JP2006071960A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 トナー像Tを記録媒体Pに定着させる定着装置20であって、磁束を発生させる磁束発生手段24と、磁束によって誘導加熱される加熱部材22、23と、加熱部材22、23に作用する磁束を幅方向の所定の調整範囲について低下させる磁束調整部材29と、磁束調整部材29を駆動して磁束を低下させる調整範囲を可変する可変手段と、を備える。この可変手段は、複数の記録媒体Pに対して連続的にトナー像Tの定着をおこなっている間に,磁束調整部材29を駆動制御する。
【選択図】 図2
Description
このような電磁誘導加熱方式を用いた定着装置は、少ないエネルギー消費で短い立ち上げ時間にて、定着ベルトの表面温度(定着温度)を所望の温度まで昇温できることが知られている。
詳しくは、磁束遮蔽手段は、定着ローラにおける通紙領域に応じてその位置を変化させて、磁束を遮蔽する範囲を可変する。この技術は、定着ローラに届く磁束を非通紙領域において遮蔽して、非通紙領域における昇温を抑止することを目的としたものである。
一般的な画像形成装置は、幅方向のサイズが異なる数種類の記録媒体に対して、画像形成ができるように構成されている。ここで、幅方向サイズの異なる記録媒体とは、JIS寸法のA列やB列における種々の定形サイズの記録媒体の他に、不定形サイズの記録媒体も含まれる。また、同一サイズ(例えば、A4サイズである。)の記録媒体であっても、長手方向を搬送方向にした場合と、短手方向(長手方向に直交する方向である。)を搬送方向にした場合とでは、幅方向サイズの異なる記録媒体を扱っていることになる。
記録媒体のサイズに応じて磁束遮蔽手段の位置を変化させて非通紙領域における磁束を遮蔽しても、幅方向サイズが小さな記録媒体を連続的に通紙する場合に、加熱部材(又は定着部材)における通紙領域の熱が非通紙領域に徐々に伝熱されて非通紙領域の温度上昇が生じてしまう。すなわち、通紙時間(加熱時間)が増加するのにともない、積極的に加熱される通紙領域から加熱を予定していない非通紙領域に伝熱されて、非通紙領域における温度上昇が生じてしまう。
図1〜図8にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
まず、図1にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図1において、1は画像形成装置としてのレーザープリンタの装置本体、3は画像情報に基いた露光光Lを感光体ドラム18上に照射する露光部、4は装置本体1に着脱自在に設置される作像部としてのプロセスカートリッジ、7は感光体ドラム18上に形成されたトナー像を記録媒体Pに転写する転写部、10は出力画像が載置される排紙トレイ、11、12は転写紙等の記録媒体Pが収納された給紙部、13は記録媒体Pを転写部7に搬送するレジストローラ、15は手差し給紙部、20は記録媒体P上の未定着画像を定着する定着装置を示す。
まず、露光部3(書込部)から、画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Lが、プロセスカートリッジ4の感光体ドラム18上に向けて発せられる。感光体ドラム18は図中の反時計方向に回転しており、所定の作像プロセス(帯電工程、露光工程、現像工程)を経て、感光体ドラム18上に画像情報に対応したトナー像が形成される。
その後、感光体ドラム18上に形成されたトナー像は、転写部7で、レジストローラ13により搬送された記録媒体P上に転写される。
まず、画像形成装置本体1の複数の給紙部11、12、15のうち、1つの給紙部が自動又は手動で選択される(例えば、最上段の給紙部11が選択されたものとする。)。なお、複数の給紙部11、12には、それぞれ、異なるサイズの記録媒体Pや、搬送方向の異なる同一サイズの記録媒体Pが、収納されている。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。
図2に示すように、定着装置20は、主として、定着補助ローラ21、定着ベルト22、支持ローラ23(加熱ローラ)、誘導加熱部24、加圧ローラ30、サーモパイル37、サーミスタ38、オイル塗布ローラ34、ガイド板35、分離板36等で構成される。
支持ローラ23は、SUS304等の非磁性材料からなる円筒体であって、図の反時計方向に回転する。支持ローラ23の内部には、フェライト等の強磁性体からなる内部コア28と、内部コア28の外周の一部を覆う磁束遮蔽部材29と、が回転自在に設置されている。内部コア28は、定着ベルト22及び支持ローラ23を介してコイル部25に対向している。内部コア28及び磁束遮蔽部材29の回転駆動は、支持ローラ23の回転駆動とは別におこなわれる。内部コア28及び磁束遮蔽部材29を内設した支持ローラ23の構成・動作については、後で詳しく説明する。
