JP5757896B2 - 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、それらの複合機等に用いる定着装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、電磁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。

従来、電磁誘導加熱方式の定着装置は、励磁コイルによる磁束で加熱部材内に設けた誘導発熱層に渦電流を発生させ、これによって発生するジュール熱により加熱部材を発熱させ加熱部材を所定の定着温度に加熱するものである。この種の定着装置では、加熱部材の熱容量を小さくできるので、ウォームアップ時間が短縮され、コンパクトで高い熱変換効率が得られるが、用紙が通過する通紙領域では加熱部材の表面から用紙に熱が奪われることにより、用紙が通過しない非通紙領域と比べて低温になりやすい。したがって、定着処理される用紙のサイズが小さい場合、特に連続的に小サイズの用紙を定着処理する場合、加熱部材の通紙領域を定着処理温度に維持すると、非通紙領域で加熱部材の温度が過度に上昇し、加熱部材や励磁コイルの温度が耐熱限界を越えて破損するといった不具合が発生する。

そこで、例えば特許文献１、２に記載されるように、定着処理温度よりもやや高い温度に設定されたキュリー温度をもつ磁性体コアと、この磁性体コアによって加熱部材を誘導加熱する磁束を発生させるコイルと、を備えた定着装置が提案されている。そして、この定着装置では、小サイズ用紙を連続して定着処理した場合、通紙領域と非通紙領域とで大きな温度差が生じるのを防ぐために、磁性体コアは、用紙搬送方向に直交する方向にキュリー温度が異なる構成となっている。小サイズ用紙の通紙時の非通紙領域に相当する両端部分の端部磁性体コアは、小サイズ用紙の通紙領域である中央部磁性体コアに比べてキュリー温度が低いものを用いている。小サイズ用紙を定着処理する場合、加熱部材の非通紙領域の温度が過大に上昇して、加熱部材からの熱放射或いは熱伝導によって端部磁性体コアがキュリー温度以上になると、端部磁性体コアの透磁率の低下によって、非通紙領域に対応した加熱部材の発熱量が減少する。この結果、加熱部材の非通紙領域の温度が下がるようになっている。

また、特許文献３に記載の定着装置では、磁性体コアは、誘導加熱するための磁束を発生させるコイルを覆うように用紙搬送方向に直交する方向に複数配列された台形状の第１磁性体コアと、ループ状に巻回されたコイルの輪が形成する隙間に用紙搬送方向に直交する方向に複数配列された第２磁性体コアとを有する構成となっている。第２磁性体コアの非通紙領域に対応する端部磁性体コアのキュリー温度が第１磁性体コアのキュリー温度に比べて低く設定されている。そして端部磁性体コアは、第１磁性体コアに対して別体として配置されているので、第１磁性体コアに比して熱容量が小さくなっている。このために、非通過領域に対応した加熱部材の温度が過大に上昇したとき、加熱部材から端部磁性体コアへの熱放射或いは熱伝導によって、端部磁性体コアの温度が比較的早くキュリー温度以上に上昇し、非通紙領域に対応した加熱部材の過昇温を解消するようにしている。

特開２０００−１６２９１２号公報（段落［００５０］〜［００５４］、第２図） 特開２００１−３１８５４５号公報（段落［００４５］〜［００４７］、第５図） 特開２００９−１９８６６５号公報（段落［００４６］〜［００５８］、第４図、第５図）

しかしながら、特許文献１、２に記載の定着装置では、端部磁性体コアが加熱部材の温度変化に対して良好な温度追随性を有するものではなく、また特許文献３に記載の定着装置では、加熱部材の温度変化に対する端部磁性体コアの温度追随性がまだ不十分であった。従って、端部磁性体コアの温度がキュリー温度以下になって次の定着処理が可能となるまで、待ち時間が長くなるという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、端部の磁性体コアが加熱部材の温度変化に対して良好な温度追随性を有し、また、端部の磁性体コアの温度を迅速にキュリー温度以下に低下させる定着装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１の発明は、加熱部材と該加熱部材に圧接される加圧部材とにより形成されるニップ部で未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持して、記録媒体上の未定着トナー像を溶融定着する定着装置において、前記加熱部材の長手方向に沿ってループ状に巻回され前記加熱部材を誘導加熱する磁束を発生させるコイルと、前記コイルの近傍に前記記録媒体の搬送方向に直交する方向に配設され前記加熱部材の誘導発熱層に磁束を導く磁性体コアと、前記加熱部材の表面に対向し、前記加熱部材に対向する面の反対側の取り付け面に前記コイルと前記磁性体コアとが取り付けられる支持部材と、を備え、前記磁性体コアは、前記コイルを囲み前記記録媒体の搬送方向に直交する方向に複数配列される第１のコア部と、前記コイルのループが形成する中空部内で記録媒体の搬送方向に直交する方向の両端部に配設される第２のコア部と、を有し、前記第２のコア部は、前記第１のコア部に比べてキュリー温度が低く且つ熱容量が小さく構成されてなり、前記第２のコア部を冷却する冷却手段を更に備え、前記冷却手段は、定着可能な最大サイズの記録媒体より小さいサイズの記録媒体が定着処理された後、前記第２のコア部を冷却することを特徴としている。

また、第２の発明では、上記の定着装置において、前記磁性体コアと前記コイルを覆った状態で前記支持部材に取り付けられるカバー部材を更に備え、前記冷却手段は、吸気ファンからなり前記カバー部材に設けた吸気開口から前記第２のコア部に送風することを特徴としている。

