JP3913069B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱材を加圧・加熱する加熱装置、特には電磁誘導加熱（ＩＨＦ）タイプの加熱装置、および前記加熱装置を記録材に形成担持させた未定着画像を加熱定着処理する像加熱装置として具備した電子写真装置・静電記録装置等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機やプリンター等の画像形成装置における像加熱装置としての定着装置を例にして説明する。
【０００３】
画像形成装置において、電子写真プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段で記録材（用紙）に間接（転写）あるいは直接に形成担持させた未定着トナー画像を記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定着装置（定着器）としては従来より熱ローラ方式の加熱装置が広く用いられている。
【０００４】
近年では、クイックスタートや省エネルギーの観点からフィルム加熱方式（サーフ）の装置が実用化されている。また金属からなるフィルム自身を発熱させる電磁誘導加熱方式の加熱装置も提案されている。
【０００５】
電磁誘導加熱方式の装置の具体例として、実開昭５１−１０９７３９号公報には、磁束により定着フィルムの金属層（発熱層）に渦電流を誘導させて、そのジュール熱で発熱させる誘導加熱定着装置が開示されている。これは、誘導電流の発生を利用することで直接定着フィルムを発熱させることができ、ハロゲンランプを熱源とする熱ローラ方式の定着装置よりも高効率の定着プロセスを達成している。
【０００６】
しかしながら、磁束（磁場）発生手段としての励磁コイルにより発生した交番磁束のエネルギーは定着フィルム全体の昇温に使われるため放熱損失が大きい。そのため、投入したエネルギーに対して定着に作用するエネルギーの割合が低く、効率が悪いという欠点があった。
【０００７】
そこで、定着に作用するエネルギーを高効率で得るために、発熱体である定着フィルムに励磁コイルを接近させたり、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップ部近傍に集中させたりして、高効率の定着装置が考案された。
【０００８】
図１６に、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップ部に集中させて効率を向上させた電磁誘導加熱方式の定着装置の一例の概略構成を示す。
【０００９】
１０は電磁誘導発熱層（導電体層、磁性体層、抵抗体層）を有する回転発熱体体としての円筒状・可撓性の定着フィルム（以下スリーブと称す）である。
【００１０】
１６ｃは横断面略半円弧状樋型のフィルムガイド部材（以下スリーブガイド部材と称す）であり、スリーブ１０はこのスリーブガイド部材１６ｃの外側にルーズに外嵌させてある。
【００１１】
１５はスリーブガイド部材１６ｃの内側に配設した磁束発生手投であり、励磁コイル１８とＴ型の磁性コア（芯材）１７とからなる。
【００１２】
３０は弾性加圧ローラであり、スリーブ１０を挟ませてスリーブガイド部材１６ｃの下面と所定の圧接力をもって所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させて相互圧接させてある。
【００１３】
上記磁束発生手段１５の磁性コア１７は定着ニップ部Ｎに対応させて配設してある。
【００１４】
加圧ローラ３０は駆動手段Ｍ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３０の回転駆動により、該加圧ローラ３０とスリーブ１０の外面との、定着ニップ部Ｎにおける摩擦力でスリーブ１０に回転力が作用して、該スリーブ１０がその内面が定着ニップ部Ｎにおいてスリーブガイド部材１６ｃの下面に密着して摺動しながら矢示の時計方向に加圧ローラ３０の周速度にほぼ対応した周速度をもってスリーブガイド部材１６ｃの外周を回転する（加圧ローラ駆動方式）。
【００１５】
スリーブガイド部材１６ｃは、定着ニップ部Ｎへの加圧、磁束発生手段１５としての励磁コイル１８と磁性コア１７の支持、スリーブ１０の支持、該スリーブ１０の回転時の搬送安定性を図る役目をする。このスリーブガイド部材１６ｃは磁束の通過を妨げない絶縁性の部材であり、高い荷重に耐えられる材料が用いられる。
【００１６】
励磁コイル１８は不図示の励磁回路から供給される交番電流によって交番磁束を発生する。交番磁束は定着ニップ部Ｎの位置に対応している横断面Ｔ型の磁性コア１７により定着ニップ部Ｎに集中的に分布し、その交番磁束は定着ニップ部Ｎにおいてスリーブ１０の電磁誘導発熱層に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層の固有抵抗によってジュール熱を発生させる。このスリーブ１０の電磁誘導発熱は交番磁束を集中的に分布させた定着ニップ部Ｎにおいて集中的に生じて定着ニップ部Ｎが高効率に加熱される。
【００１７】
定着ニップ部Ｎの温度は、不図示の温度検知手段を含む温調制御系により、励磁コイル１７への電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。
【００１８】
而して、加圧ローラ３０が回転駆動され、それに伴ってスリーブ１０がスリーブガイド部材１６の外回りを回転し、励磁回路からの励磁コイル１７への給電により、上記のようにスリーブ１０の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がる。そして温調された状態において、不図示の画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像ｔが形成された記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎのスリーブ１０と加圧ローラ３０との間に画像面が上向きに、即ち定着スリーブ面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面がスリーブ１０の外面に密着してスリーブ１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。
