(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、コイルに電流が流れることで生ずる磁束により発熱する導電層を有する加熱媒体であって、記録材上の像を加熱するための加熱媒体と、少なくとも一層の導電層を有する磁束遮蔽部材であって、コイルから加熱媒体へ届く磁束の一部を遮蔽する磁束遮蔽部材と、を有し、磁束遮蔽部材は、加熱媒体とコイルとの間で加熱媒体の内側の磁束遮蔽位置とその位置から退避する加熱媒体の内側の退避位置との間を移動する像加熱装置において、
加熱媒体の前記導電層の厚みは３００μｍ以上１ｍｍ以下であり、前記磁束遮蔽部材の厚みは０.１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
加熱媒体は導電層上に離型層を有し、加熱媒体の導電層は磁束遮蔽部材と対向してい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３】
磁束遮蔽部材は前記導電層と熱伝導率の異なる層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の像加熱装置。
【請求項４】
磁束遮蔽部材は樹脂層を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の像加熱装置。
【請求項５】
前記導電層は体積抵抗率が５．０×１０-8Ω・ｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の像加熱装置。
【請求項６】
記録材上に画像を形成する画像形成装置であって、記録材上の画像を加熱する像加熱装置として請求項１から請求項５のいずれかに記載の像加熱装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはそれらの複合機等の画像形成装置に搭載される像加熱装置、及びその像加熱装置を備える画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式の複写機などには、搬送される記録媒体である記録材上に転写されたトナー像（未定着画像）のトナー（現像剤）を、熱によって融解して当該記録材上に融着させる加熱装置が設けられている。
【０００３】
この加熱装置においては、高速昇温させるために、加熱媒体である定着ローラを薄肉小径化したもの、樹脂フィルムの回転体に対しその内側から加熱体を圧接したもの、薄肉金属の回転体を誘導加熱により加熱するものなどが知られているが、いずれも加熱媒体である回転体の熱容量を小さくし、加熱効率の良い熱源で加熱しようとしたものである。
【０００４】
また、非接触の加熱源を用いたものもあるが、コストやエネルギー効率の点から、複写機などの画像形成装置では、薄肉の回転体を記録材に接触させて記録材上の現像剤を加熱溶融させるタイプの加熱装置が多く提案されている。
【０００５】
ところが、熱容量を小さくするために薄肉の回転体を加熱媒体として使用する場合、軸直角断面の断面積がきわめて小さくなるために、軸方向への熱移動率が良好でない。この傾向は薄肉なほど顕著であり、熱伝導率の低い樹脂等の材質ではさらに低くなる。
【０００６】
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、
Ｑ＝λ・ｆ（θ１−θ２）／Ｌ
で表されるというフーリエの法則からも明らかである。
【０００７】
このことは、回転体の長手方向の長さいっぱいの記録材、すなわち最大通紙幅の記録材を通紙して定着させる場合には問題ないが、幅の小さい小形サイズの記録材を連続で通紙させる場合には、回転体の非通紙領域における温度が温調温度よりも上昇し、通紙領域における温度と非通紙領域における温度との温度差が極めて大きくなってしまうという問題があった。
【０００８】
したがって、このような加熱媒体の長手方向の温度ムラのために、樹脂材料からなる周辺部材の耐熱寿命が低下したり、熱的損傷を被ったりする虞れがあり、さらには、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、部分的な温度ムラによる紙シワ、スキュー等や、定着ムラが生じる虞れがあるという問題もある。
【０００９】
このような通紙領域と非通紙領域との温度差は、搬送される記録材の熱容量が大きく、スループット（単位時間あたりのプリント枚数）を高くするほど広がることになる。このため、薄肉で低熱容量の回転体により加熱装置を構成する場合に、スループットの高い複写機などへの適用を困難にしていた。
【００１０】
これに対し、加熱源としてハロゲンランプや発熱抵抗体を使用した加熱装置では、加熱源を分割し、通紙幅に応じた領域を加熱するように選択的に通電するものが知られている。
