JP2004177533A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一対の無端ベルトの間に記録媒体を通過させ、このとき熱と圧力によって、記録媒体上のトナー像を定着する誘導加熱方式の定着装置において、連続通紙時の定着不良の発生を阻止する。
【解決手段】互いに当接して走行駆動される非磁性体より成る一対の無端ベルト１，２と、その無端ベルト１の内部に配置され、該無端ベルト１の内側面に当接する加熱体７と、その加熱体７に誘導電流を生じさせて、該加熱体７を加熱させるコイル８とを有し、加熱体７の熱を無端ベルト１を介して記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに付与して、そのトナー像Ｔを定着する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の無端ベルトの間に、トナー像を担持した記録媒体を挟んで搬送しながら、該トナー像を加熱して記録媒体に定着する誘導加熱方式の定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
記録媒体上にトナー像を形成し、そのトナー像を記録媒体に定着して記録画像を得る複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはこれらの複合機などとして構成される画像形成装置に、上記形式の定着装置を採用することは従来より公知である（例えば、特許文献１参照）。この形式の定着装置によれば、定着ローラよりも熱容量の小さな無端ベルトを用いるので、その無端ベルトを迅速に加熱させることができ、定着装置の立ち上げ時間を短縮できる。しかも、一対の無端ベルトの間に記録媒体を挟んで搬送するので、記録媒体に担持されたトナー像に、長い時間に亘って熱を与えることができ、トナー像の定着効率を高めることが可能である。
【０００３】
ところで、従来のこの種の定着装置は、磁性体を含む無端ベルトを用い、コイルに高周波電流を流すことによって、その無端ベルトに誘導電流を生じさせ、該無端ベルト自体を発熱させるように構成されている。ところが、このように構成すると、一対の無端ベルト間に複数枚の記録媒体を連続して通過させる、所謂連続通紙を行った際、熱容量の小なる無端ベルトから記録媒体に大量の熱が奪われるので、無端ベルトの温度が、トナー像の定着に適した温度、すなわち定着温度よりも大きく低下し、トナー像の定着不良が発生するおそれがある。また、小幅の記録媒体を一対の無端ベルト間に通過させてトナー像を定着すると、無端ベルトの幅方向中央部の熱は記録媒体に奪われて、その温度が低下するが、無端ベルトの幅方向各端部領域は記録媒体に接触しないので、記録媒体に熱を奪われずにその温度が高くなり、無端ベルトの幅方向における温度が不均一となる。この状態で広幅の記録媒体を一対の無端ベルト間に通過させてトナー像を定着すると、そのトナー像に与えられる熱量が一定とならず、定着むらなどの定着不良が発生するおそれがある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−７４００４号公報（第４−５頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、無端ベルトを用いた利点と、誘導加熱方式を採用した利点を生かしながら、定着不良の発生を防止できる定着装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、互いに当接して走行駆動される非磁性体より成る一対の無端ベルトと、少なくとも一部が磁性体より成る加熱体と、該加熱体の磁性体に誘導電流を生じさせて該磁性体を発熱させるコイルとを有し、前記加熱体は、少なくとも一方の無端ベルトの内側に配置されて、互いに当接する無端ベルト部分の内側面に当接しており、一対の無端ベルトの間にトナー像を担持した記録媒体を挟んで搬送しながら、該トナー像を加熱することを特徴とする定着装置を提案する（請求項１）。
【０００７】
その際、前記加熱体は、磁性体層と、該磁性体層よりも熱伝導率の高い熱伝導層を具備していると有利である（請求項２）。
