JP4943810B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリに用いられる画像形成装置及びこれに用いられる定着装置に関し、特に電磁誘導加熱方式を用いた定着装置及び画像形成装置に関する。

特許文献１に記載の従来技術には、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、電磁誘導加熱方式による定着装置が開示されている。かかる定着装置は主として支持ローラ（加熱ローラ）、定着補助ローラ（定着ローラ）、支持ローラと定着補助ローラとによって張架された定着ベルト、支持ローラに定着ベルトを介して対向する磁束発生手段、定着補助ローラに定着ベルトを介して対向する加圧ローラ等で構成される。磁束発生手段は幅方向（記録媒体の搬送方向に直交する方向）に延設されたコイル部や、コイル部に対向するコア部（励磁コイルコア）等で構成される。

そして、定着ベルトは磁束発生手段との対向位置で加熱され、加熱された定着ベルトは定着補助ローラ及び加圧ローラの位置に搬送される記録媒体上のトナー像を加熱して定着する。詳しくは、コイル部に高周波の交番電流を流すことでコイル部の周囲に磁界が形成されて、支持ローラ表面に渦電流が生じる。支持ローラに渦電流が生じると、支持ローラ自身の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって支持ローラに巻装された定着ベルトが加熱される。このような電磁誘導加熱方式を用いた定着装置は、少ないエネルギー消費で短い立ち上げ時間で定着ベルトの表面温度（定着温度）を所望の温度まで昇温できる。

しかし、特許文献１に記載の従来技術では、幅方向サイズの短い記録媒体を連続的に定着した場合等に生じる、加熱部材（又は定着部材）の幅方向両端部における温度上昇を確実に抑止することができなかった。詳しくは、次の通りである。

一般的な画像形成装置は、幅方向のサイズが異なる数種類の記録媒体に対して、画像形成ができるように構成されている。ここで、幅方向サイズの異なる記録媒体とは、ＪＩＳ寸法のＡ列やＢ列における種々の定形サイズの記録媒体の他に、不定形サイズの記録媒体も含まれる。また、同一サイズ（例えば、Ａ４サイズ）の記録媒体であっても、長手方向を搬送方向にした場合と短手方向（長手方向に直交する方向）を搬送方向にした場合とでは、幅方向サイズの異なる記録媒体を扱っていることになる。

このような幅方向サイズの異なる記録媒体を定着装置で定着する場合には、記録媒体の幅方向サイズに応じて、定着ベルトの幅方向の温度分布が変動して、温度ムラが生じてしまうことがあった。例えば、幅方向サイズの小さな記録媒体を通紙して定着する場合には、その記録媒体の幅方向サイズに対応する定着ベルトの位置（通紙領域）では熱が多く奪われて、その他の位置（非通紙領域）に比べて定着温度が低くなるという問題があった。このような現象は、幅方向サイズの小さな記録媒体を連続的に通紙するような場合に特に顕著になる。

従って、定着ベルトの幅方向中央部の定着温度を基準として定着ベルトの幅方向全域の定着温度を制御しようとすると、定着ベルトの幅方向中央部の定着温度は所望の温度に制御できるものの、幅方向両端部の定着温度が上昇してしまうことになる。このように、定着ベルトの幅方向両端部の定着温度が上昇した状態で、幅方向サイズの大きな記録媒体を定着すると、温度上昇位置に対応した記録媒体上にホットオフセットが発生してしまう。更に、幅方向両端部の定着温度が定着ベルトの耐熱温度を超えた場合には、定着ベルトに熱的破損が生じてしまうことも考えられる。

これに対して、定着ベルトの幅方向両端部の定着温度を基準として定着ベルトの幅方向全域の定着温度を制御しようとすると、定着ベルトの幅方向両端部の定着温度は所望の温度に制御できるものの、幅方向中央部の定着温度が下降してしまうことになる。このように定着ベルトの幅方向中央部の定着温度が下降した状態で記録媒体を定着すると、温度下降位置に対応した記録媒体上に定着不良やコールドオフセットが発生してしまうという問題があった。

このような問題を解決するため、特許文献２及び特許文献３には電磁誘導加熱方式を用いた定着装置であって、加熱ローラ（支持ローラ）に内設した磁束発生手段（誘導コイル）から発生される磁束の一部を遮蔽する磁束遮蔽手段を設ける技術が開示されている。この磁束遮蔽手段は、加熱ローラ（支持ローラ）における通紙領域に応じてその位置を変化させて磁束を遮蔽する範囲を可変しており、磁束を遮蔽する範囲を狭めて定着ローラに届く磁束を減じ、非通紙領域における昇温を抑止している。

更に特許文献４には、加熱範囲が可変である電磁誘導加熱方式を用いた定着装置であって、ウォームアップ開始前に加熱範囲を予め決定し、その加熱範囲でウォームアップを行なっている。ここで、加熱開始（定着装置が駆動開始の信号を受けて）から加熱部材（定着部材）が定着可能な所定の温度となるまでをウォームアップと呼ぶ。

特開２００２−１２３１０６号公報 特開２００５−２３４０００号公報 特開２００５−２５８３８３号公報 特開２００５−２２１７９１号公報

しかし、特許文献２及び特許文献３に記載の従来技術では、ウォームアップの動作終了後に磁束遮蔽動作が行われるために、プリント開始信号の発生から実際にプリント開始となるまでの時間が長くなってしまう問題があった。

