JP2007010816A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウォーミングアップ時間の短縮や待機時の低温度設定を実現しながら、高速で定着動作を行っても定着不良の生じないようにする。
【解決手段】 導電性の加熱ローラ１１と加圧ローラ１２とを圧接し、加熱ローラ１１の外周部にＩＨコイル１４を配置し、ＩＨコイル１４に高周波電流を流すことによって加熱ローラ１１を加熱する。そして、加熱ローラ１１の内部にシリコーンオイル１３を封入し、定着処理によって加熱ローラ表面から転写紙へ熱が移動すると、シリコーンオイル１３に蓄えられた熱量を加熱ローラ１１に補給するようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は定着装置に関し、より詳細には電磁誘導加熱（ＩＨ；Induction Heating）を用いた定着装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置では定着装置として熱定着ローラ方式のものがこれまで広く使用されてきた。この熱定着ローラ方式の定着装置は、ハロゲンヒータを内蔵させた加熱ローラに加圧ローラを圧接させ、両ローラのニップ部に、トナー画像が載った転写紙を通すことによって、トナー画像を転写紙上に溶融定着させるものである。

このような熱定着ローラ方式の定着装置は、画像形成装置全体の約７０％もの電力を消費していた。このため、近年の環境問題の意識の高まりを受けて、定着装置の省エネルギー化が市場から強く要請さている。この定着装置の省エネルギー化を図るためには、電源を入れてから定着可能温度になるまでの時間、いわゆるウォーミングアップ時間の短縮、及び待機時の低温度設定が効果的である。

そこで、ＩＨを用いた定着方式がこれまでから種々提案され、一部実用化されている。ＩＨ方式の定着装置は、加熱ローラの内側又は外側に配置したＩＨコイルに高周波電流を流すことによって、ＩＨコイル周辺に高周波磁界を発生させ、この磁界によって加熱ローラに渦電流を発生させ、これによるジュール熱で加熱ローラを発熱させるものである（例えば特許文献１〜３）。このＩＨ方式の定着装置は、加熱ローラそのものを直接加熱するので、従来の熱定着ローラ方式に比べて効率がよく、加熱ローラ以外の部分における温度上昇を低減できる。これにより、ウォーミングアップ時間の短縮や待機時の低温度設定を実現していた。加えて、加熱ローラの肉厚を薄くして熱容量を小さくし、ウォーミングアップ時間の更なる短縮を図っていた。
特開昭５４−３９６４５号公報 特開平７−２９５４１４号公報 特開平９−２５８５８６号公報

しかしながら、加熱ローラの肉厚を薄くすると昇温時間は確かに短くなるが、連続して定着動作を行う場合、特に高速で定着動作を行う場合には熱容量不足が生じ、トナーの定着不良が発生することがあった。このため定着速度を遅くする必要があった。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウォーミングアップ時間の短縮や待機時の低温度設定を実現しながら、高速で定着処理を行ってもトナーの定着不良が生じない定着装置を提供することにある。

本発明によれば、導電性の加熱ローラと、この加熱ローラの外周部に配置された加熱用励磁コイルと、前記加熱ローラと圧接する加圧部材とを備え、加熱用励磁コイルに高周波電流を流すことにより前記加熱ローラを加熱する定着装置において、前記加圧ローラと前記加圧部材のニップ部に対応する加熱ローラの内周面に蓄熱部材を配置したことを特徴とする定着装置が提供される。

ここで定着不良を一層防止する観点から、前記蓄熱部材として、少なくとも定着温度以上において液状であるもの、より好適にはシリコーンオイルを用いる、あるいは蓄熱部材として加熱ローラの回転軸と平行な回転軸を有する円柱状物を用いるのが好ましい。

本発明の定着装置では、ＩＨ方式を用いるのでウォーミングアップ時間の短縮や待機時の低温度設定が図れ、しかも加熱ローラ内に蓄熱部材を配置しているので、高速で定着処理を行ってもトナーの定着不良が有効に防止される。

蓄熱部材として、少なくとも定着温度以上において液状であるもの、好ましくはシリコーンオイルを用いる、あるいは加熱ローラの回転軸と平行な回転軸を有する円柱状物を用いると、トナーの定着不良が一層防止される。

以下、本発明の定着装置について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１は、本発明に係る定着装置が適用される複写機の一実施形態を示す概説図である。図１の複写機の画像形成機構についてまず説明すると、感光体ドラム７０は帯電装置７１によってその表面が正又は負に一様に帯電される。他方、原稿載置台９０に原稿（不図示）が載置され、その画像データが読取装置９１によって読みとられる。読み取られた画像データはレーザスキャナ（露光装置）７２によって感光体ドラム７０の表面に書き込まれ、感光体ドラム７０の表面に静電潜像が形成される。具体的には反転現像方式の場合には画像に相当する部分の帯電が除去され、正規現像方式の場合は背景に相当する部分の帯電が除去されて、それぞれ静電潜像が形成される。次に現像装置７３によって感光体ドラム７０上の静電潜像をトナーで可視像化する。このときトナーの帯電極性は、反転現像方式の場合には感光体ドラム７０の帯電極性と同極性であり、正規現像の場合は感光体ドラム７０の帯電極性と逆極性である。

