JP2009162994A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置の定着ユニットにおいて、加熱ローラ等の内部に配置する部材を削減して低熱容量化を図り、ウォームアップタイムを削減するとともに省スペース化を実現する。
【解決手段】定着ユニット１４は、加熱ベルト４８の外面に沿って配置された誘導加熱コイル５２と、コイル中心の両側で磁路を形成するアーチコア５４及びサイドコア５６と、コイル中心に配置されたセンタコア５８と、センタコア５８の外面に沿って設けられた遮蔽部材６０とを備える。センタコア５８を回転させると、その回転角によって遮蔽部材６０が磁気を遮蔽する遮蔽位置と、磁気の通過を許容する退避位置とに切り替わり、用紙サイズが小さい場合は遮蔽部材６０を遮蔽位置に移動させて磁界を遮蔽する。
【選択図】図２

Description

本発明は、トナー画像を担持した用紙を加熱したローラ対や加熱ベルトとローラとのニップ間に通しながら、未定着トナーを加熱溶融させて用紙に定着させる定着ユニットを備えた画像形成装置に関するものである。

この種の画像形成装置においては近年、定着ユニットでのウォームアップ時間の短縮や省エネルギー等の要望から、熱容量を少なく設定できるベルト方式が注目されている（例えば、特許文献１参照。）。また近年、急速加熱や高効率加熱の可能性をもった電磁誘導加熱方式（ＩＨ）が注目されており、カラー画像を定着させる際の省エネルギー化の観点から、電磁誘導加熱をベルト方式と組み合わせたものが多数製品化されている。ベルト方式と電磁誘導加熱とを組み合わせる場合、コイルのレイアウト及び冷却の容易さ、さらにはベルトを直接加熱できるメリット等から、ベルトの外側に電磁誘導器具を配置するケースが多く採用されている（いわゆる外包ＩＨ）。

上記の電磁誘導加熱方式においては、定着ユニットに通紙される用紙サイズの幅（通紙幅）に合わせて、非通紙域での過昇温を防止するために各種の技術が開発されており、特に外包ＩＨにおけるサイズ切り替え手段として以下の先行技術がある（例えば、特許文献２，３参照）。

第１の先行技術（特許文献２）は、磁性部材を複数に分割して通紙幅方向に並べておき、通紙する用紙サイズ（通紙幅）に合わせて、磁性部材の一部を励磁コイルに対して離接させるものである。この場合、非通紙域では磁性部材を励磁コイルから離隔させることで発熱効率が下がり、最小通紙幅の用紙に対応する領域よりも発熱量が小さくなると考えられる。

また第２の先行技術（特許文献３）は、発熱ローラの内部で最小通紙幅の外側に別の導電性部材を配置し、この導電性部材の位置を磁界の範囲内又は範囲外に切り替えるものである。この先行技術では、先ず導電性部材を磁界の範囲外に位置させて発熱ローラを電磁誘導加熱しておき、発熱ローラが昇温によってキュリー温度近傍まで上昇すると、導電性部材を磁界の範囲内に移動させることで、最小通紙幅の外側で発熱ローラから磁束を漏れさせて過昇温を防止する。
特開平６−３１８００１号公報 特開２００３−１０７９４１号公報（図２、図３） 特許第３５２７４４２号公報（図１０）

しかしながら、第１の先行技術は磁性部材の可動範囲が大きく、それだけ余計なスペースを必要とするため、装置全体を不用意に大型化させるという問題がある。一方、第２の先行技術は、発熱ローラ内部にサイズ切り替え用の部材を配置している分、省スペース化が可能である。しかしながら、発熱ローラ内部は高温環境であり、そこに何らかの部材を配置する場合はキュリー温度を高く設定する必要がある上、なにより熱容量の大きな部材はウォームアップタイムを長引かせるという問題がある。

そこで本発明は、加熱部材の内部に配置する部材を削減して低熱容量化を図り、ウォームアップタイムを削減するとともに省スペース化を実現できる技術を提供するものである。

本発明は、画像形成部でトナー画像が転写された用紙を加熱部材と加圧部材との間に挟み込んで搬送し、この搬送過程で、少なくとも加熱部材からの熱によりトナー画像を用紙に定着させる定着ユニットを備えた画像形成装置である。特にその定着ユニットは、加熱部材の外面に沿って配置され、加熱部材を誘導加熱するための磁界を発生させるコイルと、コイルを挟んで加熱部材の反対側に配置され、コイルの周囲にて磁路を形成するべく磁性材料で構成された第１のコアと、コイルによる磁界の発生方向でみて第１のコアと加熱部材との間に介挿して設けられ、第１のコアとともに磁路を形成するべく磁性材料で構成された第２のコアと、第２のコアの外面に沿って設けられ、コイルの発生させる磁界内で磁気を遮蔽するべく非磁性金属で構成された遮蔽部材と、第２のコアを磁界の通過方向に対して交差した軸線周りに回転させる回転機構と、回転機構による第２のコアの回転に伴い、遮蔽部材が磁気を遮蔽する遮蔽位置と、磁気の通過を許容する退避位置とに切り替える磁気遮蔽量調整手段とを備えたことを特徴とする。

