JP2004151470A

JP2004151470A - 誘導加熱定着装置

Info

Publication number: JP2004151470A
Application number: JP2002317880A
Authority: JP
Inventors: Naohiko Haniyu; 羽生　　直彦; Tetsuko Oomoto; 大本　　哲子; Miho Toyoda; 豊田　　美帆
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】加熱効率が高く且つ熱容量の小さい加熱部材を使用することが可能でウォームアップの時間も短縮できる誘導加熱定着装置の活用に当たり、定着の設定温度を超過して定着ローラが加熱されて火災発生等の事故を起こす危険性を解消し、喩え温度制御センサの故障があったとしても安全が守られるようにする。
【解決手段】トナー像が転写された転写材を加熱部材からの熱で加熱する誘導加熱定着装置において、前記加熱部材は、支持体層と表面層からなり、前記支持体層には整磁合金からなる回転体の外周に整磁合金より低抵抗率で非磁性の金属層が形成され、誘導コイルは前記加熱部材の内部に配置されており、前記支持体層の整磁合金の厚さが、整磁合金の固有抵抗と誘導コイル電源周波数と整磁合金のキュリー温度以下の比透磁率との間で或る関係式を満たす誘導加熱定着装置。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真画像形成装置に装着する誘導加熱定着装置に関するものであり、更に詳しくは火災等の災害を起こすことのない省エネ且つ迅速定着の可能な定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真画像形成装置における転写材上に転写されたトナー像を定着する定着装置は一般的にハロゲンランプのヒータを内蔵した熱伝導性の良い金属製の定着ローラと加圧ローラとの間にニップ部を形成しそのニップ部に前記転写材を通して熱定着していたが、熱容量が大きく温度上昇に時間がかかり特にウォームアップ時間が長くかかるため画像形成速度が遅くなり効率が悪かった。これをさけるため、近年の省エネ化の流れでもあり、ウォームアップ時間を短くするために、ヒータの加熱効率を上げることと加熱部材の熱容量を小さくすることの手段として定着装置には特許文献１に示すような誘導加熱型の定着装置が取り上げられてきている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭９−１２７８１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、定着装置においては、温度制御用センサの故障等、何らかの理由で回転体加熱部材の温度が過昇温した場合、サーモスタットや温度ヒューズによって、定着ヒータへの通電を遮断し、回転体加熱部材もしくは周辺部材の発火を防止している。サーモスタットや温度ヒューズは通常加熱部材表面の摩耗傷を防止するために、回転体加熱部材とは非接触で設けられることが多い。サーモスタットや温度ヒューズが加熱部材に対して非接触で設けられていると、回転体加熱部材からサーモスタットや温度ヒューズへの熱移動に時間がかかるため、通電遮断動作に応答遅れが発生する。従来の熱容量の大きな加熱部材の場合は、定着ヒータ通電時の回転体加熱部材の温度上昇速度が小さいために、この応答遅れの影響は小さかった。しかし前述のような近年の省エネ化の流れで、前記特許文献１の誘導加熱定着装置の構成では、定着ヒータの加熱効率が高いことと回転体としての加熱部材の熱容量が小さくなることにより、回転体としての加熱部材の温度上昇速度が大きく、これに対するサーモスタットや温度ヒューズの応答遅れが目立つようになり、該サーモスタットや温度ヒューズが作動するときには、過昇温になり、回転体としての加熱部材やその周辺部材が発火してしまう可能性が高くなる。
