(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料からなる薄層状の発熱層を有し、該発熱層と平行な方向に移動する搬送体と、
該搬送体の両側の互いに対向する位置に設けられた第１の励磁コイル及び第２の励磁コイルと、
該第１の励磁コイルと第２の励磁コイルとに交流電圧を印加する単一の電源装置とを有し、
前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルとは、
それぞれの巻き線が前記搬送体の表面に沿って巻き回わされ、前記二つの励磁コイル間で巻き線が連続するとともに巻き回す方向が同一であって、前記二つの励磁コイルが和動接続結合され、これらの励磁コイルによって励起される磁束が、前記発熱層を貫通するように設定されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記発熱層は、銅、銀、アルミニウム又はこれらと同等以下の電気抵抗率を有する、非磁性の材料からなるものであり、
この発熱層の層厚が、０．１μｍ以上で２０μｍ以下であることを特徴する請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
静電電位の差による潜像にトナーを付着することによって形成されたトナー像を無端状の周面上に担持し、該周面が周回移動するように駆動されるトナー像担持搬送体と、
該トナー像担持搬送体の内側及び外側に、互いに対向するように設けられた第１の励磁コイル及び第２の励磁コイルと、
該第１の励磁コイル及び第２の励磁コイルに交流電圧を印加する電源装置と、
前記トナー像担持搬送体の周回方向における前記第１及び第２の励磁コイルが対向する位置の下流側で、記録媒体を該トナー像担持搬送体に押圧する押圧手段とを有し、
前記トナー像担持搬送体は、
周面に沿って、導電性材料からなる薄層状の発熱層を有するものであり、
前記第１の励磁コイル及び第２の励磁コイルは単一電源からの交流電圧の印加により、前記発熱層を電磁誘導加熱するように配置され、
前記第１の励磁コイルと前記第２の励磁コイルとは、
それぞれの巻き線が前記搬送体の表面に沿って巻き回わされ、前記二つの励磁コイル間で巻き線が連続するとともに巻き回す方向が同一であって、前記二つの励磁コイルが和動接続結合され、これらの励磁コイルによって励起される磁束が、前記発熱層を貫通するように設定されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
前記トナー像担持搬送体が有する発熱層は、銅、銀、アルミニウム又はこれらと同等以下の電気抵抗率を有する、非磁性の材料からなるものであり、
この発熱層の層厚が、０．１μｍ以上で２０μｍ以下であることを特徴する請求項３に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、搬送体上に担持される被加熱体を加熱する加熱装置、及び該加熱装置が用いられる電子写真方式の画像形成装置に係り、より具体的には、導電性材料からなる発熱層を用いて被加熱体を電磁誘導加熱方式により加熱する加熱装置、及び該加熱装置をトナー像の転写定着装置に適用する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機、プリンターなどに代表される画像形成装置では、未定着トナー像を記録材に定着させるための加熱定着装置が用いられている。この加熱定着装置は、例えばハロゲンランプを用いた熱ローラー方式が主流であり、他には、加熱源として帯状のヒーターをエンドレスフィルム内面に接触させて定着を行うＳＵＲＦ方式などがある。
【０００３】
熱ローラー方式の加熱装置は、ハロゲンランプ等の熱源により加熱され、所定の温度に温度調節されたヒートロールと、これに圧接されたプレッシャーロールとの回転ロール対を基本構成とするものである。そして、両ロールの圧接ニップ部に記録材を導入して挟持搬送させることで、ヒートロールの熱により記録材の未定着トナー像を加熱定着させるものである。またＳＵＲＦ方式は、帯状のヒーターをエンドレスフィルム内面に接触させ、その熱によりトナー像を記録材に加熱定着させるものである。
【０００４】
また、中間転写体から記録材にトナー像を転写する際に、トナー像を加熱して転写と定着とを同時に行う画像形成装置が用いられている。この画像形成装置は、離型性を有する中間転写体に像担持体上のトナー像を一次転写し、この中間転写体上のトナー像を加熱・ 加圧手段により記録材上に溶融して二次転写と同時に定着させるものである。この加圧・ 加熱手段としては、例えば中間転写体を介して圧接される加熱ロール及び加圧ロールが知られており、両者の圧接部で加熱ロールにより中間転写体上のトナーを溶融するとともに記録材に浸透させ、この記録材を中間転写体の離型効果を利用して該中間転写体から剥離するものである。このように転写と定着とを同時に行う画像形成装置は、例えば、特開平２−１０６７７４号公報、特公昭６４−１０２７号公報、特開昭５７−１６３２６４号公報、特開昭５０−１０７９３６号公報、特開昭４９−７８５５９号公報などに記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の装置では、以下に示すような問題点がある。
