(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻状に巻回された励磁コイルと、
前記励磁コイルに高周波電流を供給する電源と、
前記励磁コイルにその外面が対向するように配置され画像を担持した記録材を加熱する加熱回転体であって、前記励磁コイルからの磁束により電磁誘導発熱する磁性部材を備えた加熱回転体と、
前記加熱回転体に対して前記励磁コイルよりも外側に配置された外部磁性コアと、
前記励磁コイルの渦巻中心となる領域に配置された中央磁性コアと、
前記加熱回転体の内側に配置された内部磁性コアと、
前記加熱回転体の異常昇温に伴う熱により前記電源から前記励磁コイルへの給電を遮断する安全素子と、
前記加熱回転体と前記内部磁性コアとの間に配置され前記安全素子の感熱部に接続された集熱板と、を有し、
前記集熱板は前記励磁コイルによる磁束密度が最大となる前記加熱回転体の部位と接するように配置され、且つ、前記安全素子は前記加熱回転体を介して前記中央磁性コアに対向するように配置されていることを特徴とする画像加熱装置。
【請求項２】
前記安全素子の位置における磁束密度が５ｍＴ以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
【請求項３】
前記集熱板は、比透磁率及び体積抵抗率が前記磁性部材よりも低く、且つ、厚さが前記磁性部材よりも厚いことを特徴とする請求項１又は２の画像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式や静電記録方式などによって画像形成を行う複写機・プリンタ・ＦＡＸ等の画像形成装置に搭載される画像加熱定着装置として用いて好適な、電磁誘導加熱方式の画像加熱装置に関するものである。
【０００２】
画像加熱装置としては、記録材に形成担持させた未定着画像を加熱定着させる定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を増大させる光沢増大装置等を挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
画像形成装置には、記録紙（記録材）の上に転写方式或いは直接方式で形成されたトナー像を記録紙に定着させるために定着装置が備えられている。この定着装置としては、近年、トナー像を加熱する加熱ローラなどの加熱部材（加熱媒体、発熱部材）を電磁誘導作用により生じるジュール熱で加熱する電磁誘導加熱方式の装置が省エネルギーの観点から注目されている。
【０００４】
特に、加熱部材として無端帯状の加熱ベルト（無端ベルト状の導電発熱部材）を用いた構成は、加熱ローラよりも熱容量が小さくなるため、温度の立ち上がりが早く、消費電力をより一層削減することができる。具体的には、特許文献１のように、磁界発生手段により加熱ベルトに磁界を作用させて、ベルトの導電発熱層に発生する渦電流による発熱でベルトに密着させた被加熱材を加熱する電磁加熱方式の加熱装置がある。
【０００５】
特許文献２には、磁界発生手段を加熱部材の外周面に沿って配設することで、磁界発生手段としての励起コイル（励磁コイル、磁界発生コイル）が放熱しやすくなるようにしている、電磁加熱方式の加熱装置が開示されている。また、この際、励起コイルと加熱部材のギャップが短いほど発熱効率が上がるため、装置の動作上問題無い範囲で励起コイルと加熱部材を近接させることが良いとされている。
【０００６】
更に、特許文献３には、導電性を有する加熱部材と、発生する磁界を前記加熱部材に作用させて渦電流を発生させることにより発熱させる磁界発生手段と、この磁界発生手段より発生する磁界を遮断する磁界遮断手段とを有する装置が記載されている。磁界発生手段が加熱部材と磁界遮蔽手段との間に挟まれるよう配置することで、発熱効率を効果的に上げることが可能になる。すなわち、磁界発生手段としての励起コイルが加熱部材と磁界遮蔽手段としての磁性コアの間に挟まれている事で、加熱部材に向かう磁束が強化され、発熱効率が上昇すると記載されている。
【０００７】
更に、省エネルギーの観点で、加熱部材としての無端ベルトを低熱容量化をする為には、加熱部材の導電部材の厚みを薄くする必要があるが、一方で磁束が導電部材を貫通してしまい、発熱効率が下がるという弊害があった。この対策として、特許文献４には、導電層を有する薄肉の加熱ベルトと、その加熱ベルトの外部からベルトの導電層を誘導加熱する磁界発生手段と、磁界発生手段に対して加熱ベルトの反対側に加熱ベルトとギャップを介して強磁性体とを有する装置の記載がある。そして、加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着するようにしている。すなわち、加熱部材が、内側に配置された強磁性体（磁性コア）と外側に配置された励起コイルの間に挟まれている事により、励起コイルから加熱部材に向かう磁束が強化され、加熱部材が薄肉の加熱ベルトであっても、磁束密度が低下せずに発熱効率が上昇する。