定着ベルト22の基材は、耐熱樹脂材料からなり、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PES(ポリエーテルスルフォン)、PPS(ポリフェニレンスルフィド)、フッ素樹脂等を用いることができる。加熱層としては、ニッケル、ステンレス、鉄、銅、コバルト、クロム、アルミニウム、金、白金、銀、スズ、パラジウム、これらのうち複数の金属からなる合金、等を用いることができる。弾性層としては、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等を用いることができる。離型層としては、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体(FEP)等のフッ素樹脂、又はこれらの樹脂の混合物等を用いることができる。
ここで、コイル部25は、支持ローラ23に巻装された定着ベルト22の外周面を覆うように、細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向(図2の紙面垂直方向である。)に延設したものである。コイルガイド27は、耐熱性の高い樹脂材料等からなり、コイル部25を保持するとともに、誘導加熱部24のフレームとして機能する。コア部26は、比透磁率が2500程度のフェライト等の強磁性体からなり、センターコア部26aやサイドコア26bが設けられている。コア部26は、幅方向に延設されたコイル部25に対向するように設置される。センターコア26aは、コイル部25の周方向のほぼ中央位置にあって、コイル部25の周囲に形成される磁束の密度が最も大きくなる位置である。コイル部25は、不図示の高周波電源部に接続されていて、高周波電源部から10k〜1MHzの交番電流が印加される。
定着ベルト22と加圧ローラ30との当接部の出口側には、記録媒体Pの搬送を案内するとともに定着ベルト22に対する記録媒体Pの分離を促進する分離板36が配設されている。
そして、サーモパイル37及びサーミスタ38によって、定着ベルト22上の表面温度(定着温度)が検出されて、インバータ回路を備えた誘導加熱部24における出力が調整される。こうして、定着ベルト22上の定着温度が一定に保たれる。さらに、サーモパイル37及びサーミスタ38で検出した温度に基いて、支持ローラ23の幅方向両端に作用する磁束が調整される。これについては、後で詳しく説明する。
定着補助ローラ21の回転駆動によって、定着ベルト22は図2中の矢印方向に周回するとともに、支持ローラ23も反時計方向に回転して、加圧ローラ30も矢印方向に回転する。定着ベルト22は、誘導加熱部24との対向位置で加熱される。詳しくは、コイル部25に高周波の交番電流を流すことで、コア部26と内部コア28との間に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このとき、支持ローラ23表面と定着ベルト22の加熱層とに渦電流が生じて、支持ローラ23及び加熱層の電気抵抗によってジュール熱が発生する。こうして、定着ベルト22は、発熱した支持ローラ23から受ける熱と、自身の加熱層の発熱と、によって加熱される。すなわち、支持ローラ23は加熱部材として機能して、定着ベルト22は加熱部材として機能するとともに被加熱部材としても機能する。
詳しくは、先に説明した作像プロセスを経てトナー像Tを担持した記録媒体Pが、ガイド板35に案内されながら定着ベルト22と加圧ローラ30との間に送入される(矢印Yの搬送方向の移動である。)。そして、定着ベルト22から受ける熱と加圧ローラ30から受ける圧力とによってトナー像Tが記録媒体Pに定着されて、記録媒体Pは定着ベルト22と加圧ローラ30との間から送出される。
このような一連の動作が連続的に繰り返されて、画像形成プロセスにおける定着工程が完了する。
図3は、図2の定着装置20に設置された支持ローラ23を、誘導加熱部24側から幅方向にみた正面図である。
図3に示すように、支持ローラ23の円筒体内には、内部コア28と磁束遮蔽部材29とが回転自在に設置されている。
これに対して、内部コア28及び磁束遮蔽部材29を周方向にさらに所定角度回転させて、磁束遮蔽部材29がセンターコア26aに対向しないようにする。このとき、磁束が低下される調整範囲がゼロになって、すべての範囲(幅L1の領域である。)が定着ベルト22の主たる加熱範囲となる。
以下、図5のフローチャートに基いて、適宜に図6〜図8を参照して、連続通紙時の制御について詳述する。
なお、図6は、磁束遮蔽部材29が駆動制御されたときの、磁束遮蔽部材29、センターコア26a、記録媒体P、調整範囲N及び加熱範囲Mの幅方向の位置関係を示す模式図である。
