(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場発生手段と、前記磁場発生手段の磁場の作用で電磁誘導発熱する回転体と、この回転体の内部で回転しないように固定されており前記回転体をルーズに支持する樹脂製の支持部材と、前記回転体を間に挟み前記支持部材とニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部の前記回転体と前記加圧部材の間で記録材を挾持搬送し、前記回転体の熱により記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、
前記回転体及び前記支持部材を介して前記加圧部材からの加圧力を保持する金属または合金製の加圧力保持部材を有し、前記磁場発生手段は前記支持部材と前記加圧力保持部材の間以外のところに設けられていることを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記回転体はエンドレスフィルムであることを特徴とする請求項１の像加熱装置。
【請求項３】
前記加圧力保持部材のヤング率ＥがＥ≧７×１０１０であることを特徴とする請求項１の像加熱装置。
【請求項４】
前記加圧力保持部材が非磁性の金属または合金からなることを特徴とする請求項１または３の像加熱装置。
【請求項５】
前記回転体の発熱域に前記回転体の外側から非接触で温度検知素子を配設したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁（磁気）誘導加熱方式の加熱装置、及び該加熱装置を像加熱装置として備えた電子写真装置・静電記録装置などの画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
便宜上、複写機・プリンタ等の画像形成装置に具備させる、トナー画像を被記録材に加熱定着させる像加熱装置（定着装置）を例にして説明する。
【０００３】
画像形成装置において、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段部で記録材（転写材シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・ＯＨＰシート・印刷用紙・フォーマット紙など）に転写方式あるいは直接方式にて形成担持させた目的の画像情報の未定着画像（トナー画像）を記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定着装置としては熱ローラ方式の装置が広く用いられていた。近時はフィルム加熱方式の装置が実用化されている。また電磁誘導加熱方式の装置も提案されている。
【０００４】
実開昭５１−１０９７３９号公報には、磁束により定着ローラに電流を誘導させてジュール熱によって発熱させる誘導加熱定着装置が開示されている。これは、誘導電流の発生を利用することで直接定着ローラを発熱させることができて、ハロゲンランプを熱源として用いた熱ローラ方式の定着装置よりも高効率の定着プロセスを達成している。
【０００５】
しかしながら、磁場発生手段としての励磁コイルにより発生した交番磁束のエネルギーが定着ローラ全体の昇温に使われるため放熱損失が大きく、投入エネルギーに対する定着エネルギーの密度が低く効率が悪いという欠点があった。
【０００６】
そこで、定着に作用するエネルギーを高密度で得るために発熱体である定着ローラに励磁コイルを接近させたり、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップ部近傍に集中させたりして、高効率の定着装置が考案された。
【０００７】
図１３に、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップに集中させて効率を向上させた本発明の背景技術である電磁誘導加熱方式の定着装置の一例の概略構成を示した。
【０００８】
１０は電磁誘導発熱層（導電体層、磁性体層、抵抗体層）を有する、電磁誘導発熱性の回転体としての円筒状の定着フィルムである。
【０００９】
１６は横断面略半円弧状樋型のフィルムガイド部材であり、円筒状定着フィルム１０はこのフィルムガイド部材１６の外側にルーズに外嵌させてある。
【００１０】
１５はフィルムガイド部材１６の内側に配設した磁場発生手段であり、励磁コイル１８とＥ型の磁性コア（芯材）１７とからなる。
【００１１】
３０は弾性加圧ローラであり、定着フィルム１０を挟ませてフィルムガイド部材１６の下面と所定の圧接力をもって所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させて相互圧接させてある。上記磁場発生手段１５の磁性コア１７は定着ニップ部Ｎに対応位置させて配設してある。
【００１２】
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の回転駆動による該加圧ローラ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に回転力が作用して、該定着フィルム１０がその内面が定着ニップ部Ｎにおいてフィルムガイド部材１６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１６の外回りを回転状態になる（加圧ローラ駆動方式）。
【００１３】
フィルムガイド部材１６は、定着ニップ部への加圧、磁場発生手段１５としての励磁コイル１８と磁性コア１７の支持、定着フィルム１０の支持、該フィルム１０の回転時の搬送安定性を図る役目をする。このフィルムガイド部材１６は磁束の通過を妨げない絶縁性の部材であり、必要な荷重に耐えられる材料が用いられる。
【００１４】
励磁コイル１８は不図示の励磁回路から供給される交番電流によって交番磁束を発生する。図１４は定着ニップ部Ｎ付近での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。
【００１５】
