JP5141204B2 - 定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
請求項1に係る発明は、
磁界の作用により発熱する発熱層を有する円筒形状の第1回転体と、
前記第1回転体に接する第2回転体と、
前記第1回転体の内周面又は外周面に対し所定の間隙を持って配置され、前記磁界を発生させる磁界発生手段と、
前記第1回転体を介して前記磁界発生手段と対向して配置され、キューリー点を持つ感温磁性材料を含んで構成され、前記発熱層の発熱を制御する発熱制御部材と、
前記第1回転体内部に当該第1回転体及び前記発熱制御部材を介し、且つ前記発熱制御部材と非接触で前記磁界発生手段に対向して配置され、非磁性金属材料を含んで構成される非磁性金属部材と、
を備える定着装置である。
請求項2に係る発明は、
磁界の作用により発熱する発熱層を有する円筒形状の第1回転体と、
前記第1回転体に接する第2回転体と、
前記第1回転体の内周面又は外周面に対し所定の間隙を持って配置され、前記磁界を発生させる磁界発生手段と、
前記第1回転体に接触し、且つ前記第1回転体を介して前記磁界発生手段と対向して配置され、キューリー点を持つ感温磁性材料を含んで構成され、前記発熱層の発熱を制御する発熱制御部材と、
前記第1回転体内部に当該第1回転体及び前記発熱制御部材を介し、且つ前記発熱制御部材と接触して前記磁界発生手段に対向して配置され、非磁性金属材料を含んで構成される非磁性金属部材
を備える定着装置である。
請求項3に係る発明は、
磁界の作用により発熱する発熱層を有する円筒形状の第1回転体と、
前記第1回転体に接する第2回転体と、
前記第1回転体の内周面又は外周面に対し所定の間隙を持って配置され、前記磁界を発生させる磁界発生手段と、
前記第1回転体を介して前記磁界発生手段と対向して配置され、キューリー点を持つ感温磁性材料を含んで構成され、前記発熱層の発熱を制御する発熱制御部材と、
前記磁界発生手段からの電磁誘導作用により前記発熱制御部材に発生する渦電流を遮断する遮断手段であって、前記発熱制御部材の軸方向に間隔を持って前記発熱制御部材に設けられたスリット又は切り欠きである遮断手段と、
を備える定着装置である。
ここで、キューリー点とは、キュリー点、キューリー温度、キュリー温度とも称され、この温度以上になると磁性が消失し、非磁性体(常磁性体)になる温度を示す。感温磁性材料とは、磁性材料の温度変化に対して、その磁気特性を変化させる磁性材料のことを指す。
前記キューリー点が、前記第1回転体の設定温度以上、前記第1回転体の耐熱温度以下の範囲である請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置である。
ここで、第1回転体の設定温度とは、定着を開始するときの第1回転体の表面温度のことを意味する。また、耐熱温度とは、連続して使用したときに、第1回転体の構成材料が劣化して機能を損ない、変形が発生する温度である。
前記発熱層が非磁性金属で構成されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置である。
前記第1回転体の軸方向両端の少なくとも一方に設けられ、前記第1回転体へ回転駆動を伝達する駆動伝達部材を備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置である。
ここで、「非押圧で接触」とは大きな圧力をかけずに、接触面を有して接触している状態を示し、0.1〜200Nで発熱制御部材が第1回転体に接していることを意味する。
ここで「非発熱体」とは、電磁誘導作用による渦電流損の発熱が十分に小さいものである。発熱を抑制するために非発熱体を発熱し難くした構造にしてもよく、0.038W/mm2以下になるような部材である。
前記感温磁性材料が金属材料である請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置である。
前記期第1回転体は前記第2回転体との接触時に接触部が内周面側に弾性変形することを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の定着装置である。
潜像保持体と、
潜像保持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
電子写真用現像剤を用いて前記潜像を画像に現像する現像手段と、
現像された前記画像を被転写媒体に転写する転写手段と、
前記被転写媒体上の前記画像を定着する定着手段と、
を備え、
前記定着手段が請求項1〜12のいずれか1項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置である。
請求項1に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、発熱制御部材の磁束(磁界)を貫通した領域での第1回転体の昇温をより低減させる、といった効果を奏する。
