JPH0830139A

JPH0830139A - 像加熱装置

Info

Publication number: JPH0830139A
Application number: JP18198494A
Authority: JP
Inventors: Yoji Tomoyuki; 洋二友行; Yasumasa Otsuka; 康正大塚; Manabu Takano; 学高野; Tokuyoshi Abe; 篤義阿部; Kenichi Ogawa; 賢一小川; Daizo Fukuzawa; 大三福沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】本出願に係る第１の発明は、渦電流を利用す
る場合でも、漏れ磁束による温度検知素子の発熱を防止
し、正しい温度制御の可能な像加熱装置を提供すること
を目的としている。【構成】ポリイミド等の樹脂で形成されたフィルム基
材上に、鉄等で形成された導電層を有するフィルム１７
と、該フィルム１７とニップ部を形成するように配設さ
れた加圧ローラ２４と、上記導電層に渦電流を発生せし
める励磁コイル（図示せず）とを備え、上記ニップ部に
おける通紙部の非画像域に、ＮＴＣサーミスタチップを
有する温度検知素子２６を配設し、ＣＰＵ３４にて、該
温度検知素子２６による温度情報を温度検知回路３３を
介して検知しながら、励磁制御回路３５を介して渦電流
の発生を制御し、ニップ部の温度を所定の温度に維持せ
しめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁誘導を利用して渦
電流を発生させて加熱する像加熱装置に関し、特に、電
子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置に用いられ
未定着画像を定着する定着装置に好適な像加熱装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】加熱定着装置に代表される像加熱装置と
しては、従来から熱ローラ方式、フィルム加熱方式等の
接触加熱方式が広く用いられている。このような装置で
は、ハロゲンランプ、または発熱抵抗体に電流を流して
発熱させ、ローラやフィルムを介してトナー像の加熱を
行うのが一般的であったが、特公平５−９０２７号公報
に開示されているように、磁束により定着ローラに渦電
流を発生させ、ジュール熱により発熱させる方式が提案
されている。

【０００３】これは、渦電流の発生を利用することによ
り、発熱位置をトナーに近くすることができ、ハロゲン
ランプを用いた熱ローラ方式に比べウォームアップ時間
の短縮が達成できるためである。

【０００４】また、既に本出願人の出願に係る特願平５
−２５９９７２号にて提案したように、回転体として定
着ローラの代わりにフィルム状の低熱伝導性基材とこの
低熱伝導性基材よりも外側に設けられた導電層とを有す
るものを使用する加熱装置が提案されている。この装置
においては、上記回転体に圧接するように加圧部材を設
け、さらに上記回転体の内部あるいは外部に励磁コイル
を配設し、上記導電層に渦電流を発生させて発熱させ、
上記回転体と加圧部材で形成されるニップにトナー像を
担持した記録材を通過させ、トナー像を加熱している。

【０００５】そのため、定着ローラに渦電流を発生させ
る場合よりも、さらに熱効率を良くすることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、回転体と
して低熱伝導性基材と導電層を有するものを使用した上
記従来例装置においては、この回転体と加圧部材のニッ
プ部に熱の発生を集中させているため、次のような問題
点があった。

【０００７】つまり、ニップ部では１秒当たり数十℃と
いう急激な温度変化が生じ、他の場所ではそれほど大き
な温度変化が生じないため、温度検知素子はニップ部に
近いところに配設する必要があるが、温度検知素子とし
て熱電対のような低抵抗のものを使用すると、漏れ磁束
によって温度検知素子自体が発熱し、正しい加熱装置の
温度制御ができなくなる場合があった。

【０００８】本出願に係る第１の発明は、上記問題点を
解決し、渦電流を利用する場合でも、漏れ磁束による温
度検知素子の発熱を防止し、正しい温度制御の可能な像
加熱装置を提供することを目的としている。

