定着装置及びこれを搭載した画像形成装置
【課題】構造の簡略化を図りつつ、非通紙域の過昇温防止と昇温特性の向上との両立を達成できる定着装置及びこれを搭載した画像形成装置を提供する。
【解決手段】記録媒体に画像を定着するための定着装置(14)であって、磁界の電磁誘導によって発熱する発熱層を有するとともに、搬送される記録媒体の幅方向に延びた軸線周りに回転し、記録媒体上のトナー画像を加熱してこの記録媒体に定着させる発熱回転体(45)と、発熱回転体の内面にて巻き回されて発熱層を誘導加熱するための磁束を発生させるコイル(52)を備えた電磁誘導加熱ユニット(50)と、発熱回転体の外側であって、この発熱回転体を挟んでコイルに対向する位置に配置されており、発熱層を貫通した磁束を通過させる非磁性の磁束抑制部材(60)とを具備する。
【解決手段】記録媒体に画像を定着するための定着装置(14)であって、磁界の電磁誘導によって発熱する発熱層を有するとともに、搬送される記録媒体の幅方向に延びた軸線周りに回転し、記録媒体上のトナー画像を加熱してこの記録媒体に定着させる発熱回転体(45)と、発熱回転体の内面にて巻き回されて発熱層を誘導加熱するための磁束を発生させるコイル(52)を備えた電磁誘導加熱ユニット(50)と、発熱回転体の外側であって、この発熱回転体を挟んでコイルに対向する位置に配置されており、発熱層を貫通した磁束を通過させる非磁性の磁束抑制部材(60)とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー画像を担持した記録媒体を加熱ベルトと加圧ローラとのニップ間に通しながら、未定着トナーを加熱溶融させて記録媒体に定着させる定着装置及びこれを搭載した画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の画像形成装置においては近年、定着装置でのウォームアップタイムの短縮や省エネルギー等の要望から、熱容量を少なく設定できるベルト方式が注目されている。また、近年、急速加熱や高効率加熱の可能性をもった電磁誘導加熱方式（ＩＨ）が注目されており、カラー画像を定着させる際の省エネルギー化の観点から、電磁誘導加熱をベルト方式と組み合わせたものが多数製品化されている。
【０００３】
詳しくは、この電磁誘導加熱方式においては、ベルトの外側に電磁誘導のための磁界を発生させるコイルを配置した構造（いわゆる外包ＩＨ）があり、また、定着装置の省スペース化を図る点を鑑み、発熱ローラの内側にコイルを配置した構造（いわゆる内包ＩＨ）が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４２４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、定着装置の構造が複雑になるという問題がある。なぜならば、当該技術の発熱ローラの内部には、コイルの他、発熱ローラの端部（非通紙域）の過昇温防止を図る磁束抑制層も配置されているからである。
また、この磁束抑制層は、その機能を発揮するために所定の厚みが必要であるにも拘わらず、発熱ローラの内部構成の制約を受けて設計しなければならない。
【０００６】
さらに、当該技術の磁束抑制層は、電磁誘導によって発熱する発熱層に接しており、発熱ローラの昇温特性はこの磁束抑制層の厚みの影響を受ける。つまり、その機能を発揮するための肉厚の磁束抑制層を設けると、発熱ローラの昇温特性が低下するのである。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解消し、構造の簡略化を図りつつ、非通紙域の過昇温防止と昇温特性の向上との両立を達成できる定着装置及びこれを搭載した画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための第１の発明は、記録媒体に画像を定着するための定着装置であって、磁界の電磁誘導によって発熱する発熱層を有するとともに、搬送される記録媒体の幅方向に延びた軸線周りに回転し、記録媒体上のトナー画像を加熱してこの記録媒体に定着させる発熱回転体と、発熱回転体の内側に配置され、巻き回されて発熱層を誘導加熱するための磁束を発生させるコイルを備えた電磁誘導加熱ユニットと、発熱回転体の外側であって、この発熱回転体を挟んでコイルに対向する位置に配置されており、発熱層を貫通した磁束を通過させる非磁性の磁束抑制部材とを具備する。
【０００８】
第１の発明によれば、コイルで発生させた磁束により発熱回転体を誘導加熱してトナー画像の加熱溶融を行う方式（内包ＩＨ）を採用する。
ここで、発熱回転体では、その発熱層の厚み方向を貫通して発熱回転体の外側に向かう貫通磁束が発生するが、この発熱回転体の外側には、非磁性の磁束抑制部材が配置されている。
【０００９】
つまり、この貫通磁束が磁束抑制部材の内側の面に略垂直な一方向に通過すると、磁束抑制部材の周方向に誘導電流が発生し、そこから貫通磁束と逆向きの反磁束を発生させる。この反磁束と上記貫通磁束とが打ち消し合ってキャンセルされることで、磁束抑制部材は磁束を遮蔽できる（磁束抑制効果）。よって、発熱回転体の軸線方向長さよりも小さい幅の記録媒体の連続搬送によって発熱回転体の軸線方向の両端部分（非通紙域）の温度が上昇しても、この非通紙域では発熱量が抑えられ、発熱回転体の過昇温を防止できる。
【００１０】
また、非磁性の磁束抑制部材を発熱回転体の外側に配置すれば、従来の如く磁束抑制層を発熱ローラの内側に配置した場合に比して、発熱ローラの内部の制約を受けずに設計できるし、発熱ローラの内部の構造が複雑にならず、簡単な構成の定着装置が得られ、その製造コストの低廉化を図ることができる。
さらに、発熱回転体は、コイルからの磁束が貫通する薄さで構成されるため、厚肉の発熱ローラで構成する場合に比して熱容量が少なくなり、ウォームアップタイムの削減及び省エネルギー化に寄与する。
【００１１】
これらの結果、構造の簡略化を図りつつ、非通紙域の過昇温防止とウォームアップタイムの削減との両立を達成できる。
第２の発明は、第１の発明の構成において、発熱回転体の内側に設けられ、この発熱回転体の外面に接触する加圧回転体との間にニップを形成させる定着部材を備え、この定着部材は、非磁性・非導電性の基材と、この基材の外側に、発熱部材の内面に接触する断熱性を有した弾性層とを有することを特徴とする。
【００１２】
第２の発明によれば、第１の発明の作用に加えてさらに、発熱回転体は定着部材で支持され、この定着部材は断熱性を有した弾性層を有している。したがって、この断熱性によって発熱回転体から定着部材への熱移動量が減り、発熱回転体の昇温に要する期間のさらなる短縮化を確実に達成できる。また、この弾性によって発熱回転体の耐久性が向上するし、この発熱回転体の搬送性向上や記録媒体の分離性向上を図ることができる。
【００１３】
第３の発明は、第１や第２の発明の構成において、磁束抑制部材は、発熱回転体の外面に沿って湾曲した平面視板状で形成されていることを特徴とする。
