(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束を生成する磁束生成手段と、この磁束生成手段による磁束の作用で発熱して被加熱体を加熱する誘導発熱体を有する回転体と、この回転体と相互に圧接される加圧部材とを有し、前記回転体と前記加圧部材との間に被加熱体を通過させて被加熱体を加熱する加熱装置において、
前記回転体の温度が高くなるにつれて前記磁束生成手段と前記誘導発熱体との距離を段階的に若しくは連続的に増加させ、前記回転体の温度が低くなるにつれて前記磁束生成手段と前記誘導発熱体との距離を段階的に若しくは連続的に減少させる間隙変更手段を備え、該間隙変更手段は、前記磁束生成手段と前記誘導発熱体との間隙に配置され、かつ、枠及び該枠の中に嵌め込まれた厚さが温度と正の相関を持って変化する部材からなり、該枠の中に嵌め込まれた部材が膨張することにより、前記磁束生成手段と前記誘導発熱体との距離を前記回転体の軸方向に異ならせることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の加熱装置において、前記磁束生成手段は相互の空間的な配置が可変である２つ以上の磁束生成部を有し、被加熱体の幅が狭いときには前記２つ以上の磁束生成部のうち前記回転体の被加熱体が通過しない部分に対向して配置されている磁束生成部と前記誘導発熱体との距離を増加させる手段を備えたことを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項１記載の加熱装置において、前記磁束生成手段は相互の空間的な配置が可変である２つ以上の磁束生成部を有し、前記回転体における狭幅の被加熱体が通過しない部分の温度が所定の温度を越えたときには前記２つ以上の磁束生成部のうち前記回転体の前記部分に対向して設置されている磁束生成部と前記誘導発熱体との距離を増加させる手段を備えたことを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の加熱装置において、前記２つ以上の磁束生成部のうち前記回転体における狭幅の被加熱体が通過しない部分に対向して設置されている磁束生成部は前記磁束生成手段の長手方向を回転軸の方向として回転可能に設置したことを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加熱装置において、前記磁束生成手段を前記回転体の外部に設けたことを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
請求項５記載の加熱装置において、前記磁束生成手段が前記誘導加熱体に接近している位置にあるときには前記磁束生成手段が前記回転体の外面の曲率にほぼ等しい曲率で前記回転体側に湾曲していることを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
シート状の記録媒体上にトナー像を形成して担持させる像形成手段と、前記トナー像を担持した前記記録媒体を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加熱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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁束生成手段による磁束の作用で発熱する誘導発熱体を有する加熱体により被加熱体を加熱する加熱装置、及び複写機，ファクシミリ，電子写真プリンタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、電子写真方式等の作像プロセス機構により、シート状の記録媒体上に未定着トナー像を転写方式または直接方式で形成して担持させる。この記録媒体上の未定着トナー像は簡単に剥がれ落ちるので、トナーに熱、あるいは圧力、あるいは熱と圧力の両方を加えることによりトナーをシート状の記録媒体の表面に永久的に固着させることが必要である。このトナーをシート状の記録媒体の表面に永久的に固着させる工程は定着プロセスと呼ばれている。
【０００３】
ここで、シート状の記録媒体は、シート状であってトナー像を定着できるものであれば特に制限なく用いることができる。シート状の記録媒体の例としては、Ａ４サイズやＡ３サイズなどにカットされた普通紙、ＯＨＰシートが一般的である。定着方法には色々な方法があるが、トナーに熱と圧力の両方を加える方法が最も普及しており、その際にトナーに熱を加える加熱方式としては、従来から、熱ローラ定着方式、フィルム加熱定着方式などの接触加熱定着方式が一般的に用いられている。
【０００４】
熱ローラ定着方式は、シート状の記録媒体上のトナーに熱を供給する定着ローラ（熱ローラあるいは加熱ローラとも称される）と、この定着ローラに圧接してシート状の記録媒体を挟持搬送する加熱体（ローラ形状の場合は加圧ローラと呼ぶ）とを有している。定着ローラは中空状に形成され、この定着ローラの中心軸上には発熱体が配設される。この発熱体は、例えば、ハロゲンランプやクロム線等の棒管状発熱ヒータより構成され、所定の電圧が印加されることにより発熱するものである。
【０００５】
定着ローラは、外側表面の温度が定着に適する温度になるまで発熱体により加熱される。定着ローラの外側表面には温度センサが取り付けられて定着ローラ表面の温度を計測できるようにしてあり、定着ローラの温度が定着に適した温度に維持されるように発熱体への電力供給が制御される。定着ローラと加圧ローラとは圧接しながら互いに逆方向に回転し、トナーが付着したシート状の記録媒体を挟持搬送する。シート状の記録媒体上のトナーは、定着ローラと加圧ローラとの圧接部（以下ニップ部という）において、定着ローラの熱により融解し、両ローラから作用する圧力により記録媒体に定着される。
【０００６】
フィルム加熱定着方式は、熱ローラ定着方式において、定着ローラに代えて薄いフィルムを使用するものである。
また、定着ローラの加熱源として電磁誘導作用による発熱現象を利用した誘導加熱定着装置が提案されている。これは、交番磁界中に導電体を置くと、電磁誘導により導電体中に渦電流が流れ、その渦電流により発生するジュール熱により導電体が発熱する現象を利用して定着ローラを加熱するものである。
【０００７】
この誘導加熱定着装置では、定着ローラ本体の一部または全部を導電体で構成し、定着ローラ本体の内部または外部に磁束生成コイルを配置し、この磁束生成コイルに交流電流を流して生じた交番磁界により定着ローラの導電体に誘導渦電流を発生させ、その渦電流と定着ローラの導電体自体の抵抗によって定着ローラの導電体をジュール発熱させる。この誘導加熱定着装置は、電気−熱変換効率を極めて向上させることができるため、ウォームアップタイムの短縮が可能となる。
【０００８】
ところで、透磁率がμ、導電率がσである物体を周波数がωである振動磁場の中に置くと、振動磁場および、振動磁場によって誘起される電場は、物体の表面から次の式で表される深さδの程度だけ進入することが知られている。
δ＝√（２／σμω）
このδは、一般に表皮厚さ、あるいは表皮深さと呼ばれている。物体のδより深いところでは、磁場及び電場は、物体表面でのそれらの値の１／ｅ以下になる。したがって、物体の渦電流による発熱も表面からδの深さの程度の範囲で生じる。この表皮厚さδは、周波数３０ｋＨｚでは、鋼の場合には約０．１ｍｍであり、銅の場合には約０．４ｍｍであり、アルミの場合には約０．６ｍｍである。なお、一般に導電体はその磁性に着目した場合、銅のような反磁性体、アルミのような常磁性体、鉄のような強磁性体の３種類に分けられる。通常、強磁性体を単に磁性体と呼び、反磁性体と常磁性体を非磁性体と呼んでいる。以下ではその呼び方に従う。
【０００９】
このような誘導加熱定着装置としては、特開昭５９−３３４７７号公報に記載されているものがある。これは、円筒状ローラ本体をステンレス鋼で構成し、この円筒状ローラ本体内に同心状に配置した磁束生成コイルによりローラ本体を加熱するものである。
【００１０】
特開昭５９−３３７８７号公報には、複写機用定着ローラ等のローラ本体内に同心状に配置した円筒状ボビンの外周に誘導コイルをらせん状に巻装し、通電により発生する磁束をローラ本体全体に均一に供給することにより、ローラ本体の均一加熱を行うようにした定着装置が記載されている。
【００１１】
上記のように、物体の渦電流による発熱は物体の磁束が侵入してくる側の表面から表皮深さの程度の範囲で生じるが、上記誘導加熱定着装置においては、磁束生成コイルを定着ローラの内部に配設している。したがって、定着ローラの内側表面近傍が加熱されることになる。しかし、ウォームアップタイムを短くするには、定着ローラの外側表面近傍を重点的に加熱するのが好ましい。
