JP5183366B2 - 画像加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式などによって画像形成を行う複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置に搭載される画像加熱定着装置として用いて好適な電磁（磁気）誘導加熱方式の画像加熱装置に関する。

画像加熱装置としては、記録材上の未定着画像を定着或いは仮定着する定着装置、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢を増大させる光沢増大化装置を挙げることができる。また、インクジェット方式などの、染料や顔料を含む液体により画像形成を行う画像形成装置においてインクを速く乾かすため画像加熱装置等を挙げることができる。

記録材上の未定着画像を加熱定着する定着装置としては、従来から熱ローラ方式やベルト（フィルム）加熱方式等の接触加熱方式の装置が広く用いられている。このような装置は、加熱部材の加熱源としてハロゲンランプや発熱抵抗体を用い、これに電流を流して発熱させ、その熱を伝熱部材としてのローラやベルト（フィルム）等を介し、被加熱材としての記録材に与えて未定着画像の加熱定着を行っている。

また、電磁誘導加熱方式の定着装置も知られている。この装置は、磁場発生手段により磁束を発生させて、加熱部材（定着部材）としての定着ローラの金属基材に作用させる。即ち、定着ローラの金属基材に渦電流を発生させジュール熱によって発熱させる。このように渦電流の発生で定着ローラの金属基材を直接加熱することで、ハロゲンランプを用いた熱ローラよりも消費エネルギーの効率アップが達成できる。

また、電磁誘導加熱される定着部材は、定着ローラの他、低熱容量の無端状の定着ベルト（加熱ベルト）が一般に用いられており、内部に押圧部材を有し、定着ベルトを無張架の状態で周回駆動するタイプがすでに提案されている（特許文献１）。低熱容量の定着ベルトを電磁誘導加熱する方式では、定着ベルトを局所的に直接加熱することができるため、短時間で所定の温度まで加熱できる。また、特許文献１には、定着ベルトの内部に第２の磁性体を近接させることで、磁束の漏れを防ぎ、効率よく定着ベルトを加熱できることが記載されている。

一方で、局所的かつ急峻な温度変化がおこるため、定着ベルトの温度を正確に検知、制御する必要がある。そこで、特許文献２のような定着装置が提案されている。この特許文献２によれば、定着ベルトの内部に配した磁性体とコイルの磁性体を対向して千鳥状に配することで、定着ベルトの温度を正確に検知し、定着ベルトを均一に加熱できるとしている。
特開２００２−１４８９８３号公報 特開２００６−２６７３３２号公報

しかしながら、上述のような定着装置では次のような問題点がある。即ち、特許文献２に記載されている定着装置では、磁性体が間隔をもって配置されている。そのため、磁性体を内部に全面配置した場合に比べ磁気結合が弱まり、より大きな容量の電源が必要となってしまう。

また、定着ベルト内に配置され加圧ローラ方向に加圧する加圧対向部材は、長手で均一な定着性、光沢性を得るために、充分な剛性が必要になる。そのため、加圧対向部材は、金属で構成されることが多い。しかし、定着ベルト内で加圧対向部材が部分的にコアで覆われていないと、加圧対向部材に流れる渦電流により反磁場が発生し、定着ベルト上の磁場を弱め発熱量を低下させてしまい、温度ムラが発生する。

一方で、温度検知素子の信号線を定着ベルト内面に近接させて配置すると、コイルによる誘導電流によりノイズや昇温が発生し、正確な測定ができなくなってしまう。また、定着ベルト内面との摺擦や信号線の耐熱性が問題になる。

本発明は、加熱ベルトを用いた電磁誘導加熱方式の画像加熱装置についての上述した従来の問題点に鑑みて提案されたものである。その目的は、加熱ベルトの内面に磁性体を近接させ設けて磁気結合を強くした場合においても、温度検知素子の信号線のノイズ等を防ぎ、加熱ベルトを効率よく加熱し、加熱ベルトの表面温度を精度よく制御することができる画像加熱装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、導電層を有し回転可能な加熱ベルトと、前記加熱ベルトの外周面と圧接し回転可能な加圧部材と、前記加熱ベルトの内部にあって前記加熱ベルトを前記加圧部材の方向に向かって押圧する金属ステイと、前記金属ステイの加熱ベルト内周面側を覆い、前記加熱ベルトの内面に近接して配置された内部磁性部材と、前記加熱ベルトの外側に配設されていて前記加熱ベルトの前記導電層に誘導電流を発生させるコイルと磁性体コアを有する加熱手段であって、前記コイルは前記磁性体コアの一部を巻きつけるように構成された加熱手段と、前記加熱ベルトの温度を検知する温度検知素子と、前記温度検知素子の検出値に基づき前記加熱ベルトの温度制御を行う温度制御手段と、を有し、前記加熱ベルトと前記加圧部材とのニップ部で画像を担持した記録材を加熱する画像加熱装置において、前記温度検知素子は前記加熱ベルトの内面に当接されており、前記温度検知素子の信号線は、前記内部磁性部材及び前記金属ステイとに対して、前記磁性体コアの前記コイルが巻きつけられた一部との対向位置において設けられた開口部を通して前記金属ステイの内側に配線され、前記金属ステイ）の端部から引き出されていることを特徴とする。

本発明によれば、温度検知素子の信号線のノイズ等を防ぎ、加熱ベルトを効率よく加熱し、加熱ベルトの表面温度を精度よく均一に制御することができる画像加熱装置を提供するができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。

