JP4422860B2 - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【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とこれに使用する定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加熱定着装置に代表される像加熱装置としては、熱ローラ方式の定着装置が広く用いられている。
【０００３】
熱ローラ方式は、定着ローラ（加熱ローラ）と加圧ローラとの圧接ローラ対を基本構成とし、該ローラ対を回転させ、該ローラ対の相互圧接部である定着（加熱）ニップ部に未定着画像が形成された被記録材を導入して挟持搬送させて、定着ローラの熱と、定着ニップ部の加圧力にて未定着画像を被記録材に熱圧定着させるものである。
【０００４】
定着ローラは、一般に、アルミニウムの中空金属ローラを基体（芯金）とし、その内空に熱源としてのハロゲンランプを挿入配設してあり、ハロゲンランプの発熱で加熱され、外周面が所定の定着温度に維持されるようにハロゲンランプヘの通電が制御されて温調される。
【０００５】
一方、特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開平４−４４０７５号公報、特開平４−２０４９８０号公報等には、フィルム加熱方式の定着装置が提案されている。即ち、セラミックヒータ等の加熱体と、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルム（定着フィルム）を挟ませてニップ部を形成させ、該ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成させた被記録材を導入してフィルムと一緒に挟持搬送させることでニップ部に於いてセラミックヒータの熱をフィルムを介して被記録材に与え、またニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるものである。このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータおよびフィルムとして低熱容量の部材を用いて構成することができ、熱ローラ方式に比べ、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く、スタンバイ時の消費電力を小さくすることが可能となる。
【０００６】
また、特開平７−１１４２７６号公報には、磁束により定着フィルムに電流を誘導させてジュール熱によって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、より高効率の定着プロセスの達成が可能となるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したフィルム方式の定着装置に関しては、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。この間題を解決する方法として、小サイズの記録材を使用する場合に給紙間隔を広げてスループットを下げることにより、定着フィルム等の冷却時間を設ける方法が考えられるが、必要な冷却時間を得るためには装置本来の画像形成速度を著しく低下させなければならないという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、小サイズの被加熱材を加熱する場合の領域２（非通紙部）における過昇温を防止すると共に、高速化、高耐久化を図ることが可能な加熱装置及び画像形成装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の加熱装置及び画像形成装置は、上記課題を解決するために下記の構成を特徴とするものである。
【００１０】
〔１〕：磁場発生手段の発生する磁界を磁性コアにより導電性の加熱部材に導いて誘導電流を発生させ、該誘導電流による加熱部材の発熱により被加熱材を加熱する電磁誘導加熱方式の加熱装置において、
多種サイズの被加熱材に対して加熱可能であって、搬送方向と直角長手方向に関して使用可能なすべてのサイズの被加熱材が通過する領域を領域１、該領域１を除く領域を領域２とした場合、領域２の一部もしくは全部に、領域１の磁性コアよりもキュリー点の低い磁性コアを配することを特徴とする加熱装置。
【００１１】
〔２〕：領域２に配した低キュリー点の磁性コアの周囲に、磁束発生手段による発生磁束の一部を周回するように形成され、開放又は閉鎖状態にスイッチング可能な環状の導電性部材を配置させたことを特徴とする〔１〕に記載の加熱装置。
【００１２】
〔３〕：前記環状の導電性部材が、閉鎖状態の場合に誘導電流が生じて発熱し、該熱によって低キュリー点の磁性コアを加熱することを特徴とする〔２〕に記載の加熱装置。
【００１３】
〔４〕：前記加熱部材が中空の回転体であり、その内面側に断熱部材を有し、該断熱部材の内側に前記磁場発生手段及び磁性コアが配置されていることを特徴とする〔２〕又は〔３〕に記載の加熱装置。
【００１４】
〔５〕：前記磁性コアを冷却する冷却装置を有することを特徴とする〔１〕，〔２〕，〔３〕又は〔４〕に記載の加熱装置。
【００１５】
〔６〕：小サイズの被加熱材を連続して加熱したのち、該被加熱材より大きいサイズの被加熱材を加熱する場合に前記冷却装置が、前記低キュリー点の磁性コアを冷却することを特徴とする〔５〕に記載の加熱装置。
【００１６】
〔７〕：記録材上に画像を形成する像形成手段と、該記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、
該像加熱手段として〔１〕乃至〔６〕の何れか１項に記載の加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【００１７】
〔８〕：被帯電体としての像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写手段と、転写材に転写されたトナー像を固着像とする定着手段としての〔１〕乃至〔６〕のいずれか１項に記載の加熱装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【００１８】
〈作 用〉
上記のように構成することで、小サイズの被加熱材を加熱する場合において、領域２（非通紙部）が昇温すると該領域２に配置された磁性コアの温度がキュリー点を超えて、領域２が過昇温となる前に、領域２の発熱が抑制されるので、過昇温によるフィルム破損、しわ等の不具合の発生を防止して高寿命化が可能となる。従って領域２の冷却時間をとる必要が無くなり、温度給紙間隔を短くできるので、スループット向上も可能となる。
【００１９】
【発明を実施するための最良の形態】
〈第一の実施形態〉
図１０は本発明の実施形態の像加熱装置を４色カラー画像形成装置の定着装置として備えた場合の画像形成装置の断面図である。この画像形成装置は、記録材上に画像（トナー像）を形成する像形成手段と、該記録材上の画像を加熱して固着像とする像加熱手段とを有する画像形成装置である。
まずこの装置の動作を以下に説明する。
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電子写真感光ドラム（像担持体:被帯電体）であり、矢示の反時計方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。
【００２０】
感光体ドラム１０１はその回転過程で帯電ローラ等の帯電装置（帯電手段）１０２で所定の極性・電位の一様な帯電処理を受ける。
【００２１】
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による、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は不図示の画像読取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を出力して回転感光体ドラム面を走査露光するもので、この走査露光により回転感光体ドラム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を感光体ドラム１０１の露光位置に偏向させるミラーである。
【００２２】
