに発生した渦電流を、補強層３０１よりも体積抵抗率が小さい主発熱体層３０２へ流れ込ませることができるので、主発熱体層３０２の発熱性能の悪化を抑えることができる。
【００３０】
また、補強層３０１のキュリー温度は発熱制御層３１２よりも高いほうが好ましく、２５０〜５００℃の範囲内であるのが望ましい。このようにすれば、補強層３０１の温度がそのキュリー温度を超えた場合に、定着ベルト２００の発熱が全体として抑制されるので、異常昇温を防止することができる。なお、発熱制御層３１２の材料としてはパーマロイを用いるが、パーマロイのニッケル配合率を調整することでキュリー温度を調整することができる（図５）。
【００３１】
主発熱体層３０２は、磁束発生部１０１が発生させた磁束により誘起される誘導電流により発熱する層である。主発熱体層３０２の材料は、銅や銀（Ａｇ）などの非磁性材料を用いれば良く、本実施の形態では銅を用いている。透磁率の高い発熱制御層３１２があるため、主発熱体層３０２の材料に非磁性材を用いても、その厚みを小さくすれば、高い磁気結合を得ることができ、良好な発熱効率を得ることができる。このような理由から、主発熱体光層３０２の厚みは５〜２０μｍの範囲内とするのが好適である。
【００３２】
酸化防止層３０３は、主発熱体層３０２の酸化を防止するための層である。酸化防止層３０３は、主発熱体層３０２が外気（空気）に曝されるのを防ぐことによって、主発熱体層３０２に酸化皮膜ができるのが防がれるので、主発熱体層３０２と弾性層３０４との接着状態が長期間に亘って良好に維持される。特に、主発熱体層３０２が銅からなる場合には、酸化皮膜の成長が早く、酸化皮膜自体の強度が非常に弱いので、酸化皮膜層内での剥離が生じ易いので、酸化防止層３０３を設けると有効である。
【００３３】
酸化防止層３０３の材料としては、通気を遮断する必要上、密閉性の高い金属材料を用いるのが望ましい。また、発熱性能への影響を少なくするためには、非磁性で、かつ低抵抗の材料を用いて薄く形成すると好適である。特に、ニッケルやクロム、銀は薄肉形成が可能で、発熱性能への影響が小さく、また、弾性層３０４との接着性が良好であるため、酸化防止層３０３の材料に適している。酸化防止層３０３の厚みは０．５〜４０μｍの範囲内であるのが望ましい。厚みが０．５μｍ未満ではピンホールが発生し易くなって十分な密閉性を得ることができない。また、酸化防止層３０３は主発熱体層３０２の磁束発生部１０１側にあるので、酸化防止層３０３の厚さが４０μｍを超えると、発熱性能が低下し、特に、過昇温の防止効果に悪影響を与える。
【００３４】
酸化防止層３０３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ので発熱性能への影響はまったく無い一方、金属材料と比較して密閉性が低いので厚みを３〜７０μｍとするのが望ましい。ポリイミド樹脂を用いる場合に、酸化防止層３０３の厚みを３μｍ未満にすると、主発熱体層３０２を十分に密閉することができないので、主発熱体層３０２の表面に酸化皮膜が形成されてしまう。一方、厚みが７０μｍを超えると、主発熱体層３０２で発生した熱を定着ベルト２００の外周面まで伝導させる際の熱効率が低下するので好ましくない。
【００３５】
弾性層３０４は、定着すべきトナー像に均一且つ柔軟に熱を伝えるための層である。弾性層３０４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、不均一に溶融したりすることによって画像ノイズが発生するのを防止することができる。弾性層３０４には、耐熱性と弾性とを有するゴム材や樹脂材を用いると良く、例えば、定着温度での使用に耐え得るシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性エラストマーが適している。また、かかる材料に、熱伝導性や補強性などを付与するフィラー（充填材）を混入しても良い。熱伝導性を向上させるフィラーとしては、例えば、ダイヤモンドや銀、銅、アルミニウム、大理石、ガラス等が挙げられる。また、実用的には、シリカ（ＳｉＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）等を用いても良い。