一方、特許文献４に記載の従来技術では、ウォームアップ開始前に磁束遮蔽動作が行われるので、プリントが実際に開始されるまでの時間はウォームアップ時間と磁束遮蔽動作時間を合わせた時間となり、この場合もプリント開始信号発生からプリント開始となるまでの時間が長くなってしまう問題があった。

本発明は、加熱部材又は定着部材を記録媒体のサイズに応じた所定の温度に調整できると共にプリント開始信号発生からプリント開始となるまでの時間を短くできる定着装置及び画像形成装置を得ることを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、トナー像を記録媒体に定着させる定着装置であって、磁束を発生させる磁束発生手段と、前記磁束発生手段から発生する磁束によって加熱される加熱部材と、前記加熱部材に作用する磁束を調整する磁束調整部材と、前記磁束調整部材を駆動して加熱範囲を可変する加熱範囲可変手段と、記録媒体上のトナー像を溶融する定着部材とを備え、前記加熱範囲可変手段は記録媒体のサイズに応じて前記加熱部材の加熱範囲を変えており、且つ定着装置が駆動開始の信号を受けてから前記加熱部材又は前記定着部材の少なくとも一方が所定の定着設定温度になるまでの間に記録媒体のサイズに応じた加熱範囲とし、加熱開始時には前記磁束調整部材を駆動して前記加熱部材の全体を加熱範囲とし、前記加熱部材の加熱が進むと記録媒体のサイズに応じた位置まで加熱範囲を次第に狭くして、前記加熱部材又は前記定着部材の温度が所定の切替開始温度になったとき、前記磁束調整部材の駆動を開始して記録媒体のサイズに応じた加熱範囲とすることを特徴とする。

請求項２に記載された発明は、請求項１の何れか一項に記載の発明において、前記加熱部材における加熱範囲以外の部分の温度を検知する温度検知手段を備えることを特徴とする。

請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記磁束発生手段は前記加熱部材の対向位置に設けたコイル部と、前記加熱部材の内部に設けた内部コアとを備え、前記磁束調整部材は前記コイル部と前記内部コアとの間に配設されて前記内部コアの外周を覆う遮蔽部材であることを特徴とする。

請求項４に記載された発明は、請求項３に記載の発明において、前記遮蔽部材は前記加熱部材の軸方向の異なる位置で前記内部コアの外周を覆う範囲が異なっていることを特徴とする。

請求項５に記載された発明は、請求項３又は４に記載の発明において、前記コイル部は磁束密度が最大となるセンターコア部を備え、前記加熱範囲可変手段は前記遮蔽部材を前記センターコア部に対向する位置に配置して前記加熱部材に作用する磁束密度を弱めていることを特徴とする。

請求項６に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、前記定着部材は定着ベルトであって、前記加熱部材は前記定着ベルトを張架する支持ローラであることを特徴とする。

請求項７に記載された発明は、請求項６に記載の発明において、前記加熱部材と共に前記定着ベルトを張架する定着補助ローラと、搬送される記録媒体を加圧する加圧部材とを備え、前記定着補助ローラは前記加圧部材に対して前記定着ベルトを介して当接していることを特徴とする。

請求項８に記載された発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明において、前記加熱部材は前記定着部材を兼ねていることを特徴とする。

請求項９に記載された発明は、請求項８に記載の発明において、前記定着部材は前記定着ベルトであって、前記磁束発生手段は前記定着ベルトに対向する位置に設けていることを特徴とする。

請求項１０に記載された発明は、請求項９に記載の発明において、前記定着ベルトは前記支持ローラと前記定着補助ローラとに張架されており、前記定着補助ローラは搬送される記録媒体を加圧する前記加圧部材に対して前記定着ベルトを介して当接していることを特徴とする。

請求項１１に記載された発明は、請求項７又は１０に記載の発明において、前記加圧部材は前記定着ベルトに当接してニップを形成する加圧ベルトであることを特徴とする。

請求項１２に記載された発明は、請求項８に記載の発明において、前記定着部材は前記加圧部材に当接する定着ローラ又は定着パッドであって、前記磁束発生手段は前記定着ローラ又は前記定着パッドに対向する位置に設けていることを特徴とする。

請求項１３に記載された発明は、請求項１〜１２の何れか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置であることを特徴とする。

請求項１４に記載された発明は、請求項１〜１２の何れか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置であって、画像形成動作の開始を指示する開始指示部と、カラーモード、記録媒体サイズ、プリント枚数等の記録媒体情報を設定する情報設定部と、定着装置を制御する制御部とを備え、前記開始指示部の操作をすると、定着装置を駆動開始させる信号が前記制御部に送信されると共に記録媒体情報が前記制御部に送信されることを特徴とする。
請求項１５に記載された発明は、トナー像を記録媒体に定着させる定着装置を備える画像形成装置であって、磁束を発生させる磁束発生手段と、前記磁束発生手段から発生する磁束によって加熱される定着部材と、前記定着部材に作用する磁束を調整する磁束調整部材と、前記磁束調整部材を駆動して前記定着部材の加熱範囲を可変する加熱範囲可変手段と、を備え、前記加熱範囲可変手段は記録媒体のサイズに応じて前記定着部材の加熱範囲を変えており、且つ前記定着装置が駆動開始の信号を受けてから前記定着部材が所定の定着設定温度になるまでの間に記録媒体のサイズに応じた加熱範囲とし、加熱開始時には前記磁束調整部材を駆動して前記定着部材の全体を加熱範囲とし、前記定着部材の温度が前記定着設定温度より低い所定の切替開始温度になったとき、前記磁束調整部材の駆動を開始して記録媒体のサイズに応じた加熱範囲とすることを特徴とする。

