(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融するとともに、可撓性を有する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの内周面側に固設されて、当該定着ベルトを介して加圧回転体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する固定部材と、
前記ニップ部を除く位置で前記定着ベルトの内周面に対向するように固設されて前記定着ベルトを加熱するとともに、加熱手段によって電磁誘導加熱されるパイプ状の金属部材と、
を備え、
前記加熱手段は、前記金属部材の内周面の一部と前記定着ベルトの外周面の一部とにそれぞれ隙間を空けて対向するように配設されるとともに、交番電流が印加されて交番磁界を発生させる励磁部材であって、
前記金属部材は、その一部又は全部が感温磁性体で形成され、その内周面側において前記励磁部材に対向する部分の厚さが、それ以外の部分の厚さよりも厚くなるように形成されたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記金属部材は、少なくとも前記励磁部材に対向する部分の厚さが、当該金属部材の温度が当該金属部材が有するキュリー点以下であるときの前記交番電流の周波数に対応した浸透深さに対して３倍以上の厚さとなるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記金属部材は、前記励磁部材に対向する部分の厚さが、それ以外の部分の厚さよりも厚くなるように、内周面側に板状部材が重ね合わされて形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記金属部材は、ニッケル、鉄、クロムの合金からなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着ベルトは、前記励磁部材によって発生される前記交番磁界によって電磁誘導加熱される発熱層を具備したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記発熱層は、その層厚が前記交番電流の周波数が３０ｋＨｚのときの浸透深さよりも小さくなる金属材料で形成されたことを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記励磁部材は、前記ニップ部に対して前記定着ベルトの走行方向上流側の位置で、前記定着ベルト及び前記金属部材を１回又は複数回挟むように離間して巻回されたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の定着装置。
【請求項８】
前記金属部材の内周面側に固設されて前記固定部材に当接して当該固定部材を補強する補強部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の定着装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の定着装置を備えた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】
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置と、そこに設置される定着装置と、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、装置を高速化した場合であっても定着不良が生じにくい定着装置が知られている（例えば、特許文献１等参照。）。
【０００３】
詳しくは、特許文献１の図６等の定着装置は、定着部材としての定着ベルト、定着ベルトの内周面に対向するように固設された略パイプ状の金属部材（加熱部材）、金属部材を電磁誘導加熱するために定着ベルトの外周面に対向するように配設された誘導加熱部（加熱手段）、定着ベルトに圧接してニップ部を形成する加圧ローラ（加圧回転体）、等で構成されている。
そして、誘導加熱部によって電磁誘導加熱された金属部材によって定着ベルトが加熱されて、ニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像がニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着されることになる。
【０００４】
一方、特許文献２等には、所定方向に回転する筒状の加熱部材の表裏面を挟むように励磁部材を設置して、励磁部材の交番電流を供給することによって加熱部材を電磁誘導加熱する定着装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１等の定着装置は、金属部材や定着ベルトの加熱効率が飛躍的に向上するものの、小サイズの記録媒体を連続的に通紙した場合や、紙詰まり等により装置が突発的に駆動停止した場合に、金属部材や定着ベルトの一部又は全部が過昇温することがあった。そして、このような問題が生じると、金属部材や定着ベルトに熱的破損が生じてしまったり、定着画像にオフセット等の異常画像が生じてしまったりする可能性があった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、装置を高速化した場合であっても定着不良等が生じることなく、小サイズの記録媒体を連続的に定着した場合や装置が突発的に駆動停止した場合等であっても金属部材や定着ベルトの過昇温が確実に抑止される、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の請求項１記載の発明にかかる定着装置は、所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融するとともに、可撓性を有する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内周面側に固設されて、当該定着ベルトを介して加圧回転体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する固定部材と、前記ニップ部を除く位置で前記定着ベルトの内周面に対向するように固設されて前記定着ベルトを加熱するとともに、加熱手段によって電磁誘導加熱されるパイプ状の金属部材と、を備え、前記加熱手段は、前記金属部材の内周面の一部と前記定着ベルトの外周面の一部とにそれぞれ隙間を空けて対向するように配設されるとともに、交番電流が印加されて交番磁界を発生させる励磁部材であって、前記金属部材は、その一部又は全部が感温磁性体で形成され、その内周面側において前記励磁部材に対向する部分の厚さが、それ以外の部分の厚さよりも厚くなるように形成されたものである。
【０００８】
また、請求項２記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記金属部材は、少なくとも前記励磁部材に対向する部分の厚さが、当該金属部材の温度が当該金属部材が有するキュリー点以下であるときの前記交番電流の周波数に対応した浸透深さに対して３倍以上の厚さとなるように形成されたものである。
【０００９】
また、請求項３記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記金属部材は、前記励磁部材に対向する部分の厚さが、それ以外の部分の厚さよりも厚くなるように、内周面側に板状部材が重ね合わされて形成されたものである。
【００１０】
また、請求項４記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記金属部材は、ニッケル、鉄、クロムの合金からなるものである。
【００１１】
また、請求項５記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記定着ベルトは、前記励磁部材によって発生される前記交番磁界によって電磁誘導加熱される発熱層を具備したものである。
【００１２】
また、請求項６記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項５に記載の発明において、前記発熱層は、その層厚が前記交番電流の周波数が３０ｋＨｚのときの浸透深さよりも小さくなる金属材料で形成されたものである。
