(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を記録媒体に定着する定着装置であって、
発熱層を有する発熱部材と、
前記発熱部材に対向するように巻回されるとともに、電磁誘導により前記発熱層を加熱する励磁コイルと、
を備え、
前記励磁コイルは、前記発熱部材の幅方向に沿って直線状に延びた直線部と、前記直線部の端部を接続するために屈曲された屈曲部と、を具備し、
前記発熱層の幅方向端部に対して外側に前記屈曲部の幅方向の位置を定めて、該発熱層の該幅方向端部の層厚が幅方向中央部の層厚よりも大きくなるように形成して、該幅方向端部と該幅方向中央部との境界部の層厚が該幅方向中央部の層厚よりも小さくなるように形成したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記発熱部材は、前記発熱層の強度を補強する補強層を具備したことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記補強層は、磁性材料で形成されたことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記発熱層は、その体積抵抗率が１．８×１０-7Ω・ｃｍ以下になるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記発熱層は、銅で形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着装置を備えた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】
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置とそこに設置される定着装置とに関し、特に、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、装置の立ち上がり時間を低減して省エネルギー化することを目的として、電磁誘導加熱方式の定着装置が広く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１等において、電磁誘導加熱方式の定着装置は、主として、発熱層を有する定着ローラ（発熱部材）、定着ローラに対向する励磁コイル、定着ローラに圧接してニップ部を形成する加圧ローラ、等で構成される。
そして、定着ローラは、励磁コイルとの対向位置で加熱される。加熱された定着ローラは、ニップ部に搬送される記録媒体上のトナー像を加熱して定着する。詳しくは、励磁コイルに高周波の交番電流を流すことで、励磁コイルに対向する定着ローラの発熱層の位置に磁力線が形成されて、発熱層に渦電流が生じる。発熱層に渦電流が生じると、発熱層自身の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、定着ローラ全体が加熱される。
このような電磁誘導加熱方式を用いた定着装置は、発熱層が電磁誘導によって直接的に加熱されるために、熱ローラ方式（ヒータランプ加熱方式）等の他方式のものに比べて熱変換効率が高く、少ないエネルギー消費で短い立ち上げ時間にて定着部材の表面温度（定着温度）を所望の温度まで昇温できるものとして知られている。
【０００４】
また、このような電磁誘導加熱方式を用いた定着装置では、励磁コイルの端部に不安定な磁界が生じてしまうために、発熱部材（定着ローラ）の幅方向（回転軸方向）に温度ムラが生じてしまう問題が知られている。
このような問題を解決することを目的として、特許文献１等では、発熱部材（定着ローラ）の幅方向（回転軸方向）の長さよりも、励磁コイルの幅方向の長さが大きくなるように設定している。
【０００５】
一方、特許文献２等には、電磁誘導加熱方式の定着装置であって、定着ローラをツヅミ状に形成した場合であっても定着ローラの幅方向（長手方向）の温度分布を均一化させることを目的として、定着ローラの内周面と励磁コイルとの距離を幅方向にわたって一定に設定する技術が開示されている。ここでは、定着ローラの幅方向中央部の肉厚に比べて、定着ローラの幅方向両端部の肉厚が大きく設定されている。
【０００６】
また、特許文献３等には、電磁誘導加熱方式の定着装置であって、小サイズ紙が連続通紙された場合に定着ローラの非通紙領域の過昇温を防止することを目的として、幅方向中央部の発熱層の層厚を幅方向両端部の発熱層の層厚よりも大きく設定するとともに、記録媒体の幅方向サイズに応じて発熱範囲を切り替える技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１５７５１３号公報
【特許文献２】特開２００６−１１９４１０号公報
【特許文献３】特開２００６−１１４２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の電磁誘導加熱方式を用いた定着装置では、励磁コイルによって電磁誘導加熱される発熱部材の幅方向の温度分布を充分に均一化することができなかった。そして、このように幅方向の温度分布が不均一になると、定着工程後の出力画像上に定着ムラが生じてしまう場合があった。
【０００９】
このような問題に対して、特許文献１等では、励磁コイルの端部に不安定な磁界が生じてしまうために、発熱部材の幅方向の長さよりも、励磁コイルの幅方向の長さが大きくなるように設定している。すなわち、励磁コイルの屈曲部を発熱部材の幅方向端部から外側に離して、励磁コイルの直線部のみが発熱部材に直接的に対向するように構成している。
しかし、このような構成であっても、発熱部材の幅方向の温度分布を充分に均一化できなかった。具体的には、屈曲部を発熱部材から離しても、発熱層の幅方向端部近傍に発熱量（温度）の低い領域が生じてしまっていた。また、発熱層の最端部が過昇温してしまっていた。
さらに、このような構成の場合には、励磁コイルの幅方向長さが大きくなって、装置が大型化・重量化してしまうことになる。また、励磁コイルの幅方向長さが大きくなることで、その他の部品（例えば、発熱部材を支持する軸受である。）が電磁誘導加熱されてしまう不具合が生じる可能性もあった。
【００１０】
一方、上述した特許文献２等の技術は、定着ローラをツヅミ状に形成した場合に生じる定着ローラの幅方向の温度ムラを解決することを目的としたものであって、上述した問題を解決するものではない。
また、特許文献３等の技術は、小サイズ紙が連続通紙された場合に定着ローラの非通紙領域の過昇温を防止することを目的としたものであって、上述した問題を解決するものではない。
【００１１】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、装置を大型化・重量化することなく、励磁コイルによって加熱される発熱部材の幅方向の温度分布が充分に均一化される、電磁誘導加熱方式の定着装置及び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】
【００１２】
本願発明者は、上述した課題を解決するために研究を重ねた結果、発熱部材に対向する励磁コイルの形状が、発熱層に流れる渦電流の状態に大きく影響していることを知るに至った。すなわち、励磁コイルの直線部（発熱部材の幅方向に沿って直線状に形成されている部分である。）から発生される磁束の状態と、励磁コイルの屈曲部（直線部の端部を接続するために屈曲された部分である。）から発生される磁束の状態と、は大きく異なるために、発熱層に生じる渦電流の密度が幅方向両端部で不均一になって、発熱層の幅方向の発熱分布（温度分布）が不均一になってしまう。
そして、発熱層の幅方向端部と励磁コイルの屈曲部との幅方向の位置関係に応じて、発熱層の幅方向端部の層厚を最適化することで、発熱層の幅方向の発熱分布（温度分布）を均一化することができることを知得した。
【００１３】
この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる定着装置は、トナー像を記録媒体に定着する定着装置であって、発熱層を有する発熱部材と、前記発熱部材に対向するように巻回されるとともに、電磁誘導により前記発熱層を加熱する励磁コイルと、を備え、前記励磁コイルは、前記発熱部材の幅方向に沿って直線状に延びた直線部と、前記直線部の端部を接続するために屈曲された屈曲部と、を具備し、前記発熱層の幅方向端部に対して外側に前記屈曲部の幅方向の位置を定めて、該発熱層の該幅方向端部の層厚が幅方向中央部の層厚よりも大きくなるように形成して、該幅方向端部と該幅方向中央部との境界部の層厚が該幅方向中央部の層厚よりも小さくなるように形成したものである。
【００１４】
また、請求項２記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記発熱部材は、前記発熱層の強度を補強する補強層を具備したものである。
