JP4936430B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置とそこに設置される定着装置とに関し、特に、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置及び画像形成装置に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、装置の立ち上げ時間を低減して省エネルギー化することを目的として、電磁誘導加熱方式の定着装置を用いる技術が広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１等において、電磁誘導加熱方式の定着装置は、加熱ローラと定着補助ローラ（定着ローラ）とによって張架された定着ベルト、加熱ローラに定着ベルトを介して対向する誘導加熱部（磁束発生手段）、定着補助ローラに定着ベルトを介して対向する加圧ローラ、加熱ローラ（ローラ部材）に内設された内部コア（コア）、等で構成される。誘導加熱部は、幅方向（記録媒体の搬送方向に直交する方向である。）に延設されたコイル部や、コイル部に対向するコア部、等で構成される。また、加熱ローラに内設された内部コアの幅方向両端部には、加熱ローラの幅方向の加熱範囲を可変するための遮蔽部材が設置されている。

そして、定着ベルトは、誘導加熱部との対向位置で加熱される。加熱された定着ベルトは、定着補助ローラ及び加圧ローラの位置に搬送される記録媒体上のトナー像を加熱して定着する。詳しくは、コイル部に高周波の交番電流を流すことで、コイル部の周囲に磁力線が形成されて、加熱ローラ表面に渦電流が生じる。加熱ローラに渦電流が生じると、加熱ローラ自身の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、加熱ローラに巻装された定着ベルトが加熱される。
ここで、幅方向のサイズが小さな記録媒体（小サイズ紙）を連続的に通紙する場合には、通紙範囲のみが加熱範囲となるように、内部コアの幅方向両端部に設置された遮蔽部材を稼動する。

このような電磁誘導加熱方式を用いた定着装置は、定着ベルトの表面温度（定着温度）を所望の温度まで昇温するのに、少ないエネルギー消費で短い立ち上げ時間でおこなうことができるものとして知られている。特に、特許文献１等では、加熱ローラ（発熱部材）を介して誘導加熱部に対向する内部コアを設置しているために、誘導加熱部と内部コアとの間に磁力線が効率的に形成されて加熱ローラの発熱効率が高められる。さらに、遮蔽部材（可変手段）を設けているために、幅方向のサイズが小さな記録媒体を連続的に通紙した場合であっても、定着ベルトにおける幅方向両端部（非通紙領域）の過昇温を抑止することができる。

特開２００５−２５８３８３号公報

上述した特許文献１等の技術は、加熱ローラの発熱効率が向上するとともに定着ベルト（又は加熱ローラ）の幅方向両端部の過昇温を抑止することができる。
しかし、定着装置の稼動を停止しているときには、誘導加熱部への通電を停止する必要があった。すなわち、定着装置の稼動をおこなっているとき（定着ベルト等を駆動しているときである。）のみ誘導加熱部への通電をおこない加熱ローラ（発熱層）を加熱するよりも、ウォームアップ時等であって定着装置の稼動を停止しているとき（定着ベルト等の駆動を停止しているときである。）にも誘導加熱部への通電をおこない加熱ローラを加熱しておいた方が定着ベルトの昇温時間をさらに短縮することができるものの、加熱ローラが瞬時に昇温して定着ベルトの離型層が局所的に溶融してしまう等の熱的破損が生じてしまう可能性があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、幅方向のサイズが小さな記録媒体が連続的に通紙された場合等であっても発熱部材の幅方向両端部の過昇温が抑止されるとともに、装置の稼動が停止しているときにも磁束発生手段によって発熱部材の加熱をおこなっても不具合が生じることなく発熱部材の発熱効率がさらに向上する、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

本願発明者は、前記課題を解決するために研究を重ねた結果、次の事項を知るに至った。
すなわち、発熱部材の発熱層を所定のキューリー点を有する整磁合金で形成して、その発熱部材を介して磁束発生手段に対向するコアを設置することで、定着装置の稼動が停止しているときに磁束発生手段による発熱部材の加熱をおこなっても、定着部材の熱的破損等の不具合が生じない。

この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる定着装置は、トナー像を加熱して当該トナー像を記録媒体に定着する定着装置であって、磁束を発生させる磁束発生手段と、所定のキューリー点を有するとともに前記磁束によって加熱される発熱層を有する発熱部材と、前記発熱部材を介して前記磁束発生手段に対向するコアと、前記磁束によって加熱される前記発熱部材の幅方向の加熱範囲を可変する可変手段と、前記発熱層の温度がキューリー点を超えた状態を検知する第１検知手段と、トナー像を溶融する定着部材の温度を検知する第２検知手段と、を備え、前記磁束発生手段は、装置の稼動を停止しているときにも前記発熱層を加熱するように制御され、前記第１検知手段によって前記発熱層の温度がキューリー点を超えた状態を検知した場合に、前記第２検知手段によって検知された温度が予想温度より低いときには装置の稼動を停止した状態で前記磁束発生手段による前記発熱層の加熱を停止して、前記第２検知手段によって検知された温度が予想温度より大きいときには前記磁束発生手段による前記発熱層の加熱を停止した状態で装置を空稼動するものである。

