(57)【要約】【課題】  特に制御装置を用いず、各転写材の紙サイズに応じて定着温度が常に均一化できる誘導加熱定着装置を提供して、エネルギの浪費を伴わず、シワやホットオフセットなどの起こることのない安定した画像が、画像形成装置で常に得られるようにする。【解決手段】  エンドレスの定着ベルトと、それに巻回されて該定着ベルトを内面より支持する第１支持ローラ及び第２支持ローラを設け、第１支持ローラに対向して前記定着ベルトを介し、複数のコアを有する励磁コイルを設け、第１支持ローラ又は定着ベルトは、前記励磁コイルによって誘導加熱され、更に定着ベルト及び転写材を介して、前記第２支持ローラを圧接する加圧ローラを設け、前記コアの幾つかは、励磁コイルに対して形状記憶合金によって移動可能にしてあり、所定の温度を境界値にして、励磁コイルに対向する前記コアの距離又は向きを２位置に変更可能にした誘導加熱定着装置。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドレスの定着ベルトと、該定着ベルトに巻回されて該定着ベルトを内面より支持する第１支持ローラ及び第２支持ローラを少なくとも有する複数の支持ローラを設け、前記第１支持ローラに対向した位置に前記定着ベルトを介して、複数のコアを有する励磁コイルを設け、前記第１支持ローラ及び前記定着ベルトの少なくとも一方が、誘導加熱により発熱する発熱材料で構成され、前記励磁コイルに交流電流を流すことによって誘導加熱され、更に定着ベルト及び搬送されてくる転写材を介して、前記第２支持ローラを圧接する加圧ローラを設けた、誘導加熱定着装置であって、
前記複数のコアの幾つかは、ボビンに巻かれた励磁コイルに対して移動可能な移動機構を有し、該移動機構は形状記憶合金であり、各前記コアの近傍の所定の温度を境界にして、励磁コイルに対向する前記コアの距離又は向きを２位置に変更可能にすることを特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項２】
前記形状記憶合金は二方向性を有することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱定着装置。
【請求項３】
前記二方向性の形状記憶合金は、その両端面を前記ボビン上に取り付けられた基台と各前記コアにそれぞれ連結されていることを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱定着装置。
【請求項４】
前記形状記憶合金はＴｉ−Ｎｉ合金であることを特徴とする請求項２又は３に記載の誘導加熱定着装置。
【請求項５】
前記形状記憶合金はバネ形状であることを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱定着装置。
【請求項６】
前記バネ形状はコイルバネ形状、捩りバネ形状又は板形状であることを特徴とする請求項５に記載の誘導加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に用いてトナー画像を定着する誘導加熱定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱方式を採用した定着装置には従来励磁コイルを軸方向に１本配置し、このままでは、例えば小サイズの転写材を連続通紙した後大サイズのものに切り換えて通紙すると端部の温度が上がりすぎているので、シワやホットオフセットや光沢ムラ等の現象が発生することがあった。それを避けるため、小サイズ通紙時には端部冷却用のファンで冷却して端部の温度が上がり過ぎるのを防止していた。しかし、せっかく温めたものを冷却するのは省エネルギに反し好ましくない。
【０００３】
また、特許文献１に示すように、中央部加熱用励磁コイルと端部加熱用コイルの２本を配置し、紙幅に応じて出力を制御することも行われていた。即ち、加熱用励磁コイルを軸方向に２本配して両者への通電割合を変えて、通紙される転写材のサイズに応じて前記軸方向の定着温度の均一化を図るものである。しかし、構造が複雑化して製作費用が嵩み必要スペースも増大化するという問題があった。
【特許文献１】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】
