(57)【要約】【課題】定着ベルトの非通紙部昇温を抑制しつつ、縁なし印刷において出力画像の縁領域の光沢度の低下を１枚も発生しないで済む像加熱装置を提供する。【解決手段】磁性体コア７ａは、定着ベルト１の回転軸線方向に配列してそれぞれが定着ベルト１に対して接離方向へ移動可能である。制御部１０２は、連続通紙に先立たせて定着ベルト１の通紙部領域の温度を定着可能温度に昇温させる際に、通紙部領域に少なくとも一部が重なる磁性体コア７ａに加えて、当該範囲の両外側に位置する１個ずつの磁性体コア７ａを定着ベルト１に近接した第一位置へ配置し、その外側の非通紙部領域の磁性体コア７ａは定着ベルト１から離れた第二位置へ配置する。【選択図】図２
2013037052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束を生ずるコイルと、
前記コイルから生じた磁束により発熱し、記録材の画像を加熱する回転可能な像加熱部材と、
前記像加熱部材に対向して配置された複数の磁性体コアと、
前記複数の磁性体コアを移動させて、第一位置と前記第一位置よりも前記像加熱部材から離れた第二位置とに配置可能な移動手段と、を有する像加熱装置において、
記録材のサイズを検知する検知手段と、
前記検知手段に基づいて得られる前記像加熱部材の回転軸線方向における通紙部領域の端部位置から前記回転軸線方向の外側に向かって予め設定した間隔よりも内側にある非通紙部領域の磁性体コアを前記第一位置に配置することを決定する決定手段と、を有することを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
磁束を生ずるコイルと、
前記コイルから生じた磁束により発熱し、記録材の画像を加熱する回転可能な像加熱部材と、
前記像加熱部材に対向して配置された複数の磁性体コアと、
前記複数の磁性体コアを移動させて、第一位置と前記第一位置よりも前記像加熱部材から離れた第二位置とに配置可能な移動手段と、を有する像加熱装置において、
記録材に形成可能な画像領域の端部位置を算出する算出手段と、
前記算出手段に基づいて得られる前記像加熱部材の回転軸線方向における前記画像領域の端部位置から前記回転軸線方向の外側に向かって予め設定した間隔よりも内側にある非通紙部領域の磁性体コアを前記第一位置に配置することを決定する決定手段と、を有することを特徴とする像加熱装置。
【請求項３】
前記決定手段は、前記第一位置に配置することを決定した磁性体コアよりも前記回転軸線方向の外側にある磁性体コアを前記第二位置に配置することを決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。
【請求項４】
前記回転軸線方向における通紙部領域の中央に位置する磁性体コアから数えてｎ番目の磁性体コアの外縁までの距離をＤｎとし、前記回転軸線方向における記録材の長さをＸとし、前記通紙部領域に少なくとも一部が重なる磁性体コアのみを前記第一位置に配置して前記像加熱部材を前記コイルにより加熱した際に通紙可能温度の下限値となる位置から記録材の縁までの距離をＹとするとき、前記決定手段は、
Ｄｎ  −  Ｘ／２  ＜  Ｙ
の関係を満たす磁性体コアを前記第一位置に配置することを決定することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項５】
前記決定手段は、前記複数の磁性体コアを前記第一位置と前記第二位置とに位置させて前記コイルにより前記加熱部材を昇温させて連続通紙を開始した後に、前記第一位置に配置されていた磁性体コアのうち、前記回転軸線方向の両端に位置する１個ずつを前記第二位置へ配置することを決定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項６】
前記像加熱部材は、金属層と樹脂層とを有する無端ベルトであって、
前記無端ベルトの内周面を支持する外周部と前記無端ベルトの端部に突き当たるフランジ部とを有して前記無端ベルトの両端部に非回転に配置された一対のガイド部材を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像加熱部材の回転軸線方向に配列した複数の磁性体コアがそれぞれ像加熱部材に対して移動可能な像加熱装置、詳しくは出力画像の縁に光沢ムラを生じることなく非通紙部昇温を抑制する制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
像担持体に形成したトナー像を記録材に転写し、トナー像が転写された記録材を像加熱装置の加熱ニップで加熱加圧して記録材に画像を定着させる画像形成装置が広く用いられている。像加熱装置は、未定着のトナー像を記録材に定着させる定着装置の他に、記録材上の画像を加熱して光沢処理等する画像表面処理装置を含む。
【０００３】
定着装置は、記録材の画像面に接触する像加熱部材（ローラ部材又はベルト部材）に加圧部材（ローラ部材又はベルト部材）を圧接して記録材の加熱ニップを形成する。通紙待ち受け時の室温状態の像加熱部材を、通紙可能な１８０℃〜２００℃まで加熱するために必要な時間を短縮するために、薄肉の像加熱部材に誘導加熱装置を組み合わせた像加熱装置が実用化されている（特許文献１、２）。
【０００４】
特許文献１には薄肉の定着ローラに加圧ローラを圧接して記録材の加熱ニップを形成した定着装置が示される。ここでは、定着ローラの内側に誘導加熱装置が配置され、誘導加熱装置は、コイル部材で発生させた磁束を磁性体コアに案内させて定着ローラに入射させる。
【０００５】
特許文献２には、薄肉の定着ベルトに加圧ローラを圧接して記録材の加熱ニップを形成しており、誘導加熱装置は、定着ベルトの外側に配置されている。
