JP2016128899A - Fixation device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定着装置、画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus.
従来、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として誘導加熱方式のものが広く採用されており、定着装置における技術的課題の一つとして通紙時での紙幅外領域における過昇温が挙げられる。誘導加熱方式を用いた定着装置では、過昇温の対策として整磁材料を発熱体と磁気遮蔽部材との間に設ける構成が知られている。これにより、整磁材料がキュリー温度以上となった場合に、励磁装置が発生させる磁束が整磁材料内部に透過して遮蔽部材に遮蔽されるため、発熱体の過昇温が抑制される。 Conventionally, an induction heating type fixing device is widely used as a fixing device used in an electrophotographic image forming apparatus. As one of the technical problems in the fixing device, an excessive temperature rise in an area outside the paper width at the time of paper passing is known. Can be mentioned. In a fixing device using an induction heating method, a configuration in which a magnetic shunt material is provided between a heating element and a magnetic shielding member is known as a countermeasure against excessive temperature rise. As a result, when the magnetic shunt material is equal to or higher than the Curie temperature, the magnetic flux generated by the exciting device is transmitted through the shunt material and shielded by the shielding member, so that excessive heating of the heating element is suppressed.
このような技術として、整磁材料を用いて自己温度制御機能を持たせつつ、発熱部の熱容量を小さくするため、導電層を備えた定着部材を磁束制御部材と摺動させる定着装置が知られている(例えば「特許文献1」参照)。
As such a technology, a fixing device is known in which a fixing member having a conductive layer is slid with a magnetic flux control member in order to reduce the heat capacity of the heat generating portion while providing a self-temperature control function using a magnetic shunt material. (See, for example, “
しかし今までの誘導加熱方式を用いた定着装置では、整磁材料を加熱部材として使用する際に整磁材料をローラ状に加工する必要があり、製造コストがアップしてしまうという問題点があった。これは、整磁材料自体の材料費及びローラ状加工の際の加工費が大きく、定着装置全体の製造コストに対する割合が大きいため、低コストの定着装置を開発するためにはさらなる改善が求められる。「特許文献1」に記載された技術でも磁束制御部材が円弧形状であるため、加工コストは依然として大きなままである。
本発明は、上述した問題点を解決し、整磁材料のサイズを小さくして原価コストを低減すると共に、加工を簡易化して加工コストを低減することが可能な定着装置及び画像形成装置の提供を目的とする。
However, in the conventional fixing device using the induction heating method, when using the magnetic shunt material as a heating member, it is necessary to process the magnetic shunt material into a roller shape, which increases the manufacturing cost. It was. This is because the material cost of the magnetic shunt material itself and the processing cost for the roller processing are large, and the ratio to the manufacturing cost of the entire fixing device is large. Therefore, further improvement is required to develop a low-cost fixing device. . Even in the technique described in “
The present invention solves the above-described problems, and provides a fixing device and an image forming apparatus capable of reducing the cost cost by reducing the size of the magnetic shunt material and simplifying the processing to reduce the processing cost. With the goal.
本発明は、ベルト状の定着部材と、磁束を発生させる磁束発生部と、前記定着部材を前記磁束による発熱で加熱する加熱部材と、前記加熱部材を介して前記磁束発生部と対向配置された磁束制御部材と、前記磁束制御部材を介して前記磁束発生部と対向配置された磁束遮蔽部材とを有し、前記磁束制御部材と前記磁束遮蔽部材とはそれぞれ平面形状部を有し、前記定着部材は前記各平面形状部に沿った状態で張架されていることを特徴とする。 According to the present invention, a belt-shaped fixing member, a magnetic flux generating unit that generates magnetic flux, a heating member that heats the fixing member by heat generated by the magnetic flux, and the magnetic flux generating unit are disposed opposite to each other through the heating member. A magnetic flux control member, and a magnetic flux shielding member disposed opposite to the magnetic flux generation unit via the magnetic flux control member, wherein the magnetic flux control member and the magnetic flux shielding member each have a planar shape portion, and the fixing The member is stretched in a state along each planar shape portion.
本発明によれば、従来の定着装置に比して整磁材料の使用量を減少することができると共に加工を簡易化することができ、材料費及び加工費を低減して定着装置の製造コストを大幅に引き下げることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the amount of magnetic shunt material used as compared with the conventional fixing device, simplify the processing, reduce the material cost and the processing cost, and manufacture the fixing device. Can be greatly reduced.
