JP2003107941A

JP2003107941A - 定着装置

Info

Publication number: JP2003107941A
Application number: JP2001301747A
Authority: JP
Inventors: Masaomi Inoue; 雅臣井上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】転写材のサイズに影響されることなく安定し
た連続定着ができ、かつ定着待機状態から定着可能状態
に移行する時間の短縮を図ることができる、出力スピー
ドとウォームアップタイムの高速化および低消費電力化
を両立する定着器を実現する。【解決手段】回転する円筒面を有する導電性の被加熱
部材と、前記被加熱部材に対向して配置され、線材を前
記被加熱部材の前記円筒面の回転軸方向の端部ではその
外周面に沿って、それ以外の部分では前記円筒面の母線
方向に沿って、周回して形成される励磁コイルと、前記
励磁コイルに対して前記被加熱部材とは反対側に、前記
円筒面の回転方向において前記励磁コイルを覆うように
配置され、少なくとも複数に分割された磁性材からなる
磁性部材と、前記磁性部材の一部を前記励磁コイルに対
して離接するための磁性部材離接手段とを有することを
特徴とする定着装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機やファクシ
ミリ、プリンタなどの静電記録式の画像形成装置に使用
される定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プリンタ・複写機等のＯＡ機器に
対し、省エネルギー化・高速化に加え低価格化への市場
要求が強くなってきている。これらの要求性能を達成す
るためには、プリンタや複写機等に用いられる定着装置
の熱効率の改善が必要である。

【０００３】そこで近年、転写材上に付着したトナーを
溶融して永久的に固着させる定着装置として、無端帯状
の定着体の保有する熱によりトナーを溶融して転写材上
に固着させるベルト方式が採用されている。ベルト方式
による定着装置は、加熱手段により熱容量が小さい無端
帯状の定着体を加熱するため、定着待機状態から定着可
能状態に移行するのに要する時間（ウォームアップタイ
ム）が短いという特徴を持つ。また、さらなる省エネル
ギー化やウォームアップタイムの短縮化等を図るために
電磁誘導加熱方式の装置も提案されている。

【０００４】以下にベルト定着方式の定着装置の構成に
ついて説明する。図６は従来におけるベルト方式の定着
装置を示す模式図である。図６に示す定着装置は、アル
ミニウム等の熱伝導性の高い金属製の中空円筒部材から
構成されていて内部にハロゲンランプ等の加熱手段１０
４が設置された加熱ローラ１０２と、ステンレス等の機
械的強度が高い金属製の円筒部材を芯金として、その表
面に耐熱性の高い厚肉の弾性部材が被覆された定着ロー
ラ１００とを備えている。加熱ローラ１０２と定着ロー
ラ１００との間には、加熱ローラ１０２により加熱され
るとともに、これらのローラによって回転される無端帯
状の定着体１０１が張架されている。１０３はステンレ
ス等の金属製の中空円筒部材を芯金として、その表面に
耐熱性およびトナー離型性の高い弾性部材が被覆され、
定着体１０１に対して順方向に回転する加圧ローラであ
り、定着体１０１を介して定着ローラ１００に圧接す
る。加圧ローラ１０３の内部にハロゲンランプ等の加熱
手段が設置される場合もある。これにより加圧ローラ１
０３は定着体１０１を介して定着ローラ１００を押圧し
て接触部を形成し、トナー像の転写された転写材５０は
この接触部に送り込まれる。なお、無端帯状の定着体１
０１の外周面に接触するようにして、この定着体１０１
の表面にシリコン等のオイルを塗布して定着体の表面に
トナーが付着するのを防止するオイル塗布ローラ１０６
が設けられている場合もある。また、定着体１０１およ
び加圧ローラ１０３の近傍には、サーミスタなどの熱応
答性の高い感温素子からなる温度検出手段６０がそれぞ
れ配置されている。そして、これらの温度検出手段６０
から出力される信号に基づいて、加熱手段１０４の出力
が制御され、加熱ローラ１０２および加圧ローラ１０３
がそれぞれ所定の温度に保持される。

【０００５】以上の構成を有する従来の定着装置では、
無端帯状の定着体１０１を薄肉化容易であるため熱容量
が小さく、急速に加熱することが可能である。しかし、
無端帯状の定着体１０１の製造価格は画像形成装置全体
の製造価格を左右する主部材になっており、低価格化が
要求されている。

