JP2007140086A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁束発生手段によって加熱される発熱部材の周方向の温度分布が均一であって出力画像上に光沢ムラが生じることのない、比較的低廉な、定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】電磁誘導加熱方式の定着装置１９であって、交番電流が入力されて磁束を発生させる磁束発生手段２４と、磁束によって加熱される発熱層２１を有する発熱部材２０と、を備える。この定着装置１９は、磁束発生手段２４に入力される交番電流の周波数が周期的に変化するように制御される。
【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、電磁誘導加熱方式を用いた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、装置の立ち上げ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る技術が広く知られている（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、発熱部材としての定着ローラ（加熱ローラ）、定着ローラに対向する磁束発生手段、定着ローラに当接する加圧ローラ、等で構成される。磁束発生手段は、幅方向（記録媒体の搬送方向に直交する方向である。）に延設されたコイル部（励磁コイル）や、コイル部に対向するコア部（背面コア）等で構成される。定着ローラは、芯金（支持層）上に、断熱層、発熱層、弾性層、離型層等が積層されていいる。定着ローラの発熱層は、ステンレス鋼等からなる第１発熱層と、銅等の非磁性材料層からなる第２発熱層と、で構成されている。

そして、定着ローラは、磁束発生手段との対向位置で加熱される。加熱された定着ローラは、加圧ローラとの当接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、コイル部に高周波の交番電流を流すことで、コイル部の周囲に交番磁界が形成されて、定着ローラの発熱層に渦電流が生じる。発熱層に渦電流が生じると、発熱層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、定着ローラが加熱される。
このような電磁誘導加熱方式の定着装置は、発熱部材が電磁誘導によって直接的に加熱されるために、熱ローラ方式（ヒータランプ加熱方式）等の他方式のものに比べて熱変換効率が高く、少ないエネルギー消費で短い立ち上げ時間にて定着ローラの表面温度（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。

再表ＷＯ２００３／４３３７９号公報

上述した従来の定着装置は、定着ローラ等の発熱部材に周状に形成される発熱層の層厚が周方向に不均一である場合に、発熱層で消費される電力が回転周期（又は周回周期）で乱れて、発熱部材の温度が周方向でばらついてしまっていた。このように、発熱部材の温度が周方向で不均一になると、出力画像上に搬送方向の光沢ムラが生じてしまうことになる。

電磁誘導加熱方式の定着装置における発熱部材の発熱層は、その層厚が極めて薄く（数μｍ〜数１０μｍ程度である。）、めっき等により形成される場合が多い。そのため、発熱層の層厚を周方向に精度よく均一に形成しようとすると、製造コストが多くかかってしまう。また、発熱層の層厚が薄い場合には、経時における温度の安定性も悪く、上述した発熱部材の温度の不均一が経時においても解消されないまま定着工程がおこなわれることになる。

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、磁束発生手段によって加熱される発熱部材の周方向の温度分布が均一であって出力画像上に光沢ムラが生じることのない、比較的低廉な、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、トナー像を加熱して当該トナー像を記録媒体に定着する定着装置であって、交番電流が入力されて磁束を発生させる磁束発生手段と、前記磁束によって加熱される発熱層を有する発熱部材と、を備え、前記磁束発生手段に入力される前記交番電流の周波数が周期的に変化するように制御されるものである。

また、請求項２記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記発熱部材の回転周期又は周回周期に合わせて前記交番電流の周波数が周期的に変化するように制御されるものである。

また、請求項３記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記発熱層の層厚が周方向に沿って変化するのに合わせて前記交番電流の周波数が周期的に変化するように制御されるものである。

また、請求項４記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項３に記載の発明において、予め測定された前記発熱層の層厚に係わるデータに基いて前記交番電流の周波数が周期的に変化するように制御されるものである。

また、請求項５記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記発熱層は、銅からなる銅層を備え、前記銅層は、その層厚が５〜３５μｍの範囲内になるように形成されたものである。

また、請求項６記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記発熱部材を、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７記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項６に記載の発明において、前記定着部材を、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接する定着ローラとしたものである。

また、請求項８記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項６に記載の発明において、前記定着部材を、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接するとともに、少なくとも２つのローラ部材に張架される定着ベルトとしたものである。

また、請求項９記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記発熱部材は、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１０記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項９に記載の発明において、前記定着部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接するとともに、少なくとも２つのローラ部材に張架される定着ベルトであって、前記発熱部材を、前記少なくとも２つのローラ部材のうち１つのローラ部材としたものである。

また、この発明の請求項１１記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項１０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、磁束発生手段に入力される交番電流の周波数が周期的に変化するように制御しているために、磁束発生手段によって加熱される発熱部材の周方向の温度分布が均一であって出力画像上に光沢ムラが生じることのない、比較的低廉な、電磁誘導加熱方式の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７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タンデム型カラー複写機の装置本体、２は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、３は原稿Ｄを原稿読込部４に搬送する原稿搬送部、４は原稿Ｄの画像情報を読み込む原稿読込部、７は転写紙等の記録媒体Ｐが収容される給紙部、９は記録媒体Ｐの搬送タイミングを調整するレジストローラ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー像が形成される感光体ドラム、１２は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上を帯電する帯電部、１３は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成される静電潜像を現像する現像部、１４は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐ上に重ねて転写する転写バイアスローラ、１５は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の未転写トナーを回収するクリーニング部、を示す。

