JP4732190B2

JP4732190B2 - 定着装置および画像形成装置

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Publication number: JP4732190B2
Application number: JP2006050181A
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Inventors: 菊之助辻; 鐘浩権; 弘楠本; 譲南條
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Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2011-07-27
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Description

本発明は、電磁誘導加熱方式により加熱される被加熱体を有する定着装置、およびこの定着装置を装備する画像形成装置に関する。

複写機やファクシミリ、レーザプリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置では、一般的に、ヒートローラ（定着ローラ）とこれに圧接する加圧ローラとを備え、ヒートローラと加圧ローラとの間に形成されるニップ部で、未定着トナー像を有する記録媒体を挟持搬送して、記録媒体上の未定着トナー像を溶融定着するよう構成されている。そして、ヒートローラの加熱源として、従来はハロゲンヒータが多く使用されてきた。しかし、ウォームアップ時間の短縮や省エネルギー化への要求が高まる中で、電磁誘導加熱（ＩＨ）方式の熱源を採用することが提案されている。

この電磁誘導加熱方式のヒートローラでは、導電性材料からなるローラ本体（筒状体、被加熱体）の内部に、その回転軸方向にターンが進むように螺旋状に銅線が巻回されたコイルが配置されており、このコイルに高周波電流を流し、これにより生じた高周波磁界でローラ本体に誘導渦電流を発生させ、ローラ本体の表皮抵抗によってジュール発熱させるものである。

ところで、このような電磁誘導加熱方式のヒートローラで、一体のコイルをローラ本体内部に配置して加熱した場合、コイルの中央部に対向するローラ本体部分では磁束が密になり、コイルの両端部に対向するローラ本体部分では磁束が粗になるため、ローラ本体の温度は中央部で高くなり、両端部で低くなるという、すなわち、ローラ本体の回転軸方向に温度ムラが生じ、所望の温度分布配向が得られないという問題があった。

そこで、下記の特許文献１では、この問題点を解決すべく、コイルを分割することにより、ローラ本体の回転軸方向全体にわたって磁界を平滑化し、その温度分布を均一化する技術が開示されている。すなわち、コイルがローラ本体の回転軸方向に複数のコイル要素に分割され、隣り合うコイル要素の磁界方向が互いに逆となるように配列して、これらに高周波電流を流すようにしており、これにより、隣り合うコイル要素同士の対向部（継ぎ目部）では極性が反撥しあうため、ヒートローラに進入する磁束を均一化することができ、ヒートローラの回転軸方向における温度ムラを軽減することができるとしている。
特開２００１−２４２７２７号公報

しかしながら、上記の技術では、ヒートローラの回転軸方向の温度ムラは、全体的には軽減するが、隣り合うコイル要素同士の対向部で磁界がローラ本体に到達しない部分が発生し、この継ぎ目部で局部的な温度低下が発生する。すなわち、部分的に温度ムラが発生し、所望の温度分布配向が得られないという課題は依然残されたままである。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、複数のコイル要素に分割されたコイルを用いて、隣り合うコイル要素同士の対向部での局部的な温度低下を抑制し、所望の温度分布配向を得ることのできる電磁誘導加熱方式の定着装置、およびこのような定着装置を装備する画像形成装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、軸心周りに回転駆動される導電性材料で形成される中空筒状の被加熱体と、電磁誘導により前記被加熱体を加熱するコイルと、を備えた定着装置において、前記コイルは、前記被加熱体の回転軸方向に平行な該コイルの軸方向で複数に分割されたコイル要素で構成されるとともに、隣り合う該コイル要素の磁界方向が互いに逆向きとなるように配列され、前記被加熱体は、その回転軸方向には不動とされる一方で、前記コイルは、その軸方向に往復駆動されるように構成されていることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、コイルは、被加熱体の回転軸方向に平行なコイルの軸方向で複数のコイル要素に分割され、隣り合うコイル要素の磁界方向が互いに逆となるように配列されている。これらのコイル要素に高周波電流を流すことにより、各コイル要素から磁束が発せられたときに、隣り合うコイル要素同士の対向部では極性が反撥しあうため、被加熱体に進入する磁束の均一化が図られるようになる。さらに、コイルをその軸方向に往復駆動することにより、コイル要素同士の対向部での局所的な磁界の落ち込みを均し、それにより生じる局部的な温度低下を抑制することができる。したがって、被加熱体の回転軸方向における温度ムラが軽減され、所望の温度分布配向を有し、ひいては画像ムラの発生を防止することのできる定着装置を得ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記コイルは、前記被加熱体の内部に、前記被加熱体と同心に配設されることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明によれば、コイルが、被加熱体の内部の空間を利用して、被加熱体と同心に配設される。これにより、回転駆動される被加熱体の周方向にわたって均質な磁束を進入させることができ、発熱が均質に分散されて、回転軸方向での温度ムラの発生を抑えることができるとともに、被加熱体の外部に配置する部材が少なくなり、コンパクトな定着装置を実現することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の定着装置において、前記コイル要素は、その外周面が被加熱体の内周面に近接したリング状の磁性体からなる連結部材により連結されることを特徴とするものである。