第３の発明によれば、第１や第２の発明の作用に加えてさらに、磁束抑制部材は、発熱回転体の全周に亘って配置されておらず、磁界の強い方向に配置すれば足りるため、その機能を発揮するための設計が容易であり、この点も製造コストの低廉化に寄与する。
【００１４】
第４の発明は、第１から第３の定着装置を搭載し、これを用いて画像形成部で形成されたトナー画像を記録媒体に定着させる画像形成装置であることを特徴とする。
第４の発明によれば、第１から第３の発明の作用に加えてさらに、少ない定着熱容量で済み、また、記録媒体の搬送されない領域の過昇温を防止して良好なトナー画像が形成される結果、画像形成装置の信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、磁束抑制部材が発熱回転体の外側に配置されており、構造の簡略化を図りつつ、非通紙域の過昇温防止及び昇温特性の向上の双方の両立を達成できる定着装置及びこれを搭載した画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態の画像形成装置の構成を示した概略図である。
【図２】定着ユニットの外観斜視図である。
【図３】定着ユニットの構造例を示す縦断面図である。
【図４】発熱回転体及び磁束抑制部材の軸方向の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、一実施形態の画像形成装置１の構成を示した概略図である。画像形成装置１は、例えば外部から入力された画像情報に基づいて記録媒体の一例としての用紙の表面にトナー画像を転写して印刷を行うプリンタ、複写機、ファクシミリ装置、それらの機能を併せ持つ複合機等としての形態をとることができる。また、以下の実施形態では、記録媒体は用紙に限らず、用紙以外の記録媒体（ＯＨＰシートなど）であっても実施可能である。
【００１８】
図１に示される画像形成装置１は、例えばタンデム型のカラープリンタである。この画像形成装置１は、内部で用紙にカラー画像を形成（プリント）する四角箱状の装置本体２を備え、この装置本体２の上面部には、カラー画像が印刷された用紙を排出するための排出トレイ３が設けられている。
装置本体２内において、その下部には、用紙を収納する給紙カセット５が配設されている。また、装置本体２内の中央部には、給紙カセット５に収容していない種類の用紙を装置本体２へ供給するスタックトレイ６が配設されている。そして、装置本体２の上部には画像形成部７が設けられており、この画像形成部７は、画像形成装置１と接続されたＰＣ等の上位装置から送信される文字や絵柄などの画像データに基づいて用紙に画像を形成する。
【００１９】
図１で視て装置本体２の左部には、給紙カセット５から繰り出された用紙を後述の二次転写部２３に搬送する第１の搬送路９が配設されており、装置本体２の右部から左部にかけては、スタックトレイ６から繰り出された用紙を二次転写部２３に搬送する第２の搬送路１０が配設されている。また、装置本体２内の左上部には、二次転写部２３で画像が形成された用紙に対して定着処理を行う定着ユニット（定着装置）１４と、定着処理の行われた用紙を排出トレイ３に搬送する第３の搬送路１１とが配設されている。
【００２０】
給紙カセット５は、装置本体２の外部（例えば図１の手前側）に引き出すことにより用紙の補充を可能にする。この給紙カセット５は収納部１６を備えており、この収納部１６には、給紙方向のサイズが異なる少なくとも２種類の用紙を選択的に収納可能である。なお、収納部１６に収納されている用紙は、給紙ローラ１７及び捌きローラ対１８により１枚ずつ第１の搬送路９側に繰り出される。
【００２１】
スタックトレイ６は、装置本体２の外面にて開閉可能であり、その手差し部１９には用紙が１枚ずつ載置されるか、又は複数枚が積載される。なお、手差し部１９に載置された用紙はピックアップローラ２０及び捌きローラ対２１により１枚ずつ第２の搬送路１０側に繰り出される。
第１の搬送路９と第２の搬送路１０とはレジストローラ対２２の手前で合流しており、レジストローラ対２２に到達した用紙はここで一旦待機し、スキュー調整とタイミング調整を行った後、二次転写部２３に向けて送出される。送出された用紙には、二次転写部２３で中間転写ベルト４０上のフルカラーのトナー画像が用紙に二次転写される。この後、定着ユニット１４でトナー画像が定着された用紙は、必要に応じて第４の搬送路１２で反転され、最初とは反対側の面にも二次転写部２３でフルカラーのトナー画像が二次転写される。そして、反対面のトナー画像が定着ユニット１４で定着された後、第３の搬送路１１を通って排出ローラ対２４により排出トレイ３に排出される。
【００２２】
画像形成部７は、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）の各トナー画像を形成する４つの画像形成ユニット２６〜２９を備える他、これら画像形成ユニット２６〜２９で形成した各色別のトナー画像を重畳して担持する中間転写部３０を備えている。
各画像形成ユニット２６〜２９は、感光体ドラム３２と、感光体ドラム３２の周面に対向して配設された帯電部３３と、帯電部３３の感光体ドラム３２の回転方向下流側であって感光体ドラム３２の周面上の特定位置にレーザビームを照射するレーザ走査ユニット３４と、レーザ走査ユニット３４からのレーザビーム照射位置の感光体ドラム３２の回転方向下流側であって感光体ドラム３２の周面に対向して配設された現像部３５と、現像部３５の感光体ドラム３２の回転方向下流側であって感光体ドラム３２の周面に対向して配設されたクリーニング部３６とを備えている。
【００２３】
なお、各画像形成ユニット２６〜２９の感光体ドラム３２は、図示しない駆動モータにより図中の反時計回り方向に回転する。また、各画像形成ユニット２６〜２９の現像部３５には、各現像装置５１にブラックトナー、イエロートナー、シアントナー及びマゼンタトナーをそれぞれ含む二成分現像剤がそれぞれ収納されている。
【００２４】
中間転写部３０は、画像形成ユニット２６の近傍位置に配設された後ローラ３８と、画像形成ユニット２９の近傍位置に配設された前ローラ３９と、画像形成ユニット２８の上方に配置されたテンションローラ４２と、後ローラ３８と前ローラ３９とテンションローラ４２とに跨って配設された中間転写ベルト４０と、各画像形成ユニット２６〜２９の感光体ドラム３２における現像部３５の感光体ドラム３２の回転方向下流側の位置に中間転写ベルト４０を介して感光体ドラム３２に圧接可能に配設された４つの一次転写ローラ４１とを備えている。なお、テンションローラ４２は中間転写ベルト４０に適切な張力を付与する。
【００２５】
この中間転写部３０では、各画像形成ユニット２６〜２９の一次転写ローラ４１の位置で、中間転写ベルト４０上に各色別のトナー画像がそれぞれ重ね合わせて転写されて、最後にはフルカラーのトナー画像となる。
第１の搬送路９や第２の搬送路１０は、給紙カセット５やスタックトレイ６から繰り出されてきた用紙を二次転写部２３側に搬送するものであり、装置本体２内で所定の位置に配設された複数の搬送ローラ対４３と、二次転写部２３の手前に配設され、画像形成部７における画像形成動作と用紙の搬送動作とのタイミングを取るためのレジストローラ対２２とを備えている。