【０００８】
これらの従来技術の知見から、励起コイルと加熱部材の距離が短いほど発熱効率が良く、励起コイルを加熱部材と磁性コアで挟む事で更に発熱効率を上げられる。また同様に、励起コイルに対向して配置された加熱部材と加熱部材の内部の磁性コアとの距離が短いほど発熱効率が良くなる。すなわち、加熱部材の発熱部位の内、最も高温になる部位は励起コイルからの磁束が最も集中する部位であり、かつ加熱部材と加熱部材内部の磁性コアが接近している位置である、ということが分かる。
【０００９】
このような電磁誘導加熱方式の定着装置では、加熱部材である加熱ベルトが適切な温度状態に維持されるように、加熱ベルトの適所の温度をサーミスタで検出して励起コイルに印加する交流電圧を制御する。また、このような正常時の温度制御の他に、加熱ベルトの停止などによる異常な高温状態を検知して励起コイルへの給電を停止する構成とすることが保安性を高める上で望ましい。特に、異常動作を想定した場合、最も加熱部材が高温になる部位の温度を検知して、異常高温を検知することが好ましい。
【００１０】
特許文献５には、加熱ベルトにおける電磁誘導昇温部分の温度に基づいて電磁誘導加熱手段への給電を停止する異常時給電停止手段を有している装置が開示されている。そして、測温部を電磁誘導加熱手段に対向させた状態で、加熱ローラの内部のスペースに収容することで異常高温時に装置を停止させている。
【特許文献１】特開平０８−０７６６２０号公報
【特許文献２】特開平０７−２９５４１４号公報
【特許文献３】特開２０００−１８１２５８号公報
【特許文献４】特開２００４−１４５３６８号公報
【特許文献５】特開２００５−０３７８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のような電磁誘導加熱方式の定着装置の省エネルギー化をよりすすめる為に、励起コイルを加熱部材と磁性コアで挟み込むように構成する。そして、更に加熱部材と磁性コアの距離を短くしようとすると、非常に狭い空間に異常時給電停止手段（保安装置）としてのサーモスイッチを組み込む必要が出てくる。
【００１２】
しかしながら、一般的に定着装置に使用される数百Ｗ以上の保安装置として耐えうるサーモスイッチは絶縁等の観点から小さくても３〜４ｍｍ以下にすることが困難である。それよりも小さいサーモスイッチを使用しようとすると、非常に高価なスイッチを使用しなければならなくなり、製造コストが高価なものとなり、最終的には装置全体のコストの上昇を伴うことになる。
【００１３】
また、サーモスイッチに使用される金属がバイメタル（鉄とニッケルの合金にマンガン、クロム、銅などを添加したもの）の場合、それ自体が誘導加熱を受けて発熱する可能性がある。そして、加熱部材の温度以上にサーモスイッチが発熱してしまうと、正常動作時でも高温になりすぎてサーモスイッチが誤動作する可能性があり、磁束密度の高い部位に直接サーモスイッチを配置するのは保安上の観点からも望ましくはない。
【００１４】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものである。その主な目的は、省エネルギーを目的とした発熱効率を高めた誘導加熱方式の画像加熱装置において、異常時の応答性を高めると共に誤動作を抑制できるように構成された装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的と達成するための本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、渦巻状に巻回された励磁コイルと、前記励磁コイルに高周波電流を供給する電源と、前記励磁コイルにその外面が対向するように配置され画像を担持した記録材を加熱する加熱回転体であって、前記励磁コイルからの磁束により電磁誘導発熱する磁性部材を備えた加熱回転体と、前記加熱回転体に対して前記励磁コイルよりも外側に配置された外部磁性コアと、前記励磁コイルの渦巻中心となる領域に配置された中央磁性コアと、前記加熱回転体の内側に配置された内部磁性コアと、前記加熱回転体の異常昇温に伴う熱により前記電源から前記励磁コイルへの給電を遮断する安全素子と、前記加熱回転体と前記内部磁性コアとの間に配置され前記安全素子の感熱部に接続された集熱板と、を有し、前記集熱板は前記励磁コイルによる磁束密度が最大となる前記加熱回転体の部位と接するように配置され、且つ、前記安全素子は前記加熱回転体を介して前記中央磁性コアに対向するように配置されていることを特徴とする。
【００１６】