複数のコイル要素は、ある空間を隔てた状態で連結されていてもよいが、請求項３に記載の発明によれば、各コイル要素が連結部材により相互に連結され、連結部材は、その外周面がローラ本体の内周面に近接したリング状の磁性体として構成されている。このような連結部材を介在させることにより、各コイル要素で発生した磁束を連結部材に案内させて被加熱体に進入させることができるため、隣り合うコイル要素同士の対向部での温度低下を軽減することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置において、前記被加熱体は、円筒状のヒートローラであることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明によれば、被加熱体が、一般によく用いられる円筒状のヒートローラであり、従来の一般的な構成を有する定着装置に上記のコイルとその往復駆動機構を適用することにより、均一で所望の温度分布配向を付与することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置において、前記被加熱体は、無端状の加熱ベルトであることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明によれば、被加熱体が、無端状の加熱ベルトであり、このような構成を有する定着装置に上記のコイルとその往復駆動機構を適用することにより、均一で所望の温度分布配向を付与することができる。しかも、加熱ベルトは、一般的なヒートローラよりも薄肉で可撓性を有し、熱容量の小さいものとして構成することが容易であるため、このような加熱ベルトを用いれば、さらなるウォームアップ時間の短縮と省エネルギー化を図ることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置において、前記コイルが、該コイルの中空部を貫通する軸心材により支持され、該軸心材が二つのコイル支持板で前記軸方向の両側方から保持されており、前記軸心材の一方の端部には、装置本体の一方の壁面に設けられた弾性押圧部材により前記コイルを該壁面から離間する方向へ付勢力が与えられるとともに、前記軸心材の他方の端部には、前記一方の壁面とは反対側の壁面に設けられて回転駆動するカム部材が当接するように構成され、前記カム部材が回転駆動されることにより、前記軸心材の他方の端部に当接する当接面が前記軸方向に変位し、該当接面に押圧されて前記コイルが前記軸方向に往復駆動されるようにしたことを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置において、前記コイルが、該コイルの中空部を貫通する軸心材により支持され、該軸心材が二つのコイル支持板で前記軸方向の両側方から保持されており、前記軸心材の一方の端部には、装置本体の一方の壁面に設けられた弾性押圧部材により前記コイルを該壁面から離間する方向へ付勢力が与えられるとともに、前記軸心材の他方の端部側面には係合溝を凹刻し、該係合溝に前記一方の壁面とは反対側の壁面に設けられた係合部材が係合するように構成され、前記軸心材が回転駆動されることにより、前記係合部材が係合する前記係合溝の前記軸方向の変位量に対応して、前記コイルが前記軸方向に往復駆動されるようにしたことを特徴とするものである。

請求項６または請求項７に記載の発明によれば、いずれも簡単な構成でコイルの往復駆動機構を実現することができる。

請求項８に記載の発明は、画像形成装置であって、請求項１乃至７のいずれかに記載の定着装置を備えて構成されることを特徴とするものである。

請求項８に記載の発明によれば、以上に述べたような、請求項１乃至７のいずれかに記載した発明の効果を具備した画像形成装置を提供することができる。

本発明によれば、複数のコイル要素に分割されたコイルを用いて、隣り合うコイル要素同士の対向部での局部的な温度低下を抑制し、所望の温度分布配向を得ることのできる電磁誘導加熱方式の定着装置、およびこのような定着装置を装備する画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の定着装置およびこの定着装置を装備した画像形成装置に係る最良の実施形態について、図面に基づき詳細に説明する。

［実施の形態１］
まず、本発明の実施の形態１に係る定着装置２０が適用された画像形成装置の一例であるプリンタ（画像形成装置）１０について図１に基づき説明する。図１は、本発明に係る定着装置を備えたプリンタの内部構造（一実施形態として）の概要を説明するための正面断面視の説明図である。この図に示すように、プリンタ１０は、印刷処理に供する用紙Ｐ（記録媒体）を貯留する用紙貯留部１２と、この用紙貯留部１２に貯留された用紙束Ｐ１から繰り出された１枚ずつの用紙Ｐに対して画像の転写処理を施す画像形成部１３と、この画像形成部１３で転写処理の施された用紙Ｐに対して定着処理を施す定着部１４とが装置本体１１に内装されると共に、定着部１４で定着処理の施された用紙Ｐが排紙される排紙部１５が装置本体１１の頂部に設けられることによって構成されている。

用紙貯留部１２には、所定数（実施の形態１では１つ）の用紙カセット１２１が装置本体１１に対して挿脱自在に設けられている。用紙カセット１２１の下流端（図１の右方）には、用紙束Ｐ１から１枚ずつの用紙Ｐを繰り出させるピックアップローラ１２２が設けられている。このピックアップローラ１２２の駆動によって用紙カセット１２１から繰り出された用紙Ｐは、給紙搬送路１２３およびこの給紙搬送路１２３の下流端に設けられたレジストローラ対１２４を介して画像形成部１３に給紙されるようになっている。

画像形成部１３は、コンピュータ等から電送された画像情報に基づき用紙Ｐに転写処理を施すものであり、前後方向（図１の紙面に垂直な方向）に延びるドラム心回りに回転可能に設けられた感光体ドラム１３１の周面に沿うように、当該感光体ドラム１３１の直上位置から時計方向に向けて帯電器１３２、露光装置１３３、現像装置１３４、転写ローラ１３５およびクリーニング装置１３６が配設されることによって形成されている。

感光体ドラム１３１は、周面に静電潜像およびこの静電潜像に沿ったトナー像を形成させるためのものであり、周面にアモルファスシリコン層が積層され、これによってこれらの像を形成させるのに適したものになっている。