加熱源としてハロゲンランプを用いる場合は、放射加熱方式であり、未定着トナー像等の被加熱体までの熱伝達の効率が低く、熱損失が大きい。また被加熱体を直接加熱するものではないので、被加熱体に所定の熱量を付与するまでに時間がかかるといった問題を有している。
また帯状ヒーター等を用いる場合は、上記問題点は解決されるが、被加熱体に加圧接触させてヒーター自体を発熱させ、この熱を被加熱体に熱伝導させるので、駆動トルクが大きく、小型機にしか適用できないといった欠点を有する。
【０００６】
画像形成装置の加熱装置として、上記の転写と定着を同時に行う中間転写方式の加熱装置があるが、加熱ロールに熱を与えて被加熱体である中間転写体に熱伝導する方式をとっており、中間転写体全体を加熱するために熱的な損失は大きい。
【０００７】
これを解決する加熱手段として電磁誘導加熱方式の加熱装置が提案されている。この加熱装置は、導電性材料からなる発熱層を形成した加熱部材の上に被加熱体を載置し、この被加熱体の表面と非接触に励磁コイルを配置して交番磁界を作用させる。そして、この交番磁界により発熱層に渦電流を生じさせ、電磁誘導による発熱層の自己発熱により被加熱体を加熱するものである。
このような電磁誘導加熱方式を用いた加熱装置は、非接触の加熱手段であるため、熱効率を損なう介在物を少なくし、被加熱体に直接的に熱を付与できるという利点がある。また、被加熱体の必要なところだけを加熱できるので熱効率が高い。
【０００８】
しかし、このような電磁誘導方式の加熱装置は、加熱部周辺に配置される交番磁場発生源の励磁コイルが大型となるといった問題や、励磁コイルの近傍に配置された発熱体によって決定される交流回路の力率が低く、駆動電源が大容量化するという欠点がある。また、電磁誘導加熱方式で加熱を行う場合、交番磁場発生源から漏れた磁界が他の金属部等を加熱したり、人体に悪影響を及ぼすなどの弊害が生じる可能性がある。このため、漏洩磁束の回収を十分に行わなければならず、加熱部周辺が大型化するといった問題となる。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電磁誘導作用によって発熱する発熱層を有する搬送体を効率的に加熱することができるとともに、励磁コイルを含む交流回路の高い力率の設定を可能とし、発熱部周辺の交番磁場発生源の大型化や漏洩磁束の発生を防止することができる加熱装置を提供することである。さらに、この加熱装置を用いることによって、トナー像担持搬送体上の未定着トナー像を記録材に確実に転写定着することができるとともに、限られた電力で高速プリントが可能な画像形成装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、  導電性材料からなる薄層状の発熱層を有し、該発熱層と平行な方向に移動する搬送体と、  該搬送体の両側の互いに対向する位置に設けられた第１の励磁コイル及び第２の励磁コイルと、  該第１の励磁コイルと第２の励磁コイルとに交流電圧を印加する単一の電源装置とを有し、
前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルとは、
それぞれの巻き線が前記搬送体の表面に沿って巻き回わされ、前記二つの励磁コイル間で巻き線が連続するとともに巻き回す方向が同一であって、前記二つの励磁コイルが和動接続結合され、これらの励磁コイルによって励起される磁束が、前記発熱層を貫通するように設定されていることを特徴とする加熱装置を提供する。
【００１１】
このような加熱装置では、搬送体の両側に設けられた第１の励磁コイルと第２の励磁コイルとが磁気的に和動接続結合されているので、これらの励磁コイルによる磁束は薄層状の発熱層を容易に貫通する。これにより、発熱層には渦電流が誘導され、発熱する。そして、発熱層は薄層状となっているので、短い時間で温度が上昇し、二つの励磁コイル間を通過する間に充分に加熱される。
また、上記のように発熱層の両側に励磁コイルを設け、磁束を貫通させると、発熱層の片側のみに励磁コイルを設けた場合に比べ、コイルの体積（コイル巻線の断面積×コイルの巻線長）が同じであると、力率が向上し、有効に発熱層を加熱することが可能となる。
【００１２】
特に、磁性材料からなる部材によって図１１（ａ）又は図１１（ｂ）に示すように、磁束をループ状に誘導し、周面に拡がらないようにすることによって、より効率のよい加熱が可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加熱装置において、  前記発熱層は、銅、銀、アルミニウム又はこれらと同等以下の電気抵抗率を有する、非磁性の材料からなるものであり、  この発熱層の層厚が、０．１μｍ以上で２０μｍ以下であるものとする。
【００１４】
