(57)【要約】【課題】誘導加熱部の配置方向によらずワックス付着画像の発生を防止する。【解決手段】発熱部材を備える定着部材と、前記定着部材を電磁誘導によって加熱する誘導加熱部とを有する定着装置であって、前記誘導加熱部が励磁コイルと、励磁コイルにより発生する磁束を前記定着部材に導く磁路を形成する磁性体コア部と、励磁コイルと磁性体コア部を保持する保持部材とを備えており、前記発熱部材に対向する前記保持部材の対向面には、定着部材の回転方向に沿って延びるスリットが形成され、このスリットと保持部材に一体化した前記磁性体コア部とで有底溝が形成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部材を備える定着部材と、前記定着部材を電磁誘導によって加熱する誘導加熱部とを有する定着装置であって、前記誘導加熱部は励磁コイルと、励磁コイルにより発生する磁束を前記定着部材に導く磁路を形成する磁性体コア部と、励磁コイルと磁性体コア部を保持する保持部材とを備えており、前記発熱部材に対向する前記保持部材の対向面には、定着部材の回転方向に沿って延びるスリットが形成され、このスリットと保持部材に一体化した前記磁性体コア部とで有底溝が形成されることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記スリットが、前記対向面における定着部材の回転方向上流側と下流側の両方に形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。
【請求項３】
前記スリットが上向きになるように前記対向面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記スリットの、前記対向面における定着部材の回転方向長さが、有底溝の底部を構成する前記磁性体コア部と同じ長さか、短いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの機能を併せ持った複合機等の画像形成装置に用いられ、電磁誘導加熱方式で未定着トナー画像を定着させる定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置において、装置の立ち上がり時間を低減して省エネルギー化することを目的として、電磁誘導加熱方式の定着装置を用いたものが広く知られている。電磁誘導加熱方式の定着装置は、発熱体としての加熱ローラ、定着ローラ、これらローラによって張架された定着ベルト、加熱ローラに定着ベルトを介して対向する誘導加熱部、定着ローラに定着ベルトを介して当接する加圧ローラ等で構成される。誘導加熱部は、長手方向に巻き回された励磁コイル、励磁コイルから発生した交番磁束を発熱体に導くためのコア、それらを保持する保持部材（コイルガイド）等から構成される。
【０００３】
定着ベルトは誘導加熱部との対向位置で加熱される。加熱された定着ベルトは、定着ローラと加圧ローラの間の定着ニップ部に搬送される記録媒体上のトナー像を加熱して定着する。詳しくは、励磁コイルに高周波の交番電流を流すことで、励磁コイルの周囲に交番磁界が形成されて、加熱ローラ表面近傍に渦電流が生じる。加熱ローラ（発熱体）に渦電流が生じると、加熱ローラ自体の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、加熱ローラに巻き回された定着ベルトが加熱される。
【０００４】
このような電磁誘導加熱方式の定着装置は、発熱体が電磁誘導によって直接的に加熱されるため、ハロゲンヒータ方式等に比べて熱変換効率が高く、少ないエネルギー消費、短い立ち上げ時間で定着ベルトの表面温度を所望の温度まで昇温できる。
【０００５】
またトナーに関しては、低温定着性、記録媒体の定着部材（定着ベルト／定着ローラ）や加圧部材（加圧ローラ／加圧ベルト）からの分離性／離型性向上を目的として、ワックスが含有されている。
【０００６】
ワックスを含有したトナーを用いて、誘導加熱により定着する場合、誘導加熱部の保持部材（コイルガイド）にワックス成分が固着し、固着量が増えて定着部材まで届いたときに再溶融して記録媒体に付着する「ワックス付着画像」を発生させてしまう問題がある。この現象について補足する。定着ニップ部にてトナーが加熱される際、ワックス成分が揮発する。揮発したワックス成分は、漂いつつ定着部材の回転に伴って移動し、定着部材に対向する誘導加熱部の対向面に固着する。固着して蓄積されるワックス量が増え、定着部材との微小ギャップに達すると、誘導加熱部に固着したワックスの一部が、定着部材に付着してしまう。この付着したワックスが定着ニップ部にて記録媒体に付着する結果、ワックス付着画像の不具合を発生させるのである。
【０００７】