また、上記の目的と達成するための本発明に係る画像加熱装置の他の代表的な構成は、磁界発生コイルを備えた磁界発生手段と、前記磁界発生コイルに高周波電流を供給する高周波電源装置と、前記磁界発生手段から発生される磁界が存在する領域を通過した時に電磁誘導発熱する磁性部材で構成され、画像を担持した記録材を加熱する移動可能な加熱部材と、前記磁界発生コイルの周囲に配置され前記加熱部材に向かって磁束が強化されるように磁束を規制する、前記加熱部材の外側にある外部磁界規制部材と、前記加熱部材の内側にあり前記磁界発生手段から前記加熱部材に向かって発生する磁束が強化されるように磁束を規制する内部磁界規制部材と、前記加熱部材の異常高温時の熱で動作して前記高周波電源装置から前記磁界発生コイルに供給される電流を遮断するサーモスイッチと、前記サーモスイッチの測温部に結合された集熱板と、を有し、前記集熱板の一部が前記加熱部材の内側に接し、前記磁界発生手段により発せられた磁界の前記加熱部材の移動方向における磁束密度分布において磁束密度が最も高い部位に対応する位置に前記集熱板の一部が配置され、前記集熱板は前記加熱部材と前記内部磁界規制部材の間に配置され、前記サーモスイッチは前記加熱部材の内部で、かつ前記外部磁界規制部材の対向位置で、かつ前記磁界発生コイルに対向しない位置に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
上記の構成により、異常時の応答性を高めると共に誤動作を抑制できるように構成された装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の態様について説明する。
【００１９】
［実施例］
（１）画像形成装置例
図２は本発明に係る画像加熱装置を定着装置として搭載した画像形成装置の一例の概略模型図である。
【００２０】
この画像形成装置は転写式電子写真プロセスを用いた画像形成装置であり、パソコン・イメージリーダ・ファクシミリ等のホスト装置２００から制御回路（ＣＰＵ：制御手段）１００に入力する画像情報（ビデオ信号）に対応した画像を記録材Ｐに形成する。制御回路１００はホスト装置２００との間で各種の電気的な情報の授受をすると共に、画像形成装置の画像形成動作を所定の制御プログラムや参照テーブルに従って統括的に制御する。
【００２１】
３１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。３２は帯電手段としての接触帯電ローラであり、回転する感光ドラム３１の外周面を所定の極性・電位に一様に帯電処理する。３３はデジタル露光手段としてのレーザースキャナであり、制御回路１００から入力する画像情報の画素信号に対応して変調したレーザー光を出力して、回転する感光ドラム３１の一様帯電処理面を走査露光Ｌする。これにより、感光ドラム面に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。３４は現像装置であり、感光ドラム面の静電潜像をトナー像として反転現像または正規現像する。３５は転写手段としての転写ローラであり、感光ドラム３１に対して所定の押圧力で接触して転写ニップ部Ｔを形成している。この転写ニップ部Ｔに不図示の給紙機構部から記録媒体としての記録材Ｐが所定の制御タイミングにて給送されて転写ニップ部Ｔを挟持搬送されていく。また、転写ローラ３５には所定の制御タイミングで所定の転写バイアスが印加される。これにより、転写ニップ部Ｔを挟持搬送される記録材Ｐの面に感光ドラム面側のトナー像が順次に静電転写される。
【００２２】
転写ニップ部Ｔを出た記録材Ｐは感光ドラム面から分離されて定着装置Ｆに導入される。定着装置Ｆは導入された記録材上の未定着トナー像を固着像として加熱・加圧定着する。そして記録材Ｐは画像形成物（コピー、プリント）として排出搬送される。
【００２３】
３６は感光ドラムクリーニング器であり、記録材分離後の感光ドラム上の転写残トナーを除去する。転写残トナーが除去されて清浄面化された感光ドラム面は繰り返して作像に供される。
【００２４】
１０１は操作部であり、制御回路１００との間で各種の電気的な信号の授受をする。１０２は定着装置Ｆの励磁コイル（磁界発生コイル）に対して交流電流を印加する励磁回路（磁界発生コイルに高周波電流を供給する高周波電源装置）である。この励磁回路１０２は制御回路１００との間で信号の授受をする。ａは記録材Ｐの搬送方向である。本実施例の画像形成装置において、記録材Ｐの給紙・搬送は記録材中心の中央通紙基準でなされる。
【００２５】
（２）定着装置Ｆ
１）定着装置Ｆの全体的な構成
