JP2010181881A - 加熱装置および加熱装置のコイル位置調整方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 誘導加熱用のコイルとヒートローラとの間の距離の微調整を容易にすることにより、メンテナンス性がよく、低コストの加熱装置を提供する。
【解決手段】 誘導加熱コイル27を保持するコイルホルダ71をヒートローラ22に対して微調整可能とするコイル位置調整機構70を有する。誘導加熱コイル27を含めた励磁回路には、その抵抗値を検知する抵抗検知器90が接続され、検知した誘導加熱コイル27の抵抗値によりCPU52は、調整方向と調整量を決定する。
【選択図】 図5
【解決手段】 誘導加熱コイル27を保持するコイルホルダ71をヒートローラ22に対して微調整可能とするコイル位置調整機構70を有する。誘導加熱コイル27を含めた励磁回路には、その抵抗値を検知する抵抗検知器90が接続され、検知した誘導加熱コイル27の抵抗値によりCPU52は、調整方向と調整量を決定する。
【選択図】 図5
Description
本発明は、誘導加熱方式でローラを加熱する加熱装置に係る。
電子写真方式の画像形成装置では、トナーを用紙に定着させるため、180度程度でトナーを加熱し、圧力を加えることで溶融定着させる定着器が搭載されている。この定着器の加熱源として、ハロゲンランプや誘導加熱コイルを用いたものが採用されている。誘導加熱コイルを用いた定着装置においては、誘導加熱コイルに対し、高周波の電流を流すことにより、加熱対象物である導電金属層を持つローラやベルトに誘導電流を発生させ、加熱を行っていた。
このような誘導加熱方式では、コイルと加熱対象である導電金属層との間の距離が重要であり、これらを正確に位置決めする技術が例えば特許文献1に開示されている。
ところが、上記導電金属層を有するヒートローラの表面は、その使用を長時間行うことで、表面に傷が付いたり、トナーが表面に固着する等の問題があるため、交換が必要となる。製造上、ヒートローラには個体差が存在しているため、通常、誘導加熱コイルとヒートローラは、画像形成装置から一体的に取り外すような構成としていた。このため、メンテナンスを行うには、ヒートローラとコイルとの間をメンテナンス時に調整しなければならず、メンテナンスに時間がかかり、その間、画像形成装置の動作を止めなければならなかった。また、ヒートローラとコイルとの距離が若干設計値から外れることにより、エネルギー効率が悪くなる問題があった。
本発明は、上記課題を解決するための手段として、少なくとも金属層を含む加熱手段と、この加熱部材の外部に配置され、前記金属層に誘導電流を発生させるためのコイルと、このコイルを保持し、前記加熱手段への位置決めのためのコイル位置決め部材を有するコイル保持手段と、前記加熱手段に対して移動可能に設けられた可変位置決め部材と、前記コイル保持手段を前記加熱部材の方向へ押圧し、前記コイル位置決め部材を前記可変位置決め部材へ押圧する押圧手段と、前記可変位置決め部材の位置を変更する変更手段とを具備することを特徴とする加熱装置の構成を採る。
また、本発明は、上記課題を解決するための手段として、少なくとも金属層を含む加熱部材と、この加熱部材の外部に配置され、前記金属層に誘導電流を発生させるためのコイルと、このコイルを保持し、前記加熱手段への位置決めのためのコイル位置決め部材を有するコイル保持手段と、このコイル保持手段の前記加熱部材との距離を調整する調整手段と、前記コイルを含めた励磁回路の抵抗値を検知する検知手段を有する加熱装置において、前記コイルの抵抗値を検知するステップと、検知した抵抗値に基づいて、前記調整手段による前記コイル保持手段の位置の調整方向および調整量を決定するステップとからなる加熱装置のコイル位置調整方法を採る。
また、本発明は、上記課題を解決するための手段として、少なくとも金属層を含む加熱部材と、この加熱部材の外部に配置され、前記金属層に誘導電流を発生させるためのコイルと、このコイルを保持し、前記加熱手段への位置決めのためのコイル位置決め部材を有するコイル保持手段と、このコイル保持手段の前記加熱部材との距離を調整する調整手段と、前記コイルを含めた励磁回路の抵抗値を検知する検知手段を有する加熱装置において、前記コイルの抵抗値を検知するステップと、検知した抵抗値に基づいて、前記調整手段による前記コイル保持手段の位置の調整方向および調整量を決定するステップとからなる加熱装置のコイル位置調整方法を採る。