本発明によれば、磁束調整部材の切替動作を定着装置が駆動開始の信号を受けてから加熱部材又は定着部材の少なくとも一方が所定の定着設定温度になるまでの間に行っているので、ウォームアップ終了後に切替動作の時間を要することなく、プリントを早く開始することができる。即ち、加熱部材又は定着部材を記録媒体のサイズに応じた所定の定着設定温度に調整できると共にプリント開始信号発生からプリント開始までの時間を短縮することが可能である。

以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、図１〜図７を用いてにて本発明の第１実施の形態について説明する。尚、図１は図７に示す画像形成装置に設置される定着装置を示す断面図、図２は図１の定着装置に設置される支持ローラを示す縦断面図、図３は図１の定着装置における誘導加熱部の周辺を示す断面図、図４は磁束遮蔽部材の切替動作を説明する概略図、図５は磁束遮蔽部材の切替動作を説明するフローチャート、図６はウォームアップ時間と定着温度との関係を示すグラフ、図７は本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を示す断面図である。

本実施の形態に係る画像形成装置は、装置本体１と、画像情報に基づいた露光光Ｌを像担持体である感光体ドラム１８上に照射する露光部３と、装置本体１に着脱自在に設置される作像部としてのプロセスカートリッジ４と、感光体ドラム１８上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写する転写部７と、出力画像が載置される排紙トレイ１０と、転写紙等の記録媒体Ｐが収納された給紙部１１、１２と、記録媒体Ｐを転写部７に搬送するレジストローラ１３と、手差し給紙部１５と、記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着装置２０を備えている。また定着装置２０は制御部６０に接続されており（図２）、制御部６０は操作部６１に接続されている。操作部６１には画像形成動作の開始を指示する開始指示部６３と、カラーモード、記録媒体サイズ、プリント枚数、記録媒体厚さ等の情報を入力設定する情報設定部６５とを備えている。

画像形成時の動作は、まず露光部３（書込部）から、画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、プロセスカートリッジ４の感光体ドラム１８上に向けて発せられる。感光体ドラム１８は図中の反時計方向に回転しており、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程）を経て、感光体ドラム１８上に画像情報に対応したトナー像が形成される。その後、感光体ドラム１８上に形成されたトナー像は、転写部７でレジストローラ１３により搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。

一方、転写部７に搬送される記録媒体Ｐは、画像形成装置本体１の複数の給紙部１１、１２、１５のうち、１つの給紙部が自動又は手動で選択される（例えば最上段の給紙部１１が選択されたものとする）。尚、複数の給紙部１１、１２にはそれぞれ異なるサイズの記録媒体Ｐや、搬送方向の異なる同一サイズの記録媒体Ｐが収納されている。

給紙部１１に収納された記録媒体Ｐの最上方の１枚が、搬送経路Ｋの位置に向けて搬送される。その後、記録媒体Ｐは、搬送経路Ｋを通過してレジストローラ１３の位置に達する。そして、レジストローラ１３の位置に達した記録媒体Ｐは、感光体ドラム１８上に形成されたトナー像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写部７に向けて搬送される。

そして、転写工程後の記録媒体Ｐは転写部７の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に達する。定着装置２０に達した記録媒体Ｐは、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間に搬送されて、定着ベルト２２から受ける熱と加圧ローラ３０から受ける圧力とによってトナー像が定着される。トナー像が定着された記録媒体Ｐは、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間から送り出された後に、出力画像として画像形成装置本体１から排出されて、排紙トレイ１０上に載置され、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、画像形成装置本体１に設置される定着装置２０の構成及び動作について詳述する。図１に示すように定着装置２０は、定着補助ローラ２１、定着ベルト２２、支持ローラ（加熱部材）２３、誘導加熱部２４、加圧ローラ（加圧部材）３０、サーモパイル３７、サーミスタ３８、オイル塗布ローラ３４、ガイド板３５、分離板３６等で構成される。

定着補助ローラ２１は、その表面にシリコーンゴム等の弾性層が形成されており、駆動部によって図１に示す反時計方向に回転駆動される。支持ローラ２３は、ＳＵＳ３０４等の非磁性材料からなる円筒体であって、図中の反時計方向に回転する。支持ローラ２３の内部には、フェライト等の強磁性体からなる内部コア２８と、内部コア２８の外周の一部を覆う磁束遮蔽部材（磁束調整部材）２９とが回転自在に設置されている。内部コア２８は、定着ベルト２２及び支持ローラ２３を介してコイル部２５に対向している。内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９の回転駆動は支持ローラ２３の回転駆動とは別に行われる。

定着ベルト２２は、支持ローラ２３と定着補助ローラ２１とに張架・支持されている。定着ベルト２２は、基材上に加熱層、弾性層、離型層が形成された、多層構造の無端ベルトである。

定着ベルト２２の基材は、耐熱樹脂材料からなり、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、フッ素樹脂等を用いることができる。加熱層としては、ニッケル、ステンレス、鉄、銅、コバルト、クロム、アルミニウム、金、白金、銀、スズ、パラジウム、これらのうち複数の金属からなる合金、等を用いることができる。