上記銅、銀、アルミニウムと同様以下の抵抗率を有する非磁性の材料とは、上記三種の金属の他、これらを含む合金又はこれら以外の金属の合金等を含むものである。抵抗率は、上記三種の金属のうち最も抵抗率が大きいアルミニウム（抵抗率：２．６６×１０-8Ω・ｍ）とほぼ同じか、これより小さい値の材料が該当する。
【００１５】
このような加熱装置では、発熱層の厚さが０．１μｍから２０μｍと薄いものであり、熱容量が小さいので極めて短い時間に高温まで加熱することができる。また、急速に冷却することもできる。
【００１６】
また、一般に電磁誘導加熱を行うときの発熱層は磁性材料が望ましいとされているが、上記のように発熱層の厚さを小さくした場合には、電気抵抗が大きくなって渦電流の量が低下し、有効に加熱することが難しくなる。これに対し、一般的な磁性材料である鉄、ニッケル等より抵抗率の小さい材料の方が有効に発熱させることができる。本発明はこのような新たな事実を見出すことによってなされたものであり、発熱層を薄くして急速な加熱・冷却を行うとともに効率のよい加熱を行うものである。
【００１７】
さらに、発熱層として非磁性材料を用いることにより、次式で示される表皮厚さδが大きくなり、実際の発熱層をこの表皮厚さよりも充分に小さなものとすることができる。そして、発熱層の厚さが表皮厚さよりも充分に薄くなっていることにより、磁束が容易に発熱層を貫通し、効率の良い加熱が行われる。
表皮厚さδ＝√（２／μσω）＝√（２ρ／μω）＝５０３√（ρ／ｆμr ）
μ：透磁率（Ｈ／ｍ）
σ：導電率（１／Ω・ｍ）
ω：角振動数（＝２πｆ）（１／ｓｅｃ）
ｆ：周波数（Ｈｚ）
ρ：抵抗率（Ω・ｍ）
μr ：比透磁率（＝μ／μ0 ）
μ0 ：真空の透磁率（＝４π×１０-7Ｈ／ｍ）
【００１８】
請求項３に記載の発明は、  静電電位の差による潜像にトナーを付着することによって形成されたトナー像を無端状の周面上に担持し、該周面が周回移動するように駆動されるトナー像担持搬送体と、  該トナー像担持搬送体の内側及び外側に、互いに対向するように設けられた第１の励磁コイル及び第２の励磁コイルと、  該第１の励磁コイル及び第２の励磁コイルに交流電圧を印加する電源装置と、  前記トナー像担持搬送体の周回方向における前記第１及び第２の励磁コイルが対向する位置の下流側で、記録媒体を該トナー像担持搬送体に押圧する押圧手段とを有し、  前記トナー像担持搬送体は、  周面に沿って、導電性材料からなる薄層状の発熱層を有するものであり、  前記第１の励磁コイル及び第２の励磁コイルは単一電源からの交流電圧の印加により、前記発熱層を電磁誘導加熱するように配置され、  前記第１の励磁コイルと前記第２の励磁コイルとは、  それぞれの巻き線が前記搬送体の表面に沿って巻き回わされ、前記二つの励磁コイル間で巻き線が連続するとともに巻き回す方向が同一であって、前記二つの励磁コイルが和動接続結合され、これらの励磁コイルによって励起される磁束が、前記発熱層を貫通するように設定されていることを特徴とする画像形成装置を提供する。
【００１９】
このような画像形成装置では、トナー像担持搬送体に記録媒体が押圧され、トナー像の転写が行われる位置より上流に加熱装置を構成する励磁コイルが設けられているので、無端状周面を有するトナー像担持搬送体の内側及び外側の双方に充分なスペースを確保することができ、このトナー像担持搬送体の両側に励磁コイルを設けて急速に加熱を行うことができる。そして、発熱層の加熱によって、このトナー像担持搬送体に担持されているトナーを軟化させ、下流側にある押圧手段で記録媒体を圧接すると、軟化したトナーは記録媒体に強く付着し、転写と定着が同時に行われる。
【００２０】
上記のように発熱層を薄くして記録媒体にトナー像を圧接させる直前に急速に加熱することによりトナー像を軟化させるための熱エネルギーは少なくて済み、効率のよい転写・定着が行われる。
また、トナー像担持搬送体の熱容量を小さくすることができ、急速に冷却されるので、トナー像担持搬送体が中間転写体であって感光体と近接しても、感光体への影響を低減することができる。
【００２１】
さらに、このような画像形成装置では、トナー像担持搬送体の両側に設けられた第１の励磁コイルと第２の励磁コイルとが磁気的に和動接続結合されているので、これらの励磁コイルによる磁束は発熱層を容易に貫通する。これにより、発熱層に渦電流が誘導され、発熱層の発熱によりトナー像担持搬送体上のトナー像が加熱される。この発熱層は薄層状となっているので、短い時間で温度が上昇し、二つの励磁コイル間を通過する間にトナー像が充分に加熱され、軟化する。また、上記のように発熱層の両側に励磁コイルを設け、磁束を貫通させることで力率が向上し、有効に発熱層を加熱してトナーを軟化させることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の画像形成装置において、  前記トナー像担持搬送体が有する発熱層は、銅、銀、アルミニウム又はこれらと同等以下の電気抵抗率を有する、非磁性の材料からなるものであり、  この発熱層の層厚が、０．１μｍ以上で２０μｍ以下であるものとする。
【００２３】
このような画像形成装置では、発熱層の厚さが０．１μｍから２０μｍと薄く、熱容量が小さいので、極めて短い時間に高温まで加熱することができ、また急速に冷却することもできる。