帯電器１３２は、ドラム心回り時計方向に回転している感光体ドラム１３１の周面に一様な電荷を形成させるものであり、図１に示す例では、コロナ放電によって感光体ドラム１３１の周面に電荷を付与する方式が採用されている。なお、感光体ドラム１３１の周面に電荷を付与する部材として帯電器１３２に代えて周面が感光体ドラム１３１の周面と当接しながら従動回転しつつ電荷を付与する帯電ローラを採用してもよい。

露光装置１３３は、コンピュータ等の外部の機器から電送されてきた画像データに基づき強弱の付与されたレーザー光を回転している感光体ドラム１３１の周面に照射し、これによる感光体ドラム１３１周面のレーザー光が照射された部分の電荷の消去によって当該感光体ドラム１３１の周面に静電潜像を形成させるものである。

現像装置１３４は、感光体ドラム１３１の周面にトナーを供給することによって周面の静電潜像が形成された部分にトナーを付着させ、これによって感光体ドラム１３１の周面にトナー像を形成させるものである。

転写ローラ１３５は、感光体ドラム１３１の直下位置に送り込まれた用紙Ｐに対して当該感光体ドラム１３１の周面に形成されているプラスに帯電したトナー像を用紙Ｐに転写させるものであり、トナー像の電荷と逆極性であるマイナスの電荷を用紙Ｐに付与するようになっている。

従って、感光体ドラム１３１の直下位置に到達した用紙Ｐは、転写ローラ１３５と感光体ドラム１３１とによって押圧挟持されつつ、プラスに帯電した感光体ドラム１３１周面のトナー像がマイナスに帯電した用紙Ｐの表面に向けて引き剥がされ、これによって用紙Ｐに対し転写処理が施されることになる。

クリーニング装置１３６は、転写処理後の感光体ドラム１３１の周面に残留しているトナーを取り除いて清浄化するためのものである。このクリーニング装置１３６によって清浄化された感光体ドラム１３１の周面は、次の画像形成処理のために再び帯電器１３２へ向かうことになる。

定着部１４は、画像形成部１３によって転写処理の施された用紙Ｐのトナー像に加熱による定着処理を施すものであり、用紙Ｐに熱を加えるヒートローラ（定着ローラ）３０と、このヒートローラ３０の下部に対向配置された加圧ローラ４０とを有する定着装置２０を備えて構成されている。そして、転写処理後の用紙Ｐは、ヒートローラ３０と加圧ローラ４０との間に形成されたニップ部Ｎへ向けて送り込まれ、当該ニップ部Ｎを通過することによって、ヒートローラ３０からの熱を得て定着処理が施されるようになっている。定着処理の施された用紙Ｐは、排紙搬送路１４３を通って排紙部１５へ排出されることになる。

排紙部１５は、装置本体１１の頂部が凹没されることによって形成され、この凹没した凹部の底部に排紙された用紙Ｐを受ける排紙トレイ１５１が形成されている。

次に、本発明の実施の形態１に係る定着装置２０の構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る定着装置の構成を示す図であり、（ａ）は、概略斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。また、図３は、この実施の形態１に係る定着装置における往復駆動機構の要部構成を示す断面説明図である。なお、図２以降の図において、Ｘ−Ｘ方向を左右方向、Ｙ−Ｙ方向を前後方向といい、特に−Ｘ方向を左方、＋Ｘ方向を右方、−Ｙ方向を前方、＋Ｙ方向を後方という。

まず、図２の（ａ）に示すように、定着装置２０は、左右方向に長尺の異形を呈した筐体２１内に上下で互いに対向したヒートローラ３０および加圧ローラ４０が装着されるとともに、筐体２１の前面位置における上下方向の中央部に左右方向に長尺の支持部材８０が架設され、この支持部材８０の左右方向の中央位置にヒートローラ３０の周面温度を検出するサーミスタ９０が装着されることによって構成されている。

筐体２１は、左右方向一対の異形の側板２１１（左方の側板２１１ａ、右方の側板２１１ｂ）と、これら一対の側板２１１の下端位置間に架設された側面視で階段状を呈する底板２１２と、この底板２１２の後端位置から立設されて筐体２１の後方下半分を覆う後方板２１３と、一対の側板２１１の前縁上半分間に架設された前方板２１４と、一対の側板２１１の前縁下半分の位置で、底板２１２より上方位置間に架設されて用紙Ｐをニップ部Ｎへ案内する前方ガイド板２１５と、一対の側板２１１の後方位置で、後方板２１３の上縁部に固定されてニップ部Ｎからの用紙Ｐを外部へ案内する後方ガイド板２１６とを備えている。

支持部材８０は、ヒートローラ３０の周面と対向配置され、筐体２１における前方板２１４と前方ガイド板２１５との間に形成された大きな隙間を埋めるように一対の側板２１１間に架設されている。また、サーミスタ９０は、金属酸化物を主原料とし、高温にて焼結されるセラミック半導体であり、温度が上がると抵抗値の下がる負の温度係数を有し、温度センサとしてヒートローラ３０の周面温度を検出するものである。このサーミスタ９０で検出されたヒートローラ３０の周面温度に係る信号に基づいて、図略の制御部にて後述のコイル３２に供給する高周波電流が調整され、ヒートローラ３０の周面温度が所定の温度に維持されるよう制御されている。サーミスタ９０は、その温度検出面がヒートローラ３０の周面に対向する状態で、支持部材８０の左右方向のほぼ中央位置に保持されている。

