JP2004294487A - Fixing device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、複写機やプリンタなどの画像形成装置に搭載され、用紙上の現像剤像を定着させる定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、デジタル技術を利用した画像形成装置たとえば電子複写機では、加圧状態で加熱することにより現像剤像を用紙に定着させる定着装置を有している。 例えば、電子複写機では、原稿が載置された原稿台が露光され、その原稿からの反射光が光電変換素子たとえばCCD(charge coupled device)に導かれる。CCDは、原稿の画像に対応する画像信号を出力する。この画像信号に応じたレーザ光が感光体ドラムに照射されて、感光体ドラムの周面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像剤(トナー)の付着により顕像化される。感光体ドラムには、その感光体ドラムの回転にタイミングを合わせて用紙が送られ、その用紙に感光体ドラム上の顕像(現像剤像)が転写される。現像剤像が転写された用紙は、定着装置に送られる。
【0003】
定着装置は、加熱ローラと、この加熱ローラに加圧状態で接しながらその加熱ローラと共に回転する加圧ローラとを備え、この両ローラ間に用紙を挟み込んでその用紙を搬送しながら、加熱ローラの熱によって用紙上の現像剤像を定着させる。
また、定着装置の加熱ローラの熱源としては、誘導加熱がある。これは、加熱ローラ内にコイルを収め、そのコイルにコンデンサを接続して共振回路を形成し、その共振回路を1つの共振回路に対して1つの周波数で励起することにより、コイルに高周波電流を流してコイルから高周波磁界を発生させ、その高周波磁界によって加熱ローラに渦電流を生じさせ、その渦電流によるジュール熱で加熱ローラを自己発熱させる。
【0004】
さらに、近年では、省エネ対応技術としてウォーミングアップの短縮化が技術課題となっているが、対策として加熱ローラの薄肉化が上げられる。
しかしながら、加熱ローラの肉厚が薄いほど熱容量が小さくなるため、加熱ローラ上の熱分布を一様に保つことが難しくなる。例えば、加熱ローラ内のコイルの巻密度が均一でない場合には、加熱ローラ上の熱分布にむらが生じる。このように、近年の誘導加熱を用いた定着装置では、加熱ローラ内に収められている熱源としてのコイルの精度を容易に向上させることができるものが要求されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−312165号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の事情を考慮したもので、その目的とするところは、簡単な構成で、かつ、安価に、精度の高い誘導加熱用のコイルを有する定着装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明の定着装置は、コイルにより発生する磁界の変化により発生する渦電流によって発熱する被加熱部材により現像剤を被画像形成媒体上に定着させるものにおいて、前記コイルを形成する電線が巻きつけられるコイル保持部と、このコイル保持部に巻きつけられる電線が互いに密着するように、前記電線の巻数と前記電線の径とに基づく位置に設けられたコイルの両端を保持するガイド部とを有する誘導加熱手段を具備する。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、画像形成装置としての複合型電子複写機の内部構成を示すものである。まず、本体1の上面部には、原稿載置用の透明の原稿台(ガラス板)2が設けられており、キャリッジ4に設けられた露光ランプ5が点灯することにより、原稿台2に載置されている原稿Dが露光される。
【0009】
この露光による反射光が光電変換素子、例えばCCD(charge coupled device)10に投影されることで画像信号が出力される。上記CCD10から出力される画像信号は、デジタル信号に変換され、そのデジタル信号が適宜に処理された後、レーザユニット27に供給される。上記レーザユニット27は、入力信号に応じてレーザビームBを発する。
【0010】
本体1の上面部において、自動原稿送りユニット40が被さらない位置に、図示しない動作条件設定用のコントロールパネルが設けられている。上記コントロールパネルは、タッチパネル式の液晶表示部、数値入力用のテンキー、コピーキーなどを備えている。
【0011】
一方、本体1内の略中央部には、感光体ドラム20が回転自在に設けられている。この感光体ドラム20の周囲には、帯電器21、現像ユニット22、転写器23、剥離器24、クリーナ25、及び除電器26が順次に配設され、既知のプロセス方法にて感光体ドラム20上にトナー(現像剤)画像が形成され、そのトナー画像が用紙上に転写され、後述する定着装置100により、用紙上のトナーが加熱、加圧定着される。
【0012】
図2は、定着装置100の概略構成を示すものである。
図2において定着装置100は、コピー用紙Sの搬送路を上下に挟む位置に加熱ローラ101と加圧ローラ102とが設けられている。加圧ローラ102は、図示しない加圧機構により、加熱ローラ101の周面に加圧状態で接している。これらローラ101、102の接触部は、一定のニップ幅を持っている。
【0013】
上記加熱ローラ101は、導電性材料、例えば鉄を筒状に成形し、その鉄の外周面に、例えば、4フッ化エチレン樹脂等のフッ素樹脂などを被覆したものである。上記加熱ローラ101は、図示しない駆動モータなどにより図示右方向に回転駆動される。上記加圧ローラ102は、上記加熱ローラ101の回転を受けて図示左方向に回転する。上記加熱ローラ101と上記加圧ローラ102との接触部をコピー用紙Sが通過し、且つコピー用紙が加熱ローラ101から熱を受けることにより、コピー用紙S上の現像剤像Tがコピー用紙Sに定着される。
【0014】
上記加熱ローラ101の周囲には、コピー用紙Sを加熱ローラ101から剥離するための隔離爪103、上記加熱ローラ101上に残るトナー及び紙屑等を除去するためのクリーニング部材104、上記加熱ローラ101の表面に離型剤を塗布するための塗布ローラ105とが配設されている。
