(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成で自己温度制御機能を損なうことなくウォーミングアップ時間の長時間化を防止することができる定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】発熱層を有する定着スリーブと、磁束を発生させ、定着スリーブを誘導加熱する励磁コイルと、定着スリーブで発生した熱が伝熱される整磁合金と、整磁合金７を挟んで励磁コイルと対向する位置に配置される消磁部であり、消磁部材を分割して隙間１０をあけて配置し、消磁部材を消磁部材自身、または熱膨張部材９の熱膨張により互いに接触させ、励磁コイルの磁束と、消磁部材で発生する反発磁束により自己温度制御機能を発揮させる。【選択図】図４
2014092609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱層と、
磁束を発生させ、前記発熱層を誘導加熱する励磁コイルと、
前記発熱層で発生した熱が伝熱される整磁部材と、
前記整磁部材を挟んで前記励磁コイルと対向する位置に配置される消磁部材を有する定着装置において、
前記消磁部材を分割して隙間をあけて配置し、
該消磁部材の隙間を熱膨張により閉じて互いに接触させ、
前記励磁コイルの磁束と、前記消磁部材で発生する反発磁束により自己温度制御機能を発揮することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置において、前記発熱層が定着回転体を加熱するとともに、前記消磁部材が該定着回転体の軸線方向に複数個分割されていることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１に記載の定着装置において、前記発熱層が定着回転体を加熱するとともに、前記消磁部材が該定着回転体の周方向に複数個分割されていることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の定着装置において、前記消磁部材がバイメタルの熱膨張により動かされて互いに接触されることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１ないし３の何れかに記載の定着装置において、前記消磁部材が熱膨張したバイメタルを介して互いに接触されることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１ないし３の何れかに記載の定着装置において、前記消磁部材が当該消磁部材自身の熱膨張により互いに接触されることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れかに記載の定着装置において、前記分割された消磁部材はウォーミングアップ時と互いに離間し、通紙時に互いに接触することを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れかに記載の定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、印刷機、これらの複合装置などの画像形成装置においては、潜像担持体に担持したトナー像などの可視像を記録用のシート状媒体（以下、用紙という。）に転写し、定着してから画像出力をする。トナー像は、定着装置を通過する際に熱と圧力とによる融解、浸透作用によってシート状媒体記録材上に定着される。
【０００３】
定着装置に採用される加熱方式には、発熱源としてハロゲンランプなどを用いた加熱ローラとこれに対向当接する加圧ローラとを備えて定着ニップ部を構成可能な熱ローラ定着方式が知られている。さらに、ローラ自体よりも熱容量が小さくてすむフィルムを加熱部材として用いたフィルム定着方式もある。近年、加熱方式に特許文献１に記載されているような電磁誘導加熱方式を用いた定着装置が注目されている。
【０００４】
特許文献１には、加熱ローラの内部に、ボビンに巻いた誘導加熱コイルを設け、誘導加熱コイルに電流を印加することにより加熱ローラに渦電流を発生させ、それによって加熱ローラを発熱させる構成が開示されている。この技術では、熱ローラ定着方式のような余熱を必要とせず、瞬時に温度を立ち上げることができるという利点がある。
【０００５】