弾性層としては、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等を用いることができる。離型層としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、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（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂、又はこれらの樹脂の混合物等を用いることができる。

尚、定着ベルト２２は基材と加熱層とを混成層としている。具体的には、ポリイミドからなる基材中に銀からなる３つの加熱層がそれぞれ間隔を開けて形成されている。そして、その混成層上に弾性層、離型層を順次形成している。

磁束発生手段としての誘導加熱部２４は、コイル部２５、コア部（内部コア）２６、コイルガイド２７等で構成される。ここでコイル部２５は、支持ローラ２３に巻装された定着ベルト２２の外周面を覆うように、細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向（図１の紙面垂直方向）に延設したものである。コイルガイド２７は耐熱性の高い樹脂材料等からなり、コイル部２５を保持すると共に誘導加熱部２４のフレームとして機能する。コア部２６は、比透磁率が２５００程度のフェライト等の強磁性体からなり、センターコア部２６ａやサイドコア２６ｂが設けられている。コア部２６は幅方向に延設されたコイル部２５に対向するように設置される。センターコア２６ａは、コイル部２５の周方向のほぼ中央位置にあって、コイル部２５の周囲に形成される磁束の密度が最も大きくなる位置である。コイル部２５は、不図示の高周波電源部に接続されていて、高周波電源部から１０ｋ〜１ＭＨｚの交番電流が印加される。

加圧ローラ３０は、アルミニウム、銅、ステンレス等からなる円筒部材上にフッ素ゴム、シリコーンゴム等の弾性層が形成されたものである。加圧ローラ３０の弾性層は肉厚が１〜５ｍｍで、アスカー硬度が２０〜５０度となるように形成されている。加圧ローラ３０は、定着ベルト２２を介して定着補助ローラ２１に当接している。そして、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との当接部（定着ニップ部）に記録媒体Ｐが搬送される。

定着ベルト２２と加圧ローラ３０との当接部の入口側には、記録媒体Ｐの搬送を案内するガイド板３５が配設されている。定着ベルト２２と加圧ローラ３０との当接部の出口側には記録媒体Ｐの搬送を案内すると共に定着ベルト２２に対する記録媒体Ｐの分離を促進する分離板３６が配設されている。

定着ベルト２２の外周面の一部には、オイル塗布ローラ３４が当接している。オイル塗布ローラ３４は、定着ベルト２２上にシリコーンオイル等のオイルを供給する。これにより、定着ベルト２２上におけるトナー離型性が更に担保される。尚、オイル塗布ローラ３４には、その表面上の汚れを除去するクリーニングローラ３３が当接されている。

定着ベルト２２の外周面に対向する位置であって、幅方向の中央部には非接触型のサーモパイル３７が設置されている。また、定着ベルト２２の外周面に当接する位置であって、幅方向の端部には接触型のサーミスタ３８が設置されている。

そして、サーモパイル３７及びサーミスタ３８によって、定着ベルト２２上の表面温度（定着温度）が検出されて、インバータ回路を備えた誘導加熱部２４における出力が調整され、定着ベルト２２上の定着温度が一定に保たれる。

次に、本実施形態における定着装置の作用及び効果について説明する。定着補助ローラ２１の回転駆動によって、定着ベルト２２は図１中の矢印方向に周回すると共に、支持ローラ２３も反時計方向に回転して加圧ローラ３０も矢印方向に回転する。定着ベルト２２は誘導加熱部２４との対向位置で加熱される。詳しくは、コイル部２５に高周波の交番電流を流すことで、コア部２６と内部コア２８との間に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このとき、支持ローラ２３表面と定着ベルト２２の加熱層とに渦電流が生じて、支持ローラ２３及び加熱層の電気抵抗によってジュール熱が発生する。こうして、定着ベルト２２は発熱した支持ローラ２３から受ける熱と、定着ベルト自身の加熱層の発熱とによって加熱される。即ち、支持ローラ２３は加熱部材として機能して、定着ベルト２２は加熱部材として機能すると共に被加熱部材（定着部材）としても機能する。

その後、誘導加熱部２４によって加熱された定着ベルト２２表面は、サーミスタ３８の位置を通過した後に、加圧ローラ３０との当接部に達する。そして、搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔを加熱して溶融する。詳しくは、上述に説明した作像プロセスを経てトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが、ガイド板３５に案内されながら定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間に送り込まれる（矢印Ｙの方向）。そして定着ベルト２２から受ける熱と加圧ローラ３０から受ける圧力とによってトナー像Ｔが記録媒体Ｐに定着されて、記録媒体Ｐは定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間から送り出される。

加圧ローラ３０の位置を通過した定着ベルト２２表面は、オイル塗布ローラ３４、サーモパイル３７の位置を順次通過した後、再び誘導加熱部２４との対向位置に達する。このような一連動作が連続的に繰り返されて画像形成プロセスにおける定着工程が完了する。

図２において支持ローラ２３の構成及び動作について詳しく説明する。図２は図１に示す定着装置２０に設置された支持ローラ２３の縦断面図であり図２中の上方がセンターコア２６ａの位置になる。

