JP2012113266A - 画像加熱装置、及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁誘導発熱する発熱回転体１と、その外周面に対向するとともに、磁束を発生させて回転体1を加熱するコイル５と、を有し、画像Ｔを担持して搬送される記録材Ｐを回転体1の熱により加熱する画像加熱装置において、回転体1の長手方向の温度分布の変動を小さくする、回転体1を効率よく加熱する。
【解決手段】回転体１の外周面および内周面に対してコイル５に沿って周方向および長手方向に対向する磁性材料からなる複数のコア６ａ、６ｂを有し、そのコアは、各々がコイル5の周方向および長手方向に間隔を空けて配置された分割コアにより構成され、分割コアの各々には絶縁された線材６Ａ、６Ｂが巻かれており、装置に導入使用可能な最大通紙幅の記録材よりも通紙幅が小さい記録材が通紙されたときの非通紙部領域に対応する分割コアの線材に通電することで、回転体1の非通紙部領域に作用する磁束量を調整する磁束調整手段を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、電子写真・静電記録・磁気記録などの画像形成プロセスによって画像形成を行う複写機・プリンタ・ファクシミリ、それらの複合機能機等の画像形成装置に搭載される定着装置として用いて好適な電磁誘導加熱方式の画像加熱装置に関する。また、その画像加熱装置を搭載した画像形成装置に関する。

画像加熱装置としては、記録材上の未定着画像を定着或いは仮定着する定着装置、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢を増大させる光沢増大化装置を挙げることができる。また、インクジェット方式などの、染料や顔料を含む液体により画像形成を行う画像形成装置においてインクを速く乾かすため画像加熱装置等を挙げることができる。

以下、定着装置を例にして説明する。従来、電子写真方式を採用した画像形成装置において、未定着トナー画像を加熱溶融定着する定着装置として、種々の方式のものが提案されている。このような定着装置の一つに、電磁誘導加熱方式の定着装置がある。

この定着装置では、未定着トナー画像を加熱溶融定着する定着部材を加熱する手段として、定着部材に導電性層を設け、電磁誘導加熱によって該導電性層を発熱させるものが知られている。電磁誘導加熱は、変動磁界を発生する励磁コイルを導電性層に対向配置し、導電性層を貫通する磁束を発生させることにより、導電性層に渦電流が生じ発熱するものである。電磁誘導加熱によれば、極めて短い時間で導電性層を発熱させることができ、定着部材を直接加熱することができる。

このため、加熱源としてハロゲンランプ等の発熱体を用いる場合に比べ、効率良く装置のウォーミングアップを行うことができる。また、励磁コイルは導電性層と対向するように定着部材の内側または外側のいずれに配置することも可能であり、設計の自由度が増す。

しかしながら、電磁誘導加熱方式の従来定着装置では以下の様な非通紙部昇温という問題が顕著である。非通紙部昇温は、装置に導入使用可能な最大通紙幅の記録材よりも通紙幅が小さい記録材を連続的に通紙して加熱定着を実行していくと、定着ニップ部を形成して記録材を挟持搬送する定着部材と加圧部材の非通紙部の温度が通紙部よりも昇温していく現象である。

これは、定着部材と加圧部材における通紙部では記録材の加熱のために消費された熱が温調系によって補償されて所定温度に維持されるのに対して、非通紙部では記録材の加熱によって熱が消費されないので熱が蓄積されてしまう。そのため、非通紙部の温度が、所定温度に維持管理されている通紙部よりも昇温していくのである。この非通紙部昇温の温度上昇が著しい場合、定着部材表層、弾性層、加圧部材、その他昇温部周辺の構成部材に熱ダメージを与えやすいという問題がある。

また省エネのために定着部材の熱容量を小さくしていき、定着部材を、いわゆるフィルム状にすること、及び、通紙速度を増すことで、通紙時に、定着部材を所定の温度に維持するための電力が大きくなる。すると非通紙部の昇温がより顕著になっていく。従って、最大通紙幅の記録材を通紙したときに、すでに、その通紙域外での非通紙部昇温が問題になってしまうことがある。

このような非通紙部昇温の問題対策として、特許文献１で示される例がある。これは、励磁コイルの一方の屈曲部と重なり、かつ、延在部が上記励磁コイルの延在部の一部と略重なって、上記励磁コイルが発生した磁束をキャンセルする消磁コイルを備える定着装置が提案されている。

特開２００５−３２１６４２号公報

しかしながら、上述の従来技術によると、次のような問題点がある。励磁コイルが発生した磁束をキャンセルする消磁コイルは、長手方向長さが一定であるため、記録材（用紙）サイズの多様性に対応することができない。つまり、消磁コイルの長手方向長さ以上の、もしくは以下の記録材サイズが通紙される場合は、通紙領域の長手温度分布を一定に保つことができず、端部ダレもしくは非通紙部昇温が生じる。

記録材サイズ対応として記録材サイズそれぞれの非通紙部領域に対応する消磁コイルを配置するという対策も考えられる。しかし、上述の従来技術によると、消磁コイルの巻き数は、励磁コイルの巻き数の１／２以上であるとされており、多くの消磁コイルを配置することは、定着装置の大型化を招くという問題がある。

