(57)【要約】  【課題】励磁コイル２５と、励磁コイルの発生磁束の作用で発熱する回転発熱体２１と、回転発熱体との間でニップ部Ｎを形成する加圧体２２と、を備え、ニップ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において、回転発熱体２１について、局所加熱と全周加熱の両方のメリットを得る。  【解決手段】励磁コイルは、回転発熱体の回転軸方向に延伸されて巻かれ、回転発熱体と励磁コイルとが対向する対向部の回転発熱体回転方向に関する長さは、回転発熱体周長に対して１／２以上であり、非対向部の回転発熱体回転方向に関する長さは、回転発熱体周長に対して１／３以下であり、回転発熱体の発熱量は、ニップ部から回転発熱体回転方向に関する上流半分の領域の方が下流半分の領域よりも多く、対向部は、回転発熱体回転方向に関して発熱量分布を持ち、最も発熱量の大きい発熱ピーク部は、ニップ部より回転上流方向に配置されている。【選択図】  図８
2008015082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束の作用により発熱する回転発熱体と、前記回転発熱体の回転軸方向に伸延されて巻かれ、前記回転発熱体に作用する磁束を発生するコイルを有する磁束発生手段と、前記回転発熱体とニップ部を形成する加圧体と、を有し、前記ニップ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において、
前記回転発熱体は、前記コイルと対向して発熱する対向部と、この対向部以外の非対向部とを有し、前記対向部の回転発熱体回転方向に関する長さの合計が、前記回転発熱体周長に対して１／２以上であり、前記非対向部の回転発熱体回転方向に関する最大長さが、前記回転発熱体周長に対して１／３以下であり、前記磁束発生手段は、前記回転発熱体の前記ニップ部上流半分の領域を前記回転発熱体の前記ニップ部下流半分の領域よりも重点的に発熱するように構成されていることを特徴とする画像加熱装置。
【請求項２】
前記回転発熱体の前記ニップ部上流半分の領域の総発熱量は前記回転発熱体の前記ニップ部下流半分の総発熱量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
【請求項３】
前記非対向部の回転発熱体回転方向に関する最大長さが、前記回転発熱体周長に対して１／４以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像加熱装置。
【請求項４】
前記回転発熱体の前記ニップ部上流半分の領域に最大発熱部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像加熱装置。
【請求項５】
前記回転発熱体の前記ニップ部上流側は、下流側よりも励磁コイルのターン数が多いことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像加熱装置。
【請求項６】
前記回転発熱体の前記ニップ部上流半分の領域は、前記回転発熱体の前記ニップ部下流半分の領域よりも前記コイルの、隣り合う縒り線の間隔が狭いことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の画像加熱装置。
【請求項７】
記録材上に未定着画像を形成担持させる画像形成手段と、前記未定着画像を前記記録材に加熱定着させる定着手段と、を有し、前記定着手段が請求項１から請求項６のいずれか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、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはそれらの複合機等に代表される、電子写真プロセスや静電記録プロセス等を採用した画像形成装置に用いられ、記録材上の画像を加熱する、誘導加熱方式の画像加熱装置に関する。
【０００２】
画像加熱装置としては、記録材上に形成した未定着画像を永久固着画像として加熱定着させる定着装置や、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度を増大させる光沢度増大装置等を挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
電子写真方式の画像形成装置は、被加熱材であるシート状の記録材上に形成担持させた未定着トナー画像を永久固着画像として加熱定着させる加熱装置を備える。
【０００４】
この加熱装置は、一般に、記録材上のトナーを熱溶融させる回転発熱体と、これに圧接して記録材を挟持する加圧手段とを有する。
【０００５】
回転発熱体としては、例えば加熱ローラやエンドレスベルト等であって、発熱体によって内部または外部より、直接もしくは間接的に加熱される。発熱体としては、例えばハロゲンヒータや抵抗発熱体等が挙げられる。
【０００６】
特に近年、画像形成装置の省エネルギー化と、ユーザーの操作性向上（クイックプリント、ウォームアップ時間の短縮）との両立を図ることが重視されていることから、発熱効率の高い誘導加熱方式を用いた加熱装置が提案されている。
【０００７】
この誘導加熱装置は、磁界を発生する励磁コイルに高周波電流を印加することによって、回転発熱体に誘導電流（渦電流）を発生させ、回転発熱体自体の表皮抵抗によって回転発熱体そのものをジュール発熱させる。
【０００８】
この誘導加熱方式の加熱装置によれば、発熱効率が極めて向上するため、ウォームアップ時間の短縮が可能となる。
【０００９】
このような誘導加熱装置における励磁コイルの配置として、図２２に示すように、
（ａ）励磁コイルの巻き方向が、回転発熱体の回転方向と平行の場合
（ｂ）励磁コイルの巻き方向が、回転発熱体の回転方向と角度をなす場合
とに大別できる。
【００１０】