［実施例］
（１）画像形成装置例
図１１は本実施例の画像形成装置の概略構成模型図である。本実施例の画像形成装置は、記録材上に未定着画像を形成する作像手段と、記録材上の未定着画像を定着させる定着装置としての電磁誘導加熱方式の画像加熱装置を有する画像形成装置である。この画像形成装置は、ホストコンピュータ等の外部装置２００から画像形成装置の制御回路部１００（制御手段：ＣＰＵ）へ入力する電気的画像情報に対応した画像を記録材に形成して出力する、電子写真方式のフルカラーレーザプリンタである。制御回路部１００は画像形成装置の動作を統括的に制御する電気回路であり、画像形成動作開始信号が入力すると画像形成動作シーケンス制御を開始する。本実施例の画像形成装置のプロセススピードは１８０ｍｍ／ｓｅｃであり、Ａ４サイズ（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）の記録材を横方向の通紙（横送り）で毎分４０枚プリントすることが可能な画像形成装置である。

Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋは図面上左から右に一列に配置した第１乃至第４の４つのトナー像形成部（画像形成部）であり、それぞれ、イエロー（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｋ）の４色の色トナー像を形成する電子写真プロセス機構である。

各トナー像形成部には、それぞれ、像担持体としての感光ドラム２（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）が設置されている。各感光ドラムの周囲には、帯電ローラ３（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）、現像装置４（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）、１次転写ローラ５（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）が設置されている。また、各トナー像形成部の帯電ローラと現像装置間の上方には露光装置（レーザ光走査露光装置）６（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）が設置されている。

感光ドラム２は、本実施例ではＯＰＣ感光層を有した負帯電性の有機感光ドラムであり、駆動装置（不図示）によって矢印方向（反時計方向）にそれぞれ所定の速度で回転駆動される。帯電ローラ３は、感光ドラムに所定の圧接力で接触し、帯電バイアス電源（不図示）から印加される帯電バイアスによって感光ドラムの表面を負極性の所定電位に均一に帯電する。露光装置６は、外部装置２００から制御回路部１００に入力する画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザ光を出力して、対応する感光ドラム２の均一帯電処理面を走査露光する。これにより、各感光ドラムの表面に、露光した画像情報に応じた静電潜像が形成される。各現像装置４（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）は、本実施例では２成分現像方式であり、それぞれＹ色・Ｃ色・Ｍ色・Ｋ色の色トナーが収納されている。各現像装置は、現像バイアス電源（不図示）から現像ローラに印加される、感光ドラムの帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスによって感光ドラム上に形成された静電潜像にトナーを付着させて、静電潜像をトナー像として反転現像する。１次転写ローラ５は、中間転写体としての中間転写ベルト１を介して各感光ドラムの表面に所定の押圧力で接触している。中間転写ベルト１は、駆動ローラ８と、２次転写対向ローラ７と、従動ローラ９との間に張架されており、駆動ローラ８の回転駆動によって、感光ドラム２の回転に同期して矢印方向（時計方向）に回転駆動される。

各トナー像形成部において、感光ドラムと中間転写ベルトとの当接部が１次転写部であり、１次転写ローラに対して１次転写バイアス電源（不図示）からトナーとは逆極性の１次転写バイアスが所定の制御タイミングで印加される。これにより、各感光ドラム２の表面に形成されるトナー像が、回転駆動されて移動する中間転写ベルト１上に順次に所定に重ね合わせられて１次転写される。すなわち、中間転写ベルト１上には、Ｙ色・Ｃ色・Ｍ色・Ｋ色の各色トナー像の重畳からなる多色画像のトナー像が形成される。

２次転写対向ローラ７には中間転写ベルト１を介して２次転写ローラ１０を圧接させてある。中間転写ベルト１と２次転写ローラ１０との当接部が２次転写部である。２次転写ローラ１０には２次転写バイアス電源（不図示）からトナーとは逆極性の２次転写バイアスが所定の制御タイミングで印加される。そして、給紙部から２次転写部に所定の制御タイミングで搬送された記録材１３に対して、中間転写ベルト１上の多色画像のトナー像が一括して２次転写される。

２次転写部を出た記録材１３は中間転写ベルト１面から分離されて、定着装置１２へ導入され、定着ニップ部で多色画像のトナー像の加熱加圧定着を受ける。そして、記録材１３は多色画像形成物（フルカラー画像形成物）として外部に排出される。また、記録材分離後の中間転写ベルト１面はクリーナ１１により清掃される。

１４はカセット給紙部、１５は手差し給紙部（マルチ・パーパス・トレイ）である。所定の制御タイミングで給紙ローラ１６又は１７が駆動されることで、カセット給紙部１４又は手差し給紙部１５から記録材１３が１枚分離給紙され、シートパス１８で２次転写部に向けて搬送される。そして、レジストローラ１９により、所定の制御タイミングで２次転写部に給送される。すなわち、中間転写ベルト１上の多色画像のトナー像の先端が２次転写部に移動されるタイミングに合わせて、記録材１３が２次転写部に導入される。

本実施例の画像形成装置においては、記録材１３の通紙基準は、カセット給紙部１４からの給紙・搬送も、手差し給紙部１５からの給紙・搬送も記録材幅中心の中央基準である。

（２）定着装置１２
図１は定着装置１２の要部の正面模型図、図２は同じく縦断正面模型図、図３は図１の（３）−（３）線に沿う拡大横断面模型図である。

以下の説明において、定着装置に関し、正面とは装置を記録材入口側からみた面、背面とはその反対側の面（記録材出口側）、左右とは装置を正面から見て左又は右である。上流側と下流側とは記録材搬送方向又は定着ベルトの回転方向（加熱ベルト回転方向）に関して上流側と下流側である。また、定着装置又はこれを構成している部材の長手方向とは記録材搬送路面内において記録材搬送方向に直交する方向又は定着ベルトの回転軸線方向（加熱ベルト回転軸線方向）に並行な方向である。また短手方向とは記録材搬送方向に並行な方向である。また、記録材の通紙幅とは、記録材面において記録材搬送方向に直交する方向の記録材寸法である。