請求項2に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、軸方向の単位時間あたりの熱移動量が多くなるため定着ベルト自体の非通紙部昇温を軸方向に分散することで昇温抑制効果が得られる、といった効果を奏する。
請求項3に記載の発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、発熱制御部材の自己発熱を抑制することができる上に、発熱制御部材の軸方向の温度移動を抑制することが可能となる、といった効果を奏する。
る。
周波数20kHz〜100kHzの汎用電源(汎用電源用いると安価に製造できる)を使用し、発熱層50μm以下に薄くしていくと、磁性金属より低固有抵抗の非磁性金属の方が電磁誘導加熱しやすくなる。逆に厚さ50μm以上であれば磁性金属が発熱しやすい。一般に磁性金属は固有抵抗が高く、比透磁率が数十から数千であるため、表皮深さにおける渦電流が流れ難くなってしまう。例えば、磁性金属の鉄は9.71、ニッケルは6.84(それぞれ×10−8Ωm)である。これに対して低固有抵抗の非磁性金属の銀は1.59、銅は1.67、アルミニウムは2.7(それぞれ×10−8Ωm)と固有抵抗が小さく、比透磁率はおおよそ1であるため、薄くすると発熱しやすくなる。特に上記非磁性金属は20μm以下にすると発熱し易くなる。逆に上記非磁性金属はこれより厚くしていくと発熱しにくくなり、渦電流は流れるものの固有抵抗が小さいために渦電流損による発熱量が少なくなる。
発熱層として具体的には、例えば、厚み2μm〜20μm(望ましくは5〜15μm、発熱領域の総熱容量例えば3J/K以下)である、非磁性金属材料を含む発熱層が挙げられる。非磁性金属材料としては、先に示した通り銅、アルミ、銀が望ましい。
ここで、図8は、他の本実施形態に係る定着装置の発熱制御部材周辺を示す概略平面図である。図9は、他の本実施形態に係る定着装置の発熱制御部材周辺を示す概略側面図である。
また、磁性金属材料を使用する場合には、表皮深さ以上の低抵抗の非磁性金属(銅、アルミ、銀)で、磁界発生装置42側の面をシールドし、磁性金属材料に磁界発生装置41からの磁束が及ばないような構造にすればよい。磁性金属材料に磁束が及ぶと渦電流によるジュール発熱が増加するため無駄な損失が増えてしまう。
また、バネ部材48Bを発熱制御部材46が兼ねてもよい。その場合にはバネ部材と発熱制御部材を一体形として形成すればよい。
また、磁界発生装置42には、複数回巻き回されている励磁コイル(磁界発生手段)42Aが、定着ベルト38の軸方向へ沿って配置されている。
例えば渦電流損とヒステリシス損が小さい材料としては、ソフトフェライトや酸化物系の軟質磁性金属材料などがある。
まず、定着装置32では、例えば上記画像形成装置100におけるトナー画像形成動作が開始されると同時に(無論、当然タイムラグがあってもよい。以下、同様である。)、定着ベルト38と加圧ロール40とが離間した状態で(図4参照)、不図示のモータにより駆動伝達部材50が回転駆動され、これに伴い定着ベルト38が矢印D方向へ例えば周速200mm/secで回転駆動される。
ここで、図7は、他の本実施形態に係る定着装置の発熱制御部材及び支持部材周辺を示す概略断面図である。
以下、上記実施形態に係る定着装置の試験例を示す。
まず、上記実施形態に係る定着装置(図1及び図2、図6参照)を使用し、以下の評価を行った。各部材は以下のものを用いた。また、
・加圧ロール:外径28mm、長さ355mmの加圧ロールは、直径18mmのスレンレス製の心金軸にスポンジ弾性層5mm、表面離型層のPFA層30μmを順次積層した構成からなるロール。
・発熱制御部材:厚さ150μm、長さ340mm、直径30mmの円筒の中心角160°に相当する部分を切り出した形状をした湾曲板形状であり、最大比透磁率が10000以上(加工上がりの比透磁率が約400程度の硬質材を焼鈍による熱処理により軟質材化して材料を高透磁率化した)、キューリー温度215〜230℃で、ネオマックスマテリアル製Fe−Ni合金MS−220で構成された発熱制御部材。
・定着ベルトと発熱制御部材間距離:
図2の構成では接触させるが、図6の構成では定着ベルトと非接触で配置する。図6の構成においては、定着ベルトと発熱制御部材間の距離を略1mmとし、配置する。半径14mmの円弧(角度は160°相当分)をおおよそ同心円になるように定着ベルトに非接触に沿わせている。
図6の構成の場合、本試験例ではウオームアップ時間(立ち上がり時間)は6〜8秒と極めて短時間で起動準備が完了できるので、使用する時だけ電力と投入すればよい極めて省エネルギーな定着装置が提供できる。図2の構成におけるウオームアップ時間は11〜13秒の時間を要する。
・支持部材本体:非磁性金属のアルミからなる支持部材本体
