(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
面上に色材で画像が形成された記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置であって、
磁界を形成する励磁手段と、
少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、
前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備え、
前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有したものであり、
ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、
また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、当該装置が定着する対象の前記記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、前記透磁性導電層の長さがその記録材の長さよりも長く形成されており、前記非磁性導電層の長さがその記録材の長さより長くかつ前記透磁性導電層の長さよりも短く形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
面上に色材で画像が形成された記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置であって、
磁界を形成する励磁手段と、
少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、
前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備え、
前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有したものであり、
ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、
また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、当該装置が定着する対象の前記記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、前記透磁性導電層の長さがその記録材の長さよりも長く形成されており、前記非磁性導電層の長さがその記録材の長さより長くかつ前記透磁性導電層の長さよりも短く、前記励磁手段の長さとほぼ等しく形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
面上に色材で画像が形成されておりかつ当該装置に対し相対移動する記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置であって、
磁界を形成する励磁手段と、
少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、
走行する前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備え、
前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有したものであり、
ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、
また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、少なくとも前記発熱手段に対し相対移動する前記記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、前記透磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅よりも広く形成されており、前記非磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅より広くかつ前記透磁性導電層の幅よりも狭く、前記励磁手段の幅とほぼ等しく形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
前記発熱手段は、回転できる円柱形状の発熱ローラであり、
そして、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、前記円柱の周部分において、当該発熱ローラの回転に伴ってそれらが一体的に回転するように、かつ、非磁性導電層が前記励磁手段との間に透磁性導電層を挟む側に形成されたことを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項５】
前記発熱手段は、回転できる中空円筒形状の発熱ローラであり、
そして、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、前記円筒の周部分において、当該発熱ローラの回転に伴ってそれらが一体的に回転するように、かつ、非磁性導電層が前記励磁手段との間に透磁性導電層を挟む側に形成されたことを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項６】
前記透磁性導電層は、その層面が前記幅方向において前記励磁手段と対向し合っていることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項７】
前記非磁性導電層は、前記透磁性導電層と密着していることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項８】
前記非磁性導電層は、肉厚が前記透磁性導電層の肉厚より薄く形成されていることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項９】
前記非磁性導電層は、固有抵抗値が前記透磁性導電層の固有抵抗値より小さいことを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項１０】
前記透磁性導電層は、肉厚が０．２ｍｍないし１．０ｍｍに形成されている請求項３記載の定着装置。
【請求項１１】
前記非磁性導電層は、肉厚が０．０１５ｍｍないし０．０６０ｍｍに形成されている請求項３記載の定着装置。
【請求項１２】
前記非磁性導電層は、固有抵抗が、７×１０-8Ω・ｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項１３】
前記非磁性導電層は、前記幅方向について、幅が、前記記録材の通紙幅よりも広い前記励磁手段の幅よりもさらに僅かに広く形成されていることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項１４】
前記加圧手段は、加圧ローラを含んだものであり、
前記非磁性導電層は、前記幅方向について、幅が、前記記録材の通紙幅よりも広い前記加圧ローラの幅とほぼ等しく又はそれよりもさらに僅かに広く形成されていることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項１５】
前記非磁性導電層は、材質が銅であり、かつ肉厚が０．０１５ｍｍないし０．０６０ｍｍに形成されていることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項１６】
前記非磁性導電層は、材質がアルミニウムであり、かつ肉厚が０．０２５ｍｍないし０．０６０ｍｍに形成されていることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項１７】
前記非磁性導電層は、材質が亜鉛であり、かつ肉厚が０．０５５ｍｍないし０．０６０ｍｍに形成されていることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項１８】
前記発熱手段は、さらに保護膜を前記非磁性導電層の表面上に有したものであり、
ここで、前記保護層は、幅が前記非磁性導電層の幅とほぼ等しく形成されていることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項１９】
前記発熱手段は、さらに保護膜を前記非磁性導電層の表面上に有したものであり、
ここで、前記保護層は、幅が前記透磁性導電層の幅とほぼ等しく形成されていることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項２０】
前記励磁手段は、前記発熱ローラの中空内部に配置されていることを特徴とする請求項５記載の定着装置。
【請求項２１】
前記励磁手段は、前記加熱ローラの外部に配置されていることを特徴とする請求項４又は５記載の定着装置。
【請求項２２】
請求項１から請求項２１のいずれか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２３】
励磁手段によって形成される磁界内に配設され、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱するローラであり、面上に色材で画像が形成されており当該ローラに接して移動する記録材をその色材がその記録材上に定着されるように加熱する発熱ローラであって、
透磁性導電層と非磁性導電層とを有し、
前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、
また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、移動する前記記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、前記透磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅よりも広く形成されており、前記非磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅より広くかつ前記透磁性導電層の幅よりも狭く、前記励磁手段の幅とほぼ等しく形成されていることを特徴とする発熱ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式又は静電記録方式の複写機、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、特に、トナーで形成されている未定着の画像を電磁誘導加熱方式によって紙その他の記録材に加熱定着する定着装置、並びに、この定着装置に用いられる発熱ローラおよびこの定着装置を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複写機、ファクシミリ、プリンタなどに用いられる定着装置の、省エネルギーに関する取り組みが盛んに検討されている。そして、その有力な構成として、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交番磁束が発生する。そして、発生した交番磁束が導電体と鎖交することによって誘導電流が発生し、この誘導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】
