(57)【要約】【課題】  ウォームアップタイムを極めて短くしつつ、安定した誘導加熱状態を確保することができる加熱装置及びこれを用いた定着装置、画像記録装置を提供する。【解決手段】  発熱層２０ｂの厚さが、その表皮深さよりも薄い被加熱部材２０と、この被加熱部材２０の発熱層２０ｂを電磁誘導加熱する励磁コイル１Ａとを有する加熱装置において、励磁コイル１Ａは、被加熱部材２０の表面と非接触で、この表面に沿って線材を巻回させて形成されており、被加熱部材２０を挟んで励磁コイル１Ａの反対側には、被加熱部材２０の表面と非接触で励磁コイル１Ａに相対向して配置され、その対向面が被加熱部材２０の表面形状に倣うように形成され、かつ、励磁コイル１Ａにより生成された変動磁界Ｈの磁路を形成してその磁場を遮蔽する磁路形成部材４１が配設されていることを特徴とする。【選択図】          図１
2005203273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の発熱層を含む被加熱部材であって、該発熱層の厚さが、その表皮深さよりも薄い被加熱部材と、この被加熱部材の発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させて該発熱層を電磁誘導加熱する励磁コイルとを有する加熱装置において、
前記励磁コイルは、前記被加熱部材の表面と非接触で、この表面に沿って線材を巻回させて形成されており、
前記被加熱部材を挟んで前記励磁コイルの反対側には、被加熱部材の表面と非接触で励磁コイルに相対向して配置され、その対向面が被加熱部材の表面形状に倣うように形成され、かつ、励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する磁路形成部材が配設されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記被加熱部材は、無端ベルト形状であって、所定の方向に移動可能なように形成されており、その移動方向前後において、前記磁路形成部材の両端部は、相対向する励磁コイルの両端部を越えてそれぞれ延在していることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記無端ベルト形状に形成された被加熱部材は、円筒状であることを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記磁路形成部材は、ソフトフェライトで形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項５】
前記被加熱部材の発熱層は、主に発熱する層の厚さが２〜１５μｍの銅で形成されており、前記励磁コイルに印加される交流電流の周波数は２０〜１００ｋＨｚであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項６】
導電性の発熱層を含む被加熱部材であって、該発熱層の厚さが、その表皮深さよりも薄い被加熱部材と、この被加熱部材の発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させて該発熱層を電磁誘導加熱するための励磁コイルとを有する加熱装置において、
前記励磁コイルは、前記被加熱部材の表面と非接触で、この表面に沿って線材を巻回させて形成されており、
前記励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する磁路形成部材と
を備え、
前記励磁コイル及び前記磁路形成部材は、前記被加熱部材の表面形状に倣うように形成されていると共に、前記被加熱部材と非接触で配置され、かつ、前記磁路形成部材は、前記励磁コイル及び前記被加熱部材を挟んで対向している部分を有していることを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
前記磁路形成部材は、前記励磁コイル及び前記被加熱部材を挟んで互いに対向するように配置されている第一の磁路形成部材と、第二の磁路形成部材とを備え、該第一の磁路形成部材は、被加熱部材側に配置されていると共に、該第二の磁路形成部材は、励磁コイル側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の加熱装置。
【請求項８】
前記被加熱部材は、無端ベルト形状であって、所定の方向に移動可能なように形成されており、その移動方向前後において、少なくとも被加熱部材側に配置された前記第一の磁路形成部材の両端部は、相対向する励磁コイルの両端部を越えてそれぞれ延在していることを特徴とする請求項７に記載の加熱装置。
【請求項９】
前記無端ベルト形状に形成された被加熱部材は、円筒状であることを特徴とする請求項８に記載の加熱装置。
【請求項１０】
前記第一及び第二の磁路形成部材の少なくとも一方は、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されていることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項１１】
前記第一及び第二の磁路形成部材のそれぞれは、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されており、前記第一又は第二の磁路形成部材を構成する小片部材群の各小片部材と、前記第二又は第一の磁路形成部材を構成する小片部材群において互いに隣接する２つの小片部材が形成する各間隙とが互いに相対向するように配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の加熱装置。
【請求項１２】
前記第一及び第二の磁路形成部材のそれぞれは、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されており、第一の磁路形成部材の小片部材群と、第二の磁路形成部材の小片部材群とは、互いに、対向する相手側の磁路形成部材の各間隙を補完するように配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の加熱装置。
【請求項１３】
前記第一及び第二の磁路形成部材の小片部材群のそれぞれは、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向におけるその中心が、互いに、対向する相手側の磁路形成部材群の間隙の中心と略一致するように配置されていることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項１４】
前記磁路形成部材は、ソフトフェライトで形成されていることを特徴とする請求項６ないし１３のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項１５】
前記被加熱部材の発熱層は、主に発熱する層の厚さが２〜１５μｍの銅で形成されており、前記励磁コイルに印加される交流電流の周波数は２０〜１００ｋＨｚであることを特徴とする請求項６ないし１４のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項１６】
前記請求項１ないし１５のいずれかに記載の加熱装置を用いた定着装置であって、
前記被加熱部材の少なくとも最表面に離型層を有する定着ベルトと、
この定着ベルトを電磁誘導加熱する加熱部と、
未定着トナー像を担持した記録材を、加圧部材と前記定着ベルトとの間で加熱加圧して、この未定着トナー像を定着するニップ部と
を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項１７】
前記請求項１６に記載の定着装置と、記録材に未定着トナー像を形成する画像形成手段とを備えることを特徴とする画像記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電子写真方式を採用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の画像記録装置において、未定着トナー像を加熱・加圧定着するのに用いられる加熱装置及びこれを用いた定着装置、画像記録装置に係わり、特に被加熱部材として厚さの薄いベルト状部材を使用した加熱装置及びこれを用いた定着装置、画像記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平１１−３１６５０９号公報
【特許文献２】特開２０００−３２１８９５号公報
【特許文献３】特開２０００−１８１２５８号公報
【特許文献４】特開２０００−２９３３２号公報
【特許文献５】特開平７−２９５４１１号公報
【特許文献６】特開平８−６９１９０号公報
【特許文献７】特開平１１−３８８２７号公報
【特許文献８】特許第３４２６２２９号公報
【特許文献９】特開２００１−３４３８４７号公報
【特許文献１０】特開２００２−１４８９８３号公報
【０００３】
従来、例えば、電子写真方式を採用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の画像記録装置において、未定着トナー像を加熱・加圧定着するのに用いられる加熱装置とこれを用いた定着装置としては、少なくとも金属製のコアを有する加熱ロールの内部に、ハロゲンランプ等の加熱源を設けて、加熱ロールを内部から加熱するとともに、この加熱ロールに圧接するように加圧ロールを配設し、これら加熱ロールと加圧ロールとにより形成されたニップ部の間を、未定着トナー像が転写された記録材を通過させることにより、未定着トナー像を記録材上に熱及び圧力で定着させ、定着画像を得るように構成したものが、主に用いられている。
【０００４】
ここで、定着装置の加熱装置においては、省エネルギーの観点や、画像記録装置の使用時にユーザーを待たせない等の観点から、被加熱部材を瞬時に所定の温度に加熱して、待ち時間（ウォームアップタイム）をゼロとすることができる装置が求められているが、上述した加熱ロールをその内部に配設したハロゲンランプ等の加熱源によって加熱する方式では、以下の理由により達成することができない。
【０００５】