【０００５】
本発明はこのような不具合を解消して、ウォームアップ時間を短くするために非常に有効な省エネ型の誘導加熱定着装置を採用しても決して過昇温による火災等の災害の起こる心配のない誘導加熱定着装置を提供することを課題目的にする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は次の技術手段（１）〜（４）の何れかによって達成される。
【０００７】
（１）誘導電流により発熱する回転体である加熱部材と、該加熱部材に対し圧接して配置される加圧部材と、前記加熱部材に供給する磁束を発生させる誘導コイルとを有し、前記加熱部材と前記加圧部材とのニップ部を通過する記録材としてのトナー像が転写された転写材を前記加熱部材からの熱で加熱する誘導加熱定着装置において、前記加熱部材は、支持体層と表面層からなり、前記支持体層には整磁合金層からなる回転体の外周に整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層が形成されており、前記誘導コイルが前記加熱部材の内部に配置されており、前記支持体層の整磁合金層の厚さｔ（ｃｍ）は前記式１を満たすことを特徴とする誘導加熱定着装置。
【０００８】
但し、前記式１において、ρ：整磁合金の固有抵抗（Ω・ｃｍ）、ｆ：誘導コイル電源周波数（Ｈｚ）、μｓ：整磁合金のキュリー温度以下の比透磁率とする。
【０００９】
（２）誘導電流により発熱する回転体である加熱部材と、該加熱部材に対し圧接して配置される加圧部材と、前記加熱部材に供給する磁束を発生させる誘導コイルとを有し、前記加熱部材と前記加圧部材とのニップ部を通過する記録材としてのトナー像が転写された転写材を前記加熱部材からの熱で加熱する誘導加熱定着装置において、前記加熱部材は、支持体層と表面層からなり、前記支持体層には整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層からなる回転体の外周に整磁合金層が形成されており、前記誘導コイルが前記加熱部材の外部に配置され、前記整磁合金層の厚さｔ（ｃｍ）は前記式１を満たすことを特徴とする誘導加熱定着装置。
【００１０】
但し、前記式１において、ρ：整磁合金の固有抵抗（Ω・ｃｍ）、ｆ：誘導コイル電源周波数（Ｈｚ）、μｓ：整磁合金のキュリー温度以下の比透磁率とする。
【００１１】
（３）薄肉の耐熱性フィルムと、該フィルムの一方面側に固定支持された、誘導電流により発熱する加熱部材と、該加熱部材に供給する磁束を発生させる誘導コイルと、前記フィルムの他方の面側に前記加熱部材と対向して加圧部材が圧接配置され、前記フィルムを挟んで前記加熱部材と前記加圧部材のニップ部を通過する記録材としてのトナー像が転写された転写材を前記加熱部材からの熱で加熱する誘導加熱定着装置において、前記加熱部材は少なくとも整磁合金と整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属の２層からなり、前記誘導コイルに面した側に前記整磁合金層を配置し、該整磁合金層の厚さｔ（ｃｍ）は前記式１を満たすことを特徴とする誘導加熱定着装置。
【００１２】
但し、前記式１において、ρ：整磁合金の固有抵抗（Ω・ｃｍ）、ｆ：誘導コイル電源周波数（Ｈｚ）、μｓ：整磁合金のキュリー温度以下の比透磁率とする。
【００１３】
（４）前記整磁合金が鉄ニッケル合金であることを特徴とする（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の誘導加熱定着装置。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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。
【００１５】
