JP4123113B2

JP4123113B2 - 定着装置

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Publication number: JP4123113B2
Application number: JP2003312660A
Authority: JP
Inventors: 秀明大原; 康隆内藤; 和善伊藤; 基文馬場; 康博上原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2023-09-04
Also published as: JP2005084095A

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像記録装置において用いられ、記録媒体上に担持された未定着トナー像を加熱溶融し、記録媒体に定着させる定着装置に関する。

一般に、粉状のトナーを用いる画像形成装置においてトナー像を定着する工程は、トナー像を記録媒体上に静電的に転写した後、定着装置によってトナー像を記録媒体上に溶融圧着する方法が広く採用されている。この定着装置は、例えば、円筒状芯金の内部にハロゲンランプ等の発熱体を有する加熱ロールと、この加熱ロールに押圧される加圧ロールとで構成されており、加熱ロールと加圧ロールとの間に未定着トナー像を担持した記録媒体を挟み込んで加熱加圧し、トナー像を記録媒体に融着させて定着画像を形成する。

しかし、ハロゲンランプ等の発熱体を用いる場合、発熱体に電力を投入後、発熱体の輻射熱又は接触熱が加熱ロールの芯金や各層に伝達して、加熱ロールの表面が所定の温度に加熱されるのに時間を要する。このため、装置が起動する時や待機状態から復帰する時、加熱ロールのウォーミングアップに時間を要するとともに消費電力が大きくなってしまう。また、加熱ロールは加圧ロールの押圧力に対して過度の変形が生じないようにある程度の厚みを有する芯金からなるため、熱容量を低減することが難しく、これによりウォーミングアップ時間が長くなってしまう。さらに、ハロゲンランプは通常ガラス管を有しているため、ハロゲンランプ自身の熱容量も大きく、ハロゲンランプ自身を加熱するまでにも時間がかかってしまう。

このような事情から、加熱ロール等の定着部材を加熱する手段として、定着部材に導電性層を設け、電磁誘導加熱によって該導電性層を発熱させるものが知られている。

電磁誘導加熱は、変動磁界を発生する励磁コイルを導電性層に対向配置し、導電性層を貫通する磁束を発生させることにより、導電性層に渦電流が生じ発熱するものである。電磁誘導加熱によれば、極めて短い時間で導電性層を発熱させることができ、定着部材を直接加熱することができる。このため、加熱源としてハロゲンランプ等の発熱体を用いる場合に比べ、装置のウォーミングアップ時間を短縮することができる。又、励磁コイルは導電性層と対向するように定着部材の内側又は外側のいずれに配置することも可能であり、定着装置の構成に応じて任意の位置に配置することができる。

一方、定着部材は加熱ロールの他、無端状の定着ベルトが一般に用いられており、該無端状ベルトには複数の支持ロールによって張架されたタイプと、内部に押圧部材を有し無張架の状態で周回駆動されるタイプとがある。定着ベルトは薄肉の耐熱性樹脂等を基層とし、加熱ロールに比べ熱容量が小さいため、加熱ロールより短時間でウォーミングアップを行なうことができる。さらに、無張架タイプの定着ベルトは、他の部材との接触する面積を小さくすることができ、他の部材への熱移動が低減される。このため、一層効率の良いウォーミングアップを行なうことができる。

上記のような定着装置として、例えば特許文献１には次のような装置が記載されている。

この装置は、無張架タイプの定着ベルトを介して押圧部材が加圧ロールに押圧されており、定着ベルトの外周面と対向するように電磁誘導加熱装置が設けられている。押圧部材は加圧ロールの周面に沿った形状となっており、定着ベルトは押圧部材と加圧ロールとの圧接部であるニップ部内で凹状に湾曲し、ニップ部の出口付近で大きく曲げ回される。そして、記録媒体は自身の剛性によって定着べルトから離れる方向に排出され、定着ベルトから剥離される。
特開２００２−１４８９８３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような定着装置には次のような問題点がある。

この定着装置で用いられている電磁誘導加熱装置は、励磁コイルと、励磁コイルを背後から保持するコイル支持部材とを有している。この装置では、励磁コイルと定着ベルトとが近接しているため、定着ベルトが電磁誘導加熱装置によって加熱されると、この熱が輻射によって励磁コイルに伝達し、該励磁コイルの温度が上昇する。このように定着ベルトの熱が奪われるため、定着ベルトを所定の温度に加熱するまでに時間がかかるとともに、必要な電力量が多くなってしまう。一方、励磁コイルが高温になると、該励磁コイルを被覆している絶縁性の被覆材が劣化し、励磁コイルの絶縁性が損なわれるおそれがある。また、励磁コイルの絶縁性を維持するために被覆材の耐熱性を上げるとコストが高くなってしまう。