また磁性材料である鉄、ニッケル等に比べ、上記銅、銀、アルミニウム等のように抵抗率の小さい材料を用いることで、発熱層の厚さを小さくした場合にも有効に発熱させることができる。さらに、発熱層の厚さが表皮厚さよりも充分に薄くなっていることにより、磁束が容易に発熱層を貫通し、効率の良い加熱を行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、請求項１又は請求項２に記載の発明の第１の実施形態である加熱装置を示す概略構成図である。
この加熱装置は、周回移動が可能に支持された円筒状の搬送体１と、この搬送体１の両側に互いに対向するように設けられた第１のコイル２ａと第２のコイル２ｂとからなる励磁コイル２と、この励磁コイル２に交流電圧を印加する電源装置３とで主要部が構成されている。
【００２５】
上記搬送体１は、耐熱性の高い円筒状基材１１の周面に、電磁誘導作用により自己発熱する薄層状の発熱層１２と、その上の表面層１３とを有している。発熱層１２は、厚さが１０ｍｍ〜０．１μｍで、固有抵抗が１０-10 〜１０-5Ω・ｍの電気良導体材料からなり、渦電流損によるジュール発熱を生じさせるものである。この層は、例えば強磁性材料や反磁性材料として、金属、金属化合物、有機導電体などを用いることができ、さらに詳しくは、鉄、ニッケル、コバルト、銅、銀、アルミニウム、またはそれらの化合物などが選択可能である。これらのうち発熱性能を考慮すれば銅、銀、アルミニウムなど電気抵抗率の低いものが好ましく、特に銅が最適であるので本実施形態ではこれを採用している。また発熱層１２の厚さはなるべく薄い方が好ましく、特に０．１μｍ〜２０μｍが最適である。
【００２６】
上記励磁コイル２は、搬送体１の外側に配置された第１のコイル２ａと、内側に配置された第２のコイル２ｂとからなり、これらが磁気的に和動接続結合されたペアコイルである。このように和動接続結合されている場合、これらの励磁コイル２によって励起される磁束が、搬送体１の発熱層１２を貫通するようになっている。
【００２７】
また、第１のコイル２ａと第２のコイル２ｂの周辺には、それぞれ強磁性体１４ａ，１４ｂが設けられている。この強磁性体１４ａ，１４ｂは、優れた加熱効率を得るために高インダクタンス化するとともに、漏洩磁束を収束させるためのものである。この強磁性体１４ａ，１４ｂには、ソフトフェライト等のヒステリシス損や渦電流損などが非常に小さいものが用いられる。
【００２８】
上記第１のコイル２ａと第２のコイル２ｂとからなる励磁コイル２は単一の電源装置３で駆動され、この電源装置３から２０ｋ〜１００ｋＨｚの高周波交流電圧が印加される。
上記励磁コイル２のインダクタンスは、第１のコイル２ａのインダクタンス成分と第２のコイル２ｂのインダクタンス成分との磁気的結合度を変えて決定する。磁気的結合度は、発熱層１２と励磁コイルとの距離と、それぞれのコイルが作る磁界で決定する。
【００２９】
励磁コイル２に印加される交流電圧の周波数は、発熱層１２の厚さと透磁率および固有抵抗で決定できるが、発熱層１２の厚さに対して幅や長さが１０倍以上の場合、発熱層１２に対して垂直に磁束が鎖交すれば渦電流損は大きくなる。例えば、発熱層１２の厚さが５０μ〜０．１μｍ程度の薄膜の場合、交流電圧の周波数を１０ｋＨｚ以上の高周波数とし、励磁コイル２による磁束を発熱層に対して垂直に鎖交させる。
【００３０】
上記のような加熱装置では、磁気的に和動接続結合された第１のコイル２ａと第２のコイル２ｂに電源装置３から交流電圧が印加されると、これらの励磁コイル２による磁束が図１に示すように発熱層１２を貫通してループ状に誘導される。そしてこの磁束と垂直な発熱層１２に渦電流が発生し、この渦電流と発熱層の固有抵抗によって発熱層１２が発熱する。この発熱層１２は薄膜状となっているので、短い時間で温度が上昇し、搬送体１が第１のコイル２ａと第２のコイル２ｂとの対向部を通過する間に充分に加熱される。
【００３１】
次に、上記加熱装置において、発熱層の材料や厚さを選定するための根拠について説明する。
前述したように表皮厚さδは、周波数ｆ（Ｈｚ）、抵抗率ρ（Ω・ｍ）、比透磁率μr により
δ＝５０３√（ρ／ｆμr ）
と表わされる。
【００３２】
発熱層の材料として、例えば銅、ニッケル、鉄、銀、アルミニウムの抵抗率ρ（Ω・ｍ）と比透磁率μr については表１のように示される。
【表１】
0003915305.tif 000002
【００３３】
さらに周波数ｆを数段階に変化させて表皮厚さδを算出すると、表２〜表６のようになる。
【表２】
0003915305.tif 000003
【００３４】
【表３】
0003915305.tif 000004
【００３５】
【表４】
0003915305.tif 000005
【００３６】
【表５】
0003915305.tif 000006
【００３７】
【表６】
0003915305.tif 000007
【００３８】
