(57)【要約】【課題】  ウォームアップ時間を短縮した簡易な構成で廉価な定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】  所定方向に走行してトナー像を加熱する定着部材４０と、定着部材を押圧してニップ部Ｎを形成する押圧部材６０と、磁束を発生する磁束発生部５０と、感温磁性材料を有し、定着部材を磁束による発熱で加熱する加熱部材２０と、加熱部材の内側に設けられる磁気遮蔽部材２１と、を備える定着装置において、磁気遮蔽部材に感温距離調整部材２２が取付けられ、感温距離調整部材は、加熱部材の温度の上昇に伴い、磁気遮蔽部材を加熱部材に近づける方向に移動させ、加熱部材の温度の低下に伴い、磁気遮蔽部材を加熱部材から遠ざける方向に移動させる。【選択図】図２
2014092610.tif 000002
【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する定着部材と、
前記定着部材を押圧してニップ部を形成する押圧部材と、
磁束を発生する磁束発生部と、
感温磁性材料を有し、前記定着部材を磁束による発熱で加熱する加熱部材と、
前記加熱部材の内側に設けられる磁気遮蔽部材と、を備える定着装置において、
前記磁気遮蔽部材に感温距離調整部材が取付けられ、
前記感温距離調整部材は、前記加熱部材の温度の上昇に伴い、前記磁気遮蔽部材を前記加熱部材に近づける方向に移動させ、前記加熱部材の温度の低下に伴い、前記磁気遮蔽部材を前記加熱部材から遠ざける方向に移動させることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記磁気遮蔽部材を支持する支持部材が前記加熱部材に近づく方向及び前記加熱部材から遠ざかる方向に移動可能となるよう前記支持部材に隙間を設け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】
前記感温距離調整部材が膨張部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記膨張部材がシリコーンゴムであることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記膨張部材の内側に膨張部支持部材が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記感温距離調整部材が形状記憶部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項７】
前記定着部材は、定着ベルトであり、該定着ベルトは、少なくとも加熱ローラと定着ローラとに掛け渡されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記定着部材は、定着ローラであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の定着装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の定着装置を搭載し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】
本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ又はそれらの複合機等の画像形成装置に設置される定着装置及びこれを備えた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及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置において、誘導加熱方式が広く採用されている。ここで、定着装置における技術課題の一つとして、通紙時の紙幅外領域における定着装置の過昇温が挙げられる。そこで、誘導加熱方式を用いた定着装置においては、この過昇温の抑制対策として、整磁材料を発熱体と磁気遮蔽部材の間に設けることで、整磁材料がキュリー温度以上になった際に、励磁装置から発生する磁束が整磁材料の内側に遮蔽され、発熱体の過昇温を抑制する技術が既に知られている。
【０００３】
しかしながら、従来の整磁材料を設けた、誘導加熱方式を用いた定着装置は、ウォームアップの際に整磁材料の温度がキュリー温度近傍になると、整磁材料の内側に遮蔽される磁束が増加し、定着装置の加熱効率が低下してしまう。そのため、ウォームアップ時間が長くなるという問題があった。
【０００４】
一方、駆動系及び制御により定着装置内部の構成をウォームアップ時と通紙時とで切り替え可能な定着装置も知られている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に記載の定着装置は、整磁材料を備えた誘導加熱方式の定着装置において、ウォームアップ時と通紙時とで定着装置内側（内部）の磁気遮蔽部材の位置を変更できる。そのため、ウォームアップ時には、整磁材料と磁気遮蔽部材の距離を広げ、整磁材料内側で遮蔽される磁束を低減し、ウォームアップ時間を短縮することができる。また、通紙時には、磁気遮蔽部材を移動させることで整磁材料と磁気遮蔽部材の距離を縮め、磁束が整磁材料内側に遮蔽され、発熱体の過昇温を抑制できる。
【０００５】
しかしながら、この特許文献１に記載の定着装置において、磁気遮蔽部材の移動には、複雑な構成の駆動系を必要とする。また、ウォームアップ時と通紙時とで磁気遮蔽部材の位置を変化させる複雑な制御を必要とする。そのため、定着装置のコストが嵩む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ウォームアップ時間を短縮した簡易な構成で廉価な定着装置及びこれを備え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】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の定着装置は、
