JP4435453B2

JP4435453B2 - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP4435453B2
Application number: JP2001265474A
Authority: JP
Inventors: 晃進士
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2021-09-03
Also published as: JP2003076172A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱方式による画像形成装置用の定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる定着装置として、誘導加熱（発熱）方式で定着ローラや定着ベルト等の被加熱体を備えるものが周知である。一般に誘導加熱方式においては、定着装置内部に誘導コイルを配し、その誘導コイルに高周波電流を流して誘導磁束を発生させ、この誘導磁束により被加熱体外周部の導電性磁性体層に誘導電流（渦電流）を発生させ、誘導電流に伴うジュール熱により定着ローラを発熱させるようにしている。
【０００３】
しかし、このようにコイルが被加熱体の内部にある場合はそれらの輻射熱を周囲から受けるとともに、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、発熱効率が低下したり、コイルが破壊したりするという問題がある。そのため、例えば特開平１１−２９７４６２号公報に開示されているように、被加熱体の外部にコイルを設け、コイルを冷却しやすくする方法が知られている。
【０００４】
ところが、磁束をもれなく定着ローラに与えて熱変換効率をよくするためにはコイルが定着ローラの近傍になくてはならず、依然として過度の熱を受け、逆に効率が下がってしまうという問題がある。また、誘導発熱方式の定着装置は、その熱変換効率の高さから被加熱体の急速な昇温によるウォームアップ時間の短縮を可能にする技術であるが、被加熱体の近傍に熱容量の大きいコイルが存在していることにより、昇温に要する熱量がコイルに奪われてウォームアップ時間短縮の妨げになっている。
【０００５】
また従来の技術としては特開平１０−７４００７号公報に開示されているものがある。この技術は、コイルと被加熱体である金属スリーブの間に断熱材を設けるものであるが、金属スリーブの内部に内部加圧部材を配置する構成になっており、立上り時などでは特に加圧部材が接触しているニップ部の昇温に要する熱量が奪われてしまうことになるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点にかんがみてなしたもので、上記従来の問題点を解決し、より早い昇温（立上り）を可能にすることができる定着装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る定着装置は、上記目的を達成するために、電子写真方式により形成された未定着画像を熱と圧力で記録材に定着させる誘導加熱型の定着装置において、
誘導磁束を発生させるコイルが導電性磁性体層を有する被加熱体の外部にあって、
上記コイルと上記被加熱体の間に、上記被加熱体から上記コイルへの熱移動を妨げる断熱部材として耐熱性のフェルトを設け、
該フェルトが上記被加熱体の表面に接触して上記被加熱体の表面に付着したトナーをクリーニングするクリーニング部材を兼ねることを特徴とする。
【０００８】
同請求項２に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１の定着装置において、上記被加熱体が導電性磁性体層を有する中空ローラであることを特徴とする。
【０００９】
同請求項３に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１または２の定着装置において、上記被加熱体が導電性磁性体層を有するベルトであることを特徴とする。
【００１０】
同請求項４に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし３のいずれかの定着装置において、上記被加熱体の表面積の１／２以上を上記コイルで覆ってなることを特徴とする。
【００１１】
同請求項５に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし３のいずれかの定着装置において、上記被加熱体の表面積の１／４以上を上記コイルで覆ってなることを特徴とする。
【００１２】
