JP2005208623A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁束発生手段２の磁束により発熱する発熱部材１と、前記発熱部材１の熱により被加熱材上の像を加熱する加熱装置において、発熱部材１のキュリー温度が定着温度以上装置の耐熱温度よりも低い温度領域にある発熱部材端部での温度低下を防止しつつ、最大サイズよりも小サイズの被加熱材が搬送された場合における大サイズの通過領域と小サイズの通過領域の差領域での温度上昇（非通紙部昇温）を低減することを目的とする。
【解決手段】発熱部材１のキュリー温度が装置の像加熱温度以上装置の耐熱温度よりも低い温度領域であって、かつ前記発熱部材の被加熱材搬送方向に直交する幅方向において、前記磁束発生手段２からの発生磁束量が前記発熱部材１の中央付近よりも端部付近が大であることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、被加熱材上の像を加熱する加熱装置に関する。例えば、電子写真方式や静電記録方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、記録シート上の未定着トナー像を加熱定着させるための定着装置として用いて好適な電磁誘導加熱方式の加熱装置に関する。

電子写真方式等の画像形成装置には、被加熱材である記録紙や転写材などの記録シート上に転写方式もしくは直接方式で形成担持させたトナー像を前記シートに加熱定着させる加熱装置（定着装置）を備える。

この加熱装置は、一般に、シート上のトナーを熱溶融させる加熱ローラもしくはエンドレスベルトよりなる加熱ベルトと、これらに圧接してシートを挟持する加圧手段とを有する。

加熱ローラは、発熱体によって内部または外部より、直接もしくは間接的に加熱される。発熱体は、例えばハロゲンヒータや抵抗発熱体等が挙げられるが、特に近年、画像形成装置の省エネルギー化と、ユーザーの操作性向上（クイックプリント、ウォームアップ時間の短縮）との両立を図ることが重視されていることから、例えば特許文献１に開示されるように、発熱効率の高い電磁誘導加熱方式を用いた加熱装置（以下、誘導加熱装置と称す）が提案されている。

この誘導加熱装置は、金属導体（導電部材、磁性材料、誘導発熱体）からなる中空の加熱ローラに誘導電流（渦電流）を発生させ、加熱ローラ自体の表皮抵抗によって加熱ローラそのものをジュール発熱させる。この誘導加熱装置によれば、発熱効率が極めて向上するため、ウォームアップ時間の短縮が可能となる。

しかしながら、このような誘導加熱装置においては、印加する高周波電流の周波数、加熱ローラの透磁率および固有抵抗値とから決定される表皮抵抗に比例した電力で発熱する。したがって加熱ローラの厚みが厚くても発熱量は変わらない。このため加熱ローラの厚さが厚い場合、かえって発熱効率が低下してしまい、ウォームアップ時間短縮の効果を得ることが困難となる。一方、加熱ローラの厚さが薄すぎてしまうと、磁束が加熱ローラを突き抜けてしまい、発熱効率が低下したり、加熱ローラ周辺の金属部材を加熱してしまう。したがって、加熱ローラの厚さはおおよそ５０〜２０００μｍ程度が望ましい。

ところが、加熱ローラの厚さが十分でないと、ローラ軸方向への熱の伝達がされにくいために、例えば加熱ローラの長さよりも短いサイズのシートを定着させる場合、シートの通過する部分（通紙部）よりも、大サイズの通過領域と小サイズの通過領域の差領域である通過されない部分（非通紙部）の温度が高くなってしまう（以下、非通紙部昇温と称す）。

この場合、例えば小サイズのシートを定着させた直後に通常サイズのシートを定着させると、非通紙部昇温によってホットオフセットが発生しやすくなってしまう。

一方で、例えば特許文献２に開示されるように、加熱ローラに、キュリー温度を所定の定着温度に調整された整磁合金を用いた、誘導加熱装置が提案されている。一般に磁性材料は、加熱されて材料固有のキュリー温度を越えると自発磁化がなくなるので、磁性材料内に発生する磁束が減少し、それに伴って磁性材料中に誘導される渦電流が減少することで、磁性材料の発熱量が減少する。したがって、加熱ローラの材料として、所定温度に調整されたキュリー温度を持つ整磁合金を用いることで、加熱ローラは所定温度以上に加熱されることがない。そのため、上述の非通紙部昇温を改善することができる。
特開昭５９−３３７８７号公報 特開２０００−３９７９７号公報

しかしながら、加熱ローラの材料として、上述したキュリー温度を所定温度に調整した整磁合金を用いた誘導加熱装置において、ウォームアップ時間短縮の効果を得るために、加熱ローラの厚さを薄くした場合、厚みが十分でないため、加熱ローラ長手方向での熱移動が少なく、また、加熱ローラ長手方向の両端部においては、中央部よりも放熱量が大きいために、通常サイズのシートを定着させる場合や、定着動作を行わないスタンバイ状態において、中央部と比較して両端部の温度が低くなってしまう（以下、端部温度ダレと称す）。

その結果、記録シートを連続で定着させる場合や厚手のシートへの定着の場合に定着不良が発生してしまうという課題がある。また、定着不良が発生しないように定着温度を高くした場合、消費エネルギーが増加し、かつ中央部と両端部とで、定着画像の光沢が異なってしまうという課題がある。

また、加熱ローラの材料として、キュリー温度を所定温度に調整した整磁合金を用いた誘導加熱装置であって、温度制御手段によって加熱ローラはキュリー温度よりも低い定着温度に維持される加熱装置においては、端部温度ダレはいっそう顕著となる。