更に、消磁コイルに印加する電力は、消磁コイルの巻き数に反比例するため、消磁コイルの巻き数による定着装置の大型化の問題と消費電力の増大はトレードオフの関係になっている。上記従来技術においては、消磁コイルの巻き数は、励磁コイルの巻き数の１／２以上であるとされており、このことから消磁コイルに印加する電力は励磁コイルに印加する電力と同等量が必要と考えられる。それにより、電磁誘導加熱装置で消費されるエネルギーが増大し、結果的に本来省エネルギーの為に採用している電磁誘導加熱装置が、省エネルギー性を損なうという矛盾した結果になりえる。

そこで、本発明は、電磁誘導加熱方式の画像加熱装置において、画像を担持した記録材を加熱するための、電磁誘導発熱する発熱回転体の長手方向の温度分布の変動を小さくすることを目的とする。また、消費電力の削減および装置の小型化を可能にしつつ、発熱回転体を効率よく加熱することが可能な画像加熱装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、磁束の作用により電磁誘導発熱する発熱回転体と、前記発熱回転体の外周面に対向するとともに、磁束を発生させて当該磁束によって前記発熱回転体を加熱する励磁コイルと、前記発熱回転体の外周面および内周面に対して前記励磁コイルに沿って周方向および長手方向に対向する磁性材料からなる外側磁性体コアおよび内側磁性体コアと、を有し、画像を担持して搬送される記録材を前記発熱回転体の熱により加熱する画像加熱装置において、前記外側磁性体コアおよび前記内側磁性体コアの少なくとも一方は、前記励磁コイルの周方向および長手方向に間隔を空けて配置された分割コアにより構成され、各々の分割コアは絶縁された線材が巻かれており、装置に導入使用可能な最大通紙幅の記録材よりも通紙幅が小さい記録材が通紙されたときの非通紙部領域に対応する部分の前記分割コアの線材に通電することで、前記発熱回転体の非通紙部領域に作用する磁束量を調整することが可能な磁束調整手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、電磁誘導加熱方式の画像加熱装置において、画像を担持した記録材を加熱するための、電磁誘導発熱する発熱回転体の長手方向の温度分布の変動を小さくすることができる。また、消費電力の削減および装置の小型化を可能にしつつ、発熱回転体を効率よく加熱することが可能な画像加熱装置を提供することができる。

実施例１における画像形成装置の一例の構成模型図 実施例１における定着装置の途中部分省略の正面図 同定着装置の途中部分省略の縦断正面図 図２における（４）−（４）線に沿う拡大横断面図 定着装置構成部材の長手方向の寸法関係を示す図 定着ベルトの層構成を示す断面模式図 （ａ）は外側磁性体コアの長手関係を示した立体図、（ｂ）は（ａ）の部分的な拡大模式図 外側磁性体コアの消磁効果の概念図 磁束調整手段のフローチャート 実施例を施す前の定着装置（比較例）のコイルから発生する磁界分布図（Ｓｉｍ結果） 実施例を施した後の定着装置のコイルから発生する磁界分布図（Ｓｉｍ結果） （ａ）は実施例２における定着装置の内側磁性体コアの長手関係を示した立体図、（ｂ）は（ａ）の部分的な拡大模式図 内側磁性体コアの消磁効果の概念図 非通紙部昇温が発生した際の長手端部の温度分布図 実施例を施した際の長手端部の温度分布図

以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。

［実施例１］
（１）画像形成装置例
図１は、本発明に従う像加熱装置を定着装置Ａとして搭載した画像形成装置の一例の構成模型図である。この画像形成装置は電子写真方式を用いたカラー画像形成装置である。Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋはそれぞれイエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの色トナー画像を形成する４つの画像形成部であり、下から上に順に配列してある。各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋは、それぞれ、電子写真感光体ドラム２１、帯電装置２２、現像装置２３、クリーニング装置２４等を有している。

画像形成部Ｙの現像装置２３には現像剤としてイエロー色（Ｙ色）のトナーが、画像形成部Ｃの現像装置２３にはシアン色（Ｃ色）のトナーが収容されている。また、画像形成部Ｍの現像装置２３にはマゼンタ色（Ｍ色）のトナーが、画像形成部Ｋの現像装置２３にはブラック色（Ｋ色）トナーが収容されている。

各ドラム２１は矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。その各ドラム２１に露光を行うことにより静電潜像を形成する光学系２５が上記４色の画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋに対応して設けられている。光学系としては、レーザー走査露光光学系を用いている。

各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて、帯電装置２２により一様に帯電されたドラム２１に対して光学系２５より画像データに基づいた走査露光がなされることにより、ドラム表面に走査露光画像パターンに対応した静電潜像が形成される。

それらの静電潜像が現像装置２３によりトナー画像として現像される。すなわち、画像形成部Ｙのドラム２１にはＹ色トナー画像が、画像形成部Ｃのドラム２１にはＣ色トナー画像が、画像形成部Ｍのドラム２１にはＭ色トナー画像が、画像形成部Ｋのドラム２１にはＫ色トナー画像が、それぞれ形成される。

各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋのドラム２１上に形成された上記の色トナー画像は各ドラム２１の回転と同期して、略等速で回転する中間転写体２６上へ所定の位置合わせ状態で順に重畳されて一次転写される。これにより中間転写体２６上に未定着のフルカラートナー画像が合成形成される。

本実施例においては、中間転写体２６として、エンドレスの中間転写ベルトを用いている。ベルト２６は、駆動ローラ２７、二次転写ローラ対向ローラ２８、テンションローラ２９の３本のローラに巻きかけて張架されている。そして、ベルト２６は駆動ローラ２７によって矢印の時計方向にドラム２１の速度とほぼ同じ速度で循環移動駆動される。

