JP5200385B2

JP5200385B2 - 定着装置及び画像形成装置

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Publication number: JP5200385B2
Application number: JP2007023393A
Authority: JP
Inventors: 康博上原; 基文馬場; 茂彦長谷波
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: JP2008191258A

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

従来、熱源として、通電により磁界を発生するコイルと、磁界の電磁誘導により渦電流が生じて発熱する発熱体とを用いた電磁誘導発熱方式の定着装置がある。

電磁誘導発熱方式を用いた定着装置の一例として、発熱幅の異なる複数の摺動面からなる摺動部材を有する定着装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の定着装置は、摺動部材が、発熱幅の異なる複数の摺動面を回転軸方向に有し、この複数の摺動面を切替えることで定着ベルトを加熱する範囲を変えている。
特開２００５−１４８３５０

本発明は、装置の立ち上げ時の定着部材の幅方向の温度分布が小さい発熱幅の変更が可能な定着装置及び画像形成装置を得ることを目的とする。

本発明の請求項１に記載の定着装置は、磁界を発生する磁界発生手段と、前記磁界発生手段と対向配置され、移動可能に設けられた湾曲形状の発熱体と、前記発熱体に巻き掛けられた無端状の定着部材と、前記定着部材の内側に配置された支持体と、前記定着部材を前記支持体へ加圧する加圧回転体と、を有し、前記発熱体は、前記磁界の電磁誘導により発熱し、前記定着部材の幅方向における幅が異なる複数の発熱部が前記定着部材の周方向に並んで構成され、前記定着部材が巻き掛けられ、前記周方向の前記発熱体との合計の熱容量が前記幅方向において等しくなり、且つ各前記発熱部に前記幅方向で隣接しないようにずらして設けられた温度調整部材を備えたことを特徴としている。

本発明の請求項２に記載の定着装置は、磁界を発生する磁界発生手段と、前記磁界発生手段と対向配置され、移動可能に設けられた湾曲形状の発熱体と、前記発熱体に巻き掛けられた無端状の定着部材と、前記定着部材の内側に配置された支持体と、前記定着部材を前記支持体へ加圧する加圧回転体と、を有し、前記発熱体は、前記磁界の電磁誘導により発熱し、前記定着部材の幅方向における幅が異なる複数の発熱部が前記定着部材の周方向に並んで構成され、前記定着部材が巻き掛けられ、前記定着部材の周方向の前記発熱体の長さとの合計長さが前記幅方向において等しくなり、且つ各前記発熱部に前記幅方向で隣接しないようにずらして設けられた温度調整部材を備えたことを特徴としている。

本発明の請求項３に記載の定着装置は、前記複数の発熱部のうち１つの発熱部の幅が、前記定着部材の周方向に沿って連続的に変化する形状となっていることを特徴としている。

本発明の請求項４に記載の定着装置は、前記発熱部が前記定着部材の幅方向に異なる幅を有する複数の発熱部材で構成され、それぞれが隣接していることを特徴としている。

本発明の請求項５に記載の画像形成装置は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着装置と、前記定着装置の前記定着部材の温度を検知する検知手段と、前記検知手段で得られた温度が所定の温度となるように前記磁界発生手段を制御する制御手段と、を有することを特徴としている。

請求項１および請求項２の発明は、温度調整部材を備えない場合に比べて、装置の立ち上げ時の定着部材の温度分布を小さくすることができる定着装置が得られる。また、請求項２の発明は、定着部材と幅方向における接触部の面積のばらつきが小さくなるため、本構成を有さない場合と比較して、定着部材の幅方向の回転速度のばらつきも小さくすることができる。

請求項３の発明は、発熱部の幅が連続で変化していない構成と比較して、幅が規格外の記録媒体を連続で定着した後で定着した記録媒体よりも幅が広い記録媒体を定着する場合でも定着部材の幅方向の温度分布を小さくすることができる定着装置が得られる。

請求項４の発明は、本構成を有さない場合に比較して、発熱体の移動距離を最小限に抑え、記録媒体の幅に合せて発熱体が移動する時間を短縮できる定着装置が得られる。

請求項５の発明は、本構成を有さない場合に比較して、装置の立ち上げ時の定着部材の温度分布を小さくすることができる画像形成装置が得られる。

本発明の定着装置、及び画像形成装置の第１実施形態を図面に基づき説明する。

図１には、画像形成装置としてのプリンタ１０が示されている。

プリンタ１０において、プリンタ１０の本体を構成する筐体１２に光走査装置５４が固定されており、光走査装置５４に隣接する位置に、光走査装置５４及びプリンタ１０の各部の動作を制御する制御ユニット５０が設けられている。

光走査装置５４は、図示しない光源から出射された光ビームを回転多面鏡（ポリゴンミラー）で走査し、反射ミラー等の複数の光学部品で反射して、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びブラック（Ｋ）の各トナーに対応した光ビーム６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋを出射するようになっている。

光ビーム６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋは、それぞれ対応する各感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに導かれる。

プリンタ１０の下方側には、記録用紙Ｐを収納する用紙トレイ１４が設けられている。用紙トレイ１４の上方には、記録用紙Ｐの先端部位置を調整する一対の位置合せローラ１６が設けられている。

プリンタ１０の中央部には、画像形成ユニット１８が設けられている。画像形成ユニット１８は、前述の４つの感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを備えており、これらが上下一列に並んでいる。

感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの回転方向上流側には、感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの表面を帯電する帯電ローラ２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋが設けられている。

