(57)【要約】【課題】高い加熱効率が得られ、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能な定着装置を提供する。【解決手段】定着部材である定着ローラ１１に磁性金属層１３からなる発熱層を設け、加圧部材である加圧ベルト２１に非磁性金属層２４からなる発熱層を設けるとともに、加圧ベルト２１の内側で、加圧ベルト２１と定着ローラ１１が当接する箇所の近傍に励磁コイル３１が配置される。また、励磁コイル３１による磁界を強めるために、加圧ベルト２１の内側にフェライト３２を配置する。そして、加圧ベルト２１の非磁性金属層２４の渦電流負荷を、５．７×１０−３Ω以上になるようにする。定着ローラ１１の磁性金属層１３の渦電流負荷を、３．０×１０−４Ωから２．０×１０−２Ωの範囲になるようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
用紙上の未定着トナーを定着する定着部材と、この定着部材に当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧部材と、を備えた定着装置において、
前記定着部材に、磁性金属からなる発熱層を設け、この定着部材の外側に励磁コイルが配置されることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加圧部材に、非磁性金属からなる発熱層を設け、この加圧部材内の、加圧部材と定着部材が当接する箇所の近傍に励磁コイルが配置され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】
前記励磁コイルの近傍に、高透磁部材が配置される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】
前記高透磁部材が、フェライト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】
前記加圧部材の非磁性金属層の渦電流負荷が、５．７×１０−３Ω以上であることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記加圧部材の非磁性金属層が、銅で構成され、この銅の層を２．９μｍ以下の厚さで設けたことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項７】
前記加圧部材の非磁性金属層が、アルミニウムで構成され、このアルミニウムの層を４．６μｍ以下の厚さで設けたことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項８】
前記加圧部材の非磁性金属層が、非磁性ステンレスで構成され、この非磁性ステンレスの層を１２５μｍ以下の厚さで設けたことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項９】
前記定着部材の磁性金属層の渦電流負荷が、３．０×１０−４Ωから２．０×１０−２Ωの範囲であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１０】
前記定着部材の磁性金属層が、ニッケルで構成され、このニッケルの層を３．５μｍ以上の厚さで設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１１】
前記定着部材の磁性金属層が、鉄で構成され、この鉄の層を５．０μｍ以上の厚さで設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１２】
前記定着部材の磁性金属層の厚みが、磁界浸透深さよりも大きいことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１３】
前記ニッケルの層の厚さが、４３．７μｍ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。
【請求項１４】
前記鉄の層の厚さが、４０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の定着装置。
【請求項１５】
前記定着部材の磁性金属層の内側に、断熱層を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１６】
前記定着部材及び加圧部材の両方がローラで構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１７】
前記定着部材及び加圧部材のうち、一方がローラ、他方がベルトで構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１８】
