JP6366265B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置に関する。

近年、定着装置の熱容量を抑えるために、筒状のベルトを用いた定着装置が増えてきている。また、ベルトの昇温速度を高めるため電磁誘導加熱方式を採用した装置もある。特許文献１には、ベルトを用いた電磁誘導加熱方式の定着装置が記載されている。

特開２０１１−１５４２３２号公報

ベルトを用いた定着装置では、定着ニップ部を形成するために、ステーをベルトの内部に配置する必要がある。ステーは剛性を有する必要があるため、通常、金属製である。

しかしながら、螺旋状のコイルの内部は磁束が集中する。特許文献１のようにコイルの内部にステーを配置すると、コイルの内部に集中する磁束によりステーに渦電流が生じてステーが発熱してしまう。

本発明の目的は、ベルト内部に配置する金属製のステーの発熱を抑えられる電磁誘導加熱方式の定着装置を提供することである。

上述の課題を解決するための本発明は、導電層を有する筒状のベルトと、前記ベルトの内部に配置され、螺旋軸が前記ベルトの母線方向と略平行である螺旋形状部を有し、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、前記螺旋形状部の中に配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するためのコアと、前記ベルトの外面に接触し前記ベルトとの間に定着ニップ部を形成するローラと、前記ベルトの内部に配置されている金属製のステーと、を有し、画像が形成された記録材を前記定着ニップ部で加熱し画像を記録材に定着する定着装置において、前記ステーと前記ベルトの間に前記ベルトの内面と接触する樹脂製の摺動部材を有し、前記ステーは加圧力を受けて前記摺動部材を前記ローラに向って押圧しており、前記定着装置を前記定着装置の長手方向の一端側から見た時の前記定着ニップ部は、前記摺動部材と前記ローラで挟まれた領域のみで形成されており、前記ベルトと前記ステーは非接触に配置されており、前記定着装置を前記定着装置の長手方向の一端側から見た時に、前記ステーは前記コイルの外に配置されており、前記コイルの周囲で電気的にループを形成しない形状であることを特徴とする。

本発明によれば、ベルト内部に配置する金属製のステーの発熱を抑えられる電磁誘導加熱方式の定着装置を提供できる。

実施例１の定着装置の斜視図 実施例１の定着装置の断面図 実施例１の定着装置の端部の部品構成図 実施例２の定着装置の断面図 実施例３の定着装置の斜視図 実施例３の定着装置の断面図

（実施例１）
図１は実施例１の定着装置の斜視図、図２は図１中のＥ−Ｅラインにおける断面図、図３は定着装置の長手方向端部の斜視図である。１は導電層を有する筒状の定着ベルト、２はベルト１の外面に接触しベルト１との間に定着ニップ部を形成する加圧ローラである。４はベルトの内部に配置され、螺旋軸がベルトの母線方向と略平行である螺旋形状部を有し、ベルトの導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルである。３はコイルの螺旋形状部の中に配置され、交番磁界の磁力線を誘導するためのコア、５はベルトの内部に配置されている金属製のステーである。

定着ベルト１は、厚さ２０μｍ〜５０μｍのＮｉ、ＳＵＳ（ステンレス）等の金属を材質とする導電層、導電層の周りに形成されたシリコーンゴム等を材質とする弾性層、弾性層の周りに形成されたフッ素樹脂等を材質とする離型層を有する。ベルト１の両端部にはフランジ６がベルト端面に対向して配置されており、ベルトの母線方向への寄り移動を規制している。フランジ６はベルトの内面に対向する部分も有し、ベルトの回転をガイドする機能も有する。フランジ６は、ステー５に対して位置決めされステー５に固定されている。

加圧ローラ２は例えばφ１４ｍｍのアルミあるいは鉄製の芯金の周りに、シリコーンゴム等を材質とする弾性層とフッ素樹脂等を材質とする離型層を積層したものである。加圧ローラ２は定着装置のフレーム７に軸受８を介し回転自在に支持されるとともに、画像形成装置本体に設けられたモータ（不図示）により図１中の矢印Ｆ方向に駆動されている。

磁性コア３は、例えば焼成フェライト、フェライト樹脂、非晶質合金（アモルファス合金）、パーマロイ等の、高透磁率の酸化物や合金で構成される強磁性体である。また、好ましくは、定着ベルト１の内部に収納可能な範囲で極力断面積を大きくとることがよい。形状は円柱形状に限定されず、角柱形状なども選択できる。本例における磁性コア３は、定着ベルト１の内部に配置されている部分と、定着ベルトの外部に配置されている部分と、これらを繋ぐ中継部分（中継コア３ａ）、を有する。したがって、コア３は、ベルトの一端部を出てベルトの外部を通り、ベルトの他端から再びベルトの内部に戻る閉磁路を形成している。磁性コア３はコア保持部材９に保持されている。コア保持部材９は後述するステー５に保持されている。

