JP5016497B2 - Image forming apparatus - Google Patents
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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。 The present invention relates to an image forming apparatus provided with a fixing unit that heats and melts unfixed toner to a sheet while passing the paper carrying a toner image between a heated roller pair or a nip between a heating belt and a roller. It is.
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)。 In recent years, in this type of image forming apparatus, a belt system capable of setting a small heat capacity has attracted attention because of demands for shortening the warm-up time in the fixing unit and saving energy (for example, see Patent Document 1). In recent years, the electromagnetic induction heating method (IH) having the possibility of rapid heating and high-efficiency heating has been attracting attention. From the viewpoint of energy saving when fixing a color image, the electromagnetic induction heating is combined with the belt method. Many things have been commercialized. When combining the belt method and electromagnetic induction heating, many cases are adopted in which electromagnetic induction devices are arranged outside the belt because of the coil layout and ease of cooling, and the advantage that the belt can be directly heated (so-called). Envelope 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)。
In the above-mentioned electromagnetic induction heating method, various technologies have been developed to prevent overheating in the non-sheet passing area according to the width of the sheet size (sheet passing width) that is passed through the fixing unit. In particular, there are the following prior arts as size switching means in the outer package IH (see, for example,
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。 In the first prior art (Patent Document 2), a magnetic member is divided into a plurality of pieces and arranged in the sheet passing width direction, and a part of the magnetic member is placed on the exciting coil in accordance with the sheet size (sheet passing width) to be passed. To be separated. In this case, it is considered that the heat generation efficiency is lowered by separating the magnetic member from the exciting coil in the non-sheet passing area, and the heat generation amount is smaller than the area corresponding to the sheet having the minimum sheet passing width.
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。
上記の先行技術において、現状よりも生産性を向上させるためには、今まで以上の過昇温抑制効果が必要となる。すなわち、小サイズの用紙を通紙する場合に通紙領域外で磁気を遮蔽していても、そこから少しずつ磁界(磁束)の漏れが発生していると、その漏れた磁界によって加熱ローラ等が昇温し、やがて過昇温に至る。これを防止するための手段として、例えば磁気遮蔽板の面積を現状よりも大きくする方法が考えられる。 In the above prior art, in order to improve the productivity more than the current state, an excessive temperature rise suppression effect is required more than ever. That is, when a small size of paper is passed, even if the magnetic field is shielded outside the paper passing area, if a magnetic field (magnetic flux) leaks little by little from there, the leaked magnetic field causes a heating roller, etc. The temperature rises and eventually overheats. As a means for preventing this, for example, a method of making the area of the magnetic shielding plate larger than the current state is conceivable.
しかしながら、あまりに遮蔽板の面積を拡大すると、今度は遮蔽板を退避させた状態でも磁界に影響を及ぼすようになってしまう。例えば、加熱ローラの全幅で誘導加熱を行う必要がある場合に遮蔽板を退避させたとしても、その退避位置でも遮蔽板の影響によって磁界が遮られてしまうと、誘導加熱が不十分となるため適切でない。したがって、たとえ現状よりも過昇温抑制効果を向上するとしても、遮蔽板の面積の拡大には自ずと限界がある。 However, if the area of the shielding plate is enlarged too much, this time, even when the shielding plate is retracted, the magnetic field is affected. For example, even if the shielding plate is retracted when it is necessary to perform induction heating with the full width of the heating roller, induction heating becomes insufficient if the magnetic field is blocked by the influence of the shielding plate even at the retracted position. not appropriate. Therefore, even if the excessive temperature rise suppression effect is improved as compared with the current situation, there is a limit to the expansion of the area of the shielding plate.
そこで本発明は、遮蔽板の面積を過度に大きくすることなく加熱ローラ等の端部領域における過昇温抑制効果を得ることができ、また、遮蔽板を退避させた状態ではなるべく遮蔽板の影響を受けにくくする技術の提供を目的とする。 Therefore, the present invention can obtain an effect of suppressing an excessive temperature rise in the end region of the heating roller or the like without excessively increasing the area of the shielding plate, and the influence of the shielding plate as much as possible when the shielding plate is retracted. The purpose is to provide technology that makes it difficult to be affected.
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コアと、加熱部材の非通紙領域にてコイルの発生させる磁気を遮蔽する遮蔽状態と、磁気の通過を許容する許容状態とを切り替える磁気遮蔽手段と、コイルと加熱部材との間にリング形状をなして設置され、磁気遮蔽手段が許容状態にある場合は磁界による誘導電流を発生することなく、一方で磁気遮蔽手段が遮蔽状態にある場合は誘導電流を発生させて遮蔽部材とともに磁気を遮蔽する非磁性金属の磁気調整部材とを備えたものである。 According to the present invention, a sheet on which a toner image has been transferred by an image forming unit is transported by being sandwiched between a heating member and a pressure member, and in this transport process, the toner image is fixed on the sheet by at least heat from the heating member. An image forming apparatus including a fixing unit. In particular, the fixing unit is disposed along the outer surface of the heating member, is disposed on the opposite side of the heating member with a coil that generates a magnetic field for induction heating of the heating member, and is disposed around the coil. A core made of a magnetic material to form a path, and a magnetic shielding means for switching between a shielded state that shields magnetism generated by the coil in a non-sheet passing region of the heating member and an allowed state that allows passage of magnetism When the magnetic shield means is in an allowable state, it is installed in a ring shape between the coil and the heating member. A non-magnetic metal magnetic adjustment member that shields magnetism together with the shielding member by generating an electric current is provided.