【００１５】
また、請求項３記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項２に記載の発明において、前記補強層は、磁性材料で形成されたものである。
【００１６】
また、請求項４記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記発熱層は、その体積抵抗率が１．８×１０-7Ω・ｃｍ以下になるように形成されたものである。
【００１７】
また、請求項５記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記発熱層は、銅で形成されたものである。
【００１８】
また、請求項６記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、発熱層の幅方向端部と励磁コイルの屈曲部との幅方向の位置関係に応じて、発熱層の幅方向端部の層厚を最適化している。これにより、装置を大型化・重量化することなく、励磁コイルによって加熱される発熱部材の幅方向の温度分布が充分に均一化される、電磁誘導加熱方式の定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００２３】
実施の形態１．
図１〜図１０にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機の装置本体、２は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、３は原稿Ｄを原稿読込部４に搬送する原稿搬送部、４は原稿Ｄの画像情報を読み込む原稿読込部、７は転写紙等の記録媒体Ｐが収容される給紙部、９は記録媒体Ｐの搬送タイミングを調整するレジストローラ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー像が形成される感光体ドラム、１２は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上を帯電する帯電部、１３は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成される静電潜像を現像する現像部、１４は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐ上に重ねて転写する転写バイアスローラ、１５は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の未転写トナーを回収するクリーニング部、を示す。
【００２４】
また、１６は転写ベルト１７を清掃する転写ベルトクリーニング部、１７は複数色のトナー像が記録媒体Ｐ上に重ねて担持されるように記録媒体Ｐを搬送する転写ベルト、１９は記録媒体Ｐ上のトナー像（未定着画像）を定着する電磁誘導加熱方式の定着装置、を示す。
【００２５】
以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Ｄは、原稿搬送部３の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部４のコンタクトガラス５上に載置される。そして、原稿読込部４で、コンタクトガラス５上に載置された原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。
【００２６】
詳しくは、原稿読込部４は、コンタクトガラス５上の原稿Ｄの画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿Ｄにて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿Ｄのカラー画像情報は、カラーセンサにてＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、ＲＧＢの色分解画像信号をもとにして画像処理部で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。
【００２７】
そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部２に送信される。そして、書込み部２からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光（露光光）が、それぞれ、対応する感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に向けて発せられる。
【００２８】
一方、４つの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫは、それぞれ、図１の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫの表面は、帯電部１２との対向部で、一様に帯電される（帯電工程である。）。こうして、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
書込み部２において、４つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程である。）。
【００２９】
イエロー成分に対応したレーザ光は、紙面左側から１番目の感光体ドラム１１Ｙ表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラーにより、感光体ドラム１１Ｙの回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部１２にて帯電された後の感光体ドラム１１Ｙ上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。
【００３０】
同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、紙面左から２番目の感光体ドラム１１Ｍ表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、紙面左から３番目の感光体ドラム１１Ｃ表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、紙面左から４番目の感光体ドラム１１ＢＫ表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。
【００３１】
その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、現像部１３との対向位置に達する。そして、各現像部１３から感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の潜像が現像される（現像工程である。）。
その後、現像工程後の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、転写ベルト１７との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、転写ベルト１７の内周面に当接するように転写バイアスローラ１４が設置されている。そして、転写バイアスローラ１４の位置で、転写ベルト１７上の記録媒体Ｐに、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される（転写工程である。）。
【００３２】
そして、転写工程後の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、クリーニング部１５との対向位置に達する。そして、クリーニング部１５で、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。
その後、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫにおける一連の作像プロセスが終了する。
【００３３】
他方、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の各色のトナーが重ねて転写（担持）された記録媒体Ｐは、図中の矢印方向に走行して、分離チャージャ１８との対向位置に達する。そして、分離チャージャ１８との対向位置で、記録媒体Ｐに蓄積された電荷が中和されて、トナーのちり等を生じさせることなく記録媒体Ｐが転写ベルト１７から分離される。
その後、転写ベルト１７表面は、転写ベルトクリーニング部１６の位置に達する。そして、転写ベルト１７上に付着した付着物が転写ベルトクリーニング部１６に回収される。
【００３４】
