JP4994107B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に係り、特に、誘導加熱方式の定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。

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記録材シート、印刷紙、感光紙、静電記録紙などの転写材に形成される。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。
電磁誘導加熱方式においては、定着ローラに誘導コイルを配備し、その誘導コイルに交番電流（高周波電流）を流して誘導磁束を発生させ、この誘導磁束によりローラ外周部の導電層に誘導電流を発生させ、誘導電流に伴うジュール熱により定着ローラを加熱させるようにしている。ところが、誘導コイルが定着ローラ内部に設けられているため、発熱したローラ芯からの輻射熱やコイルの自己発熱により誘導コイルの温度が上昇し、場合によっては、コイルの絶縁被覆の耐熱温度を超えてしまい、装置が破損することがあるという問題があった。

このような問題を解決するために、誘導コイルを冷却するためのファンとしてコイルの一方端に吹込み用ファンを、またコイルの他方端に吸出し用ファンを設け、誘導コイルの一方端から他方端に向けて冷却風を流すことによって、誘導コイルの温度上昇を防ぐ方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）しかしながら、この特許文献１記載のものでは、ファンから近い場所程温度が低下してしまい、ローラ軸方向に温度が偏るので、満足な定着性が得られないという不具合がある。
このような不具合を解消するため、一方の冷却ファンを吹込み用として正転させる期間中は、他方の冷却ファンを吸出し用として正転させ、他方の冷却ファンを吹込み用として逆転させる期間中は、一方のファンを吸出し用として逆転させるように、両冷却ファンの回転方向を切り替え制御し、さらに、吹込み用として使用されている冷却ファンと吸出し用として使用される冷却ファンの回転数を異ならせて制御することによって、ローラの軸方向温度分布の偏りを低減させることが提案されている。（例えば、特許文献２参照）
特開２０００−１３１９７９公報 特開２００２−７２７６４公報

しかしながら、特許文献２記載のものでは、誘導コイルの両端に取り付けられたファンの両方を作動させる必要があり、ファンを回転させるモータに大きな電力を供給する必要があるだけでなく、両方のファンの回転によって大きな騒音が発生するという問題がある。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、低電力でしかも騒音を抑制することの可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、発熱部材の外周面に対向してその長手方向に延設され、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部と、当該励磁コイル部の長手方向両端部に配設されて当該励磁コイル部を冷却する冷却手段と、当該励磁コイル部の前記長手方向に沿って少なくとも長手方向両端部に配列されて励磁コイル部の温度を検知する温度検知手段と、当該長手方向両端部の温度検知手段の検知結果に基づいて前記各冷却手段の冷却動作を制御する制御手段と、を有する定着装置において、
前記制御手段は、前記励磁コイル部の長手方向の何れか一方の側に配置された冷却手段および温度検知手段と前記長手方向の他方の側に配置された冷却手段および温度検知手段の制御について、前記一方の冷却手段を常時駆動し、前記一方の冷却手段を駆動している最中に前記他方の温度検知手段が所定温度に達した場合に、前記一方の冷却手段の駆動を停止して、前記他方の冷却手段の駆動を開始し、また、前記他方の冷却手段を駆動している最中に前記一方の温度検知手段が所定温度に達した場合に、前記他方の冷却手段の駆動を停止して、前記一方の冷却手段の駆動を開始し、
前記長手方向両端部の温度検知手段の内、所定の設定温度に達した温度を検知した温度検知手段が存在する側の冷却手段のみを冷却作動させるように制御することを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の定着装置において、前記冷却手段は、送風手 段であり、当該送風手段からの送風を前記励磁コイル部の前記長手方向に吹き入れること を特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２記載の定着装置において、前記励磁コイル部は、当該励磁コイル部の外側を空隙を有して被覆する金属製カバーを有しており、当該空隙内を前記冷却手段による送風を流すことを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１項記載の定着装置において、
前記温度検知手段は、前記励磁コイル部のコイルと当該コイルを保持する保持部材の間に配設されていることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか１項記載の定着装置において、 前記制御装置は、冷却動作中の冷却手段を有する側の温度検知手段から検出された検知温度が所定の第２の設定温度に達した時に、前記冷却動作中の冷却手段の冷却動作を停止させるように制御することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか１項記載の定着装置において、 前記定着装置は、加熱ローラと、定着ローラと、当該加熱ローラと定着ローラに張架された無端状の定着ベルトと、当該定着ベルトを介して前記定着ローラを押圧する加圧手段を備え、前記発熱部材は、前記加熱ローラか又は、前記定着ベルトであり、前記発熱部材の発熱によって加熱された前記定着ベルトによって、転写材上の未定着トナーを加熱し、当該転写材上の未定着トナーを前記定着ローラと加圧手段によって加圧して、転写材上の未定着トナーを定着させることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至５の何れか１項記載の定着装置において、前記定着装置は、定着ローラと、当該定着ローラを押圧する加圧ローラを備え、前記発熱部材は、前記定着ローラであり、前記発熱部材の発熱によって加熱された前記定着ローラによって転写材上の未定着トナーを定着させることを特徴とする。
また、請求項８の発明は、表面に静電潜像を担持する像担持体と、当該像担持体の表面に形成された静電潜像をトナー像化するためのトナーを供給する現像手段と、当該像担持体の表面に形成されたトナー像を記録材に転写する転写手段と、当該記録材の表面に形成されたトナー像を加熱、加圧して記録材表面に定着する定着装置を備えた画像形成装置において、前記定着装置は、請求項１乃至７の何れか１項記載の定着装置であることを特徴とする。