【０００９】また、本出願に係る第２の発明は、上記目
的の他、熱の発生が集中するニップ部における温度検知
が容易な温度検知素子を備えた像加熱装置を提供するこ
とにある。

【００１０】さらに、本出願に係る第３の発明は、上記
目的の他、第２の発明とは別の構成により、熱の発生が
集中するニップ部における温度検知が容易な温度検知素
子を備えた像加熱装置を提供することにある。

【００１１】また、本出願に係る第４の発明は、上記目
的の他、上述のような正確な温度検知ができるだけでな
く、熱効率を低下させることのない像加熱装置を提供す
ることを目的としている。

【００１２】さらに、本出願に係る第５の発明は、上記
目的の他、温度検知素子をニップ部に配設しても、画像
を乱すことのない像加熱装置を提供することを目的とし
ている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本出願に係る第１の発明
によれば、上記目的は、フィルム状の低熱伝導性基材、
及び該低熱伝導性基材の外側に形成された導電層とを有
する回転体と、該回転体に圧接するように配設されたる
加圧部材と、該加圧部材と上記回転体の圧接部位置にお
ける上記導電層に渦電流を発生せしめる励磁コイルと、
該圧接部または圧接部近傍に配設され上記回転体の温度
を検知する温度検知素子とを備え、未定着現像剤像を担
持した記録材を上記圧接部にて加熱しながら挟圧搬送す
ることにより該未定着現像剤像の加熱を行う像加熱装置
において、上記温度検知素子は、固有抵抗が１×１０^-5
Ω・ｃｍ以上であることにより達成される。

【００１４】また、本出願に係る第２の発明によれば、
上記目的は、上記第１の発明において、温度検知素子
は、ＮＴＣサーミスタであることにより達成される。

【００１５】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、上記目的は、上記第１の発明において、温度検知素
子は、ＰＴＣサーミスタであることにより達成される。

【００１６】また、本出願に係る第４の発明によれば、
上記目的は、上記第１の発明ないし第３の発明のいずれ
かにおいて、低熱伝導性基材は、ポリイミド樹脂である
ことにより達成される。

【００１７】さらに、本出願に係る第５の発明によれ
ば、上記目的は、上記第１の発明ないし第４の発明のい
ずれかにおいて、温度検知素子の配設位置は、記録材の
通過領域であって、記録材上の未定着現像剤像が存在し
ない領域に相当する位置であることにより達成される。

【００１８】

【作用】本出願に係る第１の発明によれば、温度検知素
子の固有抵抗は、１×１０^-5Ω・ｃｍ以上なので、磁束
の変化により発熱することがなく、この温度検知素子を
回転体と加圧部材とが形成する圧接部あるいは圧接部近
傍に配設することで、圧接部内の温度変化は正しく検知
される。

【００１９】また、本出願に係る第２の発明によれば、
上記第１の発明において、温度検知素子としてＮＴＣサ
ーミスタを用いたので、固有抵抗は１×１０^-5Ω・ｃｍ
以上であり、圧接部あるいは圧接部近傍における配設が
容易となる。

【００２０】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、上記第１の発明において、温度検知素子としてＰＴ
Ｃサーミスタを用いたので、固有抵抗は１×１０^-5Ω・
ｃｍ以上であり、圧接部あるいは圧接部近傍における配
設が容易となる。

【００２１】また、本出願に係る第４の発明によれば、
上記第１の発明ないし第３の発明のいずれかにおいて、
低熱伝導性基材としてポリイミド樹脂を用いたので、金
属製のローラに渦電流を発生させる場合よりも、さらに
熱効率を向上せしめる。

