JP5273924B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真プロセスや静電記録プロセスを用いた画像形成装置に搭載される電磁誘導加熱方式の定着装置に関する。

電子写真方式の複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置は、被加熱材である記録紙・転写材等の記録材上に形成された未定着のトナー像（現像剤像）を記録材に加熱定着させるための加熱装置を備えている。この加熱装置は、一般に、記録材上のトナーを熱溶融させる加熱ローラ若しくはエンドレスベルトより成る加熱ベルトと、該加熱ローラ又は加熱ベルトに圧接されて記録材を挟持する加圧手段とを有している。

加熱ローラは、発熱体によって内部又は外部より直接若しくは間接的に加熱される。発熱体としては、例えばハロゲンヒータや抵抗発熱体等が挙げられる。特に近年、画像形成装置の省エネルギー化と、ユーザーの操作性向上（クイックプリント、ウォームアップ時間の短縮）との両立を図ることが重視されている。このことから、特許文献１〜３等に開示されているように、発熱効率の高い誘導加熱方式を用いた誘導加熱装置が提案されている。

この誘導加熱装置は、金属導体から成る中空の加熱ローラに誘導電流（渦電流）を発生させ、加熱ローラ自体の表皮抵抗によって加熱ローラそのものをジュール発熱させるものである。これによれば、発熱効率が極めて向上するため、ウォームアップ時間の短縮が可能となる。

特許文献２の装置は、磁束発生手段から発熱部材へ届く磁束の一部を遮蔽する磁束調整部材を配置している。そして、この磁束調整部材の位置を発熱部材における記録材の通紙範囲に応じて変位手段により変化させることで発熱部材の非通紙部領域における温度上昇を抑制する磁束調整手段を具備させている。

ここで、非通紙部昇温とは、装置に通紙可能な最大幅サイズの記録材よりも幅が小さい記録材が通紙されると、加熱部において記録材により熱が奪われない領域（非通紙部領域）が生じる。そのため、その非通紙部領域に対応する加熱ローラ部分の温度が通紙部領域に対応する加熱ローラ部分の温度よりも上昇する現象である。

特許文献３には、端部温度ダレの対策として、励磁コイルを加熱源とした加熱装置において、加熱源を分割して選択的に通電する構成が提案されている。
特開昭５９−０３３７８７号公報 特開平１０−７４００９号公報 特開平８−０１６００６号公報

このような誘導加熱装置においては、印加する高周波電流の周波数、加熱ローラの透磁率及び固有抵抗値とから決定される表皮抵抗に比例した電力で加熱ローラが発熱する。従って、加熱ローラの厚みが厚くても発熱量は変わらない。このため、加熱ローラの厚さが厚い場合、却って発熱効率が低下してしまい、ウォームアップ時間短縮の効果を得ることが困難となる。

一方、加熱ローラの厚さが薄過ぎてしまうと、磁束が加熱ローラを突き抜けてしまい、発熱効率が低下したり、加熱ローラ周辺の金属部材を加熱したりしてしまう。従って、加熱ローラの厚さは略２０〜３０００μｍ程度が望ましい。

ところが、熱容量を小さくするために薄肉の加熱ローラを使用する場合、軸直角断面の断面積が極めて小さくなるために軸方向への熱移動率が良好でない。この傾向は断面積が小さいほど顕著であり、熱伝導率の低い樹脂等の材質では更に低くなる。これは、熱伝導率をλ、２点間の温度差を（θ１−θ２）、長さをＬとしたとき、単位時間に伝わる熱量Ｑは、
Ｑ＝λ・ｆ（θ１−θ２）／Ｌ
で表されるというフーリエの法則からも明らかである。

一般的に定着動作を行わないスタンバイ状態の時は、加熱ローラの長手方向の中央部と両端部の温度差をできるだけ少なくするよう温度均一化させようとする。しかし、上述した薄肉の加熱ローラを使用する場合、その肉厚の薄さのため、加圧ローラで加圧されると長手方向中央部がたわみ、またつぶれやすくなる。そのため加熱ローラ長手方向端部に対し中央部のニップが狭くなり、さらにはニップ部圧力も低くなってしまう。そこで、薄肉の加熱ローラを使用する場合は、スタンバイ状態の時は、加熱ローラの長手方向の中央部温度を、両端部の温度よりも若干高くするようにして温度分布の最適化を図っている。

しかし、装置に通紙可能な最大幅の記録材（最大サイズ記録材）の定着処理をする場合、加熱ローラの長手方向での熱移動が少なく、又、加熱ローラ長手方向の両端部においては中央部よりも放熱量が大きい。このことから、特に通紙開始直後は加熱ローラ長手方向中央部と比較して両端部の温度が極端に低くなってしまう（以下、「端部温度ダレ」と称する）。

その結果、最大サイズ記録材を連続で定着させる場合や厚手の記録材への定着の場合に、加熱ローラの長手方向の両端部において定着不良が発生してしまうという問題がある。又、定着不良が発生しないように定着温度を高くした場合、消費エネルギーが増加するとともに、加熱ローラ長手方向中央部と両端部とで定着画像の光沢が異なってしまうという問題もある。

また、加熱ローラ長手方向両端部の温度が下がり、加熱ローラ、及び加熱ローラに圧接される加圧ローラの表層を構成するゴム材が熱収縮してしまい、加熱ローラ及び加圧ローラの両端部の直径が小さくなってしまう。それにより、両端部の記録材搬送速度が減少してしまい、いわゆるしわ取り効果が失われ、しわが発生していまうという問題が発生していた。

