JP2002056960A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁場発生手段１８・１７と、磁場発生手段の磁
界の作用で電磁誘導発熱する回転体１０と、回転体１０
と相互圧接してニップ部Ｎを形成する加圧部材３０を有
し、ニップ部Ｎで被加熱材Ｐを挟持搬送し回転体１０の
発熱で被加熱材Ｐを加熱する加熱装置１００について、
装置のスタンバイ中の予備加熱を行いながらも、装置の
耐久寿命の低下を防止する。 【解決手段】回転体１０の発熱により、回転体１０を停
止状態で回転体１０および磁場発生手段１８・１７およ
び加圧部材３０を予備加熱すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁場発生手段と、
この磁場発生手段の磁界の作用で電磁誘導発熱する回転
体と、この回転体と相互圧接してニップ部を形成する加
圧部材を有し、電磁誘導を利用して回転体に渦電流を発
生させて加熱しこの回転体の発熱で被加熱材を加熱す
る、電磁誘導加熱方式の加熱装置に関する。

【０００２】またこの電磁誘導加熱方式の加熱装置を、
記録材上に形成した画像を加熱処理する像加熱装置とし
て備えた、電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装
置に関する。

【０００３】

【従来の技術】電子写真装置、静電記録装置等の画像形
成装置において、記録材上に形成された未定着トナー画
像を定着する加熱装置（画像加熱定着装置）を例にして
説明する。未定着トナー画像の加熱装置としては、従来
から熱ローラ方式、フィルム加熱方式等の接触加熱方式
が広く用いられている。近年では、加熱源として電磁誘
導方式を用いた加熱装置が提案されている。

【０００４】未定着のフルカラートナー画像の加熱装置
では、トナー層が最大４層まで重ねられることがあり、
記録材とトナー層との界面まで十分に加熱しないと定着
不良が発生する場合があるため、前記トナー層が確実に
定着するまで前記トナー層をしっかりと保持する必要が
あった。

【０００５】そして、この電磁誘導方式の加熱装置の制
御方法として、特開平１０−１７１２９６号公報では電
磁誘導発熱する回転体としての低熱容量の定着フィルム
自体が局所的に発熱する構成において装置のスタンバイ
中に定着フィルムの予備回転及び予備加熱を行うことで
ファーストプリントタイム（ＦＰＴ）の短縮を実現する
提案がなされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、装置の
スタンバイ中に予備加熱と同時に定着フィルムを予備回
転させる制御では、プリンタの使用頻度が低く、スタン
バイ状態が長くなる場合には、スタンバイ中の定着フィ
ルムの回転が長くなってしまい、結果として加熱装置の
耐久寿命のうち、スタンバイにおける定着フィルムの回
転比率が大きくなり、プリントできる枚数が減ってしま
うという課題があった。

【０００７】そこで、本発明は電磁誘導加熱方式の加熱
装置において、装置のスタンバイ中の予備加熱を行いな
がらも、装置の耐久寿命の低下を防止することを目的と
する。また画像形成装置にあっては、ファーストプリン
トタイム（ＦＰＴ）の短縮と同時に加熱装置の寿命の延
長を図ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を特
徴とする加熱装置及び画像形成装置である。

【０００９】（１）磁場発生手段と、前記磁場発生手段
の磁界の作用で電磁誘導発熱する回転体と、前記回転体
と相互圧接してニップ部を形成する加圧部材を有し、前
記ニップ部で被加熱材を挟持搬送し前記回転体の発熱で
被加熱材を加熱する加熱装置であり、前記回転体の発熱
により、前記回転体を停止状態で前記回転体および前記
磁場発生手段および前記加圧部材を予備加熱することを
特徴とする加熱装置。

【００１０】（２）前記回転体の被加熱材を加熱する温
度をＴ_F、前記磁場発生手段の温度をＴ_I、前記回転体の
発熱域の予熱温度をＴ_Sすると、 Ｔ_F≦（Ｔ_I＋Ｔ_S）／１．２５ の関係を満足することを特徴とする（１）に記載の加熱
装置。

【００１１】（３）前記回転体の温度は被加熱材の一部
が前記回転体にオフセットする温度未満に設定すること
を特徴とする（１）又は（２）に記載の加熱装置。

【００１２】（４）前記磁場発生手段の温度Ｔ_Iを予測
して前記回転体の予熱温度Ｔ_Sを設定することを特徴と
する（１）乃至（３）のいずれかに記載の加熱装置。

【００１３】（５）記録材に画像を形成する画像形成手
段と、記録材上に形成した画像を加熱処理する加熱装置
を備えた画像形成装置において、前記加熱装置が（１）
乃至（４）のいずれかに記載の加熱装置であることを特
徴とする画像形成装置 ［作 用］即ち、装置のスタンバイ状態において、電磁
誘導発熱する回転体を停止状態で予備加熱を行うこと
で、装置のスタンバイ時における回転体の回転比率はゼ
ロとなるため、装置のスタンバイ中の予備加熱を行いな
がらも、装置の耐久寿命の低下を防止することができ
る。