また、上記定着装置では、電磁誘導加熱装置は定着ベルトの外周面と対向するように、該定着ベルトの停止時の断面形状、すなわち自身の剛性によって維持される断面形状に沿って配置されている。ところが、定着ベルトは自身の剛性によって形状が維持されているため、加圧ロールの回転に従動して圧接部分に引き込まれ、該圧接部分の下流側へ送り出されると、定着ベルトの断面形状は静止時とは異なり、圧接部分の下流側で静止時より張り出した形状で周回駆動される。このため、周回駆動される定着ベルトがニップ部の下流側に張り出している部分で電磁誘導加熱装置と接触するおそれがある。電磁誘導加熱装置との接触によって定着ベルトの表面が傷付くと、この傷が実際の定着画像上に現れ、画像傷として見えてしまう。

一方、定着動作が終了して定着装置への電力供給がオフになると、定着ベルトは熱容量が小さいためにすぐに温度が低下して硬化し、ニップ部内において押圧部材と加圧ロールとの間で圧接された状態のまま硬化する。したがって、定着ベルトに押圧部材の形状に沿った痕、いわゆるニップ痕が残ってしまう。そして、再び定着動作が開始された時、定着ベルトは温度が上昇するまでニップ痕が残った状態で、すなわち略円形の断面形状より凹凸がある状態で周回駆動され、特にニップ部の下流側に大きく張り出し、この部分で電磁誘導加熱装置と接触しやすくなる。

本願発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、記録媒体上に担持された未定着トナー像を、電磁誘導加熱された無端状の定着ベルトに当接させ、加熱溶融して記録媒体に定着させる定着装置において、励磁コイルを温度上昇等に対して防護するとともに、定着ベルトを効率よく加熱すること、及び定着ベルトと電磁誘導加熱装置との接触を防いで良好な定着画像を得ることである。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、周方向に無張架状態で周回が可能に支持された無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの外周面が押圧され、周回駆動されることによって前記定着ベルトを周回駆動する加圧ロールと、前記定着ベルトの内周面に当接され、該定着ベルトを前記加圧ロールに押しつける押圧部材と、前記定着ベルトが有する金属層に渦電流を誘導して発熱させる電磁誘導加熱装置と、を有し、前記電磁誘導加熱装置は、曲面を有する板状部材からなり、内側の曲面が前記定着ベルトの外周面と間隙をおいて対向するように配置されたコイル支持部材と、前記コイル支持部材の外側の曲面上に支持され、励磁回路によって交流電流が供給される励磁コイルと、を有するものであり、前記押圧部材は、前記定着ベルトの内周面に接触する弾性体を有するものであり、該弾性体は、前記押圧部材の圧接によって、前記定着ベルトの周回方向の上流側より下流側へ大きく突き出すように変形し、前記定着ベルトは前記弾性体が上流側及び下流側に突き出した部分の先端に沿って案内されて、下流側の曲率が上流側より大きくなっており、前記コイル支持部材は、周回駆動されて定着動作を行う温度まで加熱されているときの前記定着ベルトの外周面との間隔が周方向に一定となるように湾曲した形状となっていることを特徴とする定着装置を提供する。

上記電磁誘導加熱装置では、励磁コイルと定着ベルトとの間にコイル支持部材が配置されているため、定着ベルトが電磁誘導によって加熱されたとき、定着ベルトからの輻射熱がコイル支持部材によって遮断され、励磁コイルに伝達されにくい。これにより、励磁コイルの温度が上昇するのを抑えることができ、励磁コイルの絶縁被覆が熱によって劣化して、該励磁コイルの絶縁性が損なわれるのを防止することができる。また、コイル支持部材が定着ベルトと対向しており、定着ベルトの曲面に沿って対向する曲面を容易に形成することができる。

また、上記定着装置では、コイル支持部材と定着ベルトとの間隔を周方向に一定とし、励磁コイルの周囲に発生する磁界によって、定着ベルトの導電性層に有効な渦電流を発生し、効率良く加熱することができる。そして、コイル支持部材と定着ベルトとの間隔を適切に設定することによって、これらの部材の接触を防止し、定着ベルトの表面が傷付くのを防いで、良好な定着画像を得ることができる。