【００２６】
定着ユニット１４は、画像形成部７でトナー画像が転写された用紙を加熱及び加圧することにより、未定着トナー画像を用紙に定着させる処理を行うものである。定着ユニット１４は、加圧ローラ（加圧回転体）４４と可撓性を有した加熱ベルト（発熱回転体）４５とを備え、このうち加圧ローラ４４が金属製の芯金と弾性体の表層及び離型層を有するものであり、加熱ベルト４５が金属製の基材と弾性体の表層及び離型層を有するものである。なお、定着ユニット１４の詳細な構造についてはさらに後述する。
【００２７】
用紙の搬送方向で視て、定着ユニット１４の上流側及び下流側にはそれぞれ搬送路４７が設けられており（図１）、二次転写部２３を通って搬送されてきた用紙は上流側の搬送路４７を通じて加圧ローラ４４と加熱ベルト４５との間のニップに導入される。そして、加圧ローラ４４及び加熱ベルト４５間のニップを通過した用紙は下流側の搬送路４７を通じて第３の搬送路１１に案内される。
【００２８】
第３の搬送路１１は、定着ユニット１４で定着処理の行われた用紙を排出トレイ３に搬送する。このため第３の搬送路１１には、適宜位置に搬送ローラ対４９が配設されるとともに、その出口には上記の排出ローラ対２４が配設されている。
〔定着ユニットの詳細〕
次に、本実施形態の画像形成装置１に適用された定着ユニット１４の詳細について説明する。
【００２９】
図２は、定着ユニット１４の外観斜視図であり、図３は、この定着ユニット１４の構造例を示す縦断面図である。なお、これら図２，３では、画像形成装置１に実装した状態から向きを約９０°反時計回りに転回させて示している。したがって、図１中で視て下方から上方への用紙搬送方向は、図２，３でみると右方から左方となる。つまり、図３の用紙Ｐは定着ユニット１４に搬送される直前の状態である。なお、装置本体２がより大型（複合機等）である場合、図３に示される向きで実装されることもある。また、この他のレイアウトとして、図３に示される状態から左右いずれかに傾斜した姿勢で定着ユニット１４が画像形成装置１内に配置される場合もある。
【００３０】
本実施例の定着ユニット１４は、上記のように加圧ローラ４４及び加熱ベルト４５を備えている。加圧ローラ４４は、金属製（ＳＵＳ）の芯金上に厚み２〜５ｍｍ程度のシリコンゴム層を形成し、さらにＰＦＡチューブを被せた直径３０ｍｍ程度のローラとしている。なお、加圧ローラ４４の内側にはハロゲンヒータが設けられていてもよい。
【００３１】
〔発熱回転体〕
加熱ベルト４５は、その基材の厚みが４０μｍ（１μｍ＝１×１０−６ｍ）の整磁材料（Ｆｅ−Ｎｉ合金など）であり、発熱層として機能する。そして、その表層に厚み３００μｍ程度の薄膜の弾性層（シリコンゴム）が形成され、その外面には離型層（ＰＦＡ）が形成されており、その発熱温度を１５０〜２００℃の範囲に調整される直径５０ｍｍ程度の無端状の薄肉ベルトである。
【００３２】
この加熱ベルト４５の表面温度は、加熱ベルト４５の径方向外側に所定距離をおいて配置された非接触タイプの赤外線温度検出装置８０で測定される。
また、図２に示されるように、加圧ローラ４４にはステッピングモータ６６が装備されており、加圧ローラ４４はこのモータ６６からの動力により、搬送される用紙の幅方向に延びた軸線回りに回転する。この加圧ローラ４４の回転駆動（図３でみて反時計回り）に伴い、加熱ベルト４５が従動回転（図３でみて時計回り）し、加熱ベルト４５と加圧ローラ４４との間にはニップが形成される。
【００３３】
〔定着部材〕
詳しくは、本実施例の加熱ベルト４５は定着ローラ（定着部材）４６に巻回されている。この定着ローラ４６は、非磁性・非導電性（セラミックス製：厚さ１ｍｍ、直径４０ｍｍ程度）のローラ基材（基材）４６ａ上に、厚み５ｍｍ程度の断熱性を有したシリコンスポンジによる弾性層４６ｂが形成された直径５０ｍｍ程度のローラである。そして、定着ローラ４６の弾性層４６ｂが加熱ベルト４５の内面に接触し、加熱ベルト４５は軸線方向に亘って加圧ローラ４４からの押圧力を受ける。これにより、加熱ベルト４５と加圧ローラ４４との間にはトナー画像を用紙に定着させる略フラットなニップが形成される。
【００３４】
〔電磁誘導加熱ユニット〕
この他に定着ユニット１４は、加熱ベルト４５の内側にＩＨコイルユニット（電磁誘導加熱ユニット）５０を備えている（図１には示されていない）。ＩＨコイルユニット５０は、細い線材を束ねたリッツ線（線径０．１５ｍｍの線材、縒り数１１４本）である誘導加熱コイル５２や、誘導加熱コイル５２の周囲にて磁路を形成するべく、フェライト等の強磁性体で構成されたコア部５４から構成されている。
【００３５】
〔コイル〕
誘導加熱コイル５２は、加熱ベルト４５を誘導加熱するための磁界（磁束）を発生させる。そのため、誘導加熱コイル５２は加熱ベルト４５の内面に沿って配置される。実際には、加熱ベルト４５の内側にはコイルボビン５３が配置されており（図３）、このコイルボビン５３上に誘導加熱コイル５２が巻線状に配置される構成である。
【００３６】
コイルボビン５３は、加熱ベルト４５の内面に沿う円筒状に成形され（外径約３４ｍｍ、厚さ約２ｍｍ）、加熱ベルト４５の回転軸線方向（長手方向）に沿って延びている。そして、本実施例のコイル５２は、液晶ポリマー製のコイルボビン５３の外周面にて当該長手方向に交差する方向、つまり、ラジアル方向に巻き回されており、コイルボビン５３は上記長手方向に沿って螺旋状に巻回されたコイル５２を保持する。
【００３７】
このコイル５２のラジアル巻きは、加熱ベルト４５と誘導加熱コイル５２との間には、上述したセラミックス製のローラ基材４６ａ及びシリコンスポンジの弾性層４６ｂが介在し、加熱ベルト４５と誘導加熱コイル５２とが離れて磁気結合度が低下傾向にある点を考慮し、これらの磁気結合度を上げて加熱ベルト４５の発熱効率を高く保つために採用されたものである。なお、仮に、定着ローラが金属製の芯金に弾性層を有していた場合など、加熱ベルト４５と誘導加熱コイル５２との磁気結合度が低下傾向にないときには、ラジアル巻き以外の巻き方を採ってもよい。
【００３８】
〔発熱層〕
一方、上述した加熱ベルト４５の発熱層は、当該コイル５２からの磁束によって発熱する。詳しくは、この発熱層は、整磁材料（Ｆｅ−Ｎｉ合金など）であるため、常温では磁性を有するのに対し、この発熱層が所定の温度（キュリー温度）以上になると磁性が消失して非磁性（常磁性）になる性質を有しており、自己温度制御可能に構成されている。
【００３９】
〔磁束抑制部材〕
ところで、図３にも示される如く、本実施例では、加熱ベルト４５の上方には空間が形成されており、この空間に磁束抑制部材６０が配置される。
具体的には、磁束抑制部材６０は、加熱ベルト４５の外面に沿って円弧状に湾曲した平面視板状で形成され、非磁性・良導電性の材料（アルミニウム製）で構成されている。換言すれば、磁束抑制部材６０は、コイル５２の巻き方向に部分的に対向し、加熱ベルト４５の全周に亘って形成されていない。磁束抑制部材６０の両端は、定着ローラ４６と同様に定着ユニット１４の図示しないカバー等に支持されている。なお、装置本体２に支持されていてもよい。
