JP2009271297A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,コピー機,プリンタ等の画像形成装置およびそれに用いられる定着装置に関する。さらに詳細には,電磁誘導加熱を利用した定着装置および画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine and a printer, and a fixing device used therefor. More specifically, the present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus using electromagnetic induction heating.
従来より,画像形成装置の定着装置等において,電磁誘導加熱方式による加熱装置を有するものがある。特に,励磁コイルによって発生される磁束を,フェライトコア等の磁性体コアで導電発熱層に導く構成のものが多く採用されている。電磁誘導加熱方式の加熱装置は,ハロゲンヒータ方式に比較して熱変換効率が高く,このような構成とすることにより,コンパクトで効率のよい定着装置とすることができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, some fixing devices of image forming apparatuses have a heating device using an electromagnetic induction heating method. In particular, a configuration in which a magnetic flux generated by an exciting coil is guided to a conductive heat generating layer by a magnetic core such as a ferrite core is often used. The electromagnetic induction heating type heating device has a higher heat conversion efficiency than the halogen heater type, and with this configuration, a compact and efficient fixing device can be obtained.
定着装置のウォームアップ時間の短縮のためには,加熱部材である導電発熱層の熱容量をより小さくすることが望ましい。しかし,導電発熱層の熱容量を小さくすると,小サイズ紙の連続印刷を行った場合等に,通紙範囲外で過昇温しやすいという別の問題点が生じる。これに対し,特許文献1には,消磁コイルを設けて発熱分布を制御する定着装置が開示されている。小サイズ紙への印刷時には,軸方向の両端部に設けた消磁コイルに誘導電流を流すことにより,非通紙領域の過昇温が防止されるとされている。
In order to shorten the warm-up time of the fixing device, it is desirable to reduce the heat capacity of the conductive heat generating layer that is a heating member. However, when the heat capacity of the conductive heat generating layer is reduced, another problem arises that overheating tends to occur outside the sheet passing range, for example, when small-size paper is continuously printed. On the other hand,
また,特許文献2には,励磁コイルや磁性コアが保持部材に固定されており,保持部材とともに揺動することのできる定着装置が開示されている。この文献に記載の装置では,保持部材の長手方向端部等にヒンジが設けられ,他端側が定着ローラの内面に対してほぼ垂直に持ち上げられる。これにより,コイルやコアの端部を,定着ローラの内面から離れた位置に移動させることができ,長手方向端部の非通紙領域における発熱量を低下することができるとされている。
しかしながら,特許文献1に記載の定着装置のように消磁コイルを用いた場合,多種類の用紙サイズに対応するためには,多種類の大きさの消磁コイルを備える必要がある。このことは,装置の大型化やコストアップの原因となるため好ましくない。
However, when a degaussing coil is used as in the fixing device described in
また,特許文献2に記載の装置のようにコイルやコアと定着ローラ(加熱部材)との距離を変えるものでは,その距離に対する発熱分布の変化が非常に大きいという問題点があった。例えば,距離を0.1mm移動させると,約1℃程度の発熱量の差が生じる。そのため,精密に発熱分布を制御するためには,高精度な部品や機構が必要であるという問題点があった。
Further, in the case of changing the distance between the coil or core and the fixing roller (heating member) as in the apparatus described in
本発明は,前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,装置の大型化やコストアップとなることなく,また,特に高精度な部品を使用することなく,小サイズの用紙を連続通紙した場合でも部分的な過昇温が発生せず,生産性のよい定着装置および画像形成装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. In other words, the problem is that there is no partial increase in temperature even when small-sized paper is continuously fed without increasing the size and cost of the device, and without using particularly high-precision parts. It is an object of the present invention to provide a fixing device and an image forming apparatus that do not generate a toner and have high productivity.
この課題の解決を目的としてなされた本発明の定着装置は,一対の定着部材を有し,一対の定着部材間のニップにシートを通すことでシート上のトナー像を定着する定着装置であって,一対の定着部材の一方が,磁束を受けて発熱する導電発熱層を有するものであり,一対の定着部材の一方に磁束を印加する,通過するシートの幅方向の最大寸法にわたって設けられた磁束印加部材を有し,磁束印加部材の,幅方向の少なくとも一方の端部を含んだ一部が,一対の定着部材の一方における磁束の印加を受ける箇所に対面する面内で回転可能に設けられているものである。 The fixing device of the present invention, which has been made for the purpose of solving this problem, has a pair of fixing members, and fixes the toner image on the sheet by passing the sheet through the nip between the pair of fixing members. , One of the pair of fixing members has a conductive heat generating layer that generates heat upon receiving the magnetic flux, and applies the magnetic flux to one of the pair of fixing members, and the magnetic flux provided over the maximum dimension in the width direction of the passing sheet. A part of the magnetic flux applying member including at least one end in the width direction is provided so as to be rotatable in a plane facing a portion where the magnetic flux is applied in one of the pair of fixing members. It is what.
本発明の定着装置によれば,一対の定着部材の一方の導電発熱層が,磁束印加部材による磁束を受けることにより発熱する。そして,この磁束印加部材のうち,幅方向の少なくとも一方の端部を含んだ一部が回転可能とされている。すなわち,磁束印加部材の一部の回転により,導電発熱層に印加される磁束の状態が変化する。本発明では,この回転が,一対の定着部材の一方における磁束の印加を受ける箇所に対面する面内で行われている。すなわち,磁束の印加を受ける箇所を含まない面内での回転である。これは,例えば定着ニップをなす面またはニップを通るときの紙面に平行な面内において,シートの幅方向に対する角度を変える向きの回転である。例えば,長尺タイプの磁束印加部材の場合には,ニップに対して直交する向きから回転すれば,ニップの範囲から外れるかあるいはシートの幅方向の有効幅が小さくなる。これにより,導電発熱層のうち発熱される幅方向の範囲を変えることができる。 According to the fixing device of the present invention, one conductive heat generating layer of the pair of fixing members generates heat by receiving the magnetic flux from the magnetic flux applying member. A part of the magnetic flux applying member including at least one end in the width direction is rotatable. That is, the state of the magnetic flux applied to the conductive heat generating layer is changed by the rotation of a part of the magnetic flux applying member. In the present invention, this rotation is performed in a plane facing a portion to which the magnetic flux is applied in one of the pair of fixing members. That is, the rotation is in a plane that does not include a portion that receives the application of magnetic flux. This is, for example, rotation in a direction that changes the angle with respect to the width direction of the sheet in a plane that forms the fixing nip or a plane that is parallel to the paper surface when passing through the nip. For example, in the case of a long-type magnetic flux applying member, if it is rotated from a direction perpendicular to the nip, the effective width in the width direction of the sheet is reduced or it is out of the range of the nip. Thereby, the range of the width direction in which heat is generated in the conductive heat generating layer can be changed.
