(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と，加圧回転体と，前記発熱体の外部に配置され，前記発熱体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，
前記発熱体は，
無端状の定着ベルトと，
前記定着ベルトの内部において前記加圧回転体と対向して配置される定着部材と，
前記定着ベルトの内部において前記定着部材と異なる位置で前記励磁コイルと対向するように固定して配置された対向部材とを有し，
前記定着ベルトは，第１導電層を有し，
前記対向部材は，前記励磁コイルに近い方から順に，第２導電層と第３導電層とを有し，
前記第２導電層および前記第３導電層は互いに接した状態で設けられており，
前記第１導電層と前記第２導電層とが磁性材で構成され，
前記第２導電層のキュリー温度が，前記第１導電層のキュリー温度よりも低く，
前記第３導電層が，前記第１導電層と前記第２導電層とのいずれよりも常温で低透磁率である素材で構成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置において，
前記第１導電層がニッケルで形成されており，
前記第２導電層が，パーマロイで形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の定着装置において，
前記第３導電層の体積抵抗率が５．０×１０−８Ωｍ以下であることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の定着装置において，
前記第２導電層のキュリー温度が１５０〜２２０℃の範囲内であることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
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して請求項１から４のいずれか１つに記載の定着装置とを有する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，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。
【背景技術】
【０００２】
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誘導加熱装置
を有するものがある。電磁誘導加熱方式の加熱装置は一般に，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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９００６９２号公報
【特許文献２】再公表特許ＷＯ２００４／０６３８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
例えば，特許文献１に記載の技術では，主な発熱体が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のみである。そのため，過昇温を防止する機能を有する代わりに，
通常の温度範囲における発熱効率が不十分であった。そのため，例えばウォームアップ時
間が長いという問題点があった。
【０００８】
また，過昇温を効果的に防止するには，キュリー温度を設定した部材の温度が，定着ベ
ルト等の表面温度に応じて感度よく変化する必要がある。しかし，特許文献２に記載の装
置では，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。
【０００９】
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発熱効率のよい定着装置およ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】
【００１０】
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，発熱体と，加圧回転体と，発熱体の外部に配置され，発熱体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，発熱体は，無端状の定着ベルトと，定着ベルトの内部において加圧回転体と対向して配置される定着部材と，定着ベルトの内部において定着部材と異なる位置で励磁コイルと対向するように固定して配置された対向部材とを有し，定着ベルトは，第１導電層を有し，対向部材は，励磁コイルに近い方から順に，第２導電層と第３導電層とを有し，第２導電層および第３導電層は互いに接した状態で設けられており，第１導電層と第２導電層とが磁性材で構成され，第２導電層のキュリー温度が，第１導電層のキュリー温度よりも低く，第３導電層が，第１導電層と第２導電層とのいずれよりも常温で低透磁率である素材で構成されているものである。
【００１１】
本発明の定着装置によれば，常温においては，磁性体である第１導電層と第２導電層とが主に発熱する。第３導電層は，常温においては第１導電層および第２導電層よりも低透磁率であり，励磁コイルから遠い側に配置されているので，あまり発熱しない。発熱体のうち励磁コイルに近い側に加熱対象を配置すれば，加熱対象は，第１導電層と第２導電層とによる熱によって効率よく加熱される。さらに，第２導電層のキュリー温度が，第１導電層のキュリー温度よりも低い。従って，加熱対象により近い第１導電層としては，キュリー温度等に関係なく，常温での発熱効率のよい材質を選択することができる。
【００１２】
そして，この第２導電層のキュリー温度を，この装置の目標とする加熱温度よりやや高
い温度とすれば，過昇温状態となった部分では第２導電層の透磁率が変化し，それによっ
て磁束密度分布も変化する。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，金属の種類や，パーマロイ等の合金の場
合ではその成分比の選択によって可能である。
【００１３】
過昇温箇所では，第１導電層または第２導電層の透磁率が低下することにより，第１導電層と第２導電層とを貫いて第３導電層に到達する磁束が増える。ここで本発明では，第３導電層があるので，ここで発生する渦電流による逆起電力が，第１導電層と第２導電層の磁束密度をさらに減少させる方向に働く。さらに，第１導電層が定着ベルトであり，第２導電層および第３導電層は対向部材をなして装置内に固定して設けられているので，被加熱部材に接触する部分の熱容量を小さく形成できる。従って，短時間でのウォームアップが可能である。これにより，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発熱効率のよい定着装置となっている。
【００１４】
さらに本発明では，第１導電層がニッケルで形成されており，第２導電層が，パーマロイで形成されていることが望ましい。
ニッケルは透磁率が高く，発熱体として適している。また，パーマロイ（鉄−ニッケル合金）は透磁率が高く，ヒステリシス損失が小さい材質である。第２導電層がパーマロイで形成されていれば，適切なキュリー温度と高い発熱効率を有する定着装置とすることができる。
【００１５】
さらに本発明では，第３導電層の体積抵抗率が５．０×１０-8Ωｍ以下であることが望
ましい。
このようなものであれば，第３導電層の体積抵抗率が小さいので，第３導電層に磁束が
かかって渦電流が流れてもその発熱量は小さい。
【００１６】