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、たと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。その感光体ドラム上（像担持体上）のイエロートナー画像は感光体ドラム１０１と中間転写体ドラム１０５との接触部（あるいは近接部）である一次転写部Ｔ１において中間転写ドラム１０５の面に転写される。中間転写ドラム１０５面に対するトナー画像転写後の回転感光体ドラム１０１面はクリーナ１０７により転写残りトナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【００２３】
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（たとえばマゼンタ成分画像、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第３の色成分画像（たとえばシアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作動）、第４の色成分画像（たとえば黒成分画像、黒現像器１０４ＢＫが作動）の各色分解成分画像について順次に実行され中間転写体ドラム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・黒トナー画像の都合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合成形成される。
【００２４】
中間転写体ドラム１０５は、金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有するもので、感光体ドラム１０１に接触してあるいは近接して感光体ドラム１０１と略同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動され、中間転写体ドラム１０５の金属ドラムにバイアス電位を与えて感光体ドラム１０１との電位差で感光体ドラム１０１側のトナー画像を該中間転写体ドラム１０５面側に転写させる。
【００２５】
上記の中間転写体１０５面に合成形成されたカラートナー画像は、該回転中間転写体ドラム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、該二次転写部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被記録材Ｐの面に転写されていく。転写ローラ１０６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１０５面側から被記録材（転写材）Ｐ側へ合成カラートナー画像を転写する。
【００２６】
二次転写部Ｔ２を通過した被記録材Ｐは中間転写体ドラム１０５の面から分離されて像加熱装置（定着装置）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カラー画像形成物として機外の不図示の排紙トレーに排出される。定着装置については後程、詳述する。
【００２７】
被記録材Ｐに対するカラートナー画像転写後の回転中間転写体ドラム１０５はクリーナ１０８により転写残りトナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。このクリーナ１０８は、通常、中間転写体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム１０５から被記録材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体ドラム１０５に接触状態に保持される。
【００２８】
また、転写ローラ１０６も通常時は中間転写体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム１０５から被記録材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体ドラム１０５に被記録材Ｐを介して接触状態に保持される。
【００２９】
次に定着装置について説明する。
【００３０】
図１は、本例の定着装置１００の要部の横断面模型図、図２は要部の正面模型図、図３は要部の縦断面模型図である。
【００３１】
本例装置１００は、円筒状の電磁誘導発熱性フィルムを用いた、加圧ローラ駆動方式、電磁誘導加熱方式の装置である。即ち、磁場発生手段の発生する磁界を磁性コアにより導電性の加熱部材に導いて誘導電流を発生させ、該誘導電流による加熱部材の発熱により被加熱材を加熱する電磁誘導加熱方式の加熱装置である。
【００３２】
中空の回転体としてのエンドレス状の定着フィルム（加熱部材）１は、図４に示すように電磁誘導発熱性の基層となる金属フィルム等でできた発熱層１ａと、その外面に積層した弾性層１ｂと、その外面に積層した離型層１ｃの３層複合構造のものである。発熱層１ａは、ニッケル、鉄、強磁性ＳＵＳ、ニッケルーコバルト合金等といった強磁性体の金属を用いるのが好ましく、電磁エネルギーの吸収効率とフィルムの剛性との関係上、１〜１００μｍの厚さが好ましい。弾性層１ｂは、カラー画像などを定着する際に、被記録材の凹凸あるいはトナー層の凹凸に加熱面（離型層１ｃ）を追従させて画像の光沢ムラを防止するために必要な層であり、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコンゴム等の耐熱性がよく熱伝導率の良いものが用いられ、厚さ１０〜５００μｍ、硬度６００（ＪＩＳ−Ｋ Ａ型試験機）以下とするのが好ましい。離型層１ｃは、厚さ１〜１００μｍの、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコンゴム、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良いものが用いられる。
【００３３】
フィルムガイド２は、励磁コイル３とフィルム１との絶縁性確保のため、フェノール樹脂、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樹脂等の絶縁性及び耐熱性の良い材料が用いられ、圧接部（ニップ部Ｎ）への加圧、磁場発生手段としての励磁コイル３と磁性コア４の支持、定着フィルム１の支持、該フィルム１の回転時の搬送安定性を図る役目をする。
【００３４】
ニップ部Ｎのフィルム１とフィルムガイド２間に配設された摺動部材１０は、フィルム１とフィルムガイド２との摺動性を向上させるためものもので、ＰＩや、アルミナにガラスをコートしたものなど、耐熱性に優れフィルムとの摺動性のよいものが用いられる。また、摺動性をより向上させるため、摺動部材１０に加えてフィルム１内面にグリースなどの潤滑剤が塗布されている。
【００３５】
励磁コイル３は、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、この束線を複数回巻くことによってコイル（線輪）を形成しており、不図示の励磁回路に接続されている。本例においては、耐熱性の絶縁被膜としてポリイミドを用い、巻き数を８回（８ターン）としたものを用い、コイルをフィルムガイド２に沿わせて形成・配設し、大面積での加熱を可能にしている。また、細線の直径や、束線の断面積等は励磁コイル３に流す電流量によって決まるが、本例では直径０．２ｍｍの細線を９８本束ねたもの（束線断面積約３．１ｍｍ2）を用いている。
【００３６】
磁性コア４は、断面形状が長方形状の高透磁率のコアであり、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（より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライト）が用いられる。
【００３７】
温度検知部材１１は、定着フィルム１の温度を検知するもので、サーミスタ等の温度センサを、図に示すように、長手方向中央部（領域１）の、定着フィルム１の内面側で定着ニップ後である回転方向下流側に配設している。この温度検知部材による検知温度によって、フィルム温度を所定の定着温度（１８０℃）となるように、コイル３に流す電流量を調整するなどして温調制御する。
【００３８】