ここで、以下の説明において、定着装置又は定着装置を構成している部材に関して、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と直交する方向に並行な方向である。また、短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並行な方向である。また、定着装置又は定着装置を構成している部材に関して、正面とは記録材導入側の面、背面とはその反対側の面、左右とは装置を正面から見て左又は右である。
【００２６】
図３は本実施例における定着装置Ｆの要部の一部切り欠き正面模型図、図４は図３の（４）−（４）線に沿う拡大横断面模型図である。この定着装置Ｆは、加圧ローラ駆動型の電磁誘導加熱方式の画像加熱装置であり、電磁誘導加熱アセンブリ１と、加圧部材としての弾性加圧ローラ２を有する。そして、この両者１・２の圧接により定着ニップ部Ｎを形成させ、該定着ニップ部Ｎにより未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐを挟持搬送させて記録材上のトナー像を加熱定着する。
【００２７】
電磁誘導加熱アセンブリ１において、３は画像を担持した記録材を加熱する移動可能な加熱部材（発熱部材、定着部材）としての円筒状の定着ベルト（可撓性を有するスリーブ状の加熱回転体：定着スリーブ）である。本実施例の定着ベルト３は、後述するように、内側から外側に順に、導電層（磁性部材）、弾性層、表面離型層を積層した直径３０ｍｍの円筒状ベルトであり、装置に導入する記録材Ｐの最大通紙幅ＷＰよりも大きい長さを有する。
４は定着ベルト３の内側に挿入された横断面下向きＵ字型の支持ステーであり、定着ベルト３よりも十分に長い長さを有する。この支持ステー４は高い圧力を掛けられても撓みにくい材質であることが望ましく、本実施例においてはＳＵＳ３０４を用いている。
５はこの支持ステー４の下部に固定して支持させた、定着ベルト内周面と摺動する加圧摺動部材であり、定着ベルト３よりも長く、支持ステー４よりも短かい長さを有する。この加圧摺動部材５は省エネルギーの観点から支持ステー４への熱伝導の少なく、電磁誘導作用により誘導発熱しない非磁性材料を用いるのが望ましく、例えば、耐熱ガラスや、ポリカーカーボネート等の耐熱性樹脂が用いられる。
６は支持ステー４の正面側と背面側の両側に固定して支持させた磁界規制部材である内部磁性コア（内部磁界規制部材）であり、定着ベルト３とほぼ同じ長さを有する。
７は定着ベルト３の内面の温度を検知するサーミスタ（温度検知素子、温度センサ）であり、加圧摺動部材５の長手方向のほぼ中央部（中央通紙基準線（仮想線）Ｓにほぼ対応する位置）において、バネ部材８を介して加圧摺動部材５に支持させて配設されている。このサーミスタ７は、中央通紙基準にて装置に導入される記録材の大小どの紙幅の記録材が通紙されても記録材通紙領域となる最小サイズ記録材の通紙領域内に対応する定着ベルト部分の温度を検知する位置に配設することができる。
９は支持ステー４の長手方向のほぼ中央部（中央通紙基準線Ｓにほぼ対応する位置）において、支持ステー４の上面に支持させて配設したサーモスイッチである。サーモスイッチ９は、後述するように、定着ベルト３の異常高温時の熱で動作して励磁回路１０１から励磁コイル１２に供給される電流を遮断する保安素子である。
定着ベルト３は上記の支持ステー４・加圧摺動部材５・内部磁性コア６・サーミスタ７・サーモスイッチ９の組立て体の外側にルーズに外嵌している。この外嵌された定着ベルト３の左右側の端面はそれぞれ支持ステー４に配設した端部規制部材１０の内面で受け止められて、端部の位置を規制されている。これにより、定着ベルト３の回転に伴う加圧摺動部材５の長手に沿う寄り移動が規制される。端部規制部材１０は磨耗性に優れた耐熱性樹脂であることが望ましく、本実施例においてはフェノール樹脂を用いている。
【００２８】
また、電磁誘導加熱アセンブリ１において、１１は磁界発生コイル（以下、励磁コイルと記す）を備えた磁界発生手段であり、定着ベルト３の外面に対向して配置され、定着ベルト外部から定着ベルト３に磁界を作用させて、定着ベルト３を電磁誘導発熱させる。定着ベルト３は磁界発生手段１１から発生される磁界が存在する領域を通過した時に電磁誘導発熱する磁性部材で構成されている。
【００２９】
磁界発生手段１１は、渦巻き状（周状）に巻かれた励磁コイル１２と、この励磁コイル１２を定着ベルト３と挟む形で配置された磁界規制部材である外部磁性コア１３（外部磁界規制部材）を有する。また、渦巻き状に巻かれた励磁コイル１２の中央部に配置された磁界規制部材である外部中央磁性コア１４（外部磁界規制部材）を有する。そして、上記の励磁コイル１２・外部磁性コア１３・外部中央磁性コア１４は、それぞれ所定の配設位置に位置決めされて共通の支持部材１５に保持されている。支持部材１５は電磁誘導作用により誘導発熱しない非磁性材料を用いるのが望ましく、例えば、耐熱ガラスや、ポリカーカーボネート等の耐熱性樹脂が用いられる。
