JP5569159B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
また、特許文献2、3には、励磁コイルによって電磁誘導加熱される発熱ローラ(金属パイプ)を、所定のキュリー温度を有する感温磁性材料で形成することで、発熱ローラ(金属パイプ)の過昇温を防止する技術が開示されている。
また、上述した特許文献2、3の定着装置は、電磁誘導加熱される発熱層と、昇温防止のために形成された感温磁性層と、が一体化されているために、発熱層の熱が感温磁性層に奪われてしない、定着ベルト(定着回転体)の昇温時間を充分に短縮化することができなかった。
また、請求項12記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項10のいずれかに記載の発明において、前記第2発熱層は、強磁性金属材料で形成されたものである。
また、この発明の請求項13記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項1〜請求項12のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。
図1〜図5にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
まず、図1にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図1において、1は画像形成装置としての複写機の装置本体、2は原稿Dの画像情報を光学的に読み込む原稿読込部、3は原稿読込部2で読み込んだ画像情報に基いた露光光Lを感光体ドラム5上に照射する露光部、4は感光体ドラム5上にトナー像(画像)を形成する作像部、7は感光体ドラム5上に形成されたトナー像を記録媒体Pに転写する転写部、10はセットされた原稿Dを原稿読込部2に搬送する原稿搬送部、12〜14は転写紙等の記録媒体Pが収納された給紙部、20は記録媒体P上の未定着画像を定着する定着装置、21は定着装置20に設置された定着回転体としての定着ベルト、31は定着装置20に設置された加圧回転体としての加圧ローラ、を示す。
まず、原稿Dは、原稿搬送部10の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部2上を通過する。このとき、原稿読込部2では、上方を通過する原稿Dの画像情報が光学的に読み取られる。
そして、原稿読込部2で読み取られた光学的な画像情報は、電気信号に変換された後に、露光部3(書込部)に送信される。そして、露光部3からは、その電気信号の画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Lが、作像部4の感光体ドラム5上に向けて発せられる。
その後、感光体ドラム5上に形成された画像は、転写部7で、レジストローラにより搬送された記録媒体P上に転写される。
まず、画像形成装置本体1の複数の給紙部12、13、14のうち、1つの給紙部が自動又は手動で選択される(例えば、最上段の給紙部12が選択されたものとする。)。
そして、給紙部12に収納された記録媒体Pの最上方の1枚が、搬送経路Kの位置に向けて搬送される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。
図2に示すように、定着装置20は、定着回転体(定着部材)としての定着ベルト21、固定部材22、発熱部材23、遮蔽部材24、励磁コイル部25(誘導加熱部)、加圧回転体としての加圧ローラ31、温度検知手段としての温度センサ40、ガイド板35、37、等で構成される。
定着ベルト21の弾性層は、層厚が100〜300μm程度であって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料で形成されている。弾性層を設けることで、ニップ部における定着ベルト21表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体P上のトナー像Tに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。なお、本実施の形態1では、定着ベルト21の弾性層として、層厚が200μmのシリコーンゴムを用いている。
定着ベルト21の離型層は、層厚が10〜50μm程度であって、PFA(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリイミド、ポリエーテルイミド、PES(ポリエーテルサルファイド)、等の材料で形成されている。離型層を設けることで、トナーT(トナー像)に対する離型性(剥離性)が担保される。