【００４０】
そして、本実施例の磁束抑制部材６０は、加熱ベルト４５を挟んでＩＨコイルユニット５０に対向する位置、より詳しくは、加熱ベルト４５の外側であって、その外面からやや離れた位置に設けられ、この加熱ベルト４５の発熱層が上述した所定の温度以上になっても発熱し続けるのを抑制する機能を有している。
【００４１】
これら磁束抑制部材６０と加熱ベルト４５との距離Ｌは短いほど、磁束抑制部材６０による磁束抑制効果が高くなり、例えば３ｍｍ以下（１ｍｍ以下が最も好適である）に設定される。
上記の如く構成された定着ユニット１４では、不図示の高周波電源からコイル５２に高周波電流が供給されると、コイル５２には磁束が発生する。この磁束はコイルボビン５３の径方向外側に向かって進み、加熱ベルト４５に到達して発熱させる。
【００４２】
具体的には、この加熱ベルト４５の発熱層では渦電流が発生し、その材料の持つ固有抵抗によりジュール熱が生じ、そのキュリー温度に達するまで発熱し続け、用紙Ｐ上のトナー画像は加熱ベルト４５と加圧ローラ４４とのニップで溶融定着される。
一方、加熱ベルト４５の発熱層は、その温度がキュリー温度に達すると非磁性になる。例えば図４に示される如く、仮に幅の狭い用紙Ｐを連続して通過させると、上記長手方向（図４の左右方向）に延びた加熱ベルト４５のうち通紙領域よりも外側部分（非通紙域）７０，７０の温度は上昇して当該キュリー温度を超える。この結果、発熱層は非磁性となり、磁束は加熱ベルト４５を貫通して磁束抑制部材６０に到達する。
【００４３】
この磁束抑制部材６０に対し、その内側の面を垂直方向（一方向）に貫通する貫通磁束（錯交磁束）が通過すると、非通紙域７０に相当する磁束抑制部材６０で視て通紙領域の外側部分にはその周方向に誘導電流が生じる。これにより、電磁誘導によって貫通磁束とは逆向きの磁束（反磁束）が発生するので、これらが互いに打ち消しあってキャンセルする（磁束抑制効果）。このように本実施例では、この磁束のキャンセル効果を用いてコイル５２からの磁束を遮蔽し、非通紙域７０における加熱ベルト４５の過昇温を防止する。
【００４４】
以上のように、本実施例によれば、コイル５２で発生した磁束により加熱ベルト４５を誘導加熱してトナー画像の加熱溶融を行う方式（内包ＩＨ）を採用する。この内包ＩＨの構成によって、外包ＩＨに比して定着ユニット１４に要するスペースが少なくて済む。また、コイル５２が加熱ベルト４５の回転軸線に交差する方向、つまり、ラジアル方向にてコイルボビン５３の周面に巻き回されているため、加熱ベルト４５の周方向全域を加熱でき、定着の高速化を図ることができる。
【００４５】
ここで、加熱ベルト４５では、その発熱層の厚み方向を貫通して加熱ベルト４５の外側に向かう貫通磁束が発生するが、この加熱ベルト４５の外側には、非磁性・良導電性の磁束抑制部材６０が配置されている。
そして、磁束抑制部材６０の磁束抑制効果により、加熱ベルト４５の軸線方向長さよりも小さい幅の用紙Ｐの連続搬送によって加熱ベルト４５の非通紙域７０の温度が上昇しても、この非通紙域７０では発熱量が抑えられ、加熱ベルト４５の過昇温を防止できる。
【００４６】
また、非磁性・良導電性の磁束抑制部材６０を加熱ベルト４５の外側に配置すれば、従来の如く磁束抑制層を発熱ローラの内側に配置した場合に比して、発熱ローラの内部の制約を受けずに設計できるし、発熱ローラの内部の構造が複雑にならず、簡単な構成の定着ユニット１４が得られ、その製造コストの低廉化を図ることができる。
【００４７】
さらに、加熱ベルト４５は、コイル５２からの磁束が貫通する薄さで構成されるため、厚肉の発熱ローラで構成する場合に比して熱容量が少なくなり、ウォームアップタイムの削減及び省エネルギー化に寄与する。
これらの結果、構造の簡略化を図りつつ、非通紙域７０の過昇温防止と加熱ベルト４５のウォームアップタイムの削減との両立を達成できる。
【００４８】
さらにまた、加熱ベルト４５は定着ローラ４６で支持され、この定着ローラ４６は断熱性を有した弾性層４６ｂを有している。したがって、この断熱性によって加熱ベルト４５から定着ローラ４６への熱移動量が減り、加熱ベルト４５の昇温に要する期間のさらなる短縮化を確実に達成できる。また、この弾性によって加熱ベルト４５の耐久性が向上するし、この加熱ベルト４５の搬送性向上や用紙Ｐの分離性向上を図ることができる。
【００４９】
また、磁束抑制部材６０は、加熱ベルト４５の全周に亘って配置されておらず、磁界の強い方向に配置すれば足りるため、その機能を発揮するための設計が容易であり、この点も製造コストの低廉化に寄与する。
さらに、少ない定着熱容量で済み、また、加熱ベルト４５における用紙Ｐの非通紙域７０の過昇温を防止して良好なトナー画像が形成される結果、画像形成装置１の信頼性が向上する。
【００５０】
本発明は上述した実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施可能である。
例えば、本発明の発熱回転体は発熱層を有する限り、薄肉の加熱ベルト４５に替えて、例えば０．５ｍｍ以下の厚みで構成された定着ローラであっても良い。
【００５１】
また、本実施例では画像形成装置としてプリンタに具現化した例を示しているものの、本発明の画像形成装置は、複合機、複写機やファクシミリ等にも当然に適用可能である。
そして、これらいずれの場合にも上記と同様に、構造の簡略化を図りつつ、非通紙域の過昇温防止と昇温特性の向上との両立を達成できるとの効果を奏する。
【符号の説明】
【００５２】
１ プリンタ（画像形成装置）
７ 画像形成部
１４ 定着ユニット（定着装置）
４４ 加圧ローラ（加圧回転体）
４５ 加熱ベルト（発熱回転体）
４６ 定着ローラ（定着部材）
４６ａ ローラ基材（基材）
４６ｂ 弾性層
５０ ＩＨコイルユニット（電磁誘導加熱ユニット）
５２ 誘導加熱コイル（コイル）
６０ 磁束抑制部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー画像を担持した記録媒体を加熱ベルトと加圧ローラとのニップ間に通しながら、未定着トナーを加熱溶融させて記録媒体に定着させる定着装置及びこれを搭載した画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の画像形成装置においては近年、定着装置でのウォームアップタイムの短縮や省エネルギー等の要望から、熱容量を少なく設定できるベルト方式が注目されている。また、近年、急速加熱や高効率加熱の可能性をもった電磁誘導加熱方式（ＩＨ）が注目されており、カラー画像を定着させる際の省エネルギー化の観点から、電磁誘導加熱をベルト方式と組み合わせたものが多数製品化されている。
【０００３】