さらに、上記押圧部材の弾性体は、定着ベルトの内周面に押圧され、この定着ベルトが周回移動することによって、周回方向の下流側へ突き出すように変形する。このため、定着ベルトは押圧部材の当接位置の下流側で加圧ロール側に押し出され、弾性体が突き出した部分に沿って大きな曲率で案内される。この部分で記録媒体はそれ自身の剛性により、ニップ出口における加圧ロールの接線方向へ排出される。これにより、定着ベルトは記録媒体から離れる方向に移動し、該定着ベルトから記録媒体が良好に剥離される。そして、上記電磁誘導加熱装置が有するコイル支持部材は、このように大きな曲率で案内される定着ベルトと周方向に一定の間隔を保持するため、定着ベルトが弾性体によって変形された状態で周回駆動されてもコイル支持部材等に接触するのが防止される。つまり、このように駆動時の定着ベルトの形状が複雑なものとなっても、コイル支持部材の形状は定着ベルトの形状に倣って容易に加工することができ、定着ベルトとの接触を防止するとともに、コイルを適切な位置に配置して効率の良い加熱を行うことができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記コイル支持部材は、耐熱性及び断熱性を有する材料からなるものとする。

上記コイル支持部材は耐熱性及び断熱性を有する材料からなるため、電磁誘導によって加熱された定着ベルトからの輻射熱によって、該コイル支持部材が変形しにくく、定着ベルトととの間隔を維持することができるとともに、このコイル支持部材によって定着ベルトからの輻射熱が励磁コイルに伝達されるのを防ぐことができる。そして、励磁コイルの絶縁被覆が熱によって劣化し、励磁コイルの絶縁性が損なわれるのを防止することができる。また、定着ベルトからの放熱量が減少するため、該定着ベルトを所定の温度に加熱するまでの時間を短縮し、消費電力を低減することができる。

以上説明したように、本願発明によれば、コイル支持部材が定着ベルトの外周面と対向するように配置され、その外側に励磁コイルが支持されているため、定着ベルトが電磁誘導によって加熱されたとき、定着ベルトからの輻射熱がコイル支持部材によって遮断され、励磁コイルに伝達されにくく、励磁コイルの温度が上昇するのを抑えることができる。また、コイル支持部材を、定着ベルトの外周面と所定の間隔で対向する形状とすることによって、定着ベルトと接触するのが容易に防止される。

以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１及び図２は、本願に係る発明の一実施形態である定着装置の概略断面図及び概略正面図である。なお、図２において、一部の部材は断面で示している。

この定着装置は、無端状の周面を有する定着ベルト１と、この定着ベルト１の外周面に当接される加圧ロール２と、定着ベルト１の内周面に当接され、定着ベルト１を加圧ロール２に押圧する押圧パッド３と、該押圧パッドを支持するパッド支持部材４と、押圧パッド３と定着ベルト１との間に設けられており、摺動性が良く、耐摩耗性が高い摺動シート７と、定着ベルト１の外周面に沿って設けられ、該定着ベルト１を加熱する電磁誘導加熱装置５と、定着ベルト１の両側縁部の内周面に当接されているガイド部材６ａ、６ｂと、で構成されている。

次に、上記定着装置が有する構成の詳細について説明する。

この定着ベルト１は、薄肉の導電性層を有する無端状の柔軟なベルトであり、周方向（図中、矢印方向）への周回移動が可能かつ、幅方向の両端部と定着ニップ部以外では基本的には他の部材と接触することがないように無張架で支持されている。上記定着ベルト１は、図３に示すように、その内側から、耐熱性の高いシート状部材からなる基層１ａと、当該基層１ａの上に積層された導電性層１ｂと、最も上層となる表面離型層１ｃとから構成されている。

上記基層１ａは、例えば、厚さ１０〜１００μｍ、更に好ましくは厚さ５０〜１００μｍの耐熱性の高いシートであり、例えばポリエステル、ポリエチレンテレフタラート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド等の耐熱性の高い合成樹脂からなるものが挙げられる。

上記導電性層１ｂは、電磁誘導加熱装置５によって生じる磁界の電磁誘導作用により誘導発熱する層であり、鉄・コバルト・ニッケル・銅・アルミニウム・クロム等の金属層を１〜５０μｍ程度の厚みで形成したものが用いられ、電磁誘導で十分な発熱が得られるような固有抵抗値となるように材質が選択される。

