JP2009198802A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定着装置等に関し、特に、電磁誘導加熱方式により加熱を行う定着装置等に関する。 The present invention relates to a fixing device and the like, and more particularly, to a fixing device and the like that perform heating by an electromagnetic induction heating method.
電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置には、熱と圧力(ニップ圧)を同時に加え、記録材上に転写されたトナーの樹脂成分を溶着させる定着装置が用いられている。
この定着装置として、電磁誘導を利用して加熱を行う定着装置がある。この電磁誘導加熱方式の定着装置において、定着ベルトの温度均一性を確保するため、例えば、磁性体コアを一定の間隔に千鳥状に配置し、磁気結合を弱めることで、発熱量の制御を可能とするものが提案されている(例えば特許文献1参照)。
2. Description of the Related Art Image forming apparatuses such as copying machines and printers using an electrophotographic system use a fixing device that simultaneously applies heat and pressure (nip pressure) to weld a resin component of toner transferred onto a recording material. .
As this fixing device, there is a fixing device that performs heating using electromagnetic induction. In this electromagnetic induction heating type fixing device, in order to ensure the temperature uniformity of the fixing belt, for example, the magnetic cores are arranged in a staggered manner at regular intervals, and the heat generation can be controlled by weakening the magnetic coupling. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
ところで、加熱の際に温度の検知を行う温度センサは、非磁性金属を利用しており、電磁誘導を行う磁束が作用するため、定着ベルトの発熱分布に影響を及ぼすことがある。
また電磁誘導による加熱方式では急激な温度上昇を伴うことがあり、その際に、上記センサでは、温度を十分検知できず、温度の制御が不十分になることがある。
本発明の目的は、定着ベルトの温度均一性を確保し、かつ温度の制御を的確に行うことができる定着装置等を提供することにある。
By the way, a temperature sensor that detects temperature during heating uses a non-magnetic metal, and a magnetic flux that performs electromagnetic induction acts on the temperature sensor, which may affect the heat distribution of the fixing belt.
In addition, the heating method using electromagnetic induction may be accompanied by a rapid temperature increase, and the sensor may not be able to detect the temperature sufficiently, and the temperature control may be insufficient.
An object of the present invention is to provide a fixing device and the like that can ensure temperature uniformity of the fixing belt and can accurately control the temperature.
請求項1に係る発明は、磁界の作用により加熱する導電層を含むベルト部材と、前記ベルト部材を回動させる駆動部と、前記磁界を発生させる加熱部と、前記ベルト部材の外周面に圧接することで、当該ベルト部材との間に未定着画像を保持した記録材を挿通するための定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記ベルト部材の内側から前記加圧部材に向けて当該ベルト部材を押圧する押圧部材と、前記ベルト部材の温度を検知する温度検知部と、前記温度検知部が設置された箇所の前記磁界の強さを強める構造と、を有することを特徴とする定着装置である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a belt member including a conductive layer that is heated by the action of a magnetic field, a driving unit that rotates the belt member, a heating unit that generates the magnetic field, and a pressure contact with an outer peripheral surface of the belt member. A pressure member that forms a fixing nip portion for inserting a recording material holding an unfixed image between the belt member and the belt member from the inside of the belt member toward the pressure member. A fixing device comprising: a pressing member that presses a member; a temperature detection unit that detects a temperature of the belt member; and a structure that increases the strength of the magnetic field at a location where the temperature detection unit is installed. It is.
請求項2に係る発明は、前記構造は、前記温度検知部が、感温磁性材料を含むことにより構成され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に係る発明は、前記感温磁性材料は、金属合金材料であることを特徴とする請求項2に記載の定着装置である。
請求項4に係る発明は、前記感温磁性材料の厚さをk1、前記導電層の厚さをk2、当該感温磁性材料の固有抵抗をρ1、当該導電層の固有抵抗をρ2としたときに下記式(1)を満たすことを特徴とする請求項3に記載の定着装置である。
2×ρ1/k1<ρ2/k2 …(1)
The invention according to claim 2 is the fixing device according to claim 1, wherein the structure is configured such that the temperature detection unit includes a temperature-sensitive magnetic material.
The invention according to claim 3 is the fixing device according to claim 2, wherein the temperature-sensitive magnetic material is a metal alloy material.
According to a fourth aspect of the present invention, the thickness of the temperature-sensitive magnetic material is k 1 , the thickness of the conductive layer is k 2 , the specific resistance of the temperature-sensitive magnetic material is ρ 1 , and the specific resistance of the conductive layer is ρ formula is taken as 2 that satisfy (1) is a fixing device according to claim 3, characterized.
2 × ρ 1 / k 1 <ρ 2 / k 2 (1)
請求項5に係る発明は、前記感温磁性材料の厚さは、0.05mm〜0.3mmであることを特徴とする請求項2に記載の定着装置である。
請求項6に係る発明は、前記温度検知部は、前記感温磁性材料がキュリー点未満の温度において磁性を有するときに当該感温磁性材料に吸引する磁石を更に有し、前記感温磁性材料が、キュリー点以上の温度において磁性を消失したときは前記磁石が移動することによりスイッチングを行い、前記加熱部における前記磁界の発生を停止することを特徴とする請求項2に記載の定着装置である。
The invention according to
According to a sixth aspect of the present invention, the temperature detection unit further includes a magnet that attracts the temperature-sensitive magnetic material when the temperature-sensitive magnetic material has magnetism at a temperature lower than the Curie point, and the temperature-sensitive magnetic material 3. The fixing device according to claim 2, wherein when the magnetism disappears at a temperature equal to or higher than the Curie point, switching is performed by moving the magnet, and generation of the magnetic field in the heating unit is stopped. is there.
請求項7に係る発明は、トナー像を形成するトナー像形成手段と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、を有し、前記定着手段は、駆動部により回動するベルト部材と、当該ベルト部材を磁界の作用により加熱する加熱部と、感温磁性材料を温度の検知に使用した温度検知部と、を備え、前記温度検知部は、前記感温磁性材料の温度が当該感温磁性材料のキュリー点以上になったときに前記加熱部における磁界の発生を停止することを特徴とする画像形成装置である。 The invention according to claim 7 comprises: a toner image forming unit that forms a toner image; a transfer unit that transfers the toner image to a recording medium; and a fixing unit that fixes the toner image to the recording medium. The fixing unit includes a belt member that is rotated by a driving unit, a heating unit that heats the belt member by the action of a magnetic field, and a temperature detection unit that uses a temperature-sensitive magnetic material for temperature detection. The image forming apparatus is characterized in that when the temperature of the temperature-sensitive magnetic material becomes equal to or higher than the Curie point of the temperature-sensitive magnetic material, generation of a magnetic field in the heating unit is stopped.
