JP2014029374A - 像加熱装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】可動式の磁束調整部材52を有する電磁誘導加熱方式の像加熱装置Aにおいて、駆動モータM2の過昇温を防止する。
【解決手段】一定時間内に駆動モータM2にかかる電流値をソフト信号によりサンプリングを行い記録し、記録した電流の平均電流値を演算し、所定の制御電流値以内に前記平均電流値が収まるよう装置に連続的に通紙する記録材の通紙間隔を広げる制御を行うことを特徴とする。
【選択図】図11

Description

本発明は、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式などによって画像形成を行う複写機・プリンタ・ファクシミリ、それらの複合機能機等の画像形成装置に搭載される画像定着装置として用いて好適な電磁(磁気)誘導加熱方式の像加熱装置に関する。
像加熱装置としては、記録材上の未定着画像を固着画像として定着或いは仮定着する定着装置、記録材に定着された画像を再加熱することにより画像の光沢を増大させる光沢増大化装置などを挙げることができる。
以下、定着装置を例にして説明する。上記のような画像形成装置において、記録材上に形成された未定着のトナー画像を加熱定着する定着装置としては、熱ローラ方式の装置が汎用されている。この装置は、互いに圧接・回転している定着ローラ(熱ローラ)と加圧ローラとの圧接部(ニップ部)で未定着のトナー画像を担持した記録材を挟持搬送しながら熱と圧力を加えることで、トナー画像を記録材に溶融定着させるものである。定着ローラは一般にハロゲンランプを用いて加熱されている。
このような定着装置において、定着ローラを加熱するための手段として励磁コイルによる磁界で定着ローラ内面に設けた誘導発熱体に渦電流を発生させジュール熱により発熱させる方法が提案されている。この方法は熱発生源をトナーのごく近くに置くことができるので、従来のハロゲンランプを用いた熱ローラ方式に比して、定着装置の起動時に定着ローラ表面の温度が定着に適当な温度になるまでに要する時間が短くできるという特徴がある。また熱発生源からトナーヘの熱伝達経路が短く単純であるため熱効率が高いという特徴もある。
しかしながら、上述のような定着装置においては、小サイズの記録材を連続して装置に通紙して多量に定着処理した時に、いわゆる非通紙部昇温が発生する。即ち、定着ローラ表面の記録材の接触する所(通紙領域部)では該記録材に熱が伝わり搬送されて行くのに対し、接触しない所(非通紙領域部)では熱を付与するものがないので該熱が蓄積され、大きな温度差が生じてしまうことがある。通常、通紙領域部は、所定の定着温度に維持されるので、非通紙領域部が過度に昇温してしまう。これが非通紙部昇温である。
このような非通紙領域部昇温が生じると、磁束発生手段を構成している励磁コイルの表皮効果等による発熱や、磁性体コアのヒステリシス損による自己発熱とあいまって、励磁コイルの巻線被覆に高い耐熱性を有した樹脂が必要になって装置構成が制約される。
これを防止するため、特許文献1で提案されている技術は、磁性体コアが記録材搬送方向に直交する方向で分割され、移動手段にて励磁コイルと離れる方向に移動可能としている。これにより、磁性体コアが移動した部分では、励磁コイルと磁性体コアの距離が離れるため、励磁コイルの周りにできる磁性体コア及び誘導発熱体からなる磁気回路の効率が落ちて、発熱量が低下する。すなわち、非通紙部昇温が回避される。
また特許文献2で提案されている技術は、磁束発生手段と誘導発熱し、記録材上の画像を加熱する発熱部材を有する。また加熱部の長手方向に関する密度分布を変化せしめる磁束調整部材(磁束遮蔽部材)および磁束調整部材に駆動力を伝達する駆動伝達部材を有する。磁束発生手段は、磁束を発生するコイルと、前記コイルを支持するコイルホルダーで構成し、磁束調整部材は、コイルホルダーと前記発熱部材との間を回転移動する。これにより、非通紙部昇温が回避される。
特開2001−194940号公報 特開2004−265669号公報
可動式の磁束調整部材を有する構成において、記録材サイズに応じて磁束調整部材の位置を制御する際、13inch等のラージサイズからA5R等の小サイズへの切り替え動作が多くなる混載プリントを行うと、次の事項が懸念される。即ち、ステッピングモータ等の駆動モータにかかる負荷が多くなり、モータの自己昇温が懸念される。
そこで、発明は、温度検知手段等を設けず簡易的な構成で駆動モータの自己昇温を防止することを目的とする。
上記の目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、トナーにより画像が形成されている記録材をニップ部で挟持搬送して加熱する像加熱装置であって、磁束を生じるコイルと、前記磁束により発熱し前記記録材の画像担持面に接触する加熱回転体と、前記加熱回転体と前記ニップ部を形成するバックアップ部材と、前記コイルと前記加熱回転体との間の磁束が存在する領域において前記コイルから前記加熱回転体に作用する磁束を低減させるための磁束調整部材であって、前記領域から外れている初期位置と、装置に通紙可能な最大サイズ幅の記録材よりも小さいサイズ幅の記録材を通紙する際に前記加熱回転体の非通紙部領域に作用する磁束を減らす調整位置と、の間を駆動モータを含む移動手段で移動される磁束調整部材と、制御部と、を有し、前記制御部は、装置に記録材を連続的に通紙して加熱する連続通紙ジョブの実行中において、一定時間内に前記駆動モータ(M2)にかかる電流値をソフト信号によりサンプリングを行い記録し、記録した電流の平均電流値を演算し、所定の制御電流値以内に前記平均電流値が収まるよう装置に連続的に通紙する記録材の通紙間隔を広げる制御を行うことを特徴とする。
本発明によれば、温度検知手段等を設けず簡易的な構成で駆動モータの自己昇温を防止することができる。
