(57)【要約】【課題】通電遮断素子の応答性と耐久性に優れる定着装置を提供すること。【解決手段】導電層１ａを有する回転可能な筒状の回転体１と、前記回転体の中空部に挿通され前記回転体の母線方向に沿って配置された磁性芯材２と、前記磁性芯材の軸方向Ｌに交差する方向で前記磁性芯材に巻回された励磁コイル３と、前記回転体と共にニップ部Ｎを形成する加圧部材８と、を備え、前記励磁コイルに交流電流を流して交番磁界を生成し、前記導電層を電磁誘導加熱させて前記ニップ部で未定着のトナー像Ｔを担持した記録材Ｐを搬送しながらトナー像を記録材に定着させる定着装置において、前記回転体とは別に前記交番磁界が内部を通過する導電性の円筒形部材２１を設置し、前記円筒形部材には通電遮断素子２０が接触配置されていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層を有する回転可能な筒状の回転体と、
前記回転体の中空部に挿通され前記回転体の母線方向に沿って配置された磁性芯材と、
前記磁性芯材の軸方向に交差する方向で前記磁性芯材に巻回された励磁コイルと、
前記回転体と共にニップ部を形成する加圧部材と、を備え、
前記励磁コイルに交流電流を流して交番磁界を生成し、前記導電層を電磁誘導加熱させて前記ニップ部で未定着のトナー像を担持した記録材を搬送しながらトナー像を記録材に定着させる定着装置において、
前記回転体とは別に前記交番磁界が内部を通過する導電性の円筒形部材を設置し、前記円筒形部材には通電遮断素子が接触配置されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記円筒形部材は前記回転体の外側に無回転に設置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】
前記円筒形部材は前記回転体の内側に無回転に設置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４】
記録材に未定着のトナー像を形成する画像形成部と、
トナー像を記録材に定着する定着部と、を有する画像形成装置において、
前記定着部として請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の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、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載する電磁誘導加熱方式の定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機やプリンタは、未定着のトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着する定着装置を搭載している。この定着装置として、記録材を加熱する定着スリーブ等の回転体の導電層を直接発熱させることができる電磁誘導加熱方式の装置が知られている。このタイプの定着装置は、回転体の温度上昇が速く、消費電力も低いという利点を有する。
【０００３】
特許文献１には、導電層を有する回転可能な筒状の回転体の内部に励磁コイルと磁性体コアを配置し、回転体の軸方向に交番磁界を発生させ、回転体に発生する周回電流によるジュール熱で回転体を発熱させる電磁誘導加熱方式の定着装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２６２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１にあるように回転体の導電層を直接発熱させる定着装置においては、回転体の熱容量を小さくすることにより、回転体を目標温度まで上昇させる時間を短くすることができる。
【０００６】
しかし、回転体の昇温時間を短くできるということは、定着装置の制御回路に異変が起こり回転体が異常過熱した場合においても回転体の温度上昇が速いことを意味する。このためこのような定着装置構成においては、回転体の異常な温度上昇を迅速に検知する必要がある。
【０００７】
通常、回転体の異常な温度上昇を検知するために、回転体の異常過熱に感応して励磁コイルへの通電を緊急遮断する通電遮断素子としてサーモスイッチが組み込まれている。
【０００８】
しかし、サーモスイッチの応答性を高めるために、サーモスイッチを回転体に接触させると、回転体との摺擦によりサーモスイッチの感熱部であるバイメタルが削れてしまうという課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、通電遮断素子の応答性と耐久性に優れる定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の定着装置は、
