JP2012203183A - 画像形成装置および定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材の温度変化を抑制するため蓄熱部材を設けた場合であっても、定着部材を定着可能温度まで上昇させる時間が長くなりにくい画像形成装置等を提供する。
【解決手段】トナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、導電層が電磁誘導加熱されることで記録材にトナーを定着する定着部材と、定着部材の外周面に圧接することで定着加圧部を形成する加圧部材と、交流磁界を生成する磁界生成部材と、定着部材を挟み磁界生成部材と対向して配されるとともに定着部材と接触して配され、発熱することで定着部材に熱を供給する蓄熱部材とを備える定着ユニット６０と、定着ユニット６０の磁界生成部材に電力を供給する第１の電源と、電力を蓄積し、放電を行なうことで定着ユニット６０の蓄熱部材に電力を供給する第２の電源と、を備えることを特徴とする画像形成装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置、定着装置に関する。

電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体を一様に帯電し、この感光体を画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体上に静電潜像を形成する。そして、この静電潜像をトナーによって可視像（トナー像）とし、更にこのトナー像を記録材に転写し、これを定着装置によって定着して画像形成している。そして定着装置として、電磁誘導加熱方式を用いたものが知られている。

特許文献１には、充放電可能な蓄電器を有しており、定着器の発熱体以外の負荷は商用電源および／または蓄電器から電力供給を受けることが可能に構成され、電源投入時または省エネルギーモードからの復帰時、商用電源および蓄電器から負荷への電力供給が制御され、そして、商用電源から定着器に供給される電力が、制御結果に応じた制限レベルに制限される画像形成装置が記載されている。

特開２００５−２２１６７５号公報

定着部材の温度変化を抑制するため定着部材と接触して配される蓄熱部材を設けた場合であっても、定着部材を定着可能温度まで上昇させる時間が長くなりにくい画像形成装置等を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、トナー像を形成するトナー像形成手段と、前記トナー像を記録材に転写する転写手段と、導電層を有し当該導電層が電磁誘導加熱されることで記録材にトナーを定着する定着部材と、当該定着部材の外周面に圧接することで当該定着部材との間に未定着画像を保持した記録材が通過するための定着加圧部を形成する加圧部材と、当該定着部材の当該導電層と交差する交流磁界を生成する磁界生成部材と、当該定着部材を挟み当該磁界生成部材と対向して配されるとともに当該定着部材と接触して配され、発熱することで当該定着部材に熱を供給する蓄熱部材とを備える定着手段と、前記定着手段の前記磁界生成部材に電力を供給する第１の電源と、電力を蓄積し、放電を行なうことで前記定着手段の前記蓄熱部材に電力を供給する第２の電源と、を備えることを特徴とする画像形成装置である。

請求項２に記載の発明は、前記定着手段の前記蓄熱部材は、抵抗発熱体を有する抵抗発熱層を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置である。
請求項３に記載の発明は、前記定着手段の前記蓄熱部材は、絶縁層と、当該絶縁層を挟み前記抵抗発熱層と対向して設けられる電磁誘導発熱層を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置である。
請求項４に記載の発明は、前記第２の電源は、定着を開始する前に前記蓄熱部材に電力を供給することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置である。

請求項５に記載の発明は、導電層を有し、当該導電層が電磁誘導加熱されることで記録材にトナーを定着する定着部材と、前記定着部材の外周面に圧接することで当該定着部材との間に未定着画像を保持した記録材が通過するための定着加圧部を形成する加圧部材と、前記定着部材の前記導電層と交差する交流磁界を生成する磁界生成部材と、前記定着部材を挟み前記磁界生成部材と対向して配されるとともに当該定着部材と接触して配され、発熱することで当該定着部材に熱を供給する蓄熱部材と、を備え、前記蓄熱部材は、抵抗発熱体を有する抵抗発熱層と、前記磁界生成部材により生成された交流磁界により電磁誘導されることで発熱する電磁誘導発熱層と、前記抵抗発熱層と電磁誘導発熱層とを絶縁する絶縁層と、を備えることを特徴とする定着装置である。

請求項６に記載の発明は、前記蓄熱部材の前記抵抗発熱層は、前記絶縁層上に形成される金属薄膜からなることを特徴とする請求項５に記載の定着装置である。

請求項１の発明によれば、定着部材の温度変化を抑制するため定着部材と接触して配される蓄熱部材を設けた場合であっても、定着部材を定着可能温度まで上昇させる時間が長くなりにくい画像形成装置を提供できる。
請求項２の発明によれば、定着部材の電磁誘導による発熱とともに蓄熱部材の抵抗発熱により定着部材を加熱することができる。
請求項３の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、蓄熱部材の温度上昇が更に生じやすくなり、定着部材を更に加熱することができる。
請求項４の発明によれば、第２の電源として、ウォームアップに要する時間分電力を供給できればよいものを採用することができる。
請求項５の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、蓄熱部材を設けても定着部材を定着可能温度まで上昇させる時間が長くなりにくい定着装置を提供することができる。
請求項６の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、発熱むらが少ない電磁誘導加熱層を形成することができる。