【０００６】
このような誘導加熱装置では、通紙中に、定着ベルトが記録材に冷却される通紙部に比較して、記録材に接しない非通紙部の温度が上昇する非通紙部昇温が問題となっている。
【０００７】
そのため、特許文献２の定着装置では、定着ベルトの外側に回転軸線方向に沿って複数個の磁性体コアを配列して、それぞれを定着ベルトに対して接離方向へ移動可能にしている。そして、連続通紙に先立たせて、定着ベルトの回転軸線方向における記録材に接する範囲よりも外側のすべての磁性体コアを定着ベルトから遠ざけて位置決めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１９４９４０号公報
【特許文献２】特開２０１１−５３５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２の像加熱装置では、定着ベルトから遠ざけて位置決めた磁性体コアと定着ベルトに近付けて位置決めた磁性体コアとの境目に、回転軸線方向の温度傾斜が発生する。そのため、磁性体コアの退避のさせ方によっては、温度傾斜に重なる範囲の記録材の部分（幅方向の縁領域）では定着温度の不足に起因する光沢度の低下が発生してしまう。
【００１０】
本発明は、記録材の幅方向における端部の磁性体コアを退避させても、幅方向における記録材の端部の加熱不良を低減できる像加熱装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の像加熱装置は、磁束を生ずるコイルと、前記コイルから生じた磁束により発熱し、記録材の画像を加熱する回転可能な像加熱部材と、前記像加熱部材に対向して配置された複数の磁性体コアと、前記複数の磁性体コアを移動させて、第一位置と前記第一位置よりも前記像加熱部材から離れた第二位置とに配置可能な移動手段とを有するものである。そして、記録材のサイズを検知する検知手段と、前記検知手段に基づいて得られる前記像加熱部材の回転軸線方向における通紙部領域の端部位置から前記回転軸線方向の外側に向かって予め設定した間隔よりも内側にある非通紙部領域の磁性体コアを前記第一位置に配置することを決定する決定手段とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の像加熱装置では、記録材の幅方向における端部の磁性体コアを退避させても、幅方向における記録材の端部の加熱不良を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】定着装置の要部の構成の説明図である。
【図３】定着装置を二次転写部側から見た縦断面図である。
【図４】定着ベルト１の層構成の説明図である。
【図５】磁性体コアの移動の説明図である。
【図６】磁性体コアの移動機構の説明図である。
【図７】定着装置の斜視図である。
【図８】磁性体コアの配置の説明図である。
【図９】非通紙部の磁性体コアの位置決めの説明図である。
【図１０】プリント開始時の定着ベルトの温度分布の説明図である。
【図１１】実施例１の非通紙部加熱制御のフローチャートである。
【図１２】プリント開始後の非通紙部昇温の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、通紙領域の外側に位置する両外側の磁性体コアが通紙領域の内側に位置する磁性体コアと等しく位置決めされる限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１５】
従って、像加熱装置は、トナー像を転写された記録材を加熱処理して記録材にトナー像を定着させる定着装置のみならず、半定着又は定着済みトナー像を加熱処理して画像に所望の表面性を付与する画像加熱装置を含む。画像形成装置に搭載されるのみならず、記録材に定着された画像を再加熱して画像の光沢度を向上させる単独の画像加熱装置も含む。像加熱部材と加圧部材は、ベルト部材とローラ部材のいずれの組み合わせでもよい。
【００１６】
画像形成装置は、モノクロ／フルカラー、枚葉型／記録材搬送型／中間転写型、トナー像形成方式、転写方式の区別無く本発明の像加熱装置を搭載できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写／定着に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。
【００１７】
＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置Ｅは、中間転写ベルト２６に沿ってイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像形成部ＰＹ、ＰＣ、ＰＭ、ＰＫを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。
【００１８】
画像形成部ＰＹでは、感光ドラム２１（Ｙ）にイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト２６に転写される。画像形成部ＰＣでは、感光ドラム２１（Ｃ）にシアントナー像が形成されて中間転写ベルト２６に転写される。画像形成部ＰＭ、ＰＫでは、感光ドラム２１（Ｍ）、２１（Ｋ）にそれぞれマゼンタトナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト２６に転写される。
【００１９】
