(57)【要約】【課題】  定着ベルトの軸方向における加熱範囲を変化させることができる電磁誘導加熱方式のベルト定着装置。【解決手段】  高周波交流電流の印加により誘導磁界を誘起する励磁コイルと、前記励磁コイルの近傍に配置され、誘導磁界によって発熱する発熱部材と、前記発熱部材と定着ローラとに張架され、前記発熱部材の発熱により加熱される無端状の定着ベルトと、少なくとも前記定着ローラを前記定着ベルトを介して押圧する押圧ローラと、を有し、転写材を前記定着ベルトと前記押圧ローラとで挟持・搬送して、転写材上のトナー像を定着する誘導加熱定着装置を備えた画像形成装置において、誘導磁界を前記発熱部材に収束する磁性体粒子を収納した磁性体粒子収納部を、前記励磁コイルに対向して配置したこと。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波交流電流の印加により誘導磁界を誘起する励磁コイルと、
前記励磁コイルの近傍に配置され、誘導磁界によって発熱する発熱部材と、
前記発熱部材と定着ローラとに張架され、前記発熱部材の発熱により加熱される無端状の定着ベルトと、
少なくとも前記定着ローラを前記定着ベルトを介して押圧する押圧ローラと、を有し、
転写材を前記定着ベルトと前記押圧ローラとで挟持・搬送して、転写材上のトナー像を定着する誘導加熱定着装置を備えた画像形成装置において、
誘導磁界を前記発熱部材に収束する磁性体粒子を収納した磁性体粒子収納部を、前記励磁コイルに対向して配置したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記磁性体粒子収納部に、定着する転写材の幅方向に移動可能な仕切壁を設け、
転写材の幅寸法に対応して前記仕切壁を移動させ、前記励磁コイルに対向する前記磁性体粒子の集積長さを可変させるべく制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の画像形成装置に関し、詳しくは転写材の紙幅に対応して加熱可能な定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体に形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録紙（転写材）上に転写し、この後、記録紙上に転写されたトナー像を定着している。
【０００３】
このようなトナー像を定着する定着装置としては、ハロゲンヒータ等を内蔵した加熱ローラと、加熱ローラに加圧する加圧ローラとによって、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であると共に転写材上への定着性が良好であるため、広く利用されている。また、加熱ローラ及び加圧ローラは芯金の表面にゴム層を設けた構成になっている。
【０００４】
しかし、このような定着装置においては、厚いゴム層のために熱が伝達され難く、加熱ローラ等が加熱される時間が長くなるので、ウオーミングアップタイム（ＷＵＴ）が長くなるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、電磁誘導加熱方式の定着装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、定着ベルトを用いた電磁誘導加熱方式の定着装置もある。このベルト定着装置は、無端状の定着ベルトを発熱ローラと定着ローラとに張架し、定着ベルトを介して定着ローラを加圧する加圧ローラを有し、発熱ローラの近傍に設けた励磁コイルに高周波交流電流を印加することにより誘起される誘導磁束により発熱ローラを発熱させて定着ベルトを加熱し、転写材を定着ベルトと押圧ローラとの間に形成されたニップ部で挟持・搬送して転写材上のトナー像を定着する構成である。
【０００７】
電磁誘導加熱方式は加熱効率が高く、且つ、定着ベルトは熱容量が小さいので、ウオーミングアップタイムが短縮する。また、省電力化（省エネ）にもなる。
【０００８】
しかし、定着ベルトは熱容量が小さくて放熱による温度低下が大きく、且つ熱伝導率が低い。このために、定着ベルトの幅より幅の狭い記録紙を通紙した場合に、記録紙が通過しない定着ベルトの端部においては熱が記録材に奪われないため、温度が上昇する。この温度上昇は連続通紙により促進される。
【０００９】
