JP3637956B2 - Fixing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法を用いる複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置において、特に、記録媒体上に転写されたトナー像を電磁誘導加熱により定着する定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
上記画像形成装置においては、感光体等の像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像をトナー像に現像した後、トナー像を記録媒体上に転写し、この記録媒体上に転写されたトナー像を定着装置によりて定着するようにしている。従来、この定着装置として電磁誘導加熱により定着する方式が種々提案されている。例えば、特許第2616433号公報においては、定着ローラに加圧ローラとの接触部を除く外周に沿って円弧状に磁界発生手段を配設する方式を提案している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の定着装置においては、加熱効率を上げるために、定着ローラと磁界発生手段間のギャップを小さく設定しているため、加熱された定着ローラからの熱伝達により励磁コイルが加熱され、コイルの温度上昇により磁界発生効率が低下し、その結果、加熱効率が低下してしまうという問題を有している。また、コイルの温度上昇により、コイルの絶縁材とコイルの保持部材が熱劣化してしまい耐久性が低下するという問題を有している。
【0004】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、磁界発生手段の温度上昇を防止し、加熱効率を向上させるとともに、耐久性を向上させることができる定着装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明の定着装置は、電磁誘導加熱により記録媒体上にトナーを定着する定着装置において、磁性体からなる定着ローラと、該定着ローラに押圧される加圧ローラと、前記定着ローラの外周に配設される磁界発生手段とを備え、前記磁界発生手段の中央部に通気路を形成したことを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明が適用される画像形成装置の1例を示す全体構成図である。この画像形成装置は、4色のトナーによりフルカラー画像を形成することができるカラー電子写真プリンタであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、電子写真法を用いる全ての画像形成装置に適用可能である。
【0007】
感光体1は、薄肉円筒状の導電性基材とその表面に形成された感光層とを有し、図示しない駆動手段によって図示矢印方向に回転駆動される。この感光体1の周囲には、その回転方向に沿って、感光体1を一様に帯電するための帯電装置2、感光体1上に静電潜像を形成するための露光装置3、静電潜像を現像するための回転式現像装置4、感光体1上に形成された単色のトナー像を転写するための中間転写ドラム5および一次転写装置6が配設され、また中間転写ドラム5の外周には、中間転写ドラム5に形成された4色フルカラー像を記録媒体(紙等)上に転写するための二次転写装置7、記録媒体上に転写されたトナー像を定着するための定着装置9が配設されている。なお、10は記録媒体を収納する給紙トレイ、11は記録媒体搬送通路である。
【0008】
回転式現像装置4は、イエロー用現像器4Y、シアン用現像器4C、マゼンタ用現像器4Mおよびブラック用現像器4Kが回転可能に構成されており、これらの現像器4Y、4C、4M、4Kは、感光体1の1回転毎に選択的に一つの現像器の現像ローラのみが感光体1に当接可能にされている。なお、各現像器にはそれぞれのトナーが収納されたトナー容器12(図では1つのタンクのみを示している)が配設されている。
【0009】
上記構成からなる画像形成装置の作用について説明する。図示しないコンピュータからの画像形成信号が入力されると、感光体1、現像装置4の現像ローラおよび中間転写ドラム5が回転駆動される。先ず、感光体1の外周面が帯電装置2によって一様に帯電され、一様に帯電された感光体1の外周面に、露光装置3によって第1色目(例えばイエロー)の画像情報に応じた選択的な露光がなされ、イエローの静電潜像が形成される。
【0010】
