JP2006251497A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体の表面温度を適正な定着温度に制御することができるようにする。
【解決手段】支持部材と、該支持部材によって支持された発熱体と、磁場を発生させ、前記発熱体を誘導加熱によって発熱させる磁場発生装置１３と、該磁場発生装置１３に前記支持部材と接触させて配設され、支持部材と磁場発生装置１３との間のギャップを保持するギャップ保持部材とを有する。この場合、磁場発生装置１３に前記支持部材と接触させてギャップ保持部材が配設されるので、発熱体が発熱させられて熱膨張しても、ギャップを保持することができる。したがって、発熱体の表面温度を適正な定着温度に制御することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ、複合機等の画像形成装置、例えば、プリンタにおいては、感光体ドラムの表面を一様に、かつ、均一に帯電させ、帯電させられた表面を露光して静電潜像を形成し、該静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成するようにしている。そして、該トナー像は用紙に転写された後、定着装置において定着させられて画像が形成される。

前記定着装置は、ハロゲンヒータを内蔵する発熱体としての定着ローラ、及び該定着ローラに圧接する加圧ローラを備え、トナー像のトナーは、定着ローラによって加熱溶融され、加圧ローラによって用紙に押し付けられ、その結果、トナー像が用紙に定着させられる。

そして、前記定着ローラにサーミスタが押圧され、該サーミスタによって定着ローラの表面温度が検出される。

また、プリンタの電源回路においては、ＣＰＵからトライアックに制御信号を供給することによって、電源から前記ハロゲンヒータに供給される電流を制御するようになっている。そして、前記ＣＰＵは、前記サーミスタからセンサ出力が送られると、定着ローラの表面温度があらかじめ設定された定着温度になるように、前記制御信号を発生させ、トライアックに供給する。

ところで、定着装置において消費されるエネルギーを少なくするために、プリンタを使用しないときはハロゲンヒータへの通電を遮断し、プリンタを使用するときだけハロゲンヒータに通電するようにしているが、この種のプリンタにおいては、ハロゲンヒータを熱源としているので、定着ローラの表面温度の立上り時間が長くなってしまう。

そこで、誘導加熱によって定着ローラを加熱するようにした誘導加熱式の定着装置が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。

図２は従来の誘導加熱式の定着装置の断面図である。

図において、１１は、図示されない金属の芯金、及び該芯金の外側に形成された弾性層から成る定着ローラ、１３は、コア１３ａ、該コア１３ａに巻装されたコイル１３ｂ、及び両端に配設された固定部材１４を備えた磁場発生装置であり、前記各固定部材１４に回転自在に配設されたコロ１２によって、定着ローラ１１と磁場発生装置１３との間に所定のギャップが形成される。

また、１５は、磁場発生装置１３を揺動自在に支持し、定着ローラ１１に向けて押し付ける押付支持部材、１６は磁場発生装置１３を定着ローラ１１に押し付ける側に付勢するばね、１７は前記コイル１３ｂに接続され、コイル１３ｂに電流を供給する電源、１８は、前記定着ローラ１１を加圧し、ニップ領域Ｎを形成する加圧ローラ、１９は前記定着ローラ１１の表面温度を検出するサーミスタである。なお、２０は用紙である。

そして、前記コイル１３ｂに電流が供給され、磁場発生装置１３が磁場を発生させると、定着ローラ１１の芯金が誘導発熱体として機能し、芯金に渦電流が流れ、その結果、ジュール熱が発生し、定着ローラ１１が加熱される。
特開平１１−２３１６９７号公報

しかしながら、前記従来の定着装置においては、前記芯金と磁場発生装置１３とのギャップを常に適正な値に保持しなければならないが、前記芯金の外側に弾性層が形成され、該弾性層にコロ１２が押し付けられるようになっているので、定着ローラ１１が加熱され、温度が高くなると、弾性層が熱膨張してコロ１２を径方向外方に押し出してしまう。

その結果、芯金と磁場発生装置１３とのギャップがその分大きくなり、芯金における発熱量が少なくなって、定着ローラ１１の表面温度を適正な定着温度に制御することが困難になってしまう。

本発明は、前記従来の定着装置の問題点を解決して、発熱体の表面温度を適正な定着温度に制御することができるようにした定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

そのために、本発明の定着装置においては、支持部材と、該支持部材によって支持された発熱体と、磁場を発生させ、前記発熱体を誘導加熱によって発熱させる磁場発生装置と、該磁場発生装置に前記支持部材と接触させて配設され、支持部材と磁場発生装置との間のギャップを保持するギャップ保持部材とを有する。