そこで本発明の目的は、発熱部材のキュリー温度が定着温度以上装置の耐熱温度よりも低い温度領域にある発熱部材端部での温度低下を防止しつつ、最大サイズよりも小サイズの被加熱材が搬送された場合における大サイズの通過領域と小サイズの通過領域の差領域での温度上昇（非通紙部昇温）を低減することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る代表的な加熱装置の構成は、磁束発生手段の磁束により発熱する発熱部材と、前記発熱部材の熱により被加熱材上の像を加熱する加熱装置において、前記発熱部材のキュリー温度が装置の像加熱温度以上装置の耐熱温度よりも低い温度領域にであって、かつ前記発熱部材の被加熱材搬送方向に直交する幅方向において、前記磁束発生手段からの発生磁束量が前記発熱部材の中央付近よりも端部付近が大であることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る他の代表的な加熱装置の構成は、磁束発生手段の磁束により発熱する磁性を有する発熱部材と、該発熱部材の熱により被加熱材上の像を加熱する加熱装置において、前記発熱部材の温度が装置の耐熱温度より低い温度範囲内において、前記発熱部材の温度上昇に伴い前記発熱部材の抵抗値が減少する温度領域を少なくとも有する発熱部材であって、かつ前記発熱部材の被加熱材搬送方向に直交する幅方向において、前記磁束発生手段からの発生磁束量が前記発熱部材の中央付近よりも端部付近が大であることを特徴とする。

発熱部材の被加熱材搬送方向に直交する幅方向において、発熱部材に作用する磁束量が発熱部材の中央付近よりも端部付近が大きいため、発熱部材端部での温度低下を防止することができ、かつ発熱部材のキュリー温度が装置の像加熱温度以上装置の耐熱温度より低い温度範囲内において、少なくとも発熱部材の抵抗値が減少する温度領域を有する為、最大サイズよりも小サイズの被加熱材が搬送された場合における大サイズの通過領域と小サイズの通過領域の差領域での温度上昇（非通紙部昇温）を低減することができる。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

（１）画像形成装置例
図１は本発明に従う電磁誘導加熱方式の加熱装置を画像加熱定着装置として備えた画像形成装置の一例の概略構成模型図である。

本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用、レーザー走査露光方式のデジタル画像形成装置（複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機能機等）である。

４１は像担持体としての回転ドラム型の感光体（感光ドラム）であり、矢印の方向に所定の周速度をもって回転駆動され、その回転課程において一次帯電器４２によってマイナスの所定の暗電位Ｖｄに一様に帯電処理される。

４３はレーザービームスキャナであり、不図示の画像読取装置、ワードプロセッサ、コンピュータ等のホスト装置から入力されるデジタル画像信号に対応して変調されたレーザービームＬを出力し、前記の感光ドラム４１の一様帯電処理面を走査露光する。このレーザービーム走査露光により、感光ドラム４１の露光部分は電位絶対値が小さくなって明電位Ｖｌとなり、感光ドラム４１面に画像信号に対応した静電潜像が形成される。静電潜像は現像器４４により、感光ドラム面の露光明電位Ｖｌ部にマイナスに帯電したトナーが付着することで、トナー画像として顕像化される。

一方、不図示の給紙トレイ上から給紙された記録シートＰは、転写バイアスを印加した転写部材としての転写ローラ４５と感光ドラム４１の圧接部（転写部）へ感光ドラム４１の回転と同期どりされた適切なタイミングをもって搬送され、記録シートＰの面に感光ドラム４１上のトナー画像ｔが順次転写される。

トナー画像ｔが形成された記録シートＰは、感光ドラム４１から分離され、後述する定着装置Ｆに導入されて、加圧加熱されることによって、トナー画像ｔの定着処理を受けて機外に排出される。

記録シートＰを分離した後の感光ドラム４１の表面は、クリーニング装置４６で感光ドラム表面に残ったトナー等の転写残留物の除去を受けたのち、繰り返して作像に供される。

（２）定着装置Ｆ
図２は定着装置Ｆの要部の拡大横断面模型図、図３は要部の正面模型図、図４はその縦断正面模型図である。

この定着装置Ｆは、本発明に従う、電磁誘導加熱方式で加熱ローラ型の加熱装置であり、互いに所定の押圧力で圧接させて所定のニップ幅（ニップ長）の定着ニップ部Ｎを形成させた一対の導電部材（加熱部材）と加圧部材としての、上下並行２本の加熱ローラ（定着ローラ）１と加圧ローラ２を主体とする。

発熱部材としての加熱ローラ１は、外径が４０ｍｍ、厚さは０．５ｍｍ、長さ３４０ｍｍであって、キュリー温度が本実施例では２１０℃になるように鉄、ニッケル、クロム、マンガン等の材料を配合した整磁合金よりなる芯金１ａに、表面のトナー離型性を高めるためにＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂より成る、厚さ３０μｍの表層１ｂを設けている。また、カラー画像等の高画質な定着画像を得るために、芯金１ａと表層１ｂの間にシリコーンゴムなどの耐熱弾性層を設けても良い。

この加熱ローラ１はその両端部側をそれぞれ定着装置の手前側と奥側の側板（定着ユニットフレーム）２１・２２間に軸受２３を介して回転可能に支持させて配設してある。また内空部には、上記の加熱ローラ１に誘導電流（渦電流）を誘起させてジュール発熱させるための高周波磁界を生じる、磁場発生手段としてのコイル・アセンブリ３を挿入して配置してある。

加圧ローラ２は、外径３８ｍｍ、長さは３３０ｍｍであって、外径２８ｍｍ、肉厚３ｍｍの芯金２ａ、芯金２ａの周面に形成される厚さ５ｍｍの耐熱弾性層２ｂ、および耐熱弾性層２ｂの周面に形成されるＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂より成る厚さ３０μｍの表層２ｃとから成る。

この加圧ローラ２は上記の加熱ローラ１の下側に並行に配列して、芯金２ａの両端部側をそれぞれ定着装置の手前側と奥側の側板２１・２２間に軸受２６を介して回転自在に保持させてある。

そして、上記の加熱ローラ１と加圧ローラ２を互いに不図示の加圧機構によって弾性体層２ｂの弾性に抗して圧接させて、該両ローラ１・２間に被加熱材としての記録シートＰを挟持搬送してトナー像を加熱定着する幅約５ｍｍの定着ニップ部Ｎを形成させている。

ここで、本発明において、装置構成部材についてその長手方向とは、定着ニップ部Ｎを含む平面において記録シートＰの搬送方向に対して直交する方向としている。また、中央部及び端部は、その長手方向の中央部及び端部である。