上記のように本発明では、コイルで発生させた磁界により加熱部材を誘導加熱してトナー画像の加熱溶融を行う方式（外方ＩＨ）を採用するため、加熱部材の内側には特段の部材を設ける必要がない。また第１のコアは、コイルの発生させる磁界を導く磁路を形成するためにコイルの周囲に配置されており、第２のコアも第１のコアと加熱部材との間に介挿して配置されているだけであるので、全体として占めるスペースが不用意に大型化することはない。

特に本発明では、第２のコアの回転だけで加熱部材の発熱量の調整を行うことができる。すなわち、磁気遮蔽量調整手段が第２のコアを回転させて遮蔽部材を退避位置に移動させると、コイルの発生させる磁界が第１のコア、第２のコアに導かれて加熱部材に渦電流を発生させ、磁気誘導加熱を行う。一方、磁気遮蔽量調整手段が第２のコアを回転させて遮蔽部材を遮蔽位置に移動させると、磁路内の磁気抵抗が増大して磁界強度が低下し、加熱部材の発熱量を低減させることができる。したがって、加熱部材の発熱量の調整に際してコアを加熱部材から離隔させる必要がなく、それだけ省スペース化が図られる。また、加熱部材の内側に磁気誘導用のコアや磁界調整用の導電性部材を設ける必要がないので、熱容量の増加を抑えてウォームアップタイムの削減に寄与することができる。

また磁気遮蔽量調整手段は、回転機構による第２のコアの回転に伴い、遮蔽部材が遮蔽位置と退避位置との間を変位する過程で磁気の遮蔽量を変化させることができる。

この場合の「遮蔽量の変化」は、第２コアの回転角（回転変位量）に応じて段階的又は無段階に遮蔽量を増減させる変化であることが望ましい。これにより、加熱部材の発熱量をコントロールしやすくすることができる。

本発明では、各種の用紙サイズに対応するため、加熱部材は定着ユニットにより搬送される用紙の最大通紙領域にわたってコイルにより誘導加熱されるものとなっている。このとき第２のコアは、加熱部材の幅方向でみた全域で磁路を形成するべく軸線方向に延びており、遮蔽部材は、第２のコアの軸線方向でみて、定着ユニットにより搬送される用紙の最小通紙領域の外側に設けられていることが好ましい。

このような構成により、用紙サイズに合わせて磁気遮蔽量調整手段により第２のコアを回転させ、遮蔽部材を遮蔽位置と退避位置とに切り替えれば、最小通紙領域の外側を加熱する必要がない場合に加熱部材等の過昇温を防止することができる。

また第２のコアの回転方向でみて、その外周長に占める遮蔽部材の長さの割合を被覆率としたとき、この被覆率が軸線方向に異なり、かつ、最小通紙領域の近傍では被覆率が比較的小さく設定されていることが好ましい。

上記の構成であれば、遮蔽部材を遮蔽位置に切り替えたとき、その被覆率の小さいところでは磁気の遮蔽量がそれだけ小さくなり、逆に被覆率の大きいところでは磁気の遮蔽量がそれだけ大きくなる。このように、被覆率を第２のコアの軸線方向に異ならせて設定することで、磁気の遮蔽量を軸線方向（通紙幅方向）に変化させることができる。特に、軸線方向で被覆率が段階的又は無段階に異なっていれば、第２のコアの回転角を細かく調整することで、加熱部材を誘導加熱する範囲を段階的又は無段階に変更することができる。

また本発明においては、各種部材について以下の具体的な形状と幾何学的なパラメータを規定することができる。

（１）先ず加熱部材は、少なくとも円弧状の外面を有するものである。またコイルは、加熱部材の円弧状の外面に沿ってその外側に仮想的に形成される同心の円弧面上に配置されている。第２のコアは、軸線を中心とした円筒形状又は円柱形状をなしており、また遮蔽部材は、第２のコアの外面に沿って円弧状に湾曲した形状をなしている。この場合において、コイルが配置された仮想的な円弧面の曲率半径をｒ１とし、遮蔽部材が遮蔽位置に切り替えられた状態で、加熱部材が有する円弧状の外面の曲率中心から遮蔽部材の外面までの最短距離をｒ２としたとき、ｒ１≧ｒ２の関係が成り立つことを本発明の条件とすることができる。

上記の条件を設定することにより、遮蔽位置では遮蔽部材をコイルよりも近接して位置付けることができるので、遮蔽部材を遮蔽位置に移動させたときに磁気の遮蔽をより確実に行うことができる。

（２）また上記（１）に加えて、第２のコアの軸線を中心として、加熱部材が有する円弧状の外面の曲率中心と第２のコアの中心を結ぶ仮想的な直線から、第２のコアの外面とコイルが配置された仮想的な円弧面の交点までの角度をθ１とし、遮蔽部材が遮蔽位置に切り替えられた状態で、仮想的な直線から第２のコアの周方向でみた遮蔽部材の端点までの角度をθ２としたとき、θ２≧θ１の関係が成り立つことを条件とする。

