JP2008170734A - 定着装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の立ち上がりを鈍化させることなく、発熱部材の自己温度制御によって過昇温を容易かつ且つ実に防止すると共に小サイズの記録媒体を連続通紙した場合でも過昇温を抑制して発熱部材等の損傷を防止することのできる定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】励磁コイル５の円筒内部のコイル５１と発熱部材１ａとの間のギャップ間隔を変えることで発熱部材の発熱量分布を調節し、急速立ち上げや端部での異常昇温防止が可能となる。
【選択図】図７

Description

本発明は、定着装置及びこれを備えた画像形成装置電子機器に係り、特に、電磁誘導加熱方式の定着装置及びこれを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

従来、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、装置の立ち上がり時間を低減して省エネルギー化を図る目的で、電磁誘導加熱方式の定着装置を用いることが広く知られている（特許文献１参照）。
この特許文献１に記載された電磁誘導加熱方式の定着装置は、図１に示すように、励磁コイルユニット１８と加熱部である磁性金属部材１９とからなる加熱体２０が装着されたフィルム内面ガイド２１と、磁性金属部材１９を内壁に当接した状態でフィルム内面ガイド２１を包む耐熱性を備えた円筒状のフィルム１７と、磁性金属部材１９の位置でフィルム１７に圧接してこのフィルム１７との間に定着ニップ部Ｎを形成するとともに当該フィルム１７を回転させる加圧ローラ２２とから構成されている。
この定着装置によって記録媒体１１に担持されている未定着トナー画像Ｔを加熱、加圧して定着する場合には、磁界発生手段の励磁コイルユニット１８に高周波の交番電流を供給することによって励磁コイルの周囲に交番磁界が形成されて、磁性金属部材１９に渦電流が生じる。磁性金属部材１９に渦電流が生じると、磁性金属材料１９自身の電気抵抗によってジュール熱が発生し、このジュール熱によって円筒状のフィルム１７を介して未定着トナー画像を加熱し、同時に加圧ローラ２２によって加圧されて、未定着トナー画像Ｔが記録媒体１１に定着される。

このような電磁誘導加熱方式の定着装置は、熱ローラ方式等の他の方式の定着装置に比べて、少ないエネルギー消費で短い立ち上げ時間で円筒状フィルム１７の未定着トナー画像Ｔと圧接する表面を所望の温度まで昇温できるものとして知られている。
しかしながら、この特許文献１記載の定着装置では、円筒状フィルム１７の幅方向（回転軸方向）で全幅に亘って均一に加熱されるため、小サイズの記録媒体を連続的に定着した場合に、記録媒体と接触しない両端のフィルム１７の部分で過昇温したり、また、紙詰まり等により装置が突発的に駆動停止した場合に、円筒状フィルム１７が過昇温したりして加熱体２０を損傷してしまうことを招き易い問題があった。
このような過昇温を防ぐため、発熱部材の一部、または発熱部材に定着温度近傍にキュリー点を有する磁性材料を利用し、キュリー点以上では発熱効率を低下させることにより過昇温を防止している。しかし、室温から定着温度まで昇温させるとき、キュリー点近傍で発熱部材の磁気特性が低下するにつれて温度上昇の傾きが小さくなるため、立ち上がりには不利である（特許文献２参照）。

本発明者らは、この点を改善すべく検討の結果、コイルを発熱部材の表裏を挟み込むように巻きまわすことで、所定のキュリー点を有する発熱部材のみでキュリー点に従って昇温を停止することができるため、熱容量を小さくでき、急速立ち上げ可能な定着装置を提案した（特許文献３参照）。
特開平８−２２２０６号公報 特開平４−２６４４７９号公報 特開２００６−７９９４９公報

