(57)【要約】      （修正有）【課題】非通紙領域の過熱を効果的に抑制することができると共に、温度ムラや発熱効率の低下といった弊害を生じることなく、装置の小型軽量化並びに低コスト化を図ることができる定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】有効加熱長が最大サイズの記録紙に対応しているメイン励磁コイル２０７を定着ベルト２０６の外周面に沿って配置する。定着ベルト２０６から見てメイン励磁コイル２０７の外側であって、メイン励磁コイル２０７の長手方向ほぼ中央に、メイン励磁コイル２０７よりも有効加熱長が短い補助励磁コイル２１５を積層配置する。記録紙のサイズ等に応じて、メイン励磁コイル２０７と補助励磁コイル２１５の何れかを高周波電源に接続して、定着ベルト２０６を電磁誘導加熱して、記録紙にトナー像を融着する。【選択図】図５
2012042711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着回転体によってトナー像を複数サイズの記録紙に融着する定着装置であって、
定着回転体を電磁誘導加熱する有効加熱長が、最大サイズの記録紙に対応しているメイン励磁コイルと、
メイン励磁コイルよりも有効加熱長が短い補助励磁コイルと、
メイン励磁コイルと補助励磁コイルとに電力供給する高周波電源と、
メイン励磁コイルと補助励磁コイルの何れかを高周波電源に接続するスイッチと、を備え、
メイン励磁コイルは、定着回転体の外周面に沿って配置され、
補助励磁コイルは、定着回転体から見てメイン励磁コイルの外側であって、メイン励磁コイルの長手方向、ほぼ中央に積層配置されている
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
有効加熱長が相異する補助励磁コイルを複数備え、
有効加熱長が長い補助励磁コイルほどメイン励磁コイルに近くなるように積層配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
補助励磁コイルは、定着回転体の周方向における開口幅が、定着回転体の軸方向における中央部よりも端部において狭くなっている
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記スイッチは、メイン励磁コイルと補助励磁コイルのうち、定着対象の記録紙の通紙幅に最も近い有効加熱長を有する励磁コイルに高周波電源を接続する
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
前記スイッチは、メイン励磁コイルと補助励磁コイルのうち、
定着回転体を昇温させる場合には、定着対象の記録紙の通紙幅よりも長い有効加熱長を有する励磁コイルに高周波電源を接続し、
定着回転体を降温させる場合には、定着対象の記録紙の通紙幅よりも短い有効加熱長を有する励磁コイルに高周波電源を接続する
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項６】
補助励磁コイルの有効加熱長Ｌ２は、メイン励磁コイルの有効加熱長Ｌ１、メイン励磁コイル熱変換効率η1及び補助励磁コイル熱変換効率η2に対して、
Ｌ２≦Ｌ１・η２／η１
であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れかに記載の定着装置を備える
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関し、特に、装置の小型軽量化並びに低コスト化を図りながら非通紙領域の加熱を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真方式の画像形成装置においては、トナーを記録紙に融着する定着部材の低熱容量化と昇温性能向上を目的として、電磁誘導加熱方式が盛んに研究されている。電磁誘導加熱方式は、定着部材に含まれる金属発熱層に励磁コイルを用いて誘導電流を流して発熱させることによって定着部材を加熱させるというものである。
また、トナーを定着する記録紙のサイズはさまざまであり、定着部材は仕様上、最大サイズの記録紙を定着できる大きさになっており、これを加熱する励磁コイルの有効加熱長も最大サイズの記録紙に応じた長さになっている。このため、小サイズ紙を定着する場合には、定着部材表面のうち通紙領域は記録紙によって熱を奪われるため加熱する必要があり、この加熱が続くと非通紙領域が過熱してしまい、定着装置破損の原因となることが問題となっている。
【０００３】
このような問題に対して、従来、例えば、以下の３つのような技術が提案されている。
（１）定着部材は定着ローラや定着ベルトのように回転体形状をとるところ、励磁コイル１５０１から発生する磁束を打ち消す消磁コイル１５０２を定着部材１５０５の回転軸方向両端に設置して、記録紙のサイズや非通紙領域の温度に応じて消磁コイル１５０２の接続状態を切り替える（図１５）。
