(57)【要約】【課題】電磁誘導加熱方式の画像加熱装置Ａにおいて、加熱部材１の幅方向の温度分布の変動を小さくするとともに、加熱部材を効率よく加熱することが可能な画像加熱装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。【解決手段】導電層１ａを有し回転可能な加熱部材１と、加熱部材の外周と圧接し回転可能な加圧部材２と、加熱部材の内部にあって加熱部材を加圧部材の方向に向かって押圧するニップ形成部材３ａと、導電層を誘導加熱する励磁コイル５と、を有し、加熱部材と加圧部材が圧接することで生じる圧接部Ｎで記録材を挟持搬送して記録材上の画像を加熱する画像加熱装置であって、加熱部材１の長さがＬｂ、加圧部材２の長さがＬｒ、励磁コイル５の両端の屈曲部５ｂ・５ｂの外側間距離がＬｃｏｉｌＡ、屈曲部の内側間距離がＬｃｏｉｌＢ、であるときに、ＬｃｏｉｌＡ≧Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＢ、の関係を満たす事を特徴とする。【選択図】図４
2011039397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層を有し回転可能な加熱部材と、前記加熱部材の外周と圧接し回転可能な加圧部材と、前記加熱部材の内部にあって前記加熱部材を前記加圧部材の方向に向かって押圧するニップ形成部材と、前記導電層を誘導加熱する励磁コイルと、を有し、前記加熱部材と前記加圧部材が圧接することで生じる圧接部で記録材を挟持搬送して記録材上の画像を加熱する画像加熱装置であって、前記加熱部材の長さがＬｂ、前記加圧部材の長さがＬｒ、前記励磁コイルの両端の屈曲部の外側間距離がＬｃｏｉｌＡ、前記屈曲部の内側間距離がＬｃｏｉｌＢ、であるときに、ＬｃｏｉｌＡ≧Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＢ、の関係を満たす事を特徴とする画像加熱装置。
【請求項２】
導電層を有し回転可能な加熱部材と、前記加熱部材の外周と圧接し回転可能な加圧部材と、前記加熱部材の内部にあって前記加熱部材を前記加圧部材の方向に向かって押圧するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材を支持するニップ形成支持部材と、前記導電層を誘導加熱する励磁コイルと、前記加熱部材の内部にあって前記励磁コイルにより生じる誘導磁界が前記ニップ形成支持部材に作用しないようにする磁気遮蔽手段と、を有し、前記加熱部材と前記加圧部材が圧接することで生じる圧接部で記録材を挟持搬送して記録材上の画像を加熱する画像加熱装置であって、前記加熱部材の長さがＬｂ、前記加圧部材の長さがＬｒ、前記励磁コイルの両端の屈曲部の外側間距離がＬｃｏｉｌＡ、前記屈曲部の内側間距離がＬｃｏｉｌＢ、前記磁気遮蔽手段の長さがＬｉｃであるときに、ＬｃｏｉｌＡ≧Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＢ、かつ、Ｌｒ≧Ｌｉｃ≧ＬｃｏｉｌＢ、の関係を満たす事を特徴とする画像加熱装置。
【請求項３】
非磁性導電部材が前記ニップ形成支持部材の端部に保持されると共に、前記非磁性導電部材の加圧軸方向の通紙域側の端部位置が、前記加圧部材の端部の位置か、それよりも外側にある事を特徴とする請求項２に記載の画像加熱装置。
【請求項４】
前記ニップ形成支持部材が非磁性導電部材により構成されることを特徴とする請求項２に記載の画像加熱装置。
【請求項５】
記録材に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、前記未定着トナー画像を記録材上に定着する定着手段と、を有する画像形成装置であって、前記定着手段が請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像加熱装置であ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、記録材上の画像を加熱する画像加熱装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。画像加熱装置としては、記録材上の未定着トナー画像を加熱溶融定着或いは仮定着する定着装置を挙げることができる。また、画像加熱装置としては、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢を増大させる光沢増大化装置、インクジェットで画像形成された記録材を加熱乾燥する加熱装置等を挙げることができる。画像形成装置としては、電子写真方式・静電記録方式・インクジェット方式等を採用した複写機・プリンタ・ファクシミリ等を挙げることができる。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、電子写真方式を採用した画像形成装置において、記録材上に形成担持させた未定着トナー画像を加熱溶融定着する定着装置としては種々の方式のものが提案されている。このような定着装置の一つに、電磁誘導加熱方式の定着装置がある。この定着装置では、画像加熱部材としての定着部材を加熱する手段として、定着部材に導電性層を設け、電磁誘導加熱によって該導電性層を発熱させるものが知られている。