同請求項６に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし５のいずれかの定着装置において、上記コイルを保持する部材を有し、該保持部材が非導電性の軟磁性体からなることを特徴とする。
【００１３】
同請求項７に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし６のいずれかの定着装置において、上記被加熱体である定着ローラと、該定着ローラとニップ部を形成する加圧ローラを有し、該加圧ローラ内に導電性磁性体層を有し、上記コイルを、上記加圧ローラの外部で、かつ上記加圧ローラの軸線に直交する断面において上記加圧ローラの中心または中心よりも上記定着ローラとのニップに近い位置に配してなることを特徴とすることを特徴とする。
【００１４】
同請求項８に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項１ないし７のいずれかの定着装置を備えることを特徴とする。
【００１９】
同請求項９に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項１ないし８のいずれかの定着装置を備えることを特徴とする。
【００２３】
【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て説明する。
図１は、本発明に係る定着装置の第１実施形態を示す断面図（Ａ）と斜視図（Ｂ）である。以下では、被加熱体は中空の金属ローラ（以下、定着ローラという。）を使用した場合について説明するが、被加熱体に導電性磁性体層を有するベルト部材を使用してもよい。
【００２４】
図中１は定着ローラ、２は加圧ローラ、３はコイル、４はコイル３の保持部材、５は断熱材（図１Ｂでは図示を省略）、６は定着ローラ１と加圧ローラ２のニップ部である。定着ローラ１にはＦｅやＳＵＳ等の導電性の磁性材料を使用するのが望ましい。図示の例では導電性磁性体層１ａを設けてある。また定着ローラ１には導電性磁性体層１ａ等の金属層以外にＰＦＡやＰＴＦＥ等の離型層やシリコン等の弾性層が設けてあってもよい。また定着ローラ１等の被発熱体はブラスト処理などにより内面を荒くしたほうが望ましい。さらに、定着ローラ１の内部にはハロゲンやセラミックヒータ等の補助加熱装置が設けてあってもよい。
【００２５】
定着ローラ１はその内面に接触物を有していないだけでなく、内面全体にわたって接触物を有していない構成となっている。この構成は本発明の目的とする急速な被加熱体の昇温において有利な例であるが、ニップ部内面以外の被加熱体内面にサーミスタ等の低熱容量の部品や断熱性の高いローラを接触させてもよい。
【００２６】
コイル３の保持部材４は、非導電性の軟磁性体を使用するのが望ましい。また断熱材５は、非磁性、非導電の材料を使用するのが望ましい。コイル３の線材には銅線や、銅線を撚り合わせたリッツ線を使用する。銅線の皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド等の耐熱絶縁層を設けることが望ましい。そして、コイル３の形状は被加熱体である定着ローラ１に渦電流を生じさせることが可能ならばどのような形状であってもかまわないが、本実施形態では図２に示すような曲面形状のコイルとしてある。
【００２７】
定着ローラ１は、コイル３により交番磁束を与えられて渦電流が発生するが、定着ローラ１の電気抵抗により熱に変換される。このとき、コイル３の電気抵抗や定着ローラ１からの輻射熱、伝熱によりコイル３自体も昇温する。そして、ますますコイル３の電気抵抗が増え、エネルギー損失が増大する。その結果、定着ローラ１の昇温の妨げになりウォームアップ時間が長くなりユーザーに使用感の悪さを与えてしまうことになるが、本実施形態では定着ローラ１とコイル３の間に断熱材５を配してあるので、定着ローラ１からコイル３に熱が移動することを防止でき、コイル３の昇温を抑えることができる。また、定着ローラ１がニップ部６の内面に接触物を有していないので、定着ローラ１で発熱した熱が伝熱により奪われることがなく、断熱材５の使用とあわせて急速な昇温が可能となる。
【００２８】
図３は、本発明に係る定着装置の第２実施形態を示す断面図である。本実施形態は、基本的には第１の実施形態と同様の構成を有するが、コイル３で定着ローラの表面積の１／２以上を覆ってある。定着ローラ１は、常により温度の低い外気に熱を奪われていくが、自己発熱により外気よりも高温になっているコイル３で定着ローラの表面積の１／２以上を覆うことにより、定着時の熱量の損失が減少し、待機時の消費電力が低減できる。また、立ち上がり時にも定着ローラ１の熱の放出が減少するので昇温を早くすることができる。
【００２９】
