JP3323658B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁（磁気）誘導加熱方
式の加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機・レーザービームプリンタ
・ファクシミリ・マイクロフィルムリーダプリンタ・画
像表示（ディスプレイ）装置・記録機等の画像形成装置
において、電子写真・静電記録・磁気記録等の適宜の画
像形成プロセス手段により加熱溶融性の樹脂等よりなる
トナーを用いて画像支持体としての記録材（エレクトロ
ファクスシート・静電記録シート・転写材シート・印刷
紙など）の面に直接方式もしくは間接（転写）方式で形
成した目的の画像情報に対応した未定着のトナー像を該
トナー像を担持している被記録材の面に永久固着画像と
して加熱定着処理する加熱装置としての画像加熱定着装
置は、熱ローラを用いた熱ローラ方式の定着装置や、フ
ィルム加熱方式を用いた定着装置といった接触式定着装
置が多く採用されている。

【０００３】（ａ）熱ローラ方式の装置は、内部にハロ
ゲンヒータ等の発熱体を備えた金属製の熱ローラと、そ
れに圧接する弾性を持つ加圧ローラから構成され、この
一対のローラの圧接部である定着ニップ部に被加熱体と
しての記録材を通過させることにより、トナー像を加熱
・加圧定着させるものである。

【０００４】しかし、このような熱ローラ方式では、ロ
ーラの熱容量が大きいため、ローラ表面を所定の定着温
度まで昇温させるには非常に多くの時間を要していた。
またこのため、画像出力動作を速やかに実行するために
は、非画像出力時にもローラ表面をある程度のスタンバ
イ温度に温調していなければならなかった。

【０００５】（ｂ）フィルム加熱方式の装置は特開昭６
３−３１３１８２号公報・特開平２−１５７８７８号公
報・特開平４−４４０７５号公報・特開平４−２０４９
８０号公報等に提案されている。即ち、加熱体（一般に
セラミックヒータ、以下ヒータと記す）と、該ヒータに
密着して移動する耐熱性フィルムを有し、このフィルム
を介して被加熱体をヒータに密着させてフィルムと一緒
にヒータ位置を移動させヒータの熱エネルギーをフィル
ムを介して被加熱体に付与する加熱装置である。フィル
ム・被加熱体をヒータに密着させる加圧部材を有してい
る。

【０００６】画像定着動作は、フィルムを挟んでヒータ
と加圧部材との圧接により形成される定着ニップ部のフ
ィルムと加圧部材との間に被加熱体としての記録材を導
入通過させることにより記録材の顕画像担持体面をフィ
ルムを介してヒータで加熱して、未定着トナー像に熱エ
ネルギーを付与し、トナーを軟化・溶融させることで行
なわれる。

【０００７】このようなフィルム加熱方式の装置には、
低熱容量のヒータを用いることができるので、熱ローラ
方式に比べ、ウエイトタイムの短縮化（クイックスター
ト）が可能となる。また、クイックスタートが可能とな
ったことにより、予めヒータを昇温させておく必要がな
いので、消費電力を小さくすることができ、また機内昇
温も防止できる。

【０００８】フィルム加熱方式の加熱装置は上記のよう
な利点を有していて画像加熱定着装置等として有効であ
るが、加熱体であるヒータと被加熱体の間に介在するフ
ィルムは熱抵抗となって熱効率を損なう介在物でもあっ
た。

【０００９】即ち、従来のフィルム加熱方式では、ヒー
タはフィルムを介して間接的に被加熱体を加熱するた
め、加熱効率という観点においてまだ改善の余地を有し
ている。例えば、フィルムの強度を上げるためにフィル
ム膜厚を厚くしていくと、ヒータの熱を素早く被加熱体
に供給することが困難になっていく。また、フィルム自
体が断熱性をもつため本来フィルム外面に伝えるべきヒ
ータの発する熱をフィルムの内側に蓄積してしまう。つ
まり、高剛性のフィルムを用いた場合、熱伝導が悪くな
ったり、フィルムの熱容量が大きくなってしまい、急速
に加熱可能な状態を達成できなくなる。フィルムが薄い
と剛性が得られず、フィルム走行制御機構が必要とな
り、装置が大きく、複雑な構成となってしまう。耐熱性
を要求されるフィルムは素材が限定されてしまう。また
樹脂フィルムは断熱性が良いためフィルム内側で熱の蓄
積が生じフィルム内側に配置される部品についても耐熱
性が必要とされ、高価かつ限定された材料を使わざるを
得なくなる。

【００１０】（ｃ）そこで本出願人は該フィルム自体を
発熱させることでフィルムが熱抵抗とならないようにし
て熱効率を向上させた電磁誘導加熱方式・フィルム加熱
方式の加熱装置を先に提案している。

【００１１】これは、磁性体である芯材とコイルを組み
合わせることによって発生する磁場を励磁回路で変化さ
せ、その磁場の中を移動する導電部材（誘導磁性材、磁
性金属材、磁界吸収導電材）としてのフィルム中の導電
層に渦電流を発生させるものである。この渦電流が導電
層の電気抵抗によって熱（ジュール熱）に変換し、結果
的に被加熱体に密着するフィルムのみが発熱する加熱装
置であり、熱効率が優れている。

【００１２】図１０はこの電磁誘導加熱方式・フィルム
加熱方式の加熱装置の一例の摸式図である。

【００１３】２１は磁界発生手段としての励磁コイルで
あり、芯材（磁性体、コア）２２に巻き付けて構成され
る。２３は芯材を支持し、フィルムガイドを兼ねるステ
ーである。２５は芯材２２の下側に配設したフィルム加
圧板（第１の加圧部材）であり、後述する導電部材（発
熱部材）としてのフィルム１７に対して摩擦抵抗の比較
的少ないガラスを用いている。

