(57)【要約】【課題】加熱回転体の誘導加熱を高めても温度スイッチが誤動作しにくい画像加熱装置を提供する。【解決手段】温度スイッチ９は、外側磁性体コア１４が定着ベルト３へ磁束を導いて入射させる領域の内側面に対向配置されて、当該領域の内側面の温度を非接触に検出する。温度スイッチ９は、所定温度に加熱されると励磁コイル１２に対する電力供給を停止させる。温度スイッチ９は、内側磁性体コア６によって周囲を非接触に囲まれて、周囲を囲む内側磁性体コア６の縁よりも外側磁性体コア１４から遠ざけて配置されるので、定着ベルト３の内側の磁束による加熱を受けにくい。【選択図】図２
2014052463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束により加熱されて記録材の画像面を加熱する加熱回転体と、
磁束を発生する磁束発生手段と、
前記加熱回転体に対して前記磁束発生手段が配置された一方側に配置され、前記磁束発生手段が発生した磁束を前記加熱回転体の回転軸線に沿った領域へ導く一方側磁性体コア部材と、
前記加熱回転体の他方側に配置され、前記一方側磁性体コア部材に導かれて前記領域を貫通した磁束を前記加熱回転体の周方向へ導く他方側磁性体コア部材と、
前記加熱回転体の前記他方側の面に対向させた受熱面へ入射する前記加熱回転体からの輻射熱によって加熱されるように前記他方側磁性体コア部材によって周囲を非接触に囲まれて配置され、所定温度に加熱されると前記磁束発生手段に対する電力供給を停止させる温度スイッチと、を備え、
前記受熱面は、周囲を囲む前記他方側磁性体コア部材の縁よりも前記一方側磁性体コア部材から遠ざけた位置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】
前記一方側磁性体コア部材は、前記領域へ導く磁束を前記加熱回転体の前記一方側で周方向の両方向から導く磁気回路を構成し、
前記他方側磁性体コア部材は、前記領域を貫通した磁束を前記加熱回転体の前記他方側で周方向の両方向へ導く磁気回路を構成し、
前記温度スイッチは、前記領域に対向して配置され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】
前記温度スイッチは、前記受熱面及び前記受熱面に隣接する側面がアルミニウム材料の被覆部材によって一体に覆われていることを特徴とする請求項２記載の画像加熱装置。
【請求項４】
磁束により加熱されて記録材の画像面を加熱する加熱回転体と、
磁束を発生する磁束発生手段と、
前記加熱回転体の一方側に配置され、前記磁束発生手段が発生した磁束を前記加熱回転体の回転軸線に沿った領域へ導く一方側磁性体コア部材と、
前記加熱回転体の他方側に配置され、前記一方側磁性体コア部材に導かれて前記領域を貫通した磁束を前記加熱回転体の周方向へ導く他方側磁性体コア部材と、
鉄を含む材料で形成されて前記領域の前記他方側の面に対向配置されて前記領域の前記他方側の面の温度を非接触に検出する温度検出素子と、を備え、
前記温度検出素子は、周囲を囲む前記他方側磁性体コア部材の配置によって周囲よりも磁束密度を低下させた位置に、周囲を囲む前記他方側磁性体コア部材の縁よりも前記一方側磁性体コア部材から遠ざけて配置されることを特徴とする画像加熱装置。
【請求項５】
前記温度検出素子は、所定温度を検知すると物理的に接点を開いてその後温度が低下しても接点が開いた状態を保持するバイメタル素子であることを特徴とする請求項４に記載の画像加熱装置。
【請求項６】
前記加熱回転体の前記一方側は前記加熱回転体の外側であり、前記加熱回転体の前記他方側は前記加熱回転体の内側であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱される加熱回転体の内側面に対向させて温度スイッチを配置した画像加熱装置、詳しくは加熱回転体の誘導加熱に伴う磁束が温度スイッチに影響しにくい構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
像担持体に形成したトナー像を直接又は中間転写体を介して記録材に転写し、トナー像が転写された記録材を画像加熱装置の一例である定着装置にて加熱加圧して記録材に画像を定着させる画像加熱装置が広く用いられている。画像加熱装置は、記録材の画像面を加熱する加熱回転体（ローラ部材又はベルト部材）と圧接回転体（ローラ部材又はベルト部材）を圧接して記録材のニップ部を形成する。そして、磁性体金属層を有する加熱回転体に交番磁界を作用させて加熱回転体を誘導加熱する誘導加熱方式の画像加熱装置が実用化されている（特許文献１）。
【０００３】
誘導加熱方式の画像加熱装置では、加熱回転体の小さな質量の部分に加熱を集中させるため、加熱回転体が停止すると加熱回転体に温度上昇が発生する。そのため、外側から誘導加熱される加熱回転体の領域に対向させて加熱回転体の内側に温度スイッチを配置して、所定温度に達すると温度スイッチの接点を開いて、加熱回転体の加熱を強制停止させる（特許文献２）。
【０００４】
特許文献３には、加熱回転体の加熱に伴う磁束の温度スイッチに対する影響を回避するための温度スイッチの配置構造が示される。ここでは、温度スイッチは、外側磁性体コア部材が加熱回転体に磁束を入射させる領域の内側面に対向させて配置され、アルミニウム板の受熱面を内側磁性体コアよりも加熱回転体に近付けて配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１２８３１２号公報
