(57)【要約】【課題】定着処理に用いられる回転体の熱変形を抑制すること可能な定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】定着装置１４は、発熱可能な第１回転体５５と、ニップ部ＮＰを第１回転体５５との間で形成する第２回転体４４と、第１回転体５５内に配置された第３回転体４５と、第１回転体５５を発熱させる発熱源５４とを含む。第３回転体４５は、ニップ部ＮＰが形成されるようにニップ部ＮＰに対応する位置で第１回転体５５を第２回転体４４に向けて押圧する第１層５２と、第１層５２に積層され、第１回転体５５の内面に接触する第２層５３とを有し、第１層５２は、第１線膨張係数および第１ヤング率を有する材料から形成されており、第２層５３は、第２線膨張係数および第２ヤング率を有する材料から形成されており、第２線膨張係数は第１線膨張係数よりも小さく、第２ヤング率は第１ヤング率よりも大きい。【選択図】図２
2012037847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱可能であり、所定の方向に回転する第１回転体と、
トナー像を担持する記録媒体が通紙されるニップ部を前記第１回転体との間で形成する第２回転体と、
前記第１回転体内に配置され、少なくとも前記ニップ部に対応する位置で前記第１回転体の内面に接触しつつ前記第１回転体と同一の方向に回転する第３回転体と、
前記第１回転体を発熱させる発熱源と、
を備え、
前記第３回転体は、前記第１回転体と前記第２回転体との間で前記ニップ部が形成されるように前記ニップ部に対応する位置で前記第１回転体を前記第２回転体に向けて押圧する第１層と、前記第１層に積層され、前記第１回転体の前記内面に接触する第２層とを有し、
前記第１層は、第１線膨張係数および第１ヤング率を有する材料から形成されており、
前記第２層は、第２線膨張係数および第２ヤング率を有する材料から形成されており、
前記第２線膨張係数は前記第１線膨張係数よりも小さく、前記第２ヤング率は前記第１ヤング率よりも大きい定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置において、
前記第３回転体は、前記ニップ部に対応する位置のみで前記第１回転体の内面に接触して、前記第２回転体と共に前記第１回転体を挟持する定着装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の定着装置において、
前記第１回転体は、前記記録媒体がニップ部に通紙される通紙方向とは直交する方向に幅方向寸法を有する無端の定着ベルトであり、
前記定着ベルトは、前記発熱源によって発熱する発熱層を有し、
前記定着ベルトには、前記記録媒体が前記ニップ部を通過する際に前記定着ベルトに接触する通紙領域と、前記記録媒体が前記定着ベルトに接触しない非通紙領域とが前記記録媒体のサイズに応じて前記定着ベルトの幅方向に設定され、
前記第３回転体は、前記定着ベルトの前記幅方向に沿って延びるローラ部材である定着装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置において、
前記発熱源は、磁界によって前記第１回転体に誘導電流を誘起させて該第１回転体を加熱するコイルである定着装置。
【請求項５】
トナー像が形成される像担持体と、
前記像担持体上に前記トナー像を形成する画像形成部と、
前記トナー像を記録媒体上に転写する転写部と、
転写された前記トナー像を前記記録媒体上に定着させる定着装置と、
を備え、
前記定着装置として、請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置が用いられている画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体上に転写されたトナー像を該記録媒体上に加熱定着させる定着装置、およびそれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置は、基本的な構成要素として、像担持体（例えば感光体ドラム）上に画像を形成する画像形成部と、像担持体上のトナー像を記録媒体の一例としての用紙上に転写させる転写部と、用紙上に転写されたトナー像を該用紙上に加熱定着させる定着装置とを含む。
