JPH0863017A

JPH0863017A - 像加熱方法及び像加熱装置

Info

Publication number: JPH0863017A
Application number: JP20197794A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Otsuka; 康正大塚; Manabu Takano; 学高野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-08-26
Filing date: 1994-08-26
Publication date: 1996-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】高い剛性の厚いフィルムを用いつつクイック
スタートを可能とする。【構成】導電層を有するフィルムを用い、ニップの上
流側でフィルムの導電層に渦電流を発生させてトナー像
を加熱した後、トナー温度がガラス転移点以下に低下し
てからフィルムと記録材を分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複写機、プリンタ等の画
像形成装置に用いられる像加熱装置に関し、特に、定着
装置として好適な像加熱装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、例えば、画像の加熱定着等のための
記録材の加熱装置としては、熱ローラー方式が広く使わ
れてきた。この方式は、内部にヒーターを備えた金属性
のローラーと、それに圧接する弾性を持つ加圧ローラー
を基本構成として、この一対のローラーによりできる定
着ニップ部に記録材を導入通過させることにより、トナ
ー像を加熱・加圧・定着させるものである。

【０００３】しかし、このような熱ローラー方式では、
ローラーの熱容量が大きいため、ローラー表面を定着温
度まで上げるのには非常に多くの時間を要していた。

【０００４】またこのため、画像出力動作を速やかに実
行するためには、機械を使用していないときにもローラ
ー表面をある程度の温度に温調していなければならない
という問題があった。

【０００５】即ち、ウォーミングアップに時間がかか
り、又ファーストプリントを速くするためにスタンバイ
状態を設けて常時定着ローラーを加熱状態に置いておく
ことが必要であった。

【０００６】また、フラッシュ加熱方式、オーブン加熱
方式、熱板加熱方式など種々の方式・構成のものが知ら
れており、また実用されている。米国特許第３５７８７
９７号明細書に記載されているようにベルト加熱方式も
知られている。

【０００７】最近では、前述のフィルム加熱方式の加熱
定着装置、即ち固定支持された加熱体（サーマルヒータ
ー）と、該ヒーターに対向圧接しつつ搬送される耐熱性
フィルム（定着フィルム）と、該フィルムを介して記録
材をヒーターに密着させる加圧部材を有し、ヒーターの
熱をフィルムを介して記録材へ付与することで記録材面
に形成担持されている未定着画像を記録材面に加熱定着
させる加熱定着装置が利用されるようになった。

【０００８】本出願人の先の提案に係る例えば特開昭６
３−１３１８２号公報に開示の方式・装置等がこれに属
し、薄肉の耐熱フィルム（シート）と、該フィルムの移
動駆動手段と、該フィルムを中にしてその一方面側に固
定支持して配置された加熱体と、他方面側に該加熱体に
対向して配置され該加熱体に対して該フィルムを介して
画像定着すべき記録材の顕画像担持面を密着させる加圧
部材を有し、該フィルムは少なくとも画像定着実行時は
該フィルムと加圧部材との間に搬送導入される画像定着
すべき記録材と順方向に同一速度で走行移動させて該走
行移動フィルムを挟んで加熱体と加圧部材との圧接で形
成される定着ニップ部を通過させることにより該記録材
の顕画像担持面を該フィルムを介して該加熱体で加熱し
て顕画像（未定着トナー像）に熱エネルギーを付与して
軟化・溶融せしめ、次いで定着点通過後のフィルムと記
録材を分離点で離間させることを基本とする装置であ
る。

【０００９】加圧部材は一般的には耐熱性・離型性にす
ぐれたシリコーンゴムやフッ素ゴムのローラー体が多く
利用されている。

【００１０】このようなフィルム加熱方式の加熱定着装
置においては、ヒーターとして低熱容量加熱体を用いる
ことができる。そのため従来の接触式加熱方式である熱
ローラー方式やベルト加熱方式に比べて省電力化及びウ
エイトタイム短縮化（クイックスタート）が可能にな
る。また、クイックスタートができることにより、非プ
リント動作時の予熱（スタンバイ時加熱）が必要なくな
り、総合的な意味での省電力化もはかることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような装
置はフィルムが薄いと剛性が得られず、複雑な走行制御
機構が必要となる。