また、１６は転写ベルト１７を清掃する転写ベルトクリーニング部、１７は複数色のトナー像が記録媒体Ｐ上に重ねて担持されるように記録媒体Ｐを搬送する転写ベルト、１９は記録媒体Ｐ上のトナー像（未定着画像）を定着する電磁誘導加熱方式の定着装置、を示す。

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３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４のコンタクトガラス５上に載置される。そして、原稿読込部４で、コンタクトガラス５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４は、コンタクトガラス５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の色分解画像信号をもとにして画像処理部で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、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、ブラックの各色の画像情報は、書込み部２に送信される。そして、書込み部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、対応する感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に向けて発せられる。

一方、４つの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ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１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫの表面は、帯電部１２との対向部で、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１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ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１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
書込み部２において、４つの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それぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの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、紙面左側から１番目の感光体ドラム１１Ｙ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により、感光体ドラム１１Ｙの回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部１２にて帯電された後の感光体ドラム１１Ｙ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、紙面左から２番目の感光体ドラム１１Ｍ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、紙面左から３番目の感光体ドラム１１Ｃ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、紙面左から４番目の感光体ドラム１１ＢＫ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１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、現像部１３との対向位置に達する。そして、各現像部１３から感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ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１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、転写ベルト１７との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、転写ベルト１７の内周面に当接するように転写バイアスローラ１４が設置されている。そして、転写バイアスローラ１４の位置で、転写ベルト１７上の記録媒体Ｐに、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される（転写工程である。）。

そして、転写工程後の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、クリーニング部１５との対向位置に達する。そして、クリーニング部１５で、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ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１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ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１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の各色のトナーが重ねて転写（担持）された記録媒体Ｐは、図中の矢印方向に走行して、分離チャージャ１８との対向位置に達する。そして、分離チャージャ１８との対向位置で、記録媒体Ｐに蓄積された電荷が中和されて、トナーのちり等を生じさせることなく記録媒体Ｐが転写ベルト１７から分離される。
その後、転写ベルト１７表面は、転写ベルトクリーニング部１６の位置に達する。そして、転写ベルト１７上に付着した付着物が転写ベルトクリーニング部１６に回収される。

ここで、転写ベルト１７上に搬送される記録媒体Ｐは、給紙部７からレジストローラ９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７から、給紙ローラ８により給送された記録媒体Ｐが、不図示の搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ９に導かれる。レジストローラ９に達した記録媒体Ｐは、タイミングを合わせて、転写ベルト１７の位置に向けて搬送される。

そして、フルカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、転写ベルト１７から分離された後に定着装置１９に導かれる。定着装置１９では、定着ローラと加圧ローラとのニップにて、カラー画像（トナー）が記録媒体Ｐ上に定着される。
そして、定着工程後の記録媒体Ｐは、不図示の排紙ローラによって、装置本体１外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、画像形成装置本体１に設置される定着装置１９の構成・動作について詳述する。
図２は定着装置を示す断面図であって、図３は定着ローラ２０の一部を示す断面図であって、図４は定着ローラの内部を幅方向にみた概略図である。

図２に示すように、定着装置１９は、磁束発生手段としての誘導加熱部２４、定着ローラ２０、加圧ローラ３０、内部コア２８、磁束遮蔽部材２９、等で構成される。
ここで、発熱部材（発熱回転体）としての定着ローラ２０（定着部材）は、ＳＵＳ３０４等の非磁性材料からなる中空構造の芯金２３の表面に、弾性層２２、発熱層２１等を形成した多層構造体である。

詳しくは、図３を参照して、定着ローラ２０は、芯金２３上に、弾性層２２、発熱層２１（第１非磁性材料層２１ａと第２非磁性材料層２１ｂとからなる。）、酸化防止層２０ｂ、離型層２０ａ、が積層されている。
弾性層２２は、シリコーンゴム等の弾性材料からなり、その厚さは５０〜５００μｍになっている。これにより、熱容量がそれ程大きくなく、良好な定着画像を得ることができる。