また、第３の発明では、上記の定着装置において、前記冷却手段は、ペルチェ素子からなり前記第２のコア部に取り付けられることを特徴としている。

また、第４の発明では、前記構成の定着装置を備えた画像形成装置である。

第１の発明によれば、小サイズの記録媒体にトナー像を定着させる場合、加熱部材の非通紙領域、即ち記録媒体の搬送方向に直交する方向の両端部の温度が過大に上昇する。加熱部材の両端部が過大に昇温したとき、第２のコア部は、第１のコア部に比べてキュリー温度が低く且つ熱容量が小さいので、第２のコア部の温度は加熱部材の昇温に直ぐに追随してキュリー温度以上に上昇する。そして、第２のコア部の温度がキュリー温度以上になると、第２のコア部の透磁率が低下する。第２のコア部の透磁率の低下によって、加熱部材の非通紙領域の発熱量が減少し加熱部材の非通紙領域の温度が下がる。この結果、非通紙領域の過昇温を迅速に解消することができる。また、定着処理後、冷却手段が第２のコア部を冷却することで、第２のコア部がキュリー温度以下に迅速に冷却され加熱部材が加熱されるために、次回の定着処理までの時間が短縮される。

本発明の第１実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図 第１実施形態に係る誘導加熱部を備えた定着装置を示す側面断面図 第１実施形態に係る誘導加熱部を示す側面断面図 第１実施形態に係る誘導加熱部のアーチコアの配置を示す平面図 第１実施形態に係る誘導加熱部の端部センターコアの配置を示す平面図 第１実施形態に係る端部センターコアにペルチェ素子を取り付けた状態を示す平面図 第１実施形態に係る誘導加熱部の排気ファン及び通風ダクトを示す平面断面図 第２実施形態に係る誘導加熱部の吸気ファンを示す平面断面図

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、この実施形態に限定されない。また発明の用途やここで示す用語等はこれに限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図である。画像形成装置１は、その下部に配設された給紙部２と、この給紙部２の側方に配設された用紙搬送部３と、この用紙搬送部３の上方に配設された画像形成部４と、この画像形成部４よりも排出側に配設された定着装置５と、画像形成部４及び定着装置５の上方に配設された画像読取部６とを備えている。

給紙部２は、記録媒体である用紙９を収容する複数の給紙カセット７を備えており、給紙ローラー８の回転により、複数の給紙カセット７のうち選択された給紙カセット７から用紙９を１枚ずつ用紙搬送部３に送り出す。

用紙搬送部３に送られた用紙９は、用紙搬送部３に備えられた用紙搬送経路１０を経由して画像形成部４に向けて搬送される。画像形成部４は、電子写真プロセスによって、用紙９にトナー像を形成するものであり、図１の矢印方向に回転可能に支持された感光体１１と、この感光体１１の周囲にその回転方向に沿って、帯電部１２、露光部１３、現像部１４、転写部１５、クリーニング部１６、及び除電部１７を備えている。

帯電部１２は、高電圧を印加される帯電ワイヤーを備えており、この帯電ワイヤーからのコロナ放電によって感光体１１表面に所定電位を与えると、感光体１１表面が一様に帯電させられる。そして、画像読取部６によって読み取られた原稿の画像データに基づく光が、露光部１３により感光体１１に照射されると、感光体１１の表面電位が選択的に減衰され、感光体１１表面に静電潜像が形成される。

次いで、現像部１４が感光体１１表面の静電潜像を現像し、感光体１１表面にトナー像が形成される。このトナー像が転写部１５によって感光体１１と転写部１５との間に供給される用紙９に転写される。

トナー像が転写された用紙９は、画像形成部４の用紙搬送方向の下流側に配置された定着装置５に向けて搬送される。定着装置５では用紙９が加熱加圧され、用紙９上にトナー像が溶融定着される。次いで、トナー像が定着された用紙９は、排出ローラー対２０によって排出トレイ２１上に排出される。

転写部１５による用紙９へのトナー像の転写後、感光体１１表面に残留しているトナーは、クリーニング部１６により除去され、また感光体１１表面の残留電荷は除電部１７により除去される。そして、感光体１１は帯電部１２によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われる。

定着装置５は図２に示すように構成される。図２は定着装置を概略的に示す側面断面図である。

定着装置５は、電磁誘導加熱方式の熱源を用いた定着方式を採用しており、加熱部材である発熱ベルト２６と、加圧部材である加圧ローラー１９と、発熱ベルト２６を一体的に取り付けた定着ローラー１８と、発熱ベルト２６に磁束を供給する誘導加熱部３０と、を備える。加圧ローラー１９及び定着ローラー１８は定着装置５のハウジング（図略）の長手方向に回転可能に支持され、誘導加熱部３０はハウジングに固定支持される。

発熱ベルト２６は、無端状の耐熱ベルトであり、内周側から順に、例えば厚み３０〜５０μｍの電鋳ニッケルからなる誘導発熱層２６ａと、例えば厚み２００〜５００μｍのシリコーンゴム等からなる弾性層２６ｂと、フッ素樹脂等からなりニップ部Ｎで未定着トナー像を溶融定着する際の離型性を向上させる離型層２６ｃと、が積層されて構成される。