【００１９】
この定着ニップ部Ｎをスリーブ１０と一緒に記録材Ｐが挟持搬送されていく過程においてスリーブ１０の電磁誘導発熱で加熱されて記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過すると回転するスリーブ１０の外面から分離して排出搬送されていく。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のように、励磁コイル１８は定着スリーブ１０に接近させる必要が有るため、具体的には、図１７のように略平面に巻いた後、矢印の方向に変形させて舟形形状とする方法がある（特開平２０００−２４３５４５号参照）。
【００２１】
このような方法で作製したコイル１８と、磁性コア１７、スリーブ１０、記録材Ｐの長手方向の寸法関係図を図１８に示す。
【００２２】
図１８において、磁性コア１７（コイルに対し垂直方向部分について）の長手寸法は記録材Ｐと略同一とし、これよりもコイル１８、スリーブ１０の順で大としてある。これは、励磁コイル１８と磁性コア１７により発生される磁場は、略磁性コア１７の幅に渡り発生し、スリーブ１０を発熱するためである。
【００２３】
しかしながら、図１６に示すように、スリーブ１０と磁性コア１８の間には、ニップ部Ｎにおけるスリーブ１０との摺動面も兼ねるスリーブガイド部材１６ｃが存在するため、ギャップｄ≠０が生じる。このため、長手方向の両端部においては、磁束がスリーブ１０に対して垂直に入らず、中央部に比較して温度の低下する領域が生じる。このため、前述のように、記録材Ｐと磁性コア１７の長さを略同一（図１８）とすると、記録材Ｐの端部において、定着不良の発生することがあった。
【００２４】
一方、これを防止するため、記録材Ｐの幅に対し、磁性コア１７の長さを十分に大きくすると、以下のような問題が発生した。
【００２５】
（１）スリーブ１０の非通紙域に対しても常に渦電流による熱が発生するようになり、一方、この領域は記録材により熱を奪われることがないため、スリーブ１０の非通紙域が過昇温を起こし、スリーブ１０にダメージを与えるという不都合を生じた。
【００２６】
（２）磁性コア１７の延長に伴い、コイル１８を延長する必要があるが、コイル１８を大きくしすぎると、スリーブ１０の端部からの熱の逃げが増大し、電力効率が大幅に低下した。
【００２７】
本発明は上記に鑑みて提案されたもので、電磁誘導加熱方式の加熱装置において上記の（１）や（２）のような課題を解消して、端部における加熱不良や非通紙部昇温の防止と、熱効率の向上を図り、像加熱装置にあっては良好な定着性を確保することを目的とする。
【００２８】
【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。
【００２９】
（１）磁束発生手段と、前記磁束発生手段によって発生する磁束が作用して電磁誘導発熱する発熱体と、前記発熱体と接触しており前記発熱体と共にニップ部を形成する加圧部材と、を具備し、前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送して被加熱材を加熱する加熱装置において、
前記磁束発生手段は、前記ニップ部の長手方向に対して略平行に巻かれた励磁コイルと、磁性部材で形成されたコアにより構成され、
前記励磁コイルの前記長手方向の最内長をＬ１、最外長をＬ２、前記コアの前記長手方向の最外長をＬｃ、前記発熱体の前記長手方向の長さをＬｓ、前記加圧部材の前記長手方向の長さをＬｒ、装置に使用可能な最大サイズの前記被加熱材の前記長手方向の長さをＬｐ、前記コアと前記発熱体のギャップをｄ（単位は全てｍｍ）としたとき、下記式（１）、（２）
Ｌｃ≦Ｌｒ＜Ｌｓ ・・・（１）
Ｌｐ＋２（２ｄ＋１）≦Ｌｃ≦Ｌ１＜Ｌ２ ・・・（２）
を同時に満足することを特徴とする加熱装置。
【００３０】
上記のように構成することで、端部昇温が生じることなく、良好な加熱性（定着性）を得ることが出来た。
【００３１】
（２）前記装置は更に、
Ｌ２＜Ｌｓ ・・・（３）
を満たすことを特徴とする（１）に記載の加熱装置。
【００３２】
上記のように構成することで、励磁コイルの端部からの熱の逃げが防止出来、熱効率の向上が図れた。
【００３６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
以下に、本発明の第１の実施例を示す。
【００３７】
（１）画像形成装置
図１は、本発明の加熱装置を定着装置１００として適用した、画像形成装置の一例の構成略図である。本例はカラーレーザプリンターである。
【００３８】
１０１は有機感光体やアモルファスシリコン感光体でできた感光ドラム（像担持体）であり、矢示の反時計方向に所定のプロセス速度（周速度）で回転駆動される。
【００３９】
感光ドラム１０１はその回転過程で帯電ローラ等の帯電装置１０２で所定の極性・電位の一様な帯電処理を受ける。
【００４０】
次いでその帯電処理面にレーザ光学箱（レーザスキャナー）１１０から出力されるレーザ光１０３により、目的の画像情報の走査露光処理を受ける。レーザ光学箱１１０は不図示の画像読み取り装置等の画像信号発生装置からの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（オン／オフ）したレーザ光１０３を出力し、感光ドラム１０１面に走査露光した目的画像情報に対応した静電潜像が形成される。１０９はレーザ光学箱１１０からの出力レーザ光１０３を感光ドラム１０１の露光位置に偏向させるミラーである。
【００４１】
フルカラー画像形成の場合は、目的のフルカラー画像の第１の色分解成分画像、例えばイエロー成分画像についての走査露光・潜像形成がなされ、その潜像が４色カラー現像装置１０４のうちのイエロー現像器１０４Ｙの作動でイエロートナー画像として現像される。そのイエロートナー画像は感光ドラム１０１と中間転写ドラム１０５との接触部（或いは近接部）である１次転写部Ｔ１において中間転写ドラム１０５面に転写される。中間転写ドラム１０５面に対するトナー画像転写後の感光ドラム１０１面はクリーナ１０７により転写残トナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【００４２】