所定方向に走行してトナー像を加熱する定着部材と、
前記定着部材を押圧してニップ部を形成する押圧部材と、
磁束を発生する磁束発生部と、
感温磁性材料を有し、前記定着部材を磁束による発熱で加熱する加熱部材と、
前記加熱部材の内側に設けられる磁気遮蔽部材と、を備える定着装置において、
前記磁気遮蔽部材に感温距離調整部材が取付けられ、
前記感温距離調整部材は、前記加熱部材の温度の上昇に伴い、前記磁気遮蔽部材を前記加熱部材に近づける方向に移動させ、前記加熱部材の温度の低下に伴い、前記磁気遮蔽部材を前記加熱部材から遠ざける方向に移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、ウォームアップ時間を短縮した簡易な構成で廉価な定着装置及びこれを備えた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】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置を概略的に示す構成図である。
【図２】図１に示した画像形成装置の定着装置を概略的に示す断面図である。
【図３】図１に示した画像形成装置の加熱ローラの長手方向の断面を概略的に示す断面図である。
【図４】図１に示した画像形成装置の定着ベルトの断面を概略的に示す断面図である。
【図５】図１に示した画像形成装置の誘導加熱コイルの一部を概略的に示す斜視図である。
【図６】図１に示した画像形成装置の定着装置において生じる磁束について説明する説明図であり、図６（ａ）はウォームアップの際の磁束の流れを説明する説明図であり、図６（ｂ）は通紙の際の磁束の流れを説明する説明図である。
【図７】図１に示した画像形成装置のウォームアップの際の定着ベルトの温度変化を説明する説明図である。
【図８】図１に示した画像形成装置の通紙の際の定着ベルトの温度変化を説明する説明図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置の定着装置の一部を概略的に示す断面図であり、図９（ａ）はウォームアップの際の定着装置の一部を示す断面図であり、図９（ｂ）は通紙の際の定着装置の一部を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る画像形成装置の定着装置の一部を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して以下に説明する。図１は、本発明に係る定着装置を備えた電子写真式画像形成装置の一例であるカラー複写機の概略構成を示す構成図である。このカラー複写機の画像形成装置全体の機構としては、従来と基本的に同じであり、感光体の周りに画像を形成するために必要な所定の装置、例えば帯電装置、露光装置、現像装置等が設けられており、更に原稿の画像情報読取装置や給紙ユニットを備えている。周知構成・動作であるので、以下では、簡単な説明にとどめるが、説明されていない点についても周知構成、動作であると認識される限り、その内容を含むものである。
【００１１】
カラ−複写機（以下、単に複写機という）１は、装置本体中央部にイエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの４つの画像形成手段を横に並べて配置してタンデム画像形成部を構成する。タンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成手段である画像形成手段が配置されている。個々の画像形成手段においては、潜像担持体としてのドラム状の感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１ＢＫ（以下、表示簡略化のため、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックを示すＹ，Ｍ，Ｃ，ＢＫを省略する）の周りに、帯電装置１１２、現像装置１１３、感光体クリーニング装置１１５等を備えている。
【００１２】
また、タンデム画像形成部の下に、潜像形成手段としての光書込ユニット１０２が設けられている。この光書込ユニット１０２は、複写機上部の原稿読取部１０４からの画像データに基づいて、各感光体１１１の表面にレーザ光を照射して各色ごとの静電潜像を形成する。原稿読取部１０４は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備えており、コンタクトガラス１０５に配された原稿Ｄを照射して、画像データを電気信号に変換して光書込ユニット１０２へ伝達する。
【００１３】
タンデム画像形成部の直ぐ上には、中間転写体として無端ベルト状の中間転写ベルト１１７を設けている。この中間転写ベルト１１７は、複数の支持ローラに掛け回され、これら支持ローラのうち駆動ローラ（例えば２次転写部に配された転写ローラ）の回転軸には、駆動源としての図示しない駆動モータが連結されている。中間転写ベルト１１７のタンデム画像形成部の上流側にベルト用クリーニング装置１１６を備えている。駆動モータを駆動させると、中間転写ベルト１１７が図中反時計回りに回転移動するとともに、従動可能な支持ローラが回転する。中間転写ベルト１１７の内側には、感光体１１１上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１１７上に転写するための１次転写装置を設けている（図示せず）。
【００１４】
