JP5082880B2 - Fixing apparatus and image forming apparatus - Google Patents
Fixing apparatus and image forming apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP5082880B2 JP5082880B2 JP2008011042A JP2008011042A JP5082880B2 JP 5082880 B2 JP5082880 B2 JP 5082880B2 JP 2008011042 A JP2008011042 A JP 2008011042A JP 2008011042 A JP2008011042 A JP 2008011042A JP 5082880 B2 JP5082880 B2 JP 5082880B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive layer
- layer
- heat generation
- fixing
- heating roller
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Fixing For Electrophotography (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Description
本発明は,コピー機,プリンタ等の画像形成装置およびそれに用いられる定着装置に関する。さらに詳細には,電磁誘導加熱を利用した定着装置および画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine and a printer, and a fixing device used therefor. More specifically, the present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus using electromagnetic induction heating.
従来より,画像形成装置の定着装置等において,電磁誘導加熱方式によるものがある。電磁誘導加熱方式の定着装置は一般に,誘導発熱体と,その誘導発熱体に磁束を印加する励磁部とを有する。誘導発熱体は,例えば無端ベルト状の導電体,より望ましくは,磁性導電体である。励磁部は,例えば励磁コイルとコア等を有し,高周波の交番電圧が印加されることによって磁束を発生させるものである。その磁束によって誘導発熱体に渦電流を生じさせる。これにより,誘導発熱体は,電気抵抗によるジュール熱を発生する。 2. Description of the Related Art Conventionally, fixing devices for image forming apparatuses include an electromagnetic induction heating method. An electromagnetic induction heating type fixing device generally includes an induction heating element and an excitation unit that applies a magnetic flux to the induction heating element. The induction heating element is, for example, an endless belt-like conductor, and more preferably a magnetic conductor. The excitation unit has, for example, an excitation coil and a core, and generates magnetic flux when a high-frequency alternating voltage is applied. An eddy current is generated in the induction heating element by the magnetic flux. As a result, the induction heating element generates Joule heat due to electrical resistance.
画像形成装置には様々なサイズの用紙が通紙される。定着装置は,その幅方向(通紙方向に垂直な方向)のうち,実際に通紙された部分では用紙に熱を奪われて温度が低下するが,通紙されなかった部分は熱を奪われないのであまり温度が低下しない。すなわち,加熱ローラの幅のうち,用紙幅より外側の部分は用紙による温度低下が起きない。次回の用紙の定着のために,その状態から再び加熱されると,温度低下しなかった部分もさらに昇温する。そのため,比較的小サイズの用紙が連続して通紙された場合には,誘導発熱体のうちその用紙の通紙領域外の部分が過昇温するおそれがあった。 Various sizes of paper are passed through the image forming apparatus. In the fixing device, in the width direction (perpendicular to the paper passing direction), heat is taken away by the paper in the part where the paper is actually passed, but the heat is taken in the part where the paper is not passed. Because it is not broken, the temperature does not drop much. That is, in the width of the heating roller, the temperature outside the paper width does not decrease due to the paper. When the paper is heated again from that state for the next fixing of the paper, the temperature of the portion where the temperature has not decreased further increases. For this reason, when relatively small sized papers are continuously passed, there is a risk that the portion of the induction heating element outside the paper passing region will overheat.
これに対し,特許文献1には,定着温度よりやや高い温度をキュリー温度とした磁性材料によるパイプまたはフィルムを用いた定着装置が開示されている。さらに,そのパイプ等の外側に励磁部が,内側にそのパイプ等より電気抵抗率の低い非磁性材料が,それぞれ配置されている。この文献に記載の装置によれば,キュリー温度以上に昇温した部分では,そのパイプ等が非磁性体となる。そして,誘導電流が電気抵抗率の低い非磁性材料を流れるので,その部分の発熱量は小さくなるとされている。
On the other hand,
あるいは,特許文献2には,発熱体である定着ベルトが回転可能に保持され,その外側に励磁部が配置されている定着装置が開示されている。さらに,本文献の定着装置では,定着ベルトの内部に隙間を開けて対向コアが固定されている。この対向コアはキュリー点190℃のフェライトで形成されている。この文献によれば,定着ベルトの温度が上昇してキュリー点より高くなった箇所では,対向コアの透磁率が低下するので,発熱量が低下する。従って,過昇温が防止されているとされている。
しかしながら,前記した両文献に記載の定着装置には,以下のような問題点があった。例えば,特許文献1に記載の技術では,主な発熱体が定着温度よりやや高い温度をキュリー温度とした磁性材料のみである。そのため,過昇温を防止する機能を有する代わりに,通常の温度範囲における発熱効率が不十分であった。そのため,例えばウォームアップ時間が長いという問題点があった。
However, the fixing devices described in both documents have the following problems. For example, in the technique described in
また,過昇温を効果的に防止するには,キュリー温度を設定した部材の温度が,定着ベルト等の表面温度に応じて感度よく変化する必要がある。しかし,特許文献2に記載の装置では,対向コアと定着ベルトとの間に間隔があいているので,これらの間での熱伝導にやや時間がかかる。そのため,対向コアがキュリー温度を超える前に,外側の定着ベルトのみが過昇温してしまうおそれがあった。
Also, in order to effectively prevent overheating, the temperature of the member set with the Curie temperature needs to change with high sensitivity according to the surface temperature of the fixing belt or the like. However, in the apparatus described in
本発明は,前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,小サイズの用紙を連続通紙した場合でも,部分的な過昇温が発生せず,安定した定着性能を有するとともに発熱効率のよい定着装置および画像形成装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. In other words, the problem is to provide a fixing device and an image forming apparatus that have stable fixing performance and high heat generation efficiency without causing partial overheating even when small-size paper is continuously fed. There is to do.
この課題の解決を目的としてなされた本発明の定着装置は,加熱ローラと,加圧ローラと,加熱ローラに磁束を印加する励磁コイルとを有する定着装置において,加熱ローラが,励磁コイルに近い方から順に,第1導電層と第2導電層と第3導電層とを有し,さらに,加熱ローラは,励磁コイルに対向する位置に配された摺接部材と,該摺接部材における励磁コイル側の側面に対して内周面の一部を接触させる定着ベルトとを有し,第1導電層及び第2導電層は,定着ベルトに設けられ,第3導電層は,摺接部材に設けられ,第1導電層が非磁性体で形成されているとともに,その厚みが40μm以下であり,第2導電層がパーマロイで形成されており,第1導電層と第2導電層とが,クラッド化により一体とされた回転体を構成しており,第3導電層が非磁性体で形成されている。 In order to solve this problem, the fixing device of the present invention is a fixing device having a heating roller, a pressure roller, and an excitation coil for applying a magnetic flux to the heating roller. The heating roller includes a sliding contact member disposed at a position facing the excitation coil, an excitation coil in the sliding contact member, and a first conductive layer, a second conductive layer, and a third conductive layer . A fixing belt that makes a part of the inner peripheral surface contact the side surface of the side, the first conductive layer and the second conductive layer are provided on the fixing belt, and the third conductive layer is provided on the sliding member. are, together with the first conductive layer is formed of a non-magnetic material, its thickness from 40μm or less, and the second conductive layer is formed of permalloy, and a first conductive layer and the second conductive layer, the cladding constitutes a rotating body that is integrated by reduction, Third conductive layer is formed of a non-magnetic material.