本実施の形態の定着装置が適用される画像形成装置の構成例を示した図である。 本実施の形態の定着ユニットの構成を示す正面図である。 図２における定着装置のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 定着ベルトの断面層構成図である。 移動機構により加圧ロールを定着ベルトから離間させた状態を説明した図である。 本実施の形態のＩＨヒータの構成を説明する断面図である。 本実施の形態の蓄熱部材の構成を説明する斜視図である。 抵抗発熱層および絶縁層について更に詳しく説明した図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜画像形成装置の説明＞
図１は本実施の形態の定着装置が適用される画像形成装置の構成例を示した図である。図１に示す画像形成装置１は、所謂タンデム型のカラープリンタであり、画像データに基づき画像形成を行う画像形成部１０、画像形成装置１全体の動作を制御する制御部３１を備えている。さらには、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３や画像読取装置（スキャナ）４等との通信を行って画像データを受信する通信部３２、通信部３２にて受信された画像データに対し予め定めた画像処理を施す画像処理部３３を備えている。

画像形成部１０は、トナー像を形成するトナー像形成手段の一例であり、予め定められた間隔を置いて並列的に配置される４つの画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ（「画像形成ユニット１１」とも総称する）を備えている。各画像形成ユニット１１は、静電潜像を形成してトナー像を保持する像保持体の一例としての感光体ドラム１２、感光体ドラム１２の表面を予め定めた電位で一様に帯電する帯電器１３、帯電器１３によって帯電された感光体ドラム１２を各色画像データに基づき露光するＬＥＤ（Light Emitting Diode）プリントヘッド１４、感光体ドラム１２上に形成された静電潜像を現像する現像器１５、転写後の感光体ドラム１２表面を清掃するドラムクリーナ１６を備えている。
画像形成ユニット１１各々は、現像器１５に収納されるトナーを除いて略同様に構成され、それぞれがイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像を形成する。

また、画像形成部１０は、各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２にて形成された各色トナー像が多重転写される中間転写ベルト２０、各画像形成ユニット１１にて形成された各色トナー像を中間転写ベルト２０に順次転写（一次転写）する一次転写ロール２１を備えている。さらに、中間転写ベルト２０上に重畳して転写された各色トナー像を記録材（記録紙）である用紙Ｐに一括転写（二次転写）する二次転写ロール２２、二次転写された各色トナー像を用紙Ｐ上に定着させる定着手段（定着装置）の一例としての定着ユニット６０を備えている。なお、本実施の形態の画像形成装置１では、中間転写ベルト２０、一次転写ロール２１、および二次転写ロール２２によりトナー像を用紙Ｐに転写する転写手段が構成される。

本実施の形態の画像形成装置１では、制御部３１による動作制御の下で、次のようなプロセスによる画像形成処理が行われる。すなわち、ＰＣ３やスキャナ４からの画像データは通信部３２にて受信され、画像処理部３３により予め定めた画像処理が施された後、各色毎の画像データとなって各画像形成ユニット１１に送られる。そして、例えば黒（Ｋ）色トナー像を形成する画像形成ユニット１１Ｋでは、感光体ドラム１２が矢印Ａ方向に回転しながら帯電器１３により予め定めた電位で一様に帯電され、画像処理部３３から送信されたＫ色画像データに基づきＬＥＤプリントヘッド１４が感光体ドラム１２を走査露光する。それにより、感光体ドラム１２上にはＫ色画像に関する静電潜像が形成される。感光体ドラム１２上に形成されたＫ色静電潜像は現像器１５により現像され、感光体ドラム１２上にＫ色トナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃにおいても、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色トナー像が形成される。

各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２に形成された各色トナー像は、一次転写ロール２１により矢印Ｂ方向に移動する中間転写ベルト２０上に順次静電転写（一次転写）され、各色トナーが重畳された重畳トナー像が形成される。中間転写ベルト２０上の重畳トナー像は、中間転写ベルト２０の移動に伴って二次転写ロール２２が配置された領域（二次転写部Ｔ）に搬送される。重畳トナー像が二次転写部Ｔに搬送されると、そのタイミングに合わせて用紙保持部４０から用紙Ｐが二次転写部Ｔに供給される。そして、重畳トナー像は、二次転写部Ｔにて二次転写ロール２２が形成する転写電界により、搬送されてきた用紙Ｐ上に一括して静電転写（二次転写）される。

その後、重畳トナー像が静電転写された用紙Ｐは、定着ユニット６０まで搬送される。定着ユニット６０に搬送された用紙Ｐ上のトナー像は、定着ユニット６０によって熱および圧力を受け、用紙Ｐ上に定着される。そして、定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置１の排出部に設けられた用紙積載部４５に搬送される。
一方、一次転写後に感光体ドラム１２に付着しているトナー（一次転写残トナー）、および二次転写後に中間転写ベルト２０に付着しているトナー（二次転写残トナー）は、それぞれドラムクリーナ１６、およびベルトクリーナ２５によって除去される。
このようにして、画像形成装置１での画像形成処理がプリント枚数分のサイクルだけ繰り返し実行される。

＜定着ユニットの構成の説明＞
次に、本実施の形態の定着ユニット６０について説明する。
図２および図３は本実施の形態の定着ユニット６０の構成を示す図であり、図２は正面図、図３は図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
まず、断面図である図３に示すように、定着ユニット６０は、交流磁界を生成する磁界生成部材の一例としてのＩＨ（Induction Heating）ヒータ８０、ＩＨヒータ８０により電磁誘導加熱されて用紙Ｐにトナー像を定着する定着部材の一例としての定着ベルト６１、定着ベルト６１に対向するように配置される加圧部材の一例としての加圧ロール６２、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２から押圧される押圧パッド６３を備えている。加圧ロール６２は、定着ベルト６１の外周面に圧接することで定着ベルト６１との間に未定着トナー像を保持した用紙Ｐが通過するためのニップ部Ｎ（定着加圧部）を形成する。
さらに、定着ユニット６０は、押圧パッド６３等の構成部材を支持するホルダ６５、定着ベルト６１を挟みＩＨヒータ８０と対向して配されるとともに定着ベルト６１と接触して配され、定着ベルト６１から発生した熱を蓄える蓄熱部材６４、磁路がホルダ６５の側に漏洩するのを防止する磁路遮蔽部材７３、定着ベルト６１からの用紙Ｐの剥離を補助する剥離補助部材７０を備えている。そして定着ユニット６０は、ＩＨヒータ８０に電力を供給する第１の電源の一例としての主電源７５、蓄熱部材６４に電力を供給する第２の電源の一例としての補助電源７６に接続する。