【００２２】さらに、本出願に係る第５の発明によれ
ば、上記第１の発明ないし第４の発明のいずれかにおい
て、温度検知素子を、記録材の通過領域であって、記録
材上の未定着現像剤像が存在しない領域に相当する位置
に配設したので、記録材上の未定着現像像を乱すことな
く正確な温度検知が行われる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００２４】（第１の実施例）先ず、本発明の第１の実
施例を図１ないし図４に基づいて説明する。図３は本発
明の第１の実施例における像加熱装置として定着装置を
用いた画像形成装置の断面図である。図３において、１
は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以
下、感光ドラムとする）である。該感光ドラム１は矢印
の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもっ
て回転駆動され、その回転過程で１次帯電器２によりマ
イナスの所定の暗電位Ｖ_Dに一様に帯電処理される。

【００２５】３はレーザービームスキャナであり、画像
読取装置、ワードプロセッサ、コンピュータ等のホスト
装置（図示せず）から入力される目的画像情報の時系列
電気ディジタル画素信号に対応して変調されたレーザー
ビームを出力し、上記のように１次帯電器２でマイナス
に一様に帯電された感光ドラム１の表面を該レーザービ
ームで走査露光することにより、露光部分は電位絶対値
が小さくなって明電位Ｖ_Lとなり、回転する感光ドラム
１の表面に目的の画像情報に対応した静電潜像を形成す
る。

【００２６】また、４は現像装置であり、該現像装置４
には、感光ドラム１と対向するように配設され、矢印の
ように反時計方向に回転駆動される現像スリーブ４ａが
備えられている。この現像スリーブ４ａの外周面には、
マイナスの電荷をもったトナーの薄層がコートされてお
り、現像スリーブ４ａに絶対値が感光ドラム１の暗電位
Ｖ_Dよりも小さく、明電位Ｖ_Lよりも大きな現像バイアス
電圧Ｖ_DCを印加することにより、現像スリーブ４ａ上の
トナーを感光ドラム１の明電位Ｖ_Lの部分にのみ転移さ
せ、上記潜像を顕像化（反転現像）する。

【００２７】一方、１５は記録材としての紙であり、該
紙１５は、給紙トレイ１４上に積載セットしておき、給
紙ローラ１３の駆動により１枚ずつ繰り出し給送し、搬
送ガイド１２ａ、レジストローラ対１０、１１、転写ガ
イド８、９を経由して、感光ドラム１と転写部材として
の転写ローラ５のニップ部（転写部）ｎへ、感光ドラム
１の回転と同期どりして適切なタイミングをもって給送
する。従って、この転写ローラ５に、電源（図示せず）
により転写バイアスを印加することにより、上記のよう
に顕像化した感光ドラム１の表面上のトナー像を、上記
のように給送した紙１５の面に順次に転写する。なお、
転写ローラ５の抵抗値は、高湿、低湿いずれの環境にお
いても良好な画像を得るため、１０⁸〜１０⁹Ω・ｃｍ程
度のものが適当である。

【００２８】そして、７は定着装置であり、該定着装置
７は、上記転写部ｎを通過して搬送ガイド１２ｂによっ
て案内された紙１５上の転写トナー像を、加熱すること
により該紙１５上に定着せしめ、画像形成物（プリン
ト）として排紙トレイ１６に出力する。

【００２９】なお、６はクリーニング装置であり、紙１
５が分離された後に感光ドラム１の表面上に残留した転
写残りトナー等を除去し、感光ドラム１の表面を清浄面
化して繰り返して作像が行われるようにしている。

【００３０】次に、上記定着装置７について詳細に説明
する。図２は定着装置７の断面図である。図２におい
て、１７はフィルムであって、ポリイミド、ポリアミド
イミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦ
Ｅ、ＦＥＰ等の樹脂を厚さ１０μｍ〜１００μｍに形成
した低熱伝導性基材としてのフィルム基材１８と、該フ
ィルム基材１８上にＦｅ、Ｃｏやメッキ処理によってＮ
ｉ、Ｃｕ、Ｃｒ等の金属を１μｍ〜１００μｍの厚さで
形成した導電層１９と、最外層としてＰＦＡ、ＰＴＦ
Ｅ、ＦＥＰ、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹
脂を混合ないし単独で被覆した離型層２０とから構成さ
れている。