請求項8に係る発明は、前記温度検知部は、前記感温磁性材料と対峙して設置される磁石を更に有し、前記磁石は、前記感温磁性材料がキュリー点未満の温度において当該感温磁性材料に吸引し、キュリー点以上の温度において当該感温磁性材料から離れることによりスイッチングを行い、前記加熱部における磁界の発生を停止することを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置である。 According to an eighth aspect of the present invention, the temperature detection unit further includes a magnet that is installed opposite to the temperature-sensitive magnetic material, and the magnet has the sensitivity at a temperature that is less than the Curie point. The image forming apparatus according to claim 7, wherein attraction is performed on the hot magnetic material, switching is performed by moving away from the thermosensitive magnetic material at a temperature equal to or higher than the Curie point, and generation of a magnetic field in the heating unit is stopped. It is.
請求項1に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、定着ベルトの温度分布が均一になりやすい定着装置を得ることができる。
請求項2に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、温度センサの設置部分での磁界の変化が起きにくくなるため、定着ベルトの温度分布が均一になりやすい定着装置を得ることができる。
請求項3に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、磁界の影響を受けにくい温度センサの受熱部を作成できるため、定着ベルトの温度分布がより均一になりやすい定着装置を得ることができる。
請求項4に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、温度センサの受熱部での自己発熱が起きにくいため、より誤動作が少ない定着装置を得ることができる。
請求項5に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、温度センサの受熱部での自己発熱が起きにくく、簡易に誤動作が少ない定着装置を得ることができる。
請求項6に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、異常時の温度昇温に対し、応答が速い温度センサが作成できるため、より安全性を向上させた定着装置を得ることができる。
請求項7に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、定着ベルトの温度分布が均一になりやすい定着装置を使用することができるため、良好な画像を得ることができる画像形成装置が得られる。
請求項8に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、異常時の温度昇温に対し、応答が速い温度センサが作成できるため、異常時の温度昇温に対し安全性を向上させた画像形成装置が得られる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to obtain a fixing device in which the temperature distribution of the fixing belt tends to be uniform as compared with the case where this configuration is not adopted.
According to the second aspect of the present invention, since the change in the magnetic field is less likely to occur at the temperature sensor installation portion than in the case where the present configuration is not adopted, the fixing device in which the temperature distribution of the fixing belt is likely to be uniform. Can be obtained.
According to the third aspect of the present invention, since the heat receiving portion of the temperature sensor that is not easily affected by the magnetic field can be created as compared with the case where this configuration is not employed, the fixing belt temperature distribution is likely to be more uniform. A device can be obtained.
According to the fourth aspect of the present invention, the self-heating at the heat receiving portion of the temperature sensor is less likely to occur as compared with the case where this configuration is not adopted, so that a fixing device with fewer malfunctions can be obtained.
According to the fifth aspect of the present invention, a self-heating at the heat receiving portion of the temperature sensor hardly occurs and a fixing device with few malfunctions can be easily obtained as compared with the case where this configuration is not adopted.
According to the sixth aspect of the present invention, since a temperature sensor can be created that has a quick response to a temperature rise at the time of abnormality as compared with the case where this configuration is not adopted, the fixing device further improves safety. Can be obtained.
According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to use a fixing device in which the temperature distribution of the fixing belt is likely to be uniform as compared with the case where this configuration is not adopted, and thus a good image can be obtained. An image forming apparatus is obtained.
According to the eighth aspect of the present invention, a temperature sensor can be created that has a quick response to a temperature rise at the time of abnormality as compared with the case where this configuration is not adopted. An image forming apparatus with improved properties can be obtained.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1K、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部10、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー画像を記録材(記録紙)である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部20、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着装置60を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an image forming apparatus to which the exemplary embodiment is applied. The image forming apparatus shown in FIG. 1 is an intermediate transfer type image forming apparatus generally called a tandem type, and a plurality of
本実施の形態において、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、矢印A方向に回転する感光体ドラム11の周囲に、これらの感光体ドラム11を帯電する帯電器12、感光体ドラム11上に静電潜像を書込むレーザ露光器13(図中露光ビームを符号Bmで示す)、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム11上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器14、感光体ドラム11上に形成された各色成分トナー像を一次転写部10にて中間転写ベルト15に転写する一次転写ロール16、感光体ドラム11上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ17、などの電子写真用デバイスが順次配設されている。これらの画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、中間転写ベルト15の上流側から、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の順に、略直線状に配置されている。
