JP2006120523A - 加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁誘導加熱方式の定着装置において、装置の大きさを変えず、誘導発熱体の無駄な発熱を招くことなく、被加熱材搬送領域における温度上昇を抑制することができる加熱装置であって、磁束遮蔽手段による自己発熱を抑制することの可能な加熱装置の提供。
【解決手段】加熱部Ｎにおいて磁束発生手段１０から誘導発熱体１に対する作用磁束の、被加熱材の搬送方向Ｐに直交する幅方向に関する密度分布を変化せしめる磁束調整手段を有する加熱装置において、磁束調整手段は、被加熱材の搬送方向に直交する幅方向の長さに応じて複数の磁束密度分布を選択可能な複数の段差部８ａ・８ｂを備え、複数の段差部はそれぞれ被加熱材搬送方向に段差を有する。複数の段差部の段差のうち、被加熱材搬送方向に直交する幅方向の長さに関して最も磁束調整領域が大きい段差部に対応する段差８ｂが最も大きい。
【選択図】図４

Description

本発明は、電磁誘導加熱方式の加熱装置、及び該加熱装置を備える画像形成装置に関する。

より詳しくは、被加熱材上に転写方式もしくは直接方式で形成担持させた加熱溶融性の未定着画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、及び該加熱装置を定着手段として備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の複写機、プリンター等の画像形成装置には、加熱装置として、搬送される被加熱材たる記録材上に転写されたトナー像（未定着画像）のトナー（現像剤）を加熱体である回転体（定着ローラ）と加圧回転体（加圧ローラ）とで加熱加圧することによって融解して記録材上に定着させる画像加熱定着装置が設けられている。

この画像加熱定着装置においては、回転体の長手方向の長さ一杯の記録材、即ち最大通紙幅の記録材を回転体と加圧回転体間のニップ部に通紙させてトナーを定着させる場合には問題ないが、幅の小さい小サイズの記録材を連続でニップ部に通紙させる場合には、回転体の非通紙領域(記録材非搬送領域)における温度が温調温度よりも上昇し、通紙領域（記録材搬送領域）における温度と非通紙領域における温度との温度差が極めて大きくなってしまうという問題があった。

従って、このような加熱体たる回転体の長手方向の温度ムラのために、樹脂材料から成る周辺部材の耐熱寿命が低下したり、熱的損傷を被ったりするおそれがあり、更には、小サイズの記録材を連続で通紙させた直後に最大通紙幅の記録材を通紙したときに、部分的な温度ムラによる紙シワ、スキュー等や定着ムラが生じるおそれがあるという問題もある。

このような通紙領域と非通紙領域との温度差は、搬送される記録材の熱容量が大きく、スループット（単位時間当たりのプリント枚数）を高くするほど広がることになる。

特許文献１および特許文献２には、上記問題を解消させた電磁誘導加熱方式の加熱装置が提案されている。この加熱装置は、誘導発熱体と磁束発生手段との間に、磁束発生手段から誘導発熱体へ届く磁束の一部を遮蔽する磁束調整手段を配置し、磁束調整手段の位置を変化させる変位手段を具備させた装置構成となっている。

上記加熱装置にあっては、磁束調整手段を設けて移動させることによって、必要部分以外は磁束発生手段から届く磁束が遮蔽され、誘導発熱体の発熱自体が抑えられることにより発熱範囲の制御が行われ、誘導発熱体の熱分布をコントロールすることが可能となる。

図１３に特許文献１の加熱装置の構成例の一例を示す。磁束調整手段２０１は、磁束発生手段の一部を構成する励磁コイル５０２の主として上半分を覆う円弧曲面を呈している。この磁束調整手段５０１は、小サイズの記録材Ｐａが誘導発熱体たる定着ローラ５０３と加圧回転体たる加圧ローラ５０４との間のニップ部Ｎに通紙される場合には、記録材Ｐａが通紙されない定着ローラ５０３の非通紙領域に相当する軸方向範囲の励磁コイル５０２を覆う位置まで不図示の変位手段（モーター）により移動される。

一方、大サイズの記録材Ｐｂがニップ部Ｎに通紙される場合には、大サイズの記録材における通紙幅の外側まで磁束調整手段５０１を退避させるようになっている。

このように、磁束調整手段５０１は、定着ローラ５０３における通紙範囲に応じて変位手段によりその位置が変化させられるため、種々の幅の記録材に対応可能となる。

又、特に、図１４（Ａ）又は（Ｂ）に示す形態では、薄肉の磁束調整手段５１０の表面積を軸方向に変化させて配置する構成を採るとともに、磁束調整手段を支持するホルダ５１１を回転可能に構成したため、ホルダ５１１を回転することによって遮蔽部分の範囲を変化させることができ、従って、極めて限られたスペースの中で定着ローラ５０３の熱分布の制御が可能となる。
特開平１０−７４００９号公報 特開平９−１７１８８９号公報

しかしながら、上記従来の加熱装置においては、小サイズの記録材を通紙する場合には、変位手段たるモーターの駆動により、磁束調整手段が定着ローラの非通紙領域に相当する軸方向範囲の励磁コイルを覆う位置まで変位され、大サイズの記録材を通紙する場合には、モーターの駆動により、磁束調整手段を記録材搬送方向と直交するニップ部長手方向において大サイズの記録材の通紙幅の外側まで退避させる。このため、加熱装置としては磁束調整手段が退避するスペースが必要となり、定着ローラの軸方向に大きい寸法を要し、装置が大きくなってしまうといった問題が発生する。

