JP3870060B2

JP3870060B2 - 像加熱装置

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Publication number: JP3870060B2
Application number: JP2001315072A
Authority: JP
Inventors: 肇関口
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Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2007-01-17
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁（磁気）誘導加熱方式の像加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機・プリンタ・ファックス等の画像形成装置における画像加熱定着装置を例にして説明する。
【０００３】
画像形成装置における画像加熱定着装置は、画像形成装置の作像部において電子写真・静電記録・磁束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（顕画剤）を用いて記録材の面に直接方式若しくは間接（転写）方式で形成した未定着のトナー画像を記録材面に永久固着画像として加熱定着処理する装置である。
【０００４】
従来、そのような画像加熱定着装置として、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の各種装置がある。
【０００５】
ａ．熱ローラ方式
これは、ハロゲンランプ等の熱源を内蔵させて所定の定着温度に加熱・温調した定着ローラ（熱ローラ）と加圧ローラとの回転ローラ対からなり、該ローラ対の圧接ニップ部（定着ニップ部）に被加熱材としての、未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して挟持搬送させることで未定着のトナー画像を記録材面に加熱定着する装置である。
【０００６】
しかしながら、この装置は定着ローラの熱容量が大きくて、加熱に要する電力が大きい、ウエイトタイム（装置電源投入時からプリント出力可能状態になるまでの待ち時間）が長い等の問題があった。また、定着ローラの熱容量が大きいため、限られた電力で定着ニップ部の温度を上昇させるためには大きな電力を必要とするという問題があった。
【０００７】
その対策としては、定着ローラの肉厚を薄くして、定着ローラの熱容量を低減することが行われる。しかし、薄過ぎると強度不足となる。さらに、後述するフィルム定着と同様に非通紙部昇温の問題が発生する。
【０００８】
ｂ．フィルム加熱方式
これは、加熱体と、一方の面がこの加熱体と摺動し他方の面が記録材と接して移動するフィルムを有し、加熱体の熱をフィルムを介して記録材に付与して未定着のトナー画像を記録材面に加熱定着処理する装置である（特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開平４−４４０７５〜４４０８３、２０４９８０〜２０４９８４号公報等）。
【０００９】
このようなフィルム加熱方式の装置は、加熱体として低熱容量のセラミックヒータ等を、フィルムとして耐熱性で薄い低熱容量のものを用いることができて、熱容量が大きい定着ローラを用いる熱ローラ方式の装置に比べて格段に省電力化・ウエイトタイム短縮化が可能となり、クイックスタート性があり、また機内昇温を抑えることができる等の利点がある。
【００１０】
ｃ．電磁誘導加熱方式
これは加熱体として電磁誘導発熱体を用い、該電磁誘導発熱体に磁場発生手段で磁場を作用させて該電磁誘導発熱体に発生する渦電流に基づくジュール発熱で被加熱材としての記録材に熱を付与して未定着のトナー画像を記録材面に加熱定着処理する装置である。
【００１１】
特公平５−９０２７号公報には強磁性体の定着ローラを電磁誘導加熱する熱ローラ方式の装置が開示されており、発熱位置を定着ニップ部に近くすることができ、ハロゲンランプを熱源として用いた熱ローラ方式の装置よりも高効率の定着プロセスを達成している。
【００１２】
しかしながら、定着ローラの熱容量が大きいため、限られた電力で定着ニップ部の温度を上昇させるためには大きな電力を必要とするという問題があった。定着ローラの熱容量を低減することが、この問題の一つの解決方法である。たとえば、定着ローラの肉厚を薄くすることである。
【００１３】
特開平４−１６６９６６号公報には熱容量を低減したフィルム状の定着ローラ（フィルム）を用いた電磁誘導加熱方式の定着装置が開示されている。
【００１４】
しかしながら、熱容量を低減したフィルム状の定着ローラ（フィルム）では、長尺方向（定着ニップ部長手方向）の熱流が阻害されるため、小サイズ記録材を通紙した場合に非通紙部での過昇温（非通紙部昇温）が発生して、フィルムや加圧ローラの寿命を低下させるという問題が発生していた。この非通紙部昇温の問題は前記ｂ項のフィルム加熱方式の装置の場合も同様である。
【００１５】
特開平９−１７１８８９号公報・特開平１０―７４００９号公報に、定着ローラ（フィルム）の長手方向に関する磁束発生手段から誘導発熱体に対する作用磁束の密度分布を変化せしめる磁束調整手段を有することを特徴とする加熱装置が開示されている。この電磁誘導加熱方式の定着装置により、非通紙部昇温を解決する一つの方法が示された。