また、請求項２記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１記載の発明において、前記可変手段を、前記磁束によって加熱される前記発熱部材の幅方向の加熱範囲を前記コアの幅方向の一部を遮蔽して可変する遮蔽部材としたものである。

また、請求項３記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記発熱層は、そのキューリー点がトナー像を溶融する定着部材における定着設定温度の上限値よりも高くなるように形成されたものである。

また、請求項４記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記発熱層は、そのキューリー点がトナー像を溶融する定着部材における離型層を形成する材料の溶融温度よりも低くなるように形成されたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記可変手段は、トナー像を溶融する定着部材の温度が当該定着部材における定着設定温度の下限値よりも低く設定された所定温度に達したときに、前記発熱部材の幅方向の加熱範囲を可変するものである。

また、請求項６記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記可変手段が稼動しないときに前記発熱部材における幅方向端部の発熱量が幅方向中央部における発熱量よりも高くなるように構成されたものである。

また、請求項７記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項６に記載の発明において、前記発熱層は、幅方向端部におけるキューリー点が幅方向中央部におけるキューリー点よりも高くなるように形成されたものである。

また、請求項８記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項７に記載の発明において、前記可変手段は、前記発熱層におけるキューリー点を高くした幅方向端部が加熱されないように前記発熱部材の幅方向の加熱範囲を可変するものである。

また、請求項９記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項８のいずれかに記載の発明において、前記コアは、幅方向端部における前記発熱部材に対する距離が幅方向中央部における前記発熱部材に対する距離よりも短くなるように形成されたものである。

また、請求項１０記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項９のいずれかに記載の発明において、前記発熱部材は、前記定着部材を加熱するものである。

また、請求項１１記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１０に記載の発明において、前記定着部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接するとともに、少なくとも２つのローラ部材に張架される定着ベルトであって、前記発熱部材は、前記少なくとも２つのローラ部材のうち１つのローラ部材であって、前記コアを、前記１つのローラ部材に内設された内部コアとしたものである。

また、請求項１２記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の発明において、前記発熱部材を、前記定着部材としたものである。

また、請求項１３記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１２に記載の発明において、前記定着部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接するとともに、少なくとも２つのローラ部材に張架される定着ベルトであって、前記コアを、前記ローラ部材に内設された内部コアとしたものである。

また、請求項１４記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１２に記載の発明において、前記定着部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接する定着ローラであって、前記コアを、前記定着ローラに内設された内部コアとしたものである。

また、請求項１５記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。

本発明は、発熱部材の発熱層を所定のキューリー点を有する整磁合金で形成して、その発熱部材を介して磁束発生手段に対向するコアを設置するとともに、発熱部材の幅方向の加熱範囲を可変する可変手段を設置している。これによって、幅方向のサイズが小さな記録媒体が連続的に通紙された場合等であっても発熱部材の幅方向両端部の過昇温が抑止されるとともに、装置の稼動が停止しているときに磁束発生手段によって発熱部材の加熱をおこなっても不具合が生じることなく発熱部材の発熱効率がさらに向上する、定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１〜図８にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としてのレーザープリンタの装置本体、３は画像情報に基いた露光光Ｌを感光体ドラム１８上に照射する露光部、４は装置本体１に着脱自在に設置される作像部としてのプロセスカートリッジ、７は感光体ドラム１８上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写する転写部、１０は出力画像が載置される排紙トレイ、１１、１２は転写紙等の記録媒体Ｐが収納された給紙部、１３は記録媒体Ｐを転写部７に搬送するレジストローラ、１５は主として給紙部１１、１２の記録媒体Ｐとは異なるサイズの記録媒体Ｐを搬送する際に用いる手差し給紙部、２０は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着装置を示す。

図１を参照して、画像形成装置における、通常の画像形成時の動作について説明する。
まず、露光部３（書込部）から、画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、プロセスカートリッジ４の感光体ドラム１８上に向けて発せられる。感光体ドラム１８は図中の反時計方向に回転しており、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程）を経て、感光体ドラム１８上に画像情報に対応したトナー像が形成される。その後、感光体ドラム１８上に形成されたトナー像は、転写部７で、レジストローラ１３により搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。
なお、図示は省略するが、プロセスカートリッジ４には、感光体ドラム１８、感光体ドラム１８上を帯電する帯電部、トナー（現像剤）が収容されていて感光体ドラム１８上に形成された静電潜像を現像する現像部、感光体ドラム１８上に残存する未転写トナーを除去するクリーニング部、等が一体的に設けられている。

一方、転写部７に搬送される記録媒体Ｐは、次のように動作する。
まず、画像形成装置本体１の複数の給紙部１１、１２のうち、１つの給紙部が自動又は手動で選択される（例えば、最上段の給紙部１１が選択されたものとする。）。なお、複数の給紙部１１、１２には、それぞれ、異なるサイズの記録媒体Ｐや、搬送方向の異なる同一サイズの記録媒体Ｐが、収納されている。

