JP2007139962A - 定着装置 - Google Patents

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泰寛 大野
Tomohiko Masuda
朋彦 益田
Yuji Kamoda
雄二 鴨田
Haruo Iwahashi
晴男 岩橋
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Abstract

【課題】待機時に、定着ローラの破損を防止しつつ加圧ローラを所定の温度に維持して、待機状態からの復帰に掛かる時間を短縮できる定着装置を提供することにある。
【解決手段】待機時で、定着ローラ1が磁束発生体3によって発熱しているときに、制御部5は、上記定着ローラ1を回転する。したがって、上記定着ローラ1が局所的に発熱して破損することを防止する。また、待機時に、上記制御部5は、加圧ローラ2を回転しつつ加熱するので、待機時に上記加圧ローラ2を所定の温度に維持することができて、定着装置の待機状態から復帰に掛かる時間を短縮できる。
【選択図】図1

Description

この発明は、例えば、複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる定着装置に関する。
従来、定着装置としては、定着ローラと、この定着ローラに接触してこの定着ローラとともに記録材を搬送する加圧ローラと、上記定着ローラの外側に配置されると共に磁束を発生して上記定着ローラを発熱させる磁束発生体とを備えたものがある(特開2000−214713号公報:特許文献1参照)。
しかしながら、この従来の定着装置では、上記記録材の搬送が要求されていない待機時に、上記定着ローラを停止した状態で、上記磁束発生体を作動させると、上記定着ローラが局所的に発熱して破損するおそれがあった。
また、この待機時に、上記定着ローラと上記加圧ローラが互いに接触しているだけでは、上記定着ローラから上記加圧ローラに熱が伝わりにくく、待機時に上記加圧ローラを所定の温度に保てなくなって、定着装置の待機状態から復帰に時間が掛かっていた。
特開2000−214713号公報
そこで、この発明の課題は、待機時に、定着ローラの破損を防止しつつ加圧ローラを所定の温度に維持して、待機状態からの復帰に掛かる時間を短縮できる定着装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の定着装置は、
回転可能な定着体と、
この定着体に接触してこの定着体とともに記録材を搬送する回転可能な加圧体と、
上記定着体または上記加圧体を回転駆動する駆動部と、
磁束を発生して上記定着体を発熱させる磁束発生体と、
上記加圧体の外側に配置されると共に上記加圧体を加熱する加熱体と、
上記記録材の搬送が要求されていない待機時で、上記磁束発生体が上記定着体を発熱させているときに、上記定着体および上記加圧体を互いに接触した状態で上記定着体および上記加圧体を上記駆動部によって回転させると共に、上記加熱体に上記加圧体を加熱させる制御部と
を備えることを特徴としている。
この発明の定着装置によれば、上記記録材の搬送が要求されていない待機時で、上記定着体が上記磁束発生体によって発熱しているときに、上記定着体を回転するので、上記定着体が局所的に発熱して破損することを防止する。また、上記記録材の搬送が要求されていない待機時に、上記加圧体を回転しつつ加熱するので、待機時に上記加圧体を所定の温度に維持することができて、定着装置の待機状態から復帰に掛かる時間を短縮できる。
また、一実施形態の定着装置では、上記定着体と上記加圧体の間にかかる荷重を変更する荷重変更体を備え、上記制御部は、上記記録材の搬送が要求されていない待機時に、上記記録材を搬送する時に比べて上記定着体と上記加圧体の間にかかる荷重が小さくなるように、上記荷重変更体を制御する。
この実施形態の定着装置によれば、上記制御部は、上記記録材の搬送が要求されていない待機時に、上記記録材を搬送する時に比べて上記定着体と上記加圧体の間にかかる荷重が小さくなるように、上記荷重変更体を制御するので、待機時に、上記定着体と上記加圧体の間の荷重が低い状態(軽圧接)で、上記定着体および上記加圧体を回転する。したがって、上記定着体および上記加圧体にかかる負荷を小さくできて、上記定着体および上記加圧体の弾性変形量や摩耗量が減少して、上記定着体および上記加圧体の耐久性を向上できる。
また、一実施形態の定着装置では、上記加熱体は、上記加圧体に接触すると共に、上記定着体の回転軸方向の温度ムラを低減するように上記定着体に上記加圧体を介して熱を伝導する熱伝導部と、この熱伝導部を加熱する加熱部とを有する。
この実施形態の定着装置によれば、上記加熱体は、上記定着体の回転軸方向の温度ムラを低減するように上記定着体に上記加圧体を介して熱を伝導する熱伝導部を有するので、小サイズの記録材を上記定着体と上記加圧体の間に連続して通紙したとき、上記定着体の非通紙領域部の高温の熱が、上記熱伝導部によって、上記定着体の低温の通紙領域部に移動する。したがって、上記定着体の非通紙領域部での過度な昇温を防止して、大サイズの記録材を通紙したときのこの大サイズの記録材の全面の画質を均一にできると共に、熱による上記定着体の変性や劣化を防止する。
また、一実施形態の定着装置では、上記定着体は、スポンジ層を有する。
この実施形態の定着装置によれば、上記定着体は、スポンジ層を有するので、このスポンジ層は、断熱材として上記定着体の熱容量を小さくでき、かつ、弾性材として上記定着体と上記加圧体の相互の接触によって形成されるニップ部の幅寸法を大きくできる。したがって、定着装置の高速運転を可能にする。
また、一実施形態の定着装置では、上記加圧体は、スポンジ層を有する。
この実施形態の定着装置によれば、上記加圧体は、スポンジ層を有するので、このスポンジ層は、断熱材として上記加圧体の熱容量を小さくでき、かつ、弾性材として上記定着体と上記加圧体の相互の接触によって形成されるニップ部の幅寸法を大きくできる。したがって、定着装置の高速運転を可能にする。