各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋのドラム２１上からベルト２６上へのトナー画像の一次転写手段としては、一次転写ローラ３０を用いている。ローラ３０に対して不図示のバイアス電源よりトナーと逆極性の一次転写バイアスを印加する。これにより、各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋのドラム２１上からベルト２６に対してトナー画像が一次転写される。各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいてドラム２１上からベルト２６への一次転写後、ドラム２１上に転写残として残留したトナーはクリーニング装置２４により除去される。

上記工程をベルト２６の回転に同調して、Ｙ色、Ｃ色、Ｍ色、Ｋ色の各色に対して行い、ベルト２６上に、各色の一次転写トナー画像を順次重ねて形成していく。なお、単色のみの画像形成（単色モード）時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。

一方、記録材カセット３１内の記録材Ｐは、給送ローラ３２により一枚分離給送される。その給送された記録材Ｐはレジストローラ３３により所定のタイミングで、二次転写ローラ対向ローラ２８に巻きかけられているベルト２６部分と二次転写ローラ３４との圧接部である転写ニップ部に搬送される。

ベルト２６上に形成された一次転写合成トナー画像は、二次転写ローラ３４に不図示のバイアス電源より印加されるトナーと逆極性のバイアスにより、記録材Ｐ上に一括転写される。二次転写後にベルト２６上に残留した二次転写残トナーは中間転写ベルトクリーニング装置３５により除去される。

以上が記録材Ｐに未定着画像を形成する画像形成手段である。記録材Ｐに二次転写された未定着トナー画像は、画像加熱装置である定着装置Ａにより記録材Ｐ上に固着画像として溶融混色定着（加熱定着）され、フルカラープリントとして排紙パス３６を通って排紙トレイ３７に送り出される。

（２）定着装置Ａ
定着装置Ａは本発明に従う電磁誘導加熱方式の画像加熱装置である。以下の説明において、定着装置Ａまたはこれを構成している部材の長手方向とは記録材搬送路面内において記録材搬送方向に直交する方向に並行な方向である。また短手方向とは記録材搬送方向に並行な方向である。定着装置に関し、正面とは装置を記録材入口側からみた面、背面とはその反対側の面（記録材出口側）、左右とは装置を正面から見て左または右である。上流側と下流側とは記録材搬送方向に関して上流側と下流側である。記録材の搬送はいわゆる中央基準搬送でなされる。

図２は本実施例における定着装置Ａの途中部分省略の正面図、図３は同じく途中部分省略の縦断正面図、図４は図２における（４）−（４）線に沿う拡大横断面図、図５は装置構成部材の長手方向の寸法関係を示す図である。

定着装置枠体（装置フレーム、シャーシー）２０の左右の側板２０Ｌ・２０Ｒ間に長手方向両端側を保持させて定着ベルトユニット（以下、ベルトユニットと記す）１０が配設されている。ベルトユニット１０の下側には側板２０Ｌ・２０Ｒ間に両端部を回転可能に軸受け保持させて加圧回転体（回転可能な加圧部材）としての弾性加圧ローラ２が配設されている。ベルトユニット１０の上側には側板２０Ｌ・２０Ｒ間に長手方向両端側を保持させて誘導加熱装置４が配設されている。

１）ベルトユニット１０
ベルトユニット１０は、磁束の作用により電磁誘導発熱する発熱回転体としての左右方向に長い円筒状の定着ベルト（無端状ベルト：以下、ベルトと記す）１と、ベルト１の内側に配設された左右方向に長い押圧部材３を有する。押圧部材３は、ニップ形成部材３ａと、ニップ形成部材３ａを支持する金属製、本実施例では鉄製のステー３ｂ、ステー３ｂの誘導加熱による温度上昇を防止するための磁気遮蔽部材としての磁気遮蔽コア３ｃより構成される。

ニップ形成部材３ａは例えば耐熱樹脂成型品であり、横断面において下面をベルト１の内周面の曲率とほぼ同じ曲率の凸曲面とし上面を平面とした弓型形状の剛性部材である。ステー３ｂは横断面下向きコ字型の剛性部材であり、ニップ形成部材３ａの上面が接合されてニップ形成部材３ａを支持する。コア３ｃはステー３ｂに被さる横断面下向きコ字型部材であり、ステー３ｂの外側を覆って配設されている。

押圧部材３は特に両端部で後述する励磁コイル５と接近しており、押圧部材３の発熱を防止するためにコイル５で生じる磁界を遮蔽するために、押圧部材３の上面に長手方向にわたって磁気遮蔽コア３ｃを配置している。

本実施例においては、後述するように、ベルト１を介してニップ形成部材３ａが加圧ローラ２に圧接して定着ニップ部Ｎが形成される。その定着ニップ部Ｎの長手方向の長さは３２０ｍｍである。このニップ部Ｎの長さは、本実施例における最大通紙領域幅Ｗｍａｘ＝３００ｍｍよりも長い。また、ステー３ｂの長手方向の長さＬ３ｂは３６０ｍｍであり、ステー３ｂを覆う磁気遮蔽コア３ｃの長さＬ３ｃは３２０ｍｍで、ニップ部Ｎの長手方向長さと同じである。

