JP4933113B2 - 画像加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられ、記録材上の画像を加熱する画像加熱装置に関する。

この画像加熱装置としては、記録材上に未定着画像を定着する画像加熱定着装置、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を増大させる光沢度増大装置を挙げることができる。

複写機、プリンタ等の画像形成装置は、画像形成部と、この画像形成部で記録材上に形成したトナー画像を記録材上に加熱定着する画像加熱定着装置（以下、定着装置と記す）と、を有している。

定着装置としては、例えば互いに圧接・回転している定着ローラと加圧ローラとの圧接部（定着ニップ部）で記録材を挟持搬送しながら熱と圧力を加えることによりトナー画像を記録材上に溶融定着させる熱ローラ定着方式のものが知られている。

この様な熱ローラ定着方式の熱源としては、ハロゲンヒータを使用し、ハロゲンヒータの放射熱によって定着ローラを加熱する構成が広く知られている。

但し、この様な構成ではハロゲンヒータからローラに熱を伝える際の熱伝達効率が悪く、ローラを温める為に長いウエイト時間を要していた。

そこで、ウエイト時間を短くできる他の方式として、高周波を照射して定着させる高周波定着装置が挙げられる。

この中には、高周波発生装置から電磁波を直接トナー像に照射して、トナーを溶融させて定着させるもの（特許文献１）で、特に、高周波を櫛形状導波管によって導き、トナー像に直接照射するもの（特許文献２）が提案されている。

この方式では、ウエイト時間を短くできるものの、電磁波を直接トナー像に照射させてトナー像を発熱させる為に、発熱効率が悪く、非常に強い電界の電磁波を照射させる必要があり、装置が大型化してしまうことを余儀なくされていた。

また、例え、トナーを溶融させて定着させたとしても、溶融したトナーの表面には凹凸が残る為、定着された画像は、むらができ、光沢感のない、品位が劣る画像となってしまう等の問題があった。

この様な問題が解決できる構成としては、直接トナー像に高周波を照射するのではなく、高周波を液体を密封したローラに照射し、液体を発熱させたローラでトナー像を溶融しつつ加圧させて定着させる定着器（特許文献３）が提案されている。
特開２００３−２８０４２１号公報 特公昭６１−６３８６号公報 特開平３−２９３６９１号公報

特許文献３に於いては、発熱体に液体を使用する為、高周波で加熱され易く、液体の対流によって、発熱体の温度が均一になるというメリットがある。その反面、液体が気化してしまう為、液体の沸点以上の温度にする事が出来ず、トナーが十分に溶融することができない場合がある。

また、液体を使用することによって、液体をローラに密封する構成が必要不可欠となり、加熱、冷却を繰り返す事によって、密封する容器に大きなストレスがかかり、容器がひび割れる等、耐久的に十分な性能が得られない問題がある。更には、液体の漏れが発生した場合、定着器だけでなく，周囲の機構や装置に関しても影響を及ぼす可能性がある。

一方、液体ではない発熱体を用いた場合、高周波の発生源に近い場所から高周波を吸収して発熱し、遠い所ほど吸収する高周波が弱くなっているため、発熱体に温度分布ができてしまい、むらのない温度分布で高周波により加熱することが困難である。

また、加熱用途に用いられる代表的な高周波として、２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、規格上、５ｍＷ以下に漏洩を抑えなくてはならない。

しかし、前述の特許文献１〜３のいずれの手段にせよ、記録材を搬送するための開口部が必要となるため、高周波の漏洩を防止するための十分なシールド構造をとることが非常に困難である。

そこで、本発明の目的は、上記のような問題を解決するべく、液体や密封の構成を必要としないで、発熱体を温度分布なく加熱し、且つ、シールド構造を容易にとることの出来る、高周波加熱方式の画像加熱装置を提供する事にある。