【特許文献２】特開２００５−３７８５３号公報
【特許文献３】特開２００９−２４４５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、画像加熱装置で加熱処理される記録材の種類が増えて、従来よりも熱負荷の大きい厚紙への対応が求められる一方で、画像加熱装置の小型化を目的として加熱回転体の口径の縮小が求められている。その結果、加熱回転体の誘導加熱を最大にした際の交番磁束の磁束密度が高くなり、磁束反転の周波数も高くなっている。そのため、特許文献３に示される温度スイッチの配置構造では、加熱回転体の誘導加熱出力を最高にした際に温度スイッチの作動温度が少し低くなることが判明した。すなわち、加熱回転体を貫通した交番磁束のごく一部が、温度スイッチの受熱面や温度スイッチの接点金属を誘導加熱して、温度スイッチを加熱回転体よりも高い温度に温度上昇させて、温度スイッチを誤動作させていることが判明した。
【０００７】
本発明は、加熱回転体の誘導加熱を高めても温度スイッチが誤動作しにくい画像加熱装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の画像加熱装置は、磁束により加熱されて記録材の画像面を加熱する加熱回転体と、磁束を発生する磁束発生手段と、前記加熱回転体に対して前記磁束発生手段が配置された一方側に配置され、前記磁束発生手段が発生した磁束を前記加熱回転体の回転軸線に沿った領域へ導く一方側磁性体コア部材と、前記加熱回転体の他方側に配置され、前記一方側磁性体コア部材に導かれて前記領域を貫通した磁束を前記加熱回転体の周方向へ導く他方側磁性体コア部材と、前記加熱回転体の前記他方側の面に対向させた受熱面へ入射する前記加熱回転体からの輻射熱によって加熱されるように前記他方側磁性体コア部材によって周囲を非接触に囲まれて配置され、所定温度に加熱されると前記磁束発生手段に対する電力供給を停止させる温度スイッチと、を備えるものである。そして、前記受熱面は、周囲を囲む前記他方側磁性体コア部材の縁よりも前記一方側磁性体コア部材から遠ざけた位置に配置されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の画像加熱装置では、受熱面を周囲の内側磁性体コア部材より近付けないようにしているため、一方側磁性体コア部材に案内されて加熱回転体を貫通した磁束が他方側磁性体コア部材に入射するまでに、温度検出素子にもその受熱面にも入射しにくい。したがって、誘導加熱電力の増大に伴って交番磁束の及ぶ空間的範囲が拡大しても、加熱回転体内の交番磁束が受熱面や温度検出素子を誘導加熱しにくい。このため、加熱回転体内の交番磁束が温度検出素子を加熱回転体よりも高い温度に温度上昇させにくく、温度検出素子が誤動作しにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画像形成装置の一例の構成の説明図である。
【図２】定着装置の軸垂直断面の構成の説明図である。
【図３】定着ベルトの断面構成の説明図である。
【図４】定着装置の搬送方向から見た構成の説明図である。
【図５】温度スイッチの配置を説明する斜視図である。
【図６】温度スイッチの高さ位置の説明図である。
【図７】温度スイッチの高さ位置と作動温度の関係の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
（１）画像形成装置
図１は画像形成装置の一例の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置３０は、感光ドラム３１の周囲に帯電ローラ３２、露光装置３３、現像装置３４、転写ローラ３５、ドラムクリーニング装置３６を配置して、転写式電子写真プロセスにより画像形成を行う。
【００１３】
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は、制御回路１００に画像形成ジョブの画像情報を入力する。制御回路１００は、ホスト装置２００との間で各種情報の授受をするとともに、画像形成装置３０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。操作部１０１は、制御回路１００との間で各種の電気的な信号の授受をする。
【００１４】
感光ドラム３１は、矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される電子写真感光体である。帯電ローラ３２は、感光ドラム３１の周面を一様な電位に帯電させる。露光装置３３は、レーザービームＬを走査して、画像情報に対応した静電像を感光ドラム３１に形成する。現像装置３４は、感光ドラム３１の静電像にトナーを供給してトナー像に現像する。転写ローラ３５は、感光ドラム３１との間に転写部Ｔを形成する。転写ローラ３５は、所定の直流電圧が印加されて、転写部Ｔをａ方向に挟持搬送される記録材Ｐへ、感光ドラム３１上のトナー像を転写する。ドラムクリーニング装置３６は、記録材分離後の感光ドラム３１上の転写残トナーを回収する。
【００１５】
