(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストで、定着装置における芯金の誘導加熱を抑制する。【解決手段】この定着装置は、ローラー１１と、誘導加熱装置１３とを備える。ローラー１１は、芯金２１と、芯金２１の周囲に配置される誘導発熱層２４と、芯金２１と誘導発熱層２４との間に配置され芯金２１より固有抵抗の小さい非磁性金属製の非磁性金属層２２とを有し、誘導加熱装置１３は、ローラー１１の誘導発熱層２４を誘導加熱する。【選択図】図２
2014106346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金と、前記芯金の周囲に配置される誘導発熱層と、前記芯金と前記誘導発熱層との間に配置され前記芯金より固有抵抗の小さい非磁性金属製の非磁性金属層とを有するローラーと、
前記誘導発熱層を誘導加熱する誘導加熱装置と、
を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記芯金の軸受部と、
前記非磁性金属層の端部と前記軸受部との間のいずれかの位置に配置され、前記芯金が挿通される、前記芯金より固有抵抗の小さい非磁性金属製の非磁性金属リングと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記芯金の軸受部と、
前記軸受部に固定され、前記芯金が挿通される、前記芯金より固有抵抗の小さい非磁性金属製の非磁性金属リングと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項４】
加圧ローラーをさらに備え、
前記ローラーは、前記加圧ローラーとともに記録体をニップする定着ローラーであること、
を特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の定着装置。
【請求項５】
加圧ローラーと、
前記加圧ローラーとともに記録体をニップする定着ローラーとをさらに備え、
前記誘導発熱層は、前記ローラーおよび前記定着ローラーに架けられていること、
を特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の定着装置。
【請求項６】
前記芯金は、ステンレス鋼製または快削鋼製であり、
前記非磁性金属層は、アルミニウム製、アルミニウム合金製、銅製、および銅合金製のいずれかであること、
を特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうちのいずれか１項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するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンター、複写機、複合機などの画像形成装置において、紙やフィルムなどの記録体上に形成したトナー画像を定着する方法として、熱によりトナーを溶融して記録体に定着させる加熱定着方式が一般的に使用されている。
【０００３】
近年、ウォームアップ時間の短縮、省エネルギーなどの要求から、熱容量の少ないベルト方式が提案されている。また、加熱方式としては、急速加熱および高効率加熱が可能なＩＨ（Induction Heating）方式（誘導加熱方式）が提案されている。
【０００４】
一般的に、ＩＨ方式の定着装置における定着ローラーは、芯金と、その周囲の弾性層と、最外周の誘導発熱層とを有している。そのような構成の場合、誘導発熱層からの漏れ磁束が芯金を通過して芯金が加熱され、電力を無駄に消費してしまう。このため、ある定着装置では、芯金の周囲に磁性体層を設け、誘導発熱層から芯金へ進入する漏れ磁束を遮蔽している（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０３／０３９１９７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のように、芯金の周囲に磁性体層を設ける場合、磁性体層自体のコスト、加工性などの要因で定着装置のコストを増加させてしまう。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、低コストで芯金の誘導加熱を抑制する定着装置および画像形成装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。
【０００９】
本発明に係る定着装置は、芯金と、前記芯金の周囲に配置される誘導発熱層と、前記芯金と前記誘導発熱層との間に配置され前記芯金より固有抵抗の小さい非磁性金属製の非磁性金属層とを有するローラーと、前記誘導発熱層を誘導加熱する誘導加熱装置とを備える。
【００１０】
これにより、加工しやすく比較的低コストで形成可能な非磁性金属層を使用することで、低コストで芯金の誘導加熱が抑制される。
【００１１】
また、本発明に係る定着装置は、上記の定着装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、定着装置は、前記芯金の軸受部と、前記非磁性金属層の端部と前記軸受部との間のいずれかの位置に配置され、前記芯金が挿通される、前記芯金より固有抵抗の小さい非磁性金属製の非磁性金属リングとをさらに備える。