本発明の定着装置によれば,第2導電層を磁性体とすることにより,第2導電層のキュリー温度より低温の範囲においては,磁性体である第2導電層と,非磁性体である第1導電層とが主に発熱する。この第2導電層のキュリー温度を,この装置の目標とする加熱温度よりやや高い温度とすれば,過昇温状態となった部分では第2導電層の透磁率が変化し,それによって磁束密度分布も変化する。一方,さほど高温状態とはなっていない部分では,磁束密度はほとんど変化しない。従って,低温部分はさらに昇温されるとともに,高温部分では発熱量が低下する。 According to the fixing device of the present invention, since the second conductive layer is made of a magnetic material, the second conductive layer that is a magnetic material and a non-magnetic material are used in a range lower than the Curie temperature of the second conductive layer. The first conductive layer mainly generates heat. If the Curie temperature of this second conductive layer is set to a temperature slightly higher than the target heating temperature of this apparatus, the permeability of the second conductive layer changes in the part where the overheated state has occurred, and thereby the magnetic flux density. The distribution also changes. On the other hand, the magnetic flux density hardly changes in the part that is not so hot. Therefore, the temperature is further increased in the low temperature portion, and the heat generation amount is reduced in the high temperature portion.
さらに第1導電層の厚みが40μm以下であるので,非磁性材の第1導電層によって,十分な発熱量を得ることができる。第1導電層の厚さが薄いので,電流密度が大きく,第1導電層の発熱量は大きい。さらに,第1導電層と第2導電層とがクラッド化されているので,メッキの場合に比較して表皮深さが深く,過昇温部の発熱量をより抑制できる。なお,第1導電層としてはさらに,第2導電層より低抵抗であることが望ましい。そのような材質としては,銀,銅,アルミニウム,金が挙げられる。そのうち,アルミニウムと金は,クラッド化によってもパーマロイとの結合力が小さく,クラッド化後の塑性加工時に界面破壊がおきるおそれがある。従って,第1導電層の材質としては,銅または銀が適している。 Furthermore, since the thickness of the first conductive layer is 40 μm or less, a sufficient amount of heat can be obtained by the first conductive layer made of a nonmagnetic material. Since the thickness of the first conductive layer is thin, the current density is large and the heat generation amount of the first conductive layer is large. Furthermore, since the first conductive layer and the second conductive layer are clad, the skin depth is deeper than in the case of plating, and the amount of heat generated in the overheated portion can be further suppressed. The first conductive layer preferably further has a lower resistance than the second conductive layer. Such materials include silver, copper, aluminum and gold. Among them, aluminum and gold have a low bonding force with permalloy even after cladding, and there is a risk of interfacial failure during plastic processing after cladding. Therefore, copper or silver is suitable as the material for the first conductive layer.
さらに本発明では,第2導電層が,パーマロイで形成されている。
そのため,第2導電層のキュリー温度を定着温度よりやや高い温度に調整することができる。
Further, in the present invention, the second conductive layer, that is formed of permalloy.
Therefore, the Curie temperature of the second conductive layer can be adjusted to a temperature slightly higher than the fixing temperature.
さらに本発明では,励磁コイルに印加される交番電圧の周波数が,20kHz〜40kHzの範囲内であることが望ましい。
このようにすれば,発熱効率が高く,十分高い定着温度を得ることができる。もし,周波数を20kHz未満とすると,発熱効率が大きく低下してしまう。また,周波数を40kHzより大きくすると,連続通紙時に電力供給が不足気味となり,定着不良が発生するおそれがあるので好ましくない。
Furthermore, in the present invention, it is desirable that the frequency of the alternating voltage applied to the exciting coil is in the range of 20 kHz to 40 kHz.
In this way, the heat generation efficiency is high and a sufficiently high fixing temperature can be obtained. If the frequency is less than 20 kHz, the heat generation efficiency is greatly reduced. On the other hand, if the frequency is higher than 40 kHz, it is not preferable because power supply becomes insufficient during continuous paper feeding and fixing failure may occur.
また本発明は,シートにトナー像を形成する画像形成部と,そのトナー像をシートに定着させる定着装置とを有する画像形成装置において,定着装置が,加熱ローラと,加圧ローラと,加熱ローラに磁束を印加する励磁コイルとを有し,加熱ローラが,励磁コイルに近い方から順に,第1導電層と第2導電層と第3導電層とを有し,さらに,加熱ローラは,励磁コイルに対向する位置に配された摺接部材と,該摺接部材における励磁コイル側の側面に対して内周面の一部を接触させる定着ベルトとを有し,第1導電層及び第2導電層は,定着ベルトに設けられ,第3導電層は,摺接部材に設けられ,第1導電層が非磁性体で形成されているとともに,その厚みが40μm以下であり,第2導電層がパーマロイで形成されており,第1導電層と第2導電層とが,クラッド化により一体とされた回転体を構成しており,第3導電層が非磁性体で形成されている画像形成装置にも及ぶ。 The present invention also relates to an image forming apparatus having an image forming unit that forms a toner image on a sheet and a fixing device that fixes the toner image on the sheet. The fixing device includes a heating roller, a pressure roller, and a heating roller. and a magnetizing coil for applying a magnetic flux to the heating roller, in order from the side closer to the exciting coil has a first conductive layer and the second conductive layer and the third conductive layer, further, the heating roller is energized A sliding contact member disposed at a position facing the coil, and a fixing belt for bringing a part of the inner peripheral surface into contact with a side surface of the sliding contact member on the side of the exciting coil. the conductive layer is provided on the fixing belt, the third conductive layer is provided on the sliding member, together with the first conductive layer is formed of a non-magnetic material, its thickness from 40μm or less, the second conductive layer There are formed in the permalloy, the first conductive layer And second conductive layer constitutes a rotating body that is integral with the clad, the third conductive layer extends to an image forming apparatus which is formed of a non-magnetic material.
本発明の定着装置および画像形成装置によれば,小サイズの用紙を連続通紙した場合でも,部分的な過昇温が発生せず,安定した定着性能を有するとともに発熱効率がよい。 According to the fixing device and the image forming apparatus of the present invention, even when a small size sheet is continuously fed, a partial excessive temperature rise does not occur, the fixing performance is stable, and the heat generation efficiency is good.
「参考形態」
以下,本発明を具体化した参考形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,電磁誘導加熱方式の定着装置を有する画像形成装置に本発明を適用したものである。
" Reference form "
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a reference embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, the present invention is applied to an image forming apparatus having an electromagnetic induction heating type fixing device.
