JPH09319242A - 像加熱装置 - Google Patents

像加熱装置

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JPH09319242A
JPH09319242A JP9016485A JP1648597A JPH09319242A JP H09319242 A JPH09319242 A JP H09319242A JP 9016485 A JP9016485 A JP 9016485A JP 1648597 A JP1648597 A JP 1648597A JP H09319242 A JPH09319242 A JP H09319242A
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秀夫 七瀧
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耕一 谷川
Tokuyoshi Abe
篤義 阿部
Tetsuya Sano
哲也 佐野
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    • G03G15/2014Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat using contact heat
    • G03G15/2053Structural details of heat elements, e.g. structure of roller or belt, eddy current, induction heating
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    • H05B6/10Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁誘導によりフィルムを発熱させる像加熱
装置において、フィルムの昇温立上り及び像加熱に寄与
する熱効率を向上しつつフィルムと支持部材の摺擦によ
る摩耗劣化を防止する。 【解決手段】 フィルム2と支持部材3との間に滑り部
材8aを設け、フィルム2が滑り部材8aと摺動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は複写機及びプリンタ
ー等に適用される像加熱装置に関し、特に電磁誘導を利
用してフィルムを発熱させる装置に関する。
【0002】
【従来の技術】実開昭51−109737号公報には、
磁束により定着ローラに電流を誘導させてジュール熱に
よって発熱させる誘導加熱定着装置が開示されている。
これは、誘導電流の発生を利用することで直接定着ロー
ラを発熱させることができて、ハロゲンランプを用いた
熱ローラよりも高効率の定着プロセスを達成している。
【0003】この実開昭51−109737号公報に開
示されている電磁誘導加熱方式の装置では、励磁コイル
により発生した交番磁束のエネルギーが定着ローラ全体
の昇温に使われるため放熱損失が大きく、投入エネルギ
ーに対する定着エネルギーの密度が低く効率が悪いとい
う欠点があった。
【0004】この種の電磁誘導加熱方式の装置につい
て、上記欠点に鑑み、誘導加熱部を定着ニップ部近傍に
片寄らせて、発熱体として熱容量の低い円筒フィルム状
の抵抗体(磁性体、導電体:電磁誘導発熱性部材)、例
えばニッケル電鋳フィルムを用いることによって定着に
作用する熱エネルギーを高密度で得る方法が考案され
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この定
着装置においても新たな問題が発生した。すなわち、上
記円筒フィルムを発熱体として用いる場合は、定着に必
要な加圧力に堪える強度を得るために上記円筒フィルム
を内側から支える支持部材を必要とし、円筒フィルムの
内面はこの支持部材と摺擦するために、回転駆動トルク
が大きくなる上に摩耗や劣化が発生しやすいという不具
合が発生した。
【0006】特に上述したニッケル等の金属層が円筒フ
ィルムの内表面にあると、この金属層と支持部材が摺擦
し、摩耗はより発生し易いものであった。
【0007】この問題に対処するために上記円筒フィル
ム内面に樹脂層を設けて耐摩耗性を上げることもできる
が、定着オフセットを防止するために上記円筒フィルム
の表層にはフッ素樹脂等からなる離型層を形成するのが
一般的で、この対策は発熱体である抵抗体層(金属層)
を挟む形でその表裏に均質な円筒状樹脂層を設ける必要
がある。しかしこのような形態の円筒フィルムは製造コ
ストが高く、またフィルムの熱容量が大きくなり立ち上
げに時間がかかったり、更に内面の樹脂層は抵抗体層と
共に移動するため樹脂層に蓄えられた熱エネルギーが像
加熱に寄与する割合が低くなり熱効率が悪くなるという
問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、導電部を有するフィルムと、このフィルム
を支持する支持部材と、磁束を発生する磁束発生手段
と、を有し、前記磁束発生手段により発生する磁束によ
り前記フィルムに渦電流を発生させ、この渦電流により
発生するフィルムの熱により記録材上の画像を加熱する
像加熱装置において、前記フィルムと前記支持部材の間
に設けられた滑り部材を有し、前記フィルムは前記滑り
部材と摺動することを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下図面に基づき本発明の実施の
形態について説明する。
【0010】図5は本発明の実施の形態である像加熱装
置(定着装置)を具備させた画像形成装置の一例の概略
構成図である。本例の画像形成装置は電子写真4色カラ
ープリンタである。
【0011】まず本装置について説明する。
【0012】101は有機感光体やアモルファスシリコ
ンでできた電子写真感光体ドラム(像担持体)であり、
矢示の時計方向に所定のプロセススピード(周速度)で
回転駆動される。
【0013】感光体ドラム101はその回転過程で帯電
ローラ等の帯電装置102で所定の極性・電位の一様な
帯電処理を受ける。
【0014】次いでその帯電処理面にレーザスキャナー
110から出力されるレーザ光103による、目的の画
像情報の走査露光処理を受ける。レーザスキャナー11