励磁コイル４は、例えば細い線材を撚り合わせたリッツ線等により形成され、定着ベルト１の回転軸方向に挿通された磁性コア３に対し、定着ベルト１の回転軸と交差する方向に所定間隔で巻き回されて螺旋形状部を形成している。なお、磁性コア３と励磁コイル４の間には耐熱樹脂等の絶縁部材（不図示）が介在している。

ステー５は、板厚１ｍｍ〜２ｍｍの鉄やＳＵＳ、あるいはアルミ等の板材を曲げて形成されている。本例におけるステー５は、励磁コイル４を囲むように配置されるとともに、断面が略Ｕ字形状をなして、定着ベルト１の周方向で電気的に絶縁されている。即ち、図１〜３に示すように、ステーはコイルの外に配置されており、コイルの周囲でループを形成しない形状である。また、定着ニップ部Ｎに対向する面には、例えばＰＦＡやポリイミド等の絶縁・耐熱性を有する摺動層が設けられている。図３に示すように、ステー５はフレーム７に設けられた開口部に嵌り合い、フレーム７に装着される。

以上のような構成において、ステー５の両端に図１中の矢印Ｇ方向に、約１９６Ｎの加圧力が付与される。これにより、定着ベルト１および加圧ローラ２の外周面が圧接され、約０．１ＭＰａの圧力が均一に作用する定着ニップ部Ｎが形成される。先述したように加圧ローラ２が図中Ｆ方向に駆動されると、定着ベルト１は定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ２外周面との摩擦力により、加圧ローラ２に従動回転する。

励磁コイル４の両端に設けられたコイル端子４ａおよび４ｂには、不図示の高周波電源から高周波電流が供給される。これにより交番磁束が発生する。この交番磁束は透磁率の高い磁性コア３に集中するので、定着ベルト１に設けられた金属基層には、交番磁束を打ち消す磁束を形成するように電流が誘導される。この誘導電流はベルトの回転方向に流れ、金属基層の固有電気抵抗と誘導電流により定着ベルト１がジュール発熱する。

定着ベルト１が所望の温度に達した後、未定着画像が形成された記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに送られる。未定着画像が形成された記録材は定着ニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、画像は記録材に定着される。

上述したように、ステー５は、磁束の大部分（主磁束）が導かれるコイル４の内部ではなく、コイルの外に配置されており、且つ、コイル４の周囲で電気的にループを形成していない形状（本例では断面がＵ字形状）である。ステー５がコイル４の外に配置されているので、コアに拘束される主磁束がステーを通らない。また、交番磁束を打ち消す磁束を形成するように誘導される電流は、ベルト１の回転方向に発生するが、ステー５はループ形状を形成していないので、ステー５にベルト回転方向と同じ方向の誘導電流は発生しない。これらの条件を満たすので、ステー５が磁性金属であってもステーに誘導される電流を抑えることができ、ステーの発熱を抑えることができる。

ステー５の発熱を抑えられる構成なので、ステー５の板厚や大きさの設計自由度が向上する。したがって、所望の定着ニップ部を形成するのに必要な剛性を有するステーを使用することができる。更に、コイル４を囲むようにステー５を配置しているため、ベルト１を小径化して定着装置の加熱効率を向上させることが可能である。

（実施例２）
実施例２の定着装置の断面図を図４に示す。尚、実施例１と同様な構成要素については実施例１と同じ符号を付してここではその詳細な説明を省略する。

本例のステー１０は、ステー２１およびステーに２２より構成されている。ステー２１とステー２２の間には例えばＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）等の絶縁・耐熱樹脂製のスペーサ（絶縁部材）２３が介在する。このスペーサによりステー２１とステー２２は電気的に絶縁されている。即ち、ステー１０は、スペーサ２３で電気的に絶縁された複数の金属部材２１及び２２で構成されている。換言すると、電気的にループを形成しないように少なくとも一部で絶縁された複数の金属部材で構成されている。これにより、ステー１０にベルト回転方向の電流が誘導されるのを防止しつつ、ステー１０の断面二次モーメントが大きくなり、ステー１０の曲げ剛性を向上させることができる。

ステー１０と定着ベルト１内面との間には、摺動板２４が設けられている。摺動板２４は例えばＬＣＰ、ＰＰＳ等の耐熱性樹脂で形成され、定着ベルト１内面と摺動する面にはＰＦＡやＰＴＦＥ等の離型層が施されている。また定着ニップ部の形状が、ステー１０方向に凸形状となるよう、摺動面はステー１０方向に凹形状となっている。