【０００３】
定着装置は、起動時のウォームアップタイムの短縮や省エネルギー等の要望から、熱容量を少なく設定できるベルト方式を採用したものが増えてきている。また、急速加熱や高効率加熱が可能な電磁誘導加熱（ＩＨ）方式が注目されている。電磁誘導加熱方式は、誘導コイルに高周波電流を流して発生させた磁界によって定着ローラや定着ベルトに誘導電流を誘起させ、定着ローラや定着ベルト自体が持つ抵抗を利用して定着ローラや定着ベルトをジュール発熱（誘導加熱）させ、このジュール熱により、定着ローラ（または定着ベルト）と加圧ローラとの間のニップ部においてトナー像を用紙上に定着するものである。電磁誘導加熱方式とベルト方式とを組み合わせた定着装置が製品化されている。
【０００４】
電磁誘導加熱方式とベルト方式とを組み合わせた定着装置として、例えば特許文献１のものが知られている。特許文献１の定着装置は、熱源によって発熱可能な定着ベルトと、定着ベルトとの間でトナー像が形成された用紙を挟持及び搬送するためのニップ部を形成する加圧ローラと、定着ベルト内に挿入され、ニップ部に対応する位置で加圧ローラと共に定着ベルトを挟持する定着ローラ（バックアップローラ）とを含む。
【０００５】
特許文献１の定着装置では、定着ローラをニップ部に対応する位置のみにおいて定着ベルトの内面に接触させることにより、定着ローラと定着ベルトとの間の接触領域を小さくしている。そのため、発熱している定着ベルトから定着ローラへ移動する熱の量が抑制される。これにより、定着ベルトを昇温させるための電力の消費量が低減されると共に、定着ベルトの昇温時間が短縮する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１０８３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の定着装置では、定着ローラは定着ベルトの内面に接触するシリコーンゴム等の弾性層を有する。シリコーンゴム等の弾性層は、定着ベルトの温度の低下を抑制することができるものの、線膨張係数が大きいため、定着ベルトの温度が上昇すると熱膨張しやすい。熱膨張によって定着ローラが熱変形するため、ニップ部が安定して形成されず、トナー像が用紙上に良好に定着されない。
【０００８】
また、熱膨張によって定着ローラの外径が大きくなるため、定着ローラと定着ベルトとの間の接触領域が大きくなる。そのため、定着ベルトから定着ローラへの熱移動量が増大し、定着ベルトの昇温時間を短縮することが困難になる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記事情に鑑み、定着処理に用いられる回転体の熱変形を抑制することが可能な定着装置およびそ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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、発熱可能であり、所定の方向に回転する第１回転体と、トナー像を担持する記録媒体が通紙されるニップ部を前記第１回転体との間で形成する第２回転体と、前記第１回転体内に配置され、少なくとも前記ニップ部に対応する位置で前記第１回転体の内面に接触しつつ前記第１回転体と同一の方向に回転する第３回転体と、前記第１回転体を発熱させる発熱源とを含み、前記第３回転体は、前記第１回転体と前記第２回転体との間で前記ニップ部が形成されるように前記ニップ部に対応する位置で前記第１回転体を前記第２回転体に向けて押圧する第１層と、前記第１層に積層され、前記第１回転体の前記内面に接触する第２層とを有し、前記第１層は、第１線膨張係数および第１ヤング率を有する材料から形成されており、前記第２層は、第２線膨張係数および第２ヤング率を有する材料から形成されており、前記第２線膨張係数は前記第１線膨張係数よりも小さく、前記第２ヤング率は前記第１ヤング率よりも大きい。
【００１１】
