JP3308521B2 - 画像形成装置およびそれに用いられる定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、誘導加熱を利用
した加熱装置に関し、特に可視化剤としてトナーを用い
る電子写真方式のカラー複写機やカラープリンタ等に用
いられ、トナー像を定着する定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式のカラー複写機やカラープ
リンタにおいては、出力画像すなわちトナー像を用紙に
定着するための定着装置として、ハロゲンランプ等の加
熱源を金属円筒の内側に配置した金属円筒を輻射熟によ
って加熱し、金属円筒が保持する熱により用紙とトナー
像（トナー）を加熱して用紙にトナー（トナー像）を固
着する方法が広く利用されている。

【０００３】なお、この種の定着装置では、ハロゲンラ
ンプを保持した金属ローラに弾性体ローラを所定の圧力
で押し当てて、両ローラ間に、トナー像が静電的に付着
している用紙を通過させることで、トナーおよび用紙を
加熱すると同時に所定の圧力を与え、熱により溶融した
トナーの一部を用紙に固定するとともに用紙に接してい
ないトナー相互を結合させて、トナー（トナー像）を用
紙に定着する。

【０００４】しかしながら、ハロゲンランプを用いた定
着装置においては、ハロゲンランプの光および赤外線が
金属ローラの全周方向および長手（軸方向）に放射され
てローラ全体が加熱されることから、光が熱に変換され
る際の損失、ローラ内の空気を暖めてローラに熱を伝達
する際の効率等を考慮すると熱変換効率は、６０〜７０
％であり、熱効率が低く多くのエネルギーを必要とす
る。また、金属ローラの外周面の温度を所定の温度に上
昇させるために必要な時間が数分かかることもある。

【０００５】このため、近年、加熱体と加熱体に密着し
て移動可能な円筒状で耐熱性のあるフィルムとを用い、
フィルムに被加熱物を密着させるとともに、フィルムと
一緒に移動させて、加熱体の熱エネルギーを、フィルム
から被加熱物に付与する定着装置が提案されている。

【０００６】このフィルムを用いた定着装置において
は、加熱体の長手方向の温度を均一に管理する必要があ
り、製造時の均一性や動作時に高精度な温度制御が要求
されることから、装置のコストが上昇する問題がある。

【０００７】なお、単位時間あたりの複写枚数が多い高
速の複写機では、一般に、加熱時間が短くなるため、加
熱体を高熱量（大容量）とする必要があり、消費電力が
増大する、または総消費電力が大きくなりすぎて安全規
格上の不具合が生じる問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したヒータ定着や
フィルム定着にみられる問題等を解決するため、今日、
特開平９−２５８５８６号公報、特開平９−１０６２０
７号公報および特開平８−７６６２０号公報等に見られ
るように、誘導加熱の手法を用いた定着装置が提案され
ている。

【０００９】特開平９−２５８５８６号公報には、金属
ローラの回転軸に沿って設けられたコアにコイルを巻い
た誘導コイルに電流を流してローラに誘導電流を発生さ
せて、金属ローラ自身から熱を発生させる方式の定着装
置が開示されている。

【００１０】特開平９−１０６２０７号公報には、肉厚
の薄い金属ローラ内に、複数個の誘導コイルを長手方向
に設け、中央寄りの２つのコイルを並列接続とし、両端
部のコイルを中央寄りのコイルに対して直列に接続し
て、金属ローラの両端部の発熱量が高くなるよう構成し
た誘導加熱型の定着装置が開示されている。

【００１１】特開平８−７６６２０号公報には、磁場発
生手段を収容した導電フィルムと、導電フィルムに密着
される加圧ローラからなり、導電フィルムを発熱させて
導電フィルムと加圧ローラとの間を搬送される記録媒体
上のトナーを記録媒体に定着する定着装置が開示されて
いる。

【００１２】ところで、上述した誘導加熱方式の定着装
置においても、加熱（金属）ローラ端部の温度が中央部
より低くなることが知られている。また、加熱ローラの
長さは、複写可能な最大のサイズの用紙の幅に合わせて
定義されるため、幅の小さい用紙に対して連続して複写
を繰り返した場合には、ローラの長手方向の温度分布の
うちの中央部分の温度が一層低下することになる。

【００１３】なお、特開平９−１０６２０７６号公報
は、金属ローラの端部の温度が中央部の温度よりも低下
することを抑制することを可能としている。

【００１４】しかしながら、ローラの長手方向の全域を
常に一定の温度に維持すると、逆に、幅の小さい用紙に
対する複写が継続されている場合には、両端の余分な部
分に対する加熱は、エネルギーをロスすることに他なら
ない。

【００１５】この発明の目的は、誘導加熱を用いた画像
形成装置向けの定着装置において、加熱ローラの長手方
向の温度分布を均一に加熱可能で、画像形成に用いる被
転写媒体の幅（サイズ）に応じて、加熱ローラの長手方
向で、発熱する部分の長さを制御できる定着装置を提供
するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した問
題点に基づきなされたもので、任意の方向に回転可能な
第１の回転体と、前記第１の回転体に対して所定の圧力
で接触され、前記第１の回転体が回転することで回転さ
れ、前記第１の回転体との接触部に、被加熱体が通過可
能な第２の回転体と、前記第１の回転体内に設けられ、
前記第１の回転体に、前記第１の回転体の周方向に平行
な交番磁界を与える第１の誘導加熱装置と、前記第１の
回転体内に、前記第１の誘導加熱装置の一部分の外側を
取り巻くように、かつ前記第１の回転体の両端部の近傍
に設けられ、前記第１の回転体に、前記第１の回転体の
軸方向に平行な交番磁界を与える第２の誘導加熱装置
と、を有することを特徴とする定着装置を提供するもの
である。

