JP5743577B2 - 像加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱の加熱長さを可変に構成した加熱ベルト方式の像加熱装置、詳しくは、記録材の連続的な加熱処理を行う際の記録材の通紙領域の制御に関する。

トナー像を記録材に転写した後に、ローラ加熱方式の定着装置の加熱ニップで加熱加圧して、記録材にトナー像を定着させる画像形成装置が広く用いられている。ローラ方式の定着装置では、記録材の連続的な加熱処理に伴って、非通紙領域のローラ端部に過熱領域が形成される。このため、加熱ニップに搬送されてくる記録材と加熱ニップの相対的な位置関係をシフトさせる制御が提案されている（特許文献１、２）。

一方、ローラ加熱方式とは異なる定着装置として、ベルト加熱方式の定着装置が実用化されている。ベルト加熱方式の定着装置は、円筒状の薄い加熱ベルト部材を加熱してトナー像の加熱加圧処理を行うため、肉厚のローラ全体を一様に加熱するローラ定着方式に比較して、加熱される質量が小さくて済む。特に、加熱ベルト部材に金属層を設けて、交流磁界により誘導加熱する電磁加熱方式は、加熱ベルト部材に加熱を集中させるため、ごく短時間で起動して記録材の加熱処理を開始できる（特許文献３）。

しかし、電磁加熱方式のベルト加熱方式の像加熱装置は、ごく小さな質量に加熱が集中するため、非通紙領域の加熱ベルト部材の端部が短時間で過剰な温度に加熱されて熱変形を生じてしまう。特許文献１、２のような記録材の振り分けを行っても、記録材の通過を待っている間に大きな温度上昇が発生する。

そこで、特許文献４では、加熱ベルト部材の回転方向に直角な幅方向における加熱ベルト部材の加熱長さを、記録材の通過幅に応じて複数段階に設定可能な交流磁束発生手段を用いて、加熱ベルト部材の誘導加熱を行っている。加熱ベルト部材の長手方向に複数個のコア部材を配列させ、記録材の通過幅に応じた範囲のコア部材の磁束の磁気回路の磁気抵抗を、その外側のコア部材の磁束の磁気回路の磁気抵抗よりも大きく設定して、記録材の加熱処理を開始している。これにより、記録材の通過幅の外側に位置する加熱ベルト部材の過熱を回避している。

特開２００３−１４９９７０号公報 特開２００１−３７３１７８号公報 特開２００１−１９４９４０号公報 特開２０１０−１６０３８８号公報

特許文献４に示されるように、記録材の通過幅に応じた加熱長さを設定しても、その加熱長さの外側の加熱ベルト部材に過熱領域が発生して熱変形を生じる場合があることが判明した。

ベルト加熱方式の定着装置では、定着装置の全体の温度分布が平衡状態になるのを待たないで、加熱ニップの温度分布が記録材の幅程度の一様な温度状態になった時点で記録材の加熱処理を開始している。そのため、加熱ベルト部材の温度を一定に保って記録材に奪われる熱量を補う以上の加熱が常時行われおり、熱伝達（放熱）を妨げられた部分や非通紙領域では、思いがけない高温度が発生する。

本発明は、ベルトの局所的な過熱を低減できる像加熱装置を提供することを目的としている。

本発明の像加熱装置は、記録材上のトナー像をニップにて加熱する無端状のベルトと、前記ベルトの外側面に当接して前記ベルトとの間に前記ニップを形成する回転体と、前記ベルトを誘導加熱するための磁束を発生する励磁コイルと、前記ベルトの外部にその長手方向に沿って並べて設けられ前記励磁コイルより発生した磁束を前記ベルトに案内する複数の磁性コアと、前記複数の磁性コアの少なくとも１つを第１の位置とこれよりも前記励磁コイルから離れた第２の位置を取り得るように移動させる移動機構と、装置に使用可能な最大幅の記録材よりも幅狭な所定の幅サイズの記録材上のトナー像を加熱するとき、前記所定の幅サイズに応じて前記複数の磁性コアの少なくとも１つを前記第２の位置に配置する制御手段と、前記長手方向において、前記ニップでの記録材の通過位置と前記複数の磁性コアの相対的な位置関係を変更する変更機構と、を有するものである。そして、前記所定の幅サイズの複数の記録材上のトナー像を連続して加熱するとき、前記変更機構は、前記長手方向において、前記第１の位置に並ぶ磁性コア群の両端の２つの磁性コアの位置を前記通過位置が超えないように、前記相対的な位置関係を変更する。

本発明によれば、像加熱装置において、ベルトの局所的な過熱を低減できる。

画像形成装置の構成の説明図である。 定着装置の要部の構成の説明図である。 定着装置の長手方向の構成の説明図である。 定着ベルト１の層構成模型図である。 外側磁性体コアの配置の説明図である。 外側磁性体コアの動作の説明図である。 記録材シフト機構の説明図である。 実施例１の通紙制御のフローチャートである。 記録材を往復移動させない場合の端部温度上昇の説明図である。 記録材を往復移動させるタイミングの説明図である。 記録材を往復移動させた場合の通紙５０枚時点での端部温度上昇の説明図である。 通紙１００枚時点での端部温度上昇の説明図である。 通紙２００枚時点での端部温度上昇の説明図である。 通紙５００枚時点での端部温度上昇の説明図である。 実施例３で用いる定着装置の構成の説明図である。

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。本発明は、誘導加熱の加熱範囲を設定して記録材の加熱処理を開始した後に、定着ニップにおける記録材が通過する範囲が次第に拡大される限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、像加熱装置は、トナー像を転写された記録材を加熱処理して記録材にトナー像を定着させる定着装置のみならず、半定着又は定着済みトナー像を加熱処理して画像に所望の表面性を付与する表面処理装置を含む。

