JP3382480B2 - 画像加熱定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真装置、静
電記録装置等の画像形成装置に用いられ、電磁誘導を利
用して渦電流を発生させて加熱し、被記録材上に形成さ
れた未定着トナー画像を定着する画像加熱定着装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像加熱定着装置としては、従来から熱
ローラ方式、フィルム加熱方式等の接触加熱方式が広く
用いられている。その中でも、最大４層のトナー層を有
するカラーの画像加熱定着装置では、ハロゲンヒータを
発熱させ、定着ローラの芯金、ゴム弾性層を介してトナ
ー画像の加熱定着を行っている。

【０００３】例えば、特公平5-9027号公報に開示された
技術では、磁束により定着ローラに渦電流を発生させ、
ジュール熱によって発熱させることが提案されている。
このように渦電流の発生を利用することで発熱位置を出
来るだけトナーに接近させることが出来、ハロゲンラン
プを用いた熱ローラよりも消費エネルギーの効率アップ
が達成できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
定着方法では、定着ローラという比較的熱容量の大きな
ものを加熱する必要があるため、比較的効率の良いもの
でもクイックスタートが出来なかった。また、特公平5-
9027号公報に開示された技術では、円筒体に渦電流を発
生させてジュール熱を発生させると、励磁コイル、励磁
鉄芯が昇温して磁束の量が減ってしまい発熱が不安定と
なっていた。また、ローラ内部への放熱により熱効率も
十分ではなかった。

【０００５】その他のハロゲンヒータを用いる方法は、
電気エネルギーを、一旦、光エネルギーに変換して用い
るため、エネルギーの変換効率が悪いという問題もあっ
た。

【０００６】また、カラーの画像形成装置では、トナー
層が最大４層まで重ねられることがあり、この場合、被
記録材とトナー層との界面まで十分に加熱しないと定着
不良が発生する虞がある。

【０００７】このため、カラーにおけるローラ定着で
は、加圧ローラ側にもハロゲンヒータを入れているが、
それでもクイックスタートを実現できないという欠点が
あり、このような構成では、加圧ローラの熱容量が大き
いため、消費電力が大きくなるという欠点があった。

【０００８】そこで、比較的熱容量の小さいフィルムを
利用して、電磁誘導加熱によりフィルムの導電層を発熱
させる方式があるが、励磁コイルの銅損による自己発熱
によりコイル自身が昇温してしまうという問題があっ
た。

【０００９】また、励磁コイルの自己発熱による昇温
は、密閉された空間では無視することができず、例えば
単に四角柱状の高透磁率コアをＴ字形状に組み合わせて
配置した構成を取った場合、励磁コイルの温度上昇を招
いてしまう。このため耐熱線のコストが数倍程度高くな
り、またフィルムガイドの材料の選択肢の減少、加工性
低下、強度不足を招くという問題がある。また、加圧ロ
ーラの長手方向では、中央部と比較して端部では放熱面
積が大きくなるため、端部の方が放熱量が大きくなって
しまう。このため、定着ニップ部において均一な温度分
布が得られず、端部で温度が低下してしまい、端部にお
いて被記録材と該被記録材上のトナーに十分な熱エネル
ギーを供給することが出来ず、トナーがオフセット（剥
離）してしまうという問題があった。

【００１０】本発明は前記課題を解決するものであり、
その目的とするところは、励磁コイルの昇温を低減させ
ると共に、定着ニップ部内の長手方向における温度分布
を均一にして被記録材及び該被記録材上に形成されたト
ナーに均一な熱エネルギーを供給してトナーの良好な定
着性を得ることが出来る画像加熱定着装置及びこれを備
えた画像形成装置を提供せんとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明に係る画像加熱定着装置の代表的な構成は、発
熱層を有する回転体と、回転体とニップ部を形成する加
圧部材と、回転体の内部に配置されており回転体の発熱
層に渦電流を発生させるための交番磁場を発生する励磁
コイルと、回転体の内部に配置されており励磁コイルに
より発生する交番磁場を回転体の発熱層に導くコア材
と、を有し、回転体と加圧部材とのニップ部で被記録材
を挟持搬送させることで、被記録材上に形成された未定
着トナーに回転体から熱エネルギーを付与して定着する
画像加熱定着装置において、前記コア材は前記回転体の
回転軸と直交する方向で切った時の断面がコア材の長手
方向に亘ってＴ字形状になっており、前記励磁コイルは
コア材のＴ字の垂直部分の長手方向周りに巻かれてお
り、コア材のＴ字の水平部分の断面積が回転体の回転軸
方向両端部側より中央部のほうが小さいことを特徴とす
る。

【００１２】本発明は、上述の如く構成したので、Ｔ字
の垂直部分及び水平部分で囲まれる領域にこもった熱
を、コア材のＴ字の水平部分の断面積が小さいことから
放熱することができ、発熱効率の低下を防止することが
できる。

【００１３】また、本発明に係る他の代表的な構成は、
発熱層を有する回転体と、該回転体とニップ部を形成す
る加圧部材とを有し、前記発熱層に磁場を入れることで
渦電流を発生させるための交番磁場を発生させる励磁コ
イルを少なくとも１つ配置し、前記回転体と前記加圧部
材とのニップ部で被記録材を挟持搬送させることで、該
被記録材上に形成された未定着トナーに熱エネルギーを
付与して定着する画像加熱定着装置において、前記回転
体の回転軸と直交する方向で、前記加圧部材と対向して
いない部分の前記励磁コイルのコア材と、前記発熱層と
の間の離間距離を、少なくとも一部が中央部よりも外側
に向かって小さくなるように変化させて構成したことを
特徴とする画像加熱定着装置である。