(a)と(b)は、それぞれ、実施例1における定着装置(像加熱装置)の構成部材の分解図であり、(a)は左右の磁束調整部材がそれぞれ初期位置に位置している状態時、(b)は左右の磁束調整部材がそれぞれ最小サイズ幅の記録材の通紙時に対応する調整位置に移動されている状態時を示している。 実施例1における画像形成装置の一例の構成模型図である。 実施例1における定着装置の要部の正面模式図と制御系統のブロック図である。 同装置の要部の縦断正面模式図である。 同装置の要部の拡大横断面模式図である。 コイルユニットの内部を見せた状態の同装置の要部の斜視模式図である。 定着ベルトの層構成を示す断面模式図である。 磁束調整部材の可動部の詳細図である。 記録材通紙時における磁束調整部材の移動制御のフローチャート図である。 実施例1の制御フローチャート図である。 平均電流値に対しての生産性ダウン率を示すグラフである。
以下に、本発明の実施形態(実施例)を説明するが、実施形態は本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施形態により限定されるものではない。
[実施例1]
<画像形成装置例>
図2は、本発明に従う電磁誘導加熱方式の像加熱装置を定着装置Aとして搭載した画像形成装置の一例の構成模型図である。この画像形成装置は電子写真方式を用いたカラー画像形成装置である。
Y・C・M・Kはそれぞれイエロー(Y)色・シアン(C)色・マゼンタ(M)色・ブラック(K)色の色トナー画像を形成する4つの画像形成部であり、下から上に順に配列してある。各画像形成部Y・C・M・Kは、それぞれ、電子写真感光体ドラム(以下、ドラムと記す)21、帯電装置22、現像装置23、クリーニング装置24等を有している。各画像形成部Y・C・M・Kの現像装置23にはそれぞれ現像剤として、Y色、C色、M色、K色のトナーが収容されている。
各ドラム21は矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。その各ドラム21に露光を行うことにより静電潜像を形成する光学系25が上記4色の画像形成部Y・C・M・Kに対応して設けられている。光学系としては、レーザー走査露光光学系を用いている。各画像形成部Y・C・M・Kにおいて、帯電装置22により一様に帯電されたドラム21に対して光学系25より画像データに基づいた走査露光がなされることにより、ドラム表面に走査露光画像パターンに対応した静電潜像が形成される。
それらの静電潜像が現像装置23によりトナー画像として現像される。すなわち、画像形成部Yのドラム21にはY色トナー画像が、画像形成部Cのドラム21にはC色トナー画像が、画像形成部Mのドラム21にはM色トナー画像が、画像形成部Kのドラム21にはK色トナー画像が、それぞれ形成される。
各画像形成部Y・C・M・Kのドラム21上に形成された上記の色トナー画像は各ドラム21の回転と同期して、略等速で回転する中間転写体26上へ所定の位置合わせ状態で順に重畳されて一次転写される。これにより中間転写体26上に未定着のフルカラートナー画像が合成形成される。
本実施例においては、中間転写体26として、エンドレスの中間転写ベルトを用いている。ベルト26は、駆動ローラ27、二次転写ローラ対向ローラ28、テンションローラ29の3本のローラに巻きかけて張架されている。そして、ベルト26は、駆動ローラ27によって矢印の時計方向にドラム21の周速度とほぼ同じ周速度で循環移動駆動される。
各画像形成部Y・C・M・Kのドラム21上から中間転写ベルト26上へのトナー画像の一次転写手段としては、一次転写ローラ30を用いている。一次転写ローラ30に対して不図示のバイアス電源よりトナーと逆極性の一次転写バイアスを印加する。これにより、各画像形成部Y・C・M・Kのドラム21上からベルト26に対してトナー画像が一次転写される。各画像形成部Y・C・M・Kにおいてドラム21上からベルト26への一次転写後、ドラム21上に転写残として残留したトナーはクリーニング装置24により除去される。
上記工程をベルト26の回転に同調して、Y色、C色、M色、K色の各色に対して行い、ベルト6上に、各色の一次転写トナー画像を順次重ねて形成していく。なお、単色のみの画像形成(単色モード)時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。
一方、記録材カセット31内の記録材(被加熱材)Pは、給送ローラ32により一枚分離給送される。給送された記録材Pは、レジストローラ33により所定のタイミングで、二次転写ローラ対向ローラ28に巻きかけられているベルト26部分と二次転写ローラ34との圧接部である二次転写ニップ部に搬送される。
ベルト26上に形成された一次転写合成トナー画像は、二次転写ローラ34に不図示のバイアス電源より印加されるトナーと逆極性のバイアスにより、記録材P上に一括転写される。二次転写後にベルト26上に残留した二次転写残トナーは中間転写ベルトクリーニング装置35により除去される。記録材P上に二次転写されたトナー画像は、像加熱装置である定着装置Aにより記録材P上に加熱定着(溶融混色定着)され、フルカラープリントとして排紙パス36を通って排紙トレイ37に送り出される。
<定着装置A>
以下の説明において、定着装置Aまたはこれを構成している部材の長手方向もしくは幅方向とは記録材の搬送路面内において記録材搬送方向a(図5)に直交する方向に並行な方向である。また短手方向とは記録材搬送方向aに並行な方向である。定着装置Aに関し、正面とは装置を記録材入口側からみた面、背面とはその反対側の面(記録材出口側)、左右とは装置を正面から見て左または右である。上流側と下流側とは記録材搬送方向aに関して上流側と下流側である。上下とは重力方向において上または下である。
本実施例における定着装置Aは外部加熱型の電磁誘導加熱方式の像加熱装置である。図3は装置Aの要部の正面模式図と制御系統のブロック図、図4は装置Aの要部の縦断正面模式図、図5は装置Aの要部の拡大横断面模式図、図6はコイルユニットの内部を見せた状態の装置Aの要部の斜視模式図である。
この定着装置Aは、大別して、下記のような部材や手段を有している。