図1は、本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置としてのフルカラープリンタ(以下、プリンタという)100を示している。同図においてプリンタ100は、装置本体101の上部に図示しない原稿走査装置が搭載されており、原稿走査装置の下方に位置する本体上面には胴内排紙部として用いられる排紙トレイ17が形成されている。
FIG. 1 shows a full-color printer (hereinafter referred to as a printer) 100 as an image forming apparatus to which an embodiment of the present invention can be applied. In the figure, the
装置本体101の内部では、各感光体ドラム120Y(イエロ),120C(シアン),120M(マゼンタ),120Bk(ブラック)に形成された可視像が各感光体ドラム120に対峙しながら矢印A1方向に移動可能な転写ベルト11に対して順次転写される。この転写工程は1次転写工程であり、転写ベルト11上に各画像が順次転写されて重畳転写画像が形成される。その後、用紙Pに対して2次転写工程を実行することで、重畳転写画像が用紙Pに一括転写される。
Inside the apparatus
感光体ドラム120の周囲には、感光体ドラム120の回転に伴い画像形成処理を行うための装置が配置されている。ブラック画像形成を行う感光体120Bkを対象として説明すると次の通りである。感光体ドラム120Bkの回転方向に沿って、画像形成処理を行う帯電装置30Bk、現像装置40Bk、1次転写ローラ12Bk、及びクリーニング装置50Bkが配置されている。帯電後に行われる書き込みには、後述する光走査装置8が用いられる。
Around the photosensitive drum 120, an apparatus for performing an image forming process as the photosensitive drum 120 rotates is disposed. The following is a description of the photoconductor 120Bk that performs black image formation. A charging device 30Bk that performs image forming processing, a developing device 40Bk, a primary transfer roller 12Bk, and a cleaning device 50Bk are arranged along the rotation direction of the photosensitive drum 120Bk. For writing performed after charging, an
転写ベルト11に対する重畳転写は、転写ベルト11が矢印A1方向に移動する過程において、各感光体ドラム120に形成された可視像が転写ベルト11上に順次重ねて転写される。1次転写工程は、転写ベルト11を挟んで各感光体ドラム120に対向して配設された1次転写ローラ12Y,12C,12M,12Bkを用いた転写バイアス印加により、矢印A1方向上流側から下流側に向けて順次行われる。
In the superimposing transfer on the
各感光体ドラム120はプロセスカートリッジに収容されており、矢印A1方向の上流側からイエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの順に並んでいる。各感光体ドラム120は、各色の画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに設けられている。1次転写工程を実行するための構成としては、転写ベルト11及び転写ベルト11を挟んで各感光体ドラム120に対向する各1次転写ローラ12を備えた転写ベルトユニット10が用いられる。転写ベルト11に重畳転写された画像は、転写ベルト11の走行に伴い従動回転するローラで構成された2次転写ローラ5によって用紙Pに一括転写される。
Each photosensitive drum 120 is housed in a process cartridge, and is arranged in the order of yellow, cyan, magenta, and black from the upstream side in the direction of the arrow A1. Each photosensitive drum 120 is provided in an image station for forming an image of each color. As a configuration for executing the primary transfer process, a
プリンタ100には、上述したプロセスカートリッジ及び転写ベルトユニット10に加え、4つの画像ステーションの下方に対向して配設された光走査装置8と、転写ベルト11をクリーニングするベルトクリーニング装置13とが設けられている。
In addition to the above-described process cartridge and
光走査装置8は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、fθレンズ、トロイダルレンズ、ミラー及びポリゴンミラー等を装備している。光走査装置8は、各感光体ドラム120に対して色毎に対応した書き込み光Lb(図1では、便宜上ブラック画像の画像ステーションのみを対象として符号を付しているが、他の画像ステーションも同様である)を射出する。これにより、各感光体ドラム120上に静電潜像が形成される。