前記定着部材及び加圧部材の両方がベルトで構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱したローラ対のニップに、未定着トナー画像を担持した用紙を挿入して、未定着トナーを加熱、溶融し、用紙に定着する定着装置に関する。特に、誘電加熱方式により加熱する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置においては、ニップを形成するローラ対の少なくとも一方のローラに熱源を内蔵させ、この熱源によって加熱されたローラ対のニップに未定着トナー画像を担持した用紙を挿通することによって用紙にトナーを定着する熱ローラ定着方式が広く用いられている。
【０００３】
このような熱ローラ定着方式では、定着部材に内蔵されたハロゲンランプなどの熱源から、ローラ表面までの熱伝達の効率が低く、熱の損失が大きい。また、ローラ表面まで熱が伝達するのに長い時間が必要である。その結果、加熱効率が悪いために消費電力が多く、ローラ表面が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間に幾分も要するなどといった問題があった。
【０００４】
これを改善するために、励磁コイルと、非磁性金属で構成した定着ローラと、を用いた誘電加熱方式により、未定着トナー画像を溶融、定着させる定着装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２６８９５２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の定着装置では、発熱体の両側から挟むようにして励磁コイルを配置するため、用紙が挿通されるニップ部分以外の箇所に励磁コイルを配置しなければならない。その結果、加熱された部分がニップ部分に到着するまでに熱が逃げてしまい、励磁コイルが発熱体に伝えたエネルギーが十分に用紙に伝わらない。したがって、加熱効率が悪くなるとともに、消費電力も増大する。さらに、定着部材の温度変動により、安定した定着性を得ることが困難になる。
【０００７】
また一般的には、誘電加熱方式によって加熱する場合、発熱体として磁性金属を使用することが望ましいとされている。しかしながら、  非磁性金属の厚さを薄くすることで、磁性金属よりも高い加熱効率が得られることが知られている。特許文献１記載のような定着装置は、この高い加熱効率が得られる非磁性金属を定着ローラに適用しているものの、本来加熱が非常に困難である非磁性金属の特性を十分に改善して利用しているとは言えない。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、誘電加熱方式により加熱する定着装置において、高い加熱効率が得られる構造を提案し、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能な定着装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、用紙上の未定着トナーを定着する定着部材と、この定着部材に当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧部材と、を備えた定着装置において、前記定着部材に、磁性金属からなる発熱層を設け、この定着部材の外側に励磁コイルが配置されるものとした。
【００１０】
この構成によれば、定着部材の外側に配置される単一の励磁コイルによって定着部材を直接加熱可能であり、この励磁コイルをニップ部分、或いはそれに近い場所に配置することが可能である。その結果、励磁コイルが発熱体に伝えるエネルギーを十分に用紙に伝えることができるので、高い加熱効率が得られるとともに、消費電力の低減を図ることができる。また、励磁コイルを加圧部材の内側に配置することも容易であり、これにより通紙中のニップ部分を加熱することができる。その結果、用紙に熱が奪われることによる定着部材の温度低下を低減することが可能となり、加熱効率を高めることができる。さらに、定着部材の温度変動が少ないので、安定した定着性を得ることが可能である。
【００１１】
また、前記加圧部材に、非磁性金属からなる発熱層を設け、この加圧部材内の、加圧部材と定着部材が当接する箇所の近傍に励磁コイルが配置されるものとした。
【００１２】
この構成によれば、磁束は非磁性金属層を通り抜けるので、その外側に磁性金属層があれば、その磁性金属層も発熱させることが可能である。その結果、一つの励磁コイルで二つの部材を同時に発熱させることができるので、高い加熱効率が得られる。また、定着部材と加圧部材を加熱する手段を単一のものにすることができ、部品点数の削減によるコストダウンや構造の簡素化を図ることが可能である。さらに、加圧部材も加熱できることで、加圧部材の温度変動が少なく、安定した定着性を得ることが可能である。