【００１４】１７は導電部材としての、導電層を有する
エンドレス状（円筒状、シームレス）の耐熱性フィルム
であり、フィルム基層１７ａ・導電層１７ｂ・離型層１
７ｃの３層構成フィルムである。このフィルム１７を上
記のコイル２１・芯材２２・ステー２３・加圧板２５か
らなるアセンブリ（電磁誘導加熱構造体）にルーズに外
嵌させてある。

【００１５】２４は加圧ローラ（第２の加圧部材）であ
り、芯金の周囲にシリコーンゴム、フッ素ゴム等を巻い
て構成される。この加圧ローラ２４は不図示の軸受手段
・付勢手段により所定の押圧力を持ってフィルム１７を
挟ませてフィルム加圧板２５の下面に圧接させて配設し
てあり、加圧板２５との間にフィルム１７を挟んで圧接
ニップ部（被加熱体加熱部、定着ニップ部）を形成す
る。

【００１６】そして該加圧ローラ２４は駆動手段により
矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ２
５の回転駆動による該ローラ２４とフィルム１７外面と
の摩擦力でフィルム１７に回転力が作用して、該フィル
ム１７が加圧板２５の下面に密着摺動してアセンブリ２
１・２２・２３・２５の外回りを回転する。

【００１７】このような構成でコイル２１は所定の周波
数で不図示の励磁回路から電流が印加され、これによっ
てコイル２１の周囲に矢印Ｈで示した磁束が発生消滅を
繰り返す。この磁束Ｈがフィルム１７の導電層１７ｂを
横切るように芯材２２は構成される。

【００１８】変動する磁界が導体中を横切るとき、その
磁界の変化を妨げる磁界を発生させるようにフィルム１
７の導電層１７ｂには渦電流が発生する。この渦電流が
フィルム１７の導電層１７ｂの表皮抵抗により、表皮抵
抗に比例した電力でフィルムの導電層１７ｂを発熱させ
る。

【００１９】このようにフィルム１７の表層近くを直接
発熱させるので、フィルム基層１７ａの熱伝導率、熱容
量によらず急速に加熱できる利点がある。また、フィル
ム１７の厚さにも依存しない急速加熱が実現できる。

【００２０】而して、加圧ローラ２４の回転によりフィ
ルム１７が回転され、かつ上記電磁誘導加熱によりフィ
ルム１７（１７ｂ）が加熱された状態において、圧接ニ
ップ部のフィルム１７と加圧ローラ２４との間に被加熱
体としての画像定着すべき被記録材Ｐが不図示の画像形
成部より導入されてフィルム１７と一緒に圧接ニップ部
を挟持搬送されることにより電磁誘導加熱されたフィル
ム１７の熱が被記録材Ｐに付与され被記録材Ｐ上の未定
着トナー像Ｔが被記録材Ｐ面に加熱定着されるものであ
る。圧接ニップ部を通った被記録材Ｐはフィルム１の面
から分離されて搬送される。

【００２１】この方式はフィルム自身が直接発熱すると
いう点で従来のフィルム加熱方式と根本的に異なってお
り、このため、フィルムの膜厚を厚くしても加熱効率が
落ちるということはない。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上記（ｃ）の電磁誘導
加熱方式・フィルム加熱方式の加熱装置にあっても次の
ような問題があった。

【００２３】．導電部材（発熱部材）としてのフィル
ムの導電層の膜厚のばらつきや、長手方向での磁界の分
布などにより、被加熱体の通紙域でのフィルムの温度分
布が不均一となりやすい。

【００２４】．加圧による変形や疲労によって起こる
フィルム導電層の破損。

【００２５】．被加熱体として小サイズ紙を連続通紙
した場合、通紙域と非通紙域でフィルム温度差は１００
ｄｅｇ以上となる。この温度差により長手方向で加圧ロ
ーラの熱膨張量が不均一となり、フィルムの搬送力に差
が生じフィルムがねじれて破損する可能性がある。

【００２６】そこで本発明はこの種の電磁誘導加熱方式
の加熱装置について上記〜のような問題を解消する
こと、即ち、被加熱体加熱部長手方向における導電部材
の温度分布を均一化すること、導電部材の屈曲による破
損を防止すること、加圧部材の被加熱体加熱部長手方向
における熱膨張の不均一に起因する導電部材のねじれ発
生を防止することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を特
徴とする加熱装置である。

【００２８】（１）回転体と、磁場を発生する磁場発生
手段と、前記回転体とニップを形成するローラと、を有
し、前記磁場発生手段による磁場の作用により前記回転
体が発熱し、前記ニップで挟持搬送される記録材上の画
像が加熱される加熱装置において、前記ニップに対向す
る位置で前記回転体の内面と接し回転体の移動方向と直
交する長手方向にわたって設けられたセラミック部材を
有することを特徴とする加熱装置、である。即ち、磁場
の作用により回転体が発熱する加熱装置において、ニッ
プに対向する位置で回転体の内面と接し回転体の移動方
向と直交する長手方向にわたって設けられたセラミック
部材を有することを特徴とする。このように本発明は、
回転体と接する熱伝導性が良いものが磁場で発熱しない
セラミック部材であり、且つニップに対向する位置にあ
るので、磁場の影響を受けることなく良好に、且つニッ
プの位置で安定して回転体の温度分布を均一にすること
ができる 。