第１非磁性材料層２１ａとしては、非磁性材料層としてのＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３１６（いずれも非磁性ステンレス）等を用いることができる。
本実施の形態１では、第２非磁性材料層２１ｂとして、非磁性材料層としての銅（Ｃｕ）を用いている。第２非磁性材料層２１ｂ（銅層）は、その層厚が５〜３５μｍの範囲内になるように、第１非磁性材料層２１ａ上にめっき処理にて形成されている。銅層２１ｂの層厚が５μｍよりも薄いときには均一なめっき処理が難しく、銅層２１ｂの層厚が３０μｍよりも厚いときには発熱層２１の昇温効率が不充分になってしまう。また、第２非磁性材料層２１ｂの体積抵抗率は１．７×１０^-8Ω・ｍとなっていて、第１非磁性材料層２１ｂの体積抵抗率よりも小さくなっている。なお、第２非磁性材料層２１ｂとしては、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）等を用いることもできる。
第１非磁性材料層２１ａ及び第２非磁性材料層２１ｂからなる発熱層２１は、誘導加熱部２４（磁束発生手段）から発せられる磁束によって電磁誘導加熱される。

なお、本実施の形態１において、発熱層２１の第２非磁性材料層２１ｂは、高精度で高コストなめっき処理工程を避けて比較的低廉なめっき処理をおこなっているために、その層厚が５〜３５μｍの範囲内でばらついてしまう可能性がある。しかし、本実施の形態１では、発熱層２１（第２非磁性材料層２１ｂ）の層厚が周方向（回転方向）に沿って変化するのに合わせて、誘導加熱部２４に印加される交番電流の周波数を周期的に変化させている。これによって、発熱層２１（第２非磁性材料層２１ｂ）における層厚の周方向のばらつきにともなう、定着ローラ２０における周方向の温度分布の不均一を軽減することができる。これについては、後で詳しく説明する。

図３を参照して、酸化防止層２０ｂは、ニッケル（Ｎｉ）で形成され、その厚さは５μｍ以下になるように設定されている。酸化防止層２０ｂは、銅層としての第２非磁性材料層２１ｂの酸化を防止するためのものである。
離型層２０ａは、ＰＦＡ等のフッ素化合物で形成され、その厚さは３０μｍになっている。離型層２０ａは、トナー像（トナー）Ｔが直接的に接する定着ローラ２０表面のトナー離型性を高めるためのものである。

図２を参照して、加圧ローラ３０は、アルミニウム、銅等からなる円筒部材３２上にフッ素ゴム、シリコーンゴム等の弾性層３１が形成されたものである。加圧ローラ３０の弾性層３１は、肉厚が０．５〜２ｍｍで、アスカー硬度が６０〜９０度となるように形成されている。加圧ローラ３０は、定着ローラ２０に圧接している。そして、定着ローラ２０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。

磁束発生手段としての誘導加熱部２４は、コイル部２５（励磁コイル）、コア部２６（励磁コイルコア）、コイルガイド２７、等で構成される。コイル部２５は、定着ローラ２０の外周の一部を覆うように配設されたコイルガイド２７上に細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向（図２の紙面垂直方向である。）に延設したものである。コイルガイド２７は、耐熱性の高い樹脂材料等からなり、コイル部２５を保持する。コア部２６は、フェライト等の強磁性体（比透磁率が１０００〜３０００程度である。）からなり、発熱層２１に向けて効率のよい磁束を形成するためにセンターコア２６ａやサイドコア２６ｂが設けられている。コア部２６は、幅方向に延設されたコイル部２５に対向するように設置されている。

定着ローラ２０の内部には、フェライト等の強磁性体からなる内部コア２８（コア）と、内部コア２８の外周の一部を覆う磁束遮蔽部材２９と、が回転自在に設置されている。内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９の回転駆動は、定着ローラ２０の回転駆動とは別におこなわれる。
内部コア２８は、定着ローラ２０を介してコイル部２５に対向していて、定着ローラ２０の発熱層２１に効率的に磁束を透過させる。
磁束遮蔽部材２９は、厚さが１ｍｍ以上の銅等の良導体からなる。磁束遮蔽部材２９は、その厚さが表皮深さ（材料の体積固有抵抗及び比透磁率と、誘導加熱部２４の交番電流の周波数と、によって定まる。）よりも大きくなるように設定されていて、誘導加熱部２４から発熱層２１に達する磁束を必要に応じて低下させることができる。

また、図示は省略するが、定着ローラ２０の表面には、サーミスタが当接されている。サーミスタは、熱応答性の高い感温素子であって、定着ローラ２０上の温度（定着温度）を検知する。そして、サーミスタによる検知結果に基いて、誘導加熱部２４による加熱量を調整する。

このように構成された定着装置１９は、次のように動作する。
不図示の駆動モータによって、定着ローラ２０が図２の時計方向に回転駆動されると、加圧ローラ３０も反時計方向に回転する。そして、定着部材としての定着ローラ２０は、誘導加熱部２４との対向位置で、誘導加熱部２４から発生される磁束によって加熱される。

詳しくは、不図示の電源部からコイル部２５に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ（好ましくは、２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚである。）の高周波交番電流を流すことで、コア部２６と内部コア２８との間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、定着ローラ２０の発熱層２１に渦電流が生じて、発熱層２１はその電気抵抗によってジュール熱が発生して誘導加熱される。こうして、定着ローラ２０は、自身の発熱層２１の誘導加熱によって加熱される。