像加熱装置を搭載する画像形成装置は、モノクロ／フルカラー、枚葉型／記録材搬送型／中間転写型、トナー像形成方式、転写方式の区別無く本発明を実施できる。

本実施形態では、トナー像の形成／転写／定着に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。

＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置Ｅは、中間転写ベルト２６に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。

画像形成部ＰＹでは、感光ドラム２１（Ｙ）にイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト２６に一次転写される。画像形成部ＰＭでは、感光ドラム２１（Ｍ）にマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト２６に一次転写される。画像形成部ＰＣ、ＰＫでは、感光ドラム２１（Ｃ）、２１（Ｋ）にそれぞれシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト２６に順次一次転写される。

中間転写ベルト２６は、エンドレスの樹脂ベルトを用いており、駆動ローラ２７、二次転写対向ローラ２８、テンションローラ２９の３本のローラに張架されて、駆動ローラ２７によって駆動される。

記録材Ｐは、記録材カセット３１から給紙ローラ３２により１枚ずつ取り出されてレジストローラ３３で待機する。記録材Ｐは、レジストローラ３３によって中間転写ベルト２６上のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ給送されて、中間転写ベルト２６からトナー像を二次転写される。四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置Ａへ搬送され、定着装置Ａで加熱加圧を受けてトナー像を定着された後に、排出機構３６によって外部トレイ３７へ排出される。

画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、現像装置２３（Ｙ）、２３（Ｍ）、２３（Ｃ）、２３（Ｋ）で用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、実質的に同一に構成される。以下では、イエローの画像形成部ＰＹについて説明し、他の画像形成部ＰＭ、ＰＣ、ＰＫに関する重複した説明を省略する。

画像形成部ＰＹは、感光ドラム２１の周囲に、帯電ローラ２２、露光装置２５、現像装置２３、一次転写ローラ３０、及びドラムクリーニング装置２４を配置している。帯電ローラ２２は、感光ドラム２１の表面を一様な電位に帯電させる。露光装置２５は、レーザービームを走査して感光ドラム２１に画像の静電像を書き込む。現像装置２３は、静電像を現像して感光ドラム２１にトナー像を形成する。一次転写ローラ３０は、電圧を印加されて感光ドラム２１のトナー像を中間転写ベルト２６へ一次転写させる。

電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置Ｅは、搬送される記録材上に転写された未定着のトナー像を、熱によって融解して記録材上に融着させる定着装置Ａが設けられている。

＜像加熱装置＞
図２は定着装置の要部の構成の説明図である。以下の説明において、定着装置またはこれを構成している部材の長手方向とは、記録材搬送路面内において記録材搬送方向に直交する方向に平行な方向である。また、短手方向とは、記録材搬送方向に平行な方向である。また、定着装置の正面とは、定着装置を記録材入口側からみた面、背面とはその反対側の記録材出口側から見た面である。定着装置の左右とは、定着装置を正面から見て左または右である。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２に示すように、無端状の加熱ベルト部材の一例である加熱ベルト１は、誘導加熱される金属層を有し、内側面を支持されて回転する。加圧回転体の一例である加圧ローラ２は、弾性層を有し、内側面を支持された加熱ベルト１の外側面に当接して加熱ベルト１との間に記録材の加熱ニップＮを形成する。 支持部材３は、加熱ベルト１を貫通して非回転に配置されて加圧ローラ２の対向位置で加熱ベルト１の内側面を支持する。

定着装置Ａの定着ベルト１は、金属層を有する無端状の加熱ベルト部材である。加圧ローラ２は、支持部材３によって内側面を支持された定着ベルト１の外側面に圧接して、定着ベルト１との間に記録材Ｐの加熱ニップＮを形成する。定着ベルト１は、制御回路部１０２で制御されるモータＭ２によって加圧ローラ２が回転駆動されることで、画像形成時には、図１の二次転写部Ｔ２から搬送されてくる記録材Ｐの搬送速度とほぼ同一の周速度で回転駆動される。定着装置Ａでは、定着ベルト１の表面回転速度が３００ｍｍ／ｓｅｃであって、Ａ４サイズ横送りのフルカラー画像であれば１分間に８０枚、同じくＡ４サイズ縦送りであれば１分間に５８枚を連続的に定着可能である。

記録材Ｐは、加熱ニップＮにおいて定着ベルト１の外周面に密着し、定着ベルト１と一緒に加熱ニップＮを挟持搬送されていく。定着ベルト１の熱が付与されつつ加熱ニップＮの加圧力を受けて、未定着トナー像Ｔは、記録材Ｐの表面に定着される。加熱ニップＮを通った記録材Ｐは、定着ベルト１の表面が加熱ニップＮの出口部分で変形するため、定着ベルト１の外周面から記録材Ｐが自己分離して定着装置Ａ外へ搬送される。

＜圧力付与部材＞
図３は定着装置の長手方向の構成の説明図である。図３に示すように、定着フランジ１０は、定着ベルト１の長手方向の移動および周方向の形状を規制するための左右の規制部材である。回転する定着ベルト１は、基層が金属で構成されているので、回転状態にあっても幅方向への寄りを規制するための手段としては、定着ベルト１の端部を単純に受け止めるだけの定着フランジ１０を設ければ十分である。これにより、定着装置Ａの構成を簡略化できるという利点がある。

ステー４及び支持部材３は、定着フランジ１０に両端部を固定され、定着ベルト１を長手方向に貫通して非回転に配置される。支持部材３は、耐熱性樹脂であり、定着ベルト１と加圧ローラ２との間に押圧力を作用させて加熱ニップＮを形成する圧力付与部材であり、金属製のステー４によって全長を梁状に支持されている。

ステー４は、加熱ニップＮに圧力を加えるために剛性が必要であるため、鉄製である。定着フランジ１０内に挿通して配設されたステー４の両端部と定着装置Ａの筐体側のバネ受け部材９ａとの間に、ステー加圧バネ９ｂが縮設される。ステー加圧バネ９ｂは、ステー４に押し下げ力を作用させて、支持部材３の下面と加圧ローラ２の上面とを定着ベルト１を挟んで圧設して、加熱ニップＮを形成する。