上記表面離型層１ｃは、記録紙上に転写された未定着トナー像と、直接接する層であるため、離型性の良い材料を使用する必要がある。この表面離型層１ｃを構成する材料としては、例えば、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン共重合体、またはこれらの複合層等が挙げられる。上記表面離型層１ｃは、これらの材料のうちから適宜選択されたものを、１０〜５０μｍの厚さでベルトの最上層に設けたものである。この表面離型層１ｃの厚さは、薄すぎると、耐磨耗性の面で耐久性が悪く、定着ベルト１の寿命が短くなってしまい、逆に、厚すぎると、ベルトの熱容量が大きくなり、ウォームアップに要する時間が長くなってしまう。

なお、この実施の形態では定着ベルトは３層構造となっているが、導電性層１ｂと表面離型層１ｃとの間に、トナー像の定着性・画質を向上させるために弾性層を設けたり、接着層や各層の保護層などを設けてもよい。また、耐熱性の樹脂層を導電性層の上にも積層し、二つの耐熱性樹脂層の間に導電性層を挟み込むものであってもよい。

本実施例では、上記定着ベルト１は、無拘束状態で内径約３０ｍｍの円形断面となるものであり、基層１ａは幅方向に座屈等が生じない程度の剛性を有するように７５μｍのポリイミドが用いられている。また、導電性層１ｂは、定着ベルト１の曲率が大きい場合でも永久変形やクラックが生じないように薄層であることが望ましく、基層１ａ上に蒸着又はメッキ等の手段によって１０μｍの銅の層が形成されている。さらに、導電性層１ｂ上には表面離型層１ｃとして、厚さ１０μｍのＰＦＡが積層されている。

上記加圧ロール２は、金属製の円筒状芯金２ａを芯材とし、該芯金２ａの表面に表面離型層２ｂを備えており、該加圧ロール２と押圧パッド３とで定着ベルト１を挟持した状態に保持して定着ニップを形成している。そして、当該定着ニップに未定着トナー像が転写された記録紙を通過させることにより、熱及び圧力で未定着トナー像を記録紙上に定着して、定着画像を形成するようになっている。

本実施例では、加圧ロール２は、直径φ２６ｍｍの中実の円筒状芯金２ａの表面に、表面離型層２ｂとして厚さ３０μｍのパーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）を被覆したものが使用されている。この加圧ロール２は、２０ｋｇｆの荷重で定着ベルト１を介して押圧パッド３に圧接されており、駆動モータ（図示しない）によって周回駆動され、これにともなって定着ベルト１が従動回転する。

上記押圧パッド３は、図４に示すように、台座３ａに接着された弾性部材３ｂを備え、定着ベルト１を加圧ロール２に押し付けるものであり、弾性部材３ｂと加圧ロール２との間にニップ部が形成される。弾性部材３ｂは、図４に示すように、ニップ部の上流側から下流側にかけて厚さが増大しており、弾性部材３ｂの摺動シート７を介して定着ベルト１と当接される面１１が、加圧ロール２とほぼ同じ曲率を有する形状に湾曲している。この弾性部材３ｂが定着ベルト１の内面に押圧されると、弾性部材３ｂの厚さが増大している下流部１２が下流側に膨らみだすように変形し、さらに、定着ベルト１の周回移動にともなって、図１に示すように、定着ベルト１の移動方向の下流側へ摩擦力が作用して突き出すように変形する。

本実施例では、上記押圧パッド３は、ＳＵＳ、鉄等の金属又は耐熱性を有する樹脂等からなる台座３ａ上に、弾性部材３ｂとしてゴム硬度３５°（ＪＩＳＫ６３０１、ＪＩＳＡ又はＪＩＳＫ６２５３、デュロメータタイプＡスプリング式）、のシリコーンゴムが積層されている。このシリコーンゴムは周方向の水平長さが８．５ｍｍ、上流側の厚みが２．５ｍｍ、下流側の厚みが５ｍｍであり、曲率半径が１２ｍｍとなっている。

上記摺動シート７は、摺動性が良く、耐摩耗性に優れ、かつ熱に強い材料である必要があり、例えば、フッ素樹脂を含浸させたガラス繊維シート（中興化成工業：ＦＧＦ４００−４等）、オイルを保持しやすいゴアテックス（登録商標）のシートなどが用いられている。さらに定着ベルト１の内面には、シリコンオイル、フッ素オイル等の潤滑剤を塗布してもよい。これにより、定着ベルト１は加圧ロール２に従動して加圧ロール２とほぼ同じ速度で周回し、加圧ロール２の駆動負荷を低減することができるものとなっている。