上記のような帯電・走査露光・現像・一次転写・清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画像の第２の色分解成分画像（例えはマゼンタ成分画像、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第３の色分解成分画像（例えばシアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作動）、第４の色分解成分画像（例えば黒成分画像、黒現像器１０４ＢＫが作動）の各色分解成分画像について順次実行され、中間転写ドラム１０５面にイエロートナー画像・マゼンタトナー画像・シアントナー画像・黒トナー画像の４色のトナー画像が順次重ねて転写されて、目的のフルカラー画像に対応したカラートナー画像が形成される。
【００４３】
中間転写ドラム１０５は、金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を設けたもので、感光ドラム１０１に接触して或いは近接して感光ドラム１０１とほぼ同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動され、中間転写ドラム１０５の金属ドラムにバイアス電位を与えて感光ドラム１０１との電位差で感光ドラム１０１側のトナー画像を前記中間転写ドラム１０５面側に転写させる。
【００４４】
上記の中間転写ドラム１０５面に形成されたカラートナー画像は、前記中間転写ドラム１０５と転写ローラ１０６との接触ニップ部である二次転写部Ｔ２において、前記二次転写部Ｔ２に不図示の給紙部から所定のタイミングで送り込まれた記録材（以下、転写材あるいは用紙と記す）Ｐの面に転写されていく。転写ローラ１０６は転写材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ドラム１０５面側から転写材Ｐ側へ合成カラートナー画像を順次に一括転写する。
【００４５】
二次転写部Ｔ２を通過した転写材Ｐは中間転写ドラム１０５面から分離されて定着装置（像加熱装置）１００へ導入され、未定着トナー画像の加熱定着処理を受けて、機外の不図示の排紙トレーに排出される。
【００４６】
転写材Ｐに対するカラートナー画像転写後の中間転写ドラム１０５はクリーナ１０８により転写残トナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【００４７】
このクリーナ１０８は常時は中間転写ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写ドラム１０５から転写材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写ドラム１０５に接触状態に保持される。
【００４８】
また転写ローラ１０６も常時中間転写ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写ドラム１０５から転写材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写ドラム１０５に転写材Ｐを介して接触状態に保持される。
【００４９】
本例装置は、白黒画像などモノカラー画像のプリントモードも実行できる。また両面画像プリントモードも実行できる。
【００５０】
両面画像プリントモードの場合は、定着装置１００を出た１面目画像プリント済みの転写材Ｐは不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されて再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれて２面に対するトナー画像転写を受け、再度、定着装置１００に導入されて２面に対するトナー画像の定著処理を受けることで両面画像プリントが出力される。
【００５１】
（２）定着装置１００
Ａ）装置の全体的構成
本例において定着装置１００は電磁誘導加熱方式の装置である。図２は本例の定着装置１００の要部の横断側面模型図、図３は要部の正面模型図、図４は要部の縦断正面模型図（図２の（４）−（４）線部分の縦断正面模型図）である。
【００５２】
本例装置１００は前述の図１６の定着装置と同様に、回転定着部材（定着スリーブ）としてフィルム状・円筒状の電磁誘導発熱スリーブ（発熱体）を用いた、加圧ローラ駆動方式で、電磁誘導加熱方式の装置である。図１６の装置と共通の構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００５３】
磁束発生手投１５は磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８からなる。
【００５４】
磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃは高透磁率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。
【００５５】
励磁コイル１８には給電部１８ａ・１８ｂ（図５）に励磁回路２７を接続してある。この励磁回路２７は２０ｋＨｚから５００ｋＨｚ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。
【００５６】
励磁コイル１８は励磁回路２７から供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。
【００５７】
１６ａ・１６ｂは横断面略半円弧状樋型のスリーブガイド部材であり、開口側を互いに向かい合わせて略円柱体を構成し、外側に円筒状回転体として全長Ｌｓ（図３）＝ ２８４ｍｍ、ａ＝外径３４ｍｍの電磁誘導発熱スリーブ１０をルーズに外嵌させてある。
【００５８】
前記スリーブガイド部材１６ａは、磁束発生手段１５としての磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃと励磁コイル１８を内側に保持している。
【００５９】