＜定着ベルトの説明＞
定着ベルト６１は、原形が円筒形状の無端のベルト部材で構成され、例えば原形（円筒形状）時の直径が３０ｍｍ、幅方向長が３７０ｍｍに形成されている。また、図４（ａ）（定着ベルト６１の断面層構成図）に示したように、定着ベルト６１は、例えば、基材層６１１、基材層６１１の上に積層された導電発熱層６１２、トナー像の定着性を向上させる弾性層６１３、最上層に被覆された表面離型層６１４からなる多層構造のベルト部材である。

基材層６１１は、薄層の導電発熱層６１２を支持するとともに、定着ベルト６１全体としての機械的強度を形成する耐熱性のシート状部材で構成される。また、基材層６１１は、ＩＨヒータ８０にて生成された交流磁界が蓄熱部材６４まで達するように、磁界を通過させる物性（比透磁率、固有抵抗）を持った材質、厚さで形成される。一方、基材層６１１自身は、磁界の作用により発熱しないか、または発熱し難く構成される。
具体的には、基材層６１１として、例えば、厚さ３０μｍ〜２００μｍ（好ましくは５０μｍ〜１５０μｍ）の非磁性ステンレススチール等の非磁性金属や、厚さ３０μｍ〜１００μｍのポリイミドなどの樹脂材料等が用いられる。

導電発熱層６１２は、導電層の一例であって、ＩＨヒータ８０にて生成される交流磁界が交差することによって電磁誘導加熱される。すなわち、導電発熱層６１２は、ＩＨヒータ８０からの交流磁界が厚さ方向に通過することにより、渦電流を発生させる層である。
通常、ＩＨヒータ８０に交流電流を供給する励磁回路（後段の図６も参照）の主電源７５として、安価に製造できる汎用電源が使用される。そのため、ＩＨヒータ８０により生成される交流磁界の周波数は、一般に、汎用電源による２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚとなる。それにより、導電発熱層６１２は、周波数２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの交流磁界が侵入し通過するように構成される。

導電発熱層６１２に交流磁界が侵入できる領域は、交流磁界が１/ｅに減衰する領域である「表皮深さ（δ）」として規定され、次の（１）式から導かれる。（１）式において、ｆは交流磁界の周波数（例えば、２０ｋＨｚ）、ρは固有抵抗値（Ω・ｍ）、μ_ｒは比透磁率である。
そのため、導電発熱層６１２の厚さは、周波数２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの交流磁界が導電発熱層６１２を侵入し通過するように、（１）式で規定される導電発熱層６１２の表皮深さ（δ）よりも薄層に構成される。また、導電発熱層６１２を構成する材料として、例えば、Ａｕ,Ａｇ,Ａｌ,Ｃｕ,Ｚｎ,Ｓｎ,Ｐｂ,Ｂｉ,Ｂｅ,Ｓｂ等の金属や、これらの金属合金が用いられる。

具体的には、導電発熱層６１２として、厚さ２〜２０μｍ、固有抵抗２．７×１０^−８Ω・ｍ以下の例えばＣｕ等の非磁性金属（比透磁率が概ね１の非磁性体）が用いられる。
また、定着ベルト６１が定着設定温度まで加熱されるまでに要する時間（以下、「ウォームアップタイム」）を短縮する観点からも、導電発熱層６１２は、薄層に構成するのが好ましい。本実施の形態では、５μｍ〜１５μｍの厚さで、導電発熱層６１２を形成するのが好ましい。

次に、弾性層６１３は、シリコーンゴム等の耐熱性の弾性体で構成される。定着対象となる用紙Ｐに保持されるトナー像は、粉体である各色トナーが積層して形成されている。そのため、ニップ部Ｎにおいてトナー像の全体により均一に熱を供給するには、用紙Ｐ上のトナー像の凹凸に倣って定着ベルト６１表面が変形することが好ましい。そこで、弾性層６１３には、例えば厚みが１００〜６００μｍ、硬度が１０°〜３０°（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴムが好適である。

表面離型層６１４は、用紙Ｐ上に保持された未定着トナー像と直接接触するため、離型性の高い材質が使用される。例えば、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重合体)、ＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)、シリコーン共重合体、またはこれらの複合層等が用いられる。表面離型層６１４の厚さとしては、薄すぎると、耐摩耗性の面で充分でなく、定着ベルト６１の寿命を短くする。その一方で、厚すぎると、定着ベルト６１の熱容量が大きくなりすぎ、ウォームアップタイムが長くなる。そこで、表面離型層６１４の厚さとして、耐摩耗性と熱容量とのバランスを考慮し、１〜５０μｍが好適である。