【０００６】そこで、無端帯状の定着体１０１を用い
ず、ウォームアップタイムの短縮化を図るためにハロゲ
ンランプ等による加熱手段から電磁誘導加熱手段を用い
た定着装置も提案されている。以下に、その一例の構成
について説明する。

【０００７】図７は従来の誘導加熱方式の定着装置を示
す模式図である。図７に示すように、機械的強度が高い
磁性金属製の円筒部材を芯金として、その表面にトナー
離型層を有し耐熱性の高い弾性部材が被覆された定着ロ
ーラ２００と、定着ローラ２００に圧接して、ステンレ
ス等の金属製の中空円筒部材を芯金としその表面に耐熱
性およびトナー離型性の高い弾性部材が被覆され、定着
ローラ２００に対して順方向に回転する加圧ローラ（図
において、定着ローラ２００のさらに奥側に位置する）
と、定着ローラ２００の外周に位置し、定着ローラ２０
０の軸方向へ折り返し巻き付けられた励磁コイル２０１
と、定着ローラ２００の軸方向に任意の間隔を保って配
される磁性部材２０２とからなる。励磁コイル２０１の
発生した磁束により、定着ローラ２００の円筒部材に電
流を誘導させ、ジュール熱によって発熱させる。そし
て、加圧ローラは定着ローラ２００を押圧して接触部を
形成し、トナー像の転写された転写材５０は、この接触
部に送り込まれる。なお、定着装置内にオイル塗布手段
や温度制御手段が設定される場合もある。

【０００８】以上の構成を有する従来の定着装置では、
製造価格が低い円筒部材で構成されるとともに、転写材
に接触する定着ローラの外周面に近い部分を直接加熱さ
れるのでウォームアップタイムも短くすることができ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の定着装置では、小サイズの転写材を定着させ
る場合、転写材が通過しない領域では、転写材へ熱量供
給されることなく定着ローラが加熱されるために、転写
材が通過する領域に比べ高温となり、定着可能温度範囲
から外れて、軸受け等の定着装置を構成する諸部品が破
損する恐れがある。特に、連続して転写材を通過させる
と、このような現象が起こりやすい。また、不要なエネ
ルギーを消費することにもなる。過昇温を防ぐ手段とし
て、小サイズの転写材が通過しない領域に温度センサー
を設けて、高温になると加熱電源オフする温度制御方法
が考えられるが、その間は転写材を通過させることがで
きず、出力スピードが低下する。また、小サイズの転写
材が通過しない領域に対応する磁性部材の間隔を広げた
り、透磁率を下げたりすることにより温度を下げること
も考えられるが、小サイズ以外の転写材が通過するとき
には、逆に加熱出力が不均一となることから温度ムラが
著しくなり、定着不良が頻発することが予想される。さ
らに、部分的に加熱出力を低下させると、定着待機状態
から定着可能状態に移行する時間や、温度の均一安定化
のための時間が長く必要になり、ウォームアップタイム
の遅延化を誘発させる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の定着装置は、導電性の被加熱部材と、前記
被加熱部材に対向して配置される励磁コイルと、前記励
磁コイルに対して前記被加熱部材とは反対側に、前記励
磁コイルを覆うように配置され、少なくとも複数に分割
された磁性部材と、前記磁性部材の少なくとも一部を前
記励磁コイルに対して離接するための離接手段とを有す
ることを特徴とする定着装置である。

【００１１】これにより、小サイズの転写材を定着させ
ても、過昇温を防ぐための間欠動作をさせることなく、
また複雑な温度制御手段を付加することもなく、連続し
て転写材を定着させることができる。さらに、定着ロー
ラ端部の加熱効率を向上させることが可能になるので、
出力スピードの向上とウォームアップタイムの高速化お
よび低消費電力化を両立する定着装置を提供することが
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、導電性の被加熱部材と、前記被加熱部材に対向して
配置される励磁コイルと、前記励磁コイルに対して前記
被加熱部材とは反対側に、前記励磁コイルを覆うように
配置され、少なくとも複数に分割された磁性部材と、前
記磁性部材の少なくとも一部を前記励磁コイルに対して
離接するための離接手段とを有することを特徴とする定
着装置である。これにより、部分的に加熱出力を調整す
ることが可能となる。したがって、出力スピードの向上
とウォームアップタイムの高速化および低消費電力化を
両立する定着装置を得ることが可能になる。