電磁誘導加熱方式を用いた定着装置に関し、高周波電源により高周波電圧が印加される誘導加熱コイルからなる高周波誘導加熱装置と、前記加熱回転体に設けられた磁性を有する発熱層とを有するものがある。そして、特許文献２にはその発熱層が高周波誘導加熱装置に高周波電源により高周波電圧が印加されたとき発熱し、定着温度が概ねキュリー温度に設定された定着装置が知られている。
【０００６】
特許文献２では、接着剤中に強磁性体が分散された発熱層を有し、高周波誘導加熱装置により、該強磁性体をキュリー温度に達する迄瞬時に昇温する。強磁性体は、キュリー温度に達すると磁性を失う。この強磁性体のキュリー温度は概ね定着温度に設定されているので、強磁性体は概ね定着温度に保持され、加熱回転体の立ち上がり時間の短縮及び温度制御を行なうことができる。
【０００７】
また、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置に関し、キュリー温度付近での温度の安定性を得るため、整磁合金と組み合わせて消磁部材を用いた技術がある。その一例として、特許文献３，４には発熱層と、磁束を発生させ、該磁束によって前記発熱層を誘導加熱する励磁コイルと、前記発熱層で発生した熱が伝わる整磁合金とを有する定着装置が記載されている。かかる定着装置では、前記整磁合金を、前記励磁コイルと消磁部材の間に配置し、前記励磁コイルの磁束に起因して前記消磁部材で発生する反発磁束により自己温度制御機能を発揮し得るようにしてなる感温磁性金属パイプを有している。
【０００８】
上記構成の定着装置では、整磁合金層を誘導コイルと消磁部材の間に介し、整磁合金がキュリー温度以上になったとき、消磁部材による反発磁束が励磁コイルによる誘導磁束を打ち消す形で自己温度制御機能を発揮させる方式がとられている。
【０００９】
かかる技術では、整磁合金はキュリー温度近傍で透磁率が大きく落ち込むため、消磁材に磁束が透過し、消磁部材からの反発磁束によって自己温度制御機能が発揮される。このことによりキュリー温度付近での温度の安定性を得る反面、発熱層の温度がキュリー温度に近づくにつれ、発熱効率が低下するため、特に環境温度が低い場合に、ウォーミングアップ時間が長くなるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この問題を解消するため特許文献５には、ウォーミングアップ時に消磁部材を駆動させ逃がすことで、消磁部材によって反発磁束を生じさせないようにする磁束調整手段を設けている。しかしながら、特許文献５の磁束調整手段では位置変え用の回転駆動部及びその回転の停止を所定位置にするためのセンサ等を備える位置決め手段を設けており、構成が複雑でコストも嵩むというという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記した従来の問題に鑑み、簡単な構成で自己温度制御機能を損なうことなくウォーミングアップ時間の長時間化を防止することが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している。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するため、本発明は、発熱層と、磁束を発生させ、前記発熱層を誘導加熱する励磁コイルと、前記発熱層で発生した熱が伝熱される整磁部材と、前記整磁部材を挟んで前記励磁コイルと対向する位置に配置される消磁部材を有する定着装置において、前記消磁部材を分割して隙間をあけて配置し、該消磁部材を熱膨張により互いに接触させ、前記励磁コイルの磁束と、前記消磁部材で発生する反発磁束により自己温度制御機能を発揮することを特徴とする定着装置を提案する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱膨張を利用した簡単な構成で消磁部材による自己温度制御機能を損なうことなくウォーミングアップ時間の長時間化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る定着装置の内部機構を示す概略図である。
【図２】励磁コイル及びコアの構成を例示した斜視図である。
【図３】整磁合金を鉄心とした際の励磁コイルのインダクタンスを測定した結果を示すグラフである。