これらの表より、銅、銀、アルミニウムのように抵抗率ρが小さく、比透磁率μr の大きい材料を用いることにより、表皮厚さδが大きくなる。従って、発熱層の厚さを表皮厚さδよりも充分に小さく設定することにより、磁束が容易に発熱層を貫通し、効率の良い加熱が行われる。本実施形態の発熱層の厚さは０．１μｍから２０μｍと薄いものであり、熱容量が小さいので極めて短時間に高温まで加熱することができる。
【００３９】
また、一般に電磁誘導加熱を行うときの発熱層は磁性材料が望ましいとされているが、上記のように発熱層の厚さを薄くした場合には、電気抵抗が大きくなって渦電流の量が低下し、有効に加熱することが難しくなる。これに対し、磁性材料である鉄、ニッケル等よりも抵抗率の小さい、銅、銀、アルミニウムなどの材料の方が有効に発熱させることができる。
【００４０】
次に、励磁コイルを発熱層を挟んで外側と内側に和動接続結合させた本実施形態の加熱装置と、励磁コイルを発熱層の外側一方にのみ配置した従来の加熱装置とを比較する実験を行った結果について説明する。
この実験では、発熱層として厚さ２μｍの銅を用いる。従来と本実施形態の両装置とも発熱層と励磁コイルとの距離と、励磁コイルの抵抗成分を等しくし、加熱状態は両装置とも同様の条件が得られるように設定する。力率は、励磁コイルに流れる電流と電圧の位相差から算出し、励磁コイルの大きさは、外側のコイル体積で比較している。また、漏洩磁束は両装置とも励磁コイル周辺に強磁性体を設けて磁束を回収するような条件を整えた上で、励磁コイル周辺部に漏洩した磁束密度の平均値を測定して比較する。その結果を表７に示す。
【００４１】
【表７】
0003915305.tif 000008
【００４２】
表７に示すように、従来の加熱装置では力率が０．３５程度であるのに対し、本実施形態の加熱装置では０．８５程度まで高くなり、全体のコイル体積がほぼ同じであっても力率が向上することがわかる。従って、励磁コイルを駆動する電源装置の低容量化、低コスト化が可能となる。また本実施形態の加熱装置では、漏洩磁束も従来の加熱装置に比べ大幅に低減できることがわかる。このため、漏洩磁束を回収するための装置の大型化などを防止することができる。
【００４３】
図２は、請求項１又は請求項２に記載の発明の第２の実施形態である加熱装置を示す概略構成図である。
この加熱装置は、図１に示す加熱装置の円筒状搬送体１に代えて、無端ベルト状部材からなる搬送体２１を備えている。この搬送体２１は、耐熱性の高い無端状のシート基材３１の周面に、電磁誘導作用により自己発熱する薄層状の導電層３２と、その上の表面層３３とを有している。そして図示しない駆動手段により、図２中に示す矢印方向に周回移動するようになっている。なお、この加熱装置は、図１に示す装置と同様に、第１のコイル２２ａと第２のコイル２２ｂとからなる励磁コイル２２と、電源装置２３と、強磁性体３４ａ，３４ｂとを備えており、これらの構成は図１に示すものと同じである。
【００４４】
上記発熱層３２には、例えば、厚さを２０μｍ、１０μｍ、２μｍの３種に変えた銀が用いられている。また、励磁コイル２２に印加する交流電圧には、２０ｋ〜１００ｋＨｚの高周波数のものが用いられている。
【００４５】
このような加熱装置では、搬送体２１の発熱層３２を挟んで外側と内側に第１のコイル２２ａと第２のコイル２２ｂとが配置され、これらが磁気的に和動接続結合されているので、これらの励磁コイルによる磁束は発熱層３２を貫通し、渦電流により発熱層が急激に加熱される。
上記のように厚さを変えた３種類の発熱層を用いた場合、すべての場合において良好な発熱効果を得ることができた。
【００４６】
図３は、請求項１又は請求項２に記載の発明の第３の実施形態である加熱装置を示す概略構成図である。
この加熱装置は、図２に示す加熱装置の励磁コイル２２に代えて、無端ベルト状の搬送体５１と対向する位置に、２つの独立した励磁コイル５２，５３を並列に配置したものである。励磁コイル５２は、搬送体５１の外側の第１のコイル５２ａと内側の第２のコイル５２ｂとからなり、これらが磁気的に和動接続結合されたものであり、励磁コイル５３も同様に、搬送体５１の外側の第１のコイル５３ａと内側の第２のコイル５３ｂとからなり、これらが磁気的に和動接続結合されたものである。なお、この装置では、基材６１上に発熱層６２と表面層６３を有する搬送体５１と、励磁コイル５２，５３に交流電圧を印加する電源装置５４を備えており、これらの構成は図２に示す装置と同じである。
【００４７】
このような加熱装置では、搬送体５１と対向する２つの励磁コイル５２，５３によって発熱層６２が電磁誘導作用により加熱される。このため、搬送体５１の広い範囲で発熱層６２を加熱することができ、加熱領域を広くとりたい場合に有利である。
【００４８】
図４は、請求項１又は請求項２に記載の発明の第４の実施形態である加熱装置を示す概略構成図である。
この加熱装置は、図２に示す加熱装置の励磁コイル２２に代えて、コイルの巻線方向が搬送体７１の周面とほぼ平行となるように配置された励磁コイル７２を備えている。この励磁コイル７２は、搬送体７１の外側の第１のコイル７２ａと、搬送体７１の内側の励磁コイル７２ｂとからなり、それぞれが強磁性体８４ａ，８４ｂに巻き回されている。なお、この加熱装置の他の構成は図２に示す加熱装置と同じである。