また、感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの回転方向下流側には、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各トナーをそれぞれ感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ上に現像する現像器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋが設けられている。

一方、感光体２０Ｙ、２０Ｍには第１中間転写体２６が接触し、感光体２０Ｃ、２０Ｋには第２中間転写体２８が接触している。そして、第１中間転写体２６、第２中間転写体２８には第３中間転写体３０が接触している。

第３中間転写体３０と対向する位置には、転写ロール３２が設けられている。転写ロール３２と第３中間転写体３０との間を記録用紙Ｐが搬送され、第３中間転写体３０上のトナー画像を記録用紙Ｐに転写させる。

記録用紙Ｐが搬送される用紙搬送路３４の下流には、定着装置１００が設けられている。定着装置１００は、定着ベルト１０２と加圧ロール１０４を有しており、記録用紙Ｐを加熱・加圧してトナー画像を記録用紙Ｐ上に定着させる。

トナー画像が定着された記録用紙Ｐは、用紙搬送ロール３６でプリンタ１０の上部に設けられたトレイ３８に排出される。

ここで、プリンタ１０の画像形成について説明する。

画像形成が開始されると、各感光体２０Ｙ〜２０Ｋの表面が帯電ローラ２２Ｙ〜２２Ｋによって一様に帯電される。

光走査装置５４から出力画像に対応した光ビーム６０Ｙ〜６０Ｋが、帯電後の感光体２０Ｙ〜２０Ｋの表面に照射され、感光体２０Ｙ〜２０Ｋ上に各色分解画像に応じた静電潜像が形成される。

この静電潜像に対して、現像装置２４Ｙ〜２４Ｋが選択的に各色、すなわちＹ〜Ｋのトナーを付与し、感光体２０Ｙ〜２０Ｋ上にＹ〜Ｋ色のトナー画像が形成される。

その後、マゼンタ用の感光体２０Ｍから第１中間転写体２６にマゼンタのトナー画像が一次転写される。また、イエロー用の感光体２０Ｙから第１中間転写体２６にイエローのトナー画像が一次転写され、第１中間転写体２６上で前記マゼンタのトナー画像に重ね合わされる。

一方、同様にブラック用の感光体２０Ｋから第２中間転写体２８にブラックのトナー画像が一次転写される。また、シアン用の感光体２０Ｃから第２中間転写体２８にシアンのトナー画像が一次転写され、第２中間転写体２８上で前記ブラックのトナー画像に重ね合わされる。

第１中間転写体２６へ一次転写されたマゼンタとイエローのトナー画像は、第３中間転写体３０へ二次転写される。一方、第２中間転写体２８へ一次転写されたブラックとシアンのトナー画像も、第３中間転写体３０へ二次転写される。

ここで先に二次転写されているマゼンタ、イエローのトナー画像と、シアンおよびブラックのトナー画像とが重ね合わされ、カラー（３色）とブラックのフルカラートナー画像が第３中間転写体３０上に形成される。

二次転写されたフルカラートナー画像は、第３中間転写体３０と転写ロール３２との間のニップ部に達する。そのタイミングに同期して、位置合せロール１６から記録用紙Ｐが当該ニップ部分に搬送され、記録用紙Ｐ上にフルカラートナー画像が三次転写（最終転写）される。

この記録用紙Ｐは、その後、定着装置１００に送られ、定着ベルト１０２と加圧ロール１０４とのニップ部を通過する。その際、定着ベルト１０２と加圧ロール１０４とから与えられる熱と圧力との作用により、フルカラートナー画像が記録用紙Ｐに定着する。定着後、記録用紙Ｐは用紙搬送ロール３６によりトレイ３８に排出され、記録用紙Ｐへのフルカラー画像形成が終了する。

次に、本実施形態に係る定着装置１００について説明する。

図２ａに示すように、定着装置１００は、記録用紙Ｐの進入又は排出を行うための開口が形成された筐体１０１を備えている。

筐体１０１の内部には、矢印Ｃ方向へ回転する無端状の定着ベルト１０２が設けられている。定着ベルト１０２の両端部は、図示しないキャップ状のギヤが嵌入されており、図示しないモータ等の駆動手段によって定着ベルト１０２が回転可能となっている。

図２ｂに示すように、定着ベルト１０２は、内側から外側に向けて基層１３０、弾性層１３２、及び離型層１３４で構成されており、これらが積層され一体となっている。

基層１３０は、定着ベルト１０２の機械強度を保持でき、また、それ自体が電磁誘導により発熱しにくい非磁性体（比透磁率が概ね１の常磁性体）で構成されることが好ましい。本実施形態ではポリイミドを用いているが、非磁性ＳＵＳ（非磁性ステンレス鋼）を用いてもよい。基層１３０の厚さは５０μｍとしている。

弾性層１３２は、優れた弾性と耐熱性が得られる等の観点から、シリコン系ゴム、又はフッ素系ゴムが好ましく、本実施形態ではシリコンゴムを用いている。本実施形態では、弾性層１３２の厚さを２００μｍとしている。

離型層１３４は、記録用紙Ｐ上で溶融されたトナーＴ（図２ａ参照）との接着力を弱めて、記録用紙Ｐを定着ベルト１０２から剥離し易くするために設けられる。優れた表面離型性を得るためには、離型層１３４として、フッ素樹脂、シリコン樹脂、又はポリイミド樹脂を用いることが好ましく、本実施形態ではＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）を用いている。離型層１３４の厚さは１０μｍとしている。

