JP2003223980A - 加熱装置および画像形成装置 - Google Patents
加熱装置および画像形成装置Info
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Abstract
おける加熱不良や非通紙部昇温の防止と、熱効率の向上
を図る。 【解決手段】励磁コイル18の長手方向最内長をL1、
最外長をL2、磁性コア17aの長手方向最外長をL
c、発熱体10の長手寸法をLs、加圧部材30の長手
寸法をLr、被加熱材Pの幅方向長さをLp、磁性コア
17aと発熱体10のギャップをd(単位は全てmm)
としたとき、下記式(1)、(2) Lc≦Lr<Ls ・・・(1) Lp+2(2d+1)≦Lc≦L1<L2 ・・・
(2) を同時に満足することを特徴とする加熱装置。 さらに
は、 L2<Ls ・・・(3) であることを特徴とする加熱装置。
Description
加熱する加熱装置、特には電磁誘導加熱(IHF)タイ
プの加熱装置、および前記加熱装置を記録材に形成担持
させた未定着画像を加熱定着処理する像加熱装置として
具備した電子写真装置・静電記録装置等の画像形成装置
に関する。
成装置における像加熱装置としての定着装置を例にして
説明する。
等の適宜の画像形成プロセス手段で記録材(用紙)に間
接(転写)あるいは直接に形成担持させた未定着トナー
画像を記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定
着装置(定着器)としては従来より熱ローラ方式の加熱
装置が広く用いられている。
ーの観点からフィルム加熱方式(サーフ)の装置が実用
化されている。また金属からなるフィルム自身を発熱さ
せる電磁誘導加熱方式の加熱装置も提案されている。
実開昭51−109739号公報には、磁束により定着
フィルムの金属層(発熱層)に渦電流を誘導させて、そ
のジュール熱で発熱させる誘導加熱定着装置が開示され
ている。これは、誘導電流の発生を利用することで直接
定着フィルムを発熱させることができ、ハロゲンランプ
を熱源とする熱ローラ方式の定着装置よりも高効率の定
着プロセスを達成している。
ての励磁コイルにより発生した交番磁束のエネルギーは
定着フィルム全体の昇温に使われるため放熱損失が大き
い。そのため、投入したエネルギーに対して定着に作用
するエネルギーの割合が低く、効率が悪いという欠点が
あった。
率で得るために、発熱体である定着フィルムに励磁コイ
ルを接近させたり、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニ
ップ部近傍に集中させたりして、高効率の定着装置が考
案された。
着ニップ部に集中させて効率を向上させた電磁誘導加熱
方式の定着装置の一例の概略構成を示す。
層、抵抗体層)を有する回転発熱体体としての円筒状・
可撓性の定着フィルム(以下スリーブと称す)である。
ガイド部材(以下スリーブガイド部材と称す)であり、
スリーブ10はこのスリーブガイド部材16cの外側に
ルーズに外嵌させてある。
配設した磁束発生手投であり、励磁コイル18とT型の
磁性コア(芯材)17とからなる。
0を挟ませてスリーブガイド部材16cの下面と所定の
圧接力をもって所定幅の定着ニップ部Nを形成させて相
互圧接させてある。
着ニップ部Nに対応させて配設してある。
反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ30の回
転駆動により、該加圧ローラ30とスリーブ10の外面
との、定着ニップ部Nにおける摩擦力でスリーブ10に
回転力が作用して、該スリーブ10がその内面が定着ニ
ップ部Nにおいてスリーブガイド部材16cの下面に密
着して摺動しながら矢示の時計方向に加圧ローラ30の
周速度にほぼ対応した周速度をもってスリーブガイド部
材16cの外周を回転する(加圧ローラ駆動方式)。
部Nへの加圧、磁束発生手段15としての励磁コイル1
8と磁性コア17の支持、スリーブ10の支持、該スリ
ーブ10の回転時の搬送安定性を図る役目をする。この
スリーブガイド部材16cは磁束の通過を妨げない絶縁
性の部材であり、高い荷重に耐えられる材料が用いられ
る。
給される交番電流によって交番磁束を発生する。交番磁
束は定着ニップ部Nの位置に対応している横断面T型の
磁性コア17により定着ニップ部Nに集中的に分布し、
その交番磁束は定着ニップ部Nにおいてスリーブ10の
電磁誘導発熱層に渦電流を発生させる。この渦電流は電
磁誘導発熱層の固有抵抗によってジュール熱を発生させ
る。このスリーブ10の電磁誘導発熱は交番磁束を集中
的に分布させた定着ニップ部Nにおいて集中的に生じて
定着ニップ部Nが高効率に加熱される。
知手段を含む温調制御系により、励磁コイル17への電
流供給が制御されることで所定の温度が維持されるよう