図２０は従来の定着装置の横断面模型図であり、その定着装置は、高熱伝導性非磁性金属の高剛性中空ローラ内面に強磁性金属でなる発熱層が形成されており、前記中空ローラに内包された励磁コイルにより、発熱層が加熱されるものである。そのような構成によって、加圧力アップに対して回転安定性を確保し、かつ、幅の狭い記録材の連続通紙時の非通紙部領域を所定温度に維持する。（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、図２１は従来の定着装置の加熱ローラの構造を説明する図面であり、その定着装置は、第１の金属でなり、所定の用紙サイズに一致する長さを有する、中空の第１ローラと、第２の金属でなり、この第１ローラの外周に嵌合され、定着可能な最大用紙サイズより若干長い第２ローラと、前記第１および第２ローラの軸方向に延在して配置されたコイルと、このコイルに対し第１の周波数の電流又は第２の周波数の電流を選択的に印加する電流印加手段とを有し、用紙サイズに応じた電流周波数の電流を選択的に印加して、その電流周波数に対応した第１又は第２ローラを選択的に加熱し、過熱する範囲を切り替えるものである。（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
また、非通紙部領域過昇温の問題に対し、キュリー温度が所定温度に設定された整磁金属（感温磁性金属とも称す）を発熱体として用いて自己温度制御を行うことが考えられる。図２２は感温磁性材料と非磁性導電体との２層でなる従来のヒートローラを示した図であり、そのヒートローラは、感温磁性材料の層が用紙通過領域の幅長以上でかつ誘導コイルの幅長より小さい幅を有し、通紙領域の端部においても磁界が弱まらず、均一な発熱が得られるものと考えられる。（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１１−１６７９８１号公報
【特許文献２】特開平１０−２０７２６９号公報
【特許文献３】特開２００６−２６７４１９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、上記の従来の高熱伝導性非磁性金属の高剛性ローラ内面に強磁性金属でなる発熱層が形成された構成では、発熱層は熱容量が少ないものの、高熱伝導性非磁性金属は、肉厚が加圧力に耐えるべく設定されていることから、その熱容量が多く、ウォームアップ時間の短縮は望めない。さらに、高熱伝導性非磁性金属の高剛性中空ローラは、熱が伝導して両端部から支持部材等へ逃げるので、両端部の温度が低下して温度ムラを生じる。そして、それを解消すべく誘導コイルの発熱分布を調整補正すると、印加電力量が増加するといった課題があった。
【０００７】
また、上記従来の２種類の長さのローラからその一つを２種類の周波数の電流で選択的に発熱させる構成では、電流印加手段が複雑で高価となり、かつ、対応できる記録材のサイズが限られる。さらに、熱容量も多く、ウォームアップの短縮は望めなく、かつ、磁力線が第２ローラを介して第１ローラを通過する部分と、介さずに第１ローラを通過する部分とでは第１ローラとコイルとの結合状態が異なり、均一な発熱が得られないといった課題があった。
【０００８】
また、上記従来の感温磁性金属と非磁性導電体との２層が図２２に示したように構成されたヒートローラでは、感温磁性金属にて発生した熱が非磁性導電体によりその全体へ伝導するところ、感温磁性金属に接している非磁性導電体の領域が感温磁性金属の領域外にも広がっており、そしてさらにはその非磁性導電体の端部がベアリング及び駆動ギアに接してもいるゆえ、熱が非磁性導電体の端部へ流れかつ放出されるので、感温磁性金属両端部の温度が低下する。そして、そのような温度の局部低下を解消するためにコイルの発熱分布を補正することも考えられるが、その補正後において通紙領域全体について所定の温度を得ようとすると印加電力が増加することになる。さらに、非磁性導電層がヒートローラの全体に渡って形成されているのでその熱容量が大きく、ウォームアップの短縮も難しいといった課題があった。
【０００９】
本発明は、これらのような従来の課題を解決するものであり、整磁材料からなる発熱手段に、記録材の幅より広く、かつ整磁材料の幅より狭い非磁性導電層の薄層を設けた構成により、ウォームアップの短縮と端部への熱伝導による温度ムラの防止とを図り、更に幅の狭い記録材を連続通過させた場合の記録材非通過部分の過昇温を確実に防止し、印加電力低減を図った定着装置並びにこの定着装置に用いられる発熱ローラおよびこの定着装置を用い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】
本発明は、上記目的を達成するために、面上に色材で画像が形成された記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置を、磁界を形成する励磁手段と、少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備え、前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有したものであり、ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、当該装置が定着する対象の前記記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、前記透磁性導電層の長さがその記録材の長さよりも長く形成されており、前記非磁性導電層の長さがその記録材の長さより長くかつ前記透磁性導電層の長さよりも短く形成されているものとする。
【００１１】
また、面上に色材で画像が形成された記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置を、磁界を形成する励磁手段と、少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備え、前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有したものであり、ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、当該装置が定着する対象の前記記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、前記透磁性導電層の長さがその記録材の長さよりも長く形成されており、前記非磁性導電層の長さがその記録材の長さより長くかつ前記透磁性導電層の長さよりも短く、前記励磁手段の長さとほぼ等しく形成されているものとしてもよい。
【００１２】
また、面上に色材で画像が形成されておりかつ当該装置に対し相対移動する記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置を、磁界を形成する励磁手段と、少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、走行する前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備え、前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有したものであり、ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、少なくとも前記発熱手段に対し相対移動する前記記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、前記透磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅よりも広く形成されており、前記非磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅より広くかつ前記透磁性導電層の幅よりも狭く、前記励磁手段の幅とほぼ等しく形成されているものとしてもよい。
【００１３】
また、励磁手段によって形成される磁界内に配設され、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱するローラであり、面上に色材で画像が形成されており当該ローラに接して移動する記録材をその色材がその記録材上に定着されるように加熱する発熱ローラを、透磁性導電層と非磁性導電層とを有し、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、移動する前記記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、前記透磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅よりも広く形成されており、前記非磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅より広くかつ前記透磁性導電層の幅よりも狭く、前記励磁手段の幅とほぼ等しく形成されているものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、上記の構成により、発熱手段の熱容量が少ない。そして、その発熱手段は、キュリー温度以下の場合には、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層に浸透して、急速に発熱する。一方、例えば、幅の狭い記録材を連続通過させ、温度がキュリー温度を超えた場合にその領域では、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層を貫通して非磁性導電層に浸透し、誘導電流を誘導する。そして、この誘導電流が、励磁手段による磁界を打ち消す方向に作用する反発磁界を発生させ、励磁手段からの磁束を大幅に減衰させる。その結果、磁束密度が低下するので、発熱量が低下し、過昇温が抑制されるという作用を有する。
【００１５】
このようなところ、本発明に係る発熱手段は、記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向（例えば、記録材が発熱手段に対し相対移動する場合のその移動方向に直交した方向である幅方向）について、熱伝導率が比較的高い非磁性導電層の長さが記録材の長さより僅かに長いものとして、非磁性導電層を発熱手段の端部にかからないものにできるので、一般に発熱手段の端部に設けられる支持受け部を通して定着装置の支持体等へ熱が流出することを防止できる。加えて、本発明に係る非磁性導電層は、厚みが薄くてもよいこととも相まって、熱容量の増加が少なく、よってウォームアップ時間の増加を抑えることができる。
【００１６】
また、熱が殆ど、記録材と接触する領域からその先へは伝導せず、熱伝導率の低い透磁性導電層を僅かに伝導して発熱手段の端部へ流出するだけなので、記録材と接触する範囲において温度ムラを軽減することができ、さらに、これにより励磁手段による発熱分布の補正を不要にし、定着装置への印加電力を低減することもできる。
【００１７】
これらのように、本発明は、ウォームアップ時の迅速な立ち上げと、例えば連続通紙時の、記録材幅外（発熱手段が記録材と接触する領域の外）の過昇温の抑制とを両立させて共に実現することができ、例えばゴム材の劣化や軸受部材の損傷なども有効に防止でき、さらに、発熱手段端部からの熱流出を防止して、温度ムラの軽減の他、印加電力の低減も実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の第１の形態は、面上に色材で画像が形成された記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置である。その定着装置は、磁界を形成する励磁手段と、少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備える。そして、前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有する。ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、当該装置が定着する対象の前記記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、前記透磁性導電層の長さがその記録材の長さよりも長く形成されており、前記非磁性導電層の長さがその記録材の長さより長くかつ前記透磁性導電層の長さよりも短く形成されている。