端部温度ダレの対策として、特許文献３のように、加熱源を複数設けたり分割したりすれば、その分だけ制御回路も複雑となってコストも高くなる。しかも、薄肉の回転体を加熱体にすると、分割した場合の境目付近の温度分布が不連続且つ不均一で定着性能に影響を及ぼす可能性がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものである。その目的とする処は、誘導発熱体の長手方向の温度分布をほぼ均一、または端部高とし、例えば画像形成装置においてのしわ発生等の問題を解決することができる電磁誘導加熱方式の定着装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る定着装置の代表的な構成は、定着ローラと、前記定着ローラの中空部に設けられ前記定着ローラを電磁誘導発熱させる励磁コイルと、前記定着ローラと同軸的に設けられ、前記励磁コイルから前記定着ローラの所定の領域に向かう磁束のうち前記定着ローラの長手方向中央部に向かう磁束を選択的に少なくなるように調整する磁束調整位置と、前記励磁コイルから前記定着ローラの所定の領域に向かう磁束の調整を行わない退避位置と、の間を回動可能な磁束調整板と、前記定着ローラの長手方向中央部の温度を検知する第１のセンサと、装置に使用可能な幅が最大の記録紙を通紙する際には通紙域となり且つ前記最大の記録紙よりも幅狭の所定の記録紙を通紙する際には非通紙域となる前記定着ローラの長手方向端部側の温度を検知する第２のセンサと、前記定着ローラの長手方向中央部の温度が目標温度となるように前記第１のセンサの出力に応じて前記励磁コイルへの通電を制御する制御手段と、前記磁束調整板を回動させる駆動手段であって、スタンバイ時においては前記磁束調整板を前記退避位置に位置させ、前記最大の記録紙の通紙時においては前記定着ローラの長手方向両端部の温度が中央部よりも高くなるように前記第２のセンサの出力に応じて前記磁束調整板を前記磁束調整位置と前記退避位置とに交互に繰り返し位置させる駆動手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、最大サイズ記録材の通紙中における誘導発熱体の長手方向の温度分布をほぼ均一、または端部高とし、しわ発生等の問題を解決することができる。

（１）画像形成装置
図１は本発明に従う画像加熱装置を記録材上の未定着画像を定着する定着装置として用いた画像形成装置の一例の概略構成図である。この画像形成装置は電子写真方式の複合機能機であり、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置として機能する。

Ａは画像出力部、Ｂは画像出力部Ａの上部に配設した画像読取部である。画像読取部Ｂは原稿の画像情報を光電読取りするイメージリーダであり、原稿台ガラス１の上に、原稿Ｏを画像面を下向きにして所定の載置基準に従って載置し、原稿押え板２を被せる。操作パネル（ユーザーパネル）３のスタートキーが押されると画像読取機構４が動作してガラス１上の原稿Ｏの下向きの画像面が光電読取りされる。画像読取機構４は光学系移動型であり、原稿照明光源５、反射ミラー６〜８、結像レンズ９、ＣＣＤアレイ等の画像読取素子１０等を有する。画像読取素子１０で光電読取りされた原稿画像の電気的情報が制御ユニット（ＣＰＵ：制御手段）Ｃに入力し、画像処理部で画像変調されてデジタル画像信号（コード化された画像データ）となる。

制御ユニットＣは画像出力部Ａ及び画像読取部Ｂにおける各種負荷の駆動、センサ類の情報収集解析、操作パネル３や外部機器（パーソナルコンピュータ・相手方ファクシミリ装置等）Ｄとのデータの交換等の役割を担っている。即ち、画像形成装置はこの制御ユニットＣによって統括的に制御される。

制御ユニットＣは画像形成装置が複写機モードにされている場合には、上記のように画像読取部Ｂから伝送されて画像処理部で所定の画像処理を施した画像信号を画像出力部Ａのレーザースキャナ１１に伝送する。また、制御ユニットＣは、画像形成装置がファクシミリ送信モードにされている場合は、上記のように画像読取部Ｂから伝送されて画像処理部で所定の画像処理を施した画像信号を外部機器Ｄである相手方ファクシミリ装置に伝送する。また、制御ユニットＣは、外部機器Ｄであるパーソナルコンピュータ等からの出力信号が入力したときは、画像形成装置をプリンタモードにして、その出力信号をレーザースキャナ１１に入力する。また、制御ユニットＣは、外部機器Ｄである相手方ファクシミリ装置からの送信信号が入力したときは、画像形成装置をファクシミリ受信モードにして、その送信信号をレーザースキャナ１１に入力する。

すなわち、この画像形成装置は、レーザースキャナ１１に、画像読取部Ｂからの原稿読取処理信号を入力すれば複写機として機能し、パーソナルコンピュータ等の出力信号を入力すればプリンタとして機能する。また、他機のファクシミリ装置からの送信信号をレーザースキャナ１１に入力したり、画像読取部Ｂからの原稿読取信号を他機のファクシミリ装置に送信したりすれば、ファクシミリ装置として機能する。

画像出力部Ａは、ドラム型の電子写真感光体（像担持体：以下、感光ドラムと記す）１２を有する。この感光ドラム１２は矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動され、その回転過程で、周面が一次帯電器１３により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。その一様帯電処理面に対して、レーザースキャナ１１により、該スキャナに伝送された画像情報信号に対応して変調されたレーザー光Ｌによる走査露光がなされる。これにより、感光ドラム１２の面に走査露光した画像情報パターンに対応した静電潜像が形成される。その静電潜像が現像器１４により現像剤像（トナー像）として反転現像または正規現像される。そして、その現像剤像が、感光ドラム１２と転写ローラ１５との当接部である転写ニップ部において、該ニップ部へ、カセット給紙部１６又は手差し給紙部（マルチ・パーパス・トレイ）１７から給紙された記録媒体としての記録材Ｐに順次に転写される。

カセット給紙部１６は、それぞれサイズの異なる記録材を積載して収納した複数の給紙カセットを有する。本実施例の画像形成装置においては第１〜第３の上下３段の給紙カセット１６ａ・１６ｂ・１６ｃを有し、選択された段位のカセットからの記録材Ｐの１枚分離給紙動作が所定の制御タイミングで行われる。あるいは、手差し給紙部１７からのシートＰの１枚分離給紙動作が所定の制御タイミングで行われる。

カセット給紙部１６の選択された給紙カセットから給紙された記録材Ｐ、又は手差し給紙部１７から給紙された記録材Ｐは、シートパス１８によりレジストローラ１９へ搬送される。その時、レジストローラ１９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、所定の制御タイミングで、感光ドラム１２に対するレーザースキャナ１１による走査露光Ｌが開始されて、感光ドラム１２に対する現像剤像の形成が行われる。レジストローラ１９の回転開始のタイミングは、記録材Ｐの先端部と、感光ドラム１２上に形成された画像の先端部が転写ニップ部において丁度一致するように設定されている。

