(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と、この回転体の内部に設けられている励磁コイルと、回転体の内部に設けられており励磁コイルへの通電により発生する磁束を導くための芯材と、を有し、励磁コイルへの通電により発生する磁束により回転体に渦電流が発生し、この渦電流により発熱する回転体の熱により記録材上のトナー像を加熱する像加熱装置において、
前記回転体に沿った形状の励磁コイル保持部材を有し、前記芯材は前記回転体の移動方向と直交する方向に沿って設けられており、前記励磁コイルは、前記芯材の長手方向周りに導線を複数ターン巻いたものであり、そのうち少なくとも一部の導線の前記芯材の長手方向と平行な部分が前記芯材に沿うことなく前記励磁コイル保持部材に沿っていることを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記回転体はフィルムであり、前記励磁コイル保持部材はこのフィルムの移動を案内するガイド機能を有することを特徴とする請求項１の像加熱装置。
【請求項３】
前記回転体と前記励磁コイルの距離は５（ｍｍ）以下であることを特徴とする請求項１の像加熱装置。
【請求項４】
前記回転体とニップを形成する加圧部材を有し、この加圧部材は導電層を有することを特徴とする請求項１又は３の像加熱装置。
【請求項５】
前記加圧部材に渦電流を発生させ発熱させるための励磁コイルを有することを特徴とする請求項４の像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導を利用して渦電流を発生させて加熱する像加熱装置に関し、特に電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置に用いられ未定着画像を定着する像加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加熱定着装置に代表される像加熱装置としては、従来から熱ローラ方式等の接触加熱方式が広く用いられている。その中でも、最大４層のトナー層を有するカラーの定着装置では、ハロゲンヒータを発熱させ、定着ローラの芯金、ゴム弾性層を介してトナー像の加熱を行っている。
【０００３】
特公平５−９０２７号公報では、磁束により定着ローラに渦電流を発生させジュール熱によって発熱させることが提案されている。
【０００４】
このように渦電流の発生を利用することで発熱位置をトナーに近くすることができ、ハロゲンランプを用いた熱ローラよりも消費エネルギの効率アップが達成できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特公平５−９０２７号公報の装置では、励磁鉄心は比較的円筒体に近づいているものの、磁束を発生する源となる励磁コイルは円筒体から離れており、熱効率があまり良いものではなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、回転体と、この回転体の内部に設けられている励磁コイルと、回転体の内部に設けられており励磁コイルへの通電により発生する磁束を導くための芯材と、を有し、励磁コイルへの通電により発生する磁束により回転体に渦電流が発生し、この渦電流により発熱する回転体の熱により記録材上のトナー像を加熱する像加熱装置において、前記回転体に沿った形状の励磁コイル保持部材を有し、前記芯材は前記回転体の移動方向と直交する方向に沿って設けられており、前記励磁コイルは、前記芯材の長手方向周りに導線を複数ターン巻いたものであり、そのうち少なくとも一部の導線の前記芯材の長手方向と平行な部分が前記芯材に沿うことなく前記励磁コイル保持部材に沿っていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施例について説明する。
【０００８】
（第１の実施例）
図１０は本発明の実施例である像加熱装置を用いた電子写真カラープリンタの断面図である。１０１は有機感光体やアモルファスシリコン感光体でできた感光体ドラム、１０２はこの感光体ドラム１０１に一様な帯電を行うための帯電ローラ、１１０は不図示の画像信号発生装置からの信号をレーザ光のオン／オフに変換し、感光体ドラム１０１に静電潜像を形成するレーザ光学箱である。１０３はレーザ光、１０９はミラーである。感光体ドラム１０１の静電潜像は現像器１０４によってトナーを選択的に付着させることで顕像化される。現像器１０４は、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣのカラー現像器と黒用の現像器Ｂから構成され、一色ずつ感光体ドラム１０１上の潜像を現像しこのトナー像を中間転写体ドラム１０５上に順次重ねてカラー画像を得る。中間転写体ドラム１０５は金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有するもので、金属ドラムにバイアス電位を与えて感光体ドラム１０１との電位差でトナー像の転写を行うものである。一方、給紙カセットから給紙ローラによって送り出された記録材Ｐは、感光体ドラム１０１の静電潜像と同期するように転写ローラ１０６と中間転写体ドラム１０５との間に送り込まれる。転写ローラ１０６は記録材Ｐの背面トナーと逆極性の電荷を供給することで、中間転写体ドラム１０５上のトナー像を記録材上に転写する。こうして、未定着のトナー像をのせた記録材は像加熱装置である加熱定着装置１００で熱と圧力を加えられて、記録材上に永久固着させられて、排紙トレー（不図示）へと排出される。感光体ドラム１０１上に残ったトナーや紙粉はクリーナ１０７によって除去され、また、中間転写体ドラム１０５上に残ったトナーや紙粉はクリーナ１０８によって除去され、感光体ドラムは帯電以降の工程を繰り返す。