また、本発明の他の目的は、効率の良い、品位の高い画像の加熱が可能な、小型の、高周波加熱方式の画像加熱装置を提供する事にある。

上記の目的を達成するための本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、電磁波を発生する電磁波発生手段と、前記電磁波発生手段からの電磁波により発熱して記録材上の画像をニップ部にて加熱する加熱回転体と、を有し、前記加熱回転体は、金属層と、前記金属層より内側にあって電磁波により発熱する発熱層と、を有する円筒部と、前記円筒部の一端側と他端側の開口部とをそれぞれ塞いで円筒部に配設された、金属材料で形成された円盤状の端板と、前記一端側と他端側の一方の端板に設けられていて、前記加熱回転体の回転軸と同軸に配設された筒軸部と、前記加熱回転体の回転中心を含むように前記筒軸部の開口から前記筒軸部が配設された端板を貫通している貫通穴部と、前記筒軸部から前記円筒部の内部に対して前記筒軸部とは非接触に挿入され、前記筒軸部が配設された端板の側から他方の端板の側におよばせて配設された導波管と、を有し、前記電磁波発生手段は、前記筒軸部が配設された端板の側において、前記導波管に挿入して配設されており、前記導波管に電磁波を照射する開口を長手方向に複数設けたことを特徴とする。

本発明によれば、加熱手段は、電磁波発生手段から発生された電磁波を吸収して発熱する発熱体と、発熱体内部に電磁波の導波路を持つことで、電磁波のシールドが容易な構造をとることが可能になる。また、熱効率がよく、しかも、加熱された画像は、むらがなく、光沢感のある、品位の高い画像を得る事ができる画像加熱装置が実現できる。

（１）画像形成部
図１は本発明に従う画像加熱装置を定着装置として搭載した画像形成装置の一例である電子写真フルカラー複写機の概略構成を示す縦断面図である。まず、画像形成部の概略を
説明する。

１は画像読取部（デジタルカラー画像リーダ部）であり、原稿台ガラス１ａ上に載置したカラー画像原稿Ｏの画像を移動光学系１ｂにより走査露光して、フルカラーセンサ（ＣＣＤ）１ｃにより色分解画像信号（電気信号）として光電読取りする。色分解画像信号は、画像処理部１ｄにて所定の画像処理が施された後、画像出力部（デジタルカラー画像プリンタ部）２の制御ユニット１００に送出される。１ｅは原稿押え板あるいは原稿自動給送装置（ＡＤＦ、ＲＤＦ）である。

制御ユニット１００は、画像形成装置内の各負荷の駆動、センサ類の情報収集解析、そして操作部即ちユーザインターフェースとのデータの交換等の役割を担っており、画像形成装置は全てこの制御ユニット１００によって統括的にコントロールされる。

画像出力部２において、ＵＫ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＹは第１〜第４の４つの画像形成ユニットであり、画像出力部２内に図面上左から右にタンデム配置してある。各画像形成ユニットはそれぞれレーザー露光方式の電子写真プロセス機構であり、同じ構成とされている。

すなわち、各画像形成ユニットＵＫ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＹにおいて、３はドラム型の電子写真感光体（以下、ドラムと記す）であり、矢印の反時計方向に回転駆動される。４はドラム３の外周面を一様に帯電する一次帯電器、５はドラム３の一様帯電面をレーザー光Ｌで走査露光して色分解画像信号に基づいた静電潜像を形成するレーザー露光器である。６はドラム面の静電潜像をトナー画像として可視化する現像装置である。第１の画像形成ユニットＵＫの現像装置６には現像剤としてブラックトナーを収容してある。第２の画像形成ユニットＵＭの現像装置６にはマゼンタトナーを収容してある。第３の画像形成ユニットＵＣの現像装置６にはシアントナーを収容してある。第４の画像形成ユニットＵＹの現像装置６にはイエロートナーを収容してある。

そして、画像読取部１の画像処理部１ｄからから画像出力部２の制御ユニット１００に送出された色分解画像信号に基づいて、第１の画像形成ユニットＵＫは、ドラム３の面にブラックトナー画像を所定の制御タイミングで形成するように制御される。第２の画像形成ユニットＵＭは、ドラム３の面にマゼンタトナー画像を所定の制御タイミングで形成するように制御される。第３の画像形成ユニットＵＣは、ドラム３の面にシアントナー画像を所定の制御タイミングで形成するように制御される。第４の画像形成ユニットＵＹは、ドラム３の面にイエロートナー画像を所定の制御タイミングで形成するように制御される。

各画像形成ユニットのドラムの面に形成される上記のトナー画像はそれぞれ一次転写部７にて、回転駆動されるエンドレスでフレキシブルな中間転写ベルト（以下、ベルトと記す）８の面に対して順次に重畳転写される。これにより、ベルト８の面に上記４つのトナー画像の重ね合わせによる未定着のフルカラートナー画像が合成形成される。各画像形成ユニットにおいて、ベルト８には転写されずにドラム３上に残されたトナーはクリーニング装置９で除去される。

