JP2005156604A - 誘導加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 無端ベルトの寄りを改善し、さらに部品点数を削減すようにする誘導加熱定着装置を提供すること。
【解決手段】 摺動部材の形状は、太鼓形状であることを特徴とする誘導加熱定着装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に用いられる誘導加熱定着装置に関し、特に太鼓形状の摺動部材、或いは発熱幅の異なる発熱領域を有する複数の摺動面を有する摺動部材を備える誘導加熱定着装置に関する。

従来、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に用いられる定着装置として、技術的な完成度が高く安定したものとして芯金上にゴム層を有したソフト熱ローラ定着方式が、低速機から高速機までのフルカラー機に幅広く採用されている。

しかしながら、従来のソフト熱ローラ定着方式の定着装置では、転写材やトナーを加熱する際に、熱伝導率が悪く、且つ熱容量の大きな定着ローラ（加熱部材）を加熱する必要があるためエネルギー効果が悪く、省エネ面で不利であり、また、プリント時に定着装置を暖めるのに時間がかかりウォーミングアップ時間（ＷＵＴ）が長くなってしまうという問題がある。

これを解決するための定着装置として、加熱部材として励磁コイルを有するローラ状の電磁誘導定着用回転部材（定着ローラ）を用い、瞬時加熱が可能なクイックスタート定着用の誘導加熱定着装置が知られている（特許文献１参照。）。

一方、従来よりベルト定着装置では定着ベルト（無端ベルト）が片側に寄る問題があった。定着ベルトが片寄ると定着しわが発生するという問題があった。このために、対向ローラを有する薄肉の定着ローラにおいて、定着ベルトの寄りの行らない搬送性と定着性を確保できるローラ肉厚と鼓量の関係を与えるものが知られている（特許文献２参照。）。
特開２００２−４９２６０号公報 特開平９−２４４４４８号公報

しかしながら、上記の如き誘導加熱定着方式を用いるベルト定着装置において、ベルトの寄りを防止するため、対向ローラの他により規制部材をとりつけたり、部品が増え、コスト高・組立工数の増加が問題となっていた。さらに、別部品を加えることで、せっかく無端ベルトに与えた熱が奪われることになり、省エネルギー化に反する。

本発明は上記の不具合を解消し、無端ベルトの寄りを改善し、さらに部品点数を削減すようにする誘導加熱定着装置を提供することを目的とする。

上記本発明の目的は下記の構成により達成される。

（１）無端ベルトと、当該無端ベルトの内面に設けられる摺動部材と、前記無端ベルトの内面を支持するローラ部材と、前記無端ベルトの外周面に圧接してニップを形成する加圧部材と、前記無端ベルトを介して摺動部材に対向する励磁コイルとを有し、当該励磁コイルに交流電流を流すことで摺動部材を発熱させて前記無端ベルトを加熱し、前記無端ベルトと前記加圧部材とで転写材を挟持搬送してトナー像を定着する誘導加熱定着装置において、前記摺動部材の形状は、太鼓形状であることを特徴とする誘導加熱定着装置（第１の発明）。

（２）無端ベルトと、当該無端ベルトの内面に設けられる摺動部材と、前記無端ベルトの内面を支持するローラ部材と、前記無端ベルトの外周面に圧接してニップを形成する加圧部材と、前記無端ベルトを介して摺動部材に対向する励磁コイルとを有し、当該励磁コイルに交流電流を流すことで摺動部材を発熱させて前記無端ベルトを加熱し、前記無端ベルトと前記加圧部材とで転写材を挟持搬送してトナー像を定着する誘導加熱定着装置において、前記摺動部材は、前記無端ベルトの回転軸方向に発熱幅の異なる複数の発熱領域を有し、前記複数の発熱領域を切替えて励磁コイルに対向可能とし、前記摺動部材の発熱領域は前記無端ベルトの回転軸方向に対して、中央部が凸形状であることを特徴とする誘導加熱定着装置（第２の発明）。