コア３ｃの上にはコア３ｃに支持させて内側磁性体コア６ｄが配設されている。このコア６ｄはベルト１の内周面の曲率とほぼ同じ曲率の凸曲面を有する横断面ほぼ半円弧状で左右方向に長い部材であり、長さＬ６ｄは３２０ｍｍである。ベルト１は押圧部材３及びコア６ｄに対してルーズに外嵌されている。コア６ｄはベルト１のほぼ上半部の内周面に沿って凸曲面が対面している。

ニップ形成部材３ａの長手中央部の位置と一方側の端部の位置にはそれぞれ弾性支持部材１１を介して例えばサーミスタ等の第１の温度センサ（温度検出素子）ＴＨ１と第２の温度センサＴＨ２が配設されている。温度センサＴＨ１・ＴＨ２はそれぞれ支持部材１１の弾性によりベルト１の内面に対して弾性的に接触してベルト１の長手中央部の温度と端部の温度を検出する。その検出温度情報が制御回路部１００に入力する。

温度センサＴＨ１・ＴＨ２はそれぞれ支持部材１１によりベルト１の内面に弾性的に接触して支持されているので、回転するベルト１の当接面が波打つなどの位置変動が生じたとしてもこれに追従して良好な接触状態が維持される。

ステー３ｂの左右の両端部にはそれぞれ耐熱樹脂成型品である、フランジ部７ａを有する端末部材７Ｌ・７Ｒが嵌着されている。左右の端末部材７Ｌ・７Ｒはそれぞれ縦方向溝部７ｂが左右の側板２０Ｌ・２０Ｒに具備させた縦ガイドスリット部２０ｂに係合されている。これにより、左右の端末部材７Ｌ・７Ｒはそれぞれスリット部２０ｂにガイドされて側板２０Ｌ・２０Ｒに対して上下方向にスライド移動可能に保持されている。側板２０Ｌ・２０Ｒのそれぞれの外面側には端末部材７Ｌ・７Ｒに対する圧力付勢手段としての端末部材シフト機構１２Ｌ・１２Ｒが配設されている。

シフト機構１２Ｌ・１２Ｒはモータに連結されたカム機構等からなり、制御回路部１００により制御され、端末部材７Ｌ・７Ｒを上方または下方に移動する機能を有する。端末部材７Ｌ・７Ｒが下方に移動することで、押圧部材３が押し下げられてニップ形成部材３ａがベルト１を介して加圧ローラ２の上面に対して加圧ローラ２の弾性に抗して所定の加圧力、本実施例では４９０Ｎ（５０ｋｇｆ）で加圧される（着状態）。これにより、ベルト１と加圧ローラ２との間に記録材搬送方向ａにおいて所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

また、端末部材７Ｌ・７Ｒが上方に移動することで、押圧部材３が持ち上げられてニップ形成部材３ａが加圧ローラ２の上面から引き離される（脱状態）。これにより、ベルト１と加圧ローラ２との圧接が解除される。こうすることで加圧ローラ２の弾性層２ｂやベルト１が恒久的に変形してしまうのを防止することが出来る。

本実施例のベルト１の全長Ｌ１は３５０ｍｍである。図６はベルト１の層構成模型図である。ベルト１は電磁誘導発熱層としての、内径が３０ｍｍで電気鋳造法によって製造したニッケル基層（金属層、導電層：以下、金属層と記す)１ａを有している。この金属層１ａの厚みは４０μｍである。金属層１ａにはニッケルのほかに鉄合金や銅、銀などを適宜選択可能である。また、樹脂基層にそれら金属を積層させるなどの構成でも良い。金属層１ａの厚みは、後で説明する励磁コイルに流す高周波電流の周波数と金属層の透磁率・導電率に応じて調整して良く、５〜２００μｍ程度の間で設定すると良い。

金属層１ａの外周には弾性層１ｂとして耐熱性シリコーンゴム層が設けられている。シリコーンゴム層の厚さは１００〜１０００μｍの範囲内で設定するのが好ましい。本実施例では、ベルト１の熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、シリコーンゴム層１ｂの厚みは３００μｍとされている。このシリコーンゴムは、ＪＩＳ−Ａ２０度の硬度を持ち、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。

更に、弾性層１ｂの外周には、表面離型層１ｃとしてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられている。基層１ａの内面側には、ベルト内面に弾性的に接触させて配設される温度センサＴＨ１・ＴＨ２との摺動摩擦を低下させるために、フッ素樹脂やポリイミドなどの樹脂層（滑性層）１ｄを１０〜５０μｍ設けても良い。本実施例では、この層１ｄとしてポリイミドを２０μｍ設けた。

２）加圧ローラ２
加圧ローラ２は、芯金２ａに弾性層２ｂとしてシリコーンゴム層が設けた、外径が３０ｍｍの弾性ローラである。芯金２ａは長手方向中央部の径が２０ｍｍで、両端部の径が１９ｍｍである鉄合金製のテーパー形状のクラウン型芯金である。弾性層２ｂの表面は離型層２ｃとしてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられる。加圧ローラ２の長手方向中央部における硬度は、ＡＳＫ−Ｃ７０度である。

加圧ローラ２は、芯金２ａの左右両端部をそれぞれ左右の側板２０Ｌ・２０Ｒに軸受部材１３Ｌ・１３Ｒを介して回転可能に支持されて配設されている。また、芯金２ａの右端部にはドライブギアＧが固定されている。加圧ローラ２はギアＧに対してモータ（駆動手段）Ｍ１から駆動伝達手段（不図示）を介して駆動力が伝達されることにより図４において反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。