0は不図示の画像読取装置等の画像信号発生装置からの
目的画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して
変調(オン/オフ)したレーザ光103を出力して回転
感光体ドラム面を走査露光するもので、この走査露光に
より回転感光体ドラム101面に走査露光した目的画像
情報に対応した静電潜像が形成される。109はレーザ
スキャナー110からの出力レーザ光を感光体ドラム1
01の露光位置に偏向させるミラーである。
【0015】フルカラー画像形成の場合は、目的のフル
カラー画像の第1の色分解成分画像、例えばイエロー成
分画像についての走査露光・潜像形成がなされ、その潜
像が4色カラー現像装置104のうちのイエロー現像器
104Yの作動でイエロートナー画像として現像され
る。そのイエロートナー画像は感光体ドラム101と中
間転写体ドラム105との接触部(或は近接部)である
一次転写部T1において中間転写体ドラム105の面に
転写される。中間転写体ドラム105面に対するトナー
画像転写後の回転感光体ドラム101面はクリーナ10
7により転写残りトナー等の付着残留物の除去を受けて
清掃される。
【0016】上記のような帯電・走査露光・現像・一次
転写・清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画
像の、第2の色分解成分画像(例えばマゼンタ成分画
像、マゼンタ現像器104Mが作動)、第3の色分解成
分画像(例えばシアン成分画像、シアン現像器104C
が作動)、第4の色分解成分画像(例えば黒成分画像、
黒現像器104BKが作動)の各色分解成分画像につい
て順次に実行され、中間転写体ドラム105面にイエロ
ートナー画像・マゼンタトナー画像・シアントナー画像
・黒トナー画像の都合4色のトナー画像が順次重ねて転
写されて、目的のフルカラー画像に対応したカラートナ
ー画像が合成形成される。
【0017】中間転写体ドラム105は、金属ドラム上
に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有するもので、感光
体ドラム101に接触して或は近接して感光体ドラム1
01と略同じ周速度で矢示の反時計方向に回転駆動さ
れ、中間転写体ドラム105の金属ドラムにバイアス電
位を与えて感光体ドラム101との電位差で感光体ドラ
ム101側のトナー画像を該中間転写体ドラム105面
側に転写させる。
【0018】上記の回転中間転写体ドラム105面に合
成形成されたカラートナー画像は、該回転中間転写体ド
ラム105と転写ローラ106との接触ニップ部である
二次転写部T2において、該二次転写部T2に不図示の
給紙部から所定のタイミングで送り込まれた記録材Pの
面に転写されていく。転写ローラ106は記録材Pの背
面からトナーと逆極性の電荷を供給することで中間転写
体ドラム105面側から記録材P側へ合成カラートナー
画像を順次に一括転写する。
【0019】二次転写部T2を通過した記録材Pは中間
転写体ドラム105の面から分離されて、電磁誘導加熱
方式の定着装置100へ導入され、未定着トナー画像の
加熱定着処理を受けてカラー画像形成物として機外の不
図示の排紙トレーに排出される。
【0020】記録材Pに対するカラートナー画像転写後
の回転中間転写体ドラム105はクリーナ108により
転写残りトナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清
掃される。このクリーナ108は常時は中間転写体ドラ
ム105に非接触状態に保持されており、中間転写体ド
ラム105から記録材Pに対するカラートナー画像の二
次転写実行過程において中間転写体ドラム105に接触
状態に保持される。
【0021】また転写ローラ106も常時は中間転写体
ドラム105に非接触状態に保持されており、中間転写
体ドラム105から記録材Pに対するカラートナー画像
の二次転写実行過程において中間転写体ドラム105に
記録材Pを介して接触状態に保持される。
【0022】白黒画像などモノカラー画像のプリントモ
ードも実行できる。また両面画像プリントモード、或は
多重画像プリントモードも実行できる。
【0023】両面画像プリントモードの場合は、定着装
置100を出た1面目画像プリント済みの記録材Pは不
図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されて再び二次
転写部T2へ送り込まれて2面に対するトナー画像転写
を受け、再度、定着装置100に導入されて2面に対す
るトナー画像の定着処理を受けることで両面画像プリン
トが出力される。
【0024】多重画像プリントモードの場合は、定着装
置100を出た1回目画像プリント済みの記録材Pは不
図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されずに再び二
次転写部T2へ送り込まれて1回目画像プリント済みの
面に2回目のトナー画像転写を受け、再度、定着装置1
00に導入されて2回目のトナー画像の定着処理を受け
ることで多重画像プリントが出力される。
【0025】次に本発明の実施の形態である像加熱装置
について説明する。
【0026】図1は本発明に従う電磁誘導加熱方式の加
熱装置としての画像加熱定着装置の概略構成を示す横断
面模型図である。
【0027】1)装置構成の概略と定着動作 1は定着フィルムアセンブリであり、回転加熱部材とし
ての円筒フィルム状抵抗体2(以下、定着フィルムと記
す)、この円筒状の定着フィルム2を内側から支持する
円筒状のフィルム支持部材3(以下、フィルムガイドと
記す)、この円筒状のフィルムガイド3の内側に配設し
た磁界発生手段(磁束発生手段)としての、交番磁束を
発生する励磁コイル4とコア5、等からなる。円筒状の
定着フィルム2は円筒状のフィルムガイド3にルーズに
外嵌させてある。上記の定着フィルムアセンブリ1はフ
ィルムガイド3の両端側を装置の手前側と奥側の側板間
に保持させて配設してある。
【0028】6はback−up memberである
加圧回転部材としての弾性加圧ローラであり、芯金6a
と、該芯金回りに同心一体に形成した厚さ2mmのシリ
コーンゴム層6bからなり、定着フィルムアセンブリ1
の下側において装置の手前側と奥側の側板間に定着フィ
