JP5499002B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、定着装置及び画像形成装置に関する。

従来画像形成装置に使用する定着装置として、発熱ローラの軸方向に対して斜め方向に角度を持たせた複数のコアにより励磁コイルの磁束を発熱ローラの長手方向にむら無く誘導し、発熱ローラの長手方向の発熱ムラを軽減する装置がある。

特開２００４−１５７５１３号公報

しかしながら、磁性体コアを斜めに配置するためには、磁性体コアを斜めに成型する必要がある。斜めの磁性体コアを金型で成型しようとすると、金型内で磁性材に均等に荷重が掛からない虞がある。

本発明が解決しようとする課題は、成型性が良く、発熱ローラの発電ムラを軽減する磁性体コアを備えた定着装置及び画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決するために、実施形態の定着装置は、金属導電体を備えるエンドレスの発熱部と、前記金属導電体に誘導電流を発生させる励磁コイルと、前記発熱部の回転軸と平行な線に対して対称形状であってＶ字形状であり、前記励磁コイルの長手方向に複数配置してなる磁性体コアとを備えることを特徴としている。

第１の実施形態の画像形成装置を示す構成図。 第１の実施形態の定着装置を示す説明図。 第１の実施形態の図２と直交方向から見たときのＩＨコイルの平面図。 第１の実施形態のＩＨコイルの長手方向と垂直方向の磁性体コアの断面を示す説明図。 第１の実施形態の磁性体コアを示す斜視図。 第２の実施形態のＩＨコイルを示す平面図。

＜第１の実施形態＞
以下、発明を実施するための一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は画像形成装置１を示す構成図である。画像形成装置１は、カラー画像を出力する装置であり、給紙部１００と、画像形成部１１０と、定着部（定着装置）１２０などを備える。

画像形成装置１の下部には給紙部１００が配置されている。給紙部１００は、記録媒体である印刷用紙などのシートＰが収納された給紙カセット１０１と、シートＰを給紙カセット１００から１枚ずつ送り出す給紙ローラ１０２を有する。

給紙部１００の上部には、画像形成部１１０が配置されている。画像形成部１１０は、感光体ドラム１０a、１０b、１０c、１０d、各感光体ドラム１０a、１０b、１０c、１０dの表面を一様に所定の電位に対応させる帯電装置２０a、２０b、２０c、２０d、感光体ドラム１０a、１０b、１０c、１０d上に形成された静電潜像をトナーによって顕像化する現像装置４０a、４０b、４０c、４０d、各感光体ドラム１０a、１０b、１０c、１０dの表面に顕像化されたトナー像を転写する転写装置５０a、５０b、５０c、５０d、トナー像を転写した後に感光体ドラム１０a、１０b、１０c、１０dに残っている残留トナーを除去するクリーニング装置６０a、６０b、６０c、６０dを有する。各感光体ドラム１０a、１０b、１０c、１０dの周囲には、帯電装置２０a、２０b、２０c、２０dや、現像装置４０a、４０b、４０c、４０d転写装置５０a、５０b、５０c、５０d、クリーニング装置６０a、６０b、６０c、６０dなどが配置され画像形成ステーションを形成している。図中の画像形成ステーションＰa、Ｐb、Ｐc、Ｐdでは、それぞれブラック画像、シアン画像、マゼンタ画像、イエロー画像が形成される。また、画像形成部１１０は、感光体ドラム１０a、１０b、１０c、１０d上に特定色の画像データに対応したレーザービームの走査線を照射する露光装置３０、各感光体ドラム１０a、１０b、１０c、１０d上に顕像化されたトナー像を転写装置５０a、５０b、５０c、５０dによってその表面上に転写される中間転写ベルト７０、転写装置７０の表面上に転写されているトナーをシートＰに転写する２次転写である転写ローラな８０などを有する。露光装置３０から各色に対応する走査線の３０Ｋ（ブラック）、３０Ｃ（シアン）、３０Ｍ（マゼンタ）、３０Ｙ（イエロー）が照射されている。中間転写ベルト７０は、図１上の矢印Ａ方向へ回動する。また、中間転写ベルト７０は、感光体ドラム１０a、１０b、１０c、１０dに形成された各色の単色画像が順次重ねて転写される。