さらに,回転可能にされているのが,幅方向の端部を含んだ部分であるので,端部の発熱状況が特に変化する。例えば,導電発熱層のうち,幅方向の端部は発熱されないようにすることができる。従って,小サイズの用紙に印刷する場合にも,端部の過昇温を防止できる。そして,この方向の回転では,磁束印加部材が一対の定着部材の一方に対して大きく距離が変わるものではないので,さほど高精度な制御は必要とならない。これにより,装置の大型化やコストアップとなることなく,また,特に高精度な部品を使用することなく,小サイズの用紙を連続通紙した場合でも部分的な過昇温が発生せず,生産性のよい定着装置となっている。 Furthermore, since it is a part including the edge part of the width direction that can be rotated, the heat-generation condition of an edge part changes especially. For example, the end portion in the width direction of the conductive heat generating layer can be prevented from generating heat. Therefore, even when printing on a small size paper, it is possible to prevent an excessive temperature rise at the edge. In this direction of rotation, the magnetic flux application member does not change greatly in distance with respect to one of the pair of fixing members, so that highly accurate control is not required. As a result, there is no increase in the size and cost of the device, and there is no partial overheating even when small-size paper is continuously fed without using highly accurate parts. It is a fixing device with good productivity.
さらに本発明では,一対の定着部材の一方が平面部を有しており,磁束印加部材が平面部に対向して配置されており,回転可能な面は平面部に平行な面であることが望ましい。
このようなものであれば,一対の定着部材の一方に対する距離をほとんど変えることなく回転させることが可能である。従って,より高精度な制御ができる。
Further, in the present invention, one of the pair of fixing members has a flat portion, the magnetic flux applying member is disposed to face the flat portion, and the rotatable surface is a surface parallel to the flat portion. desirable.
If it is such, it can be rotated without changing the distance to one of the pair of fixing members. Therefore, more accurate control can be performed.
さらに本発明では,磁束印加部材が幅方向について互いに隣接した複数の部材に分割されており,複数の部材のうち,一部の部材が固定されているとともに残りが回転可能に設けられており,回転可能な部材の回転軸は,回転可能な部材が回転された状態でも隣接する部材との間に隙間を生じさせない位置にあることが望ましい。
このようなものであれば,回転によってその一部が移動した状態の磁束印加部材においても,その途中に磁束が小さくなったり途切れたりするおそれはない。従って,加熱する範囲内ではほぼ均一な加熱状態を得ることができる。
Further, in the present invention, the magnetic flux applying member is divided into a plurality of members adjacent to each other in the width direction, and among the plurality of members, a part of the members is fixed and the rest is rotatably provided. It is desirable that the rotation shaft of the rotatable member is in a position where no gap is generated between adjacent members even when the rotatable member is rotated.
In such a case, there is no possibility that the magnetic flux is reduced or interrupted in the middle of the magnetic flux applying member in which a part thereof is moved by the rotation. Therefore, a substantially uniform heating state can be obtained within the heating range.
さらに本発明では,磁束印加部材が励磁コイルを有しており,励磁コイルが回転されるものであることが望ましい。
このようなものであれば,磁束を発生させる励磁コイルの角度位置が変更される。励磁コイルを回転させることは容易であり,従って,加熱幅を変更する制御は容易である。
Further, in the present invention, it is desirable that the magnetic flux applying member has an exciting coil, and the exciting coil is rotated.
In such a case, the angular position of the exciting coil that generates magnetic flux is changed. It is easy to rotate the exciting coil, and therefore control to change the heating width is easy.
さらに本発明では,磁束印加部材が励磁コイルと磁性体コアとを有しており,励磁コイルまたは磁性体コアの少なくとも一方が回転されるものであることが望ましい。
このようなものであれば,磁束を発生させる励磁コイルまたは発生された磁束を集める磁性体コアの角度位置が変更される。従って,導電発熱層に供給される磁束の量を制御することは容易である。
Further, in the present invention, it is desirable that the magnetic flux applying member has an exciting coil and a magnetic core, and at least one of the exciting coil or the magnetic core is rotated.
In such a case, the angular position of the exciting coil that generates magnetic flux or the magnetic core that collects the generated magnetic flux is changed. Therefore, it is easy to control the amount of magnetic flux supplied to the conductive heat generating layer.
さらに本発明では,磁束印加部材の回転駆動を制御する制御部を有し,制御部は,通過するシートの幅に対応する加熱幅となるように,磁束印加部材の回転角度を制御するものであることが望ましい。
このようなものであれば,シートの幅に合わせて加熱幅を設定できる。従って,シートの通過されない範囲を過昇温させるおそれはない。
Furthermore, the present invention has a control unit that controls the rotational drive of the magnetic flux application member, and the control unit controls the rotation angle of the magnetic flux application member so that the heating width corresponds to the width of the passing sheet. It is desirable to be.
If this is the case, the heating width can be set according to the width of the sheet. Therefore, there is no possibility of overheating the range where the sheet is not passed.