に温調される。
それに伴ってスリーブ10がスリーブガイド部材16の
外回りを回転し、励磁回路からの励磁コイル17への給
電により、上記のようにスリーブ10の電磁誘導発熱が
なされて定着ニップ部Nが所定の温度に立ち上がる。そ
して温調された状態において、不図示の画像形成手段部
から搬送された未定着トナー画像tが形成された記録材
Pは、定着ニップ部Nのスリーブ10と加圧ローラ30
との間に画像面が上向きに、即ち定着スリーブ面に対向
して導入され、定着ニップ部Nにおいて画像面がスリー
ブ10の外面に密着してスリーブ10と一緒に定着ニッ
プ部Nを挟持搬送されていく。
に記録材Pが挟持搬送されていく過程においてスリーブ
10の電磁誘導発熱で加熱されて記録材P上の未定着ト
ナー画像tが加熱定着される。記録材Pは定着ニップ部
Nを通過すると回転するスリーブ10の外面から分離し
て排出搬送されていく。
に、励磁コイル18は定着スリーブ10に接近させる必
要が有るため、具体的には、図17のように略平面に巻
いた後、矢印の方向に変形させて舟形形状とする方法が
ある(特開平2000−243545号参照)。
磁性コア17、スリーブ10、記録材Pの長手方向の寸
法関係図を図18に示す。
対し垂直方向部分について)の長手寸法は記録材Pと略
同一とし、これよりもコイル18、スリーブ10の順で
大としてある。これは、励磁コイル18と磁性コア17
により発生される磁場は、略磁性コア17の幅に渡り発
生し、スリーブ10を発熱するためである。
ーブ10と磁性コア18の間には、ニップ部Nにおける
スリーブ10との摺動面も兼ねるスリーブガイド部材1
6cが存在するため、ギャップd≠0が生じる。このた
め、長手方向の両端部においては、磁束がスリーブ10
に対して垂直に入らず、中央部に比較して温度の低下す
る領域が生じる。このため、前述のように、記録材Pと
磁性コア17の長さを略同一(図18)とすると、記録
材Pの端部において、定着不良の発生することがあっ
た。
に対し、磁性コア17の長さを十分に大きくすると、以
下のような問題が発生した。
常に渦電流による熱が発生するようになり、一方、この
領域は記録材により熱を奪われることがないため、スリ
ーブ10の非通紙域が過昇温を起こし、スリーブ10に
ダメージを与えるという不都合を生じた。
18を延長する必要があるが、コイル18を大きくしす
ぎると、スリーブ10の端部からの熱の逃げが増大し、
電力効率が大幅に低下した。
電磁誘導加熱方式の加熱装置において上記の(1)や
(2)のような課題を解消して、端部における加熱不良
や非通紙部昇温の防止と、熱効率の向上を図り、像加熱
装置にあっては良好な定着性を確保することを目的とす
る。
徴とする加熱装置及び画像形成装置である。
によって発生する磁束が作用して電磁誘導発熱する発熱
体とを有する加熱部材と、前記加熱部材と対向配置され
てニップ面を形成する加圧部材を具備し、前記ニップ面
で被加熱材を挟持搬送して被加熱材を加熱する加熱装置
において、前記磁束発生手段は、前記ニップ面に略平行
に巻かれた励磁コイルと、磁性部材で形成されたコアに
より構成され、前記励磁コイルの長手方向最内長をL
1、最外長をL2、前記コアの長手方向最外長をLc、
前記発熱体の長手寸法をLs、前記加圧部材の長手寸法
をLr、前記被加熱材の幅方向長さをLp、前記コアと
前記発熱体のギャップをd(単位は全てmm)としたと
き、下記式(1)、(2) Lc≦Lr<Ls ・・・(1) Lp+2(2d+1)≦Lc≦L1<L2 ・・・(2) を同時に満足することを特徴とする加熱装置。
生じることなく、良好な加熱性(定着性)を得ることが
出来た。
の端部からの熱の逃げが防止出来、熱効率の向上が図れ
た。
前記発熱体は、表面に離型層を有する金属層により構成
されていることを特徴とする加熱装置。
いて、被加熱材は画像を担持した記録材であり、装置が
該画像を加熱する像加熱装置であることを特徴とする加
熱装置。
手段と、記録材に形成担持させた画像を加熱する像加熱
手段を有し、前記像加熱手段が(1)から(3)の何れ
かに記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装
置。
の第1の実施例を示す。
した、画像形成装置の一例の構成略図である。本例はカ
ラーレーザプリンターである。
ン感光体でできた感光ドラム(像担持体)であり、矢示
の反時計方向に所定のプロセス速度(周速度)で回転駆
動される。
ーラ等の帯電装置102で所定の極性・電位の一様な帯
電処理を受ける。
ーザスキャナー)110から出力されるレーザ光103
により、目的の画像情報の走査露光処理を受ける。レー
ザ光学箱110は不図示の画像読み取り装置等の画像信
号発生装置からの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(オン/オフ)したレーザ光10
