JP2004317918A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導加熱定着装置において、定着装置の起動時にウエイト時間を短縮するとともに、定着ローラー１表面の温度分布を均一化すること。
【解決手段】励磁コイルが軸方向に巻き線された磁性体コアを備える磁束発生手段と、前記磁束発生手段によって発生される磁束の作用により電磁誘導発熱する定着ローラー１と、前記定着ローラー１に圧接してニップ部を形成し前記定着ローラー１と従動して回転する加圧ローラーとを有する電磁誘導方式の定着装置において、定着装置の起動時における前記定着ローラー１の回転速度と、画像形成時における前記定着ローラー１の回転速度とは異なる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱材を電磁誘導加熱方式で加熱する加熱装置、及び該加熱装置を備える画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置に備えられる定着装置としては、一般的に、樹脂、磁性体、及び着色料等からなるトナーが静電的に担持された転写材を、互いに圧接・回転している定着ローラー（回転体）と加圧ローラー（加圧部材）の圧接部（ニップ部）で挟持搬送させながら、該転写材に熱と圧力を加えることにより、該転写材上にトナーを溶融定着せしめる。
【０００３】
また、定着装置では、励磁コイルによる磁界で定着ローラーに設けた導電層に渦電流を発生させ、定着ローラーをジュール熱により発熱させる誘導加熱方式の方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
誘導加熱方式の定着装置は、熱発生源をトナーのごく近くに配置することができるため、従来のハロゲンランプを用いた熱ローラー方式に比して、定着装置起動時に定着ローラー表面の温度が定着に適当な温度になるまでに要する時間を短くすることができるという特徴がある。また、熱発生源からトナーへ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。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５９−３３７８７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
誘導加熱方式の定着装置は、定着装置起動時に、定着ローラー表面の温度が定着に適当な温度になるまでに要する時間が短くできる。このような特徴を生かすために、薄肉の定着ローラーを用いて、定着ローラーの熱容量をできるだけ小さくすると良い。
【０００７】
一方、薄肉の定着ローラーは、定着ローラーの周方向、すなわちジュール熱が発生する励磁コイルに面している側とその反対側では、大きな温度差が生じてしまうことがある。
【０００８】
温度差が生じた場合、定着に適する温度を上回る部分においては、定着装置の各部材の熱劣化が進行したり、定着ローラー表面へのトナーの高温オフセットが発生したりといった欠点となることがある。
【０００９】
また、定着に適する温度を下回る部分においては、定着不良を発生する可能性がある等の問題が生じることがある。
【００１０】
このような問題を防止するために、画像形成装置本体の朝一の立ち上げ時やスリープモードからの復帰時等に定着装置を起動する際に、画像形成時と同様に定着ローラーを回転させることで、定着ローラーの温度分布を均一化することが可能となる。
【００１１】
しかしながら、定着装置の起動時に定着ローラーを回転させると、定着ローラーと加圧接触して従動する加圧ローラーに熱を奪われ、定着ローラーの昇温速度が鈍り、ウエイト時間が長くなるという問題が発生することがある。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ウエイト時間を短縮するとともに、定着装置起動時に定着ローラーの表面温度むらを小さくすることで、定着ローラーの異常な昇温を防ぎ、定着装置の各部材の熱劣化の進行の防止や、定着ローラー表面へのトナーの高温オフセットの防止を図り、さらに定着ローラーの温度を定着不良が発生しないように適正に昇温することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る加熱装置の構成は、磁束発生手段と、前記磁束発生手段の発生磁束の作用により電磁誘導発熱する回転体と、前記回転体に圧接しニップ部を形成する加圧部材と、を備える誘導加熱方式の加熱装置であって、起動時における前記回転体の回転速度と、画像形成時における前記回転体の回転速度とは異なる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施の形態における例示が本発明を限定することはない。