本発明によれば、定着装においては、支持部材と、該支持部材によって支持された発熱体と、磁場を発生させ、前記発熱体を誘導加熱によって発熱させる磁場発生装置と、該磁場発生装置に前記支持部材と接触させて配設され、支持部材と磁場発生装置との間のギャップを保持するギャップ保持部材とを有する。

この場合、磁場発生装置に前記支持部材と接触させてギャップ保持部材が配設されるので、発熱体が発熱させられて熱膨張しても、ギャップを保持することができる。したがって、発熱体の表面温度を適正な定着温度に制御することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置としてのプリンタについて説明する。

図３は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概念図である。

図において、２０は記録媒体としての用紙、３１Ｂｋ、３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃはブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの画像を形成するための画像形成部、３２Ｂｋ、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃは転写部材としての転写ローラ、３３は用紙２０を搬送する搬送部材としての搬送ベルト、３４は定着装置である。

そして、前記画像形成部３１Ｂｋ、３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃは、像担持体としての図示されない感光体ドラム、該感光体ドラムの表面を一様に、かつ、均一に帯電させる帯電装置としての図示されない帯電ローラ、感光体ドラムの表面に形成された静電潜像に現像剤像としてのトナー像を形成する現像剤担持体としての図示されない現像ローラ、現像剤としてのトナーを供給する図示されない現像剤供給部、及び感光体ドラム上に残留したトナーを除去する図示されないクリーニング装置を備える。そして、前記画像形成部３１Ｂｋ、３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃと対向させて、前記帯電ローラによって帯電させられた感光体ドラムの表面を露光し、前記静電潜像を形成する露光装置が配設される。

前記各転写ローラ３２Ｂｋ、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃは、各感光体ドラム上に形成された各色のトナー像を用紙２０上に順次転写してカラーのトナー像を形成し、定着装置３４に送る。そして、前記定着装置３４において、カラーのトナー像を用紙２０に定着させることによって、カラー画像が形成される。

次に、定着装置３４について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における定着装置の断面図、図４は本発明の第１の実施の形態における定着装置の正面図、図５は本発明の第１の実施の形態における磁場発生装置の断面図、図６は本発明の第１の実施の形態における支持ローラの層構造を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態における定着ベルトの層構造を示す図ある。

図において、２０は用紙、２２は、ローラ状の形状を有し、回転自在に配設された支持部材としての、かつ、第１のローラとしての支持ローラ、２３は、ローラ状の形状を有し、鉄等の金属によって形成され、前記支持ローラ２２と所定の距離を置いて回転自在に配設された支持部材としての、かつ、第２のローラとしての張架ローラ、２４は、前記支持ローラ２２と張架ローラ２３との間に張設され、走行自在に配設され、かつ、支持ローラ２２及び張架ローラ２３によって支持され、シームレスなベルト部材から成る発熱体としての定着ベルト、１８は、定着ベルト２４を介して支持ローラ２２を加圧し、ニップ領域Ｎを形成する第３のローラとしての加圧ローラである。本実施の形態において、張架ローラ２３は一つだけ配設されるが、二つ以上配設することができる。

図６に示されるように、前記支持ローラ２２は、アルミニウム等の常磁性体の金属から成り、厚さが２〔ｍｍ〕程度の内層を構成する芯金２２ａ、及び該芯金２２ａの外周に形成され、シリコーンスポンジ等の断熱性部材から成り、厚さが１〔ｍｍ〕程度の断熱層２２ｂを備える。したがって、定着ベルト２４に発生する熱は、支持ローラ２２に伝達されにくく、定着ベルト２４の表面に沿って流れる。

また、１３は、コア１３ａ、該コア１３ａに巻装されたコイル１３ｂ、及び前記コア１３ａの両端に配設された固定部材１４を備え、磁場を発生させ、誘導加熱によって定着ベルト２４を発熱させる磁場発生装置である。前記支持ローラ２２と磁場発生装置１３との間に所定のギャップｇを形成し、保持するために、前記磁場発生装置１３における定着ベルト２４と対向する面ｓ１は、定着ベルト２４の湾曲に対応させて形成された凹面の形状を有し、各固定部材１４の両縁の支持ローラ２２と対向する部分に、ギャップ保持部材としての、かつ、回転体としての一対のコロ１２が支持ローラ２２と接触させて回転自在に配設される。該コロ１２は、アルミニウム等の常磁性体の金属又はセラミック等の非磁性部材によって形成される。なお、前記ギャップｇは支持ローラ２２の外周面（定着ベルト２４の内周面）と面ｓ１（コイル１３ｂの下端）との間のギャップである。