【００２９】（２）前記装置は更に、前記セラミック部
材の両端部を前記ローラ側に加圧する加圧手段を有し、
前記セラミック部材は記録材の移動方向と直交する方向
に関して前記回転体と接する部分がクラウン形状である
ことを特徴とする（１）に記載の加熱装置、である。即
ち、磁場の作用により回転体が発熱する加熱装置におい
て、記録材の移動方向と直交する方向に関して、加圧部
材は回転体と接する部分がクラウン形状であることを特
徴とする。このように本発明は、回転体自身が発熱する
ので、ローラと圧接する加圧部材は実質的に圧接力が均
一になるようにだけ設計されればよく、加圧部材の設計
の自由度を増すことができる。

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【実施例】〈実施例１〉（図１・図２） 図１は本実施例の加熱装置の一例（電磁誘導加熱方式・
フィルム加熱方式の像加熱装置）の構成を示す摸式図で
ある。前述図１０と共通の構成部材・部分には同一の符
号を付して再度の説明を省略する。

【００４９】（１）磁場（磁界）発生手段２１・２２ 芯材２２には鉄を用いている。また、さらにフィルム１
７の導電層１７ｂの発熱を増やすためには、フェライ
ト、パーマロイといった高透磁率で残留磁束密度の低い
ものを用い、コイル２１によって生成される磁束を強く
する、或いは磁束の変化を大きくすることでフィルム中
を流れる電流を大きくすればよい。

【００５０】また本実施例では芯材２２にＵ型形状を用
い、コイル２１は図２に示したようにフィルム軸方向に
長いコイルを用い、フィルム１７面を垂直に通る磁束Ｈ
を生成して導電部材としてのフィルム１７（１７ｂ）を
発熱させるようにした。芯材２２は図１０の装置のよう
にＥ型や、Ｉ型等のものを用いることができることは勿
論であり、これらを組み合わせても良く、組み合わせな
いで寸法、材質を各々で変えても良い。

【００５１】ステー２３は液晶ポリマー・フェノール樹
脂等で構成され、フィルムをガイドする摺擦板が側面に
取り付けられている。

【００５２】（２）フィルム１７ 導電部材（発熱部材）としての回転体フィルム１７は、
厚さ１０μｍ〜１００μｍのポリイミド・ポリアミドイ
ミド・ＰＥＥＫ・ＰＥＳ・ＰＰＳ・ＰＦＡ・ＰＴＦＥ・
ＦＥＰ等の耐熱性樹脂を基層（基材）１７ａとし、その
基層１７ａの外周（被加熱体圧接面側）に導電層１７ｂ
を、Ｆｅ，Ｃｏや、例えばＮｉ，Ｃｕ，Ｃｒ等の金属を
１μｍ〜１００μｍの厚みでメッキ等の処理によって形
成している。更にその導電層１７ｂの自由面に表面層と
して例えばＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰ，シリコーン樹脂
等のトナー離型性の良好な耐熱性樹脂を混合ないしは独
立で被覆して離型層１７ｃを形成した、３層構成のもの
である。

【００５３】この例ではフィルム基層１７ａと導電層１
７ｂを別々の層としたが、フィルム基層１７ａそのもの
を導電層としてもよい。

【００５４】導電層１７ｂの厚みを１μｍより小さくす
ると、ほとんどの電磁エネルギーが導電層１７ｂで吸収
しきれないためエネルギー効率が悪くなり、また、漏れ
た磁界が他の金属部を加熱するという問題も生じる。一
方、１００μｍを越えた導電層１７ｂでは、フィルム１
７の剛性が高くなりすぎることと、導電層中の熱伝導に
よって熱が伝わり、離型層１７ｃが暖まりにくくなると
いう問題が生じる。

【００５５】また導電層１７ｂの抵抗値が小さすぎると
渦電流が発生した際の発熱効率が悪化するため、導電層
１７ｂの固有体積抵抗率は２０℃環境下で１．５×１０
^-8Ωｍ以上が好ましい。 （３）加熱原理 励磁コイル２１には励磁回路２８から交流電流（１０ｋ
Ｈｚ〜５００ｋＨｚ）が印加され、これによってコイル
２１の周囲に矢印Ｈで示した磁束が生成消滅をくり返
す。この磁束Ｈがフィルム１７の導電層１７ｂを横切る
ように芯材２２は構成される。

【００５６】変動する磁界が導体中を横切るとき、その
磁界の変化を妨げる磁界を生じるように導体中には渦電
流Ａが発生する。

【００５７】この渦電流は表皮効果のためにほとんど導
電層１７ｂの励磁コイル２１側の面に集中して流れ、フ
ィルム導電層１７ｂの表皮抵抗Ｒ_Sに比例した電力で発
熱を生じる。

【００５８】Ｒ_Sは、角周波数ω、透磁率μ、固有抵抗
ρから得られる表皮深さ

【００５９】

【外１】 と表せる。

【００６０】従って、ＲＳを大きくするか、Ｉ_fを大き
くすれば、電力を増すことができ、発熱量を増すことが
可能となる。

【００６１】Ｒ_Sを大きくするには周波数ωを高くする
か、透磁率μの高い材料、固有抵抗ρの高いものを使え
ば良い。

【００６２】これからすると、非磁性金属を導電層１７
ｂに用いると加熱しずらいことが推測されるが、導電層
１７ｂの厚さｔが表皮深さδより薄い場合には、Ｒ_S≒
ρ／ｔとなるので加熱可能となる。

【００６３】励磁コイル２１に印加する交流電流の周波
数は１０〜５００ｋＨｚが好ましい。１０ｋＨｚ以上に
なると、導電層１７ｂへの吸収効率が良くなり、５００
ｋＨｚ迄は安価な素子を用いて励磁回路を組むことがで
きる。

【００６４】更には２０ｋＨｚ以上であれば可聴域をこ
えるため通電時に音がすることがなく、２００ｋＨｚ以
下では励磁回路で生じるロスも少なく、周辺への放射ノ
イズも小さい。