図１に示す画像形成装置１は本発明の誘導加熱定着装置が装着されるデジタル方式による画像形成装置であって、画像読取り部Ａ、画像処理部Ｂ、画像形成部Ｃ、転写材搬送手段としての転写材搬送部Ｄから構成されている。
【００１６】
画像読取り部Ａの上部には原稿を自動搬送する自動原稿送り手段が設けられていて、原稿載置台１１上に載置された原稿は原稿搬送ローラ１２によって１枚宛分離搬送され読み取り位置１３ａにて画像の読み取りが行われる。原稿読み取りが終了した原稿は原稿搬送ローラ１２によって原稿排紙皿１４上に排出される。
【００１７】
一方、プラテンガラス１３上に置かれた場合の原稿の画像は走査光学系を構成する照明ランプ及び第１ミラーから成る第１ミラーユニット１５の速度ｖによる読み取り動作と、Ｖ字状に位置した第２ミラー及び第３ミラーから成る第２ミラーユニット１６の同方向への速度ｖ／２による移動によって読み取られる。
【００１８】
読み取られた画像は、投影レンズ１７を通してラインセンサである撮像素子ＣＣＤの受光面に結像される。撮像素子ＣＣＤ上に結像されたライン状の光学像は順次電気信号（輝度信号）に光電変換されたのちＡ／Ｄ変換を行い、画像処理部Ｂにおいて濃度変換、フィルタ処理などの処理が施された後、画像データは一旦メモリに記憶される。
【００１９】
画像形成部Ｃでは、画像形成ユニットとして、像担持体であるドラム状の感光体２１と、その外周に、該感光体２１を帯電させる帯電手段２２、帯電した感光体の表面電位を検出する電位検出手段２２０、現像手段２３、転写分離手段である転写極２４及び分離極２５、前記感光体２１のクリーニング装置２６及び光除電手段としてのＰＣＬ（プレチャージランプ）２７が各々動作順に配置されている。また、現像手段２３の下流側には感光体２１上に現像されたパッチ像の反射濃度を測定する反射濃度検出手段２２２が設けられている。感光体２１は、光導電性化合物をドラム基体上に塗布形成したもので、例えば有機感光体（ＯＰＣ）が好ましく使用され、図示の時計方向に駆動回転される。
【００２０】
回転する感光体２１へは帯電手段２２による一様帯電がなされた後、像露光手段としての露光光学系３０により画像処理部Ｂのメモリから呼び出された画像信号に基づいた像露光が行われる。書き込み手段である像露光手段としての露光光学系３０は図示しないレーザーダイオードを発光光源とし、回転するポリゴンミラー３１、ｆθレンズ３４、シリンドリカルレンズ３５を経て反射ミラー３２により光路が曲げられ主走査がなされるもので、感光体２１に対してＡｏの位置において像露光が行われ、感光体２１の回転（副走査）によって潜像が形成される。本実施の形態の一例では文字部に対して露光を行い潜像を形成する。
【００２１】
感光体２１上の潜像は現像手段２３によって反転現像が行われ、感光体２１の表面に可視像のトナー像が形成される。転写材搬送部Ｄでは、画像形成ユニットの下方に異なるサイズの転写材（以降、用紙ともいう）Ｐが収納された転写材収納手段としての給紙ユニット４１（Ａ）、４１（Ｂ）、４１（Ｃ）が設けられ、また側方には手差し給紙を行う手差し給紙ユニット４２が設けられていて、それらの何れかから選択された転写材Ｐは案内ローラ４３によって搬送路４０に沿って給紙され、給紙される転写材Ｐの傾きと偏りの修正を行うレジストローラ対４４によって転写材Ｐは一時停止を行ったのち再給紙が行われ、搬送路４０、転写前ローラ４３ａ、給紙経路４６及び進入ガイド板４７に案内され、感光体２１上のトナー画像が転写位置Ｂｏにおいて転写極２４及び分離極２５によって転写材Ｐ上に転写され、搬送ベルト装置４５の搬送ベルト４５４に載置搬送されながら前記転写材Ｐは感光体２１面より分離し、前記搬送ベルト装置４５により定着手段としての誘導加熱定着装置５０に搬送される。
【００２２】
該誘導加熱定着装置５０は加熱源を持つ回転体加熱部材としての定着ローラ５１と加圧部材としての加圧ローラ５９とを有しており、転写材Ｐを定着ローラ５１と加圧ローラ５９との間を通過させることにより、加熱、加圧によってトナーを定着させる。トナー画像の定着を終えた転写材Ｐは排紙トレイ６４上に排出される。