芯金２ａにテーパー形状をつけているのは、押圧部材３をベルト１を介して加圧ローラ２に加圧した時に押圧部材３が撓んでもベルト１と加圧ローラ２で形成される定着ニップ部Ｎ内の圧力をニップ部長手方向にわたって均一にするためである。

本実施例における加圧ローラ２の弾性層２ｂの長さＬ２ｂは３２０ｍｍである。また、シフト機構１２Ｌ・１２Ｒによりは押圧部材３が加圧ローラ２に対して所定の押圧力で加圧された状態において、ベルト１と加圧ローラ４との間に形成されるニップ部Ｎの記録材搬送方向ａに関する幅は、長手方向両端部で約８ｍｍである。中央部では約７．５ｍｍである。これは記録材Ｐの幅方向の両端部での搬送速度が中央部と比べて速くなるので紙しわ（記録材しわ）が発生しにくくなるという利点がある。

３）誘導加熱装置４
誘導加熱装置４はベルト１ (金属層１ａ)を誘導加熱する加熱源（誘導加熱手段）である。装置４はベルトユニット１０の上側において長手方向をベルトユニット１０の長手方向にほぼ並行にして側板２０Ｌ・２０Ｒの間に左右の支持部材（ブラケット）１４Ｌ・１４Ｒを介して位置固定して配設されている。

装置４は、ベルト１の外周面に対向するとともに、磁束を発生させて当該磁束によってベルト１を加熱する励磁コイル５を有する。コイル５は、電線として例えばリッツ線を用い、これを横長・船底状にしてベルト１の周面と側面の一部に対向するように巻回してなる。

また、コイル５によって発生した磁界（磁束）がベルト１の金属層１ａ以外に実質漏れないように該コイル５の外側を覆わせた外側磁性体コア６ａと、コイル５の内側空洞部に配置された中央磁性体コア６ｂを有する。外側磁性体コア６ａの全長Ｌ６ａは３５０ｍｍ、コイル５の内側空洞部に配置された中央磁性体コア６ｂの全長Ｌ６ｂは３１４ｍｍである。

装置４はコイル５と外側磁性体コア６ａと中央磁性体コア６ｂを電気的絶縁性の樹脂（モールド部材）６ｃによって一体にモールド成型した左右方向に長い部材である。装置４はベルト１の外周面の上面側において、ベルト１に所定のギャップ（隙間）を存して対面させて配設してある。

本実施例において、ベルト１と誘導加熱装置４のコイル５は０．５ｍｍのモールドにより電気絶縁の状態を保ち、ベルト１とコイル５との間隔は１．５ｍｍ（モールド表面とベルト表面の距離は１．０ｍｍ）で一定であり、ベルト１は均一に加熱される。装置４はベルトユニット１０のベルト１の内側に配設した内側磁性体コア６ｄも含む。

上記において、外側磁性体コア６ａと内側磁性体コア６ｄがそれぞれ発熱回転体であるベルト１の外周面および内周面に対してコイル５に沿って周方向および長手方向に対向する磁性材料からなる複数のコアである。

４）定着動作
定着装置Ａの定着動作を説明する。制御回路部１００は、画像形成開始信号に基づいて、少なくとも画像形成実行時には、シフト機構２１Ｌ・２１Ｒを脱状態から着状態に転換する。これにより、押圧部材３が押し下げられてニップ形成部材３ａがベルト１を介して加圧ローラ２の上面に対して加圧ローラ２の弾性に抗して所定の加圧力で加圧される。そして、ベルト１と加圧ローラ２との間に記録材搬送方向ａにおいて所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

また、制御回路部１０１は、モータＭ１をオンにすると共に、電源装置（励磁回路）１０１をオンにする。モータＭ１のオンにより加圧ローラ２が図４において矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。この加圧ローラ２の回転により、ニップ部Ｎにおける加圧ローラ２の表面とベルト１の表面との摩擦力でベルト１に回転力が作用する。ベルト１はその内面がニップ部Ｎにおいてニップ形成部材３ａの下面に密着して摺動しながら押圧部材３と内側磁性体コア６ａの外回りを矢印の時計方向に加圧ローラ２の回転速度とほぼ同じ速度で従動回転する。

押圧部材３と内側磁性体コア６ａはこの回転するベルト１のガイド部材の役目もしている。回転するベルト１は、基層１ａが金属で構成されているので、回転状態にあっても長さ方向への寄り移動を規制するための手段としては、ベルト１の端部を単純に受け止めるだけのフランジ部材を設ければ十分である。本実施例においては、ステー３ｂの左右の両端部に嵌着した端末部材７Ｌ・７Ｒにそれぞれフランジ部７ａを具備させてベルト１の左右の両端部を受け止めさせてベルト１の左方又は右方への寄り移動を規制している。これにより、定着装置１００の構成を簡略化できるという利点がある。

また、電源装置１０１がオンにされることで、コイル５には２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加されて、コイル５によって発生した磁界によりベルト１の金属層（導電層）１ａが誘導発熱する。この金属層１ａの発熱により、回転するベルト１が昇温する。制御回路部１００は、ベルト１の温度が所定の目標温度（定着温度）でほぼ一定になるように温度調節する。即ち、ベルト１の中央部の温度を検出する第１の温度センサＴＨ１の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させてコイル５に入力する電力を制御して温度調節する。