本発明によれば、左右端部に配設された温度検知手段の内、所定の設定温度に達した温度を検知した温度検知手段が存在する側の冷却手段のみを冷却作動させるように制御することによって低電力でしかも騒音を抑制することの可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す図である。この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成するための４つの画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを備える。なお、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの色順は、図１に限るものでなく、他の並び順であっても構わない。
画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、それぞれ、像担持体としての感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋと、帯電手段１４、現像手段１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、クリーニング手段１５とを備えている。また、各画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの配置は、各感光体ドラムの回転軸が平行になるように且つ転写材移動方向に所定のピッチで配列するように、設定されている。
画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの上方には、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの表面にレーザー光を走査しながら照射する光書込ユニット３が、下方には転写紙等の転写材を担持して各画像形成ユニットの転写部を通過するように搬送する転写搬送ベルト６０を有するベルト駆動装置としての転写ユニット６が配置されている。無端状の転写搬送ベルト６０は、駆動ローラ６１及び従動ローラ６２、６３、６５、６６及びテンションローラ６４に張架され、駆動ローラ６１の回転駆動によって、矢印Ａ方向に移動して転写材１００を上方に搬送するようになっている。転写搬送ベルト６０の外周面には、ブラシローラとクリーニングブレードから構成されたクリーニング装置９が接触するように配置されている。このクリーニング装置９により転写搬送ベルト６０上に付着したトナー等の異物が除去される。

転写ユニット６の側方にはベルト定着方式の定着装置７、排紙トレイ８等が備えられている。画像形成装置下部には、転写材１００が載置された給紙カセット４ａ、４ｂを備えている。また、画像形成装置側面から手差しで給紙を行う手差しトレイＭＦが備えられている。この他、トナー補給容器ＴＣが備えられ、図示していない廃トナーボトル、両面・反転ユニット、電源ユニットなども二点鎖線で示したスペースＳの中に備えられている。
以上の構成からなる画像形成装置の画像形成動作は以下の通りである。先ず、帯電装置１４に図示しない電源より所定の電圧が印加されて、対向する感光体ドラム１１表面を帯電する。所定の電位に帯電した感光体ドラム１１表面には、引き続いて光書込ユニット３により画像データに基づくレーザー光が走査され、静電潜像が書き込まれる。静電潜像を担持した感光体ドラム１１表面が現像装置１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋに到達すると、感光体ドラム１１と対向配置される現像装置１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにより、感光体ドラム１１表面の静電潜像にトナーが供給されて、トナー像が形成される。上記の動作が感光体ユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ全てに同様にして所定のタイミングで行われ、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ表面にはそれぞれ所定の色のトナー像が形成される。

転写材１００は、給紙カセット４ａ、４ｂ、もしくは手差しトレイＭＦの何れかから搬送され、レジストローラ５に到達したところで一端停止する。そして、感光体ユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋの上記の画像形成動作にタイミングを合わせて、転写材１００がレジストローラ５により送り出され、転写搬送ベルト６０によって搬送されながら、各感光体ドラム１１上のトナー像を順次転写されていく。この転写材へのトナー像の転写は、転写搬送ベルト６０を挟んで各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋと対向配置されている一次転写ローラ６７Ｙ、６７Ｍ、６７Ｃ、６７Ｋから、図示しない電源より感光体ドラム１１上のトナーの極性と逆の極性の電圧が印加されることで行われる。そして、感光体ドラム１１Ｋとの対向位置を通過し、４色のトナー像が重ね合わされた転写材１００は、引き続いて定着装置７に搬送され、熱と圧力を受けて画像を定着される。その後切替爪Ｇによって転写材１００の移送方向を変更して、矢印Ｂ方向に搬送され排紙トレイ８に貯留されるかまたは矢印Ｃ方向に搬送されて排出される。