図２ａに示すように、定着ベルト１０２の外周面と対向する位置には、絶縁性の材料で構成されたボビン１０８が配置されている。ボビン１０８と定着ベルト１０２との間隔は１〜３ｍｍ程度となっている。ボビン１０８は、定着ベルト１０２の外周面に倣った円弧状に形成されており、凸部１０８Ａが突設されている。

ボビン１０８には、励磁コイル１１０が、凸部１０８Ａを中心として軸方向（図２ａの紙面奥行き方向）に複数回巻き回されている。励磁コイル１１０は、後述の通電回路１４６（図４ａ参照）によって通電され、磁界Ｈを発生するようになっている。

励磁コイル１１０と対向する位置には、ボビン１０８の円弧状に倣って円弧状に形成された磁性体コア１１２が配置され、ボビン１０８に支持されている。

一方、定着ベルト１０２の内側には、定着ベルト１０２の内周面と面接触し、発熱して定着ベルト１０２を定着設定温度まで昇温する発熱体１２０と、発熱体１２０によって加熱された定着ベルト１０２の温度分布を調整するための温度調整部材１２２が設けられている。

発熱体１２０と温度調整部材１２２は湾曲形状を形成しており、図示しないモータ等の駆動手段によって、定着ベルト１０２の内周に沿って矢印Ｅ方向又は矢印Ｆ方向に移動可能となっている。

また、定着ベルト１０２の内側には、発熱体１２０と非接触で支持部材１１４が設けられている。支持部材１１４は、非磁性体であるアルミニウムからなり、両端が定着装置１００の図示しない筐体に固定されている。

支持部材１１４の端面には、定着ベルト１０２を所定の圧力で外側に向けて押圧するための押圧パッド１１６が固定されている。これにより、押圧パッド１１６を支持する部材を別途設ける必要がなく、定着装置１００の小型化が可能となっている。

押圧パッド１１６は、ウレタンゴム又はスポンジ等の弾性を有する部材で構成され、一端面が定着ベルト１０２の内周面と接触して定着ベルト１０２を外側へ押圧している。

一方、定着ベルト１０２の外周面と対向する位置には、定着ベルト１０２を押圧パッド１１６に向けて加圧するとともに、図示しないモータ及びギアからなる駆動機構により矢印Ｄ方向に回転する加圧ロール１０４が配置されている。

加圧ロール１０４は、アルミニウム等の金属からなる芯金１０６の周囲に、シリコンゴム及びＰＦＡが被覆された構成となっている。また、加圧ロール１０４は、図示しないソレノイド等の電磁スイッチ、又はカム機構を用いて矢印Ａ、Ｂ方向に移動可能となっており、矢印Ａ方向に移動したときは定着ベルト１０２の外周面と接触して加圧し、矢印Ｂ方向に移動したときは定着ベルト１０２の外周面から離間するようになっている。

ここで、加圧ロール１０４が定着ベルト１０２を押圧パッド１１６側に加圧すると、定着ベルト１０２と加圧ロール１０４の接触部（ニップ部）において、定着ベルト１０２に凹部１０３が形成され、凹部１０３の両側に凸部１０５が形成される。

このニップ部の形状は、トナーＴが載った記録用紙Ｐが通過するときに、定着ベルト１０２から記録用紙Ｐを剥離させる方向に湾曲した形状となっている。このため、矢印ＩＮ方向から搬送されてきた記録用紙Ｐは、それ自体の腰の強さでニップ部の形状に倣って矢印ＯＵＴ方向に排出される。

また、押圧パッド１１６は、定着ベルト１０２を加圧ロール１０４側に押圧するとともに定着ベルト１０２の内周面に倣って湾曲し、ニップ部の面積を広げている。

定着ベルト１０２の表面で、励磁コイル１１０と対向しない領域で且つ記録用紙Ｐの排出側の領域には、定着ベルト１０２表面の温度を測定するサーミスタ１２４が接触して設けられている。サーミスタ１２４の接触位置は、記録用紙Ｐのサイズの大小によって測定値が変わらないように、定着ベルト１０２の幅方向（図２の紙面奥行き方向）の中央部となっている。

サーミスタ１２４は、定着ベルト１０２表面から与えられる熱量に応じて抵抗値が変化することで、定着ベルト１０２表面の温度を計測する。

図４ａに示すように、サーミスタ１２４は、配線１４０を介して、前述の制御ユニット５０（図１参照）の内部に設けられた制御回路１４２に接続されている。また、制御回路１４２は、配線１４４を介して通電回路１４６に接続されており、通電回路１４６は、配線１４８、１５０を介して前述の励磁コイル１１０に接続されている。

ここで、制御回路１４２は、サーミスタ１２４から送られた電気量に基づいて定着ベルト１０２表面の温度を測定し、この測定温度と予め記憶させてある定着設定温度（本実施形態では１７０℃）と比較する。そして、測定温度が定着設定温度よりも低い場合は、通電回路１４６を駆動して励磁コイル１１０に通電し、磁気回路としての磁界Ｈ（図２ａ参照）を発生させる。一方、測定温度が定着設定温度よりも高い場合は、通電回路１４６を停止するようになっている。

通電回路１４６は、制御回路１４２から送られる電気信号に基づいて駆動又は駆動停止され、配線１４８、１５０を介して励磁コイル１１０に所定の周波数の交流電流を供給（矢印方向）又は供給停止するようになっている。