【００１９】
このような定着装置の発熱手段は、熱容量が少ない。そして、キュリー温度以下の場合には、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層に浸透して、急速に発熱する。一方、温度がキュリー温度を超えた場合にその領域では、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層を貫通して非磁性導電層に浸透し、誘導電流を誘導する。そして、この誘導電流が、励磁手段による磁界を打ち消す方向に作用する反発磁界を発生させ、励磁手段からの磁束を大幅に減衰させる。その結果、磁束密度が低下するので、発熱量が低下し、過昇温が抑制されるという作用を有する。
【００２０】
このようなところ、本形態の発熱手段は、記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、熱伝導率が比較的高い非磁性導電層を発熱手段の端部にかからないものにできるので、一般に発熱手段の端部に設けられる支持受け部を通して定着装置の支持体等へ熱が流出することを防止できる。加えて、非磁性導電層の厚みが０．０１５ｍｍ程度に薄くてもよいこととも相まって、熱容量の増加が少なく、よってウォームアップ時間の増加を抑えることができる。
【００２１】
また、熱が殆ど、記録材と接触する領域からその先へは伝導せず、熱伝導率の低い透磁性導電層を僅かに伝導して発熱手段の端部へ流出するだけなので、記録材と接触する範囲において温度ムラを軽減することができ、さらに、これにより励磁手段による発熱分布の補正を不要にし、定着装置への印加電力を低減することもできる。
【００２２】
これらのように、本形態は、ウォームアップ時の迅速な立ち上げと、発熱手段が記録材と接触する領域の外の過昇温の抑制とを両立させて共に実現することができ、さらに、発熱手段端部からの熱流出を防止して、温度ムラの軽減の他、印加電力の低減も実現することができる。
【００２３】
本発明の実施の第２の形態は、面上に色材で画像が形成された記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置である。その定着装置は、磁界を形成する励磁手段と、少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備える。そして、前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有する。ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、当該装置が定着する対象の前記記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、前記透磁性導電層の長さがその記録材の長さよりも長く形成されており、前記非磁性導電層の長さがその記録材の長さより長くかつ前記透磁性導電層の長さよりも短く、前記励磁手段の長さとほぼ等しく形成されている。
【００２４】
このような定着装置の発熱手段は、熱容量が、第１の形態における発熱手段にもまして最適化されており、少ない。そして、キュリー温度以下の場合には、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層に浸透して、急速に発熱する。一方、温度がキュリー温度を超えた場合にその領域では、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層を貫通して非磁性導電層に浸透し、誘導電流を誘導する。そして、この誘導電流が、励磁手段による磁界を打ち消す方向に作用する反発磁界を発生させ、励磁手段からの磁束を大幅に減衰させる。その結果、磁束密度が低下するので、発熱量が低下し、過昇温が抑制されるという作用を有する。
【００２５】
このようなところ、本形態の発熱手段は、記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、熱伝導率が比較的高い非磁性導電層の長さが励磁手段の長さとほぼ等しく記録材の長さより僅かに長いだけゆえ、非磁性導電層を発熱手段の端部にかからないものにできるので、一般に発熱手段の端部に設けられる支持受け部を通して定着装置の支持体等へ熱が流出することを防止できる。加えて、非磁性導電層の厚みが０．０１５ｍｍ程度に薄くてもよいこととも相まって、熱容量の増加が、第１の形態における発熱手段にもまして最適化されており、少なく、よってウォームアップ時間の増加を第１の形態における発熱手段にもまして最適にして抑えることができる。
【００２６】
また、熱が殆ど、記録材と接触する領域からその先へは伝導せず、熱伝導率の低い透磁性導電層を僅かに伝導して発熱手段の端部へ流出するだけなので、記録材と接触する範囲において温度ムラを軽減することができ、さらに、これにより励磁手段による発熱分布の補正を不要にし、定着装置への印加電力を低減することもできる。
【００２７】
これらのように、本形態は、ウォームアップ時の迅速な立ち上げと、発熱手段が記録材と接触する領域の外の過昇温の抑制とを両立させて共に実現することができ、さらに、発熱手段端部からの熱流出を防止して、温度ムラの軽減の他、印加電力の低減も、第１の形態における発熱手段にもまして最適に実現することができる。
【００２８】
また、本発明の実施の第３の定着装置は、面上に色材で画像が形成されておりかつ当該装置に対し相対移動する記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置である。この定着装置は、磁界を形成する励磁手段と、少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、走行する前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備える。そして、前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有する。ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、少なくとも前記発熱手段に対し相対移動する前記記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、前記透磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅よりも広く形成されており、前記非磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅より広くかつ前記透磁性導電層の幅よりも狭く、前記励磁手段の幅とほぼ等しく形成されている。
【００２９】
このような定着装置の発熱手段は、熱容量が少ない。そして、キュリー温度以下の場合には、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層に浸透して、急速に発熱する。一方、幅の狭い記録材を連続通紙させて記録材幅外の温度がキュリー温度を超えた場合にその記録材幅外の領域では、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層を貫通して非磁性導電層に浸透し、誘導電流を誘導する。そして、この誘導電流が、励磁手段による磁界を打ち消す方向に作用する反発磁界を発生させ、励磁手段からの磁束を大幅に減衰させる。その結果、磁束密度が低下するので、発熱量が低下し、過昇温が抑制されるという作用を有する。
【００３０】
このようなところ、本形態の発熱手段は、少なくとも発熱手段に対し相対移動する記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、熱伝導率が比較的高い非磁性導電層の幅が励磁手段の幅とほぼ等しく記録材の通紙幅より僅かに広いだけゆえ、非磁性導電層を発熱手段の支持受け部にかからないものにできるので、支持受け部を通して定着装置の支持体等へ熱が流出することを防止できる。加えて、非磁性導電層の厚みが０．０１５ｍｍ程度に薄くてもよいこととも相まって、熱容量の増加が少なく、よってウォームアップ時間の増加を抑えることができる。
【００３１】
また、熱が殆ど、記録材幅外へ伝導せず、熱伝導率の低い透磁性導電層を僅かに伝導して端部へ流出するだけなので、記録材と接触する通紙領域において温度ムラを軽減することができ、さらに、これにより励磁手段による発熱分布の補正を不要にし、定着装置への印加電力を低減することもできる。
【００３２】
これらのように、本形態は、ウォームアップ時の迅速な立ち上げと、連続通紙時の記録材幅外の過昇温の抑制とを両立させて共に実現することができ、さらに、発熱手段端部からの熱流出を防止して、温度ムラの軽減の他、印加電力の低減も実現することができる。
【００３３】
本発明の実施の第４の形態は、上記第３の形態において、発熱手段を、自身の内部にある軸の周りに回転できる円柱形状の発熱ローラとした定着装置である。そして、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、前記円柱の周部分において、当該発熱ローラの回転に伴ってそれらが一体的に回転するように、かつ、非磁性導電層が前記励磁手段との間に透磁性導電層を挟む側に形成されている。
【００３４】
このような定着装置は、ウォームアップ時の迅速な立ち上げと、発熱手段が記録材と接触する領域の外の過昇温の抑制とを両立させて共に実現することができ、ゴム材の劣化や軸受部材の損傷なども有効に防止でき、さらに、発熱手段端部からの熱流出を防止して、温度ムラの軽減及び印加電力の低減も実現することができることに加えて、ローラが円柱状なので、小さな加圧力で広いニップの形成が可能で、負荷のいっそうの低減が可能である。
【００３５】
本発明の実施の第５の形態は、上記第３の形態において、発熱手段を、自身の内部にある軸の周りに回転できる中空円筒形状の発熱ローラとした定着装置である。そして、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、前記円柱の周部分において、当該発熱ローラの回転に伴ってそれらが一体的に回転するように、かつ、非磁性導電層が前記励磁手段との間に透磁性導電層を挟む側に形成されている。
【００３６】
このような定着装置は、ウォームアップ時の迅速な立ち上げと、発熱手段が記録材と接触する領域の外の過昇温の抑制とを両立させて共に実現することができ、ゴム材の劣化や軸受部材の損傷なども有効に防止でき、さらに、発熱手段端部からの熱流出を防止して、温度ムラの軽減及び印加電力の低減も実現することができることに加えて、ローラが円筒状なので、小さな加圧力で広いニップの形成が可能で、負荷の低減が可能であり、さらに、ローラを中空とした低熱容量化により、迅速な立ち上がりが実現でき、負荷のよりいっそうの低減も可能である。
【００３７】
本発明の実施の第６の形態は、上記第３の形態において、透磁性導電層を、その層面が前記幅方向において励磁手段と対向し合っていることを特徴としたものである。
【００３８】
このような定着装置は、そのような対向し合った配置ゆえ、磁力線が減衰することなく透磁性導電層に浸透できるので、キュリー温度以下の状態において、効率的な発熱が可能である。
【００３９】
本発明の実施の第７の形態は、上記第３の形態において、非磁性導電層を、前記透磁性導電層と密着していることを特徴としたものである。
【００４０】