次に、本実施形態においては、定着装置７として電磁誘導加熱方式の定着装置が使用されており、図２に基づいて説明する。本実施形態で使用されている定着装置７（第１の実施形態）は、図２に示すように、コイルの電磁誘導により発熱される加熱ローラ７３と、加熱ローラ７３と平行に配置された定着ローラ７１と、加熱ローラ７３と定着ローラ７１とに張り渡され、加熱ローラ７３によって加熱される無端状の所定幅を有する厚みが１００〜１０００μｍの定着ベルト７５と、定着ベルト７５を介して定着ローラ７１を押圧する加圧手段としての加圧ローラ７２と、から構成されている。
定着ローラ７１は、ステンレス鋼等からなる芯金７１ａの表面に、シリコーンゴム等の弾性層７１ｂが形成されており、不図示の駆動手段によって矢印方向に回転駆動される。
加圧ローラ７２は、金属からなる芯金７２ａ上にフッ素ゴム、シリコーンゴム等の弾性層７２ｂが形成されており、芯金７２ａの両端で不図示の支持部材により回転自在に支持されており、不図示の弾性手段で定着ローラ７１に向けて押圧するように弾性付勢されている。

加熱手段としての加熱ローラ７３は、金属からなる芯金７３ａ上に磁性フェライト層７３ｂ及び、発熱部材であるステンレス鋼の表面に銅メッキ層が形成された加熱層７３ｃが形成されており、芯金７２ａの両端で不図示の支持部材により回転自在に支持されている。磁性フェライト層７３ｂ及び加熱層７３ｃは、定着ベルト７１よりもわずかに狭幅（加熱層７３ｃの長手方向で定着ベルト７１の幅よりわずかに短い長さ）を有しており、後述する励磁コイル部７４と磁性フェライト層７３ｂで形成される磁束によって加熱される。このようにして加熱された加熱層７３ｃによって定着ベルト７１がその全幅に亘って加熱されるようになっている。なお、磁性フェライト層７３ｂ及び加熱層７３ｃは、定着ベルト７１より狭幅である必要性はなく、等幅又は広幅であってもよく、要は、定着ベルト７１を定温度に加熱できる幅であれば良い。
励磁コイル部７４は、加熱ローラ７３の加熱層７３ｃの外周面に対向して加熱ローラ７３上に張架された定着ベルト７１を介して所定間隔ｄを有して定着ベルト７１の幅方向（励磁コイル部７４の長手方向）に延設された樹脂からなる断面円弧状の内面７６ａを有する保持手段である保持フレーム７６を有している。また、保持フレーム７６上には、センターコア部７７ａとサイドコア部７７ｂを有する磁性コア７７が取り付けられており、センターコア部７７ａを中心に銅線が巻回されたコイル７８が保持されている。従って、コイル７８に交番電流（高周波電流）が流されたとき、磁性コア７７から発生した交番磁界が加熱ローラ７３の磁性フェライト層７３ｂを経由してループ状の誘導磁束を発生する。この誘導磁束によって、磁性コア７７と加熱ローラ７３の磁性フェライト層７３ｂとの間に介在される磁性導電性材料からなる加熱層７３ｃにジュール熱が発生し、加熱層７３ｃが発熱する。このようにして発熱した加熱層７３ｃは、この加熱層７３ｃ上に張架された定着ベルト７５を加熱する。

このようにして加熱された定着ベルト７５は、定着ローラ７１の回転によって移送され、加圧ローラ７２及び定着ローラ７１のニップ部Ｎで、入口ガイド８５で案内された表面に未定着トナーＴを担持した転写材１００を加熱、加圧して未定着トナーＴを転写材１００上に定着する。なお、図２中、８０は定着時の加熱温度を検知するためのサーミスタ等の温度検知手段であり、８１は、定着ベルトの温度を検出するためのサーモパイル等からなる温度検知手段である。これらの温度検知手段８０及び８１による検出温度に基づいて、定着時の加熱温度が制御される。
励磁コイル部７４による加熱時に、加熱ローラ７３の芯金７３ａからの輻射熱やコイル７８の自己発熱によって励磁コイル部７４の温度が上昇し、コイル７８の絶縁被覆の耐熱温度を超えてしまい、励磁コイル部７４が破損する事故が発生する恐れがある。このような事故の発生を予防するために、本実施形態においては、図３に示すように、磁性コア７７の外側にアルミニウム等の金属からなるカバー７９を空隙Ｄが形成された状態で取り付け、この空隙Ｄ内を後述するようにファンによる冷却風を流すことによって、励磁コイル部７４の温度上昇を抑制するようにしている。