【００１２】
このような定着ローラの外側表面近傍を加熱する誘導加熱定着装置としては、円筒状セラミックの外周に誘導発熱体である薄い金属層を形成し、円筒状セラミックス内に同心状に磁束生成コイルを配設して、予熱時間の短縮を行うと同時に機械的強度を確保するようにした誘導加熱定着装置が特開昭５９−３３４７６号公報に記載されている。
【００１３】
また、定着ローラの外側表面で発生した熱が定着ローラの内部に逃げないようにすればさらにウォームアップタイムを短くできるが、そのような誘導加熱定着装置としては、誘導電流の流れを阻止するスリットを軸方向全長にわたって形成し、かつ外周面全域に多数の断熱用凹部を形成した補強金属筒の外周に、誘導発熱体である薄肉の金属筒を嵌め込み、筒内に同心状に磁束生成コイルを配設した定着装置が特開昭５９−３３４７４号公報に記載されている。
【００１４】
特開昭５４−３９６４５号公報には、磁束生成コイルをファンで空冷するものが記載されている。
特開平１１−２８８１９２号公報には、磁束生成コイルが定着ローラから受熱するのを防ぐために定着ローラの内面に断熱材からなる層を設けたものが記載されている。
【００１５】
また、熱容量を減らしてウォームアップタイムを短くするために、定着ローラに代えて薄肉の金属スリーブあるいは導電性フィルムを電磁誘導により加熱する方式も特開平１０−７４００７号公報、特開平７−１１４２７６号公報に記載されている。
また、磁束生成コイルを定着ローラ本体の外部に配設した定着装置が提案されている。そのような定着装置としては、次のものがある。
【００１６】
磁束生成コイルあるいは磁束生成線材を定着ローラ本体の外側に置き、定着ローラの表面近くを加熱させ、磁束生成コイルあるいは磁束生成線材は磁性体で覆って磁場が周辺部に漏れるのを防ぐようにした定着装置が特開平１０−６３１２６号公報、特開平１１−２９７４６２号公報に記載されている。
特許第２６１６４３３号公報には、円弧状断面の絶縁支持体に導電膜が渦巻パターンに形成されている磁束生成コイルを定着ローラの外周面に沿って配設した定着装置が記載されている。
特開平１１−２３１６９７号公報には、非磁性体のギャップ保持手段により磁束生成コイルと誘導発熱体との距離を一定に保つというものが記載され、その実施例の中に磁束生成コイルを定着ローラ本体の外側に置く例が含まれている。
【００１７】
また、磁束生成コイルを定着ローラ本体の外部に配設し、定着ローラ本体を断熱層の外側に誘導発熱体層の薄い層を設けた構成にすると、定着ローラ本体の外側表面近傍を重点的に加熱でき、ウォームアップタイムをさらに短くすることが可能となる。そのような定着装置としては、弾性体の周囲に巻回した導電性のエンドレスベルトをその外側に置いた磁束生成コイルにより誘導加熱するものが特開平１１−２８８１９０号公報に記載されている。
【００１８】
また、長手方向に複数個の独立した磁束生成コイルを並べ、各磁束生成コイルに独立に通電することにより、軸方向の温度の均一化を図ることが提案されており、その一例として、特開昭５８−１７８３８５号公報と特開平８−１６００６公報には、鉄心に複数個のコイルを巻装し、トナー像支持体のサイズに応じて選択されたコイルを励磁することにより、小サイズのトナー像支持体の通紙時に誘導発熱体の非通紙部の不必要な昇温をなくすようにした定着装置が記載されている。
【００１９】
また、減磁コイルを使用して誘導発熱体の非通紙部の発熱を抑えるようにする方法が特開平８−１６００６号公報と特開平９−１７１８８９号公報に記載されている。
特開平９−１７１８８９号公報には、非通紙部においてコイルと誘導発熱体との間に磁束遮蔽板を挿入することにより非通紙部の不必要な昇温をなくす方法が記載されている。
【００２０】
特開平８−１６００５号公報には、コイルの芯材を長手方向に多数個に分割し、分割した各芯材と誘導発熱体との距離を変えることにより、長手方向の発熱を均一化することが記載されている。
特開平９−６２１３２号公報には、コイルの芯材の誘導発熱体に対向した面を傾斜面として、コイルの芯材と誘導発熱体との距離を変えることにより、長手方向の発熱を均一化すること、およびコイル・アセンブリを傾斜させて、コイルの芯材と誘導発熱体との距離を変えることにより、長手方向の発熱を均一化することが記載されている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
ハロゲンランプ等から構成される発熱体を使用した上記熱ローラ定着方式では、定着ローラの加熱に時間を要し、電源を投入してから定着ローラ表面の温度が定着に適した温度に達するまでの時間（以下ウォームアップタイムという）が比較的長かった。その間、使用者は画像形成装置を使用することができず、長時間の待機を強いられるという問題があった。
【００２２】
また、待機時から使用できるようになるまでの待ち時間を短くするために、無駄な消費電力を消費していた。もちろん、多量の電力を発熱体に投入すれば、ウャームアップタイムを短縮できるが、定着装置における消費電力が増大し、省エネルギーという観点から望ましくない。消費電力を増やさずにウォームアップタイムを短縮することが、定着装置の省エネルギー化（低消費電力化）とユーザの操作性（クィックプリント）との両立を図るために重要である。
【００２３】
上記フィルム加熱定着方式では、フィルムの熱容量が少ないので、ウォームアップタイムが短いが、フィルムが保持する熱量が少ないため、定着に必要な熱をニップ部内において加熱体からフィルムを経由してトナーに供給しなければならず、シート状の記録媒体を高速に搬送して記録媒体上のトナーを定着させる場合にトナーに熱を供給しきれなくなり、高速な定着には対応できない。また、フィルムが蛇行し易く、シート状の記録媒体の搬送の安定性の点で熱ローラ定着方式に劣る。さらに、耐久性の点でも、熱ローラ定着方式に劣る。
【００２４】
磁束生成コイルを定着ローラ本体の内部に配設し、定着ローラの外側表面近傍に誘導発熱体を設置した上記誘導加熱定着装置では、磁束生成コイルと誘導発熱体との距離を定着ローラ本体の肉厚以下に近づけることができない。このことは、電気−熱変換効率は磁束生成コイルと誘導発熱体との距離が短いほど大きいので、電気−熱変換効率を高める観点からは好ましくない。
【００２５】
また、磁束生成コイルを定着ローラ本体の内部に配設した場合には、磁束生成コイル自身の発熱と高温の定着ローラからの受熱とを外気中に放熱しにくいため、磁束生成コイルが高温になり、発熱効率が低下するという問題点がある。さらに、磁束生成コイル被覆部材として高温での耐熱性に優れたものを用いる必要があることからコスト高になる。
【００２６】
磁束生成コイルをファンで空冷するものでは、ファンを設ける分だけコスト高になり、ファンの設置空間も必要になるという問題がある。
磁束生成コイルが定着ローラから受熱するのを防ぐために定着ローラの内面に断熱材からなる層を設けたものでは、断熱層を設けた分だけ磁束生成コイルと誘導発熱体である定着ローラの金属層との距離が長くなることにより、発熱量と電気−熱変換効率が下がるので好ましくない。
【００２７】
熱容量を減らしてウォームアップタイムをを短くするために、定着ローラに代えて薄肉の金属スリーブあるいは導電性フィルムを電磁誘導により加熱する方式では、定着ローラを使用するものに比べてシート状記録媒体の搬送の安定性や耐久性が劣り、構成も複雑になる。
【００２８】
また、磁束生成コイルを定着ローラ本体の外部に配設した定着装置では、磁束生成コイルが定着ローラ外側表面のかなりの部分を覆ってしまうので、温度センサを定着ローラ表面に設置するスペースが限られてしまう。すなわち、温度センサを定着ローラ外側表面の磁束生成コイルが覆っている部分に設置すると、磁束が不均一になったり、磁束により温度センサ自身が加熱されて正しい温度を計測できなくなったりするなどの問題が生じる恐れがあり、温度センサは定着ローラ外側表面の磁束生成コイルで覆われていない部分に設置するのが望ましいが、そのスペースは限られている。
【００２９】
また、定着ローラの外側表面を加熱する場合は、なるべくニップ部の入り口近くで加熱した方が、熱を周りに拡散させることなくニップ部に熱を供給できるので効率が良いが、そうすると、磁界の影響を受けずに温度センサを設置できる位置がニップ部の出口側に限られてしまい、温度センサが計測する温度が、制御すべきニップ部入り口の温度とかけ離れたものになり、また温度センサが計測する温度のニップ部入り口の温度変化に対する追随性も悪くなる。したがって、磁束生成コイルを定着ローラ本体の外部に配設した定着装置では、温度センサによる微妙な温度調整が困難である。そこで、温度センサに頼らずに定着ローラの誘導発熱体層の発熱量を調整できると好都合である。
【００３０】