【００１１】
また、誘導コイルを加熱源とした加熱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ものがある。
【００１２】
しかしながら、加熱源を複数設けたり分割したりすれば、その分だけ制御回路も複雑でコストも高くなり、さらに種々の幅の記録材に対応させようとすると分割数もさらに多くなりコストも一層高いものとなる。しかも、薄肉の回転体を加熱媒体にすると、分割した場合の境目付近の温度分布が不連続かつ不均一で定着性能に影響を及ぼす虞れがある。
【００１３】
そこで、加熱媒体と誘導加熱源との間に、誘導加熱源から加熱媒体へ届く磁束の一部を遮蔽する磁束遮蔽手段を配置し、磁束遮蔽手段の位置を変化させる変位手段を設けることがこれまでに提案されている。（特開平９−１７８８９号公報、特開平１０−７４００９号公報）この発明にあっては、磁束遮蔽手段を設け移動させることで、必要部分以外は誘導加熱源から届く磁束が遮蔽され発熱自体が抑えられることにより、発熱範囲の制御が行われ、昇温される加熱媒体の熱分布をコントロールすることが可能となる。
【００１４】
磁束遮蔽板としては、磁束遮蔽板自体の昇温を防止するために、誘導電流を流す導電体であって固有抵抗の小さい非磁性材料である銅、アルミニウム、銀若しくはその合金、または磁束を閉じ込める固有抵抗が大きいフェライト等が適しており、さらに鉄やニッケルのような磁性材料でも、円札やスリットなどの通孔を形成して渦電流による発熱を抑えることで使用が可能であるとされている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例における、磁束遮蔽板では加熱媒体近傍に配置されるため、以下のような欠点があった。
【００１６】
１）導電性の高い銅、銀、アルミ等で磁束遮蔽板を形成した場合、これらの金属材料は一般的に良熱伝導性であるため、熱容量が大きくなると、加熱媒体からの熱の移動が増え、加熱媒体の昇温速度が遅くなる。また、熱容量を小さくするために極端に薄いものを用いると磁束の遮蔽が完全になされなくなるとともに、磁束の集中による磁束遮蔽板の自己発熱が生じ、誘導加熱源近傍が昇温し、誘導加熱源を形成しているコイルを被覆する絶縁層の絶縁性が損なわれてしまう。
【００１７】
２）筒形状の加熱媒体の近傍で磁束遮蔽板を使用する際、磁束遮蔽板は円弧形状にする必要があるが、固有抵抗が大きいフェライト等の磁性材料は一般に成形性が悪く、円弧形状に成型することが困難である。
【００１８】
３）磁束遮蔽板を鉄やニッケル等の磁性材料で形成し、円孔やスリットを設けて、自己発熱を抑制させる場合、わずかながらでも加熱部材に磁束が漏れ、非通紙領域における発熱が生じるため、エネルギー的に無駄が生じる。
【００１９】
本発明は上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、立ち上げ時間を損なわずに、加熱媒体の非通紙領域における温度上昇を抑制し、またコイルの異常昇温も防止できる像加熱装置及びその像加熱装置を備える画像形成装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
（１）コイルと、コイルに電流が流れることで生ずる磁束により発熱する導電層を有する加熱媒体であって、記録材上の像を加熱するための加熱媒体と、少なくとも一層の導電層を有する磁束遮蔽部材であって、コイルから加熱媒体へ届く磁束の一部を遮蔽する磁束遮蔽部材と、を有し、磁束遮蔽部材は、加熱媒体とコイルとの間で加熱媒体の内側の磁束遮蔽位置とその位置から退避する加熱媒体の内側の退避位置との間を移動する像加熱装置において、
加熱媒体の前記導電層の厚みは３００μｍ以上１ｍｍ以下であり、前記磁束遮蔽部材の厚みは０.１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする像加熱装置。
【００２２】
（２）加熱媒体は導電層上に離型層を有し、加熱媒体の導電層は磁束遮蔽部材と対向していることを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。
【００２３】
（３）磁束遮蔽部材は前記導電層と熱伝導率の異なる層を有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の像加熱装置。
【００２４】
（４）磁束遮蔽部材は樹脂層を有することを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の像加熱装置。
【００２５】
（５）前記導電層は体積抵抗率が５．０×１０-8Ω・ｍ以下であることを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の像加熱装置。
