JP2006145779A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非通紙領域の過昇温を抑えたまま、磁束発生手段と対向コアとの磁気結合を損ねることなく対向コアの低熱容量化を図って、消費電力の低減を実現することができるようにすること。
【解決手段】 コイルユニット２３０は磁束３０１を発生する。定着ベルト２１０は磁束３０１により誘導加熱される。インナコア３３３は、定着ベルト２１０を挟んでコイルユニット２３０に対向配置され、その凸部３３３２と定着ベルト２１０との離間距離が、小径コア３３３１と定着ベルト２１０との離間距離よりも小さい形状を有する。これにより、コイルユニット２３０とインナコア３３３との磁気結合を損ねることなくインナコア３３３を小型化（低熱容量化）することができ、消費電力の低減を実現することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電磁誘導加熱方式の加熱手段を用いて記録媒体上に未定着画像を加熱定着させる定着装置に関し、特に電子写真方式あるいは静電記録方式の複写機、ファクシミリおよびプリンタ等の画像形成装置に用いて有用な定着装置に関する。

電磁誘導加熱（ＩＨ；induction heating）方式の定着装置においては、磁場により発熱体に渦電流を発生させ、この渦電流による発熱体のジュール発熱により、転写紙およびＯＨＰシートなどの記録媒体上に形成された未定着画像を記録媒体に加熱定着している。

この電磁誘導加熱方式の定着装置は、ハロゲンランプを熱源とする熱ローラ方式の定着装置と比較して発熱効率が高く所定の定着温度に発熱するまでの立ち上がり時間を速くすることができるという利点を有している。

しかしながら、前記発熱体として熱容量の小さいフィルム状の定着ベルトやスリーブを用いた定着装置では、記録媒体が通紙されるだけでも発熱体の熱が奪われて通紙領域の温度が低下してしまう。そこで、この種の定着装置では、その通紙領域の温度が所定の定着温度に維持されるように発熱体を適時加熱している。このため、この熱容量の小さい発熱体を用いた定着装置では、サイズが小さい記録媒体が連続的に通紙されると、発熱体が加熱され続けられてその非通紙領域の温度が通紙領域の温度よりも異常に高くなる現象、つまり非通紙領域の過昇温現象が発生する。

この非通紙領域の過昇温によって発熱体が耐熱温度を超えないようにするためには、記録媒体の通紙枚数を制限して途中で休止するか通紙される用紙間の間隔を広げられればよいが、このような措置はいずれもプリント効率（単位時間あたりのプリント枚数）を低下させてしまう。

従来、このような問題を解消する定着装置として、発熱体を電磁誘導発熱させる磁束発生手段の磁束のうち、前記発熱体の非通紙領域に作用する磁束のみを発熱体の発熱幅方向に移動可能な磁束遮蔽板により遮蔽して非通紙領域の過昇温を防止するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、前記問題を解消する他の定着装置として、発熱体を電磁誘導発熱させる磁束発生手段の第１磁性体コアの背後に、非通紙領域に対応する第２磁性体コアを配置し、第１磁性体コアと第２磁性体コアとのギャップを変化させて発熱体の長手方向の温度分布を変えるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−７４００９号公報 特開２００３−１２３９６１号公報

しかしながら、特許文献１記載の定着装置は、磁束遮蔽板を発熱体の非通紙領域に対して発熱幅方向に進退させる構成であるため、磁束遮蔽板が磁束発生手段の両端部から大きく突出して定着装置本体が大型化してしまう不具合がある。

一方、特許文献２記載の定着装置は、第２磁性体コアが第１磁性体コアに対して変位しても第１磁性体コアと発熱体との間隔が変化しないため、発熱体の通紙領域と非通紙領域との磁気的ギャップが一定である。

このため、特許文献２記載の定着装置では、第１磁性体コアに対応する通紙領域の端部から第２磁性体コアに対応する非通紙領域の端部への磁束の回り込みが発生し、発熱体の非通紙領域における磁束の抑制効果が低くなってしまう。

この結果、特許文献２記載の定着装置では、小サイズの記録媒体が連続的に通紙されると、発熱体の非通紙領域に熱が蓄積し、過昇温を効果的に抑制することが難しい。また、この定着装置では、１つの記録媒体のサイズに対応した第２磁性体コアしか保持できないため、発熱体の通紙領域幅を最大サイズと小サイズとの２種類の記録媒体の紙幅にしか対応させることができない。

そこで、本出願人は、発熱体を挟んで磁束発生手段に対向するように配置した回転自在な対向コアに、発熱体の非通紙領域に対応する磁路を遮断する磁路遮断位置と前記磁路を解放する磁路解放位置とに変位する磁気遮蔽体を配設した構成の定着装置を提案した（特願２００３−３５８０２３）。

本出願人提案の定着装置によれば、前記磁気遮蔽体が前記磁路遮断位置に変位している状態で、前記磁束発生手段と前記対向コアとの間を通る磁路が前記磁気遮蔽体により遮蔽される。このように、この定着装置では、前記磁気遮蔽体により前記磁束発生手段と前記対向コアとの間を通る磁路を遮断することにより、前記発熱体を誘導加熱する磁束を効果的に遮蔽、つまり前記発熱体の通紙領域に対応する磁束の前記非通紙領域への回り込みを防止することができる。従って、この定着装置においては、前記磁気遮蔽体で前記非通紙領域に対応する磁束を遮断することにより、前記発熱体の非通紙領域での熱の蓄積による過昇温を防止することができる。