交番磁束（Ｃ）は定着ニップ部Ｎの位置に対応しているＥ型の磁性コア１７により定着ニップ部Ｎに集中的に分布し、その交番磁束（Ｃ）は定着ニップ部Ｎにおいて定着フィルム１０の電磁誘導発熱層に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層の固有抵抗によって電磁誘導発熱層にジュール熱を発生させる。ここでの発熱量Ｑは電磁誘導発熱層を通る磁束の密度によって決まり、図１４のような分布を示す。図１４のグラフは横軸に定着ニップ中心を０として、定着ニップ中心からの角度θにより定着フィルムの位置を表している。縦軸は定着フィルム１０の電磁誘導発熱層での発熱量Ｑを表す。
【００１６】
この定着フィルム１０の電磁誘導発熱は交番磁束を集中的に分布させた定着ニップ部Ｎにおいて集中的に生じて定着ニップ部Ｎが高効率に加熱される。
【００１７】
定着ニップ部Ｎの温度は、不図示の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。
【００１８】
而して、加圧ローラ３０が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム１０がフィルムガイド部材１６の外回りを回転し、励磁回路から励磁コイル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、不図示の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を通過すると回転定着フィルム１０の外面から分離して排出搬送されていく。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した図１３のような電磁誘導方式の定着装置に関して、高速プリンター・複写機、またはフルカラー画像のように定着するトナー層が厚い場合は、定着ニップでの加圧力を高く設定しなければならないが、モールド部材の剛性だけではモールド部材が撓んでしまい、ニップの中央部に十分な圧力を加えることができないという問題があった。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、磁場発生手段と、前記磁場発生手段の磁場の作用で電磁誘導発熱する回転体と、この回転体の内部で回転しないように固定されており前記回転体をルーズに支持する樹脂製の支持部材と、前記回転体を間に挟み前記支持部材とニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部の前記回転体と前記加圧部材の間で記録材を挾持搬送し、前記回転体の熱により記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、前記回転体及び前記支持部材を介して前記加圧部材からの加圧力を保持する金属または合金製の加圧力保持部材を有し、前記磁場発生手段は前記支持部材と前記加圧力保持部材の間以外のところに設けられていることを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
（１）画像形成装置例
図１は本発明の実施の形態である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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、目的の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目的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面に走査露光した目的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。
【００２５】
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。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１０７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。
【００２６】
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。
【００２７】
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側のトナー画像を該中間転写体ドラム１０５面側に転写させる。
【００２８】
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、該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、該二次転写部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。
【００２９】
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像加熱装置（定着装置）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。定着装置１００については次の（２）項で詳述する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
両面画像プリントモードの場合は、像加熱装置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、像加熱装置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。
【００３４】
多重画像プリントモードの場合は、像加熱装置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、像加熱装置１００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。
【００３５】
本例においては、トナーは低軟化物質を含有させたものを用いている。
【００３６】
（２）定着装置１００
図２は本例の定着装置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。
【００３７】
本例装置１００は図１３の定着装置と同様に、回転体である円筒状の電磁誘導発熱性フィルムを用いた、加圧ローラ駆動方式、電磁誘導加熱方式の装置である。図１３の装置と共通の構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００３８】