【００１６】
特開平９−１７１８８９号公報・特開平１０―７４００９号公報はフィルム状の誘導発熱体を加熱させた構成を実施例としているが、円筒状の誘導発熱体を定着ローラにした構成に対しても非通紙部昇温の問題の対策として効果があると考えられる。
【００１７】
その他の非通紙部昇温を解決する方法としては、小サイズ記録材を通紙したときに定着スピードを遅くする方法もある（スループットダウン）。定着スピードを遅くすることで、定着ローラの端部方向（非通紙部）への熱移動時間を設けている。しかし、この方法では画像形成装置の生産性を低下することになっている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のうち特にｃ項の電磁誘導加熱方式であって、非通紙部昇温対策として磁束遮蔽手段を用いた像加熱装置についての更なる改善に係り、磁束遮蔽部材の待機スペース、駆動手段のスペースを削減してコンパクトな磁束遮蔽機構を構成して装置の省スペース化（コンパクト化）、低コスト化を図りつつ、省電力化・生産性を向上した像加熱装置を実現するものである。
【００１９】
【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像加熱装置である。
【００２０】
（１）磁束を発生する励磁コイルと、前記励磁コイルからの磁束により誘導発熱する発熱部を有する発熱体と、を有し、前記発熱体の熱により記録材上の像を加熱する像加熱装置であって、前記励磁コイルから発生する磁束を遮蔽する、導電性かつ非磁性の磁束遮蔽部材と、前記磁束遮蔽部材を移動させる移動手段と、を有する像加熱装置において、
前記励磁コイルの前記発熱部に対向する側とは反対側に配置され、前記励磁コイルから発生する磁束の通路を形成する磁性体コアを有し、
前記移動手段は前記磁束遮蔽部材を前記磁性体コアと前記励磁コイルとの間に移動させることで前記磁束遮蔽部材が移動した位置に対応する領域の前記発熱部に作用する磁束を低減させることを特徴とする像加熱装置。
【００２１】
（２）磁束を発生する励磁コイルと、前記励磁コイルからの磁束により誘導発熱する発熱部を有する発熱体と、を有し、前記発熱体の熱により記録材上の像を加熱する像加熱装置であって、前記励磁コイルから発生する磁束を遮蔽する、導電性かつ非磁性の磁束遮蔽部材と、前記磁束遮蔽部材を移動させる移動手段と、を有する像加熱装置において、
前記励磁コイルの前記発熱部に対向する側とは反対側に配置され、前記励磁コイルから発生する磁束の通路を形成する反対側磁性体コアと、前記励磁コイルとともに前記発熱体に対向させて配置され、前記励磁コイルから発生する磁束の通路を形成する発熱体対向磁性体コアと、を有し、
前記移動手段は前記磁束遮蔽部材を前記反対側磁性体コアと前記発熱体対向磁性体コアとの間に移動させることで前記磁束遮蔽部材が移動した位置に対応する領域の前記発熱部に作用する磁束を低減させることを特徴とする像加熱装置。
【００３５】
【発明の実施の形態】
［第一の実施例］
（１）画像形成装置例
図１は本実施例における画像形成装置１００の構成略図である。本実施例の画像形成装置１００は転写式電子写真プロセスを用いたレーザー複写機である。
【００３６】
１０１は原稿台ガラスであり、この原稿台ガラス１０１の上に原稿Ｏを画像面を下向きにして所定の載置基準に従って載置し、その上から原稿圧着板１０２を被せてセットする。コピースタートキーが押されると、移動光学系を含む画像光電読取装置（リーダ部）１０３が動作して原稿台ガラス１０１上の原稿Ｏの下向き画像面の画像情報が光電読取処理される。原稿台ガラス１０１上に原稿自動送り装置（ＡＤＦ、ＲＤＦ）を搭載して原稿を原稿台ガラス１０１上に自動送りさせることもできる。
【００３７】
１０４は回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラム）であり、矢印の時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。感光ドラム１０４はその回転過程で、帯電装置１０５により所定の極性・電位の一様な帯電処理を受け、その一様帯電面に対して画像書き込み装置１０６による像露光Ｌを受けることで一様帯電面の露光明部の電位が減衰して感光ドラム１０４面に露光パターンに対応した静電潜像が形成される。画像書き込み装置１０６は本例の場合はレーザースキャナであり、不図示のコントローラからの指令により、上記の光電読取装置１０３で光電読取した原稿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光Ｌを出力し、回転する感光ドラム１０４の一様帯電面を走査露光して原稿画像情報に対応した静電潜像を形成する。
【００３８】
次いで、その静電潜像が現像装置１０７によりトナー画像として現像され、転写帯電装置１０８の位置において、給紙機構部側から感光ドラム１０４と転写帯電装置１０８との対向部である転写部に所定の制御タイミングにて給送された記録材Ｓに感光ドラム１０４面側から静電転写される。
【００３９】
給紙機構部は、本例の画像形成装置の場合は、第一〜第四のカセット給紙部１０９〜１１２、ＭＰトレー（マルチ・パーパス・トレー）１１３、及び反転再給紙部１１４からなり、それ等から記録材Ｓが転写部に選択的に給送される。１１５は転写部に対して記録材をタイミング給送するレジストローラである。