【００２６】
（６）記録材上に画像を形成する画像形成装置であって、記録材上の画像を加熱する像加熱装置として（１）から（５）のいずれかに記載の像加熱装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【００２７】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態１に係る誘導加熱方式の加熱装置（像加熱装置）を概略で示す斜視図、図２は同加熱装置の軸直角断面図である。
【００２９】
図１および図２に示す誘導加熱装置は、搬送される記録媒体である記録材１４上に形成された未定着画像の現像剤を、熱によって融解して当該記録材１４上に融着させるものであり、高周波磁界を生じるコイルユニット１０と、コイルユニット１０によって加熱され記録材１４の搬送方向に沿って移動自在に設けられた加熱ローラ１１（加熱媒体に相当する）と、加熱ローラ１１と所定の距離をおいて固定されたホルダ１２（絶縁部材に相当する）と、記録材１４の搬送路を介してホルダ１２および加熱ローラ１１に対向してこれらに圧接する加圧ローラ１３とを有する。加圧ローラ１３は図２中矢印ａ方向に回転可能に設けられ、加熱ローラ１１の回転に伴って従動回転する。
【００３０】
未定着のトナー像が転写されている記録材１４は、図中矢印ｂで示す方向から搬送され、記録材１４を挟持するニップ部２３に向けて送り込まれる。記録材１４は、加熱された加熱ローラ１１の熱と、加圧ローラ１３から作用する圧力とが加えられながら、ニップ部２３を搬送される。これにより、未定着トナーが定着され、記録材１４上には定着トナー像が形成される。
【００３１】
ニップ部２３を通過した記録材１４は、先端部が加熱ローラ１１の表面に当接する分離爪１５により加熱ローラ１１から分離され、図２中左方向に搬送される。この記録材１４は、排紙ローラ２４によって搬送され、不図示の排紙トレイ上に排出される。
【００３２】
前記加熱ローラ１１は、薄肉の中空金属導体であり、例えばニッケル、鉄、ＳＵＳ４３０などの導電性磁性材から形成される導電層を有している。そして加熱ローラ１１の外周表面には、フッ素樹脂をコーティングして、耐熱性の離型層が形成されている。加熱ローラ１１の金属層の厚さは、３００μｍ〜１ｍｍである。
【００３３】
加熱ローラ１１の内部には、当該加熱ローラ１１に誘導電流（渦電流）を誘起させてジュール発熱させるために、高周波磁界を生じるコイルユニット１０が配設されている。このコイルユニット１０は、ホルダ１２の内部に保持されている。ホルダ１２は、図示しない定着ユニットフレームに固定され非回転となっている。
【００３４】
コイルユニット１０は、磁性材からなるコア１６（芯材に相当する）と、加熱ローラ１１に誘導電流を誘起させて加熱する誘導コイル１８（誘導加熱源に相当する）とを有する。
【００３５】
コア１６としては、透磁率が大きく自己損失の小さい材料がよく、例えばフェライト、パーマロイ、センダスト等が適している。そして、コイルユニット１０は前記ホルダ１２内に、外部に露呈しないように収納されている。
【００３６】
ホルダ１２および分離爪１５は、耐熱および電気絶縁性エンジニアリング・プラスチックから形成されている。
【００３７】
加圧ローラ１３は、軸芯１９と、当該軸芯１９の周囲に形成された表面離型性耐熱ゴム層であるシリコンゴム層２０とから構成されている。
【００３８】
加熱ローラ１１の上方には、当該加熱ローラ１１の温度を検出する温度センサ２１が設けられている。この温度センサ２１は、加熱ローラ１１を隔てて誘導コイル１８に向かい合うように、加熱ローラ１１の表面に圧接している。温度センサ２１は、例えば、サーミスタより構成され、このサーミスタで加熱ローラ１１の温度を検出しつつ、加熱ローラ１１の温度が最適温度となるように誘導コイル１８への通電が制御される。
【００３９】
次に本実施例を用いた加熱装置の動作、作用について述べる。
【００４０】
誘導コイル１８に高周波電流を通電すると、加熱ローラ１１は磁性金属からなるので高周波誘導電流が誘起されて発熱する。しかも誘導加熱方式は発熱効率が高く、加熱ローラ１１を薄肉に形成して低熱容量化をも図っているので、加熱ローラ１１は高速で昇温する。
【００４１】
この加熱ローラ１１は、加圧ローラ１３と圧接しながら、不図示の駆動源により駆動力を得て、該加圧ローラ１３を伴って回転する。未定着のトナー像が転写されている記録材１４は、これら加熱ローラ１１と加圧ローラ１３との間のニップ部２３に向けて送り込まれ、加熱された加熱ローラ１１の熱と加圧ローラ１３から作用する圧力とが加えられながらニップ部２３を搬送されることにより、トナーが記録材１４上に定着される。