上記のように本発明では、磁気遮蔽手段により加熱部材の非通紙領域で磁気を遮蔽したり、磁気の通過を許容したりすることで、用紙サイズの切り替えに対応することができる。ただし、上記のように磁気の遮蔽効果だけを狙って遮蔽用の部材面積を極端に大きくしたのでは、逆に磁気を通過させる場合(部材の退避時)に磁界に与える影響が大きくなるため、磁気遮蔽手段だけで磁気の遮蔽効果を万全にすることは難しい。 As described above, in the present invention, it is possible to cope with switching of the paper size by shielding the magnetism in the non-sheet passing region of the heating member by the magnetic shielding means or allowing the passage of magnetism. However, as described above, if the shielding member area is made extremely large aiming only at the magnetic shielding effect, the influence on the magnetic field increases when the magnetism is passed (when the member is retracted). It is difficult to achieve a complete magnetic shielding effect with only the magnetic shielding means.
そこで本発明は、コイルと加熱部材との間にリング形状の磁気調整部材を配置することで、遮蔽用の部材面積を増大することなく過昇温の抑制効果を高めるとともに、合わせて磁気の通過許容時に磁界に影響を及ぼしにくくしている。すなわち、磁気調整部材は磁気遮蔽手段による磁気の遮蔽を補い、非通紙領域で磁気遮蔽手段による遮蔽から漏れた磁束が加熱部材に作用するのを防止する。 Therefore, the present invention increases the suppression effect of excessive temperature rise without increasing the shielding member area by arranging a ring-shaped magnetic adjustment member between the coil and the heating member, and also allows the passage of magnetism. It makes it difficult to influence the magnetic field when allowed. That is, the magnetic adjustment member supplements the magnetic shielding by the magnetic shielding means, and prevents the magnetic flux leaking from the shielding by the magnetic shielding means in the non-sheet passing region from acting on the heating member.
さらに、本発明で採用している磁気調整部材には以下のメリットがある。すなわち、磁気調整部材はリング形状をしているため、そのリングの内側の面に垂直な磁界(錯交磁束)が貫通すると、リング周方向に誘導電流が発生し、そこから貫通磁界と逆向きの反磁界を発生させる。この反磁界がリングの内側を垂直方向に貫通する磁界(錯交磁束)をキャンセルすることで、磁気調整部材は磁気の遮蔽を補うことができる。その一方で、リングの内側を磁界が双方向に行き交って通過したり、Uターンするように通過したりする場合は誘導電流が発生せず、磁気の遮蔽効果を発揮しない。 Furthermore, the magnetic adjustment member employed in the present invention has the following merits. That is, since the magnetic adjustment member has a ring shape, when a magnetic field perpendicular to the inner surface of the ring (complex magnetic flux) penetrates, an induced current is generated in the circumferential direction of the ring, and the direction opposite to the penetrating magnetic field is generated therefrom. Generates a demagnetizing field. By canceling the magnetic field (complex magnetic flux) that the demagnetizing field penetrates the inside of the ring in the vertical direction, the magnetic adjustment member can supplement the magnetic shielding. On the other hand, when the magnetic field passes through the inside of the ring in both directions or passes in a U-turn, no induced current is generated and the magnetic shielding effect is not exhibited.
本発明の発明者等は、上記のような磁気調整部材の性質に着目し、コイルと加熱部材との間で磁気調整部材の最適な配置を見出した。最適な配置にある磁気調整部材は、磁気遮蔽手段が遮蔽状態にある場合、そこから漏れた磁界(磁束)がリングの内側を貫通しようとするので、リング内に誘導電流が発生して磁界をキャンセルすることができる。一方、磁気遮蔽手段が許容状態にある場合、コイルの周囲に発生する磁界がリングの内側で双方向又はUターンする方向に通過するので、今度はリング内に誘導電流がほとんど発生しなくなり、そのまま磁界の通過を許容することができる。これにより、極端に遮蔽用の部材の面積を拡大することなく、現状以上に過昇温抑制効果を発揮することができる。 The inventors of the present invention have found the optimal arrangement of the magnetic adjustment member between the coil and the heating member, paying attention to the properties of the magnetic adjustment member as described above. When the magnetic shielding means is in a shielded state, the magnetic adjustment member in the optimal arrangement is such that a magnetic field (magnetic flux) leaking from the magnetic shielding member tries to penetrate the inside of the ring, so that an induced current is generated in the ring to generate a magnetic field. Can be canceled. On the other hand, when the magnetic shielding means is in an allowable state, the magnetic field generated around the coil passes in the bidirectional or U-turn direction inside the ring, so that almost no induced current is generated in the ring. The passage of the magnetic field can be allowed. Thereby, the excessive temperature rise suppression effect can be demonstrated more than the present condition, without enlarging the area of the member for shielding extremely.
