JPH11297463A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転体の層構成を適切に設定したことによ
り、回転体表面の被加熱材が接触したところとしないと
ころとの温度差を抑えることや、加熱効率を向上させる
こと。 【解決手段】 磁界発生手段による磁界の作用によって
発熱して被加熱材を加熱する回転体を有する加熱装置に
おいて、該回転体が多層構造であること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱装置、および
該加熱装置を像加熱手段として備えた画像形成装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を用いた画像形成装置は、
通常、樹脂、磁性体、着色料等からなるトナーを静電的
に担持した被転写体を、互いに圧接・回転している定着
ローラと加圧ローラの圧接部（ニップ部）で挟持搬送し
ながら熱と圧力を加えることなどで、該トナー像を被転
写材上に溶融定着せしめる定着装置を有している。

【０００３】このような定着装置における加熱方式とし
ては、例えば励磁コイルによる磁束で定着ローラ内面に
設けた導電層に渦電流を発生させ、ジュール熱により該
定着ローラを発熱させて加熱処理を行う電磁加熱方式が
提案されている。この方式は熱発生源をトナーのごく近
くに置くことができるので、従来のハロゲンランプを用
いた熱ローラ方式に比して、定着装置起動時に定着ロー
ラ表面の温度が定着を行なうのに適当な温度となるまで
に要する時間が短くできるという特徴がある。また熱発
生源からトナーヘの熱伝達経路が短く単純であるため熱
効率が高いという特徴もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の様な電磁誘導加熱方式の定着装置の定着ローラと
しては、一般に効率よく発熱させようとすると、従来用
いていたアルミなどに比べて、熱伝導率の低い鉄などの
金属ローラを用いる事が多く、小サイズの転写材を連続
で定着させた時などに、定着ローラ表面の転写材が触れ
たところと触れないところで定着ローラ回転軸方向に大
きな温度差が生じてしまうことがある。

【０００５】この為、転写材のサイズにかかわらず常に
転写材が接触する定着ローラ表面の温度を検出して所定
の目標温度に温調しようとすると、小サイズの転写材が
接触しない部分の定着ローラ表面が昇温し、トナーがホ
ットオフセットしたり、周辺部材の熱劣化が進行すると
いう問題点があった。

【０００６】また従来の定着装置は発熱した熱を空気中
に放熱しやすいので、熱効率が悪いといった欠点もあっ
た。

【０００７】そこで本発明は、回転体の層構成を適切に
設定したことにより、回転体表面の被加熱材が接触した
ところとしないところとの温度差を抑えることや、加熱
効率を向上させることを可能とした加熱装置及び画像形
成装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】〔１〕：磁界発生手段に
よる磁界の作用によって発熱して被加熱材を加熱する回
転体を有する加熱装置において、該回転体が多層構造で
あることを特徴とする加熱装置。

【０００９】〔２〕：磁界発生手段による磁界の作用に
よって発熱して被加熱材を加熱する回転体と、該回転体
と相互に圧接される加圧部材とを有し、該回転体と加圧
部材との間に被加熱材を導入して搬送し、加熱処理する
加熱装置において、該回転体が多層構造であることを特
徴とする加熱装置。

【００１０】〔３〕：上記回転体が、導電層と、高熱伝
導層とを有することを特徴とする〔１〕又は〔２〕記載
の加熱装置。

【００１１】〔４〕：上記磁界発生手段の励磁コイル
が、回転体の外部に設けられていることを特徴とする
〔１〕，〔２〕又は〔３〕記載の加熱装置。

【００１２】〔５〕：上記導電層の比透磁率が５０以上
であることを特徴とする〔１〕，〔２〕，〔３〕又は
〔４〕記載の加熱装置。

【００１３】〔６〕：上記導電層の体積抵抗率が５．０
×１０^-8[ Ω］以上であることを特徴とする〔１〕乃至
〔５〕の何れか１項に記載の加熱装置。

【００１４】〔７〕：上記導電層の厚さが１［ｍｍ］以
下であることを特徴とする〔１〕乃至〔６〕の何れか１
項に記載の加熱装置。

【００１５】〔８〕：上記磁界発生手段の励磁コイルへ
１０〜１００［ｋＨｚ］の交流電流を流した時に発生す
る誘導磁界の導電層への表皮侵入深さが０．５［ｍｍ］
以下であることを特徴とする〔１〕乃至〔７〕の何れか
１項に記載の加熱装置。