詳しくは、この電磁誘導加熱方式においては、ベルトの外側に電磁誘導のための磁界を発生させるコイルを配置した構造（いわゆる外包ＩＨ）があり、また、定着装置の省スペース化を図る点を鑑み、発熱ローラの内側にコイルを配置した構造（いわゆる内包ＩＨ）が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４２４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、定着装置の構造が複雑になるという問題がある。なぜならば、当該技術の発熱ローラの内部には、コイルの他、発熱ローラの端部（非通紙域）の過昇温防止を図る磁束抑制層も配置されているからである。
また、この磁束抑制層は、その機能を発揮するために所定の厚みが必要であるにも拘わらず、発熱ローラの内部構成の制約を受けて設計しなければならない。
【０００６】
さらに、当該技術の磁束抑制層は、電磁誘導によって発熱する発熱層に接しており、発熱ローラの昇温特性はこの磁束抑制層の厚みの影響を受ける。つまり、その機能を発揮するための肉厚の磁束抑制層を設けると、発熱ローラの昇温特性が低下するのである。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解消し、構造の簡略化を図りつつ、非通紙域の過昇温防止と昇温特性の向上との両立を達成できる定着装置及びこれを搭載した画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための第１の発明は、記録媒体に画像を定着するための定着装置であって、磁界の電磁誘導によって発熱する発熱層を有するとともに、搬送される記録媒体の幅方向に延びた軸線周りに回転し、記録媒体上のトナー画像を加熱してこの記録媒体に定着させる発熱回転体と、発熱回転体の内側に配置され、巻き回されて発熱層を誘導加熱するための磁束を発生させるコイルを備えた電磁誘導加熱ユニットと、発熱回転体の外側であって、この発熱回転体を挟んでコイルに対向する位置に配置されており、発熱層を貫通した磁束を通過させる非磁性の磁束抑制部材とを具備する。
【０００８】
第１の発明によれば、コイルで発生させた磁束により発熱回転体を誘導加熱してトナー画像の加熱溶融を行う方式（内包ＩＨ）を採用する。
ここで、発熱回転体では、その発熱層の厚み方向を貫通して発熱回転体の外側に向かう貫通磁束が発生するが、この発熱回転体の外側には、非磁性の磁束抑制部材が配置されている。
【０００９】
つまり、この貫通磁束が磁束抑制部材の内側の面に略垂直な一方向に通過すると、磁束抑制部材の周方向に誘導電流が発生し、そこから貫通磁束と逆向きの反磁束を発生させる。この反磁束と上記貫通磁束とが打ち消し合ってキャンセルされることで、磁束抑制部材は磁束を遮蔽できる（磁束抑制効果）。よって、発熱回転体の軸線方向長さよりも小さい幅の記録媒体の連続搬送によって発熱回転体の軸線方向の両端部分（非通紙域）の温度が上昇しても、この非通紙域では発熱量が抑えられ、発熱回転体の過昇温を防止できる。
【００１０】
また、非磁性の磁束抑制部材を発熱回転体の外側に配置すれば、従来の如く磁束抑制層を発熱ローラの内側に配置した場合に比して、発熱ローラの内部の制約を受けずに設計できるし、発熱ローラの内部の構造が複雑にならず、簡単な構成の定着装置が得られ、その製造コストの低廉化を図ることができる。
さらに、発熱回転体は、コイルからの磁束が貫通する薄さで構成されるため、厚肉の発熱ローラで構成する場合に比して熱容量が少なくなり、ウォームアップタイムの削減及び省エネルギー化に寄与する。
【００１１】
これらの結果、構造の簡略化を図りつつ、非通紙域の過昇温防止とウォームアップタイムの削減との両立を達成できる。
第２の発明は、第１の発明の構成において、発熱回転体の内側に設けられ、この発熱回転体の外面に接触する加圧回転体との間にニップを形成させる定着部材を備え、この定着部材は、非磁性・非導電性の基材と、この基材の外側に、発熱部材の内面に接触する断熱性を有した弾性層とを有することを特徴とする。
【００１２】
第２の発明によれば、第１の発明の作用に加えてさらに、発熱回転体は定着部材で支持され、この定着部材は断熱性を有した弾性層を有している。したがって、この断熱性によって発熱回転体から定着部材への熱移動量が減り、発熱回転体の昇温に要する期間のさらなる短縮化を確実に達成できる。また、この弾性によって発熱回転体の耐久性が向上するし、この発熱回転体の搬送性向上や記録媒体の分離性向上を図ることができる。
【００１３】
第３の発明は、第１や第２の発明の構成において、磁束抑制部材は、発熱回転体の外面に沿って湾曲した平面視板状で形成されていることを特徴とする。
第３の発明によれば、第１や第２の発明の作用に加えてさらに、磁束抑制部材は、発熱回転体の全周に亘って配置されておらず、磁界の強い方向に配置すれば足りるため、その機能を発揮するための設計が容易であり、この点も製造コストの低廉化に寄与する。
【００１４】
第４の発明は、第１から第３の定着装置を搭載し、これを用いて画像形成部で形成されたトナー画像を記録媒体に定着させる画像形成装置であることを特徴とする。
第４の発明によれば、第１から第３の発明の作用に加えてさらに、少ない定着熱容量で済み、また、記録媒体の搬送されない領域の過昇温を防止して良好なトナー画像が形成される結果、画像形成装置の信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、磁束抑制部材が発熱回転体の外側に配置されており、構造の簡略化を図りつつ、非通紙域の過昇温防止及び昇温特性の向上の双方の両立を達成できる定着装置及びこれを搭載した画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態の画像形成装置の構成を示した概略図である。
【図２】定着ユニットの外観斜視図である。
【図３】定着ユニットの構造例を示す縦断面図である。
【図４】発熱回転体及び磁束抑制部材の軸方向の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、一実施形態の画像形成装置１の構成を示した概略図である。画像形成装置１は、例えば外部から入力された画像情報に基づいて記録媒体の一例としての用紙の表面にトナー画像を転写して印刷を行うプリンタ、複写機、ファクシミリ装置、それらの機能を併せ持つ複合機等としての形態をとることができる。また、以下の実施形態では、記録媒体は用紙に限らず、用紙以外の記録媒体（ＯＨＰシートなど）であっても実施可能である。
【００１８】
図１に示される画像形成装置１は、例えばタンデム型のカラープリンタである。この画像形成装置１は、内部で用紙にカラー画像を形成（プリント）する四角箱状の装置本体２を備え、この装置本体２の上面部には、カラー画像が印刷された用紙を排出するための排出トレイ３が設けられている。
装置本体２内において、その下部には、用紙を収納する給紙カセット５が配設されている。また、装置本体２内の中央部には、給紙カセット５に収容していない種類の用紙を装置本体２へ供給するスタックトレイ６が配設されている。そして、装置本体２の上部には画像形成部７が設けられており、この画像形成部７は、画像形成装置１と接続されたＰＣ等の上位装置から送信される文字や絵柄などの画像データに基づいて用紙に画像を形成する。