また、定着ローラの誘導発熱体層を薄い層にして定着ローラの外側表面近傍に配置することにより、定着ローラの外側表面を高速に昇温させるには、誘導発熱体薄層の内側に熱が拡散しないように、誘導発熱体薄層の内側の層を熱伝導率の低い材料で構成するのが好ましい。しかし、そうすると、定着ローラの熱伝導が悪くなり、定着ローラ表面の記録媒体が通過する領域の温度が記録媒体に熱を奪われて低下しても、定着ローラの記録媒体が通過しない領域からの伝熱により温度を回復させることができず、定着ローラ表面の記録媒体が通過する領域と通過しない領域とで大きな温度差が生じてしまう。このため、定着ローラ表面の記録媒体が通過する領域の温度を目標温度に保ちながら幅の狭い記録媒体を連続して定着すると、定着ローラ表面の幅の狭い記録媒体が通過しない領域の温度が高くなり過ぎ、広い幅の記録媒体を定着させるときにホットオフセットが生じたり、周辺部材に熱劣化を生じるという問題があった。
【００３１】
また、特開昭５８−１７８３８５号公報と特開平８−１６００６公報に記載されているように、鉄心に複数個のコイルを巻装し、トナー像支持体のサイズに応じて選択されたコイルを励磁することにより、小サイズのトナー像支持体の通紙時に誘導発熱体の非通紙部の不必要な昇温をなくすようにした定着装置では、複数個のコイルを使用すると、コイルに流す電流を各コイルごとに制御しなければならないため、制御回路が複雑になり、それだけコストがアップするという問題がある。
【００３２】
特開平８−１６００６号公報と特開平９−１７１８８９号公報に記載されている、減磁コイルを使用して誘導発熱体の非通紙部の発熱を抑えるようにする方法では、複数個のコイルを使用する場合と同じ問題がある。
特開平９−１７１８８９号公報に記載されている、非通紙部においてコイルと誘導発熱体との間に磁束遮蔽板を挿入することにより非通紙部の不必要な昇温をなくす方法は、平板状あるいは円盤状のコイルを誘導発熱体と平行において誘導発熱体を加熱する場合には、コイルと誘導発熱体との間に磁束遮蔽板を挿入する空間を確保しておく必要があり、そのためコイルと誘導発熱体とを接近させられずに発熱効率が下がってしまう。
【００３３】
特開平８−１６００５号公報に記載されている、コイルの芯材を長手方向に多数個に分割し、分割した各芯材と誘導発熱体との距離を変えることにより、長手方向の発熱を均一化する方法は、各芯材と誘導発熱体との距離が温度に応じて変化するものではないため、誘導加熱体の発熱量を稼動中にその温度状況に応じて調整することはできない。
【００３４】
特開平９−６２１３２号公報に記載されている、コイルの芯材の誘導発熱体に対向した面を傾斜面として、コイルの芯材と誘導発熱体との距離を変えることにより、長手方向の発熱を均一化すること、およびコイル・アセンブリを傾斜させて、コイルの芯材と誘導発熱体との距離を変えることにより、長手方向の発熱を均一化する方法も、各芯材と誘導発熱体との距離が温度に応じて変化できないため、誘導加熱体の発熱量を稼動中にその温度状況に応じて調整することはできない。
【００３５】
本発明は、誘導発熱体の発熱量が磁束生成手段と誘導発熱体との距離に依存することを利用して加熱体の温度を適切に保つことができ、あるいは加熱体の温度ムラを少なくすることができ、あるいは加熱体の温度を適切に保つことができると共に加熱体の温度ムラを少なくすることができ、ウォームアップタイムを短くできる加熱装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、磁束を生成する磁束生成手段と、この磁束生成手段による磁束の作用で発熱して被加熱体を加熱する誘導発熱体を有する回転体と、この回転体と相互に圧接される加圧部材とを有し、前記回転体と前記加圧部材との間に被加熱体を通過させて被加熱体を加熱する加熱装置において、前記回転体の温度が高くなるにつれて前記磁束生成手段と前記誘導発熱体との距離を段階的に若しくは連続的に増加させ、前記回転体の温度が低くなるにつれて前記磁束生成手段と前記誘導発熱体との距離を段階的に若しくは連続的に減少させる間隙変更手段を備え、該間隙変更手段は、前記磁束生成手段と前記誘導発熱体との間隙に配置され、かつ、枠及び該枠の中に嵌め込まれた厚さが温度と正の相関を持って変化する部材からなり、該枠の中に嵌め込まれた該部材が膨張することにより、前記磁束生成手段と前記誘導発熱体との距離を前記回転体の軸方向に異ならせるものである。
【００３７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の加熱装置において、前記磁束生成手段は相互の空間的な配置が可変である２つ以上の磁束生成部を有し、被加熱体の幅が狭いときには前記２つ以上の磁束生成部のうち前記回転体の被加熱体が通過しない部分に対向して配置されている磁束生成部と前記誘導発熱体との距離を増加させる手段を備えたものである。
【００３８】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の加熱装置において、前記磁束生成手段は相互の空間的な配置が可変である２つ以上の磁束生成部を有し、前記回転体における狭幅の被加熱体が通過しない部分の温度が所定の温度を越えたときには前記２つ以上の磁束生成部のうち前記回転体の前記部分に対向して設置されている磁束生成部と前記誘導発熱体との距離を増加させる手段を備えたものである。
【００３９】
請求項４に係る発明は、請求項２または３記載の加熱装置において、前記２つ以上の磁束生成部のうち前記回転体における狭幅の被加熱体が通過しない部分に対向して設置されている磁束生成部は前記磁束生成手段の長手方向を回転軸の方向として回転可能に設置したものである。
【００４０】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加熱装置において、前記磁束生成手段を前記回転体の外部に設けたものである。
【００４１】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の加熱装置において、前記磁束生成手段が前記誘導加熱体に接近している位置にあるときには前記磁束生成手段が前記回転体の外面の曲率にほぼ等しい曲率で前記回転体側に湾曲しているものである。
【００４２】
請求項７に係る発明は、シート状の記録媒体上にトナー像を形成して担持させる像形成手段と、前記トナー像を担持した前記記録媒体を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加熱装置を備えたものである。
【００４８】
【発明の実施の形態】
一般に磁束生成コイルにより導電体に渦電流を発生させてジュール発熱させる場合、発熱量は磁束生成コイルと導電体（言いかえると誘導発熱体）との距離に敏感に依存する。図２５は、その一例を示す。この例は、誘導発熱体としてＳＵＳ製の平板を使い、この平板と平行に隙間をおいて平たい円盤状の磁束生成コイルを置いた場合に、磁束生成コイルへの印加電圧を一定にして磁束生成コイルと誘導発熱体との隙間の幅を変化させたときの誘導発熱体の発熱量をグラフにしたものである。この図２５の横軸は対数目盛である。この例の場合、磁束生成コイルと誘導発熱体との距離が１cmになると、誘導発熱体の発熱量は磁束生成コイルと誘導発熱体との距離が0.2mmのときの３分の１近くにまで減少している。
【００４９】
図２６は、異なる３つの磁束生成コイルについて、これらのコイルへの印加電圧を一定にして磁束生成コイルと誘導発熱体との隙間の幅を変化させたときの誘導発熱体の発熱量をグラフにしたものである。磁束生成コイルと誘導発熱体との距離が2mmになると、発熱量は磁束生成コイルと誘導発熱体との距離が0.2mmのときに比べて１割から５割程度減少している。
【００５０】
このように、磁束生成コイルと誘導発熱体との隙間の幅を増やすと誘導発熱体の発熱量が減少するということは、磁束生成コイルの形状に依らず一般的に言えることである。誘導発熱体が平板でなくローラ形状である場合でも、磁束生成コイルと誘導発熱体との距離が離れると、同様に誘導発熱体の発熱量が減少する。したがって、磁束生成コイルと定着ローラの誘導発熱体との距離を可変にし、その距離を調節することによって、定着ローラの発熱量を調整できる。また、その距離を定着ローラの軸方向に変化させることにより、軸方向の温度ムラを緩和することができる。この発熱量の調整方法は、従来の磁束生成コイルの印加電圧や投入電流を直接制御する電気的な温度制御手段よりも機構が単純であるので、低コストで温度制御手段を実装できる。また、この発熱量の調整方法を従来の電気的な発熱量の調整方法と併用すれば、従来の調整方法よりも調整精度を高めることが可能である。
【００５１】
図１は本発明の実施例１の加熱装置としての定着装置の長手方向に垂直な断面を示す。図１において、１は加熱体としての定着ローラ、２は磁束生成手段としての磁束生成コイル、３は加圧部材としての加圧ローラ、４は定着ローラ１の回転の向きを示す矢印、５は温度センサ、６は未定着トナー像を担持したシート状の記録媒体である。