【００１３】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１記載の発明において、前記磁性部材離接手段が、前記
磁性部材の一部を前記励磁コイルに対して相対的に回転
移動させることにより離接させることを特徴とする定着
装置である。これにより、簡易な構成により磁性部材の
離接が実現できる。

【００１４】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
２記載の発明において、前記磁性部材が、前記磁性部材
離接手段からの回転力を伝達する伝達部を有することを
特徴とする定着装置である。これにより、簡易な構成に
より磁性部材の離接が実現でき、装置が小型化できる。

【００１５】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１または請求項２記載の発明において、定着する転写材
の幅に応じて、前記磁性部材を前記励磁コイルに対して
離接することを特徴とする定着装置である。これによ
り、転写材の幅に応じて、部分的に加熱させることが可
能となる。

【００１６】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
４記載の発明において、前記転写材の幅よりも、前記円
筒面の軸方向外側に位置する前記磁性部材を、前記励磁
コイルから離間させることを特徴とする定着装置であ
る。これにより、小サイズの転写材を定着する場合にお
いても、非通紙部の温度が過剰に上昇することを防止で
きる。また、転写材のサイズに対応した最小限の発熱を
行うため、低消費電力化を実現することも可能となる。
さらに、出力スピードの向上とウォームアップタイムの
短縮化を実現できる。

【００１７】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
５の発明において、前記励磁コイルから離間した状態の
前記磁性部材が、転写材の搬送路を形成することを特徴
とする定着装置である。これにより、転写材の搬送安定
性を向上する定着装置を得ることが可能になる。

【００１８】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
５の発明において、前記転写材の幅よりも前記円筒面の
軸方向外側に位置する前記被加熱部材の前記励磁コイル
を覆う密度が、前記転写材に対応する領域における前記
被加熱部材の前記励磁コイルを覆う密度に比べ大きいこ
とを特徴とする定着装置である。これにより、定着ロー
ラ端部の発熱量を大きくすることが可能となり、定着ロ
ーラ端部からの熱流出をキャンセルして、温度均一性を
向上させることができる。したがって、ウォームアップ
タイムの短縮化を実現できる。

【００１９】以下、本発明の実施の形態について、図
１、図２、図３、図４および図５に基づいて説明する。
なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号
を記しており、重複した説明は省略されている。

【００２０】図１は本発明の一実施の形態である定着装
置を示す説明図である。図２は電磁誘導式の加熱手段を
定着ローラの長手方向から示す説明図である。図３は最
小サイズ幅の転写材を定着させるときの定着装置の状態
を示す説明図である。図４は最小サイズ幅の転写材を定
着させたときの定着ローラの表面温度分布を示すグラフ
である。図５はウォームアップ時の定着ローラの表面温
度分布を示すグラフである。

【００２１】図１に示すように、本実施の形態の定着装
置は、相互に平行に配置された定着ローラ１と加圧ロー
ラ１０とを有し、定着ローラ１の外周側に、電磁誘導式
による加熱手段２０が、定着ローラ１と加圧ローラ１０
によって接触押圧形成されるニップ部を転写材５０が通
過する空間を避けて配置されている。定着ローラ１は、
鉄材からなる円筒状の基材の外周面に、最大適応転写材
幅よりわずかに広く、耐熱性およびトナー離型性を有す
るシリコーンゴム層が被覆された被加熱部材２と、被加
熱部材２より厚く、耐熱性および保温性を有する発泡シ
リコーンからなる弾性部材３とを有する。定着ローラ１
の外径はφ２０〜３０ｍｍ程度、加熱手段２０によって
発熱する被加熱部材２の鉄材の厚みは０．４〜２mm程度
となっている。また、シリコーンゴム層は１ｍｍ程度と
なっている。定着ローラ１の外周近傍には、サーミスタ
などの熱応答性の高い感温素子からなる温度検出手段６
０が設置されており、この部位における定着ローラ１の
外周面温度が温度検出手段６０により検知される。そし
て、温度検出手段６０から出力される信号に基づいて加
熱手段２０への投入電力が制御される。

【００２２】加圧ローラ１０は金属部材の外周面に耐熱
性およびトナー離型性を有し、定着ローラ１の弾性部材
３よりも硬いシリコーンゴムからなる弾性部材１１が被
覆されて、定着ローラ１と順方向に回転する構成になっ
ている。加圧ローラ１０の外径はφ２０〜３０mm程度、
弾性部材１１の肉厚は０．０５〜８mm程度となってい
る。