また、一実施形態の定着装置では、上記磁束発生体は、上記定着体の外側に配置されている。
この実施形態の定着装置によれば、上記磁束発生体は、上記定着体の外側に配置されているので、上記磁束発生体の配置が容易で、上記スポンジ層を有する定着体を発熱させることに好適となる。
また、一実施形態の定着装置では、上記制御部は、上記定着体と上記加圧体の間に上記記録材が通過するときに、上記加熱体の加熱をオフした状態で、上記加熱体を上記加圧体に接触させる。
この実施形態の定着装置によれば、上記制御部は、上記定着体と上記加圧体の間に上記記録材が通過するときに、上記加熱体の加熱をオフした状態で、上記加熱体を上記加圧体に接触させるので、上記定着体の非通紙領域部の高温の熱が、上記加圧体と、加熱されない上記加熱体とを介して、上記定着体の低温の通紙領域部に移動して、上記非通紙領域部の昇温を防止または緩和の効果を上げることができる。
また、この発明の定着装置は、
支持層の周囲にスポンジ層、電磁誘導発熱層、および、離型層を順次積層した回転可能な定着ローラと、
この定着ローラへ接触して配置されこの定着ローラとともに記録材を搬送する加圧ローラと、
上記定着ローラまたは上記加圧ローラを回転駆動する駆動部と、
磁束を発生して上記定着ローラを発熱させる磁束発生体と、
上記加圧ローラへ接触して配置された熱伝導ローラと、
この熱伝導ローラを加熱する加熱部と、
上記記録材の搬送が要求されていない待機時に上記駆動部と上記磁束発生体と上記加熱部とを作動させる一方、上記記録材の搬送が要求されている通紙時に上記駆動部と上記磁束発生体とを作動させ上記加熱部を作動させない制御部と
を備えることを特徴としている。
この発明の定着装置によれば、上記制御部は、上記記録材の搬送が要求されていない待機時に上記駆動部と上記磁束発生体と上記加熱部とを作動させるので、待機時に上記加圧ローラを所定の温度に維持することができて、定着装置の待機状態から復帰に掛かる時間を短縮できる。また、上記制御部は、上記記録材の搬送が要求されている通紙時に上記駆動部と上記磁束発生体とを作動させ上記加熱部を作動させないので、上記定着ローラの非通紙領域部の高温の熱が、上記加圧ローラと、加熱されない上記加熱部とを介して、上記定着ローラの低温の通紙領域部に移動して、上記非通紙領域部の昇温を防止または緩和の効果を上げることができる。
また、一実施形態の定着装置では、上記定着ローラの表面温度を検出する第1の温度検出部と、上記加圧ローラの表面温度を検出する第2の温度検出部とを備え、上記制御部は、待機時に、上記第1の温度検出部および上記第2の温度検出部からの出力に応じて、上記定着ローラの表面温度および上記加圧ローラの表面温度をそれぞれ所定の温度に維持するよう上記磁束発生体および上記加熱部を制御する。
この実施形態の定着装置によれば、上記制御部は、待機時に、上記第1の温度検出部および上記第2の温度検出部からの出力に応じて、上記定着ローラの表面温度および上記加圧ローラの表面温度をそれぞれ所定の温度に維持するよう上記磁束発生体および上記加熱部を制御するので、定着装置の待機状態から復帰に掛かる時間を確実に短縮できる。
また、一実施形態の定着装置では、上記定着ローラは、上記電磁誘導発熱層と上記離型層の間に弾性層を有する。
この実施形態の定着装置によれば、上記定着ローラは、上記電磁誘導発熱層と上記離型層の間に弾性層を有するので、上記記録材と上記定着ローラの表面との密着性を高め、カラー画像に好適となる。
また、一実施形態の定着装置では、上記熱伝導ローラの軸方向の長さは、上記加圧ローラの軸方向の長さよりも長い。
この実施形態の定着装置によれば、上記熱伝導ローラの軸方向の長さは、上記加圧ローラの軸方向の長さよりも長いので、上記熱伝導ローラは、上記加圧ローラの軸方向の全領域に接触する。したがって、待機時の上記加圧ローラを所定の温度に確実に維持できる。また、上記定着ローラの上記非通紙領域部の昇温を確実に防止できる。
また、一実施形態の定着装置では、上記定着ローラと上記加圧ローラの間にかかる荷重を変更する荷重変更体を備え、上記制御部は、待機時に、通紙時に比べて上記定着ローラと上記加圧ローラの間にかかる荷重が小さくなるように、上記荷重変更体を制御する。
この実施形態の定着装置によれば、上記制御部は、待機時に、通紙時に比べて上記定着ローラと上記加圧ローラの間にかかる荷重が小さくなるように、上記荷重変更体を制御するので、待機時に、上記定着ローラと上記加圧ローラの間の荷重が低い状態(軽圧接)で、上記定着ローラおよび上記加圧ローラを回転する。したがって、上記定着ローラおよび上記加圧ローラにかかる負荷を小さくできて、上記定着ローラおよび上記加圧ローラの弾性変形量や摩耗量が減少して、上記定着ローラおよび上記加圧ローラの耐久性を向上できる。
この発明の定着装置によれば、待機時で、上記磁束発生体が上記定着体を発熱させているときに、上記定着体および上記加圧体を互いに接触した状態で上記定着体および上記加圧体を回転すると共に、上記加圧体を加熱するので、待機時に、上記定着体の破損を防止しつつ加圧体を所定の温度に維持して、定着装置の待機状態からの復帰に掛かる時間を短縮できる。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
図1は、この発明の定着装置の一実施形態である断面構成図を示している。この定着装置は、回転可能な定着体としての定着ローラ1と、この定着ローラ1に圧接する加圧体としての加圧ローラ2と、上記定着ローラ1の外側に配置されると共に磁束を発生して上記定着ローラ1を発熱させる磁束発生体3とを備えている。
そして、上記磁束発生体3の磁束によって上記定着ローラ1を発熱させてから、未定着のトナーtを付着した記録材Pを、上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2との相互の接触面によって形成されるニップ部Nに通過させ、このニップ部Nによって、上記記録材Pを搬送しながら未定着のトナーtをこの記録材Pに溶融定着(加熱定着)させる。