なお、電源部からコイル部２５（誘導加熱手段２４）に入力される交番電流の周波数は、不図示の制御部によって、周期的に可変制御される。詳しくは、制御部によって、定着ローラ２０（発熱層２１）の回転周期に合わせて、コイル部２５に供給する交番電流の周波数が周期的（定着ローラ２０の１回転を１周期とする。）に変化するように制御される。ここで、誘導加熱部２４に入力する交番電流を可変制御する制御部は、定着装置１９に搭載することもできるし、装置本体１に搭載することもできる。
これによって、発熱層２１（第２非磁性材料層２１ｂ）における層厚の周方向のばらつきにともなう、定着ローラ２０における周方向の温度分布の不均一を軽減することができる。これについては、後で詳しく説明する。

その後、誘導加熱部２４によって加熱された定着ローラ２０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（トナー）を加熱して溶融する。
詳しくは、先に説明した作像プロセスを経てトナー像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ローラ２０と加圧ローラ３０との間に送入される（矢印Ｙ１の搬送方向の移動である。）。そして、定着ローラ２０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は定着ローラ２０と加圧ローラ３０との間から送出される。

定着位置を通過した定着ローラ２０表面は、その後に再び誘導加熱部２４との対向位置に達する。なお、誘導加熱部２４に交番電流が入力されているときには、定着ローラ２０の発熱層２１の局部的な過昇温を防止するために、定着ローラ２０を常に回転駆動している。
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。

次に、図４にて、内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９の構成・動作について、詳しく説明する。
図４は、図２の定着装置２０に設置された定着ローラ２０を誘導加熱部２４側から幅方向にみた図であって、定着ローラ２０の内部を示している。
図４に示すように、定着ローラ２０の内部には、内部コア２８と磁束遮蔽部材２９とが回転自在に設置されている。

強磁性体からなる円柱状の内部コア２８の幅方向両端部には、銅からなる磁束遮蔽部材２９が一体的に設置されている。磁束遮蔽部材２９は、内部コア２８の外周面を端面側から遮蔽する範囲を段階的に増減するように形成されている。これにより、内部コア２８を磁束遮蔽部材２９とともに回転させることによって、誘導加熱部２４のコイル部２５に対向する内部コア２８の幅方向の遮蔽範囲を可変することができる。

詳しくは、誘導加熱部２４のセンターコア２６ａ（磁束密度が最も高くなる位置である。）と内部コア２８との間に磁束遮蔽部材２９が介在する場合には、磁束遮蔽部材２９がないときに形成される正規の磁束が弱められる。これにより、磁束遮蔽部材２９を介在した定着ローラ２０の位置では、作用する磁束の低下にともない加熱効率が低下する。

ここで、磁束を低下させる幅方向の範囲（調整範囲）は、コイル部２５に対向する磁束遮蔽部材２９の姿勢を変化させることで可変することができる。具体的に、磁束遮蔽部材２９を内部コア２８とともに回転駆動（駆動制御）することで、定着ローラ２０上の加熱範囲を図４のＬ１〜Ｌ２の範囲で可変することができる。すなわち、調整範囲（遮蔽範囲）が０〜（Ｌ１−Ｌ２）の範囲で可変される。

なお、内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９の回転駆動（駆動制御）は、内部コア２８の軸部に連結されたステッピングモータ（不図示である。）によっておこなわれる。このステッピングモータは、定着ローラ２０を駆動する駆動モータ（不図示である。）とは別の駆動系となる。

具体的に、内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９を周方向に所定角度（所定ステップ数）回転させて、磁束遮蔽部材２９の最大範囲をセンターコア２６ａに対向させる。このとき、磁束が低下される調整範囲が最大になって、その調整範囲外（中央の幅Ｌ２の領域である。）が定着ベルト２２の主たる加熱範囲となる。
これに対して、内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９を周方向にさらに所定角度回転させて、磁束遮蔽部材２９がセンターコア２６ａに対向しないようにする。このとき、磁束が低下される調整範囲がゼロになって、すべての範囲（幅Ｌ１の領域である。）が定着ベルト２２の主たる加熱範囲となる。

そして、定着ローラ２０に対する記録媒体Ｐの幅方向範囲（通紙領域）と、定着ローラ２０の加熱範囲と、が一致するように、ステッピングモータで磁束遮蔽部材２９を回転駆動する。なお、定着ローラ２０に対する記録媒体Ｐの幅方向範囲は、記録媒体Ｐのサイズを検知するサイズ検知センサ（検知手段）の検知結果に基いて定められる。
なお、本実施の形態１では、内部コア２８の外周面を端面側から遮蔽する範囲を段階的（３段階である。）に増減するように磁束遮蔽部材２９を形成したが、内部コア２８の外周面を端面側から遮蔽する範囲を連続的に増減するように磁束遮蔽部材２９を形成することもできる。具体的には、磁束遮蔽部材２９の展開形状は、三角形になる。
また、本実施の形態１では、定着ローラ２０の内部に内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９を設置したが、定着ローラ２０の内部に内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９を設置しない構成にすることもできる。