加圧部材としての加圧ローラ５は、芯金５ａと、芯金周りに成形被覆させた、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５ｂとで構成されており、芯金５ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板金間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。また、図２、及び図３に示すように、この加圧ローラ５の上側にフィルム１、フィルムガイド２、励磁コイル３、励磁コア４、加圧用剛性ステイ６、フランジ部材７ａ・７ｂからなる加熱手段ユニットが配設され、加圧用剛性ステイ６の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材８ａ・８ｂとの間にそれぞれ加圧バネ９ａ・９ｂを縮設することで加圧用剛性ステイ６に押し下げ力を作用させている。これにより、フィルムガイド２の下面と加圧ローラ５の上面とが定着フィルム１、摺動部材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。このニップ部Ｎでのフィルム１及び加圧ローラ５の接触によって、加圧ローラ５の駆動とともに、フィルム１が回転駆動される。
【００３９】
フィルム１の加熱原理は以下に示すとおりである。
【００４０】
励磁コイル３に、励磁回路（不図示）から２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの交番電流を流すことにより交番磁束を発生させる。その交番磁束は、定着フィルム１の発熱層１ａに渦電流を発生させ、この渦電流は発熱層１ａの固有抵抗によりジュール熱を発生させる。発生した熱は弾性層１ｂ、離型層１ｃを介してニップ部Ｎに挟持搬送される被記録材Ｐと被記録材Ｐ上のトナーｔを加熱する。
【００４１】
本例に於いて、被記録材Ｐは、装置の長手方向中央部を基準に通紙され、例えば、大サイズ紙（通紙可能な最大幅の被記録材）を通紙する場合には図中の領域Ｓに、小サイズ紙（通紙可能な最小幅）を通紙する場合には図中の領域１に通紙される。即ち、領域１は、多種サイズの被加熱材に対して加熱可能であって、搬送方向と直角長手方向に関して使用可能なすべてのサイズの被加熱材が通過する領域である。従って、小サイズ紙通紙時の非通紙部は、領域Ｓのうち領域１以外の領域２となる。
【００４２】
次に、この定着器の駆動制御に関して説明する。
【００４３】
定着器の動作命令を受けると、駆動手段Ｍによって加圧ローラ５を回転駆動させるとともに、励磁コイル３に定格電流を流しフィルム１の加熱を開始する。この加圧ローラ５の回転駆動による該加圧ローラ５と定着フィルム１の外面との摩擦力で定着フィルム１に回転力が作用して、該定着フィルム１は、加熱されながら、その内面が定着ニップ部Ｎにおいて摺動部材１０（及びフィルムガイド２）に密着して摺動しながら加圧ローラ５の回転速度にほぼ対応した周速度をもってフィルムガイド２の外回りを回転する。そして、温度検知部材１１による検知温度によって、コイル３に流す電流量を制御するなどして、フィルム温度が所定の定着温度（例えば１８０℃）となるように温調され、定着画像形成可能状態となるように制御されている。フィルム温度が定着温度となった時点で、被記録材Ｐがニップ部Ｎ内に通紙され、加圧、加熱によって被記録材Ｐ上のトナー画像が定着される。なお、通紙中は、被記録材Ｐによって熱量が奪われ通紙部の温度も低下するため、検知温度に従って、その都度、通電が行われフィルム温度が定着温度を保つように温調される。
【００４４】
本例では、中央部に配置された温度検知部材による検知温度によって温度制御しているため、小サイズ紙連続通紙の場合、非通紙部となる両端部領域（領域２）の温度は、上昇する（すなわち、通紙による温度検知部材の検知温度の低下にともない、温調によって、通紙部のフィルム温度は定着温度に保たれるが、通紙によって熱量が奪われない非通紙部の温度は上昇する）。
【００４５】
非通紙部では、この温度上昇に伴い、伝熱によって、内部に配置されたコア温度も上昇するが、コア材は一般に温度依存性があり、温度がキュリー点に達すると急激に透磁率が低下する。そこで該キュリー点を適切に設定し、非通紙部昇温が生じた場合には、コア材の透磁率が低下して発熱量が減少するように構成する。即ち、領域２の一部もしくは全部に、領域１の磁性コアよりもキュリー点の低い磁性コアを配する。
【００４６】
本例では、図５に示すように、回転方向に直交する長手方向に複数個（本例では８個）に分割したコアを用い、小サイズ紙の通紙域である中央部（領域１）の４個のコア４ａとしてキュリー点が２５０℃のもの、小サイズ紙通紙時の非通紙部に相当する両端部分の４個のコア４ｂとしてキュリー点が２００℃のものを配置し、非通紙部に相当する部分のコア４ｂに通紙部のコア４ａより低キュリー点のものを用いている。
【００４７】
これにより、非通紙部昇温が生じ、コア温度が非通紙部コア４ｂのキュリー点である２００℃に達すると、透磁率の低下によって、発生磁束が減少し、この部分の誘導加熱部材中の渦電流も減少して発熱量が減少する（シャットダウン）。その結果、非通紙部はそれ以上の温度上昇が防止され、非通紙部過昇温によってフィルム等が破損する以前に、自発的に過昇温が防止される。すなわち、自身の温度上昇に伴って自動的に発熱量が減少されるため、小サイズ紙を連続通紙する場合に於いても、過昇温を防止できる。
【００４８】
なお、本例では、非通紙部に通紙部のコア４ａに比べ定着温度に近い低キュリー点のコアを使用しているため、昇温部からの伝熱によるコア温度の上昇によってコア４ｂがシャットダウンするまでの時間（キュリー点に到達するまでの時間）を短くでき、非通紙部の昇温に対して、比較的応答性よく発熱量を抑制でき、非通紙部の過昇温によるフィルム１、加圧ローラ５等の破損を防止でき、装置の高寿命化が可能となる。また、領域１のコア４ａにキュリー点が２５０℃と定着温度に比ベ７０ｄｅｇ高いものを用いたことにより、例えばジャム時などで装置全体が昇温しコア温度が上昇しても、全体の透磁率が急激に変化せず、非通紙部昇温時の高い応答性と、通常時の安定性とを両立可能となる。
【００４９】
図６（ａ）に、本例の定着器にて、小サイズ紙としての封筒を、通常紙の給紙スピードで１００枚連続通紙した場合の、通紙部及び非通紙部の温度を計測した結果を示す。また、図６（ｂ）に比較例として、通紙部と非通紙部とに同じキュリー点（キュリー点２５０℃）のコアを用いた場合の例も示す。
【００５０】
図からわかるように、比較例では、非通紙部は、５０枚通紙後にコア温度がキュリー点２５０℃に達するが、このときのフィルム温度は２８０℃以上となっており、非通紙部のフィルム破損が生じたり、非通紙部昇温による加圧ローラ劣化によって、紙しわ、ジャム等の不具合が発生することがあった。
【００５１】
一方、本例の装置では、１０枚通紙後にコアはキュリー点である２００℃に達し、シャットダウンによって発熱量が減少しフィルム昇温を防止するため、非通紙部のフィルム温度は２２０℃以下に保たれる。このため、非通紙部の過昇温は防止され、紙しわ、ジャム等の不具合の発生もなく、良好な定着画像が得られた。
【００５２】
従って、本例の定着装置を用いることで、非通紙部における過昇温が防止されて、フィルム破損や加圧ローラ劣化を防止し、装置の高速化、高耐久化が可能となる。
【００５３】
なお、本例では、非通紙部の昇温に対し、伝熱によってコア温度をキュリー点に昇温させ、過昇温を防止するものであったが、例えば、非通紙部のコア部に良熱伝導性の伝熱部材を設け、小サイズ紙通紙時にコア温度がキュリー点に到達するまでの時間を、より短くする構成としてもよい。
【００５４】
〈第二の実施形態〉
図７、図８は、本発明の第２の実施形態である定着装置の断面図を示す図である。本実施形態は第１の実施形態の定着装置に加え、回転体の内面に断熱部材を配し、低キュリー点の磁性コアの周囲に、磁束発生手段による発生磁束の一部を周回するように形成され、開放又は閉鎖状態にスイッチング可能な環状の導電性部材を配した構成である。なお、その他の構成は略同じであるので、第１の実施形態と同様の働きのものには同符号を付し、再度の説明を省略してある。
【００５５】
断熱部材としての断熱スリーブ１２は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の絶縁性及び耐熱性の良い材料からなる厚さ１０〜５００μｍの円筒状のスリーブであり、回転体と、支持部材との間に配置して、発熱部である回転体から支持部材側への伝熱を抑制し、回転体の発熱効率を向上させて、立ち上げ時間の短縮が可能となるようにしている。なお、本例では断熱部材として、円筒状のスリーブを、回転体と支持部材との間に配置する構成としたが、発熱層１ａの内側に、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂等の耐熱樹脂からなる断熱層を設ける構成としてもよい。
【００５６】