定着ローラー１８は、発熱ベルト２６を一体回転可能とするために、発熱ベルト２６の内周面を張架している。例えば、定着ローラー１８は、外径３９．８ｍｍに設定され、ステンレス鋼の芯金１８ａ上に厚み５〜１０ｍｍのシリコーンゴム製の弾性層１８ｂを有し、弾性層１８ｂは発熱ベルト２６を張架している。

加圧ローラー１９は、円筒型の芯金１９ａと、芯金１９ａ上に形成される弾性層１９ｂと、弾性層１９ｂの表面を覆う離型層１９ｃと、を備える。例えば、加圧ローラー１９は、外径３５ｍｍに設定され、ステンレス鋼の芯金１９ａ上に厚み２〜５ｍｍのシリコーンゴム製の弾性層１９ｂを有し、弾性層１９ｂ上にフッ素樹脂等からなる離型層１９ｃを有する。また、加圧ローラー１９は図示しないモーター等の駆動源によって回転駆動させられ、加圧ローラー１９の回転によって発熱ベルト２６は従動回転する。加圧ローラー１９と発熱ベルト２６との圧接する部分にニップ部Ｎが形成され、ニップ部Ｎでは、搬送される用紙９上の未定着トナー像を加熱及び加圧し用紙９上にトナー像を定着する。

誘導加熱部３０は、コイル３７と、ボビン３８と、磁性体コア３９とを備え、電磁誘導により発熱ベルト２６を発熱させるものである。誘導加熱部３０は、長手方向（図２の紙面の表裏方向）に延びて、発熱ベルト２６の外周の略半分を囲うように発熱ベルト２６に対向して配設される。

コイル３７は、発熱ベルト２６の幅方向（図２の紙面の表裏方向）に沿ってループ状に複数回巻回してボビン３８に取り付けられる。またコイル３７は、図示しない電源に接続され、電源から供給される高周波電流により交流磁束を発生させる。さらにコイル３７は、図示しないサーミスターによって検知される発熱ベルト２６の幅方向の中央部と端部の表面温度に基づいて、電源から供給される高周波電流を制御される。コイル３７からの磁束は磁性体コア３９を通過し、図２の紙面に平行な方向に導かれ、発熱ベルト２６の誘導発熱層２６ａに沿って通過する。誘導発熱層２６ａを通過する磁束の交流的な強さの変化によって誘導発熱層２６ａには渦電流が生じる。誘導発熱層２６ａに渦電流が流れると、誘導発熱層２６ａの電気抵抗によってジュール熱が発生して、発熱ベルト２６が発熱（自己発熱）することになる。

発熱ベルト２６が加熱され所定の温度に昇温すると、ニップ部Ｎで挟持された用紙９が加熱されるとともに、加圧ローラー１９によって加圧されることにより、用紙９上の粉体状態のトナーが用紙９に溶融定着される。このように、発熱ベルト２６は薄肉の熱伝導性の良好な材質からなり熱容量が小さいため、短時間でウォーミングアップを行なうことができ、画像形成が迅速に開始される。

誘導加熱部３０の詳しい構成を図３に示す。図３は誘導加熱部３０を示す側面断面図である。

誘導加熱部３０は前述のようにコイル３７と支持部材であるボビン３８と磁性体コア３９とを備え、磁性体コア３９は第１コアであるアーチコア４１と、第２コアである端部センターコア４２、及びサイドコア４３からなる。さらに誘導加熱部３０は、アーチコア４１を取り付けるためのアーチコアホルダー４５と、磁性体コア３９とコイル３７を覆うカバー部材４７と、を備える。

ボビン３８は、発熱ベルト２６の表面と所定の間隔を隔てて定着ローラー１８の回転中心軸と同心に配置され、発熱ベルト２６の円周表面の略半分を囲う円弧部３８ｉと、円弧部３８ｉの両端に延設されるフランジ部３８ｄとを有する。円弧部３８ｉとフランジ部３８ｄは、ボビン３８の主たる骨格を構成し、その骨格部における強度を維持するために例えば厚み１〜２ｍｍ、望ましくは厚み１．５ｍｍであって、また、発熱ベルト２６からの放熱に耐えるためにＬＣＰ樹脂（液晶ポリマー）、ＰＥＴ樹脂（ポリエチレンテレフタレート樹脂）、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等の耐熱性樹脂にて形成される。

ボビン３８の円弧部３８ｉは、発熱ベルト２６の表面と所定の間隔を隔てて対向する対向面３８ａと、この対向面３８ａの反対側に位置する円弧状の取り付け面３８ｂとを有する。取り付け面３８ｂの略中央、つまり、定着ローラー１８と加圧ローラー１９（図２参照）の各回転中心軸を結ぶ直線上には、一対の端部センターコア４２が接着剤によって取り付けられる。端部センターコア４２の周囲には、取り付け面３８ｂから立設する立ち壁部３８ｃが長手方向（図３の紙面の表裏方向）に延びて形成される。また、取り付け面３８ｂにはコイル３７が取り付けられる。発熱ベルト２６の表面とボビン３８の対向面３８ａとの間隔は、発熱ベルト２６が回転するときに接触しないように、例えば１．５〜３ｍｍに設定され、端部センターコア４２が発熱ベルト２６表面から４ｍｍ離間して配置される。