加熱ローラ１の内空部に挿入した磁束発生手段（磁場発生手段）としてのコイル・アセンブリ３は、ボビン４、磁性材からなる芯材（磁性コア）５（１，２）、励磁コイル（誘導コイル）６、絶縁部材製のステー７等の組み立て体である。磁性芯材５はボビン４に保持させてあり、励磁コイル６はボビン４の周囲に電線を巻回して形成されている。このボビン４・磁性芯材５・励磁コイル６のユニットをステー７に固定支持させてある。

上記のコイル・アセンブリ３を加熱ローラ１の内空部に挿入して所定の角度姿勢でかつ加熱ローラ１の内面と励磁コイル６との間に一定のギャップを保持させた状態にしてステー７の両端部７ａ・７ａ側をそれぞれ定着装置の手前側と奥側の保持部材２４・２５に非回転に固定支持させて配置してある。ボビン４・磁性芯材５・励磁コイル６のユニットは加熱ローラ１の外部に露呈しないように収納されている。

磁性芯材５はフェライト、パーマロイ等の、高透磁率で残留磁束密度の低い材料であって、励磁コイル６によって発生した磁束を加熱ローラ１に導く働きをする。本実施例における磁性芯材５は横断面Ｔ字型であり、Ｔ字の横棒部分と縦棒部分とを構成する２枚の板状磁性芯材５（１）と５（２）との組み合わせで構成させている。

励磁コイル６は、図４のように、加熱ローラ１の長手方向に平行に延び、磁性芯材５を周回するようにボビン４の形状に合せて横長舟型に複数回巻回して両端で折り曲げられて巻かれるリッツ線を束ねたものであり、加熱ローラ１の内周に沿うように湾曲して配置されている。６ａ・６ｂは上記励磁コイル６の２本のリード線（コイル供給線）であり、ステー７の奥側から外部に引き出して、励磁コイル６に高周波電流を供給する高周波インバーター（励磁回路）１０１に接続してある。

１１は加熱ローラ１の温度検知手段としてのサーミスタである。このサーミスタについては後述する。

１２は定着前ガイド板であり、作像機構部側から定着装置Ｆに搬送された記録シートＰを定着ニップ部Ｎの入口部に案内する。１３は分離爪であり、定着ニップ部Ｎに導入されて定着ニップ部Ｎを出た記録シートＰが加熱ローラ１に巻き付くのを抑え、加熱ローラ１から分離させる役目をする。１４は定着後ガイド板であり、定着ニップ部Ｎの出口部を出た記録シートＰを排紙案内する。

前記のボビン４、ステー７、分離爪１３は耐熱および電気絶縁性エンジニアリング・プラスチックから形成されている。

Ｇ１は加熱ローラ１の奥側の端部側に固着させた加熱ローラドライブギアである。このドライブギアＧ１に駆動源Ｍ１から伝達系を介して回転力が伝達されることで、加熱ローラ１が図２において矢印Ａの時計方向に本実施例では３００ｍｍ／ｓｅｃの周速度にて回転駆動される。加圧ローラ２は定着ニップ部Ｎでの加熱ローラ１との摩擦力で加熱ローラ１の回転駆動に従動して矢印の反時計方向Ｂに回転する。

１５は加熱ローラクリーナであり、クリーニング部材としてのクリーニングウエブ１５５ａをロール巻きに保持したウエブ繰り出し軸部１５ｂと、ウエブ巻取り軸部１５ｃと、該両軸部１５ｂ・１５ｃ間のウエブ部分を加熱ローラ１の外面に押し付ける押し付けローラ１５ｄなどからなる。押し付けローラ１５ｄで加熱ローラ１に押し付けたウエブ部分で加熱ローラ１面にオフセットしたトナーが拭われて定着ローラ面が清掃される。加熱ローラ１に押し付けられるウエブ部分は繰り出し軸部１５ｂ側から巻取り軸部１５ｃ側にウエブ１５ａが少しずつ送られることで徐々に更新される。

本実施例では、通紙は中央基準で行われる。Ｓはその中央基準である。すなわち、いかなる記録シートサイズでも、記録シートの中央部が加熱ローラ軸方向中央部を通過することになる。本実施例の画像形成装置においては、通紙できる記録シートの最大サイズ（以下、大サイズ紙と記す）は例えばＡ４横である。また通紙できる記録シートの最小サイズ（以下、小サイズ紙と記す）は例えばＢ５Ｒである。Ｐ１はその大サイズ紙の通紙領域幅、Ｐ２は小サイズ紙の通紙領域幅である。

前述のサーミスタ１１は、加熱ローラ１の中央温度検知装置として、小サイズ紙の通紙領域幅Ｐ２の略中央部に対応する定着ローラ中央部分において、加熱ローラ１を隔てて励磁コイル６に向かい合うように、定着ローラ１の表面に対して弾性部材により押圧して弾性的に圧接させて配置してある。このサーミスタ１１の加熱ローラ温度検知信号は制御回路部（ＣＰＵ）１００に入力する。

画像形成装置の制御回路部１００は装置のメイン電源スイッチのＯＮにより装置を起動させて所定の作像シーケンス制御をスタートさせる。定着装置Ｆは駆動源Ｍ１の起動により加熱ローラ１の回転が開始される。この加熱ローラ１の回転に従動して加圧ローラ２も回転する。また制御回路部１００は高周波インバーター１０１を起動させて励磁コイル６に高周波電流（例えば１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ）を流す。これにより励磁コイル６の周囲に高周波交番磁束が発生し、加熱ローラ１が電磁誘導発熱して所定の像加熱温度である定着温度、本実施例では１９０℃に向かって昇温していく。この加熱ローラ１の昇温がサーミスタ１１で検知され、その検知温度情報が制御回路部１００に入力する。

制御回路部１００はこのサーミスタ１１から入力する加熱ローラ１の検知温度が所定の定着温度１９０℃に維持されるように高周波インバーター１０１から励磁コイル６に供給される周波数（電力）を制御して加熱ローラ１の温度立上げ、定着温度１９０℃での温調を行う。加熱ローラ１は大サイズ紙通紙領域幅Ｐ１の全域が定着温度１９０℃に立ち上げられて温調される。

装置の耐熱温度とは、加熱装置への投入電力を増加させ、加熱ローラが温度上昇した際の装置部品が上昇し、破壊もしくは耐熱限界を超える温度である。本発明では、加熱装置のコイルの被覆樹脂の耐熱温度が２３５度であり、本実施例の加熱装置の耐熱温度は２３５度である。