ルムアセンブリ1と略並行にして軸受け保持させ、かつ
定着フィルムアセンブリ1のフィルムガイド3の下面に
定着フィルム2を挟ませて所定の押圧力をもって所定幅
の定着ニップ部Nを形成させて圧接させてある。
【0029】この加圧ローラ6は駆動源Mから駆動伝達
系を介して駆動が伝達されて矢示の反時計方向に所定の
周速度で回転駆動される(加圧ローラ駆動式)。この加
圧ローラ6の回転駆動に伴い、定着フィルムアセンブリ
1と加圧ローラ6との圧接部である定着ニップ部Nにお
いて、定着フィルムアセンブリ1のフィルムガイド3に
ルーズに外嵌させてある円筒状の定着フィルム2に対し
て回転加圧ローラ6と定着フィルム2の外面との摩擦力
で円筒状の定着フィルム2に回転力が作用して該円筒状
の定着フィルム2がフィルムガイド3の外回りを定着ニ
ップ部Nにおいてフィルムガイド3の下面に対して内面
が密着摺動しながら矢示の時計方向に加圧ローラ6の回
転周速度にほぼ対応した周速度をもって回転状態にな
る。
【0030】7は励磁コイル4に対して交番電流(高周
波電流)を通電する励磁回路である。該励磁回路7は8
0KHzの交番電流を励磁コイル4へ供給できるように
なっている。
【0031】励磁コイル4は励磁回路7から供給される
交番電流によって交番磁束を発生する。その交番磁束は
定着ニップ部Nの位置に対応しているコア5により定着
ニップ部N近傍に集中して分布する。図4のように交番
磁束aは定着フィルム2の後述する発熱層としての抵抗
体層2aに渦電流bを発生させる。この渦電流bは抵抗
体層2aの固有抵抗によって抵抗体層2aにジュール熱
を発生させる。即ち定着フィルム2が電磁誘導発熱す
る。この定着フィルム2の電磁誘導発熱は交番磁束を集
中して分布させた定着ニップ部N近傍において集中的に
生じて定着ニップ部Nが高効率に加熱される。この定着
ニップ部Nの温度は、不図示の温度検知手段を含む温調
系により励磁コイル4に対する電流供給が制御されるこ
とで所定の温度が維持されるように温調される。
【0032】本例においては、励磁コイル4を定着ニッ
プ部N近傍に集中して分布させることによって、発生磁
界を定着フィルム2の抵抗体層2aの所望の加熱域にお
いて通すことが可能であり、効率の高い定着装置を実現
できる。
【0033】而して、加圧ローラ6が回転駆動され、そ
れに伴って円筒状の定着フィルム2がフィルムガイド3
の外回りを回転し、励磁回路7から励磁コイル4への給
電により上記のように定着フィルム2の電磁誘導発熱が
なされて定着ニップ部Nが所定の温度に立ち上がって温
調された状態において、画像形成手段部から搬送された
未定着トナー画像tが形成された記録材Pが定着ニップ
部Nの定着フィルム2と加圧ローラ6との間に画像面が
上向き、即ち定着フィルム面に対向して導入され、定着
ニップ部Nにおいて画像面が定着フィルム2の外面に密
着して定着フィルム2と一緒に定着ニップ部Nを挟持搬
送されていく。この定着ニップ部Nを定着フィルム2と
一緒に記録材Pが挟持搬送されていく過程において定着
フィルム2の電磁誘導発熱で加熱されて記録材P上の未
定着トナー画像tが加熱定着される。記録材Pは定着ニ
ップ部Nを通過すると回転定着フィルム2の外面から分
離して排出搬送されていく。
【0034】2)フィルムガイド3と滑り部材8a フィルムガイド3は内部に磁界発生手段としての励磁コ
イル4とコア5を保持するとともに、これに外嵌させた
円筒状の定着フィルム2を保持して該フィルム2の回転
時の搬送安定性を図る役目をする。このフィルムガイド
3は磁束の通過を妨げない絶縁性の部材であり、高い加
重に堪えられる材料を用いることが好ましく、PPSや
PEEKやフェノール樹脂等が好ましい。
【0035】前述したように、回転加熱部材としての定
着フィルム2の内面(抵抗体層2aの内面)は、該定着
フィルム2の支持部材としてのフィルムガイド3と摺擦
するために、回転駆動トルクが大きくなる上に摩耗や劣
化が発生しやすい。
【0036】そこで本例では図2の部分拡大模型図のよ
うに、このフィルムガイド3の外面に、定着フィルム2
の内面即ち抵抗層2aに対して摺動面を持つ滑り部材
(摺擦層)8aを具備させ、この滑り部材8aを介して
円筒状定着フィルム2をフィルムガイド3に支持させる
ことで、定着フィルム2のフィルムガイド3との摺擦に
よる回転駆動トルクの増大、摩耗や劣化の問題を解消し
ている。滑り部材8aは少なくともニップ部Nを覆うも
のである。
【0037】滑り部材8aとしては、PFA樹脂、PT
FE樹脂、FEP樹脂等のフッ素樹脂、或いはポリイミ
ド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、これ
らの混合樹脂等の耐熱樹脂が好ましく、本例では厚さ5
0μmのPFA樹脂の熱収縮チューブをフィルムガイド
3の外周面全体に被覆して滑り部材8aを形成してい
る。滑り部材8aの厚さとしては10〜1000μmが
好ましい。滑り部材8aの厚さが10μmよりも小さい
場合には耐摩耗性が乏しく、耐久性が不足する。一方、
1000μmを越えると高透磁率コア5から定着フィル
ム2の抵抗層2aの距離が大きくなり、磁束が十分に抵
抗層2aに到達しなくなる。
【0038】また、滑り部材8aと定着フィルム2との
間にグリス等の潤滑剤を適宜加えることは本発明の主旨
に反するものではない。本発明で言うところの滑り部材
は定着ニップ部N内において定着フィルム2の内面との
接触率が高いものであって、潤滑剤は流動的であるため
にこれを満足せず、大部分は定着フィルム2とフィルム
ガイド3とが成す空隙部に滞留するもので、これは本発
明が目標とする駆動トルクの低減及び耐久性の向上に関
して補助手段以上のものではない。
【0039】3)励磁コイル4とコア5 図3はフィルムガイド3の上半部を切り欠いて内部を見
せた斜視図である。フィルムガイド3の内底面の中央部
にはフィルムガイド長手に沿って並行2枚のリブ板3b
・3b(図1参照)を間隔をあけて具備させてあり、こ
のリブ板3b・3b間の空所に前記コア5を落とし込ん
で保持させてある。コア5はフィルムガイド3の長手方
向を長手とする横長の高透磁率部材であり、フェライト
やパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材
料がよく、好ましくは20〜100kHzで損失の少な