【０００９】
以下本実施例における像加熱装置の説明を行う。
【００１０】
（１）像加熱装置の全体の構成（図１）
図１は実施例における定着装置の断面図である。
【００１１】
移動体としての回転体である定着フィルム１０は矢印の方向に回転し、フィルムガイド１６ａ、１６ｂによってニップ部への加圧とフィルムの搬送安定性が図られている。
【００１２】
さらにフィルムガイド１６ａは、磁束を導くための高透磁率のコア１７と磁束を発生するための励磁コイル１８を支持する働きも持つ。高透磁率コア１７はフェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。
【００１３】
コイル１８には励磁回路（図２）が接続されており、この回路は２０ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波をスイッチング電源で発生できるようになっている。加圧部材である加圧ローラ３０と定着フィルム１０で形成されたニップＮに未定着トナーＴをのせた記録材Ｐを通すことで加熱定着を行う。
【００１４】
このニップ内での加熱原理は図１に示すとおり、励磁回路（図２）によってコイル１８に印加される電流で発生する磁束は、高透磁率コア１７に導かれて定着フィルム１０の発熱層１に渦電流を発生させる。この渦電流と発熱層１の固有抵抗によって熱が発生する。
【００１５】
発生した熱は弾性層２、離型層３を介してニップＮに搬送される記録材Ｐと記録材Ｐ上のトナーＴを加熱する。ニップＮ内ではトナーＴを溶融させニップ通過後、冷却して永久固着像とする。
【００１６】
（２）励磁コイル及びコア形状について
励磁コイル１８は図２に示される様に、定着フィルム１０の移動方向と直交する方向の幅にわたって連続して設けられている。
【００１７】
励磁コイル１８で発生した磁界を定着フィルム１０の発熱層１に効率よく吸収させるためには、励磁コイル１８と定着フィルム１０の発熱層１との距離はできる限り近い方がよい。
【００１８】
そこで、励磁コイル１８の距離の近い領域が大きくなるように図１のように発熱層１の曲面に沿うように励磁コイル１８を配設した。
【００１９】
つまり励磁コイル１８の少なくとも一部がコア１７に沿うことなく、定着フィルム１０に沿って設けられている。
【００２０】
本実施例では具体的には、励磁コイル１８はフィルムガイド１６ａに沿って円弧状に設けられており、定着フィルム１０はフィルムガイド１６ａに沿って移動するので、結果として励磁コイル１８は定着フィルム１０に沿う様に設けられている。発熱層１と励磁コイル１８間の距離は略１ｍｍになるように設定している。
【００２１】
このように励磁コイル１８を配設することにより励磁コイル１８と発熱層１が近接して面する面積を大きくとることができ、熱効率を大幅に向上することができる。また励磁コイルの少なくとも一部はコアに沿って近接して設けられていないので、コアの昇温を抑え、磁束が不安定になることを防止することができる。
【００２２】
コア１７及び励磁コイル１８と発熱層１との間の距離はできる限り近づけた方が磁束の吸収効率が高いのであるがこの距離が５ｍｍを越えるとこの効率が低下するため、５ｍｍ以内にするのがよい。また、５ｍｍ以内であれば発熱層１と励磁コイル１８の距離が一定である必要はない。
【００２３】
（３）定着フィルム構成について（図３）
１は定着フィルムの基層となる金属フィルム等でできた導電層である発熱層であり、より好ましくはニッケル、鉄、強磁性ＳＵＳ、ニッケル−コバルト合金等といった強磁性体の金属を用いるとよい。
【００２４】
定着フィルム１０の発熱層１には、非磁性の金属でも良いが、より好ましくは磁束の吸収の良いニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバルト−ニッケル合金等の金属が良い。その厚みは次の式で表される表皮深さより厚くかつ２００μｍ以下にすることが好ましい。表皮深さσ（ｍ）は、励磁回路の周波数ｆ（Ｈｚ）と透磁率μと固有抵抗ρ（Ωｍ）で
σ＝５０３×（ρ／ｆμ）1/2
と表される。
【００２５】
これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、図１１に示される様にこれより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になっており、逆にいうと殆どのエネルギーはこの深さまでで吸収されている。
