JP2006064917A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁誘導加熱方式の定着装置であって、比較的低廉で小型化された定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】 トナー像Ｔを記録媒体Ｐに定着する定着装置２０であって、通電によって磁束を発生させる磁束発生部材２５と、磁束によって加熱される加熱部材２２、２３と、を備える。この磁束発生部材を、加熱部材２２、２３の表裏面にそれぞれ対向するようにその表裏面に跨って配設されたＵ字状部材２５とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置とそこに設置される定着装置とに関し、特に、電磁誘導加熱方式の定着装置及び画像形成装置に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、装置の立ち上がり時間を低減して省エネルギー化することを目的として、電磁誘導加熱方式の定着装置を用いたものが多く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１等において、電磁誘導加熱方式の定着装置は、支持ローラ（発熱ローラ）、定着補助ローラ（定着ローラ）、支持ローラと定着補助ローラとによって張架された定着ベルト、支持ローラに定着ベルトを介して対向する誘導加熱部、定着補助ローラに定着ベルトを介して当接する加圧ローラ、等で構成される。誘導加熱部は、幅方向（記録媒体の搬送方向に直交する方向である。）に延設された励磁コイルや、励磁コイルに対向する芯材等で構成される。

そして、定着ベルトは、誘導加熱部との対向位置で加熱される。加熱された定着ベルトは、定着補助ローラ及び加圧ローラの位置に搬送される記録媒体上のトナー像を加熱して定着する。詳しくは、励磁コイルに高周波の交番電流を流すことで、励磁コイルの周囲に磁界が形成されて、支持ローラ表面近傍に渦電流が生じる。支持ローラに渦電流が生じると、支持ローラ自身の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、支持ローラに巻装された定着ベルトが加熱される。
このような電磁誘導加熱方式の定着装置は、少ないエネルギー消費で短い立ち上げ時間にて、定着ベルトの表面温度（定着温度）を所望の温度まで昇温できるものとして知られている。

一方、特許文献２等には、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置であって、定着ローラの内側・外側の両側に、電線を複数回巻線してなる励磁コイルを配設する技術が開示されている。

特許第３５０４９４３号明細書 特開２００３−２５５７３１号公報

上述した従来の定着装置は、励磁コイルや芯材等で構成される誘導加熱部の構造が複雑で、装置が高価になるとともに大型化するという問題があった。
特に、励磁コイルは電線を複数回巻線したものであって、装置の低廉化・小型化の障害になっていた。さらに、複数回巻線した励磁コイルは、それを保持する部材の構成が複雑であった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電磁誘導加熱方式の定着装置であって、比較的低廉で小型化された定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

この発明の請求項１記載の発明にかかる定着装置は、トナー像を記録媒体に定着する定着装置であって、通電によって磁束を発生させる磁束発生部材と、前記磁束によって加熱される加熱部材と、を備え、前記磁束発生部材を、前記加熱部材の表裏面にそれぞれ対向するように当該表裏面に跨って配設されたＵ字状部材としたものである。

また、請求項２記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１に記載の発明において、前記加熱部材は、磁性金属材料からなるものである。

また、請求項３記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項２に記載の発明において、前記磁性金属材料を、所定のキューリー点を有する整磁合金としたものである。

また、請求項４記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記磁束発生部材を複数備えたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項４に記載の発明において、前記複数の磁束発生部材は、それぞれ、独立して通電制御されるものである。

また、請求項６記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記Ｕ字状部材を、単線構造体としたものである。

また、請求項７記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記Ｕ字状部材を、互いに絶縁された複数の単線を束ねたリッツ線構造体としたものである。

また、請求項８記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発明において、前記Ｕ字状部材は、銅からなるものである。

また、請求項９記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１〜請求項８のいずれかに記載の発明において、前記磁束発生部材は、その周囲が電気絶縁層で被覆されたものである。

また、請求項１０記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１〜請求項９のいずれかに記載の発明において、前記磁束発生部材は、通電方向に直交する断面積が１〜２８ｍｍ²の範囲になるように形成されたものである。

また、請求項１１記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の発明において、前記磁束発生部材の外周の一部を幅方向にわたって覆う強磁性体を備えたものである。

また、請求項１２記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１１に記載の発明において、前記強磁性体は、前記表裏面のうち一方の面に対向する前記磁束発生部材の側にのみ配設されたものである。

