JP2005100729A - 加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁誘導加熱装置において、テンションフリーの定着ベルト内側のニップ部にローラを配して、定着ベルトを回転させる場合に、定着ベルトの回転を安定させる。
【解決手段】 定着ベルト内のニップ部上流側に、定着ベルトの走行位置を決定可能にするベルトガイドを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ベルト加熱方式の加熱装置、及び前記加熱装置を像加熱装置として備えた電子写真装置・静電記録装置などの画像形成装置に関する。

便宜上、複写機・プリンタ等の画像形成装置に具備させる、トナー画像を被記録材に加熱定着させる像加熱装置（定着装置）を例にして説明する。

画像形成装置において、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段部で被記録材（転写材シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・ＯＨＰシート・印刷用紙・フォーマット紙など）に転写方式あるいは直接方式にて形成担持させた目的の画像情報の未定着画像（トナー画像）を被記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定着装置としては熱ローラ方式の装置が広く用いられていた。近時はクイックスタートや省エネルギーの観点からベルト加熱方式の装置が実用化されている。また電磁誘導加熱方式の装置も提案されている。

ａ）熱ローラ方式の定着装置
これは、定着ローラ（加熱ローラ）と加圧ローラとの圧接ローラ対を基本構成とし、該ローラ対を回転させ、該ローラ対の相互圧接部である定着ニップ部を画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入して挟持搬送させて、定着ローラの熱と、定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるものである。

定着ローラは、一般に、アルミニウムの中空金属ローラを基体（芯金）とし、その内空に熱源としてのハロゲンランプを挿入配設してあり、ハロゲンランプの発熱で加熱され、外周面が所定の定着温度に維持されるようにハロゲンランプへの通電が制御されて温調される。

特に、最大４層のトナー画像層を十分に加熱溶融させて混色させる能力を要求される、フルカラーの画像形成を行う画像形成装置の定着装置としては、定着ローラの芯金を高い熱容量を有するものにし、またその芯金外周にトナー画像を包み込んで均一に溶融するためのゴム弾性層を具備させ、そのゴム弾性層を介してトナー画像の加熱を行っている。また、加圧ローラ内にも熱源を具備させて加圧ローラも加熱・温調する構成にしたものもある。

しかし、熱ローラ方式の定着装置は画像形成装置の電源をオンにして同時に定着装置の熱源であるハロゲンランプに通電を開始しても、定着ローラの熱容量が大きく、定着ローラ等が冷え切っている状態時から所定の定着可能温度に立ち上がるまでにはかなりの待ち時間（ウエイトタイム）を要し、クイックスタート性に欠ける。また画像形成装置のスタンバイ状態時（非画像出力時）も何時でも画像形成動作が実行できるようにハロゲンランプに通電して定着ローラを所定の温調状態に維持させておく必要があり、電力消費量が大きい等の問題があった。

また、上述のフルカラーの画像形成装置の定着装置のように特に熱容量の大きな定着ローラを用いるものにおいては、温調と定着ローラ表面の昇温とに遅延が発生するため、定着不良や光沢ムラやオフセット等の問題が発生していた。

ｂ）フィルム加熱方式の定着装置
フィルム加熱方式の定着装置は、例えば特開昭６３−３１３１８２号公報・特開平２−１５７８７８号公報・特開平４−４４０７５号公報・特開平４−２０４９８０号公報等に提案されている。

即ち、加熱体としての一般にセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルム（定着フィルム）を挟ませてニップ部を形成させ、該ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入してフィルムと一緒に挟持搬送させることでニップ部においてセラミックヒータの熱をフィルムを介して被記録材に与え、またニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるものである。

このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータ及びフィルムとして低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができ、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電力）等の利点がある。

ただ、大きな熱量が要求されるフルカラー画像形成装置や高速機種用の定着装置としては熱量的に難点がある。

ｃ）電磁誘導加熱方式の定着装置
実開昭５１−１０９７３９号公報には、磁束により定着ローラに電流を誘導させてジュール熱によって発熱させる誘導加熱定着装置が開示されている。これは、誘導電流の発生を利用することで直接定着ローラを発熱させることができて、ハロゲンランプを熱源として用いた熱ローラ方式の定着装置よりも高効率の定着プロセスを達成している。

しかしながら、磁場発生手段としての励磁コイルにより発生した交番磁束のエネルギーが定着ローラ全体の昇温に使われるため放熱損失が大きく、投入エネルギーに対する定着エネルギーの密度が低く効率が悪いという欠点があった。

そこで、定着に作用するエネルギーを高密度で得るために発熱体である定着ローラに励磁コイルを接近させたり、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップ部近傍に集中させたりして、高効率の定着装置が考案された。

図１３に、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップに集中させて効率を向上させた電磁誘導加熱方式の定着装置の一例の概略構成を示した。

１０は電磁誘導発熱層（導電体層、磁性体層、抵抗体層）を有する、電磁誘導発熱性の回転体としての円筒状の定着フィルムである。

１６は横断面略半円弧状樋型のフィルムガイド部材であり、円筒状定着フィルム１０はこのフィルムガイド部材１６の外側にルーズに外嵌させてある。

１５はフィルムガイド部材１６の内側に配設した磁場発生手段であり、励磁コイル１８とＥ型の磁性コア（芯材）１７とからなる。

３０は弾性加圧ローラであり、定着フィルム１０を挟ませてフィルムガイド部材１６の下面と所定の圧接力をもって所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させて相互圧接させてある。上記磁場発生手段１５の磁性コア１７は定着ニップ部Ｎに対応位置させて配設してある。