【００１４】上記構成により、回転体の回転軸と直交す
る方向で、コア材と発熱層との離間距離は中央部の方が
端部側よりも大きくなっているため、中央部の磁束の吸
収効率が、端部側のそれよりも低下し、中央部での昇温
を抑えて定着ニップ部内の温度分布を均一にすることが
出来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図により本発明に係る画像加熱定
着装置及びこれを備えた画像形成装置の一例として電子
写真カラープリンタに適用した場合の一実施形態を具体
的に説明する。図１は本発明に係る画像加熱定着装置を
備えた画像形成装置の記録部及び定着部の構成を示す模
式断面説明図、図２は本発明に係る画像加熱定着装置の
構成を示す断面図、図３は回転体内部の励磁コイルとコ
ア材の配置を示す斜視図、図４は回転体の層構造を示す
図、図５は発熱層深さと電磁波強度の関係を示す図、図
６は回転体の他の層構造を示す図、図７は励磁コイルの
温度に対する抵抗値の変化を示す図、図８は励磁コイル
の周波数に対する抵抗値の変化を示す図、図９は本発明
に係る画像加熱定着装置の第１実施形態と比較するため
の一例の構成を示す平面図、図10（ａ），（ｂ），
（ｃ）は夫々図９のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ断面図、図
11は本発明に係る画像加熱定着装置の第１実施形態の構
成を示す平面図、図12（ａ），（ｂ），（ｃ）は夫々図
11のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ断面図、図13は第１実施形
態の構成を示す正面図、図14は第１実施形態の他の構成
を示す断面図である。

【００１６】図１において、１は有機感光体やアモルフ
ァスシリコン感光体等で構成される画像形成手段となる
電子写真感光体ドラムであり、２は該感光体ドラム１に
一様な帯電を行うための帯電ローラである。

【００１７】３は図示しない画像信号発生装置からの信
号をレーザ光のオン／オフに変換し、感光体ドラム１の
表面に静電潜像を形成するレーザ光学箱である。４はレ
ーザ光であって、５はレーザ光学箱３から出射されたレ
ーザ光４を反射させて感光体ドラム１に導くためのミラ
ーである。

【００１８】感光体ドラム１の静電潜像は現像器６によ
ってトナーを選択的に付着させることで顕像化される。
現像器６はイエローＹ，マゼンダＭ，シアンＣのカラー
現像器と、ブラックＢｋの現像器から構成され、一色ず
つ感光体ドラム１上の潜像を現像し、このトナー画像を
中間転写体ドラム７上に順次重ねてカラー画像を得るよ
うになっている。

【００１９】中間転写体ドラム７は金属ドラム上に中抵
抗の弾性層と、高抵抗の表層を有するもので、該金属ド
ラムにバイアス電位を与えて感光体ドラム１との電位差
でトナー画像の転写を行うものである。

【００２０】一方、図示しない給送カセットから給送ロ
ーラによって送り出された被記録材Ｐは、感光体ドラム
１の静電潜像と同期するように搬送手段でもある転写ロ
ーラ８と中間転写体ドラム７との間のニップ部に送り込
まれる。そして、転写ローラ８は被記録材Ｐの背面から
トナーと逆極性の電荷を供給することで、中間転写体ド
ラム７上のトナー画像を被記録材Ｐ上に転写する。

【００２１】こうして、被記録材Ｐ上に転写された未定
着のトナー画像は、画像加熱定着装置９で加熱及び加圧
されて被記録材Ｐ上に永久固着された後、図示しない排
出トレイへと排出される。

【００２２】感光体ドラム１、中間転写体ドラム７上に
残ったトナーや紙粉等は、夫々クリーナ10，11によって
除去され、感光体ドラム１は前述の帯電以降の工程を繰
り返す。

【００２３】次に図２〜図14を用いて画像加熱定着装置
９の構成を詳細に説明する。図において、画像加熱定着
装置９は、被記録材Ｐの搬送路の下部に配置された加圧
部材となる加圧ローラ12と、該加圧ローラ12に対向して
被記録材Ｐの搬送路の上部に配置された回転体となる円
筒状の定着フィルム13とを有しており、該定着フィルム
13の内部には二分割された半円筒状のフィルムガイド14
ａ，14ｂが配置されている。

【００２４】回転体となる定着フィルム13は、図２及び
図４に示すように、円筒状の導電層でもある発熱層13ａ
の外表面に弾性層13ｂを設け、更に該弾性層13ｂの外表
面に離型層13ｃを設けてエンドレスフィルムとして成形
される。

【００２５】定着フィルム13の内径は、フィルムガイド
14ａ，14ｂの外径よりも所定寸法だけ大きく構成されて
おり、定着フィルム13は画像加熱定着装置９本体に対し
て固定されたフィルムガイド14ａ，14ｂに対して嵌合す
ると共に、摺動回転可能に構成されている。従って、図
２の矢印ａ方向に回転駆動される加圧ローラ12に圧接さ
れた定着フィルム13は、固定されたフィルムガイド14
ａ，14ｂに対して図２の矢印ｂ方向に加圧ローラ12と一
体的に摺動回転する。

【００２６】図３に示すように、フィルムガイド14ａ
は、該フィルムガイド14ａの内部に交番磁場を発生させ
るための耐熱電線で構成される励磁コイル15と、該励磁
コイル15のコア材である高透磁率コア16を所定位置に配
置して支持しており、該励磁コイル15は１列或いは２列
以上巻回されている。