電磁誘導加熱は、変動磁界を発生する励磁コイルを導電性層に対向配置し、導電性層を貫通する磁束を発生させる。これにより、導電性層に渦電流が生じて発熱するものである。電磁誘導加熱によれば、極めて短い時間で導電性層を発熱させることができ、定着部材を直接加熱することができる。このため、加熱源としてハロゲンランプ等の発熱体を用いる場合に比べ、効率良く装置のウォーミングアップを行うことができる。又、励磁コイルは導電性層と対向するように定着部材の内側又は外側のいずれに配置することも可能であり、設計の自由度が増す。かかる定着装置の定着部材としては、更なる立ち上げ時間の短縮を目的として、例えば特許文献１で示される例のように、熱容量が小さく配置の自由度が高い、エンドレスベルト（エンドレスフィルム）を用いたものが提案されている。この定着装置は、無端状の周面を有する定着ベルト（以下、ベルトと記す）と、このベルトの外周面に当接される加圧ロールと、ベルトの内部に配置され、加圧ロールの対向位置であるベルト背面側に当接され加圧ロールを押圧する加圧パッドを有する。また、加圧パッドを支持するパッド支持部材と、ベルトの外周面に沿って設けられ、ベルトを加熱する電磁誘導加熱装置と、ベルトの両側縁部の内周面に当接されているガイド部材を有する。この定着装置においては、ベルトの内部から加圧パッドで加圧ロールを押圧しながら、ベルトの蛇行をガイド部材で規制している。そのため、加圧パッドと、ベルトの蛇行を規制するガイド部材と、加圧ローラの３つの部材がベルト端部に与える応力が、全てベルト端部に集中してしまうと、そのストレスによりベルトが破損しやすくなる可能性がある。そのストレスを緩和するため、加圧ロールの端部が定着ベルトの端部にあるガイド部材に当接しない位置に配置されるように構成されている。すなわち、ベルトの両端部には、加圧ロールが接しない部分が存在することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９１１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来技術によると、次のような問題点がある。すなわち、ベルトの両端部には、加圧ロールが接しない部分が存在するが、電磁誘導加熱装置による加熱領域は、その加熱領域の両端部において、ある程度ゆるやかな減衰傾向を示す。そのため、加熱領域がこの加圧ロールの非接触部に及ぶ場合、このベルトの非接触部の温度が連続通紙時に徐々に上昇していってしまう可能性がある。そのため、最終的には定着部材であるベルトの耐熱温度を超えないように加熱を停止しなくてはならないが、これにより電子写真装置本体の生産性を下げてしまうという結果になる可能性がある。また、このようにベルトの幅方向の温度が不均一であると、定着部材としてエンドレスベルトを用いる場合、幅方向の温度ムラによってベルトの熱膨張率が異なるため、ベルトの中央部と両端部とで搬送速度に差が生じる。これにより、周面方向にしわが発生して定着不良となってしまう可能性が生じる。これを回避するため、電磁誘導加熱装置による加熱領域がこの加圧ロールの非接触部に及ばないように、加熱領域を狭くした場合、通紙領域内の温度低下が発生しやすくなる。そのために、定着性が不足することにより画像問題が発生したり、電子写真装置本体の生産性を下げてしまうという結果になる可能性がある。更に、通紙領域よりも十分に加熱領域が取れるように構成しつつ、電磁誘導加熱による加熱領域が加圧ロールの非接触部に及ばないように電磁誘導加熱装置の幅を大きく取ると、電磁誘導加熱装置で消費されるエネルギーが増大する。そのために、結果的に、本来省エネルギーの為に採用している電磁誘導加熱装置が、省エネルギー性を損なうという矛盾した結果になりえる。また、これらの対策として、特許文献１に開示されている定着装置では、ベルトの内部に温度ムラを是正する吸熱部材を当接することを提案されている。しかし、長時間の使用により吸熱部材が熱平衡状態に達すると、ベルトの端部は耐熱温度限界付近まで高温になる可能性がある。また、この吸熱部材の摺動部はベルトの端部に高熱と圧力によるストレスの両方を与える。その為、ベルトの端部破損を招く可能性があり、本来の目的であるベルトの寿命の延命という機能を損なう可能性がある。
【０００５】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものである。その目的は、上記のような電磁誘導加熱方式の画像加熱装置において、加熱部材の幅方向の温度分布の変動を小さくするとともに、加熱部材を効率よく加熱することが可能な画像加熱装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、導電層を有し回転可能な加熱部材と、前記加熱部材の外周と圧接し回転可能な加圧部材と、前記加熱部材の内部にあって前記加熱部材を前記加圧部材の方向に向かって押圧するニップ形成部材と、前記導電層を誘導加熱する励磁コイルと、を有し、前記加熱部材と前記加圧部材が圧接することで生じる圧接部で記録材を挟持搬送して記録材上の画像を加熱する画像加熱装置であって、前記加熱部材の長さがＬｂ、前記加圧部材の長さがＬｒ、前記励磁コイルの両端の屈曲部の外側間距離がＬｃｏｉｌＡ、前記屈曲部の内側間距離がＬｃｏｉｌＢ、であるときに、ＬｃｏｉｌＡ≧Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＢ、の関係を満たす事を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、前記加熱部材の幅方向の温度分布を小さくするとともに、加熱部材を効率よく加熱することが可能な電磁誘導加熱方式の画像加熱装置を提供することができる。また、これを備えた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は実施例１における画像形成装置の構成模型図、（ｂ）は実施例１における定着装置（画像加熱装置）の要部の拡大横断側面模型図と制御系のブロック図