【００１９】
図１で視て装置本体２の左部には、給紙カセット５から繰り出された用紙を後述の二次転写部２３に搬送する第１の搬送路９が配設されており、装置本体２の右部から左部にかけては、スタックトレイ６から繰り出された用紙を二次転写部２３に搬送する第２の搬送路１０が配設されている。また、装置本体２内の左上部には、二次転写部２３で画像が形成された用紙に対して定着処理を行う定着ユニット（定着装置）１４と、定着処理の行われた用紙を排出トレイ３に搬送する第３の搬送路１１とが配設されている。
【００２０】
給紙カセット５は、装置本体２の外部（例えば図１の手前側）に引き出すことにより用紙の補充を可能にする。この給紙カセット５は収納部１６を備えており、この収納部１６には、給紙方向のサイズが異なる少なくとも２種類の用紙を選択的に収納可能である。なお、収納部１６に収納されている用紙は、給紙ローラ１７及び捌きローラ対１８により１枚ずつ第１の搬送路９側に繰り出される。
【００２１】
スタックトレイ６は、装置本体２の外面にて開閉可能であり、その手差し部１９には用紙が１枚ずつ載置されるか、又は複数枚が積載される。なお、手差し部１９に載置された用紙はピックアップローラ２０及び捌きローラ対２１により１枚ずつ第２の搬送路１０側に繰り出される。
第１の搬送路９と第２の搬送路１０とはレジストローラ対２２の手前で合流しており、レジストローラ対２２に到達した用紙はここで一旦待機し、スキュー調整とタイミング調整を行った後、二次転写部２３に向けて送出される。送出された用紙には、二次転写部２３で中間転写ベルト４０上のフルカラーのトナー画像が用紙に二次転写される。この後、定着ユニット１４でトナー画像が定着された用紙は、必要に応じて第４の搬送路１２で反転され、最初とは反対側の面にも二次転写部２３でフルカラーのトナー画像が二次転写される。そして、反対面のトナー画像が定着ユニット１４で定着された後、第３の搬送路１１を通って排出ローラ対２４により排出トレイ３に排出される。
【００２２】
画像形成部７は、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）の各トナー画像を形成する４つの画像形成ユニット２６〜２９を備える他、これら画像形成ユニット２６〜２９で形成した各色別のトナー画像を重畳して担持する中間転写部３０を備えている。
各画像形成ユニット２６〜２９は、感光体ドラム３２と、感光体ドラム３２の周面に対向して配設された帯電部３３と、帯電部３３の感光体ドラム３２の回転方向下流側であって感光体ドラム３２の周面上の特定位置にレーザビームを照射するレーザ走査ユニット３４と、レーザ走査ユニット３４からのレーザビーム照射位置の感光体ドラム３２の回転方向下流側であって感光体ドラム３２の周面に対向して配設された現像部３５と、現像部３５の感光体ドラム３２の回転方向下流側であって感光体ドラム３２の周面に対向して配設されたクリーニング部３６とを備えている。
【００２３】
なお、各画像形成ユニット２６〜２９の感光体ドラム３２は、図示しない駆動モータにより図中の反時計回り方向に回転する。また、各画像形成ユニット２６〜２９の現像部３５には、各現像装置５１にブラックトナー、イエロートナー、シアントナー及びマゼンタトナーをそれぞれ含む二成分現像剤がそれぞれ収納されている。
【００２４】
中間転写部３０は、画像形成ユニット２６の近傍位置に配設された後ローラ３８と、画像形成ユニット２９の近傍位置に配設された前ローラ３９と、画像形成ユニット２８の上方に配置されたテンションローラ４２と、後ローラ３８と前ローラ３９とテンションローラ４２とに跨って配設された中間転写ベルト４０と、各画像形成ユニット２６〜２９の感光体ドラム３２における現像部３５の感光体ドラム３２の回転方向下流側の位置に中間転写ベルト４０を介して感光体ドラム３２に圧接可能に配設された４つの一次転写ローラ４１とを備えている。なお、テンションローラ４２は中間転写ベルト４０に適切な張力を付与する。
【００２５】
この中間転写部３０では、各画像形成ユニット２６〜２９の一次転写ローラ４１の位置で、中間転写ベルト４０上に各色別のトナー画像がそれぞれ重ね合わせて転写されて、最後にはフルカラーのトナー画像となる。
第１の搬送路９や第２の搬送路１０は、給紙カセット５やスタックトレイ６から繰り出されてきた用紙を二次転写部２３側に搬送するものであり、装置本体２内で所定の位置に配設された複数の搬送ローラ対４３と、二次転写部２３の手前に配設され、画像形成部７における画像形成動作と用紙の搬送動作とのタイミングを取るためのレジストローラ対２２とを備えている。
【００２６】
定着ユニット１４は、画像形成部７でトナー画像が転写された用紙を加熱及び加圧することにより、未定着トナー画像を用紙に定着させる処理を行うものである。定着ユニット１４は、加圧ローラ（加圧回転体）４４と可撓性を有した加熱ベルト（発熱回転体）４５とを備え、このうち加圧ローラ４４が金属製の芯金と弾性体の表層及び離型層を有するものであり、加熱ベルト４５が金属製の基材と弾性体の表層及び離型層を有するものである。なお、定着ユニット１４の詳細な構造についてはさらに後述する。
【００２７】
用紙の搬送方向で視て、定着ユニット１４の上流側及び下流側にはそれぞれ搬送路４７が設けられており（図１）、二次転写部２３を通って搬送されてきた用紙は上流側の搬送路４７を通じて加圧ローラ４４と加熱ベルト４５との間のニップに導入される。そして、加圧ローラ４４及び加熱ベルト４５間のニップを通過した用紙は下流側の搬送路４７を通じて第３の搬送路１１に案内される。
【００２８】
第３の搬送路１１は、定着ユニット１４で定着処理の行われた用紙を排出トレイ３に搬送する。このため第３の搬送路１１には、適宜位置に搬送ローラ対４９が配設されるとともに、その出口には上記の排出ローラ対２４が配設されている。
〔定着ユニットの詳細〕
次に、本実施形態の画像形成装置１に適用された定着ユニット１４の詳細について説明する。
【００２９】
図２は、定着ユニット１４の外観斜視図であり、図３は、この定着ユニット１４の構造例を示す縦断面図である。なお、これら図２，３では、画像形成装置１に実装した状態から向きを約９０°反時計回りに転回させて示している。したがって、図１中で視て下方から上方への用紙搬送方向は、図２，３でみると右方から左方となる。つまり、図３の用紙Ｐは定着ユニット１４に搬送される直前の状態である。なお、装置本体２がより大型（複合機等）である場合、図３に示される向きで実装されることもある。また、この他のレイアウトとして、図３に示される状態から左右いずれかに傾斜した姿勢で定着ユニット１４が画像形成装置１内に配置される場合もある。
【００３０】
本実施例の定着ユニット１４は、上記のように加圧ローラ４４及び加熱ベルト４５を備えている。加圧ローラ４４は、金属製（ＳＵＳ）の芯金上に厚み２〜５ｍｍ程度のシリコンゴム層を形成し、さらにＰＦＡチューブを被せた直径３０ｍｍ程度のローラとしている。なお、加圧ローラ４４の内側にはハロゲンヒータが設けられていてもよい。