しかしながら、特許文献３記載の定着装置では、依然としてキュリー点近傍で発熱部材の磁気特性が低下するにつれて温度上昇の傾きが小さくなる課題を有する。そのために、定着温度に比して高キュリー点材を用いなければ急速立ち上げは不可能であり、それによって小サイズ連続通紙時の端部昇温が大きくなってしまうという問題がある。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、装置の立ち上がりを鈍化させることなく、発熱部材の自己温度制御によって過昇温を容易かつ且つ実に防止すると共に小サイズの記録媒体を連続通紙した場合でも過昇温を抑制して発熱部材等の損傷を防止することのできる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、交番磁界を発生させるコイル部と、前記交番磁界によって発熱する中空円筒状の発熱部材とを備え、当該発熱部材の発熱によって記録媒体に担持されているトナー像を加熱して記録媒体に定着する定着装置において、前記コイル部は、前記発熱部材の円筒部を挟んで円筒内部及び円筒外部に亘って巻回状に配設されており、前記発熱部材の円筒内部に位置するコイルの位置を、前記発熱部材の円筒軸方向において可変とする可変手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の定着装置において、前記コイル部より発生する交番磁界は、周波数が１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの交番電流を当該コイル部に供給することによって発生させることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１または２記載の定着装置において、前記発熱部材は、３５０℃以下のキュリー点を有する磁性導電層を備えたことを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着装置において、前記発熱部材は、少なくとも鉄及びニッケルを含む磁性合金で構成されることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の定着装置において、前記可変手段は、前記発熱部材の円筒内部に配設された回転軸に取り付けられたカム手段であって、当該回転軸が回転されて当該カム手段のカム面が前記発熱部材の円筒内部に位置するコイルに当接して当該コイルの位置を変更することを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項記載の定着装置において、前記トナー像は、前記発熱部材による加熱と共に、加圧手段による加圧力を受けて前記記録媒体に定着されることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項６記載の定着装置において、前記発熱部材と加圧手段は、それぞれ発熱ローラと加圧ローラであり、当該発熱ローラと加圧ローラとによって前記記録媒体を加熱、加圧して、前記トナー像を定着させることを特徴とする。
また、請求項８の発明は、請求項６記載の定着装置において、前記発熱部材は無端状のベルトを加熱し、加熱された当該無端状ベルトによって前記トナー像を加熱して前記記録媒体に定着することを特徴とする。
また、請求項９の発明は、請求項８記載の定着装置において、前記発熱部材は、定着補助ローラとともに前記無端状ベルトを張架する支持ローラであり、前記加圧手段は加圧ローラであり、当該定着補助ローラは、当該加圧ローラに前記無端状ベルトを介して圧接するように配置されていることを特徴とする。
また、請求項１０の発明は、請求項１乃至９いずれか１項記載の定着装置を具備することを特徴とする画像形成装置としたものである。

本発明によれば、上記構成を採用することによって、装置の立ち上がりを鈍化させることなく、発熱部材の自己温度制御によって過昇温を容易かつ且つ実に防止すると共に小サイズの記録媒体を連続通紙した場合でも過昇温を抑制して発熱部材等の損傷を防止することのできる定着装置及び画像形成装置を提供ことが可能となる。

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。
［実施例１］
図２は、本発明による一実施形態の定着装置の概略構成を示す図である。図中、１は発熱部材としての中空円筒状の支持ローラ、２は芯金２ａの表面に弾性層２ｂを有する定着補助ローラ、３は支持ローラ１と定着補助ローラ２に張架され、支持ローラ１で発熱された熱を保有して記録媒体１１上に担持された未定着トナー画像Ｔに熱を供給する無端状の定着ベルトである。４は芯金４ａ表面に弾性層４ｂが形成された加圧ローラ、５は交番交流が供給されて交番磁界を発生する励磁コイル、６は定着ベルト３の温度を検知する温度検知センサである。
本実施例に係る定着装置においては、図３に示すように、中空円筒状の支持ローラ１には、支持ローラ１の円筒内部１ｂを貫通し、円筒外部１ｃに亘って延出されて、支持ローラ１の円筒部１ａを挟んで（図２参照）円筒内部１ｂと円筒外部１ｃとの亘って巻回された励磁コイル５が配設されている。励磁コイル５は、高周波電源７と接続され、高周波電源７からの高周波の交番電流が供給されて支持ローラ１の円筒内部１ｂ及び円筒外部１ｃに交番磁界を発生するようになっている。

支持ローラ１は、定着温度以上で３５０℃以下の範囲のキュリー点を有する導電性磁性材料によって中空の円筒部１ａが形成され、ローラ１の両端部は、図示しない断熱ブッシュ、軸受を介してフレーム等に回転可能に固定されている。従って、支持ローラ１に、前述のように、励磁コイル５から交番磁界が印加されることによって、支持ローラ１の円筒部１ａ内に渦電流が発生し、円筒部１ａの構成材料の抵抗によってジュール熱が発生し、支持ローラ１が発熱する。
このようにして発熱された支持ローラ１は、その熱を支持ローラ１と定着補助ローラ２に張架された定着ベルト３に伝熱する。このようにして伝熱された定着ベルト３は、矢印Ｂ方向に回転駆動する定着補助ローラ２の回転によってＡ方向（図２参照）に移動されて定着補助ローラ２と加圧ローラ４のニップ部Ｎに到達する。ニップ部Ｎでは、表面に未定着トナー像Ｔを担持する記録媒体１１を定着補助ローラ２と加圧ローラ４とで挟持、加圧しながら、定着ベルト３による加熱によって、未定着トナー画像を定着する。また、記録媒体１１は、加圧ローラ４と定着補助ローラ２によってニップ部Ｎで挟持され、定着補助ローラ２の駆動することによってＤ方向に搬送されるが、記録媒体１１の搬送によって加圧ローラ４は、矢印Ｃ方向に回転されて、記録媒体１１の搬送を円滑に行っている。この場合に、本実施例においては、定着補助ローラ２を駆動回転しているが、加圧ローラ４を駆動回転し、記録媒体１１の搬送によって定着補助ローラ２を従動回転するようにしても良い。