【００５２】
定着ローラ１は、図２に示したように、内側から、基体層７、断熱層８、磁性体層９、離型層１０の４層を順に積層して構成してある。基体層７は厚さ0.6mmのアルミ円管であり、断熱層８は厚さ0.5mmのシリコーンゴムからなる層であり、磁性体層９は厚さ0.1mmの軟鋼からなる層である。磁性体層９は、軟鋼に限るものではなく、磁性金属であれば何でも用いることができ、たとえば、鉄、ニッケル、コバルト、あるいはそれらの合金が使える。離型層１０は厚さ15μmのポリテトラフルオロエチレンからなる層である。断熱層８は非磁性体でかつ熱伝導率の小さい材料で形成する。そのような材料としては、発泡ガラス、低熱伝導性セラミックス、発泡シリコーンゴムなどがある。
【００５３】
基体層７は、アルミニウム、銅などの非磁性体で形成するのが望ましいが、必ずしも非磁性体に限るものではない。また、基体層７と断熱層８に分けずに、断熱性のある材料で基体層を形成して断熱層を無くしても良い。定着ローラ１の外径は、40mmである。なお、本発明は、この大きさと層構成の定着ローラ１に限らず、任意の層構成と径と厚さの加熱体としての定着ローラを用いることが可能である。図２の各層７〜１０は、分かりやすいように実際の厚さとは異なった厚さで描いてある。
【００５４】
加圧ローラ３は、芯金の回りに厚さ5mmのシリコーンゴム層を設け、さらにその外側を厚さ50μmのポリテトラフルオロエチレンキャップで覆った構造である。定着ローラ１と加圧ローラ３は、図示していない圧接機構により、ニップ幅が４mmになるように圧接してある。ただし、本発明は、この加圧ローラ３に限らず、任意の層構成と径と厚さの加圧ローラを用いることが可能である。また、ニップ幅も４mmに限るものではない。
【００５５】
回転体である定着ローラ１は、図示していない駆動手段により、図１の矢印４の方向に回転駆動され、その回転に連れて加圧ローラ３が従動回転する。
この定着ローラ１と加圧ローラ３の圧接部に未定着トナー像を担持したシート状の記録媒体６が搬送され、この記録媒体６が上記圧接部を通過している間に、熱と圧力により記録媒体６上のトナー像を記録媒体６に定着させる。
【００５６】
定着ローラ１には温度センサ５が取り付けてあり、この温度センサ５で検知した定着ローラ１の表面温度に基づいて制御手段（非図示）により定着ローラ１の温度を所定の温度に制御する。なお、温度センサ５の取付け位置は、この図１に示した位置に限るものではない。
定着ローラ１には、表面に付着した未定着トナーや紙粉等を除去するために、クリーニング部材（非図示）が取り付けてある。なお、定着ローラ１と加圧ローラ３の圧接部の出口の外側に、該圧接部を通過して出てきた記録媒体６、例えば用紙を定着ローラ１から分離させるための分離爪（非図示）が設けてある。
【００５７】
磁束生成コイル２は、定着ローラ１の外周面から約0.5mmの隙間を置いて、ニップ部以外の定着ローラ１外周面のうちのニップ部入口に近い側のほぼ半分を取り囲むようにして配置してある。ただし、後述するように、磁束生成コイル２と定着ローラ１の隙間の幅は、変化し得る。磁束生成コイル２は、図３と図４に示したように、コイル状に引き回したリッツ線１１を、定着ローラ１の曲率に合わせて湾曲させたセラミックス製の支持体１２に接着させて形成してある。
【００５８】
図４は、磁束生成コイル２の図３に破線で示した位置での断面図である。支持体１２は、合成樹脂製でも良く、あるいはフェライトのような高透磁率の磁性体であっても良い。支持体１２の長手方向の両端部には図3に示したようにコイル（リッツ線１１）のない部分１３を設け、さらに支持体１２の長手方向の両端には図５に示すように湾曲している側に出た凸部１４を設けてある。
【００５９】
図５には磁束生成コイル２の一方の端のみが示してあるが、磁束生成コイル２の他端にも同様に凸部１４を設けてある。この凸部１４は、この凸部１４を後述する間隙変更手段の枠に接触させることにより、磁束生成コイル２の長手方向の位置を固定するためのものである。また、支持体１２の長手方向両端のコイル（リッツ線１１）のない部分１３は、磁束生成コイル２を間隙変更手段に押し付ける磁束生成コイル圧接手段（後述）が接する部分であり、この部分の幅は磁束生成コイル圧接手段の幅とほぼ等しい。
【００６０】
このコイル（リッツ線１１）と支持体１２の複合体は、リッツ線１１がある面を定着ローラ１に向けて配置する。ただし、支持体１２が磁性体でない場合は、図６に示したように、図４に示したものとは逆向きに湾曲させたうえで、リッツ線１１がない面を定着ローラ１に向けて配置しても良い。また、図７のように、定着ローラ１の曲率に合わせて湾曲させたフェライト製の芯材１５にリッツ線１１を巻回して形成した磁束生成コイルを用いても良い。その際、この芯材１５は、フェライトに限らず、鉄、パーマロイ等の透磁率の高い材用を用いても良い。この場合は、図８に示したように、芯材１５の湾曲している側に出た凸部１４が端に付いている延長部１６を芯材１５の両端に設ける。
【００６１】
この延長部１６は、図７では記載を省略してある。また、図８では、リッツ線１１は2本以外は記載を省略してある。この延長部１６は、セラミックス、樹脂、金属などの材料で形成する。この延長部１６は、磁束生成コイル２を間隙変更手段に押し付ける磁束生成コイル圧接手段（後述）が接する部分であり、この部分１６の幅は磁束生成コイル圧接手段の幅とほぼ等しい。
【００６２】
リッツ線１１には、図示していない電源により30kHzの高周波電流を印加する。この高周波電流によりリッツ線１１で生成された交番磁界は、定着ローラ１の磁性体層９に渦電流を発生させる。この渦電流と磁性体層９の抵抗により、磁性体層９にジュール熱が生じ、磁性体層９が発熱する。磁性体は非磁性体に比べて透磁率が著しく大きいので、磁性体層９は、非磁性体を発熱層に使った場合に比べて大きな渦電流を生じさせることが容易にでき、またヒステリシス損失による発熱も生じるため、非磁性体を発熱層に使った場合に比べて加熱し易い。
【００６３】
定着ローラ１の胴端部には、定着ローラ１と磁束生成コイル２との距離を調整するために、図９に示すような間隙変更手段が設けてある。図９は定着ローラ１および間隙変更手段を定着ローラ１の軸方向に切った断面図である。図９において、１７は定着ローラ１の胴部の断面、１８は定着ローラ１の胴端部の断面、１９と２０は間隙変更手段の断面である。この間隙変更手段は、アルミニウム製の枠１９と、その中に嵌めこんだ厚さが温度と正の相関をもって変化する部材、例えばポリイミド樹脂製のチューブ２０とから成っている。
【００６４】
間隙変更手段の枠１９は図１０に示すような穴あき円板を２つ繋いだ立体形状をしており、定着ローラ１と枠１９との接触面２１は、定着ローラ１に固定されておらず、定着ローラ１に対して相対的に回転できるようになっている。枠１９における２つの穴あき円板の間隔は、約1cmである。したがって、定着ローラ１が回転しているときでも定着ローラ１に連れ回りしないように間隙変更手段を固定することが可能である。この間隙変更手段の枠１９を構成している円盤の半径から穴の半径を引いた値（図１０に両端矢印付き直線で示した長さ）を、間隙変更手段の枠１９の高さと呼ぶことにする。
【００６５】
図１１は間隙変更手段のチューブ２０の周方向に平行な断面２０ａと周方向に垂直な断面２０ｂを示したものであり、間隙変更手段の回転軸に対して垂直な方向のチューブ２０の幅（図１１に両端矢印２０ｃで示した幅。以後チューブ２０の高さと呼ぶ。）は図１１に示したように一様でなく周方向に徐々に変化している。したがって、間隙変更手段のチューブ２０を間隙変更手段の回転軸方向から見た場合は、図１２に示したようになる。
【００６６】
このチューブ２０の高さの変化は、図１１のように一様に増加していくのでなく、図１３に示したように増加した後に減少するようにしても良く、その場合は、チューブ２０を間隙変更手段の回転軸方向から見ると図１４のようになる。また、チューブ２０の高さの変化は直線的でなくても良い。このチューブ２０の高さの最大値は間隙変更手段の枠１９の高さよりも高くなるようにし、チューブ２０の高さの最小値は間隙変更手段の枠１９の高さよりも低くなるようにする。なお、間隙変更手段のチューブ２０の周方向に垂直な断面は、図９と図１１では楕円で示してあるが、必ずしも楕円である必要はなく、たとえば長方形であっても良い。図９には定着ローラ１の一方の端のみが示されているが、定着ローラ１の他端にも同様に間隙変更手段が付与されている。
【００６７】