この定着装置１２は、定着装置枠体（シャーシー、フレーム）の左右の側板５０Ｌ・５０Ｒ間に、ベルトユニット２１と、回転可能な加圧部材としての弾性を有する加圧ローラ２２と、加熱手段としてのコイルユニット（磁場発生手段）３１が配設されている。本実施例において記録材Ｐの通紙は所謂中央基準搬送であり、Ｏはその中央基準線（仮想線）である。Ｗは装置に通紙使用される最大用紙幅の記録材Ｐの通紙幅（最大通紙幅）である。

ａ：ベルトユニット２１
ベルトユニット２１は、導電層を有し回転可能な加熱ベルト（誘導発熱体：磁束により発熱する回転可能な発熱部材）としての円筒状（エンドレスベルト状、スリーブ状）で可撓性を有する定着ベルト２３を有する。また、定着ベルト２３の内側に配設された、加圧パッド２４と、押圧部材としての加圧ステイ（金属ステイ）２５と、内部磁性部材としての内部コア２６と、を有する。加圧ステイ２５は定着ベルト２３の内部にあって定着ベルト２３を加圧ローラ２２の方向に向かって押圧する金部材である。また、加圧ステイ２５の左右両端部に装着された端部ホルダ２７Ｌ・２７Ｒを有する。また、温度検知素子２８及び保安素子２９を有する。加圧パッド２４は加圧ステイ２５の下側に位置し、内部コア２６は加圧ステイ２５の上側に位置している。加圧パッド２４と加圧ステイ２５の長手寸法は定着ベルト２３の長手寸法よりも長くて、それぞれ、左右両端部が定着ベルト２３の左右両端部から外方に突出している。本実施例においては加圧パッド２４および加圧ステイ２５の長さは３６０ｍｍとしている。そして、加圧ステイ２５の左右両端部に対してそれぞれ端部ホルダ２７Ｌ・２７Ｒが装着されている。図４は、上記の、加圧パッド２４と、加圧ステイ２５と、内部コア２６と、端部ホルダ２７Ｌ・２７Ｒと、温度検知素子２８及び保安素子２９の分解斜視図である。

図５は本実施例における定着ベルト２３の層構成模型図である。この定着ベルト２３は、円筒状の基体層２３ａと、基体層２３ａの内周面に設けた内面コート層２３ｂと、基体層２３ａの外周面に順次に積層して設けた弾性層２３ｃと離型層２３ｄの複合層構成の部材であり、全体に可撓性を有している。

基体層２３ａは導電層（導電部材）であり、コイルユニット３１の磁束の作用により誘導電流（渦電流）を発生してジュール熱により発熱する電磁誘導発熱層である。本実施例では、この基体層２３ａとして内径３０ｍｍ程度で、厚さが３０μｍ程度の円筒状のニッケル電鋳ベルトを用いた。基体層２３ａとしては、コイルユニット３１の磁束によって加熱される構成であればよい。ニッケル電鋳ベルトであれば、厚さが２０〜１００μｍ程度であればよい。また、基体層２３ａとしては、厚さが９０μｍ程度のポリイミドに、銅、銀などの金属薄膜を多層積層した形態のものを用いてもよい。内面コート層２３ｂとしては、定着ベルト内包物との摺動摩擦を低下させるために、ポリイミドを２０μｍ設けた。その他、フッ素樹脂、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの樹脂層を１０〜５０μｍ設けても良い。更に、この層にベルト内面の表面粗さをあらして定着ベルト内包物との摺動摩擦を更に低下させるために微粒子を分散させたものを用いても良い。弾性層２３ｃとしては、厚さ３００μｍ程度のシリコーンゴムを用いた。また、離型層２３ｄとしては、厚さ３０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）やＰＴＦＥコーティング加工層を用いた。或いはＰＦＡチューブを用いることもできる。

加圧パッド２４は、台座２４ａと、弾性層２４ｂと、パットカバー２４ｃと、の複合層構成の部材である。パットカバー２４ｃ側が定着ベルト２３の内面に対面している。本実施例では、鉄製の台座２４ａに、弾性層２４ｂとしてのシリコーンゴムが厚さ３ｔで成形されている。パッドカバー２４ｃは、定着ベルト２３の内面との摺動性を良くするために、ポリイミド製の基材にＰＴＦＥコーティングしたものを用いた。さらに摺動性をよくするために、パッドカバー２４ｃにシリコンオイルやグリスなどを塗布してもよい。

加圧ステイ２５は、横断面下向きＵ字型の剛性部材であり、内部コア２６の支持及び加圧パッド２４の加圧を担っている。内部コア２６と定着ベルト２３とのギャップの維持や、加圧パッド２４の加圧に対する強度を考え、鉄やＳＵＳなどの金属製であることがのぞましい。

内部コア２６は、金属製の加圧ステイ（金属ステイ）２５の定着ベルト内周面側（加熱ベルト内周面側）を覆い、定着ベルト２３の内面に近接して配置された磁性部材である。即ち、加圧ステイ２５の表面（加熱ベルト内周面側）を覆うように構成した横断面下向きＵ字型の部材である。内部コア２６は、コイルユニット３１の磁束（誘導磁界）が金属製の加圧ステイ２５に作用して加圧ステイ２５に誘導電流が発生するのを防ぐため、定着ベルト２３と加圧ステイ２５の間にある。そして、内部コア２６は、加圧ステイ２５の表面を覆うように、定着ベルト２３の内面に近接させて配置されている。内部コア２６としては、透磁率が大きく自己損失の小さい材料が良く、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。