定着ベルト３は、図４に示すように、基材３１の上に弾性層３２、離型層３３を積層している。この実施例で示す定着ベルト３は、発熱部材を保持しておらず、支持ローラ１を発熱部材で構成し発熱ローラとして用いるときの実施形態である。基材３１に求められる特性としては、ベルト３を支持ローラ１と定着補助ローラ２に張架した際の機械的強度、柔軟性、定着温度での使用に耐え得る耐熱性等が挙げられ、本実施例においては、支持ローラ１が発熱部材として作用するので、絶縁性の耐熱樹脂材料、例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、フッ素系樹脂等が適している。厚さは熱容量、強度の関係から３０μｍ〜２００μｍが望ましい。
定着ベルト３の弾性層３２は、光沢ムラのない均一な画像を得るために、ベルト表面に柔軟性を与える目的で形成され、ゴム硬度は５°〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）、厚さは５０μｍ〜５００μｍｍが望ましい。また、定着温度における耐熱性から、弾性層３２の材質としてはシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等が用いられる。離型層３３に使用される材料としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、および四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素系樹脂、もしくは、これらの樹脂の混合物、耐熱性樹脂にこれらフッ素系樹脂を分散させたものが挙げられる。弾性層３２を離型層３３で基材３１を被覆すると、シリコーンオイル等を使用しなくともトナー離型性、紙粉固着防止が可能になる（オイルレス化）。

しかし、これらの離型性を有する樹脂は、一般に、ゴム材料のような弾性を有していないことから、弾性層３２上に厚く離型層３３を形成するとベルト表面の柔軟性を損ない光沢ムラを発生させてしまう。離型性と柔軟性を両立させるため、離型層３３の膜厚を調整することが必要である。そのため、離型層３３の膜厚としては、５μｍ〜５０μｍ、望ましくは１０μｍ〜３０μｍが好ましい。また、必要に応じて、各層間にプライマー層を設けても良く、また、基材３１の内面に摺動時の耐久性を向上させる層を設けても良い。
また、支持ローラ１には、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金等を用いることができる。これらの合金は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの原子の各含有率を調整することで、任意のキュリー点を持たせることができる。設定するキュリー点は、上記定着ベルト３に用いられるフッ素系樹脂などの耐熱温度に合わせて３５０℃以下とするのが良く、本実施例では、円筒部１ａの発熱部材のキュリー点を２３０℃としている。また、円筒部１ａの表面に低抵抗層をメッキ、スパッタなどで厚さ２μｍ以上、低抵抗層材料の浸透深さを上限に付加することで発熱効率の改善が可能である。該当する低抵抗材としてＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等が挙げられる。コスト面からＣｕ、または、Ｎｉを使用するのが好適であり、特に、Ｃｕを使用する場合は防錆のため表面にＮｉ層を０．５μｍ程度形成するのが好ましい。さらに、定着ベルト３の基材３１との摺動面には、ベルト基材３１の磨耗を低減するように、前述のフッ素系樹脂等の摩擦係数の小さい樹脂で被覆することが好ましい。

本実施例で使用される励磁コイル５は、細い導線を束ねたリッツ線より構成され、図３に示すように、ループを形成する。このループ内に支持ローラ１の円筒部１ａをその内外面に沿って挟み込むように配置する。この配置によって後述する自己温度制御が実現可能となる。リッツ線は、表面に絶縁被膜を施した導線を複数撚り合わせたものである。一般に、導線の径が小さいほど高周波交番電流を印加したときの損失は小さい反面、強度が低下するため、巻き回す際に破断する恐れがある。そのために、素線径は０．０５ｍｍ以上が好ましい。また、素線径は、コイルに印加される交番電流の周波数から算出される浸透深さの２倍以下であれば素線全域で電流が流れることから、これを上限とする。なお電流の浸透深さδは透磁率μ、抵抗率ρ、周波数ｆから次式で表される。
δ＝５０３｛ρ／（ｆμ）｝^1/2
撚り本数は多ければ断面積が増えるため耐電流量が増加する反面、巻き回すための柔軟性に欠き、占有面積が増えるためレイアウトからも欠点となり得る。そこで、本実施例では外径０．１５ｍｍの素線を１５０本撚り合わせて使用している。コイル５の巻き数は図３では２回巻きで表現されているが、１〜５０回巻き、好ましくは１〜１０回巻きで励磁コイルを作成するのが好ましい。