【００１６】

〔９〕：上記高熱伝導層が、導電層より内
側に位置することを特徴とする〔１〕乃至〔８〕の何れ
か１項に記載の加熱装置。

【００１７】〔１０〕：上記高熱伝導層の熱伝導率が、
導電層よりも高いことを特徴とする〔１〕乃至

〔９〕の
何れか１項に記載の加熱装置。

【００１８】〔１１〕：上記高熱伝導層の熱伝導率が２
００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上（０〜３００［℃］の時）であ
ることを特徴とする〔１〕乃至〔１０〕の何れか１項に
記載の加熱装置。

【００１９】〔１２〕：上記回転体が、高熱伝導層の内
側に熱伝導率５．０×１０^-2 ［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下（０
〜３００［℃］の時）の低熱伝導層を持つことを特徴と
する〔１〕乃至〔１１〕の何れか１項に記載の加熱装
置。

【００２０】〔１３〕：未定着画像を担持した被記録材
を加熱し、該画像を被記録材に定着させることを特徴と
する〔１〕乃至〔１２〕の何れか１項に記載の加熱装
置。

【００２１】〔１４〕：被記録材上にトナー像を担持さ
せる像形成手段と、該トナー像を担持した被記録材を加
熱処理する像加熱手段とを有する画像形成装置であっ
て、該像加熱手段として〔１〕乃至〔１３〕の何れか１
項に記載の加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成
装置。

【００２２】〔作用〕即ち、回転体の層構造を適切に設
定することにより、回転体表面の被加熱材が接触したと
ころとしないところとの温度差を抑えることを可能とし
ている。

【００２３】特に、該回転体が導電層と高熱伝導層とを
有したことにより、回転体表面の被加熱材が接触したと
ころとしないところとの温度を均すように高熱伝導層が
導電層からの熱を伝達し、該温度差を防止している。

【００２４】また、高熱伝導層の内側に低熱伝導層を配
設したことにより、回転体内部の空気等への放熱を減少
させ、熱効率を向上させている。

【００２５】

【発明の実施の形態】〈第一の実施形態例〉 §１．定着装置（加熱装置）の全体構成 図１は本発明の特徴を最もよく表す図であり、本発明の
一実施形態例である定着装置の断面の模式図である。

【００２６】定着ローラ１は外径４０［ｍｍ］で表面の
離型性を高めるために例えばＰＴＦＥ１０〜５０［μ
ｍ］や、ＰＦＡ１０〜５０［μｍ］の層を設けている。

【００２７】加圧ローラ２は鉄製の芯金に定着ローラ１
と同様に表面の離型性を高めるために例えばＰＴＦＥ１
０〜５０［μｍ〕や、ＰＦＡ１０〜５０［μｍ］の層を
設けても良く、外径は３０［ｍｍ］である。

【００２８】定着ローラ１と加圧ローラ２は回転自在に
支持されていて、定着ローラ１のみを駆動する構成にな
っている。加圧ローラ２は定着ローラ１の表面に圧接し
ていて、圧接部（ニップ部）Ｎでの摩擦力で従動回転す
る様に配置してある。なお、加圧ローラ２は定着ローラ
１の回転軸方向にバネなどを用いた図示しない機構によ
って約３０［Ｋｇ重］で荷重されており、その場合圧接
部の幅（ニップ幅）は約６［ｍｍ］になる。しかし都合
によっては該荷重を変化させてニップ幅を変えてもよ
い。

【００２９】励磁コイル３は定着ローラ１の外周面に沿
って配設され、磁性体４で覆われている。磁性体４はフ
ェライト、パーマロイといった高透磁率で残留磁束密度
の低いものが望ましい。この励磁コイル３には１０〜１
００［ｋＨｚ］の交流電流が印加され、該交流電流に誘
導された磁界が導電層である定着ローラ１の内面に渦電
流を流し、ジュール熱を発生させる。この発熱を増加さ
せるためには、機械的精度の許す限り該励磁コイル３を
定着ローラ外周面と接触させずに近づけて配置するのが
良い。また、励磁コイル３に流す電流振幅を大きくした
り、交流電流の周波数を高くすると良い。

【００３０】温度センサー５は定着ローラ１の表面に当
接するように配置されている。該温度センサー５の検出
信号をもとに励磁コイル３への電力供給を増減させるこ
とで、定着ローラ１の表面温度が所定の一定温度になる
様自動制御される。

【００３１】搬送ガイド６は、未定着のトナー画像７を
担持しながら搬送される転写材８を定着ローラ１と加圧
ローラ２との圧接部（ニップ部）Ｎへ案内する位置に配
置される。