3を出力し、感光ドラム101面に走査露光した目的画
像情報に対応した静電潜像が形成される。109はレー
ザ光学箱110からの出力レーザ光103を感光ドラム
101の露光位置に偏向させるミラーである。
カラー画像の第1の色分解成分画像、例えばイエロー成
分画像についての走査露光・潜像形成がなされ、その潜
像が4色カラー現像装置104のうちのイエロー現像器
104Yの作動でイエロートナー画像として現像され
る。そのイエロートナー画像は感光ドラム101と中間
転写ドラム105との接触部(或いは近接部)である1
次転写部T1において中間転写ドラム105面に転写さ
れる。中間転写ドラム105面に対するトナー画像転写
後の感光ドラム101面はクリーナ107により転写残
トナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
転写・清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画
像の第2の色分解成分画像(例えはマゼンタ成分画像、
マゼンタ現像器104Mが作動)、第3の色分解成分画
像(例えばシアン成分画像、シアン現像器104Cが作
動)、第4の色分解成分画像(例えば黒成分画像、黒現
像器104BKが作動)の各色分解成分画像について順
次実行され、中間転写ドラム105面にイエロートナー
画像・マゼンタトナー画像・シアントナー画像・黒トナ
ー画像の4色のトナー画像が順次重ねて転写されて、目
的のフルカラー画像に対応したカラートナー画像が形成
される。
中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を設けたもので、感光ド
ラム101に接触して或いは近接して感光ドラム101
とほぼ同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動され、中
間転写ドラム105の金属ドラムにバイアス電位を与え
て感光ドラム101との電位差で感光ドラム101側の
トナー画像を前記中間転写ドラム105面側に転写させ
る。
たカラートナー画像は、前記中間転写ドラム105と転
写ローラ106との接触ニップ部である二次転写部T2
において、前記二次転写部T2に不図示の給紙部から所
定のタイミングで送り込まれた記録材(以下、転写材あ
るいは用紙と記す)Pの面に転写されていく。転写ロー
ラ106は転写材Pの背面からトナーと逆極性の電荷を
供給することで中間転写ドラム105面側から転写材P
側へ合成カラートナー画像を順次に一括転写する。
転写ドラム105面から分離されて定着装置(像加熱装
置)100へ導入され、未定着トナー画像の加熱定着処
理を受けて、機外の不図示の排紙トレーに排出される。
の中間転写ドラム105はクリーナ108により転写残
トナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃され
る。
ム105に非接触状態に保持されており、中間転写ドラ
ム105から転写材Pに対するカラートナー画像の二次
転写実行過程において中間転写ドラム105に接触状態
に保持される。
ム105に非接触状態に保持されており、中間転写ドラ
ム105から転写材Pに対するカラートナー画像の二次
転写実行過程において中間転写ドラム105に転写材P
を介して接触状態に保持される。
のプリントモードも実行できる。また両面画像プリント
モードも実行できる。
置100を出た1面目画像プリント済みの転写材Pは不
図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されて再び二次
転写部T2へ送り込まれて2面に対するトナー画像転写
を受け、再度、定着装置100に導入されて2面に対す
るトナー画像の定著処理を受けることで両面画像プリン
トが出力される。
である。図2は本例の定着装置100の要部の横断側面
模型図、図3は要部の正面模型図、図4は要部の縦断正
面模型図(図2の(4)−(4)線部分の縦断正面模型
図)である。
と同様に、回転定着部材(定着スリーブ)としてフィル
ム状・円筒状の電磁誘導発熱スリーブ(発熱体)を用い
た、加圧ローラ駆動方式で、電磁誘導加熱方式の装置で
ある。図16の装置と共通の構成部材・部分には同一の
符号を付して再度の説明を省略する。
b・17c及び励磁コイル18からなる。
率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったト
ランスのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは
100kHz以上でも損失の少ないフェライトを用いる
のがよい。
(図5)に励磁回路27を接続してある。この励磁回路