【００１４】画像形成装置にあっては、装置のスタンバ
イ中の予備加熱によりファーストプリントタイムの短縮
を実現できるし、画像形成装置の使用頻度が低く、スタ
ンバイ状態が長くなる場合でも、加熱装置の耐久寿命の
うちスタンバイにおける回転体の回転比率はゼロとなる
ため、装置のスタンバイ時の回転体の予備回転に起因す
るプリントできる枚数の減少をなくすことができる。

【００１５】また、無駄なエネルギーの投入を抑制する
ことができるため機内昇温に有利である。

【００１６】

【発明の実施の形態】［第１の実施形態例］ （１）画像形成装置例 図１は画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の
画像形成装置は電子写真カラープリンタである。

【００１７】１０１は有機感光体やアモルファスシリコ
ン感光体でできた感光体ドラム（像担持体）であり、矢
示の反時計方向に所定のプロセススピード（周速度）で
回転駆動される。

【００１８】感光体ドラム１０１はその回転過程で帯電
ローラ等の帯電装置１０２で所定の極性・電位の一様な
帯電処理を受ける。

【００１９】次いでその帯電処理面にレーザ光学箱（レ
ーザスキャナー）１１０から出力されるレーザ光１０３
による、画像情報の走査露光処理を受ける。レーザ光学
箱１１０は不図示の画像読み取り装置等の画像信号発生
装置からの画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対
応して変調（オン／オフ）したレーザ光１０３を出力し
て回転感光体ドラム１０１面に走査露光した画像情報に
対応した静電潜像が形成される。１０９はレーザ光学箱
１１０からの出力レーザ光を感光体ドラム１０１の露光
位置に偏向させるミラーである。

【００２０】フルカラー画像形成の場合は、目的のフル
カラー画像の第１の色分解成分画像、例えばイエロー成
分画像についての走査露光・潜像形成がなされ、その潜
像が４色カラー現像装置１０４のうちのイエロー現像器
１０４Ｙの作動でイエロートナー画像として現像され
る。そのイエロートナー画像は感光体ドラム１０１と中
間転写体ドラム１０５との接触部（或いは近接部）であ
る１次転写部Ｔ１において中間転写体ドラム１０５の面
に転写される。

【００２１】中間転写体ドラム１０５面に対するトナー
画像転写後の回転感光体ドラム１０１面はクリーナ１０
７により転写残りトナー等の付着残留物の除去を受けて
清掃される。

【００２２】上記のような帯電・走査露光・現像・一次
転写・清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画
像の第２の色分解成分画像（例えばマゼンタ成分画像、
マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第３の色分解成分画
像（例えばシアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作
動）、第４の色分解成分画像（例えば黒成分画像、黒現
像器１０４ＢＫが作動）の各色分解成分画像について順
次実行され、中間転写体ドラム１０５面にイエロートナ
ー画像・マゼンタトナー画像・シアントナー画像・黒ト
ナー画像の都合４色のトナー画像が順次重ねて転写され
て、目的のフルカラー画像に対応したカラートナー画像
が合成形成される。

【００２３】中間転写体ドラム１０５は、金属ドラム上
に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有するもので、感光
体ドラム１０１に接触して或いは近接して感光体ドラム
１０１と略同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動さ
れ、中間転写体ドラム１０５の金属ドラムにバイアス電
位を与えて感光体ドラム１０１との電位差で感光体ドラ
ム１０１側のトナー画像を前記中間転写体ドラム１０５
面側に転写させる。

【００２４】上記の回転中間転写体ドラム１０５面に合
成形成されたカラートナー画像は、前記回転中間転写体
ドラム１０５と転写ローラ１０６との接触ニップ部であ
る二次転写部Ｔ２において、前記二次転写部Ｔ２に不図
示の給紙部から所定のタイミングで送り込まれた、被加
熱材としての記録材Ｐの面に転写されていく。転写ロー
ラ１０６は記録材Ｐの背面からトナーと逆極性の電荷を
供給することで中間転写体ドラム１０５面側から記録材
Ｐ側へ合成カラートナー画像を順次に一括転写する。

【００２５】二次転写部Ｔ２を通過した記録材Ｐは中間
転写体ドラム１０５の面から分離されて加熱装置１００
へ導入され、未定着トナー画像の加熱定着処理を受けて
カラー画像形成物として機外の不図示の排紙トレーに排
出される。加熱装置１００については次の（２）項で詳
述する。

【００２６】記録材Ｐに対するカラートナー画像転写後
の回転中間転写体ドラム１０５はクリーナ１０８により
転写残りトナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清
掃される。このクリーナ１０８は常時は中間転写体ドラ
ム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ド
ラム１０５から記録材Ｐに対するカラートナー画像の二
次転写実行過程において中間転写体ドラム１０５に接触
状態に保持される。

【００２７】また転写ローラ１０６も常時は中間転写体
ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写
体ドラム１０５から記録材Ｐに対するカラートナー画像
の二次転写実行過程において中間転写体ドラム１０５に
記録材Ｐを介して接触状態に保持される。

【００２８】本例の画像形成装置は、白黒画像などモノ
カラー画像のプリントモードも実行できる。また両面画
像プリントモード、或いは多重画像プリントモードも実
行できる。