【００３６】
弾性層３０４は厚さ１０〜８００μｍ、望ましくは１００〜３００μｍの範囲内とするのが良い。弾性層３０４の厚さが１０μｍ未満では、弾性層３０４の厚さ方向において十分な弾性を得ることが難しい。一方、厚さが８００μｍを超えると、主発熱体層３０２で発生した熱を定着ベルト２００の外周面まで十分に伝導させることができず熱効率が低下するので好ましくない。
【００３７】
弾性層３０４の硬度は、ＪＩＳ硬度で１〜８０度、好ましくは５〜３０度の範囲内とすれば良い。このようにすれば、弾性層３０４の強度や密着性の低下を防止すると共に、安定した定着性を確保することができる。そのような硬度を有する材料として、１成分系や２成分系、或いは３成分系以上のシリコーンゴムや、低温加硫型（LTV: Low Temperature Vulcanizable）、常温加硫型（RTV: Room Temperature Vulcanizable）及び高温加硫型（HTV: High Temperature Vulcanizable）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を用いることができる。本実施の形態においては、ＪＩＳ硬度が１０度で厚さ２００μｍのシリコーンゴムを使用している。
【００３８】
定着ベルト２００を製造する際には、まず、補強層３０１、主発熱体層３０２及び酸化防止層３０３を電気鋳造メッキ加工にて積層してスリーブ状にする。或いは、補強層３０１、主発熱体層３０２及び酸化防止層３０３を圧延加工にてクラッド化し、板材とした後、絞り加工やスピニング加工、しごき絞り加工（DI: drawing and ironing）などの塑性加工によりスリーブ状にしても良い。
【００３９】
その後、酸化防止層３０３を弾性層３０４及び離型層３０５にて順次被覆する。これによって、定着ベルト２００に十分な強度と剥離硬度とを与えることができる。この点に関して、加工状態による材料硬度の変化について実験を行った。ニッケル含有率３４％のパーマロイ、純ニッケル及び銅をそれぞれ、メッキ加工と、塑性加工とによって板状に形成した。また、焼鈍品は、メッキ品を８００℃で１時間の焼鈍処理を施した焼鈍品も用意し、マイクロビッカース硬度計を用いてビッカース硬度を計測した。図６は、加工状態と材料硬度の関係を示すグラフである。図６に示されるように、パーマロイの焼鈍品よりも、ニッケルや銅のメッキ品の方が高硬度であることが分かる。
【００４０】
また、上述のように、補強層３０１、主発熱体層３０２又は酸化防止層３０３が高硬度であるので、定着ベルトに高い耐久性を与えることができる。特に、本実施の形態においては、補強層３０１をメッキ加工、或いは塑性加工により形成すると共に、更に主発熱体層３０２に対し、励磁コイルと反対側に補強層３０１を積層しているため、主発熱体層３０２の磁束密度を低下させることがなく、発熱効率の悪化を防止でき、十分な機械的強度を得ることができる。
【００４１】
（定着部材１０２）
なお、本実施の形態においては、補助部材２１０が定着ベルト２００に当接する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、補助部材２１０と定着ベルト２００とは離隔していても良い。
図２に示されるように、定着ローラー２２０の外径は定着ベルト２００の内径よりも小さくなっており、その間の空間Ｓの内部に補助部材２１０が配設されている。補助部材２１０は円筒体をその中心軸を含む２つの平面にて切断した形状になっており、保護層３１３側の主面のほぼ前面が定着ベルト２００の内側面に接触する。また、定着ローラー２２０も補助部材２１０とは異なる位置において定着ベルト２００に接触している。
【００４２】