環状導電部材１３は、図８に示すように、銅等の板状の導電性部材をＰＩ等の耐熱性絶縁性部材で絶縁被覆したものを、折り曲げるなどして非通紙部のコアの周りに巻いて配置させたもので、スイッチング回路１４により、開放状態、閉鎖状態に制御され、閉鎖状態時に環状を形成する。本例では、コアの周囲に配置したが、閉鎖時に、磁束発生手段により発生する磁束の一部を周回するように巻いたものであればよい。
【００５７】
環状部材１３は、閉鎖状態とすることで、例えば磁束発生手段により磁束が発生している場合に於いては、その磁束を打ち消すように電流が流れる。さらに電流が流れることによって、自身が発熱し、その発熱によってコア温度を昇温させる。本例は、断面積が２ｍｍ2の銅板を１回巻いたもので、磁場発生手段により発生する磁束によって、閉鎖時に０〜１３０Ａrms流れる。この場合、環状部材は、１秒あたり平均して２．５ｄｅｇの割合で、同様にコア温度は１秒あたり平均１．０ｄｅｇの割合で昇温し、通紙開始から２０秒ほどで、非通紙部のコア温度はキュリー温度に達するように構成されている。なお、環状部材の形状や断面積、巻き数等は、自身に流れる電流量等によって、最適に設定されるものであり、装置構成によって、適宜設定される。
【００５８】
而して、不図示の操作部からの入力や、給紙カセットのサイズ検知センサ等からの検知信号に基づいて小サイズ紙が連続通紙される場合には、スイッチング回路１４によって非通紙部に配置された環状部材１３が閉鎖状態に設定され、励磁コイル３に通電される電流によって生じる発生磁束を打ち消すように非通紙部の環状部材中に電流が流れる。環状部材中に電流が流れることによる環状部材自身の昇温によって、コア４ｂは加熱され、コア温度がキュリー点に達するまで上昇し、透磁率の低下により発熱量が減少し、過昇温が防止される。
【００５９】
本例では、小サイズ紙通紙の場合、環状部材を閉鎖状態とすることで、非通紙部での磁束を減少させるように構成されているため、非通紙部昇温の昇温速度は、環状部材１３のない場合に比べ遅く、非通紙部昇温には有利である。
【００６０】
なお、本例の温度検知部材１１は、断熱スリーブ１２を介して定着フィルム１の温度を検知することになるので、これを見越した温度等で制御を行っている。また該温度検知部材１１は定着フィルム外周面に当接するタイプとしても良い。
【００６１】
本例のように、小サイズ紙通紙時、環状部材１３を閉鎖状態とすることで、非通紙部の磁束を減じて非通紙部の発熱量を減少させて非通紙部の昇温を抑制するのと同時に、環状部材１３の昇温によって非通紙部のコア温度をキュリー点に上昇させることにより、発熱部１ａの内側に断熱部材１２を有し、発熱部１ａからの伝熱によるコア昇温が阻害される定着器の場合に於いても、小サイズ紙通紙時の非通紙部過昇温を防止でき、フィルム破損や加圧ローラ劣化を防止し、装置の高速化、高耐久化が可能となる。
【００６２】
なお、環状部材１３のスイッチングは、小サイズ紙通紙時のコア昇温に対し最適となるようにオンオフされるものであり、銅板の耐熱性と、コア昇温能力とに応じて、例えば小サイズ紙の通紙中、すべてオンとしたり、一定間隔おきにオンオフを繰り返すように制御したり、また、励磁コイル３の入力電力に応じて制御してもよい。本例では、小サイズ紙通紙時に環状部材１３を閉鎖状態とすることにより、励磁コイル３によって生じる磁束を減じて、非通紙部の発熱量を抑制するのと同時に、環状部材１３の通電によって生じる熱によりコア材を昇温させて非通紙部過昇温を防止するものであったが、非通紙部のコア周辺に加熱部材を配置させ、小サイズ通紙時に加熱部材により積極的にコアを加熱し、コア温度のキュリー点到達時間をより短くして、過昇温を防止するという構成としてもよい。
【００６３】
〈第三の実施形態〉
本例は、図９に示すように、第１の実施形態の定着装置に加え、非通紙部にも温度検知部材１５を設け、さらにコア４を冷却するファンなどの冷却装置１６を設けたものである。
【００６４】
本例では、非通紙部の温度検知部材１５により、非通紙部の温度検知を行い、定着動作中にフィルム温度が所定温度以下となった場合、冷却装置１６を作動させ、コア温度をキュリー温度以下まで低下させ、再びフィルム１を加熱する様にして、非通紙部及び通紙部の温度を常に均一に保つように構成されたものである。
【００６５】
このように構成することで、例えば、小サイズ紙を連続通紙した直後に、大サイズ紙を定着しようとした場合に於いても、小サイズ紙の非通紙部にあたる大サイズ端部の定着不良を防止できる。
【００６６】
すなわち、非通紙部がコア昇温によりコア温度がキュリー点に達し、シャットダウンした場合、その直後に大サイズ紙を定着するには、コア温度がキュリー温度以下に減少するまで一定時間をあけるなどして、通紙間隔を置かなければ、非通紙部は加熱されない。この場合、通紙間隔を置かずに連続通紙すると、通紙によって熱量が奪われて温度が低下し、定着温度以下となって定着不良等の不具合が発生してしまう。
【００６７】
これに対して、本例では、小サイズ紙通紙直後に大サイズ紙通紙命令を受けると、冷却装置（冷却ファン）１６が作動し、コア温度をキュリー点以下となるように積極的に冷却し、小サイズ紙の非通紙部にあたる大サイズ紙端部を発熱可能となるようにしている。よって、小サイズ紙通紙後に於いても、常に、フィルム温度を定着温度に保つことが可能で、大サイズ通紙時に定着不良等の不具合の発生を防止できる。
【００６８】
なお、本例では、小サイズ通紙後、大サイズ紙が通紙される場合に於いて、冷却ファン１６を作動させる構成であったが、大サイズ紙の通紙時に常に冷却ファン１６を作動させることにより、励磁コイル３の昇温を防止し入力電力ヘの負荷を軽減するとともに、小サイズ紙通紙時には冷却ファン１６を停止させ、非通紙部のコア昇温の応答性を上げる構成としてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、小サイズの被加熱材を加熱する場合の領域２（非通紙部）における過昇温を防止すると共に、高速化、高耐久化を図ることが可能な加熱装置及び画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態における加熱装置の断面図
【図２】 第１の実施形態における加熱装置の正面模型図
【図３】 第１の実施形態における加熱装置の長手方向断面図
【図４】 定着フィルムの層構成模型図
【図５】 第１の実施形態における加熱装置のコア材の長手方向断面図
【図６】 第１の実施形態における加熱装置の温度変化を示す図
【図７】 第２の実施形態における加熱装置の断面図
【図８】 第２の実施形態に用いた加熱装置の一部省略斜視断面図
【図９】 第３の実施形態に用いた加熱装置の長手方向断面図
【図１０】 本発明の画像形成装置の概略構成図
【符号の説明】
１ 該定着フィルム（加熱部材）
１ａ 発熱層
１ｂ 弾性層
１ｃ 離型層
２ フィルムガイド
３ 励磁コイル
４ 磁性コア
５ 加圧ローラ
５ａ 芯金
５ｂ 耐熱性・弾性材層
１０ 摺動部材
１１ 温度検知部材
１２ 断熱スリーブ
１３ 環状部材（環状導電部材）
１４ スイッチング回路
１５ 温度検知部材
１６ 冷却装置
１００ 定着装置
１０１ 回転感光体ドラム
１０２ 帯電装置
１０４ ４色カラー現像装置
１０５ 中間転写体ドラム
１０６ 転写ローラ
１０７ クリーナ
１０８ クリーナ
１１０ レーザ光学箱
Ｎ ニップ部
Ｐ 被記録材
【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とこれに使用する定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加熱定着装置に代表される像加熱装置としては、熱ローラ方式の定着装置が広く用いられている。
【０００３】
熱ローラ方式は、定着ローラ（加熱ローラ）と加圧ローラとの圧接ローラ対を基本構成とし、該ローラ対を回転させ、該ローラ対の相互圧接部である定着（加熱）ニップ部に未定着画像が形成された被記録材を導入して挟持搬送させて、定着ローラの熱と、定着ニップ部の加圧力にて未定着画像を被記録材に熱圧定着させるものである。
【０００４】
定着ローラは、一般に、アルミニウムの中空金属ローラを基体（芯金）とし、その内空に熱源としてのハロゲンランプを挿入配設してあり、ハロゲンランプの発熱で加熱され、外周面が所定の定着温度に維持されるようにハロゲンランプヘの通電が制御されて温調される。
【０００５】