【００１３】
また、前記励磁コイルの近傍に、高透磁部材が配置されるものとした。
【００１４】
この構成によれば、励磁コイルから発生する磁束のほとんどが高透磁部材を通過するようになるので、磁界を強めることができるとともに、磁束の通る場所を把握し易くなる。その結果、定着部材及び加圧部材における発熱箇所をコントロールすることが可能である。また、高透磁部材によってインダクタンスを向上させることができるので、励磁コイルを小型化することができる。
【００１５】
また、前記高透磁部材が、フェライトであることとした。
【００１６】
この構成によれば、高透磁部材として広く用いられているフェライトを採用し、簡単な構成で、加熱効率を高めることが可能である。
【００１７】
また、前記加圧部材の非磁性金属層の渦電流負荷が、５．７×１０−３Ω以上であることとした。
【００１８】
ここで、渦電流負荷とは、材料固有の電気抵抗率を、電磁誘導により渦電流が発生する深さで割った値であり、Ｒ＝ρ／ｚで表す（式中のＲは渦電流負荷、ρは電気抵抗率、ｚは渦電流が発生する深さを示す）。通常、渦電流が発生する深さｚは、磁界浸透深さδと同じであるので、ｚ＝δである。しかしながら、使用する金属層の厚さｄが、この磁界浸透深さδよりも薄い場合には、ｚ＝ｄとなる。したがって、渦電流負荷ＲはＲ＝ρ／ｄとなり、電気抵抗率ρと金属層の厚さｄで決定される。また、逆に、渦電流負荷Ｒが決定されている場合には、この渦電流負荷Ｒと電気抵抗率ρから金属層の厚さｄを導出することが可能である。
【００１９】
一般的には、誘電加熱方式によって加熱する場合、発熱体として磁性金属を使用することが望ましいとされているが、この構成によれば、加圧部材の表面を磁性金属で構成するよりも高い加熱効率を得ることができる。また、加圧部材の表面を構成する非磁性金属がどのような金属であっても、高い加熱効率が得られる。その結果、それらの金属における適切な層の厚さを決定することが可能であり、実際に製作するのが容易である。また、これ以外の数値に基づいて製作されたものより加熱性能が良い。
【００２０】
また、前記加圧部材の非磁性金属層が、銅で構成され、この銅の層を２．９μｍ以下の厚さで設けることとした。
【００２１】
このように、非磁性金属である銅の層の厚さを定めることによって、より高い加熱効率が得られる。その結果、加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００２２】
また、前記加圧部材の非磁性金属層が、アルミニウムで構成され、このアルミニウムの層を４．６μｍ以下の厚さで設けることとした。
【００２３】
このように、非磁性金属であるアルミニウムの層の厚さを定めることによって、より高い加熱効率が得られる。その結果、加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００２４】
また、前記加圧部材の非磁性金属層が、非磁性ステンレスで構成され、この非磁性ステンレスの層を１２５μｍ以下の厚さで設けることとした。
【００２５】
このように、非磁性金属である非磁性ステンレスの層の厚さを定めることによって、より高い加熱効率が得られる。その結果、加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００２６】
また、前記定着部材の磁性金属層の渦電流負荷が、３．０×１０−４Ωから２．０×１０−２Ωの範囲であることとした。
【００２７】
このように、定着部材の磁性金属層の渦電流負荷を限定することによって、さらに高い加熱効率が得られる。その結果、さらに加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００２８】
また、前記定着部材の磁性金属層が、ニッケルで構成され、このニッケルの層を３．５μｍ以上の厚さで設けることとした。
【００２９】
このように、磁性金属であるニッケルの層の厚さを定めることにより、加熱効率を高めることができる。その結果、さらに加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００３０】
また、前記定着部材の磁性金属層が、鉄で構成され、この鉄の層を５．０μｍ以上の厚さで設けることとした。
【００３１】
このように、磁性金属である鉄の層の厚さを定めることにより、加熱効率を高めることができる。その結果、さらに加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００３２】