１次転写装置より中間転写ベルト１１７の駆動方向下流側に２次転写装置としての２次転写ローラ１０６を設ける。この２次転写ローラ１０６と中間転写ベルト１１７を挟んで反対側には、転写支持ローラ１１８が配置されており、押部材としての機能を果たしている。
【００１５】
また、複写機１は、その下部に、給紙カセット１０７、給紙コロ１０８、レジストローラ（位置合わせローラ）等を備えている。更に、２次転写ローラ１０６によりトナー像を転写された記録媒体Ｐの進行方向に関して２次転写ローラ１０６の下流には、記録媒体Ｐ上の画像を定着する定着装置１０、排紙ローラ１０９を備えている。
【００１６】
次に、上記複写機の動作を説明する。個々の画像形成手段で感光体１１１を回転し、感光体の回転に伴って、帯電装置１１２で感光体１１１の表面を一様に帯電する。次いで、光書込ユニット１０２からの書込み光を照射することによって感光体１１１上に静電潜像を形成する。その後、現像装置１１３によりトナーを付着することで静電潜像を可視像化して各感光体ドラム１１１上にそれぞれ、イエロー・マゼンダ・シアン・ブラックの単色画像を形成する。また、不図示の駆動モータで駆動ローラを回転駆動して他の支持ローラを従動回転し、中間転写ベルト１１７を回転搬送して、その可視像を１次転写装置で中間転写ベルト１１７上に順次転写する。これによって、中間転写ベルト１１７上に合成カラー画像を形成する。また、画像転写後の感光体１１１の表面は感光体クリーニング装置１１５で残留トナーを除去することで清掃して再度の画像形成に備える。
【００１７】
また、上記画像形成のタイミングに合わせて、給紙カセット１０７からは記録媒体Ｐ先端が給紙コロ１０８により繰り出され、レジストローラまで搬送され、一旦停止する。そして、上記画像形成動作とタイミングを取りながら、転写支持ローラ（２次転写対向ローラ）１１８と中間転写ベルト１１７の間に搬送される。ここで、中間転写ベルト１１７と転写支持ローラ１１８とは記録媒体Ｐを挟んで所謂２次転写ニップを形成し、２次転写ローラ１０６にて中間転写ベルト１１７上のトナー像を記録媒体Ｐ上に２次転写する。２次転写された記録媒体Ｐは分離部材（図示せず）により中間転写ベルト１１７、転写支持ローラ１１８から分離された後、排紙ローラ１０９を経て機外に排出される。一方、画像転写後の中間転写ベルト１１７は、ベルト用クリーニング装置１１６で、画像転写後に中間転写ベルト１１７上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成部による再度の画像形成に備える。
【００１８】
次に、定着装置１０の構成について図２を参照して以下に説明する。
【００１９】
定着装置１０は、発熱層を具備することで発熱体を兼ねた加熱部材としての加熱ローラ（支持ローラ）２０と、磁気遮蔽部材としてのアルミ部材２１と、感温距離調整部材としての膨張部材であるシリコーンゴム２２と、膨張部支持部材としての芯金２３と、定着ローラ３０と、加熱ローラ２０と定着ローラ３０に架け渡された定着部材としての定着ベルト４０と、加熱ローラ２０に定着ベルト４０を介して対向する誘導加熱コイル（磁束発生部）５０と、定着ローラ３０に定着ベルト４０を介して当接してニップ部Ｎを形成する加圧ローラ（押圧部材）６０と、を有する。
【００２０】
加熱ローラ２０は、円筒形状でキュリー温度１６０〜２２０℃程度を有する感温磁性材料の整磁合金を使用する。このとき、整磁合金を発熱層とする。なお、整磁合金表層に発熱層として、Ｃｕを厚さ３〜１５μｍ程度形成しても良い。Ｃｕを整磁合金表層に形成することで、発熱層の発熱効率をより高めることができる。更に、Ｃｕ表層には防錆目的にＮｉメッキを施すことも好適である。
【００２１】
加熱ローラ２０の内側には、半円筒形状（アーチ状）の２つのアルミ部材２１の凹形状が対向するようにを配置されている。また、加熱ローラ２０の中心軸線と２つのアルミ部材２１の中心軸線とは一致するように配置されている。なお、アルミ部材２１の厚さは、０．６〜２．０ｍｍ程度が望ましい。
【００２２】
また、アルミ部材２１の内側には、シリコーンゴム２２が設けられ、その内側には、芯金２３が設けられている。シリコーンゴム２２は、厚さ５〜１０ｍｍであり、芯金２３は、炭素鋼等の金属製で、直径５〜１０ｍｍ程度の円柱状であることが望ましい。
【００２３】
また、半円筒形状のアルミ部材２１は、図６（ａ）に示すように、アルミ部材２１の長手方向及びこの長手方向に垂直方向に複数に分割されたアルミ部材片２１ａの集合体となっている。そのため、アルミと比較して線膨張係数の大きいシリコーンゴム２２が熱により膨張した際に、アルミ部材２１は、図６（ｂ）に示すように、アルミ部材片２１ａの単位で分散する。その結果、シリコーンゴム２２に取り付けられているアルミ部材２１が脱落したり、アルミ部材２１の母剤破壊が生じたりしないようになっている。また、それぞれのアルミ部材片２１ａ同士は、例えば接着剤等により仮固定され、１つのアルミ部材２１を形成している。そのため、アルミ部材２１をシリコーンゴム２２に取付ける際の作業性は向上する。なお、アルミ部材片２１ａ同士の仮固定の方法は、接着剤に限定されないことは言うまでもない。
【００２４】
なお、シリコーンゴム２２は、他の膨張体でも良く、耐熱性を有し熱膨張率の高いものが望ましい。また、シリコーンゴム２２の代わりに、発泡ゴムを用いても良い。発泡ゴムを用いることで、より大きな熱膨張量が期待される。また、発泡ゴムは、その発泡倍率によっては熱容量をより小さくできるため、定着装置１０のウォームアップ時間の短縮や消費電力の低減に対し、より大きな効果の発揮を期待できる。
【００２５】