コイル３７は、複数本を撚り合せたエナメル線に融着層をコートしたものを用い、例えば、耐熱温度が略２００℃であるＡＩＷ線を用いる。コイル３７は、取り付け面３８ｂに沿った断面視円弧状で長手方向（図３の紙面の表裏方向）の周りをループ状に巻回した状態で加熱することで融着層を溶融させ、その後冷却することで所定の形状（ループ状）に成形される。所定形状に固化されたコイル３７は、ボビン３８の立ち壁部３８ｃの周りに配置されてシリコン接着剤等によって取り付け面３８ｂ上に取り付けられる。

各フランジ部３８ｄ、３８ｄの円弧部３８ｉ側には、長手方向に複数個配列されたサイドコア４３が接着剤によって取り付けられる。またフランジ部３８ｄの外縁側には、アーチコアホルダー４５が取り付けられる。

アーチコアホルダー４５は、ボビン３８のフランジ部３８ｄに取り付けられるホルダーフランジ部４５ａと、各ホルダーフランジ部４５ａからアーチ状に形成され長手方向に複数個形成されるコア装着部４５ｂと、を有する。各コア装着部４５ｂには、コア装着部４５ｂと略同じアーチ形状のアーチコア４１が接着剤によって取り付けられる。

従って、上述のようにアーチコア４１と端部センターコア４２及びサイドコア４３が夫々ボビン３８及びアーチコアホルダー４５の所定の位置に取り付けられると、アーチコア４１とサイドコア４３はコイル３７の外側を囲むことになり、また、端部センターコア４２はアーチコア４１に比べて発熱ベルト２６の表面に近接して配置されることになる。さらに、コイル３７は、発熱ベルト２６の表面と、サイドコア４３と、アーチコア４１、及び端部センターコア４２により取り囲まれることになる。コイル３７に高周波電流が供給されると、コイル３７から発生した磁束は、サイドコア４３、アーチコア４１及び端部センターコア４２に導かれ発熱ベルト２６に沿って流れる。このとき発熱ベルト２６の誘導発熱層２６ａには渦電流が生じることで、誘導発熱層２６ａの電気抵抗によって誘導発熱層２６ａにジュール熱が発生し、発熱ベルト２６が発熱することになる。

カバー部材４７は、誘導加熱部３０から発せられる磁気をシールドするものであり、例えばアルミニウムの板材にてコイル３７と磁性体コア３９をボビン３８の反対側から四囲を覆うように構成される。カバー部材４７の取り付けは、ボビン３８のフランジ部３８ｄ上にアーチコアホルダー４５のホルダーフランジ部４５ａとカバー部材４７のフランジ部とを順に積み重ねた状態で、ネジ５１をナット５２に締結することによって行われる。

図４〜図６にコイル３７と磁性体コア３９の詳しい配置と、冷却手段であるペルチェ素子の配置を示す。図４は、図３の下側（ボビン３８側）から見たアーチコアホルダー４５に対するアーチコア４１の配置を示す平面図である。図５は、図３の上側（アーチコアホルダー４５側）から見たボビン３８に対するコイル３７と端部センターコア４２及びサイドコア４３の配置を示す平面図である。また図６は端部センターコア４２の取り付け及びペルチェ素子５３の取り付けを示す平面図である。

図４に示すように、アーチコアホルダー４５には、アーチコア４１を所定の位置に取り付けるためのコア装着部４５ｂが形成される。コア装着部４５ｂは長手方向Ｘ（用紙搬送方向Ｙに直交する方向）に略等間隔で複数個形成される。隣接するコア装着部４５ｂの間にはホルダー開口部４５ｃが形成され、またコア装着部４５ｂの周りには、アーチコアホルダー４５をボビン３８（図３参照）に取り付けるためのネジ５１（図３参照）を嵌装する複数のネジ孔４５ｄが形成される。

アーチコア４１は、ＭｎＺｎ合金系等の高透磁率のフェライトによって断面視矩形でアーチ状に形成される。アーチコア４１のキュリー温度は、ニップ部Ｎが定着可能温度になった時のアーチコア４１の温度に対応する温度以上に設定されている。アーチコア４１の温度がそのキュリー温度を超えるとアーチコア４１の透磁率が急激に低下して、磁性体として作用しなくなる。アーチコア４１のキュリー温度は、ＭｎＺｎ合金のＭｎとＺｎの割合を調節することで、所定の温度に設定される。アーチコア４１のサイズは、例えば幅（長手方向Ｘの長さ）が１０ｍｍで、厚みが４．５ｍｍに設定され、アーチコア４１はコイル３７（図５参照）の長手方向Ｘの長さ内に収められ、例えば長さ３１０ｍｍの区間に１３個均等に配置される。アーチコア４１のサイズと比重及び比熱から熱容量を算出すると、一つのアーチコア４１の熱容量は、１５Ｊ／Ｋとなる。アーチコア４１は、アーチ形状等の構成のために熱容量が比較的に大きくなり、また、発熱ベルト２６から比較的に離間して配置されるために、発熱ベルト２６の温度変化に対する温度の追随性が端部センターコア４２に比べると劣ることになる。

図５に示すように、ボビン３８には、取り付け面３８ｂから立設した立ち壁部３８ｃと、フランジ部３８ｄと、ネジ５１（図３参照）を嵌装する複数のネジ孔３８ｅとが形成されている。フランジ部３８ｄには複数のサイドコア４３が取り付けられる。