本発明によれば、誘導加熱用のコイルとヒートローラの位置を容易に調整可能となり、低コストでエネルギー効率の高い加熱装置を提供することが可能となる。
以下添付図面を例にとって、この発明の実施態様について詳細に説明する。図1はこの発明の実施態様の誘導加熱定着装置である定着装置11を搭載してなる画像形成装置1を示す概略構成図である。画像形成装置1の上面には自動原稿送り装置4により供給される原稿を読取るスキャナ部6を備える。画像形成装置1は、画像形成ユニット10に被定着媒体であるシート紙Pを供給するカセット機構3を備える。
カセット機構3は第1及び第2の給紙カセット3a、3bを備える。各給紙カセット3a、3bから、画像形成ユニット10に至る搬送路7には、給紙カセット3a、3bからシート紙を取り出すピックアップローラ7a、7b、分離搬送ローラ7c、7d、搬送ローラ7e及びレジストローラ8が設けられる。画像形成ユニット10の下流には、画像形成ユニット10にてシート紙Pに形成されるトナー像を定着する定着装置11を有する。定着装置11の下流には、排紙ローラ40が設けられ、定着後のシート紙Pを排紙部1bに搬送する排紙搬送路41が設けられる。
画像形成ユニット10は、イエロ(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像形成ステーション18Y、18M、18C、18Kを有する。各画像形成ステーション18Y、18M、18C、18Kは、矢印q方向に回転される転写ベルト10aに沿って、タンデムに配列される。
イエロ(Y)の画像形成ステーション18Yは、矢印r方向に回転する像担持体である感光体ドラム12Yの周囲に、プロセス部材である帯電器13Y、現像装置14Y、転写ローラ15Y、クリーナ16Y、除電器17Yを配置してなっている。またイエロ(Y)の画像形成ステーション18Y上方には、感光体ドラム12Yにレーザビームを照射するレーザ露光装置19が設けられる。
マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像形成ステーション18M、18C、18Kは、イエロ(Y)の画像形成ステーション18Yと同様の構成を有している。
画像形成ユニット10においては、プリント操作開始により、イエロ(Y)の画像形成ステーション18Yにあっては、感光体ドラム12Yが矢印r方向に回転し、帯電器13Yにより一様に帯電される。次いで感光体ドラム12Yは、レーザ露光装置19により、スキャナ部6で読取った画像情報に対応する露光々を照射され静電潜像を形成される。この後感光体ドラム12Yは現像装置14Yにてトナー像を形成され、転写ローラ15Y位置で、転写ベルト10a上を矢印q方向に搬送されるシート紙Pにトナー像を転写する。転写終了後、感光体ドラム12Yはクリーナ16Yにより残留トナーをクリーニングされ、除電器17Yにより感光体ドラム12Y表面を除電され、次のプリント可能となる。
マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像形成ステーション18M、18C、18Kは、イエロ(Y)も画像形成ステーション18Yと同様に画像形成操作を行い、シート紙Pにフルカラートナー像を形成する。この後シート紙Pは、誘導加熱定着装置である定着装置11により加熱加圧定着されプリント画像を完成され排紙部1bに排紙される。
次に定着装置11について述べる。図2は、定着装置11を示す概略構成図である。定着装置11は、エンドレスの被加熱部材であるヒートローラ22と加圧部材であるプレスローラ23を有する。ヒートローラ22は、駆動モータ25により矢印s方向に駆動する。プレスローラ23は、圧縮バネ24aによりヒートローラ22に加圧接触される。これによりヒートローラ22及びプレスローラ23間に一定幅のニップ26が形成される。プレスローラ23は、ヒートローラ22に従動して矢印t方向に回転する。