上記（１）で第２のコアを円筒形状又は円柱形状とした場合、その外面に沿って設けられている遮蔽部材は円弧状となる。この場合、遮蔽部材が最も加熱部材の外面に接近する位置では上記の最短距離ｒ２が保たれているが、この位置から周方向に離れるにつれて遮蔽部材と加熱部材との距離も大きくなっていく。このような状況であっても、第２のコアの中心から角度θ１以上となる角度θ２の位置まで遮蔽部材が設けられていれば、遮蔽部材による磁気の遮蔽機能を充分に発揮することができる。

（３）さらに上記（２）に加えて、第１のコアは加熱部材が有する円弧状の外面の曲率中心から第２のコアの中心を結ぶ仮想的な直線と第２のコアの中心で直交する仮想的な平面を中心として形成されており、遮蔽部材が退避位置に切り替えられた状態で、第２のコアの周方向でみた遮蔽部材の端点の位置は、仮想的な平面よりも加熱部材の円弧状の外面から遠い位置に設定されていることを条件としてもよい。

上記（２）で述べたように遮蔽部材が円弧形状である場合、退避位置に移動させても端点の位置で磁路を遮蔽する可能性がある。そこで本発明では、退避位置に移動させた状態で、遮蔽部材の端点の位置を第１のコアの中心より加熱部材から遠くすることで、退避位置では磁気を遮蔽しない構造となっている。これにより、加熱部材の誘導加熱効率を阻害することがなく、それだけウォームアップタイムの短縮化に寄与することができる。

また本発明は、加熱部材の内周面に沿って配置され、加熱部材の温度変化に反応して動作する温度反応手段をさらに備えてもよい。なお「温度反応手段」は、例えばサーミスタやサーモスタットのような温度反応型のデバイスである。

本発明では加熱部材の内側に磁気遮蔽機構を設けないため、最も発熱しやすいコイル中心と対向する位置にサーミスタやサーモスタットを配置することができる。特に、サーモスタットは駆動停止時においても作用できることが望ましいことから、加熱部材の内側は理想的な配置となる。

なお遮蔽部材は、銅を材料として構成されていることが望ましい。銅は電気抵抗が小さく、透磁率が低いため、これを遮蔽部材に用いることで良好な磁気遮蔽効果を発揮することができる。

本発明の画像形成装置は、加熱部材の内部に磁気遮蔽用の機構を設ける必要がなく、それだけ低熱容量化できるので、定着ユニットのウォームアップタイム削減を実現することができる。また、外包ＩＨであっても可動物は第２のコアの回転だけであるため、全体として可動範囲を小さくすることができ、それだけ定着ユニット、ひいては画像形成装置全体の小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、一実施形態の画像形成装置１の構成を示した概略図である。画像形成装置１は、例えば外部から入力された画像情報に基づいて印刷用紙等の印刷媒体の表面にトナー画像を転写して印刷を行うプリンタ、複写機、ファクシミリ装置、それらの機能を併せ持つ複合機等としての形態をとることができる。

図１に示される画像形成装置１は、例えばタンデム型のカラープリンタである。この画像形成装置１は、内部で用紙にカラー画像を形成（プリント）する四角箱状の装置本体２を備え、この装置本体２の上面部には、カラー画像が印刷された用紙を排出するための用紙排出部（排出トレイ）３が設けられている。

装置本体２内において、その下部には、用紙を収納する給紙カセット５が配設されている。また装置本体２内の中央部には、手差しの用紙を供給するスタックトレイ６が配設されている。そして装置本体２の上部には画像形成部７が設けられており、この画像形成部７は、装置外部から送信されてくる文字や絵柄などの画像データに基づいて用紙に画像を形成する。

図１中でみて装置本体２の左部には、給紙カセット５から繰り出された用紙を画像形成部７に搬送する第１の搬送路９が配設されており、右部から左部にかけては、スタックトレイ６から繰り出された用紙を画像形成部７に搬送する第２の搬送路１０が配設されている。また装置本体２内の左上部には、画像形成部７で画像が形成された用紙に対して定着処理を行う定着ユニット１４と、定着処理の行われた用紙を用紙排出部３に搬送する第３の搬送路１１とが配設されている。

給紙カセット５は、装置本体２の外部（例えば図１中の手前側）に引き出すことにより用紙の補充を可能にする。この給紙カセット５は収納部１６を備えており、この収納部１６には、給紙方向のサイズが異なる少なくとも２種類の用紙を選択的に収納可能である。なお収納部１６に収納されている用紙は、給紙ローラ１７及び捌きローラ１８により１枚ずつ第１の搬送路９側に繰り出される。

スタックトレイ６は、装置本体２の外面にて開閉可能であり、その手差し部１９には手差し用の用紙が１枚ずつ載置されるか、又は複数枚が積載される。なお、手差し部１９に載置された用紙はピックアップローラ２０及び捌きローラ２１により１枚ずつ第２の搬送路１０側に繰り出される。