【００３０】
上記の磁界発生手段１１は、定着ベルト３の長手方向を長手とする横長に形成された部材であり、定着ベルト３とほぼ同じ長さを有する。磁界発生手段１１は、定着ベルト３の加圧摺動部材５側とは反対側の定着ベルト上側において、定着ベルト３に並行に、定着ベルト３の外面と０．５〜２ｍｍ程度の空隙を保持させて、左右端部をそれぞれ保持部材１６を介して支持ステー４に支持されている。また、磁界発生手段１１は、定着ベルト３の記録材搬送エリアおよび定着ニップ部Ｎを除いた定着ベルト外周領域に配置されている。
【００３１】
加圧ローラ２は、芯金２ａと、この芯金２ａの外周囲に芯金に同心一体にローラ状に形成した弾性層２ｂと、弾性層２ｂの外周面を被覆させた表面離型層２ｃとで構成されている。本実施例の加圧ローラ２は、芯金２ａとして直径５ｍｍの鉄製の丸棒材を用いている。また、弾性層２ｂとして、厚み３ｍｍ、ゴム硬度ＪＩＳ−Ａで３５°のシリコンゴム弾性層を用いている。また、表面離型層２ｃとして厚さ５０μｍのＰＦＡチューブを用いている。加圧ローラ２は芯金２ａの左右両端部をそれぞれ軸受け部材１７を介して装置フレーム（定着装置筐体）１８の左右の側板１９間に回転可能に支持させて配設されている。Ｇは加圧ローラ２の芯金２ａの一方側の端部、本実施例では左側の端部に固着させたドライブギアである。このドライブギアＧに駆動モータ（駆動装置）Ｍの駆動力が駆動伝達系（不図示）を介して伝達され、加圧ローラ２が図４において矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。
【００３２】
電磁誘導加熱アセンブリ１は、磁界発生手段１１側を上側、加圧摺動部材５側を下側にして上記の加圧ローラの上側にほぼ並行に配列して、装置フレーム１８の左右の側板１９間に配設されている。電磁誘導加熱アセンブリ１側の支持ステー４の左右端部はそれぞれ外方に延長部４ａとして延長されている。そして、各延長部４ａに設けられている縦方向ガイド溝部４ｂが、装置フレーム１８の左右の側板１９にそれぞれ設けられている縦ガイドスリット１９ａに係合している。これにより、電磁誘導加熱アセンブリ１は、装置フレーム１８左右の側板１９間に、上下方向に移動可能に保持される。そして、上記左右の延長部４ａの上面と、左右の側板１９側のバネ受け座１９ｂの下面との間に、それぞれ、加圧バネ２０（加圧手段）が縮設されている。これにより、電磁誘導加熱アセンブリ１の支持ステー４が下方に押されて、加圧摺動部材５の下面が定着ベルト３を挟んで加圧ローラ２の上面に弾性層２ｂの弾性に抗して所定の押圧力で加圧される。この加圧により、定着ベルト３と加圧ローラ２との間に記録材搬送方向において所定幅の定着ニップ部（ニップ部）Ｎが形成される。
【００３３】
而して、ドライブギアＧに駆動モータＭの駆動力が伝達されて加圧ローラ２が図４において反時計方向に所定の速度で回転駆動される。この加圧ローラ２の回転駆動に伴って定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ２と定着ベルト３との摩擦力で定着ベルト３に回転力が作用する。これにより、定着ベルト３がその内面が加圧摺動部材５の下面に密着して摺動しながら支持ステー４の外回りを図４において矢印の時計方向に加圧ローラ２の回転に従動して回転する（加圧ローラ駆動式）。加圧摺動部材５は定着ベルト３の回転ガイド部材の役目もしている。また、定着ベルト３の回転に伴う加圧摺動部材５の長手に沿う寄り移動は左右の端部規制部材１０により規制される。
【００３４】
また、磁界発生手段１１の励磁コイル１２には励磁回路１０２から所定の周波数の交流電流が印加される。そうすると、励磁コイル１２の周囲には変動磁界が発生し、変動磁界が定着ベルト３の導電層３ａ（図５）を横切るときに、電磁誘導作用によって、その磁界の変化を妨げる磁界を生じるように導電層３ａに渦電量が生じる。励起コイル１２に印加する交流電流の周波数は、例えば１０〜５０ｋＨｚに設定される。本実施例では交流電流の周波数が３０ｋＨｚに設定されている。すると、この渦電流が定着ベルト３の導電層３ａを流れることにより、導電層３ａの抵抗に比例した電力（Ｗ＝ＩＲ２）でジュール熱が発生し、定着ベルト３が加熱される。そして、定着ベルト３の温度上昇がサーミスタ７で検知され、その検知温度情報（検知温度に関する電気的情報）が励磁回路１０２にフィードバックされる。前記のようにサーミスタ７はバネ部材８を介して加圧摺動部材５に支持されて定着ベルト３の内面に常に弾性的に接触していて、定着ベルト３の内面の温度を検知する。励磁回路１０２は温度制御装置を兼ねていて、サーミスタ７から入力する定着ベルト３の検知温度情報が所定の定着温度に対応する温度情報値に維持されるように励磁回路１０２から励磁コイル１２への供給電力を制御する。即ち、定着ベルト３の温度を所定の定着温度に温調する。図３において、ＷＨは定着ベルト３が磁界発生手段１１で電磁誘導加熱される有効加熱領域幅であり、最大通紙幅ＷＰとほぼ同じか、最大通紙幅ＷＰよりも少し大きい幅に設定されている。