【０００４】
（２）定着部材１５０４の回転軸方向に沿って、有効加熱長の短い複数の励磁コイル１６０１〜１６０３を列設し、記録紙のサイズや非通紙領域の温度に応じて個々の励磁コイル１６０１〜１６０３の通電状態を切り替える（図１６）。
（３）最大サイズ紙の幅に対応する有効加熱長のメイン励磁コイル１７０１と、メイン励磁コイルよりも有効加熱長が短い補助励磁コイル１７０２を、定着部材１５０４の周方向に沿って並設し、記録紙のサイズや非通紙領域の温度に応じて何れかの励磁コイルに通電する（図１７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５０１１８号公報
【特許文献２】特開２０００−４４３９２号公報
【特許文献３】特開２０００−１５３４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術（１）については、励磁コイル１５０１から発生する磁束を消磁コイル１５０２によって完全に打ち消すことは困難であり、図１８に例示するように、小サイズ紙の非通紙領域の温度が高くなってしまう（グラフ１８０２）。このため、例えば、小サイズ紙を高速で連続通紙する場合には励磁コイルの出力を大きくしなければならない都合上、非通紙領域の過熱を効果的に抑制することができない。
【０００７】
また、従来技術（２）については、複数の励磁コイル１６０１〜１６０３から発生する磁束が互いに干渉することによって、図１９に例示するように、定着部材の回転軸方向に沿って、特に、励磁コイル１６０１〜１６０３の継ぎ目箇所において温度ムラが生じ（グラフ１９０１）、定着不良が発生するおそれがある。
また、従来技術（３）については、励磁コイル１７０１、１７０２を定着回転体の周方向に並設する必要上、個々の励磁コイルを小さくせざるを得ず、発熱効率が低下する。すなわち、励磁コイル１５０１から発生する磁束が定着回転体の周方向に沿って定着回転体内を通過する距離を長くして、個々のコイルの発熱効率を向上させることができる（図２０（ｂ））。
【０００８】
これに対して、励磁コイル１７０１、１７０２を定着回転体の周方向に並設する場合には、励磁コイル１７０１、１７０２から発生する磁束が定着回転体の周方向に沿って定着回転体内を通過する距離を長くすることができないので、記録紙のサイズに対応した個々のコイルの発熱効率の低下を避けることができない（図２０（ａ））。また、励磁コイルを大きくしようとすると定着部材を大きくせざるを得ず、定着装置の大型化を招いてしまう。
【０００９】
このように、従来技術には、それぞれ固有の問題がある。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、非通紙領域の過熱を効果的に抑制することができると共に、温度ムラや発熱効率の低下といった弊害を生じることなく、装置の小型軽量化並びに低コスト化を図ることができる定着装置及び画像形成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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、定着回転体によってトナー像を複数サイズの記録紙に融着する定着装置であって、定着回転体を電磁誘導加熱する有効加熱長が、最大サイズの記録紙に対応しているメイン励磁コイルと、メイン励磁コイルよりも有効加熱長が短い補助励磁コイルと、メイン励磁コイルと補助励磁コイルとに電力供給する高周波電源と、メイン励磁コイルと補助励磁コイルの何れかを高周波電源に接続するスイッチと、を備え、メイン励磁コイルは、定着回転体の外周面に沿って配置され、補助励磁コイルは、定着回転体から見てメイン励磁コイルの外側であって、メイン励磁コイルの長手方向、ほぼ中央に積層配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このようにすれば、定着回転体から見てメイン励磁コイルの外側であって、メイン励磁コイルの長手方向、ほぼ中央に補助励磁コイルを積層配置するので、非通紙領域の過熱を効果的に抑制することができると共に、温度ムラや発熱効率の低下といった弊害を生じることなく、定着装置の小型軽量化並びに低コスト化を図ることができる。
この場合において、有効加熱長が相異する補助励磁コイルを複数備え、有効加熱長が長い補助励磁コイルほどメイン励磁コイルに近くなるように積層配置するのが望ましい。このようにすることで、消費エネルギー（電力）が最も大きくなる最大サイズの記録紙を通紙する場合において、より高い発熱効率を維持し、記録紙に供給する熱エネルギーを確保することができる。
【００１２】