【００４０】
転写部で感光ドラム１０４面側からトナー画像の転写を受けた記録材は、感光ドラム１０４面から分離され、定着装置１１６へ搬送されて未定着トナー画像の定着処理を受け、排紙ローラ１１７により装置外部の排紙トレー１１８上に排紙される。
【００４１】
一方、記録材分離後の感光ドラム１０４面はクリーニング装置１１９により転写残りトナー等の付着汚染物の除去を受けて清掃されて繰り返して作像に供される。
【００４２】
両面コピーモードの場合は、定着装置１１６を出た第一面コピー済みの記録材が反転再給紙部１１４に導入されて転写部に反転再給送されることで記録材の第二面に対するトナー画像の転写がなされ、再び定着装置１１６を通って両面コピーとして排紙ローラ１１７により装置外部の排紙トレー１１８上に排紙される。
【００４３】
なお、本実施例の複写機は、プリンタ機能、ファクシミリ機能も有する複合機能機であるが、本発明の要点外であるのでその説明は省略する。
【００４４】
（２）定着装置１１６
図２は定着装置１１６の縦断面模型図（装置長手方向）、図３は横断面模型図（装置短手方向）である。この定着装置１１６は本発明に従う、電磁誘導加熱方式であって、磁束遮蔽手段を用いた磁束調整タイプの加熱装置である。
【００４５】
７は電磁誘導発熱する誘導発熱体としての円筒状の定着ローラであり、装置側板２５ａ・２５ｂ間に軸受（ベアリング）２１ａ・２１ｂを介して回転自在に保持させてある。定着ローラ７は、鉄、ニッケル、コバルトなどの金属を用いることが良い。強磁性の金属（透磁率の大きい金属）を使うことで、磁束発生手段から発生する磁束を強磁性の金属内により多く拘束させることができる。すなわち、磁束密度を高くすることができる。それにより、効率的に強磁性金属の表面にうず電流を発生させ、発熱させられる。定着ローラ７の肉厚は、略０．３〜２ｍｍ程度にすることで熱容量を低減している。定着ローラ７の外側表面には不図示のトナー離型層がある。一般にはＰＴＦＥ１０〜５０μｍやＰＦＡ１０〜５０μｍで構成されている。また、トナー離型層の内側にはゴム層を用いる構成にしても良い。
【００４６】
１は定着ローラ７内に配設した磁束調整型の加熱アセンブリであり、磁束発生手段５・６（ａ〜ｃ）と、磁束調整手段３（ａ・ｂ）・４等からなる。この加熱アセンブリ１の構成は次の（３）項で詳述する。
【００４７】
８は定着ローラ７の下側に定着ローラに並行に配列した弾性加圧ローラであり、軸受３１ａ・３１ｂ間に回転自在に保持させて、かつ定着ローラ７の下面に対して不図示の付勢手段により弾性に抗して所定の押圧力にて圧接させて所定幅の加熱部としての定着ニップ部Ｎを形成させている。加圧ローラ８は鉄製の芯金の外周に、シリコーンゴム層と、定着ローラ７と同様にトナー離型層を設けた構成である。
【００４８】
定着ローラ７はその一端部側に固着させた定着ローラギア１８に不図示の駆動系から回転力が伝達されることで、図３において矢印の時計方向Ａに所定の周速度にて回転駆動される。加圧ローラ８はこの定着ローラ７の回転駆動に従動して矢印の反時計方向Ｂに回転する。
【００４９】
定着ローラ７内に配設した加熱アセンブリ１の励磁コイル５に電力制御装置（励磁回路）２５からコイル供給線１５を介して電力（高周波電流）が供給され、これにより加熱アセンブリ１から発生する磁束（交番磁界）の作用で誘導発熱体としての定着ローラ７が誘導発熱（うず電流損によるジュール熱）する。この定着ローラ７の温度が第一の温度検知手段（サーミスタ等）３２で検出され、その検出温度信号が制御回路３４に入力する。制御回路３４はこの第一の温度検知手段３２から入力する定着ローラ７の検出温度が所定の定着温度に維持されるように電力制御装置２５から加熱アセンブリ１の励磁コイル５への供給電力を制御して定着ローラ温度を温調する。
【００５０】
上記のように定着ローラ７・加圧ローラ８が回転駆動され、定着ローラ７が加熱アセンブリ１の励磁コイル５への電力供給により誘導発熱して所定の定着温度に温調された状態において、画像形成装置の前記転写部において静電的に転写された未定着トナー画像を担持した記録材Ｓが図３のように用紙搬送路Ｈを矢印Ｃ方向から定着装置１１６の定着ニップ部Ｎに導入されて挟持搬送されていく。この挟持搬送過程で記録材Ｓ面の未定着トナー画像が定着ローラ７の熱とニップ圧で永久固着画像として記録材Ｓ面に定着される。３０は分離爪であり、定着ニップ部Ｎに導入されて定着ニップ部Ｎを出た記録材が定着ローラ７に巻き付くのを抑え、定着ローラ７から分離させる役目をする。
【００５１】
定着装置１１６に対する記録材Ｓの通紙は本実施例では中央基準搬送でなされる。図２において、Ｗ１は定着装置１１６に対する記録材Ｓの最大サイズ紙幅、Ｗ２は小サイズ紙幅、Ｗ３・Ｗ３は小サイズ紙幅Ｗ２の記録材Ｓを通紙したときに定着ニップ部Ｎに生じる非通紙部であり、最大サイズ紙幅Ｗ１と小サイズ紙幅Ｗ２との差領域である。
【００５２】
本実施例の定着装置１１６においては、最大サイズ紙幅Ｗ１はＡ４幅（２９７ｍｍ）、小サイズ紙幅Ｗ２はＡ４Ｒ（２１０ｍｍ）である。本実施例の装置において最大サイズ紙幅Ｗ１が通常紙サイズ幅であり、以下、Ｗ１を通常紙サイズ幅と記す。
【００５３】
（３）加熱アセンブリ１