いフェライトを用いるのがよい。
【0040】励磁コイル4は本例の場合は、円筒状のフ
ィルムガイド3の内面の略下半面形状に略対応させて舟
形に電線を巻回して構成したものであり、この舟形の励
磁コイル4を円筒状のフィルムガイド3内の略下半面部
に位置させて保持させてある。コア5はこの舟形の励磁
コイル4内の略中央部に位置している。
【0041】励磁コイル4としては加熱に十分な交番磁
束を発生するものでなければならないが、そのためには
抵抗成分を低く、インダクタンス成分を高くとる必要が
ある。本例では励磁コイル4の芯線として線径が0.2
mmの銅線に耐熱絶縁被覆を施した細線を束ねて束線径
を3mmにした高周波用のものを用いて、後述する定着
ニップ部Nを周回するように5回巻いてある。
【0042】4)定着フィルム2 図4は本例における定着フィルム2の層構成模型図であ
る。本例の定着フィルム2は、導電部(層)である厚み
50μmの円筒状のニッケルフィルム材を電磁誘導発熱
する抵抗体層(発熱層)2aとし、その外周面をシリコ
ーンゴムからなる弾性層2bで被覆し、さらにフッ素樹
脂の離型層2cで被覆した3層複合構造のものである。
【0043】前述したように、抵抗体層2aに交番磁束
aが作用することで該抵抗体層2aに渦電流bが発生し
て該抵抗体層2aが発熱する。その熱が弾性層2b・離
型層2cを介して定着ニップ部Nを加熱し、該定着ニッ
プ部Nに通紙される被加熱材としての記録材を加熱して
トナー画像tの加熱定着がなされる。
【0044】抵抗体層2aは、ニッケル以外にも10-5
〜10-10 Ω・mの電気良導体である金属、金属化合物
であればよく、より好ましくは透磁率が高い強磁性を示
す鉄、コバルト等の純金属若しくはそれらの化合物を用
いることができる。
【0045】この抵抗体層2aの厚みは薄くすると十分
な磁路が確保できなくなり、外部へ磁束が洩れて抵抗体
層自身の発熱エネルギーが小さくなる場合があり、また
厚くすると熱容量が大きくなり昇温に要する時間が長く
なる傾向がある。
【0046】従って、抵抗体層2aの厚みは抵抗体層に
用いた材料の比熱、密度、透磁率、抵抗率の値によって
適正値があり、本例では10〜100μmの厚みの範囲
で、3°/sec以上の昇温速度を得ることができた。
【0047】弾性層2bは、その硬度が高すぎると記録
材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ムラ
が発生してしまう。そこで、弾性層2bの硬度としては
60°(JIS−A)以下、より好ましくは45°(J
IS−A)以下がよい。
【0048】弾性層2bの熱伝導率λに関しては、6×
10-4〜2×10-3〔cal/cm・sec・de
g.〕がよい。
【0049】熱伝導率λが6×10-4〔cal/cm・
sec・deg.〕よりも小さい場合には、熱抵抗が大
きく、定着フィルム2の表層における温度上昇が遅くな
る。
【0050】離型層2cは、PFA、PTFE、FEP
等のフッ素樹脂以外に、シリコーン樹脂、シリコーンゴ
ム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の離型性かつ耐熱性
のよい材料を選択することができる。
【0051】離型層2cの厚さは20〜100μmが好
ましく、厚さが20μmよりも小さいと塗膜の塗ムラで
離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足するといっ
た問題が発生する。また、100μmを越えると熱伝導
が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の離型層の
場合は硬度が高くなりすぎ、弾性層2bの効果がなくな
ってしまう。
【0052】5)実験例 以下、本実施形態例の装置の効果を検証する実験例を示
す。
【0053】.立ち上がり時間 まず立ち上がり時間であるが、従来の熱ローラ方式の装
置に対して比較したところ表1の結果を得た。なお、測
定条件は室温(25℃)から、それぞれ同じ定着能力を
得る温度まで電力(1000W)を供給した場合の所要
時間である。
【0054】
【表1】 上記のように、ウエイトタイムにおいて従来の熱ローラ
方式の装置に比べて飛躍的な向上が得られた。
【0055】.耐久性 次に耐久性であるが、50μmのPFAチューブを滑り
部材(摺擦層)8aとしてフィルムガイド3に被覆した
場合と、コーティングによって9μmの被膜を設けた場
合(比較例2)と、被覆しなかった場合(比較例3)と
に関して、加圧ローラ6との間での一定の加圧下(1.
2×105 Pa)において両者を空回転(120mm/
秒)させたときの、定着フィルム2の機械的耐久性を比
較した。その結果を表2に示した。表は定着フィルム2
に亀裂、ひび、欠け等が発生した時間を示している。
【0056】
【表2】 上記のように、十分な厚みの滑り部材8aを設けること
によって高い耐久性を確保できた。
【0057】なお、本実験では比較のために比較例2と
してコーティングによって滑り部材8aとしての薄層被
膜を形成したが、本実験結果はコーティングによる被膜
自身の性能の比較を示すものでないことは言うまでもな
い。つまり、コーティング技術によって十分な厚みの滑
り部材8aが得られれば、本実施例の滑り部材8aとし
てのチューブと同等の耐久性能が得られる。
【0058】このように本実施の形態では、滑り部材の
存在により、円筒フィルム状の回転加熱部材の内面とフ
ィルム支持部材との直接の摺擦摩擦が防止され、回転加
熱部材を、回転駆動トルクを小さく、また摩耗劣化を少
なくして回転させることが可能となる。フィルム支持部
材の摩耗も防止される。
【0059】また本実施の形態では、滑り部材はフィル
ム支持部材に固定して具備させることにより、装置の組
み立て性が向上し、装置の低コスト化を図ることができ
る。
【0060】また、セラミック、ガラス、フッ素樹脂、
ポリイミド樹脂からなる滑り部材は、電磁誘導加熱を妨
げることなく、回転加熱部材の回転のための駆動トルク
の低減を図るとともに、回転加熱部材の抵抗体の摩耗劣
化及びフィルム支持部材の摩耗を防ぐ。
【0061】本実施の形態の定着装置100は内部発熱
が小さく、高い温度での定着動作が可能となるために、
トナー量の多いフルカラー画像を定着する場合にも、ト