加圧ローラ３０は駆動手段Ｍにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ３０の回転駆動による該加圧ローラ３０と定着フィルム１０の外面との摩擦力で定着フィルム１０に回転力が作用して、該定着フィルム１０がその内面が定着ニップ部Ｎにおいてフィルムガイド部材１６の下面に密着して摺動しながら矢示の時計方向に加圧ローラ３０の回転周速度にほぼ対応した周速度をもってフィルムガイド部材１６の外回りを回転状態になる（加圧ローラ駆動方式）。

フィルムガイド部材１６は、定着ニップ部への加圧、磁場発生手段１５としての励磁コイル１８と磁性コア１７の支持、定着フィルム１０の支持、該フィルム１０の回転時の搬送安定性を図る役目をする。このフィルムガイド部材１６は磁束の通過を妨げない絶縁性の部材であり、高い荷重に耐えられる材料が用いられる。

励磁コイル１８は不図示の励磁回路から供給される交番電流によって交番磁束を発生する。交番磁束は定着ニップ部Ｎの位置に対応しているＥ型の磁性コア１７により定着ニップ部Ｎに集中的に分布し、その交番磁束は定着ニップ部Ｎにおいて定着フィルム１０の電磁誘導発熱層に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層の固有抵抗によって電磁誘導発熱層にジュール熱を発生させる。

この定着フィルム１０の電磁誘導発熱は交番磁束を集中的に分布させた定着ニップ部Ｎにおいて集中的に生じて定着ニップ部Ｎが高効率に加熱される。

定着ニップ部Ｎの温度は、不図示の温度検知手段を含む温調系により励磁コイル１８に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。

而して、加圧ローラ３０が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム１０がフィルムガイド部材１６の外回りを回転し、励磁回路から励磁コイル１８への給電により上記のように定着フィルム１０の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温調された状態において、不図示の画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像ｔが形成された被記録材Ｐが定着ニップ部Ｎの定着フィルム１０と加圧ローラ３０との間に画像面が上向き、即ち定着フィルム面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面が定着フィルム１０の外面に密着して定着フィルム１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この定着ニップ部Ｎを定着フィルム１０と一緒に被記録材Ｐが挟持搬送されていく過程において定着フィルム１０の電磁誘導発熱で加熱されて被記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。被記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過すると回転定着フィルム１０の外面から分離して排出搬送されていく。
実開昭５１−１０９７３９号

たとえば特開平１０−７４００７においては上記従来例でのニップ部の摺動をなくすことで長寿命化を図ろうとしたが、定着ベルトの内側に設けたローラと定着ベルトを挟んで加圧する加圧ローラで構成では、ローラより回転力を得た定着ベルトは、ニップ上流側でニップに向かって引っ張り力が働くため、定着ベルトの回転開始／停止時、被記録材がニップに入るときのトルク変動などで定着ベルトの回転が不安定になり、定着ニップに対する定着ベルトの位置が不安定になった。また、加圧ローラ左右の加圧バランスが異なる場合や、被記録材が中央からオフセットしてニップに入る場合など、定着ベルトの左右でニップに向かう引っ張り力に変化が生じ、ねじれ力が発生した場合、定着ベルトの走行が不安定になった。さらに、定着ベルトの走行位置が不安定なために、励磁コイルと磁場発生手段との距離が変化し発熱ムラが発生することもあった。さらに、定着ニップ前で定着ベルトと被記録材との距離に変化が生じ、被記録材への輻射熱による熱供給量に変化が生じ、定着トナー画像の光沢度にムラが発生することもあった。

そこで本発明では、上記課題を解決するために定着ベルトの安定した回転を実現することことを目的とする。

本発明は下記の構成を特徴とする加熱装置および画像形成装置である。

（１）磁場発生手段と、前記磁場発生手段の磁界の作用で電磁誘導発熱する部材と、前記電磁誘導発熱性部材と相互圧接して被加熱部材のニップ部を形成する回転可能な加圧部材１を有し、電磁誘導発熱性部材の発熱で被加熱材を加熱する加熱装置であり、
前記電磁誘導発熱性部材は無端ベルトであり、無端ベルト内側の前記加圧部材１と対向する位置に回転可能な加圧部材２を有し、少なくともニップ部上流側にニップ位置に対して固定された無端ベルトの走行位置を決定可能に配設したベルトガイド部材を有し、前記無端ベルトは前記加圧回転体と前記ベルトガイド部材の外側にルーズに外嵌され、回転することを特徴とする加熱装置。