シリコーンゴム２２は、熱膨張率が５×１０−４［／℃］程度であるため、例えば、通紙時に温度が１００℃程度上昇した際には、０．３〜０．５ｍｍ程度膨張する。そして、これに伴い加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離を短くすることができる。更には、芯金２３をシリコーンゴム２２の内側に設けることで、シリコーンゴム２２の芯金２３側（シリコーンゴムの内側）への膨張が抑制される。そのため、加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離を０．６〜１．０ｍｍ程度短くすることができる。
【００２６】
なお、シリコーンゴム２２の一方向への膨張を促進するために、本実施形態では芯金２３を採用したが、この態様に限定されず、シリコーンゴム２２を支持するように止めバネなどの固定部材を設けても良い。また、シリコーンゴム２２及び芯金２３を設けずに、アルミ部材２１の膨張だけで加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離を調整しても良い。
【００２７】
次に、加熱ローラ２０及び加熱ローラ２０の内側部材２１〜２５について図３を参照して以下に説明する。加熱ローラ２０及びアルミ部材２１は、耐熱樹脂からなる支持部材であるフランジ部材２４によって支持されている。そして、アルミ部材２１は、加熱ローラ２０に近づく方向に移動可能となるよう、フランジ部材２４には角型Ｃ字状の窪み（隙間）２４ａが設けられている。また、アルミ部材２１及びシリコーンゴム２２は、共にフランジ部材２４に固定されていないので、加熱ローラ２０に近づく方向（アルミ部材２１の外周方向）に自由に移動可能である。そのため、加熱ローラ２０を加熱した際には、アルミ部材２１及びシリコーンゴム２２は、熱膨張し、アルミ部材２１が加熱ローラ２０に近づく方向に移動する。その結果、アルミ部材２１と加熱ローラ２０との間の距離を短くできる。なお、加熱ローラ２０の加熱が終了した場合、アルミ部材２１及びシリコーンゴム２２は、収縮し、アルミ部材２１が加熱ローラ２０から遠ざかる方向に移動できる。
【００２８】
また、フランジ部材２４は、金属製の軸受２５によって芯金２３に固定され、内側部材２１〜２５は、加熱ローラ２０と一体となり駆動する構成をとっている。そのため、非常に簡易な構成で容易な設計となる。
【００２９】
なお、加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離は、常温では１．０〜３．０ｍｍが望ましい。これは、従来の誘導加熱による定着装置の加熱ローラとアルミ部材との間の距離よりも離れている設計である。
【００３０】
定着ローラ３０は、図２に示すように、例えばステンレス、炭素鋼等の金属製の芯金３２と、芯金３２を被覆する耐熱性を有するシリコーンゴム等をソリッド状又は発泡状にした弾性部材３３とからなる。そして、加圧ローラ６０は、定着ベルト４０を介して定着ローラ３０を押圧し、所定幅の接触部（定着ニップ部Ｎ）を形成する。定着ローラ３０の外径は３０〜４０ｍｍ程度であり、弾性部材３３の肉厚は３〜１０ｍｍ程度であり、弾性部材３３の硬度は１０〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）程度である。
【００３１】
定着ベルト４０は、図４に示すように、基材４１の上に弾性層４２、離型層４３を積層している。基材４１は、定着ベルト４０を加熱ローラ２０と定着ローラ３０とに張り渡した際の機械的強度、柔軟性、定着温度での使用に耐え得る耐熱性等の特性を有している。本実施形態では、加熱ローラ２０を誘導加熱するための基材４１は、絶縁性の耐熱樹脂材料、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、フッ素樹脂等が適している。また、基材４１の厚さは、熱容量、強度の関係から３０〜２００μｍが望ましい。
【００３２】
弾性層４２は、光沢ムラのない均一な画像を得るために、定着ベルト表面に柔軟性を与える目的で形成され、ゴム硬度を５〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）とし、厚さを５０〜５００μｍとすることが望ましい。また、定着温度における耐熱性を満たすため、その材質は、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等が用いられる。
【００３３】
離型層４３の材料は、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、及び四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂、若しくはこれらの樹脂の混合物、耐熱性樹脂にこれらフッ素系樹脂を分散させたものが使用される。
【００３４】
ここで、上述の材質の離型層４３が弾性層４２を被覆すると、シリコーンオイル等を使用しなくともトナーの離型性の向上、紙粉固着の防止が可能となり、所謂オイルレス化を図れる。しかしながら、これらの離型性を有する樹脂は、一般にゴム材料のような弾性を持たないため、離型層４３を弾性層上に厚く形成すると定着ベルト表面の柔軟性を損ない、光沢ムラを発生させる。そこで、離型性と柔軟性を両立させるため、離型層４３の膜厚を５〜５０μｍ、望ましくは１０〜３０μｍとする。
【００３５】
なお、必要に応じて、各層間にプライマー層を設けても良く、また、基材４１の内周面に摺動時の耐久性を向上させる層を設けても良い。また、基材４１に発熱層を具備させることも好適である。例えば、ポリイミド等からなる基材上にＣｕ層を３〜１５μｍ形成し、発熱層として用いることも可能である。
【００３６】