【００３１】
〔発熱回転体〕
加熱ベルト４５は、その基材の厚みが４０μｍ（１μｍ＝１×１０−６ｍ）の整磁材料（Ｆｅ−Ｎｉ合金など）であり、発熱層として機能する。そして、その表層に厚み３００μｍ程度の薄膜の弾性層（シリコンゴム）が形成され、その外面には離型層（ＰＦＡ）が形成されており、その発熱温度を１５０〜２００℃の範囲に調整される直径５０ｍｍ程度の無端状の薄肉ベルトである。
【００３２】
この加熱ベルト４５の表面温度は、加熱ベルト４５の径方向外側に所定距離をおいて配置された非接触タイプの赤外線温度検出装置８０で測定される。
また、図２に示されるように、加圧ローラ４４にはステッピングモータ６６が装備されており、加圧ローラ４４はこのモータ６６からの動力により、搬送される用紙の幅方向に延びた軸線回りに回転する。この加圧ローラ４４の回転駆動（図３でみて反時計回り）に伴い、加熱ベルト４５が従動回転（図３でみて時計回り）し、加熱ベルト４５と加圧ローラ４４との間にはニップが形成される。
【００３３】
〔定着部材〕
詳しくは、本実施例の加熱ベルト４５は定着ローラ（定着部材）４６に巻回されている。この定着ローラ４６は、非磁性・非導電性（セラミックス製：厚さ１ｍｍ、直径４０ｍｍ程度）のローラ基材（基材）４６ａ上に、厚み５ｍｍ程度の断熱性を有したシリコンスポンジによる弾性層４６ｂが形成された直径５０ｍｍ程度のローラである。そして、定着ローラ４６の弾性層４６ｂが加熱ベルト４５の内面に接触し、加熱ベルト４５は軸線方向に亘って加圧ローラ４４からの押圧力を受ける。これにより、加熱ベルト４５と加圧ローラ４４との間にはトナー画像を用紙に定着させる略フラットなニップが形成される。
【００３４】
〔電磁誘導加熱ユニット〕
この他に定着ユニット１４は、加熱ベルト４５の内側にＩＨコイルユニット（電磁誘導加熱ユニット）５０を備えている（図１には示されていない）。ＩＨコイルユニット５０は、細い線材を束ねたリッツ線（線径０．１５ｍｍの線材、縒り数１１４本）である誘導加熱コイル５２や、誘導加熱コイル５２の周囲にて磁路を形成するべく、フェライト等の強磁性体で構成されたコア部５４から構成されている。
【００３５】
〔コイル〕
誘導加熱コイル５２は、加熱ベルト４５を誘導加熱するための磁界（磁束）を発生させる。そのため、誘導加熱コイル５２は加熱ベルト４５の内面に沿って配置される。実際には、加熱ベルト４５の内側にはコイルボビン５３が配置されており（図３）、このコイルボビン５３上に誘導加熱コイル５２が巻線状に配置される構成である。
【００３６】
コイルボビン５３は、加熱ベルト４５の内面に沿う円筒状に成形され（外径約３４ｍｍ、厚さ約２ｍｍ）、加熱ベルト４５の回転軸線方向（長手方向）に沿って延びている。そして、本実施例のコイル５２は、液晶ポリマー製のコイルボビン５３の外周面にて当該長手方向に交差する方向、つまり、ラジアル方向に巻き回されており、コイルボビン５３は上記長手方向に沿って螺旋状に巻回されたコイル５２を保持する。
【００３７】
このコイル５２のラジアル巻きは、加熱ベルト４５と誘導加熱コイル５２との間には、上述したセラミックス製のローラ基材４６ａ及びシリコンスポンジの弾性層４６ｂが介在し、加熱ベルト４５と誘導加熱コイル５２とが離れて磁気結合度が低下傾向にある点を考慮し、これらの磁気結合度を上げて加熱ベルト４５の発熱効率を高く保つために採用されたものである。なお、仮に、定着ローラが金属製の芯金に弾性層を有していた場合など、加熱ベルト４５と誘導加熱コイル５２との磁気結合度が低下傾向にないときには、ラジアル巻き以外の巻き方を採ってもよい。
【００３８】
〔発熱層〕
一方、上述した加熱ベルト４５の発熱層は、当該コイル５２からの磁束によって発熱する。詳しくは、この発熱層は、整磁材料（Ｆｅ−Ｎｉ合金など）であるため、常温では磁性を有するのに対し、この発熱層が所定の温度（キュリー温度）以上になると磁性が消失して非磁性（常磁性）になる性質を有しており、自己温度制御可能に構成されている。
【００３９】
〔磁束抑制部材〕
ところで、図３にも示される如く、本実施例では、加熱ベルト４５の上方には空間が形成されており、この空間に磁束抑制部材６０が配置される。
具体的には、磁束抑制部材６０は、加熱ベルト４５の外面に沿って円弧状に湾曲した平面視板状で形成され、非磁性・良導電性の材料（アルミニウム製）で構成されている。換言すれば、磁束抑制部材６０は、コイル５２の巻き方向に部分的に対向し、加熱ベルト４５の全周に亘って形成されていない。磁束抑制部材６０の両端は、定着ローラ４６と同様に定着ユニット１４の図示しないカバー等に支持されている。なお、装置本体２に支持されていてもよい。
【００４０】
そして、本実施例の磁束抑制部材６０は、加熱ベルト４５を挟んでＩＨコイルユニット５０に対向する位置、より詳しくは、加熱ベルト４５の外側であって、その外面からやや離れた位置に設けられ、この加熱ベルト４５の発熱層が上述した所定の温度以上になっても発熱し続けるのを抑制する機能を有している。
【００４１】
これら磁束抑制部材６０と加熱ベルト４５との距離Ｌは短いほど、磁束抑制部材６０による磁束抑制効果が高くなり、例えば３ｍｍ以下（１ｍｍ以下が最も好適である）に設定される。
上記の如く構成された定着ユニット１４では、不図示の高周波電源からコイル５２に高周波電流が供給されると、コイル５２には磁束が発生する。この磁束はコイルボビン５３の径方向外側に向かって進み、加熱ベルト４５に到達して発熱させる。
【００４２】
具体的には、この加熱ベルト４５の発熱層では渦電流が発生し、その材料の持つ固有抵抗によりジュール熱が生じ、そのキュリー温度に達するまで発熱し続け、用紙Ｐ上のトナー画像は加熱ベルト４５と加圧ローラ４４とのニップで溶融定着される。
一方、加熱ベルト４５の発熱層は、その温度がキュリー温度に達すると非磁性になる。例えば図４に示される如く、仮に幅の狭い用紙Ｐを連続して通過させると、上記長手方向（図４の左右方向）に延びた加熱ベルト４５のうち通紙領域よりも外側部分（非通紙域）７０，７０の温度は上昇して当該キュリー温度を超える。この結果、発熱層は非磁性となり、磁束は加熱ベルト４５を貫通して磁束抑制部材６０に到達する。
【００４３】
この磁束抑制部材６０に対し、その内側の面を垂直方向（一方向）に貫通する貫通磁束（錯交磁束）が通過すると、非通紙域７０に相当する磁束抑制部材６０で視て通紙領域の外側部分にはその周方向に誘導電流が生じる。これにより、電磁誘導によって貫通磁束とは逆向きの磁束（反磁束）が発生するので、これらが互いに打ち消しあってキャンセルする（磁束抑制効果）。このように本実施例では、この磁束のキャンセル効果を用いてコイル５２からの磁束を遮蔽し、非通紙域７０における加熱ベルト４５の過昇温を防止する。
【００４４】
以上のように、本実施例によれば、コイル５２で発生した磁束により加熱ベルト４５を誘導加熱してトナー画像の加熱溶融を行う方式（内包ＩＨ）を採用する。この内包ＩＨの構成によって、外包ＩＨに比して定着ユニット１４に要するスペースが少なくて済む。また、コイル５２が加熱ベルト４５の回転軸線に交差する方向、つまり、ラジアル方向にてコイルボビン５３の周面に巻き回されているため、加熱ベルト４５の周方向全域を加熱でき、定着の高速化を図ることができる。