本形態の画像形成装置100は,図1に概略構成を示すように,中間転写ベルト101を有する,いわゆるタンデム方式のカラープリンタである。中間転写ベルト101は,無端状ベルト部材であり,その図中両端部がローラ102,103によって支持されている。中間転写ベルト101の図中下部に沿って,イエロー(Y),マゼンタ(M),シアン(C),ブラック(K)の各色の画像形成部104Y,104M,104C,104Kおよび画像濃度センサ105が配置されている。この画像濃度センサ105は,レジストセンサとしての機能をも有している。
The
各色の画像形成部104Y,104M,104C,104Kはいずれも同様の構成である。それぞれ,感光体ドラム106とその周囲に配置された帯電装置107,露光装置108,現像装置109,クリーナ装置110を有している。また,中間転写ベルト101を挟んで感光体ドラム106に対向する位置に,1次転写装置111が配置されている。図1中では画像形成部104Yによって代表して示している。
The
図1中で下方に示すのは,用紙Pを収容する給紙装置112である。給紙装置112の上部には,用紙Pを送り出す給紙ローラ113が設けられている。用紙Pは,給紙装置112から搬送経路114に沿って上方へ送られる。搬送経路114を挟んで,ローラ103と対面する位置に,2次転写装置115が配置されている。さらにその下流側(図中上方)には,定着装置1が配置されている。定着装置1は,加熱ローラ11,加圧ローラ12,磁束発生部13を有している。定着装置1については,後に詳述する。定着装置1より搬送経路114のさらに下流側には,排紙ローラ116および排紙トレイ117が配置されている。
1 shows a
次に,本形態の画像形成装置100の動作を簡単に説明する。この画像形成装置100は,画像形成の指示を受けると,その画像信号から各色の画像データを生成する。生成された各色の画像データは,対応する画像形成部104Y,104M,104C,104Kにそれぞれ送出される。各色の画像形成部104Y,104M,104C,104Kは,画像データに基づいて,それぞれの感光体ドラム106を帯電・露光して静電潜像を形成する。さらに,形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。
Next, the operation of the
形成されたトナー像は,順次,1次転写装置111によって中間転写ベルト101に転写され,重ね合わせられる。中間転写ベルト101に重ね合わせられたトナー像は,2次転写装置115によって用紙Pに転写される。トナー像を担持した用紙Pは,さらに搬送されて定着装置1に至り,定着装置1によって加熱されるとともに加圧される。これによりトナー像が用紙Pに定着される。トナー像が定着された用紙Pは,排紙ローラ116によって排紙トレイ117に排出される。
The formed toner images are sequentially transferred to the
本形態の定着装置1は,図2に概略構成を示すように,加熱ローラ11,加圧ローラ12,磁束発生部13を有している。加熱ローラ11と加圧ローラ12とは互いに平行に配置され,いずれも回転可能に支持されている。加圧ローラ12は,加熱ローラ11へ向けて軸と垂直の方向に付勢される。これにより,加熱ローラ11と加圧ローラ12との間にニップが形成される。そして,ニップの出口(図中右側)の近傍には,定着後の用紙を加熱ローラ11から分離するための分離爪14が備えられている。なお,この図2は,図1の定着装置1を,右が下となるように90度回転させて示したものである。
The fixing
加熱ローラ11は,図3に示すように,内側(図中下側)から芯金21,断熱層22,発熱制御層23,主発熱体層24,弾性層25,離型層26の6層構成になっている。このうち,芯金21と断熱層22とは互いに接着されてローラ状となっている。これらを合わせて定着ローラ27という。また,発熱制御層23,主発熱体層24,弾性層25,離型層26は互いに接着されて,無端ベルト状になっている。これらを合わせて定着ベルト28という。定着ローラ27と定着ベルト28とは接着されていない。定着ベルト28の内部に定着ローラ27が挿入されている。
As shown in FIG. 3, the
本形態では,定着ベルト28と定着ローラ27との間には,ほとんど隙間はない。そのため,実質的に,定着ベルト28と定着ローラ27とを合わせた全体で1つのローラ(加熱ローラ11)と見ることができる。ここで,主発熱体層24が第1導電層,発熱制御層23が第2導電層にそれぞれ相当する。
In this embodiment, there is almost no gap between the fixing
芯金21は,加熱ローラ11の全体を支持する支持体であり,十分な耐熱性と強度を有することが必要である。さらに本形態では,芯金21は第3導電層としての機能を兼ねている。芯金21は,非磁性材でも磁性材でも構わないが,どちらかというと非磁性材の方が望ましい。芯金21の比透磁率は0.99〜1000,望ましくは0.99〜1.1の範囲内とする。特に本形態では,芯金21には,常温において発熱制御層23と主発熱体層24とのいずれよりも低透磁率である材料を用いる。ここで,本発明における「常温」とは,過昇温状態ではない温度範囲のことであり,本形態では発熱制御層23のキュリー温度以下の温度範囲に相当する。
The cored
また,芯金21としては,電気抵抗率の低い材料を用いる。芯金21の体積抵抗率は,1.0〜10.0×10-8Ωm,望ましくは1.0〜2.0×10-8Ωmの範囲内のものとする。特に本形態では,芯金21には,高温において発熱制御層23よりも低抵抗である材料を用いる。芯金21としては,例えば,壁厚4mm程度で,外径15〜25mmφの銅製パイプとするとよい。あるいは,上記の比透磁率及び体積抵抗率の範囲内であれば,鉄,SUS,アルミ等の材質のものを用いることもできる。ここで,本発明における「高温」とは,過昇温状態である温度範囲のことであり,本形態では発熱制御層23のキュリー温度を超えた温度範囲に相当する。
Further, as the
断熱層22は,定着ベルト28に発生した熱を芯金21へ逃がさないためのものである。そのために,熱伝導率が低く,耐熱性および弾性を有する,ゴム材や樹脂材のスポンジ体(断熱構造体)のものが好ましい。このようなものとすれば,定着ベルト28のたわみを許容し,ニップ幅を大きく保つことができる。また,加熱ローラ11全体としての硬度を小さくして,定着性や通紙性等を良好なものとできる。また,断熱層22として,ソリッド体とスポンジ体との2層構造のものを使用してもよい。
The
また,例えば,断熱層22として,シリコンスポンジ材を用いる場合は,厚さ1〜10mmさらに望ましくは2〜7mmのものを使用するとよい。また,この断熱層22の硬度は,アスカーC硬度で20〜60度,さらに望ましくは30〜50度の範囲内とする。なお,この加熱ローラ11全体としてのローラ硬度は,アスカーC硬度で30〜90度程度が好ましい。
Further, for example, when a silicon sponge material is used as the
発熱制御層23としては,常温において,芯金21よりも適度に体積抵抗率の大きい磁性体を用いる。さらに本形態では,定着温度と同程度の温度にキュリー点を有する材質を用いる。例えば,比透磁率は,50〜2000,望ましくは100〜1000の範囲内のものとする。また,キュリー温度より低温の温度範囲での体積抵抗率は,2〜200×10-8Ωm,望ましくは5〜100×10-8Ωmの範囲内のものとする。なお,発熱制御層23の厚さは,20〜200μm,望ましくは40〜100μmの範囲内とすることが好ましい。
As the heat generation control layer 23, a magnetic material having a volume resistivity that is moderately larger than that of the cored
また,目標とする定着温度が約180℃(170〜190℃)の場合には,キュリー温度は,150〜220℃,望ましくは180〜200℃の範囲内のものとする。本実施例では,キュリー温度が190℃のパーマロイを使用している。パーマロイでは,ニッケルの比率が高いほどキュリー温度の高いものを得ることができるので,パーマロイの成分比によって発熱制御層23のキュリー温度を調整する。また,クロム,コバルト,モリブデン等を含む合金とすることによってもキュリー温度の調整が可能である。 When the target fixing temperature is about 180 ° C. (170 to 190 ° C.), the Curie temperature is 150 to 220 ° C., preferably 180 to 200 ° C. In this embodiment, a permalloy having a Curie temperature of 190 ° C. is used. In Permalloy, the higher the ratio of nickel, the higher the Curie temperature can be obtained. Therefore, the Curie temperature of the heat generation control layer 23 is adjusted by the component ratio of permalloy. The Curie temperature can also be adjusted by using an alloy containing chromium, cobalt, molybdenum, or the like.