また、本出願人提案の定着装置によれば、前記磁束発生手段に対して前記対向コアを回転させることで前記磁路を遮断したり解放したりできるので、磁束発生手段が発熱体の通紙領域幅方向に大型化することがない。

さらに、本出願人提案の定着装置によれば、前記磁気遮蔽体により前記磁束発生手段と前記対向コアとの間の磁路のみを遮断することで前記非通紙領域に対応する磁束を遮断することが可能であるので、前記磁気遮蔽体を小さく構成することができ、少なくとも２つの磁気遮蔽体を設けることが可能となる。従って、この定着装置においては、前記２つの磁気遮蔽体の前記通紙領域幅方向の長さを異なったものにすることで、前記発熱体の通紙領域幅を少なくとも３種類の領域に対応させることが可能になる。

ところで、上述のように、発熱体を挟んで磁束発生手段に対向するように対向コアを回転自在に配置した構成の定着装置においては、前記対向コアの低熱容量化を図ることにより、定着装置の更なる省エネ化（消費電力の低減）を実現することが可能になる。この対向コアの低熱容量化は、例えば、対向コアを小径化してその体積が従来よりも小さくなるように構成することで達成することができる。

しかしながら、このような構成の定着装置では、対向コアを単に小径化して対向コアの低熱容量化を図った場合、磁束発生手段と対向コアとの離間距離が大きくなってしまうため、磁束発生手段と対向コアとの磁気結合が弱くなってしまう。特に、磁気結合が弱くなると磁気抵抗が増し、磁束発生手段に十分な電力が供給されなくなるため、所定の定着温度に発熱するまでの立ち上がり（ウォームアップ）時間が遅れてしまう。

また、対向コアを小径化した場合、対向コアに設けた磁気遮蔽体と磁束発生手段との離間距離も大きくなってしまうため、非通紙領域に対応する磁束を遮断する効果も低下してしまう。これを無理に磁気遮蔽体のみを耐熱部材等で嵩上げして対向コアから磁気遮蔽体を浮かせた場合、磁束を遮断することで磁気遮蔽体に発生したジュール熱が対抗コアに伝わらないため高温となり、発熱体側に輻射してしまい、かえって非通紙領域の過昇温を助長することになる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、非通紙領域の過昇温を抑えたまま、磁束発生手段と対向コアとの磁気結合を損ねることなく対向コアの低熱容量化を図って、消費電力の低減を実現することができる定着装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため、本発明の定着装置は、磁束を発生する磁束発生手段と、前記磁束発生手段の磁束により誘導加熱される発熱体と、前記発熱体を挟んで前記磁束発生手段に対向配置した対向コアと、を備え、前記対向コアは、前記磁束の磁路に対向する対向部と前記発熱体との離間距離が、前記磁路に対向しない非対向部と前記発熱体との離間距離よりも小さい形状を有する構成を採る。

本発明によれば、磁束発生手段により生成される磁束の磁路に対向する対向コアの対向部と発熱体との離間距離が前記磁路に対向しない非対向部と前記発熱体との離間距離よりも小さいので、前記磁束発生手段と前記対向コアとの磁気結合を損ねることなく前記対向コアを小型化（低熱容量化）することができ、消費電力の低減を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

まず、本発明の実施の形態に係る定着装置を搭載するのに適した画像形成装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置を搭載するのに適した画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、電子写真感光体（以下、「感光ドラム」と称する）１０１、帯電器１０２、レーザビームスキャナ１０３、現像器１０５、給紙装置１０７、クリーニング装置１１３、定着装置２００などを具備している。

図１において、感光ドラム１０１は、矢印の方向に所定の周速度で回転駆動されながら、その表面が帯電器１０２によってマイナスの所定の暗電位に一様に帯電される。

レーザビームスキャナ１０３は、図示しない画像読取装置やコンピュータ等のホスト装置から入力される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されたレーザビーム１０４を出力し、一様に帯電された感光ドラム１０１の表面をレーザビーム１０４によって走査露光する。これにより、感光ドラム１０１の露光部分の電位絶対値が低下して明電位となり、感光ドラム１０１の表面に静電潜像が形成される。

現像器１０５は、回転駆動される現像ローラ１０６を備えている。現像ローラ１０６は、感光ドラム１０１と対向して配置されており、その外周面にはトナーの薄層が形成される。また、現像ローラ１０６には、その絶対値が感光ドラム１０１の前記暗電位よりも小さく、前記明電位よりも大きい現像バイアス電圧が印加されている。

これにより、現像ローラ１０６上のマイナスに帯電したトナーが、感光ドラム１０１の表面の前記明電位の部分にのみ付着し、感光ドラム１０１の表面に形成された静電潜像が反転現像されて顕像化され、感光ドラム１０１上に未定着トナー像１１１が形成される。

一方、給紙装置１０７は、給紙ローラ１０８により所定のタイミングで記録媒体としての記録紙１０９を一枚ずつ給送する。給紙装置１０７から給送された記録紙１０９は、一対のレジストローラ１１０を経て、感光ドラム１０１と転写ローラ１１２とのニップ部に、感光ドラム１０１の回転と同期した適切なタイミングで送られる。これにより、感光ドラム１０１上の未定着トナー像１１１が、転写バイアスが印加された転写ローラ１１２により記録紙１０９に転写される。

