JP5696123B2 - 定着装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載される誘導加熱方式の定着装置、及びそれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を用いた従来の画像形成装置においては、ニップを形成する定着ローラー対の少なくとも一方のローラーに熱源を内蔵させるか、或いは外部に熱源を配置して加熱ローラーとし、この定着ローラー対のニップ部に未定着トナー画像を担持した用紙（記録媒体）を挿通して加熱、及び加圧することによって、用紙にトナー画像を定着する熱ローラー定着方式が広く用いられている。

また、加熱ローラーに代えて、熱源により加熱される無端状の定着ベルトを用い、定着ベルトとこれに圧接される加圧部材とのニップ部に未定着トナー画像を担持した用紙を挿通することによって、用紙にトナー画像を定着するベルト定着方式が開発されている。このベルト定着方式では、熱ローラー定着方式に比べ熱容量を小さくしてウォームアップ時間を短縮するとともに、消費電力を低減することができる。

このような加熱ローラーや定着ベルトの加熱方式として、ハロゲンランプ等のランプで加熱するランプ方式が知られているが、近年のウォームアップ時間の短縮や、省エネルギーの要請から、交番磁界を磁性導体に鎖交させ、渦電流を発生させることによって加熱する誘導加熱（ＩＨ：Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ）方式が提案されている。

誘導加熱方式では、加熱ローラーや定着ベルト等の加熱部材の幅方向（用紙搬送方向と直交する方向）に延在するボビンの外周面に沿ってリッツ線が巻回された誘導加熱コイルに高周波電流を印加することにより、高周波磁束が発生する。この高周波磁束が加熱ローラーまたは定着ベルトの誘導発熱層に作用し、誘導発熱層の磁束の周りに渦電流が生じるため、誘導発熱層内の材質固有の抵抗に起因するジュール熱が発生して加熱ローラー、或いは定着ベルトが加熱される。

ところで、誘導加熱方式の定着装置では、誘導加熱コイルの長手方向寸法を加熱ローラーの長手方向の寸法、或いは定着ベルトの幅方向の寸法と略同一にすると、加熱ローラーの長手方向両端部、或いは定着ベルトの幅方向両端部に誘導加熱コイルのターン部（折り返し部分）が対向することになる。ここで、ターン部に発生する磁束はターン部以外の直線部に発生する磁束に比べて小さくなるため、ターン部に対向する加熱ローラーの長手方向両端部、或いは定着ベルトの幅方向両端部を効率良く加熱することができず、定着温度ムラの発生やエネルギーのロスに繋がっていた。

また、誘導加熱コイルの直線部を加熱ローラー、或いは定着ベルトの幅方向寸法よりも長くすれば上記の問題を解決できるが、誘導加熱コイルを含む誘導加熱部が大型化するため、画像形成装置の小型化、コンパクト化の妨げとなっていた。

そこで、装置を大型化することなく誘導加熱コイルに発生する磁束を有効利用する構成が提案されており、例えば特許文献１には、加熱部材である定着フィルムの幅方向両端部における励磁コイルと定着フィルムとの距離を中央部よりも近づけることにより、定着フィルムの幅方向両端部での発熱量を増加させた誘導加熱装置が開示されている。また、特許文献２には、励磁コイルが巻き付けられるコア材の断面積を加熱ローラーの中央部から長手方向両端部に向かって大きくすることにより、励磁コイルの間隔が加熱ローラーの中央部から長手方向両端部に向かって大きくなるように構成した誘導加熱方式の定着装置が開示されている。

特開平９−２６７１９号公報 特開２００２−１２３１０６号公報

特許文献１及び特許文献２の方法では、誘導加熱コイルの長手方向端部における磁束の減少が抑制され、加熱部材の用紙搬送方向と直交する方向の両端部における発熱量も増加するため、温度低下を抑制することができる。しかし、特許文献１及び特許文献２の構成では、加熱部材の最大通紙領域の外側の部分における発熱量も増加する結果となり、エネルギーのロスに繋がっていた。さらに、誘導加熱コイルのターン部に対向する加熱部材の用紙搬送方向と直交する方向の両端部では、ターン部が形成する磁束が貫通することで局所的に発熱量が高くなるため、過昇温によって加熱部材が破損するおそれもあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、記録媒体の通過領域全域において均一な発熱量を確保するとともに、記録媒体の非通過領域の発熱も抑制できる誘導加熱方式の定着装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、記録媒体の搬送速度と略等速で回動可能な加熱部材と、該加熱部材に所定の圧力で当接する加圧部材と、前記加熱部材の外周面に沿って配置される誘導加熱コイルに電流を流して磁束を発生させ、該磁束によって前記加熱部材に設けられた誘導発熱層を加熱する誘導加熱部と、を備え、前記加熱部材と前記加圧部材により形成された定着ニップ部に記録媒体を挿通させて記録媒体上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置において、前記誘導加熱コイルを軸方向から見たときの長手方向中央部の巻き幅をＷｃ、記録媒体の最大挿通幅の内側直近の巻き幅をＷｐ、長手方向両端部の巻き幅をＷｅとするとき、Ｗｅ≦Ｗｃ＜Ｗｐを満たす定着装置である。

