(57)【要約】【課題】簡単な装置構成で定着ベルト等の加熱部材を滑らかに摺動させて、加熱部材の軸方向の温度分布を均一にする定着装置及びそれを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】定着装置５は、誘導発熱層２６ａを有する無端状の定着ベルト２６と、加圧ローラ１９に対向して配置される定着ローラ２３と、この定着ローラ２３とともに定着ベルト２６を回転可能に張架するローラ２７と、用紙９を定着ベルト２６と加圧ローラ１９とで挟持して、用紙９上の未定着トナー像を溶融定着するニップ部Ｎと、定着ベルト２７の外周でローラ２７に対向配置されるとともに磁束を発生させて該磁束によって誘導発熱層２６ａを誘導加熱する誘導加熱部３０とを備える。ローラ２７は、熱伝導率の大きい均熱部２７ａと、この均熱部２７ａ上に誘導加熱部３０によって誘導発熱材からなり、微小な凹凸面を形成した粗面層２７ｂとを有して、定着ベルト２６は粗面層２７ｂを摺動する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導発熱層を有する無端状の定着ベルトと、加圧回転体に対向して配置される定着部材と、前記定着部材とともに前記定着ベルトを回転可能に張架するローラと、用紙を前記定着ベルトと前記加圧回転体とで挟持して、用紙上の未定着トナー像を溶融定着するニップ部と、前記定着ベルトの外周で前記ローラに対向配置されるとともに磁束を発生させて該磁束によって前記誘導発熱層を誘導加熱する誘導加熱部とを備え、
前記ローラは、熱伝導率の大きい均熱部と、前記誘導加熱部によって誘導加熱される誘導発熱材からなるとともに前記均熱部上に微小な凹凸面を形成した粗面層とを有して、前記定着ベルトは前記粗面層を摺動することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置が搭載された画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機に用いる定着装置、及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、電磁誘導加熱方式による定着装置、及びそれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
定着装置は、定着ローラと、定着ローラを加熱するヒータと、定着ローラに圧接する加圧ローラとを備えて、トナー像を転写した用紙が定着ローラと加圧ローラの定着ニップを通り、両ローラにより加熱、加圧されてトナー像が用紙に定着される。
【０００３】
このような、定着装置においては、定着ローラの長手方向における温度分布を均一にすることが望ましいが、実際にそのような制御は難しい。例えば、加熱源を内包するローラの両端部は開口をもつため、熱がこの開口から逃げてしまいローラ両端の温度が低くなりがちである。このため、特に定着前の待機状態から定着動作に入ったばかりの時点でローラ両端にて定着性が不十分となる。また、通紙される用紙のサイズがローラ長に対し小さいと、紙が通過しないローラ面（非通紙部）では、熱がローラに蓄積されてしまいローラ温度が異常に昇温する。このため、ローラの周面に接触配置された分離爪、クリーニング手段、またシリコンゴム等からなる弾性層やフッ素樹脂等からなる離型層が異常昇温する部分にて熱損傷を受けてしまう。
【０００４】
そこで、特許文献１では、定着ローラの内部に、ヒータとして二本のハロゲンランプが設けられ、第１ヒータは非通紙側の配熱量を他の部分より小さく設定されていて、これに対し、第２ヒータは逆に非通紙側の配熱量を他の部分より大きく設定されている。待機状態では、第１ヒータが消灯し、第２ヒータのみでローラ温度を維持するように制御して、印刷中では、第２ヒータが消灯し、第１ヒータによって、定着ローラが所定の温度になるように制御される。このように制御することによって、待機状態においては、定着ローラは第２ヒータで温度制御されているので、ローラ端部の配熱量の余分量がローラ端面からの放熱量を補償し、ローラの温度分布は、ローラの端部が中央より幾分高くなる。このような状態から大きなサイズの紙で印刷を開始すると、第１ヒータで温度制御が始まるので、ローラの端部の温度は中央に比べて低下していくが、印刷開始時の温度がローラ端部において高められているので、ローラ端部に定着不良が生ずることはない。小さいサイズの紙で印刷する場合、非通紙部においては余剰の熱が蓄積されて行く傾向にあるが、第１ヒータの配熱分布が非通紙側において他の部分より配熱量を小さくしているため、ローラ端面からの放熱と相俟って蓄積されるので、非通紙部における昇温は許容される範囲内に留まるようになる。