また、固定部材22は、加圧ローラ31との対向面(摺接面)が、加圧ローラ31の曲率にならうように凹状に形成されている。これにより、記録媒体Pは加圧ローラ31の曲率にならうようにニップ部から送出されるために、定着工程後の記録媒体Pが定着ベルト21に吸着して分離しないような不具合を抑止することができる。
なお、本実施の形態1では、ニップ部を形成する固定部材22の形状を凹状に形成したが、ニップ部を形成する固定部材22の形状を平面状に形成することもできる。すなわち、固定部材22の摺接面(加圧ローラ31に対向する面である。)が平面形状になるように形成することができる。これにより、ニップ部の形状が記録媒体Pの画像面に対して略平行になって、定着ベルト21と記録媒体Pとの密着性が高まるために定着性が向上する。さらに、ニップ部の出口側における定着ベルト21の曲率が大きくなるために、ニップ部から送出された記録媒体Pを定着ベルト21から容易に分離することができる。
そして、発熱部材23には、励磁コイル部25によって電磁誘導加熱される第2発熱層(導電性材料で形成されている。)が形成されていて、励磁コイル部25により生成される交番磁界によって電磁誘導加熱されて定着ベルト21を加熱する(熱を伝える。)。すなわち、発熱部材23が励磁コイル部25によって直接的に電磁誘導加熱されて、発熱部材23を介して定着ベルト21が間接的に加熱されることになる。
ここで、先に説明したように、定着ベルト21にも第1発熱層が設けられているため、定着ベルト21(第1発熱層)自体も、励磁コイル部25により生成される交番磁界によって直接的に電磁誘導加熱されることになる。したがって、定着ベルト21は、励磁コイル部25により直接的に電磁誘導加熱されるとともに、発熱部材23(励磁コイル部25により電磁誘導加熱されている。)によって間接的に加熱されることになり、定着ベルト21の加熱効率が高められる。
なお、励磁コイル部25の出力制御は、定着ベルト21表面に対向するサーミスタ、サーモパイル等の温度センサ40(温度検知手段)によるベルト表面温度の検知結果に基いておこなわれる。また、このような励磁コイル部25の出力制御によって、定着ベルト21の温度(定着温度)を所望の温度に設定することができる。
装置本体1の電源スイッチが投入されると、高周波電源(不図示である。)から励磁コイル部25(励磁コイル25a)に交番電流が供給されるとともに、加圧ローラ31の図2中の矢印方向の回転駆動が開始される。これにより、ニップ部の位置における加圧ローラ31との摩擦力によって、定着ベルト21も図2中の矢印方向に従動(回転)する。
その後、給紙部12から記録媒体Pが給送されて、転写部7の位置で、記録媒体P上に未定着のカラー画像が担持(転写)される。未定着画像T(トナー像)が担持された記録媒体Pは、ガイド板35に案内されながら図2の矢印Y10方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト21及び加圧ローラ31のニップ部に送入される。
そして、加熱状態にある定着ベルト21による加熱と、定着ベルト21(固定部材22)と加圧ローラ31との押圧力とによって、記録媒体Pの表面にトナー像Tが定着される。その後、ニップ部から送出された記録媒体Pは、矢印Y11方向に搬送される。
図2及び図3を参照して、本実施の形態1における定着装置20は、不図示の駆動手段によって、励磁コイル部25が白矢印方向(上下方向)に移動可能に構成されている。そして、励磁コイル部25によって第1発熱層(定着ベルト21)のみを電磁誘導加熱して定着ベルト21を加熱する第1の加熱状態と、励磁コイル部25によって第1発熱層(定着ベルト21)及び第2発熱層(発熱部材23)を電磁誘導加熱して定着ベルト21を直接的に加熱するとともに発熱部材23によって定着ベルト21を間接的に加熱する第2の加熱状態と、が切り替えられる。すなわち、励磁コイル部25と発熱部材23との対向距離が可変するように、不図示の駆動手段によって励磁コイル部25を図の上下方向に移動させることで、第1の加熱状態と第2の加熱状態とが切り替えられる。
なお、励磁コイル部25を移動する駆動手段としては、例えば、所定方向に付勢された励磁コイル部25に当接するカム機構等を用いることができる。
これに対して、図3(B)に示すように、励磁コイル部25が定着ベルト21に近い位置にあるとき、励磁コイル部25によって生成される磁束(破線矢印で示すものである。)が、第1発熱層(定着ベルト21)を貫いて、第2発熱層(発熱部材23)にまで達することになり、励磁コイル部25によって第1発熱層(定着ベルト21)に加えて、第2発熱層(発熱部材23)もが電磁誘導加熱されることになる(第2の加熱状態である。)。このとき、励磁コイル部25からの磁束は、第2発熱層(発熱部材23)にも分散的に作用するため、加熱状態にある定着ベルト21の温度低下を補完するように、発熱部材23の熱が定着ベルト21に伝熱されることになる。