図４は、前述の空隙Ｄ内に冷却風を流すための第１のファン８３及び第２のファン８４を励磁コイル部７４の長手方向の左右両端部（軸方向両端部）７４ａ及び７４ｂに取り付けた構成を示す模式図である。本実施形態においては、第１のファン８３を作動させることによって矢印Ｅ方向に冷却風を送風し、第２のファン８４を作動させることによって矢印Ｆ方向に冷却風を送風するようになっている。この場合に、これらの第１及び第２のファン８３及び８４は、励磁コイル部７４の長手方向の左右両端に配設された温度センサ等の第１の温度検知手段８２ａ及び第２の温度検知手段８２ｂによって冷却風の送風及び停止動作が制御されている。
即ち、図５に示すように、励磁コイル部７４の左端に配設された第１の温度検知手段８２ａで検知された温度及び励磁コイル部７４の右端に配設されて第２の温度検知手段８２ｂで検知された温度は比較手段９０に入力される。また、比較手段９０には、温度設定手段９１から、第１及び第２の温度検知手段８２ａ及び８２ｂで検知された温度が所定温度に達したとき第１のファン８３又は第２のファン８４を作動させて冷却風を送風する第１の設定温度と、第１及び第２の温度検知手段８２ａ及び８２ｂで検知された温度が所定温度まで低下したときに第１のファン８３又は第２のファン８４の作動を停止して冷却風の送風停止する第２の設定温度が入力されるようになっている。従って、比較手段９０では、第１及び第２の温度検知手段８２ａ及び８２ｂで検知された温度が前記第１の設定温度及び第２の設定温度に達したか否か、また、第１及び第２の温度検知手段８２ａ及び８２ｂで検知された温度のどちらが第１及び第２の設定温度に達したかを検出し、この結果を制御手段９２に入力する。

制御手段９２では、比較手段９０の比較結果に基づいて第１又は第２の設定温度に達した側のファン８３又は８４の何れか一方の駆動手段９３又は９４を制御してこれらのファン８３又は８４の送風駆動または送風停止動作を行わせるようになっている。このような制御装置を使用することによって、後述するように、励磁コイル部７４の左右端で発生しやすい過剰な温度上昇を抑制して、加熱ローラ７３の芯金７３ａからの輻射熱やコイル７８の自己発熱によってコイル７８の絶縁被覆の耐熱温度を超えて励磁コイル部７４の温度が上昇して励磁コイル部７４が破損する事故を防止できるようにしている。

図６は、図４に示すよう励磁コイル部７４の左右端７４ａ、７４ｂに励磁コイル部７４内に送風する第１のファン８３及び第２のファン８４を配設し、励磁コイル部７４の左端に取り付けられた第１の温度検知手段８２ａと右端に取り付けられた温度検知手段８２ｂを使用して、この定着装置を連続通紙状態で使用した際に第１のファン８３及び第２のファン８４を制御した場合の励磁コイル部７４の左端（曲線１）、中央部（曲線２）及び右端（曲線３）の使用時間と温度変化を示すグラフである。
励磁コイル部７４には、最初に第１のファン８３を作動させて、冷却風を励磁コイル部７４の左端７４ａから右端７４ｂに向けて（矢印Ｅ方向）流し込む。その結果、励磁コイル部７４の左端側（曲線１）では、温度上昇が抑制されるものの第１のファン８３より遠方にある励磁コイル部７４の右端側（曲線３）では、左端側に比べて温度上昇が大きく、使用時間がＴ１時に第１の設定温度Ｌに達する。右端側の励磁コイル部７４の温度が第１の設定温度Ｌに達したときに、第１のファン８３の送風を停止すると共に、第２のファン８４を作動させて励磁コイル部７４の右端側から冷却風を送風する（矢印Ｆ方向）。その結果、励磁コイル部７４の右端側（曲線３）は温度が低下する一方、励磁コイル部７４の左端側（曲線１）の温度が上昇し、Ｔ２時間経過した時に設定温度Ｌに到達する。励磁コイル部７４の左端側（曲線１）の温度が設定温度Ｌに到達したとき、右端に配設された第２のファン８４の送風を停止すると共に、左端に配設された第１のファン８３を作動させ、冷却風を左端から右端に向けて流し込む（矢印Ｅ方向）。このように、励磁コイル部７４の左端又は右端の温度検知手段８２ａ又は８２ｂが設定温度Ｌに達したときに、設定温度Ｌに達したことを検知した温度検知手段８２ａ、８２ｂ側に配設されたファンを送風駆動させると共に、それまで送風作動していたファンの送風動作を停止し、一方のファンのみを駆動送風する動作を繰り返すことによって励磁コイル部７４の温度上昇を抑制している。このように、ファン８３と８４の一方のみを作動させるので、消費電力を抑制できるだけでなく、ファンの動作に伴う騒音の発生も低減することが可能となる。