（２）前記磁場発生手段を無端ベルトの内側に配設したことを特徴とする（１）の加熱装置。

（３）前記ベルトガイド部材は前記磁場発生手段を保持することを特徴とする（２）の加熱装置。

（４）前記無端ベルトの温度検知手段を磁場発生手段の下流でかつ前記ニップ部上流で無端ベルトに当設させたことを特徴とする（１）乃至（３）の加熱装置。

（５）前記無端ベルトの内側の回転可能な加圧部材の端部に回転可能に無端ベルト端部を保持する部材を設けたことを特徴とする（１）乃至（４）の加熱装置。

（６）前記無端ベルトの長さをＬ_Ｂ、前記加圧部材１の加圧部長さをＬ_Ｒ１、前記加圧部材２の前記無端ベルトとの接触可能長さをＬ_Ｒ２とすると、
Ｌ_Ｂ＞Ｌ_Ｒ２＞Ｌ_Ｒ１
の関係を満足することを特徴とする（１）乃至（５）の加熱装置。

（７）被記録材に画像を形成する画像形成手段と、（１）乃至（６）の何れかに記載の加熱装置を具備し、前記加熱装置を前記画像形成手段により被記録材上に形成した画像を加熱処理する像加熱装置。

（８）被記録材に画像を形成する画像形成手段と、（１）乃至（７）の何れかに記載の加熱装置を具備し、前記加熱装置を前記画像形成手段により被記録材上に形成した画像を加熱処理する像加熱装置として備えたことを特徴とする画像形成装置。

＜作用＞
ニップに対して少なくともニップ上流側に無端ベルトの走行位置を決定可能な部材を設けたことで無端ベルトの回転を安定させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、定着ベルトの回転開始／停止時、被記録材がニップに入るときのトルク変動など、定着ベルトの回転が不安定になる場合でも、ベルトガイドが定着ニップに対する定着ベルトの位置を決定するので安定した定着ベルトの回転が得られた。また、加圧ローラ左右の加圧バランスが異なる場合や、被記録材が中央からオフセットしてニップに入る場合など、定着ベルトの左右で引っ張り力に変化が生じ、ねじれ力が発生した場合でも、ベルトガイドが定着ベルトの走行位置を決定するため、安定した定着ベルトの回転が得られた。

よって、定着ベルトの回転が安定するので被記録材の搬送性も安定させることができた。さらに、定着ベルトと被記録材の距離が一定に保てるので被記録材とトナーに対する、定着ニップ前での熱供給の変化を抑えることができ、定着トナー画像の光沢度も安定させることができた。

ベルトガイドは長手にわたって配設することができるが、定着ベルトの両端部で被記録材のトナー画像形成域外に配設することで、トナー画像域で定着ベルトからベルトガイドへの熱流出をなくすことができ、消費電力の削減と、定着温度までの立ち上げ時間の短縮を図ることもできた。

（実施例１）
（１）画像形成装置例
図２は画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は電子写真カラープリンタである。

１０１は有機感光体やアモルファスシリコン感光体でできた感光体ドラム（像担持体）であり、矢示の反時計方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。

感光体ドラム１０１はその回転過程で帯電ローラ等の帯電装置１０２で所定の極性・電位の一様な帯電処理を受ける。

次いでその帯電処理面にレーザ光学箱（レーザスキャナー）１１０から出力されるレーザ光１０３による、目的の画像情報の走査露光処理を受ける。レーザ光学箱１１０は不図示の画像読み取り装置等の画像信号発生装置からの目的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（オン／オフ）したレーザ光１０３を出力して回転感光体ドラム１０１面に走査露光した目的画像情報に対応した静電潜像が形成される。１０９はレーザ光学箱１１０からの出力レーザ光を感光体ドラム１０１の露光位置に偏向させるミラーである。

フルカラー画像形成の場合は、目的のフルカラー画像の第１の色分解成分画像、例えばイエロー成分画像についての走査露光・潜像形成がなされ、その潜像が４色カラー現像装置１０４のうちのイエロー現像器１０４Ｙの作動でイエロートナー画像として現像される。そのイエロートナー画像は感光体ドラム１０１と中間転写体ドラム１０５との接触部（或いは近接部）である１次転写部Ｔ１において中間転写体ドラム１０５の面に転写される。中間転写体ドラム１０５面に対するトナー画像転写後の回転感光体ドラム１０１面はクリーナ１０７により転写残りトナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。

上記のような帯電・走査露光・現像・一次転写・清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画像の第２の色分解成分画像（例えばマゼンタ成分画像、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第３の色分解成分画像（例えばシアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作動）、第４の色分解成分画像（例えば黒成分画像、黒現像器１０４ＢＫが作動）の各色分解成分画像について順次実行され、中間転写体ドラム１０５面にイエロートナー画像・マゼンタトナー画像・シアントナー画像・黒トナー画像の都合４色のトナー画像が順次重ねて転写されて、目的のフルカラー画像に対応したカラートナー画像が合成形成される。

中間転写体ドラム１０５は、金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有するもので、感光体ドラム１０１に接触して或いは近接して感光体ドラム１０１と略同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動され、中間転写体ドラム１０５の金属ドラムにバイアス電位を与えて感光体ドラム１０１との電位差で感光体ドラム１０１側のトナー画像を前記中間転写体ドラム１０５面側に転写させる。

上記の回転中間転写体ドラム１０５面に合成形成されたカラートナー画像は、前記回転中間転写体ドラム１０５と転写ローラ１０６との接触ニップ部である二次転写部Ｔ２において、前記二次転写部Ｔ２に不図示の給紙部から所定のタイミングで送り込まれた被記録材Ｐの面に転写されていく。転写ローラ１０６は被記録材Ｐの背面からトナーと逆極性の電荷を供給することで中間転写体ドラム１０５面側から被記録材Ｐ側へ合成カラートナー画像を順次に一括転写する。