In the present embodiment, each of the
中間転写体である中間転写ベルト15は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は106〜1014Ωcmとなるように形成されており、その厚みは例えば0.1mm程度に構成されている。中間転写ベルト15は、各種ロールによって図1に示す矢印B方向に所定の速度で循環駆動(回動)されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ(図示せず)により駆動されて中間転写ベルト15を回動させる駆動ロール31、各感光体ドラム11の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト15を支持する支持ロール32、中間転写ベルト15に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト15の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール33、二次転写部20に設けられるバックアップロール25、中間転写ベルト15上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール34を有している。
The
一次転写部10は、中間転写ベルト15を挟んで感光体ドラム11に対向して配置される一次転写ロール16で構成されている。一次転写ロール16は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、SUS等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したNBRとSBRとEPDMとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が107.5〜108.5Ωcmのスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール16は中間転写ベルト15を挟んで感光体ドラム11に圧接配置され、さらに一次転写ロール16にはトナーの帯電極性(マイナス極性とする。以下同様。)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム11上のトナー像が中間転写ベルト15に順次、静電吸引され、中間転写ベルト15上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。
The
二次転写部20は、中間転写ベルト15のトナー像保持面側に配置される二次転写ロール22と、バックアップロール25とによって構成される。バックアップロール25は、表面がカーボンを分散したEPDMとNBRとのブレンドゴムのチューブ、内部がEPDMゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が107〜1010Ω/□となるように形成され、硬度は例えば70°(アスカーC)に設定される。このバックアップロール25は、中間転写ベルト15の裏面側に配置されて二次転写ロール22の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール26が当接配置されている。
The
一方、二次転写ロール22は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、SUS等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したNBRとSBRとEPDMとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が107.5〜108.5Ωcmのスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール22は中間転写ベルト15を挟んでバックアップロール25に圧接配置され、さらに二次転写ロール22は接地されてバックアップロール25との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部20に搬送される用紙P上にトナー像を二次転写する。
On the other hand, the
また、中間転写ベルト15の二次転写部20の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト15上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト15の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ35が接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット1Yの上流側には、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ(ホームポジションセンサ)42が配設されている。また、黒の画像形成ユニット1Kの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ43が配設されている。この基準センサ42は、中間転写ベルト15の裏側に設けられた所定のマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部40からの指示により、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは画像形成を開始するように構成されている。
Further, on the downstream side of the
さらに、本実施の形態の画像形成装置では、用紙搬送系として、用紙Pを収容する用紙トレイ50、この用紙トレイ50に集積された用紙Pを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール51、ピックアップロール51により繰り出された用紙Pを搬送する搬送ロール52、搬送ロール52により搬送された用紙Pを二次転写部20へと送り込む搬送シュート53、二次転写ロール22により二次転写された後に搬送される用紙Pを定着装置60へと搬送する搬送ベルト55、用紙Pを定着装置60に導く定着入口ガイド56を備えている。
Further, in the image forming apparatus according to the present embodiment, as a paper transport system, a
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図1に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置(IIT)や図示しないパーソナルコンピュータ(PC)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置(IPS)により所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kによって作像作業が実行される。IPSでは、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Y、M、C、Kの4色の色材階調データに変換され、レーザ露光器13に出力される。
Next, a basic image forming process of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described. In the image forming apparatus as shown in FIG. 1, image data output from an image reading device (IIT) not shown or a personal computer (PC) not shown is subjected to predetermined image processing by an image processing device (IPS) not shown. After being applied, the image forming operation is executed by the
レーザ露光器13では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームBmを画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの各々の感光体ドラム11に照射している。画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの各感光体ドラム11では、帯電器12によって表面が帯電された後、このレーザ露光器13によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kによって、Y、M、C、Kの各色のトナー像として現像される。
The
画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの感光体ドラム11上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム11と中間転写ベルト15とが当接する一次転写部10において、中間転写ベルト15上に転写される。より具体的には、一次転写部10において、一次転写ロール16により中間転写ベルト15の基材に対しトナーの帯電極性(マイナス極性)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が付加され、トナー像を中間転写ベルト15の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。
The toner images formed on the
トナー像が中間転写ベルト15の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト15は移動してトナー像が二次転写部20に搬送される。トナー像が二次転写部20に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部20に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール51が回転し、用紙トレイ50から所定サイズの用紙Pが供給される。ピックアップロール51により供給された用紙Pは、搬送ロール52により搬送され、搬送シュート53を経て二次転写部20に到達する。この二次転写部20に到達する前に、用紙Pは一旦停止され、トナー像が保持された中間転写ベルト15の移動タイミングに合わせてレジストロール(図示せず)が回転することで、用紙Pの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。
After the toner images are sequentially primary transferred onto the surface of the
二次転写部20では、中間転写ベルト15を介して、二次転写ロール22がバックアップロール25に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Pは、中間転写ベルト15と二次転写ロール22との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール26からトナーの帯電極性(マイナス極性)と同極性の電圧(二次転写バイアス)が印加されると、二次転写ロール22とバックアップロール25との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト15上に保持された未定着トナー像は、二次転写ロール22とバックアップロール25とによって押圧される二次転写部20において、用紙P上に一括して静電転写される。