The
プリンタ100は、2次転写工程において重畳転写された画像が一括転写される用紙Pを給送する給紙装置61と、給紙装置61から給送された用紙Pのレジストタイミングを設定して2次転写位置に給送するレジストローラ対4とを有している。またプリンタ100は、用紙Pの先端がレジストローラ対4に到達したことを検知する図示しないセンサを有している。
The
2次転写工程により転写ベルト11に重畳転写されたトナー像が一括転写された用紙Pは、後述する定着装置20に搬送されてトナー像の定着が行われる。定着後の用紙Pは、排紙ローラ7を介して装置本体101の外部に設けられている排紙トレイ17に向けて排出される。なお、図1中の符号9Y,9C,9M,9Bkは、各色の画像ステーションに設けられている現像装置に対する新規トナーの補給タンクを示している。
The paper P onto which the toner images superimposed and transferred onto the
次に、本発明の第1の実施形態に用いられる定着装置20について説明する。図2に示すように定着装置20は、誘導加熱によって発熱する加熱部材21、自発的に温度制御を行うための磁性体で構成された磁束制御部材22、アルミニウムからなる磁束遮蔽部材23、定着ローラ25、張架部材28を有している。また定着装置20は、定着ローラ25と張架部材28とによって張架された定着部材としての定着ベルト24、加熱部材21に定着ベルト24を介して対向配置された磁束発生部としての誘導加熱コイル27を有している。さらに定着装置20は、定着ベルト24を介して定着ローラ25に当接する押圧部材としての加圧ローラ26を有している。磁束制御部材22には平面形状部22aが、アルミ部材23には平面形状部23aがそれぞれ形成されている。
Next, the fixing
上述の構成において、加熱部材21が平面形状部21aを、磁束制御部材22が平面形状部22aを、磁束遮蔽部材23が平面形状部23aをそれぞれ有し、定着ベルト24を張架する張架部材28を備えることにより、定着ベルト24は平面状となる部位を有する状態で張架されている。この平面状となる部位を定着ベルト24の加熱部24aとする。
In the above-described configuration, the
加熱部材21は、磁束が透過する必要があるために非磁性体が用いられる。具体的には、非磁性のステンレスであるSUS304、耐熱性の高い樹脂である液晶ポリマ等が挙げられる。加熱部材21として、金属または樹脂で構成された部材の表層に、良伝導の部材からなる発熱層として厚さ3〜15μm程度のCu層を形成してもよい。誘導加熱に適した金属としては一般的に高抵抗のものが知られているが、良伝導の部材を薄層化することにより発熱層の実質的な抵抗を任意に設定することができ、発熱量を向上させることができる。発熱層は良伝導であればよく、銀、アルミニウム、マグネシウム、あるいは磁性体であるニッケル等の他の金属層を用いてもよい。また、Cu層の表層に、さらに防錆目的でニッケル等のメッキを施してもよい。
The
加熱部材21よりも定着ローラ25側に配設された磁束制御部材22は、キュリー温度100〜250℃程度の整磁合金が用いられ、具体例としてはFe−Ni−Cr系の合金等が挙げられる。各材料の添加量や加工条件等の調整により、所望のキュリー点を得ることができる。磁束制御部材22よりも定着ローラ25側には磁束遮蔽部材23が配設されており、これにより磁束制御部材22のキュリー温度近傍での昇温停止が可能となっている。磁束遮蔽部材としては、非磁性で損失の大きなアルミニウムで形成されていることが最適である。
A magnetic shunt alloy having a Curie temperature of about 100 to 250 ° C. is used for the magnetic
磁束遮蔽部材23の厚さは、コイルから発生される誘導磁場の浸透深さよりも厚いことが望ましい。浸透深さδは次式で表される。δ={ρ/(πμf)}1/2
ここで、ρは材料の体積抵抗率(Ω・m)、μは材料の透磁率(H/m)、fは材料を励磁する交番電流の周波数(Hz)である。例えば、交番電流の周波数が60kHzの場合には、アルミニウムの浸透深さδは約0.34mmとなる。磁束遮蔽部材の厚さが浸透深さよりも厚ければ、磁束遮蔽部材に進入した磁束は部材中でエネルギを消失して磁束制御部材22を透過することができなくなるため、浸透深さδよりも著しく厚くする必要はない。以上から、磁束遮蔽部材としてアルミ部材23を使用した場合には、その厚さを0.6〜2.0mmとすることが望ましい。
The thickness of the magnetic
Here, ρ is the volume resistivity (Ω · m) of the material, μ is the magnetic permeability (H / m) of the material, and f is the frequency (Hz) of the alternating current that excites the material. For example, when the frequency of the alternating current is 60 kHz, the penetration depth δ of aluminum is about 0.34 mm. If the thickness of the magnetic flux shielding member is larger than the penetration depth, the magnetic flux that has entered the magnetic flux shielding member loses energy in the member and cannot pass through the magnetic