また、補助励磁コイルの、定着回転体の周方向における開口幅を、定着回転体の軸方向における中央部よりも端部において狭くしても良い。このようにすれば、小サイズ紙の通紙時における通紙領域の両端における急激な温度変化を抑制することができるので、その後の大サイズ紙における定着ムラ（光沢ムラ）を防止することができる。
また、前記スイッチは、メイン励磁コイルと補助励磁コイルのうち、定着対象の記録紙の通紙幅に最も近い有効加熱長を有する励磁コイルに高周波電源を接続しても良い。このようにすれば、非通紙領域の過熱を防止することができる。
【００１３】
また、前記スイッチは、メイン励磁コイルと補助励磁コイルのうち、定着回転体を昇温させる場合には、定着対象の記録紙の通紙幅よりも長い有効加熱長を有する励磁コイルに高周波電源を接続し、定着回転体を降温させる場合には、定着対象の記録紙の通紙幅よりも短い有効加熱長を有する励磁コイルに高周波電源を接続しても良い。このようにすれば、通紙幅にちょうど一致する有効加熱長の補助励磁コイルがない場合であっても、非通紙領域の温度を監視しながらレジコイルを切り替えるので、過熱を防止することができる。
【００１４】
また、補助励磁コイルの有効加熱長Ｌ２は、メイン励磁コイルの有効加熱長Ｌ１、メイン励磁コイル熱変換効率η1及び補助励磁コイル熱変換効率η2に対して、Ｌ２≦Ｌ１・η２／η１であるのが望ましい。補助励磁コイルの有効加熱長Ｌ２が当該範囲内にすれば、補助励磁コイルの供給電力量をメイン励磁コイルの供給電力量よりも大きくしなくても、メイン励磁コイルと同じ発熱量を確保することができる。
【００１５】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る定着装置を備えるを特徴とする。このようにすれば、本発明に係る定着装置の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。
【図２】定着装置１１５の主要な構成を示す断面図である。
【図３】定着ベルト２０６の構成を示す断面図である。
【図４】メイン励磁コイル２０７と補助励磁コイル２１５を給電制御するための回路構成を示す図である。
【図５】定着ローラ２０２の回転軸方向におけるメイン励磁コイル２０７と補助励磁コイル２１５との位置関係を示す側面図である。
【図６】補助励磁コイルのメイン励磁コイルに対する有効発熱長の比率と、かかる比率を有する補助励磁コイルの発生させる定着ベルトの有効加熱領域内の単位長さ当たりの発熱量との関係を示すグラフである。
【図７】補助励磁コイル２１５の形状を示す平面図である。
【図８】定着ベルト２０６の回転軸方向における、メイン励磁コイル２０７による電磁誘導加熱時の温度分布と、補助励磁コイル２１５による電磁誘導加熱時の温度分布とを示すグラフである。
【図９】本発明の変形例に係る定着装置の主要な構成を示す外観図である。
【図１０】本発明の変形例に係る制御部が実行するメイン励磁コイル２０７と補助励磁コイル２１５との通電制御を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の変形例に係る最大サイズ処理の内容を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の変形例に係る中サイズ処理の内容を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の変形例に係る小サイズ処理の内容を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の変形例に係る定着装置の主要な構成を示す図である。
【図１５】消磁コイルを用いる従来術に係る定着装置の構成を示す図である。
【図１６】定着部材の回転軸方向に沿って複数の励磁コイルを列設する従来技術に係る定着装置の構成を示す図である。
【図１７】定着部材の周方向に沿って複数の励磁コイルを並設する従来技術に係る定着装置の構成を示す図である。
【図１８】消磁コイルを用いる従来術に係る定着部材表面の温度分布を示すグラフである。
【図１９】定着部材の回転軸方向に沿って複数の励磁コイルを列設する従来技術に係る定着部材表面の温度分布を示すグラフである。
【図２０】定着部材の周方向に沿って複数の励磁コイルを並設する従来技術に係る定着装置の発熱効率を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］  画像形成装置の構成
まず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。図１に示されるように、画像形成装置１は、原稿読取部１００、画像形成部１１０及び給紙部１２０を備えている。原稿読取部１００は原稿を光学的に読み取って画像データを生成する。
【００１８】
画像形成部１１０は作像部１１１Ｙ〜１１１Ｋ、制御部１１２、中間転写ベルト１１３、２次転写ローラ対１１４、定着装置１１５、排紙ローラ１１６、排紙トレイ１１７及びクリーナ１１８を備えている。