加熱アセンブリ１は、ホルダー２に、磁束発生手段を構成する励磁コイル５と磁性体コア６（ａ・ｂ・ｃ）と、磁束調整手段を構成する磁束遮蔽部材３（ａ・ｂ）とこれを移動させる移動手段としてのリードねじ部材４等を組み込んだものである。
【００５４】
ホルダー２は横断面略半円樋型で、このホルダー２の内面の略中央部にホルダー長手に沿って第一磁性体コア６ａ（以下、第一コア６ａと略記する）を配設して保持させてある。この第一コア６ａの長さ寸法は通常紙サイズ幅Ｗ１と略同じで、通常紙サイズ幅部に対応位置している。
【００５５】
励磁コイル５（以下、コイル５と略記する）もホルダー２の内面に第一コア６ａを巻き中心部にして配設して保持させてある。コイル５は、定着ローラ７の長手方向には略楕円形状で、定着ローラ７のような円筒物の内面に沿うような形状である。このコイル５の特徴はＵターン部においても定着ローラ７の内面に沿うような形状である。これにより、後述するリードねじ部材４をコイル５に近接して配置できる。また、コイル５はホルダー２の内周面に沿うように配置されている。
【００５６】
１９は横断面略半円樋型のホルダーフタであり、上記のように内側に第一コア６ａとコイル５を配設したホルダー２に嵌着され、ホルダー２とホルダーフタ１９の間に第一コア６ａとコイル５が抑え込まれて保持される。
【００５７】
このホルダーフタ１９の長手両側部には２つの第二磁性コア６ｂ・６ｂ（以下、第二コア６ｂと略記する）を配置して保持させてある。この第二コア６ｂの長さ寸法は通常紙サイズ幅Ｗ１と略同じで、通常紙サイズ幅部に対応位置している。
【００５８】
リードねじ部材４は、ホルダーフタ１９に並行に配列し、かつホルダーフタ中央部の横断面略半円樋型内に、軸線をこの略半円樋型の軸線にほぼ一致させて嵌入させ、一方側と他方側の軸端部４ｃ・４ｄを夫々ホルダー２の両端部の軸受部２ａ・２ｂに回転自由に支持させて配設してある。上記軸受部２ａ・２ｂは耐久性のある軸受け部材を別に設けても良い。
【００５９】
上記のリードねじ部材４の一方端側と他方端側の軸部は互いに反対ねじ部４ａ・４ｂとしてある。またこのリードねじ部材４の上記一方端側と他方端側のねじ部４ａ・４ｂ間のリードねじ部材中央部分には第三磁性体コア６ｃ（以下、第三コア６ｃと略記する）を設けてある。この第三コア６ｃの長さ寸法は通常紙サイズ幅Ｗ１と略同じで、通常紙サイズ幅部に対応位置している。この第三コア６ｃはリードねじ部材４に設けたコアセット部で接着、パッチン止めなどによりリードねじ部材４に一体化されている。また、樹脂成形で一体成形してもよい。本発明はリードねじ部材とコアの接合を規定するものではない。
【００６０】
磁束発生手段を構成する磁性体コア６は上記のように互いに並行の、第一コア６ａ、２つの第二コア６ｂ・６ｂ、第三コア６ｃとに分割してあり、このように分割されたコア６ａ・６ｂ・６ｃを用いて磁束の通路（磁気回路）を形成し、それぞれのコアの間を磁束遮蔽部材３ａ・３ｂの移動が可能なように配置している。
【００６１】
本実施例では、図３の横断面において、コイル５の巻き中心部に第一コア６ａで垂直部を形成し、２つの第二コア６ｂ・６ｂで水平部を形成し、さらに第三コア６ｃは略Ｔ字型の中央部を形成し、これら第一から第三の３種のコア６ａ、６ｂ、６ｃにより、横断面略Ｔ字型のコア６が形成され、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂが介入しない状態においては図５の（ａ）のように磁気回路Ｊａができるのである。磁力線Ｊａはコイル５に電力制御装置２５から電力を入力したときの、発生した磁力線の磁気回路を示したものである。磁力線Ｊａは、第一コア６ａ（垂直部）、定着ローラ７、第二コア６ｂ（水平部）、第三コア６ｃ（中央部）を通過する。実際には磁力線は透磁率の高い定着ローラ７の内部を通るが、説明をわかりやすくするために図のように示した。
ここで、第三コア６ｃが、請求項１又は２における「磁性体コア」または「反対側磁性体コア」に対応している。また、第一コア６ａ又は第二コア６ｂ・６ｂ、若しくは第一コア６ａ又は第二コア６ｂ・６ｂが、請求項２における「発熱体対向磁性体コア」に対応している。
【００６２】
本実施例における第三コア６ｃは、リードねじ部材４の回転の影響が少ないように正方形の断面形状をしたコアである。また、リードねじ部材４の回転により、断面の位置が多少斜めになる位置で回転が止まっても、定着ローラ７の長手方向の発熱分布としては、定着ローラ表面温度の分布は変わらない（全体としての発熱効率は変わる）。本実施例では正方形の断面形状にしている。要するに、対称形状である。また、円柱形のコアであればリードねじ部材４の回転による影響を無くすことができる。
【００６３】
本実施例においては、図２のように、第一コア６ａの端部が中央部と比べて大きいが、これは定着ローラ７の端部から逃げる熱を補うための形状である。
【００６４】
リードねじ部材４の一方端側と他方端側のねじ部４ａ・４ｂにはそれぞれ円筒形状の磁束遮蔽部材３ａ・３ｂを外嵌させ、ボス部３ｆをねじ部４ａ・４ｂに係合させている。また磁束遮蔽部材３ａ・３ｂは不図示の回転阻止部材で回転止めされている。図４は磁束遮蔽部材３（ａ・ｂ）部分の斜視模型図である。リードねじ部材４が正転駆動ａされることで上記２つの磁束遮蔽部材３ａ・３ｂは夫々リードねじ部材４に沿って第三コア６ｃ側に寄っていく方向にスラスト前進移動ｃされ、リードねじ部材４が逆転駆動ｂされることで上記２つの磁束遮蔽部材３ａ・３ｂは夫々リードねじ部材４に沿って第三コア６ｃから離れていく方向にスラスト後退移動ｄされる。
