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JP3311111B2 - 像加熱装置及び像加熱用回転体 - Google Patents

像加熱装置及び像加熱用回転体

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JP3311111B2
JP3311111B2 JP25997293A JP25997293A JP3311111B2 JP 3311111 B2 JP3311111 B2 JP 3311111B2 JP 25997293 A JP25997293 A JP 25997293A JP 25997293 A JP25997293 A JP 25997293A JP 3311111 B2 JP3311111 B2 JP 3311111B2
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image heating
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film
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Canon Inc
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  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • General Induction Heating (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電磁誘導を利用してう
ず電流を発生させて加熱する像加熱装置に関し、特に、
電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置に用いら
れ未定着画像を定着する定着装置に好適な像加熱装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】加熱定着装置に代表される像加熱装置と
しては、従来から熱ローラ方式、フィルム加熱方式等の
接触加熱方式が広く用いられている。
【０００３】このような装置はハロゲンランプ、発熱抵
抗体に電流を流して発熱させ、ローラやフィルムを介し
てトナー像の加熱を行っている。
【０００４】特公平５−９０２７号公報では、磁束によ
り定着ロールにうず電流を発生させジュール熱により発
熱させることが提案されている。
【０００５】このようにうず電流の発生を利用すること
で発熱位置をトナーに近くすることができ、ハロゲンラ
ンプを用いた熱ローラ方式に比べウォームアップ時間の
短縮が達成できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この特公平５−９０２
７号公報では円筒体にうず電流を発生させジュール熱を
発生させると、励磁コイル、励磁鉄心が昇温し磁束が変
化した発熱量が不安定となる。
【０００７】また昇温が大きいと励磁コイルの劣化も生
じてしまう。
【０００８】更には、円筒体内部への放熱により熱効率
も十分ではない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、導電層を有する回転体と、前記回転体の内側に設
けられた励磁コイルと、を有し、前記励磁コイルにより
発生した磁束により前記回転体に渦電流が発生し、この
渦電流により前記回転体が発熱し、記録材上の画像を加
熱する像加熱装置において、前記回転体はフィルム状で
あり、前記導電層より内側に設けられた低熱伝導性基材
を有し、前記低熱伝導性基材の厚みは１０μｍ〜１００
μｍであることを特徴とするものであり、また、導電層
を有しており、内部に励磁コイルを配置して導電層を誘
導発熱させる誘導加熱式の像加熱装置に用いられる像加
熱用回転体において、前記回転体はフィルム状であり、
前記導電層より内側に設けられた低熱伝導性基材を有
し、前記低熱伝導性基材の厚みは１０μｍ〜１００μｍ
であることを特徴とするものである。
【００１０】この本発明によれば低熱伝導性基材により
うず電流により発生した熱の励磁コイル側への放熱を遮