また、スリーブガイド部材１６ａには良熱伝導性部材４０が定着ニップ部Ｎの加圧ローラ３０との対向面側で、スリーブ１０の内側に配設してあり、スリーブ内面側バックアップ部材としても機能している。
【００６０】
本例においては、良熱伝導性部材４０に厚さ１ｍｍのアルミニウムを用いている。
【００６１】
また、良熱伝導性部材４０は磁束発生手投１５である励磁コイル１８と磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃから発生する磁場の影響を受けないように、この磁場の外に配設してある。
【００６２】
具体的には、良熱伝導性部材４０を励磁コイル１８に対して磁性コア１７ｂ・１７ｃを隔てた位置に配設し、励磁コイル１８による磁路の外側に位置させて良熱伝導性部材４０に影響を与えないようにしている。
【００６３】
２２は良熱伝導性部材４０のニップ部Ｎに対応する部分の裏面側とスリーブガイド部材１６ｂの内面平面部とに当接させて配設した横長の加圧用剛性ステイである。
【００６４】
１９は磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８と加圧用剛性ステイ２２の間を絶縁するための絶縁部材である。
【００６５】
フランジ部材２３ａ・２３ｂ（図３・図４）はスリーブガイド部材１６ａ・１６ｂのアセンブリの長手方向左右両端部に外嵌し、前記左右位置を固定しつつ回転自在に取り付け、スリーブ１０の回転時に該スリーブ１０の端部を受けてスリーブ１０のスリーブガイド部材１６ａ・１６ｂの長手に沿う寄り移動を規制する役目をする。
【００６６】
加圧部材としての加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、前記芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層３０ｂ及び、表層の離型層３０ｃとしてＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂層（厚さ１０μｍ〜１００μｍ程度）で構成されており、芯金３０ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。
【００６７】
本実施例では、加圧面長 Ｌr＝２５０ｍｍ、外径２０ｍｍの加圧ローラ３０を用いた。従って、前記スリーブ１０の全長Ｌsは加圧ローラ３０の当接面長 Ｌrよりも大きい。これ等の長手寸法関係は後記Ｄ）項にて詳述する。
【００６８】
加圧用剛性ステイ２２の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材２９ａ・２９ｂとの間にそれぞれ加圧バネ２５ａ・２５ｂを縮設することで加圧用剛性ステイ２２に押し下げ力を作用させている。これにより良熱伝導性部材４０のニップ部Ｎに対応する部分の下面と加圧ローラ３０の上面とが定着スリーブ１０を挟んで圧接して所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。
【００６９】
本実施例では、ニップ部Ｎでの加圧ローラ３０による押圧力（線圧力）を７．８Ｎ／ｃｍ（８００ｇ／ｃｍ）程度とした。
【００７０】
ここで、ニップＮの幅をある程度確保するには、加圧ローラ３０の硬度が高すぎると好ましくない。加圧ローラ３０の硬度は、ニップ確保のため上限７５度、機械強度から下限４５度程度（加圧ローラの表層上からのアスカーＣ硬度測定、９．８Ｎ（１ｋｇ加重））の範囲とするのが望ましい。
【００７１】
本実施例では、加圧ローラ３０の硬度を約５６度とし、ニップ量Ｎを７ｍｍ程度とした。
【００７２】
加圧ローラ３０は駆動手段Ｍ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３０の回転駆動により、前記加圧ローラ３０との外面との摩擦力でスリーブ１０に回転力が作用し、前記スリーブ１０がその内面が定着ニップＮにおいて良熱伝導性部材４０の下面に密着して摺動しながら矢示の時計方向に加圧ローラ３０の周速度にほぼ対応した周速度をもってスリーブガイド部材１６ａ・１６ｂの外周を回転する。
【００７３】
この場合、定着ニップ部Ｎにおける良熱伝導性部材４０の下面とスリーブ１０の内面との相互摺動摩擦力を低減化させるために定着ニップ部Ｎの良熱伝導性部材４０の下面とスリーブ１０の内面との間に耐熱性グリスなどの潤滑剤を介在させる、あるいは良熱伝導性部材４０の下面を潤滑部材４１で被覆することでニップＮでのスリーブ１０の摺動性を向上させることもできる。
【００７４】
これは、良熱伝導性部材４０としてアルミニウムを用いた場合のように表面滑り性が材質的によくない或いは仕上げ加工を簡素化した場合に、摺動するスリーブ１０に傷をつけてスリーブ１０の耐久性が悪化してしまうことを防ぐものである。
【００７５】
また、図５に示すように、スリーブガイド部材１６ａの周面に、その長手に沿い所定の間隔を置いて凸リブ部１６ｅを形成具備させ、スリーブガイド部材１６ａの周面とスリーブ１０の内面との接触摺動抵抗を低減させてスリーブ１０の回転負荷を少なくしている。このような凸リブ部１６ｅはスリーブガイド部材１６ｂにも同様に形成具備することができる。
【００７６】
図６は交番磁束の発生の様子を模式的に表したものである。磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表す。
【００７７】
磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃに導かれた交番磁束Ｃは、磁性コア１７ａと磁性コア１７ｂとの間、そして磁性コア１７ａと磁性コア１７ｃとの間においてスリーブ１０の電磁誘導発熱層１に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層１の固有抵抗によって電磁誘導発熱層１にジュール熱（渦電流損）を発生させる。
【００７８】
ここでの発熱量Ｑは電磁誘導発熱層１を通る磁束の密度によって決まり、図６のグラフような分布を示す。図６のグラフは、縦軸が磁性コア１７ａの中心を０とした角度φで表したスリーブ１０における円周方向の位置を示し、横軸がスリーブ１０の電磁誘導発熱層１での発熱量Ｑを示す。ここで、発熱域Ｈは最大発熱量をＱとした場合、発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義する。これは、定着に必要な発熱量が得られる領域である。前述（従来例）の様に、スリーブ１０の端部においては見かけ上ピーク値Ｑが低下する。