さらに本発明では，第２導電層のキュリー温度が１５０〜２２０℃の範囲内であること
が望ましい。
このようなものであれば，定着装置に適している。
【００１８】
また本発明は，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して前記した定着装置を有する画像形成装置にも及ぶ。
【発明の効果】
【００１９】
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発熱効率がよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本形態に係る定着装置の概略構成図である。
【図３】定着ローラの層構成を示す説明図である。
【図４】加圧ローラの層構成を示す説明図である。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】第１導電層と第３導電層との材質と発熱効率との関係を示すグラフ図である。
【図８】第２導電層と第３導電層との体積抵抗率と発熱効率との関係を示すグラフ図である。
【図９】第２導電層と第３導電層との体積抵抗率とキュリー温度到達の前後での発熱率の変化との関係を示すグラフ図である。
【図１０】第２導電層と第３導電層との比透磁率とキュリー温度到達の前後での発熱率の変化との関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，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。
【００２２】
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。
【００２３】
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１
０８，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。
【００２４】
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１
１２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１０
３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１
２，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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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５１，加圧ローラ１
２，磁束発生部１３を有している。加熱ローラ５１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５１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５１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５１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。
【００２８】
加熱ローラ５１は，図２に示すように，芯金２１と断熱層２２とを含む定着ローラ２７
と，その外周側に配置された定着ベルト５２，定着ローラ２７と定着ベルト５２との間に
固定された摺接部材５３を有している。本形態の加熱ローラ５１は，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。従って，その図２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。
【００２９】
摺接部材５３は，図２に示した横面形状が扇形で，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。摺接部材５３の図中上面は，定着ベルト５２の内周
側に沿って湾曲した曲面となっており，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。そして
，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。定着
ローラ２７または加圧ローラ１２が回転駆動されることにより，定着ベルト５２も回転さ
れる。摺接部材５３は，加熱ローラ５１の回転軸に平行に配置されて固定されており，回
転しない。
【００３０】
本形態の加熱ローラ５１は，摺接部材５３がある位置では，図３に示すように，内側（
図中下側）から芯金２１，断熱層２２，補助発熱層５８，発熱制御層５９，主発熱体層５
５，弾性層５６，離型層５７の７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，主発熱体層５５，弾性層５６，離型層５７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５２という。摺接部材５３は，補助発熱層５８と
発熱制御層５９とが重ねられた２層構成となっている。本形態では，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。なお，図３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。
【００３１】
芯金２１は，加熱ローラ５１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，鉄，ＳＵＳ，アルミ等の材質のもの
を用いることもできる。
【００３２】
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５１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。
【００３３】
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１〜１０
ｍｍ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５１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。
【００３４】
摺接部材５３の補助発熱層５８は，ほぼ均一の厚さの円筒面の一部の形状である。また
，補助発熱層５８は，発熱制御層５９のみに接触し，定着ベルト５２にも定着ローラ２７
にも接触していない。補助発熱層５８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。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，補助発熱層５８には，常温において発熱制御
層５９と主発熱体層５５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５９のキュリー温度以下の温度範囲に相当する。
【００３５】
また，補助発熱層５８としては，電気抵抗率の低い材料を用いる。補助発熱層５８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，補助発熱層５８には，高温において発熱制御層５