a:記録材Pの画像担持面と接触する加熱回転体(像加熱部材)としての可撓性を有する無端ベルト(以下、定着ベルトあるいはベルトと記す)1を含む加熱アセンブリ10
b:加熱アセンブリ10のベルト1に対向するバックアップ部材(対向部材、加圧部材、加圧回転体)としての弾性を有する加圧ローラ2
c:ベルト1と加圧ローラ2とを圧接させて定着ニップ部(ニップ部)Nを形成する加圧付勢部材(加圧手段)9(9L・9R)
d:ベルト1を加熱する磁束発生手段としてのコイルユニット(誘導加熱装置)40
e:磁束調整部材(磁束遮蔽部材、磁束調整手段)52(52L・52R)と、それを移動させる移動手段(駆動手段)M2・50・51(51L・51R)
(1)加熱アセンブリ10
加熱アセンブリ10は後述する磁束発生手段としてコイルユニット40から発生する磁束(磁界)が存在する領域を通過したときに電磁誘導で発熱する金属層(磁性部材、導電部材)を含む加熱回転体1を有する。本実施例においてこの加熱回転体1は可撓性を有する無端状(円筒状)のベルト体(エンドレスベルト)である。また、このベルト1の内部に挿入された、横断面下向きU字状の金属製のステー4を有する。このステー4の下側にはステー4の長手に沿って圧力付与部材としての加圧パッド(ニップパッド)3が取付けられている。
パッド3はベルト1と加圧ローラ2との間に所定の押圧力を作用させて定着ニップ部Nを形成させるための部材であり、耐熱性樹脂製である。ステー4はニップ部Nに圧力を与えるために剛性が必要であり、本実施例においては鉄製である。ステー4の上面側(コイルユニット40側)には、ベルト1を効率的に誘導加熱するために磁束をベルト1に集中させるための横断面ほぼ半円弧形状の内側磁性体コア(磁気遮蔽部材、磁気遮蔽コア)5がステー4の長手に沿って配設されている。このコア5は金属製ステー4の誘導加熱による温度上昇も防止している。
ステー4の左右の両端部にはそれぞれ延長腕部4aが設けられている。その延長腕部4aがそれぞれベルト1の左右の両端部から外方に突出している。その左右の腕部4aに対してそれぞれ左右対称形状のフランジ部材6L・6Rが嵌着されている。ベルト1は上記のパッド3・ステー4・コア5の複合体に対してルーズに外嵌されている。左右のフランジ部材6L・6Rはベルト1の長手方向の移動および周方向の形状を規制する規制部材である。
ベルト1は、後述するように、基層1a(図7)が電磁誘導発熱する金属で構成されている。そのため、後述するように回転するベルト1の幅方向への寄り移動を規制するための手段としてはベルト1の端面を単純に受け止めるだけのフランジ部を有するフランジ部材6L・6Rを設ければよく、装置Aの構成を簡略化できる。
ステー4の長手中央部にはベルト1の温度を検知する温度検知手段(温度検出素子)としてのサーミスタ等の温度センサTHが弾性支持部材7を介して配設されている。センサTHはベルト1の内面に対して部材7により弾性的に当接している。これにより、回転されるベルト1のセンサ当接面が波打つなどの位置変動が生じたとしてもセンサTHがこれに追従してベルト1の内面との良好な接触状態が維持される。
上記の加熱アセンブリ10は定着装置シャーシの左右の固定の上側板61L・61R間に左右のフランジ部材6L・6Rの各受圧部6aをそれぞれ側板61L・61Rに形成されている縦ガイドスリット部61aに係合させて配設されている。なお、シャーシの全体構成は図に省略した。従って、アセンブリ10は左右の側板61L・61R間においてスリット部61aに沿って上下方向に移動可能な自由度を有する。
図7はベルト1の層構成模型図である。ベルト1は内径が20〜40mm程度の金属の基層1aを有している。基層1aの外周には弾性層1bとして耐熱性ゴム層が設けられている。ゴム層1bの厚さは100〜800μmの範囲内で設定するのが好ましい。本実施例では、ベルト1の熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、ゴム層1bの厚みは1000μmとされている。更にゴム層1bの外周には、表面離型層1cとしてフッ素樹脂層(例えばPFAやPTFE)が設けられている。
基層1aの内面側には、ベルト内面と温度センサTHとの摺動摩擦を低下させるために、摺動性の高い滑性層1dを10〜50μm設けても良い。なお、定着ベルト1の金属層1aには鉄合金や銅、銀などを適宜選択可能である。
(2)加圧ローラ2
加圧ローラ2は外径が40mmであり、金属製の芯金2aに、弾性層2bとしてゴム層、また表面には離型層2cが設けられる。加圧ローラ2は定着装置シャーシの左右の固定の下側板62L・62R間に芯金2aの左右端部がそれぞれ軸受63L・63Rを介して回転可能に支持されて配設されている。加圧ローラ2は加熱アセンブリ10の下側においてアセンブリ10の長手に並行に配設されている。芯金2aの左側端部には加圧ローラ駆動ギアGが同心一体に配設されている。
(3)加圧付勢部材9L・9R
加熱アセンブリ10の左右のフランジ部材6L・6Rの受圧部6aと、それらの上方にそれぞれ位置させて配設されている左右の固定のバネ受け部材64L・64Rとの間には、それぞれ、加圧付勢部材としての左右のステー加圧バネ9L・9Rが縮設されている。
加圧バネ9L・9Rの所定の縮設反力により、加熱アセンブリ10の左右のフランジ部材6L・6Rと共にステー4およびパッド3が左右側において均等に押し下げられる。そして、パッド3がベルト1を挟んで弾性層2bの弾性に抗して加圧ローラ2の上面に対して所定の押圧力をもって圧接する。この圧接により、ベルト1と加圧ローラ2との間に記録材搬送方向aに関して所定幅の定着ニップ部Nが形成される。パッド3はニップ部Nの圧プロフィルの形成を補助する。
(4)コイルユニット40
コイルユニット40はベルト1を電磁誘導で加熱する加熱源(誘導加熱手段)であり、加熱アセンブリ10の上側において、定着装置シャーシの左右の固定の上側板61L・61R間に固定して配設されている。コイルユニット40は左右方向に長い、コイル保持部材としての電気絶縁性樹脂成型品であるハウジング41の内部に励磁コイル(磁束を生じるコイル)42、外部磁性体コア43が配設されている。