また、前記定着部材の磁性金属層の厚みが、磁界浸透深さよりも大きいこととした。
【００３３】
定着部材の磁性金属層の厚みが磁界浸透深さよりも小さいと、励磁コイルから発生する磁束が磁性金属層を通過し、さらにその内側に漏洩してしまう。上記の構成によれば、磁束が定着部材を通過することがない。その結果、磁性金属層の内側への磁束の漏洩を防止することが可能である。これにより、定着部材の磁性金属層の内側に他の金属部材が存在する場合、この金属部材を不必要に加熱することがなく、加熱エネルギーの浪費を抑制することが可能となる。
【００３４】
また、前記ニッケルの層の厚さが、４３．７μｍ以上であることとした。
【００３５】
このように、ニッケルの層の厚さを限定することによって、さらに高い加熱効率が得られるとともに、ニッケルの層の内側への磁束の漏洩を防止することが可能である。その結果、加熱エネルギーの浪費を抑えた高い加熱効率の定着装置を提供することが可能である。
【００３６】
また、前記鉄の層の厚さが、４０．５μｍ以上であることとした。
【００３７】
このように、鉄の層の厚さを限定することによって、さらに高い加熱効率が得られるとともに、鉄の層の内側への磁束の漏洩を防止することが可能である。その結果、加熱エネルギーの浪費を抑えた高い加熱効率の定着装置を提供することが可能である。
【００３８】
また、前記定着部材の磁性金属層の内側に、断熱層を設けることとした。
【００３９】
この構成によれば、定着部材の低熱容量化を図ることができる。その結果、定着部材表面が定着に好適な温度に達するまでの時間を、より短くすることが可能である。また、消費電力の低減を図ることが可能である。
【００４０】
また、前記定着部材及び加圧部材の両方がローラで構成されることとした。
【００４１】
この構成によれば、定着装置を構成する主な部品が、定着ローラ及び加圧ローラのみになるので、構造の簡素化を図ることができ、装置をよりコンパクトにすることが可能である。さらに、部品点数の削減によるコストダウンが可能である。
【００４２】
また、前記定着部材及び加圧部材のうち、一方がローラ、他方がベルトで構成されることとした。
【００４３】
この構成によれば、定着部材及び加圧部材の両方がローラである場合と比較して、一方にベルトを使用することにより、低熱容量化を図ることができる。また、適切なニップ時間を設定することができる。その結果、定着部材表面が定着可能な温度に達するまでの時間を、より短くすることが可能である。また、安定した定着性を得ることが可能である。
【００４４】
また、前記定着部材及び加圧部材の両方がベルトで構成されることとした。
【００４５】
この構成によれば、定着部材及び加圧部材を、さらに低熱容量化させることができる。その結果、定着部材表面が定着可能な温度に達するまでの時間を、さらに短くすることが可能である。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
【００４７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図である。図２は、図１に示す定着装置の電磁誘導部を示す概略部分斜視図である。定着装置１には、定着部１０と加圧部２０が備えられ、加圧部２０の加圧部材である加圧ベルト２１の内側には電磁誘導部３０が配置されている。また、用紙が進入してくる箇所には、用紙進入ガイド４０が設けられている。
【００４８】
定着部１０は、定着部材である定着ローラ１１で構成される。定着ローラ１１は直径が４０ｍｍで、耐熱樹脂等の芯材１２の表面に磁性金属層１３が設けられている。磁性金属層１３は、ニッケル等のメッキによって形成される。また、芯材１２が鉄等の金属管で構成されても良い。磁性金属層１３の外側には、厚さ２０μｍの離型層１４を設け、トナーの離型性を高める。離型層１４は、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）等のフッ素系樹脂が用いられ、吹き付けによるコーティングやチューブを被せることによって設けられる。また、弾性層として、シリコンゴム層を離型層１４のすぐ内側に設けてもよい。
【００４９】
加圧部２０は、加圧部材である加圧ベルト２１と、主ローラ２２と、副ローラ２３で構成される。定着ローラ１１と当接する加圧ベルト２１は、ポリイミドフィルム（図示せず）に非磁性金属層２４としてＳＵＳ３０４が５０μｍの厚さのメッキで形成されている。そして、その外側に、弾性層２５である厚さ１００μｍのシリコンゴム層が設けられている。弾性層２５の外側には、５０μｍの厚さのＰＦＡチューブが離型層２６として被せられている。この加圧ベルト２１に、主ローラ２２及び副ローラ２３によって所定の張力が与えられ、加圧ベルト２１が定着ローラ１１と当接することで用紙を挿通させるニップを形成する。