上記パッド支持部材４は、図５に示すように、定着ベルト１の幅方向に軸線を有する棒状部材であり、この棒状部材の両端部４ａは切り欠かれて中央部付近より断面が小さくなっており、ガイド部材６が嵌め合わされる。この棒状部材の加圧ロール２と対向する部分には切り欠きが形成されており、この切り欠きに摺動シート７を挟み込むとともに押圧パッド３を嵌め合わせ、定着ベルト１を介して加圧ロール２から押圧パッド３に作用する圧接力を、この棒状部材によって負担する。パッド支持部材４の材料としては、たわみを一定量以下に抑えるためにある程度の剛性を有するとともに、電磁誘導加熱装置５による磁束の影響によって加熱されないものが望ましく、本実施例では、ガラス入りＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を使用している。この他、ガラス入りＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、液晶ポリマー等の耐熱性の樹脂や耐熱ガラスを用いることもできる。

上記ガイド部材６は耐熱性樹脂からなり、図５に示すように、エッジガイド部２１と、内面ガイド部２２と、支持部２３とを備えるものである。エッジガイド部２１及び内面ガイド部２２の中央部付近には、パッド支持部材４の両端部４ａとほぼ同じ形状の切り欠き部２４が設けられており、この切り欠き部２４をパッド支持部材４の両端部４ａに嵌め合わせる。そして、内面ガイド部２２の端面２２ａがパッド支持部材４の断面が拡大している位置の垂直面に当接される。

内面ガイド部２２は、ほぼ円筒曲面を有する部材であり、周方向の一部が切り欠かれ、この部分に押圧パッド３が配置される。内面ガイド部２２の曲面は、定着ベルト１の内周面の両側縁付近に当接され、定着ベルト１は内面ガイド部２２の外周面及び押圧パッド３の表面に沿った形状に拘束される。そして、定着ベルト１の両側縁付近は無張力状態もしくは所定の張力が導入された状態で内面ガイド部２２の曲面上を摺動する。これにともない、定着ベルト１の幅方向における中央部は、図１又は図２に示すように、押圧パッド３以外には内面に当接されるものがなくても自身の剛性によってほぼ一定の形状を維持し、パッド支持部材４から離れた位置に保持される。

エッジガイド部２１は、内面ガイド部２２より径が拡大されて張り出しており、パッド支持部材４の両端部４ａに嵌め合わされると、エッジガイド部２１は定着ベルト１の両縁部に近接又は当接される。これにより、定着ベルト１は、エッジガイド部２１によって幅方向の動きが規制されるため、安定した状態で周回駆動される。

上記電磁誘導加熱装置５は、曲面を有する板状部材からなり内側の曲面が定着ベルトの外周面と間隙をおいて対向するように配置されたコイル支持部材５ａと、コイル支持部材５ａの外側の曲面上に支持され、励磁回路５ｄによって交流電流が供給される励磁コイル５ｂと、励磁コイルの外側に設けられた磁場遮蔽部材５ｃと、で主要部が構成されている。この電磁誘導加熱装置５は、コイル支持部材５ａの周方向における中心部が、ニップ部から上下流側へほぼ等距離となる位置に、定着ベルト１の外周面と所定の間隙をおいて配置されている。そして、コイル支持部材５ａが定着ベルト１の外周面に沿って約１８０°の領域を覆い、励磁コイル５ｂが約１５０°の領域を覆っている。

上記コイル支持部材５ａは、励磁コイル５ｂの形状を維持するものであり、加熱された状態で周回駆動される定着ベルト１の表面に沿って湾曲した形状となっている。本実施例では、コイル支持部材５ａと加熱された状態で周回駆動される定着ベルト１との間隔が、周方向の各位置において１．５ｍｍとなっている。これにより、励磁コイル５ｂも、周回駆動される定着ベルト１に対して所定の間隔に保持される。このコイル支持部材５ａとしては、断熱性、耐熱性、絶縁性を有する非磁性材料を用いることができ、本実施例では、厚さ１ｍｍの発泡ポリプロピレンを用いている。これにより、コイル支持部材５ａは熱によって変形しにくいものとなり、コイル支持部材５ａと定着ベルト１との間隙が保持されるとともに、定着ベルト１からコイル支持部材５ａへ伝達される熱量が低減される。また、励磁コイル５ｂと定着ベルト１間の電気的絶縁が確保され、励磁コイル５ｂからの電流のリークを防ぐことができる。