ｂ：加圧ローラ２２
本実施例の回転可能な加圧部材としての加圧ローラ２２は、外径３０ｍｍ程度のソフトローラとして構成されている。より具体的には、例えばＳＴＫＭ（機械構造用炭素鋼管）等のスチール材やアルミ材を用いた肉厚２ｍｍ程度の円筒状の金属パイプを芯金２２ａとし、該芯金２２ａの外周面に厚さ３ｍｍのシリコーンゴム層２２ｂを設けている。さらに該シリコーンゴム層２２ｂの外側に、厚さ５０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブを用いた離型層２２ｃを設けている。

加圧ローラ２２は、芯金２２ａの左右の端部を、それぞれ、定着装置枠体の左右の側板５０Ｌ・５０Ｒ間に、軸受部材５１Ｌ・５１Ｒを介して回転自由保持させて配設されている。また、芯金２２ａの一方側（左側）の端部には駆動ギアＧが同心一体に取り付けられている。

ベルトユニット２１は、この加圧ローラ２２の上側において、加圧パッド２４側を下向きにして並行に配列されている。左側の端部ホルダ２７Ｌと右側の端部ホルダ２７Ｒは、それぞれ、定着装置枠体の左側の側板５０Ｌと右側の側板５０Ｒに設けられた、縦方向のガイドスリット５２Ｌ・５２Ｒに係合している。そして、左側の端部ホルダ２７Ｌの上面と右側の端部ホルダ２７Ｒの上面が、それぞれ、加圧機構（不図示）により所定の加圧力Ｆで下方に押圧付勢されている。本実施例では総圧約４００Ｎの加圧力で押圧付勢されている。この押圧付勢によりステイ２５に下方への加圧力が作用して加圧パッド２４の下面が定着ベルト２３を挟んで加圧ローラ２２の上面に弾性層２２ｂの弾性に抗して圧接される。これにより、定着ベルト２３と加圧ローラ２２との間に、加熱定着に必要な、記録材搬送方向ａにおいて所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させている。

ｃ：コイルユニット３１
磁場発生手段としてのコイルユニット３１は、定着ベルト２３の外側に配設されていて定着ベルト２３の導電層２３ａに誘導電流を発生させるコイル３２と磁性体コア３３を有する加熱手段である。コイル３２は磁性体コア３３の一部３３ａを巻きつけるように構成されている。より具体的には、コイルユニット３１は、横断面において、円筒状の定着ベルト２３の外周面に対応させて湾曲させてある。そして、ベルトユニット２１の上側（加圧ローラ２２側とは反対側）において、長手方向をベルトユニット２１の長手方向に並行にして、かつ定着ベルト２３の外面との間に所定の隙間をあけて対面させた状態にして配設されている。即ち、コイルユニット３１は、左右のブラケット５３Ｌ・５３Ｒを介して定着装置枠体の左右の側板５０Ｌ・５０Ｒ間に固定して支持されている。

コイルユニット３１は、励磁回路（外部電源部）１０１（図７）から電流を供給し、定着ベルト２３の基体層（導電層）２３ａに誘導電流を発生させるためのコイル（励磁コイル）３２を有する。本実施例においては、コイル３２には、約２５ｋＨｚの高周波電圧が励磁回路１０１から供給される。また、コイルユニット３１は、コイル３２から発生する磁束を集中させるための磁性体コア３３と、定着ベルト２３とコイル３２が直接接触するのを防ぐためのコイルカバー３４を有している。コイル３２は、リッツ線をポリイミドで被覆したものを複数本束ね、図６のように、磁性体コア３３の中央のコア３３ａ（コイル３２の中心部の磁性体コア）に複数回巻きつけるようにして、横長・扁平のシート状渦巻きコイルに巻回したものである。磁性体コア３３は、コイル３２により発生した磁束が定着ベルト２３の導電層である基体層２３ａ以外に実質的に漏れないように、コイル３２の定着ベルト２３側とは反対側を覆っている。磁性体コア３３としては、透磁率が大きく自己損失の小さい材料が良く、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。

ｄ：定着動作
制御回路部１００（図７）は、画像形成開始信号に基づいて、少なくとも画像形成実行時には、定着駆動装置Ｍをオンすると共に、励磁回路１０１をオンする。定着駆動装置Ｍのオンにより加圧ローラ２２の駆動ギアＧに駆動力が伝達されて加圧ローラ２２が図３において矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。この加圧ローラ２２の回転により、定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ２２の表面と定着ベルト２３の表面との摩擦力で定着ベルト２３に回転力が作用する。定着ベルト２３はその内面が定着ニップ部Ｎにおいて加圧パッド２４の下面に密着して摺動しながら加圧パッド２４・加圧ステイ２５・内部コア２６の外回りを矢印の時計方向に加圧ローラ２の回転速度とほぼ同じ速度で従動回転する。本実施例においては、定着ベルト２３は表面回転速度１８０ｍｍ／ｓｅｃで回転し、フルカラーの画像を１分間にＡ４サイズ４０枚定着することが可能である。加圧パッド２４は回転する定着ベルト２３のガイド部材の役目もしている。また、回転する定着ベルト２３の加圧パッド長手方向に沿う左方又は右方への寄り移動は、左側の端部ホルダ２７Ｌに設けたフランジ部２７Ｌ−ａの内面、又は右側の端部ホルダ２７Ｒに設けたフランジ部２７Ｒ−ａの内面により規制される。

