JP2008097036A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁誘導加熱装置を用いた定着装置において、装置のウォーミングアップ時における定着ロール又は定着ベルトからの放熱、及び他の部材への熱移動を抑え、ウォーミングアップ時間を短縮し、消費電力を低減すること。
【解決手段】 定着ロール１は導電性の芯金からなり、該定着ロール１と対向する位置に電磁誘導加熱装置３が配置されている。ウォーミングアップ時、定着ロール１は通常の定着動作時より遅い速度で回転しており、加圧ロール２は定着ロール１から離間している。定着ロール１は電磁誘導加熱装置３によって加熱された後、加圧ロール２と接触することなく、該加圧ロール２と対向する位置を通過する。このため、定着ロール１から加圧ロール２に熱が伝達するのを防止できる。また、定着ロール１の表面と周囲の空気とが接触する速度が遅くなるため、定着ロール１から空気中へ放射される熱量が抑えられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像記録装置において用いられ、記録媒体上に担持された未定着トナー画像を記録媒体に定着させる定着装置に関する。

一般に、粉状のトナーを用いる画像形成装置においてトナー像を定着する工程は、トナー像を記録媒体上に静電的に転写した後、定着装置によってトナー像を記録媒体に溶融圧着する方法が広く採用されている。

この定着装置は、定着ロール又は無端状の定着ベルトと、該定着ロール又は定着ベルトに圧接された加圧部材とで構成されている。そして、定着ロール又は定着ベルトと加圧部材との間に、未定着トナー像を担持した記録媒体を挟み込んで加熱押圧し、トナー像を記録媒体に融着させて定着画像を形成する。

上記定着ロールは、一般に、芯金の内部にハロゲンランプ等の発熱体が配置されており、該芯金の表面に弾性層及び離型層が設けられている。そして、この発熱体の熱が芯金及び表面の各層に伝達し、定着ロールの表面がトナー像を加熱溶融するのに適切な温度となる。また、上記定着ベルトは、耐熱性を有する基層の上に離型層が設けられており、テンションフリーの状態で支持されたり、複数のロールによって張架されている。そして、この定着ベルトは、該定着ベルトの内側に備えられたハロゲンランプ等を内蔵する加熱源によって加熱される。

しかし、上記のようにハロゲンランプ等の発熱体を加熱源として用いる場合、該発熱体に電力を投入後、発熱体の熱が定着ロール又は定着ベルト等の定着部材の表面に伝達し、該定着部材が所定の温度に達するまでに時間を要する。また、定着部材と加圧部材とが接触しているため、該定着部材の熱が加圧部材へ伝達する。このため、装置の起動時や待機状態から復帰する時に定着部材のウォーミングアップに時間がかかり、消費電力が大きくなってしまう。

このような事情から、定着部材を加熱する手段として、定着部材に導電性層を設け、電磁誘導加熱装置によって導電性層を発熱させるものが提案されている。電磁誘導加熱は、導電性層に変動磁界を発生する励磁コイルを対向配置し、導電性層を貫通する磁束を発生させることにより、導電性層に渦電流が生じ発熱するものである。

上記定着部材は、回転又は周回移動によって電磁誘導加熱装置の加熱領域を通過する際、該定着部材が有する導電性層が加熱される。電磁誘導加熱によれば、極めて短い時間で導電性層を発熱させることができ、定着部材を直接加熱することができる。このため、加熱源としてハロゲンランプ等の発熱体を用いる場合に比べ、効率良く装置のウォーミングアップを行うことができる。

しかしながら、上記電磁誘導加熱を用いた定着装置にも、次のような事情がある。
電磁誘導加熱を用いた定着装置では、短い時間で定着部材の温度を上昇させることができるが、定着時に電磁誘導加熱装置に供給する電力量のピークを抑えるために、装置の起動時や待機状態から復帰する時に定着部材の温度を瞬時に定着可能温度まで上昇させることができない場合がある。このような場合には、定着部材を周回駆動しながら徐々に定着に必要な温度まで加熱していく。このようなウォーミングアップ時に、定着部材は電磁誘導加熱装置との対向位置を通過する毎に徐々に加熱される。ところが、加熱された定着部材が周回する間に放熱が生じ、電磁誘導加熱装置との対向位置を通過した後、次に加熱されるまでに温度が低下してしまう。また、加圧部材との圧接部を通過する際に、定着部材の有する熱が加圧部材に移動してしまう。このため、効率よくウォーミングアップを行い、消費電力を低減するためには、上記放熱及び熱移動を小さくする必要がある。