ハウジング41の底板41a側がベルト1の外面に対する対向面である。底板41aは横断面においてベルト1の外周面のほぼ上側半周範囲に沿うようにハウジングの内側に湾曲している。ハウジング41は、底板41a側をベルト1の上面に対して所定のギャップ(隙間)を存して対面させて、上側板61L・61R間に固定して配設されている。
コイル42は、電線としてリッツ線を用い、これを横長・船底状にしてベルト1のほぼ周面と側面の一部に対向するように巻回されている。そして、ハウジング内側に湾曲している底板41aの内面に当てがわれてハウジング内部に収納されている。コイル42には、制御部(制御回路部:制御手段)100で制御される電源装置(励磁回路)101から20〜60kHzの高周波電流が印加される。
外部磁性体コア43はコイル42によって発生した磁束がベルト1の金属層(導電層)1a以外に実質漏れないようにコイル42の外側を覆うように配設されている。コア43は、図6のように、コイル42の長手方向に沿って配設されており、かつ、記録材搬送方向aに直交する方向(コイル42の長手方向)に複数に分割されて並んで配置されており、コイル42の巻き中心部と周囲を囲むように構成されている。
また、本実施例においては、図6のように、記録材搬送方向aに直交する方向に複数に分割されているコア43の個々の分割コアを、それぞれ、更に3分割した構成にしてある。即ち、個々の分割コアを、コイル42の巻き中心部に対応する中央コア部43aと、この中央コア部43aよりも前側と後側の前側コア部43bおよび後側コア部43cと、に3分割した構成にしてある。3分割せずに、中央コア部43a、前側コア部43b、後側コア部43cが一体形状でも可である。
61bはハウジング61の上面側の蓋板である。図6はこの蓋板61bを取り外してコイルユニット40(ハウジング61)の内部を見せた状態の装置Aの要部の斜視模式図である。
(5)磁束調整部材52L・52Rと移動手段50・51
磁束調整部材52L・52Rは、コイル42とベルト1との間の磁束が存在する領域において、コイル42からベルト1に作用する磁束を低減させるための部材である。即ち、記録材搬送方向aと直交する幅方向において、装置Aに通紙可能な最大サイズ幅の記録材よりも小さい幅の記録材を通紙する際にベルト1の非通紙部領域に作用する磁束を減らす調整位置に移動させて磁束を調整するための磁束調整手段である。
磁束調整部材52L・52Rは移動手段(駆動手段)としての、制御部100で制御される駆動モータM2、リードネジ部材(リード部材)50、スライド部材51(51L・51R)により、装置Aに通紙される記録材の幅情報に応じて移動制御される。この磁束調整部材52L・52Rと移動手段M2・50・51、および移動制御については(7)項で詳述する。
(6)定着動作
画像形成装置のスタンバイ状態においては、定着装置Aは、定着モータM1がOFFにされていて加圧ローラ2の回転は停止している。コイルユニット40のコイル42に対する給電はOFFにされている。
制御部100は、プリントジョブ開始信号(画像形成ジョブ開始信号)の入力に基づいて定着モータM1をONする。これにより、定着モータM1の駆動力が駆動伝達機構(不図示)を介して加圧ローラ駆動ギアGに伝達されて加圧ローラ2が図5において矢印の反時計方向R2に所定の速度で回転駆動される。
この加圧ローラ2の回転により、定着ニップ部Nにおける加圧ローラ2の表面とベルト1の表面との摩擦力でベルト1に回転力が作用する。ベルト1はその内面がパッド3の下面に密着して摺動しながらステー4・パッド3・コア5の外周りを矢印の時計方向R1に加圧ローラ2の回転速度と同じ速度で従動回転する。ベルト1の回転に伴うスラスト方向への移動は左右のフランジ部材6L・6Rのフランジ部により規制される。
ベルト1は、少なくとも画像形成実行時には、制御部100で制御される定着モータM1によって加圧ローラ2が回転駆動されることで上記のように従動回転する。この回転は、画像形成部側から搬送されてくる、未定着トナー画像Tを担持した記録材Pの搬送速度とほぼ同一の周速度でなされる。本実施例の場合、ベルト1の表面回転速度が200mm/secで回転し、フルカラーの画像を1分間にA4サイズで50枚、A4Rサイズで32枚定着することが可能である。
制御部100は電源装置101からコイル42に対して、例えば20kHz〜60kHzの交番電流(高周波電流)を供給する。コイル42は交番電流の供給により交番磁束(磁場)を発生する。その交番磁束がコア43により回転しているベルト1の上面側においてベルト1の金属層1aに導かれる。そうすると、金属層1aに渦電流が発生して、その渦電流によるジュール熱により金属層1aが自己発熱(電磁誘導発熱)してベルト1が昇温していく。
即ち、回転するベルト1はユニット40から発生される磁束が存在する領域を通過したときに金属層1aが電磁誘導発熱して全周的に加熱されて昇温する。本実施例において、ベルト1とユニット40のコイル42は肉厚2mm程度のモールド(ハウジング底板)61aにより電気絶縁の状態を保ち、ベルト1とコイル42は一定距離に配置され、ベルト1は均一に加熱される。
このベルト1の温度が温度センサTHにより検知される。センサTHはベルト1の通紙域になる部分の温度を検知し、その検知温度情報が制御部100にフィードバックされる。制御部100の温度制御機能部はこのセンサTHから入力する検知温度(検知される温度に関する情報)が所定の目標温度(定着温度:所定の温度に対応する情報)に維持されるように電源装置101からコイル42に対する供給電力を制御している。
すなわち、ベルト1の検出温度が所定温度に昇温した場合、コイル42への通電が遮断される。本実施例では、ベルト1の目標温度である180℃で一定になるように、センサTHの検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させてコイル42に入力する電力を制御して温度調節を行っている。