このようにして未定着トナー像１１１が転写された記録紙１０９は、記録紙ガイド１１４により案内されて感光ドラム１０１から分離された後、定着装置２００の定着部位に向けて搬送される。定着装置２００は、その定着部位に搬送された記録紙１０９に未定着トナー像１１１を加熱定着する。

未定着トナー像１１１が加熱定着された記録紙１０９は、定着装置２００を通過した後、画像形成装置１００の外部に配設された排紙トレイ１１６上に排出される。

一方、記録紙１０９が分離された後の感光ドラム１０１は、その表面の転写残トナー等の残留物がクリーニング装置１１３によって除去され、繰り返し次の画像形成に供される。

次に、上述した画像形成装置１００に搭載される定着装置について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る定着装置の基本的な構成を示す断面図である。

図２に示すように、この定着装置２００は、発熱体としての定着ベルト２１０、ベルト支持部材としての支持ローラ２２０、電磁誘導加熱手段としてのコイルユニット２３０、定着ローラ２４０、ベルト回転手段としての加圧ローラ２５０などを具備している。

図２において、定着ベルト２１０は、支持ローラ２２０と定着ローラ２４０とに懸架されている。支持ローラ２２０は、定着装置２００の本体側板２０１の上部側に回転自在に軸支されている。定着ローラ２４０は、本体側板２０１に短軸２０２により揺動自在に取り付けられた揺動板２０３に回転自在に軸支されている。加圧ローラ２５０は、定着装置２００の本体側板２０１の下部側に回転自在に軸支されている。

揺動板２０３は、コイルバネ２０４の緊縮習性により、短軸２０２を中心として時計方向に揺動する。定着ローラ２４０は、この揺動板２０３の揺動に伴って変位し、定着ベルト２１０に所定の張力を付与している。また、定着ローラ２４０は、その変位により定着ベルト２１０を挟んで加圧ローラ２５０に圧接している。

加圧ローラ２５０は、図示しない駆動源により矢印方向に回転駆動される。定着ローラ２４０は、加圧ローラ２５０の回転により定着ベルト２１０を挟持しながら従動回転する。これにより、定着ベルト２１０が、定着ローラ２４０と加圧ローラ２５０とに挟持されて矢印方向に回転される。この定着ベルト２１０の回転により、定着ベルト２１０と加圧ローラ２５０との間に未定着トナー像１１１を記録紙１０９上に加熱定着するためのニップ部が形成される。

コイルユニット２３０は、前記ＩＨ方式の電磁誘導加熱手段からなり、図２に示すように、励磁コイル２３１、コア２３２を備えている。磁束発生手段としての励磁コイル２３１は、定着ベルト２１０の支持ローラ２２０に懸架された部位の外周面に沿って配設されている。コア２３２は、フェライトなどの強磁性体からなるセンタコア２３４と、一対のサイドコア２３５と、アーチコア２３６とで構成されており、励磁コイル２３１を覆うように配設されている。支持ローラ２２０に内蔵され同軸上に位置する対向コア２３３は、フェライトなどの強磁性体からなり、定着ベルト２１０および支持ローラ２２０を挟んで励磁コイル２３１と対向するように配設されている。

コア２３２のセンタコア２３４は、アーチコア２３６の中央部に配設（または一体形成）されている。一対のサイドコア２３５は、アーチコア２３６の両端部にそれぞれ配設（または一体形成）されている。

励磁コイル２３１は、細い銅線を束ねたリッツ線を用いて形成されており、支持ローラ２２０に懸架された定着ベルト２１０の外周面を覆うように、断面形状が半円形に形成されている。

励磁コイル２３１には、図示しない励磁回路から所定の駆動周波数（例えば、３０ｋＨｚ）の励磁電流が印加される。これより、コア２３２と対向コア２３３との間に交流磁界が発生し、発熱体としての定着ベルト２１０の導電層に渦電流が発生して定着ベルト２１０が発熱する。

なお、本例では、定着ベルト２１０を発熱体とする構成を示しているが、支持ローラ２２０を発熱体とし、この支持ローラ２２０の熱を定着ベルト２１０に伝導する構成としてもよい。

コア２３２は、励磁コイル２３１の中心と背面の一部に設けられている。コア２３２の材料としては、フェライトの他、パーマロイ等の高透磁率の材料を用いることができる。

この定着装置２００は、図２に示すように、未定着トナー像１１１が転写された記録紙１０９を、未定着トナー像１１１の担持面を定着ベルト２１０に接触させるように矢印方向から搬送することにより、記録紙１０９上に未定着トナー像１１１を加熱定着することができる。

なお、支持ローラ２２０との接触部を通り過ぎた部分の定着ベルト２１０の裏面には、サーミスタからなる温度センサ２６０が接触するように設けられている。温度センサ２６０は、定着ベルト２１０の温度を検出し、検出結果を図示しない制御装置に出力する。前記制御装置は、温度センサ２６０の出力をもとに前記励磁回路を介して励磁コイル２３１に供給する電力を制御して、定着ベルト２１０の発熱量が未定着トナー像１１１の定着に最適な定着温度を保つように制御している。

また、記録紙１０９の搬送方向下流側の、定着ベルト２１０の定着ローラ２４０に懸架された部分には、加熱定着を終えた記録紙１０９を排紙トレイ１１６に向けてガイドする排紙ガイド２７０が設けられている（図１参照）。