【００２３】
以上は転写材Ｐの片側への画像形成を行う状態を説明したものであるが、両面複写の場合は排紙切換部材１７０が切り替わり、用紙案内部１７７が開放され、用紙としての転写材Ｐは破線矢印の方向に搬送される。
【００２４】
更に、搬送機構１７８により用紙Ｐは下方に搬送され、用紙反転部１７９によりスイッチバックさせられ、用紙としての転写材Ｐの後端部は先端部となって両面複写用給紙ユニット１３０内に搬送される。
【００２５】
転写材Ｐは両面複写用給紙ユニット１３０に設けられた搬送ガイド１３１を給紙方向に移動し、給紙ローラ１３２で転写材Ｐを再給紙し、転写材Ｐを搬送路４０に案内する。
【００２６】
再び、上述したように感光体２１方向に転写材Ｐを搬送し、転写材Ｐの裏面にトナー画像を転写し、誘導加熱定着装置５０で定着した後、排紙トレイ６４上に排紙する。
【００２７】
このような本発明に用いる上記誘導加熱定着装置５０は、図２の断面図に示すように誘導電流により発熱する回転体加熱部材である定着ローラ５１と、該定着ローラ５１に対し圧接して配置される加圧部材５９と、前記定着ローラ５１に供給する磁束を発生させる誘導コイル５２Ａとを有し、前記定着ローラ５１と前記加圧部材５９とのニップ部を通過する記録材としてのトナー像が転写された転写材Ｐを前記定着ローラ５１からの熱で加熱する定着装置であり、前記定着ローラ５１は、支持体層５１１と表面層５１２からなり、前記支持体層５１１には整磁合金層５１１Ａからなる回転体の外周に整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層５１１Ｂが形成されており、前記誘導コイル５２Ａが前記定着ローラ５１の内部に同心に配置されており、前記支持体層５１１の整磁合金層の厚さｔ（ｃｍ）は前記式１を満たすように設定する。
【００２８】
但し前記式１において、ρ：整磁合金の固有抵抗（Ω・ｃｍ）、ｆ：誘導コイル電源周波数（Ｈｚ）、μｓ：整磁合金のキュリー温度以下の比透磁率とする。
【００２９】
そして、本発明に用いる上記誘導加熱定着装置５０の他の実施の形態は、図３の断面図に示すように誘導電流により発熱する回転体加熱部材である定着ローラ５１と、該定着ローラ５１に対し圧接して配置される加圧部材５９と、前記定着ローラ５１に供給する磁束を発生させる誘導コイル５２Ｂとを有し、前記定着ローラ５１と前記加圧部材５９とのニップ部を通過する記録材としてのトナー像が転写された転写材Ｐを前記定着ローラ５１からの熱で加熱して定着する定着装置であり、前記定着ローラ５１は、支持体層５１１と表面層５１２からなり、前記支持体層５１１には整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層５１１Ｂからなる回転体の外周に整磁合金層５１１Ａが形成されており、前記誘導コイル５２Ｂが前記定着ローラ５１の外部に配置され、前記整磁合金層５１１Ａの厚さｔ（ｃｍ）は前記式１を満たすようにしてある。
【００３０】
但し前記式１において、ρ：整磁合金の固有抵抗（Ω・ｃｍ）、ｆ：誘導コイル電源周波数（Ｈｚ）、μｓ：整磁合金のキュリー温度以下の比透磁率とする。
【００３１】
本発明に用いる上記誘導加熱定着装置５０の別の実施の形態は、特に図示はしないが、薄肉の耐熱性フィルムと、該フィルムの一方面側に固定支持された、誘導電流により発熱する加熱部材と、該加熱部材に供給する磁束を発生させる誘導コイルと、前記フィルムの他方面側に前記加熱部材と対向して加圧部材が圧接配置され、前記フィルムを挟んで前記加熱部材と前記加圧部材のニップ部を通過する記録材としてのトナー像が転写された転写材Ｐを前記加熱部材からの熱で定着する定着装置であり、前記加熱部材は少なくとも整磁合金層と整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層の２層からなり、前記誘導コイルに面した側に前記整磁合金層を配置し、該整磁合金層の厚さｔ（ｃｍ）は前記式１を満たすようにしてある。
