JP5135983B2 - 定着装置 - Google Patents
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Description
電磁誘導加熱方式の定着装置は、電磁誘導発熱層を有し、回転可能な加熱ローラと、磁束を発生させる磁束発生装置とを備え、磁束発生装置から発生される磁束によって、加熱ローラの電磁誘導発熱層を発熱させることにより、加熱ローラを加熱する。
しかし、反面、電磁誘導発熱層は、熱容量が小さいため、加熱ローラの表面の温度分布が不均一になりやすく、加熱ローラの表面温度の変動に基づくトナーの定着不良(コールドオフセット、ホットオフセット等)を防ぐため、定着装置には、加熱ローラの表面温度を測定するための温度センサーが設けられ、温度センサーにより検知された表面温度に応じて、加熱ローラの加熱制御が行われている。
非接触型温度センサーは、二種類の金属又は半導体を接合した熱電対が、多数直列に接続されて構成されたものであり、加熱ローラが発熱することにより放射される赤外線を、赤外線透過フィルタへ透過させ、透過した赤外線を受光部(熱電対の温接点)で受光し、ゼーベック効果により熱電対の冷接点との間に発生する熱起電力を測定し、熱起電力の大きさに基づいて、加熱ローラの表面温度を算出する。
これにより、用紙から発生する水蒸気が、赤外線透過フィルタ近傍に達することがあっても、赤外線透過フィルタ面に結露が生じないようにすることができ、加熱ローラの表面温度を正確に測定することができる。
又、加熱手段を設けることにより、装置構成が複雑になり、スペース効率が悪くなるという問題がある。
ここで、前記ケーシング全体が、感温磁性材料で構成されていることとすることができる。
<構成>
図1は、本実施の形態における定着装置50を用いる画像形成装置100の全体の構成を示す断面概略図である。
図1に示すように、画像形成装置100は、画像プロセス部30、給送部40、定着部50および制御部60を備えており、ネットワーク(例えばLAN)と接続される。
(制御部60)
外部の端末装置からの画像信号をY〜K色用のデジタル信号に変換し、光学部10の発光素子を駆動させるための駆動信号を生成する。
(光学部10)
レーザダイオードなどの発光素子を備え、制御部60からの駆動信号により、Y〜K色の画像形成のためのレーザ光Lを発し、感光体ドラム31Y〜31Kを露光走査させる。この露光走査により、帯電器32Y〜32Kにより帯電された感光体ドラム31Y〜31K上に静電潜像が形成され、形成された各静電潜像は、現像器33Y〜33Kにより現像されて感光体ドラム31Y〜31K上にY〜K色のトナー像が形成される。
(画像プロセス部30)
Y〜K色のそれぞれに対応する作像部30Y,30M,30C,30K、中間転写ベルト11などを備えている。
作像部30Yは、感光体ドラム31Y、その周囲に配設された帯電器32Y、現像器33Y、一次転写ローラ34Y、感光体ドラム31Yを清掃するためのクリーナ35Yなどを備えており、感光体ドラム31Y上にY色のトナー像を作像する。他の作像部30M〜30Kについても、作像部30Yと同様の構成になっている。
中間転写ベルト11上に重ね合わされた各色トナー像は、中間転写ベルト11の回転により、図1の符合46で示す二次転写位置に移動する。
(給送部40)
記録シートとしての用紙Sを収容する給紙カセット41と、給紙カセット41内の用紙Sを搬送路43上に1枚ずつ繰り出す繰り出しローラ42と、繰り出された用紙Sを二次転写位置46に送り出すタイミングをとるためのタイミングローラ対44と、二次転写ローラ45などを備えている。
二次転写位置46に給送された用紙Sは、回転する中間転写ベルト11と二次転写ローラ45の間に挟まれて搬送され、二次転写ローラ45の静電力により中間転写ベルト11上に重ね合わされた各色トナー像が一括して用紙S上に二次転写される。
(定着装置50)
図2は、図1に示す定着装置50の断面概略図の拡大図であり、図3は、定着装置50の部分断面斜視図である。
なお、説明の便宜上、図2では、図3の上側ケーシング部301を省略している
(磁束発生部53)
