JP2000268952A

JP2000268952A - 加熱装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2000268952A
Application number: JP11070900A
Authority: JP
Inventors: Motofumi Baba; 基文馬場; Yasuhiro Uehara; 康博上原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-09-29
Anticipated expiration: 2019-03-16
Also published as: JP3915305B2

Abstract

(57)【要約】【課題】薄層状の発熱層を有する搬送体上のトナー像
を電磁誘導作用により加熱する加熱装置及び画像形成装
置において、トナー像を効率よく加熱し、交番磁場発生
源の大容量化や漏洩磁束の発生を防止する。【解決手段】内部に発熱層１２を有する搬送体１の両
側に、互いに対向するように配置される第１のコイル２
ａと第２のコイル２ｂとからなる励磁コイル２を設け
る。発熱層１２は電気抵抗率の低い材料からなり、薄層
状に形成されている。励磁コイル２は、第１のコイルと
第２のコイルとを磁気的に和動接続結合したペアコイル
であり、この励磁コイル２には交流電圧を印加する電源
装置３が接続されている。励磁コイル２によって励起さ
れる磁束は発熱層１２を貫通するループ状となり、発熱
層１２が効率的に加熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、搬送体上に担持さ
れる被加熱体を加熱する加熱装置、及び該加熱装置が用
いられる電子写真方式の画像形成装置に係り、より具体
的には、導電性材料からなる発熱層を用いて被加熱体を
電磁誘導加熱方式により加熱する加熱装置、及び該加熱
装置をトナー像の転写定着装置に適用する画像形成装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複写機、プリンターなどに代
表される画像形成装置では、未定着トナー像を記録材に
定着させるための加熱定着装置が用いられている。この
加熱定着装置は、例えばハロゲンランプを用いた熱ロー
ラー方式が主流であり、他には、加熱源として帯状のヒ
ーターをエンドレスフィルム内面に接触させて定着を行
うＳＵＲＦ方式などがある。

【０００３】熱ローラー方式の加熱装置は、ハロゲンラ
ンプ等の熱源により加熱され、所定の温度に温度調節さ
れたヒートロールと、これに圧接されたプレッシャーロ
ールとの回転ロール対を基本構成とするものである。そ
して、両ロールの圧接ニップ部に記録材を導入して挟持
搬送させることで、ヒートロールの熱により記録材の未
定着トナー像を加熱定着させるものである。またＳＵＲ
Ｆ方式は、帯状のヒーターをエンドレスフィルム内面に
接触させ、その熱によりトナー像を記録材に加熱定着さ
せるものである。

【０００４】また、中間転写体から記録材にトナー像を
転写する際に、トナー像を加熱して転写と定着とを同時
に行う画像形成装置が用いられている。この画像形成装
置は、離型性を有する中間転写体に像担持体上のトナー
像を一次転写し、この中間転写体上のトナー像を加熱・
加圧手段により記録材上に溶融して二次転写と同時に定
着させるものである。この加圧・加熱手段としては、例
えば中間転写体を介して圧接される加熱ロール及び加圧
ロールが知られており、両者の圧接部で加熱ロールによ
り中間転写体上のトナーを溶融するとともに記録材に浸
透させ、この記録材を中間転写体の離型効果を利用して
該中間転写体から剥離するものである。このように転写
と定着とを同時に行う画像形成装置は、例えば、特開平
２−１０６７７４号公報、特公昭６４−１０２７号公
報、特開昭５７−１６３２６４号公報、特開昭５０−１
０７９３６号公報、特開昭４９−７８５５９号公報など
に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の装置では、以下に示すような問題点があ
る。加熱源としてハロゲンランプを用いる場合は、放射
加熱方式であり、未定着トナー像等の被加熱体までの熱
伝達の効率が低く、熱損失が大きい。また被加熱体を直
接加熱するものではないので、被加熱体に所定の熱量を
付与するまでに時間がかかるといった問題を有してい
る。また帯状ヒーター等を用いる場合は、上記問題点は
解決されるが、被加熱体に加圧接触させてヒーター自体
を発熱させ、この熱を被加熱体に熱伝導させるので、駆
動トルクが大きく、小型機にしか適用できないといった
欠点を有する。

【０００６】画像形成装置の加熱装置として、上記の転
写と定着を同時に行う中間転写方式の加熱装置がある
が、加熱ロールに熱を与えて被加熱体である中間転写体
に熱伝導する方式をとっており、中間転写体全体を加熱
するために熱的な損失は大きい。

【０００７】これを解決する加熱手段として電磁誘導加
熱方式の加熱装置が提案されている。この加熱装置は、
導電性材料からなる発熱層を形成した加熱部材の上に被
加熱体を載置し、この被加熱体の表面と非接触に励磁コ
イルを配置して交番磁界を作用させる。そして、この交
番磁界により発熱層に渦電流を生じさせ、電磁誘導によ
る発熱層の自己発熱により被加熱体を加熱するものであ
る。このような電磁誘導加熱方式を用いた加熱装置は、
非接触の加熱手段であるため、熱効率を損なう介在物を
少なくし、被加熱体に直接的に熱を付与できるという利
点がある。また、被加熱体の必要なところだけを加熱で
きるので熱効率が高い。

【０００８】しかし、このような電磁誘導方式の加熱装
置は、加熱部周辺に配置される交番磁場発生源の励磁コ
イルが大型となるといった問題や、励磁コイルの近傍に
配置された発熱体によって決定される交流回路の力率が
低く、駆動電源が大容量化するという欠点がある。ま
た、電磁誘導加熱方式で加熱を行う場合、交番磁場発生
源から漏れた磁界が他の金属部等を加熱したり、人体に
悪影響を及ぼすなどの弊害が生じる可能性がある。この
ため、漏洩磁束の回収を十分に行わなければならず、加
熱部周辺が大型化するといった問題となる。