画像形成部１１０の上部には定着装置１２０が配置されている。定着装置１２０については図２以降に詳細に説明をする。

また、給紙部１００から画像形成部１１０を介して定着装置１２０にかけて用紙搬送路９０が設けられている。

このような構成の画像形成装置１において、まず画像形成ステーションＰａの帯電装置２０aおよび露光手段３により感光体ドラム１０a上に画像情報のブラック成分色の潜像が形成される。この潜像は現像装置４０aでブラックトナーを有する現像装置４０aによりブラックトナー像として可視像化され、転写装置５０aにより中間転写ベルト７０上にブラックトナー像として転写される。

ブラックトナー像が中間転写ベルト７０に転写されている間に、画像形成ステーションＰｂではシアン成分色の潜像が形成され、続いて現像装置４０bでシアントナーによるシアントナー像が顕像化される。そして、先の画像ステーションＰａでブラックトナー像の転写が終了した中間転写ベルト７０にシアントナー像が画像ステーションＰｂの転写装置５０bにて転写され、ブラックトナー像と重ね合わせられる。マゼンタトナー像、イエロートナー像についても同様の方法で画像形成が行われる。

中間転写ベルト７０に４色のトナー像の重ね合わせが終了すると、給紙ローラ１０２により給紙カセット１０１から給紙されたシートＰ上に転写ローラ８０によって４色のトナー像が一括転写される。転写されたトナー像は定着装置１２０でシートＰに加熱定着され、シートＰ上にフルカラー画像が形成される。

続いて図２を用いて定着装置１２０について説明する。定着装置１２０は、エンドレスの発熱部である発熱ローラ１３０と、加圧ローラ１６０と、誘導電流発生コイル（以下ＩＨコイルと略称する）２００とを備える。

発熱ローラ１３０は、画像形成装置１の駆動モータによって矢印Ｄ方向に回転駆動される。発熱ローラ１３０は、例えば鉄・ニッケル・クロムの合金である金属導電体によって構成されている。

発熱ローラ１３０の表面には、離型性を付与するために、フッ素樹脂からなる離型層が被覆されている。なお、離型層としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の離型性の良好な樹脂やゴムを単独であるいは混合して用いても良い。発熱ローラ１３０をモノクロ画像の定着用として用いる場合には、離型性のみを確保すればよいが、発熱ローラ１３０をカラー画像の定着用として用いる場合には弾性を付与することが望ましく、その場合にはさらに厚いゴム層を形成する。

加圧ローラ１６０は例えば硬度ＪＩＳＡ６５度のシリコーンゴムによって構成され、２０ｋｇｆの押圧力で発熱ローラ１３０に圧接してニップ部を形成している。この状態で加圧ローラ１６０は発熱ローラ１３０に従動して矢印Ｅ方向に回転する。シートＰは発熱ローラ１３０と加圧ローラ１６０に挟持されて矢印Ｆ方向に搬送される。

ＩＨコイル２００は、発熱ローラ１３０を中心にして、加圧ローラ１６０側とは反対側に配置されて、発熱ローラ１３０の外周の約半周を覆うように配置されている。ＩＨコイル２００は励磁コイル１７０と磁性体コア１７２を含む。磁性体コア１７２は、図２に示す円弧上の一端に突起１７２ａを有し、同円弧上の中央部に突起１７２ｂを有し、同円弧上の他端に突起１７２ｃを有している。

励磁コイル１７０は、表面が絶縁された銅製の線材を多数本束ねた線束を、発熱ローラ１３０の回転軸方向に延伸し、かつ、発熱ローラ１３０の周方向に沿って周回して形成されている。また、励磁コイル１７０は、突起１７２ｂを中心にして巻きまわされている。

