(57)【要約】【課題】電磁加熱による過昇温を防止しつつウォームアップの時間を短縮するとともに、発熱体の形状を自由に設計することができる定着装置を提供すること。【解決手段】記録材５に形成された印材４による像を熱溶融させて記録材５に定着させる定着装置において、印材４の定着温度にほぼ等しいキュリー温度を有する強磁性の磁性材料を含む発熱材１２を記録材５と接触するように形成した発熱ローラ１と、発熱ローラ１に圧接して記録材５を押圧する加圧ローラ２と、発熱材１２に交番磁界を照射する励磁部３とを備え、磁性材料は、発熱材１２に分散して含まれる。【選択図】図３
2007017854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材に形成された印材による像を熱溶融させて前記記録材に定着させる定着装置において、
前記印材の定着温度にほぼ等しいキュリー温度を有する強磁性の磁性材料を含む発熱部材を前記記録材と接触するように形成した定着手段と、
前記定着手段に圧接して前記記録材を押圧する加圧手段と、
前記発熱部材に交番磁界を照射する励磁手段と、
を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記磁性材料は、発熱部材に分散して含ま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】
前記発熱部材は、１０〜１００ｎｍの粒子サイズの強磁性の磁性材料を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記発熱部材は、略球形の形状を有する強磁性の磁性材料を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項５】
前記発熱部材には、断熱性を有する材料がさらに分散して含まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項６】
前記磁性材料は、鉄の酸化物を含むフェライトであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項７】
前記磁性材料は、亜鉛、マグネシウム、マンガン、コバルト、ニッケルおよび銅のうち少なくとも１種類以上の元素を含む、鉄の酸化物フェライトであることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】
前記発熱部材は、耐熱性樹脂に１０体積％以上の磁性材料を分散させて構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の定着装置を供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、電子写真方式または静電記録方式の複写機やファクシミリ、プリンタなどの画像形成装置に用いられる定着装置に関し、特に、電磁加熱方式によって未定着画像を記録材に加熱定着する定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、複写機、ファクシミリおよびプリンタなどに用いられる定着装置に、電磁誘導加熱方式を採用することが盛んに検討されている。電磁誘導加熱方式の定着装置においては、励磁コイルに交流電流が印加され、この励磁コイルの周囲に生成消滅を繰り返す磁束が発生する。そして、発生した磁束が導電体を透過することによって渦電流が発生し、この渦電流により導電体で生じた熱が未定着画像の定着に用いられる。
【０００３】
具体的には、たとえば２つのローラによって形成されるニップに、導電体で生じた熱が伝達され、記録材がニップを通過する際に、ローラによる圧力と伝達された熱とによって記録材上のトナーが定着する。導電体で生じた熱をニップへ伝達させるには、たとえばニップを形成するローラそのものを導電体で形成したり、導電体とニップを形成するローラの１つとに薄膜のベルトを懸架したりすればよい。このとき、ニップへ伝達された熱は、ニップを通過する記録材や周囲の部材に奪われるので、ニップへ熱を伝達するローラやベルトの温度は低下する。ただし、ニップを通過する記録材の幅は多様であり、常にローラやベルトの幅全体から万遍なく熱が奪われるとは限らない。
【０００４】