【００６５】
上記の、ホルダー２、コイル５、第一コア６ａ、ホルダーフタ１９、第二コア６ｂ・６ｂ、第三コア６ｃ、リードねじ部材４、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂの組み立て体である加熱アセンブリ１は、定着ローラ７内に挿入され、ホルダー２の両端部の係止部２ｃ・２ｄを夫々装置本体側の支持側板１３・１４にそれぞれ位置決めして不動に固定支持させて配設してある。
【００６６】
加熱アセンブリ１は定着ローラ７の内面とは非接触であり、また図３の横断面において第一コア６ａが定着ニップ部Ｎよりも定着ローラ７の回転方向上流側において斜め下向きで位置する角度姿勢にて定着ローラ７内に配設してある。
【００６７】
また、リードねじ部材４の一方側の軸部４ｃは延長して外部に突出させ、その突出軸部４ｅをＤ字型形状にし、ギア１１を固着し、このギア１１と駆動モータ２０のドライブギア２０ａとを噛合させてある。
【００６８】
制御回路３４はドライバ３５を介して駆動モータ２０を制御してギア２０ａ・１１を介して加熱アセンブリ１のリードねじ部材４を正転駆動ａまたは逆転駆動ｂすることで、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂの移動位置を後述するように第一と第二の移動位置に切り替え制御する。
【００６９】
また、加熱アセンブリ１のコイル５と電力制御装置２５はコイル供給線１５を介して電気的に導通させてある。
【００７０】
▲１▼．磁束遮蔽部材３ａ・３ｂの第一移動位置
リードねじ部材４が逆転駆動ｂ（図４）されることで上記２つの磁束遮蔽部材３ａ・３ｂが夫々リードねじ部材４に沿って第三コア６ｃから離れていく方向にスラスト後退移動ｄされて、図２のように、第三コア６ｃの両端部から外側の所定位置に後退した位置が磁束遮蔽部材３ａ・３ｂの第一移動位置である。
【００７１】
制御回路３４は通常は磁束遮蔽部材３ａ・３ｂをこの第一移動位置に移動待機させており、非通紙部昇温の起こらない通常紙サイズ幅Ｗ１の記録材Ｓ（Ａ４）が通紙使用されるときは磁束遮蔽部材３ａ・３ｂをそのまま第一移動位置に待機させた状態に保持する。
【００７２】
磁束遮蔽部材３ａ・３ｂが第一移動位置状態にあるときは、通常紙サイズ幅Ｗ１域の磁気回路内の磁束は磁束遮蔽部材３ａ・３ｂで遮蔽されないので、通常紙サイズ幅Ｗ１の全域各部の磁気回路は図５の（ａ）のような磁気回路Ｊａができる。
【００７３】
これにより、通常紙サイズ幅Ｗ１の端部の発熱分布が図７の（２）のようになり、定着ローラ７の長手方向に沿う発熱分布は端部が高くなる。図７の（３）は、そのときの、定着ローラ表面温度で、端部ダレとの相殺で長手方向で均一化されて、通常紙サイズ幅Ｗ１の全域幅で定着が可能である。
【００７４】
▲２▼．磁束遮蔽部材３ａ・３ｂの第二移動位置
リードねじ部材４が正転駆動ａされることで上記２つの磁束遮蔽部材３ａ・３ｂは夫々リードねじ部材４に沿って第三コア６ｃ側に寄っていく方向にスラスト前進移動ｃされ、図６のように、第三コア６ｃの両端部側の非通紙部Ｗ３・Ｗ３に対応する部分まで前進移動した位置が磁束遮蔽部材３ａ・３ｂの第二移動位置である。
【００７５】
制御回路３４は非通紙部昇温の起こる小サイズ紙幅Ｗ２の記録材Ｓ（Ａ４Ｒ）が通紙使用されるときは磁束遮蔽部材３ａ・３ｂをこの第二移動位置に前進移動させた状態に切り替え制御する。
【００７６】
これにより、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂが介入していない小サイズ紙幅Ｗ２域の磁気回路内の磁束は磁束遮蔽部材３ａ・３ｂで遮蔽されないので、この小サイズ紙幅Ｗ２域での磁気回路は図５の（ａ）のような磁気回路Ｊａである。しかし、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂが介入した非通紙部Ｗ３・Ｗ３域での磁気回路は、非通紙部Ｗ３・Ｗ３域に対応する第三コア６ｃ部分が磁束遮蔽部材３ａ・３ｂで覆われることで非通紙部Ｗ３・Ｗ３域に対応する第三コア６ｃ部分内部の磁束の流れが遮蔽され、イメージ的には図５の（ｂ）のような磁気回路Ｊｂになる。即ち磁束遮蔽部材３ａ・３ｂが非通紙部Ｗ３・Ｗ３域の磁束の流れを阻害する。これにより、図８のように、小サイズ紙幅Ｗ２の全域幅で定着が可能であり、かつ定着ニップ部Ｎの非通紙部Ｗ３・Ｗ３域では電磁誘導による発熱が減少し、非通紙部昇温を抑えることができる。
【００７７】
以上のように、磁束調整手段は、非通紙部昇温の起こる小サイズ紙幅Ｗ２の記録材Ｓ（Ａ４Ｒ）が通紙使用されるときは磁束遮蔽部材３ａ・３ｂをスラスト移動して、第三コア６ｃと第一コア６ａ、第二コア６ｂ間に磁束遮蔽部材３ａ・３ｂ・を置くことで、コア間を行き来する磁束の通路を変化させて、定着ローラ長手方向の電磁誘導の発熱を制御するのである。
【００７８】
コイル５と誘導発熱体である定着ローラ７のギャップは近いほど発熱効率が良いことが分かっている。本発明は従来に比べて、コイル５と定着ローラ７のギャップに磁束遮蔽部材を設けないので、発熱効率を従来より良くできるのである。
【００７９】