主発熱体層24は,磁束発生部13によって発生される磁束を受けて誘導電流が誘起され,それによって発熱する層である。本形態では,この主発熱体層24として非磁性材によるものを用いる。特に,銅,銀等の良好な導電性を有する材質で構成する。これらは,比透磁率は低いが,薄膜にすることにより,磁性材料を使用した場合よりさらに発熱効率のよい主発熱体層24を得ることができる。主発熱体層24の比透磁率は,1.0〜2.0の範囲内が望ましい。さらに,良好な発熱性を得るために,この主発熱体層24をごく薄く形成する。主発熱体層24の厚さは,5〜40μmの範囲内が好ましい。本形態では,厚さ10μmの銅で形成されている。
The main
また,この主発熱体層24の体積抵抗率は,常温においても高温においても,発熱制御層23のものより小さいものとする。例えば,高温における主発熱体層24の体積抵抗率は,1.0〜10.0×10-8Ωm,望ましくは1.0〜2.0×10-8Ωmの範囲内であることが望ましい。
Further, the volume resistivity of the main
また例えば,主発熱体層24として,樹脂に銅,銀等の導電材の粒子を分散させたものとしてもよい。あるいは,樹脂材にこれらの導電材をコーティングしたものとしてもよい。主発熱体層24として,樹脂ベースのものを用いれば,定着ベルト28全体としての柔軟性がさらに大きくなり,用紙の分離性を向上させることができる。なお,このようなものでは,対外的な導電性は得られないかもしれないが,渦電流は通ることが可能である。本発明の導電層としてはこのようなものも含まれる。
For example, the main
弾性層25は,トナー像に均一かつ柔軟に熱を伝えるためのものである。この弾性層25が適度な弾性を有することにより,トナー像が押しつぶされたり不均一な溶融となることによる画像ノイズの発生を防止できる。そのために,弾性層25には,耐熱性と弾性とを有するゴム材や樹脂材を用いる。その材料としては,例えば,定着温度での使用に耐えられるシリコンゴム,フッ素ゴム等の耐熱性エラストマーが適している。また,上記の材料に,熱伝導性や補強等を目的とした各種の充填材を混入したものでもよい。そのうち熱伝導性の向上のために充填される粒子の例としては,ダイヤモンド,銀,銅,アルミニウム,大理石,ガラス等が挙げられる。実用的には,シリカ,アルミナ,酸化マグネシウム,窒化ホウ素,酸化ベリリウム等が好ましい。 The elastic layer 25 is for uniformly and flexibly transferring heat to the toner image. Since the elastic layer 25 has an appropriate elasticity, it is possible to prevent the occurrence of image noise due to the toner image being crushed or non-uniformly melted. Therefore, a rubber material or a resin material having heat resistance and elasticity is used for the elastic layer 25. As the material, for example, heat-resistant elastomers such as silicon rubber and fluorine rubber that can withstand use at the fixing temperature are suitable. Further, the above materials may be mixed with various fillers for the purpose of thermal conductivity and reinforcement. Among them, examples of particles filled for improving thermal conductivity include diamond, silver, copper, aluminum, marble, and glass. Practically, silica, alumina, magnesium oxide, boron nitride, beryllium oxide and the like are preferable.
この弾性層25としては,厚さ10〜800μm,さらに望ましくは100〜300μmの範囲内のものとする。弾性層24の厚さが10μm未満では厚さ方向の十分な弾力性を得ることが難しい。また,この厚さが800μmを超えていると,主発熱体層24で発生した熱を加熱ローラ11の外周面まで到達させることが難しく,熱効率が悪いので好ましくない。
The elastic layer 25 has a thickness in the range of 10 to 800 μm, more preferably in the range of 100 to 300 μm. If the thickness of the
弾性層25の硬度は,JIS硬度で1〜80度,さらに望ましくは5〜30度の範囲内のものとする。この範囲内の硬度であれば,弾性層25の強度の低下や密着性の低下を防止しつつ,安定した定着性を確保できる。硬度がこの範囲内となるシリコンゴムとして,例えば,1成分系,2成分系,または3成分系以上のシリコンゴム,LTV(Low Temperature Vulcanizable:低温加硫)型,RTV(Room Temperature Vulcanizable:常温加硫)型,またはHTV(High Temperature Vulcanizable:高温加硫)型のシリコンゴム,縮合型または付加型のシリコンゴム等が使用できる。本形態では,JIS硬度10度で厚さ200μmのシリコンゴムを使用している。 The elastic layer 25 has a JIS hardness of 1 to 80 degrees, more preferably 5 to 30 degrees. If the hardness is within this range, it is possible to ensure a stable fixing property while preventing a decrease in the strength and adhesion of the elastic layer 25. Examples of silicon rubber having a hardness within this range include, for example, one-component, two-component, or three-component or more silicone rubber, LTV (Low Temperature Vulcanizable) type, RTV (Room Temperature Vulcanizable) Sulfur) type, HTV (High Temperature Vulcanizable) type silicon rubber, condensation type or addition type silicon rubber, or the like can be used. In this embodiment, silicon rubber having a JIS hardness of 10 degrees and a thickness of 200 μm is used.
離型層26は,加熱ローラ11の最外層をなし,加熱ローラ11と用紙との離型性を高めるためのものである。この離型層26としては,定着温度での使用に耐えられるとともにトナーに対する離型性に優れたものを使用する。例えば,シリコンゴムやフッ素ゴム,あるいはPFA(四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体),PTFE(四フッ化エチレン),FEP(四フッ化エチレン・六フッ化エチレン共重合体),PFEP(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体)等のフッ素樹脂が好ましい。あるいは,これらを混合したものでもよい。
The
離型層26の厚さは5〜100μm,さらに望ましくは10〜50μmの範囲内のものとする。また,この離型層26と弾性層25との接着力を向上させるために,プライマー等による接着処理を行ってもよい。また,離型層26の中に,必要に応じて,導電材,耐摩耗材,良熱伝導材等をフィラーとして添加してもよい。
The thickness of the
本形態では,発熱制御層23と主発熱体層24とをそれぞれ圧延してから,重ねてクラッド化し,絞り加工,スピニング加工,DI加工(ドローイング・アイアニング加工)などの塑性加工により無端状のベルト層とする。その上に弾性層25及び離型層26を被覆することによって,定着ベルト28を製造する。発熱制御層23のみを塑性加工した後,主発熱体層24はメッキ加工や塗布皮膜によって構成することもできるが,クラッド化することが望ましい。本形態では,主発熱体層24が,銅または銀のごく薄い層で形成されているので,パーマロイとの結合力が大きく,クラッド化後の塑性加工は容易である。クラッド化を行うことにより,表皮深さがより深くなり,メッキ等に比較して過昇温部の発熱量を抑制する効果が大きいものとなる。また,クラッド化することにより,発熱制御層23と主発熱体層24とを一体としても適度な柔軟性を有する定着ベルト28とすることができる。