更に定着装置11の、ヒートローラ22の外側には、ギャップを介して、ヒートローラ22を加熱する誘導電流発生コイル27が対向配置される。更にヒートローラ22の外周には、定着後のシート紙Pの巻きつきを防止する剥離爪31、ヒートローラ22の表面温度を検出する第1のサーミスタ33a、第2のサーミス33b、第3のサーミスタ33c及び、ヒートローラ22の表面温度の異常を検知して、加熱を遮断するためのサーモスタット34が設けられる。尚、シート紙Pがヒートローラに巻きつく恐れが無い場合は、剥離爪31を設けなくても良い。プレスローラ23の外周にはクリーニングローラ24bが設けられる。
ヒートローラ22は、芯金22a周囲に厚さ5〜12mmの発泡ゴム(スポンジ)22b、ニッケル(Ni)からなる厚さ40μmの金属導電層22d、厚さ200μmのソリッドゴム層22e及び、厚さ30μmの離型層22fからなっている。金属導電層2cは、ニッケルに限らず、ステンレス、アルミニウム、あるいはステンレスとアルミニウムの複合材等であっても良い。
プレスローラ23は、芯金23a、周囲にシリコンゴム層23bを被覆してなっている。プレスローラ23は、さらに離型層23cを持つ。尚、シリコンゴム層23bに換えて、フッ素ゴム層を用いても良い。ヒートローラ22及びプレスローラ23は、いずれも直径40mmに形成されている。シート紙Pは、このようなヒートローラ22及びプレスローラ23間のニップ26を通過することにより、シート紙P上のトナー像を加熱加圧定着される。
尚プレスローラ23も、必要に応じて、誘導電流発生コイルにより加熱される金属導電層を持つ構成としても、或いはハロゲンランプヒータを内蔵する等しても良い。
次に誘導電流発生コイル27について述べる。誘導電流発生コイル27は、第1乃至第3の誘導電流発生コイル27a、27b、27cからなっている。第1乃至第3の誘導電流発生コイル27a、27b、27cの磁性体コア28a、28b、28cは、ヒートローラ22とほぼ同軸状となっている。磁性体コア28は、誘導電流発生コイル27による磁束をヒートローラ22に集中させる。磁性体コア28a、28b、28cは、両側に磁気遮蔽材30a、30b、30cが凸設されていて、ヒートローラ22に磁束を更に集中させることが出来る。
図3に示すように、第1の誘導電流発生コイル27aは、長さ200mmであり、ヒートローラ22の中央領域を加熱する。第2及び第3の誘導電流発生コイル27b、27cは、第1の誘導電流発生コイル27aの両側に配置される。第2及び第3の誘導電流発生コイル27b、27cは、直列接続され、同じ制御で駆動される。第1乃至第3の誘導電流発生コイル27a、27b、27cにより、ヒートローラ22全長の長さ320mmを加熱する。第1の誘導電流発生コイル27aと、第2及び第3の誘導電流発生コイル27b、27cは、交互に切り替えて出力される。尚、第1の誘導電流発生コイル27aと、第2及び第3の誘導電流発生コイル27b、27cの出力は、同時であっても良い。
誘導電流発生コイル27は高周波電流を印加することにより磁束を発生する。この磁束により、磁界の変化を妨げるように、ヒートローラ22に渦電流を発生させる。この渦電流と、ヒートローラ22の抵抗によって金属導電層22dにジュール熱が発生し、ヒートローラ22は加熱される。
誘導電流発生コイル27は、例えば銅線材を複数本撚った線径3mmのリッツ線を用いる。銅線の絶縁材は、耐熱性のポリアミドイミドを用いる。電線及び絶縁材はこれに限定されず、線径も任意である。又リッツ線を用いる場合にその構造も任意であり、単に複数の絶縁した銅線を束ねたものであっても良いし、銅線の数や太さも限定されない。誘導電流発生コイル27は、リッツ線を磁性体コア28a、28b、28cに巻きつけてなる。
誘導加熱コイル27は、図4に示す制御系100に駆動され、ヒートローラ22を加熱する。制御系100は、センタコイル27aと、第1及び第2のサイドコイル27b、27cに駆動電流を供給するインバータ回路50、インバータ回路50に100Vの直流電源を供給する整流回路51、画像形成装置1全体を制御するとともに、サーミスタ33a、33bの検出結果に応じてインバータ回路50を制御するCPU52を有する。