なお、加熱部材21と磁束制御部材22とは、互いに接着されていても非接着であってもよく、また非接着の場合には、接触していても離間していてもよい。また、加熱効率を高めるために、加熱部材21は定着ベルト24と摺擦していることが望ましい。この場合、加熱部材21の表層に低摩擦抵抗の材料層を形成することが可能である。ここで用いられる材料としては、低摩擦係数であってかつ耐熱性と熱伝導率が共に高いものが望ましく、具体例としてはポリイミドやフッ素樹脂等が挙げられる。
The
定着ローラ25は、例えばステンレスや炭素鋼等の金属製の芯金25aと、耐熱性を有するシリコンゴム等をソリッド状または発泡状にして芯金25aを被覆した弾性部材25bとから構成されている。定着ローラ25は、加圧ローラ26から押圧力を受けて所定幅の接触部である定着ニップ部Nを形成する。定着ローラ25は、その外径が30〜40mm程度、弾性部材25bの厚さは3〜10mm程度、その硬度は10〜50°(JIS−A)程度に設定されている。
The fixing
定着ベルト24は、図3に示すように、基材24bの上に弾性層24cが形成され、その上に離型層24dが形成された積層構造を呈している。基材24bに求められる特性として、ベルトを張り渡した際の機械的強度、柔軟性、定着温度での使用に耐えうる耐熱性等が挙げられる。本実施形態では、加熱部材21を誘導加熱するため基材24bは絶縁性の耐熱樹脂材料、ポリイミド、ポリイミドアミド、PEEK、PES、PPS、フッ素樹脂等が適している。また、その厚さは熱容量、強度の関係から、30〜200μmが望ましい。弾性層24cは、光沢ムラのない均一な画像を得るため、ベルト表面に柔軟性を与える目的で形成され、ゴム硬度5〜50°(JIS−A)、厚さ50〜500μmが望ましい。また、定着温度における耐熱性から、シリコンゴム、フロロシリコンゴムが用いられる。離型層24dとしては、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)等のフッ素樹脂、またはこれ等の樹脂の混合物、耐熱性樹脂にこれ等フッ素系樹脂を分散させたもの等が挙げられる。
As shown in FIG. 3, the fixing
弾性層24cを離型層24dが被覆すると、シリコンオイル等を使用せずともトナー離型性が向上すると共に紙粉固着防止が可能となる(オイルレス化)。しかし、これ等の離型性を有する樹脂は一般にゴム材料のような弾性を有していないことから、弾性層24c上に厚く離型層24dを形成すると、ベルト表面の柔軟性が損なわれて光沢ムラを発生させてしまう。離型性と柔軟性とを両立させるためには、離型層24dの膜厚を5〜50μm、望ましくは10〜30μmとする必要がある。また、必要に応じて各層間にプライマ層を設けてもよく、基材24bの内面に摺動時の耐久性を向上させる層を設けてもよい。この層を構成する材質としては、ポリイミドやフッ素樹脂等が挙げられる。さらに、基材24bに発熱層を具備させてもよく、例えばポリイミド等からなる基層上にCu層を3〜15μm形成してこれを発熱層として用いることができる。
When the
加熱誘導コイル27は、コイル27aと磁性体コアとケース27eとから構成されている。磁性体コアは、加熱部材21に対向する位置であってコイル27aの背後に配置されている平面形状コア27bを有している。また磁性体コアは、コイル27aを介さずに加熱部材21に対向し平面形状コア27bよりも加熱部材21に近接する位置に配置されたセンターコア27c及び2個のサイドコア27dを有している。そして磁性体コアは、コイル27aより発生した磁束を加熱部材21へと集中させる磁路を形成している。
The
平面形状コア27bは、加熱部材21の紙面方向である長手方向の温度分布が均一となるように、長手方向に適当な間隔を開けて複数配置する。磁性体コアは、保磁力が小さく透磁率が大きい軟磁性材料であり、かつ電気抵抗率の高いものが望ましい。フェライトの他にはパーマロイ等の材料が挙げられるコアの材質には、Mn−Zn系フェライト、Ni−Zn系フェライト等が用いられる。なお、平面形状コア27bの個数及び間隔は、適宜調整可能である。
A plurality of the
コイル27aは、絶縁被覆を施した直径0.05〜0.2mm程度の導線を50〜500本程度撚り合わせたリッツ線を5〜20回巻き回したものである。リッツ線の表面には融着層を備えており、通電加熱または恒温槽で加熱することにより融着層が固化し、巻き回したコイルの形状保持が可能となる。また、融着層を保持しないリッツ線を用いてコイルを巻き、それをプレス成型することで形状を与えることも可能である。リッツ線には定着温度以上の耐熱性が必要であることから、素線の絶縁被覆材にはポリアミドイミド、ポリイミド等の耐熱性と絶縁性とを兼ね備えた樹脂を用いる。巻き終えたコイル27aはケース27eにシリコン接着剤等を用いて接着固定する。ケース27aは定着温度以上の耐熱性が必要であることから、耐熱性の高い樹脂であるPETや液晶ポリマ等を用いる。
The
図4に示すように、コイル27aは絶縁された外径0.15mmの銅製の線材を90本束ねた線束を周回させることにより形成され、加熱部材21を覆うように成型されているケース27eの全幅にわたって渦巻き状に配置されている。コイル27aの形状は、センターコア27cを軸として加熱部材24aにおいて定着ベルト24に沿う平面形状となるように形成されている。
As shown in FIG. 4, the
加圧ローラ26は、離型層26a、耐熱性の高い弾性層26b、金属製の円筒部材からなる芯金26cから構成され、定着ベルト24を介して定着ローラ25に圧接して定着ニップ部Nを形成している。加圧ローラ26は、外径30〜40mm、弾性層26bの厚さ0.3〜5.0mm、硬度20〜50°(JIS−A)程度で構成されており、材質としては耐熱性が必要であることからシリコンゴムが用いられる。さらに、両面画像形成時の離型性を高めるため、弾性層26b上にフッ素樹脂を使用した離型層26aを10〜100μm程度形成している。加圧ローラ26の硬度を定着ローラ25よりも高くすることにより、加圧ローラ26が定着ローラ25(及び定着ベルト24)側へ食い込む形となる。これにより、記録材は定着ニップ部Nの出口において定着ベルト24の表面に沿うことができない曲率を持つこととなり、記録材の離型性を向上することができる。
