(57)【要約】【課題】記録紙に充分な熱量を供給し、トナー画像の定着性を安定させる画像定着装置を提供することを目的とする。【解決手段】記録材に形成された未定着画像を定着する回転可能な定着手段１０に対して、交流磁界を印加する磁界発生部材５５により誘導加熱される導電体を含む発熱部材５１を、定着手段１０の表面であって定着手段１０の外周方向に長さを持った長手方向に亘る帯状領域に接触させ、定着手段１０を加熱する外部加熱手段５０を備えている。【選択図】      図１
2004239956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材に形成された未定着画像を定着する回転可能な定着手段と、
前記定着手段を圧接する加圧手段と、
導電体を含む発熱部材と、当該導電体に対し交流磁界を印加する磁界発生部材とを有し、前記定着手段の表面であって当該定着手段の外周方向に長さを持った長手方向に亘る帯状領域に接触して当該定着手段を加熱する外部加熱手段と
を備えたことを特徴とする画像定着装置。
【請求項２】
前記外部加熱手段は、前記定着手段の外周方向の長さが５ｍｍ以上の前記帯状領域を加熱するように配設されたことを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
【請求項３】
前記外部加熱手段は、前記発熱部材がベルト状に構成されたことを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
【請求項４】
前記外部加熱手段は、複数配設されたことを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
【請求項５】
前記外部加熱手段は、前記磁界発生部材がコイルと、当該コイルに交流電流を供給する交流電源を有することを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
【請求項６】
前記交流電源は、電流量および周波数のいずれか又は双方が可変であることを特徴とする請求項５記載の画像定着装置。
【請求項７】
記録材に形成された未定着画像を定着する回転可能な定着ロールと、
前記定着手段を圧接する加圧部材と、
交流磁界を発生させる交流磁界発生部材と、
前記交流磁界発生部材により誘導加熱される導電体層を有し、前記定着ロールの表面と所定の領域で接触して、当該定着ロールを外部から加熱する外部加熱ベルトと
を備えたことを特徴とする画像定着装置。
【請求項８】
前記外部加熱ベルトは、前記定着ロールに対して接離自在に構成されたことを特徴とする請求項７記載の画像定着装置。
【請求項９】
前記外部加熱ベルトは、前記導電体層が強磁性体で構成され、当該外部加熱ベルトの内側であって前記定着ロールの表面と接触する前記領域の近傍に吸着磁界発生部材をさらに配設したことを特徴とする請求項８記載の画像定着装置。
【請求項１０】
前記外部加熱ベルトは、表面温度がトナーの軟化点以下である場合に前記定着ロールから離隔されることを特徴とする請求項８記載の画像定着装置。
【請求項１１】
記録材上に画像情報に応じた未定着画像を形成する未定着画像形成手段と、
回転可能な定着部材と、当該定着部材を圧接する加圧部材とにより前記記録材上に形成された未定着画像を定着する画像定着手段とを備え、
前記画像定着手段は、磁界発生部材により誘導加熱される導電体を含む発熱部材を、前記定着部材の表面であって当該定着部材の外周方向に長さを持った長手方向に亘る帯状領域に接触させて、当該定着部材が加熱されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
前記画像定着手段は、前記発熱部材の発熱量を可変に構成したことを特徴とする請求項１１記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記画像定着手段は、前記記録材に応じて前記発熱部材の発熱量を可変に構成したことを特徴とする請求項１２記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像定着装置に関し、より詳しくは例えば電子写真方式を利用した画像形成装置に用いられる画像定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置は、例えばドラム状に形成された感光体を一様に帯電し、この感光体を画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーで可視像とし、さらにこの可視像を記録紙に転写し、これを画像定着装置によって定着して画像形成している。
【０００３】
かかる画像形成装置に用いられる画像定着装置は、図９に示したように、ＳＵＳなどの円筒で構成された芯金にシリコンゴムが被覆され、芯金内部に発熱体としてのハロゲンヒータを備えた定着ロール２０１と、同様に構成された加圧ロール２０２とが圧接されて構成されている。回転駆動される定着ロール２０１とこれに従動回転する加圧ロール２０２とは、圧接部において一定幅のニップ部２０３を形成している。そしてトナー画像２０５の転写された記録紙２０４はニップ部２０３を通過することで、トナー画像２０５が加熱および加圧されて記録紙２０４上に定着される。
【０００４】
ここで、従来技術として、定着ロールと加圧ロールとで挟持しながらトナー画像を定着する技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２４００６０号公報（第４頁、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像定着装置では、記録紙が加熱ロールと加圧ロールとで形成されるニップ部を通過する際に、加熱ロールおよび加圧ロールから記録紙に熱が移行するためにそれぞれの表面温度が下がり、記録紙の後端側ほど充分な熱を供給することができない。そのためにトナー画像の定着性が低下し、特にミラーコート紙２５６ＧＳＭではそれが顕著となることから、プロセススピードを低速に設定しなければならないという技術的課題がみられた。