上記励磁コイル５ｂは、本実施例では、互いに絶縁された直径０．５ｍｍの銅線材を１６本束ねたリッツ線が用いられている。そして、連続したリッツ線が定着ベルト１の幅方向に平行に配置され、平行部分の両端部で折り返して巻き回された状態で、コイル支持部材５ａの外周面上に保持されている。

上記磁束遮蔽部材５ｃは、鉄、コバルト、ニッケル、フェライト等の磁性材料が用いられる。この磁束遮蔽部材５ｃは、励磁コイル５ｂで発生した磁束を集めて磁路を形成するものであり、効率の良い加熱を可能とすると同時に、磁束が定着装置外に漏れて、周辺部材が加熱されるのを防止するためのものである。

上記励磁回路５ｄから励磁コイル５ｂに交流電流が供給されると、励磁コイル５ｂの周囲に磁束が生成消滅を繰り返す。交流電流の周波数は、例えば、１０〜５０ｋＨｚに設定されるが、本実施例では、交流電流の周波数が３０ｋＨｚに設定されている。そして、この磁束が定着ベルト１の導電性層１ｂを横切るとき、その磁界の変化を妨げる磁界を生じるように導電性層中に渦電流が発生し、導電性層１ｂの表皮抵抗に比例した電力（Ｗ＝Ｉ²Ｒ）でジュール熱が発生する。これにより、定着ベルト１が所定の温度まで加熱される。

この電磁誘導加熱装置５では、交流電流の周波数が３０ｋＨｚのとき、電磁誘導によって適切な発熱量を得るためには、励磁コイル５ｂと定着ベルト１の表面との距離を２．５ｍｍ以下にする必要がある。この距離が３ｍｍ以上になると、定着ベルト１への磁気的な影響が弱くなり、所定の有効電力を得るためには、コイルを流れる電流が増えて、コイルが自己発熱したり、電源のスイッチング素子に流れる電流が定格電流値を超えて素子が発熱して、電力効率が落ちてしまう。また、そのような状態のまま連続で装置を使用すると、電源のスイッチング素子の破損にもつながる。

本実施例では、厚さ１ｍｍのコイル支持部材５ａが設けられているため、コイル支持部材５ａと定着ベルト１の表面との距離を１．５ｍｍ以下とすることによって、励磁コイル５ｂと定着ベルト１の表面との距離を２．５ｍｍ以下とすることができる。

次に、上記定着装置の動作について説明する。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナーによるトナー像Ｔが画像信号に基づいて形成され、図示しない転写装置により記録紙Ｐに転写される。これらのトナーは、熱可塑性樹脂性のバインダに着色顔料を含有させることによって構成されている。

一方、トナー像を形成する動作が開始されるのとほぼ同時に、加圧ロール２の駆動モータ（図示しない）及び電磁誘導加熱装置５に電力が供給される。そして、加圧ロール２が回転すると、これに従動して定着ベルト１が回転を開始し、電磁誘導加熱装置５と対向する加熱領域を通過する際に、トナー像Ｔを加熱溶融するのに適当な温度まで加熱される。このとき、定着ベルト１は、両側縁付近は内面ガイド部２２に接触して摺動するが、中央部は押圧パッド３以外の部材に接触することなく周回移動している。したがって、他の部材に熱を奪われることが少なく、効率の良い加熱が行われる。

定着ベルト１が所定の温度まで加熱されると、未定着トナー像を担持した記録紙Ｐが、定着ベルト１と加圧ロール２とが接するニップ部に送り込まれる。ニップ部内では、定着ベルト１は加圧ロール２の周面に沿って湾曲しており、記録紙Ｐは定着ベルトに密接して搬送され、トナー像は定着ベルト１によって加熱溶融されると同時に、加圧ロール２と押圧パッド３との圧接力によって記録紙Ｐに圧着される。

一方、ニップ部出口付近では、押圧パッド３が有する弾性部材３ｂの下流部１２が、定着ベルトの移動方向の下流側へ突き出すように変形している。また、定着ベルト１の中央部は、押圧パッド３以外の部材には拘束されず、張力が作用しない状態で周回している。このため、定着ベルト１は、弾性部材３ｂが下流側に突き出した部分に拘束され、加圧ロール２の周面に沿って移動する。そして、突き出した部分の先端からは、ガイド部材６による拘束の影響を受けて大きな曲率で曲げ回される。