このような不具合に対し、特許文献１では、定着部材に対向する誘導加熱部の対向面に、対向面に付着したワックスを流動させる流路を設ける提案がなされている。しかしながら、このような構成では、誘導加熱部の設置方向によってはワックスが滞留することがある。樹脂から構成される保持部材（コイルガイド）に流路を設けており、樹脂は断熱性があるため、固着したワックスに対して定着部材から加熱されたときに再溶融し易く、付着画像を生じ易い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、上記従来技術の問題に照らして、誘導加熱部の配置方向によらずワックス付着画像の発生を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、上記課題は、発熱部材を備える定着部材と、前記定着部材を電磁誘導によって加熱する誘導加熱部とを有する定着装置であって、前記誘導加熱部が励磁コイルと、励磁コイルにより発生する磁束を前記定着部材に導く磁路を形成する磁性体コア部と、励磁コイルと磁性体コア部を保持する保持部材とを備えており、前記発熱部材に対向する前記保持部材の対向面には、定着部材の回転方向に沿って延びるスリットが形成され、このスリットと保持部材に一体化した前記磁性体コア部とで有底溝が形成されることによって、解決される。
【発明の効果】
【００１０】
発熱部材に対向する保持部材の対向面に、定着部材の回転方向に沿って延びるスリットを形成し、このスリットと保持部材に一体化する磁性体コア部とで有底溝を形成するので、発熱部材の側から見て、磁性体コア部がスリットから露出しており、トナーから揮発し溝の部分に付着するワックス成分が、保持部材よりも熱容量の大きいコア部に接するので、再溶解し難く、ワックス付着画像の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】発明の実施形態に係るプリンタを示す全体構成図である。
【図２】ベルト式定着装置を示す概略断面図である。
【図３】定着ベルトの構成を説明するための概念断念図である。
【図４】誘導加熱部の構成を示す図で、図４ａは長手方向での部分図、図４ｂは横断面図である。
【図５】コア部の露出を説明するための図で、図５ａはケースの発熱部材対向面を認識するための斜視図、図５ｂは図５ａのＡ部を拡大する部分図である。
【図６】ローラ式定着装置を示す概略断面図である。
【図７】誘導加熱部が上向きになったベルト式定着装置を示す概略断面図である。
【図８】誘導加熱部が上向きになったローラ式定着装置を示す概略断面図である。
【図９】ケースの発熱部材対向面の上下にスリットを設けた様子を示す斜視図である。
【図１０】スリットの長さがコア部と同等以下であることを説明するための部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。まず、図１にて、画像形成装置であるプリンタ全体の構成・動作について説明する。このプリンタは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像をそれぞれ対応した感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの表面上に形成するために、４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋを備えている。これら画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの下方には、各画像形成部を通して記録媒体たる用紙を搬送するための搬送ベルト２０が張架されている。
【００１３】
各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、搬送ベルト２０にそれぞれ転接配置され，用紙が搬送ベルト２０の表面に静電的に吸着される。４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋは同じ構造を有する。よって、ここでは用紙搬送方向最上流側に配設されたイエロー用の画像形成部１０Ｙについて説明し、他の色用の画像形成部１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋについては色の違いを示すＭ、Ｃ、Ｂｋを除いて同一の参照番号を付すことで詳細な説明を省略する。
【００１４】
画像形成部１０Ｙは、その略中央位置に搬送ベルト２０に転接された感光体ドラム１Ｙを有する。感光体ドラム１Ｙの周囲には、帯電装置２Ｙ、露光装置３Ｙ、現像装置４Ｙ、転写ローラ５Ｙ（転写装置）、クリーナ６Ｙ、不図示の除電ランプが感光体ドラム１Ｙの回転方向に沿って順に配設されている。帯電装置２Ｙは、感光体ドラム１Ｙの表面を所定電位に帯電させるものである。露光装置３Ｙは、帯電されたドラム表面を色分解された画像信号に基づいて露光し、ドラム表面上に静電潜像を形成する。現像装置４Ｙは、ドラム表面上に形成された静電潜像にイエロートナーを供給して現像する。転写ローラ５Ｙは、現像したトナー像を、搬送ベルト２０を介して搬送される用紙上に転写する。クリーナ６Ｙは、転写されずにドラム表面に残留した残留トナーを除去する。そして、除電ランプは、ドラム表面に残留した電荷を除去する。