【００１３】
また、請求項７記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発明において、前記励磁部材は、前記ニップ部に対して前記定着ベルトの走行方向上流側の位置で、前記定着ベルト及び前記金属部材を１回又は複数回挟むように離間して巻回されたものである。
【００１４】
また、請求項８記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発明において、前記金属部材の内周面側に固設されて前記固定部材に当接して当該固定部材を補強する補強部材をさらに備えたものである。
【００１５】
また、この発明の請求項９記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、金属部材の内周面の一部と定着ベルトの外周面の一部とにそれぞれ隙間を空けて対向する励磁部材によって、その一部又は全部が感温磁性体で形成された金属部材を電磁誘導加熱するように構成している。これにより、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、装置を高速化した場合であっても定着不良等が生じることなく、小サイズの記録媒体を連続的に定着した場合や装置が突発的に駆動停止した場合等であっても金属部材や定着ベルトの過昇温が確実に抑止される、定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１における画像形成装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の画像形成装置に設置された定着装置を示す構成図である。
【図３】図２の定着装置を幅方向にみた図である。
【図４】ニップ部の近傍を示す拡大図である。
【図５】励磁部材の近傍を示す斜視図である。
【図６】金属部材に作用する磁力線を示す概略図である。
【図７】温度がキュリー点以下であるときに金属部材に生じる渦電流の状態を示す模式図である。
【図８】温度がキュリー点以上であるときに金属部材に生じる渦電流の状態を示す模式図である。
【図９】金属部材の材質が異なるときの、定着ベルトの昇温特性を示すグラフである。
【図１０】金属部材の温度がキュリー点以下であるときの、金属部材の厚さ／浸透深さと発熱効率との関係を示すグラフである。
【図１１】定着ベルトにおける発熱層の有無による、定着ベルトの昇温特性を示すグラフである。
【図１２】この発明の実施の形態２における定着装置の一部を示す構成図である。
【図１３】別の形態の定着装置の一部を示す図である。
【図１４】金属部材の肉厚部の範囲が異なるときの、定着ベルトの昇温特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００１９】
実施の形態１．
図１〜図１１にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１に示すように、本実施の形態１における画像形成装置１は、タンデム型カラープリンタである。画像形成装置本体１の上方にあるボトル収容部１０１には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。
ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。その中間転写ユニット８５の中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。
【００２０】
各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。また、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５、現像部７６、クリーニング部７７、除電部（不図示である。）等が配設されている。そして、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）がおこなわれて、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像が形成されることになる。
【００２１】
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、不図示の駆動モータによって図１中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５の位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程である。）。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光部３から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程である。）。
【００２２】
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、現像装置７６との対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程である。）。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト７８及び第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程である。）。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
【００２３】
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、クリーニング部７７との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程である。）。
最後に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。
【００２４】
その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト７８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。
ここで、中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４、中間転写クリーニング部８０、等で構成される。中間転写ベルト７８は、３つのローラ８２〜８４によって張架・支持されるとともに、１つのローラ８２の回転駆動によって図１中の矢印方向に無端移動される。
【００２５】
４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。
そして、中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。
【００２６】
その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト７８は、２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ８２が、２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト７８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。
その後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト７８上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。
【００２７】
ここで、２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐは、装置本体１の下方に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７やレジストローラ対９８等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、給紙部１２には、転写紙等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ９７が図１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対９８のローラ間に向けて給送される。