なお定着ベルト６１としては、図４（ａ）で示した構成に限られるものではない。例えば、図４（ｂ）に示したように、ステンレス層６１５、導電発熱層６１２、ステンレス層６１５、弾性層６１３、表面離型層６１４が順に積層したものでもよい。図４（ｂ）に示した定着ベルト６１は、所謂金属クラッドベルトであり、図４（ａ）で示した定着ベルト６１に対して、基材層６１１の代わりに一対のステンレス層６１５と、その間に形成される導電発熱層６１２からなる金属クラッド層が設けられる。この場合、導電発熱層６１２は、５μｍ〜２０μｍの厚さで形成するのが好ましい。

＜押圧パッドの説明＞
押圧パッド６３は、シリコーンゴム等やフッ素ゴム等の弾性体で構成され、加圧ロール６２と対向する位置にてホルダ６５に支持される。そして、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２から押圧される状態で配置され、加圧ロール６２との間でニップ部Ｎ（定着加圧部）を形成する。
また、押圧パッド６３は、ニップ部Ｎの入口側（用紙Ｐの搬送方向上流側）のプレニップ領域６３ａと、ニップ部Ｎの出口側（用紙Ｐの搬送方向下流側）の剥離ニップ領域６３ｂとで異なるニップ圧が設定されている。すなわち、プレニップ領域６３ａでは、加圧ロール６２側の面がほぼ加圧ロール６２の外周面に倣う円弧形状に形成され、より均一で幅の広いニップ部Ｎを形成する。また、剥離ニップ領域６３ｂでは、剥離ニップ領域６３ｂを通過する定着ベルト６１の曲率半径が小さくなるように、加圧ロール６２表面から局所的に大きなニップ圧で押圧されるように形成される。それにより、剥離ニップ領域６３ｂを通過する用紙Ｐに定着ベルト６１表面から離れる方向のカール（ダウンカール）を形成して、用紙Ｐに対する定着ベルト６１表面からの剥離を促進させている。

なお、本実施の形態では、押圧パッド６３による剥離の補助手段として、ニップ部Ｎの下流側に、剥離補助部材７０を配置している。剥離補助部材７０は、剥離バッフル７１が定着ベルト６１の回転移動方向と対向する向き（所謂カウンタ方向）に定着ベルト６１と近接する状態でホルダ７２によって支持される。そして、押圧パッド６３の出口にて用紙Ｐに形成されたカール部分を剥離バッフル７１により支持することで、用紙Ｐが定着ベルト６１方向に向かうことを抑制する。

＜ホルダの説明＞
押圧パッド６３を支持するホルダ６５は、押圧パッド６３が加圧ロール６２からの押圧力を受けた状態での撓み量が一定量以下となるように、剛性の高い材料で構成される。それにより、ニップ部Ｎにおける長手方向の圧力（ニップ圧）の均一性を維持している。さらに、本実施の形態の定着ユニット６０では、電磁誘導を用いて定着ベルト６１を加熱する構成を採用していることから、ホルダ６５は、誘導磁界に影響を与えないか、または与え難い材料であり、かつ、誘導磁界から影響を受けないか、または受け難い材料で構成される。例えば、ガラス混入ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂や、例えばＡｌ,Ｃｕ,Ａｇ等の非磁性金属材料等が用いられる。

＜加圧ロールの説明＞
加圧ロール６２は、定着ベルト６１に対向するように配置され、図３の矢印Ｄ方向に、例えば１４０ｍｍ／ｓのプロセススピードで回転する。そして、加圧ロール６２と押圧パッド６３とにより定着ベルト６１を挟持した状態でニップ部Ｎを形成し、このニップ部Ｎに未定着トナー像を保持した用紙Ｐを通過させることで、熱および圧力を加えて未定着トナー像を用紙Ｐに定着する。
加圧ロール６２は、例えば直径１８ｍｍの中実のアルミニウム製コア（円柱状芯金）６２１と、コア６２１の外周面に被覆された例えば厚さ５ｍｍのシリコーンスポンジ等の耐熱性弾性体層６２２と、さらに例えば厚さ５０μｍのカーボン配合のＰＦＡ等の耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層６２３とが積層されて構成される。そして、例えば２０ｋｇｆの荷重で定着ベルト６１を介して押圧パッド６３を押圧している。

このように、加圧ロール６２の表面を構成する耐熱性弾性体層６２２と離型層６２３は、比較的柔らかい素材により形成されている。そのため、定着時以外においても加圧ロール６２を定着ベルト６１を介して押圧パッド６３に圧接する状態のまま放置すると、元の形状に復元することができなくなるおそれがある。即ち、加圧ロール６２は、ニップ部Ｎ（定着加圧部）により形成される形状のまま変形してしまう。その場合、ニップ部Ｎに押圧する圧力が設計通りとはならないため、定着を規定通りに行なうことができなくなり、定着ユニット６０そのものの性能を損なうことになる。

よって、加圧ロール６２に移動機構２００を設け、定着時以外の時間帯は、加圧ロール６２を、定着ベルト６１から離間させる動作を行なう。即ち、加圧ロール６２は、定着を行なうときには定着ベルト６１の外周面に圧接することで定着ベルト６１との間に未定着画像を保持した用紙Ｐを挿通するためのニップ部Ｎを形成し、定着を行なわないときには定着ベルト６１から離間するように移動する。つまり本実施の形態では、移動機構２００により加圧ロール６２を移動させることで加圧ロール６２が定着ベルト６１の外周面へ圧接する状態と離間する状態とを変更可能としている。

