JPH0926719A

JPH0926719A - 像加熱装置

Info

Publication number: JPH0926719A
Application number: JP17613595A
Authority: JP
Inventors: Tokuyoshi Abe; 篤義阿部; Minoru Hayashizaki; 実林崎; Keisuke Kaneda; 恵介金田; Kiyobumi Nakane; 清文中根
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 1997-01-28
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: JP3347537B2

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気誘導により回転体を加熱し像加熱を行な
う像加熱装置において、ニップ部における長手方向の温
度分布を適正にする。【解決手段】回転体１０の回転方向と直交する方向に
おいて励磁コイル１８と発熱層１との間の距離を変化さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フィルムから直接
またはフィルムを介して画像担持体（記録材）に熱エネ
ルギーを付与する方式の加熱装置に関し、特に電子写真
装置、静電記録装置などの画像形成装置に用いられ未定
着画像を定着する像加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】加熱定着装置に代表される増加熱装置と
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】その中でも、最大４層のトナー層を有する
カラーの定着装置では、ハロゲンヒータを発熱させ、定
着ローラの芯金、ゴム弾性層を介してトナー像の加熱を
行なっている。

【０００４】特公平５−９０２７号公報では、磁束によ
り定着ローラに渦電流を発生させジュール熱によって発
熱させることが提案されている。

【０００５】このように渦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よりも消費エネルギの効率アップが
達成できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
定着方法では、定着ローラという熱容量の大きなものを
加熱するため、決して効率の最良のものでもクイックス
タートができなかった。また、特公平５−９０２７号公
報では円筒体に渦電流を発生させジュール熱を発生させ
ると、励磁コイル、励磁鉄芯が昇温して磁束の量が減っ
てしまい発熱が不安定となる。

【０００７】また、ローラ内部への放熱により熱効率も
十分でない。

【０００８】その他のハロゲンヒータを用いる方法は一
旦は光にエネルギーを変換しているため、効率が悪い。

【０００９】また、カラーの画像記録装置ではトナー層
が最大４層まで重ねられることがあり、被記録材とトナ
ー層との界面まで十分に加熱しないと定着不良が発生す
る。

【００１０】このため、カラーにおけるローラ定着で
は、加圧ローラにもハロゲンヒータを入れているが、ク
イックスタートを実現できないという欠点があった。ま
た、熱容量が大きく消費電力が大きくなるという欠点が
あった。

【００１１】そこで、熱容量の小さいフィルムを利用し
て、電磁誘導加熱によりフィルムの導電層を発熱させる
方式があるが、加圧ローラの長手方向では中央部と比較
して端部では放熱面積が大きくなるため端部の方が放熱
量が大きくなってしまう。このため、定着ニップにおい
て均一な温度分布を得られず、端部で温度が低下してし
まい、端部において記録材と記録材上のトナーに十分な
熱エネルギーを供給することができず、トナーがオフセ
ットしてしまうという問題があった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は発熱層を有する
回転体と、前記回転体とニップを形成する加圧部材と、
前記発熱層に磁場を入れることで渦電流を発生させるた
めの交番磁場を発生させる励磁コイルと、を有し、回転
体と加圧部材間に画像担持体を挟持搬送させることで画
像担持体に熱エネルギーを付与する像加熱装置におい
て、回転体の回転方向と直交する方向で励磁コイルと発
熱層との間の距離が変化していることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）図１０は本発明を用いた電子写真
カラープリンタの断面図である。１０１は有機感光体や
アモルファスシリコン感光体でできた感光体ドラム、１
０２はこの感光体ドラム１０１に一様な帯電を行なうた
めの帯電ローラ、１１０は不図示の画像信号発生装置か
らの信号をレーザ光のオン／オフに変換し、感光体ドラ
ム１０１に静電潜像を形成するレーザ光学箱である。１
０３はレーザ光、１０９はミラーである。感光体ドラム
１０１の静電潜像は現像器１０４によってトナーを選択
的に付着させることで顕像化される。現像器１０４は、
イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣのカラー現像器と黒
用の現像器Ｂから構成され、一色ずつ感光体ドラム１０
１上の潜像を現像しこのトナー像を中間転写体ドラム１
０５上に順次重ねてカラー画像を得る。中間転写体ドラ
ム１０５は金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表
層を有するもので、金属ドラムにバイアス電位を与えて
感光体ドラム１０１との電位差でトナー像の転写を行な
うものである。一方、給紙カセットから給紙ローラによ
って送り出された被記録材Ｐは、感光体ドラム１０１の
静電潜像と同期するように転写ローラ１０６と中間転写
体ドラム１０５との間に送り込まれる。転写ローラ１０
６は被記録材Ｐの背面からトナーと逆極性の電荷を供給
することで、中間転写体ドラム１０５上のトナー像を被
記録材上に転写する。こうして、未定着のトナー像をの
せた被記録材は加熱定着装置１００で熱と圧を加えられ
て、被記録材上に永久固着させられて、排紙トレー（不
図示）へと排出される。感光体ドラム１０１上に残った
トナーや紙粉はクリーナ１０７によって除去され、ま
た、中間転写体ドラム１０５上に残ったトナーや紙粉は
クリーナ１０８によって除去され、感光体ドラムは帯電
以降の工程を繰り返す。