このような加熱装置においても、図４に示すように励磁コイル７２による磁束は搬送体７１の発熱層８２を貫くループ状に誘導され、発熱層８２を効率よく加熱することができる。
【００４９】
図５は、請求項３又は請求項４に記載の発明の第１の実施形態である画像形成装置を示す概略構成図である。
この画像形成装置は、周面が周回可能に支持された無端ベルト状の中間転写体１０５を備えており、この中間転写体１０５と対向する位置に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像を形成する４つの画像形成ユニット１０７Ｙ，１０７Ｍ，１０７Ｃ，１０７Ｂが配設されている。各画像形成ユニットは、表面に静電潜像が形成される像担持体１０１を有しており、各像担持体１０１の周囲に、該像担持体１０１の表面をほぼ一様に帯電させる帯電装置１０２と、像担持体表面に像光を照射して潜像を形成する露光装置１０３と、像担持体上に形成された潜像にトナーを選択的に転移させてトナー像を形成する現像装置１０４と、像担持体上のトナー像を中間転写体１０５上に転写する一次転写ロール１０６とを備えている。
【００５０】
上記中間転写体１０５の内側には、駆動ロール１０８と、テンションロール１０９と、支持ロール１１０，１１２と、二次転写ロール１１３とが配置されており、これらによって中間転写体１０５が周回可能に張架されている。二次転写ロール１１３と対向する位置には、中間転写体１０５を二次転写ロール１１３に押圧する加圧ロール１１４を備えており、これらの押圧部の中間転写体１０５の周回方向上流側には、中間転写体１０５上に転写されたトナー像を電磁誘導作用により加熱する加熱装置１２０が設けられている。さらに加圧ロール１１４と中間転写体１０５との圧接部に記録材１１６を送り込むペーパーガイド１１７と、記録材を所定の搬送方向に案内する案内部材１１８とが配設されている。
【００５１】
上記中間転写体１０５は、図６に示すように、耐熱性の高い無端状のシート基材１３１の周面に、電磁誘導作用により自己発熱する誘電発熱層１３２と、その上の表面離型層１３３とを有している。この中間転写体１０５は、駆動ロール１０８の回転により、図中に示す矢印方向に１６０ｍｍ／ｓの速度で周回移動するようになっている。
【００５２】
上記加熱装置１２０は、中間転写体１０５の外側に配置された第１のコイル１１５ａと、内側に配置された第２のコイル１１５ｂとからなる励磁コイルを備えており、第１のコイル１１５ａと第２のコイル１１５ｂとは磁気的に和動接続結合されている。この加熱装置１２０は図２に示す加熱装置と同じものである。
【００５３】
励磁コイルのインダクタンスＬは、第１のコイル１１５ａのインダクタンスＬ１と、第２のコイル１１５ｂのインダクタンスＬ２との磁気的結合度ｋが０．６５〜０．９５の範囲となるように設定する。この磁気的結合度ｋは以下の式で表わされる。
ｋ＝（Ｌ−Ｌ１−Ｌ２）／２√（Ｌ１×Ｌ２）
【００５４】
この磁気的結合度ｋは、発熱層１３２と第１のコイル１１５ａ及び第２のコイル１１５ｂとの距離と、これらの励磁コイルが作る磁界の形状で決定する。これにより、励磁コイルと発熱層との力率を０．４〜０．９の範囲で設定することができる。
第１のコイル１１５ａと第２のコイル１１５ｂとからなる励磁コイルは単一の駆動電源（図示せず）で駆動され、この駆動電源は２０ｋ〜１００ｋＨｚの高周波交流電源となっている。
【００５５】
上記画像形成装置で用いられるトナーは、発色性、定着性を考慮するといわゆるシャープメルトを用いることが望ましく、結着樹脂として、例えばポリエステル樹脂などを使用することができる。またトナーの軟化点は７５〜１５０℃、好ましくは８０〜１２５℃の低温の軟化点を有するものがよい。
ここで、シャープメルト性を有するトナーとは、見掛けの溶融粘度が１０3 Ｐａ・ｓを示す時の温度をＴ1 、見掛けの溶融粘度が５×１０2 Ｐａ・ｓを示す時の温度をＴ2 としたときに、Ｔ1 ＝８０〜１４０℃であり、Ｔ2 −Ｔ1 ＝５℃〜２０℃の条件を満足するものをいう。これらの温度−溶融粘度特性を有するシャープメルト性樹脂は、加熱されることにより極めてシャープに粘度低下を起こす。この粘度低下が中間転写体上の最上部トナー層と最下部トナー層との適度な混合を生じ、さらにトナー層自体の透明性を急激に増加させ、良好な減色混合を起こすものである。
【００５６】
また、このシャープメルトトナーの流動によって、粉体中に含んでいた空気が逃げてトナー層内の熱伝導率が上昇するため、各色トナーを重ね合わせた場合でも、トナー層全体を短い加熱時間で溶融することができ、本実施形態の画像形成装置では特に有効となる。さらに、このようなシャープメルト性のカラートナーは親和力が大きく、定着時にオフセットし易いが、本発明では軟化点以下の温度で中間転写体１０５から剥離するためオフセットはまったく発生しない。
【００５７】
次に上記のような画像形成装置の動作について説明する。