第１の搬送路９と第２の搬送路１０とはレジストローラ２２の手前で合流しおり、レジストローラ２２に供給された用紙はここで一旦待機し、スキュー調整とタイミング調整を行った後、二次転写部２３に向けて送出される。送出された用紙には、二次転写部２３で中間転写ベルト４０上のフルカラーのトナー画像が用紙に二次転写される。この後、定着ユニット１４でトナー画像が定着された用紙は、必要に応じて第４の搬送路１２で反転され、最初とは反対側の面にも二次転写部２３でフルカラーのトナー画像が二次転写される。そして、反対面のトナー画像が定着ユニット１４で定着された後、第３の搬送路１１を通って排出ローラ２４により用紙排出部３に排出される。

画像形成部７は、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）の各トナー画像を形成する４つの画像形成ユニット２６〜２９を備える他、これら画像形成ユニット２６〜２９で形成した各色別のトナー画像を合成して担持する中間転写部３０を備えている。

各画像形成ユニット２６〜２９は、感光体ドラム３２と、感光体ドラム３２の周面に対向して配設された帯電部３３と、帯電部３３の下流側であって感光体ドラム３２の周面上の特定位置にレーザビームを照射するレーザ走査ユニット３４と、レーザ走査ユニット３４からのレーザビーム照射位置の下流側であって感光体ドラム３２の周面に対向して配設された現像部３５と、現像部３５の下流側であって感光体ドラム３２の周面に対向して配設されたクリーニング部３６とを備えている。

なお、各画像形成ユニット２６〜２９の感光体ドラム３２は、図示しない駆動モータにより図中の反時計回り方向に回転する。また、各画像形成ユニット２６〜２９の現像部３５には、各トナーボックス５１にブラックトナー、イエロートナー、シアントナー及びマゼンタトナーがそれぞれ収納されている。

中間転写部３０は、画像形成ユニット２６の近傍位置に配設された後ローラ（駆動ローラ）３８と、画像形成ユニット２９の近傍位置に配設された前ローラ（従動ローラ）３９と、後ローラ３８と前ローラ３９とに跨って配設された中間転写ベルト４０と、各画像形成ユニット２６〜２９の感光体ドラム３２における現像部３５の下流側の位置に中間転写ベルト４０を介して圧接可能に配設された４つの転写ローラ４１とを備えている。

この中間転写部３０では、各画像形成ユニット２６〜２９の転写ローラ４１の位置で、中間転写ベルト４０上に各色別のトナー画像がそれぞれ重ね合わせて転写されて、最後にはフルカラーのトナー画像となる。

第１の搬送路９は、給紙カセット５から繰り出されてきた用紙を中間転写部３０側に搬送するものであり、装置本体２内で所定の位置に配設された複数の搬送ローラ４３と、中間転写部３０の手前に配設され、画像形成部７における画像形成動作と給紙動作とのタイミングを取るためのレジストローラ２２とを備えている。

定着ユニット１４は、画像形成部７でトナー画像が転写された用紙を加熱及び加圧することにより、未定着トナー画像を用紙に定着させる処理を行うものである。定着ユニット１４は、例えば加熱式の加圧ローラ４４と定着ローラ４５からなるローラ対を備え、このうち加圧ローラ４４が例えば金属製であり、定着ローラ４５が金属製の芯材と弾性体の表層（例えば、シリコンスポンジ）及び離型層（例えば、ＰＦＡ）を有するものである。また定着ローラ４５に隣接してヒートローラ４６が設けられており、このヒートローラ４６と定着ローラ４５には加熱ベルト４８が掛け回されている。なお、定着ユニット１４の詳細な構造についてはさらに後述する。

用紙の搬送方向でみて、定着ユニット１４の上流側及び下流側にはそれぞれ搬送路４７が設けられており、中間転写部３０を通って搬送されてきた用紙は上流側の搬送路４７を通じて加圧ローラ４４と定着ローラ４５との間のニップに導入される。そして、加圧ローラ４４及び定着ローラ４５間を通過した用紙は下流側の搬送路４７を通じて第３の搬送路１１に案内される。

第３の搬送路１１は、定着ユニット１４で定着処理の行われた用紙を用紙排出部３に搬送する。このため第３の搬送路１１には、適宜位置に搬送ローラ４９が配設されるとともに、その出口には上記の排出ローラ２４が配設されている。

〔定着ユニットの詳細〕
次に、本実施形態の画像形成装置１に適用された定着ユニット１４の詳細について説明する。

図２は、定着ユニット１４の構造例を示す縦断面図である。なお図２では、画像形成装置１に実装した状態から向きを約９０°反時計回りに転回させて示している。したがって、図１中でみて下方から上方への用紙搬送方向は、図２でみると右方から左方となる。なお、装置本体２がより大型（複合機等）である場合、図２に示される向きで実装されることもある。

定着ユニット１４は、上記のように加圧ローラ４４、定着ローラ４５、ヒートローラ４６及び加熱ベルト４８を備えている。上記のように加圧ローラ４４が金属製であるのに対し、定着ローラ４５が表層にシリコンスポンジの弾性層を有することから、加熱ベルト４８と定着ローラ４５との間にはフラットニップが形成されている。なお加圧ローラ４４の内側には、ハロゲンヒータ４４ａが設けられている。加熱ベルト４８は基材が強磁性材料（例えばＮｉ）であり、その表層に薄膜の弾性層（例えばシリコンゴム）が形成され、その外面には離型層（例えばＰＦＡ）が形成されている。ヒートローラ４６は芯金が磁性金属（例えばＦｅ）であり、その表面には離型層（例えばＰＦＡ）が形成されている。