そして、この温調状態において、定着ニップ部Ｎに対して作像部側から未定着トナー像ｔを担持した被加熱材としての記録シートＰが導入されて定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていくことで、加熱ローラ１の熱と定着ニップ部Ｎの加圧力で、未定着トナー像ｔが記録シートＰの面に加熱定着される。

ここで、図５を用いて、導電部材である加熱ローラ芯金１ａの電磁誘導発熱原理を説明する。励磁コイル６には、高周波インバーター１０１から交流電流が印加され、これによって励磁コイル６の周囲には矢印Ｈで示した磁束が生成消滅を繰り返す。磁束Ｈは、磁性芯材５（１，２）と芯金１ａによって形成された磁路に沿って導かれる。励磁コイル６が生成した磁束の変化に対して、芯金１ａ内では、磁束の変化を妨げる方向に磁束を発生するように渦電流が発生する。この渦電流を矢印Ｃで示す。

この渦電流Ｃは、表皮効果により芯金１ａの励磁コイル６側の面に集中して流れ、芯金１ａの表皮抵抗Ｒｓ（Ω）に比例した電力で発熱を生じる。

ここで、励磁コイル６に印加する交流電流の角周波数ω、芯金１ａの透磁率μ、芯金１ａの固有抵抗ρから得られる表皮深さδおよび表皮抵抗Ｒｓは、式１および式２で示される。

また、芯金１ａに発生する電力Ｗは、芯金１ａに誘導される渦電流をＩｆとして、式３で示される。

以上より、芯金１ａの発熱量を増加させるためには、渦電流Ｉｆを大きくする、または表皮抵抗Ｒｓを大きくすればよい。

渦電流Ｉｆを大きくするためには、励磁コイル６によって生成される磁束を強くする、あるいは磁束の変化を大きくすればよく、たとえば励磁コイル６の巻き数を増やしたり、磁性芯材５として、より高透磁率で残留磁束密度の低いものを用いると良い。また、磁性芯材５と芯金１ａとのギャップｄを少なくすることで、芯金１ａ中に導かれる磁束が増加するため、渦電流Ｉｆを大きくすることが出来る。

一方、表皮抵抗Ｒｓを大きくするためには、励磁コイル６に印加する交流電流の周波数を高くするか、芯金１ａに、より透磁率μの高く、固有抵抗の高い材料を用いると良い。

ところで、一般に強磁性体は、材料固有のキュリー温度まで加熱されると、自発磁化を失い、透磁率μが減少する。したがって、加熱ローラ１の導電部材である芯金１ａの温度がキュリー温度を越えてしまうと、表皮抵抗Ｒｓが減少する。また芯金１ａ内に導かれる磁束も減少するので、渦電流Ｉｆも減少する。その結果、芯金１ａの発熱量Ｗが減少する。

一般に抵抗値は式２で表されるとおり、周波数が一定の場合は透磁率μと抵抗率ρで決まり、一般に抵抗率は温度上昇に伴って緩やかに増加する。

図１８は本実施例の加熱ローラの抵抗値の温度依存性曲線を示した図である。

本発明では、芯金１ａに所定の温度にキュリー温度を調整した整磁合金を用いることによって、キュリー温度を定着温度以上装置の耐熱温度よりも小さくすることにより加熱ローラの温度がキュリー温度近傍では温度上昇に伴って透磁率が急激に減少するため、図１８ようにコイルからみた加熱ローラ１の抵抗値は、装置の耐熱温度よりも低い温度範囲において、加熱ローラの抵抗値が減少する温度範囲を少なくとも有し（装置の耐熱温度よりも低い温度で極大点を有する）、抵抗値が減少することで発熱量が低下する。そのため従来のように温度と共に抵抗値が上昇する加熱ローラと違って、温度上昇に伴って発熱量が低減するため非通紙部昇温を低減することができる。また、透磁率の減少に伴い、渦電流量も減少するため、発熱量は急激に低下する。

また、定着温度まで立ち上げるまでの時間、ウォームアップタイムの短縮の為には、上記の極大点をなるべく定着温度以上にするのがよい。こうすることで、定着温度まで達するまでは抵抗値が低下しない為、効率的に加熱することができる。

また、所定の定着温度以上装置の耐熱温度よりも低い温度範囲において、少なくとも定着温度時よりも抵抗値が低くなる温度領域を有するように加熱ローラの材料を調整している。こうすることで、通紙部に対する非通紙部の発熱量を下げることができるため、非通紙部昇温を低減することができる。

ここで、加熱ローラ１の抵抗値（表皮抵抗）Ｒｓは磁束発生手段を加熱ローラに装着したときのコイルに電流を流したときのコイルからみた加熱ローラのみかけの負荷抵抗に相当する。

このみかけの抵抗値の測定方法、及び抵抗値の温度依存性は以下のように測定する。アジレント社製のＬＣＲメータ（型番ＨＰ４１９４Ａ）を用いて、周波数２０ｋＨｚの交流を印加した際の加熱ローラの抵抗値を測定した。このとき、加熱ローラ１、磁束発生手段である励磁コイル、コアは加熱装置に装着された状態で測定するものとする。このとき加熱ローラの温度を変えていき、温度と加熱ローラの抵抗値を同時にプロットしていくことで加熱ローラ１の抵抗値の温度特性曲線を得ることができる。

また、加熱ローラの温度を変えるには、恒温室に加熱ローラ１及び磁束発生手段を装置に装着させた位置関係に保った状態にして加熱ローラの温度を変化させ、ローラ温度を高温室の温度に飽和させてから上記の測定法で抵抗値を測定する。

以上より、芯金１ａに、所定の温度、具体的には、被加熱材加熱温度としての定着温度よりも高く、被通紙部昇温の許容昇温温度内の所定の温度にキュリー温度を調整した整磁合金を用いることによって、芯金１ａはキュリー温度以付近では発熱量が急激に低下する為、小サイズの記録シートを通紙しても、非通紙部昇温が発生を防止もしくは低減することができる。

