JP2006208851A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着装置用の専用のモータを用いることなく、加熱ローラ及び加圧ローラを断続的に回転することができる定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 誘導加熱手段８は、コア８１ａ、８１ｂにコイル８２ａ、８２ｂを巻回してモータ用の固定子として機能する固定子素子８３ａ、８３ｂを形成する。駆動回路９は、高周波電流発生回路９１と、低周波電流発生回路９２とを備える。加熱ローラ５１を加熱する際には、高周波電流発生回路９１からコイル８２ａ、８２ｂに高周波電流を供給し、待機中に、加熱ローラ５１を回転する際には、低周波電流発生回路９２からコイル８２ａ、８２ｂに低周波電流を供給して、加熱ローラ５１を回転し、この加熱ローラ５１の回転に伴って加圧ローラ５２を回転する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置、特に未定着トナー像を被記録用紙に定着する加熱ローラと加圧ローラを備えた定着装置、及びこの給紙装置を備えた画像形成装置に関する。

一般的に、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置においては、未定着トナー像を担持した被記録用紙を、定着装置の加熱ローラと加圧ローラとにより形成されるニップに挟持搬送し、加熱・加圧することにより未定着トナー像を被記録用紙に定着するようにしている。このような定着装置を用いた場合、例えば、コピー中等、通常の画像形成動作（ジョブ）時は、加熱ローラの表面温度、即ち、定着制御温度を、定着可能な一定範囲内に維持する必要がある。又、待機中であっても、画像形成を速やかに行う、例えば、オペレータからの指示等により、即、ジョブが可能なスタンバイモード（レディー状態）にあっても、ジョブ時と同様、定着制御温度を、定着可能な一定範囲内に維持する必要がある。更に、省エネルギーの観点から、例えば、ジョブが可能になるまでに、短時間ではあるが一定の時間要する第１の省エネモードである低電力モードにおいても、定着制御温度は、スタンバイモードより低いが、所定の範囲内に維持する必要がある。

一般に、誘導加熱方式の熱源を持つ加熱ローラと、この加熱ローラを押圧する加圧ローラとで構成される定着装置では、待機中に、加圧ローラは、加熱ローラと接している部分近傍以外では加熱されない。このため、加圧ローラは、その表面だけでなく、内部の温度も低下してしまう。この傾向は、特に、低温時においては、例えば、待機状態から再度画像形成動作に移行する際、余分なウォームアップ（加熱ローラが定着機能に必要な一定範囲内の設定温度にまで加熱する時間）が必要であった。

従来、この対策として、加熱ローラと一緒に加圧ローラを回転させる定着装置用のモータを設け、画像形成動作時以外の状態で加熱ローラ及び加圧ローラを加熱する待機中に、定着装置用のモータを断続的に駆動することにより、加圧ローラの温度低下を抑制するようにしたものがある。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２１２１１号公報

ところが、上述の特許文献１記載の構成によれば、例えば、給紙装置、感光体、転写系、搬送系等を駆動するために設置されている本体駆動用のモータ(メーンモータ)とは別に、待機中に、加熱ローラ及び加圧ローラを回転するために、定着装置用の専用のモータを設ける必要がある。このような、定着装置用のモータの追加は、この種装置が大型化するとともに、必然的に価格が高騰する等といった不都合がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、メーンモータとは別に、定着装置用の専用のモータを用いることなく、簡単な構成により、待機中に、加熱ローラ及び加圧ローラを断続的に回転することができる定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、回転する加熱ローラと、加熱ローラと共同して押圧・回転する加圧ローラと、加熱ローラと加圧ローラとの間に挟持搬送される被記録用紙に担持した未定着トナー像を定着させるために加熱ローラを加熱する誘導加熱手段と、誘導加熱手段に電力を供給する駆動回路と、を備えた定着装置において、誘導加熱手段は、コアにコイルを巻回してモータ用の固定子として機能する固定子素子を有するとともに、駆動回路は、コイルに、誘導加熱用の電力を供給する高周波電流発生回路と、回転磁界発生用の電力を供給する低周波電流発生回路とを備え、加熱ローラを加熱する際には、高周波電流発生回路からコイルに高周波電流を供給して、前記加熱ローラを加熱し、待機中に、加熱ローラを回転する際には、低周波電流発生回路からコイルに低周波電流を供給して、加熱ローラを回転し、この加熱ローラの回転に伴って前記加圧ローラを回転する。