【図２】（ａ）は実施例１における定着装置を構成する構成部材の長さ関係図、（ｂ）は定着ベルトの層構成模型図
【図３】（ａ）と（ｂ）はそれぞれ実施例１における定着装置の構成模型図
【図４】実施例１における定着装置の構成部材の長手関係図
【図５】（ａ）は実施例１における定着装置のウォームアップ終了時の定着ベルトの長手と温度分布の関係、（ｂ）はＬｃｏｉｌＡ≧Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＢとなるように構成された定着装置の連続通紙時の温度分布の関係図
【図６】（ａ）はＬｃｏｉｌＡ＞ＬｃｏｉｌＢ≧Ｌｂ＞Ｌｒとなるように構成された定着装置の連続通紙時の温度分布の関係図、（ｂ）はＬｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＡ＞ＬｃｏｉｌＢとなるように構成された定着装置の連続通紙時の温度分布の関係図
【図７】（ａ）は実施例１における、ニップ形成支持部材に保持された非磁性導電部材を具備する定着装置の連続通紙時の温度分布の関係図、（ｂ）は実施例３における、非磁性導電部材ステーを具備する定着装置の連続通紙時の温度分布の関係図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
［実施例１］
（１）画像形成装置例
図１の（ａ）は、本発明に従う画像加熱装置Ａを定着装置として搭載した画像形成装置５０の一例の構成模型図である。この画像形成装置５０は電子写真方式を用いたカラープリンタである。画像形成装置５０は、パーソナルコンピュータ・イメージリーダー等の外部ホスト装置５１から画像形成装置側の制御回路部（制御手段）１００に入力する電気的画像信号に基づいて記録媒体（記録メディア）としてのシート状の記録材Ｐにカラー画像形成を行う。制御回路部１００はＣＰＵ（演算部）・ＲＯＭ（記憶手段）などを含み、ホスト装置５１や画像形成装置５０の操作部（不図示）との間で各種の電気的な情報の授受をする。また、制御回路部１００は画像形成装置５０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。
【００１０】
Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋは、それぞれ、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの色トナー画像を形成する４つの画像形成部であり、画像形成装置内において下から上に順に配列されている。各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋは、それぞれ、像担持体としての電子写真感光体ドラム２１と、このドラム２１に作用するプロセス手段としての、帯電装置２２、現像装置２３、クリーニング装置２４等を有している。イエローの画像形成部Ｙの現像装置２３には現像剤としてイエロートナーが収容されている。シアンの画像形成部Ｃの現像装置２３には現像剤としてシアントナーが収容されている。マゼンタの画像形成部Ｍの現像装置２３には現像剤としてマゼンタトナーが収容されている。ブラックの画像形成部Ｋの現像装置２３には現像剤としてブラックトナーが収容されている。ドラム２１に露光を行うことにより静電潜像を形成する光学系２５が上記４色の画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋに対応して設けられている。光学系としては、レーザー走査露光光学系を用いている。各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて、帯電装置２２により一様に帯電されたドラム２１に対して光学系２５より画像データに基づいた走査露光がなされる。これにより、ドラム面に走査露光画像パターンに対応した静電潜像が形成される。それらの静電潜像が現像装置２３によりトナー画像として現像される。即ち、イエローの画像形成部Ｙのドラム２１にはフルカラー画像のイエロー成分像に対応したイエロートナー画像が形成される。シアンの画像形成部Ｃのドラム２１にはフルカラー画像のシアン成分像に対応したシアントナー画像が形成される。マゼンタの画像形成部Ｍのドラム２１にはフルカラー画像のマゼンタ成分像に対応したマゼンタトナー画像が形成される。ブラックの画像形成部Ｋのドラム２１にはフルカラー画像のブラック成分像に対応したブラックトナー画像が形成される。