一方、特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開平４−４４０７５号公報、特開平４−２０４９８０号公報等には、フィルム加熱方式の定着装置が提案されている。即ち、セラミックヒータ等の加熱体と、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルム（定着フィルム）を挟ませてニップ部を形成させ、該ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成させた被記録材を導入してフィルムと一緒に挟持搬送させることでニップ部に於いてセラミックヒータの熱をフィルムを介して被記録材に与え、またニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるものである。このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータおよびフィルムとして低熱容量の部材を用いて構成することができ、熱ローラ方式に比べ、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く、スタンバイ時の消費電力を小さくすることが可能となる。
【０００６】
また、特開平７−１１４２７６号公報には、磁束により定着フィルムに電流を誘導させてジュール熱によって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、より高効率の定着プロセスの達成が可能となるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したフィルム方式の定着装置に関しては、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。この間題を解決する方法として、小サイズの記録材を使用する場合に給紙間隔を広げてスループットを下げることにより、定着フィルム等の冷却時間を設ける方法が考えられるが、必要な冷却時間を得るためには装置本来の画像形成速度を著しく低下させなければならないという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、小サイズの被加熱材を加熱する場合の領域２（非通紙部）における過昇温を防止すると共に、高速化、高耐久化を図ることが可能な加熱装置及び画像形成装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の加熱装置及び画像形成装置は、上記課題を解決するために下記の構成を特徴とするものである。
【００１０】
〔１〕：磁場発生手段の発生する磁界を磁性コアにより導電性の加熱部材に導いて誘導電流を発生させ、該誘導電流による加熱部材の発熱により被加熱材を加熱する電磁誘導加熱方式の加熱装置において、
多種サイズの被加熱材に対して加熱可能であって、搬送方向と直角長手方向に関して使用可能なすべてのサイズの被加熱材が通過する領域を領域１、該領域１を除く領域を領域２とした場合、領域２の一部もしくは全部に、領域１の磁性コアよりもキュリー点の低い磁性コアを配することを特徴とする加熱装置。
【００１１】
〔２〕：領域２に配した低キュリー点の磁性コアの周囲に、磁束発生手段による発生磁束の一部を周回するように形成され、開放又は閉鎖状態にスイッチング可能な環状の導電性部材を配置させたことを特徴とする〔１〕に記載の加熱装置。
【００１２】
〔３〕：前記環状の導電性部材が、閉鎖状態の場合に誘導電流が生じて発熱し、該熱によって低キュリー点の磁性コアを加熱することを特徴とする〔２〕に記載の加熱装置。
【００１３】
〔４〕：前記加熱部材が中空の回転体であり、その内面側に断熱部材を有し、該断熱部材の内側に前記磁場発生手段及び磁性コアが配置されていることを特徴とする〔２〕又は〔３〕に記載の加熱装置。
【００１４】
〔５〕：前記磁性コアを冷却する冷却装置を有することを特徴とする〔１〕，〔２〕，〔３〕又は〔４〕に記載の加熱装置。
【００１５】
〔６〕：小サイズの被加熱材を連続して加熱したのち、該被加熱材より大きいサイズの被加熱材を加熱する場合に前記冷却装置が、前記低キュリー点の磁性コアを冷却することを特徴とする〔５〕に記載の加熱装置。
【００１６】
〔７〕：記録材上に画像を形成する像形成手段と、該記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、
該像加熱手段として〔１〕乃至〔６〕の何れか１項に記載の加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【００１７】
〔８〕：被帯電体としての像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写手段と、転写材に転写されたトナー像を固着像とする定着手段としての〔１〕乃至〔６〕のいずれか１項に記載の加熱装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【００１８】
〈作 用〉
上記のように構成することで、小サイズの被加熱材を加熱する場合において、領域２（非通紙部）が昇温すると該領域２に配置された磁性コアの温度がキュリー点を超えて、領域２が過昇温となる前に、領域２の発熱が抑制されるので、過昇温によるフィルム破損、しわ等の不具合の発生を防止して高寿命化が可能となる。従って領域２の冷却時間をとる必要が無くなり、温度給紙間隔を短くできるので、スループット向上も可能となる。
【００１９】
【発明を実施するための最良の形態】
〈第一の実施形態〉
図１０は本発明の実施形態の像加熱装置を４色カラー画像形成装置の定着装置として備えた場合の画像形成装置の断面図である。この画像形成装置は、記録材上に画像（トナー像）を形成する像形成手段と、該記録材上の画像を加熱して固着像とする像加熱手段とを有する画像形成装置である。
まずこの装置の動作を以下に説明する。
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電子写真感光ドラム（像担持体:被帯電体）であり、矢示の反時計方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。
【００２０】
感光体ドラム１０１はその回転過程で帯電ローラ等の帯電装置（帯電手段）１０２で所定の極性・電位の一様な帯電処理を受ける。
【００２１】
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による、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は不図示の画像読取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を出力して回転感光体ドラム面を走査露光するもので、この走査露光により回転感光体ドラム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を感光体ドラム１０１の露光位置に偏向させるミラーである。
【００２２】
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、たと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。その感光体ドラム上（像担持体上）のイエロートナー画像は感光体ドラム１０１と中間転写体ドラム１０５との接触部（あるいは近接部）である一次転写部Ｔ１において中間転写ドラム１０５の面に転写される。中間転写ドラム１０５面に対するトナー画像転写後の回転感光体ドラム１０１面はクリーナ１０７により転写残りトナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【００２３】
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（たとえばマゼンタ成分画像、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第３の色成分画像（たとえばシアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作動）、第４の色成分画像（たとえば黒成分画像、黒現像器１０４ＢＫが作動）の各色分解成分画像について順次に実行され中間転写体ドラム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・黒トナー画像の都合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合成形成される。
【００２４】