感光体1には、イエロー用現像器4Yが回動され、その現像ローラが接触し、これによってイエローの静電潜像のトナー像が感光体1上に形成される。一次転写装置6には上記トナーの帯電極性と逆極性の一次転写電圧が印加され、感光体1上に形成されたトナー像が中間転写ドラム5上に転写される。このとき、二次転写装置7は中間転写ドラム5から離間されている。感光体1上に残留しているトナーは感光体クリーニング装置(図示せず)によって除去された後、感光体1の外周面は除電手段(図示せず)により除電される。
【0011】
上記の処理が画像形成信号の第2色目、第3色目、第4色目に対応して、感光体1と中間転写ドラム5の1回転による潜像形成、現像、転写が繰り返され、前記画像形成信号の内容に応じた4色のトナー像が中間転写ドラム5上において重ね会わされて転写される。そして、このフルカラー画像が二次転写装置7に達するタイミングで、記録媒体が搬送通路11から二次転写装置7に供給され、このとき、二次転写装置7が中間転写ドラム5に押圧されるとともに二次転写電圧が印加され、中間転写ドラム5上のフルカラートナー像が記録媒体上に転写される。そして、この記録媒体上に転写されたトナー像は定着装置9により加熱加圧され定着される。
【0012】
本発明は上記定着装置9に関わるものであり、図2〜図5は、本発明の定着装置の1実施形態を示し、図2は定着装置の断面図、図3は図2でケースを取り外した状態を示す斜視図、図4は図2でX方向から見た一部破断面を示す側面図、図5(A)は磁界発生手段の平面図、図5(B)は図5(A)の側面図である。なお、以下の説明において、各図面間で同一の構成には同一番号を付けて説明を省略する場合がある。
【0013】
図2において、定着装置9は、磁性体からなる円筒状の定着ローラ13を備え、この定着ローラ13に加圧ローラ14が接触、押圧されている。加圧ローラ14は、筒状の回転軸15とその外周にシリコンゴム等の弾性層16を備え、定着ローラ13と加圧ローラ14が図示矢印に示す如く回転するとき、前記弾性層16が定着ローラ13に押圧されることによりニップ(加圧面)Nが形成されている。定着ローラ13の外周には、定着ローラ13と所定のギャップをもって磁界発生手段17が配設されている。加圧ローラ14、定着ローラ13および磁界発生手段17は、非磁性体からなるケース21内に収納されている。
【0014】
図2〜図5において、磁界発生手段17は絶縁材からなるコイル保持部材19を有し、このコイル保持部材19は取付部材22によりケース21に固定されている。コイル保持部材19は、定着ローラ13と所定のギャップを置いて且つ互いに間隔を設けて配設される2つの支持体19a、19bからなり、支持体19a、19bは複数の連結片19cにより連結されている。これによりコイル保持部材19の中央部に長穴状の通気路23が形成されている。そして、励磁コイル20は、2つの支持体19a、19bの間でループが形成されるように保持されている。
【0015】
ケース21の下方には吸気孔21aが形成され、ケース21の上部には排気孔21bが形成され、この排気孔21bに対向する位置に冷却ファン装置24が取り付けられている。なお、冷却ファン装置24は設けなくても良く、自然通気による冷却でもよい。定着ローラ13の外周には、ニップNの回転方向下流側に記録媒体を定着ローラ13から剥がすための剥離爪25が配設されている。なお、26は記録媒体搬送ガイド、27は記録媒体搬送ローラである。
【0016】
図3において、定着ローラ13および加圧ローラ14は、それぞれ回転軸29、30によりケース21に回動自在に装着されている。定着ローラ13の回転軸29には駆動ギヤ31が固定され、駆動ギヤ31は図示しない電動モータにより駆動される。
【0017】
上記磁界発生手段17は、コイル保持部材19上に励磁コイル20がループ状に保持されており、磁界発生手段17は、定着ローラ13の外周面に沿ってほぼ平行で、定着ローラ13の軸方向に長い矩形或いは長円の外周に沿って巻かれている。これにより、コイル形成面と垂直に交差する磁力線は定着ローラ13表面にほぼ垂直に捕捉され、定着ローラ13表面を周回するような渦電流が生じ、発熱することになり、また、定着ローラ13軸方向の広範囲にわたる均一な温度上昇を実現させることができる。
【0018】
また、励磁コイル20は、それぞれが磁気的な損失を受けにくくするために、複数の被覆細線の撚り線にすることにより、トータルで大電流を流せて小さなコイルでもより効率的な加熱を可能にするとともに、撚り線にすることにより、線の剛性を高めコイルの作成を容易にしている。
【0019】