【００１２】
また、本発明に係る定着装置は、上記の定着装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、定着装置は、前記芯金の軸受部と、前記軸受部に固定され、前記芯金が挿通される、前記芯金より固有抵抗の小さい非磁性金属製の非磁性金属リングとをさらに備える。
【００１３】
また、本発明に係る定着装置は、上記の定着装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、定着装置は、加圧ローラーをさらに備える。そして、前記ローラーは、前記加圧ローラーとともに記録体をニップする定着ローラーである。
【００１４】
また、本発明に係る定着装置は、上記の定着装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、定着装置は、加圧ローラーと、前記加圧ローラーとともに記録体をニップする定着ローラーとをさらに備える。そして、前記誘導発熱層は、前記ローラーおよび前記定着ローラーに架けられている。
【００１５】
また、本発明に係る定着装置は、上記の定着装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、前記芯金は、ステンレス鋼製または快削鋼製であり、前記非磁性金属層は、アルミニウム製、アルミニウム合金製、銅製、および銅合金製のいずれかである。
【００１６】
本発明に係る画像形成装置は、上記の定着装置を備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低コストで、定着装置における芯金の誘導加熱が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成の一部を示す側面図である。
【図２】図２は、実施の形態１における定着装置の一例の、軸方向に垂直な方向での断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１における定着装置の一例の、軸方向での断面図である。
【図４】図４は、図２および図３に示す定着装置における磁束について説明する図である。
【図５】図５は、実施の形態２における定着装置の一例の、軸方向での断面図である。
【図６】図６は、実施の形態３における定着装置の一例の、軸方向に垂直な方向での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
実施の形態１．
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成の一部を示す側面図である。この画像形成装置は、プリンター、ファクシミリ装置、複写機、複合機などといった、電子写真方式の印刷機能を有する装置である。
【００２２】
この実施の形態の画像形成装置は、タンデム方式のカラー現像装置を有する。このカラー現像装置は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２ａ〜２ｄおよび現像器３ａ〜３ｄを有する。感光体ドラム１ａ〜１ｄは、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色の感光体である。露光装置２ａ〜２ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄへレーザー光を照射して静電潜像を形成する装置である。露光装置２ａ〜２ｄは、レーザー光の光源であるレーザーダイオード、そのレーザー光を感光体ドラム１ａ〜１ｄへ導く光学素子（レンズ、ミラー、ポリゴンミラーなど）を有するレーザースキャニングユニットを含む。また、その光学素子等を清掃する装置が設けられている。
【００２３】
さらに、感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲には、スコロトロン等の帯電器、クリーニング装置、除電器などが配置されている。クリーニング装置は、１次転写後に、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の残留トナーを除去し、除電器は、１次転写後に、感光体ドラム１ａ〜１ｄを除電する。また、帯電器には、帯電器を清掃する装置が設けられている。
【００２４】
現像器３ａ〜３ｄには、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色のトナーが充填されているトナーカートリッジがそれぞれ装着され、トナーカートリッジからトナーが供給され、キャリアとともに現像剤を構成する。現像器３ａ〜３ｄは、そのトナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像に付着させてトナー像を形成する。
【００２５】
感光体ドラム１ａ、露光装置２ａ、および現像器３ａにより、マゼンタの現像が行われ、感光体ドラム１ｂ、露光装置２ｂ、および現像器３ｂにより、シアンの現像が行われ、感光体ドラム１ｃ、露光装置２ｃ、および現像器３ｃにより、イエローの現像が行われ、感光体ドラム１ｄ、露光装置２ｄ、および現像器３ｄにより、ブラックの現像が行われる。
【００２６】