【００２９】両面画像プリントモードの場合は、加熱装
置１００を出た１面目画像プリント済みの記録材Ｐは不
図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されて再び二次
転写部Ｔ２へ送り込まれて２面に対するトナー画像転写
を受け、再度、加熱装置１００に導入されて２面に対す
るトナー画像の定着処理を受けることで両面画像プリン
トが出力される。

【００３０】多重画像プリントモードの場合は、加熱装
置１００を出た１回目画像プリント済みの記録材Ｐは不
図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されずに再び二
次転写部Ｔ２へ送り込まれて１回目画像プリント済みの
面に２回目のトナー画像転写を受け、再度、加熱装置１
００に導入されて２回目のトナー画像の定着処理を受け
ることで多重画像プリントが出力される。

【００３１】（２）加熱装置１００ 本例において加熱装置１００は電磁誘導加熱方式の装置
である。図２は本例の加熱装置１００の要部の横断側面
模型図、図３は要部の正面模型図、図４は要部の縦断正
面模型図である。

【００３２】磁場発生手段は磁性コア１７ａ・１７ｂ・
１７ｃ及び励磁コイル１８からなる。

【００３３】磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃは高透磁
率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったト
ランスのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは
１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いる
のがよい。

【００３４】励磁コイル１８には給電部１８ａ・１８ｂ
（図５）に励磁回路２７を接続してある。この励磁回路
２７は２０ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波をスイッチ
ング電源で発生できるようになっている。

【００３５】励磁コイル１８は励磁回路２７から供給さ
れる交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生す
る。

【００３６】１６ａ，１６ｂは横断面略半円弧状樋型の
フィルムガイド部材であり、開口側を互いに向かい合わ
せて略円柱体を構成し、外側に円筒状の電磁誘導性発熱
フィルムである定着フィルム１０をルーズに外嵌させて
ある。

【００３７】前記フィルムガイド部材１６ａは、磁場発
生手段としての磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃと励磁
コイル１８を内側に保持している。

【００３８】また、フィルムガイド部材１６ａには摺動
部材４０がニップ部Ｎの加圧ローラ３０との対向面側
で、定着フィルム１０の内側に配設してある。

【００３９】２２はフィルムガイド部材１６ｂの内面平
面部に当接させて配設した横長の加圧用剛性ステイであ
る。

【００４０】１９は磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及
び励磁コイル１８と加圧用剛性ステイ２２の間を絶縁す
るための絶縁部材である。

【００４１】フランジ部材２３ａ・２３ｂはフィルムガ
イド部材１６ａ，１６ｂのアセンブリの左右両端部に外
嵌し、前記左右位置を固定しつつ回転自在に取り付け、
定着フィルム１０の回転時に前記定着フィルム１０の端
部を受けて定着フィルムのフィルムガイド部材長手に沿
う寄り移動を規制する役目をする。

【００４２】加圧部材としての加圧ローラ３０は、芯金
３０ａと、前記芯金周りに同心一体にローラ状に成形被
覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂な
どの耐熱性・弾性材層３０ｂとで構成されており、芯金
３０ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板金間に回
転自由に軸受け保持させて配設してある。

【００４３】加圧用剛性ステイ２２の両端部と装置シャ
ーシ側のバネ受け部材２９ａ・２９ｂとの間にそれぞれ
加圧バネ２５ａ・２５ｂを縮設することで加圧用剛性ス
テイ２２に押し下げ力を作用させている。これによりフ
ィルムガイド部材１６ａの下面の摺動部材４０と加圧ロ
ーラ３０とが定着フィルム１０を挟んで圧接して所定幅
の定着ニップ部Ｎが形成される。

【００４４】加圧ローラ３０は駆動手段Ｍにより矢示の
反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ３０の回
転駆動による前記加圧ローラ３０と定着フィルム１０の
外面との摩擦力で定着フィルム１０に回転力が作用し、
前記定着フィルム１０がその内面が定着ニップＮにおい
て摺動部材４０の下面に密着して摺動しながら矢示の時
計方向に加圧ローラ３０の回転周速度にほぼ対応した周
速度をもってフィルムガイド部材１６ａ，１６ｂの外回
りを回転状態になる。

【００４５】この場合、定着ニップ部Ｎにおける摺動部
材４０の下面と定着フィルム１０の内面との相互摺動摩
擦力を低減化させるために定着ニップ部Ｎの摺動部材４
０の下面と定着フィルム１０の内面との間に耐熱性グリ
スなどの潤滑剤を介在させるができる。

【００４６】また、図５に示すように、フィルムガイド
部材１６ａの周面に、その長手に沿い所定の間隔を置い
て凸リブ部１６ｅを形成具備させ、フィルムガイド部材
１６ａの周面と定着フィルム１０の内面との接触摺動抵
抗を低減させて定着フィルム１０の回転負荷を少なくし
ている。このような凸リブ部はフィルムガイド部材１６
ｂにも同様に形成具備することができる。

【００４７】図６は交番磁束の発生の様子を模式的に表
したものである。磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表
す。