上述のように、加熱ローラ１の導電部材である芯金１ａの温度がキュリー温度に近づくにつれて、加熱ローラ１の発熱量は徐々に減少するため、キュリー温度を定着温度と略等しくした場合、クイックスタート性能を損ねてしまう。このため、定着温度はキュリー温度よりも低く設定することが望ましい。

本実施例においては前述のように、加熱ローラ１の導電部材である芯金１ａのキュリー温度を２１０℃、定着温度を１９０℃とした。
定着温度とは用紙上のトナーを定着する際の加熱ローラの温度であり、本実施例では定着温度は１９０℃として説明したがこれに限らず、搬送される紙の厚みや加熱ローラの畜熱状態によって定着温度は複数有しても本発明は適応可能である。この場合、少なくとも一つの定着温度において上述した関係を満たすものであれば本発明の効果を得ることができる。

透磁率の測定方法は以下のように行なう。岩通計測株式会社製のＢ−Ｈアナライザー（型番：ＳＹ−８２３２）を用いて測定した。測定試料に装置の所定の一次コイルと二次コイルを巻きつけて周波数２０ｋＨｚで測定する。測定試料はコイルが巻きつけられる形状であれば構わない（透磁率の異なる温度同士の比率は殆ど変わらない）。

試料にコイルを設定したら、恒温室に試料を入れて温度を飽和させ、その温度における透磁率をプロットする。恒温室の温度を変えてやることで透磁率の温度依存性曲線が得られる。このとき透磁率が１となる温度をキュリー温度とする。（図１７）ここで、透磁率が１となる温度は以下のように求める。恒温室の温度を上昇させていき、ある温度で透磁率が変化しなくなる。この温度を透磁率が１となった温度（キュリー温度）とみなす。

このように測定すると透磁率の温度依存性は図１７のような曲線になる。

また、磁性芯材５と加熱ローラ１の導電部材である芯金１ａとの距離を、加熱ローラ長手方向の中央付近よりも端部付近を小にして、加熱ローラ長手方向の発熱量を加熱ローラ中央付近よりも端部付近が大となるようにしたことをことを特徴としている。

具体的に、図６は、本実施例の定着装置Ｆにおける磁性芯材５（２）の、加熱ローラ長手方向の配置を示した図である。なお、実際には磁性芯材５（２）の周囲に励磁コイル６が巻かれているが、本図では省略する。

本実施例において、磁性芯材５（２）は、加熱ローラ長手方向に５ａ、５ｂ、５ｃに分割され、各分割芯材５ａ、５ｂ、５ｃと芯金１ａとの距離ｄ１およびｄ２は、加熱ローラ長手方向の中央部では５ｍｍ、両端部では２．５ｍｍとした。

これにより、芯金１ａ中に導かれる磁束は、中央部よりも両端部を大とすることができ、その結果、加熱ローラ１の中央部の発熱量よりも両端部の発熱量が大となるため、加熱ローラ１の端部温度ダレを解消することが出来る。

ここで、磁束発生手段であるコイル、及びコアから発生する磁束量の測定方法について説明する。発生磁束量の分布（端と中央部での大小関係）は市販の磁束発生量を検知する装置であるフラックスメータを用いて測定することができる。磁束発生手段に周波数が２０ｋＨｚの交流を流し、その状態でフラックスメータの磁束検知部を実際の磁束発生手段と加熱ローラの距離以下の所定の距離を保ちながら、加熱ローラの端部付近に相当する磁束量と中央部付近に相当する領域の磁束量を測定することで大小関係を測定することができる。本発明では磁束発生手段からの距離は加熱ローラと磁束発生手段との距離に設定して測定した。

また、従来例１および２として、磁性芯材５（２）と芯金１ａとの距離を加熱ローラ長手方向に一律５ｍｍおよび２．５ｍｍとした。従来例１、２において、使用した芯材１ａの材料は、キュリー温度は７６９℃の鉄、あるいはキュリー温度３５８℃のニッケルである。

図７に、本実施例（図６）および上記の従来例（１、２）における、定着可能状態（スタンバイ状態）においての加熱ローラ長手に沿う加熱ローラ表面温度分布を示す。

本実施例（図６）の形態では、加熱ローラ長手方向中央部と両端部の加熱ローラ表面温度差は約１０℃であったのに対し、従来例１、２はいずれも温度差が４０℃以上であった。この状態で記録シートを定着させたところ、本実施例では良好な定着画像を得ることが出来たが、従来例１、２はいずれも両端部で定着不良が発生した。

また、図８に、本実施例および従来例１において、小サイズの記録シートを連続で５００枚定着させた場合の、加熱ローラ表面の温度推移を示す。記録シートが通過しない領域（非通紙部）の加熱ローラ表面温度は、芯材１ａのキュリー温度である２１０℃で温度上昇が停止し、非通紙部昇温を改善することが出来た。一方、従来例１では、非通紙部は２７０℃以上まで上昇し、オフセットが発生した。

なお、上記の実施例１で示した励磁コイル６および磁性芯材５の配置に関しては一例であって、例えば図９の（ａ）に示すように、磁性芯材５の配置がＩ型となる構成においても、加熱ローラ長手方向中央部と端部側とで磁性芯材５と芯金１ａとの距離を変えることによって、端部温度ダレを改善することが出来る。

また、図９の（ｂ）や（ｃ）のように、加熱ローラ長手方向中央部と端部側とで、無段階もしくは多段階に磁性芯材５と芯金１ａとの距離を変えても良い。

さらに、図９の（ｄ）で示すように、磁場発生手段である励磁コイル６および磁性芯材５が加熱ローラ１の外側に配置され、加熱ローラ１の表面を直接加熱する外部加熱方式に適用することも可能である。すなわち、芯金１ａと磁性芯材５との距離を、加熱ローラ長手方向中央部よりも両端部で小とする構成をとることで、上記の実施例１と同様の効果が期待できる。

また、本実施例では、加熱ローラを用いた熱ローラ加熱装置であるが、エンドレスベルトを用いたベルト加熱方式等にも適用できることは自明である。

本実施例は、磁性芯材を、加熱ローラ長手方向に複数個に分割し、加熱ローラ長手方向の中央付近に配置される中央部側分割芯材の大きさは端部付近に配置される端部側分割芯材の大きさよりも小さくして、加熱ローラ長手方向の発熱量を加熱ローラ中央付近よりも端部付近が大となるようにしたことをことを特徴としている。