前方ガイド板２１５はその後縁部がニップ部Ｎに臨んだ状態で前方に向かって先下がりに形成されている一方、支持部材８０はその後縁部がヒートローラ３０の周面に臨んだ状態で前方に向かって先上がりに傾斜するように設置姿勢が設定され、これら前方ガイド板２１５と支持部材８０と間の隙間によって用紙Ｐをニップ部Ｎへ導く導入開口２２が形成されている。そして、画像形成部１３から送り込まれた用紙Ｐは、この導入開口２２において前方が大きく開いた前方ガイド板２１５および支持部材８０の下面に案内されつつ、ニップ部Ｎへ向けて送り込まれることになる。

ヒートローラ３０は、鉄、ニッケル等の金属材料（磁性材料）製の円筒体（金属基材層３１１）からなるローラ本体３１（被加熱体）と、このヒートローラ本体３１の内部に同心で設けられた左右方向（図２（ｂ）の紙面に垂直な方向）に長尺のコイル３２とからなる。ローラ本体３１は、軸心材３３の配置位置を回転中心軸として回転可能な状態で一対の側板２１１間に架設され、図略の駆動モータと減速機構により回転駆動されるようになっている。なお、軸心材の延伸方向（軸方向）には不動とされている。また、ローラ本体３１は、金属材料（磁性材料）製の円筒体からなる金属基材層３１１と、その基材表面側に積層された離型層３１３により構成される。必要に応じて金属基材層３１１と離型層３１３との間に弾性層３２２を介設するようにしてもよい。上記のコイル３２に図略の高周波電源から高周波電流が供給されることによる電磁誘導加熱によりヒートローラ本体３１が発熱するようになっている。このヒートローラ３０の構造については、後で詳述する。

加圧ローラ４０のローラ本体４１は、アルミニウム合金製の円筒体（金属基材層４１１）と、この金属基材層４１１に同心で一体的に外嵌された弾性層４１２と、この弾性層４１２の周面に被覆された離型層４１３とを備えて構成されており、ヒートローラ３０に圧接されている。

ヒートローラ３０および加圧ローラ４０の弾性層３１２，４１２は、シリコンゴムやシリコン発泡ゴム等の弾性材料により形成され、ヒートローラ３０と加圧ローラ４０とが当接することにより凹没し、適当な形状（ニップ幅など）と弾性をもったニップ部Ｎをヒートローラ３０と加圧ローラ４０との間に形成することができ、均質なトナー像の定着性を得ることができるようになる。弾性材料としては、シリコンゴムあるいはシリコン発泡ゴムを用いることができる。シリコンゴムを用いた場合には、製造時の加工性に優れ、シリコン発泡ゴムを用いた場合には、より断熱性、反撥弾性に優れた弾性層３１２，４１２とすることができる。

また、ヒートローラ３０および加圧ローラ４０表面の離型層３１３，４１３は、四フッ化エチレン重合体（ＰＴＦＥ）樹脂、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）樹脂、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）樹脂等のフッ素樹脂塗料（コーティング剤）をコーティングすることにより得られる。また、上記のフッ素樹脂に有機バインダー樹脂を加えて変性した樹脂コーティング剤を用いてもよい。ヒートローラ３０および加圧ローラ４０表面に離型層３１３，４１３を設けることにより、ヒートローラ３０と加圧ローラ４０とのニップ部Ｎで記録媒体を挟持搬送して、未定着トナー像を溶融定着する際の離型性を向上させることができる。また、上記のようなフッ素樹脂を用いることで、ヒートローラ３０および加圧ローラ４０の耐熱性、耐久性を向上させることができる。

このような定着装置２０において、筐体２１の適所に設けられた図略の駆動モータの駆動力が図略の減速機構を介してヒートローラ３０に伝達されることにより、ヒートローラ３０が軸心回りに回転駆動するようになっている。このヒートローラ３０の回転駆動は、ニップ部Ｎを介して加圧ローラ４０に伝達され、これによる加圧ローラ４０の逆方向へ向かう従動回転によってニップ部Ｎに到達した用紙Ｐがヒートローラ３０により加熱されつつニップ部Ｎを通過し、当該用紙Ｐに定着処理が施されるようになっている。

以下、実施の形態１に係る定着装置２０のヒートローラ３０の構造について詳しく説明する。ヒートローラ３０は、図３に示すように、円筒状のヒートローラ本体３１の内部に、その回転軸方向に平行な軸方向で複数のコイル要素３２１に分割されたコイル３２が配置されて構成されている。コイル要素３２１は、磁心材料（フェライト）３２２の軸方向にターンが進むように螺旋状に銅線３２３が巻回されており、隣り合うコイル要素３２１の磁界方向が互いに逆となるようにしてヒートローラ本体３１と同心に配列され、ヒートローラ本体３１をその回転軸方向に貫通する軸心材３３により支持されている。これらのコイル要素３２１には図略の高周波電源から高周波電流が供給される。そして、これらのコイル要素３２１に高周波電流を流すことにより、これにより生じた高周波磁界でヒートローラ本体３１に誘導渦電流を発生させ、その表皮抵抗によってヒートローラ本体３１をジュール発熱させることになる。そして、隣り合うコイル要素３２１同士の対向部（継ぎ目部）では互いに極性が反撥しあうため、ヒートローラ本体３１に進入する磁束を均一化することができ、ヒートローラ本体３１の回転軸方向における温度ムラを軽減することができる。