一方、給紙カセット８１に収納されている用紙Ｐは、ピックアップローラ８２により引き出され、給紙ローラ８３とさばきローラ８４とで挟持されて搬送路へ送られる。そしてレジストローラ対８０によって、感光体ドラム７０上のトナー画像が転写部に到達するのにタイミングを合わせて、用紙Ｐは転写部へ送り出される。転写部では、感光体ドラム７０と転写ローラ７４との間で用紙Ｐが挟持されている状態で、トナー帯電極性と逆極性の電荷が転写ローラ７４に印加されることにより、感光体ドラム７０上のトナー像が用紙Ｐ上に移動する。一方、用紙Ｐ上に移動せず感光体ドラム７０上に残留したトナーはクリーニング装置７５によって除去回収される。そして、トナー像を載置した用紙Ｐは定着装置１へ搬送される。ここでトナー像は定着装置１によって加熱・加圧されて用紙Ｐに定着する。そして用紙Ｐは排出ローラ対８６に送られ、トレイ８７へ排出される。

図２に示すように、定着装置１は中空円筒状で導電性の加熱ローラ１１と、最外層にゴムなどの弾性層が形成された加圧ローラ（加圧部材）１２とが圧接してなり、加熱ローラ１１の外周部には、ＩＨコイル１４と温度センサＳとが配置されている。温度センサＳによって加熱ローラ１１の表面温度が測定され、測定結果に基づいて、加熱ローラ１１の表面温度が一定となるように高周波インバータ電源１５からＩＨコイル１４に流される高周波電流が調整される。中空円筒状の加熱ローラ１１の内部空間には、蓄熱部材としてのシリコーンオイル１３が封入されている。この実施形態ではシリコーンオイルとして、信越シリコン社製「ＫＦ５４」（動粘度が２５℃で２００ｍｍ²／ｓｅｃ、２００℃で６ｍｍ²／ｓｅｃ）を用いており、定着温度（例えば１８０℃）近傍では低い動粘度を示し、加熱ローラ１１が回転しても重力によって加熱ローラ１１の内部下方に常に留まるようになる。

このような構成の定着装置では、ＩＨコイル１４に高周波電流が流れることによって、ＩＨコイル１４の周辺に高周波磁界が発生する。この磁界によって加熱ローラ１１に渦電流が流れ、ジュール熱によって加熱ローラ１１自身が加熱される。また、加熱ローラ１１が磁性体からなる場合には、高周波磁界によるヒステリシス損失が発生し、これも加熱に寄与する。したがって、従来のハロゲンヒータを用いた定着装置に比べて、ウォーミングアップ時間が格段に短くなる。

また、本発明の特徴的な構成として、蓄熱部材としてのシリコーンオイル１３が加熱ローラ１１内に封入されている。このシリコーンオイル１３が留まっている加熱ローラ１１の内部下方は、加熱ローラ１１と加圧ローラ１２のニップ部に面している部分であるため、定着処理によって加熱ローラ１１の表面から転写紙へ熱が移動しても、シリコーンオイル１３に蓄えられた熱量が加熱ローラ１１へ直ちに補給される。これにより、定着装置で定着処理が行われても、加熱ローラ１１の、用紙が通過した部分の表面温度が低下しにくく、また低下した表面温度も直ちに回復し、高速の定着処理でも加熱不足によるトナー定着不良が発生しない。また、シリコーンオイル１３が封入された加熱ローラ１１内は、その両端を蓋部材（不図示）で封止されているので保温性が高く放熱量が少ない。加えて、定着処理がなされていないとき、シリコーンオイル１３からの熱は加熱ローラ１１を介して加圧ローラ１２へ伝わり、加圧ローラ１２を加熱するので、定着装置全体として見た場合、無駄な放熱が従来に比べて抑えられることになる。

本発明で使用する加熱ローラ１１としては、導電性のものであれば特に限定はないが、強磁性体である鉄、ニッケルなどが誘電加熱効率の点から好適である。また例えばＳＵＳ４３０などのステンレス鋼も使用できる。さらには、弱磁性体や非磁性体を用いても構わない。そしてまた、加熱ローラ１１の材料として、温度が高くなると磁性を失う特性を有する整磁合金であって、キュリー温度（磁性がなくなる温度）が定着温度近傍のものを用いることが推奨される。加熱ローラ１１の材料として整磁合金を用いた場合、加熱ローラ１１の温度が定着温度（キューリ温度）を超えると、磁性がなくなり加熱されなくなるので、加熱ローラ温度が異常に高くなることが確実に防止される。このことは、軸方向幅の狭い用紙を連続して定着処理するときに、用紙が通過する加熱ローラ１１の中央部分の表面温度が下がり、これを防ごうと加熱ローラ１１をさらに加熱するために、用紙が通過しない加熱ローラ１１の両側部の表面温度が異常に上昇するという不具合を、中央部と両側部とでヒータを分けるといった構造面からの対策ではなく、加熱ローラ１１の材質面から解決できるようになる。整磁合金としては例えばＦｅ−Ｎｉ合金が挙げられ、Ｎｉ含有量によってキューリ温度が調整される。

本発明で使用する加圧部材１２は、前記実施形態で示したローラ形状に限定されるものではなく、従来公知のものを使用できる。例えば図３に示すような、２つのローラ１７ａ，１７ｂ間に掛架させたベルトＢを加熱ローラ１１に圧接させるベルト加圧（同図（ａ））、あるいは加熱ローラ１１に、無張力状態のベルトＢを介してパッド部材１８を圧接させるパッド加圧（同図（ｂ））などが挙げられる。

本発明で使用する蓄熱部材としては、定着温度以上において液状であるものがよい。さらには、加熱ローラ１１の回転中でも加熱ローラ１１の内部下方に留まることのできる粘度のものが好ましく、具体的には定着温度（例えば１８０℃）において動粘度が５０ｍｍ²／ｓ以下のものが好ましい。このような蓄熱部材としてはシリコーンオイルが挙げられる。シリコーンオイルの具体的な種類は、定着温度において液状であれば特に限定はなく、例えばジメチルシリコーンオイルやメチルフェニルシリコーンオイルなどのストレートシリコーンオイル；アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、カルボキシ変性シリコーンオイルなどの変性シリコーンオイルなどが挙げられる。

加熱ローラ内に封入する液状の蓄熱部材の量は、加熱ローラと加圧部材のニップ部に対応する、加熱ローラの内周面を満たす程度あればよい。蓄熱部材を多量に封入すると、定着動作時の加熱ローラの表面温度低下の防止に効果的ではあるが、ウォーミングアップ時間が長くなるといった問題が表面化するおそれがあるからである。

また本発明で使用する蓄熱部材としては、加熱ローラの回転軸と平行な回転軸を有する円柱状物であってもよい。図４に、このような蓄熱部材を用いた定着装置の一例を示す。図４の定着装置は、前述の実施形態と同様に、中空円筒状で導電性の加熱ローラ１１と、最外層にゴムなどの弾性層が形成された加圧ローラ１２とが圧接してなる。そして、加熱ローラ１１の内部空間には、蓄熱部材としての円柱体（円柱状物）１６が配置されている。この円柱体１６は、加熱ローラ１１の回転に伴って、加熱ローラ内周面との摩擦によって回転し、加熱ローラ１１の内部下方に常に位置する。これによって、定着処理によって加熱ローラ表面から転写紙へ熱が移動しても、円柱体１６に蓄えられた熱量が加熱ローラ１１へ直ちに補給され、高速の定着処理が行われても加熱ローラ１１の表面温度が低下しにくくなり、加熱不足によるトナー定着不良が抑制される。

ここで使用する円柱体１６の材質としては特に限定はないが、２００℃前後の温度で溶融・気化しないものである必要がある。また加熱ローラ内周面との接触面積を大きくして、円柱体１６と加熱ローラ１１との間の伝熱効率を上げる観点から弾性を有するものが好ましい。このような特性を具備する材質としてはシリコーンゴムが例示される。加熱ローラ１１の回転と共に円柱体を回転させるためには、ある程度の重量が必要となるため、円柱体１６の構造を、金属製の軸部材の周りにシリコーンゴム層を形成した構造としてもよい。円柱体１６の軸方向長さは、加熱ローラ１１のそれと略同等であるのが伝熱性の点から好ましい。また、この実施形態では、加熱ローラ内に１本の円柱体を配置しているが、複数本の円柱体を配置してももちろん構わない。

本発明に係る定着装置を用いた画像形成装置の概説図である。 本発明に係る定着装置の一例を示す概説図である。 本発明に係る定着装置の他の例を示す概説図である。 本発明に係る定着装置の他の例を示す概説図である。

符号の説明

１ 定着装置
Ｓ 温度センサ
Ｂ ベルト
１１ 加熱ローラ
１２ 加圧ローラ（加圧部材）
１３ シリコーンオイル（蓄熱部材）
１４ ＩＨコイル
１６ 円柱体（蓄熱部材）

Claims (4)

1. 導電性の加熱ローラと、この加熱ローラの外周部に配置された加熱用励磁コイルと、前記加熱ローラと圧接する加圧部材とを備え、加熱用励磁コイルに高周波電流を流すことにより前記加熱ローラを加熱する定着装置において、
   前記加圧ローラと前記加圧部材のニップ部に対応する加熱ローラの内周面に蓄熱部材を配置したことを特徴とする定着装置。
2. 前記蓄熱部材は、少なくとも定着温度以上において液状である請求項１記載の定着装置。
3. 前記蓄熱部材がシリコーンオイルである請求項２記載の定着装置。
4. 前記蓄熱部材が、加熱ローラの回転軸と平行な回転軸を有する円柱状物である請求項１記載の定着装置。

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