(57)【要約】【課題】定着回転体における芯金の剛性を低下させることなく、芯金の発熱を抑制する。【解決手段】定着回転体３２と、加圧ローラ３３とが相互に圧接されて定着ニップＮが形成されている。定着回転体３２は、定着ローラ部３２Ａの外周側に発熱層３２ｃを有する発熱ベルト部３２Ｂが積層されている。定着ローラ部３２Ａは、芯金３２ａの外周面に断熱層３２ｂが積層されている。発熱ベルト部３２Ｂの外側に配置された磁束発生ユニット３４は、芯金３２ａの軸方向に沿った状態で発熱ベルト部３２Ｂに対向配置された励磁コイル３４ｂを備えており、励磁コイル３４ｂによって生成される磁束によって交番磁界が形成される。芯金３２ａには、周方向に沿った複数の溝部３２ｍが設けられている。【選択図】図４
2012108434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交番磁界によって渦電流が生じて発熱する発熱層が導電性の芯金の外周側に設けられており、当該発熱層が周回移動可能になった定着回転体と、
当該定着回転体に圧接されて定着ニップを形成する加圧部材と、
前記定着回転体に対向して配置された励磁コイルを有し、当該励磁コイルが生成する磁束によって前記発熱層に定着回転体の軸方向に沿って流れる渦電流を生じさせる磁束発生部と、を備え、
前記定着回転体の芯金の外周面に、それぞれが当該芯金の軸方向と直交または傾斜する方向に沿った複数の溝部、または螺旋状の溝部が設けられていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記溝部の深さが、前記磁束発生部にて生成された磁束によって前記芯金において発生する渦電流の表皮深さ以下であって、隣接する溝部との間隔以上であ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】
前記溝部のピッチおよび前記溝部の底面における前記芯金の軸方向に沿った幅が、それぞれ、前記表皮深さに等しくなっていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記渦電流は、前記発熱層において定着回転体の軸方向の端部において軸方向に直交する方向に流れ、
前記芯金における当該端部における外周面には、芯金の軸方向に並行した第２溝部が複数条設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記芯金は、金属製の中実の円柱体または円筒体によって構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置を備えてい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、記録シート上に形成された未定着画像を、電磁誘導加熱方式によって加熱して記録シートに定着させる定着装置、および、当該定着装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機等の電子写真方式の画像形成装置では、通常、画像データに対応したトナー画像を記録紙、ＯＨＰシート等の記録シートに転写した後に、定着装置において記録シートに定着するようになっている。定着装置では、記録シート上のトナー画像を加熱しつつ加圧することによって記録シートに定着している。
電力消費量を低減して省エネルギー化を図る加熱方式の一つとして、電磁誘導方式が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、導電部材によって中空円筒形状に形成された定着ローラを電磁誘導によって発熱させるために、定着ローラの内部にコイルを設けた定着装置が開示されている。コイルは、金属製のボビンに巻き付けられており、ボビンの内部には鉄心が挿入されている。ボビンには、軸方向に沿ったスリットが形成されており、鉄心によって形成される閉磁路の磁界の方向と直交する方向（ボビンの周方向）に電流が流れないようになっている。記録シートが通過する定着ニップは、定着ローラに加圧ローラが圧接されることによって形成されている。
【０００４】
このような構成の定着装置では、定着ニップを形成するために必要とされる部品点数が少なく、また、広いスペースを必要としないことから、小型でコンパクトな構成とすることができる。しかも、定着ローラが電磁誘導によって発熱した場合にも、電磁誘導によって金属製のボビンに電流が流れるおそれがなく、ボビンが発熱することを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２２９３５６号公報
【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、特許文献１に開示された定着装置は、定着ローラの内部にコイルが配置されているために、コイルが効率よく放熱されず、コイルの温度が上昇するおそれがある。コイルは、内部に鉄心が設けられたボビンに巻き付けられているために、コイルに生じた熱は、ボビン、鉄心等を通して放熱される。これにより、定着装置の熱容量が増加するおそれがある。