そして、給紙部１１に収納された記録媒体Ｐの最上方の１枚が、搬送経路Ｂの位置に向けて搬送される。その後、記録媒体Ｐは、搬送経路Ｂを通過してレジストローラ１３の位置に達する。そして、レジストローラ１３の位置に達した記録媒体Ｐは、感光体ドラム１８上に形成されたトナー像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写部７に向けて搬送される。

そして、転写工程後の記録媒体Ｐは、転写部７の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に達する。定着装置２０に達した記録媒体Ｐは、定着ベルトと加圧ローラとの間に送入されて、定着ベルトから受ける熱と加圧ローラから受ける圧力とによってトナー像が定着される。トナー像が定着された記録媒体Ｐは、定着ベルトと加圧ローラとの間から送出された後に、出力画像として画像形成装置本体１から排出されて、排紙トレイ１０上に載置される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２にて、画像形成装置本体１に設置される定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２に示すように、定着装置２０は、主として、定着補助ローラ２１、定着ベルト２２、加熱ローラ２３（発熱部材）、誘導加熱部２４（磁束発生手段）、加圧ローラ３０、サーモスタット３７、サーミスタ３８ａ、３８ｂ、オイル塗布ローラ３４、ガイド板３５、分離板３６、等で構成される。
ここで、定着補助ローラ２１は、その表面にシリコーンゴム等の弾性層が形成されていて、不図示の駆動部によって図２の反時計方向に回転駆動される。

発熱部材としての加熱ローラ２３は、所定のキューリー点を有する発熱層を有する円筒体（本実施の形態１では発熱層のみで形成されている。）である。具体的に、加熱ローラ２３（発熱層）の材料として、鉄−ニッケル合金、銅−ニッケル合金、ニッケル−鉄−クロム合金、等の整磁合金を用いることができる。
このように所定のキューリー点を有する発熱層を加熱ローラ２３（発熱部材）に設けることで、定着装置の稼動を停止しているときに誘導加熱部２４を通電しても、定着ベルト２２（加熱ローラ２３）は電磁誘導によって過昇温されることなく加熱されることになる。具体的には、加熱ローラ２３（発熱層）の温度がキューリー点に達していないときには、磁束が発熱層に集中して、発熱層が充分に電磁誘導加熱されることになる。これに対して、加熱ローラ２３（発熱層）の温度がキューリー点に達しているとき（発熱層が磁性を失っているときである。）には、磁束が発熱層を突き抜けて、発熱層が充分に電磁誘導加熱されないことになる。
なお、本実施の形態１では、加熱ローラ２３（発熱層）のキューリー点を２２０℃程度に設定している。所望のキューリー点は、整磁合金を構成する各材料の添加量と加工条件とを調整することで得ることができる。

加熱ローラ２３は、図２の反時計方向に回転する。加熱ローラ２３の内部には、フェライト等の強磁性材料からなる内部コア２３ａ（コア）と、銅等の透磁性の低い材料からなる遮蔽部材２３ｂ（可変手段）と、が設置されている。
コアとしての内部コア２３ａは、加熱ローラ２３及び定着ベルト２２を介して誘導加熱部２４に対向している。加熱ローラ２３内に内部コア２３ａを設置することで、コア部２６と内部コア２３ａとの間に良好な磁界が形成されて、加熱ローラ２３の発熱層を効率よく電磁誘導加熱することができる。
また、可変手段としての遮蔽部材２３ｂは、内部コア２３ａの幅方向両端部を遮蔽できるように構成されている。内部コア２３ａと遮蔽部材２３ｂとは一体的に回転するように構成されている。この内部コア２３ａ及び遮蔽部材２３ｂの回転は、加熱ローラ２３（円筒体）の回転とは別々におこなわれる。遮蔽部材２３ｂは、電磁誘導加熱される加熱ローラ２３の幅方向の加熱範囲を可変する可変手段として機能する。加熱ローラ２３の構成・動作については、後で図３にて詳しく説明する。

定着部材としての定着ベルト２２は、２つのローラ部材（加熱ローラ２３と定着補助ローラ２１とである。）に張架・支持されている。定着ベルト２２は、ポリイミド樹脂等からなるベース層や、フッ素化合物等からなる離型層（表面層）等からなる多層構造のエンドレスベルトである。定着ベルト２２の離型層によって、トナーＴに対する離型性が担保されている。なお、本実施の形態１では、離型層の材料として、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、「テフロン（登録商標）」）が用いられている。

磁束発生手段としての誘導加熱部２４は、コイル部２５、コア部２６（外部コア）、コイルガイド２９、等で構成される。
ここで、コイル部２５は、加熱ローラ２３に巻装された定着ベルト２２の一部を覆うように、細線を束ねたリッツ線を幅方向（図２の紙面垂直方向である。）に延設したものである。コイルガイド２９は、耐熱性の高い樹脂材料等からなり、コイル部２５やコア部２６を保持する。コア部２６は、フェライト等の強磁性体（比透磁率が１０００〜３０００程度である。）からなる半円筒状部材であって、発熱層に向けて効率のよい磁束を形成するためにセンターコア２８やサイドコア２７が設けられている。コア部２６は、幅方向に延設されたコイル部２５に対向するように設置されている。