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。
【００３９】
定着フィルムの支持部材１６ｂは磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８を配設した上側フィルムガイド部材であり、同じく支持部材である１６ａの上側に被せて配設した横断面略半円弧状樋型フィルムガイド部材である。フィルムガイド部材１６ａとこの上側フィルムガイド部材１６ｂとで略円柱体が構成される。
【００４０】
このフィルムガイド部材１６ａと上側フィルムガイド部材１６ｂとのアセンブリの外側に、円筒状の電磁誘導発熱性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。
【００４１】
２２はフィルムガイド１６ａの上面平面部に当接させて配設した横長の加圧力保持部材である加圧用剛性ステイである。
【００４２】
１９は磁性コア１８と加圧用剛性ステイ２２の間を絶縁するための絶縁性部材である。
【００４３】
２３ａ・２３ｂはフィルムガイド部材１６ａと上側フィルムガイド部材１６ｂとのアセンブリの左右両端部に外嵌させて位置固定して取り付けた、定着フィルム１０の端部を規制・保持するフランジ部材である。
【００４４】
加圧部材としての加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、該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の回転自由に軸受け保持させて配設してある。
【００４５】
この加圧ローラ３０の上側に、上記のフィルムガイド部材１６ａ、磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ、励磁コイル１８、上側フィルムガイド部材１６ｂ、加圧用剛性ステイ２２、絶縁性部材１９、定着フィルム１０、フランジ部材２３ａ・２３ｂからなる加熱手段ユニットがフィルムガイド部材１６ａの半円状底面側を下向きにして配設され、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の下面と加圧ローラ３０の上面とが定着フィルム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。加圧用剛性ステイ２２の下面はフィルムガイド部材１６ａの底板部を隔てて定着ニップ部Ｎに対応位置している。
【００４６】
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の回転駆動による該加圧ローラ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に回転力が作用して、該定着フィルム１０がその内面が定着ニップ部Ｎにおいてフィルムガイド部材１６ａ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と上側フィルムガイド部材１６ｂの外回りを回転状態になる。
【００４７】
この場合、定着ニップ部Ｎにおけるフィルムガイド部材１６ａ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のフィルムガイド１６ａ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、あるいはフィルムガイド部材１６ａの下面を潤滑部材で被覆するようにすることもできる。
【００４８】
高速プリンタやカラープリンタ等の定着装置においては低速機と比較して高い加圧力を必要とする。例えば、２０ｐｐｍ（ｐｒｉｎｔｓ  ｐｅｒ  ｍｉｍｕｔｅ）以上のプリンタでは１５Ｎ以上、フルカラープリンタでは３０Ｎ以上の加圧力を必要とされる場合がある。
【００４９】
ここで、比較例１として図１３のようにフィルムガイド１６のみの構成に高い加圧力を加えた場合のニップ形状を図５（ｂ）に示す。ニップ中央部が良好な定着性を得るのに必要な定着ニップ幅Ｎ１とした場合、フィルムガイド１６の剛性不足により定着ニップ中央部のニップ幅がＮ１より狭くなり定着不良領域において十分な定着性が得られなかった。
【００５０】
比較例２として図１５のように磁性コア１７の上に絶縁性部材１９を介して加圧用剛性ステイ２２を配置し高い加圧力をかけた場合、図５（ａ）のように定着に十分なニップ幅（＞Ｎ１）を得ることができた。しかし、磁性コア１７は硬いが脆いという性質があり、過大な負荷をかけるとコアが割れる可能性がある。また、励磁コイル１８はコイルの各ターン間の絶縁を維持しなければならず、そこに、過大な負荷がかかるとコイルの絶縁被覆に傷をつけてしまい絶縁破壊を起こす可能性がある。本比較例２においては高い加圧力に堪えきれず磁性コアが割れてしまい、励磁コイルの絶縁被覆に傷をつけてしまった。
【００５１】
このため、本発明では加圧用剛性ステイ２２の加圧位置から定着ニップまでの間に磁性コアと励磁コイルを配設しない構成とする。本実施の形態では、加圧用ステイ２２の上部に励磁コイルと磁性コアを配設し、加圧用ステイ２２の加圧位置と定着ニップまでの間にはフィルムガイド１６ａと定着フィルム１０があるだけの構成である。
【００５２】
上記の構成により、磁場発生手段である磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８に負荷をかけることなく、図５（ａ）に示すような安定した定着ニップを得ることができた。本実施例では総加圧力として４０Ｎをかけても中央部のニップ幅が狭くなることなく、また、耐久による経時変化もほとんどない安定した定着ニップが得られた。
【００５３】
また、本発明の構成では磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃや励磁コイル１８に負荷がかからないことからコア・コイルの形状に対する制約がなく、発熱効率の向上を図ることができる。
【００５４】
加圧用剛性ステイ２２のヤング率ＥとしてはＥ≧７×１０１０の金属または合金がよ
い。Ｅ＜７×１０１０の場合には加圧用剛性ステイ２２が加圧力に堪えきれず曲がってしまい、良好な定着に必要なニップ幅Ｎ１を確保できなくなる。
【００５５】