【０００７】
これらの問題を解決するために、発熱層を備えた発熱ベルトを定着ローラの外周側に嵌合させて、発熱ベルトの外周側に配置された励磁コイルによって発熱層を発熱させる構成の定着装置が開発されている。この場合、定着ローラは、剛性を高めるために、金属によって円筒状あるいは円柱状（中実）に形成された芯金の外周面に断熱層、弾性層等を積層して構成されており、定着ローラの外周側に嵌合された発熱ベルトに加圧ローラが圧接されて定着ニップが形成されている。
【０００８】
このような構成の定着装置では、励磁コイルによって発生する交番磁界の磁束が発熱層を通過することにより、発熱層に渦電流が発熱層を流れて、発熱層が発熱する。この場合、励磁コイルによって発生した磁束が、発熱ベルトの発熱層を通過して芯金に達すると、金属によって構成された芯金に渦電流が生じ、これにより、芯金が発熱するおそれがある。
【０００９】
芯金上に断熱層が設けられている場合には、芯金において発生した熱は、発熱ベルトに伝達されず、定着ニップを通過する記録シートを加熱するために使用されない。芯金上に断熱層が設けられていない場合には、芯金において発生した熱の一部は、芯金を支持する部材等を介して放熱されることになる。
このように、芯金において発生した熱は、記録シートの加熱に有効に使用されないことから、発熱層に交番磁界を生成するために励磁コイルに供給される電力量が増加するおそれがある。この場合には、消費電力を低減することができず、省エネルギー化を十分に果たすことができなくなる。
【００１０】
また、中空の芯金の場合には、周方向に沿って断続的にスリットを形成すると、芯金を流れる電流量を抑制することができる。また、中空の芯金を軸方向に分割して複数の円筒部分として、リング状の絶縁体によって分割された複数の円筒部分を接続することによって、芯金を電流が流れないように構成することができる。
しかしながら、これらの構成では、芯金の剛性が著しく低下するために、発熱ベルトを介して加圧ローラの圧力が直接的に加わる定着ローラは、変形、破損等が生じるおそれがある。定着ローラに変形等が生じると、定着ニップが変形して、定着ニップを通過する記録シートに、しわ、折れ曲がり等が発生する。また、定着ニップの変形によって、定着ニップの全体に均一な圧力が加わらず、定着ニップを通過した記録シートの画像が定着不良になるおそれもある。
【００１１】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、電磁誘導によって発熱する発熱層が芯金の外周側に設けられた定着回転体において、芯金の発熱を抑制するとともに、芯金の剛性が低下することを抑制することができる定着装置を提供することにある。本発明の他の目的は、そのような定着装置を有する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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、交番磁界によって渦電流が生じて発熱する発熱層が導電性の芯金の外周側に設けられており、当該発熱層が周回移動可能になった定着回転体と、当該定着回転体に圧接されて定着ニップを形成する加圧部材と、前記定着回転体に対向して配置された励磁コイルを有し、当該励磁コイルが生成する磁束によって前記発熱層に定着回転体の軸方向に沿って流れる渦電流を生じさせる磁束発生部と、を備え、前記定着回転体の芯金の外周面に、それぞれが当該芯金の軸方向と直交または傾斜する方向に沿った複数の溝部、または螺旋状の溝部が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る画像形成装置は、前記定着装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の定着装置では、磁束発生部の励磁コイルによって生成された磁束が、発熱層を通過して導電性の芯金に到達することにより、定着回転体の芯金に渦電流が生じても、芯金に形成された溝部によって、芯金を流れる電流量を低減することができる。これにより、芯金における発熱量を低減することができ、発熱層を効率よく発熱させることができる。また、芯金を流れる電流量を低減させる溝部は、定着回転体が変形するほど、芯金の剛性を低下させないことが可能である。
【００１５】
好ましくは、前記溝部の深さが、前記磁束発生部にて生成された磁束によって前記芯金において発生する渦電流の表皮深さ以下であって、隣接する溝部との間隔以上であることを特徴とする。
