JP3798522B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に用いられ、被定着材に形成される現像剤像を定着して定着像を得る定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子写真装置を構成する定着装置では、加熱源として、たとえばハロゲンランプが用いられ、これを金属ローラの内側に設置してヒートローラとしている。この金属ローラには弾性的に押圧付勢される加圧ローラが押し当てられ、金属ローラに加圧接触している。
【０００３】
現像剤像が形成された被定着材が搬入される以前に、ハロゲンランプを点灯して金属ローラを加熱する。同時に金属ローラを回転駆動させ、加圧ローラを従動回転させる。
【０００４】
これらローラ相互の転接部間に被定着材を介在させ、通過させることにより被定着材が加熱されて現像剤像が定着像に換わり、定着作用を得られるようになっている。
【０００５】
定着装置として、この他に、たとえばフラッシュランプを備え、このランプを点灯して、被定着物に対して非接触状態で加熱し、定着像を得るものも用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の定着装置では、加熱源としてランプを用いているため、熱効率が約７０パーセントという限界値がある。
さらに、ランプを金属ローラの内側に配置し、内側から金属ローラを加熱する構成では、ランプに反射板を備えていても、ランプはローラの広い範囲を加熱することになる。
【０００７】
定着作用に必要な適切な温度まで金属ローラ外周面を加熱するまでには、構造的にエネルギの損失があるとともに、立ち上げの際に多くの時間と電力を必要としていた。
【０００８】
本発明は上記事情にもとづいてなされたものであり、その目的とするところは、加熱源として誘導加熱を用いることによりエネルギの集中化を図り、加熱部分の集中による高効率化を得るとともに、立ち上げを短時間で可能とした定着装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を満足するため、本発明の定着装置は、無端走行する導電性ベルトと、この導電性ベルトに加圧された状態で転接し、導電性ベルトの無端走行にともなって回転する加圧ローラと、上記導電性ベルトと加圧ローラとの転接部に対向して配置され、上記導電性ベルトと加圧ローラとの転接部に対して磁束を発生させ、導電性ベルトの転接部を集中して誘導加熱し、転接部に搬入される現像剤像が形成された被定着材を加熱して定着像を得る誘導加熱手段とを具備し、上記誘導加熱手段は、導電性ベルトと加圧ローラとの転接部に対向する開口部を備え、かつ断面中空状に形成されるコアおよび、このコアに巻装されるコイルとからなる磁気発生手段と、この磁気発生手段と電気的に接続され、磁気発生手段に対して高周波の交流電流を印加する高周波回路とを備え、上記磁気発生手段を構成するコアは、その内側面相互間隔Ａよりも開口部幅Ｂが狭い（Ａ＞Ｂ）ことを特徴とする。
【００１２】
以上のごとき課題を解決する手段を採用することにより、加熱源として誘導加熱を用いたので、エネルギーの集中化が図られ、加熱部分の集中による高効率化を得るとともに、立ち上がりが短時間ですむ。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態の断面図である。
図中、１は第１の転接部材である導電性ベルトであり、いずれか一方が図示しない駆動源と連結される２本のローラ２，２に掛け渡され、これらローラの回転にともなって図示の方向に無端走行される。この導電性ベルト１の表面に離型層やオフセット防止オイルを塗布してもよい。
【００１４】
３は第２の転接部材である加圧ローラであり、上記導電性ベルト１の下部水平面に加圧状態で接触している。このことから、加圧ローラ３が接触する導電性ベルト１の下部水平面の傾斜角度は約１７０度に設定されている。
【００１５】