また、本実施の形態１では、隣り合うコイル要素３２１同士の対向部に連結部材３４を配し、複数のコイル要素３２１を連結部材３４により連結した構成とし、軸心材３３を一対のコイル支持板３５でその軸方向の両側方から保持し、軸方向の往復駆動が可能な状態としている。なお、一対のコイル支持板３５は、筐体２１の一対の側板２１１の内側において、前方板２１４と後方ガイド板２１６との間に架設されている。そして、この軸心材３３の一方の端部３３ａを、筐体２１の左方の側板２１１ａに設けられた弾性押圧部材３６に当接させ、コイル３２に対して当該側板２１１ａから離間する方向への付勢力を与えるとともに、この軸心材３３の他方の端部３３ｂを、筐体２１の右方の側板２１１ｂ（軸心材３３の延長線上より少し外れた位置）に設けられ、図略の駆動モータと減速機構によって軸心３７１回りに回転駆動するカム部材３７の当接面３７２に当接させるように構成されている。なお、ここでは、弾性押圧部材３６として、圧縮バネが用いられている。また、カム部材３７を回転駆動する駆動モータおよび減速機構には、ヒートローラ３０の回転駆動のために用いられている駆動モータが兼用され、その減速機構の一部が利用されている。

このような構成において、カム部材３７を軸心３７１回りに回転駆動することにより、カム部材３７の当接面３７２がヒートローラ本体３１の回転軸方向に変位し（図３中の矢印Ｂ参照）、この当接面３７２に押圧されてコイル３２（軸心材３３）が同じ軸方向に往復駆動される。すなわち、この往復駆動機構は、カム部材３７が回転駆動されることにより、その当接面３７２の変位により軸心材３３をローラ本体３１に対して相対的に軸方向に変位させるものであり、その変位の態様がなだらかな曲線状の軌跡を描くように当接面３７２の形状が設定されている。

本実施の形態１において、往復駆動の変位量（カム部材３７の当接面３７２の変位量）は、当該カム部材３７を取り替えることにより変更可能であり、５〜２０ｍｍの範囲で設定可能とされており、また、往復駆動の周波数（カム部材３７の回転数）は３０〜１２０サイクル／分の範囲で設定可能とされている。なお、コイル３２の軸心材３３およびカム部材３７の当接面３７２の互いに摺接する部分には、フッ素樹脂塗料（コーティング剤）をコーティングすることによって、摩擦係数の低い表面状態にしておくことが好ましい。これにより、双方の部材３４、３７２の損耗を抑制し、上記のような動作の信頼性を向上させることができる。

このように、実施の形態１では、コイル３２の軸心材３３とそれに当接する筐体２１側のカム部材３７との組み合わせという簡単な構成で往復駆動機構を実現することができる。

連結部材３４は、その外周面がヒートロール本体３１の内周面に近接したリング状の磁性体として構成されており、このような連結部材３４を介在させることにより、各コイル要素３２１で発生した磁束を連結部材３４に案内させてヒートローラ本体３１に進入させることができるため、隣り合うコイル要素３２１同士の対向部での温度低下を軽減することができる。なお、複数のコイル要素３２１は、必ずしも連結部材３４により相互に連結されていなくともよく、ある空間を隔てた状態で連結されていてもよい。

また、分割されるコイル要素３２１の数は、実施の形態１では３個として図示されているが、分割数はこれに限定されるものではない。２個でもよく、あるいは４個以上でもよい。

このように構成された往復駆動機構を有する本実施の形態１に係る定着装置２０のロール本体表面の温度分布について、その計測結果の一例を示す。図４は、定着装置の被加熱体における温度分布を示す説明図であり、（ａ）は従来の定着装置、（ｂ）は本発明の実施の形態１に係る定着装置における温度分布を示す。往復駆動機構を作動させない状態（もしくは往復駆動機構を有さない状態）でのヒートローラ３０の回転軸方向における温度分布は、図４（ａ）に示されるように、隣り合うコイル要素３２１同士の対向部で若干の温度低下が認められるが、往復駆動機構を作動させた状態では、図４（ｂ）に示されるように、隣り合うコイル要素３２１同士の対向部での磁界の落ち込みが均され、それにより局所的な温度低下が抑制されていることがわかる。

このようにコイル３２を往復駆動することにより、隣り合うコイル要素３２１同士の対向部で磁界が落ち込みを均して、局所的に温度が低下するのを抑制して、ヒートローラ３０の回転軸方向における温度ムラの発生を防止することができる。そして、その均質化された熱がニップ部Ｎに送り込まれる用紙Ｐに伝達されることによって、用紙Ｐ上の未定着トナーをニップ部Ｎ（ヒートローラ３０）の回転軸方向において均質に溶融定着して、画像ムラの発生を防止することができる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る定着装置２０Ａの構成について説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る定着装置における往復駆動機構の要部構成を示す断面説明図である。本実施の形態２の定着装置２０Ａは、往復駆動機構を除いて上記の実施の形態１の場合と同様であり、重複する部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。