また、コイルユニット２３０には、励磁コイル２３１およびコア２３２と一体に、保持部材としてのコイルガイド２３７が設けられている。このコイルガイド２３７は、ＰＥＥＫ材やＰＰＳなどの耐熱温度の高い樹脂で構成される。このコイルガイド２３７は、定着ベルト２１０から放射される熱が定着ベルト２１０と励磁コイル２３１との間の空間に籠もって、励磁コイル２３１が損傷を受けるのを回避する働きをする。

また、本例の定着装置２００における支持ローラ２２０は、コイルユニット２３０により発生した磁束を遮蔽せずに透過する部材、例えば固有抵抗が７２μΩｃｍの非磁性のステンレス材（ＳＵＳ３０４）で構成されている。

なお、本例におけるコア２３２は、その断面形状が半円形になっているが、このコア２３２は必ずしも励磁コイル２３１の形状に沿った形状とする必要はなく、その断面形状は、例えば、略Πの字状であってもよい。

（実施の形態１）
次に、本発明の実施の形態１に係る定着装置について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る定着装置の主要部の構成を示す概略断面図である。本実施の形態１に係る定着装置は、対向コア（以下、これを「インナコア」という）以外は図２に示した定着装置２００と同様の構成を有している。

図３に示すように、本例の定着装置３００におけるインナコア３３３は、円筒状に形成した小径コア３３３１の円周面（外周面）に、前記円周面から突出した凸部３３３２を形成した構成を有している。

このインナコア３３３の凸部３３３２は、発熱体としての定着ベルト２１０を発熱させる磁束の磁路に対向する部位、つまりコイルユニット２３０のセンタコア２３４から定着ベルト２１０に向かう磁束３０１の磁路３０２を形成する部位に位置するように形成される。

このように、本実施の形態１に係る定着装置３００においては、インナコア３３３の、コイルユニット２３０のセンタコア２３４に対向する部分のみに凸部３３３２を設けている。

従って、この定着装置３００においては、インナコア３３３の外径を大きくせずに、つまりインナコア３３３の熱容量を大きくせずに、コイルユニット２３０のセンタコア２３４とインナコア３３３との磁気結合を向上させることができる。

次に、本実施の形態１に係る定着装置３００におけるインナコア３３３の具体的な構成について説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る定着装置におけるインナコアの具体的な構成を示す概略断面図である。なお、ここでは、図４に示すように、支持ローラ２２０を発熱体とし、インナコア３３３の小径コア３３３１の外径をＤ１、支持ローラ２２０の内径をＤ２、凸部３３３２の頂部と支持ローラ２２０との離間距離をＧ、凸部３３３２の幅をＷ、として説明する。

まず、本例の定着装置３００におけるインナコア３３３の凸部３３３２の頂部（以下、これを「凸部先端」という）と発熱体（支持ローラ２２０）との最適な離間距離Ｇについて説明する。

本例の定着装置３００では、上述の離間距離Ｇが大きすぎるとセンタコア２３４とインナコア３３３の凸部３３３２との磁気結合が低下し、離間距離Ｇが小さすぎると凸部３３３２と発熱体（支持ローラ２２０）とが接触するおそれがある（図３参照）。

表１に、インナコア３３３の構成と結合係数ｋとの関係を示す。

表１に示すように、インナコア３３３として外径Ｄ１が１２ｍｍ（φ１２）＝２５０ｇの小径コア３３３１のみを用いた場合の結合係数ｋは０．６７であった。また、外径Ｄ１＝１２ｍｍ（φ１２）の小径コア３３３１に凸部３３３２を形成したインナコア３３３、つまりφ１２＋凸部＝３００ｇのインナコア３３３を用いた場合の結合係数ｋは０．７０であった。ちなみに、外径が１６ｍｍ（φ１６）＝４００ｇのインナコア３３３を用いた場合の結合係数ｋは０．７２であった。

図５は、本発明の実施の形態１に係る定着装置におけるインナコアの凸部の幅Ｗを４ｍｍに固定して凸部先端と発熱体との離間距離を変化させた場合の離間距離と結合係数との関係を示すグラフである。

ここで、発熱体（支持ローラ２２０）の発熱に必要な結合係数ｋは、励磁コイルへの電力の入り易さを考慮すると０．６８５以上は必要である。この関係を満足するためには、図５から明らかなように、インナコア３３３の凸部３３３２の凸部先端と発熱体との離間距離Ｇが３ｍｍ以下であることが好ましい。

また、本例のような構成の定着装置３００においては、部品の加工精度や組立誤差などのバラツキによるインナコア３３３の凸部３３３２と発熱体（支持ローラ２２０）との接触を防ぐために、インナコア３３３の凸部３３３２の凸部先端と発熱体との離間距離Ｇを、少なくとも０．５ｍｍ以上確保しておくことが好ましい。

従って、本例の定着装置３００においては、インナコア３３３の凸部３３３２の凸部先端と発熱体との離間距離Ｇを、０．５〜３ｍｍの範囲とすることが好ましい。

次に、本例の定着装置３００におけるインナコア３３３の凸部３３３２の幅Ｗについて説明する。

図６は、本発明の実施の形態１に係る定着装置におけるインナコアの凸部先端と発熱体との離間距離を２ｍｍに固定して凸部の幅を変化させた場合の凸部の幅と結合係数との関係を示すグラフである。

