JP4329468B2

JP4329468B2 - 定着装置

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Publication number: JP4329468B2
Application number: JP2003335260A
Authority: JP
Inventors: 忠文志水; 雅裕醒井; 和徳松尾; 生一北川; 圭一松崎; 英樹立松
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: JP2005099594A

Description

本発明は、複写機やファクシミリ、プリンタなどの静電記録式画像形成装置に使用される定着装置に関し、より具体的には電磁誘導加熱方式を使用したトナー画像の定着装置に関するものである。

プリンタ・複写機・ファクシミリなどの画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化・高速化についての市場要求が強くなってきている。これらの要求性能を達成するためには、画像形成装置に用いられる定着装置の熱効率の改善が重要である。

画像形成装置では、電子写真記録・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式もしくは直接方式により未定着トナー画像がシート材・印刷紙・感光紙・静電記録紙などの記録媒体に形成される。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。

電磁誘導加熱方式の定着装置として、（特許文献１）では、励磁コイルからなる誘導加熱手段の交番磁界により磁性金属部材である発熱部材に発生した渦電流でジュール熱を生じさせ、発熱部材を電磁誘導発熱させる技術が提案されている。
特開平８−２２２０６号公報

このような電磁誘導加熱方式の定着装置において、発熱部材は全体が金属で構成されてその両端が軸受けに回転自在に支持されているので、誘導加熱手段により発熱した場合、端部では軸受けへの放熱があるために他の部位よりも低温となり、温度ムラが発生する。このような温度ムラが発生すると、トナーの定着温度が局所的に異なってしまうので、定着ムラとなって現れる。

また、電磁誘導加熱方式の定着装置では、発熱部材の異常温度を検知した場合には励磁コイルへの給電を停止するサーモスタットが設けられており、別途設けられたサーミスタの制御が働かなくなった場合における配慮がなされている。

そして、発熱部材が異常温度に達してから、これがサーモスタットにより検知されるまでにはタイムラグがあるので、このタイムラグを考慮した効率的な温度検知が望まれている。

そこで、本発明は、発熱部材の端部における放熱を抑制して発熱部材の温度ムラをなくすことのできる定着装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、発熱部材が異常温度になった場合におけるサーモスタットによる温度検知を効率的に行うことのできる定着装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の定着装置は、定着ニップ部で記録媒体を挟持搬送し、記録媒体上の未定着トナーを溶融、加圧して当該記録媒体に定着させる定着装置であって、両端に樹脂製の端部保持板が取り付けられた磁性金属部材の回転体からなる発熱部
材と、端部保持板を介して発熱部材を回転自在に支持する軸受けと、発熱部材の外周面と対向配置され、電磁誘導によって発熱部材を発熱させる励磁コイルを備えた誘導加熱手段とを有するものである。

このように、発熱部材の両端に熱伝導率の低い樹脂製の端部保持板が取り付けられ、この端部保持板を介して発熱部材が軸受けに支持されているので、発熱部材の端部における放熱が抑制されて発熱部材の温度ムラをなくすことが可能になる。

さらに、本発明の定着装置は、前述した構成において、定着ニップ部を形成する定着部材と発熱部材とに張架された無端帯状のトナー加熱媒体と、誘導加熱手段の発熱部材に相対する位置に配置され、発熱部材の異常温度を検知した場合には励磁コイルへの給電を停止するサーモスタットを有し、端部保持板が熱可塑性を有する樹脂で構成されているものである。

これにより、発熱部材が異常温度になると端部保持板が熱変形してトナー加熱媒体のテンションにより発熱部材がサーモスタットから離間する方向に移動するので、ＩＨ効率が悪化して発熱部材の温度上昇速度が遅くなり、その間に温度異常がサーモスタットに検知されるので、発熱部材が異常温度になった場合におけるサーモスタットによる温度検知を効率的に行うことが可能になる。

本発明によれば、発熱部材の両端に熱伝導率の低い樹脂製の端部保持板が取り付けられ、この端部保持板を介して発熱部材が軸受けに支持されているので、発熱部材の端部における放熱が抑制されて発熱部材の温度ムラをなくすことが可能になるという有効な効果が得られる。

