JP4243523B2 - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に用いる、電磁誘導加熱方式を採用した定着装置に関する。

近年、複写機等の画像形成装置の高速化の要求が強まってきている。これを達成するための一つの手段として、耐熱性のベルト基材上に電磁誘導による発熱性を有する薄膜層を設けて構成したＩＨベルトと称するものを用いて定着装置を構成する技術が提案されている。しかしながらこのような構成のベルトは、厚さが数μｍという発熱層を形成するという非常に面倒な製造工程を経るためコストが高く、また上述のような薄膜層を均一に構成するのは技術的な問題点も多く、さらに層構成を有するベルトをローラに掛け回して発熱させつつ摺動させると、ベルトを構成する層間に負荷が掛かり、層間剥離を生じさせるおそれがある。

一方、上述のような層構成のベルトにおける問題のない定着装置として、表面から内側に向かって順に薄肉導電層、断熱層、および支持層とを隣同士互いに密着させてローラ状としてなる発熱ローラと、前記薄肉導電層を外部から励磁して加熱する励磁コイルと、前記発熱ローラに圧接してニップを形成する加圧手段とを有し、前記ニップに画像を担持した記録材を通過させて像を加熱する、という装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−５３１５号公報

しかしながら、本願発明者が鋭意研究したところによれば、上記特許文献１に記載の例のように発熱するローラの支持層にＡｌを用いる等して発熱層の熱膨張量と支持層の熱膨張量とが異なる構成を取ると、
（１）発熱ローラを構成する層間での剥離が生じやすくなり、
（２）発熱ローラに波打ち状の変形が生じやすくなり、
（３）したがって画像の光沢度がばらつく等の影響が出ることがある
という問題が生じ、上述した層構成のベルトにおける問題を解決できない状態も生じ得る。

そこで本発明は、上述のような発熱層以外の層が加熱されることに伴う不具合を解消できる定着装置と、これを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る定着装置は、電磁誘導加熱による発熱性を有する加熱ローラと、該加熱ローラに掛け回す電磁誘導加熱による発熱性を有しないベルトと、該ベルトとの間で定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記加熱ローラをその外周側から電磁誘導により加熱する加熱手段とからなる定着装置において、前記加熱ローラが、ローラとしての支持体を兼ねる非発熱材料体上に発熱材料層を形成してなり、前記非発熱材料体の内周側に磁性体層を設けてなることを特徴とする。

同請求項２に係る定着装置は、請求項１の定着装置において、前記発熱材料層と前記非発熱材料体の間に磁性体層を設けてなることを特徴とする。

同請求項３に係る定着装置は、請求項１または２の定着装置において、前記非発熱材料体が断熱層を兼ねることを特徴とする。

同請求項４に係る定着装置は、加熱ローラと、該加熱ローラと平行に配置した定着ローラと、前記加熱ローラと前記定着ローラとに掛け回して前記加熱ローラによる加熱を受ける無端ベルト状のトナー加熱媒体と、該トナー加熱媒体を介して前記定着ローラに圧接するとともに前記トナー加熱媒体との間で定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記加熱ローラをその外周側から電磁誘導により加熱する加熱手段とからなる定着装置において、前記加熱ローラが、ローラとしての支持体を兼ねる非発熱材料体上に発熱材料層を形成してなり、前記非発熱材料体の内周側に磁性体層を設けてなることを特徴とする。

同請求項５に係る定着装置は、請求項４の定着装置において、前記発熱材料層と前記非発熱材料体の間に磁性体層を設けてなることを特徴とする。

同請求項６に係る定着装置は、請求項４または５の定着装置において、前記非発熱材料体が断熱層を兼ねることを特徴とする。

同請求項７に係る画像形成装置は、請求項１ないし６のいずれかの定着装置を用いてなることを特徴とする。

本発明は、本発明は、安価でかつ層間剥離のような問題が生じない構成とするとともに、電磁誘導加熱による発熱性を有する加熱ローラから電磁誘導加熱による発熱性を有しないベルトへの熱伝達効率を上げることができるという効果がある。