【００４２】
ここで、最大通紙幅よりも小形サイズの記録材を通紙する場合には、磁束遮蔽板３１を図３に示すように、表面積を軸方向に変化させて配置する構成をとるとともに不図示のモータの駆動により、ホルダ１２を回転可能にしたので、ホルダ１２を回転することによって遮蔽部分の範囲を変化させることができ、限られたスペースの中で定着ローラ１１の熱分布の制御が可能となっている。
【００４３】
これにより、誘導コイル１８から加熱ローラ１１の非通紙領域へ届く磁束が遮蔽され、非通紙領域における加熱ローラ１１の温度が通紙領域における加熱ローラ１１の温調温度よりも上昇する事態が防止される。一方、大形サイズの記録材を通紙する場合には、モータ３４の駆動により、磁束遮蔽板３１は大形サイズの記録材の通紙幅の外側まで退避する。これにより、加熱ローラ１１は誘導コイル１８からの磁束を受けて均一に加熱される。
【００４４】
このように磁束遮蔽板３１を用いることにより、薄肉の加熱ローラ１１であっても、通紙する記録材のサイズの種類によらず昇温される加熱ローラ１１の熱分布をコントロールすることが可能となり、また必要部分以外は発熱自体をさせないので熱損失が小さく、省エネルギーともなる。
【００４５】
したがって、加熱ローラ１１の非通紙領域における温度上昇を低減させることが可能となり、該加熱ローラ１１の長手方向の温度ムラを抑制することができる。これにより、小形サイズ記録材の通紙直後の大形サイズ記録材の通紙時における定着性の部分的なムラによる高温オフセットの発生、同じく小形サイズ記録材の通紙直後の大形サイズ記録材の通紙時における温度ムラによる紙シワ、スキューあるいはジャムの発生、加熱装置の構成部品の耐熱温度を越えることによる溶融、変形あるいは損傷などの加熱ローラ１１の非通紙領域の温度上昇による不具合を効率良く防止することができる。
【００４６】
本実施例では、加熱ローラ１１と誘導コイル１８との間に、ホルダ１２の外面に沿うようにして、誘導コイル１８から加熱ローラ１１へ届く磁束の一部を遮蔽する磁束遮蔽板３１（磁束遮蔽部材に相当する）が移動可能に設けられており、変位手段４０により磁束遮蔽板３１の位置を軸方向に変化させることによって、誘導電流による発熱範囲を制御することができる構成となっている。また、この発熱範囲の制御は、加熱ローラ１１のように加熱媒体が薄肉で長手方向に熱移動が困難であるほど効果的なものとなる。
【００４７】
磁束遮蔽板３１としては、誘導電流を流す導電体であって固有抵抗の小さい非磁性材料である銅、アルミニウム、銀若しくはその合金等で体積抵抗値が５．０×１０-8〔Ω・ｍ〕以下である非磁性金属材料より形成されることが望ましい。
【００４８】
磁束遮蔽板３１は、図示のように、誘導コイル１８の主として上半分を覆う円弧曲面を呈しており、小形サイズの記録材（図１中において二点銀線で示す）が通紙される場合には、加熱ローラ１１の非通紙領域に相当する軸方向範囲の誘導コイル１８を覆う位置（図１中において二点銀線で示す）まで、変位手段４０により移動される。一方、大形サイズの記録材が通紙される場合には、大形サイズの記録材の通紙幅の外側まで磁束遮蔽板３１を退避させるようになっている。
【００４９】
このように、磁束遮蔽板３１は、加熱ローラ１１における通紙範囲に応じて変位手段４０によりその位置が変化させられるため、種々の幅の記録材に対応可能となる。この通紙範囲は、記録材の給紙部のサイズ検出手段により情報を得る構成とされるが、あるいは、加熱ローラ１１や加圧ローラ１３等の温度を検出する手段を軸方向に沿って複数設けることにより検出する構成としてもよい（いずれも図示せず）。なお、磁束遮蔽板３１は円弧曲面のものに限られず、円筒形状とすることも可能である。
【００５０】
磁束遮蔽板３１を図４に磁束遮蔽板３１の厚みと立ち上がり速度の関係、及び図５に加熱装置加熱時の磁束遮蔽板の温度及び磁気遮蔽部分に対応する誘導コイル１８の温度を示す。
【００５１】
実験条件：定着ローラφ４０  Ｆｅ芯金  ０．５ｍｍ厚  ニップ幅  ７ｍｍ
８００Ｗ入力  １８０℃温調  Ａ４Ｒ８０ｇ紙  ４０ｃｐｍ通紙
３００ｍｍ／ｓｅｃ  遮蔽板材質：Ａｌ  誘導コイル：ポリアミドイミド
図４に示すように、室温（２５℃）から例えば定着が可能である定着ローラ温度（１６０℃）まで立ち上げるのに約３０秒で立ち上げるためには、
（１６０−２５）／３０＝４．５［℃／ｓｅｃ］
の昇温速度が最低限必要である。このためには遮蔽板３１の厚みは２ｍｍ以下であることが必要となる。
【００５２】
また、図５に示すように、遮蔽板３１が薄くなると遮蔽板３１自体に自己発熱が起き、その近傍にあるコイル１８の温度を上昇させることになる。コイル被覆の耐熱温度が２２０℃であることから、遮蔽板３１の厚みは最低０．１ｍｍは必要となる。以上より磁束遮蔽板３１の厚みを０．１ｍｍ〜２ｍｍに設定することが適当であると考えられる。