以下、図５〜図７を参照して、本実施の形態１における特徴的な制御について説明する。
図５は、誘導加熱部２４に入力される交番電流の周波数と、定着ローラ２０の発熱層２１で消費される電力と、の関係を示すグラフである。図５において、グラフｓｔ１は発熱層２１の層厚（銅層２１ｂの層厚である。）が薄いときの交番電流周波数と電力との関係を示し、グラフｓｔ２は発熱層２１の層厚が厚いときの交番電流周波数と電力との関係を示す。
図５から、コイル部２５に入力する交番電流の周波数が大きくなると、発熱層２１における電力が低下していくのがわかる。また、発熱層２１の層厚（銅層２１ｂの層厚である。）が厚くなると、交番電流の周波数が同じであっても電力が高くなるのがわかる。

図６は、定着ローラ２０の温度（定着温度）と、発熱層２１で消費される電力と、の狙いの経時変化を示すグラフである。図６において、グラフＮは定着ローラ２０の温度（定着温度）の経時変化を示し、グラフＱは発熱層２１で消費される電力の経時変化を示す。
一般的に、定着装置１９では、図６に示すように、立ち上げ時（定着温度をＴ０から目標温度Ｔ１に昇温させる、時間０→ｔ０のときである。）に大きな電力Ｗｃとなるように制御される。そして、定着温度が目標温度Ｔ１近傍に安定する待機時には、小さな電力Ｗｄ（＜Ｗｃ）となるように制御される。

しかし、発熱層２１（第２非磁性材料層２１ｂ）における層厚が周方向にばらついてしまうと、図７に示すように、発熱層２１における電力が回転周期（定着ローラ２０の回転周期である。）で乱れて、定着ローラ２０の定着温度も回転周期でばらついてしまう。そして、定着ローラ２０の定着温度が周方向で不均一になると、出力画像上に搬送方向の光沢ムラが生じてしまう。

そこで、本実施の形態１では、図５で説明した発熱層２１（銅層２１ｂ）の層厚と交番電流周波数及び電力との関係から、定着ローラ２０の回転周期に対応して発熱層２１（銅層２１ｂ）の層厚が周方向に沿って変化するのに合わせて、コイル部２５に供給する交番電流の周波数が周期的（定着ローラ２０の１回転を１周期とする。）に変化するように制御している。

具体的に、図５を参照して、立ち上げ時では、発熱層２１の層厚がｓｔ１からｓｔ２の範囲で変化するのに対応して、電力がＷｃとなるように、交番電流の周波数をｆｃ１からｆｃ２の範囲で可変制御している。すなわち、薄い層厚（ｓｔ１）が誘導加熱部２４に対向するときには交番電流の周波数がｆｃ１となり、厚い層厚（ｓｔ２）が誘導加熱部２４に対向するときには交番電流の周波数がｆｃ２となるように、定着ローラ２０が１回転するなかで周波数を変化させている。
さらに、待機時も立ち上げ時と同様の制御がおこなわれる。すなわち、発熱層２１の層厚がｓｔ１からｓｔ２の範囲で変化するのに対応して、電力がＷｄとなるように、交番電流の周波数をｆｄ１からｆｄ２の範囲で可変制御している。
このようにして、発熱層２１（第２非磁性材料層２１ｂ）における層厚の周方向のばらつきにともなう、定着ローラ２０における周方向の温度分布の不均一を軽減することができる。

なお、定着ローラ２０の発熱層２１（第２非磁性材料層２１ｂ）の層厚は、定着ローラ２０の製造工程において予め測定しておいて、その測定データを制御部に入力しておき、測定データに合わせて交番電流周波数が周期的に可変制御されることが好ましい。その場合、定着ローラ２０の回転方向の姿勢を検知する手段を設けて、交番電流周波数の可変制御を発熱層２１の層厚（回転方向の姿勢）の変化に一致させる必要がある。

また、上述した層厚の測定や交番電流周波数の可変制御を簡素化するために、発熱層２１の層厚の最大値と最小値とを測定して、層厚が最大値と最小値との間を直線的に変化するものと仮定して交番電流周波数の可変制御をおこなうこともできる。その場合、実際の層厚変化に対応した交番電流周波数の可変制御をおこなっていることにはならないために、電力及び定着温度は図６に示すような理想的な変化をみせないことになる。しかし、層厚の変化に対応した交番電流周波数の可変制御がある程度おこなわれてはいるために、図７に示す従来の電力及び定着温度の乱れ（ふらつき）よりは図６に近い変化が得られることになる。具体的に、定着温度の乱れは１０℃前後であって、出力画像上に光沢ムラ等の不具合が生じない程度になっている。

以上説明したように、本実施の形態１では、誘導加熱部２４に入力される交番電流の周波数が周期的に変化するように制御しているために、誘導加熱部２４によって加熱される定着ローラ２０の周方向の温度分布が均一であって出力画像上に光沢ムラが生じることのない、比較的低廉な、電磁誘導加熱方式の定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