９よりも低抵抗である材料を用いる。厚さ０．１〜４ｍｍ，望ましくは０．４〜２ｍｍの
銅製とするとよい。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，Ｓ
ＵＳ，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。
【００３６】
摺接部材５３の発熱制御層５９は，ほぼ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２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としては，常温において，補助発熱層５８
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。
【００３７】
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５９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。なお，発熱制御
層５９の厚さは，０．０５〜２ｍｍ，望ましくは０．１〜１ｍｍの範囲内とすることが好
ましい。また，摺接部材５３全体の周方向の大きさは，磁束発生部１３の励磁コイルの幅
と同等以上であることが好ましい。
【００３８】
定着ベルト５２の主発熱体層５５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，補助
発熱層５８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。また，比透磁率は，５０〜５００，望ましくは１０
０〜２００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５５の厚さは，１
０〜１００μｍ，望ましくは２０〜５０μｍの範囲内とすることが好ましい。本形態では
，主発熱体層５５は，無端状のニッケル電鋳ベルトによって形成されている。
【００３９】
弾性層５６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５
６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５６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。
【００４０】
この弾性層５６としては，厚さ１０〜８００μｍ，さらに望ましくは１００〜３００μ
ｍ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５５で発
生した熱を加熱ローラ５１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。
【００４１】
弾性層５６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５６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  Ｔ
ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｖｕｌｃａｎｉｚａｂｌｅ：低温加硫）型，ＲＴＶ（Ｒｏｏｍ  
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｖｕｌｃａｎｉｚａｂｌｅ：常温加硫）型，またはＨＴＶ（Ｈ
ｉｇｈ  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。
【００４２】
離型層５７は，定着ベルト５２の最外層をなし，定着ベルト５２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５７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），ＰＴ
ＦＥ（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。
【００４３】
離型層５７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５７と弾性層５６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５７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。なお，本形態では，主発熱体層
５５の上に弾性層５６及び離型層５７を被覆することによって，定着ベルト２８を製造す
る。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
加圧ローラ１２の最外周の離型層３３は，加熱ローラ５１の離型層５７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，ＰＴＦ
Ｅ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５１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。
【００４７】
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５１の外周に
対面するとともに，加熱ローラ５１の長手方向に沿って，加熱ローラ５１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。
【００４８】
励磁コイル４１は，加熱ローラ５１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５１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。
【００４９】
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５１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５１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５１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５１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。
【００５０】
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。
【００５１】
さらに本形態では，加熱ローラ５１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５１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５１の左端部の近くである。また，加熱ローラ５１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５１の定着前の場所における表面温度が検出される。
【００５２】
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，１００〜２
００℃程度である。なお，加熱ローラ５１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。