【００２７】加圧ローラ12は定着フィルム13に圧接され
て該定着フィルム13とニップ部Ｎを形成すると同時に、
図２の矢印ａ方向に回転駆動され、定着フィルム13をフ
ィルムガイド14ａ，14ｂに対して図２の矢印ｂ方向に回
転させて該定着フィルム13の外表面を図２の矢印ｂ方向
に搬送する。また、定着フィルム13は、該定着フィルム
13のガイドの役目も果たすフィルムガイド14ａ，14ｂに
よって加圧ローラ12とのニップ部Ｎへの搬送安定性と、
加圧ローラ12の定着フィルム13への加圧が図られてい
る。

【００２８】加圧ローラ12は鉄等で構成される芯金12ａ
と、該芯金12ａの外周に設けられたシリコーンゴム、フ
ッ素ゴム、フッ素樹脂等を被覆した弾性部材12ｂを有し
て構成される。この加圧ローラ12は図示しない駆動機構
により図２の矢印ａ方向に回転駆動される。17は加圧ロ
ーラ12の表面温度を測定するためのサーミスタである。
また、必要に応じて加圧ローラ12側から被記録材Ｐに熱
エネルギーを供給するために加圧ローラ12に発熱手段を
設けても良い。

【００２９】励磁コイル15のコア材となる高透磁率コア
16はフェライトやパーマロイ等のトランスのコアに用い
られる材料が好ましく。より好ましくは、１００[kHz]
以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。

【００３０】励磁コイル15には図３に示す励磁回路18が
接続されており、この励磁回路18は２０[kHz] から５０
０[kHz] の高周波をスイッチング電源で発生できるよう
になっている。そして、加圧ローラ12と定着フィルム13
で形成されたニップ部Ｎに未定着トナーｔ₁ を載せた被
記録材Ｐを通すことで加熱定着を行う。

【００３１】このニップ部Ｎでの加熱原理は、励磁回路
18によって励磁コイル15に印加される電流で発生する磁
束が高透磁率コア16に導かれて定着フィルム13の発熱部
となる発熱層13ａに磁場を入れることで渦電流を発生さ
せる。この渦電流と発熱層13ａの固有抵抗によって熱エ
ネルギーであるジュール熱が発生する。

【００３２】発熱したジュール熱は弾性層13ｂ、離型層
13ｃを介してニップ部Ｎを搬送される被記録材Ｐと該被
記録材Ｐ上の未定着トナーｔ₁ を加熱する。ニップ部Ｎ
内では未定着トナーｔ₁ を溶融させ、ニップ部Ｎを通過
後に定着トナーｔ₂ を冷却して永久固着像とする。

【００３３】励磁コイル15及び高透磁率コア16で発生し
た磁界を定着フィルム13の発熱層13ａに効率よく吸収さ
せるためには、励磁コイル15及び高透磁率コア16と、定
着フィルム13の発熱層13ａとの離隔距離は出来るだけ近
いほうがよい。即ち、高透磁率コア16及び励磁コイル15
と、発熱層13ａとの間の距離を出来るだけ近づけたほう
が磁束の吸収効率が高いからである。

【００３４】また、フィルムガイド14ａ，14ｂは、定着
フィルム13の発熱層13ａとの摺動摩擦にも十分耐え得る
材料が使用される。また、定着フィルム13の内側には潤
滑用のグリスが塗布してあり、円滑な回転を行えるよう
になっている。

【００３５】定着フィルム13の基層となる導電性発熱層
13ａは金属フィルムからなる発熱層であり、非磁性の金
属でも良いが、より好ましくは磁束の吸収の良いニッケ
ル、鉄、強磁性ステンレス、ニッケル−コバルト合金等
といった強磁性体の金属を用いると良い。また、その厚
みは以下に示す数式で表される表皮深さσより厚く、且
つ２００［μｍ］以下にすることが好ましい。

【００３６】ここで、表皮深さσ［ｍ］は、励磁回路の
周波数ｆ［Ｈｚ］と、透磁率μと、固有抵抗ρ［Ωｍ］
を用いて、以下の計算式で表される。

【００３７】

【数１】

【００３８】これは、電磁誘導で使われる電磁波の浸透
の深さを示しており、これより深いところでは、図５に
示すように、電磁波の強度Ｅは、表面の｛１／ｅ（ｅは
自然対数の底）｝以下になっており、逆に言うと、殆ど
のエネルギーはこの深さまで吸収されている。

【００３９】好ましくは、定着フィルム13の発熱層13ａ
の厚さは、１〜１００［μｍ］が良い。発熱層13ａの厚
さが１［μｍ］よりも小さい場合、殆どの電磁エネルギ
ーが吸収しきれないため、効率が悪くなる。また、発熱
層13ａの厚さが１００［μｍ］を超えると剛性が高くな
りすぎて屈曲性が悪くなり、回転体として使用するには
現実的でないからである。

【００４０】弾性層13ｂはシリコーンゴム、フッ素ゴ
ム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性が良く、熱伝導
率が良い材質で構成される。弾性層13ｂの厚さは、１０
〜５００［μｍ］が好ましい。これは定着画像品質を確
保するために必要な厚さである。