すなわち、加熱部材である加熱ロールは、加圧ロール等の加圧部材が圧接されるものであるため、所定の剛性を保つ必要があり、ある厚さ以上の金属製のコアを有している。そのため、上記加熱ロールは、熱容量をあまり減少させることができず、かつ加熱源としてのハロゲンランプは、加熱ロールの内部に設けられており、内部から加熱ロールを加熱することになるので、加熱ロールの表面に熱が伝わるまで時間がかかる。従って、待ち時間が必然的に長くなってしまい、さらには、上記加熱ロールを加熱するハロゲンランプは、通常、ガラス管を有しているため、ハロゲンランプ自体もある程度の熱容量を有しており、ハロゲンランプ自身を温めるのに時間がかかってしまう。
【０００６】
このような理由により、従来の定着装置では、ウォームアップに時間を要してしまい、待ち時間が長くなるという問題点を有していた。また、加熱源として、ハロゲンランプを使用すると、当該ハロゲンランプのＯＮ・ＯＦＦ時に、通電電流が過渡的に流れる、いわゆる”フリッカー”現象が発生するという問題点も有していた。
【０００７】
そこで、近年、このような定着装置において使用される加熱手段として、ハロゲンランプの代わりに、誘導加熱方式を利用した加熱手段が検討されている。これは、導電性層を有する被加熱部材（発熱体）に、磁界発生手段によって発生させた磁界を作用させて、電磁誘導作用により被加熱部材の加熱を行うというものであり、フリッカー等の問題が無く、加熱対象のみを瞬時に加熱することができるので、待ち時間の短い定着装置を提供するために、非常に有効な加熱手段である。
【０００８】
また、上記ハロゲンランプ等の加熱手段は、加熱ロールの内部など３６０°周囲が覆われた状態でしか使用することができないのに対して、誘導加熱方式の場合には、磁界発生手段は、被加熱部材に磁界を作用させることができさえすれば、被加熱部材の内部に限らず、外部に設けても良く、定着装置の構成に応じて、任意の位置に配置することができる。すなわち、上記誘導加熱方式を採用した加熱手段の場合には、任意の位置に配置して、加熱したい部分だけに、磁界を作用させて、所望の部分だけを選択的にしかも瞬時に加熱することができるという利点を有している。
【０００９】
このように、誘導加熱方式における磁界発生手段は、被加熱部材である加熱ロールに対して、任意の位置に配置することができるため、装置の設計の自由度を広げることができる。また、ハロゲンランプ等を加熱源として使用した定着装置と比較すると、加熱対象である加熱ロールのみを選択的に加熱するため、ウォームアップタイムを１０〜３０％程度短縮することができる。
【００１０】
このような誘導加熱方式を採用した定着装置として、例えば、図２５に示されるように、厚さ０．５〜２ｍｍ程度の剛体の鉄ロール３００の内部又は外部に非接触でコイル３１０が配置され、そのコイルの形状により、ロールを周方向に亘って、全体的に加熱するか、周方向の一部を局部的に加熱している加熱装置が挙げられる。また、そのコイルの形状により、ロールを周方向にわたって全体的に誘導加熱する加熱装置もある（例えば、特許文献１参照）。また、別の事例として図２６に示されるように、厚さ５０μｍ程度のニッケルを発熱層としたベルト３２０を、ベルト内部に挿入されたコイル３１０により、ベルトの周方向の一部を誘導加熱している加熱装置もある（例えば、特許文献２参照）。さらに、別の事例として、導電性を有する加熱手段と、この加熱手段に圧接する圧接手段と、導電性線材によりコイル状に形成され、発生する磁場を前記加熱手段に作用させる磁界発生手段と、この磁界発生手段より発生する磁場を遮断する磁場遮断手段とからなり、磁界発生手段が加熱手段と磁場遮断手段との間に挟まれるように配置したものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。さらに、導電性を有する加熱手段としての加熱ロールに対して、磁界発生手段をその外側または内側に配置した定着装置も提案されている（例えば、特許文献４参照）。さらにまた、定着部材としてエンドレスのフィルム状のベルトを用いた定着装置（例えば、特許文献５〜７参照）や、このような定着装置におけるコイルやコアの配置についても提案されている（例えば、特許文献８〜１０参照）。
【００１１】
これらの定着装置に用いられている加熱装置の発熱層は、いずれも磁性金属であり、その厚さは表皮深さと同等程度かそれ以上である。そして、いずれの定着装置においても、ウォームアップタイムを１０ｓｅｃ以下で完了することは実現できていない。
【００１２】
ここで、表皮深さとは電磁界が導体に進入できる深さをいい、具体的には、ある材質に入射した電磁界が１／ｅ＝０．３７に減衰する距離をいう。
【００１３】
一般に、電磁誘導を利用した加熱装置は、従来から知られており、誘導加熱する発熱層の殆どは鉄やニッケル等の磁性金属が用いられている。そして、従来の磁性金属の発熱層厚さとしては、５０μｍ〜２ｍｍ程度のものが採用されている。この厚さは、発熱層を誘導加熱する厚さ、すなわち表皮深さとほぼ同等程度かそれ以上である。このように、表皮深さと同等以上の発熱層厚さを有する場合には、電磁誘導による電磁界が発熱層の内部で収束し、発熱層のコイルと反対側から、磁束がほとんど漏れ出ることはない。この「磁束がほとんど漏れ出ない」従来の発熱層とは、表皮深さと同等以上の厚さを有している発熱層の場合を指す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
近年の省エネルギー化により、加熱装置は非加熱対象物を必要最小限な熱量で加熱できることが望ましい。ところが、例えば電子写真式の画像記録装置の定着装置においては、被加熱部材の熱容量が大きいため、必要な熱量以上の加熱を行っている。このため、所定の加熱ができる状態になるまでの時間（ウォームアップタイム）が長くなり、加熱装置使用上の利便性が悪いという問題がある。そこで、被加熱部材の発熱層の厚さを薄くして、熱容量を小さくし、さらに軽量化する等が考えられる。
【００１５】
しかしながら、ウォームアップタイムを短縮するために熱容量を小さく、すなわち発熱層（金属）を薄くしていくと、発熱層の固有抵抗値が小さいものが必要となる。例えば鉄やニッケルなどの強磁性金属は固有抵抗値が高いため、１０μｍ程度に薄層化すると電磁誘導加熱が汎用性の高い高周波電源では困難になる。１０μｍ程度の厚さでも電磁誘導加熱が可能な金属を挙げると、ＡＬ，Ｃｕ，Ａｇなどに代表される非磁性金属であるが、この厚さの非磁性発熱層を電磁誘導加熱すると、表皮深さより十分に薄いために発熱層のコイルと反対側に磁界が漏れ出て広がり、効率低下や周囲への電磁誘導による悪影響を及ぼす。本発明はこのような、表皮深さより薄い金属を、特に非磁性薄膜金属を安定して電磁誘導加熱が可能な技術を提供するものである。
【００１６】
また、電磁誘導加熱を利用した加熱装置は、電磁誘導加熱化に特有な機能部材が多いためコストが高くなるという課題もある。本発明では省エネルギー性と利便性に優れ、コストを低く抑えて軽量化する加熱装置を提供しようとするものである。
【００１７】
さらに、従来の定着装置の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、例えば特許文献１〜４に開示された定着装置の場合には、誘導加熱方式を採用しているため、ハロゲンランプ等の加熱源を使用した場合に比べて、ウォームアップ時間が速まる。しかし、加熱ロール自体が、剛性を保つためにある厚さ以上の肉厚の金属コアを有しているため、ある程度の熱容量を持っており、これによりウォームアップタイム短縮に対しては限界があり、未定着トナー像を定着する準備が完了するウォームアップタイムを１０秒以下にすることが困難であるという問題点を有している。
【００１８】
一方、特許文献５〜７に開示された定着装置は、定着部材として導電性を有するフィルムを使用しており、フィルム自体の熱容量は、同等クラスの定着装置の定着ロールに対して１／２〜１／１０程度まで小さくなっており、さらに、誘導加熱で直接フィルムを加熱することにより、２０〜３０秒程度で定着部材としてのフィルムを所望の温度にまで立ち上げることができる。
【００１９】
しかしながら、このように励磁コイルによって磁性体金属の発熱層を含む熱容量の小さい像加熱用フィルムを加熱した場合でも、未だウォームアップタイム短縮が十分に達成されていない。
【００２０】
同様に、特許文献８〜１０に開示されたコイルやコアの配置を採用した定着装置においても、未だウォームアップタイム短縮が十分に達成されていない。
【００２１】
待機時間を極めて短くして、特に、ウォームアップタイム１０秒以下を達成することは、実際に定着装置や画像記録装置を使用する際に、使用するときにだけ電力を投入すればよい、極めて使用上の利便性が高い装置を提供できることとなる。これは省エネルギーの観点からも重要な要素であり、使わないときに余熱を必要とせず、使うときにだけ、エネルギーを投入する加熱装置及びこれを用いた定着装置、画像記録装置を提供する意義は大きい。
【００２２】
そこで、本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みて、ウォームアップタイムを極めて短くしつつ、安定した誘導加熱状態を確保することができる加熱装置及びこれを用いた定着装置、画像記録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】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明の加熱装置は、導電性の発熱層を含む被加熱部材であって、該発熱層の厚さが、その表皮深さよりも薄い被加熱部材と、この被加熱部材の発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させて該発熱層を電磁誘導加熱する励磁コイルとを有する加熱装置において、前記励磁コイルは、前記被加熱部材の表面と非接触で、この表面に沿って線材を巻回させて形成されており、前記被加熱部材を挟んで前記励磁コイルの反対側には、被加熱部材の表面と非接触で励磁コイルに相対向して配置され、その対向面が被加熱部材の表面形状に倣うように形成され、かつ、励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する磁路形成部材が配設されていることを特徴とする。
【００２４】