【００１５】
（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る実施の形態１について図１を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本第１の実施の形態に係る加熱装置の一形態としての定着装置の断面模式図である。
【００１７】
図１において、回転体としての定着ローラー１は、例えば、外径３５［ｍｍ］、厚さ０．３［ｍｍ］の鉄製の芯金シリンダである。また、定着ローラー１の表面には、該表面の離型性を高めるためにＰＴＦＥ１０〜５０［μｍ］やＰＦＡ１０〜５０［μｍ］等の層を設けることができる。
【００１８】
なお、前記定着ローラー１の他の形態として、例えば磁性ステンレス等の磁性材料（磁性金属）のように、比較的透磁率μが高く、適当な抵抗率ρを有するものを用いることもできる。
【００１９】
また、加圧部材としての加圧ローラー２は、例えば、外径２０［ｍｍ］の鉄製の芯金の外周に厚さ５［ｍｍ］のＳｉゴムの層を有する。また、定着ローラー１と同様に、加圧ローラー２の表面には、該表面の離型性を高めるためにＰＴＦＥ１０〜１００［μｍ］やＰＦＡ１０〜１００［μｍ］等の層を設けることができる。この場合、前記加圧ローラー２の総外径は約３０［ｍｍ］となる。
【００２０】
前記定着ローラー１と前記加圧ローラー２はそれぞれ回転自在に支持されている。定着ローラー１のみが図中時計回り方向に駆動され、加圧ローラー２は定着ローラー１の表面に圧接し、圧接部（ニップ部）での摩擦力で図中反時計回り方向に従動回転する。
【００２１】
前記加圧ローラー２は、定着ローラー１の回転軸方向にバネなどを用いた不図示の機構によって加圧される。例えば、加圧ローラー２が約４０［Ｋｇ重］で荷重されると、圧接部の幅（ニップ幅）が約５［ｍｍ］となる。なお、都合によってはこの荷重を変化させてニップ幅を変えることができる。
【００２２】
また、搬送ガイド３は、不図示の画像形成手段で形成された未定着のトナー像４を担持しながら搬送される転写材５を定着ローラー１と加圧ローラー２とのニップ部へ案内する位置に配置される。
【００２３】
分離爪６は、定着ローラー１の表面に当接する位置に配置される。分離爪６は、転写材５がニップ部を通過した後に定着ローラー１に張り付いて定着ローラー１とともに上方に巻き上げられた場合に、定着ローラー１から転写材５を強制的に分離してジャムを防止するためのものである。
【００２４】
励磁コイル７は、断面がＥ型の磁性体コア８の中央突起部に軸方向に渡って巻き線され、例えば１０巻きとすることができる。
【００２５】
前記励磁コイル７のコイルの線材は、例えば、外径０．１５〜０．５０［ｍｍ］の絶縁被覆された導線を２０〜１５０本リッツにしたものを用いており、図示しない高周波コンバーターに接続してあり、１０〜１００［ｋＨｚ］の交流電流が印加され、２０００［Ｗ］程度までの電力が供給される。さらに、励磁コイル７が昇温した場合を考えて絶縁被覆には耐熱性のものを使用した。
【００２６】
励磁コイル７に流れる交流電流によって誘導された磁界は、導電性を有する定着ローラー１の内面付近に渦電流を流し、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交流電流の電流振幅を大きくすると良い。
【００２７】
また、断面Ｅ型の磁性体コア８は、高透磁率かつ低損失のものを用いると良く、磁気回路の効率を上げるためと磁気遮蔽のために用いている。なお、磁性体コア８の断面形状はＥ型の他に、例えばＴ型とすることもできる。
【００２８】
温度センサー９は、定着ローラー１の局所的に発熱する部分の表面に当接する位置に配置され、温度センサー９の検出信号をもとに不図示の制御手段により励磁コイル７への電力供給を増減させることで、定着ローラー１の表面温度が所定の一定温度になるように自動制御される。
【００２９】
また、不図示の画像形成手段によって転写材５上に未定着トナー像４が担持され、該転写材５が図中矢印Ａ方向に搬送され上記した定着装置のニップ部に導入される。定着装置は、定着ローラー１が回転し、該定着ローラー１に従動して加圧ローラー２が回転しているため、ニップ部に転写材５が導入されると、転写材５が挟持されながら矢印Ａ方向に搬送される。このとき、該転写材５がニップ部で加熱加圧されて、該転写材５上にトナー像４が定着される。
【００３０】
本第１の実施の形態では、定着装置の起動時に定着ローラー１を定着に適当な温度にまで昇温する間、定着ローラー１は転写材５を加熱するときよりも遅い回転速度で回転する構成を有する。