また、励磁回路１０１がオンにされることで、コイルユニット３１のコイル３２に高周波電流が印加されて、コイル３２によって発生した磁界により定着ベルト２３の基体層２３ａが誘導発熱する。この基体層２３ａの発熱により、回転する定着ベルト２３が昇温する。制御回路部１００の温度制御機能部（温度制御手段）は、定着ベルト２３の所定の目標温度（定着温度）でほぼ一定になるように温度制御を行う。即ち、定着ベルト２３の温度を検知する温度検知素子（以下、温度センサと記す）２８の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させてコイル２３に入力する電力を制御して、定着ベルト２３の温度制御を行う。温度センサ２８は例えばサーミスタである。本実施例においては定着ベルト２３の温度が１８０℃でほぼ一定になるように温度制御する。即ち、温度検知素子２８は通紙域になる定着ベルト部分の温度を検知する。その検知温度情報が制御回路部１００にフィードバックされる。制御回路部１００はこの温度センサ２８から入力する検知温度が所定の目標温度に維持されるように励磁回路１０１からコイル３２に入力する電力を制御している。定着ベルト４の検出温度が所定温度に昇温した場合、コイル３２への通電が遮断される。

内部コア２６は、コイルユニット３１の磁束が金属製の加圧ステイ２５に作用して誘導電流が発生するのを防ぐため、定着ベルト２３と加圧ステイ２５の間にあり、加圧ステイ２５の表面を覆うように、定着ベルト２３の内面に近接させて配置されている。このとき、定着ベルト２３の内面と内部コア２６とのギャップは、０．５〜３ｍｍ程度がよい。０．５ｍｍ以下であると、定着ベルト２３と内部コア２６が接触し、トルクの増加や、定着ベルト２３の部分的な温度低下による光沢ムラなどが発生してしまう。また、３ｍｍ以上であると、コイル３２と内部コア２６の磁気結合が弱まり、定着ベルト２３を貫く磁束密度が弱くなる。その結果、定着ベルト２３を発熱させるための電源容量が必要以上に大きくなってしまう。

上記のようにして、加圧ローラ２２が駆動され、また、定着ベルト２３が所定の定着温度に立ち上がって温調される。そして、この状態において、定着ニップ部Ｎに、未定着トナー画像Ｔを有する記録材Ｐがそのトナー画像担持面側を定着ベルト４側に向けてガイド部材２０で案内されて導入される。記録材Ｐは定着ニップ部Ｎにおいて定着ベルト２３の外周面に密着し、定着ベルト２３と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。これにより、記録材Ｐに定着ベルト２３の熱が付与され、また定着ニップ部Ｎの加圧力を受けて未定着トナー画像Ｔが記録材Ｐの表面に熱圧定着される。定着ニップ部Ｎを通った記録材Ｐは定着ベルト４の外周面から分離されて定着装置外へ搬送される。

ｅ：温度センサ２８
温度センサ２８は、精度のよい温度制御を行うため、画像形成域内に対応する定着ベルト部分の温度を検知するように配置されることが望ましい。定着ベルト２３の外面に温度センサ２８を当接すると、定着ベルト２８に傷を発生させるおそれがある。また、定着ベルト２３の外側から非接触温度センサを設ける方法も考えられるが、定着ベルト２３の発熱量が高い、コイル３２と定着ベルト２３の隙間にサーモパイル等の応答性が高い非接触センサを配置するのは、耐熱性の点で難しい。

そこで、本実施例では、定着ベルト２３の長手方向中央部の位置において、接触式の温度検知素子としての温度センサ２８の温度検知部を定着ベルト２３の内面に接触させて設けている。この温度センサ２８の検知温度値に基づいて制御回路部１００の温度制御機能部により励磁回路部１０１を制御して定着ベルト２３を目標温度である１８０℃に温度制御する。

定着ベルト２３の内部に温度センサ２８を配置する場合、コイル３２によるノイズや信号線２８ａの耐熱性、定着ベルト２３の内面との摺擦を防がねばならない。信号線２８ａは温度センサ２８と制御回路部１００を電気的に連絡する電線である。そのために、加圧ステイ２５の内部に温度センサ２８の信号線２８ａを配線して、加圧ステイ２５の定着ベルト回転軸線方向（加熱ベルト回転軸線方向）の端部から外側に引き出す必要がある。そのため、定着ベルト２３の内面に近接している内部コア２６及び加圧ステイ２５の一部に開口部２６ａ・２５ａを具備させて、温度センサ２８の信号線２８ａを加圧ステイ２５内に取り込む必要がある。

本実施例では、温度センサ２８は定着ベルト２３の内面に当接されている。そして、温度センサ２８の信号線２８ａは、内部コア２６及び加圧ステイ２５とに設けた開口部２６ａ・２５ａを通して加圧ステイ２５の内側に配線され、加圧ステイ２５の端部から引き出されている。開口部２６ａ・２５ａは、磁性体コア３３のコイル３２が巻きつけられた一部（コイル３２の中心部の磁性体コア）３３ａとの対向位置に設けられている。即ち、加圧ステイ２５の長手方向中央部の上面に開口部２５ａを具備させてある。また、内部コア２６の長手方向中央部の上面にも上記の開口部２５ａに対応位置させて開口部２６ａを具備させてある。開口部２６ａ・２５ａは、コイル３２の中心部の磁性体コア３３ａとの対向位置において設けられている。加圧ステイ２５の内面には、板バネ４１の基部をモールドした絶縁座部４０を固定してある。板バネ４１は、加圧ステイ２５の上記開口部２５ａと内部コア２６の上記開口部２６ａを通して内部コア２６の外側に延出させている。そして、この板バネ４１は、内部コア２６の開口部付近で、開口部２６ａよりも定着ベルト回転方向下流側に折り曲げられて、先端部に温度センサ２８を取り付けて支持させてある。温度センサ２８は定着ベルト２３の長手方向のほぼ中央部の位置において、上記板バネ４１の弾性により定着ベルト２３の内面に対して弾性的に当接している。板バネ４１は、温度センサ２８の電極を兼ねても兼ねなくてもよいが、信号線を別に設ける場合には、定着ベルト２３との摺擦を防ぐため、板バネ４１の内側に耐熱性テープ等で固定するほうがよい。温度センサ２８と制御回路部１００を電気的に連絡する信号線２８ａは絶縁座部４０から加圧ステイ２５の内部を這いまわして、定着ベルト２３の回転軸線方向の一端部（左端部）から外側に引き出されている。