各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋのドラム２１上に形成された上記の色トナー画像は各ドラム２１の回転と同期して、略等速で回転する中間転写体２６上へ所定の位置合わせ状態で順に重畳されて一次転写される。これにより中間転写体２６上に未定着のフルカラートナー画像が合成形成される。本実施例においては、中間転写体２６として、エンドレスの中間転写ベルトを用いており、駆動ローラ２７、二次転写ローラ対向ローラ２８、テンションローラ２９の３本のローラに巻きかけて張架してあり、駆動ローラ２７によって駆動される。各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋのドラム２１上からベルト２６上へのトナー画像の一次転写手段としては、一次転写ローラ３０を用いている。ローラ３０に対して不図示のバイアス電源よりトナーと逆極性の一次転写バイアスを印加する。これにより、各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋのドラム２１上からベルト２６に対してトナー画像が一次転写される。各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいてドラム２１上からベルト２６への一次転写後、ドラム２１上に転写残として残留したトナーはクリーニング装置２４により除去される。上記工程をベルト２６の回転に同調して、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に対して行い、ベルト２６上に、各色の一次転写トナー画像を順次重ねて形成していく。なお、単色のみの画像形成（単色モード）時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。一方、記録材カセット３１内の記録材Ｐが給送ローラ３２により所定のタイミングで一枚分離給送される。そして、その記録材Ｐがレジストローラ３３により所定のタイミングで、二次転写ローラ対向ローラ２８に巻きかけられている中間転写ベルト部分と二次転写ローラ３４との圧接部である転写ニップ部に搬送される。ベルト２６上に形成された一次転写合成トナー画像は、二次転写ローラ３４に不図示のバイアス電源より印加されるトナーと逆極性のバイアスにより、記録材Ｐ上に一括転写される。二次転写後にベルト２６上に残留した二次転写残トナーは中間転写ベルトクリーニング装置３５により除去される。記録材Ｐ上に二次転写された未定着トナー画像は、画像加熱装置である定着装置Ａにより記録材Ｐ上に溶融混色定着され、フルカラープリントとして排紙パス３６を通って排紙トレイ３７に送り出される。
【００１１】
（２）定着装置Ａ
以下の説明において、定着装置Ａ又はこれを構成している部材の長さ或いは長手方向とは記録材搬送路面内において記録材搬送方向に直交する方向に並行な方向に関する寸法或いは方向である。また、短手方向とは記録材搬送方向に並行な方向である。定着装置に関し、正面とは装置を記録材入口側から見た面、背面とはその反対側の面（記録材出口側）、左右とは装置を正面から見て左又は右である。上又は下とは重力方向において上又は下である。上流側と下流側とは記録材搬送方向に関して上流側と下流側である。
【００１２】
図１の（ｂ）は本実施例における画像加熱装置としての定着装置Ａの要部の拡大横断側面模型図である。図２の（ａ）は定着装置Ａを構成する各種部材の長さ関係図である。１は導電層を有し回転可能な加熱部材（定着部材）としての無端状の定着ベルト（エンドレスベルト）であり、金属層を有し、可撓性を有するフレキシブルベルトである。２はベルト１の外周と接してベルト１と圧接部である定着ニップ部Ｎを形成する回転可能な加圧部材としての弾性加圧ローラ（回転加圧回転体）である。３はベルト１の内部に配設され、ローラ２に向かって加圧された押圧部材である。この押圧部材３は、ニップ形成部材３ａと、該部材３ａを支持する金属製のステー３ｂと、ステー３ｂの誘導加熱による温度上昇を防止するためにステー３ｂを覆わせた磁気遮蔽部材としての磁気遮蔽コア３ｃより構成される。４はベルト１を誘導加熱する加熱源（誘導加熱手段）としての誘導加熱装置である。誘導加熱装置４は、電線として例えばリッツ線を用い、これを横長・船底状にしてベルト１の周面と側面の一部に対向するように巻回してなる励磁コイル５を有する。また、コイル５によって発生した磁界がベルト１の金属層（導電層）以外に実質的に漏れないようにコイル５を覆わせた外側磁性体コア６ａを有する。また、コイル５の内側空洞部５ａ（図２の（ａ）、図４）に配置された中央磁性体コア６ｂを有する。そして、上記のコイル５、コア６ａ・６ｂを電気絶縁性の樹脂によって支持するモールド部材６ｃを有する。誘導加熱装置４はベルト１の外周面の上面側において、ベルト１に対して所定のギャップ（隙間）を存して対面させて配設してある。
【００１３】