その結果、プリント要求がないと判断された場合には、待機状態を経て(ステップS7)、再度ステップS6以降のフローがおこなわれる。
そして、カウント手段によってカウントされたカウント値(加熱時間又は通紙時間)が所定値に達したときに、加熱開始時に設定した調整範囲Nが長くなる(加熱範囲Mが短くなる。)ように、磁束遮蔽部材29を駆動制御する(ステップS11)。
図7を参照して、カウント値と調整範囲Nとの関係は、予め制御部にテーブルとして記憶されている。すなわち、通紙枚数や加熱時間が増加するのにともない、調整範囲Nの長さが段階的に長くなるように、磁束遮蔽部材29が駆動制御される。
本実施の形態1では、加熱時間(又は通紙枚数)に応じて、調整範囲Nが徐々に長くなるように制御しているので、加熱範囲Mからの伝熱による非通紙領域の過昇温を抑止することができる。
図8において、横軸は定着ベルト22における幅方向の位置を示し、縦軸は定着ベルト22表面の温度(定着温度)を示す。ここで、横軸の幅方向位置の「0」は、定着ベルト22の幅方向中央位置を示す。実線R1は、幅方向サイズがL1の記録媒体Pを連続通紙した場合の温度分布を示す。実線R2は、幅方向サイズがL2の記録媒体Pを連続通紙した場合の温度分布を示す。
図9にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図9は、実施の形態2における定着装置20でおこなわれる制御を示すフローチャートである。本実施の形態2は、温度検出手段としてのサーモパイル37で検出された温度に基いて磁束遮蔽部材29を駆動制御している点が、カウント手段でカウントされたカウント値に基いて磁束遮蔽部材29を駆動制御している前記実施の形態1のものとは相違する。
ステップS10にて、連続通紙が開始された後に、連続通紙中における定着ベルト22上の温度がサーモパイル37によって検出される(ステップS21)。ここで、サーモパイル37は、定着ベルト22の幅方向のほぼ中央に対向している。この位置は、その後の制御で調整範囲Nが変化しても、その調整範囲Nに含まれない位置である。これにより、調整範囲N外の定着ベルト22の温度変動を検出することができる。
その結果、検出温度が所定値E以上であるものと判断された場合には、ステップS9で調整した調整範囲Nよりも長くなるように磁束遮蔽部材29を駆動制御する(ステップS25)。これによって、加熱範囲Mの熱が調整範囲N側に伝えられる割合が小さくなって、非通紙領域の過昇温が抑止される。
その結果、要求された通紙枚数が終了していないと判断された場合には、ステップS21以降のフローが繰り返される。これに対して、要求された通紙枚数が終了したと判断された場合には、前記実施の形態1と同様のステップS12以降のフローがおこなわれて、本制御フローを終了する(ステップS15)。
さらに、定着ベルト22が被加熱部材としてのみ機能する場合(加熱層が設けられていない場合である。)に、定着ベルト22の温度を検出してその検出結果に基いて調整範囲Nを可変することもできる。その場合、加熱部材の温度を間接的に検出していることになる。
図10及び図11にて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
図10は、実施の形態3における定着装置20でおこなわれる制御を示すフローチャートである。本実施の形態3は、定着ベルト22の幅方向端部における温度変動に基いて磁束遮蔽部材29を駆動制御している点が、定着ベルト22の幅方向中央部における温度変動に基いて磁束遮蔽部材29を駆動制御している前記実施の形態2のものとは相違する。
ステップS10にて、連続通紙が開始された後に、連続通紙中における定着ベルト22上の温度がサーミスタ38によって検出される(ステップS31)。ここで、サーミスタ38は、定着ベルト22の幅方向端部に当接している。この位置は、その後の制御で調整範囲Nが変化しても、常に調整範囲Nに含まれる位置である。これにより、常に調整範囲N内の定着ベルト22の温度変動を検出することができる。
その結果、検出温度が所定値G以下であるものと判断された場合には、ステップS9で調整した調整範囲Nよりも短くなるように磁束遮蔽部材29を駆動制御する(ステップS35)。これによって、加熱範囲Mの熱が調整範囲N側に伝えられて、非通紙領域の過昇温が抑止されつつ、通紙領域両端における温度低下が抑止される。
その結果、要求された通紙枚数が終了していないと判断された場合には、ステップS31以降のフローが繰り返される。これに対して、要求された通紙枚数が終了したと判断された場合には、前記実施の形態2と同様のステップS12以降のフローがおこなわれて、本制御フローを終了する(ステップS15)。