【００６５】また１０〜５００ｋＨｚの交流電流を導電
層１７ｂに印加した場合、常温から２００℃では表皮深
さは数μｍから数百μｍ程度である。実際に導電層１７
ｂの厚みを１μｍより小さくすると、ほとんどの電磁エ
ネルギーが導電層１７ｂで吸収しきれないためエネルギ
ー効率が悪くなる。また、もれた磁界が他の金属部を加
熱するという問題も生じる。一方で１００μを越えた導
電層１７ｂではフィルム１７の剛性が高くなりすぎるこ
とと、導電層１７ｂ中の熱伝導によって熱が伝わり、離
形層１７ｃが暖まりにくくなるという問題が生じる。ま
た製造時間・コストもかさむ。従って導電層１７ｂの厚
みは１〜１００μｍが好ましい。

【００６６】また導電層１７ｂの発熱を増すためにはＩ
ｆ を大きくすれば良く、そのためには励磁コイル２１
によって生成される磁束を強くする、あるいは磁束の変
化を大きくすれば良い。この方法としてコイル２１の巻
き線数を増すか、励磁コイル２１の芯材２２をフェライ
ト、パーマロイといった高透磁率で残留磁束密度の低い
ものを用いると良い。

【００６７】本実施例ではフィルム１７の導電層１７ｂ
をメッキ処理によって形成したが、真空蒸着・スパッタ
リング等で形成しても良い。これによりメッキ処理でき
ないアルミニウムや金属酸化物合金を導電層１７ｂに用
いることができる。但し、メッキ処理が膜厚を得られ易
いため１〜１００μｍの層厚を得るためにはメッキ処理
が好ましい。

【００６８】例えば高透過率の鉄、コバルト、ニッケル
等の強磁性体を付けると、励磁コイル２によって生成さ
れる電磁エネルギーを吸収し易く、効率よく加熱でき、
かつ、機外へもれる磁気も少なくなり、周辺装置への影
響も減らせる。また、これらのもので高低効率のものを
選ぶともっと良い。

【００６９】また、フィルム１７の導電層１７ｂは金属
のみならず、低熱伝導電性基材に表面離形層を接着する
ための接着剤中に導電性、高透磁率な粒子、ウィスカー
を分散させて導電層としても良い。

【００７０】例えば、マンガン、チタン、クロム、鉄、
銅、コバルト、ニッケル等の粒子やこれらの合金である
フェライトや酸化物の粒子やウィスカーといったものを
カーボン等の導電性粒子と混合し、接着剤中に分散させ
て導電層とすることができる。

【００７１】本実施例では、磁場の方向がフィルム１７
に垂直に入るように構成していたが、導電層１７ｂ中に
層面に平行に磁場を駆けても良い。

【００７２】また導電層１７ｂを構成する材料として、
キュリー温度が定着に必要な温度のものを使用すると加
熱されてキュリー温度に近づくと比熱が増大し、内部エ
ネルギーに変わるので自己温度制御が可能となる。キュ
リー温度を越えると自発磁化がなくなり、これによって
導電層１７ｂ中に生成される磁界はキュリー温度以下よ
り減少し、そのため渦電流が減少して発熱を抑制する方
向で働くので自己温度制御が可能となる。このキュリー
点としてはトナーの軟化点に合わせて１００℃〜２００
℃が好ましい。

【００７３】あるいは、キュリー温度付近では励磁コイ
ル２１とフィルム１７との間での合成インダクタンスが
大きく変化するので、コイル２１に高周波を加える励磁
回路側で温度を検出し、温度制御を行なうことも可能で
ある。

【００７４】またコイル２１の芯材２２の材質としては
キュリー点の低いものを用いることが好ましい。

【００７５】装置の搬送動作が停止して加熱制御が不可
能な所謂暴走状態になった場合に芯材２２が昇温し始め
る。この結果、高周波を発生させる回路から見ると励磁
コイル２１のインダクタンスが大きくなったように見え
るので、励磁回路が周波数を合わせようとするとどんど
ん高周波側へ変化して励磁回路の電力ロスとしてエネル
ギーが消費され、コイル２１に供給されるエネルギーは
減り、暴走は防止される。具体的にキュリー点は１００
℃〜２５０℃で選ぶと良い。

【００７６】１００℃以下ではトナーの融点より低くフ
ィルム内部が断熱されていても昇温が存在するので暴走
防止が誤作動し易く、２５０℃以上では暴走防止になら
ない。

【００７７】（４）フィルム加圧板２５Ａ磁場 発生手段２１・２２を配置した側であるフィルム内
面側のフィルム加圧板２５Ａ（第１の加圧部材）は、良
熱伝導性を有するセラミック部材とした。

【００７８】この良熱伝導性を有する部材としての加圧
板２５Ａの表面にはフィルム１７との摩擦抵抗を減らす
ためにグリス・オイルなどの潤滑材を塗布することが好
ましい。また加圧板２５Ａのフィルム１７との接触面に
ガラスの薄板等比較的フィルムと摺動性の良い部材を接
着してもよい。

【００７９】この加圧板２５Ａが導電性の部材だと、フ
ィルム１７の金属層１７ｂを発熱させる磁力のエネルギ
ーにより該加圧板２５Ａが発熱してしまい、定着に必要
な充分なエネルギーをフィルム１７の金属層１７ｂに与
えられなくなるため、該加圧板２５Ａは、渦電流の発生
しない、良熱伝導性の材料とする必要がある。

【００８０】本実施例では熱伝導率が０．００４（ｃａ
ｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）以上のＡｌ₂Ｏ₃のセラミック
（幅４０ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ２２０ｍｍ）を用い
た。

【００８１】この様な構成とすると、フィルム導電層１
７ｂの膜厚のばらつきや、長手方向での磁界の分布など
により生じる長手方向でのフィルムの温度分布の不均一
を補正し、通紙域のフィルムの温度分布を均一とするこ
とができる。