この場合において、定着ローラー２２０の外径は定着ニップを形成することができさえすれば、小さい方が望ましい。外径が小さいほど、定着ベルト２００と定着ローラー２２０との接触面積が小さくなるので、定着ベルト２００から定着ローラー２２０へ熱が伝わり難くなり、熱損失が小さくなるからである。同様に、補助部材２１０も、定着ベルト２００の限られた範囲のみに接触させることによって、熱損失を小さくすることができる。したがって、かかる工夫を施すことによってウォームアップ時間を短縮することができる。
【００４３】
（加圧ローラー１０３）
次に、加圧ローラー１０３について説明する。
図４は、加圧ローラー１０３の構成を示す断面図である。図４に示されるように、芯金２３１の外周面上に断熱層２３２、離型層４００を順次積層したものである。
芯金２３１は、壁厚３ｍｍのアルミ製パイプである。なお、強度が確保できさえすれば、ＰＰＳ（polyphenylene sulfide）のような耐熱性の材料からなるモールドのパイプを用いても良い。また、芯金２３１として鉄パイプを用いることも不可能ではないが、芯金２３１には電磁誘導による影響を受け難い非磁性の材料を用いる方が望ましい。
【００４４】
芯金２３１の外周面上には、断熱層２３２が形成されている。断熱層２３２はシリコーンスポンジゴムからなっており、厚さは３〜１０ｍｍの範囲内とすれば良い。なお、断熱層２３２に、シリコーンゴムとシリコーンスポンジとからなる２層構造を採用しても良い。
断熱層２３２の外周面上には、離型層４００が形成されている。離型層４００は、定着ベルト２００の離型層３０５と同様に、記録シートに対する離型性を向上させるための層である。離型層４００は、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂からなり、厚さは１０〜５０μｍの範囲内であるのが望ましい。なお、本実施の形態においては、加圧ローラー１０３は定着部材１０２に対して３００〜５００Ｎ程度の荷重で圧接されており、これによって、５〜１５ｍｍ程度の幅の定着ニップが形成される。定着ニップの幅は、加圧ローラーを定着部材１０２に圧接する荷重を変更すれば調整することができる。
【００４５】
（磁束発生部１０１）
次に、磁束発生部１０１について説明する。
磁束発生部１０１は、定着ベルト２００の外周面に沿って配設されており、定着ベルト２００を挟んで補助部材２１０に対向している。また、磁束発生部１０１は、定着ベルト２００の回転軸方向を長手方向としている。図２に示されるように、磁束発生部１０１は、励磁コイル２４０、コイルボビン２４１、裾コア２４２、メインコア２４３及びセンターコア２４４を備えている。
【００４６】
励磁コイル２４０は、定着ベルト２００の外周面に沿って巻回され、定着ベルト２００の回転軸方向を長手方向とするコイルであって、定着ベルト２００の回転軸に垂直な断面で見ると定着ベルト２００の外周に沿って湾曲した形状となっている。励磁コイル２４０は、高周波インバーター２５０が接続されており、周波数が２０〜８０ｋＨｚの範囲内で、１００〜２０００Ｗの範囲内の交流電力の供給を受けて、交番磁界を発生させる。周波数を上記範囲内とすれば、高い発熱効率で十分高い定着温度を得ることができる。一方、周波数が２０ｋＨｚ未満では発熱効率が著しく低下して実用に耐えない。また、８０ｋＨｚを超えると連続通紙時に電力供給が不足して、定着ベルト２００の温度を十分に高くすることができず、定着不良が生じる恐れがある。
【００４７】
本実施の形態においては、励磁コイル２４０に、数十から数百本の素線を束ねたリッツ線を巻き線として用いている。この巻き線は、励磁コイル２４０が通電時に自己発熱しても絶縁性を保ているように、耐熱性の樹脂で被覆されている。また、通電時にファンを用いて励磁コイル２４０を冷却すれば、更に安全を期することができる。また、本実施の形態においては、励磁コイル２４０は全体として一体であって、例えば、定着ベルト２００の回転軸方向において複数に分割される等の分割はなされていない。
【００４８】