【００１４】以下本実施の形態における像加熱装置の説
明を行なう。

【００１５】（１）像加熱装置の全体構成−図２図２は本発明における像加熱装置の断面図である。

【００１６】定着フィルム１０は矢印の方向に回転し、
フィルムガイド１６によってニップ部への加圧とフィル
ムの搬送安定性が図られている。

【００１７】さらにフィルムガイド１６は、高透磁率の
コア１７とコイル１８を支持する働きも持つ。高透磁率
コア１７はフェライトやパーマロイ等といったトランス
のコアに用いられる材料がよく、より好ましくは１００
ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよ
い。

【００１８】コイル１８には励磁回路（図４）が接続さ
れており、この回路は２０ｋＨｚから５００ｋＨｚの高
周波をスイッチング電源で発生できるようになってい
る。加圧ローラ３０と定着フィルム１０で形成されたニ
ップＮに未定着トナーＴをのせた被記録材Ｐを通すこと
で加熱定着を行なう。

【００１９】このニップ内での加熱原理は、励磁回路
（図４）によってコイル１８に印加される電流で発生す
る磁束は、高透磁率コア１７に導かれて定着フィルム１
０の発熱層１に渦電流を発生させる。この渦電流と発熱
層１の固有抵抗によって熱が発生する。

【００２０】発生した熱は弾性層２、離型層３を介して
ニップＮに搬送される被記録材Ｐと被記録材Ｐ上のトナ
ーＴを加熱する。ニップＮ内ではトナーＴを溶融させニ
ップ通過後、冷却して永久固着像とする。

【００２１】（２）発熱分布について−図１励磁コイル１８及びコア１７と定着フィルム１０との関
係を図１に示す。図１において、代表例としてＡ，Ｂ，
Ｃの位置における断面図をそれぞれＡ-断面，Ｂ-断面，
Ｃ-断面としている。図１上では定着フィルム１０と励
磁コイル１８の距離の代表値としてコイル１７の一番上
の線と定着フィルム１０との距離をｄ_A，ｄ_B，ｄ_Cとし
ている。

【００２２】励磁コイル１８及びコア１７で発生した磁
界によって定着フィルム１０の発熱層１に発生するジュ
ール熱は励磁コイル１８及びコア１７と発熱層１との距
離によって変化し、その距離が近ければ近いほど発熱量
が増加する。

【００２３】加圧ローラ３０の長手方向の放熱量は端部
に向かって大きくなる。これは、加圧ローラ３０端部で
は中央部と比較して放熱面積が大きくなるためである。
そこで、定着ニップＮにおいて均一な温度分布を得るた
めに、定着フィルム１０の発熱層１において端部の発熱
量を増加させなければならない。

【００２４】そこで、励磁コイル１８と定着フィルム１
０の距離を中央部から端部に向かうに従って近くなるよ
うに設定している。つまり、ｄ_A＝ｄ_C＞ｄ_B という関係になるように設定している。これにより、定
着ニップＮにおいて、均一な温度分布を得ることができ
る。