ベルト８は、駆動ローラ１０と、テンションローラを兼用させた従動ローラ１１と、二次転写対向ローラ１２との間に懸回張設してあり、矢印の時計方向にドラム３の回転速度とほぼ同じ速度で回転駆動される。駆動ローラ１０と従動ローラ１１の間のベルト部分を各画像形成ユニットのドラム３の下面に対向または接触させて一次転写部７を形成させている。１３は各一次転写部７の位置においてベルト８の裏面側に配置した一次転写用帯電器であり、トナー画像の一次転写時には所定の電圧が印加される。

そして、ベルト８の面に合成形成された未定着のフルカラートナー画像は、引き続くベルト８の回転により二次転写部１４へ至る。二次転写部１４は、二次転写対向ローラ１２に対してベルト８を挟ませて二次転写ローラ１５を圧接させて形成してある。二次転写ローラ１５とベルト８とのニップ部が二次転写部１４である。この二次転写部１４に対して、所定の制御タイミングにて給紙ユニット１６側からシート状の記録材（転写材）Ｐが給送されることで、記録材Ｐの面にベルト８面の未定着のフルカラートナー画像が順次に一括して二次転写される。二次転写ローラ１５にはトナー画像の二次転写時に所定の電圧が印加される。

給紙ユニット１６は、複数段の給紙カセット１７・１８・１９を有し、記録材サイズなどにより選択された段位の給紙カセットからの記録材Ｐの１枚給紙動作が所定の制御タイミングにて実行される。給紙された記録材Ｐはシートパス２０によりレジストローラ２１まで搬送される。その時、レジストローラ２１は停止しており、記録材Ｐの先端はニップ部に突き当たる。その後、画像形成ユニットＵＫ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＹが画像の形成を開始するタイミングに合わせてレジストローラ２１の回転駆動が開始される。このレジストローラ２１の回転開始のタイミングは、記録材Ｐと、画像形成ユニットよりベルト８上に一次転写されたトナー画像が、二次転写部１４において一致するように設定されている。

二次転写部１４を通ってベルト８からトナー画像の二次転写を受けた記録材Ｐはベルト面から分離されて、搬送ガイド２２によって定着装置（定着ユニット）４０の定着ニップ部Ｎまで正確に案内される。記録材Ｐは定着ニップ部Ｎで挟持搬送され、その搬送過程で熱と圧力によってトナー画像が記録材Ｐの表面に定着される。定着装置４０の定着ニップ部Ｎを出た記録材Ｐは内外排紙ローラ２３・２４により搬送され、排紙トレイ２５上に積載される。

２６はベルト８の画像形成面をクリーニングするためのクリーニングユニットである。二次転写部１４において、記録材Ｐに転写されずにベルト８上に残されたトナーはこのクリーニングユニット２６で除去される。

（２）定着装置４０
図２は、本実施例における画像加熱装置としての定着装置４０の概略構成を示す横断側面図、図３は図２の（３）−（３）線に沿う縦断正面図である。この定着装置４０は加熱ローラを高周波で加熱する方式の高周波定着装置である。

ここで、定着装置に関して、長手方向とは、加熱ローラまたは加圧ローラの軸線方向である。定着装置に関して、正面とは、記録材搬入口側である。定着装置に関して、左右とは、定着装置を正面から見て左右である。

４１は、加熱回転体としての加熱ローラ（定着ローラ）である。４２は、上記の加熱ローラとニップ部を形成する加圧回転体としての加圧ローラである。この加圧ローラ４２は、中心軸４２ａに弾性層４２ｂをローラ状に形成した弾性ローラであり、加熱ローラ４１と定着ニップ部Ｎを形成して記録材Ｐを挟持搬送する。

上記の加熱ローラ４１と加圧ローラ４２は、前面・後面・上面・下面・左側面・右側面の六面板４４ａ〜４４ｆを有する横長箱型の筐体４４内に、上下にほぼ並行に配列して、かつ圧接させて配設してある。筐体４４はアルミニウム・銅・ステンレスなどの板金製であり、加熱ローラ４１・加圧ローラ４２を囲うように構成されている。アルミニウム・銅・ステンレスなどの金属はマイクロ波などの高周波を反射してシールドする性質を有している。板金製前面板４４ａには、略中央部に長手（左右方向）に沿ってスリット状の記録材搬入口４４ｇを設けてある。後面板４４ｂには、略中央部に長手に沿ってスリット状の
記録材搬出口４４ｈを設けてある。