本発明においては、支持ローラ１に備えた３５０℃以下のキュリー点を有する円筒部１ａを発熱部材として、磁界生成手段である励磁コイル５を図３のように円筒部１ａに巻回する構成することによって自己温度制御を実現している。以下にその作用を説明する。
発熱部材（円筒部１ａ）がキュリー点以下のとき、磁性を保持（μ＞１）しているため、励磁コイル５より発生した磁束は、発熱部材の磁性に引き寄せられ、発熱部材表面に集中して渦電流が大きく流れ、発熱する。キュリー点まで発熱すると磁性が消失するため（μ＝１）、発熱部材の磁性により引き寄せられていた磁束は発散し、発熱部材を透過する磁束が少なくなり渦電流が小さくなるため発熱が低下する。その結果、温度の上昇は停止する。このように図３の構成を採用することによって、発熱部材のキュリー点を利用した自己温度制御が可能となる。

次に、本実施例で使用される高周波電源７について説明すると、励磁コイル５に交番磁界を発生させるために、励磁コイル５に交番交流を供給する必要がある。この交番交流を供給する高周波電源７としては、１０ＫＨｚ〜１ＭＨｚ、好ましくは、人の可聴域外である２０ＫＨｚ〜３００ＫＨｚの交番電流が使用され、これにより励磁コイル５に交番磁界が発生し、支持ローラ１の発熱部材（円筒部１ａ）を誘導加熱する。この場合に、支持ロール１は、非磁性体で構成し、支持ロール１に張架される定着ベルト３に磁性導電性層を形成し、支持ロール１の円筒部１ａの表面に張架された定着ベルト３を挟んで励磁コイル５を巻回するようにして定着ベルト３を発熱部材とすることもできる。また、高周波電源７は、出力電力を制御回路からの指令によって制御可能である。
温度検知センサ６は、ニップ部Ｎの入り口側近傍の定着ベルト３の表面側、もしくは裏面に当接して配置されたサーミスタなど熱応答性の高い感温素子からなり、ベルト温度が検知される。ここで検知した温度を制御回路にフィードバックし、励磁コイル５に接続された高周波電源７の出力制御を行うようにしている。

本実施例で使用される加圧ローラ４は、例えば、ステンレス、炭素鋼等の金属製の芯金４ａと、耐熱性を有するシリコーンゴム等をソリッド状または発泡状にして芯金を被覆した弾性層４ｂとからなる。そして、加圧ローラ４からの押圧力で加圧ローラ４と定着補助ローラ２の間に所定幅の接触部Ｎ（定着ニップ部）を形成する。外径は３０〜４０ｍｍ程度、弾性層４ｂは肉厚を１〜１０ｍｍ程度、好ましくは１〜５ｍｍ、硬度を１０〜５０°（Ａｓｋｅｒ硬度）好ましくは、２０〜５０°程度としている。さらに、両面印刷時の離型性を上げるため、弾性層４ｂ上に前述のようなフッ素系樹脂などの離型層を形成することもでき、このような離型層を形成することが好ましい。本実施例においては、加圧ローラ４の硬度を定着補助ローラ２に比べて硬くすることによって、加圧ローラ４が定着補助ローラ２（及び定着ベルト３）へ食い込む形となり、この食い込みにより記録媒体１１には、ニップ部Ｎの出口において定着ベルト３の表面に沿うことができない曲率を持たすことができ、記録媒体１１の定着ベルト３表面からの離型性を上げることができる。

次に、本発明においては、小サイズの記録媒体を連続通紙した場合でも発熱部材等の損傷を防止するために、発熱部材の円筒内部に位置するコイルの位置を、前記発熱部材の円筒軸方向において可変とする可変手段を備え、この可変手段を使用することによって、使用される記録媒体のサイズに対応して適切な加熱量に制御可能としている。
次に、この可変手段の具体例について、図５〜図７に基づいて説明する。
図５は、中空円筒状の支持ローラ１の内部に配設された一実施形態の可変手段の概略構成を示す図で、図６は図５のＡ−Ａ線状で切断した断面図である。なお、図５においては励磁コイル５を省略している。

