JP2008233790A - 定着装置、これを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キュリー点が概ね定着温度に設定される磁性発熱層を備える定着装置において、脆性の高い材料を用いる整磁層あるいは整磁層と発熱層を一体にした層に、形成される画像に跡等の悪影響を及ぼす怖れがあるクラックが生じにくい構造を提案する。
【解決手段】定着ローラ３は、弾性体層３Ｂ〜離型層３Ｈが繰り返し変形するため、整磁層３Ｄにクラックが生じやすく、発生したクラックが発熱層３Ｆに到達すると、離型層３Ｈ表面における温度分布が発熱層３Ｆのクラックによって割れてしまった箇所で不連続的に変化し、そのような不連続的な表面温度が記録材Ｐの画像面にクラックの影響として転写されるので、整磁層３Ｄの内側にニッケルメッキによって保護層３Ｃを形成し、整磁層３Ｄに鋭利な断面形状の傷Ｚが残っていても、保護層３Ｃによって、傷Ｚの鋭さを鈍らせ、クラックが生じにくいようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、定着装置とこれを用いた画像形成装置に関し、詳細には、電磁誘導加熱方式を用いるものに関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、印刷機、これらの複合装置などの画像形成装置においては、潜像担持体に担持したトナー像などの可視像を記録シートなどの記録材に転写することで画像出力を得る。トナー像は、定着装置を通過する際に熱と圧力とによる融解、浸透作用によって記録材上に定着させる。このように、定着装置に採用される加熱方式には、発熱源としてハロゲンランプなどを用いた加熱ローラとこれに対向当接する加圧ローラとを備えて定着ニップ部を構成可能な熱ローラ定着方式、ローラ自体よりも熱容量が小さくてすむフィルムを加熱部材として用いたフィルム定着方式があるが、近年、加熱方式に電磁誘導加熱方式を用いた定着方式（例えば、特許文献１参照）が注目されている。

特許文献１に開示されている電磁誘導加熱方式を用いた定着方式においては、加熱ローラの内部においてボビンに巻いた誘導加熱コイルを設け、誘導加熱コイルに電流を印加することにより加熱ローラに渦電流を発生させ、それによって加熱ローラを発熱させる構成が備えられている。この構成においては、熱ローラ定着方式のような余熱を必要とせず、瞬時に所定の温度まで立ち上げることができるという利点がある。

また電磁誘導加熱方式を用いた定着方式に関しては、高周波電源により高周波電圧が印加される誘導加熱コイルからなる高周波誘導加熱装置と、前記加熱回転体に設けられた磁性を有する発熱層とを有し、発熱層は、キュリー点が概ね定着温度に設定され、高周波誘導加熱装置に高周波電源により高周波電圧が印加されたとき発熱する定着装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

この装置では、高周波誘導加熱装置により接着剤中に含有された強磁性体がキュリー点に達する迄瞬時に昇温し、キュリー点に達すると磁性を失うことにより、昇温せず、一定の温度を保持する。この強磁性体のキュリー点は概ね定着温度に設定されているので、強磁性体は概ね定着温度に保持される。したがって、定着装置として要求される加熱回転体表面の高離型性、耐熱性等を損なうことなく、また複雑な制御装置を必要とすることなく、加熱回転体の立ち上がり時間の短縮及び高精度の温度制御を行なうことができる。

さらに、芯金や離型性樹脂層の厚みや形状が異なる加熱回転体においては、その熱容量も異なるが、強磁性体粉末の含有量を調整することにより、立ち上がり時間、制御温度の精度向上を図ることができ、また強磁性体粉末はキュリー点で磁性を失うので、磁性粉末を含むトナーが磁力で加熱回転体に吸引され、オフセット等が発生することもない、とされている。

特開２００１−１３８０５号公報 特許２９７５４３５号公報

ところで、このようにキュリー点が概ね定着温度に設定される磁性発熱層を備える定着装置においては、整磁層あるいは整磁層と発熱層を一体にした層に脆性の高い材料を用いることが多く、このような高い脆性の層にクラックが入ることがあり、このクラック部分で温度むらを生じ、画像形成に悪影響を及ぼす怖れがあった。そこで本発明は、これらの問題を解決可能な定着装置ならびに画像形成装置を提供しようとするものである。

本発明の請求項１に係る定着装置は、磁束によって発熱する発熱層を有する発熱回転体を備え、前記発熱回転体の発熱により、記録材上に画像を定着させる定着装置であって、前記発熱層と別体に形成された整磁層と、前記整磁層の加工工程における傷を被覆するように前記整磁層の内面に形成した保護層を備えたことを特徴とする。