加熱ローラ51に向けて周期的に変動する磁束を発生させて誘導加熱する機能部であり、図3に示すように、コイルボビンを兼ねる長尺な下側ケーシング部305と、この下側ケーシング部305の長手方向に延面する中央の左右の内壁に沿設された磁性体コア302、及び下側ケーシング部305の長手方向に延面する左右の内壁に沿設された2つの磁性体コア303と、磁性体コア302と左右のそれぞれの磁性体コア303に挟まれる領域において巻回された励磁コイル304と、磁性体コア303に跨設された複数の磁性体コア306と、下側ケーシング部305を封口する上側ケーシング部301とからなる。
磁性体コア302、303は、加熱ローラ51の長手方向寸法に略対応した長さ寸法を有する長尺部材であり、磁性体コア302は、環状の溝部の内周面に、磁性体コア303は、下側ケーシング部305の内周面にそれぞれ沿設されている。
この励磁コイル304は、高周波インバー夕(不図示)に接続されており、10〜100[kHz]、100〜2000[W]の高周波電力が供給されことにより、周期的に変動する磁界を発生する。
磁性体コア302、303、306の材料としては、高透磁率であって鉄損が小さなもの、例えば、パーマロイの積層体が用いられる。
(加熱ローラ51)
磁束発生部53の近傍に回転自在に配され、図2、図3に示すように、芯金105の表面に、断熱層104、電磁誘導発熱性層103、弾性層102及び離型層101がこの順で積層されてなる。
(芯金105)
外径が20mm、厚みが4mmのアルミニウム製である。
芯金105の材料として、金属材料を用いる場合には、磁束発生部170で発生した磁界により芯金が電磁誘導加熱されるのを軽減する為に、電磁誘導の影響が少ない非磁性材料を用いることが望ましいが、PPS(ポリフェニレンサルファイト)のような耐熱性のモールドのパイプを使用することも可能である。
電磁誘導発熱性層103を断熱保持し、電磁誘導発熱性層103の発熱効率を高めるための層である。断熱層104の材質としては、弾性及び耐熱性が高いゴム材料や樹脂材のスポンジ体(断熱構造体)、例えば、シリコンゴムまたはフッ素ゴム等の耐熱性エラストマーのスポンジ体を用いられる。
厚みが10〜100μm、望ましくは、20〜50μmの無端状のニッケル電鋳ベルト層であり、磁束発生部53で発生した磁束により渦電流が生じ、電磁誘導発熱性層103がジュール発熱する。
電磁誘導発熱性層103に用いられる他の材質としては、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、比較的透磁率が高く、適当な抵抗率を持つものを用いることができる。又、非磁性材料で、金属などの導電性の材料を薄膜にして用いることができる。
(弾性層102)
記録シートと加熱ローラ51の表面との密着性を高めるための層である。弾性層102の材質としては、ゴム材や樹脂材が用いられ、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を用いることができる。
弾性層102の厚みは、例えば、厚さ10〜800μmが好ましく、100〜300μmがより好ましい。弾性層102の厚さが10μm未満であると、厚み方向の弾力性を得ることが難しく、800μmを超えると、電磁誘導発熱性層103で発生した熱が、定着フィルムの外周面に達し難くなり、熱効率が悪化するためである。
シリコンゴムとしては、1成分系、2成分系又は3成分系以上のシリコンゴム、LTV型、RTV型又はHTV型のシリコンゴム、縮合型又は付加型のシリコンゴム等を使用することができる。本定着装置50の弾性層102においては、JIS硬度10度、厚さ200μmのシリコンゴムの層を用いている。
加熱ローラ表面の離型性を高めるための層であり、定着温度での使用に耐えられるもので、トナー離型性を有するものが用いられる。
例えば、シリコンゴム、フッ素ゴムや、PFA(テトラフルオロエチレン-パーフロロアルコキシエチレン共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、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く用いられる。
また、層間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。なお、離型層615の中に必要に応じて、導電材、耐摩耗材、良熱伝導材をフィラーとして添加することもできる。