【００４８】磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃに導かれ
た交番磁束Ｃは、磁性コア１７ａと磁性コア１７ｂとの
間、そして磁性コア１７ａと磁性コア１７ｃとの間にお
いて定着フィルム１０の電磁誘導発熱層１に渦電流を発
生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層１の固有抵抗に
よって電磁誘導発熱層１にジュール熱（渦電流損）を発
生させる。ここでの発熱量Ｑは電磁誘導発熱層１を通る
磁束の密度によって決まり図６のグラフような分布を示
す。図６のグラフは、縦軸が磁性コア１７ａの中心を０
とした角度θで表した定着フィルム１０における円周方
向の位置を示し、横軸が定着フィルム１０の電磁誘導発
熱層１での発熱量Ｑを示す。ここで、発熱域Ｈは最大発
熱量をＱとした場合、発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義
する。これは、定着に必要な発熱量が得られる領域であ
る。

【００４９】この定着フィルム１０の温度すなわち定着
ニップ部Ｎの温度は温度検知手段を含む温調系により励
磁コイル１８に対する電流供給が制御されることで所定
の温度が維持されるように温調される。即ち、２６（図
２・図５）は定着フィルム１０の温度を検知するサーミ
スタなどの温度センサであり、本例においてはこの温度
センサ２６を定着ニップ部Ｎよりも定着フィルム移動方
向下流側において定着ニップ部近傍位置にフィルムガイ
ド部材１６ｂの外面に露呈させて配設してある。この温
度センサ２６が定着フィルム１０の内面に接触して定着
フィルム１０の温度を検知する。この温度センサ２６で
測定した定着フィルム１０の温度情報が制御回路ＣＰＵ
（図５）に入力する。制御回路ＣＰＵはその入力温度情
報をもとに励磁回路２７を制御して励磁コイル１８に対
する電流供給を制御し定着フィルム１０の温度すなわち
定着ニップ部Ｎの温度を所定の温度に温調する。

【００５０】而して、定着フィルム１０が回転し、励磁
回路２７から励磁コイル１８への給電により上記のよう
に定着フィルム１０の電磁誘導発熱がなされて定着ニッ
プ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温調された状態にお
いて、画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像
ｔが形成された記録材Ｐが定着ニップ部Ｎの定着フィル
ム１０と加圧ローラ３０との間に画像面が上向き、即ち
定着フィルム面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎに
おいて画像面が定着フィルム１０の外面に密着して定着
フィルム１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されて
いく。この定着ニップ部Ｎを定着フィルム１０と一緒に
記録材Ｐが挟持搬送されていく過程において定着フィル
ム１０の電磁誘導発熱で加熱されて記録材Ｐ上の未定着
トナー画像ｔが加熱定着される。記録材Ｐは定着ニップ
部Ｎを通過すると定着フィルム１０の外面から分離して
排出搬送されていく。記録材上の加熱定着トナー画像は
定着ニップ部通過後、冷却して永久固着像となる。

【００５１】本例においては、図２に示すように、定着
フィルム１０のこの発熱域Ｈ（図６）の対向位置に暴走
時の励磁コイル１８への給電を遮断するため温度検知素
子であるサーモスイッチ５０を配設している。

【００５２】図７は本例で使用した安全回路の回路図で
ある。温度検知素子であるサーモスイッチ５０は＋２４
ＶＤＣ電源とリレースイッチ５１と直列に接続されてお
り、サーモスイッチ５０が切れると、リレースイッチ５
１への給電が遮断され、リレースイッチ５１が動作し、
励磁回路２７への給電が遮断されることにより励磁コイ
ル１８への給電を遮断する構成をとっている。サーモス
イッチ５０はＯＦＦ動作温度を２２０℃に設定した。

【００５３】また、サーモスイッチ５０は定着フィルム
１０の発熱域Ｈに対向して定着フィルム１０の外面に非
接触に配設した。サーモスイッチ５０と定着フィルム１
０との間の距離は略２ｍｍとした。これにより、定着フ
ィルム１０にサーモスイッチ５０の接触による傷が付く
ことがなく、耐久による定着画像の劣化を防止すること
ができる。

【００５４】本例によれば、定着ニップ部Ｎに紙が挟ま
った状態で加熱装置が停止し、励磁コイル１８に給電が
続けられ定着フィルム１０が発熱し続けた場合でも、紙
が挟まっている定着ニップ部Ｎでは発熱していないため
に紙が直接加熱されることがない。また、発熱量が多い
発熱域Ｈには、サーモスイッチ５０が配設してあるた
め、サーモスイッチ５０が２２０℃を感知して、サーモ
スイッチが切れた時点で、リレースイッチ５１により励
磁コイル１８への給電が遮断される。

【００５５】本例によれば、紙の発火温度は約４００℃
近辺であるため紙が発火することなく、定着フィルムの
発熱を停止することができる。

【００５６】温度検知素子としてサーモスイッチのほか
に温度ヒューズを用いることもできる。

【００５７】Ａ）励磁コイル１８ 励磁コイル１８はコイル（線輪）を構成させる導線（電
線）として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の
細線を複数本束ねたもの（束線）を用い、これを複数回
巻いて励磁コイルを形成している。本例では１０ターン
巻いて励磁コイル１８を形成している。