【０００４】
本発明は上述のような従来技術の欠点を排除して特別の制御装置を用いることなく、各転写材の紙サイズに応じて定着温度が常に均一化できるようにした誘導加熱定着装置を提供して、エネルギの浪費を伴わず、紙サイズの切り換え時に発生するシワやホットオフセットや光沢ムラなどの起こることのない安定した画像が、画像形成装置で常に得られるようにすることを課題目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は次の技術手段（１）〜（６）項のいずれかによって達成される。
【０００６】
（１）エンドレスの定着ベルトと、該定着ベルトに巻回されて該定着ベルトを内面より支持する第１支持ローラ及び第２支持ローラを少なくとも有する複数の支持ローラを設け、前記第１支持ローラに対向した位置に前記定着ベルトを介して、複数のコアを有する励磁コイルを設け、前記第１支持ローラ及び前記定着ベルトの少なくとも一方が、誘導加熱により発熱する発熱材料で構成され、前記励磁コイルに交流電流を流すことによって誘導加熱され、更に定着ベルト及び搬送されてくる転写材を介して、前記第２支持ローラを圧接する加圧ローラを設けた、誘導加熱定着装置であって、
前記複数のコアの幾つかは、ボビンに巻かれた励磁コイルに対して移動可能な移動機構を有し、該移動機構は形状記憶合金であり、各前記コアの近傍の所定の温度を境界にして、励磁コイルに対向する前記コアの距離又は向きを２位置に変更可能にすることを特徴とする誘導加熱定着装置。
【０００７】
（２）前記形状記憶合金は二方向性を有することを特徴とする（１）項に記載の誘導加熱定着装置。
【０００８】
（３）前記二方向性の形状記憶合金は、その両端面を前記ボビン上に取り付けられた基台と各前記コアにそれぞれ連結されていることを特徴とする（２）項に記載の誘導加熱定着装置。
【０００９】
（４）前記形状記憶合金はＴｉ−Ｎｉ合金であることを特徴とする（２）又は（３）項に記載の誘導加熱定着装置。
【００１０】
（５）前記形状記憶合金はバネ形状であることを特徴とする（４）項に記載の誘導加熱定着装置。
【００１１】
（６）前記バネ形状はコイルバネ形状、捩りバネ形状又は板形状であることを特徴とする（５）項に記載の誘導加熱定着装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、従来使用していた端部冷却ファンは不要になり、励磁コイルもただ１つ装着するだけで良く、構造が簡単になり、転写材のサイズを小サイズから大サイズに切り換えて通紙したときも、即時均一な定着温度が安定して得られ、従来、サイズ切り換え時に発生していたホットオフセットや紙シワや光沢ムラを起こすことのない、即熱省エネルギー型の誘導加熱定着装置が画像形成装置の中で有効に働くようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本願発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００１４】
先ず、本発明の誘導加熱定着装置が用いられる画像形成装置の主要部について、図１の概略断面構成図を用いて説明する。
【００１５】
本発明の誘導加熱定着装置が装着された画像形成装置は、画像処理後のデータに従って像担持体としての感光体ドラム１０上に像露光を行う像露光手段としての露光装置１２、ドラム状感光体１０及びその周囲に、帯電手段としての帯電極１１、現像剤担持体を有する磁気ブラシ型現像手段としての現像器１３、転写分離手段としての転写分離極１４、クリーニング手段としてのクリーニング装置１９等の画像形成手段と、転写材Ｐ上のトナー像を溶融定着する本発明の誘導加熱定着装置１７とを有している。
【００１６】
不図示の画像読取装置により読み取られ、メモリに格納されている画像データが画像形成に応じて呼び出され、当該画像データに従って、例えばレーザ光学系を用いる露光装置１２によりドラム状感光体１０上に像露光が行われる。
【００１７】
当該像露光に先立ち、矢印で示す時計方向に回転されるドラム状感光体１０は、帯電極１１のコロナ放電作用により所定の表面電位を付与されているが、像露光による潜像部位の電位が露光量に応じて減じ、結果として、画像データに応じた静電潜像がドラム状感光体１０上に形成される。