本実施例においてはベルト１の温度が１８０℃でほぼ一定になるように温度調節する。温度センサＴＨ１は通紙域になるベルト部分の温度を検知し、その検知温度情報が制御回路部１００にフィードバックされる。制御回路部１００はこの温度センサＴＨ１から入力する検知温度が所定の目標温度に維持されるように電源装置１０１からコイル５に入力する電力を制御している。すなわち、ベルト１の検出温度が所定温度に昇温した場合、コイル５への通電が遮断される。

上記のようにして、加圧ローラ２が駆動され、また、ベルト１が所定の定着温度に立ち上がって温調される。そして、この状態において、ニップ部Ｎに、未定着トナー画像Ｔを有する記録材Ｐがそのトナー画像担持面側をベルト１側に向けてガイド部材１５で案内されて導入される。記録材Ｐはニップ部Ｎにおいてベルト１の外周面に密着し、ベルト１と一緒にニップ部Ｎを挟持搬送されていく。これにより、記録材Ｐにベルト１の熱が付与され、またニップ部Ｎの加圧力を受けて画像Ｔが記録材Ｐの表面に熱圧定着される。

ニップ部Ｎを通った記録材Ｐはベルト１の外周面からベルト１の表面がニップ部Ｎの出口部分の変形によって自己分離されて定着装置外へ搬送される。ベルト１は、駆動装置Ｍ１によって加圧ローラ２が回転駆動されることで、画像転写部側から搬送されてくる、画像Ｔを担持した記録材Ｐの搬送速度とほぼ同一の周速度で従動回転する。本実施例の場合、ベルト１の表面回転速度が、２１０ｍｍ／ｓｅｃで回転し、フルカラーの画像を１分間にＡ４サイズで５０枚定着することが可能である。

第２の温度センサＴＨ２は装置Ａに導入使用可能な最大通紙幅の記録材よりも通紙幅が小さい記録材が通紙されたときのベルト１の非通紙部の昇温を検出する。制御回路部１００はこの温度センサＴＨ２の検知温度情報に基づいて所定の非通紙部昇温緩和制御を行う。

コイル５を含む誘導加熱装置４が、高温になるベルト１の内部ではなく外部に配置されているので、コイル５の温度が高温になりにくく、電気抵抗も上昇せず高周波電流を流してもジュール発熱による損失を軽減する事が可能となる。また、コイル５を外部に配置したことでベルト１の小径化（低熱容量化）にも寄与している。ひいては省エネルギー性にも優れていると言える。

本実施例の定着装置Ａのウォーミングアップタイムは、非常に熱容量が低い構成であるため、例えばコイル５に１２００Ｗ入力すると約１５秒で目標温度である１８０℃に到達でき、スタンバイ中の加熱動作が不要である。そのため、電力消費量を非常に低く抑える事が可能である。

５）磁束調整手段
外側磁性体コア６ａおよび内側磁性体コア６ｄの少なくとも一方は、コイル５の周方向および長手方向に間隔を空けて配置された分割コアにより構成され、各々の分割コアは絶縁された線材が巻かれている。

本実施例においては、図７の（ａ）、（ｂ）のように、ベルト１の外周面に位置する外側磁性体コア６ａについて、コイル５の周方向および長手方向に間隔を空けて配置された分割コアにより構成している。そして、その分割コアの各々には絶縁された線材（導線）６Ａ、６Ｂが巻かれている。

本実施例においては、図７の（ａ）に示すように、ベルト１の上部に位置する外側磁性体コア６ａの両端から２×７列が４部分に分かれた形状をなしており、絶縁された線材であるリッツ線を巻いた状態で配置されている。図７の（ｂ）は（ａ）の６´部分の拡大模式図である。この際、４部分のうち、（ｂ）に示す線材６Ａおよび６Ｂの巻き方向を逆向きとする。即ち、コイル５の周方向に配置された分割コアについて、隣り合う分割コアに巻かれた線材６Ａ、６Ｂの巻き方向が各々逆方向である。

また、各々の分割コアの線材は電源装置１０１と接続されており、各列の分割コアの線材に電流が供給される機構を持つ。また、表１に示すように各列の分割コアのコア幅は一様でなく、各記録材サイズにおける非通紙部領域と一致するように各々の分割コアのコア幅が異なる構成をとっている。即ち、コイル５の長手方向に配置された分割コアについて、通紙幅が異なる各種サイズの記録材における非通紙部領域と一致するように分割コアの各々のコア幅が異なる構成を有する。

この定着装置では、定着部材であるベルト１を加熱する手段として、ベルト１に金属層（Ｎｉ: 導電性層）１ａを設け、電磁誘導加熱によって金属層１ａを発熱させる。図１０に示すように、電磁誘導加熱は、変動磁界を発生するコイル５を金属層１ａに対向配置し、金属層１ａを貫通する磁束を発生させることにより、金属層１ａに渦電流が生じ発熱するものである。

電磁誘導加熱によれば、極めて短い時間で金属層１ａを発熱させることができ、ベルト１を直接加熱することができる。このため、加熱源としてハロゲンランプ等の発熱体を用いる場合に比べ、効率良く装置のウォーミングアップを行うことができる。また、コイル５は金属層１ａと対向するようにベルト１の内側または外側のいずれに配置することも可能であり、設計の自由度が増す。

