JP5966496B2 - 加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱装置および画像形成装置に関する。

特許文献１には、未定着現像剤を表面に担持した記録材に接触しながら熱定着する加熱ローラのローラ体中に少なくとも結晶化グラファイトシートからなる熱伝導層を設けることが記載されている。
特許文献２には、電磁誘導加熱方式の加熱装置を備えた画像形成装置において、熱伝導が回転体の熱伝導よりも大なる良熱伝導部材を回転体に対しニップ部外で加圧することが記載されている。
特許文献３には、加圧ロールの耐熱弾性材料層の外周に高熱伝導性でかつ柔軟な材料層を設け、その材料層の外周にトナーと親和性のない薄膜を設けること記載されている。

特開２００１−１１７４０２号公報 特開２００１−６６９３３号公報 特開平４−４２１８４号公報

本発明は、媒体を搬送するベルトの熱をその軸方向に沿って拡散させる拡散層を有しない場合に比べて、そのベルトの軸方向の温度差を小さくすることを目的とする。

本発明の請求項１に係る加熱装置は、交流磁界を発生する磁界発生手段と、前記交流磁界が作用して生じる電磁誘導により発熱する第１領域を有するベルトであって、外周面に接する媒体を加熱して搬送する無端のベルトと、前記ベルトの内周面に滑りながら接触して当該ベルトに対し熱を伝える伝熱部であって、熱を蓄える蓄熱層と、前記蓄熱層よりも前記ベルトに近い位置に配置され、前記磁界発生手段と前記蓄熱層とを隔てるように延びる層であって、キュリー温度より低い温度では前記交流磁界の磁束を自身の延びる方向に通す磁路を形成し、前記キュリー温度以上の温度では前記交流磁界の磁束を貫通させて前記蓄熱層に至らせる磁路を形成する感温層と、前記感温層および前記蓄熱層のいずれよりも熱伝導率が高い層であって、前記ベルトの熱を当該ベルトの軸方向に沿って拡散させる拡散層と、前記第１領域に含まれて前記軸方向の長さが当該第１領域よりも短い第２領域に、前記感温層と前記蓄熱層との間において対向する位置に設けられ、当該第２領域を加熱する加熱層と、を有する伝熱部と、を備え、前記拡散層は、前記加熱層に接することを特徴とする。

本発明の請求項２に係る加熱装置は、請求項１に記載の構成において、前記蓄熱層は、前記拡散層よりも熱容量が大きいことを特徴とする。

本発明の請求項３に係る加熱装置は、請求項３に記載の構成において、前記加熱層は、電気を流すことによって発生するジュール熱により前記第２領域を加熱することを特徴とする。

本発明の請求項４に係る加熱装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載の構成において、前記拡散層は、炭素を主成分とした材料、グラファイトまたは炭素繊維を含むことを特徴とする。

本発明の請求項５に係る画像形成装置は、媒体に画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段により画像が形成された媒体を前記第１領域または前記第２領域に搬送する搬送手段と、前記搬送手段によって搬送されてくる媒体を加熱する請求項１から４のいずれか１項に記載の加熱装置とを具備することを特徴とする。

請求項１、４、５に係る発明によれば、媒体を搬送するベルトの熱をその軸方向に沿って拡散させる拡散層を有しない場合に比べて、そのベルトの軸方向の温度差を小さくすることができる。
請求項２に係る発明によれば、拡散層を蓄熱層よりも小さくすることができる。
請求項３に係る発明によれば、磁界発生手段と加熱層とが互いに影響を与えずにそれぞれベルトの加熱を行うことができる。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。 加熱部の概要を示す図である。 図２における矢視IIIから加熱部を見た図である。 加熱ベルトの一部を拡大して示す図である。 キュリー点を下回る温度における感温層の作用を説明する図である。 キュリー点以上の温度における感温層の作用を説明する図である。 拡散層を有していない加熱部である加熱部の概要を示す図である。 加熱部の加熱ベルトに生じる温度分布を説明する図である。 第２実施形態に係る加熱部の概要を説明するための図である。 図９における矢視X−Xから加熱部を見た断面図である。 加熱層の外観の一例を示す図である。 拡散層を有していない加熱部の概要を示す図である。 加熱部の加熱ベルトに生じる温度分布を説明する図である。

１．第１実施形態
１−１．構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１の全体構成を示す図である。同図に示すように、画像形成装置１は、制御部１１と、記憶部１２と、現像部１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋと、転写部１４と、加熱部１５と、搬送部１６と、操作部１７とを備えている。なお、符号のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーに対応した構成であることを意味している。現像部１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋのそれぞれは、用いるトナーが異なるのみであって、その構成に大きな差異はない。以下、現像部１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋのそれぞれを特に区別する必要がない場合には、トナーの色を示す符号末尾のアルファベットを省略して「現像部１３」とする。

制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、ＣＰＵがＲＯＭや記憶部１２に記憶されているコンピュータプログラム（以下、単にプログラムという）を読み出して実行することにより画像形成装置１の各部を制御する。

操作部１７は各種の指示を入力するための操作ボタン等を備えており、ユーザによる操作を受け付けてその操作内容に応じた信号を制御部１１に供給する。
記憶部１２はハードディスクドライブ等の大容量の記憶手段であり、制御部１１のＣＰＵに読み込まれるプログラムを記憶する。