【００１８】
静電潜像は、現像器１３に設けられる現像剤担持体としての現像ローラ１３１により、帯電極性と同極性（本実施形態においては現像に使用されるトナー極性をマイナス極性とし、帯電極性をマイナス極性とする）のトナー（トナー粉末）を用いて反転現像され、可視化されたトナー像とされる。
【００１９】
一方、ドラム状感光体１０上のトナー像の先端部が転写分離極１４の転写領域に到達する前に、転写材Ｐが、給送されてレジストローラ１６に到達し、先端規制される。
【００２０】
転写材Ｐは、トナー像、即ちドラム状感光体１０上の画像領域と重畳するように、同期を取って回転を開始するレジストローラ１６により、帯電手段および転写手段である転写分離極１４の転写領域に向けて搬送される。
【００２１】
転写領域において、ドラム状感光体１０上のトナー像は転写分離極１４の転写コロナ放電により転写材Ｐ上への転写が行われ、該転写材Ｐは転写分離極１４の分離コロナ放電による除電によりドラム状感光体１０から分離される。
【００２２】
転写後のドラム状感光体１０の周面上に残った転写残トナーは、例えば導電性ブラシを用いるクリーニングローラ１９１ｃと、クリーニング部材としてのクリーニングブレード１９１ａを備えるクリーニング装置１９によりクリーニングされる。
【００２３】
一方、転写分離された転写材Ｐは図２にも示す次の定着工程に進む。
【００２４】
そこには、エンドレスの定着ベルト２７１と、該定着ベルト２７１に巻回されて該定着ベルトを内面より支持する第１支持ローラ２７２及び第２支持ローラ２７３を少なくとも有する複数の支持ローラを設け、前記第１支持ローラ２７２に対向した位置に前記定着ベルト２７１を介して、前記第１支持ローラ２７２の軸に平行に配列された複数のコア１７５を有する励磁コイル１７１を設け、前記第１支持ローラ２７２及び前記定着ベルト２７１の少なくとも一方が、誘導加熱により発熱する発熱材料で構成され、前記励磁コイル１７１に交流電流が流れることによって誘導加熱され、更に、加熱されている前記定着ベルト２７１及び搬送されてくるトナー像が転写されている転写材Ｐを介して、前記第２支持ローラ２７３を圧接する加圧ローラ４７１を設けた、本発明の誘導加熱定着装置１７が設置されている。
【００２５】
ここにボビン１７２及び基台１７３は耐熱樹脂で構成される。第１支持ローラ２７２は強磁性体の電気抵抗の低い鉄にして、励磁電流によって強力な渦電流を起こし発熱体にすることができ、定着ベルト２７１も同様である。しかし、定着ベルト２７１はポリイミド樹脂で構成し、第１支持ローラ２７２からの熱伝達によって加熱させるようにすることも可能である。逆に定着ベルト２７１を発熱体にして、第１支持ローラ２７２を定着ベルト２７１を単に支持する役割にすることもできる。また、コア１７５の材質は電気抵抗の高い強磁性体であるパーマロイの積層体又はフェライトから構成される。このコア１７５を通過することにより、磁束密度が大きくなり、前記渦電流の発生やそれに伴う発生量も大きくなる。しかし、コア１７５が移動して磁束の通路から外されるとそれに対応する部分の渦電流の発生は無くなり、その部分の発熱体の発熱量は極度に下がる。また、励磁電流は２０〜４０ｋＨｚの高周波電流であり１５Ａ、１００Ｖの定格を持つ。
【００２６】
そしてトナー像が転写されている転写材Ｐは加圧される位置でニップ定着されて回収される。
【００２７】
また、前記複数のコア１７５の幾つかは、ボビン１７２に巻かれた励磁コイル１７１に対して移動可能な移動機構を有し、該移動機構は一方向性又は二方向性の形状記憶合金を用いたものであり、各前記コア１７５の近傍の所定の温度（１２０〜１３０℃）を境界にして、励磁コイル１７１に対向する前記コア１７５の距離又は向きを２位置に変更可能にしてある。
【００２８】
次にこの作用について図２の誘導加熱定着装置の断面図及び図３のコアの移動機構を示す図を用いて説明する。
【００２９】
形状記憶合金には一方向性と二方向性があり、一方向性のものを用いるときは、復帰のための補助バネも用いるが、二方向性のものを用いるときは補助バネは不要であり優れている。以下の実施の形態例においては二方向性の形状記憶合金を用いるものについて述べる。しかし一方向性の形状記憶合金を用いることも可能である。