作像部１１１Ｙ〜１１１Ｋは、制御部１２０の制御の下、それぞれＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のトナー像を形成し、各色のトナー像が重なり合うように中間転写ベルト１１３に静電転写（１次転写）する。中間転写ベルト１１３は無端状の回転体であって、矢印Ａ方向に回転し、トナー像を２次転写ローラ対１１４まで搬送する。
【００１９】
給紙部１２０は、それぞれ記録紙Ｐを紙サイズ毎に格納する給紙カセット１２１を備え、画像形成部１１０に記録紙Ｐを供給する。供給された記録紙Ｐは、中間転写ベルト１１３がトナー像を搬送するのに並行して、２次転写ローラ対１１４まで搬送される。
２次転写ローラ対１１４は電位差を有する１対のローラからなっており、このローラ対は互いに圧接して転写ＮＩＰ部を形成している。この転写ＮＩＰ部において中間転写ベルト１１３上のトナー像が記録紙Ｐへ静電転写（２次転写）される。トナー像を転写された記録紙Ｐは定着装置１１５へ搬送される。
【００２０】
定着装置１１５は電磁誘導加熱方式の定着装置であって、トナー像を加熱、溶融して、記録紙Ｐに圧着する。トナー像を融着された記録紙Ｐは排紙ローラ１１６によって排紙トレイ１１７上に排出される。
［２］  定着装置１１５の構成
次に、定着装置１１５の構成について説明する。
【００２１】
図２は、定着装置１１５の主要な構成を示す断面図である。図２に示されるように、定着装置１１５は、筺体２０１内部に定着ローラ２０２と加圧ローラ２０３とを回転軸が互いに平行になるように配設し、定着ベルト２０６を介して圧接させ、加圧ローラ２０３を不図示の駆動モータで回転駆動する。
定着ローラ２０２は、長尺状の芯金２０４の周面にシリコーンスポンジ等からなる断熱弾性層２０５が形成されてなる。芯金は、例えば、径が１８［ｍｍ］のアルミニウムやステンレス等から成る。断熱弾性層２０５は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム、もしくはその発泡材から成り（これらを積層させる場合もある）、厚さは、例えば、５［ｍｍ］である。
【００２２】
定着ローラ２０２の外周には無端状の定着ベルト２０６が遊嵌されている。すなわち、定着ローラ２０２の外径は、定着ベルト２０６の内径よりも小さく（例えば、２８［ｍｍ］）、定着ローラ２０２と定着ベルト２０６は、定着ニップＮで接して、定着ニップＮ以外の部分においては両者間に隙間（空間）が設けられるようになっている。
このような構成をとると、定着ベルト２０６が定着ローラ２０２に密着する場合よりも、定着ベルト２０６から定着ローラ２０２への熱の伝達箇所の面積が小さくなり、定着ベルト２０６から発せられる熱の一部が定着ローラ２０２の芯金を介して芯金を回転自在に支持する定着装置１１５の筐体に伝わって逃げるといった伝熱ロスを低減することができるので、高い熱効率の実現を図ることができる。
【００２３】
図３に示されるように、定着ベルト２０６は定着ローラ２０２の周面に近い方から金属発熱層３０１、弾性層３０２及び離型層３０３が積層されてなる。金属発熱層３０１はＮｉ電鋳スリーブからなり、メイン励磁コイル２０７または補助励磁コイル２１５により発生される交番磁束により電磁誘導で金属発熱層３０１が発熱する。また、定着ベルト２０６の強度を高めるために耐熱性の補強層を金属発熱層３０１下に追加しても良い。
【００２４】
加圧ローラ２０３は、長尺状の芯金の周囲に弾性層を介して離型層が積層されて成り、定着ベルト２０６の周回経路の外側に配置され、不図示の付勢機構により付勢されて定着ベルト２０６の外側から定着ベルト２０６を介して定着ローラ２１０を押圧し、定着ベルト２０６表面との間に定着ニップＮを確保する。加圧ローラ２０３の外径は２０〜１００［ｍｍ］の範囲内が望ましく、本実施の形態では３５［ｍｍ］である。
【００２５】
芯金は、例えばアルミニウムや鉄等から成る中空のパイプ形状で、外径は、例えば、２７［ｍｍ］である。また、厚さは０．１〜１０［ｍｍ］の範囲内が望ましく、本実施の形態においては２．５［ｍｍ］である。なお、中実の円柱状のものや、断面形状が三ツ矢形状等のものを用いてもよい。
弾性層は、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性を有するゴムや、これらの発泡材等から成り、厚さは１〜２０［ｍｍ］の範囲内が望ましく、本実施の形態においては４［ｍｍ］とした。
【００２６】
離型層は、ＰＦＡ（PerFluoroAlkoxy）等のフッ素樹脂チューブやフッ素樹脂コーティング等から成り、帯電によるトナーのオフセットを防止するために導電性が付与されたものを用いてもよい。離型層の厚さは５〜１００［μｍ］の範囲内が望ましく、本実施の形態においては３０［μｍ］である。