好ましくは、前記溝部のピッチおよび前記溝部の底面における前記芯金の軸方向に沿った幅が、それぞれ、前記表皮深さに等しくなっていることを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記渦電流は、前記発熱層において定着回転体の軸方向の端部において軸方向に直交する方向に流れ、前記芯金における当該端部における外周面には、芯金の軸方向に並行した第２溝部が複数条設けられている。
好ましくは、前記芯金は、金属製の中実の円柱体または円筒体によって構成されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る定着装置が設けられた画像形成装置の一例であるタンデム型カラーデジタルプリンタの概略構成を示す模式図である。
【図２】そのプリンタに設けられた定着装置の主要部の構成を示す横断面図である。
【図３】その定着装置の主要部における一部を破断して示す斜視図である。
【図４】その定着装置に設けられた定着回転体の構成を示す主要部の縦断面図である。
【図５】（ａ）は、定着装置に設けられた磁束発生ユニットの励磁コイルと、定着回転体の発熱層に生成される電流との関係を説明するための模式的な斜視図、（ｂ）は、励磁コイルと、定着回転体の芯金に生成される電流との関係を説明するための模式的な斜視図である。
【図６】（ａ）は、定着回転体の芯金を流れる電流を説明するための模式図、（ｂ）は、芯金に溝部が形成されていない場合における芯金を流れる電流を説明するための模式図である。
【図７】本発明の変形例における定着回転体の芯金の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る定着装置および画像形成装置の実施の形態について説明する。
＜画像形成装置の構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置が設けられた画像形成装置の一例であるタンデム型カラーデジタルプリンタ（以下、単に「プリンタ」とする）の概略構成を示す模式図である。
【００１９】
このプリンタは、ネットワーク（例えばＬＡＮ）を介して外部の端末装置等から入力される画像データ等に基づいて、周知の電子写真方式により、カラーあるいはモノクロの画像を形成して、記録用紙、ＯＨＰシート等の記録シートに定着させる。
プリンタの上下方向の略中央部には、周回移動域が水平方向に沿って長くなった中間転写ベルト１８が設けられている。中間転写ベルト１８は、矢印Ｘで示す方向に周回移動する。中間転写ベルト１８の下方には、画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋが設けられている。画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、中間転写ベルト１８の周回移動方向に沿って、その順番で配置されている。
【００２０】
各画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、中間転写ベルト１８の下方において中間転写ベルト１８に対向した状態で矢印Ｚ方向に回転可能に配置された感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の各色のトナーによってトナー画像を形成する。各画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、トナー画像を形成するためのトナーの色のみがそれぞれ異なっていること以外は概略同様の構成になっていることから、画像形成ユニット１０Ｙの構成のみを説明して、他の画像形成ユニット１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの構成の説明は省略する。
【００２１】
画像形成ユニット１０Ｙは、感光体ドラム１１Ｙの下方において感光体ドラム１１Ｙに対向して配置された帯電器１２Ｙを有している。感光体ドラム１１Ｙは、帯電器１２Ｙによって表面が一様に帯電され、帯電された感光体ドラム１１Ｙの表面には、画像形成ユニット１０Ｙの下方に設けられた露光装置１３Ｙから照射されるレーザ光Ｌによって静電潜像が形成される。
【００２２】
他の画像形成ユニット１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋのそれぞれの下方にも露光装置が設けられており、それぞれの露光装置から照射されるレーザ光Ｌによって、それぞれの感光体ドラム１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に静電潜像が形成される。
感光体ドラム１１Ｙの表面に形成された静電潜像は、現像器１４ＹによってＹ色のトナーにより現像される。現像器１４Ｙは、Ｙ色のトナーを担持する現像ローラを備えており、現像バイアス電圧が印加された現像ローラの回転によって、Ｙ色のトナーが現像ローラの周面を搬送されて、感光体ドラム１１Ｙと対向する位置において、感光体ドラム１１Ｙ上に形成された静電潜像に付着する。これにより、感光体ドラム１１Ｙの表面に、Ｙ色のトナー画像が形成される。