【0015】
上記加熱ローラ101の内部には、誘導加熱用の誘導加熱部110が収容されている。上記誘導加熱部110は、コイル111としての電線が周面に巻かれたコイルボビン110Aと、そのコイルボビン110Aを保持する保持部材110Bとを有する。上記コイルボビン110Aは、コイル111が複数のコイル(111a、…)からなる場合、コイルの数に応じた複数のコイルボビン110A(110Aa、…)で構成される。上記誘導加熱部110には、後述する高周波回路により高周波電力が与えられ、誘導加熱用の高周波磁界を発する。この高周波磁界が発せられることにより、加熱ローラ101に渦電流が生じ、その渦電流によるジュール熱で上記加熱ローラ101が自己発熱する。
【0016】
図3は、複合型電子複写機の制御回路を示すものである。すなわち、メインCPU50には、スキャンCPU70、コントロールパネルCPU80、及びプリントCPU90とが接続されている。
上記メインCPU50は、上記スキャンCPU70、上記コントロールパネルCPU80、及び上記プリントCPU90を統括的に制御するもので、コピーキーの操作に応じたコピーモードの制御手段、ネットインタフェース59への画像入力に応じたプリンタモードの制御手段、及びFAX送受信ユニット60での画像受信に応じたファクシミリモードの制御手段などを備えている。
【0017】
また、上記メインCPU50には、制御プログラム記憶用のROM51、データ記憶用のRAM52、画素カウンタ53、画像処理部55、ページメモリコントローラ56、ハードディスクユニット58、ネットインタフェース59、及びFAX送受信ユニット60とが接続されている。
【0018】
上記ページメモリコントローラ56は、上記ページメモリ57に対する画像データの書込み及び読み出しを制御する。また、上記画像処理部55、上記ページメモリコントローラ56、上記ページメモリ57、上記ハードディスクユニット58、上記ネットインタフェース59、及び上記FAX送受信ユニット60とは、上記画像データバス61により相互に接続されている。
【0019】
上記ネットインタフェース59は、外部機器から伝送されてくる画像(画像データ)が入力されるプリンタモード用の入力部として機能する。このネットインタフェース59には、LANあるいはインターネットなどの通信ネットワーク201が接続され、その通信ネットワーク201に外部機器、例えば複数台のパーソナルコンピュータ202が接続されている。これらパーソナルコンピュータ202は、コントローラ203、ディスプレイ204、操作ユニット205などを備えている。
上記FAX送受信ユニット60は、電話回線210に接続されており、その電話回線210を介してファクシミリ送信されてくる画像(画像データ)を受信するファクシミリモード用の受信部として機能する。
【0020】
上記スキャンCPU70には、制御プログラム記憶用のROM71、データ記憶用のRAM72、CCD10の出力を処理して画像データバス61に供給する信号処理部73、CCDドライバ74、スキャンモータドライバ75、露光ランプ5、自動原稿送り装置40、及び、複数の原稿センサ11などが接続されている。
【0021】
上記CCDドライバ74は、上記CCD10を駆動する。上記スキャンモータドライバ75は、キャリッジ駆動用のスキャンモータ76を駆動する。上記自動原稿送り装置40は、トレイ41にセットされる原稿D及びそのサイズを検知するための原稿センサ43を有している。
【0022】
上記コントロールパネルCPU80には、コントロールパネルのタッチパネル式液晶表示部14、テンキー15、オールリセットキー16、コピーキー17、及びストップキー18とが接続されている。
【0023】
上記プリントCPU90には、制御プログラム記憶用のROM91、データ記憶用のRAM92、プリントエンジン93、用紙搬送ユニット94、プロセスユニット95、定着装置100とが接続されている。プリントエンジン93は、レーザユニット27及びその駆動回路などにより構成されている。用紙搬送ユニット94は、給紙カセット30からトレイ38にかけての用紙搬送機構及びその駆動回路などにより構成されている。プロセスユニット95は、感光体ドラム20及びその周辺部などにより構成されている。
上記プリントCPU90及びその周辺構成を主体にして、上記画像処理部55で処理された画像を用紙Pにプリントするプリント部が構成されている。
【0024】
図4は、定着装置100の電気回路の構成例を示すものである。
ここでは、上記加熱ローラ101内に収納される誘導加熱部110は、複数のコイル(111a、111b、111c)からなるコイル111を有しているものとする。つまり、図4に示す例では、上記コイル111は、3つのコイル111a,111b,111cに分かれている。図4に示す例において、上記コイル111aは、第1のコイルを構成し、上記加熱ローラ101の中央部に存している。また、上記コイル111b、及び111cは、第2のコイルを構成し、上記加熱ローラ101内の上記コイル111aを挟む両側位置に存している。これらコイル111a,111b,111cは高周波発生回路120に接続されている。
【0025】
また、上記加熱ローラ101の中央部には、温度センサ112が設けられている。上記温度センサ112は、上記加熱ローラ101の中央部の温度を検知する。また、上記加熱ローラ101の一端部には、温度センサ113が設けられている。上記温度センサ113は、上記加熱ローラ101の一端部の温度を検知する。これらの温度センサ112,113は、上記加熱ローラ101を回転駆動するための駆動ユニット160と共に、プリントCPU90に接続されている。
【0026】
上記プリントCPU90は、駆動ユニット160を制御する機能に加え、第1のコイルとしてのコイル111aを構成要素とする後述する第1共振回路(出力電力P1)の動作、及び、第2のコイルとしてのコイル111b及び111cを構成要素とする後述する第2共振回路(出力電力P2)の動作を指定するためのP1/P2切替信号を発する機能、各共振回路の出力電力、温度センサ112,113の検知温度に応じて制御する機能を備えている。
【0027】