請求項２記載の発明では、固定子素子により形成されるモータ用の固定子は、３極以上の極性を備えている。
請求項３記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１記載の発明の構成によれば、加熱ローラを加熱する誘導加熱手段のコイルを用いて、モータ用の固定子として機能する固定子素子を形成し、待機中に、加熱ローラを回転する際には、低周波電流発生回路からコイルに低周波電流を供給して、加熱ローラを回転し、この加熱ローラの回転に伴って加圧ローラを回転するように構成している。従って、本体駆動用のモータとは別に、待機中に、加熱ローラ及び加圧ローラを回転するために、定着装置用の専用のモータを設ける必要がないので、この種装置の小型化が図れるとともに、価格の高騰を抑制することができる。

請求項２記載の発明の構成によれば、モータ用の固定子は、３極以上で形成されているので、よりスムースな回転となり、加熱ローラから加圧ローラへの熱伝達が円滑に行われ、都合が良い。

請求項３記載の発明の構成によれば、請求項１又は請求項２に記載の定着装置を備える画像形成装置を構成しているため、上述した請求項１又は請求項２に記載の定着装置と同じ効果を得ることが可能となる。

（第１実施形態）
以下に、本発明の具体的な実施形態について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る定着装置を用いた画像形成装置としての複写機に適用した場合の概略構成を示す概略構成図である。

図１に示すように、この画像形成装置である複写機１は、原稿を自動的に画像読取手段２に搬送する原稿搬送手段３と、原稿の画像情報を読取る画像読取手段２と、被記録用紙Ｐに画像読取手段２により読取った画像を形成する画像形成手段４と、後述する定着装置５と、被記録用紙Ｐが収納された給紙手段６と、を備えている。また、被記録用紙Ｐを画像形成手段４、定着装置５を介して排紙部７１に搬送する用紙搬送手段７が形成されている。

画像読取手段２は、周知の通り、原稿搬送手段３から搬送されてきた原稿が、コンタクトガラス上を通過する際、通過する原稿に、露光ランプから光を照射し、反射鏡を介してその反射光をＣＣＤセンサ等からなる光電変換部に導くことにより、原稿の画像情報を流し読み取る。

原稿搬送手段３は、原稿を載置するための原稿載置台３１と、原稿載置台３１に積載された原稿を給紙する原稿給紙部と、給紙された原稿を搬送するための原稿給紙用搬送路と、読み終えた原稿を、排出する原稿排出部３２等を備えている。

給紙手段６は、被記録用紙Ｐが収容された複数の給紙カセット６１を備えており、給紙ローラ６２の回転動作により、当該複数の給紙カセット６１のうち選択された給紙カセット６１から被記録用紙Ｐが用紙搬送手段７側に送り出されるように構成されている。この構成により、被記録用紙Ｐが１枚ずつ確実に用紙搬送手段７に給紙される。尚、これら給紙カセット６１は、複写機１に対し、着脱自在となるように構成されている。

用紙搬送手段７に給紙された被記録用紙Ｐは、用紙供給経路７２を経由して画像形成手段４に向けて搬送される。この画像形成手段４は、電子写真プロセスによって、被記録用紙Ｐに所定のトナー像を形成するものであり、所定の方向（図中の矢印方向）に回転可能に軸支された像端持体である感光体４１と、この感光体４１の周囲にその回転方向に沿って、帯電装置４２、露光装置４３、現像装置４４、転写装置４５、クリーニング装置４６、及び除電装置４７を備えている。