CPU52は、メインメモリ52aあるいは記憶装置52b等を有する。CPU52は、サーミスタ33a、33bの検出結果に応じて、センタコイル27a或いは、第1及び第2のサイドコイル27b、27cを選択的に切り換えるようインバータ回路50を駆動する。サーミスタ33a、33bの検出結果に応じて、CPU52からは、センタコイル27a或いは、第1及び第2のサイドコイル27b、27cのいずれを駆動するか、全てのコイルをOFFするか、或いはコイルへの出力値を幾つにするか等の命令がインバータ回路50に出力される。
整流回路51は、商用交流電源51aからの電流を100Vの直流に整流して、インバータ回路50に供給する。整流回路51の前段にはトランス53が配置される。これにより全消費電力が検出可能であり、商用交流電源51aから提供される電力を検知して、CPU52にフィードバックしている。
インバータ回路50は、1つのコイルを1つのスイッチング素子で駆動する準E級回路を用いている。但しインバータ回路は、2つのスイッチング素子を使い、出力の可変を周波数調整するのではなく、パルス幅(PWM)制御で出力調整する、ハーフブリッジタイプの回路を用いた回路仕様であっても良い。
センタコイル27a及び第1及び第2のサイドコイル27b、27cには、それぞれ共振用のコンデンサ55、56が並列に接続される。このコンデンサ55、56に、それぞれスイッチング素子57、58が接続されている。スイッチング素子57、58は、高耐圧、大電流で使用可能なIGBTやMOS−FET等が用いられる。
スイッチング素子57、58の制御端子には、それぞれ駆動回路60、61が接続されている。駆動回路60、61は、駆動電圧をスイッチング素子57、58の制御端子に印加して、スイッチング素子57,58をONさせる。CPU52は、駆動回路60、61の駆動電圧印加タイミングを制御する。インバータ回路50は、CPU52によりスイッチング素子57、58のON時間を制御して、周波数を20〜50kHzの範囲で可変し、センタコイル27a或いは、第1及び第2のサイドコイル27b、27cに電流を流す。インバータ回路50は、駆動周波数を変動することで、センタコイル27a或いは、第1及び第2のサイドコイル27b、27cに700W〜1500Wまでの電力を供給可能となる。
センタコイル27aを含めた励磁回路には、励磁回路の抵抗を検知する抵抗検知器90が接続され、センタコイル27aの抵抗を検知可能に構成されている。この検知結果は、CPU52に入力される。また、サイドコイル27b、27cを含めた励磁回路には、これら2つのコイルを含めた励磁回路の抵抗を検知する抵抗検知器91が接続されている。この抵抗検知器91の検知結果は、CPU52に入力される。
図5は、コイル位置調整機構を示した断面図である。このコイル位置調整機構70は、センタコイル27a、サイドコイル27b、27cとヒートローラ22の芯金23aとの間の距離(言い換えるとヒートローラ22表面とコイルコイル27との距離)を微調整するためのものである。コイル位置調整機構70は、後述するコイルホルダ71の両端に設けられている。
センタコイル27a、サイドコイル27b、27c、磁性体コア28a、28b、28cは、これを一体的に保持するコイルホルダ71に収納されている。このコイルホルダ71の両端には、コイルホルダ71を位置決めするための突起状のストッパ75が設けられている。
押圧バネ76a、76bは、コイルホルダ71をヒートローラ22方向に押圧するものである。
軸受け82は、ヒートローラ22の芯金22aの両端を支持し、図示しないモータによりヒートローラ22に対して回転力を付与するものである。この軸受け82の外周部分には、固定部72が固定されている。この固定部72には、調整軸80が着脱可能に接続されている。この調整軸80の外表面には、螺旋状のネジ溝が形成されている。この調整軸80には、ネジ溝に沿って回転する調整ナット74が取り付けられている。この調整ナット74は、モータ78によって回転可能である。モータ78は、約0.1mm単位で調整ナット74を調整軸80の軸方向に移動できるよう制御可能なものであり、CPU52からの指示により駆動する。