前記コア１３ａは、フェライト等の高透磁率部材で構成され、図５に示されるように、水平部１３ｅ及び垂直部１３ｆを備える。また、前記コイル１３ｂは、直径０．０２〔ｍｍ〕の銅線を１００本束ね、縒り合わせることによって形成され、前記垂直部１３ｆに沿って巻装される。なお、前記コイル１３ｂは、シリコーン樹脂等を含浸させることによってコア１３ａに固定される。

また、１５は、前記磁場発生装置１３を揺動自在に支持し、支持ローラ２２に向けて押し付ける押付支持部材、１６は前記磁場発生装置１３を支持ローラ２２に押し付ける側に付勢する付勢部材としてのばねである。前記押付支持部材１５は磁場発生装置１３の上面に沿って延びる第１のアーム１５ａ、及び該第１のアーム１５ａに対して直交する方向に延びる第２のアーム１５ｂを備え、前記ばね１６は第２のアーム１５ｂの先端と、プリンタの図示されない装置本体との間に配設される。

また、１７は前記コイル１３ｂに接続され、コイル１３ｂに電流を供給する電源、１９は前記定着ベルト２４の表面温度を検出する温度検出部としてのサーミスタである。

そして、定着ベルト２４は、図７に示されるように、鉄、ニッケル、磁性ステンレス等の強磁性体の金属から成り、厚さが５０〔μｍ〕程度の内層を構成する発熱層２４ａ、シリコーンゴム等の弾性部材から成り、厚さが２５０〔μｍ〕程度の中層を構成する弾性層２４ｂ、及びパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂等の高離型性部材から成り、厚さが３０〔μｍ〕程度の外層を構成する離型層２４ｃを備える。

前記定着ベルト２４は、支持ローラ２２及び張架ローラ２３によって張架されているので、回転によって表面が波打つことはなく、表面の波打ちによってギャップｇが変化することはない。

ところで、本実施の形態においては、図４に示されるように、軸方向において、断熱層２２ｂは芯金２２ａより短く、芯金２２ａの端部は外部に剥き出しにされる。また、軸方向において、定着ベルト２４は、断熱層２２ｂより短く、該断熱層２２ｂの端部は外部に剥き出しにされる。そして、剥き出しにされた芯金２２ａの端部の断熱層２２ｂが形成されていない部分に前記コロ１２が接触させられる。

次に、前記構成の定着装置３４の動作について説明する。

この場合、プリンタの図示されない制御部は、図示されない上位装置から印刷データを受信すると、印刷を開始する。まず、制御部は、コイル１３ｂに５０〔ｋＨｚ〕の電流（交番電流）を供給し、磁場発生装置１３に磁場を発生させ、定着ベルト２４を加熱し、定着可能な温度、例えば、１８０〔℃〕にする。また、定着ベルト２４の加熱を開始すると同時に、定着ベルト２４の走行を開始する。

そして、図示されない給紙装置によって給紙された用紙２０は、搬送ベルト３３（図１）に到達すると、該搬送ベルト３３に吸着され、搬送ベルト３３の走行速度と同じ搬送速度で搬送される。前記用紙２０が、各画像形成部３１Ｂｋ、３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃに到達すると、前記制御部によって制御されたタイミングで画像形成部３１Ｂｋ、３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃの各感光体ドラム上のトナー像が転写ローラ３２Ｂｋ、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃによって用紙２０に転写され、カラーのトナー像が形成される。

そして、カラーのトナー像が転写された用紙２０は、搬送ベルト３３から分離させられ、定着装置３４に送られる。該定着装置３４においてカラーのトナー像が用紙２０に定着させられ、カラー画像が形成される。続いて、用紙２０は装置本体外に排出され、印刷が完了する。

なお、前記定着ベルト２４を加熱する際、加圧ローラ１８は駆動部としての図示されない定着用モータによって回転させられ、定着ベルト２４は加圧ローラ１８との連れ回りによって走行させられる。また、各コロ１２は、支持ローラ２２との連れ回りによって回転しながらギャップｇを一定にする。

ところで、前記電源１７がコイル１３ｂに電流を供給すると、磁場が発生させられ、コア１３ａ及び定着ベルト２４の発熱層２４ａに磁束が流れる。これにより、コア１３ａ及び発熱層２４ａに渦電流が発生するが、前記コア１３ａは抵抗が大きいので、発生する渦電流は少なく発熱はしない。一方、前記発熱層２４ａは抵抗が小さいので、発生する渦電流が多く、ジュール熱によって発熱する。前記サーミスタ１９は定着ベルト２４の表面温度を検出し、前記制御部に送る。該制御部は検出された表面温度が定着温度になるように、電源１７を制御する。なお、支持ローラ２２は、芯金２２ａが常磁性体の金属から成るので、磁束は流れず、発熱はしない。