搬送部１６は、容器と搬送ロールとを有する。容器には、予め定められたサイズにカットされた、媒体としての用紙Ｐが収容される。用紙Ｐの上述したサイズのうち搬送方向に対して垂直な方向、すなわち幅方向には少なくとも２つ以上の異なるサイズが定められている。ここでは、最大幅用紙Ｐ１と、最大幅用紙Ｐ１よりも幅の狭い小幅用紙Ｐ２の２種類の用紙Ｐが用いられる。最大幅用紙Ｐ１とは、画像形成装置１で取り扱う用紙Ｐのうち、幅方向のサイズが最大のものである。これら２種類の用紙Ｐは収容されている容器によって制御部１１に区別される。各容器に収容されている用紙Ｐは、制御部１１の指示により搬送ロールによって１枚ずつ取り出され、用紙搬送路を経由して転写部１４へと搬送される。なお、媒体は用紙に限らず、例えば樹脂製のシート等であってもよい。要するに、媒体は、表面に画像を記録し得るものであればよい。

各現像部１３は、感光体ドラム３１と、帯電器３２と、露光装置３３と、現像器３４と、一次転写ロール３５と、ドラムクリーナ３６とを備えている。感光体ドラム３１は電荷発生層や電荷輸送層を有する像保持体であり、図示しない駆動部により図中の矢線Ｄ１３の方向に回転させられる。帯電器３２は感光体ドラム３１の表面を帯電させる。露光装置３３はレーザ発光源やポリゴンミラー等（いずれも図示せず）を備え、制御部１１の制御の下、画像データに応じたレーザ光を、帯電器３２により帯電させられた後の感光体ドラム３１に向けて照射する。これにより、各感光体ドラム３１には潜像が保持される。なお、上記の画像データは、制御部１１が図示しない通信部を介して外部装置から取得したものであってもよい。外部装置とは、例えば原画像を読み取る読取装置や画像を示すデータを記憶した記憶装置等である。

現像器３４はＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋのいずれかの色のトナーと、フェライト粉等の磁性キャリアを含む二成分現像剤を収容する。そして現像器３４に形成された磁気ブラシの穂先が感光体ドラム３１の表面に接触することで、トナーは感光体ドラム３１表面で露光装置３３により露光された部分、すなわち静電潜像の画線部に付着し、感光体ドラム３１に画像が形成（現像）される。

一次転写ロール３５は転写部１４の中間転写ベルト４１が感光体ドラム３１と対向する位置において予め定めた電位差を生じさせ、この電位差によって中間転写ベルト４１に画像を転写する。ドラムクリーナ３６は、画像の転写後に感光体ドラム３１の表面に残留している未転写のトナーを取り除き、感光体ドラム３１表面を除電する。即ち、ドラムクリーナ３６は、次の画像形成に備えて、感光体ドラム３１から不要なトナーや電荷を除去するものである。

転写部１４は、中間転写ベルト４１と、二次転写ロール４２と、ベルト搬送ロール４３と、バックアップロール４４とを備えており、現像部１３によって形成された画像を、ユーザの操作に応じて決められた紙種の用紙Ｐに転写する転写部である。中間転写ベルト４１は無端のベルト部材であり、ベルト搬送ロール４３およびバックアップロール４４はこの中間転写ベルト４１を張架する。ベルト搬送ロール４３およびバックアップロール４４の少なくとも１つには駆動部（図示せず）が備えられており、中間転写ベルト４１を図中の矢印Ｄ１４方向に移動させる。なお、駆動部を有さないベルト搬送ロール４３またはバックアップロール４４は、中間転写ベルト４１の移動に従動して回転する。中間転写ベルト４１が図中の矢印Ｄ１４方向に移動して回転することにより、中間転写ベルト４１上の画像は、二次転写ロール４２とバックアップロール４４とに挟まれる領域に移動させられる。

二次転写ロール４２は、中間転写ベルト４１との電位差によって、中間転写ベルト４１上の画像を搬送部１６から搬送されてきた用紙Ｐに転写させる。ベルトクリーナ４９は、中間転写ベルト４１の表面に残留している未転写のトナーを取り除く。そして、転写部１４または搬送部１６は、画像が転写された用紙Ｐを加熱部１５へと搬送する。なお、現像部１３および転写部１４は、本発明における媒体に画像を形成する画像形成手段の一例である。

加熱部１５は、用紙Ｐを加熱することによって用紙Ｐ上に転写された画像を定着させる加熱装置である。図２は、加熱部１５の概要を示す図である。以下、図において、加熱部１５の各構成の配置を説明するため、各構成が配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間として表す。また、図に示す座標記号のうち、内側が白い円の中に黒い円を描いた記号は、紙面奥側から手前側に向かう矢印を表している。空間においてｘ軸に沿う方向をｘ軸方向という。また、ｘ軸方向のうち、ｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。ｙ、ｚ成分についても、ｙ軸方向、＋ｙ方向、−ｙ方向、ｚ軸方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。なお、図２に示す加熱部１５は、図３における矢視II−IIから加熱部１５を見た断面図である。また、加熱部１５を通過する際に、用紙Ｐは画像が形成された面を＋ｙ方向に向けた状態で、ｚ軸方向に搬送される。すなわち、ｚ軸方向は用紙Ｐの搬送方向であり、ｘ軸方向は用紙Ｐの幅方向である。

加熱部１５は、加熱ベルト５１と、加圧ロール５２と、電磁誘導部５３と、磁心５４と、押圧パッド５６と、ホルダ５７と、伝熱部５８と、遮蔽部材５９とを備えている。図２に示すように加熱ベルト５１はｘ軸方向に平行な軸Ｏ１を中心に矢印Ｄ５１方向に回転する。また、図２に示すように加圧ロール５２は、金属製の円筒状の芯材５２１と、この芯材５２１の表面に設けられた弾性層５２２とを備える。芯材５２１は、軸Ｏ１に平行な軸であって軸Ｏ１の−ｙ方向に配置された軸である軸Ｏ２を中心に矢印Ｄ５２方向に回転し、これに伴って弾性層５２２が矢印Ｄ５２方向に回転する。弾性層５２２の材質は、例えばシリコーンゴム層や、フッ素ゴム層等である。また、弾性層５２２は、その表面に表面離型層（フッ素樹脂層）を備えてもよい。