裾コア２４２、メインコア２４３及びセンターコア２４４（以下、これらをまとめて「磁性体コア」という。）は、磁気回路の効率を向上させる目的と、磁気を遮蔽する目的とのために用いられる。図２に示されるように、メインコア２４３は断面アーチ状となっている。本実施の形態においては、長さが約１０ｍｍのコア片を定着ベルト２００の回転軸方向に１３個配置した。なお、メインコア２４３に代えて、メインコア２４３の中央部分がセンターコア２４４に向かって延出されている断面Ｅ字型のコアを用いてもよい。断面Ｅ字型のコアを用いれば、更に発熱効率を高めることができる。
【００４９】
センターコア２４４は、断面四角形状で、長さが５〜１０ｍｍの範囲内にあるコア片をコイルボビン２４１の中央部に配置したものである。裾コア２４２は、断面四角形状で、定着ベルト２００の全長に亘って定着ベルト２００に対向するように、かつ、定着ベルト２００の回転軸方向に隙間なく、コイルボビン２４１の両端部に配置されている。
磁性体コアは何れも透磁率が高く、かつ渦電流の損失が低い材料からなっている。磁性体コアのキュリー温度は１４０〜２２０℃、更に望ましくは１６０〜２００℃の範囲内とすれば好適である。磁性体コアにパーマロイのように透磁率の高い合金を用いる場合には渦電流による損失が大きくなりがちであるが、かかる場合には、薄板を積層した構造のコアを用いることによって渦電流による損失を抑えることができる。
【００５０】
なお、磁性体コア以外の手段によって、磁気回路の効率向上や、磁気の遮蔽を図ってもよい。また、磁性体コアに、磁性粉を分散させた樹脂材を用いても良く、かかる樹脂材は、透磁率はやや低いものの、形状を自由に設定できるという利点がある。
（定着温度の調整）
次に、定着温度を調整するための構成について説明する。
【００５１】
定着装置１００は、定着ベルト２００の表面温度を計測するサーミスター２５２を備えている。サーミスター２５２は、定着ベルト２００の回転方向における定着ニップの入り口よりもやや上流側であって、定着装置１００が定着処理する複数サイズの記録シートのうち、もっとも小さいサイズの記録シートの通紙範囲内に当接する。例えば、センター通紙の場合には中央部分に当接し、左側基準の片側通紙の場合には左端近傍に当接する。
【００５２】
画像形成装置１が備える制御部２５１は、サーミスター２５２にて検出される定着ベルト２００の表面温度が予め設定された適切な定着温度の範囲内になるように、高周波インバーター２５０を制御する。適切な定着温度の範囲とは、定着すべきトナーの種類等によって異なるが、例えば、１００〜２００℃程度である。なお、定着ベルト２００の表面温度はサーミスター２５２の他、非接触方式の温度センサーを用いて計測しても良い。
【００５３】
［３］  定着装置１００の動作
次に、定着装置１００の定着動作について説明する。
記録シートにトナー像を定着する際には、高周波インバーター２５０が供給する高周波電力によって励磁コイル２４０が交番磁束を発生させる。発生した交番磁束は、磁性体コアによって定着ベルト２００へと導かれる。この場合において、発熱制御層３１２がそのキュリー温度よりも低温（例えば、常温状態。）であれば、発熱制御層３１２は透磁率が高くなっているので、シールド効果により、交番磁束が発熱制御層３２１を貫通して定着ローラー１０３側へ漏れることは殆どない。
【００５４】
すなわち、キュリー温度よりも低温である場合には、交番磁束の殆どは主発熱体層３０２、補強層３０１及び発熱制御層３１２の中を定着ベルト２００の周方向に沿って進み、磁束発生部１３へ戻る。このため、これらの層においては、磁束密度が非常に高い。
しかし、補強層３０１や発熱制御層３１２よりも主発熱体層３０２の方が、体積抵抗率が低いので、これらの層の間では主発熱体層３０２の発熱量が最も多くなる。例えば、ウォームアップ時はキュリー温度よりも低温になっているので、主発熱体層３１２が大きく発熱する。また、本実施の形態においては、電磁誘導発熱に寄与する層、すなわち、補強層３０１、主発熱体層３０２及び発熱制御層３１２の熱容量が小さく、かつ、断熱層２２２によって定着ベルト２００が断熱保持されているので、短時間で昇温させることができる。