＜誘導加熱装置＞
図２に示すように、定着ベルト１の内側には、外側磁性体コア（磁性コア）７ａから射出して定着ベルト１を貫通する磁束を案内する磁気回路部材として磁気遮蔽コア５が設けられている。磁気遮蔽コア５は、誘導加熱によるステー４等の温度上昇を防止するための磁気遮蔽部材としても機能する。支持部材３は、特に両端部で励磁コイル６と接近しており、支持部材３の発熱を防止するために励磁コイル６で生じる磁界を遮蔽するために、支持部材３の上面に長手方向にわたって磁気遮蔽コア５を配置してある。

誘導加熱装置１００は、外側磁性体コア７ａを通じて交流磁界を定着ベルト１に作用させて定着ベルト１を誘導加熱する加熱源である。誘導加熱装置１００は、定着ベルト１の外周面の上面側において、定着ベルト１に所定のギャップ（隙間）を存して対面させて配設してある。

励磁コイル６は、交流電流を印加されて外側磁性体コア７ａに交流磁界を作用させて高効率に磁束を発生させる。励磁コイル６は、電線としてリッツ線を用い、リッツ線を横長・船底状にして定着ベルト１の周面と側面の一部に対向するように巻回してなる。外側磁性体コア７ａは、励磁コイル６によって発生した磁界が定着ベルト１の金属層（導電層）以外に実質漏れないように励磁コイル６を覆って配置される。

定着ベルト１の回転状態において、誘導加熱装置１００の励磁コイル６には電源装置（励磁回路）１０１から２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加される。励磁コイル６によって発生した磁界によって、定着ベルト１の金属層（導電層）が誘導発熱する。

温度センサＴＨ１は、記録材の通過幅のほぼ中央で定着ベルト１の温度を検出するサーミスタ等の温度検出素子である。温度センサＴＨ１は、支持部材３から弾性支持部材を介して取り付けられており、定着ベルト１の当接面が波打つなどの位置変動が生じたとしても、位置変動に追従して良好な接触状態を維持する。温度センサＴＨ１の検出温度情報は、励磁コイル６に入力する電力にフィードバックされる。

制御回路部１０２は、温度センサＴＨ１から入力する検出温度が所定の目標温度（定着温度）に維持されるように、電源装置１０１から励磁コイル６に入力する電力を制御している。制御回路部１０２は、定着ベルト１の検出温度が、目標温度である１８０℃で一定になるように、温度センサＴＨ１の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させて励磁コイル６に入力する電力を制御する。定着ベルト１の検出温度が上限温度である２００℃に昇温した場合、励磁コイル６への通電が遮断される。

画像形成ジョブを受信すると、制御回路部１０２は、誘導加熱装置１００の励磁コイル６に電源装置１０１から電力供給を開始させる。定着ベルト１を所定の定着温度まで立ち上がって温調された状態になると、制御回路部１０２は画像形成を開始する。これにより、未定着トナー像Ｔを有する記録材Ｐがトナー像担持面側を定着ベルト１側に向けてガイド部材７で案内されて加熱ニップＮに導入される。

定着装置Ａでは、励磁コイル６を含む誘導加熱装置１００が、高温になる定着ベルト１の内部ではなく外部に配置されている。このため、励磁コイル６の温度が高温になりにくく、電気抵抗も上昇せず、高周波電流を流してもジュール発熱による損失を軽減する事が可能となる。また、励磁コイル６を外部に配置したことで、定着ベルト１の小径化（低熱容量化）にも寄与しており、しいては省エネルギー性にも優れている。

定着装置Ａの起動時のウォーミングアップタイムは、非常に熱容量が低い構成であるため、例えば励磁コイル６に１２００Ｗ入力すると、約１５秒で目標温度である１６０℃に到達できる。このため、スタンバイ中の加熱動作が不要であるため、電力消費量を非常に低く抑えることが可能である。

＜加熱ベルト部材＞
図４は定着ベルト１の層構成模型図である。図４に示すように、定着ベルト１は内径が３０ｍｍで電気鋳造法によって製造したニッケルを基層（金属層）１ａを有して、回転可能である。この基層１ａの厚みは４０μｍである。

基層１ａの外周には、弾性層１ｂとして、耐熱性シリコーンゴム層が設けられている。シリコーンゴム層の厚さは１００〜１０００μｍの範囲内で設定するのが好ましい。定着装置Ａでは、定着ベルト１の熱容量を小さくして、起動時のウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、シリコーンゴム層の厚みは３００μｍとされている。このシリコーンゴム材料は、ＪＩＳ−ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度で２０度の硬度を持ち、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。
更に、弾性層１ｂの外周には、表面離型層１ｃとして、フッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられている。

基層１ａの内面側には、定着ベルト１と温度センサＴＨ１の摺動摩擦を低下させるために、フッ素樹脂やポリイミドなどの樹脂層（滑性層）１ｄを１０〜５０μｍ設けても良い。定着装置Ａでは、樹脂層１ｄとして、ポリイミドを２０μｍ設けた。

なお、定着ベルト１の金属層１ａには、ニッケルのほかに鉄合金や銅、銀などを適宜選択可能である。また、樹脂基層にそれら金属を積層させるなどの構成でも良い。金属層１ａの厚みは、後で説明する励磁コイルに流す高周波電流の周波数と金属層の透磁率・導電率に応じて調整して良く、５〜２００μｍ程度の間で設定すると良い。

＜加圧ローラ＞
図２に示すように、モールド部材７ｃは、外側磁性体コア７ａと励磁コイル６を電気絶縁性の樹脂によって一体に支持する。ただし、一部の外側磁性体コア７ａは、定着ベルト１との対向間隔を変更可能に支持されている。