なお、この定着装置は、上記記録材Pに未定着のトナーtを付着して画像を形成する(図示しない)作像手段と共に、複写機、レーザプリンタまたはファクシミリ等の画像形成装置を構成する。
上記記録材Pとは、例えば、用紙、OHPシート等のシートであり、上記トナーtは、例えば、樹脂、磁性体または着色料などの加熱溶融性を有する材料からなる。
上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2とは、平行に対向して配置され、それぞれの両端側が、図示しない軸受部材に回転自在に支持されている。
上記加圧ローラ2に、上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2の間にかかる荷重を変更する荷重変更体50が取り付けられている。上記加圧ローラ2は、上記荷重変更体50によって、上記定着ローラ1側に付勢され、上記定着ローラ1の外面に所定圧力で圧接されて、上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2の相互の接触によって、上記ニップ部Nを形成する。
上記加圧ローラ2は、駆動部としてのモータ7によって、矢印にて示す反時計廻り方向に、所定の周速度で回転駆動される。上記定着ローラ1は、上記ニップ部Nでの上記加圧ローラ2との摩擦力によって、上記加圧ローラ2の回転に従動して回転する。
上記加圧ローラ2の外側に、上記加圧ローラ2を加熱する加熱体40を配置している。この加熱体40は、上記加圧ローラ2に接触して上記加圧ローラ2に熱を伝導する熱伝導部としての熱伝導ローラ41と、この熱伝導ローラ41の内側に配置されこの熱伝導ローラ41を加熱する加熱部としてのヒータ42とを有する。
上記定着ローラ1は、径方向の内側から外側に順に配置された支持層11、スポンジ層12、電磁誘導発熱層13、弾性層14および離型層15を有する。上記定着ローラ1の硬度は、例えば、アスカーC硬度で30〜90度である。なお、この実施形態では、上記定着ローラ1は、カラー画像に対応するための上記弾性層14を有するが、上記定着ローラ1は、少なくとも上記支持層11、上記スポンジ層12、上記電磁誘導発熱層13および上記離型層15を有していればよい。
上記支持層11は、例えば、外径が40mmで厚さが3mmのアルミ製の芯金シリンダを用いる。なお、上記支持層11としては、材質の強度が確保できれば、例えば、鉄、PPS(ポリフェニレンサルファイド)のような耐熱性のモールドのパイプを使用することも可能であるが、芯金が発熱するのを防ぐために、電磁誘導加熱の影響が少ない非磁性材料を用いるのが望ましい。
上記スポンジ層12は、上記電磁誘導発熱層13で発生した熱を断熱保持するためのものであり、耐熱性および弾性を有するゴム材や樹脂材のスポンジ体(断熱構造体)が用いられる。このように、上記スポンジ層12に、耐熱性および弾性を有するゴム材や樹脂材のスポンジ体(断熱構造体)を用いることにより、上記電磁誘導発熱層13を確実に断熱保持するとともに、上記電磁誘導発熱層13のたわみを許容して上記ニップ部Nの幅寸法を増やし、さらに、上記定着ローラ1のローラ硬度を上記加圧ローラ2よりも小さくして、排紙性および記録材分離性能を向上することができる。例えば、上記スポンジ層12に、シリコンスポンジ材を用いる場合、厚さが2〜10mm、望ましくは3〜7mmであって、硬度がアスカーゴム硬度計で20〜60度、望ましくは30〜50度に設定される。
上記電磁誘導発熱層13は、例えば、厚さが10〜100μm、望ましくは20〜50μmの無端状のニッケル電鋳ベルト層である。なお、上記電磁誘導発熱層13の他の材料として、例えば、磁性ステンレスのような磁性材料(磁性金属)といった、比較的透磁率μが高く、適当な抵抗率ρを有するものを用いてもよい。また、非磁性材料でも、金属などの導電性のある材料は、例えば、材料を薄膜にすることにより使用できる。また、上記電磁誘導発熱層13は、樹脂に発熱粒子を分散させたものを用いてもよく、上記電磁誘導発熱層13に、樹脂ベースのものを用いることによって、上記記録材Pの分離性を一層よくすることができる。上記電磁誘導発熱層13は、上記スポンジ層12に接着されている。
そして、上記電磁誘導発熱層13では、上記磁束発生体3の磁束によって、渦電流が発生してジュール熱により発熱し、この発熱により上記定着ローラ1が加熱される。この加熱を、電磁誘導加熱という。
上記弾性層14は、耐熱性および弾性を有するゴム材や樹脂材からなり、上記記録材Pと上記定着ローラ1の表面との密着性を高める。上記弾性層14としては、例えば、定着温度での使用に耐えられるシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性エラストマーを用いる。上記弾性層14には、熱伝導性や補強等を目的として各種充填剤を混入してもよく、この熱伝導性粒子としては、ダイヤモンド、銀、銅、アルミニウム、大理石、ガラス等あり、実用的には、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ベリリウム等がある。
上記弾性層14の厚みは、例えば、10〜800μmが好ましく、100〜300μmがより好ましい。上記弾性層14の厚みが10μm未満であると、厚み方向の弾力性を得ることが難しくなる一方、上記弾性層14の厚みが800μmを超えると、上記電磁誘導発熱層13で発生した熱が、上記定着ローラ1の外周面に達し難くなり、熱効率が悪化する傾向がある。
上記弾性層14の硬度は、JIS硬度で1〜80度が好ましく、5〜30度がより好ましく、上記弾性層14における強度の低下および密着性の不良を防止しつつ、トナーtの定着性の不良を防止できる。この場合、上記弾性層14は、シリコンゴムからなることが好ましく、このシリコンゴムとしては、具体的に述べると、1成分系、2成分系又は3成分系以上のシリコンゴム、LTV型、RTV型又はHTV型のシリコンゴム、縮合型又は付加型のシリコンゴム等を使用できる。なお、この実施形態において、上記弾性層14は、JIS硬度10度、厚さ200μmのシリコンゴムである。