【００２３】
中間転写ベルト１８の周回移動域の内部には、中間転写ベルト１８を挟んで感光体ドラム１１Ｙに対向する１次転写ローラ１５Ｙが配置されており、感光体ドラム１１Ｙ上に形成されたトナー画像は、転写バイアス電圧が印加された１次転写ローラ１５Ｙによって形成される電界の作用により、中間転写ベルト１８上に１次転写される。
他の画像形成ユニット１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにおいても、それぞれの感光体ドラム１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの上方には、中間転写ベルト１８を挟んで感光体ドラム１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに対向する１次転写ローラが配置されており、感光体ドラム１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に形成されたトナー画像は、転写バイアス電圧が印加されたそれぞれの１次転写ローラによって形成される電界の作用により、中間転写ベルト１８上に１次転写される。
【００２４】
なお、フルカラー画像を形成する場合には、各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に形成されたそれぞれのトナー画像が中間転写ベルト１８上の同じ領域に多重転写されるように、各画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋのそれぞれの画像形成動作タイミングがずらされる。モノクロ画像を形成する場合には、選択された１つの画像形成ユニット（例えばＫトナー用の画像形成ユニット１０Ｋ）のみが駆動されることによって、その画像形成ユニットに設けられた感光体ドラム上にトナー画像が形成されて、中間転写ベルト１８における所定領域上に転写される。
【００２５】
トナー画像が形成された中間転写ベルト１８の搬送方向下流側の端部（図１において右側の端部）は駆動ローラ１７に巻き掛けられており、駆動ローラ１７には、駆動ローラ１７に巻き掛けられた中間転写ベルト１８を挟んで、２次転写ローラ１９が対向配置されている。２次転写ローラ１９と中間転写ベルト１８との間には転写ニップが形成されており、転写ニップに、下部の給紙カセット２２からシート搬送経路２１に沿って搬送される記録シートＰが搬送される。
【００２６】
中間転写ベルト１８上に転写されたトナー画像は、転写バイアス電圧が印加された２次転写ローラ１９によって形成される電界の作用により、転写ニップを通過する記録シートＰに２次転写される。
中間転写ベルト１８と２次転写ローラ１９との間の転写ニップを通過した記録シートＰは、２次転写ローラ１９の上方に配置された定着装置３０へ搬送される。定着装置３０は、電磁誘導加熱方式で発熱する定着回転体３２と、定着回転体３２に圧接された加圧ローラ３３とを有しており、定着回転体３２と加圧ローラ３３とが圧接されることによって、記録シートＰが通過する定着ニップＮが形成されている。
【００２７】
定着装置３０へ搬送された記録シートＰは、定着回転体３２と加圧ローラ３３との圧接によって形成された定着ニップＮを通過する間に加熱および加圧される。これにより、記録シートＰ上の未定着のトナー画像は、記録シートＰに定着される。トナー画像が定着された記録シートＰは、排紙ローラ２４によって、中間転写ベルト１８の上方に配置された排紙トレイ２３上に排出される。
【００２８】
＜定着装置の構成＞
図２は、定着装置３０の構成を示す横断面図、図３は、定着装置３０の主要部における一部を破断して示す斜視図である。なお、図３においては、磁束発生ユニット３４が上側に位置するように示すとともに、内部の構成が理解しやすいように、磁束発生ユニット３４を、長手方向の途中において部分的に切断して一部を取り除いた状態で示している。
【００２９】
図２および図３に示すように、定着装置３０は、記録シートＰの搬送方向とは直交する方向に沿って配置された加圧ローラ３３と、加圧ローラ３３とは平行に配置されたローラ形状の定着回転体３２と、定着回転体３２を電磁誘導によって発熱させるために定着回転体３２の外周側に配置された磁束発生ユニット３４とを有している。定着回転体３２および加圧ローラ３３は、それぞれ、不図示の軸受部材によって回転可能に支持されている。
【００３０】
加圧ローラ３３は、バネなどを用いた不図示の加圧機構によって定着回転体３２に向けて付勢されており、定着回転体３２の表面に所定圧力で圧接されることによって、定着ニップＮを形成している。加圧ローラ３３は、不図示の駆動機構により矢印Ａで示す方向に所定の周速度で回転駆動される。定着回転体３２は加圧ローラ３３の回転に伴って、矢印Ｂで示す方向に従動回転する。
【００３１】