定着ベルト１と誘導加熱装置１００の励磁コイル６は、０．５ｍｍのモールドにより電気絶縁の状態を保ち、定着ベルト１と励磁コイル６との間隔は１．５ｍｍ（モールド表面と定着ベルト表面の距離は１．０ｍｍ）で一定であり、定着ベルト１は均一に加熱される。

加圧ローラ２は、外径が３０ｍｍで長手方向中央部の径が２０ｍｍで両端部の径が１９ｍｍである鉄合金製の芯金２ａに、弾性層２ｂとして、シリコーンゴム層が設けてある。加圧ローラ２の表面は、離型層２ｃとして、フッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられる。加圧ローラ２の長手方向中央部における硬度は、ＪＩＳ−ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度で７０度である。芯金２ａにテーパー形状をつけているのは、加圧した時に、押圧部材３が撓んでも定着ベルト１と加圧ローラ２で挟まれる加熱ニップＮ内の圧力を長手方向にわたって均一にするためである。

加圧ローラ２の回転方向における定着装置Ａの加熱ニップＮの幅は、ニップ圧が６００Ｎにおいては、加圧ローラ２の長手方向の両端部で約９ｍｍ、中央部では約８．５ｍｍである。このようにすることで、記録材Ｐの搬送の幅方向における両端部での搬送速度が中央部と比べて速くなるので、紙しわが発生しにくくなるという利点がある。

＜加熱幅調整機構＞
図５は外側磁性体コアの配置の説明図である。図６は外側磁性体コアの動作の説明図である。

図２に示すように、交流磁束発生手段の一例である誘導加熱装置１００は、金属層を誘導加熱するための交流磁束を発生させるとともに、記録材サイズに応じて加熱ベルト１の幅方向に複数段階の加熱幅を設定可能である。

コア部材の一例である外側磁性体コア７ａは、幅方向に複数個を配列させて（並べて設けられて）いる。コイル部材の一例である励磁コイル６は、複数個の外側磁性体コア７ａに磁束を発生させる。

外側磁性体コア７ｅは、加熱ベルト１の反対側で複数個の外側磁性体コア７ａを磁気的に連絡する。

複数個の外側磁性体コア７ａと励磁コイル６と外側磁性体部材７ｅとが加熱ベルト１の外側に配置される。内側磁性体部材の一例である磁気遮蔽コア５は、加熱ベルト１の内側に配置されて、複数個の外側磁性体コア７ａを加熱ベルト１の内側で磁気的に連絡する。

磁気回路機構の一例である加熱幅調整機構９は、外側磁性体コア７ａを射出して加熱ベルト１を貫通する磁束の磁気回路を制御する。加熱幅調整機構９は、記録材サイズに応じた範囲の外側磁性体コア７ａの磁束の磁気回路の磁気抵抗を、その外側の外側磁性体コア７ａの磁束の磁気回路の磁気抵抗よりも小さく設定して複数段階の加熱幅を設定する。

モールド部材７ｃは、外側磁性体コア７ａと励磁コイル６を電気絶縁性の樹脂によって一体に支持する。ただし、一部の外側磁性体コア７ａは、定着ベルト１との対向間隔を変更可能に支持されている。

図５に示すように、外側磁性体コア７ａは、定着ベルト１の長手方向に分割されており、１つ１つの外側磁性体コア７ａは、移動するためのガタ分を含めて間隔Ｌ（本実施例では１０ｍｍ）で配置されている。

移動機構としての加熱幅調整機構９は、１つ１つの外側磁性体コア７ａを垂直方向に移動させて、外側磁性体コア７ａと定着ベルト１の間隔を遠近二段階に設定可能である。加熱幅調整機構９の具体的な構成としては、先端部に傾斜面を設けた一対のスライダをモールド部材７ｃに沿って長手方向に移動させて、個別に上方へばね付勢された外側磁性体コア７ａを押し下げる機構を採用した。

図６の（ａ）に示すように、記録材の搬送幅に対応する領域では、定着ベルト１と誘導加熱装置１００の励磁コイル６は、０．５ｍｍのモールド層によって電気絶縁の状態を保ち、モールド層の表面と定着ベルト１の表面の距離は１．０ｍｍである。このため、定着ベルト１と励磁コイル６との間隔は１．５ｍｍで一定であり、定着ベルト１は、均一に加熱されている。記録材Ｐの搬送幅に対応する領域では、励磁コイル６と外側磁性体コア７ａの間隔は０．５ｍｍと密接しており、発熱効率が非常に高い。

図６の（ｂ）に示すように、制御回路部１０２は、プリントジョブを受信すると、記録材サイズ入力値を読み取り、その記録材サイズに適した加熱幅を得るように加熱幅調整機構９を作動させる。記録材Ｐの搬送幅の外側に対応する領域では、励磁コイル６と外側磁性体コア７ａの間隔を広げ、発熱効率が低下するように、外側磁性体コア７ａを移動している。つまり、加熱幅調整機構９は、外側磁性体コア７ａを第１の位置とこれよりも励磁コイル６から離れた第２の位置を取り得るように移動させることができる。本実施例においては、移動量は１０ｍｍとしている。励磁コイル６と外側磁性体コア７ａの隙間を広げることで、定着ベルト１を通過する磁束密度を低めて、定着ベルト１の発熱量を低下させている。

像加熱装置Ａにおいては、高速昇温させるために、定着ベルト１を誘導加熱により加熱する。これは、加熱媒体の熱容量を小さくし、加熱効率の良い熱源で加熱しようとしたものである。また、コストやエネルギー効率の点から、画像形成装置Ｅでは、薄肉の加熱媒体を記録材に接触させて記録材上のトナー像を加熱溶融させるタイプの像加熱装置を搭載している。

ところが、熱容量を小さくするために薄肉の加熱媒体を使用する場合、軸直角断面の断面積がきわ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。この傾向は加熱媒体が薄肉なほど顕著であり、熱伝導率の低い樹脂層ではさらに顕著になる。