断でき発生する磁束の安定化、励磁コイルの劣化を防止
できる。
【００１１】更には回転体表面へ熱集中するため熱効率
も非常に高い。
【００１２】
【実施例】図３は本発明の実施例の像加熱装置を定着装
置として用いた画像形成装置の断面図である。
【００１３】１は第１の像担持体としての回転ドラム型
の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）である。
該感光ドラム１は矢印の時計方向に所定の周速度（プロ
セススピード）をもって回転駆動され、その回転過程で
一次帯電器２によりマイナスの所定の暗電位ＶD に一様
に帯電処理される。
【００１４】３はレーザービームスキャナであり、不図
示の画像読取装置・ワードプロセッサ・コンピュータ等
のホスト装置から入力される目的画像情報の時系列電気
デジタル画素信号に対応して変調されたレーザービーム
を出力し、前記のように一次帯電器２でマイナスに一様
帯電された感光ドラム１面が該レーザビームで走査露光
されることで露光部分は電位絶対値が小さくなって明電
位ＶL となり回転感光ドラム１面に目的の画像情報に対
応した静電潜像が形成されていく。
【００１５】次いでその潜像は現像器４によりマイナス
に帯電した粉体トナーで反転現像（レーザー露光部ＶL
にトナーが付着）されて顕像化される。
【００１６】現像器４は回転駆動される現像スリーブ４
ａを有し、そのスリーブ外周面にマイナスの電荷をもっ
たトナーの薄層がコートされてドラム１面と対向し、ス
リーブ４ａにはその絶対値がドラム１の暗電位ＶD より
も小さく、明電位ＶL よりも大きな現像バイアス電圧Ｖ
DCが印加されていることで、スリーブ４ａ上のトナーが
感光ドラム１の明電位ＶL の部分にのみ転移して潜像が
顕像化（反転現像）される。
【００１７】一方、給紙トレイ１４上に積載セットされ
ている第２の像担持体としての記録材１５が給紙ローラ
１３の駆動により１枚宛繰り出し給送され、搬送ガイド
１２ａ、レジストローラ対１０・１１、転写ガイド８・
９を経由して、感光ドラム１とこれに当接させて電源１
８で転写バイアスを印加した転写部材としての転写ロー
ラ５のニップ部（転写部）ｎへ感光ドラム１の回転と同
期どりされた適切なタイミングをもって給送されて該給
送転写材１５の面に感光ドラム１面側のトナー像が順次
に転写されていく。転写部材としての転写ローラ５の抵
抗値は１０8 〜１０9 Ωｍ程度のものが適当である。
【００１８】転写部を通った記録材１５は感光ドラム１
面から分離され、搬送ガイド１２ｂで定着器７へ導入さ
れて転写トナー像の定着を受け、画像形成物（プリン
ト）として排紙トレイ１６へ出力される。記録材分離後
の感光ドラム１面はクリーニング装置６で転写残りトナ
ー等の感光ドラム面残留物の除去を受けて清浄面化され
て繰り返して作像に供される。
【００１９】次に本発明の実施例の像加熱装置である定
着装置を詳細に説明する。
【００２０】図１は定着装置の断面図である。
【００２１】１７は、フィルムであって、ポリイミド、
ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦ
Ａ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の樹脂で厚さ１０μｍ〜１００
μｍのフィルム基材を形成し、その上にＦｅ、Ｃｏやメ
ッキ処理によってＮｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、等の金属を１μｍ
〜１００μｍの厚みで形成し、最外層にＰＦＡ、ＰＴＦ
Ｅ、ＦＥＰ、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹
脂を混合ないし単独で被覆したものである。
【００２２】２１は、コイルであり鉄心に巻き付けて構
成される。
【００２３】２３はコイルを支持し、フィルム１７の走
行を保つためのステーで液晶ポリマー、フェノール樹脂
等で構成され摺擦板２３がフィルムと接触する部分に貼
り付けられている。
【００２４】２５はニップでのフィルムの移動を案内し
フィルムが摺動する摺動板で、フィルム１７と摩擦抵抗
の少ないガラス等を用い表面にグリース、オイル塗布す
ることが好ましい。あるいは芯材２２で平滑な面として