ここで、転写ベルト１７上に搬送される記録媒体Ｐは、給紙部７からレジストローラ９等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、記録媒体Ｐを収納する給紙部７から、給紙ローラ８により給送された記録媒体Ｐが、不図示の搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ９に導かれる。レジストローラ９に達した記録媒体Ｐは、タイミングを合わせて、転写ベルト１７の位置に向けて搬送される。
【００３５】
そして、フルカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、転写ベルト１７から分離された後に定着装置１９に導かれる。定着装置１９では、定着ローラと加圧ローラとの間（ニップ部である。）にて、カラー画像（トナー）が記録媒体Ｐ上に定着される。
そして、定着工程後の記録媒体Ｐは、不図示の排紙ローラによって、装置本体１外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。
【００３６】
次に、画像形成装置本体１に設置される定着装置１９の構成・動作について詳述する。
図２に示すように、定着装置１９は、誘導加熱部２４（磁束発生手段）、発熱部材としての定着ローラ２０、加圧ローラ３０（加圧部材）、等で構成される。
【００３７】
ここで、発熱部材としての定着ローラ２０（定着部材）は、その外径が４０ｍｍ程度であって、芯金層（芯金）２０ｅ上に、弾性層２０ｄ、補強層２０ｃ（支持層）、発熱層２０ｂ、離型層２０ａ、が順次積層された多層構造体である。
離型層２０ａの材料としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂、これらの樹脂の混合物、又は、これらの樹脂を耐熱性樹脂に分散させたものを用いることができる。離型層２０ａの層厚は、５〜５０μｍ（好ましくは、１０〜３０μｍである。）に形成されている。これにより、定着ローラ２０上のトナー離型性が担保されるとともに、定着ローラ２０の柔軟性が確保される。
【００３８】
発熱層２０ｂの材料としては、銀、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ニッケル、ステンレス、又は、それらの合金等の導電性材料を用いることができる。発熱層２０ｂに用いる金属材料は、磁性を有し、電気抵抗が高いものが好適である。
本実施の形態１では、発熱層２０ｂに用いる金属材料として薄層の銅を用いている。このように発熱層２０ｂとして電気導電性が良い薄層化された金属材料を用いることにより、発熱層２０ｂの実質的な抵抗を任意に設定することができ、発熱層２０ｂの発熱効率を向上させることができる。具体的に、発熱層２０ｂ（銅層）は、層厚が１〜２０μｍ程度に設定され、補強層２０ｃ上にメッキ、スパッタ、真空蒸着等によって形成される。なお、本実施の形態１では、発熱層２０ｂの層厚が、幅方向中央部に比べて幅方向両端部が小さくなるように設定されているが、これについては後で詳しく説明する。
【００３９】
補強層２０ｃ（支持層）は、発熱層２０ｂを支持して発熱層２０ｂの強度を補強するためのものである。補強層２０ｃの材料としては、誘導加熱に影響されないセラミック等の非磁性・絶縁性材料や、熱容量の小さなポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、フッ素樹脂等の絶縁性・耐熱樹脂材料や、ニッケル、鉄、クロム、又は、それらの合金等の磁性導電性材料を用いることができる。
本実施の形態１では、補強層２０ｃの材料として、層厚が５０μｍの磁性ステンレス（ＳＵＳ４３０）を用いている。これにより、補強層２０ｃの熱容量を比較的小さくすることができる。また、補強層２０ｃを磁性材料で形成することで、励磁コイル２５から発生する磁束を補強層２０ｃ及び発熱層２０ｂに集中させることができるため、誘導加熱の加熱効率を向上させることができる。
【００４０】
弾性層２０ｄの材料としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等の弾性材料を用いることができる。定着ローラ２０に弾性層２０ｄを設けることにより、定着ローラ２０に径方向の撓みが生じるために、ニップ部におけるニップ幅を充分に確保することができる。また、定着ローラ２０のローラ硬度を加圧ローラ３０のものよりも小さくすることで、ニップ部から送出される記録媒体Ｐの排紙性・分離性を向上させることができる。
また、弾性層２０ｄをスポンジゴムで形成することにより、発熱層２０ｂの発熱を断熱保持することができる。したがって、定着ローラ２０の表層側にある離型層２０ａが迅速に加熱されて、定着ローラ２０の表面温度がすばやく昇温するために、記録媒体Ｐに熱が奪われても定着ローラ２０表面にすばやく熱が供給されることになる。
弾性層２０ｄの層厚は５ｍｍ以上に設定することが好ましい。これにより、充分なニップ幅を確保することができるとともに、発熱層２０ｂの発熱を充分に断熱保持することができる。
なお、本実施の形態１では、弾性層２０ｄとして、層厚が５ｍｍの発泡シリコーンゴムを用いている。これにより、定着ローラ２０の表層側に配置されている発熱層２０ｂの熱が容易に定着ローラ２０の内部に流れ込まず、定着ローラ２０表面の加熱効率（昇温特性）が向上する。
【００４１】
芯金層２０ｅ（芯金）は、ニップ部を形成するために定着ローラ２０にかけられる荷重に耐えうる剛性を持たせるために設けるものである。したがって、鉄等の剛性の高い金属を使用することができる。また、芯金層が誘導加熱に影響を与えないようにするために、セラミック等の非磁性かつ絶縁性の材料で芯金層を構成することもできる。
なお、本実施の形態１では、芯金層２０ｅの材料として、層厚が２．０ｍｍの非磁性ステンレス（ＳＵＳ３０４）を用いている。
【００４２】
図２を参照して、加圧ローラ３０は、アルミニウム、銅等からなる円筒部材３２上にフッ素ゴム、シリコーンゴム等の弾性層３１が形成されたものである。加圧ローラ３０の弾性層３１は、肉厚が０．５〜２ｍｍで、アスカー硬度が６０〜９０度となるように形成されている。加圧ローラ３０は、定着ローラ２０に圧接している。そして、定着ローラ２０と加圧ローラ３０との当接部（ニップ部である。）に、記録媒体Ｐが搬送される。
【００４３】
誘導加熱部２４（磁束発生手段）は、定着ローラ２０の外周面に対向するように配設されている。誘導加熱部２４は、励磁コイル２５、第１コア２８、第２コア２９（センターコア）、コイルガイド２７、等で構成される。
励磁コイル２５は、外周面が絶縁被覆された外径０．１５ｍｍの銅線が９０本束ねられた線束であって、定着ローラ２０の外周面に対向するように巻回されている。詳しくは、図３を参照して、励磁コイル２５は、第２コア２９（センターコア）の周りを周回するように、定着ローラ２０の表面を覆うコイルガイド２７上の全域にわたって渦巻状に配設されている。
【００４４】
図５を参照して、励磁コイル２５は、定着ローラ２０（発熱部材）の幅方向（図５の左右方向である。）に沿って直線状に延びた直線部２５ａと、直線部２５ａの端部を接続するために屈曲された屈曲部２５ｂ（湾曲部）と、を具備している。本実施の形態１では、励磁コイル２５の幅方向の長さＬが、定着ローラ２０（発熱層２０ｂ）の幅方向（回転軸方向）の長さＨとほぼ等しくなるように設定されている（図５を参照できる。）。すなわち、励磁コイル２５の屈曲部２５ｂと、発熱層２０ｂ（定着ローラ２０）の幅方向端部と、の幅方向の位置がほぼ一致するように構成されている。したがって、励磁コイル２５の幅方向の内径（コイル内径）は、発熱層２０ｂの幅方向長さＨよりも短くなるように形成されている。
なお、本実施の形態１における画像形成装置は、最大通紙幅が２９７ｍｍ（Ａ４横サイズ）に設定されている。そして、発熱層２０ｂ（定着ローラ２０）の幅方向長さＨが３２５ｍｍ、励磁コイル２５の幅方向長さＬが３２０ｍｍ（幅方向の内径が３００ｍｍ）に設定されている。
【００４５】
図２を参照して、コイルガイド２７は、耐熱性が高く絶縁性の樹脂材料等からなり、定着ローラ２０との対向面の側で励磁コイル２５を保持する。
第１コア２８は、定着ローラ２０の外周面に対して励磁コイル２５を介して周方向に対向するように配設されている。第１コア２８の材料としては、フェライト、パーマロイ等の強磁性体であって電気抵抗率の高いものが好ましい。
第２コア２９は、第１コア２８よりも定着ローラ２０の外周面に近接して対向するとともに、幅方向（図２の紙面垂直方向である。）に延設されている。第２コア２９の幅方向の長さは、定着ローラ２０の幅方向の長さとほぼ等しい。第２コア２９の材料としては、フェライト、パーマロイ等の強磁性体であって電気抵抗率の高いものが好ましい。
【００４６】