画像情報はシアン（Ｃ）、 マゼンタ（Ｍ）、 イエロー（Ｙ）、 ブラック（Ｋ）の４色の像に分解され、 各画像形成ユニット１０７Ｙ，１０７Ｍ，１０７Ｃ，１０７Ｋにより、像担持体１０１上にそれぞれ異なる色のトナー像が形成される。中間転写体１０５は一定方向に循環移動しており、像担持体１０１からトナー像が一次転写ロール１０６の作用により転写される。４台の画像形成ユニットからトナー像が順次転写された後、重ね合わされた４色のトナー像Ｇは中間転写体１０５の移動により加熱装置１２０と対向する領域に搬送される。
【００５８】
そして、この領域で電磁誘導作用により中間転写体１０５の発熱層１３２が発熱し、中間転写体１０５上の４色のトナー像が加熱により溶融される。溶融したトナーは二次転写ロール１１３と圧力ロール１１４との対向位置で室温の記録材と圧接され、トナー像が記録材に瞬時に浸透して転写定着される。ニップの出口では、トナーの温度が記録材との接触により低下しており、トナーの凝集力が大きくなっているため、オフセットを生じることなくトナー像はそのままほぼ完全に記録材上に転写定着される。
【００５９】
次に、上記画像形成装置において、加熱装置１２０の効果を確認するため前述の実験と同様に力率を調査する実験を行った。
この実験では、発熱層１３２を厚さ２μｍの銅とし、交番磁場発生源を総体積８０ｃｍ3 の励磁コイルとし、Φ＝０．３ｍｍの銅線を撚ったリッツ線を用いて偏平渦巻き状に巻いた４０ｃｍ3 のコイルを２個作成して和動接続結合させた励磁コイルを、発熱層１３２を挟んで配置した。このとき、励磁コイルに印加する交流電圧の周波数を１００ｋＨｚ、発熱層と励磁コイルとの距離を５ｍｍに設定すると、力率は０．８５となることが確認された。
【００６０】
これに対して、同体積で偏平渦巻き状に巻いた１個のコイルを作成し、発熱層を片側一方から、上記同様の周波数、上記同様の発熱層と励磁コイルとの距離に設定して加熱した場合、力率は０．４となることが確認された。従って、本実施形態の加熱装置１２０により高い力率を得ることができる。
【００６１】
また、上記画像形成装置とほぼ同じ構成で、中間転写体の構成のみを変えてもよい。例えば図７に示すように、耐熱性の高い無端状のシート基材１４１の周面に、発熱層１４２とその上の表面離型層１４３を備え、さらにシート基材１４１の内側に発泡層１４４を備える４層構造の中間転写体１３５を用いてもよい。このような中間転写体１３５では、発泡層１４４が断熱層として機能し、中間転写体１３５の温度低下や裏面側の部材に熱伝導したりするのが防止され、熱効率のよい画像形成装置が得られる。
【００６２】
図８は、請求項３又は請求項４に記載の発明の第２の実施形態である画像形成装置で用いられる加熱装置の近傍を示す部分構成図である。
この画像形成装置では、無端ベルト状の中間転写体１５１の内側に二次転写ロール１５２が配置され、この二次転写ロール１５２に中間転写体１５１を押圧する圧力ロール１５３が備えられている。そして中間転写体１５１の周回方向における圧力ロール１５３の上流側には、中間転写体１５１の周面と近接対向する第１のコイル１５４ａと、二次転写ロール１５２の内側に配置される第２のコイル１５４ｂとを備えた加熱装置１７０が設けられている。また二次転写ロール１５２は図中に示す矢印方向に回転しており、表面近傍に発熱層１５２ａが設けられている。なお、この画像形成装置の他の構成は図５に示す画像形成装置と同じである。
【００６３】
このような画像形成装置では、中間転写体１５１上に一次転写されたトナー像Ｇは該中間転写体の周回方向に移動し、加熱装置１７０が設けられた位置で電磁誘導作用により二次転写ロール１５２の発熱層１５２ａが加熱されてトナー像が溶融する。このトナー像は二次転写ロール１５２と圧力ロール１５３との対向位置で室温の記録材と圧接され、トナー像が記録材上に転写定着される。
【００６４】
図９は、請求項３又は請求項４に記載の発明の第３の実施形態である画像形成装置で用いられる加熱装置の近傍を示す部分構成図である。
この画像形成装置では、無端ベルト状の中間転写体１６１の内側に固定パッド１６２が設けられ、この固定パッド１６２に中間転写体１６１を押圧する圧力ロール１６３が設けられている。この固定パッド１６２と圧力ロール１６３との圧接部には記録材が送り込まれるようになっている。また、固定パッド１６２と圧力ロール１６３との圧接部の上流側には、中間転写体１６１の両端部付近に該中間転写体１６１を湾曲させて周回移動させる案内部材（図示せず）が設けられいる。そしてこの案内部材の内側には、中間転写体１６１の中央部付近と近接対向するように第１のコイル１６４ａと第２のコイル１６４ｂとを備えた加熱装置１７０が配置されている。この中間転写体１６１は図６に示すものと同じ構成であり、内部に発熱層が設けられている。なお、この画像形成装置の他の構成は図５に示す装置と同じである。
【００６５】
このような画像形成装置では、中間転写体１６１上のトナー像Ｇが第１のコイル１６４ａと第２のコイル１６４ｂとの対向部で電磁誘導作用により加熱され溶融される。そして中間転写体１６１の移動により固定パッド１６２と圧力ロール１６３との圧接部で室温の記録材１６５と押圧され、トナー像が記録材１６５上に転写定着される。