本願発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電磁誘導加熱装置を用いた定着装置において、装置のウォーミングアップ時における定着ロール又は定着ベルトからの放熱、及び他の部材への熱移動を抑え、ウォーミングアップ時間を短縮し、消費電力を低減することである。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、 周回可能な無端状周面を有し、該周面が未定着トナー像を担持した記録媒体に当接される加熱定着体と、 前記加熱定着体の周面を加熱する加熱装置と、 前記加熱定着体に当接され、該加熱定着体の周面の幅方向にほぼ均等な力で押圧される加圧部材とを有し、 前記加熱定着体と前記加圧部材との間に送り込まれる記録媒体上の未定着トナー像を、加熱及び加圧して該記録媒体に定着する定着装置であって、 前記加熱定着体は、該加熱定着体の周面に沿って導電性層を有するものであり、 前記加熱装置は、電磁誘導電流によって前記導電性層を発熱させるものであり、 定着動作開始前のウォームアップ時に前記加熱装置によって前記加熱定着体の表面温度が所定の温度に加熱されるまで、該加熱定着体が、定着動作中に回転する速度より遅く回転するとともに、 前記加圧部材は、該加熱定着体から離間していることを特徴とする定着装置を提供する。

上記定着装置では、上記加熱定着体が有する熱によってトナー像を加熱溶融し、記録媒体に圧着して定着画像を形成する。そして、定着装置を起動した時や待機状態から定着動作を開始する前に、加熱定着体がトナー像を加熱溶融するのに必要な熱量及びトナー像から記録媒体に伝達する熱量を蓄えるまで、加熱定着体を上記加熱装置によって加熱する。このような時、加熱定着体は通常の定着動作時に比べて周回速度が遅くなっている。このため、ウォーミングアップ完了までに、加熱された加熱定着体が上記加圧部材と接触する回数が減少し、加熱定着体から加圧部材に伝達する熱量を抑えることができる。また、該加熱定着体は、周回速度が遅いことによって周囲の空気との相対速度が遅くなるため、加熱定着体から空気へ放出される熱量を低減できる。従って、ウォーミングアップの時間を短縮することができるとともに、ウォーミングアップ時に加熱装置への供給電力量を低く抑えることができる。

また、上記加圧部材は、ウォーミングアップ時に加熱定着体から離間しているため、該加熱定着体は加熱された後、加圧部材と接触することなく該加圧部材と対向する位置を通過する。このため、加熱定着体から加圧部材に熱が伝達するのを防止でき、ウォーミングアップを効率的に行うことができる。

以上説明したように、本願発明によれば、定着装置が起動した時や待機状態から定着動作を開始する前にウォーミングアップを行う時、定着部材の回転速度は通常の定着動作時に比べて遅くなっている。このため、ウォーミングアップ完了までに、加熱された定着部材が加圧部材と接触する回数が減少し、定着部材から加圧部材に伝達する熱量を抑えることができる。また、定着部材が周囲の空気と接する相対速度が遅くなるため、定着部材から空気へ放出される熱量を低減できる。って、ウォーミングアップ時間を短縮することができるとともに、ウォーミングアップ時の加熱装置への供給電力量を低減することができる。また、ウォーミングアップ時に、加圧部材を定着部材から離間することによって、該定着部材から加圧部材に熱が伝達するのを防止でき、更にウォーミングアップ時間を短縮することができる。