ナー画像を十分溶融することができて、高画質の画像形
成装置を得ることができる。
【0062】また4色のトナー像を重ね合わせるフルカ
ラー画像形成装置においては画像形成時の安定した回転
駆動が重要となるが、本発明の加熱装置としての定着装
置100は前述のように駆動トルクを低減することがで
きるために、濃度ムラの発生しない高品位の緻密な像再
現性を得ることができる。
【0063】また本実施の形態では、滑り部材は支持部
材に固定されているので、フィルムの熱容量が大きくな
って装置の立ち上げに時間がかかることを防止すること
ができ、また滑り部材の熱を像加熱に寄与させて熱効率
を向上することができる。
【0064】図6は本発明の他の実施の形態である像加
熱装置を示す図、図7は本例装置の主要部の概略の横断
面模型図である。本例の場合は、ポリイミド樹脂からな
る30μm厚の円筒状の摺動フィルム8cを円筒状の定
着フィルム1にルーズに内嵌させ、この摺動フィルム8
cを内嵌させた定着フィルム2をフィルムガイド3にル
ーズに外嵌させてある。
【0065】定着フィルム2に内嵌させた円筒状の摺動
フィルム8bが滑り部材として機能する。即ち、定着ニ
ップ部Nにおいて定着フィルム2と摺動フィルム8bと
がフィルムガイド3の下面と加圧ローラ6との間に挟ま
れて定着ニップ部Nが形成される。加圧ローラ6が回転
駆動されることで、フィルムガイド3と定着フィルム2
との間に介在する摺動フィルム8bが滑り部材となって
が両者3・2の摩擦を緩和して定着フィルム2は摺動フ
ィルム8bと滑りを生じながら、あるいは摺動フィルム
8bを連れ回しながら、フィルムガイド3の外回りをス
ムーズに回転することができる。
【0066】本例は定着フィルム2やフィルムガイド3
に対して、滑り部材である摺動フィルム8bを別部材と
して構成するために、両者の製造上のコストを低減し、
安価な定着装置或いはこれを用いた画像形成装置を提供
することができる。
【0067】また、摺動フィルム8bは該フィルムの定
着フィルム2との摺擦部分が回転に伴って変わるため
に、比較的厚みの薄いものを用いても十分な耐久性を得
ることができるという利点がある。
【0068】さらに本例の発展例として、2本の円筒状
摺動フィルムを嵌合させて両者の間に潤滑剤を充填し摺
動フィルム対を構成することもできる。この場合、より
一層回転トルクの低減と耐久性の向上を図ることができ
る。また、フィルム自身の摩耗は極めて小さいために前
述した材料を選ぶ場合に自由度が高く、安価なものを選
ぶことができるという利点がある。
【0069】また、前述したように滑り部材を支持部材
を覆うチューブ及び円筒状フィルムとすることで、フィ
ルム支持部材の任意の点で回転加熱部材の抵抗体を保護
し、回転加熱部材の回転のための駆動トルクの低減を図
るとともに、回転加熱部材の抵抗体の摩耗劣化及びフィ
ルム支持部材の摩耗を防ぐ。
【0070】図8は本発明の装置のさらなる他の実施形
態例であり、(a)はフィルムガイドの切欠き斜視図、
(b)はフィルムガイドの底面図である。
【0071】本例ではフィルムガイド3の外底面の定着
ニップ部Nに対応する部分に、ポリイミド樹脂の一種で
あるベスペル(VESPL:デュポン社商品名)を滑り
部材(摺擦板)8c(厚み100μm)として合体成型
して具備させたものである。
【0072】本構成のように滑り部材8cとしてある程
度厚みの許される構成の場合にはポリイミド樹脂以外に
もガラスやセラミック等の板状のものを滑り部材8cと
してフィルムガイド3の外底面の定着ニップ部Nに対応
する部分に接着加工して同様の効果を得ることができ
る。
【0073】本例の特徴は滑り部材8cの定着フィルム
内面との摺擦面に強度を確保できるために、高い加圧力
下の使用に堪えられるという点にある。
【0074】本例においては、2.4×105 Paにお
いて2000時間以上の空間回転耐久を満足した。
【0075】また本例は、加圧がかかる定着ニップ部N
の位置に限定して滑り部材8cを用いれば良く、安価に
構成できるという利点もある。
【0076】図9は本発明の装置のまた更なる他の実施
形態例の主要部の概略の横断面模型図である。
【0077】本例はフィルムガイド3の外底面の定着ニ
ップ部N近傍に、滑り部材8dとして、PTFEの摺擦
層をコーティングによって約25μm施した。
【0078】本例はフィルムガイド3を成型後、後加工
にて滑り部材8dとしての摺擦層を形成するためにフィ
ルムガイド3の成型精度の検査を行うことによって製造
上の不良率を低減させることが可能で、また、フィルム
ガイド3の外底面に対するコーティング部分は必要十分
な定着ニップ部N近傍表面に限定できるために、一層安
価に実施することができる。
【0079】ところで滑り部材によってはフィルムの熱
が滑り部材に逃げてしまいフィルムの昇温に起因する装
置の立上りが遅くなってしまうという問題があった。ま
た円筒フィルムの中空部に励磁するための励磁コイル或
いは高透磁率のコアを有しており、これらの励磁部材が
機能するための限界温度は円筒フィルムが保たれる温度
に対して十分高いとは言えないものであるために、円筒
フィルム内で発熱した熱エネルギーがコイル支持部材に
直接伝わることにより、これに接しているコイルなどの
励磁部材が煽られて効率が低下するという問題があっ
た。
【0080】次に上記問題点も解決する本発明の実施の
形態について説明する。
【0081】図10は本発明の他の実施の形態を表す図
面である。同図において2は回転加熱部材であるところ
の定着フィルム、3はフィルム支持部材であるところの
磁束の通過を妨げない絶縁性のフィルムガイドで、定着
フィルム2はフィルムガイド3によって搬送安定性を図
られながら矢印の方向に回転する。このフィルムガイド
3には高い加重に堪えられる材料を用いる必要があっ
て、PPSやPEEKやフェノール樹脂等が好ましい。
【0082】4は交番磁束を発生するための励磁コイル
であり、コイルホルダー(フィルムガイド)3によって
支持されている。励磁コイル4には不図示の励磁回路が
接続されており、この励磁回路は80KHzの交番電流
を励磁コイル4へ供給できるようになっている。
【0083】6は回転加圧部材であるところの加圧ロー
ラで芯金6a上にシリコーンゴム層6bを2mm被覆さ
せて弾性をもたせ、定着フィルム2とニップNを形成し