本実施の形態２では、連結部材３４により連結したコイル３２の軸心材３３を一対のコイル支持板３５で両側方から回転駆動および往復駆動が可能な状態で保持している。そして、この軸心材３３の一方の端部３３ａを、筐体２１の左方の側板２１１ａに設けられた弾性押圧部材３６に当接させ、コイル３２に対して当該側板２１１ａから離間する方向への付勢力を与えるとともに、この軸心材３３の他方の端部３３ｂにはその軸側面に係合溝３３１が凹刻され、筐体２１の右方の側板２１１ｂ（軸心材３３の延長線上より少し外れた位置）から軸心材３３に向けて突設され、固定された係合部材３８がこの軸心材３３の係合溝３３１に側方から係合するように構成されている。なお、上記の実施の形態１においては、カム部材３７を回転駆動し、軸心材３３を固定していたが、本実施の形態２においては、係合部材３８を固定し、軸心材３３を回転駆動する。ここで、軸心材３３は、軸心材３３の他方の端部３３ｂ側に設けられた図略の駆動モータと減速機構によって回転駆動されるが、この回転駆動に用いられる駆動モータおよび減速機構は、ヒートローラ３０の回転駆動のために用いられている駆動モータが兼用され、その減速機構の一部が利用されている。軸心材３３を回転駆動する駆動モータおよび減速機構を一方の端部３３ａ側に設けることも可能であるが、原則的にはヒートローラ３０を回転駆動する駆動モータおよび減速機構との兼用も考慮して、両者を同じ側に設けるのがよい。

このような構成において、コイル３２の軸心材３３を回転駆動することにより、係合部材３８が係合する係合溝３３１の軸方向の変位量に対応して、コイル３２（軸心材３３）がヒートローラ本体３１の回転軸方向に往復駆動される（図５中の矢印Ｃ参照）。すなわち、この係合溝３３１は、軸心材３３が回転駆動されることにより、それに係合する係合部材３８に拘束されて、軸心材３３を軸方向に変位させるものであり、その変位の態様がなだらかな曲線状の軌跡を描くように形状設定されている。

本実施の形態２において、往復駆動の変位量（係合溝３３１の変位量）は、５〜２０ｍｍの範囲で設定されており、また、往復駆動の周波数（軸心材３３の回転数により設定）は３０〜１２０サイクル／分の範囲で設定可能とされている。なお、軸心材３３の係合溝３３１および筐体２１側の係合部材３８の互いに摺接する部分には、フッ素樹脂塗料のコーティングを施すことによって、摩擦係数の低い表面状態にしておくことが好ましい。これにより、双方の部材３３１、３８の損耗を抑制し、動作の信頼性を向上させることができる。

このように、実施の形態２では、コイル３２の軸心材３３の係合溝３３１とそれに係合する筐体２１側の係合部材３８との組み合わせという簡単な構成で往復駆動機構を実現することができる。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３に係る定着装置２０Ｂの構成について説明する。図６は、本発明の実施の形態３に係る定着装置の構成を示す、図２（ｂ）と同様の断面図である。本実施の形態３の定着装置２０Ｂは、ヒートローラ３０の代わりに薄肉の加熱ベルト５０を用いる点を除いて、上記の実施の形態１の場合と同様であり、重複する部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。

本実施の形態３の定着装置２０Ｂは、電磁誘導により加熱される無端状の加熱ベルト５０（被加熱体）と、非磁性材料からなり加熱ベルト５０に内側から当接するパッド部材５２と、加熱ベルト５０を介してパッド部材５２を押圧する加圧ローラ４０とを備え、未定着トナー像を有する用紙Ｐを加熱ベルト５０と加圧ローラ４０とのニップ部Ｎで挟持して、用紙Ｐ上の未定着トナー像を溶融定着するものである。

加熱ベルト５０のベルト本体５１は、少なくとも磁性金属からなる金属基材層５１２を含んで構成される無端状のベルトであり、ここでは磁性金属の薄板を用いた金属基材層５１２と、この金属基材層５１２の内側に耐熱性樹脂からなる樹脂基材層５１１と、金属基材層５１２の外側に離型層４１３と同様の材料からなる離型層５１４とが積層されて構成される。なお、金属基材層５１２と離型層５１４との間に、必要に応じて上記の弾性層４１２と同様の材料からなる弾性層５１３を介設してもよい。耐熱性樹脂としては、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を用いることができる。なお、金属基材層５１２は、上記の耐熱性樹脂と同様の樹脂中に磁性金属の粉末体を分散させた上で成形したものであってもよい。また、耐熱性樹脂により形成される樹脂層と金属基材層５１２とが交互に複数層にわたって形成され、その上に離型層５１４が積層されて構成されてもよい。このように構成することにより、加熱ベルト５０の強度および耐熱性とともに、可撓性を向上させることができる。

パッド部材５２は、非磁性材料（例えば、樹脂、シリコンゴム等）で構成され、加熱ベルト５０の内面（樹脂基材層５１１）に当接する部分がフッ素樹脂塗料でコーティングされて摩擦係数の低い表面状態になっており、後述の連結部材５４に保持されている。このため、コイル５３に高周波電流が流れても、パッド部材５２は発熱することなく、また、コイル５３とともにその軸方向に往復駆動されても、加熱ベルト５０により損耗されることはない。