【００３０】
図３（ａ）の斜視図及び（ｂ）、（ｃ）の断面図に模式的に示すように、前記二方向性のコイルバネ状形状記憶合金１７６は、その両端面を、前記ボビン１７２（図３（ａ）では２点鎖線で図示）上に前記第１支持ローラ２７２の軸に平行に取り付けられた基台１７３と各前記コア１７５にそれぞれ一方ずつ連結されている。図３（ｂ）、（ｃ）では、コイルバネ状の形状記憶合金１７６は１つのコア１７５に対し１個設けられている。しかし複数であっても構わない。
【００３１】
ここで（ｂ）はコイルバネ状形状記憶合金１７６で境界温度以下での状態を示し、（ｃ）はそれを超えたときの状態を示す。
【００３２】
誘導加熱方式を採用した定着装置１７には、通常、励磁コイルを軸方向に１本配置し、このままでは、例えば小サイズの転写材Ｐを連続通紙した後大サイズのものに切り換えて通紙するとき、幅方向端部の温度が上がりすぎているのでシワやホットオフセットや光沢ムラ等の不具合が発生するが、それを避けるため、小サイズの転写材Ｐの通紙時には端部冷却用のファンで冷却して端部の温度を平準化する処置が採られていた。これはエネルギーの浪費であり、このようなことを避けるため、本発明においては、大サイズ転写材Ｐの通紙時の両端部に相当する位置にある幾つかのコア１７５は、小サイズの通紙時に必然的に温度が上昇しているので、この部分にコイルバネ状の形状記憶合金１７６を配し、それに連結されているコア１７５の位置が温度によって移動可能になり、この部分の磁束密度が大きく下がり、定着ベルト２７１又は第１支持ローラ２７２の両端部の渦電流が下降し、発熱量も下がるようにした。
【００３３】
即ち、発熱部材である第１支持ローラ２７２又は定着ベルト２７１の幅方向端部の温度が上がると、渦電流が激減し定着ベルトの端部の発熱量及び温度が自動的に下降し、逆に第１支持ローラ２７２又は定着ベルト２７１の端部の温度が下がると、対応するコア１７５が定常の位置に戻るので、渦電流の発生が正常になり、定着ベルト２７１の端部の発熱量及び温度が自動的に上昇する。
【００３４】
そして大サイズの転写材Ｐが通紙されるときも、小サイズの転写材Ｐが通紙されるときと同様に幅方向に一様な定着がなされ、端部の無駄な必要以上の熱の発生が無くなり、省エネルギと高品質の定着が安定して達成できるようになる。
【００３５】
これについての関係を図４（ａ）、図５（ａ）のグラフ及び図４（ｂ）、図５（ｂ）のコアの状態を示す配置図を用いて説明する。
【００３６】
図４（ａ）のグラフに示すように、小サイズの転写材Ｐを通紙した直後に近い段階では、定着ベルト２７１の幅方向の温度分布（点線で表す）は、通紙幅の部分が定着温度（通常１９０〜２００℃の範囲の所定温度に設定される）になるが、それ以外の両端部では通紙で持ち去られる熱が無いので温度が上がった状態になっている。一方、定着ベルトにおける発熱量の分布（実線で表す）は、通紙部以外の端部でも１．６Ｗ／ｃｍ2の割合でほぼ一様に近い加熱がなされる。そして図４（ｂ）に示すようにコア１７５の配列は端部においても、定常な位置が保たれている。
【００３７】
しかし、転写材Ｐで熱が持ち去られず溜まり出した定着ベルト２７１の端部の温度は上昇し、対応するコアの温度も１２０〜１３０℃の境界温度を超えて上昇すると、図５（ｂ）に示すように、コア１７５の配列における端部に配置されているコア１７５がコイルバネ状形状記憶合金１７６の移動によってその部分のコア１７５が持ち上げられ、励磁コイル１７１から離される。そして定着ベルト２７１又は第１支持ローラ２７２の端部の渦電流が減り、それに伴ってその端部の発熱量も激減し、図５（ａ）のグラフに示すようになる。
【００３８】
即ち、図５（ａ）では小サイズの転写材Ｐに対して、その範囲内で発熱部分が２．０Ｗ／ｃｍ2、定着温度が１９０〜２００℃の範囲の所定温度に、それぞれ一様な熱量分布（実線）と温度分布（点線）で得られる。その範囲より外側の端部での無駄な熱量や温度は下がる。そして下がりすぎると、当然コイルバネ状形状記憶合金１７６は再び小さくなり、コア１７５が元に戻り、端部も加熱され表面温度も上昇する。そのように端部においては上昇と下降が繰り返され、小サイズの通紙が連続していても、端部の表面温度である定着温度は、図６のグラフに示すように、実質的に平準化された温度分布の状態が維持される。