本発明は上記の如き構成をとることにより、無端ベルトの寄りを改善し、さらに部品点数を削減すようにする誘導加熱定着装置の提供を図るものである。

請求項１によれば、励磁コイルによって発熱する摺動部材の形状を太鼓形状とすることにより、無端ベルトの寄りを改善し、さらに部品点数を削減すようにする誘導加熱定着装置の提供が可能となる。

請求項２によれば、励磁コイルによって発熱する摺動部材の発熱領域を無端ベルトの回転軸方向に対して、中央部を凸形状とすることにより、無端ベルトの寄りを改善し、さらに部品点数を削減すようにする誘導加熱定着装置の提供が可能となる。

請求項３によれば、さらに、摺動部材の断面を円形状とし、且つ円形状を周方向に２つ以上の円弧部に分割することにより、より無端ベルトの寄りを改善し、省エネルギー化が図られる誘導加熱定着装置の提供が可能となる。

以下、本願発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。

（１）本発明にかかわる誘導加熱定着装置が用いられる画像形成装置について、図１にて以下に述べる。

本発明の画像形成装置は、画像処理後のデータに従って像担持体としての感光体ドラム１０上に像露光を行う像露光手段としての露光装置１２、感光体ドラム１０及びその周囲に、帯電手段としての帯電極１１、現像剤担持体を有する磁気ブラシ型現像装置からなる現像手段としての現像器１３、転写分離手段としての転写分離極１４、クリーニング手段としてのクリーニング装置１９等の画像形成手段と、転写材上のトナー像を溶融定着する誘導加熱定着装置１７とを有している。

不図示の画像読取装置により読み取られ、メモリに格納されている画像データが画像形成に応じて呼び出され、当該画像データに従って、例えばレーザ光学系を用いる露光装置１２により感光体ドラム１０上に像露光が行われる。

当該像露光に先立ち、矢印で示す時計方向に回転される感光体ドラム１０は、帯電極１１のコロナ放電作用により所定の表面電位を付与されているが、像露光による潜像部位の電位が露光量に応じて減じ、結果として、画像データに応じた静電潜像が感光体ドラム１０上に形成される。

静電潜像は、現像器１３に設けられる現像剤担持体としての現像ローラ（符号なし）により、帯電極性と同極性（本実施形態においては現像に使用されるトナー極性をマイナス極性とし、帯電極性をマイナス極性とする）のトナー（トナー粉末）を用いて反転現像され、可視化されたトナー像とされる。また図に示すように、現像器１３には、現像位置に対して感光体ドラム１０の回転方向上流側に、現像ウレタンシート１３ｂが設けられる。

一方、感光体ドラム１０上のトナー像の先端部が転写分離極１４の転写領域に到達する前に、給紙トレイ（不図示）内の転写材としての記録紙Ｐが、送り出しローラ（不図示）により給送されてレジストローラ１６に到達し、先端規制される。

記録紙Ｐは、トナー像、即ち感光体ドラム１０上の画像領域と重畳するように、同期を取って回転を開始するレジストローラ１６により、帯電手段および転写手段である転写分離極１４の転写領域に向けて搬送される。

転写領域において、感光体ドラム１０上のトナー像は転写分離極１４の転写コロナ放電により記録紙Ｐ上への転写が行われ、該記録紙Ｐは転写分離極１４の分離コロナ放電による除電により感光体ドラム１０から分離される。