（ａ）の配置方法では、回転発熱体の外部に励磁コイルが発生する磁束が漏れるために、回転発熱体の周辺までも加熱してしまう恐れがある。また、磁束の漏れを防ぐためには、磁束を遮蔽する部材が必要となる。そのため、加熱装置が大型化してしまうことから、（ｂ）の配置方法が有利である。
【００１１】
ただし、（ｂ）の配置方法では、図２３に示すように、励磁コイルの巻き中心部を密に巻いた場合、隣り合う巻き線では逆方向の電流が流されるため、互いに発生する磁束は、それぞれ打ち消しあう方向に作用する。そのため、回転発熱体の、励磁コイルの巻き中心部と対向する部分では発熱量が少なくなってしまう。
【００１２】
一方、励磁コイルの巻き中心部を疎に巻いた場合も、巻き中心部の磁束発生量が少ないため、発熱量が少なくなってしまう。したがって、（ｂ）の配置方法は、回転発熱体の回転方向に関して、均一に加熱することが困難であるという欠点を持つ。
【００１３】
（ｂ）の配置方法の例としては、特許文献１〜５等が挙げられる。例えば特許文献１においては、回転発熱体の定着ニップ上流部では、励磁コイルを回転発熱体の曲面に沿うように巻き、定着ニップ下流部では、フェライトコアに沿うように巻くことで、定着ニップ前後で発熱分布を異ならせている。この構成によれば、特に定着ニップ上流部に発熱を集中することで、記録材の加熱に必要な熱をニップ直前で発生する構成のため、無駄な放熱が防げるため、エネルギー効率の向上、定着性の改善が図れる。また、定着ニップおよび記録材を重点的に加熱することが出来るため、分離性を改善できる。
【００１４】
しかしながら、特許文献１の構成においては、定着ニップ部の前後に発熱を集中させているため、回転発熱体の回転方向に関して温度ムラが生じてしまう。即ち、単に、定着ニップ部の前後に発熱を集中させると、装置のスタート時回転発熱体の回転方向に関して温度ムラが生じてしまう。特許文献２も同様である。
【００１５】
そのため、その温度ムラを改善させるために、加熱動作開始時には、しばらく回転発熱体空回転を行わなくてはならないため、クイックプリント性能が劣ってしまう。
【００１６】
また、定着動作を行わないスタンバイ時にも、回転発熱体を連続もしくは間欠に回転動作させることによって、回転発熱体の回転方向の温度ムラを改善する方法も考えられる。しかし、この場合は、スタンバイ時での騒音や消費電力の増加などの課題がある。
【００１７】
そこで、特許文献３、４のように、発熱ローラの回転方向に関して略全域にコイルを配置し、発熱ローラを周方向に略均一に発熱させ、発熱ローラの周方向の温度ムラを防止する構成が知られている。この構成によれば、温度ムラを解消するための時間を必要としないため、ウォーミングアップ時間の短縮を図ることができる。
【特許文献１】特開平９−２８１８２１号公報
【特許文献２】特開２００２−１５８０８４号公報
【特許文献３】特開２００１−２７２８７１号公報
【特許文献４】特開２００２−３２８５５０号公報
【特許文献５】特開平９−１５２７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特許文献３、４のような構成の場合、ローラの周方向を均一に発熱させる構成のため、温度ムラを低減可能な構成ではあるものの、効率的に記録材に熱量を付与する構成になっていない。そのため、エネルギー効率の面では改善の余地があった。
【００１９】
その理由としては、加熱してからニップ部に到達するまでの所要時間は、ニップ部上流側よりも下流側の方が長い。このため、ニップ部下流側の方が上流側よりも放熱量が多くなり、同じ熱量を付与するのであればニップ部下流側よりも上流側を重点的に熱付与した方がエネルギー効率がよいからである。
【００２０】
したがって本発明は、コイルを回転発熱体の回転軸方向に伸延して巻かれた構成において、空回転をしなくても回転発熱体の回転方向の温度ムラによる画像不良を防止しつつ、エネルギー使用効率の高い誘導加熱方式の画像加熱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】
【００２１】
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、磁束の作用により発熱する回転発熱体と、前記回転発熱体の回転軸方向に伸延されて巻かれ、前記回転発熱体に作用する磁束を発生するコイルを有する磁束発生手段と、前記回転発熱体とニップ部を形成する加圧体と、を有し、前記ニップ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において、前記回転発熱体は、前記コイルと対向して発熱する対向部と、この対向部以外の非対向部とを有し、前記対向部の回転発熱体回転方向に関する長さの合計が、前記回転発熱体周長に対して１／２以上であり、前記非対向部の回転発熱体回転方向に関する最大長さが、前記回転発熱体周長に対して１／３以下であり、前記磁束発生手段は、前記回転発熱体の前記ニップ部上流半分の領域を前記回転発熱体の前記ニップ部下流半分の領域よりも重点的に発熱するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の画像加熱装置によれば、回転発熱体の周方向の温度ムラが改善しながら、記録材を効率よく加熱するエネルギー効率の高い加熱装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
【実施例１】
【００２４】
（１）画像形成部
図１は本実施例における画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、画像加熱装置として、誘導加熱方式の定着装置を搭載させた、複写機機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能を有する、電子写真フルカラー画像形成装置（複合機）である。
【００２５】