磁束生成コイル２の支持体１２は、図１５と図１６に示したように、長手方向の両端部において、磁束生成コイル圧接手段２２により、間隙変更手段１９、２０に圧接されている。図１５は定着ローラ１の端部を軸方向から見た図であり、図１６は定着ローラ１の軸方向の断面図である。磁束生成コイル圧接手段は、例えば軸２３により回転自在に支持されたレバー２４と、このレバー２４の一端部と不動部材との間に取付けられた圧縮バネ２５とにより構成される。レバー２４は一端部が圧縮バネ２５により引っ張られて他端部が磁束生成コイル２の支持体１２をチューブ２０又は枠１９に弾性的に圧接させる。
【００６８】
図１５と図１６には定着ローラ１の一方の端のみが示されているが、定着ローラ１の他端においても同様である。図１６では、磁束生成コイル２の支持体１２が置かれている位置で間隙変更手段のチューブ２０の高さが間隙変更手段の枠１９の高さより高いため、磁束生成コイル２の支持体１２は間隙変更手段の枠１９と接触していないが、間隙変更手段のチューブ２０の高さが間隙変更手段の枠１９の高さより低い場合には、図１７に示すように、磁束生成コイル２の支持体１２は間隙変更手段の枠１９と接触する。このときの磁束生成コイル２と定着ローラ１の胴部１７との距離が、磁束生成コイル２と定着ローラ１の胴部１７との最短距離であり、磁束生成コイル２と定着ローラ１の胴部１７とはそれ以上近づくことはない。本実施例では、間隙変更手段の枠１９が定着ローラ１の胴部１７よりも2.5ｍｍ飛び出すように間隙変更手段の枠１９の高さを設定している。
【００６９】
したがって、磁束生成コイル２の支持体１２と定着ローラ１の胴部１７表面との最短距離は2.5ｍｍである。リッツ線１１の太さが2ｍｍであるので、このときリッツ線１１と定着ローラ１の胴部１７表面との隙間の幅は0.5ｍｍになる。間隙変更手段のチューブ２０には、定着ローラ１が定着に適した温度に維持されているときの定着ローラ本体の胴端部１８の温度にほぼ等しい温度（本実施例の場合は、約170℃）に加熱した空気を、チューブ２０がほぼ膨らみきる程度に入れておく。したがって、室温ではチューブ２０は膨らみきっていない。
チューブ２０が膨らみきると、チューブ２０の高さが間隙変更手段の枠１９よりも高くなる部分が存在する。チューブ２０に入れる気体は、窒素などの空気以外の気体でも良い。上述のように間隙変更手段は定着ローラ１に対して回転可能になっている。このことを利用して間隙変更手段を回転させて望ましい位置に移す。この位置は、次のようにしてあらかじめ調整しておく。
【００７０】
まず、最も良好な定着がなされたときの定着ローラ１表面の温度を温度せンサ５で計測しておく。また、間隙変更手段を定着ローラ１に対して回転させて、チューブ２０の高さが間隙変更手段の枠１９の高さより低くて磁束生成コイル２の支持体１２が間隙変更手段の枠１９と接触する状態に設定しておく。次に、温度センサ５の検知温度に基づいてレッツ線１１の通電を制御して定着ローラ１の加熱を制御することにより定着ローラ１表面の温度を上記最適温度に維持しながら、磁束生成コイル圧接手段２２で磁束生成コイル２を間隙変更手段に圧接させたまま、間隙変更手段を少しずつ回転させて、磁束生成コイル２が間隙変更手段内のチューブ２０に押されて定着ローラ本体の胴部１７から上記最短距離よりも離れはじめる位置を探し、その位置に間隙変更手段を固定する。
【００７１】
このように調整した後の定着ローラ１は、定着中に定着ローラ１の温度が定着に適した温度よりも高くなると、磁束生成コイル２が間隙変更手段内のチューブ２０に押されて定着ローラ本体の胴部１７から離れ、定着ローラ１の発熱量が減る。また、定着ローラ１の温度が定着に適した温度よりも低くなると、チューブ２０の圧力が減り、磁束生成コイル２が定着ローラ本体の胴部１７との最短距離まで定着ローラ１に近づき定着ローラ１の発熱量が増える。
また、定着ローラ１の軸方向に温度勾配が生じている場合、定着ローラ１の温度の高い方の端では定着ローラ１の温度の低い方の端よりもチューブ２０の膨らみが大きくなり、磁束生成コイル２と定着ローラ１との距離が広がるから、定着ローラ１の温度の高い側の発熱量が定着ローラ１の温度の低い側の発熱量より減り、定着ローラ１の軸方向の温度の不均一が緩和される。
【００７２】
なお、間隙変更手段内に入れる膨張体は、気体を詰めたチューブ２０に限らず、発泡シリコーンゴム等の熱膨張率の大きい物質を使用してもよい。
本実施例の定着ローラ１は、磁性体層９を薄くしたために磁性体層９の熱容量が小さく、また磁性体層９に接して断熱層８があるために磁性体層９に生じた熱が芯金層７に拡散しにくい。また、磁束生成コイル２を定着ローラ１の外側に置いて、磁性体層９に近い位置から磁性体層９に交番磁界をかけているため、磁性体層９に大きな発熱が生じる。したがって、短い時間で磁性体層９の温度を定着に必要な温度にまで高めることができる。
【００７３】
また、上記のように磁束生成コイル２と定着ローラ１との距離を調整する間隙変更手段を設けたので、定着ローラ１の温度が定着に最適な温度よりも高くなると、磁束生成コイル２と定着ローラ１との距離が大きくなって定着ローラ１の発熱量が減るので、定着ローラ１の温度が定着に最適な温度に自律的に調整され、電気的温度制御手段で温度せンサ５の検知した温度に基づいて磁束生成コイル２への投入電力を調整するという電気的な制御だけで定着ローラ１の温度を制御している場合よりも定着ローラ１の最適温度からの温度のゆらぎを抑えることができる。また、間隙変更手段による本実施例の温度制御を主として電気的温度制御手段による電気的な温度制御を補足的に使っても、定着ローラ１の温度を所定の範囲内に抑えることは可能である。
【００７４】
定着ローラ１の軸方向の一方の端側に設けてファンで定着ローラ１の軸方向に空気を送って定着ローラ１を空冷する場合には、上流側の温度が下流側の温度よりも低くなり、定着ローラ１の軸方向に温度勾配が生じる。本実施例の場合、定着ローラ１の軸方向に温度勾配が生じると、定着ローラ１の温度の高い下流側の端では定着ローラ１の温度の低い上流側の端よりもチューブ２０の膨らみが大きくなり、磁束生成コイル２と定着ローラ１との距離が広がるから定着ローラ１の下流側の発熱量が減り、定着ローラ１の軸方向の温度の不均一が緩和される。
【００７５】
次に、本発明の実施例２の加熱装置としての定着装置について説明する。本実施例２は、加熱ローラとしての定着ローラと加圧部材としての加圧ローラが実施例１の定着ローラ１と加圧ローラ３に同じである。図１８は、本実施例２の磁束生成コイル２を示したものである。本実施例２では、上記実施例１において、磁束生成コイル２のリッツ線１１は、複数のコイル、例えば３つのコイル２６〜２８からなっている。このコイル２６〜２８は一本の繋がったリッツ線からなっており、１つの温度制御手段によりこの線２６〜２８に流す電流が制御される。すなわち、３つのコイル２６〜２８は、互いに独立したコイルではない。
【００７６】
このコイル２６〜２８が磁束生成コイル２の支持体１２に接着されて３つの磁束生成部が形成されていいる。ただし、コイル２６とコイル２７とのつなぎの部分２９と、コイル２８とコイル２７とのつなぎの部分３０では、リッツ線を支持体１２に接着させずに支持体１２の面と平行な方向にたるませてある。支持体１２の材料としては、セラミックス類、樹脂類、磁性体、その他の固体が使えるが、このうちでは磁性体が、後述のように支持体１２とコイル２６〜２８を移動させたときに磁界を遮蔽できるので好ましい。
【００７７】
支持体１２は、破線３１で示した位置で折り曲げることができるようになっている。図１８に示されているように、コイル２６とコイル２８は、破線３１で示した折り曲げ可能位置を挟んで、コイル２７と互いに反対側に位置させてある。また、コイル２６〜２８の支持体１２を長手方向に見た場合、コイル２７は中央部に位置させ、コイル２６とコイル２８は、その両側に位置させ、長手方向に見てこれら３つのコイル２６〜２８の位置が重ならないように配置してある。
【００７８】
図１８の２本の一点鎖線３２と３３は、狭幅の記録媒体が定着ローラ１を通過するときの記録媒体の両端に対応する位置を示したものである。記録媒体６にはいろいろな幅のものがあるが、本実施例では記録媒体を定着ローラ１と加圧ローラ３とのニップ部に縦に通す場合のＡ４サイズの用紙を狭幅の記録媒体と想定する。したがって、２本の一点鎖線３２と３３の間隔は、Ａ４サイズの用紙の横幅にほぼ等しい。ただし、本実施例２では、縦に搬送する狭幅の記録媒体はＡ４サイズの用紙（以下Ａ４縦用紙という）に限定するものではない。
【００７９】
図１８に示されているように、コイル２７は、定着ローラ１のＡ４縦用紙が通過する位置に対応する位置に配置してある。したがって、コイル２７は狭幅の記録媒体を定着する際に使われる定着ローラ１の領域を加熱することができる。また、３つのコイル２６〜２８を合わせると、Ａ３サイズの用紙などの広幅の記録媒体上のトナー像を定着する際に使われる定着ローラ１の領域を加熱することができる。以下、支持体１２のうち図１８の破線３１より上の部分とその部分に設置されているコイル２７とを併せて、磁束生成コイル２の狭幅記録媒体対応部と呼び、支持体１２のうち図１８の破線３１より下の部分とその部分に設置されているコイル２６、２８とを併せて、磁束生成コイル２の広幅記録媒体用補完部と呼ぶことにする。