上記のようにローラ2が駆動され、ベルト1が所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、ニップ部Nに未定着トナー画像Tを有する記録材Pがそのトナー画像担持面側をベルト1側に向けてガイド部材65で案内されて導入される。記録材Pはニップ部Nにおいてベルト1の外周面に密着し、ベルト1と一緒にニップ部Nを挟持搬送されていく。
これにより、主にベルト1の熱が付与され、またニップ部Nの加圧力を受けて未定着トナー画像Tが記録材Pの表面に熱圧定着される。ニップ部Nを通った記録材Pはベルト1の外周面からベルト1の表面がニップ部Nの出口部分の変形によって自己分離(曲率分離)して定着装置Aの外へ搬送される。
コイル42を含むコイルユニット40が、高温になるベルト1の内部ではなく外部に配置されているので、コイル42の温度が高温になりにくく、電気抵抗も上昇せず高周波電流を流してもジュール発熱による損失を軽減する事が可能となる。また、コイル42を外部に配置したことでベルト1の小径化(低熱容量化)にも寄与しており、ひいては省エネルギー性にも優れていると言える。
本実施例の定着装置Aにおいては、図5のように、横断面において、コイルユニット40を加熱アセンブリ10に対して定着ニップ部Nの記録材入口寄りに傾かせて配設している。これにより、コイルユニット40によるベルト1の誘導加熱部分をベルト1の回転方向において定着ニップ部Nに出来るだけ接近させて熱効率を向上させている。
(7)非通紙部昇温の抑制
背景技術で既述の通り、小サイズの記録材(装置に通紙使用可能な最大サイズ幅の記録材よりも幅が小さい記録材)を連続して装置に通紙して多量に定着処理した時(小サイズの記録材を通紙して加熱する加熱ジョブ時)に、いわゆる非通紙部昇温が発生する。この非通紙部昇温に対応すべく記録材の幅サイズに応じて、定着装置Aの長手方向の発熱分布を制御する磁束調整手段(サイズ対応の磁束遮蔽手段)に関して説明する。
定着装置Aに対する記録材Pの通紙は本実施例では記録材の幅中心の所謂中央基準で搬送される。図3・図4において、Oはその中央基準線(仮想線)である。W1は装置Aに通紙使用可能な最大サイズ幅の記録材の幅、W2は装置Aに通紙使用可能な最小サイズ幅の記録材の幅である。
コイルユニット40において、ベルト1の発熱幅に影響を与え、長手方向に複数に分割されて配置された外側磁性体コア43の全体の最大幅は、記録材Pの最大サイズ幅W1に対応すべくW1とする。
そして、本実施例では、記録材の各種幅サイズ(最大サイズ幅W1〜最小サイズ幅W2)に対応する磁束調整手段として磁束調整部材52(52L・52R)を用いる。磁束調整部材52は磁束遮蔽部材であり、アルミニウム、銅、銀、金、真鍮などの非磁性金属やその合金でも良いし、高透磁率部材であるフェライトやパーマロイなどの材料でもよい。
磁束調整部材52は、コイルユニット40のコイル42とベルト1との間の磁束が存在する領域において、コイル42からベルト1に作用する磁束を低減させるための部材である。即ち、記録材の搬送方向aと直交する幅方向において、通紙可能な最大サイズ幅よりも小さい幅の記録材を通紙する際にベルト1の非通紙部領域に作用する磁束を減らす調整位置に移動させて磁束を調整するための磁束調整手段である。
本実施例の装置Aは記録材Pの通紙が中央基準でなされるから、磁束調整部材52は装置の左側と右側とに一対52L・52R配設されている。磁束調整部材52の配設位置は、コイル42と外側磁性体コア43との間、コイル42とベルト1の間、もしくはベルト1と内側磁性体コア5との間などが考えられる。本実施例においては磁束調整部材52として銅板を用い、コイル42とベルト1の間に挿入した。
即ち、本実施例の装置Aにおいては、磁束調整部材52(52L・52R)はコイルユニット40とベルト41との間に形成されている隙間においてベルト1の左右両端部側に一対配設されている。図5、図8のように、磁束調整部材52L・52Rは共に帯板状の銅板をベルト1の外周面の略半周範囲に沿うように略半円弧状に曲げ加工した部材である。磁束調整部材52L・52Rの挿入により、コイル42と外側磁性体コア43で形成した磁束がベルト1の発熱層1aを通過するのを弱める効果がある。
左右の磁束調整部材52L・52Rは移動手段により装置Aの長手方向(左右方向)に位置移動制御される。即ち、磁束調整部材52L・52Rは、初期位置(退避位置、ホームポジション)と、調整位置(有効位置)と、に移動制御される。初期位置は磁束が存在する領域に位置しない位置である。調整位置は装置Aに通紙可能な最大幅の大サイズ記録材よりも幅が小さい小サイズ記録材を通紙した際のベルト1の非通紙部領域の温度を低下させるための位置である。
磁束調整部材52L・52Rを装置Aの長手方向に移動させることにより、装置Aに通紙される記録材Pの幅サイズに応じた長手発熱分布を制御する。左右の磁束調整部材52L・52Rのそれぞれの長手幅52W(図1:記録材搬送方向と交差する方向の幅)は、定着装置シャーシの左右の固定の上側板61L・61Rとコイル42の長手方向における内径の差分位置に配置できる幅以下の幅とした。
これは、磁束遮蔽効果を発揮する十分な幅を持つこと、最大サイズ幅の記録材に対応する最大発熱幅W1を低減しないこと、そして、定着装置Aの長手幅も拡大することなく配置出来る幅であるといった3つの理由からである。
磁束遮蔽効果を十分に発揮させるために、記録材搬送方向aと交差する方向の幅に関して、磁束調整部材52L・52Rの長手幅52Wと分割された外側磁性体コア43の長手幅43Wの関係は、52W>43W、のようにする。この条件を満たさないと、記録材端部での昇温の低減効果が分割された外側磁性体コア43の幅43Wより小さいところであると小さくなってしまうためで、分割された外側磁性体コア43の幅43Wよりも大きくなるように規定している。
図1の(a)と(b)は、それぞれ、定着装置Aの構成部材の分解図である。(a)は左右の磁束調整部材52L・52Rがそれぞれ初期位置A1に位置している状態時を示している。(b)は左右の磁束調整部材52L・52Rがそれぞれ最小サイズ幅W2の記録材の通紙時に対応する調整位置A2に移動されている状態時を示している。