１はデジタルカラー画像リーダ部である。このリーダ部１の原稿台ガラス２上にカラー画像原稿Ｏを画像面を下向きにして所定の載置基準に従って載置し、その上から原稿圧着板２ａを被せる。コピースタートキーが押されると、移動光学系１ａが移動動作して、原稿面が光学走査されて、原稿画像がフルカラーセンサ（ＣＣＤ）３により色分解画像信号として光電読取りされる。画像信号は、画像処理部４にて処理が施された後、デジタルカラー画像プリンタ部５のコントローラ部（制御回路部）１７へ送出される。原稿台ガラス２上に原稿自動送り装置（ＡＤＦ、ＲＤＦ）を搭載して原稿Ｏを原稿台ガラス２上に自動送りさせることもできる。
【００２６】
プリンタ部５において、ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫはタンデム配置した第一〜第４の４つの画像形成部である。各画像形成部はそれぞれレーザー走査露光器１８を用いた電子写真プロセス機構である。リーダ部１からコントローラ部１７に送出された画像信号に基づいて、第一の画像形成部ＵＹの感光ドラム面にはイエロートナー画像が所定の制御タイミングで形成される。第二の画像形成部ＵＭの感光ドラム面にはマゼンタトナー画像が所定の制御タイミングで形成される。第３の画像形成部ＵＣの感光ドラム面にはシアントナー画像が所定の制御タイミングで形成される。第４の画像形成部ＵＫの感光ドラム面にはブラックトナー画像が所定の制御タイミングで形成される。
【００２７】
各画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫの感光ドラム面に形成される上記の色トナー画像はそれぞれ一次転写部６にて中間転写ベルト７の面に対して順次に重畳転写される。これにより、中間転写ベルト７の面に上記の４つの色トナー画像の重ね合わせによる未定着のフルカラートナー画像が合成形成される。そのフルカラートナー画像が、二次転写部８において、多段カセット給紙機構部９或いはデッキ給紙部１０或いはＭＰトレー（マルチ・パーパス・トレー）１１から所定の制御タイミングにて一枚分離給送された記録材Ｐの面に順次に一括して二次転写される。
【００２８】
記録材Ｐは中間転写ベルト７の面から分離されて定着装置１２に導入され、定着ニップ部で挟持搬送される。この挟持搬送過程で未定着のフルカラートナー画像が熱と圧力により溶融混色して記録材Ｐの面にフルカラーの永久固着画像として定着される。定着装置１２を出た記録材Ｐはフラッパ１３による進路切換制御にて、フェイスアップ排紙トレイ１４またはフェイスダウン排紙トレイ１５に選択的に排出される。
【００２９】
また、両面プリントモードが選択されている場合には、定着装置１２を出た第一面プリント済みの記録材Ｐがフラッパ１３で一旦フェイスダウント排紙レイ１５に通じるシートパスに送り込まれる。そして、その記録材Ｐがスイッチバック搬送されて、再搬送シートパス１６に導入され、表裏反転された状態になって二次転写部８に再導入される。これにより記録材Ｐの第二面にトナー画像が二次転写形成される。以後、記録材Ｐは第一面プリントの場合と同様に、定着装置１２に導入され、両面プリント済みの記録材がフェイスアップ排紙トレイ１４またはフェイスダウン排紙トレイ１５に排出される。
【００３０】
以上は複写機モードの場合である。プリンタモードの場合は、パーソナルコンピュータ・イメージリーダ等の外部ホスト装置１９からコントローラ部１７に画像情報信号が入力する。コントローラ部１７は、その画像情報信号をレーザースキャナ１８に出力して、画像形成装置をプリンタとして作像動作させる。また、ファクシミリ受信モードの場合は、外部装置としての相手方ファクシミリ装置１９からコントローラ部１７に画像情報信号が入力する。コントローラ部１７は、その画像情報信号をレーザースキャナ１８に出力して、画像形成装置をファクシミリ受信装置として作像動作させる。ファクシミリ送信モードの場合は、コントローラ部１７は、リーダ部１で光電読取りした原稿画像情報を相手方ファクシミリ受信装置１９に送信する。
【００３１】
（２）定着装置１２
図２の（ａ）は定着装置１２の正面模式図、（ｂ）はその縦断正面模式図、図３は定着装置の要部の横断側面模式図と給電制御系のブロック図である。
【００３２】
２１は回転発熱体としての定着ローラ、２２は加圧体としての加圧ローラである。この定着ローラ２１と加圧ローラ２２は、装置フレーム３１の左右の側板３２・３２間に上下に並行に配列して回転可能に支持させると共に、圧接させて定着ニップ部Ｎを形成させている。
【００３３】
定着ローラ２１は、肉厚が例えば０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の金属導体層を基体とする中空ローラである。金属は、例えば、鉄、ニッケル、ＳＵＳ４３０などの導電性磁性材料およびこれらの合金が好例である。金属導体層の外周表面には、フッ素樹脂等よりなる耐熱性の離型層が形成されている。また、カラー画像の品位を向上させるために、金属導体層と離型層との間に、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱弾性層を設けても良い。定着ローラ２１は、左右両端部を装置フレーム３１の左右の側板３２．３２間に軸受部材３３・３３を介して回転可能に支持させて配設してある。
【００３４】
加圧ローラ２２は、金属パイプ材を芯金２２ａとし、その外側に、シリコーンゴム等からなる耐熱弾性層２２ｂと、さらにその耐熱弾性層の表面にフッ素樹脂等からなる離型層２２ｃを備える弾性ローラである。この加圧ローラ２２も、芯金２２ａの左右両端部を装置フレーム３１の左右の側板３２・３２間に軸受部材３４・３４を介して回転可能に支持させて配設してある。そして、軸受部材３４・３４を、不図示の付勢部材で押し上げて、加圧ローラ２２を弾性層２２ｂの弾性に抗して定着ローラ２１の下面に対して所定の押圧力で圧接させて、定着ローラ回転方向において所定ニップ長の定着ニップ部Ｎを形成させている。
【００３５】