【０００８】
また、上記請求項２に記載の定着装置において、前記熱伝導層が無端ベルトの内側面に当接していると有利である（請求項３）。
【０００９】
さらに、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置において、複数のコイルを有し、該コイルが無端ベルトの幅方向に位置をずらして配置されていると有利である（請求項４）。
【００１０】
また、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置において、複数のコイルを有し、該コイルのそれぞれが、別々の無端ベルトの内部に設けられていると有利である（請求項５）。
【００１１】
さらに、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置において、前記コイルが無端ベルトの外部に設けられていると有利である（請求項６）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。
【００１３】
図１は、誘導加熱方式の定着装置の一例を示す概略図であり、ここに示した定着装置は、上下に配置された一対の無端ベルト１，２を有している。一方の無端ベルト１は、入口側のローラ３と出口側のローラ４に巻き掛けられ、これらのローラ３，４がそれぞれ時計方向に回転し、一方の無端ベルト１は矢印Ａ方向に走行駆動される。他方の無端ベルト２も入口側のローラ５と出口側のローラ６に巻き掛けられ、これらのローラ５，６が反時計方向に回転して、他方の無端ベルト２が矢印Ｂ方向に走行駆動される。図示した例では、両出口側のローラ４，６が駆動ローラとして構成され、そのローラ４，６を回転駆動することにより、入口側のローラ３，５が従動して回転する。両無端ベルト１，２は、その入口側のローラ３，５と出口側のローラ４，６の間の部分において互いに当接し、その当接部において同じ方向に同一の速度で移動する。
【００１４】
一対の無端ベルト１，２は、共に非磁性体よりなる。例えば、ポリイミド（ＰＩ）やポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）などの耐熱性の樹脂によって両無端ベルト１，２が構成される。ベルト状に加工できる材料であれば、他の非磁性材料によって無端ベルト１，２を構成することもできるが、２００℃を超える耐熱性を持った樹脂により当該無端ベルト１，２を構成することが好ましい。各無端ベルト１，２の表面にテフロン（登録商標）などのトナーに対する離型性の高い物質をコートすることもできる。
【００１５】
入口側のローラ３，５と出口側のローラ４，６も非磁性材料により構成することが好ましく、その材料として、例えば、アルミニウムなどの金属を用いることができる。
【００１６】
一方の無端ベルト１の内側には、その少なくとも一部が磁性体より成る加熱体７と、その加熱体７の磁性体に誘導電流を生じさせて該磁性体を発熱させるコイル８が配置され、その加熱体７は、他方の無端ベルト２に当接する一方の無端ベルト部分の内側面に当接している。また、他方の無端ベルト２の内側には、ガイド板９と、そのガイド板９を両無端ベルト部分を介して加熱体７に加圧する加圧ばね１０が配置されている。
【００１７】
加熱体７は、その少なくとも一部が磁性体、例えばＳＵＳ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの強磁性体により構成されるものであるが、図１に示した例では、加熱体７の全体が磁性体によって構成されている。ガイド板９は、無端ベルト２からの熱の逃げを抑えることができるように熱伝導率の低い材料から構成されることが好ましく、またかかるガイド板９と加圧ばね１０は共に非磁性材料により構成されていることが望ましい。
【００１８】