【０００９】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的は、電磁誘導作用によって
発熱する発熱層を有する搬送体を効率的に加熱すること
ができるとともに、励磁コイルを含む交流回路の高い力
率の設定を可能とし、発熱部周辺の交番磁場発生源の大
型化や漏洩磁束の発生を防止することができる加熱装置
を提供することである。さらに、この加熱装置を用いる
ことによって、トナー像担持搬送体上の未定着トナー像
を記録材に確実に転写定着することができるとともに、
限られた電力で高速プリントが可能な画像形成装置を提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、導電性材料からなる
薄層状の発熱層を有し、該発熱層と平行な方向に移動す
る搬送体と、該搬送体の両側の互いに対向する位置に
設けられた第１の励磁コイル及び第２の励磁コイルと、
該第１の励磁コイルと第２の励磁コイルとに交流電圧
を印加する電源装置とを有し、前記第１の励磁コイ
ルと第２の励磁コイルとは、磁気的に和動接続結合さ
れ、これらの励磁コイルによって励起される磁束が、前
記発熱層を貫通するように設定されていることを特徴と
する加熱装置を提供する。

【００１１】このような加熱装置では、搬送体の両側に
設けられた第１の励磁コイルと第２の励磁コイルとが磁
気的に和動接続結合されているので、これらの励磁コイ
ルによる磁束は薄層状の発熱層を容易に貫通する。これ
により、発熱層には渦電流が誘導され、発熱する。そし
て、発熱層は薄層状となっているので、短い時間で温度
が上昇し、二つの励磁コイル間を通過する間に充分に加
熱される。また、上記のように発熱層の両側に励磁コイ
ルを設け、磁束を貫通させると、発熱層の片側のみに励
磁コイルを設けた場合に比べ、コイルの体積（コイル巻
線の断面積×コイルの巻線長）が同じであると、力率が
向上し、有効に発熱層を加熱することが可能となる。

【００１２】特に、磁性材料からなる部材によって図１
１（ａ）又は図１１（ｂ）に示すように、磁束をループ
状に誘導し、周面に拡がらないようにすることによっ
て、より効率のよい加熱が可能となる。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の加熱装置において、前記発熱層は、銅、銀、アルミ
ニウム又はこれらと同等以下の電気抵抗率を有する、非
磁性の材料からなるものであり、この発熱層の層厚
が、０．１μｍ以上で２０μｍ以下であるものとする。

【００１４】上記銅、銀、アルミニウムと同様以下の抵
抗率を有する非磁性の材料とは、上記三種の金属の他、
これらを含む合金又はこれら以外の金属の合金等を含む
ものである。抵抗率は、上記三種の金属のうち最も抵抗
率が大きいアルミニウム（抵抗率：２．６６×１０^-8Ω
・ｍ）とほぼ同じか、これより小さい値の材料が該当す
る。

【００１５】このような加熱装置では、発熱層の厚さが
０．１μｍから２０μｍと薄いものであり、熱容量が小
さいので極めて短い時間に高温まで加熱することができ
る。また、急速に冷却することもできる。

【００１６】また、一般に電磁誘導加熱を行うときの発
熱層は磁性材料が望ましいとされているが、上記のよう
に発熱層の厚さを小さくした場合には、電気抵抗が大き
くなって渦電流の量が低下し、有効に加熱することが難
しくなる。これに対し、一般的な磁性材料である鉄、ニ
ッケル等より抵抗率の小さい材料の方が有効に発熱させ
ることができる。本発明はこのような新たな事実を見出
すことによってなされたものであり、発熱層を薄くして
急速な加熱・冷却を行うとともに効率のよい加熱を行う
ものである。

【００１７】さらに、発熱層として非磁性材料を用いる
ことにより、次式で示される表皮厚さδが大きくなり、
実際の発熱層をこの表皮厚さよりも充分に小さなものと
することができる。そして、発熱層の厚さが表皮厚さよ
りも充分に薄くなっていることにより、磁束が容易に発
熱層を貫通し、効率の良い加熱が行われる。表皮厚さδ＝√（２／μσω）＝√（２ρ／μω）＝５
０３√（ρ／ｆμ_r） μ：透磁率（Ｈ／ｍ） σ：導電率（１／Ω・ｍ） ω：角振動数（＝２πｆ）（１／ｓｅｃ）ｆ：周波数（Ｈｚ） ρ：抵抗率（Ω・ｍ） μ_r：比透磁率（＝μ／μ₀） μ₀：真空の透磁率（＝４π×１０^-7Ｈ／ｍ）

【００１８】請求項３に記載の発明は、静電電位の差
による潜像にトナーを付着することによって形成された
トナー像を無端状の周面上に担持し、該周面が周回移動
するように駆動されるトナー像担持搬送体と、該トナ
ー像担持搬送体の内側及び外側に、互いに対向するよう
に設けられた第１の励磁コイル及び第２の励磁コイル
と、該第１の励磁コイル及び第２の励磁コイルに交流
電圧を印加する電源装置と、前記トナー像担持搬送体
の周回方向における前記第１及び第２の励磁コイルが対
向する位置の下流側で、記録媒体を該トナー像担持搬送
体に押圧する押圧手段とを有し、前記トナー像担持
搬送体は、周面に沿って、導電性材料からなる薄層状
の発熱層を有するものであり、前記第１の励磁コイル
及び第２の励磁コイルは交流電圧の印加により、前記発
熱層を電磁誘導加熱するように配置されていることを特
徴とする画像形成装置を提供する。