次に、発熱体１２０及び温度調整部材１２２について説明する。なお、以後、定着ベルト１０２の幅方向の幅をＷ１〜Ｗ５で表し、周方向の長さをＬ１〜Ｌ５で表す。

図３ａ及び図３ｂに示すように、発熱体１２０は、記録用紙Ｐのサイズ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に合わせて、３つの幅サイズの発熱領域１３５、１３６、１３７を有しており、両側が段差を有する形状となっている。

３つの発熱領域１３５、１３６、１３７は隣接しており、発熱体１２０の移動（図２ａの矢印Ｅ、Ｆ方向の移動）距離を最小限に抑えて、各発熱領域が離れて設けられる場合と比較して、発熱体１２０が移動する時間が短縮されている。

発熱領域１３５は、小サイズの記録用紙Ｐの幅と等しい幅Ｗ３で、長さがＬ１の矩形状となっている。発熱領域１３６は、中サイズの記録用紙Ｐの幅と等しい幅Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４で、長さがＬ２の矩形状となっている。発熱領域１３７は、大サイズの記録用紙Ｐの幅と等しい幅Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４＋Ｗ５で、長さがＬ３の矩形状となっている。

発熱領域１３５、１３６、１３７は、発熱体１２０の表面又は内部に形成される溝部Ｍ１、Ｍ２で区切られており、１つの発熱領域が電磁誘導で発熱するときに、他の発熱領域に渦電流が流れるのを防いでいる。

また、発熱体１２０は、磁界Ｈ（図２ａ参照）を打ち消す磁界を生成するように渦電流が流れる電磁誘導作用により発熱する金属材料であり、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、ＳＵＳ、又はこれらの合金の金属材料を用いることができる。本実施形態では、発熱体１２０として鉄−ニッケル合金を用いている。

一方、温度調整部材１２２は、Ｌ字形状の２つの温度調整部材１３８、１３９で構成されている。温度調整部材１３８は、長さＬ４＋Ｌ５で幅がＷ１の領域と、長さがＬ４で幅がＷ２の領域が合わさった形状となっている。温度調整部材１３９は、長さＬ４＋Ｌ５で幅がＷ５の領域と、長さがＬ４で幅がＷ４の領域が合わさった形状となっている。

温度調整部材１３８、１３９は、発熱領域１３７の端部Ｍ３、Ｍ４にそれぞれ接着固定され、発熱体１２０と一体化されている。

温度調整部材１２２は、発熱体１２０と同じ鉄−ニッケル合金で構成されている。なお、温度調整部材１２２は、定着部材の周方向の発熱体１２０との合計の熱容量が等しくなることが必要であり、定着ベルト１０２の温度分布が幅方向で小さく抑えられることができる材料であれば発熱体１２０と同じ材料でなくてもよく、例えば、アルミニウム等の非磁性金属を用いてもよい。

本実施形態では、発熱体１２０と温度調整部材１２２で同じ材料を用いているため、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４＝Ｌ５としている。また、Ｗ１＝Ｗ５、Ｗ２＝Ｗ４としている。

ここで、例えば、Ｐ１サイズの記録用紙Ｐが定着装置１００に通紙されるとき、Ｐ１サイズの記録用紙の幅と対応する発熱領域１３７を除く発熱していない発熱領域１３５、１３６の長さと温度調整部材１２２の長さの合計長さが定着ベルト１０２の幅方向で等しくなっている。

Ｐ１サイズの記録用紙Ｐを定着する場合には、発熱していない発熱領域１３５、１３６と温度調整部材１２２の合計長さは、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４＝Ｌ５＝ｄとして、幅Ｗ１、Ｗ５の領域ではＬ４＋Ｌ５＝２ｄ、幅Ｗ２、Ｗ４の領域ではＬ２＋Ｌ４＝２ｄ、幅Ｗ３の領域ではＬ１＋Ｌ２＝２ｄとなり、定着ベルト１０２の幅方向で等しい長さ２ｄとなっている。

次に、Ｐ２サイズの記録用紙Ｐを定着する場合には、幅Ｗ２、Ｗ４の領域で合計長さがＬ２＋Ｌ４＝２ｄとなり、幅Ｗ３の領域で合計長さがＬ１＋Ｌ２＝２ｄとなって、幅方向で等しい長さ２ｄとなっている。

次に、Ｐ３サイズの記録用紙Ｐを定着する場合には、幅Ｗ３の領域で合計長さがＬ１＋Ｌ２＝２ｄとなって、幅方向で等しい長さ２ｄとなっている。

このように、発熱している発熱領域を除く発熱体１２０及び温度調整部材１２２の合計長さ（定着ベルト１０２の周方向の長さ）は、定着ベルト１０２の幅方向で等しい長さ２ｄとなっている。

次に、本発明の第１実施形態の作用について説明する。

図１、図２に示すように、前述のプリンタ１０の画像形成工程を経て、トナーＴが転写された記録用紙Ｐが定着装置１００に送られる。

定着装置１００では、発熱体１２０の発熱領域１３７のみが励磁コイル１１０と対向するように、発熱体１２０が図示しない駆動手段によって矢印Ｅ又は矢印Ｆ方向に移動される。