誘導加熱コイル５０は、図２に示すように、ケース５５とコイル５１と磁性体コア５２，５３，５４を有する。アーチコア５２は、定着ローラ３０とは反対側の加熱ローラ外周面の略半分を囲むように、このアーチコア５２と加圧ローラ６０でコイル５１を挟むように配置されている。サイドコア５４は、アーチコア５２の周方向端部から加熱ローラ２０に向かって延在している。センターコア５３は、アーチコア５２の周方向中央部から加熱ローラ２０に向かって延在している。
【００３７】
そして、これらの磁性体コア５２，５３，５４は、コイル５１より発生した磁束を加熱ローラ２０へ集中させる磁路を形成している。アーチコア５２は、加熱ローラ２０の長手方向の温度分布が均一になるように、適当な間隔で加熱ローラ２０の長手方向に複数設置される。また、磁性体コア５２，５３，５４は、保磁力が小さく透磁率が大きい軟磁性材料であり、かつ電気抵抗率の高いものが望ましい。磁性体コア５２，５３，５４の材質には、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト等を用いる。なお、フェライトの他にパーマロイ等の材料でも良い。
【００３８】
コイル５１は、絶縁被覆が施されたφ０．１５ｍ程度の導線を９０本程度撚り合わせてリッツ線を形成し、そのリッツ線を５回巻き回したものである。リッツ線は、その表面に、融着層を備えており、通電加熱又は恒温槽で加熱することで融着層が固化し、巻き回したコイル５１の形状保持が可能となる。なお、リッツ線は、その表面に融着層を備えないもの用いて、巻き回したコイル５１をプレス成型することで形状を与えることも可能である。また、リッツ線は、定着温度以上の耐熱性を必要とするため、素線の絶縁被覆材にはポリアミドイミド、ポリイミドなどの耐熱性と絶縁性を兼ね備えた樹脂を用いる。なお、コイル５１は、この態様に限定されず、絶縁被覆が施されたφ０．０５〜０．２程度の導線を５０〜５００本程度撚り合わせてリッツ線を形成し、そのリッツ線を５〜１５回巻き回したものでも良い。
【００３９】
巻き終えたコイル５１は、ケース５５にシリコーン接着剤等を用いて接着する。ケース５５は、定着温度以上の耐熱性を必要とするため、耐熱性の高い樹脂であるＰＥＴや液晶ポリマ等を用いる。
【００４０】
次に、本実施形態の誘導加熱コイル５０の構成について図５を参照して以下に更に詳細に説明する。コイル５１は、絶縁された外径０．１５ｍｍの銅製の線材を９０本束ねて線束を形成され、その線束を周回する事により構成される。そして、発熱部材である加熱ローラ２０を覆うように成型されているケース５５の凸側の全面に亘って配置される。また、コイル５１の形状は、センターコア５３を軸として、その外側に渦巻き状に形成され、加熱ローラ２０の外周面に沿うように形成される。
【００４１】
加圧ローラ６０は、図２に示すように、離型層６１と、耐熱性の高い弾性層６２と、金属製の円筒部材からなる芯金６３から構成される。そして、定着ベルト４０を介して定着ローラ３０を押圧して定着ニップ部Ｎを形成している。なお、加圧ローラ６０の外径は３０〜４０ｍｍ程度である。
【００４２】
弾性層６２は、肉厚０．３〜５ｍｍ程度であり、硬度２０〜５０°（Ａｓｋｅｒ硬度）程度である。また、弾性層６２の材質は、耐熱性を必要とするためシリコーンゴムを用いる。更に、両面印刷時の離型性を高めるため、弾性層上にフッ素樹脂からなる離型層６１を１０〜１００μｍ程度形成している。
【００４３】
加圧ローラ６０の硬度は、定着ローラ３０に比べて硬くすることで、加圧ローラ６０が定着ローラ３０（及び定着ベルト４０）へ食い込む形となる。そのため、記録紙（記録媒体）Ｐは、この食い込み形状によって、ニップ部出口において定着ベルト４０の表面に沿うことができない曲率を持ち、記録紙Ｐの離型性を向上できる。
【００４４】
次に、本実施形態の定着装置の動作について説明する。なお、連続通紙時の内側部材２１，２２の温度は１００〜１２０℃程度であり、ウォームアップ時の内側部材２１，２２の温度は２５〜５０℃程度である。定着ベルト４０は、図２に示すように、矢印Ｒ方向に回転する。加熱ローラ２０は、誘導加熱コイル５０により加熱される。
【００４５】
具体的には、誘導加熱コイル５０に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交番電流を流すことで、誘導加熱コイル５０のループ内で磁力線の向きが双方向に交互に切り替わり、交番磁界が形成される。そして、この交番磁界によって、加熱ローラ２０に渦電流が生じて、ジュール熱が発生し、加熱ローラ２０が誘導加熱される。
【００４６】
そして、加熱ローラ２０から発生した熱により定着ベルト４０が加熱され、搬送される記録紙Ｐと定着ベルト４０がニップ部Ｎで接触し、記録紙上のトナー像Ｔを加熱して溶融する。
【００４７】
加熱ローラ２０の内側部材２１、２２は、本実施形態では温度に応じて熱膨張をし、その形状を変化させる。そして、その変化量は、前述のように１００℃の温度上昇あたり０．６〜１．０ｍｍ程度である。そして、内側部材２１、２２の温度が高い程、加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離は短くなる。
【００４８】
ここで、定着装置１０の連続通紙の際における加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離を、整磁合金を用いた従来の誘導加熱による定着装置と同程度である０．４〜２．０ｍｍ程度とする。そうすると、内側部材２１、２２は、定着装置１０のウォームアップの際では通紙の際と比較して熱膨張していない状態となり、加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離は、０．６〜１．０ｍｍ程度広くなり、１．０〜３．０ｍｍ程度となる。