【００２３】電磁誘導式の加熱手段２０は、定着ローラ
１の軸方向に任意の間隔を配して、定着ローラ１の円周
方向へ延伸するフェライト、パーマロイ等の高い透磁率
を有する材料からなる磁性部材２１と、磁性部材２１と
定着ローラ１との間に配され、定着ローラ１の軸方向へ
折り返し巻き付けられた励磁コイル２２から構成されて
いる。なお励磁コイル２２は励磁回路に接続されてい
る。図２に示すように、最小サイズ幅の転写材に対応す
る領域においては、磁性部材２１の定着ローラの軸方向
における幅が、前記領域内に数個配置可能な程度に薄く
形成されていて、転写材の通過領域の中心に対して左右
対称に配置されている。また、最小サイズ幅外の領域Ａ
においては、磁性部材２１の定着ローラの軸方向におけ
る幅が、最小サイズ幅の転写材に対応する領域における
幅よりも広く形成されている。また、図２では図示して
いないが、領域Ａにおける磁性部材２１は、中央部を接
続面として分割される構成となっている。また、最小サ
イズ幅外の領域Ａにおける磁性部材２１は、図３に示す
ように、定着ローラ１の円周方向における磁性部材２１
の両端部に回動力を伝達する伝達手段２３を有し、外部
からの回動力伝達により励磁コイル２２から回避できる
ような構成となっている。ここで、図２では最小サイズ
幅の転写材に対応する領域を加熱手段２０および定着ロ
ーラ１の軸方向中心に配置しているが、加熱手段２０お
よび定着ローラ１の端側に配置してもよい。但し、その
場合には、図２において最小サイズ幅外の領域Ａは１ヶ
所になり、分割回避する磁性部材２１も１ヶ所となる。
また、図３では定着ローラ１の円周方向における磁性部
材２１の両端部に伝達手段２３を有しているが、どちら
か一方のみでもよい。

【００２４】これにより、加圧ローラ１０は定着ローラ
１を押圧して接触部を形成し、トナー像の転写された転
写材５０はこの接触部に挟み込まれる。そして、接触部
を通過する際に定着ローラ１の保有する熱により融解温
度まで加熱される。このようにして、定着ローラ１と加
圧ローラ１０とが協働してトナー像を転写材５０に定着
させる。

【００２５】印字出力信号が出されると、温度検出手段
６０により検出される定着ローラ１の表面温度が、定着
可能な温度になるまで昇温させるために、励磁回路から
励磁コイル２２に電流が出力される。そして、励磁コイ
ル２２に流れる電流により磁束が発生し、定着ローラ１
の磁性被加熱部材２に誘導電流が誘導され、そのジュー
ル熱によって発熱する。

【００２６】転写材５０が最小サイズ幅である場合、図
３に示すように、最小サイズ幅外の領域Ａにおける磁性
部材２１に設けられた伝達手段２３に回動力が伝達さ
れ、最小サイズ幅外のＡ領域での磁性部材２１は励磁コ
イル２２から回避する。そのため、印字出力信号が出さ
れると、励磁コイル２２に電流が流され、磁束を発生
し、定着ローラ１の磁性被加熱部材２が発熱するが、磁
性部材２１が励磁コイル２２から回避した最小サイズ幅
外の領域Ａでは、発熱効率が下がり、最小サイズ幅の転
写材に対応する領域よりも発熱量が小さくなる。またこ
の時、回避した磁性部材２１が、転写材の側端部をガイ
ドし、転写材５０の蛇行搬送を防ぐような搬送路を形成
することも可能である。

【００２７】図４に、最小サイズ幅の転写材を、連続し
て定着した時の、定着ローラ１の表面温度分布を示す。
図４において、従来の定着器による一実施例がＢ、本発
明による一実施例がＣである。従来の定着器では、転写
材５０に熱量を供給されない最小サイズ幅外の領域にお
いて、温度が大きく上昇する。これに対して、本発明に
よる実施例では、最小サイズ幅外の領域においては、定
着ローラ１の発熱量が低下するので、最小サイズ幅の転
写材に対応する領域の温度以上に上昇することはない。