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は次式で表される」というフーリエの法則からも明らかである。
Ｑ＝λ・ｆ（θ１−θ２）／Ｌ

このことは、最大通紙幅の記録材を通紙して定着させる場合にはあまり問題にならない。しかし、幅の小さい小形サイズの記録材（最大通紙幅よりも幅狭な所定の幅サイズの記録材）を連続で通紙させる場合には、加熱媒体の非通紙領域における温度が温調温度よりも上昇し、通紙領域における温度と非通紙領域における温度との温度差が大きくなってしまう。

したがって、このような加熱媒体の長手方向の温度ムラのために、樹脂材料からなる周辺部材の耐熱寿命が低下したり、熱的なダメージを被ったりする虞れがある。さらには、小形サイズの記録材を連続で通紙させた直後に大形サイズの記録材を通紙したときに、部分的な温度ムラによる紙シワ、スキュー等や、定着ムラが生じることもある。

このような通紙領域と非通紙領域との温度差は、搬送される記録材の熱容量が大きく、スループット（単位時間あたりのプリント枚数）を高くするほど広がる。このため、薄肉で低熱容量の加熱媒体を用いる像加熱装置は、スループットの高い複写機への適用が困難であった。

そこで、定着装置Ａでは、加熱媒体と誘導加熱源との間に、誘導加熱源から加熱媒体へ届く磁束の一部を遮蔽する磁束遮蔽手段を配置し、磁束遮蔽手段の位置を変化させる変位手段を設ける。磁束遮蔽手段を設けて移動させることで、必要部分以外は誘導加熱源から届く磁束が遮蔽され、発熱自体が抑えられることにより、発熱範囲の制御が行われ、昇温される加熱媒体の熱分布をコントロールすることが可能となる。

しかし、このように加熱媒体の熱分布をコントロールしても、記録材搬送に直交する方向で分割された磁性体コアと記録材の位置関係が一致せず、加熱領域が記録材より広くなってしまうと、非通紙部において昇温してしまう。

また、記録材搬送に直交する方向で分割された磁性体コアと記録材の位置関係が一致していても、記録材の両端部(コバ部)で昇温してしまう。

これは、記録材の端部においてもトナーを定着するのに十分な発熱量を要するが、通紙するにつれ、通紙域に対して記録材の端部では記録材に奪われる熱量は小さく、過昇温してしまうためである。

記録材Ｐの加熱処理の開始後、加圧ローラ２の長手方向で外側へ向かって高温の領域が移動して、当接する定着ベルト１には、加熱幅の外側でも過剰な昇温が発生する。記録材Ｐの表面を瞬時に１００度以上に加熱するため、定着ベルト１の表面は１６０度に加熱され、誘導加熱を受ける定着ベルト１の金属層は２００度近い高温になる。通紙領域では加圧ローラ２の温度が低下するため、通紙領域の外側の隣接部に加圧ローラ２の温度ピークが形成される。そして、通紙領域の外側の隣接部では、高温の支持部材３と高温の加圧ローラ２に挟まれた状態で金属層を通じて定着ベルト１の長手方向へ熱が移動するため過剰な昇温に至っている。

この現象は、低熱容量ベルトを用いた構成ではより顕著に現れる。そこで、以下の実施例では、定着ベルトあるいは記録材を記録材搬送に直交する方向に往復移動させることで、非通紙部もしくは記録材端部における昇温を低減し、定着ベルトの耐久性を向上させる。

＜記録材シフト機構＞
図７は記録材シフト機構の説明図である。図２に示すように、変更機構としての記録材シフト機構１１は、加熱ニップＮに搬送される記録材Ｐと加熱ニップＮの相対的な位置関係を長手方向にシフト（変更）させる。したがって、特許文献１に示される記録材カセットを幅方向に移動させる機構や、特許文献２に示される定着装置を幅方向へ移動させる機構を利用できる。しかし、ここでは、定着装置Ａの手前位置で記録材Ｐを幅方向に平行移動する機構を採用した。

図７に示すように、記録材先端センサ１１ａは、記録材先端を検出して、記録材Ｐの搬入を検知する。記録材端部位置センサ１１ｃは、搬入された記録材Ｐの端部位置を検知する。記録材シフト機構１１は、搬送方向と直交する方向に記録材Ｐをシフトさせて、定着ベルト１の幅方向の所望の位置へ記録材Ｐを搬送させる。記録材シフト機構１１は、記録材Ｐの下面に当接する搬送ローラ１１ｂの角度を変更して、記録材Ｐを幅方向にシフト（位置変更）させる。ガイド１１ｅ、１１ｆが記録材の幅方向の縁に当接して記録材の幅方向の位置を規制する。

＜実施例１＞
図８は実施例１の通紙制御のフローチャートである。図２に示すように、往復移動機構の一例である記録材シフト機構１１は、加熱ニップＮにおける記録材Ｐの通過位置を幅方向に往復移動させて、加熱ニップＮにおける記録材の通過範囲を拡張可能である。

制御手段の一例である制御回路部１０２は、誘導加熱装置１００を起動して記録材サイズに応じた加熱幅で記録材の加熱処理を開始させる。その後、記録材の累積加熱枚数に応じて記録材の通過範囲を拡張するように記録材シフト機構１１を制御する。

制御回路部１０２は、誘導加熱装置１００の起動後に加熱ニップＮに形成される、記録材を加熱処理可能な温度領域の拡大に追随させるように、段階的に記録材の通過範囲を拡張する。

制御回路部１０２は、加熱幅調整機構９によって記録材Ｐの幅方向の長さよりも短い加熱幅を設定して記録材Ｐの加熱処理を開始させる。その後、記録材Ｐの種類によって異なる第１の累積加熱枚数に達すると、外側磁性体コア７ａの幅方向の長さよりも短い刻み幅で記録材Ｐの通過範囲を１段階拡張する。