Ｇは定着ローラ駆動ギアであり、定着ローラ２１の一方側の端部に同心一体に固着してある。この駆動ギアＧに対して駆動モータＭの駆動力が不図示の動力伝達系を介して伝達されることで、定着ローラ２１が、図３において、矢印ａの時計方向に所定の速度で回転駆動される。加圧ローラ２２は、定着ニップ部Ｎにおける定着ローラ２１との摩擦力で、定着ローラ２１の回転駆動に従動して矢印ｂの反時計方向に回転する。
【００３６】
２３は定着ローラ内に挿入して配設したコイルアセンブリである。このコイルアセンブリ２３は、定着ローラ２１よりも長さが長い円柱状のコイルホルダ２４と、そのコイルホルダ２４の外面に配設した、磁束発生手段としての第一と第二の２つの励磁コイル２５Ａと２５Ｂを備えている。図４は、コイルアセンブリ２３の上記コイルホルダ２４と第一と第二の励磁コイル２５Ａ・２５Ｂの分解斜視模式図である。
【００３７】
コイルホルダ２４は耐熱性および電気絶縁性のエンジニアリング・プラスチック等から形成されている。第一と第二の励磁コイル２５Ａ・２５Ｂは、それぞれ、耐熱性の絶縁被覆を施したリッツ線を縒り束ねた電線を用いて、これを定着ローラ２１の長手方向に沿って長い扁平シート状の渦巻きコイルに巻回したものである。そして、その第一と第二の励磁コイル２５Ａ・２５Ｂをコイルホルダ周面の略１８０°対向位置において、それぞれ、コイル長手方向をコイルホルダ長手方向にほぼ並行にして、コイルホルダ２４の外面に倣わせて固定して配設してある。コイル２５Ａ・２５Ｂのコイルホルダ２４の外面に対する固定は、本実施例の場合は、熱収縮チューブによる押え付けで行なっている。接着剤による貼り付けなど、その他の固定手段を用いることができる。
【００３８】
本実施例において、第一と第二の励磁コイル２５Ａ・２５Ｂは直列に結ばれており、第一の励磁コイル２５Ａは１２ターン巻き、第二の励磁コイル２５Ｂは１０ターン巻きにしてある。
【００３９】
上記のコイルアセンブリ２３を定着ローラ２１内に挿入し、コイルホルダ２４の左右の端部をそれぞれ定着ローラ２１の左右の端部から外側に突出させる。その突出させた左端部は装置フレーム３１の左側板３２側に配設した左ブラケット３５の嵌合穴３５ａに嵌合させて支持させ、右端部は右側板３２側に配設した右ブラケット３６の嵌合穴３６ａに嵌合させて支持させる。本実施例においては、右端部はＤ字形状部（Ｄ字カット端部）にし、右ブラケット３６の嵌合穴３６ａもこれに対応するＤ字穴にしてあり、この両者をＤ嵌合させる。これにより、コイルアセンブリ２３を、上記左右のブラケット３５・３６間に、非回転に支持させると共に、定着ローラ２１内において、定着ローラ内面と励磁コイルとのギャップを一様に保って支持させている。
【００４０】
本実施例においては、図３のように、第一の励磁コイル２５Ａが定着ニップ部Ｎを基準にして定着ローラ回転方向上流側に位置し、第二の励磁コイル２５Ｂが下流側に位置させて、コイルアセンブリ２３を左右のブラケット３５・３６間に支持させている。以下、第一の励磁コイル２５Ａを上流側コイル、第二の励磁コイル２５Ｂを下流側コイルと記す。
【００４１】
ＴＨは定着ローラ２１の温度を検出する温度センサであり、例えばサーミスタである。この温度センサＴＨは、定着ローラ２１の外面もしくは内面に弾性的に圧接配置あるいは非接触に近接配置されて温度を検知する。
【００４２】
而して、コントローラ部（制御回路部）１７の制御シーケンス信号により、駆動モータＭがオンされ、また高周波電源４１から直列接続されている上流側と下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂの給電端子ｄ・ｅ間に高周波電流が印加される。これにより、上流側と下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂのそれぞれにおいて高周波磁界（交流磁界、交流磁束）が発生する。この高周波磁界により、回転駆動されている定着ローラ２１の金属導体層が誘導発熱して定着ローラ２１が加熱される。すなわち、高周波磁界の作用によって金属導体層に渦電流が誘導されてジュール発熱して、定着ローラ２１が加熱される。この定着ローラ２１の温度が温度センサＴＨにより検知され、定着ローラ２１の温度に関する電気的情報がＡ／Ｄ変換回路４２を介してコントローラ部１７に入力する。コントローラ部１７は温度センサＴＨで検知される温度が所定の最適温度になり、その温度が維持されるように、高周波電源４１からコイル２５Ａ・２５Ｂに供給する高周波電流を制御する。
【００４３】
そして、作像機構部側から未定着トナー画像Ｔが形成された記録材（被加熱材）Ｐが定着装置１２に対して搬送される。矢印ｃは記録材Ｐの搬送方向である。記録材Ｐはトナー画像担持面側が加熱状態の定着ローラ２１に対面して定着ニップ部Ｎに進入して挟持搬送されて、トナー画像担持面側が加熱状態の定着ローラ２１の面に圧接される。これにより、未定着トナー画像Ｔが、加熱および加圧によって融解して記録材Ｐの面に永久固着画像として融着される。定着ニップ部Ｎを通った記録材Ｐが定着ローラ２１の面から分離されて排出搬送される。
【００４４】
Ａはコイル２５Ａ・２５Ｂの励磁による定着ローラ有効加熱領域幅、Ｂは最大通紙部幅であり、Ａ≧Ｂである。
【００４５】
次に、図５を用いて、定着ローラ２１の周方向の発熱分布を説明する。
【００４６】
図５に示すように、本実施例の定着ローラ２１の周方向に関して、定着ローラ２１と上流側と下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂとが対向している場所を対向部Ｘ、対向していない場所を非対向部Ｙとする。
【００４７】
対向部Ｘは非対向部Ｙよりも誘導される渦電流が多く、発熱量が多い。一方、非対向部Ｙには誘導される渦電流が少ないため、発熱量が少ない。
【００４８】
したがって、非対向部Ｙがあまりに大きすぎると、定着ローラ２１の周方向で発熱量の差が生じて、温度ムラが生じてしまい、定着不良や温度差要因の光沢ムラが発生する。また、複数の対向部Ｘと非対向部Ｙが定着ローラ周方向で存在する場合は、最も間隔（角度）の大きい最大非対向部Ｙが問題となる。逆に、非対向部Ｙが小さい場合は、隣り合う対向部Ｘ・Ｘからの熱伝導によって加熱されるので、温度ムラによる問題は発生しない。