中間転写ベルト２６は、駆動ローラ２７、二次転写対向ローラ２８、テンションローラ２９に張架されて、駆動ローラ２７によって駆動される。記録材Ｐは、記録材カセット３１から給紙ローラ３２により１枚ずつ取り出されてレジストローラ３３で待機する。記録材Ｐは、レジストローラ３３によって二次転写部Ｔ２へ給送されて、二次転写部Ｔ２にてトナー像に重ねて挟持搬送される過程で、中間転写ベルト２６からトナー像を転写される。四色のトナー像を転写された記録材Ｐは、定着装置Ａへ搬送され、定着装置Ａで加熱加圧を受けて、表面にトナー像を定着された後に、排出搬送路３６を通じて外部トレイ３７へ排出される。
【００２０】
画像形成部ＰＹ、ＰＣ、ＰＭ、ＰＫは、現像装置２３（Ｙ）、２３（Ｃ）、２３（Ｍ）、２３（Ｋ）で用いるトナーの色がイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックと異なる以外は、実質的に同一に構成される。以下では、画像形成部ＰＹについて説明し、画像形成部ＰＣ、ＰＭ、ＰＫに関する重複した説明を省略する。
【００２１】
画像形成部ＰＹは、感光ドラム２１の周囲に、帯電ローラ２２、露光装置２５、現像装置２３、転写ローラ３０、及びドラムクリーニング装置２４を配置している。帯電ローラ２２は、感光ドラム２１の表面を一様な電位に帯電させる。露光装置２５は、レーザービームを走査して感光ドラム２１に画像の静電像を書き込む。現像装置２３は、静電像を現像して感光ドラム２１にトナー像を形成する。転写ローラ３０は、直流電圧を印加されて感光ドラム２１のトナー像を中間転写ベルト２６へ転写させる。
【００２２】
＜定着装置＞
図２は定着装置の要部の構成の説明図である。図３は定着装置を二次転写部側から見た縦断面図である。図４は定着ベルト１の層構成の説明図である。
【００２３】
以下の説明において、定着装置の正面とは、定着装置を記録材入口側からみた面、背面とはその反対側の記録材出口側から見た面である。定着装置の左右とは、定着装置を正面から見て左または右である。上流側は記録材の搬送方向の上流側、下流側は記録材の搬送方向の下流側である。
【００２４】
図２に示すように、定着ベルト１は、制御部１０２で制御されるモータＭ１によって加圧ローラ２が回転駆動されることで、画像形成時には、図１の二次転写部Ｔ２から搬送されてくる記録材Ｐの搬送速度とほぼ同一の周速度で回転駆動される。定着装置Ａでは、定着ベルト１の表面回転速度が３００ｍｍ／ｓｅｃであって、Ａ４サイズ横送りのフルカラー画像であれば１分間に８０枚、同じくＡ４サイズ縦送りであれば１分間に５８枚を連続的に定着可能である。
【００２５】
未定着トナー画像Ｔを有する記録材Ｐは、そのトナー画像担持面側を定着ベルト１側に向けて、ガイド部材７で案内されて、定着ベルト１と加圧ローラ２とで加圧形成される加熱ニップＮに導入される。記録材Ｐは、加熱ニップＮにおいて、定着ベルト１の外周面に密着し、定着ベルト１と一緒に加熱ニップＮを挟持搬送されていく。
【００２６】
定着ベルト１の熱が付与されつつ加熱ニップＮの加圧力を受けて、未定着トナー像Ｔは、記録材Ｐの表面に定着される。加熱ニップＮを通った記録材Ｐは、定着ベルト１の表面が加熱ニップＮの出口部分で変形するため、定着ベルト１の外周面から記録材Ｐが自己分離して定着装置Ａ外へ搬送される。
【００２７】
定着ベルト１は、金属層と樹脂層とを有する無端ベルトである。定着ベルト１は、内径が３０ｍｍの無端ベルトであって、誘導加熱装置７０によって誘導加熱されて、記録材に接して回転する。加圧ローラ２は、定着ベルト１に圧接されて記録材の加熱ニップＮを形成する。
【００２８】
加圧ローラ２は、長手方向中央部の径が２０ｍｍで両端部の径が１９ｍｍである鉄合金製の芯金２ａに、厚さがほぼ５ｍｍのシリコンゴムの弾性層２ｂを設けてある。弾性層２ｂの表面は、３０μｍの厚みでフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）の離型層２ｃが設けられている。加圧ローラ２の長手方向中央部における硬度は、ＡＳＫ−Ｃ７０°である。芯金２ａにテーパー形状をつけているのは、加圧した時に圧力付与部材３が撓んでも、定着ベルト１と加圧ローラ２で挟まれる加熱ニップＮ内の圧力が長手方向にわたって均一に確保できるからである。
【００２９】
芯金２ａにテーパー形状をつけて中央部と両端部とで弾性層２ｂの厚さが異なるため、定着ベルト１と加圧ローラ２の加熱ニップＮの搬送方向長さは、定着ニップ圧が６００Ｎにおいては、長手方向両端部で約９ｍｍ、中央部では約８．５ｍｍである。これにより、記録材Ｐの両端部での搬送速度が中央部と比べて速くなるので、紙しわが発生しにくくなるという利点がある。
【００３０】
圧力付与部材３は、その内側面を金属製のステー４に保持されて、その外側面で定着ベルト１の内側面を支持する。圧力付与部材３は、定着ベルト１を介して加圧ローラ２に押圧力を作用させて、定着ベルト１と加圧ローラ２の間に加熱ニップＮを形成する。圧力付与部材３は、耐熱性樹脂で形成してある。ステー４の励磁コイル６側には、誘導加熱によるステー４の温度上昇を防止するための磁束遮蔽部材としての磁束遮蔽コア５が設けられている。
【００３１】
図３に示すように、ステー４は、定着ベルト１と加圧ローラ２の圧接部に圧力を加えるために剛性が必要であるため、鉄製である。ステー４は、特に両端部で励磁コイル６と接近しており、ステー４の発熱を防止するために、励磁コイル６で生じる磁界を遮蔽するために、ステー４の上面に長手方向にわたって磁束遮蔽コア５を配置してある。
【００３２】
一対のガイド部材の一例である定着フランジ１０は、無端ベルトの両端部に非回転に配置され、無端ベルトの内周面を支持する外周部と無端ベルトの端部に突き当たるフランジ部とを有する。定着フランジ１０は、定着ベルト１の長手方向移動および周方向の形状を規制する左右の規制部材である。定着フランジ１０内に挿通して配設したステー４の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材９ａとの間にステー加圧バネ９ｂを縮設することで、ステー４に押し下げ力を作用させている。これにより、圧力付与部材３の下面と加圧ローラ２の上面とが定着ベルト１を挟んで圧設して、記録材の画像の加熱ニップＮが形成される。