【００３２】
但し前記式１において、ρ：整磁合金の固有抵抗（Ω・ｃｍ）、ｆ：誘導コイル電源周波数（Ｈｚ）、μｓ：整磁合金のキュリー温度以下の比透磁率とする。
【００３３】
このような構成を取ることにより、図４（ａ）の模式図に示すように、キュリー温度以下のときは、渦電流の浸透深さδは整磁合金層の厚さより小さくなるために、磁束の流れが整磁合金層５１１Ａ内を軸方向に走るようになり電気抵抗は大きくなる。その結果発熱量が大きくなる。しかし、図４（ｂ）の模式図に示すように、キュリー温度以上のときは、渦電流の浸透深さδが整磁合金層５１１Ａの厚さより大きくなることにより、非磁性でかつ整磁合金より低抵抗率の金属層５１１Ｂまで浸透することになる。そのため、磁束の流れが低抵抗率の金属層５１１Ｂ内を軸方向に走るようになり、電気抵抗が小さく、発熱量も小さくなる。
【００３４】
図６は経過時間に対する回転体加熱部材即ち定着ローラ５１の加熱温度の状態を示すグラフであり、整磁合金層５１１Ａのキュリー温度を超えると温度の上昇度が激減することを示している。
【００３５】
発熱量が小さくなると、加熱部材の温度上昇速度が小さくなるために、サーモスタットや温度ヒューズの応答遅れがあっても、それによる温度差は小さくなり、発火の可能性を極度に低下させることが可能になる。
【００３６】
また、図５のグラフに示すように、Ｆｅ−Ｎｉ合金はＮｉ含有量でキュリー温度を連続的に変更することが可能であり、所要のキュリー温度を適正な定着温度の近辺にとるようにＮｉ含有量を決めた整磁合金層を容易に得ることが可能である。このように誘導加熱定着装置５０の使用温度等に対して、必要十分のキュリー温度が得られるように整磁合金層の組成を設定することが出来る。
【００３７】
【実施例】
実施の形態の一例として数値計算した結果を実施例として下記に示す。
【００３８】
図２に示すように、回転体加熱部材である定着ローラは、外径４０ｍｍでその支持体層５１１の内側の層は４０％ＮｉのＦｅ−Ｎｉ合金の整磁合金層５１１Ａであり、その外側の層に、整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層５１１Ｂとしてアルミニウム層が設けられ、整磁合金層５１１Ａの肉厚は０．３ｍｍ、非磁性の金属層５１１Ｂとしてのアルミニウム層の肉厚は０．７ｍｍにしてあり、そして表面層５１２にはＰＦＡコーティングが施されている。
【００３９】
加圧部材５９は加圧ローラとして設けられ、外径４０ｍｍであり弾性層の材質はシリコーンゴムであり、その肉厚は５ｍｍ、外側には導電性のＰＦＡチューブが被覆してあるものを用いた。ＰＦＡは４フッ化エチレン−パーフロロアルキルビニールエーテル共重合樹脂の記号である。
【００４０】
誘導コイル５２Ａは回転体加熱部材である定着ローラ５１の内部に配置した。表１は４０％ＮｉのＦｅ−Ｎｉ合金の物性及び渦電流の浸透深さを示すものであり、渦電流の浸透深さはキュリー温度以下の場合とキュリー温度以上の場合とでそれぞれ数２及び数３によって計算したものであり前記式１を満足することを示している。
【００４１】
【表１】

【００４２】
【数２】

【００４３】
【数３】

【００４４】
【発明の効果】
本発明の誘導加熱定着装置によって定着の設定温度を大きく超過して定着ローラが加熱されて火災発生等の事故に繋がる不安は全く無くなり、例え、温度制御用センサの故障があったとしても安全性が確保できるようになった。
【００４５】
また、誘導加熱定着装置は加熱効率が高く且つ熱容量の小さい省エネ型の加熱部材を使用することが可能であるので、ウォームアップの時間も短縮され効率がよく能力の高い高画質の得られる画像形成装置が実現できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導加熱定着装置が装着された画像形成装置の一例の概略構成図である。