加圧ロール５２は、図示しない駆動部により回転しつつ搬送部１６により搬送された用紙Ｐを加熱ベルト５１に押し付けることにより、加熱ベルト５１による用紙Ｐの加熱を補助する。加熱ベルト５１は、加圧ロール５２からの摩擦力によって加圧ロール５２に従動回転する。

押圧パッド５６、ホルダ５７、および伝熱部５８は、加熱ベルト５１の内周側に配置されている。
ホルダ５７は、フレーム５７１と、支持部材５７２と、固定部材５７３と、弾性部材５７４とを備える。フレーム５７１は、ｘ軸方向に伸びる部材であり、ｘ軸方向の図示しない両端部を画像形成装置１の筐体に固定されている。フレーム５７１は、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、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の非磁性金属等を材料に用いて形成しても良いが、本実施例のように遮蔽部材５９を設ける構成においては剛性が高い鉄系の部材を用いても良い。これにより、フレーム５７１は、誘導磁界に影響を与え難くなっており、且つ、誘導磁界から影響を受け難くなっている。フレーム５７１は、図２に示す矢印Ｄ５６方向（−ｙ方向）、すなわち加圧ロール５２が配置された方向に向けて押圧パッド５６を支持する。

押圧パッド５６を支持するフレーム５７１は、押圧パッド５６が加圧ロール５２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、ニップ領域Ｒ１におけるｘ軸方向の圧力（ニップ圧）の均一性を維持している。支持部材５７２と固定部材５７３とは、いずれもビスなどによる連結具によってフレーム５７１に取付けられている。

遮蔽部材５９は、電磁誘導部５３とフレーム５７１との間に配置され、電磁誘導部５３から発生する磁路がフレーム５７１の側に漏洩し難くする。図２に示すように遮蔽部材５９の一方の端部５９１は、フレーム５７１に取付けられた固定部材５７３により固定されている。また固定部材５７３は、伝熱部５８の端部うち、加熱ベルト５１の回転方向において上流側の端部も固定する。一方、遮蔽部材５９の他方の端部５９２は、伝熱部５８の端部のうち、上記回転方向において下流側の端部と結合されている。そして弾性部材５７４は、遮蔽部材５９の端部５９２と支持部材５７２との間に配置される。

この構成において、遮蔽部材５９がアルミニウム等により形成され、弾性を有するため遮蔽部材５９の端部５９２は端部５９１を支点として＋ｙ方向および−ｙ方向に移動する。また弾性部材５７４は、図２で見て右方向、すなわち＋ｙ方向の力を発生する。そしてこの力により遮蔽部材５９の端部５９２側が＋ｙ方向に押される。

押圧パッド５６は、ＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）等の耐熱性樹脂で構成され、加圧ロール５２と対向する位置でホルダ５７のフレーム５７１に支持される。押圧パッド５６は、加熱ベルト５１を介して加圧ロール５２から押圧される状態で配置され、加圧ロール５２の方向（−ｙ方向）に向けて加熱ベルト５１を内周面側から押圧する。これにより、加熱ベルト５１と加圧ロール５２との間にニップ領域Ｒ１が形成される。用紙Ｐは、このニップ領域Ｒ１を通過するように搬送される。ニップ領域Ｒ１において押圧パッド５６は、加圧ロール５２の押圧によって軸Ｏ１に向かって凹むように変形しており、加熱ベルト５１はこの変形した押圧パッド５６の形状に沿った形状となる。なお、押圧パッド５６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ていてもよい。

伝熱部５８は、感温層５８１、拡散層５８２、および蓄熱層５８３を、加熱ベルト５１の内周面側から軸Ｏ１に向かってこの順に重ねて備える。伝熱部５８は、ホルダ５７、遮蔽部材５９を含む支持機構によって軸Ｏ１を中心とした径方向に付勢されており、これによって、加熱ベルト５１の内周面との接触状態が維持されている。

感温層５８１は、キュリー点を持つ金属材料を含む層であり、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ系、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系の整磁合金である。このキュリー点は、加熱ベルト５１の設定温度以上、加熱ベルト５１の耐熱温度以下の範囲であることがよく、具体的には、例えば１７０℃以上２５０℃以下であることが望ましく、より望ましくは１９０℃以上２３０℃以下である。

感温層５８１は、加熱ベルト５１の内周面に沿った形状に構成され、加熱ベルト５１の内周面に接するとともに電磁誘導部５３に加熱ベルト５１を介して対向して配置されている。また、感温層５８１は、遮蔽部材５９によりホルダ５７とは非接触で加熱ベルト５１を円筒形状に維持させつつ、加熱ベルト５１の内周面に接して配置されている。感温層５８１は回転する加熱ベルト５１の内周面に滑りながら接触してこの加熱ベルト５１に対し熱を伝える。感温層５８１は、電磁誘導部５３から発生する交流磁界の作用により電磁誘導されて発熱する。

感温層５８１の厚みは、例えば、０．０５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、望ましくは０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である。感温層５８１の形状は、上記の厚みを有する円筒形状に形成された合金から、或る決められた中心角の範囲（例えば３０°以上１８０°以下）に相当する部分を切り出した形状等が挙げられるが、特に制限はない。