また、励磁コイル20の各周回は、同一面内に位置するように、定着ローラ13の半径方向に1層に形成している。複数回巻かれているコイルのラインが定着ローラの半径方向に重なっている場合には、ローラに近い側のコイルの磁力で遠い側の磁力線を打ち消してしまうが、コイルの各周回が全てローラ表面に対峙することで、そのどれもが発する磁力線をローラが受け止めるため、発熱効率を高めることができる。また、励磁コイル20の各周回は、コイル同士を隙間無く密に巻き、これにより太い線のコイルを形成したことと等価となり、効率の良い発熱が可能になるとともに、磁力線の打ち消し合う部分が無くなり、コイルと対峙するローラ面の均一な発熱が実現できる。
【0020】
さらに、磁界発生手段17の中央部に通気路32を形成できるため、励磁コイル20が冷却され、コイル温度上昇による発熱低下を防止することができる。また、コイル保持部材19、ケース21、搬送ガイド26等はすべて非磁性材料により構成している。磁界発生手段17の周囲に定着ローラ13以外に磁性材料があると、その磁性材料に磁力が集中し部分的に高温になるが、磁界発生手段17の隣接部材を非磁性材料で形成することにより、異常な磁力集中を防ぎ、均一な加熱とともに、他部材への加熱がなく定着ローラ13を効率良く加熱することができる。
【0021】
上記構成からなる本発明の作用について説明する。図示しない励磁回路により、励磁コイル20に交流電流を通電すると、励磁コイル20と定着ローラ13との間に交流磁界が発生し、交流磁界中に置かれた磁性体の定着ローラ13に電磁誘導作用により渦電流が流れ、その電流と金属自身の抵抗によりジュール熱が発生し、定着ローラ13それ自身が自己加熱され、その温度が上昇される。そして、定着ローラ13の回転が行われながらその温度が上昇され、温度センサ24の出力により所定の温度にまで昇温されたことを検出すると、その後は定着ローラ13の表面温度を所定の温度に維持するように制御される。記録媒体が定着ローラ13にまで移動されてくると、記録媒体は定着ローラ13と加圧ローラ14との間に導かれ、両ローラによって加熱、加圧され、これにより、トナーが記録媒体上に定着される。この際、吸気孔21aから吸引された空気は、図2の点線矢印に示す如く、コイル20の周囲およびコイル20の中央部の通気路23を通って排気穴21bから排気されるため、コイル20を効果的に冷却することができる。
【0022】
図6は、本発明に係わる磁界発生手段の変形例を示す平面図である。なお、図5と同一の構成には同一番号を付けて説明を省略する。本例においては、支持体19a、19bに切欠部19dを形成して、コイル20を露出させるようにし、より冷却効果を高めている。
【0023】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、定着ローラ13と加圧ローラ14をほぼ水平方向に配置し、記録媒体の搬送方向Yを下から上に向かう略垂直方向とした例を示しているが、定着ローラ13と加圧ローラ14をほぼ垂直方向に配置し、記録媒体の搬送方向Yを略水平方向としてもよい。
【0024】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、磁界発生手段の中央部に通気路を形成するため、励磁コイルを効果的に冷却することができ、磁界発生手段の温度上昇を防止し、加熱効率を向上させることができる。また、コイルの絶縁材とコイルの保持部材を低温度に抑えることができ、熱劣化を防止しその耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される画像形成装置の1例を示す全体構成図である。
【図2】本発明の定着装置の1実施形態を示す断面図である。
【図3】図2でケースを取り外した状態を示す斜視図である。
【図4】図2でX方向から見た一部破断面を示す側面図である。
【図5】図5(A)は磁界発生手段の平面図、図5(B)は図5(A)の側面図である。
【図6】磁界発生手段の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
13…定着ローラ
14…加圧ローラ
17…磁界発生手段
19…コイル保持部材
19a、19b…支持体
19c…連結片
20…励磁コイル
23…通気路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing device that fixes a toner image transferred onto a recording medium by electromagnetic induction heating in an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a fax machine, or the like that uses electrophotography.