ている。また、加圧ローラ6は定着フィルム2を記録材
Pの搬送方向に回転駆動させる駆動ローラの役割も兼ね
ている。
【0084】定着フィルム2について図11を用いて詳
しく説明する。定着フィルム2は抵抗体であるニッケル
からなる厚み50μmの発熱層2aの表面をシリコーン
ゴムからなる弾性層2bで被覆し、さらにフッ素樹脂の
離型層2cで被覆してある。抵抗体としてはニッケル以
外にも10-5〜10-10〔Ω・m〕の電気良導体である
金属、金属化合物であればよく、より好ましくは透磁率
が高い強磁性を示す鉄、コバルト等の純金属若しくはそ
れらの化合物を用いることができる。
【0085】発熱層2aの厚みを薄くすると十分な磁路
が確保できなくなり、外部へ磁束が洩れて発熱体自身の
発熱エネルギーは小さくなる場合があり、また厚くする
と熱容量が大きくなり昇温に要する時間が長くなる傾向
がある。従って厚みは発熱体に用いた材料の比熱、密
度、透磁率、抵抗率の値によって適正値があり、本実施
の形態では10〜100μmの厚みの範囲で、3〔℃/
sec〕以上の昇温速度を得ることができた。また、弾
性層2bの硬度は、硬度が高すぎると記録材あるいはト
ナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してし
まう。そこで、弾性層2bの硬度としては60°(JI
S−A)以下、より好ましくは45°(JIS−A)以
下がよい。弾性層2bの熱伝導率に関しては0.25〜
0.8〔W/m・K〕がよい。熱伝導率λが0.25
〔W/m・K〕よりも小さい場合には、熱抵抗が大き
く、定着フィルム1の表層における温度上昇が遅くな
る。
【0086】離型層2cとしてはPFA、PTFE、F
EP等のフッ素樹脂以外に、シリコーン樹脂、シリコー
ンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の離型性かつ耐
熱性のより材料を選択することができる。離型層2cの
厚さは20〜100μmが好ましく、離型層2cの厚さ
が20μmより小さいと塗膜の塗ムラで離型性の悪い部
分ができたり、耐久性が不足するといった問題が発生す
る。また、離型層が100μmを超えると表面への熱伝
導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の離型層
の場合は硬度が高くなりすぎ、弾性層2bの効果がなく
なってしまう。
【0087】励磁コイル4としては加熱に十分な交番磁
束を発生するものでなければならないが、そのためには
抵抗成分を低く、インダクタンス成分を高くとる必要が
ある。本実施の形態では励磁コイル4の芯線として線径
が0.2mmの銅線に耐熱絶縁被覆を施した細線を束ね
て束線径を3mmにした高周波用のものを用いて、定着
フィルム内にニップNを周回するように5回巻いてあ
る。
【0088】励磁コイル4は不図示の励磁回路から供給
される交番電流によって交番磁束を発生し、交番磁束は
定着フィルム2の発熱層2aに渦電流を発生させる。こ
の渦電流は発熱層2aの固有抵抗によってジュール熱を
発生させて、弾性層2b、離型層2cを介してニップN
に搬送される記録材Pと記録材P上のトナーtを加熱す
ることができる。
【0089】本実施の形態においては励磁コイル4をニ
ップ近傍に集中して分布させることによって、発生磁界
を発熱層2aの所望の加熱域において通すことが可能で
あり、効率の高い像加熱装置を実現できる。
【0090】図12は本実施の形態の特徴である滑り部
材8eとしての断熱摺動部材を説明する拡大図である。
断熱摺動部材としてはPFA樹脂、PTFE樹脂、FE
P樹脂等のフッ素樹脂、或いはポリイミド樹脂、ポリア
ミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、これらの混合樹脂な
どの摺動性の高い耐熱樹脂が好ましく、本例では厚さ8
0μmのPFA樹脂の熱収縮チューブをコイルホルダー
3に被覆して断熱層8eを形成している。熱伝導率の高
い材料や、厚みの薄い部材は熱抵抗が低く、このような
材質を本例の摺動部材8eとして用いた場合には発熱し
た熱が逃げて昇温に要する時間が長くなる傾向がある。
面積当たりの熱抵抗θ〔m2・K/W〕は物質の熱伝導
率λ〔W/m・K〕とその伝達方向の長さ(厚み)t
〔m〕より、 θ=t/λ で求められ、上述の耐熱樹脂は熱伝導率が0.15〜
0.3〔W/m・K〕であって、断熱層8eの厚さとし
て50〜100μm以上のものを選ぶことにより断熱摺
動部材として熱抵抗を3.3×10-4〔m2・K/W〕
以上とすることができる。この熱抵抗の根拠については
後述する。
【0091】断熱層8eと定着フィルム2との間にグリ
ス等の潤滑剤を適宜加えることは本発明の主旨に反する
ものではない。本発明でいうところの断熱摺動部材はニ
ップN内において定着フィルム2内面との接触率が高い
ものであって、潤滑剤は流動的であるためにこれを満足
せず、大部分は定着フィルム2とコイルホルダー3とが
成す空隙部に滞留するもので、これは本発明が目標とす
る駆動トルクの低減及び断熱性の確保に関して補助手段
以上のものではない。
【0092】以下、本実施の形態の効果を検証する実験
例を示す。
【0093】本例の構成で断熱摺動部材8eの熱抵抗を
変えた場合の立ち上がり時間を比較したところ図13の
結果を得た。なお測定条件は、上記定着フィルムを回転
させた状態で面積当たり同じ熱量(4×104〔J/
2〕)を与えた場合に室温(25℃)から、それぞれ
同じ定着能力を得る温度(190℃)までに定着フィル
ム表面温度が昇温するのに要した時間である。
【0094】図13に見られるように、立ち上がり時間
において断熱摺動部材8eの熱抵抗を大きくしていくと
立ち上がり時間が短縮されて、約3.3×10-4〔m2
・K/W〕以上でほぼ一定になり10秒以内に立ち上が
る事がわかる。
【0095】また励磁コイルの昇温状態を調べてみる
と、励磁コイルの最高到達温度は断熱摺動部材の熱抵抗
を大きくなるとともに低くなり、連続使用に対しても耐
えられる構成になることが明らかとなった。
【0096】次に耐久性であるが、80μmのPFAチ
ューブを断熱摺動部材8eとしてフィルムガイド3に被
覆した場合と、被覆しなかった場合(比較例4)とに関
して、加圧ローラ6との間での一定の加圧下(1.2×