例えば、紙幅の狭いＡ４Ｒサイズの記録紙を連続通紙すると、記録紙が通過しない定着ベルトの端部の温度が上昇し、次にＡ４サイズの記録紙を通紙すると、端部に形成されたトナー像に光沢ムラが発生したり、記録紙が皺になったり、更に端部のトナーが定着ベルトにオフセットしたりして、良好な定着画像が得られないという問題が生ずる。また、温度差によって定着ベルトが変形することもある。
【００１０】
このために冷却用ファンからの送風によって定着ベルトの端部を冷却する方式が知られている。
【００１１】
また、このような問題は定着ベルトを用いない電磁誘導加熱方式の定着装置でも生ずるので、この対策として、加熱ローラの内部の中央に中央コイルを配置すると共に、内部の両端に端部コイルを各々配置し、定着する記録紙の幅に応じて３本のコイルへの通電時間を制御する定着装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２２８０４３号公報
【特許文献２】特開２００３−２１５９５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
冷却用ファンによる送風で定着ベルトの端部を冷却する方式においては、冷却するための電力が必要であって好ましくなく、また、加熱した上に冷却するという方式は省エネが強く要求される現状では受け入れられ難い。
【００１３】
また、特許文献１に記載の定着装置においては、３本のコイルへの通電時間の制御が複雑であるにも拘わらず、軸方向の均熱化が困難であり、３本のコイルを用いるために原価高になる。
【００１４】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、１本の励磁コイルのみを用いて定着ベルトの軸方向における加熱範囲を変化させることができる電磁誘導加熱方式のベルト定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は下記の手段によって達成される。
【００１６】
［請求項１］高周波交流電流の印加により誘導磁界を誘起する励磁コイルと、前記励磁コイルの近傍に配置され、誘導磁界によって発熱する発熱部材と、前記発熱部材と定着ローラとに張架され、前記発熱部材の発熱により加熱される無端状の定着ベルトと、少なくとも前記定着ローラを前記定着ベルトを介して押圧する押圧ローラと、を有し、転写材を前記定着ベルトと前記押圧ローラとで挟持・搬送して、転写材上のトナー像を定着する誘導加熱定着装置を備えた画像形成装置において、誘導磁界を前記発熱部材に収束する磁性体粒子を収納した磁性体粒子収納部を、前記励磁コイルに対向して配置したことを特徴とする画像形成装置。
【００１７】
［請求項２］前記磁性体粒子収納部に、定着する転写材の幅方向に移動可能な仕切壁を設け、転写材の幅寸法に対応して前記仕切壁を移動させ、前記励磁コイルに対向する前記磁性体粒子の集積長さを可変させるべく制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１〜２に記載の画像形成装置によれば、定着する転写材の幅寸法に対応して磁性体粒子を移動させ、１本の励磁コイルのみを用いて定着ベルトの軸方向における加熱範囲を変化させることができるので、小サイズの転写紙を連続給送した後に大サイズの転写紙を給送したときであっても、従来の如く端部に形成されたトナー像に光沢ムラが発生したり、記録紙が皺になったり、更に端部のトナーが定着ベルトにオフセットしたりして、良好な定着画像が得られないといった問題が発生することがない。
【００１９】
また、粉体の磁性体粒子を用いることで、電気抵抗が高くなり、発生する渦電流が小さくなるため、従来の磁性コアと比較して磁性体粒子の発熱が著しく減少し、発熱部材を発熱させる効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本願発明の画像形成装置に関する実施の形態を説明する。
【００２１】
先ず、本発明に係わる誘導加熱定着装置を用いた画像形成装置について、図１の基本構成図を参照して説明する。
【００２２】
図１において、１は電子写真感光体である感光体ドラムであって、感光体ドラム１は矢示の方向に所定の周速度で回転駆動され、その表面が帯電器２によってマイナスの所定の電位ＶＨに一様帯電される。
【００２３】
３は露光装置で、不図示の画像読取装置やコンピュータ等から入力される画像情報の時系列デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力する。一様帯電された感光体ドラム１の表面は、このレーザビームによって走査露光される。これにより、感光体ドラム１の露光部分は電位絶対値が低下して電位ＶＬとなり感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。