【００３９】
そして、いきなり、大サイズの転写材Ｐが通紙されても、端部も中央部（小サイズ幅）と同じように一様な発熱状態と温度分布になっているので、全幅に亘って、しわやホットオフセットの起こらない安定した良質の定着が即時達成される。
【００４０】
以上は図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示したように、形状記憶合金としてコイルバネ状形状記憶合金１７６を用いた場合について説明したが、形状記憶合金はコイルバネ状形状記憶合金１７６に限られるものではなく、図３（ｄ）に示すように、ボビン１７２に配設した基台１７３にコア１７５を蝶番状にピンで回転可能に取付け、捩りバネ状形状記憶合金１７７と共にセットし、該捩りバネ状形状記憶合金１７７の両端部を前記基台１７３及び前記コア１７５にそれぞれ連結したものを採用できる。即ち、該捩りバネ状形状記憶合金１７７は、ボビン１７２に巻かれた励磁コイル１７１に対して移動可能な移動機構として、二方向性の形状記憶合金であり、各前記コア１７４の近傍の所定の温度（１２０〜１３０℃）を境界にして、励磁コイル１７１に対向する前記コア１７５の向きを２位置に変更可能にしてある。励磁コイルに対する向きを変えることにより、それに対応する位置の定着ベルト２７１の発熱量及び温度はコイルバネ状形状記憶合金１７６と同様に変えられる。
【００４１】
また、図３（ｅ）の断面図に示すように二方向性板状形状記憶合金１７８をコア１７５の向きを変える手段として使用可能である。また、図３（ｆ）及び（ｇ）の断面図に示すように、山形の板状形状記憶合金１７９を山の高さが温度の境界値により２つの状態に変わる特性を利用してコア１７５の基台１７３からの距離を変える手段として使用可能である。
【００４２】
なお、本発明の誘導加熱定着装置１７は、モノクロ画像形成用の画像形成装置に装着した場合について説明したが、カラー画像を形成する画像形成装置にも装着可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の誘導加熱定着装置が用いられる画像形成装置の主要部についての概略断面構成図である。
【図２】本発明の誘導加熱定着装置の断面構成図である。
【図３】（ａ）は本発明の誘導加熱定着装置の励磁コイル周辺の構成を示す斜視図であり、（ｂ）、（ｃ）はその構成に組みこまれるコイルバネ状形状記憶合金の各状態の断面図であり、（ｄ）は捩りバネ状形状記憶合金を組みこんだときの斜視図であり、（ｅ）は板状形状記憶合金をコアの向きを変えるために組みこんだときの断面図であり、（ｆ）、（ｇ）は同じく板状形状記憶合金をコアの基台からの距離を変えるために組みこんだときの断面図である。
【図４】（ａ）は小サイズの転写材を通紙して間もなくの定着ベルトの幅方向の温度分布（点線で表す）と定着ベルトの発熱量の分布（実線で表す）を示すグラフであり、（ｂ）は幅方向のコアの配列が定常に保たれている状態を示す模式図である。
【図５】（ａ）は小サイズの転写材を通紙して、端部のコアが移動した後における、定着ベルトの幅方向の温度分布（点線で表す）と定着ベルトの発熱量の分布（実線で表す）を示すグラフであり、（ｂ）は幅方向のコアの配列のうち端部のコアが定常状態から突出した状態を示す模式図である。
【図６】全幅に亘って実質的に平準化された定着ベルトの定着温度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１７  誘導加熱定着装置
１７１  励磁コイル
１７２  ボビン
１７３  基台
１７５  コア
１７６  コイルバネ状形状記憶合金
１７７  捩りバネ状形状記憶合金
１７８  二方向性板状形状記憶合金
２７１  定着ベルト
２７２  第１支持ローラ
２７３  第２支持ローラ
４７１  加圧ローラ
転写材  Ｐ
【図１】
2006267195.tif 000003
【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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