【００５８】絶縁被覆は定着フィルム１０の発熱による
熱伝導を考慮して耐熱性を有する被覆を用いるのがよ
い。たとえば、ポリアミドイミドやポリイミドなどの被
覆を用いるとよい。

【００５９】励磁コイル１８は外部から圧力を加えて密
集度を向上させてもよい。

【００６０】励磁コイル１８の形状は、図２や図６のよ
うに発熱層の曲面に沿うようにしている。本例では定着
フィルム１０の発熱層１と励磁コイル１８との間の距離
は略２ｍｍになるように設定した。

【００６１】励磁コイル保持部材を兼ねるフィルムガイ
ド部材１６ａの材質としては絶縁性に優れ、耐熱性がよ
いものがよい。例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂
（ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂）、ポリイミ
ド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥ
ＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂などを選択するとよ
い。

【００６２】磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃ及び励磁
コイル１８と、定着フィルムの発熱層の間の距離はでき
る限り近づけた方が磁束の吸収効率が高いのであるが、
この距離が５ｍｍを越えるとこの効率が著しく低下する
ため５ｍｍ以内にするのがよい。また、５ｍｍ以内であ
れば定着フィルム１０の発熱層と励磁コイル１８の距離
が一定である必要はない。

【００６３】励磁コイル１８を保持させているフィルム
ガイド部材１６ａからの励磁コイル引出線１８ａ・１８
ｂ（図５）については、部材１６ａから外の部分につい
て束線の外側に絶縁被覆を施している。

【００６４】Ｂ）定着フィルム１０ 図８は本例における定着フィルム１０の層構成模型図で
ある。本例の定着フィルム１０は、電磁誘導発熱性の定
着フィルム１０の基層となる金属フィルム等でできた発
熱層１と、その外面に積層した弾性層２と、その外面に
積層した離型層３の複合層構造のものである。発熱層１
と弾性層２との間の接着、弾性層２と離型層３との間の
接着のため、各層間にプライマー層（不図示）を設けて
もよい。略円筒形状である定着フィルム１０において発
熱層１が内面側であり、離型層３が外面側である。前述
したように、発熱層１に交番磁束が作用することで前記
発熱層１に渦電流が発生して前記発熱層１が発熱する。
その熱が弾性層２・離型層３を介して定着フィルム１０
を加熱し、前記定着ニップ部Ｎに通紙される被加熱材と
しての記録材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなさ
れる。

【００６５】ａ．発熱層１ 発熱層１はニッケル、鉄、強磁性ＳＵＳ、ニッケル−コ
バルト合金といった強磁性体の金属を用いるとよい。

【００６６】非磁性の金属でも良いが、より好ましくは
磁束の吸収の良いニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバ
ルト−ニッケル合金等の金属が良い。

【００６７】その厚みは次の式で表される表皮深さより
厚くかつ２００μｍ以下にすることが好ましい。表皮深
さσ［ｍ］は、励磁回路の周波数ｆ［Ｈｚ］と透磁率μ
と固有抵抗ρ［Ωｍ］で σ＝５０３×（ρ／ｆμ）^1/2 と表される。

【００６８】これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の
深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強
度は１／ｅ以下になっており、逆にいうと殆どのエネル
ギーはこの深さまでで吸収されている（図９）。

【００６９】発熱層１の厚さは好ましくは１〜１００μ
ｍがよい。発熱層１の厚みが１μｍよりも小さいとほと
んどの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪く
なる。また、発熱層が１００μｍを超えると剛性が高く
なりすぎ、また屈曲性が悪くなり回転体として使用する
には現実的ではない。従って、発熱層１の厚みは１〜１
００μｍが好ましい。

【００７０】ｂ．弾性層２ 弾性層２は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシ
リコーンゴム等で耐熱性がよく、熱伝導率がよい材質で
ある。

【００７１】弾性層２の厚さは１０〜５００μｍが好ま
しい。この弾性層２は定着画像品質を保証するために必
要な厚さである。カラー画像を印刷する場合、特に写真
画像などでは記録材Ｐ上で大きな面積に渡ってベタ画像
が形成される。この場合、記録材の凹凸あるいはトナー
層の凹凸に加熱面（離型層３）が追従できないと加熱ム
ラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で画像に光
沢ムラが発生する。伝熱量が多い部分は光沢度が高く、
伝熱量が少ない部分では光沢度が低い。弾性層２の厚さ
としては、１０μｍ以下では記録材あるいはトナー層の
凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してしまう。ま
た、弾性層２が１０００μｍ以上の場合には弾性層の熱
抵抗が大きくなり温度のレスポンスが低下する。より好
ましくは弾性層２の厚みは５０〜５００μｍがよい。

【００７２】弾性層２の硬度は、硬度が高すぎると記録
材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ムラ
が発生してしまう。そこで、弾性層２の硬度としては６
０゜以下（ＪＩＳ−Ａ：ＪＩＳ Ｋ Ａタイプの測定装
置使用）、より好ましくは４５゜以下がよい。

