JP4781457B2 - 画像加熱装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents
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Description
[実施例1]
(1)画像形成装置例
図1の(a)は、本発明に従う画像加熱装置Aを定着装置として搭載した画像形成装置50の一例の構成模型図である。この画像形成装置50は電子写真方式を用いたカラープリンタである。画像形成装置50は、パーソナルコンピュータ・イメージリーダー等の外部ホスト装置51から画像形成装置側の制御回路部(制御手段)100に入力する電気的画像信号に基づいて記録媒体(記録メディア)としてのシート状の記録材Pにカラー画像形成を行う。制御回路部100はCPU(演算部)・ROM(記憶手段)などを含み、ホスト装置51や画像形成装置50の操作部(不図示)との間で各種の電気的な情報の授受をする。また、制御回路部100は画像形成装置50の画像形成動作を所定の制御プログラムや参照テーブルに従って統括的に制御する。
以下の説明において、定着装置A又はこれを構成している部材の長さ或いは長手方向とは記録材搬送路面内において記録材搬送方向に直交する方向に並行な方向に関する寸法或いは方向である。また、短手方向とは記録材搬送方向に並行な方向である。定着装置に関し、正面とは装置を記録材入口側から見た面、背面とはその反対側の面(記録材出口側)、左右とは装置を正面から見て左又は右である。上又は下とは重力方向において上又は下である。上流側と下流側とは記録材搬送方向に関して上流側と下流側である。
図2の(b)はベルト1の層構成模型図である。本実施例のベルト1の全長Lbは336mmである。ベルト1は内径が30mmで電気鋳造法によって製造したニッケルを基層(金属層)1aを有している。この基層1aの厚みは40μmである。基層1aの外周には弾性層1bとして耐熱性シリコーンゴム層が設けられている。シリコーンゴム層の厚さは100〜1000μmの範囲内で設定するのが好ましい。本実施例では、ベルト1の熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、シリコーンゴム層1bの厚みは300μmとされている。シリコーンゴムは、JIS−A20度の硬度を持ち、熱伝導率は0.8W/mKである。更に弾性層1bの外周には、表面離型層1cとしてフッ素樹脂層(例えばPFAやPTFE)が30μmの厚みで設けられている。基層1aの内面側には、ベルト内面と温度センサTH1との摺動摩擦を低下させるために、フッ素樹脂やポリイミドなどの樹脂層(滑性層)1dを10〜50μm設けても良い。本実施例では、この層1dとしてポリイミドを20μm設けた。なお、ベルト1の金属層1aにはニッケルのほかに鉄合金や銅、銀などを適宜選択可能である。また、樹脂基層にそれら金属を積層させるなどの構成でも良い。金属層1aの厚みは、後で説明する励磁コイルに流す高周波電流の周波数と金属層の透磁率・導電率に応じて調整して良く、5〜200μm程度の間で設定すると良い。
ベルト1との間でニップ部Nを形成するための加圧ローラ2は、外径が30mmで長手方向中央部の径が20mmで両端部の径が19mmである鉄合金製の芯金2aに、弾性層2bとしてシリコーンゴム層が設けてある。表面は、離型層2cとしてフッ素樹脂層(例えばPFAやPTFE)が30μmの厚みで設けられる。ローラ2の長手方向中央部における硬度は、ASK−C70°である。芯金2aにテーパー形状をつけているのは、加圧した時に押圧部材3が撓んでもベルト1とローラ2で挟まれるニップ内の圧力が長手方向にわたって均一にするためである。本実施例におけるローラ2の長さLrは320mmである。また、ベルト1とローラ2とのニップ部Nの記録材搬送方向におけるニップ幅は、長手方向両端部で約8mm、中央部では約7.5mmである。これは、記録材幅方向両端部での搬送速度が記録材幅方向中央部と比べて速くなるので紙しわが発生しにくくなるという利点がある。
押圧部材3はベルト1の内側に配置されており、ベルト1を介して、ローラ2に対して圧力付勢手段(不図示)で490N(50kgf)で加圧され、ニップ部Nを生じさせている。この圧力付勢手段は、モータに連結されたカム機構等からなるシフト機構(不図示)によって、ベルト1に圧接している着状態と、引き離した脱状態を選択することができる。こうすることで、ローラ2の弾性層2bやベルト1が永久変形してしまうのを防止することが出来る。押圧部材3は、耐熱性樹脂のニップ形成部材3aと、ニップ形成部材3aを支持する金属製のステー3bより構成されている。ステー3bはニップ部Nに圧力を加えるために剛性が必要である。そのため、本実施例では鉄製である。また、ニップ形成部材3aはベルト1の内面と摺動するので押圧部位を摺動性の良い摺動シートで覆うことでベルト内面との摩擦抵抗を減少させて、ローラ2を回転駆動したときのベルト1のスリップを防止している。また、押圧部材3は特に両端部で励磁コイル5と接近しており、押圧部材3の発熱を防止するためにコイル5で生じる磁界を遮蔽するために、押圧部材3の上面に長手方向にわたって磁気遮蔽コア3cを配置してある。