帯電装置４２は、高電圧が印加される帯電ワイヤを備えており、この帯電ワイヤからのコロナ放電によって感光体４１の表面に所定電位を与えることにより、感光体４１の表面が一様に帯電させられる。そして、露光装置４３により、画像読取手段２によって読み取られた原稿の画像データに基づく光が、感光体４１に照射されることにより、感光体４１の表面電位が選択的に減衰されて、この感光体４１の表面に静電潜像が形成される。次いで、現像装置４４により、静電潜像にトナーが付着し、感光体４１の表面にトナー像が形成され、転写装置４５により、感光体４１の表面のトナー像が、感光体４１と転写装置４５との間に供給された被記録用紙Ｐに転写される。

トナー像が転写された被記録用紙Ｐは、画像形成手段４から定着装置５に向けて搬送される。この定着装置５は、画像形成手段４の用紙搬送方向の下流側に配置されており、画像形成手段４においてトナー像が転写された被記録用紙Ｐは、定着装置５に設けられた加熱ローラ５１、及び当該加熱ローラ５１に押し付けられる加圧ローラ５２によって挟まれるとともに加熱され、被記録用紙Ｐ上にトナー像が定着される。次いで、画像形成手段４から定着装置５において画像形成がなされた被記録用紙Ｐは、排紙部７１上に排出される。一方、上記転写後、感光体４１の表面に残留しているトナーは、クリーニング装置４６により除去され、感光体４１の表面の残留電荷は、除電装置４７により除去される。そして、感光体４１は帯電装置４２によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われることになる。

次に、本発明の特徴部分にかかる定着装置の具体的構成について、図２及び図３に基づいて説明する。図２は、図１に示す定着装置の概略構成を示す概念図、図３は、本発明の第１実施形態に係る定着装置を用いた画像形成装置としての複写機の概略構成を示すブロック図である。

図２に示すように、定着装置５は、回転軸５３に回転可能に軸支された加熱ローラ５１と、加熱ローラ５１と共同して押圧・回転する加圧ローラ５２と、加熱ローラ５１を加熱する誘導加熱手段８と、誘導加熱手段８に電力を供給する駆動回路９とを備えている。そして、定着装置５は、前述したように、未定着トナー像を担持した被記録用紙を、加熱ローラ５１と加圧ローラ５２とにより形成されるニップに挟持搬送し、未定着トナー像を被記録用紙に定着する機能を有している。

加熱ローラ５１は、導電層を形成するために、金属、例えば、鉄、ステンレス、アルミニューム、或いはこれらの合金等の円筒状のパイプ部材の表面に、例えば、フッ素樹脂等でコーティングして形成されている。この加熱ローラ５１を軸支する回転軸５３は、例えば、その一部又は全部が磁性体から形成され、その円周方向に磁化された永久磁石を備え、同期モータ用の回転子として機能するように形成されている。又、加圧ローラ５２は、例えば、軸心を発泡シリコンゴム等の弾性体で覆い、更に、フッ素樹脂チューブ等を被せて形成されている。

誘導加熱手段８は、コア８１ａ、８１ｂにコイル８２a、８２ｂを巻回した複数個の固定子素子８３ａ、８３ｂを備えている。この固定子素子８３ａ、８３ｂは、同期モータ用の固定子として機能するように、加熱ローラ５１の内部に、回転軸５３の周りを囲むように配設され、Ａ極とＢ極の２極を構成している。

駆動回路９は、コイル８２ａ、８２ｂに、誘導加熱用の電力を供給する高周波電流発生回路９１と、回転磁界発生用の電力を供給する低周波電流発生回路９２とを備え、後述する制御手段１０により、その供給が制御されている。高周波電流発生回路９１は、例えば、数十ｋＨｚの高周波電流を発生するように形成されている。又、低周波電流発生回路９２は、数十Ｈｚ以下の低周波電流を発生するように形成されている。Ａ極を構成する固定子素子８３ａのコイル８２ａに接続される駆動回路９の出力端には、位相調整用のコンデンサＣが設けられ、コイル８２ａとコイル８２ｂとに印加される低周波電流の位相がずれるように構成されている。