In this embodiment, the heat generation control layer 23 and the main
次に,加圧ローラ12について説明する。加圧ローラ12は,図4に示すように,芯金31,断熱層32,離型層33を有している。芯金31は,壁厚3mmのアルミ製パイプである。強度が確保できれば,芯金31に代えて,PPSのような耐熱性の材質によるモールドのパイプを用いてもよい。あるいは,鉄パイプを使用することも不可能ではないが,電磁誘導による影響を受けにくい非磁性のものがより好ましい。
Next, the
芯金31の外周には,断熱層32が設けられている。断熱層32は,厚さ3〜10mmの範囲内のシリコンスポンジゴムの層である。1層の断熱層32に代えて,シリコンゴムとシリコンスポンジとの2層構造としてもよい。
A
加圧ローラ12の最外周の離型層33は,加熱ローラ11の離型層26と同様に,用紙に対するローラ表面の離型性を向上させるためのものである。この離型層33は,PTFEまたはPFA等のフッ素系樹脂による厚さ10〜50μmの範囲内の層である。なお本形態では,加圧ローラ12は,加熱ローラ11に対して300〜500Nの荷重で加圧されており,定着装置1のニップ幅は約5〜15mmとなっている。本形態とは異なるニップ幅で使用したい場合には,加圧ローラ12の荷重を変更して調整すればよい。
The release layer 33 on the outermost periphery of the
次に,磁束発生部13について説明する。磁束発生部13は,加熱ローラ11の外周に対面するとともに,加熱ローラ11の長手方向に沿って,加熱ローラ11に平行に配置されている。磁束発生部13は,図2に示すように,励磁コイル41と磁性体コア42とコイルボビン43とを有している。本形態ではさらに,高周波インバータ44,サーミスタ45,制御部46を有している。
Next, the
励磁コイル41は,加熱ローラ11の長手方向に沿って巻かれたコイルである。その横断面(図2参照)は,加熱ローラ11の外周に倣ってやや湾曲した形状となっている。この励磁コイル41には,高周波インバータ44が接続され,20〜40kHz,100〜2000Wの高周波電力が供給される。本形態では,この周波数を20〜40kHzとしたので,主発熱体層24が非磁性体であっても発熱効率が高く,十分高い定着温度を得ることができる。この周波数を20kHz未満とすると,発熱効率が大きく低下してしまう。また,周波数を40kHzより大きくすると,連続通紙時に電力供給が不足気味となるおそれがある。このような状態では,定着ベルト28の温度が十分高くならず,定着不良が発生するおそれがあるので好ましくない。
The
そのため,本形態では,励磁コイル41の巻き線として,細い素線を数十〜数百本束ねてリッツ線としたものを使用している。この励磁コイル41は通電時に自己発熱する。その場合でも絶縁性を保てるように,巻き線に耐熱性の樹脂が被覆されたものを使用している。さらに,例えばファン等によって,励磁コイル41を空冷することが望ましい。なお,本形態の励磁コイル41は,その長手方向に一繋がりのものであり,複数個に分断されているものではない。
Therefore, in this embodiment, the winding of the
磁性体コア42は,磁気回路の効率を上げるためと,磁気遮蔽のためのものである。この磁性体コア42は,メインコア47,端部コア48,裾コア49を有している。メインコア47は,その横断面が図2に示すようなアーチ形状のものである。本形態では,長さが約10mmのコア片を,加熱ローラ11の軸方向に13個配置したものとしている。なお,メインコア47として,断面が略「E」字の形状で,中央部に加熱ローラ11側へ突出した部分のあるものを使用しても良い。このようにすれば,さらに発熱効率を高めることができる。また,端部コア48は,横断面が四角形状で長さが5〜10mmのコア片を,加熱ローラ11の両端部に配置したものである。また,裾コア49は,横断面が四角形状のものを,加熱ローラ11の長手方向寸法に略対応した範囲に連続的に配置したものである。
The
磁性体コア42はいずれも,高透磁率でありかつ渦電流の損失が低い材質で形成されている。本形態の磁性体コア42のキュリー温度は,140〜220℃,さらに望ましくは160〜200℃の範囲内とすることが望ましい。本形態では高周波を用いるため,コア内における渦電流の損失が大きくなりがちである。また,パーマロイのような高透磁率の合金によるコアでは,さらに渦電流の損失が大きくなりがちである。そこで,このような材質を使用する場合は薄板を積層した構造のコアとすることが望ましい。なお,励磁コイル41と磁性体コア42とによる磁気回路部分の磁気遮蔽が,他の手段によって十分にできる場合には,コアなし(空芯)にしてもよい。さらに,磁性体コア42として,樹脂材に磁性粉を分散させたものを用いることもできる。この素材は,透磁率はやや低いが,形状を自由に設定できるという利点がある。
Each of the
さらに本形態では,加熱ローラ11の表面に当接して配置されたサーミスタ45を有している。サーミスタ45は,加熱ローラ11のローラ軸方向について,どのサイズの用紙を通紙した場合でも用紙が通過する箇所に配置される。例えば,左寄せで通紙される画像形成装置であれば,加熱ローラ11の左端部の近くである。また,加熱ローラ11の回転方向について,定着ニップの入口よりやや上流側に配置されている。このサーミスタ45によって,加熱ローラ11の定着前の場所における表面温度が検出される。
Further, in this embodiment, the
そして,定着処理時には,サーミスタ45によって検出された表面温度が適切な定着温度の範囲内となるように,制御部46によって高周波インバータ44が制御される。適切な定着温度は,トナーの種類等に応じてあらかじめ設定されており,例えば,100〜200℃程度である。なお,加熱ローラ11の表面温度の検出は,サーミスタ45に限らず,非接触式の温度センサによって行ってもよい。
During the fixing process, the high-
次に,本形態の定着装置1による定着処理動作について説明する。本形態の定着装置1では,加圧ローラ12が加熱ローラ11に押し付けられ,これらの間にニップが形成されている。定着処理時には,図2中に矢印で示すように,加圧ローラ12が図中時計回り方向に回転駆動される。これにより,加熱ローラ11は,加圧ローラ12との摩擦力によって,図中反時計回り方向に従動回転される。なお,この駆動と従動との関係は,逆でもよい。
Next, a fixing process operation by the fixing
磁束発生部13においては,高周波インバータ44によって,励磁コイル41に高周波電力が供給される。これにより発生した磁束は,磁性体コア42の内部を通る。そして,その磁束は,磁性体コア42の突起部間で外部に出て,加熱ローラ11に至る。発熱制御層23がそのキュリー温度より低温の常温状態であれば,発熱制御層23は透磁率の高い状態である。この状態では,発熱制御層23のシールド効果により,磁束はその反対側(加熱ローラ11のより内周側)へはほとんど漏れない。
In the
すなわち,常温では,磁束のほとんどは,主発熱体層24と発熱制御層23との厚みの中を加熱ローラ11の周方向に進み,磁束発生部13へ戻る。このため,これらの層では磁束密度が非常に高い。従って,これらの層では発熱量が大きい。例えば,ウォームアップ時はこの状態であるので,主発熱体層24と発熱制御層23とがともに大きく発熱する。さらに本形態では,発熱に寄与する層(主発熱体層24と発熱制御層23)の熱容量が小さく,断熱層22によって定着ベルト28が断熱保持されていることから,短時間で昇温させることができる。
That is, at normal temperature, most of the magnetic flux travels in the circumferential direction of the
このように発生した熱は,主発熱体層24に接着されている弾性層25を介して,加熱ローラ11の表面へ伝達される。そして,加熱ローラ11の表面が適切な定着温度となるように,制御部46によって高周波インバータ44が制御される。トナー像を担持する用紙Pは,トナー像の載っている面を加熱ローラ11の側に向けた状態で,加熱ローラ11と加圧ローラ12との間のニップに挿入される。そして,加熱ローラ11と加圧ローラ12との間のニップを,図2中左から右へ通過する間に,トナーが溶融されて用紙Pに定着される。
The heat generated in this way is transmitted to the surface of the