【００８２】また、小サイズ紙を連続通紙した場合、被
加熱体としての紙に熱エネルギーを奪われない非通紙部
の加圧ローラ温度はおよそ２７０℃となり、加圧ローラ
２４の耐熱温度２４０〜２５０℃を越えてしまう。本実
施例の加圧板２５Ａはこの非通紙部昇温を低減する効果
もある。

【００８３】加圧板２５Ａの長手方向の熱伝導率を増し
非通紙部昇温を低減する効果を得るには加圧板２５Ａの
長さをＬ、横断面積をＳ、熱伝導率をρ、消費電力をＷ
とすると、

【００８４】

【数１】 の関係とすれば良いことが、本発明者等の検討から分か
った。

【００８５】この関係式を満足するよう構成した本実施
例の加圧板２５Ａを用い、小サイズ紙を連続通紙する
と、非通紙部の加圧ローラ温度はおよそ２３０℃であ
り、加圧ローラ２４の耐熱温度以内とすることができ
た。

【００８６】即ちフィルム１７の内面に良熱伝導性のセ
ラミック加圧板２５Ａを配置してフィルム長手方向の温
度分布が均一となる構成としたことで、フィルム長手方
向の温度分布のムラによって起こる定着不良や光沢ムラ
などの発生を防ぐことができる。この良熱伝導性を有す
る部材としての加圧板２５Ａは芯材２２を含むステー２
３に取り付けられており、不図示の加圧機構でステー２
３ごとフィルム１７を加圧ローラ２４（第２の加圧部
材）に圧接している。あるいは、加圧板２５Ａに直接加
圧機構を設けてもよい。または、加圧ローラ２４から加
圧板２５に向って加圧が行なわれてもよい。

【００８７】なお、このフィルム加圧板２５Ａとステー
２３をここでは別部材としているが、同じ材質を用いて
一体化することも可能である。その方が部品点数も減
り、組立性も向上するためコスト的に有利である。

【００８８】（５）通電系 ２８は励磁コイル２１に対して通電する励磁回路、２７
は励磁コイル２１の芯材２２に当接させて、かつこの通
電路に直列に介入させた温度ヒューズ・サーモスイッチ
等の安全素子である。この安全素子２７は過昇温時に励
磁コイル２１への通電を遮断する役目をする。この暴走
防止のための安全素子２７は動作温度の低いものを用い
ても通常は暖まらないので自然切れを生じることがな
く、かつ異常時には動作温度が低いので迅速に通電を止
めるので従来よりも安全である。

【００８９】２６は加圧ローラ２４の表面に接触させた
サーミスタであり、該加圧ローラ２４の温度を検知して
励磁コイル２１へ印加する電流を制御する役目をする。
即ちこのサーミスタ２６の検知温度に基づきレギュレー
タ２９により励磁回路２８が制御されて励磁コイル２１
へ印加する電流値が制御される。加圧ローラ２４が冷え
ていてサーミスタ２６の検知温度が低い時は通電のデュ
ーティー比を小さくする。即ち加圧ローラ２４が冷えて
いる場合は全波で通電するが、暖まってくるに従って徐
々にＯＮのタイミングでもＯＦＦして通電を間引いてい
くことで加熱量を調整できる。このサーミスタ２６は加
圧板２５Ａのフィルム非接触面（加圧板裏面）や芯材２
２上に設けることも可能である。

【００９０】このような構成で励磁コイル２１には励磁
回路２８から交流電流が印加され、これによって、励磁
コイル２１の周囲に矢印Ｈで示した磁束が生成消滅を繰
り返す。

【００９１】而して前述図１０の装置と同様に、加圧ロ
ーラ２４の回転によりフィルム１７が回転され、かつ上
記電磁誘導加熱によりフィルム１７（１７ｂ）が加熱さ
れた状態において、圧接ニップ部Ｎ（被加熱体加熱部、
定着ニップ部）のフィルム１７と加圧ローラ２４との間
に被加熱体としての画像定着すべき記録材Ｐが不図示の
画像形成部より導入されてフィルム１７と一緒に圧接ニ
ップ部Ｎを挟持搬送されることにより電磁誘導加熱され
たフィルム１７（１７ｂ）の熱が記録材Ｐに付与され、
記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着
されるものである。圧接ニップ部Ｎを通った記録材Ｐは
フィルム１７の面から分離されて搬送される。

【００９２】なお、図１の本実施例装置においてフィル
ム加圧板２５Ａは芯材２２に接触しているが、非接触に
することもできる。その場合、例えばステー２３と加圧
板２５Ａが別部材であれば、ステー２３は加熱装置内に
固定して配置し、加圧板２５Ａだけでフィルム１７を加
圧すればよい。また、ステー２３と加圧板２５Ａが同一
部材である場合は、単に芯材２２を加圧板２５Ａから離
してステー２３に取り付けるだけでよい。

【００９３】以上説明したように、フィルム１７の表層
近くを直接発熱させるので、フィルム基層（基材）１７
ａの熱伝導率、熱容量によらず、急速に加熱できる利点
がある。即ち、導電部材（加熱部材）としてのフィルム
１７のフィルム基材（基層）は熱的には断熱材として働
けばよく、従来の熱伝導体としてのフィルムを用いるフ
ィルム加熱方式の装置よりもフィルム基材の選択枝が広
がる。またフィルム１７の厚さにも依存しないために、
高速化のためにフィルム１７の剛性を向上するためフィ
ルム１７の基層１７ａを厚くしても迅速に定着温度にま
で加熱できる。