また、薄肉の磁束調整手段の表面積を軸方向に変化させて配置する構成を採るとともに、磁束調整手段を回転することによって遮蔽部分の範囲を変化させる場合、極めて限られたスペースの中で定着ローラの熱分布の制御が可能となるが、図１４に示すような形態においては、どのようなサイズの記録材を通紙されている場合も磁束調整手段は常に定着ローラの近傍にあるため、磁束調整手段自身に誘導される渦電流により磁束調整手段が自己発熱してしまい、その結果、励磁コイルの耐熱温度を越えてしまい、励磁コイルの熱劣化および断線といった問題が発生する可能性がある。

特に、遮蔽範囲が広い場合では、磁束調整手段内の渦電流が誘導される範囲も広くなり、自己発熱も増加してしまう。このため、特に小サイズの記録材を連続通紙する場合に磁束調整手段の自己発熱が最も顕著となる。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、装置の大きさを変えず、誘導発熱体の無駄な発熱を招くことなく、被加熱材搬送領域における温度上昇を抑制することができる加熱装置であって、磁束遮蔽手段による自己発熱を抑制することの可能な加熱装置、および該加熱装置を定着手段として備える画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の代表的な加熱装置の構成は、磁束発生手段と、磁束発生手段の発生磁束の作用によって電磁誘導発熱する誘導発熱体を有し、加熱部に被加熱材を導入して前記誘導発熱体に直接または伝熱材を介して接触させて搬送させ誘導発熱体の発熱によって被加熱材を加熱する電磁誘導方式の加熱装置であって、加熱部において磁束発生手段から誘導発熱体に対する作用磁束の、被加熱材の搬送方向に直交する幅方向に関する密度分布を変化せしめる磁束調整手段を有する加熱装置において、磁束調整手段は、被加熱材の搬送方向に直交する幅方向の長さに応じて複数の磁束密度分布を選択可能な複数の段差部を備え、複数の段差部はそれぞれ被加熱材搬送方向に段差を有し、複数の段差部の段差のうち、被加熱材搬送方向に直交する幅方向の長さに関して最も磁束調整領域が大きい段差部に対応する段差が、最も大きいことを特徴とする加熱装置、である。

また、上記目的を達成するための本発明の代表的な画像形成装置の構成は、記録材に未定着画像を形成担持させる作像手段と、未定着画像を記録材に定着させる定着手段とを有する画像形成装置において、定着手段として上記の加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置、である。

すなわち、本発明によれば、加熱装置の磁束調整手段は、被加熱材の搬送方向に直交する幅方向の長さに応じて複数の密度分布を選択可能であるため、大サイズの被加熱材を加熱処理する場合に、磁束調整手段を被加熱材の搬送方向と直交する幅方向に移動させることが不要となる。また、磁束調整手段は、被加熱材搬送方向に直交する幅方向の長さに関して最も磁束調整領域が大きい段差部に対応する段差が最も大きいため、小サイズの被加熱材を連続して加熱処理する場合においても、磁束調整手段の自己発熱を低減することが可能となる。従って、装置の大きさを変えず、誘導発熱体の無駄な発熱を招くことなく、被加熱材非搬送領域における温度上昇を抑制することが可能となる。

以下、本発明の実施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１１４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１００は転写式電子写真プロセス利用、レーザ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。

１０１は原稿読取装置（イメージスキャナー）、１０２は領域指定装置（デジタイザー）であり、何れも画像形成装置本体１００の上面側に配設してある。原稿読取装置１０１は該装置の原稿台上に載置した原稿面を内部に設けた光源等からなる走査照明光学系により走査し、原稿面からの反射光をＣＣＤラインセンサ等の光センサにより読み取り、画像情報を時系列電気デジタル画素信号に変換する。領域指定装置１０２は原稿の読み取り領域等の設定を行い、信号を出力する。１０３はプリントコントローラーであり、不図示のパソコン等の画像データに基づくプリント信号を出力する。１０４は原稿読取装置１０１、領域指定装置１０２、プリントコントローラー１０３等からの信号を受けて、作像手段としての画像出力機構（作像機構部）や定着装置１１４の各部に指令を送る信号処理および種々の作像シーケンス制御などを行う制御部（ＣＰＵ）である。

以下は画像出力機構部の説明である。１０５は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。感光ドラム１０５はその回転過程で、帯電装置１０６により所定の極性・電位の一様な帯電処理を受け、その一様帯電面に対して画像書き込み装置１０７による像露光Ｌを受けることで一様帯電面の露光明部の電位が減衰して感光ドラム１０５面に露光パターンに対応した静電潜像が形成される。画像書き込み装置１０７は本例の場合はレーザスキャナーであり、制御部（ＣＰＵ）１０４において信号処理された画像データに従って変調されたレーザ光Ｌを出力し、回転する感光ドラム１０５の一様帯電面を走査露光して原稿画像情報に対応した静電潜像を形成する。

次いで、その静電潜像が現像装置１０８によりトナー画像として現像される。そのトナー画像が転写帯電装置１０９の位置において、給紙機構部側から感光ドラム１０５と転写帯電装置１０９との対向部である転写部Ｔに所定の制御タイミングにて給送された被加熱材たる記録材（転写材）Ｐに感光ドラム１０５面側から静電転写される。

給紙機構部は、本例の画像形成装置の場合は、小サイズ記録材を積載収容した第１の給紙カセット１１０と、大サイズ記録材を積載収容した第２の給紙カセット１１１と、第１または第２の給紙カセット１１０・１１１から選択的に1枚分離給紙された記録材Ｐを転写部Ｔに所定のタイミングにて搬送する記録材搬送路１１２を有している。