図５は移動機構２００により加圧ロール６２を定着ベルト６１から離間させた状態を説明した図である。
図５に示すように加圧ロール６２と定着ベルト６１とは離間した状態にある。その結果、加圧ロール６２は、元の円形形状に形状復元がなされるため、加圧ロール６２が変形し元の形状に戻らなくなるおそれが少なくなる。
なお定着を行なう際には、移動機構２００により再び加圧ロール６２を定着ベルト６１と接触させ、図３で説明したニップ部Ｎを形成する位置に戻すことが可能である。

＜加圧ロールと定着ベルトの駆動機構の説明＞
続いて図２、図３、図５を使用して、本実施の形態の定着ユニット６０における加圧ロール６２と定着ベルト６１の駆動機構について説明する。

ここで、まず定着ユニット６０は、図５に示すような、定着動作前の離間状態に設定されているものとする。定着動作前の待機時では、移動機構２００によって、加圧ロール６２は定着ベルト６１から離れたウォームアップ位置に置かれる。このウォームアップ位置は、ウォームアップ時における加圧ロール６２の配置位置であり、加圧ロール６２が定着ベルト６１とは物理的に接触しない所謂ラッチＯＦＦ状態になる。

図２に示すように、定着ユニット６０では、駆動部の一例としての駆動モータ９０からの回転駆動力が、回転軸９１に固定された伝達ギヤ９２と、伝達ギヤ９３，９４，９５，９６を介してシャフト９７に伝達される。それにより、加圧ロール６２に回転駆動力が伝わり加圧ロール６２が矢印Ｄ方向に回転駆動される。

次に、駆動モータ９０からの回転駆動力は、回転軸９１に伝達ギヤ９２と同軸に固定された伝達ギヤ１０１と、回転伝達制限部材の一例としてのワンウェイクラッチ１０２を介してシャフト１０３に伝達され、シャフト１０３に結合された伝達ギヤ１０４,１０５から定着ベルト６１の両側に配されたエンドキャップ部材６７のギヤ部６７ｂに伝達される。それによって、エンドキャップ部材６７から定着ベルト６１に回転駆動力が伝わり、エンドキャップ部材６７と定着ベルト６１とが一体となって回転駆動される。このとき、定着ベルト６１が定着ベルト６１の両端部から駆動力を直接受けて矢印Ｃ方向に回転する。

次に、定着ユニット６０は、図３に示すような定着動作時には、移動機構２００によって、加圧ロール６２は定着ベルト６１に圧接した所謂ラッチＯＮ状態に置かれる。ラッチＯＦＦ状態で、加圧ロール６２の表面速度に対して定着ベルト６１の表面速度が遅くなるようにギヤ列の減速比を設定する。このためラッチＯＮ状態では定着ベルト６１が加圧ロール６２に従って回転するようにワンウェイクラッチ１０２が作動することになり、駆動モータ９０からシャフト１０３への回転駆動力の伝達が停止する。つまり図３の状態では、加圧ロール６２には、回転駆動力が伝わっているが、定着ベルト６１には回転駆動力が伝わらない状態となる。そのため駆動モータ９０からの回転駆動力を受け、加圧ロール６２は、矢印Ｄ方向に駆動する一方で、定着ベルト６１は、加圧ロール６２の回転に従って矢印Ｃ方向へ回転する状態となる。即ちこの状態で、駆動モータ９０は、加圧ロール６２を回転させることで定着ベルト６１を回転させている。

なお、本実施の形態の定着ユニット６０は、回転数検知手段の一例である回転検知計１０７を備え、定着ベルト６１の回転数を検知する。回転検知計１０７により検知した定着ベルト６１の回転数は定着ユニット制御部３００に出力される。そして定着ユニット制御部３００は、駆動モータ９０の制御を行なう。即ち、回転検知計１０７により検知した定着ベルト６１の回転数に基づき、駆動モータ９０をフィードバック制御する。更に定着ユニット制御部３００は、移動機構２００の制御を行ない、移動機構２００により加圧ロール６２を移動させることで、加圧ロール６２と定着ベルト６１との圧接および離間の各状態を変更する。

移動機構２００は、位置決め駆動源としてのラッチモータ２０１と、ラッチモータ２０１に接続される回転軸２０２と、伝達ギヤ２０３，２０４と、伝達ギヤ２０４に接続されるシャフト２０５と、シャフト２０５により回転する偏心カム２０６と、加圧ロール６２のシャフト９７に接続し偏心カム２０６により移動するレバー２０７とを備えている。そしてこの偏心カム２０６の回転によりレバー２０７が押され、それにより加圧ロール６２が図２で見て上下方向に移動する。これにより加圧ロール６２が、定着ベルト６１との間で圧接、離間の動作を行なう。

＜ＩＨヒータの説明＞
続いて、定着ベルト６１の導電発熱層６１２に交流磁界を作用させて電磁誘導加熱するＩＨヒータ８０について説明する。
図６は、本実施の形態のＩＨヒータ８０の構成を説明する断面図である。図６に示したように、ＩＨヒータ８０は、例えば耐熱性樹脂等の非磁性体から構成される支持体８１、交流磁界を生成する励磁コイル８２を備えている。また、励磁コイル８２を支持体８１上に固定する弾性体で構成された弾性支持部材８３、励磁コイル８２にて生成された交流磁界の磁路を形成する磁心８４を備えている。さらには、磁界を遮蔽するシールド８５、磁心８４を支持体８１側に加圧する加圧部材８６、励磁コイル８２に交流電流を供給する励磁回路８８を備えている。

