JP2006011217A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ベルト両側端部でホットオフセットが生じるのを防ぐことができる定着装置を提供する。
【解決手段】 定着ローラ１１と、定着ローラ１１に並列して配置され非磁性材料からなる対向ローラ１２と、定着ローラ１１と対向ローラ１２との間に巻き掛けられた無端状の定着ベルト１３と、定着ベルト１３を電磁誘導加熱する誘導コイル１４と、定着ベルト１３を介して定着ローラ１１を押圧する加圧ローラ１６とを備え、定着ベルト１１と加圧ローラ１６との間に記録紙Ｐを通過させて記録紙Ｐ上の未定着トナーを定着させる定着装置１０であって、定着ベルト１１は、下側から順に基材、弾性層、離型層が積層された積層構造をなし、基材は整磁合金が分散された材料で形成され、かつ整磁合金のキュリー温度はトナーのホットオフセット温度よりも低く設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁誘導加熱を用いたベルト方式の定着装置、および該定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

電磁誘導加熱を用いたベルト方式の定着装置は、定着ローラと、この定着ローラに並列配置され非磁性材料からなる対向ローラと、定着ローラと対向ローラ間に巻き掛けられた無端状の定着ベルトと、定着ベルトを外部から加熱する誘導コイルと、定着ベルトを介して定着ローラを押圧する加圧ローラとを備えている。そして、定着ベルトと加圧ローラとの間に記録紙を通過させ、このとき、定着ベルトからの熱および加圧ローラによる押圧力で記録紙上の未定着トナーを定着させる（例えば、特許文献１参照）。

一般に定着ベルトは、図９に断面で示すように、下側から順に基材１、発熱層２、弾性層３、離型層４が積層された積層構造をなしている。

基材１は無端状のベルトからなり、耐熱性樹脂で形成されている。耐熱性樹脂の材質としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が使用される。定着ベルトの剛性および熱容量から、通常、基材１の厚さは２０μｍ〜１００μｍに設定されている。

発熱層２としては、ＳＵＳ、鉄、ニッケル、マンガン、チタン、クロム、銅等の金属が使用される。また、弾性層３は、画像の均一性を得るために必要なものであり、１００〜３００μｍ程度のシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムが用いられる。離型層４は、転写紙およびトナーと加圧接触するため、耐熱性、耐久性に優れたフッ素系樹脂等で形成されている。
特開平１１−３２９７００号公報

しかしながら、上記従来の定着装置では、誘導コイルによって定着ベルトを単に加熱しているだけで、定着ベルトの温度制御を行っていないので、ベルト両側端部でホットオフセットが生じやすい。すなわち、小サイズの記録紙を連続通紙すると、ベルト両側端部は記録紙に熱が奪われないため温度が高くなり、この状態で大サイズの記録紙を通紙したときに、ベルト両側端部でホットオフセットが生じるという問題がある。

また、従来の定着装置では、対向ローラの端部は軸受けなどがあって熱容量が大きいため、誘導コイルによって定着ベルトを加熱し始めたときには、その熱が対向ローラ端部側へ逃げてしまい、図１０に示すように、対向ローラ端部の温度上昇が対向ローラ中央部の温度上昇に比べて遅くなり、その結果、定着装置が使用可能状態となるまでの時間、つまり立ち上がり時間が長くなるという問題もある。

本発明の第１の課題は、ベルト両側端部でホットオフセットが生じるのを防ぐことができる定着装置および画像形成装置を提供することにある。

本発明の第２の課題は、装置の立ち上がり時間を短くすることのできる定着装置および画像形成装置を提供することにある。

上記第１の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、定着ローラと、該定着ローラに並列して配置され非磁性材料からなる対向ローラと、前記定着ローラと前記対向ローラとの間に巻き掛けられた無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを電磁誘導加熱する誘導加熱手段と、前記定着ベルトを介して前記定着ローラを押圧する加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に記録紙を通過させて該記録紙上の未定着トナーを定着させる定着装置であって、前記定着ベルトは、下側から順に基材、弾性層、離型層が積層された積層構造をなし、前記基材は整磁合金が分散された材料で形成され、かつ前記整磁合金のキュリー温度はトナーのホットオフセット温度よりも低く設定されていることを特徴としている。