図１に示した定着装置は、図示していない画像形成装置本体内に配置され、同じく画像形成装置本体内に配置された感光体上にトナー像が形成され、そのトナー像が転写紙などから成る記録媒体上に転写される。このようにして、図１に示す如くトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐは、矢印Ａ，Ｂ方向に走行駆動された一対の無端ベルト１，２の間に矢印Ｃで示すように送り込まれ、両無端ベルト１，２の当接部に挟まれて搬送され、次いで両無端ベルト１，２の間から矢印Ｄで示すように排出される。このとき、コイル８には高周波電流が流され、これによってコイル８が発生する磁界の変化に伴い、磁性体より成る加熱体７に誘導電流が生じ、ジュール熱が発生して該加熱体７が加熱される。その熱は、一方の無端ベルト１を通して、両無端ベルト１，２の間を搬送される記録媒体上のトナー像Ｔに伝えられ、該トナー像が加熱される。このとき、トナー像Ｔには、加圧ばね１０の作用により圧力が加えられる。このようにして記録媒体上のトナー像が熱と圧力を受け、該トナー像が記録媒体上に定着される。ガイド板９と加圧ばね１０は、両無端ベルト１，２を互いに圧接させ、両無端ベルト１，２が互いに圧接したニップ部を形成させる押圧手段の一例を構成している。
【００１９】
上述のように、本例の定着装置によれば、一対の無端ベルト１，２の間に、トナー像を担持した記録媒体Ｐを挟んで搬送しながら、該トナー像を加熱することによって当該トナー像を確実に定着することができる。
【００２０】
両無端ベルト１，２の表面の移動方向に対して直交する無端ベルトの表面に沿う方向を無端ベルト１，２の幅方向とし、同じく記録媒体Ｐの搬送方向に対して直交する記録媒体の表面に沿う方向を記録媒体の幅方向とすると、加熱体７とコイル８は、記録媒体Ｐの全幅に亘って、該記録媒体に熱を付与できるように、無端ベルト１，２の幅方向に長く延びている。コイル８と加熱体７の無端ベルト幅方向における長さが、最大幅サイズの記録媒体Ｐの幅と同一か、又はこれよりも大きく設定されているのである。これにより、記録媒体Ｐ上のトナー像を、その全体に亘って加熱することができる。
【００２１】
上述した定着装置によれば、一対の無端ベルト１，２が互いに当接したニップ部に記録媒体Ｐを搬送してトナー像を加熱するので、一対の定着ローラ間に記録媒体を通過させてトナー像を加熱する定着装置に比べて、ニップ部を大きくとることができ、トナー像の定着効率を高めることができる。しかも定着ローラよりも熱容量の小さな無端ベルトを用いるので、定着装置の立ち上げ時間を短縮することが可能である。
【００２２】
しかも、無端ベルト１，２に誘導電流を生じさせてその無端ベルトを直接、加熱するのではなく、無端ベルト１の内側面に当接した加熱体７に誘導電流を生じさせて該加熱体７を加熱し、その熱を無端ベルト１を介してトナー像に付与するので、連続通紙や、小幅サイズの記録媒体を通紙したときも、その次に通紙される記録媒体上のトナー像の定着不良が発生する不具合を阻止できる。すなわち、加熱体７には、その材質や大きさによって決まる或る程度の熱容量があるので、多数の記録媒体を連続して両無端ベルト１，２の間に通過させても、加熱体７に蓄えられた熱が各記録媒体Ｐに供給され、トナー像の定着不良が発生することを阻止できる。同様に、小幅サイズの記録媒体を両無端ベルト１，２の間のニップ部に通したとき、その記録媒体に無端ベルト１の熱が奪われても、加熱体７から即座に無端ベルト１に熱が伝えられるので、その小幅サイズの記録媒体が通過した後に、無端ベルト１の幅方向中央部の温度が、その各端部領域の温度よりも極端に低くなることはない。従って、次に広幅サイズの記録媒体を両無端ベルト１，２の間に通しても、その記録媒体上のトナー像の定着不良が発生することを阻止できる。但し、加熱体７の熱容量が大きすぎると、定着装置の立ち上げ時にその加熱体が所定温度に上昇するまでの時間、すなわち立ち上げ時間が長くなるので、この点をも考慮に入れて加熱体７の熱容量を設定すべきである。
【００２３】
また、無端ベルト１に誘導電流を生じさせてその無端ベルト１の全体を加熱すると、表面積の大なる無端ベルト１から多量の熱が放熱されることになるが、本例の定着装置においては、両無端ベルト１，２の当接したニップ部のみを加熱体７によって加熱するので、無端ベルトからの放熱量が減り、定着装置の消費電力を低減できる利点も得られる。
【００２４】