また、加圧用剛性ステイ２２は非磁性の金属または合金がよい。加圧用剛性ステイ２２が磁性金属の場合、励磁コイル１８で発生した磁界の一部を吸収してステイ自身が発熱してしまい、定着フィルム１０の発熱効率が低下する。加圧用剛性ステイ２２が非磁性の金属または合金であれば、磁界をシールドする効果が得られ定着フィルム１０の発熱効率が低下するのを防止することができる。
【００５６】
本実施の形態においては厚さ２ｍｍの非磁性ステンレスＳＵＳ３０４をコの字型に折り曲げて使用した。
【００５７】
１６ｅ（図６）は上側フィルムガイド部材１６ｂの側面にフィルムガイド部材長手に沿って間隔をおいて形成具備させた複数本の下側フィルムガイド周方向の凸リブ部である。この凸リブ部１６ｅはフィルムガイド部材１６ｂの側面と定着フィルム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する作用をする。このような凸リブ部はフィルムガイド部材１６ａにも同様な形状に形成具備することができる。
【００５８】
上側フィルムガイド部材１６ｂ内の励磁コイル１８には給電部１８ａ・１８ｂに励磁回路２７（図６）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。
【００５９】
上側フィルムガイド部材１６ｂ内の励磁コイル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。
【００６０】
図７は定着ニップ部Ｎ付近での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。
【００６１】
磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃに導かれた交番磁束（Ｃ）は、磁性コア１７ａと１７ｂとの間、１７ａと１７ｃとの間に集中的に分布し、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７のグラフような分布を示す。図７のグラフは横軸に定着ニップ中心を０として、定着ニップ中心からの角度θにより定着フィルム１０の位置を表している。縦軸は定着フィルム１０の電磁誘導発熱層１での発熱量Ｑを表す。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。
【００６２】
この定着ニップ部Ｎの温度は、不図示の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。２６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、本例においては温度センサ２６を定着フィルム１０の内面の定着ニップ直後当接し、この温度情報をもとに定着ニップ部Ｎの温度を制御するようにしている。
【００６３】
而して、加圧ローラ３０が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム１０がフィルムガイド部材１６ａと上側フィルムガイド部材１６ｂの外回りを回転し、励磁回路２７から上側フィルムガイド部材内の励磁コイル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を通過すると回転定着フィルム１０の外面から分離して排出搬送されていく。被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。
【００６４】
図３に示すように、定着フィルム１０の長さＬＦと加圧ローラの長さＬＲはフィルムエッジで加圧ローラに傷をつけてしまうことを防止するためにＬＦ＞ＬＲとしている。
【００６５】
フランジ部材２３ａ・２３ｂは定着フィルム１０の回転時に該定着フィルム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。このフランジ部材２３ａ・２３ｂは定着フィルム１０に従動で回転する構成にしてもよい。
【００６６】
本例ではトナーｔに低軟化物質を含有させたトナーを使用したため、定着装置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よい。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。
【００６７】
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１２ターン巻いて励磁コイル１８を形成している。
【００６８】
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。本実施の形態においてはポリイミドによる被覆を用いており耐熱温度は２２０℃である。
【００６９】
ここで、励磁コイル１８の外部から圧力をかけて密集度を向上さてもよい。
【００７０】
励磁コイル１８及び磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃで発生した磁界を定着フィルム１０の発熱層に効率よく吸収させるためには、励磁コイル１８及び磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃと定着フィルム１０の発熱層１との距離はできる限り近い方がよい。
【００７１】
そこで本例では図２のように、励磁コイル１８の形状は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の発熱と励磁コイル１８間の距離は略１ｍｍになるように設定している。
【００７２】
フィルムガイド部材１６ａ・１６ｂの材質としては、定着フィルム１０との絶縁を確保するために絶縁性に優れ、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、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、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＬＣＰ樹脂などを選択するとよい。
【００７３】
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と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。
【００７４】
