JP2005208474A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘導加熱する定着ベルトからの漏れる磁束を効果的に発熱に利用する定着装置。
【解決手段】 発熱部材７２上に張架された定着ベルト７１が、励磁コイルに交流電流を流すことで発熱するベルトの金属層は、厚み５〜４５μｍ、体積抵抗率１０^-8〜１０^-7Ωｍ、比透磁率μ（Ａ）で、発熱部材７２の金属部材は、厚み０．２〜１．０ｍｍ、比透磁率μ（Ｂ）で、μ（Ａ）＜μ（Ｂ）の関係とする。
【選択図】 図２

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方式の定着装置に関する。

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ムアップ時間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、加熱部材としてローラ状の電磁誘導定着用回転部材（磁性定着ローラ）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。）。

また回転する無端ベトルの外側に励磁コイルを設け、誘導加熱によって発熱する無端ベルト（定着ベルト）を用い、定着ベルトと加圧ベルトとの間で形成されるニップ部で転写材の定着を行う定着装置も提案されている（特許文献２参照。）。
特許２００２−４９２６０号公報 特許２００３−３２３０７４号公報

誘導加熱によって発熱する可撓性の定着ベルトは、ベルト内に金属層が設けられ、金属層の厚みは３０μｍ〜５０μｍ程度の定着ベルトが用いられて来た。金属層の厚みが５０μｍを越すとベルトの可撓性が失われ、金属層の厚みが３０μｍ以下とするときは磁束の多くがベルトを通過して発熱効果が失われる。また３０μｍ〜５０μｍの間の金属層の厚みとするときも、磁束の多くはベルト外部に漏れ出して発熱効果が低いという問題があった。

本発明は、誘導加熱する定着ベルトからの漏れ磁束を効果的に発熱に利用して、ウォーミングアップ時間の短縮を図り、省エネルギー化を達成した誘導加熱方式の可撓性の定着ベルトを用いた定着装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決し、かつ目的を達成するために本発明は以下のように構成している。

請求項１記載の発明は、「定着ベルトと、該定着ベルトの内面を支持する発熱部材及び定着ローラと、該定着ベルトを介して前記定着ローラと圧接してニップ部を形成する加圧ローラと、該定着ベルトを介して発熱部材に対向する励磁コイルを有し、
該励磁コイルに交流電流を流すことによって前記定着ベルトと前記発熱部材とを誘導加熱し、前記定着ベルトと前記加圧ローラとで転写材をニップ部で挟持搬送してトナー像を定着する定着装置において、
前記定着ベルトは絶縁基体、金属層、弾性層、離型層から構成され、金属層の厚みは５〜４５μｍ、金属の体積抵抗率は１０^-8〜１０^-7Ωｍであり、
前記発熱部材の厚みは０．２〜１．０ｍｍの磁性金属部材であり、
前記定着ベルトの金属層の比透磁率μ（Ａ）と前記発熱部材の比透磁率μ（Ｂ）とはμ（Ａ）＜μ（Ｂ）の関係を有することを特徴とする定着装置。」である。

請求項２記載の発明は、「前記定着ベルトの金属層にはニッケル、銅、銀、金、アルミニウム合金、チタン合金の何れかを使用することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。」である。

請求項３記載の発明は、「前記定着ベルトの金属層の比透磁率は１〜３００、前記発熱部材の磁性金属の比透磁率は１００〜１０００であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。」である。

請求項１〜３記載の発明によるときは、励磁コイルに交流電流を流して生じる磁束によって、本発明の薄層の金属層を有した定着ベルトに対して効率よく誘導加熱がなされると共に、該定着ベルトからの漏れ磁束は効率的に該定着ベルトの内面を支持する発熱部材の発熱に利用され、ウォーミングアップ時間の短縮を図り、省エネルギー化を達成した誘導加熱方式の可撓性の定着ベルトを用いた定着装置が提供されることとなる。

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方式の定着装置が用いられる画像形成装置について、図１に示す概略断面図を用いて説明する。

図１において、１は電子写真感光体である感光体ドラムであって、感光体ドラム１は矢示の方向に所定の周速度で回転駆動されなから、その表面が帯電器２によってマイナスの所定の電位ＶＨに一様帯電される。

３は像露光手段としての露光装置で、図示しない画像読取装置やコンピュータ等のホスト装置から入力される画像情報の時系列デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力する。一様帯電された感光体ドラム１表面は、このレーザビームによって走査露光される。これにより感光体ドラム１の露光部分は電位絶対値が低下して電位ＶＬとなり感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。

現像器４は回転駆動される現像ローラ４ａを備えている。現像ローラ４ａは感光体ドラム１と対向して配置されており、その外周面にマイナスに帯電したトナーの薄層が形成される。現像ローラ４ａには、その絶対値が感光体ドラム１の電位ＶＨよりも小さく、電位ＶＬよりも大きい現像バイアス電圧が印加されており、これにより現像ローラ４ａ上のトナーが感光体ドラム１の電位ＶＬ部分にのみ付着して反転現像が行われ、トナー像が形成される。