転写部Ｔで感光ドラム１０５面からトナー画像の転写を受けた記録材Ｐは、感光ドラム１０５面から分離され、定着装置１１４へ搬送されて未定着トナー画像の定着処理を受け、画像形成装置外部の排紙トレー１１５上に排紙される。

一方、記録材分離後の感光ドラム１０５面はクリーニング装置１１３により転写残りトナー等の付着汚染物の除去を受けて清掃されて繰り返して作像に供される。

（２）定着装置１１４
図２は定着装置１１４の要部の拡大横断面模型図、図３は要部の正面模型図である。

本例に示す定着装置１１４は、加熱ローラ型で、電磁誘導加熱方式の加熱装置であり、互いに所定の押圧力で圧接させて所定のニップ長（ニップ幅）の圧接ニップ部Ｎを形成させた誘導発熱性の加熱体たる回転体（誘導発熱体）１と加圧回転体たる加圧ローラ２を主体とする。

回転体１は、例えば鉄、ニッケル、ＳＵＳ４３０などの誘導発熱性の材料を用いて形成された、肉厚０．０２ｍｍ〜３．０ｍｍ程度の中空（円筒状）の芯金（金属層、導電層）１ａを有するローラ（以下、定着ローラと記す）であり、その外周表面には、フッ素樹脂等をコーティングして耐熱性の離型層（伝熱材）１ｂを形成してある。

この定着ローラ１はその長手両端部側をそれぞれ定着装置の第一側板（定着ユニットフレーム）２１・２２間に軸受２３・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、上記の定着ローラ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、磁束発生手段としてのコイルアセンブリ１０を挿入して配置してある。

加圧ローラ２は、軸心２ａと、該軸心２ａの周囲に形成された耐熱ゴム層２ｂと、該耐熱ゴム層２ｂの表面に形成されたフッ素樹脂等より成る耐熱離型層２ｃとから成る。この加圧ローラ２は上記定着ローラ１の下側に並行に配列して、軸心２ａの長手両端部側をそれぞれ上記第一側板２１・２２間に軸受２６・２６を介して回転自在に保持させて、かつ定着ローラ１の下面に対して不図示の付勢手段により耐熱ゴム層２ｂの弾性に抗して所定の押圧力にて圧接させて加熱部としての所定のニップ長の圧接ニップ部Ｎを形成させている。

コイルアセンブリ１０は、ボビン７、磁性材からなる磁性コア（芯材）９、励磁コイル（誘導発熱源）６、絶縁部材製のステー５等の組み立て体である。磁性コア９はボビン７に形成した通孔に挿入させてあり、励磁コイル６はこのボビン７の周囲に銅線を巻回して形成されている。このボビン７・磁性コア９・励磁コイル６のユニットをステー５に固定支持させてある。磁性コア９としては、透磁率が大きく自己損失の小さい材料がよく、例えばフェライト、パーマロイ、センダスト、アモルファス、珪素鋼板等が適している。ボビン７は、磁性コア９と励磁コイル６とを絶縁する絶縁部として機能している。

励磁コイル６は加熱に十分な交番磁束を発生するものでなければならないが、そのためには抵抗成分が低く、インダクタンス成分を高くとる必要がある。励磁コイル６の芯線として所定径の細線を所定本数束ねたリッツ線を用いている。細線には絶縁被覆電線を用いている。また磁性コア９を周回するようにボビン７の形状に合せて横長舟型に複数回巻回して励磁コイルとしてある。これにより磁性コア９は励磁コイル６の巻き中心付近に配置される。励磁コイル６は定着ローラ１の長手方向に巻かれている。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５の長手一端部側の丸軸形状部５ａの中空部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駆動電源１３に接続してある。

上記のコイルアセンブリ１０は、ボビン７とは一体もしくは別体に形成された前記ステー５に固定支持されている。ステー５は所定の角度姿勢でその両端部側をそれぞれ定着装置の第二側板２４・２５に非回転に固定支持させて、定着ローラ１の内面と励磁コイル６との間に一定のギャップを形成している。コイルアセンブリ１０は定着ローラ外部に露呈しないように収納されている。

上記定着ローラ１は一端部側に設けられた駆動ギアＧ１がモーター等による駆動源Ｍにより回転駆動されることによって、図２中矢印ａにて示す時計回り方向に回転される。加圧ローラ２は定着ローラ１の回転に伴って矢印ｃにて示す反時計回り方向に従動回転する。

駆動電源１３は、制御部１０４からの信号によりコイルアセンブリ１０の励磁コイル６に高周波電流（交番電流）を供給する。コイルアセンブリ１０では、励磁コイル６は駆動電源１３から供給される高周波電流によって高周波磁界（交番磁束）を定着ローラ長手方向に複数発生させ、その交番磁束は磁性コア９に導かれて圧接ニップ部Ｎに対向した定着ローラ１に渦電流を発生させる。その渦電流は定着ローラ１の固有抵抗によってジュール熱を発生させ、これにより圧接ニップ部Ｎにおいて定着ローラ１が電磁誘導発熱状態になる。そして、定着ローラ１は回転駆動されることによって表面温度が均一化される。

定着ローラ１の外周上には、定着ローラ１の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ１１が設けられている。この温度センサ１１は、定着ローラ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の表面に圧接または近接されている。また、温度センサ１１は、例えば、サーミスタより構成され、このサーミスタで定着ローラ１の温度を検出しつつ、この検出信号に基づいて制御部１０４により駆動電源１３を制御することによって定着ローラ１の温度が最適温度となるように励磁コイル６への通電が制御される。上記の温度センサ１１は、励磁コイル６に向かい合うように定着ローラ１の内面に圧接または近接して配置してもよい。