上記構成によれば、定着ベルトの基材は整磁合金が分散された材料で形成され、その整磁合金のキュリー温度はトナーのホットオフセット温度より低く設定されているので、小サイズの記録紙を連続通紙しても、定着ベルト両側端部の温度はホットオフセット温度以下に抑えられ、その結果、小サイズの記録紙を連続通紙した後に大サイズの記録紙を通紙しても、ベルト両側端部でホットオフセットが生じることはない。

請求項２に記載の発明は、定着ローラと、該定着ローラに並列して配置された対向ローラと、前記定着ローラと前記対向ローラとの間に巻き掛けられ非磁性材料からなる無端状の定着ベルトと、前記対向ローラを電磁誘導加熱する誘導加熱手段と、前記定着ベルトを介して前記定着ローラを押圧する加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に記録紙を通過させて該記録紙上の未定着トナーを定着させる定着装置であって、前記対向ローラの外周面には整磁合金が設けられ、その整磁合金のキュリー温度はトナーのホットオフセット温度よりも低く設定されていることを特徴としている。

上記構成によれば、対向ローラの外周面に整磁合金が設けられ、その整磁合金のキュリー温度はトナーのホットオフセット温度よりも低く設定されているので、小サイズの記録紙を連続通紙しても、定着ベルト両側端部の温度はホットオフセット温度以下に抑えられ、その結果、小サイズの記録紙を連続通紙した後に大サイズの記録紙を通紙しても、ベルト両側端部でホットオフセットが生じることはない。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記対向ローラは円筒状部分を有し、その円筒状部分の肉厚は該対向ローラの軸方向に沿って中央部よりも両端部が薄く形成されていることを特徴としている。

また、上記第２の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、定着ローラと、該定着ローラに並列して配置された対向ローラと、前記定着ローラと前記対向ローラとの間に巻き掛けられた無端状の定着ベルトと、前記対向ローラまたは前記定着ベルトを電磁誘導加熱する誘導加熱手段と、前記定着ベルトを介して前記定着ローラを押圧する加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に記録紙を通過させて該記録紙上の未定着トナーを定着させる定着装置であって、前記対向ローラは円筒状部分を有し、その円筒状部分の肉厚は該対向ローラの軸方向に沿って中央部よりも両端部が薄く形成されていることを特徴としている。

上記構成によれば、対向ローラの円筒状部分の肉厚は対向ローラの軸方向に沿って中央部よりも両端部が薄く形成されているために、対向ローラの両端部における熱容量は小さくなり、電磁誘導加熱による熱が対向ローラ端部側へ逃げるのを抑えることができる。その結果、定着装置が使用可能状態となるまでの立ち上がり時間を短くすることができる。

請求項５に記載の発明は、画像形成装置の発明で、請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置を搭載したことを特徴としている。

本発明によれば、定着ベルトの温度がトナーのホットオフセット温度よりも上昇することはなく、そのため、小サイズの記録紙を連続通紙した後に大サイズの記録紙を通紙しても、ベルト両側端部でホットオフセットが生じるのを防ぐことができる。

また、対向ローラは円筒状部分の両端部における熱容量が小さくなり、その結果、定着装置が使用可能状態となるまでの立ち上がり時間を短くすることができる。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施例１による定着装置１０の全体構成図である。この定着装置１０は、図に示すように、定着ローラ１１と、定着ローラ１１に並列に配置され非磁性材料からなる対向ローラ（加熱ローラ）１２と、定着ローラ１１と対向ローラ１２との間に巻き掛けられ内部に磁性材料を有する無端状の定着ベルト１３と、対向ローラ１２の側方に配置され定着ベルト１３を電磁誘導加熱する誘導コイル（誘導加熱手段）１４と、定着ベルト１３を介して定着ローラ１１を押圧し定着ベルト１３にニップ部１５を形成する加圧ローラ１６とを備えている。

定着ローラ１１は、アルミもしくは鉄等の芯金の外側に断熱層を有し、外径が例えば４０ｍｍに設定されている。前記断熱層は耐熱性が必要であるため、シリコーンゴム（スポンジを含む）などが使用される。断熱層に使用される材料の熱伝導率は低ければ低い方が効果的で、概ね０.２Ｗ／ｍ／Ｋ以下が望ましい。対向ローラ１２は、芯金が非磁性材料であるアルミ、ＳＵＳ等で形成されている。