因みに、図７に比較例として、図４に示す定着装置において、左方のファン８３のみを作動させた場合の励磁コイル部７４の温度変化状況を示している。この図から明らかなように、右端側の励磁コイル部７４の温度（曲線３）が上昇し、目標値Ｏを越えてしまい、励磁コイル部７４のコイル７８の破損事故が発生する可能性あることが理解される。この図７と図６とを比較すれば明らかなように、本実施形態の定着装置７においては、励磁コイル部７４の温度が前記目標値Ｏと同一かそれより低い温度である設定温度Ｌを越えることを適切に予防することが可能となり、コイルの破損事故の発生を抑制することが可能となる。
また、本実施形態においては、前述の設定温度Ｌ（第１の設定温度）より低い温度に設定された第２の設定温度を設定し、ファンの作動により励磁コイル部７４の温度が低下し所定の温度まで低下したときに、作動中のファンの送風動作を停止し、ファンの消費電力の低下を図ると共に、ファンの送風動作に伴う騒音の発生を低減することも可能となっている。

さらに、本実施形態においては、前述の第１及び第２の温度検知手段８２ａ及び８２ｂは、図３に示すように、励磁コイル部７４のコイル７８と保持フレーム７６との間に配設されている。従って、破損事故を起こしやすいコイル７８に近接した個所で励磁コイル部７４の温度を検知するようにしているので、コイル７８の温度変化を正確に把握することが可能となり、コイルの破損事故の発生をより適切に防止することが可能となる。
なお、本実施形態においては、冷却手段として、ファンによる冷却風の送風による励磁コイル部７４の冷却を示しているが、励磁コイル部７４内に貯留される熱を外部に吸い出して励磁コイル部７４を冷却するものであってもよい。しかしながら、ファンによる冷却風の送風による励磁コイル部７４の冷却が効率的であり推奨される。
また、本実施形態においては、励磁コイル部７４の外側に、空隙Ｄを有して被覆する金属製カバー７９を取り付け、この空隙Ｄ内をファンによって冷却風を送風するようにしているが、必ずしもこのようなカバー７９を使用せず、直接、励磁コイル部７４の外側を冷却風が流れるようにしてもよい。しかしながら、前述のような金属製カバー７９を使用した場合には、金属製カバー７９の放熱作用によって金属製カバー７９の表面から冷却風を冷却することが可能となるので好適である。

また、本実施形態における定着装置においては、電磁誘導加熱方式の加熱ローラ７３と定着ローラ７１と定着ベルト７５を用いて未定着トナーＴを加熱しているが、加熱ローラ７３及び定着ベルト７５を使用せず、定着ローラ７１自体が電磁誘導方式で発熱する加熱ローラであってもよい。この場合、電磁誘導方式の加熱ローラにおける定着ベルト７５を加熱する発熱部材としては、前述の実施形態で示したように、加熱ローラの芯金上に形成された導電性材料からなる加熱層か又は導電性材料からなる加熱層を備えた定着ベルト７５であってもよい。しかしながら、加熱ローラ７３と定着ローラ７１と定着ベルト７５を使用する場合には、定着時の加熱温度の立ち上がりを急峻に行うことが可能となるので好ましい。
また、本実施形態における定着装置においては、未定着トナーＴの定着処理時の加圧手段として、加圧ローラ７２を使用しているが、ローラに限らず、回転しない加圧パッドや、２個等の複数個のローラに張架された無端状のベルトを使用し、定着ローラとのニップ面積を増加させた方式の加圧手段を使用することも可能である。
以上のように、本実施形態による定着装置及び画像形成装置においては、左右端部（長手方向両端部）に配設された温度検知手段の内、所定の設定温度に達した温度を検知した温度検知手段が存在する側の冷却手段のみを冷却作動させるように制御する制御装置を備えているので、低電力でしかも騒音を抑制することの可能な定着装置及び画像形成装置を提供することが可能となる。