【００４１】カラー画像を印刷する場合、特に写真画像
等では被記録材Ｐ上で比較的大きな面積に亘ってベタ画
像が形成される。この場合、被記録材Ｐの凹凸或いはト
ナー層の凹凸に加熱面である離型層13ｃが追従できない
と加熱ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で
画像に光沢ムラが発生する。即ち、伝熱量が多い部分は
光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低くな
る。

【００４２】そこで、弾性層13ｂの厚さとしては、１０
［μｍ］以下では被記録材Ｐ或いはトナー層の凹凸に追
従しきれず、画像光沢ムラが発生してしまう。また、弾
性層13ｂの厚さが１０００［μｍ］以上の場合には、弾
性層13ｂの熱抵抗が大きくなりクイックスタートを実現
するのが難しくなる。従って、より好ましくは弾性層13
ｂの厚さは５０〜５００［μｍ］が良い。

【００４３】また、弾性層13ｂの硬度が高すぎると、被
記録材Ｐ或いはトナー層の凹凸に追従しきれず、画像光
沢ムラが発生してしまう。そこで、弾性層13ｂの硬度と
しては、６０°（JIS −Ａ）以下であることが好まし
く、より好ましくは、４５°（JIS −Ａ）以下であるこ
とが好ましい。

【００４４】弾性層13ｂの熱伝導率λは、６×１０^-4〜
２×１０^-3［cal ／cm・sec ・deg] が良い。熱伝導率
λが６×１０^-4［cal ／cm・sec ・deg ] よりも小さい
場合には、熱抵抗が大きく、定着フィルム13の表層にお
ける温度上昇が遅くなる。また、熱伝導率λが２×１０
^-3［cal ／cm・sec ・deg ] よりも大きい場合には、硬
度が高くなり過ぎたり、圧縮永久歪みが悪化する。より
好ましくは、熱伝導率λは、８×１０^-4〜１．５×１０
^-3［cal ／cm・sec ・deg ] が良い。

【００４５】離型層13ｃは、フッ素樹脂、シリコーン樹
脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーン
ゴム、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロ
アルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテ
トラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチ
レン−ヘキサフルオロプロピレン）等の離型性かつ耐熱
性の良い材料を選択する。

【００４６】離型層13ｃの厚さは、１〜１００［μｍ］
が好ましい。離型層13ｃの厚さが１［μｍ］よりも小さ
いと、塗膜の塗りムラで離型性の悪い部分ができたり、
耐久性が不足するといった問題が発生する。また、離型
層13ｃの厚さが１００［μｍ］を超えると、熱伝導が悪
化するという問題が発生し、特に樹脂系の離型層の場合
は、硬度が高くなり過ぎ、弾性層13ｂの効果がなくなっ
てしまう。

【００４７】また、定着フィルム13の他の構成として、
図６に示すように、定着フィルム13の補強のために、発
熱層13ａの内部に断熱層13ｄを設けても良い。この断熱
層13ｄの材質としては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、
ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂
（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＳ樹脂（ポリエ
ーテルサルホン）、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルフ
ァイド）、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂等の
耐熱樹脂が良い。

【００４８】また、断熱層13ｄの厚さとしては、１０〜
１０００［μｍ］が好ましい。断熱層13ｄの厚さが１０
［μｍ］よりも小さい場合には断熱効果が得られず、ま
た、耐久性も不足する。一方、断熱層13ｄの厚さが１０
００［μｍ］を超えると、励磁コイル15及び高透磁率コ
ア16から発熱層13ａまでの離間距離が大きくなり、磁束
が十分に発熱層13ａに吸収されなくなる。

【００４９】断熱層13ｄを設けた場合、発熱層13ａに発
生したジュール熱が定着フィルム13の内側に向かわない
ように断熱できるので、断熱層13ｄがない場合と比較し
て被記録材Ｐ側への熱供給効率が良くなる。これによっ
て、消費電力を抑えることが出来る。

【００５０】次に本発明の特徴である励磁コイル15と高
透磁率コア16と定着フィルム13との位置関係を図２及び
図７〜図14を用いて説明する。励磁コイル15及び高透磁
率コア16により発生した磁界によって定着フィルム13の
発熱層13ａに発生するジュール熱は、励磁コイル15及び
高透磁率コア16と発熱層13ａとの離間距離によって変化
し、該離間距離が近ければ近いほど発熱量が増加する。

【００５１】励磁コイル15と発熱層13ａとの間の距離は
出来るだけ近づけた方が磁束の吸収効率が高いのである
が、この距離が１０［mm］を超えると、磁束の吸収率が
低下するため、１０［mm］以内にするのが良い。また、
発熱層13ａと励磁コイル15との間の距離は最小で略０．
５［mm］になるように設定している。これは、フィルム
ガイド14ａ，14ｂを成形する時、０．５［mm］未満では
安定した形状が得られないからである。

【００５２】本実施形態では、励磁コイル15の巻線を１
列に配置した場合について示したが、２列以上で巻線を
巻いても良い。

【００５３】励磁コイル15は線自身が持つ抵抗により自
己発熱する。例えば、励磁コイル15として線径φ＝２
［mm］（断面積Ｓ）、長さＬ＝８［ｍ］の導線（標準軟
銅）を使用した場合、２０［℃］における標準軟銅の体
積抵抗率をρ₂₀とすると、以下に示す計算式により、励
磁コイル15の抵抗Ｒ₂₀が求められる。