給紙部３８は、レジストローラ３７へ記録材を給送する。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。レジストローラ３７は、感光ドラム３１のトナー像にタイミングを合わせて転写部Ｔへ記録材を送り込む。転写部Ｔを出た記録材Ｐは、感光ドラム３１から曲率分離して定着装置Ｆへ導入される。定着装置Ｆは、未定着トナー像を担持した記録材Ｐを加熱加圧して、記録材Ｐに画像を定着させる。画像が定着された記録材Ｐは、画像形成装置３０の機体外へ排出されてコピー、プリント等として蓄積される。
【００１６】
（２）定着装置
図２は定着装置の軸垂直断面の構成の説明図である。図３は定着ベルトの断面構成の説明図である。図４は定着装置の搬送方向から見た構成の説明図である。
【００１７】
図２に示すように、定着装置Ｆは、加圧ローラ駆動型電磁誘導加熱方式の画像加熱装置である。電磁誘導加熱アセンブリ１に加圧ローラ２を圧接してニップ部Ｎが形成される。ニップ部Ｎは、未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐを挟持搬送して、記録材に画像を定着させる。
【００１８】
定着ベルト３は、定着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。省エネルギーの観点で、定着ベルト３の厚みを薄くして定着ベルト３を低熱容量化している。定着ベルト３は、誘導加熱が可能な可撓性を有する材料を用いてスリーブ状に形成された直径３０ｍｍの円筒状ベルトである。定着ベルト３は、誘導加熱装置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。定着ベルト３は、画像を担持した記録材を加熱する移動可能な発熱部材である。
【００１９】
図３に示すように、定着ベルト３は、内側から外側へ順に、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を積層している。
【００２０】
最下層である導電層３ａは、本実施例では、厚み３５μｍのニッケル合金を用いた。導電層３ａは、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厚みが１〜１００μｍ程度に形成される。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が、厚いほど定着ベルト３の硬さが増してニップ部Ｎでの柔軟性が損なわれて定着画像の品質が低下する。
【００２１】
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。
【００２２】
最上層である表面離型層３ｃは、本実施例では、耐磨耗性とウォームアップスピードおよび画像性とを両立させるために、厚さが３０μｍのＰＦＡチューブを用いた。表面離型層３ｃは、記録材上（記録媒体上）の未定着トナー像と接する面であるため、なるべく離型性の高い材料を用いて、１〜５０μｍの厚さで設けることが望ましい。そのような材料として、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、これらの複合層等が挙げられる。ここで、表面離型層３ｃが薄すぎると、耐磨耗性の面で耐久性が損なわれて、定着ベルト３の寿命が短くなる。しかし、表面離型層３ｃが厚すぎると、定着ベルト３の熱容量が大きくなって加熱に時間がかかるため、定着装置Ｆのウォームアップタイムが長くなる。表面離型層３ｃが厚すぎると、表面が硬すぎることにより記録材やトナーへの密着性が下がって定着画像の品質が損なわれ易くなる。
【００２３】
図２に示すように、加圧ローラ２は、芯金２ａの外周囲に弾性層２ｂを同心一体のローラ状に形成し、弾性層２ｂの外周面を表面離型層２ｃにより被覆して構成される。本実施例では、芯金２ａとして直径５ｍｍの鉄製の丸棒材を用い、弾性層２ｂとして厚み３ｍｍ、ゴム硬度ＪＩＳ−Ａで３５°のシリコンゴムを用い、表面離型層２ｃとして厚さ５０μｍのＰＦＡチューブを用いた。
【００２４】
図４に示すように、電磁誘導加熱アセンブリ１は、誘導加熱装置１１側を上側、加圧摺動部材５側を下側にして、加圧ローラ２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。
【００２５】
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間に回転可能に配設されている。ドライブギア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）に固着される。
【００２６】
駆動モータ（駆動装置）Ｍの駆動力は、不図示の駆動伝達系を介してドライブギアＧに伝達される。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が反時計方向に所定の速度で回転駆動される。加圧ローラ２の回転に伴ってニップ部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、図２に示すように、定着ベルト３は、その内面を加圧摺動部材５の下面に摺動させながら支持ステー４の周囲を時計方向に加圧ローラ２の回転に従動して回転する。
【００２７】
支持ステー４は、定着ベルト３よりも十分に長い長さを有して定着ベルト３の内側に挿入された、断面形状が下向きＵ字型の梁部材である。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いため、ここでは、ＳＵＳ３０４材料を用いている。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、各延長部４ａに縦方向ガイド溝部４ｂが設けられている。装置フレーム１８の左右の側板１９に設けられた縦ガイドスリット１９ａに縦方向ガイド溝部４ｂが係合して上下方向に移動可能であるため、電磁誘導加熱アセンブリ１は、装置フレーム１８の左右の側板１９間に上下方向に移動可能に保持されている。