【００２８】
レジストローラ対９８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対９８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対９８が回転駆動されて、記録媒体Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。
【００２９】
その後、２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着部２０の位置に搬送される。そして、この位置で、定着ベルト２１及び加圧ローラ３１による熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。
その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対９９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対９９によって装置外に排出された被転写Ｐは、出力画像として、スタック部１００上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
【００３０】
次に、図２〜図６にて、画像形成装置本体１に設置される定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２〜図４に示すように、定着装置２０は、定着部材としての定着ベルト２１（ベルト部材）、固定部材２６、金属部材２２（金属熱伝導体）、補強部材２３、加熱手段としての励磁部材２５（コイル部）、加圧回転体としての加圧ローラ３１、温度センサ４０、断熱部材２７、ステー部材２８、等で構成される。
【００３１】
ここで、定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、図２中の矢印方向（反時計方向）に回転（走行）する。定着ベルト２１は、内周面（固定部材２６との摺接面である。）側から、基材層２１ａ、弾性層、離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが１ｍｍ以下に設定されている。
定着ベルト２１の基材層２１ａは、層厚が３０〜５０μｍであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態１では、定着ベルト２１の基材層２１ａに、励磁部材２５によって電磁誘導加熱される発熱層としての機能を持たせている。具体的に、本実施の形態１では、定着ベルト２１の基材層２１ａ（発熱層）として、厚さが４０μｍの非磁性ステンレスに厚さが１０μｍの銅をメッキ処理したものを用いている。
基材層２１ａ（発熱層）としては、励磁部材２５により発生される交番磁界によって渦電流が発生しやすく電磁誘導加熱に適した電気伝導性の良い金属材料が好適である。電磁誘導加熱に適した金属材料としては、一般的に電気的抵抗が高いものが知られているが、低抵抗の金属材料であっても金属部材２２を薄層化することにより発熱層２１ａの実質的な抵抗値を任意に設定して発熱層２１ａの発熱量を調整することができる。具体的に、基材層２１ａ（発熱層）の材料としては、銀、アルミニウム、マグネシウム等や、磁性体であるニッケルや磁性ステンレス等を用いることもできる。
【００３３】
定着ベルト２１の弾性層は、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料で形成されている。弾性層を設けることで、ニップ部における定着ベルト２１表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。なお、本実施の形態１では、定着ベルト２１の弾性層として、層厚が２００μｍのシリコーンゴムを用いている。
定着ベルト２１の離型層は、層厚が１０〜５０μｍであって、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等の材料で形成されている。離型層を設けることで、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が担保される。
【００３４】
また、定着ベルト２１の直径は１５〜１２０ｍｍになるように設定されている。なお、本実施の形態１では、定着ベルト２１の内径が３０ｍｍに設定されている。
定着ベルト２１の内部（内周面側）には、固定部材２６、金属部材２２、補強部材２３、断熱部材２７、ステー部材２８、等が固設されている。また、定着ベルト２１の外周面の一部と、金属部材２２の内周面の一部と、にそれぞれ隙間を空けて対向するように、励磁部材２５（コイル部）が配設されている（図５をも参照できる。）。また、図示は省略するが、定着ベルト２１と金属部材２２との間には、潤滑剤が介在（塗布）されている。
ここで、固定部材２６は、定着ベルト２１の内周面に摺接するように固定されている。そして、固定部材２６が定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に圧接することで、記録媒体Ｐが搬送されるニップ部が形成される。図３を参照して、固定部材２６は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。
なお、励磁部材２５や固定部材２６の構成については、後でさらに詳しく説明する。
【００３５】
図２を参照して、金属部材２２（金属熱伝導体）は、ニップ部を除く位置で定着ベルト２１の内周面に対向するように形成され、ニップ部の位置では断熱部材２７を介して固定部材２６を保持するように形成された略円筒体である。図３を参照して、金属部材２２は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。また、金属部材２２の両端には、定着ベルト２１の寄り（幅方向の移動である。）を制限するためのフランジ２９が挿設されている。
そして、略パイプ状に形成された金属部材２２は、感温磁性体で形成されていて、励磁部材２５（コイル部）により生成される交番磁界によって電磁誘導加熱されて定着ベルト２１を加熱する（熱を伝える。）。すなわち、金属部材２２が励磁部材２５によって直接的に電磁誘導加熱されて、金属部材２２を介して定着ベルト２１が間接的に加熱されることになる。
ここで、本実施の形態１では、定着ベルト２１にも発熱層２１ａを設けているため、定着ベルト２１（発熱層２１ａ）自体も、励磁部材２５により生成される交番磁界によって直接的に電磁誘導加熱されることになる。したがって、定着ベルト２１の加熱効率がさらに向上することになる。
【００３６】
金属部材２２の材料としては、ニッケル、鉄、クロム、又は、それらの合金等の磁性導電性材料を用いることができる。
本実施の形態１では、金属部材２２の材料として、キュリー点が定着可能温度以上であって３００度以下となる感温磁性体を用いている。具体的に、金属部材２２の材料は、ニッケル、鉄、クロムの合金であって、各材料の添加量と加工条件とを調整することで所望のキュリー点（本実施の形態１では、２５０度に設定されている。）を得ることができる。また、本実施の形態１において、金属部材２２の肉厚は０．５ｍｍに設定されている。
このように、金属部材２２のキュリー点を定着ベルト２1の定着温度近傍に設定することで、励磁部材２５による電磁誘導によって金属部材２２や定着ベルト２１が過昇温する不具合が抑止されることになる。
【００３７】
なお、本実施の形態１では、金属部材２２の全部を感温磁性体で形成したが、金属部材２２の一部のみを感温磁性体で形成することもできる。具体的に、金属部材２２を感温磁性体からなる層を含む多層構造体にすることもできる。例えば、金属部材２２の表裏層を感温磁性体で形成して、中間層をアルミニウム、鉄、ステンレス等の高熱伝導性材料で形成することもできる。このような場合には、定着ベルト２１を周方向にわたって、より効率良く加熱することができる。
【００３８】
そして、本実施の形態１では、加熱状態にある金属部材２２によって定着ベルト２１がニップ部を除く位置で全体的に加熱されて、加熱された定着ベルト２１の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられることになる。