【図２】本発明の誘導加熱定着装置の一例の軸直角断面図である。
【図３】本発明の誘導加熱定着装置の他の一例の軸直角断面図である。
【図４】本発明の誘導加熱定着装置の定着ローラにおける磁束の流れを示す軸方向の一部断面模式図である。（ａ）はキュリー温度以下のものを示し、（ｂ）はキュリー温度以上のものを示す。
【図５】Ｆｅ−Ｎｉ合金のキュリー温度とＮｉ量の関係を示すグラフである。
【図６】経過時間に対する定着ローラ５１の加熱温度の状態を示すグラフである。
【符号の説明】
１画像形成装置
２１感光体
２２帯電手段
２３現像手段
２４転写極
２５分離極
２６クリーニング装置
３０露光光学系（露光手段）
４５搬送ベルト装置
５０誘導加熱定着装置
５１定着ローラ
５２Ａ，５２Ｂ誘導コイル
５９加圧ローラ
５１１支持体層
５１１Ａ整磁合金層
５１１Ｂ非磁性の金属層
５１２表面層
Ｐ転写材（用紙）

Claims

誘導電流により発熱する回転体である加熱部材と、該加熱部材に対し圧接して配置される加圧部材と、前記加熱部材に供給する磁束を発生させる誘導コイルとを有し、前記加熱部材と前記加圧部材とのニップ部を通過する記録材としてのトナー像が転写された転写材を前記加熱部材からの熱で加熱する誘導加熱定着装置において、前記加熱部材は、支持体層と表面層からなり、前記支持体層には整磁合金層からなる回転体の外周に整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層が形成されており、前記誘導コイルが前記加熱部材の内部に配置されており、前記支持体層の整磁合金層の厚さｔ（ｃｍ）は下記の式１を満たすことを特徴とする誘導加熱定着装置。

但し式１において、ρ：整磁合金の固有抵抗（Ω・ｃｍ）、ｆ：誘導コイル電源周波数（Ｈｚ）、μｓ：整磁合金のキュリー温度以下の比透磁率とする。
誘導電流により発熱する回転体である加熱部材と、該加熱部材に対し圧接して配置される加圧部材と、前記加熱部材に供給する磁束を発生させる誘導コイルとを有し、前記加熱部材と前記加圧部材とのニップ部を通過する記録材としてのトナー像が転写された転写材を前記加熱部材からの熱で加熱する誘導加熱定着装置において、前記加熱部材は、支持体層と表面層からなり、前記支持体層には整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層からなる回転体の外周に整磁合金層が形成されており、前記誘導コイルが前記加熱部材の外部に配置され、前記整磁合金層の厚さｔ（ｃｍ）は前記式１を満たすことを特徴とする誘導加熱定着装置。
但し前記式１において、ρ：整磁合金の固有抵抗（Ω・ｃｍ）、ｆ：誘導コイル電源周波数（Ｈｚ）、μｓ：整磁合金のキュリー温度以下の比透磁率とする。
薄肉の耐熱性フィルムと、該フィルムの一方面側に固定支持された、誘導電流により発熱する加熱部材と、該加熱部材に供給する磁束を発生させる誘導コイルと、前記フィルムの他方の面側に前記加熱部材と対向して加圧部材が圧接配置され、前記フィルムを挟んで前記加熱部材と前記加圧部材のニップ部を通過する記録材としてのトナー像が転写された転写材を前記加熱部材からの熱で加熱する誘導加熱定着装置において、前記加熱部材は少なくとも整磁合金と整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属の２層からなり、前記誘導コイルに面した側に前記整磁合金層を配置し、該整磁合金層の厚さｔ（ｃｍ）は前記式１を満たすことを特徴とする誘導加熱定着装置。
但し前記式１において、ρ：整磁合金の固有抵抗（Ω・ｃｍ）、ｆ：誘導コイル電源周波数（Ｈｚ）、μｓ：整磁合金のキュリー温度以下の比透磁率とする。
前記整磁合金が鉄ニッケル合金であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱定着装置。