【００６６】
また、図１０に示すように、上記固定パッド１６２に代えてロール状部材１７２を配置してもよい。このような装置では、中間転写体１７１上のトナー像Ｇが第１のコイル１７４ａと第２のコイル１７４ｂとを備えた加熱装置１８０との対向位置に搬送され、トナー像が電磁誘導加熱により溶融される。このトナー像はロール状部材１７２と圧力ロール１７３との圧接部で室温の記録材と圧接され、記録材上に良好に転写定着される。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明に係る加熱装置では、発熱層の両側に励磁コイルを設け、この励磁コイルによる磁束を薄層状の発熱層に貫通させるので、発熱層の片側のみに励磁コイルを設けた場合に比べて力率が向上し、有効に発熱層を加熱することができる。このため、低容量の電源を設計できるとともに、加熱装置の小型化、漏洩磁束の回収を効率的に行うことができる。
また、このような加熱装置を画像形成装置に適用し、発熱層を有するトナー像担持搬送体の両側に励磁コイルを設けて加熱することで、トナー像担持搬送体上のトナーを急激に溶融することができる。そしてこのトナー像を下流側にある押圧手段で記録媒体と圧接することにより、軟化したトナーが記録媒体に強く付着し、転写と同時に定着が行われる。このため、熱エネルギーを低減できるとともに、良好な転写定着画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  請求項１又は請求項２に記載の発明の第１の実施形態である加熱装置を示す概略構成図である。
【図２】  請求項１又は請求項２に記載の発明の第２の実施形態である加熱装置を示す概略構成図である。
【図３】  請求項１又は請求項２に記載の発明の第３の実施形態である加熱装置を示す概略構成図である。
【図４】  請求項１又は請求項２に記載の発明の第４の実施形態である加熱装置を示す概略構成図である。
【図５】  請求項３又は請求項４に記載の発明の第１の実施形態である画像形成装置を示す概略構成図である。
【図６】  上記画像形成装置で用いられる中間転写体を示す構成図である。
【図７】  上記画像形成装置で用いられる中間転写体の他の例を示す構成図である。
【図８】  請求項３又は請求項４に記載の発明の第２の実施形態である画像形成装置の加熱装置近傍を示す部分構成図である。
【図９】  請求項３又は請求項４に記載の発明の第３の実施形態である画像形成装置の加熱装置近傍を示す部分構成図である。
【図１０】  請求項３又は請求項４に記載の発明の第４の実施形態である画像形成装置の加熱装置近傍を示す部分構成図である。
【図１１】  本願発明の加熱装置により生じる磁束の状態を示す図である。
【符号の説明】
１、２１、５１、７１        搬送体
２、２２、５２、５３、７２        励磁コイル
２ａ、２２ａ、５２ａ、５３ａ、７２ａ      第１のコイル
２ｂ、２２ｂ、５２ｂ、５３ｂ、７２ｂ      第２のコイル
３、２３、５４        電源装置
１１、３１、６１、８１、１３１、１４１        基材
１２、３２、６２、８２、１３２、１４２        発熱層
１３、３３、６３、８３、１３３、１４３        表面層
１４ａ、３４ａ、６４ａ、６５ａ、８４ａ      強磁性体
１４ｂ、３４ｂ、６４ｂ、６５ｂ、８４ｂ      強磁性体
１０１        像担持体
１０２        帯電装置
１０３        露光装置
１０４        現像装置
１０５、１３５、１５１、１６１、１７１        中間転写体
１０６        一次転写ロール
１０７        画像形成ユニット
１０８        駆動ロール
１０９        テンションロール
１１０、１１２        支持ロール
１１３        二次転写ロール
１１４、１５３、１７３        圧力ロール
１１５ａ、１５４ａ、１６４ａ、１７４ａ      第１のコイル
１１５ｂ、１５４ｂ、１６４ｂ、１７４ｂ      第２のコイル
１１６、１５５、１６５、１７５        記録材
１１７        ペーパーガイド
１１８        案内部材
１２０、１６０、１７０、１８０        加熱装置
１４４        発泡層
１６２        固定パッド
１７２        ロール状部材
【図１】
0003915305.tif 000009
【図２】
0003915305.tif 000010
【図３】
0003915305.tif 000011
【図４】
0003915305.tif 000012
【図５】
0003915305.tif 000013
【図６】
0003915305.tif 000014
【図７】
0003915305.tif 000015
【図８】
0003915305.tif 000016
【図９】
0003915305.tif 000017
【図１０】
0003915305.tif 000018
【図１１】
0003915305.tif 000019