なお、励磁部材２５の出力制御は、定着ベルト２１表面に対向するサーミスタ等の温度センサ４０によるベルト表面温度の検知結果に基いておこなわれる。また、このような励磁部材２５の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定することができる。
【００３９】
図５及び図６等を参照して、加熱手段としての励磁部材２５（コイル部）は、ループ状に形成された励磁コイルであって、高周波電源５０に接続されている。
ここで、励磁部材２５は、定着ベルト２１の表面（外周面）及び金属部材２２の裏面（内周面）を挟むように配設されている。換言すると、定着ベルト２１及び金属部材２２の一部が、ループ状の励磁部材２５のループ内に挟入されている。
励磁部材部２５は、定着ベルト２１及び金属部材２２に対して平行に幅方向に延設されている。励磁部材２５の幅方向の一端は内周面側と外周面側とを結ぶ折返し部になっていて、他端には高周波電源５０が接続されている。そして、高周波電源５０から、１０ｋ〜１ＭＨｚ（好ましくは、１０ｋ〜３００ｋＨｚである。）の交番電流が励磁部材２５に印加される。
詳しくは、高周波電源５０から励磁部材２５に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交番電流を流すことで、図６に示すように、励磁部材２５のループ内に磁力線が双方向に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で、金属部材２２の温度がキュリー点以下である場合に、定着ベルト２１の発熱層２１ａと、金属部材２２の表裏面と、に渦電流が生じて、定着ベルト２１の発熱層２１ａと金属部材２２とのそれぞれの電気抵抗によってジュール熱が発生して、誘導加熱される。また、定着ベルト２１は、発熱した金属部材２２からの伝熱によっても加熱される。
【００４０】
ここで、高周波電源５０から供給される交番電流の周波数が高くなるほど励磁部材２５による電磁誘導加熱の加熱効率は大きくなるが、電源の大型化、高コスト化が生じてしまう。したがって、本実施の形態１では、電源の小型化、低コスト化のため、高周波電源５０による使用周波数帯を２０ｋ〜４０ｋＨｚとして、主に３０ｋＨｚの交番電流を励磁部材２５に印加している。
【００４１】
また、図６を参照して、本実施の形態１において、励磁部材２５は、ニップ部上流側（ニップ部に対して定着ベルト２１の走行方向上流側である。）の位置に配設されている。これにより、励磁部材２５によって電磁誘導加熱された定着ベルト２１が速やかにニップ部に移動して、記録媒体Ｐ上のトナー像を加熱することになる。したがって、定着ベルト２１の熱が空気中に放熱されにくくなり、定着ベルト２１の加熱効率が向上する。
なお、本実施の形態１における励磁部材２５は、図５に示すように、定着ベルト２１及び金属部材２２を１回だけ挟むように離間して巻回されたものとした。これに対して、励磁部材２５を、定着ベルト２１及び金属部材２２を複数回挟むように離間して巻回されたものとすることもできる。
【００４２】
このように、本実施の形態１における定着装置２０は、定着ベルト２１の一部のみが局所的に加熱されるのではなく、励磁部材２５との対向位置が電磁誘導加熱された後に周方向にわたって伝熱された状態の金属部材２２によって定着ベルト２１が周方向にわたってほぼ全体的に加熱されることになるために、装置を高速化した場合であっても定着ベルト２１が充分に加熱されて定着不良の発生を抑止することができる。すなわち、比較的簡易な構成で効率よく定着ベルト２１を加熱できるために、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短縮化されるとともに、装置の小型化が達成される。
【００４３】
ここで、略パイプ状の金属部材２２は、定着ベルト２１の内周面（ニップ部を除く位置である。）にクリアランスをあけて対向するように固設されている。定着ベルト２１と金属部材２２とのクリアランス量δ（ニップ部を除く位置のギャップである。）は、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下に設定されている（０ｍｍ＜δ≦１ｍｍである。）。これにより、金属部材２２と定着ベルト２１とが摺接する面積が大きくなって定着ベルト２１の磨耗が加速する不具合を抑止するとともに、金属部材２２と定着ベルト２１とが離れ過ぎて定着ベルト２１の加熱効率が低下する不具合を抑止することができる。さらに、金属部材２２が定着ベルト２１に近設されることで、可撓性を有する定着ベルト２１の円形姿勢がある程度維持されるため、定着ベルト２１の変形による劣化・破損を軽減することができる。
また、金属部材２２と定着ベルト２１とが摺接しても定着ベルト２１の磨耗が軽減されるように、定着ベルト２１の内周面には、双方の部材２１、２２の間にはフッ素グリスやシリコーンオイル等の潤滑剤が塗布されている。
なお、本実施の形態１では、金属部材２２の断面形状が略円形になるように形成したが、金属部材２２の断面形状が多角形になるように形成することもできる。
【００４４】
ここで、本実施の形態１では、ニップ部を形成する固定部材２６の強度を補強する補強部材２３が、定着ベルト２１の内周面側に固設されている。図３を参照して、補強部材２３は、幅方向の長さが固定部材２６と同等になるように形成されていて、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。そして、補強部材２３が固定部材２６及び定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接することで、ニップ部において固定部材２６が加圧ローラ３１の加圧力を受けて大きく変形する不具合を抑止している。なお、本実施の形態１において、補強部材２３は、金属部材２２の内部を概ね２つの空間に分けるように配設された板状部材である。
この補強部材２３は、上述した機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが好ましい。なお、本実施の形態１では、補強部材２３の材料として、励磁コイル２５による交番磁界を受けても加熱されにくい、非磁性ステンレス（ＳＵＳ３０４）を用いている。
【００４５】
図２を参照して、ニップ部の位置で定着ベルト２１の外周面に当接する加圧回転体としての加圧ローラ３１は、外径が３０ｍｍであって、中空構造の芯金３２上に弾性層３３（層厚が３ｍｍ程度である。）を形成したものである。加圧ローラ３１（加圧回転体）の弾性層３３は、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層３３の表層にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。加圧ローラ３１は定着ベルト２１に圧接して、双方の部材間に所望のニップ部を形成する。また、図３を参照して、加圧ローラ３１には不図示の駆動機構の駆動ギアに噛合するギア４５が設置されていて、加圧ローラ３１は図２中の矢印方向（時計方向）に回転駆動される。また、加圧ローラ３１は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に軸受４２を介して回転自在に支持されている。なお、加圧ローラ３１の内部に、ハロゲンヒータ等の熱源を設けることもできる。
【００４６】
なお、加圧ローラ３１の弾性層３３を発泡性シリコーンゴム等のスポンジ状の材料で形成した場合には、ニップ部に作用する加圧力を減ずることができるために、金属部材２２に生じる撓みをさらに軽減することができる。さらに、加圧ローラ３１の断熱性が高められて、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ３１側に移動しにくくなるために、定着ベルト２１の加熱効率が向上する。
また、本実施の形態１では、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径とほぼ同等になるように形成したが、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径よりも小さくなるように形成することもできる。その場合、ニップ部における定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ３１の曲率よりも小さくなるために、ニップ部から送出される記録媒体Ｐが定着ベルト２１から分離され易くなる。