【００１７】また、この発明は、第１の感光体ドラムと
その感光体ドラムに形成された潜像に第１の色のトナー
を選択的に供給して第１のトナー像を形成する第１の画
像形成機構と、第２の感光体ドラムとその感光体ドラム
に形成された潜像に前記第１の色のトナーと異なる第２
の色のトナーを選択的に供給して第２のトナー像を形成
する第２の画像形成機構と、出力画像保持媒体を保持
し、前記第１の画像形成機構および前記第２の画像形成
機構のそれぞれで形成された前記第１および第２のトナ
ー像を前記出力画像保持媒体に転写可能に、前記出力画
像保持媒体を、前記第１の画像形成機構から前記第２の
画像形成機構に向けて搬送する出力画像保持媒体搬送ベ
ルトと、前記出力画像保持媒体搬送ベルトにより搬送さ
れている前記出力画像保持媒体が前記第１の画像形成機
構により形成された前記第１のトナー像と接触可能な位
置に設けられ、前記第１のトナー像を前記出力画像保持
媒体に転写する第１の転写装置と、前記出力画像保持媒
体搬送ベルトにより搬送されている前記出力画像保持媒
体が前記第２の画像形成機構により形成された前記第２
のトナー像と接触可能な位置に設けられ、前記第１の転
写装置により前記第１のトナー像が転写された前記出力
画像保持媒体に、前記第２の画像形成機構により形成さ
れた前記第２のトナー像を、前記第１のトナー像に重ね
て前記出力画像保持媒体に転写する第２の転写装置と、
任意の方向に回転可能な第１の回転体と、前記第１の回
転体に対して所定の圧力で接触され、前記第１の回転体
が回転することで回転され、前記第１の回転体との接触
部に、被加熱体が通過可能な第２の回転体と、前記第１
の回転体内に設けられ、前記第１の回転体に、前記第１
の回転体の周方向に平行な交番磁界を与える第１の誘導
加熱装置と、前記第１の回転体内に、前記第１の誘導加
熱装置の一部分の外側を取り巻くように、かつ前記第１
の回転体の両端部の近傍に設けられ、前記第１の回転体
に、前記第１の回転体の軸方向に平行な交番磁界を与え
る第２の誘導加熱装置と、を含む定着装置と、を有し、
前記第１および第２のトナー像が転写された前記出力画
像保持媒体およびそれぞれのトナー像を構成するトナー
を加熱して、前記出力画像保持媒体に前記トナーを定着
することを特徴とするカラー画像形成装置を提供するも
のである。

【００１８】さらに、この発明は、純鉄製の中空円筒で
あり、外周面で、外周面に接する被加熱体に熱と圧力を
提供する加熱ローラと、前記加熱ローラ内に、巻き線の
主要な部分の導体の方向が前記加熱ローラの軸線と平行
な方向に向けられて設けられ、前記加熱ローラに、誘導
電流を生じさせる第１の電磁コイルと、前記加熱ローラ
内の端部に、巻き線の主要な部分の導体の方向が前記加
熱ローラの周方向と平行な方向に向けられて設けられ、
前記加熱ローラに、誘導電流を生じさせる第２の電磁コ
イルと、を有することを特徴とする加熱装置を提供する
ものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、この発明の
定着装置が組み込まれるカラー画像形成装置を詳細に詳
細に説明する。

【００２０】図１は、この発明の定着装置を含むカラー
画像形成装置を説明する概略図である。

【００２１】図１に示すように、カラープリンタ（カラ
ー画像形成装置）１０１は、図示しない印字信号保持部
が保持する減法混色に基づいて色分解されたＹ（イエロ
ー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＢ（黒）の
４つの印字信号に基づいて、４つ（４色）の画像を形成
する第１、第２、第３および第４の画像形成部１１Ｙ、
１１Ｍ、１１Ｃおよび１１Ｂを有している。なお、各画
像形成部は、被転写材（画像出力用媒体）である用紙や
オーバーヘッドプロジェクタ向けの透明な樹脂製のＯＨ
Ｐシート等に代表されるシート状媒体Ｏを搬送する無端
ベルト（転写ベルト）２１に対して所定の間隔で、転写
ベルト２１に沿って所定の間隔で配列されている。

【００２２】各画像形成部１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃおよ
び１１Ｂは、それぞれ、予め所定の電位、例えば−５０
０Ｖの電位が与えられた状態で、図示しない画像露光部
からの画像光（露光光）が照射されることで潜像が形成
される感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃおよび１２
Ｂを有している。なお、各感光体ドラムは、直径が、例
えば３０ｍｍのアルミ製円筒体の表面に、厚さ２０μｍ
程度の通常は高抵抗であるが、光が照射されると光が照
射された部分の比抵抗が低下して導体と同様の特性を示
す性質の図示しない有機光導電層が設けられたものであ
る。また、各感光体ドラムは、図示しない駆動機構によ
り、ＣＷ方向に、周面の移動速度が５０ｍｍ／ｓｅｃ
で、回転される。

【００２３】各感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃお
よび１２Ｂの周囲には、それぞれの感光体ドラムに形成
された潜像に、Ｙ、Ｍ、ＣおよびＢのそれぞれに着色さ
れたトナーを選択的に供給してＹトナー像、Ｍトナー
像、Ｃトナー像およびＢトナー像をそれぞれ形成する現
像装置１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃおよび１３Ｂ、および各
感光体ドラム上のそれぞれのトナー像を、所定のタイミ
ングで搬送されている被転写材Ｏ上に、静電的に引き寄
せて転写するための転写装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃお
よび１４Ｂ等が、所定の順に配列されている。なお、各
現像装置は、周知の２成分現像剤を用いる２成分現像装
置である。また、各転写装置は、対応する感光体ドラム
との間に転写ベルト（無端ベルト）２１を挟み込んだ状
態で、配置されている。