105Pa)においてり両者を空回転(120mm/
秒)させたときの、定着フィルム2の機械的耐久性を比
較した。表中は亀裂、ひび、欠け等が発生した時間を示
している。
【0097】
【表3】 上記のように、段熱摺擦部材8eを設けることによって
高い耐久性を確保できた。
【0098】このように本実施の形態によれば断熱摺動
部材は回転発熱部材の内面とフィルム支持部材との直接
摩擦を防ぎ、回転のための駆動トルクの低減を図るとと
もに、抵抗体とフィルム支持部材とを断熱してフィルム
支持部材が昇温されるのを防止することができるので、
装置の立上りを速くし、また励磁コイル等の昇温による
熱効率の低下を防止することができる。さらに自ら蓄え
た熱をニップ近傍に滞留させることによって、熱エネル
ギーを有効に円筒フィルム表面に伝えることができる。
【0099】図14は本発明における他の実施の形態の
主要部を示す概略断面の拡大図であり、同図において前
出と同符号は同部材を示す。
【0100】本実施の形態においては、滑り部材である
断熱摺動部材として50μmポリイミド樹脂(熱伝導率
約0.15〔W/m・K〕からなる摺動フィルム8fを
定着フィルム2の内側に嵌合させてある。この摺動フィ
ルム8fの熱抵抗は3.3×10-4〔m2・K/W〕以
上である。この構成により本実施の形態においても上述
した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0101】ニップ部Nにおいて定着フィルム2は加圧
ローラ6により加圧駆動されるが、本例ではコイルホル
ダ〜3と定着フィルム2との間の摺動フィルム8fが両
者の摩擦を緩和して定着フィルム2と滑りを生じながら
スムーズに回転することができる。
【0102】本例は定着フィルム2やコイルホルダー3
に対して、断熱摺動部材である摺動フィルム8fを別部
材として構成するために、両者の製造上のコストを低減
し、安価な像加熱装置或いは、これを用いた画像形成装
置を提供することができる。
【0103】また、摺動フィルム8f上の摺擦部分が回
転に伴って変わるために、局所的な摩耗が少なく、十分
な耐久性を得ることができるという利点がある。
【0104】さらに、摺動フィルム8fは定着フィルム
2で発生した熱エネルギーの一部を蓄えてニップ付近に
残すことができるために、従来考えられていた定着フィ
ルムの基層に断熱部材を用いる場合に比べて、熱エネル
ギーの効率的利用が可能になるという利点がある。
【0105】前例のさらなる発展例として、2本の摺動
フィルムを嵌合させて摺動フィルム対を構成することも
できる。
【0106】例えば、厚み50μmのPTFE樹脂チュ
ーブ(熱伝導率約0.3〔W/m・K〕)の上に、厚み
30μmのポリイミド樹脂(熱伝導率約0.15〔W/
m・K〕)からなるフィルムを嵌合させることにより、
それぞれの熱抵抗の和に加えて両者の接触熱抵抗が存在
するために、コイルホルダーと定着フィルムとの間のよ
り一層高い断熱効果が得られ、熱エネルギーを有効に定
着フィルム表面に伝えて立ち上がり時間を短縮できる。
【0107】また本例ではフィルム間の摺動により、回
転トルクの低減と耐久性の向上を図ることができて、フ
ィルム自身の摩耗も小さいために断熱摺動部材としての
材料や厚みを選ぶ場合に自由度が高く、安価なものを選
ぶことができるという利点がある。
【0108】図15は本発明におけるさらなる他の実施
の形態の主要部を示す斜視図及び底面図であり、同図に
おいて前出と同符号は同部材を示す。
【0109】本実施の形態ではコイルホルダー3のニッ
プNに対応する部分に、ポリイミド樹脂の一種であるベ
スペル(VESPL:デュポン社商品名)を滑り部材で
ある断熱板8g(厚み200μm)として合体成型し
た。本構成のように断熱摺動部材として、ある程度厚み
の許される構成の場合にはポリイミド樹脂以外にもガラ
スやセラミック等の板状のものを接着加工して同様の効
果を得ることができる。本実施の形態の滑り部材8gの
熱抵抗は3.3×10-4〔m2・K/W〕以上である。
この構成により本実施の形態においても上述した実施の
形態と同様の効果を得ることができる。
【0110】本例のように断熱部材として板状のものを
用いる場合には、前述のチューブやフィルム等に比較し
て厚みを厚くできるために熱抵抗を大きくとることがで
きる。従って、例えばアルミナのような熱伝導率が比較
的高い材質(約2.7〔W/m・K〕を用いた場合でも
本例の断熱板として0.9mm程度の厚みのものを用い
ることにより同様な熱抵抗を得ることができて迅速な立
ち上がりを得ることができる。
【0111】一方、前出のニップ部で摺動面を持つチュ
ーブやフィルムを断熱部材として用いる場合には、断熱
部材の熱容量は定着フィルムに比較して小さいため問題
とならないが、本例のように断熱部材として板状のもの
を用いる場合には、熱抵抗とともに熱容量も大きくなっ
て、これを無視できなくなる。すなわち断熱部材の熱容
量が大きい場合には、定着フィルムで発生した熱を断熱
部材が吸収してニップ部の温度が低下してしまうという
傾向がみられる。特に低温(室温)状態から立ち上がる
場合にこの傾向は顕著で、その結果立ち上がり時間が遅
くなる傾向が見られる。従って、本実施の形態のように
板状の断熱部材を用いる場合には熱容量に関しても考慮
することが好ましく、適正な厚みを選ぶことが好まし
い。
【0112】図16は断熱部材の熱容量について調べた
ものである。熱容量が大きくなると低温状態での立ち上
がり速度の低下が見られ、その結果図に見られるように
立ち上がり時間の遅延が確認される。図は材質としてベ
スペルの厚みを振った場合のものであるが、他の断熱材
を用いた場合でも同様の傾向を示し、本検討を経て断熱
部材の熱容量が10〔K/J〕以下のものが好ましいこ
とが導かれた。例えばニップ面積30cm2のベスペル
製断熱板であれば約2mm以下のものを、アルミナ製断
熱板であれば約1mm以下のものを選ぶことにより、本
例における断熱部材としての効果を発揮する。
【0113】回転加熱部材としての定着フィルム2は電
磁誘導発熱性層である抵抗体層2a単層の部材とするこ
ともできる。一般にはその外周面を離型層で被覆した形
態にされる。抵抗体層2aは樹脂に金属フィラーを混入
して構成したものとすることもできる。
【0114】また回転加熱部材としての定着フィルム2