すなわち、ニップを形成するローラそのものを導電体で形成するローラ方式を例にとると、導電体で形成された発熱ローラのローラ幅全体が常にニップで記録材に接するわけではなく、ローラ幅よりも幅の狭い記録材がニップを通過する際には記録材と接することが無い発熱ローラの部分からは熱が奪われることがない。したがって、たとえば、幅の狭い記録材が複数連続してニップを通過する場合には、発熱ローラのローラ幅の両端部分などの記録材と接しない部分は温度が高くなりすぎることがある。その後、このような発熱ローラのローラ幅の両端部分の温度がトナーなどの印材の定着に適した定着温度よりも高くなった状態で、幅の広い記録材を通過させると、一旦記録材に転写された印材が発熱ローラに再び付着するホットオフセットが生じてしまう。
【０００５】
このような過昇温の問題に対して、キュリー温度が設定された整磁金属を導電体として用いて自己温度制御を行う技術が提案されている。ここで、キュリー温度とは、整磁金属の磁性の有無の閾値となる温度である。つまり、このような整磁金属では、通常温度では強磁性を有するが、キュリー温度を超えた温度では磁性が弱くなる。そこで、このような整磁金属を、ニップを形成する一方のローラの表面の発熱するフィルムの導電層の材料に使用することにより、キュリー温度以上での渦電流を減少させて発熱を抑制させた定着装置を構成している（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１１４２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一般に、整磁金属は磁束の浸透によって内部に発生する誘導電流により発熱するため、材料の電気特性の影響を大きく受けるという性質を有する。このため、抵抗値や結合時のインダクタンスの制限により、発熱部の形状が大きく制約されてしまうという問題点があった。
【０００７】
つまり、抵抗値やインダクタンスを発熱部で一様にする必要性から、誘導電流を阻害する様な接合や不均一または不連続な形状とすることができない。また、均一な厚みの無端状にする必要性から、ベルトやローラのような形状のものに限定されてしまっていた。
【０００８】
また、整磁金属は表皮抵抗が過大であり、結合時のインダクタンスも大きいので、励磁コイルによって励磁しても渦電流が生じにくい。このため、整磁金属の発熱量は大きくなく、定着に必要な温度に達するまでのウォームアップに時間がかかってしまう。そこで、整磁金属を用いた発熱体は、薄く均一な板状にして、十分な温度に早く達するように熱容量を小さくするのが一般的であった。しかし、この場合にも、表皮抵抗と結合時のインダクタンスの制限から一定以上の厚みが必要となり、ウォームアップにおける時間の短縮に対して十分ではないという問題点もあった。
【０００９】
つまり、複写機、ファクシミリおよびプリンタなどの画像形成装置は、電源投入時やスリープ状態からの復帰時に、定着装置をトナーの定着に必要な定着温度にまで昇温させる必要があるが、整磁金属の温度上昇が緩やかであるため、実際に画像形成が可能となるまでに長時間を要してしまっていた。また、定着装置の温度が十分に高くなっていない状態でトナーの定着を行うと、記録材に転写されたトナーが十分に溶けずにコールドオフセットが生じてしまっていた。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電磁加熱による過昇温を防止しつつウォームアップの時間を短縮するとともに、発熱体の形状を自由に設計することができる定着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】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明は、記録材に形成された印材による像を熱溶融させて記録材に定着させる定着装置において、印材の定着温度にほぼ等しいキュリー温度を有する強磁性の磁性材料の粒子を分散させて含む発熱部材を記録材と接触するように形成した定着手段と、定着手段に圧接して記録材を押圧する加圧手段と、定着手段の発熱部材に交番磁界を照射する励磁手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上記特性を有する磁性材料を用いることにより、電磁加熱方式の定着装置において過昇温を防止し、また、定着温度まで速やかに昇温させてオフセットの発生を防止して良好な定着性能を実現することのできる定着装置が得られる。