【００２４】
現像器４は回転駆動される現像ローラ４ａを備えている。現像ローラ４ａは感光体ドラム１と対向して配置されており、その外周面にマイナスに帯電したトナーの薄層が形成される。現像ローラ４ａには、その絶対値が感光体ドラム１の電位ＶＨよりも小さく、電位ＶＬよりも大きい現像バイアス電圧が印加されており、これにより現像ローラ４ａ上のトナーが感光体ドラム１の電位ＶＬ部分にのみ付着して反転現像が行われ、トナー像が形成される。
【００２５】
一方、不図示の給紙部から給送される転写材である記録紙Ｐはレジストローラ９を経て、感光体ドラム１の回転と同期した適切なタイミングで感光体ドラム１と帯電転写極５とで形成される転写領域へ送られる。そして、感光体ドラム１上のトナー像は転写バイアスが印加された帯電転写極５により記録紙Ｐに転写される。
【００２６】
６は定着用ガイドであって、トナー像が転写された記録紙Ｐは定着装置７へ搬送され、記録紙Ｐ上に転写されたトナー像の定着がなされる。定着装置７を通過してトナー像の定着を終えた記録紙Ｐは不図示の排紙トレイ上に排出される。
【００２７】
一方、記録紙Ｐが分離された後の感光体ドラム１は、その表面に付着した転写残トナー等の残留物がクリーニング装置８によって除去され、クリーニングされた感光体ドラム１は繰り返し次の画像形成に供される。
【００２８】
なお、上述の画像形成装置はモノクロ画像を形成する装置であるが、本発明の定着装置はカラー画像を形成する装置に対しても適用される。
【００２９】
次に、本発明の誘導加熱方式の定着装置７について説明する。図２に示すのは誘導加熱方式の定着装置７の概略断面図である。
【００３０】
定着装置７は、発熱ローラ７１（発熱部材）と定着ローラ７２に張架された定着ベルト７３と、発熱ローラ７１の近傍に配置された励磁コイル７４と、発熱ローラ７１の近傍に配置され誘導磁界を発熱ローラ７１に収束する磁性体粒子Ｇを収納した磁性体粒子収納部７５と、定着ローラ７２を定着ベルト７３を介して押圧する押圧ローラ７６等を有し、励磁コイル７４に高周波交流電流を印加することにより誘起される誘導磁束により発熱ローラ７１を自己発熱させて、その熱により定着ベルト７３を加熱し、記録紙Ｐを定着ベルト７３と押圧ローラ７６とで挟持・搬送して、記録紙Ｐのトナー像を加熱・加圧し、定着する構成である。
【００３１】
発熱ローラ７１は、薄肉の磁性金属により円筒形に形成されている。一例として、比透磁率が１８０〜２００のニッケルを用い、１０μｍ厚のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）で被覆している。
【００３２】
なお、発熱ローラ７１に代えて、軸方向に直交する断面が半月形で固定されていて、その外周面を定着ベルト７３が摺動する発熱部材にしてもよい。この場合には、線速３２０ｍｍ／ｓｅｃで定着を行う場合には円筒径は少なくとも５５ｍｍを必要とし、線速をより高速とするときは円筒径は更に大とすることが望ましい。
【００３３】
定着ローラ７２は、表面をゴム硬度４０Ｈｓ〜８０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）の弾力性を有する発泡体のシリコンゴムによって構成されたローラである。
【００３４】
定着ベルト７３は、可撓性を有する無端状のベルトであって、基体として厚さ２０〜８０μｍ程度のニッケル等を用いた金属ベルトや、厚さ４０〜１５０μｍ程度のポリイミドやポリアミド等を用いた耐熱性の樹脂ベルトの外周面に、厚さ１００〜３００μｍ程度の耐熱性のシリコンゴムを被覆し、更に離型層として外表面に厚さ３０〜５０μｍ程度のＰＦＡコーティング加工やチューブを施したものが用いられる。
【００３５】
励磁コイル７４は、細い線を束ねたリッツ線を用いて形成されており、円弧状に形成されたコイル支持部材７７によって支持されている。そして、励磁コイル７４はコイル支持部材７７の中央部７７ａを中心に、且つ発熱ローラ７１と等間隔になるように巻回されていている。
【００３６】
磁性体粒子収納部７５は粉体にしたフェライトやパーマロイ（登録商標）等の磁性体粒子Ｇを樹脂製の筐体７５１に収納し、励磁コイル７４に対向して配置されている。これらの磁性体粒子Ｇの特性を表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