ローラ２は、少なくとも画像形成実行時には、制御回路部１００で制御されるモータ（駆動手段）Ｍ１によって所定の速度で図１の（ｂ）において矢印の反時計方向に回転駆動される。このローラ２の回転によるローラ２とベルト１とのニップ部Ｎにおける摩擦力でベルト１に回転力が作用する。これにより、ベルト１は、その内面がニップ部Ｎにおいてニップ形成部材３ａに密着して摺動しながら矢印の時計方向に押圧部材３の外回りをローラ２の回転周速度にほぼ対応した周速度で回転する。即ち、画像転写部側から搬送されてくる、未定着トナー画像を担持した記録材Ｐの搬送速度とほぼ同一の周速度で回転される。本実施例の場合、ベルト１の表面回転速度が、２１０ｍｍ／ｓｅｃで回転し、フルカラーの画像を１分間にＡ４サイズで５０枚定着することが可能である。また、ベルト１の回転状態において、誘導加熱装置４のコイル５には電源装置（励磁回路）１０１から２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加される。そして、コイル５によって発生した交番磁界によりベルト１の金属層（導電層）が誘導発熱する。ＴＨ１は例えばサーミスタ等の温度センサ（温度検出素子）であり、ベルト１の幅方向のほぼ中央部の位置においてベルト内面に当接させて配設されている。ここで、ベルト１の幅方向とはベルトの回転軸線方向である。センサＴＨ１は記録材通紙域になるベルト部分の温度を検知し、その検知温度情報が制御回路部１００にフィードバックされる。制御回路部１００はセンサＴＨ１から入力する検知温度が所定の目標温度（定着温度）に維持されるように電源装置１０１からコイル５に入力する電力を制御している。すなわち、ベルト１の検出温度が所定温度に昇温した場合、コイル５への通電が遮断される。本実施例では、ベルト１の目標温度である１８０℃で一定になるように、センサＴＨ１の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させてコイル５に入力する電力を制御して温度調節を行っている。センサＴＨ１は、ニップ形成部材３ａに弾性支持部材３ｆを介して取り付けられており、ベルトが波打つなどの位置変動が生じたとしてもこれに追従して良好な接触状態が維持されるように構成されている。ローラ２が回転駆動され、ベルト１が所定の定着温度に立ち上げられて温調された状態において、ニップ部Ｎに、未定着トナー画像を有する記録材Ｐがそのトナー画像担持面側をベルト側に向けてガイド部材７で案内されて導入される。記録材Ｐはニップ部Ｎにおいてベルト１の外面に密着し、ベルト１と一緒にニップ部Ｎを挟持搬送されていく。これにより、主にベルト１の熱が付与され、またニップ部Ｎの加圧力を受けて未定着トナー画像が記録材Ｐの表面に熱圧定着される。ニップ部Ｎを通った記録材Ｐはベルト１の外周面からベルト１の表面がニップ部Ｎの出口部分の変形によって自己分離されて定着装置外へ搬送される。ここで、本実施例の定着装置Ａにおいては、記録材Ｐの搬送は記録材幅中心のいわゆる中央基準搬送で行われる。即ち、定着装置Ａに通紙使用可能な大小いかなる幅サイズの記録材も幅方向中央部がベルト１の全長中央部（長手方向中央部）を通過することになる。図２の（ａ）において、Ｏは記録材搬送の中央基準線（仮想線）である。Ｌｐは最大通紙領域の幅（最大通紙サイズ）である。本実施例においてＬｐは３００ｍｍである。
【００１４】
１）定着ベルト１
図２の（ｂ）はベルト１の層構成模型図である。本実施例のベルト１の全長Ｌｂは３３６ｍｍである。ベルト１は内径が３０ｍｍで電気鋳造法によって製造したニッケルを基層（金属層）１ａを有している。この基層１ａの厚みは４０μｍである。基層１ａの外周には弾性層１ｂとして耐熱性シリコーンゴム層が設けられている。シリコーンゴム層の厚さは１００〜１０００μｍの範囲内で設定するのが好ましい。本実施例では、ベルト１の熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、シリコーンゴム層１ｂの厚みは３００μｍとされている。シリコーンゴムは、ＪＩＳ−Ａ２０度の硬度を持ち、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。更に弾性層１ｂの外周には、表面離型層１ｃとしてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられている。基層１ａの内面側には、ベルト内面と温度センサＴＨ１との摺動摩擦を低下させるために、フッ素樹脂やポリイミドなどの樹脂層（滑性層）１ｄを１０〜５０μｍ設けても良い。本実施例では、この層１ｄとしてポリイミドを２０μｍ設けた。なお、ベルト１の金属層１ａにはニッケルのほかに鉄合金や銅、銀などを適宜選択可能である。また、樹脂基層にそれら金属を積層させるなどの構成でも良い。金属層１ａの厚みは、後で説明する励磁コイルに流す高周波電流の周波数と金属層の透磁率・導電率に応じて調整して良く、５〜２００μｍ程度の間で設定すると良い。
【００１５】
２）加圧ローラ２
ベルト１との間でニップ部Ｎを形成するための加圧ローラ２は、外径が３０ｍｍで長手方向中央部の径が２０ｍｍで両端部の径が１９ｍｍである鉄合金製の芯金２ａに、弾性層２ｂとしてシリコーンゴム層が設けてある。表面は、離型層２ｃとしてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられる。ローラ２の長手方向中央部における硬度は、ＡＳＫ−Ｃ７０°である。芯金２ａにテーパー形状をつけているのは、加圧した時に押圧部材３が撓んでもベルト１とローラ２で挟まれるニップ内の圧力が長手方向にわたって均一にするためである。本実施例におけるローラ２の長さＬｒは３２０ｍｍである。また、ベルト１とローラ２とのニップ部Ｎの記録材搬送方向におけるニップ幅は、長手方向両端部で約８ｍｍ、中央部では約７．５ｍｍである。これは、記録材幅方向両端部での搬送速度が記録材幅方向中央部と比べて速くなるので紙しわが発生しにくくなるという利点がある。