制御手段１０は、図３に示すように、例えば、複写機１全体の制御を司るとともに、後述するように定着装置５の温度を計測し、計測した温度及び設定された後述する待機モードに基づいて駆動回路９を制御する機能を兼ね備えている。定着装置５の温度は、例えば、加熱ローラ５１の温度を温度センサ５４により計測することにより行われる。

制御手段１０は、複写機１本体の制御プログラムや条件を記憶するＲＯＭや、一時的にデータを保管および画像読取手段２で得られた原稿の画像データを記憶し、また、作業領域として用いられるＲＡＭが内蔵されたマイクロコンピュータ等から構成されている。そして、制御手段１０は、操作表示部１１の操作部１１１のスタートキー（不図示）が押圧されると、複写動作を行わせる制御信号を画像読取手段２、原稿搬送手段３、画像形成手段４、定着装置５、給紙手段６および用紙搬送手段７の各ブロックに出力してその動作を制御する。操作表示部１１は、印刷指示入力用のプリントキー、印刷枚数等の入力用のテンキー、待機モードを設定する待機モード設定キー等からなる操作部１１１と、複写機１で操作可能な各機能、用紙詰まり等のトラブル状況、各種の設定状況等を表示する液晶パネル等の表示手段１１２とを備えている。

又、制御手段１０は、ウオーミングアップ時、ジョブ時及び待機時に、加熱ローラ５１を加熱する際には、高周波電流発生回路９１からコイル８２ａ、８２ｂに高周波電流を供給するように制御する。この高周波電流の供給により、コイル８２ａ、８２ｂは、磁束を発生し、この磁界の妨げるように加熱ローラ５１に、磁束と渦電流を発生する。この渦電流と加熱ローラ５１の固有の抵抗によってジュール熱が発生し、加熱ローラ５１は、加熱される。

又、制御手段１０は、待機中に、加熱ローラ５１を回転する際には、低周波電流発生回路９２からコイル８２ａ、８２ｂに低周波電流を供給するように制御する。この低周波電流の供給により、固定子素子８３ａ、８３ｂは、同期モータ用の固定子として機能し、又、回転軸５３が同期モータ用の回転子として機能する。即ち、固定子素子８３ａ、８３ｂと、回転軸５３とで同期モータを構成し、回転軸５３は、回転する。これに伴って回転軸５３に軸支された加熱ローラ５１は、回転軸５３と一体に回転し、この加熱ローラ５１の回転に伴って加圧ローラ５２は回転する。なお、回転軸５３と、メーンモータ（不図示）とは、例えば、クラッチ（不図示）を介して結合されており、制御手段１０は、待機中、回転軸５３とメーンモータとの結合を切り離すようにクラッチを制御する。

次に、定着装置５の各待機モードにおける動作を、図４に基づいて説明する。図４は、定着装置の回転と加熱との関係を説明するためのタイミングチャートである。例えば、時間Ｔ１において、オペレータにより、操作部１１１のスタートキー（不図示）が押圧されると、制御手段１０は、複写動作を行わせる制御信号を画像読取手段２、原稿搬送手段３、画像形成手段４、定着装置５、給紙手段６および用紙搬送手段７の各ブロックに出力してその動作を制御し、ジョブ（コピー）を開始する。このとき、加熱ローラ５１の回転は、例えば、給紙装置、感光体、転写系、搬送系等を駆動するために設置されている本体駆動用のメーンモータ１２により回転される。又、この間、温度センサ５４により、加熱ローラ５１の温度が計測される。この計測温度に基づいて、制御手段１０は、加熱ローラ５１の温度が、一定範囲内の定着制御温度となるように、誘導加熱手段８に供給する高周波電流発生回路９１からの高周波電流をオン・オフ制御する。このジョブ時には、加熱ローラ５１は、メーンモータにより回転駆動される。