【００４７】
図４を参照して、定着ベルト２１の内周面に摺接する固定部材２６は、ベース層２６ｂ上に表面層２６ａが形成されたものである。固定部材２６は、加圧ローラ３１との対向面（摺接面）が、加圧ローラ３１の曲率にならうように凹状に形成されている。これにより、記録媒体Ｐは加圧ローラ３１の曲率にならうようにニップ部から送出されるために、定着工程後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に吸着して分離しないような不具合を抑止することができる。
なお、本実施の形態１では、ニップ部を形成する固定部材２６の形状を凹状に形成したが、ニップ部を形成する固定部材２６の形状を平面状に形成することもできる。すなわち、固定部材２６の摺接面（加圧ローラ３１に対向する面である。）が平面形状になるように形成することができる。これにより、ニップ部の形状が記録媒体Ｐの画像面に対して略平行になって、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの密着性が高まるために定着性が向上する。さらに、ニップ部の出口側における定着ベルト２１の曲率が大きくなるために、ニップ部から送出された記録媒体Ｐを定着ベルト２１から容易に分離することができる。
【００４８】
また、固定部材２６のベース層２６ｂを形成する材料としては、加圧ローラ３１による加圧力を受けても大きく撓むことがないように、ある程度剛性のある材料で形成されている。なお、本実施の形態１では、ベース層２６ｂの材料として、厚さが１．５ｍｍ程度のアルミニウムを用いている。
金属板を曲げ加工することにより形成する略パイプ状の金属部材２２は、その肉厚を薄くすることができるために、ウォームアップ時間を短縮することができる。しかし、金属部材２２自身の剛性は小さくなっているため、加圧ローラ３１の加圧力に抗しきれずに、撓んだり、変形することがある。パイプ状の金属部材２２が変形してしまうと所望のニップ幅が得られずに、定着性が低下するという問題が生じる。これに対して、本実施の形態１では、薄肉の金属部材２２とは別に高剛性の固定部材２６を設置してニップ部を形成しているために、そのような問題が生じるのを未然に防止することができる。
【００４９】
また、固定部材２６の表面層２６ａは、フッ素ゴム等の低摩擦弾性材料で形成されている。このような表面層２６ａを設けることにより、固定部材２６と定着ベルト２１との摺接によって双方の部材２１、２６が磨耗する不具合が軽減されるとともに、双方の部材２１、２６の間に所望のニップ部が形成されることになる。なお、本実施の形態１では、表面層２６ａの厚さが１．５〜２ｍｍ程度に設定されている。
また、固定部材２６の表面層２６ａに、予め潤滑剤を含浸させることもできる。これにより、固定部材２６は、定着ベルト２１に当接する面に潤滑剤が保持された状態になり、双方の部材２１、２６が磨耗する不具合がさらに軽減される。
【００５０】
また、本実施の形態１では、固定部材２６と金属部材２２との間に断熱部材２７を設置している。詳しくは、固定部材２６と金属部材２２との間であって、固定部材２６の摺接面を除く面を覆うように断熱部材２７が設置されている。断熱部材２７の材料としては、断熱性に優れたスポンジゴムや、空包を有するセラミック、等を用いることができる。
本実施の形態１では、定着ベルト２１と金属部材２２とがほぼ全周にわたって近接しているため、加熱待機時（プリント動作待機時）においても定着ベルト２１を周方向に温度ムラなく加熱できる。したがって、プリント要求を受けた後、速やかにプリント動作をおこなうことができる。このとき、従来のオンデマンド方式の定着装置（例えば、特許第２８８４７１４号公報参照。）では、ニップ部で加熱待機時に加圧ローラを変形させたまま熱を与えてしまうと、加圧ローラのゴムの材質によっては、熱劣化を起こして加圧ローラの寿命が短くなってしまったり、加圧ローラに圧縮永久ひずみが発生してしまったりする（ゴムの圧縮永久ひずみは、ゴムの変形に加熱が加わることにより増大する。）。そして、加圧ローラに圧縮永久ひずみが発生すると、加圧ローラの一部が凹んだ状態になり、所望のニップ幅が得られないため、定着不良が発生したり、回転時に異音が生じたりする。
これに対して、本実施の形態１では、固定部材２６と金属部材２２との間に断熱部材２７が設置されているために、加熱待機時に金属部材２２の熱が固定部材２６に達しにくくなる。したがって、加熱待機時に加圧ローラ３１が変形した状態で高温加熱される不具合が軽減されて、上述の問題が生じるのを抑止することができる。
【００５１】
さらに、固定部材２６と定着ベルト２１との摩擦抵抗を低減するために双方の部材間に塗布された潤滑剤は、ニップ部における高圧条件に加えて高温条件による使用によって劣化して、定着ベルト２１のスリップ等の不具合が生じてしまう可能性がある。
これに対して、本実施の形態１では、固定部材２６と金属部材２２との間に断熱部材２７が設置されているために、金属部材２２の熱がニップ部の潤滑剤に達しにくくなる。したがって、潤滑剤の高温による劣化が軽減されて、上述の問題が生じるのを抑止することができる。
【００５２】
また、本実施の形態１では、固定部材２６と金属部材２２との間に断熱部材２７が設置されているために、固定部材２６が断熱されて、ニップ部では積極的に定着ベルト２１は加熱されないことになる。そのため、ニップ部に送入された記録媒体Ｐの温度がニップ部から送出されるときには低くなる。すなわち、ニップ部出口では、記録媒体Ｐ上に定着されたトナー像の温度が低くなって、トナーの粘性が低下して、定着ベルト２１に対するトナー接着力が小さくなった状態で、記録媒体Ｐは定着ベルト２１から分離される。したがって、定着工程直後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に巻き付いてジャムになる不具合が防止されるとともに、定着ベルト２１に対するトナー固着も抑制される。
【００５３】
また、本実施の形態１では、図４を参照して、固定部材２６が挿設された金属部材２２の凹部２２ａを内周面側から保持するステー部材２８が設置されている。
略パイプ状の金属部材２２は、０．１ｍｍ厚のステンレスからなる平板に曲げ加工を施して形成したものである。したがって、ステンレス板を曲げ加工によって所望のパイプ形状に加工しようとしても、そのままでは、スプリングバックによって径が大きくなる方向に開いてしまい所望のパイプ形状を形成することができない。そして、金属部材２２がスプリングバックによって開いてしまうと、定着ベルト２１の内周面に接触してしまい定着ベルト２１を傷つけたり、定着ベルト２１との接触ムラによる定着ベルト２１の加熱ムラが生じたりしてしまう。本実施の形態１では、このような不具合が生じるのを抑止するために、金属部材２２の開口部が形成された凹部２２ａ（曲げ部）をステー部材２８で固定することによって、金属部材２２のスプリングバックによる変形を抑止している。具体的には、スプリングバック力に抗するように曲げ加工が施された金属部材２２の形状を保持しながら、金属部材２２の内周面側からステー部材２８を凹部２２ａに圧入する。
【００５４】
上述したように、金属板を曲げ加工することにより形成する略パイプ状の金属部材２２は、その肉厚を薄くすることができるために、ウォームアップ時間を短縮することができる。しかし、金属部材２２自身の剛性は小さくなっているため、加圧ローラ３１の加圧力が金属部材２２に作用すると、その加圧力に抗しきれずに、撓んだり、変形してしまう。そして、パイプ状の金属部材２２が変形してしまうと所望のニップ幅が得られずに、定着性が低下するという問題が生じてしまう。これに対して、本実施の形態１では、薄肉の金属部材２２に凹部２２ａ（固定部材２６が挿設されている部分である。）をニップ部から離れるように設けて、加圧ローラ３１の加圧力が金属部材２２に直接的に作用しないように構成しているために、そのような問題が生じるのを未然に防止することができる。
【００５５】
以下、上述のように構成された定着装置２０の通常時の動作について簡単に説明する。