【００５５】
さらに、補強層３０１と主発熱体層３０２とは何れも表皮深さよりも薄いので、主発熱体層３０２によって大きな発熱量を得ることができる。なぜならば、一般に、高周波の交番磁界を印加した場合に導電体層に誘導される渦電流は、いわゆる表皮効果のために導電体層の表面付近に集中し、深部にはあまり流れない。表皮効果の程度を示す浸透深さδは、交番磁界の周波数ｆ、導電体層の透磁率μ及び導電体層の体積抵抗率ρを用いて次式により表わされる。
【００５６】
【数１】
0005522135.tif 000002
【００５７】
ここで、浸透深さδは電流密度が導体層表面の電流密度の１／ｅになる深さである。なお、ｅは自然対数の底、すなわちネイピア数であり、πは円周率である。また、浸透深さδ当たりの抵抗はである表皮抵抗Ｒは次式で表れる。
【００５８】
【数２】
0005522135.tif 000003
【００５９】
この表皮抵抗Ｒを用いると、導電体層の発熱量Ｐは次式で表わされる。
【００６０】
【数３】
0005522135.tif 000004
【００６１】
ただし、Ｉは渦電流量である。
また、表皮深さｄは、電流量が表面電流量の１／ｅになる深さを言い、実質的に浸透深さδと同じ深さになる。
磁性材では、表皮効果によって、層全体の厚さに関わらず渦電流が流れる範囲が限定されるので、電流密度が高くなり、発熱量が大きくなる。一方、非磁性材の場合は、表皮効果が小さく、層全体に電流が流れるので、電流密度は層全体の厚さによって異なる。本実施の形態においては、非磁性材料からなる主発熱体層３０２を薄くすることによって、高い電流密度を実現し、発熱量を大きくしている。また、補強層３０１よりも主発熱体層３０２の体積抵抗率を小さくしており、補強層３０１で発生した渦電流が主発熱体層３０２に流れ込み易くなっているので、更に主発熱体層３０２の電流密度を高めることができる。
【００６２】
磁性材料からなる発熱制御層３１２は表皮深さよりも厚くなっているので、深部では渦電流が流れ難く、発熱が抑制される。これによって、発熱しない方が望ましい部材である補助部材２１０の発熱が抑えられる。
電磁誘導によって発生した熱は、主発熱体層３０２に積層されている弾性層３０４を経由して定着ベルト２００の表面まで伝導する。その後、定着ベルト２００の表面温度が定着温度に達すると、記録シートＰのトナー像が担持されている面が定着ベルト２００側となるようにして、記録シートＰが定着ニップに通紙される。これによって、トナーが溶融され、記録シートＰに圧着される。
【００６３】
定着ニップを通過した記録シートＰは、定着ベルト２００から分離されて、排紙ローラー１２４へ搬送される。定着ニップを通過後も記録シートＰが定着ベルト２００に張り付いている場合には、分離爪２６０によって強制的に記録シートＰが定着ベルト２００から分離される。これによって、定着装置１００における紙詰まり（ジャム）が防止される。なお、分離爪２６０の先端は定着ベルト２００に接触していても良い。
【００６４】
［４］  定着ベルト２００の温度制御
次に、定着ベルト２００の温度制御について説明する。
記録シートＰの通紙やトナーの溶融によって定着ベルト２００から熱が奪われ、その表面温度が低下すると、その旨がサーミスター２５２にて検出され、制御部２５１にて高周波インバーター２５０が制御され、定着ベルト２００の表面温度が制御される。
【００６５】
また、小サイズ紙が連続して通紙されると、定着ベルト２００の通紙領域における表面温度を適切な範囲に維持するために、制御部２５１が高周波インバーター２５０を制御する一方、定着ベルト２００の非通紙領域においては、記録シートやトナーの溶融によって熱が奪われないので、高周波インバーター２５０の制御と相俟って、昇温が発生する。これによって、発熱制御層３１２の非通紙領域がキュリー温度を超えると、その箇所では透磁率が大きく低下して、シールド効果が弱くなる。
