JP2005190693A - 加熱装置、これを用いた定着装置及びこの定着装置を用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ユニットの交換に伴う交換コストを低減させることができる電磁誘導加熱方式の加熱装置、定着装置、及びそれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 定着装置３６は、発熱ローラである定着ローラ４０と加圧ローラ４１等の非電気系部品をユニット化し、これ以外の誘導加熱手段５０や電気系構成要素をほとんどすべて外部に持ち、それらを設けた画像形成装置本体６０に装着することにより定着装置として機能し得る構造とする。ユニット化した部分の交換時には、誘導加熱手段５０、サーミスタ４３、サーモスタット４４、フォトセンサ４５、及びそれら用のハーネス、コネクタを含む電気部品をすべて画像形成装置本体６０側に残して交換する。これにより、ユニットの交換に伴ってユーザーが負担しなければならない交換コストを低減させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、誘導発熱装置を備え、例えば各種材料や装置を加熱する加熱装置と、これを用いた定着装置及びこの定着装置を用いた電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、普通紙やＯＨＰ等の記録媒体上に画像を形成するが、画像形成の高速性や画像品質、コスト等から電子写真方式が多く採用されている。電子写真方式は、記録媒体上にトナー像を形成し、形成したトナー像を熱と圧力で記録媒体に定着する方法である。定着方式としては、安全性等の面からヒートローラ方式が現在最も多く採用されている。ヒートローラ方式は、金属製のコアを有する加熱ローラの内部にハロゲンヒータ（ランプ）等の発熱部材を設け、これにより発熱する加熱ローラと、これに対向配置する加圧ローラとを圧接し、ニップ部と称する相互圧接部を形成し、このニップ部にトナー像が転写された記録媒体を通して加熱、加圧してトナーを記録媒体に定着させるものである。

ところでこのような定着装置においては、省エネルギー及び画像形成装置使用時にユーザーを待たせない等の観点から、加熱部材を瞬時に所定の温度まで昇温させることができ、待ち時間を非常に短縮できる装置が求められるようになってきている。ところがヒートローラ方式では、鉄やアルミ等の金属ローラを主に使用しているために加熱ローラの熱容量が大きく、このような要請に対して簡単には対応できない。

そこで近年、誘導加熱方式を用いた定着装置が提案されている。この方式の定着装置は、導電層を表層あるいは表層近くに有する発熱ローラや発熱ベルト等の発熱部材を電磁誘導により発熱させて記録媒体の加熱を行うというものである。この技術はフリッカー等の問題も無く、発熱ローラや発熱ベルト導電層のみを瞬時に加熱することができるので、待ち時間の短い定着装置を提供するのに非常に有効である。

また誘導加熱方式は、発生させた磁界を発熱ローラや発熱ベルト等の発熱部材に作用させることができれば、発熱部材の内部に限らず外部に設けても良く、定着装置の構成に応じて任意の位置に配置することができ、例えば加熱したい部分に対して磁界を作用させ、所望の部分だけを選択的にしかも瞬時に加熱させることができるという利点がある。

特開２００２−２９６９３号公報

上述のような定着装置では、定着のためのニップ入口側近傍にサーミスタ等の熱応答性の高い感温素子からなる温度検出手段を配し、これにより発熱ローラやベルトの表面温度を所定の温度に温調制御しているが、発熱ローラ等の表面が記録材を搬送、定着するときの接触、こすれ等によって経時的に摩耗することがある。その場合、定着装置全体を交換するのが一般的であるが、そのような交換形態では、交換が必要な発熱ローラやベルトだけでなく、本来はまだ使用できる誘導コイルユニット、サーモスタット、サーミスタ、回転検知手段、及びそれらに伴うハーネス部品、コネクタ等までも交換してしまうことになる。このような交換した使用可能部品を再生する技術が改善されているため、社会的には資源の無駄使いにならなくなりつつあるが、ユーザーにとってはユニット交換コストが高くついてしまっている。