【００２８】
支持ステー４の左右の延長部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が縮設されている。加圧バネ２０は、支持ステー４を下方へ押圧して、加圧摺動部材５の下面を、定着ベルト３を挟んで加圧ローラ２に圧接させる。これにより、電磁誘導加熱アセンブリ１は、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、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ニップ部Ｎが形成される。
【００２９】
加圧摺動部材５は、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して支持ステー４の下面に固定して支持されて定着ベルト３の内周面と摺動する部材である。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への熱伝導が少なく、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いため、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】
定着ベルト３は、定着装置Ｆ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。定着ベルト３は、支持ステー４・加圧摺動部材５・内側磁性体コア６等の組立て体の外側にルーズに外嵌されている。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。端部規制部材１０は、定着ベルト３の回転に伴う加圧摺動部材５の長手方向の寄り移動を規制する。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いため、本実施例においてはフェノール樹脂を用いている。
【００３１】
（３）誘導加熱装置
図２に示すように、誘導加熱装置１１は、定着ベルト３に磁束を作用させて、定着ベルト３の導電発熱層に渦電流を発生して発熱させ、定着ベルト３に密着させた記録材を加熱する。誘導加熱装置１１は、定着ベルト３の外周面に配設されるため、励磁コイル１２が放熱し易くなっている。励磁回路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（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。励磁回路１０２は、制御回路１００との間で信号の授受をする。
【００３２】
誘導加熱装置１１は、励磁コイル（磁界発生コイル）１２を備えた磁界発生装置である。誘導加熱装置１１は、定着ベルト３の外面に対向して配置され、定着ベルト３の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。
【００３３】
励磁コイル１２は、励磁コイルから交流電流を印加されて交番磁束を発生する渦巻き状（周状）に巻かれた導体材料である。励磁コイル１２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ことで、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。励磁コイル１２と定着ベルト３のギャップが狭いほど定着ベルト３の発熱効率が高くなるため、定着装置Ｆの動作上問題の無い範囲で、励磁コイル１２と定着ベルト３を近接させている。
【００３４】
外側磁性体コア１３は、磁界を遮蔽して励磁コイル１２から定着ベルト３へ向かう磁束を強化して、定着ベルト３の発熱効率を高める。定着ベルト３と外側磁性体コア１３との間に励磁コイル１２を挟むことで定着ベルト３の発熱効率が高くなる。外側磁性体コア１３は、鉄、コバルト、ニッケル、フェライト等の磁性材料を用いて、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。外側磁性体コア１３は、励磁コイル１２で発生した磁束を集めて磁路を形成して、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。
【００３５】
外側磁性体コア１４は、鉄、コバルト、ニッケル、フェライト等の磁性材料を用いて、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。外側磁性体コア１４は、励磁コイル１２で発生した磁束を集めて磁路を形成して、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。
【００３６】
励磁コイル１２・外側磁性体コア１３、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ボネート等の耐熱性樹脂が用いられる。
【００３７】