なお、本実施の形態１では、定着ローラ２０として、芯金２３上に、弾性層２２、発熱層２１（第１非磁性材料層２１ａ及び第２非磁性材料層２１ｂ）、酸化防止層２０ｂ、離型層２０ａ、が積層されたものを用いた。しかし、定着ローラ２０の構成はこれに限定されることなく、例えば、定着ローラ２０として、芯金上に、断熱層、発熱層、弾性層、離型層が順次積層されたものを用いることもできる。

実施の形態２．
図８及び図９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８は、実施の形態２における定着ローラの発熱層２１を示す概略断面図である。図９は、実施の形態２における定着装置の、誘導加熱部に入力される交番電流の周波数と、発熱層２１で消費される電力と、の関係を示すグラフであって、前記実施の形態１における図５に対応する図である。

図８に示すように、本実施の形態２における定着ローラの銅層２１ｂ（発熱層）は、その層厚がｄ１〜ｄ３の範囲で変化している。詳しくは、銅層２１ｂの層厚は、周方向にｄ１→ｄ２→ｄ３→ｄ２→ｄ１の順に変化している。最も薄い部位２１ｂ１の層厚ｄ１は１０μｍであって、最も厚い部位２１ｂ３の層厚ｄ３は３０μｍであって、中程度の厚みとなっている部位２１ｂ２の層厚ｄ２は２０μｍである。

本実施の形態２でも、銅層２１ｂの層厚と交番電流周波数及び電力との関係（図９を参照できる。）から、定着ローラの回転周期に対応して発熱層（銅層２１ｂ）の層厚が周方向に沿って変化するのに合わせて、コイル部に供給する交番電流の周波数が周期的（定着ローラの１回転を１周期とする。）に変化するように制御している。

具体的に、図９を参照して、立ち上げ時に、誘導加熱部に対向する発熱層の層厚がｄ１からｄ２に変化するのに対応して、電力Ｗｅを維持するように、交番電流の周波数をｆｅ１からｆｅ２に変化させる。さらに、発熱層の層厚がｄ２からｄ３に変化するのに対応して、電力Ｗｅを維持するように、交番電流の周波数をｆｅ２からｆｅ３に変化させる。さらに、発熱層の層厚がｄ３からｄ２に変化するのに対応して、電力Ｗｅを維持するように、交番電流の周波数をｆｅ３からｆｅ２に変化させる。さらに、発熱層の層厚がｄ２からｄ１に変化するのに対応して、電力Ｗｅを維持するように、交番電流の周波数をｆｅ２からｆｅ１に変化させて、定着ローラの１回転が終了する。なお、図示は省略するが、待機時も立ち上げ時と同様の制御がおこなわれる（但し、狙いの電力はＷｅよりも小さくなる。）。
これによって、発熱層２１（第２非磁性材料層２１ｂ）における層厚の周方向のばらつきにともなう、定着ローラ２０における周方向の温度分布の不均一を軽減することができる。

なお、本実施の形態２においても、定着ローラの銅層２１ｂの層厚ｄ１〜ｄ３が、定着ローラの製造工程において予め測定される。そして、その測定データを画像形成装置の制御部に入力しておき、定着ローラ２０の回転方向の姿勢を検知しながら測定データに合わせて交番電流周波数が周期的に可変制御される。

以上説明したように、本実施の形態２でも、前記実施の形態１と同様に、誘導加熱部２４に入力される交番電流の周波数が周期的に変化するように制御しているために、誘導加熱部２４によって加熱される定着ローラ２０の周方向の温度分布が均一であって出力画像上に光沢ムラが生じることのない、比較的低廉な、電磁誘導加熱方式の定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

実施の形態３．
図１０及び図１１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１０は実施の形態３における定着装置１９を示す断面図であって、図１１は定着装置１９に設置される定着ベルト６０の一部を示す断面図である。本実施の形態３の定着装置１９は、定着部材として定着ベルト６０を用いている点が、定着部材として定着ローラ２０を用いている前記実施の形態１のものとは相違する。

図１０に示すように、本実施の形態４における定着装置１９は、誘導加熱部２４、発熱部材としての定着ベルト６０（定着部材）、定着ベルト６０とともに発熱部材として機能する支持ローラ４１（ローラ部材）、定着補助ローラ５０（ローラ部材）、加圧ローラ３０、等で構成される。

ここで、定着補助ローラ５０は、ステンレス鋼等からなる芯金の表面に、シリコーンゴム等の弾性層を形成したものである。定着補助ローラ５０の弾性層は、肉厚が１〜５ｍｍで、アスカー硬度が３０〜６０度となるように形成されている。

