JP4652769B2 - 誘導加熱定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真装置やファクシミリなどの記録装置に適用可能な電磁誘導加熱方式の定着装置に関する。

近年、加熱装置の省エネルギー化（低消費電力化）と、ユーザの操作性向上（クイックプリント）との両立を図ることが一層注目され重視されてきている。

かかる要請に応える装置として、加熱源として高周波誘導を利用した誘導加熱方式の加熱装置が提案されている。（例えば特許文献１）この誘導加熱装置は、金属導体からなる中空の定着ローラの内部にコイルが同心状に配置されており、このコイルに高周波電流を流して生じた高周波磁界により定着ローラに誘導渦電流を発生させ、定着ローラ自体の表皮抵抗によって定着ローラそのものをジュール発熱させるようになっている。この誘導加熱方式の加熱装置によれば、電気−熱変換効率がきわめて向上するため、ウォームアップタイムの短縮化が可能となる。しかしながら、このような誘導加熱方式の加熱装置にあっては、誘導コイルに数Ａ〜数十Ａの大電流が流れるために、誘導コイル自身のジュール発熱による温度上昇問題があった。また、誘導コイルが加熱部材の内部空間に配置される場合には、効率のよい熱放出が行われず、誘導コイルの温度上昇が大きくなる。

このような誘導コイルの温度上昇が発生した場合、例えば誘導コイルの被覆が熱により溶融し、絶縁性が損なわれてしまうという問題があった。

そこで、誘導コイルの温度上昇を押さえるために、送風手段の冷却機構を設けるという提案がなされている。（例えば特許文献２参照）また、誘導コイルの温度上昇を押さえるために、誘導コイルに放熱板を当接配置するという提案もなされている。（例えば特許文献３参照）
特開昭５９−３３７８７号公報 特開昭５４−３９６４５号公報 特開平０９−１６００６号公報

しかしながら、特許文献１では、送風などの冷却機構を用いても、誘導発熱体の温度調節をしながら冷却機構を動作させている。その為、実際には発熱させながら冷却するという相反することを同時に行うため、省エネルギーに反する。また冷却効果も低いという問題がある。また、新たに冷却機構を設けなければならずコストアップを招いてしまう。

また、特許文献２では放熱板は放熱をする必要がない際にも放熱を行うため、放熱板のない場合に比べてウォームアップ時間が延び、定着待機中における消費電力が多くなるなどの問題がある。

そこで、本発明の目的は、省エネルギーで消費電力の少なくコイル冷却できる定着装置を提供することにある。

そこで、本発明は、通電により磁束を生ずるコイルと、コイルからの磁束により発熱し、記録材上の像を定着する回転可能な定着部材と、前記定着部材の回転を制御する回転制御手段と、前記コイルと前記定着部材との間の遮蔽位置に移動することにより前記コイルから前記定着部材に向かう磁束を遮蔽する遮蔽部材と、像加熱部材の温度を検知する温度検知部材と、前記温度検知部材の出力に応じてコイルへの通電を制御する通電制御手段と、と、を有する像加熱装置において、前記コイルへの通電を停止し、前記定着部材を回転させて前記コイルを冷却する冷却シーケンスを実行する実行部と、を有し、前記遮蔽部材を前記遮蔽位置へ配置してトナー像を記録材に連続して定着する動作の開始から冷却シーケンスの実行までの時間は、前記定着部材の回転軸線方向における幅が通紙可能な最大サイズである記録材にトナー像を連続して定着する動作の開始から冷却シーケンスの実行までの時間よりも短く設定することを特徴とする。

磁束発生手段と、磁束発生手段の発生磁束の作用により電磁誘導加熱され、回転可能な誘導発熱体と、加熱部に被記録材を導入・搬送させて誘導発熱体の熱により加熱する定着装置において、
前記磁束発生手段は誘導コイルを備え、磁束発生手段の出力を停止して誘導発熱体の回転を行う冷却シーケンスを有することで、冷却部材を設けることなく定着装置を必要な時のみすばやく冷却可能となる。