以上のように、ステーが絶縁部材を介し複数部品で構成できることから、形状の自由度が増し、所望の曲げ剛性を有するステーを使用することが可能になる。また、定着ニップの形状がステー方向に凸形状になっているため、定着ニップ通過後の記録材は凸形状に沿う形で加圧ローラ側に向かうよう排出される。即ち、記録材が定着ベルトから分離しやすくなり、溶融トナーの粘着力による定着ベルトへの巻き付ＪＡＭ等が軽減される。

（実施例３）
図４は実施例３の定着装置の斜視図、図５は断面図である。尚、実施例１と同様な構成要素については実施例１と同じ符号を付してここではその詳細な説明を省略する。

３１は定着ベルト１に挿通された棒状の磁性コア、３２は定着ニップ部Ｎ側に開口した断面が略Ｕ字形状の金属製のステーである。ステー３２は加圧力を図中Ｈ方向に受けて、耐熱樹脂製であり電気的に絶縁性の摺動部材３３を加圧ローラ２側へ押圧している。摺動部材３３は、ベルト１を介してローラ２と共に定着ニップ部を形成する。コア３１は有端形状であり、ベルト１の両端から突出している。３４はコア３１に巻き回されたコイルである。本例は棒状のコア３１を用いた開磁路構成を例示している。コア３１はコア保持部材９に保持されており、コア保持部材９は摺動部材３３に保持されている。本例も、ステー３２は、コイル３４の外に配置されており、電気的に絶縁性の摺動部材３３によってコイル３４の周囲で電気的にループを形成しないようになっている。また、ステー３２と摺動部材３３でコイル３４の周囲を囲んでいる。

一般的に、磁性コア３１に導かれる交番磁束は、磁性コア３１と空気の透磁率差に起因し、磁性コア端部から空気中へ放散しにくいことが知られている。従って磁性コア３１の長手方向端部では、定着ベルト１の半径方向に放散する磁束が増加し、定着ベルト１の回転軸方向の磁束が減少し、その結果、定着ベルト１の端部における発熱量が減少する。本例では、棒状磁性コア３１を定着ベルト１より十分長くし、その端部を定着ベルト１端部より２０〜５０ｍｍ突出させている。また、磁性コア３１の端部に近づくにつれ、励磁コイル３４の巻きピッチを密にして、磁性コア３１端部に於ける起磁力を増し、上述した定着ベルト１の発熱量減少を回避している。

本例には実施例１および２と同様の効果がある他、棒状磁性コアを用いることにより定着装置の構成が簡易化され、組み立てに要する製造費が削減できるとともに、定着装置の更なる小型化が可能となる。

１ 定着ベルト
３ 磁性コア
４ 励磁コイル
５ ステー

Claims (7)

1. 導電層を有する筒状のベルトと、
   前記ベルトの内部に配置され、螺旋軸が前記ベルトの母線方向と略平行である螺旋形状部を有し、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、
   前記螺旋形状部の中に配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するためのコアと、
   前記ベルトの外面に接触し前記ベルトとの間に定着ニップ部を形成するローラと、
   前記ベルトの内部に配置されている金属製のステーと、
   を有し、画像が形成された記録材を前記定着ニップ部で加熱し画像を記録材に定着する定着装置において、
   前記ステーと前記ベルトの間に前記ベルトの内面と接触する樹脂製の摺動部材を有し、
   前記ステーは加圧力を受けて前記摺動部材を前記ローラに向って押圧しており、
   前記定着装置を前記定着装置の長手方向の一端側から見た時の前記定着ニップ部は、前記摺動部材と前記ローラで挟まれた領域のみで形成されており、
   前記ベルトと前記ステーは非接触に配置されており、
   前記定着装置を前記定着装置の長手方向の一端側から見た時に、前記ステーは前記コイルの外に配置されており、前記コイルの周囲で電気的にループを形成しない形状であることを特徴とする定着装置。
2. 前記定着装置を前記定着装置の長手方向の一端側から見た時に、前記ステーは断面がＵ字形状であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記ステーと前記摺動部材で前記コイルの周囲を囲んでいることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記ステーは、電気的にループを形成しないように少なくとも一部で絶縁された複数の金属部材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。
5. 前記ステーを構成する複数の金属部材の間には絶縁部材が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記コアは、前記ベルトの一端部を出て前記ベルトの外部を通り、前記ベルトの他端から再び前記ベルトの内部に戻る閉磁路を形成していることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の定着装置。
7. 前記コアは有端形状であり、前記ベルトの両端から突出していることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の定着装置。

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