【００１６】
３）押圧部材３
押圧部材３はベルト１の内側に配置されており、ベルト１を介して、ローラ２に対して圧力付勢手段（不図示）で４９０Ｎ（５０ｋｇｆ）で加圧され、ニップ部Ｎを生じさせている。この圧力付勢手段は、モータに連結されたカム機構等からなるシフト機構（不図示）によって、ベルト１に圧接している着状態と、引き離した脱状態を選択することができる。こうすることで、ローラ２の弾性層２ｂやベルト１が永久変形してしまうのを防止することが出来る。押圧部材３は、耐熱性樹脂のニップ形成部材３ａと、ニップ形成部材３ａを支持する金属製のステー３ｂより構成されている。ステー３ｂはニップ部Ｎに圧力を加えるために剛性が必要である。そのため、本実施例では鉄製である。また、ニップ形成部材３ａはベルト１の内面と摺動するので押圧部位を摺動性の良い摺動シートで覆うことでベルト内面との摩擦抵抗を減少させて、ローラ２を回転駆動したときのベルト１のスリップを防止している。また、押圧部材３は特に両端部で励磁コイル５と接近しており、押圧部材３の発熱を防止するためにコイル５で生じる磁界を遮蔽するために、押圧部材３の上面に長手方向にわたって磁気遮蔽コア３ｃを配置してある。即ち、磁気遮蔽コア３ｃは加熱部材であるベルト１の内部にあって励磁コイル５により生じる誘導磁界がニップ形成支持部材であるステー３ｂに作用しないようにする磁気遮蔽手段である。また、回転するベルト１は、基層１ａが金属で構成されているので、回転状態にあっても幅方向への寄りを規制するための手段としては、ベルト１の端部を単純に受け止めるだけのフランジ部材８を設ければ十分である。これにより、定着装置の構成を簡略化できるという利点がある。本実施例において、ニップ部Ｎの長手方向の長さＬｎｉｐ（図３の（ａ））は３２０ｍｍであり、最大通紙領域Ｌｐの３００ｍｍよりも長い。また、ステー３ｂの長手方向の長さＬｓｔは３６０ｍｍであり、ステー３ｂを覆う、ベルト内部にある磁気遮蔽コア３ｃの長さＬｉｃは３２０ｍｍで、ニップ部Ｎの長手方向長さＬｎｉｐ、ローラ２の長さＬｒと同じである。
【００１７】
４）誘導加熱装置４
本実施例において、ベルト１と誘導加熱装置４のコイル５は０．５ｍｍのモールドにより電気絶縁の状態を保ち、ベルト１とコイル５との間隔は１．５ｍｍ（モールド表面と定着ベルト表面の距離は１．０ｍｍ）で一定であり、ベルト１は均一に加熱される。ここで本実施例において、図２の（ａ）で示されるコイル５の両端の屈曲部５ｂ・５ｂの外側間距離であるＬｃｏｉｌＡは３４０ｍｍ、コイル５の両端の屈曲部５ｂの内側間距離であるＬｃｏｉｌＢは３１６ｍｍである。また、外側磁性体コア６ａの全長Ｌ６ａは３５０ｍｍ、コイル５の内側空洞部５ａに配置された中央磁性体コア６ｂの全長Ｌ６ｂは３１４ｍｍである。前述したように、励磁コイル５には電源装置１０１から２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加されて、ベルト１の金属層１ａが誘導発熱する。そして、制御回路部１００は、ベルト１の温度が目標温度である１８０℃で一定になるように、温度センサＴＨ１の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させてコイル５に入力する電力を制御して温度調節する。コイル５を含む誘導加熱装置４が、高温になるベルト１の内部ではなく外部に配置されている。これにより、コイル５の温度が高温になりにくく、電気抵抗も上昇せず高周波電流を流してもジュール発熱による損失を軽減する事が可能となる。また、コイル５を外部に配置したことで、ベルト１の小径化（低熱容量化）にも寄与しており、ひいては省エネルギー性にも優れていると言える。本実施例の定着装置Ａのウォーミングアップタイムは、非常に熱容量が低い構成であるため、例えばコイル５に１２００Ｗ入力すると、約１５秒で目標温度である１８０℃に到達でき、スタンバイ中の加熱動作が不要である。そのため、電力消費量を非常に低く抑える事が可能である。前述したように、本実施例の画像形成装置における記録材Ｐの通紙はいわゆる中央基準搬送でなされる。記録材の通紙幅とは記録材面において記録材搬送方向に直交する方向の記録材寸法である。本実施例で説明される各種部材の長さは中央基準線を中心に左右均等に配置されているものとする。よって、以後のベルト１の温度分布を説明する図面は、基本的に左右均等であり、片側の温度分布であっても反対側の温度分布は同様であるものとする。
【００１８】
即ち上記の定着装置Ａは、導電層１ａを有し回転可能な加熱部材１と、加熱部材１の外周と圧接し回転可能な加圧部材２を有する。また、定着装置Ａは、加熱部材１の内部にあって加熱部材１を加圧部材２の方向に向かって押圧するニップ形成部材３ａと、導電層１ａを誘導加熱する励磁コイル５を有する。そして、定着装置Ａは、加熱部材１と加圧部材２が圧接することで生じる圧接部Ｎで記録材Ｐを挟持搬送して記録材上の画像を加熱する画像加熱装置である。
【００１９】
５）各部材の長手長さの関係