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術では、第１及び第２ヒータの配熱量が長手方向に均一なものでなく、さらに第１ヒータと第２ヒータにおいて、中央部と端部の配熱量を互いに異ならせなくてはならないので、特別なヒータを製作することになり製造コストが高くなる。また、画像形成の待機状態と印刷開始状態で第１ヒータと第２ヒータとの温度制御を異ならせなくてはならず、制御が煩雑になり、また通紙部と非通紙部との温度を互いに許容範囲にバランスさせることが難しいという不都合があった。
【０００６】
近年、画像形成装置のウォームアップ時間の短縮や省エネルギー化への要求が高まる中で、定着装置の熱源として、ハロゲンヒータに替えて、電磁誘導加熱方式の熱源を採用することが提案されている。しかし、電磁誘導加熱方式においても、ハロゲンランプ等のヒータ方式と同様に、誘導加熱される定着ローラは、その端部を支持する軸受けから装置フレームへの伝熱が生じることや、空気中への放熱の比率が大きいこと等により、ローラの中央部（通紙部）に比べて端部の温度が低下しやすく、定着ローラの軸方向（長手方向）の温度分布が不均一となるという問題点があった。
【０００７】
そこで、特許文献２では、中空の定着ローラの内部に、誘導加熱用の励磁コイルを有する誘導加熱部が設けられ、定着ローラ周面に、誘導加熱部の発生させる磁束によって誘導加熱される誘導発熱材が設けられている。この誘導加熱部は、定着ローラの誘導発熱材とほぼ等しい軸方向長さを備え、定着ローラの内周面との間に所定の間隔をおいて、定着ローラの中心軸に平行に配置されている。定着ローラの内周面と誘導加熱部の外周面との隙間には、円筒状の非磁性金属からなる磁気遮蔽板が定着ローラの端部から出入り自在に挿入されるようになっている。この磁気遮蔽板は、通紙時に用紙の両側部まで誘導加熱部を覆い、誘導発熱材の誘導加熱を抑制することができるようなもので、その軸方向の長さは、最小の通紙部に対応する長さとなっている。そして、ウォームアップ時、待機時及び印刷時、さらに印刷時には用紙幅に応じて、磁気遮蔽板の軸方向位置を変ることができるように、ステッピングモータを駆動制御して、定着ローラ端部の加熱温度が調節されることにより、定着ローラの軸方向の温度分布を均一にしている。
【０００８】
しかしながら、上述した従来技術では、磁気遮蔽板と、それを駆動するステッピンブモータと、駆動制御手段とを用意する必要があるので、部品数が多くなるという問題があるほか、これらの部材を定着装置に配設すると、装置構造が煩雑になり、大型化するという問題がある。ここまで、ローラ方式の定着装置における課題を説明してきたが、ローラ方式以外でも、例えば無端状の定着ベルトをローラによって張架し、定着ベルトと加圧ローラにより、未定着トナー像を用紙に溶融定着する定着方式においても、ローラ方式と同じような課題がある。
【特許文献１】特開平５−１３４５７５号公報（段落［００１３］−［００１９］、図２）
【特許文献２】特開２００８−１４９６６号公報（段落［００２４］−［００２６］、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な装置構成で定着ベルト等の加熱部材を滑らかに摺動させて、加熱部材の軸方向の温度分布を均一にする定着装置、及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、誘導発熱層を有する無端状の定着ベルトと、加圧回転体に対向して配置される定着部材と、前記定着部材とともに前記定着ベルトを回転可能に張架するローラと、用紙を前記定着ベルトと前記加圧回転体とで挟持して、用紙上の未定着トナー像を溶融定着するニップ部と、前記定着ベルトの外周で前記ローラに対向配置されるとともに磁束を発生させて該磁束によって前記誘導発熱層を誘導加熱する誘導加熱部とを備え、前記ローラは、熱伝導率の大きい均熱部と、前記誘導加熱部によって誘導加熱される誘導発熱材からなるとともに前記均熱部上に微小な凹凸面を形成した粗面層とを有して、前記定着ベルトは前記粗面層を摺動することを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、誘導加熱部から発せられる磁束を受けて、定着ベルトとローラの各誘導発熱材が発熱させられ、定着ベルトは、各誘導発熱材の発熱によって所定温度に昇温すると、ニップ部において、搬送される用紙上の未定着トナー像を溶融定着させる。