そこで本発明は、ユニットの交換に伴う交換コストを低減させることができる電磁誘導加熱方式の加熱装置、定着装置、及びそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る加熱装置は、電磁誘導により発熱する回転体、該電磁誘導のための磁場を発生させる磁場発生手段を有する加熱装置であって、被装着装置本体に対して着脱可能としてなるものにおいて、前記被装着装置本体側に設けたコイル等の電気的構成要素と組み合わせて使用可能としてなることを特徴とする。

請求項２に係るものは、請求項１の加熱装置において、加熱源として誘導加熱を用いるものにおいて、電磁誘導により発熱する磁性金属を一部に有する発熱ローラまたは発熱ベルトを有し、前記被装着装置本体側に設ける電気的構成要素を、誘導コイル、温度過昇防止素子、温度検知素子及びそれらを駆動するための電気回路としてなることを特徴とする。

請求項３に係るものは、請求項２の加熱装置において、前記被装着装置本体側に設ける電気的構成要素が、前記発熱ローラの回転を検知するための回転検知素子と該回転検知素子用の電気回路を含むことを特徴とする。

請求項４に係る定着装置は、トナー像が形成された記録シートを加熱及び加圧することにより定着させる定着装置において、該定着装置を取り付ける画像形成装置本体から取り外し可能であるとともに、前記画像形成装置本体側に設けたコイル等の電気的構成要素と組み合わせて使用可能としてなることを特徴とする。

請求項５に係るものは、請求項４の定着装置において、加熱源として誘導加熱を用いるものにおいて、電磁誘導により発熱する磁性金属を一部に有する発熱ローラまたは発熱ベルトを有し、前記画像形成装置本体側に設ける電気的構成要素を、誘導コイル、温度過昇防止素子、温度検知素子及びそれらを駆動するための電気回路としてなることを特徴とする。

請求項６に係るものは、請求項５の定着装置において、前記画像形成装置本体側に設ける電気的構成要素が、前記発熱ローラの回転を検知するための回転検知素子と該回転検知素子用の電気回路を含むことを特徴とする。

請求項７に係る画像形成装置は、像担持体上にトナー像を形成する現像装置と、記録シートの表面にトナー像を形成する転写装置と、トナー像が形成された記録シートを加熱及び加圧することにより定着させる定着装置とを有する画像形成装置において、前記定着装置を、画像形成装置本体から取り外し可能に設けるとともに前記画像形成装置本体側に設けたコイル等の電気的構成要素と組み合わせて使用可能としてなることを特徴とする。

請求項８に係るものは、請求項７の画像形成装置において、電磁誘導により発熱する磁性金属を一部に有する発熱回転体を有し、前記定着装置の加熱源として誘導加熱を用いるものであり、前記画像形成装置本体側に設ける電気的構成要素を、誘導コイル、温度過昇防止素子、温度検知素子及びそれらを駆動するための電気回路としてなることを特徴とする。

請求項９請求項８の画像形成装置において、前記画像形成装置本体側に設ける電気的構成要素が、前記発熱回転体の回転を検知するための回転検知素子と該回転検知素子用の電気回路を含むことを特徴とする。

本発明は、加熱装置、定着装置としてのユニット側の部品構成を簡易化することで製造時の組み立て時間を短縮でき、またユニットの交換に伴ってユーザーが負担しなければならない交換コストを低減させることができる。しかも無駄な部品を生じさせず省資源の観点からも優れたものとなる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

図１は、本発明に係る加熱装置とこれを用いた定着装置を採用した電子写真方式の画像形成装置の一例を概念的に示す断面図である。この画像形成装置は主に、原稿を読み取る読み取りユニット１１、画像を形成する画像形成部１２、自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）１３、ＡＤＦ１３から送り出される原稿をスタックする原稿排紙トレイ１４、給紙カセット１５ないし１８を備える給紙部１９、記録用紙をスタックする排紙部（排紙トレイ２０）により構成してある。