中間転写ベルト４は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー画像を１次転写される環状の像担持体である。この中間転写ベルト４は、中間転写体の一種である。中間転写ベルト４は、駆動ローラー５に張架され、駆動ローラー５からの駆動力によって、感光体ドラム１ｄとの接触位置から感光体ドラム１ａとの接触位置への方向へ周回していく。
【００２７】
転写ローラー６は、搬送されてくる記録体（印刷用紙など）を中間転写ベルト４に接触させ、中間転写ベルト４上のトナー画像を記録体に２次転写する。トナー画像を転写された記録体は、定着装置９へ搬送される。
【００２８】
ローラー７は、クリーニングブラシを有し、クリーニングブラシを中間転写ベルト４に接触させ、記録体へのトナー画像の転写後に中間転写ベルト４に残ったトナーを除去する。
【００２９】
センサー８は、トナーの濃度および／または階調のキャリブレーションの際、中間転写ベルト４の所定の領域に光線を照射し光線の反射光（測定光）を検出し、その光量に応じた電気信号を出力する。
【００３０】
定着装置９は、誘導加熱による加熱定着方式で、トナー画像を記録体に定着させる。
【００３１】
図２は、実施の形態１における定着装置９の一例の、軸方向に垂直な方向での断面図である。図３は、実施の形態１における定着装置９の一例の、軸方向での断面図である。実施の形態１における定着装置９は、１軸ベルト式のものである。
【００３２】
図２および図３に示す定着装置９では、定着ローラー１１と加圧ローラー１２とが接触して配置され、誘導加熱装置１３が、定着ローラー１１の周囲に配置されている。
【００３３】
定着ローラー１１において、芯金２１は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）製または快削鋼（ＳＵＭ）製の円柱形状の金属製部材であり、芯金２１の外周には、円筒状の非磁性金属層２２が形成されている。なお、芯金２１は、その他の鉄合金製であってもよい。
【００３４】
非磁性金属層２２は、例えばアルミニウム製または銅製のパイプ材であって、芯金２１が非磁性金属層２２の中空部分に圧入されることで、非磁性金属層２２が芯金２１に固定される。なお、非磁性金属層２２は、アルミニウム合金製または銅合金製であってもよい。また、非磁性金属層２２の外周には、例えばシリコーンスポンジ製の、所定厚さの弾性層２３が形成されている。
【００３５】
さらに、弾性層２３の外周には、例えばニッケル製の、所定厚さの誘導発熱層２４が形成されており、誘導発熱層２４の外周には、例えばフッ素樹脂（ＰＦＡ）製の、所定厚さの離型層２５が所定厚さのシリコーンゴムで固着されている。この誘導発熱層２４が、誘導加熱装置１３により誘導加熱される。
【００３６】
このように、非磁性金属層２２は、芯金２１と誘導発熱層２４との間に配置され、芯金２１より撓み強度が低いものの、芯金２１より固有抵抗（電気抵抗）の小さい非磁性金属で形成されている。
【００３７】
また、図３に示すように、芯金２１の両端付近には軸受部２６が設けられている。軸受部２６は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）製のベアリングである。
【００３８】
また、芯金２１の軸受部２６と非磁性金属層２２の端部との間のいずれかの位置に、非磁性金属リング２７が配置されている。非磁性金属リング２７の中空部分に芯金２１が挿通され、芯金２１に固定されている。
【００３９】
非磁性金属リング２７は、芯金２１より固有抵抗の小さい非磁性金属で形成されている。例えば、非磁性金属リング２７の材質は、非磁性金属層２２と同一の材質とされる。
【００４０】
定着ローラー１１は、このような構造を有する。
【００４１】
また、誘導加熱装置１３は、図２に示すように、ボビン３１と、コア３２と、ボビン３１に巻回されたコイル３３とを有し、誘導加熱時（つまり、定着動作時）には、コイル３３に電流が導通され、その電流によって発生した磁束が、定着ローラー１１を通過する。
【００４２】
次に、上記定着装置９の動作について説明する。
【００４３】
定着動作時には、定着ローラー１１および加圧ローラー１２が回転し、誘導加熱装置１３が磁束を発生する。これにより、定着ローラー１１および加圧ローラー１２が記録体１０１をニップするとともに、誘導加熱装置１３は、定着ローラー１１の誘導発熱層２４を誘導加熱する。
【００４４】
そして、記録体１０１が定着ローラー１１と加圧ローラー１２との間を通過していき、記録体１０１が加圧されつつ加熱され、記録体１０１上のトナー画像が定着される。
【００４５】
図４は、図２および図３に示す定着装置９における磁束について説明する図である。なお、図中の矢印が磁束の経路を表している。
【００４６】
このとき、図４（Ａ）に示すように、誘導加熱装置１３からの磁束のうち、誘導発熱層２４からの漏れ磁束が芯金２１へ向おうとするが、図４（Ｂ）に示すように、この漏れ磁束による非磁性金属層２２での渦電流で、この漏れ磁束を減少させる逆方向の磁束が発生するため、結果として、芯金２１に進入する磁束が低減される。
【００４７】