トナー像が転写された記録紙Ｐは、誘導加熱定着装置１７の加熱部材としての励磁コイルＬＣＬａにより加熱される被加熱部材としての摺動部材ＳＨＢａにより加熱される定着ベルト２７を挟んで設けられるローラ部材としての張架ローラ１７ｃと、加圧部材としての加圧ローラ４７ａとの間で形成されるニップ部Ｎで加圧と加熱とにより、トナー像を形成するトナー粉末（トナー）が記録紙Ｐ上に溶融定着され、当該記録紙Ｐは、装置外部に排紙される。なお、摺動部材ＳＨＢａの外側には、誘導電流によって摺動部材ＳＨＢａを加熱する加熱部材としての励磁コイルＬＣＬａが配設される。また、励磁コイルＬＣＬａの外側には、コイル支持部材としてのコイルボビンＣＬＢが設けられる。励磁コイルＬＣＬａはコイルボビンＣＬＢに取り付けられて設けられる。

転写後の感光体ドラム１０の周面上に残った転写残トナーは、例えば導電性ブラシを用いるクリーニングローラ１９１ｃと、クリーニング部材としてのクリーニングブレード１９１ａを備えるブレードユニット１９０とからなるクリーニング装置１９によりクリーニングされ、該クリーニング装置１９内に回収され、搬送スクリュー１９１ｈにより不図示のトナー回収容器に回収される。また、ブレードユニット１９０には交換用のクリーニング部材としてのクリーニングブレード１９１ｂが設けられる。

感光体ドラム１０上の転写残トナーがクリーニング装置１９により回収された後、画像形成装置は次の画像形成サイクルに入る。

なお、上記画像形成装置の説明においては、モノクロ画像形成にて説明したが、カラー画像を形成する場合も本発明に含まれるものである。

（２）本発明にかかわる摺動部材を有する誘導加熱定着装置について、図２ないし図４を用いて以下に説明する。図２は、本発明にかかわる摺動部材を有する誘導加熱定着装置の概要断面図であり、図３は、摺動部材の第１の例を示す斜視図であり、図４は、摺動部材の第２の例と摺動部材に設けられる複数の摺動面の発熱領域の発熱分布とを示す図である。なお、摺動部材の各例において機能、構造を同じくする部材には同一の記号を付した。

誘導加熱定着装置１７は、図２または図３に示すように、摺動部材ＳＨＢａ（或いは摺動部材ＳＨＢｂ）の外側に設けられ、誘導電流によって摺動部材ＳＨＢａ（或いは摺動部材ＳＨＢｂ）を加熱する加熱部材としての励磁コイルＬＣＬａと、当該励磁コイルＬＣＬａによって加熱される被加熱部材としての摺動部材ＳＨＢａ（或いは摺動部材ＳＨＢｂ）と、一方の端部（励磁コイルＬＣＬａ側）において摺動部材ＳＨＢａ（或いは摺動部材ＳＨＢｂ）を張架し、他方の端部においてローラ部材としての張架ローラ１７ｃを張架する定着ベルト２７と、当該定着ベルト２７を挟んで設けられる加圧部材としての加圧ローラ４７ａと、励磁コイルＬＣＬａの外側で、励磁コイルＬＣＬａを取り付け、支持するコイル支持部材としてのコイルボビンＣＬＢとにより構成される。励磁コイルＬＣＬａは、表層のチューブＣＢａを被せたリッツ線ＬＰｔからなるコイル線材ＣＬａにより構成される。

加熱部材としての励磁コイルＬＣＬａにより加熱される被加熱部材としての摺動部材ＳＨＢａ（或いは摺動部材ＳＨＢｂ）により加熱される定着ベルト２７を挟んで設けられる張架ローラ１７ｃと、加圧部材としての加圧ローラ４７ａとの間で形成されるニップ部Ｎで加圧と加熱とにより、トナー像を形成するトナー粉末（トナー）が記録紙Ｐ上に溶融定着される。

本発明にかかわる摺動部材ＳＨＢａは、励磁コイルに交流電流を流すことで誘導発熱する発熱領域Ｈを有し、励磁コイルに対向可能とするものである。

摺動部材ＳＨＢａは、例えばニッケル、鉄、アルミニウム等の板材を使用し、全体を発熱領域Ｈとする。

ローラ部材としての張架ローラ１７ｃとしては、例えばゴム硬度が１０Ｈｓ〜４０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）程度のシリコンゴムの発泡体からなるソフトローラとして構成される。