27は20kHzから500kHzの高周波をスイッチ
ング電源で発生できるようになっている。
れる交番電流(高周波電流)によって交番磁束を発生す
る。
スリーブガイド部材であり、開口側を互いに向かい合わ
せて略円柱体を構成し、外側に円筒状回転体として全長
Ls(図3)= 284mm、a=外径34mmの電磁
誘導発熱スリーブ10をルーズに外嵌させてある。
生手段15としての磁性コア17a・17b・17cと
励磁コイル18を内側に保持している。
伝導性部材40が定着ニップ部Nの加圧ローラ30との
対向面側で、スリーブ10の内側に配設してあり、スリ
ーブ内面側バックアップ部材としても機能している。
さ1mmのアルミニウムを用いている。
15である励磁コイル18と磁性コア17a・17b・
17cから発生する磁場の影響を受けないように、この
磁場の外に配設してある。
イル18に対して磁性コア17b・17cを隔てた位置
に配設し、励磁コイル18による磁路の外側に位置させ
て良熱伝導性部材40に影響を与えないようにしてい
る。
対応する部分の裏面側とスリーブガイド部材16bの内
面平面部とに当接させて配設した横長の加圧用剛性ステ
イである。
び励磁コイル18と加圧用剛性ステイ22の間を絶縁す
るための絶縁部材である。
4)はスリーブガイド部材16a・16bのアセンブリ
の長手方向左右両端部に外嵌し、前記左右位置を固定し
つつ回転自在に取り付け、スリーブ10の回転時に該ス
リーブ10の端部を受けてスリーブ10のスリーブガイ
ド部材16a・16bの長手に沿う寄り移動を規制する
役目をする。
30aと、前記芯金周りに同心一体にローラ状に成形被
覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂な
どの耐熱性・弾性材層30b及び、表層の離型層30c
としてPFA、PTFE、FEP等のフッ素樹脂層(厚
さ10μm〜100μm程度)で構成されており、芯金
30aの両端部を装置の不図示のシャーシ側板間に回転
自由に軸受け保持させて配設してある。
m、外径20mmの加圧ローラ30を用いた。従って、
前記スリーブ10の全長Lsは加圧ローラ30の当接面
長 Lrよりも大きい。これ等の長手寸法関係は後記D)
項にて詳述する。
ーシ側のバネ受け部材29a・29bとの間にそれぞれ
加圧バネ25a・25bを縮設することで加圧用剛性ス
テイ22に押し下げ力を作用させている。これにより良
熱伝導性部材40のニップ部Nに対応する部分の下面と
加圧ローラ30の上面とが定着スリーブ10を挟んで圧
接して所定幅の定着ニップ部Nが形成される。
30による押圧力(線圧力)を7.8N/cm(800
g/cm)程度とした。
には、加圧ローラ30の硬度が高すぎると好ましくな
い。加圧ローラ30の硬度は、ニップ確保のため上限7
5度、機械強度から下限45度程度(加圧ローラの表層
上からのアスカーC硬度測定、9.8N(1kg加
重))の範囲とするのが望ましい。
56度とし、ニップ量Nを7mm程度とした。
反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ30の回
転駆動により、前記加圧ローラ30との外面との摩擦力
でスリーブ10に回転力が作用し、前記スリーブ10が
その内面が定着ニップNにおいて良熱伝導性部材40の
下面に密着して摺動しながら矢示の時計方向に加圧ロー
ラ30の周速度にほぼ対応した周速度をもってスリーブ
ガイド部材16a・16bの外周を回転する。
導性部材40の下面とスリーブ10の内面との相互摺動
摩擦力を低減化させるために定着ニップ部Nの良熱伝導
性部材40の下面とスリーブ10の内面との間に耐熱性
グリスなどの潤滑剤を介在させる、あるいは良熱伝導性
部材40の下面を潤滑部材41で被覆することでニップ
Nでのスリーブ10の摺動性を向上させることもでき
る。
ニウムを用いた場合のように表面滑り性が材質的によく
ない或いは仕上げ加工を簡素化した場合に、摺動するス
リーブ10に傷をつけてスリーブ10の耐久性が悪化し
てしまうことを防ぐものである。
部材16aの周面に、その長手に沿い所定の間隔を置い
て凸リブ部16eを形成具備させ、スリーブガイド部材
16aの周面とスリーブ10の内面との接触摺動抵抗を
低減させてスリーブ10の回転負荷を少なくしている。
このような凸リブ部16eはスリーブガイド部材16b
にも同様に形成具備することができる。
したものである。磁束Cは発生した交番磁束の一部を表
す。
た交番磁束Cは、磁性コア17aと磁性コア17bとの
間、そして磁性コア17aと磁性コア17cとの間にお
いてスリーブ10の電磁誘導発熱層1に渦電流を発生さ
せる。この渦電流は電磁誘導発熱層1の固有抵抗によっ
て電磁誘導発熱層1にジュール熱(渦電流損)を発生さ
せる。
る磁束の密度によって決まり、図6のグラフような分布