【００３２】分離爪９は、定着ローラ１の表面に当接ま
たは近接して配置される。

【００３３】而して、定着ローラ１が不図示の駆動手段
により回転駆動され、励磁コイル３に交流電流が加えら
れて定着ニップ部Ｎが所定温度に昇温された状態におい
て、未定着トナー画像７を担持した転写材８が搬送ガイ
ド６に案内されて定着ニップ部Ｎに導入され、定着ロー
ラ１の回転と共に搬送されて定着ローラ１の熱とニップ
圧とにより該トナー画像７が転写材８に定着される。

【００３４】本形態例のように、励磁コイル３が定着ロ
ーラ１の外部に配設される構成の定着装置は、従来の構
成の励磁コイル３を定着ローラ内部に配設した定着装置
に比して、事故や寿命による定着ローラ１の交換が容易
であるという特徴や、励磁コイル３の電気抵抗による発
熱を容易に放熱できるという特徴を持っている。

【００３５】§２．定着ローラ１の層構成次に定着ロー
ラ１の層構成について説明する。本形態例の定着ローラ
１は、被加熱材側（外側）から順に、離型性に優れた耐
熱性の樹脂である表面離型層１１、電磁誘導によって発
熱する導電層１２、該導電層１２よりも熱伝導率の高い
高熱伝導層１３、ローラ内部への放熱を防止する低熱伝
導層１４を有した多層構造である。

【００３６】表面離型層１１は例えばＰＴＦＥ１０〜５
０［μｍ］や、ＰＦＡ１０〜５０［μｍ］、導電層１２
は比透磁率５０以上、かつ体積抵抗率５．０×１０^-8
［Ω・ｍ］以上、かつ厚さ１［ｍｍ］以下であり、定着
ローラ外部に配設された励磁コイル３に１０〜１００
［ｋＨｚ］の交流電流を流した時発生する誘導磁界の該
導電層１２への表皮侵入深さが０．５［ｍｍ］以下であ
ることが望ましい。例えば、６０［ｋＨｚ］の交流電流
を励磁コイル３に流す場合、鉄ならば０．１［ｍｍ］程
度の厚さで構成すればよく、ニッケルならもっと薄くで
きる。

【００３７】高熱伝導層１３は熱伝導率２００［Ｗ／ｍ
・Ｋ］以上（０〜３００［℃］の時）のものが望まし
く、例えばアルミや銅などならば１［ｍｍ］以上の層厚
が良い。低熱伝導層１４は熱伝導率５．０×１０^-2［Ｗ
／ｍ・Ｋ］以下（０〜３００［℃］の時）のものが望ま
しい。

【００３８】図２に従来の定着ローラ内部に励磁コイル
を配設した方式の定着装置における装置を起動してから
の時間と定着ローラ表面温度をモニターした結果を示す
とともに、図３に本実施形態の定着装置における装置を
起動してからの時間と定着ローラ表面温度をモニターし
た結果を示す。図２，図３の横軸は定着装置を起動して
からの時間を、縦軸は定着ローラの表面温度を表してい
る。

【００３９】同図からわかるように本実施形態の定着装
置は、従来のものと比べて装置を起動してから定着ロー
ラ１の表面温度が所定の目標温度Ｔｔになるまでに要す
る時間が短くなっているのがわかる。

【００４０】これは発熱層１２で定着ローラ１の表面の
離形層１１の極近傍にある導電層１２が発熱するために
装置起動時間が短縮できたものである。

【００４１】また、図４に従来の構成の定着装置におい
て、小サイズの転写材を連続で定着させた場合の定着ロ
ーラの表面温度をローラ回転軸方向にモニターした結果
を示すとともに、図５に本実施例の定着装置における小
サイズの転写材を連続で定着させた場合の定着ローラの
表面温度をローラ回転軸方向にモニターした結果を示
す。なお、図４、図５の横軸は定着ローラ回転軸方向の
位置を、縦軸は定着ローラの表面温度を表している。

【００４２】同図からわかるように、小サイズの転写材
８を連続で定着させた場合、転写材の接触する中央部分
の定着ローラ表面温度を目標温度Ｔｔにするために、定
着ローラ両端部の表面温度がかなりの高温（Ｔｔ＋２
０）になっているのがわかる。この定着ローラ両端部の
表面温度がかなりの高温になることは、小サイズの転写
材８を連続で定着させるという一時的なことにせよ、ト
ナー７のホットオフセットや、近接している周辺部材の
昇温などを考慮すると好ましい現象とはいえず、可能な
限り低くするべきである。