さらに、本発明によれば、発熱部材が異常温度になると端部保持板が熱変形してトナー加熱媒体のテンションにより発熱部材がサーモスタットから離間する方向に移動するので、ＩＨ効率が悪化して発熱部材の温度上昇速度が遅くなり、その間に温度異常がサーモスタットに検知されるので、発熱部材が異常温度になった場合におけるサーモスタットによる温度検知を効率的に行うことが可能になるという有効な効果が得られる。

本発明の参考例となる発明は、定着ニップ部で記録媒体を挟持搬送し、記録媒体上の未定着トナーを溶融、加圧して当該記録媒体に定着させる定着装置であって、両端に樹脂製の端部保持板が取り付けられた磁性金属部材の回転体からなる発熱部材と、端部保持板を介して発熱部材を回転自在に支持する軸受けと、発熱部材の外周面と対向配置され、電磁誘導によって発熱部材を発熱させる励磁コイルを備えた誘導加熱手段とを有する定着装置であり、発熱部材の両端に熱伝導率の低い樹脂製の端部保持板が取り付けられ、この端部保持板を介して発熱部材が軸受けに支持されているので、発熱部材の端部における放熱が抑制されて発熱部材の温度ムラをなくすことが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項１に記載の発明は、定着ニップ部で記録媒体を挟持搬送し、前記記録媒体上の未定着トナーを溶融、加圧して当該記録媒体に定着させる定着装置であって、両端に樹脂製の端部保持板が取り付けられた磁性金属部材の回転体からなる発熱部材と、前記端部保持板を介して前記発熱部材を回転自在に支持する軸受けと、前記発熱部材の外周面と対向配置され、電磁誘導によって前記発熱部材を発熱させる励磁コイルを備えた誘導加熱手段と、定着ニップ部を形成する定着部材と発熱部材とに張架された無端帯状のトナー加熱媒体と、誘導加熱手段の発熱部材に相対する位置に配置され、発熱部材の異常温度を検知した場合には励磁コイルへの給電を停止するサーモスタットを有し、端部保持板が熱可塑性を有する樹脂で構成されている定着装置であり、発熱部材が異常温度になると端部保持板が熱変形してトナー加熱媒体のテンションにより発熱部材がサーモスタットから離間する方向に移動するので、ＩＨ効率が悪化して発熱部材の温度上昇速度が遅くなり、その間に温度異常がサーモスタットに検知されるので、発熱部材が異常温度になった場合におけるサーモスタットによる温度検知を効率的に行うことが可能になるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。

図１は本発明の一実施の形態である定着装置を備えた画像形成装置の構成を示す説明図、図２は図１の画像形成装置に用いられる本発明の一実施の形態である定着装置の構成を示す説明図、図３は図２の定着装置における誘導加熱手段、サーモスタットおよび加熱ローラの位置関係を示す断面図、図４は図２の定着装置に用いられた軸受けを示す斜視図、図５は図２の定着装置におけるサーモスタットと加熱ローラとの距離の変化を示す断面図である。

まず、本発明に係る画像形成装置の概略を説明する。なお、本実施の形態で説明する画像形成装置は、電子写真方式を採用する装置の中で特にカラー画像の発色に寄与する４色の基本色トナー毎に現像装置を備え、転写体に４色画像を重ね合わせ、シート材に一括転写するタンデム方式である。しかしながら、本発明はタンデム方式の画像形成装置のみに限定されず、また現像装置の数、中間転写体の有無等に拘らず、あらゆる方式の画像形成装置に採用可能であることはいうまでもない。