また、図示は省略するが、定着ローラの外周面に対向する位置であって、誘導加熱部２４から離れた位置には、定着ローラ２０の温度を検知する温度センサが配設されている。本実施の形態１では、温度センサとして、定着ローラ２０表面の温度を非接触で検知するサーモパイルを用いている。サーモパイルは、反応速度が早いため、細やかな温度制御が可能となる。そして、温度センサによる定着温度の検知結果に基いて、誘導加熱部２４による加熱量を調整する。なお、温度センサとしては、サーモパイルの他に、接触型のサーミスタ等を用いることもできる。
【００４７】
このように構成された定着装置１９は、次のように動作する。
不図示の駆動モータによって、定着ローラ２０が図２の時計方向に回転駆動されると、加圧ローラ３０も反時計方向に回転する。そして、定着ローラ２０は、誘導加熱部２４との対向位置（対向面）で、誘導加熱部２４（励磁コイル２５）から発生される磁束によって加熱される。
【００４８】
詳しくは、不図示の電源部から励磁コイル２５に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ（好ましくは、２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚである。）の高周波交番電流を流すことで、励磁コイル２５から発熱層２０ｂに向けて磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることで、定着ローラ２０の発熱層２０ｂに渦電流が生じて、発熱層２０ｂはその電気抵抗によってジュール熱が発生して誘導加熱される。こうして、定着ローラ２０は、自身の発熱層２０ｂの電磁誘導によって加熱される。
【００４９】
その後、誘導加熱部２４によって加熱された定着ローラ２０表面は、加圧ローラ３０とのニップ部に達する。そして、搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔ（トナー）を加熱して溶融する。
詳しくは、先に説明した作像プロセスを経てトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが、不図示のガイド板に案内されながら定着ローラ２０と加圧ローラ３０との間に送入される（矢印Ｙ１の搬送方向の移動である。）。そして、定着ローラ２０から受ける熱と加圧ローラ３０から受ける圧力とによってトナー像Ｔが記録媒体Ｐに定着されて、記録媒体Ｐは定着ローラ２０と加圧ローラ３０との間から送出される。
【００５０】
定着位置を通過した定着ローラ２０表面は、その後に再び誘導加熱部２４との対向位置に達する。このような一連の動作が連続的に繰り返されて、画像形成プロセスにおける定着工程が完了する。
【００５１】
以下、本実施の形態１における定着装置１９において、特徴的な構成・動作について詳述する。
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して、本実施の形態１では、定着ローラの発熱層２０ｂの幅方向端部と、励磁コイル２５の屈曲部２５ｂと、の幅方向の位置関係に応じて、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２の層厚（図５（Ｂ）の上下方向の高さである。）が定められている。
具体的に、本実施の形態１では、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２と屈曲部２５ｂとの幅方向の位置が一致するように形成されていて、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２の層厚が幅方向中央部Ｈ１の層厚よりも小さくなるように形成されている。詳しくは、本実施の形態１では、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２（本実施の形態１では屈曲部２５ｂの位置に相当する。）の層厚が８μｍ、発熱層２０ｂの幅方向中央部Ｈ１（本実施の形態１では直線部２５ａの位置に相当する。）の層厚が１０μｍ、に設定されている。
このような構成により、定着装置１９（励磁コイル２５）を大型化・重量化することなく、励磁コイル２５によって加熱される定着ローラ２０の幅方向の温度分布を充分に均一化することができる。
【００５２】
なお、直線部２５ａとは定着ローラ２０（発熱部材）の幅方向に沿って直線状に延びた領域であって、屈曲部２５ｂとは直線部２５ａの端部を接続するために屈曲された領域であって励磁コイル２５の屈曲が始まる位置から最端部までの領域である。
【００５３】
ここで、本実施の形態１では、発熱層２０ｂの層厚を幅方向の位置によって変化させることで、定着ローラ２０の表面に、発熱層２０ｂの層厚差にともなう段差が形成されることになる。しかし、その段差は僅かに２μｍ（１０μｍ−８μｍ）であるので、段差によって定着ムラ等の定着不良が生じることはほとんどない。
【００５４】
以下、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２の層厚を幅方向中央部Ｈ１の層厚よりも小さく形成することで励磁コイル２５によって電磁誘導加熱される発熱層２０ｂの幅方向の温度分布が均一化される理由について詳述する。
まず、本実施の形態１において解決したい課題について整理する。
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す定着装置（従来の定着装置である。）は、励磁コイルと発熱層との幅方向長さがほぼ等しく設定されていて、発熱層２２ｂの層厚（１０μｍである。）が幅方向にわたってほぼ均一に形成されている。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す定着装置は、図５に示す本実施の形態１の定着装置に対して、発熱層２０ｂの層厚を除き、ほぼ同等に構成されている。
図６（Ｃ）は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）の定着装置において、定着ローラの表面温度を室温から１８０℃まで昇温させたときの、幅方向の温度分布を示すグラフである。図６（Ｃ）において、横軸は定着ローラの幅方向位置を示し、０ｍｍの位置が中点であり、中点から左側の位置は負値で示し、右側の位置は正値で示している。温度分布は、中点（０ｍｍ位置）を中心にしてほぼ左右対称になる。
図６（Ｃ）に示すように、定着ローラの幅方向中央部の温度はほぼ１８０℃で均一であるが、中点から±１４０ｍｍの位置から最端部にかけて温度が低下している。最大通紙幅は２９７ｍｍ（Ａ４サイズ）であるために、Ａ４サイズの記録媒体Ｐを短手方向を通紙方向として搬送すると、記録媒体Ｐの端部にあたる±１５０ｍｍの位置で１６０℃以下にまで定着温度が落ち込んでいて定着不良が発生してしまう。
【００５５】
このような不具合は、発熱層２０ｂに流れる渦電流が、励磁コイル２５の形状に沿うという性質が原因となっている。
図７は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）の定着装置における発熱層２０ｂに生じる渦電流の状態を示す模式図である。図７（Ａ）は励磁コイル２５を幅方向にみた上面図であって、図７（Ｂ）は発熱層２０ｂを幅方向にみた上面図である。
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、励磁コイル２５から発生する磁束により発熱層２０ｂには渦電流Ｒ（誘導電流）が流れ、その渦電流Ｒは励磁コイルに流れる電流（すなわち、励磁コイルの形状である。）に沿って流れる。
一方、図７（Ａ）を参照して、励磁コイル２５は、１つの線束を周回させて加工されたものであるために、直線部２５ａの断面積ＳＡ（コイル電流に直交する面にコイルが占める面積である。）と、屈曲部２５ｂの最端部（コイルが屈曲されて幅方向に直交する方向に延びた領域である。）の断面積ＳＢと、がほぼ等しくなる。そのため、屈曲部２５ｂの中部（コイルが屈曲されている領域である。）の断面積ＳＣは、上述の断面積ＳＡや断面積ＳＢに比べて大きくなってしまうことになる。したがって、励磁コイルを構成する線束に流れる電流はどの場所でも一定であるので、断面積ＳＣの位置でのコイルの電流密度は、断面積ＳＡ及び断面積ＳＢの位置でのコイルの電流密度よりも小さくなってしまう。コイルの電流密度とそれに対する発熱層に流れる渦電流は比例するため、コイル断面積ＳＡ，ＳＢ、ＳＣに対応する発熱層の位置ＳＡ´、ＳＢ´、ＳＣ´において、位置ＳＣ´における渦電流密度が、位置ＳＡ´、ＳＢ´における渦電流密度より小さくなってしまう。したがって、位置ＳＣ´における発熱量は、位置ＳＡ´、ＳＢ´の発熱量に比べて低下してしまう。このような理由から、図６（Ｃ）に示すように、励磁コイル２５の屈曲部２５ｂに対応する、定着ローラ２０の幅方向両端部で、発熱層２０ｂの発熱量の低下にともなう、温度低下が生じてしまう。
【００５６】