無端ベルト（無端状のベルト部材）である定着ベルト２７としては、基体として内径７０〜１２０ｍｍ程度で厚さ２０〜８０μｍ程度の、例えばニッケル電鋳ベルトを用いた金属ベルトや、厚さ４０〜１５０μｍ程度のポリイミドやポリアミド等を用いた耐熱性の樹脂ベルトの外側（外周面）に、厚さ１００〜３００μｍ程度の耐熱性のシリコンゴムを被覆したものに、離型層として表面に厚さ３０〜５０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）コーティング加工やチューブを施したものが用いられる。

また、定着ベルト２７を挟んで張架ローラ１７ｃと対向して設けられる加圧部材としての加圧ローラ４７ａは、例えばステンレス材を用いた中実の丸棒からなる芯金４７１ａと、該芯金４７１ａの外周に形成され、例えばゴム硬度が１０Ｈｓ〜４０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）程度のシリコンゴムの発泡体からなるゴムローラ層４７２ｂと、該ゴムローラ層４７２ｂの表面に設けられるＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブを被覆した離型層４７２ｃとからなるソフトローラとして形成される。加圧ローラ４７ａの芯金４７１ａとしては、例えばステンレスのパイプ材を用いた中空（パイプ状）の丸棒を用いてもよい。またゴムローラ層４７２ｂとしてはゴム硬度が４０Ｈｓ〜８０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）程度とし、加圧ローラ４７ａをハードローラとしてもよい。

励磁コイルＬＣＬａとしては、例えばフェライトコアやパーマロイ等の積層鋼板が用いられ、コイル支持部材としての放熱フィンＨＦＮを有するコイルボビンＣＬＢに取り付けられる。

励磁コイルＬＣＬａのコイル線材ＣＬａの誘導電流により発せられる磁力線（磁束）により摺動部材ＳＨＢａの発熱領域Ｈに交流磁界が形成され、摺動部材ＳＨＢａが加熱される。リッツ線ＬＰｔからなる励磁コイルＬＣＬａのコイル線材ＣＬａから発せられる磁力線（磁束）により内部に形成される交流磁界により摺動部材ＳＨＢａが加熱され急速加熱が可能なロール状の被加熱部材が形成される。即ち本発明の誘導加熱定着装置１７に用いられる被加熱部材は、加熱部材としての励磁コイルＬＣＬａに電流を流して、磁力線（磁束）により摺動部材ＳＨＢａの発熱領域Ｈに０．５〜５０ｋＨｚ程度の交流磁界を形成し、この交流磁界により生じる摺動部材ＳＨＢａの発熱領域Ｈの内部の渦電流（誘導電流）により摺動部材ＳＨＢａが加熱されるものである。

また、不図示の駆動モータの回転により、定着ベルト２７が回転され、定着ベルト２７により加圧ローラ４７ａが従動回転される。定着ベルト２７は、摺動部材ＳＨＢａを摺動しながら回転される。

定着ベルト２７を挟んで、上側のハードローラとして構成される張架ローラ１７ｃと、同じくソフトローラとして構成される加圧ローラ４７ａとの間で形成される、幅５〜２５ｍｍ程度の幅広のニップ部Ｎで記録紙Ｐを挟持し、熱と圧力とを加えることにより、ニップ部Ｎで記録紙Ｐ上のトナー像（或いはカラートナー像）の良好な定着が行われる。

ＴＳ１は定着ベルト２７を挟んで摺動部材ＳＨＢａに取付けられた温度制御を行うための例えば接触タイプのサーミスタを用いた温度検知手段である温度検知素子であり、ＴＳ２は加圧ローラ４７ａに取付けられた温度制御を行うための例えば接触タイプのサーミスタを用いた温度検知素子である。温度検知素子ＴＳ１、ＴＳ２としては接触タイプの他に、非接触タイプのものを用いることも可能である。