図１において、感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの周囲には、各感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの表面を一様に所定の電位に帯電させる帯電手段２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ、帯電された感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ上に特定色の画像データに対応したレーザビームの走査線３０Ｋ，３０Ｃ，３０Ｍ，３０Ｙを照射して静電潜像を形成する露光手段３０、感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ上に形成された静電潜像を顕像化する現像手段４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ、感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ上に顕像化されたトナー像を無端状の中間転写ベルト（中間転写体）７０に転写する転写手段５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ、感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄから中間転写ベルト７０にトナー像を転写した後に感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに残っている残留トナーを除去するクリーニング手段６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄがそれぞれ配置されている。

ここで、露光手段３０は、感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに対して所定の傾きをもって配置されている。また、中間転写ベルト７０は、図示する場合においては、矢印Ａ方向へ回動する。なお、画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄでは、それぞれブラック画像、シアン画像、マゼンタ画像、イエロー画像が形成される。そして、感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに形成された各色の単色画像が中間転写ベルト７０上に順次重ね転写されてフルカラー画像が形成される。

装置の下部には、印字用紙などのシート材（記録媒体）９０が収納された給紙カセット１００が設けられている。そして、シート材９０は、給紙ローラ８０により給紙カセット１００から１枚ずつ用紙搬送路に送り出される。

用紙搬送路上には、中間転写ベルト７０の外周面と所定量にわたって接触し、この中間転写ベルト７０上に形成されたカラー画像をシート材９０に転写するシート材転写ローラ１１０、シート材９０上に転写されたカラー画像をローラの狭持回転に伴う圧力と熱とによってシート材９０に定着する定着器１２０が配置されている。

このような構成の画像形成装置において、まず画像形成ステーションＰａの帯電手段２０ａおよび露光手段３０により感光体ドラム１０ａ上に画像情報のブラック成分色の潜像
が形成される。この潜像は現像手段４０ａでブラックトナーを有する現像手段４０ａによりブラックトナー像として可視像化され、転写手段５０ａにより中間転写ベルト７０上にブラックトナー像として転写される。

一方、ブラックトナー像が中間転写ベルト７０に転写されている間に、画像形成ステーションＰｂではシアン成分色の潜像が形成され、続いて現像手段４０ｂでシアントナーによるシアントナー像が顕像化される。そして、先の画像ステーションＰａでブラックトナー像の転写が終了した中間転写ベルト７０にシアントナー像が画像ステーションＰｂの転写手段５０ｂにて転写され、ブラックトナー像と重ね合わされる。

以下、マゼンタトナー像、イエロートナー像についても同様な方法で画像形成が行われ、中間転写ベルト７０に４色のトナー像の重ね合わせが終了すると、給紙ローラ８０により給紙カセット１００から給紙されたシート材９０上にシート材転写ローラ１１０によって４色のトナー像が一括転写される。そして、転写されたトナー像は定着器１２０でシート材９０に加熱定着され、このシート材９０上にフルカラー画像が形成される。

次に、このような画像形成装置に用いられた定着装置について説明する。

図２に示すように、定着装置は、誘導加熱手段１８０の電磁誘導により加熱される加熱ローラ（発熱部材）１３０と、加熱ローラ１３０と平行に配置された定着ローラ（定着部材）１４０と、加熱ローラ１３０と定着ローラ１４０とに張架され、加熱ローラ１３０により加熱されるとともに少なくともこれらの何れかのローラの回転により矢印Ａ（図１）方向に回転する無端帯状の耐熱性ベルト（トナー加熱媒体）１５０と、耐熱性ベルト１５０を介して定着ローラ１４０に圧接されるとともに耐熱性ベルト１５０に対して順方向に回転する加圧ローラ１６０とから構成されている。

加熱ローラ１３０はたとえば鉄、コバルト、ニッケルまたはこれら金属の合金等の中空円筒状の磁性金属部材の回転体からなり、外径をたとえば２０ｍｍ、肉厚をたとえば０．３ｍｍとして、低熱容量で昇温の速い構成となっている。