また、加熱ロールおよび加圧ロールから記録紙への熱の供給量を増やすために、ヒータへの電力を大きくすると、加熱ロールおよび加圧ロールに被覆されたシリコンゴムが剥がれるという現象が生じ、ヒータへ供給する電力量には一定の限界があるという技術的課題もあった。
【０００７】
なお、上記の特許文献１に記載された技術では、記録紙に充分な熱量を供給し、トナー画像の定着性を安定させるための有効な技術は開示されていない。
【０００８】
そこで本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、記録紙に充分な熱量を供給し、トナー画像の定着性を安定させる画像定着装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明の画像定着装置は、記録材に形成された未定着画像を定着する回転可能な定着手段に対して、交流磁界を印加する磁界発生部材により誘導加熱される導電体を含む発熱部材を、定着手段の表面であって定着手段の外周方向に長さを持った長手方向に亘る帯状領域に接触させ、定着手段を加熱する外部加熱手段を備えたことを特徴としている。これによって、記録紙に充分な熱量を供給し、トナー画像の定着性を安定させることを可能とするものである。
【００１０】
かかる構成の画像定着装置では、外部加熱手段は、定着手段の外周方向の長さが５ｍｍ以上の帯状領域を加熱するように配設されたことを特徴とすることができる。また、外部加熱手段は、発熱部材がベルト状に構成されたことを特徴とすることができる。さらに、外部加熱手段は、複数配設されたことを特徴とすることができる。また、外部加熱手段は、磁界発生部材がコイルと、コイルに交流電流を供給する交流電源を有することを特徴とすることができる。特に、交流電源は、電流量および周波数のいずれか又は双方が可変であることを特徴とすることができる。
【００１１】
また、本発明の画像定着装置は、記録材に形成された未定着画像を定着する回転可能な定着ロールと、定着手段を圧接する加圧部材と、交流磁界を発生させる交流磁界発生部材と、交流磁界発生部材により誘導加熱される導電体層を有し、定着ロールの表面と所定の領域で接触して、定着ロールを外部から加熱する外部加熱ベルトとを備えたことを特徴としている。かかる構成の画像定着装置では、外部加熱ベルトは、定着ロールに対して接離自在に構成されたことを特徴とすることができる。また、外部加熱ベルトは、導電体層が強磁性体で構成され、外部加熱ベルトの内側であって定着ロールの表面と接触する領域の近傍に吸着磁界発生部材をさらに配設したことを特徴とすることができる。さらに、外部加熱ベルトは、表面温度がトナーの軟化点以下である場合に定着ロールから離隔されることを特徴とすることができる。
【００１２】
また、本発明を画像形成装置として捉え、記録材上に画像情報に応じた未定着画像を形成する未定着画像形成手段と、回転可能な定着部材と、定着部材を圧接する加圧部材とにより記録材上に形成された未定着画像を定着する画像定着手段とを備え、画像定着手段は、磁界発生部材により誘導加熱される導電体を含む発熱部材を、定着部材の表面であって定着手段の外周方向に長さを持った長手方向に亘る帯状領域に接触させて、定着部材が加熱されることを特徴としている。かかる構成の画像形成装置では、画像定着手段は、発熱部材の発熱量を可変に構成したことを特徴とすることができる。特に、画像定着手段は、記録材に応じて発熱部材の発熱量を可変に構成したことを特徴とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明について詳細に説明する。◎  実施の形態１
図１に示すものは、本実施の形態における画像定着装置を説明する概略断面図である。この画像定着装置１は、加熱源を内蔵した定着ロール１０、３つの支持ロール２０、２１、２２に張架され定着ロール１０に圧接されるエンドレスベルト３０、エンドレスベルト３０の所定の範囲を定着ロール１０に向けてベルト内周面側から当接して押圧する圧力付与部材４０、定着ロール１０を外部から加熱する外部加熱部材５０を備えている。
【００１４】
定着ロール１０は、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で形成された円筒状の芯金１１上に、弾性材料で構成される弾性体層１２と、耐熱性に優れた弾性材料で構成される表面層１３とを積層して構成された、直径６５ｍｍのロールである。芯金１１の円筒内部には、加熱源としての２本のハロゲンヒータ１４が配設されている。また、定着ロール１０の表面には、定着ロール１０の表面温度を計測する温度センサ１５が定着ロール１０の表面と接触するように配設されている。
定着ロール１０は、図示しない支持機構により回転自在に支持され、図示しない駆動装置によって図中の矢印方向に所定の速度で回転する。また、温度センサ１５の計測信号により、図示しない温度制御部でハロゲンヒータ１４が制御されて、定着ロール１０の表面温度が所定の温度（例えば１６０℃）に維持されるように構成されている。
【００１５】
エンドレスベルト３０は、ポリイミドフィルム等の樹脂フィルムにより形成される。そして回転自在に支持されている３つの支持ロール２０、２１、２２に張架された状態で配設されている。
支持ロール２０は、定着ロール１０の最下点よりも回転方向下流側に位置し、図示しない加圧機構により定着ロール１０に圧接された状態で回転自在に配設されている。また、支持ロール２１は、定着ロール１０の最下点から水平方向上流側に位置し、回転自在に配設されている。支持ロール２１の内部には、画像定着装置１の立ち上げ時における定着ロール１０からエンドレスベルト３０への熱伝導による定着ロール１０の急激な温度低下を防止するため、エンドレスベルト３０を予め一定の温度に高めておくためのハロゲンヒータ２３が配設されている。