温度センサ２８は定着ベルト２３の内側のコイル３２による発熱量が最も高い領域に接触させて、その部分の温度を検出する。即ち、温度センサ２８は定着ベルト２３の内面において定着ベルト周方向（加熱ベルト周方向）に関して発熱量がもっとも高い部分に当接している。本実施例では、温度センサ２８は、内部コア２６の開口部２６ａよりも定着ベルト回転方向の下流側において発熱量が一番高い位置で定着ベルト内面に当接するように、板バネ４１によって加圧されている。内部コア２６の開口部２６ａよりも定着ベルト回転方向上流側において温度センサ２８を定着ベルト内面に板バネで当接させると、定着ベルト２３のばたつきなどにより安定した当接圧が保てないおそれがあるため、下流側に設ける方が望ましい。

図８にコイル３２との対向部（展開図）における定着ベルト２３の発熱量分布を示した。２箇所に発熱量の多い部分Ｈ・Ｈが存在する。すなわち、定着ベルト２３の発熱量が最も高い位置は、図３・図８で２つに分割して図示してあるコイル３２の定着ベルト回転方向それぞれの中央部である。温度センサ２８は定着ベルト２３の内面のコイル３２による発熱量が最も高い位置に接触配置されている。

また、本実施例においては、加圧ステイ２５の内面には、第２の板バネ４３の基部をモールドした絶縁座部４２を固定してある。この第２の板バネ４２も、加圧ステイ２５の上記開口部２５ａと内部コア２６の上記開口部２６ａを通して内部コア２６の外側に延出させている。そして、この板バネ４２は、内部コア２６の開口部付近で、開口部２６ａよりも定着ベルト回転方向上流側に折り曲げられて、先端部に保安素子（温度ヒューズ）２９を取り付けて支持させてある。保安素子２９は定着ベルト２３の長手方向のほぼ中央部の位置において、上記板バネ４３の弾性により定着ベルト２３の内面に対して弾性的に当接している。板バネ４３は、保安素子２９の電極を兼ねても兼ねなくてもよいが、リード線２９ａを別に設ける場合には、定着ベルト２３との摺擦を防ぐため、板バネ４２の内側に耐熱性テープ等で固定するほうがよい。保安素子２９はリード線２９ａを介して励磁回路１０１に直列に接続されている。リード線２９ａは絶縁座部４２から加圧ステイ２５の内部を這いまわして、温度センサ２８の信号線２８ａと同様に定着ベルト２３の回転軸線方向の一端部（左端部）から外側に引き出されている。保安素子２９も定着ベルト２３の内側のコイル３２による発熱量が最も高い領域に接触させて、その部分の温度を検出する。本実施例では、保安素子２９は、図３・図８のように、内部コア２６の開口部２６ａよりも定着ベルト回転方向上流側の発熱量が一番高い位置で定着ベルト内面に当接するように、板バネ４３によって加圧されている。

保安素子２９は、定着装置１２が何らかの原因で熱暴走して定着ベルト２３の温度が許容温度以上に過熱状態になったときオフ動作して、励磁回路１０１からコイル３２への電力供給を素早く遮断するものである。画像形成ジョブ実行中であれば、ジョブの中断も連動して行われる。その結果、定着装置（定着ベルト）が破損に至ってしまうのを防止することができる。その際、画像形成装置、特に定着装置が異常状態である旨を、画像形成装置に設けられた液晶表示部からなる操作部１０２（図７）に表示させて操作者に対し修復を促すため制御回路部１００が信号を出力する。

内部コア２６に設けられた開口部２６ａと加圧ステイ２５に設けられた開口部２５ａの大きさは同等である。若しくは内部コア２６に設けられた開口部２６ａは加圧ステイ２５に設けられた開口部２５ａよりも大きさが小さい。即ち、加圧ステイ２５及び内部コア２６の開口部２５ａと２６ａは、コイル３２により金属製の加圧ステイ２５に誘導電流を発生させないように、開口部２６ａの開口幅の方が開口部２５ａ開口幅よりも狭く構成されることが望ましい。これは、定着ベルト２３内の金属製の加圧ステイ２５に誘導電流が発生すると、加圧ステイ２５に磁場を妨げる方向に電流が流れ、その反磁場が定着ベルト２３の発熱量を低下させてしまうからである。また、加圧ステイ２５の開口部２５ａの開口幅として、加圧ステイ２５の長手方向長さ３６０ｍｍのうち、長手方向に８０ｍｍ以上の開口幅を設けると、加圧ステイ２５の撓み強度が不足する。そのため、定着ニップ部Ｎ内の加圧力が不均一になり光沢ムラなどの画像不良が発生するおそれがある。この点から、加圧ステイ２５の開口部２５ａの長手開口幅は、加圧ステイ２５の長手方向長さの２０％以下に抑えることが望ましい。即ち、加圧ステイ２５に設けられた開口部２５ａの加圧ステイ長手方向（金属ステイ長手方向）における開口幅は、加圧ステイ２５の長さの２０％以下である。内部コア２６は、図４の分割線ａで示すように、複数のコアを張り合わせるようにして、加圧ステイ２５の外側を覆っている。内部コア２６の開口部２６ａは、部分的に複数コアの間隔を大きくすることで形成する。