本発明の第１の構成によれば、誘導加熱コイルの長手方向中央部の巻き幅Ｗｃから徐々に広くして記録媒体の最大挿通幅の内側直近の巻き幅Ｗｐを最大とし、長手方向両端部の巻き幅Ｗｅを巻き幅Ｗｃと同等以下とすることにより、記録媒体の挿通幅全域に亘って加熱部材の表面温度を略均一に保持しつつ、記録媒体の非挿通領域における加熱部材の不要な発熱を抑えることができる。従って、記録媒体のサイズに係わらず良好な定着性能を維持するとともに、エネルギーのロスも少なく過剰な発熱による加熱部材の破損も抑制可能な定着装置となる。

本発明の定着装置１３が搭載されたカラープリンター１００の概略断面図 本発明の一実施形態に係る定着装置１３の側面断面図 定着装置１３を誘導加熱部２５側から見た平面図 本発明の定着装置１３に用いられる誘導加熱コイル２９を平面的に見た概略図 本発明の定着装置１３を構成する誘導加熱ベルト２１、定着ローラー２２、及び誘導加熱部２５の、誘導加熱コイル２９の巻き幅Ｗｐ部分における側面断面図 誘導加熱コイル２９の巻き幅Ｗｐ部分におけるリッツ線２８の巻き付け状態を示す部分斜視図 本発明の定着装置１３を構成する誘導加熱ベルト２１、定着ローラー２２、及び誘導加熱部２５の、誘導加熱コイル２９の巻き幅Ｗｅ部分における側面断面図 実施例１における加熱ベルト２１の幅方向の表面温度分布を示すグラフ 実施例２における加熱ベルト２１の幅方向中央部から端部までの発熱量を示すグラフ

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の定着装置が搭載される画像形成装置の構成を示す模式断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラープリンター１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、中間転写ベルト８の移動方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、さらに駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次一次転写されて重畳された後、二次転写ローラー９の作用によって記録媒体の一例としての用紙Ｐ上に二次転写され、さらに、定着装置１３において用紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される用紙Ｐは、カラープリンター１００の本体下部に配置された用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａ及びレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９と後述する中間転写ベルト８の駆動ローラー１１とのニップ部へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。また、二次転写ローラー９からみて中間転写ベルト８の移動方向の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光装置５と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）等を除去するクリーニング部７ａ、７ｂ、７ｃ及び７ｄが設けられている。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置３ａ〜３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ４ａ〜４ｄから各現像装置３ａ〜３ｄにトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、一次転写後に感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナー等がクリーニング部７ａ〜７ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の従動ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とに掛け渡されており、駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、用紙Ｐがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで駆動ローラー１１とこれに隣接して設けられた二次転写ローラー９とのニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送され、中間転写ベルト８上のフルカラー画像が用紙Ｐ上に転写される。トナー像が転写された用紙Ｐは定着装置１３へと搬送される。

定着装置１３に搬送された用紙Ｐは、加熱ベルト２１及び加圧ローラー２３（図２参照）により加熱及び加圧されてトナー像が用紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された用紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。用紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、用紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着装置１３を通過した用紙Ｐは一旦排出ローラー対１５方向に搬送され、用紙Ｐの後端が分岐部１４を通過した後に排出ローラー対１５を逆回転させるとともに分岐部１４の搬送方向を切り換えることで、用紙Ｐの後端から反転搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ニップ部に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラー９により用紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着装置１３に搬送されてトナー像が定着された後、排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