二次転写部Ｔ２を通過した被記録材Ｐは中間転写体ドラム１０５の面から分離されて像加熱装置（定着装置）１００へ導入され、未定着トナー画像の加熱定着処理を受けてカラー画像形成物として機外の不図示の排紙トレーに排出される。定着装置１００については次の（２）項で詳述する。

被記録材Ｐに対するカラートナー画像転写後の回転中間転写体ドラム１０５はクリーナ１０８により転写残りトナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。このクリーナ１０８は常時は中間転写体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム１０５から被記録材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写体ドラム１０５に接触状態に保持される。

また転写ローラ１０６も常時は中間転写体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム１０５から被記録材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写体ドラム１０５に被記録材Ｐを介して接触状態に保持される。

本例装置は、白黒画像などモノカラー画像のプリントモードも実行できる。また両面画像プリントモード、或いは多重画像プリントモードも実行できる。

両面画像プリントモードの場合は、像加熱装置１００を出た１面目画像プリント済みの被記録材Ｐは不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されて再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれて２面に対するトナー画像転写を受け、再度、像加熱装置１００に導入されて２面に対するトナー画像の定着処理を受けることで両面画像プリントが出力される。

多重画像プリントモードの場合は、像加熱装置１００を出た１回目画像プリント済みの被記録材Ｐは不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されずに再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれて１回目画像プリント済みの面に２回目のトナー画像転写を受け、再度、像加熱装置１００に導入されて２回目のトナー画像の定着処理を受けることで多重画像プリントが出力される。

（２）定着装置（加熱手段）１００
本例において定着装置１００は電磁誘導加熱方式の装置である。図１は本例の定着装置１００の要部の横断側面模型図、図３は要部の正面模型図、図４は要部の縦断正面模型図である。

本例装置１００は図１３の装置と共通の構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。

磁場発生手段は磁性コア１７ａ・１７ｂ及び励磁コイル１８からなる。

磁性コア１７ａ・１７ｂは高透磁率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。

励磁コイル１８には給電部１８ａ・１８ｂに励磁回路２７（図５）を接続してある。この励磁回路２７は２０ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波をスイッチング電源で発生できるようになっている。

励磁コイル１８は励磁回路２７から供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。電磁誘導発熱性ベルトである定着ベルト１０には前記交番磁界を打ち消す方向に渦電流が流れ、ジュール熱が発生し、定着ベルト１０が発熱する。

無端状の定着ベルト１０の内側には駆動ローラ３１とベルトガイド部材１６が配設してある。は横断面略半円弧状樋型のであり、ルーズに外嵌させてある。

前記ベルトガイド部材１６は、磁場発生手段としての磁性コア１７ａ・１７ｂと励磁コイル１８を内側に保持している。

２２はベルトガイド部材１６の内面平面部に当接させて配設した横長の加圧用剛性ステイである。

１９は磁性コア１７ａ・１７ｂ及び励磁コイル１８と加圧用剛性ステイ２２の間を絶縁するための絶縁部材である。

定着ベルト１０を回転させる駆動ローラ３１は、芯金３１ａと、該芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層３１ｂとで構成されている。芯金３１ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板金間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。駆動ローラ３１は不図示の駆動手段により矢示の反時計方向に回転駆動される。

駆動ローラ３１の両端には定着ベルト１０の端部を規制・保持するフランジ部材である２３ａ・２３ｂが駆動ローラ３１に回転可能に取り付けてある。フランジ部材２３ａ・２３ｂは定着ベルト１０の回転時に該定着ベルト１０の端部を受けて定着ベルトの長手に沿う寄り移動を規制する役目をする。駆動ローラ３１の芯金３１ａは駆動ローラ軸受け２９ｃ・２９ｄにより装置シャーシ７０に回転可能に固定されている。芯金３１ａにはギアが取り付けられており不図示の駆動手段により矢示の方向に回転駆動される。

加圧部材としての加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、該芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層３０ｂとで構成されており、芯金３０ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板金間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。必要に応じて、フッ素樹脂などの離型層を最外層に設けることができる。

加圧ローラ３０の両端部と装置シャーシ７０側とバネ受け部２９ａ・２９ｂとの間にそれぞれ加圧バネ２５ａ・２５ｂを縮設することで加圧ローラ３０に押し上げ力を作用させている。本例では、バネ受け部２９ａ・２９ｂは加圧ローラ３０の軸受けを兼ねている。これにより駆動ローラ３１の下面と加圧ローラ３０の上面とが定着ベルト１０を挟んで圧接して所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

この駆動ローラ３１の回転駆動による記駆動ローラ３１と定着ベルト１０の内面との摩擦力で定着ベルト１０に回転力が作用して、定着ベルト１０が矢示の時計方向に駆動ローラ３１の回転周速度にほぼ対応した周速度をもって回転状態になる。