加圧ローラ７６は、ステンレス等の丸棒から成る芯金７６ａと、ゴム硬度１０Ｈｓ〜４０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）の耐熱性のフッ素ゴムやシリコンゴムより形成されたローラ層７６ｂと、ローラ層７６ｂの表面にＰＦＡチューブを被覆した離型層７６ｃとから構成されたソフトローラである。そして、不図示の押圧手段により定着ローラ７２を押圧し、定着ベルト７３との間にニップ部を形成する。
【００３９】
なお、ＴＳは定着ベルト７３の温度を検知する温度センサである。
【００４０】
以上の構成の定着装置７において、励磁コイル７４に不図示の励磁回路より２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの高周波交流電流を印加する。すると、励磁コイル７４の電流により誘導磁界が磁性体粒子Ｇに収束して誘起され、磁性体粒子Ｇに対向する発熱ローラ７１の部所に渦電流が発生して発熱ローラ７１が自己発熱する。これにより、定着ベルト７３が加熱されて、熱はベルト内部に蓄積され、回転することにより定着ベルト７３と押圧ローラ７６とによって形成されるニップ部に搬送される。このニップ部に記録紙Ｐが搬送されると加熱・押圧されて、記録紙Ｐ上のトナー像が定着される。
【００４１】
次に、磁性体粒子Ｇについて、図３乃至図５を参照して詳細に説明する。
【００４２】
先ず、図３を参照して説明する。図３は記録紙Ｐの幅寸法に応じて移動する磁性体粒子Ｇの位置を示す図である。
【００４３】
図３において、磁性体粒子Ｇが筐体７５１に収納され、右方から移動可能な仕切壁７５２によって押圧されている。
【００４４】
例えば葉書の如き幅寸法が小サイズである記録紙Ｐを定着する場合には、図３（Ａ）の如く、仕切壁７５２によって磁性体粒子Ｇを押圧し、磁性体粒子Ｇを小サイズの記録紙Ｐの幅に対応する集積長さにする。これにより、誘導磁界が小サイズの記録紙Ｐの幅に対応して磁性体粒子Ｇに収束して誘起され、発熱ローラ７１が発熱する範囲も小サイズの記録紙Ｐの幅に対応する。
【００４５】
次に、例えばＡ４の記録紙Ｐを縦送り（Ａ４Ｒ）して中サイズの幅の記録紙Ｐを定着する場合には、図３（Ｂ）の如く、小サイズの場合より少ない量で仕切壁７５２によって磁性体粒子Ｇを押圧し、磁性体粒子Ｇを中サイズの記録紙Ｐの幅に対応する集積長さにする。これにより、誘導磁界が中サイズの記録紙Ｐの幅に対応して磁性体粒子Ｇに収束して誘起され、発熱ローラ７１が発熱する範囲も中サイズの記録紙Ｐの幅に対応する。
【００４６】
更に、例えばＡ４の記録紙Ｐを横送りして大サイズの幅の記録紙Ｐを定着する場合には、図３（Ｃ）の如く、更に少ない量で仕切壁７５２によって磁性体粒子Ｇを押圧し、磁性体粒子Ｇを大サイズの記録紙Ｐの幅に対応する集積長さにする。これにより、誘導磁界が大サイズの記録紙Ｐの幅に対応して磁性体粒子Ｇに収束して誘起され、発熱ローラ７１が発熱する範囲も大サイズの記録紙Ｐの幅に対応する。
【００４７】
図４において、横軸を発熱ローラ７１の発熱分布とし、縦軸を発熱ローラ７１の発熱強度とすると、図３（Ａ）の状態がＡのグラフに相当し、図３（Ｂ）の状態がＢのグラフに相当し、図３（Ｃ）の状態がＣのグラフに相当する。図４によれば、発熱分布が狭い程、発熱強度が強まるので、このときは励磁コイル７４に印加する高周波交流電流の印加時間を短縮することになる。
【００４８】
次に、仕切壁７５２によって磁性体粒子Ｇを押圧する機構の一例を図５に基づいて説明する。
【００４９】
仕切壁７５２は雄ネジを螺設した支軸７５３に支持されていて、支軸７５３の雄ネジは歯車７５４の内部に螺設した不図示の雌ネジに螺合している。歯車７５４は規制部材７５５によって軸方向の移動が規制されて回転のみを行い、歯車７５６と歯合している。歯車７５６は不図示の減速歯車を介してモータ７５７と接続している。
【００５０】
この機構により、モータ７５７を駆動すると、不図示の減速歯車を介して歯車７５６が回転し、歯車７５５も回転する。歯車７５４は規制部材７５５によって軸方向の移動が規制されているので、左右位置を変えずに回転し、内部の雌ネジも回転するので、雄ネジが螺合している支軸７５３が左方に移動する。従って、仕切板７５２も左方に移動して、磁性体粒子Ｇを適宜押圧する。
【００５１】
なお、仕切板７５２も右方に移動させる場合には、モータ７５７を逆転駆動すればよい。