【００５０】
ここで、上記定着ローラ１１及び加圧部２０の構成は、定着ローラ１１をベルトに代え、加圧部２０をローラのみにするといった構成でも良い。また、両方ともローラ、或いは両方ともベルトであるといった構成でも良い。いずれの場合においても、後述する励磁コイル３１を、加圧部材内の、加圧部材と定着部材とが当接する箇所の近傍に配置する。定着ローラ１１をベルトに代える場合は、ポリイミドフィルムに磁性金属層をメッキ、或いは圧延処理にて設け、その外側にＰＦＡ等のフッ素系樹脂のコーティングを施す。
【００５１】
電磁誘電部３０は、励磁コイル３１、フェライト３２、支持部材３３で構成される。励磁コイル３１は、直径０．１ｍｍのエナメル線３００本を寄り合わせたリッツ線が、主ローラ２２の軸線に沿う方向に巻かれたものである。このようにして巻かれた励磁コイル３１の内側に、磁界を強めるためのフェライト３２が備えられている。支持部材３３は、耐熱性樹脂で構成され、フェライト収納部３３ａを備えている。励磁コイル３１は、このフェライト収納部３３ａを囲むように巻かれている。励磁コイル３１には、定格電力１５００Ｗ、周波数２０〜５０ｋＨｚの高周波電源３４が接続されている。なお、フェライト３２は、高い透磁率を有する部材であれば、フェライト以外の部材で代替することが可能である。
【００５２】
この電磁誘電部３０は、定着ローラ１１と加圧ベルト２１が当接する箇所に磁束が通るように、その当接箇所に励磁コイル３１を近づけて加圧ベルト２１の内側に配置されている。
【００５３】
また、定着ローラ１１内の、定着ローラ１１と加圧ベルト２１が当接する箇所の近傍にはサーミスタ１５が備えられている。このサーミスタ１５により加熱部の温度を検知し、高周波電源３４の出力を制御して温度制御を行う。
【００５４】
なお、これまでに登場した寸法等の数値は、一つの好適例の例示であり、発明の範囲を限定するものではない。
【００５５】
図３は、図１に示す定着装置による加熱状態を示す模型的断面図である。定着装置１は、次のように加熱動作を行う。
【００５６】
励磁コイル３１に高周波電流を流すと磁界が発生する。発生した磁界の磁束Ｍは、そのほとんどが高透磁部材であるフェライト３２を通過するので、磁界を強くすることができる。発生した磁束Ｍが、加圧ベルト２１の非磁性金属層２４及び定着ローラ１１の磁性金属層１３を通過する時に、通過領域Ａ及びＢにおいて金属に渦電流が流れ、金属の電気抵抗により発熱する。特に通過領域Ａは、磁性金属層１３が存在することにより、通過領域Ｂよりも磁界が集中するので発熱量が大きい。この磁束Ｍは、加圧ベルト２１の非磁性金属層２４を通り抜け、定着ローラ１１の磁性金属層１３にまで達するので、両方の部材で同時に発熱する。
【００５７】
このように、定着ローラ１１だけでなく加圧ベルト２１も直接加熱することができるので、ニップを挿通する用紙の上下から熱の供給が可能で、定着ローラ１１の温度を低く設定することが可能である。これにより、余分な熱を供給することがないので、高い加熱効率が得られる。
【００５８】
また、通紙中においても加圧ベルト２１を加熱することができるので、通紙方向に対して長尺の用紙を通紙した場合でも用紙後端部における温度低下が少なく、安定した定着性が得られる。
【００５９】
図４は、加圧ベルトの非磁性金属層を構成する銅の厚さが発熱量に及ぼす影響を示すグラフである。グラフの横軸は、加圧ベルト２１の非磁性金属層２４を構成する銅の厚さを示し、縦軸は、定着ローラ１１の磁性金属層１３のみを加熱した時を１とした場合の、非磁性金属層２４、磁性金属層１３、及び双方を総合した発熱量を示す。ここでは磁性金属層１３に、ＳＵＳ４３０を用いている。
【００６０】
ここで、トナーの定着性を向上させるためには、トナーが直接接触する定着ローラ１１の表面温度が、加圧ベルト２１の表面温度よりも高いほうが好ましいことが分かっている。したがって、図４においてこの条件を満たしているのは、磁性金属層１３の発熱量が、非磁性金属層２４である銅の発熱量を上回っている、銅の厚さが２．９μｍ以下の時であることが分かる。さらに、この範囲においては、総発熱量が１．０を超えている。よって、磁性金属のみを用いて定着ローラ１１及び加圧ベルト２１を製作するよりも、非磁性金属と磁性金属とを組み合わせて用いるほうが加熱効率は向上する。銅の厚さをこの範囲に設定することで、加熱効率が最大１０％向上する。
【００６１】