駆動ローラ３１によって、定着ベルト１０を回転させたとき、定着ベルト１０に対して、ニップ上流側ではニップに向かって引っ張り力が働く。そこで、定着ベルトの回転を安定させるために、ニップ上流に定着ベルト１０の走行位置を決定可能なベルトガイド１６を配設した。このベルトガイド１６は領域Ｇにおいて定着ベルト１０と当接可能としてある。このベルトガイド１６により、定着ベルト１０の回転開始／停止時、被記録材がニップに入るときのトルク変動など、定着ベルト１０の回転が不安定になる場合でも、ベルトガイド１６が定着ニップＮに対する定着ベルト１０の位置を決定するので安定した定着ベルト１０の回転が得られる。また、加圧ローラ左右の加圧バランスが異なる場合や、被記録材が中央からオフセットしてニップに入る場合など、定着ベルト１０の左右で引っ張り力に変化が生じ、ねじれ力が発生した場合でも、ベルトガイド１６が定着ベルト１０の走行位置を決定するため、安定した定着ベルト１０の回転が得られる。

よって、定着ベルト１０の回転が安定するので被記録材Ｐの搬送性も安定させることができる。さらに、定着ベルト１０と被記録材Ｐの距離が一定に保てるので被記録材Ｐとトナーｔに対する、定着ニップＮ前での熱供給の変化を抑えることができ、定着トナー画像の光沢度も安定させることができる。

ベルトガイド１６は長手にわたって配設することができるが、定着ベルト１０の両端部で被記録材Ｐのトナー画像形成域外に配設することで、トナー画像域で定着ベルト１０からベルトガイド１６への熱流出をなくすことができ、消費電力の削減と、定着温度までの立ち上げ時間の短縮を図ることもできる。

図４において長手関係を示している。定着ベルト１０の長さをＬ_Ｂ、加圧ローラ３０の加圧部長さをＬ_Ｒ１、駆動ローラ３１の定着ベルト１０との接触可能長さをＬ_Ｒ２とすると、
Ｌ_Ｂ＞Ｌ_Ｒ２＞Ｌ_Ｒ１
の関係を満足するように設計するのがよい。なお、被記録材Ｐの最大幅をＬ_Ｐとした場合、Ｌ_Ｒ１≧ Ｌ_Ｐを満足する。そして、駆動ローラ３１の両端部に、フランジ部材２３ａ・２３ｂを回転可能に取り付けてある。

本例では、定着ベルト１０の内側のローラを駆動ローラ３０としたが、加圧ローラ３０に駆動をかけても良いし、両ローラともに駆動をかけることも可能である。

図６は交番磁束の発生の様子を模式的に表したものである。磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表す。

磁性コア１７ａ・１７ｂに導かれた交番磁束（Ｃ）は、磁性コア１７ａと磁性コア１７ｂとの間、そして磁性コア１７ａと磁性コア１７ｃとの間において定着ベルト１０の電磁誘導発熱層１に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層１の固有抵抗によって電磁誘導発熱層１にジュール熱（渦電流損）を発生させる。ここでの発熱量Ｑは電磁誘導発熱層１を通る磁束の密度によって決まり図６のグラフような分布を示す。図６のグラフは、縦軸が磁性コア１７ａの中心を０とした角度θで表した定着ベルト１０における円周方向の位置を示し、横軸が定着ベルト１０の電磁誘導発熱層１での発熱量Ｑを示す。ここで、発熱域Ｈは最大発熱量をＱとした場合、発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義する。これは、定着に必要な発熱量が得られる領域である。

この定着ニップ部Ｎの温度は、不図示の温度検知手段を含む温調系により励磁コイル１８に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。２６は定着ベルト１０の温度を検知するサーミスタなどの温度センサであり、本例においては定着ニップ部Ｎの前で温度センサ２６で測定した定着ベルト１０の温度情報をもとに定着ニップ部Ｎの温度を制御するようにしている。これは、定着ベルト１０の温度をニップ前で制御することで被記録材Ｐおよびトナーｔに与える熱量を制御するためである。

而して、駆動ローラ３１が回転駆動され、それに伴って定着ベルト１０が回転し、励磁回路２７から励磁コイル１８への給電により上記のように定着ベルト１０の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温調された状態において、画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像ｔが形成された被記録材Ｐが入り口ガイド６０により定着ニップ部Ｎに導かれ、定着ニップ部Ｎの定着ベルト１０と加圧ローラ３０との間に画像面が上向き、即ち定着ベルト面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面が定着ベルト１０の外面に密着して定着ベルト１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この定着ニップ部Ｎを定着ベルト１０と一緒に被記録材Ｐが挟持搬送されていく過程において定着ベルト１０の電磁誘導発熱で加熱されて被記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。この際、入口ガイド４０上で被記録材Ｐと未定着トナー画像ｔが予備加熱される。被記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過すると回転定着ベルト１０の外面から分離して排出搬送されていく。被記録材上の加熱定着トナー画像は定着ニップ部通過後、冷却して永久固着像となる。

本例ではトナーｔに低軟化物質を含有させたトナーを使用したため、定着装置にオフセット防止のためのオイル塗布機構を設けていないが、低軟化物質を含有させていないトナーを使用した場合にはオイル塗布機構を設けてもよい。また、低軟化物質を含有させたトナーを使用した場合にもオイル塗布や冷却分離を行ってもよい。

以下は各構成部品に関する詳細説明である。

Ａ）励磁コイル１８
励磁コイル１８はコイル（線輪）を構成させる導線（電線）として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の細線を複数本束ねたもの（束線）を用い、これを複数回巻いて励磁コイルを形成している。本例では１０ターン巻いて励磁コイル１８を形成している。