定着ローラ１の上方にはさらに温度異常上昇時の安全機構として、サーモスタット２１が設けられている。このサーモスタット２１は、定着ローラ１の表面に接触または近接して配置されており、予め設定された温度になると接点を開放して励磁コイル６への通電を切断し、定着ローラ１が所定温度以上の高温となることを防止している。

定着ローラ１および加圧ローラ２の回転駆動状態において、未定着トナー画像ｔが転写されている記録材Ｐは、図１中矢印ｂで示す方向から導入され、記録材Ｐを挟持搬送する圧接ニップ部Ｎに送り込まれる。その記録材Ｐは、加熱された定着ローラ１の熱と、加圧ローラ２から作用する圧力とが加えられながら、圧接ニップ部Ｎを搬送される。これにより、記録材Ｐ上には未定着トナーが固着され、定着トナー画像が形成される。圧接ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは、先端部が定着ローラ１の表面に当接する分離爪１６により定着ローラから剥離されて図中左方向に搬送される。

前記のステー５、分離爪１６、ボビン７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。

８は磁束調整手段としての磁束遮蔽板である。本実施例１においては、磁束遮蔽板８は定着ローラ１とコイルアセンブリ１０との間に挿入して配置されている。本例の磁束遮蔽板８は、図１に示すように、定着ローラ１の長手方向において、定着ローラ内面と対向する励磁コイル６の略全域を覆う円弧曲面を呈してなり、定着ローラ１とコイルアセンブリ１０の間に一定のギャップを持って定着ローラ内面に沿うようにして置かれている。図３に示すように前記ステー５の長手両端部側はそれぞれ丸軸形状部５ａにしてあり、磁束遮蔽板８はその長手両端部側をそれぞれ軸受１０を介して上記ステー５の長手両端部側の丸軸形状部５ａに対して回動自由に支持させて配設してある。すなわち、ボビン７・磁性コア９・励磁コイル６、ステー５等の組み立て体であるコイルアセンブリ１０に対して開閉動作可能に配設してある。磁束遮蔽板８の材質としては、導電体であって固有抵抗の小さい非磁性金属材料である銅、アルミニウム、銀もしくはこれらの非磁性金属材料を含む合金等が適している。磁束遮蔽板８の形状として、圧接ニップ部Ｎにおいてコイルアセンブリ１０から定着ローラ１に対する作用磁束の、記録材Ｐの搬送方向に直交するニップ部長手方向に関する密度分布を変化せしめる形状とされる。磁束遮蔽板８の形状については追って説明する。

本実施例においては、定着装置１１４の圧接ニップ部Ｎへの記録材Ｐの導入は中央基準でなされる。ＰＷ３は大サイズの記録材（例えばＡ４Ｙ、Ａ３等の記録材）の搬送領域部、ＰＷ２は中サイズの記録材（例えばＢ５Ｙ、Ｂ４等の記録材）の搬送領域部、ＰＷ１は小サイズの記録材（例えばＡ４Ｒ以下の記録材）の搬送領域部である。

１４は記録材Ｐのサイズを検知する記録材サイズ検知手段であり、例えば画像形成装置１００に設けたユーザー操作パネルの複数のプッシュスイッチの入力された信号の組み合わせにより、ＣＰＵ１０４が記録材サイズを判断するようになっている。また、記録材サイズ検知手段１４は下記のような構成としても良い。記録材サイズ検知手段１４は、記録材搬送時サイズ検知手段１４ａ、操作パネル１４ｂ、カセットサイズ検知手段１４ｃからなり、カセットサイズ検知手段１４ｃ、記録材搬送時サイズ検知手段１４ａはそれぞれ超音波センサ等によって構成される。ＣＰＵ１０４において記録材サイズの判断は基本的には予め設定されたユーザー操作パネルで選択された記録材サイズによる信号とするが、ユーザーの誤操作、給紙カセット１１０・１１１ヘの記録材サイズ誤挿入による記録材サイズの誤った判断を避けるため、給紙カセット１１０・１１１、記録材搬送時の搬送経路１１２に置かれた上記センサによって検出される信号と上記信号との組み合わせを併用して記録材サイズの判断を行うようにしても良い。

１５は制御部１０４からの信号により磁束遮蔽板８の変位制御を行う磁束遮蔽駆動手段としての磁束遮蔽駆動機構である。磁束遮蔽駆動機構１５は、モーターなどを含む駆動系からなり、磁束遮蔽板８の一端部側に設けれたギアＧ２を回転駆動することによって、磁束遮蔽板８を定着ローラ１の周方向に回転駆動させる。モーターには、例えばステッピングモーターなどが使用される。なお、磁束遮蔽板駆動機構１５は上記のような構成に限定されるものではなく、例えば、モーターの代わりにベルトを使用する、あるいはスクリューねじを使用するなどして磁束遮蔽板８の変位制御を行うように構成としてもかまわない。

次に、図４に磁束遮蔽板８の形状の一例を示す。（ａ）は磁束遮蔽板の外観斜視図、（ｂ）は磁束遮蔽板の展開平面図である。

磁束遮蔽板８の形状は、記録材Ｐの搬送方向に直交する幅方向の長さ（記録材幅）に応じて、コイルアセンブリ１０が発生する複数の高周波磁界の密度分布を選択可能な複数の段差部を有する。本実施例では、磁束遮蔽板８は段差部として、長手方向両端部に設けられた１段目段差部８ａと、この段差部８ａと隣接して設けられた２段目段差部８ｂとを有する。これらの段差部８ａ・８ｂはそれぞれ定着ローラ１の円周方向に延び出ている。８ｃは段差部８ｂを繋ぐ繋ぎ部である。段差部８ａはＢ４およびＢ５Ｙサイズ等の中サイズの記録材に対応しており、段差部８ｂはＡ４Ｒ以下の小サイズの記録材に対応している。すなわち、段差部８ａの内端面間の間隔Ｌ２は図３に示す搬送領域部ＰＷ２に、段差部８ｂの内端面間の間隔Ｌ１は同図に示す搬送領域部ＰＷ１にそれぞれ対応している。