可変手段８は、支持ローラ１の中心軸上に取り付けられ、図示しない駆動手段によって回転される回転軸９と、この回転軸９上にそれぞれ取り付けられたＬ１の長さを有する第１のカム９１と、この第１のカム９１と直交する位置に形成され、第１のカム９１よりも短い長さＬ２を有する第２のカム９２とを備えている。また、支持ローラ１の円筒部１ａの内面と円筒内部の励磁コイル５１との間には、バネ等の弾性部材１０が配設され、弾性部材１０によって、円筒内部の励磁コイル５１が支持ローラ１の円筒部１ａの内面から離隔するように弾性付勢され、図示しないストッパーで所定の位置に位置して、円筒部１ａの内面から励磁コイル５１との間隔がＧ１となるように移動可能に取り付けられている。因みに、円筒外部の励磁コイル５２は、円筒部１ａの外面からＧ２の間隔を有して固定されている。
従って、可変手段８の回転軸９を矢印Ｅ方向に９０度回転させると、第２のカム９２のカム面が励磁コイル５１の背面と当接して、弾性部材１０の弾性力に抵抗して励磁コイル５１を円筒部１ａの内面方向に押圧移動させる。その結果、図７（Ａ）に示すように、当初、円筒部１ａの内面から励磁コイル５１との間隔がＧ１であった状態（第１の状態）が、図７（Ｂ）に示すように、円筒部１ａの中央部で、第２のカム９２の長さＬ２に対応する長さで、円筒部１ａの内面から励磁コイル５１との間隔がＧ３となるように、励磁コイル５１が円筒部１ａの内面に近接、移動変形する（第２の状態）。

さらに、可変手段８の回転軸９をさらに９０度回転させると、図７（Ｃ）に示すように、第２のカム９２は、励磁コイル５１との当接がはずれ、続いて第１のカム９１のカム面が励磁コイル５１の背面と当接して、励磁コイル５１を円筒部１ａに近接するように、移動変形させ、第１のカム９１の長さＬ１に相当する長さで、間隔Ｇ４を有するようになる（第３の状態）。
このように、円筒内部の励磁コイル５１の間隔を変化させる（Ｇ１、Ｇ３、Ｇ４）ことによって円筒部１ａに発生する熱量が変化することになり、また、励磁コイル５１の近接する長さ（Ｌ１、Ｌ２）を変化させることによって円筒部１ａにおける強い発熱量の領域を制限することが可能となる。従って、定着処理開始時等の迅速な昇温を可能とし、さらに、小サイズの記録媒体１１の定着処理においても円筒部１ａ端部での過昇温を適切に抑制することが可能となる。即ち、迅速な昇温を必要とする場合には、前述の第３の状態となるように可変手段８を設定し、また、小サイズの記録媒体１１の定着処理の場合には、前述の第２の状態となるように可変手段８を変化させることによって、所期の目的を達成することができる。このような、可変手段８を変化させることによって、前述の第１の状態から第３の状態に必要に応じて変化させて、所望の熱制御が可能となる。なお、図７中、１２は支持ローラ１の両端に取り付けられたカラー１３を回転自在に支持するフレームである。

次に、本実施例の定着装置を使用して小サイズの記録用紙を連続通紙した場合における円筒部１ａの温度上昇の変化を測定した。実験条件としては、次のように、図８のギャップ間隔Ｇと励磁コイル５１の突出部の長さＬを変化させ、また、温度測定位置は、図９で示すＳ１（端部非通紙部）、Ｓ２（中央部温度制御位置）、Ｓ３（端部非通紙部）の３個所で測定した。なお、図８中、Ｌ３＝３０ｍｍと設定した。
［実験条件］
励磁コイル５のレイアウト：図８のように内部コイル５１の中央部分でのギャップ間隔Ｇ５＝５ｍｍ、両端部でのギャップ間隔Ｇ６＝１０ｍｍと設定した。突出部長さＬを、Ｌ＝０ｍｍ（ギャップ間隔Ｇ６＝１０ｍｍとしてストレート形状（図７（Ａ）参照））、Ｌ＝２００ｍｍ（Ａ４短辺幅ギャップ間隔Ｇ５＝５ｍｍ（図７（Ｂ）参照））、Ｌ＝３００ｍｍ（全長ギャップ間隔Ｇ＝５ｍｍ（図７（Ｃ）参照））の３水準とした。
発熱部材キュリー点：２３０℃
温度測定位置：定着ベルト表面中央部（通紙部）と両端部（非通紙部）に温度検知センサを配置し、各位置において温度を検出した。（図９参照）
制御温度：中央部Ｓ２に温度検知センサを取り付け、通紙時は１６０℃に温度を調節した。