絶縁被覆は定着ベルト１０の発熱による熱伝導を考慮して耐熱性を有する被覆を用いるのがよい。たとえば、アミドイミドやポリイミドなどの被覆を用いるとよい。

励磁コイル１８は外部から圧力を加えて密集度を向上させてもよい。

励磁コイル１８の形状は、図１のように発熱層の曲面に沿うようにしている。本例では定着ベルトの発熱層と励磁コイル１８との間の距離は略２ｍｍになるように設定した。

励磁コイル保持部材１９の材質としては絶縁性に優れ、耐熱性がよいものがよい。例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＬＣＰ樹脂などを選択するとよい。

磁性コア１７ａ・１７ｂ及び励磁コイル１８と、定着ベルトの発熱層の間の距離はできる限り近づけた方が磁束の吸収効率が高いのであるが、この距離が５ｍｍを越えるとこの効率が著しく低下するため５ｍｍ以内にするのがよい。また、５ｍｍ以内であれば定着ベルト１０の発熱層と励磁コイル１８の距離が一定である必要はない。

励磁コイル１８の励磁コイル保持部材１９からの引出線すなわち１８ａ・１８ｂ（図５）については、励磁コイル保持部材１９から外の部分について束線の外側に絶縁被覆を施している。

Ｂ）定着ベルト１０
図８は本例における定着ベルト１０の層構成模型図である。本例の定着ベルト１０は、電磁誘導発熱性の定着ベルト１０の基層となる金属ベルト等でできた発熱層１と、その外面に積層した弾性層２と、その外面に積層した離型層３の複合構造のものである。発熱層１と弾性層２との間の接着、弾性層２と離型層３との間の接着のため、各層間にプライマー層（不図示）を設けてもよい。略円筒形状である定着ベルト１０において発熱層１が内面側であり、離型層３が外面側である。前述したように、発熱層１に交番磁束が作用することで前記発熱層１に渦電流が発生して前記発熱層１が発熱する。その熱が弾性層２・離型層３を介して定着ベルト１０を加熱し、前記定着ニップＮに通紙される被加熱材としての被記録材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。

ａ．発熱層１
発熱層１はニッケル、鉄、強磁性ＳＵＳ、ニッケル−コバルト合金といった強磁性体の金属を用いるとよい。

非磁性の金属でも良いが、より好ましくは磁束の吸収の良いニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバルト−ニッケル合金等の金属が良い。

その厚みは次の式で表される表皮深さより厚くかつ２００μｍ以下にすることが好ましい。表皮深さσ［ｍ］は、励磁回路の周波数ｆ［Ｈｚ］と透磁率μと固有抵抗ρ［Ωｍ］で、
σ＝５０３×（ρ／ｆμ）^１／２
と表される。

これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になっており、逆にいうと殆どのエネルギーはこの深さまでで吸収されている（図１０）。

発熱層１の厚さは好ましくは１〜１００μｍがよい。発熱層１の厚みが１μｍよりも小さいとほとんどの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪くなる。また、発熱層が１００μｍを超えると剛性が高くなりすぎ、また屈曲性が悪くなり回転体として使用するには現実的ではない。従って、発熱層１の厚みは１〜１００μｍが好ましい。

ｂ．弾性層２
弾性層２は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよく、熱伝導率がよい材質である。

弾性層２の厚さは１０〜５００μｍが好ましい。この弾性層２は定着画像品質を保証するために必要な厚さである。

カラー画像を印刷する場合、特に写真画像などでは被記録材Ｐ上で大きな面積に渡ってベタ画像が形成される。この場合、被記録材の凹凸あるいはトナー層の凹凸に加熱面（離型層３）が追従できないと加熱ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で画像に光沢ムラが発生する。伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低い。弾性層２の厚さとしては、１０μｍ以下では被記録材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してしまう。また、弾性層２が１０００μｍ以上の場合には弾性層の熱抵抗が大きくなりクイックスタートを実現するのが難しくなる。より好ましくは弾性層２の厚みは５０〜５００μｍがよい。

弾性層２の硬度は、硬度が高すぎると被記録材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してしまう。そこで、弾性層２の硬度としては６０゜（ＪＩＳ−Ａ）以下、より好ましくは４５゜（ＪＩＳ−Ａ）以下がよい。

弾性層２の熱伝導率λに関しては、
６×１０^−４〜２×１０^−３［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］
がよい。

熱伝導率λが６×１０^−４［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、定着ベルトの表層（離型層３）における温度上昇が遅くなる。

熱伝導率λが２×１０^−３［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］よりも大きい場合には、硬度が高くなりすぎたり、圧縮永久歪みが悪化する。

よって熱伝導率λは６×１０^−４〜２×１０^−３［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］がよい。より好ましくは８×１０^−４〜１．５×１０^−３［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］がよい。

ｃ．離型層３
離型層３はフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる。

離型層３の厚さは１〜１００μｍが好ましい。離型層３の厚さが１μｍよりも小さいと塗膜の塗ムラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足するといった問題が発生する。また、離型層が１００μｍを超えると熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の離型層の場合は硬度が高くなりすぎ、弾性層２の効果がなくなってしまう。