支持体８１は、断面が定着ベルト６１の表面形状に沿って湾曲した形状で形成され、励磁コイル８２を支持する上部面（支持面）８１ａが定着ベルト６１表面と予め定めた間隙（例えば、０．５〜２ｍｍ）を保つように形成されている。また、支持体８１を構成する材質としては、例えば、耐熱ガラス、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂、またはこれらにガラス繊維を混合した耐熱性樹脂等の耐熱性のある非磁性材料が用いられる。
励磁コイル８２は、相互に絶縁された例えば直径０．１７ｍｍの銅線材を例えば９０本束ねたリッツ線が長円形状や楕円形状、長方形状等の中空きの閉ループ状に巻かれて構成される。そして、励磁コイル８２に励磁回路８８から予め定めた周波数の交流電流が供給されることにより、励磁コイル８２の周囲には、閉ループ状に巻かれたリッツ線を中心とする交流磁界が生成される。励磁回路８８から励磁コイル８２に供給される交流電流の周波数は、一般に、上記した汎用電源により生成される２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚが用いられる。

磁心８４は、例えばソフトフェライト、フェライト樹脂、非晶質合金（アモルファス合金）、やパーマロイ、感温磁性合金等の高透磁率の酸化物や合金材質で構成される強磁性体が用いられ、磁路形成手段として機能する。磁心８４は、励磁コイル８２にて生成された交流磁界による磁力線（磁束）を内部に誘導し、磁心８４から定着ベルト６１を横切って蓄熱部材６４方向に向かい、蓄熱部材６４の中を通過して磁心８４に戻るといった磁力線の通路（磁路）を形成する。すなわち、励磁コイル８２にて生成された交流磁界が磁心８４の内部と蓄熱部材６４の内部とを通過するように構成して、磁力線が定着ベルト６１と励磁コイル８２とを内部に包み込むような閉磁路を形成する。それにより、励磁コイル８２にて生成された交流磁界の磁力線が定着ベルト６１の磁心８４と対向する領域に集中される。
ここで、磁心８４は磁路形成による損失が小さい材料が望ましい。具体的には、磁心８４は渦電流損を小さくする形態（スリット等による電流経路遮断や分断化、薄板束ね等）での使用が望ましく、ヒステリシス損の小さい材料で形成されることが望ましい。
また、定着ベルト６１の回転方向に沿った磁心８４の長さは、蓄熱部材６４の定着ベルト６１の回転方向に沿った長さよりも小さく構成される。それにより、磁力線のＩＨヒータ８０周辺への漏洩が減り、力率が向上する。さらには、定着ユニット６０を構成する金属製部材への電磁誘導を抑え、定着ベルト６１（導電発熱層６１２）での発熱効率を高める。

＜蓄熱部材の説明＞
蓄熱部材６４は、ＩＨヒータ８０による電磁誘導加熱により定着ベルト６１で発生した熱を蓄える。定着ベルト６１は、定着を行なうことで熱を奪われるため、その温度が下がるが、電磁誘導加熱により定着ベルト６１から発熱する熱と併せて、この蓄熱部材６４により発生した熱により再加熱を行うことができる。そのため定着ベルト６１の温度変化を抑制することができるとともに定着ベルト６１の温度をより均一化することができる。よって蓄熱部材６４を設けることで、定着ユニット６０による定着動作がより安定したものとなる。
しかしながら例えば、定着ユニット６０の起動時などは、定着ベルト６１を定着可能温度まで上昇させる時間（ウォームアップタイム）が長くなることがある。つまり定着ユニット６０の起動時は、蓄熱部材６４は冷えた状態であるため、定着ベルト６１において発生した熱が、蓄熱部材６４に奪われ、そのため定着ベルト６１の温度が上昇しにくい。

以上のような問題を解決するため本実施の形態では、蓄熱部材６４を以下のような構成としている。
図７は、本実施の形態の蓄熱部材６４の構成を説明する斜視図である。
図７に示すように蓄熱部材６４は、抵抗発熱体を有する抵抗発熱層６４１と、抵抗発熱体のベースとなる絶縁層６４２と、絶縁層６４２を挟み抵抗発熱層６４１と対向して設けられる電磁誘導加熱層６４３と、定着ベルト６１と接触する摺動層６４４とを備える。

図８は、抵抗発熱層６４１および絶縁層６４２について更に詳しく説明した図である。
本実施の形態では、シート状の絶縁層６４２に抵抗発熱層６４１が配される。ここで抵抗発熱層６４１は、電力を供給することでジュール発熱する抵抗発熱体からなる。また本実施の形態では、抵抗発熱層６４１はジグザク状に配される。抵抗発熱層６４１をジグザク状とすることで、蓄熱部材６４をより均一に加熱することができる。即ち蓄熱部材６４の温度むらが抑制できる。さらに抵抗発熱層６４１の両端には、一対の電極６４５が配され、この電極６４５には、補助電源７６が接続される。そして補助電源７６から電極６４５を介して抵抗発熱層６４１に電力を供給することで、抵抗発熱層６４１がジュール発熱する。