一般に、ウォームアップタイムを限りなく０に近づけて、１０秒以下に短縮するためには、電磁誘導加熱される発熱層（金属）の熱容量を小さくすることが最も重要である。そのためには発熱に寄与する金属の層はトータルで３０μｍ以下、望ましくは２〜２０μｍの範囲内であれば実現可能である。また、主に発熱する層が１層ある場合、その層は製造性（歩留りや層形成の均一性）やコストを考慮すると１０μｍ前後が好適である。
【００２５】
例えば、発熱に寄与する層（金属層）は、製造上の理由または強度補強の理由などから複数存在することがある。電磁誘導作用により発熱する層はコストの観点から１つであることが望ましいが、上記理由等により発熱に寄与する層が複数存在する場合には各層のトータル厚さで３０μｍ以下とすることが望ましい。本発明では、発熱に寄与する層が複数存在しても、全発熱量の５割以上の電磁誘導発熱量を得られる層を主に発熱する層として「主な発熱層」と呼び、発熱に寄与するすべての層を総称して単に「発熱層」と呼称する。
【００２６】
発熱に寄与する主な発熱層を１０μｍ程度に薄くした導体、すなわち金属または金属混合物を汎用性が高く低コストの高周波電源（例えば、電磁調理器等で用いられている準Ｅ級並列共振回路電源）で誘導加熱するためには、非磁性金属を用いる必要がある。磁性金属を薄膜化してゆくと、磁性金属は固有抵抗値が高いため誘導渦電流が流れにくくなり加熱が困難になる。流れにくい発熱層を誘導加熱しようとすれば、コイルに高電圧を印加しなくてはならず電源の高電圧化等の問題が生じるため実際に適応することが困難となる。すべての金属に交番電磁界を作用させれば電磁誘導による渦電流は流れるが、ジュール発熱による加熱装置を設計するためには、発熱しやすい条件を与えること重要である。これに対して、特にアルミや銅、銀などに代表される非磁性金属は固有抵抗値が低く、表皮深さより十分に薄くすることで誘導加熱に好適となる、具体的には例えば１０μｍ程度に薄膜化することで加熱しやすくなる。
【００２７】
例えば単一の発熱層として、非磁性金属の銅を例にとると、周波数が２０ｋ〜１００ｋＨｚの周波数帯において、電磁界が銅層に浸入する表皮深さδは、下式により、μ＝１，ρ＝１．６７×１０−８Ωｍで、２００〜５００μｍとなり、発熱層の厚さは十分に表皮深さより小さい。
【数１】
2005203273.tif 000003
【００２８】
しかし、アルミや銅、銀などに代表される低固有抵抗値を有する非磁性金属は、発熱層が表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合、交番磁界発生手段である励磁コイルから発生する磁界と誘導渦電流による反作用磁界は、発熱層を挟んでコイルと反対側から漏れ出る。表１に磁路形成部材であるフェライトがある場合とない場合の磁束密度の違いを示すが、磁路形成部材がない場合には強磁界が発熱層周辺から発生していることがわかる。この磁界は、コイルによる磁界と発熱層に流れる渦電流による磁界によるもので、発熱層から漏れ出ている。
【表１】
2005203273.tif 000004
【００２９】
そこで、上述のように構成された本発明の加熱装置は、導電性の発熱層を含む被加熱部材であって、発熱層の厚さが、その表皮深さよりも薄い被加熱部材と、この被加熱部材の発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させて発熱層を電磁誘導加熱するための励磁コイルとを有する加熱装置の加熱形態において、少なくとも発熱層を、コイルと磁路形成部材である、例えばソフトフェライトなど（以下、フェライトと呼ぶことがある）で挟んで対向させた構成とすることで、交番磁界発生手段（励磁コイル）−発熱層−磁路形成部材で磁束路が形成できるため安定した誘導加熱状態を実現することができる。これにより、表皮深さより十分に薄い非磁性金属であっても安全で安定した誘導加熱状態を得ることが可能な加熱装置を提供することができる。
【００３０】
ここで、前記被加熱部材は、無端ベルト形状であって、所定の方向に移動可能なように形成されており、その移動方向前後において、前記磁路形成部材の両端部は、相対向する励磁コイルの両端部を越えてそれぞれ延在していてもよい。
【００３１】
この場合は、被加熱部材の所定の移動方向前後において、磁路形成部材の両端部が、相対向する励磁コイルの両端部を越えてそれぞれ延在しているので、磁路形成部材の幅が、コイルの幅（加熱幅）より大きくなり、発熱層が表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層を挟んで励磁コイルと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、漏洩の少ない磁束路を形成し、遮蔽効果を向上させることができる。
【００３２】
また、前記無端ベルト形状に形成された被加熱部材は、円筒状であってもよい。
【００３３】
また、前記磁路形成部材は、ソフトフェライトで形成されていてもよい。
【００３４】
この場合は、磁束を収集し遮蔽するために好適な材質を用いた磁路形成部材を有する加熱装置を提供することができる。
【００３５】
さらに、前記被加熱部材の発熱層は、主に発熱する層の厚さが２〜１５μｍの銅で形成されており、前記励磁コイルに印加される交流電流の周波数は２０〜１００ｋＨｚであってもよい。
【００３６】
この場合は、銅層厚さと印加周波数との関係において、安定した加熱が可能となる加熱装置を提供することができる。
【００３７】
また、本発明の加熱装置は、導電性の発熱層を含む被加熱部材であって、該発熱層の厚さが、その表皮深さよりも薄い被加熱部材と、この被加熱部材の発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させて該発熱層を電磁誘導加熱するための励磁コイルとを有する加熱装置において、前記励磁コイルは、前記被加熱部材の表面と非接触で、この表面に沿って線材を巻回させて形成されており、前記励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する磁路形成部材とを備え、前記励磁コイル及び前記磁路形成部材は、前記被加熱部材の表面形状に倣うように形成されていると共に、前記被加熱部材と非接触で配置され、かつ、前記磁路形成部材は、前記励磁コイル及び前記被加熱部材を挟んで対向している部分を有していることを特徴とする。
【００３８】
加熱装置の必要に応じて、さらなる安定した加熱状態を得ようとすれば、交番磁界発生手段（励磁コイル）の発熱層と反対側にさらに磁路形成部材を配置し、発熱層と交番磁界発生手段を挟んだ構成、すなわち磁路形成部材−交番磁界発生手段（励磁コイル）−発熱層−磁路形成部材という加熱構成にすることが望ましい。磁路形成部材で励磁コイルと発熱層とを挟み込むことで、励磁コイルと発熱層による電磁界に対する磁路を形成し、安全に安定した加熱が可能になる。
【００３９】
そこで、上述のように構成された本発明の加熱装置においては、被加熱部材の表面形状に倣うように形成され、被加熱部材と非接触で配置された励磁コイル及び磁路形成部材を備え、さらに、磁路形成部材が、励磁コイル及び被加熱部材を挟んで対向している部分を有するように配置されているので、漏洩の少ない磁束路を形成し、励磁コイルから漏れ出る磁束を効果的に収集して、遮蔽効果を向上させることができる。
【００４０】
ここで、前記磁路形成部材は、前記励磁コイル及び前記被加熱部材を挟んで互いに対向するように配置されている第一の磁路形成部材と、第二の磁路形成部材とを備え、該第一の磁路形成部材は、被加熱部材側に配置されていると共に、該第二の磁路形成部材は、励磁コイル側に配置されていてもよい。
【００４１】
この場合は、磁路形成部材が、被加熱部材側に配置されている第一の磁路形成部材と、励磁コイル側に配置されている第二の磁路形成部材とにより構成されているので、励磁コイルから漏れ出る磁束を収集し、遮蔽するための磁路形成部材をより効率的に利用することができる。
【００４２】
また、前記被加熱部材は、無端ベルト形状であって、所定の方向に移動可能なように形成されており、その移動方向前後において、少なくとも被加熱部材側に配置された前記第一の磁路形成部材の両端部は、相対向する励磁コイルの両端部を越えてそれぞれ延在していてもよい。
【００４３】
この場合は、少なくとも被加熱部材側に配置された第一の磁路形成部材の周方向両端部が、被加熱部材の所定の移動方向前後において、相対向する励磁コイルの両端部を越えてそれぞれ延在していているので、発熱層が表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層を挟んで励磁コイルと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、遮蔽効果を向上させることができる。
【００４４】
また、前記無端ベルト形状に形成された被加熱部材は、円筒状であってもよい。
【００４５】
さらに、前記第一及び第二の磁路形成部材の少なくとも一方は、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されていてもよい。
【００４６】
この場合は、第一及び第二の磁路形成部材の少なくとも一方が、被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されているので、個々の磁路形成部材を小さくでき、これにより、個々の磁路形成部材の型成形が容易となり、その寸法精度が出し易くなる。また、高価な磁路形成部材の使用量が削減でき、軽量化及びコストダウンが可能な加熱装置を提供することができる。
【００４７】
さらにまた、前記第一及び第二の磁路形成部材のそれぞれは、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されており、前記第一又は第二の磁路形成部材を構成する小片部材群の各小片部材と、前記第二又は第一の磁路形成部材を構成する小片部材群において互いに隣接する２つの小片部材が形成する各間隙とが互いに相対向するように配置されていてもよい。
【００４８】