【００３３】
定着ベルト１は、基層が金属で構成されているので、回転状態にあっても回転軸線方向への寄りを規制するための手段としては、定着ベルト１の端部を単純に受け止めるだけの定着フランジ１０を設ければ十分である。これにより、定着装置Ａの構成を簡略化できるという利点がある。
【００３４】
図４に示すように、定着ベルト１は、電気鋳造法によって製造した厚み４０μｍのニッケルの基層（金属層）１ａを有している。基層１ａには、ニッケルのほかに、鉄合金や銅、銀などを適宜選択可能である。また、樹脂基層にそれら金属を積層させるなどの構成でも良い。金属層１ａの厚みは、後で説明する励磁コイルに流す高周波電流の周波数と金属層の透磁率・導電率に応じて調整して良く、５〜２００μｍ程度の間で設定すると良い。
【００３５】
基層１ａの外周には、耐熱性シリコンゴム層の弾性層１ｂが設けられている。弾性層１ｂの厚さは１００〜１０００μｍの範囲内で設定するのが好ましい。ここでは、定着ベルト１の熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、弾性層１ｂの厚さは３００μｍである。弾性層１ｂのシリコンゴムは、ＪＩＳ−Ａ２０度の硬度を持ち、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。弾性層１ｂの外周には、フッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）の離型層１ｃが３０μｍの厚みで設けられている。基層１ａの内面側には、定着ベルト内面と中央サーミスタ（ＴＨ１：図２）との摺動摩擦を低下させるために、フッ素樹脂やポリイミドなどの樹脂層による滑性層１ｄを１０〜５０μｍ設けている。滑性層１ｄは、ポリイミドを２０μｍ設けた。
【００３６】
＜誘導加熱装置＞
図２に示すように、誘導加熱装置７０は、定着ベルト１を誘導加熱する加熱源である。誘導加熱装置７０は、定着ベルト１の外周面の上面側において、定着ベルト１に所定のギャップ（隙間）を存して対面させて配設してある。回転可能な像加熱部材の一例である定着ベルト１は、コイルの一例である励磁コイル６から生じた磁束により発熱して記録材の画像を加熱する。
【００３７】
励磁コイル６は、電線として例えばリッツ線を用い、これを横長・船底状にして定着ベルト１の周面と側面の一部に対向するように巻回してなる。励磁コイル６の長手方向の内径は３５２ｍｍ、外径は３９２ｍｍである。定着ベルト１の回転状態において、励磁コイル６には、電源装置（励磁回路）１０１から２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加されて、励磁コイル６によって発生した磁界により定着ベルト１の金属層（導電層）が誘導発熱する。
【００３８】
磁性体コア７ａは、励磁コイル６によって発生した磁界が定着ベルト１の金属層（導電層）以外に実質漏れないように、励磁コイル６を覆わせている。磁性体コア７ａは、励磁コイル６より発生した交流磁束を、効率よく定着ベルト１に導く役割をする。磁性体コア７ａは、交流磁束の磁気回路の効率を上げるためと、周囲へ磁束を漏らして周辺部材を誘導加熱することを回避する磁束遮蔽のために用いている。磁性体コア７ａの材質として、フェライト等の高透磁率かつ残留磁束密度の低いものを用いると良い。
【００３９】
モールド部材７ｃは、励磁コイル６と磁性体コア７ａとを電気絶縁性の樹脂によって支持する。定着ベルト１と励磁コイル６は、０．５ｍｍのモールドにより電気絶縁の状態を保つ。定着ベルト１と励磁コイル６の間隔は１．５ｍｍ（モールド表面と定着ベルト表面の距離は１．０ｍｍ）で一定である。
【００４０】
中央サーミスタＴＨ１は、温度センサ（温度検出素子）であり、定着ベルト１の回転軸線方向中央部の位置に当接させて配設してある。中央サーミスタＴＨ１は、圧力付与部材３に対して弾性支持部材を介して取り付けられているので、定着ベルト１の当接面が波打つなどの位置変動が生じたとしても、これに追従して良好な接触状態が維持される。中央サーミスタＴＨ１は、記録材の搬送紙域のほぼ中央で、定着ベルト１の内側面の温度を検知し、その検知温度情報が制御部１０２にフィードバックされる。
【００４１】
出力制御部の一例である電源装置１０１は、定着ベルト１の通紙部温度を所定温度に保つように励磁コイル６に対する投入電力を制御する。制御部１０２は、中央サーミスタＴＨ１から入力する検知温度が所定の目標温度（定着温度）に維持されるように、電源装置１０１から励磁コイル６に入力する電力を制御している。制御部１０２は、定着ベルト１の検出温度が所定温度に昇温した場合、励磁コイル６への通電を遮断する。
【００４２】
制御部１０２は、定着ベルト１の検出温度が、定着ベルト１の目標温度である１８０℃で一定になるように、中央サーミスタＴＨ１の検出値に基づいて、高周波電流の周波数を変化させることにより、励磁コイル６に入力する電力を制御して温度調節を行っている。電源装置１０１に接続された誘導加熱装置７０の励磁コイル６は、制御部１０２で制御され、定着ベルト１は、所定の定着温度に加熱される。制御部１０２は、定着ベルト１の目標温度である１８０℃で一定になるように、中央サーミスタＴＨ１の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させて、励磁コイル６に入力する電力を制御する。
【００４３】