装置本体１の電源スイッチが投入されると、高周波電源５０から励磁部材２５に交番電流が供給されるとともに、加圧ローラ３１の図２中の矢印方向の回転駆動が開始される。これにより、加圧ローラ３１との摩擦力によって、定着ベルト２１も図２中の矢印方向に従動（回転）する。
その後、給紙部１２から記録媒体Ｐが給送されて、２次転写ローラ８９の位置で、記録媒体Ｐ上に未定着のカラー画像が担持（転写）される。未定着画像Ｔ（トナー像）が担持された記録媒体Ｐは、不図示のガイド板に案内されながら図２の矢印Ｙ１０方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ３１のニップ部に送入される。
そして、金属部材２２（及び、発熱層２１ａ）によって加熱された定着ベルト２１による加熱と、補強部材２３によって補強された固定部材２６と加圧ローラ３１との押圧力とによって、記録媒体Ｐの表面にトナー像Ｔが定着される。その後、ニップ部から送出された記録媒体Ｐは、矢印Ｙ１１方向に搬送される。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態１における定着装置２０は、金属部材２２の内周面の一部と定着ベルト２１の外周面の一部とにそれぞれ隙間を空けて対向する励磁部材２５によって、感温磁性体で形成された金属部材２２が電磁誘導加熱されるように構成している。これにより、上述した定着工程において、金属部材２２の温度がキュリー点を超えた場合には、金属部材２２の発熱が制限されることになる。すなわち、励磁部材２５によって加熱された金属部材２２の温度がキュリー点を超えた場合には、金属部材２２が磁性を失うことにより、定着ベルト２１の発熱層２１ａと金属部材２２の発熱が制限される。そして、定着ベルト２１の発熱層２１ａと金属部材２２のジュール熱の発生量が低下して、定着ベルト２１や金属部材２２の過昇温が抑止される。
このような自己温度制御能力は、本実施の形態１のように定着ベルト２１と金属部材２２とに対して励磁部材２５をループ状に配設した場合、金属部材２２の片側（例えば、内周面側である。）に励磁部材を配設した場合に比べて、特に高くなる。
【００５７】
以下、「自己温度制御能力」に関して、図６〜図８を用いて詳しく説明する。
図６は励磁コイル２５の近傍を示す断面図であって、図７及び図８は、金属部材２２、定着ベルト２１、励磁部材２５を幅方向にみた断面模式図である。各図中の破線矢印は、励磁コイル２５に交番電流が流れたときに発生する磁力線を示している。
図６に示すように、励磁部材２５は、定着ベルト２１の外周面と金属部材２２の内周面とを挟むように配設されている。これにより、図７に示すように、定着ベルト２１の外周面に対向する励磁部材２５と、金属部材２２の内周面に対向する励磁部材２５と、には、互いに逆向きのコイル電流Ｈが常に流れることになる。したがって、定着ベルト２１及び金属部材２２を挟む双方の励磁部材２５によって発生される磁力線Ｂ１、Ｂ２も互いに逆の方向に回転する。そして、金属部材２２の表面と裏面とには、逆向きの渦電流Ａ１、Ａ２が流れて、表裏面の双方でジュール損による発熱が生じることになる。また、定着ベルト２１の発熱層２１ａには、金属部材２２の表面と同じ向きの渦電流Ａ３が流れて、ジュール損による発熱が生じることになる。
【００５８】
ここで、交番電流によって生じる交番磁束が金属部材２２（又は、発熱層２１ａ）に誘導する渦電流は、金属部材２２（又は、発熱層２１ａ）の表面に近くなるほど大きくなって、表面から離れるにつれて指数関数的に小さくなる。金属部材２２（又は、発熱層２１ａ）が磁性体である場合には、誘導される渦電流はさらに金属部材２２（又は、発熱層２１ａ）の表面に集中する。
また、渦電流が表面における電流密度の０．３６８倍に減少した位置における表面からの深さを電流の浸透深さδと呼ぶ。なお、浸透深さδは次式で求まる。
δ＝５０３・〔ρ／（μｆ）〕1/2        …式（１）
上式（２）において、ρは金属部材２２（又は、発熱層２１ａ）の体積抵抗率（Ω・ｍ）であり、μは金属部材２２（又は、発熱層２１ａ）の比透磁率であり、ｆは金属部材２２（又は、発熱層２１ａ）を励磁する交番電流の周波数（Ｈｚ）である。
浸透深さより金属部材２２（又は、発熱層２１ａ）の表面から遠い位置に流れる渦電流は、金属部材２２（又は、発熱層２１ａ）の表面近傍のものと比較して、非常に小さく誘導加熱にほとんど影響を与えない。金属部材２２（又は、発熱層２１ａ）の厚さが浸透深さ以上であれば、金属部材２２（又は、発熱層２１ａ）の表面から進入した磁束は金属部材２２（又は、発熱層２１ａ）の内部でエネルギーを消失して、金属部材２２（又は、発熱層２１ａ）をほとんど透過することができなくなる。
【００５９】
本実施の形態１では、金属部材２２の材料として感温磁性体を用いている。この感温磁性体の浸透深さは、感温磁性体の温度がキュリー点以下であって交番電流の周波数が３０ｋＨｚのとき、式（１）より約０．０６ｍｍとなる。なお、感温磁性体の比透磁率は、常温の初透磁率を真空の透磁率で割ることにより算出した。
本実施の形態１では、金属部材２２の厚さを０．５ｍｍに設定している。そのため、交番電流の周波数が３０ｋＨｚであって、金属部材２２の温度がキュリー点以下であれば、図７に示すように、金属部材２２の表面と裏面とに流れる渦電流はそれぞれ金属部材２２の表面から０．０６ｍｍ程度の位置に集中して、互いの渦電流が干渉することなく金属部材２２は誘導加熱されることになる。
【００６０】
これに対して、金属部材２２の温度がキュリー点以上（比透磁率が１となる。）であって交番電流の周波数が３０ｋＨｚのとき、金属部材２２（感温磁性体）の浸透深さは、式（１）より約２ｍｍとなる。このとき、図８に示すように、ループ状の励磁コイル２５によって発生される交番磁束は、厚さ０．５ｍｍの金属部材２２を貫いて干渉してしまう。そのため、金属部材２２に流れる渦電流Ａ１、Ａ２は相殺されて、金属部材２２の発熱量が著しく低下してしまう。
このように、定着ベルト２１の外周面と金属部材２２の内周面とを挟むように励磁部材２５を配設することで、非常に高い自己温度制御能力と発熱効率とを得ることができる。
【００６１】
ここで、本実施の形態１において、定着ベルト２１の発熱層２１ａは、その層厚が交番電流の周波数が３０ｋＨｚのときの浸透深さよりも小さくなる金属材料で形成されている。具体的に、定着ベルト２１の発熱層２１ａとして、厚さが４０μｍの非磁性ステンレス（ＳＵＳ３０４）に厚さが１０μｍの銅をメッキ処理したものを用いている。銅の浸透深さとＳＵＳ３０４の浸透深さとは、交番電流の周波数が３０ｋＨｚのとき、式（１）より、それぞれ、約０．３８ｍｍ、約２．４６ｍｍになるため、上述した関係が成立することになる。そして、このような関係が成立することにより、磁束は発熱層２１ａを透過して、発熱層２１ａの全体に渦電流が流れることになる。
【００６２】
上述したメカニズムにより、定着装置２０が自己温度制御されるためには、金属部材２２（感温磁性体）の温度がキュリー点以上であるときに、定着ベルト２１及び金属部材２２を挟むように配設された励磁部材２５により発生する交番磁束が金属部材２２を貫いて干渉する必要がある。したがって、金属部材２２の外周面側に配置される発熱層２１ａは、その浸透深さが、発熱層２１ａの層厚よりも大きくて、磁束が発熱層２１ａを透過しなければならない。すなわち、定着ベルト２１の発熱層２１ａの層厚が、その浸透深さよりも大きいと、磁束が金属部材２２まで充分に透過しないため、金属部材２２の自己温度制御特性が損なわれてしまうことになる。
【００６３】
また、本実施の形態1では、定着ベルト２１に発熱層２１ａを設けているため、励磁部材２５からの投入エネルギーの一部によって定着ベルト２１が直接的に加熱されることになり、定着ベルト２１の加熱効率がさらに向上する。したがって、装置のウォームアップ時間、ファーストプリント時間がさらに短縮化されることになる。
【００６４】
図９は、本実施の形態１における定着装置２０において、金属部材２２の材質が異なるときの、ウォームアップ時における定着ベルト２１の昇温特性（時間と定着ベルト２１の表面温度との関係）を示すグラフである。