加圧ローラ３は回転自在に枢支され、導電性ベルト１の走行にともなって従動し図示の方向に回転するようになっている。
４は磁場発生手段をなす磁場発生体であり、導電性ベルト１の対向面が一部欠落した開口部５ａを有する断面矩形の中空状に形成されるコア５と、このコア５に巻装されるコイル６とから構成される。
【００１６】
上記コア５は、磁性材であるフェライト材を押し出し成形によって成形されるものであり、ここに巻装されるコイル６として、たとえば１．２ｍｍ径の銅線が用いられ、１２ターンの巻線をなしている。
【００１７】
このコイル６をコア５の内部に収めるため、コア５の内側面相互幅Ａは、１５ｍｍを必要としている。そして、上記コアに形成される上記開口部幅Ｂは、９ｍｍに設定される。したがって、コア５の内側面相互幅Ａよりも開口部幅Ｂが狭く（Ａ＞Ｂ）形成される。
【００１８】
この磁場発生体４は高周波回路７と電気的に接続されていて、これらで誘導加熱手段Ｙが構成される。
高周波回路７は高周波の交流電流を磁場発生体４に供給し、磁場発生体４を構成するコア５に交流磁場を発生させて前記導電性ベルト１に対して磁束を導く。交流であるから磁界分布が所定周期で切り替わり、よって導電性ベルト１ではこの切り替わりを打ち消す磁界が発生して電流が流れる。いわゆる渦電流の発生となり、これにともなうジュール熱によって導電性ベルト１は加熱される。
【００１９】
なお、実際にコア５に発生する磁束は、コア５の断面形状に沿って循環するとともに、開口部５ａの一方端縁から出て導電性ベルト１に導かれ、さらに開口部５ａの他方端縁に入って循環する。
【００２０】
このことから、導電性ベルト１はコア５の開口部５ａと対向する部位のみ集中して加熱されることになり、この集中加熱部は導電性ベルト１と上記加圧ローラ５との転接部Ｓと一致する。
【００２１】
実際には、導電性ベルト１として、約４０μｍの厚さのニッケル材ベルトが用いられ、磁場発生体４は上記転接部Ｓ（幅約８ｍｍ）のみが加熱可能になるようコア５の開口部５ａと対向して配置される。
【００２２】
このようにして構成される定着装置に対して、被定着材Ｐが搬入される。この被定着材Ｐは、用紙８と、この用紙８の上に電子写真プロセスで形成された現像剤像９とからなる。
【００２３】
被定着材Ｐが加圧ローラ３の手前側に配置される搬入ガイド１０に沿って案内されると、その先端部から加圧ローラ３と導電性ベルト１との転接部Ｓ間に介在される。そして、被定着材Ｐの転接部Ｓ介在部分は導電性ベルト１から放出する熱で加熱され、現像剤像９が用紙８に定着され、定着像を得る。
【００２４】
この定着像が形成される被定着材Ｐは、搬出ガイド１１に沿って案内され、図示しない排紙トレイに導かれる。
本発明のごとき、磁場発生体４によるエネルギを導電性ベルト１と被定着材Ｐとの接触部分に集中させる方式では、コア５の開口部５ａから導電性ベルト１に導かれる磁束の効果を十分に発揮させて効率を上げなければならない。
【００２５】
そのため、極力、コア開口部５ａの幅を転接部Ｓの幅、すなわち導電性ベルト１と加圧ローラ３に対する被定着材Ｐの接触幅（ニップ幅とも呼ばれる）に近づける必要がある。そこで、開口部５ａの幅Ｂは９ｍｍに設定してある。
【００２６】
この幅Ｂを維持したまま発熱量を上げるためには、電流量を上げる必要があり、コイル６の巻数を増加させることが必要となる。高周波に対応してコイル径を増加させたり、必要に応じてリッツ線等が必要になる条件では必要不可欠となる。
【００２７】
このようにして、加熱源として誘導加熱手段Ｙを用い、この誘導加熱手段を構成するコア５の断面形状として開口部５ａの幅Ａを内側面相互間隔Ｂより狭めることにより、コイル６の巻き数を増加したり、電流量を増大したり、コア５のサイズを大型化することなく、エネルギを転接部Ｓに集中して加熱することができ、よって高効率化を得られて立ち上がりが短時間ですむ。
【００２８】
図２（Ａ），（Ｂ）は、第２の実施の形態の断面図である。