加圧ローラ１６は、芯金の外周にシリコーンゴム等の耐熱性弾性層が形成され、さらに耐熱性弾性層の外周にフッ素樹脂等からなる表面離型層が形成されている。また、記録紙Ｐの定着ベルト１３からの分離性を良くするために、加圧ローラ１６の表面硬度は定着ローラ１１の表面硬度よりも硬く形成されている。そのため、加圧ローラ１６によって、定着ベルト１３を介して定着ローラ１１を押圧すると、定着ベルト１３の一部が定着ローラ１１側に凸状に変形し、定着ベルト１１にニップ部１５が形成される。なお、加圧ローラ１６の耐熱性弾性層の厚さは、１ｍｍ〜数ｍｍ程度である。

誘導コイル１４は、フェライトまたはパーマロイからなる断面略凹状の励磁コア１７の周囲に巻き回されている。誘導コイル１４に数ｋＨz〜数百ｋＨzの高周波電流を流すと、定着ベルト１３には誘導電流が発生する。この誘導電流により、定着ベルト１３は誘導コイル１４付近で局部的に発熱し、急速に昇温する。

また、電磁誘導加熱された定着ベルト１３の温度を検出する温度センサ１８と、この温度センサ１８からの検出信号を取り込んで、誘導コイル１４に流す高周波電流を制御する制御装置１９とが設けられている。

さらに、対向ローラ１２の下方には、記録紙Ｐを定着装置１０に搬送するガイド板２０が設けられている。記録紙Ｐの表面には未定着トナーＴが付着している。

図２は定着ベルト１３の縦断面図である。定着ベルト１３は、図２に示すように、下側から順に基材１３ａ、弾性層１３ｂ、離型層１３ｃが積層された積層構造をなしている。

基材１３ａは無端状のベルトで形成され、耐熱性樹脂をベースとしてその樹脂中に整磁合金の粉末が配合されている。ベースとなる耐熱性樹脂の材質としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を使用できる。なお、ベルトの剛性および熱容量から、基材１３ａの厚さは２０μｍ〜１００μｍが望ましい。

弾性層１３ｂは画像の均一性を得るために必要であり、１００〜３００μｍ程度のシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムが用いられている。

離型層１３ｃは記録紙ＰおよびトナーＴと加圧接触する。このため、離型層１３ｃとしては、耐熱性および耐久性に優れたフッ素系樹脂等が好ましい。

本実施例では、上述したように、基材１３ａは整磁合金が分散された材料で形成されている。ここで、整磁合金のキュリー温度はトナーのホットオフセット温度よりも低く設定されている。例えば、この定着装置１０でのホットオフセット温度が２０５℃の場合では、整磁合金のキュリー温度が２００℃になるように、基材１３ａの樹脂中に、例えば鉄−ニッケル合金からなる粉末が分散されている（整磁合金のキュリー温度が２００℃になるようにニッケルの量が調整されている）。

図１の定着装置１０が図２に示した定着ベルト１３を備えている場合、誘導コイル１４に高周波電流を流すと、定着ベルト１３の基材１３ａが電磁誘導加熱され、定着ベルト１３が発熱する。そして、ガイド板２０上を搬送されてきた記録紙Ｐを定着ローラ１１と加圧ローラ１６との間に通過させることにより、記録紙Ｐ上の未定着トナーを定着させることができる。

また、上記構成の定着装置１０においては、小サイズの記録紙を連続通紙しても、定着ベルト１３の幅方向に沿った温度分布は、図３に示すように、両端部が２００℃位までしか上昇しないため、小サイズの記録紙を連続通紙した後に大サイズを通紙しても、定着ローラ１３の両側端にホットオフセットが生じるのを防ぐことができる。

図４は本発明の実施例２を示しており、対向ローラ１２の上半分だけの断面図である。対向ローラ１２は、図に示すように、円筒状部分１２ａを有し、この円筒状部分１２ａの両端に回転支持部１２ｂが設けられている。回転支持部１２ｂは、ベアリングを介して画像形成装置本体に支持される。

本実施例では、対向ローラ１２の内壁面は両端部側が削られており、円筒状部分１２ａの肉厚は対向ローラ１２の軸方向に沿って中央部１２ｃよりも両端部１２ｄが薄く形成されている。例えば、中央部１２ｃの肉厚は０.６ｍｍで、両端部１２ｄの肉厚は０.３ｍｍにそれぞれ形成されている。