さらに本発明は,シートにトナー像を形成する画像形成部と,少なくとも一方が回転する一対の定着部材を有し,画像形成部により形成されたトナー像を担持するシートを一対の定着部材のニップ間に通すことで,トナー像をシート上に定着する定着装置とを有する画像形成装置であって,定着装置は,一対の定着部材の一方が,磁束を受けて発熱する導電発熱層を有するものであり,一対の定着部材の一方に磁束を印加する,通過するシートの幅方向の最大寸法にわたって設けられた磁束印加部材を有し,磁束印加部材の,幅方向の少なくとも一方の端部を含んだ一部が,一対の定着部材の一方における磁束の印加を受ける箇所に対面する面内で回転可能に設けられている画像形成装置にも及ぶ。 The present invention further includes an image forming portion that forms a toner image on a sheet and a pair of fixing members at least one of which rotates, and the sheet carrying the toner image formed by the image forming portion is connected to a nip between the pair of fixing members. An image forming apparatus having a fixing device for fixing a toner image on a sheet by passing between them, the fixing device having a conductive heating layer in which one of a pair of fixing members receives heat and generates heat A magnetic flux applying member configured to apply a magnetic flux to one of the pair of fixing members and provided over the maximum dimension in the width direction of the passing sheet, and including at least one end of the magnetic flux applying member in the width direction. However, a part of the image forming apparatus also extends to an image forming apparatus provided so as to be rotatable in a plane facing a portion that receives application of magnetic flux in one of the pair of fixing members.
本発明の定着装置および画像形成装置によれば,装置の大型化やコストアップとなることなく,また,特に高精度な部品を使用することなく,小サイズの用紙を連続通紙した場合でも部分的な過昇温が発生せず,生産性のよいものとなっている。 According to the fixing device and the image forming apparatus of the present invention, even when small-sized paper is continuously passed without increasing the size and cost of the apparatus and without using particularly high-precision parts. No excessive overheating occurs and productivity is improved.
「第1の形態」
以下,本発明を具体化した第1の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,電磁誘導加熱方式の定着装置を有する画像形成装置に本発明を適用したものである。
"First form"
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, the present invention is applied to an image forming apparatus having an electromagnetic induction heating type fixing device.
本形態の画像形成装置100は,図1に概略構成を示すように,中間転写ベルト101を有する,いわゆるタンデム方式のカラープリンタである。中間転写ベルト101は,無端状ベルト部材であり,その図中両端部がローラ102,103によって支持されている。中間転写ベルト101の図中下部に沿って,イエロー(Y),マゼンタ(M),シアン(C),ブラック(K)の各色の画像形成部104Y,104M,104C,104Kおよび画像濃度センサ105が配置されている。この画像濃度センサ105は,レジストセンサとしての機能をも有している。
The
各色の画像形成部104Y,104M,104C,104Kはいずれも同様の構成である。それぞれ,感光体ドラム106とその周囲に配置された帯電装置107,露光装置108,現像装置109,クリーナ装置110を有している。また,中間転写ベルト101を挟んで感光体ドラム106に対向する位置に,1次転写装置111が配置されている。図1中では画像形成部104Yによって代表して示している。
The
図1中で下方に示すのは,用紙Pを収容する給紙装置112である。給紙装置112の上部には,用紙Pを送り出す給紙ローラ113が設けられている。用紙Pは,給紙装置112から搬送経路114に沿って上方へ送られる。搬送経路114を挟んで,ローラ103と対面する位置に,2次転写装置115が配置されている。さらにその下流側(図中上方)には,定着装置1が配置されている。定着装置1は,定着ベルト11,加圧ベルト12,磁束発生部13を有している。定着装置1については,後に詳述する。定着装置1より搬送経路114のさらに下流側には,排紙ローラ116および排紙トレイ117が配置されている。
1 shows a
次に,本形態の画像形成装置100の動作を簡単に説明する。この画像形成装置100は,画像形成の指示を受けると,その画像信号から各色の画像データを生成する。生成された各色の画像データは,対応する画像形成部104Y,104M,104C,104Kにそれぞれ送出される。各色の画像形成部104Y,104M,104C,104Kは,画像データに基づいて,それぞれの感光体ドラム106を帯電・露光して静電潜像を形成する。さらに,形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。
Next, the operation of the
形成されたトナー像は,順次,1次転写装置111によって中間転写ベルト101に転写され,重ね合わせられる。中間転写ベルト101に重ね合わせられたトナー像は,2次転写装置115によって用紙Pに転写される。トナー像を担持した用紙Pは,さらに搬送されて定着装置1に至り,定着装置1によって加熱されるとともに加圧される。これによりトナー像が用紙Pに定着される。トナー像が定着された用紙Pは,排紙ローラ116によって排紙トレイ117に排出される。
The formed toner images are sequentially transferred to the