転写ニップ部を通った記録材Ｐは感光ドラム面から分離され、搬送ガイド２１によって定着装置Ｆ内に導入される。

記録材分離後の感光ドラム１２の面はクリーニング器２０により転写残現像剤等の残留物の除去を受けて清掃されて、繰り返して作像に供される。

定着装置Ｆ内に導入された記録材Ｐは、記録材上の未定着の現像剤像が加熱および加圧されて固着画像として定着される。そして、記録材Ｐは定着装置Ｆを出て、排紙ローラ対２２を通って、排紙口２３から排紙トレイ２４に排出される。

ここで、記録材Ｐに関して、幅とは、記録材Ｐの平面において記録材搬送方向に直交する方向の記録材寸法である。そして、画像形成装置に通紙使用することができる最大幅の記録材を最大サイズ記録材とする。また、この最大サイズ記録材の幅よりは小さく、設定した或る下限幅以上の幅範囲の記録材を中サイズ記録材とする。また、その中サイズ記録材の下限幅よりも小さい幅の記録材を小サイズ記録材とする。

本例の画像形成装置においては、最大サイズ記録材はＡ３（４２０ｍｍ×２９７ｍｍ：縦送り）である。中サイズ記録材は下限幅２４０ｍｍ以上の、Ｂ４（３６４ｍｍ×２５７ｍｍ：縦送り）、Ｂ５Ｙ（２５７ｍｍ×１８２ｍｍ：横送り）等である。小サイズ記録材はＡ４Ｒ（２９７ｍｍ×２１０ｍｍ：縦送り）、Ｂ５Ｒ（２５７ｍｍ×１８２ｍｍ：縦送り）、Ａ５Ｒ（２１０ｍｍ×１４８ｍｍ：縦送り）等である。

Ｓ１・Ｓ２・Ｓ３は第１〜第３のカセットサイズ検知手段であり、カセット給紙部１６の第１〜第３の給紙カセット１６ａ・１６ｂ・１６ｃの各装着段位に配設してある。このカセットサイズ検知手段Ｓ１・Ｓ２・Ｓ３は、それぞれ、対応する段位に装着された給紙カセットが何サイズの記録材を収容しているカセットであるかを検知する。そして、その検知情報が制御ユニットＣに入力する。制御ユニットＣはその入力情報により、操作パネル３の表示部に第１〜第３の給紙カセット１６ａ・１６ｂ・１６ｃにそれぞれ何サイズの記録材が収容されているかを表示する。

Ｓ４は記録材搬送時サイズ検知手段であり、レジストローラ１９よりも記録材搬送方向上流側に配設してある。この検知手段Ｓ４は手差し給紙部１７から給紙されてレジストローラ１９に搬送された記録材の幅サイズを検知する。また、カセット給紙部１６の選択された給紙カセットから給紙されてレジストローラ１９に搬送された記録材の幅サイズを検知する。そして、その検知情報が制御ユニットＣに入力する。

第１〜第３のカセットサイズ検知手段Ｓ１・Ｓ２・Ｓ３、記録材搬送時サイズ検知手段Ｓ４は超音波センサ等によって構成されている。

図２の制御系統のブロック図において、２５は記録材サイズ検知手段であり、例えば操作パネル３の複数のプッシュスイッチの入力された信号の組み合わせによって記録材サイズを判断する。記録材サイズ検知手段２５は、操作パネル３と、第１〜第３のカセットサイズ検知手段Ｓ１・Ｓ２・Ｓ３と、記録材搬送時サイズ検知手段Ｓ４とで構成されている。制御ユニットＣは、操作パネル３或いは外部機器Ｄから使用者が選択指定した記録材サイズによる信号により通紙される記録材の幅サイズを認識する。また、記録材搬送時サイズ検知手段Ｓ４により手差し給紙部１７から給紙された記録材の幅サイズを認識する。また、記録材搬送時サイズ検知手段Ｓ４によりカセット給紙部１６の選択された給紙カセットから給紙された実際の記録材の幅サイズを認識する。使用者の誤操作、給紙カセットへの記録材サイズ誤挿入を避けるために、カセットサイズ検知手段Ｓ１・Ｓ２・Ｓ３の検知情報と、記録材搬送時サイズ検知手段Ｓ４の検知情報を組み合わせ併用しても良い。

（２）定着装置Ｆ
ここで、本実施例の以下の説明において、定着装置Ｆに関して装置正面とは記録材入口側の面である。左右とは装置を正面から見て左又は右である。また、長手方向とは記録材の搬送路面において記録材の搬送方向に直交する方向に並行な方向である。また、上流側と下流側とは記録材搬送方向に関して上流側と下流側である。

図３は本実施例における定着装置Ｆの要部の拡大横断左側面模型図、図４は同じく正面模型図、図５は同じく縦断正面模型図である。

この定着装置Ｆは電磁誘導加熱方式の加熱ローラ型の画像加熱装置であり、誘導発熱体としての定着ローラ３１と、加圧部材としての弾性加圧ローラ３２を有する。

定着ローラ３１は中空金属導体（中空の回転体）であり、例えば鉄・ニッケル・ＳＵＳ４３０等の導電性磁性材料から形成される金属層（導電層）を有している。定着ローラ３１の外表面には、フッ素樹脂等より成る耐熱性の高い離型層（伝熱材）３１ａが形成されている。本実施例で用いた定着ローラ３１の金属層の厚さは２０μｍ〜３．０ｍｍである。この定着ローラ３１はその左右両端部を装置の左右の第１側板５１Ｌ・５１Ｒ間に軸受部材５２を介して回転可能に支持させて配設してある。

加圧ローラ３２は、芯金３２ａと、該芯金３２ａの周囲にローラ状に形成された耐熱ゴム層３２ｂを有する。耐熱ゴム層３２ｂの外表面には、フッ素樹脂等より成る耐熱性の高い離型層３２ｃが形成されている。この加圧ローラ３２は定着ローラ３１の下側において定着ローラ３１にほぼ並行に配列し、芯金３２ａの左右両端部を装置の左右の第１側板５１Ｌ・５１Ｒ間に軸受部材５３を介して回転可能に支持させて配設してある。そして、この加圧ローラ３２を定着ローラ３１の下面に対して押上げ手段（不図示）によりゴム層３２ｂの弾性に抗して所定の押圧力にて圧接させて加熱部としての定着ニップ部Ｎを形成させている。