このような構成にすると、対向ローラ１２の両端部１２ｄにおける熱容量が小さくなり、電磁誘導加熱による熱が両端部１２ｄ側へ逃げるのを抑えることができる。その結果、図５に示すように、両端部１２ｄ（対向ローラ両端部）の温度上昇が中央部１２ｃ（対向ローラ中央部）の温度上昇と殆ど同等となり、その結果、定着装置が使用可能状態となるまでの時間、つまり立ち上がり時間を短くすることが可能となる。

図６は本発明の実施例３を示しており、対向ローラ１２および対向ローラ１２に巻き掛けられた定着ベルト１３の上半分だけの断面図である。

定着ベルト１３は、下側から順に基材１３ｄ、弾性層１３ｂ、離型層１３ｃが積層された積層構造をなしている。基材１３ｄは耐熱性樹脂（非磁性材料）からなる無端状のベルトで形成されている。耐熱性樹脂の材質としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を使用できる。ベルトの剛性および熱容量から、基材１３ｄの厚さは２０μｍ〜１００μｍが望ましい。なお、弾性層１３ｂ、離型層１３ｃは実施例１で述べたものと同様である。

本実施例では、対向ローラ１２は非磁性のアルミ等からなる芯金１２ｅを有し、その芯金１２ｅの外周面に整磁合金２１が設けられている。この整磁合金２１の材料としては、鉄−ニッケル合金、または鉄−ニッケル−クロム、鉄−ニッケル−コバルト等がある。また整磁合金２１は、そのキュリー温度が２００℃になるようにニッケルの量が調整されている。

図１の定着装置１０が図６に示した対向ローラ１２および定着ベルト１３を備えている場合、誘導コイル１４に高周波電流を流すと、整磁合金２１が電磁誘導加熱されて対向ローラ１２が発熱し、この発熱により定着ベルト１３が加熱される。そして、ガイド板２０上を搬送されてきた記録紙Ｐを定着ローラ１１と加圧ローラ１６との間を通過させることにより、記録紙Ｐ上の未定着トナーを定着させることができる。

本実施例によれば、小サイズの記録紙を連続通紙しても、定着ベルト１３の幅方向に沿った温度分布は、実施例１の場合と同様、両端部が２００℃位までしか上昇しないため、小サイズの記録紙を連続通紙した後に大サイズを通紙しても、定着ローラ１３の両側端にホットオフセットが生じるのを防ぐことができる。

また、実施例１または実施例２の場合は定着ベルト１３に整磁合金が含まれていたが、本実施例では、定着ベルト１３には整磁合金が含まれていない。その結果、定着ベルト１３の柔軟性が向上して、定着ベルト１３に割れ等が生じにくくなり、定着ベルト１３の寿命向上を図ることができる。

図７は本発明の実施例４を示しており、対向ローラ１２および対向ローラ１２に巻き掛けられた定着ベルト１３の上半分だけの断面図である。本実施例では、実施例２と同様、対向ローラ１２の内壁面は両端部側が削られており、円筒状部分１２ａの肉厚は対向ローラ１２の軸方向に沿って中央部１２ｃよりも両端部１２ｄが薄く形成されている。例えば、中央部１２ｃの肉厚は０.６ｍｍで、両端部１２ｄの肉厚は０.３ｍｍにそれぞれ形成されている。定着ベルト１３は実施例３のものと同様である。

図１の定着装置１０が図７に示した対向ローラ１２および定着ベルト１３を備えている場合、誘導コイル１４に高周波電流を流すと、整磁合金２１が電磁誘導加熱されて対向ローラ１２が発熱し、この発熱により定着ベルト１３が加熱される。そして、ガイド板２０上を搬送されてきた記録紙Ｐを定着ローラ１１と加圧ローラ１６との間を通過させることにより、記録紙Ｐ上の未定着トナーを定着させることができる。

本実施例によれば、小サイズの記録紙を連続通紙しても、定着ベルト１３の幅方向に沿った温度分布は、実施例１の場合と同様、両端部が２００℃位までしか上昇しないため、小サイズの記録紙を連続通紙した後に大サイズを通紙しても、定着ローラ１３の両側端にホットオフセットが生じるのを防ぐことができる。

また、本実施例では、円筒状部分１２ａの肉厚は中央部１２ｃよりも両端部１２ｄが薄く形成されているので、両端部１２ｄにおける熱容量が小さくなり、電磁誘導加熱による熱が両端部１２ｄ側へ逃げるのを抑えることができる。その結果、実施例２の場合と同様、定着装置が使用可能状態となるまでの時間、つまり立ち上がり時間を短くすることが可能となる。