図２に示すように、加熱部材としての支持ローラ２３は、ＳＵＳ３０４等の非磁性材料からなる円筒部２３ａ（電磁誘導加熱される加熱部材の主部）、円筒部２３ａの両端部に圧入された樹脂製のフランジ２３ｂ（軸受が挿設されている）等で構成される。支持ローラ２３は、フランジ２３ｂの軸受を介して内部コア２８の軸部２８ａに回転自在に支持されている。また、軸部２８ａはベアリング５３を介して、定着装置２０の側板５２に回転自在に支持されている。そして、支持ローラ２３は、当接する定着ベルト２２との摩擦抵抗によって、定着ベルト２２の走行に従動して所定方向に回転することになる。尚、支持ローラ２３の両端面であって軸部２８ａには止め輪４６が設置されていて、支持ローラ２３（円筒部２３ａ）のスラスト方向の移動が規制されている。

一方、支持ローラ２３の円筒体内には、内部コア２８と磁束遮蔽部材２９とが回転自在に設置されている。内部コア２８は、支持ローラ２３の回転とは独立して、可変手段としてのモータ（加熱範囲可変手段）５０の駆動力によって磁束遮蔽部材２９と共に所定のタイミングで回転駆動される。ＤＣモータ等のモータ５０は、装置本体１に固定されており、制御部６０に接続されている。そして、モータ５０の駆動力が、モータ５０のウォームギア、駆動ギア列５１、ギア４５（軸部２８ａのＤカット部に固定されている。）を介して、軸部２８ａに伝達されて、内部コア２８が回転駆動される。尚、モータ５０のモータ軸にウォームギアを設置することにより、被駆動側から外力を与えたときのモータ５０の回転を抑止することができる。

ここで、フェライト等の強磁性体からなる円柱状の内部コア２８と、銅等の反磁性体からなる磁束遮蔽部材２９とは一体になっている。磁束遮蔽部材２９は支持ローラ２３の軸方向の異なる位置で内部コア２８の外周を覆う範囲が異なっており、内部コア２８の外周面を端面側から遮蔽する範囲を段階的（本実施の形態１では４段階）に増減するように形成されている。これにより、内部コア２８を磁束遮蔽部材２９と共に回転させることによって、誘導加熱部２４のコイル部２５に対向する内部コア２８の幅方向の遮蔽範囲（調整範囲）を可変することができる。

図３に示すように、誘導加熱部２４のセンターコア２６ａ（磁束密度が最も高くなる位置である。）と内部コア２８との間に磁束遮蔽部材２９を配置すると、磁束遮蔽部材２９がないときに形成される正規の磁束（図３中の破線Ｂで示すものである。）が弱められる。これにより、磁束遮蔽部材２９を配置した支持ローラ２３の位置では、作用する磁束の低下にともない加熱効率が低下する。

ここで、磁束を低下させる支持ローラ２３の軸方向の範囲（調整範囲）は、コイル部２５に対向する磁束遮蔽部材２９の姿勢を変化させることで可変することができる。具体的に、磁束遮蔽部材２９を内部コア２８と共に回転駆動（駆動制御）することで、磁束を低下させる調整範囲（遮蔽範囲）を図２に示すＬ１〜Ｌ４の範囲及び全く加熱しない範囲で可変することができる。このように磁束遮蔽部材２９は、支持ローラ２３（又は定着ベルト２２）に作用する磁束を支持ローラ２３の調整範囲について低下させることになる。

尚、内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９の回転駆動（駆動制御）は内部コア２８の軸部２８ａに連結された可変手段（駆動手段）５０、５１により行われる。モータ５０は定着補助ローラ２１、定着ベルト２２、支持ローラ２３等を駆動する駆動モータ（不図示）とは別の駆動系となる。

具体的に、内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９を周方向に所定角度回転させて磁束遮蔽部材２９の最大範囲をセンターコア２６ａに対向させる。このとき、磁束が低下される調整範囲が最大になって幅方向全域（幅Ｌ１の領域）が非加熱範囲となる。

一方、内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９を周方向に更に所定角度回転させると、磁束遮蔽部材２９の一部がセンターコア２６ａに対向することになる。このとき、磁束遮蔽部材２９によって磁束が低下される調整範囲から外れた範囲が定着ベルト２２の主たる加熱範囲となる。この加熱範囲は記録媒体Ｐの幅方向サイズ（通紙領域）に対応するものである。

内部コア２８の軸部２８ａに形成されたＤカット部には、被検知板４１がビス４７によって固定されている。被検知板４１は内部コア２８の回転駆動にともない磁束遮蔽部材２９と共に回転することになる。図４に示すように被検知板４１は棒状に形成されており、磁束遮蔽部材２９が設置された位置と対応している。即ち、被検知板４１の回転方向の姿勢によって磁束遮蔽部材２９の回転方向の姿勢を把握することができる。尚図４は被検知板４１及び支持ローラ２３を図２のＡ視方向からみた図であって、図中の支持ローラ２３の右側が誘導加熱部２４（センターコア２６ａ）の位置になる。