同請求項２に係るものは、磁束によって発熱する発熱層を有する発熱回転体を備え、前記発熱回転体の発熱により、記録材上に画像を定着させる定着装置であって、前記発熱層と一体に形成された整磁層と、前記整磁層の加工工程における傷を被覆するように前記整磁層の内面に形成した保護層を備えたことを特徴とする。

同請求項３に係るものは、請求項１または２の定着装置において、前記整磁層は、鉄、ニッケルを含む合金材料からなることを特徴とする。

同請求項４に係るものは、請求項１ないし３のいずれかの定着装置において、前記整磁層は、キュリー点が１００〜３００℃になるように形成した磁性体からなることを特徴とする。

同請求項５に係るものは、請求項１ないし４のいずれかの定着装置において、前記保護層が、前記整磁層の加工工程において発生した傷の鋭利な断面形状を滑らかにするものであることを特徴とする。

同請求項６に係るものは、請求項１ないし５のいずれかの定着装置において、前記保護層が、ニッケル材料からなることを特徴とする。

同請求項７に係るものは、請求項１ないし５のいずれかの定着装置において、前記発熱回転体が定着ローラ、定着スリーブ、定着発熱ベルトのいずれかであり、該発熱回転体を押圧して当接する加圧回転体を備え、前記発熱回転体と前記加圧回転体の間を通過する記録材上に、画像を定着させることを特徴とする。

同請求項８に係るものは、請求項７の定着装置において、前記発熱回転体が加熱ローラであり、該加熱ローラに掛け回した定着ベルトと、該加熱ローラと共に定着ベルトを張架する定着回転体を備えることを特徴とする。

本発明の請求項９に係る画像形成装置は、請求項１から８のいずれかの定着装置を用いたことを特徴とする。

本発明は、脆性の高い整磁層や、整磁層と発熱層を一体にした層にクラックが入りにくくなり、画像形成に悪影響を及ぼす怖れを小さくできる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

図１は、本実施例による定着装置が適用される画像形成装置の一実施例を示す図である。もちろん本発明は、図１に示したタイプの装置には限定されず、また単一色画像を作成するものだけでなく、カラー画像を形成するものをも対象とする。

図示の画像形成装置は、像担持体の一例であってドラム形状を有する回転体である電子写真感光体（以下、単に感光体という）４１を備え、この感光体４１の周りに、図中に矢印で示す回転方向に順次、帯電ローラからなる帯電装置４２、露光手段の一部を構成するミラー４３、現像ローラ４４ａを備えた現像手段４４、転写紙、記録紙等のシート状の記録材Ｐに現像された画像（トナー像）を転写する転写装置４８、感光体４１の周面に摺接するブレード４６ａを具備したクリーニング手段４６等が配置してある。そして、帯電装置４２と現像ローラ４４ａとの間において、感光体４１にはミラー４３を介して露光光Ｌｂを露光照射して走査するようになっている。この露光光Ｌｂの照射位置を露光部１５０と称する。

転写装置４８が感光体４１の下面と対向する部位は、記録材Ｐにトナー像が転写される公知の転写部４７となっており、この転写部４７より給紙方向上流側には一対のレジストローラ４９が設けてある。これらレジストローラ４９には、何れかの給紙トレイ４０に収納した転写紙等のシート状の記録材Ｐが、給紙コロ群１１０のコロによって送り出され、搬送ガイドおよび搬送ローラ群（符号を付していない）に案内されながら搬送されてくるようになっている。また、転写部４７より給紙方向下流の位置には、定着装置２０が配置してあり、定着装置２０より給紙方向下流側には両面記録実行時に転写紙の表裏を反転させ記録済みの紙面を下向きにして転写部４７に再給紙する自動両面装置３９が配置してある。

本実施形態における画像形成は、概ね次のようにして行なう。まず装置上部側では、感光体４１が回転を始め、この回転中に感光体４１が暗中において帯電装置４２により均一に帯電され、作成すべき画像に対応する露光光Ｌｂが露光部１５０に照射および走査されることで、作成すべき画像に対応した潜像が感光体４１上に形成される。この潜像は感光体４１の回転により現像装置４４に近接したとき、ここでトナーにより可視像（顕像）化されて、感光体４１に担持されたトナー像となる。一方、装置下部側では、何れかの給紙トレイ４０の給紙コロ群１１０により、複数の給紙トレイ４０のうちいずれか一つから記録材Ｐを呼び出し、例えば図中に破線で示すような所定の搬送経路を経て一対のレジストローラ４９の位置まで搬送し、ここで一旦停止させ、感光体４１上のトナー像が転写部４７で記録材Ｐの所定位置に対向するようなタイミングで送り出す。すなわち、好適なタイミングが到来すると、レジストローラ４９の位置で停止していた記録材Ｐをレジストローラ４９で送り出し、転写部４７に向けて搬送する。