【００３５】
上記のように加圧ローラ２の回転駆動による定着ベルト３の回転がなされ、また励磁コイル１２に対する通電がなされて定着ベルト３が所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに導入される。そして、定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐのトナー像担持面が定着ベルト３の外面に密着して定着ベルト３と一緒に定着ニップ部を挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において定着ベルト３の熱により記録材Ｐが加熱され、記録材上の未定着トナー像ｔが加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材は定着ベルト３の面から分離して排出搬送される。
【００３６】
２）定着ベルト３
図５は定着ベルト３の層構成を示す拡大模型図である。この定着ベルト３は内側から外側に順に、誘導発熱性材料（磁性金属もしくは磁性材料）からなる導電層３ａ、シリコンゴム等からなる弾性層３ｂ、フッ素樹脂のチューブもしくはコートなどからなる表面離型層３ｃを積層した直径３０ｍｍの円筒状ベルトである。
【００３７】
最下層である導電層３ａは、厚みが１〜１００μｍ程度の間の、例えばニッケル、鉄、銅、アルミニウムなどの金属およびその合金である。導電層３ａは厚いほど発熱効率が高く、定着ベルト３の端部の耐久性が向上する。一方で、定着ベルト３の硬さも増す為、定着ニップ部Ｎでの柔軟性が下がり、画像性に影響することが分かっている。そのため、本実施例では厚み３５μｍのニッケル合金を用いた。
【００３８】
中層である弾性層３ｂは、本実施例では、厚さが２５０μｍ、ゴム硬度がＪＩＳ−Ａで３５°、熱伝導率が０．３ｋＷ／ｍ・Ｋのシリコンゴムを用いた。
【００３９】
最上層である表面離型層３ｃは記録材上（記録媒体上）の未定着のトナーと接する面であるため、なるべく離型性の高い材料である事が望ましい。例えば、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン共重合体、またはこれらの複合層等が挙げられる。これらのうちから適宜選ばれた材料を１〜５０μｍの厚さで設ける。表面離型層３ｃの厚さは、薄すぎると耐磨耗性の面で耐久性に難があり、定着ベルト３の寿命が短くなってしまう。逆に厚すぎると熱容量が大きくなってしまう。そのために、加熱に時間がかかり定着装置としてのウォームアップタイムが長くなってしまったり、また表面が硬すぎることにより記録媒体やトナーへの密着性が下がる事で画像性が損なわれる等の弊害があるため、望ましくない。本実施例においては、耐磨耗性とウォームアップスピードおよび画像性のバランスから、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブが使用されている。
【００４０】
３）磁界発生手段１１
励磁コイル１２としては、例えば相互に絶縁された直径φ０．５ｍｍの銅線材を束ねたリッツ線を長手方向に周状に巻く事で定着ベルト３の長手ほぼ全面に渡って磁界を形成できるように配置されている。また、外部磁性コア１３と外部中央磁性コア１４は共に鉄、コバルト、ニッケル、フェライト等の磁性材料を用いた磁界規制部材であり、励磁コイル１２で発生した磁束を集めて磁路を形成するものである。また、これらの磁性コア１３・１４は定着ベルト３の発熱効率を上げると共に、磁束が定着装置外に漏れて周辺部材が加熱されることを防止するためのものである。ここで、外部中央磁性コア１４と定着ベルト３の間の位置は、磁界発生手段１１に覆われた領域の中で最も磁束密度の低い部位である。
【００４１】
定着ベルト３の内部に配置された磁束規制部材としての内部磁性コア６は、外部磁性コア１３と同様に、定着ベルト３の導電層３ａの発熱効率が上がるよう、磁束を集中させる効果がある。ここで、内部磁性コア６と定着ベルト３の内側との空隙は１〜２ｍｍ程度に保たれている。
【００４２】
４）サーモスイッチ９
サーモスイッチ９は、定着ベルト３の異常高温時に動作して、励磁回路１０２から励磁コイル１２に供給される電流を遮断する役目をしている。即ち、サーモスイッチ９は、装置温調系統の熱暴走や、何らかの原因による定着ベルト３の回転停止などの異常動作により、定着ベルト３が正常時の温調状態とは異なる異常な高温状態になったときに動作して励磁コイル１２に対する給電を遮断するものである。