また、加圧ローラ３０は、芯金上にフッ素ゴムやシリコーンゴム等の弾性層が形成されたものであり、定着ベルト２２を介して定着補助ローラ２１に圧接している。そして、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との当接部（定着ニップ部である。）に、記録媒体Ｐが搬送される。

定着ベルト２２と加圧ローラ３０との当接部の入口側には、記録媒体Ｐの搬送を案内するガイド板３５が配設されている。
定着ベルト２２と加圧ローラ３０との当接部の出口側には、記録媒体Ｐの搬送を案内するとともに記録媒体Ｐが定着ベルト２２から分離するのを促進する分離板３６が配設されている。

定着ベルト２２の外周面の一部には、オイル塗布ローラ３４が当接している。オイル塗布ローラ３４は、定着ベルト２２上にシリコーンオイル等のオイルを供給する。これにより、定着ベルト２２上におけるトナー離型性がさらに担保される。なお、オイル塗布ローラ３４には、その表面上の汚れを除去するクリーニングローラ３３が当接されている。

加熱ローラ２３の外周面の一部には、サーモスタット３７が当接されている。サーモスタット３７で検知した加熱ローラ２３の温度が所定の温度を超えた場合には、サーモスタット３７によって誘導加熱部２４への通電が切断される。
また、定着ベルト２２上には第２検知手段として２つのサーミスタ３８ａ、３８ｂが設置されている。サーミスタ３８ａ、３８ｂによって定着ベルト２２上の表面温度（定着温度）を直接的に検知して、その検知結果に基づいて定着温度（定着ベルト２２の表面温度である。）の制御をおこなっている。なお、２つのサーミスタ３８ａ、３８ｂのうち、一方は幅方向中央部に設置され、他方は幅方向端部に設置されている。

このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。
定着補助ローラ２１の回転駆動によって、定着ベルト２２は図２中の矢印方向に周回するとともに、加熱ローラ２３も反時計方向に回転して、加圧ローラ３０も矢印方向に回転する。定着ベルト２２は、誘導加熱部２４との対向位置で加熱される。詳しくは、コイル部２５に高周波の交番電流を流すことで、加熱ローラ２３（発熱層）の温度がキューリー点に達していないときに、コア部２６と内部コア２３ａとの間に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このとき、加熱ローラ２３表面に渦電流が生じて、加熱ローラ２３自身の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、加熱ローラ２３に巻装された定着ベルト２２が間接的に加熱される。

その後、加熱ローラ２３によって加熱された定着ベルト２２表面は、加圧ローラ３０との当接部に達する。そして、搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔを加熱して溶融する。
詳しくは、先に説明した作像プロセスを経てトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが、ガイド板３５に案内されながら定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間に送入される（矢印Ｙ１の搬送方向の移動である。）。そして、定着ベルト２２から受ける熱と加圧ローラ３０から受ける圧力とによってトナー像Ｔが記録媒体Ｐに定着されて、記録媒体Ｐは定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間から送出される。

図３にて、本実施の形態において特徴的な、加熱ローラ２３の構成・動作について、詳しく説明する。
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、図２の定着装置２０に設置された加熱ローラ２３を、誘導加熱部２４側から幅方向にみた正面図である。図３（Ｂ）は、内部コア２３ａ及び遮蔽部材２３ｂを図３（Ａ）の状態から所定角度回転させた状態を示した図である。

図３（Ａ）に示すように、加熱ローラ２３の円筒体内には、幅Ｌ１の円柱状の内部コア２３ａ１、２３ａ２と、遮蔽部材２３ｂと、が回転自在に設置されている。コアとしての内部コア２３ａは、幅方向端部における加熱ローラ２３に対する距離が幅方向中央部における加熱ローラ２３に対する距離よりも短くなるように形成されている。具体的に、内部コア２３ａは、幅方向中央部に設けられた小径部２３ａ１と、幅方向両端部（端面から長さＬ３の領域である。）に設けられた大径部２３ａ２と、で構成される。大径部２３ａ２は、その直径Ｄ２が小径部２３ａ１の直径Ｄ１よりも大きくなるように形成されている。

このような構成により、遮蔽部材２３ｂが稼動しないとき（遮蔽部材２３ｂが内部コア２３ａの表面を遮蔽しないで完全に開放するときである。）、加熱ローラ２３における幅方向端部の発熱量が幅方向中央部における発熱量よりも高くなることになる。これにより、定着装置の稼動を開始した直後に定着温度のムラ（幅方向のムラである。）が生じる不具合を抑止することができる。
すなわち、大径部２３ａ２が設けられていない場合には、定着装置の稼動が停止されているとき（ウォーミングアップ時等である。）に、加熱ローラ２３の幅方向端部から熱が放散して、加熱ローラ２３の幅方向両端部の温度が幅方向中央部の温度よりも低くなってしまう。その結果、定着ベルト２２の幅方向両端部の温度が低下してしまい、定着装置の稼動（定着ベルト２２等の回転駆動）を開始した直後に出力画像上に定着ムラが生じてしまう。
これに対して、両端部に大径部２３ａ２が設けられた場合には、大径部２３ａ２とコイル部２５との距離が短くなってそこに形成される磁束密度が大きくなり発熱量が増加するために、定着装置の稼動が停止されているときに生じやすい加熱ローラ２３の幅方向端部からの熱放散が相殺される。すなわち、幅方向両端部における定着温度の落ち込みが生じることなく、定着ベルト２２の幅方向全域の定着温度が均一化される。