また図９に示すように、定着ベルト１０構成において、発熱層１のベルトガイド面側（発熱層１の弾性層２とは反対面側）に断熱層４設けてもよい。

断熱層４としては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂などの耐熱樹脂がよい。

また、断熱層４の厚さとしては１０〜１０００μｍが好ましい。断熱層４の厚さが１０μｍよりも小さい場合には断熱効果が得られず、また、耐久性も不足する。一方、１０００μｍを超えると磁性コア１７ａ・１７ｂ及び励磁コイル１８から発熱層１距離が大きくなり、磁束が十分に発熱層１吸収されなくなる。

断熱層４は、発熱層１に発生した熱が定着ベルトの内側に向かわないように断熱できるので、断熱層４がない場合と比較して被記録材Ｐ側への熱供給効率が良くなる。よって、消費電力を抑えることができる。

Ｃ）温度検知
本例においては、図２に示すように、定着ベルト１０のこの発熱域Ｈ（図６）の対向位置に暴走時の励磁コイル１８への給電を遮断するため温度検知素子であるサーモスイッチ５０を配設している。

図７は本例で使用した安全回路の回路図である。温度検知素子であるサーモスイッチ５０は＋２４ＶＤＣ電源とリレースイッチ５１と直列に接続されており、サーモスイッチ５０が切れると、リレースイッチ５１への給電が遮断され、リレースイッチ５１が動作し、励磁回路２７への給電が遮断されることにより励磁コイル１８への給電を遮断する構成をとっている。サーモスイッチ５０はＯＦＦ動作温度を２２０℃に設定した。

また、サーモスイッチ５０は定着ベルト１０の発熱域Ｈに対向して定着ベルト１０の外面に非接触に配設した。サーモスイッチ５０と定着ベルト１０との間の距離は略２ｍｍとした。これにより、定着ベルト１０にサーモスイッチ５０の接触による傷が付くことがなく、耐久による定着画像の劣化を防止することができる。

本例によれば、装置故障による定着装置暴走時、図１３のような定着ニップＮで発熱する構成とは違い、定着ニップＮに紙が挟まった状態で定着器が停止し、励磁コイル１８に給電が続けられ定着ベルト１０が発熱し続けた場合でも、紙が挟まっている定着ニップ部Ｎでは発熱していないために紙が直接加熱されることがない。また、発熱量が多い発熱域Ｈには、サーモスイッチ５０が配設してあるため、サーモスイッチ５０が２２０℃を感知して、サーモスイッチが切れた時点で、リレースイッチ５１により励磁コイル１８への給電が遮断される。よって、紙の発火温度は約４００℃近辺であるため紙が発火することなく、定着ベルトの発熱を停止することができる。

温度検知素子としてサーモスイッチのほかに温度ヒューズを用いることもできる。

（実施例２）
本実施例においては、図１１に示すように、定着ベルト１０の形状を略円筒形状に維持し、回転させた構成である。なお、第１の実施例と共通の構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。

定着ベルト１０を略円筒形状に維持することで、より安定したベルト走行が可能となり、また、ベルトの繰り返し折り曲げ量を減少させることができるので、ベルトの長寿命化を図ることもできる。

本例において、ベルトガイド部材１６ａをニップＮ上流に定着ベルト１０と当接可能に配設する事で、ニップ上流で、ニップに対する定着ベルト１０の位置が決まり、安定したベルト走行を実現することができる。このベルトガイド１６ａは領域Ｇにおいて定着ベルト１０と当接可能としてある。これにより、加圧バランスに差などによる、定着ベルトに対しねじれ方向に発生する力に対しても、ベルトの位置を決めることができ、安定したベルト走行を得ることができる。

ベルトガイド１６ａは長手にわたって配設することができるが、定着ベルト１０の両端部で被記録材Ｐのトナー画像形成域外に配設することで、トナー画像域で定着ベルト１０からベルトガイド１６ａへの熱流出をなくすことができ、消費電力の削減と、定着温度までの立ち上げ時間の短縮を図ることもできる。

本例においては、磁場発生手段を定着ベルト１０の内側で、上向きに配置したが、定着ベルトが略円筒形状に維持できればよく、磁場発生手段の向き、形状は変更することができる。また、１６ｂをベルトガイドとして利用することで、定着ベルトの走行安定性の向上を図ることもできる。

（実施例３）
本実施例においては、図１２に示すように、定着ベルト１０の形状を略円筒形状に維持し、回転させた構成で、磁場発生手段を定着ベルト１０の外側に配設している。なお、第１の実施例または第２の実施例と共通の構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。

本例では、定着ベルト１０を略円筒形状に維持することで、より安定したベルト走行が可能となり、また、ベルトの繰り返し折り曲げ量を減少させることができるので、ベルトの長寿命化を図ることもできる。

本例において、ベルトガイド部材１６をニップＮ上流に定着ベルト１０と当接可能に配設する事で、ニップ上流で、ニップに対する定着ベルト１０の位置が決まり、安定したベルト走行を実現することができる。これにより、加圧バランスに差などによる、定着ベルトに対しねじれ方向に発生する力に対しても、ベルトの位置を決めることができ、安定したベルト走行を得ることができる。よって、安定した、被記録材の搬送を行うことができる。