上記離型層15は、上記定着ローラ1の表面の離型性を高めるものであり、定着温度での使用に耐えられる上にトナー離型性を有する。上記離型層15としては、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴムや、PFA、PTFE、FEP、PFEP等のフッ素樹脂が用いられる。上記離型層15の厚さは、5〜100μmが好ましく、10〜50μmがより好ましい。また、層間接着力を向上させるために、プライマ等による接着処理を行ってもよい。なお、上記離型層15の中に必要に応じて、導電材、耐摩耗材、良熱伝導材をフィラーとして添加してもよい。
上記加圧ローラ2は、径方向の内側から外側に順に配置された支持層21、スポンジ層22および離型層23を有する。上記支持層21は、例えば、外径20mmで厚さ3mmのアルミ製芯金である。上記スポンジ層22は、例えば、シリコンゴムを発泡させた3〜10mmのシリコンスポンジゴムである。上記離型層23は、例えば、厚さ10〜50μmのPTFEやPFA等のフッ素系樹脂である。
上記支持層21の材質は、強度が確保できれば、例えば、鉄、PPS(ポリフェニレンサルファイド)のような耐熱性のモールドのパイプを使用することも可能であるが、芯金が発熱するのを防ぐために、電磁誘導加熱の影響が少ない非磁性材料を用いるのが望ましい。
上記加圧ローラ2は、上記定着ローラ1に対して、300〜500Nの荷重で加圧されており、この場合、上記ニップ部Nの幅寸法(上記記録材Pの搬送方向の寸法)は、約5〜15mmになる。もちろん、上記荷重を変化させて、上記ニップ部Nの幅寸法を変えてもよい。
上記加圧ローラ2のスポンジ層22の熱伝導度は、0.15W/(m・K)以下であることが好ましい。熱伝導度をこのような範囲にすることにより、上記定着ローラ1の熱が、上記加圧ローラ2により奪われる熱量を小さく抑えることができる。このため、熱効率を向上させることができて、定着装置のクイックスタートを可能にする。
上記磁束発生体3は、上記定着ローラ1の長手方向に沿うように、上記定着ローラ1に対向している。上記磁束発生体3は、上記定着ローラ1の外面に沿って配置されたボビン33と、このボビン33の外面に配置された環状のコイル31と、このコイル31を覆うようにこのコイル31に関して上記定着ローラ1と反対側に配置された磁性体コア32と、上記コイル31および上記磁性体コア32を覆うように上記ボビン33に取り付けられたカバー部材34とを有する。
上記ボビン33は、上記定着ローラ1側が拡がって開口した横断面コップ状(台形)に形成されている。上記ボビン33は、上記定着ローラ1の横断面略半分を覆っている。上記ボビン33の底部には、上記定着ローラ1を臨む開口部を有している。
上記コイル31は、上記定着ローラ1の軸方向に長尺となるように上記ボビン33の外面に沿って導線を巻いたような構造であり、横断面が台形形状となる。つまり、上記コイル31は、上記定着ローラ1の外面に沿って配置されている。
上記磁性体コア32は、上記定着ローラ1の軸方向の寸法に略対応した長さ寸法を有する長尺部材であり、上記ボビン33との間に所定の隙間を形成し、この隙間に上記コイル31が配置される。
上記磁性体コア32は、高透磁率かつ低損失のものを用いる。上記磁性体コア32は、磁気回路の効率の向上と磁気遮蔽のために用いられる。上記磁性体コア32の材料としては、通常フェライトコアが用いられるが、パーマロイのような合金を用いた場合、上記磁性体コア32の内部の渦電流損失が高周波で大きくなるため、積層構造にしてもよい。なお、樹脂材に磁性粉を分散させたものを用いた場合、透磁率は比較的低いが、形状を自由に設定することができる。
上記磁性体コア32の中央部に、上記定着ローラ1側に突出した(図示しない)突出部を設けてもよく、上記定着ローラ1の発熱効率を向上できる。なお、上記コイル31と上記磁性体コア32の磁気回路部分は、磁気遮蔽が十分にできる手段がある場合、上記突出部を省いてもよい。
上記コイル31には、高周波コンバータ4が接続されて、例えば100〜2000Wの高周波電力が供給される。このため、上記コイル31としては、細い線を数十から数百本を束ねてリッツ線にしたものを用いており、巻き線に伝熱した場合を考慮して、耐熱性の樹脂で被覆したものを用いる。
上記コイル31の中央の孔部に重なるように、上記定着ローラ1の外側にかつ上記磁性体コア32の内側に、上記定着ローラ1の表面温度を検出する第1の温度検出部6が、配置されている。この第1の温度検出部6は、上記定着ローラ1の軸方向の中央位置で上記磁性体コア32に取り付けられている。この第1の温度検出部6は、例えば、非接触型サーミスタであり、上記定着ローラ1の表面から離隔した位置に配置される。
上記第1の温度検出部6には制御部5が接続され、この制御部5は、上記温度検出部6からの上記定着ローラ1の表面温度検出信号に基づいて、上記高周波コンバータ4を制御し、上記高周波コンバータ4にて上記コイル31への電力供給を増減させることで、上記定着ローラ1の表面温度が所定の一定温度になるように自動制御する。つまり、上記制御部5は、上記磁束発生体3に上記定着ローラ1を発熱させている。
上記磁束発生体3の作用を説明する。上記コイル31に、上記高周波コンバータ4により、例えば10〜100kHzの交流電流が印加される。この交流電流によって誘導された磁束は、上記磁性体コア32の内部を外部に漏れることなく通り、上記コイル31の両側の近傍から、上記磁性体コア32の外部に漏れて、上記定着ローラ1の上記電磁誘導発熱層13を貫き、上記電磁誘導発熱層13に渦電流が流れて、上記電磁誘導発熱層13自体がジュール発熱する。上記電磁誘導発熱層13の発熱で上記定着ローラ1が加熱状態となる。
上記制御部5には、上記加圧ローラ2の表面温度を検出する第2の温度検出部8が電気的に接続されている。この第2の温度検出部8は、例えば、非接触型サーミスタである。