【００９４】本実施例ではフィルム加熱で説明したが、
加熱部材としてのフィルムはローラ体としても良い。

【００９５】本例装置は定着装置に限らず、例えば画像
を担持した記録材を加熱して艶等の表面性を改質する装
置、仮定着する装置等、広く被加熱体を加熱処理する手
段・装置として使用できる。シート状物を搬送しつつ加
熱や乾燥させる装置にも利用できる。

【００９６】〈実施例２〉（図３） 本実施例では図３のように、良熱伝導性を有する部材と
してのフィルム加圧板２５Ａが実施例（図１）の装置の
ように平板ではなく、フィルム１７の内面との接触面に
おいて、フィルムの形状と同方向に凸形状をもってい
る。

【００９７】実施例１の装置のように平面形状の加圧板
２５Ａでは、屈曲によるフィルム１７の早期破損の危険
性が高いが、本実施例のように加圧板２５Ａのフィルム
接触面がフィルム内面の曲率にならうような形状にする
ことで、フィルムに屈曲部をつくらずにニップを形成
し、フィルムの破損を防止することができる。ここで、
フィルム加圧板２５Ａにおけるフィルム接触面の曲率は
０、すなわちフィルムと同方向に曲率を持てば何でも良
いが、フィルム内面の曲率と同じかそれ以上が好まし
い。

【００９８】加圧板２５Ａの曲率がフィルム１７の曲率
以上であれば、フィルム１７は外力の加わらない放置形
状に近い形状を維持したまま回転駆動することができ、
破損が起こりづらい。

【００９９】また本例装置の場合も、フィルム加圧板２
５Ａを良熱伝導性のセラミック等にして良熱伝導性を有
する部材としたことで、フィルム長手方向の温度分布が
均一となり、温度分布のムラによって生じる定着不良や
光沢ムラなどの発生を防ぐことができる。

【０１００】〈実施例３〉（図４） 本実施例では小サイズ紙を連続通紙した場合の非通紙部
昇温によるフィルム１７のねじれや破損を防ぐために、
フィルム内面の加圧板２５Ａに実施例２と同様の良熱伝
導性を有する部材を用い、かつ該加圧板２５Ａの非通紙
部端（被加熱体通紙幅領域の非通紙側端部）に放熱部材
３０を配置する構成とした。

【０１０１】フィルム１７にねじれが発生する主な要因
は、長手方向での加圧ローラ２４の熱膨張が不均一とな
るためであることが分かっている。

【０１０２】例えば被加熱体としての、封筒等の小サイ
ズの記録材Ｐを連続通紙した場合、フィルム１７や加圧
ローラ２４の非通紙領域（非通紙部）Ｂでは記録材に熱
が奪われないため、連続的に通紙を行なうと徐々に温度
が上昇していき、通紙領域（通紙部）Ａとの温度差は１
００ｄｅｇ以上になる。この温度差により加圧ローラ２
４の熱膨張量が不均一になり、軸方向でローラ外径差を
生じるためにフィルム１７の送り量に差がでる。

【０１０３】特に、記録材の一側端を基準として搬送す
る片側基準の構成で記録材を加熱する場合、例えば最大
幅がＡ４サイズの装置でＢ５サイズや幅１００ｍｍの封
筒を通紙すると約４０ｍｍから１１０ｍｍの非通紙領域
Ｂが形成されるため、この現象は顕著となる。

【０１０４】本実施例で用いた装置（画像加熱定着装
置）は片側基準の構成である。記録材端部が搬送基準面
ａに沿って搬送される。

【０１０５】３０は小サイズ紙非通紙領域Ｂの熱量を加
圧ローラ外部へ放出させ、小サイズ通紙領域Ａと非通紙
領域Ｂの温度差を減少させるための放熱部材であり、加
圧板２５の非通紙側端部に接続されている。本実施例で
は放熱部材３０として放熱効果を高めるために熱伝導性
の良いアルミニウムを使用した。形状は、肉厚２ｍｍ、
直径１５ｍｍの円板である。

【０１０６】而して、上記のように放熱部材３０を具備
させた本実施例の装置と、この装置から放熱部材３０を
除いた装置につきそれぞれ小サイズ記録材を通紙して加
熱処理を行なわせて、加圧ローラ２４の温度の測定とフ
ィルム１７のねじれについて実験を行なった。

【０１０７】この場合、放熱部材３０を具備させた装
置、具備させない装置の何れの装置においても、通紙領
域Ａのフィルム表面の温度を１３０℃に制御し、通紙領
域Ａに対して非通紙領域Ｂの昇温の大きい封筒（幅１０
５ｍｍ×長さ２４１ｍｍ）をプロセススピード１１．４
πｍｍ／ｓｅｃ、紙間２９６ｍｍで連続通紙した。

【０１０８】加圧ローラ２４の温度測定は熱電対を加圧
ローラ下部にパッドで押し当てて行なった。測定ポイン
トは通紙側が搬送基準面ａから１１ｍｍ、非通紙側が２
０７ｍｍのところである。

【０１０９】放熱部材３０を除いた装置の場合は、連続
通紙枚数が４０枚で加圧ローラ２４の通紙領域Ａと非通
紙領域Ｂの温度差ΔＴはΔＴ＝１１５ｄｅｇであった。

【０１１０】本発明者らの実験によれば、加圧ローラ２
４の上記温度差ΔＴは、およそΔＴ≧１１０ｄｅｇにな
るとフィルム１７にシワが入り始め、ねじれが発生す
る。

【０１１１】次に図４のように放熱部材３０を具備させ
た本実施例の装置を用いて、上記と同様の実験を行なっ
た。

【０１１２】結果は連続通紙４０枚でΔＴ＝１０７ｄｅ
ｇであり、フィルムねじれは発生しなかった。

【０１１３】このように加圧ローラ２４の非通紙領域Ｂ
の昇温が低減するのは、小サイズ紙通紙時に記録材によ
り熱エネルギーを奪われない非通紙領域Ｂ側に蓄積され
た熱エネルギーが良熱伝導性の加圧板２５Ａを通じて放
熱部材３０に伝わり、放熱されるためである。