本発明は、加熱ローラの構造において非発熱体と発熱材料層とに機能分離することで、加熱ローラ内部への断熱効果による定着ベルト側への熱伝導性向上を達成しており、また加熱ローラにおける非発熱体と発熱材料層の層間剥離や波打ち状の変形を生じにくくしている。また、発熱材料層の内側（軸心側）に磁性体層を設けることで、発熱材料層への磁束集中を可能としており、したがって、従来のＩＨベルト定着装置のように、定着ベルトに薄膜の発熱体を設けることによる不具合、すなわちベルトが変形を繰り返すことでの破損、熱による層間剥離等の発生、耐久性に乏しいこと等を解決できるという効果がある。

図１は、本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の一実施例の概略断面図である。図中１は像担持体、２は帯電手段、３はレーザ書き込みユニット、４は現像装置、５は転写ローラ、６はクリーニング装置である。また図中７は給紙部、８は給紙ローラ、９はレジストローラ対、１０は定着装置、１１は排紙部、１２は画像形成装置本体を示す。

像担持体１は、図示しない駆動手段により図中矢印方向に回転駆動され、帯電手段２によりその表面を一様に帯電させ、ついでレーザ書き込みユニット３からの露光により表面に潜像を形成する。この潜像は、現像装置４によって可視像化し、給紙部７から給紙ローラ８やレジストローラ対９等を介して供給する紙等の転写体Ｐに転写装置５によってトナー像を転写する。トナー像転写後に像担持体１表面上に残留するトナーはクリーニング装置６によって除去する。

画像を転写された転写体Ｐは、定着装置１０へ導入し、加熱、加圧によってトナー像を転写体Ｐに定着させ、その後排紙部１１へと排紙する。なおもちろん、本発明は図示の画像装置に限定されず、種々のタイプのものに適用可能である。

図２（Ａ）は、本発明に係る定着装置の一実施例を示す概略断面図である。この定着装置１０は、誘導加熱手段２０の電磁誘導により加熱される加熱ローラ２１と、加熱ローラ２１と軸線が平行となるように配置した定着ローラ２２と、加熱ローラ２１と定着ローラ２２とに掛け回した無端状の定着ベルト２３と、定着ベルト２３を介して定着ローラ２２に圧接して回転する加圧ローラ２４とから構成してある。

誘導加熱手段２０は、電磁誘導により加熱ローラ２１を加熱するもので、磁界発生手段である励磁コイル２５と、励磁コイル２５を巻いたコイルガイド板２６と、励磁コイル２５の外側に配したフェライト等の強磁性体からなる半円筒形状の励磁コイルコア２７と、励磁コイルコア２７を固定支持する励磁コイルコア支持部材２８とから構成してある。なお、励磁コイル２５は、図示を省略した駆動用電源（例えば発振回路が周波数可変のもの等）に接続してある。

コイルガイド板２６は加熱ローラ２１の外周面に近接配置した半円筒形状をしており、励磁コイル２５は、図３（Ｂ）に示すように一本の励磁コイル線材をコイルガイド板２６に沿って加熱ローラ２１の軸方向に交互に巻き付けた、いわゆるくら型のものであり、図３（Ｃ）に示すように、コイルの軸と垂直方向に磁場Ｅを発生させ、加熱ローラ２１を電磁誘導により加熱する。なおコイルを巻き付ける範囲は、ほぼ定着ベルト２３と加熱ローラ２１とが接する領域としてある。このようにすると、電磁誘導加熱する加熱ローラ２１の領域を大きくし、発熱している加熱ローラ２１表面の発熱材料層３１と定着ベルト２３とが接触できる範囲を大きくして、定着ベルト２３への伝熱効率を高めることができる。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の加熱ローラ２１の構造を示す拡大断面部分図である。この加熱ローラ２１は、例えばセラミック等の断熱性を有する材料や、スーパー・エンジニアリング・プラスティックにフェノール樹脂やガラス等のバルーン（中空体）を分散混合した断熱材等や、シリカ製の低熱伝導性の材料等からなる中空円筒状の非発熱体３０と、その外周面（定着ベルト２３への接触面）側に設けた発熱材料層３１からなる。