以下に、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願に係る発明の一実施形態である定着装置を示す概略構成図である。
この定着装置は、中心軸回りに回転が可能に支持された定着ロール１と、該定着ロール１の軸線と平行に圧接される加圧ロール２と、定着ロール１の外周面に対向するように設けられた電磁誘導加熱装置３とで構成されている。さらに、定着ロール１の外周面に沿って、離型剤塗布ロール４と、温度検知器５と、クリーニング装置６とが備えられている。

上記定着ロール１は、導電性を有する金属製の円筒状芯金１ａと、該円筒状芯金の上に積層された表面離型層１ｂとで構成されている。円筒状芯金１ａは、例えば鉄、磁性ステンレス、ニッケルなどの磁性金属、またはこれら主体の合金や非磁性ステンレス、アルミニウム、銅などの非磁性金属、またはこれら主体の合金を、厚さ２００μｍ〜１ｍｍで形成したものが用いられ、電磁誘導で十分な発熱が得られるような固有抵抗値となるように材質が選択される。表面離型層１ｂは、厚さ30μｍ程度の離型性の高いシート又はコート層であることが好ましく、例えばフッ素樹脂層を用いることができる。

上記加圧ロール２は、金属製の円筒状芯金２ａを芯材とし、該芯金２ａの表面にスポンジやゴムなどの弾性層２ｂと、更にその表面にフッ素樹脂等からなる離型層２ｃとを備えている。該加圧ロール２は、定着ロール１に対して接離可能に移動する機構を備えている。

上記電磁誘導加熱装置３は、定着ロール１の外周面と対向するように配置され、導電性の円筒状芯金１ａを発熱させるものであり、図２に示すように、断面がＥ型となった鉄芯３ａと、この鉄芯３ａに巻き回された励磁コイル３ｂと、この励磁コイル３ｂに交流電流を供給する励磁回路３ｃとで主要部が構成されている。励磁コイル３ｂに交流電流が供給されると、励磁コイル３ｂの周囲に矢印Ｈで示される磁束が生成消滅を繰り返す。そして、この磁束Ｈが導電性の円筒状芯金１ａを横切るように電磁誘導加熱装置３が配置されている。上記励磁コイル３ｂに供給される交流電流の周波数は、該コイルや電源の設計仕様内において電磁誘導で十分な発熱が得られるように、上記円筒状芯金１ａの固有抵抗値を勘案して設定される。

上記のように変動する磁界が導電性の円筒状芯金１ａを横切るとき、その磁界の変化を妨げる磁界を生じるように、導電性の円筒状芯金１ａには矢印Ｂで示される渦電流が発生する。この渦電流は表皮効果のために、ほとんど円筒状芯金１ａの励磁コイル３ｂ側の面に集中して流れ、円筒状芯金１ａの表皮抵抗に比例して発熱する。

次に、上記定着装置の動作について説明する。
上記定着ロール１及び加圧ロール２は、それぞれ図示しない駆動モータにより回転しており、該定着ロール１は、電磁誘導加熱装置３の加熱領域を通過するときに加熱される。このとき加熱領域では、励磁回路から励磁コイルに交流電流が供給されており、定着ロール１の導電性を有する円筒状芯金１ａに渦電流が発生し発熱する。これにより、円筒状芯金１ａ及び表面離型層１ｂは、トナー像の定着を行うことができる温度まで加熱される。そして、定着ロールと加圧ロールとの圧接部に未定着トナー像を担持した記録紙Pが送り込まれ、トナー像は加熱溶融されて記録紙Pに圧着し、定着画像が形成される。

上記定着装置は、起動時及び待機中などで定着動作を開始する前に、トナー像を加熱溶融するのに適した温度まで定着ロール１を予め加熱しておく、いわゆるウォーミングアップを行う。つまり、電磁誘導加熱装置３との対向位置を一度通過するだけでは、トナー像の定着に必要な温度まで加熱することができず、予め定着ロール1の温度を上昇させておく。このとき、定着ロール１は通常の定着動作時より遅い速度で回転しており、加圧ロール２は定着ロール１から離間している。定着ロール１は電磁誘導加熱装置３によって加熱された後、加圧ロール２と接触することなく、該加圧ロール２と対向する位置を通過する。このため、定着ロール１から加圧ロール２に熱が伝達するのを防止できる。また、定着ロール１の表面と周囲の空気とが接触する速度が遅くなるため、定着ロール１から空気へ放射される熱量が抑えられる。このため、定着ロール１は短い時間で定着に必要な所定の温度に達し、ウォーミングアップの時間を短縮することができる。また、電磁誘導加熱装置３への供給電力量を低減することができる。