【００５３】
なお、以上説明した実施形態は、本発明を限定するために記載されたものではなく、種々変更が可能である。例えば上述した実施の形態では、加熱媒体として中空の金属ローラを使用した誘導加熱装置について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、可撓性を有する加熱ローラを使用した誘導加熱装置に対しても勿論適用することができる。
【００５４】
［実施の形態２］
以下図面に従い説明するが、実施の形態１と同じ部材は同じ番号を付し、説明は省略する。
【００５５】
図６は本発明の実施の形態２に係る誘導加熱方式の加熱装置を概略で示す横断面図、図７は同加熱装置に用いた磁束遮蔽板の斜視図である。磁束遮蔽板３２はベース層３４を金属表層３３で挟み込んだ構成をとっている。本実施例では金属表層３３は銀でできており１０μｍの厚みを持っている。また、ベース層３４はアルミよりなっており、２００μｍの厚みを有している。
【００５６】
磁束遮蔽板３２はベース層であるアルミ板に銀をめっきして作成される。金属表層３３は薄いため自己発熱をするが、それでも銀という抵抗の低い材料で形成されているため、発熱度合いは少ない。
【００５７】
また、熱が発生したとしても、アルミに伝播されるため、局所的な発熱は起こらない。さらに銀のみでこの厚みの部材を形成すると、自己発熱は抑えられるが、コストが割高となる。この構成は比較的安価で自己発熱をしない磁束遮蔽板を提供することができる。この場合、表層にはアルミ、銀、銅などの低抵抗物質を、またベース層には非磁性の金属であるアルミ、銅、ＳＵＳ３０４等を使用することができる。
【００５８】
また、金属表層３３にアルミ０．１ｍｍを用いた構成では金属表層での自己発熱がないため、磁束遮蔽板３２は加熱媒体である定着ローラ１１の熱を奪わないことが求められる。このため、ベース層３４をポリイミド、液晶ポリマー、ポリアミドイミド等熱伝導性の低い耐熱樹脂や炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ等のセラミックを用いることで、熱効率を向上させることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、加熱媒体がたとえ薄肉であっても、通紙する記録材のサイズの種類によらず昇温される加熱媒体の熱分布をコントロールすることを可能とする磁束遮蔽部材の厚みを限定したため、磁気遮蔽部材の発熱を抑えるようにし、熱容量を小さくしたため、立ち上げ時間が短縮されるとともに熱損失が小さく、省エネルギーともなる。
【００６１】
したがって、加熱媒体の非通紙領域における温度上昇を低減させることが可能となり、該加熱媒体の長手方向の温度ムラを抑制することができる。これにより、小形サイズ記録材の通紙直後の大形サイズ記録材の通紙時における定着性の部分的なムラによる高温オフセットの発生、同じく小形サイズ記録材の通紙直後の大形サイズ記録材の通紙時における温度ムラによる紙シワ、スキューあるいはジャムの発生、加熱媒体における温度分布差による内部熱応力の発生およびこれに伴う劣化、像加熱装置の構成部品の耐熱温度を越えることによる溶融、変形あるいは損傷などの加熱媒体の非通紙領域の温度上昇による不具合を、効率良く防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１に係る誘導加熱方式の加熱装置を概略で示す斜視図である。
【図２】  同加熱装置の軸直角断面図である。
【図３】  実施の形態１に係る誘導加熱方式の加熱装置の磁束遮蔽板を概略で示す斜視図である。
【図４】  実施の形態１に係る誘導加熱方式の加熱装置における磁束遮蔽板の厚みと加熱装置の立ち上げ速度の関係を示すグラフである。
【図５】  実施の形態１に係る誘導加熱方式の加熱装置における磁束遮蔽板の厚みと遮蔽板温度及びコイル温度の関係を示すグラフである。
【図６】  実施の形態２に係る誘導加熱方式の加熱装置の軸直角断面図である。
【図７】  実施の形態２に係る誘導加熱方式の加熱装置の磁束遮蔽板を概略で示す斜視図である。
【符号の説明】
１１  加熱ローラ（加熱媒体）
１２  ホルダ（絶縁部材）
１３  加圧ローラ
１４  記録材
１６  コア（芯材）
１８  誘導コイル（誘導加熱源）
３１、３２  磁束遮蔽部材
３３  金属表層
３４  ベース層
【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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