図３を参照して、内部コア２３ａ１、２３ａ２の幅方向両端部には、可変手段としての遮蔽部材２３ｂが一体的に設置されている。遮蔽部材２３ｂは、内部コア２３ａの周面を遮蔽する範囲を端面側から漸減（又は漸増）するように形成されている。これにより、内部コア２３ａを遮蔽部材２３ｂとともに回転させることによって、誘導加熱部２４のコイル部２５に対向する内部コア２３ａの幅方向の遮蔽範囲を可変することができる。なお、内部コア２３ａ及び遮蔽部材２３ｂの回転駆動は、内部コア２３ａの軸部に連結されたステッピングモータ（不図示である。）によっておこなわれる。このステッピングモータは、定着補助ローラ２１、定着ベルト２２、加熱ローラ２３等を駆動する駆動モータ（不図示である。）とは別の駆動系となる。

具体的に、図３（Ａ）の状態の内部コア２３ａ及び遮蔽部材２３ｂを、周方向に９０°回転させると、図３（Ｂ）の状態になる。このとき、誘導加熱部２４に対向する内部コイル２３ａの最大範囲が遮蔽されることになる。そして、遮蔽部材２３ｂによって遮蔽された遮蔽範囲では、誘導加熱部２４のコア部２６との間に形成されるべき磁力線が遮断される。したがって、遮蔽範囲に対応する定着ベルト２２上は加熱されずらく、その領域外（中央の幅Ｌ２の領域である。）のみが定着ベルト２２の加熱範囲となる。

この状態は、幅Ｌ２の記録媒体Ｐ（小サイズ紙）を連続的に定着する場合に適している。具体的に、画像形成装置で扱う最小幅（例えば、１４８ｍｍ）の記録媒体Ｐを定着する場合には、内部コア２３ａ及び遮蔽部材２３ｂの回転方向の姿勢を図３（Ｂ）の状態に固定して、図２で説明した定着工程をおこなう。
このとき、定着ベルト２２上の幅方向の定着温度分布は、幅Ｌ２の範囲で均一化されるため、幅Ｌ２の記録媒体Ｐに対して良好な定着性が確保される。また、定着ベルト２２上の幅Ｌ２を超えた範囲では、温度上昇が生じないために、定着ベルト２２の熱的破損を抑止できる。

図３（Ｂ）の状態の内部コア２３ａ及び遮蔽部材２３ｂを、さらに周方向に１８０°回転させると、誘導加熱部２４に対向する内部コイル２３ａの最大範囲が遮蔽部材２３ｂの遮蔽から開放されることになる。そして、開放された内部コア２３ａと誘導加熱部２４のコア部２６との間に形成される磁力線によって、定着ベルト２２の最大範囲（幅Ｌ１の全範囲である。）が加熱範囲となる。
この状態は、幅Ｌ１の記録媒体Ｐ（大サイズ紙）を連続的に定着する場合に適している。具体的に、画像形成装置で扱う最大幅（例えば、２９７ｍｍ）の記録媒体Ｐを定着する場合には、内部コア２３ａ及び遮蔽部材２３ｂの回転方向の姿勢を図３（Ｂ）の状態から１８０°回転させた状態に固定して、図２で説明した定着工程をおこなう。
このとき、定着ベルト２２上の幅方向の定着温度分布は、幅方向両端部における定着温度の落ち込みが生じることなく、幅Ｌ１の範囲で均一化される。このため、幅Ｌ１の記録媒体Ｐに対して良好な定着性が確保される。

なお、幅がＬ１よりも小さくＬ２よりも大きな記録媒体Ｐを定着（画像形成）する場合には、内部コア２３ａ及び遮蔽部材２３ｂを記録媒体Ｐの幅に応じて所定角度回転させて、定着ベルト２２の加熱範囲がその幅になるように調整する。これにより、定着ベルト２２上の幅方向の定着温度分布は、記録媒体Ｐの幅の範囲で均一化されるため良好な定着性が確保される。また、定着ベルト２２上の記録媒体Ｐの幅を超えた範囲では、温度上昇が生じないために、定着ベルト２２の熱的破損を抑止できる。

以上述べたように、本実施の形態１における定着装置２０は、加熱ローラ２３（発熱層）を所定のキューリー点を有する整磁合金で形成して、加熱ローラ２３を介して誘導加熱部２４に対向する内部コア２３ａを設置するとともに、加熱ローラ２３の幅方向の加熱範囲を可変する遮蔽部材２３ｂを設置した構成となっている。そして、定着装置の稼動（定着ベルト２２、加熱ローラ２３等の回転駆動である。）を停止しているときにも、誘導加熱部２４への通電をおこない加熱ローラ２３の加熱ができるように制御して、定着ベルト２２の昇温時間をさらに短縮化している。