温度センサ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）である。温度センサ７は、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。温度センサ７は、定着ベルト３の内面に常に弾性的に接触して定着ベルト３の内面の温度を検知する。温度センサ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されている。
【００３８】
図４に示すように、誘導加熱装置１１は、定着ベルト３の長手方向の長さとほぼ同じ長さを有して定着ベルト３と平行に配置された横長形状の磁束発生装置である。誘導加熱装置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３の上側において、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。誘導加熱装置１１は、定着ベルト３の記録材搬送エリアおよびニップ部Ｎを除いた定着ベルト３の外周領域に配置されている。有効加熱領域幅ＷＨは、定着ベルト３が誘導加熱装置１１で電磁誘導加熱される範囲であって、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。
【００３９】
図２に示すように、誘導加熱装置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３）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。励磁コイル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。
【００４０】
そして、定着ベルト３の温度上昇が温度センサ７で検知され、検知温度情報が励磁回路１０２にフィードバックされる。励磁回路１０２は、温度制御装置を兼ねていて、温度センサ７が検知した定着ベルト３の温度が所定の定着温度に対応する温度に維持されるように、励磁コイル１２に対する供給電力を制御して、定着ベルト３の温度を所定の定着温度に維持する。
【００４１】
このようにして、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維持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がニップ部Ｎに導入される。ニップ部Ｎでは、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と一緒に挟持搬送される。この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。ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは、定着ベルト３から分離して排出搬送される。
【００４２】
（４）内側磁性体コア
図２に示すように、定着ベルト３の厚みを薄くすると、内側空間へ磁束が貫通して、定着ベルト３に磁束を閉じ込められなくなるので定着ベルト３の発熱効率が下がる。そこで、定着ベルト３の内側に内側磁性体コア６を配置して磁界を遮蔽している。内側磁性体コア６と励磁コイル１２の間に定着ベルト３を挟むことで、励磁コイル１２から定着ベルト３に向かう磁束が強化されて、薄い定着ベルト３でも、磁束密度が低下せずに発熱効率が上昇する。内側磁性体コア６は、定着ベルト３の内側に配置された内側磁界規制部材である。
【００４３】
図４に示すように、内側磁性体コア６が配置される範囲の長さは、定着ベルト３とほぼ同じ長さである。内側磁性体コア６は、支持ステー４の正面側と背面側の両側に固定して配置され、内側磁性体コア６と定着ベルト３の内側との空隙は１〜３ｍｍ程度に保たれている。内側磁性体コア６は、外側磁性体コア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、励磁コイル１２の磁束の磁気回路を形成して、定着ベルト３の加熱領域へ磁束を集中させる。
【００４４】
（５）温度スイッチ
図２に示すように、温度スイッチ９は、定着ベルト３が設計上の上限温度を超えて加熱され続けることを阻止する保安素子である。上述したように、誘導加熱装置１１は、温度センサ７の検出温度をフィードバックされて定着ベルト３の温度を設計上の限界温度よりも数１０℃低い一定の定着温度に維持している。しかし、温度センサ７の離脱、誘導加熱装置の故障、定着ベルト３の回転停止等が発生すると、定着ベルト３の実際の温度が定着温度を超えて上昇する可能性がある。そのような場合に、温度スイッチ９は、定着ベルト３が設計上の上限温度に一定時間保たれると、内部の接点を開いて、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。温度スイッチ９は、定着ベルト３が正常時の温度調整状態とは異なる高温状態になったときに動作して、励磁コイル１２に対する給電を強制的に遮断する。
【００４５】
外側磁性体コア１４が定着ベルト３に近接している定着ベルト３の回転軸線方向に沿った領域では、励磁コイル１２の磁束が最も集中して定着ベルト３に入射する。そして、定着ベルト３と内側磁性体コア６のギャップが狭いほど定着ベルト３の発熱効率が高くなる。したがって、定着ベルト３が最も高温に加熱される位置は、励磁コイル１２の巻き線の内側に対向する定着ベルト３の領域であり、外側磁性体コア１４が定着ベルト３に近接している定着ベルト３の回転軸線方向に沿った領域である。温度スイッチ９の受熱面は、この領域に対向させて配置している。