図４は、定着回転体３２における主要部の縦断面図である。図４に示すように、定着回転体３２は、円柱形状の定着ローラ部３２Ａと、定着ローラ部３２Ａの外周面上に全周にわたって一体的に積層された発熱ベルト部３２Ｂとを有している。発熱ベルト部３２Ｂは、円筒形状のベルト体によって構成されており、定着ローラ部３２Ａの外周面に密着するように嵌合されて、定着ローラ部３２Ａと一体的に密着した状態になっている。
【００３２】
定着ローラ部３２Ａは、軸心部に設けられた中実の円柱形状に構成された芯金３２ａと、芯金３２ａの外周面（表面）に積層された断熱層３２ｂとを有している。
芯金３２ａは、アルミニウム、ＳＵＳ、非磁性ＳＵＳ等の導電性を有する金属によって、加圧ローラ３３が圧接された状態で変形しないような剛性に構成されている。本実施形態では、例えば、直径が２０ｍｍ、長さが３４０ｍｍの非磁性ＳＵＳによって構成されている。
【００３３】
芯金３２ａの外周面には、それぞれが周方向に沿って連続した複数の溝部３２ｍが、軸方向に一定の間隔をあけて形成されている。溝部３２ｍの詳細については後述する。
断熱層３２ｂは、シリコーンゴム、シリコーンスポンジ（発泡体）等のように、断熱性とともに弾性を有する材料によって１〜１０ｍｍ程度の厚さに構成されている。断熱層３２ｂは、芯金３２ａに形成された各溝部３２ｍ内に進入することなく、芯金３２ａの外周面上に積層されている。従って、各溝部３２ｍ内には、空気が充填された状態になっている。なお、各溝部３２ｍ内に断熱層を充填する構成としてもよい。
【００３４】
定着ローラ部３２Ａの断熱層３２ｂ上に積層状態で配置された発熱ベルト部３２Ｂは、断熱層３２ｂ上に密着した状態で嵌合された発熱層３２ｃと、発熱層３２ｃの外周面（表面）上に積層された離型層３２ｄとを有する積層体によって円筒形状に構成されている。
発熱層３２ｃは、電磁誘導によって発熱状態になるように、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、ＳｕＳ等の非磁性の金属によって構成されている。発熱層３２ｃは、断熱層３２ｂに対して密着状態で数μｍ程度の厚さに積層されている。このために、発熱層３２ｃは、例えば、断熱層３２ｂの表面を所定の金属によるメッキ処理によって形成される。
【００３５】
発熱層３２ｃ上に積層された離型層３２ｄは、例えばフッ素樹脂等の離型性を有する材料によって、２０μｍ程度の厚さに形成されている。
加圧ローラ３３は、図２および図３に示すように、円筒状に構成された芯金３３ａと、芯金３３ａの外周面（表面）上に積層された弾性層３３ｂと、弾性層３３ｂの外周面（表面）上に積層された離型層３３ｃとを有している。
【００３６】
芯金３３ａは、例えばステンレスなどによって直径１０〜３０ｍｍから程度に構成されている。本実施形態では直径が２０ｍｍになっている。
弾性層３３ｂは、例えば外径が３５ｍｍのシリコーンゴムによって構成されている。離型層３３ｃは、例えば厚さが２０μｍのＰＦＡチューブによって構成されている。
図２および図３に示すように、磁束発生ユニット３４は、ローラ形状の定着回転体３２に対して加圧ローラ３３とは反対側の側方に配置されており、定着回転体３２の軸方向に沿って長く延びるコイルボビン３４ａと、コイルボビン３４ａ内における定着回転体３２とは反対側に保持された励磁コイル３４ｂとを有している。コイルボビン３４ａは、定着回転体３２の表面に対向する面が、定着回転体３２の周方向に沿って円弧状に湾曲すると共に、定着回転体３２の外周面との間に、例えば３ｍｍ程度の所定の間隔が開くように、その長手方向両端部が図示しないフレームなどに固定されている。
【００３７】
コイルボビン３４ａは、長手方向（定着回転体３２の軸方向）とは直交する幅方向（定着回転体３２の周方向）の中央部に、定着回転体３２から離れる方向に突出した芯部３４ｇを有しており、芯部３４ｇの周囲に励磁コイル３４ｂが設けられている。励磁コイル３４ｂは、芯部３４ｇにリッツ線を巻き付けることによって、図５（ａ）に示すように、定着回転体３２の軸方向に沿って長く延びる長方形の枠状に形成されている。なお、リッツ線は、金属線を耐熱性の樹脂で被覆して構成された素線を数十〜数百本束ねて構成されている。
【００３８】
励磁コイル３４ｂは、定着回転体３２の発熱層３２ｃを発熱させるための交番磁場を形成する磁束を発生させるものであり、励磁コイル３４ｂには、高周波電源回路（図示せず）から、例えば１０〜１００ＫＨｚ、１００〜２０００Ｗの高周波電力が供給される。
励磁コイル３４ｂにおける幅方向（長手方向とは直交する方向）の両側には、定着回転体３２の軸方向に沿って延びる帯板状の袖コア３４ｄが、それぞれの幅方向を定着回転体３２の放射方向（径方向）に沿うように配置されている。また、励磁コイル３４ｂに対して定着回転体３２とは反対側には、複数のメインコア３４ｃが、定着回転体３２の軸方向に沿って並んで配置されている。各メインコア３４ｃは、隣接するメインコア３４ｃ同士が適当な間隔を開けた状態で、励磁コイル３４ｂを覆うように、両側の袖コア３４ｄの間に架設された状態になっている。