図９において、グラフＱ１は金属部材２２を感温磁性体で形成した場合（本実施の形態１における構成である。）の昇温特性を示し、グラフＱ０は金属部材２２をＳＵＳ４３０（磁性ステンレスであって、感温磁性体ではない材料である。）で形成した場合の昇温特性を示す。ウォームアップ時の昇温特性は、定着ベルト２１がトナーを溶融するのに必要な温度（本実施の形態１では、１６０℃である。）に達する昇温時間が短いほど良く、ユーザーにとって使いやすい画像形成装置ということになる。
グラフＱ０に示すように、自己温度制御能力のない金属部材を用いた場合には、励磁部材２５に電力を供給しつづけると、定着ベルト２１の温度が１６０℃（定着設定温度）を超えても昇温を続ける。これに対して、グラフＱ１に示すように、自己温度制御能力のある金属部材２２を用いた場合には、励磁部材２５に電力を供給しつづけても、金属部材２２（感温磁性体）の温度がキュリー（２５０℃）まで昇温すると、それ以上温度が上がらない。そのため、定着ベルト２１の温度は、減少した金属部材２２（感温磁性体）の発熱量と、定着ベルト２１の放熱量と、がつりあう温度（本実施の形態１では、約２３０℃である。）で一定となる。このように、金属部材２２自体の自己温度制御能力によって、温度制御をおこなうための制御装置を別に設けなくても、金属部材２２や定着ベルト２１の過昇温を防止することができる。
【００６５】
ここで、本実施の形態１における金属部材２２は、少なくとも励磁部材２５に対向する部分の厚さが、金属部材２２の温度が金属部材２２が有するキュリー点以下であるときの交番電流の周波数に対応した浸透深さに対して３倍以上の厚さとなるように形成されている。これは、先に図７、図８にて説明した自己温度制御能力のメカニズムにより、金属部材２２の厚さが誘導加熱の効率に影響を与えるとの、本願発明者の推測に基づくものである。
【００６６】
図１０は、金属部材２２の温度がキュリー点以下であるときの、金属部材２２の厚さ／浸透深さと、発熱効率と、の関係を示すグラフ（実験結果）である。
図１０に関わる実験では、本実施の形態１における定着装置２０において、感温磁性体からなる金属部材２２の厚さを変化させて、周波数３０ｋＨｚの一定電圧を励磁部材２５に印加したときの、金属部材２２及び発熱層２１ａの発熱量Ｑを測定している。図１０において、横軸は金属部材２２の厚さを浸透深さ（０．０６ｍｍ）で割った倍率（金属部材の厚さ／浸透深さ）を示し、縦軸は金属部材２２の厚さが０．０６ｍｍのときの金属部材２２及び発熱層２１ａの発熱量Ｑ１を基準とした発熱量の増減率（（Ｑ−Ｑ１）／Ｑ１×１００）を示す。
【００６７】
図１０に示す実験結果から、感温磁性体である金属部材２２の温度がキュリー点以下であるとき、金属部材２２の厚さが３倍より薄くなると、発熱量が急激に低下することがわかる。これは、金属部材２２の温度がキュリー点以下であるのに、金属部材２２の厚さが薄すぎるため、金属部材２２の内部を流れる定着ベルト２１の外側の励磁部材２５の磁束（コイル磁束）に誘導された渦電流と、金属部材２２内側の励磁部材２５の磁束（コイル磁束）に誘導された渦電流と、が相殺されるためである。
本実施の形態１において、装置のウォームアップ時間やファーストプリント時間が短縮化するためには、金属部材２２の温度がキュリー点以下であるときの加熱効率が重要になる。上述したように、周波数３０ｋＨｚで誘導加熱をおこなうとき、金属部材２２の厚さは浸透深さの３倍以上にすることで、装置の加熱効率を確実に向上させることができる。また、周波数が３０ｋＨｚにおいて浸透深さが小さな金属部材２２（例えば、浸透深さが０．１５ｍｍ以下のもの）を用いることで、熱容量の小さな定着装置を提供することができる。すなわち、金属部材２２の浸透深さが小さければ小さいほど、金属部材２２の厚さを薄くすることができることになる。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態１では、金属部材２２及び定着ベルト２１を挟むようにループ状の励磁部材２５を配設するとともに、金属部材２２の厚さを最適化しているため、金属部材２２における発熱効率と自己温度制御性とが高まり、小サイズの記録媒体を連続的に定着した場合や装置が突発的に駆動停止した場合等であっても、金属部材２２（又は定着ベルト２１）の過昇温を確実に抑止することができる。
【００６９】
なお、本実施の形態1における定着装置２０は、定着ベルト２１に発熱層２１ａを設けて、励磁部材２５からの投入エネルギーの一部によって定着ベルト２１を直接的に加熱している。これに対して、定着ベルト２１に発熱層２１ａを設けずに金属部材２２のみを電磁誘導加熱する場合であっても、充分に高い自己温度制御能力を得ることができる。
【００７０】
図１１は、定着ベルト２１における発熱層２１ａの有無による、ウォームアップ時における定着ベルト２１の昇温特性（時間と定着ベルト２１の表面温度との関係）を示すグラフである。
図１１において、グラフＳ１は定着ベルト２１に発熱層２１ａを設けた場合（本実施の形態１における構成である。）の昇温特性を示し、グラフＳ０は定着ベルト２１に発熱層２１ａを設けなかった場合（発熱層の代わりにポリイミドからなる基材層を設けている。）の昇温特性を示す。
図１１に示す実験結果から、定着ベルト２１に発熱層２１ａを設けることにより、昇温特性が向上していることがわかる。具体的に、定着ベルト２１の表面温度が定着設定温度（１６０℃）まで昇温する時間は、発熱層２１ａを設けなかった場合が１５秒であったのに対して、発熱層２１ａを設けた場合が１０秒であった。
また、発熱層２１ａを設けた場合には定着ベルト２１が２３０℃で一定となったのに対して、発熱層２１ａを設けなかった場合には定着ベルト２１が２２０℃で一定となった。これは、定着ベルト２１が発熱層２１ａを有さない場合には、定着ベルト２１の加熱は金属部材２２からの伝熱によるものだけであるのに対して、定着ベルト２１に発熱層２１ａが形成されている場合には、定着ベルト２１の加熱が金属部材２２からの伝熱に加えて、誘導加熱による直接的なものがあるためである。特に、定着装置２０を低温状態から昇温させる場合（例えば、室温状態から装置を立ち上げる場合である。）には、定着ベルト２１（発熱層２１ａ）を誘導加熱で直接的に加熱する効果が顕著になる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態１においては、金属部材２２の内周面の一部と定着ベルト２１の外周面の一部とにそれぞれ隙間を空けて対向する励磁部材２５によって、感温磁性体で形成された金属部材２２を電磁誘導加熱するように構成している。これにより、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、定着装置２０（画像形成装置１）を高速化した場合であっても定着不良等が生じることなく、小サイズの記録媒体Ｐを連続的に定着した場合や定着装置２０が突発的に駆動停止した場合等であっても金属部材２２や定着ベルト２１の過昇温を確実に抑止することができる。
【００７２】
実施の形態２．
図１２〜図１４にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図１２は、実施の形態２における定着装置の一部を示す構成図である。また、図１３は、別の形態の定着装置の一部を示す図である。さらに、図１４は、金属部材の２２肉厚部の範囲が異なるときの、定着ベルト２１の昇温特性を示すグラフである。
本実施の形態２における定着装置は、金属部材２２において励磁部材２５に対向する部分の厚さｔ１がそれ以外の部分の厚さｔ２よりも厚くなるように形成されている点が、金属部材２２が周方向にわたって一定の肉厚で形成されている前記実施の形態１のものと相違する。
【００７３】
本実施の形態２における定着装置２０も、前記実施の形態１のものと同様に、定着ベルト２１、固定部材２６、金属部材２２、補強部材２３、励磁部材２５（加熱手段）、加圧ローラ３１（加圧回転体）、温度センサ４０、断熱部材２７、ステー部材２８、等で構成される。そして、金属部材２２はその一部又は全部が感温磁性体で形成され、ループ状の励磁部材２５が金属部材２２の内周面と定着ベルト２１の外周面とに対向するように配設されている。
【００７４】
ここで、本実施の形態２における定着装置２０の金属部材２２は、図１２に示すように、励磁部材２５に対向する部分（破線で囲んだ部分である。）の厚さｔ１が、それ以外の部分の厚さｔ２よりも厚くなるように形成されている。