【００１９】このような画像形成装置では、トナー像担
持搬送体に記録媒体が押圧され、トナー像の転写が行わ
れる位置より上流に加熱装置を構成する励磁コイルが設
けられているので、無端状周面を有するトナー像担持搬
送体の内側及び外側の双方に充分なスペースを確保する
ことができ、このトナー像担持搬送体の両側に励磁コイ
ルを設けて急速に加熱を行うことができる。そして、発
熱層の加熱によって、このトナー像担持搬送体に担持さ
れているトナーを軟化させ、下流側にある押圧手段で記
録媒体を圧接すると、軟化したトナーは記録媒体に強く
付着し、転写と定着が同時に行われる。

【００２０】上記のように発熱層を薄くして記録媒体に
トナー像を圧接させる直前に急速に加熱することにより
トナー像を軟化させるための熱エネルギーは少なくて済
み、効率のよい転写・定着が行われる。また、トナー像
担持搬送体の熱容量を小さくすることができ、急速に冷
却されるので、トナー像担持搬送体が中間転写体であっ
て感光体と近接しても、感光体への影響を低減すること
ができる。

【００２１】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の画像形成装置において、前記第１の励磁コイルと前
記第２の励磁コイルとは、磁気的に和動接続結合さ
れ、これらの励磁コイルによって励起される磁束が、前
記発熱層を貫通するように設定されているものとする。

【００２２】このような画像形成装置では、トナー像担
持搬送体の両側に設けられた第１の励磁コイルと第２の
励磁コイルとが磁気的に和動接続結合されているので、
これらの励磁コイルによる磁束は発熱層を容易に貫通す
る。これにより、発熱層に渦電流が誘導され、発熱層の
発熱によりトナー像担持搬送体上のトナー像が加熱され
る。この発熱層は薄層状となっているので、短い時間で
温度が上昇し、二つの励磁コイル間を通過する間にトナ
ー像が充分に加熱され、軟化する。また、上記のように
発熱層の両側に励磁コイルを設け、磁束を貫通させるこ
とで力率が向上し、有効に発熱層を加熱してトナーを軟
化させることができる。

【００２３】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の画像形成装置において、前記トナー像担持搬送体が
有する発熱層は、銅、銀、アルミニウム又はこれらと同
等以下の電気抵抗率を有する、非磁性の材料からなるも
のであり、この発熱層の層厚が、０．１μｍ以上で２
０μｍ以下であるものとする。

【００２４】このような画像形成装置では、発熱層の厚
さが０．１μｍから２０μｍと薄く、熱容量が小さいの
で、極めて短い時間に高温まで加熱することができ、ま
た急速に冷却することもできる。また磁性材料である
鉄、ニッケル等に比べ、上記銅、銀、アルミニウム等の
ように抵抗率の小さい材料を用いることで、発熱層の厚
さを小さくした場合にも有効に発熱させることができ
る。さらに、発熱層の厚さが表皮厚さよりも充分に薄く
なっていることにより、磁束が容易に発熱層を貫通し、
効率の良い加熱を行うことができる。

【００２５】請求項６に記載の発明は、請求項３、請求
項４又は請求項５のいずれかに記載の画像形成装置にお
いて、前記電源装置から前記第１の励磁コイル及び第
２の励磁コイルに印加される交流電圧及び周波数は、前
記トナー像担持搬送体上に担持され、前記記録媒体に押
圧される直前のトナーの温度が、該トナーの軟化点以上
となるように設定され、前記押圧手段の押圧により、
前記トナー像担持搬送体に前記記録媒体が圧接される範
囲は、前記記録媒体が該トナー像担持搬送体から分離
する瞬間に、前記トナー温度が軟化点以下となるように
設定されているものとする。

【００２６】このような画像形成装置では、第１の励磁
コイル及び第２の励磁コイルに印加される交流電圧及び
周波数を適切に設定することにより、トナー像担持搬送
体上のトナー像が急激にトナーの軟化点温度以上まで加
熱される。そして、このトナー像が押圧手段との対向部
で常温の記録媒体と圧接される。トナーが記録媒体と接
触した瞬間のトナー温度がトナー軟化点温度より低い
と、トナーと記録媒体との界面に働く接着力が十分でな
いため定着不良が発生するが、上記のようにトナーが十
分に加熱されていることにより、溶融したトナーが記録
媒体の繊維間に侵入して付着する。さらに、トナー像が
常温の記録媒体と圧接されることにより、トナーの温度
が急激に低下し、記録媒体がトナー像担持搬送体から分
離する時にトナー温度が軟化点以下となる。このトナー
は流動性が小さくなっているので、トナーの全量が一体
となって記録媒体に付着する。このため、記録媒体をト
ナー像担持搬送体から分離したときに、トナーが分断さ
れて一部がトナー像担持搬送体側に残る、いわゆるオフ
セットの発生が防止され、極めて高い効率で転写と同時
に定着が行われる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態を図
に基づいて説明する。図１は、請求項１又は請求項２に
記載の発明の第１の実施形態である加熱装置を示す概略
構成図である。この加熱装置は、周回移動が可能に支持
された円筒状の搬送体１と、この搬送体１の両側に互い
に対向するように設けられた第１のコイル２ａと第２の
コイル２ｂとからなる励磁コイル２と、この励磁コイル
２に交流電圧を印加する電源装置３とで主要部が構成さ
れている。