を示す。図6のグラフは、縦軸が磁性コア17aの中心
を0とした角度φで表したスリーブ10における円周方
向の位置を示し、横軸がスリーブ10の電磁誘導発熱層
1での発熱量Qを示す。ここで、発熱域Hは最大発熱量
をQとした場合、発熱量がQ/e以上の領域と定義す
る。これは、定着に必要な発熱量が得られる領域であ
る。前述(従来例)の様に、スリーブ10の端部におい
ては見かけ上ピーク値Qが低下する。
段26(図2)を含む温調系により励磁コイル18に対
する電流供給が制御されることで所定の温度が維持され
るように温調される。
検知するサーミスタなどの温度センサであり、本例にお
いてはこの温度センサ26で測定したスリーブ10の温
度情報をもとに定着ニップ部Nの温度を制御するように
している。
面温度が略180℃となるように温度制御を行った。
27から励磁コイル18への給電により上記のようにス
リーブ10の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Nが
所定の温度に立ち上がって温調された状態において、画
像形成手段部から搬送された未定着トナー画像tが形成
された転写材Pが定着ニップ部Nのスリーブ10と加圧
ローラ30との間に画像面が上向き、即ちスリーブ面に
対向して導入され、定着ニップ部Nにおいて画像面がス
リーブ10の外面に密着してスリーブ10と一緒に定着
ニップ部Nを挟持搬送されていく。
に転写材Pが挟持搬送されていく過程においてスリーブ
10の電磁誘導発熱で加熱されて転写材P上の未定着ト
ナー画像tが加熱定着される。
リーブ10の外面から分離して排出搬送されていく。
ップ部通過後、冷却して永久固着像となる。
ーブ10の発熱域H(図6)の対向位置に暴走時の励磁
コイル18への給電を遮断するため温度検知素子である
サーモスイッチ60を配設している。
ある。温度検知素子であるサーモスイッチ60は24V
のDC電源とリレースイッチ61と直列に接続されてお
り、サーモスイッチ60が切れると、リレースイッチ6
1への給電が遮断され、リレースイッチ61が動作し、
励磁回路27への給電が遮断されることにより励磁コイ
ル18への給電を遮断する構成をとっている。サーモス
イッチ60はOFF動作温度を220℃に設定した。
の発熱域Hに対向してスリーブ10の外面に非接触に配
設した。サーモスイッチ60とスリーブ18との間の距
離は約2mmとした。これにより、スリーブ10にサー
モスイッチ60の接触による傷が付くことがなく、耐久
による定着画像の劣化を防止することができる。
定着装置暴走時、前述の図16の定着装置のような定着
ニップ部Nで発熱する構成とは違い、定着ニップ部Nに
紙(転写材)Pが挟まった状態で定着装置が停止し、励
磁コイル18に給電が続けられスリーブ10が発熱し続
けた場合でも、紙が挟まっている定着ニップ部Nでは発
熱していないために紙が直接加熱されることがない。ま
た、発熱量が多い発熱域Hには、サーモスイッチ60が
配設してあるため、サーモスイッチ60が220℃を感
知して、サーモスイッチ60が切れた時点で、リレース
イッチ61により励磁コイル18への給電が遮断され
る。
近辺であるため紙が発火することなく、スリーブ10の
発熱を停止することができる。
ほかに温度ヒューズを用いることもできる。
たトナーを使用したため、定着装置、にオフセット防止
のためのオイル塗布機構を設けていない。
線)として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の
細線を複数本束ねたもの(束線)を用い、これを複数回
巻いて励磁コイルを形成している。本例では10ターン
巻いて励磁コイル18を形成している。
導を考慮して耐熱性を有する被覆を用いるのがよい。た
とえば、アミドイミドやポリイミドなどの被覆を用いる
とよい。
集度を向上させてもよい。
うにスリーブ10の発熱層1の曲面に沿うようにしてい
る。本例ではスリーブ10の発熱層1と励磁コイル18
との間の距離は約2.5mmになるように設定した。
材)16a・16bの材質としては絶縁性に優れ、耐熱
性がよいものがよい。例えば、フェノール樹脂、フッ素
樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイ
ミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、P
FA樹脂、PTFE樹脂、FEP樹脂、LCP樹脂など
を選択するとよい。
コイル18と、スリーブ10の発熱層1との間の距離は
できる限り近づけた方が磁束の吸収効率が高いのである
が、この距離が5mmを越えるとこの効率が著しく低下
するため5mm以内にするのがよい。
コア17aとの間の距離d(図2)は、略2mmとなる
ようにスリーブガイド部材16aを設定した。