In the
その後、トナー像が静電転写された用紙Pは、二次転写ロール22によって中間転写ベルト15から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール22の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト55へと搬送される。搬送ベルト55では、定着装置60における最適な搬送速度に合わせて、用紙Pを定着装置60まで搬送する。定着装置60に搬送された用紙P上の未定着トナー像は、定着装置60によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙P上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Pは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。
一方、用紙Pへの転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール34および中間転写ベルトクリーナ35によって中間転写ベルト15上から除去される。
Thereafter, the sheet P on which the toner image has been electrostatically transferred is transported as it is while being peeled off from the
On the other hand, after the transfer onto the paper P is completed, the residual toner remaining on the
次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置60について説明する。
図2は本実施の形態の定着装置60の構成を示す概略構成図である。図2に示すように、本実施の形態の定着装置60は、無端状の周面を有するベルト部材の一例としての定着ベルト61、定着ベルト61の外周面に圧接して配設され、定着ベルト61を従動回転させる加圧部材の一例としての加圧ロール62、定着ベルト61の内側にて定着ベルト61を介して加圧ロール62に圧接配置される押圧部材の一例としての押圧パッド63、押圧パッド63等を支持するパッド支持部材64、定着ベルト61の外周面形状に倣って形成されるとともに定着ベルト61とは所定の間隙を持って配設され、定着ベルト61を長手方向に亘って電磁誘導加熱する加熱部の一例としての電磁誘導加熱部材65、定着ベルト61の内側にて定着ベルト61の内周面に沿って配設され、電磁誘導加熱部材65による定着ベルト61への加熱効率を高める強磁性体である内部フェライト部材67、定着ベルト61の表面に近接して配設され、定着ベルト61の温度を測定する温度検知部の一例としての温度センサ70により主要部が構成されている。
Next, the fixing
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the fixing
定着ベルト61は、図3に示すように内周面側から順に、耐熱性の高いシート状部材からなる基層61aと、導電層61bと、弾性層61cと、外周面となる表面離型層61dとが順に積層されて構成されている。また、各層の間には接着のためのプライマー層等が設けられる場合がある。
基層61aとしては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、PFA樹脂、PTFE樹脂、FEP樹脂等のフレキシブルで機械的強度に優れ、耐熱性を有する材料が好適に用いられる。厚さは、10〜100μm、好ましくは厚さ50〜100μmが適している。厚さが10μmより小さい場合には定着ベルト61としての強度が得られず、厚さが100μmより大きい場合には、フレキシブル性が損なわれ、また熱容量が大きくなって温度立ち上がり時間が長くなるからである。本実施の形態では、円筒状とした場合の内径が30mm、幅が370mm、厚さが50μmのポリイミド樹脂からなるシート状部材を使用している。
導電層61bは、電磁誘導加熱部材65が誘起する磁界により誘導発熱する層(発熱層)であり、鉄、コバルト、ニッケル、銅、アルミニウム、クロム等の金属層を1〜30μm程度の厚さで形成したものが用いられる。また、導電層61bの材質および厚さは、電磁誘導による渦電流によって充分な発熱が得られる固有抵抗値を実現するように適宜選択される。本実施の形態では、厚さ10μm程度の銅を使用している。
As shown in FIG. 3, the fixing
As the
The
弾性層61cは、厚さが10〜500μm、好ましくは50〜500μmであって、耐熱性、熱伝導性に優れたシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が用いられる。本実施の形態では、ゴム硬度15°(JIS−A:JIS−K A型試験機)、厚さ200μmのシリコーンゴムを使用している。
The
また、表面離型層61dは、用紙P上に転写された未定着トナー像と直接的に接触する層であるため、離型性および耐熱性に優れた材料を使用する必要がある。したがって、表面離型層61dを構成する材料としては、例えばテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等が好適に用いられる。
また、表面離型層61dの厚さは、5〜50μmが好ましい。表面離型層61dの厚さが5μmよりも小さい場合には、塗膜時に塗りムラが生じて離型性の悪い領域が形成されたり、耐久性が不足するといった問題が発生するからである。また、表面離型層61dが50μmを超える場合には、熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の材質で形成された表面離型層61dでは硬度が高くなりすぎ、弾性層61cが有する機能を低下させるからである。なお、本実施の形態では、厚さ30μmのPFAを使用している。
ここで、表面離型層61dにおけるトナー離型性を向上するため、表面離型層61dにトナーオフセット防止のためのオイル(離型剤)を塗布するオイル塗布機構を定着ベルト61に当接させて配設することも可能である。特に、低軟化物質を含有しないトナーを用いた場合には効果的である。
Further, since the
The thickness of the
Here, in order to improve toner releasability in the
次に、加圧ロール62は、図2に示したように、芯材(コア)としての金属製の円柱状部材62aと、円柱状部材62aの表面にシリコーンゴム、発泡シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性を有する弾性層62bと、最外表面の表面離型層62cとで構成されている。そして、加圧ロール62は、両端部がバネ部材(不図示)によって定着ベルト61側に付勢されて支持されながら、矢印C方向に回転する。本実施の形態では、加圧ロール62は、定着ベルト61を介して総荷重294N(30kgf)で押圧パッド63に付勢されている。それにより、加圧ロール62は、押圧パッド63との間で定着ベルト61を狭持した状態に保持して、定着ニップ部Nを形成している。
Next, as shown in FIG. 2, the
押圧パッド63は、図2に示したように、SUS、鉄等の金属、または耐熱性を有する樹脂等からなる台座63aと、台座63aの表面に被覆されたシリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性材料で形成された弾性部材63bとで構成されている。そして、押圧パッド63は、定着ベルト61の幅方向において、用紙Pが通過する領域(通紙域)よりもやや広い領域に亘って配設され、この押圧パッド63の長手方向の略全長に亘って加圧ロール62が押圧されるように構成されている。
そして、押圧パッド63の定着ベルト61との接触面は、加圧ロール62の外表面形状に倣って、凹状曲面で形成されている。そのため、定着ベルト61を介して加圧ロール62との間で充分に広いニップ幅を形成することができる。
また、押圧パッド63と定着ベルト61との間には、定着ニップ部Nにおける押圧パッド63と定着ベルト61との摺動摩擦力を低減するため、耐熱性グリス等の潤滑剤が塗布されている。それにより、定着ベルト61が円滑に回動することを可能としている。
As shown in FIG. 2, the
The contact surface of the
Further, a lubricant such as heat-resistant grease is applied between the
パッド支持部材64は、図2に示したように、定着ベルト61の幅方向に軸線を有する棒状部材である。そして、パッド支持部材64の加圧ロール62と対向する部分には押圧パッド63が取り付けられており、定着ベルト61を介して加圧ロール62から押圧パッド63に作用する押圧力をパッド支持部材64によって負担している。そのため、パッド支持部材64には、加圧ロール62から押圧力を受けた際の撓み量が所定のレベル以下、好ましくは1mm以下となる程度の剛性を有するものを用いる必要がある。さらに、後述する電磁誘導加熱部材65による磁束の影響によって加熱されにくいことも必要である。そこで、パッド支持部材64を構成する材質としては、例えば、ガラス繊維入りPPS(ポリフェニレンサルファイド)、ガラス繊維入りPET(ポリエチレンテレフタレート)、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂、耐熱ガラス、固有抵抗が小さく誘導加熱の影響を受けにくいアルミニウム等の金属が用いられる。本実施の形態では、パッド支持部材64は、断面形状が加圧ロール62からの押圧力方向に長軸を有する長方形で形成されたアルミニウムで構成されている。
また、パッド支持部材64には、高透磁率の材質(例えば、フェライトやパーマロイ等)から構成され、電磁誘導加熱部材65による加熱効率を高めるための強磁性体である内部フェライト部材67が配設されている。なお、本実施の形態では定着ベルト61内部に配置した強磁性体をフェライト部材としたが、これに限られるものではなく、例えば感温磁性材料部材であってもよい。この場合、感温磁性材料のキュリー点付近での磁気特性の変化を利用して定着ベルト61の過度の温度上昇を抑制することが可能になる。
The
The
電磁誘導加熱部材65は、図2に示すように、定着ベルト61の幅方向に沿って、定着ベルト61の外周面形状に倣った曲面を定着ベルト61側に有する強磁性体の外部フェライト部材65aと、外部フェライト部材65aに支持された励磁コイル65bと、この励磁コイル65bに高周波電流を供給する励磁回路65cとで主要部が構成されている。
外部フェライト部材65aは、励磁コイル65bで発生した磁束を効率よく集中させ、定着ベルト61に対する加熱効率を上げるため、フェライト等の強磁性体が使用できる。
また、励磁コイル65bとしては、例えば、耐熱性の絶縁材料(例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等)によって相互に絶縁された直径φ0.5mmの銅線材を複数本束ねたリッツ線を長円形状や楕円形状、長方形状等の閉ループ状に複数回(例えば、11ターン)巻いたものが用いられる。そして、励磁コイル65bは接着剤によって固められることでその形状を維持しながら外部フェライト部材65aに固定されている。