【００７３】弾性層２の熱伝導率λに関しては、０．２
５〜０．８４［Ｗ／ｍ・℃］がよい。熱伝導率λが０．
２５［Ｗ／ｍ・℃］よりも小さい場合には、熱抵抗が大
きく、定着フィルムの表層（離型層３）における温度上
昇が遅くなる。熱伝導率λが０．８４［Ｗ／ｍ・℃］よ
りも大きい場合には、硬度が高くなりすぎたり、圧縮永
久歪みが悪化したりする。よって熱伝導率λは０．２５
〜０．８４［Ｗ／ｍ・℃］がよい。よリ好ましくは０．
３３〜０．６３［Ｗ／ｍ・℃］がよい。

【００７４】ｃ．離型層３ 離型層３はフッ素樹脂（ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ）、
シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴ
ム、シリコーンゴム等の離型性かつ耐熱性のよい材料を
選択することができる。

【００７５】離型層３の厚さは１〜１００μｍが好まし
い。離型層３の厚さが１μｍよりも小さいと塗膜の塗ム
ラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足すると
いった問題が発生する。また、離型層が１００μｍを超
えると熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂
系の離型層の場合は硬度が高くなりすぎ、弾性層２の効
果がなくなってしまう。

【００７６】また図１０に示すように、発熱層１のフィ
ルムガイド面側（発熱層１の弾性層２とは反対面側）に
断熱層４を設けてもよい。

【００７７】断熱層４としては、フッ素樹脂（ＰＦＡ樹
脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂）、ポリイミド樹脂、ポ
リアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、
ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂などの耐熱樹脂がよい。

【００７８】また、断熱層４の厚さとしては１０〜１０
００μｍが好ましい。断熱層４の厚さが１０μｍよりも
小さい場合には断熱効果が得られず、また、耐久性も不
足する。一方、１０００μｍを超えると磁性コア１７ａ
・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８から発熱層１の距
離が大きくなり、磁束が十分に発熱層１に吸収されなく
なる。

【００７９】断熱層４は、発熱層１に発生した熱が定着
フィルムの内側に向かわないように断熱できるので、断
熱層４がない場合と比較して記録材Ｐ側への熱供給効率
が良くなる。よって、消費電力を抑えることができる。

【００８０】Ｃ）装置の温度制御 次に、本発明の特徴である装置の温度制御方法につい
て、図１１を用いて詳細に説明する。

【００８１】図１１の横軸は時間軸を示し、左側から画
像形成装置本体の電源ＯＮ、ウォームアップ、レディ、
スタンバイ、プリント開始の順に遷移する状態を示す。
また、縦軸は温度を示し、Ｔ_Fは定着フィルム１０の定
着温調温度を示している。また、Ｔ_Sは定着フィルム１
０の発熱域Ｈ（図６）の予備加熱時の設定温度であり、
前記Ｔ_Fよりも所定温度だけ低い温度に設定してある。
Ｔ_Iは磁場発生手段である励磁コイル１８の長手中央の
温度であり、温度検知素子３１（図５）によって計測さ
れる。図中の曲線はそれぞれ定着フィルム１０の温度変
化、磁場発生手段である励磁コイルの温度変化を示して
いる。

【００８２】加熱（信号）がＯＮの状態において、定着
フィルム１０が停止しており、定着フィルム１０の発熱
域Ｈが所定の予熱温度Ｔ_Sに達し、予熱温度Ｔ_Sに保つた
めの温調を行う。この温調は定着フィルム１０内面の発
熱域Ｈに当接したサーミスタ２８（図２・図５）によっ
て検知した温度にもとづいて制御回路ＣＰＵと励磁回路
２７により制御される。温調制御は励磁コイル１８に印
加する高周波電流の周波数を変え、供給する電力のデュ
ーティを調整することにより行う。

【００８３】定着フィルム１０を停止状態でスタンバイ
を行う場合、定着フィルム１０が低熱容量であるため、
自己発熱をほとんどしない磁場発生手段の温度によって
定着フィルムの昇温速度に影響がある。これは、磁場発
生手段の温度が低いと定着フィルムの熱量の一部が磁場
発生手段の温度上昇のために使われてしまうためであ
る。

【００８４】そこで、予熱温度Ｔ_Sは以下の関係を満足
することによって、プリンタがプリント開始信号を受け
てから紙先端が加熱装置１００の定着ニップ部Ｎに到達
する時間内に定着フィルム１０の定着温調温度Ｔ_Fまで
立ち上げることが可能となる。

【００８５】 Ｔ_F≦（Ｔ_I＋Ｔ_S）／１．２５・・・（１） 例として、Ｔ_F＝１８０℃とすると、ウォームアップで
Ｔ_Hが１８０℃に達し、かつ、上記関係式（１）を満足
するようにＴ_I≧４５℃でレディ状態に移行する。

【００８６】スタンバイ中は磁場発生手段である励磁コ
イル１８の温度Ｔ_Iが上昇するのにともなって上記の関
係式（１）を満足するように予熱温度Ｔ_Sを低下させる
制御を行っている。