加圧ローラ２０３は、不図示の駆動機構により回転駆動され、加圧ローラ２０３の回転に従って、定着ベルト２０６並びに定着ローラ２０２が従動回転する。なお、加圧ローラ２０３を駆動モータで回転駆動するのに代えて、定着ローラ２０２を回転駆動し、これに定着ベルト２０６と加圧ローラ２０３とを従動回転させても良い。
【００２７】
さらに、定着ベルト２０６の外周面付近には、定着ベルト２０６の回転軸方向のほぼ中央部における表面温度を非接触で検出する温度検出素子（センサ）２０８が配されており、制御部１２０はこの検出信号を受けてメイン励磁コイル２０７や補助励磁コイル２１５への通電を制御し、定着ベルト２０６が所定の定着温度になるように制御する。
メイン励磁コイル２０７、補助励磁コイル２１５、センターコア２０９及び裾コア２１０、２１１はコイルボビン２１２に保持され、メインコア２１３はコア保持部材２１４に保持されている。メイン励磁コイル２０７及び補助励磁コイル２１５は、最大サイズ及び小サイズの記録紙の通紙幅に相当する定着ベルト２０６の領域を定着温度まで発熱させるのに必要な密度の磁束を発生させることができる。
【００２８】
センターコア２０９、裾コア２１０、２１１及びメインコア２１３は、透磁率が高く低損失の磁性体、例えば、フェライトやパーマロイのような合金からなっており、定着ベルト２０６やメイン励磁コイル２０７と共に磁気回路を形成する。これによって磁気回路外への磁束の漏れが遮蔽され、発熱効率が向上する。なお、本実施の形態において、メインコア２１３は、リブ形状をしており、定着ローラ２０２の軸方向に沿って複数配置されている。
【００２９】
メインコア２１３は、メイン励磁コイル２０７の外面を覆うようにしてリブ状に屈曲している。定着ローラ２０２の軸方向と平行な方向に一定間隔をおいて数個から十数個のメインコア２１３がコア保持部材２１４により保持されている。複数個のメインコア２１３のうち軸方向の両端部に配されたものは、定着ベルトの端部からの放熱を補うため、軸方向の両端の磁気結合を高くしている。
【００３０】
また、センターコア２０９、裾コア２１０、２１１は、いずれも定着ローラ２０２の軸方向に平行に延びる長尺状に形成され、コイルボビン２１２にシリコン系接着剤などの耐熱性接着剤などで固着される。裾コア２１０、２１１はそれぞれ軸方向に分割されていても良いが、それぞれ隙間なく並べた方が望ましい。
センターコア２０９はメイン励磁コイル２０７にて発生した磁束を均一に定着ベルト２０６に導く。定着ベルト２０６を貫く磁束によって渦電流が誘起され、定着ベルト２０６がジュール熱を発生させる。
【００３１】
コイルボビン２１２とコア保持部材２１４とは、両方の裾部分においてボルトとナットにより固定されている。なお、ボルトとナットに代えて、リベットなどで固定しても良い。
メイン励磁コイル２０７は、コイルボビン２１２に保持される。また、補助励磁コイル２１５は、メイン励磁コイル２０７上の定着ベルト２０６の回転軸方向中央部であって、小サイズ紙の通紙領域に対応する位置に設けられている。補助励磁コイル２１５は、絶縁シートを挟んで、メイン励磁コイル２０７の外面上に密着されている。なお、中央部とは、メイン励磁コイル２０７の両端部の領域を除く領域を指すものであって、メイン励磁コイル２０７の中心位置と補助励磁コイル２１５の中心位置とは必ずしも位置していなくても良い。
【００３２】
メイン励磁コイル２０７及び補助励磁コイルは、不図示の高周波インバータ（高周波電源）に接続され、１０〜１００〔ｋＨｚ〕、１００〜２０００〔Ｗ〕の高周波電力が供給されるため、耐熱性の樹脂で被覆した細い線を束ねたリッツ線を巻回して形成するのが望ましい。本実施の形態においては、素線径φ０．１７の素線を１１４本撚ったリッツ線を１０ターン巻いたメイン励磁コイル２０７を用いる。
【００３３】
図４は、メイン励磁コイル２０７と補助励磁コイル２１５を給電制御するための回路構成を示す図である。図４に示されるように、メイン励磁コイル２０７は切替えリレー４０１を介して高周波インバータ４０３に接続されている。また、補助励磁コイル２１５はそれぞれ切替えリレー４０２を介して高周波インバータ４０３に接続されている。切替えリレー４０１、４０２は何れも制御部１１２の制御下にある。
【００３４】
制御部１１２は、通紙する記録紙のサイズに応じて切替えリレー４０１、４０２の何れか一方のみを導通させてメイン励磁コイル２０７と補助励磁コイル２１５との何れかに高周波電力を供給して定着ベルト２０６を電磁誘導加熱する。また、制御部１１２は、温度検出素子２０８にて通紙領域の温度を監視しており、当該温度が所定温度に達すると、切替えリレー４０１、４０２を切断して昇温を停止する。これによって、定着ベルト２０６の通紙領域が定着温度に保たれる。
【００３５】