【００２５】図８に定着ニップの温度分布と定着フィル
ムの発熱層の発熱分布と、加圧ローラの放熱分布を示
す。

【００２６】本実施の形態では励磁コイル１８と定着フ
ィルム１０の発熱層１との距離を表すために代表的な値
としてｄ_A，ｄ_C，ｄ_Bの場所を用いたが、本来、励磁コ
イル１８と発熱層１の間の距離を変えることにより発熱
量を変えることが目的であり、断面図上のどの場所にお
いて励磁コイル１８と発熱層１の間の距離を変えるかを
規定するものではない。また、両端部（位置Ａ、Ｃ）で
ｄ_A＝ｄ_Cとしたが加圧ローラの両端部の形状の違いによ
る放熱量の違いにより、ｄ_A＞ｄ_C またはｄ_A＜ｄ_C となってもよい。

【００２７】励磁コイル１８と発熱層１との間の距離は
できる限り近づけた方が磁束の吸収効率が高いのである
がこの距離が１０ｍｍを越えると磁束の吸収率がが低下
するため、１０ｍｍ以内にするのがよい。また、発熱層
１と励磁コイル１８間の距離は最小で略０．５ｍｍにな
るように設定している。これは、フィルムガイド１６ａ
を成形するとき０．５ｍｍ以下では安定した形状が得ら
れないからである。

【００２８】本実施の形態では励磁コイル１８の巻線を
１列に配置したが２列以上で巻線を巻いてもよい。

【００２９】（３）定着フィルム層構成について−図
５、図６１は定着フィルムの基層となる金属フィルム等でできた
発熱層であり、より好ましくはニッケル、鉄、強磁性Ｓ
ＵＳ、ニッケル−コバルト合金等といった強磁性体の金
属を用いるとよい。

【００３０】定着フィルム１０の発熱層１には、非磁性
の金属でも良いが、より好ましくは磁束の吸収の良いニ
ッケル、鉄、磁性ステンレス、コバルト−ニッケル合金
等の金属が良い。その厚みは次の式で表される表皮深さ
より厚くかつ２００μm以下にすることが好ましい。表
皮深さσ〔ｍ〕は、励磁回路の周波数ｆ〔Ｈｚ〕と透磁
率μと固有抵抗ρ〔Ωｍ〕で σ＝５０３×（ρ／ｆμ）^1/2 と表される。

【００３１】これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の
深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強
度は１／ｅ以下になっており、逆にいうと殆どのエネル
ギーはこの深さまでで吸収されている（図７）。

【００３２】好ましくは発熱層１の厚さは１〜１００μ
ｍがよい。発熱層の厚みが１μｍよりも小さいとほとん
どの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪くな
る。また、発熱層が１００μｍを超えると剛性が高くな
りすぎ、また屈曲性が悪くなり回転体として使用するに
は現実的ではない。従って、発熱層１の厚みは１〜１０
０μｍが好ましい。

【００３３】２は弾性層でシリコーンゴム、フッ素ゴ
ム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよく、熱伝導
率がよい材質である。

【００３４】弾性層２の厚さは１０〜５００μｍが好ま
しい。この弾性層２は定着画像品質を保証するために必
要な厚さである。

【００３５】カラー画像を印刷する場合、特に写真画像
などでは被記録材Ｐ上で大きな面積に渡ってベタ画像が
形成される。この場合、被記録材の凹凸あるいはトナー
層の凹凸に加熱面（離型層３）が追従できないと加熱ム
ラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で画像に光
沢ムラが発生する（伝熱量が多い部分は光沢度が高く、
伝熱量が少ない部分では光沢度が低い）。そこで弾性層
２の厚さとしては、１０μｍ以下では被記録材あるいは
トナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生して
しまう。また、弾性層２が１０００μｍ以上の場合には
弾性層の熱抵抗が大きくなりクイックスタートを実現す
るのが難しくなる。より好ましくは弾性層２の厚みは５
０〜５００μｍがよい。

【００３６】弾性層２の硬度は、硬度が高すぎると被記
録材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ム
ラが発生してしまう。そこで、弾性層の硬度としては６
０゜（ＪＩＳ−Ａ）以下、より好ましくは４５゜（ＪＩ
Ｓ−Ａ）以下がよい。弾性層２の熱伝導率λは６×１０
^-4〜２×１０^-3〔ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．〕が
よい。熱伝導率λが６×１０^-4〔ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ
・ｄｅｇ．〕よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、
定着フィルムの表層における温度上昇が遅くなる。熱伝
導率λが２×１０^-3〔ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅ
ｇ．〕よりも大きい場合には、硬度が高くなりすぎた
り、圧縮永久歪みが悪化する。よって熱伝導率λは６×
１０^-4〜２×１０^-3〔ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅ
ｇ．〕がよい。より好ましくは８×１０^-4〜１．５×１
０^-3〔ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．〕がよい。