次に、本発明による他の実施形態の定着装置について、図８及び図９に基づいて説明する。
図８は、本発明による第２の実施形態に係る定着装置の断面図を示し、前述の第１の実施例で示す定着装置と同一構成部分については、同一符号を付している。本実施形態においては、基本的には、加熱ローラ７３を使用せず、定着補助ローラ９１と定着補助ローラ９１の外周面に遊嵌された無端状のベルトからなる定着スリーブ９０を有する定着ローラを使用する点において相違する。
定着スリーブ９０は、鉄、コバルト、ニッケル、又は、それらの合金等の磁性金属材料で形成された発熱層の表面に、弾性層、離型層等を形成した多層構造体である。定着スリーブ９０の発熱層は、層厚が３０〜１００μｍであって、励磁コイル部７４から発せられる磁束によって電磁誘導加熱される。なお、発熱層の材料としては、上述した磁性金属材料の他に、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の非磁性金属材料を用いることもできるし、ポリイミド樹脂等に銅、アルミニウム等の良導体を５〜２０μｍの厚みでメッキ処理したものを用いることもできる。さらに、発熱層を、体積抵抗率の異なる第１非磁性層と第２非磁性層との２層構造とすることもできる。
定着スリーブ９０の弾性層は、層厚が３０〜２００μｍであって、シリコーンゴム等で形成される。定着スリーブ９０に弾性層を設けることで、特にカラー画像形成装置における定着ムラの発生が抑止される。定着スリーブ９０の離型層は、層厚が２０〜５０μｍであって、ＰＦＡ等のフッ素化合物で形成される。離型層は、トナー像（トナー）Ｔが直接的に接する定着スリーブ９０表面のトナー離型性を高めるためのものである。

断熱ローラとしての定着補助ローラ９１は、ステンレス鋼からなる芯金９３の外周上に、耐熱性を有する断熱層２２が形成されたものである。定着補助ローラ９１の断熱層９２は、層厚が２〜５ｍｍであって、アスカー硬度が２０〜５０度に設定されている。断熱層９２の材料としては、シリコーンゴム等の弾性材料や、発泡シリコーンゴム等の弾性発泡材料を用いることができる。
ここで、定着補助ローラ９１は定着スリーブ９０に内挿されるが、定着補助ローラ９１と定着スリーブ９０とは接着（一体化）されていない。そして、定着スリーブ９０の温度が所定値まで昇温していないときには定着スリーブ９０の内径が定着補助ローラ９１の外径よりも大きくなり（図８の状態）、定着スリーブ９０の温度が所定値まで昇温しているときには定着スリーブ９０の内径が定着補助ローラ９１の外径よりも小さくなるように、定着スリーブ９０及び定着補助ローラ９１を構成している（材料や形状等を調整している。）。これについては、後で詳しく説明する。
また、図示は省略するが、定着スリーブ９０の表面には、サーミスタが当接されている。サーミスタは、熱応答性の高い感温素子であって、定着スリーブ９０上の温度（定着温度）を検知する。そして、サーミスタによる検知結果に基づいて、励磁コイル部７４による加熱量を調整する。

ここで、図９において、定着補助ローラ９１の軸方向両端部には、その外周面を覆う定着スリーブ９０の軸方向の移動を規制する規制部材としてのリング状部材９４が挿設されている。詳しくは、定着スリーブ９０が設置された定着補助ローラ９１の軸部９１ａにリング状部材９４の中心穴が挿入され、さらにリング状部材９４の外側に止輪９５が挿設される。リング状部材９４の外径は定着補助ローラ９１の外径よりも大きいために、定着スリーブ９０が軸方向（スラスト方向）に移動しようとしてもリング状部材４０に当接してその動作が規制される。こうして、定着スリーブ９０の内径が定着補助ローラ９１の外径よりも大きいときであっても、定着スリーブ９０の寄り（軸方向への偏位）が制限されることになる。なお、定着補助ローラ９１の内部に、フェライト等の強磁性体からなる内部コア（コア）を設置したり、内部コアの外周の一部を覆う磁束遮蔽部材を設置することもできる。
なお、定着スリーブ９０の内径が定着補助ローラ９１の外径よりも大きいときに、リング状部材４０を定着補助ローラ９１から取出することで、定着補助ローラ９１から定着スリーブ９０を簡単に取出することができる。これにより、定着スリーブ９０及び定着補助ローラ９１の部品の交換効率が向上することになる。
また、本実施形態では、定着スリーブ９０と定着補助ローラ９１との間に、潤滑剤としてのグリースが塗布されている。これにより、定着スリーブ９０と定着補助ローラ９１との摩擦抵抗が低減されて、定着スリーブ９０の軸方向の寄りが軽減されるとともに、定着補助ローラ９１に対する定着スリーブ９０の着脱作業も簡易化される。