【０１１４】以上のことから本実施例に示した構成の加
熱装置を用いることによりフィルムのねじれの発生を防
ぎ、加熱装置の破損を防止できる。

【０１１５】〈実施例４〉（図５） 本実施例の加熱装置は、良熱伝導性を有する部材として
のフィルム加圧板２５Ａが図５に示すように長手方向に
クラウン形状をもっている。このクラウンは加圧板２５
Ａが実施例１のような平板でも実施例２のように曲率を
もっていても同じようにつけることができる。また、加
圧板２５Ａのクラウン量については、加圧板２５Ａの材
質、厚さ、幅、加圧力等に応じて最適なものを選択でき
る。

【０１１６】加熱装置は不図示の加圧機構により加圧板
２５Ａもしくはステー２３をその両端部から加圧ローラ
２４に対して圧接する。実施例１、同２のように加圧板
２５Ａが長手方向でストレート形状になっている場合に
は、加圧力は当然両端部で高く、中央にいくほど低くな
る。これはそのままニップ形状にあらわれ、ニップは端
部で広く、中央が狭くなる。この長手方向でのニップ幅
の不均衡は、長手方向で記録材の加熱量のむらになり、
ニップの広い部分で定着過多によるオフセット、あるい
はニップの狭い部分で定着不良をおこす可能性がある。
しかし、本実施例のように加圧板２５Ａにクラウンがつ
いていると、両端部の加圧力と中央部の加圧力が平均化
されるためニップ幅を均一にすることができる。

【０１１７】〈実施例５〉（図６） 本実施例では良熱伝導性を有する部材としてのフィルム
加圧板２５Ａのフィルム１７との接触面に図６に示すよ
うに薄層の弾性部材２５ａを貼り付けてある。弾性部材
２５ａにはシリコーンゴム、フッ素ゴム等の高耐熱性を
有するゴムを使用できる。また弾性部材２５ａの表面に
は、加圧板２５Ａとフィルム１７との摺動性を良くする
ためにＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の耐熱樹脂のシート２５ｂを
接着してある。なお、本実施例では実施例２のように加
圧板２５Ａには曲率がついている。

【０１１８】上記のような構成をとることで、フィルム
１７を挾むニップ形成が加圧ローラ２４と弾性層２５ａ
をもつ加圧板２５Ａの間で行なわれるため、ニップをよ
り広く取ることができるようになり、記録材Ｐの加熱能
力の向上が図れる。

【０１１９】〈実施例６〉（図７） 本実施例では芯材２２の形状をＵ型にし、その２本の壁
の谷間にあたる空間内にフィルム１７を加圧ローラ２４
に圧接する、良熱伝導性を有する部材としてのフィルム
加圧ローラ２５Ｂを配置している。

【０１２０】このフィルム加圧ローラ２５Ｂは前述実施
例の良熱伝導性を有する部材としてフィルム加圧板２５
Ａと同様に、良熱伝導性のセラミック等で構成される。

【０１２１】このフィルム加圧ローラ２５Ｂは芯材２２
とは非接触である。したがって、フィルム加圧ローラ２
５Ｂは不図示の軸受部に設けられた加圧機構により、そ
こからフィルム１７を挟んで加圧ローラ２４に対して加
圧されることでニップが形成される。フィルム加圧ロー
ラ２５Ｂはフィルム１７の回転駆動に従動して回転す
る。

【０１２２】このようにフィルム１７の加圧を板ではな
く回転体で行なうことで、フィルム１７の摺動性が向上
し、フィルム１７のスリップが起こりづらくなる。ま
た、これはフィルム１７の金属疲労による破損防止にも
有効な手段である。

【０１２３】なお、このフィルム加圧ローラ２５Ｂに実
施例３のようなクラウンをつけることができることはい
うまでもない。また、フィルム加圧ローラ２５Ｂの表面
に実施例４のような弾性層２５ａを設けることもでき
る。

【０１２４】〈実施例７〉（図８） 図８の（ａ）・（ｂ）はそれぞれ電磁誘導加熱方式の加
熱装置の他の構成形態例を示したものである。

【０１２５】（ａ）のものは電磁誘導加熱構造体２１・
２２・２３・２５の、良熱伝導性を有する部材としての
フィルム加圧板２５Ａの下面と、駆動ローラ３１と、従
動ローラ（テンションローラ）３２との、３部材間にエ
ンドレスベルト状の導電部材としてのフィルム１７を懸
回張設して駆動ローラ３１によりフィルム１７を回転駆
動する構成のものである。３３はフィルム１７を挟んで
加圧板２５の下面に圧接させた加圧ローラであり、フィ
ルム１７の回転移動に伴ない従動回転する。

【０１２６】（ｂ）のものは、電磁誘導加熱構造体２１
・２２・２３・２５の、良熱伝導性を有する部材として
のフィルム加圧板２５Ａの下面と駆動ローラ３１の２部
材間にエンドレスベルト状の導電部材としてのフィルム
１７を懸回張設して駆動ローラ３１により回転駆動する
構成のものである。

【０１２７】

【０１２８】〈実施例８〉（図９） 本実施例は例えば前述実施例１の電磁誘導加熱方式の加
熱装置を画像加熱定着装置（像加熱装置）５５として用
いた画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画
像形成装置は、電子写真プロセス利用のレーザービーム
プリンタである。