加熱部材であるベルト１の長さをＬｂ、加圧部材であるローラ２の長さをＬｒ、誘導加熱するコイル５の両端の屈曲部５ｂ・５ｂの外側間距離をＬｃｏｉｌＡ、コイル５の両端の屈曲部５ｂ・５ｂの内側間距離をＬｃｏｉｌＢとする。本実施例の定着装置Ａにおいては、ＬｃｏｉｌＡ≧Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＢの関係を満たす事を特徴とする。また、ベルト１の内部に配置されたベルト内部の磁気遮蔽手段である磁気遮蔽コア３ｃの長さをＬｉｃとする。本実施例の定着装置Ａにおいては、ＬｃｏｉｌＡ≧Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＢ、かつ、Ｌｒ≧Ｌｉｃ≧ＬｃｏｉｌＢ、の関係を満たす事を特徴とする。装置に通紙使用される最大通紙幅の記録材Ｐの最大通紙幅をＬｐとしたとき、ベルト１の長さ（記録材通紙幅方向の長さ）Ｌｂは、通紙幅Ｌｐよりも長く設定されている（Ｌｂ＞Ｌｐ）。また、ローラ２の全長をＬｒとした場合、ローラ長さＬｒはベルト長さＬｂよりも短く、通紙幅Ｌｐよりも長く設定されている（Ｌｂ＞Ｌｒ＞Ｌｐ）。これは前述したように、ニップ形成部材３ａと、フランジ部材８と、ローラ２の３つの部材が、ベルト１の端部に与える応力が集中してしまうことを防ぐ為に、ローラ２の長さＬｒをベルト１の長さＬｂよりも短くする必要があるためである。本実施例においては、誘導加熱装置４のコイル５の長さＬｃｏｉｌＡ（記録材通紙幅方向の長さ）は、ベルト１およびローラ２の各々の端部が、コイル５の屈曲部５ｂ・５ｂの外側と内側の間になるような長さＬｂ、Ｌｒで形成されている。すなわち、コイル５の両端の屈曲部５ｂ・５ｂの外側間距離をＬｃｏｉｌＡ、コイル５の両端の屈曲部５ｂ・５ｂの内側間距離がＬｃｏｉｌＢとしたとき、ＬｃｏｉｌＡ≧Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＢ、となる。これにより、ローラ２がベルト１に接触していない部分１ａ・１ａの昇温を防止し、ベルト１の長手方向の温度ムラを低減する。
【００２０】
以下、ベルト１の長手温度分布を、各部材の長さの関係と併せて説明する。図５の（ａ）は、本実施例における定着装置Ａのウォームアップ終了直後のベルト１の長手方向の温度分布を表している。図５の（ｂ）は、本実施例において、ＬｃｏｉｌＡ≧Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＢとなるように構成されているときに、定着装置Ａのウォームアップ終了後にプリント開始して連続通紙１００枚後のベルト１の長手方向の温度分布を表している。図６の（ａ）は、ＬｃｏｉｌＡ＞ＬｃｏｉｌＢ≧Ｌｂ＞Ｌｒ、となるように構成されているときに、定着装置Ａのウォームアップ終了後にプリント開始して連続通紙１００枚後の定着ベルト１の長手方向の温度分布を表している。図６の（ｂ）は、Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＡ＞ＬｃｏｉｌＢとなるように構成されているときに、定着装置Ａのウォームアップ終了後にプリント開始して連続通紙１００枚後のベルト１の長手方向の温度分布を表している。
【００２１】
図５の（ｂ）においては、ベルト１の長手の温度分布は、いずれの位置においても耐熱温度上限を超える事が無く、かつベルト１の通紙領域Ｌｐの温度が画像不良発生温度以上に維持さえている。その為、記録材上のトナー像を好適な状態で定着処理を行う事が可能となっている。
【００２２】
図６の（ａ）においては、ベルト１の端部の温度が、耐熱温度上限を超えてしまっている。これは、コイル５の内側空洞部５ａの内端部が、ベルト１の外側端部を超えている。これにより、ベルト１の端部の温度上昇が激しく、特にローラ２に接していない部分１ａにおいては十分に吸熱もしくは放熱させる部材が存在しない。その為、連続通紙による温度上昇が避けられない為に発生してしまう現象である。
【００２３】
また、図６の（ｂ）においては、ベルト１の通紙領域Ｌｐの温度が画像不良発生温度を下回ってしまった為、いわゆるコールドオフセットが発生してしまっている。これは、コイル５の外側端部がベルト１の外側端部よりも内側に配置されている為、電磁誘導加熱による熱量が不足し、通紙域内の温度低下が発生して発生してしまう現象である。これに対し、通紙領域Ｌｐよりも十分に加熱領域が維持できるように、すなわち、Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＡ＞ＬｃｏｉｌＢ＞Ｌｐ、となるように配置することは可能である。しかし、この場合、ベルト１の長さは、本実施例で示される構成に比べて非常に長くなってしまい、装置全体の大型化やベルトのコストアップなどを招いてしまう為、好ましくない。
【００２４】
一方で、本実施例で説明される図５の、ＬｃｏｉｌＡ≧Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＢ、となるように構成されている定着装置においては、ベルト１およびローラ２、コイル５の長さをそれぞれ最も短くする事が可能である。そのため、省エネルギーの観点でも有利であり、また部材の省サイズ化によるコスト低減や設置空間の極小化が可能となり、ユーザーに対して好ましい電子写真装置を提供する事が可能となる。