感光体４１上のトナー像とこのトナー像が転写されるべき記録材Ｐの所定位置とは、その位置が転写部４７で合致し、転写部材４８による電界により、トナー像は記録材Ｐ上に吸引され転写される。こうして感光体４１周りの画像形成部でトナー像を転写され担持した記録材Ｐは、定着装置２０に向けて送り出される。そして、記録材Ｐ上のトナー像が、定着装置２０を通過する間に加熱、加圧されて記録材Ｐに定着された後、記録材Ｐは排紙部に排紙される。

また、記録材Ｐの両面に画像形成をする場合、図示しない分岐爪により自動両面装置３９に排紙された記録材Ｐが、自動両面装置３９でスイッチバック反転され、レジストローラ４９の手前の搬送経路に搬送される。

なお、転写部４７で転写されずに感光体４１上に残った残留トナーは、感光体４１の回転と共にクリーニング装置４６に至り、このクリーニング装置４６を通過する間に感光体４１上から清掃・除去され、次の画像形成に移行可能となる。

定着装置は、詳細は後述するが、一対のローラを採用した定着方式を採用した構成とされている。このため、定着装置には、定着ローラを加熱するための熱源を備え、この定着ローラに加圧ローラが当接、押圧している。

図２は、図１に示した画像形成装置で用い得るローラ方式の定着装置の概念的構成を示す断面図である。図において、２は磁束発生部、３は発熱回転体である定着ローラ、４は加圧回転体である加圧ローラ、Ｐは記録材、Ｔは記録材Ｐ上に載ったトナーである。なお、図示の例の定着装置は、磁束発生部２が備えるコイル２ａを誘導加熱回路であるインバータ（図示せず）により高周波駆動することによって高周波磁界を発生させ、この磁界により、主に金属性の定着ローラ３に渦電流が流れるようにしてローラ温度を上昇させているものである。図中２ｂは足コア、２ｃはセンターコア、２ｄはアーチコアであり、コイル２ａはアーチコア２ｄと定着ローラ３の間に位置している。

図３（Ａ）は、定着ローラ３の一部を拡大して取り出して示す断面図である。定着ローラ３は、直径が例えば４０ｍｍで、最も内側に消磁層（芯金）３Ａを備え、その外側に、矢印で示すように記録材Ｐの画像面側に向かって、断熱用の弾性体層３Ｂ、保護層３Ｃ、整磁層３Ｄ、酸化防止層３Ｅ１、発熱層３Ｆ、酸化防止層３Ｅ２、弾性層３Ｇ、そして表層である離型層３Ｈから構成してある。消磁層３Ａには例えばアルミニウムまたはその合金、弾性体層３Ｂには例えば発泡シリコーンゴムやスポンジなどの比較的厚い（例えば５ｍｍ）素材、保護層３Ｃはニッケルメッキ、整磁層３Ｄには公知かつ適宜の整磁合金、酸化防止層３Ｅ１、３Ｅ２にはニッケルストライクメッキ、発熱層３ＦにはＣｕメッキ、弾性層３Ｇにはシリコーンゴム、そして離型層３ＨにはＰＦＡが用いられる。また保護層３Ｃから離型層３Ｈの表面までの厚さは例えば２００〜２５０μである。ただし、これらはすべて一例である。

整磁層３Ｄは、キュリー点が例えば１００〜３００℃になるように形成された磁性体（例えば鉄、ニッケルを含む整磁合金材料）からなり、加圧ローラ４の押圧により変形しニップを形成するように構成してある。この整磁層３Ｄの存在により、発熱層３Ｆ等の過熱が防止される。また、定着ローラ３側が凹形状となるニップを形成しやすいため、記録材Ｐの分離性が優れたものとし得る。なおもちろん、加圧ローラ４の押圧により変形するのは、図示の実施例では芯金３Ａ以外の、断熱弾性体層３Ｂ〜離型層３Ｈである。

ところで、上述のような構造で、弾性体層３Ｂ〜離型層３Ｈが繰り返し変形するため、整磁層３Ｄにはクラックが生じやすくなる。これは、整磁層３Ｄには加工工程において発生した傷の鋭利な断面形状が残っていることが多いためである。そして整磁層３Ｄに発生したクラックは、上述のような変形が繰り返されることによって徐々に離型層３Ｈ側へ伸び、脆性の高い材料であるＣｕの磁性を有するメッキ層である発熱層３Ｆに到達する。クラックが発熱層３Ｆを通っても、シリコーンゴムからなる弾性層３Ｇによってそれ以上の進行は妨げられるが、表層である離型層３Ｈ表面における温度分布は、発熱層３Ｆのクラックによって割れてしまった箇所で不連続的に変化することになりやすい。そして、そのような不連続的な表面温度が記録材Ｐの画像面にクラックの影響として転写され、不良画像を生じさせる。