この場合は、第一及び第二の磁路形成部材のそれぞれが、被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されており、前記第一又は第二の磁路形成部材を構成する小片部材群の各小片部材と、前記第二又は第一の磁路形成部材を構成する小片部材群において互いに隣接する２つの小片部材が形成する各間隙とが互いに相対向するように配置されているので、適切な磁路を形成して磁束の集中による温度ムラの発生を防止すると共に、高価な磁路形成部材の使用量を減少させつつ、その効果的な使用を可能とする加熱装置を提供することができる。
【００４９】
さらにまた、前記第一及び第二の磁路形成部材のそれぞれは、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されており、第一の磁路形成部材の小片部材群と、第二の磁路形成部材の小片部材群とは、互いに、対向する相手側の磁路形成部材の各間隙を補完するように配置されていてもよい。
【００５０】
この場合も、第一及び第二の磁路形成部材の小片部材群のそれぞれが、互いに、対向する相手側の磁路形成部材の間隙を補完するように配置されているので、磁束の集中による温度ムラの発生を防止すると共に、高価な磁路形成部材の使用量を減少させつつ、その効果的な使用を可能とする加熱装置を提供することができる。
【００５１】
さらにまた、前記第一及び第二の磁路形成部材の小片部材群のそれぞれは、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向におけるその中心が、互いに、対向する相手側の磁路形成部材群の間隙の中心と略一致するように配置されていてもよい。
【００５２】
この場合は、より効果的に磁束の集中による温度ムラの発生を防止し、磁路形成部材のより効果的な使用を可能とする加熱装置を提供することができる。
【００５３】
以上において、前記磁路形成部材は、ソフトフェライトで形成されていてもよい。
【００５４】
この場合は、磁束を収集し遮蔽するために好適な材質を用いた磁路形成部材を有する加熱装置を提供することができる。
【００５５】
また、前記被加熱部材の発熱層は、主に発熱する層の厚さが２〜１５μｍの銅で形成されており、前記励磁コイルに印加される交流電流の周波数は２０〜１００ｋＨｚであってもよい。
【００５６】
この場合は、銅層厚さと印加周波数との関係において、安定した加熱が可能となる加熱装置を提供することができる。
【００５７】
また、本発明の定着装置は、上述の加熱装置を用いた定着装置であって、前記被加熱部材の少なくとも最表面に離型層を有する定着ベルトと、この定着ベルトを電磁誘導加熱する加熱部と、未定着トナー像を担持した記録材を、加圧部材と前記定着ベルトとの間で加熱加圧して、この未定着トナー像を定着するニップ部とを備えることを特徴とする。
【００５８】
また、本発明の画像記録装置は、上述の定着装置と、記録材に未定着トナー像を形成する画像形成手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５９】
この発明によれば、主な発熱層が非磁性体（金属）で、発熱層がその表皮深さより薄いものを加熱する加熱装置において、極めて短時間で加熱が可能となると共に、安定した誘導加熱状態が得られる加熱装置が実現でき、この加熱装置を定着装置、画像記録装置に適用することで、これらのウォームアップタイムを１０秒以下にすることができる。さらに、加熱に必要な時にのみエネルギーを投入すればよい、省エネルギーでかつ利便性に富んだ加熱装置及びこれを用いた定着装置、画像記録装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
＜第一の実施形態＞
【００６１】
まず、本発明に係る加熱装置が適用される定着装置の第一の実施形態について、図１を参照して説明する。図１は、本発明に係る定着装置の第一の実施形態を示す模式的断面図である。
【００６２】
本発明に係る定着装置の第一の実施形態１０は、ウォームアップタイムの短縮化、及び記録材の剥離性能の確保を目的とし、トナー像を定着するための定着部材としては、熱容量の小さい柔軟（フレキシブル）なベルト状の部材を使用し、このベルト状部材の内部には、熱を奪う部材を極力配設しないように構成されている。すなわち、無端状のベルト部材（加熱定着ベルト）は、その内側に駆動ロール等の張架部材を設けずに、無張架で配置され、加圧部材に対向して配置されて定着ニップ部を形成するパッド部材（押圧部材）のみしか、基本的には設けない構成を採用している。また、加熱対象となるベルト状部材を直接加熱できるように、ベルト状部材内部に発熱層を設け、励磁コイルにより生成される変動磁界によってこの発熱層を誘導加熱させる方式を用いている。
【００６３】
具体的には、図１に示されるように、発熱層を有する薄肉中空円筒状の加熱定着ベルト２０と、この加熱定着ベルト２０の図中下部外表面と圧接するように配設された加圧ロール２３とを備え、この加圧ロール２３と対向している加熱定着ベルト２０の内側には、その内表面と当接する弾性部材２４が、支持部材２２により支持されて配設されていると共に、加圧ロール２３との対向面と反対側（図中上部）の加熱定着ベルト２０の内部には、加熱定着ベルト２０の内表面と非接触で、この内表面の一部と対向するように励磁コイル１Ａが設けられている。さらに、励磁コイル１Ａと対向している加熱定着ベルト２０の外部には、加熱定着ベルト２０の外表面と非接触で、この外表面の一部と対向するように磁路形成部材であるフェライト４１が配設されている。
【００６４】
このように構成された定着装置１０においては、加圧ロール２３と、弾性部材２４とで加熱定着ベルト２０を挟持した状態に保持してニップ部１Ｙが形成され、このニップ部１Ｙに未定着トナー像２５が転写された記録材２７を通過させることにより、熱及び圧力で未定着トナー像２５が記録材２７上に定着され、定着画像が形成されるようになっている。そして、発熱層を有する薄肉の加熱定着ベルト２０を、励磁コイル１Ａにより生成される変動磁界によって電磁誘導加熱することにより、未定着トナー像を定着する際の加熱が行われるように構成されている。
【００６５】
次に、定着装置１０の構成部材の詳細について、以下に説明する。
【００６６】
まず、加熱定着部材としての加熱定着ベルト２０は、発熱層を有する無端状のベルトとして形成されている。詳細には、図２に示されるように、その内側から、耐熱性の高いシート状部材からなる基材層２０ａと、この基材層２０ａの上に積層された単一の発熱層である発熱層２０ｂと、最も上層となる表面離型層２０ｃの少なくとも３層を備え、直径φ３０ｍｍの無端状ベルトとして形成されている。なお、図３に示されるように、発熱層２０ｂと表面離型層２０ｃとの間に、例えば、ゴム硬度３５°のシリコンゴムからなる弾性層２０ｄをさらに設けてもよい。また、本実施形態においては、図示しないが無端状の加熱定着ベルト２０の両端部をエッジガイドに突き当てることにより、この加熱定着ベルト２０の蛇行を規制して使用するように構成されている。
【００６７】
ここで、加熱定着ベルト２０の基材層２０ａは、例えば、厚さ１０〜１００μｍ、さらに好ましくは厚さ５０〜１００μｍ（例えば、７５μｍ）の耐熱性の高いシートであり、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形成することができる。
【００６８】
また、発熱層２０ｂは、励磁コイル１Ａによって生成される磁界の電磁誘導作用により、誘導発熱する導電層であり、銅を２〜１５μｍ程度の厚みで形成したものが用いられる。均一な層をめっきや蒸着などで形成しようとすれば、２μ以下であると製造上の歩留りの悪さや膜厚精度の確保、品質管理やコスト面で問題が発生する。また１５μｍ以上であると、熱容量が大きくなり、１０秒以下のウォームアップ達成に影響を及ぼし、発熱層の可撓性が悪化することから、定着装置の剥離性能を得るためにたわめることが困難となるため１５μｍ以下が望ましい。さらに１５μｍ以上の厚さになると、周波数２０ｋ〜１００ｋＨｚにおける誘導加熱性能が悪化する。このことは、表皮深さより十分に薄い厚さの金属層には層全体に渦電流が流れるが、厚さ増加により抵抗値が低くなるため、渦電流によるジュール発熱損が得にくくなることに起因する。つまり、ジュール発熱は渦電流の２乗値と渦電流が流れる主経路の抵抗値の乗算により決定されるため、抵抗値が低すぎれば、いくら大きな渦電流が流れても発熱しない状態に至るためである。
【００６９】
また本実施の形態では、図２、図３には図示していないが、銅層である発熱層２０ｂの表面離型層側に厚さがおよそ０．１〜５μｍ程度のニッケル層を設けた加熱定着ベルトでも実施した。ニッケル層は、加熱定着ベルトの強度の向上のために設けたもので、電磁誘導作用による発熱に寄与する層となるが、電磁誘導特性への影響が小さくなる（誘導状態におけるインダクタンスやレジスタンスの変化がおよそ１０％以下となる）厚さで設けている。実際の一例として、１０μｍの銅層に５μｍのニッケル層を設けた２つの発熱に寄与する層を有する加熱定着ベルトと単一の銅層１０μｍを有する加熱定着ベルトの電磁誘導特性を比較したところ、誘導状態におけるインダクタンス、レジスタンスの変化は５％以下で、単一の銅層との差は非常に小さい。このような層を設けても、主に発熱する層は発熱層２０ｂの銅層となるため本発明の実施の形態上ほとんど問題はない。
【００７０】
ここで、銅層厚さと印加周波数との関係について、図４を参照してさらに説明する。図４は、周波数に対する力率相当量の変化を示した図であり、銅層厚さ２μ〜１５μｍにおける発熱のし易さを示す特性図である。
【００７１】
図４において、２０ｋ〜１００ｋＨｚの周波数帯にわたって、力率相当量である発熱のファクターが０．５に達していれば安定した加熱が可能な状態であるが、図に示されるように、厚さが２μｍの場合にはおよそ６０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚで、１５μｍではおよそ３０ｋＨｚ以下が適正であることがわかる。
【００７２】
従って、コイルに印可する電流の周波数は、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚであることが望ましい。２０ｋＨｚ以下では、発振ノイズ音が人の可聴領域内に入るために採用できず、また、１００ｋＨｚ以上であると、コイルに電流を印可する誘導加熱電源のスイッチングロスが大きくなり、周辺機器に影響を及ぼす放射ノイズが大きくなると共に、コイルの表皮抵抗が増大し、これらによる損失が顕在化するためである。