【００２８】上記搬送体１は、耐熱性の高い円筒状基材
１１の周面に、電磁誘導作用により自己発熱する薄層状
の発熱層１２と、その上の表面層１３とを有している。
発熱層１２は、厚さが１０ｍｍ〜０．１μｍで、固有抵
抗が１０^-10〜１０^-5Ω・ｍの電気良導体材料からな
り、渦電流損によるジュール発熱を生じさせるものであ
る。この層は、例えば強磁性材料や反磁性材料として、
金属、金属化合物、有機導電体などを用いることがで
き、さらに詳しくは、鉄、ニッケル、コバルト、銅、
銀、アルミニウム、またはそれらの化合物などが選択可
能である。これらのうち発熱性能を考慮すれば銅、銀、
アルミニウムなど電気抵抗率の低いものが好ましく、特
に銅が最適であるので本実施形態ではこれを採用してい
る。また発熱層１２の厚さはなるべく薄い方が好まし
く、特に０．１μｍ〜２０μｍが最適である。

【００２９】上記励磁コイル２は、搬送体１の外側に配
置された第１のコイル２ａと、内側に配置された第２の
コイル２ｂとからなり、これらが磁気的に和動接続結合
されたペアコイルである。このように和動接続結合され
ている場合、これらの励磁コイル２によって励起される
磁束が、搬送体１の発熱層１２を貫通するようになって
いる。

【００３０】また、第１のコイル２ａと第２のコイル２
ｂの周辺には、それぞれ強磁性体１４ａ，１４ｂが設け
られている。この強磁性体１４ａ，１４ｂは、優れた加
熱効率を得るために高インダクタンス化するとともに、
漏洩磁束を収束させるためのものである。この強磁性体
１４ａ，１４ｂには、ソフトフェライト等のヒステリシ
ス損や渦電流損などが非常に小さいものが用いられる。

【００３１】上記第１のコイル２ａと第２のコイル２ｂ
とからなる励磁コイル２は単一の電源装置３で駆動さ
れ、この電源装置３から２０ｋ〜１００ｋＨｚの高周波
交流電圧が印加される。上記励磁コイル２のインダクタ
ンスは、第１のコイル２ａのインダクタンス成分と第２
のコイル２ｂのインダクタンス成分との磁気的結合度を
変えて決定する。磁気的結合度は、発熱層１２と励磁コ
イルとの距離と、それぞれのコイルが作る磁界で決定す
る。

【００３２】励磁コイル２に印加される交流電圧の周波
数は、発熱層１２の厚さと透磁率および固有抵抗で決定
できるが、発熱層１２の厚さに対して幅や長さが１０倍
以上の場合、発熱層１２に対して垂直に磁束が鎖交すれ
ば渦電流損は大きくなる。例えば、発熱層１２の厚さが
５０μ〜０．１μｍ程度の薄膜の場合、交流電圧の周波
数を１０ｋＨｚ以上の高周波数とし、励磁コイル２によ
る磁束を発熱層に対して垂直に鎖交させる。

【００３３】上記のような加熱装置では、磁気的に和動
接続結合された第１のコイル２ａと第２のコイル２ｂに
電源装置３から交流電圧が印加されると、これらの励磁
コイル２による磁束が図１に示すように発熱層１２を貫
通してループ状に誘導される。そしてこの磁束と垂直な
発熱層１２に渦電流が発生し、この渦電流と発熱層の固
有抵抗によって発熱層１２が発熱する。この発熱層１２
は薄膜状となっているので、短い時間で温度が上昇し、
搬送体１が第１のコイル２ａと第２のコイル２ｂとの対
向部を通過する間に充分に加熱される。

【００３４】次に、上記加熱装置において、発熱層の材
料や厚さを選定するための根拠について説明する。前述
したように表皮厚さδは、周波数ｆ（Ｈｚ）、抵抗率ρ
（Ω・ｍ）、比透磁率μ_rにより δ＝５０３√（ρ／ｆμ_r）と表わされる。

【００３５】発熱層の材料として、例えば銅、ニッケ
ル、鉄、銀、アルミニウムの抵抗率ρ（Ω・ｍ）と比透
磁率μ_rについては表１のように示される。

【表１】

【００３６】さらに周波数ｆを数段階に変化させて表皮
厚さδを算出すると、表２〜表６のようになる。

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】

【表５】

【００４０】

【表６】

【００４１】これらの表より、銅、銀、アルミニウムの
ように抵抗率ρが小さく、比透磁率μ_rの大きい材料を
用いることにより、表皮厚さδが大きくなる。従って、
発熱層の厚さを表皮厚さδよりも充分に小さく設定する
ことにより、磁束が容易に発熱層を貫通し、効率の良い
加熱が行われる。本実施形態の発熱層の厚さは０．１μ
ｍから２０μｍと薄いものであり、熱容量が小さいので
極めて短時間に高温まで加熱することができる。

【００４２】また、一般に電磁誘導加熱を行うときの発
熱層は磁性材料が望ましいとされているが、上記のよう
に発熱層の厚さを薄くした場合には、電気抵抗が大きく
なって渦電流の量が低下し、有効に加熱することが難し
くなる。これに対し、磁性材料である鉄、ニッケル等よ
りも抵抗率の小さい、銅、銀、アルミニウムなどの材料
の方が有効に発熱させることができる。

【００４３】次に、励磁コイルを発熱層を挟んで外側と
内側に和動接続結合させた本実施形態の加熱装置と、励
磁コイルを発熱層の外側一方にのみ配置した従来の加熱
装置とを比較する実験を行った結果について説明する。
この実験では、発熱層として厚さ２μｍの銅を用いる。
従来と本実施形態の両装置とも発熱層と励磁コイルとの
距離と、励磁コイルの抵抗成分を等しくし、加熱状態は
両装置とも同様の条件が得られるように設定する。力率
は、励磁コイルに流れる電流と電圧の位相差から算出
し、励磁コイルの大きさは、外側のコイル体積で比較し
ている。また、漏洩磁束は両装置とも励磁コイル周辺に
強磁性体を設けて磁束を回収するような条件を整えた上
で、励磁コイル周辺部に漏洩した磁束密度の平均値を測
定して比較する。その結果を表７に示す。