また、請求項１３記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の発明において、前記加熱部材と前記磁束発生部材との間隙を前記表裏面のいずれの側も０．５〜５ｍｍの範囲にしたものである。

また、請求項１４記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の発明において、前記磁束発生部材に交番電流を印加するものである。

また、請求項１５記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の発明において、前記加熱部材を、その厚さが０．１〜０．５ｍｍの範囲に形成された薄肉部材としたものである。

また、請求項１６記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の発明において、前記加熱部材を、トナー像を溶融する定着部材としたものである。

また、請求項１７記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１６に記載の発明において、前記定着部材は、少なくとも２つのローラ部材によって張架された定着ベルトであって、前記磁束発生部材は、前記定着ベルトの外周面及び内周面に対向するように配設されたものである。

また、請求項１８記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１７に記載の発明において、前記２つのローラ部材は、支持ローラと定着補助ローラとであって、前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設されたものである。

また、請求項１９記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１８に記載の発明において、前記磁束発生部材は、前記支持ローラを介して前記定着ベルトの内周面に対向するように配設されたものである。

また、請求項２０記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項１〜請求項１９のいずれかに記載の発明において、前記加熱部材は、トナー像を溶融する定着部材を加熱するものである。

また、請求項２１記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項２０に記載の発明において、前記定着部材は、定着ベルトであって、前記加熱部材を、定着補助ローラとともに前記定着ベルトを張架する支持ローラとしたものである。

また、請求項２２記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項２１に記載の発明において、前記磁束発生部材は、前記定着ベルトを介して前記支持ローラの外周面に対向するとともに、前記支持ローラの内周面に対向するように配設されたものである。

また、請求項２３記載の発明にかかる定着装置は、上記請求項２１又は請求項２２に記載の発明において、前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設されたものである。

また、この発明の請求項２４記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項２３のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。

本発明は、電磁誘導加熱方式の定着装置であって、加熱部材の表裏面にそれぞれ対向する磁束発生部材としてのＵ字状部材を配設している。これによって、比較的低廉で小型化された定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１〜図４にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としてのカラー複写機の装置本体、２は画像情報に基づいたレーザ光を発する露光部（書込み部）、２０は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着装置、５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応したプロセスカートリッジ、５１は各プロセスカートリッジ５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０ＢＫにそれぞれ収納された感光体ドラム、５２は感光体ドラム５１上を帯電する帯電部、５３は感光体ドラム５１上に形成される静電潜像を現像する現像部、５４は感光体ドラム５１上に形成されたトナー像を中間転写ベルト５７に転写する転写バイアスローラ、５５は感光体ドラム５１上の未転写トナーを回収するクリーニング部、５６Ｙ、５６Ｍ、５６Ｃ、５６ＢＫは各現像部５３に各色のトナーを補給するトナー補給部、を示す。

また、５７は各色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、５８は中間転写ベルト５７上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写する第２転写バイアスローラ、５９は中間転写ベルト５７上の未転写トナーを回収する中間転写ベルトクリーニング部、６０は４色のトナー像が重ねて転写された記録媒体Ｐを搬送する転写ベルト、６１は転写紙等の記録媒体Ｐが収納される給紙部、７１は原稿Ｄを原稿読込部７５に搬送する原稿搬送部、７５は原稿Ｄの画像情報を読み込む原稿読込部（スキャナ）、を示す。

ここで、各プロセスカートリッジ５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０ＢＫは、それぞれ、感光体ドラム５１、帯電部５２、現像部５３、クリーニング部５５が、一体化されたものである。そして、各プロセスカートリッジ５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０ＢＫは、装置本体１に対して所定の交換サイクルにて交換される。
各プロセスカートリッジ５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０ＢＫにおける感光体ドラム５１上では、それぞれ、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像形成がおこなわれる。

以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Ｄは、原稿搬送部７１の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部７５のコンタクトガラス７３上に載置される。そして、原稿読込部７５で、コンタクトガラス７３上に載置された原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。

詳しくは、原稿読込部７５は、コンタクトガラス７３上の原稿Ｄの画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿Ｄにて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿Ｄのカラー画像情報は、カラーセンサにてＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、ＲＧＢの色分解画像信号の強度レベルをもとにして画像処理部で色変換処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。

そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報は、露光部２に送信される。そして、露光部２からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光（露光光）が、それぞれ、対応するプロセスカートリッジ５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０ＢＫの感光体ドラム５１上に向けて発せられる。