【００４９】
ここで、定着ローラ２１を停止した状態で所定温度に１分間維持した後に、プロセススピード３００ｍｍ／ｓｅｃの速度でＡ３画像を、対向部Ｘの角度の合計および非対向部Ｙの角度を振って定着させた結果を図６に示す。
【００５０】
図６によれば、対向部Ｘの合計は１８０°以上、望ましくは２１０°以上で、かつ最大非対向部Ｙの角度は１２０°以下、望ましくは９０°以下であれば、定着ローラ２１の周方向の温度ムラが改善されることがわかる。
【００５１】
言い換えると、対向部Ｘの長さの合計は、定着ローラ２１の周長の１／２以上、望ましくは７／１２以上が好ましい。且つ最大非対向部Ｙの長さは、定着ローラ２１の周長の１／３以下、望ましくは１／４以下であれば、定着ローラ周方向の温度ムラを改善することが出来る。
【００５２】
また、連続的な定着動作時においては、定着ニップ部Ｎから被加熱材である記録材Ｐに熱を奪われることを見越して、定着ニップ部Ｎから定着ローラ回転方向の上流領域に発熱を集中した方が、良好な定着画像を得ることが出来る。
【００５３】
本実施例では、図７に示すように、定着ニップ部Ｎの定着ローラ回転上流方向には、発熱ピーク部として、上流側コイル２５Ａを１２ターン巻き、定着ニップ部Ｎの定着ローラ回転下流方向には、下流側コイル２５Ｂを１０ターン巻いた。また、対向部Ｘの角度の合計は２９０°であって、最大非対向部Ｙの角度は３０°であった。
【００５４】
このときの定着ローラ２１の周方向における発熱量の分布を、図８に示す。コイル２５Ａ・２５Ｂに同じ高周波電流を印加した場合、定着ローラ２１に誘導される渦電流は、コイルのターン数が多いほうが、定着ローラ２１内に導かれる磁束の変化量が大きいため、定着ローラに誘導される渦電流量が増加して、発熱量が増加する。したがって、発熱ピーク部とそれ以外の対向部とで、発熱量の差をつけることができる。即ち、ニップの上流部と下流部で、発熱量の差をつけることができる。
【００５５】
本実施例に示す定着装置に、所定の電力にて高周波電流を印加し、プロセススピード３００ｍｍ／ｓｅｃで連続的に定着させたところ、良好な定着画像が得られた。また、スタンバイ時に定着ローラ２１の回転を停止させても、周方向の温度ムラは発生しなかった。
【００５６】
また、本実施例１との比較例１として、図９に示すように、対向部Ｘの合計が１７０°であって、且つ最大非対向部Ｙの角度が略１８０°である定着装置を用意した。
【００５７】
また、比較例２として、図１０に示すように、対向部Ｘの合計が２４０°であって、且つ最大非対向部Ｙの角度が３０°である、定着ローラ周方向をほぼ均一に加熱する定着装置を用意した。
【００５８】
そして、この比較例１と２の定着装置について、本実施例１と同条件で同様の検証を行った。
【００５９】
その結果、図９に示す比較例１の定着装置においては、連続定着動作において良好な定着画像が得られた。しかし、定着ローラ２１の周方向の温度ムラが発生してしまい、スタンバイ中に空回転が必要となってしまった。
【００６０】
一方、図１０に示す比較例２の定着装置では、定着ローラの周方向をほぼ均一に加熱するため、温度ムラは発生せずにスタンバイ時に空回転をする必要が無なかった。しかしながら、定着に寄与するニップ部上流側を重点的に加熱する構成ではないため、効率的に記録材を加熱できず、エネルギー効率が低下してしまった。
【００６１】
以上に述べたように、発熱量の大きい対向部Ｘの長さの合計を、定着ローラ２１の周長の１／２以上、望ましくは７／１２以上とし、且つ、発熱量の少ない最大非対向部Ｙの長さを定着ローラ２１の周長の１／３以下、望ましくは１／４以下とする。これにより、定着ローラ２１の周方向の温度ムラが改善されるため、スタンバイ時に定着ローラ２１を停止することができる。ここで、スタンバイ時とは、定着ローラの温度が所定の目標温度に達することにより加熱処理が実行可能状態から、所定時間の間画像加熱開始信号がこない場合に定着ローラの温調温度を所定温度だけ下げて待機しているときのことをいう。
【００６２】
また、定着ローラ２１の発熱量は、定着ニップ部Ｎから定着ローラ２１の回転方向に関する上流半分の領域と、下流半分の領域とでは、上流半分の領域の方が下流半分の領域よりも多くする。そして、対向部Ｘには発熱ピーク部を有し、発熱ピーク部は、定着ニップ部の回転上流方向に配置される。これにより、定着ニップ上流部を効率よく加熱することができるため、連続定着動作時においても良好な定着画像を得ることが出来る。
【００６３】
つまり、回転加熱体である定着ローラ２１について、擬似全周加熱構成をとることで、局部加熱と全周加熱の両方のメリットを得たものである。すなわち、略全周加熱でありながら、ニップ部直前に発熱を集中できるので、高速化に有利であり、スタンバイ中も空回転を必要としないため消費電力も小さくなる。
【００６４】
なお、以上説明した実施例１の構成は、本発明を限定するために記載されたものではなく、適用する加熱定着装置に応じて種々の変更を加えることが可能である。
【００６５】
例えば、上述した実施例１の構成において回転発熱体として定着ローラ２１を例示したが、回転発熱体は、図１１に示すように、ニッケル等のフレキシブルな金属エンドレスベルト２１Ａであっても適用可能である。エンドレスベルト２１Ａは第一と第二のローラ２６と２７との間に懸回張設されて回転駆動される。第一のローラ２６は弾性ローラにしてあり、加圧ローラ２２は金属ローラにしてある。加圧ローラ２２をベルト２１Ａを挟ませて第一のローラ２６に圧接させて、ベルト２１Ａと加圧ローラ２２との間に定着ニップ部Ｎを形成させている。
【００６６】
また、本実施例１においては、発熱ピーク部は２箇所あるが、発熱ピーク部の個数を限定するものではなく、励磁コイルの巻き方によっては、発熱ピーク部は１ヶ所であっても良い。
【００６７】
さらには、励磁コイルのターン数や、対向部Ｘと非対向部Ｙの角度等も適時最適な構成に変更しても良い。