このような定着装置は、それらの層が密着し合っているので、透磁性導電層で発熱した熱が非磁性導電層へ効率よく伝導し、さらに非磁性導電層の高い熱伝導性により、温度ムラの軽減が可能であり、従って、キュリー温度を越えた場合に、非磁性導電層に誘導電流が流れることによる発熱も透磁性導電層へ伝導するので、薄肉の非磁性導電層でありながら過昇温が防止可能である。
【００４１】
本発明の実施の第８の形態は、上記第３の形態において、非磁性導電層を、肉厚が前記透磁性導電層の肉厚より薄く形成されていることを特徴としたものである。
【００４２】
このような定着装置は、層厚が、非磁性導電層に比べ透磁性導電層の方が肉厚なので、磁力線が殆ど透磁性導電層内に浸透して非磁性導電層へは浸透せず、キュリー温度以下の場合に、効率の良い発熱が可能である。
【００４３】
本発明の実施の第９の形態は、上記第３の形態において、非磁性導電層を、固有抵抗値が透磁性導電層の固有抵抗値より小さいことを特徴としたものである。
【００４４】
このような定着装置は、キュリー温度を超えた場合に、非磁性導電層に磁力線が浸透して、反発磁界が発生するときの非磁性導電層での発熱を、透磁性導電層での発熱よりも低減することが可能である。
【００４５】
本発明の実施の第１０の形態は、上記第３の形態において、透磁性導電層を、肉厚が０．２ないし１．０ｍｍに形成されていることを特徴としたものである。
【００４６】
このような定着装置は、層内に入った磁力線がキュリー温度以下において層を貫通して層外へ出ることなく、かつ低熱容量なので、ウォームアップ時間の短縮が可能である。
【００４７】
本発明の実施の第１１の形態は、上記第３の形態において、非磁性導電層は、肉厚が０．０１５ｍｍないし０．０６０ｍｍに形成されていることを特徴としたものである。
【００４８】
このような定着装置は、そのような薄い非磁性導電層であっても過昇温を抑制可能にして印加電力を抑えた上で、非磁性導電層を加えることに伴う熱容量の増加を、非磁性導電層が薄いので、軽微にできる。
【００４９】
本発明の実施の第１２の形態は、上記第３の形態において、非磁性導電層は、固有抵抗が、７×１０-8Ω・ｍ以下であることを特徴としたものである。
【００５０】
このような定着装置は、キュリー温度を超えた場合の非磁性導電層での発熱を抑えたものにすることが可能である。
【００５１】
本発明の実施の第１３の形態は、上記第３の形態において、非磁性導電層を、幅方向について、幅が、記録材の通紙幅よりも広い励磁手段の幅よりもさらに僅かに広く形成されていることを特徴としたものである。
【００５２】
このような定着装置は、発熱手段における記録材の通過しない部分の温度が上昇してキュリー温度を超え、磁力線が透磁性導電層を透過するようになった場合でも、非磁性導電層が形成された範囲の方が励磁手段より大きいので、確実に非磁性導電層で磁束を低減させて過昇温を抑制するゆえ、加圧ローラの端部が異常に高温となって破損することがなく、温度ムラの低減および過昇温の抑制が可能である。
【００５３】
本発明の実施の第１４の形態は、上記第３の形態において、加圧手段は、加圧ローラを含んだものであり、非磁性導電層を、幅方向について、幅が、記録材の通紙幅よりも広い加圧ローラの幅とほぼ等しく又はそれよりもさらに僅かに広く形成されていることを特徴としたものである。
【００５４】
このような定着装置は、発熱手段における記録材の通過しない部分の温度が上昇してキュリー温度を超え、磁力線が透磁性導電層を透過するようになった場合でも、非磁性導電層で確実に磁束を低減させて過昇温を抑制するので、加圧ローラの端部が異常に高温となって破損することがない。さらに、非磁性導電層の端部が加圧ローラと圧接して加圧ローラに損傷を与えることもない。
【００５５】
本発明の実施の第１５の形態は、上記第３の形態において、非磁性導電層を、その材質が銅であり、かつ肉厚が０．０１５ｍｍないし０．０６０ｍｍに形成されていることを特徴としたものである。
【００５６】
このような定着装置は、そのような薄い非磁性導電層であっても過昇温を防止可能にし、かつ、材質が銅であり、その小さな固有抵抗のゆえ、キュリー温度を超えた場合の発熱が小さいので、印加電力を抑えた上で、非磁性導電層を加えることに伴う熱容量の増加を、非磁性導電層が薄いので、軽微にでき、迅速なウォームアップが可能である。
【００５７】
本発明の実施の第１６の形態は、上記第３の形態において、非磁性導電層を、その材質がアルミニウムであり、かつ肉厚が０．０２５ｍｍないし０．０６０ｍｍに形成されていることを特徴としたものである。
【００５８】
このような定着装置は、過昇温の抑制と印加電力の低減が安価に達成可能である。
【００５９】
本発明の実施の第１７の形態は、上記第３の形態において、非磁性導電層を、その材質が亜鉛であり、かつ肉厚が０．０５５ｍｍないし０．０６０ｍｍに形成されていることを特徴としたものである。
【００６０】
このような定着装置は、過昇温の抑制と印加電力の低減が安価に達成可能である。
【００６１】
本発明の実施の第１８の形態は、上記第３の形態において、発熱手段は、さらに保護膜を非磁性導電層の表面上に有したものであり、ここで、保護層を、幅が非磁性導電層の幅とほぼ等しく形成されていることを特徴としたものである。
【００６２】
このような定着装置は、非磁性導電層および保護層を形成する際のマスキングが同一でよく、作業性が良好でコストダウンが可能である。
【００６３】
本発明の実施の第１９の形態は、上記第３の形態において、発熱手段は、さらに保護膜を非磁性導電層の表面上に有したものであり、ここで、保護層を、幅が透磁性導電層の幅とほぼ等しく形成されていることを特徴としたものである。
【００６４】
このような定着装置は、保護層のマスキングが不要で、透磁性導電層全幅の酸化防止が可能である。
【００６５】
本発明の実施の第２０の形態は、上記第５の形態において、励磁手段を、発熱ローラの中空内部に配置されていることを特徴としたものである。
【００６６】
このような定着装置は、小型化が可能であり、さらに、励磁手段が発熱ローラの周外面側には存しないことで、発熱ローラの表面に付着し又は残留した不要なトナーを除去するクリーニング手段や記録材の分離手段の配置が容易である。
【００６７】
本発明の実施の第２１の形態は、上記第４又は５の形態において、励磁手段を、加熱ローラの外部に配置されていることを特徴としたものである。
【００６８】
このような定着装置は、励磁コイルの発熱防止が容易であり、その消耗部品の交換やメンテナンスも容易である。
【００６９】
本発明の実施の第２２の形態は、上記第１から第２１の形態の何れか一における定着装置を備えた画像形成装置である。
【００７０】
このような画像形成装置は、ウォームアップが早く、温度ムラが小さく、幅の狭い記録材を連続通紙させた場合の非通紙部分の過昇温を防止し、印加電力の低減が可能である。
【００７１】
本発明の実施の第２３の形態は、励磁手段によって形成される磁界内に配設され、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱するローラであり、面上に色材で画像が形成されており当該ローラに接して移動する記録材をその色材がその記録材上に定着されるように加熱する発熱ローラである。その発熱ローラは、透磁性導電層と非磁性導電層とを有する。そして、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、移動する前記記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、前記透磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅よりも広く形成されており、前記非磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅より広くかつ前記透磁性導電層の幅よりも狭く、前記励磁手段の幅とほぼ等しく形成されている。
【００７２】
このような発熱ローラは、ウォームアップが早く、温度ムラが小さく、定着装置において幅の狭い記録材を連続通紙させた場合の非通紙部分の過昇温を防止し、印加電力の低減が可能である。
【実施例】
【００７３】
以下に、本発明に係る定着装置、画像形成装置および発熱ローラの実施例について図面を用いて詳細に説明する。なお、この実施例に本発明が限定されるものではない。
【００７４】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
【００７５】
同図に示すように、この画像形成装置の画像形成装置本体１００には、電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という）１０１が回転自在に配設されている。
【００７６】
図１において、感光ドラム１０１は、矢印の方向に所定の周速度で回転駆動されながら、その表面が帯電器１０２によってマイナスの所定の暗電位Ｖ０に一様に帯電される。
【００７７】
レーザービームスキャナ１０３は、図示しない画像読取装置やコンピュータ等のホスト装置から入力される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザービーム１０４を出力する。
【００７８】
一様に帯電された感光ドラム１０１の表面は、レーザービーム１０４によって走査露光される。これにより、感光ドラム１０１の露光部分は電位絶対値が低下して明電位ＶＬとなり、感光ドラム１０１の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器１０５のマイナスに帯電したトナーによって反転現像され、顕像（トナー像）化される。
【００７９】
現像器１０５は、回転駆動される現像ローラ１０６を備えている。
【００８０】
現像ローラ１０６は、感光ドラム１０１と対向して配置されており、その外周面にはトナーの薄層が形成される。現像ローラ１０６には、その絶対値が感光ドラム１０１の暗電位Ｖ０よりも小さく、明電位ＶＬよりも大きい現像バイアス電圧が印加されている。これにより、現像ローラ１０６上のトナーが、感光ドラム１０１の明電位ＶＬの部分にのみ転写されて、静電潜像が顕像化され、感光ドラム１０１上に未定着トナー像（以下、「トナー像」という）１１１が形成される。
【００８１】
一方、給紙部１０７からは、記録材としての記録紙１０９が給送ローラ１０８によって一枚ずつ給送される。
【００８２】
給送された記録紙１０９は、一対のレジストローラ１１０を経て、感光ドラム１０１と転写ローラ１１２とのニップに、感光ドラム１０１の回転と同期した適切なタイミングで送られる。これにより、感光ドラム１０１上のトナー像１１１が、転写バイアスが印加された転写ローラ１１２により、記録紙１０９に転写される。
【００８３】
このようにしてトナー像１１１が形成担持された記録紙１０９は、記録紙ガイド１１４により案内されて感光ドラム１０１から分離された後、加熱定着装置（以下、「定着装置」という）２００の定着部位に向けて搬送される。そして、この定着部位に搬送された記録紙１０９に、定着装置２００によってトナー像１１１が加熱定着される。
【００８４】
トナー像１１１が加熱定着された記録紙１０９は、定着装置２００を通過した後、画像形成装置本体１００の外部に配設された排紙トレイ１１５上に排出される。
【００８５】
記録紙１０９が分離された後の感光ドラム１０１は、その表面の転写残トナー等の残留物がクリーニング装置１１３によって除去され、繰り返し次の画像形成に供される。
【００８６】
図２および図３は本発明の実施例１に係る定着装置の構成を示す断面模型図である。これらの図で示すように、定着装置２００は、発熱手段２１０、加圧手段２２０、温度センサ２３０、および励磁手段２４０を有している。
【００８７】
発熱手段２１０は、少なくとも発熱ローラ２１１を含んでおり、発熱ローラ２１１は、直径が例えば４０ｍｍの円筒形状のローラで、断熱ブッシュ２１２を介して軸受２１３に支持され、トナー像が形勢担持された記録紙１０９を矢印方向へ搬送するように、回転する。