図２は、定着装置１３の側面断面図（図３のＡＡ′矢視断面図）であり、図３は、定着装置１３を誘導加熱部２５側（図２の上方向）から見た平面図である。なお、図２は図１の定着装置１３を時計回り方向に９０°回転させた状態を示しており、用紙搬送方向は左から右方向となっている。また、図３では誘導加熱部２５の背面側にある加熱ベルト２１、加圧ローラー２３をずらして記載している。

図２、図３に示すように、定着装置１３は、無端状の加熱ベルト２１と、加熱ベルト２１に内接し、図２において反時計回り方向に回動する定着ローラー２２と、加熱ベルト２１を介して定着ローラー２２に圧接され、図２において時計回り方向に回転する加圧ローラー２３と、加熱ベルト２１を挟んで加圧ローラー２３の反対側に配置される誘導加熱部２５と、を含む構成である。加熱ベルト２１と加圧ローラー２３の圧接部分は、トナー像が形成された用紙Ｐを挿通して加熱及び加圧する定着ニップ部Ｎとなっている。

加熱ベルト２１は、定着ローラー２２に接する最も内側に設けられた誘導発熱層や、加圧ローラー２３に接する最も外側に設けられた離型層を含む複数の層が積層されて成る無端状のベルトである。この加熱ベルト２１は、定着ローラー２２に巻き掛けられ、所定の張力が与えられるとともに、定着ローラー２２に接していない部分が誘導加熱部２５と所定の間隔を隔てた円弧形状に保持されている。なお、定着ローラー２２に代えて、加熱ベルト２１を介して加圧ローラー２３に圧接されるベルト支持部材を配置しても良い。

加熱ベルト２１の誘導発熱層としては、ニッケル等の金属をメッキ、又は圧延処理した金属層が用いられる。離型層は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素系樹脂を用いて、塗料の塗布やチューブを被せることによって形成されている。離型層は、ＰＦＡチューブであれば１０〜５０μｍ、フッ素樹脂塗料であれば１０〜３０μｍ程度の厚さが適当である。

また、誘導発熱層と離型層との間に、弾性層として厚さ０．１〜１ｍｍ程度のシリコーンゴム層を設けても良い。この構成によれば、弾性層が用紙上の未定着トナー像を包み込んで、ソフトに定着できる。その結果、画像の高画質化を図ることが可能となり、高性能な定着装置１３を得ることができる。

また、誘導発熱層と離型層との間に蓄熱層を設けて誘導発熱層で発生した熱を逃がさないようにし、且つ加熱ベルト２１の表面の温度を均一に保持することもできる。その結果、さらに高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減の効果を高めることが可能となる。

蓄熱層は、シリカやアルミナ、酸化マグネシウム等の金属酸化物の粉末をフィラーとして配合して熱伝導率を高めたシリコーンゴムや、アルミ、銅、ニッケル等の熱伝導率の高い金属で構成され、これらをチューブ状に成型したものを被覆する、或いはメッキするなどして設けられている。蓄熱層は、シリコーンゴムのように弾性がある材料であれば良いが、金属で構成した場合、肉厚を厚くし過ぎるとベルトの硬度が上がり、トナーを溶融するのに必要なニップ量が得られなくなってしまう。したがって、蓄熱層の厚さは、１０〜１０００μｍ、望ましくは５０〜５００μｍとする。

また、加熱ベルト２１の幅方向（図２の紙面と垂直方向）の寸法は、誘導加熱部２５の幅方向の寸法よりも狭く、且つ定着ニップ部Ｎを通過する最大の用紙幅よりも広く設定されている。これにより、誘導加熱部２５は加熱ベルト２１全体を均一に加熱して定着ムラの発生を防止するとともに、加熱ベルト２１は用紙サイズに係わらず用紙全面を覆うことができるため、定着ローラー２２への未定着トナーの付着を防止できる。

本実施形態に用いる加熱ベルト２１の構成としては、例えば、厚さ０．０３５ｍｍのニッケル層（誘導発熱層）上に厚さ０．３ｍｍのシリコーンゴム層（弾性層）を積層し、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブ（離型層）で被覆した外径４０ｍｍ、幅３４０ｍｍのベルトが挙げられる。

また、加熱ベルト２１の表面に接するようにサーミスター（図示せず）が設けられている。このサーミスターにより加熱ベルト２１の温度を検知し、誘導加熱部２５に流れる電流をＯＮ／ＯＦＦすることによって定着温度の制御を行う。