また、必要により磁性材料を樹脂中に分散させることにより、発熱材としての対衝撃強度を向上させるばかりでなく、断熱特性を有する粒子や気体を合わせて分散させることにより、断熱特性が著しく向上し昇温速度の大幅な向上が達成でき、さらに、強磁性を有する磁性材料を分散させて発熱部材を構成するので、定着装置の設計の自由度を著しく改善することが可能となる定着装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１の発明の定着装置は、記録材に形成された印材による像を熱溶融させて記録材に定着させる定着装置において、印材の定着温度にほぼ等しいキュリー温度を有する強磁性の磁性材料を含む発熱部材を記録材と接触するように形成した定着手段と、定着手段に圧接して記録材を押圧する加圧手段と、発熱部材に交番磁界を照射する励磁手段とを備えるようにしたものであり、励磁手段から交番磁界を照射された発熱部材に含まれる強磁性の磁性材料がヒステリシス損によって発熱し、速やかに昇温されるとともに、キュリー温度すなわち定着温度以上になると自動的に発熱が抑制され、定着手段の温度が所定の温度に保たれるという作用を有する。
【００１４】
本発明の第２の発明の定着装置は、上記の発明において、磁性材料は、発熱部材に分散して含まれるようにしたものであり、発熱部材全体を磁性材料で構成する必要がなく、発熱部材の形状が材料によって制約されることがないという作用を有する。
【００１５】
本発明の第３の発明の定着装置は、上記の発明において、発熱部材は、１０〜１００ｎｍの粒子サイズの強磁性の磁性材料を含むようにしたものであり、保磁力が最も大きくなるような粒子サイズの磁性材料を用いることで、ヒステリシス損による発熱量を大きくすることができるという作用を有する。
【００１６】
本発明の第４の発明の定着装置は、上記の発明において、発熱部材は、略球形の形状を有する強磁性の磁性材料を含むようにしたものであり、磁性材料の分散性を向上させることができるという作用を有する。
【００１７】
本発明の第５の発明の定着装置は、上記の発明において、発熱部材には、断熱性を有する材料がさらに分散して含まれるようにしたものであり、発熱部材と接触して構成される定着手段の他の部材を介して逃げる熱を低減させることができるという作用を有する。
【００１８】
本発明の第６の発明の定着装置は、上記の発明において、磁性材料は、鉄の酸化物を含むフェライトとしたものであり、印材の定着温度に近いキュリー温度を有し、しかも保磁力と残留磁束密度が大きいので、ヒステリシス損による発熱によって速やかな昇温を実現することができるという作用を有する。
【００１９】
本発明の第７の発明の定着装置は、上記の発明において、磁性材料は、亜鉛、マグネシウム、マンガン、コバルト、ニッケルおよび銅のうち少なくとも１種類以上の元素を含む、鉄の酸化物フェライトとしたものであり、これらの元素の組成を調整することによって印材の定着温度に等しいキュリー温度を有する発熱材を得ることができるという作用を有する。
【００２０】
本発明の第８の発明の定着装置は、上記の発明において、発熱部材は、耐熱性樹脂に１０体積％以上の磁性材料を分散させて構成されるようにしたものであり、定着温度まで上昇させる昇温能力を定着装置ごとに変化させることができるという作用を有する。
【００２１】
本発明の第９の発明の画像形成装置は、上記の発明のいずれか１つに記載の定着装置を供えるようにしたものであり、発熱部材の形状を自由に設計することができ、しかも定着温度まで速やかに昇温することができるという作用を有する。
【００２２】
以下に、本発明にかかる定着装置および画像形成装置の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態）
従来の電磁加熱方式の定着装置において整磁金属材料を用いた場合の発熱は、磁束の浸透によって金属内部に発生する誘導電流（渦電流）が、電気抵抗を有する導電体としての整磁金属を流れることによるジュール熱によるものであった。したがって、整磁金属材料を均一に加熱するためには、均一な電気抵抗値にする必要がある。具体的には、固有抵抗値を有するので均一な厚みにするとともに、内部で発生する渦電流を阻害する様な不連続の形状や、組成の変性層を形成しない無端形状にしなければならなかった。また、発熱体全体に電流が流れるように、整磁金属を連続的に一体形成しなければならなかった。
【００２４】