時間Ｔ２において、コピーが終了すると、スタンバイモードに移行しレディー状態となる。制御手段１０は、加熱ローラ５１の温度が、一定範囲内の定着制御温度となるように、温度センサ５４の計測温度に基づいて、誘導加熱手段８に供給する高周波電流発生回路９１からの高周波電流をオン・オフ制御する。又、制御手段１０は、時間Ｔ２−Ｔ３の間において、高周波電流がオフされている間に、低周波電流発生回路９２から誘導加熱手段８に低周波電流を供給する。これにより、固定子素子８３ａ、８３ｂと、回転軸５３により同期モータが構成され、回転軸５３及び加熱ローラ５１は、一体に回転し、これに伴って、加圧ローラ５２も回転され、加圧ローラ５２の温度低下が抑制される。

その後、時間Ｔ３に至り、例えば、低電力モードに移行すると、加熱ローラ５１の加熱温度は、定着機能に必要な一定範囲内の設定温度より低い温度に設定さる。このため、制御手段１０は、駆動回路９から誘導加熱手段８に供給される高周波電流発生回路９１からの高周波電流の供給時間を短くし、設定温度範囲となるように制御する。又、制御手段１０は、高周波電流がオフされている間に、低周波電流発生回路９２から低周波電流を供給するように制御し、加熱ローラ５１を回転する。この制御により、加圧ローラ５２の温度低下は抑制され、加熱ローラ５１及び加圧ローラ５２の温度を、設定された低電力モードの制御温度範囲内に維持する。その後、時間Ｔ４に至り、例えば、第２の省エネルギーモードであるスリープモード移行すると、制御手段１０は、加熱ローラ５１の加熱及び回転制御を停止する。

以上の構成による本実施形態によれば、加熱ローラを加熱する誘導加熱手段８のコイル８２ａ、８２ｂを用いて、同期モータ用の固定子として機能する固定子素子８３ａ、８３ｂを形成している。そして、待機中に、加熱ローラ５１を回転する際には、低周波電流発生回路９２からコイル８２ａ、８２ｂに低周波電流を供給して、加熱ローラ５１を回転し、この加熱ローラ５１の回転に伴って加圧ローラ５２を回転するように構成している。従って、本体駆動用のメーンモータとは別に、待機中に、加熱ローラ５１及び加圧ローラ５２を回転するために、定着装置用の専用のモータを設ける必要がないので、この種装置の小型化が図れるとともに、価格の高騰を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る定着装置の概略構成を示す概念図である。なお、図５において、上述した図１乃至図４と同じ符号を付した部分は、略同一のものを示すため、ここでは詳細な説明は省略する。以下、上述した実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、誘導加熱手段８は、コア８１ａ、８１ｂ、８１ｃにコイル８２a、８２ｂ、８２ｃを巻回した３個の固定子素子８３ａ、８３ｂ、８３ｃから構成されている。これら固定子素子８３ａ、８３ｂ、８３ｃは、加熱ローラ５１内に同期モータ用の固定子として機能するように、回転軸５３の周りを囲むように配設され、Ａ極、Ｂ極、Ｃ極の３極を構成している。

駆動回路９は、前述の実施形態と同様に、固定子素子８３ａ、８３ｂ、８３ｃに、誘導加熱用の電力を供給する高周波電流発生回路９１と、回転磁界発生用の電力を供給する低周波電流発生回路９２とを備えている。低周波電流発生回路９２は、例えば、１２０度位相のずれた低周波電流を発生するように構成されている。

この構成により、操作部のスタートキーが押圧されると、制御手段１０は、前述した実施形態と同様、複写動作を行わせる制御信号を画像読取手段、原稿搬送手段、画像形成手段、定着装置５、給紙手段および用紙搬送手段の各ブロックに出力してその動作を制御する。このとき、制御手段１０は、設定された条件に応じて、定着装置５の温度制御を行う。即ち、加熱ローラ５１を加熱する際には、高周波電流発生回路９１から、各コイル８２ａ、８２ｂ、８２ｃに、誘導加熱用の数十ｋＨｚの高周波電流を供給するように制御する。又、待機中に、加熱ローラ５１を回転する際には、高周波電流がオフされている間に、低周波電流発生回路９２からコイル８２ａ、８２ｂ、８２ｃに、１２０度位相の異なる低周波電流を供給する。そして、固定子素子８３ａ、８３ｂ、８３ｃと、回転軸５３により、同期モータを構成し、これにより加熱ローラ５１を回転し、この加熱ローラ５１の回転に伴って加圧ローラ５２を回転するように制御する。