続いて、前述の制御回路１４２からの電気信号に基づいて通電回路１４６が駆動され、励磁コイル１１０に交流電流が供給される。

励磁コイル１１０に交流電流が供給されると、励磁コイル１１０の周囲に磁気回路としての磁界Ｈ（図２ａ参照）が生成消滅を繰り返す。

そして、図４ｂに示すように、磁界Ｈが発熱体１２０に侵入すると、磁界Ｈの変化を妨げる磁界が生じるように発熱体１２０に渦電流（図示せず）が発生する。

発熱体１２０は、発熱体１２０の表皮抵抗、及び発熱体１２０を流れる渦電流の大きさに比例して発熱し、これによって定着ベルト１０２が加熱される。発熱体１２０では、発熱領域１３７が発熱しており、定着ベルト１０２の全面が加熱されている。一方、発熱領域１３５、１３６は磁界Ｈの影響をほとんど受けないため、発熱していない。

続いて、定着ベルト１０２は、図示しない駆動手段によって駆動され回転を開始する。

定着ベルト１０２の立ち上げ時、すなわち、定着ベルト１０２が回転を開始してから定着設定温度に到達するまでの時間において定着ベルト１０２は加熱される。

定着ベルト１０２表面の温度は、図４ａに示すようにサーミスタ１２４で検知され、定着設定温度１７０℃に到達していない場合は、制御回路１４２が通電回路１４６を駆動制御して励磁コイル１１０に所定の周波数（２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ）の交流電流を通電する。また、定着設定温度に到達している場合は、制御回路１４２が通電回路１４６の制御を停止する。

ここで、温度調整部材１２２の有無による定着ベルト１０２の立ち上げ時の温度分布の違いについて説明する。

まず、本実施形態との比較例として、温度調整部材１２２が無い場合について説明する。

図３ａ、ｂにおいて、幅Ｗ１及び幅Ｗ５の領域では、発熱領域１３７以外に定着ベルト１０２と接触する領域が無いので、定着ベルト１０２の温度は低下せずに定着設定温度に到達する。

幅Ｗ２及び幅Ｗ４の領域では、発熱領域１３７以外に発熱領域１３６が定着ベルト１０２と接触しているが、発熱領域１３６は発熱していないため、定着ベルト１０２は発熱領域１３６で熱を奪われ、定着設定温度よりも低い温度となる。

幅Ｗ３の領域では、発熱領域１３７以外に発熱領域１３５、１３６が定着ベルト１０２と接触しているが、発熱領域１３５、１３６は発熱していないため、定着ベルト１０２は発熱領域１３５、１３６で熱を奪われ、幅Ｗ２及び幅Ｗ４の領域よりもさらに低い温度となる。

このため、温度調整部材１２２が無い場合において、立ち上げ時の定着ベルト１０２の温度分布は、図５ａのＴ１のグラフに示すような段差を有する不均一な分布となる。

定着ベルト１０２の温度分布が不均一の状態で、前述のサーミスタ１２４（図４ａ参照）によって幅Ｗ３の領域の定着ベルト１０２の温度検知が行われると、幅Ｗ３の領域は定着設定温度に到達していないので、前述の制御回路１４２が通電回路１４６を駆動制御して、発熱領域１３７が発熱することになる。

しかし、発熱領域１３７が発熱して幅Ｗ３の領域の温度を矢印ＵＰ方向に上昇させると、幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４、及びＷ５の各領域は、過剰な熱量が与えられるために定着設定温度よりも高い温度となってしまう。

この温度分布状態は、加圧ロール１０４が定着ベルト１０２と接触しても変わらないため、トナーＴ（図２ａ参照）を記録用紙Ｐに定着するときに定着むらが発生することになる。

次に、本実施形態の温度調整部材１２２を有する場合について説明する。

図３ａ、ｂにおいて、幅Ｗ１及び幅Ｗ５の領域では、発熱領域１３７以外に温度調整部材１２２の長さＬ４、Ｌ５の領域が定着ベルト１０２と接触しており、長さＬ４＋Ｌ５＝２ｄに相当する領域で定着ベルト１０２が冷却される。

幅Ｗ２及び幅Ｗ４の領域では、発熱領域１３７以外に、発熱していない発熱領域１３６及び温度調整部材１２２の長さＬ４の領域が、定着ベルト１０２と接触しており、長さＬ２＋Ｌ４＝２ｄに相当する領域で定着ベルト１０２が冷却される。

幅Ｗ３の領域では、発熱領域１３７以外に、発熱していない発熱領域１３５、１３６が、定着ベルト１０２と接触しており、長さＬ１＋Ｌ２＝２ｄに相当する領域で定着ベルト１０２が冷却される。

このように、温度調整部材１２２を設けることで、Ｗ１〜Ｗ５の領域は、いずれも長さ２ｄの冷却領域を有することになる。また、発熱体１２０と温度調整部材１２２は、いずれも鉄−ニッケル合金で構成されているので、Ｗ１〜Ｗ５の領域における温度低減効果は同様となる。

このため、立ち上げ時の定着ベルト１０２の温度分布は、図５ａのＴ２のグラフに示すように、定着ベルトの幅方向（Ｗ１〜Ｗ５）で均等になる。

定着ベルト１０２の温度分布が均等となった状態で、前述のサーミスタ１２４（図４ａ参照）によって幅Ｗ３の領域の定着ベルト１０２の温度検知が行われる。ここで、定着ベルト１０２が定着設定温度に到達していないと、発熱領域１３７が発熱することになる。

発熱領域１３７が発熱して幅Ｗ３の領域の温度を矢印ＵＰ方向に上昇させるとき、定着ベルト１０２のＷ１〜Ｗ５の領域の温度分布が均等になっているため、幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４、及びＷ５の各領域も、Ｗ３の領域と同様にして定着設定温度まで上昇する。