図６に示すように、インナコア３３３の凸部３３３２の凸部先端と発熱体との離間距離Ｇを２ｍｍに固定して凸部３３３２の幅Ｗを変化させると、結合係数ｋは、凸部３３３２の幅Ｗが１ｍｍ以上あれば、発熱体の発熱に必要なｋ＝０．６９以上の値を示す。

従って、本例の定着装置３００においては、凸部３３３２の幅Ｗは、１〜６ｍｍの範囲、凸部３３３２の取扱い（ハンドリング性）を考えると２ｍｍ以上、６ｍｍ以下に設定することが好ましい。

また、本例の定着装置３００においては、上述したようなことから、本例の定着装置３００における小径コア３３３１の外径Ｄ１は、１０〜１４ｍｍ（φ１０〜φ１４）の範囲とすることが好ましい。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る定着装置について説明する。図７は、本発明の実施の形態２に係る定着装置の構成を示す断面図である。図７に示すように、本実施の形態２に係る定着装置７００は、インナコア７３３以外は実施の形態１に係る定着装置３００と同様の構成を有している。

図８は、本実施の形態２に係る定着装置のインナコアの構成を示す概略斜視図である。図９は、図８に示すインナコアの概略側面図である。

図８および図９に示すように、本例の定着装置７００におけるインナコア７３３は、円筒状に形成した小径コア７３３１の円周面（外周面）に、前記円周面から突出した３つの凸部７３３２Ａ，７３３２Ｂ，７３３２Ｃを形成した構成を有している。また、本例のインナコア７３３は、その小径コア７３３１の円周面に、２組の磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂを配設した構成を有している。

ここで、各凸部７３３２Ａ，７３３２Ｂ，７３３２Ｃ、および各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂは、記録紙１０９の通紙基準に応じてインナコア７３３の小径コア７３３１への配設位置が決められる。

本例の定着装置７００においては、記録紙１０９の通紙基準がセンタ基準となっており、図８に示すように、各凸部７３３２Ａ，７３３２Ｂ，７３３２Ｃは小径コア７３３１のセンタ部に配置され、各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂは各凸部７３３２Ａ，７３３２Ｂの両サイド部に配設される。

各凸部７３３２Ａ，７３３２Ｂ，７３３２Ｃは、フェライトなどの強磁性体で構成されており、通紙可能な複数の記録紙１０９の各サイズ幅に対応した幅を有している。本例の定着装置７００においては、凸部７３３２Ａは、Ａ４サイズの記録紙１０９の短辺のサイズ幅に対応したＡ４Ｒサイズ幅を有している。また、凸部７３３２Ｂは、Ｂ４サイズの記録紙１０９の短辺のサイズ幅に対応したＢ４サイズ幅を有している。さらに、凸部７３３２Ｃは、Ａ３サイズの記録紙１０９の短辺のサイズ幅に対応したＡ３サイズ幅を有している。

一方、各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂは、定着ベルト２１０の各サイズの記録紙１０９の非通紙領域に流れる磁束を遮断することができる素材（例えば、厚さ１ｍｍの銅板）で構成されている。また、各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂは、定着ベルト２１０の各サイズの記録紙１０９の非通紙領域に対向するように小径コア７３３１の円周面にそれぞれ配設されている。つまり、磁気遮蔽体７３３３Ａは、Ａ４Ｒサイズ幅の凸部７３３２Ａの両サイド部に配設されている。また、磁気遮蔽体７３３３Ｂは、Ｂ４サイズ幅の凸部７３３２Ｂの両サイド部に配設されている。

ここで、小径コア７３３１は、Ａ４ＲサイズおよびＢ４サイズの記録紙１０９の各サイズ幅に対応した幅で凸部７３３２Ａおよび凸部７３３２Ｂを有しているので、通紙領域と非通紙領域との間に磁気結合の差を設けることになる。これによって、非通紙領域の磁気結合が通紙領域よりも相対的に弱くなり、定着ベルト２１０の非通紙領域での熱の蓄積による過昇温を防止することができる。

さらに、磁気遮蔽体７３３３Ａおよび磁気遮蔽体７３３３ＢがそれぞれＡ４Ｒサイズ幅の凸部７３３２ＡおよびＢ４サイズ幅の凸部７３３２Ｂの各両サイド部に配設されているので、定着ベルト２１０の非通紙領域での過昇温が、インナコア７３３を小径化する以前の水準を維持することができる。

なお、本例の定着装置７００におけるインナコア７３３は、記録紙１０９の各サイズに対応したサイズ幅を有する各凸部７３３２Ａ，７３３２Ｂの両サイド部に各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂを配設した構成としているが、本例の定着装置７００においては、図１０に示すように、小径コア７３３１と同一サイズ幅の各凸部７３３２Ａ，７３３２Ｂの、各サイズの記録紙１０９の非通紙領域と対向する部位を覆うように各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂを配設した構成のインナコア１０３３を用いてもよい。

ここで、各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂの表面の高さは、図８および図９に示すように、各凸部７３３２Ａ，７３３２Ｂの凸部先端（頂部）の高さよりも低くなるように形成することが好ましい。各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂがセンタコア２３４とインナコア７３３との間の非通紙領域の磁路を遮断する効果は、各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂが発熱体に近い程高い。ところが、各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂを発熱体に近づけるために小径コア７３３１との間に部材を配設すると熱容量が増し、発熱体が所定の定着温度に発熱するまでの立ち上がり（ウォームアップ）時間が延び、消費電力の低減を妨げることになる。また、各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂが磁路を遮断することで各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂ上にジュール熱が発生し、その熱によって発熱体側へ輻射するため、非通紙領域の過昇温を助長させることになる。