磁性体コア１７２は高透磁率かつ低損失のものを用いる。パーマロイのような合金の場合、磁性体コア１７２内の渦電流損失が高周波で大きくなるため、積層構造にしても良い。磁性体コア１７２は励磁コイル１７０の磁場を強化する。突起１７２ａと突起１７２ｂとの間に配置されている励磁コイル１７０と、突起１７２ｂと突起１７２ｃとの間に配置されている励磁コイル１７０の電流の流れる方向は逆になっている。

図３を用いて図２と直交方向から見たＩＨコイル２００について説明をする。図３に示すように、励磁コイル１７０の発熱ローラ１３０とは反対側には磁性体コア１７２が設けられている。磁性体コア１７２は、発熱ローラ１３０の周方向に沿って、発熱ローラ１３０の回転軸Ｒ方向に均等な間隔Ｌ１を空けて複数個配置される。ここで言う均等な間隔Ｌ１とは、例えば断面Ｘ−Ｘ’のように、発熱ローラ１３０の回転軸Ｒ方向と鉛直の向きにランダムに断面をとったとき、いずれの箇所においても磁性体コア１７２の断面がとれる距離のことを意味する。

また磁性体コア１７２は発熱ローラ１３０の回転軸Ｒを対称軸として線対称に配置される。磁性体コア１７２が例えば線Ｑを対称軸とするＶ字型である場合、Ｖ字の開き角度θは、０°＜θ＜１８０°ならば任意の値でよい。

また、磁性体コア１７２の角度θは全ての磁性体コア１７２について同一である必要は無い。例えば変形例として、発熱ローラ１３０の長手方向中央部と両側部とでＶ字の開き角度を変えても良い。

線Ｑ上に配置されている磁性体コア１７２のＶ字の先端の位置は、線Ｑと直交する方向に対して、隣接する一端および他端と同一線上に配置するように配置している。

また図４に示すように、磁性体コア１７２の断面積は発熱ローラ１３０の回転軸Ｒと平行な線Ｑを挟んで等しい。

図５は磁性体コア１７２の斜視図を示している。発熱ローラ１３０の回転軸と並行方向の線Ｑ方向の磁性体コア１７２の幅は、線Ｑと直交する方向の磁性体コア１７２の幅の数倍の幅を有している。

磁性体コア１７２の材料としては例えば、比透磁率が１０００〜３０００、飽和磁束密度が２００〜３００ｍＴ、体積抵抗率が１〜１０Ω・ｍのフェライトが用いられている。尚、磁性体コア１７２の材料としてはフェライトの他、パーマロイを用いることもできる。

これらの磁性体コア１７２は、金型を用いて作成する。金型は、鋳型と押し型とからなる。磁性体コア１７２の成型は、例えばフェライト１７３を鋳型に流し込み、押し型により所定の方向に荷重を加えて行う。磁性体コア１７２は左右対称の形状であるため、フェライト１７３に、均等に荷重を掛けることができる。

これに対して、傾斜した磁性体コアを金型で成型すると、金型内で台形の押し型によりフェライトに加えた押圧方向の荷重が押圧方向と直交する方向の一方の方向に逃げてしまい、フェライト１８３に均等に荷重が掛からない虞が生じる。

ＩＨコイル２００の励磁コイル１７０に高周波電流を印加することによって磁束が発生する。磁束は磁性体コア１７２により発熱ローラ１３０に集中して誘導される。磁束は、発熱ローラ１３０に渦電流を発生させる。渦電流と発熱ローラ１３０の抵抗によりジュール熱を発生し、発熱ローラ１３０は発熱する。

第１の実施形態のように構成された定着装置１２０は、磁性体コア１７２が発熱ローラ１３０の長手方向の全領域に存在することから、発熱ローラ１３０にはその回転軸Ｒ方向に均等にジュール熱を発生し、回転軸Ｒ方向における発熱量のムラが解消される。