【００７９】
この定着ニップ部Ｎの温度は、温度検知手段２６（図２）を含む温調系により励磁コイル１８に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。
【００８０】
温度検知手段２６はスリーブ１０の温度を検知するサーミスタなどの温度センサであり、本例においてはこの温度センサ２６で測定したスリーブ１０の温度情報をもとに定着ニップ部Ｎの温度を制御するようにしている。
【００８１】
本実施例では、スリーブ１０の中央部で表面温度が略１８０℃となるように温度制御を行った。
【００８２】
而して、スリーブ１０が回転し、励磁回路２７から励磁コイル１８への給電により上記のようにスリーブ１０の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温調された状態において、画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像ｔが形成された転写材Ｐが定着ニップ部Ｎのスリーブ１０と加圧ローラ３０との間に画像面が上向き、即ちスリーブ面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面がスリーブ１０の外面に密着してスリーブ１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。
【００８３】
この定着ニップ部Ｎをスリーブ１０と一緒に転写材Ｐが挟持搬送されていく過程においてスリーブ１０の電磁誘導発熱で加熱されて転写材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。
【００８４】
転写材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過するとスリーブ１０の外面から分離して排出搬送されていく。
【００８５】
転写材Ｐ上の加熱定着トナー画像は定着ニップ部通過後、冷却して永久固着像となる。
【００８６】
本例においては、図２に示すように、スリーブ１０の発熱域Ｈ（図６）の対向位置に暴走時の励磁コイル１８への給電を遮断するため温度検知素子であるサーモスイッチ６０を配設している。
【００８７】
図７は本例で使用した安全回路の回路図である。温度検知素子であるサーモスイッチ６０は２４ＶのＤＣ電源とリレースイッチ６１と直列に接続されており、サーモスイッチ６０が切れると、リレースイッチ６１への給電が遮断され、リレースイッチ６１が動作し、励磁回路２７への給電が遮断されることにより励磁コイル１８への給電を遮断する構成をとっている。サーモスイッチ６０はＯＦＦ動作温度を２２０℃に設定した。
【００８８】
また、サーモスイッチ６０はスリーブ１０の発熱域Ｈに対向してスリーブ１０の外面に非接触に配設した。サーモスイッチ６０とスリーブ１８との間の距離は約２ｍｍとした。これにより、スリーブ１０にサーモスイッチ６０の接触による傷が付くことがなく、耐久による定着画像の劣化を防止することができる。
【００８９】
本例の定着装置の場合は、装置故障による定着装置暴走時、前述の図１６の定着装置のような定着ニップ部Ｎで発熱する構成とは違い、定着ニップ部Ｎに紙（転写材）Ｐが挟まった状態で定着装置が停止し、励磁コイル１８に給電が続けられスリーブ１０が発熱し続けた場合でも、紙が挟まっている定着ニップ部Ｎでは発熱していないために紙が直接加熱されることがない。また、発熱量が多い発熱域Ｈには、サーモスイッチ６０が配設してあるため、サーモスイッチ６０が２２０℃を感知して、サーモスイッチ６０が切れた時点で、リレースイッチ６１により励磁コイル１８への給電が遮断される。
【００９０】
本例によれば、紙の発火温度は約４００℃近辺であるため紙が発火することなく、スリーブ１０の発熱を停止することができる。
【００９１】
温度検知素子としてサーモスイッチ６０のほかに温度ヒューズを用いることもできる。
【００９２】
本例ではトナーｔに低軟化物質を含有させたトナーを使用したため、定着装置、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。
【００９３】
Ｂ）励磁コイル１８
励磁コイル１８はコイル（線輪）を構成させる導線（電線）として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の細線を複数本束ねたもの（束線）を用い、これを複数回巻いて励磁コイルを形成している。本例では１０ターン巻いて励磁コイル１８を形成している。
【００９４】
絶縁被覆はスリーブ１０の発熱による熱伝導を考慮して耐熱性を有する被覆を用いるのがよい。たとえば、アミドイミドやポリイミドなどの被覆を用いるとよい。
【００９５】
励磁コイル１８は外部から圧力を加えて密集度を向上させてもよい。
【００９６】
励磁コイル１８の形状は、図２・図６のようにスリーブ１０の発熱層１の曲面に沿うようにしている。本例ではスリーブ１０の発熱層１と励磁コイル１８との間の距離は約２．５ｍｍになるように設定した。
【００９７】
スリーブガイド部材（励磁コイル保持部材）１６ａ・１６ｂの材質としては絶縁性に優れ、耐熱性がよいものがよい。例えば、フェノール樹脂、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、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＬＣＰ樹脂などを選択するとよい。
【００９８】
磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８と、スリーブ１０の発熱層１との間の距離はできる限り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５ｍｍを越えるとこの効率が著しく低下するため５ｍｍ以内にするのがよい。
【００９９】
本例では、スリーブ１０の発熱層１と磁性コア１７ａとの間の距離ｄ（図２）は、略２ｍｍとなるようにスリーブガイド部材１６ａを設定した。