磁気遮蔽手段は、非磁性金属で構成された遮蔽部材を有し、この遮蔽部材をコイルの周囲でコア及び加熱部材を通る磁路内で磁気を遮蔽する遮蔽位置と、磁路の外側で磁気の通過を許容する退避位置とに切り替える構成であってもよい。 The magnetic shielding means has a shielding member made of a non-magnetic metal. The shielding member shields the magnetism in a magnetic path passing through the core and the heating member around the coil, and magnetically shields the outside of the magnetic path. It may be configured to switch to a retreat position that allows the passage of.
この場合、遮蔽部材の面積をあまり大きくしなくても、これを遮蔽位置に切り替えた状態で磁気調整部材により磁気の遮蔽を補うことができる。一方、遮蔽部材を退避位置に切り替えた状態では、磁気調整部材が磁界に影響を及ぼさなくなるので、加熱部材を充分に誘導加熱することができ、その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。 In this case, even if the area of the shielding member is not increased so much, magnetic shielding can be supplemented by the magnetic adjustment member in a state where it is switched to the shielding position. On the other hand, in a state where the shielding member is switched to the retracted position, the magnetic adjustment member does not affect the magnetic field, so that the heating member can be sufficiently induction-heated, which can contribute to shortening the warm-up time. .
加熱部材が強磁性体である場合、磁気遮蔽手段は、遮蔽部材の他にコイルによる磁界の発生方向でみてコアと加熱部材との間に介挿して設けられ、外面に沿って遮蔽部材が設けられた可動式のコアを有する構成とすることができる。なお可動式のコアは、それ自身が移動(回転)して遮蔽部材を遮蔽位置と退避位置に切り替えることができる。 When the heating member is a ferromagnetic material, the magnetic shielding means is provided between the core and the heating member in addition to the shielding member as seen in the direction of magnetic field generation by the coil, and the shielding member is provided along the outer surface. The movable movable core can be configured. The movable core itself can move (rotate) to switch the shielding member between the shielding position and the retracted position.
また、加熱部材が非磁性体である場合、磁気遮蔽手段は、加熱部材の内部に設けられて加熱部材を貫通する磁路を形成し、かつ、外面に沿って遮蔽部材が設けられた可動式のコアを有する構成である。この場合、加熱部材は磁界を貫通させるので、その内部に遮蔽部材を配置しておけばよい。 Further, when the heating member is a non-magnetic material, the magnetic shielding means is a movable type provided inside the heating member to form a magnetic path penetrating the heating member and provided with a shielding member along the outer surface. It is the structure which has the core of. In this case, since the heating member penetrates the magnetic field, a shielding member may be disposed inside the heating member.
本発明において、磁気遮蔽手段は以下の構成であってもよい。すなわち磁気遮蔽手段は、加熱部材を整磁金属材料から構成することで、加熱部材がキュリー温度以上に加熱されるとコイルの発生させる磁界内で磁気を遮蔽する一方、キュリー温度に達しない状態では磁気を通過させて加熱部材を誘導加熱するものである。 In the present invention, the magnetic shielding means may have the following configuration. In other words, the magnetic shielding means comprises a heating member made of a magnetic shunt metal material, so that when the heating member is heated to a Curie temperature or higher, it shields the magnetism within the magnetic field generated by the coil, but in a state where the Curie temperature is not reached. The heating member is induction-heated by passing magnetism.
この場合、特に遮蔽部材を遮蔽位置と退避位置とに切り替えなくても、加熱部材そのものが温度(キュリー温度)によって磁気を遮蔽したり、通過させたりすることができる。この場合においても、磁気調整部材を最適に配置することで磁気の遮蔽効果を補助しつつ、加熱時に磁界に影響を及ぼすことなく磁気を通過させることができる。 In this case, the heating member itself can shield or pass magnetism by temperature (Curie temperature) without particularly switching the shielding member between the shielding position and the retracted position. Even in this case, it is possible to pass magnetism without affecting the magnetic field during heating while assisting the magnetic shielding effect by optimally arranging the magnetic adjustment member.
上記に加えて、本発明には以下の特徴が備わる。 In addition to the above, the present invention has the following features.
(1)磁気調整部材は銅を材質とする非磁性金属で構成されており、厚みが0.5mm〜3mmの範囲内であることが好ましい。すなわち、磁気調整部材は、自己のジュール発熱を抑制して効率よく磁気を遮蔽するため、なるべく部材の固有抵抗(電気抵抗)を小さくする必要がある。上記の部材寸法であれば、磁気調整部材の固有抵抗を充分に小さくすることで良好な導電性を確保し、充分な磁気遮蔽効果を得ることができるし、磁気調整部材の軽量化を図ることができる。 (1) The magnetic adjustment member is made of a nonmagnetic metal made of copper, and preferably has a thickness in the range of 0.5 mm to 3 mm. In other words, the magnetic adjusting member needs to reduce the specific resistance (electric resistance) of the member as much as possible in order to effectively suppress the Joule heat generation and shield the magnetism. With the above-mentioned member dimensions, it is possible to secure good conductivity by sufficiently reducing the specific resistance of the magnetic adjustment member, obtain a sufficient magnetic shielding effect, and reduce the weight of the magnetic adjustment member. Can do.