図５は、定着ローラ２０２の回転軸方向におけるメイン励磁コイル２０７と補助励磁コイル２１５との位置関係を示す側面図であって、一部切り欠かれている。図５に示されるように、補助励磁コイル２１５は、小サイズ紙に対応して、メイン励磁コイル２０７よりも有効加熱長が短くなっている。
また、補助励磁コイル２１５は、定着ローラ２０２の回転軸方向におけるメイン励磁コイル２０７のほぼ中央部において、メイン励磁コイル２０７上に積層されている。なお、図５には示されていないが、メイン励磁コイル２０７と補助励磁コイル２１５とは、間に絶縁シートが挟んだ状態で、密着している。
【００３６】
なお、励磁コイルは定着ベルト２０６から離れるほど、定着ベルト２０６を貫通する磁束密度が減少して、電磁誘導加熱による発熱効率が低下する。また、一般的に記録紙のサイズが大きくなるほど定着に要する熱量も大きくなる一方、励磁コイルに供給することができる最大電力には電源容量等の関係から限りがある。
したがって、より大電力を要するメイン励磁コイル２０７が定着ベルト２０６に最も近くなるように配置するのが望ましい。また、補助励磁コイル２１５を複数用いる場合においても有効加熱長が長く、より大電力を要する補助励磁コイル２１５ほど定着ベルト２０６に近くなるように配置すべきである。このようにすれば、より大きなサイズの記録紙にトナー像を定着する場合であっても、供給電力が不足するのを防止することができる。
【００３７】
上述のように、定着ベルト２０６から遠いほど発熱効率が低下する。これに対して、補助励磁コイル２１５の有効加熱長Ｌ２をメイン励磁コイル２０７の有効加熱長Ｌ１を基準にして、以下のように決定すれば、メイン励磁コイル２０７と同じ電力量を供給することによって必要な熱量を確保することができる。
【００３８】
【数１】
2012042711.tif 000003
【００３９】
ただし、η１はメイン励磁コイル２０７の熱変換効率であり、η２は補助励磁コイル２１５の熱変換効率である。
図６は、補助励磁コイルのメイン励磁コイルに対する有効発熱長の比率と、かかる比率を有する補助励磁コイルの発生させる定着ベルトの有効加熱領域内の単位長さ当たりの発熱量との関係を示すグラフである。なお、図６においてグラフ６０１は１段目の補助励磁コイル、すなわち、メイン励磁コイルの次に定着ベルトに近い補助励磁コイルの発熱量を示し、グラフ６０２は２段目の補助励磁コイルの発熱量を示す。また、一点鎖線６０３はメイン励磁コイルによる必要な発熱量を示している。
【００４０】
図６に示されるように、１段目の補助励磁コイルによってメイン励磁コイルと同等の発熱量を確保するためには、補助励磁コイルの有効加熱長をメイン励磁コイルの有効加熱長の９３％以下にする必要がある。同様に、２段目の補助励磁コイルの有効加熱長をメイン励磁コイルの有効加熱長の８６％以下にすれば、メイン励磁コイルと同等の発熱量を確保することができる。
【００４１】
図７は、補助励磁コイル２１５の形状を示す平面図である。図７に示されるように、補助励磁コイル２１５は平面視において、長手方向中央部の開口幅Ｗ１よりも端部の開口幅Ｗ２の方が狭くなっている。補助励磁コイル２１５は、開口幅が広い箇所ほど発熱効率が高く、狭い箇所ほど発熱効率が低くなっている。このため、補助励磁コイル２１５にて定着ベルト２０６を電磁誘導加熱する際には、補助励磁コイル２１５の有効加熱領域内外の境界付近における温度勾配が緩やかになっている。
【００４２】
図８は、定着ベルト２０６の回転軸方向における、メイン励磁コイル２０７による電磁誘導加熱時の温度分布と、補助励磁コイル２１５による電磁誘導加熱時の温度分布とを示すグラフである。なお、グラフ８０１はメイン励磁コイル２０７による温度分布を表わし、グラフ８０２は補助励磁コイル２１５による温度分布を表わしている。
図８に示されるように、メイン励磁コイル２０７による電磁誘導加熱時には、最大サイズ紙の通紙領域がほぼ定着温度となる。また、補助励磁コイル２１５による電磁誘導加熱時には、小サイズ紙の通紙領域がほぼ定着温度となる一方、通紙領域外は温度が低くなっており、過熱を防止することができる。また、通紙領域外の温度勾配は、補助励磁コイル２１５の方がメイン励磁コイル２０７よりも緩やかになっている。これによって、小サイズ紙を通紙したのちに最大サイズ紙を通紙した際に生じる光沢段差による定着ムラを防止することができる。
【００４３】
このように、本実施の形態に係る定着装置によれば、非通紙領域における過熱を効果的に防止することができる。また、温度ムラや発熱効率の低下といった弊害を生じることなく、定着装置の小型軽量化並びに低コスト化を図ることができる。
［３］  変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
【００４４】
（１）  上記実施の形態においては、通紙する記録紙のサイズに応じてメイン励磁コイル２０７と補助励磁コイル２１５との何れか一方のみを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