定着ローラ３１の左側の端部には定着ローラ駆動ギアＧ１を外嵌して固着させて配設してある。このギアＧ１にモータを含む定着ローラ駆動手段６１より駆動力が伝達されることで、定着ローラ３１は図３において矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。定着ローラ駆動手段６１は制御ユニットＣにより制御される。この定着ローラ３１の回転駆動に伴い、定着ニップ部Ｎにおける定着ローラ３１との摩擦力で加圧ローラ３２に回転トルクが作用して加圧ローラ３２が矢印の反時計方向に従動回転する。

定着ローラ３１の中空部には、定着ローラ３１に誘導電流（渦電流）を誘起させてジュール発熱させるための高周波磁界を生じる磁束発生手段としてのコイルアセンブリ３３を挿入して非回転に支持させて配置してある。磁束発生手段は、少なくとも、磁束を発生する励磁コイル及びがイ励磁コイルの巻き中心付近に配置され、励磁コイルが発生した磁束を導く磁性コアを有する。

図６は本実施例における磁束発生手段としてのコイルアセンブリ３３の分解斜視図である。このコイルアセンブリ３３は、横断面略半円状で左右方向に長いボビン３４と、このボビン３４の外側にボビン長手に沿って銅線（リッツ線）を舟形に巻回して構成した励磁コイル３５と、ボビン３４の内側に保持させた左右方向に長い磁性コア３６を有している。ボビン３４は、耐熱性・電気絶縁性エンジニアリング・プラスチックの成形品であり、内側には磁性コア３６を挿入するための通孔が形成されており、励磁コイル３５と磁性コア３６とを絶縁する絶縁部としても機能する。磁性コア３６は透磁率が大きく自己損失の小さいものが望ましく、例えばフェライト、パーマロイ、センダスト、アモルファス、珪素鋼板等が適している。本実施例においてこの磁性コア３６は横断面Ｔ字型コアであり、Ｔ字の縦部に相当するセンターコア３６ａと、Ｔ字の横部に相当する上流側と下流側のサイドコア３６ｂと３６ｃとを組み合わせて構成されている。センターコア３６ａは励磁コイル３５の巻き中心付近に配置される。

上記のコイルアセンブリ３３をステー３７に励磁コイル３５側を外側にして固定して支持させてある。コイルアセンブリ３３のステー３７に対する固定は例えば熱収縮チューブを用いてなされる。ステー３７はコイルアセンブリ３３よりも長い板状の剛性部材であり、エンジニアリング・プラスチックの成形品である。

コイルアセンブリ３３を固定支持させたステー３７を定着ローラ３１の中空部に挿入する。そして、コイルアセンブリ３３を下向きにし、かつコイルアセンブリ３３を定着ローラ３１とほぼ同心に位置させて、ステー３７の左右両端部を装置の左右の第２側板５４Ｌ・５４Ｒ間に非回転に固定して支持させて配設してある。これにより、コイルアセンブリ３３はステー３７によって定着ローラ３１の内面と励磁コイル３５の外面との間に所定の一定のギャップ（隙間：間隔）を保って保持されている。また、コイルアセンブリ３３は定着ローラ３１の外部に露呈しないように定着ローラ中空部に収納されている。

励磁コイル３５はそのリード線部分３５ａ・３５ｂを定着ローラ３１の左側の端部開口から外部に引き出して、励磁コイル３５に高周波電流を供給する励磁コイル駆動電源（励磁回路）６２に電気的に接続してある。励磁コイル駆動電源６２は制御ユニットＣにより制御される。

また、定着ローラ３１の中空部には、定着ローラ３１の内面に沿うようにしてローラ周方向に可動な磁束遮蔽板３８を配設してある。この磁束遮蔽板３８は、励磁コイル３５から定着ローラ３１に対する作用磁束に対して、記録材搬送方向に直交する加熱部長手方向に関する磁束密度分布を変化させる磁束調整手段である。この磁束遮蔽板３の位置を定着ローラ周方向に変化させることによって、励磁コイル３５から定着ローラ３１へ届く磁束の一部を遮蔽して定着ローラ長手方向に関する温度分布を調整する。磁束遮蔽板３８は少なくとも非磁性金属材料又は非磁性金属材料を含む合金で構成される。具体的には、導電体であって固有抵抗の小さい非磁性金属材料である銅、アルミニウム、銀若しくはその合金等が適している。

上記の磁束遮蔽板３８は、磁束遮蔽板変位制御を行う駆動手段によって、上記の磁束密度分布を変化させる遮蔽位置と、磁束密度分布を変化させない非遮蔽位置（退避位置）にそれぞれ移動可能である。即ち、磁束遮蔽板３８は、定着ローラ３１と同軸的に設けられ、励磁コイル３５から定着ローラ３１の所定の領域に向かう磁束のうち定着ローラの長手方向中央部に向かう磁束を選択的に少なくなるように調整する遮蔽位置（磁束調整位置）と、励磁コイル３５から定着ローラ３１の所定の領域に向かう磁束の調整を行わない退避位置と、の間を回動可能な磁束調整板である。
本実施例においては、定着ローラ３１とコイルアセンブリ３３の励磁コイル３５との間に、定着ローラ３１の内面に沿うように移動可能で、励磁コイル３５から定着ローラ３１へ届く磁束の一部を遮蔽する磁束調整手段としての磁束遮蔽板３８が設けられている。そして、磁束遮蔽板駆動手段６３により磁束遮蔽板３８の位置を定着ローラ３１の周方向に変化させることによって、記録材サイズ検知手段２５と連動して定着ローラ長手方向の渦電流による発熱範囲を制御することができるよう構成されている。より具体的には、磁束遮蔽板３８をコイルアセンブリ３３の上流側磁性コア３６ｂ又は下流側磁性コア３６ｃと定着ローラ３１の内面との間に挿入するように移動させることによって定着ローラ（加熱部）長手方向に関する作用磁束の密度分布を変化させている。

上記の磁束遮蔽板３８とその移動制御については後記の（３）項で詳述する。

励磁コイル駆動電源６２は制御ユニットＣからの信号により励磁コイル３５に高周波電流（交番電流）を供給する。励磁コイル３５は駆動電源６２から供給される高周波電流によって高周波磁界（交番磁束）を定着ローラ長手方向に発生させ、その発生磁束である交番磁束は磁性コア３６に導かれて定着ローラ３１に渦電流を発生させる。その渦電流は定着ローラ３１の固有抵抗によってジュール熱を発生させる。これにより定着ローラ３１が電磁誘導発熱状態になる。そして、定着ローラ３１は回転駆動されることによって表面温度が均一化される。