【００６８】
また、本実施例１の構成においてコイル２５Ａ・２５Ｂは回転発熱体である定着ローラ２１の内部に配置したが、図１２に示すように、定着ローラ２１の外部に近接して配置することも可能である。
【００６９】
本発明の構成によれば、温度ムラ解消のための空回転をしなくても、定着ローラの温度ムラによる画像不良を防止でき、かつ効率よく記録材に熱付与することができる。また、本実施例ではウォーミングアップ中は、定着ローラを回転させる構成にしているが、回転しない構成でもよい。
【実施例２】
【００７０】
図１３は、本発明の実施例２の形態に係る誘導加熱方式の定着装置の概略を示す横断面図である。
【００７１】
回転発熱体としての定着ローラ２１と励磁コイルとのギャップが大きければ、対向する定着ローラ部分に導かれる磁束が少なくなる。そのため、その定着ローラ部分に誘導される渦電流が少なくなって、ジュール発熱も少なくなる。
【００７２】
そこで、図１３に示す本実施例２においては、上流側コイル２５Ａと下流側コイル２５Ｂはどちらも１０ターン巻きにし、定着ローラ２１とのギャップは、上流側コイル２５Ａについては１．０ｍｍ、下流側コイル２５Ｂについては３．０ｍｍとした。
【００７３】
この場合も、上記実施例１と同様に、回転発熱体である定着ローラ２１の周方向の温度ムラが改善され、スタンバイ中にも定着ローラ２１を停止することができた。
【００７４】
また、定着ローラ２１の発熱量は、定着ニップ部Ｎから定着ローラ２１の回転方向に関する上流半分の領域の方が下流半分の領域よりも多く、対向部には発熱ピーク部を有し、発熱ピーク部は、定着ニップ部の回転上流方向に配置される。この構成により、定着ニップ上流部を効率よく加熱することができるため、連続定着動作時においても良好な定着画像を得ることができた。
【００７５】
なお、以上説明した実施例２の構成も、本発明を限定するために記載されたものではなく、例えば定着ローラと励磁コイルのギャップ等は、適用する加熱定着装置に応じて種々の変更を加えることが可能である。また、本実施例２は、上述の実施例１の構成と組み合わせることも可能である。
【実施例３】
【００７６】
図１４は、本発明の実施例３の形態に係る誘導加熱方式の定着装置の概略を示す横断面図である。
【００７７】
励磁コイルにおいて、隣り合う縒り線の間隔が大きければ、対向する定着ローラ部分に導かれる磁束密度が少なくなるため、その定着ローラ部分に誘導される渦電流が少なくなって、ジュール発熱も少なくなる。
【００７８】
そこで、図１４に示す実施例３においては、定着ローラ２１とのギャップは、上流側コイル２５Ａと下流側コイル２５Ｂのどちらも１．０ｍｍに保持させる。そして、上流側コイル２５Ａは縒り線の間隔を空けないように８ターン巻きにし、下流側コイル２５Ｂは縒り線の間隔を１．５ｍｍに保ちつつ８ターン巻きにした。
【００７９】
この場合も、回転発熱体である定着ローラ２１の周方向の温度ムラが改善され、スタンバイ中にも定着ローラ２１を停止することができた。
【００８０】
また、定着ローラ２１の発熱量は、定着ニップ部Ｎから定着ローラ２１の回転方向に関する上流半分の領域の方が下流半分の領域よりも多く、対向部には発熱ピーク部を有し、発熱ピーク部は、定着ニップ部の回転上流方向に配置される。この構成により、定着ニップ上流部を効率よく加熱することができるため、連続定着動作時においても良好な定着画像を得ることができた。
【００８１】
なお、以上説明した実施例３の構成も、本発明を限定するために記載されたものではなく、例えば励磁コイルの縒り線の間隔等は、適用する加熱定着装置に応じて種々の変更を加えることが可能である。また、本実施例３は、上述の実施例１や実施例２の構成と組み合わせることも可能である。
【実施例４】
【００８２】
図１５は、本発明の実施例４の形態に係る誘導加熱方式の定着装置の概略を示す横断面図である。
【００８３】
図１５の定着装置においては、上流側および下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂで発生する磁束は、コイル付近に配置した磁性コア２８に導かれ、定着ローラ２１の金属導体層に渦電流を誘導する。コア２８としては、透磁率が大きく自己損失の小さい材料が良く、例えばフェライト、パーマロイ、センダスト、珪素鋼板等が適している。
【００８４】
ここで、コア２８と定着ローラ２１のギャップが大きければ、定着ローラ２１に導かれる磁束が少なくなるため、定着ローラに誘導される渦電流が少なくなって、ジュール発熱も少なくなる。
【００８５】
そこで、図１５に示す実施例４においては、定着ローラ２１とコア２８のギャップを、定着ニップ部Ｎの定着ローラ回転方向上流部では０．５ｍｍ、下流部では３．０ｍｍとした。上流側と下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂの縒り線の巻き数はともに１２ターン巻きとし、定着ローラ２１とのギャップは上流側と下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂともに１．０ｍｍとした。
【００８６】
この場合も、回転発熱体である定着ローラ２１の周方向の温度ムラが改善され、スタンバイ中にも定着ローラ２１を停止することができた。
【００８７】
また、定着ローラ２１の発熱量は、定着ニップ部Ｎから定着ローラ２１の回転方向に関する上流半分の領域の方が下流半分の領域よりも多く、対向部には発熱ピーク部を有し、発熱ピーク部は、定着ニップ部の回転上流方向に配置される。この構成により、定着ニップ上流部を効率よく加熱することができるため、連続定着動作時においても良好な定着画像を得ることができた。
【００８８】
なお、以上説明した実施例４の構成も、本発明を限定するために記載されたものではなく、例えば磁性コアの数や配置等は、適用する加熱定着装置に応じて種々の変更を加えることが可能である。
【００８９】