本発明に係る画像形成装置によれば、第２層の第２線膨張係数は第１層の第１線膨張係数よりも小さいので、第２層は第１層よりも熱膨張し難い特性を有する。また、第２層の第２ヤング率は第１層の第１ヤング率よりも大きいので、第２層は第１層よりも変形し難い特性を有する。発熱している第１回転体からの熱が、第１回転体の内面に接触している第２層、第２層に積層された第１層の順に移動すると、第１層は熱膨張しようとする。しかしながら、第２層の上記特性により、第２層は第１層の熱膨張を抑え込むことができる。したがって、第３回転体の熱変形が抑制される。これにより、ニップ部が安定して形成され、トナー像が記録媒体上に良好に定着される。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態では、前記第３回転体は、前記ニップ部に対応する位置のみで前記第１回転体の内面に接触して、前記第２回転体と共に前記第１回転体を挟持する。
【００１３】
本発明に係る定着装置では、本実施形態では、第３回転体の熱変形が抑制されているので、第３回転体を、ニップ部に対応する位置のみで第１回転体の内面に接触させる構成の場合であっても、ニップ部に対応する位置における第３回転体と第１回転体との接触領域を一定に維持することができる。言い換えれば、第３回転体がニップ部に対応する位置以外の位置で第１回転体の内面に接触することが抑制されている。したがって、第１回転体から第３回転体に移動する熱の量が抑制される。これにより、第１回転体をすみやかに昇温させることが容易となり、第１回転体の昇温時間が短縮される。
【００１４】
本発明の他の好ましい実施形態では、前記第１回転体は、前記記録媒体がニップ部に通紙される通紙方向とは直交する方向に幅方向寸法を有する無端の定着ベルトであり、前記定着ベルトは、前記発熱源によって発熱する発熱層を有し、前記定着ベルトには、前記記録媒体が前記ニップ部を通過する際に前記定着ベルトに接触する通紙領域と、前記記録媒体が前記定着ベルトに接触しない非通紙領域とが前記記録媒体のサイズに応じて前記定着ベルトの幅方向に設定され、前記第３回転体は、前記定着ベルトの前記幅方向に沿って延びるローラ部材である。
【００１５】
通紙領域は記録媒体と接触する領域である一方、非通紙領域は記録媒体と接触しない領域であるため、定着ベルトの幅方向において温度差が発生する。そのため、第３回転体であるローラ部材にも、軸方向において温度差が発生する。しかしながら、本発明に係る定着装置では、ローラ部材の熱変形が抑制されているので、軸方向において温度差が発生した場合であっても、ローラ部材の外径が熱変形によって軸方向においてばらつくことが抑制される。これにより、ローラ部材の軸方向において安定したニップ部が形成される。
【００１６】
本発明のさらに他の好ましい実施形態では、前記発熱源は、磁界によって前記第１回転体に誘導電流を誘起させて該第１回転体を加熱するコイルである。
【００１７】
本発明に係る定着装置は、コイルを用いた電磁誘導加熱方式を採用している。電磁誘導加熱方式は第１回転体の加熱能力が高いため、第３回転体は昇温しやすい。しかしながら、本実施形態に係る定着装置は、第３回転体の熱変形を抑制することができるので、加熱能力の高い電磁誘導加熱方式を採用することができる。これにより、第１回転体を迅速に昇温させることができる。
【００１８】
本発明に係る画像形成装置は、トナー像が形成される像担持体と、前記像担持体上に前記トナー像を形成する画像形成部と、前記トナー像を記録媒体上に転写する転写部と、転写された前記トナー像を前記記録媒体上に定着させる定着装置とを含み、前記定着装置として、上記構成の定着装置が用いられている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る定着装置およびそれを備えた画像形成装置は、定着ローラの第２層の第２線膨張係数が第１層の第１線膨張係数よりも小さく、かつ第２層の第２ヤング率が第１層の第１ヤング率よりも大きくなるよう、第２層の材料を適宜選択することで、定着ローラの熱変形を抑制している。これにより、安定したニップ部の形成、第１回転体の昇温時間の短縮等が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の内部構造を概略的に示す。
【図２】定着装置の縦断面図である。
【図３】定着ローラ、定着ベルトおよび加圧ローラの層構成を示す断面図である。
【図４】定着ローラの軸方向における外径のばらつきについて説明するための模式図である。