しかし、本発明では、キュリー温度を有する磁性材料（すなわち、強磁性材料）が交番する電磁場に置かれると、上述した渦電流による発熱以外に、ヒステリシス損による発熱も生じることを利用し、このヒステリシス損による発熱とキュリー温度とを利用して温度制御を行うことを特徴とする。図１は、強磁性を有する磁性材料のヒステリシス曲線を示す図であり、図２は、図１の強磁性を有する磁性材料のキュリー温度以上のヒステリシス曲線を示す図である。これらの図において、横軸は磁性材料に加えられる外部磁場Ｈを示し、縦軸は磁性材料の磁束密度Ｂを示している。図１に示されるように、キュリー温度以下では、磁性材料は、高い残留磁束密度Ｂrと保磁力ＨCを有する。また、強磁性を有する磁性材料は交番する電磁場をかけた際にこのヒステリシス曲線上を移動し、ヒステリシス曲線の面積に比例したエネルギーが消費され、その結果発熱する。つまり、ヒステリシス曲線の面積が大きい磁性材料であるほど、交番する電磁場をかける際の発熱量が大きくなり、迅速な加熱を可能とする。一方、図２に示されるように、キュリー温度よりも高い温度になると、磁性材料は、強磁性から常磁性に相転移し、交番する電磁場をかけても、ヒステリシス曲線の面積が０かきわめて０に近いので、更なる発熱が抑制される。つまり、ヒステリシス損による発熱を利用しても、キュリー温度で過昇温を制御することが可能となる。このようなヒステリシス損による発熱では、磁性金属材料に交番磁界が浸透することによって発熱するため、ジュール熱による発熱を利用する場合のように発熱体として連続一様である必要がない。その結果、磁気回路や電気回路の形成が必要で、設計に大きな制約がある渦電流による発熱を利用する場合に比して、設計にも大きな制約を受けることがない。また、高い保磁力ＨCと残留磁束密度Ｂrを有する磁性材料を選択することで、昇温を調整することもできる。この実施の形態で用いる磁性材料としては、強磁性を有する磁性材料であればよいが、実験の結果、ヒステリシス損による発熱によって効果的に加熱するには、保磁力が２０［Ｏｅ］、残留磁束密度が２，０００［Ｇ］以上の磁性材料を用いることが望ましい。なお、本実施の形態でも従来の技術と同様に高周波の交番磁界を調整することによっても昇温を調整することが可能である。
【００２５】
強磁性を有する磁性材料の保磁力は、粒子サイズによって大きく変化することが知られ、一般的に１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍで極大値を有することが知られている。そのため、このようなサイズの粒子を用いると、ヒステリシス損を用いたより効果的な発熱および温度制御を行うことができる。なお、このときの粒子形状は、針状よりも球形に近い形状を有することが望ましい。
【００２６】
また、定着装置の定着温度がキュリー温度となるような強磁性を有する磁性材料が好ましいが、このような磁性材料としてスピネル型フェライトＭ1-XＺｎXＦｅ2Ｏ4（ただし、Ｍ＝Ｍｇ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ、Ｘ＝０〜１）が挙げられる。このスピネル型フェライトは、添加金属Ｍの組成比を調整することによって、特に２価金属のＺｎの含有量でキュリー温度の調整が可能となり、印材としてのトナーの定着温度（１６０〜２６０℃）近辺にキュリー温度を有する磁性材料を得ることも可能となる。
【００２７】
つぎに、このような磁性材料を発熱体に用いた定着装置について説明する。図３は、本発明による定着装置の構造の一例を模式的に示す断面図である。図３において、１は発熱ローラ、２は発熱ローラ１の表面に圧接するように設けられる加圧ローラ、３は発熱ローラ１に交流磁場を印加する励磁部、４はトナーなどの印材、５は印材４が現像された紙などの記録材、１１は発熱ローラ１の軸心、１２は発熱ローラ１の発熱部、３１は高周波電流によって高周波の交番磁界を発生させるＩＨ（Induction Heating）コイル、３２はＩＨコイル３１で発生した磁界を発熱ローラ１に照射するＩＨ磁気コア３２である。なお、この定着装置は、定着装置に記録材５を搬送・排出する機能を有する搬送ローラや搬送ガイドなどにより構成される搬送手段と、記録材５に印材４による像を形成する機能を有する帯電装置、露光装置、現像装置などにより構成される像形成手段と共に、画像形成装置を構成する。なお、発熱ローラ１は特許請求の範囲における定着手段に対応し、加圧ローラ２は同じく加圧手段に対応し、励磁部３は同じく励磁手段に対応し、発熱部１２は同じく発熱部材に対応している。
【００２８】