摺動部を構成にしても良い。
【００２５】２４は加圧ローラーで芯金の周囲にシリコ
ーンゴム、フッ素ゴム等を被覆して構成される。
【００２６】この加圧ローラー２４を不図示の駆動機構
で駆動しフィルム１７は加圧ローラーに従動する。
【００２７】このフィルム１７と加圧ローラー２４との
間で、記録材Ｐを加熱加圧しトナー像Ｔを溶融して定着
させる。
【００２８】この様な構成でコイル２１には励磁回路か
ら交流電流が印加され、これによって、コイル２１の周
囲に矢印Ｈで示した磁束が生成消滅をくり返す。この磁
束Ｈがフィルム１７の導電層を横切るように芯材２２は
構成される。変動する磁界が導体中を横切るとき、その
磁界の変化を防げる磁界を生じるように導体中には渦電
流が発生する。この渦電流を矢印Ａで示す。
【００２９】この渦電流Ｉは表皮効果のためにほとんど
導電層のコイル２１側の面に集中して流れ、フィルム導
電層１９の表皮抵抗ＲS に比例し電力で発熱を生じる。
ＲＳは、角周波数ω、透磁率μ、固有抵抗ρから得られ
る表皮深さ
【００３０】
【外１】 に対して、
【００３１】
【外２】 示される。
【００３２】フィルムの導電層１９に発生する電力Ｐ
は、
【００３３】
【外３】 （Ｉｆ は、フィルム中を流れる電流）と表わせる。
【００３４】従ってＲS を大きくするかＩf を大きくす
れば、電力を増すことができ、発熱量を増すことが可能
となる。
【００３５】ＲS を大きくするには周波数ωを高くする
か、透磁率μの高い材料、固有抵抗ρの高いものを使え
ば良い。
【００３６】これからすると非磁性金属を導電層１９に
用いると加熱しずらいことが推測されるが、導電層１９
の厚さｔが表皮深さδより薄い場合には、
【００３７】
【外４】 となるので加熱可能となる。
【００３８】励磁コイルに印加する交流電流の周波数は
１０〜５００ｋＨｚが好ましい。
【００３９】１０ｋＨｚ以上になると導電層への吸収効
率が良くなり、５００ｋＨｚ迄は安価な素子を用いて励
磁回路を組むことができる。
【００４０】更には２０ｋＨｚ以上であれば可聴域をこ
えるため通電時に音がすることがなく、２００ｋＨｚ以
下では励磁回路で生じるロスも少なく、周辺への放射ノ
イズも小さい。
【００４１】また１０〜５００ｋＨｚの交流電流を導電
層に印加した場合、表紙深さは数μｍから数百μｍ程度
である。
【００４２】実際に導電層の厚みを１μｍより小さくす
ると、ほとんどの電磁エネルギーが導電層１９で吸収し
きれないためエネルギー効率が悪くなる。
【００４３】また、もれた磁界が他の金属部を加熱する
という問題も生じる。一方で１００μｍを超えた導電層
１９では、フィルムの剛性が高くなりすぎることと導電
層中の熱伝導によって熱が伝わり、離型層２０が暖まり
にくくなるという問題が生じる。従って導電層の厚みは
１〜１００μｍが好ましい。
【００４４】また導電層１９の発熱を増すためには、Ｉ
f を大きくすれば良く、そのためには、コイル２１によ
って生成される磁束を強くする、あるいは、磁束の変化
を大きくすれば良い。
【００４５】この方法としてコイルの巻き線数を増す
か、コイルの芯材２２をフェライト、パーマロイといっ
た高透磁率で残留磁束密度の低いものを用いると良い。
【００４６】図２に示すように本実施例では断面Ｅ字型
の励磁芯材２２にフィルムの移動方向と略直交する方向
であるニップの長手方向に沿って励磁コイル２１を巻い
ている。
【００４７】端部側Ａ、Ｂでは磁束が集中して発熱量が
増して端部での熱の逃げが補償される。
【００４８】２６は加圧ローラの表面温度を検知する温
度検知素子であるサーミスタで、このサーミスタ２６の
検知温度に基づきコイル２１へ印加する電流値を制御す
る。
【００４９】加圧ローラ２４が冷えていてサーミスタ２
６の検知温度が低い時は通電のデューティー比を大き
く、検知温度が高い時は通電のデューティー比を小さく
する。
【００５０】このサーミスタは摺動板２５の非摺動面や
芯材２２上に設けることも可能である。
【００５１】２７は過昇温時にコイル２１への通電を遮
断する温度ヒューズ、サーモスイッチ等の安全素子であ
る。
【００５２】尚、導電層１９の抵抗値が小さすぎるとう
ず電流が発生した際の発熱効率が悪化するため、導電層
１９の固有体積抵抗率は２０℃環境下で１．５×１０-8
Ωｍ以上が好ましい。