測定結果を、図１０に示す。図１０中、曲線１は、Ｌ＝０ｍｍの場合、曲線２はＬ＝２００ｍｍの場合、曲線３はＬ＝３００ｍｍの場合、曲線４は中央部Ｓ２における場合における温度変化を示した。測定結果は、通紙試験における中央部の温度と、２個所で測定した端部のうち、より高温に達した側の昇温曲線を示す。
この結果から、Ｌ＝０ｍｍを基準に、コイル全長に亘りギャップ間隔Ｇ＝５ｍｍと小さくした条件Ｌ＝３００ｍｍでは、内部コイル５１の磁束が積極的に支持ローラ１内に入るため端部の昇温も早くなっている。このことから、支持ローラ１全体での発熱効率が向上しており、立ち上がり時には有利な構成と言える。
また、中央のギャップ間隔Ｇ＝５ｍｍとし、その長さＬを紙サイズにあわせて小さくした条件Ｌ＝２００ｍｍでは、中央部に比べ端部の発熱効率が低くなり、端部昇温が抑えられている。

以上のように、本実施例の定着装置では、発熱層として少なくとも１層を有する発熱部材を用いることで、発熱部材が磁性を有するときは、発熱部材に磁束が集中するため効率良く発熱、昇温し、発熱部材の磁性が昇温によって減衰後は、発熱部材を貫く磁束が小さくなるため発熱効率が下がり、昇温を防止することが可能である。この自己温度制御特性を利用し、発熱部材のキュリー点を適切に設定することで従来課題である過昇温防止が可能となる。さらに励磁コイル５の円筒内部のコイル５１と発熱部材１ａとの間のギャップ間隔を変えることで発熱部材の発熱量分布を調節し、急速立ち上げや端部での異常昇温を防止することが可能となる。

［実施例２］
図１１は、本発明による他の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。この実施例においては、前述の実施例１の定着装置とは、発熱部材が相違し、支持ローラ１と別個に中空円筒状の発熱部材１４を使用している。この場合には、励磁コイル５を中空円筒状の発熱部材１４を内部及び外部に亘って巻回されて配設され、内部の励磁コイル５１は、前述の図５及び図６のように、可変手段８が発熱部材１４の円筒内部に取り付けられ、可変手段８を作動させて、図７に示すように、ギャップ間隔を変更することができるように構成されている。
発熱層を持たない定着ベルト３と、ニップＮの手前ベルト裏側に前述の導電性磁性材料よりなる発熱部材１４が定着ベルト３に圧接されており、ベルト３と発熱部材１４を挟み込むように電磁誘導加熱手段である励磁コイル５を有する。この場合に、支持ローラ１は昇温を妨げない機能が望まれ、低熱容量化の場合には、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を使用して外径を２０ｍｍ、肉厚０．１ｍｍとして、低熱容量かつ十分な機械強度を持たせることができる。断熱が要求される場合には、セラミック、断熱材料等が用いられる。また、支持ローラ１の表面はフッ素樹脂でコートするなどして摩擦係数を下げることも好適である。
このように、発熱部材１４を支持ローラ１と別体に構成するので、発熱部材１４をニップ部Ｎに近い個所に配置できるため、立ち上がりを早くすることができるとともに、記録媒体１１の厚さを変更した際等、ニップ部Ｎでの急激な温度変動が生じたときも安定した温度制御が可能である。また、発熱部材１４を定着ベルト３の表側に配置すれば、ベルト表面からの加熱となるため立ち上がりをより早くすることができる。

［実施例３］
図１２は、本発明による他の実施形態の定着装置の概略構成を示す図である。この実施例による定着装置では、導電性磁性材料よりなる発熱ローラ１５と、その外部に発熱ローラ１５を電磁誘導加熱するための励磁手段である励磁コイル５と、発熱ローラ１５とニップ部Ｎを形成する加圧ローラ４とを有し、励磁コイル５は、記録媒体１１がニップ部Ｎに進入する側に配置される。発熱ローラ１５は、例えば、中空円筒状の導電性磁性材料からなる基材兼発熱部材上に、順次、前記実施例１の定着補助ローラ２で使用した弾性層及び離型層を積層した構造とする。基材兼発熱部材は、ニップ部Ｎの圧力に耐える機械的強度が必要なために、０．１ｍｍ以上の厚みを有するのが良く、また、立ち上がりの迅速性からは熱容量を小さくすることが望まれるので、１．０ｍｍ以下の厚みとするのが良く、これらの要求から、厚さ０．１〜１．０ｍｍの金属材料により形成されている。
なお、本実施例においては、励磁コイル５が中空円筒状の発熱ローラ１５を内部及び外部に亘って巻回されて配設され、内部の励磁コイル５１は、前述の図５及び図６のように、発熱部材１４の円筒内部に取り付けられた可変手段８を作動させて、図７に示すように、ギャップ間隔を変更することができるように構成されている。
この構成によると、定着ベルト３、支持ローラ１等の部材が不要となり、低コスト化が可能である。また発熱ローラ１５に接する部材が少ないため、より高速立ち上げが可能となる。