上記誘導加熱定着装置１７の摺動部材ＳＨＢａにおいて、図３に示すように、摺動部材ＳＨＢａの形状を、太鼓状の形状（太鼓形状：摺動部材ＳＨＢａの軸方向中央部に従って太くなる形状）とする。太鼓形状の円弧量（テーパ量）は、例えば摺動部材ＳＨＢａの通紙領域（Ｌ）のＡ−４サイズ横送り幅（２９７ｍｍ）に対して、１００μｍ程度とすることが好ましく、これにより、定着ベルト２７が摺動部材ＳＨＢａの中央部へ寄せられるような力が働かせられる。

上記の如く、本発明の如き構成をとることにより、無端ベルトの寄りを改善し、さらに部品点数を削減すようにする誘導加熱定着装置の提供が可能となる。

さらに、図４に示すような摺動部材ＳＨＢｂを用いることも可能であり、図４（Ａ）に示す摺動部材ＳＨＢｂは、例えばニッケル、鉄、アルミニウム等の板材を使用し、例えば円周方向に３つの円弧部からなる摺動面Ａ、Ｂ、Ｃに分割され、軸方向には３つの摺動面Ａ、Ｂ、Ｃの異なった発熱領域ａ、ｂ、ｃがある。摺動面Ａは例えばＡ−４横送りサイズに対応した発熱領域ａを有し、摺動面Ｂは例えばＢ−５縦送りサイズに対応した発熱領域ｂを有し、摺動面Ｃは例えば葉書サイズに対応した発熱領域ｃを有するものである。摺動面Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれの転写材のサイズに応じて回転され、摺動面を切替えて励磁コイルＬＣＬａに対向される。また、摺動部材ＳＨＢｂの断面（ローラ部材の回転軸方向に垂直な面）は略円形状とし、且つその略円形状は、上述したように、周方向に２つ以上の円弧部からなる摺動面に分割されている。また、上記円形状の摺動面Ａ、Ｂ、Ｃの異なった発熱領域ａ、ｂ、ｃは、例えばポリイミドやポリアミド等の樹脂部材からなる絶縁部材によって仕切られており、一体的に形成されている。

励磁コイルＬＣＬａのコイル線材ＣＬａの誘導電流により発せられる磁力線（磁束）により摺動部材ＳＨＢｂの発熱領域ａ、ｂ、ｃの何れか１つに交流磁界が形成され、摺動部材ＳＨＢｂが加熱される。リッツ線ＬＰｔからなる励磁コイルＬＣＬａのコイル線材ＣＬａから発せられる磁力線（磁束）により内部に形成される交流磁界により摺動部材ＳＨＢｂが加熱され急速加熱が可能なロール状の被加熱部材が形成される。即ち本発明の誘導加熱定着装置１７に用いられる被加熱部材は、加熱部材としての励磁コイルＬＣＬａに電流を流して、磁力線（磁束）により摺動部材ＳＨＢｂの発熱領域ａ、ｂ、ｃの何れか１つに０．５〜５０ｋＨｚ程度の交流磁界を形成し、この交流磁界により生じる摺動部材ＳＨＢｂの発熱領域ａ、ｂ、ｃの何れか１つの内部の渦電流（誘導電流）により摺動部材ＳＨＢｂが加熱されるものである。例えば、摺動部材ＳＨＢｂの発熱領域ａにより、図４（Ｂ）に示す曲線（ａ）の発熱幅の摺動部材ＳＨＢｂの摺動面Ａでの加熱が行われる（前述した転写材Ａ−４横送りサイズ幅対応）。また例えば、摺動部材ＳＨＢｂの発熱領域ｂにより、図４（Ｂ）に示す曲線（ｂ）の発熱幅の摺動部材ＳＨＢｂの摺動面Ｂでの加熱が行われる（前述した転写材Ｂ−５縦送りサイズ幅対応）。また例えば、摺動部材ＳＨＢｂの発熱領域ｃにより、図４（Ｂ）に示す曲線（ｃ）の発熱幅の摺動部材ＳＨＢｂの摺動面Ｃでの加熱が行われる（前述した葉書サイズ幅対応）。