【図５】定着ベルトの昇温時間および用紙のシワ発生について行った実験の結果を示す図である。
【図６】定着装置の他の構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、一実施形態の画像形成装置１の構成を示した概略図である。画像形成装置１は、例えば外部から入力された画像情報に基づいて記録媒体の一例としての用紙等の印刷媒体の表面にトナー像を転写して印刷を行うプリンタ、複写機、ファクシミリ装置、それらの機能を併せ持つ複合機等としての形態をとることができる。
【００２２】
図１に示される画像形成装置１は、例えばタンデム型のカラープリンタである。画像形成装置１は、内部で用紙にカラー画像を形成（プリント）する四角箱状の装置本体２を備え、装置本体２の上面部には、カラー画像が印刷された用紙を排出するための排出トレイ３が設けられている。装置本体２内において、その下部には、用紙を収納する給紙カセット５が配設されている。また、装置本体２の図１における右側面には、手差しの用紙が置かれるスタックトレイ６が配設されている。装置本体２の上部には画像形成部７が設けられており、画像形成部７は、装置外部から送信される文字や絵柄などの画像データに基づいて用紙に画像を形成する。
【００２３】
図１における画像形成部７の左方位置には、給紙カセット５から繰り出された用紙を画像形成部７に搬送する第１の搬送路９が配設されている。給紙カセット５の上方位置には、スタックトレイ６上に置かれた用紙を第１の搬送路に案内する第２の搬送路１０が配設されている。第１の搬送路９および第２の搬送路１０のそれぞれには、用紙を搬送するための搬送ローラ対４３が配設されている。また、装置本体２内の左上部には、画像形成部７で画像が形成された用紙に対して定着処理を行う定着装置１４と、定着処理の行われた用紙を排出トレイ３に搬送する第３の搬送路１１とが配設されている。
【００２４】
給紙カセット５は、装置本体２に対して挿脱可能であり、収納部１６を有する。収納部１６には、給紙方向のサイズが異なる少なくとも２種類の用紙を選択的に収納可能である。収納部１６に収納されている用紙は、給紙ローラ１７及び捌きローラ対１８により１枚ずつ第１の搬送路９に繰り出される。
【００２５】
スタックトレイ６は開閉可能であり、その手差し面１９に用紙が置かれる。手差し面１９に載置された用紙はピックアップローラ２０及び捌きローラ対２１により１枚ずつ第２の搬送路１０に繰り出される。
【００２６】
第１の搬送路９と第２の搬送路１０とはレジストローラ対２２の手前で合流している。レジストローラ対２２に供給された用紙はここで一旦待機し、スキュー調整とタイミング調整を行った後、二次転写部２３に向けて送出される。送出された用紙には、二次転写部２３で中間転写ベルト４０上のフルカラーのトナー像が用紙に二次転写される。この後、定着装置１４でトナー像が定着された用紙は、必要に応じて第４の搬送路１２で反転され、反対側の面にも二次転写部２３でフルカラーのトナー像が二次転写される。そして、反対面のトナー像が定着装置１４で定着された後、第３の搬送路１１を通って排出ローラ対２４により排出トレイ３に排出される。
【００２７】
画像形成部７は、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）の各トナー像を形成する４つの画像形成ユニット２６〜２９と、画像形成ユニット２６〜２９で形成した各色別のトナー像を合成して担持する中間転写部３０とを含む。
【００２８】
各画像形成ユニット２６〜２９は、感光体ドラム３２（像担持体）と、感光体ドラム３２の周面に対向して配設された帯電器３３と、帯電器３３の下流側であって感光体ドラム３２の周面上の特定位置にレーザビームを照射するレーザ走査ユニット３４と、レーザ走査ユニット３４からのレーザビーム照射位置の下流側であって感光体ドラム３２の周面に対向して配設された現像装置３５と、現像装置３５の下流側であって感光体ドラム３２の周面に対向して配設されたクリーナー３６とを含む。
【００２９】
各画像形成ユニット２６〜２９の感光体ドラム３２は、図示しない駆動モータにより図中の反時計回り方向に回転する。各画像形成ユニット２６〜２９の現像装置３５は、ブラックトナー、イエロートナー、シアントナー及びマゼンタトナーをそれぞれ含む二成分現像剤が収納された現像容器５１を有する。
