JP3762097B2 - 画像加熱装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁束の作用により発熱する回転体と、この回転体の外部に配置され前記回転体に磁束を作用させる励磁コイルと、を有し、前記回転体の熱により記録材上の画像を加熱する画像加熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式を用いた画像形成装置は、通常、樹脂、磁性体、着色料等からなるトナーを静電的に担持した被転写体を、互いに圧接・回転している定着ローラと加圧ローラの圧接部(ニップ部)で挟持搬送しながら熱と圧力を加えることなどで、該トナー像を被転写材上に溶融定着せしめる定着装置を有している。
【0003】
このような定着装置における加熱方式としては、例えば励磁コイルによる磁束で定着ローラ内面に設けた導電層に渦電流を発生させ、ジュール熱により発熱させる電磁加熱方式が提案されている。この方式は熱発生源をトナーのごく近くに置くことができるので、従来のハロゲンランプを用いた熱ローラ方式に比して、定着装置起動時に定着ローラ表面の温度が定着を行なうのに適当な温度となるまでに要する時間が短くできるという特徴がある。また熱発生源からトナーヘの熱伝達経路が短く単純であるため熱効率が高いという特徴もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例の様な励磁コイルによる磁束で定着ローラに設けた導電層に渦電流を発生させジュール熱により発熱させる電磁誘導加熱方式の定着装置は一般に、励磁コイルを定着ローラに内蔵しているので、事故や寿命により定着ローラの交換が必要になった時に、励磁コイルを取り外すなどの手間がかかり、交換に時間を要し、サービスコストが高くなってしまうという問題点があった。
【0005】
また定着ローラに励磁コイルなどを内蔵する構成の定着装置では、励磁コイルが高温になる定着ローラの内部にあることや、それ自身の電気抵抗による発熱などから高温になってしまい電力効率が低下するといった問題点もあった。
【0006】
さらに電磁誘導加熱方式の定着装置は、一般に定着ローラの導電層を局所的に発熱させるという特徴をもつため、例えば装置待機時などに定着ローラが停止していると定着ローラの一部分だけが高温になってしまうため、定着ローラを所定の温度に温調する場合には常に回転していなければならず、定着ローラ表面が摺擦摩耗したり、装置待機中にも騒音を発生するといった問題点もあった。
【0007】
そこで、本発明は磁場を発生させる励磁コイルを回転体の外部に設けることで、回転体の交換を容易にしつつ、加熱効率の向上等を可能とした画像加熱装置について、待機中の回転体による摩擦磨耗や騒音といったものを防止した装置提供を目的とする。
【0008】
上記の目的を達成するための本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、磁束の作用により発熱する回転体と、この回転体の外部に配置され前記回転体に磁束を作用させる励磁コイルと、を有し、前記回転体の熱により記録材上の画像を加熱する画像加熱装置において、前記回転体の内部に配置され前記回転体の周方向に略均一に加熱する加熱手段を有し、記録材を加熱処理を行なう加熱動作時は前記励磁コイルにて前記回転体を誘導発熱させ、記録材に加熱処理を行なわない待機時は前記回転体の回転を停止させ、前記加熱手段のみで前記回転体を所定温度に温調することを特徴とする。
すなわち、前記回転体の内部に配置され前記回転体の周方向に略均一に加熱する加熱手段を設け、待機時以外の加熱動作時は熱効率の良い外部誘導加熱方式にて回転体を加熱させ、待機時には回転体内部の加熱手段のみで加熱するため、待機時中の回転体の回転による摩擦磨耗や騒音といったもの防止することができる。
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【発明の実施の形態】
〈参考例1〉
図1は、本発明を理解する上で参考となる、励磁コイルを定着ローラ外部に配設した構成の画像加熱装置である定着装置例の断面模式図である。
【0019】
定着ローラ1は外径40[mm]、厚さ0.7[mm〕の鉄製の芯金シリンダに表面の離型性を高めるために例えばPTFE10〜50[μm]や、PFA10〜50[μm]の層を設けている。
【0020】
加圧ローラ2は外径が30[mm]であり、定着ローラ1と同様、鉄製の芯金外周に表面の離型性を高めるため例えばPTFE10〜50[μm〕やPFA10〜50[μm]の層を設けても良い。
【0021】
定着ローラ1と加圧ローラ2は回転自在に支持されていて、定着ローラ1のみを駆動する構成になっている。加圧ローラ2は定着ローラ1の表面に圧接していて、圧接部(ニップ部)Nでの摩擦力で従動回転する様に配置してある。なお、加圧ローラ2は定着ローラ1の回転軸方向にバネなどを用いた図示しない機構によって加圧されている。該加圧ローラ2は約30[Kg重]で荷重されており、その場合圧接部の幅(ニップ幅)は約6[mm]になる。しかし都合によっては該荷重を変化させてニップ幅を変えてもよい。
【0022】