【００３１】
以下に本第１の実施の形態に係る実施例１、及び比較例１、２について説明する。
【００３２】
定着ローラー１は、画像形成が行われている間、不図示のモーターによって２２０［ｍｍ／ｓｅｃ］の回転速度で回転する。また、加圧ローラー２は、前記定着ローラー１と従動して回転する。そして、未定着トナー像４を担持した転写材５が、前記定着ローラー１と前記加圧ローラー２のニップ部を通過し、該転写材５にトナー像４が定着される。
【００３３】
また、画像形成を行う際には定着装置を起動させ、定着ローラー１の温度を定着に適当な温度になるまで昇温させておく。
【００３４】
実施例１では、定着装置の起動時に定着ローラー１を定着に適当な温度になるまで昇温させる間、定着ローラー１の回転速度を画像形成時の１／２である１１０［ｍｍ／ｓｅｃ］とする。
【００３５】
また、比較例１は、定着装置の起動時に定着ローラー１を定着に適当な温度になるまで昇温させる間、定着ローラー１の回転速度を画像形成時と同じ２２０［ｍｍ／ｓｅｃ］とする。
【００３６】
また、比較例２は、定着装置の起動時に定着ローラー１を定着に適当な温度になるまで昇温させる間、定着ローラー１を回転させなかった場合である。
【００３７】
実施例１及び比較例１、２において、それぞれ、定着ローラー１が定着可能な温度に達すまでに要したウエイト時間と、ウエイト後の定着ローラー１の表面温度のばらつきと、ウエイト後に画像形成を行った場合の定着性及び高温オフセットとを比較した。この結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
定着性については、Ａ４サイズ紙を１５［℃］の環境温度で４０［枚／分］で５００枚連続複写し、定着した黒ベタ画像を所定の紙で規定回数こすり、前後の濃度を反射濃度計で測定し、このときの濃度の低下率を定着性能指標とした。
【００４０】
高温オフセットについては、２３［℃］の環境でＡ３サイズ紙を先端１００［ｍｍ］ベタ黒＋ベタ白チャートにて連続１０枚通紙し、ベタ白部分の画像汚れの有無を確認した。
【００４１】
表１に示すように、実施例１では、ウエイト時間が短く定着装置の立ち上げ時間を短縮することができるとともに、定着ローラー１の表面温度のばらつきを防止することができた。
【００４２】
なお、実施例１は、比較例１に比べ定着ローラー１の表面温度のばらつきが大きくなる傾向にあるが、高温オフセット及び定着不良は問題とならない範囲である。
【００４３】
また、実施例１は、比較例２に比べ定着ローラー１の温度の昇温速度が遅くなる傾向にあるが、目標とするウエイト時間１０秒以内はクリアできるので、問題とならない範囲である。
【００４４】
一方、比較例１は、定着ローラー１表面の温度分布が均一であり定着性能も良好であるが、ウエイト時間が長くなっている。また、比較例２は、ウエイト時間が短縮されているものの、定着ローラー１表面の温度分布が不均一であり定着性能が悪化している。
【００４５】
このように、本第１の実施の形態によれば、定着ローラー１の回転速度を起動時と画像形成時で変えることにより、ウエイト時間が短縮されるとともに定着ローラー表面の温度分布が均一に保たれる。
【００４６】
（第２の実施の形態）
以下、本発明に係る第２の実施の形態を図１及び図２を用いて説明する。なお、上記した第１の実施の形態との共通箇所は同一符号を付して説明を省略する。
【００４７】
本第２の実施の形態に係る定着装置は、図１に示す実施の形態１で説明したものとほぼ同一であるが、定着ローラー１は図２に示す制御装置１６によって制御される。
【００４８】
図２において、入力電圧センサー３６は、画像形成装置本体に設けられ、定着装置へ入力される入力電圧を検出する。制御装置１６は、入力電圧センサー３６からの検知結果が伝送される。そして、制御装置１６によって定着ローラー１が制御される。
【００４９】
本第２の実施の形態では、定着装置の起動時に定着ローラー１を定着に適当な温度まで昇温するときの定着ローラー１の回転速度は、前記入力電圧センサー３６の検知結果に基づいて、入力電圧が所定値より低い方が高い方より遅いという構成を有する。
【００５０】
次に、本第２の実施の形態に係る実施例２、３、及び比較例３について説明する。
【００５１】
入力電圧センサー３６によって検出された入力電圧が、定格電圧の１００％以上である場合は起動時における定着ローラー１の回転速度を１１０［ｍｍ／ｓｅｃ］（画像形成時の１／２速）に変え（実施例２）、１００％未満である場合は起動時における定着ローラー１の回転速度を５５［ｍｍ／ｓｅｃ］（画像形成時の１／４速）に変える（実施例３）。
【００５２】