The
次に、上述のように構成された定着装置20の動作について説明する。
定着ベルト24は、図2に矢印Rで示す方向に走行し、加熱部材21は誘導加熱により加熱される。詳しくは、誘導加熱コイル27に10kHz〜1MHzの高周波交番電流を流すことにより、誘導加熱コイル27のループ内に磁力線が双方向かつ交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることにより、加熱部材21に渦電流が生じてジュール熱が発生し誘導加熱される。このように発熱した加熱部材21からの熱により定着ベルト24が加熱され、搬送される記録紙Pと定着ベルト24とが定着ニップ部Nで接触し、記録紙P上のトナー像Tを加熱して溶融する。
Next, the operation of the fixing
The fixing
図5及び図6は誘導加熱コイル27から発生した磁力線の経路を示しており、図5は磁束制御部材22がキュリー温度以下の場合を、図6は磁束制御部材22がキュリー温度以上の場合をそれぞれ示している。図5の場合では、誘導加熱コイル27から発生した磁束は図中の磁束Aの経路のように磁束制御部材22の内部を通るため、加熱部材21での誘導加熱が発生して加熱部材21は所定の温度まで上昇する。一方、磁束制御部材22の温度が上昇してキュリー温度以上となった場合、図6に示すように誘導加熱コイル27から発生した磁束は図中磁束Bの経路のように磁束制御部材22を通過して磁束遮蔽部材23を通るようになる。このように磁束が磁束遮蔽部材23で遮蔽されるため、定着装置20の過昇温の防止を行うことができる。
5 and 6 show the path of the lines of magnetic force generated from the
ここで、本発明の定着装置20と従来の定着装置との相違点を述べる。従来の定着装置では、図7に示すように、整磁合金をロール状に形成して磁束制御部材81を構成し、その曲面によって定着ベルトを張架する。そして、定着ベルトを介して磁束制御部材81と対向する位置にロール状の磁束制御部材81に沿った形状の誘導加熱コイルを設けることにより磁束制御部材81に加熱部材としての機能を持たせ、その内部に磁束遮蔽部材82を設けている。このように、従来の定着装置では高価な整磁合金をロール状に形成する必要があり、その材料費及び加工費が定着装置全体のコストに対して大きな割合を占めていたため、定着装置のコストダウンを図る上でのネックとなっていた。
Here, the difference between the fixing
本発明の第1の実施形態では、加熱部材21と磁束制御部材22と磁束遮蔽部材23とはそれぞれ平面形状部21a,22a,23aを有し、定着ベルト24は各平面形状部21a,22a,23aに沿った状態で張架されて加熱部24aを形成している。この構成により、従来の定着装置に比して整磁材料の使用量を減少することができると共に加工を簡易化することができ、材料費及び加工費を低減して定着装置の製造コストを大幅に引き下げることができる。また、磁束制御部材22が平面形状となったことにより、誘導加熱コイル27についても平面形状とすることができる。このため、従来のアーチ状の誘導加熱コイルに対して加熱部材21との間のクリアランス制御が容易となり、かつクリアランスを小さくし易くなる。特に、クリアランスを小さくし易くすることができることにより、加熱効率の向上を見込むことができる。
In the first embodiment of the present invention, the
図8は、第1の実施形態における装置立ち上げ時からの時間経過に応じた定着装置20の温度推移を示している。図8に示すように装置立ち上げ時から昇温が始まり、狙いの温度(ここでは170℃)近傍になると、磁束制御部材22と磁束遮蔽部材23との効果により温度上昇が鈍化し始め、最終的に狙いの温度で安定する。このように、本構成においても従来の定着装置と同様に、自動で定着ベルト24の温度が制御される。
FIG. 8 shows the temperature transition of the fixing
以上のように、定着ベルト24が平面状となる箇所を設け、磁束制御部材22及び磁束遮蔽部材23に平面形状部22a,23aを設けることにより、従来の定着装置に比して構成を大きく変更することなく製造コストを低減することができる。なお、本発明は誘導加熱を用いた定着装置において磁束制御用の部材構成を簡易化することにより定着装置のコストダウンを図るものであり、定着部材、加圧部材、加熱部材は他の構成でもよい。例えば、可撓性を有する無端状で回転自在な定着部材と定着部材内部のニップ形成部材と定着部材を介して対向する加圧体とで形成されたニップにより加圧及び加熱される定着装置であってもよい。この定着装置では、定着部材に発熱層である加熱部材が設けられて誘導加熱される。また、定着部材として定着ローラを用い、対向する加圧ローラとで形成されたニップ部により加圧及び加熱される定着装置であり、定着ローラに発熱層である加熱部材が設けられ、誘導加熱する構成でもよい。
As described above, the fixing
図9は、本発明の第2の実施形態を示している。この第2の実施形態は、上述した第1の実施形態に比較すると、磁束遮蔽部材23に代えて磁束制御部材23Aを有する点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。この第2の実施形態は、磁束遮蔽部材23Aの位置を変更することによりウォームアップタイムの短縮を図っている。
FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention. Compared with the first embodiment described above, the second embodiment is different only in that it has a magnetic
図9は、ウォームアップ時における磁束遮蔽部材23Aの位置を示している。この第2の実施形態において、モータ等の図示しない駆動手段により、磁束遮蔽部材23Aはウォームアップ時において磁束制御部材22から離れる方向に移動される。この場合、誘導加熱コイル27から発生した磁束によって加熱部材21及び磁束制御部材22が加熱され、磁束制御部材22がキュリー温度以上となった場合でも磁束遮蔽部材23Aに磁束が透過しないため、エネルギが消費されずに昇温が止まらなくなる。これにより、ウォームアップ時での急速立ち上げが可能となる。この第2の実施形態において、磁束遮蔽部材23Aは磁束制御部材22から3.0〜5.0mm程度離間されることが望ましい。
FIG. 9 shows the position of the magnetic
第2の実施形態において、磁束遮蔽部材23Aの移動は平行移動には限定されず、例えば一端を固定した円弧を描くような回転移動、磁束遮蔽部材23Aが磁束制御部材22に対して垂直となるような移動軌跡を描いてもよい。また、磁束遮蔽部材23Aとして2以上の部材を並べて構成してもよく、その場合の移動においても同様である。
In the second embodiment, the movement of the magnetic
通常駆動時には、磁束遮蔽部材23Aの位置は第1の実施形態と同様に磁束制御部材22に接触または近接する位置に戻り、キュリー温度近傍での磁束制御部材22の温度自動制御が可能となる。磁束遮蔽部材23Aを移動させる方法としては、上述したモータ等のアクチュエータを組み込むことの他、加圧ローラ26の加圧脱圧機構と連動させる等、レイアウトを大きく変えることのない簡易な方法が適用可能である。
During normal driving, the position of the magnetic
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。この第3の実施形態では、磁束制御部材22の構成を変更することにより加熱効率の良化を図っている。第1の実施形態では、加熱部材21と磁束制御部材22とを別部材としている。このため、電磁誘導によって磁束制御部材22の表面に図10に示すような経路の渦電流が流れ、加熱により損失となってしまうことが考えられる。加熱効率の良化を図るためには、磁束制御部材22の表面での渦電流損失を抑える必要がある。そのための対策の一つが図11に示す構成である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the heating efficiency is improved by changing the configuration of the magnetic
本発明の第3の実施形態を示す図11において、磁束制御部材22に代えて用いられる磁束制御部材22Aには複数のスリット22bが形成されている。このような複数のスリット22bを有することにより、磁束制御部材22Aの表面には大きな渦電流の経路が存在できなくなり、図12に示すような小さな渦電流の経路が各スリット22b間に存在する形となる。このため、渦電流による発熱が小さくなって磁束制御部材22Aによる発熱の損失が減少するため、加熱効率が良化する。各スリット22bは、磁束制御部材22Aを貫通するように形成されることが望ましい。
In FIG. 11 showing the third embodiment of the present invention, a plurality of
図13は、本発明の第3の実施形態の変形例に用いられる磁束制御部材22Bを示している。この磁束制御部材22Bは、磁束制御部材22を小さなブロック状に分割して構成されている。この磁束制御部材22Bにおいても各ブロック間では渦電流の経路が形成されないため、磁束制御部材22Bの表面を流れる渦電流の経路は図14に示すように小さくなり、第3の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
FIG. 13 shows a magnetic
この変形例において、磁束制御部材22Bはブロック状に分割されていればよく、各ブロック間は離間されているか、または絶縁層が間に入る形で耐熱性の高い絶縁性の接着剤によって接着されていればよい。各ブロックを離間して構成する場合には、リブ状に形成された樹脂製の保持用部材に磁束制御部材22Bを並べる構成が採用可能である。なお、上述した第3の実施形態及び変形例において、スリット22bの幅及び各ブロックの大きさは適宜調整可能である。
In this modification, the magnetic
図15は、第1の実施形態と第3の実施形態との装置立ち上げからの昇温時間を比較した線図である。第1の実施形態と比較すると、第3の実施形態では磁束制御部材23Bの表面で渦電流損失が抑えられている影響により、定着装置のより早い立ち上げが可能に構成されている。 FIG. 15 is a diagram comparing the temperature rising time from the start of the apparatus in the first embodiment and the third embodiment. Compared to the first embodiment, in the third embodiment, the fixing device can be started up earlier due to the influence of eddy current loss being suppressed on the surface of the magnetic flux control member 23B.