上記荷重変更体50は、リンク部51と、このリンク部51を揺動する揺動部52とを備える。上記リンク部51の一端は、上記加圧ローラ2の軸に連結され、上記リンク部51の他端は、図示しないケーシングに連結される。上記揺動部52は、例えばソレノイドとバネを有し、上記リンク部51を上記リンク部51の他端を中心に矢印方向に揺動する。
上記揺動部52は、上記制御部5に電気的に接続され、この制御部5によって、上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2の間にかかる荷重(つまり、上記ニップ部Nの圧力)を変更するように制御されている。
上記荷重変更体50は、上記ニップ部Nで上記記録材Pを搬送しつつ定着するとき(以下、記録材の搬送時という)と、上記記録材Pの搬送が要求されていないとき(以下、待機時という)との、少なくとも2段階で、上記ニップ部Nの圧力を変更可能である。
上記制御部5は、上記記録材Pの搬送が要求されていない待機時に、上記記録材Pを搬送する時に比べて上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2の間にかかる荷重が小さくなるように、上記荷重変更体50を制御する。
具体的に述べると、記録材の搬送時には、上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2の間に、400〜600Nの荷重で、0.08〜0.22MPaの圧力をかけて、定着を行う。このとき、上記ニップ部Nの幅寸法は、約5〜15mmになるが、搬送速度、トナーの種類、トナーの付着量などの諸条件にあわせて、適宜荷重を変化させて、上記ニップ部Nの幅寸法を調整できる。つまり、この記録材の搬送時では、上記加圧ローラ2は、上記定着ローラ1に対して、強圧接している。
一方、待機時には、上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2の間に、50〜100Nの荷重で、0.02〜0.05MPaの圧力をかけることで、記録材の搬送時に比べて、1/3〜1/5に軽減される。このとき、上記ニップ部Nの幅寸法は、約1〜4mmになって、上記ニップ部Nの面積が減少する。つまり、この待機時では、上記加圧ローラ2は、上記定着ローラ1に対して、軽圧接している。
上記加熱体40の上記熱伝導ローラ41は、バネによって、上記加圧ローラ2側に付勢され、上記加圧ローラ2の外面に接触する。上記熱伝導ローラ41の軸方向の長さは、上記加圧ローラ2の軸方向の長さよりも長く、上記熱伝導ローラ41は、上記加圧ローラ2の軸方向の全領域に接触する。上記熱伝導ローラ41は、上記加圧ローラ2に従動して回転する。なお、上記熱伝導ローラ41を上記加圧ローラ2に圧接するために、バネ以外に他の機構を用いてもよい。
上記加熱体40の上記ヒータ42としては、例えばランプヒータである。なお、上記ヒータ42として、ランプヒータ以外に、抵抗発熱体を用いてもよい。このヒータ42が上記熱伝導ローラ41を加熱して、この熱伝導ローラ41が上記加圧ローラ2を加熱する。
ここで、上記熱伝導ローラ41の上記加圧ローラ2への圧接力を大きくすると、上記熱伝導ローラ41と上記加圧ローラ2の接触によって形成されるニップ部の幅寸法が増大して、上記熱伝導ローラ41から上記加圧ローラ2への熱の伝達量が大きくなるので、上記加圧ローラ2の温度維持に有利である。一方で、上記ニップ部の幅寸法を大きくとるために上記熱伝導ローラ41の上記加圧ローラ2への負荷を大きくしすぎると、上記加圧ローラ2の劣化を促進し寿命を短くする要因となる。
そこで、上記熱伝導ローラ41の上記加圧ローラ2への負荷を、30〜200N(さらに好ましくは、50〜100N)にするのが好ましい。また、このときの上記ニップ部の圧力値を、0.01〜0.15MPa(さらに好ましくは、0.03〜0.1MPa)にするのが好ましく、上記ニップ部の幅寸法を、2〜5mm(さらに好ましくは、3〜4mm)にするのが好ましい。したがって、上記加圧ローラ2の劣化を防止しつつ、上記熱伝導ローラ41から上記加圧ローラ2への熱の移動が良好となる。
また、上記熱伝導ローラ41の熱伝導率は、高いほどよいが、少なくとも12W/(m・K)以上、好ましくは100W/(m・K)以上、さらに好ましくは200W/(m・K)以上であるとよい。上記熱伝導ローラ41の材質としては、アルミ、鉄、ステンレス等の強度の高い材質が好ましく、特に、熱伝導率の高いアルミを用いるのが好ましい。
上記制御部5は、上記記録材Pの搬送が要求されていない待機時で、上記磁束発生体3が上記定着ローラ1を発熱させているときに、上記定着ローラ1および上記加圧ローラ2を互いに接触した状態で上記定着ローラ1および上記加圧ローラ2を上記モータ7によって回転させると共に、上記加熱体40に上記加圧ローラ2を加熱させる。
次に、図2に、上記制御部5による上記加熱体40および上記荷重変更体50の制御のフローチャートを示す。
まず、上記制御部5によって、この定着装置が待機状態であるか否かを判断する(工程S1)。そして、上記制御部5によって、この定着装置が待機状態であると判断されると、上記制御部5は、上記荷重変更体50を制御することで、上記加圧ローラ2の上記定着ローラ1への圧接力を低減して、上記加圧ローラ2を軽圧接状態とする(工程S2)。さらに、上記制御部5によって上記加圧ローラ2を低速回転させて(工程S3)、上記定着ローラ1および上記加圧ローラ2にかかる負荷を一層低減すると共に、上記定着ローラ1の局所に熱が集中することを防ぐ。
続いて、上記加圧ローラ2の温度を上記第2の温度検出部8によって検出し、上記制御部5によって、この第2の温度検出部8によって検出された温度が、所定温度以下であるか否かを判断する(工程S4)。
そして、上記制御部5によって、上記加圧ローラ2の温度が所定温度以下であると判断されると、上記制御部5は、上記熱伝導ローラ41内の上記ヒータ42を点灯して(工程S5)、上記熱伝導ローラ41を介して上記加圧ローラ2を加熱し、上記加圧ローラ2の温度を維持する。一方、上記制御部5によって、上記加圧ローラ2の温度が所定温度以下でないと判断されると、上記制御部5は、上記熱伝導ローラ41内の上記ヒータ42を消灯する(工程S6)。