は、例えば図17のように、フィルムガイド3、フィル
ム駆動ローラ51、フィルムテンションローラ52間に
懸回張設して駆動ローラ51の回転駆動で、フィルムガ
イド3の下面を摺動させながら回転させる構成にするこ
ともできる。加圧ローラ6は定着フィルム2の回転に伴
い従動回転する。
【0115】また加圧回転体6は回動ベルト型にするこ
ともできる。また加圧回転体6も電磁誘導発熱性タイプ
にすることもできる。
【0116】また本発明の加熱装置はモノクロ或いは1
パスマルチカラー画像形成装置の定着装置としても勿論
有効に利用できる。この場合は定着フィルム2において
弾性層2bを省略することができる。以下にモノクロの
画像形成装置について説明しておく。
【0117】図18はモノクロの画像形成装置の一例と
しての電子写真レーザービームプリンターの概略図であ
る。ホストコンピュータより送られた画像情報信号によ
りスキャナー63からのレーザー光の強度を変調し、感
光ドラム61上に静電潜像を作成する。レーザー光の強
度及び照射スポット径は画像形成装置の解像度及び所望
の画像濃度によって適正に設定されており、感光ドラム
61上の静電潜像はレーザー光が照射された部分は明部
電位VL に、そうでない部分は一次帯電器62で帯電さ
れた暗部電位VD に保持されることによって形成する。
感光ドラム61は矢印の方向に回転して静電潜像は現像
器64によって順次現像される。現像器64内のトナー
はトナー供給回転体である現像スリーブ64aと現像ブ
レード64bとによって、トナー高さ、トリボを制御さ
れ、現像スリーブ上64aに均一なトナー層を形成す
る。現像ブレード64bとしては通常金属製若しくは樹
脂製のものが用いられ、樹脂系のものは現像スリーブ6
4aに対して適正な当接圧をもって接している。現像ス
リーブ64a上に形成されたトナー層は現像スリーブ6
4a自身の回転にともない感光ドラム61に対向し、現
像スリーブ64aに印加されている電圧Vdcと感光ドラ
ム61の表面電位が形成する電界によりVL の部分だけ
選択的に顕像化する。感光ドラム61上のトナー像は転
写装置65によって、給紙装置から送られてきた紙Pに
順次転写される。転写装置としては図に示したコロナ帯
電器以外に、導電弾性回転体に電源から電流を供給して
紙に転写電荷を付与しながら搬送する転写ローラ方式が
ある。トナー像を転写された紙は感光ドラム61の回転
と共に定着装置100へと送り出され、加熱加圧により
永久固定画像となる。
【0118】本発明の加熱装置は実施形態例の画像加熱
定着装置に限らず、画像を担持した記録材を加熱してつ
や等の表面性を改質する装置、仮定着する像加熱装置、
その他、被加熱材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置
など、広く被加熱材を加熱処理する手段・装置として使
用することができる。
【0119】
【発明の効果】以上説明した様に本発明はフィルムと支
持部材の間に滑り部材を設け、フィルムが滑り部材と摺
動する構成としたので、フィルムと支持部材の摺擦によ
るそれらの摩耗劣化を防止することができ、またフィル
ムの熱容量を小さくしてフィルムの昇温立上りを速くす
ることができ、また滑り部材の蓄熱を像加熱に寄与させ
て熱効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である像加熱装置の断面図。
【図2】ニップ部の拡大図。
【図3】フィルムガイドの切欠き斜視図。
【図4】フィルムの層構成図。
【図5】本発明の実施例である像加熱装置を適用可能な
画像形成装置を示す図。
【図6】本発明の他の実施例である像加熱装置の断面
図。
【図7】ニップ部の拡大図。
【図8】(a)はフィルムガイドの切欠き斜視図、
(b)はフィルムガイドの底面図。
【図9】他の実施例のニップ部の拡大図。
【図10】本発明の他の実施例である像加熱装置の断面
図。
【図11】フィルムの層構成図。
【図12】ニップ部の拡大図。
【図13】滑り部材の熱抵抗と立上げ時間の関係を示す
図。
【図14】他の実施例のニップ部の拡大図。
【図15】フィルムガイドの切欠き斜視図及び底面図。
【図16】滑り部材の熱容量と立上げ時間の関係を示す
図。
【図17】本発明を適用可能な像加熱装置を示す図。
【図18】本発明を適用可能な他の画像形成装置を示す
図。
【符号の説明】
2 フィルム 3 支持部材 4 励磁コイル 5 コア 6 加圧ローラ 8a,8b,8c,8d,8e,8f,8g 滑り部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 哲也 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電部を有するフィルムと、このフィル
    ムを支持する支持部材と、磁束を発生する磁束発生手段
    と、を有し、前記磁束発生手段により発生する磁束によ
    り前記フィルムに渦電流を発生させ、この渦電流により
    発生するフィルムの熱により記録材上の画像を加熱する
    像加熱装置において、 前記フィルムと前記支持部材の間に設けられた滑り部材
    を有し、前記フィルムは前記滑り部材と摺動することを
    特徴とする像加熱装置。
  2. 【請求項2】 前記滑り部材は前記支持部材に固定され
    ていることを特徴とする請求項1の像加熱装置。
  3. 【請求項3】 前記滑り部材は前記支持部材に懸回され
    たエンドレス状のフィルムであることを特徴とする請求
    項1の像加熱装置。
  4. 【請求項4】 前記滑り部材はフッ素樹脂、ポリイミド
    樹脂、ガラスまたはセラミックから成ることを特徴とす
    る請求項1の像加熱装置。
  5. 【請求項5】 前記滑り部材の熱抵抗は3.3×10-4
    〔m2・k/w〕以上であることを特徴とする請求項1
    の像加熱装置。
  6. 【請求項6】 前記滑り部材の熱容量は10〔k/J〕
    以下であることを特徴とする請求項1の像加熱装置。
JP01648597A 1996-03-29 1997-01-30 像加熱装置 Expired - Fee Related JP3387765B2 (ja)

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