(2)磁気調整部材は、外周部分を共通とした1つの角リング形状をなしており、その内部が加熱部材の長手方向でみて複数に分割されている態様である。
(3)あるいは、磁気調整部材は、加熱部材の長手方向に配列された複数の角リング形状の部材から構成されている態様であってもよい。
(2) The magnetic adjustment member has an angular ring shape having a common outer peripheral portion, and the inside thereof is divided into a plurality of parts as viewed in the longitudinal direction of the heating member.
(3) Alternatively, the magnetic adjustment member may be composed of a plurality of rectangular ring-shaped members arranged in the longitudinal direction of the heating member.
上記のように磁気調整部材は、リングの内側の範囲内で磁気遮蔽効果を発揮するものであるから、上記(2)のように磁気調整部材を複数のリング部分に分割したり、あるいは上記(3)のように複数の部材を配列して構成したりすることで、いろいろなサイズの用紙に対応することができる。 As described above, the magnetic adjustment member exhibits a magnetic shielding effect within the inner range of the ring. Therefore, the magnetic adjustment member is divided into a plurality of ring portions as described in (2) above, or ( By arranging and arranging a plurality of members as in 3), it is possible to deal with paper of various sizes.
本発明は、遮蔽部材の面積を現状に比較して特段に拡大することなく、現状よりも加熱部材の過昇温抑制効果を向上することができる。また、磁気の遮蔽を行わない場合は遮蔽部材が磁界に影響を及ぼさないことから、ウォームアップタイムを阻害しない。 The present invention can improve the excessive temperature rise suppression effect of the heating member without increasing the area of the shielding member as compared with the current state. Further, when the magnetic shielding is not performed, since the shielding member does not affect the magnetic field, the warm-up time is not hindered.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an
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。
An
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。
In the lower part of the apparatus
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。
As shown in FIG. 1, a first transport path 9 for transporting paper fed from the
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。
The
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。
The
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。
The first transport path 9 and the
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。
The
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。
Each of the
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。
The
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。
The
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。
In the
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。
The first transport path 9 transports the paper fed from the
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。
The fixing
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。
When viewed in the sheet conveyance direction,
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。
The
〔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。
[Details of fixing unit]
Next, details of the fixing
図2は、定着ユニット14の構造例(第1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。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a structural example (first example) of the fixing
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。加圧ローラ44が金属製であるのに対し、定着ローラ45は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。
The fixing
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。
In addition, the fixing
〔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。
〔coil〕
In the example of FIG. 2, the
〔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。
〔core〕
As shown in FIG. 2, the
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。
In the example of FIG. 2, a thermistor 62 (which may be a thermostat) is installed inside the
〔センタコア〕
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。なお、回転機構についてはさらに後述する。
[Center Core]
The
〔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。
(Shielding member)
A shielding
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。
In addition, as a structure of the shielding