そして、ＡＤＦ１３の原稿台２１上に原稿Ｄをセットして図示せぬ操作部での操作、例えばプリントキーの押下操作をすると、最上位の原稿Ｄがピックアップローラ２２の回転により矢印Ｂ１方向へ送り出され、原稿搬送ベルト２３の回転により、画像読み取りユニット１１に固定されたコンタクトガラス２４上へ給送され、そこで停止する。コンタクトガラス２４上に載置された原稿Ｄの画像は、画像形成部１２とコンタクトガラス２４の間に位置する読み取り装置２５によって読み取る。読み取り装置２５は、コンタクトガラス２４上の原稿Ｄを照明する光源２６、原稿画像を結像する光学系２７、原稿画像を結像させるＣＣＤ等からなる光電変換素子２８等を有している。画像読み取り終了後、原稿Ｄを搬送ベルト２３の回転により矢印Ｂ２方向へ搬送して排紙トレイ１４上へ排出する。このように、原稿Ｄを１枚ずつコンタクトガラス１４上へ給送して原稿画像を画像読み取りユニット１によって読み取る。

一方、画像形成部２の内部には、像担持体である感光体３０が配置してある。感光体３０は、図において時計方向に回転駆動し、帯電装置３１によって表面を所定の電位に帯電させる。また、書き込みユニット３２からは、読み取り装置２５によって読み取った画像情報に応じて光変調したレーザ光Ｌを照射し、帯電させた感光体３０の表面をこのレーザ光Ｌで露光し、これによって感光体３０の表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像装置３３を通るとき、対向する転写装置３４によって感光体３０と転写装置３４の間に給送された記録媒体Ｐに転写する。トナー像転写後の感光体３０の表面は、クリーニング装置３５によって清掃する。

画像形成部２の下部に配置した複数の給紙カセット１５ないし１８には、紙等の記録媒体Ｐを収容してあり、いずれかの給紙カセット１５ないし１８から記録媒体Ｐを矢印Ｂ３方向へ送り出し、その記録媒体Ｐの表面に、上述のように感光体３０の表面に形成したトナー像を転写する。次に、記録媒体Ｐを矢印Ｂ４で示すように画像形成部２内の定着装置３６を通し、熱と圧力の作用によって記録媒体Ｐの表面に転写されたトナー像を定着させる。定着装置３６を通った記録媒体Ｐを排出ローラ対３７によって搬送し、矢印Ｂ５で示すように排紙トレイ２０へ排出し、スタックする。

図２は本発明に係る加熱装置とこれを用いた定着装置の第１実施例を示し、画像形成装置から取り外した状態の断面図（Ａ）と取り付けた状態の断面図である。

本実施例の定着装置３６は、誘導加熱手段５０の電磁誘導により加熱される発熱ローラ（定着ローラ）４０と、定着ローラ４０と軸線が平行となるように配置した加圧ローラ４１と等から構成してある。

定着ローラ４０は、中空円筒状の金属材からなる芯金４０ａと、芯金４０ａの外周に径方向外側に向かって順に、断熱層４０ｂ、発熱層４０ｃ、弾性層４０ｄ、離型層４０ｅを有している。芯金４０ａは、たわみを防ぐものであり、適宜な肉厚の例えばアルミニウムや鉄などの金属から構成してある。もちろん樹脂、ガラス、セラミック製等であってもかまわない。

断熱層４０ｂは、発熱層４０ｃから芯金４０ａへの熱の移動を抑制するための層であり、適当な硬度を有する発泡シリコーンゴム等で形成してある。もちろん断熱層４０ｂの材料としては、発泡シリコーンゴム以外のものでもよく、例えば同じく耐熱エラストマー系材料としてフッ素ゴム等も採用できる。断熱層４０ｂの材料としては、発泡性を有しないソリッドのシリコーンゴムを使用してもよいが、熱伝導率が低く熱移動が少ないこと及びゴムの熱膨張による発熱層４０ｃ（金属層）に加わる応力を低減できることなどの観点から、発泡シリコーンゴムが望ましい。