図５は、加圧ベルトの非磁性金属層を構成するＳＵＳ３０４の厚さが発熱量に及ぼす影響を示すグラフである。グラフの構成は、前記図４の銅の場合と同様であり、磁性金属層１３も同様にＳＵＳ４３０を用いている。図５によると、ＳＵＳ３０４の厚さが１２５μｍ以下である時に、磁性金属層１３の発熱量が、非磁性金属層２４であるＳＵＳ３０４の発熱量を上回っており、総発熱量が１．０を超えているのが分かる。これらの効果についても、前記銅の場合と同様に、磁性金属のみを用いて定着ローラ１１及び加圧ベルト２１を製作するよりも、加熱効率が最大１０％向上する。このことを考慮に入れ、前記図１に示す定着装置１では、加圧ベルト２１の非磁性金属層２４であるＳＵＳ３０４の厚さを５０μｍとしている。
【００６２】
図６は、非磁性金属層の渦電流負荷と厚さとの関係、及び発熱量への影響を示す表である。表の左側の非磁性金属層条件の欄は、銅及びＳＵＳ３０４の渦電流負荷と層の厚さの関係を示している。表の右側は、磁性金属層のみを加熱した時を１とした場合の、非磁性金属層２４、磁性金属層１３、及び双方を総合した発熱量を示している。発熱量は、前記図４及び図５のグラフを数値化したものである。磁性金属層１３の発熱量が、非磁性金属層２４の発熱量を上回っている条件を判断すると、非磁性金属層２４の渦電流負荷は、５．７×１０−３Ω以上であることが好ましいことが分かる。したがって、非磁性金属層２４の渦電流負荷がこの範囲であれば、前述の銅やＳＵＳ３０４以外の金属でも高い加熱効率が得られることになる。
【００６３】
すなわち、非磁性金属としてアルミニウムを用いた場合、アルミニウムの電気抵抗率が２．６６×１０−８Ω・ｍであるので、これを上記渦電流負荷の値で割ると、高い加熱効率が得られる層の厚さは、４．６μｍ以下であることが好ましいことになる。
【００６４】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は、前記図１に示す第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、説明は省略するものとする。
【００６５】
定着装置１には、定着部１０と加圧部２０が備えられ、加圧部２０の加圧部材である加圧ベルト２１の内側には電磁誘導部３０が配置されている。また、用紙が進入してくる箇所には、用紙進入ガイド４０が設けられている。
【００６６】
定着部１０は、定着部材である定着ローラ１１で構成される。定着ローラ１１は直径が４０ｍｍで、耐熱樹脂等の芯材１２の表面に断熱層１６であるシリコンスポンジ層が設けられている。その外側には、磁性金属層１３としてニッケルが５０μｍの厚さのメッキで形成されている。磁性金属層１３の外側には、厚さ２０μｍのＰＦＡによる離型層１４を設け、トナーの離型性を高める。また、弾性層として、シリコンゴム層を離型層１４のすぐ内側に設けてもよい。
【００６７】
ここで、前記第１の実施形態と同様に、上記定着部１０及び加圧部２０の構成は、両方ともローラ、一方がローラで他方がベルト、両方ともベルト、のいずれの構成であっても良い。
【００６８】
このように、定着ローラ１１の磁性金属層１３の内側に断熱層１６を設けることによって、定着ローラ１１の低熱容量化を図ることができる。その結果、定着ローラ１１の表面が定着可能な温度に達するまでの時間を、より短くすることが可能である。
【００６９】
次に、定着部材の磁性金属層の厚さについて、図８を用いて説明する。図８は、定着部材と加圧部材を構成する金属の厚さと渦電流負荷の関係を示すグラフである。グラフの横軸は金属の厚さを示し、縦軸はその金属の渦電流負荷を示す。金属の種類としては、非磁性金属である銅、アルミニウム、ＳＵＳ３０４と、磁性金属である鉄、ニッケルを挙げている。
【００７０】
図中、領域Ｃは、誘電加熱方式によって容易に加熱可能な金属の渦電流負荷の範囲を示している。すなわち、定着部材と加圧部材を構成する金属の渦電流負荷が、３．０×１０−４Ωから２．０×１０−２Ωの範囲であれば、誘電加熱方式によって容易に加熱可能である。例えば磁性金属であるニッケルの場合、渦電流負荷が２．０×１０−２Ω以下、つまり、その厚さが３．５μｍ以上であると加熱可能である。また、鉄の場合は、その厚さが５．０μｍ以上であると加熱可能である。
【００７１】
このようにして定着部材の磁性金属層の厚さを定めることによって、定着装置の加熱効率を高めることができる。その結果、さらに加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００７２】
なお、非磁性金属である銅、アルミニウム、ＳＵＳ３０４の場合は、前記図４〜図６に示すように、渦電流負荷が２．４×１０−３Ω以上、特に２．８×１０−３Ωから８．０×１０−３Ωの範囲であることが好ましいことが分かっている。
【００７３】