これに対して、本実施の形態１では、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２の層厚が幅方向中央部Ｈ１の層厚よりも小さくなるように形成しているために、良好な昇温特性を維持しつつ、定着ローラの幅方向の温度分布を均一化することができる。
図８にて、その効果について説明する。図８は、板状の発熱層２０ｂを誘導加熱したときの、交流磁場解析シミュレーションにより計算した渦電流分布である。
図８（Ａ１）は従来の発熱層２０ｂ（層厚が幅方向にわたって１０μｍで均一化されているものである。）の計算モデルであって、図８（Ｂ１）は本実施の形態１の発熱層２０ｂ（幅方向中央部Ｈ１の層厚が１０μｍ、幅方向端部部Ｈ２の層厚が５μｍのものである。）の計算モデルである。どちらの計算モデルも、上端の破線部と左端の破線部とを対称軸とした左右対称の１／４モデルであり、発熱層２０ｂの材料は銅であって、矢印方向にコイル電流が流れる。また、図８（Ｂ１）の計算モデルは、幅方向端部Ｈ２の長さを１０ｍｍに設定した。
【００５７】
図８（Ａ２）及び図８（Ｂ２）は、それぞれ、図８（Ａ１）及び図８（Ｂ１）の計算モデルに対応した渦電流分布の計算結果である。図８（Ａ２）及び図８（Ｂ２）において、発熱層のそれぞれの位置の渦電流の大きさをベクトルで表しており、渦電流の大きな流れを矢印Ｒで示している。
図８（Ａ２）及び図８（Ｂ２）に示す計算結果からわかるように、双方の計算モデルにおいて、発熱層の最端部（図の下端である。）から中央側１００ｍｍの位置までの渦電流の流れ方が大きく異なる。具体的に、図８（Ａ１）のモデルは、渦電流が、発熱層の最端部で幅方向に直交する方向に沿って流れて、大きな曲率をもって緩やかに折れ曲がり、幅方向中央部では幅方向に沿って流れる。これに対して、図８（Ｂ１）のモデルは、最端部に流れる渦電流が、小さな曲率で急峻に折れ曲がった後に、幅方向に沿って流れている。
これは、図８（Ｂ１）のモデルが、発熱層端部の層厚が中央部の層厚よりも薄く形成されていて、端部の電気抵抗が高くなるためである。すなわち、発熱層端部の電気抵抗が中央部よりも高いため、渦電流は、電気抵抗が低い中央部をできるだけ通るような経路をとって、端部と中央部の境界で急峻に折れ曲がる。したがって、図８（Ｂ１）のモデルでは、層厚が均一な図８（Ａ１）のモデルに比べて、渦電流が折れ曲がる部分（渦電流密度が低下する部分である。）を少なくすることができる。これらの計算結果からも、発熱層の端部の層厚と中央部の層厚とを異ならせることにより、端部の渦電流分布を制御できることがわかる。
【００５８】
図９は、図８と同様の計算モデルを交流磁場解析シミュレーションにより計算したときの、発熱層の幅方向の発熱量分布を示すグラフである。
図９において、横軸は幅方向の位置を表していて、０ｍｍの位置が発熱層の最端部であり、正方向が発熱層の中央への方向である。また、縦軸の発熱量は、幅方向のそれぞれの位置の発熱量を、発熱層の幅方向中央部の発熱量で割った値である。また、図９において、グラフＷ０は発熱層の層厚が幅方向にわたって均一のとき（端部層厚１０μｍ、中央部層厚１０μｍのときである。）の結果を示し、グラフＷ１は発熱層の幅方向端部（最端部から１０ｍｍの領域である。）の層厚が薄いとき（端部層厚８μｍ、中央部層厚１０μｍのときである。）の結果を示し、グラフＷ２は発熱層の幅方向端部（最端部から１０ｍｍの領域である。）の層厚がさらに薄いとき（端部層厚５μｍ、中央部層厚１０μｍのときである。）の結果を示す。
【００５９】
図９に示すように、端部の層厚を中央部よりも薄くした発熱層は、層厚が幅方向にわたって均一な発熱層と比較して、発熱量が最も低下する部分（最端部から１０ｍｍの位置である。）と、その低下量はあまり変わらないが、１０ｍｍ位置から最端部（０ｍｍ位置）までの間の発熱量が大きく異なる。端部の層厚を中央部よりも薄くした発熱層は、発熱量が低下する範囲が小さく、また層厚を薄くした部分の発熱量は中央部のものよりも大きい。
発熱量が低下する範囲が小さくなる理由は、上述の渦電流分布より、渦電流が端部で急峻に折れ曲がることによる。また、層厚を薄くした部分の発熱量が中央部よりも大きくなる理由は、発熱層端部の電気抵抗が大きくなりジュール熱が大きくなることによる。
このようなことから、発熱層中央部よりも温度が低下しやすい発熱層端部の層厚を中央部よりも薄くすることにより、発熱層が幅方向の端部で温度低下する問題を解決できることがわかる。
【００６０】
ただし、図９から、発熱層端部の厚さを薄くしても、発熱層最端部の発熱ピークは消失しないことがわかる。これは、発熱層最端部では、渦電流が、コイル形状に沿ってではなく、半強制的に折曲がって流れるため、渦電流が集中的に流れることと、発熱層よりも外側のコイルから発生する磁束が発熱層の最端部を加熱することと、による。そのため、屈曲部２５ｂも含めた励磁コイル２５の幅方向長さＬを、発熱層２５ａの幅方向長さＨよりも長くしてしまうと、端部の発熱量が増加してしまう。
したがって、本実施の形態１では、発熱層２０ｂの幅方向両端部Ｈ２の層厚が幅方向中央部Ｈ１の層厚よりも小さくなるように構成するとともに、励磁コイル２５の幅方向長さＬが発熱層２０ｂの幅方向長さとほぼ等しくなるように（屈曲部２５ｂの幅方向位置が発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２とほぼ一致するように）構成している。これにより、発熱層２０ｂの幅方向の温度分布を均一化することができる。
【００６１】
図１０は、本実施の形態１における定着装置１９の、（Ａ）励磁コイルを幅方向にみた上面図と、（Ｂ）定着ローラの発熱層を幅方向にみた断面図と、（Ｃ）定着ローラの表面温度を室温から１８０℃まで昇温させたときの幅方向の温度分布を示すグラフと、である。図１０（Ｃ）において、グラフＮは発熱層２０ｂの層厚が幅方向にわたって均一のもの（従来の定着装置である。）であって、グラフＭは本実施の形態１のものである。
図１０（Ｃ）から、発熱層の温度が低下しやすい領域（幅方向両端部Ｈ２）の層厚を幅方向中央部Ｈ１よりも小さくすることで、幅方向両端部の温度低下が抑止されることがわかる。具体的に、定着ローラの幅方向の温度分布ムラは１８０±５℃の範囲内になり、幅方向の温度分布が均一化された。
【００６２】
また、中央から±１４０ｍｍの位置では、発熱層の渦電流の折り返しにより若干の温度低下が見られるが、従来のものと比較すると、温度低下する量も範囲も著しく小さくなっている。
また、コイルの幅方向長さＬが、発熱層２０ｂの幅方向長さＨとほぼ等しいため、渦電流は基本的にコイル形状に沿って流れて、発熱層最端部の温度ピークは低下している。
なお、発熱層２０ｂの温度が低下する部分はコイルの屈曲部２５ｂに対応する部分であるため、発熱層２０ｂの、コイル屈曲部２５ｂと直線部２５ａとの境界に対応する位置から最端部までの領域で、発熱層２０ｂの層厚を小さくすることが好ましい。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態１では、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２と励磁コイル２５の屈曲部２５ｂとの幅方向の位置関係に応じて、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２の層厚を最適化している。これにより、定着装置１９（誘導加熱部２４）を大型化・重量化することなく、励磁コイル２５によって加熱される定着ローラ２０（発熱部材）の幅方向の温度分布を充分に均一化することができる。
特に、本実施の形態１では、励磁コイル２５の長さＬが発熱層２０ｂ（定着ローラ２０）の長さよりも大きくならないように構成しているために、装置の小型化が達成されるとともに、定着ローラの両端部に具備される軸受等が励磁コイル２５の磁界により発熱する不具合も抑止することができる。
【００６４】
実施の形態２．
図１１〜図１６にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図１１は、実施の形態２の定着装置１９における励磁コイル２５と発熱層２０ｂとの幅方向の関係を示す図であって、前記実施の形態１における図５に相当する図である。
本実施の形態２における定着装置１９は、励磁コイル２５の長さＬが定着ローラ（発熱層２０ｂ）の長さＨよりも大きく設定されていて、それに合わせて発熱層２０ｂの幅方向の層厚が定められている点が、前記実施の形態１のものとは相違する。
【００６５】
図１１を参照して、本実施の形態２における定着装置１９は、励磁コイル２５の幅方向の長さＬが、定着ローラ２０（発熱層２０ｂ）の幅方向（回転軸方向）の長さＨより長くなるように設定されている。そして、発熱層２０ｂ（定着ローラ２０）の幅方向端部Ｈ２ａに対して外側に、励磁コイル２５の屈曲部２５ｂが配設されている。さらに、励磁コイル２５の幅方向の内径（コイル内径）が、発熱層２０ｂの幅方向長さＨよりも長くなるように形成されている。