【図４】本発明に係る定着装置における消磁部材の一実施形態を示す説明図である。
【図５】本発明に係る定着装置における消磁部材の別の実施形態を示す説明図である。
【図６】本発明に係る定着装置における消磁部材のさらに別の実施形態を示す説明図である。
【図７】分割された消磁部材と分割していない消磁部材による発熱効率の温度変化を示すグラフである。
【図８】本発明の定着装置を用いた画像形成装置の構成を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る定着装置の内部機構を示す概略図である。
図１において、ここに示す定着装置１は発熱層（図示せず）を備える定着回転体としての定着スリーブ２とこれに圧接する加圧ローラ３を備えるローラ方式の定着装置である。定着スリーブ２の加圧ローラ３の反対側には磁束発生部４が定着装置のケーシング（図示せず）に固定されている。
【００１６】
磁束発生部４は、中央のセンターコア５ｂ、両端部の足コア５ａ等を有したアーチコア５と、誘導加熱する励磁コイル６などからなる。励磁コイル６はアーチコア５と定着スリーブ２の間に配置され、図２に示すようにセンターコア５ｂに巻き回された扁平なコイルである。
【００１７】
本実施形態の定着装置１は、磁束発生部４の励磁コイル６を駆動源であるインバータ（図示せず）により高周波駆動することによって高周波磁界（磁束）を発生させる。そして、この磁界により、主に金属性の定着スリーブ２に渦電流が流れるようにしてローラ温度を上昇させているものである。トナーＴｎを載せた記録媒体としての用紙Ｓはトナー面を定着スリーブ２に接するように定着スリーブ２と加圧ローラ３との間を通過する間に加熱、加圧定着される。
【００１８】
定着スリーブ２内には、励磁コイル６と対向して定着スリーブ２で発生した熱が伝熱される整磁部材である整磁合金７と、該整磁合金７と適当な空間をあけて消磁部材８とが配設されている。この整磁合金７はほぼ半円形に形成され、消磁部材８も同様にほぼ半円形に形成されているが、その中央部分が平面に形成されている。
【００１９】
整磁合金７は、常温では強磁性体であり磁束遮蔽部材として働くが、高温になると非磁性体となり、磁束を透過する。高温時、整磁合金７を透過した磁束は消磁部材８まで到達し、消磁部材８表面で渦電流を発生させる。消磁部材８上で発生した渦電流は、励磁コイル６で生じる磁束とは反対方向の磁束である反発磁束を生じさせるため、この反発磁束により定着スリーブ２の発熱層上の磁束の密度（強度）が下がり、該発熱層の加熱が抑制される。なお、消磁部材８の電気抵抗率は整磁合金７の電気抵抗率よりも低い部材からなっている。
【００２０】
図３は、整磁合金７を鉄心とした際の励磁コイル６のインダクタンスを測定した結果を示すグラフである。
インダクタンスは整磁合金７が強磁性の際、大きな値を示すが、整磁合金７が非磁性になると常温の値と一致するようになるため、整磁合金７の透磁率を表す指標になる。なお、整磁合金７としては、キュリー温度が例えば１００〜３００℃になるように形成された磁性体（例えば鉄、ニッケルを含む整磁合金材料）からなり、本実施形態ではキュリー温度が２２０℃である。図３のグラフから明らかなように、インダクタンスの変化は図中矢印で示す温度幅を持つため、強磁性、非磁性のシャープな切り替えができない。この強磁性、非磁性を変化させる温度幅が存在するため、加熱時であっても整磁板の温度がキュリー温度に近づくと磁束が消磁部材まで到達し、加熱を抑制する。そのため先に述べたようにウォーミングアップ時間が長くなるといった問題を発生させていた。
【００２１】
図４は、本発明に係る定着装置における消磁部材８の一実施形態を示す説明図である。
図４において、本例の消磁部材８はアルミニウムなどの導電性金属を材料からなり、かつ、左消磁部材８ａと右消磁部材８ｂとに分割されている。そして、右消磁部材８ｂの左消磁部材８ａ側端部の下面には熱膨張部材としてのバイメタル９が固定されている。このバイメタル９は、熱膨張率の違う上層９ａと下層９ｂという二つの金属を張り合わせて構成されている。
【００２２】