具体的に、励磁部材２５に対向する部分（肉厚部）の厚さｔ１は０．５ｍｍに設定され、励磁部材２５に対向しない部分（薄肉部）の厚さｔ２は０．１ｍｍに設定されている。また、図１２に示すように、金属部材２２における肉厚部の周方向の長さＷ０は、対向する内側の励磁部材２５の周方向の長さにほぼ一致するように設定されている。なお、図１２（又は、図１３）において、肉厚部の厚さｔ１と、薄肉部の肉厚ｔ２と、は、見易さのため比例尺で図示していない。
このように、励磁部材２５による交番磁界が及ぶ範囲（肉厚部）は金属部材２２の肉厚を浸透深さの３倍以上に設定することで自己温度制御性を確保し、励磁部材２５による交番磁界が及ばない範囲（薄厚部）は金属部材２２の肉厚をなるべく薄くして熱容量を小さく設定することで伝熱性を確保している。これにより、自己温度制御性と、全体の加熱効率と、の両者を良好化することができる。
【００７５】
以下、詳しく説明する。
前記実施の形態１の図１０にて説明したように、感温磁性体である金属部材２２の厚さを浸透深さの３倍以上に設定することで、金属部材２２の温度がキュリー点以下のときの加熱効率を高くすることができる。しかし、金属部材２２の厚さを厚くすると、金属部材２２の熱容量が増加するため、ウォームアップ時の昇温特性が低下してしまう。
本願発明者は、金属部材２２の厚さが誘導加熱の加熱効率に影響を与える範囲が、励磁部材２５の近傍に限られるのではと推測した。そして、その推測に基いて、金属部材２２の厚さを厚くする範囲を変化させて、発熱量Ｑを計測する実験をおこなった。
【００７６】
実験は、図１２に示す本実施の形態２における金属部材２２と、図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示す金属部材２２（肉厚部の周方向の範囲を変更したものである。）と、を用いた４種類の定着装置２０について、ウォームアップ時における定着ベルト２１の昇温特性（時間と定着ベルト２１の表面温度との関係）を調べたものであって、その実験結果を図１４に示している。
ここで、図１３（Ａ）に示す金属部材２２は、肉厚部（ｔ１＝０．５ｍｍ）の範囲が、周方向全域となるように形成されている。また、図１３（Ｂ）に示す金属部材２２は、肉厚部（ｔ１＝０．５ｍｍ）の範囲Ｗ１が、対向する内側の励磁部材２５の周方向の長さに対して充分に長くなるように形成されている。また、図１３（Ｃ）に示す金属部材２２は、肉厚部（ｔ１＝０．５ｍｍ）の範囲Ｗ２が、対向する内側の励磁部材２５の周方向の長さに対して充分に短くなるように形成されている。なお、図１３（Ｂ）及び図１３（Ｃ）に示す金属部材２２は、いずれも、図１２のものと同様に薄肉部の肉厚ｔ２が０．１ｍｍに設定されている。
【００７７】
また、図１４において、グラフＲ０は図１２に示す金属部材２２を用いた場合の昇温特性を示し、グラフＲ１は図１３（Ａ）に示す金属部材２２を用いた場合の昇温特性を示し、グラフＲ２は図１３（Ｂ）に示す金属部材２２を用いた場合の昇温特性を示し、グラフＲ３は図１３（Ｃ）に示す金属部材２２を用いた場合の昇温特性を示す。
図１４の実験結果から、図１２に示す金属部材２２を用いた場合が最も昇温特性が良好で、以下、図１３（Ｂ）に示す金属部材２２を用いた場合、図１３（Ａ）に示す金属部材２２を用いた場合、図１３（Ｃ）に示す金属部材２２を用いた場合の順に昇温特性が低下していく。特に、図１３（Ｃ）に示す金属部材２２を用いた場合には、他のものに比べて昇温特性の低下の程度が大きくなってしまう。
具体的に、図１２に示す金属部材２２を用いた場合のウォームアップ時間は６秒、図１３（Ｂ）に示す金属部材２２を用いた場合のウォームアップ時間は８秒、図１３（Ａ）に示す金属部材２２を用いた場合のウォームアップ時間は１０秒、図１３（Ｃ）に示す金属部材２２を用いた場合のウォームアップ時間は３０秒であった。
【００７８】
先に図７及び図８で説明したように、感温磁性体である金属部材２２の温度がキュリー点以下であるとき、金属部材２２の内部を流れる、定着ベルト２１の外側のコイル磁束に誘導された渦電流と、金属部材２２の内側のコイル磁束に誘導された渦電流と、が相殺されなければ、良好な加熱をおこなうことができる。したがって、図１２に示す金属部材２２のように、励磁部材２５が生成する交番磁界により発熱する部分のみ、渦電流が相殺しないように、金属部材２２の厚さを浸透深さの３倍以上に設定すれば良いことになる。
図１２、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）の金属部材２２のように、少なくとも、励磁部材２５（内側の励磁部材２５である。）に対向する金属部材２２の部分の肉厚を厚く設定することで、上述した渦電流の相殺による加熱効率の低下は解消される。しかし、渦電流の相殺が起こらなければ、金属部材２２全体の熱容量が小さいほど、金属熱部材２２の昇温時間は短くなるため、図１４に示すような実験結果となる。一方、図１３（Ｃ）の金属部材２２を用いた場合には、励磁部材２５（内側の励磁部材２５である。）に対向する金属部材２２の部分の肉厚がすべて厚く設定されていないため、肉厚が充分に確保されていない部分で、渦電流の相殺が発生して加熱効率が低下してしまい、図１４に示すような実験結果となる。
【００７９】
このような結果から、金属部材２２において、少なくとも励磁部材２５に対向する部分の厚さが、浸透深さ（金属部材２２の温度がキュリー点以下であるときの交番電流の周波数に対応した浸透深さである。）に対して３倍以上の厚さとなるように形成することで、自己温度制御性が良好で、全体の加熱効率も良好になることがわかる。
特に、本実施の形態２における定着装置２０は、金属部材２２の肉厚部の範囲Ｗ０が必要充分な範囲に設定され、それ以外の部分が低熱容量化のため薄肉部となっているため、上述した効果が最大限発揮されることになる。
なお、本実施の形態２における定着装置２０において、肉厚部が形成された金属部材２２は一体成型されたものである必要はなく、例えば、肉厚がｔ２の板状部材（円筒状部材）に肉厚が（ｔ１−ｔ２）の板状部材を重ね合わせて肉厚部を形成することもできる。
【００８０】
以上説明したように、本実施の形態２においても、前記実施の形態２と同様に、金属部材２２の内周面の一部と定着ベルト２１の外周面の一部とにそれぞれ隙間を空けて対向する励磁部材２５によって、感温磁性体で形成された金属部材２２を電磁誘導加熱するように構成している。これにより、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、定着装置２０（画像形成装置１）を高速化した場合であっても定着不良等が生じることなく、小サイズの記録媒体Ｐを連続的に定着した場合や定着装置２０が突発的に駆動停止した場合等であっても金属部材２２や定着ベルト２１の過昇温を確実に抑止することができる。
【００８１】
なお、前記各実施の形態では、定着ベルトとして複層構造の定着ベルト２１を用いたが、定着ベルトとしてポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、金属等からなる無端状の定着フィルムを用いることもできる。そして、その場合にも、前記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
なお、本発明が前記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１  画像形成装置本体（装置本体）、
２０  定着装置、
２１  定着ベルト（定着部材）、
２１ａ  発熱層、
２２  金属部材（加熱部材）、
２３  補強部材、
２５  励磁部材（加熱手段）、
２６  固定部材、
３１  加圧ローラ（加圧回転体）、  Ｐ  記録媒体。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８４】
【特許文献１】特許２００９−３４１０号公報
【特許文献２】特許２００７−１７７２３号公報
【図１】
0005472619.tif 000002
【図２】
0005472619.tif 000003
【図３】
0005472619.tif 000004
【図４】
0005472619.tif 000005
【図５】
0005472619.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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