励磁コイル１８のフィルムガイド部材１６ａからの引出線即ち１８ａ・１８ｂについては、フィルムガイド部材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。
【００７５】
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。円筒状の定着フィルム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該発熱層１に渦電流が発生して該発熱層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、該定着ニップＮに通紙される被加熱材としての記録材を加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。
【００７６】
ａ．発熱層１
発熱層１は非磁性の金属でも良いが、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。
【００７７】
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。
【００７８】
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１０）。
【００７９】
発熱層１の厚さは好ましくは１〜１００μｍ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１〜１００μｍが好ましい。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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クイックスタートを実現するのが難しくなる。より好ましくは弾性層２の厚みは５０〜５００μｍがよい。
【００８３】
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６０゜（ＪＩＳ−Ａ）以下、より好ましくは４５゜（ＪＩＳ−Ａ）以下がよい。
【００８４】
弾性層２の熱伝導率λに関しては、λ＝６×１０−４〜２×１０−３〔ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．〕がよい。
【００８５】
熱伝導率λが６×１０−４〔ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．〕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。
【００８６】
熱伝導率λが２×１０−３〔ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．〕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する。
【００８７】
よって熱伝導率λは６×１０−４〜２×１０−３〔ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．〕がよい。より好ましくは８×１０−４〜１．５×１０−３〔ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．〕がよい。
【００８８】
ｃ．離型層３
離型層３はフッ素樹脂、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、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ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。
【００８９】
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。
【００９０】
また図９に示すように、定着フィルム１０の層構成において、発熱層１の自由面側（発熱層１の弾性層２側とは反対面側）に断熱層４を設けてもよい。
【００９１】
断熱層４としては、フッ素樹脂、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、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂などの耐熱樹脂がよい。
【００９２】
また、断熱層４の厚さとしては１０〜１０００μｍ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。
【００９３】
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側への熱供給効率良くなる。よって、消費電力を抑えることができる。
【００９４】
このように本実施の形態によれば、磁場発生手段であるコイル・コアにストレスを加えないことにより安定した磁場を発生させることができる。また、ストレスが加わらないため耐久性にも有利である。
【００９５】
加圧力保持部材を金属または合金とすることにより曲げに対して強くなり、安定した定着ニップを形成することができる。
【００９６】
また加圧力保持部材を非磁性の金属にすることにより、磁場発生手段で発生した磁場による発熱を防ぐことができ、発熱効率が向上する。
【００９７】
（第２の実施例）
本例においては、図１１に示すように、定着フィルム１０のこの発熱域Ｈ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４０を配設している。また、磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃと励磁コイル１８を定着ニップの上流側に略９０゜回転させた位置に配設した。これにより、発熱域Ｈを定着ニップに近づけることができる。これ以外は第１の実施の形態と同様の構成であり、図２の装置と共通の構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００９８】
図１２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４０は＋２４ＶＤＣ電源とリレースイッチ４１と直列に接続されており、サーモスイッチ４０が切れると、リレースイッチ４１への給電が遮断され、リレースイッチ４１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４０はＯＦＦの温度を２２０℃に設定した。