図９は、本変形例に係る定着装置の主要な構成を示す外観図であって、上記実施の形態に対応する符号がある場合は同じ部材を示している。図９に示されるように、本変形例に係る定着装置９は、上記実施の形態に係る定着装置１１５と概ね同様の構成を備えるのに加えて、非通紙領域における定着ベルト２０６の表面温度を測定する温度検出素子９０１を備えている。
【００４５】
不図示の制御部は、小サイズ紙を定着する際には、温度検出素子９０１にて測定した非通紙領域の温度を参照して、メイン励磁コイル２０７と補助励磁コイル２１５との何れを高周波インバータ４０３に接続する。なお、温度検出素子９０１に代えて他の温度センサを用いても良い。
図１０は、本変形例に係る制御部が実行するメイン励磁コイル２０７と補助励磁コイル２１５との通電制御を示すフローチャートである。図１０に示されるように、制御部は定着に先立って、まず、記録紙のサイズを確認し、メイン励磁コイル２０７の有効加熱長に対応する最大サイズ紙である場合には（Ｓ１０００：最大）、最大サイズ処理を実行する（Ｓ１００１）。また、メイン励磁コイル２０７の有効加熱長よりも幅狭で、かつ、補助励磁コイル２１５の有効加熱長よりも幅広な中サイズ紙である場合には（Ｓ１０００：中）、中サイズ処理を実行する（Ｓ１００２）。また、補助励磁コイル２１５の有効加熱長に対応する小サイズ紙である場合には（Ｓ１０００：最大）、小サイズ処理を実行する（Ｓ１００３）。
【００４６】
図１１は、最大サイズ処理の内容を示すフローチャートである。図１１に示されるように、最大サイズ処理においては、まず、メイン励磁コイル２０７に高周波インバータ４０３を接続して通電する（Ｓ１１００）。その後、最大サイズ紙の定着を完了した場合は（Ｓ１１０１：ＹＥＳ）、処理を終了する。
定着を続行する場合には（Ｓ１１０１：ＮＯ）、温度検出素子２０８にて定着ベルト２０６の通紙領域の温度ｔを計測して（Ｓ１１０２）、基準温度Ｔ１よりも低ければ（Ｓ１１０３：ＮＯ）、メイン励磁コイル２０７への通電を続ける。ここで、基準温度Ｔ１は定着温度よりも高い温度であって、定着異常を生じない程度に定着温度に近い温度である。また、通紙領域の温度ｔが基準温度Ｔ１以上ならば（Ｓ１１０３：ＹＥＳ）、メイン励磁コイル２０７への通電を停止する（Ｓ１１０４）。その後、定着を完了した場合は（Ｓ１１０５：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００４７】
定着を続行する場合には（Ｓ１１０５：ＮＯ）、通紙領域の温度ｔを計測して（Ｓ１１０６）、通紙領域の温度ｔが基準温度Ｔ２より高ければ（Ｓ１１０７：ＮＯ）、メイン励磁コイル２０７への通電停止を維持する。通紙領域の温度ｔが基準温度Ｔ２以下ならば（Ｓ１１０７：ＹＥＳ）、メイン励磁コイル２０７に通電する（Ｓ１１００）。ここで、基準温度Ｔ２は定着温度よりも低い温度であって、定着異常を生じない程度に定着温度に近い温度である。最大サイズ紙を定着する場合には、上記のようにして、定着ベルト２０６の温度がほぼ定着温度に保たれる。
【００４８】
図１２は、中サイズ処理の内容を示すフローチャートである。図１２に示されるように、中サイズ処理においても、まず、メイン励磁コイル２０７に高周波インバータ４０３を接続して通電する（Ｓ１２００）。その後、最大サイズ紙の定着を完了した場合は（Ｓ１２０１：ＹＥＳ）、処理を終了する。
定着を続行する場合には（Ｓ１２０１：ＮＯ）、温度検出素子９０１にて定着ベルト２０６の非通紙領域の温度ｔを計測して（Ｓ１２０２）、基準温度Ｔ３よりも低ければ（Ｓ１２０３：ＮＯ）、メイン励磁コイル２０７への通電を続ける。ここで、基準温度Ｔ３は、過熱状態にある非通紙領域の温度よりも低い温度である。また、通紙領域の温度ｔが基準温度Ｔ３以上ならば（Ｓ１２０３：ＹＥＳ）、メイン励磁コイル２０７への通電を停止して、補助励磁コイル２１５に通電する（Ｓ１２０４）。
【００４９】
このようにすれば、非通紙領域の過熱を防止することができる。その後、定着を完了した場合は（Ｓ１２０５：ＹＥＳ）、処理を終了する。定着を続行する場合には（Ｓ１２０５：ＮＯ）、通紙領域の温度ｔを計測して（Ｓ１２０６）、通紙領域の温度ｔが基準温度Ｔ１より低ければ（Ｓ１２０７：ＮＯ）、補助励磁コイル２１５への通電を維持する。非通紙領域の温度ｔが基準温度Ｔ１以上ならば（Ｓ１２０７：ＹＥＳ）、補助励磁コイル２１５への通電を停止する（Ｓ１２０８）。
【００５０】
この場合には、メイン励磁コイル２０７にも通電しない。これによって、通紙領域が定着温度を逸脱して過熱するのを防止することができる。その後、定着を完了した場合は（Ｓ１２０９：ＹＥＳ）、処理を終了する。定着を続行する場合には（Ｓ１２０９：ＮＯ）、通紙領域の温度ｔを計測して（Ｓ１２１０）、通紙領域の温度ｔが基準温度Ｔ２より高ければ（Ｓ１２１１：ＮＯ）、通電停止状態を維持する。非通紙領域の温度ｔが基準温度Ｔ２以下ならば（Ｓ１２１１：ＹＥＳ）、メイン励磁コイル２０７への通電を再開する（Ｓ１２００）。