また、励磁コイル65bおよび内部フェライト部材67と、定着ベルト61の導電層との間の距離は、可能な限り近接させて設置することが磁束の吸収効率を高めるために好ましいことから、これらの距離は5mm以内、例えば、2mm程度に設定されている。
As shown in FIG. 2, the electromagnetic
Since the
In addition, as the
Further, the distance between the
電磁誘導加熱部材65では、励磁回路65cから励磁コイル65bに高周波電流が供給されると、励磁コイル65bの周囲に磁束が生成消滅を繰り返す。ここで、高周波電流の周波数は、例えば20〜70kHzに設定されるが、本実施の形態ではおおよそ30kHzに設定している。励磁コイル65bからの磁束が定着ベルト61の導電層を横切ると、定着ベルト61の導電層にはその磁界の変化を妨げるような磁界が発生し、それによって導電層内に渦電流が発生する。そして、導電層では、渦電流(I)によって導電層の表皮抵抗(R)に比例したジュール熱(W=I2R)が発生し、定着ベルト61は所定温度に加熱されることとなる。
In the electromagnetic
詳しくは後述するが、その際に、定着ベルト61の温度は、定着ニップ部Nの上流側近傍であって定着ベルト61の表面に近接して配設された温度センサ70によって非接触状態で計測される。そして、温度センサ70の計測値に基づいて、画像形成装置の制御部40(図1参照)が励磁コイル65bに供給する電力量または高周波電流の供給時間等を制御することにより、定着ベルト61を所定の温度に維持する。
As will be described in detail later, the temperature of the fixing
そして、上記のように構成された本実施の形態の画像形成装置においては、トナー像を形成する動作が開始されるのと略同時に、定着装置60では加圧ロール62を駆動するための駆動モータ(不図示)および電磁誘導加熱部材65に電力が供給され、定着装置60が起動する。すると、加圧ロール62に従動して定着ベルト61が回動する。加えて、定着ベルト61が電磁誘導加熱部材65と対向する加熱領域を通過することで、定着ベルト61の導電層には渦電流が誘導され、定着ベルト61は発熱する。そして、定着ベルト61が均一に所定の温度に加熱された状態で、未定着トナー像を保持した用紙Pが、定着ベルト61と加圧ロール62とが圧接された定着ニップ部Nに送り込まれる。通紙域における定着ニップ部N内では、用紙Pおよび用紙Pに保持されたトナー像は加熱および加圧され、トナー像が用紙P上に定着される。その後、用紙Pは定着ベルト61の曲率の変化によって定着ベルト61から剥離されて、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。その際に、定着後の用紙Pを定着ベルト61から完全に分離するための補助手段として、定着ベルト61の定着ニップ部Nの下流側に、剥離補助部材75を配設することも可能である。
In the image forming apparatus according to the present embodiment configured as described above, the driving motor for driving the
次に、温度センサ(温度検知部)70について詳細に説明を行う。
図4は、温度センサ70の概略的な構造を示した図である。
図4に示した温度センサ70は温度を検知する側に設けられたヘッド部71と温度センサ70を所定箇所に取付けるための取付け部72からなる。またヘッド部71には温度を検知する箇所である受熱部73が備えられている。
温度センサ70は、図2に示したように、定着ニップ部Nの上流側近傍であって定着ベルト61の内側の表面に近接して配設される。そして受熱部73は、軸方向に配設されている内部フェライト部材67の一部を除いて配置しており、定着ベルト61とは、非接触で配設される。接触する状態になると、定着ベルト61の熱を奪うことになり、定着ベルト61の温度分布が不均一になるため非接触の状態であることが好ましい。温度センサ70部では、定着ベルト61を所定の温度に維持するため定着ベルト61の温度を逐次測定してもよいし、温度の異常昇温時に電力を遮断するためのハードスイッチ(サーモスタット)の機能を有してもよい。
Next, the temperature sensor (temperature detection unit) 70 will be described in detail.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic structure of the
The
As shown in FIG. 2, the
ところが、従来の温度センサを使用した場合、受熱部は非磁性金属のアルミニウム等が使用されている。そして、その厚さは0.5mm程度である。この受熱部には励磁コイルからの磁束が作用するため、定着ベルト61の発熱分布に影響を及ぼしやすい。
図5は、従来の温度センサを使用したときの定着ベルト61の発熱分布への影響を示した図である。定着ベルト61の発熱分布の中央部から端部にかけての温度分布を示しており、横軸は定着ベルト61の軸方向位置である。数値は、定着ベルト61の中央部からの距離を表し、0mmの位置が中央部、−150mmおよび150mmの位置が端部に該当する。また縦軸は定着ベルト61の軸方向位置に応じた温度を示す。
However, when a conventional temperature sensor is used, the heat receiving portion is made of nonmagnetic metal aluminum or the like. And the thickness is about 0.5 mm. Since the magnetic flux from the exciting coil acts on the heat receiving portion, the heat distribution of the fixing
FIG. 5 is a diagram illustrating the influence on the heat generation distribution of the fixing
図5において点線で示したグラフは、従来の温度センサを使用した場合の定着ベルト61の軸方向における温度分布である。また、実線で示したグラフは、温度センサを設置しない場合の定着ベルト61の軸方向における温度分布である。
図5に示すように、点線で示したグラフは、実線で示したグラフに対し、定着ベルト61の中央付近の0mmから−50mmの部分において、温度低下が生じていることがわかる。この部分は、従来の温度センサが設置されている部分である。
即ち、図2に示した定着装置60では、定着ベルト61は、電磁誘導加熱部材65と内部フェライト部材67とに挿むように配置されており、電磁誘導加熱部材65からの主な磁束はこの電磁誘導加熱部材65と内部フェライト部材67との間でループするように分布する。温度センサは磁束の通過する領域内に存在しているため、受熱部の金属であるアルミニウム等の非磁性金属に電磁誘導する。このときアルミニウムは磁束を強める働きをしない。また、定着ベルト61の導電層よりアルミニウムの受熱部の方がみかけの抵抗が小さい。このため渦電流が流れやすくなり、導電層での発熱量が低下する。この結果、従来の温度センサを使用した場合は、温度センサ周辺部の定着ベルト61の温度分布が低下すると考えられる。
A graph indicated by a dotted line in FIG. 5 is a temperature distribution in the axial direction of the fixing
As shown in FIG. 5, it can be seen that the graph indicated by the dotted line has a temperature drop in the portion from 0 mm to −50 mm near the center of the fixing
That is, in the fixing
そこで、本実施の形態では、温度センサ70を、感温磁性材料を含む構成とすることで上記問題を解決する。特に、受熱部は、磁束の影響を受けやすいため、受熱部を感温磁性材料とすることが好ましい。
なお感温磁性材料とは、磁性材料の温度変化に対して、その磁気特性を変化させる磁性材料のことを指す。
Therefore, in the present embodiment, the above-described problem is solved by configuring the
The temperature-sensitive magnetic material refers to a magnetic material that changes its magnetic characteristics with respect to a temperature change of the magnetic material.
しかしながら、単に感温磁性材料とした場合、受熱部に流れる渦電流によって自己発熱する可能性がある。この自己発熱が生じると受熱部は、定着ベルト61の実際の温度より高い温度を検知することになり、誤動作の原因となる。
そこで、本実施の形態では、導電層と受熱部のそれぞれの「材料の固有抵抗と、渦電流が流れる領域の厚さの比の値」について、受熱部の方が導電層の方の2倍以上になるようにするのが好ましい。即ち下記の式(1)を満たすことが好ましい。
However, when a temperature-sensitive magnetic material is simply used, self-heating may occur due to eddy current flowing in the heat receiving portion. When this self-heating occurs, the heat receiving unit detects a temperature higher than the actual temperature of the fixing
Therefore, in this embodiment, the value of the ratio of the specific resistance of the material and the thickness of the region through which the eddy current flows is twice that of the conductive layer and that of the conductive layer. It is preferable to make the above. That is, it is preferable to satisfy the following formula (1).
ここで、ρ1、ρ2は、それぞれ導電層と受熱部の固有抵抗である。また、k1、k2は、それぞれ導電層と受熱部の厚さである。 Here, ρ 1 and ρ 2 are specific resistances of the conductive layer and the heat receiving part, respectively. K 1 and k 2 are the thicknesses of the conductive layer and the heat receiving part, respectively.