次に、温度センサ２８の配置と、温度センサ２８の信号線２８ａの配線ために内部コア２６及び加圧ステイ２５の一部に開口部２６ａ・２５ａを具備させたときの定着ベルト断面の発熱分布について詳述する。

図９・図１０は、定着装置横断面における、コイル３２と、定着ベルト２３と、内部コア２６と、加圧ステイ２５と、の展開模式図と、定着ベルト２３の周方向の発熱量分布図である。部分Ａは、巻きまわされたコイル３２の横断面における内幅部分（コイル中心部の磁性体コア３３ａ部分）に対応している部分である。部分Ｂは、巻きまわされたコイル３２の横断面における内幅部分よりも定着ベルト回転方向の上流側と下流側の各コイル部分の幅方向中央部に対応している部分である。

図９の（ａ）は、内部コア２６及び加圧ステイ２５に開口部２６ａ・２５ａを具備させていない場合である。このとき、定着ベルト２３の周方向の発熱量分布は、部分Ｂ・Ｂでの発熱が高くなり、部分Ａでの発熱が低くなる。これは、コイル３２が定着ベルト２３の面方向に作る磁場が、部分Ｂでは、巻きまわされたコイルが同方向に流れる電流により、磁場を強め合って発熱量を高くしているからである。部分Ａでは、巻きまわされたコイル３２の横断面における内幅部分よりも定着ベルト回転方向上流側と下流側の各コイル部分の間で、互いに逆方向に流れる電流よって、定着ベルト２３の面方向の磁場を弱めて発熱量を低下させている。

このことから、温度センサ２８の温度検知に基いて定着ベルト２３の温度を正確に制御するためには、定着ベルト２３の発熱量の低い部分Ａではなく、発熱量の高い部分Ｂに温度センサ２８の検出部を設ける必要がある。

また、図９の（ａ）の場合の定着ベルト２３の発熱効率は、０．９６であった。ベルト発熱効率は、インピーダンスアナライザ（横河ヒューレットパッカード社製４１９４Ａ）で測定したコイル単体での抵抗Ｒｃ（Ω）と定着ベルトを対向させた状態での抵抗Ｒｃ＋ｂ（Ω）から、ベルト発熱効率＝１−（Ｒｃ／Ｒｃ＋ｂ）で、算出している。この式の意味するところは、全体（コイル＋定着ベルト）の発熱に対する定着ベルトの発熱比率を意味している。たとえば、コイルと定着ベルトの距離が離れ、磁気結合が弱くなったときなどは、定着ベルトに流れる電流が減る。その結果、コイル自身で循環する電流が多くなり、コイルで発熱する比率が多くなってしまう。このように、発熱効率を比較することで、定着ベルトを効率よく加熱できているかどうか判断することができるのである。

次に、図９の（ｂ）及び図１０を用いて、温度センサ２８の信号線２８ａの這いまわしのために、内部コア２６及び加圧ステイ２５の一部に開口部２６ａ・２５ａを具備させた場合を説明する。

実施例１：図９の（ｂ）
図９の（ｂ）のように、内部コア２６及び加圧ステイ２５の開口部２６ａ・２５ａを部分Ａに具備させた場合である。開口部２６ａと２５ａの定着ベルト周方向の開口幅はコイル３２の横断面における内幅Ｄと同じ５ｍｍ、長手方向の開口幅も５ｍｍとした。

即ち、本実施例１は、コイル３２が定着ベルト２３の面内の磁場を弱める部分Ａに対応する、内部コア２６の部分と加圧ステイ２５の部分とに開口部２６ａ・２５ａを具備させたものである。

本実施例１における定着ベルト２３の周方向の発熱量分布は、内部コア２６及び加圧ステイ２５に開口部２６ａ・２５ａを具備させていない図９の（ａ）の場合とほぼ同じ発熱分布が得られた。発熱効率も図９の（ａ）の場合と同じ０．９６であった。

比較例１：図１０の（ａ）
図１０の（ａ）のように、内部コア２６及び加圧ステイ２５の開口部２６ａ・２５ａを部分Ｂに具備させた場合である。開口部２６ａと２５ａの定着ベルト周方向の開口幅はコイル３２の横断面における内幅Ｄと同じ５ｍｍ、長手方向の開口幅も５ｍｍとした。

即ち、この比較例１は、コイル３２の電流による周方向の磁界がもっとも強くなる部分Ｂに対応する、内部コア２６の部分と加圧ステイ２５の部分とに開口部２６ａ・２５ａを具備させたものである。

この比較例１における定着ベルト２３の周方向の発熱量分布は、開口部２６ａ・２５ａに対応する部分の発熱量が低下してしまっている。このときの発熱効率は、０．９１であった。

比較例２：図１０の（ｂ）
図１０の（ｂ）のように、内部コア２６及び加圧ステイ２５の開口部２６ａ・２５ａを、コイル３２の対向域の外側部分Ｃに具備させた場合である。開口部２６ａと２５ａの定着ベルト周方向の開口幅はコイル３２の横断面における内幅Ｄと同じ５ｍｍ、長手方向の開口幅も５ｍｍとした。

この比較例２における定着ベルト２３の周方向の発熱量分布は、開口部２６ａ・２５ａに対応する部分の発熱量が低下してしまっている。このときの発熱効率は、０．９２であった。

比較例３：図１０の（ｃ）
実施例１において、内部コア２６及び加圧ステイ２５の開口部２６ａ・２５ａについて、定着ベルト周方向の開口幅をコイル３２の内幅Ｄ（５ｍｍ）よりも広い７ｍｍとし場合である（図１０の（ｃ））。