【００３１】上記フィルム１７の内側には、フィルム１
７の走行を保つためのステー２３が配設されており、該
ステー２３には、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ガラ
ス等で構成された摺擦板２５が、フィルム１７と接触す
る部分に貼り付けられている。該摺擦板２５の表面に
は、グリースまたはオイルを塗布することが好ましく、
下記芯材２２の平滑な面で構成しても良い。

【００３２】また、上記ステー２３は、鉄等で構成され
た芯材２２に巻き付けて構成された励磁コイル２１を支
持しており、後述するように、上記導電層１９に渦電流
を発生させるようになっている。

【００３３】そして、芯材２２上には、安全素子２７が
配設されており、過昇温（暴走）した場合、発火あるい
は発煙を防ぐ役割を果たす。

【００３４】さらに、上記フィルム１７の下方には、加
圧部材としての加圧ローラ２４が配設されており、該加
圧ローラ２４は、芯金２４ａの周囲にシリコーンゴム、
フッ素ゴム等を被覆して構成される。この加圧ローラ２
４は、駆動機構（図示せず）により駆動され、上記フィ
ルム１７は加圧ローラ２４に従動して回転移動するよう
になっている。そして、このフィルム１７と加圧ローラ
２４との間で、記録材１５を挟圧搬送しながら加熱し、
トナー像Ｔを溶融して定着させる。

【００３５】このような構成の本実施例装置において
は、励磁コイル２１には励磁回路から交流電流が印加さ
れ、これによって、励磁コイル２１の周囲に矢印Ｈで示
した磁束が生成消滅を繰り返すようになっている。ま
た、芯材２２はこの磁束Ｈがフィルム１７の導電層１９
を横切るように構成されており、変動する磁界が導電層
１９中を横切るとき、その磁界の変化を防げる磁界を生
じるように矢印Ａ方向に導電層１９中に渦電流Ｉが発生
する。

【００３６】この渦電流Ｉは、表皮効果のために、殆ど
導電層１９の励磁コイル２１側の面に集中して流れ、導
電層１９の表皮抵抗Ｒ_Sに比例した電力で熱を発生させ
る。従って、Ｒ_Sを大きくするか、導電層１９中に流れ
る電流Ｉ_fを大きくすれば、電力を増加させることがで
き、発熱量を増すことが可能となる。

【００３７】つまり、表皮抵抗Ｒ_Sは、角周波数をω、
透磁率をμ、固有抵抗をρとすると、

【００３８】

【数１】Ｒ_S＝ρ／δ＝（ωμρ／２）^1/2

【００３９】で表されるため、表皮抵抗Ｒ_Sを大きくす
るには、角周波数ωを高くするか、透磁率μ、あるいは
固有抵抗ρの高いものを使えば良い。

【００４０】また、電流Ｉ_fを大きくするためには、励
磁コイル２１によって生成される磁束Ｈを強くするか、
あるいは磁束Ｈの変化を大きくすれば良い。この方法と
しては、励磁コイル２１の巻き線数を増すか、励磁コイ
ル２１の芯材２２をフェライトパーマロイといった高透
磁率で残留磁束密度の低いものを用いることが考えられ
る。

【００４１】以上のような励磁コイル２１に印加する交
流電流の周波数は、１０〜５００ｋＨｚが好ましく、１
０ｋＨｚ以上になると導体への吸収効率が良くなり、５
００ｋＨｚまでは安価な素子を用いて励磁回路を組むこ
とができる。また、２０ｋＨｚ以上であれば、可聴域を
超えるため、通電時に音がすることがなく、２００ｋＨ
ｚ以下では励磁回路で生じるロスも少なく、周辺への放
射ノイズも小さい。