【００２４】各感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃお
よび１２Ｂの周囲には、また、転写装置１４Ｙ、１４
Ｍ、１４Ｃおよび１４Ｂによりそれぞれのトナー像がsh
eet material Ｏに転写された後に各感光体ドラムの表
面に残っているトナーを除去するクリーナ装置１５Ｙ、
１５Ｍ、１５Ｃおよび１５Ｂ、各クリーナ１５Ｙ、１５
Ｍ、１５Ｃおよび１５Ｂによりトナーが除去された後の
各感光体ドラムに残っている電荷を消去する除電装置１
６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃおよび１６Ｂ、および各感光体ド
ラムに所定の電位を与える帯電装置１７Ｙ、１７Ｍ、１
７Ｃおよび１７Ｂが、同様に配置されている。なお、各
クリーナ装置は、例えばウレタンゴム製の図示しないブ
レードを有し、ブレードを感光体ドラム表面に所定の圧
力で接触させることにより、感光体ドラム表面からトナ
ーを除去して、図示しないトナー貯留部に回収するもの
である。この回収されたトナーは、所定量に達するたび
に、利用者またはサービスマンにより廃棄される。一
方、各除電装置は、各感光体ドラムの光導電層を短絡さ
せることのできる所定波長の光を放射するものである。

【００２５】転写ベルト２１は、厚さ５ｍｍ程度の導電
性ウレタンゴム製であり、第１および第２のローラ２
２、２３に掛け渡されて、一方のローラが回転されるこ
とにより、転写ベルト２１の任意の位置が所定の方向に
移動される。なお、転写ベルト２１が移動される方向
は、各画像形成部に近接している側に関して、第１の画
像形成部１１Ｙから第４の画像形成部１１Ｂに向かう方
向である。また、転写ベルト２１の背面側（２本のロー
ラと接する側）には、図示しない画像出力媒体給送部か
ら供給される媒体Ｏを転写ベルト２１に吸着させるため
に、転写ベルト２１に所定の電位を与える帯電装置２４
が設けられている。

【００２６】転写ベルト２１により媒体Ｏが搬送される
方向で、ローラ２３の先には、画像出力媒体Ｏに保持さ
れている４色のトナー像を媒体Ｏに固着するための定着
装置３１が位置されている。

【００２７】定着装置３１は、厚さ１ｍｍ程度の純鉄製
で、直径が概ね４０ｍｍ、長さが概ね３４０ｍｍに形成
された円筒である第１のローラ（加熱ローラ）３２と、
同様に直径が概ね４０ｍｍ、長さが概ね３４０ｍｍに形
成され、第１のローラ３２の軸線と平行、かつ第１のロ
ーラの長手方向に沿って配置され、第１のローラ３２の
円周の一点と接触されている第２のローラ（加圧ロー
ラ）３３と、を有する。なお、第１のローラ３２の表面
には、トナーが付着することを抑止するためのテフロン
（商品名）等に代表されるフッ素樹脂からなる離型層が
形成されている。また、第２のローラ３３は、所定の直
径の軸の周囲に、シリコンゴムやフッ素ゴム等を被覆し
た弾性ローラである。

【００２８】なお、それぞれのローラは、図示しない加
圧機構により相互に、所定の圧力を受け、その結果加圧
ローラが一時的に変形するニップ領域を有している。ま
た、加熱ローラ３２は、図示しない駆動モータにより、
（自身の外周面が）各画像形成部の感光体ドラムの外周
が移動される速度と概ね等しい速度で移動するよう、一
定速で回転される。また、加圧ローラ３３は、加熱ロー
ラ３２が回転することにより、外周面の移動速度が加熱
ローラの外周面の移動速度と等しい速度で回転される。

【００２９】第１のローラ３２の内側には、第１のロー
ラ３２の内壁に沿って設けられた第１および第２の誘導
コイル３４ａ、３４ｂ、第１のローラ３２の２つの端部
に、第１および第２の誘導コイル３４ａ、３４ｂの外側
を取り巻くように設けられた第３および第４の誘導コイ
ル３５ａ、３５ｂが設けられている。なお、第１および
第２のコイル３４ａ、３４ｂは、加熱ローラ３２の長手
方向の中央付近では、ローラ３２の内面に対して概ね
１．５ｍｍのギャップを保って組み込まれている。ま
た、第３および第４のコイル３５ａ、３５ｂは、加熱ロ
ーラ３２の両端部から概ね５ｍｍの位置を始点に、幅４
０ｍｍに亘って設けられている。この場合、第３および
第４のコイル３５ａ、３５ｂとローラ３２の内面との間
のギャップは、概ね１．５ｍｍに定義される。従って、
第３および第４のコイル３５ａ、３５ｂが配置される部
分とその近傍に位置する第１および第２のコイル３４
ａ、３４ｂとローラ３２の内面との間のギャップは、概
ね３ｍｍに定義される。

【００３０】それぞれのコイルは、コアを用いない空芯
コイルであり、線径が０．５ｍｍの耐熱絶縁被覆（ポリ
イミド絶縁）付銅線を１９本束ねたリッツ線により形成
されている。なお、それぞれのコイルは、耐熱性の工業
用プラスチックにより形成された図示しない支持部材
と、ローラ内の支持部材の位置を定義する図示しないホ
ルダにより、所定の位置に位置されている。

【００３１】第１のローラ３２の表面には、第１のロー
ラ３２から画像出力媒体Ｏを剥離する剥離爪３６、ロー
ラ３２の表面にトナーが付着することを抑止する離型剤
（オイル）を塗布する雛型剤塗布装置３７、第１のロー
ラ３２の表面をクリーニングするクリーナ３８等が、ロ
ーラの回転方向に従って、所定の順で配置されている。
また、第１のローラ３２の表面の所定の位置には、ロー
ラの温度を検知するためのサーミスタ３９が設けられて
いる。