しかしながら、電磁誘導加熱方式の定着装置では、コイル５の端部に磁界が集中することによりベルト１の昇温が発生するという問題がある。そこで、本実施例においては、非通紙部昇温を抑制したい際においては、図９に示すように、通紙する記録材サイズに応じて、非通紙部昇温を引き起こす長手領域に位置する外側磁性体コア６ａの分割コアに巻まかれた線材に同程度の高周波交流電流を印加する。

この時、ベルト１の長手温度分布を一様に保つため、印加する電流は、通紙を開始した後、ベルト内面の温度センサＴＨ１の温度が２００℃以上になった際に印加される。電流値はコイル５と同様の電源１０１から通電を行い、１〜２Ａが適当である。分割コアには線材６Ａおよび６Ｂが各々逆方向に巻かれている為、図８に示すように、内部に発生する磁界は互いに逆の方向を向き、コア内の磁界が互いに打ち消しあう。

図１０および図１１に、コイル５から発生する磁界強度分布のＳｉｍ結果（シミュレーション結果）を示す。図１０は本実施例を施さない場合（比較例）の磁束強度分布図である。コイル５から発生した磁界が外部磁性体コア６ａ内に閉じ込められ、磁路を形成していることが確認できる。

図１１は本実施例を施した際の磁束強度分布図である。本実施例を施すことで、外部磁性体コア６ａの内部には磁路が形成されなくなり、消磁部材となることが確認できる。図１０に示すように、比較例では、コイル５から発生した磁界がベルト１に流入することにより、ベルト１が発熱する。しかし、本実施例を施すことによって図１１に示すように、発生した磁界は外部環境に発散することから、ベルト１に流入する磁束強度は大きく減少し、昇温抑制効果が期待できる。

図９に示した本実施例における具体的なフローを述べる。制御回路部１００は、まず、使用される記録材サイズの入力を受けて（ステップＳ１）、外側磁性体コア６ａの長手方向の分割コアについて線材に通電する分割コアの列数を選択する（Ｓ２）。表１に示すように、Ａ４Ｒの記録材を通紙する際は両端から２×７列の分割コアの線材に通電を行うよう選択し、Ａ４横の記録材を通紙する際は両端から２×２列の分割コアの線材に通電を行うよう選択する。

図７の（ｂ）に示すように、電源装置１０１は、通電回路１０２を介しており、選択された分割コアに巻かれたリッツ線（線材）のみ導通する機構を持つ。このように制御回路部１００は記録材サイズが変更された際に、その記録材サイズに応じた非通紙部領域に該当するように通電するコアの数を選択する。

次に、電源装置１０１からコイル５に２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加されて、コイル５によって発生した磁界によりベルト１の金属層（導電層）１ａが誘導発熱する（Ｓ３）。そして、図１４に示すように非通紙部の昇温が発生し、ベルト内面端部に設置された温度センサＴＨ２の温度がＴ＞２００℃になった際に（Ｓ５）、前記した選択された分割コアの線材に電源装置１０１から２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加される（Ｓ６）。これにより、図１５に示したように、ベルト１の非通紙部の温度をＴ＜２００℃に低減させる。

さらに、ベルト１への通電がされた状態で、ベルト１の非通紙部の温度がＴ＜１８０℃になった際にはコアへの通電がＯＦＦされ（Ｓ７−Ｓ８）、非通紙部の温度が上昇する。そして再びＴ＞２００℃になった際に、コアへの通電をＯＮにし、ベルト１の非通紙部の温度をＴ＜２００℃に低減させる。

この動作はベルト内面端部に設置された温度センサＴＨ２の温度が１８０℃＜Ｔ＜２００℃の範囲で一定となるように、プリント終了（Ｓ９−Ｓ１０）まで行われる。

これにより、記録材サイズに対応した長手温度分布の一様な制御が可能となる。また、上述したように、各列の分割コアの幅は、各々が一様ではなく、表１に示すように、通電するコアの領域が各記録材サイズにおける非通紙部領域に一致するように構成されている。それにより、線材に通電する分割コアの領域と非通紙部領域は同じとすることができ、通紙領域端部の温度分布を一様に制御することが可能となる。

上記において、制御回路部１００、電源装置１０１、通電回路１０２が磁束調整手段である。即ち、装置に導入使用可能な最大通紙幅Ｗｍａｘの記録材よりも通紙幅が小さい記録材が通紙されたときの非通紙部領域に対応する前記分割コアの線材に通電することで、ベルト１の非通紙部領域に作用する磁束量を調整する磁束調整手段である。そして、この磁束調整手段は、通紙する記録材の通紙幅に応じて、コイル５の長手方向における前記分割コアの線材に通電する領域を異ならせる。

［実施例２］
本実施例においては、図１２の（ａ）、（ｂ）のように、ベルト１の内周面に位置する内側磁性体コア６ｄについて、コイル５の周方向および長手方向に間隔を空けて配置された分割コアにより構成している。そして、その分割コアの各々には絶縁された線材（導線）６Ａ、６Ｂが巻かれている。

図１２の（ａ）はベルト１を除いたベルトユニット１０とコイル５の斜視模式図である。（ｂ）は（ａ）の６´部分の拡大模式図である。本実施例においては、内側磁性体コア６ｄの両端から２×７列が４部分に分かれた形状をなしており、絶縁された線材としてのリッツ線を巻いた状態で配置されている。この際、４部分のうち、（ｂ）に示す６Ａおよび６Ｂの導線の巻き方向を逆向きとする。

