JP2012226349A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱容量の小さい定着ベルトの急速立ち上げを得るために、定着ベルトをより効率的に発熱してエネルギーの節約を図る。
【解決手段】 実施形態の定着装置は、発熱層を備え回転走行する発熱部と、前記発熱部の外部の周囲にあって、励磁コイル及び前記励磁コイルの外周を覆う外部フェライトコアを備える誘導電流発生部と、前記発熱部の外周面に接する対向部と、前記励磁コイルと対向する位置にて前記発熱部の内部に、前記発熱部の形状に沿って配置される内部フェライトコアであって、前記内部フェライトコアの両翼と前記発熱部の回転中心を結ぶ第１の中心角度が、前記外部フェライトコアの両翼と前記発熱部の前記回転中心を結ぶ第２の中心角度より大きい内部フェライトコアとを備える。
【選択図】図２

Description

実施形態は、複写機、プリンタ或いは複合機等の画像形成装置に搭載され、定着ベルトを効率よく発熱する定着装置及び画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ或いは複合機等の画像形成装置に使用する定着装置として、熱容量の小さい定着ベルトの内部にフェライトコアを備え、発熱層を誘導電流発生コイル（IHコイル）で発熱する定着装置がある。

定着ベルト内部にフェライトコアを備える定着装置では、フェライトコアの配置によっては、定着ベルトをより効率的に発熱出来ない恐れがある。

特開２０１１−７５６６６号公報

このが解決しようとする課題は、熱容量の小さい定着ベルトの急速立ち上げを得るために、定着ベルトをより効率的に発熱してエネルギーの節約を図る定着装置及び画像形成装置を提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態の定着装置は、発熱層を備え回転走行する発熱部と、前記発熱部の外部の周囲にあって、励磁コイル及び前記励磁コイルの外周を覆う外部フェライトコアを備える誘導電流発生部と、前記発熱部の外周面に接する対向部と、前記励磁コイルと対向する位置にて前記発熱部の内部に、前記発熱部の形状に沿って配置される内部フェライトコアであって、前記内部フェライトコアの両翼と前記発熱部の回転中心を結ぶ第１の中心角度が、前記外部フェライトコアの両翼と前記発熱部の前記回転中心を結ぶ第２の中心角度より大きい内部フェライトコアとを備える。

実施形態の定着装置を搭載したＭＦＰを示す概略構成図。 実施形態の定着ユニットを側面から見た概略構成図。 実施形態の定着ベルトの層構成を示す概略説明図。 実施形態の定着ユニットを長手方向から見た概略説明図。 実施形態の支持部材を示す概略斜視図。 実施形態の支持部材及び内部フェライトコアを示す概略斜視図。 実施形態の内部フェライトコアの傾きを示す概略説明図。 実施形態の外部フェライトコアと内部フェライトコアの中心角度を示す概略説明図。 実施形態のＩＨコイルにより定着ベルトに生じる磁路を示す概略説明図。

以下実施形態について説明する。

図１は、実施形態の定着装置を搭載したタンデム方式の画像形成装置であるカラーのＭＦＰ（Multi Functional Peripheral）１を示す概略構成図である。ＭＦＰ１は、画像形成部であるプリンタ部１０、ピックアップローラ３４を備える給紙部１１、排紙部１２、スキャナ１３を備える。

プリンタ部１０は、中間転写ベルト１５に沿って並列に配置される、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の４組の画像形成ステーション１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋを備える。各画像形成ステーション１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋは、感光体ドラム１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋをそれぞれ備える。

各画像形成ステーション１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋは、矢印ａ方向に回転する感光体ドラム１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋの周囲に、各感光体ドラム１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋの表面を一様に帯電するチャージャ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ、各感光体ドラム１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋに形成される静電潜像にトナーを付与して顕像化する現像装置２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ、and感光体クリーナ２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋを備える。プリンタ部１０は、画像形成ユニットを構成するレーザ露光装置２２を備える。レーザ露光装置２２は、各感光体ドラム１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋに、各色に対応したレーザ光２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋを照射する。レーザ露光装置２２はレーザ光を照射して、各感光体ドラム１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋに静電潜像を形成する。