従って、図８および図９に示すように構成したインナコア７３３は、各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂに発生した熱を小径コア７３３１に逃がすことができ、各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂを発熱体から離すことで各磁気遮蔽体７３３３Ａ，７３３３Ｂに発生した熱の発熱体側への輻射を抑えることができる。

本実施の形態２に係る定着装置７００は、通紙される記録紙１０９のサイズ幅に合わせた発熱体（ここでは、定着ベルト２１０とする）の加熱（以下、この加熱を「紙幅制御加熱」という）を行うことができる。

図１１は、本実施の形態２に係る定着装置の、Ａ３サイズ幅に合わせた紙幅制御加熱を行う場合の通紙領域の断面を示す概略断面図である。図１２は、本実施の形態２に係る定着装置の、Ａ４Ｒサイズ幅に合わせた紙幅制御加熱を行う場合の通紙領域の断面を示す概略断面図である。図１３は、本実施の形態２に係る定着装置の、Ａ４Ｒサイズ幅に合わせた紙幅制御加熱を行う場合の非通紙領域の断面を示す概略断面図である。

図１１に示すように、本例の定着装置７００において、Ａ３サイズ幅に合わせた紙幅制御加熱を行う場合には、図示しない駆動手段によりインナコア７３３を回転し、Ａ３サイズ幅の凸部７３３２Ｃをセンタコア２３４に対向した位置に臨ませた状態とする。

この状態で、前記励磁回路から所定の駆動周波数の励磁電流を励磁コイル２３１に印加すると、コア２３２とインナコア７３３の凸部７３３２Ｃとの間に交流磁界が発生して、定着ベルト２１０の導電層に渦電流が発生し、定着ベルト２１０のＡ３サイズ幅の凸部７３３２Ｃに対向する通紙領域が発熱する。

すなわち、この場合には、磁束３０１が、図１１に矢印で示すように、センタコア２３４からＡ３サイズ幅の凸部７３３２Ｃを通り、小径コア７３３１からサイドコア２３５およびアーチコア２３６を経てセンタコア２３４へと循環する。

一方、図１２に示すように、本例の定着装置７００において、Ａ４Ｒサイズ幅に合わせた紙幅制御加熱を行う場合には、インナコア７３３を回転し、Ａ４Ｒサイズ幅の凸部７３３２Ａをセンタコア２３４に対向した位置に臨ませた状態とする。

また、このＡ４Ｒサイズ幅に合わせた紙幅制御加熱の場合には、図１３に示すように、Ａ４Ｒサイズ幅の凸部７３３２Ａの両サイド部に配設されている磁気遮蔽体７３３３Ａが、センタコア２３４とインナコア７３３との間の非通紙領域の磁路を遮断する位置に臨んだ状態となる。

この状態で、所定の駆動周波数の励磁電流を励磁コイル２３１に印加すると、コア２３２とインナコア７３３のＡ４Ｒサイズ幅の凸部７３３２Ａとの間に交流磁界が発生して、定着ベルト２１０の導電層に渦電流が発生し、定着ベルト２１０のＡ４Ｒサイズ幅の凸部７３３２Ａに対向する通紙領域のみが発熱する。

すなわち、このＡ４Ｒサイズ幅に合わせた紙幅制御加熱の場合には、磁束３０１が、図１２に矢印で示すように、センタコア２３４からＡ４Ｒサイズ幅の凸部７３３２Ａを通り、小径コア７３３１からサイドコア２３５およびアーチコア２３６を経てセンタコア２３４へと循環し、図１３に示すように、センタコア２３４とインナコア７３３との間の非通紙領域の磁路を通る磁束３０１は、磁気遮蔽体７３３３Ａにより遮蔽される。

なお、本例の定着装置７００において、Ｂ４サイズ幅に合わせた紙幅制御加熱を行う場合には、インナコア７３３を回転し、Ｂ４サイズ幅の凸部７３３２Ｂをセンタコア２３４に対向した位置に臨ませた状態とする。

また、この場合には、Ｂ４サイズ幅の凸部７３３２Ｂの両サイド部に配設されている磁気遮蔽体７３３３Ｂが、センタコア２３４とインナコア７３３との間の非通紙領域の磁路を遮断する位置に臨んだ状態となる。

この状態で、所定の駆動周波数の励磁電流を励磁コイル２３１に印加すると、コア２３２とインナコア７３３のＢ４サイズ幅の凸部７３３２Ｂとの間に交流磁界が発生して、定着ベルト２１０の導電層に渦電流が発生し、定着ベルト２１０のＢ４サイズ幅の凸部７３３２Ｂに対向する通紙領域のみが発熱する。

従って、本例の定着装置７００においては、通紙される記録紙１０９のサイズ幅に応じて定着ベルト２１０を紙幅制御加熱することができ、通紙可能な最大サイズの記録紙１０９よりも小さなサイズの記録紙１０９が連続的に通紙された場合の定着ベルト２１０の非通紙領域の過昇温を抑えることができる。

次に、本発明の実施の形態２に係る定着装置で用いる他の構成のインナコアについて説明する。図１４（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る定着装置で用いる他の構成のインナコアの平面図である。図１４（ｂ）は、前記インナコアの正面図である。図１４（ｃ）は、前記インナコアの右側面図である。図１４（ｄ）は、図１４（ｃ）に示すインナコアを線分Ｘ−Ｘで破断した断面図である。