励磁コイル６を含む誘導加熱装置７０が、高温になる定着ベルト１の内部ではなく外部に配置されているので、励磁コイル６の温度が高温になりにくい。また、電気抵抗も上昇せず高周波電流を流してもジュール発熱による損失を軽減することが可能となる。また、励磁コイル６を外部に配置したことで、定着ベルト１の小径化（低熱容量化）にも寄与しており、しいては省エネルギー性にも優れていると言える。
【００４４】
定着装置Ａのウォーミングアップタイムは、非常に熱容量が低い構成であるため、例えば励磁コイル６に１２００Ｗ入力すると、約１５秒で目標温度である１６５℃に到達できる。スタンバイ中の加熱動作が不要であるため、電力消費量を非常に低く抑えることが可能である。
【００４５】
ところで、定着装置の起動時の高速昇温を可能にするため、従来から、定着ローラを薄肉小径化したもの、定着ベルトの内側からヒーター加熱するもの、薄肉金属の定着ベルトを誘導加熱するもの等が提案されている。材料コストやエネルギー効率の点からも、薄肉の像加熱部材を採用して熱容量を小さくし、加熱効率の良い誘導加熱装置で加熱することは望ましい傾向である。
【００４６】
しかし、薄肉の像加熱部材を使用する場合、回転軸線方向に垂直な断面の断面積がきわめて小さくなるために、回転軸線方向の熱移動が良好でない。この傾向は像加熱部材が薄肉なほど顕著であり、熱伝導率の低い樹脂材料ではさらに低くなる。これは、熱伝導率をλ、２点間の温度差をθ１−θ２、長さをＬとしたとき、単位時間に伝わる熱量Ｑは、次式で表されるというフーリエの法則からも明らかである。
Ｑ＝λ・ｆ（θ１−θ２）／Ｌ
【００４７】
このことは、像加熱部材の回転軸線方向の長さ一杯の記録材、すなわち最大通紙幅の記録材を連続通紙して定着させる場合には、問題とならない。しかし、回転軸線方向の長さが小さい小形サイズの記録材を連続通紙する場合には、像加熱部材の回転軸線方向の両端部に温度ムラが生じるいわゆる非通紙部昇温が発生する。像加熱部材の回転軸線方向の熱移動が良好でない状態で、小さいサイズの記録材を連続で通紙させると、像加熱部材の非通紙部の温度が通紙部よりも上昇して、像加熱部材の非通紙部の温度が温調温度よりも上昇して非通紙部昇温が発生する。
【００４８】
非通紙部昇温を放置すると、通紙部と非通紙部の温度差が大きくなって、小形サイズの記録材を連続で通紙させた直後に、大形サイズの記録材を通紙したときに、加熱ニップＮの部分的な温度ムラによる紙シワが発生する可能性がある。記録材の加熱ムラによる定着ムラが発生する可能性がある。非通紙部の周囲の樹脂材料からなる部材の耐久寿命が低下する可能性がある。
【００４９】
通紙部と非通紙部の温度差は、搬送される記録材の熱容量が大きく、スループット（単位時間あたりの画像形成枚数）を高くするほど拡大する。このため、薄肉で低熱容量の定着ベルトを採用した定着装置は、スループットの高い複写機へ搭載することが困難であった。生産性の高い複写機では、多くの場合、ハロゲンランプヒータや抵抗発熱体を分割して記録材サイズに応じた領域を加熱することで、非通紙部昇温を回避していた。
【００５０】
誘導コイルを加熱源とした定着装置においても、同様に加熱源を分割して選択的に通電することが可能である。しかし、薄肉で低熱容量の定着ベルトを採用した定着装置は、誘導加熱装置を分割して複数設けた場合、制御回路も複雑でコストが高くなる。薄肉で低熱容量の定着ベルトの場合、分割された加熱領域の境目付近で温度分布が不連続になって、定着ベルトが必要な温度均一性を満たせなくなる。
【００５１】
そこで、定着装置Ａでは、定着ベルト１と励磁コイル６との間に、励磁コイル６から定着ベルト１へ導く磁束を１０ｍｍごとの領域で可変に設定できる磁性体コア７ａを配置している。記録材の各種サイズに対応するため、磁性体コア７ａが定着ベルト１の回転軸線方向で複数に分割されている。
【００５２】
図３に示すように、磁性体コア７ａは、定着ベルト１の長手方向に分割され、１個の長手方向の幅は１０ｍｍ、それぞれ１．０ｍｍの間隔を開けて配置されている。そして、磁性体コア７ａを記録材の搬送幅方向サイズに応じた個数だけ下方へ移動させることで、加熱の必要な領域以外は誘導加熱装置７０から届く磁束が少なくなって、定着ベルト１の発熱自体が抑えられる。これにより、加熱領域の制御が行われ、昇温される定着ベルト１の温度分布を精密にコントロールすることが可能となっている。非通紙部領域における定着ベルトの回転軸線方向の中心から近い位置でも、磁性体コア７ａと励磁コイル６の距離を十分に確保して、非通紙部昇温を回避できる。
【００５３】
＜磁性体コアの移動機構＞
図５は磁性体コアの移動の説明図である。図６は磁性体コアの移動機構の説明図である。図７は定着装置の斜視図である。図８は磁性体コアの配置の説明図である。
【００５４】
図５の（ａ）に示すように、通紙部においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの隙間を狭くすることで、定着ベルト１を通過する磁束密度を高めて、定着ベルト１の発熱量を高くする。通紙部においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの間隔は０．５ｍｍである。
【００５５】
図５の（ｂ）に示すように、非通紙部においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの隙間を広げることで、定着ベルト１を通過する磁束密度を低下させて定着ベルト１の発熱量を低くする。非通紙部においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの間隔は１０ｍｍまで離間する。
【００５６】