【００４３】
図６は本実施例におけるサーモスイッチ９の外観斜視図である。サーモスイッチ９はバイメタル部材を備えたスイッチ部が内蔵されている。そして、このサーモスイッチ９の測温部(高温検知部）９１に集熱板９２を結合させて具備させた構成（延長型サーモスイッチ）にしてある。集熱板９２は定着ベルト３の内周面にほぼ沿った円弧形状の板部材に成形されている。サーモスイッチ９は、支持ステー４の長手方向のほぼ中央部（中央通紙基準線Ｓにほぼ対応する位置）において、支持ステー４の上面に支持させて配設されている。集熱板９２は、定着ベルト３の内周面にほぼ沿って定着ベルト内周面に対向していて、集熱板上面の全部或いは少なくとも一部が定着ベルト３の内面に接触していて、定着ベルト３はその内周面が集熱板９２に摺動しながら回転する。
【００４４】
集熱板９２は、定着ベルト３の誘導発熱性材料よりも誘導加熱による発熱量が小さく、かつ熱伝導性が高いものが好ましい。誘導加熱による発熱量は、比透磁率や体積抵抗率、また厚さなどで決まるが、定着ベルト３の誘導発熱性材料としては、比透磁率は６００以上、好ましくは１０００以上が良い。また、体積抵抗率は１００Ω・ｍ以上、厚さは１μｍ〜１００μｍがよい。
【００４５】
本実施例では、ニッケル合金を用い、比透磁率を１００、厚さを３５ｕｍ、体積抵抗率を１００Ω・ｍとしており、表皮効果で効率よく発熱する。集熱板９２には、定着ベルト３の誘導発熱性材料よりも比透磁率が低く、体積抵抗率も誘導発熱性材料よりも低いアルミニウムを用いた。また、厚さも、定着ベルト３の誘導発熱性材料よりも厚くすることが好ましい。具体的には、比透磁率が１、固有抵抗値が３以下、また厚みは５００ｕｍとした。この構成によって、ほぼ誘導加熱の影響をつけず、異常加熱時にのみ定着ベルト３からの熱伝導でサーモスイッチ９を動作させる事が可能になっている。
【００４６】
サーモスイッチ９は励磁回路１０２と励磁コイル１２との間の電力ラインの間に直列に配置されており、常時は、スイッチ−オンの状態に保持されている。従って、定着装置の正常動作時は、励磁回路１０２から励磁コイル１２に対してサーモスイッチ９を介して電流が供給されて、定着ベルト３の加熱・温調がなされる。そして、加熱された定着ベルト３の熱が集熱板９２から測温部９１に到達し、サーモスイッチ９のスイッチ部を昇温させる。しかし、正常動作時においては、その昇温は所定のスイッチ作動温度にまで至ることはなく、サーモスイッチ９はスイッチ−オンの状態が保持される。
【００４７】
一方、装置温調系統の熱暴走や、何らかの原因による定着ベルト３の回転停止などの異常動作により、定着ベルト３が正常時の温調状態とは異なる異常な高温状態になったときには、サーモスイッチ９はそれを検知してスイッチ−オフの状態になる。即ち、異常な高温状態になった定着ベルト３の熱が集熱板９２から測温部９１に到達し、サーモスイッチ９のスイッチ部が所定のスイッチ作動温度以上に昇温する。そうすると、スイッチ部のバイメタル部材が可動接点を断線状態とする（サーモスイッチ９が動作）。これにより、励磁回路１０２から励磁コイル１２への電力の供給が遮断され、定着ベルト３の異常高温の続行が停止される。温度制御装置を兼ねる励磁回路１０２は、制御回路１００と電気的に接続しており、サーモスイッチ９が動作した場合、励磁回路１０２から励磁コイル１２への電力供給を停止すると共に、その信号が制御回路１００に伝達される。制御回路１００はその信号に基づいて、画像形成装置の画像形成動作を緊急停止すると共に、操作部１０１の表示部１０１ａに定着装置Ｆに高温異常が発生した旨の表示を行う。
【００４８】
前記したように、集熱板９２はサーモスイッチ９の測温部９１と結合し、またその一部が定着ベルト３の内面と接触している。集熱板９２は、磁界発生手段１１から発生する磁界のうち、最も磁束密度の高い部位（領域）、すなわち定着ベルト３の発熱量が最も高い部位までその一端が延長している。図１に、磁界発生手段１１との対向部（展開図）における定着ベルト３の発熱分布（定着ベルト３の移動方向における磁束密度分布）と、サーモスイッチ９及び集熱板９２の対応関係（展開図）を示した。
【００４９】
集熱板９２は定着ベルト３の発熱量が最も高い部位までその一端が延長しているため、効率的に定着ベルト３の温度を伝達することが可能となっている。また、同時にサーモスイッチ９は定着ベルト３を介して外部中央磁性コア１４の対向位置に配置されている。サーモスイッチ９は、磁界発生手段１１の磁界の影響を受け難いように構成する事が望ましい。一般的なサーモスイッチの動作温度が１５０〜２５０℃とした場合、サーモスイッチ９の位置における磁束密度は、１０ｍＴ（テスラ）以下、より好ましくは５ｍＴ以下にする事が好ましい。