本例においては、磁場発生手段を定着ベルト１０の外側で、ニップ上流に配置したが、磁場発生手段の向き、形状は変更することができる。

磁場発生手段を定着ベルトの外側に配設すると、磁場発生手段を定着ベルトの内側に配設する場合と比較して、定着ベルト径を小さくすることができ、定着ベルトの熱容量の低減を図ることが可能となる。

サーモスイッチ５０は定着ベルト１０の発熱域Ｈに対向して定着ベルト１０の内面に非接触に配設した。サーモスイッチ５０と定着ベルト１０との間の距離は略１ｍｍとした。これにより、定着ベルト１０にサーモスイッチ５０の接触による定着ベルト１０からサーモスイッチ５０への熱流出により、サーモスイッチ位置の温度が低下することでの光沢ムラの発生を防止することができる。また、光沢ムラが気にならないモノクロ画像や、光沢度の低い場合にはサーモスイッチ５０を当接することが可能である。また、トナー画像形成域外に当接することも可能である。

（その他の実施例）
１）電磁誘導発熱性の定着ベルト１０は、モノクロあるいは１パスマルチカラー画像などの加熱定着用の場合は弾性層２を省略した形態のものとすることもできる。発熱層１は樹脂に金属フィラーを混入して構成したものとすることもできる。発熱層単層の部材とすることもできる。

２）加圧部材３０はローラ体に限らず、回動ベルト型など他の形態の部材にすることもできる。

また加圧部材３０側からも被記録材に熱エネルギーを供給するために、加圧部材３０側にも電磁誘導加熱などの発熱手段を設けて所定の温度に加熱・温調する装置構成にすることもできる。

３）本発明の加熱装置は実施例の画像加熱定着装置としてに限らず、画像を担持した被記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する像加熱装置、その他、被加熱材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置など、広く被加熱材を加熱処理する手段・装置として使用できる。

加熱装置としての定着装置の要部の横断側面模型図 第１の実施例に用いた画像形成装置の概略構成図 同じく要部の正面模型図 同じく要部の横断正面模型図 磁場発生手段と励磁回路の関係を示した図 磁場発生手段と発熱量Ｑの関係を示した図 安全回路を示した図 電磁誘導発熱性の定着ベルトの層構成模型図（その１） 電磁誘導発熱性の定着ベルトの層構成模型図（その２） 発熱層深さと電磁波強度の関係を示したグラフ 第２の実施例に用いた加熱装置としての定着装置の要部の横断側面模型図 第３の実施例に用いた加熱装置としての定着装置の要部の横断側面模型図 従来の加熱装置の横断側面模型図

符号の説明

１ 発熱層
２ 弾性層
３ 離型層
４ 断熱層
１０ 定着ベルト
１６ ベルトガイド
１７ 磁性コア
１８ 励磁コイル
１９ 励磁コイル保持部材
２３ａ・２３ｂ 定着ベルト端部の規制・保持用フランジ部材
２６ 温度検知素子（サーミスタ）
３０ 加圧部材としての加圧ローラ
３１ 駆動ローラ
５０ 安全用温度検知素子

Claims (8)

1. 磁場発生手段と、前記磁場発生手段の磁界の作用で電磁誘導発熱する部材と、前記電磁誘導発熱性部材と相互圧接して被加熱部材のニップ部を形成する回転可能な加圧部材１を有し、電磁誘導発熱性部材の発熱で被加熱材を加熱する加熱装置であり、
   前記電磁誘導発熱性部材は無端ベルトであり、無端ベルト内側の前記加圧部材１と対向する位置に回転可能な加圧部材２を有し、少なくともニップ部上流側にニップ位置に対して固定された無端ベルトの走行位置を決定可能に配設したベルトガイド部材を有し、前記無端ベルトは前記加圧回転体と前記ベルトガイド部材の外側にルーズに外嵌され、回転することを特徴とする加熱装置。
2. 前記磁場発生手段を無端ベルトの内側に配設したことを特徴とする特許請求項１の加熱装置。
3. 前記ベルトガイド部材は前記磁場発生手段を保持することを特徴とする特許請求項２の加熱装置。
4. 前記無端ベルトの温度検知手段を磁場発生手段の下流でかつ前記ニップ部上流で無端ベルトに当設させたことを特徴とする特許請求項１乃至３の加熱装置。
5. 前記無端ベルトの内側の回転可能な加圧部材の端部に回転可能に無端ベルト端部を保持する部材を設けたことを特徴とする特許請求項１乃至４の加熱装置。
6. 前記無端ベルトの長さをＬ_Ｂ、前記加圧部材１の加圧部長さをＬ_Ｒ１、前記加圧部材２の前記無端ベルトとの接触可能長さをＬ_Ｒ２とすると、
   Ｌ_Ｂ＞Ｌ_Ｒ２＞Ｌ_Ｒ１
   の関係を満足することを特徴とする特許請求項１乃至５の加熱装置。
7. 被記録材に画像を形成する画像形成手段と、特許請求項１乃至６の何れかに記載の加熱装置を具備し、前記加熱装置を前記画像形成手段により被記録材上に形成した画像を加熱処理する像加熱装置。
8. 被記録材に画像を形成する画像形成手段と、特許請求項１乃至７の何れかに記載の加熱装置を具備し、前記加熱装置を前記画像形成手段により被記録材上に形成した画像を加熱処理する像加熱装置として備えたことを特徴とする画像形成装置。
   

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