【００８７】図１１では熱平衡に達する前にプリントを
開始しているが、最終的にはＴ_Sは定着フィルム１０、
磁場発生手段１８・１７、加圧ローラ３０を含んだ加熱
装置が熱平衡状態に達したときの温度に収束する。

【００８８】磁場発生手段１８・１７の温度が低い場合
には定着フィルム１０の温度を高くし、磁場発生手段の
温度が高くなってくると定着フィルムの温度を低くする
ことでプリントが開始されてから記録材Ｐの先端が定着
ニップ部Ｎに到達する前に安定して定着フィルム１０の
温度を定着可能温度Ｔ_Fまで上昇させることが可能とな
った。

【００８９】また、定着フィルム１０の予熱温度Ｔ
_Sは、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔを過加熱して定着
フィルム１０上に付着してしまう温度、つまりホットオ
フセットする温度未満に設定すると良い。これは、ホッ
トオフセット温度以上でプリントが開始されると良質な
画像を得ることができないためである。

【００９０】さらに、定着フィルム１０の温度は、定着
フィルムを構成する部材の耐熱温度以下で使用しなけれ
ばならない。

【００９１】なお、磁場発生手段の温度Ｔ_Iの測定を行
わず、定着フィルム１０と磁場発生手段１８・１７の温
度変化の時定数をもとに磁場発生手段のＴ_Iを予測して
予熱温度Ｔ_Sを適宜低下させる制御を行うことが可能で
ある。また、本例では温度検知素子２８・３１を長手中
央に配設したが、記録材が通紙される部分の温度状態を
把握するために、温度検知素子は通紙域内に配設するの
が望ましい。

【００９２】上記の制御を行うことで、図１１に示すよ
うに、記録材Ｐの先端が加熱装置１００に到達する時点
では、定着フィルム１０と加圧ローラ３０の表面温度は
それぞれの定着可能温度Ｔ_Fに達しており、これによ
り、カラー画像であっても定着不良が発生することがな
く、最短のファーストプリントタイムが実現できた。

【００９３】本例の制御のように、スタンバイ中に、電
磁誘導発熱する回転体である定着フィルム１０を停止さ
せておくことにより、プリンタの使用頻度が低く、スタ
ンバイ状態が長くなる場合でも、加熱装置１００の耐久
寿命のうちスタンバイにおける定着フィルム１０の回転
比率はゼロとなるため、スタンバイによるプリントでき
る枚数の減少をなくすことができた。

【００９４】また、無駄なエネルギーの投入を抑制する
ことができるため機内昇温に有利である。

【００９５】尚、本実施形態では、トナーに低軟化物質
を含有させたトナーを使用したため、加熱装置１００に
オフセット防止のためのオイル塗布機構を設けていない
が、低軟化物質を含有させていないトナーを使用した場
合には、オイル塗布機構を設けても良い。また、定着ニ
ップ後に冷却部を設けて、冷却分離を行っても良い。ま
た、低軟化物質を含有させたトナーを使用した場合にも
オイル塗布や冷却分離を行っても良い。また、低軟化物
質を含有させたトナーを使用した場合にもオイル塗布や
冷却分離を行ってもよい。

【００９６】また、４色カラー画像形成装置について説
明したが、モノクロ或いは１パスマルチカラー画像形成
装置に適用する場合は、定着フィルム１０は、弾性層２
を省略し、発熱層１と離型層３だけで構成することもで
きる。

【００９７】［第２の実施形態例］本例では、第１の実
施形態例において、ウォームアップ時に定着フィルム１
０を回転させることを特徴とし、その他は第１の実施形
態例と同様の構成をとっており、同一の説明については
省略する。

【００９８】図１２は図１１と同様に横軸は時間軸を示
し、左側から画像形成装置本体の電源ＯＮ、ウォームア
ップ、レディ、スタンバイ、プリント開始の順に遷移す
る状態を示す。また、縦軸は温度を示し、Ｔ_Fは定着フ
ィルム１０の定着温調温度を示している。また、Ｔ_Sは
定着フィルム１０の発熱域Ｈの予備加熱時の設定温度で
あり、前記Ｔ_Fよりも所定温度だけ低い温度に設定して
ある。Ｔ_Iは磁場発生手段である励磁コイル１８の長手
中央の温度であり、温度検知素子３１（図５）によって
計測される。図中の曲線はそれぞれ定着フィルム１０の
温度変化、磁場発生手段である励磁コイル１８の温度変
化を示している。

【００９９】本例では、本体の電源がＯＮと同時に、加
熱（信号）がＯＮされ、定着フィルム１０の回転が開始
される。一度定着フィルム１０の温度をＴ_Fまで立ち上
げたところでレディとし、スタンバイ状態に移行する。
スタンバイ以降の制御については第1の実施形態例と同
様のため説明は省略する。

【０１００】本例では本体の電源ＯＮで加熱動作と同時
に定着フィルム１０を回転させることにより加圧ローラ
３０の温度を上昇させることができる。また、回転させ
ることにより加熱する熱容量が大きくなるため単位時間
当りの電力投入量が停止させている場合よりも大きくな
る。磁場発生手段である励磁コイル１８は銅損があるた
め、投入電力が大きくなる分、コイル自身の昇温も早く
なる。このため、磁場発生手段の温度上昇が定着フィル
ム１０を停止させている場合よりも早く上昇させること
が可能となる。