本形態の定着装置1は,図1に示すように,定着ベルト11と加圧ベルト12とがそれぞれ2本の内部ローラ14に架け渡されているものである。従って,定着ベルト11と加圧ベルト12とはいずれも,断面が長円形状であるとともに,両側面には平面状の部分がある。これらの内部ローラ14が互いに圧接されることにより,定着ベルト11と加圧ベルト12との間に定着ニップが形成されている。
As shown in FIG. 1, the fixing
本形態の定着ニップには,内部ローラ14同士の圧接部と,それらの間に形成される定着ベルト11と加圧ベルト12との平面部分同士の当接部とが含まれる。また,定着ベルト11について,定着ニップの反対側の平面部分に対向して,略平板状の磁束発生部13が設けられている。なお,本形態の定着装置1は,中央通紙タイプのものである。すなわち,記録材は定着装置1の長手方向について中央部を通過する。
The fixing nip of this embodiment includes a pressure contact portion between the
定着ベルト11の内部ローラ14は,図2に示すように,内側(図中下側)から芯金21と断熱層22とを有している。その外周側には,発熱体層24,弾性層25,離型層26の3層構成の定着ベルト11が密接している。
As shown in FIG. 2, the
芯金21は,内部ローラ14の全体を支持する支持体であり,十分な耐熱性と強度を有することが必要である。本形態では,φ6〜30mm,望ましくはφ9〜17mmの範囲内の中実のアルミ棒を用いている。鉄等の磁性材料を使用することも不可能ではないが,芯金21自身の発熱を防止するためには非磁性材の方が望ましい。また,強度が確保できれば,PPS(ポリフェニレンサルファイド)のような耐熱性の樹脂を使用することもできる。
The cored
断熱層22は,定着ベルト11に発生した熱を芯金21へ逃がさないためのものである。そのために,熱伝導率が低く,耐熱性および弾性を有する,ゴム材や樹脂材のスポンジ体(断熱構造体)のものが好ましい。このようなものとすれば,定着ベルト11のたわみを許容し,ニップ幅を大きく保つことができる。また,内部ローラ14の硬度を小さくして,定着性や通紙性等を良好なものとできる。また,断熱層22としては,熱伝導率の低いものであれば,ゴムソリッド材やゴムソリッド材とスポンジ体との2層構造のもの等を使用してもよい。また本形態では,断熱層22として,樹脂材のスポンジ体を用いる場合は,厚さ1〜6mmさらに望ましくは2〜3mmのものを使用する。また,この断熱層22の硬度は,硬度アスカーゴム硬度計で20〜60度,さらに望ましくは30〜50度の範囲内とする。
The
定着ベルト11の発熱体層24は,磁束発生部13によって発生される磁束を受けて誘導電流が誘起され,それによって発熱する層である。そのため,比透磁率が高く,適度に体積抵抗率が大きい磁性材を用いる。例えば,ニッケル,磁性ステンレス,パーマロイ等が好ましい。ここでは,厚さ10〜100μm,さらに望ましくは20〜50μmの無端状ニッケル電鋳ベルトを用いている。なお,発熱体層24としては,金属等の導電性の非磁性材料を薄膜にし,ニッケルやパーマロイ,SUS,PI(ポリイミド)等と積層したものを使用することもできる。
The
また,発熱体層24として,樹脂にニッケル,パーマロイ等の磁性材の粒子を分散させたものとしてもよい。あるいは,樹脂材にこれらの磁性材をコーティングしたものとしてもよい。発熱体層24として,樹脂ベースのものを用いれば,定着ベルト11全体としての柔軟性がさらに大きくなり,用紙の分離性を向上させることができる。なお,このようなものでは,対外的な導電性は得られないかもしれないが,渦電流は通ることが可能である。本発明の導電層としてはこのようなものも含まれる。
Further, as the
弾性層25は,記録材と定着ベルト11との密接性を高めるためのものである。弾性層25には,耐熱性と弾性とを有するゴム材や樹脂材を用いる。その材料としては,例えば,定着温度での使用に耐えられるシリコンゴム,フッ素ゴム等の耐熱性エラストマーが適している。また,上記の材料に,熱伝導性や補強等を目的とした各種の充填材を混入したものでもよい。そのうち熱伝導性の向上のために充填される粒子の例としては,銀,銅,アルミニウム,鉄,ガラス等が挙げられる。実用的には,シリカ,アルミナ,酸化マグネシウム,窒化ホウ素,酸化ベリリウム等が好ましい。
The
この弾性層25としては,厚さ10〜800μm,さらに望ましくは100〜300μmの範囲内のものとする。弾性層24の厚さが10μm未満では厚さ方向の十分な弾力性を得ることが難しい。また,この厚さが800μmを超えていると,発熱体層24で発生した熱を定着ベルト11の外周面まで到達させることが難しく,熱効率が悪いので好ましくない。
The
弾性層25の硬度は,JIS硬度で1〜80度,さらに望ましくは5〜30度の範囲内のものとする。この範囲内の硬度であれば,弾性層25の強度の低下や密着性の低下を防止しつつ,安定した定着性を確保できる。硬度がこの範囲内となるシリコンゴムとして,例えば,1成分系,2成分系,または3成分系以上のシリコンゴム,LTV(Low Temperature Vulcanizable:低温加硫)型,RTV(Room Temperature Vulcanizable:常温加硫)型,またはHTV(High Temperature Vulcanizable:高温加硫)型のシリコンゴム,縮合型または付加型のシリコンゴム等が使用できる。本形態では,JIS硬度10度で厚さ200μmのシリコンゴムを使用している。
The
離型層26は,定着ベルト11の最外層をなし,定着ベルト11と用紙との離型性を高めるためのものである。この離型層26としては,定着温度での使用に耐えられるとともにトナーに対する離型性に優れたものを使用する。例えば,シリコンゴムやフッ素ゴム,あるいはPFA(四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体),PTFE(四フッ化エチレン),FEP(四フッ化エチレン・六フッ化エチレン共重合体),PFEP(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体)等のフッ素樹脂が好ましい。あるいは,これらを混合したものでもよい。
The
離型層26の厚さは5〜100μm,さらに望ましくは10〜50μmの範囲内のものとする。また,この離型層26と弾性層25との接着力を向上させるために,プライマー等による接着処理を行ってもよい。また,離型層26の中に,必要に応じて,導電材,耐摩耗材,良熱伝導材等をフィラーとして添加してもよい。
The thickness of the
また,加圧ベルト12は,定着ベルト11と同様のものである。ただし,記録材のトナー像は加圧ベルト12には接触しないので,弾性層はなくてもよい。また,発熱体層はかならずしも発熱体でなくてもよい。なお,定着ベルト11や加圧ベルト12の周方向の大きさは,例えばφ25〜65mm,望ましくはφ30〜50mmの円周と同程度である。また,内部ローラ14に付与するニップ荷重は,10〜500N,望ましくは20〜200Nである。なお,通紙方向について上流側の内部ローラ14の圧接荷重は,下流側のものより小さく設定することが好ましい。本形態では,上流側を20N,下流側を50Nとしている。
The
また,定着装置1の磁束発生部13は,図3に示すように,定着ベルト11の外周に対面して,定着ベルト11の平面部分と平行に配置されている。磁束発生部13は,3つの励磁コイル41a,41b,41cと多数の磁性体コア42,コイルボビン43,回転軸44を有している。
Further, as shown in FIG. 3, the