【００４４】

【表７】

【００４５】表７に示すように、従来の加熱装置では力
率が０．３５程度であるのに対し、本実施形態の加熱装
置では０．８５程度まで高くなり、全体のコイル体積が
ほぼ同じであっても力率が向上することがわかる。従っ
て、励磁コイルを駆動する電源装置の低容量化、低コス
ト化が可能となる。また本実施形態の加熱装置では、漏
洩磁束も従来の加熱装置に比べ大幅に低減できることが
わかる。このため、漏洩磁束を回収するための装置の大
型化などを防止することができる。

【００４６】図２は、請求項１又は請求項２に記載の発
明の第２の実施形態である加熱装置を示す概略構成図で
ある。この加熱装置は、図１に示す加熱装置の円筒状搬
送体１に代えて、無端ベルト状部材からなる搬送体２１
を備えている。この搬送体２１は、耐熱性の高い無端状
のシート基材３１の周面に、電磁誘導作用により自己発
熱する薄層状の導電層３２と、その上の表面層３３とを
有している。そして図示しない駆動手段により、図２中
に示す矢印方向に周回移動するようになっている。な
お、この加熱装置は、図１に示す装置と同様に、第１の
コイル２２ａと第２のコイル２２ｂとからなる励磁コイ
ル２２と、電源装置２３と、強磁性体３４ａ，３４ｂと
を備えており、これらの構成は図１に示すものと同じで
ある。

【００４７】上記発熱層３２には、例えば、厚さを２０
μｍ、１０μｍ、２μｍの３種に変えた銀が用いられて
いる。また、励磁コイル２２に印加する交流電圧には、
２０ｋ〜１００ｋＨｚの高周波数のものが用いられてい
る。

【００４８】このような加熱装置では、搬送体２１の発
熱層３２を挟んで外側と内側に第１のコイル２２ａと第
２のコイル２２ｂとが配置され、これらが磁気的に和動
接続結合されているので、これらの励磁コイルによる磁
束は発熱層３２を貫通し、渦電流により発熱層が急激に
加熱される。上記のように厚さを変えた３種類の発熱層
を用いた場合、すべての場合において良好な発熱効果を
得ることができた。

【００４９】図３は、請求項１又は請求項２に記載の発
明の第３の実施形態である加熱装置を示す概略構成図で
ある。この加熱装置は、図２に示す加熱装置の励磁コイ
ル２２に代えて、無端ベルト状の搬送体５１と対向する
位置に、２つの独立した励磁コイル５２，５３を並列に
配置したものである。励磁コイル５２は、搬送体５１の
外側の第１のコイル５２ａと内側の第２のコイル５２ｂ
とからなり、これらが磁気的に和動接続結合されたもの
であり、励磁コイル５３も同様に、搬送体５１の外側の
第１のコイル５３ａと内側の第２のコイル５３ｂとから
なり、これらが磁気的に和動接続結合されたものであ
る。なお、この装置では、基材６１上に発熱層６２と表
面層６３を有する搬送体５１と、励磁コイル５２，５３
に交流電圧を印加する電源装置５４を備えており、これ
らの構成は図２に示す装置と同じである。

【００５０】このような加熱装置では、搬送体５１と対
向する２つの励磁コイル５２，５３によって発熱層６２
が電磁誘導作用により加熱される。このため、搬送体５
１の広い範囲で発熱層６２を加熱することができ、加熱
領域を広くとりたい場合に有利である。

【００５１】図４は、請求項１又は請求項２に記載の発
明の第４の実施形態である加熱装置を示す概略構成図で
ある。この加熱装置は、図２に示す加熱装置の励磁コイ
ル２２に代えて、コイルの巻線方向が搬送体７１の周面
とほぼ平行となるように配置された励磁コイル７２を備
えている。この励磁コイル７２は、搬送体７１の外側の
第１のコイル７２ａと、搬送体７１の内側の励磁コイル
７２ｂとからなり、それぞれが強磁性体８４ａ，８４ｂ
に巻き回されている。なお、この加熱装置の他の構成は
図２に示す加熱装置と同じである。このような加熱装置
においても、図４に示すように励磁コイル７２による磁
束は搬送体７１の発熱層８２を貫くループ状に誘導さ
れ、発熱層８２を効率よく加熱することができる。

【００５２】図５は、請求項３、請求項４、請求項５又
は請求項６に記載の発明の第１の実施形態である画像形
成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は、
周面が周回可能に支持された無端ベルト状の中間転写体
１０５を備えており、この中間転写体１０５と対向する
位置に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナ
ー像を形成する４つの画像形成ユニット１０７Ｙ，１０
７Ｍ，１０７Ｃ，１０７Ｂが配設されている。各画像形
成ユニットは、表面に静電潜像が形成される像担持体１
０１を有しており、各像担持体１０１の周囲に、該像担
持体１０１の表面をほぼ一様に帯電させる帯電装置１０
２と、像担持体表面に像光を照射して潜像を形成する露
光装置１０３と、像担持体上に形成された潜像にトナー
を選択的に転移させてトナー像を形成する現像装置１０
４と、像担持体上のトナー像を中間転写体１０５上に転
写する一次転写ロール１０６とを備えている。