リードねじ部材４の正逆回転制御による磁束遮蔽部材３ａ・３ｂの第一と第二の位置切り替えは、通紙使用される記録材のサイズが、形成される画像によって制御回路３４で自動的に決められることで、もしくはユーザーが用紙サイズを指定して、決定された用紙サイズのセットされている給紙カセットから給紙されるることで、それに基づいて制御回路３４によりなされる。そのとき、給紙される記録材が非通紙部昇温の発生する用紙サイズの場合に、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂを第二移動位置に移動させて定着ローラ７の非通紙部昇温を防止するのである。
【００８０】
さらに、定着ローラの表面温度の検知手段を長手方向に複数設けた画像形成装置では、非通紙部の温度を検知して、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂを所要に作動させることもできる。具体的には、図２・図６のように、定着ローラ７の表面温度検知手段として第一の温度検知手段３２の他に非通紙部対応位置に第二の温度検知手段３３を設け、非通紙部の温度検知によって、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂを第二位置に移動制御させても良い。第一の温度検知手段３２は小サイズ紙幅対応位置に配設してある。
【００８１】
本発明は、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂの作動シーケンスを限定するものではない。
【００８２】
また、通紙使用される記録材Ｓの通紙幅サイズが通常紙サイズ幅Ｗ１（Ａ４）よりも小さく、小サイズ紙幅Ｗ２（Ａ４Ｒ）よりも大きいサイズ（例えば、Ｂ４＝２５７ｍｍ）などのときは、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂをその通紙幅サイズにあわせて無段階移動制御することもできる。本発明は、磁束調整手段の作動シーケンスを限定するものではない。
【００８３】
磁束遮蔽部材３ａ・３ｂは非磁性かつ良電気導電性の部材で構成されている。非磁性部材にすることで磁束を遮断する効果がある。良電気導電性部材にすることで磁束遮蔽部材自身の電磁誘導の発熱を抑える効果がある。本実施例では、アルミニウム合金を用いたが、銅・マグネシウム・銀などの合金でもよい。
【００８４】
磁束遮蔽部材３ａ・３ｂの厚さは、略０．３〜１．０ｍｍ程度でよい。薄すぎると、磁束遮蔽部材自身が電磁誘導発熱する。また、強度不足にもなる。逆に厚すぎると、磁束遮蔽部材の熱容量が増加して定着ローラを温めるとき逆に熱を奪ってしまい、ウエイトタイムの増加につながる。
【００８５】
リードねじ部材４、ホルダー２の材質は、耐熱性と機械的強度を兼ね備えた、ＰＰＳ系樹脂、ＰＥＥＫ系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、セラミック、液晶ポリマー、フッ素系樹脂などの物質が適している。さらに、それら樹脂にガラスを添加したものを用いる。磁束発生手段の内部のリードねじ部材、ホルダーが磁性材料であると、電磁誘導によりリードねじ部材、ホルダーが発熱して定着ローラの発熱効率が落ちてしまう。樹脂以外の金属を用いる場合は、非磁性、良電気伝導性の材料を選択すると発熱効率の低下が押えられる。
【００８６】
コイル５としては加熱に十分な交番磁束を発生するものでなければならないが、そのためには抵抗成分を低く、インダクタンス成分を高くとる必要がある。コイルの芯線としては、φ０．１〜０．３の細線を略８０〜１６０本程度に束ねたリッツ線を用いている。細線には絶縁被覆電線を用いている。第一コア６ａを周回するように８〜１２回巻回してコイル５を構成したものが使われる。コイル５には励磁回路が接続されており交番電流をコイル５へ供給できるようになっている。
【００８７】
コア６（ａ〜ｃ）にはフェライト、パーマロイなどの高透磁率で残留磁束密度の低いものを用いると良いが、磁束を発生できるものであれば良く特に規定するものではない。
【００８８】
本発明は、磁束発生手段のコイル・コア・誘導発熱体としての定着ローラの形状・材質を限定するものではない。
【００８９】
以下の第二、第三の実施例は、第一の実施例の定着装置のリードねじ部材４に設けられている第三コア６ｃのバリエーション例を示したものである。
【００９０】
磁束発生手段はコアの形状、配置を変えることで、発熱効率を制御することができる。本発明を用いることで、コア形状、配置の設計の自由度が広がり、本体の多くの仕様に対応した定着装置を作ることが可能になる。
【００９１】
［第二の実施例］
この第二の実施例においては、図９のように、第三コア６ｃが横断面十字形状である。十字コアにすることで、第一コア６ａ、第二コア６ｂ間の距離を短くできるので、発熱効率が良い。横断面Ｔ字型の第三コア６ｃでも同程度の発熱効率は得られるが、十字型にすることで、リードねじ部材４の回転による影響を少なくできる。リードねじ部材４の回転角度が９０度ごとに同一断面のコア形状になるからである。
【００９２】
［第三の実施例］
この第三実施例においては、第三コア６ｃが図１０のようにＩ字型である。また第二コア６ｂ・６ｂは無しとしてある。発熱効率的には前記実施例に劣るが、コア部材、ホルダー２、ホルダーフタ１９の簡略化による低コスト化が可能である。
【００９３】