加熱ローラ４１は、円筒状のローラ部と、そのローラ部の左右端部にそれぞれ一体に接合させた円盤状のシールド端板（フランジ円盤：高周波を遮断する手段）４１ｄ・４１ｅを有する。

円筒状のローラ部は、内側から外側に順に、発熱層４１ａ、シールド層（高周波を遮断する手段）４１ｂ、弾性層４１ｃを密着させて積層した多層構造体である。

内側の発熱層４１ａは、少なくとも常温からトナー画像を定着させる為の温度範囲内で、流動性の無い固態（固体）であり、電磁波発生手段から発生されたマイクロ波などの高周波を吸収して発熱する高周波吸収体（マイクロ波吸収体）でできている。この発熱層４１ａは、加熱ローラ内部に照射されたマイクロ波などの高周波ｗを吸収して発熱する部材である。本実施例では、この発熱層４１ａとして、ＳｉＣ（炭化ケイ素）やフェライトと少しのＳｉＮ（窒化ケイ素）などの粉粒体を混合させた原料を、加熱ローラの形状に合うように、回転体形状にプレス成形して焼結させたセラミックを使用している。材質としては、誘電損失係数が高いものが都合よく、例えば、ＳｉＣ（炭化ケイ素）では、０．３３以上の誘電体損係数を有している。実際的には、０．２以上の誘電損失係数であれば、定着装置が組み込まれる画像形成装置の記録材搬送速度を落とすことなく、十分にトナー画像を定着させることができるだけの熱量を発生させる事ができる。

高周波を吸収して発熱する材料としては、水やアルコールなどの液体も定着装置として利用可能な発熱特性を有している。しかし、高周波を効率的に吸収するにはある一定値以上の容量が必要で、小型の装置の実現には不向きであったり、液体の沸点以上の温度にする事が出来なかったり、液体を密封する容器の構成が難しい。また、容器が破損等をすると、液体の漏れが発生し、周囲の機構や装置に関しても影響を及ぼす。そのため、発熱体は、少なくとも常温からトナー画像を定着させる為の温度範囲内で、流動性の無い固態（固体）であることが好ましい。

上記の発熱層４１ａの外側のシールド層４１ｂは、高周波を反射する、例えばアルミニウム・銅・ステンレスなどの金属材層（金属層）である。加熱ローラ内部に照射されたマイクロ波などの高周波ｗは発熱層４１ａによりその多くが吸収される。しかし、発熱層４１ａの厚み、材質、発熱体の配置の方法などにより、発熱層４１ａを透過して加熱ローラ４１の外側に漏洩する場合が考えられる。また、発熱層４１ａの隙間から加熱ローラ４１の外側に漏洩する場合も考えられる。シールド層４１ｂは、上記のように、発熱層４１ａの内周側から外周側に漏洩した高周波を吸収、軽減、もしくは反射する役目をする。

また、上記のシールド層４１ｂに、アルミニウム・銅・ステンレスなどの金属を用いれば、上記のように高周波を反射してシールドする効果と共に、熱伝導率も高いので、加熱ローラ４１の長手方向・周方向の温度分布を均一化することも出来る。これにより、品質の良い定着が実現可能となる。

加熱ローラ４１の最外側層である弾性層４１ｃは、記録材Ｐの凹凸やトナー画像ｔの凹凸に加熱ローラ４１の加熱面をよく追従させて記録材面に密着させて、良好な定着性、画像光沢性等を確保する役目をしている。すなわち、加熱ローラ４１は、直接トナーを温める為に表面性、表面硬度等も定着の品質に影響を及ぼす。そのために、弾性層４１ｃは必要に応じて設けられる。

端板４１ｄ・４１ｅは、それぞれ、円筒状ローラ部（円筒部）の左右の開口部（一端側と他端側の開口部）を塞いでローラ部端面に取り付けられており（設置されており）、加熱ローラ内部に照射されたマイクロ波などの高周波ｗを反射し、シールドする効果を有するアルミニム・銅・ステンレスなどの金属製（金属材料で形成される円盤状の端板）である。

左端板４１ｄの外面中央部には左端板と一体に軸部４１ｆを具備させてある。また、右端板４１ｅの外面の中央部には右端板（一方の端板）と一体に筒軸部４１ｇを具備させてある。左端板４１ｄ（他方の端板）の軸部４１ｆと右端板４１ｅの筒軸部４１ｇはそれぞれ軸線が円筒状のローラ部の軸線にほぼ一致（加熱ローラ４１の回転軸と同軸）している。