コイル５３は、加熱ベルト５０内に配置され、加熱ベルト５０（金属基材層５１２）を電磁誘導により加熱する。また、コイル５３は、その軸方向に複数に分割されたコイル要素５３１で構成され、隣り合うコイル要素５３１の磁界方向が互いに逆向きとなるように配列されている。そして、コイル要素５３１は互いに連結部材５４により連結され、実施の形態１または２の場合と同様に設けられた往復駆動機構により、連結されたコイル５３はその軸方向に往復駆動される。

このように構成された定着装置２０Ｂにおいて、コイル５３をその軸方向に往復駆動することにより、隣り合うコイル要素５３１同士の対向部で磁界が落ち込みを均して、温度が低下するのを抑制して、加熱ベルト５０の回転軸方向における温度ムラの発生を防止することができる。

［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４に係る定着装置２０Ｃの構成について説明する。図７は、本発明の実施の形態４に係る定着装置の構成を示す、図２（ｂ）と同様の断面図である。本実施の形態４の定着装置２０Ｃは、実施の形態１のヒートローラ３０と同様、内部にコイル３２（複数のコイル要素３２１）を備えたヒートローラ３０（被加熱体）と、このヒートローラ３０の下方に対向配置された定着ローラ６０と、この定着ローラ６０とヒートローラ３０との間に張設された伝熱ベルト７０と、定着ローラ６０を介してこの伝熱ベルト７０と対向配置された加圧ローラ４０とを備えて構成され、伝熱ベルト７０を介した定着ローラ５０と加圧ローラ４０との当接位置に形成されたニップ部Ｎにおいて、導入開口２２から送り込まれた用紙Ｐ上の未定着トナー像を溶融定着する。上記の実施の形態１の定着装置２０と重複する構成・部品には同じ符号を付し、その説明を省略する。

ヒートローラ３０は、上記の実施の形態１に用いられたヒートローラと同様の構成を有し、円筒状のヒートローラ本体３１の内部に、その回転軸方向に平行な軸方向で複数のコイル要素３２１に分割されたコイル３２が配置されて構成されている。そして、コイル３２（コイル要素３２１）によりヒートローラ３０を電磁誘導加熱し、ヒートローラ３０を介してそれに張架された伝熱ベルト７０に熱を伝えるよう構成されている。なお、コイル３２をその軸方向に往復駆動する機構としては、上記の実施の形態１と同様のカム部材３７を用いるものであってもよいし、実施の形態２と同様の係合溝３３１と係合部材３８との組み合わせからなるものを用いてもよい。

定着ローラ６０のローラ本体６１は、アルミニウム合金製の円筒体からなる金属基材層６１１と、この金属基材層６１１に同心で一体的に外嵌されたシリコンゴムあるいはシリコン発泡ゴムからなる円筒状の弾性層６１２とを備えて構成されており、伝熱ベルト７０を介して加圧ローラ４０に圧接されている。

伝熱ベルト７０は、コイル３２により電磁誘導加熱されたヒートローラ３０の熱を伝えて、加圧ローラ４０との間に形成されるニップ部Ｎで用紙Ｐ上の未定着トナー像を溶融定着するものであり、伝熱ベルト本体７１はその最内周側に少なくとも金属基材層７１１を有して構成され、その外側に、上記の弾性層４１２、離型層４１３と同様の材料からなる弾性層７１２と離型層７１３とが積層されて構成されてもよい。金属基材層７１１に用いられる金属は特に限定されるものではなく、任意の金属が使用可能である。

このように構成された定着装置２０Ｃにおいては、カム部材３７等の駆動によりコイル３２を往復駆動することにより、隣り合うコイル要素３２１同士の対向部で磁界が落ち込みを均して、局所的に温度が低下するのを抑制して、ヒートローラ３０の回転軸方向における温度ムラの発生を防止することができる。そして、その均質化された熱を伝熱ベルト７０を介して加圧ローラ４０とのニップ部Ｎに伝達することによって、このニップ部Ｎにおける温度ムラの発生を防止して、ひいては画像ムラの発生を防止することができる。

以上、本発明に係る定着装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃについて述べてきたが、実施の形態１〜３のいずれかに記載の定着装置２０〜２０Ｃを備えて構成される画像形成装置であれば、各実施の形態で述べたと同様の発明の効果を具備した画像形成装置を得ることができる。

なお、上記開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれると解される。

［変形の実施形態］
以下に、上記の実施形態に代えてあるいは加えて、一部機能を変更あるいは付加する変形実施例について説明する。

１）上記の実施の形態１〜３では、被加熱体（ヒートローラ３０、加熱ベルト５０）を電磁誘導加熱により加熱するコイル３２、５２を、被加熱体３０、５０の内部に配置、収納しているが、本発明の定着装置２０はこれに限定されるものではない。軸方向に複数に分割されたコイル要素を連結、一体化したコイルを、ヒートローラ３０、加熱ベルト５０の外部に配置して、その軸方向に往復駆動するように構成してもよい。この場合にも、コイルを被加熱体３０、５０の外部に配置するだけでは、隣り合うコイル要素同士の対向部では磁界が弱くなり、局部的な温度低下を招きやすいが、軸方向に往復駆動することによって、この局部的な温度低下を抑制し、所望の温度分布配向を付与することができるようになる。