定着ローラー２２は、加熱ベルト２１を介して加圧ローラー２３と当接することで、用紙を挿通させる定着ニップ部Ｎを形成する。定着ローラー２２の材質としては、アルミニウム等の金属や耐熱性樹脂等が用いられる。また、加熱ベルト２１との接触面には弾性層として厚さ１〜１０ｍｍ程度のシリコーンゴム層が設けられ、シリコーンゴム層の表面には離型層としてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製のシートが貼り付けられている。

本実施形態に用いる定着ローラー２２の構成としては、例えば、外径２０ｍｍ、長さ３３５ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミニウム管の外周面に、厚さ９．５ｍｍのシリコーンゴム層（弾性層）を積層し、さらにＰＴＦＥシート（離型層）を貼り付けたものが挙げられる。

加圧ローラー２３は、芯金２３ａの外側に弾性層２３ｂが設けられている。芯金２３ａには加圧ローラー２３の圧力を調整する圧調整機構（図示せず）が配置されており、加圧ローラー２３を定着ローラー２２に対し所定の圧力（例えば３００Ｎ）で圧接する。加圧ローラー２３は図示しない駆動モーターにより時計回り方向に回転駆動される。なお、加圧ローラー２３の表面はＰＦＡチューブ等の離型層で被覆されていても良い。本実施形態に用いる加圧ローラー２３の構成としては、例えば、外径２３ｍｍ、長さ３３７ｍｍ、厚さ３ｍｍのアルミニウム管である芯金２３ａの外側に、弾性層２３ｂを構成する厚さ３．５ｍｍのシリコーンゴム層を設け、外周面に離型層としてフッ素樹脂をコーティングしたものが挙げられる。

誘導加熱部２５は、電磁誘導により加熱ベルト２１を加熱するものであり、コイルボビン２７、誘導加熱コイル２９、及びアーチコア３０ａ、サイドコア３０ｂからなるコア部等で構成され、加熱ベルト２１の円弧状の外面の一部を囲うように対向して配設される。

コイルボビン２７は、加熱ベルト２１の外面に沿う断面円弧状に成形されている。コイルボビン２７の材質は、耐熱性樹脂（例えばＰＰＳ：ポリフェニレンサルファイド樹脂、ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート樹脂、ＬＣＰ：液晶ポリマー樹脂）であることが好ましい。

コイルボビン２７上には誘導加熱部２５の長手方向（図２の紙面と垂直方向）に延びる巻芯部３１が形成されており、リッツ線２８を巻芯部３１に複数回（ここでは１０回）巻回した誘導加熱コイル２９が配置されている。誘導加熱コイル２９は、誘導加熱部２５の長手方向に平行な直線部２９ａと、誘導加熱部２５の両端部に位置するターン部２９ｂとを有し、両端部が図示しない電源に接続されている。また、誘導加熱コイル２９のコイルボビン２７への固定は、耐熱性接着剤（例えばシリコーン系接着剤）を用いて行う。

リッツ線２８は、細線（導線）を複数本束ねて撚り合わせたものをエナメル層で被覆し、さらにエナメル層の外側を融着層で被覆したものである。細線の本数はリッツ線２８に接続される電源の電圧に応じて調整される。例えば、電圧１００Ｖの場合は１５０本の細線を撚り合わせた直径３．３ｍｍのリッツ線２８が用いられ、電圧２００Ｖの場合は７５本の細線を撚り合わせた直径１．７〜１．８ｍｍのリッツ線２８が用いられる。

誘導加熱コイル２９を囲むように、複数のアーチコア３０ａ及び一対のサイドコア３０ｂが配置されている。アーチコア３０ａは、その断面形状がアーチ形に成形されたフェライト製コアである。また、両側のサイドコア３０ｂは、ブロック形状に成形されたフェライト製のコアである。サイドコア３０ｂは各アーチコア３０ａの両端（図３では上下端）に連結して設けられている。各サイドコア３０ｂは、それぞれ誘導加熱コイル２９が配置された領域の外側を覆っている。

アーチコア３０ａは、例えば誘導加熱部２５の長手方向に間隔をおいて複数箇所に配置されている。また、アーチコア３０ａの配置密度は、高ければ高いほど磁束の誘導性能が良くなる。しかしながら、ある程度アーチコア３０ａの配置密度を減らしても磁束の誘導性能の低下は少ないので、充分な性能を発揮できる範囲で高いコストパフォーマンスが得られるようにアーチコア３０ａの配置密度を設定することが好ましい。また、加熱ベルト２１の幅方向の温度分布を調整する場合、アーチコア３０ａの配置密度を調整することで対応可能である。