また、図４（Ａ）に示すように、誘導発熱層２４の端部より軸受部２６側の、芯金２１が露出している部分において、誘導加熱装置１３から誘導発熱層２４に進入せずに、金２１に向おうとする磁束成分が存在するが、図４（Ｂ）に示すように、この磁束成分による非磁性金属リング２７での渦電流で、この磁束成分を減少させる逆方向の磁束が発生するため、結果として、芯金２１に進入する磁束が低減される。
【００４８】
以上のように、上記実施の形態１によれば、定着ローラー１１において、芯金２１と誘導発熱層２４との間に、芯金２１より固有抵抗の小さい非磁性金属製の非磁性金属層２２が設けられる。これにより、加工しやすく比較的低コストで形成可能な非磁性金属層２２を使用することで、低コストで芯金２１の誘導加熱が抑制される。
【００４９】
ひいては、無駄な電力消費を低減でき、芯金２１の温度上昇に起因する弾性層２３の脆化を抑制できる。なお、非磁性金属層２２の固有抵抗は小さいので、渦電流によるジュール熱の発生は少なくて済む。
【００５０】
また、芯金２１の材質として磁性材を使用することができるため、撓み強度が高く低コストな材質を芯金２１に使用することができるため、非磁性金属層２２の撓み強度が低くても問題ない。
【００５１】
なお、アルミニウムなどの固有抵抗の小さい非磁性金属で芯金２１を形成して誘導加熱を抑制することも考えられるが、その場合、撓み強度を得にくいため、実用的ではない。
【００５２】
実施の形態２．
【００５３】
本発明の実施の形態２に係る画像形成装置では、定着装置９における非磁性金属リングが、実施の形態１とは異なる位置に設置される。
【００５４】
実施の形態２では、非磁性金属リング２７と同様の非磁性金属リング５１が、軸受部２６に固定されている。
【００５５】
図５は、実施の形態２における定着装置９の一例の、軸方向での断面図である。例えば、図５に示すように、非磁性金属リング５１は、軸受部２６の外周に固定されている。
【００５６】
なお、実施の形態２に係る画像形成装置のその他の構成および動作については実施の形態１のものと同様であるので、その説明を省略する。
【００５７】
実施の形態３．
【００５８】
本発明の実施の形態３に係る画像形成装置では、定着装置９として、２軸ベルト式のものが使用される。
【００５９】
図６は、実施の形態３における定着装置９の一例の、軸方向に垂直な方向での断面図である。
【００６０】
実施の形態３では、定着ローラー６１が、加圧ローラー６２とともに記録体１０１をニップし、定着ローラー６１とともに、ベルト７１が架けられる別のローラー６３が設けられている。そして、このローラー６３の周囲に誘導加熱装置６４が設けられている。
【００６１】
ベルト７１は、実施の形態１と同様の誘導発熱層および離型層を有する。したがって、ローラー６３上でベルト７１（つまり、誘導発熱層）の加熱が誘導加熱装置６４により行われ、加熱されたベルト７１（つまり、誘導発熱層）によって定着ローラー６１上で定着が行われる。
【００６２】
また、ローラー６３において、芯金７２の周囲には、非磁性金属層７３が形成されている。この芯金７２および非磁性金属層７３は、実施の形態１における芯金２１および非磁性金属層２２と同様のものである。
【００６３】
さらに、ローラー６３において、芯金７２の図示せぬ軸受部と非磁性金属層７３との間に、実施の形態１における非磁性金属リング２７と同様の非磁性金属リングが設けられている。
【００６４】
なお、実施の形態３に係る画像形成装置のその他の構成および動作については実施の形態１のものと同様であるので、その説明を省略する。
【００６５】
以上のように、上記実施の形態３によれば、２軸ベルト式の定着装置９において、誘導加熱装置６４が周囲に配置されるローラー６３の芯金７２の誘導加熱が、低コストで抑制される。
【００６６】
実施の形態４．
【００６７】
本発明の実施の形態４に係る画像形成装置では、２軸ベルト式の定着装置９における非磁性金属リングが、実施の形態３とは異なる位置に設置される。
【００６８】
実施の形態４では、実施の形態２の非磁性金属リング５１と同様の非磁性金属リングが、芯金７２の軸受部に固定されている。例えば、非磁性金属リングは、軸受部の外周に固定される。
【００６９】
なお、実施の形態４に係る画像形成装置のその他の構成および動作については実施の形態３のものと同様であるので、その説明を省略する。
【００７０】
なお、上述の各実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。
【００７１】
例えば、上述の実施の形態における画像形成装置は、間接転写方式のカラーの画像形成装置であるが、直接転写方式の画像形成装置、モノクロの画像形成装置などの定着装置にも、同様の構成を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
９  定着装置
１１，６１  定着ローラー
１２，６２  加圧ローラー
２１，７２  芯金
２２，７３  非磁性金属層
２４  誘導発熱層
２６  軸受部
２７，５１  非磁性金属リング
６３  ローラー
７１  ベルト（誘導発熱層の一例）
【図１】
2014106346.tif 000003
【図２】
2014106346.tif 000004
【図３】
2014106346.tif 000005
【図４】
2014106346.tif 000006
【図５】
2014106346.tif 000007
【図６】
2014106346.tif 000008