これに対し、定着ベルト１と加圧ロール２との間で搬送される記録紙Ｐは、弾性部材３ｂが下流側に突き出した部分で加圧ロール２の周面に沿って移動し、弾性部材３ｂが突き出した部分の先端より下流側では、記録紙自身の剛性によって加圧ロール２のほぼ接線方向（図１中に一点鎖線で示す方向）へ進行しようとする。したがって、大きく曲げ回される定着ベルト１は記録紙Ｐから引き離される。

定着動作が終了すると、電磁誘導加熱装置５への電力供給がオフになり、定着ベルト１の周回が停止し、熱容量の小さい定着ベルト１は急激に温度が低下して硬化する。これにより、ニップ部出口付近において弾性部材３ｂの先端から大きな曲率で曲げ回される形状、及びニップ部内では該ニップ部に沿った形状が定着ベルトに残留し、いわゆるニップ痕が生じる。そして、再び定着動作が開始されたとき、定着ベルト１が温度上昇して軟化するまでは、該定着ベルト１は、ニップ痕が生じた部分が周面と直角方向に張り出した状態で周回駆動される。このため、図６に示すように、従来のように電磁誘導加熱装置５´が停止状態の定着ベルト１と所定の間隙をおいて配置されている場合には、定着動作開始直後、特にニップ部の下流側において電磁誘導加熱装置５´と周回駆動される定着ベルト１´とが接触するおそれがある。

図７は、本実施例におけるコイル支持部材５ａと定着ベルト１とが対向する部分の拡大断面図である。この図において、符号１は停止時であって真円状態の定着ベルトの位置、符号１´はコイル支持部材５ａに最も接近するとき、すなわち非加熱空回転時であってニップ痕が付いているときの定着ベルトが振れる最も外側の位置、符号１″は所定の温度まで加熱されて定着動作を行なっているときの定着ベルトの位置を示すものである。なお、定着動作時には、定着ベルト１は１７０℃となるようにコントロールされる。そして、表１は、非加熱空回転時の定着ベルト１´又は定着動作時の定着ベルト１″の、停止時の定着ベルト１からの膨らみ量について、周方向の各位置において測定した結果である。なお、ベルトが凹んでいる場所（位置ｅ）についてはマイナスで表記した。具体的な実験条件としては、加圧ロール２による押圧荷重は２０ｋｇｆであり、加圧ロール２の回転周速度、すなわち定着ベルト１の周面の移動速度は１０４ｍｍ／ｓである。

表１によると、定着ベルト１がコイル支持部材５ａと対向する部分において最も外側へ膨らむのはニップ部の下流側の位置（位置ａ）であり、非加熱空回転時に真円状態よりも２．４ｍｍ膨らむことが解かる。本実施例では、コイル支持部材５ａは、該コイル支持部材５ａと加熱された状態で周回駆動される定着ベルト１″との間隔が、周方向の各位置において１．５ｍｍとなるように湾曲した形状となっている。この位置ａでは、加熱された状態で周回駆動される定着ベルト１″は真円状態よりも１．４ｍｍ膨らんでおり、コイル支持部材５ａと真円状態の定着ベルト１との距離は２．９ｍｍとなっている。すなわち、定着ベルト１は、コイル支持部材５ａに最接近したときでもコイル支持部材５ａとの距離が０．５ｍｍ確保されているため、コイル支持部材５ａと接触するのが防止される。そして、この接触によって定着ベルト１の表面が傷付くのを防いで、良好な定着画像を得ることができる。

次に、コイル支持部材５ａの材料として、本実施例の発泡ポリプロピレンと、従来例のＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）とを用いた場合について、連続して定着動作を行なった時の励磁コイル５ｂの温度変化を図８に示す。この実験では、加圧ロール２による押圧荷重を２０ｋｇｆとし、加圧ロール２の回転周速度、すなわち定着ベルト１の周面の移動速度を１０４ｍｍ／ｓとし、定着ベルト１を定着が可能となる所定の温度（ここでは１８０℃）まで加熱する時の電力（ウォームアップ電力）を１２００Ｗとした。また、ウォームアップ後には、定着ベルト１は１７０℃となるようにコントロールされる。そして、Ａ４用紙（坪量７０ｇ／ｍ²：富士ゼロックス社製Ｃ²紙）１００枚を、ロングエッジを加圧ロール２の軸線と平行にして毎分２２枚のスピードで通紙し、このときの励磁コイル５ｂの定着ベルト側の面における温度を測定した。