導電層を有する回転可能な筒状の回転体と、
前記回転体の中空部に挿通され前記回転体の母線方向に沿って配置された磁性芯材と、
前記磁性芯材の軸方向に交差する方向で前記磁性芯材に巻回された励磁コイルと、
前記回転体と共にニップ部を形成する加圧部材と、を備え、
前記励磁コイルに交流電流を流して交番磁界を生成し、前記導電層を電磁誘導加熱させて前記ニップ部で未定着のトナー像を担持した記録材を搬送しながらトナー像を記録材に定着させる定着装置において、
前記回転体とは別に前記交番磁界が内部を通過する導電性の円筒形部材を設置し、前記円筒形部材には通電遮断素子が接触配置されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の画像形成装置は、記録材に未定着のトナー像を形成する画像形成部と、
トナー像を記録材に定着する定着部と、を有する画像形成装置において、
前記定着部として上記の定着装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、通電遮断素子の応答性と耐久性に優れる定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】画像形成装置の断面図
【図２】実施例１の定着装置の断面図
【図３】定着装置を記録材の搬送方向の上流側から見たときの正面図
【図４】磁性体コアと励磁コイルによる発熱層の電磁誘導加熱を説明するための図
【図５】定着スリーブの周回抵抗値の計算方法を説明するための図
【図６】実施例１の定着装置における定着スリーブと導電リングとサーモスイッチの配置態様を示す斜視図
【図７】実施例１の定着装置の異常昇温時における導電リングと定着スリーブの昇温カーブを示す図
【図８】実施例２の定着装置における定着スリーブと導電リングとサーモスイッチの配置態様を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明の好適な実施形態は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は以下の実施例により限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において種々の構成を他の公知の構成に置き換えることは可能である。
【００１５】
［実施例１］
１．画像形成装置１００
図１を参照して、本発明に係る画像形成装置を説明する。図１は電子写真記録技術を用いた画像形成装置（本実施例ではモノクロプリンタ）１００の一例の概略構成を表わす断面図である。
【００１６】
画像形成装置１００において、記録材Ｐに未定着のトナー像を形成する画像形成部Ａは、像担持体としての感光体ドラム１０１と、帯電部材１０２と、レーザスキャナ１０３と、現像器１０４と、を有する。更に画像形成部Ａは、感光体ドラムをクリーニングするクリーナ１０９と、転写部材１０８と、を有する。以上の画像形成部Ａの動作は周知であるので詳細な説明は割愛する。
【００１７】
画像形成装置１００の本体１００Ａ内のカセット１０５に収納された記録材Ｐはローラ１０６の回転によって１枚ずつ繰り出される。その記録材Ｐはローラ１０７の回転によって感光体ドラム１０１と転写部材１０８とで形成された転写ニップ部に搬送される。転写ニップ部でトナー像が転写された記録材Ｐは搬送ガイド１１０を介して定着部（以下、定着装置と称する）Ｂに送られる。記録材Ｐに形成された未定着のトナー像Ｔは定着装置Ｂによって記録材上に加熱定着される。定着装置Ｂを出た記録材Ｐはローラ１１１，１１２の回転によってトレイ１１３に排出される。
【００１８】
２．定着装置Ｂ
本実施例に示す定着装置Ｂは電磁誘導加熱方式の装置である。図２は本実施例に係る定着装置Ｂの概略構成を示す断面図である。図３は定着装置Ｂを記録材Ｐの搬送方向Ｙの上流側から見たときの正面図である。図４は磁性体コア２と励磁コイル３による発熱層１ａの電磁誘導加熱を説明するための図である。
【００１９】
加圧部材としての加圧ローラ８は、芯金８ａと、芯金８ａの外周面上にローラ状に成形被覆させた弾性層８ｂと、弾性層８ｂの外周面上に設けられた離型層８ｃと、を有する。弾性層８ｂは、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよい材質が好ましい。芯金８ａの記録材Ｐの搬送方向Ｙと直交する長手方向の両端部は定着装置Ｂの左右の側板１３ａ，１３ｂ間に軸受け(不図示）を介して回転可能に保持させて配設してある。