発熱層４０ｃは、ニッケル、鉄、ステンレス等の金属からなる例えば厚さが３０〜１００μｍの薄い金属層で、熱伝導率の高い層とする。また弾性層４０ｄは、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性のあるエラストマーから形成するもので、例えば厚さは０．８ｍｍ程度とするものである。この弾性層４０ｄは、用紙Ｐやトナー画像Ｔの凹凸に追従できる柔軟性を得るために設けてある。この弾性層４０ｄは、発熱層４０ｃの外側に位置するので、発熱層４０ｃによる熱を伝えやすい熱伝導率の高いものが望ましい。さらに離型層４０ｅは、定着ローラ４０の表面にオイルを塗布しなくても離型性を確保できるようにするために設けてあり、ＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂、あるいは離型性を有するシリコン系樹脂やゴムにより、例えば厚さが１０〜８０μｍの層となるように形成してある。シリコーンゴムよりも摩耗しにくく傷の付き難いＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂で形成すれば、定着ローラ４０としての耐久性を高めることもできる。

また加圧ローラ４１は、例えば鉄、銅やアルミ等の熱伝導性の高い金属製の円筒部材からなる芯金４１ａの外周に、上述した定着ローラ４０と同様の素材からなる断熱層４１ｂ、弾性層４１ｃ、離型層４１ｄを設けて構成してある。加熱ローラ４１は図示しない付勢手段により定着ローラ４０の表面に押し当てられて画像定着用のニップを形成しており、また定着ローラ４０を図示しない駆動手段により回転駆動すると、それに連れて従動回転するようになっている。

さらに定着装置３６のケーシング３６ａには、回転検出板４２が取り付けてある。回転検出板４２は、図示の例では多数の切り欠きによって複数の羽根状部分４２ａを形成した略円板状の部材であり、詳細な図示は省略するが加圧ローラ４１と同軸に設けた部材との係脱により加圧ローラ４１の回転との連動回転するようになっており、後述するフォトセンサを羽根状部分４２ａが遮ることによって加圧ローラ４１の回転をフォトセンサに検出させるようになっている。

なお図中４６は、定着ローラ４０から用紙Ｐを剥がすための分離板である。

誘導加熱手段５０は、画像形成装置本体６０側に形成した取り付け部６１に設けてあり、電磁誘導によって定着ローラ４０を加熱するものである。例えば、磁界発生手段である励磁コイル５１、励磁コイル５１を巻いたフェライト等の強磁性体からなる励磁コイルコア５２等から構成してある。もちろんその他適宜の構成を有する誘導加熱のための手段、装置を採用できる。

画像形成装置本体６０側の取り付け部６１には、定着ローラ４０の外周近傍に配置する温度検知素子としてのサーミスタ４３と、同じく定着ローラ４０の外周近傍に配置する定着ローラ４０の温度過昇防止素子としてのサーモスタット４４が設けてある。なおサーミスタ４３とサーモスタット４４は、温度検知、過昇温防止手段としての温度検出対象箇所として最も好ましい部位のチェックを最適に行える箇所に設置すればよく、図示の位置には限定されない。

また画像形成装置本体６０側の取り付け部６１にはフォトセンサ４５が設けてある。フォトセンサ４５は、例えば発光、受光素子を備え、それらの間を回転する回転検出板４２の羽根状部分４２ａが通過することによって受光が遮断されることにより、定着ローラ４０または加圧ローラ４１の回転を検出するものである。もちろん回転検出としてはフォトセンサ４５と回転検出板４２の組み合わせ以外のものであって良い。

すなわち本実施例の定着装置３６は、発熱ローラである定着ローラ４０と加圧ローラ４１等の非電気系部品をユニット化し、これ以外の誘導加熱手段５０や電気系構成要素をほとんどすべて外部に持っており、それらを設けた画像形成装置本体６０に装着することにより定着装置として機能し得る構造となるように構成してある。そしてユニット化した部分の交換時には、誘導加熱手段５０、サーミスタ４３、サーモスタット４４、フォトセンサ４５、及びそれら用のハーネス、コネクタを含む電気部品をすべて画像形成装置本体６０側に残して交換することができる。このことは、ユニットの交換に伴ってユーザーが負担しなければならない交換コストを低減させることを可能にする。