同図（Ａ）に示す定着装置の構成部品は、全て先に説明したものと同一であるので、同番号を付して新たな説明は省略する。ここで、コア５の開口部幅Ｂは、接触幅Ｃよりも狭く図示しているが、実際には、開口幅Ｂは接触幅Ｃの１／２の範囲まで縮小（Ｃ／２＜Ｂ）できる。
【００２９】
また、同図（Ｂ）に示す定着装置の構成部品は、コア５Ａを除いて先に説明したものと同一であるので、同番号を付して新たな説明は省略する。上記コア５Ａは、導電性ベルト１に対向する面を全て開口部５ｂとなし、断面が逆Ｕ字状に形成される。このコア５Ａの開口部幅Ｂは、接触幅Ｃの２倍までの範囲まで拡大（Ｂ＜Ｃ／２）できる。
【００３０】
このようにして、コア５，５Ａの開口部５ａ，５ｂを接触幅Ｃに対して以下の条件を満足するよう設定すれば、エネルギを集中させて高効率化で、クイックな定着立ち上がりを得られる。
【００３１】
接触幅（Ｃ）／２ ＜ 開口部幅（Ｂ） ＜ 接触幅（Ｃ）×２
図３は、第３の実施の形態の斜視図である。
ここでは磁気発生体４のみ示すが、定着装置として、この他、先に説明した導電性ベルトと、２つのローラおよび、加圧ローラなどが必要であり、同様の作用をなすことは言うまでもない。
【００３２】
同実施の形態では、磁場発生体４は後述するコア５Ｂと、このコア５Ｂに巻装されるコイル６とから構成される。上記コア５Ｂはフェライト材からなるとともに断面形状は先に説明したものと同一でよく、コイル６の線径と巻数も先に説明したものと同一でよい。
【００３３】
上記コア５Ｂは、バインダを混入した材質で押し出し成形による成形をなしていて、たとえば１００ｍｍ長のコア分割体５０…を３個並べて連結し、接着手段などにより一体化している。
【００３４】
この形態の磁場発生体４を構成するコア５Ｂにおいては、画像域全体に亘る成形長さはその真直度に問題があり、コア５Ｂと上記導電性ベルト１とのギャップが温度ムラに大きく影響する。
【００３５】
普通、画像域全体に亘る成形長さは長尺（約３００ｍｍ程度）であるため、コアを一体ものとして成形すると、真直度が低下する恐れがある。
上述の短尺のコア分割体５０…であれば高い真直度を得られ、これらを一体に連結して真直度に関する問題を全て解消させる。
【００３６】
押し出し成形をなす際には、コア分割体５０は長手方向（図の矢印方向）に沿って金型から抜き出す。すなわち、同方向に抜き勾配が得られ、短尺であることと併せて容易に、かつ確実な成形が可能となる。
【００３７】
図４は、第４の実施の形態の断面図である。
この定着装置において、後述するコア５Ｃを除いて、他の構成部品は全て先に説明したものと同一であるので、同番号を付して新たな説明は省略する。
【００３８】
上記コア５Ｃは、断面形状が先に説明したものと同一であるけれども、その中央部から左右に２分割されたコア分割体５１を接着手段などによって連結し、一体化してなる。
【００３９】
しかも、それぞれのコア分割体５１は先に図３で示したように短尺であって、ここでは合計６個のコア分割体５１…からコア５Ｃが構成される。
短尺のコア分割体５１…から構成するので高い真直度を得られ、真直度に関する問題を全て解消できるとともに、コア５Ｃを押し出し成形により構成するので、容易に、かつ確実な成形が可能となる。
【００４０】
図５は、第５の実施の形態の定着装置である。
図中２０は第１の転接部材である導電性ローラであり、図示しない駆動源により図示の方向に回転駆動される。この導電性ローラ２０は、肉厚１ｍｍの鉄材円筒体からなり、その両側端外周面には支持フレーム２１に取付け固定される耐熱ブッシュ２２が嵌着される。
【００４１】
導電性ローラ２０の両側端開口部には軸承具であるボールベアリング２３の外輪部が嵌着されていて、導電性ローラ２０は回転自在に枢支される。また、導電性ローラ２０には図示しない駆動源が連結されていて、導電性ローラ２０を回転駆動するようになっている。
【００４２】
ボールベアリング２３の内輪部は適宜な手段で上記支持フレーム２１に取付け固定される。そして、この取付け部内にＬ字状に形成されるコア支持部材２４の水平片が挿入される。