２）上記の実施の形態１〜３では、分割されたコイル要素３２１、５２１同士を、その外周面がローラ本体の内周面に近接したリング状の磁性体からなる連結部材３４、５３で連結する構成をとっているが、必ずしもこのような連結部材３４、５３を用いる必要はなく、ある空間を隔てて連結するようにしてもよい。ただし、上記のような連結部材３４、５３を用いた場合、その外周面が被加熱体（ヒートローラ本体３１、加熱ベルト５０）の内周面に近接しているため、各コイル要素３２１、５２１で発生した磁束を連結部材３４、５３に案内させて被加熱体３１、５０に進入させることができるため、隣り合うコイル要素３２１、５２１同士の対向部での温度低下を有効に軽減することができる。

３）上記の実施の形態１、２で、コイル３２、５２をその軸方向に往復駆動する機構として、２つの例を挙げたが、これに限定されるものではなく、また、往復駆動時の回数（周波数）や駆動量も例示されたものに限定されるものではない。要は、機構的に簡単で確実に往復駆動を可能とする機構であればよく、駆動時の条件もその方法に応じて適宜設定されればよい。

本発明に係る定着装置が適用された画像形成装置（プリンタ）の内部構造の概要を説明するための正面断面視の説明図である。本発明の実施の形態１に係る定着装置の構成を示す図であり、（ａ）は、概略斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。本発明の実施の形態１に係る定着装置における往復駆動機構の要部構成を示す断面説明図である。定着装置の被加熱体における温度分布を示す説明図であり、（ａ）は従来の定着装置、（ｂ）は本発明の実施の形態１に係る定着装置における温度分布を示す。本発明の実施の形態２に係る定着装置における往復駆動機構の要部構成を示す断面説明図である。本発明の実施の形態３に係る定着装置の構成を示す、図２（ｂ）と同様の断面図である。本発明の実施の形態４に係る定着装置の構成を示す、図２（ｂ）と同様の断面図である。

符号の説明

１０プリンタ（画像形成装置）１１装置本体
１２用紙貯留部１２１用紙カセット
１３画像形成部１３１感光体ドラム
１３２帯電器１３３露光装置
１３４現像装置１３５転写ローラ
１３６クリーニング装置
１４定着部１５排紙部
２０，２０Ａ〜２０Ｃ定着装置２１筐体
２１１側板２２導入開口
３０ヒートローラ３１ヒートローラ本体
３１１金属基材層３１２弾性層
３１３離型層
３２コイル３２１コイル要素
３３軸心材３３１係合溝
３４連結部材３５コイル支持板
３６弾性押圧材３７カム部材
３７２当接面３８係合部材
４０加圧ローラ４１加圧ローラ本体
４１１金属基材層４１２弾性層
４１３離型層
５０加熱ベルト５１加熱ベルト本体
５１１樹脂基材層５１２金属基材層
５１３弾性層５１４離型層
５２パッド部材５３コイル
５３１コイル要素５４連結部材
６０定着ローラ６１定着ローラ本体
６１１金属基材層６１２弾性層
７０伝熱ベルト７１伝熱ベルト本体
７１１金属基材層７１２弾性層
７１３離型層８０支持部材
９０サーミスタＮニップ部
Ｐ用紙Ｐ１用紙束

Claims

軸心周りに回転駆動される導電性材料で形成される中空筒状の被加熱体と、電磁誘導により前記被加熱体を加熱するコイルと、を備えた定着装置において、
前記コイルは、前記被加熱体の回転軸方向に平行な該コイルの軸方向で複数に分割されたコイル要素で構成されるとともに、隣り合う該コイル要素の磁界方向が互いに逆向きとなるように配列され、
前記被加熱体は、その回転軸方向には不動とされる一方で、前記コイルは、その軸方向に往復駆動されるように構成されていることを特徴とする定着装置。
前記コイルは、前記被加熱体の内部に、前記被加熱体と同心に配設されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記分割コイルは、その外周面が被加熱体の内周面に近接したリング状の磁性体からなる連結部材により連結されることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
前記被加熱体は、円筒状のヒートローラであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置。
前記被加熱体は、無端状の加熱ベルトであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置。
前記コイルが、該コイルの中空部を貫通する軸心材により支持され、該軸心材が二つのコイル支持板で前記軸方向の両側方から保持されており、
前記軸心材の一方の端部には、装置本体の一方の壁面に設けられた弾性押圧部材により前記コイルを該壁面から離間する方向へ付勢力が与えられるとともに、前記軸心材の他方の端部には、前記一方の壁面とは反対側の壁面に設けられて回転駆動するカム部材が当接するように構成され、
前記カム部材が回転駆動されることにより、前記軸心材の他方の端部に当接する当接面が前記軸方向に変位し、該当接面に押圧されて前記コイルが前記軸方向に往復駆動されるようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置。
前記コイルが、該コイルの中空部を貫通する軸心材により支持され、該軸心材が二つのコイル支持板で前記軸方向の両側方から保持されており、
前記軸心材の一方の端部には、装置本体の一方の壁面に設けられた弾性押圧部材により前記コイルを該壁面から離間する方向へ付勢力が与えられるとともに、前記軸心材の他方の端部側面には係合溝を凹刻し、該係合溝に前記一方の壁面とは反対側の壁面に設けられた係合部材が係合するように構成され、
前記軸心材が回転駆動されることにより、前記係合部材が係合する前記係合溝の前記軸方向の変位量に対応して、前記コイルが前記軸方向に往復駆動されるようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置。
請求項１乃至７のいずれかに記載の定着装置を備えて構成されることを特徴とする画像形成装置。