上記高周波発生回路120は、高周波磁界発生用の高周波電力を発生するもので、整流回路121及びこの整流回路121の出力端に接続されたスイッチング回路122を備えている。上記整流回路121は、商用交流電源130の交流電圧を整流する。上記スイッチング回路122は、コイル111aにより第1共振回路を形成し、コイル111b,111cにより第2共振回路を形成している。
また、上記第1共振回路及び上記第2共振回路は、上記スイッチング回路122内に設けられた図示しないスイッチング素子(例えば、FET等のトランジスタ)により選択的に励起される。
【0028】
なお、第2のコイルを構成する上記コイル111b及び111cは上記スイッチング回路122に対して並列に接続されている。同様に、上記誘導加熱部110において第1のコイルあるいは第2のコイルが複数のコイルで構成される場合、各コイルは上記スイッチング回路122に対して並列に接続されるものとする。
【0029】
上記第1共振回路は、上記コイル111aのインダクタンス及び上記スイッチング回路122内のコンデンサ(図示しない)の静電容量等により定まる共振周波数f1を有している。上記第2共振回路は、上記コイル111b及び111cのインダクタンス及び上記スイッチング回路122内のコンデンサ(図示しない)の静電容量等により定まる共振周波数f2を有している。
【0030】
上記スイッチング回路122は、プリントCPU90からのP1/P2切替信号に従い、コントローラ140によりオン,オフ駆動される。上記コントローラ140は、発振回路141及びCPU142を備えている。上記発振回路141は、上記スイッチング回路122に対する所定周波数の駆動信号を発する。上記CPU142は、上記発振回路141の発振周波数(駆動信号の周波数)を制御するものである。上記CPU142は、主要な機能として、例えば、次の(1)、(2)の手段を有している。
【0031】
(1)プリントCPU90からのP1/P2切替信号によって第1共振回路の動作(コイル111aのみ使用)が指定されている場合、上記CPU142は、上記第1共振回路をその共振周波数f1の近傍における複数の周波数たとえば(f1−Δf),(f1+Δf)で順次(交互)に励起する制御手段を有している。
【0032】
(2)プリントCPU90からのP1/P2切替信号によって第1及び第2共振回路の動作(全てのコイル111a,111b,111cの使用)が指定されている場合、上記CPU142は、上記第1及び第2共振回路をそれぞれの共振周波数f1,f2の近傍における複数の周波数、例えば(f1−Δf),(f1+Δf),(f2−Δf),(f2+Δf)で順次に励起する制御手段を有している。
【0033】
次に、上記にように構成される定着装置100の電気回路の作用について説明する。
上記第1共振回路の共振周波数f1と同じ周波数(または近傍の周波数)の駆動信号が発振回路141から発せられると、その駆動信号により上記スイッチング回路122がオン,オフし、上記第1共振回路が励起される。この励起により、コイル111aから高周波磁界が発生し、その高周波磁界によって加熱ローラ101の軸方向中央部に渦電流が生じ、その渦電流によるジュール熱で加熱ローラ101の軸方向中央部が自己発熱する。
【0034】
上記第2共振回路の共振周波数f2と同じ周波数(または近傍の周波数)の駆動信号が発振回路141から発せられると、その駆動信号により上記スイッチング回路122がオン,オフし、上記第2共振回路が励起される。この励起によりコイル111b,111cから高周波磁界が発生し、その高周波磁界によって加熱ローラ101の軸方向両側部に渦電流が生じ、その渦電流によるジュール熱で加熱ローラ101の軸方向両側部が自己発熱する。
【0035】
図5は、上記第1共振回路の出力電力P1と上記第1共振回路を励起する周波数との関係、及び上記第2共振回路の出力電力P2と上記第2共振回路を励起する周波数との関係を示す図である。
【0036】
図5に示すように、上記第1共振回路の出力電力P1は、その第1共振回路の共振周波数f1と同じ周波数で励起される場合にピークレベルとなり、励起される周波数が共振周波数f1から離れるに従って山なりに徐々に減少するパターンとなる。
同様に、上記第2共振回路の出力電力P2は、その第2共振回路の共振周波数f2と同じ周波数で励起される場合にピークレベルとなり、励起される周波数が共振周波数f2から離れるに従って山なりに徐々に減少するパターンとなる。
【0037】
大きいサイズの用紙Sに対する定着に際しては、第1及び第2共振回路が共に励起され、全てのコイル111a,111b,111cから高周波磁界が発せられる。この高周波磁界により加熱ローラ101の全体に渦電流が生じ、その渦電流によるジュール熱で加熱ローラ101の全体が自己発熱する。この場合、第1共振回路の共振周波数f1を中心として上下に所定値Δfずつ離れた2つの周波数(f1−Δf),(f1+Δf)を持つ駆動信号が発振回路141から順次出力され、続いて、第2共振回路の共振周波数f2を中心として上下に所定値Δfずつ離れた2つの周波数(f2−Δf),(f2+Δf)を持つ駆動信号が発振回路141から順次出力される。
【0038】
これら駆動信号により、第1共振回路がその共振周波数f1を挟む2つの周波数(f1−Δf),(f1+Δf)で順次励起され、続いて、第2共振回路がその共振周波数f2を挟む2つの周波数(f2−Δf),(f2+Δf)で順次励起される。これら周波数ごとの励起が繰り返される。
【0039】
上記第1共振回路におけるコイル111aの出力電力P1は、図5に示すように、周波数(f1−Δf)での励起時にピークレベルP1cよりもわずかに低い値P1aとなり、周波数(f1+Δf)での励起時もわずかにピークレベルP1cよりも低い値P1bとなる。
【0040】
上記第2共振回路におけるコイル111b,111cの出力電力P2は、周波数(f2−Δf)での励起時にピークレベルP2cよりもわずかに低い値P2aとなり、周波数(f2+Δf)での励起時もピークレベルP2cよりもわずかに低い値P2bとなる。
【0041】
次に、上記誘導加熱部110の構成について説明する。
図6及び図7は、上記誘導加熱部110の構成例を示す図である。