一方、４つの感光体ドラム５１は、それぞれ、図１の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム５１の表面は、帯電部５２との対向位置で、一様に帯電される（帯電工程である。）。こうして、感光体ドラム５１上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム５１表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
露光部２において、光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応して射出される。レーザ光は、ポリゴンミラー３に入射して反射した後に、レンズ４、５を透過する。レンズ４、５を透過した後のレーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程である。）。

イエロー成分に対応したレーザ光は、ミラー６〜８で反射された後に、紙面左側から１番目のプロセスカートリッジ５０Ｙの感光体ドラム５１表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラー３により、感光体ドラム５１の回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部５２にて帯電された後の感光体ドラム５１上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。

同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、ミラー９〜１１で反射された後に、紙面左から２番目のプロセスカートリッジ５０Ｍの感光体ドラム５１表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、ミラー１２〜１４で反射された後に、紙面左から３番目のプロセスカートリッジ５０Ｃの感光体ドラム５１表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、ミラー１５で反射された後に、紙面左から４番目のプロセスカートリッジ５０ＢＫの感光体ドラム５１表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。

その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム５１表面は、それぞれ、現像部５３との対向位置に達する。そして、各現像部５３から感光体ドラム５１上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム５１上の潜像が現像される（現像工程である。）。
その後、現像工程後の感光体ドラム５１表面は、それぞれ、中間転写ベルト５７との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、中間転写ベルト５７の内周面に当接するように転写バイアスローラ５４が設置されている。そして、転写バイアスローラ５４の位置で、中間転写ベルト５７上に、感光体ドラム５１上に形成された各色の画像が、順次転写される（第１転写工程である。）。

そして、第１転写工程後の感光体ドラム５１表面は、それぞれ、クリーニング部５５との対向位置に達する。そして、クリーニング部５５で、感光体ドラム５１上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。
その後、感光体ドラム５１表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム５１における一連の作像プロセスが終了する。

他方、感光体ドラム５１上の各色の画像が重ねて転写された中間転写ベルト５７表面は、図中の矢印方向に走行して、第２転写バイアスローラ５８の位置に達する。そして、第２転写バイアスローラ５８の位置で、記録媒体Ｐ上に中間転写ベルト５７上のフルカラーの画像が２次転写される（第２転写工程である。）。
その後、中間転写ベルト５７表面は、中間転写ベルトクリーニング部５９の位置に達する。そして、中間転写ベルト５７上の未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部５９に回収されて、中間転写ベルト５７上の一連の転写プロセスが完了する。

ここで、第２転写バイアスローラ５８位置の記録媒体Ｐは、給紙部６１から搬送ガイド６３、レジストローラ６４等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、記録媒体Ｐを収納する給紙部６１から、給紙ローラ６２により給送された転写紙Ｐが、搬送ガイド６３を通過した後に、レジストローラ６４に導かれる。レジストローラ６４に達した記録媒体Ｐは、中間転写ベルト５７上のトナー像とタイミングを合わせて、第２転写バイアスローラ５８の位置に向けて搬送される。

その後、フルカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、転写ベルト６０により、定着装置２０に導かれる。定着装置２０に達した記録媒体Ｐは、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間に送入されて、定着ベルト２２から受ける熱と定着補助ローラ２１及び加圧ローラ３０から受ける圧力とによってトナー像が定着される。トナー像が定着された記録媒体Ｐは、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間から送出された後に、出力画像として画像形成装置本体１から排出される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２〜図４にて、画像形成装置本体１における定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２に示すように、定着装置２０は、主として、定着補助ローラ２１、定着ベルト２２、支持ローラ２３、誘導加熱部２４、加圧ローラ３０、等で構成される。

ここで、定着補助ローラ２１は、外径が４０ｍｍ程度であって、ステンレス鋼等からなる芯金２１ａの表面に、シリコーンゴム等の弾性層２１ｂをソリッド状又は発泡状に形成したものである。弾性層２１ｂは、肉厚が３〜８ｍｍで、アスカー硬度が４０〜６０度となるように形成されている。定着補助ローラ２１は、不図示の駆動部によって図２の反時計方向に回転駆動される。