図６に示すように、コア移動機構７１は、磁性体コア７ａの上下方向の移動距離を記録材のサイズによって異ならせる。移動手段の一例であるコア移動機構７１は、定着ベルト１に対向して配置された複数の磁性体コア７ａを移動させて、定着ベルト１に近接した第一位置と定着ベルト１から離れた第二位置とに配置可能である。
【００５７】
磁性体コア７ａは、磁性体コアホルダ７７に保持されてハウジング７６内に収まっている。磁性体コアホルダ７７は、磁性体コア７ａと励磁コイル６との間隙を変化させる方向に移動可能になっている。リンク部材７５は、回転軸７８周りに回転可動に組み立てられ、端部の長穴部が磁性体コアホルダ７７と連結されている。リンク部材７５が回転軸７８周りにＱ１方向へ回転すると、磁性体コアホルダ７７と磁性体コア７ａがＰ１方向へ移動する。リンク部材７５がＱ２方向へ回転すると、磁性体コアホルダ７７と磁性体コア７ａがＰ２方向へ移動する。リンク部材７５は、励磁コイルばね７４によってＱ１方向へ回転する方向へ付勢されているが、規制部材７３によって、リンク部材７５のＱ１方向への回転が規制されている。
【００５８】
規制部材７３によってリンク部材７５が押し込まれている状態では、リンク部材７５は、励磁コイルばね７４に逆らってＱ２方向へ回動している。このとき、磁性体コアホルダ７７が矢印Ｐ２方向へ移動して磁性体コア７ａが励磁コイル６に近付いている。
【００５９】
規制部材７３による押し込みが解除されると、リンク部材７５は、励磁コイルばね７４に付勢されてＱ１方向へ回動してフレーム７９に突き当たって停止する。これにより、磁性体コアホルダ７７が矢印Ｐ１方向へ移動して磁性体コア７ａが励磁コイル６から遠ざかる。
【００６０】
図７に示すように、規制部材７３は、中央のピニオンギア８０と連結され、ピニオンギア８０の回転運動により、記録材の搬送方向に直角な幅方向（Ｙ１、Ｙ２方向）へ移動可能となっている。規制部材７３がＹ１方向へ移動すると、端部側のリンク部材７５から順番に規制部材７３による押し込みが解除され、端部側から中央側へ向かって順番に磁性体コア７ａが励磁コイル６から遠ざかる。図７では、端部側から４個の磁性体コアホルダ７７について規制部材７３による押し込みが解除されて、磁性体コア７ａと励磁コイル６との間隙が広がっている。
【００６１】
図６に示すように、制御部１０２は、コア移動機構７１を制御して、磁性体コアホルダ７７のうちで記録材の搬送幅方向に応じて定めた個数のものについて規制部材７３による押し込みを解除する。これにより、記録材の外側に位置する磁性体コア７ａと励磁コイル６との間隙を拡大させて、非通紙部昇温を防止している。ハガキサイズ、Ａ５、Ｂ４、Ａ３、Ａ３ノビサイズ等、各種の記録材サイズに対応するため、規制部材７３の位置を記録材のサイズによって異ならせて、各記録材のサイズに応じた加熱領域を設定して非通紙部昇温を抑制している。
【００６２】
近年、記録材のサイズの種類が増大し、各々のサイズに対してもスループットダウンすることなく、すなわち非通紙部昇温を回避することが求められるようになった。しかし、図８に示すように、多数の磁性体コア７ａを用いる場合でも、記録材のサイズによっては記録材の縁に光沢ムラが発生することがある。以下の実施例では、熱容量の低い定着ベルトを用いた定着装置で、記録材のサイズが多種類であっても、非通紙部昇温を充分に回避しつつ、記録材の縁まで定着品質を確保できるようにしている。
【００６３】
＜実施例１＞
図９は非通紙部の磁性体コアの位置決めの説明図である。図１０はプリント開始時の定着ベルトの温度分布の説明図である。図１１は実施例１の非通紙部加熱制御のフローチャートである。図１２はプリント開始後の非通紙部昇温の説明図である。
【００６４】
図２に示すように、実施例１では、スリープ状態や温度低下した待機状態でプリントジョブを受信した際に、前回転時の定着ベルト１の発熱制御を実行して定着装置を起動する。磁性体コア７ａを用いた発熱幅の設定を行って前回転を開始させる。決定手段の一例である制御部１０２は、記録材のサイズを検知する検知手段の一例である操作部１０３を通じた設定内容に基づいて定着ベルト１の回転軸線方向における通紙部領域の端部位置を得る。制御部１０２は、通紙部領域の端部位置から外側に向かって予め設定した間隔よりも内側にある非通紙部領域の磁性体コア７ａを第一位置に配置することを決定する。制御部１０２は、第一位置に配置することを決定した磁性体コア７ａよりも回転軸線方向の外側にある磁性体コア７ａを第二位置に配置することを決定する。
【００６５】
図９に示すように、定着ベルト１の回転軸線方向における通紙部の中央位置を原点として、以下のように定義する。
ｎ  ：各々の磁性体コア７ａを識別するための番号である。原点を挟んで磁性体コア７ａが配置されている場合、外側に向って１、２、３・・・と付していく。原点に磁性体コア７ａが配置されていれば、０を付し、そこから外側へ向かって１、２、３・・・と付していく。
Ｄｎ：原点からｎ個目のコアまでの距離である。回転軸線方向における通紙部領域の中央に位置する磁性体コア７ａから数えてｎ番目の磁性体コアの外縁までの距離をＤｎとしている。
Ｘ  ：定着ベルト１の回転軸線方向における記録材長さである。回転軸線方向における記録材の長さをＸとする。原点から縁までの距離はＸ／２である。
Ｙ  ：定着可能な温度幅を保証するために、定着ベルト１の回転軸線方向の記録材長さよりも外側に磁性体コア７ａを必要とする距離である。通紙部領域に少なくとも一部が重なる磁性体コア７ａのみを第一位置に配置して定着ベルト１を励磁コイル６により加熱した際に通紙可能温度の下限値となる位置から記録材の縁までの距離をＹとする。
【００６６】