蓄熱層５８３は、アルミニウム（Ａｌ）等の非磁性体で構成され、図示しない支持部材によってホルダ５７に固定されている。蓄熱層５８３は、加熱ベルト５１や拡散層５８２に比べて熱容量が大きい。蓄熱層５８３は、加熱ベルト５１や感温層５８１で発生した熱を蓄える。

拡散層５８２は、炭素を主成分とした材料、グラファイトまたは炭素繊維を含む層であり、感温層５８１と蓄熱層５８３に挟まれている。ここで「主成分」とは、組成成分含有率で５０重量％以上であることをいう。拡散層５８２は、グラファイト等を含むため感温層５８１や蓄熱層５８３に比べて熱伝導率が高く、軸Ｏ１を中心とした径方向の熱伝導によって感温層５８１と蓄熱層５８３との間の熱の授受を仲介する。また拡散層５８２は、軸Ｏ１に沿った方向（軸方向）にも熱を拡散させて感温層５８１および蓄熱層５８３の軸方向の温度差を小さくする。

伝熱部５８は遮蔽部材５９の端部５９２で結合されているため、弾性部材５７４により発生した力は伝熱部５８を加熱ベルト５１に押圧する力として作用する。この結果、感温層５８１は加熱ベルト５１に押し付けられる状態となる。例えば、駆動部（移動機構）によって加圧ロール５２が加熱ベルト５１と接触、離間を繰り返す構成であるとしても、感温層５８１は加熱ベルト５１に押し付けられたままの状態を保つ。そのため加熱ベルト５１の形状の変化はわずかとなり、略円形形状を保つ。すなわち、弾性部材５７４は、加熱ベルト５１の変形を抑制する。その結果、加熱ベルト５１と感温層５８１との接触状態は変化し難いので、感温層５８１の端部によって加熱ベルト５１の内面が損傷する可能性は抑制される。

さらに、拡散層５８２および蓄熱層５８３も感温層５８１とともに弾性部材５７４によって押圧される方向に移動するので、感温層５８１、拡散層５８２および蓄熱層５８３の相互の接触状態にも変化が生じ難い。そのため磁路形成の状態に変化が生じ難く、蓄熱層５８３による熱拡散効果にも変化が生じ難い。そのため、加圧ロール５２が加熱ベルト５１から離れている状態でも、加熱ベルト５１に接触している状態でも、加熱ベルト５１、感温層５８１、拡散層５８２、蓄熱層５８３相互の接触状態が保たれる。その結果、定着動作を行うため加圧ロール５２が接触位置に戻った際にも、感温層５８１で発生した熱の加熱ベルト５１への供給の状態に変化が生じ難く、定着動作は速やかに開始される。

さらに、加熱ベルト５１、感温層５８１、拡散層５８２および蓄熱層５８３の相互の接触状態が保たれることにより、熱が外部に拡散し難くなり、定着動作を行っていないときでも加熱ベルト５１、感温層５８１、拡散層５８２および蓄熱層５８３の温度変化が生じ難い。そのためこの点でも定着動作は速やかに開始され、電力は節約される。

なお弾性部材５７４は、特に限定されることはなく、板ばね、コイルスプリング等が使用可能である。ただし、組み立てが容易であり、設計の自由度が高いという観点からコイルスプリングを使用することが好ましい。また弾性部材５７４の取付け位置については感温層５８１および蓄熱層５８３を加熱ベルト５１に押圧することができる位置であれば特に限定されることはない。ただし加圧ロール５２が加熱ベルト５１から離れているときに加熱ベルト５１の形状に変化が生じやすいのは、加熱ベルト５１の回転方向における下流側である。また、上述した感温層５８１の下流側の端部による加熱ベルト５１の破損防止の観点から、弾性部材５７４は、感温層５８１の端部またはこの端部に隣接する箇所であって加熱ベルト５１の回転方向に対し下流側に配設することが好ましい。

また上述した例では、遮蔽部材５９の一方の端部５９１は、固定されているとしたが、本実施の形態では、接着、溶接、ネジ止め等により完全に固定する場合に限らず、例えば、はめ込み等により自由度を持たして、固定する場合も含む。そしてこの場合、組み立てが容易になりやすい。

電磁誘導部５３は、制御部１１の指示に応じて図示しない励磁回路から定められた周波数の交流電流が供給される励磁コイルを備えている。この周波数は、例えば、一般的な汎用電源により生成される交流電流の周波数であり、例えば２０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数である。この交流電流の電流量は、制御部１１によって制御される。励磁コイルは、相互に絶縁された銅線材を束ねたリッツ線が、楕円形状または長方形状等の中空きの閉ループ状に巻かれて形成されているコイルである。励磁コイルに励磁回路から上記の交流電流が供給されることにより、電磁誘導部５３の周囲には、上記のリッツ線を中心とする交流磁界が発生する。上記の電流量が大きいほど、生成される交流磁界の強度が大きくなる。なお、電磁誘導部５３は、本発明における磁界発生手段の一例である。

磁心５４は、例えば焼成フェライト、フェライト樹脂、パーマロイ等を材料に形成された円弧形状の強磁性体である。これらの材料は、透磁率が比較的高い酸化物や合金材質である。磁心５４は、電磁誘導部５３の励磁コイルの周囲に生成された交流磁界の磁力線（磁束）を内部に誘導し、磁心５４から加熱ベルト５１を透過して磁心５４に戻る磁力線の通路（磁路）を形成する。磁心５４が磁路を形成することにより、上記の交流磁界の磁力線が、加熱ベルト５１のうち磁心５４と対向する部分に集中することになる。軸Ｏ１から見て磁心５４の外側には図示しないシールドが設けられている。このシールドは、交流磁界を遮蔽して外部への漏洩を抑制する。