図５に磁束遮蔽板８の動作位置を示す。磁束遮蔽板８の動作は上述の記録材サイズ検知手段１４の信号に基づいて制御部１０４が磁気遮蔽駆動機構１５を制御することによって行われる。

本実施例に用いた磁束遮蔽板８が動作する場合、Ａ４Ｙ、Ａ３等の大サイズの記録材においては、（ａ）に示すように、磁束遮蔽板８は励磁コイル６が発生する高周波磁界(以下、磁束と記す)をおおよそ妨げない退避位置すなわち励磁コイル６から離れた所定位置に回転移動される。この場合、励磁コイル６から発生する磁束について定着ローラ１に作用する密度分布が磁束遮蔽板８によって調整されていない、すなわち遮蔽されていない状態である。

Ｂ５Ｙ、Ｂ４等の中サイズの記録材においては、（ｂ）に示すように、磁束遮蔽板８は段差部８ａのみが磁性コア９（センターコア）と定着ローラ１との間に所定の間隔を保ちつつ挿入されるように回転移動される。この場合、励磁コイル６から発生する磁束について定着ローラ１に作用する密度分布が段差部８ａによって調整されている、すなわち遮蔽されている状態である。これにより中サイズの記録材を定着処理する際に段差部８ａと対応する定着ローラ両端部の領域すなわち記録材非搬送領域の温度上昇を防止できる。

Ａ４Ｒ以下の小サイズの記録材においては、（ｃ）に示すように、磁束遮蔽板８は段差部８ｂのみが磁性コア９と定着ローラ１との間に所定の間隔を保ちつつ挿入されるように回転移動される。この場合、励磁コイル６から発生する磁束について定着ローラ１に作用する密度分布が段差部８ｂによって調整されている、すなわち遮蔽されている状態である。これにより小サイズの記録材を定着処理する際に段差部８ｂと対応する定着ローラ両端部の領域すなわち記録材非搬送領域の温度上昇を防止できる。

次に、図６を用いて磁束遮蔽板８が磁性コア９と定着ローラ１との間の遮蔽位置（図５参照）に挿入された時に磁束遮蔽板８上に誘導される渦電流と、渦電流によって生じる磁束遮蔽板８の自己発熱について説明する。

記録材サイズの中サイズ時および小サイズ時に遮蔽位置に挿入された磁束遮蔽板８には、図６に示すように、それぞれ励磁コア９の長手方向の中心線９ａ周囲に渦電流Ｉｆが誘導される。ここで、磁束遮蔽板８の自己発熱は、磁束変化によって誘導された渦電流によるジュール発熱であること、および渦電流Ｉｆは磁束遮蔽板８を貫く磁束の変化量に依存することから、中サイズ時よりも遮蔽範囲（磁束調整領域）の大きい小サイズ時の方が磁束遮蔽板８の自己発熱が大きい。

また、段差部８ａ・８ｂにおいて、励磁コア９の中心線９ａから対応する段差部の段差エッジ部との距離ｄｓおよびｄｍが物理的に近いと、誘導される渦電流Ｉｆが狭い領域に集中して流れるため、自己発熱が増加する。

以上より、磁束遮蔽板８において小サイズ時に用いる２段目段差部８ｂの記録材搬送方向の段差Ｄｓを大きくすることによって、励磁コア９の中心線９ａから段差部８ｂのエッジ部との距離ｄｓを大きくすることができるため、その結果磁束遮蔽板８の自己発熱を低減することが可能となる。すなわち、小サイズ用の段差部Ｄｓを大きく取ることによって、段差部Ｄｓの絶対値を大きくすることが可能となるので、自己発熱が低減できる。一方で、段差部Ｄｍに関しては、小サイズ用の段差部Ｄｓと比較して遮蔽範囲が狭いので、段差部Ｄｍの絶対値が小さくても、自己発熱は大きくならない。

一方で、各記録材サイズに対応する段差部において段差のすべてを大きくとった場合、磁束遮蔽板が定着ローラの周方向に関して大きくなりすぎてしまう。このため、本実施例１の構成のように定着ローラ内部にコイルアセンブリ１０と磁束遮蔽板８を備える構成にあっては、大サイズの記録材をニップ部Ｎにおいて搬送した際に磁束遮蔽板８が退避することが不可能となってしまう。

したがって、磁束遮蔽板８の自己発熱が比較的少ない中サイズ時に用いる段差Ｄｍのみを小さくすることによって、限られた空間内に磁束遮蔽板を退避することが可能となる。なお、磁束遮蔽板の段差Ｄｍ・Ｄｓは、それぞれが遮蔽位置に配置されたときに十分磁束を遮蔽するように、励磁コア９の記録材搬送方向の幅よりも大きい事が肝心である。