図４に示す被検知板４１の位置をホームポジションとし、係る位置では全幅非加熱（Ａの範囲がセンターコア２６ａに対向する）と対応するようにしてある。磁束遮蔽部材２９が１回転する時間は５秒であり、磁束遮蔽部材２９は非加熱の状態も含めて５段階に切替可能である。即ち、ホームポジションの状態（Ａ）の範囲がセンターコア２６ａに対向する状態から１秒間回転させると（Ｂ）の範囲がセンターコア２６ａに対向する状態となり、２秒間回転させると（Ｃ）の範囲がセンターコア２６ａに対向する状態となる。３秒間回転させると（Ｄ）の範囲がセンターコア２６ａに対向する状態、４秒間回転させると（Ｅ）の範囲がセンターコア２６ａに対向する状態となる。即ち、ホームポジションの状態からであれば４秒以内で切替動作は終了する。尚、図４中（Ａ）の範囲がセンターコア２６ａに対向する状態では全幅非加熱、（Ｂ）の範囲がセンターコア２６ａに対向する状態では全幅加熱、（Ｃ）の範囲がセンターコア２６ａに対向する状態ではＢ４縦サイズ幅加熱、（Ｄ）の範囲がセンターコア２６ａに対向する状態ではＡ４縦サイズ幅加熱、（Ｅ）の範囲がセンターコア２６ａに対向する状態ではＡ５サイズ幅加熱となる。

一方、被検知板４１の近傍位置には検知手段としての透過型フォトセンサ４２（ホームポジション検知センサ）が設置されている。透過型フォトセンサ４２は、レーザダイオード等からなる発光素子とフォトダイオード等からなる受光素子との間（図４における符号４２ａの位置である）で、被検知板４１の有無を検知する。具体的に内部コア２８を図４に示す時計方向に回転して、透過型フォトセンサ４２が被検知板４１を検知した状態が全幅非加熱状態となる。

本実施の形態では、図４に示すような状態をホームポジション（基準位置）として、記録媒体Ｐの幅方向サイズに応じて支持ローラ２３の加熱範囲が可変するように磁束遮蔽部材２９の調整範囲（遮蔽範囲）を可変するものである。また上述した磁束の調整範囲が最小となる状態（支持ローラ２３の幅方向全域が加熱範囲となる状態）から漸増されながら、最終的に支持ローラ２３の加熱範囲が定まるように、磁束遮蔽部材２９を駆動制御している。即ち、記録媒体Ｐの幅方向サイズに応じて加熱範囲を可変するときには、必ず幅方向全域を非調整範囲（全幅加熱）としてから所望の調整範囲（遮蔽範囲）に可変されるように、磁束遮蔽部材２９を回転駆動する。従って、いかなる加熱範囲に可変するときであっても、必ず磁束の調整範囲が小さな状態（大きな加熱範囲）から磁束の調整範囲が大きな状態（小さな加熱範囲）（全幅加熱→Ｂ４縦幅加熱→Ａ４縦幅加熱→Ａ５縦幅加熱）への一方向の回転駆動が行われる。

次に、図５に示すフローチャートに基づいて、磁束遮蔽部材の駆動制御について詳述する。装置本体１においてプリント開始の指令がされると通紙される記録媒体Ｐのサイズ（幅方向サイズ）に応じて、支持ローラ２３（又は定着ベルト２２）の加熱範囲（図４（Ｂ）〜（Ｄ）の何れかに対応する加熱範囲である。）が選択される（ステップＳ１）。尚、操作部６１でプリント開始の指令がなされると、定着装置を駆動開始させる信号が操作部６１から制御部６０に送信されると共に、カラーモード、記録媒体Ｐのサイズ、記録媒体Ｐの厚さ、プリント枚数等の情報が制御部６０に送信される。

次に、被検知板４１のホームポジションのチェックを行い（ステップＳ２）、被検知板４１がホームポジションの位置になければ、磁束遮蔽部材２９を駆動してホームポジションの状態まで移動する。被検知板４１がホームポジションの位置にあれば、磁束遮蔽部材２９を１秒回転させ全幅加熱状態とし、駆動モータ５０の駆動を開始してから、電磁誘導装置への通電を行う（＝ウォームアップ開始）（ステップＳ３）。プリント終了後にはホームポジションへ移動されているため、通常はこのステップでホームポジションへの切替動作に必要な時間は発生せず、ホームポジションから全幅加熱への切替の所要時間は１秒のみである。

尚、ホームポジションを全幅非加熱状態とすると、このステップで全幅非加熱から全幅加熱への切替時間が１秒間発生するが、例えばホームポジションを全幅加熱の状態とすることで、非加熱状態から全幅加熱状態への切替動作をなくし、１秒間短縮することも可能である。

その後、定着ベルト２２の中央部の温度を検知するサーモパイル３７が１５０℃以上となるまで加熱を続ける（ステップＳ４）。尚、温度検知は定着ベルト２２の端部温度を検知するサーミスタ３８で行うことも可能である。本装置では室温２０℃から定着設定温度１７０℃までの全幅加熱でのウォームアップ時間は３０秒であり、１秒あたり約５℃昇温することになる（図６）。１５０℃（切替開始温度）から定着設定温度の１７０℃までは全幅加熱でおよそ４秒かかるので、１５０℃から切替開始を行えば、切替時間は４秒以内であるので、プリント開始前には切替終了していることになる（ステップＳ５）。

電磁誘導装置への通電を行いながら、全幅加熱以外の時には定着ベルト端部のサーミスタ３８で温度を検知し、定着設定温度１７０℃未満であれば正常、１７０℃以上であれば異常と判断する。これは、所定サイズの加熱幅以外にあるサーミスタ温度が加熱されていない状態でも関わらず温度上昇している、即ち、切替作業に異常があって全幅加熱されているという異常が考えられる（ステップＳ６、７）。