制御回路部１０２は、記録材Ｐの加熱処理を開始させた後に、第１の累積加熱枚数よりも大きな第２の累積加熱枚数に達すると、記録材Ｐの通過範囲をさらに１段階拡張する。これにより、記録材Ｐの通過範囲を加熱幅調整機構９によって設定された加熱幅の外側まで至らせる。

実施例１においては、通紙領域の外側の隣接部（以下では記録材端部）で生じた定着ベルト１の過剰な昇温を、記録材Ｐを幅方向に往復移動することで低減する。

図２を参照して図８に示すように、制御回路部１０２は、記録材サイズ入力部１０３に入力された記録材サイズを取得する（Ｓ２０１）。

制御回路部１０２は、読み取られた入力値に基づいて、図５に示すように、非通紙部にあたる外側磁性体コア７ａを移動して（Ｓ２０２）、記録材Ｐのトナー像を定着させるのに適切な加熱幅を得る。

図７に示すように、第１の位置の外側磁性体コア７ａによって磁束密度が高められる領域をＡ、記録材Ｐの幅をＢとする。領域Ａの左端がＡ１、右端がＡ２、記録材Ｐの幅Ｂの左端がＢ１、右端がＢ２である。Ａ１とＢ１の差分を第一領域Ｗ１とする。つまり、領域Ａの外側磁性体コア７ａの両端の２つコアを超えない領域がＷ１である。第一領域Ｗ１を外側へ拡張した領域を第２領域Ｗ２とする。制御回路部１０２は、第一領域Ｗ１及び第二領域Ｗ２を記録材サイズに応じて設定する（Ｓ２０３）。

領域Ａは、長手方向において定着ベルト１と記録材Ｐの中心位置が一致する時に、領域Ａは幅Ｂよりも広く設定される。第一領域Ｗ１は、次式を満たすように、非通紙部の外側磁性体コア７ａを移動して設定される。本実施例においてＬ＝１０ｍｍである。
０＜Ｗ１＜Ｌ

制御回路部１０２は、記録材Ｐの種類や通紙枚数や給紙間隔に基づき、シフトのピッチ幅ｄ１、ｄ２をテーブルから読み出す（Ｓ２０４）。シフトのピッチ幅ｄ１、ｄ２は、記録材Ｐの坪量が重いほど大きく設定する。それは、画像の定着性を確保するために温調温度を高く設定する必要があるためで、ピッチ幅を小さくしてしまうと、Ａ１側へ記録材Ｐを移動させたときのＡ２側での昇温が大きくなってしまうからである。定着ベルトの耐久限界温度までのマージンが少ないため、Ａ２側において耐久限界温度に近づいてしまうためである。

実施例１では、耐久限界温度を２３０℃として、定着装置Ａの耐久通紙枚数を５０万枚に設計しているが、定着ベルト１の温度が耐久限界温度を超えると、耐久通紙枚数が大幅に低下してしまう。

次に、第一領域Ｗ１における記録材Ｐの往復移動開始枚数Ｎ１と第二領域Ｗ２における記録材Ｐの往復移動開始枚数Ｎ２をテーブルから読み出す（Ｓ２０５）。Ｎ１、Ｎ２は、記録材Ｐの種類や給紙間隔に基づき、定着ベルト１における記録材Ｐの端部位置の温度が所定の温度を超えない通紙枚数からあらかじめ決められている。

制御回路部１０２は、画像形成の開始後の通紙枚数Ｎ（ニップＮを通過した記録材の数）が所定数Ｎ１より大きくなると（Ｓ２０６のＹｅｓ）、記録材シフト機構１１を作動させて、第一領域Ｗ１内で記録材Ｐの往復移動を開始する（Ｓ２０７）。なお、本実施例では、図７に示すように、通紙枚数Ｎが所定数Ｎ１より大きくなった場合、更なる所定枚（本実施例では１枚）の記録材がニップを通過する毎に、記録材シフト機構１１が記録材の通過位置を変更している。

その後も画像形成が継続すると、第一領域Ｗ１のさらに外側で定着ベルト１が昇温してくる。そのため、制御回路部１０２は、通紙枚数ＮがＮ２より大きくなると（Ｓ２０８のＹｅｓ）、記録材Ｐの往復移動領域を増加し、第二領域Ｗ２まで往復範囲を拡大する（Ｓ２０９）。通紙枚数が所定の枚数Ｎ２を超えたところで、第二領域Ｗ２を所定のシフトのピッチ幅ｄ２で往復移動する。

第二領域Ｗ２の往復移動範囲は、通紙域の温度以上であり、通紙域と同等の画像が得られる領域である。第二領域Ｗ２は、あらかじめ記録材Ｐの種類や給紙間隔に基づき、設定した領域である（Ｓ２０３）。ピッチ幅ｄ２も、ピッチ幅ｄ１と同様に、あらかじめ記録材の種類や通紙枚数や給紙間隔に基づき、決められている（Ｓ２０４）。

なお、外側磁性体コア７ａによって磁束密度が高められる領域Ａと記録材Ｐの幅Ｂが一致している場合も、図７の場合と同様に、画像形成が継続すると、記録材Ｐの幅Ｂの外側に昇温が見られる。これは、外側磁性体コア７ａによって磁束密度が高められる領域Ａの領域外においても、定着ベルト１の発熱量自体は小さいが、通紙枚数Ｎが増加するにつれて加圧ローラ２の昇温も手伝い、やはり昇温してしまうためである。この場合は、通紙枚数Ｎを重ねることで、記録材Ｐの非通紙部の温度が上昇してきたところで、通紙域と同等の定着画像が得られる第二領域Ｗ２から記録材Ｐの往復移動を開始することで、非通紙部の昇温を低減する。

＜実施例２＞
図９は記録材を往復移動させない場合の端部温度上昇の説明図である。図１０は記録材を往復移動させるタイミングの説明図である。図１１は記録材を往復移動させた場合の端部温度上昇の説明図である。図１２は通紙１００枚時点での端部温度上昇の説明図である。図１３は通紙２００枚時点での端部温度上昇の説明図である。図１４は通紙５００枚時点での端部温度上昇の説明図である。