【００３０】
中間転写部３０は、画像形成ユニット２６の近傍位置に配設された駆動ローラ３８と、画像形成ユニット２９の近傍位置に配設された従動ローラ３９と、駆動ローラ３８と従動ローラ３９に配置されたテンションローラ４２と、駆動ローラ３８と従動ローラ３９とテンションローラ４２に跨って配設された中間転写ベルト４０と、各画像形成ユニット２６〜２９の感光体ドラム３２に対して中間転写ベルト４０を介して圧接可能に配設された４つの転写ローラ４１とを含む。
【００３１】
中間転写部３０では、各画像形成ユニット２６〜２９の転写ローラ４１の位置で、感光体ドラム３２から中間転写ベルト４０上に各色別のトナー像が重ね合わされた状態で転写されて、フルカラーのトナー像が形成される。本実施形態では、二次転写部２３および中間転写部３０が転写部を構成している。
【００３２】
用紙の搬送方向でみて、定着装置１４の上流側及び下流側には搬送路４７が設けられている。二次転写部２３を通って搬送されてきた用紙は、上流側の搬送路４７を通って定着装置１４に案内される。そして、定着処理が施された用紙は下流側の搬送路４７を通って第３の搬送路１１に案内される。
【００３３】
第３の搬送路１１は、定着装置１４で定着処理の行われた用紙を排出トレイ３に案内する。第３の搬送路１１には、用紙を排出トレイ３に搬送する搬送ローラ対４９が配設されると共に、その出口には上記の排出ローラ対２４が配設されている。
【００３４】
以下、図２を参照して定着装置１４について説明する。図２は定着装置１４の縦断面図である。定着装置１４は、用紙上に転写されたトナー像に対して加熱および加圧を行うことにより、トナー像を用紙上に定着させる定着処理を行う。定着装置１４は、加圧ローラ４４（第２回転体）と、定着ベルト５５（第１回転体）と、定着ローラ４５（第３回転体）と、コイルユニット５０とを含む。
【００３５】
加圧ローラ４４は、図２では反時計回りに回転可能なローラ部材であって、アルミ製の筒状の芯材４６と、芯材４６上に積層されたシリコーンゴム製の弾性層４８と、弾性層４８上に積層されたＰＦＡチューブ製の表面離型層（図示せず）とを含む。弾性層４８の厚さは、例えば４ｍｍであり、前記表面離型層の厚さは、例えば５０μｍである。なお、芯材４６の内部空間には、ハロゲンヒータ等の熱源を配置してもよい。熱源により、弾性層４８を加熱することができる。
【００３６】
定着ベルト５５は、中空の筒状に成形された無端ベルトであって、図２では時計回りに回転可能である。定着ベルト５５は加圧ローラ４４に対して平行に配置されている。加圧ローラ４４は、図略の付勢部材によって定着ベルト５５に向けて押圧され、転写されたトナー像を担持する用紙が通紙されるニップ部ＮＰを定着ベルト５５との間で形成している。定着ベルト５５は、ニップ部ＮＰに通紙される用紙の搬送方向Ｔとは直交する方向に幅方向寸法を有する。
【００３７】
定着ローラ４５は、加圧ローラ４４に対して平行に定着ベルト５５内に配置され、定着ベルト５５の回転方向と同一である時計回りに回転可能なローラ部材である。定着ローラ４５は、少なくともニップ部ＮＰに対応する位置で定着ベルト５５の内面に接触しつつ回転する。本実施形態では、定着ローラ４５は、ニップ部ＮＰに対応する位置のみにおいて定着ベルト５５の内面（後述する発熱層６４）に接触しつつ回転する。これにより、定着ベルト５５は、ニップ部ＮＰにおいて定着ローラ４５と加圧ローラ４４との間で挟持された状態で回転する。
【００３８】
加圧ローラ４４および定着ローラ４５のそれぞれは、ニップ部ＮＰに通紙される用紙の最大幅寸法よりも大きく設定された軸方向寸法を有すると共に、定着ベルト５５の幅方向寸法は、用紙の最大幅寸法よりも大きく設定されている。また、加圧ローラ４４を回転させることにより、定着ベルト５５および定着ローラ４５を従動回転させてもよいし、定着ローラ４５を回転させることにより、定着ベルト５５および加圧ローラ４４を従動回転させてもよい。
【００３９】