図７は上記のような系における定着ローラ３１の発熱の状態を定着ローラ３１の横断面模型図で示したもので、コイルアセンブリ３３から定着ローラ３１への主たる磁束作用領域と、それに対応する定着ローラ部分の円周方向発熱量分布の説明図である。コイルアセンブリ３３の励磁コイル３５は交番電流が流されることで交番磁束を発生する。定着ローラ３１は前記のように磁性金属または磁性材料を用いており、定着ローラ３１の肉厚内では磁界を打ち消すように誘導電流（渦電流）が発生する。この誘導電流によるジュール熱により定着ローラ３１自体が発熱し、昇温していくことになる。本実施例の構成においては、コイルアセンブリ３３の、励磁コイル３５と磁性コア３６ａ・３６ｂ・３６ｃを組み込んだボビン３４の半円筒外面側が、コイルアセンブリ３３から定着ローラ３１への主たる磁束作用領域である。すなわち、励磁コイル３５及び定着ローラ３１、磁性コア３６ａ・３６ｂ・３６ｃで構成される磁気回路部（不図示）であり、この磁束作用領域において定着ローラ３１の誘導加熱がなされる。そして、定着ローラ３１の円周方向において、その主たる磁束作用領域に対応する定着ローラ部分にて発熱する発熱量分布は模式図に示すように、２ヶ所に発熱量の多い部分Ｈ・Ｈが存在する。

定着ローラ３１の外周上には、図４のように定着ローラ３１の温度を検出する第１〜第３の温度検知手段（温度センサ）ＴＨ１・ＴＨ２・ＴＨ３が設けられている。これらの温度検知手段ＴＨ１・ＴＨ２・ＴＨ３は、定着ローラ３１を隔てて内部の励磁コイル３５に向かい合うように、定着ローラ３１の表面に圧接または近接されている。これらの温度検知手段ＴＨ１・ＴＨ２・ＴＨ３は、例えば、サーミスタやサーモパイル、熱電対などの一般的な温度検知手段である。そして、これらの温度検知手段ＴＨ１・ＴＨ２・ＴＨ３でそれぞれ検知される定着ローラ３１の温度情報が制御ユニットＣに入力する。

第１の温度検知手段ＴＨ１（第一温度検知部材：第１のセンサ）は定着ローラ３１の温調制御用のメインサーミスタであり、定着ローラ長手方向の略中央部（定着ローラの長手方向中央部）に対応する位置（記録材中央通紙基準線に略対応する位置）に配設してある。制御ユニットＣはこの第１の温度検知手段ＴＨ１から入力する定着ローラ３１の温度情報に基づいて励磁コイル駆動電源６２を制御する。すなわち、第１の温度検知手段ＴＨ１から入力する定着ローラ温度が所定の定着温度（目標温度）に維持されるように励磁コイル駆動電源６１から励磁コイル３５への供給電力量を制御する。つまり、制御ユニットＣが第１の温度検知手段ＴＨ１の出力に応じて励磁コイル３５への通電量を制御する通電制御手段である。

第２の温度検知手段ＴＨ２は小サイズ記録材を通紙した時の定着ローラ３１の非通紙部昇温を検知する小サイズ用サーミスタ、第３の温度検知手段ＴＨ３は中サイズ記録材を通紙した時の定着ローラ３１の非通紙部昇温を検知する中サイズ用サーミスタである。第２と第３の温度検知手段ＴＨ２とＴＨ３が第一温度検知部材である第１の温度検知手段ＴＨ１よりも外側の位置の定着ローラの温度を検知する第二温度検知部材である。上記の第１〜第３の温度検知手段ＴＨ１・ＴＨ２・ＴＨ３は、励磁コイル３５に向かい合うように定着ローラ３１の内面に圧接または近接して配置してもよい。

また定着ローラ３１には、さらに温度異常上昇時の保安素子として、サーモスタットＴＨ−ＳＷが設けられている。このサーモスタットＴＨ−ＳＷは、定着ローラ長手方向の略中央部に対応する位置（記録材中央通紙基準線に略対応する位置）に、定着ローラ３１の表面に接触または近接して配置されている。そして、このサーモスタットＴＨ−ＳＷは、熱暴走により定着ローラ３１が予め設定された許容温度以上の高温に加熱されると接点を開放して励磁コイル３５への通電を緊急切断する。

定着ローラ３１および加圧ローラ３２が回転され、また定着ローラ３１がコイルアセンブリ３３により電磁誘導加熱されて所定の定着温度に温調される。この状態において、図３のように、未定着の現像剤像ｔが転写されている記録材（被加熱材）Ｐが矢印ａで示す方向から定着ニップ部Ｎに導入されて挟持搬送される。その搬送過程で記録材Ｐには、加熱された定着ローラ３１の熱と、加圧ローラ３２から作用する圧力とが加えられる。これにより、記録材Ｐ上には現像剤像ｔが固着され、定着画像が形成される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは、先端部が定着ローラ３１の表面に当接する分離爪３９により定着ローラ３１から剥離されて図３において左方向に搬送される。分離爪３９は、耐熱性および電気絶縁性エンジニアリング・プラスチックから形成されている。

本実施例の画像形成装置及び定着装置において、記録材Ｐの通紙は記録材幅中心の中央基準である。図４において、Ｓはその記録材中央通紙基準線（仮想線）である。すなわち、幅を大小異にするどのサイズの記録材もその幅中心が記録材中央通紙基準線Ｓにほぼ一致して搬送される。ＰＷ１は最大サイズ記録材の通紙域幅である。この通紙域幅ＰＷ１は、図５のように、コイルアセンブル３３のセンターコア３６ａの長さ寸法に略対応している。具体的には、Ａ３幅（２９７ｍｍ）の記録材に対応する幅となっている。即ち、Ａ３幅よりも多少大きい値、３０２ｍｍである。ＰＷ２は中サイズ記録材の通紙域幅である。具体的には、Ｂ４幅（２５７ｍｍ）の記録材に対応する幅となっている。即ち、Ｂ４幅よりも多少大きい値、２６２ｍｍである。ＰＷ３は小サイズ記録材の通紙域幅である。具体的には、Ｂ５Ｒ幅（１８２ｍｍ）の記録材に対応する幅となっている。即ち、Ｂ５Ｒ幅よりも多少大きい値、１８７ｍｍである。