これにより、朝一等で放置時間が長くて温度が低下している定着ベルト21が第1の加熱状態で加熱されることになるため、定着ベルト21の急速な昇温(立ち上げ)が可能になる。また、連続通紙時には、定着ベルト21の熱が連続通紙される記録媒体Pに徐々に奪われることになるが、それを補完するように発熱部材23の熱が定着ベルト21に伝熱されるため、連続通紙時における定着ベルト21の温度低下にともなう定着不良画像の発生を低減することができる。
その場合、第1発熱層のキュリー温度を定着温度近傍に設定することで、定着ベルト21の温度が定着温度を超えることがなくなるため、連続通紙時における定着ベルト21の温度リップルが小さくなり、定着性や光沢性が安定した定着画像を得ることができる。また、第1発熱層のキュリー温度を定着ベルト21の耐熱温度以下に設定することで、小サイズ紙(幅方向サイズが小さな記録媒体Pである。)を連続通紙した場合であっても、定着ベルト21の非通紙領域が耐熱温度を超えて過昇温する不具合を抑止することができる。
図4は、小サイズ紙の連続通紙時における定着ベルト21の幅方向の温度分布を示すグラフであって、一点鎖線Q0は第1発熱層を通常の金属材料で形成したときの温度分布を示し、実線Q1は第1発熱層を整磁性金属材料で形成したときの温度分布を示す。図4から、第1発熱層を整磁性金属材料で形成したときには、小サイズ紙の非通紙領域においても定着設定温度TMの近傍にベルト温度が抑えられていることがわかる。
その場合、励磁コイル部25と定着ベルト21との対向距離が変化しても、定着ベルト21を貫通する磁束の量は大きく変化しないため、定着ベルト21の幅方向の加熱ムラが発生しにくくなる。また、定着ベルト21の走行中に、定着ベルト21に幅方向のベルト寄りが生じても、定着ベルト21の幅方向の加熱ムラが発生しにくくなる。
そして、本実施の形態1における定着装置20の構成において、第1発熱層の層厚が表皮深さよりも小さくなるように形成することで、第2の加熱状態において励磁コイル部25の磁束が確実に第2発熱層(発熱部材23)に達することになる。
その場合、第2発熱層のキュリー温度を定着温度より高く、定着ベルト21の耐熱温度以下に設定することで、定着ベルト21が過昇温する不具合を防止することができる。第2発熱層の温度がキュリー温度を超えると、励磁コイル部25からの磁束が第2発熱層を貫いて、非磁性材料で形成された遮蔽部材24に達するため、遮蔽部材24にて貫通磁束を打ち消すように渦電流が生じることになる。
この場合、第2の加熱状態においても、励磁コイル部25からの磁束が第2発熱層を貫くことがなくなるため、遮蔽部材24を設置しなくても、発熱部材23の誘導加熱効率を高めることができる。
さらに、本実施の形態1では、発熱部材23を定着ベルト21の内周面に当接するように配設して、励磁コイル部25を定着ベルト21の外周面に対向するように配設した。これに対して、図5(B)に示すように、発熱部材23を定着ベルト21の外周面に当接するように配設して、励磁コイル部25を定着ベルト21の内周面に対向するように配設することもできる。
これらの場合であっても、第1の加熱状態と第2の加熱状態とを切り替えられるように励磁コイル部25を移動させることで、本実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
そして、このような場合であっても、前記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。特に、発熱部材23を移動させる場合には、第1の加熱状態において定着ベルト21に対して発熱部材23が離間した状態になるため、第1の加熱状態において定着ベルト21の熱が発熱部材23に伝熱されなくなる。
図6及び図7にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図6は、実施の形態2における定着装置20を示す構成図である。また、図7は、定着装置における発熱部材23の動作を示す図である。
本実施の形態2における定着装置は、発熱部材23が移動可能に構成されて励磁コイル部25が固定されている点が、励磁コイル部25が移動可能に構成されて発熱部材23が固定されている前記実施の形態1のものと相違する。
なお、発熱部材23を移動する移動手段としては、例えば、発熱部材23を支持する支軸に設置されたギアに噛合するギア機構等を用いることができる。
なお、定着ベルト21に対して発熱部材23を接離する接離手段としては、例えば、所定方向に付勢された発熱部材23に当接するカム機構等を用いることができる。