なおコイル３で覆う定着ローラ１の表面積を１／４以上とすることにより、定着ローラ１が熱を外部に放出することを防止し、冷えにくくできるので、待機時の消費電力を低減することができ、立上り時の昇温を早くすることができる。
【００３０】
またコイル３の保持材を非導電性の軟磁性体とすることにより、図３に示すように磁束集中部位７が生じるため、磁束が外に漏れず、ひいては熱変換効率が上昇し、待機時の消費電力を低減することができる。もちろん、立上り時の昇温を早くすることができる。
【００３１】
さらに、断熱材５と定着ローラ１の間に隙間８を設けることにより、互いが接触しないので傷つくことがない。断熱材５には、磁性体粉を混合したＰＰＳ等の耐熱樹脂を用いることで、フェライト等の燒結軟磁性体を使用するよりも安価に作ることができる。
【００３２】
図４は、本発明に係る定着装置の第３実施形態を示す断面図である。本実施形態も基本的には第１の実施形態と同様の構成を有するが、コイル３と定着ローラ１の間の断熱材５に耐熱性のフェルトを用い、かつフェルト製の断熱材５を定着ローラ１に接触させることにより、定着ローラ１の表面に付着したトナーをクリーニングする機能を兼ねることができ、定着ローラ１の耐久性を向上させることが可能となる。
【００３３】
また本実施形態は、図示のように定着ローラ１の内部に断熱層９を設けてあり、さらに定着ローラ１の熱放出を抑え、冷えにくくなるので、待機時の消費電力を低減することができ、また、立上り時の昇温を早くすることができる。
【００３４】
図５は、本発明に係る定着装置の第４実施形態を示す断面図である。本実施形態も基本的には第１の実施形態と同様の構成を有するが、定着ローラ１の外周に離型層１０が設けてある。また図２（Ｄ）からもよく分かるように、コイル３が定着ローラ１の軸線に直交する断面において定着ローラ１の中心線ＣＬまたは中心線ＣＬよりも加圧ローラ２とのニップ部６に近い側に配置してある。このため、通紙時に記録材１１が通過することで、高温のコイル３が記録材１１をプレヒートし、定着率を向上させると共に、コイル３自身の熱が輻射熱１２として奪われることで冷却される。また、記録材１１の通過時に伴う気流１３が発生し、コイル３の冷却性をさらに向上させる。このため、特にファン等を設けて強制冷却する必要がない。
【００３５】
図７は、本発明に係る定着装置の第５実施形態を示す断面図である。本実施形態も基本的には第１の実施形態と同様の構成を有するが、コイル３の保持部材４として耐熱性の樹脂を使用し、樹脂を使用すると形状の自由度が大きいため、図示のように下端に記録材１１のガイド部１４を形成してある。ガイド部１４は、記録材１１とより近接するために熱が伝わりやすく、保持部材４を通じてコイル３と記録材１１の熱交換が行われ、記録材１１のプレヒートとコイル３の冷却が効率よく行われる。
【００３６】
コイル３の保持材を非導電性の軟磁性体とすることにより、図３の例と同様に磁束集中部位７生じ、磁束が外に漏れず、ひいては熱変換効率が上昇し、待機時の消費電力を低減することができ、立上り時の昇温を早くすることができる点は同じである。
【００３７】
図８は、本発明に係る定着装置の第６実施形態を示す断面図である。本実施形態も基本的には第１の実施形態と同様の構成を有するが、図示のように、加圧ローラ２内に導電性磁性体層１５を設けることにより、加圧ローラ２も同時に誘導発熱され、両ローラ１、２が共に高温になるので記録材１１に与えられる熱量が増え、定着性のよい画像を得ることができる。また加圧ローラ２側にもコイル３を配し、さらに効果的に加熱ローラ２を昇温させることができるようにもなっている。
すなわち本発明に係る定着装置は、被加熱体とコイルの間に断熱層を設け、コイルと被加熱体の間の断熱材に耐熱性のフェルトを用い、それを被加熱体表面に接触させることにより、被加熱体のトナー固着をクリーニングする機能を兼ねるようにすることができ、被加熱体の耐久性を向上させることが可能となる。また熱の移動を抑え、被加熱体のニップ部内面に接触物を有しないようにすることで、コイルの昇温を抑え、被加熱体で発熱した熱が伝熱により奪われることがなく、より早い昇温の立上りが可能になる。さらに、被加熱体の内部に断熱材を設けることにより、被加熱体の熱の放出をいっそう抑え、冷えにくくできるので、待機時の消費電力を低減することができ、またいっそう立上り時の昇温を早くすることができる。
また被加熱体に導電性磁性体層を有する中空ローラを使用することで、安価なコストで安定した用紙搬送が可能になり、被加熱体に導電性磁性体層を有するベルトを使用することで、被加熱体自身の熱容量を少なくすることができ、ローラよりも、さらに早い昇温を可能にすることができ、被加熱体の近傍に設置するコイルで被加熱体の表面積の１／２以上を覆うことにより、あるいは、断熱材で被加熱体の表面積の１／４以上を覆うことにより、被加熱体が熱を外部に放出することを防止し、冷えにくくなるので、待機時の消費電力を低減することができると。