励磁コイル41a〜41cは,定着ベルト11の長手方向に沿って長円形状に巻かれたコイルであり,それぞれコイルボビン43に保持されている。本形態では,3つの励磁コイル41a〜41cは直列に接続されている。また,励磁コイル41の巻き線として,細い素線を数十〜数百本束ねてリッツ線としたものを使用している。この励磁コイル41は通電時に自己発熱する。その場合でも絶縁性を保てるように,巻き線に耐熱性の樹脂が被覆されたものを使用している。
The exciting coils 41 a to 41 c are coils wound in an oval shape along the longitudinal direction of the fixing
本形態では,図3に示すように,ほぼ同形の3巻きの励磁コイル41a〜41cが,定着ベルト11の長手方向に沿って3つ並べられている。各励磁コイル41a〜41cの,定着ベルト11の長手方向と直角な方向の大きさは,定着ベルト11の平面部分と同程度の大きさにされている。そして,少なくとも励磁コイル41a,41cについては,その定着ベルト11の長手方向の大きさは,定着ベルト11の長手方向と直角な方向の大きさより大きい。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, three substantially identical three-turn
中央に配置されている励磁コイル41bは,定着ベルト11の中央部分に対面して固定されている。その両側に配置されている励磁コイル41a,41cは,それぞれ中央寄りの1箇所に設けられた回転軸44によって回転可能に係止されている。これにより,励磁コイル41a,41cは,定着ベルト11の平面部分に対面する面内で回転可能である。具体的には,定着ベルト11の平面部分に平行な面内で回転可能にされている。
The
なお,これらの励磁コイル41a,41cにおける,少なくとも中央寄りの端部は半円形に形成されている。そして,その半円の中心位置に回転軸44が配置されている。また,特許文献2に記載されている定着装置では,励磁コイルや磁性コアの回転面が,定着ローラのうち磁束の印加を受ける箇所を含む面内となっている。これは,本形態における励磁コイル41a,41cの回転面とは異なる配置である。
Note that at least the ends near the center of the
磁性体コア42は,磁気回路の効率を上げるためと,磁気遮蔽のためのものである。本形態では,磁性体コア42は,直方体の板状のものを定着ベルト11の平面部分の寸法に略対応した範囲に複数枚並べたものである。磁性体コア42は,高透磁率でありかつ渦電流の損失が低い材質で形成されている。本形態では高周波を用いるため,コア内における渦電流の損失が大きくなりがちである。また,パーマロイのような高透磁率の合金によるコアを用いた場合には,特に渦電流の損失が大きくなりがちである。そこで,このような材質を使用する場合は薄板を積層した構造のコアとすることが望ましい。
The
なお,励磁コイル41a〜41cと磁性体コア42とによる磁気回路部分の磁気遮蔽が,他の手段によって十分にできる場合には,コアなし(空芯)にしてもよい。さらに,磁性体コア42として,樹脂材に磁性粉を分散させたものを用いることもできる。この素材は,透磁率はやや低いが,形状を自由に設定できるという利点がある。
In addition, when the magnetic shielding of the magnetic circuit portion by the
また,本形態ではさらに,図4に示すように,サーミスタ45,高周波インバータ46,回転駆動部47,制御部48を有している。サーミスタ45は,定着ベルト11の表面に当接して配置され,定着ベルト11の表面温度を検出するものである。さらに,検出した表面温度を,制御部48に入力するものである。サーミスタ45は,複数個存在し,定着ベルト11の長手方向にそれぞれ異なる位置に配置されている。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 4, a
高周波インバータ46は,3つの励磁コイル41a〜41cに,10〜100kHz,100〜2000Wの高周波電力を供給するためのものである。これにより,励磁コイル41a〜41cに流れる交流電流によって磁束が誘導され,その磁束は磁性体コア42に導かれる。さらに磁束は,磁性体コア42の端部から外部へ出て,定着ベルト11の発熱体層24の内部を通る。これにより,発熱体層24に渦電流が流れて,発熱体層24がジュール熱によって発熱される。すなわち,定着ベルト11は,磁束発生部13によって発生される磁束を受けて誘導電流が誘起され,それによって発熱する。
The
回転駆動部47は,両側に配置されている励磁コイル41a,41cの回転位置を制御するためのものである。本形態では,図5に示すように,回転されるのは励磁コイル41a,41cのみである。各磁性体コア42や中央に配置された励磁コイル41bは,いずれも回転されない。また,励磁コイル41aと41cとは,同じ角度に回転される。回転方向は図示のように同じ側である方が好ましいが,逆でも構わない。ここでは,定着ベルト11の長手方向に平行な配置を回転角度0度とし,ここから定着ベルト11の長手方向に直角である回転角度90度までの範囲内で回転位置が制御される。
The
なお本形態では,回転軸44が,励磁コイル41a,41cの端部の半円形状の中心に位置しているので,90度まで回転しても,中央の励磁コイル41bとの間にはほとんど隙間はできない。また,サーミスタ45は,図5に示すように,幅方向の各用紙サイズに対応する位置(45p,45q,45r,45s)に配置されている。ここでは4箇所に示しているが,より多くても少なくてもよい。
In this embodiment, since the
制御部48は,定着ベルト11の表面温度が適切な定着温度の範囲内となるように,高周波インバータ46を制御するためのものである。印刷される用紙の幅に応じて回転駆動部47を制御して,励磁コイル41a,41cの回転角度を調整する。または,その制御のために,各サーミスタ45の検出値を使用してもよい。なお,適切な定着温度は,トナーの種類等に応じてあらかじめ設定されている。また,定着ベルト11の表面温度の検出は,サーミスタ45に限らず,非接触式の温度センサによって行ってもよい。
The
このように励磁コイル41a,41cを回転した場合の各部の発熱量の分布は,図6に示すように変化する。まず,図3に示すように,定着ベルト11の長手方向に平行に全ての励磁コイル41a〜41cが配置されている場合(回転角度0度)には,励磁コイル41a〜41cのすべての部分が,磁性体コア42および定着ベルト11に対面している。従って,励磁コイル41a〜41cに発生した磁束のほぼ全てが,磁性体コア42に入り,全範囲で発熱に寄与する。図6中の実線L1で示しているのは,回転角度0度の場合の発熱量の分布であり,定着ベルト11の範囲内でほぼ一律に100%の発熱となっている。
As described above, the distribution of the amount of heat generated in each part when the
これに対し,励磁コイル41a,41cがその回転軸44を中心に回転されると,それらの端部(定着ベルト11の長手方向の両端部)は,磁性体コア42や定着ベルト11に対向する範囲から外れた位置となる。そのため,端部で発生した磁束はまっすぐに磁性体コア42や定着ベルト11に入ることができない。磁束は有効な方へ集中するため,外れた位置となった端部で発生した磁束も,中央寄りの箇所に集まる。従って,外れたところで発生する磁束が全て無駄になるわけではない。
On the other hand, when the
