JP3799186B2 - 定着装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置において転写材上に形成されたトナー像を溶融定着する定着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、通常転写材と静電的に該転写材に担持された樹脂、磁性体、着色料等からなるトナーとを、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、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いて、加熱するための手段として励磁コイルによる磁界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方法が提案されている。
【０００４】
この方法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に適当な温度に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へ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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術の場合には、下記のような問題が生じていた。
【０００６】
定着装置起動時に、定着ローラ表面の温度が定着に適当な温度になるまでに要する時間が短くできるという特徴を生かすためには、定着ローラの熱容量はできるだけ小さい方が良く、そのために薄肉の定着ローラを用いると、回転軸方向で熱の伝達がしにくくなり、例えば、小サイズの転写材を連続して多量に定着した時などに、定着ローラ表面の転写材の接触する所としない所で、大きな温度差が生じてしまうことがある。
【０００７】
さらに、定着ローラの通紙部で温調をすると、非通紙部が定着に適する温度を大きく越えてしまい、定着装置の各部材の熱劣化が進行したり、非通紙部で定着ローラ表面へのトナーのホットオフセットが発生するといった欠点があった。
【０００８】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、定着装置起動時に定着ローラ両端部の表面温度むらを小さくすることができ、また、両端部が異常な高温になることを防いで定着装置の各部材の熱劣化の進行や非通紙部で定着ローラ表面へのトナーのホットオフセットを防止することが可能な定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
磁性体コアと励磁コイルとを有する誘導加熱手段により、定着回転部材に設けた導電層に渦電流を発生させて発熱させる電磁誘導加熱方式の定着装置において、
前記誘導加熱手段は、前記定着回転部材の内部と外部とにそれぞれ配設され、
前記定着回転部材の内部と外部とに配設される誘導加熱手段のうちのいずれか一方の誘導加熱手段が前記定着回転部材の両端部にのみ配設されているとともに、他方の誘導加熱手段が前記定着回転部材の回転軸方向全体に渡って配設され、
前記定着回転部材の軸方向の発熱分布に応じて、前記定着回転部材の内部および外部に配設される誘導加熱手段のそれぞれの励磁コイルへの電力供給量を個別に制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の特徴を最もよく表す図画であり、本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の断面の模式図、同図（ｂ）は斜視図である。
【００１６】
定着回転部材としての定着ローラ１は外径３２［ｍｍ］、厚さ０．５［ｍｍ］の鉄製の芯金シリンダで、表面の離型性を高めるためにＰＴＦＥ１０〜５０［μｍ］や、ＰＦＡ１０〜５０［μｍ］の層を設けてもよい。
【００１７】
また、定着ローラ１の他の材料として、例えば磁性ステンレスのような磁性材料（磁性金属）といった、比較的透磁率μが高く、適当な抵抗率ρを持つ物を用いてもよい。
【００１８】
加圧ローラ２は外径２０［ｍｍ］の鉄製の芯金の外周に厚さ５［ｍｍ］のＳｉゴムの層を有し、定着ローラ１と同様に表面の離型性を高めるために、例えば、ＰＴＦＥ１０〜１００［μｍ］や、ＰＦＡ１０〜１００［μｍ］の層を設けても良く、総外径は約３０［ｍｍ］である。
【００１９】
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）での摩擦力で従動回転する様に配置してある。
【００２０】
また、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。
【００２１】
本実施の形態では、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４［ｍｍ］になる。しかし、都合によっては荷重を変化させてニップ幅を変えてもよい。