【００５３】
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が定着ベルト５２を挟んで定着ローラ２７に押し付けられ，加圧ロ
ーラ１２と定着ベルト５２との間に，用紙が挿入される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５１の定着ベルト５２および定着ローラ２７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。
【００５４】
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５１に至る。発熱制御
層５９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５５と発熱制御層５
９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５９のシールド効果に
より，磁束はその反対側（補助発熱層５８の側）へはほとんど漏れない。
【００５５】
すなわち，常温では，磁束のほとんどは，主発熱体層５５と発熱制御層５９との厚みの
中を定着ベルト５２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５５と発熱制御層５９とがともに大きく発熱する
。
【００５６】
このように発生した熱は，主発熱体層５５に接着されている弾性層５６を介して，加熱
ローラ５１の表面へ伝達される。そして，加熱ローラ５１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５１の側に向けた状態で，加熱ローラ５１
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５１と加圧ローラ１
２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。
【００５７】
ニップを通過した用紙Ｐは，加熱ローラ５１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定着ベルト５２に張り付いたままであれば，分離爪１４によ
って定着ベルト５２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，定着ベルト５２の表面に接
触していてもしていなくてもよい。
【００５８】
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５１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，定着ベルト５２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。
【００５９】
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５１の軸方向のうち，通紙
範囲外においては発熱制御層５９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５９の温度がキュリー温度を超えた箇所では，発熱制御層
５９の透磁率が大きく低下する。これにより，発熱制御層５９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５９の透磁率が大きく
低下して，磁束の大部分が主発熱体層５５と発熱制御層５９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５５と発熱制御層５９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。
【００６０】
さらに本形態では，発熱制御層５９に接して補助発熱層５８が設けられている。高温箇
所において主発熱体層５５と発熱制御層５９とを貫いて漏れた磁束は，第３導電層である
補助発熱層５８に掛かる。補助発熱層５８は，例えば銅製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，補助発熱層５８に掛かっている磁束による渦電流の大部分
は，補助発熱層５８中に発生する。補助発熱層５８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，補助発熱層５８に発生する渦電流による起電力が，磁束を
打ち消す方向に働く。そのため，主発熱体層５５と発熱制御層５９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。従って，高温箇所では，加熱ローラ５１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。
【００６１】
従って，過昇温となった箇所では，発熱制御層５９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５９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，補助発熱層５８が
第３導電層として機能することにより，発熱制御層５９の透磁率の分布が変化した際に，
主発熱体層５５と発熱制御層５９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層５８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。
【００６２】
さらに本形態では，発熱制御層５９のほぼ全面が主発熱体層５５に接しているので，表
面温度の変化が発熱制御層５９に素早く伝わる。従って，加熱ローラ５１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５９のキュリー温度が選択されている。
【００６３】
本形態では，定着ローラ２７の外径が小さく，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の
で，短時間で昇温させることができる。さらに，発熱制御層５９を摺接部材５３に設け，
定着ベルト５２を比較的薄い３層のみとしたことから，定着ベルト５２を薄く形成するこ
とができる。従って，定着ベルト５２の熱容量が小さく，ウォームアップ時間が短いもの
となっている。また，定着ベルト５２が薄いことから，十分な柔軟性を有するものとでき
る。従って，十分な大きさの定着ニップを確保できる。
【００６４】
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，摺接部材を補助発熱層を有しない発熱制御層のみの
ものとし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。
【００６５】
この実験では，発熱制御層５９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。
【００６６】
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，補助発
熱層５８を有する摺接部材５３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。
【００６７】
さらに，第３の実験として，発明者らは，主発熱体層５５（第１導電層）と補助発熱層
５８（第３導電層）とに，磁性材を用いた場合と非磁性材を用いた場合とで，発熱効率に