【００１２】そこで高剛性の厚いフイルムを用いると熱
伝導性が低下し、またフィルムの熱容量が大きくなり、
クイックスタート性が損なわれる。

【００１３】更に、耐熱性を要求されるフィルムは素材
が限定されてしまう。また、樹脂フィルムは断熱性が良
いためフィルム内側で熱の蓄積が生じフィルム内側に配
置される物についても耐熱性が必要とされ高価かつ限定
された材料を使わざるを得なくなる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、フィルムと加圧部材間のニップで記録材上のトナ
ー像を加熱する像加熱方法において、導電層を有するフ
ィルムを用い、ニップの上流側でフイルムの導電層に渦
電流を発生し発熱させてトナー像を加熱した後、トナー
温度がガラス転移点以下に低下してからフィルムと記録
材を分離することを特徴とする像加熱方法、及び、励磁
コイルと、この励磁コイルが生成する磁場中を移動する
導電層を有するフィルムと、上流側で導電層に渦電流が
発生するようにフィルムとニップを形成する加圧部材
と、を有し、トナー温度がガラス転移点以下に低下して
からフィルムと記録材を分離することを特徴とする像加
熱装置である。

【００１５】

【実施例】図３は本発明の実施例の像加熱装置を定着装
置として用いた画像形成装置の断面図である。

【００１６】１は第１の像担持体としての回転ドラム型
の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）である。
該感光ドラム１は矢印の時計方向に所定の周速度（プロ
セススピード）をもって回転駆動され、その回転過程で
一次帯電器２によりマイナスの所定の暗電位Ｖ_Dに一様
に帯電処理される。

【００１７】３はレーザービームスキャナであり、不図
示の画像読取装置・ワードプロセッサ・コンピュータ等
のホスト装置から入力される目的画像情報の時系列電気
デジタル画素信号に対応して変調されたレーザービーム
を出力し、前記のように一次帯電器２でマイナスに一様
帯電された感光ドラム１面が該レーザービームで走査露
光されることで露光部分は電位絶対値が小さくなって明
電位Ｖ_Lとなり回転感光ドラム１面に目的の画像情報に
対応した静電潜像が形成されていく。

【００１８】次いでその潜像は現像器４によりマイナス
のトナーで反転現像（レーザー露光部Ｖ_Lにトナーが付
着）されて顕像化される。

【００１９】現像器４は回転駆動されるマグネットを内
包した現像スリーブ４ａを有し、そのスリーブ外周面に
マイナスの電荷をもった磁性トナーの薄層がコートされ
てドラム１面と対向し、スリーブ４ａにはその絶対値が
ドラム１の暗電位Ｖ_Dよりも小さく、明電位Ｖ_Lよりも大
きな現像バイアス電圧Ｖ_DCが印加されていることで、ス
リーブ４ａ上のトナーが感光ドラム１の明電位Ｖ_Lの部
分にのみ転移して潜像が現像化（反転現像）される。

【００２０】一方、給紙トレイ１４上に積載セットされ
ている第２の像担持体としての記録材１５が給紙ローラ
１３の駆動により１枚宛繰り出し給送され、搬送ガイド
１２ａ、レジストローラ対１０・１１、転写ガイド８・
９を経由して、感光ドラム１とこれに当接させて電源１
８で転写バイアスを印加した転写部材としての転写ロー
ラ５とのニップ部（転写部）ｎへ感光ドラム１の回転と
同期どりされた適切なタイミングをもって給送されて該
給送転写材１５の面に感光ドラム１面側のトナー像が順
次に転写されていく。転写部材としての転写ローラ５の
抵抗値は１０⁸〜１０⁹Ωｃｍ程度のものが適当である。