励磁コイル3は定着ローラ1の外周面に沿って配設され、磁性体4で覆われている。磁性体4はフェライト、パーマロイといった高透磁率で残留磁束密度の低いものが望ましい。この励磁コイル3には10〜100[kHz]の交流電流が印加され、該交流電流に誘導された磁界が定着ローラ1の導電層に渦電流を流し、ジュール熱を発生させる。この発熱を増加させるためには、機械的精度の許す限り該励磁コイル3を定着ローラ外周面と接触させずに近づけて配置するのが良い。また、励磁コイル3の巻き数を減らして強い磁界を局所的に導電層に作用させたり、交流電流の周波数を高くすると良い。
【0023】
温度センサー5は定着ローラ1の表面に当接するように配置されている。該温度センサー5の検出信号をもとに励磁コイル3への電力供給を増減させることで、定着ローラ1の表面温度が所定の一定温度になる様自動制御される。
【0024】
搬送ガイド6は、未定着のトナー画像7を担持しながら搬送される転写材(記録材)8を定着ローラ1と加圧ローラ2との圧接部(ニップ部)Nへ案内する位置に配置される。
【0025】
分離爪9は、定着ローラ1の表面に当接または近接して配置される。
【0026】
而して、定着ローラ1が不図示の駆動手段により回転駆動され、励磁コイル3に交流電流が加えられて定着ニップ部Nが所定温度に昇温された状態において、未定着トナー画像7を担持した転写材8が搬送ガイド6に案内されて定着ニップ部Nに導入され、定着ローラ1の回転と共に搬送されて定着ローラ1の熱とニップ圧とにより該トナー画像7が転写材8に定着される。
【0027】
本参考例1のように、励磁コイル外部配設の定着装置は、励磁コイル3を定着ローラの内部に配設した定着装置に比して、事故や寿命による定着ローラ1の交換が容易であるという特徴や、励磁コイル3の電気抵抗による発熱を容易に放熱できるという特徴を持っている。
【0028】
図2に励磁コイル内部配設の定着装置において、装置起動時の定着ローラの表面温度をモニターした結果を示すとともに、図3に上記機構を有する本参考例1の励磁コイル外部配設の定着装置において、装置起動時の定着ローラの表面温度をモニターした結果を示す。なお、図2、図3の横軸は定着装置の起動を開始してからの時間を、縦軸は定着ローラの表面温度を表している。
【0029】
図2からわかるように、励磁コイル内部配設の定着装置を起動する場合、定着ローラ1の表面温度が所定の目標温度TTになるのに要する時間(装置起動時間)はtであった。また図3からわかるように、励磁コイル外部配設の定着装置を起動する場合、定着ローラの表面温度が所定の目標温度TTになるのに要する時間(装置起動時間)はt−10であり、励磁コイル内部配設の定着装置の起動時間よりも短縮することができた。これは上記の如く定着ローラ1の外側に励磁コイルを配設したことで定着ローラ1の表面の離型層の極近傍が発熱するために装置起動時間が短縮できたものである。また発熱部からトナーまでの熱伝達経路が、従来の構成の励磁コイル3を定着ローラ内部に配設した定着装置に比して短縮できるために、定着に要する電力量が約10%少なくて済む。
【0030】
以上のように、本参考例1のような定着装置は、磁場を発生させる励磁コイル等の部材を定着ローラ外部に設けることで、事故や寿命による定着ローラの交換を容易にしつつ、定着ローラ内部に励磁コイル等の部材を内蔵する構成と比して発熱部分を定着ローラ表面近く、すなわちトナー近傍にすることで熱伝導路を短くしたことや、励磁コイル3及び磁性体4等の熱を放出し易くすることにより、熱効率を向上させている。
【0031】
また、励磁コイル3の定着ローラ1と反対側に磁性体4を配設したことにより、発生する磁場を効率よく定着ローラ1の導電層に集中させて発熱効率を上げると共に、励磁コイル3によって発生した磁場が周辺部に漏れて周辺部材を加熱することを防止している。
【0032】
〈実施形態例〉
本実施形態例は、上記の参考例1の装置に加え、定着ローラの回転軸の位置に熱源であるハロゲンランプを配設したものであり、その他の構成は略同じである。図4は本例装置の概略構成図であり、参考例1と同一の要素には同符番を付して再度の説明を省略している。
【0033】
ハロゲンランプ10は定着ローラ1の回転軸の位置に配設され、装置待機時にのみ300〜800[W]の電力が供給される。
【0034】
図5に励磁コイルを定着ローラ内部に配設した従来の定着装置において、装置待機時(定着ローラは停止)の定着ローラの表面温度を周方向にモニターした結果を示すとともに、図6に上記機構を有する本例装置において、装置待機時(定着ローラは停止)の定着ローラの表面温度を周方向にモニターした結果を示す。
なお、図5、図6の横軸は定着ローラの温度センサー位置を起点とした周方向位置を角度で、縦軸は定着ローラの表面温度を表している。
【0035】
図5からわかるように、励磁コイル内部配設の定着装置では、装置待機時に定着ローラ1が停止したままであると、定着ローラ1の周方向で局所的に発熱するために、大きな温度差が生じてしまう。これを解消するためには装置待機時にも定着ローラ1の回転が不可欠となるが、定着ローラ表面の摺擦摩耗を避けるために装置待機中は定着ローラ1の回転を停止させるのが望ましい。
【0036】