なお、本実施の形態２における画像形成装置は、最大通紙幅が２９７ｍｍ（Ａ４横サイズ）に設定されている。そして、発熱層２０ｂ（定着ローラ２０）の幅方向長さＨが３２５ｍｍ、励磁コイル２５の幅方向長さＬが３６５ｍｍ（幅方向のコイル内径が３２５ｍｍ）に設定されている。
【００６６】
そして、本実施の形態２においても、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）を参照して、定着ローラの発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２ａと、励磁コイル２５の屈曲部２５ｂと、の幅方向の位置関係に応じて、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２ａ（境界部Ｈ２ｂも含む。）の層厚が定められている。
具体的に、本実施の形態２では、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２ａに対して外側に屈曲部２５ｂの幅方向の位置が定められていて、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２ａの層厚が幅方向中央部Ｈ１の層厚よりも大きくなるように形成され、幅方向端部Ｈ２ａと幅方向中央部Ｈ１との境界部Ｈ２ｂの層厚が幅方向中央部Ｈ１の層厚よりも小さくなるように形成されている。さらに詳しくは、本実施の形態２では、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２ａ（本実施の形態２では、最端部から１０ｍｍの範囲である。）の層厚が１５μｍ、発熱層２０ｂの境界部Ｈ２ｂ（本実施の形態２では、最端部から１０〜４０ｍｍの範囲である。）の層厚が８μｍ、発熱層２０ｂの幅方向中央部Ｈ１の層厚が１０μｍ、に設定されている。
このような構成により、定着装置１９（励磁コイル２５）をそれほど大型化・重量化することなく、励磁コイル２５によって加熱される定着ローラ２０の幅方向の温度分布を充分に均一化することができる。
なお、本実施の形態２における定着装置１９は、上述した励磁コイル２５の長さＬと発熱層２０ｂの層厚とを除き、前記実施の形態１のものとほぼ同様に構成され動作する。
【００６７】
以下、コイル長Ｌが発熱層の長さＨよりも長いときに発熱層２０ｂの層厚を上述のように構成することにより励磁コイル２５によって電磁誘導加熱される発熱層２０ｂの幅方向の温度分布が均一化される理由について詳述する。
まず、本実施の形態２において解決したい課題について整理する。
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示す定着装置（特許文献１等の従来の定着装置である。）は、励磁コイルの幅方向長さＬが発熱層の幅方向長さＨよりも大きく設定されていて、発熱層２２ｂの層厚（１０μｍである。）が幅方向にわたってほぼ均一に形成されている。図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示す定着装置は、図１１に示す本実施の形態２の定着装置に対して、発熱層２０ｂの層厚を除き、ほぼ同等に構成されている。このように、従来の定着装置は、コイルの直線部２５ａのみを発熱層２０ｂに直接的に対向させるように構成することで、発熱層２０ｂに生じる渦電流をできるだけ直線化しようとしている。
【００６８】
図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）の定着装置において、定着ローラの表面温度を室温から１８０℃まで昇温させたときの、幅方向の温度分布を示すグラフであって、前記実施の形態１における図６（Ｃ）に相当するグラフである。なお、図１２（Ｃ）において、グラフＱ１は補強層２０ｃに磁性ステンレス（ＳＵＳ４３０）を用いたときの温度分布を示し、グラフＱ２は補強層２０ｃに非磁性ステンレス（ＳＵＳ３０４）を用いたときの温度分布を示す。
図１２（Ｃ）に示すように、±１４０ｍｍの位置に、図６（Ｃ）よりは改善されているが、温度が低下している領域がある。また、図６（Ｃ）とは大きく異なり、±１５０ｍｍの位置から最端部にかけて、定着ローラの温度が非常に高くまで昇温している。
このように、従来の定着装置は、コイルの直線部２５ａのみを発熱層２０ｂに対向させるように構成することで、定着ローラの端部の温度低下の改善が若干見られる反面、最端部の温度ピークの発生により定着ローラ端部の温度が不均一になってしまう。
【００６９】
また、補強層２０ｃを磁性材料で形成した場合には、温度分布の不均一性がより大きくなることがわかる。しかし、補強層２０ｃを磁性材料で形成することにより、発熱層２０ｂに磁束が集中して高効率な加熱がおこなえる。これに対して、補強層２０ｃを非磁性材料で形成した場合には、発熱層の幅方向の温度分布の不均一性が若干解消される反面、加熱効率が低下してしまう。
最大通紙幅の端部にあたる±１５０ｍｍの位置では、定着温度が１６０℃以上あるものの、中央部よりも温度が低いことには変わりなく、Ａ４サイズ紙の横方向通紙を連続的におこなうと定着不良が発生する可能性がある。
また、定着ローラの幅方向の温度分布が不均一であると、定着装置の立ち上げ特性（昇温特性）が悪化する。なお、「立ち上げ特性」とは、定着ローラがトナーを定着するのに必要な温度まで昇温する時間の短さであって、昇温時間が短いほどよく、ユーザーにとって使いやすい画像形成装置ということになる。
【００７０】
なお、図１２の定着装置において、装置の立ち上げに必要な定着設定温度は１８０℃である。従来の定着装置は、１２００Ｗの電力を投入すると、定着ローラが１８０℃にまで昇温する時間（立ち上げ時間）は、中央部で１０秒、端部で１３秒であった。したがって、定着ローラの大部分の昇温が１０秒で完了しているにもかかわらず、端部の昇温が未完了であり、装置としての立上時間は１３秒となってしまい、非常に非効率な加熱をおこなっていることになる。
また、定着ローラの最大通紙幅よりも端部側にあたる±１５０ｍｍ以上の領域は、記録媒体の画像には影響を与えないが、定着ローラの最端部が異常に発熱する。したがって、定着ローラの寿命の短命化や端部の異常発熱を防止するため、安全装置（サーモスタット等）の設置が必要になってしまう。
また、励磁コイル２５の幅方向長さＬを定着ロー２０よりも長くすることで、励磁コイル２５の屈曲部２５ｂの磁束が定着ローラ２０以外の金属部品（例えば、定着ローラの軸受）を誘導加熱してしまうため、その金属部品を高耐熱性、断熱性を考慮した材料で形成しなければならずコストアップの原因となる。
【００７１】
本願発明者は、研究を重ねた結果、これらの現象が、発熱層の最端部では、発熱層に流れる渦電流が、コイル形状に沿わずに、折れ曲がって流れることによるものであることを知得した。
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）の定着装置における発熱層２０ｂに生じる渦電流の状態を示す模式図であって、前記実施の形態１における図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に相当する図である。
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、発熱層の渦電流Ｒは、幅方向中央部において、コイル形状に沿って直線的に流れる（図１３（Ａ）の矢印に示すコイル電流とは逆向きに流れる。）。これに対して、発熱層の渦電流Ｒは、幅方向両端部において、コイル形状に沿わずに、屈曲して流れる。これは、発熱層が導電性材料で形成されているため、発熱層に流れる電流が常に短絡した状態になる経路をとることによる。そのため、発熱層に流れる渦電流は、一番安定した状態で、その大部分がコイル直線部２５ａに沿って流れ、発熱層端部で折れ曲がってループ状に流れることになる。
したがって、発熱層端部に対向するコイルの形状に関わらず、渦電流は発熱層端部で必ず屈曲して流れることになり、図７と同様に、渦電流が直線に流れる領域ＳＡ´、渦電流の屈曲が完了する領域ＳＢ´、渦電流が屈曲する領域ＳＣ´が形成されることになる。ここでも、領域ＳＣ´での渦電流密度が、領域ＳＡ´及びＳＢ´の渦電流密度よりも小さくなってしまい、その結果、その領域での発熱量が低下してしまう。
【００７２】
本願発明者が実験をおこなったところ、図１２の従来の定着装置では、発熱層の最端部から１０〜４０ｍｍ程度中央部寄りの位置で、発熱層端部の温度低下が生じていているのを確認した。発熱層の最端部から１０〜４０ｍｍの位置で、発熱層を流れる渦電流が屈曲し始めているものと考えられる。
また、渦電流は、コイル形状に沿ってではなく、半強制的に折曲がるため発熱層の最端部には渦電流が集中的に流れて、領域ＳＢ´での渦電流密度が領域ＳＡ´での渦電流密度よりも高くなる。