【００２１】転写部を通った記録材１５は感光ドラム１
面から分離され、搬送ガイド１２ｂで定着器７へ導入さ
れて転写トナー像の定着を受け、画像形成物（プリン
ト）として排紙トレイ１６ヘ出力される。記録材分離後
の感光ドラム１面はクリーニング装置６で転写残りトナ
ー等の感光ドラム面残留物の除去を受けて洗浄面化され
て繰り返して作像に供される。

【００２２】この定着器をさらに詳細に図１を用いて説
明する。

【００２３】１７は、フィルムであって、ポリイミド，
ポリアミドイミド，ＰＥＥＫ，ＰＥＳ，ＰＰＳ，ＰＦ
Ａ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰ等の樹脂で厚さ１０μｍ〜１００
μｍのフィルム基材を形成し、その上にメッキ処理等に
よってＮｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ等の金属を１μｍ
〜１００μｍの厚みで形成し、最外層にＰＦＡ，ＰＴＦ
Ｅ，ＦＥＰ，シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹
脂を混合ないし単独で被覆したものである。

【００２４】２１は、コイルであり、鉄心２２に巻き付
けて構成される。

【００２５】２３は、コイルを支持し、フィルム１７の
走行を保つためのステーで液晶ポリマー，フェノール樹
脂等で構成され、摺擦板２３が、フィルムと接触する部
分に貼り付けられている。

【００２６】滑板２５はフィルム１１と反擦抵抗の少な
いガラス等を用い表面にグリース、オイル塗布すること
が好ましい。あるいは芯材２２で平滑な面構成にしても
良い。

【００２７】２４は、加圧ローラーで芯金の周囲にシリ
コーンゴム、フッ素ゴム等を巻いて構成される。

【００２８】このフィルム１７と加圧ローラとのニップ
内でフィルム１７の回転方向ａに対しニップの中央より
下流側に磁界を発生させ、記録材Ｐを加熱加圧しトナー
像Ｔを溶融して定着させる。

【００２９】この様な構成でコイル２１には、１０ｋＨ
ｚから５００ｋＨｚの周波数で不図示の励磁回路から電
流が印加され、これによってコイル２１の周囲に矢印Ｈ
で示した磁束が生成消滅をくり返す。この磁束Ｈが、フ
ィルム１７の導電層を横切るように芯材２２は構成され
る。変動する磁界が導体中を横切るとき、その磁界の変
化を防げる磁界を生じるように導体中には渦電流が発生
する。この渦電流を矢印Ａで示す。この渦電流Ｉは表皮
効果のためにほとんどコイル２１側の面に集中して流
れ、フィルム導電層１９の表皮抵抗Ｒ_sに比例した電力
で発熱を生じる。Ｒ_sは、角周波数ω、透磁率μ、固有
抵抗ρから得られる表皮厚さ

【００３０】

【外１】に対して、

【００３１】

【外２】に示される。

【００３２】フィルムの導電層１９に発生する電力Ｐ
は、ＰαＲ_s∫｜Ｉ_f ｜²ｄＳ（Ｉ_fは、フィルム中を流れる電流）と表わせる。

【００３３】従ってＲ_sを大きくするかＩ_fを大きくすれ
ば、電力を増すことができ、発熱量を増すことが可能と
なる。Ｒ_sを大きくするには周波数ωを高くするか、透
磁率μの高い材料固有抵抗ρの高いものを使えば良い。

【００３４】これからすると非磁性金属を導電層１９に
用いると加熱しずらいことが推測されるが、導電層１９
の厚さｔが表皮厚さδより薄い場合には、

【００３５】

【外３】となるので加熱可能となる。

【００３６】表皮厚さは材質、温度、周波数にもよる
が、１０ｋＨｚから５００ｋＨｚで、常温〜２００℃で
は数μｍから数百μｍが一般的である。実際に導電層の
厚みを１μｍ以下にすると、ほとんどの電磁エネルギー
が導電層１９で吸収しきれないためエネルギー効率が悪
くなる。また上下方向にもれた磁界が他の金属部を加熱
するという問題も生じる。一方で１００μｍを超えた導
電層１９では、フィルムの剛性が高くなりすぎること
と、導電層中の熱伝導によって熱が伝わり、離型層２０
が暖まりにくくなるという問題が生じる。また製造時
間、コストもかさむ。従って導電層の厚みは１〜１００
μｍが好ましい。