【００４３】そこで本形態例のように、発熱層である導
電層１２の下（内側）に高熱伝導層１３を設ける事で、
その層がヒートパイプのように定着ローラ表面の温度差
を均一にならす働きをする。その結果、図４に示した高
温になっている定着ローラ両端部の温度を図５の様に低
下させることができる。

【００４４】また本形態例のように、高熱伝導層１３の
下に低熱伝導層１４を設ける事で定着ローラ内面から空
気中への放熱量を減らす事ができるので、この低熱伝導
層がない構成に比して定着に要する電力量が約１０％少
なくて済む。

【００４５】そしてこれらの効果により、特殊な機構な
しに装置起動に要する時間を短縮することや、トナー像
７のオフセットを防止することができる。

【００４６】〈第二の実施形態例〉本形態例は、第一の
形態例の定着装置の低熱伝導層を設けずに、定着ローラ
の回転軸の位置に熱源であるハロゲンランプを配設した
ものであり、該装置の断面図を図６に示す。なお、その
他の構成は該第一の形態例と略同じであり、同一の要素
には同符番を付して再度の説明を省略している。

【００４７】ハロゲンランプ１０は定着ローラ１の回転
軸の位置に配設され、３００〜８００［Ｗ］の電力が装
置待機時にのみ供給されるようになっている。一方この
ようなハロゲンランプを用いない構成の定着装置では装
置待機時に定着ローラが停止したままであると、定着ロ
ーラの周方向で局所的に発熱するために、大きな温度差
が生じてしまう、これを解消するためには装置待機時に
も定着ローラの回転が不可欠となるが、定着ローラ表面
の摺擦摩耗を避けるために装置待機中はローラの回転を
停止させるのが望ましい。

【００４８】それに対して上記機構を有する本形態例の
定着装置は、装置待機時にハロゲンランプ１０によって
のみ、定着ローラ表面温度が所定の目標温度Ｔｔになる
ように温調されるので、定着ローラ周方向にわたって定
着ローラが停止していてもほぼ均一な温度分布になる。

【００４９】このように本形態例では、装置待機中に定
着ローラ内部に配設されたハロゲンランプのみで温調す
ることで、装置待機中に定着ローラの回転を停止させま
ま定着ローラ周方向にわたってほぼ均一な温度分布を得
ることができるので、定着ローラ表面の摺擦摩耗を軽減
し寿命を延ばすことや、待機中の定着装置の騒音を低下
することができる。

【００５０】〈第三の実施形態例〉本実施形態例は、第
二の実施形態例と同じ構成の定着装置において定着装置
起動時や待機状態からの復帰動作時に、電磁誘導加熱方
式と併用してハロゲンランプ１０にも電力を供給して定
着ローラの内部と外部から同時に加熱するようにしたも
のである。

【００５１】本形態例によれば、定着装置の起動や待機
状態からの復帰動作に要する時間を短縮することができ
る。

【００５２】〈画像形成装置例〉図７は画像形成装置例
の概略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子
写真プロセス利用の複写機或はプリンタである。

【００５３】３１は回転ドラム型の電子写真感光体であ
り、矢印の時計方向に所定のプロセススピード（周速
度）をもって回転駆動される。

【００５４】３２は感光体帯電手段としての接触帯電ロ
ーラであり、所定の帯電バイアスが印加されていて、こ
の帯電ローラ３２により回転感光体３１面が所定の極性
・電位に一様に帯電処理される。

【００５５】この回転感光体３１の帯電処理面に対して
不図示の画像情報露光手段部（原稿画像のスリット結像
露光手段、レーザビーム走査露光手段等）により目的の
画像情報の露光３３がなされて、回転感光体３１面に目
的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

【００５６】その潜像がトナー現像装置３４によりトナ
ー画像として現像される。そのトナー画像が、回転感光
体３１と、これに接触させた所定の転写バイアスが印加
される転写ローラ３５との圧接ニップ部である転写部
に、不図示の給紙部から所定のタイミングにて搬送され
た被記録材としての転写材８に対して転写されていく。

【００５７】転写部を通過してトナー画像の転写を受け
た転写材８は回転感光体３１面から分離され、例えば第
一〜第三の形態例で示した定着装置としての加熱装置Ｒ
に搬送導入されて未定着トナー画像の加熱定着処理を受
け、コピー或はプリントとして出力される。