【０１０１】よって、本体の電源ＯＮからレディまでの
時間の短縮が可能となり、ユーザの利便性が向上する。

【０１０２】尚、本例では、ウォームアップで定着フィ
ルム１０の温度が定着可能温度Ｔ_Fに達した時点でレデ
ィに移行しているが、第1の実施形態例に示した（１）
式を満足した時点でレディに移行することもできる。こ
の場合は、定着フィルム１０の温度はＴ_Fより低い温度
でレディに移行することが可能でウォームアップ時間の
更なる短縮が可能となる。

【０１０３】本発明の制御は電源ＯＮ時に限らず、省電
力モードのように加熱装置１００の加熱をＯＦＦしたモ
ードからの立ち上げなどにも有効である。

【０１０４】本発明の加熱装置は実施形態例の画像加熱
定着装置としてばかりではなく、その他、例えば、画像
を担持した記録材を加熱してつや等の表面性を改質する
像加熱装置、画像を担持した記録材を加熱して画像を仮
定着する像加熱装置、シート状物を給紙して乾燥処理・
ラミネート処理する等の加熱装置などとして広く使用で
きる。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁
場発生手段と、この磁場発生手段の磁界の作用で電磁誘
導発熱する回転体と、この回転体と相互圧接してニップ
部を形成する加圧部材を有し、電磁誘導を利用して回転
体に渦電流を発生させて加熱しこの回転体の発熱で被加
熱材を加熱する、電磁誘導加熱方式の加熱装置、および
この電磁誘導加熱方式の加熱装置を、記録材上に形成し
た画像を加熱処理する像加熱装置として備えた、電子写
真装置、静電記録装置等の画像形成装置について、装置
のスタンバイ中の予備加熱を行いながらも、装置の耐久
寿命の低下を防止することができ、画像形成装置にあっ
ては、定着動作に入る前のスタンバイ状態において、回
転体を停止状態で予備加熱を行うことで、ファーストプ
リントタイムの短縮を実現できる。また、ウォームアッ
プ時に加熱と同時に回転体を回転させることで本体電源
ＯＮからレディまでの時間を短縮できユーザの利便性の
向上を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態例に用いた画像形成装置の概
略構成図

【図２】 加熱装置の要部の横断側面模型図

【図３】 同じく要部の正面模型図

【図４】 同じく要部の縦断正面模型図

【図５】 磁場発生手段と励磁回路の関係を示した図

【図６】 磁場発生手段と発熱量Ｑの関係を示した図

【図７】 安全回路を模式的に表した図

【図８】 電磁誘導発熱性の定着フィルムの層構成模型
図（その１）

【図９】 発熱層深さと電磁波強度の関係を示したグラ
フ

【図１０】 電磁誘導発熱性の定着フィルムの層構成模
型図（その２）

【図１１】 第１の実施形態例の制御を示した図

【図１２】 第２の実施形態例の制御を示した図

【符号の説明】

１・・発熱層、２・・弾性層、３・・離型層、４・・断
熱層、１０・・定着フィルム、１６・・フィルムガイド
部材、１７・・磁性コア、１８・・励磁コイル、２６・
・温度検知素子（サーミスタ）、２８・・温度検知素子
（サーミスタ）、３１・・温度検知素子（サーミス
タ）、５０・・安全用温度検素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H033 AA11 AA23 AA30 BA32 BE03 BE06 CA07 CA13 CA28 CA32 3K059 AA08 AB04 AC33 AC74 AD02 AD16 CD07 CD32

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁場発生手段と、前記磁場発生手段の磁界
   の作用で電磁誘導発熱する回転体と、前記回転体と相互
   圧接してニップ部を形成する加圧部材を有し、前記ニッ
   プ部で被加熱材を挟持搬送し前記回転体の発熱で被加熱
   材を加熱する加熱装置であり、 前記回転体の発熱により、前記回転体を停止状態で前記
   回転体および前記磁場発生手段および前記加圧部材を予
   備加熱することを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】前記回転体の被加熱材を加熱する温度をＴ
   _F、 前記磁場発生手段の温度をＴ_I、 前記回転体の発熱域の予熱温度をＴ_Sすると、 Ｔ_F≦（Ｔ_I＋Ｔ_S）／１．２５ の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の加
   熱装置。
3. 【請求項３】前記回転体の温度は被加熱材の一部が前記
   回転体にオフセットする温度未満に設定することを特徴
   とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
4. 【請求項４】前記磁場発生手段の温度Ｔ_Iを予測して前
   記回転体の予熱温度Ｔ_Sを設定することを特徴とする請
   求項１乃至３のいずれかに記載の加熱装置。
5. 【請求項５】記録材に画像を形成する画像形成手段と、
   記録材上に形成した画像を加熱処理する加熱装置を備え
   た画像形成装置において、前記加熱装置が請求項１乃至
   ４のいずれかに記載の加熱装置であることを特徴とする
   画像形成装置。