左右の磁束調整部材52L・52Rはそれぞれ図1の(a)に示すように、記録材の最大サイズ幅W1の領域外に配置され、最大サイズ幅W1に対応した発熱分布を確保する。この配置を初期位置A1とする。この磁束調整部材52L・52Rの初期位置A1はコイル42とベルト1との間の磁束が存在する領域から外れている。
最小サイズ幅W2の記録材の通紙時には、(a)に示す初期位置A1から、左右の磁束調整部材52L・52Rを矢印方向Cに移動させ、(b)に示す調整位置A2に移動させる。(b)において、分割されている磁束遮外側磁性体コア43で形成する発熱幅W1の両端部に磁束調整部材52L・52Rが挿入されることにより、ベルト1を通過する磁束を弱まり、記録材の最小サイズ幅W2に対応する発熱分布を形成する。
次に、磁束調整部材52L・52Rの移動手段に関して説明する。図5に示すように、磁束調整部材52L・52Rは、それぞれ、ベルト1とコイル42の間に配置され、基部側52aが、装置Aの長手方向に移動するスライド部材51L・51Rに保持されている。装置Aの長手方向に移動する磁束調整部材52L・52Rと回転するベルト1が接触しないようにスライド部材51L・51Rに保持されている。
本実施例においては、磁束調整部材52L・52Rの自由端部52bを受け止めるストッパー部材41cをコイルユニット40のハウジング41に設けることで、磁束調整部材52L・52Rがベルト1側に接触することを防止している。
磁束調整部材52L・52Rの保持方法として、スライド部材51L・51Rと磁束調整部材52L・52Rが一体化されているもの、もしくはベルト1からのクリアランスを確保すべく、磁束調整部材52をハウジング41側に当接した構成でもよい。本発明は、スライド部材51と磁束調整部材52の保持方法を規定するものではない。磁束調整部材52L・52Rを保持したスライド部材51L・51Rは記録材Pの通紙の中央基準線Oに対し装置Aの長手方向の両端部に対称配置されている。
定着装置シャーシの左右の固定の上側板61L・61R間には、コイルユニット40の手前側においてリードネジ部材50がハウジング41に並行に配列されて板61L・61Rの軸受部61aに回転可能に支持されて配設されている(図3、図6)。このリードネジ部材50は、左半部側のネジ部50Lと右半部側のネジ部50Rとを互いに逆ネジにしてある。軸受部61aは耐久性のある軸受け部材を別に設けても良い。
左右のスライド部材51L・51Rは、それぞれ、リードネジ部材50の左側ネジ部50Lと右側ネジ部50Rに螺合されている。左右の磁束調整部材52L・52Rを保持する左右のスライド部材51L・51Rは、リードネジ部材50から駆動力をもらい、記録材Pの通紙の中央基準線Oに対し、線対称に移動する。
リードネジ部材50が、図6に示す正回転方向RCに回転駆動されることで、左右のスライド部材51L・51Rは矢印C方向に移動する。一方、リードネジ部材50が逆回転方向RDに回転駆動されることで、左右のスライド部材51L・51Rは矢印D方向に逆移動する。
図8に示すように、リードネジ部材50の左右のネジ部50L・50Rにはそれぞれ左右のスライド部材51L・51Rの円筒形状51c・51dを外嵌させ、ボス部51bをネジ部50L・50Rに係合させている。ここで、ネジ部50L・50Rに外嵌する円筒形状51c・51dは、ネジ部50L・50Rとの接触部面積を減らすために、3点以上接触する形状であってもよい。
リードネジ部材50は制御部100で制御される駆動モータ(例えばステッピングモータ)M2の正回転力または逆回転力が駆動伝達機構(不図示)を介して伝達されて正回転方向RCまたは逆回転方向RDに回転駆動制御される。
左右の磁束調整部材52L・52Rを図1の(a)の初期位置A1に位置している状態において、リードネジ部材50が正回転駆動されると、左右の磁束調整部材52L・52Rはそれぞれベルト11の中央部に向って同じ移動量をもって移動する。即ち、左右の磁束調整部材52L・52Rの間隔が中央基準で狭められる。
リードネジ部材50の正回転量が制御されることで、左右の磁束調整部材52L・52Rが、装置Aに通紙可能な最大幅W1の大サイズ記録材よりも幅が小さい小サイズ記録材を通紙した際の非通紙部の温度を低下させるための調整位置A2に移動される。調整位置A2は小サイズ記録材の各種幅に対応して異なる位置となる。
また、左右の磁束調整部材52L・52Rの間隔が狭められている状態において、リードネジ部材50が逆回転駆動されると、左右の磁束調整部材52L・52Rはそれぞれベルト1の左右両端部側の初期位置A1に向って同じ移動量をもって移動する。即ち、磁束調整部材52L・52Rの間隔が中央基準で広げられる。
上記のモータM2、リードネジ部材50、スライド部材51L・51Rが左右の磁束調整部材52L・52Rを初期位置A1と調整位置A2との間を往復移動動作させる移動手段(駆動手段、シフト機構)を構成している。
本実施例では、磁束調整部材52L・52Rの装置Aの長手方向への移動手段として、スライド部材51L・51Rとリードネジ部材50を用いたが、これに限定されるものではない。磁束調整部材52L・52Rを記録材Pの通紙の中央基準線Oに対し、長手方向の両端部に対称移動する移動構成であれば、ワイヤー等を用いた移動手段でも可である。
次に各種の紙サイズ(W1〜W2)に対する磁束調整部材52L・52Rの動作の制御を説明する。
図1、図3に示すように、磁束調整部材52(52L・52R)の動作の制御手段として、リードネジ部材50を駆動させる駆動モータM2、磁束調整部材52の位置検出手段としてのセンサSNSを有する。また、センサSNSの信号をもとに駆動モータM2の動作を制御する制御部100を有する。
センサSNSはフォトイタラプタであり、左側のスライド部材51Lに設けたフラグ部51aにより遮光のON/OFFを行う。駆動モータM2からリードネジ部材50に伝達するバックラッシュ等の駆動のばらつきを考慮し、センサSNSでフラグ部51aのエッジを検出し、磁束調整部材52の位置制御をおこなう。