そして、温度センサ40(温度検知手段)によって検知された温度が所定値以下になったときに第3の加熱状態(図7(B)の状態である。)から第2の加熱状態(図7(C)の状態である。)に切り替えられるように、発熱部材23の接離手段が制御される。これに対して、温度センサ40によって検知された温度が所定値に達したときには、第2の加熱状態(図7(C)の状態である。)から第3の加熱状態(図7(B)の状態である。)に切り替えられるように、発熱部材23の接離手段が制御される。
このような制御をおこなうことで、通紙時において、定着ベルト21の熱が通紙される記録媒体Pに奪われてベルト温度が低下してしまっても、それを補完するように発熱部材23が定着ベルト21に当接して発熱部材23の熱が定着ベルト21に伝熱されるため、通紙時における定着ベルト21の温度低下にともなう定着不良画像の発生を低減することができる。また、定着ベルト21の温度の低下が生じていないときには、発熱部材23を定着ベルト21から離間して電磁誘導加熱による発熱部材23の蓄熱をおこなう。
なお、このような通紙時の制御は、連続通紙時においても同様におこなわれるものである。
そして、このような場合であっても、前記実施の形態2と同様の効果を得ることができる。
図8にて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
図8は、実施の形態3における定着装置20を示す構成図である。本実施の形態3における定着装置は、発熱部材が定着ベルトに内設されていない点が、発熱部材が定着ベルトに内設されている前記実施の形態1のものと相違する。
そして、このような定着装置20であっても、前記実施の形態1と同様に、励磁コイル部25を白矢印方向に移動させて、第1の加熱手段と第2の加熱手段とを切り替えることができる。
ここで、搬送ベルト53には、第2発熱層(前記実施の形態1における第2発熱層と同様の導電性材料で形成されたものである。)が形成されている。すなわち、搬送ベルト53が、定着ベルト41を介して励磁コイル部25に対向する発熱部材として機能することになる。
そして、このような定着装置20であっても、前記実施の形態1と同様に、励磁コイル部25を白矢印方向に移動させて、第1の加熱手段と第2の加熱手段とを切り替えることができる。
20 定着装置、
21 定着ベルト(定着回転体)、
22 固定部材、
23 発熱部材、
24 遮蔽部材、
25 励磁コイル部(誘導加熱部)、
31 加圧ローラ(加圧回転体)、
40 温度センサ(温度検知手段)、 P 記録媒体。
Claims (13)
- 励磁コイル部によって電磁誘導加熱される第1発熱層を具備するとともに、所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融する定着回転体と、
前記定着回転体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧回転体と、
前記定着回転体を介して対向する前記励磁コイル部によって電磁誘導加熱される第2発熱層を具備するとともに、前記定着回転体に当接した状態で前記定着回転体を加熱する発熱部材と、
を備え、
前記励磁コイル部によって前記第1発熱層のみを電磁誘導加熱して前記定着回転体を加熱する第1の加熱状態と、前記励磁コイル部によって前記第1発熱層及び前記第2発熱層を電磁誘導加熱して前記定着回転体を直接的に加熱するとともに前記発熱部材によって前記定着回転体を間接的に加熱する第2の加熱状態と、が切り替え可能に構成され、
前記励磁コイル部と前記発熱部材との対向距離が可変するように前記励磁コイル部又は/及び前記発熱部材を移動させることで前記第1の加熱状態と前記第2の加熱状態とが切り替えられることを特徴とする定着装置。 - 前記励磁コイル部と前記発熱部材とが対向しないように前記励磁コイル部又は/及び前記発熱部材を移動させることで前記第1の加熱状態と前記第2の加熱状態とが切り替えられることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 装置の立ち上げ時には前記第1の加熱状態になって、連続通紙時には前記第2の加熱状態になるように制御されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置。
- 前記定着回転体の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記発熱部材が前記定着回転体から離間した状態で前記励磁コイル部によって前記第2発熱層が加熱される第3の加熱状態に切り替え可能に構成され、