すなわち,励磁コイル41a,41cが回転した状態では,定着ベルト11の長手方向の両端部にはあまり磁束が通らない。従って,定着ベルト11の両端部はほとんど発熱しない。この発熱しない範囲は,励磁コイル41a,41cの回転角度によって異なるものとなる。図6中の実線L2は,励磁コイル41a,41cを10度まで回転させた場合の発熱量の分布を示している。実線L3,L4はそれぞれ,励磁コイル41a,41cを20度,90度まで回転させた場合の発熱量の分布を示している。
That is, when the
一方,定着ベルト11の長手方向の中央部は,励磁コイル41bの位置が変化しないことから,その範囲では発熱量もほとんど変化しない。回転角度0度の場合と差はない。通紙可能な最小サイズの用紙の幅と励磁コイル41bの幅(または,回転角度90度の時の発熱幅)とを同程度としておけば,最小サイズの用紙でも確実に定着できる。また,回転角度とその時の定着可能な用紙幅の範囲との関係は,あらかじめ実験によって把握して記憶させておくようにしてもよい。
On the other hand, since the position of the
このようにすることにより,例えばA5縦サイズの用紙からA3縦サイズの用紙まで印刷可能なカラープリンタ1であれば,A3縦サイズの印刷は回転角度0度の状態で行う。そして,B4縦サイズの印刷は回転角度10度で,A4縦サイズの印刷は回転角度20度で,A5縦サイズの印刷は回転角度90度で行うようにすればよい。いずれも,加熱される範囲が印刷用紙の通紙方向と直角な方向の幅と見合うように回転角度を調整する。さらに,それらのサイズの中間のサイズの用紙が使用された場合には,用紙サイズに合わせてさらに細かく回転角度を調整すればよい。
In this way, for example, in the case of the
なお,本形態では,3つの励磁コイル41a〜41cを直列に接続しているが,少なくとも励磁コイル41a,41cと励磁コイル41bとはそれぞれ別に電力を供給できるようにしてもよい。このようにすれば,励磁コイル41a,41cへの電力の供給を停止し,励磁コイル41bの範囲のみが発熱に寄与するようにすることもできる。図6中の破線L5は,このようにして励磁コイル41bのみに電力を供給し,励磁コイル41a,41cへは電力を供給しないようにした場合の発熱量の分布を参考のために示したものである。
In this embodiment, the three
次に,本形態の定着装置1による定着処理動作について説明する。本形態の定着装置1では,定着ベルト11と加圧ベルト12との内部ローラ14同士が押し付けられることによって,これらの間に定着ニップが形成されている。定着処理時には,定着ベルト11の内部ローラ14が回転駆動され,加圧ベルト12は定着ベルト11との圧接による摩擦力によって従動回転する。なお,この駆動と従動との関係は逆でもよいし,両ベルトをともに駆動するようにしてもよい。
Next, a fixing process operation by the fixing
磁束発生部13においては,高周波インバータ46によって,励磁コイル41に高周波電力が供給される。これにより発生した磁束は,磁性体コア42の内部を通る。そして,その磁束は,磁性体コア42の端部で外部に出て,定着ベルト11の発熱体層24を貫く。これにより,発熱体層24に渦電流が流れ,発熱体層24がジュール熱により発熱する。これにより,定着ベルト11が加熱される。
In the
このように発生した熱は,発熱体層24に接着されている弾性層25を介して,定着ベルト11の表面へ伝達される。本形態では,発熱に寄与し,渦電流が流される発熱体層24は,ごく薄い層であるので熱容量が小さい。また,発熱体層24の熱は,断熱層22によって断熱保持されているので,芯金21側に逃げにくく,定着ベルト11の表層側の弾性層25および離型層26を迅速に加熱する。
The heat thus generated is transmitted to the surface of the fixing
そして,定着ベルト11の表面が適切な定着温度となるように,制御部48によって高周波インバータ46が制御される。トナー像を担持する用紙Pは,トナー像の載っている面を定着ベルト11の側に向けた状態で,定着ベルト11と加圧ベルト12との間のニップに挿入される。そして,定着ベルト11と加圧ベルト12との間のニップを,図1中下から上へ通過する間に,トナーが溶融されて用紙Pに定着される。
Then, the
用紙Pの定着処理により,用紙P及びトナーによって定着ベルト11の表面から熱が奪われる。そのため,定着ベルト11の軸方向について用紙Pの通紙された範囲では,定着ベルト11の表面温度が下がる。制御部48は,サーミスタ45による定着ベルト11の表面温度の検出結果を受けて,高周波インバータ46を制御する。すなわち,次回の用紙Pが定着ニップまで搬送されてくるまでに,適切な定着温度の範囲内となるように,制御部48は,高周波インバータ46から励磁コイル41に供給される高周波電力を増減する。
Due to the fixing process of the paper P, heat is removed from the surface of the fixing
本形態では,定着ベルト11の熱容量が小さく,その表面を定着温度まで迅速に加熱できるので,定着処理により熱が奪われても熱の供給が追いつくことができる。さらに,印刷用紙の大きさに応じて,制御部48は,回転駆動部47による励磁コイル41a,41cの回転角度を制御する。これにより,定着ベルト11のうち必要十分な幅の部分のみが昇温される。
In this embodiment, since the heat capacity of the fixing
以上詳細に説明したように,本形態の定着装置1によれば,励磁コイル41a,41b,41cが3分割され,両端部の2つが回転可能にされている。従って,印刷する用紙のサイズに合わせて,定着ベルト11のうち必要十分な範囲のみを加熱することができる。また,回転による移動なので,定着装置1の軸方向の外側にスペースが必要となることはない。これにより,小サイズの用紙を連続通紙した場合でも部分的な過昇温が発生せず,生産性のよいものとなっている。
As described above in detail, according to the
「第2の形態」
次に,本発明を具体化した第2の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,第1の形態に比較して,励磁コイルの構成がやや異なるのみであり,同一の部材については,同一の符号を付し,説明を省略する。
"Second form"
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the exciting coil, and the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本形態の定着装置2の励磁コイル51は,図7に示すように,1体の長円形に形成されているものである。その全体がコイルボビン52に収められ,コイルボビン52の中央には回転軸53が設けられている。本形態では,回転駆動部47によってこの回転軸53が回転され,図8に示すように,励磁コイル51の定着ベルト11に対する角度位置が変更される。この回転により,励磁コイル51と定着ベルト11との距離は,回転軸53の近傍ではさほど大きく変わらないのに対し,軸方向両端部では大きく変化する。
As shown in FIG. 7, the