【００３７】そしてコイル２１に印加する電流は、１０
ｋＨｚ以上から導電層への吸収が良くなり、５００ｋＨ
ｚでは市販の素子で作れるがより好ましくは２０ｋＨｚ
以上であれば、通電時の音も可聴域以上になりユーザー
に不快感を与えず、２００ｋＨｚ以下であれば、励磁回
路内で生じるロスも少なく、周辺への放射ノイズも大き
くならない。

【００３８】２６は加圧ローラー表面に付けられたサー
ミスタで加圧ローラーの温度を検知して、コイル２１へ
印加される電流を制御する。

【００３９】例えば加圧ローラー２４が冷えている場合
は、全波で通電するが、暖まってくるに従って徐々にＯ
ＮのタイミングでもＯＦＦして通電を間引いていくこと
で、加熱量を調整できる。

【００４０】このサーミスタは別に滑板２５の裏や芯材
２２上に付けても良い。また暴走防止のための安全素子
２７は、動作温度の低いものを用いても通常は暖まらな
いので自然切れを生じることがなく、かつ異常時には動
作温度が低いので迅速に通電を止めるので従来よりも安
全である。

【００４１】なおこの例では、フィルム基材１８と導電
層１９を別々の層としたが、フィルム基材そのものを導
電層としても良い。

【００４２】またフィルム基材は本発明では熱的には断
熱材として例えば良く、従来の熱伝導体としてフィルム
を用いるフィルム定着方式より選択肢が広がる。

【００４３】このように、フィルムの表層近くを直接発
熱させるので、フィルム基材の熱伝導率、熱容量によら
ず急速に加熱できる利点がある。またフィルムの厚さに
も依存しないために高速化のためにフィルムの剛性を向
上するためフィルムの基材を厚くしても、迅速に定着温
度にまで加熱できる。

【００４４】さらには、フィルム基材は樹脂のため断熱
性が良く、フィルム内側にあるコイル等の熱容量の大き
なものとは断熱ができるので連続プリントを行なっても
熱のロスが少なくエネルギー効率が良いかつフィルム内
のコイルに熱が伝わらずコイルとしての性能低下も生じ
ない。

【００４５】そして熱効率が向上した分、装置内の昇温
も抑えられて、電子写真装置の像形成部への影響も少な
くできる。

【００４６】本実施例では、図２に示したようにフィル
ム軸方向に長いコイルを用い、フィルム面を垂直に通る
磁束Ｈを生成して、フィルムの回転方向でニップの中央
より下流側のフィルム軸方向を均一に発熱するようにし
た。

【００４７】そして本実施例ではフィルムと加圧ローラ
とのニップ内で、フィルムの回転方向矢印ａに対してニ
ップの中央より上流側に磁界を発生させ、フィルムを発
熱し定着を行っている。

【００４８】図４に示した様に被加熱体はニップに入る
とフィルムの発熱で加熱されニップ前半で定着可能温度
まで温度が上る。この温度はおよそ１００〜１５０℃で
ある。これによってトナーが溶融する。その後ニップ後
半では、フィルムの発熱は停止しており被加熱体からは
熱の放出がおこる。そしてニップ後端に達した時には分
離温度＜トナーのガラス転移点（通常５０〜７０℃）よ
り冷却されてからフィルムと被加熱体は分離される。

【００４９】従来のフィルム定着ではフィルム基材の方
が、フィルム表面より高温になっており、このニップ後
半での放熱が行なわれにくく、極度に広いニップを形成
しなければ冷却分離できなかった。しかし本実施例はフ
ィルム基材はフィルム導電層より温度が低く、フィルム
の発熱が停止した後は、被加熱体に対して大きな熱吸収
体として作用するのでニップ後半での被加熱体の温度低
下効果が大きく、冷却分離に適した構成となっている。
このため分離時のオフセットが防止できる。