【００５４】

【数２】

【００５５】そして、この励磁コイル15に、電流Ｉ＝１
０［Ａ］を流すと、励磁コイル15で発生する自己発熱Ｗ
は、以下に示す計算式で求められる。

【００５６】

【数３】

【００５７】ここで、体積抵抗率ρの温度上昇による増
加が、１［℃］につき６．８×１０ ^-11 ［Ωｍ］とする
と、励磁コイル15がＴ［℃］における体積抵抗率ρ
_T は、以下の計算式で求められる。

【００５８】

【数４】

【００５９】従って、温度Ｔに対する抵抗Ｒ_T 、自己発
熱Ｗ_T は、以下の計算式で求められる。

【００６０】

【数５】

【００６１】ここで、図７に励磁コイル15の温度Ｔと抵
抗Ｒ_T との関係を示す。これを用いて、例えば、１８０
［℃］における自己発熱Ｗ₁₈₀ は、図７を参照して以下
に示す値になる。

【００６２】

【数６】

【００６３】実際には、印加電流の周波数が高くなる
と、表皮効果により電流が流れる有効断面積が減少する
ため、実際の抵抗値は、上記の計算による抵抗値よりも
大きくなる。そこで、周波数に対する抵抗Ｒの実測値を
図８に示す。一例として、９０［kHz]において電流Ｉ＝
１０［Ａ］を流すと、抵抗Ｒ_90KHz 及び自己発熱Ｗ_90KH
z は、図８を参照して以下に示す値となる。

【００６４】

【数７】

【００６５】励磁コイル15の自己発熱による昇温は、密
閉された空間では無視することが出来ず、例えば、図９
及び図10（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、単に、
四角柱状の高透磁率コア16ａ，16ｂ，16ｃをＴ字形状に
組み合わせて配置した構成を取った場合、励磁コイル15
の温度は２４０［℃］を超えてしまう。

【００６６】実際上において、２２０［℃］以上を保証
する耐熱線は、２２０［℃］までの線と比較すると、コ
ストが数倍程度高くなるため、励磁コイル15が高価とな
ってコストアップの要因となる。また、フィルムガイド
14ａ，14ｂでは耐熱温度２４０［℃］以上の材料を選択
するには、種類が少ないばかりか、加工性が劣ったり、
強度が不足したりする。そこで、昇温自体を２２０
［℃］よりも低く抑える必要がある。

【００６７】そこで、本実施形態では、図11及び図12
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、加圧ローラ12と
対向し、ニップ部Ｎを形成する位置で垂直に起立させた
高透磁率コア16ａを四角柱形状で構成し、前記高透磁率
コア16ａに対して直交すると共に、発熱層13ａと閉磁路
を形成する水平に配置した高透磁率コア16ｂ，16ｃを、
回転体である定着フィルム13の回転軸と直交する方向
（図11の左右方向）に切った時の断面積を中央部よりも
外側に向かって大きくなるように、四角柱の一辺を弓状
に切り欠いて形成して、これ等の高透磁率コア16ａ，16
ｂ，16ｃをＴ字形状に組み合わせて配置して構成したも
のである。

【００６８】上記構成により、高透磁率コア16ａと、高
透磁率コア16ｂ，16ｃとの合わせ部間に形成された切り
欠き19を介して励磁コイル15で発生した熱を放熱できる
ようになっており、励磁コイル15の自己発熱において端
部よりも中央部の方が発熱量が多いため、外側端部に対
して中央部の切り欠き量を大きくしたことで、端部と中
央部の放熱量を均一にして励磁コイル15の昇温を２１５
［℃］程度に抑えることが出来る。

【００６９】図13に示すように、定着フィルム13の長尺
方向の長さＬ_F と、加圧ローラ12の長尺方向の長さＬ_R
は、定着フィルム13のフィルムエッジで加圧ローラ12に
傷を付けてしまうことを防止するために、｛Ｌ_F ＞
Ｌ_R ｝としている。

【００７０】定着フィルム13のフィルム端部には、該フ
ィルム端部を規制して保持するフィルム端部保持部材20
ａ，20ｂが取り付けてあり、該フィルム端部保持部材20
ａ，20ｂを定着フィルム13に従動回転するように構成し
ても良い。

【００７１】本実施形態では、図示しない駆動機構によ
り、図２の矢印ａ方向に回転駆動される加圧ローラ12に
よって、該加圧ローラ12に圧接する定着フィルム13を図
２の矢印ｂ方向に回転駆動するように構成しているが、
他の構成として、図14に示すように、定着フィルム13を
駆動ローラ21とテンションローラ22とによって張架され
る回転ベルト状のエンドレスフィルムで構成し、該定着
フィルム13の内部に前述の励磁コイル15及び高透磁率コ
ア16を配置して、定着フィルム13にテンションローラ22
によりテンションをかけて駆動ローラ21によって定着フ
ィルム13を回転駆動することでも良い。

【００７２】上記構成により、画像光沢ムラを発生させ
ずに、高画像品質を維持したままクイックスタートが可
能な画像加熱定着装置９を提供することが出来る。

【００７３】尚、本実施形態では、トナーに低軟化物質
を含有させたトナーを使用したため、画像加熱定着装置
９にオフセット防止のためのオイル塗布機構を設けてい
ないが、低軟化物質を含有させていないトナーを使用し
た場合には、オイル塗布機構を設けても良い。また、定
着ニップ後に冷却部を設けて、冷却分離を行っても良
い。また、低軟化物質を含有させたトナーを使用した場
合にもオイル塗布や冷却分離を行っても良い。