調整軸80には、調整ナット74の移動に影響しない位置に、固定ガイド77が設けられている。この固定ガイド77は、調整軸80が加熱ローラ22方向以外への動きを規制するものである。この調整軸80は、加熱ローラ22方向とは反対方向へ抜くことによって固定ガイド77から取り外すことが可能である。
尚、これらコイル位置調整機構70の各要素は、加熱装置11の筐体に固定されている。ヒートローラ22は、図示しない取り外し機構により例えば図6の右方向へ着脱可能に構成されている。これは、ヒートローラ22表面の劣化等による交換時期に達した場合、コイルユニット71を本体に残したままヒートローラ22のみを交換可能とすることで、交換部品のコストを下げるメリットがある。
ヒートローラ22単体のみ交換可能とする構成以外に、例えば、ヒートローラ22表面にトナー等が固着することを防止するために塗布する離型剤を含有したローラ等を一体的に保持したユニットとし、これらをコイル位置調整機能70と切り離して交換するよう構成してもよい。
ヒートローラ22を含めたユニットを定着装置11から取り外す際には、まず、プレスローラ23をヒートローラ22方向へ押圧する押圧バネ24aの圧力を解除して、プレスローラ23とヒートローラ22を離間させる必要がある。
次にコイル位置調整機構の作用について説明する。調整軸80に取り付けられた調整ナット74がある地点で固定されているものとする。コイルホルダ71は、押圧バネ76a、76bによりヒートローラ22に近づく方向に力が加えられている。コイルホルダ71の両端に設けられたストッパ75は、調整ナット74の固定位置と比べ、ヒートローラ22に遠い側に組み立てられている。したがって、押圧バネ76a、76bによりヒートローラ22方向に押されているコイルホルダ71の両端のストッパ75は、調整ナット74によりヒートローラ22方向への移動が規制される。上記の状態で、モータ78により調整ナット74を0.1mm単位で回転させることによって、ストッパ75の位置を微調整することが可能となり、結果、コイルホルダ71内のコイル27とヒートローラ22表面の位置を調整することが可能となる。
図6は、コイル位置調整の制御方法を示すフローチャート図である。画像形成装置1に対して、コイル位置調整のモードが制御回路に入力されると、ヒートローラ22表面温度を検知するサーミスタ33の電源がONされる(ST1)。この時、サーミスタ33が正常に動作しているかチェックする構成としてもよい。
次に、制御系100のCPU52は、駆動回路60、61にヒートローラ22の加熱を指示する(ST2)。同時にCPU52は、図示しないタイマを作動させる(ST3)。CPU52は、タイマカウントが所定時間以内であるか(ST4)、サーミスタ33からの出力が規定値に到達したか(ST5)のチェックを行う。
この動作は、サーミスタ33が規定温度に到達するまで継続される(ST6)。規定温度に到達したことがCPU52により判断されると、サーミスタ33aとサーミスタ33bからの検知出力から換算される温度を比較する(ST7)。この差が予め決められた温度差以内である場合、問題ないと判断されてコイル位置調整のモードが終了される。
上記の動作で、ヒートローラ22の加熱動作時にタイマカウントが所定時間を越えたと判断された場合(ST5)及びヒートローラ22の加熱動作終了後にサーミスタ33a、33bからの検知出力温度差が予め決められた範囲を超えている場合、コイルホルダ71の位置調整を実行する。
コイル位置調整モードが開始してから、実際のコイル位置調整を行うと判断された回数を保持するカウンタの値が1回分加算される(ST8)。CPU52は、このカウンタの値が規定値以下であることを確認すると(ST9)、センタコイル27a、サイドコイル27b、27cの抵抗値を抵抗検知器90、91により測定する。尚、上記のカウンタの値が規定値を超えている場合は、自動調整が困難であるとして専門の調整者への連絡をユーザに知らせるメッセージが例えば、画像形成装置1の表示パネルに表示される。