中空筒状の非発熱体３０は、加熱ローラ２１としての支持体を兼ねるので、肉厚を例えば０．３ｍｍあるいは０．４ｍｍ等のように支持体としての所要の剛性を有する構成とする。一方、発熱材料層３１はＳＵＳ４３０やニッケル等の発熱材料を蒸着等により１〜１０μｍ程度の厚さで層状に非発熱体３０上に形成して構成する。

定着ローラ２２は、例えばステンレススチール等の金属製の芯金を、耐熱性を有するシリコーンゴムをソリッド状または発泡状にして被覆して構成する。また加圧ローラ２４は、例えば銅やアルミ等の熱伝導性の高い金属製の円筒部材からなる芯金の表面に耐熱性でかつトナー離型性の高い弾性部材を設けて構成する。芯金にはＳＵＳ等を使用する。なお定着ローラ２２と加圧ローラ２４は、定着ベルト２３を介して圧接し、転写体Ｐとその上のトナーＴを加熱、加圧により定着させるためのニップ部を形成するので、適当な弾性、肉厚を有する構成とする。

定着ベルト２３は、熱伝導性が良好で撓み等の変形が生じにくいものであれば適宜のものを採用できる。例えば、ＰＦＡ等のフッ素系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂等の耐熱性を有するものを用いることができる。なお本発明では定着ベルト２３に電磁誘導による発熱性は不要であるので、従来公知のＩＨ定着装置で用いられる、例えば鉄、コバルト、ニッケル等の磁性を有する金属や合金製のものでなくて良く、また発熱のための薄膜層を有する必要もない。なお図中４０は温度センサで、巻き回した定着ベルト２３の内側に配置してあり、定着ベルト２３の温度を検出できるようになっている。

このような構成で励磁コイル２５に駆動電源から高周波交流電流を給電して磁場Ｅを発生させ、加熱ローラ２１の発熱材料層３１を電磁誘導により加熱する。定着ベルト２３は、加熱ローラ２１との接触により発熱材料層３１からの熱伝導を受ける。そして、加熱ローラ２１と定着ローラ２２の回転によって発熱材料層３１が連続的に全体に渡って加熱され、昇温する。この際、断熱性あるいは低熱伝導性の非発熱体３０によって発熱材料層３１の熱が中空内部へ伝わることがほぼ遮断され、効率よく定着ベルト２３へと伝熱される。

本願発明者が行った実験の結果によれば、発熱材料層３１が１μｍ以上であれば発熱が認められ、厚さを増すにしたがって発熱度合いが上昇し、厚さが１０μｍ程度で飽和する。また所要の定着温度まで昇温する時間、いわゆる立ち上がり時間をできるだけ短時間とするという目的からすれば、５μ程度の厚さが好適であった。もちろん本発明における加熱ローラ２３の発熱材料層３１の厚さはこの例に限定されず、材料に応じて適宜選定すればよい。なお、発熱材料層３１の外周に２〜３μｍ程度の厚さの、例えばエンジニアリング・プラスティック等からなる層を蒸着等によって設けて加圧ローラ２４との接触性や転写体Ｐとの離型性向上を図っても良い。いずれにしても、薄い発熱材料層３１を電磁誘導加熱することで定着温度まで昇温する時間を格段に短縮させることができる。

図４は、本発明に係る定着装置に用い得る加熱ローラの他の構成例を示す拡大断面部分図である。この例の加熱ローラ２１は、上述した加熱ローラ２１と同様の非発熱体３０と発熱材料層３１との間に磁性体層３２を設け、励磁コイル２５により発生する磁場Ｅが集中しやすい構成とし、励磁コイル２５と非発熱体３０とのギャップから漏れ難くして加熱性を高めてある。

図５は、図４に示す例の変形例を示す拡大断面部分図である。この例の加熱ローラ２１は、中空円筒状の非発熱体３０の内側に磁性体層３２を設けてある。その他は図５の例と同様である。