【００８０】
図１９は、図１８に破線３４で示した位置でのコイル２６と支持体１２の断面を模式的に示したものである。図１９において、３５は狭幅記録媒体対応部の支持体であり、３６は広幅記録媒体用補完部の支持体である。図１９は見やすいようにコイル２６を構成するリッツ線の数と太さおよび支持体３５、３６の厚さを実際とは変えて描いているが、それら相互の位置関係は実際どおりに描いてある。コイル２６〜２８および支持体３５、３６は、図１８の破線３１で示した位置で折り曲げることができ、磁束生成コイル２の広幅記録媒体用補完部は図１９の矢印付き曲線３７で示したように移動させて図１９の破線位置３８まで移すことが可能になように作られている。
【００８１】
この支持体１２とコイル２６〜２８は、その湾曲した内側が定着ローラ１に対面するように設置する。記録媒体６の幅を検知する記録媒体幅検知手段（図示せず）により、定着すべき記録媒体６が狭幅の記録媒体であることを検知した時点で、図１９の実線位置にある広幅記録媒体用補完部を、図１９の矢印付き曲線３７の方向に破線位置３８にまで移動させる。すると、広幅記録媒体用補完部のコイル２６、２８は図１９の破線位置３８に移り、図１８に示す狭幅記録媒体対応部のコイル２７は元の位置にとどまる。
【００８２】
図１９の破線位置３８にある広幅記録媒体用補完部のコイル２６、２８は定着ローラ１との距離が大きいため、破線位置３８にある広幅記録媒体用補完部のコイル２６、２８により定着ローラ１に発生する熱量はわずかである。また、支持体１２が磁性体の場合は、破線位置３８にある広幅記録媒体用補完部のコイル２６、２８が生成した磁束は支持体１２によりほとんど完全に遮蔽されて定着ローラ１に届かず、破線位置３８にある広幅記録媒体用補完部のコイル２６、２８により定着ローラ１に発生する熱量は０に近い。したがって、狭幅の記録媒体上のトナー像を定着している間は、定着ローラ１の狭幅記録媒体が通過しない領域がほとんど加熱されなくなる。これにより、定着ローラ１表面の幅の狭い記録媒体が通過しない領域の温度が高くなり過ぎることを防止できる。
【００８３】
また、記録媒体６の幅を検知する記録媒体幅検知手段により定着すべき記録媒体１が広幅の記録媒体であることを検知した時点で、図１９の破線位置３８にある広幅記録媒体用補完部をもとの実線位置に移動させる。したがって、広幅の記録媒体を定着している間は、定着ローラ１の広幅記録媒体が通過する領域全体が加熱される。
【００８４】
次に、広幅記録媒体用補完部を図１９の実線位置と破線位置３８との2つの位置の間で移動させる手段を、図２０と図２１により説明する。図２０と図２１において、３９は広幅記録媒体用補完部４０に設けられた取っ手であり、この取っ手３９にはテープ４１の一端が結び付けられている。テープ巻き取り部材４２を不図示の回転手段により回転させてテープ４１を巻き取ることにより、広幅記録媒体用補完部４０を図２０の実線位置から破線位置４３まで移動させる。上記回転手段は、モータとベルトあるいはギアを使って容易に実現でき、制御手段により記録媒体幅検知手段の検知結果に基づいて制御され、記録媒体６が広幅の記録媒体である場合に正回転して広幅記録媒体用補完部４０を図２０の実線位置から破線位置４３まで移動させ、記録媒体６が狭幅の記録媒体である場合に逆回転して広幅記録媒体用補完部４０を図２０の実線位置に戻させる。
【００８５】
テープ巻き取り部材４２を逆回転させてテープ４１を緩めれば、破線位置４３にある広幅記録媒体用補完部４０を自重により実線位置に戻すことができる。また、広幅記録媒体用補完部４０を図２０の破線位置４３まで移動させずに、その途中まで、たとえば図２２に示した破線位置４４まで移動させても効果はある。このように広幅記録媒体用補完部４０の移動距離を少なくすると、広幅記録媒体用補完部４０の移動のための空間を広く確保しなくても良いという利点がある。
【００８６】
また、図２０、図２１、図２２では広幅記録媒体用補完部４０が狭幅記録媒体対応部４５よりもニップ部に近い位置に位置しているが、図２３に示したように、狭幅記録媒体対応部４５を広幅記録媒体用補完部４０よりもニップ部に近い位置に位置させても良い。この場合、図２３の矢印付き線４６で示した方向に定着ローラ１を回転させれば、狭幅記録媒体上のトナー像を定着させるときに、定着ローラ本体をニップ部に近い位置で加熱できるので、ニップ部の加熱効率が向上するという利点がある。
【００８７】
なお、広幅記録媒体用補完部４０の移動を記録媒体６の幅を検知する記録体幅検知手段の検知結果により行うのでなく、所定の温度を超えたらスイッチをオンにする手段を定着ローラ１の狭幅記録媒体が通過しない領域に設置してテープ巻き取り部材４２を回転させる回転手段としての駆動モータを駆動させるようにして行ってもよい。具体的には、バイメタルで構成したスイッチを定着ローラ本体内部の胴部端に近い位置に設置する方法などがある。
【００８８】
この場合は、実際に定着ローラ１の狭幅記録媒体が通過しない領域の温度が上がり始めてから広幅記録媒体用補完部４０が移動するので、広幅記録媒体を少数毎だけ定着して非通紙部昇温が生じない場合にも広幅記録媒体用補完部４０を移動させてしまう無駄を避けることができる。また、記録媒体６の幅を検知する記録体幅検知手段が不要である。
【００８９】
上記実施例１及び実施例２によれば、加熱体としての定着ローラ１の温度が高くなるにつれて磁束生成手段としての磁束生成コイル２と定着ローラ１の誘導発熱体としての磁性体層９との距離を連続的に（若しくは段階的でもよい）に増加させ、定着ローラ１の温度が低くなるにつれて磁束生成コイル２段と磁性体層９との距離を連続的に（若しくは段階的でもよい）減少させる手段としての間隙変更手段及び磁束生成コイル圧接手段２２を備えたので、誘導発熱体の発熱量が磁束生成手段と誘導発熱体との距離によって大きく異なることを利用して、磁束生成手段と誘導発熱体との距離を変えることにより簡単で容易に温度制御を実現でき、加熱体の温度が高くなりすぎたら誘導発熱体の発熱量を減らし、加熱体の温度が低くなりすぎたら誘導発熱体の発熱量を増やすことができる。したがって、磁束生成手段への印加電圧を変更する等の電気的な制御よりも低コストで加熱体の温度を制御でき、あるいは、電気的な温度制御手段と併用することにより、電気的な温度制御だけの場合よりも温度制御能力を強化することができる。
【００９０】
また、上記実施例１及び実施例２によれば、磁束を生成する磁束生成手段としての磁束生成コイル２と、この磁束生成コイル２による磁束の作用で発熱して被加熱体としての記録媒体６を加熱する誘導発熱体としての磁性体層９を有する回転体としての定着ローラ１と、この定着ローラ１と相互に圧接される加圧部材としての加圧ローラ３とを有し、定着ローラ１と加圧ローラ３との間に記録媒体６を通過させて記録媒体６を加熱する加熱装置において、磁束生成コイル２と磁性体層９との距離を変更する手段としての間隙変更手段及び磁束生成コイル圧接手段２２を備えたので、機械的な手段による温度の制御が可能になり、温度制御手段の選択の幅が広がる。また、従来の電気的な温度制御手段と併用すれば、温度制御能力を強化できる。また、従来の電気的な温度制御手段よりも機構が単純であるので、低コストで温度制御手段を実装できる。
【００９１】
また、上記実施例１及び実施例２によれば、回転体としての定着ローラ１の温度が高くなるにつれて磁束生成手段としての磁束生成コイル２と誘導発熱体としての磁性体層９との距離を連続的に（若しくは段階的でもよい）増加させ、定着ローラ１の温度が低くなるにつれて磁束生成コイル２と磁性体層９との距離を連続的に（若しくは段階的でもよい）減少させる手段としての間隙変更手段及び磁束生成コイル圧接手段２２を備えたので、磁束生成手段と誘導発熱体との距離を変えることにより簡単で容易に温度制御を実現でき、加熱体の温度が高くなりすぎたら誘導発熱体の発熱量を減らし、加熱体の温度が低くなりすぎたら誘導発熱体の発熱量を増やすことができる。したがって、磁束生成手段への印可電圧を変更する等の電気的な制御よりも低コストで加熱体の温度を制御でき、あるいは、電気的な制御と併用することにより、電気的な温度制御だけの場合よりも温度制御能力を強化することができる。
【００９２】
また、上記実施例１及び実施例２によれば、定着ローラ１の温度に応じて変形する部材としてのバイメタルを有し、この部材の変形により磁束生成手段としての磁束生成コイル２を定着ローラ１に対して相対的に移動させることにより、定着ローラ１の温度を自律的に制御することができる。