この抵抗値測定結果に応じて、CPU52は、コイル位置がヒートローラ22表面に対して近いか、遠いかの判断により、調整方向および調整量を決定する(ST10)。調整の基準値は、コイルの大きさ、ヒートローラの導電金属層の厚み等により変更されるが、本実施例では、1.2Ωを基準値とした。この調整方向および調整量に基づいて、コイル位置調整機構のモータ78を駆動させる。モータ78による調整ナット74の位置が変更され、コイルホルダ71の位置、すなわちセンタコイル23a、サイドコイル23b、23cの位置が変更される。
この調整が終了したことが判断されると(ST11)、再度、抵抗検知器90、91により抵抗値が検知される。抵抗検知器90、91の検知出力が、規定範囲に入っているか否かが判断され、規定範囲内であれば、コイル位置調整モードは終了する。規定範囲外であると判断された場合、再度カウンタの値を1回分加算し(ST8)、再度、抵抗検知を含めた調整を実施する。
以上詳述したように、本発明の加熱装置においては、ヒートローラとコイルとの位置を微調整することが可能となる。これにより、ヒートローラ上に最適な熱量を加えることが可能となり、エネルギー効率を高めることが可能となる。
尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
本実施形態では、画像形成装置の定着装置を例に説明したが、これに限定されない。例えば、用紙上に定着されたトナー像の色を消すような消色装置にも応用できる。
11…定着装置、22…ヒートローラ、27…誘導加熱コイル、70…コイル位置調整機構、52…CPU、90…抵抗検知器
Claims (6)
- 少なくとも金属層を含む加熱手段と、
この加熱手段の外部に配置され、前記金属層に誘導電流を発生させるためのコイルと、
このコイルを保持し、前記加熱手段への位置決めのためのコイル位置決め部材を有するコイル保持手段と、
前記加熱手段に対して移動可能に設けられた可変位置決め部材と、
前記コイル保持手段を前記加熱部材の方向へ押圧し、前記コイル位置決め部材を前記可変位置決め部材へ押圧する押圧手段と、
前記可変位置決め部材の位置を変更する変更手段と、
を有することを特徴とする加熱装置。 - 前記コイルを含めた励磁回路の抵抗値を測定する抵抗検知手段をさらに有し、
この抵抗検知手段の検知結果に基づいて、前記変更手段により前記可変位置決め部材の位置を変更することを特徴とする請求項1記載の加熱装置。 - 前記可変位置決め部材は、前記加熱手段の回転軸付近の基準位置から前記コイルの位置可変方向に伸びた軸部材と、この軸部材表面に設けられたネジ溝に対応して回転可能に設けられた調整部材とからなり、前記コイル位置決め部材は、前記押圧手段によって前記調整部材へ押圧されることを特徴とする請求項1乃至2記載の加熱装置。
- 少なくとも前記加熱手段は、前記コイル保持部材を含まないユニット内に組み込まれ、、この前記加熱手段を含むユニットは、単独で加熱装置に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項1乃至3記載の加熱装置。
- 前記加熱部材との間で圧力を加えた状態で、記録媒体を搬送する加圧部材と、
前記ユニットの着脱の際、前記加圧部材が前記加熱部材から離間するための離間機構とを具備したことを特徴とする請求項4記載の加熱装置。 - 少なくとも金属層を含む加熱部材と、この加熱部材の外部に配置され、前記金属層に誘導電流を発生させるためのコイルと、このコイルを保持し、前記加熱手段への位置決めのためのコイル位置決め部材を有するコイル保持手段と、このコイル保持手段の前記加熱部材との距離を調整する調整手段と、前記コイルを含めた励磁回路の抵抗値を検知する検知手段を有する加熱装置において、
前記コイルの抵抗値を検知するステップと、
検知した抵抗値に基づいて、前記調整手段による前記コイル保持手段の位置の調整方向および調整量を決定するステップと、
からなることを特徴とする加熱装置のコイル位置調整方法。
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Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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