【００５８】転写材８に対するトナー画像転写後の回転
感光体３１面はクリーニング装置３６により転写残りト
ナー等の残留付着物の除去を受けて清掃され、繰り返し
て作像に供される。

【００５９】〈その他〉本発明の加熱装置は実施形態例
の定着装置としてばかりでなく、その他、例えば、画像
を担持した転写材を加熱して表面性（つや等）を改質す
る装置、仮定着する装置、シート状物を給紙して乾燥処
理・ラミネート処理する装置等の加熱装置として広く使
用できる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転体の層構成を適切に設定することにより、被加熱材
が接触したところとしないところとの温度差を抑えるこ
とや、加熱効率を向上させることを可能とした加熱装置
及び画像形成装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態例である定着装置の断
面の模式図

【図２】従来の定着装置を用いた場合の、定着装置を起
動してからの時間と定着ローラの表面温度との関係を示
すグラフ

【図３】本発明の定着装置を用いた場合の、定着装置を
起動してからの時間と定着ローラの表面温度との関係を
示すグラフ

【図４】従来の定着装置を用いた場合の、小サイズ転写
材連続定着時ローラ回転軸方向の位置と定着ローラの表
面温度との関係を示すグラフ

【図５】本発明の定着装置を用いた場合の、小サイズ転
写材連続定着時ローラ回転軸方向の位置と定着ローラの
表面温度との関係を示すグラフ

【図６】本発明の第二、三の実施形態例である定着装置
の断面の模式図

【図７】本発明に係る画像形成装置の概略構成図

【符号の説明】

１ 定着ローラ ２ 加圧ローラ ３ 励磁コイル ４ 磁性体 ５ 温度センサー ６ 搬送ガイド ７ 未定着トナー画像 ８ 転写材 ９ 分離爪 １０ ハロゲンランプ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁界発生手段による磁界の作用によって
   発熱して被加熱材を加熱する回転体を有する加熱装置に
   おいて、 該回転体が多層構造であることを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】 磁界発生手段による磁界の作用によって
   発熱して被加熱材を加熱する回転体と、該回転体と相互
   に圧接される加圧部材とを有し、該回転体と加圧部材と
   の間に被加熱材を導入して搬送し、加熱処理する加熱装
   置において、 該回転体が多層構造であることを特徴とする加熱装置。
3. 【請求項３】 上記回転体が、導電層と、高熱伝導層と
   を有することを特徴とする請求項１又は２記載の加熱装
   置。
4. 【請求項４】 上記磁界発生手段の励磁コイルが、回転
   体の外部に設けられていることを特徴とする請求項１，
   ２又は３記載の加熱装置。
5. 【請求項５】 上記導電層の比透磁率が５０以上である
   ことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の加熱装
   置。
6. 【請求項６】 上記導電層の体積抵抗率が５．０×１０
   ^-8[ Ω］以上であることを特徴とする請求項１乃至５の
   何れか１項に記載の加熱装置。
7. 【請求項７】 上記導電層の厚さが１［ｍｍ］以下であ
   ることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載
   の加熱装置。
8. 【請求項８】 上記磁界発生手段の励磁コイルへ１０〜
   １００［ｋＨｚ］の交流電流を流した時に発生する誘導
   磁界の導電層への表皮侵入深さが０．５［ｍｍ］以下で
   あることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記
   載の加熱装置。
9. 【請求項９】 上記高熱伝導層が、導電層より内側に位
   置することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に
   記載の加熱装置。
10. 【請求項１０】 上記高熱伝導層の熱伝導率が、導電層
    よりも高いことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１
    項に記載の加熱装置。
11. 【請求項１１】 上記高熱伝導層の熱伝導率が２００
    ［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上（０〜３００［℃］の時）であるこ
    とを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の
    加熱装置。
12. 【請求項１２】 上記回転体が、高熱伝導層の内側に熱
    伝導率５．０×１０^-2［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下（０〜３００
    ［℃］の時）の低熱伝導層を持つことを特徴とする請求
    項１乃至１１の何れか１項に記載の加熱装置。
13. 【請求項１３】 未定着画像を担持した被記録材を加熱
    し、該画像を被記録材に定着させることを特徴とする請
    求項１乃至１２の何れか１項に記載の加熱装置。
14. 【請求項１４】 被記録材上にトナー像を担持させる像
    形成手段と、該トナー像を担持した被記録材を加熱処理
    する像加熱手段とを有する画像形成装置であって、 該像加熱手段として請求項１乃至１３の何れか１項に記
    載の加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。