【００４５】
ここで、加熱ベルト４５では、その発熱層の厚み方向を貫通して加熱ベルト４５の外側に向かう貫通磁束が発生するが、この加熱ベルト４５の外側には、非磁性・良導電性の磁束抑制部材６０が配置されている。
そして、磁束抑制部材６０の磁束抑制効果により、加熱ベルト４５の軸線方向長さよりも小さい幅の用紙Ｐの連続搬送によって加熱ベルト４５の非通紙域７０の温度が上昇しても、この非通紙域７０では発熱量が抑えられ、加熱ベルト４５の過昇温を防止できる。
【００４６】
また、非磁性・良導電性の磁束抑制部材６０を加熱ベルト４５の外側に配置すれば、従来の如く磁束抑制層を発熱ローラの内側に配置した場合に比して、発熱ローラの内部の制約を受けずに設計できるし、発熱ローラの内部の構造が複雑にならず、簡単な構成の定着ユニット１４が得られ、その製造コストの低廉化を図ることができる。
【００４７】
さらに、加熱ベルト４５は、コイル５２からの磁束が貫通する薄さで構成されるため、厚肉の発熱ローラで構成する場合に比して熱容量が少なくなり、ウォームアップタイムの削減及び省エネルギー化に寄与する。
これらの結果、構造の簡略化を図りつつ、非通紙域７０の過昇温防止と加熱ベルト４５のウォームアップタイムの削減との両立を達成できる。
【００４８】
さらにまた、加熱ベルト４５は定着ローラ４６で支持され、この定着ローラ４６は断熱性を有した弾性層４６ｂを有している。したがって、この断熱性によって加熱ベルト４５から定着ローラ４６への熱移動量が減り、加熱ベルト４５の昇温に要する期間のさらなる短縮化を確実に達成できる。また、この弾性によって加熱ベルト４５の耐久性が向上するし、この加熱ベルト４５の搬送性向上や用紙Ｐの分離性向上を図ることができる。
【００４９】
また、磁束抑制部材６０は、加熱ベルト４５の全周に亘って配置されておらず、磁界の強い方向に配置すれば足りるため、その機能を発揮するための設計が容易であり、この点も製造コストの低廉化に寄与する。
さらに、少ない定着熱容量で済み、また、加熱ベルト４５における用紙Ｐの非通紙域７０の過昇温を防止して良好なトナー画像が形成される結果、画像形成装置１の信頼性が向上する。
【００５０】
本発明は上述した実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施可能である。
例えば、本発明の発熱回転体は発熱層を有する限り、薄肉の加熱ベルト４５に替えて、例えば０．５ｍｍ以下の厚みで構成された定着ローラであっても良い。
【００５１】
また、本実施例では画像形成装置としてプリンタに具現化した例を示しているものの、本発明の画像形成装置は、複合機、複写機やファクシミリ等にも当然に適用可能である。
そして、これらいずれの場合にも上記と同様に、構造の簡略化を図りつつ、非通紙域の過昇温防止と昇温特性の向上との両立を達成できるとの効果を奏する。
【符号の説明】
【００５２】
１ プリンタ（画像形成装置）
７ 画像形成部
１４ 定着ユニット（定着装置）
４４ 加圧ローラ（加圧回転体）
４５ 加熱ベルト（発熱回転体）
４６ 定着ローラ（定着部材）
４６ａ ローラ基材（基材）
４６ｂ 弾性層
５０ ＩＨコイルユニット（電磁誘導加熱ユニット）
５２ 誘導加熱コイル（コイル）
６０ 磁束抑制部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体に画像を定着するための定着装置であって、
磁界の電磁誘導によって発熱する発熱層を有するとともに、搬送される前記記録媒体の幅方向に延びた軸線周りに回転し、前記記録媒体上のトナー画像を加熱してこの記録媒体に定着させる発熱回転体と、
前記発熱回転体の内側に配置され、巻き回されて前記発熱層を誘導加熱するための磁束を発生させるコイルを備えた電磁誘導加熱ユニットと、
前記発熱回転体の外側であって、この発熱回転体を挟んで前記コイルに対向する位置に配置されており、前記発熱層を貫通した磁束を通過させる非磁性の磁束抑制部材と
を具備することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置であって、
前記発熱回転体の内側に設けられ、この発熱回転体の外面に接触する加圧回転体との間にニップを形成させる定着部材を備え、
この定着部材は、非磁性・非導電性の基材と、この基材の外側に、前記発熱部材の内面に接触する断熱性を有した弾性層とを有することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の定着装置であって、
前記磁束抑制部材は、前記発熱回転体の外面に沿って湾曲した平面視板状で形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の定着装置を搭載し、これを用いて画像形成部で形成されたトナー画像を前記記録媒体に定着させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
記録媒体に画像を定着するための定着装置であって、
磁界の電磁誘導によって発熱する発熱層を有するとともに、搬送される前記記録媒体の幅方向に延びた軸線周りに回転し、前記記録媒体上のトナー画像を加熱してこの記録媒体に定着させる発熱回転体と、
前記発熱回転体の内側に配置され、巻き回されて前記発熱層を誘導加熱するための磁束を発生させるコイルを備えた電磁誘導加熱ユニットと、
前記発熱回転体の外側であって、この発熱回転体を挟んで前記コイルに対向する位置に配置されており、前記発熱層を貫通した磁束を通過させる非磁性の磁束抑制部材と
を具備することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置であって、
前記発熱回転体の内側に設けられ、この発熱回転体の外面に接触する加圧回転体との間にニップを形成させる定着部材を備え、
この定着部材は、非磁性・非導電性の基材と、この基材の外側に、前記発熱部材の内面に接触する断熱性を有した弾性層とを有することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の定着装置であって、
前記磁束抑制部材は、前記発熱回転体の外面に沿って湾曲した平面視板状で形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の定着装置を搭載し、これを用いて画像形成部で形成されたトナー画像を前記記録媒体に定着させることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２３２４８５（Ｐ２０１１−２３２４８５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０１８３２（Ｐ２０１０−１０１８３２）
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]