次に、図２に加え図３を参照しながら定着ローラ４５および定着ベルト５５の層構成について説明する。図３は、定着ローラ４５、定着ベルト５５および加圧ローラ４４の層構成を示す断面図である。定着ローラ４５は、非磁性ステンレス（例えばＳＵＳ３０３）製の筒状の芯材５１と、芯材５１上に積層された弾性層５２（第１層）と、弾性層５２上に積層された耐熱表層５３（第２層）とを含む。弾性層５２の厚さは、例えば８ｍｍであり、耐熱表層５３の厚さは、例えば５０μｍであり、定着ローラ４５の外径は、例えば３９ｍｍである。
【００４０】
弾性層５２は、第１線膨張係数および第１ヤング率を有する材料、例えば発泡シリコーンゴムから形成されている。この場合、第１線膨張係数は、４４×１０−５／℃であり、第１ヤング率は、０．３Ｎ／ｍｍ２である。弾性層５２は、その弾性によって加圧ローラ４４の定着ベルト５５に対する押圧力に反発して、ニップ部ＮＰに対応する位置で定着ベルト５５を加圧ローラ４４に向けて押圧している。そのため、定着ローラ４５の弾性層５２および加圧ローラ４４の弾性層４８が定着ベルト５５を挟んで弾性変形する。これにより、用紙の搬送方向Ｔに延びるニップ幅が十分に確保されたニップ部ＮＰが形成される。
【００４１】
一方、耐熱表層５３は、第２線膨張係数および第２ヤング率を有する耐熱樹脂材料、例えばポリイミドから形成されている。この場合、第２線膨張係数は、６×１０−５／℃であり、第２ヤング率は、３４００Ｎ／ｍｍ２である。
【００４２】
本実施形態では、耐熱表層５３の第２線膨張係数が弾性層５２の第１線膨張係数よりも小さく、かつ耐熱表層５３の第２ヤング率が弾性層５２の第１ヤング率よりも大きくなるよう、弾性層５２および耐熱表層５３の材料が選択されている。第２線膨張係数が第１線膨張係数よりも小さいため、耐熱表層５３は弾性層５２よりも熱膨張し難い特性を備える。また、第２ヤング率が第１ヤング率よりも大きいため、耐熱表層５３は弾性層５２よりも変形し難い特性を備える。
【００４３】
定着ベルト５５は、定着ローラ４５側に位置する電鋳ニッケル製の発熱層６４と、定着ローラ４５とは反対側で発熱層６４上に積層されたシリコーンゴム製の弾性層６５と、弾性層６５上に積層され、加圧ローラ４４側に位置するＰＦＡチューブ製の表面離型層６６とを含む。発熱層６４の厚さは、例えば４０μｍであり、弾性層６５の厚さは、例えば３００μｍであり、表面離型層６６の厚さは、例えば３０μｍである。定着ベルト５５の内径は、例えば４０ｍｍであり、定着ローラ４５の外径よりも１ｍｍだけ大きい。
【００４４】
コイルユニット５０は、定着ベルト５５の発熱層６４を誘導加熱するものであって、コイル５４（発熱源）と、アーチコア５８と、一対のサイドコア５９とを含む。
【００４５】
コイル５４は、加圧ローラ４４とは反対側の位置で定着ベルト５５の幅方向に沿って巻線状に配置されている。コイル５４は、定着ベルト５５とは所定の距離だけ離間した状態で図略のボビンによって支持されている。コイル５４の巻線領域は、定着ベルト５５の幅方向寸法を超える大きさに設定されている。また、コイル５４には、交流バイアス電源Ｖが接続されており、コイル５４に交流バイアスが印加されると、コイル５４は磁束を発生させる。
【００４６】
アーチコア５８および一対のサイドコア５９は、コイル５４が発生させた磁界の磁束が通る磁路を形成する、例えばフェライト製コアである。アーチコア５８は、コイル５４の巻線領域を超える領域にわたって延びるアーチ形状を有している。アーチコア５８は図略の耐熱性樹脂（例えばＰＰＳ、ＰＥＴ、ＬＣＰ）からなるコアホルダによって保持されている。
【００４７】
アーチコア５８は、コイル５４を挟んでその延在方向に沿って延びる一対の自由端５８ａを有しており、一対のサイドコア５９のそれぞれは、対応する自由端５８ａに連結されている。サイドコア５９も図略の耐熱性樹脂からなるコアホルダによって保持されている。
【００４８】
なお、定着ベルト５５を挟んで加圧ローラ４４とは反対側の位置にサーミスタ６０が配置されている。サーミスタ６０は、定着ベルト５５の表面温度を検出する。検出された表面温度は、図略の制御部に伝送され、制御部はその表面温度に基づいて交流バイアス電源Ｖを制御して、コイル５４が発生させる磁界の磁束密度を調整する。
【００４９】