この他に定着ユニット１４は、ヒートローラ４６及び加熱ベルト４８の外側にＩＨコイルユニット５０を備えている（図１には示されていない）。ＩＨコイルユニット５０は、誘導加熱コイル５２をはじめ一対のアーチコア５４、同じく一対のサイドコア５６及びセンタコア５８から構成されている。

〔コイル〕
図２の例では、ヒートローラ４６及び加熱ベルト４８の円弧状の部分で誘導加熱を行うため、誘導加熱コイル５２は円弧状の外面に沿う仮想的な円弧面上に配置されている。実際には、ヒートローラ４６及び加熱ベルト４８の外側に例えば図示しない樹脂カバーが配置されており、この樹脂カバー上に誘導加熱コイル５２が巻線状に配置される構成である。

〔第１のコア〕
図２でみてセンタコア５８は中央に位置し、その両側で対をなすように上記のアーチコア５４及びサイドコア５６が配置されている。このうち両側のアーチコア５４は、互いに対称をなす断面アーチ形に成形されたフェライト製コア（第１のコア）であり、それぞれ全長は誘導加熱コイル５２の巻線領域よりも長い。また両側のサイドコア５６は、ブロック形状に成形されたフェライト製のコア（第１のコア）である。両側のサイドコア５６は各アーチコア５４の一端（図２では下端）に連結して設けられており、これらサイドコア５６は誘導加熱コイル５２の巻線領域の外側を覆っている。アーチコア５４及びサイドコア５６は、例えばヒートローラ４６の長手方向に間隔をおいて複数箇所に配置されている。コア５４，５６の配置は、例えば誘導加熱コイル５２の磁束密度（磁界強度）分布に合わせて決定されている。

〔温度反応手段〕
なお図２の例では、ヒートローラ４６の内側にサーミスタ６２（サーモスタットでもよい）が設置されている。サーミスタ６２は、ヒートローラ４６の特に誘導加熱による発熱量の大きい箇所の内側に配置することができる。

〔第２のコア〕
センタコア５８は、例えば断面円筒形状をなすフェライト製コア（第２のコア）である。センタコア５８はヒートローラ４６と略同様に、用紙の最大通紙幅に対応するだけの長さを有している。図２には示されていないが、センタコア５８は図示しない回転機構に連結されており、この回転機構により長手方向の軸線回りに回転可能となっている。

〔遮蔽部材〕
またセンタコア５８には、その外面に沿って遮蔽部材６０が取り付けられている。遮蔽部材６０は薄板状をなし、全体的に円弧状に湾曲して形成されている。なお遮蔽部材６０は例えば図示のようにセンタコア５８の肉厚部分に埋め込んだ状態に設置されていてもよいし、センタコア５８の外面に貼り付けた状態で設置されていていてもよい。遮蔽部材６０の貼り付けは、例えばシリコン系接着剤を用いて行うことができる。

なお、遮蔽部材６０の構成としては、非磁性かつ良導電部材が好ましく、例えば無酸素銅などが用いられる。遮蔽部材６０はその面に垂直な磁界が貫通することによる誘導電流で逆磁界を発生させ、錯交磁束（垂直な貫通磁界）をキャンセルすることで遮蔽する。また、良導電性部材を用いることで誘導電流によるジュール発熱を抑制し、効率よく磁界を遮蔽することができる。導電性を向上するには、例えば（１）なるべく固有抵抗の小さい材料を選定すること、（２）部材の厚みを厚くすること、等の方法が有効である。具体的には、遮蔽部材６０の板厚は０．５ｍｍ以上が好ましく、本実施形態では例えば１ｍｍのものを用いている。

〔磁気遮蔽量調整手段〕
図２に示されるように遮蔽部材６０が加熱ベルト４８の表面に近接する位置（遮蔽位置）にあると、誘導加熱コイル５２の周囲で磁気抵抗が増大して磁界強度が低下する。一方、図２に示される状態からセンタコア５８が１８０°回転（方向は特に限定しない）し、遮蔽部材６０が加熱ベルト４８から最も離隔した位置（退避位置）に移動すると、誘導加熱コイル５２の周囲で磁気抵抗が低下し、センタコア５８を中心として両側のアーチコア５４及びサイドコア５６を通じて磁路が形成され、加熱ベルト４８やヒートローラ４６に磁界が作用する。

図３は、遮蔽部材６０の配置を一例として示した図である。図３中（Ａ）が上記の遮蔽位置に対応し、図３中（Ｂ）が退避位置に対応する。また、図３中（Ａ），（Ｂ）は、それぞれセンタコア５８の側面図及び平面図を表したものである。なお図中、センタコア５８の外面には網点を施している。