【００２２】
搬送ガイド３は、画像形成手段で形成された未定着のトナー像４を担持しながら搬送される転写材５を定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップ部へ案内する位置に配置される。
【００２３】
分離爪６は、定着ローラ１の表面に当接して配置され、転写材５がニップ部通過後に定着ローラ１に張り付いてしまった場合、強制的に分離してジャムを防止するためのものである。
【００２４】
励磁コイル７は、断面がＥ型の磁性体コア８の中央突起部に軸方向に渡って巻き線してあり、本実施の形態では、６巻きとした。
【００２５】
コイルの線材は、外径０．１５〜０．５０［ｍｍ］の絶縁被覆した導線を２０〜１５０本リッツにしたものを用いており、図示しない高周波コンバーターに接続してあり１０〜１００［ｋＨｚ］の交流電流が印加され、２０００［Ｗ］程度までの電力が供給される。さらに、励磁コイル７が昇温した場合を考えて絶縁被覆には耐熱性の物を使用した。
【００２６】
励磁コイル７に流れる交流電流によって誘導された磁界は導電性である定着ローラ１の内面付近に渦電流を流し、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交流電流の電流振幅を大きくすると良い。
【００２７】
断面Ｅ型の磁性体コア８は、高透磁率かつ低損失のものを用いると良く、磁気回路の効率を上げるためと磁気遮蔽のために用いている。この磁性体コアはＥ型でなく、例えばＴ型であってもよい。
【００２８】
温度センサー９は定着ローラ１の局所的に発熱する部分の表面に当接するように配置され、温度センサー９の検出信号をもとに不図示の制御手段により励磁コイル７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。
【００２９】
本実施の形態では、断面Ｅ型の磁性体コア８と励磁コイル７は、定着ローラ１の内部では、回転軸方向全体に渡って配置されており、外部では両端部にのみ配設されている。
【００３０】
図３は、定着装置の起動時に定着ローラ１を加熱していくときの定着ローラ１の表面温度を示す図である。
【００３１】
起動時は、定着ローラ１の内部に回転軸方向全体に渡って配置される励磁コイル７のみによると、曲線１０に示すように、定着ローラ１の表面温度は回転軸方向の中央部に比べて両端部は、温度が低下する傾向にある。
【００３２】
そこで、定着装置起動時には、不図示の制御手段により内部の励磁コイル７だけでなく、定着ローラ１の外側両端部に配置された励磁コイル７も用いて、曲線１１に示すように定着ローラ１を加熱する。
【００３３】
これにより、回転軸方向では、曲線１２に示す温度勾配になり、定着装置起動時の定着ローラ１の中央部と両端部の温度むらをなくすことができる。
【００３４】
また、小サイズの転写材を連続して多量に定着して、非通紙部である定着ローラ１の両端部が定着に適する温度を大きく越えた時は、不図示の制御手段により定着ローラ１の両端部の励磁コイル７での加熱をやめることで、定着ローラ１の両端部の温度上昇を防ぐことができる。
【００３５】
このように本実施の形態では、断面Ｅ型磁性体コア８と励磁コイル７を定着ローラ１の内部では回転軸方向全体に渡って配置され、定着ローラ１の外部では、両端部にのみ配置されることによって、不図示の制御手段により定着ローラ１の表面の温度を定着ローラ１の中央部と両端部で別々に制御でき、常に定着ローラ１の表面の温度分布を回転軸方向に対して均一に保つことができる。
【００３６】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る定着装置の断面の模式図である。
【００３７】
第２の実施の形態では、断面Ｅ型の磁性体コア８と励磁コイル７は、定着ローラ１の内部では両端部にのみ配置されており、外部では回転軸方向全体に渡って配置されている。
【００３８】
本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、常に定着ローラ１の表面の温度分布を回転軸方向に対して均一に保つことができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誘導加熱手段を定着回転部材の内部と外部に備えるので、定着回転部材の回転軸方向に対して効率良く加熱することができる。
【００４０】
また、定着回転部材の表面の温度を定着回転部材の中央部と両端部で個別に制御することができるので、定着回転部材の表面の温度分布を回転軸方向に対して常に均一に保つことが可能となり、定着性が向上した定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
【００４１】
また、定着装置起動時に定着回転部材両端部の表面温度むらをなくすことができ、回転軸方向での定着回転部材の表面温度を均一にすることができる。
【００４２】