図11において、通紙領域では、加熱開始時には定着温度が低いが、その後に定着温度は安定している。これに対して、非通紙領域では、加熱開始時には定着温度が低く、その後も定着温度が安定しない。
本実施の形態3の制御は、このような傾向が大きくなる場合に、特に有効な制御となる。すなわち、定着温度の安定しない幅方向端部の温度変動に基いて調整範囲Nを可変することで、幅方向両端の定着温度を安定化して過昇温を抑止することができる。
図12にて、この発明の実施の形態4について詳細に説明する。
図12は、実施の形態4における定着装置の支持ローラ23を示す図であって、前記実施の形態1における図3に相当する図である。本実施の形態4の支持ローラ23は、内部に設けられた磁束遮蔽部材29の形状が、前記実施の形態1のものとは相違する。
図13にて、この発明の実施の形態5について詳細に説明する。
図13は、実施の形態5における支持ローラ23の磁束遮蔽部材29を示す展開図である。本実施の形態5は、磁束遮蔽部材29の形状が、前記実施の形態1のものとは相違する。
そして、本実施の形態5でも、前記各実施の形態と同様に、加熱時間や定着ベルト22の温度等に応じて、磁束を低下させる幅方向の調整範囲Nを微調整するように磁束遮蔽部材29が駆動制御される。
図14にて、この発明の実施の形態6について詳細に説明する。
図14は、実施の形態6における支持ローラ23の磁束遮蔽部材29を示す展開図である。本実施の形態6は、磁束遮蔽部材29の形状が、前記実施の形態1のものとは相違する。
そして、本実施の形態6でも、前記各実施の形態と同様に、加熱時間や定着ベルト22の温度等に応じて、磁束を低下させる幅方向の調整範囲Nを微調整するように磁束遮蔽部材29が駆動制御される。
図15にて、この発明の実施の形態7について詳細に説明する。
図15は、実施の形態7における定着装置20を示す断面図である。本実施の形態7の定着装置は、加熱部材及び定着部材として定着ローラ31を用いている点が、加熱部材として支持ローラ及び定着ベルトを用いて定着部材として定着ベルトを用いている前記実施の形態1のものとは相違する。
定着ローラ31は、発熱層31a、シリコーンゴム等からなる弾性層、フッ素化合物等からなる離型層、等で構成される。定着ローラ31の内部は、中空構造になっていて、内部コア28及び磁束遮蔽部材29が回転自在に設置されている。
そして、本実施の形態7でも、前記各実施の形態と同様に、加熱時間や定着ローラ31の温度等に応じて、磁束を低下させる幅方向の調整範囲Nを微調整するように磁束遮蔽部材29が駆動制御される。
20 定着装置、 21 定着補助ローラ、
22 定着ベルト(加熱部材、定着部材、被加熱部材)、
23 支持ローラ(加熱部材)、
24 誘導加熱部(磁束発生手段)、 25 コイル部、
26 コア部、 26a センターコア、 26b サイドコア、
28 内部コア、
29 磁束遮蔽部材(磁束調整部材)、 30 加圧ローラ、
31 定着ローラ(加熱部材、定着部材)、
37 サーモパイル(温度検出手段)、 38 サーミスタ(温度検出手段)、
N 調整範囲、 P 記録媒体。
Claims (26)
- トナー像を記録媒体に定着させる定着装置であって、
磁束を発生させる磁束発生手段と、
前記磁束によって誘導加熱される加熱部材と、
前記加熱部材に作用する前記磁束を幅方向の所定の調整範囲について低下させる磁束調整部材と、
前記磁束調整部材を駆動して前記磁束を低下させる前記調整範囲を可変する可変手段と、を備え、
前記可変手段は、複数の記録媒体に対して連続的にトナー像の定着をおこなっている間に前記磁束調整部材を駆動制御することを特徴とする定着装置。 - 前記加熱部材に対応する前記記録媒体の幅方向の範囲を検知する検知手段を備え、
前記可変手段は、トナー像の定着が開始されるときに前記検知手段で検知した範囲に基いて前記調整範囲を可変することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記複数の記録媒体に対して連続的にトナー像の定着をおこなうときの加熱時間又は/及び当該複数の記録媒体の枚数をカウントするカウント手段を備え、
前記可変手段は、前記カウント手段のカウント値に基いて前記調整範囲を可変することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置。 - 前記可変手段は、前記カウント値が所定値に達した場合に前記調整範囲が長くなるように前記磁束調整部材を駆動制御することを特徴とする請求項3に記載の定着装置。
- 前記加熱部材に対応する前記記録媒体の幅方向の範囲を検知する検知手段を備え、
前記可変手段は、トナー像の定着が開始されるときに前記検知手段で検知された範囲の外側の範囲に対して前記調整範囲が短くなるように前記磁束調整部材を駆動制御することを特徴とする請求項4に記載の定着装置。 - 前記加熱部材に対応する前記記録媒体の幅方向の範囲を検知する検知手段を備え、