【００４３】
コア支持部材２４の垂直片には上下方向に長い長孔２５が設けられ、かつこの長孔２５に挿入される取付けねじ２６によって上記支持フレーム２１に取付け固定される。すなわち、コア支持部材２４はフレーム２１面に沿って上下方向にその取付け位置が調整可能である。
【００４４】
コア支持部材２４には導電性ローラ２０内部において磁場発生手段である磁場発生体４が収容配置される。この磁気発生体４は、先に図１で説明したようなコア５と、このコア５に巻装される巻線６とから構成され、ここでは図示しない高周波回路と電気的に接続される。
【００４５】
コア支持部材２４に長孔２５が設けられているので、磁気発生体４と導電性ローラ２０とのギャップ調整が可能である。
２７は、その周面がたとえばゴム材からなる弾性体ローラであって、両端部がフレーム２１に設けられる押圧ばね２８に支持される。弾性体ローラ２７は上記導電性ローラ２０に弾性的に転接している。
【００４６】
このようにして構成される定着装置であって、磁気発生体４に交流磁場を発生させて導電性ローラ２０の周部一部で、かつこの軸方向に沿う部位に渦電流が発生し、ジュール熱により加熱させる。
【００４７】
被定着材Ｐは、上記導電性ローラ２０と加圧ローラ２７との転接部に導かれ、ここを通過する際に導電性ローラ２０によって加熱され、現像剤像が定着像に換わる。
【００４８】
この定着装置においても、誘導加熱手段Ｙを採用して導電性ローラ２０と弾性体ローラ２７との転接部、すなわち被定着材Ｐに対する接触部を集中して加熱することができ、エネルギを集中させて高効率化を得られ、クイックな定着立ち上がりをなす。
【００４９】
図６は、第６の実施の形態の定着装置の外観斜視図である。
基本的には、両側端が支持フレーム２１に耐熱ブッシュ２２とボールベアリング２３を介して回転自在に支持される先に説明した導電性ローラ２０と、この導電性ローラ２０内に収容配置される磁場発生体４と、押圧ばね２８によって上記導電性ローラ２０に加圧状態で転接される弾性体ローラ２７とから構成される定着装置であることは、ここでも変わりがない。
【００５０】
そして、ここでは図示しない高周波回路により、磁場発生体４において交流磁場を発生させ、導電性ローラ２０に渦電流と、それにともなうジュール熱を発生させて、導電性ローラ２０と弾性体ローラ２７との転接部間に被定着材Ｐを通過させ、ジュール熱による加熱で現像剤像を定着することも同様である。
【００５１】
なお、図１０に示すように、ボールベアリング２３の内側にも耐熱性のブッシュ４０と、ローラ４１およびブッシュ４２を介してボールベアリング４３を挿入してもよい。このボールベアリング４３の内輪４３ａにコア支持部材２４を挿入してある。
【００５２】
したがって、ボールベアリング４３の精度により磁気発生体４と導電性ローラ２０のギャップを管理することができ、磁気発生体４と導電性ローラ２０を一体化して取り扱うことが可能となり、作業性が大幅に向上する。
【００５３】
このようにして、磁気発生体４と導電性ローラ２０を組み合わせたものを、フレーム２１にボールベアリング２３，４３を介して支持し、そのあとコア支持部材２４の向きを転接部方向に合わせるように調整する。
【００５４】
この方法は同じくフレーム２１に固定する方法でもよいが、さらにニップ部分への角度設定を簡略化するため、弾性体ローラ２７の軸受け部分とも位置を出せばさらに正確な位置を出すことが可能となる。
【００５５】
図７に示す、第７の実施の形態のように、導電性ローラ２０内に収容配置される磁場発生手段である磁場発生体４に、磁場発生体４と導電性ローラ２０とのギャップを一定に保持するためのギャップ保持用円板３０を挿嵌し、回転自在としてもよい。
【００５６】
磁場発生体４の両端部が弾性的に押圧されることにより、ギャップ保持用円板３０は導電性ローラ２０内周面に転接して、導電性ローラ２０の回転にともなって回転する。
【００５７】