サイドコア４３は、ＭｎＺｎ合金系等の高透磁率のフェライトによって直方体状に形成され、そのキュリー温度は、ニップ部Ｎが定着可能温度になった時のサイドコア４３の温度以上に設定されている。サイドコア４３の温度がキュリー温度を超えるとサイドコア４３の透磁率が急激に低下して、磁性体として作用しなくなる。サイドコア４３のキュリー温度は、ＭｎＺｎ合金の割合を調節することで、所定の温度に設定される。サイドコア４３のサイズは、例えば長さ（長手方向Ｘの長さ）が５７ｍｍで、幅（Ｙ方向の長さ）が１２ｍｍで、厚みが３．５ｍｍに設定され、ボビン３８の一方のフランジ部３８ｄに長手方向Ｘに互いに側面を接触して６個配置され、また、他方のフランジ部３８ｄに長手方向Ｘに互いに側面を接触して６個配置される。サイドコア４３のサイズと比重及び比熱から熱容量を算出すると、一つのサイドコア４３の熱容量は、１０Ｊ／Ｋとなる。サイドコア４３は、そのサイズ及び夫々接触して配置される構成のために熱容量が比較的に大きくなり、発熱ベルト２６の温度変化に対する温度の追随性が端部センターコア４２に比べると劣ることになる。

ボビン３８の立ち壁部３８ｃは、長手方向Ｘに延びて互いに対向する壁部と、該対向する壁部間に延在し長手方向Ｘの両端部の外縁を円弧状に形成される壁部とを有する。

立ち壁部３８ｃの外縁は、巻回したコイル３７のループ内に形成された中空部３７ａと略同じ形状で構成され、コイル３７の中空部３７ａを嵌め込んで取り付けることを可能にする。例えば、コイル３７の中空部３７ａは長手方向Ｘに３３０ｍｍで、長手方向Ｘと直交するＹ方向（用紙搬送方向）に１０ｍｍに設定される。一方、立ち壁部３８ｃの外縁は長手方向Ｘに３２９ｍｍでＹ方向に９．４ｍｍに設定される。

立ち壁部３８ｃの内縁には、一対の端部センターコア４２を配置するための矩形の空間が形成される。この矩形の空間は、長手方向Ｘにおいて定着可能な最大サイズの用紙９の通紙領域Ａに対応する長さを有する。立ち壁部３８ｃの厚みは、励磁したコイル３７の熱が端部センターコア４２へ放射、伝導するのを抑制するように設定され、例えば立ち壁部３８ｃの厚み（外縁から内縁までの長さ）を１．５ｍｍとし、矩形空間のＹ方向長さを６．４ｍｍに設定している。

立ち壁部３８ｃの矩形空間には一対の端部センターコア４２、４２が取り付けられる。一対の端部センターコア４２、４２は、最大サイズの用紙９より小サイズの用紙９がニップ部Ｎに通紙されたときに、小サイズの用紙９の通紙領域Ｂの両端部に形成される非通紙領域Ｃに対応するように配置される。

端部センターコア４２は、ＭｎＺｎ合金系等の高透磁率のフェライトによって直方体状に形成され、また、そのキュリー温度は、ニップ部Ｎが定着可能温度になった時の端部センターコア４２の温度（例えば１００℃）以上であって、アーチコア４１（図４参照）のキュリー温度よりも低い温度に設定されている。端部センターコア４２の温度がキュリー温度を超えると端部センターコア４２の透磁率が急激に低下して、磁性体として作用しなくなる。端部センターコア４２のキュリー温度は、ＭｎＺｎ合金の割合を調節することで、例えば１３０℃に設定される。また、端部センターコア４２の熱容量はアーチコア４１より小さく設定されている。端部センターコア４２のサイズは、例えば長さ（長手方向Ｘの長さ）が１８ｍｍで、幅（Ｙ方向の長さ）が５ｍｍで、高さが７ｍｍに設定され、端部センターコア４２のサイズと比重及び比熱から端部センターコア４２の熱容量を算出すると、一つの端部センターコア４２の熱容量は、２．７Ｊ／Ｋとなる。端部センターコア４２は、アーチコア４１に対して熱容量が小さく、また発熱ベルト２６に接近して配置されているために、発熱ベルト２６の温度変化に対する温度の追随性がアーチコア４１に比べると良好である。

また、端部センターコア４２のキュリー温度は、コイル３７の冷却設定温度（略１６０℃）以下に設定される。コイル３７の耐熱温度は２００℃であるが、冷却設定温度は、コイル３７の融着層の耐熱温度（１８０℃）を加味して設定される温度であり、融着層の耐熱温度を超えるとコイルが変形するおそれがある。端部センターコア４２のキュリー温度を冷却設定温度以下とすることで、発熱ベルト２６の非通紙領域が過昇温した場合でも、端部センターコア４２が適切にキュリー温度になってその磁性を消失し、発熱ベルト２６及びコイル３７の熱による破損を防いでいる。