図３は、図２における矢視IIIから加熱部１５を見た図である。図３に示すように加熱部１５は、ｘ軸方向に間隔をあけて並べられた複数の磁心５４を有している。各磁心５４は互いに接触していない。磁心５４のこの配置は、磁心５４を通過する磁束をｘ軸方向に分散させるためである。例えば、磁心５４をｘ軸方向に連続した一枚の板部材で構成した場合、磁心５４を通過する磁束は中央に集中してしまい、加熱ベルト５１を貫通する磁束密度がｘ軸方向の中央部に偏ってしまう。これを防ぐために、磁心５４は複数用意され、互いに接触しないようにｘ軸方向に間隔をあけて並べられる。なお、磁束がベルトなど層状の部材を「貫通」するとは、磁束がこれら層状の部材における厚みの方向に通り抜けることである。

加熱ベルト５１は、原形が円筒形状の無端のベルト部材で構成される。電磁誘導部５３の励磁コイルに交流電流が供給されるとその周囲に高周波交流磁界が発生し、これが回転する加熱ベルト５１に含まれる部材に作用してその部材を発熱させることで、加熱ベルト５１に接して加熱ベルト５１の外周面に接する用紙Ｐが加熱される。その結果、電磁誘導部５３は、供給される電力に応じた熱量により加熱ベルト５１を介して、媒体を加熱し、媒体に転写された画像をその媒体に定着させる。

図４は、加熱ベルト５１の一部を拡大して示す図である。加熱ベルト５１は、基材層５１１と、導電発熱層５１２と、弾性層５１３と、表面離型層５１４とを有する。基材層５１１は、耐熱性のシート状部材で形成され、導電発熱層５１２を支持するとともに、加熱ベルト５１全体としての機械的強度を形成する。また、基材層５１１は、交流磁界を貫通させる物性（比透磁率、固有抵抗）を持った材質および厚さで形成されている。基材層５１１は、交流磁界の作用により発熱しない、または導電発熱層５１２よりも発熱しにくくなっている。基材層５１１は、例えば、厚さ３０μｍ以上２００μｍ以下（望ましくは５０μｍ以上１５０μｍ以下、より望ましくは１００μｍ以上１５０μｍ以下）の非磁性ステンレススチール、軟質磁性材料（例えばパーマロイ、センダスト（登録商標）等）、又は硬質磁性材料（Ｆｅ−Ｎｉ−ＣｏやＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ合金）等の非磁性金属や、厚さ５０μｍ以上２００μｍ以下のポリイミドベルト等の樹脂材料を用いて形成されている。

導電発熱層５１２は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の非磁性金属やこれらの金属合金を材料に用いて、厚さが２μｍ以上２０μｍ以下（望ましくは５μｍ以上１０μｍ以下）となるように形成されている。これらの材料は、比透磁率が概ね１の常磁性体であり、固有抵抗が２．７×１０−８Ω・ｍ以下のものである。導電発熱層５１２の厚さ方向に電磁誘導部５３が生成した交流磁界が貫通すると、電磁誘導が生じて導電発熱層５１２の内部に渦電流が流れる。導電発熱層５１２は、この渦電流が流れることにより、熱を発生する。このように、導電発熱層５１２は、電磁誘導部５３が生成する交流磁界によって加熱される。以下では、このように交流磁界における電磁誘導により導電発熱層５１２を有する加熱ベルト５１が熱を発する、すなわち加熱されることを、「電磁誘導加熱」という。

弾性層５１３は、例えばシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等、圧力を加えられると変形し、加えられた圧力がなくなると元の形状に戻る材料を用いて形成されている。例えば、弾性層５１３は、硬度が１０°以上３０°以下（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴムを材料に用いて、厚みが１００μｍ以上６００μｍ以下となるように形成されている。二次転写ロール４２により用紙Ｐに転写された画像は、粉体である各色トナーが積層して形成されているため、微細な出っ張りや窪みがある。弾性層５１３は、この画像の出っ張りや窪みに合わせて変形するようになっている。弾性層５１３がこのように変形しなければ、画像において加熱ベルト５１と接触する部分としない部分とで供給される熱量にばらつきが生じてしまい、その画像が定着される度合いにムラが生じてしまう。弾性層５１３が上記のとおり変形することで、このムラが低減される。

表面離型層５１４は、用紙に形成された画像（トナー）と直接接触するため、トナーに対する離型性が高いほど望ましい。表面離型層５１４は、トナーに対する離型性が比較的高いものとして、例えば、ＰＦＡ（Tetrafluoroetylene- Perfluoroalkylvinylether Copolymer：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（polytetrafluoroethylene：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を材料に用いて形成されている。また、表面離型層５１４の厚みが小さいほど、摩耗により層が薄くなって離型層としての機能を果たせなくなるまでに要する期間が短くなる、すなわち加熱ベルト５１の寿命が短くなる。一方、この厚みが大きいほど、加熱ベルト５１の表面層が硬くなり、弾性層５１３の効果が弱くなり、上述のように画像にムラが発生してしまう。表面離型層５１４は、これらの寿命および定着画像が定められた範囲に収まるものとして、厚みが１μｍ以上５０μｍ以下となるように形成されている。