【００２６】
好ましくは発熱層１の厚さは１〜１００μｍがよい。発熱層の厚みが１μｍよりも小さいとほとんどの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪くなる。また、発熱層が１００μｍを越えると剛性が高くなりすぎ、また屈曲性が悪くなり回転体として使用するには現実的ではない。従って、発熱層１の厚みは１〜１００μｍが好ましい。
【００２７】
２は弾性層でシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよく、熱伝導率がよい材質である。
【００２８】
弾性層２の厚さは１０〜５００μｍが好ましい。この弾性層２は定着画像品質を保証するために必要な厚さである。
【００２９】
カラー画像を印刷する場合、特に写真画像などでは記録材Ｐ上で大きな面積に渡ってベタ画像が形成される。この場合、記録材の凹凸あるいはトナー層の凹凸に加熱面（離型層３）が追従できないと加熱ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で画像に光沢ムラが発生する。（伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低い）。そこで弾性層２の厚さとしては、１０μｍ以下では記録材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してしまう。また、弾性層２が１０００μｍ以上の場合には弾性層の熱抵抗が大きくなりクイックスタートを実現するのが難しくなる。より好ましくは弾性層２の厚みは５０〜５００μｍがよい。
【００３０】
弾性層２の硬度は、硬度が高すぎると記録材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してしまう。そこで、弾性層の硬度としては６０°（ＪＩＳ−Ａ）以下、より好ましくは４５°（ＪＩＳ−Ａ）以下がよい。
【００３１】
弾性層２の熱伝導率λは６×１０-4〜２×１０-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］がよい。熱伝導率λが６×１０-4［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、定着フィルムの表層における温度上昇が遅くなる。熱伝導率λが２×１０-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］よりも大きい場合には、硬度が高くなりすぎたり、圧縮永久歪みが悪化する。よって熱伝導率λは６×１０-4〜２×１０-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］がよい。より好ましくは８×１０-4〜１．５×１０-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］がよい。
【００３２】
３は離型層でフッ素樹脂（ＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰ等）、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択する。
【００３３】
離型層３の厚さは１〜１００μｍが好ましい。離型層３の厚さが１μｍよりも小さいと塗膜の塗ムラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足すると言った問題が発生する。また、離型層が１００μｍを越えると熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の離型層の場合は硬度が高くなりすぎ、弾性層２の効果がなくなってしまう。
【００３４】
また図４に示すように、定着フィルム１０の層構成において断熱層４を設けてもよい。断熱層４としてはフッ素樹脂ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂などの耐熱樹脂がよい。また、断熱層４の厚さとしては１０〜１０００μｍが好ましい。断熱層４の厚さが１０μｍよりも小さい場合には断熱効果が得られず、また、耐久性も不足する。一方、１０００μｍを越えると高透磁率コア１７から発熱層１の距離が大きくなり、磁束が十分に発熱層１に吸収されなくなる。
【００３５】
断熱層４を設けた場合、発熱層１に発生した熱が定着フィルムの内側に向かないように断熱できるので、断熱層４がない場合と比較して記録材Ｐ側への熱供給効率良くなる。よって、消費電力を抑えることができる。
【００３６】
（４）加圧ローラについて
３０は加圧ローラで芯金の周囲にシリコーンゴム、フッ素ゴム等を被覆して構成される。この加圧ローラは不図示の駆動機構で駆動される。
【００３７】