さらに、従来の定着装置は、コイルの幅方向長さが発熱層の幅方向長さよりも長くなるように設定しているため、発熱層よりも外側のコイルから発生する磁束が、発熱層の最端部を加熱して、発熱層の最端部では発熱のピークが発生する。このとき、補強層が磁性材料で形成されていれば、発熱層よりも外側のコイルから発生する磁束が、発熱層の最端部に集中しやすくなる。そのため、図１２（Ｃ）で説明したように、発熱層の最端部が過昇温するものと考えられる。
【００７３】
図１４は、先に説明した図９の発熱量分布（計算結果）に、グラフＷ３を追加したものである。
図１４において、グラフＷ３は、発熱層の幅方向端部（最端部から１０ｍｍの領域である。）の層厚が厚いとき（端部層厚１５μｍ、中央部層厚１０μｍのときである。）の結果を示す。
図１４の結果から、発熱層の幅方向端部の層厚が厚いときには、層厚が幅方向にわたって均一な発熱層のもの（グラフＷ０）と比較すると、層厚を厚くした部分の発熱量が低下していることがわかる。層厚を厚くした部分の発熱量が中央部よりも小さくなったのは、発熱層端部の電気抵抗が小さくなりジュール熱が小さくなったことによる。
【００７４】
本実施の形態２における定着装置では、このような現象を利用することにより、発熱層の幅方向の最端部で、温度が異常昇温する課題を解決している。
すなわち、誘導コイル２５の幅方向長さＬを、発熱層２０ｂの幅方向長さＨよりも長く設定して、発熱層２０ｂの最端部Ｈ２ａ（温度が昇温すると予測される位置である。）の層厚を中央部Ｈ１の層厚よりも厚く設定し、さらにその内側の境界部Ｈ２ｂ（温度が低下すると予測される位置である。）の層厚を中央部Ｈ１の層厚よりも薄く設定する。
これにより、励磁コイル２５によって電磁誘導加熱される発熱層２０ｂの幅方向の温度分布を均一化することができる。
【００７５】
図１５は、本実施の形態２における定着装置１９の、（Ａ）励磁コイルを幅方向にみた上面図と、（Ｂ）定着ローラの発熱層を幅方向にみた断面図と、（Ｃ）定着ローラの表面温度を室温から１８０℃まで昇温させたときの幅方向の温度分布を示すグラフと、である。図１５（Ｃ）において、グラフＮは発熱層２０ｂの層厚が幅方向にわたって均一のもの（従来の定着装置であって、補強層に磁性ステンレスを用いている。）であって、グラフＭは本実施の形態２のものである。
図１５（Ｃ）から、発熱層の境界部Ｈ２ｂ（渦電流が屈曲することにより発熱層の温度が低下する位置であって、±１３０〜１５０ｍｍの領域である。）の層厚を８μｍとして中央部Ｈ１の層厚よりも薄くすることにより、その位置の温度低下が全体的に改善されることがわかる。
また、コイルの幅方向長さＬが発熱層の幅方向長さＨよりも長くても、発熱層の両端部Ｈ２ａ（最端部）の層厚を１５μｍとして中央部Ｈ１の層厚よりも厚くすることにより、ジュール熱による発熱が低下して、その位置の異常な過昇温が抑止される。
具体的に、定着ローラの幅方向の温度分布ムラは１８０±５℃の範囲内になり、幅方向の温度分布が均一化された。
【００７６】
ここで、各実施の形態の定着装置において、発熱層２０ｂの体積抵抗率が１．８×１０-7Ω・ｃｍ以下になるように形成することが好ましい。具体的には、発熱層２０ｂの層厚が１〜５０μｍのときに良好に誘導加熱をおこなえる金属材料で発熱層２０ｂを形成することが好ましい。
【００７７】
以下、その理由について説明する。
各実施の形態では、発熱層２０ｂの材料として銅を用いていて、幅方向中央部Ｈ１の層厚を１０μｍ、幅方向端部Ｈ２（又は境界部Ｈ２ｂ）の層厚を８μｍに設定している。発熱層２０ｂの電気抵抗は、発熱層の層厚に反比例するため、中央部の発熱層に対して端部（又は境界部）の発熱層の抵抗は２５％増加したことになる。発熱層（銅層）は極めて薄層であるため、端部にて２μｍ厚さを変えただけで抵抗を２５％変動させることができる。
【００７８】
各実施の形態のように発熱層の層厚が幅方向の位置によって変化すると、ニップ部において記録媒体に対する定着ローラの圧接力が幅方向に不均一になり、定着画像に悪影響を与える可能性がある。しかし、銅のように発熱層の層厚を僅かに変化させただけで電気抵抗を大きく変動させることができる材料を発熱層に使用することで、この課題を解決することができる。本願発明者が実験をおこなったところ、各実施の形態において、発熱層の幅方向の層厚差による、記録媒体の定着ムラは発生しないことを確認した。
【００７９】
これに対して、発熱層を非磁性ステンレス（ＳＵＳ３０４）にて形成する場合、発熱層（中央部）の層厚を０．７ｍｍに設定する必要がある。これは、非磁性ステンレス（ＳＵＳ３０４）の体積抵抗率が７．２×１０-7（Ω・ｍ）であって、銅の体積抵抗率１．７２×１０-7（Ω・ｍ）と比較して、極めて高くて、銅のように薄層の形状では充分な加熱効率が得られないためである。
そして、発熱層を非磁性ステンレス（ＳＵＳ３０４）にて形成する場合、充分な加熱効率を確保するとともに、端部の電気抵抗を中央部のものより２５％増加させるためには、中央部の層厚を０．７ｍｍ、両端部の層厚を０．５６ｍｍに設定する必要がある。このような場合には、中央部と端部との発熱層の層厚差が１４０μｍになってしまう。このような発熱層を有する定着ローラ（離型層の層厚は幅方向に均一に３０μｍとした。）を用いて、本願発明者が実験をおこなったところ、出力画像の端部と中央部とに光沢の違いが見られた。これは、定着ローラの端部と中央部とで、ニップ部において記録媒体に対する圧接力が異なることが原因と考えられる。
【００８０】
このように発熱層を非磁性ステンレス（ＳＵＳ３０４）にて形成する場合のように、発熱層の層厚が幅方向の位置によって大きく変化してしまうとき、発熱層２０ｂの幅方向の層厚の違いに合わせて、離型層２０ａ（表層）の層厚を幅方向の位置によって変化させることもできる。すなわち、離型層２０ａの両端部の層厚が中央部の層厚に比べて厚くなるように構成して、定着ローラ２０の表面を幅方向にわたってフラットに形成することができる。しかし、その場合には、離型層を形成する際の工程が複雑になってしまうことになる。
【００８１】
以上のことから、発熱層２０ｂは、その層厚が１〜５０μｍのときに良好に誘導加熱をおこなえる金属材料で形成することが好ましいことになる。すなわち、発熱層２０ｂは、体積抵抗率が１．８×１０-7Ω・ｃｍ以下の電気導電性がよい材料で形成することが好ましい。
【００８２】
図１６は、前記実施の形態１の定着装置（補強層２０ｃを層厚５０μｍの磁性ステンレスＳＵＳ４３０で形成したものである。）を用いて、層厚が１０μｍの発熱層の体積抵抗率が変化した場合の発熱層の発熱効率を、交流磁場解析シミュレーションにより計算した結果を示すグラフである。ここで、発熱層の発熱効率とは、励磁コイルに投入した電力のうち、発熱層の実際の発熱に供した電力の割合であり、発熱効率が高いほど加熱効率の良い定着装置ということになる。
図１６より、層厚が１０μｍの発熱層の体積抵抗率が０．１×１０-7〜０．６×１０-7Ω・ｃｍであるときに特に高い発熱効率を示し、体積抵抗率がそれ以上高くなると徐々に発熱効率が低下していくことがわかる。したがって、発熱層２０ｂは、発熱効率が９０％以上になる、体積抵抗率が１．８×１０-7Ω・ｃｍ以下になる金属材料で形成することが好ましい。発熱層２０ｂの材料としては、例えば、ニッケル（体積抵抗率：０．７２４×１０-7Ω・ｃｍ）を用いることができ、好ましくは体積抵抗率が０．１×１０-7〜０．６×１０-7Ω・ｃｍである銅、アルミニウム、金、銀等の良伝導性の材料を用いることができる。
【００８３】
以上説明したように、本実施の形態２でも、前記実施の形態１と同様に、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２ａと励磁コイル２５の屈曲部２５ｂとの幅方向の位置関係に応じて、発熱層２０ｂの幅方向端部Ｈ２ａ、Ｈ２ｂ（境界部も含む。）の層厚を最適化している。これにより、定着装置１９（誘導加熱部２４）をそれほど大型化・重量化することなく、励磁コイル２５によって加熱される定着ローラ２０（発熱部材）の幅方向の温度分布を充分に均一化することができる。
特に、本実施の形態２では、品質管理上等の理由からコイル端部の形状を高精度に設定できない場合等であっても、発熱層の最端部の温度を複雑に制御することなく、簡単な構成で、発熱層の幅方向の発熱分布を均一化することができる。
【００８４】
実施の形態３．
図１７にて、この発明の実施の形態３について詳細に説明する。
図１７は、実施の形態３における定着装置１９を示す断面図である。本実施の形態３における定着装置１９は、定着部材として定着ベルト６０を用いている点が、定着部材として定着ローラ２０を用いている前記各実施の形態のものとは相違する。
【００８５】