またもちろん加熱装置、定着装置としてのユニット側の部品構成が非常に簡易化されるので、製造時の組み立て時間を短縮できることや、無駄な部品を生じさせずに交換できるので、省資源の面でも優れたものとなる。

またこの実施例では、新品のユニットを取り付ける時には、画像形成装置本体６０側に残っている部品との位置関係をばらつかないように決める必要がある。そのため、画像形成装置本体６０側のそれぞれの部品の一部には、定着ローラ４０に対して突き当てることによって所定の位置関係になるような位置決め部材（図示は省略するが、適宜公知の手段でよい。）を設ける。なお位置決め部材の定着ローラ４０との接触部分には回転部材を設けて摺動による摩耗が発生しないようにすることが好ましい。

図３は本発明に係る加熱装置とこれを用いた定着装置の第２実施例を示し、画像形成装置から取り外した状態の断面図（Ａ）と取り付けた状態の断面図である。本実施例の定着装置３６は、基本的に先に説明した実施形態に、発熱ベルト７０と、定着ローラ４０と軸線が平行となるように配置してあって定着ローラ４０との間に発熱ベルト７０を掛け回すためのテンションローラ７１を備え、誘導加熱手段５０による電磁誘導によって発熱ベルト７０を発熱させるようにした点が異なるものである。

発熱ベルト７０は、詳細な図示は省略するが、例えば鉄、コバルト、ニッケル等の磁性を有する金属またはそれらの合金を基材（金属発熱層）とし、その表面をシリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性部材からなる離型層で覆って構成した複合層ベルトや、基材に例えばニッケル電鋳を施し、その上を弾性層、テフロン（登録商標）等の離型層で覆ってなるものや、ポリイミド層上に多層の金属発熱層を設け、その上に弾性層と離型層を設けてなるもの等々、種々の複合ベルト材を用いることができる。この発熱ベルト７０は、誘導加熱手段５０との対向部位で電磁誘導を受け、発熱して昇温する。

すなわち本実施例の定着装置３６も、定着ローラ４０、加圧ローラ４１、発熱ベルト７０、テンションローラ７１等の非電気系部品をユニット化し、これ以外の誘導加熱手段５０や電気系構成要素をほとんどすべて外部に持ち、それらを設けた画像形成装置本体６０に装着することにより定着装置として機能し得る構造となるように構成してある。そしてユニット化した部分の交換時には、誘導加熱手段５０、サーミスタ４３、サーモスタット４４、フォトセンサ４５、及びそれら用のハーネス、コネクタを含む電気部品をすべて画像形成装置本体６０側に残して交換することができ、先の実施例と同様に、ユニットの交換に伴ってユーザーが負担しなければならない交換コストを低減させることを可能にする。

またもちろん加熱装置、定着装置としてのユニット側の部品構成が非常に簡易化されるので、製造時の組み立て時間を短縮できることや、無駄な部品を生じさせずに交換できるので、省資源の面でも優れたものとなる。

この実施例では、新品のユニットを取り付ける時に用いる位置決め部材はテンションローラ７１に掛け回されている発熱ベルト７０との接触部分による位置決めを行うものとなるが、構成等は先の実施例と同様でよい。

なお、以上説明してきた実施例は単なる一例であって、本発明は図示した画像形成装置、定着装置、加熱装置に限定されるものではない。

本発明に係る加熱装置とこれを用いた定着装置を採用した電子写真方式の画像形成装置の一例を概念的に示す断面図 本発明に係る加熱装置とこれを用いた定着装置の第１実施例を示し、画像形成装置から取り外した状態の断面図（Ａ）と取り付けた状態の断面図 本発明に係る加熱装置とこれを用いた定着装置の第２実施例を示し、画像形成装置から取り外した状態の断面図（Ａ）と取り付けた状態の断面図