このように本実施例では、少なくとも一部がコアに沿うことなく定着フィルムに沿って励磁コイルを設けたのでコアの昇温を抑えつつ熱効率を上げることができ、画像光沢ムラを発生させずに高画像品質を保ったまま、クイックスタートが可能な像加熱装置を提供することができる。
【００３８】
本実施例では励磁コイルは実質的に全て定着フィルム（フィルムガイド）に沿って設けられているが、励磁コイルの少なくとも一部が定着フィルムに沿う様に設けられていればよく、残りの一部は定着フィルムに沿わせずコイルに巻いても良い。
【００３９】
定着フィルムの移動方向に関してニップ部の上流側で予じめフィルムを加熱しておくために少なくともニップ上流側に設けられた励磁コイルは実質的に全部が定着フィルムに沿って設けられていることが好ましい。
【００４０】
本実施例では、励磁コイルが定着フィルムの移動方向と直交する方向の幅にわたって連続して設けられているので定着フィルムの幅方向（励磁コイルの長手方向）に関して均一な磁束を発生することができ発熱分布を均一にすることができる。
【００４１】
また励磁コイルはその長手方向に関して実質的に直線状に設けられているので、ニップ部における熱膨張によるフィルムの伸びは、フィルムの移動方向及びその移動方向と直交する方向となり、フィルムがねじれる方向には伸びが発生しない。このため本実施例は熱膨張によるフィルムのねじれが発生しにくく耐久性に有利である。
【００４２】
本実施例では励磁コイル１８の巻線を１列に配置したが２列以上で巻線を巻いてもよい。
【００４３】
本実施例の発熱層には金属を基材とせずに、ポリイミドのような耐熱性と強度のある樹脂フィルム上に金属フィラーのようなものを混ぜた樹脂層を重ねて発熱層としてもよい。
【００４４】
また、本実施例は加圧ローラでフィルムを駆動しているが、図９のようにフィルムにテンションローラ２０によりテンションをかけてフィルムを駆動ローラ１９によって駆動してもよく、また、巻き取り式のフィルムであっても実施可能である。
【００４５】
本実施例ではトナーＴに低軟化物質を含有させたトナーを使用したため、加熱定着装置にオフセット防止のためのオイル塗布機構を設けていないが、低軟化物質を含有させないトナーを使用した場合にはオイル塗布機構を設けてもよい。また、定着ニップ後に冷却部を設けて、冷却分離を行ってもよい。また、低軟化物質を含有させたトナーを使用した場合にもオイル塗布や冷却分離を行ってもよい。
【００４６】
本実施例では４色カラー画像形成装置について説明してきたが、モノクロ或いは１パスマルチカラー画像形成装置に利用してもよい。この場合は、定着フィルム１０において弾性層２を省略してもよい。
【００４７】
（第２の実施例）
本実施例においては、第１の実施例の定着装置において加圧ローラ３０を図５のようにアルミニウなどの芯金３１ａの上に導電層である発熱層３１ｂを、さらにその上に弾性層３２及び離型層３３を設けたものである。発熱層３１ｂの材質としては非磁性の金属でも良いが、より好ましくは磁束の吸収の良いニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバルト−ニッケル合金等の強磁性金属が良い。
【００４８】
また、図６に示すように加圧ローラ３０の構成において、芯金３１ａと発熱層３１ｂを剛体発熱層３１としてもよい。この構成では発熱層が芯金を兼ねているため、熱損失を減らすことができ、熱効率のアップを更に図ることができ、消費エネルギーを減らすことができる。
【００４９】
弾性層３２の材質としてはシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよく、熱伝導率がよい材質である。離型層３３はフッ素樹脂（ＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰ等）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂シリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択する。
【００５０】
本実施例においても定着フィルム１０の厚さは次の式で表される表皮深さを越えない方が好ましい。表皮深さを越えると加圧ローラの発熱層に供給できるエネルギーが少なくなるからである。表皮深さσ（ｍ）は、励磁回路の周波数ｆ（Ｈｚ）と透磁率μと固有抵抗ρ（Ωｍ）で
σ＝５０３×（ρ／ｆμ）1/2
と表される。
【００５１】
これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になっており、逆にいうと殆どのエネルギーはこの深さまでで吸収されている（図１１）。
【００５２】
さらには、定着フィルムの導電層の厚みと加圧ローラの導電層の厚みの和が表皮深さよりも大きく、かつ定着フィルムの厚みが表皮深さ以下が好ましい。これは先述の電磁波の吸収に関する特徴から理解される。実際の定着フィルムと加圧ローラの発熱層の厚さは必要な発熱量が決まると、励磁回路の周波数と使用する導電層の抵抗と透磁率とで決定される。この場合、定着フィルムと加圧ローラの発熱層の材質は同じである必要はない。
【００５３】