【００９９】
また、サーモスイッチ４０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４０と定着フィルム１０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４０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。
【０１００】
本例によれば、装置故障による定着装置暴走時、図１３のような定着ニップＮで発熱する構成とは違い、定着ニップＮに紙が挟まった状態で定着器が停止し、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４０が配設してあるため、サーモスイッチ４０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４１により励磁コイル１８への給電が遮断される。
【０１０１】
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た。
【０１０２】
本例では、温度検知素子としてサーモスイッチを用いたが、温度ヒューズを用いてもよい。
【０１０３】
このように本実施の形態によれば、上述した実施の形態の効果の他に、安全装置としてサーモスイッチや温度ヒューズといった温度検知素子を電磁誘導発熱性の回転体の発熱域に回転体の外側から非接触で温度検知素子を配設することにより、回転体表面に傷をつけることがないので定着画像を劣化させることなく、加熱装置が暴走したときに安全に給電を遮断することができる。
【０１０４】
尚、本発明では、
１）電磁誘導発熱性の定着フィルム１０は、モノクロあるいは１パスマルチカラー画像などの加熱定着用の場合は弾性層２を省略した形態のものとすることもできる。発熱層１は樹脂に金属フィラーを混入して構成したものとすることもできる。発熱層単層の部材とすることもできる。
【０１０５】
２）加熱装置としての定着装置１００の装置構成は実施の形態の加圧ローラ駆動方式に限られるものではない。
【０１０６】
例えば、図１６のように、フィルムガイド１６と、駆動ローラ３１と、テンションローラ３２との間に、電磁誘導発熱性のエンドレスベルト状の定着フィルム１０を懸回張設し、フィルムガイド１６の下面部と加圧部財としての加圧ローラ３０とを定着フィルム１０に挟んで圧接させて定着ニップ部Ｎを形成させ、定着フィルム１０を駆動ローラ３１によって回転駆動させる装置構成にすることもできる。この場合、加圧ローラ３０は従動回転ローラである。
【０１０７】
３）加圧部材３０はローラ体に限らず、回動ベルト型など他の形態の部材にすることもできる。
【０１０８】
また加圧部材３０側からも記録材に熱エネルギーを供給するために、加圧部材３０側にも電磁誘導加熱などの発熱手段を設けて所定の温度に加熱・温調する装置構成にすることもできる。
【０１０９】
４）本発明の加熱装置は実施の形態の画像加熱定着装置としてに限らず、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、仮定着する像加熱装置、その他、被加熱材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置など、広く被加熱材を加熱処理する手段・装置として使用できる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電磁誘導加熱方式の加熱装置について、加圧用ステイを磁場発生手段であるコイル・コアにストレスを加えない位置に配設することにより、高い加圧力をかけることが可能となるとともに安定した定着ニップが得られ、良好な定着画像を得ることができる。
【０１１１】
また、定着フィルムの外側の発熱域に安全素子である温度検知素子を非接触で配設することにより、定着フィルムに傷をつけることがないので定着画像を劣化を防ぐことができ、かつ装置の暴走時に安全に定着フィルムの発熱を停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に用いた画像形成装置の概略構成図
【図２】加熱装置としての定着装置の要部の横断側面模型図
【図３】図２の要部の正面模型図
【図４】図２の要部の正面模型断面図
【図５】ニップ形状を示した図
【図６】フィルムガイド部材と励磁コイル、磁性コアの斜視図
【図７】磁束と定着フィルムの発熱量の関係を示した図
【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】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１０】発熱層深さと電磁波強度の関係を示したグラフ
【図１１】第２の実施の形態における構成概略断面図
【図１２】第２の実施の形態における安全回路図
【図１３】本発明の背景技術である電磁誘導加熱方式の加熱装置（定着装置）の一例の構成略図
【図１４】磁束と定着フィルムの発熱量の関係を示した図
【図１５】定着装置の比較例２の概略図
【図１６】定着装置の他の構成形態例の概略図
【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
１７ａ〜１７ｃ  磁性コア
１８  励磁コイル
２２  加圧用剛性ステイ
２３ａ・２３ｂ  定着フィルム端部の規制・保持用フランジ部材
２５ａ・２５ｂ  加圧バネ部材
２６  温度検知素子（サーミスタ）
３０  加圧部材としての加圧ローラ
４０  温度検知素子（サーモスイッチ）
４１  リレースイッチ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003584132.tif 000011
【図１１】
0003584132.tif 000012
【図１２】
0003584132.tif 000013
【図１３】
0003584132.tif 000014
【図１４】
0003584132.tif 000015
【図１５】
0003584132.tif 000016
【図１６】
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