【００５３】このように、フィルムの表層近くを直接発
熱させるので、フィルム基材の熱伝導率、熱客量によら
ず急速に加熱できる利点が有る。またフィルムの厚さに
も依存しないために高速化のためにフィルムの剛性を向
上するためフィルムの基材を厚くしても、迅速に定着温
度にまで加熱できる。
【００５４】さらにはフィルム基材は低熱伝導性の樹脂
のため断熱性が良く、フィルム内側にあるコイル等の熱
容量の大きなものとは断熱ができるので連続プリントを
行なっても熱のロスが少なくエネルギー効率が良い。か
つフィルム内のコイルに熱が伝わらずコイルとしての性
能低下も生じない。
【００５５】そして熱効率が向上した分、装置内の昇温
も抑えられて電子写真装置の像形成部への影響も少なく
できる。
【００５６】前述した実施例ではフィルム１７の導電層
１９をメッキ処理によって形成したが真空蒸着、スパッ
タリング等で形成しても良い。
【００５７】これによりメッキ処理できないアルミニウ
ムや金属酸化物合金を導電層に用いることができる。
【００５８】但し、メッキ処理が膜厚を得られ易いため
１〜１００μｍの層厚を得るためにはメッキ処理が好ま
しい。
【００５９】例えば 高透磁率の鉄、コバルト、ニッケ
ル等の強磁性体を付けるとコイル２１によって生成され
る電磁エネルギーを吸収し易く、効率よく加熱できか
つ、機外へもれる磁気も少なくなり、周辺装置への影響
も減らせる。また、これらのもので高抵抗率のものを選
ぶともっと良い。
【００６０】また、導電層１９は、金属のみならず、低
熱伝導性基材に表面離型層を接着するための接着材中に
導電性、高透磁率な粒子、ウィスカーを分散させて導電
層としても良い。
【００６１】例えば、マンガン、チタン、クロム、鉄、
銅、コバルト、ニッケル等の粒子やこれらの合金である
フェライトや酸化物の粒子やウィスカーといったものを
カーボン等の導電性粒子と混合し、接着剤中に分散させ
て導電層とすることができる。
【００６２】図４に本発明の別の実施例を示す。
【００６３】図４はコイルの長手方向断面図を示したも
のである。図では上側がフィルム側である。図５は、こ
れを上方向から見た模式図でコイル２１ａ、２１ｂが芯
材２２に互いちがいにずらせて巻き付けてある。これら
のコイル２１ａ、２１ｂに交互にπ／２位相のずれた高
周波を印加して、長手方向により細かい変動する磁界を
形成して、フィルム１７中の発熱分布を均一化すること
が可能となる。
【００６４】また上述二実施例では、磁場の方向がフィ
ルムに垂直に入るように構成していたが、導電層１９中
に層面に平行に外部コイルから磁場をかけても良い。
【００６５】また、導電層を構成する材料として、キュ
リー温度が、定着に必要な温度のものを使用すると加熱
されてキュリー温度に近づくと比熱が増大し内部エネル
ギーに変わるので自己温度制御が可能となる。キュリー
温度を超えると自発磁化がなくなり、これによって導電
層１８中に生成される磁界は、キュリー温度以下より減
少し、そのため、渦電流が減少して発熱を抑制する方向
で働くので自己温度制御が可能となる。このキュリー点
としてはトナーの軟化点に合わせて１００℃〜２００℃
が好ましい。
【００６６】あるいは、キュリー温度付近では、コイル
２１とフィルム２１との間での合成インダクタンスが大
きく変化するので、コイル２１に高周波を加える励磁回
路側で温度を検出し、温度制御を行なうことも可能であ
る。
【００６７】また、コイル２１の芯材２２の材質として
はキュリー点の低いものを用いることが好ましい。
【００６８】装置の搬送動作が停止して、加熱制御が不
可能ないわゆる暴走状態になった場合に、芯材２２が昇
温し始める。この結果、高周波を発生させる回路から見
るとコイル２１のインダクタンスが大きくなったように
見えるので励磁回路が、周波数を合わせようとするとど
んどん高周波側へ変化して励磁回路の電力ロスとしてエ
ネルギーが消費され、コイル２１に供給されるエネルギ
ーは減り、暴走は防止される。具体的にキュリー点は１
００℃〜２５０℃で選ぶと良い。
【００６９】１００℃以下ではトナーの融点より低くフ
ィルム内部が断熱されていても昇温が存在するので暴走
防止が誤作動し易く、２５０℃以上では暴走防止になら
ない。
【００７０】
【００７１】なお、励磁コイルと導電層は近い方が高い