実施例２では、実施例１の構成及び制御における具体例を説明する。定着ベルト１の周速度を３００ｍｍ／ｓｅｃとし、所定の幅サイズの一例としてのＡ４サイズ横送り（長手幅２１０ｍｍ）のフルカラー画像を１分間に５８枚定着する。外側磁性体コア７ａは、１つ１つが幅１０ｍｍであるため、往復移動を行う第一領域Ｗ１＝５ｍｍとした。励磁コイル６には、通紙域における定着ベルト１の温度低下が最小となるように最大電力１５００Ｗを投入する。

記録材Ｐの種類は、普通紙（ＣＬＣ８０ｇ）を用い、環境条件は、温度２３℃湿度５０％である。定着ベルト１の温調温度は１６０℃に設定してある。この時の横レジスト制御手段１１による移動ピッチ幅は５ｍｍとする。ここでは、ＣＬＣ８０ｇを用いているが、より坪量が小さいＣＬＣ６４ｇの場合には、ピッチ幅は２．５ｍｍとして、昇温の遅い領域Ａの端部を記録材Ｐが通過する頻度を落とす。坪量が小さいと、投入電力が小さい分、記録材Ｐの端部での昇温が遅いためである。

図９には、記録材Ｐの通紙直前と記録材Ｐを往復移動せずに通紙した場合の長手温度分布を示してある。記録材Ｐを往復移動せずに通紙した場合、長手方向の温度分布において記録材端部で大きな昇温が発生する。これは、外側磁性体コア７ａによって発熱量が大きくなっている領域Ａに対して、記録材Ｐの幅Ｂが小さく、この一致しない領域において昇温してしまうためである。

図９に示すように、通紙直前の長手温度分布は、通紙域において均一な温度分布が得られているが、５０枚通紙したところで通紙域と記録材端部の温度差が定着ベルト１の耐久温度を超えてしまっている。

そこで、記録材端部の温度が上昇してしまう前に記録材Ｐの往復移動を開始する。ここで、記録材の往復移動を開始するタイミングは、記録材端部の温度が高すぎることで定着ベルト１に溶けたトナーが付着してしまう温度（ホットオフセット温度）以下である通紙枚数を選択している。すなわち、図１０に示すように、記録材端部の温度があまり上昇していない第１の所定数の一例としての通紙１０枚目において記録材シフト機構１１によって記録材Ｐを長手方向にそれぞれ５ｍｍずつ往復移動させた。

図１１に示すように、記録材Ｐを往復移動していないものが通紙５０枚で定着ベルト１の耐久限界温度を超えている。これに対して、第一領域Ｗ１で記録材を往復移動させた場合、通紙５０枚でも、記録材端部の温度は、定着ベルト耐久限界温度よりかなり小さな値を示している。

図１２に示すように、通紙５０枚から通紙枚数を重ねて１００枚目まで通紙させると、第一領域Ｗ１の外側で、定着ベルト耐久限界温度は超えていないが、かなり大きく昇温していることが判明した。そこで、中央と同等の画像の定着性を得られる第二領域Ｗ２までを記録材Ｐの往復移動範囲として、一段広い範囲までを記録材Ｐが通過する。

この場合も、第一領域Ｗ１での記録材Ｐの往復移動の開始時と同じく、通紙１００枚目を待たないで、予測的に第二領域Ｗ２での往復移動を開始させている。すなわち、記録材端部の定着ベルト１の温度がホットオフセット温度以下である５０枚目において、横レジスト制御手段１１によって、記録材の往復移動幅を長手方向にさらに５ｍｍ図ずつ増加させている。

この増加した第二領域Ｗ２は、図１１に示すように、５０枚目の通紙時点で既に第１領域Ｗ１以上の温度であり、通紙域と同等の定着画像が得られる領域である。この時の記録材Ｐの往復移動幅は第一領域Ｗ１を合わせた第二領域Ｗ２として、両端それぞれ１０ｍｍずつとなっている。記録材シフト機構１１による１回ごとの移動ピッチ幅は５ｍｍとしている。

図１３に示すように、通紙１０枚から第一領域Ｗ１のみで記録材Ｐを往復移動させた場合、通紙２００枚で定着ベルトの耐久限界温度を超えてしまっている。これに対して、通紙５０枚から第二領域Ｗ２まで記録材Ｐの往復移動範囲を増加させた場合、２００枚を通紙しても、記録材端部での温度上昇はほとんど見られない。

図１４に示すように、通紙５０枚から第二領域Ｗ２まで記録材Ｐの往復移動範囲を増加させた場合、通紙２００枚から通紙枚数を重ねて、最終的に５００枚まで通紙してもほとんど記録材端部での温度増加は見られなかった。

以上の実験を繰り返して確認したところ、記録材Ｐを往復移動させない場合、本構成の定着装置の耐久通紙枚数は１０万枚以下で定着ベルト１の表面離型層１ｃの剥がれが観測された。それに対し、記録材シフト機構１１を上記のタイミングで作動させて記録材Ｐを往復移動させた場合、定着ベルト１が耐久限界温度以下で連続通紙可能となったため、目標である耐久通紙枚数５０万枚を達成することができた。

なお、制御回路部１０２は、記録材Ｐによる加熱ニップＮの単位時間当たりに奪われる熱量が大きい像加熱条件ほど、記録材Ｐが通過する幅方向の領域を段階的に拡大させる間隔を短くする。

言い換えれば、制御回路部１０２は、記録材Ｐの単位面積当たり重量が大きいほど第１の累積加熱枚数及び第２の累積加熱枚数を少なく設定する。制御回路部１０２は、記録材Ｐの単位時間当たり加熱処理枚数が多いほど第１の累積加熱枚数及び第２の累積加熱枚数を少なく設定する。