【００５０】（実施例２）前述実施例でフィルム１７の
導電層１９は、メッキで形成したが、真空蒸着、スパッ
タリング等でも良く、これによってメッキで付けられな
い材質アルミニウムや金属酸化物合金といったものも層
形成できる。

【００５１】例えば高透磁率の鉄、コバルト、ニッケル
等の物を付けるとコイル２１によって生成される電磁エ
ネルギーを吸収し易く、効率よく加熱できかつ、機外へ
もれる磁気も少なくなり、周辺装置への影響も減らせ
る。また、これらのもので高抵抗率のものを選ぶともっ
と良い。

【００５２】また、導電層１９は、金属のみならず、接
着材中に導電性、高透磁率な粒子、ウィスカーを分散さ
せても良い。

【００５３】例えば、マンガン，チタン，クロム，鉄，
銅，コバルト，ニッケル等の粒子やこれらの合金である
フェライトや酸化物の粒子やウィスカーといったものを
カーボン等の導電性粒子と混合し接着剤中に分散させて
導電層１９としても良い。

【００５４】（実施例３）本実施例では、フィルム１７
の導電層１９の発熱を増し、かつ、発熱部以外への磁界
の影響を減らすために、コイルの芯材２２にフェライト
パーマロイといった高透磁率で残留磁束密度の低いもの
を用いた。

【００５５】フィルム１７の導電層１９の発熱を増すに
は、導電層１９中の渦電流Ｉ_fを大きくすれば良い。そ
のためにはコイル２１の巻き線数を増して生成される磁
束を強くするか、コイル２１の芯材２２をフェライトパ
ーマロイといった高透磁率で残留磁束密度の低いものを
用いれば良い。芯材２２に残留磁束密度の低い材料を用
いると、芯材２２に発生する渦電流により、芯材２２そ
のものが発熱することによる変換のロスを防ぐことがで
きる。また、透磁率の高い材料を用いると、磁束の通り
道となり、外部への漏れも少なくなる。よって、芯材２
２にこうした材料を用いることにより、導電層１９の発
熱を増した場合でも、効率の良い加熱が行え、しかも、
発熱部以外への磁束の漏れをできる限り抑えることが可
能となり、未定着画像への影響を低減できる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、電磁誘導により発
熱、加熱を行う定着器において、ニップ内のフィルム回
転方向上流側で磁界を発生させフィルムを発熱し、定着
を行うことにより冷却分離を行ないオフセットを防止す
ることが可能となる。

【００５７】また、フィルムの導電層および、コイルの
芯材の材質により、効率良く発熱量を増し、ニップ外へ
の磁界の漏れを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の像加熱装置の断面図である。

【図２】図１に示した実施例に用いられる励磁コイルの
斜視図である。

【図３】図１に示した実施例を用いた画像形成装置の断
面図である。

【図４】ニップ中の被加熱体の温度変化を示す図であ
る。

【符号の説明】

１感光体ドラム２一次帯電器３レーザー光学箱４現像器５転写ローラー６クリーナー７定着器１７フィルム１８フィルム基材１９導電層２０離型層２１コイル２２芯材２３ステー２４加圧ローラー２５滑板２６サーミスタ２７安全素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィルムと加圧部材間のニップで記録材
上のトナー像を加熱する像加熱方法において、導電層を有するフィルムを用い、ニップの上流側でフイ
ルムの導電層に渦電流を発生し発熱させてトナー像を加
熱した後、トナー温度がガラス転移点以下に低下してか
らフィルムと記録材を分離することを特徴とする像加熱
方法。
【請求項２】励磁コイルと、この励磁コイルが生成す
る磁場中を移動する導電層を有するフィルムと、上流側
で導電層に渦電流が発生するようにフィルムとニップを
形成する加圧部材と、を有し、トナー温度がガラス転移
点以下に低下してからフィルムと記録材を分離すること
を特徴とする像加熱装置。