図6に示す例では、上記誘導加熱部110は、3つのコイル111a、111b、111cから構成されている。上記コイル111aは、コイルボビン110Aaに巻かれた電線により構成され、上記コイル111bは、コイルボビン110Abに巻かれた電線により構成され、上記コイル111cは、コイルボビン110Acに巻かれた電線により構成されている。すなわち、図6に示す誘導加熱部110は、3つのコイル111a、111b、111cが巻かれたコイルボビンAa、Ab、Acが保持部材110Bに保持された構成されている。
【0042】
また、図7に示す例では、上記誘導加熱部110は、12個のコイル(a1〜a6、b1〜b3、c1〜c3)から構成されている。各コイルは、それぞれ独立したコイルボビンに巻かれた電線により構成されている。図7に示す誘導加熱部110では、上記コイルa1〜a6が上記コイル111aに相当し、上記コイルb1〜b3が上記コイル111bに相当し、上記コイルc1〜c3が上記コイル111cに相当する。
【0043】
すなわち、図7に示すように、第1のコイルあるいは第2のコイルが複数のコイルで構成される場合、上記誘導加熱部110内の各コイルは、例えば、図4に示すような高周波回路120に対して以下に説明するように接続される。上記コイルa1〜a6は、上記高周波回路120のコイル111aの部分において上記スイッチング回路122に対して並列接続される。また、上記コイルb1〜b3は、上記高周波回路120のコイル111bの部分において上記スイッチング回路122に対して並列接続される。上記コイルc1〜c3は、上記高周波回路120のコイル111cの部分において上記スイッチング回路122に対して並列接続される。
【0044】
図6及び図7に示すように、上記誘導加熱部全体110は、複数のコイルボビン110Aa…に巻かれた複数のコイル111a、…が保持部材110Bに保持された構成となっている。すなわち、上記誘導加熱部全体110において、コイルが巻かれたコイルボビン(以下、コイルユニットと称する)の個数は、複数にあっても単数であっても良いが、少なくとも制御対象とする個数以上が必要となる。
【0045】
つまり、上述した定着装置のように、複数のコイルを制御対象とする場合、少なくとも制御対象となるコイル数以上のコイルユニットで誘導加熱部110を構成することが可能である。例えば、図7に示すように、制御対象が第1のコイルと第2のコイルとの2つであっても、複数のコイルユニットにより誘導加熱部110を構成することが可能である。
【0046】
図8は、上記コイルボビン110Aと上記保持部材110Bとの関係を示す図である。
図8に示すように、各コイルボビン(コイル保持部)110Aは、中空の円筒状の形状により構成される。また、上記保持部材110Bは、各コイルボビン110Aの内側に収まるような形状となっている。すなわち、各コイルボビン110Aは、1つの保持部材110Bに保持され、誘導加熱部全体110を構成するようになっている。
【0047】
また、各コイルボビン110Aは、コイルとして巻かれる電線をガイドするフランジ部(ガイド部)190a、190bを両端に有している。上記コイルボビン110A及び保持部材110Bは、プラスチックやセラミック等で形成され、例えば、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)材、液晶ポリマー材、フェノール材、又は不飽和ポリエステル等の耐熱性に優れ、線膨張係数の低い材料が利用可能である。
【0048】
図9は、コイル111が巻かれたコイルボビン110Aを示す図である。
上記コイルボビン110Aには、フランジ部190aおよび190b間の領域にコイルとしての電線が巻かれる。また、上記コイルボビン110Aの両端部には、溝部191が設けられている。上記コイルボビン110Aに巻かれるコイルとしての電線における巻きはじめの線と巻おわりの線とは、上記溝部191によりコイルボビン内部に誘導される。
【0049】
図9に示すように、上記コイルボビン110Aに巻かれるコイルとしての電線は、上記フランジ部190a、190bにガイドされている。このため、上記コイルボビン110Aにおいてコイルとしての電線を巻くことが可能な領域(以下、コイル領域と称する)は、フランジ部190aとフランジ部190bとの間の領域となる。
【0050】
なお、図8及び図9に示す例において、上記フランジ部190a、190bは、コイルボビン110Aの両端の一部に設けられているが、上記コイルボビン110Aに巻きつけた所望の巻き数の電線を保持するものであれば、設置位置及び形状はどのようなものであっても良い。
【0051】
次に、上記コイルボビン110Aの幅について説明する。
上記コイルボビン110Aにコイルとしての電線を巻きつける場合、上記電線は、上記コイル領域に出来るだけ密に巻きつけるようにするのが好ましい。これは、上記コイルボビン110Aに巻かれた電線の密度が加熱ローラ101上の熱分布に影響を与えるためである。例えば、上記コイルボビン110Aに巻かれたコイル111としての電線の密度にばらつきがあると、上記コイル111により加熱される加熱ローラ101上の熱分布にむらが発生することがある。
【0052】
通常、画像形成装置に用いられる定着装置では、用紙へのトナーの定着不良を防止するため、少なくとも用紙が通過する領域についは加熱ローラ101上の熱分布を一様に制御する必要がある。
【0053】
また、上記フランジ部190aと190bとの間にコイルとしての電線同士を密着させて巻くことによりコイルボビン110A上のコイルの位置を固定することが可能である。つまり、上記フランジ部190aと190bとの間に電線同士を密着させて巻いて上記コイルボビン110A上のコイルの位置を固定すれば、上記コイルにより加熱される上記加熱ローラ101上における熱分布のむらを防ぐことができる。
【0054】
図10は、上記コイルボビン110Aにおけるフランジ部190aおよびフランジ部190bの幅bと、フランジ部190aとフランジ部190bとの間隔の幅(コイル領域の幅)Wとの関係を示す図である。なお、ここでは、上記フランジ部190a自体の幅とフランジ部190b自体の幅とは、同じ幅bであるとするが、上記フランジ部190aの幅b1とフランジ部190bの幅b2とが異なっていても良い。
【0055】