【００７３】
また、本実施形態では、パッド部材と加圧ロールとで形成されるニップ部の内部で、加熱定着ベルト２０が当該ニップ部の形状に倣う必要がある。このため、フレキシブルなベルトである必要があり、発熱層２０ｂは、可能な限り薄層にすることが好ましい。そこで、本実施形態においては、発熱層２０ｂとして、導電率の高い銅を、発熱効率が高くなるように１０μｍ程度の極薄い厚さで、上述のポリイミドからなる基材層２０ａ上にめっきしたものが用いられている。
【００７４】
さらに、離型層２０ｃは、記録材上に転写された未定着トナー像と、直接接する層であるため、離型性の良い材料を使用する必要がある。この離型層２０ｃ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。この離型層２０ｃは、これらの材料のうちから適宜選択されたものを、１〜５０μｍの厚さでベルトの最上層に設けたものである。また、離型層２０ｃの厚さは、薄すぎると、耐磨耗性の面で耐久性が悪く、加熱定着ベルト２０の寿命が短くなってしまい、逆に、厚すぎると、ベルトの熱容量が大きくなり、ウォームアップタイムが長くなってしまう。
【００７５】
本実施形態においては、耐磨耗性と、ベルトの熱容量のバランスを考慮して、加熱定着ベルト２０の離型層２０ｃとして、厚さ２０μｍの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）が使用されている。
【００７６】
また、上記の如く構成された加熱定着ベルト２０の内部には、例えば、シリコンゴム等から形成されたパッド（押圧部材）としての弾性部材２４が設けられている。この実施形態では、弾性部材２４として、ゴム硬度がＪＩＳ−Ａで３５°のシリコンゴムを、ＳＵＳ・鉄等の金属や、耐熱性の高い合成樹脂等からなる剛性を持つ支持部材２２に積層したものが用いられている。このシリコンゴムからなる弾性部材２４は、例えば、均一な厚さのものが使用される。また、支持部材２２は、図示しない定着装置のフレームに固定した状態で配置されているが、弾性部材２４が所定の押圧力で加圧ロール２３の表面に圧接するように、図示しないスプリング等の付勢手段によって、加圧ロール２３の表面に向けて押圧してもよい。
【００７７】
なお、本実施形態においては、加圧ロール２３として、直径φ２６ｍｍの中実の鉄製ロールの表面に、離型層として、厚さ３０μｍの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）を被覆したものが使用されている。そして、この加圧ロール２３は、図示しない加圧手段により、加熱定着ベルト２０を介して弾性部材２４に押圧された状態で、図示しない駆動手段によって回転駆動されている。
【００７８】
また、加圧ロール２３には、熱伝導性の良いアルミニウムやステンレス等の金属からなる不図示の金属ロールが、接離可能なように設けられてもよい。この金属ロールは、定着装置に通電が開始された朝一番などで、加熱定着ベルト２０や加圧ロール２３の温度が室温状態に冷えているときには、加圧ロール２３から離れた位置に停止している。そして、上記定着装置において、例えば、小サイズ用紙を連続して定着処理した場合など、当該定着装置が使用されるに伴って、加熱定着ベルト２０や加圧ロール２３に、軸方向に沿った温度差が生じたときには、上記金属ロールを加圧ロール２３と当接させるように構成してもよい。
【００７９】
また、被加熱部材である加熱定着ベルト２０は、加圧ロール２３の回転に従動して、所定の方向に循環移動するものである。そこで、この実施形態では、加熱定着ベルト２０と弾性部材２４との間に、摺動性を良好とするため、耐摩擦性が強く、摺動性の良いシート材、例えばテフロン（登録商標）樹脂を含浸させたガラス繊維シート（中興化成工業：ＦＧＦ４００−４等）を介在させ、さらに潤滑剤として、シリコンオイルなどの離型剤を、加熱定着ベルト２０の内面に塗布することで、摺動性を向上させるように構成されている。このようにすることで、実際の加熱時において、加圧ロール２３の空回転時の駆動トルクを、約６ｋｇ・ｃｍから約３ｋｇ・ｃｍにまで低減することができる。従って、加熱定着ベルト２０は、加圧ロール２３と滑ることなく従動し、加圧ロール２３の回転速度と等しい速度で循環移動することが可能となっている。
【００８０】
次に、図５に示されるように、励磁コイル１Ａは、強磁性体からなる芯材を有する線状部材を巻回させて薄肉円筒状の加熱定着ベルト２０の外表面に倣うように形成され、加熱定着ベルト２０の回転方向（周方向）と直交する方向を長手方向としてコイル支持部材２６により支持されている。そして、被加熱部材である加熱定着ベルト２０の表面と０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度のギャップを保持して、加熱定着ベルト２０の表面と対向するように設置されている。ここで、励磁コイル１Ａとしては、例えば、相互に絶縁された直径φ０．１６ｍｍの銅線材を９０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。リッツ線の巻き方は、１つの巻き方に限定されるものではなく、例えば、渦巻き状に巻いてもよく、励磁コイル１Ａに流す交流電流により生じる変動磁界Ｈが発熱層２０ｂに対して図示したように作用すればよい。また、コイル支持部材２６としては、耐熱性のある非磁性材料を用いるのが望ましく、例えば、セラミックス、耐熱ガラス、ポリカーボネート、ＬＣＰ、ポリイミド、ＰＰＳ等の耐熱性樹脂が用いられる。
【００８１】
この励磁コイル１Ａに、励磁回路３０を通じて所定の周波数の交流電流が印加されることにより、励磁コイル１Ａの周囲には変動磁界Ｈが発生し、この変動磁界Ｈが、加熱定着ベルト２０の発熱層２０ｂを横切るときに、電磁誘導作用によって、この磁界Ｈの変化を妨げるように、加熱定着ベルト２０の発熱層２０ｂに渦電流Ｂが生じる。この渦電流Ｂが加熱定着ベルト２０の発熱層２０ｂを流れることにより、当該発熱層２０ｂの抵抗に比例した電力（Ｗ＝Ｉ2Ｒ）でジュール熱が発生し、被加熱部材（発熱体）である加熱定着ベルト２０が加熱される。励磁コイル１Ａに印加される交流電流の周波数は、例えば、２０〜５０ｋＨｚに設定されるが、この実施の形態では、交流電流の周波数が３０ｋＨｚに設定されている。また、本実施形態においては、励磁回路３０として、低コストの並列共振型の励磁回路電源を用いた場合でも極めて良好に電磁誘導加熱が可能であることが確認されている。このような並列共振型の高周波電源は電磁調理器などで実績があり、電磁誘導加熱用の電源としては安価に構成でき、実用性と汎用性が高いものである。
【００８２】
また、再び図１を参照して、磁路形成部材４１としては、鉄、コバルト、ニッケル、フェライト等の磁性材料を用いることができるが、最も望ましいのはソフトフェライトである。ソフトフェライトは強磁性を有しており、透磁率が高く、電気抵抗値が非常に高いため、電磁誘導作用による渦電流Ｂが流れにくい。また交番磁界によるヒステリシス損も小さく、発熱層２０ｂのコイル１Ａと反対側の磁路を形成するには最も適している。この磁路形成部材４１は、励磁コイル１Ａにより生成された磁界及び渦電流による反作用磁界の磁束密度が高い周辺の磁束を集めて、磁路を形成するものであり、効率の良い加熱を可能とすると同時に、磁束が定着装置１０の外部に漏れて、周辺部材が不本意に加熱されるのを防止するためのものである。
【００８３】
ここで、磁路形成部材４１の周方向両端部４１ｅは、励磁コイル１Ａの周方向両端部１Ａｅ間と対向している領域を超えて、さらに、周方向に延在しているようになっている。すなわち、加熱定着ベルト２０の移動方向前後（周方向）において、磁路形成部材４１の両端部４１ｅは、相対向する励磁コイル１Ａの両端部１Ａｅを越えてそれぞれ延在している。
【００８４】
具体的には、図６に模式的に示されるように、磁路形成部材４１のフェライト幅ｍ２と、励磁コイル１Ａのコイル幅ｍ１との関係は、ｍ２＞ｍ１となるように設定されている。これは、ｍ２がｍ１よりも短いと、磁路形成が十分に行われず、効率低下や周辺部材への誘導を引き起こす虞が生じるためである。表２に、ｍ１＜ｍ２とｍ１＞ｍ２の場合における加熱領域周辺の磁束密度の測定結果を示す。表２に示されるように、ｍ１＜ｍ２であると漏れ磁束が少なくて、良好な遮蔽効果を得られることがわかる。
【表２】
2005203273.tif 000005
【００８５】
このように磁路形成部材４１の両端部４１ｅが、励磁コイル１Ａに対向している領域を越えて、さらに加熱定着ベルト２０の周方向に延在しているので、磁路形成部材４１の幅が、励磁コイル１Ａの幅（加熱幅）よりも大きくなり、発熱層２０ｂが表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層２０ｂを挟んで励磁コイル１Ａと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、漏洩の少ない磁束路を形成し、遮蔽効果を向上させることができる。
【００８６】
以上、本発明に係る定着装置の第一の実施形態について説明してきたが、加熱定着ベルト２０に対する励磁コイル１Ａと、磁路形成部材４１との配置関係は、上述に限定されるものではない。例えば、図７は本発明に係る定着装置の第一の実施形態の変形例１０Ａを示す図である。本変形例における定着装置１０Ａは、磁路形成部材４０が加熱定着ベルトの内側に配置され、励磁コイル１Ａが加熱定着ベルト２０の外側に配置されたものであり、先の定着装置１０とは、励磁コイル１Ａと、磁路形成部材４１との配置関係を逆にしたものである。このように構成した場合でも、上述と同様の効果が得られ、併せて、励磁コイル１Ａの放熱性を向上させることができる。
＜第二の実施形態＞
【００８７】
次に、本発明に係る定着装置の第二の実施形態について図８を参照して説明する。
【００８８】
本発明に係る定着装置の第二の実施形態は、図８に示されるように、２つの磁路形成部材５５及び５７を、励磁コイル１Ａ及び加熱定着ベルト２０を挟んで互いに対向するように配置構成したものである。簡単のため、第一の実施形態と同様の機能を有する部材には同様の符号を付し、その説明は省略する。
【００８９】