また、サイドコア３０ｂは、誘導加熱部２５の長手方向において複数に分割されており、その１つの長さが３０〜６０ｍｍ程度である。複数のサイドコア３０ｂは誘導加熱部２５の長手方向に間隔を開けずに連続して配置されている。このようにサイドコア３０ｂを連続して複数配置することで、アーチコア３０ａの配置による温度分布の振れ幅を均す効果がある。なお、各アーチコア３０ａ、サイドコア３０ｂの配置は、例えば誘導加熱コイル２９の磁束密度（磁界強度）分布に合わせて決定されている。アーチコア３０ａがある程度の間隔をおいて配置されている分、アーチコア３０ａが抜けた箇所でサイドコア３０ｂが磁束の集束効果を補い、長手方向での磁束密度分布（温度分布）を均している。

本実施形態では、図２に示すようなアーチ形状の断面を有する幅１０ｍｍのアーチコア３０ａを、誘導加熱部２５の長手方向に所定の間隔を隔てて１３個配置している。また、アーチコア３０ａの両端に、長さ４２．５ｍｍ、幅１２ｍｍ、厚さ３．５ｍｍのブロック形状のサイドコア３０ｂを、長手方向に８個ずつ配置している。

誘導加熱部２５は、誘導加熱コイル２９に高周波電流を供給することにより、アーチコア３０ｂ及びサイドコア３０ｃを通じて磁束を発生させる。誘導加熱部２５から発せられる磁束は加熱ベルト２１の誘導発熱層に作用する。その結果、誘導発熱層の磁束の周りに渦電流が生じるため、誘導発熱層の電気抵抗によってジュール熱が発生して加熱ベルト２１が発熱することになる。

誘導加熱コイル２９に流れる電流は、サーミスターによって加熱ベルト２１が所定の温度となるように制御されている。そして、誘導加熱部２５により加熱ベルト２１が加熱されて所定の温度に昇温された後に、定着ニップ部Ｎで挟持されながら搬送される用紙Ｐ（図１参照）が加熱されるとともに、加圧ローラー２３にて加圧されることにより、用紙Ｐ上の粉体状態のトナーが用紙Ｐに溶融定着される。

図４は、誘導加熱コイル２９を平面的に見た概略図である。図４では誘導加熱コイル２９を構成するリッツ線２８は記載を省略している。本実施形態では、誘導加熱コイル２９を巻芯方向（軸方向）から見たときの巻き幅を、誘導加熱コイル２９の長手方向中央部の巻き幅Ｗｃから長手方向両端部に向けて徐々に広くしている。そして最大通紙幅Ｒの内側直近の巻き幅Ｗｐを最大としている。さらに、最大通紙幅Ｒから長手方向両端部に向けて逆に巻き幅を狭くしていき、長手方向両端部での巻き幅Ｗｅは長手方向中央部の巻き幅Ｗｃに比べて同等以下となるようにしている。即ち、巻き幅Ｗｃ、Ｗｐ、Ｗｅの関係は以下の式（１）のようになっている。
Ｗｅ≦Ｗｃ＜Ｗｐ ・・・（１）

次に、誘導加熱コイル２９の作製方法について説明する。先ず、リッツ線２８が巻き取られたリール（図示せず）からリッツ線２８を繰り出してコイルボビン２７の巻芯部３１に沿わせ、巻き始め側の先端が所定の長さだけコイルボビン２７から突出するようにセットする。次いで、リッツ線２８に所定の張力を掛けつつ、巻芯部３１に所定回数（例えば１０回）だけ巻回する。

図５は、誘導加熱ベルト２１、定着ローラー２２、及び誘導加熱部２５の、誘導加熱コイル２９の巻き幅Ｗｐ部分における側面断面図（図３のＢＢ′矢視断面図）であり、図６は、誘導加熱コイル２９の巻き幅Ｗｐ部分におけるリッツ線２８の巻き付け状態を示す部分斜視図である。図２及び図５に示すように、巻芯部３１には最大通紙幅Ｒに対向する部分に段差部３１ａが形成されているため、誘導加熱コイル２９の長手方向中央部から最大通紙領域までの範囲においては、２段に分けられたリッツ線２８が幅方向にずれた状態で巻き付けられる。