上記において、励磁コイルＬＣＬａによって発熱する摺動部材ＳＨＢｂの発熱領域ａ、ｂ、ｃを定着ベルト２７の回転軸方向に対して、中央部を凸形状と設定する。これにより、定着ベルト２７が摺動部材ＳＨＢｂの中央部へ寄せられるような力が働かせられる。

上記の如く、本発明の如き構成をとることにより、無端ベルトの寄りを改善し、さらに部品点数を削減すようにする誘導加熱定着装置の提供が可能となる。さらに、摺動部材の断面を円形状とし、且つ円形状を周方向に２つ以上の円弧部に分割することにより、より無端ベルトの寄りを改善し、省エネルギー化が図られる誘導加熱定着装置の提供が可能となる。

また、上記誘導加熱定着装置における摺動部材は、必ずしも円筒形でなくてもよく、三角形状やロータリ形状のものでもよい。

本発明にかかわる誘導加熱定着装置が用いられる画像形成装置の概要断面構成図である。 本発明にかかわる摺動部材を有する誘導加熱定着装置の概要断面図である。 摺動部材の第１の例を示す斜視図である。 摺動部材の第２の例と摺動部材に設けられる複数の摺動面の発熱領域の発熱分布とを示す図である。

符号の説明

１０ 感光体ドラム
１１ 帯電極
１２ 露光装置
１３ 現像器
１４ 転写分離極
１７ 誘導加熱定着装置
１７ａ 加熱ローラ
１７ｃ 張架ローラ
２７ 定着ベルト
４７ａ 加圧ローラ
Ａ，Ｂ，Ｃ 摺動面
ａ，ｂ，ｃ，Ｈ 発熱領域
ＣＬＢ コイルボビン
ＬＣＬａ 励磁コイル
Ｎ ニップ部
ＳＨＢａ，ＳＨＢｂ 摺動部材
Ｐ 記録紙

Claims (3)

1. 無端ベルトと、当該無端ベルトの内面に設けられる摺動部材と、前記無端ベルトの内面を支持するローラ部材と、前記無端ベルトの外周面に圧接してニップを形成する加圧部材と、前記無端ベルトを介して摺動部材に対向する励磁コイルとを有し、当該励磁コイルに交流電流を流すことで摺動部材を発熱させて前記無端ベルトを加熱し、前記無端ベルトと前記加圧部材とで転写材を挟持搬送してトナー像を定着する誘導加熱定着装置において、
   前記摺動部材の形状は、太鼓形状であることを特徴とする誘導加熱定着装置。
2. 無端ベルトと、当該無端ベルトの内面に設けられる摺動部材と、前記無端ベルトの内面を支持するローラ部材と、前記無端ベルトの外周面に圧接してニップを形成する加圧部材と、前記無端ベルトを介して摺動部材に対向する励磁コイルとを有し、当該励磁コイルに交流電流を流すことで摺動部材を発熱させて前記無端ベルトを加熱し、前記無端ベルトと前記加圧部材とで転写材を挟持搬送してトナー像を定着する誘導加熱定着装置において、
   前記摺動部材は、前記無端ベルトの回転軸方向に発熱幅の異なる複数の発熱領域を有し、前記複数の発熱領域を切替えて励磁コイルに対向可能とし、
   前記摺動部材の発熱領域は前記無端ベルトの回転軸方向に対して、中央部が凸形状であることを特徴とする誘導加熱定着装置。
3. 前記摺動部材の断面を円形状とし、且つ前記円形状は周方向に２つ以上の円弧部に分割されていることを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱定着装置。

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