この誘導加熱しているときに、ローラが熱伝導率の大きい均熱部を有するので、各誘導発熱材から発熱した一部の熱が均熱部の軸方向に均一に蓄積され、この蓄積した熱がローラを介して定着ベルトの軸方向に伝わり、定着ベルトの軸方向の温度分布ムラが低減される。また、ローラ表面が粗面であるので、定着ベルトはローラ表面に吸着することなくローラ表面を摺動する。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、上記の構成の定着装置が搭載された画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、誘導加熱部から発せられる磁束を受けて定着ベルトとローラの各誘導発熱材が発熱させられ、定着ベルトは、各誘導発熱材の発熱によって所定温度に昇温すると、ニップ部において、搬送される用紙上の未定着トナー像を溶融定着させる。この誘導加熱しているときに、ローラが熱伝導率の大きい均熱部を有するので、各誘導発熱材から発熱した一部の熱が均熱部の軸方向に均一に蓄積され、この蓄積した熱がローラを介して定着ベルトの軸方向に伝わり、定着ベルトの軸方向の温度分布ムラが低減される。従って、特別な部材を設けることなく簡単な装置構成で製造コストを抑えて、ウォームアップ時、待機時及び印刷時、さらに印刷時には用紙幅に係らずに定着ベルトの軸方向の温度分布を均一することができる。また、ローラ表面を粗面で形成しているので、定着ベルトはローラ表面に吸着されることがなく、滑らかにローラ表面を摺動することができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明によれば、簡単な装置構成で定着ベルトを滑らかに摺動させて、ローラの軸方向の温度分布を均一にする定着装置を備える画像形成装置にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、この実施形態に限定されない。本発明の実施形態は発明の最も好ましい形態を示すものであり、また発明の用途やここで示す用語等はこれに限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略平面図である。図１に示すように、画像形成装置１は、その下部に配設された給紙部２と、この給紙部２の側方及び上方に配設された用紙搬送部３と、この用紙搬送部３の上方に配設された画像形成部４と、この画像形成部４よりも排出側に配設された定着装置５と、これらの画像形成部４及び定着装置５の上方に配設された画像読取部６を備えている。
【００１７】
給紙部２は、用紙９を収容する複数（本実施形態においては４つ）の給紙カセット７を備えており、給紙ローラ８の回転動作により、複数の給紙カセット７のうち選択された給紙カセット７から用紙９を１枚ずつ確実に用紙搬送部３に送り出す。
【００１８】
用紙搬送部３に送られた用紙９は、用紙供給経路１０を経由して画像形成部４に向けて搬送される。この画像形成部４は、電子写真プロセスによって、用紙９にトナー像を形成するものであり、所定の方向（図中の矢印方向）に回転可能に軸支された感光体１１と、この感光体１１の周囲にその回転方向に沿って、帯電装置１２、露光装置１３、現像装置１４、転写装置１５、クリーニング装置１６、及び除電装置１７を備えている。
【００１９】
帯電装置１２は、高電圧を印加される帯電ワイヤを備えており、この帯電ワイヤからのコロナ放電によって感光体１１表面に所定電位を与えると、感光体１１表面が一様に帯電させられる。そして、画像読取部６によって読み取られた原稿の画像データに基づく光が、露光装置１３により感光体１１に照射されると、感光体１１の表面電位が選択的に減衰され、感光体１１表面に静電潜像が形成される。次いで、現像装置１４が感光体１１表面の静電潜像を現像し、感光体１１表面にトナー像が形成される。このトナー像が転写装置１５によって感光体１１と転写装置１５との間に供給された用紙９に転写される。
【００２０】
トナー像が転写された用紙９は、画像形成部４の用紙搬送方向の下流側に配置された定着装置５に向けて搬送される。定着装置５では、加熱部材１８及び加圧回転体としての加圧ローラ１９によって、用紙９が加熱加圧され、用紙９上にトナー像が溶融定着される。次いで、定着された用紙９は、排出ローラ対２０によって排出トレイ２１上に排出される。転写装置１５による転写後、感光体１１表面に残留しているトナーは、クリーニング装置１６により除去され、また感光体１１表面の残留電荷は、除電装置１７により除去される。そして、感光体１１は帯電装置１２によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われることになる。
【００２１】