【００８８】
また発熱ローラ２１１は、少なくとも透磁性導電層（非磁性導電層との対比において高透磁性導電層とも呼ぶ）２１４と非磁性（本発明において非磁性とは透磁率が透磁性導電層のそれとは明らかな差をもって低いことをいう）導電層２１５が積層されて構成されている。より具体的には、図４は発熱ローラの表層部分を拡大した断面模型図であり、その図４に示すように、発熱ローラ２１１の中心軸に近い方から順に、高透磁性導電層２１４、非磁性導電層２１５、保護層２１６、および離型層２１７が積層されている。
【００８９】
高透磁性導電層２１４は、キュリー温度が所定の温度となるように設定された、整磁材料からなっており、例えば直径が４０ｍｍ、肉厚が０．６ｍｍ、全長が３８５ｍｍの中空円筒形状に成形されている。発熱ローラ２１１の熱容量を考慮すると、高透磁性導電層２１４を薄くして熱容量を小さくし、発熱ローラ２１１の温度を速やかに上昇させるのが望ましい。しかし、キュリー温度以下において、高透磁性導電層２１４の厚みが表皮深さより薄いと、磁力線（磁束）は高透磁性導電層２１４を貫通し、非磁性導電層２１５に浸透し、後述するように発熱量が減少し、昇温速度の低下等を招き、好ましくない。このため、高透磁性導電層２１４は、この層を形成する整磁金属の表皮深さよりも厚くしておくことが望ましい。具体的には、高透磁性導電層２１４の肉厚は、０．２ｍｍから１ｍｍであることが好ましい。
【００９０】
高透磁性導電層２１４を形成する整磁材料としては、例えば鉄とニッケルの合金または鉄とニッケルとクロムの合金などが用いられる。そして、これらの各金属の配合を調整することにより、整磁材料のキュリー温度を所定の温度に設定することができる。本実施例においては、高透磁性導電層２１４を形成する整磁材料のキュリー温度を、トナーの定着温度に近い２１０℃に設定してあるものとする。したがって、高透磁性導電層２１４は、温度が２１０℃以下では強磁性体としての特性を示すが、温度が２１０℃を超えると非磁性体としての特性を示す。この場合、整磁材料の固有抵抗は８１．５×１０-8Ωｍであった。なお、キュリー温度は２１０℃に限らず、他の温度に設定してもよい。
【００９１】
非磁性導電層２１５は、例えば固有抵抗が１．６８×１０-8Ωｍの銅などの非磁性材料からなっており、高透磁性導電層２１４の外周面にめっき、メタライジング等により、本装置において使用可能な最大サイズの記録材（最大記録材という。本実施例ではＡ３判紙）の通紙幅（本装置にて通紙されるときに、その走行方向に直交した方向線上の、記録材が通る範囲の長さ[幅]。最大幅とも、単に幅とも呼ぶ。なお、「最大記録材幅」は、最大記録材の通紙幅の意であり、本実施例ではＡ３判紙の短辺）より少し大きい３２０ｍｍの範囲に亘って加工が施された、肉厚が例えば０．０１５ｍｍの層である。
【００９２】
なお、非磁性導電層２１５の材料としては、固有抵抗が７×１０-8Ωｍ以下のものが望ましく、銅の他には固有抵抗が２．７×１０-8Ωｍのアルミニウム、６．１×１０-8Ωｍの亜鉛、１．６２×１０-8Ωｍの銀および２．３×１０-8Ωｍ金などでもよい。
【００９３】
また、非磁性導電層２１５の肉厚は０．０１５ｍｍから０．０６ｍｍ程度が望ましい。非磁性導電層２１５の肉厚については別途詳細に記載する。
【００９４】
保護層２１６は、非磁性導電層２１５の外周面にめっき、メタライジング等により非磁性層２１５と等しい幅で形成された、肉厚が例えば２μｍのニッケル層である。保護層２１６は、非磁性導電層２１５の表面を覆うことにより、非磁性導電層２１５の酸化を防止し、耐久性を向上するとともに、離型層２１７の密着性が向上し剥離を防止する。
【００９５】
なお、保護層２１６としては、ニッケルの代わりに、クロムや亜鉛などを用いた肉厚が３μｍ程度の薄膜を形成してもよい。保護層２１６の肉厚が１μｍ以下となると、酸化防止層としての働きが不十分になる場合がある一方、１０μｍを超えると、熱容量が大きくなりウォームアップに時間がかかってしまい、また、記録材通過時に定着温度維持するための印加電力が増加し好ましくない。
【００９６】
非磁性導電層２１５及び保護層２１６は、ともに同一幅で形成されており、それらの形成作業時においては、高透磁性導電層１４の両端部には形成されないようにマスキングすることが必要となる。本実施例では、形成幅が同一のためマスキングは共通で使用することが可能で、作業性が良好となり、加工コストの低減化が図られている。
【００９７】
離型層２１７は、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡ、またはＦＥＰなどのフッ素樹脂からなっており、保護層２１６の外表面に非磁性導電層２１４の幅と同じ３２０ｍｍの範囲に亘って形成された、肉厚が例えば２０μｍの層である。
【００９８】
なお、保護層２１６と離型層２１７との間にシリコーンゴム層を設けて、発熱ローラ２１１に弾力性を持たせてもよい。また、非磁性導電層２１５より広い範囲に亘って形成してもよい。
【００９９】
再度図２および図３を参照して、加圧手段２２０は、加圧ローラ２２１を、両端を図示しない軸受にて回転可能に支持するとともに、図示しない付勢手段により発熱ローラ２１１に圧接して記録紙１０９が通過するニップを形成する。
【０１００】
加圧ローラ２２１は、発熱ローラ２１１の回転に従動して、記録紙１０９を矢印方向へ搬送するように中心軸周りに回転（図では時計回り）する。ここでは、加圧ローラ２２１が発熱ローラ２１１の回転に従動するものとしたが、加圧ローラ２２１を回転させて発熱ローラ２１１を従動させてもよい。
【０１０１】
また、加圧ローラ２２１は、例えば硬度ＪＩＳＡ１０度のシリコーンゴムなどの熱伝導性が小さい弾性層２２２と芯金２２３よりなっており、弾性層の外径は３０ｍｍ、長さは３１５ｍｍに成形されており、小さな付勢力で所定のニップが形成される構成となっている。
【０１０２】
なお、弾性層２２２の材料としては、例えばフッ素ゴムおよびフッ素樹脂などの耐熱性樹脂や他のゴムあるいはスポンジなどの発泡性樹脂を単独あるいは積層して用いてもよい。また、耐摩耗性や離型性を高めるために、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、またはＦＥＰなどの樹脂やゴムを単独又は混合して弾性層２２２の外周面を被覆することが望ましい。
【０１０３】
弾性層の長さは最大記録材幅より大きく、前記非磁性導電層２１５の幅と同等又は小さいことが望ましい。
【０１０４】
励磁手段２４０は少なくとも図示しない電源と励磁コイルユニット２４１を含んでおり、励磁コイルユニット２４１は絶縁性保持部材２４２にコイル２４３が螺旋状に捲回されて発熱ローラ２１１内部に所定間隔を保って保持されている。コイル２４３は細い線材を束ねたリッツ線が好適である。
【０１０５】
励磁コイルユニット２４１は、図示しない電源から高周波電流が供給されることにより、発熱ローラ２１１を誘導加熱する。励磁コイルユニット２４１は、非磁性導電層２１５より僅かに狭い３１５ｍｍの範囲を加熱可能に構成されている。なお、励磁コイル２４１には絶縁性保持部材２４２の他に磁気回路の結合を高めるフェライト等からなるコア部材を用いてもよい。また、前記励磁コイル２４１のように磁束が発熱ローラ２１１の全周に亘るものや、発熱ローラ２１１の内面に対向する状態でリッツ線を発熱ローラ２１１の一端から他端に向かって捲回される構成のもの、あるいは、発熱ローラ２１１の内面の約１８０度の範囲に亘って対向するように捲回される構成のものでもよい。
【０１０６】
絶縁性保持部材２４２は、コイル２４３を保持すると共に、絶縁性を確保するものであり、本実施例の場合は、中空の軸となっており、連続動作時に中空内部に空気の流れを生じさせて、コイル２４３の発熱を低減することが可能な構成となっている。絶縁性保持部材２４２の形状は、中空の軸に限らず、中実の軸あるいは円弧状等コイル２４３の形状に合わせた形状でもよい。
【０１０７】
温度センサ２３０は、発熱ローラ２１１の外周面に当接して設けられ、発熱ローラ２１１の温度を検知する。温度センサ２３０によって発熱ローラ２１１の温度が検知されると、例えば図示しない制御部によって給送ローラ１０８による記録紙１０９の給送開始が指示されたり、図示しない電源から励磁手段２４０への交流電流の供給が制御されたりする。より具体的には、温度センサ２３０によって発熱ローラ２１１の温度がトナー像１１１の定着に適した温度になったことが検知された場合は、図示しない制御部によって給送ローラ１０８の動作開始が指示され、印字が開始される。また、温度センサ２３０によって発熱ローラ２１１の温度が所定の閾値よりも高くなったことが検知された場合は、図示しない電源から励磁コイルユニット２４１への交流電流の供給が制御される。
【０１０８】
次いで、上記のように構成された定着装置の動作について説明する。
【０１０９】
図５は発熱ローラ内を流れる誘導電流を説明するための図であり、図中のハッチングで示した部分に誘導電流が流れることを示している。
【０１１０】
まず、発熱ローラ２１１の温度がキュリー温度以下である場合について説明する。
【０１１１】
画像形成装置１００の電源切断時やスリープ状態時には、通常、定着装置２００の発熱ローラ２１１は、その温度が室温程度にまで低下し続け、本実施例のキュリー温度である２１０℃よりも大幅に低温となっている。そして、印字を行うために電源が投入されたりスリープ状態から復帰したりする際には、トナー像１１１の定着に適した温度にまで発熱ローラ２１１が昇温される。
【０１１２】
すなわち、図示しない電源から励磁手段２４０に電圧が印加され、交流電流が流れる。この交流電流の周波数は、２０〜１００ｋＨｚであることが望ましい。本実施例においては、この周波数を２０〜６０ｋＨｚとした。励磁コイル２４１に交流電流が流れることにより、励磁コイル２４１により発生した磁束は、高透磁性導電層２１４と鎖交し、表皮効果によって高透磁性導電層２１４の内周面付近、図５（ａ）のハッチングで示した部分に誘導電流を誘導し、ジュール熱によって高透磁性導電層２１４が発熱する。
【０１１３】
発熱ローラ２１１全体が昇温してトナー像１１１の定着に適した定着温度にまで加熱されると、温度センサ２３０によって発熱ローラ２１１の温度が検知され制御回路によって昇温を停止し、定着温度を保つように制御される。本実施例では定着温度を１８０℃に設定（定着設定温度）し、励磁手段２４０に約１２００Ｗの電力を投入することで最大記録材幅（Ａ３）の全幅を常温２５℃から約２４．５秒で定着温度まで昇温させることができた。
【０１１４】
次に連続して記録材を通過させる場合の動作を説明する。
【０１１５】
図６はサイズの異なる記録紙１０９を毎秒４４０ｍｍの速度（Ａ４判紙では毎分６３枚、Ａ３判紙では毎分４２枚）で連続通紙させた場合の発熱ローラ幅方向の温度分布を示した図である。
【０１１６】
最大記録材幅（本実施例ではＡ３サイズ）を連続通過させた場合は図６に破線で示したようにＡ３幅全体がほぼ均一な１８０℃に保たれる。これは発熱ローラ２１１の幅全体に亘って記録材が接触し、通過幅全面から熱を奪うためである。
【０１１７】
一方、サイズの小さいＡ４縦を連続通紙させると、温度分布は図６に実線で示したようになる。
【０１１８】
すなわち、記録紙１０９の接触するＡ４縦幅内は１８０℃の一定温度に制御されるが、Ａ４幅の外側は記録紙１０９が接触することは無く熱を奪われない。ここで、励磁手段２４０による電力は記録材幅より僅かに広い範囲に投入されているので、その結果、発熱ローラ２１１は、Ａ４縦幅の外側では急激に温度が上昇し、キュリー温度に近づいていく。
【０１１９】