具体的に、図１０の（ａ）において、磁性芯材５は、加熱ローラの両端部に配置される８０ｍｍ幅の端部分割芯材５ｄ・５ｄ、および２０ｍｍ幅の幾つかの中央部分割芯材５ｅとに分割され、それぞれ１２ｍｍの間隔Ｓを空けて配置される。すなわち、加熱ローラ芯金１ａに対向して磁性芯材５が配置されていない領域Ｓを、加熱ローラ長手中央部に設ける構成とした。これにより、芯金１ａ中に導かれる磁束は、加熱ローラ長手中央部よりも両端部を大とすることができ、その結果、加熱ローラ１の長手中央部の発熱量よりも両端部の発熱量が大となるため、加熱ローラの端部温度ダレを解消することが出来る。

上記の本実施例において、スタンバイ状態での、加熱ローラ長手中央部と両端部の加熱ローラ表面温度差は約５℃であり、この状態で記録シートを定着させたところ、良好な定着画像を得ることが出来た。

また、本実施例において、小サイズの記録シートを連続で５００枚定着させた場合でも、非通紙部の加熱ローラ表面温度は芯材１ａのキュリー温度である２１０℃で温度上昇が停止し、非通紙部昇温を改善することが出来た。

本実施で示した励磁コイル６および芯材５の配置に関しては一例であって、例えば図１０の（ｂ）に示すように、図１０の（ａ）のものとの対比において加熱ローラ長手両端部の磁性芯材５ｄをさらに分割して、隣り合う磁性芯材との距離を中央部に対して両端部を小さくしても良い。すなわち、磁性芯材５は、加熱ローラ長手方向で複数に分割されており、芯金１ａに対向して芯材５が配置されていない領域が、加熱ローラ長手中央部のほうが両端部よりも大きくすることによって、芯金１ａ中に導かれる磁束は、加熱ローラ長手中央部よりも両端部を大とすることができ、その結果、加熱ローラ１の長手中央部の発熱量よりも両端部の発熱量が大となるため、加熱ローラの端部温度ダレを解消することが出来る。

また、本実施例２と前記の実施例１の形態を組み合わせることによって、更なる効果が期待できることは明白である。

本実施例は、磁性芯材を加熱ローラ長手方向に複数個に分割し、その分割磁性芯材の比透磁率を加熱ローラ長手方向中央付近の分割磁性芯材よりも端部付近の分割磁性芯材の方が大である構成にして、加熱ローラ長手方向の発熱量を加熱ローラ中央付近よりも端部付近が大となるようにしたことをことを特徴としている。

具体的に、前記実施例１の定着装置Ｆについて、３分割の磁性芯材５ａ・５ｂ・５ｃのうち、加熱ローラ長手方向両端部に配置される芯材５ａおよび５ｃには比透磁率が３０００のフェライトコアを、加熱ローラ長手方向中央部に配置される磁性芯材５ｂには比透磁率が１０００のフェライトコアを用いた。

これにより、芯金１ａ中に導かれる磁束は、加熱ローラ長手方向中央部よりも両端部を大とすることができ、その結果、加熱ローラ長手方向中央部の発熱量よりも両端部の発熱量が大となるため、加熱ローラの端部温度ダレを解消することが出来る。

本実施例の定着装置において、スタンバイ状態での、加熱ローラ長手方向中央部と両端部の加熱ローラ表面温度差は約３℃であり、この状態で記録シートを定着させたところ、良好な定着画像を得ることが出来た。

また、本実施例において、小サイズの記録シートを連続で５００枚定着させた場合でも、非通紙部の加熱ローラ表面温度は芯材１ａのキュリー温度である２１０℃で温度上昇が停止し、非通紙部昇温を改善することが出来た。

本実施例で示した磁性芯材の比透磁率は一例であって、加熱ローラ長手方向中央部の磁性芯材の比透磁率よりも両端部の芯材の比透磁率が大であれば、本実施例と同様の効果が期待できる。

また、本実施例３と前記の実施例１や２の形態を組み合わせることによって、更なる効果が期待できることは明白である。

本実施例は、励磁コイルを、加熱ローラ長手方向に平行に延び長手方向両端で折り曲げられて巻かれる導線とし、折り曲げ部はプレスまたは折り返している構成にして、加熱ローラ長手方向の発熱量を加熱ローラ中央付近よりも端部付近が大となるようにしたことをことを特徴としている。

具体的に、図１１は本実施例における励磁コイル６の形状を示す概略図である。本実施例において、励磁コイル６は、直径０．１５ｍｍで、表面に耐熱絶縁処理を施した導線を１２０本束ねたリッツ線を、加熱ローラ長手方向に６回転巻いて形成されている。図１１の（ａ）は、励磁コイル６の長手方向両端の折り曲げ部にはプレス処理を施されない従来例であって、励磁コイルの内径と外径の差は２０ｍｍである。図１１の（ｂ）は、本実施例に用いた励磁コイルであって、（ａ）の励磁コイル６の両端折り曲げ部に長手方向よりプレス処理が施されることによって励磁コイル６の内径と外径の差は１０ｍｍとしてある。励磁コイル６の両端の折り曲げ部をプレス処理することによって、励磁コイル６の折り曲げ部が加熱ローラ１に対向する端部に導かれる磁束が密になるので、加熱ローラ１の中央部の発熱量よりも両端部の発熱量が大となり、加熱ローラの端部温度ダレを解消することが出来る。

なお、本実施例においては定着装置の構成は上述の励磁コイル６の形状以外は前述の実施例１（図２〜図４）定着装置の構成に準じた。

本実施例の励磁コイル６（図１１の（ｂ））と従来例の励磁コイル６（図１１の（ａ））を用いた定着装置における、スタンバイ状態においての加熱ローラ表面の温度分布を図１２に示す。本実施例では、中央部と両端部の加熱ローラ表面温度差は約１２℃であったのに対し、従来例では温度差が３０℃以上であった。この状態で記録シートを定着させたところ、本実施例では良好な定着画像を得ることが出来たが、従来例では両端部で定着不良が発生した。