定着ローラ１４０は、たとえばステンレススチール等の金属製の芯金と、耐熱性を有するシリコーンゴムをソリッド状または発泡状にして芯金を被覆した弾性部材とからなる。そして、加圧ローラ１６０からの押圧力でこの加圧ローラ１６０と定着ローラ１４０との間に所定幅の接触部を形成するために外径を３０ｍｍ程度として加熱ローラ１３０より大きくしている。弾性部材はその肉厚を３〜８ｍｍ程度、硬度を１５〜５０°（Ａｓｋｅｒ硬度：ＪＩＳＡの硬度では６〜２５°による）程度としている。この構成により、加熱ローラ１３０の熱容量は定着ローラ１４０の熱容量より小さくなるので、加熱ローラ１３０が急速に加熱されてウォームアップ時間が短縮される。

加熱ローラ１３０と定着ローラ１４０とに張り渡された耐熱性ベルト１５０は、誘導加熱手段１８０により加熱された加熱ローラ１３０と接触している間に加熱される。そして、加熱ローラ１３０，定着ローラ１４０の回転によって耐熱性ベルト１５０の内面が連続的に加熱され、結果としてベルト全体に渡って加熱される。

耐熱性ベルト１５０は、鉄、コバルト、ニッケル等の磁性を有する金属またはそれらを基材とする合金を基材とした発熱層と、その表面を被覆するようにして設けられたシリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性部材からなる離型層とから構成された複合層ベルトである。

上記複合層ベルトを使用すれば、上述した誘導加熱手段１８０から加熱ローラ１３０を
介した耐熱性ベルト１５０への加熱に加え、誘導加熱手段１８０から耐熱性ベルト１５０へ直接加熱できる。またその他の効果としては、発熱効率が良くなり、発熱のレスポンスも速くなる。

また、仮に何らかの原因で、例えば耐熱性ベルト１５０と加熱ローラ１３０との間に異物が混入してギャップが生じたとしても、耐熱性ベルト１５０の発熱層の電磁誘導による発熱で耐熱性ベルト１５０自体が発熱するので、温度ムラが少なく定着の信頼性が高くなる。

なお、発熱層の厚さは、２０μｍから５０μｍ程度が望ましく、特に３０μｍ程度が望ましい。

前述したように、鉄、コバルト、ニッケル等の磁性を有する金属またはそれらを基材とする合金を基材とした材料により発熱層を構成した場合、その厚さが５０μｍより大きい場合には、ベルト回転時に発生する歪み応力が大きくなり、剪断力によるクラックの発生や機械的強度の極端な低下を引き起こす。また、発熱層の厚さが２０μｍより小さい場合には、ベルト回転時の蛇行が原因で発生するベルト端部へのスラスト負荷により複合層ベルトにクラックや割れ等の破損が発生する。

一方、離型層の厚さとしては、１００μｍから３００μｍ程度が望ましく、特に２００μｍ程度が望ましい。このようにすれば、シート材９０上に形成されたトナー像Ｔを耐熱性ベルト１５０の表層部が十分に包み込むため、トナー像Ｔを均一に加熱溶融することが可能になる。

離型層の厚さが１００μｍよりも小さい場合には、耐熱性ベルト１５０の熱容量が小さくなってトナー定着工程においてベルト表面温度が急速に低下し、定着性能を十分に確保することができない。また、離型層の厚さが３００μｍよりも大きい場合には、耐熱性ベルト１５０の熱容量が大きくなってウォームアップにかかる時間が長くなる。さらに加えて、トナー定着工程においてベルト表面温度が低下しにくくなって、定着部出口における融解したトナーの凝集効果が得られず、ベルトの離型性が低下してトナーがベルトに付着する、いわゆるホットオフセットが発生する。

発熱層の内側表面は、金属の酸化防止、加熱ローラ１３０との接触性改良の目的で、樹脂コートしても良い。

なお、耐熱性ベルト１５０の基材として、上記金属からなる発熱層の代わりに、フッ素系樹脂、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樹脂などの耐熱性を有する樹脂層を用いてもよい。樹脂層を用いると割れにくくなるという効果を奏する。

基材が耐熱性の高い樹脂部材である樹脂層から構成されれば、耐熱性ベルト１５０が加熱ローラ１３０の曲率に応じて密着しやすいため、加熱ローラ１３０の保有する熱がこの耐熱性ベルト１５０に効率良く伝達される。但し、熱伝送性自体は金属層の方が高い。