本実施形態の定着装置５では、定着可能な最大サイズの用紙９にトナー像を定着する場合、コイル３７が通電されたとき、ニップ部Ｎがほぼ所定の定着温度か、またはそれ以下に維持されている限り、アーチコア４１、サイドコア４３とともに、端部センターコア４２の透磁率が高い状態にある。従って図３において、コイル３７から発生した磁束は、通紙領域Ｂ（図５参照）では、発熱ベルト２６の誘導発熱層２６ａ、サイドコア４３、及びアーチコア４１の磁路を通る。これにより、電磁誘導によって発熱ベルト２６の誘導発熱層２６ａに渦電流が流れて、発熱ベルト２６の誘導発熱層２６ａが発熱する。一方、非通紙領域Ｃ（図５参照）では、コイル３７から発生した磁束は、端部センターコア４２、発熱ベルト２６の誘導発熱層２６ａ、サイドコア４３、及びアーチコア４１の磁路を通る。これにより、電磁誘導によって発熱ベルト２６の誘導発熱層２６ａに渦電流が流れて、発熱ベルト２６の誘導発熱層２６ａが発熱する。通常、発熱ベルト２６の端部は放熱、伝熱で熱を奪われやすいので、中央部より発熱量を多くする必要があり、そのために端部センターコア４２が設けられている。

小サイズの用紙９にトナー像を定着する場合、発熱ベルト２６の非通紙領域Ｃ（図５参照）の温度が所定の定着温度を超えて過大に上昇する。発熱ベルト２６から端部センターコア４２への熱放射或いは熱伝導によって、非通紙領域Ｃに対向して配置された端部センターコア４２では比較的に迅速に温度上昇が生じる。端部センターコア４２が迅速に温度上昇するのは、端部センターコア４２が発熱ベルト２６に近い位置に配置され、また、端部センターコア４２の熱容量が比較的に小さいために、端部センターコア４２が発熱ベルト２６の昇温に直ぐに追随することによる。そして、端部センターコア４２の温度がそのキュリー温度を超えると、端部センターコア４２はその透磁率が急激に低下して、磁性体として作用しなくなる。従って、端部センターコア４２、発熱ベルト２６の誘導発熱層２６ａ、サイドコア４３、及びアーチコア４１からなる磁路が遮断されることで、発熱ベルト２６の誘導発熱層２６ａの発熱度合いが、磁路が遮断される前と比較して低下するので、発熱ベルト２６の表面温度は、発熱ベルト２６がその熱により破損するような温度まで上昇することが防止される。なお、端部センターコア４２の温度がキュリー温度を一旦超えてその磁性を失っても、端部センターコア４２が磁性を失う前に端部センターコア４２を通過していた７、８割の磁束が端部センターコア４２を通過するため、非通紙領域Ｃに対応する発熱ベルト２６の温度は定着温度を超えたままである（但し、発熱ベルト２６がその熱により破損するような温度より低い温度に保たれる）。従って、小サイズの用紙９を連続して定着する場合には、端部センターコア４２の温度がキュリー温度を一旦超えると、端部センターコア４２の温度はキュリー温度より高い温度に維持される。そして、小サイズの用紙９の連続した通紙が終了し、ニップ部Ｎの非通紙領域Ｃの温度が所定の定着温度に戻ると、端部センターコア４２の温度がこのキュリー温度を下回るので、再び電磁誘導によって、発熱ベルト２６の誘導発熱層２６ａが通常通りに発熱する。

尚、磁性体コア３９のキュリー温度は、ニップ部Ｎの所定の定着温度と、加熱部材やコイル３７等の耐熱温度を勘案して設定される。発熱ベルト２６の温度上昇に対して温度追随性がよくないと、非通紙領域Ｃにおいて発熱ベルト２６が温度上昇しても、磁性体コア３９が温度上昇するまでに時間がかかるが、その間に定着ローラー１８やコイル３７の温度が耐熱限界を越えて破損することがないように、磁性体コア３９のキュリー温度を設定する必要がある。端部センターコア４２は、発熱ベルト２６の温度上昇に対する温度追随性が良好であるために、端部センターコア４２に設定されるキュリー温度では、定着ローラー１８やコイル３７を熱破壊させることはない。

図６に示すように、ボビン３８の立ち壁部３８ｃは、その矩形空間側の壁面に複数（本実施形態では５個）の突起部３８ｆを有する。複数の突起部３８ｆは、端部センターコア４２をボビン３８に取り付ける際の位置決めを行うものである。長手方向Ｘの一方の壁面に二つの突起部３８ｆが並べて設けられ、その他方の壁面に前記二つの突起部３８ｆに対向して二つの突起部３８ｆが並べて設けられる。さらにＹ方向の端部の壁面に一つの突起部３８ｆが設けられる。尚、突起部３８ｆは、一方或いは他方の壁面のいずれかの壁面と端部の壁面とに夫々一つだけ設ける構成であってもよい。

従って、端部センターコア４２をボビン３８に取り付けるには、ボビン３８の取り付け面３８ｂの所定の位置に接着剤を塗布し、次に端部センターコア４２を複数の突起部３８ｆに当接させて、取り付け面３８ｂに当接するまで押し込む。また、もう一方の端部センターコア４２は上記構成と同様に取り付けられる。これによって、端部センターコア４２と取り付け面３８ｂとの間に接着剤が均一にいきわたり、ボビン３８の所定位置に位置決めされて端部センターコア４２は確実に取り付けられる。このボビン３８の所定位置への正確な取り付けと、前述の端部センターコア４２の熱容量と発熱ベルト２６への近接配置によって、非通紙領域Ｃに対応した発熱ベルト２６の過昇温を正確に且つ迅速に解消することができる。

端部センターコア４２には、冷却手段であるペルチェ素子５３が取り付けられる。ペルチェ素子５３は、板状の半導体素子からなり、複数のＰ形及びＮ形半導体を電気的に直列に接続し電流を流すと、板状の半導体素子の一方の面から吸熱し他方の面から放熱するものである。ペルチェ素子５３の吸熱面がシリコン接着剤等の耐熱接着剤によって端部センターコア４２の上面に取り付けられる。小サイズの用紙９の定着が終了した後、ペルチェ素子５３は通電され端部センターコア４２を冷却する。