上述のように、上記フランジ部190aと上記フランジ部190bとの間が電線を巻くことが可能なコイル領域である。従って、図10に示すようにフランジ部190a、190bがそれぞれコイルボビン110Aの両端部に設置される場合、上記コイルボビン110Aの幅は、上記フランジ部190a及び190bの幅bと上記フランジ部190aと上記フランジ部190bとの間(コイル領域)の幅Wとにより決まる。
【0056】
さらに、上記フランジ部190a、190bを所定の幅bを有する所定の形状で成形する場合、上記コイルボビン110Aの幅は、上記コイル領域の幅Wに基づいて決められる。また、上記コイル領域の幅Wとして理論上最低限必要となる幅W0は、電線の径dと巻き数nにより以下に示す式により決まる。
W0=d×(n+1)。
【0057】
上記コイル領域の幅W0は、上記コイルボビン110Aに巻かれる電線の径dに誤差が全くないと仮定した場合であって、上記コイル領域の幅として理論上最低限必要となる幅である。従って、理論上(電線径に誤差が全くない場合)は、上記コイル領域の幅を幅(理論上の最小幅)W0にすることにより、上記コイルボビン110Aには、上記コイル111としての電線を完全に密着させて固定することができる。
【0058】
しかしながら、実際の電線においては、その電線径に誤差が含まれる。また、上記コイルボビンの幅にも、その成形上の誤差などが含まれる。
従って、本実施の形態では、上記コイル領域の幅Wとしての要件は、以下の(1)(2)の条件と満たす必要があるものとする。
【0059】
(1)所定の巻数の電線が上記フランジ部190a、190bに乗り上げない幅であること。この条件は、上記コイル領域の幅Wとして実際上最低限必要なコイル領域の幅Wminの条件である。すなわち、この条件は、実際に、所定巻数の電線を上記コイル領域内に確実に巻くための条件である。
【0060】
(2)所定巻数の電線径からなる幅に対して、上記コイル領域の幅における余裕が電線径の3倍以下となること。この条件は、上記コイル領域の幅Wとして実際上最大限許容できるコイル領域の幅Wmaxの条件である。この条件は、実際に、上記コイル領域に巻かれる所定巻数の電線に対して与えられる最大限の余裕を示す条件である。この条件では、コイル領域の幅の上限としてコイルボビンに巻かれた電線がばらけにくい範囲を示してしている。ここで、電線径の3倍とは、コイルとしての電線におけるスプリングバックによる他の電線への押圧力が得られる範囲を想定したものである。特に、図9に示すようにコイルボビン110Aの端部で電線をコイルボビンの内部を通して配線する場合、上記コイル領域の幅における余裕が電線径の3倍(3×d)を超えると、電線のスプリングバックによる他の電線への押圧力はなくなり、電線がばらけやすくなる。
【0061】
ここで、電線の公差(誤差)範囲を±Δd、コイルボビン幅の公差(誤差)範囲を±ΔWとすると、
上記の条件を満足させるため、コイル領域の幅Wは、
Wmin=(d+Δd)×(n+1)+ΔW
Wmax=(d−Δd)×(n+1)−ΔW+3d
Wmin≦W<Wmax
の条件を満たす必要がある。
【0062】
また、コイルボビン110Aの幅は、コイル領域の幅にフランジ部190a及び190bの幅を加えたものとなる。従って、上記コイルボビン110Aの幅は、W+2b(又は、W+(b1+b2))となる。つまり、上記コイルボビン110Aの幅(W+2b)は、
Wmin+2b≦W+2b<Wmax+2bx
を満たすように成形される。
【0063】
第1の具体例として、電線の巻数nが48.5回、電線径dが0.554mm、電線径の公差範囲Δdが0.006mm、コイルボビンの幅の公差範囲ΔWが0.1mmとすると、
27.82≦W<28.688
となる。この場合、コイル領域の幅Wは、例えば、28mmに設定すれば良く、コイルボビン全体の幅は、28+2b(又は28+b1+b2)となるように成形すれば良い。
【0064】
また、第2の具体例として、電線の巻数nが44.5回、電線径dが0.554mm、電線径の公差範囲Δdが0.006mm、コイルボビンの幅の公差範囲ΔWが0.1mmとすると、
25.58≦W<26.496
となる。この場合、例えば、コイル領域の幅Wは、26mmに設定すれば良く、コイルボビン全体の幅は、26+2b(又は26+b1+b2)となるように成形すれば良い。
【0065】
上記のように、コイルボビン上に巻きつけられたコイルを形成する電線が互いに密着するように上記コイルの両端を保持するフランジ部を設けるようにしたものである。これにより、コイルボビン上に巻かれる電線により構成されるコイルを簡単な構成で均一な密度で固定することができ、精度の高いコイルを提供できる。また、上記コイルボビンと上記フランジ部とによりコイルを確実に保持することができ、電線の巻数を正確に巻くことが可能であり、不良の判断も容易になる。
【0066】
さらに、複数のコイルボビンを用いて複数のコイルにより誘導加熱部を構成する場合、同一のフランジ部を有するコイルボビンを用いることにより、複数のコイルが巻かれるコイルボビンを共通化することができ、コイルボビンの成形やコイルボビンへの電線の巻き工程などを共通化、簡略化でき、組みたての失敗や巻数の失敗等を未然に防ぐことができるとともに、安価な誘導加熱部を提供できる。
【0067】
また、上記実施の形態によれば、電線径、電線の巻数、電線径の公差範囲、及びコイルボビンの公差範囲等に基づいて、コイルを保持するフランジ部間の幅を予め設定するようにしたものである。これにより、コイルを形成するための電線の仕様(径及び径の公差範囲)と電線の巻数とに基づいて、成形すべきコイルの仕様を簡単に決定することができる。さらに、コイルを保持するフランジ部間の幅として最低限必要な幅と最大の幅とを所定の式にて算出し、上記フランジ部間の幅に対する許容範囲を設定することができる。
【0068】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、簡単な構成で、かつ、安価に、精度の高い誘導加熱用のコイルを有する定着装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態に係る定着装置を有する画像形成装置の概略構成を示す図。