【００３９】
各メインコア３４ｃおよび各裾コア３４ｄは、透磁率が１０００以上の高透磁率のフェライトによって構成されており、励磁コイル３４ｂから発せられた磁束を定着回転体３２に導くとともに、磁束がコイルボビン３４ａの外部に漏れることを防止するようになっている。各メインコア３４ｃおよび各裾コア３４ｄは、コイルボビン３４ａに取り付けられたカバー３４ｅによって覆われている。
【００４０】
＜定着装置の動作＞
このような構成の定着装置３０では、搬送される記録シートＰにトナー画像を定着させる際に、磁束発生ユニット３４の励磁コイル３４ｂに、高周波電力回路から高周波電力が供給される。励磁コイル３４ｂは、高周波電力が供給されることによって磁束を発生して、交番磁界を形成する。励磁コイル３４ｂから発生した磁束は、各メインコア３４ｃおよび各裾コア３４ｄによって定着回転体３２へと導かれる。
【００４１】
励磁コイル３４ｂによって形成された磁束は、定着回転体３２の発熱層３２ｃを貫く。発熱層３２ｃは、抵抗率が小さな非磁性の金属によって構成されているために、交番磁界を形成する磁束が発熱層３２ｃを貫くことによって、発熱層３２ｃには、図５（ａ）に矢印Ｄで示すように、励磁コイル３４ｂを流れる電流とは逆向きに渦電流が流れる。発熱層３２ｃは、電流が流れることによってジュール熱が生じ、これにより、発熱層３２ｃが全体にわたって均一に発熱する。
【００４２】
このような状態で、トナー画像が形成された記録シートＰが定着装置３０へ搬送されて、定着回転体３２と加圧ローラ３３との間の定着ニップＮを通過する。記録シートＰは、定着ニップＮを通過する際に、表面が所定の定着温度とされた定着回転体３２によって加熱されるとともに、定着回転体３２および加圧ローラ３３によって加圧される。これにより、記録シートＰ上のトナー画像が記録シートＰに定着される。
【００４３】
この場合、励磁コイル３４ｂによって交番磁界を形成する磁束は、発熱層３２ｃおよび断熱層３２ｂを通って芯金３２ａに達する。これにより、芯金３２ａには、図５（ｂ）に矢印Ｅで示すように、発熱層３２ｃに生じた渦電流と同方向に流れる渦電流が生じる。芯金３２ａは、導電性材料によって構成されているために、電流が流れることによってジュール発熱することになる。
【００４４】
芯金３２ａに電流が生じると、芯金３２ａに溝部３２ａが形成されていない場合には、図６（ｂ）に示すように、渦電流の表皮効果によって生じた電流Ｉ２は、芯金３２ａの表面に沿って直線的に流れる。
しかしながら、芯金３２ａの表面には、それぞれが周方向に沿って断面四角形状の溝部３２ｍが、軸方向に一定の間隔をあけて形成されており、しかも、それぞれの溝部３２ｍ内に空気が充填された状態になっているために、図６（ａ）に示すように、芯金３２ａに生じた電流Ｉ1は、各溝部３２ｍのそれぞれを迂回するように流れることになる。なお、溝部３２ｍ内に断熱層が充填されている場合も同様である。
【００４５】
従って、芯金３２ａに溝部３２ｍが形成されている場合に芯金３２ａを流れる電流Ｉ1の距離は、芯金３２ａに溝部３２ｍが形成されていない場合に芯金３２ａを流れる電流Ｉ２に比べて長くなり、芯金３２ａの見掛け上の抵抗が増加することになる。
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すそれぞれの場合において起電力が等しければ、芯金３２ａを流れる電流量は抵抗が高くなるほど小さくなる。従って、芯金３２ａに溝部３２ｍが形成されていることにより、芯金３２ａに溝部３２ｍが形成されていない場合に比べて、芯金３２ａを流れる電流量が低下することになる。
【００４６】
芯金３２ａに流れる電流量が低下すると、芯金３２ａにおいて渦電流を生成するためのエネルギーが減少し、その減少分が、発熱層３２ｃにおいて渦電流を生成するために使用されることになる。これにより、発熱層３２ｃにおいて生成される電流量が増加する。従って、発熱層３２ｃを所定の定着温度に発熱させるために必要とされる励磁コイル３４ｂへの供給電力量を低減することができる。
【００４７】
芯金３２ａに形成される各溝部３２ｍは、芯金３２ａに形成される渦電流の電流量が低減できるように、しかも、芯金３２ａの剛性が低下しないように、形状、大きさ、ピッチ等が設定される。
芯金３２ａに生じる渦電流は、表皮効果によって、芯金３２ａの表面から、ほぼ表皮深さまでの深さの範囲を、芯金３２ａの表面に沿って流れ、表皮深さの位置では、電流量は、１／ｅにまで減衰する。このために、表皮深さよりも深い位置においては、渦電流がほとんど流れない状態であり、反対に、各溝部３２ｍが深くなることによって、芯金３２ａの剛性が低下することになる。
【００４８】
