JP2006078549A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電磁誘導加熱される加熱部材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を駆動して調整範囲を可変する可変手段と、加熱部材23に対応する記録媒体の幅方向の範囲を検知する第1検知手段と、可変手段によって駆動される磁束調整部材29の位置を検知する第2検知手段42と、を備える。可変手段は、第1検知手段及び第2検知手段42の検知結果に基いて、磁束調整部材29を駆動制御する。
【選択図】 図5
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。
このように、磁束遮蔽部材の位置制御に誤差が生じた場合には、磁束を遮蔽したい領域の磁束を遮蔽できなくなって、非通紙領域の温度上昇が生じてしまうことがある。さらには、加熱したい領域の磁束を遮蔽してしまって、記録媒体の幅方向端部に定着不良やコールドオフセットが生じてしまうことがある。
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。
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図であって、支持ローラ23の内部を示している。
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。
なお、図7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。
具体的には、図7(A)を参照して、磁束遮蔽部材29のホームポジションは、内部コア28の全幅を開放する位置であって、センターコア26a位置から周方向に所定距離Xだけ離れた位置である。このとき、支持ローラ23の調整範囲Nはゼロであって、支持ローラ23の全幅が加熱範囲Mとなる。
具体的に、サイズ検知センサによって検知された記録媒体PのサイズがB5縦(B5T)サイズであった場合、磁束遮蔽部材29が図7(A)のホームポジションから図7(B)の位置に移動(回転駆動)される。これによって、磁束遮蔽部材29によって磁束が低下される調整範囲Nは、記録媒体Pの範囲(B5T)の外側の範囲(非通紙領域)とほぼ等しくなる。そして、支持ローラ23の加熱範囲Mは、記録媒体Pの範囲(B5Tの通紙領域である。)とほぼ等しくなる。
なお、磁束遮蔽部材29によって可変される調整範囲Nは、記録媒体Pの範囲に完全に一致させるのではなく、支持ローラ23や定着ベルト22における幅方向の温度分布(サーモパイル37やサーミスタ38で検知可能である。)に応じて微調整することが好ましい。
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の支持ローラ23を示す側面図であって、前記実施の形態1の図5に相当する図である。本実施の形態2は、被検知板41a〜41cの形状やフォトセンサ42の構成等が、前記実施の形態1のものとは相違する。
図10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3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11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11は、実施の形態4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4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4でも、前記各実施の形態と同様に、支持ローラ23や定着ベルト22に対応する記録媒体Pの幅方向範囲を検知するとともに、可変手段によって駆動される磁束遮蔽部材29の位置を検知して、双方の検知結果に基いて磁束遮蔽部材29を駆動制御している。
図12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12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、支持ローラ23や定着ベルト22に対応する記録媒体Pの幅方向範囲を検知するとともに、可変手段によって駆動される磁束遮蔽部材29の位置を検知して、双方の検知結果に基いて磁束遮蔽部材29を駆動制御している。
図13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13は、実施の形態6における定着装置20を示す断面図である。本実施の形態6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。また、図示は省略するが、内部コア28及び磁束遮蔽部材29を支持する軸部上には、前記実施の形態1と同様に、被検知板が設置されている。さらに、被検知板に対向する位置には、被検知板の位置を検知するフォトセンサが設置されている。
そして、本実施の形態6でも、定着ローラ31に対応する記録媒体Pの幅方向範囲を検知するとともに、可変手段によって駆動される磁束遮蔽部材29の位置を検知して、双方の検知結果に基いて磁束遮蔽部材29を駆動制御している。
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、 28a 軸部、
29 磁束遮蔽部材(磁束調整部材)、 29a 傾斜面、 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、 38 サーミスタ、
41、41a〜41c 被検知板(被検知部)、
42 フォトセンサ(第2検知手段)、
42a、42a1〜42a3 発光素子・受光素子、
N 調整範囲、 P 記録媒体。
Claims (18)
- 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、
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第1検知手段と、
前記可変手段によって駆動される前記磁束調整部材の位置を検知する第2検知手段と、を備え、
前記可変手段は、前記第1検知手段及び前記第2検知手段の検知結果に基いて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。 - 前記磁束調整部材は、前記第2検知手段によって検知される被検知部を備え、
前記可変手段は、前記被検知部が前記第2検知手段によって検知されるように前記磁束調整部材を駆動制御して、前記被検知部が前記第2検知手段によって検知されたときの前記磁束調整部材の位置を基準として前記第1検知手段の検知結果に基いて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1に記載の定着装置。 - 前記磁束調整部材は、前記第2検知手段によって検知されるとともに可変される複数の調整範囲に対応する複数の被検知部を備え、
前記可変手段は、前記第1検知手段の検知結果に基いて前記複数の被検知部のうち1つの被検出部が前記第2検知手段によって検知され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1に記載の定着装置。 - 前記被検知部は、前記可変手段によって前記磁束調整部材とともに駆動される被検知板であって、
前記第2検知手段は、被検知板の姿勢を検知する透過型又は反射型のフォトセンサであることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の定着装置。 - 前記第1検知手段は、前記記録媒体のサイズを検知するサイズ検知センサであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の定着装置。
- 前記磁束を低下させる前記調整範囲は、前記第1検知手段で検知された前記記録媒体の幅方向の範囲の外側の範囲であることを特徴とする請求項1〜請求項5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6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連続的又は段階的に増減できるように形成されたことを特徴とする請求項7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連続的又は段階的に増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8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しない側で前記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7〜請求項9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10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11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12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13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14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15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14に記載の定着装置。 - 請求項1〜請求項17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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