そこで図6からわかるように、上記機構を有する本実施形態例の定着装置では、装置待機時にハロゲンランプ5によってのみ温調し、定着ローラ1の表面が所定の目標温度TTとなるようにしているので、定着ローラ1が停止していても周方向にわたってほぼ均一な温度分布になる。
【0037】
このように本実施形態例では、装置待機中に定着ローラ内部に配設されたハロゲンランプのみで温調することで、装置待機中に定着ローラの回転を停止させることができるので、定着ローラ表面の摺擦摩耗を軽減し寿命を延ばすことや、待機中の定着装置の騒音を低下することができる。
【0038】
〈参考例2〉
本参考例2は、上記の実施形態例と同じ構成の定着装置において、容量に余裕がある電源を用い、定着装置起動時や待機状態からの復帰動作時に、電磁誘導加熱方式と併用してハロゲンランプ11にも電力を供給して定着ローラの内部と外部から同時に加熱するようにしたものである。
【0039】
本参考例2によれば、定着ローラ1の内部と外部から同時に加熱することによって、定着装置の起動や待機状態からの復帰動作に要する時間を短縮することができる。
【0040】
〈画像形成装置例〉
図7は画像形成装置例の概略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用の複写機或はプリンタである。
【0041】
31は回転ドラム型の電子写真感光体であり、矢印の時計方向に所定のプロセススピード(周速度)をもって回転駆動される。
【0042】
32は感光体帯電手段としての接触帯電ローラであり、所定の帯電バイアスが印加されていて、この帯電ローラ32により回転感光体31面が所定の極性・電位に一様に帯電処理される。
【0043】
この回転感光体31の帯電処理面に対して不図示の画像情報露光手段部(原稿画像のスリット結像露光手段、レーザビーム走査露光手段等)により目的の画像情報の露光33がなされて、回転感光体31面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【0044】
その潜像がトナー現像装置34によりトナー画像として現像される。
そのトナー画像が、回転感光体31と、これに接触させた所定の転写バイアスが印加される転写ローラ35との圧接ニップ部である転写部に、不図示の給紙部から所定のタイミングにて搬送された記録材としての転写材8に対して転写されていく。
【0045】
転写部を通過してトナー画像の転写を受けた転写材8は回転感光体31面から分離され、例えば実施形態例で示した定着装置としての画像加熱装置Rに搬送導入されて未定着トナー画像の加熱定着処理を受け、コピー或はプリントとして出力される。
【0046】
転写材8に対するトナー画像転写後の回転感光体31面はクリーニング装置36により転写残りトナー等の残留付着物の除去を受けて清掃され、繰り返して作像に供される。
【0047】
〈その他〉
本発明の画像加熱装置は実施形態例の定着装置としてばかりでなく、その他、例えば、画像を担持した記録材を加熱して表面性(つや等)を改質する装置、仮定着する装置等の画像加熱装置として広く使用できる。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、磁場を発生させる励磁コイルを回転体の外部に設けることで、回転体の交換を容易にしつつ、加熱効率の向上等を可能とした画像加熱装置について、待機中の回転体による摩擦磨耗や騒音といったものを防止した装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例1における励磁コイル外部配設の定着装置の断面模式図
【図2】 励磁コイル内部配設の定着装置を用いた場合の、定着装置を起動してからの時間と定着ローラの表面温度との関係を示すグラフ
【図3】 参考例1の励磁コイル外部配設の定着装置を用いた場合の、定着装置を起動してからの時間と定着ローラの表面温度との関係を示すグラフ
【図4】 本発明の実施形態例である定着装置の模式断面図
【図5】 励磁コイル内部配設の定着装置を用いた場合の、定着ローラ周方向の位置と定着ローラ表面温度との関係を示すグラフ
【図6】 本発明の実施形態例である定着装置を用いた場合の、定着ローラ周方向の位置と定着ローラ表面温度との関係を示すグラフ
【図7】 画像形成装置例の概略構成図
【符号の説明】
1 定着ローラ
2 加圧ローラ
3 励磁コイル
4 磁性体
5 温度センサー
6 搬送ガイド
7 未定着トナー画像
8 転写材
9 分離爪
10 ハロゲンランプ
Claims (2)
- 磁束の作用により発熱する回転体と、この回転体の外部に配置され前記回転体に磁束を作用させる励磁コイルと、を有し、前記回転体の熱により記録材上の画像を加熱する画像加熱装置において、
前記回転体の内部に配置され前記回転体の周方向に略均一に加熱する加熱手段を有し、記録材を加熱処理を行なう加熱動作時は前記励磁コイルにて前記回転体を誘導発熱させ、記録材に加熱処理を行なわない待機時は前記回転体の回転を停止させ、前記加熱手段のみで前記回転体を所定温度に温調することを特徴とする画像加熱装置。 - 前記加熱手段はハロゲンランプであることを特徴とする請求項1記載の画像加熱装置。
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