図１０に示すように、磁性体コア７ａによって、定着ベルト１に磁束が多く入射する発熱範囲を制限しても、定着ベルト１が温調目標温度付近まで昇温する範囲は、磁性体コア７ａの幅よりも狭くなってしまう。これは、主に、定着ベルト１の磁束が多く入射する領域とあまり入射しない領域とに発生した温度差によって（１）式のフーリエの法則に従った熱伝導が定着ベルト１の回転軸線方向に発生するためである。
Ｑ＝λ・ｆ（θ１−θ２）／Ｌ  ・・・（１）
【００６７】
ゆえに、記録材上のトナーを不具合無く定着すべく、定着下限温度以上を保つためには、磁性体コア７ａを励磁コイル６に近付ける範囲を、定着ベルト１の回転軸線方向における記録材長さ記録材の長さＸよりも広くしなければならない。このようにして外側に広げる距離をＹと定義している。Ｙの値については、定着ベルト１の熱伝導度λだけでなく、定着ベルト１に当接する部材のλや、発熱範囲と非発熱範囲の温度差等、複数の条件から決まるので、理論的に求めるのは難しい。しかし、励磁コイル６に近接する磁性体コア７ａの幅と定着ベルト１の発熱分布を測定すればＹの値を実験的に求めることは比較的容易である。
【００６８】
制御部１０２は、次式の関係を満たす磁性体コア７ａを第一位置に配置することを決定する。
Ｄｎ  −  Ｘ／２  ＜  Ｙ  ・・・（２）
【００６９】
定着装置Ａの例をあげると、前回転時に、定着ベルト１がほぼ室温の状態から、励磁コイル６に１２００Ｗを印加して温調温度である１６５℃まで加熱されている。このとき、定着下限温度を１６０℃と決めると、定着ベルト１が１６０℃以上に発熱する回転軸線方向の長さ範囲を３００ｍｍにするためには、磁性体コア７ａを励磁コイル６に近接させる範囲の長さ３１６ｍｍであった。ゆえに、実施例１では、Ｙを８ｍｍと定めた。
Ｙ＝（３１６ｍｍ−３００ｍｍ）／２
【００７０】
同様の実験を繰り返して、各種サイズの記録材について、磁性体コア７ａを励磁コイル６に近接させる範囲の長さを求めた。
【００７１】
【表１】
2013037052.tif 000003
【００７２】
表１に示すように、Ａ４サイズの２９７ｍｍの範囲を加熱したい場合は、中央から１６個の（両方向を合わせた計３２個の幅は約３２０ｍｍ）磁性体コア７ａが励磁コイル６に近接し、それ以外の磁性体コア７ａは、励磁コイル６から離間させる。
【００７３】
表１に示すように、Ａ３サイズの２９７ｍｍに最適化した磁性体コア７ａの紙端部からのはみ出し量は１１．５ｍｍだが、Ａ５やＡ４Ｒサイズ紙の２１０ｍｍでは、１５．０ｍｍまではみ出し量が増えてしまう。はみ出し量が増えると、非通紙部昇温に対しては厳しくなるが、逆に前回転終了時点での通紙部の両端部の温度低下（図１０）は少なくなるので、縁なしプリントでの端部の光沢ムラに関しては都合が良い。
【００７４】
表１に例示した以外の任意の紙幅に対しても（２）式の関係によって磁性体コア７ａの位置決めが可能である。
Ｄｎ  −  Ｘ／２  ＜  Ｙ    ・・・（２）
【００７５】
なお、磁性体コア７ａの幅は、１０ｍｍでなくてもよい。また、それぞれの磁性体コア７ａが定着ベルト１の回転軸線方向において均一な長さでなくとも、（２）式の関係によって励磁コイル６に近接するか否かを判定することが可能である。
【００７６】
図２を参照して図１１に示すように、制御部１０２がプリント開始命令を受けると（Ｓ１１）、操作部１０３から記録材の幅情報を取得する（Ｓ１２）。制御部１０２は、取得したＸと予めテーブル化されたＹ（表１）とに基づいて、Ｄｎ番の磁性体コア７ａの位置を計算する（Ｓ１３）。制御部１０２は、（２）式に基づいて、Ｄｎ番の磁性体コア７ａを現在の位置から移動するか否かを判断する（Ｓ１４）。
Ｄｎ  −  Ｘ／２  ＜  Ｙ    ・・・（２）
【００７７】
移動する場合（Ｓ１４のＹｅｓ）、制御部１０２は、上式の関係を満たす磁性体コア７ａは、励磁コイル６にから０．５ｍｍの近接する位置に移動し、それ以外の磁性体コア７ａを、励磁コイル６から１０ｍｍの離間する位置に移動する（Ｓ１５）。記録材サイズに適した加熱領域を得るために、非通紙部においては励磁コイル６と磁性体コア７ａの間隔を広げ、発熱効率が低下するように磁性体コア７ａを移動している。実施例１において、移動量は１０ｍｍとしている。
【００７８】
磁性体コア７ａの位置決めの終了後、励磁コイル６への電力供給が開始される（Ｓ１６）。定着ベルト１が温調温度より低い間（Ｓ１６のＮｏ）、加圧ローラ２が回転駆動されて（Ｓ１７）、励磁コイル６への電力供給が継続されて定着ベルト１が温度上昇する（Ｓ１８）。その後、検出温度ＴＨ１が温調温度に達すると（Ｓ１６のＹｅｓ）、プリント動作を開始する（Ｓ１９）。
【００７９】
図１２に示すように、実施例１による磁性体コア７ａの配値の場合と、比較例として、全ての磁性体コア７ａを励磁コイル６に近接させて定着ベルト１の発熱幅を最大にした場合とで、非通紙部昇温の発生状態を比較した。条件は、気温１５℃、湿度１５％の環境において坪量１０５ｇ／ｍ２のＡ３サイズの普通紙を１ジョブで５００枚連続通紙した直後である。
【００８０】
実施例１の非通紙部加熱制御によれば、磁性体コア７ａの配置を最適化して、発熱幅を通紙幅より磁性体コア７ａの１個分ずつ大きくすることで、非通紙部昇温する範囲を最小限に止めて、比較例に比べて最高温度が２０℃程度抑える効果を確認した。
【００８１】
実施例１の非通紙部加熱制御によれば、磁性体コア７ａを定着ベルト１の回転軸線方向で複数に分割し、各々の磁性体コア７ａが励磁コイル６との間隙を変化させる方向に単独で移動可能としている。そして、定着ベルト１の回転軸線方向における記録材の長さよりも磁性体コア７ａの１個分ずつ拡大した範囲を加熱するので、非通紙部昇温が発生しなくても、記録材の全域でフラットな温度条件の定着が可能である。これにより、プリント開始時から数枚のプリントにおいても縁なしプリントの縁部分の定着性を確保できる。記録材の端部に光沢ムラや定着不良を発生しないで済む。記録材のサイズに応じて移動させる磁性体コアの個数を制御することで、記録材のサイズが多種類であっても、記録材サイズと同等範囲のみを加熱することができる。通紙域の温度を定着可能な温度に保ちながらも非通紙部昇温を緩和することができる。