前記可変手段は、前記カウント値が所定値に達した場合に前記検知手段で検知された範囲の外側の範囲に対して前記調整範囲が長くなるように前記磁束調整部材を駆動制御することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の定着装置。 - 前記可変手段は、前記カウント値の増加に応じて段階的に前記磁束調整部材を駆動制御することを特徴とする請求項4〜請求項6のいずれかに記載の定着装置。
- 前記加熱部材の温度を直接的又は間接的に検出する温度検出手段を備え、
前記可変手段は、前記温度検出手段で検出した温度に基いて前記調整範囲を可変することを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の定着装置。 - 前記温度検出手段は、前記調整範囲が可変されても当該調整範囲内とならない位置に配設されたことを特徴とする請求項8に記載の定着装置。
- 前記温度検出手段は、前記調整範囲が可変されても常に当該調整範囲内となる位置に配設されたことを特徴とする請求項8に記載の定着装置。
- 前記可変手段は、前記温度が所定値以上になった場合に前記調整範囲が長くなるように前記磁束調整部材を駆動制御することを特徴とする請求項8〜請求項10のいずれかに記載の定着装置。
- 前記可変手段は、前記温度が所定値以下になった場合に前記調整範囲が短くなるように前記磁束調整部材を駆動制御することを特徴とする請求項8〜請求項11のいずれかに記載の定着装置。
- 温度検出手段は、前記加熱部材によって加熱される被加熱部材の温度を検出する手段であることを特徴とする請求項8〜請求項12のいずれかに記載の定着装置。
- 前記調整範囲は、前記加熱部材に対応する前記記録媒体の幅方向の範囲の外側の範囲の一部又は全部を含むことを特徴とする請求項1〜請求項13のいずれかに記載の定着装置。
- 前記磁束発生手段は、前記加熱部材に対向するように幅方向に延設されたコイル部と、前記加熱部材を介して前記コイル部に対向する内部コアと、を備え、
前記磁束調整部材は、前記コイル部と前記内部コアとの間に配設された磁束遮蔽部材であることを特徴とする請求項1〜請求項14のいずれかに記載の定着装置。 - 前記磁束遮蔽部材は、前記コイル部に対向する前記内部コアの外周を覆う範囲を漸増又は漸減できるように形成されたことを特徴とする請求項15に記載の定着装置。
- 前記可変手段は、前記内部コアの外周を覆う範囲を漸増又は漸減するように前記磁束遮蔽部材を駆動する手段であることを特徴とする請求項16に記載の定着装置。
- 前記磁束発生手段は、前記コイル部が前記加熱部材と対向しない側で当該コイル部に対向するとともにセンターコアを有するコア部を備え、
前記磁束遮蔽部材は、前記センターコアに対向する前記内部コアの外周を覆うことを特徴とする請求項15〜請求項17のいずれかに記載の定着装置。 - 前記加熱部材は、トナー像を溶融する定着部材を加熱することを特徴とする請求項1〜請求項18のいずれかに記載の定着装置。
- 前記定着部材は、定着ベルトであって、
前記加熱部材は、定着補助ローラとともに前記定着ベルトを張架する支持ローラであって、
前記磁束発生手段は、前記定着ベルトに対向するように配設されたことを特徴とする請求項19に記載の定着装置。 - 前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設されたことを特徴とする請求項20に記載の定着装置。
- 前記加熱部材は、トナー像を溶融する定着部材であることを特徴とする請求項1〜請求項21のいずれかに記載の定着装置。
- 前記定着部材は、定着ベルトであって、
前記磁束発生手段は、前記定着ベルトに対向するように配設されたことを特徴とする請求項22に記載の定着装置。 - 前記定着ベルトは、支持ローラと定着補助ローラとに張架され、
前記定着補助ローラは、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに対して前記定着ベルトを介して当接するように配設されたことを特徴とする請求項23に記載の定着装置。 - 前記定着部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに当接する定着ローラであって、
前記磁束発生手段は、前記定着ローラに対向するように配設されたことを特徴とする請求項22に記載の定着装置。 - 請求項1〜請求項25のいずれか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。
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