【０１００】
励磁コイル１８のスリーブガイド部材１６ａからの引出線すなわち給電部１８ａ・１８ｂ（図５）については、スリーブガイド部材１６ａから外の部分について束線の外側に絶縁被覆を施している。
【０１０１】
Ｃ）スリーブ１０
図８の（ａ）は本例におけるスリーブ１０の層構成模型図である。本例のスリーブ１０は、電磁誘導発熱性のスリーブ１０の基層となる金属スリーブ等でできた発熱層１と、その外面に積層した弾性層２と、その外面に積層した離型層３の複合構造のものである。
【０１０２】
発熱層１と弾性層２との間の接着、弾性層２と離型層３との間の接着のため、各層間にプライマー層（不図示）を設けてもよい。
【０１０３】
略円筒形状であるスリーブ１０において発熱層１が内面側であり、離型層３が外面側である。前述したように、発熱層１に交番磁束が作用することで前記発熱層１に渦電流が発生して前記発熱層１が発熱する。その熱が弾性層２・離型層３を介してスリーブ１０を加熱し、前記定着ニップＮに通紙される被加熱材としての転写材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。
【０１０４】
ａ．発熱層１
発熱層１はニッケル、鉄、強磁性ＳＵＳ、ニッケル−コバルト合金といった強磁性体の金属を用いるとよい。
【０１０５】
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、磁性ステンレス、コバルト−ニッケル合金等の金属が良い。
【０１０６】
その厚みは次の式で表される表皮深さより厚くかつ２００μｍ以下にすることが好ましい。表皮深さσ［ｍｍ］は、励磁回路２７の周波数ｆ［Ｈｚ］と透磁率μと固有抵抗ρ［Ｑｍ］で
σ＝５０３×（ρ／ｆμ）^1/2
と表される。
【０１０７】
これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になっており、逆にいうと殆どのエネルギーはこの深さまでで吸収されている（図９）。
【０１０８】
発熱層１の厚さは好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは２０μｍ〜１００μｍがよい。発熱層１の厚みが１μｍよりも小さいとほとん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。更に、機械的強度の観点からは、発熱層１の厚さは２０μｍ程度以上であることが望ましい。
【０１０９】
また、発熱層１が１００μｍを超えると剛性が高くなりすぎ、また屈曲性が悪くなり回転体として使用するには現実的ではない。従って、発熱層１の厚みは１〜１００μｍ、機械的強度を考慮して、より好ましくは２０μｍ〜１００μｍの範囲で決定するのが好ましい。本例では、５０μｍの厚さのニッケル電鋳メッキ品を用いた。
【０１１０】
ｂ．弾性層２
弾性層２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よく、熱伝導率がよい材質である。
【０１１１】
「す」と称するこまかいモザイク状欠陥を防止するのに、この弾性層が重要となる。すなわち、ワックス内包トナー使用時においては、シャープメルト系トナー使用時と異なり、弾性層２のやわらかさを反映してスリーブ１０の表層である離型層３がトナー自体をつつみ込む効果が「す」を防止するのに必要である。
【０１１２】
このために弾性層２としては、ゴム単体での硬度がＪＩＳ−Ａ測定、すなわちＪＩＳ−Ｋ６３０１のＡ型硬度計により規定される硬度にて３０度以下、より好ましくは２５度以下、厚さは５０μｍ以上より好ましくは１００μｍ以上とする必要がある。
【０１１３】
一方、弾性層２の厚さが５００μｍを超えると弾性層の熱抵抗が大きくなりすぎてしまい、クイックスタートが実現困難（１０００μｍ以上ではほぼ不可能）となる。このため、弾性層２の厚さは５００μｍ以下とするのが望ましい。
【０１１４】
また、弾性層２の熱伝導率λに関しては、２．５×１０^-1〜８．４×１０^-1［Ｗ／ｍ／℃］（６×１０^-4〜２×１０^-3［ｃａ１／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］）がよい。
【０１１５】
熱伝導率λが２．５×１０^-1［Ｗ／ｍ／℃］よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、スリーブの表層（離型層３）における温度上昇が遅くなる。
【０１１６】
熱伝導率λが８．４×１０^-1［Ｗ／ｍ／℃］よりも大きい場合には、硬度が高くなりすぎたり、圧縮永久歪みが悪化する。
【０１１７】
よって熱伝導率λは２．５×１０^-1〜８．４×１０^-1［Ｗ／ｍ／℃］がよい。より好ましくは３．３×１０^-1〜６．３×１０^-1［Ｗ／ｍ／℃］（８×１０^-4〜１．５×１０^-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］）がよい。
【０１１８】
本実施例ではゴム硬度が単体の硬度で１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率が４．２×１０^-1［Ｗ／ｍ／℃］（１×１０^-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］）、厚さが３００μｍのシリコーンゴムを用いた。
【０１１９】
ｃ．離型層３
離型層３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、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる．離型層３はこのようなフッ素系樹脂のチューブ層あるいは樹脂コート層にすることができる。
【０１２０】
前述の弾性層２のやわらかさを十分に表面に伝えるためには、離型層３の厚さが最大でも１００μｍ以下より好ましくは８０μｍ以下である必要がある。１００μｍより大きいと、トナーをつつみ込む効果が発揮されなくなり、べタ画像上に「す」が発生する。
【０１２１】
更に、弾性層２が薄くなるに従い、離型層３の厚さの上限値も小さくする必要が有る。本件出願人の検討の結果では、離型層３の厚さは最大でも弾性層２の厚さの１／３以下とする必要が有り、これ以上では弾性層２のやわらかさが表層まで十分に反映されなくなった。