図２に示す定着装置においては、他方の無端ベルト２の内側にも、加熱体７Ａと、コイル８Ａが配置され、該加熱体７Ａは、一方の無端ベルト１に当接する他方の無端ベルト２の部分の内側面に当接している。この加熱体７Ａも、その少なくとも一部が磁性体より成り、コイル８Ａに高周波電流を流すことにより、その加熱体７Ａの磁性体に誘導電流を生じさせて該加熱体を加熱し、無端ベルト１，２の間に挟まれて搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像を加熱して定着させることができる。このように、両無端ベルト１，２の内側に加熱体７，７Ａを設けると、図２に示すように、記録媒体Ｐの他方の面にもトナー像Ｔ１が形成されている場合、そのトナー像Ｔ１も効率よく定着することができる。図２に示した定着装置には、図１に示したガイド板９と加圧ばね１０は設けられておらず、両加熱体７，７Ａによって両無端ベルト１，２を圧接させているが、図２に示した定着装置に、例えば加圧ばねより成る押圧手段を設けることもできる。図２における他の構成は、図１に示した定着装置と変りはなく、その同一部分には図１に付した符号と同一の符号を付してある。
【００２５】
図１及び図２に示した例から判るように、加熱体は、少なくとも一方の無端ベルトの内側に配置されて、互いに当接する無端ベルト部分の内側面に当接するものである。両無端ベルト１，２の内側に加熱体を設ける構成は、後述の例の定着装置にも採用することができる。
【００２６】
図３に示した定着装置においては、その加熱体７が、例えばＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、ＳＵＳなどの強磁性体より成る磁性体層１１と、その磁性体層１１よりも熱伝導率の高い熱伝導層１２とを有する多層構造体により構成され、その熱伝導層１２が無端ベルト１の内側面に当接している。熱伝導層１２は、例えばアルミニウムなどの高熱伝導率を有する材料により構成される。かかる多層構造体としては、例えばクラッド材を用いることができる。他の構成は、図１に示した定着装置と変りはなく、同一部分には図１と同じ符号を付してある。
【００２７】
図３に示した定着装置によると、コイル８に高周波電流を流すことによって、加熱体７の磁性体層１１に誘導電流を生じさせて、その磁性体層１１を発熱させるが、その熱が熱伝導層１２を介して無端ベルト１の幅方向に伝えられる。このため、小幅サイズの記録媒体Ｐを両無端ベルト１，２のニップ部に通したとき、無端ベルト１の幅方向中央部における熱がその記録媒体Ｐに奪われても、熱伝導層１２を通して即座に無端ベルト１の幅方向中央部へ熱が供給され、無端ベルト１の幅方向における温度むらが低減され、次に広幅サイズの記録媒体を通紙したときにトナー像の定着不良が発生する不具合をより確実に防止することができる。図３に示した例では、磁性体層１１がコイル８に近い側に位置しているので、コイル８と磁性体層１１との間のギャップが小さくなり、磁性体層１１の発熱効率が高められる。
【００２８】
図４に示した定着装置においては、複数のコイル８Ａ，８Ｂが設けられていると共に、加熱体７が、中央の熱伝導層１２と、その熱伝導層１２を挟んだ状態で配置された第１及び第２の磁性体層１１，１１Ａによって構成され、第１の磁性体層１１が無端ベルト１の内側面に当接している。図５はかかる加熱体７の拡大図であり、図６はコイル８Ａ，８Ｂの配置状態を示す斜視図であって、この図には、図４に示した加熱体７、ガイド板９及び加圧ばね１０の図示は省略してある。図６から判るように、コイル８Ａ，８Ｂは無端ベルト１，２の幅方向に互いに位置をずらして配置され、一方の無端ベルト１の内側には、その幅方向中央部に１つのコイル８Ａが配置され、他の無端ベルト２の内側には、コイル８Ａよりも無端ベルトの幅方向各外側に１つずつのコイル８Ｂが配置されている。これらのコイル８Ａ，８Ｂに高周波電流を供給することにより、無端ベルト幅方向中央部に位置するコイル８Ａが加熱体７の磁性体層の無端ベルト幅方向中央部を発熱させ、無端ベルト幅方向各端部側に位置するコイル８Ｂが加熱体７の磁性体層の無端ベルト幅方向各端部領域を発熱させる。他の構成は、図１に示した定着装置と変りはなく、同一の部分には図１に付した符号と同じ符号を付してある。
【００２９】