比較例３は、起動時の定着ローラー１の回転速度を入力電圧に関係なく１１０［ｍｍ／ｓｅｃ］とする。
【００５３】
上記した実施例２、３、及び比較例３のウエイト時間、定着ローラー１の表面の温度ばらつき、定着性、及び高温オフセット性の比較を表２に示す。
【００５４】
【表２】

【００５５】
表２に示すように、実施例２によれば、上記した実施例１と同様にウエイト時間の短縮化及び定着ローラー１の表面温度の均一化を図ることができている。また、入力電圧が低い実施例３及び比較例３においては、実施例３において定着ローラー１の起動時の回転速度をさらに遅くすることで、比較例３よりもウエイト時間の短縮化を図ることができている。
【００５６】
このように、本第２の実施の形態によれば、上記した第１の実施の形態と同様に、ウエイト時間の短縮化及び定着ローラー１表面の温度分布の均一化を図ることができる。
【００５７】
さらに、以上説明した各実施の形態は、以下に示す各発明を実施した場合の一例でもあり、下記の各発明は上記各実施の形態に様々な変更や改良が加えられて実施されるものである。
【００５８】
〔発明１〕
磁束発生手段と、前記磁束発生手段によって発生される磁束の作用により電磁誘導発熱する回転体と、前記回転体に圧接しニップ部を形成する加圧部材とを有し、前記ニップ部に被加熱材を通過させ該被加熱材を加熱する誘導加熱方式の加熱装置であって、
起動時に前記回転体を所定の温度まで昇温するときに、前記回転体は前記被加熱材を加熱するときよりも遅い回転速度で回転することを特徴とする加熱装置。
【００５９】
このような発明１によれば、加熱装置が加熱に適当な温度まで昇温するために要するウエイト時間が短縮されるとともに、回転体表面の温度分布が均一化されるため、加熱性能を向上させることができる。
【００６０】
また、回転体の異常な昇温を防ぎ、加熱装置が局所的に異常な高温になることを防ぐため、加熱装置の各部材が熱劣化することを防止し、非通紙部での回転体表面へのトナーの高温オフセットを防止することができる。さらに、回転体が局所的に低温になることを防ぐため、定着不良を防止することができる。
【００６１】
また、上記した構成の加熱装置を定着装置として用いることにより、転写材にトナー像を良好に定着することができ、かつ使用者が快適に装置を運用することができる。
【００６２】
なお、本発明に係る磁束発生手段の一形態としては、励磁コイル及び磁性体コアを備える。前記励磁コイル及び前記磁性体コアは、上記した実施の形態のように前記回転体の内部に配置される他、前記回転対の外部に配置される構成とすることもできる。
【００６３】
また、本発明に係る加圧部材の一形態としては、前記回転体とニップ部での摩擦力によって従動回転する。
【００６４】
〔発明２〕 上記発明１において、起動時に前記回転体を所定の温度まで昇温するときの前記回転体の回転速度は、前記加熱装置に負荷される入力電圧が所定値より低い場合の方が高い場合より遅いことを特徴とする加熱装置。
【００６５】
〔発明３〕 上記発明２において、前記加熱装置に付与される入力電圧を検知する検知手段を備え、前記検知手段の検知結果に基づいて起動時の前記回転体の回転速度が制御されることを特徴とする加熱装置。
【００６６】
〔発明４〕 上記発明１から３のいずれかに記載の加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【００６７】
このような発明において、画像形成装置本体の朝一の立ち上げ時やスリープモードからの復帰時に、加熱装置を起動させるときに、画像形成が行われる間よりも回転体の回転速度を遅くすることで、上記と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誘導加熱方式の加熱装置において、加熱装置の起動時にウエイト時間を短縮するとともに、回転体表面の温度分布を均一化することができ、加熱性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の断面摸式図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１ 定着ローラー
２ 加圧ローラー
３ 搬送ガイド
４ トナー像
５ 転写材
６ 分離爪
７ 励磁コイル
８ 磁性体コア
９ 温度センサー
１６ 制御装置
３６ 入力センサー

Claims (1)

1. 磁束発生手段と、前記磁束発生手段の発生磁束の作用により電磁誘導発熱する回転体と、前記回転体に圧接しニップ部を形成する加圧部材と、を備える誘導加熱方式の加熱装置であって、起動時における前記回転体の回転速度と、画像形成時における前記回転体の回転速度とは異なることを特徴とする加熱装置。

Images