【０１２２】
一方、離型層３の厚さが５μｍを下回ると、弾性層に加わる機械的ストレスを緩和出来なくなり、弾性層や離型層自体が劣化してしまう。このため、離型層３の厚さの下限値として５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上が必要である。
【０１２３】
本実施例では離型層３として厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いた。
【０１２４】
上記弾性層２と離型層３相互の層厚の関係をまとめると、弾性層２の厚さをｔ１、離型層３の厚さをｔ２としたとき、
５０μｍ≦ｔ１≦５００μｍ、
５μｍ≦ｔ２≦１００μｍ、
ｔ１≧３×ｔ２、
であることが好ましい。
ｄ．断熱層４
また、図８の（ｂ）に示すように、スリーブ１０の構成において、発熱層１のスリーブガイド部材面側（発熱層１の弾性層２とは反対面側）に断熱層４を設けてもよい。断熱層４は、スリーブ１０とスリーブガイド部材間の摺動性を向上させる目的としても、非常に有用である。
【０１２５】
断熱層４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、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂などの耐熱樹脂がよい。
【０１２６】
また、断熱層４の厚さとしては１０〜１０００μｍが好ましい。断熱層４の厚さが１０μｍ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、１０００μｍを超えると断熱層４の機械的剛性が強くなり、スリーブ１０が円周方向に変形しづらくなる為、好ましくない。また、磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８から発熱層１までの距離が大きくなり、磁束が十分に発熱層１に吸収されなくなる場合も有る。
【０１２７】
断熱層４は、発熱層１に発生した熱がスリーブ１０の内側に向かわないように断熱できるので、断熱層４がない場合と比較して転写材Ｐ側への熱供給効率がよくなる。よって、消費電力を抑えることができる。
【０１２８】
本実施例では、断熱層４は厚さ略３０μｍのポリイミド樹脂コートを用いた。
Ｄ）長手寸法関係
図１０に定着装置を構成する部材の長手方向の寸法関係を示す。
【０１２９】
図１０では、磁性コア１７ａ（コイル１８に垂直なコア）の長手方向最外寸法をＬｃ、励磁コイル１８の長手方向最内長（すなわち、最もスリーブ１０に近接した側のコイルの内長）をＬ１、同最外長（すなわち、最もスリーブ１０から離れた側のコイルの外長）をＬ２、スリーブ１０の長手寸法をＬｓ、加圧ローラ３０の長手寸法をＬｒ、転写材の幅をＬｐとした。また、転写材Ｐの幅Ｌｐに対し、磁性コア１７ａの寸法Ｌｃをα＋β（α＝β）分だけ延長して設けた。
【０１３０】
これは、図１１に示すように、磁束Ｃ（コイル１８に印加する交流電界の向きに応じ、矢印は時間とともに反転する）が、端部において疎となり、スリーブ１０の発熱量が低下するという第１の理由、及び、スリーブ１０の端部から放熱により熱が逃げるという第２の理由により、スリーブ１０の端部では図１２に示すような熱のダレ（低下）が生じるためである。
【０１３１】
尚、図１１で、（ａ）は磁束 Ｃをスリーブ１０の断面方向から見た図、（ｂ）は磁束Ｃをスリーブ１０の長手方向から見た図である。また、図１２はギャップｄ＝１ｍｍと し、コア１７ａの長さＬｃを２２２ｍｍとした場合のスリーブ表面熱分布の一例（非通紙時）である。
【０１３２】
ここで、スリーブ端部の熱ダレの状況は、コア１７ａとスリーブ１０（厳密にはスリーブ１０の金属発熱部）の距離ｄに依存することが本件発明者等の検討により判明している。この関係を表１に示す。
【０１３３】
【表１】

【０１３４】
上記表１において、ΔＴ（ｄｅｇ）は、磁性コアの長さＬｃを転写材幅Ｌｐと同一長さとした場合の、中央部に対する転写材端部でのスリーブ１０の表面温度のダレ量を示す。また、α（＝β）（ｍｍ）は、これに対し、定着温度が定着に支障のない範囲まで回復するのに最低必要な磁性コアＬｃの延長量を示す。尚、中央部のスリーブ１０の温度を１８０℃としたとき、端部の下限許容温度を１７０℃とした。前述の理由により、端部における磁束Ｂの曲がりによる発熱損失分と、スリーブ端部の放熱による温度低下減の出現からｄ（ｍｍ）とα（＝β）（ｍｍ）の間には、近似的に、以下の式
α＝β≧Ａｄ＋Ｃ（Ａ、Ｃは定数） ・・・（１）
という関係の成立することが予想される。
【０１３５】
実際に表１の結果から、
α＝β≧２ｄ＋１ ・・・（２）
という関係が成り立つことが経験的に見出された。
【０１３６】
ここで、磁性コア１７ａを延長することにより、励磁コイル長さＬ１、Ｌ２も延長する必要がある。すなわち、
Ｌｃ≦Ｌ１＜Ｌ２ ・・・（３）
また、非通紙域に発熱域がかかってしまうため、転写材により熱を奪われないスリーブ１０の非通紙域から、強制的に熱を奪い昇温を防止する必要が生じる。このため、本発明では加圧ローラ３０を延長することで、非通紙域におけるスリーブ１０の表面温度を加圧ローラ３０により低下させる。すなわち、
Ｌｃ≦Ｌｒ＜Ｌｓ ・・・（４）
という関係を満足する構成とする。なお、
Ｌｃ＝Ｌｐ＋α＋β ・・・（５）
であるため、（２）、（３）、（５）より、
Ｌｐ＋２（２ｄ＋１）≦Ｌｃ≦ＬＩ＜Ｌ２ ・・・（６）
となる。
【０１３７】
具体的に本実施例では、前述の（４）式、及び（６）式を満足するように最大の転写材幅を、レターサイズ紙の縦送りを想定してＬｐ＝２１６ｍｍとし、磁性コア１７ａとスリーブ１０のギャップｄ＝２ｍｍ、磁性コア１７ａの長さＬｃ＝２３８ｍｍ、コイル１８の内側長さＬ１＝２４４ｍｍ、コイル１８の外側長さＬ２＝２７０ｍｍ、加圧ローラ３０の長さＬｒ＝２５０ｍｍ、定着スリーブ１０の長さＬｓ＝２８４ｍｍとしたところ、１０００枚の連続プリントにおいても端部の定着不良や、非通紙部昇温等の問題のない、良好な結果が得られた。
【０１３８】