一方、給紙部（不図示）から給送される転写材である記録紙Ｐはレジストローラ９を経て、感光体ドラム１と帯電転写極５とで形成される転写領域へと感光体ドラム１の回転と同期した適切なタイミングで送られる。そして、感光体ドラム１上のトナー像は転写バイアスが印加された帯電転写極５により記録紙Ｐに転写される。

６は定着紙ガイドで、トナー像が転写された記録紙Ｐを本発明の定着装置７へと搬送し、定着装置７において記録紙Ｐ上に転写されたトナー像の定着がなされる。定着装置７を通過してトナー像の定着を終えた記録紙Ｐは排紙トレイ（不図示）上に排出される。

一方、記録紙Ｐが分離された後の感光体ドラム１は、その表面に付着した転写残トナー等の残留物の除去がクリーニング装置８によって行われ、クリーニングされた感光体ドラム１は繰り返し次の画像形成に供される。

なお、上記の画像形成装置の説明においては、モノクロ画像形成を行う装置について説明したが、本発明の定着装置はカラー画像形成装置に対しても適用される。

（２）本発明の誘導加熱方式の定着装置について説明する。図２に示すのは本発明の定着装置の概略断面図である。

本発明の定着装置７は、定着ベルト７１と、定着ベルト７１の内面を支持する発熱部材７２及び定着ローラ７３と、定着ローラ７１を介して定着ローラ７３と圧接してニップ部を形成する加圧ローラ７４と、定着ベルト７１を介して発熱部材７２に対向する励磁コイル７５を有していて、励磁コイル７５に交流電流を流すことによって定着ベルト７１と発熱部材７２とを誘導加熱し、定着ローラ７３で支持された定着ベルト７１と加圧ローラ７４とて転写材をニップ部で挟持搬送してトナー像を定着する構成となっている。

定着ベルト７１は、金属層を有する可撓性の無端ベルトで、ベルト内面から絶縁基体７１ａ、金属層７１ｂ、弾性層７１ｃ、離型層７１ｄからの４層に構成されている。絶縁基体７１ａとしてポリイミド樹脂のほかフッ素樹脂等の耐熱性を有する樹脂が用いられ、本実施例においては厚さ１０μｍのポリイミド樹脂が用いられている。

金属層７１ｂは、定着ベルト７１の誘導発熱層であって、厚み５〜４５μｍで金属の体積抵抗率は１０^-8〜１０^-7Ωｃｍの比透磁率μ（Ａ）が１〜３００の金属で、ニッケル、銅、銀、金、アルミニウム、チタン又はそれ等の合金が用いられ、本実施例においては厚み４０μｍのニッケルが用いられている。

定着ベルト７１の弾性層７１ｃは、カラー画像の定着時に特に有効に作用する。弾性層７１ｃとしては例えば弾力性を有する発泡体であるシリコンゴム等が用いられ、本実施例においては厚さ２００μｍのゴム層を設けている。

定着ベルト７１の表面層をなす離型層７１ｄには、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、シリコンゴム、フッ素ゴム等の離型性の良好な樹脂やゴムが単独あるいは混合して用いられ、本実施例において厚さ１０μｍのＰＦＡ層を設けている。

発熱部材７２は、本実施例では薄肉の磁性金属から成る円筒で、材質として鉄等の比透磁率μ（Ｂ）は１００〜１０００の金属円筒が用いられ、熱容量を小さく押える必要から厚み０．２〜１．０ｍｍ、本実施例では厚み０．５ｍの鉄ローラに１０μｍ厚のＰＦＡ樹脂で被覆して用いている。なお発熱部材７２は回転する円筒形状に限定するものではなく、断面が半月形の固定部材であってもよい。また発熱部材７２が円筒形状の場合には、線速３２０ｍｍ／ｓｅｃで定着を行う場合には円筒径は少なくともφ５５ｍｍを必要とし、線速をより高速とするときは円筒径は更に大とすることが行われる。

励磁コイル７５は、細い線を束ねたリッツ線を用いて形成されており、発熱部材７２に巻き付いた定着ベルト７１を覆うような断面形状となっている。また、励磁コイル７５の中心と背面の一部には、フェライトコアやパーマロイ等の高比磁率から成る芯材７６が設けられている。励磁コイル７５には励磁回路（不図示）から２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの励磁電流が印加され、これによって定着ベルト７１の金属層７１ｂ及び発熱部材７２の磁性金属部分は、電磁誘導により加熱される。

定着ローラ７３は、表面をゴム硬度１０Ｈｓ〜４０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）の弾力性を有する発泡体のシリコンゴムによって構成されたローラで、誘導加熱された定着ベルト７１は定着ローラ７３と発熱部材７２との間に所定の張力をもって懸架され、回転移動を可能としている。