aからの引出線すなわち給電部18a・18b(図5)
については、スリーブガイド部材16aから外の部分に
ついて束線の外側に絶縁被覆を施している。
図である。本例のスリーブ10は、電磁誘導発熱性のス
リーブ10の基層となる金属スリーブ等でできた発熱層
1と、その外面に積層した弾性層2と、その外面に積層
した離型層3の複合構造のものである。
2と離型層3との間の接着のため、各層間にプライマー
層(不図示)を設けてもよい。
熱層1が内面側であり、離型層3が外面側である。前述
したように、発熱層1に交番磁束が作用することで前記
発熱層1に渦電流が発生して前記発熱層1が発熱する。
その熱が弾性層2・離型層3を介してスリーブ10を加
熱し、前記定着ニップNに通紙される被加熱材としての
転写材Pを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。
バルト合金といった強磁性体の金属を用いるとよい。
磁束の吸収の良いニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバ
ルト−ニッケル合金等の金属が良い。
厚くかつ200μm以下にすることが好ましい。表皮深
さσ[mm]は、励磁回路27の周波数f[Hz]と透
磁率μと固有抵抗ρ[Qm]で σ=503×(ρ/fμ)1/2 と表される。
深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強
度は1/e以下になっており、逆にいうと殆どのエネル
ギーはこの深さまでで吸収されている(図9)。
m、より好ましくは20μm〜100μmがよい。発熱
層1の厚みが1μmよりも小さいとほとんどの電磁エネ
ルギーが吸収しきれないため効率が悪くなる。更に、機
械的強度の観点からは、発熱層1の厚さは20μm程度
以上であることが望ましい。
性が高くなりすぎ、また屈曲性が悪くなり回転体として
使用するには現実的ではない。従って、発熱層1の厚み
は1〜100μm、機械的強度を考慮して、より好まし
くは20μm〜100μmの範囲で決定するのが好まし
い。本例では、50μmの厚さのニッケル電鋳メッキ品
を用いた。
リコーンゴム等で耐熱性がよく、熱伝導率がよい材質で
ある。
防止するのに、この弾性層が重要となる。すなわち、ワ
ックス内包トナー使用時においては、シャープメルト系
トナー使用時と異なり、弾性層2のやわらかさを反映し
てスリーブ10の表層である離型層3がトナー自体をつ
つみ込む効果が「す」を防止するのに必要である。
の硬度がJIS−A測定、すなわちJIS−K6301
のA型硬度計により規定される硬度にて30度以下、よ
り好ましくは25度以下、厚さは50μm以上より好ま
しくは100μm以上とする必要がある。
ると弾性層の熱抵抗が大きくなりすぎてしまい、クイッ
クスタートが実現困難(1000μm以上ではほぼ不可
能)となる。このため、弾性層2の厚さは500μm以
下とするのが望ましい。
2.5×10-1〜8.4×10-1[W/m/℃](6×
10-4〜2×10-3[ca1/cm・sec・de
g.])がよい。
℃]よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、スリーブ
の表層(離型層3)における温度上昇が遅くなる。
℃]よりも大きい場合には、硬度が高くなりすぎたり、
圧縮永久歪みが悪化する。
4×10-1[W/m/℃]がよい。より好ましくは3.
3×10-1〜6.3×10-1[W/m/℃](8×10
-4〜1.5×10-3[cal/cm・sec・de
g.])がよい。
度(JIS−A)、熱伝導率が4.2×10-1[W/m
/℃](1×10-3[cal/cm・sec・de
g.])、厚さが300μmのシリコーンゴムを用い
た。
コーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、PFA、P
TFE、FEP等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択
することができる.離型層3はこのようなフッ素系樹脂
のチューブ層あるいは樹脂コート層にすることができ
る。
に伝えるためには、離型層3の厚さが最大でも100μ
m以下より好ましくは80μm以下である必要がある。
100μmより大きいと、トナーをつつみ込む効果が発
揮されなくなり、べタ画像上に「す」が発生する。
3の厚さの上限値も小さくする必要が有る。本件出願人
の検討の結果では、離型層3の厚さは最大でも弾性層2
の厚さの1/3以下とする必要が有り、これ以上では弾
性層2のやわらかさが表層まで十分に反映されなくなっ
た。
と、弾性層に加わる機械的ストレスを緩和出来なくな
り、弾性層や離型層自体が劣化してしまう。このため、
離型層3の厚さの下限値として5μm以上、より好まし