【００２０】
筒状の回転体としての定着スリーブ（以下、スリーブとも称す）１の中空部に挿通されたスリーブガイド６上には、スリーブガイド６を補強するためのステイ５が配置されている。ステイ５、及びスリーブガイド６の記録材Ｐの搬送方向Ｙと直交する長手方向の両端部は左右の側板１３ａ，１３ｂに保持されている。スリーブガイド６は耐熱性樹脂ＰＰＳ等で構成されている。ステイ５の長手方向の両端部と天板１４の左右の側板１３ａ，１３ｂ側の内面に設けられたバネ受け部材１８ａ，１８ｂとの間に、それぞれ、加圧バネ１７ａ，１７ｂを縮設することでステイ５に押し下げ力を作用させている。
【００２１】
本実施例の定着装置Ｂでは、総圧約１００Ｎ〜２５０Ｎ（約１０ｋｇｆ〜約２５ｋｇｆ）の押圧力をステイ５に与えている。この押圧力によりスリーブガイド６の下面はスリーブ１を介して加圧ローラ８表面に加圧され、これにより加圧ローラ８はスリーブ１と共に所定幅のニップ部Ｎを形成する。
【００２２】
加圧ローラ８は駆動手段としてのモータＭの駆動により矢印方向に回転（駆動）される。スリーブ１は加圧ローラ８の回転に追従して矢印方向に回転する。スリーブガイド６の長手方向の両端部には、スリーブ１の回転時に当該スリーブ１の端部を受けてスリーブ１の寄り移動を規制するフランジ部材１２ａ，１２ｂが外嵌されている。フランジ部材１２ａ，１２ｂの材質としては耐熱性の樹脂材料が好ましい。
【００２３】
スリーブ１は、基層となる導電層としての筒状の発熱層１ａと、発熱層１ａの外周面に積層させた弾性層１ｂと、弾性層１ｂの外周面に積層させた離型層１ｃからなる複合構造の筒形回転体である。スリーブ１の直径は１０〜５０ｍｍである。
【００２４】
導電性部材によって形成された発熱層１ａには後述する励磁コイル３からの交番磁界が作用することにより、発熱層１ａに周回電流Ｉ１（図４参照）が発生して発熱層１ａが発熱する。この熱が弾性層１ｂ、離型層１ｃに伝達されてスリーブ１全体が加熱される。
【００２５】
定着装置Ｂの温度検知は、スリーブ１の記録材Ｐの搬送方向Ｙと直交する長手方向中央、及びスリーブ１の長手方向両端部に配設された非接触型の温度検知素子９，１０，１１によって行われる。温度検知素子９はスリーブ１表面において記録材Ｐが通過する領域（通過領域）Ａｐの温度を検知し、温度検知素子１０，１１は記録材Ｐが通過しない領域（非通過領域）Ａｎｐの温度を検知する。
【００２６】
ここで、定着装置Ｂの温度制御はスリーブ１の長手方向中央の温度検知素子９によって検出された温度をもとに行われ、これによりスリーブ１は誘導加熱されてスリーブ１表面の温度が所定の定着温度（目標温度）に維持される。また、スリーブ１の長手方向両端部に配設された温度検知素子１０，１１によって記録材Ｐを連続プリントした時の昇温具合を検知することができる。
【００２７】
未定着のトナー像Ｔを担持する記録材Ｐはニップ部Ｎで挟持搬送されつつ加熱され、これによりトナー像Ｔは記録材上に定着される。
【００２８】
３．磁性体コア２と励磁コイル３
磁性体コア２は直径１０ｍｍの円筒形の磁性芯材でできており、不図示の固定手段でスリーブ１の中空部を貫通して配置されている。つまり、磁性体コア２はスリーブ１の中空部に挿通されスリーブ１の母線方向に沿って配置されている。そして励磁コイル３にて生成された磁力線をスリーブ１の内部に誘導することによって磁路を形成する。
【００２９】
励磁コイル３は被覆された銅線であり、磁性体コア２に螺旋状に巻き回して配設されている。つまり、励磁コイル３は磁性体コア２の軸方向Ｌに交差する方向で磁性体コア２に巻回されている。この励磁コイル３に高周波コンバータ１６から交流電流としての高周波電流を流すと、周期的に極性が反転する交番磁界が磁性体コア２に平行な方向に発生する。スリーブ１の発熱層１ａにはこの磁界を打ち消すように周回電流Ｉ１が発生し、この周回電流によるジュール熱によりスリーブ１が加熱され温度上昇する。
【００３０】
４．サーモスイッチ（通電遮断素子）２０と導電リング（円筒形部材）２１の説明
本実施例の定着装置Ｂでは、スリーブ１の異常過熱に感応して励磁コイル３への通電を緊急遮断する通電遮断素子としてサーモスイッチを用いている。ここで、サーモスイッチをスリーブ１に非接触、または間接接触配置する場合、サーモスイッチの応答時間は接触配置した場合に比べて大幅に遅く、またその応答時間はサーモスイッチとスリーブ１の空間距離のばらつきにより大きく左右させられる。
【００３１】