本形態による励磁コイル51の回転角度とその時の発熱量の分布を図9に示す。図中実線L6は,図7に示す状態から回転軸53を回転させていない場合(回転角度0度)のものであり,定着ベルト11の長手方向の全範囲にわたって,ほぼ均一に100%の発熱量が得られている。対応可能な最大サイズの用紙への印刷では,励磁コイル51をこの位置に停止させる。例えば,A3縦サイズの用紙への印刷までできる画像形成装置では,A3縦サイズの用紙への印刷は,回転角度0度で行う。
FIG. 9 shows the rotation angle of the
また,図9において,実線L7は,回転角度5度における発熱量の分布であり,例えばB4縦サイズの用紙への印刷に用いる。また,実線L8は,回転角度10度における発熱量の分布であり,例えばA4縦サイズの用紙への印刷に用いる。また,実線L9は,回転角度15度における発熱量の分布であり,例えばA5縦サイズの用紙への印刷に用いる。また,実線L10は,回転角度30度における発熱量の分布であり,例えばA6縦サイズの用紙への印刷に用いる。 In FIG. 9, the solid line L7 is the distribution of heat generation at a rotation angle of 5 degrees, and is used for printing on, for example, B4-size paper. A solid line L8 is a distribution of heat generation at a rotation angle of 10 degrees, and is used for printing on, for example, A4 portrait paper. A solid line L9 is a distribution of heat generation at a rotation angle of 15 degrees, and is used for printing on, for example, A5 portrait paper. A solid line L10 is a distribution of heat generation at a rotation angle of 30 degrees, and is used for printing on, for example, A6 portrait paper.
本形態の装置は,回転軸53が1つのみであるため,角度調整は容易である。また,本形態では,第1の形態に比較して均一な発熱量を得られる範囲がないことから,通紙領域内でもある程度の温度傾斜が発生する。しかし,定着ベルト11の長手方向への伝熱による定着ベルト11内での温度の均し効果から,その表面温度の分布は通紙領域内で±4℃程度以内とすることができる。従って,本形態によっても定着性や光沢度に悪影響はなく,端部の過昇温が防止できる。
Since the apparatus of this embodiment has only one rotating
以上詳細に説明したように,本形態の画像形成装置によっても,第1の形態と同様に,小サイズの用紙を連続通紙した場合でも部分的な過昇温が発生せず,生産性のよい画像形成装置となっている。 As described in detail above, even with the image forming apparatus of this embodiment, as in the first embodiment, even when small-size paper is continuously fed, partial overheating does not occur, and productivity is improved. It is a good image forming apparatus.
なお,本形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。
例えば,上記の実施例では励磁コイルのみを回転させているが,励磁コイルを固定して磁性体コアを回転させても,ほぼ同様の効果を得ることができる。またあるいは,励磁コイルと磁性体コアとの両方を回転させてもよい。また例えば,磁性体コアや励磁コイルの形状は上記のものに限らない。3分割の励磁コイルのうち,両端部のものと中央のものとで大きさや形状が異なるようにすることもできる。また,中央のもののない2分割の励磁コイルとしてもよい。
In addition, this form is only a mere illustration and does not limit this invention at all. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof.
For example, in the above embodiment, only the exciting coil is rotated, but substantially the same effect can be obtained even if the exciting coil is fixed and the magnetic core is rotated. Alternatively, both the exciting coil and the magnetic core may be rotated. Further, for example, the shape of the magnetic core and the exciting coil is not limited to the above. Of the three-part excitation coils, the size and shape can be different between those at both ends and those at the center. Moreover, it is good also as a two-part excitation coil without a central thing.
また,回転軸の位置は,かならずしも通紙方向について励磁コイルの中心位置でなくてもよい。ただし,回転した際の中央の励磁コイルと両端部のものとの間に隙間のできない形状とする。さらに形状を工夫することにより,分割された励磁コイル同士の境目で,発熱効率があまり落ちないようにすることができる。また,両端部の励磁コイルの回転範囲を妨げない限り,中央の励磁コイルの形状は自由である。 Further, the position of the rotating shaft does not necessarily have to be the center position of the exciting coil in the sheet passing direction. However, the shape is such that there is no gap between the central exciting coil and the ones at both ends when rotating. Furthermore, by devising the shape, it is possible to prevent the heat generation efficiency from dropping so much at the boundary between the divided excitation coils. Moreover, as long as the rotation range of the excitation coils at both ends is not disturbed, the shape of the central excitation coil is arbitrary.