[0002]
[Prior art]
In the image forming apparatus, an electrostatic latent image is formed on an image carrier such as a photosensitive member, the electrostatic latent image is developed into a toner image, and then the toner image is transferred onto a recording medium. The toner image transferred above is fixed by a fixing device. Conventionally, various fixing methods using electromagnetic induction heating have been proposed as the fixing device. For example, Japanese Patent No. 2616433 proposes a method in which the magnetic field generating means is arranged in an arc shape along the outer periphery excluding the contact portion between the fixing roller and the pressure roller.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional fixing device, in order to increase the heating efficiency, the gap between the fixing roller and the magnetic field generating means is set small, so that the excitation coil is heated by heat transfer from the heated fixing roller, There is a problem that the magnetic field generation efficiency decreases due to the temperature rise of the coil, and as a result, the heating efficiency decreases. In addition, the coil temperature rise causes a problem that the insulating material of the coil and the holding member of the coil are thermally deteriorated and the durability is lowered.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to provide a fixing device capable of preventing a temperature rise of a magnetic field generating unit, improving heating efficiency, and improving durability. To do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the fixing device of the present invention is a fixing device for fixing toner on a recording medium by electromagnetic induction heating, a fixing roller made of a magnetic material, a pressure roller pressed against the fixing roller, and an outer periphery of the fixing roller. And a magnetic field generating means disposed in the air passage, and an air passage is formed in a central portion of the magnetic field generating means.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an example of an image forming apparatus to which the present invention is applied. This image forming apparatus is a color electrophotographic printer capable of forming a full-color image with four color toners, but the present invention is not limited to this, and is applicable to all image forming apparatuses using electrophotography. Applicable.
[0007]
The photosensitive member 1 has a thin cylindrical conductive substrate and a photosensitive layer formed on the surface thereof, and is driven to rotate in the direction of the arrow shown by a driving unit (not shown). Around the photoconductor 1, a charging device 2 for uniformly charging the photoconductor 1 along the rotation direction, an exposure device 3 for forming an electrostatic latent image on the photoconductor 1, a static A rotary developing device 4 for developing an electrostatic latent image, an intermediate transfer drum 5 and a primary transfer device 6 for transferring a monochromatic toner image formed on the photosensitive member 1, and an intermediate transfer drum 5 are provided. 2 is a
[0008]
The rotary developing device 4 is configured such that a yellow developing
[0009]
The operation of the image forming apparatus having the above configuration will be described. When an image forming signal is input from a computer (not shown), the photosensitive member 1, the developing roller of the developing device 4, and the intermediate transfer drum 5 are rotationally driven. First, the outer peripheral surface of the photosensitive member 1 is uniformly charged by the charging device 2, and the outer peripheral surface of the uniformly charged photosensitive member 1 is subjected to image information of the first color (for example, yellow) by the exposure device 3. Selective exposure is performed to form a yellow electrostatic latent image.
[0010]
The yellow developing
[0011]
In response to the second color, the third color, and the fourth color of the image formation signal, the above processing is repeated to form a latent image, develop, and transfer by one rotation of the photosensitive member 1 and the intermediate transfer drum 5, and the image formation is performed. Four color toner images corresponding to the contents of the signals are superimposed on the intermediate transfer drum 5 and transferred. Then, at the timing when this full-color image reaches the
[0012]
The present invention relates to the fixing device 9. FIGS. 2 to 5 show one embodiment of the fixing device of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of the fixing device, and FIG. FIG. 4 is a side view showing a partially broken section viewed from the X direction in FIG. 2, FIG. 5 (A) is a plan view of the magnetic field generating means, and FIG. 5 (B) is FIG. FIG. In the following description, the same components may be denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof may be omitted.
[0013]
In FIG. 2, the fixing device 9 includes a
[0014]
2 to 5, the magnetic field generating means 17 has a
[0015]
An
[0016]
In FIG. 3, the fixing
[0017]
In the magnetic field generating means 17, the
[0018]
Moreover, in order to make each
[0019]
Further, each turn of the
[0020]
Furthermore, since the ventilation path 32 can be formed in the central portion of the magnetic field generating means 17, the
[0021]
The operation of the present invention having the above configuration will be described. When an exciting current is supplied to the
[0022]
FIG. 6 is a plan view showing a modification of the magnetic field generating means according to the present invention. In addition, the same number is attached to the same structure as FIG. 5, and description is abbreviate | omitted. In this example,
[0023]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, the fixing
[0024]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, since the air passage is formed in the central portion of the magnetic field generating means, the exciting coil can be effectively cooled, and the temperature of the magnetic field generating means is prevented from rising. Heating efficiency can be improved. In addition, the coil insulating material and the coil holding member can be kept at a low temperature, thereby preventing thermal deterioration and improving its durability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an example of an image forming apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a fixing device of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a state where a case is removed in FIG. 2;
4 is a side view showing a partially broken section viewed from the X direction in FIG. 2; FIG.
5A is a plan view of the magnetic field generating means, and FIG. 5B is a side view of FIG. 5A.
FIG. 6 is a plan view showing a modification of the magnetic field generating means.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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