ここで、巻芯部３１の最大通紙幅Ｒに対応する領域の、長手方向における内側直近に形成される段差部３１ａ（図５参照）は、巻芯部３１の長手方向中央部に形成される段差部３１ａ（図２参照）よりも段差が大きくなっている。そのため、図６に示すように、コイルボビン２７の表面に当接する１段目のリッツ線２８ａは、巻芯部３１の長手方向に沿って直線状に巻き付けられるのに対し、１段目のリッツ線２８ａに重なる２段目のリッツ線２８ｂは、長手方向中央部側（図６の左側）から最大通紙幅Ｒの内側直近（図６の右側）に向かってずれ幅が徐々に大きくなるように、周方向外側へ屈曲した形状で巻き付けられる。これにより、誘導加熱コイル２９の巻き幅ＷｐはＷｃに比べて広くなっている。

図７は、誘導加熱ベルト２１、定着ローラー２２、及び誘導加熱部２５の、誘導加熱コイル２９の巻き幅Ｗｅ部分における側面断面図（図３のＣＣ′矢視断面図）である。図７に示すように、巻芯部３１には最大通紙幅Ｒから長手方向端部に向かう部分に段差部３１ａが形成されていない。そのため、２段に分けられたリッツ線２８は幅方向にずれることなく重なり合うように巻き付けられ、誘導加熱コイル２９の長手方向両端部での巻き幅ＷｅはＷｃ、Ｗｐに比べて狭くなっている。

上述したように、リッツ線２８は既に巻き付けられたリッツ線２８に沿って巻芯部３１の径方向内側から外側に向かって順次整列して巻き付けられ、コイルボビン２７に沿って断面円弧状の誘導加熱コイル２９が巻き上げられる。そして、巻き上げられた誘導加熱コイル２９が緩まないように保持しながら、リッツ線２８のリール側を所定の長さだけコイルボビン２７から突出するように切断することにより、リッツ線２８の巻き始め側、及び巻き終わり側の両端がコイルボビン２７から突出した状態となる。このリッツ線２８の両端には端子を取り付けておく。

この状態で、リッツ線２８の両端に取り付けられた端子を介して誘導加熱コイル２９に電流を流すと、リッツ線２８が自己発熱することによって表面の融着層が溶融する。そして、一定時間経過後に電流を遮断して誘導加熱コイル２９を冷却することにより、融着層が再び固化して誘導加熱コイル２９の形状が固定される。

誘導加熱コイル２９の巻き幅を増加させると、加熱ベルト２１に対向する誘導加熱コイル２９の面積が増加する。そのため、誘導加熱コイル２９によって発生した磁束が加熱ベルト２１を通過する面積も大きくなり、加熱ベルト２１の発熱量は増加する。本実施形態では、最大通紙幅Ｒの内側直近の誘導加熱コイル２９の巻き幅Ｗｐを最大にすることで、加熱ベルト２１の通紙領域では発熱量が増加する一方、加熱ベルト２１の非通紙領域では長手方向端部に向かってコイル幅が狭くなるため発熱量は減少する。

従って、加熱ベルト２１の最大通紙幅Ｒ全域を効率良く加熱するとともに均一な発熱量分布を実現しつつ、非通紙領域の発熱を抑制できるため、定着温度ムラの発生やエネルギーのロスを効果的に低減することができる。また、過剰な発熱によって破損し易い加熱ベルト２１の幅方向端部の破損を防止することができ、加熱ベルト２１の長寿命化にも寄与する。さらに、誘導加熱コイル２９の両端部近傍にコア材（センターコア）を配置する必要がないため、誘導加熱部２５の構成が簡素化され、定着装置１３の低コスト化にも繋がる。

また、誘導加熱コイル２９の長手方向両端部での巻き幅Ｗｅを、長手方向中央部の巻き幅Ｗｃよりも狭くすることで、加熱ベルト２１の幅方向端部の発熱をより一層抑制することができる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態で示した加熱ベルト２１、加圧ローラー２３等の構成は好ましい一例であり、本発明の目的を達成可能な他の構成を採用することもできる。また、上記実施形態では、誘導加熱部２５により加熱ベルト２１の誘導発熱層を加熱するベルト定着方式の定着装置１３について説明したが、加熱ベルト２１に代えて誘導発熱層を有する加熱ローラーを設けた熱ローラー定着方式の定着装置にも同様に適用可能である。

また、誘導加熱部２５を備えた本発明の定着装置１３は、図１に示したタンデム式のカラープリンターに限らず、デジタル複合機やカラー複写機、アナログ方式のモノクロ複写機、或いはモノクロプリンターやファクシミリ等の、電子写真プロセスを用いた種々の画像形成装置に適用できる。以下、実施例により本発明の効果を更に詳細に説明する。