本実施例１において、磁束遮蔽板８の各段差を変化させたときの磁束遮蔽板８および励磁コイル６の温度を表１に示す。本実施例１に用いた磁束遮蔽板８は、純度９９.９％以上の銅より成る。励磁コイル６は、耐熱温度が２３０℃のリッツ線を定着ローラ１の長尺方向に平行に伸延させ１０ターン巻いたものを用いた。定着ローラ１は、鉄からなる肉厚０.５ｍｍ、外径３５ｍｍの芯金１ａの表面に、厚み２０μｍのフッ素樹脂からなる耐熱離型層１ｂを備え、回転速度２５０ｍｍ／ｓｅｃにて回転する。定着ローラ１の表面温度は温度センサ１１および駆動電源１３によって１９５℃に維持される。また、励磁コア９の記録材搬送方向の幅は５ｍｍであって、本実施例１の構成においては、磁束遮蔽板８の各段差Ｄｍ・Ｄｓは該磁束遮蔽板の回転方向において回転角度換算でおよそ２０°以上であれば、十分磁束を遮蔽することができる。

本実施例１において、Ａ４Ｙ、Ｂ５Ｙ、Ｂ５Ｒのそれぞれの紙サイズ（いずれも坪量６４ｇ／ｍ^２）を連続通紙した時の、励磁コイル６および磁束遮蔽板８の温度を表１に示す。

表１の結果より、磁束遮蔽板８の中サイズ用の段差Ｄｍよりも小サイズ用の段差Ｄｓを大とすれば、磁束遮蔽板８の自己発熱を低減することが出来る。このため、励磁コイル６の耐熱温度を越えることなく、いかなるサイズの記録材を通紙させることが可能となる。

以上のように本実施例の定着装置１１４によれば、磁束遮蔽板８は、定着ローラ１の圧接ニップ部長尺方向の長さに応じて複数の密度分布を選択可能であるため、大サイズの記録材を加熱処理する場合に、磁束遮蔽板８を記録材搬送方向と直交する圧接ニップ部長尺方向に移動させることが不要となる。また、磁束遮蔽板８は、記録材の圧接ニップ部長尺方向の長さに関して最も小さい記録材に対応する段差Ｄｓが最も大きいため、小サイズの記録材を連続して加熱処理する場合においても、磁束遮蔽板８の自己発熱を低減することが可能となる。従って、装置の大きさを変えず、定着ローラ１の無駄な発熱を招くことなく、記録材非搬送領域における温度上昇を抑制することが可能となる。

また、本実施例では、非通紙部昇温対策として、小サイズの記録材の非通紙部に対応する複数の段差を有する磁束調整部材において、長手方向に磁束調整面積が最も大きくなる最小サイズの記録材に対応する段差部の段差Ｄｓを最も大きくすることで磁束調整部材の昇温を防止することができた。しかしながら、磁束調整部材はこの形態に限らず、例えば、通紙部の領域の磁束を調整することで相対的に非通紙部の温度分布を調整するような磁束調整手段の構成においても適応すること可能で、その場合、定着ローラの長手方向に関する磁束調整領域の最も大きい磁束調整部の段差部の段差を最も大きくすることで磁束調整部材の昇温を防止することができる。

尚、以上説明した実施例１の構成は、本発明を限定するために記載されたものではなく、適用する加熱装置に応じて種々の変更が可能である。例えば上述した実施例１の構成において、定着ローラ１において離型層１ｂを設けることなく芯金１ａに記録材Ｐを直接接触させて搬送させても良い。また、誘導発熱体として定着ローラ１を提示したが、ニッケル等の金属エンドレスベルトであっても適用することが可能である。また、例えば上述した実施例１に用いた磁束遮蔽板８の段差は２段であるが、さらなる記録材サイズに対応するために３段以上設けても良い。また、さらに磁束遮蔽板８の自己発熱および励磁コイル６の温度を低減するために、磁束遮蔽板８もしくは励磁コイル６を冷却する冷却手段を備えても良い。冷却手段としては、送風ファンによる直接もしくは間接的な手段が一例として挙げることが可能である。

図７は本発明に従う加熱装置としての定着装置１１４の他の例を示し、定着ローラ２０１の外部近傍に励磁コイル２０６および磁性コア２０９を配置させた一例の概略構成模型図である。

本実施例２においては、磁束遮蔽板２０８は、定着ローラ２０１と励磁コイル２０６および磁性コア２０９の間に、一定のギャップを持って配置される。そして、定着ローラ２０１と励磁コイル２０６との間で定着ローラの外周面に沿って回転移動可能に構成される。２０９ａは磁性コアの長手方向の中心線である。

本実施例２では、定着ローラ２０１の外周面近傍に磁束遮蔽板２０８および励磁コイル２０６が配置してあるので、定着ローラ２０１周囲の雰囲気への放熱が期待できる。このため、磁束遮蔽板２０８の自己発熱および励磁コイル２０６の温度は、上述の実施例１よりも軽微であることが期待できる。

本実施例２に用いた磁束遮蔽板２０８の形状を図８に示す。（ａ）は磁束遮蔽板の外観斜視図、（ｂ）は磁束遮蔽板の展開平面図である。磁束遮蔽板２０８の外観形態は実施例１の磁束遮蔽板８のそれと略同じである。本実施例２では、中サイズ用の段差部２０８ａの段差Ｄｍを１５°、小サイズ用の段差部２０８ｂの段差Ｄｓを３０°とした。２０８ｃは段差部２０８ｂを繋ぐ繋ぎ部である。

図９に磁束遮蔽板２０８の動作位置を示す。磁束遮蔽板２０８の動作は前述した記録材サイズ検知手段１４の信号に基づいて制御部１０４が磁気遮蔽駆動機構１５を制御することによって行われる。