【００５３】上記中間転写体１０５の内側には、駆動ロ
ール１０８と、テンションロール１０９と、支持ロール
１１０，１１２と、二次転写ロール１１３とが配置され
ており、これらによって中間転写体１０５が周回可能に
張架されている。二次転写ロール１１３と対向する位置
には、中間転写体１０５を二次転写ロール１１３に押圧
する加圧ロール１１４を備えており、これらの押圧部の
中間転写体１０５の周回方向上流側には、中間転写体１
０５上に転写されたトナー像を電磁誘導作用により加熱
する加熱装置１２０が設けられている。さらに加圧ロー
ル１１４と中間転写体１０５との圧接部に記録材１１６
を送り込むペーパーガイド１１７と、記録材を所定の搬
送方向に案内する案内部材１１８とが配設されている。

【００５４】上記中間転写体１０５は、図６に示すよう
に、耐熱性の高い無端状のシート基材１３１の周面に、
電磁誘導作用により自己発熱する誘電発熱層１３２と、
その上の表面離型層１３３とを有している。この中間転
写体１０５は、駆動ロール１０８の回転により、図中に
示す矢印方向に１６０ｍｍ／ｓの速度で周回移動するよ
うになっている。

【００５５】上記加熱装置１２０は、中間転写体１０５
の外側に配置された第１のコイル１１５ａと、内側に配
置された第２のコイル１１５ｂとからなる励磁コイルを
備えており、第１のコイル１１５ａと第２のコイル１１
５ｂとは磁気的に和動接続結合されている。この加熱装
置１２０は図２に示す加熱装置と同じものである。

【００５６】励磁コイルのインダクタンスＬは、第１の
コイル１１５ａのインダクタンスＬ１と、第２のコイル
１１５ｂのインダクタンスＬ２との磁気的結合度ｋが
０．６５〜０．９５の範囲となるように設定する。この
磁気的結合度ｋは以下の式で表わされる。ｋ＝（Ｌ−Ｌ１−Ｌ２）／２√（Ｌ１×Ｌ２）

【００５７】この磁気的結合度ｋは、発熱層１３２と第
１のコイル１１５ａ及び第２のコイル１１５ｂとの距離
と、これらの励磁コイルが作る磁界の形状で決定する。
これにより、励磁コイルと発熱層との力率を０．４〜
０．９の範囲で設定することができる。第１のコイル１
１５ａと第２のコイル１１５ｂとからなる励磁コイルは
単一の駆動電源（図示せず）で駆動され、この駆動電源
は２０ｋ〜１００ｋＨｚの高周波交流電源となってい
る。

【００５８】上記画像形成装置で用いられるトナーは、
発色性、定着性を考慮するといわゆるシャープメルトを
用いることが望ましく、結着樹脂として、例えばポリエ
ステル樹脂などを使用することができる。またトナーの
軟化点は７５〜１５０℃、好ましくは８０〜１２５℃の
低温の軟化点を有するものがよい。ここで、シャープメ
ルト性を有するトナーとは、見掛けの溶融粘度が１０³
Ｐａ・ｓを示す時の温度をＴ₁、見掛けの溶融粘度が５
×１０²Ｐａ・ｓを示す時の温度をＴ₂としたときに、
Ｔ₁＝８０〜１４０℃であり、Ｔ₂−Ｔ₁＝５℃〜２０
℃の条件を満足するものをいう。これらの温度−溶融粘
度特性を有するシャープメルト性樹脂は、加熱されるこ
とにより極めてシャープに粘度低下を起こす。この粘度
低下が中間転写体上の最上部トナー層と最下部トナー層
との適度な混合を生じ、さらにトナー層自体の透明性を
急激に増加させ、良好な減色混合を起こすものである。

【００５９】また、このシャープメルトトナーの流動に
よって、粉体中に含んでいた空気が逃げてトナー層内の
熱伝導率が上昇するため、各色トナーを重ね合わせた場
合でも、トナー層全体を短い加熱時間で溶融することが
でき、本実施形態の画像形成装置では特に有効となる。
さらに、このようなシャープメルト性のカラートナーは
親和力が大きく、定着時にオフセットし易いが、本発明
では軟化点以下の温度で中間転写体１０５から剥離する
ためオフセットはまったく発生しない。

【００６０】次に上記のような画像形成装置の動作につ
いて説明する。画像情報はシアン（Ｃ）、マゼンタ
（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色の像に
分解され、各画像形成ユニット１０７Ｙ，１０７Ｍ，１
０７Ｃ，１０７Ｋにより、像担持体１０１上にそれぞれ
異なる色のトナー像が形成される。中間転写体１０５は
一定方向に循環移動しており、像担持体１０１からトナ
ー像が一次転写ロール１０６の作用により転写される。
４台の画像形成ユニットからトナー像が順次転写された
後、重ね合わされた４色のトナー像Ｇは中間転写体１０
５の移動により加熱装置１２０と対向する領域に搬送さ
れる。

【００６１】そして、この領域で電磁誘導作用により中
間転写体１０５の発熱層１３２が発熱し、中間転写体１
０５上の４色のトナー像が加熱により溶融される。溶融
したトナーは二次転写ロール１１３と圧力ロール１１４
との対向位置で室温の記録材と圧接され、トナー像が記
録材に瞬時に浸透して転写定着される。ニップの出口で
は、トナーの温度が記録材との接触により低下してお
り、トナーの凝集力が大きくなっているため、オフセッ
トを生じることなくトナー像はそのままほぼ完全に記録
材上に転写定着される。