１−２．作用
図５は、キュリー点を下回る（より低い）温度における感温層５８１の作用を説明する図である。キュリー点を下回る温度において、感温層５８１は強磁性体であるため、電磁誘導部５３によって生成され、加熱ベルト５１を貫通した交流磁界は、この感温層５８１の形状に沿ってその内部を通過する。つまり、この交流磁界の磁束は、感温層５８１の延びる方向に通って磁路を形成する。したがって、図５に示すように、電磁誘導部５３および加熱ベルト５１の周囲を取り囲み、磁心５４および感温層５８１に沿った形状の磁路Ｌ０が形成される。感温層５８１がその形状に沿って磁路Ｌ０を形成するため、加熱ベルト５１を貫通する磁束密度は比較的高くなり、加熱ベルト５１の発熱量も多くなる。また、感温層５８１から交流磁界が脱出しづらいため、感温層５８１における発熱量も比較的多くなる。

一方、図６は、キュリー点以上の温度における感温層５８１の作用を説明する図である。キュリー点以上の温度において、感温層５８１は非磁性体となる。そのため、電磁誘導部５３によって生成され、加熱ベルト５１を貫通した交流磁界は、この感温層５８１を貫通し、拡散層５８２や蓄熱層５８３に到達する。つまり、この交流磁界の磁束は、感温層５８１を貫通して蓄熱層５８３に至る磁路を形成する。蓄熱層５８３は、非磁性体であり上記の交流磁界を貫通させない厚さに設定されており、図６に示すように、電磁誘導部５３、加熱ベルト５１、感温層５８１、および拡散層５８２の周囲を取り囲み、蓄熱層５８３に沿った形状の磁路Ｌ１が形成される。蓄熱層５８３に流れる電流は感温層５８１を通過する磁束を打ち消す方向に作用するため、加熱ベルト５１を貫通する磁束密度は低くなる。そのため、キュリー点以上の温度のときの加熱ベルト５１の昇温速度は、キュリー点を下回る温度のときに比べて減少する。

すなわち、感温層５８１は、蓄熱層５８３よりも加熱ベルト５１に近い位置に配置され、キュリー温度より低い温度では加熱ベルト５１から交流磁界を侵入させ、キュリー温度以上の温度では交流磁界の磁束を貫通させる。

次にこの構成によって加熱ベルト５１に生じる温度分布について説明する。加熱部１５に対する比較例として加熱部１５ａを説明する。図７は、拡散層５８２を有していない加熱部である加熱部１５ａの概要を示す図である。加熱部１５ａが加熱部１５と異なる点は、拡散層５８２を有しておらず、感温層５８１ａと蓄熱層５８３ａとが接している点である。加熱部１５ａのその他の構成は、加熱部１５において符号の添字「ａ」のない構成と共通するものである。

図８は、加熱部１５の加熱ベルト５１および加熱部１５ａの加熱ベルト５１ａに生じる温度分布を説明する図である。図３に示したように、磁心５４（磁心５４ａ）がｘ軸方向（用紙Ｐの幅方向）に間隔をあけて並べられているので、加熱ベルト５１（加熱ベルト５１ａ）を貫通する磁束は、磁心５４（磁心５４ａ）に対向する位置で密になり、磁心５４（磁心５４ａ）同士の間に対向する位置で疎になる。そのため、加熱ベルト５１（加熱ベルト５１ａ）で発熱する箇所は、磁束が密になっている部分に集中し、軸方向に温度ムラが生じる。軸方向に温度ムラが生じた加熱ベルト５１は、その温度ムラに応じて加熱ムラが発生するので、定着画像にグロスのムラが生じることがある。

一方、拡散層５８２を有している伝熱部５８は、拡散層５８２を有していない伝熱部５８ａに比べて、加熱ベルト５１から伝えられた熱を幅方向に拡散する。そのため、図８に示すように、幅方向の各位置における温度差は、加熱ベルト５１の方が加熱ベルト５１ａよりも小さくなる。したがって、拡散層５８２を加熱部１５の伝熱部５８に備えることで、画像形成に与えられる影響は抑制される。

２．第２実施形態
２−１．構成
本発明の第２実施形態に係る画像形成装置１ｂ（図示せず）について説明する。画像形成装置１ｂが第１実施形態に係る画像形成装置１と異なる点は、加熱部１５に替えて加熱部１５ｂを備える点であり、他の構成は共通する。第２実施形態に係る加熱部１５ｂが第１実施形態に係る加熱部１５と異なる点は、加熱部１５ｂに含まれる伝熱部５８ｂが加熱層５８４を有している点である。図９は、第２実施形態に係る加熱部１５ｂの概要を説明するための図である。加熱層５８４を除く加熱部１５ｂの各構成は、加熱部１５において符号の添字「ｂ」のない構成と共通するものである。図９に示すように、伝熱部５８ｂは、拡散層５８２ｂと蓄熱層５８３ｂとの間に挟まれた加熱層５８４を有する。加熱層５８４は、電気を流すことによってジュール熱を発生し、拡散層５８２ｂ、感温層５８１ｂ、および加熱ベルト５１ｂを介してそのジュール熱を加熱ベルト５１ｂの外周側に伝達させて用紙Ｐを加熱する抵抗体である。

図１０は、図９における矢視X−Xから加熱部１５ｂを見た断面図である。なお、図９に示す加熱部１５ｂは、図１０における矢視IX−IXから加熱部１５ｂを見た断面図である。加熱層５８４は、画像形成装置１ｂにおいて用いられる用紙Ｐのうち、幅が短いものを効率的に加熱するために、電磁誘導部５３ｂ、感温層５８１ｂ、拡散層５８２ｂ、および蓄熱層５８３ｂに比べて、軸方向の長さ（幅）が短く形成されている。具体的には、図１０に示すように、加熱層５８４の幅はｗ０である。一方、電磁誘導部５３ｂ、感温層５８１ｂ、拡散層５８２ｂ、および蓄熱層５８３ｂの幅はいずれもｗ０よりも長いｗ１である。そして軸方向における加熱層５８４の範囲は、電磁誘導部５３ｂの範囲に含まれている。以下、加熱ベルト５１ｂのうち上述した電磁誘導部５３ｂに対向する領域を第１領域とよび、加熱層５８４に対向する領域を第２領域とよぶ。したがって、第１領域は、電磁誘導部５３ｂによって発生する電磁誘導により発熱する領域である。また、第２領域は、第１領域に含まれる領域であってその幅ｗ１（第１の幅）よりも狭い幅ｗ０（第２の幅）を有する。