このように分割された左消磁部材８ａと右消磁部材８ｂは、常温時において図４（ｂ）、（ｃ）に示すように互いに離間し、隙間１０が形成されている。このとき、上記実施形態と同様常温時の電流の経路は消磁部材８が隙間１０で遮断されて流れにくくなる。したがって、励磁コイル６で生じる磁束と反対方向の磁束である反発磁束を生じさせる渦電流が発生しにくくなる。ここで、ウォーミングアップを開始し、所望の高温に近づくと、バイメタル９の熱膨張によって右消磁部材８ｂが立ち上がり、本例では２２０℃を越えると左消磁部材８ａに接触する。このようにして左右の消磁部材８ａ、８ｂが互いに接触すれば、消磁部材８表面に大きな渦電流が流れて加熱を抑制する。したがって、ウォーミングアップ時は図４（ｂ）の非接触状態を取り、通紙時は図４（ａ）の接触状態を取ることで、自己温度制御機能を発揮しつつウォーミングアップ時間が長引くという問題を解消できる。なお、上記消磁部材８は定着スリーブ２の軸線方向に複数個分割されているが、消磁部材８は定着スリーブ２の周方向に複数個分割したものでも良い。
【００２３】
図５は、本発明に係る定着装置における消磁部材８の別の実施形態を示す説明図である。
図５において、アルミニウムなどの導電性金属を材料からなる消磁部材は分割されて左右消磁部材８ａ，８ｂとなり、常温時における左右消磁部材８ａ，８ｂは間に適当な間隔の隙間１０が形成されている。また、左右消磁部材８ａ，８ｂはそれぞれ隙間１０と反対が端部に熱膨張率の大きいゴムや金属、又はバイメタル等の材料からなる熱膨張部材１９が固定されている。この熱膨張部材１９はそれぞれ左右消磁部材８ａ，８ｂと図示していない定着装置のケーシングの間に挟まるように配置されている。
【００２４】
このように構成された左消磁部材８ａと右消磁部材８ｂは、常温時において図５（ｂ）に示すように互いに離れ、隙間１０が形成されている。このとき、上記実施形態と同様に、電流の経路が隙間１０で遮断されて流れにくくなり、励磁コイル６で生じる磁束と反対方向の磁束である反発磁束を生じさせる渦電流が発生しにくくなる。しかし、上記実施形態と同様にウォーミングアップの開始で所望の高温になると、図５（ａ）に示すように、左右の消磁部材８ａ、８ｂが接触する。すなわち、ケーシングに挟まれている熱膨張部材１９の熱膨張によって左右消磁部材８ａ、８ｂが互いに接近して接触する。左右の消磁部材８ａ、８ｂが接触すると、消磁部材８表面に大きな渦電流が流れて加熱を抑制する。したがって、ウォーミングアップ時は図５（ｂ）の非接触状態を取り、通紙時は図５（ａ）の接触状態を取ることができ、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００２５】
図６は、本発明に係る定着装置における消磁部材８のさらに別の実施形態を示す説明図である。
図６において、アルミニウムなどの導電性金属を材料からなる消磁部材は分割されて左右消磁部材８ａ，８ｂで構成されている。左右消磁部材８ａ，８ｂは常温時において両者の間である中央部に１ｍｍ以下の隙間１０が形成されている。また、左右消磁部材８ａ，８ｂの隙間１０と反対側端部は図示していない定着装置のケーシングに直接または間接的に固定されている。
【００２６】
このように構成された左消磁部材８ａと右消磁部材８ｂは、常温時において図６（ｂ）に示すように隙間１０が形成されている。このとき、上記実施形態と同様に、電流の経路が隙間１０で遮断されて流れにくくなり、励磁コイル６で生じる磁束と反対方向の磁束である反発磁束を生じさせる渦電流が発生しにくくなる。しかし、上記実施形態と同様にウォーミングアップ時を開始して所望の高温になると、図６（ａ）に示すように、左右消磁部材自身の熱膨張によって左右消磁部材８ａ、８ｂが互いに接近して接触する。左右の消磁部材８ａ、８ｂが接触すると、消磁部材８表面に大きな渦電流が流れて加熱を抑制する。したがって、ウォーミングアップ時は図６（ｂ）の非接触状態を取り、通紙時は図６（ａ）の接触状態を取ることで、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００２７】
図７は分割された消磁部材８と分割していない消磁部材８による発熱効率の温度変化を示すグラフである。
図７において、分割された消磁部材８の温度変化８Ｂは分割していない消磁部材８の温度変化８Ａに比べ、キュリー温度を超えても発熱効率が高い。そのため、常温時に隙間の１０ができる消磁部材８を用いると、ウォーミングアップ時間が長引くという問題が解消されることが判る。
【００２８】