また、本実施例において、小サイズの記録シートを連続で５００枚定着させた場合でも、非通紙部の加熱ローラ表面温度は加熱ローラ芯材１ａのキュリー温度である２１０℃で温度上昇が停止し、非通紙部昇温を改善することが出来た。

本実施形態に用いた励磁コイル６の形状は一例であって、例えば図１３に示すように、励磁コイル６の両端の折り曲げ部を、励磁コイル長手方向に対して略直角に折り返す方法によっても、同様の効果が期待できる。

また、本実施例４と前記の実施例１〜３の形態を組み合わせることによって、更なる効果が期待できることは明白である。

本実施例は、励磁コイルを、加熱ローラの長手方向を巻き中心として加熱ローラの表面に沿って巻かれる導線にし、加熱ローラ長手方向の単位長さあたりの巻き数は加熱ローラ長手方向の中央付近よりも両端付近を大とした構成にして、加熱ローラ長手方向の発熱量を加熱ローラ中央付近よりも端部付近が大となるようにしたことをことを特徴としている。

具体的に、図１４は本実施例における励磁コイル６の形状を示す概略図である。加熱ローラ１の内部には、外径３５ｍｍの、励磁コイル３が巻きつけられた磁性芯材５ｆと、この磁性芯材５ｆの両端に、加熱ローラ芯金１ａと磁路を形成する端部磁性芯材５ｇが設けられている。励磁コイル６は、直径０．１５ｍｍで、表面に耐熱絶縁処理を施した導線を１２０本束ねたリッツ線であり、磁性芯材５ｆの長手方向両端から８０ｍｍの領域は、励磁コイル６が磁性芯材５ｆに２重に巻かれており、磁性芯材５ｆの中央部１４０ｍｍの領域は、励磁コイル６が磁性芯材５ｆに１重に巻かれている。

これによって、磁性芯材５ｆが対向する加熱ローラ芯金１ａに誘導される渦電流が、中央部よりも両端部で大となるため、加熱ローラ１の中央部の発熱量よりも両端部の発熱量が大となり、加熱ローラ１の端部温度ダレを解消することが出来る。

また、従来例として、磁性芯材５ｆの全域にわたって、励磁コイル６を１重に巻きつけた。

本実施例の励磁コイル６と従来例の励磁コイルを用いた定着装置における、スタンバイ状態での加熱ローラ表面の温度分布は、本実施例では、中央部と両端部の加熱ローラ表面温度差は約５℃であったのに対し、従来例では温度差が約２０℃であった。この状態で記録シートを定着させたところ、本実施例では良好な定着画像を得ることが出来たが、従来例では両端部で定着不良が発生した。

また、本実施例において、小サイズの記録シートを連続で５００枚定着させた場合でも、非通紙部の加熱ローラ表面温度は加熱ローラ芯材１ａのキュリー温度である２１０℃で温度上昇が停止し、非通紙部昇温を改善することが出来た。

本実施例に用いた励磁コイル６の巻き方は一例であって、例えば図１５に示すように、磁性芯材５ｆの両端部よりも、中央部で励磁コイル６を巻く間隔を疎にして、磁性芯材５ｆに巻かれる励磁コイル６の密度を加熱ローラ長手方向両端部で密にすることによって同様の効果が期待できる。

また、本実施例５と前記の実施例１〜３の形態を組み合わせることによって、更なる効果が期待できることは明白である。

本実施例は、励磁コイルを、加熱ローラ長手方向で複数のコイルに分割して配置し、加熱ローラ長手方向の中央付近に配置される第一のコイルが発生する磁束密度よりも両端付近に配置される第二および第三のコイルが発生する磁束密度を大とした構成にして、加熱ローラ長手方向の発熱量を加熱ローラ中央付近よりも端部付近が大となるようにしたことをことを特徴としている。

具体的に、図１６は本実施例の励磁コイル６の形態を示す概略図である。励磁芯材５は加熱ローラ１の長手方向に３分割５ｈ、５ｉ、５ｊされており、分割された芯材５ｈ、５ｉ、５ｊの周囲には、それぞれ分割された励磁コイル６ｈ、６ｉ、６ｊが巻かれている。分割された励磁コイル６ｈ、６ｉ、６ｊはそれぞれ直列に接続されて、両端に配置される励磁コイル６ｈおよび６ｊはともに励磁芯材５ｈ、５ｊの周囲を６回転巻かれており、中央部に配置される励磁コイル６ｉは、励磁芯材５ｉの周囲を４回転巻かれている。

これによって、中央部の励磁コイル６ｉが発生する磁束よりも、両端部の励磁コイル６ｈ、６ｊが発生する磁束が大きくなるので、加熱ローラ１の中央部の発熱量よりも両端部の発熱量が大となり、加熱ローラ１の端部温度ダレを解消することが出来る。

本実施例における、中央部と両端部の加熱ローラ表面温度差は約８℃であった。この状態で記録シートを定着させたところ、良好な定着画像を得ることが出来た。

また、本実施例において、小サイズの記録シートを連続で５００枚定着させた場合でも、非通紙部の加熱ローラ表面温度は加熱ローラ芯材１ａのキュリー温度である２１０℃で温度上昇が停止し、非通紙部昇温を改善することが出来た。

本実施例では、中央部と両端部とで励磁コイル６の巻き数を変更したが、例えば、中央部の励磁コイル６ｉと両端部の励磁コイル６ｈ・６ｊで印加する交流電流の周波数を変更する方法や、中央の励磁芯材５ｉと両端部の励磁芯材５ｈ・５ｊとで、比透磁率を変えるといった方法でも、中央部の励磁コイル６ｉが発生する磁束よりも両端部の励磁コイル６ｈ・６ｊが発生する磁束が大きくなるので、本実施例と同様の効果が期待できる。

また、本実施例６と前記の実施例１〜５の形態を組み合わせることによって、更なる効果が期待できることは明白である。

［その他］
１）本発明の電磁誘導加熱方式の加熱装置は、実施例の画像加熱定着装置としての使用に限られず、未定着画像を記録用紙に仮定着する仮定着装置、定着画像を担持した記録用紙を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置としても有効である。またその他、例えば、紙幣等のしわ除去用の熱プレス装置や、熱ラミネート装置、紙等の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状部材を加熱処理する加熱装置として用いても有効であることは勿論である。