定着装置５について詳しく説明する。図２は、上述の画像形成装置１に用いられる定着装置５の概略の構成を示す断面平面図である。
【００２２】
定着装置５は、電磁誘導加熱方式の熱源を用いた定着方式であり、加熱部材１８と加圧ローラ１９を備える。加熱部材１８は、無端状の定着ベルト２６と、この定着ベルト２６に内包される定着部材としての定着ローラ２３と、この定着ローラ２３とともに定着ベルト２６を張架するローラ２７とを備える。また、定着装置５は、定着ベルト２６の外周でローラ２７に対向して配される誘導加熱部３０と、誘導加熱部３０に接続される電源４１と、定着ベルト２６の外周面の温度を検知するサーミスタ２５、及びサーミスタ２５の検知温度に基づいて電源４１を調整する制御部４３とを備える。加圧ローラ１９と、定着ローラ２３及びローラ２７は定着装置５の筐体（図略）の長手方向に回転可能に軸支され、誘導加熱部３０及びサーミスタ２５は筐体（図略）に固定保持されている。
【００２３】
加圧ローラ１９は、モータ等の駆動源（図略）によって図２の矢印方向に回転駆動して、さらに定着ローラ２３をその中心方向に加圧する。これにより、加圧ローラ１９が定着ベルト２６を介して定着ローラ２３に圧接し、定着ベルト２６と定着ローラ２３とが図２の矢印方向に従動回転し、定着ベルト２６と加圧ローラ１９との互いに逆回転しながら当接する部分にニップ部Ｎが形成される。このニップ部Ｎにおいて、用紙９が挟持され、挟持された用紙９を加熱及び加圧させることにより、用紙９上の粉体状態のトナーが溶融定着される。
【００２４】
誘導加熱部３０は、励磁コイル３７とホビン３８とコア３９とを備え、電磁誘導によりローラ２７及び定着ベルト２６を加熱するものであり、ローラ２７の軸方向に延びて、定着ベルト２６の外周でローラ２７の半円を囲うように対向して配される。
【００２５】
銅線の励磁コイル３７は、ホビン３８に巻回され、コア３９の中央部の周りを軸方向に周回するように、ローラ２７外周の半円にわたって渦巻状に配設されている。また励磁コイル３７は、電源４１に接続されていて、電源４１から供給される高周波電流により磁束を発生させる。誘導加熱部３０から発せられる磁束は、図２の紙面に平行な方向に発せられ、ローラ２７及び定着ベルト２６の後述する各誘導発熱材を貫通する。誘導発熱材の磁束の周りに渦電流が生じ、誘導発熱材内の電気抵抗によってジュール熱が発生して、誘導発熱材が発熱することになる。誘導発熱材の発熱によって、ローラ２７及び定着ベルト２６が加熱される。制御部４３は、電源４１とサーミスタ２５を接続して、サーミスタ２５の検知する温度に基づいて、定着ベルト２６が所定の温度になるように電源４１の電力を制御している。
【００２６】
加圧ローラ１９は、合成樹脂、金属その他材料から構成される円筒形状の基材１９ａと、基材１９ａ上に形成されニップ部Ｎへ弾性を付与する弾性層１９ｂと、この弾性層１９ｂの表面を覆って、ニップ部Ｎで未定着トナー像を溶融定着する際の離型性を向上させる離型層１９ｃとを備える。本実施形態では、基材１９ａとして円筒型アルミニウムが用いられ、弾性層１９ｂとして厚み２ｍｍのシリコンゴムが用いられ、離型層１９ｃとして層厚５０μｍのフッ素樹脂チューブが用いられている。
【００２７】
定着ローラ２３は、円筒形状の基材２３ａと、基材２３ａ上に形成されニップ部Ｎへ弾性を付与する弾性層２３ｂとを備える。本実施形態では、基材２３ａとして円筒型ステンレスが用いられ、弾性層２３ｂとして厚み９ｍｍのシリコンゴムが用いられている。
【００２８】
定着ベルト２６は、定着ローラ２３に接する側から順に、誘導発熱層２６ａと、弾性層２６ｂ、及び離型層２６ｃとが積層されて構成される。本実施形態では、定着ベルト２６の可撓性が基材となる誘導発熱層２６ａの厚みに依存するので、この厚みを大きくすることはできない。誘導発熱層２６ａがニッケルで形成され、略３５μｍの厚みを有する。また、誘導発熱材としての誘導発熱層２６ａは、誘導加熱部３０から発せられる磁束を貫通させ、その磁束の周りに発生する渦電流によって発熱して、定着ベルト２６を所定の温度に昇温させる。弾性層２６ｂは、厚み３００μｍのシリコンゴムが用いられ、離型層２６ｃは、ニップ部Ｎで未定着トナー像を溶融定着する際の離型性を向上させるのに、フッ素樹脂チューブが用いられている。
【００２９】
ローラ２７は、基材となる均熱部２７ａと、均熱部２７ａ周面に形成される誘導発熱材からなる粗面層２７ｂとを備える。本実施形態では、均熱部２７ａとして、外径２９ｍｍ、厚み２ｍｍで、熱伝導率１３７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるアルミニウム材が用いられている。