【００５０】
本実施例においては、定着ベルト３の受ける磁束密度の最も高い領域において約５０ｍＴ（テスラ）であるのに対し、サーモスイッチ９の位置における磁束密度は約５ｍＴとほぼ１／１０以下である。その際のサーモスイッチ９の発熱量も、集熱板９２を取り外し、定着ベルト３との間を断熱した場合の実測値で、雰囲気温度の上昇に対して約５℃以下の温度上昇で収まっている。そのため、サーモスイッチ９の動作温度２００℃に対して殆ど影響が無い事が確認された。
【００５１】
すなわち、誘導電流によってサーモスイッチ９に使用されているバイメタル部が定着ベルト１の温度と無関係に発熱することが無く、誤動作の心配が非常に少ない構成になっている。
【００５２】
以上説明したように、サーモスイッチ９の測温部９１に結合させた集熱板９２の一部が定着ベルト３に接している。そして、磁界発生手段１１により発せられた磁界の定着ベルト３の移動方向における磁束密度分布において磁束密度が最も高い部位に対応する位置に集熱板９２の一部が配置されている。また、サーモスイッチ９は前記磁束密度分布において磁束密度が最も高い部位よりも低い部位に対応する位置に配置されている構成を特徴とする。また、上記実施例のように、集熱板９２の一部が定着ベルト３の内側に接している。そして、磁界発生手段１１により発せられた磁界の定着ベルト３の移動方向における磁束密度分布において磁束密度が最も高い部位に対応する位置に集熱板９２の一部が配置されている。また、集熱板９２は定着ベルト３と内部磁性コア６の間に配置されている。また、サーモスイッチ９は定着ベルト３の内部で、かつ外部磁性コア１４の対向位置で、かつ励磁コイル１２に対向しない位置に配置されている構成をことを特徴とする。
【００５３】
この構成によれば、磁界発生手段１１から発生される磁界が存在する領域の内、最も磁束密度の高い部位に配置された集熱板９２に接している定着ベルト３で発生した熱が、磁束密度の低い部位に配置されたサーモスイッチ９に速やかに熱伝達される。これにより、定着ベルト３の異常高温時の応答性を高めると共にサーモスイッチ９のバイメタルが高周波電流により誤動作を抑制することができる。また、集熱板９２は非常に薄く作る事が可能であるため、定着ベルト３と磁束を強化する内部の磁性規制部材６との隙間を非常に狭くすることができ、ひいては定着ベルト３の発熱効率をより高める事が可能となる。
【００５４】
［その他］
１）本発明の画像加熱装置は実施例の画像加熱定着装置としての使用に限られず、未定着画像を記録材に仮定着せしめる仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の画像加熱装置としても有効である。
【００５５】
２）実施例では、移動する加熱部材３として円筒状の定着ベルトを用いて説明したが、加熱部材は中空ローラ体、駆動ローラを含む複数の懸架部材間に懸回張設した可撓性を有するエンドレスベルト体等の形態のものにすることもできる。
【００５９】
３）加圧部材２はローラ体に限られず、回動するエンドレスベルト体、ブレード体などにすることもできる。
【００６０】
４）実施例は記録材の通紙基準が中央基準の装置を用いて説明したが、記録材の通紙基準が片側基準の装置に対しても本発明を有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】磁界発生手段との対向部における定着ベルトの発熱分布と、サーモスイッチ及び集熱板の対応関係を示した展開図。
【図２】画像形成装置の一例の概略模型図
【図３】定着装置の要部の一部切り欠き正面模型図
【図４】図３の（４）−（４）線に沿う拡大横断面模型図
【図５】定着ベルトの層構成模型図
【図６】集熱板を具備させたサーモスイッチ（延長型サーモスイッチ）の外観斜視図
【符号の説明】
【００６２】
１…電磁誘導加熱アセンブリ１
２…加圧ローラ（加圧部材）
３…定着ベルト（加熱部材）
４…支持ステー
５…加圧摺動部材
６…内部磁性コア（内部磁界規制部材）
７…サーミスタ
９…サーモスイッチ
９１…サーモスイッチの測温部
９２…集熱板
１０…端部規制部材
１１…磁界発生手段
１２…磁界発生コイル（励磁コイル）
１３・１４…外部磁性コア（外部磁界規制部材）
１００…制御回路（ＣＰＵ）
１０１…操作部
１０１ａ…表示部
１０２…励磁回路（高周波電源装置）
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図３】
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【図６】
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