【００３２】図２は、図１を用いて説明した画像形成装
置（カラープリンタ）の定着装置に組み込まれる誘導コ
イルの形状および配列を説明する概略図である。

【００３３】図２に示されるように、定着装置３１の第
１および第２のコイル３４ａ、３４ｂは、加熱ローラ
（第１のローラ）３２の内側に沿って、ローラ３２の長
手方向の概ね全域（全長）に亘って、設けられている。
なお、それぞれのコイルは、ローラ３２の円周方向を概
ね２分割した状態で、ローラ３２の内壁に沿わせられて
いる。また、それぞれのコイル３４ａ、３４ｂは、ロー
ラ３２の長手方向端部の近傍で、端部に近づくに連れ
て、ローラ３２の内径に比較して次第に直径が小さくな
るように、かつローラ３２の周方向に関しても、ローラ
の端部に近づくに連れて、円周方向の広がりが次第に狭
くなるように、形成されている。なお、各コイルの巻き
方向は、ローラ３２の長手方向で、ローラ３２の周方向
で折り返えされている。

【００３４】第３および第４のコイル３５ａ、３５ｂ
は、ローラ３２の長手方向の両端部の２カ所に設けられ
ている。なお、それぞれのコイル３５ａ、３５ｂは、第
１および第２のコイル３４ａ、３４ｂの外側に位置され
る。また、第３および第４のコイル３５ａ、３５ｂの巻
き方向は、ローラ３２の周方向である。

【００３５】図３は、図２を用いて説明したそれぞれの
誘導コイルを、ローラの側面（長手方向と直交する方向
で断面方向に平行な方向）から見た状態を示す概略図で
ある。

【００３６】図３によれば、第１および第２のコイル３
４ａ、３４ｂが、ローラ３２の長手方向端部の近傍で、
端部に近づくに連れて、コイルにより提供される円の径
がローラ３２の内径に比較して次第に小さくなり、周方
向に関しても、ローラの端部に近づくに連れて、円周方
向の広がりが次第に狭くなる様子が示されている。ま
た、第３および第４のコイル３５ａ、３５ｂが、第１お
よび第２のコイル３４ａ、３４ｂの外側に位置され、ロ
ーラ３２の周方向に巻き付けられている状態が確認でき
る。

【００３７】図２および図３に示した４つのコイル３４
ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂにおいては、第３および第
４のコイル３５ａ、３５ｂを流れる電流による第１の磁
束Ｊの方向（磁束密度ベクトル）は、加熱ローラ３２の
軸方向に平行となり、加熱ローラ３２の円筒内において
も、軸方向に平行となる。

【００３８】また、第１および第２のコイル３４ａ、３
４ｂを流れる電流による第２の磁束Ｋ（磁束密度ベクト
ル）の方向は、電流の方向が軸方向であるために、周波
数が上昇するにつれて、ローラ３２の円筒内面の周方向
に方向付けられる。このため、２組４つのコイルにより
提供される加熱ローラ３２の円筒内において互いにほぼ
垂直な２種類の磁束は、互いに垂直な誘導電流を生じ
る。従って、４つのコイルから供給されるそれぞれ誘導
電流が相互に干渉することはない。なお、この場合、そ
れぞれの誘導電流の位相差は、誘導電流の方向が直交で
あるから無視できる。

【００３９】このため、加熱ローラ３２の両端部の温度
が上昇しにくい要因である誘導電流の密度の低下が防止
され（ローラの両端に効力を及ぼす誘導電力の出力を実
質的が増大され）、ローラの両端部で温度が低下するこ
とを抑止できる。

【００４０】詳細には、第１および第２のコイル３４
ａ、３４ｂの交番電流を Ｉ_１＝Ｉ_ｍａｘ＿１ｃｏｓ（ＷＴ） とすると、これによる加熱ローラ３２内の任意の位置に
おける誘導電流密度は、Ｗを駆動電流周波数；Ｔを時
間；Ａを位置の関数とすると、 Ｊ _ｅｄｄｙ １＝Ｊ_０＿１ｃｏｓ（ＷＴ＋Ａ） と表される。なお、Ｊ _ｅｄｄｙ １は電流密度ベクトル
であり、上述した条件では、ローラ３２の内面の表面層
付近を流れている。また、Ｊ _ｅｄｄｙ １の方向は、磁
束Ｋに対して垂直な面内であり、ローラ３２の軸の方向
となる。

【００４１】これに対して、第３および第４のコイル３
５ａ、３５ｂの交番電流を Ｉ_２＝Ｉ_ｍａｘ＿２ｃｏｓ（ＷＴ） とすると、これによる加熱ローラ３２内の第１および第
２のコイル３４ａ、３４ｂの誘導電流密度を検証した位
置と同じ位置における誘導電流密度は、Ｗを駆動電流周
波数；Ｔを時間；Ｂを位相すなわち位置の関数とする
と、 Ｊ _ｅｄｄｙ ２＝Ｉ_０＿２ｃｏｓ（ＷＴ＋Ｂ） と表される。なお、Ｊ _ｅｄｄｙ ２はベクトルであり、
上述した条件では、ローラ３２の内面の表面層付近を流
れている。また、Ｊ _ｅｄｄｙ ２の方向は、磁束Ｋに対
して垂直な面内であり、ローラ３２の周方向となる。

【００４２】従って、Ｊ _ｅｄｄｙ １とＪ _ｅｄｄｙ ２
とは、明らかに、互いに直角であることが認められる。

【００４３】それぞれの、渦電流によるジュール損失
は、σを、ローラを構成する鉄材（純鉄）の電気伝導度
とすると、 Ｗ１（ワット）＝∫（Ｊ _ｅｄｄｙ １^２／σ）ｄＶ、 Ｗ２（ワット）＝∫（Ｊ _ｅｄｄｙ ２^２／σ）ｄＶ となる。なお、各式において、Ｊ _ｅｄｄｙ １、Ｊ
_ｅｄｄｙ ２は絶対値である。

【００４４】出力は、これらの式の体積積分の時間平均
となる。なお、この発明では、第１および第２のコイル
３４ａ、３４ｂによる効果と第３および第４のコイル３
５ａ、３５ｂによる効果を重ね合わせることができるの
で、全電流密度は、 Ｊ _ｅｄｄｙ １＋Ｊ _ｅｄｄｙ ２ となる。なお、それぞれの位相Ａ、Ｂが異なれる場合、
一般には、全電流の絶対値に影響を及ぼすが、この発明
では、Ｊ _ｅｄｄｙ １とＪ _ｅｄｄｙ ２とが互いに直角
であるから、位相Ａ、Ｂの影響を受けない（位相差は無
視できる）。