即ち、磁気遮蔽コア3cは加熱部材であるベルト1の内部にあって励磁コイル5により生じる誘導磁界がニップ形成支持部材であるステー3bに作用しないようにする磁気遮蔽手段である。また、回転するベルト1は、基層1aが金属で構成されているので、回転状態にあっても幅方向への寄りを規制するための手段としては、ベルト1の端部を単純に受け止めるだけのフランジ部材8を設ければ十分である。これにより、定着装置の構成を簡略化できるという利点がある。本実施例において、ニップ部Nの長手方向の長さLnip(図3の(a))は320mmであり、最大通紙領域Lpの300mmよりも長い。また、ステー3bの長手方向の長さLstは360mmであり、ステー3bを覆う、ベルト内部にある磁気遮蔽コア3cの長さLicは320mmで、ニップ部Nの長手方向長さLnip、ローラ2の長さLrと同じである。
本実施例において、ベルト1と誘導加熱装置4のコイル5は0.5mmのモールドにより電気絶縁の状態を保ち、ベルト1とコイル5との間隔は1.5mm(モールド表面と定着ベルト表面の距離は1.0mm)で一定であり、ベルト1は均一に加熱される。ここで本実施例において、図2の(a)で示されるコイル5の両端の屈曲部5b・5bの外側間距離であるLcoilAは340mm、コイル5の両端の屈曲部5bの内側間距離であるLcoilBは316mmである。また、外側磁性体コア6aの全長L6aは350mm、コイル5の内側空洞部5aに配置された中央磁性体コア6bの全長L6bは314mmである。前述したように、励磁コイル5には電源装置101から20〜50kHzの高周波電流が印加されて、ベルト1の金属層1aが誘導発熱する。そして、制御回路部100は、ベルト1の温度が目標温度である180℃で一定になるように、温度センサTH1の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させてコイル5に入力する電力を制御して温度調節する。コイル5を含む誘導加熱装置4が、高温になるベルト1の内部ではなく外部に配置されている。これにより、コイル5の温度が高温になりにくく、電気抵抗も上昇せず高周波電流を流してもジュール発熱による損失を軽減する事が可能となる。また、コイル5を外部に配置したことで、ベルト1の小径化(低熱容量化)にも寄与しており、ひいては省エネルギー性にも優れていると言える。本実施例の定着装置Aのウォーミングアップタイムは、非常に熱容量が低い構成であるため、例えばコイル5に1200W入力すると、約15秒で目標温度である180℃に到達でき、スタンバイ中の加熱動作が不要である。そのため、電力消費量を非常に低く抑える事が可能である。前述したように、本実施例の画像形成装置における記録材Pの通紙はいわゆる中央基準搬送でなされる。記録材の通紙幅とは記録材面において記録材搬送方向に直交する方向の記録材寸法である。本実施例で説明される各種部材の長さは中央基準線を中心に左右均等に配置されているものとする。よって、以後のベルト1の温度分布を説明する図面は、基本的に左右均等であり、片側の温度分布であっても反対側の温度分布は同様であるものとする。
加熱部材であるベルト1の長さをLb、加圧部材であるローラ2の長さをLr、誘導加熱するコイル5の両端の屈曲部5b・5bの外側間距離をLcoilA、コイル5の両端の屈曲部5b・5bの内側間距離をLcoilBとする。本実施例の定着装置Aにおいては、LcoilA≧Lb>Lr≧LcoilBの関係を満たす事を特徴とする。また、ベルト1の内部に配置されたベルト内部の磁気遮蔽手段である磁気遮蔽コア3cの長さをLicとする。本実施例の定着装置Aにおいては、LcoilA≧Lb>Lr≧LcoilB、かつ、Lr≧Lic≧LcoilB、の関係を満たす事を特徴とする。装置に通紙使用される最大通紙幅の記録材Pの最大通紙幅をLpとしたとき、ベルト1の長さ(記録材通紙幅方向の長さ)Lbは、通紙幅Lpよりも長く設定されている(Lb>Lp)。また、ローラ2の全長をLrとした場合、ローラ長さLrはベルト長さLbよりも短く、通紙幅Lpよりも長く設定されている(Lb>Lr>Lp)。これは前述したように、ニップ形成部材3aと、フランジ部材8と、ローラ2の3つの部材が、ベルト1の端部に与える応力が集中してしまうことを防ぐ為に、ローラ2の長さLrをベルト1の長さLbよりも短くする必要があるためである。本実施例においては、誘導加熱装置4のコイル5の長さLcoilA(記録材通紙幅方向の長さ)は、ベルト1およびローラ2の各々の端部が、コイル5の屈曲部5b・5bの外側と内側の間になるような長さLb、Lrで形成されている。すなわち、コイル5の両端の屈曲部5b・5bの外側間距離をLcoilA、コイル5の両端の屈曲部5b・5bの内側間距離がLcoilBとしたとき、LcoilA≧Lb>Lr≧LcoilB、となる。これにより、ローラ2がベルト1に接触していない部分1a・1aの昇温を防止し、ベルト1の長手方向の温度ムラを低減する。