【００４９】
即ち、ウォームアップの際には、従来の定着装置よりも加熱ローラ２０とアルミ部材２１が離れた設計となっている。そのため、定着装置１０のウォームアップ時間が短くなる。具体的には、ウォームアップの際には、図６（ａ）に示すように、加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離が十分に離れている。そのため、加熱ローラ２０の整磁合金がキュリー温度付近に到達するまで、誘導加熱コイル５０で発生した磁束Ａのほとんどが加熱ローラ２０の内側を通らず、投入した電力のほとんどが加熱ローラ２０で消費される。また、加熱ローラ２０とアルミ部材２１の距離が十分に離れていることにより、アルミ部材２１に熱が伝わりにくい効果もあり、ウォームアップ時間の更なる短縮が期待される。
【００５０】
一方、連続通紙の際は、図６（ｂ）に示すように、非通紙部で過昇温の起こった部分において、磁束Ｂが加熱ローラ２０の整磁合金を通過し、加熱ローラ２０の内側のアルミ部材２１に遮蔽される。そのため、従来と同程度以上に定着装置の過昇温の抑制を行うことができる。
【００５１】
次に、本実施形態における定着ベルト表面のウォームアップと通紙の際の温度変化について図７と図８を参照して以下に説明する。
【００５２】
最初に、ウォームアップの際の定着ベルト表面の温度変化について説明する。定着装置１０の定着ベルト表面における定着設定温度は、図７に示すように、１７０℃とし、整磁合金のキュリー温度は２００℃である。ここで、図７中の（ａ）で示されたものは、整磁合金を用いた従来の定着装置の定着ベルト表面の温度変化を示したものである。従来の定着装置の定着ベルト表面の温度は、定着設定温度に近づくにつれて温度上昇速度が遅くなり（温度上昇が緩やかになり）、ウォームアップ時間は、３０秒であった。これは、ベルト表面温度がキュリー温度に近づくにつれて、前述のように加熱効率が下がるためであると考えられる。
【００５３】
また、図７中の（ｂ）に示されたものは、本実施形態による定着装置１０の定着ベルト表面の温度変化を示したものである。本実施形態による定着装置１０の定着ベルト表面の温度は、定着設定温度付近でも温度上昇速度が遅くならないで（温度上昇速度の変化が少なく）、ウォームアップ時間は、（ａ）よりも５秒短い２５秒となった。したがって、本実施形態の定着ベルト４０の表層の温度が従来のものに比較して迅速に昇温し、定着装置１０の立上特性が非常に良好となる。この立上特性とは、定着ベルト４０がトナー像Ｔを定着するために必要な温度となるまでのウォームアップ時間をいう。そして、ウォームアップ時間が短い程、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。また、ウォームアップ時間の短縮に伴い、本実施形態の画像形成装置１は、消費電力量の低減に関しても期待される。
【００５４】
一方、通紙の際における定着ベルト表面の非通紙部の温度変化について図８を参照して以下に説明する。図８中の（ａ）に示されたものは、整磁合金を用いた従来の定着装置における定着ベルト表面の非通紙部の温度変化を示し、図８中の（ｂ）に示されたものは、本実施形態の定着装置１０における定着ベルト表面の非通紙部の温度変化を示す。本実施形態の定着ベルト表面における非通紙部の温度変化は、定着装置１０の構成により整磁合金の磁束を遮蔽する効果が低減される。そのため、（ｂ）は、（ａ）に対し温度の上昇速度が速くなっている。更に、（ｂ）は、通紙してある程度時間が経過すると、内側部材の膨張に伴い整磁合金が磁束を遮蔽する効果が高まる。そのため、（ｂ）でも（ａ）と同等にキュリー温度である２００℃において温度上昇が停止している。したがって、本実施形態の定着装置１０においても、整磁合金を用いた従来の定着装置と同等以上に、定着装置の過昇温を抑制する機能を備えることができる。
【００５５】
次に、本実施形態に係る画像形成装置１の作用について説明する。加熱ローラ２０の温度の上昇に伴い駆動系を用いずに加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離を変更させる感温距離調整部材を備える。そして、加熱ローラ内側の温度が低いウォームアップの際に、従来の定着装置よりも加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離を調整し長くできる。そのため、ウォームアップの際に、アルミ部材２１が磁束を遮蔽する効果が低減し、加熱ローラ２０をより効率よく加熱することができ、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【００５６】
一方、通紙の際は、加熱ローラ内側の温度上昇に伴い感温距離調整部材が従来の定着装置と同等以上に加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離を調整し短くできる。そのため、アルミ部材２１が磁束を遮蔽する効果が増高し、加熱ローラ２０の過昇温を抑制できる。また、本発明では駆動系を用いていないため、複雑な制御も必要なく、簡易な構成で従来の発明よりもコスト削減を図れる。
【００５７】
また、フランジ部材２４に隙間２４ａを設けることで、加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離を容易に調整できる。そのため、通紙の際は、加熱ローラ２０の過昇温の抑制を効率良く図ることができ、ウォームアップの際には、加熱ローラ２０を効率良く加熱することができる。
【００５８】