(加圧ローラ52)
バネなどを用いた不図示の加圧機構によって加熱ローラ51を押圧しながらモータ(不図示)などにより回転駆動する
加圧ローラ52は、回転駆動される芯金203の外周面に、断熱層202が設けられ、さらに断熱層202の上に、加圧ローラ表面の離型性を高めるための離型層201が設けられて構成される。
芯金203は、厚さ3mmのアルミニウム製のパイプからなる。アルミニウム製に限ら
ず、鉄、PPS(ポリフェニレンサルファイド)のような耐熱性のモールドのパイプを用
いることもできるが、芯金が発熱するのを防ぐ為に電磁誘導加熱の影響が少ない非磁性材
料を用いるのが望ましい。
厚さ3mm〜10mmのシリコンスポンジゴムからなる層であり、厚さは使用条件に応
じて3mm〜10mmの範囲で変更することができる。
又、断熱層202は、シリコンゴムとシリコンスポンジの2層構成としてもよい。
(離型層201)
厚みが10μm〜50μmのフッ素系樹脂からなる無端状の帯体である。
フッ素系樹脂としては例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)やPFA(テトラフルオロエチレン-パーフロロアルコキシエチレン共重合体)等を用いることができる。
(均熱ローラ56)
加圧ローラ52の長手方向の全域に押圧バネを含む押圧装置(不図示)で当接されて加圧ローラ52に従動回転する。
上記金属材料として、例えば、アルミニウムを用いることができる。又、加熱源としては、ヒータランプ以外に抵抗発熱体のような他の熱源を用いることができる。
(非接触型温度センサーユニット54)
磁束発生部53が発生する磁束(図2の符合57で示す。)の作用を受けることが可能な位置に配され、加熱ローラの表面温度を測定する。
赤外線透過フィルタ541は、ポリエチレン樹脂やシリコン樹脂で形成されている。赤外線透過フィルタの代わりに、赤外線透過レンズを用いることとしてもよい。例えば、シリコンレンズを赤外線透過レンズとして用いることができる。
(サーモパイルチップ542)
図5は、サーモパイルチップ542の詳細な構造を示す斜視図である。図5に示すように、サーモパイルチップ542は、 HYPERLINK "http://www8.ipdl.inpit.go.jp/Tokujitu/tjitemdrw.ipdl?N0000=235&N0500=1E#N/;%3e:=;876=///&N0001=121&N0552=9&N0553=000007" \t "tjitemdrw" 図5に示すように、例えばポリシリコン及びアルミニウムを接合した熱電対が多数直列に接続されたサーモパイル5422を具備する測温素子であり、その温接点(図示せず)を熱容量の小さい絶縁薄膜5424上に配置し、その冷接点5423をシリコン製の基板材であるヒートシンク544上に配置し、温接点を赤外線吸収膜5421によって覆ったものである。
サーミスタ543は、図5に示すように、ヒートシンク544上における、冷接点5423に近接する位置に配置されている。サーミスタ543では、ヒートシンク544の温度に応じて電気抵抗値が変化し、その出力電圧がサーミスタ出力端子547、548を介して温度制御装置55に入力される。
シリコン製の基板材で形成されている。
(ケーシング545)
図4(a)の符号551Aで示す斜線部分で示すように、その全体が、感温磁性材料で形成されている。ここで、「感温磁性材料」とは、自身の温度がキュリー温度を超えると磁性を失い、透磁率が急激に低下する性質を有する材料のことをいう。
好ましくは、キュリー温度が60℃から100℃の範囲にある感温磁性材料を用いるのが望ましい。
ケーシング545を形成する感温磁性材料は、磁束発生部53が発生する磁束を受けると、電磁誘導加熱により感温磁性材料が発熱して赤外線透過フィルタ541に結露が生じるのを防止する。そして、感温磁性材料の発熱により、その温度がキュリー温度を超えると、磁束に対する透磁率が急激に低下し、非接触型温度センサーユニット54の本体温度がその動作温度の上限を超えないように、感温磁性材料の発熱を抑制する。
従って、電源投入後、迅速にサーモパイルチップ542及びサーミスタ543の温度を安定化し、電源投入直後において、非接触型温度センサーユニット54の温度測定精度が低下するのを有効に防止することができる。