【００６２】次に、上記画像形成装置において、加熱装
置１２０の効果を確認するため前述の実験と同様に力率
を調査する実験を行った。この実験では、発熱層１３２
を厚さ２μｍの銅とし、交番磁場発生源を総体積８０ｃ
ｍ³の励磁コイルとし、Φ＝０．３ｍｍの銅線を撚った
リッツ線を用いて偏平渦巻き状に巻いた４０ｃｍ³のコ
イルを２個作成して和動接続結合させた励磁コイルを、
発熱層１３２を挟んで配置した。このとき、励磁コイル
に印加する交流電圧の周波数を１００ｋＨｚ、発熱層と
励磁コイルとの距離を５ｍｍに設定すると、力率は０．
８５となることが確認された。

【００６３】これに対して、同体積で偏平渦巻き状に巻
いた１個のコイルを作成し、発熱層を片側一方から、上
記同様の周波数、上記同様の発熱層と励磁コイルとの距
離に設定して加熱した場合、力率は０．４となることが
確認された。従って、本実施形態の加熱装置１２０によ
り高い力率を得ることができる。

【００６４】また、上記画像形成装置とほぼ同じ構成
で、中間転写体の構成のみを変えてもよい。例えば図７
に示すように、耐熱性の高い無端状のシート基材１４１
の周面に、発熱層１４２とその上の表面離型層１４３を
備え、さらにシート基材１４１の内側に発泡層１４４を
備える４層構造の中間転写体１３５を用いてもよい。こ
のような中間転写体１３５では、発泡層１４４が断熱層
として機能し、中間転写体１３５の温度低下や裏面側の
部材に熱伝導したりするのが防止され、熱効率のよい画
像形成装置が得られる。

【００６５】図８は、請求項３、請求項４、請求項５又
は請求項６に記載の発明の第２の実施形態である画像形
成装置で用いられる加熱装置の近傍を示す部分構成図で
ある。この画像形成装置では、無端ベルト状の中間転写
体１５１の内側に二次転写ロール１５２が配置され、こ
の二次転写ロール１５２に中間転写体１５１を押圧する
圧力ロール１５３が備えられている。そして中間転写体
１５１の周回方向における圧力ロール１５３の上流側に
は、中間転写体１５１の周面と近接対向する第１のコイ
ル１５４ａと、二次転写ロール１５２の内側に配置され
る第２のコイル１５４ｂとを備えた加熱装置１７０が設
けられている。また二次転写ロール１５２は図中に示す
矢印方向に回転しており、表面近傍に発熱層１５２ａが
設けられている。なお、この画像形成装置の他の構成は
図５に示す画像形成装置と同じである。

【００６６】このような画像形成装置では、中間転写体
１５１上に一次転写されたトナー像Ｇは該中間転写体の
周回方向に移動し、加熱装置１７０が設けられた位置で
電磁誘導作用により二次転写ロール１５２の発熱層１５
２ａが加熱されてトナー像が溶融する。このトナー像は
二次転写ロール１５２と圧力ロール１５３との対向位置
で室温の記録材と圧接され、トナー像が記録材上に転写
定着される。

【００６７】図９は、請求項３、請求項４、請求項５又
は請求項６に記載の発明の第３の実施形態である画像形
成装置で用いられる加熱装置の近傍を示す部分構成図で
ある。この画像形成装置では、無端ベルト状の中間転写
体１６１の内側に固定パッド１６２が設けられ、この固
定パッド１６２に中間転写体１６１を押圧する圧力ロー
ル１６３が設けられている。この固定パッド１６２と圧
力ロール１６３との圧接部には記録材が送り込まれるよ
うになっている。また、固定パッド１６２と圧力ロール
１６３との圧接部の上流側には、中間転写体１６１の両
端部付近に該中間転写体１６１を湾曲させて周回移動さ
せる案内部材（図示せず）が設けられいる。そしてこの
案内部材の内側には、中間転写体１６１の中央部付近と
近接対向するように第１のコイル１６４ａと第２のコイ
ル１６４ｂとを備えた加熱装置１７０が配置されてい
る。この中間転写体１６１は図６に示すものと同じ構成
であり、内部に発熱層が設けられている。なお、この画
像形成装置の他の構成は図５に示す装置と同じである。

【００６８】このような画像形成装置では、中間転写体
１６１上のトナー像Ｇが第１のコイル１６４ａと第２の
コイル１６４ｂとの対向部で電磁誘導作用により加熱さ
れ溶融される。そして中間転写体１６１の移動により固
定パッド１６２と圧力ロール１６３との圧接部で室温の
記録材１６５と押圧され、トナー像が記録材１６５上に
転写定着される。

【００６９】また、図１０に示すように、上記固定パッ
ド１６２に代えてロール状部材１７２を配置してもよ
い。このような装置では、中間転写体１７１上のトナー
像Ｇが第１のコイル１７４ａと第２のコイル１７４ｂと
を備えた加熱装置１８０との対向位置に搬送され、トナ
ー像が電磁誘導加熱により溶融される。このトナー像は
ロール状部材１７２と圧力ロール１７３との圧接部で室
温の記録材と圧接され、記録材上に良好に転写定着され
る。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明に係る加
熱装置では、発熱層の両側に励磁コイルを設け、この励
磁コイルによる磁束を薄層状の発熱層に貫通させるの
で、発熱層の片側のみに励磁コイルを設けた場合に比べ
て力率が向上し、有効に発熱層を加熱することができ
る。このため、低容量の電源を設計できるとともに、加
熱装置の小型化、漏洩磁束の回収を効率的に行うことが
できる。また、このような加熱装置を画像形成装置に適
用し、発熱層を有するトナー像担持搬送体の両側に励磁
コイルを設けて加熱することで、トナー像担持搬送体上
のトナーを急激に溶融することができる。そしてこのト
ナー像を下流側にある押圧手段で記録媒体と圧接するこ
とにより、軟化したトナーが記録媒体に強く付着し、転
写と同時に定着が行われる。このため、熱エネルギーを
低減できるとともに、良好な転写定着画像を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１又は請求項２に記載の発明の第１の実
施形態である加熱装置を示す概略構成図である。