プリンタ部１０は、中間転写ベルト１５を支持するバックアップローラ２７、従動ローラ２８を備え、中間転写ベルト１５を矢印ｂ方向に走行する。プリンタ部１０は、中間転写ベルト１５を介して、各感光体ドラム１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋと対向する位置に、１次転写ローラ２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋを夫々備える。各１次転写ローラ２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋは、各感光体ドラム１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋに形成されるトナー像を中間転写ベルト１５に１次転写して順次重ねる。各感光体クリーナ２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋは、１次転写後に各感光体ドラム１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋ上に残留するトナーを除去する。

プリンタ部１０は、中間転写ベルト１５を介してバックアップローラ２７と対向する位置に２次転写ローラ３１を備える。２次転写ローラ３１は、中間転写ベルト１５に従動して矢印ｃ方向に回転する。２次転写時、プリンタ部１０は、中間転写ベルト１５と２次転写ローラ３１のニップに転写バイアスを形成して、ニップを通過するシートＰに中間転写ベルト１５上のトナー像を、一括２次転写する。

プリンタ部１０は、搬送路３６に沿って、２次転写ローラ３１の下流に定着装置である定着ユニット３２、排紙ローラ対３３を備える。

プリント操作が開始されると、プリンタ部１０は、形成した画像を、給紙部１１から給紙された記録媒体であるシートＰに転写し、定着後、排紙部１２に排紙する。

画像形成装置はタンデム方式に限らないし、現像装置の数も限定されない。画像形成装置は、感光体から直接記録媒体にトナー像を転写しても良い。

定着ユニット３２について詳述する。図２に示すように定着ユニット３２は、回転走行する発熱部である定着ベルト６０、対向部であるプレスローラ６１、誘導電流発生部である誘導電流発生コイル（以下ＩＨコイルと略称する。）７０、加圧部である加圧パット７４、内部フェライトコア７６、温度センサ７７、サーモスタット７８を備える。

定着ベルト６０は、例えば図３に示すように、発熱層である導電層６０ａに弾性層６０ｂ、表面層６０ｃを積層してなる。定着ベルト６０の導電層６０ａは急速立ち上げを可能にするために、低熱容量化され、薄層化されている。定着ベルトの構造は、発熱層を備えていれば良く、発熱層表面に離型層を備えるのみであっても良い。導電層６０ａは、ＩＨコイル７０による磁界により誘導発熱する。

導電層６０ａとして例えば鉄（Ｆｅ），ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等が用いられる。導電層６０ａは、例えばニッケル層の上に銅層を積層しても良い。導電層６０ａは、定着ベルト６０の急速立ち上げを可能にするために、低熱容量化され、薄層化される。定着ベルト６０は、導電層６０ａと表面層６０ｃの間にシリコーンゴム等の弾性層６０ｂを設けることにより定着ユニット３２の定着性の向上を得る。表面層６０ｃは、例えば離型性の良いＰＦＡ樹脂等のフッ素樹脂を用いる。図４に示すように、定着ベルト６０の端部に嵌まるフランジ６２は定着ベルト６０を支持する。定着ベルト６０の端部はフランジ６２によりほぼ円形に保つ。定着ベルト６０の長手方向（回転軸と平行な方向）の中間領域は、フリーであり無張力状態である。

プレスローラ６１は、例えば芯金６１ａの外側に、耐熱性のゴム層６１ｂを備え、表面に例えばＰＦＡ樹脂等のフッ素系樹脂からなる離型層６１ｃを備える。プレスローラ６１は、プレスローラ６１を定着ベルト６０側に加圧するバネ６３を備える。例えば駆動源６４は、ギア群６４ａを介してプレスローラ６１を駆動する。定着ベルト６０はプレスローラ６１に従動し、あるいはプレスローラ６１と独立して、フランジ６２と一体に回転する。定着ベルト６０とプレスローラ６１を独立して回転する場合は、定着ベルト６０とプレスローラ６１の速度差を生じないように、例えばワンウェイクラッチを介在させても良い。

加圧パット７４は、定着ベルト６０を挟んでプレスローラ６１と対向する位置にある。加圧パット７４は定着ベルト６０の内周面をプレスローラ６１側に押圧する。加圧パット７４で定着ベルト６０をプレスローラ６１側に押圧して、定着ベルト６０とプレスローラ６１の間にニップ７５を形成する。