【００７４】本実施形態では、４色カラー画像形成装置
について説明したが、モノクロ或いは１パスマルチカラ
ー画像形成装置に適用しても良い。この場合は、図４に
示した定着フィルム13において、弾性層13ｂを省略し
て、発熱層13ａと離型層13ｃのみで構成しても良い。ま
た、更に他の構成として、図６に示した定着フィルム13
において、弾性層13ｂを省略して、断熱層13ｄと発熱層
13ａと離型層13ｃのみで構成しても良い。

【００７５】次に、図15を用いて本発明に係る画像加熱
定着装置の第２実施形態について説明する。図15は第２
実施形態のコア材の構成を示す平面図である。尚、前記
第１実施形態と同様に構成されるものは同一の符号を付
して説明を省略する。

【００７６】本実施形態では、図15に示すように、前記
第１実施形態の高透磁率コア16ｂ，16ｃを、分割された
複数のコアを並べて構成した場合の一例を示す。本実施
形態では、コア30ａ，30ｂ，30ｃ，30ｄの４種類の大き
さの角柱状コアを図15のように組み合わせて一体化して
配置し、コア30ａ，30ｂ，30ｃ，30ｄの被記録材Ｐ搬送
方向（図15の左右方向）の幅寸法は、｛30ａ＞30ｂ＞30
ｃ＞30ｄ｝の如く構成される。

【００７７】そして、高透磁率コア16ｂ，16ｃを、回転
体である定着フィルム13の回転軸と直交する方向（図15
の左右方向）に切った時の断面積を中央部よりも外側に
向かって段階的に大きくなるように、組み合わせて配置
して構成したものである。

【００７８】上記構成により、高透磁率コア16ａと、高
透磁率コア16ｂ，16ｃとの合わせ部間に形成された切り
欠き31を介して励磁コイル15で発生した熱を放熱できる
ようになっており、前述したと同様に、励磁コイル15の
自己発熱において端部よりも中央部の方が発熱量が多い
ため、外側端部に対して中央部の切り欠き量を大きくし
たことで、端部と中央部の放熱量を均一にして励磁コイ
ル15の昇温を２１５［℃］程度に抑えることが出来る。

【００７９】本実施形態では、コア30ａ，30ｂ，30ｃ，
30ｄの製造時に該コア30ａ，30ｂ，30ｃ，30ｄの大きさ
が小さい方が、一つ一つに対して寸法精度を向上させる
ことが出来、また、良品率を向上させることが出来るた
め、コストの低減を図ることが出来る。

【００８０】尚、他の構成として、他の複数種類のコア
を適宜組み合わせて構成しても良く、前記実施形態に限
定されるものではない。

【００８１】次に、図16〜図20を用いて本発明に係る画
像加熱定着装置の第３実施形態について説明する。図16
は本発明に係る画像加熱定着装置の第３実施形態の構成
を示す平面図、図17（ａ），（ｂ），（ｃ）は夫々図16
のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ断面図、図18は定着ニップ部
Ｎの温度分布と、定着フィルムの発熱層の発熱温度分布
と、加圧ローラの放熱温度分布を示す図、図19（ａ），
（ｂ）及び図20（ａ），（ｂ）はコア材の他の構成を示
す図である。尚、前記第１実施形態と同様に構成される
ものは同一の符号を付して説明を省略する。

【００８２】励磁コイル15及び高透磁率コア16で発生し
た磁界によって定着フィルム13の発熱層13ａに発生する
ジュール熱は、高透磁率コア16ｂ，16ｃと発熱層13ａと
の離間距離によって変化し、その離間距離が小さければ
小さいほど発熱量が増加する。

【００８３】一方、加圧ローラ12の長手方向の放熱量
は、端部に向かって大きくなる。これは、加圧ローラ12
の端部では、中央部と比較して放熱面積が大きくなるた
めである。そこで、定着ニップ部Ｎにおいて、均一な温
度分布を得るために、定着フィルム13の発熱層13ａにお
いて、端部の発熱量を増加させなければならない。

【００８４】そこで、本実施形態では、図11に示した前
記第１実施形態の高透磁率コア16ｂ，16ｃの向きを図11
の左右方向に反転させて、回転体となる定着フィルム13
の回転軸と直交する方向で、高透磁率コア16ｂ，16ｃ
と、定着フィルム13の発熱層13ａとの間の離間距離ｄ
を、中央部よりも外側に向かって小さくなるように配置
して構成したものである。

【００８５】即ち、端部での高透磁率コア16ｂ，16ｃ
と、発熱層13ａとの間の離間距離をｄ _A ，ｄ_C とし、中
央部での離間距離をｄ_B とすると、｛ｄ_A ＝ｄ_C ＜
ｄ_B ｝の関係になるように設定している（図16、図17参
照）。

【００８６】上記構成により、定着フィルム13の発熱層
13ａの発熱温度分布と、加圧ローラ12の放熱温度分布
と、定着ニップ部Ｎの温度分布とを実測した場合の模式
図を図18に示す。図18に示すように、本実施形態の構成
では、定着ニップ部Ｎにおいて、均一な温度分布を得る
ことが出来る。

【００８７】尚、本実施形態では、高透磁率コア16ｂ，
16ｃの両端部（位置Ａ，Ｃ）で｛ｄ _A ＝ｄ_C ｝とした
が、加圧ローラ12の両端部の形状の違いによる放熱量の
違いに対応させて、｛ｄ_A ＞ｄ_C ｝または｛ｄ_A ＜
ｄ_C ｝となっても良い。