また、膨張部材を設けることで、加熱ローラ２０の温度が定着目標温度より低いウォームアップの際には、膨張部材が熱膨張する量は少なく、従来の定着装置よりも加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離を延長できる。そのため、アルミ部材２１の磁束を遮蔽する効果が低減し、加熱ローラ２０をより効率よく加熱することができる。その結果、ウォームアップ時間の短縮を図ることができる。
【００５９】
一方、加熱ローラ２０の温度が定着目標温度の近傍の通紙する際には、膨張部材の熱膨張する量は多く、従来の定着装置と同等以上に加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離を短縮できる。そのため、アルミ部材２１の磁束を遮蔽する効果が増大し、加熱ローラ２０の過昇温を抑制できる。
【００６０】
膨張部材がシリコーンゴム２２であることで、熱膨張及び収縮し易くなる。そのため、ウォームアップの際には、シリコーンゴム２２の熱による膨張量は少なく、従来の定着装置よりも加熱ローラ２０とアルミ部材２１とが離れており、アルミ部材２１の磁束を遮蔽する効果が低減し、加熱ローラ２０をより効率よく加熱することができる。その結果、ウォームアップ時間の短縮を図ることができる。
【００６１】
一方、通紙の際には、シリコーンゴム２２の熱による膨張量は大きく、従来の定着装置よりも加熱ローラ２０とアルミ部材２１が近づいており、加熱ローラ２０の過昇温を効率良く抑制できる。また、シリコーンゴム２２は、耐熱性が良い物性を有しているため、定着装置の耐久性が向上する。
【００６２】
また、膨張部材の内側に金属製の芯金２３を有することで、シリコーンゴム２２の軸線垂直断面方向における熱膨張は、シリコーンゴム２２の外周が広がる方向（加熱ローラ２０の側）に膨張する。そのため、ウォームアップの際には、熱による膨張量は少なく、従来の定着装置よりも加熱ローラ２０とアルミ部材２１が離れており、アルミ部材２１が磁束を遮蔽する効果が低減し、加熱ローラ２０をより効率よく加熱することができる。その結果、ウォームアップ時間の短縮を更に図ることができる。
【００６３】
一方、通紙の際には、シリコーンゴム２２の内側に金属製の芯金２３を有しない場合と比較して、熱による膨張量は大きく、加熱ローラ２０の過昇温を更に効率良く抑制できる。
【００６４】
また、画像形成装置が上述のような定着装置を搭載することで、ウォームアップ時間を短縮した簡易な構成で廉価な画像形成装置とできる。
【００６５】
続いて、本発明の第２の実施形態について図８を参照して以下に説明する。なお、上述した第１の実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６６】
本実施形態は、上述の第１の実施形態に対し加熱ローラ２０の内側の部材に異なる構成を用いたものである。具体的には、感温距離調整部材として、シリコーンゴム２２の代わりに形状記憶合金（形状記憶部材）２２６を用いる。
【００６７】
形状記憶合金２２６は、ＮｉＴｉなどの合金であり、ある形状記憶温度Ｔｒ以上になると、ある一定の形状を保持する材料である。本実施形態では、形状記憶合金２２６のＴｒは１００〜１２０℃程度であるのが望ましい。
【００６８】
本実施形態において形状記憶合金２２６は、図８ａに示すように、Ｔｒ以下である常温時において、アルミ部材２１及び芯金２３に固定されている。そして、アルミ部材２１及び芯金２３からの抗力により直線状の形状を形成している。この際、バネ等（図示せず）をアルミ部材２１と形状記憶合金２２６の間に設け、形状記憶合金２２６が直線状になるように抗力がかかるようにすることが望ましい。また、第１の実施形態と同様に、アルミ部材２１は、加熱ローラ２０に近づく方向に移動できるように、隙間（図示せず）が設けられている。
【００６９】
ここで、連続通紙を行って形状記憶合金２２６の温度がＴｒを越えると、図８ｂに示すように、形状記憶合金２２６が記憶している形状に変形する。これに伴い、形状記憶合金２２６に接続されているアルミ部材２１は加熱ローラ２０に近づく。そのため、第１の実施形態と同様に、ウォームアップの際では図８ａのように加熱ローラ２０とアルミ部材２１との間の距離は離れており、通紙の際では図８ｂのように両者の間の距離が近づくような構成とすることができる。したがって、本実施形態においても、通紙の際の過昇温を抑制する性能を従来以上に有しながら、定着装置１０のウォームアップ時間の短縮を実現することができる。即ち、シリコーンゴムの代わりに形状記憶部材を設けることで、シリコーンゴムを設ける場合と同様の作用効果を発揮することができる。
【００７０】
続いて、本発明の第３の実施形態について図９を参照して以下に説明する。なお、上述した第１の実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７１】
本実施形態に係る画像形成装置の定着装置３１０は、ベルト定着の代わりにローラ定着を用いた点が他の実施の形態と異なる。そして、その他の構成は、第１の実施形態と同一である。
【００７２】
最初に、ローラ定着の構成について図９を参照して以下に説明する。定着装置３１０は、誘導加熱コイル５０、発熱部材・定着部材としての定着ローラ３８０、加圧ローラ６０等により構成される。ここで、定着部材としての定着ローラ３８０は、その外径が３０〜４０ｍｍ程度であって、芯金３８１上に、弾性層３８２、発熱層３８３、離型層（不図示）等が積層されて構成されている。定着ローラ３８０は、図９中の矢印Ｒの方向に回転し、誘導加熱により加熱され、搬送される記録紙上のトナー像Ｔを加熱して溶融する。
【００７３】