ここで、本実施の形態１では、図４及び図５を参照して、加熱ローラ２３（発熱層）のキューリー点が、定着ベルト２２における定着設定温度の上限値よりも高く、定着ベルト２２における離型層を形成する材料（本実施の形態１ではポリテトラフルオロエチレンである。）の溶融温度よりも低くなるように設定されている。
なお、図４及び図５において、横軸は定着ベルト２２（又は加熱ローラ２３）における幅方向の位置を示し、縦軸は温度を示す（後に説明する図６〜図８も同様である。）。ここで、横軸の幅方向位置の「０」は、定着ベルト２２（又は加熱ローラ２３）の幅方向中央位置を示す。実線Ｒ１は幅方向両端部が過昇温したときの加熱ローラ２３の温度分布を示し、実線Ｒ２は幅方向の温度が均一化された加熱ローラ２３の温度分布を示す。また、図４において、斜線で示す範囲Ｍは、定着ベルト２２の定着設定温度の範囲（定着ベルト２２の表面温度がこの範囲になるように制御される。）を示す。図５において、実線ＴＦは定着ベルト２２の離型層の溶融温度を示し、破線ＯＳは加熱ローラ２３が過昇温（オーバーシュート）したときの加熱ローラ２３の温度分布を示す。

図４に示すように、加熱ローラ２３（発熱層）のキューリー点（実線Ｋで示す温度である。）を定着設定温度の上限値よりも高く設定することで、通常の定着工程に影響を与えることなく、定着装置の稼動停止時における加熱ローラ２３の電磁誘導加熱が可能になる。また、図５に示すように、加熱ローラ２３（発熱層）のキューリー点（実線Ｋで示す温度である。）を離型層の溶融温度よりも低く設定することで、加熱ローラ２３の過昇温を抑えて定着ベルト２２の熱的破損が抑止される。

また、本実施の形態１では、図５を参照して、定着ベルト２２の表面温度（幅方向端部に設置されたサーミスタ３８ｂで検知される温度である。）がオフセット（ホットオフセット）が生じる温度に達したときに、遮蔽部材２３ｂの稼動（加熱範囲の可変）が開始されるように制御している。ここで、オフセットが生じる温度（図５中の実線Ｈで示す温度である。）とは、遮蔽部材２３ｂがないと仮定して、幅方向のサイズが小さな記録媒体Ｐ（小サイズ紙）が連続的に通紙された後に、幅方向のサイズが大きく厚さが最も薄い記録媒体（大サイズ紙であって、製品仕様上通紙可能な最も紙厚の薄い用紙である。）が通紙されるときに、オフセットの発生が開始する温度である。具体的に、本実施の形態１では、定着ベルト２２における幅方向両端部の表面温度が１２０℃（図４及び図５の実線Ｓで示す温度である。）に達したときに、遮蔽部材２３ｂの稼動を開始している。

これにより、停止状態にあった定着装置の稼動を開始した直後に生じる幅方向両端部の定着温度低下を抑止しつつ、小サイズ通紙時に生じる幅方向両端部の定着温度の過昇温を抑止してホットオフセットの発生を防止することができる。
ここで、図４を参照して、遮蔽部材２３ｂの稼動を開始する温度（実線Ｓで示す温度である。）は、定着設定温度Ｍの下限値よりも低く設定されている。これにより、通常の定着工程に影響を与えることなく、上述した効果を得ることができる。

なお、本実施の形態１では加熱ローラ２３（発熱層）のキューリー点を幅方向で均一化したが、図６及び図７に示すように、加熱ローラ２３（発熱層）のキューリー点（実線Ｋで示す温度である。）を、幅方向中央部よりも幅方向両端部が高くなるように設定することもできる。詳しくは、図６及び図７では、先に図３で説明した範囲Ｌ２ではキューリー点が低く、範囲Ｌ２以外の範囲（Ｌ１−Ｌ２）ではキューリー点が高くなるように設定している。換言すると、遮蔽部材２３ｂは、発熱層における幅方向端部（キューリー点を高くした範囲である。）が加熱（過昇温）されないように加熱ローラ２３の幅方向の加熱範囲を可変することになる。
なお、図６において、実線Ｒ３は小サイズ紙を連続的に通紙したときの加熱ローラ２３の温度分布を示し、実線Ｒ４は定着装置の稼動を停止したときの定着補助ローラ２１及び加圧ローラ３０の温度分布を示す。また、図７は、図６におけるキューリー点と、先に図４及び図５で述べた遮蔽部材稼動開始温度Ｓ、ホットオフセット開始温度Ｈ、離型層溶融温度ＴＦ等との関係をグラフ化したものである。
このように、幅方向両端部の発熱量が幅方向中央部の発熱量よりも高くなるように形成された定着装置の構成に合わせて、幅方向両端部のキューリー点が幅方向中央部のキューリー点よりも高くなるように設定することで、加熱ローラ２３の幅方向全域にわたりバランスよく昇温と過昇温防止とが達成されることになる。