【００６６】
すると、発熱制御層３１２の非通紙領域を磁束が貫通できるようになって、更に、定着ベルト２００の内周側の補助発熱層３１１へ漏洩する。すると、非通紙領域においては、補強層３０１、主発熱体層３０２及び発熱制御層３１２の内部を定着ベルトの周方向に通過する磁束の密度が大きく減少するので、非通紙領域における発熱量も大きく低下する。
一方、補助発熱層３１１の非通紙領域においては、漏洩してきた磁束によって渦電流が誘導される。特に、本実施の形態においては、補助発熱層が低抵抗のアルミニウムからなっているので、容易に渦電流が流れる一方、殆ど発熱しない。また、補助発熱層３１１に発生した渦電流による逆起電力は磁束を打ち消すように作用する。また、補助発熱層３１１は、他の層と比較して厚いので、その意味においても発熱量を抑制することができる。
【００６７】
このため、補強層３０１、主発熱体層３０２及び発熱制御層３１２の非通紙領域における磁束密度が更に低下して、発熱量も更に抑制される。これによって、発熱制御層３１２の温度がキュリー温度を超えた領域においては、定着ベルト２００の半径方向におけるどの高さの層も殆ど発熱しなくなる。したがって、過昇温が発生した領域における発熱が効果的に抑制される。
【００６８】
一方、過昇温が発生していない領域においては、そのまま発熱量が維持されるので、優れた定着性を維持することができる。したがって、定着装置全体として高い熱効率を達成することができる。
更に、本実施の形態においては、定着ベルト２００と発熱制御層３１２とが近接しているので、定着ベルト２００の表面温度の変化が発熱制御層３１２に素早く伝わる。したがって、定着ベルト２００の表面温度が定着に適した温度を超えて高くなると、その部分における発熱量が直ちに大きく低下するので、過昇温状態が速やかに解消される。本実施の形態においては、このような目的に合うように、発熱制御層３１２のキュリー温度が設定されている。
【００６９】
また、本実施の形態においては、発熱制御層３１２と補助発熱層３１１とが固定配置されているので、これらの層を定着ベルト２００に積層した場合と比較して、定着ベルト２００の熱容量を低減することができる。したがって、その分だけ、ウォームアップ時間を短縮することができる。
さらに、本実施の形態においては主発熱体層３０２の材料として銅を用いている。これによって、主発熱体層３０２を低抵抗の薄い層としたので、主発熱体層３０２における電流密度を高めることができ、高い発熱効率を達成することができた。また、補強層３０１と主発熱体層３０２との熱容量が小さいので、ウォームアップ時間が短くなっている。
【００７０】
［５］  むすび
以上説明したように、本実施の形態に係る定着装置１００では、定着ベルト２００に、表皮深さより薄い非磁性の主発熱体層３０２と、主発熱体層３０２を介して磁束発生部１０１に対向し表皮深さより薄く磁性を有する補強層３０１とを積層している。このような構成を備えれば、主発熱体層３０２における渦電流密度が高くなるので発熱効率が良く、かつ十分な強度を得ることができる。
【００７１】
また、定着部材１０２は、表皮深さより厚く磁性を有する発熱制御層３１２を備えており、補強層３０１と発熱制御層３１２とは何れも主発熱体層３０２よりも固有抵抗が高く、補強層３０１よりも発熱制御層３１２の方が、キュリー温度が低い。したがって、補強層３０１の温度がキュリー温度を超えた際に更に定着ベルトの発熱量が抑制され、異常昇温を防止できる。また、急激な温度変化を防止して、高い定着性を得ることができる。
【００７２】
また、非通紙領域における過昇温のように、定着ベルト２００が部分的に高温になって、発熱制御層３１２の温度がそのキュリー温度を超えた場合には、当該箇所で発熱制御層３１２の透磁率が大きく低下することによって、磁束密度が低下し、発熱量が減少する。これによって、過昇温が解消される。すなわち、小サイズ紙を連続通紙しても非通紙領域の過昇温が発生しないという意味において、発熱量の自己調整能力が高く、安定した定着性能を実現することができる。