加熱ローラ４１は上記の左右の軸部４１ｆ・４１ｇをそれぞれ筐体４４の左右の側板４４ｅと４４ｆ間に軸受部材５０を介して回転自由に支持させてある。加圧ローラ４２も中心軸４２ａの左右両端部をそれぞれ筐体４４の左右の側板４４ｅ・４４ｆ間に軸受部材５１を介して回転自由に支持させてある。そして、この加熱ローラ４１と加圧ローラ４２を、不図示の付勢手段により、両ローラ４１・４２の弾性層４１ｃ・４２ｂの弾性に抗して圧接させて、記録材搬送方向ａにおいて、所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させてある。

加熱ローラ４１の左軸部４１ｆは軸受部材５０から筐体外に突出させて、その軸端部に加熱ローラギアＧ１を固着してある。また、加圧ローラ４２の中心軸４２ａの左側端部も軸受部材５１から筐体外に突出させて、その軸端部に加圧ローラギアＧ２を固着してある。ギアＧ１とギアＧ２は噛合させてある。ギアＧ１に定着回転モータＭの回転力が不図示のギア列を介して伝達されることで、加熱ローラ４１が図２において矢印の時計方向に回転駆動される。これに連動して加圧ローラ４２が図２において矢印の時計方向に回転駆動される。加熱ローラ４１と加圧ローラ４２の定着ニップ部Ｎにおける回転周速度がほぼ同じになるように、ギアＧ１とギアＧ２のギア比が設定されている。

また、加熱ローラ４１にはマイクロ波などの高周波を加熱ローラ内に導く導波管４５を配設してある。具体的は、加熱ローラ４１の右軸部である筒軸部４１ｇの外側開口と内側開口４１ｈ（加熱ローラ４１の回転中心を含むように筒軸部４１ｇの開口から端板４１ｅを貫通する貫通穴部）から加熱ローラ内部に、長手に沿って複数箇所に開口部４５ａを有し、終端部（終端側）に高周波反射部材４５ｂを有する導波管（導波路）４５を挿入して配設してある。即ち、導波菅４５には電磁波を照射する開口部４５ａを長手方向に複数設けてある。導波管４５の始端部４５ｃには、マイクロ波等の高周波を発生させる電磁波発生手段である電磁波発生器４３を挿入して配設してある。導波管４５は筒軸部４１ｇの内周面に実質的に非接触に挿入し、不図示の支持部材により非回転に保持させて配設してある。導波管４５は加熱ローラ４１の発熱層４１ａの長さ以上で、加熱ローラ内部に右端板４１ｅ側から左端板４１ｄ側におよばせて、また、導波管４５の長手軸線を加熱ローラ４１の軸線にほぼ一致させて配設してある。上記の導波管４５が電磁波発生器４３からの高周波を発熱層４１ａの内周面に照射するための高周波照射手段である。

電磁波発生器４３は、国際条約で定められた、工業、科学、及び医療用無線周波数装置、所謂ＩＳＭ装置に使用できるＩＳＭ周波数帯のマイクロ波を発生させる事ができる。本実施例では、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させる事ができるマグネトロンを使用している。

電磁波発生器４３から発生された高周波ｗは、加熱ローラ内部に配設されている導波管４５内を通って、導波管４５の長手に沿って複数形成した各開口部４５ａから内空部４１ｉに出る。そして、加熱ローラ内空部４１ｉに出た高周波ｗにより、加熱ローラ４１の内側層である発熱層４１ａが照射され、発熱層４１ａが高周波ｗを吸収して発熱する。その発熱が発熱層４１ａの外側層であるシールド層４１ｂ・弾性層に熱伝導して加熱ローラ４１の全体が加熱される。

発熱層４１ａの外側層であるシールド層４１ｂは、発熱層４１ａで吸収しきれずに透過したマイクロ波を外部へ漏洩させずに加熱ローラ内に閉じ込め働きをしている。また、このシールド層４１ｂは、導波管４５の開口部４５ａから照射されるマイクロ波ｗを反射さ
せる反射部材の機能も兼ねている。このシールド層４１ｂが発熱層４１ａの外周を覆うことで、発熱層４１ａを透過したマイクロ波ｗを反射させて、再び発熱層４１ａに送ることができ、より発熱効率を上げている。