加熱ローラ７４は、ゴム硬度４０Ｈｓ〜８０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）の耐熱性のフッ素ゴムやシリコンゴムのローラ層と、該ローラ層の表面にＰＦＡチューブを被覆した離型層とから成るハードローラで、熱伝導性の小さい材料によって構成され、定着ベルト７１を介して定着ローラ７３に圧接し、ニップ部を形成している。そして、定着ローラ７３及び／又は加圧ローラ７４に回転駆動力を付与することによって、トナー像を保持した記録紙Ｐの定着がニップ部において行われる。

なお実施例においては、定着ローラ７３をソフトローラ、加圧ローラ７４をハードローラとしているが、この関係を逆転することも可能である。

（３）本発明は、定着ベルト７１の金属層７１ｂとして、厚み５〜４５μｍ、体積抵抗率１０^-8〜１０^-7Ωｍ、比透磁率μ（Ａ）が１〜３００の低磁性金属を用い、発熱部材７２の金属部分については、厚み０．２〜１．０ｍｍ、比透磁率μ（Ｂ）が１００〜１０００の磁性金属で、比透磁率μ（Ａ）と比透磁率μ（Ｂ）との間ではμ（Ａ）＜μ（Ｂ）の関係にあることを特徴としている。

図３は、励磁コイル７５によって誘導加熱される定着ベルト７１と発熱部材７２との関係を示す説明図で、図３（ａ）は定着ベルト７１のみで背後に発熱部材７２がない場合のみ磁束の状態を示し、図３（ｂ）は定着ベルト７１と発熱部材７２とか存在した場合の磁束の状態を示している。

定着ベルト７１は可撓性を有している必要性から金属層７１ｂは薄肉である。金属層７１ｂが誘導加熱するには、励磁コイル７５に印加する周波数帯（２０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚ）に対してインダクタンス及び抵抗値がある範囲内にないと回路が動かない関係から、本発明においては上記の金属層７１ｂの特性を実験的に設定している。この場合、金属層７１ｂの厚みが薄い関係から磁束は漏れ出すという欠点がある。

本発明においては、図３（ｂ）に示すように、上記条件を満たす熱容量の小さい発熱部材７２を設けることによって、漏れ磁束を効果的に捕捉し、定着ベルト７１が加熱されると共に、その背後にあって発熱部材７２も発熱し、共働して加熱定着の効果が発揮される構成としている。

（４）本発明者らは、図２によって説明した定着装置７を用い、定着ベルト７１の金属層７１ｂ及び発熱部材７２の金属部分について、材質及び厚みを異にした各種の作製を行い、それらの組み合わせによるテストを行い、本発明の効果の確認を行っている。

テストでは、ニップ部における定着ベルト７１の温度を測定し、ウォーミングアップ時間をも加味して発熱効果の良否の評価を行っている。

×不良 △やや不良 ○良好 ◎極めて良好
上記テストにおいて、比透磁率１の金属として本テストでは銀を用いているが、銅または金等の金属を用いることによっても略近似した結果を得ている。また、比透磁率１８０の金属としてはニッケルを用い、比透磁率５００の金属としては鉄を用いテストを行っている。

比較例として記載したテスト番号２２、２３は、何れも定着ベルト７１の発熱効果としては良好であったが、定着ベルト７１の可撓性においては劣っていて、耐用寿命が本発明と比較して可なり短いという欠点が認められた。

画像形成装置の概略断面図。 本発明の定着装置の概略断面図。 定着ベルトと発熱部材との磁束状態を示す説明図。

符号の説明

７ 定着装置
７１ 定着ベルト
７１ｂ 金属層
７２ 発熱部材
７３ 定着ローラ
７４ 加圧ローラ
７５ 励磁コイル

Claims (3)

1. 定着ベルトと、該定着ベルトの内面を支持する発熱部材及び定着ローラと、該定着ベルトを介して前記定着ローラと圧接してニップ部を形成する加圧ローラと、該定着ベルトを介して発熱部材に対向する励磁コイルを有し、
   該励磁コイルに交流電流を流すことによって前記定着ベルトと前記発熱部材とを誘導加熱し、前記定着ベルトと前記加圧ローラとで転写材をニップ部で挟持搬送してトナー像を定着する定着装置において、
   前記定着ベルトは絶縁基体、金属層、弾性層、離型層から構成され、金属層の厚みは５〜４５μｍ、金属の体積抵抗率は１０^-8〜１０^-7Ωｍであり、
   前記発熱部材の厚みは０．２〜１．０ｍｍの磁性金属部材であり、
   前記定着ベルトの金属層の比透磁率μ（Ａ）と前記発熱部材の比透磁率μ（Ｂ）とはμ（Ａ）＜μ（Ｂ）の関係を有することを特徴とする定着装置。
2. 前記定着ベルトの金属層にはニッケル、銅、銀、金、アルミニウム合金、チタン合金の何れかを使用することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ベルトの金属層の比透磁率は１〜３００、前記発熱部材の磁性金属の比透磁率は１００〜１０００であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。

Images