加熱部材としての支持ローラ２３は、所定のキューリー点（キューリー温度）を有する整磁合金（ニッケルと鉄との合金である。）からなる加熱層（円筒部）を備えている。支持ローラ２３の円筒部は、外径が２０ｍｍで、肉厚が０．３ｍｍになるように形成されている。支持ローラ２３の熱容量は、定着補助ローラ２１の熱容量よりも小さくなるように設定されている。支持ローラ２３の表裏面（外周面及び内周面である。）に対向するように、Ｕ字状部材２５が配設されている。支持ローラ２３は、図２の反時計方向に回転する。
なお、支持ローラ２３は、鉄、コバルト、ニッケル、又は、それらの金属の合金で形成することもできる。また、支持ローラ２３は、加熱効率を考慮して、その肉厚が０．１〜０．５ｍｍの範囲になる薄肉ローラ（薄肉部材）とすることが好ましい。

加熱部材としての定着ベルト２２（定着部材）は、支持ローラ２３と定着補助ローラ２１とに張架・支持されている。定着ベルト２２は、基材上に加熱層、弾性層、離型層が順次形成された、多層構造のエンドレスベルトである。定着ベルト２２の基材は、フッ素系樹脂、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（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＳ樹脂（ポリエーテルスルフォン）、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＢＩ樹脂（ポリベンゾイミダゾール）等の耐熱性樹脂で形成されている。定着ベルト２２の加熱層は、所定のキューリー点を有する整磁合金で形成されている。なお、上述の基材の替わりに、上述の加熱層を基材として用いることもできる。

定着ベルト２２の弾性層は、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等からなり、層厚が１００〜５００μｍ（好ましくは、２００μｍである。）になるように形成されている。これにより、出力画像において、光沢ムラのない均一な画質を得ることができる。
定着ベルト２２の離型層は、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂、これらの樹脂の混合物、又は、これらの樹脂を耐熱性樹脂に分散させたものである。離型層の層厚は、１０〜５０μｍに形成されている。これにより、定着ベルト２２上のトナー離型性が担保されて、ホットオフセットの発生も抑止される。

誘導加熱部２４は、Ｕ字状部材２５、高周波電源部４０、等で構成される（図３及び図４を参照できる。）。Ｕ字状部材２５は、線径が５ｍｍの銅からなる単線構造体（銅線材）であって、その外周面は電気絶縁層で被覆されている。なお、電気絶縁層は、支持ローラ２３及び定着ベルト２２からＵ字状部材２５への漏電を抑止するためのものであって、ポリイミドアミド等の耐熱性を有する材料を用いることが好ましい。電気絶縁層は、Ｕ字状部材２５上に硝子クロス状に被覆させることができる。

図３及び図４を参照して、Ｕ字状部材２５は、支持ローラ２３及び定着ベルト２２の表裏面（内周面及び外周面）に対向するように幅方向に略平行に延設された一続きの単線構造体である。Ｕ字状部材２５は、支持ローラ２３及び定着ベルト２２の内周面側と外周面側とに跨るように配設されている。詳しくは、Ｕ字状部材２５の幅方向の一端は内周面側と外周面側とを結ぶ折返し部になっていて、他端には励磁回路（インバータ回路）を有する高周波電源部４０が接続されている。そして、高周波電源部４０から、周波数が１ｋ〜１ＭＨｚ（好ましくは、２０ｋ〜２００ｋＨｚである。）であって出力が１２００Ｗの交番電流がＵ字状部材２５に印加される。

このように構成されたＵ字状部材２５は、通電によって磁束を発生させる磁束発生部材として機能して、発生した磁束によって定着ベルト２２及び支持ローラ２３を加熱する。すなわち、Ｕ字状部材２５に交番電流が供給されることで、Ｕ字状部材２５のループ内に磁力線が形成されて、電磁誘導により定着ベルト２２及び支持ローラ２３が加熱される。このようにして、加熱された定着ベルト２２は、矢印Ｙ方向から搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像を加熱・溶融して記録媒体Ｐに定着する。

ここで、図４を参照して、支持ローラ２３（又は定着ベルト２２）とＵ字状部材２５との間隙Ｇは、電磁誘導による加熱性を考慮して、０．５〜５ｍｍの範囲に設定することが好ましい。本実施の形態１では、電磁誘導による加熱効率と安全性とを考慮して、支持ローラ２３（又は定着ベルト２２）とＵ字状部材２５との間隙Ｇを１．５ｍｍに設定している。