離型層は、定着ローラ３８０の最外層に形成される。離型層は、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂、これらの樹脂の混合物、又は、これらの樹脂を耐熱性樹脂に分散させたものである。離型層の層厚は、５〜５０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍに形成されている。これにより、定着ローラ３８０上のトナー離型性が担保されるとともに、定着ローラ３８０の柔軟性が確保される。
【００７４】
発熱層３８３は、キュリー温度１６０〜２２０℃程度を有する整磁合金を使用する。このとき、Ｃｕを厚さ３〜１５μｍ程度形成しても良い。Ｃｕを形成することで発熱層３８３の発熱効率をより高めることができる。この場合、Ｃｕ表層には防錆目的にＮｉめっきを施すことも好適である。
【００７５】
弾性層３８２は、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等の弾性体を使用することができる。定着ローラ３８０に弾性層３８２を設けることにより、定着ローラ３８０のたわみを許容して、ニップ領域の幅を増やせる。また、加圧ローラ６０よりもローラ硬度を小さくして排紙性・記録材分離性能を向上させることができる。また、弾性層３８２は、スポンジゴムとすることで発熱層３８３の発熱を断熱保持でき、定着ローラ表層側にある弾性層３８２或いは離型層を迅速に加熱するように作用する。そのため、定着ローラ表面が定着に必要な温度に迅速に到達するとともに、記録紙Ｐに熱が奪われても、熱の供給が追いつくことができる。その結果、良好なニップ領域を形成することができるとともに、発熱層の発熱を断熱保持し、定着ローラ内側への伝熱を抑止できる。
【００７６】
また、本実施形態では、弾性層３８２には厚さ９ｍｍの発泡シリコーンゴムを使用する。そのため、定着ローラ３８０の表層に配置されている発熱層３８３の熱が定着ローラ内側に容易に流れ込まず、効率的な加熱を行う事ができる。
【００７７】
芯金層３８１は、本実施形態ではアルミ使用する。アルミ製の芯金層３８１は、外径２２ｍｍで厚さ２．０ｍｍとした。芯金層３８１は、ニップ領域を形成するために定着ローラ３８０にかけられる荷重に耐えうる剛性を持たせる必要があるため２．０ｍｍとした。なお、芯金層３８１は、この態様に限定されず、ニップ領域を形成するために定着ローラ３８０にかけられる荷重に耐えうる剛性を有する材質であれば良く、鉄等の金属でも良い。また、セラミック等の非磁性かつ絶縁性の材料で芯金層３８１を構成することで、誘導加熱に影響を与えない材料を使用することもできる。
【００７８】
定着ローラ３８０の内側部材は、図９に示すように、アルミ部材２１を配置し、その内側にシリコーンゴム２２、及び芯金２３が設けられている。そのため、ウォームアップの際では、従来の定着装置よりもアルミ部材２１と定着ローラ３８０の発熱層３８１が離れており、アルミ部材２１が磁束を遮蔽する効果が低減し、定着ローラ３８０の発熱層３８３をより効率よく加熱できる。その結果、ウォームアップ時間を短縮することができる。また、定着方式がベルト定着の代わりにローラ定着であっても、簡易な構成で効率良く定着できる。
【００７９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８０】
なお、上述の実施形態で紹介した各構成の材質、寸法はあくまで一例であり、本発明の作用を発揮し得る範囲内で様々な材質や寸法を選択可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８１】
１      複写機（画像形成装置の一例）
１０      定着装置
２０      加熱ローラ
２１ａ      アルミ部材片
２１      アルミ部材（磁気遮蔽部材の一例）
２２      シリコーンゴム（感温距離調整部材の一例、膨張部材の一例）
２３      芯金（膨張部支持部材の一例）
２４      フランジ部材（支持部材の一例）
２４ａ      窪み（隙間）
２５      軸受
３０      定着ローラ
３２      芯金
３３      弾性部材
４０      定着ベルト（定着部材の一例）
４１      基材
４２      弾性層
４３      離型層
５０      誘導加熱コイル（磁束発生部の一例）
５１      コイル
５２      アーチコア
５３      センターコア
５４      サイドコア
５５      ケース
６０      加圧ローラ（押圧部材の一例）
６１      離型層
６２      耐熱層
６３      芯金
２２６      形状記憶合金（感温距離調整部材の一例、形状記憶部材の一例）
３１０      定着装置
３８０      定着ローラ（定着部材の一例）
３８１      芯金
３８２      弾性層
３８３      発熱層
Ｎ      ニップ部
Ｐ      記録紙（記録媒体の一例）
Ｔ      トナー像
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８２】
【特許文献１】特開２００７−１５６０６５号公報
【特許文献２】特開２００８−４６５３１号公報
【特許文献３】特開２００８−２５７１５５号公報
【図１】
2014092610.tif 000003
【図２】
2014092610.tif 000004
【図３】
2014092610.tif 000005
【図４】
2014092610.tif 000006
【図５】
2014092610.tif 000007
【図６】
2014092610.tif 000008
【図７】
2014092610.tif 000009
【図８】
2014092610.tif 000010
【図９】
2014092610.tif 000011
【図１０】
2014092610.tif 000012