また、図８を参照して、本実施の形態１において、加熱ローラ２３（発熱層）の温度がキューリー点を超えた状態を検知した場合（例えば、加熱ローラ２３が実線Ｒ５のような温度分布になったときである。）に、サーミスタ３８ａ、３８ｂ（第２検知手段）によって検知された温度が予想温度（実線Ｎで示す温度である。）より低いとき（破線ＳＴに示すような温度分布が検知されたときである。）には、サーミスタ３８ａ、３８ｂに故障が発生したものとして、定着装置の稼動を停止した状態で誘導加熱部２４による電磁誘導加熱を停止することが好ましい。これにより、サーミスタ３８ａ、３８ｂが故障したまま定着装置が稼動されるときに生じる種々の不具合を抑止することができる。
また、加熱ローラ２３（発熱層）の温度がキューリー点を超えた状態を検知した場合に、サーミスタ３８ａ、３８ｂによって検知された温度が予想温度Ｎ（想定温度）より大きいときには、誘導加熱部２４による電磁誘導加熱を停止した状態で定着装置を空稼動（誘導加熱部２４への通電をおこなわずに定着ベルト２２、定着補助ローラ２１、加熱ローラ２３、加圧ローラ３０を回転駆動することである。）することが好ましい。これにより、定着ベルト２２及び加熱ローラ２３で生じた熱が定着補助ローラ２１や加圧ローラ３０等に放散されて、定着ベルト２２上の温度分布が理想的な温度分布（実線Ｒ２である。）に変化することになる。
なお、加熱ローラ２３（発熱層）の温度がキューリー点を超えた状態（渦電流が流れなくなる状態である。）を検知する第１検知手段としては、誘導加熱部への通電をおこなうインバータ電源の出力の変化を検知する手段とすることができる。

以上説明したように、本実施の形態１では、加熱ローラ２３（発熱層）を所定のキューリー点を有する整磁合金で形成して、加熱ローラ２３を介して誘導加熱部２４に対向する内部コア２３ａを設置するとともに、加熱ローラ２３の幅方向の加熱範囲を可変する遮蔽部材２３ｂを設置している。これによって、幅方向のサイズが小さな記録媒体Ｐが連続的に通紙された場合等であっても加熱ローラ２３の幅方向両端部の過昇温が抑止されるとともに、定着装置の稼動が停止しているときに誘導加熱部２４によって加熱ローラ２３の加熱をおこなっても不具合が生じることなく加熱ローラ２３の発熱効率がさらに向上する。

なお、本実施の形態１では、加熱ローラ２３のみを発熱部材として用いた。これに対して、定着ベルト２２に所定のキューリー点を有する発熱層を形成して、定着ベルト２２及び加熱ローラ２３の双方を発熱部材として用いることもできるし、定着ベルト２２のみを発熱部材として用いることもできる。その場合も、本実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図９にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図９は実施の形態２における定着装置１９を示す断面図である。本実施の形態２の定着装置１９は、定着部材として定着ローラ４３を用いている点が、定着部材として定着ベルト２２を用いている前記実施の形態１のものとは相違する。

図２に示すように、定着装置２０は、磁束発生手段としての誘導加熱部２４、定着ローラ４３、加圧ローラ３０、内部コア４３ａ、遮蔽部材４３ｂ、等で構成される。
ここで、発熱部材としての定着ローラ４３（定着部材）は、ＳＵＳ３０４等の非磁性材料からなる中空構造の芯金４３１の表面に、弾性層４３２、発熱層４３３、離型層（不図示である。）、等を形成した多層構造体である。

本実施の形態２においても、前記実施の形態１における加熱ローラ２３と同様に、発熱層４３３が所定のキューリー点を有する整磁合金で形成されている。また、定着ローラ４３を介して誘導加熱部２４に対向する内部コア２３ａが設置され、定着ローラ４３の幅方向の加熱範囲を可変する遮蔽部材４３ｂが設置されている。そして、定着装置の稼動（定着ローラ４３、加圧ローラ３０の回転駆動である。）を停止しているときにも、誘導加熱部２４への通電をおこない定着ローラ４３の加熱ができるように制御して、定着ローラ４３の昇温時間をさらに短縮化している。

このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。
定着ローラ４３の時計方向の回転駆動によって、加圧ローラ３０も反時計方向に回転する。定着ローラ４３は、誘導加熱部２４との対向位置で加熱される。詳しくは、コイル部２５に高周波の交番電流を流すことで、定着ローラ４３の発熱層４３３の温度がキューリー点に達していないときに、コア部２６と内部コア２３ａとの間に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このとき、発熱層４３３表面に渦電流が生じて、発熱層４３３自身の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、定着ローラ４３が全体的に加熱される。その後、加熱された定着ローラ４３表面は、加圧ローラ３０との当接部に達する。そして、搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔを加熱して溶融する。

以上説明したように、本実施の形態２では、定着ローラ４３の発熱層４３３を所定のキューリー点を有する整磁合金で形成して、定着ローラ４３を介して誘導加熱部２４に対向する内部コア４３ａを設置するとともに、定着ローラ４３の幅方向の加熱範囲を可変する遮蔽部材４３ｂを設置している。これによって、幅方向のサイズが小さな記録媒体Ｐが連続的に通紙された場合等であっても定着ローラ４３の幅方向両端部の過昇温が抑止されるとともに、定着装置の稼動が停止しているときに誘導加熱部２４によって定着ローラ４３の加熱をおこなっても不具合が生じることなく定着ローラ４３の発熱効率がさらに向上する。