図４乃至図６に示した定着装置によれば、各コイル８Ａ，８Ｂへの電流の供給を制御することにより、加熱体７の所望する個所を加熱することができる。例えば、小幅サイズの記録媒体を両無端ベルト１，２間に通紙するときは、中央部に位置するコイル８Ａにだけに電流を供給して、加熱体７の無端ベルト幅方向中央部だけを加熱する。これにより、小幅サイズの記録媒体によって熱を奪われない無端ベルト１の幅方向各端部領域の温度が上昇しすぎて、無端ベルトの温度むらの発生を防止することができる。従って、次に広幅サイズの記録媒体を通紙したときも、これに担持されたトナー像の定着不良の発生を防止できる。
【００３０】
また、複数のコイル８Ａ，８Ｂのそれぞれが、別々の無端ベルト１，２の内部に設けられているので、そのコイル８Ａ，８Ｂを交換するようなとき、当該コイル８Ａ，８Ｂを容易に脱着することができる。仮に、複数のコイル８Ａ，８Ｂが一方の無端ベルトの内部にのみ設けられていたとすると、無端ベルト幅方向中央部側に位置するコイルだけを交換するときも、無端ベルト幅方向各端部側に位置するコイルも取り出さなければならず、その作業が煩雑なものとなる。
【００３１】
また、図７に示した定着装置も複数のコイル８Ａ，８Ｂを有しているが、これらのコイル８Ａ，８Ｂが無端ベルト１，２の外部に設けられている。他の構成は図４乃至図６に示した定着装置と変りはなく、同一の部分には図４に付した符号と同一の符号を付してある。
【００３２】
図７に示した定着装置のように、コイルを無端ベルトの外部に設けると、無端ベルトを交換する際、コイルを外す必要がなく、無端ベルトの交換作業を容易に行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、無端ベルトを用いた利点と、誘導加熱方式を採用した利点を生かし、しかも、トナー像の定着不良の発生を効果的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】定着装置の一例を示す概略図である。
【図２】定着装置の他の例を示す概略図である。
【図３】定着装置のさらに他の例を示す概略図である。
【図４】定着装置のさらに別の例を示す概略図である。
【図５】図４に示した定着装置の加熱体の拡大図である。
【図６】図４に示した定着装置のコイルの配置状態を説明する斜視図である。
【図７】定着装置のさらに他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１，２ 無端ベルト
７，７Ａ 加熱体
８，８Ａ，８Ｂ コイル
１１，１１Ａ 磁性体層
１２ 熱伝導層
Ｐ 記録媒体
Ｔ，Ｔ１ トナー像

Claims (6)

1. 互いに当接して走行駆動される非磁性体より成る一対の無端ベルトと、少なくとも一部が磁性体より成る加熱体と、該加熱体の磁性体に誘導電流を生じさせて該磁性体を発熱させるコイルとを有し、前記加熱体は、少なくとも一方の無端ベルトの内側に配置されて、互いに当接する無端ベルト部分の内側面に当接しており、一対の無端ベルトの間にトナー像を担持した記録媒体を挟んで搬送しながら、該トナー像を加熱することを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱体は、磁性体層と、該磁性体層よりも熱伝導率の高い熱伝導層を具備する請求項１に記載の定着装置。
3. 前記熱伝導層が無端ベルトの内側面に当接している請求項２に記載の定着装置。
4. 複数のコイルを有し、該コイルが無端ベルトの幅方向に位置をずらして配置されている請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置。
5. 複数のコイルを有し、該コイルのそれぞれが、別々の無端ベルトの内部に設けられている請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記コイルが無端ベルトの外部に設けられている請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置。

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