本実施例のような加圧ローラの構成は、プロセススピードが中、高程度の中高速機（プロセススピードが５０ｍｍ／ｓｅｃ以上）に適している。これは中高速機では記録材Ｐが定着ニップＮを通過する時間が短くなるため、記録材Ｐを十分加熱することができない。特にカラーの画像記録装置ではトナー層が最大４層まで重ねられることがあり、記録材とトナー層との界面まで十分に熱が伝わらないうちに記録材が定着ニップを通過してしまうため、定着不良を引き起こすことがある。
【００５４】
そこで、本実施例のように加圧ローラに導電層を設けることで加圧ローラ側からの発熱により定着に必要な熱量を記録材裏側から補うことができ、高速化が可能となる。
【００５５】
（第３の実施例）
本実施例においては、第２の実施例の定着装置において図７のように加圧ローラ内に励磁コイル３８を配設した。これは導電層である発熱層（芯金）を有する加圧ローラを励磁コイル３８で発生させた磁界により加圧ローラの芯金３１に誘導された渦電流で直接加圧ローラ３０の加熱を行うためである。
【００５６】
励磁コイル３８で発生した磁界を芯金３１に効率よく吸収させるためには、励磁コイル３８と芯金３１との距離はできる限り近い方がよい。
【００５７】
そこで、芯金３１と励磁コイル３８の距離の近い領域が大きくなるように図７のように芯金３１の曲面に沿うように励磁コイル３８を円弧状に配設した。芯金３１と励磁コイル３８間の距離は略１ｍｍになるように設定している。図７のように励磁コイル３８を配設することにより励磁コイル３８と芯金３１が面する面積を大きくとることができる。
【００５８】
芯金３１の厚さは３ｍｍを越えると熱容量が大きくなり熱応答性が低下するので３ｍｍ以下がよい。
【００５９】
励磁コイル３８と芯金３１との間の距離はできる限り近づけた方が磁束の吸収効率が高いのであるがこの距離が５ｍｍを越えるとこの効率が低下するため、５ｍｍ以内にするのがよい。また、５ｍｍ以内であれば芯金３１と励磁コイル３８の距離が一定である必要はない。
【００６０】
このように本実施例では加圧ローラ内にも励磁コイルを設けたので加熱力を増大させることができる。
【００６１】
本実施例においては、励磁コイル３８は定着フィルム側の励磁コイル１８と直列で接続されており、励磁コイル１８と励磁コイル３８の巻数比の変更、周波数の変更、発熱層と励磁コイル距離の変更などにより、定着フィルム側と加圧ローラ側のインダクタンス比を任意に選ぶことができる。これによりフィルムと加圧ローラの発熱比率を任意に選ぶことができる。
【００６２】
これにより連続プリント時の加圧ローラの温度下降を防ぐことができる。
【００６３】
図７では励磁コイル３８にコア設けていないがコアを設けることもできる。コアを設けることにより、励磁コイルの同じ巻線数に対して磁束密度を増加させることができるのでより大きな発熱量を得ることができる。
【００６４】
（第４の実施例）
本実施例においては、第３の実施例の定着装置において図８のように励磁コイル１８と励磁コイル３８のそれぞれに励磁回路を接続した。これにより定着フィルム１０と加圧ローラ３０の発熱量を別々の制御することができる。
【００６５】
定着フィルム１０と加圧ローラ３０の発熱量を別々の制御することにより、例えば、厚紙に対しては加圧ローラ側の発熱量を大きくして、紙に対して十分な熱量を供給することにより定着性の向上を図ることができる。また、連続プリント時に定着フィルムと加圧ローラの熱容量の違いによる温度降下量の差を補正することができ、より安定した定着性を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、コアの昇温により磁束が不安定になるのを抑えつつ熱効率の向上及び発熱分布の均一性を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である像加熱装置の断面図。
【図２】第１の実施例の励磁コイル、コア、ステイの斜視図。
【図３】第１の実施例の定着フィルムの一部断面図。
【図４】第１の実施例の定着フィルムの変形例を示す断面図。
【図５】第２の実施例である像加熱装置の断面図。
【図６】第２の実施例の像加熱装置の変形例を示す断面図。
【図７】第３の実施例である像加熱装置の断面図。
【図８】第４の実施例である像加熱装置の断面図。
【図９】第１の実施例の像加熱装置の変形例を示す断面図。
【図１０】本発明の実施例が適用された画像形成装置の断面図。
【図１１】発熱層深さと電磁波強度の関係を示したグラフ。
【符号の説明】
１  発熱層
２  弾性層
３  離型層
４  断熱層
１０  定着フィルム
１７  高透磁率コア
１８  励磁コイル
３０  加圧ローラ
３１ａ  芯金
３１ｂ  発熱層
３２  弾性層
３３  離型層
３８  励磁コイル
【図１】
0003862313.tif 000002
【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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