【００４２】しかし、１０〜５００ｋＨｚの交流電流を
導電層１９に印加した場合には、表皮深さは数μｍから
数百μｍ程度であるため、導電層１９の厚さを１μｍよ
り小さくすると、殆どの電磁エネルギーが導電層１９で
吸収しきれないためエネルギー効率が悪くなる。また、
漏れた磁界が他の金属部を加熱するという問題も生じ
る。さらに、１００μｍを超えた導電層１９では、フィ
ルムの剛性が高くなり過ぎることと、導電層１９中の熱
伝導によって熱が伝わり、離型層２０が暖まりにくくな
るという問題が生じる。従って、導電層１９の厚みは１
μｍ〜１００μｍが好ましい。

【００４３】次に、本実施例の定着装置における温度検
知素子について説明する。この定着装置では、ニップ部
にある導電層１９だけが発熱し、かつ、昇温スピードの
速い薄膜の定着フィルムを用いているため、フィルム１
７と加圧ローラ２４で形成されているニップ内温度を測
定あるいは予測しながら、励磁コイル２１の電流や電流
周波数を変化させ、導電層１９に生じる渦電流Ｉを制御
する必要が出てくる。

【００４４】そこで、本実施例は、図４に示すように、
温度検知素子２６を、ポリイミド等の耐熱シート３１上
にＮＴＣサーミスタチップ３２（２００℃のとき８ｋ
Ω、Ｂ定数５３００ｋ、クラべ（株）製）を接着させ、
リード線をポリイミドテープにはわせて構成し、図１に
示すように、通紙時に通紙部非画像域に当たる位置に、
上記ＮＴＣサーミスタチップ３２がフィルム１７と当接
するように配設した。このような温度検知素子２６を用
いることで、通紙部非画像域に当たるニップ部内に挟
み、固定しても、トナー像の定着性に影響を及ぼすまで
の加圧力の変化はないため、画像を乱すことなく、ニッ
プ部内の温度が測定できる。

【００４５】しかし、ニップ内に配する温度検知素子２
６は、０℃〜３００℃まで測定でき、かつ、このとき温
度検知素子２６のもつ固有抵抗が、１×１０^-5Ω・ｃｍ
以上のものでなければならない。なぜなら、固有抵抗が
１×１０^-5Ω・ｃｍ以下のものであれば、磁場の変化に
よって、温度検知素子自身が発熱し、正確なニップ部の
温度を測定できなくなるからである。

【００４６】そこで、本実施例では、上述のようにＮＴ
Ｃサーミスタチップ３２を使用することで、温度検知素
子自身の発熱を防ぎ、ニップ部の正確な温度を測定する
ことができる。

【００４７】そして、図１に示すように、温度検知回路
３３を介して上記ＮＴＣサーミスタチップ３２からの温
度情報をＣＰＵ３４に入力し、該ＣＰＵ３４により、こ
の検知温度に基づき励磁制御回路３５を介して励磁コイ
ル２１に印加している交流電流を変化させ、ニップ部の
温度が一定（本実施例では１６０℃）になるように、制
御を行った。こうすることで、自己発熱をするような温
度検知素子では、１４５℃〜１７０℃までニップ温度が
ばらついたのに比べ、本実施例においては、ニップ部の
温度は所望の温度１６０℃に±５℃内に制御することが
できた。

【００４８】また、本実施例では励磁回路により、交流
電流を変化させたが、交流電圧を変化させても良く、ま
たこれらのデューティ比を変化させても良い。また、温
度検知素子２６を配する位置としては、ニップ部内の温
度が正確に予測できればよく、定着装置を形成している
フィルム１７内外面や加圧ローラ２４、励磁コイル２
１、ステー２３に当接しても良い。

【００４９】（第２の実施例）次に、本発明の第２の実
施例について説明する。なお、第１の実施例との共通箇
所には同一符号を付して説明を省略する。

【００５０】上記実施例では、温度検知素子として、Ｎ
ＴＣサーミスタチップ３２を用いたが、固有抵抗が１×
１０^-5Ω・ｃｍ以上のものであれば良く、例えばＰＴＣ
サーミスタチップを用いても良い。