【００７３】
［６］  変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１）  上記実施の形態においては、カラープリンターを例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて、モノクロプリンターに本発明を適用しても良い。モノクロのトナー像はカラーのトナー像と比較して、定着前の厚みが薄いので、モノクロプリンターの場合には定着ベルト２００から弾性層３０４を省いても十分な定着性を確保することができ、かつ、発熱効率を更に向上させることができる。
【００７４】
（２）  上記実施の形態においては、プリンターを例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて、ファクシミリ装置や複写装置に本発明を適用しても良いし、これらの機能を兼ね備えた複合機（MFP: Multi Function Peripheral）本発明を適用しても、プリンターに適用した場合と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
［７］  発明の効果について
上述のように、本発明は、発熱効率を向上させるという効果に加えて、更に、以下のような効果を奏する。
すなわち、励磁コイルにて電磁誘導加熱された定着ベルトによりトナー像を溶融し、記録シートに定着する定着装置であって、表皮深さより薄い非磁性導電体層と、非磁性導電体層を介して励磁コイルと反対側に配置され、表皮深さより薄い第１の磁性導電体層と、を積層した無端状の定着ベルトと、定着ベルトの周回経路内に配され、表皮深さより厚い第２の磁性導電体層を有する補助部材と、を備え、第１並びに第２の磁性導電体層は非磁性導電体層よりも固有抵抗が高く、第１磁性導電体層が塑性加工またはメッキ加工により製造されていることを特徴とする定着装置において、第１の磁性導電体層よりも第２の磁性導電体層の方が、キュリー温度が低ければ、第１の磁性導電体層層の温度がキュリー温度を超えた際に更に定着ベルトの発熱量が抑制され、異常昇温を防止できる。また、急激な温度変化を防止して、高い定着性を得ることができる。
【００７６】
また、定着ベルトが、更に、弾性層と離型層とを有し、非磁性導電体層は、表面に酸化防止層が形成されており、酸化防止層上に、弾性層と離型層とが積層されていれば、非磁性導電層の酸化を防止して弾性層と良好な接着状態を維持することができるので、機械的強度を高めることができる。
また、非磁性導電体層が銅からなっていれば、高い発熱効率を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明に係る定着装置及び画像形成装置は、電磁誘導加熱方式の定着装置が備える定着部材であって、発熱量を自己調整する定着部材の機械的強度と発熱効率とを共に改善した装置として有用である。
【符号の説明】
【００７８】
１………画像形成装置
１００…定着装置
１０１…磁束発生部
１０２…定着部材
１０３…加圧ローラー
１１０…駆動ローラー
１１１…従動ローラー
２００…定着ベルト
２１０…補助部材
２２０…定着ローラー
２２１…芯金
２２２…断熱層
２３１…芯金
２３２…断熱層
３０１…補強層
３０２…主発熱体層
３０３…酸化防止層
３０４…弾性層
３０５…離型層
３１１…補助発熱層
３１２…発熱制御層
３１３…保護層
４００…離型層
２５０…高周波インバーター
２５１…制御部
２５２…サーミスター
【図１】
0005522135.tif 000005
【図２】
0005522135.tif 000006
【図３】
0005522135.tif 000007
【図４】
0005522135.tif 000008
【図５】
0005522135.tif 000009
【図６】
0005522135.tif 000010