一般に、抵抗Rは、R=ρ(固有抵抗)×l(電流経路長さ)/A(電流が流れる断面積)で示される。R=ρ×l/(厚さk×断面係数m)とする場合、右式のl/mは断面からみて導電層とヘッドで共通のため消去できる。よって、ρ/kのみで、おおよそオームの法則における抵抗を表すとみなすことができる。よって、ρ/kという値で比較することで、発熱のしやすさを比較できる。ρ1/k1は、定着ベルト61の導電層の発熱しやすさを表し、ρ2/k2は温度センサ70の受熱部の発熱しやすさを表す。
In general, the resistance R is represented by R = ρ (specific resistance) × l (current path length) / A (cross-sectional area through which current flows). When R = ρ × l / (thickness k × section coefficient m), l / m in the right equation can be erased because it is common to the conductive layer and the head as viewed from the section. Therefore, it can be considered that only ρ / k represents the resistance in Ohm's law. Therefore, the easiness of heat generation can be compared by comparing with the value of ρ / k. ρ 1 / k 1 represents the ease of heat generation of the conductive layer of the fixing
導電層についてρ1/k1の値は、材質として銅を使用した場合、固有抵抗ρ1=1.7×10−8Ωmであり、ρ1/k1の値を小さくなり過ぎないようにするためには、k1が20μm以上である必要がある。この範囲から外れると加熱装置の導電層として十分な発熱量(渦電流の2乗×抵抗)が得られにくくなる。
この条件の下、式(1)から受熱部のρ2及びk2の値を決定するが、この際、受熱部の自己発熱を抑制するという観点から、渦電流を流すことができる領域をできるだけ少なくするため受熱部の厚さはできるだけ薄くするのが好ましい。しかし、薄くしすぎると磁束が貫通しやすくなってしまい十分な磁路形成ができにくくなる。そのため受熱部の厚さは、0.05mm〜0.3mmにするのが好ましい。
The value of ρ 1 / k 1 for the conductive layer is, when copper is used as the material, the specific resistance ρ 1 = 1.7 × 10 −8 Ωm, so that the value of ρ 1 / k 1 is not too small. to needs k 1 is 20μm or more. If it is out of this range, it becomes difficult to obtain a sufficient calorific value (square of eddy current × resistance) as a conductive layer of the heating device.
Under this condition, the values of ρ 2 and k 2 of the heat receiving part are determined from the expression (1). At this time, from the viewpoint of suppressing the self-heating of the heat receiving part, an area where eddy current can flow is as much as possible. In order to reduce the thickness, it is preferable to make the thickness of the heat receiving portion as thin as possible. However, if the thickness is too thin, the magnetic flux easily penetrates and it is difficult to form a sufficient magnetic path. Therefore, the thickness of the heat receiving part is preferably 0.05 mm to 0.3 mm.
上記関係に基づいて適切な厚さと材質を選べば、温度センサ70を導入しても定着ベルト61の温度分布の不均一状態を引き起こさず、かつ温度センサ70の誤作動のない安全な定着装置を実現できる。
なお、渦電流を流れにくくするには、透磁率が高い材質を選択する、周波数を高める等によっても可能である。
If an appropriate thickness and material are selected based on the above relationship, a safe fixing device that does not cause a nonuniform state of the temperature distribution of the fixing
In order to make the eddy current difficult to flow, it is possible to select a material having a high magnetic permeability or increase the frequency.
ところで、受熱部は、磁束が受熱部以外の箇所に及ぶと、導電層で発熱しにくくなる等の影響がより出やすくなる。よって、磁束は受熱部の厚さの範囲内に及ぼす範囲に留めることが好ましい。磁束が侵入可能な厚さは、表皮深さδで表すことができ、これは以下の式(2)で定義することができる。 By the way, when the magnetic flux reaches a place other than the heat receiving portion, the heat receiving portion is more likely to be affected by heat generated by the conductive layer. Therefore, it is preferable to keep the magnetic flux within the range of the thickness of the heat receiving portion. The thickness at which the magnetic flux can penetrate can be expressed by the skin depth δ, which can be defined by the following equation (2).
式(2)中、ρは固有抵抗値(Ωm)、fは周波数(Hz)、μrは比透磁率を示す。
よって、受熱部の表皮深さをδ2としたとき、受熱部がキュリー点に達する前までは、
k2≧δ2であることが好ましい。なお、キュリー点以上になった場合は、後で説明する安全装置が働いた状態であり、この関係は必ずしも成り立つ必要はなく、k2<δ2となってもかまわない。
Wherein (2), ρ is specific resistance (Ωm), f is the frequency (Hz), μ r denotes the relative magnetic permeability.
Therefore, when the skin depth of the heat receiving portion and a [delta] 2, before the heat receiving portion reaches the Curie point,
It is preferable that k 2 ≧ δ 2 . Incidentally, when it becomes higher than the Curie, a state in which worked safety apparatus described later, the relationship is not necessarily true, it may be a k 2 <δ 2.
なお、従来の温度センサを使用した場合でも、定着ベルト61の導電層61bでの発熱量が低下する問題を解決する手段は、温度センサの設置された箇所の近辺に定着ベルト61の温度低下を補う何らかの手段があれば足りる。即ち、温度センサ(温度検知部)が設置された箇所の磁界の強さを強める構造を定着装置60に備えていればよい。
Even when a conventional temperature sensor is used, a means for solving the problem of a decrease in the amount of heat generated in the
一方、例えば、故障等の理由で定着ベルト61の回転が急停止することがある。この場合、定着ベルト61が異常昇温するおそれがある。この昇温速度は非常に早く、例えば、15℃/s程度である。このようなときには、電磁誘導加熱部材65への電力の供給を即座に停止し、磁界の発生を停止する必要がある。しかし、従来のバイメタル方式のサーモスタットの温度センサを使用した場合、まず定着ベルト61の熱が非接触状態のサーモスタットのヘッド部へ伝熱し、さらにそこからバイメタル部への伝熱が進み、バイメタル部の温度が設定温度まで上昇し、バイメタルスイッチが働いて電力通電信号線を遮断することになる。このような伝熱形態では定着ベルト61の急激な温度上昇に対して応答性の面で対応できず、安全性を欠く。
On the other hand, for example, the rotation of the fixing
そこで、本実施の形態では、温度センサ70の構造を、受熱部を構成する感温磁性材料の性質をより適切に利用したものとすることで、この問題を解決する。
本実施の形態では、感温磁性材料の磁気特性の変化としてキュリー点に着目し、温度センサとして利用する。即ち、感温磁性材料は、キュリー点以上になると磁性が消失し、非磁性体(常磁性体)になる性質を有する。感温磁性材料をセンサのヘッド部に配置すると共にこのヘッド部を受熱部として利用する。キュリー点を動作設定温度とし、この温度を境に磁性から非磁性に変化すること利用して、例えば、スイッチが切れるセンサを作成する。
Therefore, in the present embodiment, this problem is solved by making the structure of the
In the present embodiment, attention is paid to the Curie point as a change in the magnetic characteristics of the temperature-sensitive magnetic material, which is used as a temperature sensor. That is, the temperature-sensitive magnetic material has a property that when the temperature is higher than the Curie point, the magnetism disappears and becomes a non-magnetic material (paramagnetic material). A temperature-sensitive magnetic material is disposed on the head portion of the sensor and this head portion is used as a heat receiving portion. For example, a sensor that switches off is created by using the Curie point as the operation set temperature and changing from magnetic to non-magnetic at this temperature.