【００３０】
粗面層２７ｂは、誘導発熱材として、誘導発熱層２６ａを通過した誘導加熱部３０からの磁束を貫通させ、その磁束の周りに発生する渦電流によって発熱して、ローラ２７を所定の温度に昇温させる。また、粗面層２７ｂは、粉末状のステンレス材を高温雰囲気で高速に均熱部２７ａ周面に溶射すること（コールドスプレー法）により、均熱部２７ａ周面に微小な凹凸状態の表面を形成される。粗面層２７ｂが粗面であるので、定着ベルトはローラ表面に吸着することなくローラ表面を摺動する。本実施形態では、粗面層２７ｂは、その厚みを１５０μｍ、凹凸面の高さを１０μｍ〜１００μｍとして、定着ベルト２６とローラ２７表面との接触面積を減らし、定着ベルト２６が吸着することなくローラ表面を摺動するようにしている。より好ましい粗面層２７ｂの凹凸面の高さは、１０μｍ〜５０μｍである。粗面層２７ｂは、粉末状のステンレス材に替えて、ニッケル材を用いてもよい。また、凹凸状態の表面を形成するのに、コールドスプレー法に替えて、コーティングでもよい。
【００３１】
均熱部２７ａは、誘導発熱材（誘導発熱層２６ａ及び粗面層２７ｂ）から発熱した一部の熱を蓄積し、蓄積した熱を均熱部２７ａ内の温度の低い部分へ熱移動させるもので、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属で形成される。ローラ２７の軸方向に温度差があり、また定着ベルト２７の軸方向に温度差があると、誘導発熱材の熱を均熱部２７ａに伝熱し、均熱部２７ａ内で軸方向に熱移動させて、ローラ２７と定着ベルト２６の軸方向の温度分布を均一にする。
【００３２】
上記第１実施形態によれば、定着装置５は、誘導発熱層２６ａを有する無端状の定着ベルト２６と、加圧ローラ１９に対向して配置される定着ローラ２３と、この定着ローラ２３とともに定着ベルト２６を回転可能に張架するローラ２７と、用紙９を定着ベルト２６と加圧ローラ１９とで挟持して、用紙９上の未定着トナー像を溶融定着するニップ部Ｎと、定着ベルト２７の外周でローラ２７に対向配置されるとともに磁束を発生させて該磁束によって誘導発熱層２６ａを誘導加熱する誘導加熱部３０とを備える。ローラ２７は、熱伝導率の大きい均熱部２７ａと、誘導加熱部３０によって誘導加熱される誘導発熱材からなるとともに均熱部２７ａ上に形成した粗面層２７ｂとを有して、定着ベルト２６は粗面層２７ｂを摺動する。
【００３３】
この構成によると、誘導加熱部３０から発せられる磁束を受けて定着ベルト２６とローラ２７の各誘導発熱材が発熱させられ、定着ベルト２６は、各誘導発熱材の発熱によって所定温度に昇温すると、ニップ部Ｎにおいて搬送される用紙９上の未定着トナー像を溶融定着させる。この誘導加熱しているときに、ローラ２７が熱伝導率の大きい均熱部２７ａを有するので、各誘導発熱材から発熱した一部の熱が均熱部２７ａの軸方向に均一に蓄積され、この蓄積した熱がローラ２７を介して定着ベルト２６の軸方向に伝わり、定着ベルト２６の軸方向の温度分布ムラが低減される。従って、特別な部材を設けることなく簡単な装置構成で製造コストを抑えて、ウォームアップ時、待機時及び印刷時、さらに印刷時には用紙幅に係らずに定着ベルト２６の軸方向の温度分布を均一することができる。また、ローラ２７表面を粗面層２７ｂで形成しているので、定着ベルト２６は、ローラ２７表面に吸着するおそれがなく、滑らかにローラ２７表面を摺動する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機に用いる定着装置、及びそれを備えた画像形成装置に利用することができ、特に、電磁誘導加熱方式による定着装置、及びそれを備えた画像形成装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略平面図である。
【図２】は、本発明の第１実施形態に係る定着装置の構成を概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    画像形成装置
５    定着装置
１８    加熱部材
１９    加圧ローラ
２３    定着ローラ
２３ａ    基材
２３ｂ    弾性層
２５    サーミスタ
２６    定着ベルト
２６ａ    誘導発熱層
２６ｂ    弾性層
２６ｃ    離型層
２７    ローラ
２７ａ    均熱部
２７ｂ    粗面層
３０    誘導加熱部
３７    励磁コイル
３８    ホビン
３９    コア
４１    電源
４３    制御部
【図１】
2010078916.tif 000003
【図２】
2010078916.tif 000004