図16は、本発明の第4の実施形態に用いられる定着装置20Aを示している。本発明では、加熱部材21を介して誘導加熱コイル27と対向する位置に磁束制御部材22が位置し、さらに磁束制御部材22を介して誘導加熱コイル27と対向する位置に磁束遮蔽部材23が位置していることが重要である。従って、図16に示すように、定着ベルト24の内側に誘導加熱コイル27が位置し、定着ベルト24の外側に磁束制御部材22及び磁束遮蔽部材23が位置する定着装置20Aを使用してもよい。この定着装置20Aによっても第1の実施形態で示した定着装置20と同様の作用効果を得ることができる。
FIG. 16 shows a
図17は本発明の第5の実施形態に用いられる定着装置20Bを、図18は本発明の第5の実施形態に用いられる定着部材としての定着ベルト24Aをそれぞれ示している。定着ベルト24Aには、離型層24dのさらに上に加熱部材21が設けられており、定着装置20Bには加熱部材21が設けられていない。この第5の実施形態によれば、定着ベルト24Aの摺擦による加熱部材21の物理的な劣化を抑制することができ、より長寿命の定着装置を得ることができる。
FIG. 17 shows a
図19は本発明の第6の実施形態に用いられる磁束制御部材を示している。上述した磁束制御部材22,22A,22Bに代えて用いられる磁束制御部材22Cは、異なる2種類の磁性体である磁性材料22Ca,22Cbによって構成されている。各磁性材料22Ca,22Cbは共に整磁合金であり、磁性材料22Caのキュリー温度Tcaは定着装置20,20A,20Bの駆動時に定着ベルト24の温度が狙いの温度となるような温度に、磁性材料22Cbのキュリー温度Tcbはキュリー温度Tcaよりも低くなるようにそれぞれ構成されている。磁束制御部材22Cの長手方向中央部に磁性材料22Caが、両端に磁性材料22Cbがそれぞれ位置しており、磁性材料22Caの幅が通常使用される記録紙の幅(例えばA4サイズ)と対応するように構成されている。
FIG. 19 shows a magnetic flux control member used in the sixth embodiment of the present invention. A magnetic flux control member 22C used in place of the magnetic
上述の構成より、通常使用される記録紙が通紙される位置には磁性材料22Caが位置しているため、定着ベルト24は記録紙上のトナーを定着するに適した狙いの温度に昇温されている。一方、非通紙部には磁性材料22Cbが位置しており、キュリー温度Tcbがキュリー温度Tcaよりも低いことから非通紙部における定着ベルト24の温度が低くなり、非通紙部における過昇温が確実に抑制される。なお、通常使用される記録紙が通紙される領域では過昇温の虞が少ないため、非通紙部ほど厳密な温度制御は必要ない。そのため、磁性材料22Caを、キュリー温度を調整した整磁合金に代えてフェライト等で構成することも可能である。第6の実施形態では、異なる2種類の磁性材料22Ca,22Cbによって磁束制御部材22Cを構成したが、異なる3種類以上の磁性材料によって磁束制御部材22Cを構成してもよい。
With the above configuration, since the magnetic material 22Ca is positioned at a position where normally used recording paper is passed, the fixing
図20は本発明の第7の実施形態を示している。この第7の実施形態は、上述した第4の実施形態と比較すると、定着ベルト24と磁束発生部27との間に接触部材29を有している点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。接触部材29は図示しない付勢手段によって図20において左方へと付勢されており、定着ベルト24を介して加熱部材21に圧接している。加熱効率を良化させるためには加熱部材21と定着ベルト24とが接触していることが望ましく、さらに密着性が高いほど加熱効率が向上する。この構成により加熱部材21と定着ベルト24との密着性が高まり、単に加熱部材21と定着ベルト24とを離間または摺擦する場合に比して界面の熱抵抗を低下させることができ、加熱効率が向上する。
FIG. 20 shows a seventh embodiment of the present invention. The seventh embodiment is different from the fourth embodiment described above only in that a
接触部材29は加熱部材21により加熱効率が損なうことを防止するため非導電性物質で構成されることが望ましく、また熱的損失を抑制するために熱伝導率が低い物質であることが望ましい。接触部材29としては高い耐熱性も必要であり、これ等のことから液晶ポリマのような樹脂部材が好適である。また、磁束発生部27から発生した磁束により加熱部材21の誘電加熱が損なわれないように、接触部材29の厚みは厚すぎないことが望ましい。加熱部材21と定着ベルト24との密着性を高めるためにはそれほど高い圧力は必要ないため、接触部材29の厚みは2〜3mm程度が適当である。さらに、接触部材29の表面に四フッ化エチレン樹脂のような低摩擦材料を設けたり、シリコンオイルやグリスのような潤滑剤を塗布したりしてもよい。
The
第7の実施形態では、接触部材29と加熱部材21との密着性を向上させるため、図示しない付勢手段によって接触部材29を図20において左方へと付勢させる構成を示した。しかし、上述した図示しない付勢手段によって接触部材29を付勢せず、定着ベルト24を介して加熱部材21に接触部材29を接触させる構成としてもよい。この構成としては、例えば接触部材29が加熱部材21に接触する位置となるように接触部材29を支持する構成等が挙げられる。
In the seventh embodiment, in order to improve the adhesion between the
図21は本発明の第8の実施形態を示している。この第8の実施形態は、上述した第4の実施形態と比較すると、加熱部材21に代えて加熱部材21Aを用いる点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。第7の実施形態でも述べたように、加熱部材と定着ベルトの密着性が高まるほど加熱効率が向上する。加熱部材21Aは、定着ベルト24側の中央部が突出するように湾曲形成されており、各張架部材28に張架された定着ベルト24に圧接させることで密着性が向上することで加熱効率が向上するように構成されている。この構成により、接触部材29を省略して第7の実施形態と同様の作用効果を低コストで得ることができる。なお、この構成において、第7の実施形態と同様に接触部材29を配設してもよい。これにより、加熱部材21Aと定着ベルト24とを確実に密着させることができ、加熱効率が確実に向上する。
FIG. 21 shows an eighth embodiment of the present invention. The eighth embodiment is different from the fourth embodiment described above only in that a
第7の実施形態では、接触部材29に対して定着ベルト24が密着しつつ摺擦するため、摺擦時における摩耗等を原因として定着ベルト24が破損して定着装置が非常停止してしまう虞がある。そこで、定着ベルト24に対する接触面積を減少させた接触部材を第9の実施形態として示す。
In the seventh embodiment, the fixing
図22は、本発明の第9の実施形態に用いられる接触部材29A,29B,29Cをそれぞれ示している。各接触部材29A,29B,29Cは、定着ベルト24との摺擦面に凸部29Aa,29Ba,29Caと凹部29Ab,29Bb,29Cbとをそれぞれ有しており、各凸部29Aa,29Ba,29Caのみが定着ベルト24と摺擦する。この構成により、定着ベルト24との接触面積が減少して定着ベルト24に対する摺擦力の作用を抑制することができ、定着ベルト24の寿命を延ばすことができる。また、この第9の実施形態において、第7の実施形態と同様に各凸部29Aa,29Ba,29Caに低摩擦材料を設けたりシリコンオイルやグリスのような潤滑剤を塗布したりした構成としてもよい。さらに、各凸部29Aa,29Ba,29Caの高さは不均一でもよく、さらに各凸部29Aa,29Ba,29Caと各凹部29Ab,29Bb,29Cbとで材質が異なっていてもよい。
FIG. 22 shows
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and is described in the claims unless specifically limited by the above description. Various modifications and changes can be made within the scope of the present invention.