図８に示すように、加圧部材としての加圧ローラ７２は、アルミニウム、銅等からなる円筒部材７２ｃの外周面上に、シリコーンゴム等からなる弾性層７２ｂ、ＰＦＡ等からなる離型層が形成されたものである。加圧ローラ７２の弾性層７２ｂは、肉厚が１〜５ｍｍとなるように形成されている。また、加圧ローラ７２の離型層は、層厚が２０〜５０μｍとなるように形成されている。加圧ローラ７２は、定着スリーブ９０を介して定着補助ローラ９１に圧接している。そして、定着スリーブ９０と加圧ローラ７２との定着ニップ部Ｎに、転写材１００が搬送される。
磁束発生手段としての励磁コイル部７４は、コイル７８、磁性コア７７、保持フレーム７６、カバー７９、等で構成される。コイル７８は、定着スリーブ９０の外周面の一部を覆うように配設された保持フレーム７６上に細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向に延設したものである。保持フレーム７６は、耐熱性の高い樹脂材料等からなり、定着スリーブ９０との対向面の側でコイル７４を保持する。磁性コア７７は、フェライト等の強磁性体（比透磁率が２５００程度である。）からなり、定着スリーブ９０の発熱層に向けて効率のよい磁束を形成するためにセンターコアやサイドコアが設けられている。磁性コア７７は、幅方向に延設されたコイル７８に対向するように設置されている。カバー７９は、コイル７８、磁性コア７７、保持フレーム７６を覆うように構成され、磁性コア７７の外側に空隙Ｄを有している。従って、この空隙Ｄ内にファン８３及び８４から送風された冷却風が流れ込むことによって、励磁コイル部７４が適切に冷却され、コイル７８を破損する温度まで上昇することが抑制される。

このように構成された定着装置７は、次のように動作する。不図示の駆動モータによって、定着補助ローラ９１が図８の時計方向に回転駆動されると、その回転に従動して定着スリーブ９０も時計方向に回転するとともに、加圧ローラ７２が反時計方向に回転する。そして、定着スリーブ９０は、励磁コイル部７４との対向位置（対向面）で、励磁コイル部７４から発生される磁束によって加熱される。詳しくは、不図示の電源部からコイル７４に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ（好ましくは、２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚである。）の高周波交番電流を流すことで、コイル７４から定着スリーブ９０の発熱層に向けて磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることで、定着スリーブ９０の発熱層に渦電流が生じて、発熱層はその電気抵抗によってジュール熱が発生して誘導加熱される。こうして、定着スリーブ９０は、自身の発熱層の誘導加熱によって加熱される。その後、励磁コイル部７４によって加熱された定着スリーブ９０表面は、加圧ローラ７２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（トナー）を加熱して溶融する。

本実施形態では、定着スリーブ９０の温度が所定値（本実施形態では約１００℃である。）まで昇温していないとき（冷間時）に、定着スリーブ９０の内径が定着補助ローラ９１の外径よりも大きくなるように設定している（図８の状態である。）。従って、定着装置１９の立ち上げが開始されたときには、定着スリーブ９０の内径が定着補助ローラ９１の外径よりも大きくなる。具体的に、常温時には、定着スリーブ２０の内径が４０ｍｍになり、定着補助ローラ９１の外径が３９．５ｍｍになる。
さらに、定着スリーブ９０の温度が所定値（本実施の形態では約１００℃である。）まで昇温しているときに、定着スリーブ９０の内径が定着補助ローラ９１の外径よりも小さくなるように設定している。従って、少なくとも定着装置１９の立ち上げが完了されたときには、定着スリーブ９０の内径が定着補助ローラ９１の外径よりも小さくなる。具体的には、通紙時（定着工程時）には、定着スリーブ９０の内径が４０〜４０．１ｍｍになり、定着補助ローラ９１の外径が４０．４〜４０．７ｍｍになる。ここで、上述の所定値（定着スリーブ９０の内径と定着補助ローラ９１の外径の大小関係が逆転する温度である。）は、定着スリーブ９０がトナー像を溶融して転写材１００に定着するための目標温度（１６０℃前後である。）よりも小さく、雰囲気温度よりも大きくなる温度である。
このような構成により、定着装置７の立ち上げ（ウォーミングアップ）が開始されて暫くの間は、定着スリーブ９０と定着補助ローラ９１との間に空隙（非接触領域）がある状態で、励磁コイル部７４によって定着スリーブ９０（発熱層）の加熱がおこなわれることになる。そのため、定着スリーブ９０から定着補助ローラ９１への熱移動が低減されて、立ち上げ時間が短縮される。