第二の実施形態に係る定着装置５０は、励磁コイル１Ａで発生する磁束をさらに効率よく収集し、その加熱効率を上昇させることを目的としたものである。
【００９０】
具体的には、図８に示されるように、発熱層２０ｂを有する薄肉中空円筒状の加熱定着ベルト２０と、この加熱定着ベルト２０の図中下部外表面と圧接するように配設された加圧ロール２３とを備え、加熱定着ベルト２０の中心部には、支持部材２２が配設されている。そして、この支持部材２２は、加圧ロール２３と対向している加熱定着ベルト２０の内表面（図中下部）と当接してニップ部を形成する弾性部材２４を支持していると共に、その反対側（図中上部）において、加熱定着ベルト２０の内表面の曲面形状に倣うように形成された略半円筒形の第一の磁路形成部材であるフェライト５５を支持している。さらに、このフェライト５５の上部には、例えば、中空の渦巻き状に形成された励磁コイル１Ａを介して、加熱定着ベルト２０の内表面の曲面形状に倣うように形成された略半円筒形のコイル支持部材２６が加熱定着ベルト２０の内表面と非接触で、この内表面の一部と対向するように配置されている。このコイル支持部材２６は、その中央部のフェライト５５と対向する側に、突起部２６Ａを有し、この突起部２６Ａに励磁コイル１Ａの中空部を配置することにより、励磁コイル１Ａをフェライト５５との間で挟み込み、この励磁コイル１Ａを保持するようになっている。また、励磁コイル１Ａと対向している加熱定着ベルト２０の外部には、加熱定着ベルト２０の外表面と非接触で、この外表面の一部と対向するように配設された第二の磁路形成部材であるフェライト５７が設けられている。
【００９１】
このように構成した定着装置５０の場合には、励磁コイル１Ａ及び加熱定着ベルト２０を挟み込んでいる磁路形成部材が、加熱定着ベルト２０の内側に配置されている第一の磁路形成部材５５と、励磁コイル１Ａの外側に配置されている第二の磁路形成部材５７とにより構成されているので、励磁コイル１Ａから漏れ出る磁束をより効果的に収集し、遮蔽するための磁路形成部材をより効率的に利用することができる。
【００９２】
また、加熱定着ベルト２０側に配置されたフェライト５７の周方向両端部５７ｅは、励磁コイル１Ａに対向している領域を越えて、さらにその周方向に延在するように形成されている。
【００９３】
この場合は、少なくとも加熱定着ベルト２０側に配置された第二の磁路形成部材であるフェライト５７の周方向両端部５７ｅが、対向している励磁コイル１Ａの両端部１Ａｅを越えてそれぞれその周方向に延在しているので、先の形態と同様に、発熱層２０ｂが表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層２０ｂを挟んで励磁コイル１Ａと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、遮蔽効果を向上させることができる。
【００９４】
また、このようにフェライト５５とフェライト５７とを、励磁コイル１Ａ及び加熱定着ベルト２０を挟んで対向配置することにより、励磁コイル１Ａに交流電流を印加する高周波電源の周波数を下げたり、励磁コイル１Ａの巻き数を減少させたりすることが可能となり、さらに、電源の小型化、励磁コイル１Ａの小型化を通じて、コストダウンを実現することができる。
【００９５】
なお、本実施形態においては、磁路形成部材を第一及び第二の磁路形成部材５５，５７により形成しているが、磁路形成部材は、励磁コイル１Ａ及び加熱定着ベルト２０を挟んで対向している部分を有すればよく、例えば、加熱定着ベルト２０の側面を覆うようにコ字状に一体に形成してもよい。
【００９６】
また、より遮蔽効果を向上させるために、励磁コイル１Ａ側に配置されたフェライト５５の周方向両端部５５ｅを、励磁コイル１Ａに対向している領域を越えて、さらにその周方向に延在するように形成してもよい。
【００９７】
さらに、図９の変形例５０Ａに示されるように、励磁コイル１Ａは、加熱定着ベルト２０の外側に配置してもよい。この場合も、上述と同様な効果が得られると共に、励磁コイル１Ａの放熱性を向上させることができる。
＜第三の実施形態＞
【００９８】
次に、本発明に係る定着装置の第三の実施形態について図１０〜図１３を参照して説明する。
【００９９】
第三の実施形態は、第二の実施形態をより安価に構成し、コスト低減を考慮した実用性の高い加熱装置及びこれを用いた定着装置を提供することを目的としたものである。この実施の形態に係る定着装置７０は、第二の実施形態で示した定着装置５０の構成と磁路形成部材の形態が異なり、本実施形態においては、磁路形成部材の使用量をより少なくすることで、より安価でかつ軽量な加熱装置及びこれを用いた定着装置を提供している。
【０１００】
図１０は第三の実施形態に係る定着装置７０の模式的な側面図であり、図１１はＨ−Ｈ’線に沿った断面図である。なお、簡明化のため、図１１に記載の加熱定着ベルト２０よりも上部の部材（励磁コイル支持部材２６、励磁コイル１Ａ、磁路形成部材７７）は、図１０においては、上方に分離して図示されている。
【０１０１】
本実施の形態においては、磁路形成部材以外の構成はほぼ第二の実施形態と共通しているためその説明は省略し、以下に磁路形成部材及びその周辺構成部材を中心に説明する。
【０１０２】
図１０及び図１１に示されるように、励磁コイル１Ａは、相互に絶縁された直径φ０．１６ｍｍの絶縁被覆された素線（銅線材）を９０本束ねたリッツ線を中空の渦巻き状に１１ターン巻いてプレス成型してコイリングされており、この励磁コイル１Ａの中空部１Ａｃが励磁コイル支持部材２６の凸部２６Ａに配置され、励磁コイル支持部材２６の表面の曲面形状に倣って、湾曲した形状が保持されている。また、励磁コイル１Ａの図中上面にはコイルの湾曲形状に略沿った形で、励磁コイル１Ａを覆うように磁路形成部材７７が配置されており、これらの磁路形成部材７７、励磁コイル１Ａ及び励磁コイル支持部材２６は、周回移動する加熱定着ベルト２０の外表面と非接触で、この外表面に対向して配置されている。
【０１０３】
また、加熱定着ベルト２０の内側には磁路形成部材７５がベルトの内表面に略沿って、この内表面と非接触で対向配置されており、この磁路形成部材７５と磁路形成部材７７とが、励磁コイル１Ａ及び加熱定着ベルト２０とを挟んで対向した構成になっている。
【０１０４】
さらに、磁路形成部材７５は非磁性絶縁部材または非磁性金属部材（樹脂またはアルミ・銅など）の支持部材２２により支持されており、この支持部材２２は、併せて定着ニップを形成する弾性部材２４からの荷重を受けて支持している。ここで、支持部材２２は、定着ニップの加圧荷重を支持するため、剛性が高く、耐熱性、耐クリープ性の高い部材であることが必要であり、樹脂材料では形成が困難なため金属部材で形成されることが望ましい。本実施形態においては、コストや製造の容易性、剛性を考慮してアルミが使用されている。金属部材として非磁性金属である、アルミや銅などを使用する理由として、支持部材２２は、励磁コイル１Ａ及び加熱定着ベルト２０内の発熱層２０ｂの渦電流Ｂが作る磁界が作用しやすい位置にあり、磁性金属であると、この磁界の作用により発熱してしまうため、表皮深さの大きい非磁性金属を採用することにより渦電流損を極めて小さくすることができる。
【０１０５】
ここで、励磁コイル１Ａ側に配置されている磁路形成部材７７は図１０及び図１１に示されるように、コイル１Ａを覆うような連続体で構成されている。これに対して、加熱定着ベルト２０側に配置されている磁路形成部材７５は複数の小片弓形部材７５Ａに分割され、加熱定着ベルト２０の移動方向と略直交する回転軸方向に１６ｍｍの間隔をあけて１３個配置されている。磁路形成部材群７５の小片７５Ａは厚さ３ｍｍでゆるやかな曲率を有した弓形形状をしており、励磁コイル１Ａの長手方向に沿った幅は１０ｍｍである。支持部材２２上この小片弓形部材７５Ａは、支持部材２２上に載置され、加熱定着ベルト２０の内表面と非接触で、この内表面に略沿って、励磁コイル１Ａの対向面に対応するように配置されている。このように配置された磁路形成部材７５により、例えば、図１０のＨ−Ｈ’断面における磁路は、図１２の破線で示されるように形成される。
【０１０６】
ここで、磁路形成部材７５の小片弓形部材７５Ａを間隔を空けて配置したのは、加熱定着ベルト２０の回転軸方向に均等に磁束を作用させて磁路を形成するためである。磁路形成部材７５を構成する小片７５Ａの使用量は、少ない個数で周辺金属部材への電磁誘導を防止できればよい。
【０１０７】
以下に、この磁路形成部材７５の使用量について、図１３を参照して検討する。図１３は、磁路形成部材７５Ａの使用量に対する支持部材２２への誘導度を示す図である。支持部材２２はアルミ製であり、この図でいう支持部材金属２２への誘導度とは、小さいほど励磁コイル１Ａの電磁誘導作用を受け、誘導度が１であれば電磁誘導作用の影響をほとんど受けていないということを示す特性である。また、磁路形成部材の使用量とは、例えば１００％の場合、コイル長に対して支持部材２２の表面をコイル長と同じ長さ分だけ覆ったときの状態を示している。
【０１０８】
本実施形態の場合には、コイル長は３５０ｍｍで、磁路形成部材７５の小片弓形部材７５Ａは幅１０ｍｍのものを合計１３個使用しているので、磁路形成部材７５の使用量は、１０×１３ｍｍ／３５０ｍｍ×１００≒３７％となる。
【０１０９】
図中の点線の誘導度（０．９）以下の場合には、支持部材２２への誘導作用により、無効電力が増えて電源の効率低下を招く領域であり、磁路形成部材７５の使用量が３０％以上であれば、問題ないことがわかる。また、使用量が３０％以上であれば、漏洩磁界も小さく、支持部材２２以外の金属製の構成部材への誘導もほとんどなくすことができる。
【０１１０】
従って、このように磁路形成部材７５の使用量を減らした第三の実施形態においても、安定した加熱状態を得ることができる加熱装置及びこれを用いた定着装置を提供することができる。
【０１１１】
さらに、本実施形態においては、少なくとも加熱定着ベルト２０側に配置されている磁路形成部材７５は、複数個の小片部材７５Ａを、加熱定着ベルト２０の回転軸方向に亘って、互いに間隙を設けて配置された小片部材群により形成されているので、個々の磁路形成部材７５Ａを小さくでき、これにより、個々の磁路形成部材７５Ａの型成形が容易となり、その寸法精度が出し易くなる。また、高価な磁路形成部材であるフェライトの使用量が削減でき、軽量化及びコストダウンが可能な加熱装置及びこれを用いた定着装置を提供することができる。