（３）磁束遮蔽板３８とその移動制御
図８は磁束遮蔽板３８の外観斜視模型図、図９は磁束遮蔽板３８の展開平面図である。

磁束遮蔽板３８は横断面においては定着ローラ３１の内周面に沿った円弧曲面板部材であり、長手方向においては記録材中央通紙基準線Ｓを基準として左右略対称形状であって、磁束調整部としての、中央遮蔽部３８ａと中サイズ遮蔽部３８ｂと小サイズ遮蔽部３８ｃを備えている。

磁束遮蔽板３８は定着ローラ３１の中空部に挿入して、左右両端の外方延長部３８ｄを、装置の左右の第３側板５５Ｌ・５５Ｒにそれぞれ軸部５７・５８を中心に回転可能に設けた磁束遮蔽板駆動ギアＧ２と円板５６に対してそれぞれ固定して支持させている。駆動ギアＧ２と円板５６の回転中心軸線は定着ローラ３１の回転中心軸線に一致させている。

磁束遮蔽板駆動手段６３により駆動ギアＧ２が回転されると、磁束遮蔽板３８は定着ローラ３１の内周面に沿って定着ローラと同心にローラ周方向に回動する。磁束遮蔽板駆動手段６３はモータを有しており、このモータの駆動力を駆動ギアＧ２に伝達することにより磁束遮蔽板３８を定着ローラ３１の内周方向に回転させることができる。モータには、例えばステッピングモータ等が使用される。尚、磁束遮蔽板駆動手段６３はこのような構成に限定されるものではなく、例えば、モータの代わりにベルトを使用したり、スクリューねじにより回転駆動させたりする構成としても良い。

図９のように、定着ローラ３１の温度を検出する第１の温度検知手段（メインサーミスタ）ＴＨ１は磁束遮蔽板３８の中央遮蔽部３８ａに対応するように配置されている。第２の温度検知手段（小サイズ用サーミスタ）ＴＨ２は磁束遮蔽板３８の小サイズ遮蔽部３８ｃに対応するように配置されている。第３の温度検知手段（中サイズ用サーミスタ）ＴＨ２は磁束遮蔽板３８の中サイズ遮蔽部３８ｂに対応するように配置されている。

制御ユニットＣは、定着装置Ｆが記録材を加熱可能な状態時（定着動作を行わないスタンバイ状態時）においては、磁束遮蔽板駆動手段６３を制御して、磁束遮蔽板３８を、図１０のように、定着ローラ内空部の上側に移動させた回転角度位置に保持させる。この磁束遮蔽板３８の回転角位置は、ステー３７を中にして、コイルアセンブリ３３とは１８０°反対側の位置であり、磁束遮蔽板３８は定着ローラ３１の内面とコイルアセンブリ３３との対向隙間部からは全体に抜けている。すなわち、磁束遮蔽板３８は、励磁コイル３５及び定着ローラ３１、磁性コア３６ａ・３６ｂ・３６ｃで構成される磁気回路部（磁束作用領域）から全体に抜けている。この磁束遮蔽板３８の回転角位置は、定着ローラ３１の加熱部長手方向に関する磁束路度を変化させない磁束遮蔽板３８の非遮蔽位置（退避位置）である。従って、定着ローラ３１はその長手方向の温度分布が略均一にされる。

また、制御ユニットＣは、記録材サイズ検知手段２５から入力する使用記録材のサイズ情報が４・Ｂ５Ｙ等の中サイズ記録材であるときには、磁束遮蔽板駆動手段６３を制御して、磁束遮蔽板３８を、図１１の回転角位置に移動させる。即ち、磁束遮蔽板３８を図１０の退避位置から時計方向に回動させて、中サイズ遮蔽部３８ｂの部分を定着ローラ３１の内面とコイルアセンブリ３３の上流側磁性コア３６ｂとの間の第１遮蔽位置Ｋ１（作用位置）に挿入させた回転角位置に移動させ、その位置に保持させる動作制御を行う。これにより、定着ローラ３１の加熱部長手方向に関する磁束密度分布が、中サイズ遮蔽部３８ｂに対応する定着ローラ部分に対する作用磁束が遮蔽されることにより変化する。すなわち、中サイズ記録材の非通紙部領域に対応する定着ローラ部分の発熱量が減少されて、定着ローラ３１の非通紙部昇温が低減される。

また、制御ユニットＣは、記録材サイズ検知手段２５から入力する使用記録材のサイズ情報がＡ４Ｒ・Ｂ５Ｒ・Ａ５Ｒ等の小サイズ記録材であるときには、磁束遮蔽板駆動手段６３を制御して、磁束遮蔽板３８を、図１２の回転角位置に移動させる。即ち、磁束遮蔽板３８を図１０の退避位置から時計方向に回動させて、小サイズ遮蔽部３８ｃの部分を定着ローラ３１の内面とコイルアセンブリ３３の上流側磁性コア３６ｂとの間の第１遮蔽位置Ｋ１（作用位置）に挿入させた回転角位置に移動させ、その位置に保持させる動作制御を行う。これにより、定着ローラ３１の加熱部長手方向に関する磁束密度分布が、小サイズ遮蔽部３８ｃに対応する定着ローラ部分に対する作用磁束が遮蔽されることにより変化する。すなわち、小サイズ記録材の非通紙部領域に対応する定着ローラ部分の発熱量が減少されて、定着ローラ３１の非通紙部昇温が低減される。

また、制御ユニットＣは、記録材サイズ検知手段２５から入力する使用記録材のサイズ情報がＡ３等の最大サイズ記録材であるときには、磁束遮蔽板駆動手段６３を制御して、磁束遮蔽板３８を、図１３の回転角位置に移動させる。即ち、磁束遮蔽板３８を図１０の退避位置から反時計方向に回動させて、中央遮蔽部３８ａの部分を定着ローラ３１の内面とコイルアセンブリ３３の下流側磁性コア３６ｃとの間の第２遮蔽位置Ｋ２（作用位置）に挿入させた回転角位置に移動させ、その位置に保持させる動作制御を行う。これにより、定着ローラ３１の長手中央部の発熱量を減少させることによって、定着ローラ３１の両端部の温度を端部高の分布にしている。