しかし、発熱ローラ２１１は、温度がキュリー温度に近づくと、その部分の透磁率が急激に低下して磁性を無くし、その結果励磁コイル２４１の発生する磁束は高透磁性導電層２１４を貫通し、外周面に形成されている非磁性導電層２１５に浸透する。図５（ｂ）のハッチングで示した部分は、この状態における、励磁コイル２４１の発生する磁束により誘起される誘導電流の流れる部分を示し、図５（ｂ）は高透磁性導電層２１４のみならず、非磁性導電層２１５においても誘導電流が流れることを示している。そして、この誘導電流により磁束を打ち消す方向に反発磁界が発生し、励磁コイル２４１による磁束を大幅に減衰させる。その結果、発熱ローラ２１１は、非磁性導電層２１５の固有抵抗は１．６８×１０-8Ω・ｍと高透磁性導電層２１４の固有抵抗８１．５×１０-8Ω・ｍより格段に小さいことと相まって、Ａ４縦幅外の発熱が大幅に低減され、それ以上の温度上昇は無く過昇温が防止される。
【０１２０】
本実施例では、毎分６３枚の連続出力時に図６の実線で示したように２０５℃に抑えることができ、記録材の通過する間隔を長くしたり、連続通過させる枚数を制限することなく連続出力が可能になった。
【０１２１】
ここで、本実施例では、非磁性導電層２１５の形成範囲は３２０ｍｍと最大記録材幅より大きく、また励磁コイルユニット２４１の加熱可能範囲３１５ｍｍよりも大きく、加圧ローラ２２１の弾性層２２２の全長３１５ｍｍより大きい。
【０１２２】
したがって、発熱ローラ２１１の記録材の通過しない部分の温度が上昇し、キュリー温度を超えて磁束が高透磁性導電層２１４透過した場合に、非磁性導電層２１５の形成された範囲の方が加熱可能範囲つまり磁束の発生範囲より大きいので、確実に非磁性導電層２１５で磁束を低減させて過昇温を抑制できる結果、加圧ローラ２２１の端部が異常な高温となって破損することがない。さらに、非磁性導電層２１５より加圧ローラ２２１の弾性層２２２の方が短いので、非磁性導電層２１５の端部が加圧ローラ２２１の弾性層２２２と圧接して弾性層２２２を傷つけることがない。
【０１２３】
なお、本実施例では  Ａ４縦サイズの記録材通過のみを示したが、記録材のサイズはこれに限定されることは無くあらゆるサイズでこの原理は働き、自動的に記録材幅外の過昇温が抑えられることは言うまでもない。
【０１２４】
また、記録材幅外の温度は連続通過の速度、記録材の通過間隔、記録材の厚みに影響される。これは励磁コイル２４１全体に投入される電力がこれらの条件によって大きく左右されるからである。しかし、ほとんどの場合キュリー温度以下に過昇温を抑制することが出来、ゴム材の寿命の低下や、軸受の損傷を発生することもなく信頼性の高い定着器を実現できる。
【０１２５】
次に本実施例に用いた発熱ローラ２１１の磁気特性とウォームアップ時間、幅の狭い記録材を連続通過させた時の過昇温の関係を詳細に説明する。
【０１２６】
図７は本実施例に用いた整磁材料からなる発熱ローラ２１１の加工直後の比透磁率の温度特性を示したものである。なお、比透磁率の温度特性は４５Ａ／ｍ、３０ｋＨｚ交流磁場の条件下での測定値を示す。
【０１２７】
発熱ローラ２１１は厚み約１ｍｍの板材からなる整磁材料をロール状に曲げて溶接し、端部をカップ状に加工し、これをスピニング加工により薄肉化し、直径４０ｍｍ、厚み０．６ｍｍ、長さ３８５ｍｍのローラ形状としたものである。加工法としてはもちろんこれに限定されるものではなく、ロール状に曲げて溶接後しごきにより管材を薄肉化するアイアニング加工や、引抜加工によって一次仕上げ後、機械加工により外形を仕上げて薄肉円筒体にする方法などがある。いずれにしても肉厚の薄い管材にする場合、整磁材料に塑性加工を施し、強い機械的ストレスを掛けることでその磁気特性が大きく変化してしまう。
【０１２８】
図７はこのスピニング加工を施した直後の特性であり、比透磁率は、Ｔｓで示す１６８℃近辺から低下を初めキュリー温度Ｔｃ＝２２２℃でほぼ非磁性となる。なお、比透磁率が半減する値Ｔｈは２０４℃であった。Ｔｓは、整磁材料の比透磁率が低下し始める温度を意味する。
【０１２９】
次に、この加工直後の発熱ローラ２１０を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下８００℃で1時間保持した後２００℃以下に徐冷するアニール処理を施したものが図８にその特性を示す本発明の発熱ローラ２１１である。図７と比較して解るようにアニール処理後は透磁率の変化が急峻になり半減値Ｔｈは２０５℃でアニール前とほぼ同じであるがキュリー温度Ｔｃは２１０℃、比透磁率の低下し始める温度Ｔｓは１９５℃となった。
【０１３０】
ここで、前記非磁性導電層２１５は本アニール処理後に形成し、その後保護層２１６および離型層２１７を形成する。
【０１３１】
このアニール処理前後の発熱ローラ２１１を用いた時のウォームアップ時間の比較を図９に示す。図９においては本発明のアニール処理後の発熱ローラ２１１を用いた場合のウォームアップ時間は実線で、アニール前の発熱ローラ２１１を用いた場合を破線で示してある。実線で示した本発明の発熱ローラ２１１では前述したように２４．５秒で１８０℃に到達したが、破線で示すアニール処理前の発熱ローラ２１１では１６０℃近辺から昇温カーブが緩やかになり１８０℃に到達するまでに約３２秒を要した。これはアニール処理前の発熱ローラ２１１では、前記Ｔｓ（１６８℃）が定着設定温度（１８０℃）よりも低い値となっており、１６８℃近辺の早い段階で磁気特性の変化が現れるため強い磁場のもとでは早い段階から高透磁性導電層２１４を貫通する磁束が増加し始め、非磁性導電層２１５に磁界が浸透し、誘導電流が流れることによる反発磁界により磁束密度が低下し、高透磁性導電層と励磁手段の磁気結合が弱まり発熱効率が低下するものと考えられる。
【０１３２】
次に、この両者を用いてＡ４縦サイズの記録材を連続通過させた結果、同一の条件下でアニール処理後の発熱ローラ２１１を用いた場合、記録材紙幅外の過昇温は２０５℃以下であったが、アニール処理前の発熱ローラ２１１を用いた場合は２３０℃近くまで上昇した。これは記録材通過領域内の温調が１８０℃であり、この時すでに発熱ローラ２１０の全域で貫通する磁束の割合が増加しており、Ａ４縦幅相当部分の発熱効率が低下して結果として温調に必要な電力が増大したことと、通紙部と非通紙部の磁気的結合の差がつきにくくなったものと考えられる。
【０１３３】
以上のことから比透磁率の低下し始める温度Ｔｓは、定着設定温度よりもできるだけ高い温度に設定することが望ましいが、これに合わせてキュリー温度を高く設定すると記録材幅外の過昇温が高くなり過ぎ好ましくない。キュリー温度としては加圧ローラ２２１に用いられるシリコーンゴム材の耐熱温度を考慮して２２０℃以下のできるだけ低い温度であることが望ましい。
【０１３４】
本発明者らは、非磁性導電層２１４の厚みを変えた発熱ローラ２１１でＡ４縦方向およびＡ４横方向の記録材を連続通紙させて、発熱ローラ２１１軸方向の温度分布、定着温度に昇温するまでのウォームアップ時間、並びに平均印加電力の比較検討を行った。
【０１３５】
ここで、図１０は前記の非磁性導電層２１５の厚みを変えて、Ａ４縦方向の記録材を連続５００枚連続通過させた場合の発熱ローラ２１１の軸方向温度分布を示し、図１１は、同様に非磁性導電層２１５の厚みを変えた場合、１８０℃に昇温するまでのウォームアップ時間を示し、図１２は、Ａ４横方向およびＡ４縦方向の記録材を各々５００枚連続で通過させた場合の平均印加電力を示す。
【０１３６】
図１０から判るように、非磁性導電層２１５のない場合は、記録材非通過部分の温度は２４０℃を越えているが、非磁性導電層２１５の厚みが０．０１５ｍｍから０．０８ｍｍの場合は２０５℃でほぼ飽和している。本発明者らは、非磁性導電層２１５の厚みが、０．０８ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０１５ｍｍの３種類について実験を行い、非通過部分の温度はいずれも２０５℃付近で飽和しており、０．０１５ｍｍの厚みがあれば、非通過部分の過昇温の抑制に大きな効果があることを見出した。
【０１３７】
一般に非磁性導電層２１５は電磁誘導により発熱しにくいとされていたが、その肉厚を適切な厚みにすることにより抵抗が大きくなり、発熱することが知られている。また、本実施例のように非磁性導電層２１５により磁束を制限したり、あるいは遮蔽したりする場合にはその厚みはある程度の厚みがないと非磁性導電層２１５が発熱し記録材非通過部分の温度が高くなりすぎたり、あるいは励磁コイル２４１付近の温度が高くなりすぎて励磁コイル２４１の絶縁層の絶縁性が損なわれる等の弊害があるとされていた。
【０１３８】
本発明者らは本実施例において、非磁性導電層２１５の肉厚が０．０１５ｍｍあれば記録材非通過部分の過昇温が起こらないことを見出した。非磁性導電層２１５の肉厚は薄いほど抵抗が大きくなり、発熱しやすくなるが、高透磁性導電層２１４と密着しており、ある程度は高透磁性導電層２１４に熱が移動し、また大気中に放出し、印可する電力による発熱とバランスしているものと推察される。
【０１３９】
非磁性導電層２１５の厚みと昇温に要する時間の関係は、図１１に示すように、非磁性導電層２１５の厚みの増加と共に昇温時間は長くなり、非磁性導電層２１５の厚みが０．０６ｍｍの場合、非磁性導電層２１４がない場合に比較して約１．５秒長くなっているが、室温から約２５．５秒で定着温度に昇温しており、実使用上の影響は軽微である。
【０１４０】
図１２は、記録材を５００枚連続で通過させた場合の平均印加電力と非磁性導電層の厚みの関係を示す。
【０１４１】
図１２において、破線はＡ４横方向通紙、実線はＡ４縦方向通紙時の平均印加電力と非磁性導電層の厚みの関係を示し、Ａ４横方向通紙の場合、非磁性導電層２１５の厚みが０．０３ｍｍの場合、非磁性導電層２１５がない場合と比較して、約９Ｗ増加しており、非磁性導電層２１５の厚みが０．０６ｍｍの場合は約２０Ｗ、０．０８ｍｍの場合は約２７．６Ｗ増加している。また、Ａ４縦方向通紙の場合の平均印加電力は、非磁性導電層２１５の厚みが０．０３ｍｍの場合、非磁性導電層２１５がない場合と比較して約３１Ｗ低下している。非磁性導電層２１５の厚みが０．０６ｍｍの場合、非磁性導電層がない場合とほぼ同じで、非磁性導電層２１５の厚みが０．０８ｍｍの場合は約２７Ｗ非磁性導電層２１５がない場合と比較して増加している。これは、Ａ４横方向の場合は非磁性導電層２１５の厚さ分熱容量が増加し、温度を維持する電力が増加しており、Ａ４縦方向の場合は、非磁性導電層２１５のない場合、記録材非通過部分が２４０℃を越える温度となっており、その昇温に電力を消費しているためと思われる。非磁性導電層２１５の厚みが０．０３ｍｍの場合は、熱容量は増加しているが、記録材非通過部分の温度は２０５℃で平衡しており、その結果電力が低減されているものと推察される。また、非磁性導電層２１５の厚みが０．０８ｍｍの場合は、記録材非通過部分が２０５℃で平衡して電力を軽減させている分を、熱容量の増加による負荷増加の影響が上回り、電力が増加しているものと推察される。
【０１４２】
非磁性導電層２１５の厚みを０．０１５ｍｍから０．０６０ｍｍに設定することにより、小サイズの記録材を通過させる場合、非磁性導電層２１５がない場合と同等又は少ない電力で定着温度に発熱ローラを維持することが可能で、しかも小サイズの記録材が通過しない領域の過昇温が防止できる。非磁性導電層２１５の厚みが０．０６ｍｍより厚いと、非通過部分の過昇温は防止できるが、印加電力が増加する。
【０１４３】
本実施例では、Ａ４横方向とＡ４縦方向の記録材について記載したが、他の記録材についても印加電力の増減量に差は現れるが、同様の傾向となることは言うまでもない。
【０１４４】
次に、図１３はＡ４横方向連続通過時の発熱ローラ２１１の軸方向温度分布を示し、実線は前記の非磁性導電層２１４の厚みを０．０３ｍｍとし、その長さを３２０ｍｍとした場合、破線は高透磁性導電層２１４の発熱ローラ２１１の全長に亘って形成した場合の温度分布を示す。図１３から判るように、非磁性導電層２１４を発熱ローラ２１０の全長に亘って形成した場合、両端部の温度が低下しており、通過する最大記録材の幅より僅かに大きい３２０ｍｍの範囲に非磁性導電層２１４を形成した場合は、記録材のほぼ全幅に亘って均一な温度分布を示している。
