JP4008163B2

JP4008163B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP4008163B2
Application number: JP23944199A
Authority: JP
Inventors: 和利藤沢
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 1999-08-26
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2019-08-26
Also published as: JP2001066930A

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、温度が上昇する定着ローラは、熱膨張により径が変化するため、定着ローラと磁界発生手段との間のギャップが変化してしまい、ギャップが大きくなると加熱効率が低下するとともに、定着ローラの軸方向しでギャップの大きさが相違すると、軸方向に加熱むらが生じ、定着性能が悪くなるという問題を有している。また、加熱効率を上げるためにギャップを小さくしようとしても、定着ローラ表面と磁界発生手段のイレギュラーな衝突を避けるため、製造交差と熱膨張を考慮した位置にしか配置できない。
【０００４】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、定着ローラと磁界発生手段との間のギャップを一定に保持することにより、常に安定した高い加熱効率を得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、前記定着ローラの周りにギャップをもって配設される磁界発生手段とを備え、前記磁界発生手段は、該定着ローラの軸方向に長い矩形或いは長円の外周に沿ってループ状に巻かれた２つの励磁コイルをコイル保持材で保持して定着ローラの外周に配置し、定着ローラの径方向に付勢されるとともに、定着ローラ間のギャップを規制する位置規制部材を、前記磁界発生手段のループ状の励磁コイルを保持するコイル保持材の両端に配置することを特徴とする。
以上
【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４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（Ａ）は磁界発生手段の平面図、図４（Ｂ）は図４（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】
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、図３および図４にも示すように、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。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。前記支持体１９ａ、１９ｂのそれぞれ両端部には、本発明に係わる位置規制部材である回動ローラ２２が回転自在に配設されている。また、支持体１９ａ、１９ｂの外面には突起２３が形成されるとともに、ケース２１にはこの突起２３に対向する位置に、突起２４が形成され、突起２３、２４間にスプリング２５が装着されている。
【００１５】
上記構成により、磁界発生手段１７は、スプリング２３により定着ローラ１３の径方向に付勢され、そして、回動ローラ２２により磁界発生手段１７と定着ローラ１３間のギャップが所定の距離に規制されることになる。なお、位置規制部材は、回動ローラ２２に限定されるもんではなく、定着ローラ１３の表面を摺動するパッド等でもよい。また、回動ローラ２２を支持体１９ａ、１９ｂの両端部だけではなく、中央部など複数の位置に設けるようにすれば、さらにギャップを一定に保持することができる。
【００１６】
ケース２１には、励磁コイル２０に対向する位置にフェライト等からなる磁束捕捉部材２６が配設され、ケース２１の外部に磁束が漏洩し他の電気回路への悪影響を防止している。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２７が配設されている。なお、２８は記録媒体搬送ガイドである。
【００１７】
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に回動自在にケース２１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（図示せず）が固定され、この駆動ギヤは図示しない電動モータにより駆動される。支持体１９ａ、１９ｂは複数の連結片１９ｃにより連結され、これによりコイル保持部材１９の中央部に通気路３２が形成されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、磁界発生手段１７の支持体１９ａ、１９ｂは、スプリング２５により定着ローラ１３に付勢され、回動ローラ２２の作用により、定着ローラ１３と磁界発生手段１７間のギャップを常に一定に保持することができる。
【００２３】
図５は、本発明の定着装置の他の実施形態を示し、図５（Ａ）は定着装置の断面図、図５（Ｂ）は磁界発生手段の取付状態を示す正面図、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）の側面図である。なお、前記実施形態と同一の構成には同一番号を付けて説明を省略する。
【００２４】
本実施形態においては、図５（Ａ）に示すように、磁界発生手段１７は、定着ローラ１３の内部にその内周面に沿って配設されている。磁界発生手段１７の励磁コイル２０は、固定軸２９に取り付けられたコイル保持部材３３により保持されている。そして、コイル保持部材３３の先端に位置規制部材である回動ローラ２２が取り付けられている。
【００２５】
図５（Ｂ）、（Ｃ）において、固定軸２９の両側には一対のコイル保持部材３３がビス３４により固定されている。コイル保持部材３３は、取付部３３ａと、取付部３３ａに形成された装着穴３３ｂと、取付部３３ａに摺動可能に取り付けられた摺動部３３ｅと、取付部３３ａと摺動部３３ｅ間に配設されたスプリング３３ｆと、摺動部３３ｅから二股状に形成されたコイル保持部３３ｃ、３３ｄと、コイル保持部３３ｃ、３３ｄに装着された回動ロール２２とを備え、固定軸２９に装着穴３３ｂを通してビス３４により固定し、コイル保持部３３ｃ、３３ｄに図４と同様に励磁コイル２０をループ状に保持させている。なお、本例では、固定軸２９の両側にコイル保持部材３３を取り付けているが、中間部にも取り付けるようにしてもよい。
【００２６】
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。
【００２７】
【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、定着ローラと磁界発生手段との間のギャップを一定に保持することにより、常に安定した高い加熱効率を得ることができる。また、位置規制部材として回動ローラを採用した場合には、定着ローラの表層に傷を付けることがない。
【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４（Ａ）は磁界発生手段の平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の側面図である。
【図５】本発明の定着装置の他の実施形態を示し、図５（Ａ）は定着装置の断面図、図５（Ｂ）は磁界発生手段の取付状態を示す正面図、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）の側面図である。
【符号の説明】
１３…定着ローラ
１４…加圧ローラ
１７…磁界発生手段
２２…回動ローラ（位置規制部材）

Claims

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、前記定着ローラの周りにギャップをもって配設される磁界発生手段とを備え、前記磁界発生手段は、該定着ローラの軸方向に伸びる２つの支持体が連結片で連結され中央に通気路が形成されたコイル保持材の外周に沿ってループ状に巻かれた励磁コイルを定着ローラの外周に配置し、定着ローラの径方向に付勢されるとともに、前記定着ローラと前記磁界発生手段間のギャップを規制する定着ローラの表面と接して回動又は摺動する位置規制部材を、前記磁界発生手段のループ状の励磁コイルを保持するコイル保持材の両端に配置することを特徴とする定着装置。
前記位置規制部材が回動ローラであることを特徴とする請求項１記載の定着装置。