【００５１】

【発明の効果】以上説明した通り、本出願に係る第１の
発明によれば、温度検知素子の固有抵抗を、１×１０^-5
Ω・ｃｍ以上としたので、渦電流を利用して加熱を行う
場合でも、温度検知素子自体の発熱を防ぐことができ、
回転体の加圧部材の圧接部内の温度変化を正確に検知す
ることができ。また、それに応じて励磁コイルに印加す
る交流電圧・電流及びそのデューティー比等を変えるこ
とで、圧接部内の所望の温度に対してばらつきなく、か
つ、リップルを小さくして制御が可能となるため、熱効
率が良く、他の部品の昇温を防ぎ、かつ安定して良好な
画像が得られる像加熱装置が提供できる。

【００５２】また、本出願に係る第２の発明によれば、
上記第１の発明において、温度検知素子としてＮＴＣサ
ーミスタを用いたので、温度検知素子自体の発熱を防
ぎ、圧接部あるいは圧接部近傍に容易に配設することが
でき、圧接部に発熱が集中する像加熱装置において正確
な温度を検知を行うことができる。

【００５３】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、上記第１の発明において、温度検知素子としてＰＴ
Ｃサーミスタを用いたので、温度検知素子自体の発熱を
防ぎ、圧接部あるいは圧接部近傍に容易に配設すること
ができ、圧接部に発熱が集中する像加熱装置において正
確な温度を検知を行うことができる。

【００５４】また、本出願に係る第４の発明によれば、
上記第１の発明ないし第３の発明のいずれかにおいて、
低熱伝導性基材としてポリイミド樹脂を用いたので、金
属製のローラに渦電流を発生させる場合よりも、さらに
熱効率を向上させることができる。

【００５５】さらに、本出願に係る第５の発明によれ
ば、上記第１の発明ないし第４の発明のいずれかにおい
て、温度検知素子を、記録材の通過領域であって、記録
材上の未定着現像剤像が存在しない領域に相当する位置
に配設したので、記録材上の未定着現像像を乱すことな
く正確な温度検知を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における像加熱装置の温
度検知素子を説明するための概略図である。

【図２】図１装置の断面図である。

【図３】図１装置を用いた画像形成装置の断面図であ
る。

【図４】図１装置の温度検知素子の概略構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１７フィルム（回転体）１８フィルム基材（低熱伝導性基材）１９導電層２１励磁コイル２４加圧ローラ（加圧部材）２６温度検知素子３２ＮＴＣサーミスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者阿部篤義東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者小川賢一東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者福沢大三東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィルム状の低熱伝導性基材、及び該低
熱伝導性基材の外側に形成された導電層とを有する回転
体と、該回転体に圧接するように配設されたる加圧部材
と、該加圧部材と上記回転体の圧接部位置における上記
導電層に渦電流を発生せしめる励磁コイルと、該圧接部
または圧接部近傍に配設され上記回転体の温度を検知す
る温度検知素子とを備え、未定着現像剤像を担持した記
録材を上記圧接部にて加熱しながら挟圧搬送することに
より該未定着現像剤像の加熱を行う像加熱装置におい
て、上記温度検知素子は、固有抵抗が１×１０^-5Ω・ｃ
ｍ以上であることを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】温度検知素子は、ＮＴＣサーミスタであ
ることとする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項３】温度検知素子は、ＰＴＣサーミスタであ
ることとする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項４】低熱伝導性基材は、ポリイミド樹脂であ
ることとする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
の像加熱装置。
【請求項５】温度検知素子の配設位置は、記録材の通
過領域であって、記録材上の未定着現像剤像が存在しな
い領域に相当する位置であることとする請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載の像加熱装置。