また磁性体コア１７２は線対称形状であるため、金型で成型する際に、磁性体コア１７２の加圧面に対して加圧力が均等に掛かる。そのため安定して成型することができ、製造性が向上する。

＜第２の実施形態＞
続いて第２の実施形態について、図６を用いて説明する。第１の実施形態と異なる点は、磁性体コア１７２同士の間隔が、発熱ローラ１３０の長手方向両側部と長手方向中央部とで異なる点である。第１の実施形態と同様の部分については同一の符号を付してその説明は省略する。

磁性体コア１７２は、発熱ローラ１３０の周方向に沿って、発熱ローラ１３０の回転軸Ｒ方向に均等な間隔を空けて複数個配置される。発熱ローラ１３０の長手方向中央部αの磁性体コア１７２同士の間隔をＬ１、発熱ローラ１３０の長手方向両側部βの磁性体コア１７２同士の間隔をＬ２とすると、Ｌ１よりＬ２のほうが大きい。

発熱ローラ１３０の全長部γを例えばＪＩＳ規格Ａ４サイズ縦（２９７ｍｍ）とした場合、発熱ローラ１３０の長手方向中央部αの長さを例えばＪＩＳ規格Ａ４サイズ横（２１０ｍｍ）とする。

第２の実施形態のように構成された定着装置２２０は、磁性体コア１７２が発熱ローラ１３０の長手方向に存在することから、発熱ローラ１３０にはその回転軸方向に均等にジュール熱を発生し、回転軸Ｒ方向に対する発熱量のムラが解消される。

また磁性体コア１７２は線対称形状であるため、金型で成型する際に、磁性体コア１７２の加圧面に対して加圧力が均等に掛かる。そのため安定して成型することができ、製造性が向上する。

また発熱ローラ１３０の長手方向両側部の磁性体コア１７２同士の間隔が、発熱ローラ１３０の長手方向中央部の磁性体コア１７２同士の間隔よりも広くなることにより、例えば小サイズ用紙の連続印刷時、用紙が通過しない長手方向両側部βが高温になることを防止できる。また、磁性体コア１７２の個数を減らすことにより、製造コストを削減することができる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、磁性体コアが線対称形状であるため、金型で安定して成型することができ、製造性が向上する。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。磁性体コアの形状はＶ字型に限らず、Ｕ字型であっても良い。

本発明では発熱ローラ１３０の定義は外周をベルトで構成し内部が中空のものも含む。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１・・・画像形成装置
１１０・・・給紙部
１２０・・・画像形成部
１３０・・・定着部
１２０・・・定着装置
１３０・・・発熱ローラ
１６０・・・加圧ローラ
１７０・・・励磁コイル
１７２・・・磁性体コア
１７２a、１７２b・・・磁性体コア
１７３・・・フェライト

Claims (4)

1. 金属導電体を備えるエンドレスの発熱部と、
   前記金属導電体に誘導電流を発生させる励磁コイルと、
   前記発熱部の回転軸と平行な線に対して対称形状であってＶ字形状であり、前記励磁コイルの長手方向に複数配置してなる磁性体コアと、を備えた定着装置。
2. 前記平行な線と直交する方向に対して、前記磁性体コアの所定の一点と隣接する磁性体コアの一端とが同一線上に配置される、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記励磁コイルの長手方向の側部に配列される前記磁性体コアの間隔が、前記励磁コイルの長手方向中央部に配列される前記磁性体コアの間隔よりも広い、請求項１または請求項２に記載の定着装置。
4. 記録媒体に画像を形成する画像形成部と、
   前記媒体上の画像に接触し、金属導電体を備えるエンドレスの発熱部と、
   前記金属導電体に誘導電流を発生させる励磁コイルと、
   前記発熱部の回転軸と平行な線に対して対称形状であってＶ字形状であり、前記励磁コイルの長手方向に所定の間隔を有して複数配置してなる磁性体コアと、を備えた画像形成装置。

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