次に、上記構成の定着装置１４による定着動作およびその作用について説明する。コイル５４に、交流バイアス電源Ｖから交流バイアスが印加されると、コイル５４は磁束を発生させる。磁束は、アーチコア５８、サイドコア５９および定着ベルト５５の発熱層６４間で形成される磁路を通る。磁束が発熱層６４を通ると、誘導電流が誘起される。誘導電流が発熱層６４に流れると、発熱層６４自体が持つ抵抗によってジュール熱が発生する、つまり発熱層６４が誘導加熱される。発熱層６４は定着ベルト５５の回転に伴って全体が発熱して、定着ベルト５５が昇温する。
【００５０】
定着ベルト５５の昇温に伴い、定着ベルト５５の熱がニップ部ＮＰに対応する位置から定着ローラ４５に移動する。具体的には、定着ベルト５５の発熱層６４の熱は、定着ローラ４５における発熱層６４に接している耐熱表層５３、耐熱表層５３に積層された弾性層５２の順に移動する。弾性層５２は、発泡シリコーンゴムから形成されているため、発熱層６４の温度の低下を抑制する特性を備えているものの、熱によって膨張しようとする。
【００５１】
しかしながら、本実施形態では、耐熱表層５３は、弾性層５２の第１線膨張係数よりも小さい第２線膨張係数を有すると共に、弾性層５２の第１ヤング率よりも大きい第２ヤング率を有しているので、弾性層５２よりも熱膨張し難い特性、および弾性層５２よりも変形し難い特性を備えている。したがって、耐熱表層５３は、弾性層５２の熱膨張を抑え込むことができる。これにより、定着ローラ４５の熱変形が抑制される。その結果、十分なニップ幅を有するニップ部ＮＰが確保される。
【００５２】
そして、トナー像を担持する用紙がニップ部ＮＰに通紙されると、用紙は定着ベルト５５の発熱層６４から熱を受け、トナー像は用紙上に良好に定着される。なお、耐熱表層５３は弾性層５２よりも変形し難い特性を有するが、耐熱表層５３の厚さ（例えば５０μｍ）は弾性層５２の厚さ（例えば８ｍｍ）よりも極めて小さいので、弾性層５２の弾性変形を妨げず、したがってニップ部ＮＰの形成を妨げない。
【００５３】
また、本実施形態では、定着ローラ４５の熱変形が抑制されているので、定着ローラ４５を、ニップ部ＮＰに対応する位置のみで定着ベルト５５の内面に接触させる構成の場合であっても、ニップ部ＮＰに対応する位置における定着ローラ４５と定着ベルト５５との接触領域を一定に維持することができる。言い換えれば、定着ローラ４５がニップ部ＮＰに対応する位置以外の位置で定着ベルト５５の内面に接触することが抑制されている。したがって、定着ベルト５５の発熱層６４から定着ローラ４５に移動する熱の量が抑制される。これにより、定着ベルト５５を昇温させることが容易となり、定着ベルト５５の昇温時間が短縮される。
【００５４】
また、本実施形態の定着装置１４では、幅方向サイズ（搬送方向Ｔ（図２）と直交する方向のサイズ）が小さい用紙が連続的に通紙されると、定着ベルト５５の幅方向において温度差が発生する。具体的には、図４に示すように、幅方向サイズが小さい用紙Ｐ１がニップ部ＮＰを通過するとき、定着ベルト５５の幅方向中間部は、ニップ部ＮＰにおいて用紙Ｐ１と接触する通紙領域Ａ１となる一方、定着ベルト５５の幅方向両端部は、用紙Ｐ１に接触しない非通紙領域Ａ２となる。非通紙領域Ａ２では、加熱定着が行われず、熱が非通紙領域Ａ２から用紙Ｐ１に移動しないため、用紙Ｐ１で連続印字を行う場合、通紙領域Ａ１と非通紙領域Ａ２との間で温度差が発生する。
【００５５】
通紙領域Ａ１と非通紙領域Ａ２との間の温度差に伴い、定着ローラ４５における通紙領域Ａ１に対応する領域Ｂ１と、定着ローラ４５における非通紙領域Ａ２に対応する領域Ｂ２との間でも温度差が軸方向に発生する。そのため、定着ローラ４５の領域Ｂ２の熱膨張の度合いは、領域Ｂ１の熱膨張の度合いよりも大きくなり、領域Ｂ１における定着ローラ４５の外径Ｄ１と、領域Ｂ２における定着ローラ４５の外径Ｄ２とが異なる。このように、定着ローラ４５の軸方向において外径がばらつくと、ニップ部ＮＰのニップ幅が定着ローラ４５の軸方向に沿ってばらつく。ニップ幅がばらついた状態で、用紙Ｐ１よりも幅方向サイズが大きい用紙Ｐ２が、用紙Ｐ１の連続印字後にニップ部ＮＰに通紙されると、用紙Ｐ２にシワが発生したり、トナー像が用紙Ｐ２上に定着されない定着不良が発生したりする。
【００５６】