図2の構成、図6の構成のそれぞれにおいて、磁界を発生する装置の出力1100W〜400W内で制御、設定温度160〜170℃、プロセススピード170mm/sの条件で、記録紙(サイズB5で用紙の短手の一辺を先端にして給紙)、坪量98gsm:富士ゼロックス製JD紙)用いて、画像の定着を連続1000枚行って、定着ベルトの通紙部と非通紙部の温度をそれぞれ測定した。
温度制御部材を設けない以外は、試験例1と同様にして評価した。
12 帯電装置
14 露光装置
16 現像装置
18 中間転写体
20 清掃装置
22 除電露光装置
24 転写装置
26A,26B 支持ロール
28 転写対向ロール
30 転写ロール
32 定着装置
34 清掃装置
36 用紙案内部材
38 定着ベルト
40 加圧ロール
42 磁界発生装置
44 固定部材
46 発熱制御部材
48 支持部材
48A 支持部材本体
48B バネ部材
48C シャフト
48D 非磁性金属部材
50 駆動伝達部材
52 剥離部材
100 画像形成装置
P 記録紙
Claims (13)
- 磁界の作用により発熱する発熱層を有する円筒形状の第1回転体と、
前記第1回転体に接する第2回転体と、
前記第1回転体の内周面又は外周面に対し所定の間隙を持って配置され、前記磁界を発生させる磁界発生手段と、
前記第1回転体を介して前記磁界発生手段と対向して配置され、キューリー点を持つ感温磁性材料を含んで構成され、前記発熱層の発熱を制御する発熱制御部材と、
前記第1回転体内部に当該第1回転体及び前記発熱制御部材を介し、且つ前記発熱制御部材と非接触で前記磁界発生手段に対向して配置され、非磁性金属材料を含んで構成される非磁性金属部材と、
を備える定着装置。 - 磁界の作用により発熱する発熱層を有する円筒形状の第1回転体と、
前記第1回転体に接する第2回転体と、
前記第1回転体の内周面又は外周面に対し所定の間隙を持って配置され、前記磁界を発生させる磁界発生手段と、
前記第1回転体に接触し、且つ前記第1回転体を介して前記磁界発生手段と対向して配置され、キューリー点を持つ感温磁性材料を含んで構成され、前記発熱層の発熱を制御する発熱制御部材と、
前記第1回転体内部に当該第1回転体及び前記発熱制御部材を介し、且つ前記発熱制御部材と接触して前記磁界発生手段に対向して配置され、非磁性金属材料を含んで構成される非磁性金属部材
を備える定着装置。 - 磁界の作用により発熱する発熱層を有する円筒形状の第1回転体と、
前記第1回転体に接する第2回転体と、
前記第1回転体の内周面又は外周面に対し所定の間隙を持って配置され、前記磁界を発生させる磁界発生手段と、
前記第1回転体を介して前記磁界発生手段と対向して配置され、キューリー点を持つ感温磁性材料を含んで構成され、前記発熱層の発熱を制御する発熱制御部材と、
前記磁界発生手段からの電磁誘導作用により前記発熱制御部材に発生する渦電流を遮断する遮断手段であって、前記発熱制御部材の軸方向に間隔を持って前記発熱制御部材に設けられたスリット又は切り欠きである遮断手段と、
を備える定着装置。 - 前記キューリー点が、前記第1回転体の設定温度以上、前記第1回転体の耐熱温度以下の範囲である請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記発熱層が非磁性金属で構成されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記第1回転体の軸方向両端の少なくとも一方に設けられ、前記第1回転体へ回転駆動を伝達する駆動伝達部材を備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記発熱制御部材が前記第1回転体に接している請求項1、又は3に記載の定着装置。
- 前記発熱制御部材が非押圧で前記第1回転体に接している請求項1、又は3に記載の定着装置。
- 前記発熱制御部材が前記第1回転体に接していない請求項1、又は3に記載の定着装置。
- 前記発熱制御部材は非発熱体である請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記感温磁性材料が金属材料である請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記第1回転体は前記第2回転体との接触時に接触部が内周面側に弾性変形することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の定着装置。
- 潜像保持体と、
潜像保持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
電子写真用現像剤を用いて前記潜像を画像に現像する現像手段と、
現像された前記画像を被転写媒体に転写する転写手段と、
前記被転写媒体上の前記画像を定着する定着手段と、
を備え、
前記定着手段が請求項1〜12のいずれか1項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
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