【図２】請求項１又は請求項２に記載の発明の第２の実
施形態である加熱装置を示す概略構成図である。

【図３】請求項１又は請求項２に記載の発明の第３の実
施形態である加熱装置を示す概略構成図である。

【図４】請求項１又は請求項２に記載の発明の第４の実
施形態である加熱装置を示す概略構成図である。

【図５】請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に
記載の発明の第１の実施形態である画像形成装置を示す
概略構成図である。

【図６】上記画像形成装置で用いられる中間転写体を示
す構成図である。

【図７】上記画像形成装置で用いられる中間転写体の他
の例を示す構成図である。

【図８】請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に
記載の発明の第２の実施形態である画像形成装置の加熱
装置近傍を示す部分構成図である。

【図９】請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に
記載の発明の第３の実施形態である画像形成装置の加熱
装置近傍を示す部分構成図である。

【図１０】請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６
に記載の発明の第４の実施形態である画像形成装置の加
熱装置近傍を示す部分構成図である。

【図１１】本願発明の加熱装置により生じる磁束の状態
を示す図である。

【符号の説明】

１、２１、５１、７１搬送体２、２２、５２、５３、７２励磁コイル２ａ、２２ａ、５２ａ、５３ａ、７２ａ第１のコ
イル２ｂ、２２ｂ、５２ｂ、５３ｂ、７２ｂ第２のコ
イル３、２３、５４電源装置１１、３１、６１、８１、１３１、１４１基材１２、３２、６２、８２、１３２、１４２発熱
層１３、３３、６３、８３、１３３、１４３表面
層１４ａ、３４ａ、６４ａ、６５ａ、８４ａ強磁性
体１４ｂ、３４ｂ、６４ｂ、６５ｂ、８４ｂ強磁性
体１０１像担持体１０２帯電装置１０３露光装置１０４現像装置１０５、１３５、１５１、１６１、１７１中間
転写体１０６一次転写ロール１０７画像形成ユニット１０８駆動ロール１０９テンションロール１１０、１１２支持ロール１１３二次転写ロール１１４、１５３、１７３圧力ロール１１５ａ、１５４ａ、１６４ａ、１７４ａ第１の
コイル１１５ｂ、１５４ｂ、１６４ｂ、１７４ｂ第２の
コイル１１６、１５５、１６５、１７５記録材１１７ペーパーガイド１１８案内部材１２０、１６０、１７０、１８０加熱装置１４４発泡層１６２固定パッド１７２ロール状部材

フロントページの続きＦターム(参考） 2H033 BA11 BA25 BE03 BE06 3K059 AA08 AB00 AB08 AB19 AB20 AC03 AC10 AC12 AC15 AC33 AC73 AD01 AD03 AD32 CD44 CD66 CD73 CD75

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性材料からなる薄層状の発熱層を
有し、該発熱層と平行な方向に移動する搬送体と、該搬送体の両側の互いに対向する位置に設けられた第１
の励磁コイル及び第２の励磁コイルと、該第１の励磁コイルと第２の励磁コイルとに交流電圧を
印加する電源装置とを有し、前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルとは、磁気的に和動接続結合され、これらの励磁コイルによっ
て励起される磁束が、前記発熱層を貫通するように設定
されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】前記発熱層は、銅、銀、アルミニウム
又はこれらと同等以下の電気抵抗率を有する、非磁性の
材料からなるものであり、この発熱層の層厚が、０．１μｍ以上で２０μｍ以下で
あることを特徴する請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】静電電位の差による潜像にトナーを付
着することによって形成されたトナー像を無端状の周面
上に担持し、該周面が周回移動するように駆動されるト
ナー像担持搬送体と、該トナー像担持搬送体の内側及び外側に、互いに対向す
るように設けられた第１の励磁コイル及び第２の励磁コ
イルと、該第１の励磁コイル及び第２の励磁コイルに交流電圧を
印加する電源装置と、前記トナー像担持搬送体の周回方向における前記第１及
び第２の励磁コイルが対向する位置の下流側で、記録媒
体を該トナー像担持搬送体に押圧する押圧手段とを有
し、前記トナー像担持搬送体は、周面に沿って、導電性材料からなる薄層状の発熱層を有
するものであり、前記第１の励磁コイル及び第２の励磁コイルは交流電圧
の印加により、前記発熱層を電磁誘導加熱するように配
置されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】前記第１の励磁コイルと前記第２の励
磁コイルとは、磁気的に和動接続結合され、これらの励磁コイルによっ
て励起される磁束が、前記発熱層を貫通するように設定
されていることを特徴とする請求項３に記載の画像形成
装置。
【請求項５】前記トナー像担持搬送体が有する発熱
層は、銅、銀、アルミニウム又はこれらと同等以下の電
気抵抗率を有する、非磁性の材料からなるものであり、この発熱層の層厚が、０．１μｍ以上で２０μｍ以下で
あることを特徴する請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】前記電源装置から前記第１の励磁コイ
ル及び第２の励磁コイルに印加される交流電圧及び周波
数は、前記トナー像担持搬送体上に担持され、前記記録
媒体に押圧される直前のトナーの温度が、該トナーの軟
化点以上となるように設定され、前記押圧手段の押圧により、前記トナー像担持搬送体に
前記記録媒体が圧接される範囲は、前記記録媒体が該トナー像担持搬送体から分離する瞬間
に、前記トナー温度が軟化点以下となるように設定され
ていることを特徴する請求項３、請求項４又は請求項５
のいずれかに記載の画像形成装置。