その後、上記制御部5によって、この定着装置が待機状態を終了しているか否かを判断する(工程S7)。そして、上記制御部5によって、この定着装置が待機状態を終了していないと判断されると、上記工程S4〜上記工程S6を繰り返し実行する。一方、上記制御部5によって、この定着装置が待機状態を終了していると判断されると、上記制御部5によって上記加圧ローラ2の低速回転をやめて(工程S8)、このルーチンを終了する。
なお、上記工程S1で、上記制御部5によって、この定着装置が待機状態でないと判断されると、上記制御部5は、上記荷重変更体50を制御することで、上記加圧ローラ2の上記定着ローラ1への圧接力を増加して、上記加圧ローラ2を強圧接状態とする(工程S9)。さらに、上記制御部5によって、上記定着ローラ1および上記加圧ローラ2の通常の温調制御を行って(工程S10)、上記ニップ部Nで上記記録材Pを搬送しつつ定着する。
このような制御により、上記定着ローラ1からの熱伝達量が少ない状態でも、上記加圧ローラ2の温度を所定温度以上に保つことができ、定着装置の待機状態からの復帰を早めることができる。
次に、図3に、この定着装置に小サイズの記録材Pを通紙する状態を示し、この定着装置において、上記小サイズの記録材Pを連続して通紙して、多量の上記記録材Pを定着処理した場合を説明する。
このとき、上記定着ローラ1の表面の上記記録材Pが接触する部分(以下、通紙領域部という)では、上記定着ローラ1の熱が上記記録材Pに伝達される。これに対して、上記定着ローラ1の上記磁束発生体3によって発熱される部分(以下、加熱領域部という)で、かつ、上記定着ローラ1の表面の上記記録材Pが接触しない部分(以下、非通紙領域部という)では、上記定着ローラ1の熱を付与するものがないので、上記定着ローラ1に熱が蓄積される。
このため、上記通紙領域部と上記非通紙領域部の間で、大きな温度差が生じる。通常、上記通紙領域部が、所定温度に維持されるので、上記非通紙領域部は過度に昇温してしまう。
このように、上記非通紙領域部が過度に昇温すると、上記定着ローラ1の材料が熱によって劣化して、上記定着ローラ1の寿命が短くなる問題が発生する。また、上記小サイズの記録材Pを連続通紙した後に、仮想線に示す大サイズの記録材Pを通紙した場合に、この記録材Pの端部と中央部で、光沢の差が出るといった問題が発生する。また、上記定着ローラ1の上記弾性層14(図1参照)にシリコンゴムを用いる場合、上記非通紙領域部の温度が、このシリコンゴムの耐熱温度の上限を超えてしまう問題が発生する。
しかしながら、この定着装置では、上記熱伝導ローラ41が、上記定着ローラ1の回転軸方向の温度ムラを低減するように上記定着ローラ1に上記加圧ローラ2を介して熱を伝導する。つまり、上記非通紙領域部の高温の熱が、上記熱伝導ローラ41によって、低温の上記通紙領域部に移動する。
したがって、上記非通紙領域部での過度な昇温を防止または緩和して、上記非通紙領域部の昇温に起因する上記問題を解消できる。
ここで、上記熱伝導ローラ41の熱容量と、上記熱伝導ローラ41と上記加圧ローラ2のニップ部の幅寸法を、適切な値に設定することにより、上記非通紙領域部の昇温を一層防止できる。
例えば、上記熱伝導ローラ41の単位長さ当たりの熱容量は、200〜1000J/(m・k)であり、好ましくは、250〜500J/(m・k)である。また、上記熱伝導ローラ41に、直径15〜30mmのアルミ製のローラを用いる場合、このローラの厚みは、2〜5mmが好ましい。また、上記熱伝導ローラ41に、直径15〜30mmの鉄製またはステンレス製のローラを用いる場合、このローラの厚みは、1〜3mmが好ましい。
次に、図4に、上記熱伝導ローラ41を上記加圧ローラ2に接触するか否かでの上記定着ローラ1の温度分布を示すグラフを示す。
具体的に述べると、上記定着ローラ1の上記通紙領域部の温度を170℃として、上記小サイズの記録材Pを連続で100枚通紙したときの、上記定着ローラ1の上記通紙領域部および上記非通紙領域部の温度分布を示す。
ここで、横軸に、上記定着ローラ1の一端部を0mmとしたときの上記定着ローラ1の軸方向の位置を示す。縦軸に、ニップ出口温度を示し、具体的に述べると、上記ニップ部N(図1参照)の上記記録材Pが搬送される下流側での、上記定着ローラ1の温度を示す。なお、上記定着ローラ1の耐久の許容温度を220℃とする。
そして、上記熱伝導ローラ41の上記ヒータ42をオフした状態で、上記熱伝導ローラ41を上記加圧ローラ2に接触する場合、図4の実線に示すように、上記非通紙領域部の温度は、220℃よりも小さくなる。したがって、上記定着ローラ1の耐久の許容温度よりも小さくなって、熱による上記定着ローラ1の変性や劣化を防止できる。
これに対して、上記熱伝導ローラ41を上記加圧ローラ2に接触しない場合、図4の破線に示すように、上記非通紙領域部の温度は、220℃を超える。したがって、上記定着ローラ1の耐久の許容温度よりも大きくなって、上記定着ローラ1は、熱によって、変性や劣化を発生する。
このように、上記制御部5によって、通紙時に、上記熱伝導ローラ41の上記ヒータ42をオフした状態で、上記熱伝導ローラ41を上記加圧ローラ2に接触することで、上記定着ローラ1の上記非通紙領域部の高温の熱が、上記加圧ローラ2と、上記ヒータ42に加熱されていない上記熱伝導ローラ41とを介して、上記定着ローラ1の低温の上記通紙領域部に移動して、上記非通紙領域部の昇温を防止または緩和の効果を上げることができる。
言い換えると、上記制御部5は、上記記録材Pの搬送が要求されていない待機時に上記モータ7と上記磁束発生体3と上記ヒータ42とを作動させる一方、上記記録材Pの搬送が要求されている通紙時に上記モータ7と上記磁束発生体3とを作動させ上記ヒータ42を作動させない。
つまり、上記制御部5は、待機時に、上記第1の温度検出部6および上記第2の温度検出部8からの出力に応じて、上記定着ローラ1の表面温度および上記加圧ローラ2の表面温度をそれぞれ所定の温度に維持するよう上記磁束発生体3および上記ヒータ42を制御する。