【０１２９】４１は像担持体（第１の像担持体）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）である。該感光ドラム４１は矢印の時計方向に所
定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動さ
れ、その回転過程で一次帯電器４２によりマイナスの所
定の暗電位Ｖ_Dに一様に帯電処理される。

【０１３０】４３はレーザービームスキャナであり、不
図示の画像読取装置・ワードプロセッサ・コンピュータ
等のホスト装置から入力される目的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ービー
ムＬを出力し、前記のように一次帯電器４２でマイナス
に一様帯電された感光ドラム４１面が該レーザービーム
で走査露光されることで露光部分は電位絶対値が小さく
なって明電位Ｖ_Lとなり回転露光ドラム４１面に目的の
画像情報に対応した静電潜像が形成されていく。

【０１３１】次いでその潜像は現像器４４によりマイナ
スに帯電した粉体トナーで反転現像（レーザー露光部Ｖ
_Lにトナーが付着）されて顕像化される。

【０１３２】現像器４４は回転駆動される現像スリーブ
４４ａを有し、そのスリーブ外周面にマイナスの電荷を
もったトナーの薄層がコートされて感光ドラム４１面と
対向し、スリーブ４４ａにはその絶対値が感光ドラム４
１の暗電位Ｖ_Dよりも小さく、明電位Ｖ_Lよりも大きな現
像バイアス電圧Ｖ_DCが印加されていることで、スリーブ
４４ａ上のトナーが感光ドラム４１の明電位Ｖ_Lの部分
のみ転移して潜像が顕像化（反転現像）される。

【０１３３】一方、給紙トレイ４５上に積載セットされ
ている記録材（第２の像担持体、転写紙）Ｐが給紙ロー
ラ４６により１枚宛繰り出し給送され、搬送ガイド４
７、レジストローラ対４８、転写前ガイド４９を経由し
て、感光ドラム４１とこれに当接させて電源５１で転写
バイアスを印加した転写部材としての転写ローラ５０と
のニップ部（転写部）５２へ、感光ドラム４１の回転と
同期どりされた適切なタイミングをもって給送されて該
給送記録材Ｐの面に感光ドラム４１面側のトナー像が順
次に転写されていく。転写部材としての転写ローラ５０
の抵抗値は１０⁸〜１０⁹Ωｍ程度のものが適当である。

【０１３４】転写部５２を通った記録材Ｐは感光ドラム
４１面から分離され、搬送ガイド５４で定着装置５５へ
導入されて転写トナー像の定着を受け、画像形成物（プ
リント）として排紙トレイ５６へ出力される。記録材分
離後の感光ドラム４１面はクリーニング装置５３で転写
残りトナー等の感光ドラム面残留物の除去を受けて清浄
面化されて繰り返して作像に供される。

【０１３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁
場の作用により回転体が発熱する加熱装置において、ニ
ップに対向する位置で回転体の内面と接し回転体の移動
方向と直交する長手方向にわたって設けられたセラミッ
ク部材を有することを特徴とすることで、磁場の影響を
受けることなく良好に、且つニップの位置で安定して回
転体の温度分布を均一にすることができる 。 また、磁場
の作用により回転体が発熱する加熱装置において、記録
材の移動方向と直交する方向に関して、加圧部材は回転
体と接する部分がクラウン形状であることにより、回転
体自身が発熱するのでローラと圧接する加圧部材は実質
的に圧接力が均一になるようにだけ設計されればよく、
加圧部材の設計の自由度を増すことができる 。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の加熱装置（電磁誘導加熱方式・フ
ィルム加熱方式の画像加熱定着装置）の概略構成を示す
模型図

【図２】 磁場発生手段としての励磁コイルと芯材の斜
視図

【図３】 実施例２の加熱装置の概略構成を示す模型図

【図４】 実施例３の加熱装置の一部切欠き構成模型図

【図５】 クラウン形状にしたフィルム加圧板の側面模
型図（実施例４）

【図６】 実施例５の加熱装置の要部の模型図

【図７】 実施例６の加熱装置の概略構成を示す摸式図

【図８】 （ａ）・（ｂ）はそれぞれ加熱装置の他の構
成形態例の略図（実施例７）

【図９】 画像形成装置例の概略構成図（実施例８）

【図１０】 電磁誘導加熱方式・フィルム加熱方式の加
熱装置の一例（画像加熱定着装置）の概略構成を示す模
型図

【符号の説明】

１７ 導電部材（発熱部材）としての耐熱性フィルム １７ａ フィルム基層（基材） １７ｂ 導電層（発熱層） １７ｃ 離形層 ２１ 励磁コイル ２２ コイル芯材 ２３ ステー ２４ フィルム加圧ローラ ２５・２５Ａ・２５Ｂ 良熱伝導性のフィルム加圧板
またはフィルム加圧ローラ ２６ サーミスタ（温度検出素子） ２７ 安全素子 ２８ 励磁回路 ２９ レギュレータ ３０ 放熱部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福沢 大三 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 阿部 篤義 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 小川 賢一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−144084（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−233586（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−33476（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−38494（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/20 H05B 6/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体と、磁場を発生する磁場発生手段
   と、前記回転体とニップを形成するローラと、を有し、
   前記磁場発生手段による磁場の作用により前記回転体が
   発熱し、前記ニップで挟持搬送される記録材上の画像が
   加熱される加熱装置において、 前記ニップに対向する位置で前記回転体の内面と接し回
   転体の移動方向と直交する長手方向にわたって設けられ
   たセラミック部材を有することを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】 前記装置は更に、前記セラミック部材の
   両端部を前記ローラ側に加圧する加圧手段を有し、前記
   セラミック部材は記録材の移動方向と直交する方向に関
   して前記回転体と接する部分がクラウン形状であること
   を特徴とする請求項１に記載の加熱装置。