The effects described in the embodiments of the present invention are only the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the embodiments of the present invention. .
20,20A,20B 定着装置
21,21A 加熱部材
22,22A,22B,22C 磁束制御部材
22a,23a 平面形状部
22b スリット
22Ca,22Cb 磁性体(磁性材料)
23,23A 磁束遮蔽部材
24,24A 定着部材(定着ベルト)
26 押圧部材(加圧ローラ)
27 磁束発生部(加熱誘導コイル)
29,29A,29B,29C 接触部材
100 画像形成装置(プリンタ)
N 定着ニップ部
20, 20A,
23, 23A Magnetic
26 Pressing member (Pressure roller)
27 Magnetic flux generator (heating induction coil)
29, 29A, 29B,
N Fixing nip
Claims (10)
磁束を発生させる磁束発生部と、
前記定着部材を前記磁束による発熱で加熱する加熱部材と、
前記加熱部材を介して前記磁束発生部と対向配置された磁束制御部材と、
前記磁束制御部材を介して前記磁束発生部と対向配置された磁束遮蔽部材とを有し、
前記磁束制御部材と前記磁束遮蔽部材とはそれぞれ平面形状部を有し、前記定着部材は前記各平面形状部に沿った状態で張架されている定着装置。 A belt-like fixing member;
A magnetic flux generator for generating magnetic flux,
A heating member for heating the fixing member with heat generated by the magnetic flux;
A magnetic flux control member disposed opposite to the magnetic flux generation unit via the heating member;
A magnetic flux shielding member disposed opposite to the magnetic flux generation unit via the magnetic flux control member;
Each of the magnetic flux control member and the magnetic flux shielding member has a planar shape portion, and the fixing member is stretched in a state along each planar shape portion.
前記磁束制御部材はキュリー温度が100〜250℃である磁性体からなることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1.
The fixing device according to claim 1, wherein the magnetic flux control member is made of a magnetic material having a Curie temperature of 100 to 250 ° C.
前記磁束制御部材はキュリー温度が異なる複数の前記磁性体を有することを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 2.
The fixing device, wherein the magnetic flux control member includes a plurality of the magnetic bodies having different Curie temperatures.
前記加熱部材は非磁性体であることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to any one of claims 1 to 3,
The fixing device, wherein the heating member is a non-magnetic material.
前記加熱部材と前記定着部材とが摺擦し前記加熱部材の表層には低摩擦材料層を有することを特徴とする定着装置。 In the fixing device according to any one of claims 1 to 4,
The fixing device according to claim 1, wherein the heating member and the fixing member are rubbed and have a low friction material layer on a surface layer of the heating member.
前記磁束遮蔽部材は立ち上げ時に前記磁束制御部材との距離が変更されることを特徴とする定着装置。 In the fixing device according to any one of claims 1 to 4,
The fixing device according to claim 1, wherein a distance between the magnetic flux shielding member and the magnetic flux control member is changed when the magnetic flux shielding member is started up.
前記磁束制御部材には複数のスリットを有することを特徴とする定着装置。 In the fixing device according to any one of claims 1 to 4,
The magnetic flux control member has a plurality of slits.
前記定着部材と前記磁束発生部との間に配設され前記定着部材を前記加熱部材に接触させる接触部材を有することを特徴とする定着装置。 In the fixing device according to any one of claims 1 to 4,
A fixing device, comprising: a contact member disposed between the fixing member and the magnetic flux generation unit and configured to contact the fixing member with the heating member.
前記接触部材はその表面が凹凸状であることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 8.
The fixing device according to claim 1, wherein the contact member has an uneven surface.
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