【００９３】
また、上記実施例１及び実施例２によれば、磁束生成手段としての磁束生成コイル２と誘導発熱体としての磁性体層９との距離を回転体としての定着ローラ１の軸方向に異ならせる手段を備えたので、回転体の軸方向の温度の不均一を補正することができる。たとえば、回転体の軸方向片端に駆動ギアが設けられている場合は、駆動ギアが設けられている端側の温度が低くて駆動ギアが設けられていない端側の温度が高くなるという温度の不均一が回転体の軸方向に生じる。また、磁束生成手段の過熱を防ぐために回転体の軸方向の一方の端側に設けたファンで磁束生成手段を空冷している場合にも、回転体の温度が軸方向に不均一になりやすい。そのような場合に、温度が低い側での磁束生成手段と誘導発熱体との距離を、温度が高い側での磁束生成手段と誘導発熱体との距離よりも短くすることにより、温度が低い側での発熱量を温度が高い側での発熱量よりも増やし、温度の不均一を補正できる。
【００９４】
また、上記実施例１及び実施例２によれば、磁束生成手段としての磁束生成コイル２と誘導発熱体としての磁性体層９との間に厚さが温度と正の相関をもって変化する部材としてのチューブ２０を介在させ、磁束生成コイル２を回転体としての定着ローラ１に対して押圧するように設置したので、磁束生成手段と回転体との距離が回転体の温度が高くなると増加し温度が低くなると減少し、回転体の温度が高くなると回転体の発熱量が減り、回転体の温度が低くなると回転体の発熱量が増え、それにより回転体の温度を自律的に制御することができる。しかも構成が簡単で製造が容易である。
【００９５】
また、上記実施例２によれば、磁束生成手段としての磁束生成コイル２は相互の空間的な配置が可変である２つ以上の磁束生成部としての広幅記録媒体用補完部４０及び狭幅記録媒体対応部４５を有し、被加熱体としての記録媒体６の幅が狭いときには広幅記録媒体用補完部４０及び狭幅記録媒体対応部４５のうち定着ローラ１の記録媒体６が通過しない部分に対向して配置されている広幅記録媒体用補完部４０と誘導発熱体としての磁性体層９との距離を増加させる手段としての取っ手３９、テープ４１、テープ巻き取り部材４２及び回転手段を備えたので、被加熱体の幅が狭いときには、回転体の被加熱体が通過しない領域の発熱量が減少してその領域の温度上昇を抑制でき、回転体表面の狭幅被加熱体が通過しない領域の温度が高くなり過ぎて、幅の広い被加熱体が通過するときにホットオフセットが生じたり回転体表面の狭幅被加熱体が通過しない領域の付近が熱劣化を引き起こすことを防止できる。従来技術のように複数個の磁束生成手段を設けて、それぞれの投入電力を制御することにより、回転体の被加熱体が通過する領域と回転体の被加熱体が通過しない領域との温度を制御する場合は、磁束生成手段の制御手段が複数個必要になるが、本実施例では磁束生成手段の制御手段が１個ですむので、コストが安い。
【００９６】
また、上記実施例２によれば、磁束生成手段としての磁束生成コイル２は相互の空間的な配置が可変である２つ以上の磁束生成部としての広幅記録媒体用補完部４０及び狭幅記録媒体対応部４５を有し、回転体としての定着ローラ１における狭幅の被加熱体が通過しない部分の温度が所定の温度を越えたときには広幅記録媒体用補完部４０及び狭幅記録媒体対応部４５のうち定着ローラ１の前記部分に対向して設置されている広幅記録媒体用補完部４０と誘導発熱体としての磁性体層９との距離を増加させる手段としてのチューブ２０を備えたので、回転体の幅が狭い被加熱体が通過しない領域の温度が高くなったときには、その領域の発熱量が減少してその領域の温度上昇を抑制でき、回転体表面の幅が狭い被加熱体が通過しない領域の温度が高くなり過ぎて、幅の広い被加熱体が通過するときにホットオフセットが生じたり、幅が狭い被加熱体が通過しない領域の付近が熱劣化を引き起こすことを防止できる。また、上述のように複数個の磁束生成手段を設けて回転体の温度を制御する場合に比べてコストが安い。また、被加熱体の幅を検知する手段が不要であるという利点がある。また、実際に定着ローラの狭幅被加熱体が通過しない領域の温度が上がり始めてからその部分に対向して設置されている磁束生成部が移動するので、広幅被加熱体を少数だけ定着して狭幅被加熱体が通過しない領域の温度が上がらない場合にも磁束生成部を移動させてしまう無駄を避けることができる。
【００９７】
また、上記実施例２によれば、上記２つ以上の磁束生成部としての広幅記録媒体用補完部４０及び狭幅記録媒体対応部４５のうち回転体としての定着ローラ１における狭幅の被加熱体が通過しない部分に対向して設置されている広幅記録媒体用補完部４０は磁束生成手段としての磁束生成コイル２の長手方向を回転軸の方向として回転可能に設置したので、回転軸の近くでは互いに回転する磁束生成部同士が接近したままであり、コイルを構成する線を磁束生成部間で受け渡し易く、また回転軸上で磁束生成部の位置が固定されるので磁束生成部が想定外の位置に移動してしまう事故が起きにくい。また、磁束生成手段の長手方向に回転軸を取るので、狭幅な被加熱体が通過しない領域が狭幅な被加熱体が通過する領域を挟んで２つの部分に別れている場合でも、回転軸を１本だけ設ければよいので、構成が簡単になる。
【００９８】
また、上記実施例１及び実施例２によれば、磁束生成手段としての磁束生成コイル２を回転体としての定着ローラ１の外部に設けたので、回転体の外側表面近傍を重点的に加熱できて加熱装置のウォームアップタイムを短くでき、温度センサを配置できる位置が限られていても良好に温度を制御でき、回転体表面の狭幅被加熱体が通過しない領域の過昇温も防ぐことができる。
【００９９】
また、上記実施例１及び実施例２によれば、磁束生成手段としての磁束生成コイル２が誘導加熱体としての磁性体層９に接近している位置にあるときには磁束生成コイル２が回転体としての定着ローラ１の外面の曲率にほぼ等しい曲率で定着ローラ１側に湾曲しているので、磁束生成手段を誘導加熱体に接近させて発熱量を増加させたい場合に、磁束生成手段が回転体外面の曲率にほぼ等しい曲率で回転体側に湾曲していることにより、磁束生成手段の全面に渡って磁束生成手段を誘導加熱体に接近させることができ、磁束生成コイル２が湾曲していない場合に比べて発熱効率と発熱量を増大させることができる。
なお、本発明は、上記実施例１及び実施例２に限定されるものではなく、記録媒体以外の被加熱体に熱と圧力を与える加熱装置に上記実施例と同様に適用することができる。
【０１００】
図２４は本発明の実施例３を示す。この実施例３は、実施例１又は実施例２の加熱装置を用いた画像形成装置の１例である。この実施例３の画像形成装置は、像担持体として円筒状に形成された光導電性の感光体４７を有している。感光体４７の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ４８、現像手段としての現像装置４９、転写手段としての転写ローラ５０、クリーニング装置５１、除電装置５２が配備されている。また、実施例３の画像形成装置は、それらの他に、露光手段としての光走査装置５３と定着装置５４を備えている。帯電手段としては、コロナチャージャを用いることもできる。光走査装置５３は帯電ローラ４８と現像装置４９との間の感光体４７面に光走査による露光を行う。
【０１０１】
画像形成を実行する際は、感光体４７が図示しない駆動部により回転駆動されて図２４の時計回りに回転し、その表面が帯電ローラ４８により均一に帯電された後に光走査装置５３により露光されて感光体４７の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置４９により反転現像され、感光体体４７の表面にトナー画像（トナー像）が形成される。このトナー画像は、感光体４７のトナー画像が転写位置へ移動するのとタイミングを合わせて非図示の給紙装置により転写部へ送り込まれた記録媒体６と重ね合わされて、転写ローラ５０の作用により、記録媒体６へ静電転写される。
【０１０２】
トナー画像を転写された記録媒体６は、定着装置５４でトナー画像が定着された後、装置外部へ排出される。ここで、定着装置５４としてし、実施例１の加熱装置又は実施例２の加熱装置が用いられる。トナー画像が転写された後、感光体４７の表面は、クリーニング装置５１によりクリーニングされて残留トナーや紙粉などが除去され、さらに除電装置５２により除電される。
【０１０３】
この実施例３によれば、シート状の記録媒体６上にトナー像を形成して担持させる像形成手段としての感光体４７、帯電ローラ４８、現像装置４９、転写ローラ５０、クリーニング装置５１、除電装置５２及び光走査装置５３と、トナー像を担持した記録媒体６を加熱する像加熱手段としての定着装置５４とを有する画像形成装置において、定着装置５４として実施例１の加熱装置又は実施例２の加熱装置を備えたので、定着能力の高い画像形成装置を実現できる。