【００４５】従って、それぞれの出力wattageの和が減
少することはない。

【００４６】図２および図３に示した第１、第２、第３
および第４の誘導コイル３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５
ｂは、図示しない励磁回路（インバータ回路）により独
立して供給される２種類の高周波電流で発生する磁束ｌ
によって、ローラ３２の厚さ部分（ローラ本体）に、磁
束ｌが変化することを妨げる方向の誘導電流を発生させ
る。また、各コイル３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂを
流れる交番電流は、駆動周波数が一定の周波数よりも高
くなると、ローラ３２中に流れるため、ローラ３２内の
磁場Ｈは、ローラ３２の円筒面の円周方向に沿って変化
する。なお、４つのコイルに対して、例えば周波数２５
ｋＨｚ、６０Ａの高周波電流が供給される。このときの
総出力は、概ね９００Ｗとなる。

【００４７】この誘導電流と加熱ローラ３２の電気抵抗
によってジュール熱が発生し、加熱ローラ３２が発熱す
る（ローラが加熱される）。

【００４８】なお、先に説明した通り、加熱ローラ３２
は、純鉄製であるから、ジュール熱損失に加えて、ヒス
テリシス熱損失も同時に生ずる。

【００４９】図４は、図２および図３に示した定着装置
を動作させるための駆動回路を説明するブロック図であ
る。

【００５０】図４に示すように、駆動回路４０は、商用
電源の交流電流を整流回路４１と平滑コンデンサ４２に
よって整流して得られる電流を、共振用コンデンサ４３
−１、４３−１およびスイッチング回路４３−２、４３
−２からなるインバータ回路４３を介して、第１および
第２のコイル３４ａ、３４ｂ、第３および第４のコイル
３５ａ、３５ｂに供給するものである。なお、高周波電
流は、入力検出手段４４によって検出される。また、サ
ーミスタ３９により検知されたローラ３２の表面の温度
が図示しないＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変
換されて主制御ＣＰＵ４４に入力され、ＣＰＵ４５から
図示しないＤ／Ａコンバータによりアナログ値に変更さ
れたＯＮ／ＯＦＦ指示がＩＨ（誘導加熱）回路４６に供
給される。このとき、指定された出力値となるように、
例えばＰＷＭ（パルス幅変調）によって駆動回路回路４
７が制御される。なお、指定した出力値は、インバータ
回路４３のスイッチング素子４３ｃがオンされている時
間を、任意のタイミングで可変することで制御できる。
この時、駆動周波数は、任意の周波数に変化する。

【００５１】なお、スイッチング回路４３−２、４３−
２を、周知のＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジ
スタ）に置き換えることができる。

【００５２】また、各コイルに供給される高周波電流の
周波数Ｗを小さくすれば、誘導電流も小さくなるため、
出力も小さくなることが知られている。

【００５３】なお、図４では、第１および第２のコイル
３４ａ、３４ｂと第３および第４のコイル３５ａ、３５
ｂのそれぞれを共通のインバータ回路で駆動する例ヲ説
明したが、それぞれのコイル（３４ａ、３４ｂの組と３
５ａ、３５ｂの組）を独立の駆動回路により駆動すれ
ば、周波数Ｗが一致しない場合もある。周波数Ｗは、通
常２５ＫＨｚであり、加熱ローラ３２の端部を加熱する
必要がない場合、第３および第４のコイル３５ａ、３５
ｂのそれぞれには、例えば６ｋＨｚの高周波電流を供給
するものとする。

【００５４】図５は、図２ないし図４に示した定着装置
の動作を説明するフローチャートである。

【００５５】例えば、画像形成装置の主スイッチがＯＮ
された直後には、入力電力の殆どをローラの加熱（誘導
コイルへの通電）に利用できる。このとき、第１および
第２のコイル３４ａ、３４ｂ、第３および第４のコイル
３５ａ、３５ｂのそれぞれに、最大電力（２５ｋＨｚ）
が供給される（Ｓ１）。

【００５６】図示しない画像メモリに出力すべき画像デ
ータおよび用紙サイズが入力されると、用紙サイズに合
わせて、例えば用紙サイズがＡ３サイズである場合（Ｓ
２−Ｙｅｓ）には、ステップＳ３に示すように、ローラ
３２の長手方向の全域を加熱するために全てのコイル
に、供給可能な最大電力が、そのまま供給される。

【００５７】以下、サーミスタ３９が、ローラ３２の表
面の温度が所定の温度に達したことが検知するまで、全
てのコイルへ、所定の電力が供給される。このとき、ロ
ーラ３２の表面の温度が第１の温度、例えば１３５℃に
達した時点（Ｓ４）で、図示しないモータ駆動回路がオ
ンされて、加熱ローラ３２が回転される（Ｓ５）。その
後、サーミスタ３９が、所定温度、例えば１８０℃を検
知するまで、引き続き各コイルに所定電力が供給される
（Ｓ６）。

【００５８】ステップＳ６において、ローラ３２の表面
の温度が所定の温度に達したことが検知されると、画像
形成動作を許可する開始可能信号が出力される（Ｓ１
１）。

【００５９】一方、用紙サイズがＡ４サイズで、短辺側
が搬送方向と直交するように搬送されている（Ａ４縦と
呼ばれている）場合（Ｓ２−Ｎｏ）には、第３および第
４のコイル３５ａ、３５ｂに供給される高周波電流の周
波数が、例えば６ｋＨｚまで低下される（Ｓ７）。