加熱ローラ４１の左右端部は、それぞれ、マイクロ波等の高周波を反射し、シールドする効果を有するアルミニム・銅・ステンレスなどの金属製の左右の端板４１ｆ・４１ｅで塞がれている。これにより、加熱ローラ４１の左右端部側は高周波シールド状態が保たれて、加熱ローラ内空部４１ｉに照射された高周波ｗが加熱ローラ左右端部側から外部に漏洩することが防止される。このシールド部材としての左右の端板４１ｄ・４１ｅは、熱容量及び熱伝導率の低いものの方が、加熱ローラ４１の熱容量が増加しないので好ましい。

加熱ローラ４１の円筒状ローラ部の左右端部に対する端板４１ｄ・４１ｅの接合は高周波が漏洩する隙間を軽減することで、加熱ローラ４１の左右端部の良好な高周波シールド状態を保つようにする。

上記の定着装置４０は、画像形成動作開始信号が発せられると、制御ユニット１００によって制御される。図４は定着装置４０の動作を示す動作フローである。図５は定着装置４０の温調制御系統のブロック図である。

図４を参照して、制御ユニット１００は、画像形成装置が起動されると、定着装置４０の電磁波発生器４３をオンさせて定着装置４０の温調をスタートする（Ｓ１０１）。続いて、定着回転モータＭの駆動もスタートさせる（Ｓ１０２）。定着装置４０の加熱ローラ４１の温度が所定温度に達するとプリント動作を行う（Ｓ１０４）。

加熱ローラ４１の加熱は、電磁波発生器４３から導波管４５を介して加熱ローラ４１の内空部４１ｉに照射された高周波ｗを発熱層４１ａが吸収して発熱することでなされる。この発熱層４１ａの発熱が、発熱層４１ａの外側のシールド層４１ｂ・弾性層４１ｃに伝導して加熱されて、加熱ローラ４１が長手方向・周方向にほぼ均一に迅速に加熱・昇温する。プリント動作中においても定着装置の加熱ローラ４１の温度が一定温度（定着温度）となるように温調制御は継続されている。

画像形成装置で設定されたジョブのコピーやプリント動作が終了すると、電磁波発生器４３をオフすることで加熱ローラ４１の温調を停止させ（Ｓ１０５）、定着回転モータＭの駆動も停止させる（Ｓ１０６）。

図５を参照して、制御ユニット１００は、ＣＰＵ１００ａを搭載している。ＣＰＵ１００ａは、同様に制御ユニット１００に搭載したＲＯＭ１００ｂに格納されたプログラムによって、予め決められた画像形成シーケンスに纏わる様々なシーケンスを実行する。またその際、一時的または恒久的に保存することが必要な書き換え可能なデータを格納するために、ＲＡＭ１００ｃも搭載している。制御ユニット１００は、高周波発生器（マグネトロン）４３を制御するマイクロ波制御部１００ｄと、定着回転モータＭを制御するモータ制御部１００ｅを搭載している。マイクロ波制御部１００ｄには、電磁波発生器４３の動作に必要な高圧制御回路やフィラメント電圧制御回路などが含まれる。制御部１００ｄ・１００ｅはＣＰＵ１００ａで制御される。

不図示の温度センサにより検知された加熱ローラ４１の表面温度に関する電気的情報がＡ／Ｄコンバータ１００ｆを介してＣＰＵ１００ａに入力する。すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１００ｆによって、加熱ローラ４１の温度変化に応じた温度センサから出力されるアナログ値をデジタル値として制御ユニット１００のＣＰＵ１００ａに入力される。ＣＰＵ１００ａは、この温度データをもとに、マイクロ波制御部１００ｄを制御し、電磁波発生器４３をＯＮ／ＯＦＦすることで、加熱ローラ４１、すなわち定着装置の温調を行う。

加熱ローラ４１・加圧ローラ４２が回転駆動され、加熱ローラ４１が所定の定着表面温度に加熱温調されている状態において、二次転写部１４側から、表面に未定着トナー画像ｔが形成された記録材Ｐが記録材搬入口４１ｇから定着装置４０内に導入される。そして、加熱ローラ４１と加圧ローラ４２との圧接部である定着ニップ部Ｎに進入して、定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを挟持搬送される過程で、記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔ（記録材上の画像）が加熱ローラ４１の熱と、定着ニップ部Ｎの圧力で、記録材Ｐの面に熱圧定着される。加熱されたローラ４１でトナーを溶融すると同時に加圧させてトナー画像を定着させることで光沢ある定着ができる。加熱ローラ４１の弾性層４１ｃは、耐熱性が有り、定着対象である記録材Ｐに傷等をつけないことを目的として形成されている。