【００２５】
更に、ベルト１の内部に配置された磁気遮蔽コア３ｃは、コイル５から発生する磁界を強化する機能を持っている。そのため、ローラ２の端部よりも内側にあることで非通紙部の異常昇温を発生させないようにすると共に、中央部の発熱領域を均一化するために、Ｌｒ≧Ｌｉｃ≧ＬｃｏｉｌＢ、となるように構成されている。即ち、ローラ２の全長Ｌｒ、磁気遮蔽コア３ｃ、および励磁コイル５の両端の屈曲部５ｂ・５ｂの内側間距離ＬｃｏｉｌＢは、Ｌｒ≧Ｌｉｃ≧ＬｃｏｉｌＢ、となるように構成されている。これにより、ベルト１の温度分布を小さくして画像不良の発生を防止し、省エネルギーや省サイズの観点より好適な定着装置を提供する事が可能となる。
【００２６】
［実施例２］
図７の（ａ）は、第２の実施例を表す定着装置の一端部側の断面模式図及び定着装置のウォームアップ終了後にプリント開始して連続通紙１００枚後のベルト１の長手方向の温度分布を表している。図中、３ｄは、本実施例において、フランジ部材８の内側に配置された非磁性導電部材である磁界キャンセル部材である。即ち、非磁性導電部材である磁界キャンセル部材３ｄがニップ形成支持部材３ｂの端部に保持されると共に、磁界キャンセル部材３ｄの加圧軸方向の通紙域側の端部位置が、ローラ２の端部の位置か、それよりも外側にある事を特徴とする。磁界キャンセル部材３ｄの材質としては銅、金、銀や非磁性ステンレスなどが好適であり、厚みは３００μｍ以上、更には１ｍｍ前後であると好ましい。磁界キャンセル部材３ｄの配設される位置に関しては、実施例１で示されたように、ＬｃｏｉｌＡ≧Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＢとなるように定着装置の各部材が構成されている時に、次のとおりである。ロール２に接触していないベルト部分１ａの温度昇温を防止しつつ、それよりも内側の領域の温度上昇を妨げることがないように、磁界キャンセル部材３ｄの内側端部が、ローラ２の端部の位置と略同じか、それよりも外側にあるように配置する。これにより、図７の（ａ）で示されるように、ベルト１の温度分布を小さくして画像不良の発生を防止し、省エネルギーや省サイズの観点より好適な定着装置を提供する事が可能となる。
【００２７】
［実施例３］
図７の（ｂ）は、第３の実施例を表す定着装置の一端部側の断面模式図及び定着装置のウォームアップ終了後にプリント開始して連続通紙１００枚後のベルト１の長手方向の温度分布を表している。図中、３ｅは、本実施例において、非磁性導電部材である磁界キャンセルステーである。即ち、ニップ形成支持部材３ｂが非磁性導電部材により構成されることを特徴とする。磁界キャンセルステー３ｅは定着装置にかけられる荷重に対して撓み量を一定以下に抑えられるだけの強度を持つ必要があり、かつ非磁性であるＳＵＳ３０４もしくはＳＵＳ３１８などのオーステナイト系ステンレスが好ましい。本実施例においては加工による磁化が発生しにくいＳＵＳ３１８を用いている。図７の（ｂ）で示されるように、ＬｃｏｉｌＡ≧Ｌｂ＞Ｌｒ≧ＬｃｏｉｌＢとなるように定着装置の各部材が構成されている時に、磁界キャンセルステー３ｅは次のような役目をする。即ち、磁気遮蔽コア３ｃから外側に露出している磁界キャンセルステー３ｅによってベルト１のロール２に当接していないベルト部分１ａの温度上昇部位の磁場をキャンセルする。これにより、図７の（ｂ）で示されるように、ベルト１の温度分布を小さくして画像不良の発生を防止し、省エネルギーや省サイズの観点より好適な定着装置を提供する事が可能となる。
【００２８】
本発明の画像加熱装置は実施例１乃至３の画像加熱定着装置としてばかりではなく、その他、例えば、画像を担持した記録材を加熱して光沢等の表面性を改質する装置、仮定着する装置等としても使用できる。また、インクジェット方式の画像形成装置において、インクジェット方式で画像形成された記録材を乾燥させる装置としても使用できる。
【００２９】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術思想内であらゆる変形が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
Ａ・・画像加熱装置（定着装置）、１・・加熱部材（定着ベルト）、２・・加圧部材（加圧ローラ）、３・・押圧部材、３ａ・・ニップ形成部材、５・・励磁コイル、５ｂ・５ｂ・・励磁コイルの両端の屈曲部、Ｎ・・圧接部、Ｐ・・記録材、Ｌｂ・・加熱部材１の長さ、Ｌｒ・・加圧部材２の長さ、ＬｃｏｉｌＡ・・屈曲部５ｂ・５ｂの外側間距離、ＬｃｏｉｌＢ・・屈曲部５ｂ・５ｂの内側間距離
【図３】
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【図１】
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【図２】
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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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