以下、このような感温磁性材料を受熱部にした温度センサの具体的な構造について述べる。 Hereinafter, a specific structure of a temperature sensor using such a temperature-sensitive magnetic material as a heat receiving portion will be described.
図6は、感温磁性材料を受熱部に使用した温度センサ70の一例であり、受熱部を含む温度センサ70のヘッド部を説明した図である。
図6(a)は、その第1の形態を示した図である。図6(a)に示したヘッド部710は、感温磁性材料を使用した受熱部711と、磁石712、磁石712を支持する支持部材713、バネ部材714でその主要部が構成されている。受熱部711は感温磁性材料からなるためキュリー点以下の温度においては、強磁性体であり、磁石712を吸引し、受熱部711と磁石712は接触状態にある。しかし受熱部711がキュリー点以上になると、受熱部711は、常磁性体に変化するため磁石712との吸引力を失う。その結果、受熱部711と磁石712が吸着していた状態で伸びていたバネ部材714の引張り力により支持部材713とともに磁石712は、矢印D方向に移動し受熱部711と磁石712とは非接触の状態になる。この受熱部711と磁石712との接触、非接触の状態をスイッチとして利用することで、温度センサとして使用できる。
FIG. 6 is an example of a
FIG. 6A is a diagram showing the first form. The main part of the
また、図6(b)は、ヘッド部の第2の形態を示した図である。図6(b)に示したヘッド部720は、感温磁性材料を使用した受熱部721と、第1の磁石722、固定された第2の磁石723、第2の磁石723を支持し固定した状態に保つ支持部材724、受熱部721と第1の磁石722との直接の接触を阻害する突起部725でその主要部が構成されている。
第1の磁石722は、受熱部721と第2の磁石723との間で移動可能である。第1の磁石722は、第2の磁石723から吸引力を受けているが、受熱部721がキュリー点以下の温度であるときは、受熱部721は強磁性体であり、受熱部721からの吸引力が強いため、受熱部721の方に移動する。しかし、突起部725があるため図6(b)で示した位置に受熱部721とは非接触の状態で静止する。この状態で、第1の磁石722と第2の磁石723は非接触である。しかし、受熱部721がキュリー点以上の温度になると、受熱部721は常磁性体となり、受熱部721と第1の磁石722との間の吸引力が失われる。その結果、第1の磁石722は第2の磁石723からの吸引力を受け、矢印E方向に移動し、第2の磁石723と接触する。この第1の磁石722と第2の磁石723との非接触、接触の状態をスイッチとして利用することで、温度センサとして利用できる。なお、受熱部721と第1の磁石722とをキュリー点以下で突起部725により非接触としたのは、受熱部721には接触物がない構成にした方が、第1の磁石722により受熱部721の熱が奪われることがなく、より迅速な動作が可能になるためであり、より好ましい構成である。
FIG. 6B is a diagram showing a second form of the head portion. The
The
受熱部711、721の厚さは、前述した通り、0.05mm〜0.2mmの厚さである。また磁石712、第1の磁石722、第2の磁石723は、磁石であれば特に限定されることはなく、例えば、通常のハードフェライト磁石等が使用できる。
As described above, the
図6に示したような構造の温度センサを使用することで、バイメタル方式の温度センサより高速に動作するものが実現できる。 By using a temperature sensor having a structure as shown in FIG. 6, a sensor that operates at a higher speed than a bimetal temperature sensor can be realized.
次に感温磁性材料の具体的な組成について述べる。
感温磁性材料は、金属材料と酸化物材料とに大別されるが、酸化物材料(例えば、ソフトフェライトなど)は、薄厚化することが困難であり、割れやすく扱いにくい。また、熱容量が大きく、熱伝導率が低いため、定着ベルトの急激な温度変化に感度よく追従せず、発熱制御が難しくなるといった問題が生じる。
よって、上記問題を生じず、また安価で容易に薄肉化成型可能、良加工性、しなやかさを有し、かつ、熱伝導率が高いという性質を有する金属材料が好ましい。中でも整磁合金、非晶質合金が好ましい。より具体的には、Fe、Ni、Cr、Si、B、Nb、Cu、Zr、Co、V、Mn、Moなどからなる金属合金材料である。また、この中でも、Fe−Niの二元系整磁合金やFe−Ni−Crの三元系整磁合金を用いることが特に好ましい。
Next, the specific composition of the temperature-sensitive magnetic material will be described.
Temperature-sensitive magnetic materials are roughly classified into metal materials and oxide materials, but oxide materials (for example, soft ferrite) are difficult to reduce in thickness and are easily broken and difficult to handle. In addition, since the heat capacity is large and the thermal conductivity is low, there is a problem that it is difficult to follow a rapid temperature change of the fixing belt with high sensitivity and heat generation control becomes difficult.
Therefore, a metal material that does not cause the above-described problems, is inexpensive, can be easily formed into a thin wall, has good workability, flexibility, and has high thermal conductivity is preferable. Of these, a magnetic shunt alloy and an amorphous alloy are preferable. More specifically, it is a metal alloy material made of Fe, Ni, Cr, Si, B, Nb, Cu, Zr, Co, V, Mn, Mo, or the like. Of these, it is particularly preferable to use an Fe—Ni binary magnetic shunt alloy or an Fe—Ni—Cr ternary magnetic shunt alloy.
感温磁性材料のキュリー点、即ち温度センサの動作温度としては、定着ベルト61の設定温度以上、定着ベルト61の耐熱温度以下の範囲であることが好ましい。例えば140℃〜240℃であることが好ましく、より好ましくは190℃〜220℃である。
感温磁性材料の組成としては、例えば、Fe−Niの二元系整磁鋼においてはおおよそFe64%、Ni36%(原子数比)とすることで230℃前後にキュリー点を設定することができる。
The Curie point of the temperature-sensitive magnetic material, that is, the operating temperature of the temperature sensor, is preferably in the range from the set temperature of the fixing
As the composition of the temperature-sensitive magnetic material, for example, in the Fe-Ni binary magnetic shunt steel, the Curie point can be set to around 230 ° C. by setting it to approximately 64% Fe and 36% Ni (atomic ratio). .