ニップを通過した用紙Pは,加熱ローラ11から分離されて後段へと搬送される。用紙Pが,ニップを通過した後も加熱ローラ11に張り付いたままであれば,分離爪14によって加熱ローラ11から強制的に分離される。これにより,用紙Pが定着装置1でジャムになることが防止されている。なお,分離爪14の先端部は,加熱ローラ11の表面に接触していてもしていなくてもよい。
The paper P that has passed through the nip is separated from the
用紙Pの定着処理により,用紙P及びトナーによって加熱ローラ11の表面から熱が奪われる。そのため,ローラの軸方向について用紙Pの通紙された範囲では,加熱ローラ11の表面温度が下がる。サーミスタ45は,用紙Pが通紙される箇所で温度を検出する。制御部46は,サーミスタ45の検出結果を受けて,高周波インバータ44を制御する。すなわち,次回の用紙Pが定着ニップまで搬送されてくるまでに適切な定着温度の範囲内となるように,制御部46は,高周波インバータ44から励磁コイル41に供給される高周波電力を増減する。
Due to the fixing process of the paper P, heat is removed from the surface of the
この定着装置1によって,比較的用紙幅の小さい用紙Pを連続して定着処理すると,通紙範囲外においては次第に熱が溜まる。そのため,加熱ローラ11の軸方向のうち,通紙範囲外においては発熱制御層23の温度が特に上昇し,その部分の温度がキュリー温度を超える場合がある。発熱制御層23の温度がキュリー温度を超えた箇所では,発熱制御層23の透磁率が大きく低下する。これにより,発熱制御層23によるシールド効果が弱くなる。すなわち,通紙範囲外の高温となった部分では,発熱制御層23の透磁率が大きく低下して,磁束の大部分が主発熱体層24と発熱制御層23とを貫通してさらに内周側へ漏れる。これにより,主発熱体層24と発熱制御層23とを通る磁束密度が大きく減少するので,これらによる発熱量も大きく低下する。
When the fixing
さらに本形態では,芯金21が第3導電層として機能する。高温箇所において主発熱体層24と発熱制御層23とを貫いて漏れた磁束は,第3導電層である芯金21に掛かる。芯金21は,例えば銅製パイプであり低抵抗であるので,渦電流が容易に流れる。そのため,芯金21に掛かっている磁束による渦電流の大部分は,芯金21中に発生する。芯金21は低抵抗であるので,渦電流が流れてもほとんど発熱しない。また,芯金21に発生する渦電流による逆起電力が,磁束を打ち消す方向に働く。そのため,主発熱体層24と発熱制御層23との磁束密度がさらに低下する。従って,発熱量がさらに低下する。これにより,高温箇所では,加熱ローラ11の半径方向のいずれの箇所でもほとんど発熱しない状態となる。
Furthermore, in this embodiment, the cored
従って,過昇温となった箇所では,発熱制御層23の透磁率が変化するとともに,発熱量が大きく低下する。一方,通紙範囲内の高温となっていない部分では発熱量はほとんど変わらない。これは,この範囲においては,発熱制御層23の透磁率が低下せず,磁束密度の分布が常温状態からほとんど変化しないことによる。このように,芯金21が第3導電層として機能することにより,発熱制御層23の透磁率の分布が変化した際に,主発熱体層24と発熱制御層23との発熱量をさらに低下させることができる。さらに,本形態では第3導電層である芯金21の厚さが他の層に比較して大きいので,第3導電層の発熱量をより抑制でき,定着装置の全体として熱効率のよいものとできる。
Accordingly, at the location where the temperature has risen excessively, the permeability of the heat generation control layer 23 changes and the amount of heat generation is greatly reduced. On the other hand, the calorific value hardly changes in the portion where the temperature is not high within the paper passing range. This is because in this range, the magnetic permeability of the heat generation control layer 23 does not decrease, and the magnetic flux density distribution hardly changes from the normal temperature state. As described above, when the
さらに本形態では,主発熱体層24と発熱制御層23とが積層されているので,表面温度の変化が発熱制御層23に素早く伝わる。従って,加熱ローラ11の一部において,その表面温度が,定着に適した温度を超えて高くなるとすぐに,その部分の発熱量が大きく低下するので,過昇温状態が続くことはない。このような効果が得られるように,発熱制御層23のキュリー温度が選択されている。また,本形態では,第3導電層として芯金21を使用しているので,第3導電層をも定着ベルトに積層した場合に比較して,定着ベルト28の熱容量は大きくない。従って,短時間でのウォームアップが可能である。
Further, in this embodiment, since the main
次に,本形態の定着装置による効果を確認するために行った様々な実験の結果について説明する。まず,第1の実験として,加熱ローラに導電体ではない材質の回転軸を用いた点の他は本形態と同じ構成の画像形成装置を比較例とし,本形態の実施例との比較実験を行った。具体的には,比較例の回転軸としてセラミック製のパイプを使用した。 Next, the results of various experiments conducted to confirm the effect of the fixing device of this embodiment will be described. First, as a first experiment, an image forming apparatus having the same configuration as that of the present embodiment is used as a comparative example except that a rotating shaft made of a material that is not a conductor is used for the heating roller, and a comparative experiment with the embodiment of the present embodiment is performed. went. Specifically, a ceramic pipe was used as the rotating shaft of the comparative example.
この実験では,発熱制御層23がキュリー温度を超えたときの前後での発熱量の変化の度合いを,前の発熱量に対する後の発熱量の割合によって発熱率として求めた。その結果を図5に示す。ここでは,全導電層による合計の発熱量で比較した。比較例では,発熱率65%程度までしか低下しなかったのに比較して,実施例では,30%以下となった。このことから,第3導電層を有することによって,キュリー温度を超えたときの発熱量の低下の割合を大きくすることができることが分かった。 In this experiment, the degree of change in the amount of heat generation before and after the heat generation control layer 23 exceeded the Curie temperature was determined as the heat generation rate by the ratio of the subsequent heat generation amount to the previous heat generation amount. The result is shown in FIG. Here, the total heat generation by all conductive layers was compared. In the comparative example, the heat generation rate decreased only to about 65%, but in the example, it was 30% or less. From this, it was found that by having the third conductive layer, the rate of decrease in the amount of heat generated when the Curie temperature was exceeded can be increased.