上記構成の定着装置によれば、上記記録材Pの搬送が要求されていない待機時で、上記定着ローラ1が上記磁束発生体3によって発熱しているときに、上記定着ローラ1を回転するので、上記定着ローラ1が局所的に発熱して破損することを防止する。また、上記記録材Pの搬送が要求されていない待機時に、上記加圧ローラ2を回転しつつ加熱するので、待機時に上記加圧ローラ2を所定の温度に維持することができて、定着装置の待機状態から復帰に掛かる時間を短縮できる。
また、上記制御部5は、上記記録材Pの搬送が要求されていない待機時に、上記記録材Pを搬送する時に比べて上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2の間にかかる荷重が小さくなるように、上記荷重変更体50を制御するので、待機時に、上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2の間の荷重が低い状態(軽圧接)で、上記定着ローラ1および上記加圧ローラ2を回転する。したがって、上記定着ローラ1および上記加圧ローラ2にかかる負荷を小さくできて、上記定着ローラ1および上記加圧ローラ2の弾性変形量や摩耗量が減少して、上記定着ローラ1および上記加圧ローラ2の耐久性を向上できる。
ここで、比較例として、待機時に、上記定着ローラ1を回転させながら発熱させるとき、上記定着ローラ1および上記加圧ローラ2を通常の強圧接状態で回転すると、上記定着ローラ1への負荷が大きくなり、上記定着ローラ1および上記加圧ローラ2の弾性変形量や摩耗量が大きくなって、耐久性が著しく悪くなる。
一方、上記定着ローラ1への負荷を低減するために、上記定着ローラ1および上記加圧ローラ2を軽圧接状態で回転すると、上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2の間に形成されるニップ部Nの面積が減少するため、上記加圧ローラ2に熱が伝わりにくくなって、上記加圧ローラ2を所定の温度に維持できない。上記加圧ローラ2の温度が所定値以下では、上記定着ローラ1および上記加圧ローラ2による定着が不十分になって、定温オフセットや光沢度低下等の画質劣化を起こす場合がある。
このため、比較例では、上記加圧ローラ2の温度が待機状態から十分に上昇するまで、通紙を停止して、上記加圧ローラ2を昇温する必要があり、待機状態からの復帰に時間がかかるという欠点がある。
これに対して、本発明では、上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2の間の荷重が低い状態で、上記加圧ローラ2の温度を維持しているので、上記定着ローラ1および上記加圧ローラ2の耐久性を向上できる。
また、上記構成の定着装置によれば、上記加熱体40は、上記定着ローラ1の回転軸方向の温度ムラを低減するように上記定着ローラ1に上記加圧ローラ2を介して熱を伝導する上記熱伝導ローラ41を有するので、上記小サイズの記録材Pを上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2の間に連続して通紙したとき、上記定着ローラ1の上記非通紙領域部での過度な昇温を防止して、上記大サイズの記録材Pを通紙したときのこの大サイズの記録材Pの全面の画質を均一にできると共に、熱による上記定着ローラ1の変性や劣化を防止する。
また、上記定着ローラ1は、上記スポンジ層12を有するので、このスポンジ層12は、断熱材として上記定着ローラ1の熱容量を小さくでき、かつ、弾性材として上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2の相互の接触によって形成されるニップ部Nの幅寸法を大きくできる。したがって、定着装置の高速運転を可能にする。
また、上記加圧ローラ2は、上記スポンジ層22を有するので、このスポンジ層22は、断熱材として上記加圧ローラ2の熱容量を小さくでき、かつ、弾性材として上記定着ローラ1と上記加圧ローラ2の相互の接触によって形成されるニップ部Nの幅寸法を大きくできる。したがって、定着装置の高速運転を可能にする。
また、上記磁束発生体3は、上記定着ローラ1の外側に配置されているので、上記磁束発生体3の配置が容易で、上記スポンジ層12を有する定着ローラ1を発熱させることに好適となる。
また、上記制御部5は、上記記録材Pの搬送が要求されていない待機時に上記モータ7と上記磁束発生体3と上記ヒータ42とを作動させるので、待機時に上記加圧ローラ2を所定の温度に維持することができて、定着装置の待機状態から復帰に掛かる時間を短縮できる。また、上記制御部5は、上記記録材Pの搬送が要求されている通紙時に上記モータ7と上記磁束発生体3とを作動させ上記ヒータ42を作動させないので、上記定着ローラ1の非通紙領域部の高温の熱が、上記加圧ローラ2と、加熱されない上記ヒータ42とを介して、上記定着ローラ1の低温の通紙領域部に移動して、上記非通紙領域部の昇温を防止または緩和の効果を上げることができる。
また、上記制御部5は、待機時に、上記第1の温度検出部6および上記第2の温度検出部8からの出力に応じて、上記定着ローラ1の表面温度および上記加圧ローラ2の表面温度をそれぞれ所定の温度に維持するよう上記磁束発生体3および上記ヒータ42を制御するので、定着装置の待機状態から復帰に掛かる時間を確実に短縮できる。
また、上記熱伝導ローラ41の軸方向の長さは、上記加圧ローラ2の軸方向の長さよりも長いので、上記熱伝導ローラ41は、上記加圧ローラ2の軸方向の全領域に接触する。したがって、待機時の上記加圧ローラ2を所定の温度に確実に維持できる。また、上記定着ローラ1の上記非通紙領域部の昇温を確実に防止できる。
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記定着ローラ1は、支持層11、スポンジ層12、電磁誘導発熱層13、弾性層14および離型層15を備えるが、これらの他に、他の層を備えてよいのはもちろんである。また、上記加圧ローラ2についても上記定着ローラ1と同様である。