図８より、ＰＰＳからなるコイル支持部材を用いた場合には、励磁コイル５ｂの温度は通紙枚数が約８０枚となるまでほぼ直線的に上がり、約１６０℃に達したとき平衡状態となっている。一方、本実施例のように、発泡ポリプロピレンからなるコイル支持部材を用いて励磁コイル５ｂと定着ベルト１との間を断熱した場合には、通紙枚数が約７０枚のとき励磁コイル５ｂの温度が約１３０℃に達し、平衡状態となっている。すなわち、コイル支持部材５ａとして断熱性を有する材料を使用することによって、定着ベルト１の熱が励磁コイル５ｂに伝達しにくくなり、励磁コイル５ｂの絶縁被覆が高温まで加熱されて破損してしまうのを防止することができる。

また、表２は、上記の実験において、定着ベルト１を室温（２５℃）から定着可能な温度（１８０℃）まで加熱する時間（ウォームアップタイム）及び、通紙時に定着ベルト１の温度を１７０℃に保つために必要な電力（ランニング電力）を、本実施例と従来例とで比較した結果である。本実施例では定着ベルト１からの輻射熱がコイル支持部材５ａに伝達しにくく、定着ベルトからの放熱量が低減されるとともに、コイル支持部材５ａと加熱された状態で周回駆動される定着ベルト１″との間隔が、周方向の各位置において１．５ｍｍとなっている。このため、電磁誘導によって定着ベルト１を効率良くかつ周方向にほぼ均一に加熱することができ、従来例よりウォームアップタイムを短縮し、ランニング電力を低減することができる。

本願に係る発明の一実施形態である定着装置の概略断面図である。本願に係る発明の一実施形態である定着装置の概略正面図である。図１に示す定着装置で用いられる定着ベルトを示す拡大断面図である。図１に示す定着装置で用いられる押圧パッドを示す概略形状図である。図１に示す定着装置で用いられるパッド支持部材及びガイド部材を示す概略斜視図である。従来の定着装置における電磁誘導加熱装置及び周回駆動される定着ベルトの位置の関係を示す概略図である。図１に示す定着装置における電磁誘導加熱装置及び周回駆動される定着ベルトの位置の関係を示す概略図である。連続して定着動作を行なった時の励磁コイルの温度変化を示す図である。

符号の説明

１：定着ベルト、２：加圧ロール、３：押圧パッド、４：パッド支持部材、５：電磁誘導加熱装置、５ａ：コイル支持部材、５ｂ：励磁コイル、５ｃ：磁場遮蔽部材、５ｄ：励磁回路、６：ガイド部材、７：摺動シート、２１：エッジガイド部、２２：内面ガイド部、２３：支持部、２４：切り欠き部

Claims

周方向に無張架状態で周回が可能に支持された無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの外周面が押圧され、周回駆動されることによって前記定着ベルトを周回駆動する加圧ロールと、
前記定着ベルトの内周面に当接され、該定着ベルトを前記加圧ロールに押しつける押圧部材と、
前記定着ベルトが有する金属層に渦電流を誘導して発熱させる電磁誘導加熱装置と、を有し、
前記電磁誘導加熱装置は、
曲面を有する板状部材からなり、内側の曲面が前記定着ベルトの外周面と間隙をおいて対向するように配置されたコイル支持部材と、
前記コイル支持部材の外側の曲面上に支持され、励磁回路によって交流電流が供給される励磁コイルと、を有するものであり、
前記押圧部材は、前記定着ベルトの内周面に接触する弾性体を有するものであり、
該弾性体は、前記押圧部材の圧接によって、前記定着ベルトの周回方向の上流側より下流側へ大きく突き出すように変形し、
前記定着ベルトは前記弾性体が上流側及び下流側に突き出した部分の先端に沿って案内されて、下流側の曲率が上流側より大きくなっており、
前記コイル支持部材は、周回駆動されて定着動作を行う温度まで加熱されているときの前記定着ベルトの外周面との間隔が周方向に一定となるように湾曲した形状となっていることを特徴とする定着装置。
前記コイル支持部材は、耐熱性及び断熱性を有する材料からなることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。