また、小サイズの転写材を連続して多量に定着して、非通紙部である定着回転部材両端部が定着に適する温度を大きく越えた時などの、両端部が異常な高温になることを防ぐことができ、定着装置の各部材の熱劣化の進行や非通紙部での定着回転部材表面へのトナーのホットオフセットを防止することが可能な定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の断面構成図、同図（ｂ）は斜視図である。
【図２】図２は本発明の第２の実施の形態に係る定着装置の斜視図である。
【図３】図３は定着装置の定着ローラの表面温度分布を示す図である。
【符号の説明】
１ 定着ローラ（定着回転部材）
２ 加圧ローラ
３ 搬送ガイド
４ トナー像
５ 転写材
６ 分離爪
７ 励磁コイル
８ 磁性体コア
９ 温度センサー
１０ 内部に軸方向全体に配置された誘導加熱手段による定着ローラ１の表面温度の軸方向の勾配を表す曲線
１１ 外部の両端部に配置された誘導加熱手段による定着ローラ１の表面温度の軸方向の勾配を表す曲線
１２ 内部と外部に配置された誘導加熱手段による定着ローラ１の表面温度の軸方向の勾配を表す曲線
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置において転写材上に形成されたトナー像を溶融定着する定着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、通常転写材と静電的に該転写材に担持された樹脂、磁性体、着色料等からなるトナーとを、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、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いて、加熱するための手段として励磁コイルによる磁界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方法が提案されている。
【０００４】
この方法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に適当な温度に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へ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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術の場合には、下記のような問題が生じていた。
【０００６】
定着装置起動時に、定着ローラ表面の温度が定着に適当な温度になるまでに要する時間が短くできるという特徴を生かすためには、定着ローラの熱容量はできるだけ小さい方が良く、そのために薄肉の定着ローラを用いると、回転軸方向で熱の伝達がしにくくなり、例えば、小サイズの転写材を連続して多量に定着した時などに、定着ローラ表面の転写材の接触する所としない所で、大きな温度差が生じてしまうことがある。
【０００７】
さらに、定着ローラの通紙部で温調をすると、非通紙部が定着に適する温度を大きく越えてしまい、定着装置の各部材の熱劣化が進行したり、非通紙部で定着ローラ表面へのトナーのホットオフセットが発生するといった欠点があった。
【０００８】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、定着装置起動時に定着ローラ両端部の表面温度むらを小さくすることができ、また、両端部が異常な高温になることを防いで定着装置の各部材の熱劣化の進行や非通紙部で定着ローラ表面へのトナーのホットオフセットを防止することが可能な定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
磁性体コアと励磁コイルとを有する誘導加熱手段により、定着回転部材に設けた導電層に渦電流を発生させて発熱させる電磁誘導加熱方式の定着装置において、
前記誘導加熱手段は、前記定着回転部材の内部と外部とにそれぞれ配設され、
前記定着回転部材の内部と外部とに配設される誘導加熱手段のうちのいずれか一方の誘導加熱手段が前記定着回転部材の両端部にのみ配設されているとともに、他方の誘導加熱手段が前記定着回転部材の回転軸方向全体に渡って配設され、
前記定着回転部材の軸方向の発熱分布に応じて、前記定着回転部材の内部および外部に配設される誘導加熱手段のそれぞれの励磁コイルへの電力供給量を個別に制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の特徴を最もよく表す図画であり、本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の断面の模式図、同図（ｂ）は斜視図である。
【００１６】
定着回転部材としての定着ローラ１は外径３２［ｍｍ］、厚さ０．５［ｍｍ］の鉄製の芯金シリンダで、表面の離型性を高めるためにＰＴＦＥ１０〜５０［μｍ］や、ＰＦＡ１０〜５０［μｍ］の層を設けてもよい。
【００１７】