また、図１６に示すように、発熱量の大きい第一の発熱ピーク部付近にのみ磁性コア２８を配置しても良い。
【００９０】
さらに、図１７に示すように、励磁コイル２５と磁性コア２８の間に回転発熱体２１が配置される構成であっても、同様に実施例４を適用可能である。例えば、回転発熱体２１が薄肉の磁性ベルトの場合は、励磁コイルが発生する磁束が磁性ベルトをすり抜けてしまい、磁性ベルトの発熱効率が低下してしまうので、励磁コイル２５と磁性コア２８の間に回転発熱体２１を配置する図１６に示す構成が適している。
【００９１】
さらには、本実施例４は、上述の実施例１から実施例３の構成と組み合わせることも可能である。
【実施例５】
【００９２】
図１８は、本発明の実施例５の形態に係る誘導加熱方式の定着装置の概略を示す横断面図である。
【００９３】
図１８の定着装置においては、上流側および下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂで発生する磁束は、それらのコイル付近にそれぞれ配置した第一の磁性コア２８Ａと第二の磁性コア２８Ｂに導かれて、定着ローラ２１の金属導体層に渦電流を誘導する。
【００９４】
ここで、第一と第二のコア２８Ａ・２８Ｂは、比透磁率が大きければ、定着ローラ２１に導かれる磁束が多くなるため、定着ローラ２１に誘導される渦電流が多くなって、ジュール発熱も多くなる。
【００９５】
そこで、図１８に示す実施例５においては、定着ニップ部Ｎの定着ローラ回転方向上流部に配置される第一の磁性コア２８Ａには、比透磁率１８００のフェライトコアを用いた。また、下流部に配置される第二の磁性コア２８Ｂには、比透磁率１０００のフェライトコアを用いた。
【００９６】
上流側と下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂの縒り線の巻き数はともに１２ターン巻きとし、定着ローラ２１とのギャップは上流側と下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂともに１．０ｍｍとした。
【００９７】
この場合も、回転発熱体である定着ローラ２１の周方向の温度ムラが改善され、スタンバイ中にも定着ローラ２１を停止することができた。
【００９８】
また、定着ローラ２１の発熱量は、定着ニップ部Ｎから定着ローラ２１の回転方向に関する上流半分の領域の方が下流半分の領域よりも多く、対向部には発熱ピーク部を有し、発熱ピーク部は、定着ニップ部の回転上流方向に配置される。この構成により、定着ニップ上流部を効率よく加熱することができるため、連続定着動作時においても良好な定着画像を得ることができた。
【００９９】
なお、以上説明した実施例５の構成も、本発明を限定するために記載されたものではなく、例えば磁性コア２８Ａ・２８Ｂの比透磁率等は、適用する定着装置に応じて種々の変更を加えることが可能である。
【０１００】
また、本実施例５は、上述の実施例１から実施例４の構成と組み合わせることも可能である。
【実施例６】
【０１０１】
図１９は、本発明の実施例６の形態に係る誘導加熱方式の定着装置の概略を示す横断面図である。
【０１０２】
本実施例６の定着装置も、上流側および下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂで発生する磁束は、それらのコイル付近にそれぞれ配置した第一の磁性コア２８Ａと第二の磁性コア２８Ｂに導かれて、定着ローラ２１の金属導体層に渦電流を誘導する。
【０１０３】
ここで、第一と第二のコア２８Ａ・２８Ｂは、定着ローラ２１の回転方向の幅が大きければ、定着ローラ２１に導かれる磁束が多くなるため、定着ローラ２１に誘導される渦電流が多くなって、ジュール発熱も多くなる。
【０１０４】
そこで、図１９に示す実施例６においては、第一と第二のコア２８Ａ・２８Ｂは、いずれも比透磁率１８００のフェライトコアを用い、定着ローラ２１の回転方向の幅を異ならせた。具体的には、定着ニップ部Ｎの定着ローラ回転方向上流部に配置される第一のコア２８Ａは、定着ローラ回転方向の幅は８．０ｍｍとし、また、下流部に配置される第二のコア２８Ｂは、定着ローラ回転方向の幅は５．０ｍｍとした。
【０１０５】
上流側と下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂの縒り線の巻き数はともに１２ターン巻きとし、定着ローラ２１とのギャップは上流側と下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂともに１．０ｍｍとした。
【０１０６】
この場合も、回転発熱体である定着ローラ２１の周方向の温度ムラが改善され、スタンバイ中にも定着ローラ２１を停止することができた。
【０１０７】
また、定着ローラ２１の発熱量は、定着ニップ部Ｎから定着ローラ２１の回転方向に関する上流半分の領域の方が下流半分の領域よりも多く、対向部には発熱ピーク部を有し、発熱ピーク部は、定着ニップ部の回転上流方向に配置される。この構成により、定着ニップ上流部を効率よく加熱することができるため、連続定着動作時においても良好な定着画像を得ることができた。
【０１０８】
なお、以上説明した実施例６の構成も、本発明を限定するために記載されたものではなく、例えば磁性コア２８Ａ・２８Ｂの定着ローラ回転方向等は、適用する定着装置に応じて種々の変更を加えることが可能である。
【０１０９】
また、本実施例６は、上述の実施例１から実施例５の構成と組み合わせることも可能である。
【実施例７】
【０１１０】
図２０は、本発明の実施例７の形態に係る誘導加熱方式の定着装置の概略を示す横断面図である。
【０１１１】
本実施例６の定着装置は、上流側コイル２５Ａと下流側コイル２５Ｂを直列接続しないで、上流側コイル２５Ａには第一の高周波電源４１Ａから、下流側コイル２５Ｂには第二の高周波電源４１Ｂから、それぞれ高周波電流を流す構成にしてある。ｈとｉはコイル２５Ｂ側の給電端子である。
【０１１２】