装置の立ち上げ時には前記第1の加熱状態になって、通紙時には前記第1の加熱状態から前記第3の加熱状態に切り替えられるとともに前記温度検知手段によって検知された温度が所定値以下になったときに前記第3の加熱状態から前記第2の加熱状態に切り替えられるように制御されることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の定着装置。 - 励磁コイル部によって電磁誘導加熱される第1発熱層を具備するとともに、所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融する定着回転体と、
前記定着回転体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧回転体と、
前記定着回転体を介して対向する前記励磁コイル部によって電磁誘導加熱される第2発熱層を具備するとともに、前記定着回転体に当接した状態で前記定着回転体を加熱する発熱部材と、
を備え、
前記励磁コイル部によって前記第1発熱層のみを電磁誘導加熱して前記定着回転体を加熱する第1の加熱状態と、前記励磁コイル部によって前記第1発熱層及び前記第2発熱層を電磁誘導加熱して前記定着回転体を直接的に加熱するとともに前記発熱部材によって前記定着回転体を間接的に加熱する第2の加熱状態と、が切り替え可能に構成され、
装置の立ち上げ時には前記第1の加熱状態になって、連続通紙時には前記第2の加熱状態になるように制御されることを特徴とする定着装置。 - 前記定着回転体の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記発熱部材が前記定着回転体から離間した状態で前記励磁コイル部によって前記第2発熱層が加熱される第3の加熱状態に切り替え可能に構成され、
装置の立ち上げ時には前記第1の加熱状態になって、通紙時には前記第1の加熱状態から前記第3の加熱状態に切り替えられるとともに前記温度検知手段によって検知された温度が所定値以下になったときに前記第3の加熱状態から前記第2の加熱状態に切り替えられるように制御されることを特徴とする請求項5に記載の定着装置。 - 励磁コイル部によって電磁誘導加熱される第1発熱層を具備するとともに、所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融する定着回転体と、
前記定着回転体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧回転体と、
前記定着回転体を介して対向する前記励磁コイル部によって電磁誘導加熱される第2発熱層を具備するとともに、前記定着回転体に当接した状態で前記定着回転体を加熱する発熱部材と、
前記定着回転体の温度を検知する温度検知手段と、
を備え、
前記励磁コイル部によって前記第1発熱層のみを電磁誘導加熱して前記定着回転体を加熱する第1の加熱状態と、前記励磁コイル部によって前記第1発熱層及び前記第2発熱層を電磁誘導加熱して前記定着回転体を直接的に加熱するとともに前記発熱部材によって前記定着回転体を間接的に加熱する第2の加熱状態と、前記発熱部材が前記定着回転体から離間した状態で前記励磁コイル部によって前記第2発熱層が加熱される第3の加熱状態と、が切り替え可能に構成され、
装置の立ち上げ時には前記第1の加熱状態になって、通紙時には前記第1の加熱状態から前記第3の加熱状態に切り替えられるとともに前記温度検知手段によって検知された温度が所定値以下になったときに前記第3の加熱状態から前記第2の加熱状態に切り替えられるように制御されることを特徴とする定着装置。 - 前記第1発熱層は、整磁性金属材料で形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の定着装置。
- 前記第1発熱層は、非磁性金属材料で形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の定着装置。
- 前記第1発熱層は、その層厚が、前記励磁コイル部に所定の周波数の交番電流が流れたときの表皮深さよりも小さくなるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれかに記載の定着装置。
- 前記第2発熱層は、整磁性金属材料で形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれかに記載の定着装置。
- 前記第2発熱層は、強磁性金属材料で形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれかに記載の定着装置。
- 請求項1〜請求項12のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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