〔実施例〕
参考例
図４は、本参考例の誘導加熱装置の断面図である。

誘導発熱体である定着ローラ８は外形４０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ、長さ３４０ｍｍの鉄製の芯金シリンダに表面の離型性を高めるためにＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂層を設けている。カラー画像などの高画質な定着画像を得るために芯金と表層の間にシリコンゴムなどの耐熱弾性層を設けても良い。

加圧ローラ９は外径３５ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ３４０ｍｍ中空芯金とその周面に形成される表面離型性耐熱ゴム層である断熱層からなる。

定着ローラ８と加圧ローラ９は回転自在に支持され、互いに不図示の加圧機構によって圧接しており、幅約５ｍｍの定着ニップＮを形成する。定着ローラ８は不図示の回転モータによって３００ｍｍ／ｓｅｃの速度で駆動され、加圧ローラ９は定着ニップＮでの摩擦力で従動回転する。記録シートＰは、未定着トナー像ｔを担持しつつ定着ニップＮに導入され、加熱加圧されて、定着画像となる。

誘導コイル１３はＰＰＳ、ＰＥＥＫ、フェノール樹脂等の耐熱磁性樹脂からなるホルダによってコア１２、および不図示のステイに保持されている。この誘導コイルには１０〜１００ｋＨｚの交流電流が印加される。交流電流によって誘導された磁界により導電層である定着ローラの内面に渦電流が発生し、ジュール熱を発生させる。このとき、誘導コイルの内部抵抗により誘導コイル自身も発熱する。

今、普通紙の定着ローラ軸方向最大幅であるＡ４サイズ連続通紙により温度検知手段１１を用いて定着ローラの表面温度が２００℃になるように温調した状態が１時間続いていたとする。この状態は図５に示すように事前の検討から定着ローラ内の誘導コイルの中央部が温度が２３０℃に達すると予測される状態である。誘導コイルの被覆は２３５℃で溶ける材料を用いているためショートの可能性があり、危険な状態である。

そこで、図１２に示すような冷却シーケンスを操作させる。具体的には、コイルの温度が所定温度に達したら（達したと予想されたら）ジョブを１次停止、通電制御手段１００により誘導コイルへの電力供給をＯＦＦ、定着ローラ８および加圧ローラ９を回転制御手段１６により回転させる冷却シーケンスを開始した。電力供給ＯＦＦにより発熱はしなくなる。定着ローラの回転により空気へ放熱する。また、定着ローラは接触している加圧ローラへの放熱する。加圧ローラは発熱源ではなく、確実に過熱ローラよりも温度が低いため、熱を定着ローラから奪う。さらに、回転により空気中への放熱も行う。以上のように、冷却シーケンスには二つの冷却作用がある。

冷却シーケンスにより、誘導コイル温度が復帰設定温度２００℃まで下がり、通紙再開までにかかる時間は、従来の温度検知手段１１を用いて定着ローラが一定の温度を保つように温調しながら両ローラを回転させる場合で図６に示すようにおよそ１８０秒。さらにＦＡＮを用いて冷却した場合に１２０秒かかっていた。定着ローラを回転させずに誘導過熱を停止させると、図８に示すようにコイルの温度は徐々に下がっていくが、定着ローラの加圧ローラとの特にニップ部とその他の部分で温度むらができ、そのままでは定着性や光沢にむらができてしまう。また、回転しないために空気中への放熱量も減るため、むら解消まで含めると、通紙再開までには１３０秒かかってしまう。ここで、コイル温度はコイル近傍に熱電対を配置して測定を行った。

これら従来の冷却シーケンスに対し、本発明の誘導過熱を停止させて定着ローラの回転を行う冷却シーケンスでは、図７に示すようにＦＡＮなどの特別な冷却機構をもたずに７５秒。さらにＦＡＮを用いた場合には３０秒で通紙再開可能となる。

ここでは定着ローラの温度検知手段と時間からコイルの温度を予測したが、他の条件などから予測、もしくは直接コイルの温度を検知して冷却シーケンスを動作させても良い。

実施例１
本実施例において基本的な構成は参考例と同じとする。ただし、小サイズの紙を通紙する際に端部の過度な発熱を抑えるために、定着ローラ軸方向両端部において、誘導コイルと定着ローラの間に介入して発生磁束を遮蔽し、図４に示すように磁束遮蔽部材駆動手段１５により必要時には１４ｂの位置へ、不要時には１４ａの位置へ定着ローラ周方向に動作可能な磁束遮蔽手段を有している。