また、Ｕ字状部材２５の断面積（通電方向に直交する断面積である。）は、電磁誘導による加熱効率を考慮して、１〜２８ｍｍ²の範囲とすることが好ましい。本実施の形態１では、Ｕ字状部材２５の断面が円形であって、その線径を５ｍｍとした。これに対して、例えば、Ｕ字状部材２５の断面を３ｍｍ×５ｍｍの矩形とすることもできる。

なお、本実施の形態１では、Ｕ字状部材２５を一続きの単線構造としたが、Ｕ字状部材２５を互いに絶縁された複数の単線を束ねてなる一続きのリッツ線構造体とすることもできる。その場合にも、単線構造体のものと同様に、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の表裏面を挟むようにＵ字状部材２５を配設することで、定着ベルト２２及ぶ支持ローラ２３を電磁誘導によって加熱することができる。

加圧ローラ３０は、アルミニウム、銅等からなる芯金３０ａ上にシリコーンゴム、フッ素ゴム等の肉厚が１〜３ｍｍの弾性層３０ｂが形成されたものである。加圧ローラ３０は、定着ベルト２２を介して、定着補助ローラ２１に圧接している。そして、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との当接部（定着ニップ部である。）に、記録媒体Ｐが搬送される。

ここで、加圧ローラ３０は、外径が４０ｍｍ程度で、アスカー硬度が５０〜７０度となるように形成されている。加圧ローラ３０の表面硬度は、定着補助ローラ２１の表面硬度よりも大きくなるように形成されている。これによって、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間に下向きの定着ニップ部（定着補助ローラ２１側が凹部となる定着ニップ部である。）が形成されて、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間から送出された記録媒体Ｐが定着補助ローラ２１の回転に沿って定着ベルト２２に巻き付く不具合が軽減される。

また、図示は省略するが、定着ベルト２２の外周面には、その温度（定着温度）を検知するサーミスタが配設されている。そして、サーミスタの検知結果に基いて、誘導加熱部２４の出力が調整される。
さらに、定着ベルト２２又は支持ローラ２３の外周面には、その温度が過昇することを防止するための、サーモスタットが配設されている。そして、定着ベルト２２又は支持ローラ２３の表面温度が所定の温度を超えた場合には、サーモスタットによって誘導加熱部２４への通電が切断される。

なお、本実施の形態１では、キューリー点を有する整磁合金で支持ローラ２３と定着ベルト２２の加熱層とを形成しているために、サーモスタット等の過昇温を抑止する温度検知手段を設置することなく、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の過昇温を抑止することができる。すなわち、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の表裏面をＵ字状部材２５で挟むように配設する場合には、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の片面側のみに励磁コイルを配設する場合とは異なり、アルミニウム等の低抵抗金属の設置をおこなうことなくキューリー点での昇温防止が可能になる。これによって、少ない部品点数で低廉に定着ベルト２２及び支持ローラ２３の過昇温を確実に防止することができる。

このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。
定着補助ローラ２１の回転駆動によって、定着ベルト２２は図２中の矢印方向に周回するとともに、支持ローラ２３も反時計方向に回転して、加圧ローラ３０も矢印方向に回転する。定着ベルト２２は、Ｕ字状部材２５との対向位置（支持ローラ２３の位置である。）で加熱される。

詳しくは、高周波電源部４０からＵ字状部材２５に交番電流を流すことで、Ｕ字状部材２５のループ内に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることで、支持ローラ２３及び定着ベルト２２の加熱層の温度がキューリー点以下である場合に、支持ローラ２３表面と定着ベルト２２の加熱層とに渦電流が生じて、支持ローラ２３及び加熱層の電気抵抗によってジュール熱が発生して、支持ローラ２３及び加熱層が加熱される。こうして、定着ベルト２２は、発熱した支持ローラ２３から受ける熱と、自身の加熱層の発熱と、によって加熱される。

その後、Ｕ字状部材２５によって加熱された定着ベルト２２表面は、加圧ローラ３０との当接部に達する。そして、搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔを加熱して溶融する。
詳しくは、トナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが、不図示のガイド板に案内されながら定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間に送入される（矢印Ｙの搬送方向の移動である。）。そして、定着ベルト２２から受ける熱と加圧ローラ３０から受ける圧力とによってトナー像Ｔが記録媒体Ｐに定着されて、記録媒体Ｐは定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間から送出される。

加圧ローラ３０の位置を通過した定着ベルト２２表面は、その後に再びＵ字状部材２５との対向位置に達する。このような一連の動作が連続的に繰り返されて、画像形成プロセスにおける定着工程が完了する。