最大サイズ記録材であるＡ３通紙時における磁束遮蔽板３８の動作シーケンスを図１４に基づいて説明する。

制御ユニットＣが定着装置Ｆに記録材の加熱動作を開始する命令を出力すると（Ｓ１０１）、記録材サイズ検知手段２５は通紙使用される記録材Ｐのサイズを検知し、記録材ＰのサイズがＡ３であるかどうかを判断する（Ｓ１０２）。

Ａ３サイズでなければ、後述する図１６に示すＡ３通紙時以外の磁束遮蔽板３８の動作シーケンスに基づいて動作する（Ｓ４０１）。

検知した記録材のサイズがＡ３サイズであれば、磁束遮蔽板３８を中央部遮蔽位置（図１３）に配置する（Ｓ１０３）。これにより、定着ローラ３１の長手方向の温度分布は端部高の分布に制御される。

制御ユニットＣから定着装置Ｆに定着動作開始命令が発生する（Ｓ１０４）と、中サイズ用サーミスタＴＨ３の温度Ｔｍを検知（Ｓ１０５）する。中サイズ用サーミスタＴＨ３の検知温度Ｔｍが所定温度範囲内（本実施例では、１８５℃≦Ｔｍ≦２１０℃）の場合は、磁束遮蔽板３８は動作を行わない。

中サイズ用サーミスタＴＨ３の検知温度Ｔｍが所定温度を超えた場合（本実施例では、Ｔｍ＞２１０℃）、磁束遮蔽板３８は図１０に示される非遮蔽位置に移動する（Ｓ１０６）。磁束遮蔽板３８は図１０に示される非遮蔽位置に移動すると、両端部の温度が端部温度ダレ現象により下がり始める。

そこで再び中サイズ用サーミスタＴＨ３の温度Ｔｍを検知し始める。そして、中サイズ用サーミスタＴＨ３の検知温度Ｔｍが所定温度よりも低くなった場合（本実施例では、Ｔｍ＜１８５℃）は、磁束遮蔽板３８は、図１３に示される中央部遮蔽位置に移動（Ｓ１０７）する。これにより、定着ローラ３１の長手方向の温度分布は端部高の分布に制御される。再び中サイズ用サーミスタＴＨ３の温度Ｔｍを検知する。

以上のシーケンスを、制御ユニットＣから定着装置Ｆに出力終了命令が発生される（Ｓ１０８）まで、繰り返し行う。

そして、制御ユニットＣから出力終了命令が発生されると、磁束遮蔽板３８は、図１０に示される非遮蔽位置に移動し（Ｓ１０９）、加熱定着動作を終了する（Ｓ１１０）。

即ち、最大サイズ記録材の通紙開始時は、磁束遮蔽板３８により、定着ローラ３１の加熱部長手方向に関して中央部における磁束密度を端部における磁束密度よりも少なくなるように磁束密度分布を変化させる制御をする（Ｓ１０３：図１３）。そして、最大サイズ記録材の通紙中は、この磁束密度分布を変化させる制御（Ｓ１０７：図１３）と、磁束遮蔽板３８により磁束密度分布を変化させない制御（Ｓ１０６：図１０）とを選択する制御をするものである。
つまり、本実施例において制御ユニットＣで制御されて磁束遮蔽板３８を回動させる磁束遮蔽板駆動手段６３は、装置のスタンバイ時においては磁束遮蔽板３８を退避位置に位置させ、最大の記録紙の通紙時においては定着ローラ３１の長手方向両端部の温度が中央部よりも高くなるように中サイズ用サーミスタＴＨ３の出力に応じて磁束遮蔽板３８を遮蔽位置と退避位置とに交互に繰り返し位置させる。本実施例においては、中サイズ用サーミスタＴＨ３が、装置に使用可能な幅が最大の記録紙を通紙する際には通紙域となり且つ最大の記録紙よりも幅狭の所定の記録紙を通紙する際には非通紙域となる定着ローラ３１の長手方向端部側の温度を検知する第２のセンサである。

本実施例の最大サイズ記録材であるＡ３通紙時において、上記のように磁束遮蔽板３８の配置を変化させたときの定着ローラ３１の長手方向の温度分布を図１５に示す。また、比較例として、本実施例の構成において、磁束遮蔽板３８を配置を変化させないときの定着ローラ３１の長手方向の温度分布も図１５に示す。

本実施例において、スタンバイ中は定着ローラ３１の長手方向の温度分布は長手中央部が１９０℃であるのに対し、両端部が１８５℃で、中央部温度が若干高くしている。これにより本実施例のような薄肉の定着ローラ３１においても、良好な中央部定着性を確保している。そして、最大サイズ記録材であるＡ３通紙時においては、定着ローラ３１の両端部の温度が中央部のよりも上昇している。そのため、定着ローラ３１、及び加圧ローラ３２の両端部外径は熱膨張により増え、両端部の搬送速度が中央部よりも増加する。よって、しわ取り効果が向上している。

一方、磁束遮蔽板の配置を変化させない比較例においては、最大サイズ記録材であるＡ３通紙時において端部温度ダレが生じている。そのため、定着ローラ３１、及び加圧ローラ３２の両端部外径は膨収縮により減り、両端部の搬送速度が中央部よりも減少する。よって、しわ取り効果を発揮することが出来ず、しわが発生してしまう。

次に、本実施例におけるＡ３サイズ以外の記録紙通紙時における、磁束遮蔽板３８の動作シーケンスを図１６に基づいて説明する。

制御ユニットＣから定着装置Ｆに定着動作開始命令が発生する（Ｓ４０１）と、中サイズ用サーミスタＴＨ３の温度Ｔｍを検知（Ｓ４０２）する。中サイズ用サーミスタＴＨ３の検知温度Ｔｍが所定温度範囲内（本実施例では、１６５℃≦Ｔｍ≦２２０℃）の場合は、磁束遮蔽板３８は動作を行わない。そして、中サイズ用サーミスタＴＨ３の検知温度Ｔｍが所定温度を超えた場合（本実施例では、Ｔｍ＞２２０℃）、磁束遮蔽板３８は図１１に示される中サイズ遮蔽位置に移動する（Ｓ４０３）。又、中サイズ用サーミスタＴＨ３の検知温度Ｔｍが所定温度よりも低い場合（本実施例では、Ｔｍ＜１６５℃）は、磁束遮蔽板３８は図１０に示される非遮蔽位置に移動（Ｓ４０４）し、再び中サイズ用サーミスタＴＨ３の温度Ｔｍを検知する。