温度センサＴＨは、定着ローラ２１の表面温度を検出する。コントローラ部１７は、この検出信号に基づいて、定着ローラ２１の温度が最適となるように、上流側コイル２５Ａに高周波電流を印加する第一の高周波電源４１Ａと、下流側コイル２５Ｂに高周波電流を印加する第二の高周波電源４１Ｂをそれぞれ制御する。
【０１１３】
ここで、上流側と下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂに印加される高周波電流は、周波数が大きければ、定着ローラ２１に導かれる磁束の変化量が大きくなるため、定着ローラ２１に誘導される渦電流が多くなって、ジュール発熱も多くなる。
【０１１４】
そこで、図２０に示す実施例７においては、第一の高周波電源４１Ａは、上流側コイル２５Ａに４０ｋＨｚの高周波電流を印加し、また、第二の高周波電源４１Ｂは、下流側コイル２５Ｂに２０ｋＨｚの高周波電流を印加するようにした。
【０１１５】
上流側と下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂの縒り線の巻き数はともに１２ターン巻きとし、定着ローラ２１とのギャップは上流側と下流側のコイル２５Ａ・２５Ｂともに１．０ｍｍとした。
【０１１６】
この場合も、回転発熱体である定着ローラ２１の周方向の温度ムラが改善され、スタンバイ中にも定着ローラ２１を停止することができた。
【０１１７】
また、定着ローラ２１の発熱量は、定着ニップ部Ｎから定着ローラ２１の回転方向に関する上流半分の領域の方が下流半分の領域よりも多く、対向部には発熱ピーク部を有し、発熱ピーク部は、定着ニップ部の回転上流方向に配置される。この構成により、定着ニップ上流部を効率よく加熱することができるため、連続定着動作時においても良好な定着画像を得ることができた。
【０１１８】
なお、以上説明した実施例７の構成も、本発明を限定するために記載されたものではなく、例えばそれぞれの励磁コイル２５Ａ・２５Ｂに印加する高周波電流の周波数は、適用する定着装置に応じて種々の変更を加えることが可能である。同様に、それぞれの励磁コイル２５Ａ・２５Ｂに印加する電流量を変化させてもよい。
【０１１９】
また、図２１のように、上流側コイル２５Ａと下流側コイル２５Ｂの両方、もしくは片方を回転発熱体２１の外部に配置しても、本実施例７を適用可能である。
【０１２０】
さらには、本実施例７は、上述の実施例１から実施例６の構成と組み合わせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】実施例１における画像形成装置の概略構成図
【図２】（ａ）は実施例１における定着装置の正面模式図、（ｂ）はその縦断正面模式図
【図３】定着装置の要部の横断側面模式図と給電制御系のブロック図
【図４】コイルアセンブリのコイルホルダ２４と第一と第二の励磁コイルの分解斜視模式図
【図５】対向部と非対向部を説明する概略図
【図６】実施例１における、定着ローラの周方向の温度差を示す図表
【図７】実施例１における、第一の発熱ピーク部と第二の発熱ピーク部を説明する図
【図８】実施例１における、定着ローラの周方向の発熱分布を示す図
【図９】比較例１の形態を説明する概略図
【図１０】比較例２の形態を説明する概略図
【図１１】実施例１の定着装置の他の構成形態の概略図（その１）
【図１２】実施例１の定着装置の他の構成形態の概略図（その２）
【図１３】実施例２の定着装置形態を説明する概略図
【図１４】実施例３の定着装置形態を説明する概略図
【図１５】実施例４の定着装置形態を説明する概略図
【図１６】実施例４の定着装置の他の構成形態の概略図（その１）
【図１７】実施例４の定着装置の他の構成形態の概略図（その２）
【図１８】実施例５の定着装置形態を説明する概略図
【図１９】実施例６の定着装置形態を説明する概略図
【図２０】実施例７の定着装置形態を説明する概略図
【図２１】実施例７の定着装置の他の構成形態の概略図
【図２２】一般的な励磁コイルと回転発熱体の配置を説明する概略図
【図２３】励磁コイルが発生する磁束の方向と発熱量分布を説明する概略図
【符号の説明】
【０１２２】
１７・・コントローラ部（ＣＰＵ）、２１・・回転発熱体（定着ローラ）、２２・・加圧体（加圧ローラ）、２３・・コイルアセンブリ、２４・・コイルホルダ、２５（２５Ａ・２５Ｂ）・・励磁コイル、２８（２８Ａ・２８Ｂ）・・磁性コア、４１（４１Ａ・４１Ｂ）・・高周波電源、ＴＨ・・温度センサ（温度検知手段）、Ｐ・・記録材、Ｔ・・未定着トナー像、Ｎ・・定着ニップ部
【図１】
2008015082.tif 000003
【図２】
2008015082.tif 000004
【図３】
2008015082.tif 000005
【図４】
2008015082.tif 000006
【図５】
2008015082.tif 000007
【図６】
2008015082.tif 000008
【図７】
2008015082.tif 000009
【図８】
2008015082.tif 000010
【図９】
2008015082.tif 000011
【図１０】
2008015082.tif 000012
【図１１】
2008015082.tif 000013
【図１２】
2008015082.tif 000014
【図１３】
2008015082.tif 000015
【図１４】
2008015082.tif 000016
【図１５】
2008015082.tif 000017
【図１６】
2008015082.tif 000018
【図１７】
2008015082.tif 000019
【図１８】
2008015082.tif 000020
【図１９】
2008015082.tif 000021
【図２０】
2008015082.tif 000022
【図２１】
2008015082.tif 000023
【図２２】
2008015082.tif 000024
【図２３】
2008015082.tif 000025