小サイズの用紙を定着処理する場合、発熱ベルト２６の非通紙領域Ｃ（図５参照）の温度が所定の定着温度を超えて過大に上昇する。発熱ベルト２６からの熱放射或いは熱伝導によって、端部センターコア４２の温度は上昇するが、端部センターコア４２の温度がそのキュリー温度を超えると、端部センターコア４２は磁性体として作用しなくなる。これによって、発熱ベルト２６の温度は、発熱ベルト２６がその熱により破損するような温度まで上昇することが防止される。なお、端部センターコア４２の温度がキュリー温度を一旦超えてその磁性を失っても、端部センターコア４２が磁性を失う前に端部センターコア４２を通過していた７、８割の磁束が端部センターコア４２を通過するため、非通紙領域Ｃに対応する発熱ベルト２６の温度は定着温度を超えたままである（但し、発熱ベルト２６がその熱により破損するような温度より低い温度に保たれる）。従って、小サイズの用紙９を連続して定着する場合には、端部センターコア４２の温度がキュリー温度を一旦超えると、端部センターコア４２の温度はキュリー温度より高い温度に維持される。そして、定着処理後、ペルチェ素子５３を通電し、ペルチェ素子５３によって端部センターコア４２を冷却することで、端部センターコア４２がキュリー温度以下に迅速に冷却される。端部センターコア４２がキュリー温度以下に冷却されると、誘導加熱部３０によって発熱ベルト２６が加熱され、次回の定着処理までの時間が短縮される。

図７は、誘導加熱部３０の熱を排気する構成を示すものであり、カバー部材４７を長手方向Ｘで断面した平面図である。尚、図７では、カバー部材４７内に収容されているコイル３７、磁性体コア３９等を省略している。

コイル３７（図３参照）が磁束を発生させるために通電されると、コイル３７は自己発熱し、カバー部材４７内の温度が上昇するが、コイル３７の温度上昇を抑えるために、第１吸気ダクト５５と、通気路である排気ダクト５６、及び排気ファン５７が設けられる。

カバー部材４７の上面部には上面開口４７ａ及び排気開口４７ｂが形成される。上面開口４７ａ及び排気開口４７ｂは夫々カバー部材４７の長手方向Ｘの両端側に設けられる。上面開口４７ａに対向させて第１吸気ダクト５５が設けられ、また、排気開口４７ｂに対向させて排気ダクト５６が設けられる。排気ダクト５６は、その一端側の開口が排気開口４７ｂに対向し、その他端側の開口が排気ファン５７に対向して取り付けられる。排気ファン５７は排気ダクト５６に対向して設けられる。

排気ファン５７が回転駆動すると、第１吸気ダクト５５から上面開口４７ａを介してカバー部材４７内に外部の空気が入る。排気ファン５７が形成する空気流によって、コイル３７（図３参照）から発生する熱が排気開口４７ｂを介して排気ダクト５６から外部に排気される。

（第２実施形態）
図８は、誘導加熱部に送風する吸気ファンを備える構成を示すものであり、カバー部材４７を長手方向Ｘで断面し上側から見た平面図である。尚、図８では、カバー部材４７内に収容されているコイル３７、磁性体コア３９等を省略している。第１実施形態では冷却手段をペルチェ素子５３で構成したが、第２実施形態では、第１実施形態の誘導加熱部３０の熱を排気する構成に、冷却手段として吸気ファン５９及び第２吸気ダクト５８が設けられている。第１実施形態と異なる、吸気ファン５９及び第２吸気ダクト５８について主に説明し、以降、第１実施形態と同じ部分の説明を省略する。

カバー部材４７の長手方向の端部の両横面部に一対の吸気開口４７ｃが形成される。各吸気開口４７ｃ、４７ｃは、端部センターコア４２に対向する位置に配置される。二つの吸気開口４７ｃ、４７ｃに対向させて第２吸気ダクト５８が設けられる。第２吸気ダクト５８は、その一端側の二つの開口が吸気開口４７ｃ、４７ｃに対向し、その他端側の開口が吸気ファン５９に対向して取り付けられる。

吸気ファン５９が回転駆動すると、第２吸気ダクト５８から二つの吸気開口４７ｃ、４７ｃを介してカバー部材４７内に外部の空気が入る。この吸気ファン５９の空気流によって、端部センターコア４２が冷却される。端部センターコア４２から発生する熱が排気開口４７ｂを介して排気ダクト５６（図７参照）から外部に排気される。