【００５１】
このようにすれば、中サイズ紙のように、通紙幅がメイン励磁コイルの有効加熱長よりも短く、補助励磁コイルの有効加熱長よりも長い場合であって、中サイズ紙の通紙領域の温度を定着温度に維持しながら、非通紙領域の過熱を防止することができる。
図１３は、小サイズ処理の内容を示すフローチャートである。図１３に示されるように、小サイズ処理においては、最大サイズ処理と類似の処理が実行され、メイン励磁コイル２０７に代えて補助励磁コイル２１５を用いるのが相違点である。まず、補助励磁コイル２１５に高周波インバータ４０３を接続して通電する（Ｓ１３００）。その後、小サイズ紙の定着を完了した場合は（Ｓ１３０１：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００５２】
定着を続行する場合には（Ｓ１３０１：ＮＯ）、温度検出素子２０８にて定着ベルト２０６の非通紙領域の温度ｔを計測して（Ｓ１３０２）、基準温度Ｔ１よりも低ければ（Ｓ１３０３：ＮＯ）、補助励磁コイル２１５への通電を続ける。また、通紙領域の温度ｔが基準温度Ｔ１以上ならば（Ｓ１３０３：ＹＥＳ）、補助励磁コイル２１５への通電を停止する（Ｓ１３０４）。その後、定着を完了した場合は（Ｓ１３０５：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００５３】
定着を続行する場合には（Ｓ１３０５：ＮＯ）、通紙領域の温度ｔを計測して（Ｓ１３０６）、通紙領域の温度ｔが基準温度Ｔ２以上ならば（Ｓ１３０７：ＹＥＳ）、補助励磁コイル２１５への通電停止を維持する。通紙領域の温度ｔが基準温度Ｔ２未満ならば（Ｓ１３０７：ＮＯ）、補助励磁コイル２１５に通電する（Ｓ１３００）。小サイズ紙を定着する場合には、上記のようにして、定着ベルト２０６の通紙領域における温度がほぼ定着温度に保たれる。なお、基準温度Ｔ２は基準温度Ｔ１よりも低い所定の温度である。
【００５４】
（２）  上記実施の形態においては、メイン励磁コイルに補助励磁コイルを組み合わせることによって非通紙領域の過熱を防止する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに加えて、更に消磁コイルを組み合わせても良い。
図１４は、本変形例に係る定着装置の主要な構成を示す図である。図１４に示されるように、定着装置１４においては、定着ベルト２０６の回転軸方向の両端部においてメイン励磁コイル２０７上に消磁コイル１４０１が積層されている。この消磁コイル１４０１は中サイズ紙の非通紙領域に対応する箇所に設けられている。消磁コイル１４０１は制御部の制御下にあるスイッチに接続されており、当該スイッチは、中サイズ紙を定着する際に消磁コイル１４０１の消磁作用が働くように導通され、最大サイズ紙や小サイズ紙を定着する際には消磁コイル１４０１の消磁作用が働かないように遮断される。
【００５５】
このようにすれば、上記変形例（１）のように制御しても非通紙領域の過熱を十分に抑制することができない場合であっても、更に消磁コイルによって非通紙領域の過熱を防止することができる。
（３）  上記実施の形態においては、補助励磁コイルを１つだけ用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、通紙する記録紙のサイズの種類に応じて補助励磁コイルを複数用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る定着装置及び画像形成装置は、装置の小型軽量化並びに低コスト化を図りながら非通紙領域の加熱を防止する技術として有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１…………………画像形成装置
１１５……………定着装置
２０１……………筺体
２０２……………定着ローラ
２０３……………加圧ローラ
２０４……………芯金
２０５……………断熱弾性層
２０６……………定着ベルト
２０７……………メイン励磁コイル
２０８、９０１…温度検出素子
２０９……………センターコア
２１０、２１１…裾コア
２１２……………コイルボビン
２１３……………メインコア
２１４……………コア保持部材
２１５……………補助励磁コイル
３０１……………金属発熱層
３０２……………弾性層
３０３……………離型層
４０１、４０２…切替えリレー
４０３……………高周波インバータ
１４０１…………消磁コイル
Ｗ１、Ｗ２………開口幅
【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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