【００８８】高透磁率コア16と発熱層13ａとの間の距離
は、出来るだけ近づけた方が磁束の吸収効率が高いので
あるが、この距離が１０［mm] を超えると、磁束の吸収
率が低下するため、１０［mm] 以下にするのが良い。

【００８９】上記構成により、高透磁率コア16ｂ，16ｃ
とフィルムガイド14ａ，14ｂとの間に形成された切り欠
き32を介して励磁コイル15で発生した熱を放熱できるよ
うになっており、励磁コイル15の自己発熱において端部
よりも中央部の方が発熱量が多いため、外側端部に対し
て中央部の切り欠き量を大きくしたことで、端部と中央
部の放熱量を均一にして励磁コイル15の昇温を２１５
［℃］程度に抑えることが出来、励磁コイル15の昇温防
止と共に、長手方向の温度分布の均一化を図ることが出
来る。

【００９０】また、本実施形態では、前記第２実施形態
のように、複数の種類のコアを組み合わせて高透磁率コ
ア16ｂ，16ｃを構成することも出来る。

【００９１】また、前記実施形態では、定着ニップ部Ｎ
内の温度分布を均一にするために、励磁コイル15及び高
透磁率コア16と定着フィルム13の発熱層13ａとの距離を
変えたが、定着ニップ部Ｎ内の温度分布を積極的に変化
させるために前記各実施形態の構成を利用することも出
来る。

【００９２】図19（ａ），（ｂ）及び図20（ａ），
（ｂ）を用いて、高透磁率コア16の他の構成について説
明する。図19（ａ）は、図16及び図17（ａ），（ｂ），
（ｃ）に示す高透磁率コア16ａ，16ｂ，16ｃを一体で構
成した場合を示す。このように構成した場合でも、前記
実施形態と同様な効果を得ることが出来る。

【００９３】また、図19（ｂ）は、高透磁率コア16ａ，
16ｂ，16ｃの夫々を分割された複数の種類のコアで構成
すると共に、高透磁率コア16ｂ，16ｃを異なる形状で構
成し、高透磁率コア16ａと、高透磁率コア16ｂ，16ｃと
の合わせ部間に形成された切り欠き33、34を介して励磁
コイル15で発生した熱を放熱できるようになっており、
更には、回転体となる定着フィルム13の回転軸と直交す
る方向で、高透磁率コア16ｂ，16ｃと、定着フィルム13
の発熱層13ａとの間の離間距離ｄを、中央部よりも外側
に向かって小さくなるように配置して構成したものであ
る。

【００９４】また、図20（ａ）は、回転体となる定着フ
ィルム13の回転軸と直交する方向で、高透磁率コア16
ｂ，16ｃと、定着フィルム13の発熱層13ａとの間の離間
距離ｄを、中央部の一部分16b1，16c1を該中央部よりも
外側に向かって小さくなるように配置して構成したもの
である。

【００９５】また、図20（ｂ）は、回転体となる定着フ
ィルム13の回転軸と直交する方向で、高透磁率コア16
ｂ，16ｃと、定着フィルム13の発熱層13ａとの間の離間
距離ｄを、中央部よりも外側に向かって小さくなるよう
に配置すると共に、該高透磁率コア16ｂ，16ｃの外側端
部の角部にカット面16b2，16c2を形成することにより該
角部の一部をカットして構成したものである。この場
合、本実施形態では図20（ｂ）の紙面上下でコアの幅寸
法が等しくなるように構成しているが、これに限定され
るものではなく、必要に応じて、図20（ｂ）の紙面上下
でコアの幅寸法が異なるように構成しても良い。即ち、
例えば、コアの図20（ｂ）の紙面上端部の幅寸法ｗ₁ が
下端部の幅寸法ｗ₂ よりも小さくなるように構成しても
良い。

【００９６】上記構成により、被記録材Ｐの通過（通
紙）領域と該被記録材Ｐの通過しない領域（非通紙領
域）との間における昇温のバランスをとることができ
る。

【００９７】即ち、通紙域と非通紙域を比較すると、通
紙域では被記録材Ｐにより定着フィルム13及び加圧ロー
ラ12の熱量が奪われるが、非通紙領域では被記録材Ｐに
より熱量が奪われないために、非通紙領域では通紙領域
よりも温度が上昇してしまう。

【００９８】そこで、例えば、被記録材Ｐの最大幅より
外側からカット部を設けることにより、非通紙領域での
発熱量を減少させ、通紙領域と非通紙領域との昇温のバ
ランスをとることが出来、非通紙領域の昇温を抑制する
ことが出来る。

【００９９】このため、非通紙領域における定着フィル
ム13及び加圧ローラ12のゴム層の熱劣化を防止すること
が出来、耐久寿命の向上を図ることが出来る。

【０１００】次に、図21を用いて本発明に係る画像加熱
定着装置の第４実施形態について説明する。図21は本発
明に係る画像加熱定着装置の第４実施形態の構成を示す
正面図である。尚、前記第１〜第３実施形態と同様に構
成されるものは同一の符号を付して説明を省略する。

【０１０１】本実施形態では、図21に示すように、回転
体である定着フィルム13内部で、且つ高透磁率コア16の
上部の空間を定着フィルム13の回転軸方向に風路として
利用し、図示しないファンによりフィルムガイド14ａ，
14ｂ内の空気を図21の左側から右側方向に吸引するよう
に構成したものである。