ここで、定着ベルト１０２の温度が定着設定温度に到達すると、図２ａに示すように、加圧ロール１０４が矢印Ａ方向に移動して定着ベルト１０２と接触するとともに、矢印Ｄ方向への回転駆動を開始する。

定着ベルト１０２は、加圧ロール１０４との接触により一時的に温度低下するが、次第に定着設定温度まで温度上昇する。

続いて、定着装置１００に送り込まれた記録用紙Ｐは、発熱体１２０が発熱して所定の定着設定温度（１７０℃）となっている定着ベルト１０２と、加圧ロール１０４とによって加熱押圧され、トナー画像が記録用紙Ｐ表面に定着される。

記録用紙Ｐは、定着ベルト１０２と加圧ロール１０４との間のニップ部から送り出されるとき、それ自体の剛性によってニップ部に沿った方向に直進しようとするため、定着ベルト１０２から剥離される。

定着装置１００から排出された記録用紙Ｐは、用紙搬送ロール３６によりトレイ３８に排出される。

次に、定着装置１００において、Ｐ３サイズの記録用紙Ｐを連続して通紙して定着を行う場合について説明する。

前述のように、Ｐ３サイズの記録用紙Ｐの通紙幅はＷ３であり、定着開始前に、発熱領域１３５のみが励磁コイル１１０と対向するように発熱体１２０及び温度調整部材１２２が配置され、定着ベルト１０２が加熱されている。

図５ｂに示すように、Ｐ３サイズの記録用紙Ｐが連続して通紙され定着が行われると、定着ベルト１０２におけるＰ３サイズの記録用紙Ｐの通過領域では、記録用紙Ｐに熱量が奪われて定着ベルト１０２の温度が定着設定温度（１７０℃）よりも低下する。

制御回路１４２（図４ａ参照）は、サーミスタ１２４で検知された温度と定着設定温度の差に基づいて、定着ベルト１０２の温度を定着設定温度に近づけるように通電回路１４６（図４ａ参照）を制御し、発熱体１２０の発熱領域１３５（図３ｂ参照）が発熱する。これにより、定着ベルト１０２の温度が定着設定温度まで上昇する。

定着ベルト１０２における通紙領域を除く領域（非通紙領域）では、発熱体１２０が存在しないので定着ベルト１０２が加熱されず、通紙領域よりも温度が下がる。このため、定着ベルト１０２の温度分布は、Ｔ４のグラフのようになる。

一方、従来の定着装置のように、定着ベルト全体を加熱するタイプでは、通紙領域の温度が下がったときに定着ベルトを加熱すると、非通紙領域に熱量が蓄積されて通紙領域よりも高温となるため、Ｔ３のグラフのようになる。

非通紙領域の温度が上昇し続けると、定着ベルト内部の層の剥離等が発生するため、非通紙領域の温度は定着設定温度よりも低く抑える必要があるが、本実施形態の定着装置１００では、Ｔ４のグラフのように、非通紙領域の温度が定着設定温度よりも低くなるため、定着ベルト１０２内部の各層の剥離等が抑えられる。

次に、本発明の定着装置及び画像形成装置の第２実施形態を図面に基づき説明する。

なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部品には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。

第２実施形態では、第１実施形態の発熱体１２０及び温度調整部材１２２を、発熱体１５４及び温度調整部材１６０に置き換えたものであり、プリンタ１０及び定着装置１００の基本構成は第１実施形態と同様となっている。

図６ａ及び図６ｂに示すように、発熱体１５４は、記録用紙ＰのＰ１サイズの幅（Ｗ６＋Ｗ７＋Ｗ８）に合わせた発熱領域１５６と、発熱領域１５６に隣接して記録用紙ＰのＰ１サイズの幅からＰ３サイズの幅（Ｗ７）まで連続的に変形する形状（台形状）の発熱領域１５５を有しており、段差は無い。

発熱領域１５６は、Ｐ１サイズの記録用紙Ｐの幅と等しい幅（Ｗ６＋Ｗ７＋Ｗ８）で、長さがＬ７の矩形状となっている。発熱領域１５５は、長さがＬ６となっている。

発熱領域１５５、１５６は、発熱体１５４の表面又は内部に形成される溝部Ｍ５で区切られており、１つの発熱領域が電磁誘導で発熱するときに、他の発熱領域に渦電流が流れて前述の磁界Ｈが変化するのを防いでいる。

また、発熱体１５４は、磁界Ｈ（図２ａ参照）を打ち消す磁界を生成するように渦電流が流れる電磁誘導作用により発熱する金属材料であり、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、ＳＵＳ、又はこれらの合金の金属材料を用いることができる。本実施形態では、発熱体１２０として鉄−ニッケル合金を用いている。

一方、温度調整部材１６０は、三角形状の２つの温度調整部材１５７、１５８で構成されている。温度調整部材１５７は、長さがＬ８で幅がＷ６となっており、温度調整部材１５８は、長さＬ８で幅がＷ８となっている。

温度調整部材１５７、１５８は、発熱領域１５６の端部Ｍ６、Ｍ７にそれぞれ接着固定され、発熱体１５４と一体化されている。なお、発熱体１５４及び温度調整部材１６０は、図示しない支持手段によって支持されており、支持部材は１つとなっている。