【図2】この発明の実施の形態に係る定着装置の概略構成を示す図。
【図3】画像形成装置の制御回路を示すブロック図。
【図4】定着装置に対する電気回路の構成を示す図。
【図5】定着装置における各共振回路の出力電力とその各共振回路を励起する周波数との関係を示す図。
【図6】誘導加熱部の構成例を示す図。
【図7】誘導加熱部の構成例を示す図。
【図8】コイルボビンと保持部材との関係を示す図。
【図9】コイルが巻かれたコイルボビンを示す図。
【図10】コイルボビンにおけるフランジ部の幅とコイル領域の幅との関係を示す図。
【符号の説明】
S…コピー用紙(被画像形成媒体)、T…トナー(現像剤)、100…定着装置、101…加熱ローラ(被加熱部材)、102…加圧ローラ、110…誘導加熱部、110A…コイルボビン(コイル保持部)、110B…保持部材、111(111a、111b、111c、a1〜a3、b1〜b6、c1〜c3)…コイル、190a、190b…フランジ部(ガイド部)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing device that is mounted on an image forming apparatus such as a copying machine or a printer and fixes a developer image on paper.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an image forming apparatus using digital technology, for example, an electronic copying machine, has a fixing device for fixing a developer image on a sheet by heating under pressure. For example, in an electronic copying machine, a document table on which a document is placed is exposed, and light reflected from the document is guided to a photoelectric conversion element, for example, a CCD (charge coupled device). The CCD outputs an image signal corresponding to the image of the document. The photosensitive drum is irradiated with a laser beam corresponding to the image signal to form an electrostatic latent image on the peripheral surface of the photosensitive drum. This electrostatic latent image is visualized by the adhesion of a developer (toner). A sheet is sent to the photosensitive drum in synchronization with the rotation of the photosensitive drum, and a visible image (developer image) on the photosensitive drum is transferred to the sheet. The sheet on which the developer image has been transferred is sent to a fixing device.
[0003]
The fixing device includes a heating roller, and a pressure roller that rotates together with the heating roller while being in contact with the heating roller in a pressurized state. The heat fixes the developer image on the paper.
As a heat source of the heating roller of the fixing device, there is induction heating. In this method, a coil is housed in a heating roller, a capacitor is connected to the coil to form a resonance circuit, and the resonance circuit is excited at one frequency for one resonance circuit, so that a high-frequency current is applied to the coil. Then, a high-frequency magnetic field is generated from the coil, an eddy current is generated in the heating roller by the high-frequency magnetic field, and the heating roller self-heats by Joule heat generated by the eddy current.
[0004]
Furthermore, in recent years, shortening of warm-up has become a technical issue as a technology for energy saving. However, as a countermeasure, the thickness of a heating roller has been reduced.