ステップＳ６において温度検知をしつつ、定着ベルト２２の中央部の温度を検知するサーモパイル３７が定着設定温度の１７０℃になるまで電磁誘導装置へ通電し（ステップＳ８）、１７０℃に達したら通電量を制御し、１７０℃を維持するようにしてウォームアップは終了となる（ステップＳ９）。ウォームアップ終了後はプリント指令に応じてプリントを開始し（ステップＳ１０）、１７０℃を維持するよう電磁誘導装置へ通電制御し、プリントを終了する（ステップＳ１１）。

ウォームアップ終了時点（ステップＳ９）において、ステップＳ５の切替動作が終了していることが望ましいが、仮に終了していなくても狙いの加熱幅より広い状態が加熱されているため、プリント作業に問題はない。また、プリント作業初期には切替動作が完了するため、非通紙部の温度上昇は問題となり難い。

プリント終了後は電磁誘導装置への通電を停止し、磁束遮蔽部材２９を回転させホームポジションの状態で待機させる。予め、プリント終了後にホームポジションに移動しておくことで、駆動開始時にホームポジションに戻る必要がなく時間を短縮できる。

本実施の形態では、ウォームアップの間に通紙幅の切替作業を開始しているので、ウォームアップ終了後やウォームアップ開始前に行っていた切替作業時間を減らすことができ、プリント信号発生からプリント開始となるまでの時間の短縮が図れる。

また、加熱範囲を大きな範囲から小さな範囲に可変するので、ウォームアップ中に加熱範囲の切替を行っても、狙いの加熱範囲は切替動作の間は常に加熱されていることになり、狙いの加熱範囲の温度を一定に保つことができる。

定着ベルト２２が切替開始温度に到達すると、磁束遮蔽部材２９の切替動作を行っているので、切替開始温度を変えることでウォームアップ中に任意の温度から切替動作の開始をすることができる。

プリント指令の信号には紙サイズや紙種のジョブ信号の情報が含まれているので、ウォームアップ中に紙サイズや紙種に合わせた磁束遮蔽部材２９の切替動作ができる。

次に、他の実施の形態を説明するが、以下の説明において、上述した第１実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することにより、その部分の詳細な説明を省略し、以下の説明では上述の第１実施の形態と異なる点を主に説明する。

図８は、第２実施の形態における定着装置を示す断面図である。第２実施の形態の定着装置は、加熱部材及び定着部材として定着ローラ３１を用いている点が、加熱部材として支持ローラ及び定着ベルトを用いて定着部材として定着ベルトを用いている第１実施の形態とは相違する。

図８に示すように、第２実施の形態の定着装置２０は、定着ローラ３１（定着部材）、加圧ローラ３０、誘導加熱部２４等で構成される。定着ローラ３１は、加熱層３１ａ、シリコーンゴム等からなる弾性層、フッ素化合物等からなる離型層等で構成される。定着ローラ３１の内部は中空構造になっていて、内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９が回転自在に設置されている。また、内部コア２８及び磁束遮蔽部材２９を支持する軸部上には第１実施の形態と同様に被検知板が設置されている（図示は省略）。更に、被検知板に対向する位置には、被検知板の位置を検知するフォトセンサ（検知手段）が設置されている。

誘導加熱部２４は第１実施の形態と同様に、コイル部２５、コア部２６、コイルガイド２７等からなる。そして、コイル部２５に１０ｋ〜１ＭＨｚの交番電流が供給されることで、コア部２６と内部コア２８との間に磁力線が形成されて、電磁誘導により定着ローラ３１が加熱される。このようにして、加熱された定着ローラ３１は、矢印Ｙ方向から搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像を加熱・溶融して記録媒体Ｐに定着する。

第２実施の形態では、第１実施の形態と同様にウォームアップの間に通紙幅の切替作業を開始しているので、ウォームアップ終了後やウォームアップ開始前に行っていた切替作業時間を減らすことができ、プリント信号発生からプリント開始となるまでの時間の短縮が図れると共に定着部材が定着ローラ３１のみなので構成が簡易である。

次に、第３実施の形態について説明する。図９は第３実施の形態における定着装置を示す断面図である。第３実施の形態の定着装置は、定着ローラ３１の近傍位置に定着ベルト２２の裏面を加圧ローラ３０に向けて押圧するパッド５５を設け、定着ローラ３１とパッド５５の両者で加圧ローラ３０とのニップを形成している点で第１実施の形態とは相違する。

第３実施の形態では、定着ローラ３１とパッド５５の両者で加圧ローラ３０とのニップを形成しているので、ニップ幅を広げることができ定着を確実に行うことができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることは言うまでもない。

上述の第１実施の形態では、加熱層を有する定着ベルト２２と支持ローラ２３とを加熱部材として用いたが、これに限定されず、定着ベルト２２及び支持ローラ２３のうち何れか一方のみを加熱部材として用いることもできる。

第１実施の形態及び第２実施形態では、加圧ローラ３０に当接する部材はローラ状（支持ローラ２３、定着ローラ３１）にしてあるが、これに限定されず、回転しないパッドであっても良い。