２）加熱部材の形態はローラ体に限られず、エンドレスベルト体など他の回転体形態にすることができる。また、加熱部材は誘導発熱体である導電部材単体の部材として構成することもできるし、導電部材の層を含む、耐熱性樹脂・セラミックス等の他の材料層との２層以上の複合層部材として構成することもできる。

３）磁束発生手段による導電部材の誘導加熱は実施例の内部加熱方式に限られず、磁束発生手段を導電部材の外側に配設した外部加熱方式の装置構成にすることもできる。

４）温度検知手段１１はサーミスタに限らず、温度検知素子であればよく、また接触式でも非接触式でも構わない。

５）実施例の装置は被加熱材（記録シート）の搬送を中央基準で搬送する装置構成であるが、片側基準で搬送する構成の装置にも本発明は有効に適用することができる。

６）また、実施例の装置は大小２種類のサイズの被加熱材（記録シート）に対応する装置構成であるが、本発明は３種類以上のサイズの被加熱材（記録シート）を通紙する装置にも適用することができる。

また、本実施例では、装置の耐熱温度はコイルの耐熱温度２３５℃であったが、これに限定されるわけではない。

実施例１における画像形成装置例の概略構成図 実施例１における定着装置（電磁誘導加熱方式の加熱装置）の要部の拡大横断面模型図 同じく要部の正面模型図 その縦断正面模型図 加熱ローラの発熱原理を示す図 実施例１における定着装置の励磁芯材の配置を示す図 実施例１における定着装置の加熱ローラ長手方向の温度分布を示す図 実施例１における定着装置の連続定着時の温度推移を示す図 実施例１における定着装置の励磁芯材の他の実施構成例を示す図 実施例２における定着装置の励磁芯材の配置を示す図 実施例４における定着装置の励磁コイルの形状を示す図 実施例４における定着装置の加熱ローラ長手方向の温度分布を示す図 実施例４における定着装置の励磁コイルの他の実施構成例を示す図 実施例５における定着装置の実施構成例を示す図 実施例５における定着装置の他の実施構成例を示す図 実施例６における定着装置の実施構成例を示す図 透磁率の温度依存性曲線を示した図 加圧ローラの抵抗値の温度依存性曲線を示した図

符号の説明

１・・加熱ローラ（導電部材）、２・・加圧ローラ、３・・コイル・アセンブリ（磁場発生手段）、５・・磁性芯材（磁性コア）、６・・励磁コイル、１１・・サーミスタ（温度検知手段）、４１・・感光体（感光ドラム）、４２・・一次帯電器、４３・・レーザービームスキャナ、４４・・現像器、４５・・転写ローラ、４６・・クリーニング装置、Ｆ・・定着装置、Ｐ記録シート（被加熱材）、ｔ・・トナー像

Claims (14)

1. 磁束発生手段の磁束により発熱する発熱部材と、前記発熱部材の熱により被加熱材上の像を加熱する加熱装置において、
   前記発熱部材のキュリー温度が装置の像加熱温度以上装置の耐熱温度よりも低い温度領域にであって、かつ前記発熱部材の被加熱材搬送方向に直交する幅方向において、前記磁束発生手段からの発生磁束量が前記発熱部材の中央付近よりも端部付近が大であることを特徴とする加熱装置。
2. 前記磁場発生手段は、少なくとも磁束を発生するコイルと、前記コイルにより発生した磁束を前記発熱部材に導く芯材とからなることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記発熱部材の被加熱材搬送方向に直交する幅方向に関して、前記発熱部材の中央付近よりも端部付近の方が前記芯材と前記発熱部材間の間隔が狭いことを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
4. 前記発熱部材の被加熱材搬送方向に直交する幅方向に関して、前記発熱部材の中央付近よりも端部付近の方が芯材間距離が小さいことを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
5. 前記発熱部材の被加熱材搬送方向に直交する幅方向に関して、前記発熱部材の中央付近よりも端部付近の方が芯材の透磁率が大きいことを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
6. 前記発熱部材の被加熱材搬送方向に直交する幅方向に関して、前記発熱部材の中央付近よりも端部付近の方が芯材の断面積が大きいことを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
7. 前記発熱部材の被加熱材搬送方向に直交する幅方向に関して、前記発熱部材の中央付近よりも端部付近の方が前記コイルの巻き数が大きいことを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
8. 前記発熱部材の被加熱材搬送方向に直交する幅方向に関する前記コイルの単位長さあたりの巻き数は、前記幅方向の中央付近よりも両端付近が大であることを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
9. 前記発熱部材の被加熱材搬送方向に直交する幅方向に関して複数のコイルに分割されて配置され、前記幅方向の中央付近に配置される第一のコイルが発生する磁束密度よりも、両端付近に配置される第二および第三のコイルが発生する磁束密度が大であることを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
10. 前記発熱部材の温度を検知する温度検知手段と前記温度検知手段の出力に応じて前記発熱部材を所定の定着温度に制御する温度制御手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
11. 磁束発生手段の磁束により発熱する磁性を有する発熱部材と、該発熱部材の熱により被加熱材上の像を加熱する加熱装置において、
    前記発熱部材の温度が装置の耐熱温度より低い温度範囲内において、前記発熱部材の温度上昇に伴い前記発熱部材の抵抗値が減少する温度領域を少なくとも有する発熱部材であって、かつ前記発熱部材の被加熱材搬送方向に直交する幅方向において、前記磁束発生手段からの発生磁束量が前記発熱部材の中央付近よりも端部付近が大であることを特徴とする加熱装置。
12. 前記発熱部材の温度が装置の耐熱温度より低い温度範囲内において、少なくとも前記発熱部材の定着温度時の抵抗値よりも低い温度領域を有することを特徴とする請求項１１に記載の加熱装置。
13. 前記温度領域における抵抗値と所定の像加熱温度時の抵抗値の比率が０．９以下であることを特徴とする請求項１１に記載の加熱装置。
14. 前記像加熱温度と前記装置の耐熱温度の間で前記抵抗値が極大となる温度を有することを特徴とする請求項１１に記載の加熱装置。