すなわち、実施例２では、第１の所定の坪量の記録材の一例としてのＣＬＣ８０ｇを用いて検討を行ったが、より坪量が大きい紙種に関しては、温調温度を高く設定する必要がある。これにより、定着ベルト１の耐久限界温度までのマージンが少ないため、より早い通紙枚数（第２の所定の坪量の記録材の一例としてのＣＬＣ１０５ｇの場合は第２の所定数の一例としての５枚目）から記録材の往復移動を開始する。

また、実施例２では、１分間にＡ４サイズ記録材を５８枚通紙しているが、より給紙間隔が遅い場合には、投入電力を小さくできる分、記録材端部での昇温も遅い。このため、より遅い通紙枚数（１分間にＡ４サイズ記録材を３０枚通紙する場合は２０枚目）から記録材の往復移動を開始する。

＜実施例３＞
図１５は実施例３で用いる定着装置の構成の説明図である。図１５は像加熱装置としての定着装置の要部の拡大横断側面図である。

図１５の（ａ）に示すように、実施例３では、励磁コイル６が定着ベルト１内にあり、記録材サイズに応じて加熱ベルト１の幅方向に複数段階の加熱幅を設定するために磁束遮蔽版である銅板を用いている。なお、実施例３では、実施例１と同一機能を有する構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

定着装置Ｂでは、加熱媒体と誘導加熱源との間に、誘導加熱源から加熱媒体へ届く磁束の一部を遮蔽する磁束遮蔽手段（１４）を配置し、磁束遮蔽手段の位置を変化させる変位手段を設けている。磁束遮蔽手段を設けて移動させることで、必要部分以外は誘導加熱源から届く磁束が遮蔽され、発熱自体が抑えられることにより、定着ニップの発熱範囲の制御が行われ、昇温される加熱媒体の熱分布をコントロールすることが可能となる。

具体的には、円筒状の定着ベルト１内に、励磁コイル６と発熱効率を高めるために配置された磁性体コア１２とそれらを支持するホルダー１３が挿入して配設してある。ホルダー１３と定着ベルト１との間に磁束遮蔽部材１４を配置している。

磁束遮蔽部材１４は、定着ベルト１とホルダー１３の隙間に配置されているが、所定の磁束調整位置および磁束調整を行わない退避位置へ向けて移動せしめるための移動機構を有する。磁束遮蔽部材１４は、磁束遮蔽部材１４自体の昇温を防止するために、誘導電流を流す導電体であって固有抵抗の小さい非磁性材料、例えば銅、アルミニウム、銀、もしくはその合金、または磁束を閉じ込める固有抵抗が大きいフェライトなどが適している。

図１５の（ｂ）に示すように、磁束遮蔽部材１４は、階段状の形状となっており、磁束遮蔽部材１４を定着ベルト１の回転方向に移動し、定着ベルト１と励磁コイル６の対向位置間に移動することで長手方向の磁束分布を調整する。

このような定着装置Ｂにおいても、実施例１と同様な制御を行うことで、５００枚通紙した時点でも、定着ベルト１の記録材端部位置の温度上昇はあまり見られなかった。

１ 定着ベルト、２ 加圧ローラ、３ 支持部材
４ ステー、５ 磁気遮蔽コア、６ 励磁コイル
７ａ 外側磁性体コア、１０．定着フランジ
１１ シフト機構、１２ 磁性体コア、１３ ホルダー
１４ 磁束遮蔽部材、１０２ 制御回路部、
ＴＨ１ 温度センサ

Claims (5)

1. 記録材上のトナー像をニップにて加熱する無端状のベルトと、
   前記ベルトの外側面に当接して前記ベルトとの間に前記ニップを形成する回転体と、
   前記ベルトを誘導加熱するための磁束を発生する励磁コイルと、
   前記ベルトの外部にその長手方向に沿って並べて設けられ前記励磁コイルより発生した磁束を前記ベルトに案内する複数の磁性コアと、
   前記複数の磁性コアの少なくとも１つを第１の位置とこれよりも前記励磁コイルから離れた第２の位置を取り得るように移動させる移動機構と、
   装置に使用可能な最大幅の記録材よりも幅狭な所定の幅サイズの記録材上のトナー像を加熱するとき、前記所定の幅サイズに応じて前記複数の磁性コアの少なくとも１つを前記第２の位置に配置する制御手段と、
   前記長手方向において、前記ニップでの記録材の通過位置と前記複数の磁性コアの相対的な位置関係を変更する変更機構と、を有し、
   前記所定の幅サイズの複数の記録材上のトナー像を連続して加熱するとき、前記変更機構は、前記長手方向において、前記第１の位置に並ぶ磁性コア群の両端の２つの磁性コアの位置を前記通過位置が超えないように、前記相対的な位置関係を変更することを特徴とする像加熱装置。
2. 前記所定の幅サイズの複数の記録材上のトナー像を連続して加熱するとき、前記変更機構は、所定数の記録材が前記ニップを通過した場合に、前記相対的な位置関係を変更することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 前記所定の幅サイズの複数の記録材上のトナー像を連続して加熱するとき、前記所定数の記録材が前記ニップを通過して前記相対的な位置関係が変更された場合、前記変更機構は、更なる所定数の記録材が前記ニップを通過する毎に前記相対的な位置関係を変更することを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
4. 前記所定の幅サイズで且つ第１の所定の坪量の記録材上のトナー像を連続して加熱する場合、前記変更機構は、第１の所定数の記録材が前記ニップを通過した場合に前記相対的な位置関係を変更し、
   前記所定の幅サイズで且つ前記第１の所定の坪量よりも大きい第２の坪量の複数の記録材上のトナー像を連続して加熱する場合、前記変更機構は前記第１の所定数よりも少ない第２の所定数の記録材が前記ニップを通過した場合に前記相対的な位置関係を変更すること特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の像加熱装置。
5. 前記変更機構は、前記複数の磁性コアに対して前記記録材の通過位置を変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の像加熱装置。

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