くは10μm以上が必要である。
のPFAチューブを用いた。
をまとめると、弾性層2の厚さをt1、離型層3の厚さ
をt2としたとき、 50μm≦t1≦500μm、 5μm≦t2≦100μm、 t1≧3×t2、 であることが好ましい。 d.断熱層4 また、図8の(b)に示すように、スリーブ10の構成
において、発熱層1のスリーブガイド部材面側(発熱層
1の弾性層2とは反対面側)に断熱層4を設けてもよ
い。断熱層4は、スリーブ10とスリーブガイド部材間
の摺動性を向上させる目的としても、非常に有用であ
る。
ド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PE
EK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、PFA樹脂、PT
FE樹脂、FEP樹脂などの耐熱樹脂がよい。
00μmが好ましい。断熱層4の厚さが10μmよりも
小さい場合には断熱効果が得られず、また、耐久性も不
足する.一方、1000μmを超えると断熱層4の機械
的剛性が強くなり、スリーブ10が円周方向に変形しづ
らくなる為、好ましくない。また、磁性コア17a・1
7b・17c及び励磁コイル18から発熱層1までの距
離が大きくなり、磁束が十分に発熱層1に吸収されなく
なる場合も有る。
ーブ10の内側に向かわないように断熱できるので、断
熱層4がない場合と比較して転写材P側への熱供給効率
がよくなる。よって、消費電力を抑えることができる。
のポリイミド樹脂コートを用いた。 D)長手寸法関係 図10に定着装置を構成する部材の長手方向の寸法関係
を示す。
に垂直なコア)の長手方向最外寸法をLc、励磁コイル
18の長手方向最内長(すなわち、最もスリーブ10に
近接した側のコイルの内長)をL1、同最外長(すなわ
ち、最もスリーブ10から離れた側のコイルの外長)を
L2、スリーブ10の長手寸法をLs、加圧ローラ30
の長手寸法をLr、転写材の幅をLpとした。また、転
写材Pの幅Lpに対し、磁性コア17aの寸法Lcをα
+β(α=β)分だけ延長して設けた。
イル18に印加する交流電界の向きに応じ、矢印は時間
とともに反転する)が、端部において疎となり、スリー
ブ10の発熱量が低下するという第1の理由、及び、ス
リーブ10の端部から放熱により熱が逃げるという第2
の理由により、スリーブ10の端部では図12に示すよ
うな熱のダレ(低下)が生じるためである。
ブ10の断面方向から見た図、(b)は磁束Cをスリー
ブ10の長手方向から見た図である。また、図12はギ
ャップd=1mmと し、コア17aの長さLcを22
2mmとした場合のスリーブ表面熱分布の一例(非通紙
時)である。
コア17aとスリーブ10(厳密にはスリーブ10の金
属発熱部)の距離dに依存することが本件発明者等の検
討により判明している。この関係を表1に示す。
性コアの長さLcを転写材幅Lpと同一長さとした場合
の、中央部に対する転写材端部でのスリーブ10の表面
温度のダレ量を示す。また、α(=β)(mm)は、こ
れに対し、定着温度が定着に支障のない範囲まで回復す
るのに最低必要な磁性コアLcの延長量を示す。尚、中
央部のスリーブ10の温度を180℃としたとき、端部
の下限許容温度を170℃とした。前述の理由により、
端部における磁束Bの曲がりによる発熱損失分と、スリ
ーブ端部の放熱による温度低下減の出現からd(mm)
とα(=β)(mm)の間には、近似的に、以下の式 α=β≧Ad+C(A、Cは定数) ・・・(1) という関係の成立することが予想される。
より、励磁コイル長さL1、L2も延長する必要があ
る。すなわち、 Lc≦L1<L2 ・・・(3) また、非通紙域に発熱域がかかってしまうため、転写材
により熱を奪われないスリーブ10の非通紙域から、強
制的に熱を奪い昇温を防止する必要が生じる。このた
め、本発明では加圧ローラ30を延長することで、非通
紙域におけるスリーブ10の表面温度を加圧ローラ30
により低下させる。すなわち、 Lc≦Lr<Ls ・・・(4) という関係を満足する構成とする。なお、 Lc=Lp+α+β ・・・(5) であるため、(2)、(3)、(5)より、 Lp+2(2d+1)≦Lc≦LI<L2 ・・・(6) となる。
及び(6)式を満足するように最大の転写材幅を、レタ
ーサイズ紙の縦送りを想定してLp=216mmとし、
磁性コア17aとスリーブ10のギャップd=2mm、
磁性コア17aの長さLc=238mm、コイル18の
内側長さL1=244mm、コイル18の外側長さL2
=270mm、加圧ローラ30の長さLr=250m
m、定着スリーブ10の長さLs=284mmとしたと
ころ、1000枚の連続プリントにおいても端部の定着
不良や、非通紙部昇温等の問題のない、良好な結果が得
られた。
ル18の外側長さL2の関係は、上記の例においてはL