第１実施の形態及び第２実施形態では、加圧部材として加圧ローラ３０を用いたが、これに限定されず、加圧部材としてベルト状のものを用いても良い。

上述の実施の形態では、モノクロの画像形成装置１に対して本発明を適用したが、当然にカラーの画像形成装置に対しても本発明を適用することができる。

第１実施の形態では、検知手段として透過型フォトセンサ４２を用いたが、検知手段として反射型フォトセンサを用いても良い。

図７に示す画像形成装置に設置される定着装置を示す断面図である。 図１の定着装置に設置される支持ローラを示す縦断面図である。 図１の定着装置における誘導加熱部の周辺を示す断面図である。 磁束遮蔽部材の切替動作を説明する概略図である。 磁束遮蔽部材の切替動作を説明するフローチャートである。 ウォームアップ時間と定着温度との関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を示す断面図である。 本発明の第２実施の形態に係る定着装置を示す断面図である。 本発明の第３実施の形態に係る定着装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 画像形成装置本体
２０ 定着装置
２１ 定着補助ローラ
２２ 定着ベルト（定着部材、加熱部材）
２３ 支持ローラ（加熱部材）
２８ 内部コア
２９ 磁束遮蔽部材（磁束調整部材）
３０ 加圧ローラ（加圧部材）
３７ サーモパイル（温度検知手段）

Claims (15)

1. トナー像を記録媒体に定着させる定着装置であって、
   磁束を発生させる磁束発生手段と、
   前記磁束発生手段から発生する磁束によって加熱される加熱部材と、
   前記加熱部材に作用する磁束を調整する磁束調整部材と、
   前記磁束調整部材を駆動して加熱範囲を可変する加熱範囲可変手段と、
   記録媒体上のトナー像を溶融する定着部材とを備え、
   前記加熱範囲可変手段は記録媒体のサイズに応じて前記加熱部材の加熱範囲を変えており、且つ定着装置が駆動開始の信号を受けてから前記加熱部材又は前記定着部材の少なくとも一方が所定の定着設定温度になるまでの間に記録媒体のサイズに応じた加熱範囲とし、加熱開始時には前記磁束調整部材を駆動して前記加熱部材の全体を加熱範囲とし、前記加熱部材の加熱が進むと記録媒体のサイズに応じた位置まで加熱範囲を次第に狭くして、前記加熱部材又は前記定着部材の温度が所定の切替開始温度になったとき、前記磁束調整部材の駆動を開始して記録媒体のサイズに応じた加熱範囲とすることを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱部材における所定の加熱範囲以外の部分の温度を検知する温度検知手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記磁束発生手段は前記加熱部材の対向位置に設けたコイル部と、
   前記加熱部材の内部に設けた内部コアとを備え、
   前記磁束調整部材は前記コイル部と前記内部コアとの間に配設されて前記内部コアの外周を覆う遮蔽部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記遮蔽部材は前記加熱部材の軸方向の異なる位置で前記内部コアの外周を覆う範囲が異なっていることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記コイル部は磁束密度が最大となるセンターコア部を備え、
   前記加熱範囲可変手段は前記遮蔽部材を前記センターコア部に対向する位置に配置して前記加熱部材に作用する磁束密度を弱めていることを特徴とする請求項３又は４に記載の定着装置。
6. 前記定着部材は定着ベルトであって、前記加熱部材は前記定着ベルトを張架する支持ローラであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
7. 前記加熱部材と共に前記定着ベルトを張架する定着補助ローラと、
   搬送される記録媒体を加圧する加圧部材とを備え、
   前記定着補助ローラは前記加圧部材に対して前記定着ベルトを介して当接していることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
8. 前記加熱部材は前記定着部材を兼ねていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の定着装置。
9. 前記定着部材は前記定着ベルトであって、前記磁束発生手段は前記定着ベルトに対向する位置に設けていることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
10. 前記定着ベルトは前記支持ローラと前記定着補助ローラとに張架されており、
    前記定着補助ローラは搬送される記録媒体を加圧する前記加圧部材に対して前記定着ベルトを介して当接していることを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
11. 前記加圧部材は前記定着ベルトに当接してニップを形成する加圧ベルトであることを特徴とする請求項７又は１０に記載の定着装置。
12. 前記定着部材は前記加圧部材に当接する定着ローラ又は定着パッドであって、
    前記磁束発生手段は前記定着ローラ又は前記定着パッドに対向する位置に設けていることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
13. 請求項１〜１２の何れか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
14. 請求項１〜１２の何れか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置であって、
    画像形成動作の開始を指示する開始指示部と、
    カラーモード、記録媒体サイズ、プリント枚数等の記録媒体情報を設定する情報設定部と、
    定着装置を制御する制御部とを備え、前記開始指示部の操作をすると、定着装置を駆動開始させる信号が前記制御部に送信されると共に記録媒体情報が前記制御部に送信されることを特徴とする画像形成装置。
15. トナー像を記録媒体に定着させる定着装置を備える画像形成装置であって、
    磁束を発生させる磁束発生手段と、
    前記磁束発生手段から発生する磁束によって加熱される定着部材と、
    前記定着部材に作用する磁束を調整する磁束調整部材と、
    前記磁束調整部材を駆動して前記定着部材の加熱範囲を可変する加熱範囲可変手段と、を備え、
    前記加熱範囲可変手段は記録媒体のサイズに応じて前記定着部材の加熱範囲を変えており、且つ前記定着装置が駆動開始の信号を受けてから前記定着部材が所定の定着設定温度になるまでの間に記録媒体のサイズに応じた加熱範囲とし、加熱開始時には前記磁束調整部材を駆動して前記定着部材の全体を加熱範囲とし、前記定着部材の温度が前記定着設定温度より低い所定の切替開始温度になったとき、前記磁束調整部材の駆動を開始して記録媒体のサイズに応じた加熱範囲とすることを特徴とする画像形成装置。

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