次に,第2の実験として,上記と同じ実施例と比較例について,発熱効率を比較した。ここでの発熱効率とは,定着装置全体の発熱量のうち,有効な発熱である第1〜第3導電層の全体による発熱量が占める割合のことである。インバーターの電源損失を除いて算出した。これ以外の発熱,つまり無駄な発熱としては,コイルのジュール発熱や,周辺板金等の誘導発熱等がある。第2の実験の結果を図6に示す。この図に示すように,実施例においても,比較例においても,発熱効率は約97%であり,大差ない。すなわち,芯金21として第3導電層として機能するものを用いても,発熱効率を低下させることにはならないことが確認できた。
Next, as a second experiment, the heat generation efficiency was compared for the same example and comparative example as described above. Here, the heat generation efficiency is the ratio of the heat generation amount of the entire first to third conductive layers, which is effective heat generation, out of the heat generation amount of the entire fixing device. Calculated excluding inverter power loss. Other heat generation, that is, useless heat generation includes Joule heat generation of coils and induction heat generation of peripheral sheet metal. The result of the second experiment is shown in FIG. As shown in this figure, the heat generation efficiency is about 97% in both the example and the comparative example, which is not very different. In other words, it was confirmed that even when the
さらに,第3の実験として,発明者らは,主発熱体層24(第1導電層)と芯金21(第3導電層)とに,磁性材を用いた場合と非磁性材を用いた場合とで,過昇温時の発熱率に与える影響を調べた。この実験では,主発熱体層24と芯金21とに,磁性材ではニッケルを使用し,非磁性材では銅を使用した。ここでの発熱率とは,発熱制御層23がキュリー温度を超えたときの前後での主発熱体層24の発熱量の変化の度合いを前の発熱量に対する後の発熱量の割合として求めたものである。この実験では,第1の実験の場合とは異なり,主発熱体層24のみによる発熱量を比較した。この実験の結果を図7に示す。これからわかるように,主発熱体層24と芯金21とに,ともに銅を用いることにより,過昇温の抑制効果が大きいことが分かった。なお,主発熱体層24と芯金21とを,銅に代えて,銀,アルミ等によって構成しても,同様の結果が得られた。
Further, as a third experiment, the inventors used a magnetic material and a non-magnetic material for the main heating element layer 24 (first conductive layer) and the cored bar 21 (third conductive layer). In some cases, the effect on the heat generation rate during overheating was investigated. In this experiment, nickel was used for the magnetic material and copper was used for the nonmagnetic material for the main
次に,第4の実験として,主発熱体層24の厚さを変更し,過昇温部の発熱率および常温での総発熱量を求めた。この実験では,参考のために,主発熱体層24として銅を用いた場合と,ニッケルを用いた場合との両方について実験を行った。ここでの発熱率は,第3の実験と同様のものである。また,総発熱量は,100Vの電力を投入して発熱させた場合のものである。
Next, as a fourth experiment, the thickness of the main
この実験の結果を,図8と図9とに示す。図8に示すように,主発熱体層24として銅を用いた場合でも,ニッケルを用いた場合でも,厚さが増すとともに発熱率も上昇する。この発熱率が高いことは,過昇温時にも発熱量があまり低下しないことを意味する。つまり,主発熱体層24としては,より薄いものを用いることが望ましいことが分かった。ただし,現実的には5μmより薄く製造することは困難であった。
The results of this experiment are shown in FIGS. As shown in FIG. 8, even when copper is used as the main
一方,図9に示すように,主発熱体層24として銅を用いた場合は,その厚みが増すにつれて総発熱量が減少する。常温時には総発熱量が大きい方が好ましい。これは,総発熱量が大きければそれだけ,印加する高周波電力の大きさを変更することにより制御できる発熱量の範囲が広いことを意味するからである。約40μm以下の厚さの銅を主発熱体層24として用いれば,発熱量を制御可能な電力の十分な範囲が得られることが分かった。従って,主発熱体層24として銅を用いた場合,その厚みは5〜40μmの範囲内が好ましいことが分かった。なお,銅以外の非磁性材を用いた場合についても,ほぼ同様の結果が得られた。
On the other hand, as shown in FIG. 9, when copper is used for the main
次に,第5の実験として磁束発生部13に印加する高周波電力の周波数を変更し,それぞれの発熱効率および総発熱量を測定した。本実験では,主発熱体層24として厚さ10μmの銅を用い,発熱制御層23としてパーマロイを,芯金21として銅製のパイプを用いた。ここで,発熱効率は,第2の実験のものと同じである。また,総発熱量は,第4の実験のものと同じである。その結果を図10と図11とに示す。
Next, as a fifth experiment, the frequency of the high-frequency power applied to the
図10に示すように,発熱効率の点からは,高周波電力の周波数が20kHz以上であることが望ましい。周波数が20kHzより小さいと,発熱効率が低く,不要な箇所での発熱量が大きくなった。また,総発熱量の点からは,図11に示すように,周波数が40kHz以下であることが望ましい。周波数が40kHzより大きい場合には,総発熱量が小さく,連続通紙時に電力供給不足となって十分な定着温度が得られないおそれがある。従って,本形態では,高周波電力の周波数は,20〜40kHzの範囲内であることが望ましい。 As shown in FIG. 10, it is desirable that the frequency of the high frequency power is 20 kHz or more from the viewpoint of heat generation efficiency. When the frequency was less than 20 kHz, the heat generation efficiency was low, and the amount of heat generated at unnecessary locations was large. From the point of total calorific value, the frequency is preferably 40 kHz or less as shown in FIG. When the frequency is higher than 40 kHz, the total heat generation amount is small, and there is a possibility that a sufficient fixing temperature cannot be obtained due to insufficient power supply during continuous paper feeding. Therefore, in this embodiment, the frequency of the high-frequency power is preferably in the range of 20 to 40 kHz.
さらに,第6の実験として,発明者らは,主発熱体層24(第1導電層)と発熱制御層23(第2導電層)とをクラッド化した場合と,主発熱体層24を発熱制御層23にメッキすることにより形成した場合とで,過昇温部の発熱率の違いを調べた。ここでの発熱率は,第3の実験と同様のものである。なお,主発熱体層24は厚さ10μmの銅製とした。この実験の結果を図12に示す。
Furthermore, as a sixth experiment, the inventors have clad the main heating element layer 24 (first conductive layer) and the heat generation control layer 23 (second conductive layer), and the main
図12に示すように,主発熱体層24と発熱制御層23とをクラッド化することにより,過昇温部の発熱率は約3%程度まで下げることができた。メッキの場合では,約13%であった。従って,クラッド化により発熱量をさらに大きく下げることができることが確認された。
As shown in FIG. 12, by heating the main
以上詳細に説明したように,本形態の画像形成装置によれば,加熱ローラ11に,第1導電層(主発熱体層24)と第2導電層(発熱制御層23)と第3導電層(芯金21)とを有している。従って,部分的に高温となり,定着ベルト28の表面温度が発熱制御層23のキュリー温度を超えた場合には,その箇所の発熱制御層23の透磁率が大きく低下する。さらに,主発熱体層24が非磁性材によるものであり,主発熱体層24と発熱制御層23とをクラッド化により形成しているので,メッキで形成した場合に比較してさらに大きく発熱量を減少させることができた。従って,その部分の磁束密度が大きく低下し,発熱量が減少するので,過昇温が防止されている。すなわち,小サイズの用紙を連続通紙した場合でも,部分的な過昇温が発生せず,安定した定着性能を有するとともに発熱効率のよい定着装置および画像形成装置となっている。また,主発熱体層24を銅または銀のごく薄い層としたので,クラッド化後の塑性加工は容易である。
As described above in detail, according to the image forming apparatus of this embodiment, the
「第1の形態」
次に,本発明を具体化した第1の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,参考形態に比較して,加熱ローラ11の構成がやや異なるのみであり,同一の部材については,同一の符号を付し,説明を省略する。
" First form "
Next, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the configuration of the
本形態の定着装置2の加熱ローラ51は,図13に示すように,定着ローラ27の外径が,定着ベルト52の内径よりかなり小径に形成されているものである。この定着ローラ27は,参考形態におけるものと径が異なるのみで,同一の層構成である。また定着ローラ27は,定着ベルト52を挟んで,加圧ローラ12に圧接されている。
As shown in FIG. 13, the
本形態では,定着ローラ27が小径であることから,その図13中上部において,定着ローラ27と定着ベルト52との間に空間Sがある。この空間S内に,摺接部材63が固定されて配置されている。摺接部材63は,図示の横面形状が扇形で,図中奥行き方向に加熱ローラ51とほぼ同等の長さを有するものである。また,その図中上面は,定着ベルト52の内側の面に接触している。すなわち,定着ベルト52は,定着ローラ27と摺接部材63とに架け渡されている。
In this embodiment, since the fixing
本形態の定着ベルト52は,参考形態の定着ベルト28と同じ層構成である。摺接部材63は,補助発熱層として機能する。すなわち,本形態では,摺接部材63が第3導電層に相当する。この摺接部材63の材質は,参考形態の芯金21と同じく,体積抵抗率の低い導電性金属材料,例えば銅とすればよい。本形態では,摺接部材63の図13中上面は,定着ベルト52の内周側に沿って湾曲した曲面となっている。すなわち,摺接部材63は,均一の厚さの円筒面の一部の形状である。そして,その図中上面は,ほぼ全域にわたって,定着ベルト52の内周面に常時接触している。また,摺接部材63の図中下面は,定着ローラ27に接触していない。
The fixing
本形態では,定着ローラ27の外径を小さいものとしたので,定着ベルト52と定着ローラ27との接触面積が小さい。従って,定着ベルト52から定着ローラ27へ逃げる熱の量も小さい。さらに,摺接部材63は全周でなく1箇所のみに設けられているので,摺接部材63へ逃げる熱の量も小さい。なお,補助発熱層をも定着ベルトに含まれるものとしてもよい。すなわち,補助発熱層,発熱制御層,主発熱体層,弾性層,離型層のすべてが含まれるものとすることもできる。この場合は,摺接部材はなくてもよい。
In this embodiment, since the outer diameter of the fixing
以上詳細に説明したように,本形態の画像形成装置によっても,参考形態と同様に,小サイズの用紙を連続通紙した場合でも,部分的な過昇温が発生せず,安定した定着性能を有するとともに発熱効率のよい画像形成装置となっている。 As described above in detail, even with the image forming apparatus of this embodiment, as in the case of the reference embodiment , even when small-size paper is continuously fed, a partial overheating does not occur, and stable fixing performance is achieved. And an image forming apparatus with good heat generation efficiency.