ここで、本定着装置において、従来のように定着ロール１の速度を変えずにウォーミングアップを行った場合と、定着ロール１から加圧ロール２を離間させた場合と、加圧ロール２を離間するとともに定着ロール１の回転速度を遅くした場合のウォーミングアップ時間の比較を表１に示す。

この表に示すように、定着ロール１から加圧ロール２を離間させることにより、従来に比べてウォーミングアップ時間を短縮することができる。このことから、定着ロール１から加圧ロール２への熱伝達が、該定着ロール１の電磁誘導加熱による温度上昇に大きく寄与していることがわかる。また、定着ロール１の回転速度を遅くすることによって、さらにウォームアップ時間を短縮することができる。

次に、本願に係る発明の他の実施形態である定着装置を図３に基づいて説明する。
この定着装置は、駆動ロール１１と、この駆動ロール１１と平行に支持された支持ロール１２と、該支持ロール１２と駆動ロール１１とに張架された定着ベルト１３と、この定着ベルト１３を介して駆動ロール１１に圧接される加圧ロール１４と、定着ベルト１３の内周面に沿って設けられた電磁誘導加熱装置１５と、記録紙Ｐを定着ベルト１３と加圧ロール１４との間に送り込むための搬送ガイド１６と、離型剤塗布ロール１７とで構成されている。

上記定着ベルト１３は、駆動ロール１１の駆動にともなって周回移動しており、電磁誘導加熱装置１５と対向する加熱領域を通過するときに加熱される。そして、定着ベルト１３と加圧ロール１４との間に未定着トナー像を担持した記録紙Pが送り込まれ、トナー像は記録紙Pに溶融圧着され、定着画像が形成される。
なお、上記加圧ロール１４及び電磁誘導加熱装置１５は、図１に示す定着装置と同様のものが用いられている。

上記定着ベルト１３は、導電性層を基層として、その上に積層された表面離型層とで構成されている。また、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミドアミド等に代表される耐熱性の高いシート状部材を基層とし、その上に導電性層、さらにその上に表面離型層を積層したものでもよい。該導電性層及び表面離型層は、図１に示す定着装置で用いられている定着ロール１が有する、円筒状芯金１ａ及び表面離型層１ｂと同様のものを用いることができる。

上記定着装置は、図１に示す定着装置と同様に、起動時及び待機状態から定着動作を開始する前に、定着ベルト１３の周回速度を遅くし、加圧ロール１４を定着ベルト１３から離間させてウォーミングアップを行う。このため、定着ベルト１３が電磁誘導加熱装置１５によって加熱された後、定着ベルト１３から加圧ロール１４に熱が伝達するのを防止できる。また、該定着ベルト１３から空気への放熱量を低く抑えることができる。このため、ウォーミングアップの時間を短縮することができ、ウォーミングアップ時の消費電力を低減することができる。

ここで、本定着装置において、従来のウォーミングアップ時間と、定着ベルト１３の移動速度を遅くして該定着ベルト１３から加圧ロール１４を離間させたときのウォーミングアップ時間との比較を表２に示す。

この表からも、本発明によって、従来に比べ大幅にウォームアップ時間を短縮できることがわかる。

なお、図４に示すように、回転支持体ロール２１とバックアップロール２２及び加圧ロール２３とで定着ベルト２４を挟持し、該ベルト２４の内側に電磁誘導加熱装置２５を設けた定着装置であっても、ウォーミングアップ時に回転支持体ロール２１の回転を減速したり、加圧ロール２３を離間することによって、上記定着装置と同様の効果が得られ、ウォーミングアップ時間を短縮することができる。

図５は、本願に係る発明の他の実施形態である定着装置を示す概略構成図である。
この定着装置は、中心軸回りに回転が可能に支持された内部加圧部材３１と、該内部加圧部材３１の外側に無張力状態で支持され、内部加圧部材３１に従動して回転する定着ベルト３２と、該定着ベルト３２を介して内部加圧部材３１に圧接される加圧ロール３３と、定着ベルト３２の外周面に沿って設けられた電磁誘導加熱装置３４とで構成されている。さらに、定着ベルト３２の外周面に沿って、温度検知器３５と、クリーニング装置３６とが備えられている。そして、定着ベルト３２と加圧ロール３３との間に未定着トナー像を担持した記録紙Pを挟み込みんで加熱加圧し、トナー像を記録紙Ｐに圧着して定着画像を形成する。
なお、上記定着ベルト３２と、加圧ロール３３と、電磁誘導加熱装置３４とは、図３に示す定着装置と同様の構成のものを用いることができる。

上記定着装置は、図３に示す定着装置と同様に、定着ベルト３２の周回速度を定着動作時より遅くしてウォーミングアップを行う。このため、定着ベルト３２を所定の温度まで加熱する時間を短縮することができ、効率良くウォーミングアップを行うことができる。

上記定着装置において、従来のウォーミングアップと、定着ベルトの回転を低速にして加圧ロールを定着ベルトに接触させて行ったウォーミングアップの時間の比較を図８に示す。この結果から、ウォーミングアップ中に加圧ロールと定着ベルトとが接触していても、定着ベルトの周回速度を遅くすることによって、定着ベルトからの放熱を低減できることがわかる。

なお、図６に示すように、電磁誘導加熱装置４３を周回移動する定着ロール４１の内側に固定支持部材４４によって支持したり、図７に示すように、内部加圧部材５４としてパッドを用いても、上記定着装置と同様にウォーミングアップ時間の短縮が可能となる。

本願に係る発明の一実施形態である定着装置を示す概略構成図である。 図１に示す定着装置で用いる電磁誘導加熱装置を示す概略断面図である。 本願に係る発明の他の実施形態である定着装置を示す概略構成図である。 本願に係る発明の他の実施形態である定着装置を示す概略構成図である。 本願に係る発明の他の実施形態である定着装置を示す概略構成図である。 本願に係る発明の他の実施形態である定着装置を示す概略構成図である。 本願に係る発明の他の実施形態である定着装置を示す概略構成図である。 図５に示す定着装置と従来の定着装置のウォーミングアップ時間を示すグラフである。

符号の説明

１：定着ロール、
２，１４，２３，３３，４２，５２：加圧ロール，
３，１５，２５，３４，４３，５３：電磁誘導加熱装置、
４，１７：離型剤塗布ロール、
５，３５，４６：温度検知器
６，２６，３６：クリーニング装置
１１：駆動ロール
１２：支持ロール
１３，２４，３２，４１，５１：定着ベルト
１６：搬送ガイド
２１：回転支持体ロール
２２：バックアップロール
３１，４５，５４：内部加圧部材
４４：固定支持部材

Claims (1)

1. 周回可能な無端状周面を有し、該周面が未定着トナー像を担持した記録媒体に当接される加熱定着体と、
   前記加熱定着体の周面を加熱する加熱装置と、
   前記加熱定着体に当接され、該加熱定着体の周面の幅方向にほぼ均等な力で押圧される加圧部材とを有し、
   前記加熱定着体と前記加圧部材との間に送り込まれる記録媒体上の未定着トナー像を、加熱及び加圧して該記録媒体に定着する定着装置であって、
   前記加熱定着体は、該加熱定着体の周面に沿って導電性層を有するものであり、
   前記加熱装置は、電磁誘導電流によって前記導電性層を発熱させるものであり、
   定着動作開始前のウォームアップ時に前記加熱装置によって前記加熱定着体の表面温度が所定の温度に加熱されるまで、該加熱定着体が、定着動作中に回転する速度より遅く回転するとともに、 前記加圧部材は、該加熱定着体から離間していることを特徴とする定着装置。