このような定着工程において、支持ローラ２３及び定着ベルト２２の加熱層の温度がキューリー点を超えた場合には、支持ローラ２３及び加熱層の過熱が制限されることになる。
すなわち、誘導加熱部２４によって加熱された支持ローラ２３及び定着ベルト２２の加熱層の温度がキューリー点を超えた場合には、加熱層が磁性を失うために、その表面近傍での渦電流の発生が制限される。これにより、支持ローラ２３及び定着ベルト２２の加熱層におけるジュール熱の発生量が低下して、過昇温が抑止される。

以上説明したように、本実施の形態１では、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の表裏面にそれぞれ対向する磁束発生部材としてのＵ字状部材２５を配設している。このＵ字状部材２５は単線構造であるために、単線を複数回巻線したものとは異なり、構造が簡易で低廉かつ小型で、その保持部材も簡易なものとなる。これによって、比較的低廉で小型化された、加熱効率の高い定着装置２０を提供することができる。

なお、本実施の形態１では、加熱層を有する定着ベルト２２と、加熱層を有する支持ローラ２３と、を加熱部材として用いた。これに対して、定着ベルト２２及び支持ローラ２３のうちいずれか一方のみを加熱部材として用いることもできる。その場合も、加熱部材の表裏面にそれぞれ対向するＵ字状部材２５を設けることで、本実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図５にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図５は、実施の形態２における定着装置を示す断面図であって、前記実施の形態１の図２に相当する図である。本実施の形態２の定着装置は、Ｕ字状部材２５の外周の一部をフェライトコア２７で覆っている点が、前記実施の形態１のものとは相違する。

図５に示すように、Ｕ字状部材２５における、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の外周面（表面）に対向する側の外周には、強磁性体としてのフェライトコア２７が所定のギャップをあけて覆設されている。フェライトコア２７は、比透磁率が３５００程度の半円筒形状の励磁コイルコアであって、Ｕ字状部材２５の外周の一部（支持ローラ２３及び定着ベルト２２に対向しない側である。）を幅方向（図５の紙面垂直方向である。）にわたって覆っている。フェライトコア２７は、少なくとも幅方向の有効加熱範囲を含む領域を覆っている。

このようにフェライトコア２７を誘導加熱部２４に配設することによって、Ｕ字状部材２５から発生される磁束が効率よく形成される。特に、表面側のＵ字状部材２５の外周面にフェライトコア２７を配設することで、定着装置２０の外部に向かう磁力線の発散が低減されて、定着ベルト２２の加熱効率が向上する。

以上説明したように、本実施の形態２は、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の表裏面にそれぞれ対向する磁束発生部材としてのＵ字状部材２５を配設している。さらに、Ｕ字状部材２５の外周の一部をフェライトコア２７で覆っている。これによって、比較的低廉で小型化された、加熱効率の高い定着装置２０を提供することができる。

実施の形態３．
図６にて、この発明の実施の形態３について詳細に説明する。
図６は、実施の形態３における定着装置を示す断面図であって、前記実施の形態２の図５に相当する図である。本実施の形態３の定着装置は、Ｕ字状部材２５Ａ、２５Ｂが複数設けられている点が、前記実施の形態２のものとは相違する。

図６に示すように、本実施の形態３では、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の表裏面に対向するＵ字状部材２５Ａ、２５Ｂを備えた２つの誘導加熱部２４Ａ、２４Ｂが設けられている。２つのＵ字状部材２５Ａ、２５Ｂは、それぞれ、外周の一部がフェライトコア２７で覆われている。これらのＵ字状部材２５は、それぞれ、独立した高周波電源部４０に接続されていて、独立して通電制御される。

このように複数の誘導加熱部２４Ａ、２４Ｂを配設してそれらを独立して通電制御することによって、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の周方向の２箇所で、それぞれ、前記実施の形態２と同等の加熱効率にて加熱することになる。したがって、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の加熱効率がさらに向上して、定着装置２０の立ち上げ時間がさらに短縮される。