磁場発生体４の中心とギャップ保持用円板３０の中心位置を合致させることにより、磁場発生体４と導電性ローラ２０とのギャップを、常に、０．５ｍｍ〜３ｍｍに保持できる。
【００５８】
このギャップ保持用円板３０を備えることにより、常に磁場発生体４と被定着部材Ｐとの距離が一定となり、コアおよびコイルと導電性ローラ４のギャップの変動による表面の発熱量の差を減少させ、導電性ローラ４の表面温度のムラが減少して、高効率の加熱をなす。
【００５９】
図８および図９に示す、第８の実施の形態のように、磁場発生体４を構成するコア５の両側端の画像域外に、たとえばテフロン材などの高平滑で、断熱性を有する摺接板であるスペーサ３１を設けてもよい。このスペーサ３１の突出縁は、導電性ローラ２０の内周面の曲率半径と同一の円弧状に形成される。
【００６０】
そして、押圧ばね３２によって磁場発生体４を導電性ローラ２０の内周面方向へ弾性的に押圧することにより、磁場発生体４は導電性ローラ２０と弾性体ローラ２７との転接部方向へのみ自由度を持つように支持され、かつスペーサ３１の存在により導電性ローラ２０に対して規定のギャップが得られる。
【００６１】
このような構成でも、コア５と被定着材Ｐとの距離を一定となし、コア５およびコイル６である磁気発生体４と導電性ローラ２０とのギャップの変動による表面の発熱量の差を減少させ、さらに表面温度のムラを減少させる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、加熱源として誘導加熱を用いることによりエネルギの集中化を図り、加熱部分の集中による高効率化を得るとともに、立ち上げを短時間で可能とするなどの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、第１の実施の形態の定着装置の概略の断面図。
【図２】（Ａ）は、第２の実施の形態の定着装置の概略の断面図。
（Ｂ）は、異なる実施の形態の定着装置の概略の断面図。
【図３】第３の実施の形態の、磁気発生体の斜視図。
【図４】第４の実施の形態の、定着装置の概略の断面図。
【図５】第５の実施の形態の、定着装置の概略の斜視図。
【図６】第６の実施の形態の、定着装置の概略の斜視図。
【図７】第７の実施の形態の、定着装置の概略の斜視図。
【図８】第８の実施の形態の、定着装置の概略の断面図。
【図９】同実施の形態の、磁気発生体の斜視図。
【図１０】他の実施の形態の、磁気発生体の一部断面図。
【符号の説明】
１…導電性ベルト（第１の転接部材）、
２…加圧ローラ（第２の転接部材）、
Ｐ…被定着材、
Ｙ…誘導加熱手段、
５…コア、
５ａ…開口部、
６…コイル、
４…磁気発生体（磁気発生手段）、
７…高周波回路、
２０…導電性ローラ（第１の転接部材）、
２７…弾性体ローラ（第２の転接部材）、
２３…軸承具（ボールベアリング）、
２１…支持フレーム、
３０…ギャップ保持用円板、
３２…摺接板（スペーサ）。

Claims (1)

1. 無端走行する導電性ベルトと、
   この導電性ベルトに加圧された状態で転接し、導電性ベルトの無端走行にともなって回転する加圧ローラと、
   上記導電性ベルトと加圧ローラとの転接部に対向して配置され、上記導電性ベルトと加圧ローラとの転接部に対して磁束を発生させ、導電性ベルトの転接部を集中して誘導加熱し、転接部に搬入される現像剤像が形成された被定着材を加熱して定着像を得る誘導加熱手段とを具備し、
   上記誘導加熱手段は、導電性ベルトと加圧ローラとの転接部に対向する開口部を備え、かつ断面中空状に形成されるコアおよび、このコアに巻装されるコイルとからなる磁気発生手段と、この磁気発生手段と電気的に接続され、磁気発生手段に対して高周波の交流電流を印加する高周波回路とを備え、
   上記磁気発生手段を構成するコアは、その内側面相互間隔Ａよりも開口部幅Ｂが狭い（Ａ＞Ｂ）ことを特徴とする定着装置。

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