加圧パット７４は、例えば耐熱性のポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、フェノール樹脂（ＰＦ）等で形成する。定着ベルト６０の長手方向における加圧パット７４の長さは、定着ユニット３２の通紙領域よりも少し広い。定着ベルト６０と加圧パット７４の間に、例えば摺動性が良く、耐摩耗性の良い低摩擦シート等を介在させても良い。加圧パット７４の、プレスローラ６１と対向する側の断面形状は、プレスローラ６１の断面形状と同じである。

定着ベルト６０の長手方向に延在するステイ８０は、加圧パット７４を支持し、加圧パット７４を定着ベルト６０内部に固定する。ステイ８０の両端は、フランジ６２を貫通する。フランジ６２は、ベアリング８１を介して、ステイ８０を支持する。

ＩＨコイル７０は、励磁コイルであるコイル７１とコイルの外周を覆って、コイル７１の磁場を強化する円弧状の外部フェライトコア７２を備える。ＩＨコイル７０は、コイル７１に高周波電流を印加して、磁束を発生することにより、定着ベルト６０の導電層６０ａに渦電流を発生させて導電層６０ａを発熱させ、定着ベルト６０を加熱する。フェライトコアは、一般に高周波での損失が金属系と比べて小さいという特長を持つ。外部フェライトコア７２として、例えば主成分Fe2O3 と一酸化マンガン（MnO）及び酸化亜鉛（ZnO）とを混合し混合物を焼結して得たMn-Zn 系フェライトあるいは、主成分Fe2O3 と酸化ニッケル（NiO）及び酸化亜鉛（ZnO）とを混合し焼結して得たNi-Zn 系フェライトを用いる。

定着ベルト６０内部のＩＨコイル７０に対向する位置には、定着ベルト６０の内周面に沿った円弧状に形成される内部フェライトコア７６を備える。外部フェライトコア７２と内部フェライトコア７６は、例えばＴＤＫ製のMn-Zn系フェライトコアであるＰＥ２２を用いる。ＰＥ２２は、２００℃未満のキュリー温度を有する。外部フェライトコア７２と内部フェライトコア７６は、キュリー温度を境に作用が変わる。外部フェライトコア７２と内部フェライトコア７６は、キュリー温度に達していなければ、ＩＨコイル７０からの磁束を誘導して発熱して、定着ベルト６０の急速ウォームアップを加速する。外部フェライトコア７２と内部フェライトコア７６は、キュリー温度に達することで、ＩＨコイル７０からの磁束を減少させて、定着ベルト６０が異常発熱するのを防止する。可逆性を有する外部フェライトコア７２と内部フェライトコア７６は、温度が下がれば強磁性体に復帰する。

内部フェライトコア７６は、定着ベルト６０の長手方向にて、複数個に分散している。複数個の内部フェライトコア７６は、アルミ部材からなる支持部材８２にそれぞれ固定される。支持部材８２は、内部フェライトコア７６の内径より径が小さい、円弧形状を備える。図５に示すように、支持部材８２は、定着ベルト６０の長手方向に連続して、それぞれが、内部フェライトコア７６を位置決めする支持孔である複数の矩形の貫通孔８２ａを備える。内部フェライトコア７６は貫通孔８２ａに嵌まる矩形の突起８４を備える。図６、図７に示すように、内部フェライトコア７６は、定着ベルト６０の長手方向に対して、傾いて配置される。

内部フェライトコア７６を、定着ベルト６０の長手方向に対して傾けて配置することにより、内部フェライトコア７６の数量の削減を図り、隣接する内部フェライトコア７６の間に隙間が生じるのを解消する。複数の内部フェライトコア７６間の隙間を解消することにより、隙間を原因とする、定着ベルト６０の発熱ムラを防止する。

支持部材８２の貫通孔８２ａに内部フェライトコア７６の突起８４を嵌めた場合に、内部フェライトコア７６と支持部材８２との間に生じる隙間に例えば固定材であるシリコン接着剤８３を注入して、内部フェライトコア７６を支持部材８２に固定する。内部フェライトコア７６の製造時に寸法ばらつきを生じたとしても、内部フェライトコア７６を支持部材８２に確実に固定でき、内部フェライトコア７６の組立性を向上し、製造コストの低減を図れる。更にシリコン接着剤８３の弾性により内部フェライトコア７６の振動による異常音の発生を防止する。ステイ８０は、支持部材８２を固定支持する。