制御部100は、画像形成装置に設置されている操作部102(図3)や、コンピュータ等の外部ホスト装置103の記録材サイズ入力手段104の信号(装置Aに通紙される記録材のサイズ幅の情報)を読み取る。そして、その信号と、センサSNSの信号をもとに駆動モータM2を制御している。
図9は本実施例における磁束調整部材52L・52Rの動作制御のフローチャート図である。図9により、装置Aに通紙される記録材Pのサイズ幅が最小サイズ幅W2である時を例にして、磁束調整部材52(52L・52R)を保持するスライド部材51(51L・51R)の動作を説明する。
プリントジョブが開始する(S9−1)と、記録材サイズ入力手段104から記録材サイズの入力値を読み取る(S9−2)。記録材サイズの入力値に合わせて制御部100の演算により、磁束調整部材52の初期位置A1(図1の(a))からの駆動モータM2へ入力するパルス数C1を決定する(S9−3)。
制御部100は、センサSNSの信号を読み取り(S9−4)、センサSNSのON/OFF状態に応じて、駆動モータM2とセンサSNSを用いて、磁束調整部材52を図1の(a)に示す初期位置A1に戻す。
まず、センサSNS信号がOFF状態であると、磁束調整部材52が初期位置A1におらず、記録材搬送方向aと直交方向の中央側に寄っているため、磁束調整部材52を図1の(a)に示す位置に移動させる(S9−5)。
駆動モータM2を逆回転駆動させて磁束調整部材52を矢印D方向に移動させる。スライド部材51に設けたフラグ部51aがセンサSNSの検知位置を通過(センサSNS信号がOFF⇒ON)したことを検知する(S9−6)。検知後、駆動モータM2に所定パルスD1を入力する。これにより、X0移動した位置で磁束調整部材52の動作が終了し(S9−7)、初期位置A1に配置する(S9−8)。
一方、センサSNSの信号がON状態であると、磁束調整部材52をC方向へ動くように駆動モータM2を正回転駆動させる(S9−9)。そして、センサSNSの信号が切替ったこと(ON⇒OFF)を認識すると(S9−4)、駆動モータM2を逆回転駆動させ、磁束調整部材52をD方向に移動させる(S9−5)。
その後、スライド部材51に設けたフラグ部51aがセンサSNSの検知位置を通過(センサSNS信号がOFF⇒ON)後(S9−6)、駆動モータM2に所定パルスD1を入力する(S9−7)。これにより、X0移動した位置で磁束調整部材52の動作が終了し、初期位置A1に配置する(S9−8)。
駆動モータM2を回転させて磁束調整部材52を矢印C方向に移動させる(S9−10)。スライド部材51に設けたフラグ部51aがセンサSNSの検知位置を通過(センサSNS信号がON⇒OFF)したことを検知する(S9−11)。検知後に駆動モータM2に所定パルスC1を入力する(S9−12)。これにより、図1の(b)に示すX1移動した位置で磁束調整部材52の動作が終了し(S9−13)、プリントが開始される(S9−14)。そして、磁束調整部材の制御動作が終了する(S9−15)。
これにより、最小サイズ幅W2に対応した記録材の通紙において、非通紙部昇温や端部定着不良を誘発させることのない発熱分布を形成することができる。
また、記録材サイズが最大サイズ幅W1の時は、駆動モータM2への入力パルスC1=0とし、磁束調整部材52を初期位置A1から動かさずに、プリントが開始される。
また、定着装置Aを通紙する記録材の長手幅がW(W1>W>W2)の記録材に対しては、以下のように対応する。即ち、記録材の長手幅Wの入力値に合わせて制御部100の演算により、駆動モータM2のセンサSNSからの所定のパルス数C1を変更する。これにより、上記と同様に記録材の長手幅Wに対応した非通紙部昇温や端部定着不良を誘発させることのない発熱分布を形成することができる。
上記の制御をまとめると次のとおりである。制御部100は、記録材を通紙して加熱する加熱ジョブ時に、移動手段M2、50、51を制御して磁束調整部材52L・52Rを通紙される記録材Pのサイズ幅の情報に応じた調整位置A2に移動させる制御を実行する。
(8)駆動モータM2の制御
上記のように磁束調整部材52L・52Rを装置Aに通紙される記録材Pのサイズ幅の情報に応じた調整位置A2に移動させる制御動作を行う際、駆動モータM2の動作回数が多くなり、磁束調整部材52L・52Rの移動量が多くなる。そうすると、モータM2にかかる負荷が多くなりモータM2の自己昇温が発生する。例えば、A4サイズ用紙→A5サイズ用紙→A4サイズ用紙等の混載プリントを常時行った場合、磁束調整部材52L・52Rの移動量が多くなりモータM2の自己昇温が発生する。
本実施例におけるモータM2(ステッピングモータ)では、昇温を満足するため平均アンペア0.14A以下に抑える必要があったが、実施前は平均アンペア0.31Aかかっていた。そこで、0.14A以下に抑えるために図10に示す制御を行った。
ここで、Nは所定期間当りのモータの駆動回数であり、PPMは、一分間に搬送する記録材の数であり、生産性を示す。本実施形態では、駆動モータM2が一回駆動するのに伴って流れる電流は0.7Aである。そうすると1分間に流れる電流の合計は、0.7Nであるので、一分間当りの平均アンペアXについては、X=0.7N/60となる。
制御部100がXを算出した上で、Xが0.14A以下であると判断した場合、生産性を維持する(または生産性を高める)。そして、Xが0.14より大きいと判断した場合、Xが0.14になるように、記録材と記録材の搬送間隔を広げることによって生産性を低下させる。
なお、本実施形態では、(i)X=0.7N/60、(ii)X≦0.14を満たすNは、N≦12となる。すなわち、本実施形態では、1分間当たりの駆動回数が12回以下であれば、モータM2の自己昇温は抑制される。