【００３７】３は離型層でフッ素樹脂、シリコーン樹
脂、フッ素樹脂シリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコー
ンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱
性のよい材料を選択する。

【００３８】離型層３の厚さは１〜１００μｍが好まし
い。離型層３の厚さが１μｍよりも小さいと塗膜の塗ム
ラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足すると
いった問題が発生する。また、離型層が１００μｍを超
えると熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂
系の離型層の場合は硬度が高くなりすぎ、弾性層２の効
果がなくなってしまう。

【００３９】また図６に示すように、定着フィルム１０
の層構成において断熱層４を設けてもよい。断熱層４と
してはフッ素樹脂ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポ
リアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰ
Ｓ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂などの
耐熱樹脂がよい。また、断熱層４の厚さとしては１０〜
１０００μｍが好ましい。断熱層４の厚さが１０μｍよ
りも小さい場合には断熱効果が得られず、また、耐久性
も不足する。一方、１０００μｍを超えるとコア１７及
び励磁コイル１８から発熱層１の距離が大きくなり、磁
束が十分に発熱層１に吸収されなくなる。

【００４０】断熱層４は、発熱層１に発生した熱が定着
フィルムの内側に向かわないように断熱できるので、断
熱層４がない場合と比較して被記録材Ｐ側への熱供給効
率良くなる。よって、消費電力を抑えることができる。

【００４１】（４）加圧ローラについて−図２３０は加圧ローラで芯金の周囲にシリコーンゴム、フッ
素ゴム、フッ素樹脂等を被覆して構成される。この加圧
ローラは不図示の駆動機構で駆動する。

【００４２】さらに加圧ローラ側から記録材に熱エネル
ギーを供給するために、加圧ローラ３０に発熱手段を設
けてもよい。

【００４３】（５）長手寸法について定着フィルムの長さＬ_Fと加圧ローラの長さＬ_Rはフィル
ムエッジで加圧ローラに傷をつけてしまうことを防止す
るためにＬ_F＞Ｌ_Rとしている。

【００４４】フィルム端部には、フィルム端部を規制／
保持する部材２１ａ、２１ｂが取り付けてある。このフ
ィルム端部保持部材２１ａ、２１ｂは定着フィルム１０
に従動で回転する構成にしてもよい。

【００４５】本実施の形態は加圧ローラでフィルムを駆
動しているが、図９のようにフィルムにテンションロー
ラ２０によりテンションをかけてフィルムを駆動ローラ
１９によって駆動してもよい。

【００４６】以上本発明により画像光沢ムラを発生させ
ずに高画像品質を保ったまま、クイックスタートが可能
な像加熱装置を提供することができた。

【００４７】本実施の形態ではトナーＴに低軟化物質を
含有させたトナーを使用したため、加熱定着装置にオフ
セット防止のためのオイル塗布機構を設けていないが、
低軟化物質を含有させていないトナーを使用した場合に
はオイル塗布機構を設けてもよい。また、定着ニップ後
に冷却部を設けて、冷却分離を行なってもよい。また、
低軟化物質を含有させたトナーを使用した場合にもオイ
ル塗布や冷却分離を行なってもよい。

【００４８】本実施の形態では４色カラー画像形成装置
について説明してきたが、モノクロ或いは１パスマルチ
カラー画像形成装置に利用してもよい。この場合は、定
着フィルム１０において弾性層２を省略してもよい。

【００４９】（第２の実施の形態）本実施の形態におい
ては、図１１に示すように第１の実施の形態の構成に加
えて、コア１７と定着フィルム１０の間の距離も変化さ
せている。コア１７と定着フィルム１０の発熱層１との
間の距離の関係においても、励磁コイル１８と定着フィ
ルム１０との関係と同じように距離が近いほど発熱層１
での発熱量が増加する。

【００５０】そこで、この２つの効果を組み合わせて、
定着ニップの発熱量を均一にすることが可能となる。

【００５１】コア１７は１つの部材で図１１のように成
形してもよいが、複数個の部材を長手方向に並べて構成
することもできる。この際、図１２（ａ）のようにいく
つかのブロックを段々に並べることができる。