図１４（ａ），（ｂ），（ｄ）に示すように、このインナコア１４３３は、Ｂ４サイズ幅の凸部７３３２ＢとＡ３サイズ幅の凸部７３３２Ｃとの、発熱体としての定着ベルト２１０の最大幅の非通紙領域（磁気遮蔽体７３３３Ａの幅に相当）に対向する部位の頂部７３３２ｂ，７３３２ｃの高さを、他の部位の凸部先端の高さよりも高く形成した構成を有している。

このように構成したインナコア１４３３は、凸部７３３２Ｂの頂部７３３２ｂおよび凸部７３３２Ｃの頂部７３３２ｃとセンタコア２３４との磁気結合を高めることによって、Ｂ４サイズおよびＡ３サイズの記録紙１０９の通紙時において、Ａ４Ｒサイズ幅の凸部７３３２Ａの両サイドに設置された磁気遮蔽体７３３３Ａの影響による紙幅方向両端部における磁束低下を補正することができるものである。

従って、このインナコア１４３３を用いた定着装置７００においては、磁気遮蔽体７３３３Ａの影響による磁束の低下によって生じる定着ベルト２１０の両端部での温度低下を補正して、定着ベルト２１０の幅方向の発熱温度を均一化させることができる。

次に、本発明の実施の形態２に係る定着装置で用いるさらに他の構成のインナコアについて説明する。図１５は、本発明の実施の形態２に係る定着装置で用いるさらに他の構成のインナコアの概略斜視図である。

図１５に示すように、このインナコア１５３３は、Ａ４Ｒサイズ幅の凸部７３３２Ａの両サイドに配設された磁気遮蔽体７３３３Ａと、Ｂ４サイズ幅の凸部７３３２Ｂの両サイドに配設された磁気遮蔽体７３３３Ｂとに、貫通穴７３３３ａ，７３３３ｂを設けた構成を有している。

貫通穴７３３３ａ，７３３３ｂに関しては、各磁気遮蔽体７３３３Ａ、７３３３Ｂのインナコア７３３の円筒面に沿った円周方向の角度（遮蔽角）を維持したまま、磁気遮蔽体の中央部を貫通させた形状となる。遮蔽角は大きい程、非通紙領域の過昇温を防止する効果が高い。

また、磁気遮蔽体が磁路を遮断して非通紙領域の磁束を遮蔽する場合、磁気遮蔽体には表面を外縁に沿って流れるうず電流が発生する。この場合、磁気遮蔽体の中央部における電流密度が小さいので、この部分に貫通穴を設けることができる。

このように構成したインナコア１５３３は、磁気遮蔽体７３３３Ａおよび磁気遮蔽体７３３３Ｂの熱容量を低減することができる。

従って、このインナコア１５３３を用いた定着装置７００においては、定着ベルト２１０が所定の定着温度に発熱するまでの立ち上がり（ウォームアップ）時間を短縮することができ、消費電力の更なる低減を図ることができる。

なお、磁気遮蔽体７３３３Ａと磁気遮蔽体７３３３Ｂの貫通穴については、一方にのみ設けてもよい。

図１６（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る定着装置で用いるさらに他の構成のインナコアの要部の概略平面図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示すインナコアを線分Ｙ−Ｙで破断した断面図である。図１６（ｂ）に示すインナコア１６３３は、磁気遮蔽体７３３３Ａおよび磁気遮蔽体７３３３Ｂをリッツ線で形成したものである。

このように、磁気遮蔽体７３３３Ａおよび磁気遮蔽体７３３３Ｂをリッツ線で形成したインナコア１６３３は、磁気遮蔽体７３３３Ａおよび磁気遮蔽体７３３３Ｂの、磁束３０１の遮蔽効果を維持したまま、発熱を抑えることができる。

図１７は、本発明の実施の形態２に係る定着装置で用いるさらに他の構成のインナコアの概略側面図である。図１７に示すインナコア１７３３は、磁気遮蔽体７３３３Ａおよび磁気遮蔽体７３３３Ｂを、高耐熱かつ高熱伝導の接着剤１７０１を使用して小径コア７３３１に密着するように配設したものである。

このように、磁気遮蔽体７３３３Ａおよび磁気遮蔽体７３３３Ｂを高耐熱かつ高熱伝導の接着剤１７０１を使用して小径コア７３３１に密着するように配設したインナコア１７３３は、磁気遮蔽体７３３３Ａおよび磁気遮蔽体７３３３Ｂに発生したジュール熱を小径コア７３３１に伝えることができる。

従って、このインナコア１７３３を用いた定着装置７００においては、磁気遮蔽体７３３３Ａおよび磁気遮蔽体７３３３Ｂの発熱をより効果的に抑えることができる。

本発明に係る定着装置は、非通紙領域の過昇温を抑えたまま、磁束発生手段と対向コアとの磁気結合を損ねることなく対向コアの低熱容量化を図って消費電力の低減を実現することができるので、電子写真方式あるいは静電記録方式の複写機、ファクシミリおよびプリンタ等の画像形成装置の定着装置として有用である。