【００２８】一方、転写材５０が最小サイズ幅より大き
い場合には、磁性部材２１は元に戻され、転写材５０に
対応する全領域において、磁性部材２１と励磁コイル２
２による誘導加熱により定着ローラ１の表面が発熱す
る。図５にこの場合におけるウォームアップ時の定着ロ
ーラ１の表面温度分布を示す。従来の定着器による一実
施例がＤ、本発明による一実施例がＥである。従来の定
着器では、定着ローラ１の両端からの熱流出により、ロ
ーラの中心から端になるほど温度が低くなる。したがっ
て、転写材５０に対応する全領域が定着可能範囲になる
までのロスタイムが生じる。これに対し、本発明による
実施例では、前記のように最小サイズ幅の転写材を定着
する場合の過昇温対策させる必要がないため、ローラ端
部での発熱効率を向上させることで、定着ローラ１の両
端からの熱流出以上の熱量を供給でき、転写材５０の対
応する全領域がほとんどタイムロスなく定着可能範囲に
なる。また本実例によれば、連続して小サイズの転写材
を定着させても、最小サイズ幅外の領域における定着ロ
ーラの温度が定着可能温度まで上昇することがないた
め、前記領域の温度を下げるためのウエイトタイムが必
要ない。これにより、出力スピードの向上とウォームア
ップタイムの高速化および低消費電力化を両立する定着
装置を得ることが可能になる。

【００２９】なお、本実施例においては、最小サイズ幅
外の領域における磁性部材２１は、幅広の一体のものを
用いたが、複数に分割して個々の磁性部材２１を励磁コ
イル２２から離接させることも可能である。このように
することにより、多種類の幅の転写材に対応することが
可能となる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、転写材の
サイズに影響されることなく安定した連続定着ができ、
かつ定着待機状態から定着可能状態に移行する時間の短
縮を図ることができるため、出力スピードの向上とウォ
ームアップタイムの高速化および低消費電力化を両立す
る定着装置を得ることが可能になるという有効な効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である定着装置を示す図

【図２】同加熱手段の構成を示す図

【図３】同小サイズの転写材を定着するときの加熱手段
および定着装置を示す図

【図４】同小サイズの転写材を連続定着した時の定着ロ
ーラの表面温度分布を示す図

【図５】同ウォームアップ時の定着ローラの表面温度分
布を示す図

【図６】従来の一実施例の形態である定着装置を示す図

【図７】同加熱手段の構成を示す図

【符号の説明】

１本発明の一実施の形態である定着ローラ２１における磁性被加熱部材３１における弾性部材１０本発明の一実施の形態である加圧ローラ１１１０における弾性部材２０本発明の一実施の形態である加熱手段２１２０における磁性部材２２２０における励磁コイル２３２０における回動力伝達手段５０転写材６０温度検出手段１００従来の一実施の形態である定着ローラ１０１同ベルト状転写体１０２同加熱ローラ１０３同加圧ローラ１０４同加熱手段１０６同オイル塗布手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H033 AA24 AA30 BA25 BA27 BA30 BB06 BB13 BB15 BB18 BB29 BB30 BE06 CA07 CA17 CA30 3K059 AA08 AB27 AB28 AD03 AD13 CD14 CD52 CD53 CD64 CD65 CD66 CD72 CD73 CD75 CD77 CD79

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性の被加熱部材と、前記被加熱部材に対向して配置される励磁コイルと、前記励磁コイルに対して前記被加熱部材とは反対側に、
前記励磁コイルを覆うように配置され、少なくとも複数
に分割された磁性部材と、前記磁性部材の少なくとも一部を前記励磁コイルに対し
て離接するための離接手段とを有することを特徴とする
定着装置。
【請求項２】前記離接手段が、前記磁性部材の一部を
前記励磁コイルに対して相対的に回転移動させることに
より離接させることを特徴とする請求項１記載の定着装
置。
【請求項３】前記磁性部材が、前記離接手段からの回
転力を伝達する伝達部を有することを特徴とする請求項
２記載の定着装置。
【請求項４】定着する転写材の幅に応じて、前記磁性
部材を前記励磁コイルに対して離接することを特徴とす
る請求項１または２のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】前記転写材の幅よりも、前記円筒面の軸
方向外側に位置する前記磁性部材を、前記励磁コイルか
ら離間させることを特徴とする請求項４記載の定着装
置。
【請求項６】前記励磁コイルから離間した状態の前記
磁性部材が、転写材の搬送路を形成することを特徴とす
る請求項５記載の定着装置。
【請求項７】前記転写材の幅よりも前記円筒面の軸方
向外側に位置する前記被加熱部材の前記励磁コイルを覆
う密度が、前記転写材に対応する領域における前記被加
熱部材の前記励磁コイルを覆う密度に比べ大きいことを
特徴とする請求項５記載の定着装置。