図１０に示した領域Ｒ０は、加熱層５８４に対向する領域であるため第２領域である。ここで上述した最大幅用紙Ｐ１の幅はｗ１であるとし、小幅用紙Ｐ２の幅はｗ０であるとする。小幅用紙Ｐ２に形成された画像を定着する場合、図１０に示した領域Ｒ０は小幅用紙Ｐ２がニップ領域Ｒ１ｂを通過する領域（以下、通紙領域という）となり、領域Ｒ０の両側にそれぞれ存在する領域Ｒ２は通紙領域以外の領域（以下、非通紙領域という）となる。電磁誘導部５３ｂの幅はｗ１であるため、電磁誘導部５３ｂによって加熱ベルト５１ｂを加熱すると、領域Ｒ０と領域Ｒ２の両方、つまり第１領域の全体が加熱されることになる。この場合、非通紙領域の熱が小幅用紙Ｐ２によって奪われないため領域Ｒ２の熱が加熱ベルト５１ｂに蓄積されていく。一方、加熱層５８４によって加熱ベルト５１ｂを加熱すると領域Ｒ０（つまり第２領域）が加熱され、領域Ｒ２（つまり第１領域から第２領域を除いた領域）は加熱されない。したがって、電磁誘導部５３ｂの電磁誘導加熱と加熱層５８４の抵抗発熱体からの熱伝導加熱とを組み合わせると、電磁誘導加熱のみの場合に比べて非通紙領域に蓄積される熱が抑制させられる。

図１１は、加熱層５８４の外観の一例を示す図である。図１１に示すように、加熱層５８４は、２つの電極５８４ａ、５８４ｃと、この２つの電極の間を蛇行するように繋いだ抵抗部材５８４ｂと、抵抗部材５８４ｂを両面から挟む２枚のフィルム５８４ｄとを有する。例えば、抵抗部材５８４ｂは薄さ３０μｍのステンレススチールであり、２枚のフィルム５８４ｄはそれぞれ薄さが５０μｍのポリイミドである。２つの電極５８４ａ、５８４ｃに電圧をかけることによって、抵抗部材５８４ｂが発熱する。

２−２．作用
上述した構成により、加熱ベルト５１ｂに生じる温度分布について説明する。加熱部１５ｂに対する比較例として加熱部１５ｃを説明する。図１２は、拡散層５８２を有していない加熱部である加熱部１５ｃの概要を示す図である。加熱部１５ｃが加熱部１５ｂと異なる点は、拡散層５８２ｂを有しておらず、感温層５８１ｃと加熱層５８４とが接している点である。加熱部１５ｃのその他の構成は、加熱部１５ｂにおいて符号の添字「ｃ」が添字「ｂ」に置き換わった構成と共通するものである。なお、ここでは、図７に示した加熱部１５ａも比較例として用いる。加熱部１５ａが加熱部１５ｂと異なる点は、拡散層５８２ｂに加えて加熱層５８４も有しておらず、感温層５８１ａと蓄熱層５８３ａとが接している点である。

図１３は、加熱部１５ａの加熱ベルト５１ａ、加熱部１５ｂの加熱ベルト５１ｂ、および加熱部１５ｃの加熱ベルト５１ｃに生じる温度分布を説明する図である。図１３に示した温度分布は、幅ｗ０の小幅用紙Ｐ２が通過したニップ領域Ｒ１ｂ（Ｒ１ａ，Ｒ１ｃ）における加熱ベルト５１ｂ（５１ａ，５１ｃ）の温度分布である。

加熱部１５ａは伝熱部５８に加熱層５８４を有していないので、加熱ベルト５１ａは電磁誘導部５３ａから発生する交流磁界の作用によってのみ加熱される。したがって、幅がｗ０の小幅用紙Ｐ２に形成された画像を定着する場合であっても通紙領域である領域Ｒ０と非通紙領域である領域Ｒ２の両方を加熱しなければならない。

一方、加熱部１５ｂや加熱部１５ｃは加熱層５８４を有しているので、加熱ベルト５１ｂや加熱ベルト５１ｃは、電磁誘導加熱と抵抗発熱体からの熱伝導加熱とを組み合わせてそれぞれ加熱される。したがって、幅がｗ０の小幅用紙Ｐ２に形成された画像を定着する場合に、加熱層５８４による加熱ベルト５１ｂの加熱の割合を大きくすることで非通紙領域である領域Ｒ２の温度上昇が抑えられる。

さらに、加熱部１５ｂは加熱部１５ｃに備えられていない拡散層５８２ｂを有している。加熱ベルト５１ｂと感温層５８１ｂとは接触しており、伝導伝熱によって熱のやり取りをしている。感温層５８１ｂの熱は拡散層５８２ｂに沿って軸方向を含めた様々な方向に拡散する。したがって図１３に示すように軸方向の温度ムラは、拡散層５８２ｂによる熱の拡散を享受する加熱ベルト５１ｂの方が、加熱ベルト５１ｃよりも抑えられる。