ここで、定着部材の磁性金属の磁界浸透深さについて考える。定着部材の磁性金属層の厚みが磁界浸透深さよりも小さいと、励磁コイルから発生する磁束が磁性金属層を通過し、さらにその内側に漏洩してしまう。これにより、定着部材の磁性金属層の内側に他の金属部材が存在する場合、この金属部材を不必要に加熱してしまい、加熱エネルギーを浪費するという問題が発生する。
【００７４】
したがって、定着部材の磁性金属層の厚みを、磁界浸透深さよりも大きくする必要がある。磁界浸透深さは、δ＝５０３√（ρ／ｆμ）で表される（式中のδは磁界浸透深さ、ρは電気抵抗率、ｆは周波数、μは比透磁率を示す）。磁性金属層としてニッケルを用いた場合、周波数ｆを３０ｋＨｚとして、ニッケルの電気抵抗率ρが６．８０×１０−８Ω・ｍ、比透磁率μが３００であるので、磁界浸透深さδは４３．７μｍとなる。鉄を用いた場合も同様に、周波数ｆを３０ｋＨｚとして、鉄の電気抵抗率ρが９．７１×１０−８Ω・ｍ、比透磁率μが５００であるので、磁界浸透深さδは４０．５μｍとなる。
【００７５】
このようにして、加圧部材の磁性金属層であるニッケルの層の厚さを４３．７μｍ以上に、また鉄の層の厚さを４０．５μｍ以上に限定することによって、さらに高い加熱効率が得られるとともに、磁性金属層の内側への磁束の漏洩を防止することが可能である。その結果、加熱エネルギーの浪費を抑えた高い加熱効率の定着装置を提供することが可能である。
【００７６】
上記のように本発明の実施形態を示したが、この他、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の上記構成によれば、定着部材の外側に配置される単一の励磁コイルによって定着部材を直接加熱可能であり、この励磁コイルをニップ部分、或いはそれに近い場所に配置することが可能である。その結果、励磁コイルが発熱体に伝えるエネルギーを十分に用紙に伝えることができるので、高い加熱効率が得られるとともに、消費電力の低減を図ることができる。また、励磁コイルを加圧部材の内側に配置することも容易であり、これにより通紙中のニップ部分を加熱することができる。その結果、用紙に熱が奪われることによる定着部材の温度低下を低減することが可能となり、加熱効率を高めることができる。さらに、定着部材の温度変動が少ないので、安定した定着性を得ることが可能である。
【００７８】
そして、磁束は非磁性金属層を通り抜けるので、その外側に磁性金属層があれば、その磁性金属層も発熱させることが可能である。その結果、一つの励磁コイルで二つの部材を同時に発熱させることができるので、高い加熱効率が得られる。また、定着部材と加圧部材を加熱する手段を単一のものにすることができ、部品点数の削減によるコストダウンや構造の簡素化を図ることが可能である。さらに、加圧部材も加熱できることで、加圧部材の温度変動が少なく、安定した定着性を得ることが可能である。
【００７９】
また、一般的には、誘電加熱方式によって加熱する場合、発熱体として磁性金属を使用することが望ましいとされているが、加圧部材の非磁性金属層の渦電流負荷を５．７×１０−３Ω以上にすることによって、磁性金属を使用するよりも高い加熱効率を得ることができる。また、加圧部材の表面を構成する非磁性金属がどのような金属であっても、高い加熱効率が得られる。
【００８０】
さらに、定着部材の磁性金属層の厚さを限定することによって、さらに高い加熱効率が得られるとともに、磁性金属層の内側への磁束の漏洩を防止することが可能である。その結果、加熱エネルギーの浪費を抑えた高い加熱効率の定着装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図
【図２】図１に示す定着装置の電磁誘導部を示す概略部分斜視図
【図３】図１に示す定着装置による加熱状態を示す模型的断面図
【図４】銅の厚さが発熱量に及ぼす影響を示すグラフ
【図５】ＳＵＳ３０４の厚さが発熱量に及ぼす影響を示すグラフ
【図６】非磁性金属層の渦電流負荷と厚さとの関係、及び発熱量への影響を示す表
【図７】本発明の第２の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図
【図８】金属の厚さと渦電流負荷の関係を示すグラフ
【符号の説明】
１    定着装置
１０  定着部
１１  定着ローラ
１３  磁性金属層
１６  断熱層
２０  加圧部
２１  加圧ベルト
２４  非磁性金属層
３０  電磁誘導部
３１  励磁コイル
３２  フェライト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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