第一、第二、第三の実施例のリードねじ部材４の回転数の制御、リードねじ部４ａ・４ｂのピッチを変更することで、非通紙部昇温の無いとき（待機時）と同じコア断面にすることが、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂが移動しているときにできる。例えば、第三の実施例のときには、リードねじ部材４の回転を角度９０度ごとに制御することで、スラスト移動量は制限されるが、断面コア形状を待機時と同じにできる。また、リードねじ部４ａ・４ｂのピッチを良く使う紙サイズなどに設定することもできる。
【００９４】
［参考例］
この参考例は、図１１・図１２のように、リードねじ部材４に第三コア６ｃを設けない構成である。従って磁束発生手段の磁性体コア６は、図１２のように、第一コア６ａと第二コア６ｂ・６ｂで構成される。
１）非通紙部昇温の起こらない通常紙サイズ幅Ｗ１の記録材Ｓ（Ａ４）が通紙使用されるときは磁束遮蔽部材３ａ・３ｂを図１１において実線示の第一移動位置に待機させた状態に保持する。
【００９５】
磁束遮蔽部材３ａ・３ｂが第一移動位置状態にあるときは、通常紙サイズ幅Ｗ１域の磁気回路内の磁束は磁束遮蔽部材３ａ・３ｂで遮蔽されないので、通常紙サイズ幅Ｗ１の全域各部の磁気回路は図１２の（ａ）のような磁気回路Ｊａができる。これにより、通常紙サイズ幅Ｗ１の端部の発熱分布が図７の（２）のようになり、定着ローラ７の長手方向に沿う発熱分布は端部が高くなる。図７の（３）は、そのときの、定着ローラ表面温度で、長手方向で均一化されて、通常紙サイズ幅Ｗ１の全域幅で定着が可能である。
【００９６】
２）非通紙部昇温の起こる小サイズ紙幅Ｗ２の記録材Ｓ（Ａ４Ｒ）が通紙使用されるときは磁束遮蔽部材３ａ・３ｂを図１１において２点鎖線示の第二移動位置に前進移動させた状態に切り替え制御する。
【００９７】
これにより、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂが介入していない小サイズ紙幅Ｗ２域の磁気回路内の磁束は磁束遮蔽部材３ａ・３ｂで遮蔽されないので、この小サイズ紙幅Ｗ２域での磁気回路は図１２の（ａ）のような磁気回路Ｊａである。
【００９８】
しかし、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂが介入した非通紙部Ｗ３・Ｗ３域での磁気回路は、非通紙部Ｗ３・Ｗ３域に対応する第一コア６ａ部分と第二コア６ｂ部分間の磁束の流れが遮蔽されることで、イメージ的には図１２の（ｂ）のような磁気回路Ｊｂになる。即ち磁束遮蔽部材３ａ・３ｂが非通紙部Ｗ３・Ｗ３域の磁束の流れを阻害する。これにより、図８のように、小サイズ紙幅Ｗ２の全域幅で定着が可能であり、かつ定着ニップ部Ｎの非通紙部Ｗ３・Ｗ３域では電磁誘導による発熱が減少し、非通紙部昇温を抑えることができる。
【００９９】
このように本参考例でも上記実施例と同様に、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂをスラスト移動することで、第一コア６ａと第二コア６ｂ間の磁束の流れ阻害し、長手方向での発熱効率を変えることで定着ローラ表面の温度の長手分布を変えることができる。
【０１００】
また本参考例では、図１１のようにリードねじ部材４のねじ部４ａ、４ｂを定着ローラ中央部まで形成することができるので、紙サイズの対応幅を大きくすることができる。
【０１０１】
また、コアを１つも設けない磁束発生手段（空芯コイル）においても、磁束遮蔽部材３ａ・３ｂを移動してコイル５の内側に置くことで、上記参考例と同様に発熱効率を長手方向で変化させることができる。
【０１０２】
要するに、コイル５の内側の磁束の流れを長手方向で変化させることで、定着ローラの長手方向の発熱分布を変えることができるのである。
【０１０３】
［第四の実施例］
本実施例は、図１３・図１４のように、リードねじ部材４の径を大きくして、リードねじ部材４の内部に第三コア６ｃを設けた実施例である。
【０１０４】
これにより、第一の実施例のような円筒形状の磁束遮蔽部材３ａ・３ｂを専用に設ける必要がなく、図１３、図１４のように、リードねじ部材４のねじ部４ａ・４ｂとの噛合う部３ｆ部の磁束遮蔽部材３だけでよい。長手方向の省スペース化が可能になる。
【０１０５】
本実施例でも上記参考例と同様、図１４のように、リードねじ部材４のねじ部４ａ・４ｂを定着ローラ中央部まで形成することができるので、紙サイズの対応幅を大きくすることができる。
【０１０６】
以上のように４種類の実施例を示したが、画像形成装置の仕様、定着装置の配置などにより適時、本発明を用いるとよい。
【０１０７】
また、定着ローラの替わりに、定着フィルムを用いても本発明の効果は変わらない。
【０１０８】
本発明に従う加熱装置としての上記各実施例の定着装置についてその効果をまとめると下記のとおりである。
【０１０９】
磁束を遮蔽（阻害）する磁束遮蔽部材３ａ・３ｂをコイル５が誘導発熱体である定着ローラ７に対向する側と反対側に設けることで、コイル５と定着ローラ７の隙間（ギャップ）を減少でき、発熱効率の向上により省エネルギー化が可能である。
【０１１０】
また、反対側に設けることで、省スペース化ができる。
【０１１１】
定着ローラ（またはフィルム）の外部に磁束遮蔽部材の待機スペースを減少させることができるので、省スペース化が実現でき、画像形成装置本体の大きさを抑える効果がある。
【０１１２】