〔磁気調整部材〕
その他にIHコイルユニット50には、誘導加熱コイル52とアーチコア54との間に位置して、センタコア58を中心とした両側にそれぞれ磁気調整部材90が設けられている。図2中の断面でみると、各磁気調整部材90は、誘導加熱コイル52の巻線領域に重なる位置に設けられている。これら磁気調整部材90は、いずれも平面視で矩形のリング形状をなす非磁性金属(例えば無酸素銅)である。リング形状であるから、磁気調整部材90の内側は中抜け(中空)であり、図2中にはそれぞれ両端部だけに断面形状が示されている。ただし、図2に示されているように、磁気調整部材90は全体として円弧形状に湾曲して形成されている。磁気調整部材90の曲率中心は、例えばヒートローラ46の回転中心に略一致しており、また曲率半径は、誘導加熱コイル52が配置されている仮想的な円弧面よりも小さい。
[Magnetic adjustment member]
In addition, the
図3は、磁気調整部材90の構造例(1)を示す斜視図である。上記のように、磁気調整部材90は全体として矩形リング形状をなしており、その四辺は幅方向で対向する一対の直線部90a及び長手方向で対向する一対の円弧部90bで構成されている。図3には磁気調整部材90が1つだけ示されているが、IHコイルユニット50には例えば、加熱ベルト48の長手方向の両端部分にそれぞれ2つ、合計で4つの磁気調整部材90が設けられている。なお磁気調整部材90は、上記の樹脂カバー(上側に誘導加熱コイル52が巻線状に配置されているもの)の内面に接着(固定)して取り付けられている。
FIG. 3 is a perspective view showing a structural example (1) of the
また図4は、磁気調整部材90の構造例(2)を示す斜視図である。この構造例(2)では、一対の円弧部90bの上にフランジ部90cが形成されている。これにより、周方向で磁気調整部材90の断面を大きくし、全体として剛性を高めるとともに、より電気抵抗を小さくすることができる。なお、一対の直線部90aの上にフランジ部が形成されていてもよい。
FIG. 4 is a perspective view showing a structural example (2) of the
〔磁気調整部材の特性〕
図5は、磁気調整部材90の特性を説明するための概念図である。なお図5中、磁気調整部材90は単なるワイヤモデルとして簡略化されている。
[Characteristics of magnetic adjustment member]
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the characteristics of the
図5中(A):リング形状の磁気調整部材90に対し、そのリング面(仮想的な平面)を垂直方向(一方向)に貫通磁界(錯交磁束)が発生すると、それによって磁気調整部材90の周方向に誘導電流が生じる。すると、電磁誘導によって貫通磁界と逆向きの磁界(反磁界)が発生するので、これらが互いに打ち消しあい、磁界をキャンセルする。本実施形態では、遮蔽部材60を遮蔽位置に移動させたとき、この磁界のキャンセル効果を用いて磁気の遮蔽効果を補っている。
5A: When a penetrating magnetic field (complex magnetic flux) is generated in the ring surface (virtual plane) in the vertical direction (one direction) with respect to the ring-shaped
図5中(B):上段に示されているように、リング形状の磁気調整部材90に対し、そのリング面に双方向に貫通磁界が発生し、このとき錯交磁束の総和が概ね差し引き0(±0)の場合を想定する。この場合、磁気調整部材90にはほとんど誘導電流が発生しない。したがって、磁気調整部材90はほとんど磁界のキャンセル効果を発揮せず、双方向への磁界は磁気調整部材90を素通りする。これは、下段に示されるように磁気調整部材90の内側をUターンする方向に磁界が通過した場合も同様となる。本実施形態では、遮蔽部材60を退避位置に移動させたとき、磁気調整部材90のリング内を通る磁界の収支が均衡する位置に磁気調整部材90を固定して配置することで、磁界に対する影響を抑えている。
In FIG. 5, (B): As shown in the upper stage, a penetrating magnetic field is generated bi-directionally on the ring surface of the ring-shaped
図5中(C):リング形状の磁気調整部材90に対し、そのリング面と略平行に磁界(錯交磁束)が発生した場合である。この場合も同様に、磁気調整部材90には誘導電流がほとんど発生せず、したがって磁界のキャンセル効果も発生しない。なお、このパターンは本実施形態において採用していない。
FIG. 5C shows a case where a magnetic field (complex magnetic flux) is generated substantially in parallel with the ring surface of the ring-shaped
本発明の発明者等は、図5中(A),(B)の状態によって磁気を遮蔽する効果と磁気を遮蔽しない効果の両方が得られる点に着目し、磁気調整部材90を最適な位置に固定して配置することで、遮蔽部材60による磁気の遮蔽効果を補助するとともに、遮蔽部材60を退避させたときに磁界に影響が及ぶのを防止している。そこで先ず、遮蔽部材60を用いた磁気の遮蔽手法について説明する。
The inventors of the present invention pay attention to the fact that both the effect of shielding the magnetism and the effect of not shielding the magnetism are obtained by the states (A) and (B) in FIG. By fixing and arranging the
〔磁気遮蔽手段〕
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。
[Magnetic shielding means]
As shown in FIG. 2, when the shielding
図6は、遮蔽部材60及び磁気調整部材90の配置を一例として示した図である。図6中(A)が上記の退避位置に対応し、図6中(B)が遮蔽位置に対応する。また、図6中(A),(B)は、それぞれセンタコア58及び磁気調整部材90の側面図及びその底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。
FIG. 6 is a diagram illustrating the arrangement of the shielding
上記のように、センタコア58は用紙の最大通紙幅W3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、例えば平面視又は底面視で三角形状をなしており、三角形の頂点に相当する部分がセンタコア58の中央寄りに位置付けられている。つまり、センタコア58の中央寄りの位置では、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。
As described above, the
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。
Further, the shielding
また本実施形態では、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。
Further, in the present embodiment, the ratio of the length of the shielding
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6には反時計回り方向への回転だけを矢印で示しているが、センタコア58は時計回りの方向にも回転するものであってもよい。また、通紙方向は図6に示される方向と反対であってもよい。
Correspondence to the paper size (paper passing width) is realized by switching the position of the shielding