この場合、樹脂層の厚さとしては、２０μｍから１５０μｍ程度が望ましく、特に７５μｍ程度が望ましい。樹脂層の厚さが２０μｍよりも小さい場合には、ベルト回転時の蛇行に対する機械的強度が得られない。また、樹脂層の厚さが１５０μｍより大きい場合には、樹脂の熱伝導率が小さいため、加熱ローラ１３０から耐熱性ベルト１５０の離型層への熱伝播効率が低下し、定着性能の低下が発生する。

次に、加圧ローラ１６０は、たとえば銅またはアルミ等の熱伝導性の高い金属製の円筒部材からなる芯金と、この芯金の表面に設けられた耐熱性およびトナー離型性の高い弾性部材とから構成されている。芯金には上記金属以外にＳＵＳを使用しても良い。

加圧ローラ１６０は耐熱性ベルト１５０を介して定着ローラ１４０を押圧してシート材９０を挟持搬送する定着ニップ部Ｎを形成しているが、本実施の形態では、加圧ローラ１６０の硬度を定着ローラ１４０に比べて硬くすることによって、加圧ローラ１６０が定着ローラ１４０（及び耐熱性ベルト１５０）へ食い込む形となり、この食い込みにより、シート材９０は加圧ローラ１６０表面の円周形状に沿うため、シート材９０が耐熱性ベルト１５０表面から離れやすくなる効果を持たせている。この加圧ローラ１６０の外径は定着ローラ１４０と同じ３０ｍｍ程度であるが、肉圧は２〜５ｍｍ程度で定着ローラ１４０より薄く、また硬度は２０〜６０°（Ａｓｋｅｒ硬度：ＪＩＳＡの硬度では６〜２５°による）程度で前述したとおり定着ローラ１４０より硬く構成されている。

次に、誘導加熱手段１８０の構成について説明する。

電磁誘導により加熱ローラ１３０を加熱する誘導加熱手段１８０は、図２に示すように、加熱ローラ１３０の外周面と対向配置されている。誘導加熱手段１８０には、加熱ローラ１３０を覆うように湾曲形成されて加熱ローラ１３０を格納するための格納室２００を備えた支持フレーム（支持部材）１９０が設けられている。なお、支持フレーム１９０は難燃性の樹脂で構成されている。

図２に示すように、支持フレーム１９０の加熱ローラ１３０に相対する位置であって励磁コイル２２０を支持フレーム１９０の側面に巻き付けたことにより生ずる巻き付け中心部若しくは巻き付け中心部近傍にはサーモスタット２１０が設けられ、サーモスタット２１０の温度を検知する部分が支持フレーム１９０から加熱ローラ１３０及び耐熱性ベルト１５０に向けて一部表出して設けられている。これにより、加熱ローラ１３０及び耐熱性ベルト１５０の温度を検知し、異常温度を検知した場合には電源回路（図示せず)を強制切断して、次に述べる励磁コイル２２０への給電を停止する。

支持フレーム１９０の外周面には、磁界発生手段である励磁コイル２２０を有している。励磁コイル２２０は長い一本の励磁コイル線材をこの励磁コイルコア支持フレーム１９０に沿って加熱ローラ１３０の軸方向に交互に巻き付けたものである。コイルを巻き付ける長さは耐熱性ベルト１５０と加熱ローラ１３０とが接する領域と同じにされている。

この構成によれば、誘導加熱手段１８０により電磁誘導加熱される加熱ローラ１３０の領域が最大となり、発熱している加熱ローラ１３０表面と耐熱性ベルト１５０とが接する時間も最大となるので、耐熱性ベルト１５０への伝熱効率が高くなる。

なお、支持フレーム１９０を用いていない場合、励磁コイル２２０と耐熱性ベルト１５０間の距離にバラツキがあると、距離が小さい部分は磁束密度が高くなることでＩＨ効率が高くなり、ベルト温度が高くなる。距離が大きい部分は磁束密度が低くなることでＩＨ効率が低くなり、ベルト温度が低くなる。