中間転写体ドラム１０５は、金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有するもので、感光体ドラム１０１に接触してあるいは近接して感光体ドラム１０１と略同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動され、中間転写体ドラム１０５の金属ドラムにバイアス電位を与えて感光体ドラム１０１との電位差で感光体ドラム１０１側のトナー画像を該中間転写体ドラム１０５面側に転写させる。
【００２５】
上記の中間転写体１０５面に合成形成されたカラートナー画像は、該回転中間転写体ドラム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、該二次転写部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被記録材Ｐの面に転写されていく。転写ローラ１０６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１０５面側から被記録材（転写材）Ｐ側へ合成カラートナー画像を転写する。
【００２６】
二次転写部Ｔ２を通過した被記録材Ｐは中間転写体ドラム１０５の面から分離されて像加熱装置（定着装置）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カラー画像形成物として機外の不図示の排紙トレーに排出される。定着装置については後程、詳述する。
【００２７】
被記録材Ｐに対するカラートナー画像転写後の回転中間転写体ドラム１０５はクリーナ１０８により転写残りトナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。このクリーナ１０８は、通常、中間転写体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム１０５から被記録材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体ドラム１０５に接触状態に保持される。
【００２８】
また、転写ローラ１０６も通常時は中間転写体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム１０５から被記録材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体ドラム１０５に被記録材Ｐを介して接触状態に保持される。
【００２９】
次に定着装置について説明する。
【００３０】
図１は、本例の定着装置１００の要部の横断面模型図、図２は要部の正面模型図、図３は要部の縦断面模型図である。
【００３１】
本例装置１００は、円筒状の電磁誘導発熱性フィルムを用いた、加圧ローラ駆動方式、電磁誘導加熱方式の装置である。即ち、磁場発生手段の発生する磁界を磁性コアにより導電性の加熱部材に導いて誘導電流を発生させ、該誘導電流による加熱部材の発熱により被加熱材を加熱する電磁誘導加熱方式の加熱装置である。
【００３２】
中空の回転体としてのエンドレス状の定着フィルム（加熱部材）１は、図４に示すように電磁誘導発熱性の基層となる金属フィルム等でできた発熱層１ａと、その外面に積層した弾性層１ｂと、その外面に積層した離型層１ｃの３層複合構造のものである。発熱層１ａは、ニッケル、鉄、強磁性ＳＵＳ、ニッケルーコバルト合金等といった強磁性体の金属を用いるのが好ましく、電磁エネルギーの吸収効率とフィルムの剛性との関係上、１〜１００μｍの厚さが好ましい。弾性層１ｂは、カラー画像などを定着する際に、被記録材の凹凸あるいはトナー層の凹凸に加熱面（離型層１ｃ）を追従させて画像の光沢ムラを防止するために必要な層であり、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコンゴム等の耐熱性がよく熱伝導率の良いものが用いられ、厚さ１０〜５００μｍ、硬度６００（ＪＩＳ−Ｋ Ａ型試験機）以下とするのが好ましい。離型層１ｃは、厚さ１〜１００μｍの、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコンゴム、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良いものが用いられる。
【００３３】
フィルムガイド２は、励磁コイル３とフィルム１との絶縁性確保のため、フェノール樹脂、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樹脂等の絶縁性及び耐熱性の良い材料が用いられ、圧接部（ニップ部Ｎ）への加圧、磁場発生手段としての励磁コイル３と磁性コア４の支持、定着フィルム１の支持、該フィルム１の回転時の搬送安定性を図る役目をする。
【００３４】
ニップ部Ｎのフィルム１とフィルムガイド２間に配設された摺動部材１０は、フィルム１とフィルムガイド２との摺動性を向上させるためものもので、ＰＩや、アルミナにガラスをコートしたものなど、耐熱性に優れフィルムとの摺動性のよいものが用いられる。また、摺動性をより向上させるため、摺動部材１０に加えてフィルム１内面にグリースなどの潤滑剤が塗布されている。
【００３５】
励磁コイル３は、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、この束線を複数回巻くことによってコイル（線輪）を形成しており、不図示の励磁回路に接続されている。本例においては、耐熱性の絶縁被膜としてポリイミドを用い、巻き数を８回（８ターン）としたものを用い、コイルをフィルムガイド２に沿わせて形成・配設し、大面積での加熱を可能にしている。また、細線の直径や、束線の断面積等は励磁コイル３に流す電流量によって決まるが、本例では直径０．２ｍｍの細線を９８本束ねたもの（束線断面積約３．１ｍｍ2）を用いている。
【００３６】
磁性コア４は、断面形状が長方形状の高透磁率のコアであり、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（より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライト）が用いられる。
【００３７】
温度検知部材１１は、定着フィルム１の温度を検知するもので、サーミスタ等の温度センサを、図に示すように、長手方向中央部（領域１）の、定着フィルム１の内面側で定着ニップ後である回転方向下流側に配設している。この温度検知部材による検知温度によって、フィルム温度を所定の定着温度（１８０℃）となるように、コイル３に流す電流量を調整するなどして温調制御する。
【００３８】
加圧部材としての加圧ローラ５は、芯金５ａと、芯金周りに成形被覆させた、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５ｂとで構成されており、芯金５ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板金間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。また、図２、及び図３に示すように、この加圧ローラ５の上側にフィルム１、フィルムガイド２、励磁コイル３、励磁コア４、加圧用剛性ステイ６、フランジ部材７ａ・７ｂからなる加熱手段ユニットが配設され、加圧用剛性ステイ６の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材８ａ・８ｂとの間にそれぞれ加圧バネ９ａ・９ｂを縮設することで加圧用剛性ステイ６に押し下げ力を作用させている。これにより、フィルムガイド２の下面と加圧ローラ５の上面とが定着フィルム１、摺動部材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。このニップ部Ｎでのフィルム１及び加圧ローラ５の接触によって、加圧ローラ５の駆動とともに、フィルム１が回転駆動される。
【００３９】
フィルム１の加熱原理は以下に示すとおりである。
【００４０】
励磁コイル３に、励磁回路（不図示）から２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの交番電流を流すことにより交番磁束を発生させる。その交番磁束は、定着フィルム１の発熱層１ａに渦電流を発生させ、この渦電流は発熱層１ａの固有抵抗によりジュール熱を発生させる。発生した熱は弾性層１ｂ、離型層１ｃを介してニップ部Ｎに挟持搬送される被記録材Ｐと被記録材Ｐ上のトナーｔを加熱する。
【００４１】