図２に示したベルト定着方式の定着装置１３を用いて、加熱ベルト２１の幅方向における温度分布を測定した。コイルボビン２７の巻芯部３１に段差部３１ａを形成し、長手方向中央部から１５０ｍｍ（最大通紙幅）までの範囲で２段目のリッツ線２８ｂを周方向外側へ屈曲した形状で巻き付けて、図４に示したような誘導加熱コイル２９を形成したものを本実施例１とした。この屈曲部の頂点は長手方向中央部から１２０ｍｍの位置とした。誘導加熱コイル２９の巻き幅は、長手方向中央部の巻き幅Ｗｃを１５ｍｍ、屈曲部の頂点（最大通紙幅の内側直近）の巻き幅Ｗｐを１９ｍｍ、長手方向中央部から１６０ｍｍ（長手方向両端部）での巻き幅Ｗｅを１４ｍｍとした。また、誘導加熱コイル２９のターン部２９ｂ（図３参照）の内面間の幅は３３０ｍｍ、誘導加熱コイル２９の直線部２９ａ（図３参照）の内側面の幅は１０ｍｍとした。

また、コイルボビン２７の巻芯部３１に段差部３１ａを形成せず、コイルの巻き幅Ｗｃ、Ｗｐ、Ｗｅが全て１５ｍｍである誘導加熱コイル２９を形成したものを比較例１とし、比較例１の誘導加熱コイル２９の長手方向両端部に磁性体コア（センターコア）を配置したものを比較例２とした。そして、本実施例１、比較例１及び２の定着装置の誘導加熱コイル２９に通電したときの加熱ベルト２１の幅方向における表面温度分布を測定した。結果を図８に示す。

図８から明らかなように、誘導加熱コイル２９の長手方向中央部の巻き幅Ｗｃから徐々に広くして最大通紙幅の内側直近の巻き幅Ｗｐを最大とし、長手方向両端部の巻き幅Ｗｅを巻き幅Ｗｃよりも狭くした本実施例１の定着装置（図８の実線で表示）では、最大通紙幅の両端部まで加熱ベルト２１の表面温度は約１８０℃に保持されており、通紙幅全域に亘って表面温度が略均一となっていた。また、最大通紙幅よりも外側の領域では加熱ベルト２１の表面温度が１６０℃付近まで低下しており、非通紙領域における不要な発熱も抑えられていた。

これに対し、誘導加熱コイル２９の巻き幅が一定である比較例１の定着装置（図８の破線で表示）では、最大通紙幅の両端部において加熱ベルト２１の表面温度が約１６０℃に低下しており、定着不良が発生するおそれがあった。また、長手方向端部に磁性体コアを追加した点以外は比較例１と同様の構成とした比較例２の定着装置（図８の点線で表示）では、通紙幅全域に亘って加熱ベルト２１の表面温度が１８５℃に保持されていたが、最大通紙幅よりも外側の領域においても表面温度が１８０℃付近と高く、非通紙領域における不要な発熱が発生していた。

図２に示したベルト定着方式の定着装置１３を用いて、加熱ベルト２１の幅方向端部における発熱量を測定した。コイルボビン２７の巻芯部３１に段差部３１ａを形成し、誘導加熱コイル２９の長手方向中央部の巻き幅Ｗｃを１６ｍｍ、屈曲部の頂点近傍（１３５ｍｍ〜１４５ｍｍ）の巻き幅Ｗｐを２０ｍｍ、長手方向中央部から１６０ｍｍ（長手方向両端部）での巻き幅Ｗｅを１６ｍｍとしたものを本実施例２とした。そして、誘導加熱コイル２９に通電したときの加熱ベルト２１の幅方向端部における発熱量を測定した。

また、誘導加熱コイル２９の巻き幅Ｗｃ、Ｗｐ、Ｗｅが全て１５ｍｍである比較例１の定着装置と、最大通紙幅（長手方向中央部から１５０ｍｍ）から長手方向両端部までの誘導加熱コイル２９の巻き幅Ｗｅが１９ｍｍである比較例３の定着装置についても同様に加熱ベルト２１の幅方向端部における発熱量を測定した。結果を図９に示す。なお、図９では加熱ベルト２１の幅方向中央部から一方の端部までの発熱量を図示しているが、他方の端部までの発熱量についても全く同様の挙動を示した。