なお、加圧ローラ３０の長さＬｒと、コイル１８の外側長さＬ２の関係は、上記の例においてはＬｒ＜Ｌ２としているが、逆にＬｒ＞Ｌ２であっても良い。但し、定着スリーブの長さＬｓと、コイル１８の外側長さＬ２は、
Ｌ２≦Ｌｓ ・・・（７）
である必要がある。
【０１３９】
本件発明者等の検討において、Ｌ２＞Ｌｓとしたところ、励磁コイル１８の端部からの熱の逃げが増大し、スリーブ１０の加熱効率が大幅に低下する、という弊害を生じた。
【０１４０】
なお、磁性コア１７ｂ、１７Ｃの長手方向寸法に関しては、磁性コア１７ａに比べて厳格な影響力はないが、磁気の外部への漏洩等を防止するため、磁性コア１７ａに対し磁性コア１７ｂ、１７ｃの長手幅を同等以上とするのが望ましい。また、本実施例中では、磁性コア１７ａを磁性コア１７ｂ、１７ｃにより挟み込む構成を例に挙げたが、磁性コア１７ｂと１７ｃを一体となし、磁性コア１７ａ上に乗せるようにしてＴ字コアを構成しても良い。
【０１４１】
（第２の実施例）
第１の実施例においては、加圧ローラ３０の幅Ｌｒを、Ｌｒ＞Ｌｃとしたが、この代わりに、スリーブ１０の非通紙域に対向させて、冷却部材を当接させても良い。
【０１４２】
図１３及び図１４に、金属のコロ３１を非通域に設けてスリーブ１０に従動回転するように当接させ、非通紙部昇温を防止する方法を示す。この場合、コロ３１は加圧ローラ３０の両端部にオーバーラップさせるように設け、２つのコロ３１の長手最外部間距離Ｌ´ｒをＬ´ｒ＞Ｌｃとなるように設定すればよい。
【０１４３】
また、他の方法として、図１５に示すように、金属または樹脂、ゴム等のコロ３２を、加圧ローラ３０と同軸上で加圧ローラ３０の両端に設け、２つのコロ３２の長手最外部間距離Ｌ´ｒをＬ´ｒ＞Ｌｃとなるように設定すれば良い。このようにすることで、加圧ローラ３０よりも熱容量の大きい材質のコロを使用することが出来、非通紙域の昇温をより効果的に防止することが出来る。
【０１４４】
なお、図１５の例においては、あらかじめ加圧ローラ３０のニップ部での変形を考慮して、コロ３２の径を加圧ローラ３０よりも僅かに小さくするか、又は加圧ローラと略同じ硬度の材質とする必要がある。
【０１４５】
なお、第２実施例の形態は、第１実施例の補助的な手段として用いても差し支えない。この場合、図１３において、Ｌｒ＞Ｌｃ、かつＬ´ｒ＞Ｌｃとすれば良い。
【０１４６】
（その他）
１）電磁誘導発熱性の定着フィルム１０は、モノクロあるいは１パスマルチカラー画像などの加熱定着用の場合は弾性層２を省略した形態のものとすることもできる。発熱層１は樹脂に金属フィラーを混入して構成したものとすることもできる。発熱層単層の部材とすることもできる。
２）本発明の加熱装置は実施形態例の画像加熱定着装置としてに限らず、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、仮定着する像加熱装置、その他、被加熱材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置など、広く被加熱材を加熱処理する手段・装置として使用できる。
【０１４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電磁誘導加熱方式の加熱装置において、端部における加熱不良や非通紙部昇温の防止と、熱効率の向上を図ることができ、像加熱装置にあっては端部昇温が生じることなく、良好な定着性を得ることが出来た。
【０１４８】
また、Ｌ２≦Ｌｓを満足するように構成することで、励磁コイルの端部からの熱の逃げが防止出来、熱効率の向上が図れた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第1の実施例における画像形成装置の概略構成図
【図２】 定着装置（加熱装置）の要部の横断側面模型図
【図３】 同じく要部の正面模型図
【図４】 同じく要部の縦断正面模型図
【図５】 内部に磁束発生手段を配設支持させた右側のスリーブガイド部材半体の斜視模型図
【図６】 磁束発生手段と発熱量Ｑの関係を示した図
【図７】 安全回路図
【図８】 （ａ）と（ｂ）はそれぞれ定着スリーブの層構成模型図
【図９】 発熱深さと電磁波強度の関係を示したグラフ
【図１０】 定着装置構成要素間の長手寸法関係の説明図
【図１１】 効果の説明図（その１）
【図１２】 効果の説明図（その２）
【図１３】 第２の実施例における定着装置の構成要素間の長手寸法関係の説明図
【図１４】 定着装置の要部の横断側面模型図
【図１５】 他の装置の構成要素間の長手寸法関係の説明図
【図１６】 従来例の定着装置の要部の横断側面模型図
【図１７】 成形前の励磁コイルの斜視模型図
【図１８】 定着装置構成要素間の長手寸法関係の説明図
【符号の説明】
１０ 定着スリーブ（発熱体）
１６（ａ，ｂ，ｃ） スリーブガイド部材
１７（ａ，ｂ，ｃ） 磁性コア
１８ 励磁コイル
３０ 加圧ローラ
３１、３２ コロ

Claims (2)

1. 磁束発生手段と、前記磁束発生手段によって発生する磁束が作用して電磁誘導発熱する発熱体と、前記発熱体と接触しており前記発熱体と共にニップ部を形成する加圧部材と、を具備し、前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送して被加熱材を加熱する加熱装置において、
   前記磁束発生手段は、前記ニップ部の長手方向に対して略平行に巻かれた励磁コイルと、磁性部材で形成されたコアにより構成され、
   前記励磁コイルの前記長手方向の最内長をＬ１、最外長をＬ２、前記コアの前記長手方向の最外長をＬｃ、前記発熱体の前記長手方向の長さをＬｓ、前記加圧部材の前記長手方向の長さをＬｒ、装置に使用可能な最大サイズの前記被加熱材の前記長手方向の長さをＬｐ、前記コアと前記発熱体のギャップをｄ（単位は全てｍｍ）としたとき、下記式（１）、（２）
   Ｌｃ≦Ｌｒ＜Ｌｓ ・・・（１）
   Ｌｐ＋２（２ｄ＋１）≦Ｌｃ≦Ｌ１＜Ｌ２ ・・・（２）
   を同時に満足することを特徴とする加熱装置。
2. 前記装置は更に、
   Ｌ２＜Ｌｓ ・・・（３）
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。

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