図８に示すように、定着ユニット３２の円弧状の内部フェライトコア７６の第１の中心角度を例えばαとする。中心角度αは、定着ベルト６０の回転中心Ｒと、内部フェライトコア７６の両翼である、定着ベルト６０の矢印ｙ方向の回転方向における上流側の端部７６ａと下流側の端部７６ｂとを結ぶ角度である。定着ユニット３２の円弧状の外部フェライトコア７２の第２の中心角度を例えばβとする。中心角度βは、定着ベルト６０の回転中心Ｒと、外部フェライトコア７２の両翼である、定着ベルト６０の矢印ｙ方向の回転方向における上流側の端部７２ａと下流側の端部７２ｂとを結ぶ角度である。

定着ユニット３２は、内部フェライトコア７６の中心角度αを、外部フェライトコア７２の中心角度βより大きくする。又中心角度αは、中心角度βの両翼にΔｔ加算した角度である。定着ベルト６０を透過後のＩＨコイル７０の磁束が内部フェライトコア７６の周囲に漏れるのを極力防止して、ＩＨコイル７０の磁束を効率的に利用する。ＩＨコイル７０の磁束を効率的に利用して、内部フェライトコア７６の発熱効率を高める。

温度センサ７７は、定着ベルト６０の温度を検知する。ＩＨコイル７０は、温度センサ７７の検知結果に応じて、高周波電流の印加をフィードバック制御される。ＩＨコイル７０のフィードバック制御により定着ベルト６０は、たとえば定着温度を保持する。サーモスタット７８は、定着ベルト６０の異常発熱を検知して、ＩＨコイル７０への電力供給を遮断する。

電源ＯＮによりウォームアップ操作を開始すると、定着ユニット３２のプレスローラ６１は、バネ６３によりウォームアップ時の圧力で加圧パット７４に加圧する。プレスローラ６１は、ギア群６４ａを介して、駆動源６４により矢印ｘ方向に回転する。定着ベルト６０は、プレスローラ６１に従動して矢印ｙ方向に回転する。

ＩＨコイル７０は、高周波電流の印加により磁束を発生して、定着ベルト６０の導電層６０ａに渦電流を発生させる。渦電流と導電層６０ａの抵抗値によりジュール熱を発生して、定着ベルト６０は発熱する。ＩＨコイル７０が発生する磁束は、図９に示すように導電層６０ａに誘導されて第１の磁路８６を形成する。

定着ベルト６０の導電層６０ａが、低熱容量化のため薄層化されることから、ＩＨコイル７０が発生する磁束の一部は、導電層６０ａを透過して、内部フェライトコア７６に誘導されて第２の磁路８７を形成する。内部フェライトコア７６は、第２の磁路８７を形成する磁束と内部フェライトコア７６の抵抗値によりジュール熱を発生して発熱する。

内部フェライトコア７６の中心角度αが外部フェライトコア７２の中心角度βより大きく、且つ中心角度αが、中心角度βの両翼にΔｔ加算した角度であり、内部フェライトコア７６が定着ベルト６０を覆う領域が広い。内部フェライトコア７６の中心角度αを外部フェライトコア７２の中心角度βより大きくすることにより、導電層６０ａを透過した磁束が、内部フェライトコア７６の周囲に漏れるのを防止する。中心角度αを、中心角度βより大きくして、導電層６０ａを透過後に内部フェライトコア７６に誘導される磁束を増大する。導電層６０ａを透過した磁束を効率的に活用して内部フェライトコア７６の発熱量を高める。定着ベルト６０は、導電層６０ａの発熱と、内部フェライトコア７６からの熱伝導により急速なウォームアップを得る。

定着ベルト６０が定着可能温度に達すると、定着ユニット３２はウォームアップを完了し、レディモードになる。レディモードの場合、定着ユニット３２は、必要に応じて駆動源６４によりプレスローラ６１及び定着ベルト６０を回転し、ＩＨコイル７０を励磁して、定着ベルト６０をレディ温度に保持する。温度センサ７７の検知結果をフィードバックして、定着ベルト６０がレディ温度を保持するよう、ＩＨコイル７０の励磁を制御する。レディモードの場合、プレスローラ６１は、バネ６３を調整して加圧パット７４に対するプレスローラ６１の加圧力をレディモードの場合の圧力に減圧する。プレスローラ６１の加圧力を減圧して、定着ベルト６０あるいは加圧パット７４が歪むのを防止する。