また、サーモスタット２１０と耐熱性ベルト１５０間の距離にバラツキがある場合、距離が小さい部分ではベルト温度が相対的に低い状態でサーモスタット２１０が遮断してしまうため、通常状態で作動してはならない時点で作動してしまうため、信頼性に問題が生じ、故障状態になる。一方、距離が大きい部分ではベルト温度が相対的に高い状態にならないとサーモスタット２１０が作動しないため、本来作動しなければならない温度でも作動しなくなるという問題が生じる。

そこで、ＩＨコイルを支持フレーム１９０で支持し、加熱ローラ１３０、耐熱性ベルト１５０と励磁コイル２２０との距離を一定に保つようにしている。支持フレーム１９０は樹脂又は金属等を材料に用いることが考えられる。樹脂にした場合、励磁コイル２２０と耐熱性ベルト１５０等を電気的に絶縁できるという効果がある。

励磁コイル２２０は、発振回路が周波数可変の駆動電源（図示せず）に接続され、駆動電源（図示せず）から１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交流電流、好ましくは２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの高周波交流電流が給電され、これにより交番磁界を発生する。そして、加熱ローラ１３０と耐熱性ベルト１５０との接触領域およびその近傍部においてこの交番磁界が加熱ローラ１３０および耐熱性ベルト１５０の発熱層に作用し、これらの内部では交番磁界の変化を妨げる方向に渦電流が流れる。

この渦電流が加熱ローラ１３０および耐熱性ベルト１５０の発熱層の抵抗に応じたジュール熱を発生させ、主として加熱ローラ１３０と耐熱性ベルト１５０との接触領域およびその近傍部において加熱ローラ１３０および耐熱性ベルト１５０が電磁誘導加熱される。

このようにして加熱された耐熱性ベルト１５０は、図２に示す定着ニップ部Ｎの入口側近傍において耐熱性ベルト１５０の内面側に当接して配置されたサーミスタなどの熱応答性の高い感温素子からなる温度検出手段２４０により、ベルト内面温度が検知される。

温度検出手段２４０の一例として挙げたサーミスタは、耐熱性ベルト１５０の温度が一定値以上になったことを検知すると、制御回路(図示せず)に信号を発し、制御回路はＩＧＢＴを制御して励磁コイル２２０の通電をオフする。また、耐熱性ベルト１５０の温度が一定値以下になったことを検知すると、制御回路に信号を発し、制御回路はＩＧＢＴを制御して励磁コイル２２０の通電をオンする。このようにして耐熱性ベルト１５０の温度を一定範囲内に制御する。

支持フレーム１９０の外側には格納室２００を囲む形でショートリング２３０が設けられている。ショートリング２３０には励磁コイル２２０に電流を流すことによって生じる磁束のうち外部に漏れ出る漏れ磁束を打ち消す方向に渦電流が発生する。渦電流が発生するとフレミングの法則により、漏れ磁束の磁界を打ち消す方向に磁界が発生し、漏れ磁束による不要輻射を防止する。

ショートリング２３０は、例えば、導電性の高い銅またはアルミニウムを材料とする。また、ショートリング２３０は、少なくとも、漏れ磁束を打ち消す磁束を発生させられる位置にあればよい。

ショートリング２３０の上面には、同じく支持フレーム１９０の格納室２００を囲むような形で励磁コイルコア２５０が設けられ、その上部には、支持フレーム１９０の格納室２００をまたぐような形でＣ型コイルコア２６０が設けられている。

励磁コイルコア２５０及びＣ型コイルコア２６０を設けることにより、励磁コイル２２０のインダクタンスが大きくなり、励磁コイル２２０と加熱ローラ１３０との電磁結合が良好となる。このため、同じコイル電流でも多くの電力を加熱ローラ１３０へ投入することが可能となり、ウォームアップ時間の短い定着装置を実現することができる。