ここで、２つの誘導加熱部２４Ａ、２４Ｂ（Ｕ字状部材２５Ａ、２５Ｂ）は、それぞれ、ＡＣ電流又はＤＣ電流によって独立して通電制御される。具体的な通電制御の態様としては、次の３つとなる。１つ目の態様は、２つの誘導加熱部２４Ａ、２４ＢがいずれもＡＣ電流によって独立して通電制御されるものである。２つ目の態様は、２つの誘導加熱部２４Ａ、２４ＢがいずれもＤＣ電流によって独立して通電制御されるものである。３つ目の態様は、２つの誘導加熱部２４Ａ、２４Ｂのうち一方がＡＣ電流によって通電制御され、他方がＤＣ電流にて通電制御されるものである。いずれの態様においても、ＡＣ電源又はＤＣ電源から励磁回路（インバータ回路）を介して、誘導加熱部２４Ａ、２４Ｂに電流が供給される。なお、ＤＣ電源は、キャパシタとすることもできる。

以上説明したように、本実施の形態３は、定着ベルト２２及び支持ローラ２３の表裏面にそれぞれ対向する磁束発生部材としてのＵ字状部材２５Ａ、２５Ｂを複数配設している。これによって、比較的低廉で小型化された、加熱効率の高い定着装置２０を提供することができる。

実施の形態４．
図７にて、この発明の実施の形態４について詳細に説明する。
図７は、実施の形態４における定着装置を示す断面図であって、前記実施の形態１の図２に相当する図である。本実施の形態４の定着装置は、Ｕ字状部材２５が支持ローラ２３の表裏面にのみ対向するように配設されている点が、Ｕ字状部材２５が定着ベルト２２及び支持ローラ２３の表裏面に対向するように配設されている前記実施の形態１のものとは相違する。

図７に示すように、Ｕ字状部材２５は、定着ベルト２２が巻装されていない位置であって、支持ローラ２３の表裏面（内周面及び外周面）に対向するように幅方向に略平行に延設されている。本実施の形態４の定着装置２０は、Ｕ字状部材２５が設置される位置が異なる以外は、前記実施の形態１のものとほぼ同様の構成になっている。ただし、本実施の形態４の定着ベルト２２には、加熱層が設けられていない。

このように構成されたＵ字状部材２５は、通電によって磁束を発生させる磁束発生部材として機能して、発生した磁束によって支持ローラ２３を加熱する。すなわち、Ｕ字状部材２５に交番電流が供給されることで、Ｕ字状部材２５のループ内に磁力線が形成されて、電磁誘導により支持ローラ２３が加熱される。そして、加熱された支持ローラ２３によって、巻装された定着ベルト２２も加熱される。このようにして、加熱された定着ベルト２２は、矢印Ｙ方向から搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像を加熱・溶融して記録媒体Ｐに定着する。

以上説明したように、本実施の形態４は、支持ローラ２３の表裏面にそれぞれ対向する磁束発生部材としてのＵ字状部材２５を配設している。これによって、比較的低廉で小型化された、加熱効率の高い定着装置２０を提供することができる。

実施の形態５．
図８にて、この発明の実施の形態５について詳細に説明する。
図８は、実施の形態５における定着装置を示す断面図であって、前記実施の形態１の図２に相当する図である。本実施の形態５の定着装置は、Ｕ字状部材２５が定着ベルト２２の表裏面にのみ対向するように配設されている点が、Ｕ字状部材２５が定着ベルト２２及び支持ローラ２３の表裏面に対向するように配設されている前記実施の形態１のものとは相違する。

図８に示すように、Ｕ字状部材２５は、支持ローラ２３及び定着補助ローラ２１に巻装されていない位置であって、定着ベルト２２の表裏面（内周面及び外周面）に対向するように幅方向に略平行に延設されている。本実施の形態５の定着装置２０は、Ｕ字状部材２５が設置される位置が異なる以外は、前記実施の形態１のものとほぼ同様の構成になっている。ただし、本実施の形態５の支持ローラ２３には、加熱層が設けられていない。

このように構成されたＵ字状部材２５は、通電によって磁束を発生させる磁束発生部材として機能して、発生した磁束によって定着ベルト２２を加熱する。すなわち、Ｕ字状部材２５に交番電流が供給されることで、Ｕ字状部材２５のループ内に磁力線が形成されて、電磁誘導により定着ベルト２２の加熱層が加熱される。そして、加熱された定着ベルト２２は、矢印Ｙ方向から搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像を加熱・溶融して記録媒体Ｐに定着する。

以上説明したように、本実施の形態５は、定着ベルト２２の表裏面にそれぞれ対向する磁束発生部材としてのＵ字状部材２５を配設している。これによって、比較的低廉で小型化された、加熱効率の高い定着装置２０を提供することができる。