【００１５】
搬送ベルト２０の図中右下方には、用紙を搬送ベルト２０上に給紙するための給紙機構３０が配設されている。搬送ベルト２０の図中左側には、定着装置４０が配設されている（図１では、励磁コイル等は省略）。搬送ベルト２０によって搬送された用紙は、搬送ベルト２０から定着装置４０を通って延在する搬送路を搬送され、定着装置４０を通過する。定着装置４０は、搬送された用紙、即ち、その表面上に転写された各色のトナー像を加熱及び加圧して、各色のトナー像を溶融して用紙に浸透させて定着させる。定着装置４０の搬送経路下流側で排紙ローラ５０を介して排紙する。
【００１６】
次に、定着装置４０を図２にて説明する。定着装置４０は、加熱ローラ４１、定着ローラ４３、加熱ローラと定着ローラによって張架された定着ベルト４４、定着ベルトを介して加熱ローラに対向する誘導加熱部４５、定着ベルトを介して定着ローラに当接する加圧ローラ４２から構成されている。
【００１７】
発熱部材である加熱ローラ４１として、厚さ０．２〜１ｍｍ程度のＳＵＳ製ローラを用いる。その表面には厚さ３〜２０μｍ程度のＣｕ表層を形成して、発熱効率を高めることができる。この場合、Ｃｕ表層には防錆目的にＮｉめっきを施すことも好適である。また、発熱効率を高めるために、ローラ内部にフェライトコアを配置することも可能である。
【００１８】
他の例として、キュリー点１６０〜２２０℃程度の整磁合金を用いることもできる。整磁合金内部にはアルミ部材を配置し、これによってキュリー点近傍での昇温停止が可能となる。整磁合金を用いた場合もローラ表面にはＣｕめっき層を形成することで発熱効率を高めることができる。
【００１９】
定着ローラ４３は、例えばステンレス、炭素鋼等の金属製芯金４３ａと、耐熱性を有するシリコーンゴム等をソリッド状又は発泡状にして芯金を被覆した弾性部材４３ｂとから構成されている。そして、加圧ローラ４２からの押圧力で加圧ローラと定着ローラの間に所定幅の接触部（定着ニップ部Ｎ）を形成する。定着ローラ４３の外径は３０〜４０ｍｍ程度、その弾性部材４３ｂの肉厚を３〜１０ｍｍ程度、硬度を１０〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）程度としている。
【００２０】
定着部材である定着ベルト４４について、図３の概念断面図を用いて詳細に説明する。定着ベルト４４は、基材４４ａの上に弾性層４４ｂ、離型層４４ｃを積層させて構成されている。基材４４ａに求められる特性として、ベルトを張り渡した際の機械的強度、柔軟性、定着温度での使用に耐え得る耐熱性を挙げることができる。本例では加熱ローラ４１を誘導加熱するため、基材４４ａは絶縁性の耐熱樹脂材料、例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、フッ素樹脂等が適している。その厚さは熱容量、強度の関係から３０〜２００μｍが望ましい。弾性層４４ｂは光沢ムラのない均一な画像を得るために、ベルト表面に柔軟性を与える目的で形成されるもので、ゴム硬度は５〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）、厚さは５０〜５００μｍが望ましい。また、定着温度における耐熱性から、材質としてはシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等が用いられる。離型層４４ｃに使用される材料として、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂、若しくはこれら樹脂の混合物、耐熱性樹脂にこれらフッ素系樹脂を分散させたものを挙げることができる。
【００２１】
弾性層４４ｂに離型層４４ｃが被覆すると、シリコーンオイル等を使用しなくともトナー離型性、紙粉固着防止が可能になる（オイルレス化）。しかしながら、離型性を有する樹脂は一般にゴム材料のような弾性を有さないことから、弾性層４４ｂ上に厚く離型層４４ｃを形成するとベルト表面の柔軟性を損ない、光沢ムラを発生させてしまう。離型性と柔軟性を両立させるため、離型層４４ｃの膜厚を５〜５０μｍ、望ましくは１０〜３０μｍとする。
【００２２】
また必要に応じて、各層間にプライマー層を設けてもよく、また、基材の内面に摺動時の耐久性を向上させる層を設けてもよい。基材４４ａには発熱層を具備させることも好適である。例えば、ポリイミド等からなる基層上に発熱層としてＣｕ層を３〜１５μｍ形成することも可能である。
【００２３】
加圧ローラ４２は、金属製の円筒部材からなる芯金４２ａと、耐熱性の高い弾性層４２ｂと、離型層４２ｃから構成され、定着ベルトを介して定着ローラを押圧して定着ニップ部Ｎを形成する。加圧ローラ４２の外径は３０〜４０ｍｍ程度とし、弾性層４２ｂの肉厚０．３〜５ｍｍ程度、硬度２０〜５０°（Ａｓｋｅｒ硬度）程度で構成する。耐熱性が必要であるため、弾性層４２ｂにはシリコーンゴムを用いる。更に両面印刷時の離型性を高めるため、弾性部材４ｂ上に１０〜１００μｍ程度のフッ素樹脂製離型層４２ｃを形成している。
【００２４】
加圧ローラの硬度を定着ローラに比べて硬くすることによって、加圧ローラが定着ローラへ食い込む形となり、この食い込みにより用紙はニップ部出口において定着ベルトの表面に沿うことができない曲率を有し、用紙の離型性を上げることができる。
【００２５】
電磁誘導によって加熱ローラ４１を加熱する誘導加熱部４５（全体として、誘導加熱コイルとも称する）の構成を図４に示す。誘導加熱部４５は、コイル保持部材としてのケース４５ａと、長手方向に巻き回された励磁コイル４５ｂと、アーチ型コア４５ｃと、サイドコア４５ｄと、エンドコア４５ｅとから構成されている。アーチ型コア４５ｃ、サイドコア４５ｄ及びエンドコア４５ｅでなる磁性体コア部は励磁コイル４５ｂを取り囲むように構成され、励磁コイルにより発生する磁束を加熱ローラ４１への磁路を形成している。
【００２６】
励磁コイル４５ｂは、絶縁被覆を施したφ０．０５〜０．２ｍｍ程度の導線を５０〜５００本程度撚り合わせたリッツ線を５〜２０回巻き回したものである。リッツ線の表面には融着層が備えられ、通電加熱又は恒温槽で加熱することで融着層が固化し、巻き回したコイルの形状保持が可能となる。又は、融着層を保持しないリッツ線を用いてコイルを巻き、それをプレス成型することで形状を与えることも可能である。リッツ線には定着温度以上の耐熱性が必要であることから、素線の絶縁被覆材にはポリアミドイミド、ポリイミド等の耐熱性と絶縁性を兼ね備えた樹脂が用いられる。
【００２７】
巻き終えられた励磁コイル４５ｂは、僅かなギャップを伴って加熱ローラ４１の外周面の一部を覆うように配設されたケース４５ａにシリコーン接着剤等を用いて接着される。ケース４５ａは定着温度以上の耐熱性が必要になるため、その材料には耐熱性の高い樹脂であるＰＥＴや液晶ポリマー等が用いられる。
【００２８】
コア部は磁性体であり、特にＭｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト等のフェライト材料が用いられる。サイドコア４５ｄは複数個に分割され、加熱ローラ４１の回転軸方向に並べられ配置されている。フェライトコア焼結時の収縮によってサイドコアの反りが大きくなるため、複数に分割して並べているのである。エンドコア４５ｅは、定着ニップ部で用紙端部の温度低下を防ぐためのものであり、コイル端部に配して端部の温度を持ち上げている。ニップ部温度が十分均一であることが想定される場合は、エンドコアを省略することも可能である。
【００２９】
本例では、ケース４５ａにコア部を一体成形し、ケース４５ａの発熱部材対向面に設けられたスリットからコア部が露出することを特徴としている。その構成を図５に示す。図５において、加熱ローラ４１に対向する誘導加熱部４５のケース４５ａ（保持部材、コイルガイド）の発熱部材対向面４５ａ１には、複数のスリット４５ｆが通紙可能な最大幅の用紙の幅方向をカバーするように設けられている。詳細に述べれば、誘導加熱部４５の長手方向に直交する方向、即ち、対向面４５ａ１の周方向に平行に延びる複数のスリット４５ｆが、対向面４５ａ１の下部領域（ベルト回転方向下流側あるいは定着ニップ部の用紙搬入側に相当する領域）に形成されている。対向面４５ａ１の周方向は定着ベルト４４の回転方向に一致する。コア部と一体化するスリット４５ｆの部分はコア部（図示の例ではサイドコア４５ｄ）によって底部が塞がれるように一体化され、他の部分がある場合には、その部分は有底溝として形成される。このようにスリット４５ｆとコア部とで形成される溝は、ケース４５ａの樹脂成形性を考慮すると、その深さは０．２〜３ｍｍ、幅は０．５〜５ｍｍ、溝間隔は０．５〜５ｍｍ程度に設定されるのがよい。スリット４５ｆに底部からコア部が一体化することで、コア部がスリット４５ｆから露出した状態となる。コア部はフェライト材で作られているため、樹脂材料と比較して熱伝導率が高く、熱容量が大きい。その結果、ケース４５ａの発熱部材対向面に移るワックスは、スリット４５ｆを通って、コア部に付着することになり、ワックスが発熱部材から加熱される際に温度上昇し難く、再溶融し難くなる。
【００３０】
具体的な材料を挙げて材料の伝熱特性を表１にて比較する。フェライト材の熱伝導率は液晶ポリマーの約１０倍、熱容量は約２倍となっている。熱伝導率が高いため、ワックス成分が加熱される熱を素早くフェライト材が受け取ることができ、また熱容量が大きいことから、より多くの熱量を受け取ることができる。その特性のためにワックス成分の熱量がコア部に素早く多量に吸収されることから温度上昇が抑制され、再溶融が起き難く、ワックス付着画像の発生を防止できる。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
誘導加熱部を付設する定着装置は、図２に示したベルト定着装置に限らず、図６に示すローラ定着装置であってもよい。ローラ定着装置自体は良く知られた構成であるので、図２と同じ部材については同じ参照番号を付すことで、構成に関する説明は省略する。なお、ローラ定着装置では誘導加熱部で加熱される加熱ローラに代わり、定着ローラ４３が発熱層４３ｃを有する。つまり、定着ローラ４３が定着部材であり発熱部材である。発熱層４３ｃは例えば内周側から、基材層、主発熱層、弾性層、離型層の順で構成されている。発熱層４３ｃの基材はニッケルで厚さ３〜１５μｍ程度に形成され、主発熱層は銅で形成され、その厚さは５μｍ以下、弾性層はシリコーンゴムで、厚さ１００〜５００μｍ、離型層はＰＦＡ等のフッ素化合物で、厚さ１０〜１００μｍで構成されている。ローラ定着装置は、定着ニップ部と誘導加熱部の距離がベルト定着装置と比較して近接するため、コア部へのワックス成分固着がより顕著であり、ワックス付着画像防止がより必要である。
【００３３】
また、以上のような構成に比較して、誘導加熱部４５におけるケースの発熱部材対向面を、定着ニップ部の用紙搬入側に近づけるようにずらすレイアウトが想定される。定着装置への用紙搬送を上向きにする構成では、図７や図８に示すように誘導加熱部４５も上向きのレイアウトとなる。熱源である誘導加熱部が定着ニップ部に近づくことになり、誘導加熱部により加熱された定着ローラ／定着ローラの領域が定着ニップ部に至るまでの放熱を低減することができ、熱効率を高めることができる。なお、レイアウト以外の各部材については、図２、図６と変わるところがないので、ここでも同じ部材については同じ参照番号を付すことで、構成に関する説明は省略する。
【００３４】
このようなレイアウトによって、上向き用紙搬送や水平用紙搬送の場合に、定着ニップ部より用紙搬送方向上流側に位置する溝も上向きとなる。図２、図６、図７、図８に示すいずれのレイアウトでも、フェライト製コア部が露出することで、これに接する固着ワックスは溶融し難くなっている。
【００３５】
誘導加熱部４５の発熱部材対向面に形成される複数のスリット４５ｆは、対向面４５ａ１の下部領域、即ち、ベルトの回転方向下流側に相当する領域だけでなく、図９に示すように、上部領域、即ち、ベルトの回転方向上流側に相当する領域にも設けてもよい。即ち、定着ニップ部の用紙搬入側と用紙搬出側に相当する両方の領域にスリット４５ｆを設ける。ケース４５ａの横断面において対称的にスリット／溝を存在させることにより、成形時の長手方向における反り量を低減することができる。その結果、長手方向の場所によって発熱部材との空隙が異なる事態が防止され、ワックス付着画像を長手方向で均一に防止できる。
【００３６】
既述のように、ケース発熱部材対向面に形成されるスリット４５ｆは、コア部により底部を塞がれる部分と、有底溝として形成される部分とを有するが、有底溝の部分は薄肉にならざるを得ず、成形時に充填不良で有底溝の部分に穴が生じる可能性もある。そこで、ケースのスリット自体で有底溝を構成しないように、スリット４５ｆの対向面周方向長さ（ベルト回転方向長さ）を、スリット底部から一体成形されるコア部のサイドコア４５ｄと同じか、それより短く設定するのが好ましい。その状態を図１０に示す。このように設定すれば、スリットの肉厚を薄くしてもコア部によって強度補強されることになる。
【符号の説明】
【００３７】
４１  加熱ローラ
４２  加圧ローラ
４３  定着ローラ
４４  定着ベルト
４５  誘導加熱部
４５ａ  ケース
４５ａ１  発熱部材対向面
４５ｄ  サイドコア
４５ｆ  スリット
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】特開２００９−２８８５７８号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014164165.tif 000010
【図８】
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【図９】
2014164165.tif 000012
【図１０】
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