図９から明らかなように、誘導加熱コイル２９の幅を長手方向中央部の巻き幅Ｗｃから徐々に広くして最大通紙幅の内側直近の巻き幅Ｗｐを最大とし、長手方向両端部の巻き幅Ｗｅを巻き幅Ｗｃよりも狭くした本実施例２の定着装置（図９の実線で表示）では、最大通紙幅の両端部まで加熱ベルト２１の発熱量が約６．５Ｗであり、通紙幅全域に亘って６．５〜７．５Ｗの発熱量が保持されていた。また、加熱ベルト２１の幅方向端部での発熱量も７．６Ｗに抑えられており、非通紙領域における不要な発熱も抑えられていた。

これに対し、誘導加熱コイル２９の巻き幅が一定である比較例１の定着装置（図９の破線で表示）では、最大通紙幅の両端部において加熱ベルト２１の発熱量が約６Ｗに低下した。また、長手方向端部の巻き幅Ｗｅを広くした比較例３の定着装置（図９の一点鎖線で表示）では、通紙幅全域に亘って発熱量が６．５Ｗ以上に保持されていたが、加熱ベルト２１の幅方向端部での発熱量が８Ｗと高く、非通紙領域における不要な発熱が発生していた。また、発熱によって加熱ベルト２１の幅方向端部が破損するおそれもあった。

本発明は、誘導加熱部を備えた誘導加熱方式の定着装置に利用可能である。本発明の利用により、通紙幅全域に亘って加熱部材の表面温度を略均一に保持することで定着性能を維持しつつ、非通紙領域における加熱部材の不要な発熱を抑えることでエネルギーのロスも少ない定着装置を提供することができる。

１３ 定着装置
２１ 加熱ベルト（加熱部材）
２２ 定着ローラー
２３ 加圧ローラー
２５ 誘導加熱部
２７ コイルボビン
２８ リッツ線
２８ａ リッツ線（１段目）
２８ｂ リッツ線（２段目）
２９ 誘導加熱コイル
２９ａ 直線部
２９ｂ ターン部
３０ａ アーチコア
３０ｂ サイドコア
３１ 巻芯部
３１ａ 段差部
１００ カラープリンター（画像形成装置）

Claims (5)

1. 記録媒体の搬送速度と略等速で回動可能な加熱部材と、
   該加熱部材に所定の圧力で当接する加圧部材と、
   前記加熱部材の外周面に沿って配置される誘導加熱コイルに電流を流して磁束を発生させ、該磁束によって前記加熱部材に設けられた誘導発熱層を加熱する誘導加熱部と、
   を備え、前記加熱部材と前記加圧部材により形成された定着ニップ部に記録媒体を挿通させて記録媒体上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置において、
   前記誘導加熱コイルは、リッツ線を２段に分けて所定回数巻回して形成され、１段目の前記リッツ線と２段目の前記リッツ線との段差部が、前記誘導加熱コイルを軸方向から見たときの長手方向中央部から記録媒体の最大挿通幅の内側直近に向かってずれ幅が大きくなるように巻き付けられ、記録媒体の最大挿通幅から長手方向端部に向かってずれ幅が小さくなるように巻き付けられており、
   前記誘導加熱コイルを軸方向から見たときの長手方向中央部の径方向内側から外側までの巻き幅をＷｃ、記録媒体の最大挿通幅の内側直近の径方向内側から外側までの巻き幅をＷｐ、長手方向両端部の径方向内側から外側までの巻き幅をＷｅとするとき、以下の式（１）を満たすことを特徴とする定着装置。
   Ｗｅ≦Ｗｃ＜Ｗｐ ・・・（１）
2. 前記誘導加熱コイルは、記録媒体の最大挿通幅から長手方向端部に向かう部分では１段目の前記リッツ線と２段目の前記リッツ線とがずれることなく重なり合うように巻き付けられており、
   前記誘導加熱コイルの長手方向両端部の径方向内側から外側までの巻き幅Ｗｅが、長手方向中央部の径方向内側から外側までの巻き幅Ｗｃよりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記誘導加熱部は、リッツ線を複数回巻き付けて前記誘導加熱コイルを形成する巻芯部が設けられたコイルボビンを有し、前記巻芯部に形成された段差部に沿って前記リッツ線を巻き付けることで前記誘導加熱コイルの巻き幅を変化させ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。
4. 前記加熱部材は、無端状の加熱ベルトであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の定着装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。