小サイズの用紙を定着処理した後、吸気ファン５９は回転駆動し端部センターコア４２を冷却する。小サイズの用紙を定着処理する場合、発熱ベルト２６の非通紙領域Ｃ（図５参照）の温度が所定の定着温度を超えて過大に上昇する。発熱ベルト２６からの熱放射或いは熱伝導によって、端部センターコア４２が温度上昇するが、端部センターコア４２の温度がそのキュリー温度を超えると、端部センターコア４２は磁性体として作用しなくなる。これによって、発熱ベルト２６の温度は、発熱ベルト２６がその熱により破損するような温度まで上昇することが防止される。なお、端部センターコア４２の温度がキュリー温度を一旦超えてその磁性を失っても、端部センターコア４２が磁性を失う前に端部センターコア４２を通過していた７、８割の磁束が端部センターコア４２を通過するため、非通紙領域Ｃに対応する発熱ベルト２６の温度は定着温度を超えたままである（但し、発熱ベルト２６がその熱により破損するような温度より低い温度に保たれる）。従って、小サイズの用紙９を連続して定着する場合には、端部センターコア４２の温度がキュリー温度を一旦超えると、端部センターコア４２の温度はキュリー温度より高い温度に維持される。定着処理後、吸気ファン５９を回転駆動させ、吸気ファン５９から第２吸気ダクト５８を介して送られる冷風によって、端部センターコア４２を冷却することで、端部センターコア４２がキュリー温度以下に迅速に冷却される。端部センターコア４２がキュリー温度以下に冷却されると、誘導加熱部３０によって発熱ベルト２６が加熱され、次回の定着処理までの時間が短縮される。

尚、上記実施形態では、発熱ベルト２６が定着ローラー１８に張架される定着装置５に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、誘導加熱部に対向配置されるヒートローラーと加圧ローラーを圧接させる定着ローラーとの間で、無端状の発熱ベルトが張架される定着処置に適用してもよい。また、無端状の発熱ベルトを加熱する誘導加熱部と、発熱ベルトの外周面を圧接させる加圧ローラーと、発熱ベルトの内周面に配設され加圧ローラーとの間で用紙と発熱ベルトとを圧接させる押圧部材と、を備える定着装置に適用してもよい。さらに、加圧ローラーと加圧ローラーに圧接される加熱ローラーとを備え、加熱ローラーが誘導発熱層を内包するとともに誘導加熱部に対向配置される定着装置等、誘導加熱部を備える種々の定着装置に適用することができる。

また、上記実施形態では、アーチコア４１とサイドコア４３とを夫々別設する構成を示したが、本発明はこれに限らず、アーチコア４１をサイドコア４３側にさらに延ばし、サイドコア４３の機能をアーチコア４１に代用させるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、アーチコア４１はアーチコアホルダー４５を介してボビン３８に取り付ける構成を示したが、本発明はこれに限らず、アーチコア４１はボビン３８に直接取り付けられる構成であってもよい。

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等に用いる定着装置及びそれを備えた画像形成装置に利用することができ、特に、電磁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利用することができる。

１ 画像形成装置
５ 定着装置
１８ 定着ローラー
１９ 加圧ローラー(加圧部材）
２６ 発熱ベルト（加熱部材）
２６ａ 誘導発熱層
３０ 誘導加熱部
３７ コイル
３７ａ 中空部
３８ ボビン（支持部材）
３８ａ 対向面
３８ｂ 取り付け面
３８ｃ 立ち壁部
３８ｄ フランジ部
３８ｅ ネジ孔
３８ｆ 突起部
３８ｉ 円弧部
３９ 磁性体コア
４１ アーチコア（第１のコア部）
４２ 端部センターコア（第２のコア部）
４３ サイドコア
４５ アーチコアホルダー
４５ａ ホルダーフランジ部
４５ｂ コア装着部
４５ｄ ネジ孔
４７ カバー部材
４７ａ 上面開口
４７ｂ 排気開口
４７ｃ 吸気開口
５１ ネジ
５２ ナット
５３ ペルチェ素子（冷却手段）
５５ 第１吸気ダクト
５６ 排気ダクト（通気路）
５７ 排気ファン
５８ 第２吸気ダクト（冷却手段）
５９ 吸気ファン（冷却手段）
Ａ 最大サイズ用紙の通紙領域
Ｂ 小サイズ用紙の通紙領域
Ｃ 非通紙領域

Claims (4)

1. 加熱部材と該加熱部材に圧接される加圧部材とにより形成されるニップ部で未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持して、記録媒体上の未定着トナー像を溶融定着する定着装置において、
   前記加熱部材の長手方向に沿ってループ状に巻回され前記加熱部材を誘導加熱する磁束を発生させるコイルと、
   前記コイルの近傍に前記記録媒体の搬送方向に直交する方向に配設され前記加熱部材の誘導発熱層に磁束を導く磁性体コアと、
   前記加熱部材の表面に対向し、前記加熱部材に対向する面の反対側の取り付け面に前記コイルと前記磁性体コアとが取り付けられる支持部材と、を備え、
   前記磁性体コアは、前記コイルを囲み前記記録媒体の搬送方向に直交する方向に複数配列される第１のコア部と、前記コイルのループが形成する中空部内で記録媒体の搬送方向に直交する方向の両端部のみに配設される第２のコア部と、を有し、
   前記中空部内に設けられる磁性部材は前記第２コア部のみであり、
   前記第２のコア部は、前記第１のコア部に比べてキュリー温度が低く且つ熱容量が小さく構成されてなり、
   前記第２のコア部を冷却する冷却手段を更に備え、
   前記冷却手段は、定着可能な最大サイズの記録媒体より小さいサイズの記録媒体が定着処理された後、前記第２のコア部を冷却することを特徴とする定着装置。
2. 前記磁性体コアと前記コイルを覆った状態で前記支持部材に取り付けられるカバー部材を更に備え、
   前記冷却手段は、吸気ファンからなり前記カバー部材に設けた吸気開口から前記第２のコア部に送風することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記冷却手段は、ペルチェ素子からなり前記第２のコア部に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。

Images