〔磁気調整部材の分割〕
また図6に示す例では、磁気調整部材90が全体として1つの矩形リング状であって、その内部が円弧部90bによって複数に分割(区分)されている。このため磁気調整部材90は、加熱ベルト48の長手方向でみて複数のリング部分に分割された構造を有する。このように、1つのリングを複数に分割した構造であれば、用紙サイズによって異なる通紙幅W1,W2,W3に対応することができる。例えば、用紙サイズが最小(最小通紙幅W1)の場合は各磁気調整部材90の3つのリング部分の全体で磁気の遮蔽効果を補うことができる。また、用紙サイズが最小から中間の範囲内(最小通紙幅W1〜中間通紙幅W2以下)の場合は各磁気調整部材90の外側から2つのリング部分で磁気の遮蔽効果を補うことができる。そして、用紙サイズが最大(最大通紙幅W3)の場合は各磁気調整部材90の3つのリング部分の全てに誘導電流が発生しなくなり、誘導加熱コイル52が発生する磁界に与える影響をなくすことができる。
[Division of magnetic adjustment member]
Moreover, in the example shown in FIG. 6, the
〔磁気調整部材の別形態〕
図7は、別形態の磁気調整部材90の配置を一例として示した図である。図7に示す例では、複数の磁気調整部材90が個々に独立して配置されている。つまり、個々の磁気調整部材90は1つずつのリングであって、相互に導通していない。この場合も同様に、用紙サイズによって異なる通紙幅W1,W2,W3に対応することができる。例えば、用紙サイズが最小(最小通紙幅W1)の場合は全ての磁気調整部材90で磁気の遮蔽効果を補うことができる。また、用紙サイズが最小から中間の範囲内(最小通紙幅W1〜中間通紙幅W2以下)の場合は、両外側からそれぞれ2つずつ(合計8つ)の磁気調整部材90で磁気の遮蔽効果を補うことができる。そして、用紙サイズが最大(最大通紙幅W3)の場合は、全ての磁気調整部材90で誘導電流が発生しなくなり、誘導加熱コイル52が発生する磁界に与える影響をなくすことができる。
[Another form of magnetic adjustment member]
FIG. 7 is a diagram showing an example of the arrangement of another embodiment of the
〔磁気遮蔽手段の回転機構〕
次に、センタコア58を軸線回りに回転させる機構、つまり遮蔽部材60を遮蔽位置と退避位置とに変位させる機構について説明する。図8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。
[Rotation mechanism of magnetic shielding means]
Next, a mechanism for rotating the
図8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。
In FIG. 8, (A): The
図8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。
8B: The
図9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。
FIG. 9 is a diagram illustrating an operation example associated with the rotation of the
〔許容状態〕
図9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。
[Permitted state]
FIG. 9A shows an operation example when the shielding
〔磁気調整部材の機能(1)〕
このとき、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を通過する磁路の内側では、例えばアーチコア54から漏れた磁束が磁気調整部材90のリングの内側を通り、加熱ベルト48及びヒートローラ46を通過して、再び磁気調整部材90のリングの内側を通ってアーチコア54に収束している。このような漏れた磁束はセンタコア58やサイドコア56を通らないが、磁路の内側で加熱ベルト48及びヒートローラ46を誘導加熱することに寄与している。
[Function of magnetic adjustment member (1)]
At this time, inside the magnetic path passing through the
このような漏れた磁束に関して、磁気調整部材90は図5中(B)の下段に示した状態となる。つまり、磁気調整部材90のリングの内側で磁界がUターンする方向に通過しているため、磁気調整部材90は漏れ磁束に対してキャンセル効果を働かせることなく、その通過を許容する。これにより、加熱ベルト48の誘導加熱を阻害することなく、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。
With respect to such a leaked magnetic flux, the
〔遮蔽状態〕
図9中(B):次に、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9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9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。
[Shielded state]
(B) in FIG. 9: Next, an operation example when the shielding
〔磁気調整部材の機能(2)〕
このとき、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を通過する磁路は遮蔽されているが、その内側では、例えばアーチコア54から漏れた磁束が磁気調整部材90のリングの内側を通り、加熱ベルト48及びヒートローラ46を通過しようとする。このような漏れた磁束によって加熱ベルト48及びヒートローラ46が誘導加熱されてしまうと、遮蔽部材60による遮蔽効果が低下することになる。
[Function of magnetic adjustment member (2)]
At this time, the magnetic path passing through the
本実施形態では、遮蔽状態でアーチコア54から漏れようとする磁束に関して、磁気調整部材90は図5中(A)に示した状態となる。つまり、漏れ磁束は磁気調整部材90のリングの内側で錯交磁束となるため、磁気調整部材90は漏れ磁束に対してキャンセル効果を働かせることができ、その通過を抑制することができる。これにより、磁気調整部材90が遮蔽部材60による遮蔽効果を補うことができるので、遮蔽部材60の面積を極端に拡大しなくても、充分な磁気の遮蔽効果をすることができ、加熱ベルト48やヒートローラ46の過昇温を現状よりも抑制することができる。
In the present embodiment, the
〔条件設定〕
次に、本発明の発明者等が見出した条件設定について例を挙げて説明する。先ず磁気調整部材90は、上記のように遮蔽部材60による磁気の遮蔽効果を補う場合、誘導電流によるジュール発熱を抑制し、効率よく磁気を遮蔽するため、非磁性かつ良導電部材が好ましい。本実施形態では、上記のように無酸素銅等が材料に用いられている。また磁気調整部材90の導電性を向上するには、なるべく固有抵抗の小さい材料を選定することと、材料の厚み(図中符号t)を厚くすることが必要である。本発明の発明者等が見出した条件では、磁気調整部材90の厚みtは0.5mm〜3mmの範囲内に設定されていることが好ましい。
〔Condition setting〕
Next, the condition setting found by the inventors of the present invention will be described with an example. First, when the
図10は、本実施形態において設定されている各種条件を示す図である。加熱ベルト48及びヒートローラ46に対して磁気調整部材90を設置する角度(図中符号α)については、本発明の発明者等が以下の条件を提示している。例えば、ヒートローラ46の軸芯を中心として、この中心を通る水平線(図10中での水平線であり、実装状態とは異なる)を基準角度(=0°)とする。そして、中心から反時計回りの方向に磁気調整部材90のリング中心Lの角度(deg)をとると、磁気調整部材90を設置する角度αとそのリング幅WRについては、以下の考え方で最適条件を設定することができる。
FIG. 10 is a diagram showing various conditions set in the present embodiment. Regarding the angle at which the
図11は、ヒートローラ46の周囲(360°)でみた径方向磁界の強度分布を表す分布曲線である。図11中、横軸には上記の基準角度(=0°)から反時計回り方向に角度(deg)をとり、縦軸には例えば径方向磁界(A/m)をとる。図11中に太い実線で示される曲線は、遮蔽部材60による磁気の遮蔽を行わない場合(退避位置)での分布を示す。また図11中に点線で示される曲線は、遮蔽部材60による磁気の遮蔽を行う場合(遮蔽位置)での分布を示している。このとき磁気調整部材90は、磁気の遮蔽を行わない場合に磁界に影響を及ぼさない配置であることが好ましい。
FIG. 11 is a distribution curve representing the intensity distribution of the radial magnetic field viewed around the heat roller 46 (360 °). In FIG. 11, the horizontal axis represents the angle (deg) in the counterclockwise direction from the reference angle (= 0 °), and the vertical axis represents, for example, the radial magnetic field (A / m). A curve indicated by a thick solid line in FIG. 11 indicates a distribution when the shielding
そこで、遮蔽部材60を退避位置に変位させ、磁界のキャンセル効果が働いていない前提(図中の太い実線の分布)とすると、径方向磁界は0°付近、90°付近、そして180°付近にそれぞれ強度のピークがあり、誘導加熱コイル52が配置されていない270°付近(真下)ではほとんど磁界が発生していないことが分かる。
Therefore, assuming that the shielding
このような磁界分布において、先ず分布曲線上で径方向磁界が0となる点Pとり、この点Pから0°方向及び90°方向にそれぞれ分布曲線を積分した値が同じ(図中の面積S1=S2)となる角度α1,α2を求める。この求めた角度α1〜α2の範囲内に磁気調整部材90を配置すれば、磁気の遮蔽を行わない場合に磁気調整部材90による磁界の収支が0となり、結果的に磁界を阻害しないことが分かる。
In such a magnetic field distribution, first, a point P at which the radial magnetic field becomes 0 on the distribution curve is taken, and values obtained by integrating the distribution curves in the 0 ° direction and 90 ° direction from this point P are the same (area S1 in the figure). = [Alpha] 1, [alpha] 2 is obtained as S2). If the
そして、横軸上で角度α1,α2の中点となる角度(=(α1+α2)/2)を求め、これを退避位置でのリング中心Lの角度とする。そして、ヒートローラ46の中心から磁気調整部材90までの距離を半径rとすると、この半径rで角度α1〜α2の範囲内に位置する仮想的な円弧の長さが磁気調整部材90の最適なリング幅となる。この例では、リング幅WRを以下の式で求めることができる。なお半径rは、ヒートローラ46の半径(図中D/2)よりも大とする。
WR=r×{(α2−α1)/180}×π
Then, an angle (= (α1 + α2) / 2) that is the midpoint between the angles α1 and α2 on the horizontal axis is obtained, and this is set as the angle of the ring center L at the retracted position. When the distance from the center of the
WR = r × {(α2−α1) / 180} × π
以上より、磁気調整部材90のリング幅をWR(上式)、設置するリング中心の角度を(α1+α2)/2とすることで、最適な条件を設定することができる。特に、遮蔽部材60を退避位置に切り替えた状態ではリングの内側で磁界の収支(面積S1,S2)がちょうど0になるため、誘導加熱コイル52による磁界の発生を阻害することがない。
As described above, the optimum condition can be set by setting the ring width of the
上述した構造例を定着ユニット14の第1例とすると、本実施形態においては以下の構造例(第2〜第5例)を挙げることができる。以下、それぞれの構造例について説明する。いずれも第1例と共通する構成については図示も含めて共通の符号を付し、その重複した説明を省略するものとする。なお、符号が共通であっても、特に材料等が異なる場合はその旨の説明を追加する。
Assuming that the above-described structural example is the first example of the fixing
〔第2例〕
図12は、定着ユニット14の構造例(第2例)を示す図である。この第2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。また、磁気調整部材90は誘導加熱コイル52と定着ローラ45との間に配置される。
[Second example]
FIG. 12 is a diagram illustrating a structural example (second example) of the fixing
〔第3例〕
図13は、定着ユニット14の構造例(第3例)を示す縦断面図である。この第3例では、ヒートローラ46が非磁性金属(例えばSUS:ステンレス鋼)の材料で構成されており、センタコア58がヒートローラ46の内部に配置されている点が第1例と異なっている。また、合わせてアーチコア54が中央で連結されており、その下部に中間コア55が設置されている。また、磁気調整部材90は誘導加熱コイル52と加熱ベルト48との間に配置される。
[Third example]
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a structural example (third example) of the fixing
ヒートローラ46を非磁性金属とした場合、誘導加熱コイル52により発生した磁界はサイドコア56、アーチコア54及び中間コア55を通り、ヒートローラ46を貫通して内部のセンタコア58に至る。加熱ベルト48は貫通磁界により誘導加熱される。
When the
そして第3例の場合、図13に示されているように遮蔽部材60を中間コア55から離隔させた状態が退避位置となり、この場合は磁気の遮蔽効果が働かずに最大通紙領域で加熱ベルト48が誘導加熱される。一方、遮蔽部材60を中間コア55に対向する位置(遮蔽位置)に切り替えると磁気が遮蔽され、通紙領域の外側で過昇温が抑制される。
In the case of the third example, as shown in FIG. 13, the state in which the shielding
〔第4例〕
図14は、定着ユニット14の構造例(第4例)を示す縦断面図である。この第4例では、ヒートローラ46が整磁金属(例えば鉄−ニッケル合金)で構成されており、ヒートローラ46自身の温度変化によって磁気の遮蔽を行う点が第1〜第3例と異なっている。すなわち、第4例ではヒートローラ46がキュリー温度以上に加熱されると、磁性を失って磁気の遮蔽効果を発揮するので、ヒートローラ46自身の過昇温を防止することができる。一方、ヒートローラ46がキュリー温度以下の範囲内で加熱されている間は、整磁金属の磁性によって磁気を通すので、ヒートローラ46のジュール発熱によってトナー画像の定着を行うことができる。なお、磁気調整部材90は誘導加熱コイル52と加熱ベルト48との間に配置されている。