However, since the heat capacity decreases as the thickness of the heating roller decreases, it becomes difficult to maintain a uniform heat distribution on the heating roller. For example, when the winding density of the coil in the heating roller is not uniform, the heat distribution on the heating roller becomes uneven. As described above, in a fixing device using induction heating in recent years, a fixing device that can easily improve the accuracy of a coil as a heat source contained in a heating roller is required.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-212165 A
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to provide a fixing device having a simple configuration, low cost, and a high-precision induction heating coil. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In a fixing device according to the present invention, an electric wire forming the coil is wound around a fixing member for fixing a developer on an image forming medium by a heated member that generates heat by an eddy current generated by a change in a magnetic field generated by the coil. Induction having a coil holding portion and a guide portion for holding both ends of a coil provided at a position based on the number of turns of the wire and the diameter of the wire so that the wires wound around the coil holding portion are in close contact with each other. A heating means is provided.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an internal configuration of a composite electronic copying machine as an image forming apparatus. First, a transparent platen (glass plate) 2 for placing a document is provided on the upper surface of the
[0009]
An image signal is output by projecting the light reflected by the exposure onto a photoelectric conversion element, for example, a CCD (charge coupled device) 10. The image signal output from the
[0010]
A control panel (not shown) for setting operating conditions is provided on the upper surface of the
[0011]
On the other hand, a
[0012]
FIG. 2 shows a schematic configuration of the
In FIG. 2, the
[0013]
The
[0014]
Around the
[0015]
An
[0016]
FIG. 3 shows a control circuit of the composite electronic copying machine. That is, the scan CPU 70, the
The
[0017]
The
[0018]
The page memory controller 56 controls writing and reading of image data to and from the
[0019]
The
The FAX transmitting / receiving unit 60 is connected to a
[0020]
The scan CPU 70 includes a ROM 71 for storing a control program, a RAM 72 for storing data, a
[0021]
The CCD driver 74 drives the
[0022]
The
[0023]
The
A print unit for printing the image processed by the
[0024]
FIG. 4 shows a configuration example of an electric circuit of the fixing
Here, it is assumed that the
[0025]
A
[0026]
The
[0027]
The high-
Further, the first resonance circuit and the second resonance circuit are selectively excited by a switching element (for example, a transistor such as an FET) (not shown) provided in the
[0028]
The
[0029]
The first resonance circuit has a resonance frequency f1 determined by the inductance of the
[0030]
The
[0031]
(1) When the operation of the first resonance circuit (using only the
[0032]
(2) When the operations of the first and second resonance circuits (use of all the
[0033]
Next, the operation of the electric circuit of the fixing
When a driving signal having the same frequency (or a frequency close to the resonance frequency) as the resonance frequency f1 of the first resonance circuit is generated from the
[0034]
When a drive signal having the same frequency (or a frequency close to) the resonance frequency f2 of the second resonance circuit is generated from the
[0035]
FIG. 5 shows the relationship between the output power P1 of the first resonance circuit and the frequency for exciting the first resonance circuit, and the relationship between the output power P2 of the second resonance circuit and the frequency for exciting the second resonance circuit. FIG.
[0036]
As shown in FIG. 5, the output power P1 of the first resonance circuit has a peak level when excited at the same frequency as the resonance frequency f1 of the first resonance circuit, and the excited frequency is separated from the resonance frequency f1. , The pattern gradually decreases like a mountain.
Similarly, when the output power P2 of the second resonance circuit is excited at the same frequency as the resonance frequency f2 of the second resonance circuit, the output power P2 has a peak level, and becomes higher as the excited frequency becomes farther from the resonance frequency f2. The pattern gradually decreases.
[0037]
When fixing a large-sized sheet S, both the first and second resonance circuits are excited, and high-frequency magnetic fields are emitted from all the
[0038]
With these drive signals, the first resonance circuit is sequentially excited at two frequencies (f1−Δf) and (f1 + Δf) sandwiching the resonance frequency f1, and subsequently, the second resonance circuit is excited at two frequencies sandwiching the resonance frequency f2. Excited sequentially at (f2−Δf), (f2 + Δf). The excitation for each frequency is repeated.
[0039]
As shown in FIG. 5, the output power P1 of the
[0040]
The output power P2 of the
[0041]
Next, the configuration of the
6 and 7 are diagrams illustrating a configuration example of the
In the example shown in FIG. 6, the
[0042]
In the example shown in FIG. 7, the
[0043]
That is, as shown in FIG. 7, when the first coil or the second coil is composed of a plurality of coils, each coil in the
[0044]
As shown in FIGS. 6 and 7, the
[0045]
That is, when a plurality of coils are to be controlled, as in the above-described fixing device, it is possible to configure the
[0046]
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between the
As shown in FIG. 8, each coil bobbin (coil holding portion) 110A is formed in a hollow cylindrical shape. The holding
[0047]
Each
[0048]
FIG. 9 is a view showing a
An electric wire as a coil is wound around the
[0049]
As shown in FIG. 9, an electric wire as a coil wound around the
[0050]
In the example shown in FIGS. 8 and 9, the
[0051]
Next, the width of the
When an electric wire as a coil is wound around the
[0052]
Normally, in a fixing device used in an image forming apparatus, it is necessary to uniformly control the heat distribution on the
[0053]
In addition, it is possible to fix the position of the coil on the
[0054]
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between the width b of the
[0055]
As described above, the region between the
[0056]
Further, when the
W0 = d × (n + 1).
[0057]
The width W0 of the coil region is a case where it is assumed that there is no error in the diameter d of the electric wire wound around the
[0058]
However, an actual wire has an error in its wire diameter. The width of the coil bobbin also includes an error in molding.
Therefore, in the present embodiment, it is assumed that the requirement as the width W of the coil region needs to satisfy the following conditions (1) and (2).