r<L2としているが、逆にLr>L2であっても良
い。但し、定着スリーブの長さLsと、コイル18の外
側長さL2は、 L2≦Ls ・・・(7) である必要がある。
としたところ、励磁コイル18の端部からの熱の逃げが
増大し、スリーブ10の加熱効率が大幅に低下する、と
いう弊害を生じた。
寸法に関しては、磁性コア17aに比べて厳格な影響力
はないが、磁気の外部への漏洩等を防止するため、磁性
コア17aに対し磁性コア17b、17cの長手幅を同
等以上とするのが望ましい。また、本実施例中では、磁
性コア17aを磁性コア17b、17cにより挟み込む
構成を例に挙げたが、磁性コア17bと17cを一体と
なし、磁性コア17a上に乗せるようにしてT字コアを
構成しても良い。
は、加圧ローラ30の幅Lrを、Lr>Lcとしたが、
この代わりに、スリーブ10の非通紙域に対向させて、
冷却部材を当接させても良い。
通域に設けてスリーブ10に従動回転するように当接さ
せ、非通紙部昇温を防止する方法を示す。この場合、コ
ロ31は加圧ローラ30の両端部にオーバーラップさせ
るように設け、2つのコロ31の長手最外部間距離L´
rをL´r>Lcとなるように設定すればよい。
に、金属または樹脂、ゴム等のコロ32を、加圧ローラ
30と同軸上で加圧ローラ30の両端に設け、2つのコ
ロ32の長手最外部間距離L´rをL´r>Lcとなる
ように設定すれば良い。このようにすることで、加圧ロ
ーラ30よりも熱容量の大きい材質のコロを使用するこ
とが出来、非通紙域の昇温をより効果的に防止すること
が出来る。
加圧ローラ30のニップ部での変形を考慮して、コロ3
2の径を加圧ローラ30よりも僅かに小さくするか、又
は加圧ローラと略同じ硬度の材質とする必要がある。
補助的な手段として用いても差し支えない。この場合、
図13において、Lr>Lc、かつL´r>Lcとすれ
ば良い。
るいは1パスマルチカラー画像などの加熱定着用の場合
は弾性層2を省略した形態のものとすることもできる。
発熱層1は樹脂に金属フィラーを混入して構成したもの
とすることもできる。発熱層単層の部材とすることもで
きる。 2)本発明の加熱装置は実施形態例の画像加熱定着装置
としてに限らず、画像を担持した記録材を加熱してつや
等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する像加熱装
置、その他、被加熱材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート
装置など、広く被加熱材を加熱処理する手段・装置とし
て使用できる。
電磁誘導加熱方式の加熱装置において、端部における加
熱不良や非通紙部昇温の防止と、熱効率の向上を図るこ
とができ、像加熱装置にあっては端部昇温が生じること
なく、良好な定着性を得ることが出来た。
ることで、励磁コイルの端部からの熱の逃げが防止出
来、熱効率の向上が図れた。
成図
図
スリーブガイド部材半体の斜視模型図
構成模型図
図
間の長手寸法関係の説明図
明図
図
Claims (5)
- 【請求項1】 磁束発生手段と、前記磁束発生手段によ
って発生する磁束が作用して電磁誘導発熱する発熱体と
を有する加熱部材と、前記加熱部材と対向配置されてニ
ップ面を形成する加圧部材を具備し、前記ニップ面で被
加熱材を挟持搬送して被加熱材を加熱する加熱装置にお
いて、 前記磁束発生手段は、前記ニップ面に略平行に巻かれた
励磁コイルと、磁性部材で形成されたコアにより構成さ
れ、 前記励磁コイルの長手方向最内長をL1、最外長をL
2、前記コアの長手方向最外長をLc、前記発熱体の長
手寸法をLs、前記加圧部材の長手寸法をLr、前記被
加熱材の幅方向長さをLp、前記コアと前記発熱体のギ
ャップをd(単位は全てmm)としたとき、下記式
(1)、(2) Lc≦Lr<Ls ・・・(1) Lp+2(2d+1)≦Lc≦L1<L2 ・・・(2) を同時に満足することを特徴とする加熱装置。 - 【請求項2】 請求項1において、 L2<Ls ・・・(3) であることを特徴とする加熱装置。
- 【請求項3】 請求項1または2において、前記発熱体
は、表面に離型層を有する金属層により構成されている
ことを特徴とする加熱装置。 - 【請求項4】 請求項1から3の何れかにおいて、被加
熱材は画像を担持した記録材であり、装置が該画像を加
熱する像加熱装置であることを特徴とする加熱装置。 - 【請求項5】記録材に画像を形成担持させる作像手段
と、記録材に形成担持させた画像を加熱する像加熱手段
を有し、前記像加熱手段が請求項1から3の何れかに記
載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
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