【００６０】以下、サーミスタ３９が、ローラ３２の表
面の温度が所定の温度に達したことが検知するまで、コ
イル３５ａ、３５ｂに、所定の電力が供給される。この
とき、ローラ３２の表面の温度が第１の温度、例えば１
３５℃に達した時点（Ｓ８）で、図示しないモータ駆動
回路がオンされて、加熱ローラ３２が回転される（Ｓ
９）。その後、サーミスタ３９が、所定温度、例えば１
８０℃を検知するまで、引き続き各コイルに所定電力が
供給され（Ｓ１０）、ローラ３２の表面の温度が所定の
温度に達したことが検知されると、画像形成動作を許可
する開始可能信号が出力される（Ｓ１１）。

【００６１】なお、各ステップにおいて、それぞれのコ
イルに供給される電力が、許容値を越えないように、例
えばローラが回転されると同時にまたはその直前に、指
示値が変更される。

【００６２】また、第１および第２のコイル３４ａ、３
４ｂにより加熱ローラ３２の表面が加熱される軸方向の
長さは、Ａ４縦の幅であり、ステップＳ２で、用紙の大
きさがＡ４縦と判定された場合（Ｓ２−Ｎｏ）は、加熱
ローラ３２の両端部に対応する第３および第４のコイル
３５ａ、３５ｂに印加される高周波電流の周波数Ｗを６
ｋＨｚまで下げることにより、両コイルが消費する電力
が１００Ｗ程度に減少される。このとき、第１および第
２のコイル３４ａ、３４ｂにより、加熱ローラ３２をＡ
４縦の幅に相当する領域が加熱されるために消費される
電力は、６００Ｗ程度である。

【００６３】このことから、加熱ローラ３２の軸方向長
さに比較して幅の狭い画像出力媒体Ｏに画像を形成する
際には、加熱ローラの長さ方向に関し、選択的に加熱で
き、エネルギーロスが抑制される。

【００６４】なお、画像形成媒体の大きさがＡ４縦に相
当する場合に、所定のタイミング、かつ所定の周期で、
第３および第４のコイル３５ａ、３５ｂに供給される高
周波電流の周波数を所定の周波数まで増大すると、加熱
ローラ３２の長さ方向の全域の温度が一時的に上昇さ
れ、（ローラ）中央部から端部へ熱が逃げることを防止
することができ、定着性を高めることができる。このこ
とは、総消費電力を抑止することになる。この場合、第
３および第４のコイル３５ａ、３５ｂには、所定の周期
で、例えば２５ｋＨｚの高周波電流が供給される。な
お、この高周波電流の周波数の増加に伴って消費される
消費電力は、概ね３００Ｗ程度である。

【００６５】図６は、図２および図３に示した誘導コイ
ルにより提供される加熱ローラの長手方向の温度分布を
示すグラフである。

【００６６】図６において、曲線Ａは、第１および第２
のコイル３４ａ、３４ｂのみに電力を供給した場合の加
熱ローラ３２の長手方向の温度分布を示し、曲線Ｂは、
全てのコイルに電力を供給した場合の加熱ローラ３２の
長手方向の温度分布を示している。なお、図６に示す温
度分布は、それぞれのコイルに、６０Ａの電流を供給し
た結果である。

【００６７】図６から明らかな通り、第１および第２の
コイルに加えて、加熱ローラ３２の端部に対応する位置
に第３および第４のコイルを設けたことにより、加熱ロ
ーラの長手方向の全域で、概ね均一な表面温度が得られ
ている。

【００６８】このように、この発明の定着装置は、任意
の方向に回転可能な第１の回転体と、前記第１の回転体
に対して所定の圧力で接触され、前記第１の回転体が回
転することで回転され、前記第１の回転体との接触部
に、被加熱体が通過可能な第２の回転体と、前記第１の
回転体内に設けられ、前記第１の回転体に、前記第１の
回転体の周方向に平行な交番磁界を与える第１の誘導加
熱装置と、前記第１の回転体内に、前記第１の誘導加熱
装置の一部分の外側を取り巻くように、かつ前記第１の
回転体の両端部の近傍に設けられ、前記第１の回転体
に、前記第１の回転体の軸方向に平行な交番磁界を与え
る第２の誘導加熱装置と、を有することを特徴とする。

【００６９】また、この発明の定着装置は、第１の誘導
加熱装置が電磁コイルであり、電磁コイルの主要な部分
の導体が第１の回転体の軸方向に方向づけられている電
磁コイルであることを特徴とする。

【００７０】さらに、この発明の定着装置は、電磁コイ
ルがリッツ線を、平面状に配置したコイルであって、前
記第１の回転体の内周に沿って配置されていることを特
徴とする。

【００７１】またさらに、この発明の定着装置は、第２
の誘導加熱装置がリッツ線を用いた電磁コイルであり、
コイルの主要な部分の導体が第１の回転体の周方向に方
向づけられているコイルであることを特徴とする。

【００７２】さらにまた、この発明の定着装置は、第１
の回転体の両端部において、第１の誘導加熱装置により
提供される磁界と第２の誘導加熱装置により提供される
磁界とが約９０°で交差することを特徴とする。

【００７３】またさらに、この発明の定着装置は、第１
の誘導加熱装置の長手方向の端部が第２の誘導加熱装置
を装着可能とするために、第１の誘導加熱装置の長手方
向の中央部に比較して小さな外径に形成されていること
を特徴とする。

【００７４】さらにまた、この発明の定着装置は、第２
の誘導加熱装置が、第１の誘導加熱装置との間に、絶縁
ギャップを介在させて設けられていることを特徴とす
る。

【００７５】またさらに、この発明の定着装置は、第１
の誘導加熱装置が、第１の回転体の長手方向の中央部か
ら所定の間隔の領域を、均一に加熱することを特徴とす
る。

【００７６】さらにまた、この発明の定着装置は、第２
の誘導加熱装置が、第１の回転体の長手方向の端部から
所定の間隔の領域を均一にするとともに第１の誘導加熱
装置により加熱された第１の回転体の熱が、第１の回転
体の長手方向に端部に向けて逃げることを抑止できるこ
とを特徴とする。