一方、サーモスイッチの応答性を高めるために、サーモスイッチをスリーブ１の内面に接触させると、スリーブ１の内面である発熱層１ａに傷がつき発熱分布に影響がでるという問題があった。更に、サーモスイッチ側も発熱層１ａとの摺擦により感熱部であるバイメタルが削れてしまい応答性に影響がでるという問題があった。
【００３２】
本実施例ではサーモスイッチを例にして説明するが、温度ヒューズ、またはサーモスタットといった過昇温時に通電を遮断する機能を有する他の通電遮断素子でも同様の問題が起こる。
【００３３】
以上を鑑み、本実施例では、スリーブ１とは別に無回転の導電性の円筒形部材を設置し、サーモスイッチをその円筒形部材に接触配置させることにより前述した問題を解決する。
【００３４】
図３において、２０は定着装置Ｂの天板１４内面に台座部材２０ｂを介して設置された通電遮断素子としてのサーモスイッチである。そしてサーモスイッチ２０の感熱部であるバイメタル部２０ａを導電性の円筒形部材としての導電リング２１に接触させている。
【００３５】
導電リング２１は、直径３２ｍｍ、厚み５０μｍ、幅５ｍｍのＳＵＳ３０４によって筒状に形成され、スリーブ１表面の記録材Ｐが通過しない領域Ａｎｐに配置してある。この導電リング２１は、フランジ部材１２ａ、側板１３ａ、天板１４等の部材に支持部材（不図示）を介して保持されている。つまり、導電リング２１は、スリーブ１の外側に無回転に設置されている。
【００３６】
ここで、導電リング２１の条件として、熱容量がスリーブ１より小さく、周回抵抗（周回方向に電流が流れた際の電気抵抗）がスリーブ１より大きいことが好ましい。このような条件において通常の温調時はサーモスイッチ２０を切れさせることなく異常昇温時だけサーモスイッチ２０を切らせることが可能となる。また導電リング２１の直径は本実施例の径に限定されるものではないが、大きくなればなるほど熱容量が大きくなり、さらに周回電流が減少することによって温度上昇が遅くなることから５０ｍｍ以下が望ましい。
【００３７】
ここで、発熱層１ａの周回抵抗について説明する。図５（ａ）に、発熱層１ａの形状と周回抵抗の計算方法を示す。筒状の発熱層１ａは、長さＬ［ｍ］、直径ｄ［ｍ］、厚みｔ［ｍ］、体積抵抗率ρ［Ωｍ］とすると、図５（ｂ）に示すように発熱層１ａを切り開いて矢印Ｒ方向に電流Ｉを流す際の電気抵抗ＲSLVは、以下の式となる。
【００３８】
【数１】
2017016052.tif 000003
【００３９】
この式を用いて導電リング２１の周回抵抗を求めることができる。
【００４０】
次に、スリーブ１の異常加熱時にサーモスイッチ２０が切れて給電停止がなされる仕組みを、図６を参照して説明する。図６はスリーブ１の外側に設置した導電リング２１と、導電リング２１と接触するサーモスイッチ２０を示す斜視図である。
【００４１】
前述したように、励磁コイル３に交流電流が流れるとこれに伴って磁性体コア２に平行な向きに交番磁界が発生する。スリーブ１の発熱層１ａにはこの磁界を打ち消すように誘導電流（周回電流）Ｉ１（図３参照）が発生し、この周回電流によるジュール熱によりスリーブ１が加熱され温度が上昇する。通常、スリーブ１の温度は温度検知素子９の検知温度に基づきトナーの定着温度付近の温度になるように制御されている。
【００４２】
一方、同様の仕組みで上記の交番磁界に対しループ回路を形成する導電リング２１にも誘導電流（周回電流）が発生する。導電リング２１にはこの磁界を打ち消すように誘導電流（周回電流）Ｉ２が発生し、この周回電流によるジュール熱により導電リング２１が加熱され温度が上昇する。サーモスイッチ２０は導電リング２１の温度が規定の温度以上になると回路遮断を行う。ここでスリーブ１の温度が制御された状況、すなわち通常出力の交番磁界が発生している状態下では、導電リング２１の温度はサーモスイッチ２０の規定温度以上には至らず、サーモスイッチ２０は動作しない。
【００４３】
ところが、定着装置Ｂの温度制御回路に何らかの異変が起きてスリーブ１の温度が上昇し続けるような交番磁界が発生し続けると、それに伴い導電リング２１の温度も上昇し続ける。そして導電リング２１の温度がサーモスイッチ２０による規定温度に達すると、サーモスイッチ２０が切れ、励磁コイル３への給電が遮断されてスリーブ１の温度はそれ以上上昇しなくなる。ここで導電リング２１は無回転でサーモスイッチ２０の感熱部であるバイメタル部２０ａに接触配置されていることから、バイメタル部２０ａが削れるといったことは起こらない。
【００４４】
本実施例の定着装置Ｂの効果を確認するために、定着装置Ｂの最大投入電力である１５００Ｗを投入し続けた場合のサーモスイッチ２０の動作を確認した。ここでサーモスイッチ２０には規定温度が３００℃のものを用いた。これは本実施例のスリーブ１は３００℃で弾性層１ｂが破損するためである。図７に、最大投入電力を投入し続けた時の導電リング２１の温度（実験用に貼り付けた熱電対による検知温度）とスリーブ１の温度（温度検知素子９による検知温度）の昇温カーブを示す。