【００８２】
実施例１の非通紙部加熱制御によれば、連続通紙の開始後の非通紙部昇温に頼ることなく、連続通紙の最初から、記録材の縁領域にも画像の加熱処理に必要な温度を確保している。したがって、定着ベルトの非通紙部昇温を抑制しつつ、縁なし印刷において出力画像の縁領域の光沢度の低下を１枚も発生しないで済む。
【００８３】
＜実施例２＞
図７を参照して図８に示すように、実施例２では、記録材の内側に画像形成範囲が設定される。これに対応して、コア移動機構７１は、定着ベルト１の回転軸線方向における画像形成範囲に位置する磁性体コア７ａに加えて、画像形成範囲の両外側に位置する少なくとも１個ずつの磁性体コア７ａを定着ベルト１へ近付けて位置決める。
【００８４】
図２に示すように、算出手段の一例である制御部１０２は、記録材に形成可能な画像領域の端部位置を算出する。制御部１０２は、算出した画像領域の端部位置から外側に向かって予め設定した間隔よりも内側にある非通紙部領域の磁性体コア７ａを第一位置に配置することを決定する。制御部１０２は、第一位置に配置することを決定した磁性体コア７ａよりも回転軸線方向の外側にある磁性体コア７ａを第二位置に配置することを決定する。
【００８５】
制御部１０２は、操作部１０３を通じて記録材に余白設定がされると、余白の内側を画像形成範囲とする。画像形成範囲が設定された記録材に対して、発熱幅制御を更に高精度で行うために、制御部１０２は、磁性体コア７ａの判定を（３）式の関係によって実行する。
Ｄｎ  −  Ｘ／２  ＜  Ｙ  ＋  α  ・・・（３）
【００８６】
ここで、αは、定着ベルト１の回転軸線方向における記録材の位置のバラツキや、記録材の周りの余白設定によって設定される数値である。画像形成装置Ａを例にあげると、定着ベルト１の回転軸線方向における記録材の位置のバラツキが＋３ｍｍである。したがって、定着ベルト１の回転軸線方向における記録材の余白を３ｍｍに設定するとαは両者を差し引いて次式のように計算される。
α＝＋３−３＝０
Ｄｎ  −  Ｘ／２  ＜  Ｙ  ＋  ０
【００８７】
定着ベルト１の回転軸線方向における記録材の余白を１０ｍｍに設定すると、αは次式のように計算される。
α＝＋３−１０＝−７
Ｄｎ  −  Ｘ／２  ＜  Ｙ  −  ７
【００８８】
すなわち、余白が大きい場合には、磁性体コア７ａが励磁コイル６に近接する範囲を狭くして、非通紙部昇温をさらに抑制することができる。
【００８９】
なお、記録材端部の画像不良判断を中央より若干甘くするなど、画像形成装置による仕様の違い等を考慮してαを設定してもよい。
【００９０】
＜実施例３＞
図７を参照して図８に示すように、実施例３では、コア移動機構７１は、連続通紙が開始された後に、定着ベルト１へ近付けて位置決められた磁性体コア７ａのうち、定着ベルト１の回転軸線方向の両外側に位置する少なくとも１個ずつを定着ベルト１から遠ざける。
【００９１】
制御部１０２は、複数の磁性体コア７ａを第一位置と第二位置とに位置させて励磁コイル６により定着ベルト１を昇温させて連続通紙を開始する。制御部１０２は、連続通紙を開始後、非通紙部昇温に伴って、第一位置に配置されていた磁性体コア７ａのうち、回転軸線方向の両端に位置する１個ずつを第二位置へ配置することを決定する。
【００９２】
図２に示すように、制御部１０２は、前回転が終了して連続通紙が開始されると、その連続通紙の途中（２０枚目の通紙が終了した時点）で、励磁コイル６に近接している磁性体コア７ａの中で一番外側のコアを離間させる。これにより、進行する非通紙部昇温を利用して記録材の両方の縁部分の定着性を確保しつつ、磁性体コア７ａによる加熱範囲の記録材の外側へのはみ出し量が増えることによる非通紙部昇温を抑える調整が可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１  定着ベルト、２  加圧ローラ、３  圧力付与部材、４  ステー
５  磁気遮蔽コア、６  励磁コイル、７ａ  磁性体コア
８  モールド部材、９ａ  バネ受け部材、９ｂ  ステー加圧バネ
１０  定着フランジ、１１  磁性体コア、１２  支持側板
２１  感光ドラム、２３  現像装置、２６  中間転写ベルト
３１  記録材カセット、３３  レジストローラ
７０  誘導加熱装置、７１  コア移動機構、１０１  電源装置
１０２  制御部、１０３  操作部、１０５  光学式センサ
ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ  画像形成部、ＴＨ１  中央サーミスタ
【図１】
2013037052.tif 000004
【図２】
2013037052.tif 000005
【図３】
2013037052.tif 000006
【図４】
2013037052.tif 000007
【図５】
2013037052.tif 000008
【図６】
2013037052.tif 000009
【図７】
2013037052.tif 000010
【図８】
2013037052.tif 000011
【図９】
2013037052.tif 000012
【図１０】
2013037052.tif 000013
【図１１】
2013037052.tif 000014
【図１２】
2013037052.tif 000015