なお、上記各実施の形態では、定着ベルト２２を備えた定着装置２０に対して、本発明を適用した。これに対して、定着ベルト２２を備えないで、加熱部材及び定着部材としての定着ローラを備えた定着装置に対しても、本発明を適用することができる。このような定着装置は、中空円筒体の定着ローラと、定着ローラに当接する加圧ローラと、定着ローラの外周面及び内周面にぞれぞれ対向するように外周面及び内周面に跨るように配設されたＵ字状部材と、で構成される。このような定着ローラを備えた定着装置であっても、Ｕ字状部材を設置することで、上記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、上記各実施の形態の中で示唆した以外にも、上記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

この発明の実施の形態１における画像形成装置を示す全体構成図である。 図１の画像形成装置における定着装置を示す断面図である。 図２の定着装置における支持ローラの近傍を示す斜視図である。 図３の支持ローラ近傍の幅方向を示す断面図である。 この発明の実施の形態２における定着装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態３における定着装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態４における定着装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態５における定着装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２０ 定着装置、
２１ 定着補助ローラ、
２２ 定着ベルト（加熱部材、定着部材）、
２３ 支持ローラ（加熱部材）、
２４、２４Ａ、２４Ｂ 誘導加熱部、
２５、２５Ａ、２５Ｂ Ｕ字状部材（磁束発生部材）、
２７ フェライトコア（強磁性体）、
３０ 加圧ローラ、
４０ 高周波電源部。

Claims (24)

1. トナー像を記録媒体に定着する定着装置であって、
   通電によって磁束を発生させる磁束発生部材と、
   前記磁束によって加熱される加熱部材と、を備え、
   前記磁束発生部材は、前記加熱部材の表裏面にそれぞれ対向するように当該表裏面に跨って配設されたＵ字状部材であることを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱部材は、磁性金属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。
3. 前記磁性金属材料は、所定のキューリー点を有する整磁合金であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記磁束発生部材を複数備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記複数の磁束発生部材は、それぞれ、独立して通電制御されることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記Ｕ字状部材は、単線構造体であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記Ｕ字状部材は、互いに絶縁された複数の単線を束ねたリッツ線構造体であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記Ｕ字状部材は、銅からなることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の定着装置。
9. 前記磁束発生部材は、その周囲が電気絶縁層で被覆されたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の定着装置。
10. 前記磁束発生部材は、通電方向に直交する断面積が１〜２８ｍｍ²の範囲になるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の定着装置。
11. 前記磁束発生部材の外周の一部を幅方向にわたって覆う強磁性体を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の定着装置。
12. 前記強磁性体は、前記表裏面のうち一方の面に対向する前記磁束発生部材の側にのみ配設されたことを特徴とする請求項１１に記載の定着装置。
13. 前記加熱部材と前記磁束発生部材との間隙を前記表裏面のいずれの側も０．５〜５ｍｍの範囲にしたことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の定着装置。
14. 前記磁束発生部材に交番電流を印加することを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の定着装置。
15. 前記加熱部材は、その厚さが０．１〜０．５ｍｍの範囲に形成された薄肉部材であることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の定着装置。
16. 前記加熱部材は、トナー像を溶融する定着部材であることを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の定着装置。
17. 前記定着部材は、少なくとも２つのローラ部材によって張架された定着ベルトであって、
    前記磁束発生部材は、前記定着ベルトの外周面及び内周面に対向するように配設されたことを特徴とする請求項１６に記載の定着装置。
18. 前記２つのローラ部材は、支持ローラと定着補助ローラとであって、
    前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設されたことを特徴とする請求項１７に記載の定着装置。
19. 前記磁束発生部材は、前記支持ローラを介して前記定着ベルトの内周面に対向するように配設されたことを特徴とする請求項１８に記載の定着装置。
20. 前記加熱部材は、トナー像を溶融する定着部材を加熱することを特徴とする請求項１〜請求項１９のいずれかに記載の定着装置。
21. 前記定着部材は、定着ベルトであって、
    前記加熱部材は、定着補助ローラとともに前記定着ベルトを張架する支持ローラであることを特徴とする請求項２０に記載の定着装置。
22. 前記磁束発生部材は、前記定着ベルトを介して前記支持ローラの外周面に対向するとともに、前記支持ローラの内周面に対向するように配設されたことを特徴とする請求項２１に記載の定着装置。
23. 前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設されたことを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載の定着装置。
24. 請求項１〜請求項２３のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
    

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