【００４５】
実験ではサーモスイッチ２０は電力投入後４．４秒で切れたが、この時スリーブ１の温度は２４０℃であり、十分な温度マージンをもって給電が遮断されたことが確認された。また図７において破線は通常温調時における導電リング２１とスリーブ１の温度であり、スリーブ１を定着温度である１６０℃で温調する限りにおいては導電リング２１の温度は３００℃に到達することがないためサーモスイッチ２０は切れることはない。
【００４６】
このような効果が発現するのは、スリーブ１と導電リング２１が励磁コイル３より発生する交番磁界に対し鉛直に配置されていることにより、スリーブ１と導電リング２１にその交番磁界を打ち消すように周回電流が誘導されるという特徴による。
【００４７】
以上説明したように、本実施例の定着装置Ｂは、スリーブ１とは別に交番磁界が内部を通過する導電リング２１をスリーブの外側に設置し、その導電リングにサーモスイッチ２０を接触させたので、サーモスイッチの応答性を高めつつ耐久性を確保できる。
【００４８】
［実施例２］
定着装置Ｂの他の例を説明する。実施例１では導電リング２１をスリーブ１の外側に設置したのに対し、本実施例では、導電リング２２をスリーブ１の内側に設置した場合について説明する。尚、本実施例の定着装置Ｂの構成は導電リング２２とサーモスイッチ２０以外は実施例１と同様であるため説明を省略する。図８はスリーブ１の内側に設置した導電リング２２と、導電リング２２と接触するサーモスイッチ２０を示す斜視図である。
【００４９】
サーモスイッチ２０はスリーブ１の内側に台座部材（不図示）を介して設置されている。台座部材は、フランジ部材１２a、側板１３a等の部材に第一の支持部材（不図示）を介して保持されている。そしてサーモスイッチ２０の感熱部であるバイメタル部２０ａを導電性の円筒形部材としての導電リング２２に接触させている。
【００５０】
導電リング２２は、直径２０ｍｍ、厚み５０μｍ、幅５ｍｍのＳＵＳ３０４によって筒状に形成され、スリーブ１表面の記録材Ｐが通過しない領域Ａｎｐでスリーブ１の内側に設置してある。この導電リング２２は、フランジ部材１２a、側板１３a等の部材に第二の支持部材（不図示）を介して保持されている。つまり、導電リング２２は、スリーブ１の内側に無回転に設置されている。実施例１と同様、導電リング２２の条件として、熱容量がスリーブ１より小さく、周回抵抗がスリーブ１より大きいことが好ましい。これにより異常昇温時だけサーモスイッチ２０を切らせることが可能となる。
【００５１】
本実施例の定着装置Ｂの効果を確認するために、実施例１と同様に定着装置Ｂの最大投入電力である１５００Ｗを投入し続けた場合のサーモスイッチ２０の動作を確認した。本実施例でも、サーモスイッチ２０には規定温度が３００℃のものを用いた。実験ではサーモスイッチ２０は電力投入後３．９秒で切れたが、この時スリーブ１の温度（温度検知素子９による検知温度）は２１０℃であり、十分な温度マージンをもって給電が遮断されたことが確認された。
【００５２】
本実施例の定着装置Ｂでは導電リング２１はスリーブ１表面の記録材Ｐが通過しない領域Ａｎｐでスリーブ１の内側に設置したが、スリーブ１表面の記録材Ｐが通過する領域Ａｐでスリーブ１の内側に設置してもよい。その場合、フランジ部材１２ａ，１２ｂとの干渉を考慮する必要がなくなるためスリーブ１の短尺化が可能となる。
【００５３】
以上説明したように、本実施例の定着装置Ｂは、スリーブ１とは別に交番磁界が内部を通過する導電リング２２をスリーブの内側に設置し、その導電リングにサーモスイッチ２０を接触させたので、サーモスイッチの応答性を高めつつ耐久性を確保できる。
【符号の説明】
【００５４】
１  定着スリーブ、１ａ  発熱層、２  磁性体コア、３  励磁コイル、８  加圧ローラ、
２０  サーモスイッチ、２１，２２  導電リング、１００  画像形成装置、
Ａ  画像形成部、Ｂ  定着装置、Ｌ  磁性体コアの軸方向、Ｎ  ニップ部、Ｐ  記録材
【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】
2017016052.tif 000008
【図６】
2017016052.tif 000009
【図７】
2017016052.tif 000010
【図８】
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