【０１０２】フィルムガイド14ａ，14ｂ内の空気を吸引
することにより、励磁コイル15で発生した熱によって温
められた空気をより効果的に排気することが出来る。こ
のため、励磁コイル15の昇温を更に低く抑えることが出
来、これによって、より大きな電流を励磁コイル15に流
すことが出来、定着フィルム13の発熱層13ａにおいて、
より大きな発熱量を得ることが出来る。これは、大きな
熱供給を必要とする高速機において有効な手段となる。

【０１０３】また、他の構成として、フィルムガイド14
ａ，14ｂ内の空気を吸引する代わりに、該フィルムガイ
ド14ａ，14ｂ内に空気を送風することにより励磁コイル
15の昇温を低く抑えるようにすることも出来る。

【０１０４】

【発明の効果】本発明は、上述の如き構成と作用とを有
するので、励磁コイルの昇温を低減させることが出来
る。また、励磁コイルのコア材と回転体（定着フィル
ム）の発熱層との距離を変化させることにより、定着ニ
ップ部内の長手方向に対する温度分布を均一にすること
が出来、被記録材及び該被記録材上に形成された未定着
トナーに均一な熱エネルギーを供給できるので、トナー
のオフセット（剥離）のない良好な定着性を得ることが
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像加熱定着装置を備えた画像形
成装置の記録部及び定着部の構成を示す模式断面説明図
である。

【図２】本発明に係る画像加熱定着装置の構成を示す断
面図である。

【図３】回転体内部の励磁コイルとコア材の配置を示す
斜視図である。

【図４】回転体の層構造を示す図である。

【図５】発熱層深さと電磁波強度の関係を示す図であ
る。

【図６】回転体の他の層構造を示す図である。

【図７】励磁コイルの温度に対する抵抗値の変化を示す
図である。

【図８】励磁コイルの周波数に対する抵抗値の変化を示
す図である。

【図９】本発明に係る画像加熱定着装置の第１実施形態
と比較するための一例の構成を示す平面図である。

【図10】（ａ），（ｂ），（ｃ）は夫々図９のＡ−Ａ，
Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ断面図である。

【図11】本発明に係る画像加熱定着装置の第１実施形態
の構成を示す平面図である。

【図12】（ａ），（ｂ），（ｃ）は夫々図11のＡ−Ａ，
Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ断面図である。

【図13】第１実施形態の構成を示す正面図である。

【図14】第１実施形態の他の構成を示す断面図である。

【図15】第２実施形態のコア材の構成を示す平面図であ
る。

【図16】本発明に係る画像加熱定着装置の第３実施形態
の構成を示す平面図である。

【図17】（ａ），（ｂ），（ｃ）は夫々図16のＡ−Ａ，
Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ断面図である。

【図18】定着ニップ部の温度分布と、定着フィルムの発
熱層の発熱温度分布と、加圧ローラの放熱温度分布を示
す図である。

【図19】（ａ），（ｂ）はコア材の他の構成を示す図で
ある。

【図20】（ａ），（ｂ）はコア材の他の構成を示す図で
ある。

【図21】本発明に係る画像加熱定着装置の第４実施形態
の構成を示す正面図である。

【符号の説明】

１…感光体ドラム、２…帯電ローラ、３…レーザ光学
箱、４…レーザ光、５…ミラー、６…現像器、７…中間
転写体ドラム、８…転写ローラ、９…画像加熱定着装
置、10，11…クリーナ、12…加圧ローラ、12ａ…芯金、
12ｂ…弾性部材、13…定着フィルム、13ａ…発熱層、13
ｂ…弾性層、13ｃ…離型層、13ｄ…断熱層、14ａ，14ｂ
…フィルムガイド、15…励磁コイル、16，16ａ，16ｂ，
16ｃ…高透磁率コア、16b1，16c1…一部分、16b2，16c2
…カット面、17…サーミスタ、18…励磁回路、19…切り
欠き、20ａ，20ｂ…フィルム端部保持部材、21…駆動ロ
ーラ、22…テンションローラ、30ａ，30ｂ，30ｃ，30ｄ
…コア、31，32，33，34…切り欠き、Ｎ…ニップ部、Ｐ
…被記録材、ｔ₁ ，ｔ₂ …トナー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木須 浩樹 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８−286539（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−16005（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−136955（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/20 101

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱層を有する回転体と、回転体とニッ
   プ部を形成する加圧部材と、回転体の内部に配置されて
   おり回転体の発熱層に渦電流を発生させるための交番磁
   場を発生する励磁コイルと、回転体の内部に配置されて
   おり励磁コイルにより発生する交番磁場を回転体の発熱
   層に導くコア材と、を有し、回転体と加圧部材とのニッ
   プ部で被記録材を挟持搬送させることで、被記録材上に
   形成された未定着トナーに回転体から熱エネルギーを付
   与して定着する画像加熱定着装置において、前記コア材は前記回転体の回転軸と直交する方向で切っ
   た時の断面がコア材の長手方向に亘ってＴ字形状になっ
   ており、前記励磁コイルはコア材のＴ字の垂直部分の長
   手方向周りに巻かれており、コア材のＴ字の水平部分の
   断面積が回転体の回転軸方向両端部側より中央部のほう
   が小さい ことを特徴とする画像加熱定着装置。
2. 【請求項２】 前記コア材の外側端部の角部を一部カッ
   トして構成したことを特徴とする請求項１に記載の画像
   加熱定着装置。
3. 【請求項３】 前記コア材は、分割された複数のコアか
   らなることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱定着
   装置。
4. 【請求項４】 前記回転体内部の回転軸方向に風路を設
   けたことを特徴とする請求項１に記載の画像加熱定着装
   置。