上記のように、センタコア５８は用紙の最大通紙幅Ｗ２と略同等か、それよりも長い全長を有している。このとき、遮蔽部材６０はセンタコア５８の長手方向で２つに分割されており、これらが互いに対称の形状となっている。各遮蔽部材６０は、図３中（Ｂ）に示されているように平面視で台形状をなしており、センタコア５８の中央に近い位置では、その周方向でみた遮蔽部材６０の長さが最も短く、そこから遮蔽部材６０は、センタコア５８の両側端に向かって次第に周方向の長さが拡張されている。

また遮蔽部材６０は、通紙方向と直交する最小通紙幅Ｗ１の両外側に設けられており、最小通紙幅Ｗ１の範囲内には僅かしか遮蔽部材６０が設けられていない。そして遮蔽部材６０は、センタコア５８の両端において、用紙の最大通紙幅Ｗ２よりも僅かに外側にまで達している。なお最小通紙幅Ｗ１や最大通紙幅Ｗ２は、画像形成装置１で印刷できる最小サイズ又は最大サイズの用紙によって決定される。

〔磁気遮蔽量調整手段〕
上記のように本実施形態では、センタコア５８の回転方向でみて、その外周長に占める遮蔽部材６０の長さの割合はセンタコア５８の軸線方向（長手方向）に異なっている。このとき、センタコア５８の外周長（Ｌ）に占める遮蔽部材６０の長さ（Ｌｃ）の割合を被覆率（＝Ｌｃ／Ｌ）とすると、被覆率はセンタコア５８の内側では小さく、そこから軸線方向の外側（両端）に向かうほど大きくなっている。具体的には、被覆率は最小通紙領域（最小通紙幅Ｗ１の範囲）の近傍で最小となり、逆にセンタコア５８の両端では最大となっている。

用紙サイズ（通紙幅）への対応は、遮蔽部材６０の位置を切り替えて発生磁束を部分的に抑制することで実現される。このとき、用紙サイズ（通紙幅）に応じてセンタコア５８の回転角（回転変位量）を異ならせ、大きい用紙サイズになるほど磁気の遮蔽量を小さくし、逆に小さい用紙サイズになるほど遮蔽量を大きくすることで、ヒートローラ４６や加熱ベルト４８の両端部分が過昇温するのを防止することができる。なお、図３には時計回り方向と反時計回り方向への回転をそれぞれ矢印で示しているが、センタコア５８は一方向にのみ回転するものであってもよい。また、通紙方向は図３に示される方向と反対であってもよい。

〔回転機構〕
次に、センタコア５８を軸線回りに回転させる機構について説明する。図４は、センタコア５８の回転機構６４の構成を示す側面図及びその動作を示す部分的な断面図（Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面）である。

図４中（Ａ）：回転機構６４は、例えばステッピングモータ６６の回転を減速機構６８によって減速し、駆動軸７０を駆動してセンタコア５８を回転させるものである。減速機構６８には、例えばウォームギアが用いられているが、その他のものであってもよい。また、センタコア５８の回転角（基準位置からの回転変位量）を検出するため、駆動軸７０の端部にスリット付ディスク７２が設けられており、これにフォトインタラプタ７４が組み合わされている。

図４中（Ｂ）：上記の駆動軸７０はセンタコア５８の一端部に連結されており、センタコア５８の内部を貫通することなくセンタコア５８を支持している。センタコア５８の回転角は、例えばステッピングモータ６６に印加する駆動パルス数によって制御することができ、回転機構６４にはそのための制御回路（図示していない）が付属する。制御回路は、例えば制御用ＩＣと入出力ドライバ、半導体メモリ等によって構成することができる。フォトインタラプタ７４からの検出信号は入力ドライバを通じて制御用ＩＣに入力され、これに基づいて制御用ＩＣが現在のセンタコア５８の回転角（位置）を検出する。一方、制御用ＩＣには、図示しない画像形成制御部から現在の用紙サイズに関する情報が通知される。これを受けて制御用ＩＣは、半導体メモリ（ＲＯＭ）から用紙サイズに適した回転角の情報を読み出し、その目標とする回転角に到達する分の駆動パルスを一定周期で出力する。駆動パルスは出力ドライバを通じてステッピングモータ６６に印加され、これを受けてステッピングモータ６６が作動する。

図５は、センタコア５８の回転に伴う動作例を示す図である。以下、それぞれについて説明する。

図５中（Ａ）：センタコア５８の回転に伴い、遮蔽部材６０を退避位置に切り替えた場合の動作例を示す。この場合、誘導加熱コイル５２の発生させる磁界がサイドコア５６、アーチコア５４及びセンタコア５８を通じて加熱ベルト４８及びヒートローラ４６を通過する。このとき強磁性体である加熱ベルト４８及びヒートローラ４６に渦電流が発生し、それぞれの材料の持つ固有抵抗によりジュール熱が発生して加熱が行われる。

図５中（Ｂ）：遮蔽部材６０を遮蔽位置に切り替えた場合の動作例を示す。この場合、最小通紙領域の外側では磁気経路上に遮蔽部材６０が位置するため、磁界の発生が部分的に抑制される。これにより、最小通紙領域の外側で発熱量が抑えられ、加熱ベルト４８やヒートローラ４６の過昇温を防止することができる。また、センタコア５８の回転角を少しずつ変えていくことで、磁界の遮蔽量を調整することができる。例えば、図５中（Ｂ）の位置から反時計回り方向にセンタコア５８の回転角を増加していくと、図中の左側では遮蔽が行われなくなって磁界が発生するが、図中の右側では引き続き磁界が遮蔽される。この場合、図５中（Ａ）の位置と比較すると全体として発生する磁界強度が低下するので、その分、発熱量を低減することができる。