この比較例３のように、内部コア２６の開口部２６ａの定着ベルト周方向の開口幅をコイル３２の内幅Ｄよりも広くしてしまうと、コイル中心部の磁性体コア３３ａと内部コア２６との間隔が広くなる。その結果、磁気結合が弱くなり、結果として、定着ベルト２３の発熱量を低下させてしまう。このときの発熱効率は０．９３であった。よって、磁気結合が弱くなりすぎないために、開口部２６ａ・２５ａの開口幅は、コイル３２の内幅Ｄよりも狭いことが望ましい。

以上のように、本実施例では、定着ベルト２３の発熱量がもっとも高い場所Ｂに温度センサ２８の温度検知部を配置する。また、コイル２３が定着ベルト２３の磁場を弱めている領域Ａに、内部コア２６及び加圧ステイ２５の開口部２６ａ・２５ａの開口幅を定着ベルト周方向でコイル３２の内幅Ｄよりも狭く構成する。そして、加圧ステイ２５の内側に温度センサ２８の信号線２８ａを配置した。

このように構成することで、温度センサ２８の信号線２８ａのノイズ、損傷、定着ベルト２３の発熱量の低下を防ぎ、定着ベルト２３の発熱量のもっとも高い部分で精度よく均一に温度制御することが可能になる。

本実施例では、加圧ステイ２５に張り合わされた複数の内部コア２６の隙間を開けることにより開口部２６ａを形成したが、内部コア２６に穴を開けることで開口部２６ａを形成してもよい。

また、本実施例では、温度検知素子としてのサーミスタについての実施例を記載したが、サーモスイッチや温度ヒューズなどに適用してもなんら問題はない。

以上の実施例においては発熱部材としてベルト部材を用いる構成であったが、発熱部材としてより薄膜のフィルム部材を用いる構成であってもベルト部材を用いる構成と同様の効果を得ることができる。

本発明の画像加熱装置は実施例の画像加熱定着装置としてばかりではなく、その他、例えば、画像を担持した記録材を加熱して光沢等の表面性を改質する画像加熱装置、仮定着する画像加熱装置等としても使用できる。また、インクジェット方式の画像形成装置において、インクジェット方式で画像形成された記録材を乾燥させる画像加熱装置としても使用できる。

実施例の定着装置（画像加熱装置）の要部の正面模型図である。 同じく縦断正面模型図である。 図１の（３）−（３）線に沿う拡大横断面模型図である。 ベルトユニットの構成部材の分解斜視図である。 定着ベルトの層構成模型図である。 コイルの平面図である。 制御系統のブロック図である。 定着ベルトのコイルユニットとの対向部（展開図）における発熱量分布図である。 実施例１の発熱分布の説明図である。 比較例の発熱分布の説明図である。 画像形成装置例の概略構成模型図である。

符号の説明

１２・・定着装置（画像加熱装置）、２１・・ベルトユニット、２２・・加圧ローラ（加圧部材）、３１・・コイルユニット、Ｎ・・ニップ部（定着ニップ部）、２３・・定着ベルト（加熱ベルト)、２３ａ・・導電層、２５・・加圧ステイ（金属ステイ）、２６・・内部磁性部材、２５ａ・２６ａ・・開口部、２８・・温度検知素子、２８ａ・・信号線、３１・・加熱手段、３２・・コイル、３３・・磁性体コア、３３ａ・・コイル中心部の磁性体コア、Ｔ・・画像、Ｐ・・記録材

Claims (6)

1. 導電層を有し回転可能な加熱ベルトと、前記加熱ベルトの外周面と圧接し回転可能な加圧部材と、前記加熱ベルトの内部にあって前記加熱ベルトを前記加圧部材の方向に向かって押圧する金属ステイと、前記金属ステイの加熱ベルト内周面側を覆い、前記加熱ベルトの内面に近接して配置された内部磁性部材と、前記加熱ベルトの外側に配設されていて前記加熱ベルトの前記導電層に誘導電流を発生させるコイルと磁性体コアを有する加熱手段であって、前記コイルは前記磁性体コアの一部を巻きつけるように構成された加熱手段と、前記加熱ベルトの温度を検知する温度検知素子と、前記温度検知素子の検出値に基づき前記加熱ベルトの温度制御を行う温度制御手段と、を有し、前記加熱ベルトと前記加圧部材とのニップ部で画像を担持した記録材を加熱する画像加熱装置において、
   前記温度検知素子は前記加熱ベルトの内面に当接されており、前記温度検知素子の信号線は、前記内部磁性部材及び前記金属ステイとに対して、前記磁性体コアの前記コイルが巻きつけられた一部との対向位置において設けられた開口部を通して前記金属ステイの内側に配線され、前記金属ステイの端部から引き出されていることを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記温度検知素子は前記加熱ベルトの内面において加熱ベルト周方向に関して発熱量がもっとも高い部分に当接していることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記開口部の加熱ベルト周方向の幅が、巻きまわされた前記コイルの横断面における内幅よりも狭いことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像加熱装置。
4. 前記金属ステイに設けられた前記開口部の金属ステイ長手方向における開口幅は、加圧ステイの長さの２０％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像加熱装置。
5. 前記磁性体コアに設けられた前記開口部と前記金属ステイに設けられた前記開口部の大きさは同等である、若しくは前記磁性体コアに設けられた前記開口部は前記金属ステイに設けられた前記開口部よりも大きさが小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の画像加熱装置。
6. 前記温度検知素子は前記開口部よりも加熱ベルト回転方向の下流側において前記加熱ベルトの内面に当接していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の画像加熱装置。