【０１４５】
前記発熱ローラ２１１は、キュリー温度が２１０℃に調整された整磁金属で構成されており、その熱伝導率は１３Ｗ／ｍ・Ｋと小さく、非磁性導電層２１５として形成した銅の熱伝導率は３９８Ｗ／ｍ・Ｋと大きい。全長に亘って非磁性導電層２１５を形成した場合は、前記励磁コイル２４１による発熱部分以外の、発熱ローラ２１１両端部に向かって非磁性導電層２１５を通って熱が移動し、軸受２１３等を通じて熱が流出し、記録材幅内の両端部において温度ムラが発生している。非磁性導電層２１５を３２０ｍｍの範囲に形成した場合は、非磁性導電層２１５の範囲外は、熱伝導率の小さい整磁材料を通じて熱が移動するのみであり、端部からの熱流出は極端に小さくなり、温度ムラは発生しなかった。
【０１４６】
非磁性導電層２１５の幅を最大記録材の幅と等しく形成すると、記録材相当幅の端部において、記録材の通過位置の変動や、励磁コイル２４１による磁界発生幅変動があった場合、非磁性導電層２１５により低減することができず、温度ムラが発生する場合があり、非磁性導電層２１５の幅は、最大記録材より僅かに大きいことが望ましい。
【０１４７】
発熱ローラ２１１の全幅に非磁性導電層２１５を形成した場合、温度ムラがないように励磁コイル２４１の発生磁束分布を調整することは可能であるが、その場合は非磁性導電層２１５を最大記録材幅より僅かに大きく形成した場合に比べて、印加電力が増加する。
【０１４８】
また、励磁コイル２４１による発生磁界のバラツキによる温度ムラについても、熱伝導率の大きな非磁性導電層２１４を形成することにより低減可能である。
【０１４９】
非磁性導電層２１４を形成された範囲は、励磁コイル２４１の発生磁束にムラがあってもその高熱伝導性により、温度ムラが軽減されることは言うまでもない。
【０１５０】
非磁性導電層２１４について、銅を使用した場合について説明したが、銅に限定されるものではなく、熱伝導率が２３７Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウム、１１４．３Ｗ／ｍ・Ｋの亜鉛、８７．９Ｗ／ｍ・Ｋのニッケル、２９４Ｗ／ｍ・Ｋの金、４１８Ｗ／ｍ・Ｋの銀等でも同様の効果は得られる。それぞれの金属において、固有抵抗、熱伝導率が異なり、前述の効果が得られる厚みは異なる。本発明者らの実験では、銅の場合は０．０１５ｍｍから０．０６０ｍｍ、アルミニウムの場合は０．０２５ｍｍから０．０６０ｍｍ、亜鉛の場合は０．０５５ｍｍから０．０６０ｍの場合に、同様な効果が得られることが判った。
【０１５１】
以上のように、キュリー温度を所定の温度に設定された整磁材料からなる高透磁性導電層２１４からなる発熱ローラ２１１に最大記録材より僅かに広い範囲に非磁性導電層２１５の薄膜を形成することにより、迅速な立ち上がりが可能で、記録材幅外の過昇温を防止しつつ、温度ムラの防止及び端部への熱流出を防止し、印加電力が低減できるものである。
【０１５２】
また、励磁手段２４０が発熱ローラ２１１の内部に配置されており、発熱ローラ２１１表面に付着残留したトナーを除去するクリーニング手段や記録材の分離手段の配置が容易であり、小型化が可能な定着装置が実現できる。
【０１５３】
（実施例２）
本発明の実施例２の特徴は、発熱ローラ２１１の外部に励磁手段２４０を配置し、キュリー温度を設定した整磁材料からなる高透磁性導電層２１４の内面に非磁性導電層２１５を形成し、励磁手段２４０の発熱防止と発熱ローラ２１１の保守性を改善することである。
【０１５４】
本実施例に係る画像形成装置の概略構成は、実施例１（図）と同様であるため、その説明を省略する。本実施例においては、定着装置の構成のみが実施例１と異なっている。
【０１５５】
図１４および１５は本実施例に係る定着装置の構成を示す断面模型図である。これらの図において、実施例１に係る定着装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１５６】
発熱ローラ２１１は直径が例えば３４ｍｍの円筒形状のローラで、トナー像が形成担持された記録材１０９を矢印方向へ搬送するように中心軸周りに回転（図では反時計回り）する。
【０１５７】
また発熱ローラ２１１は主に高透磁性導電層２１４と非磁性導電層２１５が積層されて形成されているが、非磁性導電層２１５が高透磁性導電層２１４で形成されたローラの内面に形成されている点が、実施例１と異なっている。
【０１５８】
高透磁性導電層２１４はキュリー温度が２１０℃に設定された整磁金属よりなり、直径３４ｍｍ、肉厚０．３ｍｍ、全長３８５ｍｍの中空円筒形状に成形されている。
【０１５９】
非磁性導電体２１５は肉厚が例えば０．０３ｍｍの銅からなり、高透磁性導電層２１４からなる中空円筒の内面にメッキにより形成されている。その幅は最大記録材より僅かに広い３２０ｍｍの範囲に亘って形成されている。
【０１６０】
保護層２１６は例えば肉厚３μｍのニッケルよりなり、非磁性導電層２１５の表面（この場合は内面側）に非磁性導電層２１５と同一範囲に亘って形成されている。
【０１６１】
励磁手段２４０は少なくとも発熱ローラ２１１の外部に配置された励磁コイルユニット２４１と、図示しない電源を含んでいる。
【０１６２】
励磁コイルユニット２４１はコイル２４３とコア部材２４４とを含んでおり、発熱ローラ２１１の約半周にリッツ線を周回させて形成されており、図示しない電源により交流電流が流れることにより、周囲に磁界を発生させる。
【０１６３】
コア部材２４４は例えばフェライトやパーマロイなどの透磁率および固有抵抗が高い磁性材料によって形成され、コイル２４３を覆うように配置される。コア部材２４４はコイル２４３によって発生する磁束のうち発熱ローラ２１１とは反対側に発生する磁束の通路となる。
【０１６４】
励磁コイルユニット２４１による磁界は非磁性導電層２１４の幅より僅かに狭い３１５ｍｍの範囲に亘って発生可能に構成されている。
【０１６５】
なお、本実施例に係る励磁コイルユニット２４１は発熱ローラ２１１の外部から発熱ローラ２１１を励磁するため、消耗品である発熱ローラ２１１などの部品の交換やメンテナンスの作業効率が良好である。
【０１６６】
次いで上記のように構成された定着装置の発熱の原理について説明する。
【０１６７】
本実施例においても発熱ローラ２１１の温度がキュリー温度以下である場合は、励磁手段２４０に交流電流が流れることにより、励磁コイルユニット２４１の周囲に磁束が発生する。発生した磁束は、高透磁性導電層２１４と鎖交し、表皮効果により高透磁性導電層２１４の表面に誘導電流を誘導し、ジュール熱によって高透磁性導電層２１３の表面を発熱させる。
【０１６８】
一方、発熱ローラ２１１の温度が上昇し、キュリー温度を超えた場合は、高透磁性導電層２１４が非磁性となって磁束がこの層を貫通する。高透磁性導電層２１４を貫通した磁束は、非磁性導電層２１５に浸透し、誘導電流を誘導し、この誘導電流が磁束を打ち消す方向に作用して反発磁界を発生させ、その結果、励磁コイル２４１による磁束を大幅に減衰させ、磁束密度が低下して発熱量が低下する。よって最大記録材幅より小さなサイズの記録材を通過させても、非通過部分が異常に高温になることはない。また、非磁性導電層２１５は最大記録材幅より僅かに広く形成され、誘導コイルユニット２４１による磁束発生幅は最大記録材幅より広く、非磁性導電層２１５より僅かに狭く形成されており、非磁性導電層２１５の熱伝導率は大きいため、最大記録材幅内の温度ムラが低減される一方、高透磁性導電層２１４である整磁材料の低熱伝導性により、端部への熱流出は僅かとなり、最大記録材幅より僅かに広い範囲を効率的に加熱できるため、印加電力の更なる低減が可能である。
【０１６９】
（実施例３）
本発明の実施例３の特徴は、内部に配置した励磁手段２４０と、発熱ローラ２１１に代わり固定した発熱手段２５０と、発熱手段２５０に対し定着ベルト２６０を挟んで加圧し、ニップを形成する加圧手段２２０とを有したベルト方式の定着装置において、幅の狭い記録材通過時の非通過部過昇温の防止と、印加電力低減を図ることである。
【０１７０】
本実施例に係る画像形成装置の概略構成は、実施例１（図１）と同様であるため、その説明を省略する。本実施例においては、定着装置の構成のみが実施例１と異なっている。
【０１７１】
図１６は本実施例に係る定着装置の構成を示す断模型図である。この図において、実施例１に係る定着装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１７２】
発熱手段２５０は少なくとも円弧状に成形され、定着ベルトと接触し熱を伝える発熱板２５１を含んでいる。発熱板２５１は、定着ベルト２６０の全周の約３分の１の長さで接触可能に成形されている。発熱板２５１はキュリー温度を設定された整磁材料からなる高透磁性導電層２５２と、高透磁性導電層２５２を挟んでコイルと対向する側（この場合は外側）に形成された非磁性導電層２５３よりなっている。高透磁性導電層２５２の肉厚は例えば０．６ｍｍに成形されている。非磁性導電層２５３は例えば、肉厚０．０３ｍｍのアルミニウムが最大記録材幅より僅かに大きい３２０ｍｍの範囲に形成され、所定の位置に固定されている。
【０１７３】
非磁性導電層２５３の外側にはニッケルからなる保護層２５４が形成されている。保護層２５４は非磁性導電層２５３の酸化を防止し、ベルトとの接触による発熱手段２５０の摩耗を防止し、摩擦係数を小さくしてベルトの蛇行や片寄りを防止する。ニッケルの代わりに、クロム、亜鉛、またはフッ素系樹脂を単体あるいは積層してもよい。
【０１７４】
定着ベルト２６０は発熱手段２５０と案内部材２７０により案内され、発熱手段２５０と加圧手段２２０の圧接部でニップを形成し、加圧手段２２０により回転を伝えられる。定着ベルト２６０は直径４５ｍｍ、厚さ８０μｍの耐熱性があるポリイミド樹脂を基材とし、基材の表面に肉厚１５０μｍのシリコーンゴム層と肉厚３０μｍのフッ素樹脂からなる離型層が被覆されて形成されている。なお、定着ベルト２６０の寸法や材質は上記に限定されるものではなく、基材としてはポリイミド樹脂の他にフッ素樹脂やＰＰＳ樹脂などを用いてもよいし、薄い金属を用いてもよい。また離型層としてＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰおよびフッ素ゴムなどの離型性が良好な樹脂やゴムを単独または混合して用いてもよい。
【０１７５】
励磁手段２４０は少なくとも定着ベルト２６０の内部に配置された励磁コイルユニット２４１と、図示しない電源を含んでいる。励磁コイルユニット２４１はコイル２４３とコア部材２４４を含んでおり、定着ベルト２６０の約３部の１周にリッツ線を周回させて形成され、前記発熱板２５１と所定の間隔となるよう保持され、図示しない電源により交流電流が流れることにより、周囲に磁束を発生させて磁界を形成する。コア部材２４４は例えばフェライトやパーマロイなどの透磁率および比抵抗が高い磁性材料によって形成され、コイル２４３に対向するように略Ｔ字形をなしている。コア部材２４４はコイル２４３によって発生する磁束のうち発熱手段２５０とは反対側に発生する磁束の通路となる。
【０１７６】
次いで、上記のように構成された定着装置の動作について説明する。
【０１７７】
本実施例においても発熱手段２５０がキュリー温度以下にある場合は、励磁手段２４０に交流電流が流れることにより、励磁コイルユニット２４１の周りに磁束が発生する。発生した磁束は発熱板２５１の高透磁性導電層２５２と鎖交し、表皮効果により、高透磁性導電層２５２の励磁コイルユニット２４１と対向した表面付近を発熱させる。発熱手段２５０に発生した熱は定着ベルト２６０を介して加圧手段２２０とのニップ部に伝わる。
【０１７８】