〔構造上のパラメータ〕
上記のような磁界の調整効果を良好に得るため、ＩＨコイルユニット５０の構造に関して、本発明の発明者は以下の最適なパラメータを提供している。

図６は、本実施形態において設定されている構造上のパラメータを示す図である。以下、パラメータ相互の関係について説明する。

ＩＨコイルユニット５０の構造上、加熱ベルト４８はヒートローラ４６に接する位置で円弧状の外面を形成している。そして誘導加熱コイル５２は、この円弧状の外面に沿ってその外側に仮想的に形成される同心の円弧面（図中符号Ｓ１）上に配置されている。またセンタコア５８は、上記のように軸線を中心とした円筒形状であり、その外面に沿って貼り付けられた（又は埋設された）遮蔽部材６０は円弧状に湾曲した形状をなしている。このとき、以下の関係が成立している。

〔ｒ１≧ｒ２の関係〕
パラメータｒ１は、誘導加熱コイル５２が配置された仮想的な円弧面（Ｓ１）の曲率半径に相当する。次にパラメータｒ２は、遮蔽部材６０が遮蔽位置に切り替えられた状態で、加熱ベルト４８が有する円弧状の外面の曲率中心から遮蔽部材６０の外面までの最短距離に相当する。このとき、ｒ１≧ｒ２の関係が成立することで、遮蔽位置での磁界の遮蔽を確実に行うことができる。

〔θ２≧θ１の関係〕
パラメータθ１，θ２は、いずれもセンタコア５８の軸線を中心とした角度である。このうちパラメータθ１は、加熱ベルト４８が有する円弧状の外面の曲率中心とセンタコア５８の中心を結ぶ仮想的な直線（図中符号Ｌ１）から、センタコア５８の外面と誘導加熱コイル５２が配置された仮想的な円弧面（Ｓ１）の交点（図中符号ａ）までの角度に相当する。次にパラメータθ２は、遮蔽部材６０が遮蔽位置に切り替えられた状態で、上記の仮想的な直線（Ｌ１）から遮蔽部材６０の端点（図中符号ｂ）までの角度に相当する。このとき、θ２≧θ１の関係が成立していれば、誘導加熱コイル５２の中心側で磁気経路を確実に遮断できるので、遮蔽部材６０による磁気の遮蔽効果を充分に発揮することができる。

〔平面Ｓと端点ｃとの位置関係〕
図６中に示される仮想的な平面（符号Ｓ２）は、上記の仮想的な直線（Ｌ１）とセンタコア５８の中心で直交する平面である。図６でみてアーチコア５４の水平部分は、この仮想的な平面（Ｓ２）を中心として形成されている。このとき、遮蔽部材６０が退避位置（図中の破線で示す位置）に切り替えられた状態では、加熱ベルト４８の円弧状の外面からみて、遮蔽部材６０の端点（図中符号ｃ）の位置は仮想的な平面（Ｓ２）よりも遠い位置に設定されている。すなわち、遮蔽部材６０が円弧形状である場合、あまり周方向に長くすると、退避位置に移動させても端点の位置で磁路を遮蔽する可能性がある。そこで本実施形態では、遮蔽部材６０を退避位置に移動させた状態で、その端点（ｃ）の位置をアーチコア５４の水平部分の中心より加熱ベルト４８から遠ざけておくことで、退避位置で磁気を遮蔽しない構造を採用している。これにより、退避位置で加熱ベルト４８の誘導加熱効率を阻害することがない。

〔他の構造例〕
図７は、定着ユニット１４の他の構造例を示す図である。この構造例では、上記の加熱ベルトを用いずに定着ローラ４５と加圧ローラ４４とでトナー画像を定着する。定着ローラ４５の外周には、例えば上記の加熱ベルトと同様の磁性体が巻かれており、誘導加熱コイル５２によって磁性体を誘導加熱する構成である。この場合、サーミスタ６２は定着ローラ４５の外側で、磁性体層に対向する位置に設けられる。なお、その他については上記と同様であり、センタコア５８を回転させて磁界の遮蔽量を調整することができる。

次に図８は、ＩＨコイルユニット５０の他の構造例を示す図である。この構造例では、加熱ベルト４８の円弧状の位置ではなく、ヒートローラ４６と定着ローラ４５との間の平面状の位置で誘導加熱する構成である。この場合も同様に、センタコア５８を回転させて磁界の遮蔽量を調整することができる。

本発明は上述した実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施可能である。例えば、センタコア５８の断面形状は円筒又は円柱に限らず、多角形状であってもよい。また、遮蔽部材６０の平面視での形状は台形に限らず、三角形状であってもよい。