今、ユーザにより長手方向に小さなＢ５サイズのジョブを選択されたとする。このとき、磁束遮蔽手段が誘導コイルと発熱体である定着ローラとの間、長手方向では端部に挿入される。これにより定着ローラの端部はほぼ発熱しなくなる。誘導コイルから見た場合に見かけ上、ローラが短くなるので、ローラの抵抗小さくなり力率がダウンする。熱変換効率がダウンすることから、定着ローラ表面を同じ温度に温調使用とした場合、磁束遮蔽手段を挿入すると誘導コイルが昇温しやすくなる。

磁束遮蔽を開始してから５分後、事前の検討から誘導コイル温度が２３０℃に達する時間である。そこで冷却シーケンスを動作させてコイルを冷却させてからジョブを再開、コイル被覆が溶けることなくそのジョブを終了させた。

実施例２
本実施例において基本的な構成は参考例と同じとする。ただし、定着ローラは２００ｍｍ／ｓで駆動回転され、普通紙では誘導コイル温度は２２０℃で飽和するため、冷却シーケンスは動作させる必要がない構成となっている。

今、ユーザにより厚紙のジョブが選択されたとする。図９に示すように厚紙では定着性確保のために定着ローラの温調温度を２１０℃にしなければならない。また、非記録材である紙自身も普通紙と比べて熱容量が大きい。この２つの理由から厚紙のジョブ時には普通紙のジョブ時に比べて誘導コイルへの投入電力が増大し、誘導コイルが昇温しやすくなる。

厚紙のジョブを開始してから４分後、事前の検討から厚紙ジョブ時には誘導コイル温度が２３０℃に達する時間である。そこで冷却シーケンスを動作させてコイルを冷却させてからジョブを再開、コイル被覆が溶けることなくそのジョブを終了させた。

実施例３
本実施例において基本的な構成は参考例と同じとする。ただし、定着ローラの回転速度は通常の白黒ジョブ時の速度３００ｍｍ／ｓ（Ｖ１）と、フルカラーのジョブ時の速度７５ｍｍ／ｓ（Ｖ２）と、通紙中の待機中の放熱を抑えるための速度５０ｍｍ／ｓ（Ｖ３）の３段階持っている。また、定着ローラの加圧ローラへの圧力は、定着ローラの立ち上げ時間を短縮するための加圧オフと、普通紙ジョブ時用の加圧１と、定着困難な被記録材に対応するための加圧２に動作可能で、その加圧力の関係は加圧オフ＜加圧１＜加圧２であり、そのときのニップ幅は各々１ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍであった。

今、ジョブはフルカラーの普通紙のモードであり、定着ローラの回転速度をＶ２、加圧力は加圧１に設定しており、通紙中になんらかの状況により誘導コイル温度が２３０℃に達する状態になったとする。そこで定着ローラの回転速度は一番早いＶ１に設定、また、加圧力を一番大きい加圧２に設定してニップ幅を７ｍｍとして冷却シーケンスを動作させた。このように回転速度を高めて空気中と加圧ローラの放熱量を増加、ニップを増加させて加圧ローラへの方熱量をさらに増加させたことで、Ｖ２、加圧１ではジョブの再開に４０秒かかるところを２５秒で済ませることができた。

実施例４
本実施例において基本的な構成は実施例１と同じとする。

今、ジョブは小サイズであり、磁束遮蔽手段（磁束調整手段）が図４の１４ｂの挿入位置にある時に、図１０に示すように誘導コイル温度が２３０℃に達する状態になったとする。このとき、磁束遮蔽手段は誘導コイルから離れた１４ａの位置に退避、同時に冷却シーケンスを開始した。磁束遮蔽手段自身も温度が上がっているため、１４ｂの位置のままでは３５秒ジョブの再開に時間がかかるところを、１４ａの位置に移動することで熱を持つ磁束遮蔽部材の誘導コイルへの放熱を減らすことができ、再開までかかる時間を３０秒に短縮することができる。