発熱部材としての支持ローラ４１は、ＳＵＳ３０４（非磁性ステンレス）で形成された第１非磁性材料層４１ａと、銅のめっき層からなる第２非磁性材料層４１ｂ（銅層）と、で構成される発熱層を有する。支持ローラ４１の第１非磁性材料層４１ａ及び第２非磁性材料層４１ｂの構成は、前記実施の形態１における定着ローラ２０の第１非磁性材料層２１ａ及び第２非磁性材料層２１ｂの構成とほぼ同等である。そして、誘導加熱部２４に入力される交番電流の周波数が、支持ローラ４１の回転周期に合わせて周期的に変化するように制御している。
支持ローラ４１は、図１０の時計方向に回転する。そして、支持ローラ４１の発熱層４１ａ、４１ｂは、誘導加熱部２４から発せられる磁束によって誘導加熱される。

発熱層を備えた定着ベルト６０は、支持ローラ４１及び定着補助ローラ５０（２つのローラ部材である。）に張架・支持されている。
図１１を参照して、定着ベルト６０は、内周面側から、発熱層（体積抵抗率の異なる第１非磁性材料層６１ａ、第２非磁性材料層６１ｂ（銅層）で構成されている。）、ニッケルからなる酸化防止層６０ｂ、シリコーンゴム等からなる弾性層６２、フッ素化合物からなる離型層６０ａ、が積層されている。定着ベルト６０の各層の構成は、前記実施の形態１における定着ローラ２０の各層の構成とほぼ同等である。そして、誘導加熱部２４に入力される交番電流の周波数が、定着ベルト６０の周回周期に合わせて周期的に変化するように制御している。
定着ベルト６０は、図１０の時計方向に周回する。そして、定着ベルト６０の発熱層６１ａ、６１ｂは、誘導加熱部２４から発せられる磁束によって誘導加熱される。

なお、本実施の形態３では、定着ベルト６０と支持ローラ４１とが発熱部材として用いられているために、誘導加熱部２４に入力される交番電流の周波数を、定着ベルト６０の周回周期と支持ローラ４１の回転周期とに合わせて周期的に変化するように制御する必要がある。したがって、交番電流の周波数の可変制御を容易にするために、定着ベルト６０の周回周期を支持ローラ４１の回転周期の整数倍にすることが好ましい。

図１０を参照して、支持ローラ４１の内部には、フェライト等の強磁性体からなる内部コア２８と、内部コア２８の外周の一部を覆う磁束遮蔽部材２９と、が回転自在に設置されている。内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９の回転駆動は、支持ローラ４１の回転駆動とは別におこなわれる。
内部コア２８は、定着ベルト６０及び支持ローラ４１を介してコイル部２５に対向していて、支持ローラ４１と定着ベルト６０の発熱層６１ａ、６１ｂとに効率的に磁束を透過させる。
磁束遮蔽部材２９は、その厚さが表皮深さよりも大きくなるように設定されていて、誘導加熱部２４から支持ローラ４１と定着ベルト６０の発熱層６１ａ、６１ｂとに達する磁束を必要に応じて低下させることができる。

このように構成された定着装置１９は、次のように動作する。
定着補助ローラ５０の回転駆動によって、定着ベルト６０は図１０中の時計方向に周回するとともに、支持ローラ４１も時計方向に回転して、加圧ローラ３０も反時計方向に回転する。定着ベルト６０は、誘導加熱部２４との対向位置で加熱される。

詳しくは、不図示の電源部からコイル部２５に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ（好ましくは、２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚである。）の高周波交番電流を流すことで、コア部２６と内部コア２８との間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４１表面と定着ベルト６０の発熱層６１ａ、６１ｂとに渦電流が生じて、支持ローラ４１及び発熱層６１ａ、６１ｂの電気抵抗によってジュール熱が発生して、支持ローラ４１及び発熱層６１ａ、６１ｂが加熱される。こうして、定着ベルト６０は、発熱した支持ローラ４１から受ける熱と、自身の発熱層６１ａ、６１ｂの発熱と、によって加熱される。

その後、誘導加熱部２４によって加熱された定着ベルト６０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（トナー）を加熱して溶融する。
定着位置を通過した定着ベルト６０表面は、その後に再び誘導加熱部２４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。

以上説明したように、本実施の形態３でも、誘導加熱部２４に入力される交番電流の周波数が周期的に変化するように制御しているために、誘導加熱部２４によって加熱される定着ベルト６０及び支持ローラ４１の周方向の温度分布がそれぞれ均一であって出力画像上に光沢ムラが生じることのない、比較的低廉な、電磁誘導加熱方式の定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

なお、本実施の形態３では、定着ベルト６０と支持ローラ４１とを発熱部材として用いた。これに対して、定着ベルト６０及び支持ローラ４１のうちいずれか一方のみを発熱部材として用いることもできる。その場合も、本実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図１２及び図１３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１２は実施の形態４における定着装置１９を示す断面図であって、図１３は定着装置１９に設置される定着ローラ２０の一部を示す断面図である。本実施の形態４の定着装置１９は、定着ローラ２０の内周面に誘導加熱部２４が対向している点が、定着ローラ２０の外周面に誘導加熱部２４が対向している前記実施の形態１のものとは相違する。