抵抗発熱層６４１は、絶縁層６４２上に形成される金属薄膜として形成することができる。例えば、絶縁層６４２に図８で示したようなパターンで銅メッキを施すことにより形成することができる。この場合、抵抗発熱体は、銅である。本実施の形態では、抵抗発熱層６４１を形成する銅メッキの厚さは、補助電源７６により印加される電圧と必要な発熱量により決定される。例えば、補助電源７６により印加される電圧が１２Ｖ〜１００Ｖであり、必要な発熱量が５００Ｗ〜１０００Ｗであるときは、銅メッキの厚さは、１μｍ〜１０μｍとなる。本実施の形態では、例えば、銅メッキの厚さを２μｍとし、１３ｍｍの幅の銅メッキによる帯を２０ターンしてジグザグ状とする。これにより例えば、長尺方向の長さが３１０ｍｍで、短尺方向の長さが、５０ｍｍの抵抗発熱層６４１を作製する。この場合、抵抗発熱層６４１の抵抗値は約０．６５Ωとなり、これに１８Ｖの直流電圧を印加すると約５００Ｗの発熱量を得ることができる。

また抵抗発熱層６４１としては、他に例えば、ステンレス箔を利用することもできる。この場合、抵抗発熱体は、ステンレスである。この場合、ステンレス箔を絶縁層６４２に貼り付けることで、抵抗発熱層６４１を絶縁層６４２上に形成する。そしてこのときステンレス箔の厚さを１５μｍとし、３５ｍｍの幅のステンレス箔による帯を７ターンしてジグザグ状とする。これにより例えば、長尺方向の長さが３１０ｍｍで、短尺方向の長さが、５０ｍｍの抵抗発熱層６４１を作製する。このとき、抵抗発熱層６４１の抵抗値は約１Ωとなり、これに２Ｖの直流電圧を印加すると約５００Ｗの発熱量を得ることができる。

更に導電性の樹脂フィルムを使用することで抵抗発熱層６４１を形成することもできる。例えば、抵抗発熱体として導電フィラーを分散させた樹脂フィルムを使用する場合が挙げられる。具体的には、デュポン株式会社製のＫａｐｔｏｎ２００ＲＳ１００等を使用することができる。そしてこれを２５μｍの厚さで絶縁層６４２に貼り付けることで、抵抗発熱層６４１を絶縁層６４２上に形成できる。

絶縁層６４２は、例えば、ポリイミド等からなる絶縁性の樹脂フィルムである。そして抵抗発熱層６４１と電磁誘導加熱層６４３との間に配されることにより抵抗発熱層６４１と電磁誘導加熱層６４３とを電気的に絶縁する。絶縁層６４２は、例えば、２５μｍの厚さとすることができる。

電磁誘導加熱層６４３は、ＩＨヒータ８０により生成された交流磁界によって電磁誘導が生じることにより発熱する。また電磁誘導加熱層６４３を設けることで、ＩＨヒータ８０により生成された交流磁界の磁力線は、定着ベルト６１を透過した後、蓄熱部材６４の内部に誘導される。これにより定着ベルト６１の導電発熱層６１２を厚さ方向に横切る磁力線は蓄熱部材６４の内部に進入するように集中し、磁束密度がより高くなる。

本実施の形態では、電磁誘導加熱層６４３は、感温磁性材料を使用して形成されることが好ましい。感温磁性材料は、強磁性と非磁性（常磁性）との間を可逆的に変化する特性（「感温磁性」）を有する。即ち感温磁性材料は、キュリー点以下の温度においては、強磁性体であるが、キュリー点以上になると、非磁性体に変化する。

感温磁性材料は、金属材料と酸化物材料とに大別される。ここで酸化物材料（例えば、ソフトフェライトなど）は、薄厚化することが困難であり、割れやすく扱いにくい。また、熱容量が大きく、熱伝導率が低いため、定着ベルト６１が急激な温度変化を生じた場合に、感度よく追従せず、発熱制御が難しくなるといった問題が生じやすい。

よって、上記問題が生じにくく、また安価で容易に薄肉化成型可能、良加工性、しなやかさを有し、かつ、熱伝導率が高いという性質を有する金属材料を使用することが好ましい。中でも整磁合金、非晶質合金を使用することが好ましい。より具体的には、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｖ、Ｍｎ、Ｍｏなどからなる金属合金材料である。また、この中でも、Ｆｅ−Ｎｉの二元系整磁合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒの三元系整磁合金を用いることできる。

電磁誘導加熱層６４３を感温磁性材料により形成することで、定着ユニット６０（図３参照）に小サイズ紙を連続通紙したときに、定着ベルト６１の非通紙部における温度上昇を抑制することができる。つまり定着ベルト６１は、通紙部においては、用紙Ｐにより熱が奪われるが、非通紙部においては、用紙Ｐにより熱が奪われず、温度上昇が生じやすい。感温磁性材料は、キュリー点以上では、非磁性体となる性質を有するため、電磁誘導加熱層６４３がキュリー温度になった時点で、電磁誘導による発熱が生じなくなる。よって電磁誘導加熱層６４３は、キュリー点以上の温度では温度上昇が生じにくくなる。その結果、定着ベルト６１への熱の供給が減少して、定着ベルト６１の非通紙部の温度上昇を抑制することができる。本実施の形態では、感温磁性材料のキュリー点は、通常の定着動作温度以上であって、かつ定着ベルト６１の耐熱温度以下であることが好ましい。より具体的には、１９０℃〜２３０℃に設定されることが好ましい。

摺動層６４４は、蓄熱部材６４と定着ベルト６１との摺動抵抗を低減するための層である。そして摺動層６４４を設けることで、定着ベルト６１が回転する際の抵抗を減少させるとともに定着ベルト６１の内面側における摩耗を低減させることができる。
摺動層６４４は、電磁誘導加熱層６４３に、例えば、窒化クロム（ＣｒＮ、ＣｒＮ_２）テトラヘデラルアモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ：Tetrahedral Amorphous Carbon）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：Diamond Like Carbon）等によるコーティングを施すことで形成させることができる。