図８は、本発明の実施例５による画像形成装置の要部構成図である。図に示すように、画像形成装置３０には、静電潜像が形成される感光体ドラム３１が設けられている。感光体ドラム３１の周囲には、感光体ドラム３１に接触あるいは近接配置され感光体ドラム３１を帯電させる帯電ローラ３２と、帯電した感光体ドラム３１に対して露光３３を行って感光体ドラム３１上に静電潜像を形成する露光装置（図示省略）と、感光体ドラム３１上の静電潜像にトナーを付着させ静電潜像を顕像化してトナー像とする現像ローラ３４と、感光体ドラム３１上のトナー像を記録紙Ｐに転写する転写ローラ３５と、転写処理後の感光体ドラム３１をクリーニングするクリーニング装置３６とが設けられている。

また、記録紙の搬送方向（矢印Ａ）に沿って感光体ドラム３１の下流側には定着装置１０が設けられている。この定着装置１０は、実施例１〜４で述べた定着装置のうちのいずれかである。

本発明の実施例１による定着装置の全体構成図である。 定着ベルトの断面図である。 定着ベルトの幅方向における温度分布を示す図である。 本発明の実施例２を示しており、対向ローラの上半分の断面図である。 実施例２による効果を説明する図である。 本発明の実施例３を示しており、対向ローラおよび定着ベルトの上半分の断面図である。 本発明の実施例４を示しており、対向ローラおよび定着ベルトの上半分の断面図である。 本発明の実施例５による画像形成装置の要部構成図である。 従来の定着ベルトの断面図である。 従来の定着ベルトの問題点を説明する図である。

符号の説明

１０ 定着装置
１１ 定着ローラ
１２ 対向ローラ
１２ａ 円筒状部分
１２ｃ 中央部
１２ｄ 端部
１３ 定着ベルト
１３ａ 基材
１３ｂ 弾性層
１３ｃ 離型層
１３ｄ 基材
１４ 誘導コイル（誘導加熱手段）
１５ ニップ部
１６ 加圧ローラ
１８ 温度センサ
１９ 制御装置
２１ 整磁合金
３０ 画像形成装置
Ｐ 記録紙
Ｔ トナー

Claims (5)

1. 定着ローラと、該定着ローラに並列して配置され非磁性材料からなる対向ローラと、前記定着ローラと前記対向ローラとの間に巻き掛けられた無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを電磁誘導加熱する誘導加熱手段と、前記定着ベルトを介して前記定着ローラを押圧する加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に記録紙を通過させて該記録紙上の未定着トナーを定着させる定着装置であって、
   前記定着ベルトは、下側から順に基材、弾性層、離型層が積層された積層構造をなし、
   前記基材は整磁合金が分散された材料で形成され、かつ前記整磁合金のキュリー温度はトナーのホットオフセット温度よりも低く設定されていることを特徴とする定着装置。
2. 定着ローラと、該定着ローラに並列して配置された対向ローラと、前記定着ローラと前記対向ローラとの間に巻き掛けられ非磁性材料からなる無端状の定着ベルトと、前記対向ローラを電磁誘導加熱する誘導加熱手段と、前記定着ベルトを介して前記定着ローラを押圧する加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に記録紙を通過させて該記録紙上の未定着トナーを定着させる定着装置であって、
   前記対向ローラの外周面には整磁合金が設けられ、その整磁合金のキュリー温度はトナーのホットオフセット温度よりも低く設定されていることを特徴とする定着装置。
3. 前記対向ローラは円筒状部分を有し、その円筒状部分の肉厚は該対向ローラの軸方向に沿って中央部よりも両端部が薄く形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 定着ローラと、該定着ローラに並列して配置された対向ローラと、前記定着ローラと前記対向ローラとの間に巻き掛けられた無端状の定着ベルトと、前記対向ローラまたは前記定着ベルトを電磁誘導加熱する誘導加熱手段と、前記定着ベルトを介して前記定着ローラを押圧する加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に記録紙を通過させて該記録紙上の未定着トナーを定着させる定着装置であって、
   前記対向ローラは円筒状部分を有し、その円筒状部分の肉厚は該対向ローラの軸方向に沿って中央部よりも両端部が薄く形成されていることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
   
   

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