【０１１２】
なお、先の実施形態と同様に、加熱定着ベルト２０側に配置されたフェライト７５の周方向両端部７５ｅを、励磁コイル１Ａに対向している領域を越えて、さらにその周方向に延在するように形成することにより、発熱層２０ｂが表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層２０ｂを挟んで励磁コイル１Ａと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、遮蔽効果を向上させることができる。
【０１１３】
さらに、励磁コイル１Ａは、加熱定着ベルト２０の外側に配置してもよいし、加熱定着ベルト２０の外側に配置された磁路形成部材７７を小片弓形部材群で構成して、加熱定着ベルト２０の内側に配置された磁路形成部材７５を連続体で構成してもよい。
＜第四の実施形態＞
【０１１４】
次に、本発明に係る定着装置の第四の実施形態について図１４〜図１７を参照して説明する。
【０１１５】
第四の実施形態は、第三の実施形態を、さらにより安価に構成し、コスト低減を考慮した実用性の高い加熱装置及びこれを用いた定着装置を提供することを目的としたものである。この実施の形態に係る定着装置９０は、第三の実施形態で示した定着装置７０の構成と磁路形成部材の形態が異なり、本実施形態においては、磁路形成部材の使用量をより少なくすることで、より安価でかつ軽量な加熱装置及びこれを用いた定着装置を提供している。
【０１１６】
図１４は第四の実施形態に係る定着装置９０の模式的な側面図であり、図１５はＪ−Ｊ’線に沿った断面図であり、図１６はＫ−Ｋ’線に沿った断面図である。また、図１７は、第四の実施形態における「千鳥配置」なる呼称の意味を視覚的に説明するために、磁路形成部材群の位置関係を模式的に示す側面図である。ここで、この図１７においては、簡明化のため、図１５及び図１６に記載の加熱定着ベルト２０よりも上部の部材（励磁コイル支持部材２６、励磁コイル１Ａ、磁路形成部材９７）は、図１７においては、上方に分離して図示されている。
【０１１７】
本実施の形態においては、磁路形成部材以外の構成はほぼ第三の実施形態と共通しているためその説明は省略し、以下に磁路形成部材及びその周辺構成部材を中心に説明する。
【０１１８】
図１４に示すように、本実施形態においては、互いに対向するように配置された磁路形成部材９５及び磁路形成部材９７は、それぞれ複数の小片弓形部材９５Ａ及び９７Ａに分割され、加熱定着ベルト２０の回転軸方向に１６ｍｍの間隔をあけて、励磁コイル１Ａ側に配置された磁路形成部材９７については１４個、加熱定着ベルト側に配置された磁路形成部材９５については１３個それぞれ配置されている。
【０１１９】
磁路形成部材９５と磁路形成部材９７との互いの位置関係は、図１４及び図１７に示されるように、いわゆる「千鳥配置」となっており、対向する互いの磁路形成部材群９５Ａ，９７Ａの間隙９５Ａｓ，９７Ａｓが、加熱定着ベルト２０に対して非対称で、磁路形成部材９５を形成している小片弓形部材９５Ａの間隙９５Ａｓを、磁路形成部材９７を形成している小片弓形部材９７Ａが略補間するような位置関係で配置されている。言い換えれば、小片弓形部材９５Ａ及び小片弓形部材９７Ａのそれぞれは、互いに、対向する相手側のフェライト９７及び９５の間隙９７Ａｓ，９５Ａｓに対応するように配置されている。
【０１２０】
さらに具体的には、図１７に示されるように、小片弓形部材９５Ａ及び小片弓形部材９７Ａのそれぞれの中心位置９５Ａｃ，９７Ａｃが、対向する相手側のフェライト９７Ａ及び９５Ａの間隙９７Ａｓ，９５Ａｓの中心と略一致するように配置されている。
【０１２１】
このように磁路形成部材９５及び９７を複数の小片弓形部材９５Ａ及び９７Ａに分割して、互いに間隙を設けて配置した場合には、磁界の漏洩による周囲部材への電磁誘導の影響が考えられる。
【０１２２】
そこで、小片弓形部材９５Ａ，９７Ａの個数を変えて間隙を設けて配置した場合の周囲部材への電磁誘導の影響についての検証結果を以下に説明する。
【０１２３】
まず、励磁コイル１Ａ側に配置された磁路形成部材９７の小片弓形部材９７Ａの個数による特性変化について、図１８を参照して説明する。図１８は、励磁コイル１Ａに一定の交流電流を与えた場合の、励磁コイル１Ａから５〜１０ｍｍの距離にコイル１Ａと同等の大きさの鉄やアルミ等の金属部材を近づけたときの、誘導状態におけるインダクタンス値やレジスタンス値、電流と電圧との位相差等の変化情報から、周囲金属部材への電磁誘導の影響度を調査した結果を示すものである。図１８においては、コイル長を覆う割合に対する、周囲金属への誘導度を示す代表的特性として、磁路形成部材使用量に対する、金属部材を近づけたときの誘導状態のインダクタンス値（ａ）とレジスタンス値（ｂ）の変化が示されている。例えば本実施形態では、コイル長３５０ｍｍに対して、幅１０ｍｍの小片弓形部材９７Ａを１４個、間隙を与えてコイル１Ａをカバーしているので、１０ｍｍ×１４個／３５０ｍｍ＝４０％の磁路形成部材使用量（図中では横軸のｓｈａｒｅ  ａｒｅａ  ４０％に相当）ということになる。ここで、近づけた金属はアルミと鉄である。これらの金属を近づけたとき、図１８（ａ），（ｂ）に示されるように、少なくとも磁路形成部材を４０％以上使用していれば、コイルに印加する交流周波数成分における電磁界の周囲への影響は無視できるレベルであることがわかった。
【０１２４】
次に、磁路成部材９７の使用量を４０％とし、同じように磁路形成部材９５の周囲部材への電磁誘導の影響度を調査した結果を図１９に示す。磁路形成部材９５の周囲部材への電磁誘導の影響度は、これを保持する支持部材２２をアルミや鉄などの金属とし、励磁コイル１Ａの磁界や発熱層２０ｂの渦電流Ｂが作る磁界Ｈの支持金属２２への作用を調査した。この図でいう支持部材金属２２への誘導度とは、小さいほど電磁誘導作用を受け、誘導度が１であれば電磁誘導作用の影響をほとんど受けていないということを示す特性である。これは図１８で示した代表的特性とほぼ同じで、金属部材を近づけたときの誘導状態のインダクタンス値とレジスタンス値の変化の割合を示している。ここで、誘導度は、０．９以上であれば、誘導に対する影響は無視できるレベルである。図１９に示されるよう、磁路形成部材９５は３５％前後の使用量であれば、誘導度が０．９以上となり、周囲部材への電磁誘導の影響を非常に少なくできることがわかった。
【０１２５】
上述の検証結果より、磁路形成部材９５と磁路形成部材９７とを適切な使用量でそれぞれ間隙を与えて配置してもよいことがわかるが、さらに、加熱定着ベルト２０の回転軸方向の発熱分布をも考慮する必要がある。例えば、図２０に示されるように、磁路形成部材９５と磁路形成部材９７とが加熱定着ベルト２０の回転軸方向に対して同じ位置関係に（小片弓形部材９５Ａ及び９７Ａのそれぞれが互いに対向するように）配置される場合には、磁路形成部材９５及び９７を加熱定着ベルトに対して正射影した部分（小片弓形部材９５Ａ及び９７Ａのそれぞれが互いに対向する部分）に磁束が集中し、この部分が過剰に加熱されて、温度差（温度ムラ）が生じてしまう。
【０１２６】
本実施形態の加熱装置を定着装置に適用した場合に、このような温度差が生じれば定着するトナー像の発色むらなどの問題が起こり望ましくない。そこで、図２１に示すように、磁路形成部材９５Ａと磁路形成部材９７Ａの配置関係を、加熱定着ベルト２０の回転軸方向に対して同じ位置関係にならないように配置し、特に図に示すようにお互いの間隙９５Ａｓ，９７Ａｓを補完するように配置した、いわゆる「千鳥配置」にすることが望ましい。図２１のように配置した場合には、図２２の模式図に示されるように、コイルの磁界が均等に加熱定着ベルト２０の発熱層２０ｂに作用し、加熱定着ベルト２０の温度差を小さくすることができ、これにより、定着画像の発色むらなどの問題を引き起こすことなく、安定して加熱することが可能となる。
【０１２７】
また、磁路形成部材９５Ａと磁路形成部材９７Ａとが、お互いの間隙９５Ａｓ，９７Ａｓを補完するように配置されていれば、例えば図２３に示す模式図のように、お互いの位置が一部重なるように配置されていてもよい。図２３は、磁路形成部材９５を形成する小片弓形部材９５Ａの使用量を図２1の場合よりも増やして配置した例であるが、磁路形成部材９７を形成する小片弓形部材９７Ａの使用量を増やして配置してもよい。
【０１２８】
このように、磁路形成部材を磁路形成部材９５Ａと磁路形成部材９７Ａのように小片に分けて間隙を設けて配置した場合には、上述のようにお互いの位置関係を考慮することで適切な磁路が形成され、磁束の集中による温度ムラの発生が防止されると共に、高価な磁路形成部材の使用量が減少でき、その効果的な使用が可能となる加熱装置及びこれを適用した定着装置を提供することができる。
【０１２９】
また、図１６に示されるように、加熱定着ベルト２０側に配置されたフェライト９５の周方向両端部９５ｅを、励磁コイル１Ａに対向している領域を越えて、さらにその周方向に延在するように形成することにより、先の実施形態と同様に、発熱層２０ｂが表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層２０ｂを挟んで励磁コイル１Ａと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、遮蔽効果を向上させることができる。
【０１３０】
以上説明してきた本発明に係る加熱装置を適用した定着装置のいずれの実施形態においても、次のように、ウォームアップタイムを１０秒以下の殆どゼロと同等にすることができると共に、良好な定着性を得ることができ、しかも剥離不良が生じるのを確実に防止することが可能となっている。
【０１３１】
すなわち、これらの実施形態に係る定着装置では、例えば、図１に示されるように、加圧ロール２３が１００ｍｍ／ｓのプロセススピードで、駆動源により回転駆動される。また、加熱定着ベルト２０は、上記加圧ロール２３に圧接しており、当該加圧ロール２３の移動速度と等しい１００ｍｍ／ｓの速度で循環移動するようになっている。
【０１３２】