【００４６】
温度スイッチ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Ｆの正常動作時は、励磁回路１０２から励磁コイル１２に対して温度スイッチ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の熱が受熱面９１に到達し、感熱体９０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、温度スイッチ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、温度スイッチ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の熱が受熱面９１に到達し、感熱体９０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（温度スイッチ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、温度スイッチ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】
ところで、定着装置Ｆにおいて、省エネルギー化をよりすすめるために、定着ベルト３と内側磁性体コア６のギャップを狭くすると、非常に狭い空間に温度スイッチ９を組み込む必要が出てくる。しかし、一般的に定着装置Ｆに使用される数百Ｗ以上の保安装置として耐えうる温度スイッチ９は、絶縁等の観点から小さくても３〜４ｍｍ角以下にすることが困難である。受熱面積から言えば８〜１０ｍｍ角が好ましい。小さい温度スイッチを使用すると、対向面の温度と検知温度のばらつきが大きくなるとともに、素子自体が非常に高価なものになって製造コストが高くなる。
【００４９】
また、温度スイッチ９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、設置場所如何では、それ自体が交番磁束による誘導加熱を受けて発熱する。誘導加熱を受けて定着ベルト３の温度以上に温度スイッチ９が発熱すると、定着ベルト３が設計上の上限温度に達する前に動作温度に達して温度スイッチ９が誤動作する。磁束密度が高くて変動する領域に温度スイッチ９を配置するのは保安上の観点からも望ましくはない。
【００５０】
以下の実施例では、このような問題点を解消して、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、温度スイッチ９が定着ベルト３の温度に正しく応答して誤動作を回避している。
【００５１】
（６）実施例１
図５は温度スイッチの配置を説明する斜視図である。
【００５２】
図２に示すように、加熱回転体の一例である定着ベルト３は、磁束により加熱されて記録材の画像面を加熱する。磁束発生手段の一例である励磁コイル１２は、交流電圧を印加されて磁束を発生する。
【００５３】
一方側磁性体コア部材の一例である外側磁性体コア１３、１４は、定着ベルト３の一方側の一例である外側に配置され、励磁コイル１２に発生した磁束を定着ベルト３の回転軸線に沿った領域へ導く。外側磁性体コア１３、１４は、定着ベルト３へ入射させる磁束を定着ベルト３の外側で周方向の両方向から導く磁気回路を構成する。
【００５４】
他方側磁性体コア部材の一例である内側磁性体コア６は、定着ベルト３の他方側の一例である内側に配置され、外側磁性体コア１４に導かれて定着ベルト３を貫通した磁束を定着ベルト３の周方向へ導く。内側磁性体コア６は、定着ベルト３を貫通した磁束を定着ベルト３の内側で周方向の両方向へ導く磁気回路を構成する。
【００５５】
温度検出素子の一例である温度スイッチ９は、鉄を含む材料で形成されて外側磁性体コア１４が定着ベルト３へ磁束を導いて入射させる領域の内側面に対向配置されて、当該領域の内側面の温度を非接触に検出する。温度スイッチ９は、所定温度に加熱されると励磁コイル１２に対する電力供給を停止させる。温度スイッチ９は、所定温度を検知すると物理的に接点を開いてその後温度が低下しても接点が開いた状態を保持するバイメタル素子である。温度スイッチ９は、受熱面９１及び受熱面９１に隣接する側面がアルミニウム材料の被覆部材によって一体に覆われている。
【００５６】
温度スイッチ９は、外側磁性体コア１４が定着ベルト３へ磁束を導いて入射させる領域に対向して配置され、定着ベルト３の内側面に対向させた受熱面へ入射する定着ベルト３からの輻射熱によって加熱される。温度スイッチ９は、内側磁性体コア６によって周囲を非接触に囲まれて、周囲を囲む内側磁性体コア６の配置によって周囲よりも磁束密度を低下させた位置に配置される。
【００５７】
温度スイッチ９は、周囲を囲む内側磁性体コア６の縁よりも外側磁性体コア１４から遠ざけて配置される。温度スイッチ９の受熱面もまた、周囲を囲む内側磁性体コア６の縁よりも外側磁性体コア１４から遠ざけた位置に配置される。
【００５８】
図２に示すように、温度スイッチ９は、加圧摺動部材５に台座部９２を設置し、先端の受熱面(高温検知部）９１が内側磁性体コア６の高さ位置にくるように、台座部９２から延長部９３で支持させている。温度スイッチ９の受熱面９１を上述の位置に配置するために、部分的に支持ステー４及び内側磁性体コア６を切り欠いている。
【００５９】