一方幅の狭い記録材を連続通過させると、記録材の非通過部分は温度が上昇しキュリー温度を超える。その場合、発熱板２５０の高透磁性導電層２５２が非磁性となって磁束がこの層を貫通する。高透磁性導電層２５２を貫通した磁束は、非磁性導電層２５３に浸透し、誘導電流を誘導し、この誘導電流は磁束を打ち消す方向に作用して反発磁界を発生し、その結果、磁束密度が低下して発熱量が低下する。よって全幅より小さなサイズの記録材を通過させても、非通過部分が異常に高温になることはない。また、非磁性導電層は最大記録材幅より僅かに広く形成されてあり、非磁性導電層を通じて端部へ熱が流出することがなく、温度ムラがなく、印加電力が低減できる。本実施例では、発熱板の熱容量が小さく、ウォームアップ時間の短縮、印加電力の低減が可能である。
【０１７９】
（実施例４）
本発明の実施例４の特徴は、励磁手段２４０を外部に配置し、加圧ローラ２２１が定着ローラ２８０に対して定着ベルト２６０を挟んで加圧してニップを形成する点が実施例３と異なるのみで、固定した発熱手段２５０と、発熱手段２５０で発生した熱を定着ベルト２６０により加圧手段２２０との接触部に伝達するベルト方式の定着装置において、小サイズ記録材通過時の非通過部過昇温の防止と、印加電力低減を図るものである。
【０１８０】
本実施例に係る画像形成装置の概略構成は、実施例１（図１）と同様であるため、その説明を省略する。本実施例においては、定着装置の構成のみが実施例１と異なっている。
【０１８１】
図１７は本実施例に係る定着装置の構成を示す断面図である。これらの図において、実施例３に係る定着装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１８２】
定着ベルト２６０は発熱手段２５０と定着ローラ２８０に張架された無端状のベルトで、発熱手段２５０で発生した熱を定着ローラ２８０および加圧手段２２０によって形成されるニップ部へ伝達する。
【０１８３】
定着ローラ２８０は直径が例えば３０ｍｍの円筒形状のローラで、定着ベルト２６０を介して加圧手段２２０に圧接し記録材が通過するニップ部を形成する。そして、定着ローラ２８０は加圧手段２２０の回転による定着ベルト２６０の移送に従動して記録材を搬送するように中心軸周りに回転する。定着ローラ２８０は例えば硬度ＪＩＳ−Ａ１０度のシリコーンゴムなど熱伝導性が小さい材料によって成形されている。なお、定着ローラ２８０はシリコーンゴムを発泡させたものを用いてもよい。
【０１８４】
発熱手段２５０は少なくとも例えば円弧状に形成された発熱板２５１を有しており、発熱板２５１はキュリー温度を設定された整磁材料からなる高透磁性導電層２５２と、高透磁性導電層２５２を挟んで励磁コイルユニット２４１と対向する側（この場合は内側）に形成された非磁性層２５３よりなっており、所定位置に保持されている。高透磁性導電層２５２の肉厚は例えば０．６ｍｍに形成されている。非磁性導電層２５３は例えば、肉厚３０μｍのアルミニウムが最大記録材幅より僅かに大きい３２０ｍｍの範囲に形成されている。
【０１８５】
非磁性導電層２５３の外側にはニッケルからなる保護層２５４が形成されているが、この保護層は２５４実施例１に係る保護層２１６と同様である。
【０１８６】
励磁手段２４０は少なくとも定着ベルト２６０の外部に配置された励磁コイルユニット２４１と、図示しない電源を含んでいる。励磁コイルユニット２４１はコイル２４３とコア部材２４４を含んでおり、発熱手段２５０の略１６０度の範囲にリッツ線を周回させて形成されており、図示しない電源により交流電流が流れることにより、周囲に磁界を発生させる。コア部材２４４は例えばフェライトやパーマロイなどの透磁率および比抵抗が高い磁性材料によって形成され、コイル２４３を覆うように配置される。コア部材２４４はコイル２４３によって発生する磁束のうち発熱手段２５０とは反対側に発生する磁束の通路となる。
【０１８７】
なお、本実施例に係る励磁コイルユニット２４１は定着ベルト２６０の外部から発熱板２５１を励磁するため、消耗品である定着ベルト２６０などの部品の交換やメンテナンスの作業効率が良好である。また、本実施例に係る構成は、発熱部とニップ部が分離されており、それぞれ最適な設定が可能な構成となっている。
【０１８８】
次いで、上記のように構成された定着装置の動作について説明する。
【０１８９】
本実施例においても発熱手段がキュリー温度以下にある場合は、励磁手段２４０に交流電流が流れることにより、励磁コイルユニット２４１の周りに磁束が発生する。発生した磁束は表皮効果により、発熱板２５１を構成する高透磁性導電層２５２の励磁コイルユニット２４１と対向した表面付近を発熱させる。発熱手段２５０に発生した熱は定着ベルト２６０を介して加圧手段２２０とのニップ部へ伝達される。
【０１９０】
一方、小サイズの記録材を連続通過させると、記録材の非通過部分は温度が上昇し、キュリー温度を超える。その場合、高透磁性導電層２５２が非磁性となって磁束がこの層を貫通する。高透磁性導電層２５２を貫通した磁束は、非磁性導電体２５３に浸透して誘導電流を誘導し、この誘導電流は磁束を打ち消す方向に作用して反発磁界を発生し、その結果磁束密度が低下して発熱量が低下する。よって、全幅より小さなサイズの記録材を通過させても、非通過部分が異常に高温になることはない。また、非磁性導電層２５３は最大記録材幅より僅かに広く形成されてあり、非磁性導電層２５３を通じた端部への熱流出はごく僅かで、温度ムラがなく、印加電力が低減できる。本実施例では、発熱板の熱容量が小さく、ウォームアップ時間の短縮、印加電力の低減が可能である。
【０１９１】
（実施例５）
本発明の実施例５の特徴は、発熱ローラ２１１の発熱層の肉厚を薄くし、軸および断熱支持層にて発熱層を支持する構成とした点が実施例２と異なるのみで、小サイズ記録材通過時の非通過部過昇温の防止と、印加電力低減を図るものである。
【０１９２】
本実施例に係る画像形成装置の概略構成は、実施例１（図１）と同様であるため、その説明を省略する。本実施例においては、定着装置の構成のみが実施例１と異なっている。
【０１９３】
図１８および１９は本実施例に係る定着装置の構成を示す断面図である。これらの図において、実施例２に係る定着装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１９４】
発熱手段２１０は、内側から順に回転自在に支持された軸２６２と、断熱支持層２６３と、発熱層２６１を備えた発熱ローラ２７０よりなり、発生した熱を加圧手段２２０の圧接によって形成されるニップ部へ伝達する。
【０１９５】
発熱層２６１は、少なくともキュリー温度を設定された整磁材料からなる高透磁性導電層２６４と、非磁性導電層２６５と保護層２６６、および離型層２６７を含んでいる。高透磁性導電層２６４は、例えば直径は３４ｍｍ、肉厚は０．２ｍｍの薄肉円筒状に成形されている。
【０１９６】
非磁性導電層２６５は高透磁性導電層２６４の内面に、銅を肉厚０．０１５ｍｍで３２０ｍｍの範囲に亘ってメッキにて形成されている。
【０１９７】
保護層２６６は非磁性導電層２６５の内面に３２０ｍｍの範囲に亘って形成されている。
【０１９８】
離型層２７６は高透磁性導電層２６４の外周面に全幅に亘って形成されている。また高透磁性導電層２６４と離型層２７６の間にシリコーンゴム等の弾性層を設けてもよい。
【０１９９】
断熱支持層２６３はシリコーンスポンジよりなり、上記軸２６２と発熱層２６１の間に配置され、加圧手段２２０の圧接により発熱層２６１が撓んで破壊することのないように支持し、幅広いニップを形成させている。なお、断熱支持層２６３はシリコーンスポンジに限らず、フッ素ゴム等の樹脂でもよい。
【０２００】
次いで、上記のように構成された定着装置の動作について説明する。
【０２０１】
本実施例においても発熱手段２１０がキュリー温度以下にある場合は、励磁手段２４０に交流電流が流れることにより、励磁コイルユニット２４１の周りに磁束が発生する。発生した磁束は表皮効果により、発熱層２６１の高透磁性導電層２６４のコイルと対向した表面付近を発熱させる。
【０２０２】
一方幅の狭い記録材を連続通過させると、記録材の通過部分は温度が上昇しキュリー温度を超える。その場合、高透磁性導電層２６４が非磁性となって磁束がこの層を貫通する。高透磁性導電層２６４を貫通した磁束は、非磁性導電層２６５に浸透して誘導電流を誘導し、この誘導電流が磁束を打ち消す方向に作用して反発磁界を発生させ、その結果磁束密度が低下して発熱量が低下する。よって全幅より小さなサイズの記録材を通過させても、非通過部分が異常に高温になることはない。また、非磁性導電層２６５は最大記録材幅より僅かに広く形成されてあり、非磁性導電層を通じて端部へ熱が流出することがなく、温度ムラがなく、印加電力の低減が実現できる。
【０２０３】
また、発熱手段２１０が薄肉の発熱ローラ２１１を、軸２６２と断熱支持層２６２とで保持し、一体的に回転するため、加圧手段２２０の小さい加圧力で広いニップの形成が可能であり、摩擦負荷の低減が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０２０４】
以上のように、本発明にかかる定着装置は、ウォームアップ時に迅速な立ち上がりが実現できるとともに、連続通紙時の用紙幅外の過昇温の抑制を両立させることができ、ゴム材の劣化や軸受部材の損傷なども有効に防止でき、さらに、温度ムラを軽減し、印加電力を低減することが可能であり、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】
【０２０５】
【図１】本発明の実施例における画像形成装置の概略構成を示す図
【図２】本発明の実施例１における定着装置の構成を示す横断面模型図
【図３】本発明の実施例１における定着装置の構成を示す縦断面模型図
【図４】本発明の実施例１における発熱ローラの詳細な構成を示す一部断面図
【図５】本発明の実施例１における発熱ローラ内を流れる誘導電流の説明図
【図６】本発明の実施例１における連続通紙時の発熱ローラの温度分布図
【図７】本発明の実施例１における整磁材料のアニール処理前の比透磁率の温度特性図
【図８】本発明の実施例１における整磁材料の比透磁率の温度特性図
【図９】本発明の実施例１におけるウォームアップ時の発熱ローラの昇温特性を示した図
【図１０】本発明の実施例１におけるＡ４縦連続通紙時の発熱ローラの温度分布図
【図１１】本発明の実施例１における非磁性導電層の厚みとウォームアップ時間の関係を示した図
【図１２】本発明の実施例１における連続通紙時の電力と非磁性導電層の関係を示した図
【図１３】本発明の実施例１における非磁性導電層の幅を変えた場合の連続通紙時の発熱ローラの温度分布図
【図１４】本発明の実施例２における定着装置の構成を示す横断面模型図
【図１５】本発明の実施例２における定着装置の構成を示す縦断面模型図
【図１６】本発明の実施例３における定着装置の構成を示す横断面模型図
【図１７】本発明の実施例４における定着装置の構成を示す横断面模型図
【図１８】本発明の実施例５における定着装置の構成を示す横断面模型図
【図１９】本発明の実施例５における定着装置の構成を示す縦断面模型図
【図２０】従来の加熱定着装置を示す要部の横断面模型図
【図２１】従来の定着器の加熱ローラの構造を示す図
【図２２】従来の画像定着部の構成を示した断面図
【符号の説明】
【０２０６】
２００    定着装置 
２１０    発熱手段
２１１、２７０    発熱ローラ
２１４    高透磁性導電層
２１５    非磁性導電層
２２０    加圧手段
２２１    加圧ローラ
２３０    温度センサ
２４０    励磁手段
２４１    励磁コイルユニット
２５１    発熱板
２６０    定着ベルト
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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