温度調整部材１６０は、発熱体１５４と同じ鉄−ニッケル合金で構成されている。なお、温度調整部材１６０は、定着部材の周方向の発熱体１５４との合計の熱容量が等しくなることが必要であり、定着ベルト１０２の温度分布が幅方向で小さく抑えられることができる材料であれば発熱体１５４と同じ材料でなくてもよく、例えば、アルミニウム等の非磁性金属を用いてもよい。

本実施形態では、発熱体１５４と温度調整部材１６０で同じ材料を用いているため、Ｌ６＝Ｌ８としている。また、Ｗ６＝Ｗ８であり、発熱領域１５５の台形の斜辺の角度と、温度調整部材１５７、１５８の三角形の斜辺の角度は等しくなっている。

このため、各サイズの記録用紙Ｐが定着装置１００に通紙されるとき、各サイズの記録用紙Ｐの幅と対応する発熱体１５４及び温度調整部材１６０の領域では、発熱体１５４の発熱する領域を除く部分の長さと、温度調整部材１６０の長さの合計長さが等しくなる。

つまり、発熱する領域を除く領域で定着ベルト１０２と接触する発熱体１５４及び温度調整部材１６０の長さが、定着ベルト１０２の幅方向において等しくなっている。

ここで、前述の記録用紙ＰのＰ３サイズ（幅Ｗ７）、Ｐ１サイズ（幅Ｗ６＋Ｗ７＋Ｗ８）以外に、例えば、Ｐ３サイズより大きくＰ１サイズより小さい幅Ｗ９、Ｗ１０の２種類のＰ４、Ｐ５サイズの記録用紙Ｐがあった場合、図７ａ、ｂに示すように、励磁コイル１１０と発熱体１５４の相対位置をずらすことにより、幅Ｗ９、Ｗ１０のいずれのサイズの記録用紙Ｐにも定着対応できるようになっている。

次に、本発明の第２実施形態の作用について説明する。

図１、図２、及び図６に示すように、前述のプリンタ１０の画像形成工程を経て、トナーＴが転写された記録用紙Ｐが定着装置１００に送られる。

定着装置１００では、発熱体１５４における発熱領域１５６のみが励磁コイル１１０と対向するように、発熱体１５４及び温度調整部材１６０が、図示しない駆動手段によって移動される。

続いて、前述の制御回路１４２からの電気信号に基づいて通電回路１４６が駆動され、励磁コイル１１０に交流電流が供給される。これにより発生した磁界Ｈの電磁誘導作用で、発熱領域１５６のみが発熱する。

ここで、温度調整部材１６０が無い場合について説明する。

図６ｂに示すように、幅Ｗ６及び幅Ｗ８の領域では、発熱する発熱領域１５６以外に、発熱領域１５５の一部である三角形状の領域Ａ１、Ａ２が定着ベルト１０２と接触している。しかし、発熱領域１５５は発熱していないため、定着ベルト１０２は領域Ａ１、Ａ２で熱を奪われ、定着設定温度よりも低い温度となる。

幅Ｗ７の領域では、発熱領域１５６以外に、発熱領域１５５の一部の矩形状の領域Ａ３が定着ベルト１０２と接触しているが、発熱領域１５５は発熱していないため、定着ベルト１０２は領域Ａ３で熱を奪われる。

ここで、領域Ａ１、Ａ２よりも領域Ａ３の方が面積が大きいので、定着ベルト１０２は領域Ａ３でより多くの熱を奪われ、幅Ｗ７の領域の温度が、幅Ｗ６及び幅Ｗ８の領域の温度よりも低い温度となる。

このため、温度調整部材１６０が無い場合において、立ち上げ時の定着ベルト１０２の温度分布は、図８のＴ３のグラフに示すような不均一な分布となる。

定着ベルト１０２の温度分布が不均一の状態で、前述のサーミスタ１２４（図４ａ参照）によって幅Ｗ７の領域の定着ベルト１０２の温度検知が行われると、幅Ｗ７の領域は定着設定温度に到達していないので、前述の制御回路１４２が通電回路１４６を駆動制御して、発熱領域１５６が発熱することになる。

しかし、発熱領域１５６が発熱して幅Ｗ７の領域の温度を矢印ＵＰ方向に上昇させると、幅Ｗ６及び幅Ｗ８の各領域は、過剰な熱量が与えられるために定着設定温度よりも高い温度となってしまう。

次に、本実施形態の温度調整部材１６０を有する場合について説明する。

図６ｂに示すように、温度調整部材１６０を有する場合、幅Ｗ６及び幅Ｗ８の領域では、発熱する発熱領域１５６以外に、発熱領域１５５の一部である三角形状の領域Ａ１、Ａ２と、温度調整部材１５７、１５８が定着ベルト１０２と接触している。しかし、発熱領域１５５は発熱していないため、定着ベルト１０２は、領域Ａ１、Ａ２、温度調整部材１５７、１５８で熱を奪われ、定着設定温度よりも低い温度となる。

一方、幅Ｗ７の領域では、発熱領域１５６以外に、発熱領域１５５の一部の矩形状の領域Ａ３が定着ベルト１０２と接触している。しかし、領域Ａ３は発熱していないため、定着ベルト１０２は領域Ａ３で熱を奪われ、定着設定温度よりも低い温度となる。

ここで、前述のように、発熱領域１５６を除く領域で定着ベルト１０２と接触する発熱体１５４及び温度調整部材１６０の長さが、定着ベルト１０２の幅方向において等しくなっており、また、発熱体１２０と温度調整部材１２２は、いずれも鉄−ニッケル合金で構成されているので、Ｗ６〜Ｗ８の領域における温度低減効果は同様となる。