本例に於いて、被記録材Ｐは、装置の長手方向中央部を基準に通紙され、例えば、大サイズ紙（通紙可能な最大幅の被記録材）を通紙する場合には図中の領域Ｓに、小サイズ紙（通紙可能な最小幅）を通紙する場合には図中の領域１に通紙される。即ち、領域１は、多種サイズの被加熱材に対して加熱可能であって、搬送方向と直角長手方向に関して使用可能なすべてのサイズの被加熱材が通過する領域である。従って、小サイズ紙通紙時の非通紙部は、領域Ｓのうち領域１以外の領域２となる。
【００４２】
次に、この定着器の駆動制御に関して説明する。
【００４３】
定着器の動作命令を受けると、駆動手段Ｍによって加圧ローラ５を回転駆動させるとともに、励磁コイル３に定格電流を流しフィルム１の加熱を開始する。この加圧ローラ５の回転駆動による該加圧ローラ５と定着フィルム１の外面との摩擦力で定着フィルム１に回転力が作用して、該定着フィルム１は、加熱されながら、その内面が定着ニップ部Ｎにおいて摺動部材１０（及びフィルムガイド２）に密着して摺動しながら加圧ローラ５の回転速度にほぼ対応した周速度をもってフィルムガイド２の外回りを回転する。そして、温度検知部材１１による検知温度によって、コイル３に流す電流量を制御するなどして、フィルム温度が所定の定着温度（例えば１８０℃）となるように温調され、定着画像形成可能状態となるように制御されている。フィルム温度が定着温度となった時点で、被記録材Ｐがニップ部Ｎ内に通紙され、加圧、加熱によって被記録材Ｐ上のトナー画像が定着される。なお、通紙中は、被記録材Ｐによって熱量が奪われ通紙部の温度も低下するため、検知温度に従って、その都度、通電が行われフィルム温度が定着温度を保つように温調される。
【００４４】
本例では、中央部に配置された温度検知部材による検知温度によって温度制御しているため、小サイズ紙連続通紙の場合、非通紙部となる両端部領域（領域２）の温度は、上昇する（すなわち、通紙による温度検知部材の検知温度の低下にともない、温調によって、通紙部のフィルム温度は定着温度に保たれるが、通紙によって熱量が奪われない非通紙部の温度は上昇する）。
【００４５】
非通紙部では、この温度上昇に伴い、伝熱によって、内部に配置されたコア温度も上昇するが、コア材は一般に温度依存性があり、温度がキュリー点に達すると急激に透磁率が低下する。そこで該キュリー点を適切に設定し、非通紙部昇温が生じた場合には、コア材の透磁率が低下して発熱量が減少するように構成する。即ち、領域２の一部もしくは全部に、領域１の磁性コアよりもキュリー点の低い磁性コアを配する。
【００４６】
本例では、図５に示すように、回転方向に直交する長手方向に複数個（本例では８個）に分割したコアを用い、小サイズ紙の通紙域である中央部（領域１）の４個のコア４ａとしてキュリー点が２５０℃のもの、小サイズ紙通紙時の非通紙部に相当する両端部分の４個のコア４ｂとしてキュリー点が２００℃のものを配置し、非通紙部に相当する部分のコア４ｂに通紙部のコア４ａより低キュリー点のものを用いている。
【００４７】
これにより、非通紙部昇温が生じ、コア温度が非通紙部コア４ｂのキュリー点である２００℃に達すると、透磁率の低下によって、発生磁束が減少し、この部分の誘導加熱部材中の渦電流も減少して発熱量が減少する（シャットダウン）。その結果、非通紙部はそれ以上の温度上昇が防止され、非通紙部過昇温によってフィルム等が破損する以前に、自発的に過昇温が防止される。すなわち、自身の温度上昇に伴って自動的に発熱量が減少されるため、小サイズ紙を連続通紙する場合に於いても、過昇温を防止できる。
【００４８】
なお、本例では、非通紙部に通紙部のコア４ａに比べ定着温度に近い低キュリー点のコアを使用しているため、昇温部からの伝熱によるコア温度の上昇によってコア４ｂがシャットダウンするまでの時間（キュリー点に到達するまでの時間）を短くでき、非通紙部の昇温に対して、比較的応答性よく発熱量を抑制でき、非通紙部の過昇温によるフィルム１、加圧ローラ５等の破損を防止でき、装置の高寿命化が可能となる。また、領域１のコア４ａにキュリー点が２５０℃と定着温度に比ベ７０ｄｅｇ高いものを用いたことにより、例えばジャム時などで装置全体が昇温しコア温度が上昇しても、全体の透磁率が急激に変化せず、非通紙部昇温時の高い応答性と、通常時の安定性とを両立可能となる。
【００４９】
図６（ａ）に、本例の定着器にて、小サイズ紙としての封筒を、通常紙の給紙スピードで１００枚連続通紙した場合の、通紙部及び非通紙部の温度を計測した結果を示す。また、図６（ｂ）に比較例として、通紙部と非通紙部とに同じキュリー点（キュリー点２５０℃）のコアを用いた場合の例も示す。
【００５０】
図からわかるように、比較例では、非通紙部は、５０枚通紙後にコア温度がキュリー点２５０℃に達するが、このときのフィルム温度は２８０℃以上となっており、非通紙部のフィルム破損が生じたり、非通紙部昇温による加圧ローラ劣化によって、紙しわ、ジャム等の不具合が発生することがあった。
【００５１】
一方、本例の装置では、１０枚通紙後にコアはキュリー点である２００℃に達し、シャットダウンによって発熱量が減少しフィルム昇温を防止するため、非通紙部のフィルム温度は２２０℃以下に保たれる。このため、非通紙部の過昇温は防止され、紙しわ、ジャム等の不具合の発生もなく、良好な定着画像が得られた。
【００５２】
従って、本例の定着装置を用いることで、非通紙部における過昇温が防止されて、フィルム破損や加圧ローラ劣化を防止し、装置の高速化、高耐久化が可能となる。
【００５３】
なお、本例では、非通紙部の昇温に対し、伝熱によってコア温度をキュリー点に昇温させ、過昇温を防止するものであったが、例えば、非通紙部のコア部に良熱伝導性の伝熱部材を設け、小サイズ紙通紙時にコア温度がキュリー点に到達するまでの時間を、より短くする構成としてもよい。
【００５４】
〈第二の実施形態〉
図７、図８は、本発明の第２の実施形態である定着装置の断面図を示す図である。本実施形態は第１の実施形態の定着装置に加え、回転体の内面に断熱部材を配し、低キュリー点の磁性コアの周囲に、磁束発生手段による発生磁束の一部を周回するように形成され、開放又は閉鎖状態にスイッチング可能な環状の導電性部材を配した構成である。なお、その他の構成は略同じであるので、第１の実施形態と同様の働きのものには同符号を付し、再度の説明を省略してある。
【００５５】
断熱部材としての断熱スリーブ１２は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の絶縁性及び耐熱性の良い材料からなる厚さ１０〜５００μｍの円筒状のスリーブであり、回転体と、支持部材との間に配置して、発熱部である回転体から支持部材側への伝熱を抑制し、回転体の発熱効率を向上させて、立ち上げ時間の短縮が可能となるようにしている。なお、本例では断熱部材として、円筒状のスリーブを、回転体と支持部材との間に配置する構成としたが、発熱層１ａの内側に、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂等の耐熱樹脂からなる断熱層を設ける構成としてもよい。
【００５６】
環状導電部材１３は、図８に示すように、銅等の板状の導電性部材をＰＩ等の耐熱性絶縁性部材で絶縁被覆したものを、折り曲げるなどして非通紙部のコアの周りに巻いて配置させたもので、スイッチング回路１４により、開放状態、閉鎖状態に制御され、閉鎖状態時に環状を形成する。本例では、コアの周囲に配置したが、閉鎖時に、磁束発生手段により発生する磁束の一部を周回するように巻いたものであればよい。
【００５７】
環状部材１３は、閉鎖状態とすることで、例えば磁束発生手段により磁束が発生している場合に於いては、その磁束を打ち消すように電流が流れる。さらに電流が流れることによって、自身が発熱し、その発熱によってコア温度を昇温させる。本例は、断面積が２ｍｍ2の銅板を１回巻いたもので、磁場発生手段により発生する磁束によって、閉鎖時に０〜１３０Ａrms流れる。この場合、環状部材は、１秒あたり平均して２．５ｄｅｇの割合で、同様にコア温度は１秒あたり平均１．０ｄｅｇの割合で昇温し、通紙開始から２０秒ほどで、非通紙部のコア温度はキュリー温度に達するように構成されている。なお、環状部材の形状や断面積、巻き数等は、自身に流れる電流量等によって、最適に設定されるものであり、装置構成によって、適宜設定される。
【００５８】
而して、不図示の操作部からの入力や、給紙カセットのサイズ検知センサ等からの検知信号に基づいて小サイズ紙が連続通紙される場合には、スイッチング回路１４によって非通紙部に配置された環状部材１３が閉鎖状態に設定され、励磁コイル３に通電される電流によって生じる発生磁束を打ち消すように非通紙部の環状部材中に電流が流れる。環状部材中に電流が流れることによる環状部材自身の昇温によって、コア４ｂは加熱され、コア温度がキュリー点に達するまで上昇し、透磁率の低下により発熱量が減少し、過昇温が防止される。