各溝部３２ｍの深さが浅くなると、芯金３２ａの表面を流れる渦電流を迂回させる効果を期待することができなくなる。芯金３２ａの表面を流れる渦電流を迂回させて電流経路の見掛け上の電流量を効果的に低減するためには、各溝部３２ｍの深さが隣接する溝部３２ｍの間隔以上になっていることが好ましい。各溝部３２ｍの深さが隣接する溝部３２ｍの間隔よりも短く（浅く）なると、隣接する溝部３２ｍの間に進入しない電流が発生するために、電流経路の見掛け上の電流量を効果的に低減することができないおそれがある。
【００４９】
以上のことから、各溝部３２ｍの深さは、表皮深さ以下であって、隣接する溝部３２ｍの間隔以上になっていることが好ましい。特に、表皮深さとほぼ等しい深さが最適である。
なお、表皮深さｄは、次式で表わされる。
ｄ＝（Ｒ／π・ｆ・μ）１／２
但し、Ｒは芯金の体積抵抗（Ωｍ）、πは円周率、ｆは励磁コイル３４ｂに印加される高周波電力の周波数（駆動周波数、Ｈｚ）、μは芯金の透磁率である。
【００５０】
なお、溝部３２ｍが形成されることによる芯金３２ａの剛性の低下について、本実施形態の芯金３２ａと同様の直径（２０ｍｍ）および長さ（３４０ｍｍ）のアルミニウム、銅、鉄製のそれぞれの金属棒（円柱体）の断面２次モーメントと、このような金属棒において、４０ｋＨｚの高周波電力が供給される励磁コイルによって発生した渦電流の表皮深さｄ分だけ直径を短くした場合の断面２次モーメントとを比較することにより検討した。
【００５１】
アルミニウムの表皮深さｄは約０．４ｍｍ、銅の表皮深さは約０.３ｍｍ、鉄の表皮深さ約０．０５ｍｍであり、表皮深さｄだけ直径を短くした各金属棒は、直径２０ｍｍの金属棒に対するそれぞれの断面２次モーメントの低下が、アルミニウムの場合には１５％程度、銅の場合には１１％程度、鉄の場合には２％程度であった。従って、直径を短くした金属棒に、曲げ変形等が生じる程度には剛性が低下しないことが確認された。その結果、本実施形態において、芯金３２ａに、深さが表皮深さｄの複数の溝部３２ｍを形成しても、曲げ変形するような剛性の低下は生じるおそれがない。
【００５２】
また、溝部３２ｍにおける底面の幅方向長さ（芯金３２ａを軸方向に沿った長さ）およびピッチは、芯金３２ａを軸方向に沿って流れる電流の経路が各溝部３２ｍを迂回して長くなるように設定される。各溝部３２ｍの幅が長くなれば、電流は、各溝部３２ｍの底面に沿って軸方向に直線的に流れることになり、迂回することによって経路が長くなる割合が低下して、効果的に電流量を低減することができなくなる。しかも、各溝部３２ｍの幅方向長さが広くなることにより、芯金３２ａの曲げ剛性が低下する。
【００５３】
同様に、溝部３２ｍのピッチ（軸方向の間隔）が長くなると、電流が迂回することによって経路が長くなる割合が低下し、効果的に電流量を低減することができなくなる。また、溝部３２ｍのピッチが長くなると、芯金３２ａの曲げ剛性が低下することになる。反対に、溝部３２ｍのピッチが短くなると、電流は、隣接する溝部３２ｍの間に進入することなく、溝部３２ｍの底面に沿って軸方向に直線的に流れることになり、この場合にも、効果的に電流量を低減することができなくなる。
【００５４】
これらのことから、溝部３２ｍの幅方向長さおよびピッチは、それぞれ、表皮深さｄと同程度（アルミニウム製の場合には０．４ｍｍ、銅製の場合には約０.３ｍｍ、鉄製の場合には約０．０５ｍｍ）であることが好ましい。
なお、各溝部３２ｍの断面形状も、四角形状に限定されるものではなく、底面が円弧状、三角形状に突出するような形状であってもよい。
【００５５】
各溝部３２ｍの形成方法は、特に限定されるものではなく、例えば、芯金３２ａを、各溝部３２ｍに対応した突条が設けられた型を使用して成型することによって、成型と同時に形成してもよい。また、押し出し成型等によって金属棒を形成して、バイト等の切削工具、所定形状の部材の圧入、エッチング等によって、各溝部３２ｍを形成することもできる。さらに、金属棒の表面における各溝部３２ｍ以外の部分を電気メッキすることによっても、各溝部３２ｍを形成することができる。
【００５６】
なお、本実施形態において使用される芯金３２ａ（直径が２０ｍｍ、長さが３４０ｍｍの非磁性ＳＵＳ）を、３０ｋＨｚの高周波電力が供給された励磁コイル３４ｂによって発熱させた場合の発熱量について数値解析した。その結果、芯金３２ａの発熱量は、８４.５０（Ｗ）であった。これに対して、溝部３２ｍが形成されていない芯金（金属棒）について、同様の条件で発熱量を数値解析した。その場合の発熱量は８５.６６（Ｗ）であった。このことから、本実施形態の芯金３２ａでは、溝部３２ｍが形成されていない芯金（金属棒）に対して、発熱量が１.３８％、低下させることができた。
【００５７】
このように、芯金３２ａに溝部３２ｍが形成されているために、励磁コイル３４ｂにて生成された磁束の電磁誘導によって芯金３２ａが発熱することを抑制することができる。従って、定着回転体３２における発熱層３２ｃを、励磁コイル３４ｂにて生成された磁束の電磁誘導によって効率よく発熱させることができる。その結果、定着回転体３２の発熱層３２ｃを所定温度に発熱させる際に励磁コイル３４ｂに供給される電力量を低減することができる。