ＭＦＰ１がプリント操作を開始すると、定着ユニット３２は、プリンタ部１０で形成されたトナー画像をシートＰに定着する。定着ユニット３２は、バネ６３を調整して、プレスローラ６１を、加圧パット７４に対して高い圧力で加圧して回転する。定着ベルト６０は従動回転して、ＩＨコイル７０の励磁による導電層６０ａの発熱と、内部フェライトコア７６の発熱により、定着ベルト６０を定着温度に保持する。温度センサ７７の検知結果により、ＩＨコイル７０の励磁をフィードバック制御して、定着ベルト６０を定着温度に保持する。プリント操作を完了すると、定着ユニット３２は、例えばウェイトモードで次のプリント操作を待機する。

プリント操作中に内部フェライトコア７６がキュリー温度に達すると、内部フェライトコア７６は、磁束の透過を急速に減少して発熱を停止する。内部フェライトコア７６の発熱を停止して、定着ベルト６０の異常発熱を防止して定着ユニット３２の安全性を得る。

例えば定着ベルト６０或いは内部フェライトコア７６が温度上昇して、定着ユニット３２が異常発熱する場合がある。定着ユニット３２が異常発熱すると、サーモスタット７８が切れて、ＩＨコイル７０への電力供給を遮断し、定着ユニット３２の異常発熱を停止する。定着ユニット３２の安全性を得る。

実施形態によれば、ＩＨコイル７０と対向する位置であって、定着ベルト６０内部に内部フェライトコア７６を設ける。内部フェライトコア７６の中心角度αを、外部フェライトコア７２の中心角度βより大きくすることで、ＩＨコイル７０で発生し、導電層６０ａを透過した磁束を、より多く内部フェライトコア７６に誘導する。低熱容量化のために、薄層化される導電層６０ａを透過した磁束を、内部フェライトコア７６の発熱に有効に利用して、定着ベルト６０の加熱効率を高める。定着ベルト６０のウォームアップタイムを短縮し、且つ定着ユニット３２の消費エネルギーの節約を得る。

この発明は上記実施形態に限られるものではなく種々変更が可能である。例えば発熱部は定着ベルトを用いて説明をしたが、これに限定されることなく、定着ローラを有する構造を発熱部としてもよい。また、対向部はプレスローラを用いて説明をしたが、これに限定されることなく、加圧ベルトを有する構造を対向部としてもよい。

この発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

３２…定着ユニット
６０…定着ベルト
６１…プレスローラ
７０…ＩＨコイル
７２…外部フェライトコア
７６…内部フェライトコア
８２…支持部材

Claims (7)

1. 発熱層を備え回転走行する発熱部と、
   前記発熱部の外部の周囲にあって、励磁コイル及び前記励磁コイルの外周を覆う外部フェライトコアを備える誘導電流発生部と、
   前記発熱部の外周面に接する対向部と、
   前記励磁コイルと対向する位置にて前記発熱部の内部に、前記発熱部の形状に沿って配置される内部フェライトコアであって、前記内部フェライトコアの両翼と前記発熱部の回転中心を結ぶ第１の中心角度が、前記外部フェライトコアの両翼と前記発熱部の前記回転中心を結ぶ第２の中心角度より大きい内部フェライトコアとを具備する定着装置。
2. 前記発熱部は、中間領域が周方向に無張力状態の定着ベルトであり、
   前記定着ベルトの内部の前記対向部と対向する位置に、前記定着ベルトを前記対向部側に押す加圧部を更に備えることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記内部フェライトコアは、前記発熱部の長手方向に複数個分散配置してなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の定着装置。
4. 前記複数個の内部フェライトコアは、前記発熱部の長手方向に対して傾斜して配置されることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
5. 前記定着ベルトの内部に前記内部フェライトコアを支持する支持部材を更に備えることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の定着装置。
6. 前記支持部材は、前記内部フェライトコアを支持孔で支持し、更に前記内部フェライトコアと前記支持部材とを固定材で固定することを特徴とする請求項５記載の定着装置。
7. 記録媒体に画像を形成する画像形成部と、
   前記画像を前記記録媒体に定着する請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。

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