図４〜図５は、発熱材の構成例を模式的に示す図であり、図４は、強磁性を有する磁性材料を耐熱性樹脂に分散させた発熱材の構成例を模式的に示す図であり、図５は、強磁性を有する磁性材料と低伝熱性材料を耐熱性樹脂に分散させた発熱材の構成例を模式的に示す図である。図４において、１０１は耐熱性樹脂、１０３は耐熱性樹脂１０１中に分散された強磁性を有する磁性材料である。耐熱性樹脂１０１は、フッ素樹脂や低分子シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを使用することができる。また、磁性材料１０３は、１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍのサイズを有し、球形に近い形状を有する強磁性の磁性材料の粒子が使用されることが望ましい。図６は、実験による耐熱性樹脂中の磁性材料の体積含有率と発熱材の透磁率との間の関係を示す図である。この図で横軸は発熱部１２の耐熱性樹脂１０１中の磁性材料の体積含有率（体積％）を示しており、縦軸は発熱部１２の透磁率を示している。この図に示されるように、磁性材料１０３は、耐熱性樹脂１０１に対して１０体積％より少ないと、磁性をほとんど示さない常磁性の性質を示し、発熱の効果が十分でなかった。そのため、発熱部１２を形成するためには、耐熱性樹脂１０１に強磁性を有する磁性材料１０３を１０体積％以上分散させることが望ましい。このように、磁性材料１０３を耐熱性樹脂１０１中に分散させて発熱部１２を構成することで、任意の形状に加工できるとともに、対衝撃強度を高めることができる。
【００２９】
また、図５において、１０１は耐熱性樹脂、１０２は伝熱特性の低い耐熱性のある低伝熱性材料、１０３は強磁性を有する磁性材料である。耐熱性樹脂１０１は、上述したようにフッ素樹脂や低分子シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などやこれらの樹脂材料の発泡体や中空体などを使用することができる。また、低伝熱性材料１０２は、断熱性を有する粒子や独立気泡、連続の気泡などを使用することができる。たとえば、断熱性を有する粒子として、カーボン樹脂、カーボングラファイト、多孔質炭素材料などの炭素材料や、コルク、木材チップ、これらの材料を炭化処理した植物性材料、ソーダ石灰珪酸、珪酸であるシリコンガラス、鉛ガラス、燐酸系ガラスなどのガラス材料、あるいは金属やセラミックスの中空体や発泡体を使用することができる。磁性材料１０３は、図４の場合と同様に、１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍのサイズを有し、球形に近い形状を有する粒子が使用されることが望ましい。この場合にも、図６に示したように、磁性材料１０３は、耐熱性樹脂１０１に対して１０体積％より少ないと、磁性をほとんど示さない常磁性の性質を示すので、発熱部１２を形成するためには、発熱部１２に強磁性を有する磁性材料１０３を１０体積％以上分散させることが望ましい。このように、低伝熱性材料１０２を耐熱性樹脂１０１中に分散させることによって、発熱ローラ１の軸心１１から逃げる熱が抑制され断熱性を高められる。
【００３０】
耐熱性樹脂１０１としてシリコーン樹脂を使用して発熱部１２を製造する場合には、通常のシリコーン樹脂に対し、ニーダやローラ式等の混練機を用いて強磁性を有する磁性材料１０３を含有させる方法、あるいは強磁性を有する磁性材料１０３とシリコーン樹脂を溶解・膨潤させ得る有機溶剤として、トルエンやＴＨＦ（tetrahydrofuran）やオクタン、イソオクタンなどの石油系溶剤を用い、事前に表面処理する方法などを用いることができる。これによって、シリコーン樹脂の体積比率が３０〜７０％となる任意の発熱部１２が製造される。なお、固体粒子サイズがほぼ均一で、固体粒子が最密充填された場合には、体積比率で６６％を超えると、剰余体積部分をシリコーン樹脂で充填することが理論上不可能となり、気相が存在するようになる。この気相の含有により、発熱部１２の断熱特性を向上させることが可能であるが、その場合でも、固体材料とシリコーン樹脂の体積比率は７０％以下であることが望ましい。
【００３１】
加圧ローラ２は、円筒状の軸心に樹脂層を被せて一体化した構成となっている。これは加圧ローラ２が記録材５とこの記録材５に現像された印材４に熱を与えるだけでなく、加圧するために高い剛性を有する材料を必要とすることによるものである。機械的剛性を有する金属材料として、鉄や鉄の合金、ステンレス、アルミニウム、合金材料が用いられ、高剛性樹脂材料としてＰＥＥＫ（polyetheretherketone）材やフェノール樹脂、あるいは、補強材としてガラス繊維や炭素繊維を用いた複合材が用いられる。また、これらの材料の熱容量を低くするために、中空のパイプ形状としたり、断熱性に優れた樹脂の複合材料を用いたりすることで、さらにエネルギーロスが大幅に改善される。
