JPH0980939A - 画像形成装置の加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 うず電流を発生させて磁性トナーを加熱する
場合、磁界の影響による磁性トナー像の乱れを防止す
る。 【解決手段】 フィルムと加圧ローラとのニップ内でフ
ィルムの回転方向に対しニップの中央より下流側に磁界
を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁誘導を利用し
て渦電流を発生させて被加熱体を搬送しつつ加熱させる
技術である。特に電子写真方式や静電記録方式で被加熱
体である記録材上に形成されたトナー像を挟持搬送しつ
つ加熱溶融させて永久固着させるために用いられる加熱
定着装置に利用される。

【０００２】

【従来の技術】加熱装置として、耐熱性フィルムと、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被加熱材を密着さ
せる加圧部材を有し、被加熱材を該加熱体と該加圧部材
の圧接で形成されるニップ部を通過させることにより被
加熱材を該フィルムを介して該加熱体で加熱するフィル
ム加熱方式の加熱装置がある。

【０００３】この装置は、複写機・レーザービームプリ
ンター・ファクシミリ・マイクロフィルムリーダプリン
ター・画像表示（ディスプレイ）装置・記録機等の画像
形成装置において、電子写真・静電記録・磁気記録等の
適宜の画像形成プロセス手段により加熱溶融性の樹脂等
より成るトナーを用いて記録材（エレクトロファックス
シート・静電記録シート・転写材シート・印刷紙など）
の面に直接方式もしくは間接（転写）方式で形成した目
的の画像情報に対応した顕画像（未定着のトナー画像）
を該画像を担持している記録材面に永久固着画像として
加熱定着処理する画像加熱定着装置として活用できる。

【０００４】また、例えば画像を担持した記録材を加熱
して表面性（つや出しなど）を改質する装置、仮定着処
理する装置等にも使用できる。あるいは、シート状の物
を搬送しつつ加熱や乾燥させるものに利用できる。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】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かなければならな
いという問題があった。

【０００８】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。

【０００９】また、フラッシュ加熱方式、オープン加熱
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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、このよう
な定着装置では、 １．高剛性の厚いフィルムを用いた場合、熱伝導が悪く
なったり、フィルムの熱容量が大きくなってしまい急速
に加熱可能な状態を達成できなくなる。 ２．フィルムが薄いと剛性が得られず、フィルム内部に
走行制御機構が必要となり、大きく複雑な構成となって
しまう。 ３．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。 等の欠点があった。

【００１５】そこで、本出願人は上記の欠点を解決する
ために電磁誘導により発熱、加熱を行う新規の定着装置
を考案した。

【００１６】この定着装置では、加熱フィルム基材面側
に配したコイルに高周波を加えることで、加熱フィルム
面に磁界が発生消滅をくり返すようにする。これによっ
て加熱フィルム基材面上に形成された導電層内に渦電流
が発生し、発熱する。この発熱したフィルムに、トナー
像を担持した記録材を圧接させて搬送することで定着を
行う。

【００１７】しかしながら、上記の定着装置は磁界によ
りフィルムの導電層を発熱させるため、磁性トナーの未
定着画像を定着する場合、磁界の影響により画像を乱し
てしまう可能性があった。

【００１８】

【課題を解決するための手段】電磁誘導で発熱、加熱を
行う定着装置において、本発明では、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に対し、ニッ
プの中央より下流側に磁界を発生させ、フィルムを発熱
し定着を行うようにした。このため、磁性トナーの未定
着画像は、磁界の影響の少ないニップ上流側で加圧、保
持され、その後、磁界の発生する発熱部を通過し、定着
されるため、磁界の影響による画像の乱れを生じる可能
性がなくなるのである。

【００１９】

【発明の実施の形態】図３に本発明によるところの加熱
装置を定着器に用いた画像形成装置の一例の概略構成を
示した。本例の画像形成装置は電子写真プロセス利用の
レーザープリンタである。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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顕像化（反転現像）される。

【００２４】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１０⁸〜１０⁹ Ωｃｍ程度のものが適当であ
る。

【００２５】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へ出力される。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清浄面化され
て繰り返して作像に供される。

【００２６】この定着器をさらに詳細に図１を胃用いて
説明する。

【００２７】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。

【００２８】２１はコイルであり、鉄心２２に巻き付け
て構成される。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。

【００２９】滑板２５はフィルム１７と摩擦抵抗の少な
いガラス等を用い、表面にグリース、オイルを塗布する
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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】この様な構成で、コイル２１には、１０ｋ
Ｈｚ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
界の変化を妨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。

【００３３】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、フィルム導電層内の
表示抵抗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

【００３４】

【外１】 示される。

【００３５】フィルムの導電層１９に発生する電力Ｐ
は、 Ｐα・Ｒ_S ∫｜Ｉ_f ｜² ｄｓ （Ｉ_f は、フィルム中を流れる電流）と表わせる。

【００３６】従って、Ｒ_S を大きくするか、Ｉ_f を大き
くすれば、電力を増やすことができ、発熱量を増やすこ
とが可能となる。

【００３７】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。

【００３８】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１
９の厚さｔが表示厚さδより薄い場合には、

【００３９】

【外２】 となるので加熱可能となる。

【００４０】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１〜１００μｍが
好ましい。

【００４１】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までは市販の素子で作れるがより好ましくは２０ｋＨ
ｚ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。

【００４２】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。

【００４３】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
ニップの中央より下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。このため磁性トナーの未定着
画像は磁界の影響の少ないニップ上流側で加圧、保持さ
れ、その後磁界の発生する発熱部を通過し定着されるた
め磁界の影響による画像の乱れを生じる可能性がなくな
る。

【００４４】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。

【００４５】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
ＯＮ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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】またフィルム基材は本発明では熱的には断
熱材として働けば良く、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枝が広がる。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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、ニップ
外へもれる磁気も少なくなり、未定着画像への影響も減
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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】別の実施の形態を説明する。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】

【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
転方向下流側で磁界を発生させフィルムを発熱し、定着
を行うことにより磁性トナーの未定着画像への磁界の影
響を低減することができる。

【００６０】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】本発明の実施例の縦断面図。

【図２】本発明の実施形態に用いるコイルの図。

【図３】本発明の実施例を用いた電子写真装置を示す
図。

【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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定支持された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、このフィルムに被加熱体を密着加圧して、このフ
   ィルムの導電層に発生する渦電流で被加熱体を加熱する
   加熱装置を有し、磁性トナーによる像形成を行う画像形
   成装置において、フィルムと被加熱体との接触面内でフ
   ィルムの回転方向の下流側で磁界を発生させ被加熱体を
   加熱することを特徴とする画像形成装置の加熱装置。