このように、本実施の形態においては、コロ１２を、定着ベルト２４に接触させず、定着ベルト２４を支持する支持ローラ２２の芯金２２ａに接触させるようになっているので、発熱層２４ａの発熱に伴って、弾性層２４ｂ及び離型層２４ｃが熱膨張しても、コロ１２が径方向外方に押し出されることがないので、ギャップｇを保持することができる。したがって、定着ベルト２４の表面温度を適正な定着温度に制御することができる。

なお、発熱層２４ａの発熱に伴って、発熱層２４ａの外周面が熱膨張によって径方向外方に移動するので、発熱層２４ａの外周面と面ｓ１との間のギャップは小さくなる。したがって、発熱層２４ａにおける発熱量を多くすることができる。

さらに、コロ１２が定着ベルト２４に接触させられないので、定着ベルト２４を傷つけることがない。したがって、定着ベルト２４の耐久性を向上させることができる。そして、定着ベルト２４に局部的な圧力が加わらないので、定着ベルト２４に偏りが発生するのを防止することができる。

ところで、本実施の形態においては、コロ１２が、支持ローラ２２との連れ回り及び定着ベルト２４からの輻射熱を受けて劣化して偏心すると、コロ１２の回転周期でギャップｇが変動し、定着ベルト２４の表面温度も変動し、カラーの画像の光沢が不均一になってしまう。

次に、カラーの画像の光沢を均一にすることができるようにした本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図８は本発明の第２の実施の形態における定着装置の断面図、図９は本発明の第２の実施の形態における定着装置の正面図、図１０は本発明の第２の実施の形態における摺動部材の断面図である。

この場合、固定部材１４にギャップ保持部材としての一対の摺動部材４０が配設される。該摺動部材４０は、アルミニウム、鉄等の金属から成る芯部材４０ａ、及び該芯部材４０ａを包囲して配設され、摺動面を形成する摺動材４０ｂを備え、該摺動材４０ｂを芯部材４０ａに取り付けるための、ねじ４０ｃ及びナット４０ｄを備える。前記摺動材４０ｂは、耐熱性及び耐摩耗性を有し、フッ素樹脂を含浸したガラス繊維等によって形成される。

前記構成の摺動部材４０は、支持部材としての、かつ、第１のローラとしての支持ローラ２２の芯金２２ａの表面と接触し、摺動しながら前記ギャップｇを保持する。

このように、本実施の形態においては、摺動部材４０は回転しないので、支持ローラ２２の回転に伴って、また、発熱体としての定着ベルト２４からの輻射熱を受けて劣化しても、周期的にギャップｇが変動することがない。したがって、定着ベルト２４の表面温度が変動することがなく、カラーの画像の光沢を均一にすることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態における定着装置の断面図である。 従来の誘導加熱式の定着装置の断面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概念図である。 本発明の第１の実施の形態における定着装置の正面図である。 本発明の第１の実施の形態における磁場発生装置の断面図である。 本発明の第１の実施の形態における支持ローラの層構造を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における定着ベルトの層構造を示す図ある。 本発明の第２の実施の形態における定着装置の断面図である。 本発明の第２の実施の形態における定着装置の正面図である。 本発明の第２の実施の形態における摺動部材の断面図である。

符号の説明

１２ コロ
１３ 磁場発生装置
２２ 支持ローラ
２３ 張架ローラ
２４ 定着ベルト
３４ 定着装置
４０ 摺動部材
ｇ ギャップ

Claims (8)

1. （ａ）支持部材と、
   （ｂ）該支持部材によって支持された発熱体と、
   （ｃ）磁場を発生させ、前記発熱体を誘導加熱によって発熱させる磁場発生装置と、
   （ｄ）該磁場発生装置に前記支持部材と接触させて配設され、支持部材と磁場発生装置との間のギャップを保持するギャップ保持部材とを有することを特徴とする定着装置。
2. 前記発熱体は走行自在に配設された定着ベルトである請求項１に記載の定着装置。
3. 前記発熱体は発熱層及び離型層を備える請求項１に記載の定着装置。
4. （ａ）前記支持部材は、ローラ形状を有し、表面に断熱層を備え、前記発熱体の走行に伴って回転させられ、
   （ｂ）前記ギャップ保持部材は、前記支持部材における断熱層が形成されていない部分に接触させられる請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記支持部材は、二つ以上配設され、前記発熱体を張設する請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記ギャップ保持部材は、回転自在に配設されたコロであり、前記支持部材の回転に伴って回転させられる請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記ギャップ保持部材は摺動部材である請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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