【００３２】
励磁部３は、加熱および加圧する部分に近い発熱ローラ１の外部に配置され、ＩＨコイル３１に交流電流を流すことによって発生した高周波の交番磁界を、ＩＨ磁気コア３２で発熱ローラ１の発熱部１２との間で効率的に磁気回路を形成するように制御する。これにより、交番磁界が、発熱ローラ１の発熱部１２に照射され、発熱部１２は誘導発熱によって発熱する。
【００３３】
ここで、この定着装置における発熱ローラ１の温度制御の動作について説明する。まず、定着装置は発熱源としてＩＨコイル３１により発生させた高周波数の電磁波をＩＨ磁気コア３２により効率的に磁気回路を制御して、誘導発熱する発熱体である発熱ローラ１に照射する。照射された高周波の電磁波である交番磁界は、発熱ローラ１の内部に浸透する。
【００３４】
発熱ローラ１の温度が、その発熱部１２中の磁性材料のキュリー温度以下の範囲にある場合には、外部から照射される高周波の交番磁界が交番途中にゼロとなっても、磁性材料内に浸透した磁束によって、磁性材料内には残留磁束密度Ｂrとして残る。また、交番磁界が反転した後も、磁性材料内の磁束は保持され保磁力ＨCとして外部磁場の侵入を阻害する。さらに外部の磁場が大きくなると、再び磁性材料内部に磁場が侵入して上記した作用が繰り返される。つまり、図１に示すようなＢ−Ｈカーブを描き磁気ヒステリシスの発生による発熱現象を繰り返す。このとき、磁気ヒステリシス内部の面積に比例し、ヒステリシス損として発生する熱が発熱に用いられる。ここで、ヒステリシス損が大きい材料を選択することで発熱量を大きくすることができるため、保磁力と飽和磁束密度の大きな材料（強磁性材料）や粒径を調整した強磁性材料を用いることが望ましい。
【００３５】
このように、主にヒステリシス損による発熱の寄与が大きい材料による発熱によって、発熱ローラ１は定着に必要な温度（定着温度）まで加熱される。その後、発熱した発熱ローラ１と加圧ローラ２で、たとえば図の右側から供給されるトナーなどの印材４が現像（塗布）された記録材５を加温・加圧し、図の左側から排出する構成となっている。
【００３６】
その後、高周波交番磁界の浸透によって、磁気ヒステリシスを有する磁性材料での発熱によって発熱部１２が昇温し、磁性材料の温度がキュリー温度を超える温度になった場合に、磁性材料は常磁性体となり、透磁率とともに保磁力と飽和磁束密度が大幅に低下する。つまり、図２に示されるような面積が図１に比して小さなＢ−Ｈカーブの磁気ヒステリシスが、外部の高周波交番磁界によって繰り返される。このとき、ヒステリシス曲線によって囲まれる面積に比例するヒステリシス損による発熱は、図１の場合に比して著しく低下するので、発熱が止まり、磁性材料の過熱すなわちキュリー温度（〜定着温度）を超える昇温が抑制される。また、磁性材料の透磁率が低下するので、発熱部１２の励磁部３の近傍部分よりも遠位部（軸心１１に近い部分）に位置する磁性材料にも、高周波交番磁界が到達し、昇温は表層から内部へと連続的に発生するようになる。つまり、昇温初期においては選択的に発熱ローラ１の表層を加熱することが可能で、定着に必要な温度への到達を早く達成することができる。また、定着温度以上では、発熱部１２のより深部で発熱が行われ、発熱ローラ１全体での昇温が促される。さらに、発熱ローラ１の一部で記録材５の定着により熱が奪われ、キュリー温度以下に温度が低下した場合、温度が低下した部分の磁性材料は強磁性を取り戻すので、上述したように再び発熱が起こるが、熱を奪われなかった部分はキュリー温度より高い温度にあるので発熱による過熱を起こすことがない。
【００３７】
このように、強磁性を有する磁性材料を発熱ローラ１の発熱部１２に用いると、キュリー温度になると、ヒステリシス損による発熱がなされず昇温が抑制されるので、発熱ローラ１の温度を制御する必要がなくなる。また、発熱ローラ１の一部で定着により熱が奪われるような場合、温度が低下した部分の磁性材料は強磁性を取り戻すので、再び発熱が起こるとともに、熱を奪われなかった部分は発熱による過熱を起こすことがないので、サイズの異なる複数の記録材５を、オフセットを生じさせることなく定着することが可能となる。
【００３８】
ここで、スピネル型フェライトＭ0.5Ｚｎ0.5Ｆｅ2Ｏ4（Ｍ＝Ｍｇ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ）を定着装置の発熱部１２の磁性材料として用いた場合についての実施の形態を示す。このとき、粒子サイズが２０〜６０ｎｍの微粒子を、シリコーン樹脂に重量比率６０％で添加し、混練、成型、加熱して、定着装置の発熱材を作製した。