このため、立ち上げ時の定着ベルト１０２の温度分布は、図８のＴ４のグラフに示すように、定着ベルトの幅方向（Ｗ６〜Ｗ８）で均等になる。

定着ベルト１０２の温度分布が均等となった状態で、前述のサーミスタ１２４（図４ａ参照）によって幅Ｗ７の領域の定着ベルト１０２の温度検知が行われる。ここで、定着ベルト１０２が定着設定温度に到達していないと、発熱領域１５６が発熱することになる。

発熱領域１５６が発熱して幅Ｗ７の領域の温度を矢印ＵＰ方向に上昇させるとき、定着ベルト１０２のＷ６〜Ｗ８の領域の温度分布が均等になっているため、幅Ｗ６及び幅Ｗ８の領域も、幅Ｗ７の領域と同様にして定着設定温度まで上昇する。

このようにして、定着ベルト１０２全体が、均等な温度分布で定着設定温度まで温度上昇する。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。

プリンタ１０は、固体の現像剤を用いる乾式の電子写真方式だけでなく、液体現像剤を用いるものであってもよい。

定着ベルト１０２の温度の検知手段として、サーミスタ１２４の代わりに熱電対を用いてもよい。

サーミスタ１２４の取付け位置は、定着ベルト１０２の表面に限定されず、定着ベルト１０２の内周面に取付けてもよい。この場合、定着ベルト１０２の表面が摩耗しにくくなる。また、サーミスタ１２４は、加圧ロール１０４の表面に取付けてもよい。

発熱体１５４及び温度調整部材１６０の斜辺は、直線状のものだけでなく、円弧状のものであってもよい。

本発明の第１実施形態に係るプリンタの全体図である。（ａ）本発明の第１実施形態に係る定着装置の断面図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る定着ベルト及び発熱体の断面図である。（ａ）本発明の第１実施形態に係る発熱体及び温度調整部材の斜視図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る発熱体及び温度調整部材の平面図である。（ａ）本発明の第１実施形態に係る制御回路及び通電回路の接続図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る発熱体に磁界が侵入する状態を示した模式図である。（ａ）本発明の第１実施形態に係る定着ベルトの立ち上げ時の温度分布を示した模式図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る定着ベルトの温度分布を示したグラフである。（ａ）本発明の第２実施形態に係る発熱体及び冷却プレートの斜視図である。（ｂ）本発明の第２実施形態に係る発熱体及び冷却プレートの平面図である。本発明の第２実施形態に係る励磁コイルと発熱体の配置状態を示した模式図である。本発明の第２実施形態に係る定着ベルトの立ち上げ時の温度分布を示した模式図である。

符号の説明

１０プリンタ（画像形成装置）
１００定着装置（定着装置）
１０２定着ベルト（定着部材）
１０４加圧ロール（加圧回転体）
１１０励磁コイル（磁界発生手段）
１１６押圧パッド（支持体）
１２０発熱体（発熱体）
１２２温度調整部材（温度調整部材）
１２４サーミスタ（検知手段）
１３５発熱領域（発熱部）
１３６発熱領域（発熱部）
１３７発熱領域（発熱部）
１４２制御回路（制御手段）
１５４発熱体（発熱体）
１５５発熱領域（発熱部）
１５６発熱領域（発熱部）
１６０温度調整部材（温度調整部材）
Ｈ磁界（磁界）
Ｐ記録用紙（記録媒体）
Ｔトナー（現像剤）

Claims

磁界を発生する磁界発生手段と、
前記磁界発生手段と対向配置され、移動可能に設けられた湾曲形状の発熱体と、
前記発熱体に巻き掛けられた無端状の定着部材と、
前記定着部材の内側に配置された支持体と、
前記定着部材を前記支持体へ加圧する加圧回転体と、
を有し、
前記発熱体は、前記磁界の電磁誘導により発熱し、前記定着部材の幅方向における幅が異なる複数の発熱部が前記定着部材の周方向に並んで構成され、
前記定着部材が巻き掛けられ、前記周方向の前記発熱体との合計の熱容量が前記幅方向において等しくなり、且つ各前記発熱部に前記幅方向で隣接しないようにずらして設けられた温度調整部材を備えたことを特徴とする定着装置。
磁界を発生する磁界発生手段と、
前記磁界発生手段と対向配置され、移動可能に設けられた湾曲形状の発熱体と、
前記発熱体に巻き掛けられた無端状の定着部材と、
前記定着部材の内側に配置された支持体と、
前記定着部材を前記支持体へ加圧する加圧回転体と、
を有し、
前記発熱体は、前記磁界の電磁誘導により発熱し、前記定着部材の幅方向における幅が異なる複数の発熱部が前記定着部材の周方向に並んで構成され、
前記定着部材が巻き掛けられ、前記定着部材の周方向の前記発熱体の長さとの合計長さが前記幅方向において等しくなり、且つ各前記発熱部に前記幅方向で隣接しないようにずらして設けられた温度調整部材を備えたことを特徴とする定着装置。
前記複数の発熱部のうち１つの発熱部の幅が、前記定着部材の周方向に沿って連続的に変化する形状となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
前記発熱部が前記定着部材の幅方向に異なる幅を有する複数の発熱部材で構成され、それぞれが隣接していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着装置と、
前記定着装置の前記定着部材の温度を検知する検知手段と、
前記検知手段で得られた温度が所定の温度となるように前記磁界発生手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。