【００１６】
さらに、支持ロール２２は、一端が固定された軸受けに支持され、他端が変位駆動機構により水平方向に移動可能な軸受けによって支持されている。そして支持ロール２２は、エンドレスベルト３０の蛇行走行を検出する図示しないセンサからの検知信号に基づいて動作する駆動制御部により変位駆動機構が制御されて、エンドレスベルト３０の蛇行を抑止する方向に所定量だけ移動するように構成されている。
【００１７】
このように、エンドレスベルト３０は３つの支持ロール２０、２１、２２に所定の張力を加えられながら張架されている。特に、２つの支持ロール２０、２１により、エンドレスベルト３０の外周面が定着ロール１０の表面に所定量だけ巻きついた状態で圧接するように支持されている。これによって、未定着トナー像を担持した記録紙３５が定着ロール１０との間に挟持されるニップＮが形成される。また、支持ロール２２により、支持ロール２０と支持ロール２１から定着ロール１０とは反対側に位置するエンドレスベルト３０の部分が支持されるとともに、エンドレスベルト３０の蛇行が抑止される。
【００１８】
さらに、エンドレスベルト３０には、エンドレスベルト３０に摺擦してエンドレスベルト３０表面を清掃するクリーニングロール２４が配設されている。クリーニングロール２４は、芯金と、芯金の表面に形成された多孔質のスポンジ層とで構成されている。スポンジ層には、ジメチルシリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、或いはポリエステルワックスなどの離型剤が含浸され、エンドレスベルト３０表面へのトナーの付着を防止している。なお、芯金の表面に形成されたスポンジ層は、ゴアテックス（商標名）を表面に被覆したＰＴＦＥ（フッ素樹脂の多孔質体）で形成してもよい。
【００１９】
また、支持ロール２１の上流側には未定着トナー像を担持する記録紙３５をニップＮに送り込むように誘導する入口ガイド２７が配設されている。さらに、支持ロール２０の下流側にはニップＮを通過して定着ロール１０から剥離される記録紙３５を排出させるように誘導する排紙ガイド２８が配設され、排紙ロール２９により装置外部に排出される。
【００２０】
圧力付与部材４０は、図２に示すように、共にステンレス等で形成される上面が平滑な支持プレート４１と支持プレート受け４２との分割構造からなる支持体、支持体の支持プレート４１の上面に取り付けられるシリコーンゴム（ゴム硬度２３°）からなる弾性層４３、ポリテトラフルオロエチレンを含浸させたガラス繊維シート（中興化成製：ＦＧＦ−４００−４）からなる低摩擦層４４で構成されている。
【００２１】
支持プレート４１は断面Ｔ字形状からなり、その下面に定着ロール１０の軸方向に沿った凸状部４１ａが形成されている。支持プレート受け４２は、その上面に支持プレート４１の下面の凸状部４１ａが嵌合される凹溝４２ａが形成されるとともに、その下面の両端部を僅かに除く部分に張出部４２ｂが形成されている。弾性層４３は、その上面が定着ロール１０の表面に沿うような曲面形状に形成されるとともに、支持ロール２０と定着ロール１０との当接部近傍まで延びるような形状に形成されている。これにより、エンドレスベルト３０がニップＮを形成する範囲内では定着ロール１０の表面に沿って確実に密着させることができるように構成されている。低摩擦層４４は、支持プレート４１と支持プレート受け４２と弾性層４３とを一体化したものの周囲全体を１周するように巻き付けた状態で取り付けられている。
【００２２】
また、圧力付与部材４０は、弾性層４３が取り付けられた支持プレート４１を支持プレート受け４２に嵌合させ、ネジ等により一体化させて加圧フレーム４５に着脱自在に取り付けられている。そして加圧フレーム４５は一端が画像定着装置１本体の図示しない支軸に軸孔４５ｂを介して揺動自在に取り付けられるとともに、加圧フレーム４５の下部側がコイルスプリング４６により定着ロール１０に向けて所定の圧力で付勢されるようになっている。
【００２３】
次に、外部加熱部材５０について説明する。外部加熱部材５０は、定着ロール１０に接触しながら定着ロール１０に従動するヒートベルト５１、ヒートベルト５１を張架するとともにヒートベルト５１を従動回転させる３本の回転ロール５２、５３、５４、ヒートベルト５１面に対し略直交した交流磁界を発生させる磁界発生手段としての電磁石５５を備えている。
【００２４】
ヒートベルト５１は、原形が直径８０ｍｍの円筒形状に形成された無端ベルトである。ヒートベルト５１の層構造は、図３に示したように、耐熱性の高いシート状部材からなる基材層５１１、基材層５１１の上に積層された導電層５１２、最も上層となる表面離型層５１３の少なくとも３層を基本に備えている。
ヒートベルト５１の基材層５１１は、厚さ１０〜１００μｍ、さらに好ましくは５０〜１００μｍ（例えば、７５μｍ）の耐熱性の高いシートで形成され、例えばポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド等の耐熱性の高い合成樹脂からなるものが使用できる。
【００２５】
ここで本実施の形態では、無端ベルトからなるヒートベルト５１は、その両端部が回転ロール５２、５３、５４の両端部に設けられたフランジに突き当たることによって、ヒートベルト５１の蛇行が規制されるように構成されている。図４は、一例としてヒートベルト５１が回転ロール５２に支持されている場合の片側端部を示した概略断面図である。回転ロール５２の両端部にはフランジ５２１が配設され、両フランジ５２１の内壁面間の距離がヒートベルト５１の幅よりも若干長くなるように構成されている。そのため、ヒートベルト５１の基材層５１１としては、ヒートベルト５１の回転中に端部がフランジ５２１に突き当たった場合でも、このヒートベルト５１に座屈等が生じない程度の剛性を有する必要があり、例えば、厚さ５０μｍのポリイミド製のシートが使用されている。
【００２６】
また、ヒートベルト５１の導電層５１２は、電磁石５５によって生じる交流磁界の電磁誘導作用により誘導発熱する層であり、鉄・コバルト・ニッケル・ＳＵＳ・アルミニウム・銅・クロム・銀等の金属を１〜１００μｍ程度の厚みで形成したものが用いられる。ここで、アルミニウム・銅・銀等の電気伝導率の大きな金属では、後述する渦電流によるジュール熱を大きくするために、見かけの抵抗値が高くなるように構成している。すなわち、抵抗値Ｒは、Ｒ＝ρｌ／Ｓ（ρ：抵抗率、ｌ：長さ、Ｓ：断面積）で表されるため、導電層５１２の厚さを薄く構成することによって断面積Ｓを小さくすれば、見かけの抵抗値を高く構成することができる。したがって、導電層５１２として電気伝導率の大きな金属を用いる場合には、導電層５１２の厚さは数μｍ、例えば５〜１０μｍに形成する。他方、鉄・コバルト・ニッケル・ＳＵＳ等の電気伝導率の比較的大きくない金属では、材料自体がある程度高い抵抗率ρを有しているので、導電層５１２の厚さは例えば３０〜１００μｍに形成される。ただし、ヒートベルト５１は後述するように定着ロール１０と帯状の領域で接触するように構成されているため、フレキシブルなベルトである必要があり、そのために導電層５１２は薄層に形成することが好ましい。
【００２７】
また、ヒートベルト５１の表面離型層５１３は、未定着トナー像を担持する記録紙３５からオフセットしたトナーが付着した定着ロール１０と直接接触する層であるため、離型性のよい材料を使用することが必要である。この表面離型層５１３を構成する材料としては、例えば、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン共重合体、またはこれらの複合層等が挙げられる。表面離型層５１３は、これらの材料のうちから適宜選択されたものを、１〜１００μｍの厚さでヒートベルト５１の最上層に設けたものである。この表面離型層５１３の厚さは、薄すぎると耐摩耗性の観点から耐久性に難が生じて、ヒートベルト５１の寿命が短くなる一方で、厚すぎるとヒートベルト５１自体の熱容量が大きくなり、定着ロール１０への熱エネルギーの伝達効率が悪くなるという問題が生じる。このため、表面離型層５１３の厚さは、耐久性および熱エネルギー伝達効率の観点から適宜設定することが必要である。
【００２８】
上述した観点から、ヒートベルト５１は、一例として、厚さ５０μｍのニッケル電鋳ベルトにプライマー層を介してシリコンゴムを厚さ１００μｍで被覆して構成されている。この場合、ニッケル電鋳ベルトが基材層５１１および導電層５１２を兼ねている。また他の例として、厚さ５０〜７０μｍのポリイミド上に５〜１０μｍの銅メッキを施し、さらにその銅メッキ面にシリコンゴムを厚さ１００μｍで被覆して構成されている。さらに、表面離型層５１３としてのシリコンゴムの表面に厚さ数μｍのフッ素樹脂を設けるように構成してもよい。
【００２９】
ここで、回転ロール５２、５３、５４は、アルミニウムや鉄などの金属で形成された芯金にフッ素コートされた厚さ２０μｍのＰＦＡを被覆して構成され、図示しない駆動手段によって定着ロール１０と同方向に回転する。そして、ヒートベルト５１は、回転ロール５２、５３、５４によって張架され、定着ロール１０の表面の外周方向に長さを持った長手方向に亘る帯状の領域と接触しながら定着ロール１０と従動する。すなわち、ヒートベルト５１が定着ロール１０と接触する領域は、定着ロール１０の表面の外周方向には長さＬを有し、定着ロール１０の長手方向は少なくとも最大画像幅以上の長さで形成される帯状に広がる領域である。かかる帯状領域は、定着ロール１０の外周方向の長さＬが５ｍｍ以上の広がりを有している。
【００３０】
ここで、例えば、直径６５ｍｍの定着ロール１０に単なるロールが圧接される場合を考える。ロールの材質により異なりがあるものの、一般的にはこのロールによって形成されるニップ幅は３〜４ｍｍ程度とすることができる。本実施の形態では、上述の外周方向の長さＬを、このロールによって形成されるニップ幅を超える長さにすることで、定着ロール１０に対する充分な熱の伝達を可能とするものである。
【００３１】
次に、磁界発生手段としての電磁石５５について説明する。電磁石５５は、ヒートベルト５１の移動方向と直交する方向を長手方向とする横長に形成された部材であり、被加熱部材であるヒートベルト５１とは０．５〜２ｍｍ程度のギャップを保持して、ヒートベルト５１の外側に配設されている。
図５は電磁石５５の構成を説明する断面図である。図５に示したように、電磁石５５は、磁界を発生させる励磁コイル５５１と、磁路を形成する強磁性体からなる磁心５５２と、励磁コイル５５１に対してヒートベルト５１とは反対側に設けられた磁場遮蔽部材５５３と、励磁コイル５５１に電流を供給する励磁回路５５４で形成されている。
【００３２】
励磁コイル５５１としては、例えば、相互に絶縁された直径φ０．５ｍｍの銅線材を１６本束ねたリッツ線を直線状に所定の本数だけ並列的に配置したものが用いられる。
この励磁コイル５５１には、励磁回路５５４によって所定の周波数の交流電流が印加される。これによって励磁コイル５５１の周囲には交流磁界Ｈが発生する。この交流磁界Ｈがヒートベルト５１の導電層５１２を横切る際に、この導電層５１２には、電磁誘導作用によってその交流磁界Ｈの変化を妨げる磁界を発生するように渦電流Ｂが生じる。この励磁コイル５５１に印加する交流電流の周波数は、例えば、１０〜５０ｋＨｚに設定されるが、本実施の形態では３０ｋＨｚに設定されている。
このように、渦電流Ｂがヒートベルト５１の導電層５１２を流れることによって、この導電層５１２の抵抗値Ｒに比例した電力Ｗ（Ｗ＝Ｂ２Ｒ）によるジュール熱が発生し、ヒートベルト５１を加熱するものである。
【００３３】
また、磁心５５２は、強磁性体であるフェライト等で構成されている。励磁コイル５５１で発生した磁束はこの磁心５５２の内部を通過する磁路を形成するので、磁束を効率よく集中させることができ、ヒートベルト５１に対する加熱効率を上げることができる。そのため、励磁回路５５４における励磁コイル５５１に交流電流を印加する高周波電源の周波数を低く設定することや、励磁コイル５５１の巻き線数を少なく設定することが可能となり、電源の小型化、励磁コイル５５１の小型化、低コスト化を実現することができる。
【００３４】
また、磁場遮蔽部材５５３は、鉄・コバルト・ニッケル・フェライト等の磁性材料で構成されている。この磁場遮蔽部材５５３は、励磁コイル５５１から外部に漏れた磁束を集めて磁路を形成するものであり、効率のよい加熱を可能とするとともに、磁束が画像定着装置１の外に漏れて周辺部材が不本意に加熱されるのを防止することができる。
【００３５】
次に、画像定着装置１の動作について説明する。まず、図示しない画像形成装置からの画像形成動作の開始信号を受けて、定着ロール１０の表面がハロゲンヒータ１４の加熱により所定の設定温度となり、定着ロール１０が矢印方向に回転を始める。これと同期してエンドレスベルト３０が３つの支持ロール２０、２１、２２に張架された状態で定着ロール１０に従動して矢印方向に回転し始める。さらに、外部加熱部材５０のヒートベルト５１が回転ロール５２、５３、５４に張架された状態で定着ロール１０に従動して矢印方向に回転し始める。
【００３６】
その際、エンドレスベルト３０は、支持ロール２０、２１による支持と圧力付与部材４０による押圧とにより、定着ロール１０との間にニップＮを形成した状態で回転する。そして、トナー像が担持された記録紙３５がニップＮに搬送されて通過することにより、そのトナー像を構成するトナーが加熱加圧されて記録紙３５上に定着される。定着処理後の記録紙３５は、支持ロール２０による押圧により弾性変形する定着ロール１０の弾性体層１２の領域を通過した後に、剥離装置を使用しなくとも定着ロール１０の表面から自然に剥離され、排紙ガイド２８へ排出される。
【００３７】
一方、外部加熱部材５０では、電磁石５５からの誘導加熱によりヒートベルト５１が加熱され、ヒートベルト５１から定着ロール１０に熱が供給される。具体的にはヒートベルト５１は、定着ロール１０の表面温度１６０℃よりも１５°だけ高い１７５℃に加熱される。加熱されたヒートベルト５１は定着ロール１０に熱を供給し、定着ロール１０の表面温度を迅速に所定温度に回復することが可能である。
【００３８】
すなわち、定着ロール１０は、未定着トナー像を担持する記録紙３５をニップＮで加熱定着する際に記録紙３５に熱が奪われ、定着ロール１０がニップＮを通過した後は、定着ロール１０の表面温度は低下する。特に、連続してプリントする場合や熱容量の大きな厚紙やＯＨＰシートをプリントする場合等には、定着ロール１０の表面温度の低下は著しい。これに対し、本実施の形態における画像定着装置１では、外部加熱部材５０の加熱されたヒートベルト５１が定着ロール１０の表面とは定着ロール１０の外周方向に長さＬを持った長手方向に亘る帯状の領域で接触するので、定着ロール１０に対して即時かつ充分な熱を供給することが可能である。このため、定着ロール１０の表面温度がニップＮを通過して低下しても、定着ロール１０が１回転する間に外部加熱部材５０から熱が充分に伝達されるので、再度ニップＮに到達するまでの間に定着ロール１０の表面温度を所定の温度に回復させることができる。したがって、連続してプリントする場合や厚紙やＯＨＰシートをプリントする場合等においても、充分な定着性を得ることができる。
【００３９】
特に、外部加熱部材５０において電磁石５５からの誘導加熱によりヒートベルト５１を直接加熱するので、ヒートベルト５１の温度を急速に上昇させることができる。このため、画像定着装置１の立ち上げ時や定着ロール１０の表面温度の低下が著しい場合においても、定着ロール１０に対して即時かつ充分な熱を供給することが可能である。
【００４０】
ここで図６は、外部加熱部材５０を配設した場合と、外部加熱部材５０を配設しない場合とにおける立ち上がり時からの定着ロール１０表面温度の変化を示した図である。図６に示すように、外部加熱部材５０を配設しない場合には、定着ロール１０の表面温度はプリント動作を重ねるに従い徐々に低下してしまうが、外部加熱部材５０を配設した場合にはプリント動作を重ねても、定着ロール１０表面温度をほぼ１９０℃に安定させることが可能となる。
【００４１】
また、ヒートベルト５１を加熱する熱量を変えることにより、記録紙３５の定着画像の光沢を調整することが可能であり、ヒートベルト５１に加える熱量を増やすほど定着画像の光沢を出すことができる。例えば、励磁回路５５４から励磁コイル５５１に供給する交流電流の電流量や周波数を変化させ、ヒートベルト５１の導電層５１２を横切る交流磁界Ｈの強さを変えることによって、ミラーコート紙での光沢は、７５度法で２０差得ることができた。また、記録紙３５の先端部と後端部とで一定の光沢を得ることができ、定着画像全体をフラットな光沢で形成することが可能となった。
【００４２】
このように、励磁回路５５４から励磁コイル５５１に供給する交流電流の電流量や周波数を変化させ、ヒートベルト５１の導電層５１２を横切る交流磁界Ｈの強さを変えることによって渦電流Ｂを調整して、ヒートベルト５１に加える熱量を急速に制御することができるので、定着画像を所望の光沢に細かく調整することが可能である。さらに、記録材である記録紙３５の種類に応じて、励磁コイル５５１に供給する交流電流の電流量や周波数を変化させることによって、定着画像の光沢を調整することも可能である。
特に、外部加熱部材５０において電磁石５５からの誘導加熱によりヒートベルト５１を直接加熱するので、ヒートベルト５１の表面温度を細かく調整できる。そのため、定着画像の光沢調整を容易に行うことができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、ヒートベルト５１は３本の回転ロール５２、５３、５４によって張架したが、これに限定されるものではない。すなわち３本以上の回転ロールで張架することが可能である。さらに、外部加熱部材５０は、ヒートベルト５１が定着ロール１０の表面とは定着ロール１０の外周方向に長さＬを持った長手方向に亘る帯状の領域で接触するように構成されるが、ヒートベルト５１の定着ロール１０側を向く一部に定着ロール１０と非接触の領域を設けた構成としてもよい。
【００４４】
また、ヒートベルト５１と定着ロール１０との接触面積は、伝熱面積を広く形成するため構成上許される限り大きくなるように構成するのが好ましい。また、外部加熱部材５０の配置位置は、定着ロール１０に供給した熱が放射して失われないようにニップＮよりも定着ロール１０回転方向上流側の近傍が好ましい。
また、ヒートベルト５１に供給する熱量を大きくするために、少なくとも２本の回転ロールで張架されたヒートベルト５１で構成される外部加熱部材５０を定着ロール１０の周囲に複数配設してもよい。さらに、外部加熱部材５０は、電磁石５５をヒートベルト５１の周囲に複数配設するように構成することも可能である。
【００４５】
◎  実施の形態２
実施の形態１では、定着ロール１０に接触しながら定着ロール１０に従動するヒートベルト５１の外部近傍に、電磁石５５を配設してヒートベルト５１を誘導加熱し、ヒートベルト５１を定着ロール１０の表面とは定着ロール１０の外周方向に長さＬを持った長手方向に亘る帯状の領域で接触させながら定着ロール１０に熱を供給する外部加熱部材５０を備えた画像定着装置１について説明した。実施の形態２では、定着ロール１０の外周方向に長さＬを持った長手方向に亘る帯状の領域に熱を供給する外部加熱部材６０を定着ロール１０に対して着脱自在に構成した画像定着装置２について説明する。尚、実施の形態１と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
【００４６】
図７に示すものは、本実施の形態における画像定着装置を説明する図である。この画像定着装置２は、加熱源を内蔵した定着ロール１０、３つの支持ロール２０、２１、２２に張架され定着ロール１０に圧接されるエンドレスベルト３０、エンドレスベルト３０の所定の範囲を定着ロール１０に向けてベルト内周面側から当接して押圧する圧力付与部材４０、定着ロール１０を外部から加熱する外部加熱部材６０を備えている。
【００４７】
ここで外部加熱部材６０は、定着ロール１０に接触しながら定着ロール１０に従動するヒートベルト５１、ヒートベルト５１を張架するとともにヒートベルト５１を従動回転させる４本の回転ロール５２、５３、５６、５７、ヒートベルト５１面に対し略直交した交流磁界を発生させ、ヒートベルト５１を誘導加熱させる誘導磁界発生手段としての電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、ヒートベルト５１面に対し略直交した磁界を発生し、ヒートベルト５１を吸着・離隔させる吸着磁界発生手段としての電磁石６１ａ、６１ｂ、６１ｃを備えている。
【００４８】
電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃは、実施の形態１で説明した電磁石５５（図５参照）と同様に構成されており、ヒートベルト５１の外側に０．５〜２ｍｍ程度のギャップを保持して配設されている。電磁石５５ａは回転ロール５２と回転ロール５６との間、電磁石５５ｂは回転ロール５６と回転ロール５７との間、電磁石５５ｃは回転ロール５７と回転ロール５３との間にそれぞれ配設され、ヒートベルト５１を誘導加熱する。
回転ロール５２、５３は、図示しない着脱機構によりそれぞれ矢印Ａ、Ｂ方向に移動可能に構成され、ヒートベルト５１を定着ロール１０に対し圧接状態と離隔状態とに切り換えることが可能となるように構成されている。他方、回転ロール５６、５７は、固定配置され、ヒートベルト５１を支持している。
【００４９】
電磁石６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、ヒートベルト５１の移動方向と直交する方向を長手方向とする横長に形成された部材であり、ヒートベルト５１とは１〜５ｍｍ程度のギャップを保持して、ヒートベルト５１の内側に配設されている。電磁石６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、基本的には電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃと同様に構成され、磁界を発生させる励磁コイルと、磁路を形成する強磁性体からなる磁心と、励磁コイルに電流を供給する励磁回路とで形成されているが、ヒートベルト５１の導電層５１２（図３参照）に対し磁気吸着力を作用させることが可能であれば充分であるので、励磁コイルに供給する電流としては直流電流を使用することが可能である。
また、ヒートベルト５１の導電層５１２はニッケルや鉄等の強磁性体で構成されている。
【００５０】
次に、外部加熱部材６０の定着ロール１０に対する着脱について説明する。画像定着装置２が動作状態にある場合には、図示しない着脱機構は回転ロール５２、５３をヒートベルト５１が定着ロール１０に対し圧接するように位置させる。その際、電磁石６１ａ、６１ｂ、６１ｃには電流は供給せず、ヒートベルト５１に対し電磁石６１ａ、６１ｂ、６１ｃからの磁気吸着力を働かせない。したがって、この場合には、ヒートベルト５１は回転ロール５２、５３によって定着ロール１０の外周方向に長さＬを持った長手方向に亘る帯状の領域で定着ロール１０に圧接された状態で定着ロール１０に従動する。
【００５１】
画像定着装置２が非動作状態にある場合には、回転ロール５２、５３は、図示しない着脱機構によりヒートベルト５１を定着ロール１０に対し離隔させるように位置させる。その結果、ヒートベルト５１は定着ロール１０と接触していた外周方向に長さＬを持った長手方向に亘る帯状の領域において緩んだ状態となる。その際、電磁石６１ａ、６１ｂ、６１ｃに電流を供給して、ヒートベルト５１に対し電磁石６１ａ、６１ｂ、６１ｃからの磁気吸着力を作用させる。したがって、この場合には、ヒートベルト５１の導電層５１２は強磁性体で構成されているので、ヒートベルト５１は電磁石６１ａ、６１ｂ、６１ｃからの磁気吸着力を受けて、電磁石６１ａ、６１ｂ、６１ｃに貼り付き、固定される。このようにして、ヒートベルト５１は定着ロール１０から離隔されることが可能となる。
【００５２】
また、画像定着装置２が非動作状態にある場合だけでなく動作状態にある場合においても、ヒートベルト５１の表面温度がトナーの軟化点（トナーが柔らかくなる温度）である１１０℃以下である場合には、ヒートベルト５１は定着ロール１０から離隔した状態にしておく。すなわち、画像定着装置２が非動作状態から動作状態になった直後であっても、ヒートベルト５１の表面温度がトナーの軟化点以下である場合には、ヒートベルト５１は定着ロール１０から離隔した状態に維持しておく。そして、ヒートベルト５１の表面温度がトナーの軟化点以上の温度となった場合に、必要に応じてヒートベルト５１を定着ロール１０に圧接した状態に設定する。
【００５３】
具体的には、ヒートベルト５１の表面に接触して配設した温度センサ６２によりヒートベルト５１の表面温度を検出し、その結果、ヒートベルト５１の表面温度がトナーの軟化点よりも低い場合にはヒートベルト５１を定着ロール１０から離隔させる。他方、トナーの軟化点よりも高い場合には、画像定着装置２が動作状態にあるか否か等を図示しない制御部で判断し、必要に応じてヒートベルト５１を定着ロール１０に圧接させる。
【００５４】
これは以下の理由に基づくものである。すなわち、画像定着装置２の非動作時およびヒートベルト５１の表面温度がトナーの軟化点以下である状態では、ヒートベルト５１の表面離型層５１３（図３参照）表面には冷えて固体化したトナーが付着している。そのため、ヒートベルト５１を定着ロール１０に圧接された状態のままに維持しておくと、固体化したトナーは定着ロール１０の弾性体層１２よりも固いために、ヒートベルト５１表面と定着ロール１０表面とが摺擦された際に、定着ロール１０表面を傷つけてしまう。その結果、定着画像にスジ状の汚れが生じる等、画像品位の低下を引き起こす原因となる場合がある。
これに対し上記したように、ヒートベルト５１の表面離型層５１３表面に付着したトナーが固体化している状態においては、ヒートベルト５１を定着ロール１０から離隔させる構成とすることにより、定着ロール１０表面を傷つけることを防ぎ、定着画像の品位を低下させることを防止することができる。
【００５５】
◎  実施の形態３
次に、実施の形態１における画像定着装置１を備えたカラー画像形成装置を説明する。なお、実施の形態１と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
図８は本実施の形態におけるカラー画像形成装置を示している。カラー画像形成装置１００は、４個の感光体ドラム１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄを中間転写ベルト１０７の周囲に配置して構成されている。それぞれの感光体ドラム１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄ、例えば感光体ドラム１０１Ａの周囲には感光体ドラム１０１Ａ上を一様に帯電する帯電器１０２Ａ、画像情報に基づいて制御された光を露光するＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）１０３Ａ、感光体ドラム１０１Ａ上に形成された潜像を現像する現像器１２０Ａ、トナー像を中間転写ベルト１０７に転写する１次転写ロール１１２Ａ、感光体ドラム１０１Ａ上から転写残トナーを除去するクリーナ１０５Ａ、感光体ドラム１０１Ａ上の残余の電荷を除去する除電器１０６Ａを備えている。さらに、中間転写ベルト１０７上に転写されたトナー像を記録紙３５に転写する２次転写ロール１１３、記録紙３５を搬送する用紙搬送ベルト１１０、そして記録紙３５上のトナー像を定着する定着装置１を備えている。なお、感光体ドラム１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄの周囲も同様に構成されている。
【００５６】
帯電器１０２Ａは、導電性ゴムまたは導電性スポンジと導電性ゴムとを積層して形成された帯電ロールで構成され、電源（図示せず）に接続されて電圧が供給されている。そして感光体ドラム１０１Ａの表面を一定電圧で一様に帯電する。ＬＰＨ１０３Ａは、図示しないホストコンピュータからの画像データに基づき制御された光を照射し、感光体ドラム１０１Ａ上に潜像を形成する。
【００５７】
現像器１２０Ａは、トナーと磁性粒子であるキャリアとを混合させた現像剤を現像剤担持体上に担持させながら感光体ドラム１０１Ａに搬送し、感光体ドラム１０１Ａ上に形成された潜像をイエロー（Ｙ）のトナーで現像し、トナー像を形成する。また、現像器１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄにはそれぞれマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナーを用いた現像剤が備えられ、それぞれ静電潜像を現像して、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像を形成する。
【００５８】
１次転写ロール１１２Ａは、導電性ゴムまたは導電性スポンジと導電性ゴムとを積層して形成され、電源（図示せず）に接続されて電圧が供給されている。そして中間転写ベルト１０７上にトナー像を転写する。クリーナ１０５Ａは、クリーニングブレードとクリーナハウジングで構成される。クリーニングブレードは感光体ドラム１０１Ａの回転方向とはカウンター方向に当接され、転写の際に感光体ドラム１０１Ａ上に残った転写残トナーを掻き取り、クリーナハウジングに貯蔵する。
【００５９】
除電器１０６Ａは、導電性ゴムまたは導電性スポンジと導電性ゴムとを積層して形成され、電源（図示せず）に接続されて電圧が供給されている。そして感光体ドラム１０１Ａ上に残っている電荷を除去し、感光体ドラム１０１Ａ上の表面電位をほぼ０Ｖに均一化する。また、中間転写ベルト１０７はポリイミドなどの可撓性のフィルムで構成され、感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄと１次転写ロール１１２Ａ〜１１２Ｄとで狭持されながら移動する。そしてそれぞれの感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄ上に形成されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像がそれぞれ１次転写ロール１１２Ａ〜１１２Ｄによってレジセンサ１０８で位置合わせをしながら中間転写ベルト１０７上に転写されて合成される。
【００６０】
中間転写ベルト１０７に転写して合成されたカラートナー像は、２次転写ロール１１３によって記録紙３５に一括して転写する。そして記録紙３５は用紙搬送ベルト１１０で定着器１に運ばれる。なお、中間転写ベルト１０７に転写残として残ったトナーはクリーナ１１４で除去される。
【００６１】
定着装置１は、画像形成装置１００からの画像形成動作の開始信号を受けると定着ロール１０の表面がハロゲンヒータ１４の加熱により所定の設定温度となり、定着ロール１０が矢印方向に回転し始める。これと同期してエンドレスベルト３０が３つの支持ロール２０、２１、２２に張架された状態で定着ロール１０に従動して矢印方向に回転し始める。一方、各感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄで形成されたカラートナー像が記録紙３５上に転写され合成される。そしてその記録紙３５が定着装置１に搬送される。
【００６２】
その際、エンドレスベルト３０は、支持ロール２０、２１による支持と圧力付与部材４０による押圧とにより、定着ロール１０との間にニップＮを形成した状態で回転する。そして、トナー像が担持された記録紙３５がニップＮに搬送されて通過することにより、そのカラートナー像が加熱加圧されて記録紙３５上に定着され、カラー画像が形成される。
【００６３】
ここで、外部加熱部材５０では、電磁石５５による誘導加熱によりヒートベルト５１が直接加熱されるので、定着ロール１０との接触領域において定着ロール１０に熱を急速に供給することができる。さらに外部加熱部材５０のヒートベルト５１と定着ロール１０との接触領域は、定着ロール１０の外周方向に長さＬを持った長手方向に亘る帯状の領域で形成されているので、定着ロール１０に対して即時かつ充分な熱を供給することが可能である。このため、定着ロール１０の温度がニップＮを通過して低下しても、定着ロール１０が１回転する間に外部加熱部材５０から熱が急速かつ充分に伝達されるので、再度ニップＮに到達するまでの間に定着ロール１０の温度を所定の温度に回復させることができる。したがって、連続してプリントする場合や熱容量の大きな厚紙をプリントする場合等においても、画像形成装置１００のプロセススピードを低速にすることなく、充分に定着されたカラー画像を形成することができる。
【００６４】
また、励磁回路５５４から励磁コイル５５１に供給する交流電流の電流量や周波数を変化させ、ヒートベルト５１の導電層５１２を横切る交流磁界Ｈの強さを変えることによって渦電流Ｂを調整して、ヒートベルト５１に加える熱量を急速に制御することができるので、記録紙３５の定着画像の光沢を微妙に調整することが可能である。また、記録紙３５の先端部と後端部とを含めた全面で均一な光沢を得ることができ、定着画像全体をフラットな光沢で形成することが可能となった。さらに、記録材である記録紙の種類に応じて、定着画像の光沢を調整することも容易に行うことが可能となった。
なお、本実施の形態のカラー画像形成装置に限らず、白黒画像を形成する画像形成装置においても同様の効果を得ることができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、記録紙に充分な熱量を供給し、トナー画像の定着性を安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像定着装置を説明する概略断面図である。
【図２】圧力付与部材を説明する図である。
【図３】ヒートベルトの層構造を説明する断面図である。
【図４】ヒートベルトを支持する回転ロールの片側端部を示した概略断面図である。
【図５】電磁石の構成を説明する断面図である。
【図６】立ち上がり時からの定着ロール表面温度の変化を示した図である。
【図７】画像定着装置を説明する図である。
【図８】カラー画像形成装置を説明する図である。
【図９】従来の画像定着装置を説明する図である。
【符号の説明】
１０…定着ロール、１４…ハロゲンヒータ、１５…温度センサ、２０，２１，２２…支持ロール、２４…クリーニングロール、３０…エンドレスベルト、４０…圧力付与部材、５０，６０…外部加熱部材、５１…ヒートベルト、５２，５３，５４，５６，５７…回転ロール、５５…電磁石、５５１…励磁コイル、５５２…磁心、５５３…磁場遮蔽部材、５５４…励磁回路、６１ａ，６１ｂ，６１ｃ…電磁石
【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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