【００５８】
しかも、各溝部３２ｍの深さを表皮深さｄ以下とすれば、芯金３２ａの剛性が低下するおそれがないために、定着回転体３２が変形するおそれがない。これにより、定着ニップＮを記録シートＰが通過する際に、芯金３２ａが変形することを抑制でき、芯金３２ａの変形による定着ニップＮの幅方向(記録シートの通過方向とは直交する方向)の長さが変化することによる定着不良が発生することを防止することが可能である。また、芯金３２ａが変形しないために、定着ニップＮを通過する記録シートＰに、しわ、折れ曲がり等が発生することを防止することができる。
【００５９】
なお、励磁コイル３４ｂは、定着ローラ部３２Ａの軸方向に沿って長い長方形の枠状に形成されていることから、図７に示すように、芯金３２ａにおける軸方向の両側の各端部においては、芯金３２ａの軸方向に並行する複数の溝部３２ｎを周方向に所定の間隔をあけてそれぞれ設ける構成としてもよい。
この場合、芯金３２ａにおける軸方向の両側の各端部に対向する励磁コイル３４ｂの各端部では、励磁コイル３４ｂの各リッツ線は、芯金３２ａの軸方向に直交する方向に沿った状態になっており、各溝部３２ｎは、各リッツ線に沿って芯金３２ａを流れる電流とは直交する方向に沿って形成されている。従って、芯金３２ａにおける軸方向の両側の各端部においても、流れる電流量を低減することができ、芯金３２ａの各端部での発熱をさらに抑制することができる。
【００６０】
［変形例］
上記の実施形態では、軸方向に直交する周方向に沿った複数本の溝部３２ｍを軸方向に一定の間隔をあけて設ける構成であったが、各溝部３２ｍは、軸方向に対して傾斜した状態で形成されていてもよい。また、芯金３２ａの外周面に、螺旋状の１本または複数本の溝部を設ける構成としてもよい。いずれの場合にも、溝部３２ａは、周方向に断続した構成であってもよい。
【００６１】
また、芯金３２ａの全体にわたって溝部３２ｍを設ける構成に限らず、芯金３２ａにおける軸方向の一部に、周方向に沿った複数本の溝部３２ｍを設ける構成、あるいは螺旋状の１本または複数本の溝部を設ける構成であってもよい。
さらに、上記の実施形態では、芯金３２ａは中実の円柱形状であったが、円筒形状であってもよい。
【００６２】
また、定着回転体３２の定着ローラ部３２Ａと発熱ベルト部３２Ｂとは一体に構成されていたが、発熱ベルト部３２Ｂの内径を定着ローラ部３２Ａの外径よりも大きくする構成としてもよい。この場合には、発熱ベルト部３２Ｂは、加圧ローラ３３と定着ローラ部３２Ａとによって挟持されて、加圧ローラ３３あるいは定着ローラ部３２Ａが回転駆動されることによって、加圧ローラ３３あるいは定着ローラ部３２Ａに追従して周回移動する。
【００６３】
さらに、定着回転体３２の発熱層として発熱ベルト部３２Ｂを用いる構成であったが、発熱ベルト部３２Ｂに代えて、定着ローラ部３２Ａの外周面上に発熱層を積層状態で形成する構成としてもよい。
さらには、発熱ベルトに加圧ローラを圧接して定着ニップを形成する構成であったが、加圧ベルトを用いて定着ニップを形成する構成としてもよい。また、固定的に設けられた加圧部材を用いて定着ニップを形成する構成としてもよい。
【００６４】
また、上記実施の形態では、本発明に係る定着装置をタンデム型カラーデジタルプリンタに適用した場合について説明したがこれに限るものではなく、本発明に係る定着装置は、モノクロプリンタ、複写機、ＦＡＸ、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）等の画像形成装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、電磁誘導によって発熱する発熱層が設けられた定着回転体に加圧部材が圧接されることによって定着ニップが形成された定着装置において、定着回転体の芯金の発熱を抑制する技術として有用である。
【符号の説明】
【００６６】
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ        画像形成ユニット
１８        中間転写ベルト
３０        定着装置
３２        定着回転体
３２Ａ      定着ローラ部
３２Ｂ      発熱ベルト部
３２ａ      芯金
３２ｂ      断熱層
３２ｃ      発熱層
３２ｄ      離型層
３２ｍ      溝部
３２ｎ      溝部
３３        加圧ローラ
３４        磁束発生ユニット
３４ｂ      励磁コイル
３４ｃ      メインコア
３４ｄ      袖コア
【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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