また、定着ローラ１の他の材料として、例えば磁性ステンレスのような磁性材料（磁性金属）といった、比較的透磁率μが高く、適当な抵抗率ρを持つ物を用いてもよい。
【００１８】
加圧ローラ２は外径２０［ｍｍ］の鉄製の芯金の外周に厚さ５［ｍｍ］のＳｉゴムの層を有し、定着ローラ１と同様に表面の離型性を高めるために、例えば、ＰＴＦＥ１０〜１００［μｍ］や、ＰＦＡ１０〜１００［μｍ］の層を設けても良く、総外径は約３０［ｍｍ］である。
【００１９】
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）での摩擦力で従動回転する様に配置してある。
【００２０】
また、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。
【００２１】
本実施の形態では、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４［ｍｍ］になる。しかし、都合によっては荷重を変化させてニップ幅を変えてもよい。
【００２２】
搬送ガイド３は、画像形成手段で形成された未定着のトナー像４を担持しながら搬送される転写材５を定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップ部へ案内する位置に配置される。
【００２３】
分離爪６は、定着ローラ１の表面に当接して配置され、転写材５がニップ部通過後に定着ローラ１に張り付いてしまった場合、強制的に分離してジャムを防止するためのものである。
【００２４】
励磁コイル７は、断面がＥ型の磁性体コア８の中央突起部に軸方向に渡って巻き線してあり、本実施の形態では、６巻きとした。
【００２５】
コイルの線材は、外径０．１５〜０．５０［ｍｍ］の絶縁被覆した導線を２０〜１５０本リッツにしたものを用いており、図示しない高周波コンバーターに接続してあり１０〜１００［ｋＨｚ］の交流電流が印加され、２０００［Ｗ］程度までの電力が供給される。さらに、励磁コイル７が昇温した場合を考えて絶縁被覆には耐熱性の物を使用した。
【００２６】
励磁コイル７に流れる交流電流によって誘導された磁界は導電性である定着ローラ１の内面付近に渦電流を流し、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交流電流の電流振幅を大きくすると良い。
【００２７】
断面Ｅ型の磁性体コア８は、高透磁率かつ低損失のものを用いると良く、磁気回路の効率を上げるためと磁気遮蔽のために用いている。この磁性体コアはＥ型でなく、例えばＴ型であってもよい。
【００２８】
温度センサー９は定着ローラ１の局所的に発熱する部分の表面に当接するように配置され、温度センサー９の検出信号をもとに不図示の制御手段により励磁コイル７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。
【００２９】
本実施の形態では、断面Ｅ型の磁性体コア８と励磁コイル７は、定着ローラ１の内部では、回転軸方向全体に渡って配置されており、外部では両端部にのみ配設されている。
【００３０】
図３は、定着装置の起動時に定着ローラ１を加熱していくときの定着ローラ１の表面温度を示す図である。
【００３１】
起動時は、定着ローラ１の内部に回転軸方向全体に渡って配置される励磁コイル７のみによると、曲線１０に示すように、定着ローラ１の表面温度は回転軸方向の中央部に比べて両端部は、温度が低下する傾向にある。
【００３２】
そこで、定着装置起動時には、不図示の制御手段により内部の励磁コイル７だけでなく、定着ローラ１の外側両端部に配置された励磁コイル７も用いて、曲線１１に示すように定着ローラ１を加熱する。
【００３３】
これにより、回転軸方向では、曲線１２に示す温度勾配になり、定着装置起動時の定着ローラ１の中央部と両端部の温度むらをなくすことができる。
【００３４】
また、小サイズの転写材を連続して多量に定着して、非通紙部である定着ローラ１の両端部が定着に適する温度を大きく越えた時は、不図示の制御手段により定着ローラ１の両端部の励磁コイル７での加熱をやめることで、定着ローラ１の両端部の温度上昇を防ぐことができる。
【００３５】
このように本実施の形態では、断面Ｅ型磁性体コア８と励磁コイル７を定着ローラ１の内部では回転軸方向全体に渡って配置され、定着ローラ１の外部では、両端部にのみ配置されることによって、不図示の制御手段により定着ローラ１の表面の温度を定着ローラ１の中央部と両端部で別々に制御でき、常に定着ローラ１の表面の温度分布を回転軸方向に対して均一に保つことができる。
【００３６】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る定着装置の断面の模式図である。
【００３７】
第２の実施の形態では、断面Ｅ型の磁性体コア８と励磁コイル７は、定着ローラ１の内部では両端部にのみ配置されており、外部では回転軸方向全体に渡って配置されている。
【００３８】