【００５９】
本例では、小サイズ紙通紙の場合、環状部材を閉鎖状態とすることで、非通紙部での磁束を減少させるように構成されているため、非通紙部昇温の昇温速度は、環状部材１３のない場合に比べ遅く、非通紙部昇温には有利である。
【００６０】
なお、本例の温度検知部材１１は、断熱スリーブ１２を介して定着フィルム１の温度を検知することになるので、これを見越した温度等で制御を行っている。また該温度検知部材１１は定着フィルム外周面に当接するタイプとしても良い。
【００６１】
本例のように、小サイズ紙通紙時、環状部材１３を閉鎖状態とすることで、非通紙部の磁束を減じて非通紙部の発熱量を減少させて非通紙部の昇温を抑制するのと同時に、環状部材１３の昇温によって非通紙部のコア温度をキュリー点に上昇させることにより、発熱部１ａの内側に断熱部材１２を有し、発熱部１ａからの伝熱によるコア昇温が阻害される定着器の場合に於いても、小サイズ紙通紙時の非通紙部過昇温を防止でき、フィルム破損や加圧ローラ劣化を防止し、装置の高速化、高耐久化が可能となる。
【００６２】
なお、環状部材１３のスイッチングは、小サイズ紙通紙時のコア昇温に対し最適となるようにオンオフされるものであり、銅板の耐熱性と、コア昇温能力とに応じて、例えば小サイズ紙の通紙中、すべてオンとしたり、一定間隔おきにオンオフを繰り返すように制御したり、また、励磁コイル３の入力電力に応じて制御してもよい。本例では、小サイズ紙通紙時に環状部材１３を閉鎖状態とすることにより、励磁コイル３によって生じる磁束を減じて、非通紙部の発熱量を抑制するのと同時に、環状部材１３の通電によって生じる熱によりコア材を昇温させて非通紙部過昇温を防止するものであったが、非通紙部のコア周辺に加熱部材を配置させ、小サイズ通紙時に加熱部材により積極的にコアを加熱し、コア温度のキュリー点到達時間をより短くして、過昇温を防止するという構成としてもよい。
【００６３】
〈第三の実施形態〉
本例は、図９に示すように、第１の実施形態の定着装置に加え、非通紙部にも温度検知部材１５を設け、さらにコア４を冷却するファンなどの冷却装置１６を設けたものである。
【００６４】
本例では、非通紙部の温度検知部材１５により、非通紙部の温度検知を行い、定着動作中にフィルム温度が所定温度以下となった場合、冷却装置１６を作動させ、コア温度をキュリー温度以下まで低下させ、再びフィルム１を加熱する様にして、非通紙部及び通紙部の温度を常に均一に保つように構成されたものである。
【００６５】
このように構成することで、例えば、小サイズ紙を連続通紙した直後に、大サイズ紙を定着しようとした場合に於いても、小サイズ紙の非通紙部にあたる大サイズ端部の定着不良を防止できる。
【００６６】
すなわち、非通紙部がコア昇温によりコア温度がキュリー点に達し、シャットダウンした場合、その直後に大サイズ紙を定着するには、コア温度がキュリー温度以下に減少するまで一定時間をあけるなどして、通紙間隔を置かなければ、非通紙部は加熱されない。この場合、通紙間隔を置かずに連続通紙すると、通紙によって熱量が奪われて温度が低下し、定着温度以下となって定着不良等の不具合が発生してしまう。
【００６７】
これに対して、本例では、小サイズ紙通紙直後に大サイズ紙通紙命令を受けると、冷却装置（冷却ファン）１６が作動し、コア温度をキュリー点以下となるように積極的に冷却し、小サイズ紙の非通紙部にあたる大サイズ紙端部を発熱可能となるようにしている。よって、小サイズ紙通紙後に於いても、常に、フィルム温度を定着温度に保つことが可能で、大サイズ通紙時に定着不良等の不具合の発生を防止できる。
【００６８】
なお、本例では、小サイズ通紙後、大サイズ紙が通紙される場合に於いて、冷却ファン１６を作動させる構成であったが、大サイズ紙の通紙時に常に冷却ファン１６を作動させることにより、励磁コイル３の昇温を防止し入力電力ヘの負荷を軽減するとともに、小サイズ紙通紙時には冷却ファン１６を停止させ、非通紙部のコア昇温の応答性を上げる構成としてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、小サイズの被加熱材を加熱する場合の領域２（非通紙部）における過昇温を防止すると共に、高速化、高耐久化を図ることが可能な加熱装置及び画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態における加熱装置の断面図
【図２】 第１の実施形態における加熱装置の正面模型図
【図３】 第１の実施形態における加熱装置の長手方向断面図
【図４】 定着フィルムの層構成模型図
【図５】 第１の実施形態における加熱装置のコア材の長手方向断面図
【図６】 第１の実施形態における加熱装置の温度変化を示す図
【図７】 第２の実施形態における加熱装置の断面図
【図８】 第２の実施形態に用いた加熱装置の一部省略斜視断面図
【図９】 第３の実施形態に用いた加熱装置の長手方向断面図
【図１０】 本発明の画像形成装置の概略構成図
【符号の説明】
１ 該定着フィルム（加熱部材）
１ａ 発熱層
１ｂ 弾性層
１ｃ 離型層
２ フィルムガイド
３ 励磁コイル
４ 磁性コア
５ 加圧ローラ
５ａ 芯金
５ｂ 耐熱性・弾性材層
１０ 摺動部材
１１ 温度検知部材
１２ 断熱スリーブ
１３ 環状部材（環状導電部材）
１４ スイッチング回路
１５ 温度検知部材
１６ 冷却装置
１００ 定着装置
１０１ 回転感光体ドラム
１０２ 帯電装置
１０４ ４色カラー現像装置
１０５ 中間転写体ドラム
１０６ 転写ローラ
１０７ クリーナ
１０８ クリーナ
１１０ レーザ光学箱
Ｎ ニップ部
Ｐ 被記録材
Claims (8)
- 磁場発生手段の発生する磁界を磁性コアにより導電性の加熱部材に導いて誘導電流を発生させ、該誘導電流による加熱部材の発熱により被加熱材を加熱する電磁誘導加熱方式の加熱装置において、
多種サイズの被加熱材に対して加熱可能であって、搬送方向と直角長手方向に関して使用可能なすべてのサイズの被加熱材が通過する領域を領域１、該領域１を除く領域を領域２とした場合、領域２の一部もしくは全部に、領域１の磁性コアよりもキュリー点の低い磁性コアを配することを特徴とする加熱装置。 - 領域２に配した低キュリー点の磁性コアの周囲に、磁束発生手段による発生磁束の一部を周回するように形成され、開放又は閉鎖状態にスイッチング可能な環状の導電性部材を配置させたことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
- 前記環状の導電性部材が、閉鎖状態の場合に誘導電流が生じて発熱し、該熱によって低キュリー点の磁性コアを加熱することを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
- 前記加熱部材が中空の回転体であり、その内面側に断熱部材を有し、該断熱部材の内側に前記磁場発生手段及び磁性コアが配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の加熱装置。
- 前記磁性コアを冷却する冷却装置を有することを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の加熱装置。
- 小サイズの被加熱材を連続して加熱したのち、該被加熱材より大きいサイズの被加熱材を加熱する場合に前記冷却装置が、前記低キュリー点の磁性コアを冷却することを特徴とする請求項５に記載の加熱装置。
- 記録材上に画像を形成する像形成手段と、該記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、
該像加熱手段として請求項１乃至６の何れか１項に記載の加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 被帯電体としての像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写手段と、転写材に転写されたトナー像を固着像とする定着手段としての請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加熱装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
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