消磁部材で作られる反発磁束が消磁部材に届いた磁束が渦電流を作ることで生じる。本発明では、この渦電流が電流の流れる経路を隙間などの空壁で遮断することで流れにくくなる現象を利用したものである。そして、熱膨張による消磁部材８の移動や変化を利用することで、ウォーミングアップ時は発熱効率の高い状態をとることができる。また、ウォーミングアップが終了し、その後の通紙時では熱膨張で接触した消磁部材８で反発磁束を生じさせる状態をとっているので、従来通りの自動温度制御性能を維持することができる。
【００２９】
図８は、前記した実施の形態例による定着装置１が適用されるカラー用の画像形成装置を例示した図である。もちろん本発明は、図８に示したタイプの画像形成装置には限定されず、またカラー画像を作成するものだけでなく、単一画像を形成するものをも対象とする。
【００３０】
ここに示した画像形成装置は上から、読み取り部Ｃ、排紙収納部Ｄ、画像形成部Ａ、給紙部Ｂからなる。
読み取り部Ｃは、コンタクトガラスＣ２上に載置される原稿を読み取るもので、原稿画像は、読み取り走行体Ｃ１の走査により、画像情報がレンズＣ３を経て読み取り素子Ｃ４に結像され電気信号に変換される。そして、露光装置Ａ１０に送られて露光用の画像情報データに供される。
【００３１】
画像形成部Ａは主として、ドラム状の４つの感光体Ａ１及びその付帯部材、その上方に配置された中間転写装置Ａ４を有する。さらに、中間転写装置Ａ４の側部に配置された２次転写装置Ａ５、２次転写装置Ａ５の上方に配置された定着装置１、排紙ローラＡ９、位置合せローラＡ１１等を備えている。ここで、定着装置１としては前記実施形態で説明した定着スリーブ２、加圧ローラ３等を用いた定着装置１が使用される。
【００３２】
４つの感光体Ａ１は中間転写装置Ａ４に構成された中間転写ベルトＡ４ａの回転方向に沿って配列されている。各感光体Ａ１はそのまわりに、回転方向順に、帯電装置Ａ２、現像装置Ａ３、クリーニング装置Ａ６、潤滑剤塗布装置Ａ７を備えている。また、給紙部Ｂは小サイズから大サイズまで異なるサイズの用紙Ｓを収納する給紙カートリッジ４０を複数装備している。
【００３３】
画像形成に際して、各感光体は個々に、帯電装置Ａ２により帯電され、読み取り素子Ｃ４で読み取られた原稿のデータに基づき露光装置Ａ１０により露光され表面に静電潜像が担持される。各潜像はシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色のトナーにより現像装置Ａ３により各色のトナー画像として可視像化される。
【００３４】
各感光体Ａ１に形成されたシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのトナー画像は、１転写部で、回転する中間転写ベルトＡ４ａ上に順に転写されて色重ねによりカラートナー像ができる。このカラートナー像は、中間転写ベルトＡ４ａ上、２次転写装置Ａ５が配置された２次転写部で、用紙Ｓに一括転写される。この転写により未定着カラートナー画像を担持した用紙Ｓは本発明の定着装置１を通過する間に画像定着され、排紙ローラＡ９により排紙収納部Ｄに送り出される。中間転写ベルトＡ４ａ、２次転写装置Ａ５はそれぞれ付着した残トナーを除去するクリーニング手段を付帯するが説明は略す。
【符号の説明】
【００３５】
１  定着装置
２  定着スリーブ
３  加圧ローラ
４  磁束発生部
５  アーチコア
６  励磁コイル
７  整磁合金
８ａ  左消磁部材
８ｂ  右消磁部材
９  熱膨張部材
１０  隙間
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３６】
【特許文献１】特開２００１−１３８０５号公報
【特許文献２】特許第２９７５４３５号公報
【特許文献３】特開２０００−３０８５０号公報
【特許文献４】特許第３５０４９４３号公報
【特許文献５】特開２００９−５８８２９号公報
【図１】
2014092609.tif 000003
【図２】
2014092609.tif 000004
【図３】
2014092609.tif 000005
【図４】
2014092609.tif 000006
【図５】
2014092609.tif 000007
【図６】
2014092609.tif 000008
【図７】
2014092609.tif 000009
【図８】
2014092609.tif 000010