本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、常に定着ローラ１の表面の温度分布を回転軸方向に対して均一に保つことができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誘導加熱手段を定着回転部材の内部と外部に備えるので、定着回転部材の回転軸方向に対して効率良く加熱することができる。
【００４０】
また、定着回転部材の表面の温度を定着回転部材の中央部と両端部で個別に制御することができるので、定着回転部材の表面の温度分布を回転軸方向に対して常に均一に保つことが可能となり、定着性が向上した定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
【００４１】
また、定着装置起動時に定着回転部材両端部の表面温度むらをなくすことができ、回転軸方向での定着回転部材の表面温度を均一にすることができる。
【００４２】
また、小サイズの転写材を連続して多量に定着して、非通紙部である定着回転部材両端部が定着に適する温度を大きく越えた時などの、両端部が異常な高温になることを防ぐことができ、定着装置の各部材の熱劣化の進行や非通紙部での定着回転部材表面へのトナーのホットオフセットを防止することが可能な定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の断面構成図、同図（ｂ）は斜視図である。
【図２】図２は本発明の第２の実施の形態に係る定着装置の斜視図である。
【図３】図３は定着装置の定着ローラの表面温度分布を示す図である。
【符号の説明】
１ 定着ローラ（定着回転部材）
２ 加圧ローラ
３ 搬送ガイド
４ トナー像
５ 転写材
６ 分離爪
７ 励磁コイル
８ 磁性体コア
９ 温度センサー
１０ 内部に軸方向全体に配置された誘導加熱手段による定着ローラ１の表面温度の軸方向の勾配を表す曲線
１１ 外部の両端部に配置された誘導加熱手段による定着ローラ１の表面温度の軸方向の勾配を表す曲線
１２ 内部と外部に配置された誘導加熱手段による定着ローラ１の表面温度の軸方向の勾配を表す曲線
Claims (1)
- 磁性体コアと励磁コイルとを有する誘導加熱手段により、定着回転部材に設けた導電層に渦電流を発生させて発熱させる電磁誘導加熱方式の定着装置において、
前記誘導加熱手段は、前記定着回転部材の内部と外部とにそれぞれ配設され、
前記定着回転部材の内部と外部とに配設される誘導加熱手段のうちのいずれか一方の誘導加熱手段が前記定着回転部材の両端部にのみ配設されているとともに、他方の誘導加熱手段が前記定着回転部材の回転軸方向全体に渡って配設され、
前記定着回転部材の軸方向の発熱分布に応じて、前記定着回転部材の内部および外部に配設される誘導加熱手段のそれぞれの励磁コイルへの電力供給量を個別に制御する制御手段を備える
ことを特徴とする定着装置。
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| JP03772299A JP3799186B2 (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 定着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP03772299A JP3799186B2 (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 定着装置 |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2000235329A JP2000235329A (ja) | 2000-08-29 |
| JP3799186B2 true JP3799186B2 (ja) | 2006-07-19 |
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ID=12505406
Family Applications (1)
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| JP03772299A Expired - Fee Related JP3799186B2 (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 定着装置 |
Country Status (1)
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1999
- 1999-02-16 JP JP03772299A patent/JP3799186B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2000235329A (ja) | 2000-08-29 |
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