すなわち本発明に係る定着装置では、加熱ローラの構造において非発熱体３０と発熱材料層３１とに機能分離することで、加熱ローラ２１内部への断熱効果による定着ベルト２３側への熱伝導性向上を達成しており、また加熱ローラ２１における非発熱体３０と発熱材料層３１の層間剥離や波打ち状の変形を生じにくくしている。また。発熱材料層３１の内側（軸心側）に磁性体層３２を設けることで、発熱材料層３１への磁束集中を可能としているのである。したがって、従来のＩＨベルト定着装置のように、定着ベルトに薄膜の発熱体を設けることによる不具合、すなわちベルトが変形を繰り返すことでの破損、熱による層間剥離等の発生、耐久性に乏しいこと等を解決している。

なお、本発明に従って製作した定着装置のうち加熱に関わる構成部分は、ベルトを発熱させる従来のＩＨ定着ベルトタイプに比べると、従来のタイプではベルトに発熱体を形成する費用が比較的効果であるので、３０％程度の費用で実現でき、また加熱ローラ内にヒータを内蔵するタイプに比べると約５０％程度の費用で実現できる。

また本発明においては、加熱ローラ２１の非発熱体３０を中実ローラ状としても良く、また中空円筒状の非発熱体３０の内部に別途に支持体を例えば軸状に設けてさらに支持性を高めても良い。

本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の一実施例の概略断面図である。 本発明に係る定着装置の一実施例を示す概略断面図（Ａ）との加熱ローラの構造を示す拡大断面部分図（Ｂ）である。 誘導加熱手段の構成を示す断面図（Ａ）、側面図（Ｂ）及び拡大断面図（Ｃ）である。 本発明に係る定着装置に用い得る加熱ローラの他の構成例を示す拡大断面部分図である。 図４に示す例の変形例を示す拡大断面部分図である。

符号の説明

１：像担持体
２：帯電手段
３：レーザ書き込みユニット
４：現像装置
５：転写ローラ
６：クリーニング装置
７：給紙部
８：給紙ローラ
９：レジストローラ対
１０：定着装置
１１：排紙部
１２：画像形成装置本体
２０：誘導加熱手段
２１：加熱ローラ
２２：定着ローラ
２３：定着ベルト
２４：加圧ローラ
２５：励磁コイル
２６：コイルガイド板
２７：励磁コイルコア
２８：励磁コイルコア支持部材
３０：非発熱体
３１：発熱材料層
３２：磁性体層
４０：温度センサ
Ｐ：転写体
Ｔ：トナー

Claims (7)

1. 電磁誘導加熱による発熱性を有する加熱ローラと、該加熱ローラに掛け回す電磁誘導加熱による発熱性を有しないベルトと、該ベルトとの間で定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記加熱ローラをその外周側から電磁誘導により加熱する加熱手段とからなる定着装置において、前記加熱ローラが、ローラとしての支持体を兼ねる非発熱材料体上に発熱材料層を形成してなり、前記非発熱材料体の内周側に磁性体層を設けてなることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１の定着装置において、前記発熱材料層と前記非発熱材料体の間に磁性体層を設けてなることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２の定着装置において、前記非発熱材料体が断熱層を兼ねることを特徴とする定着装置。
4. 加熱ローラと、該加熱ローラと平行に配置した定着ローラと、前記加熱ローラと前記定着ローラとに掛け回して前記加熱ローラによる加熱を受ける無端ベルト状のトナー加熱媒体と、該トナー加熱媒体を介して前記定着ローラに圧接するとともに前記トナー加熱媒体との間で定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記加熱ローラをその外周側から電磁誘導により加熱する加熱手段とからなる定着装置において、前記加熱ローラが、ローラとしての支持体を兼ねる非発熱材料体上に発熱材料層を形成してなり、前記非発熱材料体の内周側に磁性体層を設けてなることを特徴とする定着装置。
5. 請求項４の定着装置において、前記発熱材料層と前記非発熱材料体の間に磁性体層を設けてなることを特徴とする定着装置。
6. 請求項４または５の定着装置において、前記非発熱材料体が断熱層を兼ねることを特徴とする定着装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかの定着装置を用いてなることを特徴とする画像形成装置。
   

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