定着ニップ部Ｎを出た記録材Ｐは加熱ローラ４１の面から分離されて、記録材搬出口４４ｈから定着装置外に送り出される。ＷＰは定着装置４０に対する記録材の最大通紙幅である。

（３）導波管４５
加熱ローラ４１内に導入される導波管４５の部分は、発熱層４１ａの長手方向長さよりも長く、発熱層４１ａを発熱させるのに十分な長さを有しており、加熱ローラ内部に右端板４１ｅ側から左端板４１ｄ側におよばせて配設してある。これにより、電磁波発生器４３から遠い発熱層位置にもマイクロ波ｗを照射して、長手方向・周方向においてむらなく発熱層４１ａを加熱できるようになっている。

仮に導波管４５のない構成だった場合、電磁波発生器４３に近い発熱層部分がマイクロ波を吸収してしまい、遠い発熱層部分は十分なマイクロ波を吸収することができず十分な発熱をしない。そのため、発熱層４１ａは、長手方向・周方向において均一でないむらのある発熱をしてしまう。

さて、マイクロ波は高周波の一種であるので、基本的な特性は高周波のそれと同質である。高周波において、高効率、つまり高い出力を得るためには、高周波の定在波の振幅が最大になる位置から高周波を取り出す必要がある。すなわち、高周波の定在波の振幅が最大となる位置は半波長（＝λ／２）間隔で現われ、この位置から取り出すことで最も高い出力を得ることができる。したがって、マイクロ波を導波管４５から外部に照射する際に、波長λの１／２にあたる部分に開口部４５ａを設け、そこからマイクロ波を取り出すと最も効率よく発熱体４５に照射することができる。即ち、電磁波の波長をλとしたとき開口４５ａは導波菅４５の導波方向において略λ／２間隔で儲けられている。しかしながら、記録材Ｐに形成されたトナー像ｔを定着させるために必要な熱量は、最大効率である必要はなく、必要最低限の効率を得ることができれば、十分である。

図６に、定在波と効率の関係を示す。マイクロ波も高周波であるため、波長はｓｉｎカーブで得られる。半波長（＝λ／２）間隔で現われる、定在波の振幅がピークとなる部分で高周波を取り出した時に効率は最大となり、その時の効率をＭ％とした場合、定着に必要な最低限の効率は（Ｍ×０．７）％以上である。その出力を得られる位置の範囲は、振幅がピークとなる位置がλ／２の整数ｎの倍数（＝ｎ＊λ／２）である時、その前後λ／８の範囲であり、ｎ＊（１／２±１／８）λとなる。したがって、導波管４５における開口部４５ａは、ｎ＊（１／２±１／８）λとなる位置に設ければよい。

開口部４５ａの設け方としては、図７の（ａ）のように、（１／２±１／８）λとなる範囲内に小さな開口部４５ａを設けてもいいし、（ｂ）のように、（１／２±１／８）λの範囲を全て覆うような開口部４５ａとしても構わない。

次に、高周波の定在波の最大振幅、もしくは必要最低限の振幅が開口部４５ａに位置するように調整する方法を説明する。
図８に、導波管４５と導波管内部における振幅最大となっている高周波の定在波の関係を示す。

定在波は、進行波と反射波の位相関係を合成した波であるため、反射波の発生する位置が定在波の発生する原点となる。したがって、進行波は導波管終端部の反射板４５ｂで反射するため、反射板４５ｂが定在波の原点となる。開口部４５ａの位置としては、波長の（１／２±１／８）λ毎に設ければよいことは前述のとおりである。マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚなので、波長は１２．２４５ｃｍとなるので、開口部４５ａは６．１２３±１．５３１ｃｍの範囲に配置すれば、定在波の最大振幅、あるいは必要最低限の振幅を得ることができる。なお、本実施例では用いる高周波は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波としているが、他の周波数であっても構わない。