なお、実施例１の加熱装置と実施例２の加熱装置は、このような画像形成装置の定着装置としての用途のほかに、シート状の被加熱体の乾燥用あるいは表面改質用等様々な用途に用いても構わない。
【０１０６】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、磁束生成手段と誘導発熱体との距離を変えることにより簡単で容易に温度制御を実現でき、加熱体の温度が高くなりすぎたら誘導発熱体の発熱量を減らし、加熱体の温度が低くなりすぎたら誘導発熱体の発熱量を増やすことができる。したがって、被加熱体に熱と圧力を与える装置において、磁束生成手段への印加電圧を変更する等の電気的な温度制御よりも低コストで加熱体の温度を制御でき、あるいは、電気的な温度制御手段と併用することにより、電気的な温度制御手段だけの場合よりも温度制御能力を強化することができる。
【０１１０】
請求項２に係る発明によれば、被加熱体の幅が狭いときには、回転体の被加熱体が通過しない領域の発熱量が減少してその部分の温度上昇を抑制でき、回転体表面の狭幅被加熱体が通過しない領域の温度が高くなり過ぎて、幅の広い被加熱体が通過するときにホットオフセットが生じたり回転体表面の狭幅被加熱体が通過しない領域の付近が熱劣化を引き起こすことを防止できる。従来技術のように複数個の磁束生成手段を設けて、それぞれの投入電力を制御することにより、回転体の被加熱体が通過する領域と回転体の被加熱体が通過しない領域の温度を制御する場合は、磁束生成手段の制御手段が複数個必要になるが、請求項７に係る発明では磁束生成手段を制御する制御手段が１個ですむので、コストが安い。
【０１１１】
請求項３に係る発明によれば、回転体の幅が狭い被加熱体が通過しない領域の温度が高くなったときには、その領域の発熱量が減少するので、その領域の温度上昇を抑制でき、回転体表面の幅が狭い被加熱体が通過しない領域の温度が高くなり過ぎて、幅の広い被加熱体が通過するときにホットオフセットが生じたり、幅が狭い被加熱体が通過しない領域の付近が熱劣化を引き起こすことを防止できる。また、請求項７に係る発明と同様に、従来の複数個の磁束生成手段を設けて回転体の温度を制御する場合に比べてコストが安い。また、請求項２に係る発明に比べて、被加熱体の幅を検知する手段が不要であるという利点がある。また、請求項２に係る発明の場合と異なり、実際に回転体の狭幅被加熱体が通過しない領域の温度が上がり始めてからその部分に対向して設置されている磁束生成部が移動するので、広幅被加熱体を少数だけ定着して狭幅被加熱体が通過しない領域の温度が上がらない場合にも磁束生成部を移動させてしまう無駄を避けることができる。
【０１１２】
請求項４に係る発明によれば、請求項２に係る発明と請求項３に係る発明の効果に加えて、回転軸の近くでは互いに回転する磁束生成部同士が接近したままであるのでコイルを構成する線を磁束生成部間で受け渡し易く、また回転軸上で磁束生成部の位置が固定されることにより磁束生成部が想定外の位置に移動してしまう事故が起きにくい。また、磁束生成手段の長手方向に回転軸を取るので、狭幅被加熱体が通過しない領域が狭幅被加熱体が通過する領域を挟んで２つの部分に別れている場合でも、回転軸を１本だけ設ければよいので構成が簡単になる。
【０１１３】
請求項５に係る発明によれば、回転体の外側表面近傍を重点的に加熱できてウォームアップタイムを短くでき、温度センサを配置できる位置が限られていても良好に温度制御を行うことができ、回転体表面の狭幅被加熱体が通過しない領域の過昇温も防ぐことができる。
【０１１４】
請求項６に係る発明によれば、磁束生成手段を誘導加熱体に接近させて発熱量を増加させたい場合に、磁束生成手段が回転体外面の曲率にほぼ等しい曲率で回転体側に湾曲しているので、磁束生成手段の全面に渡って磁束生成手段を誘導加熱体に接近させることができ、磁束生成手段が湾曲していない場合に比べて発熱効率と発熱量を増大させることができる。
請求項７に係る発明によれば、定着能力の高い画像形成装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の加熱装置の長手方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図２】同実施例１における定着ローラの断面を示す断面図である。
【図３】同実施例１における磁束生成コイルを示す平面図である。
【図４】同磁束生成コイルの図３破線位置での断面を示す断面図である。
【図５】同磁束生成コイルにおける支持体の一方の端を示す斜視図である。
【図６】磁束生成コイルの他の例を示す断面図である。
【図７】磁束生成コイルの別の例の一部を示す斜視図である。
【図８】同磁束生成コイルの一部を示す斜視図である。
【図９】上記定着ローラの胴端部を示す断面図である。
【図１０】上記実施例１における間隙変更手段の枠を示す斜視図である。
【図１１】同間隙変更手段のチューブの周方向に平行な断面と周方向に垂直な断面を示図である。
【図１２】同チューブを示す平面図である。
【図１３】チューブの他の例の周方向に平行な断面を示す図である。
【図１４】同チューブを回転軸方向から見た平面図である。
【図１５】上記実施例１を示す正面図である。
【図１６】上記実施例１における支持体のチューブ圧接時の定着ローラの胴端部付近の軸方向断面を示す断面図である。
【図１７】上記実施例１における支持体の枠圧接時の定着ローラの胴端部付近の軸方向断面を示す断面図である。
【図１８】本発明の実施例２の磁束生成コイルを示す平面図である。
【図１９】同磁束生成コイルの一部を示す断面図である。
【図２０】上記実施例２を示す正面図である。
【図２１】上記実施例２の磁束生成コイル及び、広幅記録媒体用補完部を移動させる手段を示す側面図である。
【図２２】上記実施例２を示す正面図である。
【図２３】実施例２において狭幅記録媒体対応部を広幅記録媒体用補完部よりもニップ部に近い位置に位置させるようにした例を示す正面図である。
【図２４】本発明の実施例３を示す断面図である。
【図２５】磁束生成コイルと誘導発熱体との隙間の幅と誘導発熱体の発熱量との関係を示す特性図である。
【図２６】異なる３つの磁束生成コイルについて、これらのコイルへの印加電圧を一定にして磁束生成コイルと誘導発熱体との隙間の幅を変化させたときの誘導発熱体の発熱量を示す特性図である。
【符号の説明】
１      定着ローラ
２      磁束生成コイル
３      加圧ローラ
６      記録媒体
９      磁性体層
２０      チューブ
２２      磁束生成コイル圧接手段
３９      取っ手
４０      広幅記録媒体用補完部
４１      テープ
４２      テープ巻き取り部材
４５      狭幅記録媒体対応部
４７      感光体
４８      帯電ローラ
４９      現像装置
５０      転写ローラ
５１      クリーニング装置
５２      除電装置
５３      光走査装置
５４      定着装置
【図１】
0003926551.tif 000002
【図２】
0003926551.tif 000003
【図３】
0003926551.tif 000004
【図４】
0003926551.tif 000005
【図５】
0003926551.tif 000006
【図６】
0003926551.tif 000007
【図７】
0003926551.tif 000008
【図８】
0003926551.tif 000009
【図９】
0003926551.tif 000010
【図１０】
0003926551.tif 000011
【図１１】
0003926551.tif 000012
【図１２】
0003926551.tif 000013
【図１３】
0003926551.tif 000014
【図１４】
0003926551.tif 000015
【図１５】
0003926551.tif 000016
【図１６】
0003926551.tif 000017
【図１７】
0003926551.tif 000018
【図１８】
0003926551.tif 000019
【図１９】
0003926551.tif 000020
【図２０】
0003926551.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
0003926551.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
0003926551.tif 000025
【図２５】
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【図２６】
0003926551.tif 000027