Ｃ型コイルコア２６０は、例えば、幅が１０ｍｍであり、加熱ローラ１３０の回転軸方向に２５ｍｍの間隔を開けて６個配置されている。これにより、外部に漏れる磁束を捕捉することができるようにされている。

Ｃ型コイルコア２６０を用いると、励磁コイル２２０の背面側の磁束がすべてＣ型コイルコア２６０の内部を通過するため、磁束が後方へ漏れることを防止することができる。その結果、周辺の導電性部材の電磁誘導による発熱を防止することができると共に、不要な電磁波の放射を防止することができる。

この励磁コイルを挟んで加熱ローラ１３０の反対側には、誘導加熱手段１８０の内部を覆うハウジング２７０が取り付けられている。ハウジング２７０はたとえば樹脂製であり、Ｃ型コイルコア２６０やサーモスタット２１０を覆うような屋根型で支持フレーム１９０に取り付けられている。なお、ハウジング２７０は樹脂製以外であってもよい。

ハウジング２７０はショートリング２９０が支持フレーム１９０に取り付けられている。このショートリング２９０は、上述したショートリング２３０と同様のものであり、Ｃ型コイルコア２６０等の背面から外部に漏れ出るわずかな漏れ磁束を打ち消す方向に渦電流が発生することで、漏れ磁束の磁界を打ち消す方向に磁界が発生し、漏れ磁束による不要輻射を防止する。

図３に示すように、加熱ローラ１３０の両端には樹脂製のフランジ（端部保持板）３００が取り付けられ、このフランジ３００をシャフト３１０が貫通している。なお、フランジ３００は、たとえばＰＰＳなどのように、熱可塑性を有する樹脂で構成されていることが望ましい。このフランジ３００は加熱ローラ１３０の外周面から径方向に突出しており、耐熱性ベルト１５０の脱落を防止している。

加熱ローラ１３０はシャフト３１０の貫通した樹脂製のフランジ３００を介して軸受け３２０に回転自在に支持されている。図４に示すように、軸受け３２０は一部の径が大きくなっており、この部分の周面３２０ａが誘導加熱手段１８０と（支持フレーム１９０が用いられた本実施の形態では、誘導加熱手段１８０の支持フレーム１９０と）当接している。この軸受け３２０により加熱ローラ１３０と励磁コイル２２０との距離が高精度に保たれて、最適なＩＨ効率を得ている。

ここで、本実施の形態においては、前述のように加熱ローラ１３０の両端に樹脂製のフランジ３００が取り付けられている。そして、樹脂は金属に比較して熱伝導率が低いので、樹脂製のフランジ３００を介して加熱ローラ１３０が軸受け３２０に支持されることにより、加熱ローラ１３０の端部における軸受け３２０への放熱が抑制されて加熱ローラ１３０の温度ムラをなくすことができる。これにより、トナーの定着温度が均一化されて定着ムラのない良好な品質の印刷を行うことができる。

また、フランジ３００を熱可塑性を有する樹脂で構成すれば、図５（ａ）に示す正常な動作状態における加熱ローラ１３０（図３）とサーモスタット２１０との距離Ｄ1が、加熱ローラ１３０が異常温度になると、図５（ｂ）に示すように、フランジ３００が熱変形して耐熱性ベルト１５０のテンションにより加熱ローラ１３０がサーモスタット２１０から離間する方向に移動する。これにより、加熱ローラ１３０とサーモスタット２１０とが距離Ｄ1よりも長い距離Ｄ2となるので、ＩＨ効率が悪化して加熱ローラ１３０の温度上昇速度が遅くなり、その間に温度異常がサーモスタット２１０に検知される。

サーモスタット２１０は、加熱ローラ１３０の異常温度を検出したならば、電源回路を強制切断して励磁コイル２２０への給電を停止する。これにより交番磁界が消滅して加熱ローラ１３０の発熱が停止され、加熱ローラ１３０の温度が降下することになる。