(温度制御装置55)
非接触型温度センサーユニット54より入力される、熱起電力及びサーミスタ543の電圧に基づいて、加熱ローラ51の表面温度を演算する。具体的には、サーミスタ543の出力電圧に基づいて求められた温度をサーモパイルチップ542の冷接点5423の温度とみなし、これに応じて、入力された熱起電力に基づいて求められた温度を補正し、加熱ローラ51の表面温度を特定する。
<補足>
以上、本発明に係る定着装置50について、について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこの実施の形態に限られないことは勿論である。
(1)ケーシング545の内、感温磁性材料で形成する部分は、図4(b)の斜線部分551Bに示すような赤外線透過フィルタ近傍の部分の全部ではなく、一部であってもよい。例えば、上記近傍部分の一部に、感温磁性材料を貼り付けたり、上記近傍部分の一部に凹部や切り込みを設け、凹部や切り込みに感温磁性材料を埋め込むこととしてもよい。
(2)又、感温磁性材料で形成する部分は、図4(b)の斜線部分551Bの内、赤外線透過フィルタ541と直接接触する部分であってもよい。
11 中間転写ベルト
12 駆動ローラ
13 従動ローラ
30 画像プロセス部
30Y〜30K 作像部
31Y〜31K 感光体ドラム
32Y〜32K 帯電器
33Y〜33K 現像器
34Y〜34K 一次転写ローラ
35Y〜35K クリーナ
40 給送部
41 給紙カセット
42 ローラ
43 搬送路
44 タイミングローラ対
45 二次転写ローラ
46 二次転写位置
50 定着装置
51 加熱ローラ
52 加圧ローラ
53 磁束発生部
54 非接触型温度センサーユニット
55 温度制御装置
56 均熱ローラ
60 制御部
101、201 離型層
102 弾性層
103 電磁誘導発熱性層
104、202 断熱層
105、203 芯金
301 上側ケーシング部
302、303 磁性体コア
304 励磁コイル
305 下側ケーシング部
501 ヒータランプ
541 赤外線透過フィルタ
542 サーモパイルチップ
543 サーミスタ
544 ヒートシンク
545 ケーシング
546 ベース部材
547、548 サーミスタ出力端子
549、550 サーモパイル出力端子
5421 赤外線吸収膜
5422 サーモパイル
5423 冷接点
5424 絶縁薄膜
Claims (5)
- 電磁誘導手段により加熱ローラを電磁誘導加熱する定着装置であって、
加熱ローラから放射される赤外線を検出する非接触型温度センサーユニットを備え、
前記非接触型温度センサーユニットは、
前記赤外線を透過させる赤外線透過フィルタと、
前記赤外線透過フィルタを透過した赤外線を検出する温度センサーと、
窓部を有し、前記赤外線透過フィルタが窓部に嵌合されるように前記赤外線透過フィルタと前記温度センサーとを内蔵するケーシングと、
を有し、
前記ケーシングにおける前記赤外線透過フィルタの近傍部分は、前記温度センサーの動作温度の上限を超えない温度のキュリー温度を有する感温磁性材料で構成されており、
前記非接触型温度センサーユニットは、前記感温磁性材料が、前記電磁誘導手段により電磁誘導加熱される位置に存在する状態で配されている
ことを特徴とする定着装置。 - 前記赤外線透過フィルタが嵌合される前記窓部の周囲が、前記感温磁性材料で構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記感温磁性材料のキュリー温度は、60℃以上100℃以下の範囲にある
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置。 - 前記ケーシング全体が、感温磁性材料で構成されている
ことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の定着装置。 - 前記感温磁性材料は、Fe−Ni合金、Fe−Ni−Cr合金、Cu−Ni合金、Mn
−Pt合金の何れかにより構成されている
ことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の定着装置。
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