(57)【要約】【課題】小サイズ紙を通した場合による非通紙部昇温をなくすことができ、高品質の画像形成を行うことができる加熱装置を提供すること。【解決手段】未定着画像を一対のローラ対で挟持して熱と圧力により定着させる定着器の少なくとも一方のローラの内部に単一の励磁コイルと少なくとも１つの磁性体コアを有する第１の磁束発生手段を設け、発生磁束により電磁誘導発熱する加熱装置において、前記第１の磁束発生手段に近接対向するローラ外部のローラ両端部に励磁コイルと磁性体コアを有する第２の磁束発生手段を少なくとも１つ以上設け、該第１の磁束発生手段により前記ローラに流れる誘導電流に対して反対方向の誘導電流を流すように第２の磁束発生手段に電圧を印加する。【選択図】図１
2005257892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着画像を一対のローラ対で挟持して熱と圧力により定着させる定着器の少なくとも一方のローラの内部に単一の励磁コイルと少なくとも１つの磁性体コアを有する第１の磁束発生手段を設け、発生磁束により電磁誘導発熱する加熱装置において、
前記第１の磁束発生手段に近接対向するローラ外部のローラ両端部に励磁コイルと磁性体コアを有する第２の磁束発生手段を少なくとも１つ以上設け、該第１の磁束発生手段により前記ローラに流れる誘導電流に対して反対方向の誘導電流を流すように第２の磁束発生手段に電圧を印加することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記ローラの厚さを表皮効果深さ以下とすることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁（磁気）誘導加熱方式の加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知の画像形成装置にあっては、転写工程を経て紙等の記録材に静電的に形成されたトナー像を記録材に定着固定する必要がある。このための手段として、従来から、圧接する一対の加熱ローラ間にトナー像を担持する記録材を通過させ、トナーに熱と圧力を加えて定着するような手段が広く実用されていることは良く知られている。
【０００３】
図６は公知の加熱定着装置の典型的な一例を示すもので、これについて略述する。加熱定着装置内には、内部にヒータ等の熱源４４を有する定着ローラ１と、これに圧接してニップ部Ｎを形成する加圧ローラ８が配設してある。定着ローラ１と加圧ローラ８は互いに圧接して回転可能に支持されている。
【０００４】
加圧ローラ８は、定着ローラ１に対して不図示の加圧手段によって加圧される。加圧手段は、一般にバネを用いた構成で、約２〜１００ｋｇｆで荷重される。ニップ部Ｎの幅は、６ｍｍ程度が一般的である。加圧の荷重は、トナー定着性を考えて設定される値である。定着ローラ１の外側表面には不図示のトナー離型層がある。このトナー離型層は一般には、ＰＴＦＥ１０〜５０μｍやＰＦＡ１０〜５０μｍで構成されている。又、トナー離型層の内側にはゴム層を用いる構成も公知とされている。
【０００５】
記録材Ｓを定着ローラ１に押し付ける加圧用回転体として弾性の加圧ローラ８は、鉄製の芯金８ａの外周にシリコーンゴム層８ｂと外側表面には定着ローラ１と同様に不図示のトナー離型層を設けた構成である。
【０００６】
定着ローラ１は、不図示の端部ギアに加えられる駆動力によって矢印Ａの方向に回転し、それに伴い加圧ローラ８も従動して矢印Ｂの方向に回転する。静電的に形成されたトナー像を担持する記録材Ｓは、記録材搬送路Ｈ（一点鎖線）を矢印Ｃ方向から前記ニップ部Ｎに搬送されて該ニップ部を通過すると、加熱されたトナー像が記録材Ｓに溶融固着されて機外に排出される。
【０００７】
又、記録材Ｓが定着ローラ１に巻き付くのを抑え、定着ローラ１から分離させる分離爪１０が配置されている。更に、定着ローラ１の表面温度を検知するための検知手段（サーミスタ）１１により、定着ローラ１の表面温度が一定に保たれるように温調制御がされる。
【０００８】
ところで、画像形成装置で連続して画像形成したとき、定着ローラ１の長手方向の領域において、記録材（シート）Ｓの搬送される領域（通紙部）と記録材Ｓの通らない領域（非通紙部）ができる。特に、小サイズ紙のとき、非通紙部では記録材Ｓに熱が奪われないので、定着ローラ１の長手方向の温度が通紙部温度と比べて高くなる。この直後に大サイズの記録材Ｓを画像形成すると、搬送方向に直交する方向（前記長手方向）で定着ローラ１の温度の違い（非通紙部昇温）により、定着性のムラ（画像ムラ）が発生するという問題がある。
【０００９】
従来は、この問題を解決するために、長手方向で発熱部の異なるヒータを２本備えた構成にしている。小サイズのときは中央部に発熱部があるヒータを使用し、大サイズのときは端部（中央の発熱量少ない）に発熱部があるヒータと前記小サイズ用のヒータとを両方使用して定着させるものがある。当然ながら定着ローラ１の表面温度制御はサーミスタ１１等を用いて行っている。
【００１０】
以上説明したように周知の画像形成装置では次のような問題を抱えている。
【００１１】
即ち、上記加熱定着装置では電源を投入してから画像形成装置がスタートできるまでに定着ローラ１が所定温度になるまでの時間（以下、ウエイトタイムと言う）が比較的長くなるという問題がある。又、ウエイトタイムを短縮するために、加熱定着装置に大きな電力を供給するものもあるが、消費電力が嵩むという問題がある。
【００１２】
このような問題を解決するために、定着ローラ１を直接に発熱させることができる誘導発熱方式の加熱定着装置が提案されている。ここで、誘導発電方式とは、磁界の中を金属が横切ると磁束が変化し、磁束の変化によって金属に渦電流が金属の動きを抑制する向きに流れるという電磁誘導現象（ファラデーの法則）を用いている。金属に電流が流れると、金属の電気抵抗によって発熱する。この熱を用いるのが誘導発熱方式の加熱定着装置である。
【００１３】
図７はローラタイプの特許文献１に記載されている誘導発熱方式を用いた加熱定着装置を示す。定着ローラ１の内部に磁束発生手段４が配置されている。磁束発生手段４は、励磁コイル５と芯材（コア部材）６から構成されている。コア部材６は、フェライト、パーマロイ等の高透磁率で残留磁束密度の低いものを用いると良い。
【００１４】
不図示の電源より励磁コイル５に電力が入力されると、磁束がコア部材６の端面６ａ（下側）と他端面（上側）６ｂの間を交互に通過する向きで発生する。電源からの入力電力には電流が交互に流れる交流電源が適している。発生した磁束の通過する所に定着ローラ１の金属部がある。その金属部では磁束が交互に通過しているため、磁束を金属が横切るのと同じ効果になり、金属部で発熱が起こる。発熱部となる金属には強磁性の特性のある金属である鉄・ニッケル・コバルト等が適している。
【００１５】
そのために図７に示す従来の誘導発熱方式の加熱定着装置では、定着ローラ１の金属部に鉄系の合金を使用している。又、ウエイトタイム短縮のために定着ローラ１の厚みを薄くしたのものを用いたり、定着ローラ１の代わりにベルト状の金属を用いたものも提案されている。
【００１６】
【特許文献１】特開昭５０−４５６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、電磁誘導加熱の定着ローラ１は、強磁性の金属を用いており、鉄系の合金等である。鉄系合金の熱伝導の特性は、アルミニウム等に比べて良いものとは言えない。鉄系合金の定着ローラ１に小サイズを連続して通過させると、通紙部では転写紙に熱を奪われるが、非通紙部ではそれが無いために温度が通紙部に比べて高くなり、定着ローラ１の長手方向に温度勾配が発生する。鉄系合金の定着ローラ１では温度勾配が起こっても、温度が均一になりづらい。
【００１８】
このような状態で（小サイズの連続通紙後）大サイズを通紙すると、定着性に差ができて画像ムラを生じてしまうという問題がある。
【００１９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、小サイズ紙を通した場合による非通紙部昇温をなくすことができ、高品質の画像形成を行うことができる加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、未定着画像を一対のローラ対で挟持して熱と圧力により定着させる定着器の少なくとも一方のローラの内部に単一の励磁コイルと少なくとも１つの磁性体コアを有する第１の磁束発生手段を設け、発生磁束により電磁誘導発熱する加熱装置において、前記第１の磁束発生手段に近接対向するローラ外部のローラ両端部に励磁コイルと磁性体コアを有する第２の磁束発生手段を少なくとも１つ以上設け、該第１の磁束発生手段により前記ローラに流れる誘導電流に対して反対方向の誘導電流を流すように第２の磁束発生手段に電圧を印加することを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ローラの厚さを表皮効果深さ以下とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１の磁束発生手段に近接対向するローラ外部のローラ両端部に励磁コイルと磁性体コアを有する第２の磁束発生手段を少なくとも１つ以上設け、該第１の磁束発生手段によりローラに流れる誘導電流に対して反対方向の誘導電流を流すように第２の磁束発生手段に電圧を印加することで、ローラ内部に流れる誘導電流を打ち消すことによって端部の発熱を制御し、小サイズ紙を通した場合による非通紙部昇温をなくすことができ、高品質の画像形成を行うことができる。
【００２３】
又、前記ローラの厚さを表皮効果距離以下とすることで、更に効率良く非通紙部昇温をなくすことができ、高品質の画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。尚、図１〜図４においては、図５に示した従来例と機能が同じものについては同一の符号を付している。
【００２６】
図１〜図３に示すように、磁束発生手段４は定着ローラ１の内部で定着ローラ１と加圧ローラ８とのニップ部Ｎの上流側に磁束を向けるように単一の磁束発生手段４が配置されている。磁束発生手段４と対向して定着ローラ外部に第２の磁束発生手段２０がローラの両端部に配置されている。
【００２７】
定着ローラ１は強磁性体から成り、不図示の端部ギアに加えられる駆動力によって矢印Ａの方向に回転し、それに伴って加圧ローラ８も従動して矢印Ｂの方向に回転する。記録材Ｓを定着ローラ１に押し付ける加圧用回転体として弾性の加圧ローラ８が図１のように配置されている。加圧ローラ８は、鉄製の芯金８ａの外周に、シリコーンゴム層８ｂと定着ローラ１と同様に不図示のトナー離型層を設けた構成である。
【００２８】
静電的に形成されたトナー像を担持する記録材Ｓが矢印Ｃ方向から前記ニップ部Ｎに搬送されて該ニップ部を通過すると、加熱されたトナー像が記録材Ｓに溶融固着されて機外に排出される。又、記録材Ｓが定着ローラ１に巻き付くのを抑え、定着ローラ１から分離させる分離爪１０が配置されている。
【００２９】
更に、定着ローラ１の表面温度を検知するための検知手段（サーミスタ）１１により、定着ローラ１の表面温度が一定に保たれるように温調制御がされる。定着ローラ１の内部に配置されている磁束発生手段４は、励磁コイル５と芯材（コア部材）６から構成されている。コア部材６は、フェライト、パーマロイ等の高透磁率で残留磁束密度の低いものを用いると良いが、磁束を発生できるものであれば良く特に規定するものではない。又、個々のコア部材６の形状を規定するものではない。
【００３０】
先ず、大サイズ紙（ローラ長手方向に長い紙）を通紙する場合について説明する。
【００３１】
不図示の電源より図２のようにローラ内側に長手一杯に配置された励磁コイル５に電力が入力されると、磁束がコア部材６の端面６ａ（下側）と他端面（上側）６ｂの間を交互に通過する向きで発生する。電源からの入力電力には電流が交互に流れる交流電源が適している。発生した磁束の通過する所に定着ローラ１の金属部がある。その金属部では磁束が交互に通過しているため、磁束を金属が横切るのと同じ効果になり、定着ローラ長手方向全域で発熱が起こり、大サイズ紙の未定着画像は定着される。
【００３２】
次に、小サイズ紙を通紙する場合について説明する。
【００３３】
上記大サイズ紙を通紙する場合の動作に加えて、図３のように不図示の電源によりローラ外側の両端部に配置された磁束発生手段２０の励磁コイル２１に入力されると、磁束はコア２２の端面２２ａ（ローラ側）と他端面２２ｂを交互に通過する向きで発生する。又、ローラ内側の磁束発生手段による磁束の向きが６ａから６ｂに向かうとき、ローラ外側の磁束発生手段２０による磁束は２２ａから２２ｂに向かう方向に、ローラ内側の磁束発生手段による磁束の向きが６ｂから６ａに向かうとき、ローラ外側の磁束発生手段２０による磁束は２２ｂから２２ａに向かう方向に発生させるようにローラ外側の磁束発生手段２０の励磁コイル２１に電力を入力する。
【００３４】
このとき、図４のようにローラ内側の磁束発生手段による渦電流が矢印Ｄの向きに流れているとローラ外側の磁束発生手段２０による渦電流は矢印Ｅの向きに流れ、結果として矢印Ｆのように電流が流れているようになり、矢印Ｆの部分での発熱のみとなり、非通紙部の昇温を抑えることができる。
【００３５】
更に、本発明の定着ローラの厚みについて説明する。
【００３６】
うず電流は表皮効果のために殆どが定着ローラの表面近傍を表皮効果深さδ、表皮抵抗Ｒｓで流れる。表皮抵抗Ｒｓは、角周波数ω、透磁率μ、固有抵抗値ρを用いて表すとＲｓ＝ρ／δと表せる。
【００３７】
よって、定着ローラの厚みは、うず電流の表皮効果深さを目安に決定することが効果的であることが分かる。
【００３８】
定着ローラの厚みが表皮効果深さよりも厚いとローラ内周面と外周面の両方のローラ表面近傍をそれぞれうず電流が流れることとなり、内周面、外周面共に発熱してしまう。
【００３９】
よって、定着ローラの厚みは表皮効果深さよりも薄くすることによって、磁束発生手段が向かい合っている部分でローラの内側と外側の磁束発生手段によるうず電流同士が打ち消しあって、発熱をなくすこととなる。
【００４０】
図５は前記加熱定着装置を適用した画像形成装置を示す概要図であり、帯電ローラ１０１で感光ドラム１０２の表面を一様に或る極性に帯電させた後、レーザ等の露光手段１０３により、感光ドラム１０２を露光下領域のみを除電して潜像を形成し、現像器１０４のトナー１０５を現像ブレード１０４ａと現像スリーブ１０４ｂの間で感光ドラム１０２の帯電表面と同極性に摩擦帯電させ、感光ドラム１０２と現像スリーブ１０４ｂが対向する現像ギャップ部においてＤＣ及びＡＣバイアスを重畳印加して、電界の作用によりトナーを浮遊振動させつつ感光ドラム１０２の潜像形成部に選択的に付着させた後、転写ローラ１２６と感光ドラム１０２で形成される転写ニップ部まで感光ドラム１０２の回転によって搬送させる。
【００４１】
一方、画像を記録される紙等の記録材Ｓは、カセット１１０から給紙ローラ対１１１によって垂直搬送ローラ対１０７まで先端部を給紙された後、この垂直搬送ローラ対１０７によりレジストローラ１０６まで搬送され、更にこのレジストローラ１０６により、転写ガイド板１０９を通じて予め規定された進入角度で転写ニップ部まで搬送される。
【００４２】
このように搬送されてきた記録材Ｓは、転写部において感光ドラム１０２上のトナーを静電的に引き付けて記録材Ｓ側に移動させるようにトナー１０５と逆極性の高電圧が記録材Ｓの背面の転写ローラ１２６に印加されて記録材Ｓの裏面にトナー１０５を静電的に引き付けて画像を転写されるとともに、記録材Ｓの裏面はトナー１０５と逆極性に帯電され、転写されたトナー１０５を保持し続けるための転写電荷が記録材Ｓの裏面に付与される。最後に、トナー画像を転写された記録材Ｓは、加熱回転体１とニップ部を形成する加圧ローラ８で構成される本発明の定着器１００まで搬送され、このニップ部で加熱加圧されてトナー像を記録材表面に永久固着させる。
【００４３】
一方、転写後の感光ドラム１０２の表面には極性の異なるトナー等の付着物が僅かに残るため、転写ニップ部を通過した後の感光ドラム１０２の表面はクリーニング容器１２１で感光ドラム１０２の表面にカウンター当接されるクリーニングブレード１２１ａにより付着物を掻き落とされて清掃された後、次回の画像形成に待機する。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、電磁（磁気）誘導加熱方式の加熱装置に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る加熱装置の主断面図である。
【図２】本発明に係る加熱装置の締着ローラの斜視図である。
【図３】本発明に係る加熱装置の締着ローラの斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態を説明する模式図である。
【図５】画像形成装置の概略図である。
【図６】従来の加熱装置の主断面図である。
【図７】従来の加熱装置の主断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１      定着ローラ
４      磁束発生手段
５      励磁コイル
６      コア部材
６ａ      コア端部
６ｂ      コア端部
８      加圧ローラ
８ａ      芯金
８ｂ      ゴム層
１０    分離爪
１１    サーミスタ
２０      磁束発生手段
２１      励磁コイル
２２    コア部材
２２ａ    コア端部
２２ｂ    コア端部
４４    ハロゲンヒータ
１００    定着器
１０１    帯電ローラ
１０２    感光ドラム
１０３    露光手段
１０４    現像器
１０４ａ  現像ブレード
１０４ｂ  現像スリーブ
１０５    トナー
１０６    レジストローラ
１０７    垂直搬送ローラ
１０９    転写ガイド板
１１０    カセット
１１１    給紙ローラ対
１２１    クリーニング容器
１２１ａ  クリーニングブレード
【図１】
2005257892.tif 000003
【図２】
2005257892.tif 000004
【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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