【００５２】また、図１２（ｂ）のように、透磁率の異
なるコアを並べることによっても同様の効果を得ること
ができる。この場合は中央部から端部に向かって徐々に
透磁率を上げることによって中央部より端部に向かって
発熱量を増加させることができる。

【００５３】さらに、図１２（ａ）、（ｂ）を組み合わ
せて、図１２（ｃ）のように構成することもできる。

【００５４】（第３の実施の形態）本実施の形態におい
ては、第１の実施の形態において、励磁コイル１８の巻
方向を図１３に示すように巻いている。本実施の形態の
ようなコイルの巻方向に対しても、第１の実施の形態と
同等の効果を得ることができる。

【００５５】また、第２の実施の形態のように本実施の
形態においてもコア１７と定着フィルムの発熱層１との
間の距離を変化させて、同様の効果を得ることができ
る。

【００５６】以上、定着ニップ内の温度分布を均一にす
るために励磁コイル、コアと定着フィルムの発熱層との
距離を変えてきたが、定着ニップ内の温度分布を積極的
に変えるために本発明を利用してもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
励磁コイル／コアと定着フィルムの発熱層との距離を変
化させることにより、定着ニップ内の長手方向に対する
温度分布を均一にすることができ、記録材に均一な熱エ
ネルギーを供給できるのでトナーのオフセットのない良
好な定着性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いた像加熱装置の断面図。

【図２】第１の実施の形態の像加熱装置の断面図。

【図３】第１の実施の形態の像加熱装置の正面図。

【図４】第１の実施の形態の励磁コイル、コア、ステイ
の斜視図。

【図５】第１の実施の形態に用いた定着フィルムの層構
成図。

【図６】第１の実施の形態に用いた定着フィルムの層構
成図。

【図７】発熱層深さと電磁波強度の関係を示したグラフ
を示す図。

【図８】長手方向の定着ニップ温度と発熱／放熱量の関
係を示したグラフを示す図。

【図９】第１の実施の形態に用いた像加熱装置の断面
図。

【図１０】第１の実施の形態に用いた画像形成装置の断
面図。

【図１１】第２の実施の形態に用いた像加熱装置の正面
図。

【図１２】第２の実施の形態に用いたコアの配列図。

【図１３】第３の実施の形態に用いた像加熱装置の断面
図。

【符号の説明】

１発熱層２弾性層３離型層４断熱層１０定着フィルム１７高透磁率コア１８励磁コイル２１ａ，ｂフィルム端部保持部材３０加圧ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中根清文千葉県我孫子市新木野３−43−12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱層を有する回転体と、この回転体と
ニップを形成する加圧部材と、前記発熱層に磁場を入れ
ることで渦電流を発生させるための交番磁場を発生させ
る励磁コイルと、を有し、回転体と加圧部材間に画像担
持体を挟持搬送させることで画像担持体に熱エネルギー
を付与する像加熱装置において、回転体の回転方向と直交する方向で励磁コイルと発熱層
との間の距離が変化していることを特徴とする像加熱装
置。
【請求項２】上記励磁コイルが巻かれる芯材を有し、
この芯材と発熱層との間の距離が回転体の回転方向と直
交する方向で変化していることを特徴とする請求項１の
像加熱装置。
【請求項３】上記励磁コイルが巻かれる複数の芯材を
有し、これらの芯材の材料が回転体の回転方向と直交す
る方向で変化していることを特徴とする請求項１及び２
の像加熱装置。
【請求項４】上記励磁コイルと回転体との間の距離が
中央部よりも外側に向かって小さくなっている部分があ
ることを特徴とする請求項１乃至３の像加熱装置。
【請求項５】上記回転体はエンドレスフィルムであ
り、フィルムの層構成が少なくとも断熱層、発熱層、弾
性層、離型層の順で構成されていることを特徴とする請
求項１乃至４の像加熱装置。
【請求項６】上記回転体はエンドレスフィルムであ
り、フィルムの層構成が少なくとも断熱層、発熱層、離
型層の順で構成されていることを特徴とする請求項１乃
至４の像加熱装置。
【請求項７】上記発熱層と励磁コイルの間の距離が
０．５ｍｍから１０ｍｍの間で変化していることを特徴
とする請求項１乃至６の像加熱装置。