本実施例２に用いた磁束遮蔽板２０８が動作する場合、Ａ４Ｙ、Ａ３等の大サイズの記録材においては、（ａ）に示すように、磁束遮蔽板２０８は励磁コイル２０６が発生する磁束をおおよそ妨げない退避位置すなわち励磁コイル２０６から離れた位置に回転移動される。この場合、励磁コイル２０６から発生する磁束について定着ローラ２０１に作用する密度分布が磁束遮蔽板２０８によって調整されていない、すなわち遮蔽されていない状態である。

Ｂ５Ｙ、Ｂ４等の中サイズの記録材においては、（ｂ）に示すように、磁束遮蔽板２０８は段差部２０８ａのみが磁性コア２０９と定着ローラ２０１との間に所定の間隔を保ちつつ挿入されるように回転移動される。この場合、励磁コイル２０６から発生する磁束について定着ローラ２０１に作用する密度分布が段差部２０８ａによって調整されている、すなわち遮蔽されている状態である。これにより中サイズの記録材を定着処理する際に段差部２０８ａと対応する定着ローラ両端の温度上昇を防止できる。

Ａ４Ｒ以下の小サイズの記録材においては、（ｃ）に示すように、磁束遮蔽板２０８は段差部２０８ｂのみが磁性コア２０９と定着ローラ２０１との間に所定の間隔を保ちつつ挿入されるように回転移動される。この場合、励磁コイル２０６から発生する磁束について定着ローラ２０１に作用する密度分布が段差部２０８ｂによって調整されている、すなわち遮蔽されている状態である。これにより小サイズの記録材を定着処理する際に段差部２０８ｂと対応する定着ローラ両端の温度上昇を防止できる。

本実施例２においても、磁束遮蔽板２０８の中サイズ用の段差Ｄｍよりも小サイズ用の段差Ｄｓが大となっているので、実施例１に示した定着装置と同様な作用・効果を得ることができる。従って、励磁コイル２０６の耐熱温度を越えることなく記録材を加熱することができる。

尚、以上説明した実施例２の構成は、本発明を限定するために記載されたものではなく、前述のように種々の変更が可能であることは無論である。

図１０は本発明に従う加熱装置としての定着装置１１４の他の例を示し、誘導発熱体の周囲に回転体を配置させた一例の概略構成模型図である。

本実施例１および２では「回転体（定着ローラ）＝加熱体」である。これに対して実施例３では「回転体と加熱体」は別体であることが特徴である。磁束発生手段たる励磁コイル３０６は磁性コア３０９の周囲にまきつけられ、誘導発熱体たる加熱板３２５を誘導加熱する。張架ローラ３２３、３２４によって張架され、加熱板３２５と接触、加熱される回転体たるエンドレスベルト３２２は、不図示の駆動手段によって回転する。エンドレスベルト３２２にはポリイミド等の樹脂ベルトを使うことが可能となる。磁束遮蔽板３０８は、磁性コア３０９と加熱板３２５の間に一定の間隔を保ちつつ挿入される。そして、磁性コア３０９と加熱板３２５との間で加熱板の外表面に沿って移動可能に構成される。３０９ａは磁性コアの長手方向の中心線である。

図１１は本実施例３で用いた磁束遮蔽板３０８の平面図である。磁束遮蔽板３０８の外観形態は実施例１の磁束遮蔽板８のそれと略同じである。本実施例３では、中サイズ用の段差部３０８ａの段差Ｄｍを１５°、小サイズ用の段差部２０８ｂの段差Ｄｓを３０°とした。３０８ｃは段差部３０８ｂを繋ぐ繋ぎ部である。

図１２に磁束遮蔽板３０８の動作位置を示す。磁束遮蔽板３０８の動作は前述した記録材サイズ検知手段１４の信号に基づいて制御部１０４が磁気遮蔽駆動機構１５を制御することによって行われる。

本実施例３に用いた磁束遮蔽板３０８が動作する場合、Ａ４Ｙ、Ａ３等の大サイズの記録材においては、（ａ）に示すように、磁束遮蔽板３０８は励磁コイル３０６が発生する磁束をおおよそ妨げない退避位置すなわち励磁コイル３０６から離れた位置に移動される。この場合、励磁コイル３０６から発生する磁束について加熱板３２５に作用する密度分布が磁束遮蔽板３０８によって調整されていない、すなわち遮蔽されていない状態である。

Ｂ５Ｙ、Ｂ４等の中サイズの記録材においては、（ｂ）に示すように、磁束遮蔽板３０８は段差部３０８ａのみが磁性コア３０９と加熱板３２５との間に所定の間隔を保ちつつ挿入されるように移動される。この場合、励磁コイル３０６から発生する磁束について加熱板３２５に作用する密度分布が段差部３０８ａによって調整されている、すなわち遮蔽されている状態である。これにより中サイズの記録材を定着処理する際に段差部３０８ａと対応する加熱板両端の温度上昇を防止できる。

Ａ４Ｒ以下の小サイズの記録材においては、（ｃ）に示すように、磁束遮蔽板３０８は段差部３０８ｂのみが磁性コア３０９と加熱板３２５との間に所定の間隔を保ちつつ挿入されるように回転移動される。この場合、励磁コイル３０６から発生する磁束について加熱板３２５に作用する密度分布が段差部３０８ｂによって調整されている、すなわち遮蔽されている状態である。これにより小サイズの記録材を定着処理する際に段差部３０８ｂと対応する加熱板両端の温度上昇を防止できる。

本実施例３においても、磁束遮蔽板３０８の中サイズ用の段差Ｄｍよりも小サイズ用の段差Ｄｓが大となっているので、実施例１に示した定着装置と同様な作用・効果を得ることができる。従って、励磁コイル３０６の耐熱温度を越えることなく記録材を加熱することができる。