［実施例４］
図１３は、本発明による他の実施形態の定着装置の概略構成を示す図である。この実施例による定着装置では、前記実施例１で述べた導電性磁性材料よりなる発熱部材を有する発熱定着ベルト１７と、その外部から定着ベルト１７の発熱部材を電磁誘導加熱するための励磁手段である励磁コイル５と、励磁コイル５１、５２とのギャップ間隔を保持し、ベルト回転のガイドをする保持部材２１とを有する。定着ベルト１７は、例えば、図４で示す構造のものが使用され、その基材４１が磁性材料よりなるものを使用する。
ベルト保持部材２１は、熱容量や熱伝導を小さくするため、耐熱性の樹脂で成形している。またニップ部Ｎは加圧ローラ４がベルト保持部材２１側に食い込む形にするため、耐熱性を有するシリコーンゴム等をソリッド状または発泡状にした弾性部材１８を利用している。弾性部材２３は、硬度１０〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）程度の範囲で加圧ローラ４よりも低硬度のものを利用している。
この構成では、発熱定着ベルト１７に接する部材が少ないため周囲への伝熱が押さえられる上、定着ベルト１７の小径・薄肉化から熱容量が小さくなり、立ち上がり時間の短縮が可能となる。

［実施例５］
図１４は、本発明による一実施形態の画像形成装置としての４連タンデム方式のフルカラープリンタの概略構成を示す図である。
このプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の４色のトナー像を、それぞれ対応した感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ（像担持体）の表面上に形成するために電子写真方式の４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋ（像形成手段）を備えている。
これら画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの下方には、各画像形成部を通して用紙（記録媒体）１１を搬送するための搬送ベルト２０が張架されている。
各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、搬送ベルト２０にそれぞれ転接配置され、用紙１１は搬送ベルト４０の表面に静電的に吸着される。４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋは、略同じ構造を有する。よって、ここでは用紙１１の搬送方向（矢印Ｅ方向）の最上流側に配設されたイエロー用の画像形成部１０Ｙについて代表して説明し、他の色用の画像形成部１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋについては同一符号を付して詳細な説明を省略する。

画像形成部１０Ｙは、その略中央位置に搬送ベルト４０に転接された感光体ドラム１Ｙを有する。感光体ドラム１Ｙの周囲には、感光体ドラム１Ｙの表面を所定の電位に帯電させる帯電装置２Ｙ、帯電されたドラム表面を色分解された画像信号に基づいて露光し、ドラム表面上に静電潜像を形成する露光装置３Ｙ、ドラム１Ｙ表面上に形成された静電潜像にイエロートナーを供給して現像する現像装置４Ｙ、現像したトナー像を、搬送ベルト４０を介して搬送される用紙上に転写する転写ローラ５Ｙ（転写装置）、転写されずにドラム表面に残留した残留トナーを除去するクリーナ６Ｙ、および図示しないドラム１Ｙ表面に残留した電荷を除去する除電ランプが、感光体ドラム１Ｙの回転方向に沿って順に配設されている。
搬送ベルト４０の図中右下方には、用紙を搬送ベルト２０上に給紙するための給紙機構５０が配設されている。搬送ベルト４０の図中左側には、前述の実施例１に記載された定着装置６０が配設されている。搬送ベルト４０によって搬送された用紙１１は、搬送ベルト２０から連続して定着装置６０を通って延びた搬送路を搬送され、定着装置６０を通過する。定着装置６０は、搬送された用紙１１、すなわちその表面上に各色のトナー像Ｔが転写された状態の用紙を加熱および加圧する。そして、各色のトナー像を溶融して用紙に浸透させて定着させる（この図中では、励磁コイル等は省略）。また、定着装置４０の搬送経路下流側に排紙ローラを介して排紙する。