また、実施例１の場合と同様に、各々の分割コアの線材は通電回路１０２を介して電源装置１０１と接続されており、各列の分割コアの線材に電流が供給される機構を持つ。また、各列の分割コアのコア幅は一様でなく、各記録材サイズにおける非通紙部領域と一致するように各々の分割コアのコア幅が異なる構成をとっている。即ち、コイル５の長手方向に配置された分割コアについて、通紙幅が異なる各種サイズの記録材における非通紙部領域と一致するように分割コアの各々のコア幅が異なる構成を有する。

本実施例においても実施例１と同様に図９に示すフローで動作制御を行うと、実施例１と同様に、図１３に示すように、内部磁性体コア６ｄの内部に発生する磁界は互いに逆の方向を向き、コア内の磁界が互いに打ち消しあうことで消磁部材となる。それにより、本実施例を施すことでも、内部磁性体コア６ｄ内に磁路は形成されず、外部環境に発散することから、ベルト１に流入する磁束密度は大きく減少し、昇温抑制効果が期待できる。本実施例においても、通電するコアの個数は実施例１における表１と同様とする。

内側磁性体コア６ｄにおいては、コアを移動させるとベルト１の内側に触れてしまい、ベルトが破損してしまう恐れがあり、温度制御および耐久の観点から問題が生じてしまう。しかし、本実施例を用いれば、コアを移動させることなく、長手非通紙領域の磁束密度を制御できるという点で優位である。

［実施例３］
実施例１と実施例２の構成を組み合わせた装置構成にすることもできる。即ち、外側磁性体コア６ａおよび内側磁性体コア６ｄの両方が、コイル５の周方向および長手方向に間隔を空けて配置された分割コアにより構成され、各々の分割コアは絶縁された線材６Ａ、６Ｂが巻かれた構成とする。

そして、装置に導入使用可能な最大通紙幅Ｗｍａｘの記録材Ｐよりも通紙幅が小さい記録材Ｐが通紙されたときの非通紙部領域に対応する部分の分割コアの線材６Ａ、６Ｂに通電する。これにより、ベルト１の非通紙部領域に作用する磁束量を調整することが可能な磁束調整手段１００、１０１、１０２を具備させる。実施例１や２と同様に線材６Ａ、６Ｂに通電する分割コアの領域と非通紙部領域は同じとすることで、通紙領域端部の温度分布を一様に制御することが可能となる。

［その他］
１）画像形成装置、定着装置は記録材の通紙を片側基準搬送で行う構成であってもよい。

２）本発明の画像加熱装置は実施例の画像加熱定着装置としてばかりではなく、その他、例えば、画像を担持した記録材を加熱して光沢等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する画像加熱装置等としても使用できる。また、インクジェット方式の画像形成装置において、インクジェット方式で画像形成された記録材を乾燥させる画像加熱装置としても使用できる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術思想内であらゆる変形が可能である。

Ａ・・画像加熱装置（定着装置）、１・・発熱回転体（定着部材、定着ベルト）、２・・加圧部材（加圧ローラ）、３・・押圧部材、４・・加熱手段（誘導加熱装置）、５・・励磁コイル、６ａ・・外側磁性体コア、６ｄ・・内側磁性体コア、６Ａ・６Ｂ・・絶縁された線材、１００・１０１・１０２・・磁束調整手段、Ｗｍａｘ・・最大通紙幅

Claims (5)

1. 磁束の作用により電磁誘導発熱する発熱回転体と、前記発熱回転体の外周面に対向するとともに、磁束を発生させて当該磁束によって前記発熱回転体を加熱する励磁コイルと、前記発熱回転体の外周面および内周面に対して前記励磁コイルに沿って周方向および長手方向に対向する磁性材料からなる外側磁性体コアおよび内側磁性体コアと、を有し、画像を担持して搬送される記録材を前記発熱回転体の熱により加熱する画像加熱装置において、
   前記外側磁性体コアおよび前記内側磁性体コアの少なくとも一方は、前記励磁コイルの周方向および長手方向に間隔を空けて配置された分割コアにより構成され、各々の分割コアは絶縁された線材が巻かれており、
   装置に導入使用可能な最大通紙幅の記録材よりも通紙幅が小さい記録材が通紙されたときの非通紙部領域に対応する部分の前記分割コアの線材に通電することで、前記発熱回転体の非通紙部領域に作用する磁束量を調整することが可能な磁束調整手段を有することを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記励磁コイルの周方向に配置された分割コアについて、隣り合う分割コアに巻かれた線材の巻き方向が各々逆方向であることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記励磁コイルの長手方向に配置された分割コアについて、通紙幅が異なる各種サイズの記録材における非通紙部領域と一致するように前記分割コアの各々のコア幅が異なる構成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像加熱装置。
4. 前記磁束調整手段は、通紙する記録材の通紙幅に応じて、前記励磁コイルの長手方向における前記分割コアの線材に通電する領域を異ならせることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の画像加熱装置。
5. 記録材に未定着画像を形成する画像形成手段と、前記記録材に形成された未定着画像を加熱定着する定着手段と、を有する画像形成装置において、前記定着手段が請求項１乃至４の何れか一項に記載の画像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。