【００５２】
また、仕切板７５２を移動させるには上記の機構に限定されるものではなく、リンク機構、ヘリコイド、カム等を用いた種々の機構が想定され、どのような機構を用いてもよい。
【００５３】
また、励磁コイル７４によって誘起された誘導磁界を収束する磁性コアとして、従来はフェライト粉末を焼結したものを用いていた。しかし、上述の如く粉体の磁性体粒子Ｇを用いることで、電気抵抗が高くなり、発生する渦電流が小さくなるため、従来の磁性コアと比較してコアロス、即ち、磁性体粒子Ｇの発熱が著しく減少し、発熱ローラ７１を発熱させる効率が向上する。
【００５４】
また、筐体７５１の中で磁性体粒子Ｇが不均一になると、発熱強度にムラが生ずるので、筐体７５１に振動を加え、磁性体粒子Ｇを均らすことが望ましい。
【００５５】
次に、図３に示す如く、仕切壁７５２によって磁性体粒子Ｇを押圧し、磁性体粒子Ｇの集積長さを変化させるべく制御する構成を図６のブロック図に基づいて説明する
制御手段２０１は、ＣＰＵ等からなり後述する各部及び各手段を制御する。
【００５６】
操作部２０２は、図１に示す画像形成装置の上部に配置され（図１には不図示）、ユーザーの操作により使用する記録紙Ｐのサイズ（例えば、Ａ３、Ｂ４、Ａ４、Ａ４Ｒ、Ｂ５、葉書等）を選択して設定する。
【００５７】
紙サイズ検知手段２０３は、給送された記録紙Ｐのサイズを自動的に検知する。例えば、原稿のサイズを検知して、それに対応する記録紙Ｐを選択する。
【００５８】
作動状態検知手段２０４は、画像形成装置が作動可能な状態か、作動状態か、ウオーミングアップ中か、設定された条件での一連の画像形成が終了した後か、アイドリング中か、ローパワーモード中か、アイドリング若しくはローパワーモードからの復帰中か、及びジャム発生中か等を検出する。
【００５９】
温度センサ２０５は、図２に記載の温度センサＴＳに相当し、定着ベルト７３の温度を検知する。
【００６０】
記憶手段は２０６は、記録紙Ｐの幅寸法、及び画像形成装置の状態を記憶するメモリである。
【００６１】
励磁回路２０７は、図２に記載の励磁コイル７４に相当する励磁コイル２０８に高周波交流電流を印加する。
【００６２】
仕切壁移動手段２０９は、仕切壁７５２を移動させる図５に記載のモータ７５７に相当する。
【００６３】
以上の構成により、記録紙Ｐの紙サイズが、ユーザーにより操作部２０２にて設定されたり、紙サイズ検知手段２０３にて自動検知されたりして、制御手段２０１に入力され、記録紙Ｐの幅寸法が記憶手段２０５に記憶される。また、作動状態検知手段２０４にて検知した画像形成装置の状況も制御部２０１に入力され、記憶手段２０６に記憶される。そして、記憶手段２０６に記憶した紙サイズ及び画像形成装置の状態により、制御手段２０１は仕切壁移動手段２０９を駆動して、磁性体粒子Ｇを移動させ、定着すべき記録紙Ｐの紙サイズに対応した集積長さにする。また、紙サイズに対応して発熱強度が変化するので、制御手段２０１は温度センサ２０５で検知した定着ベルト７３の温度に基づいて励磁回路２０７を制御し、励磁コイル２０８に高周波交流電流を印加する時間を変化させる。
【００６４】
なお、ウオーミングアップ中、設定された条件での一連の画像形成が終了した後、アイドリング中、ローパワーモード中、アイドリング若しくはローパワーモードからの復帰中、及びジャム発生中等においては、磁性体粒子Ｇを移動させ、例えば図３（Ｃ）の如き最大幅の記録紙Ｐに対応した集積長さにする。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】画像形成装置の基本構成図である。
【図２】誘導加熱方式の定着装置の概略断面図である。
【図３】記録紙の幅寸法に応じて集積長さが変化する磁性体粒子の図である。
【図４】発熱ローラの発熱分布と発熱強度の図である。
【図５】磁性体粒子を移動させる機構図である。
【図６】集積長さが変化する磁性体粒子を制御するブロック図である。
【符号の説明】
【００６６】
７  定着装置
７１  発熱ローラ
７２  定着ローラ
７３  定着ベルト
７４  励磁コイル
７５  磁性体粒子収納部
７５１  筐体
７５２  仕切壁
７６  押圧ローラ
２０１  制御手段
Ｇ  磁性体粒子
【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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