蓄熱部材６４を以上のような構成とすることで、蓄熱部材６４に熱を蓄える機能のみならず、発熱する機能を付与することができる。そして蓄熱部材６４は、発熱することで定着ベルト６１に熱を供給することができるため、特に定着を開始する前に蓄熱部材６４に電力を供給し発熱させることで、定着ユニット６０のウォームアップタイムを短くすることができる。

＜電源についての説明＞
また本実施の形態では、主電源７５をＩＨヒータ８０に接続し、補助電源７６を蓄熱部材６４の抵抗発熱層６４１に接続している。そして主電源７５は、定着ユニット６０の電源投入から定着動作終了まで、ほぼ常時ＩＨヒータ８０に電力を供給する。一方、本実施の形態において補助電源７６は、定着ユニット６０の電源投入から定着を開始する前に抵抗発熱層６４１に電力を供給する。このためこの期間においては、主電源７５と補助電源７６の双方を使用して電力の供給が可能である。よってＩＨヒータ８０に主電源７５から電力を供給することで、定着ベルト６１の導電発熱層６１２が発熱して定着ベルト６１自身が発熱するとともに、抵抗発熱層６４１に補助電源７６から電力を供給することで、定着ベルト６１の内面側から熱を更に供給することができる。そのため定着ユニット６０のウォームアップタイムをより短くすることができる。さらに本実施の形態は、蓄熱部材６４に電磁誘導加熱層６４３を設けているためこの層からも熱が定着ベルト６１に熱を供給する。そのためさらに定着ユニット６０のウォームアップタイムを短くすることができる。これにより定着ユニット６０の待機時に定着ベルト６１の予熱の必要性が減少し、電力の節減が図れる。また電磁誘導加熱層６４３を設けることで、より多くの熱を定着ベルト６１に供給することができるため、高速で定着動作を行なう場合（例えば、８０ｐｐｍ（paper per minute）で通紙を行なう場合）でも定着温度が落ち込む現象（所謂「温度ドループ現象」）の発生が抑制される。本実施の形態の蓄熱部材６４を設けなかった場合は、ウォームアップタイムは例えば、３０ｓであるが、本実施の形態の蓄熱部材６４を設けた場合は、ウォームアップタイムは例えば、１０ｓとなる。

このように本実施の形態では、補助電源７６は、定着ユニット６０の電源投入から定着動作を開始する前に稼働し、ウォームアップタイムを短くするためのものであるため、稼働する時間は比較的短い一方で、比較的大きな電力を供給できることが求められる。この特性を満たす補助電源７６としては、電力を蓄積し、放電を行なうことで蓄熱部材６４に電力を供給するものであることが好ましい。具体的には、二次電池や、電気二重層キャパシタであることが好ましい。特に電気二重層キャパシタは、サイクル寿命が長い、急速な充放電が可能、充放電効率が可能などの特性を有するため、上述した補助電源７６に要求される特性を満たし、好適に使用できる。

１…画像形成装置、６０…定着ユニット、６１…定着ベルト、６２…加圧ロール、６４…蓄熱部材、６４１…抵抗発熱層、６４３…電磁誘導発熱層、７５…主電源、７６…補助電源、８０…ＩＨヒータ、Ｎ…ニップ部、Ｐ…用紙

Claims (6)

1. トナー像を形成するトナー像形成手段と、
   前記トナー像を記録材に転写する転写手段と、
   導電層を有し当該導電層が電磁誘導加熱されることで記録材にトナーを定着する定着部材と、当該定着部材の外周面に圧接することで当該定着部材との間に未定着画像を保持した記録材が通過するための定着加圧部を形成する加圧部材と、当該定着部材の当該導電層と交差する交流磁界を生成する磁界生成部材と、当該定着部材を挟み当該磁界生成部材と対向して配されるとともに当該定着部材と接触して配され、発熱することで当該定着部材に熱を供給する蓄熱部材とを備える定着手段と、
   前記定着手段の前記磁界生成部材に電力を供給する第１の電源と、
   電力を蓄積し、放電を行なうことで前記定着手段の前記蓄熱部材に電力を供給する第２の電源と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記定着手段の前記蓄熱部材は、抵抗発熱体を有する抵抗発熱層を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記定着手段の前記蓄熱部材は、絶縁層と、当該絶縁層を挟み前記抵抗発熱層と対向して設けられる電磁誘導発熱層を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記第２の電源は、定着を開始する前に前記蓄熱部材に電力を供給することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 導電層を有し、当該導電層が電磁誘導加熱されることで記録材にトナーを定着する定着部材と、
   前記定着部材の外周面に圧接することで当該定着部材との間に未定着画像を保持した記録材が通過するための定着加圧部を形成する加圧部材と、
   前記定着部材の前記導電層と交差する交流磁界を生成する磁界生成部材と、
   前記定着部材を挟み前記磁界生成部材と対向して配されるとともに当該定着部材と接触して配され、発熱することで当該定着部材に熱を供給する蓄熱部材と、
   を備え、
   前記蓄熱部材は、
   抵抗発熱体を有する抵抗発熱層と、
   前記磁界生成部材により生成された交流磁界により電磁誘導されることで発熱する電磁誘導発熱層と、
   前記抵抗発熱層と電磁誘導発熱層とを絶縁する絶縁層と、
   を備えることを特徴とする定着装置。
6. 前記蓄熱部材の前記抵抗発熱層は、前記絶縁層上に形成される金属薄膜からなることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。

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