従来の磁束遮蔽部材を回転移動させる構成では、磁束遮蔽部材がとコイルが接触し、コイルを破損することが考えられたが、本発明ではコイルと磁束遮蔽部材の接触を無くすことができる。
【０１１３】
従来は用紙が定着フィルムの中央を送る場合（中央基準の紙搬送系）、磁束遮蔽部材の待機スペースおよび磁束遮蔽部材の駆動手段スペースが、定着フィルム長手方向の両側に必要であったが、本発明では定着ローラの内部に磁束遮蔽部材を待機させるとともに、駆動手段を片側に配置することができるので、省スペース化が実現でき、画像形成装置本体の大きさを抑える効果がある。
【０１１４】
本発明では、定着スピードを落とすことなく非通紙部昇温の解決ができるので、画像形成の生産性の向上につながる。
【０１１５】
磁束発生手段（コイル・コア）、ホルダー、磁束遮蔽部材を一つのアセンブリ構成にしたので、組立て性・サービス性の向上が図れる。
【０１１６】
［その他］
１）磁束遮蔽部材３ａ・３ｂのスラスト方向への移動手段は、実施例のリードねじ部材４等に限られるものではなく、適宜の機構構成にすることができる。例えば、ズームカメラなどに多く用いられる公知のカム溝付きの円筒カムを用いても良いことは言うまでも無い。
【０１１７】
２）被加熱材の搬送基準は片側搬送基準であっても勿論よく、加熱装置はその片側搬送基準に対応して構成される。
【０１１８】
３）本発明の電磁誘導加熱方式・磁束調整型の像加熱装置は、実施例のような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つや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着処理する像加熱装置などとして広く使用出来る。
【０１１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電磁誘導加熱方式であって、非通紙部昇温対策として磁束遮蔽手段を用いた像加熱装置について、磁束遮蔽部材の待機スペース、駆動手段のスペースを削減してコンパクトな磁束遮蔽機構を構成して装置の省スペース化、低コスト化を図りつつ、省電力化・生産性を向上した像加熱装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施例における画像形成装置の構成略図
【図２】定着装置（電磁誘導加熱方式の像加熱装置）の縦断面模型図（磁束遮蔽部材−第一移動位置）
【図３】同じく横断面模型図
【図４】一方側の磁束遮蔽部材部分の斜視模型図
【図５】磁束遮蔽部材が介在していない部分と、介在している部分の磁気回路のイメージ図
【図６】定着装置の縦断面模型図（磁束遮蔽部材−第二移動位置）
【図７】磁束遮蔽部材が第一移動位置にある時の、コア配置、発熱分布、定着ローラの表面温度分布の説明図
【図８】磁束遮蔽部材が第二移動位置にある時の、コア配置、発熱分布、定着ローラの表面温度分布の説明図
【図９】第二の実施例における定着ローラの横断面模型図
【図１０】第三の実施例における定着ローラの横断面模型図
【図１１】参考例における定着装置の縦断面模型図（磁束遮蔽部材−第一移動位置）
【図１２】磁束遮蔽部材が介在していない部分と、介在している部分の磁気回路のイメージ図
【図１３】第四の実施例における定着装置の縦断面模型図（磁束遮蔽部材−第一移動位置）
【図１４】磁束遮蔽部材が介在している部分の磁気回路のイメージ図
【符号の説明】
１・・磁束調整加熱アセンブリ、２・・ホルダー、３（ａ・ｂ）・・磁束遮蔽部材、４・・リードねじ部材、５・・励磁コイル、６（ａ〜ｃ）・・磁性体コア、７・・定着ローラ、８・・加圧ローラ、１１・・ギア、１５・・コイル電力供給線、２１（ａ・ｂ）・・ベアリング、Ｎ・・定着ニップ部、Ｊ（ａ・ｂ）・・磁束発生部の磁力線（磁気回路）

Claims

磁束を発生する励磁コイルと、前記励磁コイルからの磁束により誘導発熱する発熱部を有する発熱体と、を有し、前記発熱体の熱により記録材上の像を加熱する像加熱装置であって、前記励磁コイルから発生する磁束を遮蔽する、導電性かつ非磁性の磁束遮蔽部材と、前記磁束遮蔽部材を移動させる移動手段と、を有する像加熱装置において、
前記励磁コイルの前記発熱部に対向する側とは反対側に配置され、前記励磁コイルから発生する磁束の通路を形成する磁性体コアを有し、
前記移動手段は前記磁束遮蔽部材を前記磁性体コアと前記励磁コイルとの間に移動させることで前記磁束遮蔽部材が移動した位置に対応する領域の前記発熱部に作用する磁束を低減させることを特徴とする像加熱装置。
磁束を発生する励磁コイルと、前記励磁コイルからの磁束により誘導発熱する発熱部を有する発熱体と、を有し、前記発熱体の熱により記録材上の像を加熱する像加熱装置であって、前記励磁コイルから発生する磁束を遮蔽する、導電性かつ非磁性の磁束遮蔽部材と、前記磁束遮蔽部材を移動させる移動手段と、を有する像加熱装置において、
前記励磁コイルの前記発熱部に対向する側とは反対側に配置され、前記励磁コイルから発生する磁束の通路を形成する反対側磁性体コアと、前記励磁コイルとともに前記発熱体に対向させて配置され、前記励磁コイルから発生する磁束の通路を形成する発熱体対向磁性体コアと、を有し、
前記移動手段は前記磁束遮蔽部材を前記反対側磁性体コアと前記発熱体対向磁性体コアとの間に移動させることで前記磁束遮蔽部材が移動した位置に対応する領域の前記発熱部に作用する磁束を低減させることを特徴とする像加熱装置。