図１７に示すように、本実施の形態３における定着装置１９は、誘導加熱部２４、定着ベルト６０（定着部材）、発熱部材としての加熱ローラ４１、定着補助ローラ５０、加圧ローラ３０、等で構成される。
【００８６】
ここで、定着補助ローラ５０は、ステンレス鋼等からなる芯金の表面に、発泡シリコーンゴム等の弾性層を形成したものである。定着補助ローラ５０の弾性層は、肉厚が１〜５ｍｍで、アスカー硬度が３０〜６０度となるように形成されている。また、定着補助ローラ５０の外径は、４０ｍｍに設定されている。
【００８７】
発熱部材としての加熱ローラ４１は、磁性ステンレス（ＳＵＳ４３０）等からなり補強層としても機能する芯金４１ａ（肉厚は０．１ｍｍである。）の表面に、銅からなる発熱層４１ｂ（幅方向中央部の層厚は１０μｍである。）を形成したものである。
加熱ローラ４１の発熱層４１ｂは、前記各実施の形態のものと同様に、発熱層４１ｂの幅方向端部と、励磁コイル２５の屈曲部２５ｂと、の幅方向（図１７の紙面垂直方向である。）の位置関係に応じて、発熱層４１ｂの幅方向端部の層厚が定められている。
加熱ローラ４１は、図１７の時計方向に回転する。そして、加熱ローラ４１の発熱層４１ｂは、誘導加熱部２４（励磁コイル２５）から発せられる磁束によって誘導加熱される。
【００８８】
定着ベルト６０は、加熱ローラ４１及び定着補助ローラ５０（２つのローラ部材である。）に張架・支持されている。
定着ベルト６０は、基材上に、シリコーンゴム等からなる弾性層、フッ素化合物からなる離型層、が順次積層された多層構造のエンドレスベルトである。
定着ベルト６０は、図１７の時計方向に周回する。そして、定着ベルト６０は、加熱ローラ４１から発せられる熱によって加熱される。
誘導加熱部２４は、前記各実施の形態のものと同様に、励磁コイル２５、第１コア２８、第２コア２９（センターコア）、コイルガイド２７、等で構成される。
【００８９】
このように構成された定着装置１９は、次のように動作する。
定着補助ローラ５０の回転駆動によって、定着ベルト６０は図１７中の時計方向に周回するとともに、加熱ローラ４１も時計方向に回転して、加圧ローラ３０も反時計方向に回転する。定着ベルト６０は、加熱ローラ４１に巻装された位置で加熱される。
【００９０】
詳しくは、不図示の電源部から励磁コイル２５に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ（好ましくは、２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚである。）の高周波交番電流を流すことで、励磁コイル２５から加熱ローラ４１（発熱層４１ｂ）に向けて磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることで、加熱ローラ４１の発熱層４１ｂに渦電流が生じて、発熱層４１ｂの電気抵抗によってジュール熱が発生して、加熱ローラ４１が加熱される。こうして、定着ベルト６０は、加熱ローラ４１からの受熱によって加熱される。
【００９１】
その後、加熱ローラ４１によって加熱された定着ベルト６０表面は、加圧ローラ３０との当接部に達する。そして、搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔ（トナー）を加熱して溶融する。
定着位置を通過した定着ベルト６０表面は、その後に再び加熱ローラ４１の位置に達する。
このような一連の動作が連続的に繰り返されて、画像形成プロセスにおける定着工程が完了する。
【００９２】
以上説明したように、本実施の形態３でも、前記各実施の形態と同様に、発熱層４１ｂの幅方向端部と励磁コイル２５の屈曲部との幅方向の位置関係に応じて、発熱層４１ｂの幅方向端部の層厚を最適化している。これにより、定着装置１９（誘導加熱部２４）を大型化・重量化することなく、励磁コイル２５によって加熱される加熱ローラ４１（又は、定着ベルト６０）の幅方向の温度分布を充分に均一化することができる。
特に、本実施の形態３では、定着ベルト６０を加圧ローラ３０に圧接してニップ部を形成しているために、充分なニップ幅を確保することができる。また、層厚差のある発熱層４１ｂを有する加熱ローラ４１は、ニップ部において記録媒体Ｐに直接的に接触することがないため、発熱層４１ｂの材料（層厚）に関わらず記録媒体Ｐに対する圧接力が幅方向に不均一になる不具合が生じない。したがって、発熱層４１ｂの材料の選択肢が増すことになる。
【００９３】
なお、本実施の形態３では、定着ベルト６０を介して加熱ローラ４１の外周面に対向する位置に誘導加熱部２４を配設したが、加熱ローラ４１の外周面に直接的に対向するように誘導加熱部２４を配設することもできる。すなわち、誘導加熱部２４を、定着ベルト６０を介することなく、加熱ローラ４１に直接的に対向させることができる。その場合にも、本実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００９４】
また、本実施の形態３では、加熱ローラ４１のみが誘導加熱部２４によって電磁誘導加熱される構成とした。これに対して、定着ベルト６０に発熱層を設けることで、定着ベルト６０と加熱ローラ４１とがどちらも誘導加熱部２４によって電磁誘導加熱される構成とすることもできるし、定着ベルト６０のみが誘導加熱部２４によって電磁誘導加熱される構成とすることもできる。その場合にも、定着ベルト６０の発熱層の幅方向端部と励磁コイル２５の屈曲部との幅方向の位置関係に応じて発熱層の幅方向端部の層厚を最適化することで、上述した発熱層の材料の選択肢の効果を除き、本実施の形態３とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００９５】
なお、本発明が前記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】この発明の実施の形態１における画像形成装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の画像形成装置に設置された定着装置を示す断面図である。
【図３】励磁コイルを示す斜視図である。
【図４】定着ローラを示す部分拡大断面図である。
【図５】（Ａ）励磁コイルを幅方向にみた上面図と、（Ｂ）発熱層を幅方向にみた断面図と、である。
【図６】従来の定着装置の、（Ａ）（Ｂ）励磁コイルと発熱層との幅方向の関係を示す図と、（Ｃ）定着ローラの幅方向の温度分布を示すグラフと、である。
【図７】従来の定着装置の、発熱層に生じる渦電流の状態を示す模式図である。
【図８】発熱層に生じる渦電流のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】発熱層の幅方向の発熱分布を示すグラフである。
【図１０】（Ａ）（Ｂ）励磁コイルと発熱層との幅方向の関係を示す図と、（Ｃ）定着ローラの幅方向の温度分布を示すグラフと、である。
【図１１】この発明の実施の形態２における定着装置の、（Ａ）励磁コイルを幅方向にみた上面図と、（Ｂ）発熱層を幅方向にみた断面図と、である。
【図１２】従来の定着装置の、（Ａ）（Ｂ）励磁コイルと発熱層との幅方向の関係を示す図と、（Ｃ）定着ローラの幅方向の温度分布を示すグラフと、である。
【図１３】従来の定着装置の、発熱層に生じる渦電流の状態を示す模式図である。
【図１４】発熱層の幅方向の発熱分布を示すグラフである。
【図１５】実施の形態２における定着装置の、（Ａ）（Ｂ）励磁コイルと発熱層との幅方向の関係を示す図と、（Ｃ）定着ローラの幅方向の温度分布を示すグラフと、である。
【図１６】発熱層の体積抵抗率と発熱効率との関係を示すグラフである。
【図１７】この発明の実施の形態３における定着装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  画像形成装置本体（装置本体）、
１９  定着装置、
２０  定着ローラ（定着部材、発熱部材）、
２０ａ  離型層、
２０ｂ  発熱層、
２０ｃ  補強層、
２０ｄ  弾性層、
２０ｅ  芯金層（芯金）、
２４  誘導加熱部、
２５  励磁コイル、
２５ａ  直線部、
２５ｂ  屈曲部、
３０  加圧ローラ、
４１  加熱ローラ（発熱部材）、
５０  定着補助ローラ、
６０  定着ベルト（定着部材、発熱部材）。
【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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【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】
0005123580.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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