図7の(a)は、第2の実施例を表す定着装置の一端部側の断面模式図及び定着装置のウォームアップ終了後にプリント開始して連続通紙100枚後のベルト1の長手方向の温度分布を表している。図中、3dは、本実施例において、フランジ部材8の内側に配置された非磁性導電部材である磁界キャンセル部材である。即ち、非磁性導電部材である磁界キャンセル部材3dがニップ形成支持部材3bの端部に保持されると共に、磁界キャンセル部材3dの加圧軸方向の通紙域側の端部位置が、ローラ2の端部の位置か、それよりも外側にある事を特徴とする。磁界キャンセル部材3dの材質としては銅、金、銀や非磁性ステンレスなどが好適であり、厚みは300μm以上、更には1mm前後であると好ましい。磁界キャンセル部材3dの配設される位置に関しては、実施例1で示されたように、LcoilA≧Lb>Lr≧LcoilBとなるように定着装置の各部材が構成されている時に、次のとおりである。ロール2に接触していないベルト部分1aの温度昇温を防止しつつ、それよりも内側の領域の温度上昇を妨げることがないように、磁界キャンセル部材3dの内側端部が、ローラ2の端部の位置と略同じか、それよりも外側にあるように配置する。これにより、図7の(a)で示されるように、ベルト1の温度分布を小さくして画像不良の発生を防止し、省エネルギーや省サイズの観点より好適な定着装置を提供する事が可能となる。
図7の(b)は、第3の実施例を表す定着装置の一端部側の断面模式図及び定着装置のウォームアップ終了後にプリント開始して連続通紙100枚後のベルト1の長手方向の温度分布を表している。図中、3eは、本実施例において、非磁性導電部材である磁界キャンセルステーである。即ち、ニップ形成支持部材3bが非磁性導電部材により構成されることを特徴とする。磁界キャンセルステー3eは定着装置にかけられる荷重に対して撓み量を一定以下に抑えられるだけの強度を持つ必要があり、かつ非磁性であるSUS304もしくはSUS318などのオーステナイト系ステンレスが好ましい。本実施例においては加工による磁化が発生しにくいSUS318を用いている。図7の(b)で示されるように、LcoilA≧Lb>Lr≧LcoilBとなるように定着装置の各部材が構成されている時に、磁界キャンセルステー3eは次のような役目をする。即ち、磁気遮蔽コア3cから外側に露出している磁界キャンセルステー3eによってベルト1のロール2に当接していないベルト部分1aの温度上昇部位の磁場をキャンセルする。これにより、図7の(b)で示されるように、ベルト1の温度分布を小さくして画像不良の発生を防止し、省エネルギーや省サイズの観点より好適な定着装置を提供する事が可能となる。
Claims (5)
- 導電層を有し回転可能な加熱部材と、前記加熱部材の外周と圧接し回転可能な加圧部材と、前記加熱部材の内部にあって前記加熱部材を前記加圧部材の方向に向かって押圧するニップ形成部材と、前記導電層を誘導加熱する励磁コイルと、を有し、前記加熱部材と前記加圧部材が圧接することで生じる圧接部で記録材を挟持搬送して記録材上の画像を加熱する画像加熱装置であって、前記加熱部材の長さがLb、前記加圧部材の長さがLr、前記励磁コイルの両端の屈曲部の外側間距離がLcoilA、前記屈曲部の内側間距離がLcoilB、であるときに、LcoilA≧Lb>Lr≧LcoilB、の関係を満たす事を特徴とする画像加熱装置。
- 導電層を有し回転可能な加熱部材と、前記加熱部材の外周と圧接し回転可能な加圧部材と、前記加熱部材の内部にあって前記加熱部材を前記加圧部材の方向に向かって押圧するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材を支持するニップ形成支持部材と、前記導電層を誘導加熱する励磁コイルと、前記加熱部材の内部にあって前記励磁コイルにより生じる誘導磁界が前記ニップ形成支持部材に作用しないようにする磁気遮蔽手段と、を有し、前記加熱部材と前記加圧部材が圧接することで生じる圧接部で記録材を挟持搬送して記録材上の画像を加熱する画像加熱装置であって、前記加熱部材の長さがLb、前記加圧部材の長さがLr、前記励磁コイルの両端の屈曲部の外側間距離がLcoilA、前記屈曲部の内側間距離がLcoilB、前記磁気遮蔽手段の長さがLicであるときに、LcoilA≧Lb>Lr≧LcoilB、かつ、Lr≧Lic≧LcoilB、の関係を満たす事を特徴とする画像加熱装置。
- 非磁性導電部材が前記ニップ形成支持部材の端部に保持されると共に、前記非磁性導電部材の加圧軸方向の通紙域側の端部位置が、前記加圧部材の端部の位置か、それよりも外側にある事を特徴とする請求項2に記載の画像加熱装置。
- 前記ニップ形成支持部材が非磁性導電部材により構成されることを特徴とする請求項2に記載の画像加熱装置。
- 記録材に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、前記未定着トナー画像を記録材上に定着する定着手段と、を有する画像形成装置であって、前記定着手段が請求項1乃至4の何れか1項に記載の画像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
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