【００７７】またさらに、この発明のカラー画像形成装
置は、第１の感光体ドラムとその感光体ドラムに形成さ
れた潜像に第１の色のトナーを選択的に供給して第１の
トナー像を形成する第１の画像形成機構と、第２の感光
体ドラムとその感光体ドラムに形成された潜像に前記第
１の色のトナーと異なる第２の色のトナーを選択的に供
給して第２のトナー像を形成する第２の画像形成機構
と、出力画像保持媒体を保持し、前記第１の画像形成機
構および前記第２の画像形成機構のそれぞれで形成され
た前記第１および第２のトナー像を前記出力画像保持媒
体に転写可能に、前記出力画像保持媒体を、前記第１の
画像形成機構から前記第２の画像形成機構に向けて搬送
する出力画像保持媒体搬送ベルトと、前記出力画像保持
媒体搬送ベルトにより搬送されている前記出力画像保持
媒体が前記第１の画像形成機構により形成された前記第
１のトナー像と接触可能な位置に設けられ、前記第１の
トナー像を前記出力画像保持媒体に転写する第１の転写
装置と、前記出力画像保持媒体搬送ベルトにより搬送さ
れている前記出力画像保持媒体が前記第２の画像形成機
構により形成された前記第２のトナー像と接触可能な位
置に設けられ、前記第１の転写装置により前記第１のト
ナー像が転写された前記出力画像保持媒体に、前記第２
の画像形成機構により形成された前記第２のトナー像
を、前記第１のトナー像に重ねて前記出力画像保持媒体
に転写する第２の転写装置と、任意の方向に回転可能な
第１の回転体と、前記第１の回転体に対して所定の圧力
で接触され、前記第１の回転体が回転することで回転さ
れ、前記第１の回転体との接触部に、被加熱体が通過可
能な第２の回転体と、前記第１の回転体内に設けられ、
前記第１の回転体に、前記第１の回転体の周方向に平行
な交番磁界を与える第１の誘導加熱装置と、前記第１の
回転体内に、前記第１の誘導加熱装置の一部分の外側を
取り巻くように、かつ前記第１の回転体の両端部の近傍
に設けられ、前記第１の回転体に、前記第１の回転体の
軸方向に平行な交番磁界を与える第２の誘導加熱装置
と、を含む定着装置と、を有し、前記第１および第２の
トナー像が転写された前記出力画像保持媒体およびそれ
ぞれのトナー像を構成するトナーを加熱して、前記出力
画像保持媒体に前記トナーを定着することを特徴とす
る。

【００７８】さらにまた、この発明は、カラー画像形成
装置において、定着装置の第１の誘導加熱装置は、電磁
コイルであり、電磁コイルの主要な部分の導体が第１の
回転体の軸方向に方向づけられている電磁コイルである
ことを特徴とする。

【００７９】またさらに、この発明は、カラー画像形成
装置において、定着装置の第２の誘導加熱装置は、リッ
ツ線を用いた電磁コイルであり、コイルの主要な部分の
導体が第１の回転体の周方向に方向づけられているコイ
ルであることを特徴とする。

【００８０】さらにまた、この発明は、カラー画像形成
装置において、定着装置の第１の誘導加熱装置の長手方
向の端部は、第２の誘導加熱装置を装着可能とするた
め、第１の誘導加熱装置の長手方向の中央部に比較して
小さな外径に形成されていることを特徴とする。

【００８１】またさらに、この発明は、カラー画像形成
装置において、定着装置の第１の誘導加熱装置は、第１
の回転体の長手方向の中央部から所定の間隔の領域を、
均一に加熱することを特徴とする。

【００８２】さらにまた、この発明は、カラー画像形成
装置において、定着装置の第２の誘導加熱装置は、第１
の回転体の長手方向の端部から所定の間隔の領域を均一
にするとともに、第１の誘導加熱装置により加熱された
第１の回転体の熱が第１の回転体の長手方向に端部に向
けて逃げることを抑止できることを特徴とする。

【００８３】またさらに、この発明の加熱装置は、純鉄
製の中空円筒であり、外周面で、外周面に接する被加熱
体に熱と圧力を提供する加熱ローラと、前記加熱ローラ
内に、巻き線の主要な部分の導体の方向が前記加熱ロー
ラの軸線と平行な方向に向けられて設けられ、前記加熱
ローラに、誘導電流を生じさせる第１の電磁コイルと、
前記加熱ローラ内の端部に、巻き線の主要な部分の導体
の方向が前記加熱ローラの周方向と平行な方向に向けら
れて設けられ、前記加熱ローラに、誘導電流を生じさせ
る第２の電磁コイルと、を有することを特徴とする。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のカラー
画像形成装置の定着装置は、ローラの軸方向に延出さ
れ、自身を流れる電流の方向がローラの軸方向に一致す
る第１のコイルと、ローラの長手方向の端部に、ローラ
の周方向と沿って巻き付けられ、自身を流れる電流の方
向がローラの周方向に一致する第２のコイルと、を有
し、それぞれのコイルを流れる電流により生じる磁界の
方向を交差させたことにより、ローラに発生する誘導電
流の全てを、ローラの発熱に寄与させているので、加熱
効率が高く、消費電力が低減される。

【００８５】また、第１のコイルと第２のコイルに流れ
る電流を、独立に設定できるので、出力画像を保持する
媒体の大きさに合わせて消費電力を抑制しながら、出力
画像保持媒体に、トナーを確実に定着できる。

【００８６】さらに、出力画像を保持する媒体の幅が加
熱ローラの長さよりも少ない場合に、第２のコイルに流
れる高周波電流の周波数を周期的に増大してローラの両
端部を所定のタイミングで加熱することで、ローラの長
手方向の端部の温度が低下することを抑止しながら、少
ない消費電力で、出力画像保持媒体に、トナーを確実に
定着できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の定着装置が組み込まれるカラー画像
形成装置の一例を示す概略図。