磁束調整部材が磁束遮蔽位置に入った時間をＣＰＵ１０１でカウントしてその時間が所定時間を超えたらコイルが所定温度に達した判断して冷却シーケンスに入っても良い。

実施例５
本実施例において基本的な構成は実施例１と同じとする。ただし、磁束遮蔽手段はさまざまなサイズの紙に対応するために２段階で端部の磁束を遮蔽できるようになっている。

今、ユーザによりＢ５のジョブが選択されたとする。磁束遮蔽手段がＡ４横に対応した図１１のａのようなＡ４横とＢ５の中間で遮蔽するような１段遮蔽板の場合には、定着ローラの非通紙部が端部昇温するため、磁束遮蔽手段を挿入れなければならない。この場合、遮蔽すると被記録材の軸方向端部の端部が逆に発熱しなくなるため、その非加熱域が定着困難になるのに加え、必要以上に磁束を遮蔽することにより誘導コイル昇温もよりしやすい状態となる。しかしながら、図１１のｂのようにＡ４横とＢ５各々に対応した２段階の磁束遮蔽部材を用いれば、図４の１２ｂに示すコイルセンターコアに対向する位置が図１１のｂに示すような位置で遮蔽することで、必要な部分のみを磁束遮蔽できるため、誘導コイル昇温もかなり抑えられ、冷却シーケンスに入る回数を減らすことができる。１段のものでは１０００枚のジョブ中に４回だったものが２段のものでは２回しか動作しなかったため、約１分速くジョブを終了することができた。

本発明の概略タイミングチャート 一般的な電子写真装置の概略断面図 一般的な定着装置の概略断面図 実施例１に関する誘導加熱装置概略断面図 参考例に関する誘導コイル昇温に至るタイミングチャート 参考例に関する従来冷却シーケンスのタイミングチャート 参考例に関する本発明冷却シーケンスのタイミングチャート 参考例に関する定着ローラを回さない場合のタイミングチャート 実施例２に関するタイミングチャート 実施例４に関するタイミングチャート 実施例５に関する磁束遮蔽手段の概略図 本発明の概略を示すフローチャート

符号の説明

１ 感光ドラム
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写装置
６ クリーニング装置
７ 定着装置
８ 加熱ローラ（定着ローラ）
９ 加圧ローラ
１０ 発熱体
１１ 温度検知手段
１２ａ サイドコア
１２ｂ センターコア
１３ 誘導コイル
１４ａ 磁気遮蔽手段退避位置
１４ｂ 磁気遮蔽手段挿入位置
１５ 磁気遮蔽部材駆動手段
１６ 回転制御手段
１７ 回転手段
１８ 加圧力または定着ニップ変更手段
１００ 通電制御手段
１０１ ＣＰＵ
１０２ コイル温度検知手段
Ｌ 露光
Ｐ 記録材
ｔ トナー
Ｎ ニップ

Claims (2)

1. 通電により磁束を生ずるコイルと、コイルからの磁束により発熱し、記録材上の像を定着する回転可能な定着部材と、前記定着部材の回転を制御する回転制御手段と、前記コイルと前記定着部材との間の遮蔽位置に移動することにより前記コイルから前記定着部材に向かう磁束を遮蔽する遮蔽部材と、像加熱部材の温度を検知する温度検知部材と、前記温度検知部材の出力に応じてコイルへの通電を制御する通電制御手段と、と、を有する像加熱装置において、
   前記コイルへの通電を停止し、前記定着部材を回転させて前記コイルを冷却する冷却シーケンスを実行する実行部と、を有し、前記遮蔽部材を前記遮蔽位置へ配置してトナー像を記録材に連続して定着する動作の開始から冷却シーケンスの実行までの時間は、前記定着部材の回転軸線方向における幅が通紙可能な最大サイズである記録材にトナー像を連続して定着する動作の開始から冷却シーケンスの実行までの時間よりも短く設定することを特徴とする定着装置。
2. 前記冷却シーケンスの実行時には、前記遮蔽部材を前記遮蔽位置から退避させることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。

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