即ち、制御部100は、プリント開始後より、駆動モータM2にかかるアンペアを1秒間隔で60回サンプリングを行う。演算により1分間にかかる平均アンペアを導き出し、閾値の平均アンペア0.14A以上の場合は、平均アンペア0.14A以内に収まるよう、装置Aに導入する記録財Pの間隔(用紙間隔)を広げる処理を行い生産性(図11参照)を下げる。
サンプリング及び演算方法は、1〜60個の記憶領域を持ち、1個目より順次書き込み1秒間隔に演算を行う。記憶領域は60個目に達した時点で、1個目にサンプリング情報を上書きしループ処理することで、リニアに演算を行うことが可能となる。
上記の制御をまとめると次のとおりである。制御部100は、装置Aに記録材Pを連続的に通紙して加熱する連続通紙ジョブの実行中において、一定時間内に駆動モータM2にかかる電流値をソフト信号によりサンプリングを行い記録し、記録した電流の平均電流値を演算する。そして、所定の制御電流値以内に前記平均電流値が収まるよう装置に連続的に通紙する記録材の通紙間隔を広げる制御を行う。これにより、混載プリントを常時行った場合において駆動モータの平均電流値が所定の制御電流値以内に収められることで、温度検知手段等を設けず簡易的な構成で駆動モータの自己昇温を防止することができる。
また、前記サンプリングは、1個以上の記憶領域を有し、もっとも古い記録値より上書きしていくことにより平均電流値をリニアに演算を行うことが可能となる。
なお、本実施形態では、駆動モータを流れる平均電流値に応じて、記録材の搬送間隔を制御する構成であるが、この構成に限定する意図ではない。所定期間に駆動モータを流れる電流の合計値に応じて、記録材の搬送間隔を制御する構成にすることもできる。あるいは、所定期間当りの駆動モータの駆動回数に応じて、記録材の搬送間隔を制御する構成にすることもできる。
[実施例2]
本実施例は、実施例1において、制御部100は、前記平均電流値が前記所定の制御電流値以内に収めるよう、装置に連続的に通紙する記録材の通紙間隔を所定時間毎に可変に制御することを特徴とする。実施例1の画像形成装置および定着装置Aに対して、共通部分の構成、動作に関する説明は省略する。
図10で示す制御を行いリニアに演算を行うことで、用紙間隔を可変に制御することができる。例として、A4→A5R→A4・・・・・A4連続の様な混載プリントの場合、最後のA4連続時は磁束調整部材52L・52Rの移動量は0となる。そのため、実施例1もモータ制御を行い、閾値0.14A以内になったら、用紙間隔を通常状態に戻し生産性(図11参照)を上げることが可能となる。
[その他の事項]
1)加熱回転体1としてのベルト体は、複数の張架部材間に懸回張設されて駆動ローラにより循環移動される可撓性を有するエンドレスベルト体の形態とすることもできる。加熱回転体1はローラ体の形態にすることもできる。
2)加熱回転体1の内部にコイルユニット40を配設した内部加熱方式の装置構成にすることもできる。
3)加熱回転体1とニップ部Nを形成するバックアップ部材2はローラ体に限られない。回転可能なエンドレスベルト体にすることもできる。また、表面(加熱回転体1や記録材Pとの当接面)の摩擦係数が小さい非回転部材(加圧パッドなど)の形態にすることもできる。バックアップ部材2も加熱する構成にすることもできる。
3)装置Aに対する記録材Pの通紙(搬送)は中央基準に限られない。記録材の幅方向の一方側の側部を基準として通紙(搬送)する片側基準の装置構成とすることもできる。
4)本発明の像加熱装置は、実施例のような、記録材に形成された未定着のトナー画像を固着画像として加熱定着する定着装置としての使用に限られない。記録材に一旦定着された或いは仮定着されたトナー画像(定着済みトナー画像又は半定着トナー画像)を再加熱加圧して光沢度を向上させるなどの画像の表面性状を調整する加熱処理装置としても有効である。
5)画像形成装置の画像形成部は電子写真方式に限られない。静電記録方式や磁気記録方式の画像形成部であってもよい。また、転写方式に限られず、記録材に対して直接方式で未定着トナー画像を形成する構成のものであってもよい。
A・・像加熱装置(定着装置)、P・・記録材、T・・トナー画像、N・・ニップ部(定着ニップ部)、42・・励磁コイル、1・・加熱回転体(定着ベルト)、2・・バックアップ部材(加圧ローラ)、52(52L・52R)・・磁束調整部材、M2・50・51・・移動手段、100・・制御部、W1・・最大サイズ幅、W2・・最小サイズ幅、A1・・初期位置、A2・・調整位置、M2・・駆動モータ

Claims (3)

  1. トナーにより画像が形成されている記録材をニップ部で挟持搬送して加熱する像加熱装置であって、
    磁束を生じるコイルと、
    前記磁束により発熱し前記記録材の画像担持面に接触する加熱回転体と、
    前記加熱回転体と前記ニップ部を形成するバックアップ部材と、
    前記コイルと前記加熱回転体との間の磁束が存在する領域において前記コイルから前記加熱回転体に作用する磁束を低減させるための磁束調整部材であって、前記領域から外れている初期位置と、装置に通紙可能な最大サイズ幅の記録材よりも小さいサイズ幅の記録材を通紙する際に前記加熱回転体の非通紙部領域に作用する磁束を減らす調整位置と、の間を駆動モータを含む移動手段で移動される磁束調整部材と、
    制御部と、
    を有し、前記制御部は、装置に記録材を連続的に通紙して加熱する連続通紙ジョブの実行中において、一定時間内に前記駆動モータにかかる電流値をソフト信号によりサンプリングを行い記録し、記録した電流の平均電流値を演算し、所定の制御電流値以内に前記平均電流値が収まるよう装置に連続的に通紙する記録材の通紙間隔を広げる制御を行うことを特徴とする像加熱装置。
  2. 前記サンプリングは、1個以上の記憶領域を有し、もっとも古い記録値より上書きしていくことを特徴とする請求項1に記載の像加熱装置。
  3. 前記制御部は、前記平均電流値が前記所定の制御電流値以内に収めるよう、装置に連続的に通紙する記録材の通紙間隔を所定時間毎に可変に制御することを特徴とする請求項1に記載の像加熱装置。
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