図５の（ａ）に示すように、温度スイッチ９は、バイメタル部材を備えた感熱体（素子部）９０が内蔵されていて、受熱面９１を形成したアルミニウム材でキャップしている。温度スイッチ９の形状は、加圧摺動部材５に台座部９２を設置し、台座部９２から励磁コイル１２の方向へ向けて延長部９３が備えられ、延長部９３の先端に測温部(高温検知部)９１が設置されている。
【００６０】
受熱面９１の位置は、定着ベルト３に温度上昇が発生した場合に、早急に温度上昇を検知するために可能な限り定着ベルト３の内周面に近づける事が望ましい。しかしながら、定着ベルト３に近接しすぎると、励磁コイルから発生させた磁束の影響により、受熱面９１が自己発熱してしまう。受熱面９１が自己発熱してしまうと、定着装置は正常動作をしている場合にも関わらず受熱面９１の検知温度が異常昇温検知温度に至ってしまい、定着装置Ｆを緊急停止させる恐れがある。よって、受熱面９１は、定着ベルト３内周面に近接させ且つ、磁束の影響を受けない、または最小限で抑える事が可能な位置に設置する必要がある。
【００６１】
台座部９２及び延長部９３はアルミナセラミックで形成され、合計の高さが１１．８ｍｍである。金属製の支持ステー４に接触させないで、高温の加圧摺動部材に支持させることで、延長部９３を通じた熱損失を減らしている。
【００６２】
図５の（ｂ）に示すように、内側磁性体コア６は、回転軸線方向に１０ｍｍピッチで配列している。２枚の内側磁性体コア６ａが他の内側磁性体コア６よりも５ｍｍ短く形成されているため、中央に１０ｍｍ角の開口部６ｂが形成されている。受熱面９１は、直径８ｍｍに形成されて周囲の磁性体コア６、６ａと非接触に取り付けられている。定着ベルト３の直径３０ｍｍに対して比較的に大きな方形の開口６ａが形成されているが、円形の受熱面９１を周囲の磁性体コア６、６ａよりも沈み込ませて配置することで、受熱面９１には磁束がほとんど侵入しない。
【００６３】
磁性体コア６の定着ベルト３に対向する側の表面を基準として、定着ベルトから離れる方向に沈み込ませる深さは、０．１ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下とすることが望ましい。本実施例の定着装置の構成・制御においては、定着ベルトの温度上昇に対しての応答性をさらに向上させるために、沈みこませる深さは２．０ｍｍ以下にするのが望ましい。また、部品公差等があっても、受熱面９１が磁性体コアよりも定着ベルト側に突出することを確実に阻止するためには、沈みこませる深さは０．１ｍｍ以上に設定するのが望ましい。ここでは、周囲の磁性体コア６ａの縁よりも０．５ｍｍ沈み込ませている。そして、大きな開口６ａを形成して、受熱面９１の定着ベルト３に対する対向面積を大きく確保することで、温度スイッチ９の応答性を高め、高さのばらつきによる温度誤差を減らしている。
【００６４】
実施例１では、温度スイッチ９の受熱面９１の設置位置は、感熱体９０が内側磁性体コア６の誘導加熱装置１１と対向する表面より内側になるよう配置する。その際、より定着ベルト３と近接するよう、感熱体９０を内側磁性体コア６表面と同じ高さにする事が望ましい。
【００６５】
実施例１では、上記条件で受熱面９１を設置する場合、支持ステー４、内側磁性体コア６を切り欠く必要がある。この時、あまり大きく切り欠いてしまうと磁界規制を阻害してしまい、局所的に定着ベルト３温度を低下させてしまう懸念が生じる。よって、切り欠くサイズは、受熱面９１の周幅と可能な限り同じサイズにする事が望ましい。
【００６６】
実施例１では、温度スイッチ９の受熱面９１における感熱体９０が内側磁性体コア６の誘導加熱装置１１と対向する表面より内側になり且つ、その範囲内で定着ベルト３に可能な限り近接した位置に配置されている。
【００６７】
実施例１では、誘導加熱装置１１から発生される磁界によって温度スイッチ９の感熱体９０の自己発熱を防ぐことが可能である。このため、温度スイッチ９の誤動作を防止し、且つ定着ベルト３の異常昇温に適切に応答して定着装置の異常動作を迅速に停止することが可能である。
【００６８】
実施例１では、定着ベルト３と内側磁性体コア６との間に介在物を設ける必要が無くなるため、定着ベルト３と内側磁性体コア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ことが可能となる。
【００６９】
実施例１では、定着装置Ｆの異常時に正しく応答し、誤動作を抑制できるように構成された画像形成装置３０を提供することができる。誘導加熱方式の画像加熱装置３０において、定着ベルト３に局所的な昇温が発生した場合、迅速な加熱の停止が達成されると共に、温度スイッチ９の誤動作による緊急停止の発動を抑制できる。
【００７０】
なお、本実施形態では、受熱面９１が、内側磁性体コア６の定着ベルトに対向する表面より内側に位置する。しかし、受熱面９１が、内側磁性体コア６の定着ベルトに対向する表面と、同じ高さの位置にすることもできる。言い換えると、受熱面９１と定着ベルト１１との間隔が、内側磁性体コア６の誘導加熱装置１１と対向する表面と定着ベルト１１との間隔と同じ構成にすることもできる。
【００７１】
（７）実施例２
図６は温度スイッチの高さ位置の説明図である。図７は温度スイッチの高さ位置と作動温度の関係の説明図である。
【００７２】
図６の（ａ）は、温度スイッチ９の受熱面を周囲の内側磁性体コア６よりも高く配置した比較例である。比較例では、温度スイッチ９の受熱面９１における感熱体９０の高さ位置を、周囲の内側磁性体コア６よりも高い、定着ベルト３−内側磁性体コア６の間にある位置Ａに配置した。