【図２】図１に示した画像形成装置に組み込まれる誘導
加熱型の定着装置の誘導コイルの形状および配列を説明
する概略図。

【図３】図２に示した誘導コイルの側面図。

【図４】図２および図３に示した定着装置を駆動するた
めの駆動回路を説明するブロック図。

【図５】図２ないし図４に示した定着装置の動作を説明
するフローチャート。

【図６】図２および図３に示した誘導コイルにより提供
される加熱ローラの長手方向の温度分布を示すグラフ。

【符号の説明】

１ ・・・スキャナ、 １ａ・・・原稿テーブル、 ２ ・・・画像形成ユニット、 ２ａ・・・転写ユニット、 ４ ・・・被転写媒体供給部、 ５ ・・・露光装置、 ６ ・・・定着装置、 １１Ｙ・・・画像形成部（Ｙ）、 １１Ｍ・・・画像形成部（Ｍ）、 １１Ｃ・・・画像形成部（Ｃ）、 １１Ｂ・・・画像形成部（Ｂ）、 １２（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）・・・感光体ドラム、 １３（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）・・・現像装置、 １４（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）・・・転写装置、 １５（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）・・・クリーナ、 １６（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）・・・除電装置、 １７（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）・・・帯電装置、 ２１ ・・・転写ベルト、 ２２ ・・・第１のローラ、 ２３ ・・・第２のローラ、 ２４ ・・・帯電装置、 ３１ ・・・定着装置、 ３２ ・・・加熱ローラ（第１のローラ）、 ３３ ・・・加圧ローラ（第２のローラ）、 ３４ａ・・・第１の誘導コイル、 ３４ｂ・・・第２の誘導コイル、 ３５ａ・・・第３の誘導コイル、 ３５ｂ・・・第４の誘導コイル、 ３６ ・・・剥離爪、 ３７ ・・・離型剤塗布装置、 ３８ ・・・クリーナ、 ３９ ・・・サーミスタ、 ４０ ・・・駆動回路、 １０１ ・・・カラー画像形成装置、 Ｏ ・・・シート状媒体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/20 101 G03G 15/20 103 G03G 15/01 H05B 6/14 H05B 6/44

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】任意の方向に回転可能な第１の回転体と、 前記第１の回転体に対して所定の圧力で接触され、前記
   第１の回転体が回転することで回転され、前記第１の回
   転体との接触部に、被加熱体が通過可能な第２の回転体
   と、 前記第１の回転体内に設けられ、前記第１の回転体に、
   前記第１の回転体の周方向に平行な交番磁界を与える第
   １の誘導加熱装置と、 前記第１の回転体内に、前記第１の誘導加熱装置の一部
   分の外側を取り巻くように、かつ前記第１の回転体の両
   端部の近傍に設けられ、前記第１の回転体に、前記第１
   の回転体の軸方向に平行な交番磁界を与える第２の誘導
   加熱装置と、を有することを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】第１の感光体ドラムとその感光体ドラムに
   形成された潜像に第１の色のトナーを選択的に供給して
   第１のトナー像を形成する第１の画像形成機構と、 第２の感光体ドラムとその感光体ドラムに形成された潜
   像に前記第１の色のトナーと異なる第２の色のトナーを
   選択的に供給して第２のトナー像を形成する第２の画像
   形成機構と、 出力画像保持媒体を保持し、前記第１の画像形成機構お
   よび前記第２の画像形成機構のそれぞれで形成された前
   記第１および第２のトナー像を前記出力画像保持媒体に
   転写可能に、前記出力画像保持媒体を、前記第１の画像
   形成機構から前記第２の画像形成機構に向けて搬送する
   出力画像保持媒体搬送ベルトと、 前記出力画像保持媒体搬送ベルトにより搬送されている
   前記出力画像保持媒体が前記第１の画像形成機構により
   形成された前記第１のトナー像と接触可能な位置に設け
   られ、前記第１のトナー像を前記出力画像保持媒体に転
   写する第１の転写装置と、 前記出力画像保持媒体搬送ベルトにより搬送されている
   前記出力画像保持媒体が前記第２の画像形成機構により
   形成された前記第２のトナー像と接触可能な位置に設け
   られ、前記第１の転写装置により前記第１のトナー像が
   転写された前記出力画像保持媒体に、前記第２の画像形
   成機構により形成された前記第２のトナー像を、前記第
   １のトナー像に重ねて前記出力画像保持媒体に転写する
   第２の転写装置と、 任意の方向に回転可能な第１の回転体と、前記第１の回
   転体に対して所定の圧力で接触され、前記第１の回転体
   が回転することで回転され、前記第１の回転体との接触
   部に、被加熱体が通過可能な第２の回転体と、前記第１
   の回転体内に設けられ、前記第１の回転体に、前記第１
   の回転体の周方向に平行な交番磁界を与える第１の誘導
   加熱装置と、前記第１の回転体内に、前記第１の誘導加
   熱装置の一部分の外側を取り巻くように、かつ前記第１
   の回転体の両端部の近傍に設けられ、前記第１の回転体
   に、前記第１の回転体の軸方向に平行な交番磁界を与え
   る第２の誘導加熱装置と、を含む定着装置と、を有し、
   前記第１および第２のトナー像が転写された前記出力画
   像保持媒体およびそれぞれのトナー像を構成するトナー
   を加熱して、前記出力画像保持媒体に前記トナーを定着
   することを特徴とするカラー画像形成装置。
3. 【請求項３】純鉄製の中空円筒であり、外周面で、外周
   面に接する被加熱体に熱と圧力を提供する加熱ローラ
   と、 前記加熱ローラ内に、巻き線の主要な部分の導体の方向
   が前記加熱ローラの軸線と平行な方向に向けられて設け
   られ、前記加熱ローラに、誘導電流を生じさせる第１の
   電磁コイルと、 前記加熱ローラ内の端部に、巻き線の主要な部分の導体
   の方向が前記加熱ローラの周方向と平行な方向に向けら
   れて設けられ、前記加熱ローラに、誘導電流を生じさせ
   る第２の電磁コイルと、を有することを特徴とする加熱
   装置。