３．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。

３−１．加熱層
上述した実施形態において、加熱層５８４は、電気を流すことによってジュール熱を発生し、加熱ベルト５１を介してそのジュール熱を加熱ベルト５１の外周側に接触した用紙Ｐに伝えていたが、用紙Ｐを加熱する加熱層はこれに限られない。例えば、加熱層として、内部に設けたパイプの内側に液相の熱媒体を循環させる熱交換器型のヒータを用いてもよい。要するに、加熱層は、第１領域に含まれる領域であって第１の幅よりも狭い第２の幅を有する第２領域を加熱してこの第２領域を通過する媒体に形成された画像を定着させるものであればよい。

３−２．拡散層
上述した実施形態において、拡散層５８２は、炭素を主成分とした材料、グラファイトまたは炭素繊維を含む層であったが、これらの材質を含まない層であってもよい。要するに拡散層５８２は、感温層５８１および蓄熱層５８３のいずれよりも熱伝導率が高い層であって、加熱ベルト５１の熱をその軸方向に沿って拡散させる層であればよい。

３−３．感温層
感温層５８１は、熱を蓄える蓄熱層として機能してもよい。また、伝熱部５８は、感温層５８１を有していなくてもよい。この場合、拡散層５８２は蓄熱層５８３の外周側および内周側のいずれに配置されていてもよい。拡散層５８２、加熱層５８４および蓄熱層５８３のうち、最も外周側に配置された層が加熱ベルト５１の内周面に滑りながら接触してこの加熱ベルト５１に対し熱を伝えればよい。

３−４．保護層
伝熱部５８の面のうち、加熱ベルト５１に接触する面には、摩耗等から保護する保護層を設けることが好ましい。この保護層には、加熱ベルト５１を滑りやすくさせる材質が含まれていることが好ましく、例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ、シリコーン共重合体、またはこれらの複合材料等が用いられる。

３−５．媒体
上述した第２実施形態において、媒体としての用紙Ｐには、幅がｗ０の小幅用紙Ｐ２と、幅がｗ１の最大幅用紙Ｐ１との２種類が用いられていたが、画像形成装置が扱う媒体は２種類に限られず、３種類以上であってもよい。画像形成装置は、媒体の種類が３種類以上ある場合、その媒体の幅に応じた数の加熱層を備えていてもよい。そして或る加熱層が加熱する領域は、その加熱層に対応付けられた媒体が通過し得るものであればよい。

１…画像形成装置、１１…制御部、１２…記憶部、１３…現像部、１４…転写部、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…加熱部、１６…搬送部、１７…操作部、３１…感光体ドラム、３２…帯電器、３３…露光装置、３４…現像器、３５…一次転写ロール、３６…ドラムクリーナ、４１…中間転写ベルト、４２…二次転写ロール、４３…ベルト搬送ロール、４４…バックアップロール、４９…ベルトクリーナ、５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…加熱ベルト、５１１…基材層、５１２…導電発熱層、５１３…弾性層、５１４…表面離型層、５２…加圧ロール、５２１…芯材、５２２…弾性層、５３，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ…電磁誘導部、５４，５４ａ，５４ｂ，５４ｃ…磁心、５６…押圧パッド、５７…ホルダ、５７１…フレーム、５７２…支持部材、５７３…固定部材、５７４…弾性部材、５８，５８ａ，５８ｂ…伝熱部、５８１，５８１ａ，５８１ｂ，５８１ｃ…感温層、５８２，５８２ｂ…拡散層、５８３，５８３ａ，５８３ｂ…蓄熱層、５８４…加熱層、５８４ａ，５８４ｃ…電極、５８４ｂ…抵抗部材、５８４ｄ…フィルム、５９…遮蔽部材、５９１…端部、５９２…端部。

Claims (5)

1. 交流磁界を発生する磁界発生手段と、
   前記交流磁界が作用して生じる電磁誘導により発熱する第１領域を有するベルトであって、外周面に接する媒体を加熱して搬送する無端のベルトと、
   前記ベルトの内周面に滑りながら接触して当該ベルトに対し熱を伝える伝熱部であって、熱を蓄える蓄熱層と、前記蓄熱層よりも前記ベルトに近い位置に配置され、前記磁界発生手段と前記蓄熱層とを隔てるように延びる層であって、キュリー温度より低い温度では前記交流磁界の磁束を自身の延びる方向に通す磁路を形成し、前記キュリー温度以上の温度では前記交流磁界の磁束を貫通させて前記蓄熱層に至らせる磁路を形成する感温層と、前記感温層および前記蓄熱層のいずれよりも熱伝導率が高い層であって、前記ベルトの熱を当該ベルトの軸方向に沿って拡散させる拡散層と、前記第１領域に含まれて前記軸方向の長さが当該第１領域よりも短い第２領域に、前記感温層と前記蓄熱層との間において対向する位置に設けられ、当該第２領域を加熱する加熱層と、を有する伝熱部と、
   を備え、
   前記拡散層は、前記加熱層に接する
   ことを特徴とする加熱装置。
2. 前記蓄熱層は、前記拡散層よりも熱容量が大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記加熱層は、電気を流すことによって発生するジュール熱により前記第２領域を加熱する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
4. 前記拡散層は、炭素を主成分とした材料、グラファイトまたは炭素繊維を含む
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の加熱装置。
5. 媒体に画像を形成する画像形成手段と、
   前記画像形成手段により画像が形成された媒体を前記第１領域または前記第２領域に搬送する搬送手段と、
   前記搬送手段によって搬送されてくる媒体を加熱する請求項１から４のいずれか１項に記載の加熱装置と
   を具備することを特徴とする画像形成装置。

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