しかしながら、本実施形態では、上述したように、定着ローラ４５の熱変形が抑制されているので、定着ローラ４５の軸方向に温度差が発生した場合であっても、定着ローラ４５の外径が軸方向にばらつくことが抑制されている。これにより、定着ローラ４５の軸方向に沿ってニップ幅がばらつくことが抑制される。その結果、用紙Ｐ１の連続印字後に用紙Ｐ２をニップ部ＮＰに通紙しても、用紙Ｐ２にシワが発生することが抑制されると共に、トナー像が用紙Ｐ２上に良好に定着される。
【００５７】
さらに、本実施形態に係る定着装置１４は、コイル５４を用いた電磁誘導加熱方式を採用している。電磁誘導加熱方式は定着ベルト５５の加熱能力が高いため、定着ローラ４５がニップ部ＮＰに対応する位置のみにおいて定着ベルト５５に接触している場合であっても定着ローラ４５は昇温しやすい。しかしながら、本実施形態に係る定着装置１４は、定着ローラ４５の熱変形を抑制することができるので、加熱能力の高い電磁誘導加熱方式を採用することができる。これにより、定着ベルト５５を迅速に昇温させることができる。
【００５８】
次に、定着ベルト５５の昇温時間および用紙のシワ発生について行った実験について説明する。実験では、耐熱表層５３を有する定着ローラ４５を用いた実施例と、耐熱表層５３を有しない、つまり弾性層５２が定着ベルト５５の発熱層６４に直接接触した定着ローラ４５を用いた比較例１と、耐熱表層を有する定着ローラ４５を用いた比較例２とが用いられた。比較例２の定着ローラ４５の耐熱表層は、その線膨張係数が弾性層の線膨張係数よりも小さいものの、ヤング率（０．２８Ｎ／ｍｍ２）が弾性層のヤング率（０．３０Ｎ／ｍｍ２）よりも若干小さいソリッド系シリコーンゴムから形成された。定着ベルト５５の昇温時間は、定着ベルト５５の表面の温度が１８０℃に達するまでの時間を測定することにより得た。また、用紙のシワ発生は、Ａ５用紙を用いて１００枚連続印字を行った後にＡ３用紙を印字したときに、当該Ａ３用紙にシワが発生したか否かを目視で確認した。図５に実験の結果を示す。
【００５９】
図５に示すように、実施例、比較例１および比較例２の昇温時間は、それぞれ２４秒、３０秒、２９秒であった。耐熱表層５３の線膨張係数（第２線膨張係数）が弾性層５２の線膨張係数（第１線膨張係数）よりも小さく、かつヤング率（第２ヤング率）が弾性層５２のヤング率（第１ヤング率）よりも大きい実施例は、定着ローラ４５の熱変形を抑制することができるので、昇温時間を、比較例１よりも６秒、比較例２よりも５秒短縮することができた。比較例２は、耐熱表層を有しているものの、ヤング率が弾性層のヤング率よりも低いため、つまり、比較例２の耐熱表層は弾性層よりも熱によって変形しやすいため、比較例２の定着ローラ４５は、ニップ部ＮＰに対応する位置以外の位置においても定着ローラ４５の内面に接触したため、昇温時間が長くなったと考えられる。
【００６０】
また、用紙のシワ発生に関し、実施例ではシワが発生しなかったのに対し、比較例１および比較例２ではシワが発生した。これは、実施例では、定着ローラ４５の外径が軸方向においてばらつかなかったのに対し、比較例１および比較例２では、定着ローラ４５の外径が軸方向においてばらついたためと考えられる。
【００６１】
以上説明した本実施形態に係る定着装置１４では、定着ローラ４５が定着ベルト５５内に配置され、ニップ部ＮＰに対応する位置のみで定着ベルト５５の内面に接触する構成の場合について説明したが、この構成に限定されず、図６に示すように、定着ベルト７０を定着ローラ７１の外周面に巻回させる構成を採用してもよい。この構成の場合であっても、定着ローラ７１の耐熱表層の線膨張係数を弾性層の線膨張係数よりも小さく、かつ耐熱表層のヤング率を弾性層のヤング率よりも大きく設定することで、定着ローラ７１の熱変形を抑制することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１  画像形成装置
１４  定着装置
４４  加圧ローラ（第２回転体）
４５  定着ローラ（第３回転体）
５０  コイルユニット
５２  弾性層（第１層）
５３  耐熱表層（第２層）
５４  コイル
５５  定着ベルト（第１回転体）
ＮＰ  ニップ部
【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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