図１２に示すように、本実施の形態４における定着装置１９は、誘導加熱部２４が定着ローラ２０の内周面に対向するように配設されるとともに、強磁性体からなるコアとしての外部コア７５が定着ローラ２０の外周面に対向するように配設されている。また、磁束遮蔽部材２９は、外部コア２９と定着ローラ２０の外周面との間に配設されていて、誘導加熱部２４から発熱層２１に達する磁束を所望の幅方向範囲で低下させて発熱層２１の加熱範囲を可変することができる。
本実施の形態４における定着装置１９は、誘導加熱部２４、外部コア７５、磁束遮蔽部材２９の配置が異なるだけで、電磁誘導加熱方式のメカニズムは前記実施の形態１のものとほぼ同等である。

ただし、図１３を参照して、定着ローラ２０は、内周面側から、ニッケルからなる酸化防止層２０ｂ、発熱層（第２非磁性材料層２１ｂ、第１非磁性材料層２１ａ）、シリコーンゴム等からなる弾性層２２、フッ素化合物からなる離型層２０ａ、が積層されている。なお、本実施の形態４における定着ローラ２０の各層の構成は、前記実施の形態１における定着ローラ２０の各層の構成とほぼ同等である。そして、誘導加熱部２４に入力される交番電流の周波数が、定着ローラ２０の回転周期に合わせて周期的に変化するように制御している。

以上説明したように、本実施の形態４でも、前記実施の形態１と同様に、誘導加熱部２４に入力される交番電流の周波数が周期的に変化するように制御しているために、誘導加熱部２４によって加熱される定着ローラ２０の周方向の温度分布が均一であって出力画像上に光沢ムラが生じることのない、比較的低廉な、電磁誘導加熱方式の定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

なお、本発明が前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、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前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、前記構成部材の数、位置、形状等は前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の画像形成装置に設置される定着装置を示す断面図である。 定着ローラの一部を示す断面図である。 定着ローラの内部を示す概略図である。 誘導加熱部に入力される交番電流の周波数と、発熱層で消費される電力と、の関係を示すグラフである。 発熱部材の温度と、発熱層で消費される電力と、の狙いの経時変化を示すグラフである。 発熱部材の温度と、発熱層で消費される電力と、の従来の経時変化を示すグラフである。 この発明の実施の形態２における定着ローラの発熱層を示す概略断面図である。 誘導加熱部に入力される交番電流の周波数と、発熱層で消費される電力と、の関係を示すグラフである。 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。 定着ベルトの一部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。 定着ローラの一部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）、
１９ 定着装置、
２０ 定着ローラ（定着部材、発熱部材）
２０ａ、６０ａ 離型層、 ２０ｂ、６０ｂ 酸化防止層、
２１ 発熱層、
２１ａ、４１ａ、６１ａ 第１非磁性材料層、
２１ｂ、４１ｂ、６１ｂ 第２非磁性材料層（銅層）、
２２、６２ 弾性層、 ２３ 芯金、
２４ 誘導加熱部（磁束発生手段）、 ２５ コイル部、 ２６ コア部、
２６ａ センターコア、 ２６ｂ サイドコア、 ２７ コイルガイド、
２８ 内部コア（コア）、 ２９ 磁束遮蔽部材、
３０ 加圧ローラ、 ４１ 支持ローラ（発熱部材、ローラ部材）、
５０ 定着補助ローラ（ローラ部材）、
６０ 定着ベルト（定着部材、発熱部材）、 ７５ 外部コア（コア）。

Claims (11)

1. トナー像を加熱して当該トナー像を記録媒体に定着する定着装置であって、
   交番電流が入力されて磁束を発生させる磁束発生手段と、
   前記磁束によって加熱される発熱層を有する発熱部材と、を備え、
   前記磁束発生手段に入力される前記交番電流の周波数が周期的に変化するように制御されることを特徴とする定着装置。
2. 前記発熱部材の回転周期又は周回周期に合わせて前記交番電流の周波数が周期的に変化するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記発熱層の層厚が周方向に沿って変化するのに合わせて前記交番電流の周波数が周期的に変化するように制御されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 予め測定された前記発熱層の層厚に係わるデータに基いて前記交番電流の周波数が周期的に変化するように制御されることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記発熱層は、銅からなる銅層を備え、
   前記銅層は、その層厚が５〜３５μｍの範囲内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４に記載の定着装置。
6. 前記発熱部材は、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５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記定着部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接する定着ローラであることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
8. 前記定着部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接するとともに、少なくとも２つのローラ部材に張架される定着ベルトであることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
9. 前記発熱部材は、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５のいずれかに記載の定着装置。
10. 前記定着部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接するとともに、少なくとも２つのローラ部材に張架される定着ベルトであって、
    前記発熱部材は、前記少なくとも２つのローラ部材のうち１つのローラ部材であることを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
11. 請求項１〜請求項１０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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