本発明の実施の形態に係る定着装置を搭載するのに適した画像形成装置の全体構成を示す概略断面図 本発明の実施の形態に係る定着装置の基本的な構成を示す断面図 本発明の実施の形態１に係る定着装置の主要部の構成を示す概略断面図 本発明の実施の形態１に係る定着装置におけるインナコアの具体的な構成を示す概略断面図 本発明の実施の形態１に係る定着装置におけるインナコアの凸部の幅を４ｍｍに固定して凸部先端と発熱体との離間距離を変化させた場合の離間距離と結合係数との関係を示すグラフ 本発明の実施の形態１に係る定着装置におけるインナコアの凸部先端と発熱体との離間距離を２ｍｍに固定して凸部の幅を変化させた場合の凸部の幅と結合係数との関係を示すグラフ 本発明の実施の形態２に係る定着装置の構成を示す断面図 本実施の形態２に係る定着装置のインナコアの構成を示す概略斜視図 図８に示すインナコアの概略側面図 本発明の実施の形態２に係る定着装置で用いることができるインナコアの構成を示す概略側面図 本実施の形態２に係る定着装置の、Ａ３サイズ幅に合わせた紙幅制御加熱を行う場合の通紙領域の断面を示す概略断面図 本実施の形態２に係る定着装置の、Ａ４Ｒサイズ幅に合わせた紙幅制御加熱を行う場合の通紙領域の断面を示す概略断面図 本実施の形態２に係る定着装置の、Ａ４Ｒサイズ幅に合わせた紙幅制御加熱を行う場合の非通紙領域の断面を示す概略断面図 （ａ）は、本発明の実施の形態２に係る定着装置で用いる他の構成のインナコアの平面図、（ｂ）は、前記インナコアの正面図、（ｃ）は、前記インナコアの右側面図である。図１４（ｄ）は、図１４（ｃ）に示すインナコアを線分Ｘ−Ｘで破断した断面図 本発明の実施の形態２に係る定着装置で用いるさらに他の構成のインナコアの概略斜視図 （ａ）は、本発明の実施の形態２に係る定着装置で用いるさらに他の構成のインナコアの要部の概略平面図、（ｂ）は、（ａ）に示すインナコアを線分Ｙ−Ｙで破断した断面図 本発明の実施の形態２に係る定着装置で用いるさらに他の構成のインナコアの概略側面図

符号の説明

１００ 画像形成装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電器
１０３ レーザビームスキャナ
１０４ レーザビーム
１０５ 現像器
１０６ 現像ローラ
１０７ 給紙装置
１０９ 記録紙
１１０ レジストローラ
１１２ 転写ローラ
１１３ クリーニング装置
２００，３００，７００ 定着装置
２１０ 定着ベルト
２２０ 支持ローラ
２３０ コイルユニット
２３１ 励磁コイル
２３２ コア
２３３，３３３，７３３，１０３３，１４３３，１５３３，１６３３，１７３３ インナコア
２３４ センタコア
２３５ サイドコア
２３６ アーチコア
２４０ 定着ローラ
２５０ 加圧ローラ
２６０ 温度センサ
３０１ 磁束
３０２ 磁路
１７０１ 接着剤
３３３１，７３３１ 小径コア
３３３２，７３３２Ａ，７３３２Ｂ，７３３２Ｃ 凸部
７３３２ｂ，７３３２ｃ 頂部
７３３３Ａ，７３３３Ｂ 磁気遮蔽体
７３３３ａ，７３３３ｂ 貫通穴

Claims (12)

1. 磁束を発生する磁束発生手段と、
   前記磁束発生手段の磁束により誘導加熱される発熱体と、
   前記発熱体を挟んで前記磁束発生手段に対向配置した対向コアと、を備え、
   前記対向コアは、前記磁束の磁路に対向する対向部と前記発熱体との離間距離が、前記磁路に対向しない非対向部と前記発熱体との離間距離よりも小さい形状を有する定着装置。
2. 前記対向コアの前記対向部は、前記非対向部から突出した凸部からなる請求項１記載の定着装置。
3. 前記凸部の頂部と前記発熱体との離間距離が、０．５〜３ｍｍの範囲である請求項２記載の定着装置。
4. 前記凸部の幅は、２〜６ｍｍである請求項２または請求項３記載の定着装置。
5. 前記凸部の長手方向の長さは、通紙可能な記録媒体のサイズ幅に相当する長さを有し、
   前記発熱体の非通紙領域に対向して前記非通紙領域に流れる磁束を遮断する磁気遮蔽体を前記対向コアに配設した請求項２から請求項４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記磁気遮蔽体の表面の高さを、前記凸部の頂部の高さよりも低く形成した請求項５記載の定着装置。
7. 前記凸部および前記磁気遮蔽体を、通紙可能な複数の記録媒体の各サイズに対応して複数設けた請求項５または請求項６記載の定着装置。
8. 前記各凸部の、前記発熱体の最大幅の非通紙領域に対向する部位の頂部の高さを、他の部位の頂部の高さよりも高く形成した請求項７記載の定着装置。
9. 前記磁気遮蔽体に穴を設けた請求項５から請求項８のいずれかに記載の定着装置。
10. 前記磁気遮蔽体をリッツ線で形成した請求項５から請求項９のいずれかに記載の定着装置。
11. 前記磁気遮蔽体を高耐熱および高熱伝導の接着剤を用いて前記対向コアに接着した請求項５から請求項１０のいずれかに記載の定着装置。
12. 記録媒体上に形成された未定着画像を定着する定着手段を備えた画像形成装置であって、
    前記定着手段として、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の定着装置を用いる画像形成装置。

Images