符号の説明

１１：読み取りユニット
１２：画像形成部
１３：自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）
１４：原稿排紙トレイ
１９：給紙部
２０：排紙トレイ
２１：原稿台
３０：感光体
３１：帯電装置
３３：現像装置
３４：転写装置
３５：クリーニング装置
３６：定着装置
３６ａ：定着装置のケーシング
４０：定着ローラ
４０ａ：芯金
４０ｂ：断熱層
４０ｃ：発熱層
４０ｄ：弾性層
４０ｅ：離型層
４１：加圧ローラ
４１ｂ：断熱層
４１ｃ：弾性層
４１ｄ：離型層
４２：回転検出板
４２ａ：羽根状部分
４３：サーミスタ
４４：サーモスタット
４５：フォトセンサ
４６：分離板
５０：誘導加熱手段
５１：励磁コイル
５２：励磁コイルコア
６０：画像形成装置本体
６１：取り付け部
７０：発熱ベルト
７１：テンションローラ
Ｐ：用紙
Ｔ：トナー

Claims (9)

1. 電磁誘導により発熱する回転体、該電磁誘導のための磁場を発生させる磁場発生手段を有する加熱装置であって、被装着装置本体に対して着脱可能としてなるものにおいて、前記被装着装置本体側に設けたコイル等の電気的構成要素と組み合わせて使用可能としてなることを特徴とする加熱装置。
2. 請求項１の加熱装置において、加熱源として誘導加熱を用いるものにおいて、電磁誘導により発熱する磁性金属を一部に有する発熱ローラまたは発熱ベルトを有し、前記被装着装置本体側に設ける電気的構成要素を、誘導コイル、温度過昇防止素子、温度検知素子及びそれらを駆動するための電気回路としてなることを特徴とする加熱装置。
3. 請求項２の加熱装置において、前記被装着装置本体側に設ける電気的構成要素が、前記発熱ローラの回転を検知するための回転検知素子と該回転検知素子用の電気回路を含むことを特徴とする加熱装置。
4. トナー像が形成された記録シートを加熱及び加圧することにより定着させる定着装置において、該定着装置を取り付ける画像形成装置本体から取り外し可能であるとともに、前記画像形成装置本体側に設けたコイル等の電気的構成要素と組み合わせて使用可能としてなることを特徴とする定着装置。
5. 請求項４の定着装置において、加熱源として誘導加熱を用いるものにおいて、電磁誘導により発熱する磁性金属を一部に有する発熱ローラまたは発熱ベルトを有し、前記画像形成装置本体側に設ける電気的構成要素を、誘導コイル、温度過昇防止素子、温度検知素子及びそれらを駆動するための電気回路としてなることを特徴とする定着装置。
6. 請求項５の定着装置において、前記画像形成装置本体側に設ける電気的構成要素が、前記発熱ローラの回転を検知するための回転検知素子と該回転検知素子用の電気回路を含むことを特徴とする定着装置。
7. 像担持体上にトナー像を形成する現像装置と、記録シートの表面にトナー像を形成する転写装置と、トナー像が形成された記録シートを加熱及び加圧することにより定着させる定着装置とを有する画像形成装置において、前記定着装置を、画像形成装置本体から取り外し可能に設けるとともに前記画像形成装置本体側に設けたコイル等の電気的構成要素と組み合わせて使用可能としてなることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項７の画像形成装置において、電磁誘導により発熱する磁性金属を一部に有する発熱回転体を有し、前記定着装置の加熱源として誘導加熱を用いるものであり、前記画像形成装置本体側に設ける電気的構成要素を、誘導コイル、温度過昇防止素子、温度検知素子及びそれらを駆動するための電気回路としてなることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項８の画像形成装置において、前記画像形成装置本体側に設ける電気的構成要素が、前記発熱回転体の回転を検知するための回転検知素子と該回転検知素子用の電気回路を含むことを特徴とする画像形成装置。
   

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