なお、本発明が前記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

この発明の実施の形態１における画像形成装置を示す全体構成図である。 図１の画像形成装置に設置される定着装置を示す断面図である。 図２の定着装置に設置される加熱ローラを示す図である。 定着ベルトにおける定着設定温度に対するキューリー点及び遮蔽部材稼動開始温度の関係を示すグラフである。 定着ベルトにおける離型層の溶融温度に対するキューリー点の関係と、オフセットが生じる温度に対する遮蔽部材稼動開始温度の関係と、を示すグラフである。 別のキューリー点の関係を示すグラフである。 別のキューリー点及び遮蔽部材稼動開始温度の関係を示すグラフである。 発熱層の温度がキューリー点を超えた状態を検知したときの制御を示すグラフである。 この発明の実施の形態２における定着装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２０ 定着装置、
２１ 定着補助ローラ（ローラ部材）、
２２ 定着ベルト（定着部材）、
２３ 加熱ローラ（発熱部材、ローラ部材）、
２３ａ、４３ａ 内部コア（コア）、
２３ａ１ 小径部、 ２３ａ２ 大径部、
２３ｂ、４３ｂ 遮蔽部材（可変手段）、
２４ 誘導加熱部（磁束発生手段）、
２５ コイル部、 ２６ コア部、
２７ サイドコア、 ２８ センターコア、 ２９ コイルガイド、
３０ 加圧ローラ、 ３８ａ、３８ｂ サーミスタ(第２検知手段)、
４３ 定着ローラ（定着部材、発熱部材）、
４３１ 芯金、 ４３２ 弾性層、
４３３ 発熱層、 Ｐ 記録媒体。

Claims (15)

1. トナー像を加熱して当該トナー像を記録媒体に定着する定着装置であって、
   磁束を発生させる磁束発生手段と、
   所定のキューリー点を有するとともに前記磁束によって加熱される発熱層を有する発熱部材と、
   前記発熱部材を介して前記磁束発生手段に対向するコアと、
   前記磁束によって加熱される前記発熱部材の幅方向の加熱範囲を可変する可変手段と、
   前記発熱層の温度がキューリー点を超えた状態を検知する第１検知手段と、
   トナー像を溶融する定着部材の温度を検知する第２検知手段と、
   を備え、
   前記磁束発生手段は、装置の稼動を停止しているときにも前記発熱層を加熱するように制御され、
   前記第１検知手段によって前記発熱層の温度がキューリー点を超えた状態を検知した場合に、前記第２検知手段によって検知された温度が予想温度より低いときには装置の稼動を停止した状態で前記磁束発生手段による前記発熱層の加熱を停止して、前記第２検知手段によって検知された温度が予想温度より大きいときには前記磁束発生手段による前記発熱層の加熱を停止した状態で装置を空稼動することを特徴とする定着装置。
2. 前記可変手段は、前記磁束によって加熱される前記発熱部材の幅方向の加熱範囲を前記コアの幅方向の一部を遮蔽して可変する遮蔽部材であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記発熱層は、そのキューリー点がトナー像を溶融する定着部材における定着設定温度の上限値よりも高くなるように形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記発熱層は、そのキューリー点がトナー像を溶融する定着部材における離型層を形成する材料の溶融温度よりも低くなるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記可変手段は、トナー像を溶融する定着部材の温度が当該定着部材における定着設定温度の下限値よりも低く設定された所定温度に達したときに、前記発熱部材の幅方向の加熱範囲を可変することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記可変手段が稼動しないときに前記発熱部材における幅方向端部の発熱量が幅方向中央部における発熱量よりも高くなるように構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記発熱層は、幅方向端部におけるキューリー点が幅方向中央部におけるキューリー点よりも高くなるように形成されたことを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
8. 前記可変手段は、前記発熱層におけるキューリー点を高くした幅方向端部が加熱されないように前記発熱部材の幅方向の加熱範囲を可変することを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
9. 前記コアは、幅方向端部における前記発熱部材に対する距離が幅方向中央部における前記発熱部材に対する距離よりも短くなるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の定着装置。
10. 前記発熱部材は、前記定着部材を加熱することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の定着装置。
11. 前記定着部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接するとともに、少なくとも２つのローラ部材に張架される定着ベルトであって、
    前記発熱部材は、前記少なくとも２つのローラ部材のうち１つのローラ部材であって、
    前記コアは、前記１つのローラ部材に内設された内部コアであることを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。
12. 前記発熱部材は、前記定着部材であることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の定着装置。
13. 前記定着部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接するとともに、少なくとも２つのローラ部材に張架される定着ベルトであって、
    前記コアは、前記ローラ部材に内設された内部コアであることを特徴とする請求項１２に記載の定着装置。
14. 前記定着部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接する定着ローラであって、
    前記コアは、前記定着ローラに内設された内部コアであることを特徴とする請求項１２に記載の定着装置。
15. 請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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