〔定着装置、温度センサ〕
定着装置として、図2に示したものを用いた。図2に示した定着装置60に、図4に示したような温度センサ70を使用し、その温度応答性を確認した。感温磁性材料としてキュリー点は200℃のFe−Niの二元系整磁鋼を使用した。この温度で、温度センサ70はスイッチングを行い、電磁誘導加熱部材65に流入する電力を遮断し、磁界の発生を停止させる。
なお定着ベルト61と温度センサ70の受熱部73(図4参照)との距離は3mmとした。
[Fixing device, temperature sensor]
The fixing device shown in FIG. 2 was used. The
The distance between the fixing
〔試験〕
このような装置、条件の下で、以下の試験を行った。
(試験1)
定着装置60を動作させ、定着ベルト61の軸方向における温度分布の測定を行った。
(試験2)
また、定着装置60の動作中に定着ベルト61を強制的に停止させ、定着ベルト61の温度上昇に伴い、温度センサ70として、従来のサーモスタット方式で受熱部にアルミニウムを使用したものと本実施の形態のものとで電力が遮断されるまでの時間を比較した。
〔test〕
The following tests were performed under such apparatus and conditions.
(Test 1)
The fixing
(Test 2)
Further, the fixing
〔結果〕
(試験1)
本実施の形態の温度センサ70を使用した場合、定着ベルト61の軸方向の温度分布は、図5の実線部のようになり、温度センサ70を設置したことによる設置箇所での定着ベルト61の温度低下は見られなかった。
〔result〕
(Test 1)
When the
(試験2)
また、試験2の実験結果については図7に示した。
図7は、定着ベルト61を停止させた後の経過時間と、定着ベルト61の内周面の温度を示した図である。横軸は、経過時間を表し、縦軸が定着ベルト61の内周面の温度を表す。
従来の温度センサを使用した場合、定着ベルト61が停止してから電力が遮断されるまで26秒〜28秒の時間を要した。このとき、定着ベルト61の温度は700℃近くまで上昇し、危険な状態となった(図7のG部分参照)。
一方、本実施の形態の温度センサ70を使用した場合は、定着ベルト61が停止してから電力が遮断されるまで13秒〜15秒であった(図7のF部分参照)。従来の温度センサを使用した場合に対し、本実施の形態の温度センサ70を使用した場合は、作動時間が約半分となり、故障等の異常時に対し、安全性が向上することを確認した。
(Test 2)
The experimental results of Test 2 are shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating the elapsed time after the fixing
When the conventional temperature sensor was used, it took 26 to 28 seconds after the fixing
On the other hand, when the
60…定着装置、61…定着ベルト、61b…導電層、62…加圧ロール、63…押圧パッド、64…パッド支持部材、65…電磁誘導加熱部材、65a…外部フェライト部材、67…内部フェライト部材、70…温度センサ、71,710,720…ヘッド部、73,711,721…受熱部、712…磁石、722…第1の磁石、723…第2の磁石
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ベルト部材を回動させる駆動部と、
前記磁界を発生させる加熱部と、
前記ベルト部材の外周面に圧接することで、当該ベルト部材との間に未定着画像を保持した記録材を挿通するための定着ニップ部を形成する加圧部材と、
前記ベルト部材の内側から前記加圧部材に向けて当該ベルト部材を押圧する押圧部材と、
前記ベルト部材の温度を検知する温度検知部と、
前記温度検知部が設置された箇所の前記磁界の強さを強める構造と、
を有することを特徴とする定着装置。 A belt member including a conductive layer heated by the action of a magnetic field;
A drive unit for rotating the belt member;
A heating unit for generating the magnetic field;
A pressure member that forms a fixing nip portion for inserting a recording material holding an unfixed image between the belt member and the outer peripheral surface of the belt member;
A pressing member that presses the belt member from the inside of the belt member toward the pressure member;
A temperature detector for detecting the temperature of the belt member;
A structure for increasing the strength of the magnetic field at the location where the temperature detection unit is installed;
A fixing device.
2×ρ1/k1<ρ2/k2 …(1) When the thickness of the temperature-sensitive magnetic material is k 1 , the thickness of the conductive layer is k 2 , the specific resistance of the temperature-sensitive magnetic material is ρ 1 , and the specific resistance of the conductive layer is ρ 2 , the following formula ( The fixing device according to claim 3, wherein 1) is satisfied.
2 × ρ 1 / k 1 <ρ 2 / k 2 (1)
前記感温磁性材料が、キュリー点以上の温度において磁性を消失したときは前記磁石が移動することによりスイッチングを行い、前記加熱部における前記磁界の発生を停止することを特徴とする請求項2に記載の定着装置。 The temperature detection unit further includes a magnet that attracts the temperature-sensitive magnetic material when the temperature-sensitive magnetic material has magnetism at a temperature lower than the Curie point,
3. The thermosensitive magnetic material according to claim 2, wherein when the magnetism disappears at a temperature equal to or higher than the Curie point, switching is performed by moving the magnet, and generation of the magnetic field in the heating unit is stopped. The fixing device described.
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、
を有し、
前記定着手段は、
駆動部により回動するベルト部材と、当該ベルト部材を磁界の作用により加熱する加熱部と、感温磁性材料を温度の検知に使用した温度検知部と、を備え、
前記温度検知部は、前記感温磁性材料の温度が当該感温磁性材料のキュリー点以上になったときに前記加熱部における磁界の発生を停止することを特徴とする画像形成装置。 Toner image forming means for forming a toner image;
Transfer means for transferring the toner image to a recording medium;
Fixing means for fixing the toner image on a recording medium;
Have
The fixing means is
A belt member that is rotated by a drive unit, a heating unit that heats the belt member by the action of a magnetic field, and a temperature detection unit that uses a temperature-sensitive magnetic material for temperature detection,
The image forming apparatus, wherein the temperature detection unit stops generating a magnetic field in the heating unit when the temperature of the temperature-sensitive magnetic material becomes equal to or higher than the Curie point of the temperature-sensitive magnetic material.
前記磁石は、前記感温磁性材料がキュリー点未満の温度において当該感温磁性材料に吸引し、キュリー点以上の温度において当該感温磁性材料から離れることによりスイッチングを行い、前記加熱部における磁界の発生を停止することを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。 The temperature detection unit further includes a magnet installed to face the temperature-sensitive magnetic material,
The magnet is switched by attracting the temperature-sensitive magnetic material to the temperature-sensitive magnetic material at a temperature below the Curie point, and leaving the temperature-sensitive magnetic material at a temperature above the Curie point, and The image forming apparatus according to claim 7, wherein the generation is stopped.
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JP2008040165A JP2009198802A (en) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Fixing device and image forming apparatus |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1026680A (en) * | 1996-07-11 | 1998-01-27 | Toyo Commun Equip Co Ltd | Box for measuring apparatus |
JP2014056184A (en) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Fuji Xerox Co Ltd | Fixing device and image forming apparatus |
-
2008
- 2008-02-21 JP JP2008040165A patent/JP2009198802A/en active Pending
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