磁束密度が得られるため、低熱伝導性基材の薄いフィル
ム状の回転体を用いたフィルム加熱方式が好ましい。
【００７２】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、効率
的に加熱でき、更に回転体内部の昇温も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の像加熱装置の断面図である。
【図２】図１に示した実施例の励磁コイルと芯材を示す
斜視図である。
【図３】本発明の実施例を用いた画像形成装置の断面図
である。
【図４】本発明の別の実施例のコイルと芯材の断面図で
ある。
【図５】図４に示した実施例の模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20 H05B 6/00 - 6/44

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導電層を有する回転体と、前記回転体の
    内側に設けられた励磁コイルと、を有し、前記励磁コイ
    ルにより発生した磁束により前記回転体に渦電流が発生
    し、この渦電流により前記回転体が発熱し、記録材上の
    画像を加熱する像加熱装置において、 前記回転体はフィルム状であり、前記導電層より内側に
    設けられた低熱伝導性基材を有し、前記低熱伝導性基材
    の厚みは１０μｍ〜１００μｍであることを特徴とする
    像加熱装置。
  2. 【請求項２】 前記回転体は電気的に絶縁性の表面離型
    層を有することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装
    置。
  3. 【請求項３】 前記励磁コイルには１０ｋＨｚ〜５００
    ｋＨｚの交流が印加されることを特徴とする請求項１乃
    至２のいずれか１項に記載の像加熱装置。
  4. 【請求項４】 前記導電層上に表面離型層が設けられ、
    前記導電層の厚みは１μｍ以上表皮深さ以下であること
    を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の像
    加熱装置。
  5. 【請求項５】 前記導電層の体積抵抗率は１．５×１０
    −８Ω・ｍ（２０℃環境下）以上であることを特徴とす
    る請求項１乃至４のいずれか１項に記載の像加熱装置。
  6. 【請求項６】 前記導電層は１００℃〜２００℃のキュ
    リー温度を有する磁性体からなることを特徴とする請求
    項１乃至５のいずれか１項に記載の像加熱装置。
  7. 【請求項７】 前記励磁コイルが巻かれる芯材を有し、
    前記芯材は１００℃〜２５０℃のキュリー温度を有する
    磁性体からなることを特徴とする請求項１乃至６のいず
    れか１項に記載の像加熱装置。
  8. 【請求項８】 導電層を有しており、内部に励磁コイル
    を配置して導電層を誘導発熱させる誘導加熱式の像加熱
    装置に用いられる像加熱用回転体において、 前記回転体はフィルム状であり、前記導電層より内側に
    設けられた低熱伝導性基材を有し、前記低熱伝導性基材
    の厚みは１０μｍ〜１００μｍであることを特徴とする
    像加熱用回転体。
  9. 【請求項９】 電気的に絶縁性の表面離型層を有するこ
    とを特徴とする請求項８に記載の像加熱用回転体。
  10. 【請求項１０】 前記導電層上に表面離型層が設けら
    れ、前記導電層の厚みは１μｍ以上表皮深さ以下である
    ことを特徴とする請求項８に記載の像加熱用回転体。
  11. 【請求項１１】 前記導電層の体積抵抗率は１．５×１
    ０−８Ω・ｍ（２０℃環境下）以上であることを特徴と
    する請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の像加熱用
    回転体。
  12. 【請求項１２】 前記導電層は１００℃〜２００℃のキ
    ュリー温度を有する磁性体からなることを特徴とする請
    求項８乃至１１のいずれか１項に記載の像加熱用回転
    体。
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