そして、上記定着装置では、図示しない転写装置により、未定着トナー像２５が転写された記録材２７が、加熱定着ベルト２０と加圧ロール２３との間に形成されたニップ部１Ｙを通過し、当該ニップ部１Ｙ内を記録材２７が通過する間に、加熱定着ベルト２０と加圧ロール２３とによって加熱及び加圧されることにより、トナー像２５が記録材上に定着されるようになっている。
【０１３３】
その際、上記定着装置では、加熱定着ベルト２０の温度が、励磁コイル１Ａに流す高周波電流の周波数などにより、定着動作時は、ニップ部１Ｙの入口において、１６０℃〜２００℃程度に制御される。
【０１３４】
このような定着装置では、画像形成信号が入力されると同時に、加圧ロール２３が回転を開始すると共に、励磁コイル１Ａに高周波電流が通電される。上記励磁コイル１Ａには、例えば、有効電力として１０００Ｗの電力が投入されると、加熱定着ベルト２０の温度は、誘導加熱作用によって、室温から約８秒以下で定着可能温度に達する。すなわち、記録材２７が給紙トレイから、定着装置まで移動するのに要する時間内にウォームアップが完了してしまうことになる。従って、上記定着装置においては、ユーザーを待たせること無く、定着処理が可能となる。
【０１３５】
また、上記定着装置のニップ部１Ｙに、６０ｇｍｓ程度の薄紙に、カラーのベタ画像などトナーが多量に転写された記録材２７が進入した場合には、トナーと加熱定着ベルト２０表面の離型層との間で、引き付け合う力が強くなり、加熱定着ベルト２０の表面から記録材を剥離するのが難しくなるのが通常である。しかし、本発明に係る定着装置においては、加熱定着ベルト２０の形状がニップ部１Ｙの外では凸形状であるのに対して、ニップ部１Ｙの内部では凹形状となるように形成されている。すなわち、ニップ部１Ｙの内部では記録材２７の方向は、加圧ロール２３側に巻き付く方向であり、かつ、ニップ部１Ｙの出口部では、加熱定着ベルト２０の方向が凹形状から凸形状に急激に変化するため、記録材２７は、当該記録材自体のこし（剛性）により、加熱定着ベルト２０の急激な形状の変化についていくことができず、加熱定着ベルト２０から自然に剥離される。これにより、記録材２７の剥離不良の問題が生じるのを確実に防止することができる。
【０１３６】
さらに、小サイズの記録材２７を連続して定着した場合には、非通紙領域の加熱定着ベルト２０、弾性部材２４及び加圧ロール２３などの温度が上昇してしまうが、加圧ロール２３側に設けた金属ロール２８（図１１参照）を、当該加圧ロール２３の表面に当接させることにより、加圧ロール２３の高温部の熱を金属ロール２８によって吸収することができ、その熱を低温部に移動させるので、軸方向での温度分布が小さくなり、加圧ロール２３の温度及び加熱定着ベルト２０の温度が、所定の温度以上の高温になるのを防止することができる。
【０１３７】
なお、以上の実施形態における加熱定着ベルト２０は、薄肉円筒状に形成されたものであったが、当然にベルト形状は、円筒状に限定されるものではなく、例えば、複数のローラ間に亘ってベルトを張架して加熱定着ベルトを形成してもよい。
【０１３８】
次に、本発明が適用される画像記録装置の一実施形態について、図２４を参照して説明する。図２４は、本発明の一実施形態に係る画像記録装置１００の概略構成を示す図である。
【０１３９】
図２４に示されるように、この画像記録装置１００は、例えば、図中矢印方向に回転する感光体ドラム１２１と、この感光体ドラム１２１を予め帯電するコロトロン等の帯電器１２２と、各色成分画像情報に基づいて感光体ドラム１２１上に各色成分に対応した静電潜像を書き込む不図示のレーザ走査装置（ＲＯＳ）などの画像書込装置（本例では同装置からのビームに符号を付す）１２３と、イエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色に対応した現像器２４１〜２４４が回転ホルダ２４５に搭載されたロータリー型現像装置１２４とを備え、感光体ドラム１２１上にイエロ、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分毎の静電潜像を形成し、ロータリー型現像装置１２４における各現像器２４１〜２４４の対応する色トナーにて各静電潜像を可視像化した後、中間転写ベルト１３０に順次一次転写し、中間転写ベルト１３０上の各色成分トナー像の重ね転写像を記録材Ｐ上に二次転写し、定着装置１６０にて定着するようにしたものである。
【０１４０】
ここで、記録材Ｐは、記録材トレイ１５０からフィードロール１５１にて所定の搬送経路へ向けて搬送され、搬送経路中のレジストレーションロール（レジストロール）１５２で一旦位置決め停止された後に、所定のタイミングで二次転写位置１４０へと搬送され、この記録材Ｐは二次転写後に搬送ベルト１５３へと導かれ、この搬送ベルト１５３にて定着装置１６０へと搬送されるようになっている。なお、二次転写工程が終了した時点では、感光体ドラム１２１上の残留トナーはドラムクリーナ１２５にて清掃され、中間転写ベルト１３０上の残留トナーはベルトクリーナ１４１にて清掃される。
【０１４１】
このように構成した画像記録装置１００において、加熱部や定着部に本発明に係る加熱装置及び定着装置を適用することにより、ウォームアップタイムが短く、かつ、安定して加熱定着が可能な画像記録装置を提供することができる。
【０１４２】
なお、本発明が適用可能な画像記録装置は、上述のロータリー型に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内で種々の画像記録装置に適用可能である。例えば、いわゆるタンデム型の画像記録装置に適用しても同様の作用効果を得ることができる。
【０１４３】
以上説明してきたように、本発明の加熱装置を定着装置に備えることにより、ウォームアップタイムを１０秒以下にすることが可能な省エネルギーの定着装置を設計することが可能となる。また、低コスト化を実現できる実用性の高い加熱装置の設計も可能とする。また、このような加熱装置及び定着装置を備えることにより、安定性や安全性に優れ、ウォームアップタイムの極めて短い画像記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明に係る加熱装置及び定着装置の第一の実施形態を示す模式的断面図である。
【図２】定着ベルトの構成を示す模式的断面図である。
【図３】定着ベルトの別の構成を示す模式的断面図である。
【図４】加熱装置への印加周波数と発熱との関係を示す特性図である。
【図５】発熱装置の構成を示す模式図である。
【図６】励磁コイルの幅と磁路形成部材の幅との関係を示す模式図である。
【図７】本発明に係る加熱装置及び定着装置の第一の実施形態の変形例を示す模式的断面図である。
【図８】本発明に係る加熱装置及び定着装置の第二の実施形態を示す模式的断面図である。
【図９】本発明に係る加熱装置及び定着装置の第二の実施形態の変形例を示す模式的断面図である。
【図１０】本発明に係る加熱装置及び定着装置の第三の実施形態を示す模式的側面図である。
【図１１】図１０のＨ−Ｈ’線に沿った模式的断面図である。
【図１２】磁路の形成状態を示す模式的断面図である。
【図１３】磁路形成部材の使用量と支持部材への誘導度との関係を示す図である。
【図１４】本発明に係る加熱装置及び定着装置の第四の実施形態を示す模式的側面図である。
【図１５】図１４のＪ−Ｊ’線に沿った模式的断面図である。
【図１６】図１４のＫ−Ｋ’線に沿った模式的断面図である。
【図１７】構成要素の配置関係を示す模式的側面図である。
【図１８】磁路形成部材の使用量に対する、金属部材を近づけたときの誘導状態のインダクタンス値（ａ）とレジスタンス値（ｂ）の変化を示す図である。
【図１９】磁路形成部材の使用量と支持部材への誘導度との関係を示す図である。
【図２０】対向している磁路形成部材の小片弓形部材のそれぞれを、加熱定着ベルトの回転軸方向に対して同じ位置関係に配置した場合における、周囲金属部材への電磁誘導の影響度を示す側面模式図である。
【図２１】対向している磁路形成部材の小片弓形部材のそれぞれを、加熱定着ベルトの回転軸方向に対して千鳥配置した場合における、周囲金属部材への電磁誘導の影響度を示す側面模式図である。
【図２２】「千鳥配置」した場合に、励磁コイルによる磁界が均等に加熱定着ベルトの発熱層に作用する様子を示す側面模式図である。
【図２３】対向している磁路形成部材の一方の小片弓形部材の使用量を増やして配置した例を示す模式的側面図である。
【図２４】本発明に係る画像記録装置の概略構成を示す図である。
【図２５】従来の電磁誘導加熱装置の一例を示す図である。
【図２６】従来の電磁誘導加熱装置の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１Ａ：励磁コイル、１Ｙ：ニップ部、１Ａｅ：周方向両端部、１Ａｃ：中空部、１０，１０Ａ：定着装置、２０：加熱定着ベルト、２０ａ：基材層、２０ｂ：発熱層、２０ｃ：離型層、２０ｄ：   弾性層、２２：支持部材、２３：加圧ロール、２４：弾性部材、２５：トナー像、２６：励磁コイル支持部材、２６Ａ：凸部、２７：記録材、２８：金属ロール、３０：励磁回路、４０：     磁路形成部材、４１：磁路形成部材、４１ｅ：周方向両端部、５０：定着装置、５５：磁路形成部材、５５ｅ：周方向両端部、５７：磁路形成部材、５７ｅ：周方向両端部、７０：定着装置、７５：磁路形成部材、７５Ａ：小片弓形部材７５ｅ：周方向両端部、７７：磁路形成部材、９０：定着装置、９５，９７：磁路形成部材、９５Ａ，９７Ａ：小片弓形部材、９５Ａｃ，９７Ａｃ：中心位置、９７Ａｓ，９５Ａｓ：間隙、１００：画像記録装置、１２１：感光体ドラム、１２２：  帯電器、１２４：ロータリー型現像装置、１２５：ドラムクリーナ、１３０：中間転写ベルト、１４０：二次転写位置、１４１：ベルトクリーナ、１５０：記録材トレイ、１５１：フィードロール、１５３：搬送ベルト、１６０：定着装置、２４１-２４４：各現像器、２４５：回転ホルダ、ｍ１：コイル幅、ｍ２：フェライト幅
【図１】
2005203273.tif 000006
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2005203273.tif 000021
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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