【００３９】
図７は、磁性材料に８００Ｗの高周波の交番電磁波を照射した場合の照射時間と表面温度の関係を示す図である。ただし、この図７に例示した磁性材料は、Ｍｎ0.5Ｚｎ0.5Ｆｅ2Ｏ4である。この図７に示されるように、磁性材料（スピネル型フェライト）に外部から所定の出力の高周波交番磁界を照射すると、約１３秒までは直線的に温度が上昇するが、温度が約２０５℃となると、発熱が抑制され自動的に温度が制御されることがわかる。
【００４０】
発熱ローラ１において、発生した熱を軸心１１などに逃がさないようにするために、図５に示されるように低伝熱性材料１０２をさらに耐熱性樹脂１０１中に分散し所望の形状に成型すると、熱の伝導性を大幅に低減することができる。そこで、上記の発熱部１２に代えて、上記と同じ磁性材料（スピネル型フェライト）と中空シリコンビーズをシリコーン樹脂に添加して、混練、成形、加熱して作製したものを用いた。この場合、実験結果より、中空シリコンビーズとして、粒子サイズが１０〜１５０μｍ、カサ密度で０．０７〜０．８ｇ／ｃｍ3の中空度のものが使用できるが、耐圧強度と中空度の観点から粒子サイズ３０〜７０μｍ、カサ密度で０．１〜０．６ｇ／ｃｍ3の中空度のものが望ましかった。ここでは、粒子サイズ３０〜６０μｍ、カサ密度で０．３８〜０．６ｇ／ｃｍ3の中空度のシリコンビーズ２０％をシリコーン樹脂で固定した材料を用いた。この場合、低伝熱性材料１０２を用いなかった場合に比べ、熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ低下し、熱伝導率が大幅に改善された結果が得られた。
【００４１】
以上のように本実施の形態では、定着温度付近にキュリー温度が設定された強磁性を有する磁性材料を分散させた発熱材を有する定着装置を構成したので、ヒステリシス損による発熱で発熱材を効率的に加熱することができるとともに、キュリー温度以上の温度になると常磁性に相転移して発熱が抑えられて定着温度以上の過熱を抑えることができるという効果を有する。また、渦電流による発熱を前提としないために、磁性材料を連続的に一体形成して発熱材を形成しなければならないなどの制約を受けず、磁性材料を粒子として樹脂中に分散させることができるので、任意の形状に形成することができるという効果も有する。さらに、ヒステリシス損による発熱を利用して高い昇温特性を有する定着装置を実現することができるので、印刷待機時などに余熱することなく、印刷開始と同時に加熱を始めることが可能となり、材料を長寿命化して、メンテナンス性を高くすることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかる定着装置は、過昇温を防止しつつウォームアップの時間を短縮するとともに、オフセットの発生を防止して良好な定着性能を実現することができ、電磁誘導加熱方式によって未定着画像を記録材に加熱定着する定着装置などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】強磁性を有する磁性材料のヒステリシス曲線を示す図
【図２】図１の強磁性を有する磁性材料のキュリー温度以上のヒステリシス曲線を示す図
【図３】本発明による定着装置の構造の一例を模式的に示す断面図
【図４】強磁性を有する磁性材料を耐熱性樹脂に分散させた発熱材の構成例を模式的に示す図
【図５】強磁性を有する磁性材料と低伝熱性材料を耐熱性樹脂に分散させた発熱材の構成例を模式的に示す図
【図６】実験による耐熱性樹脂中の磁性材料の体積含有率と発熱材の透磁率との間の関係を示す図
【図７】磁性材料に８００Ｗの高周波の交番電磁波を照射した場合の照射時間と表面温度の関係を示す図
【符号の説明】
【００４４】
１    発熱ローラ
２    加圧ローラ
３    励磁部
４    印材
５    記録材
１１    軸心
１２    発熱部
３１    ＩＨコイル
３２    ＩＨ磁気コア
１０１    耐熱性樹脂
１０２    低伝熱性材料
１０３    磁性材料
【図１】
2007017854.tif 000003
【図２】
2007017854.tif 000004
【図３】
2007017854.tif 000005
【図４】
2007017854.tif 000006
【図５】
2007017854.tif 000007
【図６】
2007017854.tif 000008
【図７】
2007017854.tif 000009