またコイルの保持部材を非導電性の軟磁性体とすることにより、コイルから発生する磁束をもらさず被加熱体に集中させることになり、熱効率を向上させることができ、漏れ磁束がコイル近傍のセンサ等にノイズを与えることを防止できる。
さらに、加圧ローラ内に導電性磁性体層を有することにより、１つのコイルで両ローラを同時に加熱することができるので、安価に定着性のよい画像を得ることができ、加圧ローラ側にも同様に磁束を発生させるコイルを設けることにより、定着時の供給熱量を多くすることができ、さらに定着性のよい画像を得ることができ、定着ローラ、加圧ローラ及びコイルの間に断熱層を設けて、熱の移動を抑え得るようになる。
またさらに、定着ローラ、加圧ローラ及びコイルの間に断熱層を設け、熱の移動を抑えることもでき、さらには、コイルの保持部材をガイドとして兼用することにより、部品点数を減らしてコストダウンを図り、また保持部材を通じてコイルと記録材の熱交換を行わせ、記録材のプレヒートとコイルの冷却が効率よく行われるようにもできる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１に係る定着装置は、以上説明してきたように、被加熱体とコイルの間に耐熱性のフェルトを設けることによって熱の移動を抑え、また、耐熱性のフェルトを被加熱体に接触させることにより、被加熱体のトナー固着をクリーニングする機能を兼ねるようにすることができ、被加熱体の耐久性を向上させることが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置の第１実施形態を示す断面図（Ａ）と斜視図（Ｂ）である。
【図２】第１実施形態のコイルの斜視図（Ａ）、平面図（Ｂ）、正面図（Ｃ）及びＡ−Ａ断面図（Ｄ）である。
【図３】本発明に係る定着装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明に係る定着装置の第３実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る定着装置の第４実施形態を示す断面図である。
【図６】第４実施形態のコイルの斜視図（Ａ）、正面図（Ｂ）、底面図（Ｃ）及びＡ−Ａ断面図（Ｄ）である。
【図７】本発明に係る定着装置の第５実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明に係る定着装置の第６実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１定着ローラ
２加圧ローラ
３コイル
４保持部材
５断熱材
６定着ローラと加圧ローラのニップ部
７磁束集中部位
８隙間
９断熱層
１０離型層
１１記録材
１２輻射熱
１３気流
１４ガイド部
１５導電性磁性体層

Claims

電子写真方式により形成された未定着画像を熱と圧力で記録材に定着させる誘導加熱型の定着装置において、
誘導磁束を発生させるコイルが導電性磁性体層を有する被加熱体の外部にあって、
上記コイルと上記被加熱体の間に、上記被加熱体から上記コイルへの熱移動を妨げる断熱部材として耐熱性のフェルトを設け、
該フェルトが上記被加熱体の表面に接触して上記被加熱体の表面に付着したトナーをクリーニングするクリーニング部材を兼ねる
ことを特徴とする定着装置。
請求項１の定着装置において、
上記被加熱体が導電性磁性体層を有する中空ローラである
ことを特徴とする定着装置。
請求項１または２の定着装置において、
上記被加熱体が導電性磁性体層を有するベルトである
ことを特徴とする定着装置。
請求項１ないし３のいずれかの定着装置において、
上記被加熱体の表面積の１／２以上を上記コイルで覆ってなる
ことを特徴とする定着装置。
請求項１ないし３のいずれかの定着装置において、
上記被加熱体の表面積の１／４以上を上記コイルで覆ってなる
ことを特徴とする定着装置。
請求項１ないし５のいずれかの定着装置において、
上記コイルを保持する部材を有し、該保持部材が非導電性の軟磁性体からなる
ことを特徴とする定着装置。
請求項１ないし６のいずれかの定着装置において、
上記被加熱体である定着ローラと、該定着ローラとニップ部を形成する加圧ローラを有し、
該加圧ローラ内に導電性磁性体層を有し、
上記コイルを、
上記加圧ローラの外部で、かつ
上記加圧ローラの軸線に直交する断面において上記加圧ローラの中心または中心よりも上記定着ローラとのニップに近い位置
に配してなる
ことを特徴とする定着装置。
請求項１ないし７のいずれかの定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。