また,定着ベルト11と加圧ベルト12との形状や配置は,上記のものに限らない。例えば,円筒形の加圧ベルトとしてもよい。その場合には,定着ベルト11のうち磁束発生部13の配置されていない側の平面部に圧接されるものとしてもよいし,定着ベルト11の内部ローラ14に対して圧接されるものとしてもよい。また,大きさと配置を調整することにより,定着ベルト11の内周側に磁束発生部13を配置することもできる。
Further, the shape and arrangement of the fixing
さらに,上記では各励磁コイル41を直列接続するとしたが,並列接続としてもよいし,それぞれ独立に制御するようにすることもできる。例えば,中央の励磁コイルと両端部のものとでそれぞれ独立に高周波電力を供給できるようにしておけば,図6に破線L5で示した発熱量の分布を得ることは容易である。また,定着ニップ出口に分離爪を有していてもよい。また例えば,本形態ではカラープリンタとしたが,1色の画像形成部のみを有する単色プリンタ,コピー機,FAX機等に本発明を適用することもできる。 Further, in the above description, the exciting coils 41 are connected in series. However, they may be connected in parallel or controlled independently. For example, if high frequency power can be independently supplied to the central excitation coil and the ones at both ends, it is easy to obtain the heat generation distribution indicated by the broken line L5 in FIG. Further, a separation claw may be provided at the fixing nip outlet. Further, for example, although the color printer is used in this embodiment, the present invention can be applied to a single-color printer, a copier, a FAX machine, etc. having only one color image forming unit.
1 定着装置
11 定着ベルト
12 加圧ベルト
13 磁束発生部
100 画像形成装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記一対の定着部材の一方が,磁束を受けて発熱する導電発熱層を有するものであり,
前記一対の定着部材の前記一方に磁束を印加する,通過するシートの幅方向の最大寸法にわたって設けられた磁束印加部材を有し,
前記磁束印加部材の,幅方向の少なくとも一方の端部を含んだ一部が,前記一対の定着部材の前記一方における磁束の印加を受ける箇所に対面する面内で回転可能に設けられていることを特徴とする定着装置。 In a fixing device having a pair of fixing members and fixing a toner image on a sheet by passing the sheet through a nip between the pair of fixing members,
One of the pair of fixing members has a conductive heat generating layer that generates heat by receiving magnetic flux,
A magnetic flux applying member that applies a magnetic flux to the one of the pair of fixing members, and that is provided over the maximum dimension in the width direction of a passing sheet;
A part of the magnetic flux applying member including at least one end in the width direction is provided rotatably in a plane facing a portion where the magnetic flux is applied to the one of the pair of fixing members. A fixing device characterized by the above.
前記一対の定着部材の前記一方が平面部を有しており,
前記磁束印加部材が前記平面部に対向して配置されており,
前記回転可能な面は前記平面部に平行な面であることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1,
The one of the pair of fixing members has a flat surface;
The magnetic flux applying member is disposed to face the flat portion;
The fixing device according to claim 1, wherein the rotatable surface is a surface parallel to the flat portion.
前記磁束印加部材が前記幅方向について互いに隣接した複数の部材に分割されており,
前記複数の部材のうち,一部の部材が固定されているとともに残りが回転可能に設けられており,
前記回転可能な部材の回転軸は,前記回転可能な部材が回転された状態でも隣接する部材との間に隙間を生じさせない位置にあることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1 or 2,
The magnetic flux applying member is divided into a plurality of members adjacent to each other in the width direction;
Among the plurality of members, some of the members are fixed and the rest are rotatably provided,
The fixing device according to claim 1, wherein the rotation shaft of the rotatable member is in a position where no gap is generated between adjacent members even when the rotatable member is rotated.
前記磁束印加部材が励磁コイルを有しており,
前記励磁コイルが回転されるものであることを特徴とする定着装置。 In the fixing device according to any one of claims 1 to 3,
The magnetic flux applying member has an exciting coil;
A fixing device in which the exciting coil is rotated.
前記磁束印加部材が励磁コイルと磁性体コアとを有しており,
前記励磁コイルまたは磁性体コアの少なくとも一方が回転されるものであることを特徴とする定着装置。 In the fixing device according to any one of claims 1 to 3,
The magnetic flux applying member has an exciting coil and a magnetic core;
A fixing device in which at least one of the exciting coil and the magnetic core is rotated.
前記磁束印加部材の回転駆動を制御する制御部を有し,
前記制御部は,通過するシートの幅に対応する加熱幅となるように,前記磁束印加部材の回転角度を制御するものであることを特徴とする定着装置。 In the fixing device according to any one of claims 1 to 5,
A control unit for controlling the rotational drive of the magnetic flux applying member;
The fixing device is characterized in that the controller controls a rotation angle of the magnetic flux applying member so as to have a heating width corresponding to a width of a sheet passing therethrough.
前記定着装置は,
前記一対の定着部材の一方が,磁束を受けて発熱する導電発熱層を有するものであり,
前記一対の定着部材の前記一方に磁束を印加する,通過するシートの幅方向の最大寸法にわたって設けられた磁束印加部材を有し,
前記磁束印加部材の,幅方向の少なくとも一方の端部を含んだ一部が,前記一対の定着部材の前記一方における磁束の印加を受ける箇所に対面する面内で回転可能に設けられていることを特徴とする画像形成装置。 An image forming unit that forms a toner image on a sheet and a pair of fixing members that rotate at least one of the sheets, and a sheet carrying the toner image formed by the image forming unit is passed between the nips of the pair of fixing members In an image forming apparatus having a fixing device for fixing a toner image on a sheet,
The fixing device includes:
One of the pair of fixing members has a conductive heat generating layer that generates heat by receiving magnetic flux,
A magnetic flux applying member that applies a magnetic flux to the one of the pair of fixing members, and that is provided over the maximum dimension in the width direction of a passing sheet;
A part of the magnetic flux applying member including at least one end in the width direction is provided rotatably in a plane facing a portion where the magnetic flux is applied to the one of the pair of fixing members. An image forming apparatus.
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