与える影響を調べた。この実験では，主発熱体層５５と補助発熱層５８とに，磁性材では
ニッケルを使用し，非磁性材では銅を使用した。この実験の結果を図７に示す。補助発熱
層５８の材質にかかわらず，主発熱体層５５を非磁性材とすると，磁性材とした場合より
やや発熱効率が低下した。このことより，補助発熱層５８は磁性材でも非磁性材でも構わ
ないが，主発熱体層５５は磁性材である方が好ましいことが分かった。
【００６８】
次に，第４の実験として，発熱制御層５９（第２導電層）の体積抵抗率に対して補助発
熱層５８（第３導電層）の体積抵抗率の大きさを変えたものを３種類用意し，それらによ
る発熱効率の違いを調べた。ただし，比透磁率にはほとんど差がない材質を選択した。第
１の例は，発熱制御層５９の体積抵抗率に対して補助発熱層５８の体積抵抗率が約１．５
％のものである。具体的には，発熱制御層５９の材質としてパーマロイを，補助発熱層５
８の材質として銅を使用した。これを「極小」の例とした。第２の例は，発熱制御層５９
の体積抵抗率に対して補助発熱層５８の体積抵抗率が約８．５％のものである。具体的に
は，発熱制御層５９の材質としてパーマロイを，補助発熱層５８の材質としてアルミニウ
ム合金を使用した。これを「小」の例とした。第３の例は，発熱制御層５９の体積抵抗率
に対して補助発熱層５８の体積抵抗率が約１２５％のものである。具体的には，発熱制御
層５９の材質としてパーマロイを，補助発熱層５８の材質として非磁性ステンレスを使用
した。これを「大」の例とした。この実験の結果を図８に示す。補助発熱層５８の体積抵
抗率が，発熱制御層５９のそれに比較して小さくても大きくても，発熱効率には大差ない
ことが分かった。
【００６９】
次に，第５の実験として，第４の実験と同じ３種類の加熱ローラによる過昇温時の発熱
率の違いを調べた。ここでの発熱率とは，発熱制御層５９がキュリー温度を超えたときの
前後での主発熱体層５５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
として求めたものである。この実験では，第１の実験の場合とは異なり，主発熱体層５５
のみによる発熱量を比較した。この実験の結果を図９に示す。補助発熱層５８の体積抵抗
率の大きさが，発熱制御層５９のものに比較して大きいと，発熱制御層５９がキュリー温
度を超えても，主発熱体層５５の発熱量はあまり低下しない。このことから，補助発熱層
５８の体積抵抗率は，発熱制御層５９の体積抵抗率と比較して小さいことが望ましいこと
がわかった。
【００７０】
次に，第６の実験として，補助発熱層５８（第３導電層）の比透磁率の大きさを変えた
ものを３種類用意し，それらによる発熱率の違いを調べた。ここでの発熱率は，第５の実
験のものと同じである。ただし，体積抵抗率にはあまり差がない材質を選択した。補助発
熱層５８の第１の例は，高温時（発熱制御層５９がキュリー温度を超えたとき）における
補助発熱層５８の比透磁率が発熱制御層５９の比透磁率の５０％程度のものである。具体
的には，発熱制御層５９の材質としてパーマロイを，補助発熱層５８の材質としてアルミ
ニウム合金を使用した。これを，「小」の例とした。第２の例は，高温時における補助発
熱層５８の比透磁率が発熱制御層５９の比透磁率と同程度のものである。具体的には，発
熱制御層５９の材質としてパーマロイを，補助発熱層５８の材質として銅−ニッケル合金
を使用した。これを，「同」の例とした。第３の例は，高温時における補助発熱層５８の
比透磁率が発熱制御層５９の比透磁率の５００％程度のものである。具体的には，発熱制
御層５９の材質としてパーマロイを，補助発熱層５８の材質としてニッケルを使用した。
これを，「大」の例とした。
【００７１】
この実験の結果を図１０に示す。補助発熱層５８の比透磁率の大きさが，発熱制御層５
９のものに比較して同程度かまたは大きいと，発熱制御層５９がキュリー温度を超えても
，主発熱体層５５の発熱量はあまり低下しない。このことから，補助発熱層５８の比透磁
率は，発熱制御層５９の比透磁率と比較して小さいことが望ましいことがわかった。
【００７２】
次に，第７の実験として，補助発熱層５８（第３導電層）の体積抵抗率を変えたものを
用意し，小サイズ用紙を連続通紙して，本形態の効果を調べた。補助発熱層５８の体積抵
抗率として，１．０×１０-8〜８．０×１０-7Ωｍまでの４種類のものを用意した。この
実験の結果を以下の表１に示す。
【００７３】
【表１】
0005488683.tif 000002
【００７４】
表１に示すように，補助発熱層５８の体積抵抗率が５．０×１０-8Ωｍ以下であれば，
過昇温抑制の効果が十分にあり，定着ベルト５２の変形は見られなかった。７．０×１０
-8Ωｍでは，やや変形が見られたものの，実験後に温度が低下することにより，ほぼ元に
戻った。８．０×１０-7Ωｍでは，定着ベルト５２は破損した。このことから，補助発熱
層５８の体積抵抗率は，５．０×１０-8Ωｍ以下であることが望ましいことが分かった。
【００７５】
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５１に，第１
導電層（主発熱体層５５）と第２導電層（発熱制御層５９）と第３導電層（補助発熱層５
８）とを有している。従って，部分的に高温となり，定着ベルト５２の表面温度が発熱制
御層５９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５９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，主発熱体層５５が磁性材によるものであるので，加熱ローラ
５１としての発熱効率がよい。また，補助発熱層５８の体積抵抗率を発熱制御層５９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発熱効率のよい定着装置および画
像形成装置となっている。さらに，定着ベルト５２の熱容量が小さく，また定着ベルト５
２から定着ローラ２７へ逃げる熱の量も小さいので，ウォームアップ時間が短いものとな
っている。
【００７６】
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５１として弾性層５６
の無いものとしてもよい。
【００７７】
また例えば，主発熱体層５５として，樹脂にニッケル，パーマロイ等の磁性材の粒子を
分散させたものとしてもよい。あるいは，樹脂材にこれらの磁性材をコーティングしたも
のとしてもよい。主発熱体層５５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。
【符号の説明】
【００７８】
１  定着装置
１２  加圧ローラ
１３  磁束発生部
５１  加熱ローラ
５５  主発熱体層
５８  補助発熱層
５９  発熱制御層
１００  画像形成装置
【図１】
0005488683.tif 000003
【図２】
0005488683.tif 000004
【図３】
0005488683.tif 000005
【図４】
0005488683.tif 000006
【図５】
0005488683.tif 000007
【図６】
0005488683.tif 000008
【図７】
0005488683.tif 000009
【図８】
0005488683.tif 000010
【図９】
0005488683.tif 000011
【図１０】
0005488683.tif 000012