本発明による一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による第１の実施形態の定着装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による第１の実施形態に係る定着装置の励磁コイル部の断面図である。 本発明による第１の実施形態に係る定着装置の励磁コイル部の側面図である。 本発明による第１の実施形態に係る定着装置で使用される制御装置のブロック図である。 本発明による第１の実施形態に係る定着装置を使用した場合の使用時間と励磁コイル部の温度変化を示すグラフである。 比較例に係る定着装置を使用した場合の使用時間と励磁コイル部の温度変化を示すグラフである。 本発明による第２の実施形態に係る定着装置の断面図である。 本発明による第２の実施形態に係る定着装置で使用される定着補助ローラの斜視図である。

符号の説明

１Ｋ、１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ 画像形成ユニット、２Ｋ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ 感光体ユニット、３ 光書込みユニット、５ レジストローラ、６ 転写ユニット、７ 定着装置、１０Ｋ、１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ 現像装置、１１Ｋ、１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ 感光体ドラム、１４ 帯電装置、１５ クリーニング装置、７１ 定着ローラ、７２ 加圧ローラ、７３ 加熱ローラ、７３ｃ 加熱層、７４ 励磁コイル部、７５ 定着ベルト、７６ 保持フレーム、７７ 磁気コア、７８ コイル、７９ カバー、８２ａ、８２ｂ 温度検知手段、８３ 第１のファン、８４ 第２のファン、１００ 転写材

Claims (8)

1. 発熱部材の外周面に対向してその長手方向に延設され、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部と、当該励磁コイル部の長手方向両端部に配設されて当該励磁コイル部を冷却する冷却手段と、当該励磁コイル部の前記長手方向に沿って少なくとも長手方向両端部に配列されて励磁コイル部の温度を検知する温度検知手段と、当該長手方向両端部の温度検知手段の検知結果に基づいて前記各冷却手段の冷却動作を制御する制御手段と、を有する定着装置において、
   前記制御手段は、前記励磁コイル部の長手方向の何れか一方の側に配置された冷却手段および温度検知手段と前記長手方向の他方の側に配置された冷却手段および温度検知手段の制御について、前記一方の冷却手段を常時駆動し、前記一方の冷却手段を駆動している最中に前記他方の温度検知手段が所定温度に達した場合に、前記一方の冷却手段の駆動を停止して、前記他方の冷却手段の駆動を開始し、また、前記他方の冷却手段を駆動している最中に前記一方の温度検知手段が所定温度に達した場合に、前記他方の冷却手段の駆動を停止して、前記一方の冷却手段の駆動を開始し、
   前記長手方向両端部の温度検知手段の内、所定の設定温度に達した温度を検知した温度検知手段が存在する側の冷却手段のみを冷却作動させるように制御することを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   前記冷却手段は、送風手段であり、当該送風手段からの送風を前記励磁コイル部の前記長手方向に吹き入れることを特徴とする定着装置。
3. 請求項２記載の定着装置において、
   前記励磁コイル部は、当該励磁コイル部の外側を、空隙を介して被覆する金属製カバーを有しており、当該空隙内を前記冷却手段による送風を流すことを特徴とする定着装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項記載の定着装置において、
   前記温度検知手段は、前記励磁コイル部のコイルと当該コイルを保持する保持部材の間に配設されていることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項記載の定着装置において、
   前記制御装置は、冷却動作中の冷却手段を有する側の温度検知手段から検出された検知温度が所定の第２の設定温度に達した時に、前記冷却動作中の冷却手段の冷却動作を停止させるように制御することを特徴とする定着装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項記載の定着装置において、
   前記定着装置は、加熱ローラと、定着ローラと、当該加熱ローラと定着ローラに張架された無端状の定着ベルトと、当該定着ベルトを介して前記定着ローラを押圧する加圧手段を備え、前記発熱部材は、前記加熱ローラか又は、前記定着ベルトであり、前記発熱部材の発熱によって加熱された前記定着ベルトによって、転写材上の未定着トナーを加熱し、
   当該転写材上の未定着トナーを前記定着ローラと加圧手段によって加圧して、転写材上の未定着トナーを定着させることを特徴とする定着装置。
7. 請求項１乃至５の何れか１項記載の定着装置において、
   前記定着装置は、定着ローラと、当該定着ローラを押圧する加圧ローラを備え、前記発熱部材は、前記定着ローラであり、前記発熱部材の発熱によって加熱された前記定着ローラによって転写材上の未定着トナーを定着させることを特徴とする定着装置。
8. 表面に静電潜像を担持する像担持体と、当該像担持体の表面に形成された静電潜像をトナー像化するためのトナーを供給する現像手段と、当該像担持体の表面に形成されたトナー像を記録材に転写する転写手段と、当該記録材の表面に形成されたトナー像を加熱、加圧して記録材表面に定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
   前記定着装置は、請求項１乃至７の何れか１項記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。

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