【００７３】
図６の（ｂ）は、温度スイッチ９の受熱面を周囲の内側磁性体コア６よりも低く配置した実施例２である。実施例２では、温度スイッチ９の受熱面９１における感熱体９０の高さ位置を、周囲の内側磁性体コア６よりも低い、内側磁性体コアの定着ベルト３側表面より内側の位置Ｂに配置した。
【００７４】
図７に示すように、比較例と実施例２の配置でそれぞれ定着装置Ｆを組み立てて、図１に示すように、画像形成装置３０において連続画像形成に伴う受熱面９１の温度上昇を比較した。坪量８０［ｇ／ｍ２］の普通紙の記録材を、プロセススピード４５０ｍｍ／ｓｅｃにて連続で通紙し続けた際の感熱体９０の温度推移を測定した。感熱体９０にサーミスタを貼付して連続画像形成に伴う温度上昇を連続的に計測した。連続通紙をし続けた場合、定着ベルト３の表面の熱を記録材が奪っていくため、定着ベルト３の表面温度を一定に保つために連続的に励磁コイル１２へ電力が供給され、その結果、温度スイッチ９の周囲で常時磁界が発生している。
【００７５】
図６の（ａ）に示すように、連続画像形成中における温度スイッチ９と誘導加熱装置１１の対向部（展開図）の垂直線上で磁束密度分布を測定した。その結果、定着ベルト３の高さ位置で磁束密度分布がピークを形成していることが判明した。
【００７６】
図７に示すように、比較例の配置によると、連続画像形成を継続した際の温度スイッチ９の検出温度は、定着ベルト３の表面温度を越えて高くなる傾向が確認された。位置Ａに感熱体９０を配置した場合、受熱面９１の位置が磁束の影響を大きく受けてしまうため、自己発熱によって定着ベルト３の表面温度を大きく上回る温度まで昇温してしまう可能性がある。感熱体９０は、自己発熱によって定着ベルト３の表面温度を超えて昇温し続けてしまう。
【００７７】
一方、実施例１の配置によると、連続画像形成を継続した際の温度スイッチ９の検出温度は、定着ベルト３の表面温度に収束する傾向が確認された。位置Ｂに感熱体９０を配置して内側磁性体コア６の内側に感熱体９０を潜らせた場合、定着ベルト３の表面温度を上回る事なく、ほぼ同じ温度帯で推移している。よって、位置Ｂに温度スイッチ９を配置する実施例１であれば、温度スイッチ９の誤動作を引き起こすような感熱体９０の自己発熱を防ぐ事が可能である。
【００７８】
（８）その他の実施例
本発明は、温度検出素子の受熱面を囲んで内側磁性体コア部材が高く配置されている限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００７９】
従って、画像加熱装置は、定着ベルトの外側に励磁コイルを配置して定着ベルトの内側に温度スイッチを配置する構成のみならず、定着ベルトの内側に励磁コイルを配置して定着ベルトの外側に温度スイッチを配置する構成においても実施できる。画像加熱装置は、トナー像を転写された記録材を加熱処理して記録材にトナー像を定着させる定着装置のみならず、半定着又は定着済みトナー像を加熱処理して画像に所望の表面性を付与する加熱処理装置及びカール除去装置を含む。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艶等の画像表面性を改質する表面改質装置等も含む。
【００８０】
加熱回転体は、円筒状の定着ベルトには限らない。加熱回転体は、ベルト部材に限らずローラ部材、中空ローラ体であってもよい。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の形態のものにすることもできる。
【００８１】
圧接回転体は、加圧ローラには限らない。圧接回転体は、ローラ部材に限らずベルト部材、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。
【００８２】
誘導加熱装置を定着ベルト３の内側に配設して、温度スイッチ９を定着ベルト３の外側に配設する装置構成を採用してもよい。誘導加熱装置及び温度スイッチを共に定着ベルト３の外側又は内側に配設する装置構成を採用してもよい。
【００８３】
画像形成装置は、モノクロ／フルカラー、枚葉型／記録材搬送型／中間転写型、トナー像形成方式、転写方式の区別無く本発明の画像加熱装置を搭載できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写／定着に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。
【００８４】
実施例は記録材の通紙基準が中央基準の画像形成装置及び定着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。
【符号の説明】
【００８５】
１  電磁誘導加熱アセンブリ、２  加圧ローラ、３  定着ベルト、４  支持ステー
５  加圧摺動部材、６  内側磁性体コア、７  サーミスタ
９  温度スイッチ、１０  端部規制部材
１１  誘導加熱装置、１２  励磁コイル、１３、１４  外側磁性体コア
９０  感熱体、９１  受熱面、９２  台座部、９３  延長部
１００  制御回路、１０１  操作部、１０１ａ  表示部、１０２  励磁回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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