次に、小サイズ用サーミスタＴＨ２の温度Ｔｓを検知（Ｓ４０５）する。小サイズ用サーミスタＴＨ２の検知温度Ｔｓが所定温度範囲内（本実施例では、１７０℃≦Ｔｓ≦２１５℃）の場合は、磁束遮蔽板３８は動作を行わない。そして、再び中サイズ用サーミスタＴＨ２の温度Ｔｍを検知する。ここで、小サイズ用サーミスタＴＨ２の検知温度Ｔｓが所定温度を超えた場合（本実施例では、Ｔｓ＞２１５℃）、磁束遮蔽板３８は、図１２に示される小サイズ遮蔽位置に移動する（Ｓ４０６）。又、小サイズ用サーミスタＴＨ２の検知温度Ｔｓが所定温度よりも低い場合（本実施例では、Ｔｓ＜１７０℃）は、磁束遮蔽板３８は図１０に示される非遮蔽位置に移動し（Ｓ４０４）、再び中サイズ用サーミスタＴＨ３の温度Ｔｍを検知する。

以上のシーケンスを、制御ユニットＣから定着装置Ｆに出力終了命令が発生される（Ｓ４０７）まで、繰り返し行う。

そして、制御ユニットＣから出力終了命令が発生されると、磁束遮蔽板３８は、図１０に示される非遮蔽位置に移動し（Ｓ４０８）、加熱定着動作を終了する（Ｓ４０９）。

而して、本実施例に係る定着装置Ｆによれば、非通紙部領域及びその付近の定着ローラ３１の温度を検知しつつ、磁束遮蔽板３８を温度に対応した部分のみ動作させる。そのため、様々な紙種が混載した連続定着であっても、磁束遮蔽板３８の動作を少なく抑えつつ定着ローラ３１の長手方向の非通紙部昇温を防止することが可能となる。

上記の実施例では記録材の通紙が中央基準である場合にて説明しているが、片側基準においても同様の効果が得られる。また磁束発生手段であるコイルアセンブリ３３を発熱体である定着ローラ３１の内部に配置した装置構成で説明を行っているが、コイルアセンブリ３３を定着ローラ１の外部に配置した構成とすることもできる。この場合も、磁束遮蔽板３８を定着ローラとコイルアセンブリの間に挿入すれば同様の効果が得られる。

本発明の電磁誘導加熱方式の画像加熱装置は、実施例の画像加熱定着装置に限られず、未定着画像を記録材に仮定着する仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の画像加熱装置としても有効である。

画像形成装置の一例の概略構成模型図である。 制御系統のブロック図である。 定着装置の要部の拡大横断左面模型図である。 同じく正面模型図である。 同じく縦断面正面模型図である。 コイルアセンブリの分解斜視模型図である。 コイルアセンブリから定着ローラへの主たる磁束作用領域と、それに対応する定着ローラ部分の円周方向発熱量分布の説明図である。 磁束遮蔽板の外観斜視模型図である。 磁束遮蔽板の展開平面図である。 磁束遮蔽板の非遮蔽位置（退避位置）の説明図である。 磁束遮蔽板の中サイズ遮蔽位置（中サイズ記録材通紙時）の説明図である。 磁束遮蔽板の小サイズ遮蔽位置（小サイズ記録材通紙時）の説明図である。 磁束遮蔽板の中央遮蔽位置（Ａ３サイズ記録材通紙時）の説明図である。 Ａ３サイズ通紙時における磁束遮蔽板の動作シーケンス図である。 実施例の定着装置の温度分布を比較例と対比して示す図である。 Ａ３サイズ（最大サイズ）以外の記録材の通紙時における磁束遮蔽板の動作シーケンス図である。

符号の説明

Ｆ・・定着装置（画像加熱装置）、３１・・定着ローラ（誘導発熱体）、３２・・加圧ローラ、３３・・コイルアセンブリ、３４・・ボビン、３５・・励磁コイル（磁束発生手段）、３６・・磁性コア、３７・・ステー、３８・・磁束遮蔽板（磁束調整手段）、３９・・分離爪、ＴＨ１〜ＴＨ３・・温度センサ、ＴＨ−ＳＷ・・サーモスタット、Ｐ・・記録材（被加熱材）、ｔ・・未定着画像（トナー画像）、Ｃ・・制御ユニット（ＣＰＵ）、６２・・励磁コイル駆動電源、２５・・記録材サイズ検知手段、６３・・磁束遮蔽板駆動手段

Claims (1)

1. 定着ローラと、
   前記定着ローラの中空部に設けられ前記定着ローラを電磁誘導発熱させる励磁コイルと、
   前記定着ローラと同軸的に設けられ、前記励磁コイルから前記定着ローラの所定の領域に向かう磁束のうち前記定着ローラの長手方向中央部に向かう磁束を選択的に少なくなるように調整する磁束調整位置と、前記励磁コイルから前記定着ローラの所定の領域に向かう磁束の調整を行わない退避位置と、の間を回動可能な磁束調整板と、
   前記定着ローラの長手方向中央部の温度を検知する第１のセンサと、
   装置に使用可能な幅が最大の記録紙を通紙する際には通紙域となり且つ前記最大の記録紙よりも幅狭の所定の記録紙を通紙する際には非通紙域となる前記定着ローラの長手方向端部側の温度を検知する第２のセンサと、
   前記定着ローラの長手方向中央部の温度が目標温度となるように前記第１のセンサの出力に応じて前記励磁コイルへの通電を制御する制御手段と、
   前記磁束調整板を回動させる駆動手段であって、スタンバイ時においては前記磁束調整板を前記退避位置に位置させ、前記最大の記録紙の通紙時においては前記定着ローラの長手方向両端部の温度が中央部よりも高くなるように前記第２のセンサの出力に応じて前記磁束調整板を前記磁束調整位置と前記退避位置とに交互に繰り返し位置させる駆動手段と、
   を有することを特徴とする定着装置。