尚、本実施例３の構成において、磁束遮蔽板３０８は略平面状であるが、定着装置の形態に応じて、曲面状の磁束遮蔽板を用いても良い。また、以上説明した実施例３の構成は、本発明を限定するために記載されたものではなく、前述のように種々の変更が可能であることは無論である。

[その他]
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。

画像形成装置の一例の概略構成模型図 実施例１に係る定着装置の要部の拡大断面模型図 実施例１に係る定着装置の要部の正面模型図 実施例１に係る定着装置の磁束遮蔽板の一例の構成図 実施例１に係る定着装置の磁束遮蔽板の動作説明図 実施例１に係る定着装置の磁束遮蔽板に誘導される渦電流を示す概略図 実施例２に係る定着装置の要部の概略構成模型図 実施例２に係る定着装置の磁束遮蔽板の一例の構成図 実施例２に係る定着装置の磁束遮蔽板の動作説明図 実施例３に係る定着装置の要部の概略構成模型図 実施例３に係る定着装置の磁束遮蔽板の一例の構成図 実施例３に係る定着装置の磁束遮蔽板の動作説明図 従来技術に係る加熱装置の概略図 従来技術に係る磁束遮蔽手段の構成図

符号の説明

１・２０１（誘導発熱体）：定着ローラ、２：加圧ローラ、５：ステー、
６・２０６・３０６：励磁コイル（磁束発生手段）、７：ボビン
８・２０８・３０８：磁束遮蔽板（磁束遮蔽手段）、
８ａ・２０８ａ・３０８ａ：１段目段差部、
８ｂ・２０８ｂ・３０８ｂ：２段目段差部
９・２０９・３０９：磁性コア、１０：コイルアセンブリ（磁束発生手段）、
１１：温度センサ、１２：サーモスタット、１３：駆動電源、
１４：記録材サイズ検知手段、１５：磁束遮蔽板駆動機構、１６：分離爪、
１０４：ＣＰＵ、１１４：定着装置（加熱装置）、３２２：エンドレスベルト、
３２３・３２４：張架ベルト、３２５：加熱板（誘導発熱体）、
Ｎ：圧接ニップ部（加熱部）、Ｄｍ・Ｄｓ：段差、Ｐ：記録材（被加熱材）、
ｔ：未定着トナー像

Claims (13)

1. 磁束発生手段と、磁束発生手段の発生磁束の作用によって電磁誘導発熱する誘導発熱体を有し、加熱部に被加熱材を導入して前記誘導発熱体に直接または伝熱材を介して接触させて搬送させ誘導発熱体の発熱によって被加熱材を加熱する電磁誘導方式の加熱装置であって、加熱部において磁束発生手段から誘導発熱体に対する作用磁束の、被加熱材の搬送方向に直交する幅方向に関する密度分布を変化せしめる磁束調整手段を有する加熱装置において、
   磁束調整手段は、被加熱材の搬送方向に直交する幅方向の長さに応じて複数の磁束密度分布を選択可能な複数の段差部を備え、複数の段差部はそれぞれ被加熱材搬送方向に段差を有し、複数の段差部の段差のうち、被加熱材搬送方向に直交する幅方向の長さに関して最も磁束調整領域が大きい段差部に対応する段差が、最も大きいことを特徴とする加熱装置。
2. 磁束調整手段が誘導発熱体と磁束発生手段との間に挿入されることによって被加熱材搬送方向に直交する幅方向に関する作用磁束の密度分布を変化せしめることを特徴とする、請求項1に記載の加熱装置。
3. 磁束調整手段は、少なくとも、非磁性金属材料もしくは非磁性金属材料を含む合金より成ることを特徴とする、請求項１ないし２に記載の加熱装置。
4. 磁束発生手段は、少なくとも、磁束を発生する励磁コイルと、前記励磁コイルの巻き中心付近に配置され励磁コイルが発生した磁束を導く磁性コアとを有することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の加熱装置。
5. 磁束調整手段の段差部は、上記磁性コアと誘導発熱体との間に挿入されることによって被加熱材搬送方向に直交する幅方向に関する作用磁束の密度分布を変化せしめることを特徴とする、請求項４に記載の加熱装置。
6. 磁束調整手段の段差部は、少なくとも、上記磁性コアの被加熱材搬送方向の幅よりも大きいことを特徴とする、請求項５に記載の加熱装置。
7. 誘導発熱体は、中空の回転体であることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の加熱装置。
8. 磁束発生手段および磁束調整手段は、誘導発熱体の内部近傍に配置されることを特徴とする、請求項7に記載の加熱装置。
9. 磁束発生手段および磁束調整手段は、誘導発熱体の外部近傍に配置されることを特徴とする、請求項7に記載の加熱装置。
10. 誘導発熱体の周囲に回転可能な回転体を配置したことを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の加熱装置。
11. 被加熱材は未定着画像を担持した記録材であり、未定着画像を記録材に加熱定着させる定着装置であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の加熱装置。
12. 記録材に未定着画像を形成担持させる作像手段と、未定着画像を記録材に定着させる定着手段とを有する画像形成装置において、定着手段として請求項１から１０のいずれかに記載の加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
13. 前記複数の段差部は最大搬送サイズより小サイズの被加熱材の非搬送領域の温度を調整する非搬送領域温度調整部材であり、前記非搬送領域の温度調整部材のうち最も小さい被加熱材に対応する段差部の段差が、最も大きいことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の加熱装置。

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