周波数により波長も変わってくるので、用いる高周波の波長にあわせて、導波管４５の終端部に設けられている反射板４５ｂの位置は調整できる構成となっている。
反射板４５ｂは定着装置の長手方向、即ち、導波管の長さを変えるような方向に移動可能（調整可能）に支持されている。
反射板４５ｂの位置の調整は、本装置の製造工程内において実施され、製造上の調整治具を用いて行なわれる。
この調整治具は、高周波の強度を測定できる高周波測定部を備えており、導波管の開口部４５ａと発熱体層４１ａの間に高周波測定部を挿入することにより、導波管４５ａから照射される高周波の強度を測定する事ができる。
製造工程途中の、加熱ローラ４１にマイクロ波発生器４３、導波管４５が組み付けられた段階で、この加熱ローラ４１を調整治具に取り付け、実際に、マイクロ波発生器４３に通電して調整を行なう。調整は、この高周波測定部の出力をモニタしながら、導波管４５ａから照射される高周波の強度が最大となるように、本装置の組立者が、反射板４５ｂの位置を移動させることによって行なわれる。

以上のように、マイクロ波吸収体で発熱体４１ａを形成し、内部に導波管４５を配置することで、マイクロ波の漏洩を防ぐシールド構造を容易にすることが出来る。また、導波管の終端に配置した反射板４５ｂの位置を調整することにより、マイクロ波の定在波が最大振幅、あるいは必要最低限の振幅となる位置を正確に求めることが出来る。そして、その位置にあわせてマイクロ波を照射する開口部４５ａを配置することで、高い効率を得ることが可能になり、高効率な加熱機構を実現することが出来る。

上述した定着装置４０においては、電磁波発生器４３として、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生することができるマグネトロンを使用しているが、本発明においてはこれに限定されるものではない。たとえば、電磁波発生手段として、ミリ波と呼ばれる周波数３０ＧＨｚ程度の高周波を発生させる事ができる発振器を用いても良い。

加熱ローラ４１の弾性層４１ｃは必要に応じて加えればよい。加熱ローラ４１や加圧ローラ４２には更に最外面層として、フッ素系樹脂等による離型性層を具備させても良い。

加圧手段である加圧ローラ４２も、加熱手段である加熱ローラ４１と同様に発熱層を含む複合層構造にして、高周波で所定の温度に加熱する装置構成にすることもできる。

実施例１における画像形成装置の概略構成を示す縦断面図 定着装置の概略構成を示す横断側面図 図２の（３）−（３）線に沿う縦断正面図 定着装置の動作を示す動作フロー図 定着装置の温調制御系統のブロック図 定在波と効率の関係を示す図 導波管の開口部位置の説明図 導波管と導波管内部における振幅最大となっている高周波の定在波の関係を示す図

符号の説明

４０…定着ユニット（定着装置）、４１…加熱ローラ（加熱手段）、４１ａ…発熱層、４１ｂ…シールド層、４１ｃ…弾性層、４２…加圧ローラ（加圧手段）、４３…マイクロ波発生器（電磁波発生手段）、４４…筐体、４５…導波路（導波管）、４５ａ…開口部、４５ｂ…導波管終端部の反射板

Claims (4)

1. 電磁波を発生する電磁波発生手段と、前記電磁波発生手段からの電磁波により発熱して記録材上の画像をニップ部にて加熱する加熱回転体と、を有し、
   前記加熱回転体は、金属層と、前記金属層より内側にあって電磁波により発熱する発熱層と、を有する円筒部と、前記円筒部の一端側と他端側の開口部とをそれぞれ塞いで円筒部に配設された、金属材料で形成された円盤状の端板と、前記一端側と他端側の一方の端板に設けられていて、前記加熱回転体の回転軸と同軸に配設された筒軸部と、前記加熱回転体の回転中心を含むように前記筒軸部の開口から前記筒軸部が配設された端板を貫通している貫通穴部と、前記筒軸部から前記円筒部の内部に対して前記筒軸部とは非接触に挿入され、前記筒軸部が配設された端板の側から他方の端板の側におよばせて配設された導波管と、を有し、
   前記電磁波発生手段は、前記筒軸部が配設された端板の側において、前記導波管に挿入して配設されており、
   前記導波管に電磁波を照射する開口を長手方向に複数設けたことを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記導波管の終端側に設けられ電磁波を反射する反射手段を有し、この反射手段の位置を前記導波管の長さを変えるような方向に調整可能に構成としたことを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 電磁波の波長をλとしたとき前記開口は前記導波管の導波方向において略λ／２間隔で設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像加熱装置。
4. 電磁波の波長をλとしたとき前記開口は前記導波管の導波方向において電磁波の強度がピークとなる位置を中心にしてλ／８の範囲内に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像加熱装置。

Images