また、上記定着体として、上記定着ローラ1の代わりに、無端状の定着ベルトを用いてもよい。上記加圧体として、上記加圧ローラ2の代わりに、無端状の加圧ベルトを用いてもよい。上記モータ7によって上記定着ローラ1を回転駆動するようにしてもよい。上記磁束発生体3を上記定着ローラ1の内側に配置してもよい。上記加熱体40として、上記加圧ローラ2の軸方向に長尺なヒータを用いてもよい。上記荷重変更体50を上記定着ローラ1に取り付けてもよい。上記ヒータ42を上記熱伝導ローラ41の外側に配置してもよい。上記熱伝導部として、上記熱伝導ローラ41の代わりに、無端状のベルトや、回転不能な固定部材を用いてもよい。上記第1の温度検出部6および上記第2の温度検出部8として、接触型サーミスタを用いてもよい。
本発明の定着装置の一実施形態を示す断面構成図である。 制御部による加熱体および荷重変更体の制御のフローチャートである。 小サイズの記録材を通紙する状態を示す定着装置の簡略平面図である。 熱伝導ローラを加圧ローラに接触するか否かでの定着ローラの温度分布を示すグラフである。
符号の説明
1 定着ローラ(定着体)
2 加圧ローラ(加圧体)
3 磁束発生体
5 制御部
6 第1の温度検出部
7 モータ(駆動部)
8 第2の温度検出部
11 支持層
12 スポンジ層
13 電磁誘導発熱層
14 弾性層
15 離型層
21 支持層
22 スポンジ層
23 離型層
31 コイル
32 磁性体コア
40 加熱体
41 熱伝導ローラ(熱伝導部)
42 ヒータ(加熱部)
50 荷重変更体
51 リンク部
52 揺動部
N ニップ部
P 記録材
小サイズの記録材
大サイズの記録材
t トナー

Claims (12)

  1. 回転可能な定着体と、
    この定着体に接触してこの定着体とともに記録材を搬送する回転可能な加圧体と、
    上記定着体または上記加圧体を回転駆動する駆動部と、
    磁束を発生して上記定着体を発熱させる磁束発生体と、
    上記加圧体の外側に配置されると共に上記加圧体を加熱する加熱体と、
    上記記録材の搬送が要求されていない待機時で、上記磁束発生体が上記定着体を発熱させているときに、上記定着体および上記加圧体を互いに接触した状態で上記定着体および上記加圧体を上記駆動部によって回転させると共に、上記加熱体に上記加圧体を加熱させる制御部と
    を備えることを特徴とする定着装置。
  2. 請求項1に記載の定着装置において、
    上記定着体と上記加圧体の間にかかる荷重を変更する荷重変更体を備え、
    上記制御部は、上記記録材の搬送が要求されていない待機時に、上記記録材を搬送する時に比べて上記定着体と上記加圧体の間にかかる荷重が小さくなるように、上記荷重変更体を制御することを特徴とする定着装置。
  3. 請求項1に記載の定着装置において、
    上記加熱体は、
    上記加圧体に接触すると共に、上記定着体の回転軸方向の温度ムラを低減するように上記定着体に上記加圧体を介して熱を伝導する熱伝導部と、
    この熱伝導部を加熱する加熱部と
    を有することを特徴とする定着装置。
  4. 請求項1に記載の定着装置において、
    上記定着体は、スポンジ層を有することを特徴とする定着装置。
  5. 請求項1に記載の定着装置において、
    上記加圧体は、スポンジ層を有することを特徴とする定着装置。
  6. 請求項4に記載の定着装置において、
    上記磁束発生体は、上記定着体の外側に配置されていることを特徴とする定着装置。
  7. 請求項1に記載の定着装置において、
    上記制御部は、上記定着体と上記加圧体の間に上記記録材が通過するときに、上記加熱体の加熱をオフした状態で、上記加熱体を上記加圧体に接触させることを特徴とする定着装置。
  8. 支持層の周囲にスポンジ層、電磁誘導発熱層、および、離型層を順次積層した回転可能な定着ローラと、
    この定着ローラへ接触して配置されこの定着ローラとともに記録材を搬送する加圧ローラと、
    上記定着ローラまたは上記加圧ローラを回転駆動する駆動部と、
    磁束を発生して上記定着ローラを発熱させる磁束発生体と、
    上記加圧ローラへ接触して配置された熱伝導ローラと、
    この熱伝導ローラを加熱する加熱部と、
    上記記録材の搬送が要求されていない待機時に上記駆動部と上記磁束発生体と上記加熱部とを作動させる一方、上記記録材の搬送が要求されている通紙時に上記駆動部と上記磁束発生体とを作動させ上記加熱部を作動させない制御部と
    を備えることを特徴とする定着装置。
  9. 請求項8に記載の定着装置において、
    上記定着ローラの表面温度を検出する第1の温度検出部と、
    上記加圧ローラの表面温度を検出する第2の温度検出部と
    を備え、
    上記制御部は、待機時に、上記第1の温度検出部および上記第2の温度検出部からの出力に応じて、上記定着ローラの表面温度および上記加圧ローラの表面温度をそれぞれ所定の温度に維持するよう上記磁束発生体および上記加熱部を制御することを特徴とする定着装置。
  10. 請求項8に記載の定着装置において、
    上記定着ローラは、上記電磁誘導発熱層と上記離型層の間に弾性層を有することを特徴とする定着装置。
  11. 請求項8に記載の定着装置において、
    上記熱伝導ローラの軸方向の長さは、上記加圧ローラの軸方向の長さよりも長いことを特徴とする定着装置。
  12. 請求項8に記載の定着装置において、
    上記定着ローラと上記加圧ローラの間にかかる荷重を変更する荷重変更体を備え、
    上記制御部は、待機時に、通紙時に比べて上記定着ローラと上記加圧ローラの間にかかる荷重が小さくなるように、上記荷重変更体を制御することを特徴とする定着装置。
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