そこで本実施例では整磁層３Ｄの内側にニッケルメッキによって保護層３Ｃを形成してあり、整磁層３Ｄに鋭利な断面形状の傷Ｚが残っていても、図３（Ｂ）に示すように保護層３Ｃを形成することによって、傷Ｚの鋭さを鈍らせ、クラックが生じにくいようにしてある。

なお整磁層３Ｄの内側に設ける弾性体層３Ｂは、整磁層３Ｄよりも熱伝導率の悪い材料から構成することが好ましい。これにより、発熱層３Ｆによる熱効率が向上する。上述した発泡シリコーンゴム等の材料でも良いが、例えば空気層等その他の断熱層であっても採用できる。なお断熱には弾性体を含んでも、含まなくてもいずれでも良い。ただし、弾性体を含むようにすれば、加圧ローラ４による押圧力（ニップ圧）を大きくすることができるので、定着性が優れるものとすることができる。また、弾性体層３Ｂの厚みは１０ｍｍ以下程度とするか、あるいは磁束の強さ等の関係式から適当な厚さを導くかして形成することが好ましい。

またなお、定着回転体は、ローラ、スリーブ、ベルトの何れでも良く、整磁層が発熱層と別体の場合、整磁層は発熱層に対して固定されてもよく、固定されていなくてもよい。後者の場合、ベルトやスリーブが発熱層を有しローラが整磁層を有してもよい。

図４は、整磁層と発熱層とを一体の層（３Ｄ，３Ｅ）とした例を示す断面図である。図３の例と対応する部分に対応する符号を付し、説明は省略する。なお酸化防止層は一層で、図中符号３Ｅで示してある。

本実施例による定着装置が適用される画像形成装置の一実施例を示す全体構成図 図１に示した画像形成装置で用い得る本発明の定着装置の実施例１の要部を概念的に示す断面図 図２の実施例の定着ローラの一部を拡大して取り出して示す断面図 図１に示した画像形成装置で用い得る本発明の定着装置の実施例２の要部を概念的に示す断面図

符号の説明

２：磁束発生部
３：定着ローラ（発熱回転体）
３Ａ：消磁層（芯金）
３Ｂ：弾性体層
３Ｃ：保護層
３Ｄ：整磁層
３Ｅ、３Ｅ１、３Ｅ２：酸化防止層
３Ｆ：発熱層
３Ｇ：弾性層
３Ｈ：離型層
３Ｄ，３Ｅ：整磁層と発熱層との一体の層
４：加圧ローラ（加圧回転体）
２０：定着装置
３９：自動両面装置
４１：電子写真感光体（感光体）
４２：帯電装置
４３：ミラー
４４：現像手段
４４ａ：現像ローラ
４６：クリーニング手段
４６ａ：ブレード
４７：転写部
４８：転写装置
４９：レジストローラ
１１０：給紙コロ群
１５０：露光部
Ｐ：記録材
Ｚ：傷

Claims (9)

1. 磁束によって発熱する発熱層を有する発熱回転体を備え、
   前記発熱回転体の発熱により、記録材上に画像を定着させる定着装置であって、
   前記発熱層と別体に形成された整磁層と、
   前記整磁層の加工工程における傷を被覆するように前記整磁層の内面に形成した保護層を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 磁束によって発熱する発熱層を有する発熱回転体を備え、
   前記発熱回転体の発熱により、記録材上に画像を定着させる定着装置であって、
   前記発熱層と一体に形成された整磁層と、
   前記整磁層の加工工程における傷を被覆するように前記整磁層の内面に形成した保護層を備えたことを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２の定着装置において、前記整磁層は、鉄、ニッケルを含む合金材料からなることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかの定着装置において、前記整磁層は、キュリー点が１００〜３００℃になるように形成した磁性体からなることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかの定着装置において、前記保護層が、前記整磁層の加工工程において発生した傷の鋭利な断面形状を滑らかにするものであることを特徴とする定着装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかの定着装置において、前記保護層が、ニッケル材料からなることを特徴とする定着装置。
7. 請求項１ないし５のいずれかの定着装置において、前記発熱回転体が定着ローラ、定着スリーブ、定着発熱ベルトのいずれかであり、該発熱回転体を押圧して当接する加圧回転体を備え、前記発熱回転体と前記加圧回転体の間を通過する記録材上に、画像を定着させることを特徴とする定着装置。
8. 請求項７の定着装置において、前記発熱回転体が加熱ローラであり、該加熱ローラに掛け回した定着ベルトと、該加熱ローラと共に定着ベルトを張架する定着回転体を備えることを特徴とする定着装置。
9. 請求項１から８のいずれかの定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。