以上の構成による本実施形態によれば、前述した実施形態と同様、本体駆動用のメーンモータとは別に、待機中に、加熱ローラ５１及び加圧ローラ５２を回転するために、定着装置用の専用のモータを設ける必要がないので、この種装置の小型化がはかれるとともに、価格の高騰を抑制することができる。更に、同期モータ用の固定子は、３極以上で形成されているので、よりスムースな回転となり、加熱ローラから加圧ローラへの熱伝達が円滑に行われ、都合が良い。

なお、上述した各実施形態は、本発明の好適な実施形態であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施可能である。

例えば、上述した各実施形態では、複写機を例に挙げて説明したが、本発明は、例えばファクシミリ装置や、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能及びファクシミリ機能等の各種機能を兼ね備えた複合機等に対しても適用可能である。

又、各実施形態においては、ドラム状の感光体４１を使用しているが、感光体４１の形状には限定はなく、上述したドラム状以外の公知の形状を用いることができる。例えば、シート状、ベルト状、ウェブ状等の形状が挙げられる。

又、第１実施形態では、固定子素子８３ａ、８３ｂに異なる位相の低周波電流を供給するために、位相調整用のコンデンサを用いたが、コンデンサを用いないで、位相の異なる複数の低周波電流を発生する低周波電流発生回路を用いても良いのは勿論である。

更に、各実施形態では、誘導加熱手段のコイルを用いて、同期モータを構成するようにしたが、これに換えて、誘導加熱手段のコイルを用いて、誘導モータ用の固定子として機能する固定子素子を形成して、誘導モータを構成するようにしても良いのは勿論である。

本発明の活用例としては、未定着トナー像を被記録用紙に定着する加熱ローラと加圧ローラを備えた定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置が挙げられる。

本発明の第１実施形態に係る定着装置を用いた画像形成装置としての複写機に適用した場合の概略構成を示す概略構成図である。 図１に示す定着装置の概略構成を示す概念図である。 本発明の第１実施形態に係る定着装置を用いた画像形成装置としての複写機の概略構成を示すブロック図である。 定着装置の回転と加熱の関係を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係る定着装置の概略構成を示す概念図である。

符号の説明

Ｐ…被記録用紙、５…定着装置、８…誘導加熱手段、９…駆動回路、５１…加熱ローラ、５２…加圧ローラ、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ…コア、８２ａ、８２ｂ、８２ｃ…コイル、８３ａ、８３ｂ、８３ｃ…固定子素子、９１…高周波電流発生回路、９２…低周波電流発生回路

Claims (3)

1. 回転する加熱ローラと、前記加熱ローラと共同して押圧・回転する加圧ローラと、前記加熱ローラと加圧ローラとの間に挟持搬送される被記録用紙に担持した未定着トナー像を定着させるために前記加熱ローラを加熱する誘導加熱手段と、前記誘導加熱手段に電力を供給する駆動回路と、を備えた定着装置において、
   前記誘導加熱手段は、コアにコイルを巻回してモータ用の固定子として機能する固定子素子を有するとともに、前記駆動回路は、前記コイルに、誘導加熱用の電力を供給する高周波電流発生回路と、回転磁界発生用の電力を供給する低周波電流発生回路とを備え、前記加熱ローラを加熱する際には、前記高周波電流発生回路から前記コイルに高周波電流を供給して、前記加熱ローラを加熱し、待機中に、前記加熱ローラを回転する際には、前記低周波電流発生回路から前記コイルに低周波電流を供給して、前記加熱ローラを回転し、この加熱ローラの回転に伴って前記加圧ローラを回転することを特徴とする定着装置。
2. 前記固定子素子により形成されるモータ用の固定子は、３極以上の極性を備えていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

Images