[0059]
(1) An electric wire having a predetermined number of turns has such a width that it does not run on the
[0060]
(2) A margin in the width of the coil region is not more than three times the diameter of the electric wire with respect to the width of the electric wire having a predetermined number of turns. This condition is a condition of the maximum width Wmax of the coil region that is practically allowable as the width W of the coil region. This condition is a condition indicating the maximum allowance actually given to the electric wire having a predetermined number of turns wound around the coil region. Under these conditions, the upper limit of the width of the coil region indicates a range in which the electric wire wound around the coil bobbin is difficult to disperse. Here, three times the wire diameter assumes a range in which a pressing force on another wire can be obtained by springback in the wire as a coil. In particular, as shown in FIG. 9, when an electric wire is routed through the inside of the coil bobbin at the end of the
[0061]
Here, assuming that the tolerance (error) range of the electric wire is ± Δd and the tolerance (error) range of the coil bobbin width is ± ΔW,
To satisfy the above conditions, the width W of the coil region is
Wmin = (d + Δd) × (n + 1) + ΔW
Wmax = (d−Δd) × (n + 1) −ΔW + 3d
Wmin ≦ W <Wmax
Condition must be satisfied.
[0062]
The width of the
Wmin + 2b ≦ W + 2b <Wmax + 2bx
It is molded to satisfy.
[0063]
As a first specific example, assuming that the number of turns n of the wire is 48.5 times, the wire diameter d is 0.554 mm, the tolerance range Δd of the wire diameter is 0.006 mm, and the tolerance range ΔW of the width of the coil bobbin is 0.1 mm,
27.82 ≦ W <28.688
It becomes. In this case, the width W of the coil region may be set to, for example, 28 mm, and the entire width of the coil bobbin may be formed to be 28 + 2b (or 28 + b1 + b2).
[0064]
As a second specific example, the number of turns n of the wire is 44.5 times, the wire diameter d is 0.554 mm, the tolerance range Δd of the wire diameter is 0.006 mm, and the tolerance range ΔW of the width of the coil bobbin is 0.1 mm. Then
25.58 ≦ W <26.496
It becomes. In this case, for example, the width W of the coil region may be set to 26 mm, and the entire width of the coil bobbin may be formed to be 26 + 2b (or 26 + b1 + b2).
[0065]
As described above, the flanges holding both ends of the coil are provided so that the electric wires forming the coil wound on the coil bobbin are in close contact with each other. Thereby, the coil constituted by the electric wire wound on the coil bobbin can be fixed at a uniform density with a simple configuration, and a highly accurate coil can be provided. Further, the coil can be securely held by the coil bobbin and the flange portion, and the number of turns of the electric wire can be accurately wound.
[0066]
Furthermore, when the induction heating unit is configured by a plurality of coils using a plurality of coil bobbins, the coil bobbin around which the plurality of coils are wound can be shared by using a coil bobbin having the same flange portion, and the coil bobbin is formed. In addition, the process of winding an electric wire around a coil bobbin and the like can be shared and simplified, failure in assembly and failure in the number of turns can be prevented, and an inexpensive induction heating unit can be provided.
[0067]
Further, according to the above embodiment, the width between the flange portions holding the coil is set in advance based on the wire diameter, the number of turns of the wire, the tolerance range of the wire diameter, the tolerance range of the coil bobbin, and the like. It is. This makes it possible to easily determine the specifications of the coil to be formed based on the specifications (diameter and diameter tolerance range) of the electric wire for forming the coil and the number of turns of the electric wire. Further, the minimum width and the maximum width as the width between the flange portions holding the coil are calculated by a predetermined formula, and an allowable range for the width between the flange portions can be set.
[0068]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a fixing device having a highly accurate coil for induction heating with a simple configuration and at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an image forming apparatus having a fixing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a fixing device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a control circuit of the image forming apparatus.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an electric circuit for the fixing device.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between output power of each resonance circuit and a frequency for exciting each resonance circuit in the fixing device.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of an induction heating unit.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of an induction heating unit.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a coil bobbin and a holding member.
FIG. 9 is a view showing a coil bobbin around which a coil is wound.
FIG. 10 is a view showing the relationship between the width of a flange portion and the width of a coil region in a coil bobbin.
[Explanation of symbols]
S: copy paper (image forming medium), T: toner (developer), 100: fixing device, 101: heating roller (heated member), 102: pressure roller, 110: induction heating unit, 110A: coil bobbin ( Coil holding portion), 110B holding member, 111 (111a, 111b, 111c, a1 to a3, b1 to b6, c1 to c3) ... coil, 190a, 190b ... flange portion (guide portion)
Claims (5)
前記コイルを形成する電線が巻きつけられるコイル保持部と、
このコイル保持部に巻きつけられる電線が互いに密着するように前記電線の巻数と前記電線の径とに基づく位置に設けられたコイルの両端を保持するガイド部と、
を有する誘導加熱手段を具備したことを特徴とする定着装置。In a fixing device that fixes a developer on an image forming medium by a heated member that generates heat by an eddy current generated by a change in a magnetic field generated by a coil,
A coil holding portion around which an electric wire forming the coil is wound;
A guide portion that holds both ends of a coil provided at a position based on the number of turns of the electric wire and the diameter of the electric wire so that the electric wires wound around the coil holding portion are in close contact with each other,
A fixing device comprising an induction heating means having the following.
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