なお,本形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。
例えば,本形態ではカラープリンタとしたが,1色の画像形成部のみを有する単色プリンタに本発明を適用することもできる。その場合には,加熱ローラ11として弾性層25の無いものとしてもよい。
In addition, this form is only a mere illustration and does not limit this invention at all. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof.
For example, although the present embodiment uses a color printer, the present invention can also be applied to a single-color printer having only one color image forming unit. In that case, the
1 定着装置
11 加熱ローラ
12 加圧ローラ
13 磁束発生部
21 芯金
23 発熱制御層
24 主発熱体層
100 画像形成装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記加熱ローラが,前記励磁コイルに近い方から順に,第1導電層と第2導電層と第3導電層とを有し,さらに,
前記加熱ローラは,前記励磁コイルに対向する位置に配された摺接部材と,該摺接部材における前記励磁コイル側の側面に対して内周面の一部を接触させる定着ベルトとを有し,
前記第1導電層及び前記第2導電層は,前記定着ベルトに設けられ,
前記第3導電層は,前記摺接部材に設けられ,
前記第1導電層が非磁性体で形成されているとともに,その厚みが40μm以下であり,
前記第2導電層がパーマロイで形成されており,
前記第1導電層と前記第2導電層とが,クラッド化により一体とされた回転体を構成しており,
前記第3導電層が非磁性体で形成されていることを特徴とする定着装置。 In a fixing device having a heating roller, a pressure roller, and an exciting coil for applying a magnetic flux to the heating roller,
The heating roller has a first conductive layer, a second conductive layer, and a third conductive layer in order from the side closer to the excitation coil ,
The heating roller has a sliding contact member disposed at a position facing the excitation coil, and a fixing belt that makes a part of the inner peripheral surface contact a side surface of the sliding contact member on the excitation coil side. ,
The first conductive layer and the second conductive layer are provided on the fixing belt;
The third conductive layer is provided on the sliding contact member;
The first conductive layer is made of a non-magnetic material and has a thickness of 40 μm or less.
The second conductive layer is made of permalloy;
And the first conductive layer and the second conductive layer constitutes a rotating body that is integral with the clad,
The fixing device, wherein the third conductive layer is formed of a nonmagnetic material .
前記励磁コイルに印加される交番電圧の周波数が,20kHz〜40kHzの範囲内であることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1 ,
The fixing device according to claim 1, wherein the frequency of the alternating voltage applied to the exciting coil is in a range of 20 kHz to 40 kHz.
前記定着装置が,加熱ローラと,加圧ローラと,前記加熱ローラに磁束を印加する励磁コイルとを有し,
前記加熱ローラが,前記励磁コイルに近い方から順に,第1導電層と第2導電層と第3導電層とを有し,さらに,
前記加熱ローラは,前記励磁コイルに対向する位置に配された摺接部材と,該摺接部材における前記励磁コイル側の側面に対して内周面の一部を接触させる定着ベルトとを有し,
前記第1導電層及び前記第2導電層は,前記定着ベルトに設けられ,
前記第3導電層は,前記摺接部材に設けられ,
前記第1導電層が非磁性体で形成されているとともに,その厚みが40μm以下であり,
前記第2導電層がパーマロイで形成されており,
前記第1導電層と前記第2導電層とが,クラッド化により一体とされた回転体を構成しており,
前記第3導電層が非磁性体で形成されていることを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus having an image forming unit for forming a toner image on a sheet and a fixing device for fixing the toner image on the sheet,
The fixing device includes a heating roller, a pressure roller, and an exciting coil that applies a magnetic flux to the heating roller;
The heating roller has a first conductive layer, a second conductive layer, and a third conductive layer in order from the side closer to the excitation coil ,
The heating roller has a sliding contact member disposed at a position facing the excitation coil, and a fixing belt that makes a part of the inner peripheral surface contact a side surface of the sliding contact member on the excitation coil side. ,
The first conductive layer and the second conductive layer are provided on the fixing belt;
The third conductive layer is provided on the sliding contact member;
The first conductive layer is made of a non-magnetic material and has a thickness of 40 μm or less.
The second conductive layer is made of permalloy;
And the first conductive layer and the second conductive layer constitutes a rotating body that is integral with the clad,
An image forming apparatus, wherein the third conductive layer is formed of a nonmagnetic material .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008011042A JP5082880B2 (en) | 2008-01-22 | 2008-01-22 | Fixing apparatus and image forming apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008011042A JP5082880B2 (en) | 2008-01-22 | 2008-01-22 | Fixing apparatus and image forming apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009175200A JP2009175200A (en) | 2009-08-06 |
JP5082880B2 true JP5082880B2 (en) | 2012-11-28 |
Family
ID=41030405
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008011042A Expired - Fee Related JP5082880B2 (en) | 2008-01-22 | 2008-01-22 | Fixing apparatus and image forming apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5082880B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011047990A (en) | 2009-08-25 | 2011-03-10 | Konica Minolta Business Technologies Inc | Heating roller, fixing device, and image forming apparatus |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7006781B2 (en) * | 2001-11-14 | 2006-02-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Heating roller, heating belt, image heating device, and image forming device |
JP2003223063A (en) * | 2002-01-30 | 2003-08-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fixation device |
US20090028617A1 (en) * | 2005-03-15 | 2009-01-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fixing apparatus, heating roller, and image forming device |
-
2008
- 2008-01-22 JP JP2008011042A patent/JP5082880B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009175200A (en) | 2009-08-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4756918B2 (en) | Image heating device | |
JP4636605B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP4798622B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP2007017723A (en) | Heating device, fixing device, and image forming apparatus | |
JP4623106B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP4539407B2 (en) | Fixing device | |
JP5194769B2 (en) | Induction heating device, fixing device, and image forming apparatus | |
JP2006292815A (en) | Fixing device | |
JP5082880B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP5157633B2 (en) | Induction heating device, fixing device, and image forming apparatus | |
JP5522135B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP5136097B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP5374877B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP5488683B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP5169201B2 (en) | Induction heating device, fixing device, and image forming apparatus | |
JP2014153396A (en) | Fixing device and image forming apparatus | |
JP6351441B2 (en) | Image heating device | |
JP2009175190A (en) | Fixing device and image forming apparatus | |
JP2010224342A (en) | Fixing device and image forming apparatus | |
JP2009156963A (en) | Fixing device and image forming apparatus | |
JP4947685B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP2012145912A (en) | Fixing device and image forming apparatus | |
JP4915397B2 (en) | Fixing device and image forming apparatus. | |
JP2010002657A (en) | Fixing device and image forming apparatus | |
JP4320617B2 (en) | Fixing roller and fixing device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100630 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120222 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120228 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120427 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120522 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120807 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120820 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5082880 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150914 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |