(57)【要約】【課題】  簡単な構成で加熱ローラの内面からの放射される熱の量をできるだけ少なくした電磁誘導加熱定着。【解決手段】  磁性体より形成された中空の加熱ローラと、前記加熱ローラの内部に位置して電磁誘導加熱により前記加熱ローラを発熱させる誘導コイルとを少なくとも備えた電磁誘導加熱定着装置において、前記加熱ローラの内面が表面粗さ１．８μｍ以下の表面性を有すること。【選択図】        図２
2006145655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体より形成された中空の加熱ローラと、前記加熱ローラの内部に位置して電磁誘導加熱により前記加熱ローラを発熱させる誘導コイルとを少なくとも備えた電磁誘導加熱定着装置において、
前記加熱ローラの内面が表面粗さ１．８μｍ以下の表面性を有することを特徴とする電磁誘導加熱定着装置。
【請求項２】
前記加熱ローラを押圧する加圧ローラを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導加熱定着装置。
【請求項３】
前記加熱ローラの肉厚をｔ（ｍｍ）とし、前記加熱ローラの内面の表面粗さをＲａ（μｍ）としたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁誘導加熱定着装置。
Ｒａ≦１．５ｔ＋０．３
【請求項４】
前記加熱ローラの肉厚が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の電磁誘導加熱定着装置。
【請求項５】
磁性体より形成された中空の加熱ローラと、前記加熱ローラの内部に位置して電磁誘導加熱により前記加熱ローラを発熱させる誘導コイルとを少なくとも備えた電磁誘導加熱定着装置において、
前記加熱ローラの内面が０．５以下の放射率を有することを特徴とする電磁誘導加熱定着装置。
【請求項６】
前記加熱ローラを押圧する加圧ローラを備えたことを特徴とする請求項５に記載の電磁誘導加熱定着装置。
【請求項７】
前記加熱ローラの肉厚をｔ（ｍｍ）とし、前記加熱ローラの内面の放射率をεとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電磁誘導加熱定着装置。
ε≦０．４２ｔ＋０．２５
【請求項８】
前記加熱ローラの肉厚が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の電磁誘導加熱定着装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載の電磁誘導加熱定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの諸機能を備えた複合機等の画像形成装置に関し、詳しくは画像形成装置に用いられる電磁誘導加熱定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体に形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録紙（転写材）上に転写し、この後、記録紙上に転写されたトナー像を定着している。
【０００３】
このようなトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンヒータ等を内蔵した加熱ローラと、加熱ローラに加圧する加圧ローラとによって、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であると共に記録紙上への定着性が良好であるため、広く利用されている。
【０００４】
しかし、このような定着装置においては、加圧ローラの厚いゴム層のために熱が伝達され難く、加熱ローラ等が加熱される時間が長くなるので、ウオーミングアップタイム（ＷＵＴ）が長くなるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、電磁誘導加熱方式の定着装置が開発されている。電磁誘導加熱方式の定着装置は、加熱ローラの外側近傍若しくは加熱ローラの内部に誘導コイルを配置し、誘導コイルに高周波交流電流を印加することで誘起される誘導磁束により加熱ローラを発熱させ、加熱ローラと加熱ローラを押圧する押圧ローラとの間に形成されたニップ部で記録紙を挟持・搬送して加熱・押圧し、記録紙上のトナー像を定着する構成である。そして、ＷＵＴを短縮するために加熱ローラの肉厚は薄く形成されている。
【０００６】
但し、加熱ローラの肉厚を薄く形成することにより、加熱ローラの内面から熱が放射して、加熱ローラの温度が低下し易いという問題がある。
【０００７】
また、加熱ローラの内部に誘導コイルを配置した場合には、加熱ローラの内面からの放射熱で誘導コイルが加熱され、誘導コイルの自己発熱と相俟って、誘導コイルの温度が上昇し、この結果、電磁誘導加熱の効率が低下するという問題が生ずる。
【０００８】
このような電磁誘導加熱方式の定着装置であって、加熱ローラの内部に誘導コイルを配置した定着装置が知られている（特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２００２−４９２６０号公報
【特許文献２】特開平１０−６９１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１は、表層の発熱層から内部への熱流出により表層の発熱層の表面温度が早く上昇されないという問題に対処するために、発熱層の下層に断熱性の高い弾性断熱層を設けた構成である。しかし、このような断熱層を設けることにより、加熱ローラの構成が複雑になって原価高になる。
【００１０】
また、引用文献２は、誘導電流の量が密であって、温度が最も高く、且つ温度変化に対して最も応答性がよい部分において、定着スリーブ（加熱ローラ）の温度を検知する構成である。また、定着スリーブを薄肉に形成する記載もある。しかし、定着スリーブの内面からの熱放射に関しては言及されていない。
【００１１】
加熱ローラの内部に誘導コイルを配置した場合には、加熱ローラの内面から熱が放射されることで、加熱ローラの表面温度が低下し、また、この熱で誘導コイルが加熱され、誘導コイルの自己発熱と相俟って誘導コイルの温度が上昇し、電磁誘導加熱の効率が低下するという問題が生ずるが、本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で加熱ローラの内面からの放射される熱の量をできるだけ少なくした電磁誘導加熱定着装置及び画像形成装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は下記の手段により達成される。
【００１３】
［請求項１］磁性体より形成された中空の加熱ローラと、前記加熱ローラの内部に位置して電磁誘導加熱により前記加熱ローラを発熱させる誘導コイルとを少なくとも備えた電磁誘導加熱定着装置において、前記加熱ローラの内面が表面粗さ１．８μｍ以下の表面性を有することを特徴とする電磁誘導加熱定着装置。
【００１４】
［請求項２］前記加熱ローラを押圧する加圧ローラを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導加熱定着装置。
【００１５】
［請求項３］前記加熱ローラの肉厚をｔ（ｍｍ）とし、前記加熱ローラの内面の表面粗さをＲａ（μｍ）としたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁誘導加熱定着装置。
【００１６】
Ｒａ≦１．５ｔ＋０．３
［請求項４］前記加熱ローラの肉厚が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の電磁誘導加熱定着装置。
【００１７】
［請求項５］磁性体より形成された中空の加熱ローラと、前記加熱ローラの内部に位置して電磁誘導加熱により前記加熱ローラを発熱させる誘導コイルとを少なくとも備えた電磁誘導加熱定着装置において、前記加熱ローラの内面が０．５以下の放射率を有することを特徴とする電磁誘導加熱定着装置。
【００１８】
［請求項６］前記加熱ローラを押圧する加圧ローラを備えたことを特徴とする請求項５に記載の電磁誘導加熱定着装置。
【００１９】
［請求項７］前記加熱ローラの肉厚をｔ（ｍｍ）とし、前記加熱ローラの内面の放射率をεとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電磁誘導加熱定着装置。
【００２０】
ε≦０．４２ｔ＋０．２５
［請求項８］前記加熱ローラの肉厚が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の電磁誘導加熱定着装置。
【００２１】
［請求項９］請求項１〜８の何れか１項に記載の電磁誘導加熱定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の加熱ローラの電磁誘導加熱定着装置及び画像形成装置によれば、加熱ローラの内部に誘導コイルを配置した場合に、簡単な構成で加熱ローラの内面からの放射される熱の量をできるだけ少なくしたので、加熱ローラの表面の温度低下や電磁誘導加熱の効率が低下するという問題がより少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本願発明の電磁誘導加熱定着装置に関する実施の形態を説明する。
【００２４】
先ず、本発明に係わる電磁誘導加熱定着装置を用いた画像形成装置について、図１の基本構成図を参照して説明する。
【００２５】
図１において、１は電子写真感光体である感光体ドラムであって、感光体ドラム１は矢示の方向に所定の周速度で回転駆動され、その表面が帯電器２によってマイナスの所定の電位ＶＨに一様帯電される。
【００２６】
３は露光装置で、不図示の画像読取装置やコンピュータ等から入力される画像情報の時系列デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力する。一様帯電された感光体ドラム１の表面は、このレーザビームによって走査露光される。これにより、感光体ドラム１の露光部分は電位絶対値が低下して電位ＶＬとなり感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。
【００２７】
現像器４は回転駆動される現像ローラ４ａを備えている。現像ローラ４ａは感光体ドラム１と対向して配置されており、その外周面にマイナスに帯電したトナーの薄層が形成される。現像ローラ４ａには、その絶対値が感光体ドラム１の電位ＶＨよりも小さく、電位ＶＬよりも大きい現像バイアス電圧が印加されており、これにより現像ローラ４ａ上のトナーが感光体ドラム１の電位ＶＬ部分にのみ付着して反転現像が行われ、トナー像が形成される。
【００２８】
一方、不図示の給紙部から給送される転写材である記録紙Ｐはレジストローラ９を経て、感光体ドラム１の回転と同期した適切なタイミングで感光体ドラム１と帯電転写極５とで形成される転写領域へ送られる。そして、感光体ドラム１上のトナー像は転写バイアスが印加された帯電転写極５により記録紙Ｐに転写される。
【００２９】
６は定着用ガイドであって、トナー像が転写された記録紙Ｐは定着装置７へ搬送され、記録紙Ｐ上に転写されたトナー像の定着がなされる。定着装置７を通過してトナー像の定着を終えた記録紙Ｐは不図示の排紙トレイ上に排出される。
【００３０】
一方、記録紙Ｐが分離された後の感光体ドラム１は、その表面に付着した転写残トナー等の残留物がクリーニング装置８によって除去され、クリーニングされた感光体ドラム１は繰り返し次の画像形成に供される。
【００３１】
なお、上述の画像形成装置はモノクロ画像を形成する装置であるが、本発明の定着装置はカラー画像を形成する装置に対しても適用される。
【００３２】
次に、本発明の電磁誘導加熱方式の定着装置７について図２を参照して説明する。図２は電磁誘導加熱方式の定着装置７の基本構成図である。
【００３３】
定着装置７は、高透磁率の磁性材料からなり中空に形成された加熱ローラ７１と、加熱ローラ７１の内部に位置する誘導コイル７２と、加熱ローラ７１を加圧する加圧ローラ７３とからなる。そして、不図示の電源から２０ｋＨｚ以上の高周波交流電流を誘導コイル７２に印加することにより誘起される誘導磁束によって加熱ローラ７１を自己発熱させ、未定着のトナー像を担持した記録紙Ｐを加熱ローラ７１と加圧ローラ７３との間のニップＮで挟持・搬送しながら、加熱・加圧し、記録紙Ｐ上のトナー像を定着する。
【００３４】
加熱ローラ７１は、高透磁率の磁性材料からなる鉄を用いて、薄肉で中空に形成され、電磁誘導によって発熱する発熱体７１ａと、記録材Ｐを分離し易くするためにトナーに対する離型性と耐熱性を有して、フッ素樹脂からなり、基体７１ａの外表面にコーティングした離型層７１ｂと、からなる。
【００３５】
励磁コイル７２は、細い銅線を束ねたリッツ線を用いて形成されており、中央に配置されたボビン７４の外周に巻回されていている。
【００３６】
加圧ローラ７３は、アルミニュウム等からなる金属から形成された芯金７３ａと、その外周に設けられゴムから形成された弾性層７３ｂとからなる。
【００３７】
以上の如き電磁誘導加熱方式の定着装置において、本発明者は、加熱ローラの内面の表面性の差異によって内部に放射される放射熱の量に差異が生ずることを見出し、下記の如き実験を行った。
【００３８】
この実験結果を図３のグラフに示す。
【００３９】
図３は、加熱ローラの温度変化を示すグラフで、加熱ローラの内面の表面粗さＲａを０．６μｍから２．４μｍまでの４種類に変化させ、電磁誘導加熱による３０秒のウオーミングアップの後に、加熱を停止し、温度低下を測定した。
【００４０】
この結果、ウオーミングアップ終了後に６０秒放置したときに、加熱ローラの温度が１９０℃以上あることを限度とした場合、加熱ローラの内面が表面粗さ１．２μｍ以下の表面性を有することが必要であることが分かった。
【００４１】
なお、微視的に考察すると、表面粗さが大きいということは表面に凹凸が多いということで、表面積が大きいので、熱がより多く放射されることになる。
【００４２】
また、この実験に用いた画像形成装置の仕様は下記の如くである。
・プロセス線速：３２０ｍｍ／ｓ
・感光体      ：負帯電ＯＰＣ、外径８０ｍｍ
・帯電        ：スコロトロン方式、帯電電圧−７５０Ｖ
・露光        ：半導体レーザ、出力４９０μＷ（表面標準出力）
・現像        ：負帯電トナー、接触式現像、現像バイアス−６００Ｖ（表面標準出力）
スリーブ外径４０ｍｍ、マグネット固定
・転写        ：コロトロン方式正放電
・分離        ：コロトロン方式負放電、ＡＣ重畳
転写と同時にＬＥＤ露光による分離補助手段あり
・定着        ：電磁誘導加熱方式、１０００Ｗ
加熱ローラ外径３５ｍｍ、肉厚０．６ｍｍ、鉄製
また、上記同条件で加熱ローラの内面の放射率εを０．３から０．６までの４種類に変化させ、電磁誘導加熱による３０秒のウオーミングアップの後に、加熱を停止し、温度低下を測定した。この実験結果を図４のグラフに示す。
【００４３】
この結果、ウオーミングアップ終了後に６０秒放置したときに、加熱ローラの温度が１９０℃以上あることを限度とした場合、加熱ローラの内面が０．５以下の放射率を有することが必要であることが分かった。
【００４４】
更に、加熱ローラの肉厚を変化させて、表面粗さと放射率の限界値を検討したところ、図５及び図６に示す如く、表面粗さと放射率の限界値は加熱ローラの肉厚に正比例することが分かった。この関係を示すグラフを図５及び図６に示す。
【００４５】
加熱ローラの表面粗さに関しては、図５に示す如く、加熱ローラの肉厚が０．６ｍｍのときは、１．２μｍ以下である必要があるが、加熱ローラの肉厚が１．０ｍｍのときは、１．８μｍ以下であってもよいことが分かった。なお、加熱ローラを肉薄に形成するため、肉厚を１．０ｍｍ以下とした。
【００４６】
これらを条件式で表すと、加熱ローラの肉厚をｔ（ｍｍ）とし、前記加熱ローラの内面の表面粗さをＲａ（μｍ）としたときに、Ｒａ≦１．５ｔ＋０．３となる。
【００４７】
また、加熱ローラの放射率に関しては、図６に示す如く、加熱ローラの肉厚が０．６ｍｍのときは、０．５以下である必要があるが、加熱ローラの肉厚が１．０ｍｍのときは、０．６７以下であってもよいことが分かった。なお、加熱ローラを肉薄に形成するため、肉厚を１．０ｍｍ以下とした。
【００４８】
これらを条件式で表すと、加熱ローラの肉厚をｔ（ｍｍ）とし、前記加熱ローラの内面の放射率をεとしたときに、ε≦０．４２ｔ＋０．２５となる。
【００４９】
なお、本発明に係わる定着装置としては、図１及び図２の如き加熱ローラを加圧ローラで加圧する定着装置に限定されるものではなく、ベルトを用いた定着装置にも適用できる。ベルトを用いた定着装置とは、加熱ローラと定着ローラとの間にベルトを張架し、ベルトを介して定着ローラを加圧ローラで加圧し、定着ローラに圧着するベルトと加圧ローラとの間に形成されるニップ部で記録紙を定着するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】電磁誘導加熱定着装置を用いた画像形成装置の基本構成図である。
【図２】電磁誘導加熱方式の定着装置の基本構成図である。
【図３】加熱ローラの表面粗さを変化させたときの加熱ローラの温度変化を示すグラフである。
【図４】加熱ローラの放射率を変化させたときの加熱ローラの温度変化を示すグラフである。
【図５】加熱ローラの肉厚と平滑度との関係を示すグラフである。
【図６】加熱ローラの肉厚と放射率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
７  定着装置
７１  加熱ローラ
７１ａ  発熱体
７２  誘導コイル
７３  加圧ローラ
７４  ボビン
Ｐ  記録紙
Ｎ  ニップ
【図１】
2006145655.tif 000003
【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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