以上のように、本実施例による画像形成装置においては、定着装置６０として、導電性磁性材料で形成した中空円筒状の円筒部１ａを有する支持ローラ１を使用し、支持ローラ１の円筒部１ａに励磁コイルを巻回し、円筒部１ａの円筒内部の励磁コイル５１と円筒部１ａとのギャップ間隔を変えることで支持ローラ１に発熱量分布を持たせ、大きな発熱量が必要な立ち上がり時、端部の発熱が不要な小サイズ紙通紙時等、状況に応じてギャップ間隔を制御し、急速立ち上げを可能とし、かつ、小サイズ通紙時も温度ムラの少ない高精度の定着装置を使用して、急速な画像形成及び高品質の画像を適切に形成することが可能となる。
なお、本実施例に置いては、画像形成装置として、４連タンデム方式のフルカラープリンタを例示したが、黒色、単色の画像形成部１０Ｂｋを有するプリンタであっても有効に利用することができる。

従来の定着装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による実施例１の定着装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による実施例１の定着装置で使用される支持ローラの概略構成を示す斜視図である。 本発明による実施例１の定着装置で使用される定着ベルトの概略構成を示す断面図である。 本発明による実施例１の定着装置で使用される可変手段の概略構成を示す斜視図である。 図５のＡ−Ａ線上で切断した断面図である。 本発明による実施例１の定着装置で使用される励磁コイルの概略形状を示す模式図で、（Ａ）は第１の状態を示す図、（Ｂ）は第２の状態を示す図、（Ｃ）は第３の状態を示す図である。 本発明による実施例１の定着装置を使用した際の実験条件を説明するための模式図である。 本発明による実施例１の定着装置を使用した際の実験条件を説明するための斜視図である。 本発明による実施例１の定着装置を使用した際の実験結果を示すグラフである。 本発明による実施例２の定着装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による実施例３の定着装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による実施例４の定着装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による実施例５の画像形成装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１…支持ローラ、１ａ…円筒部、１ｂ…円筒内部、１ｃ…円筒外部、２…定着補助ローラ、３…定着ベルト、４…加圧ローラ、５…励磁コイル、５１…円筒内部の励磁コイル、５２…円筒外部の励磁コイル、６…温度検知センサ、７…高周波電源、８…可変手段、９…回転軸、９１…第１のカム、９２…第２のカム、１０…弾性部材、１１…記録媒体、１４…発熱部材、１５…発熱ローラ、１６…発熱定着ローラ、２１…保護部材、２３…弾性部材、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ…感光体ドラム、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ…帯電装置、３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂｋ…露光装置、４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋ…現像装置、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｂｋ…転写ローラ、６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋ…クリーナ、４０…搬送ベルト、５０…給紙機構、６０…定着装置

Claims (10)

1. 交番磁界を発生させるコイル部と、前記交番磁界によって発熱する中空円筒状の発熱部材とを備え、当該発熱部材の発熱によって記録媒体に担持されているトナー像を加熱して記録媒体に定着する定着装置において、
   前記コイル部は、前記発熱部材の円筒部を挟んで円筒内部及び円筒外部に亘って巻回状に配設されており、前記発熱部材の円筒内部に位置するコイルの位置を、前記発熱部材の円筒軸方向において可変とする可変手段を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   前記コイル部より発生する交番磁界は、周波数が１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの交番電流を当該コイル部に供給することによって発生させることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２記載の定着装置において、
   前記発熱部材は、３５０℃以下のキュリー点を有する磁性導電層を備えたことを特徴とする定着装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着装置において、
   前記発熱部材は、少なくとも鉄及びニッケルを含む磁性合金で構成されることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載の定着装置において、
   前記可変手段は、前記発熱部材の円筒内部に配設された回転軸に取り付けられたカム手段であって、当該回転軸が回転されて当該カム手段のカム面が前記発熱部材の円筒内部に位置するコイルに当接して当該コイルの位置を変更することを特徴とする定着装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項記載の定着装置において、
   前記トナー像は、前記発熱部材による加熱と共に、加圧手段による加圧力を受けて前記記録媒体に定着されることを特徴とする定着装置。
7. 請求項６記載の定着装置において、
   前記発熱部材と加圧手段は、それぞれ発熱ローラと加圧ローラであり、当該発熱ローラと加圧ローラとによって前記記録媒体を加熱、加圧して、前記トナー像を定着させることを特徴とする定着装置。
8. 請求項６記載の定着装置において、
   前記発熱部材は無端状のベルトを加熱し、加熱された当該無端状ベルトによって前記トナー像を加熱して前記記録媒体に定着することを特徴とする定着装置。
9. 請求項８記載の定着装置において、
   前記発熱部材は、定着補助ローラとともに前記無端状ベルトを張架する支持ローラであり、前記加圧手段は加圧ローラであり、当該定着補助ローラは、当該加圧ローラに前記無端状ベルトを介して圧接するように配置されていることを特徴とする定着装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項記載の定着装置を具備することを特徴とする画像形成装置。

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