その他、アーチコア５４やサイドコア５６を含めた各部の具体的な形態は図示のものに限らず、適宜に変形可能である。

一実施形態の画像形成装置の構成を示した概略図である。 定着ユニットの構造例を示す縦断面図である。 遮蔽部材の配置を一例として示した図である。 回転機構の構成を示す側面図、及びその動作を示す部分的な断面図である。 センタコアの回転に伴う動作例を示す図である。 本実施形態において設定されている構造上のパラメータを示す図である。 定着ユニットの他の構造例を示す図である。 ＩＨコイルユニットの他の構造例を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
１４ 定着ユニット
５０ ＩＨコイルユニット
５２ 誘導加熱コイル
５４ アーチコア
５６ サイドコア
５８ センタコア
６０ 遮蔽部材
６２ サーミスタ
６４ 回転機構
６６ ステッピングモータ
６８ 減速機構
７０ 駆動軸

Claims (9)

1. 画像形成部でトナー画像が転写された用紙を加熱部材と加圧部材との間に挟み込んで搬送し、この搬送過程で、少なくとも前記加熱部材からの熱によりトナー画像を用紙に定着させる定着ユニットを備えた画像形成装置であって、
   前記定着ユニットは、
   前記加熱部材の外面に沿って配置され、前記加熱部材を誘導加熱するための磁界を発生させるコイルと、
   前記コイルを挟んで前記加熱部材の反対側に配置され、前記コイルの周囲にて磁路を形成するべく磁性材料で構成された第１のコアと、
   前記コイルによる磁界の発生方向でみて前記第１のコアと前記加熱部材との間に介挿して設けられ、前記第１のコアとともに磁路を形成するべく磁性材料で構成された第２のコアと、
   前記第２のコアの外面に沿って設けられ、前記コイルの発生させる磁界内で磁気を遮蔽するべく非磁性金属で構成された遮蔽部材と、
   前記第２のコアを磁界の通過方向に対して交差した軸線周りに回転させる回転機構と、
   前記回転機構による前記第２のコアの回転に伴い、前記遮蔽部材が磁気を遮蔽する遮蔽位置と、磁気の通過を許容する退避位置とに切り替える磁気遮蔽量調整手段と
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置であって、
   前記磁気遮蔽量調整手段は、
   前記回転機構による前記第２のコアの回転に伴い、前記遮蔽部材が前記遮蔽位置と前記退避位置との間を変位する過程で磁気の遮蔽量を変化させることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置であって、
   前記加熱部材は、
   前記定着ユニットにより搬送される用紙の最大通紙領域にわたって前記コイルにより誘導加熱されるものであり、
   前記第２のコアは、
   前記加熱部材の幅方向でみた全域で磁路を形成するべく前記軸線方向に延びており、
   前記遮蔽部材は、
   前記第２のコアの前記軸線方向でみて、前記定着ユニットにより搬送される用紙の最小通紙領域の外側に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置であって、
   前記第２のコアの回転方向でみて、その外周長に占める前記遮蔽部材の長さの割合を被覆率としたとき、この被覆率が前記軸線方向に異なり、かつ、最小通紙領域の近傍では被覆率が比較的小さく設定されていることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の画像形成装置であって、
   前記加熱部材は、少なくとも円弧状の外面を有し、
   前記コイルは、前記加熱部材の円弧状の外面に沿ってその外側に仮想的に形成される同心の円弧面上に配置されており、
   第２のコアは、前記軸線を中心とした円筒形状又は円柱形状をなしており、
   前記遮蔽部材は、前記第２のコアの外面に沿って円弧状に湾曲した形状をなしており、かつ、
   前記コイルが配置された仮想的な円弧面の曲率半径をｒ１とし、
   前記遮蔽部材が遮蔽位置に切り替えられた状態で、前記加熱部材が有する円弧状の外面の曲率中心から前記遮蔽部材の外面までの最短距離をｒ２としたとき、
   ｒ１≧ｒ２の関係が成り立つことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５に記載の画像形成装置であって、
   前記第２のコアの軸線を中心として、
   前記加熱部材が有する円弧状の外面の曲率中心と前記第２のコアの中心を結ぶ仮想的な直線から、前記第２のコアの外面と前記コイルが配置された仮想的な円弧面の交点までの角度をθ１とし、
   前記遮蔽部材が遮蔽位置に切り替えられた状態で、前記仮想的な直線から前記第２のコアの周方向でみた前記遮蔽部材の端点までの角度をθ２としたとき、
   θ２≧θ１の関係が成り立つことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６に記載の画像形成装置であって、
   前記第１のコアは、前記加熱部材が有する円弧状の外面の曲率中心から前記第２のコアの中心を結ぶ仮想的な直線と前記第２のコアの中心で直交する仮想的な平面を中心として形成されており、
   前記遮蔽部材が退避位置に切り替えられた状態で、前記第２のコアの周方向でみた前記遮蔽部材の端点の位置は、前記仮想的な平面よりも前記加熱部材の円弧状の外面から遠い位置に設定されていることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の画像形成装置であって、
   前記加熱部材の内周面に沿って配置され、前記加熱部材の温度変化に反応して動作する温度反応手段をさらに備えたことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の画像形成装置であって、
   前記遮蔽部材は、銅を材料として構成されていることを特徴とする画像形成装置。

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