このように、フランジ３００を熱可塑性を有する樹脂で構成することにより、加熱ロー
ラ１３０が異常温度になるとフランジ３００が熱変形してベルトテンションにより加熱ローラ１３０がサーモスタット２１０から離間する方向に移動してＩＨ効率が悪化するので、加熱ローラ１３０の温度上昇速度が遅くなってその間に温度異常がサーモスタット２１０に検知されることになり、加熱ローラ１３０が異常温度になった場合におけるサーモスタット２１０による温度検知を効率的に行うことが可能になる。

なお、以上の説明においては、誘導加熱手段１８０で発熱された加熱ローラ１３０から耐熱性ベルト１５０を介して加熱される定着ローラ１４０で定着する構成を示したが、樹脂製のフランジ３００により加熱ローラ１３０端部の放熱を抑制する技術については、耐熱性ベルト１５０を用いず、加熱ローラ１３０と加圧ローラ１６０とで定着ニップ部Ｎを形成する構成の定着装置にも採用することもできる。

本発明によれば、発熱部材の両端に熱伝導率の低い樹脂製の端部保持板が取り付けられ、この端部保持板を介して発熱部材が軸受けに支持されているので、発熱部材の端部における放熱が抑制されて発熱部材の温度ムラをなくすことが可能になるという有効な効果が得られ、さらに、発熱部材が異常温度になると端部保持板が熱変形してトナー加熱媒体のテンションにより発熱部材がサーモスタットから離間する方向に移動するので、ＩＨ効率が悪化して発熱部材の温度上昇速度が遅くなり、その間に温度異常がサーモスタットに検知されるので、発熱部材が異常温度になった場合におけるサーモスタットによる温度検知を効率的に行うことが可能になるという有効な効果が得られ、定着ベルトを用いた画像形成装置の分野に好適である。

本発明の一実施の形態である定着装置を備えた画像形成装置の構成を示す説明図図１の画像形成装置に用いられる本発明の一実施の形態である定着装置の構成を示す説明図図２の定着装置における誘導加熱手段、サーモスタットおよび加熱ローラの位置関係を示す断面図図２の定着装置に用いられた軸受けを示す斜視図図２の定着装置におけるサーモスタットと加熱ローラとの距離の変化を示す断面図

符号の説明

９０シート材（記録媒体）
１３０加熱ローラ（発熱部材）
１４０定着ローラ（定着部材）
１５０耐熱性ベルト（トナー加熱媒体）
１８０誘導加熱手段
２１０サーモスタット
２２０励磁コイル
３００フランジ（端部保持板）
３２０軸受け

Claims

定着ニップ部で記録媒体を挟持搬送し、前記記録媒体上の未定着トナーを溶融、加圧して当該記録媒体に定着させる定着装置であって、
両端に樹脂製の端部保持板が取り付けられた磁性金属部材の回転体からなる発熱部材と、
前記端部保持板を介して前記発熱部材を回転自在に支持する軸受けと、
前記発熱部材の外周面と対向配置され、電磁誘導によって前記発熱部材を発熱させる励磁コイルを備えた誘導加熱手段と、
前記定着ニップ部を形成する定着部材と前記発熱部材とに張架された無端帯状のトナー加熱媒体と、
前記誘導加熱手段の前記発熱部材に相対する位置に配置され、前記発熱部材の異常温度を検知した場合には前記励磁コイルへの給電を停止するサーモスタットを有し、
前記端部保持板は熱可塑性を有する樹脂で構成されていることを特徴とする定着装置。
前記発熱部材が異常温度になると、前記端部保持板が熱変形して前記トナー加熱媒体のテンションにより、前記発熱部材が前記サーモスタットから離間する方向に移動するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記サーモスタットは前記励磁コイルが巻き付けられる支持部材に設けられることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記励磁コイルは前記支持部材の外周面に沿って前記発熱部材の軸方向に交互に巻き付けられ、前記サーモスタットは前記励磁コイルの巻き付け中央部に配置されることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
前記サーモスタットは前記支持部材から前記発熱部材に向けて一部表出して設けられることを特徴とする請求項４記載の定着装置。