[Fourth example]
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing a structural example (fourth example) of the fixing
第4例の場合、遮蔽部材を設ける必要がないことから、遮蔽部材を設置するセンタコアも必要がなく、その回転機構も必要としない点で構造を簡素化することができる。 In the case of the fourth example, since it is not necessary to provide a shielding member, there is no need for a center core for installing the shielding member, and the structure can be simplified in that a rotating mechanism is not required.
〔第5例〕
図15は、定着ユニット14の構造例(第5例)を示す図である。この第5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。また、磁気調整部材90は平面状のリングであり、誘導加熱コイル52と加熱ベルト48との間に設置されている。
[Fifth example]
FIG. 15 is a diagram illustrating a structural example (fifth example) of the fixing
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三角形状に限らず、台形状であってもよい。
The present invention can be implemented with various modifications without being limited to the above-described embodiments. For example, the cross-sectional shape of the
また、一実施形態で挙げた磁気調整部材90のリングの形状や大きさ、分割する個数等はいずれも例に過ぎず、特に一実施形態に制約されるものではない。
Further, the shape and size of the ring of the
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。
In addition, the specific form of each part including the
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
90 磁気調整部材
DESCRIPTION OF
Claims (8)
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コアと、
前記加熱部材の非通紙領域にて前記コイルの発生させる磁気を遮蔽する遮蔽状態と、磁気の通過を許容する許容状態とを切り替える磁気遮蔽手段と、
前記コイルと前記加熱部材との間にリング形状をなして設置され、前記磁気遮蔽手段が前記許容状態にある場合は磁界による誘導電流を発生することなく、一方で前記磁気遮蔽手段が前記遮蔽状態にある場合は誘導電流を発生させて前記遮蔽部材とともに磁気を遮蔽する非磁性金属の磁気調整部材と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 A fixing unit that fixes the toner image onto the sheet by at least heat from the heating member is conveyed by sandwiching the sheet on which the toner image is transferred in the image forming unit between the heating member and the pressure member. An image forming apparatus comprising:
The fixing unit includes:
A coil that is disposed along an outer surface of the heating member and generates a magnetic field for induction heating the heating member;
A core disposed on the opposite side of the heating member across the coil, and a core made of a magnetic material to form a magnetic path around the coil;
Magnetic shielding means for switching between a shielding state that shields the magnetism generated by the coil in a non-sheet-passing region of the heating member and an allowable state that allows passage of magnetism;
When the magnetic shielding means is installed in a ring shape between the coil and the heating member and the magnetic shielding means is in the allowable state, an induction current due to a magnetic field is not generated, while the magnetic shielding means is in the shielding state. An image forming apparatus comprising: a nonmagnetic metal magnetic adjustment member that generates an induced current and shields the magnetism together with the shielding member.
前記磁気遮蔽手段は、
非磁性金属で構成された遮蔽部材を有し、この遮蔽部材を前記コイルの周囲で前記コア及び前記加熱部材を通る磁路内で磁気を遮蔽する遮蔽位置と、前記磁路の外側で磁気の通過を許容する退避位置とに切り替えることを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1,
The magnetic shielding means includes
A shielding member made of a non-magnetic metal, the shielding member shielding a magnetism in a magnetic path passing through the core and the heating member around the coil, and a magnetic member outside the magnetic path; An image forming apparatus that switches to a retracted position that allows passage.
前記加熱部材が強磁性体であり、
前記磁気遮蔽手段は、
前記遮蔽部材の他に、前記コイルによる磁界の発生方向でみて前記コアと前記加熱部材との間に介挿して設けられ、外面に沿って前記遮蔽部材が設けられた可動式のコアを有することを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1, wherein
The heating member is ferromagnetic;
The magnetic shielding means includes
In addition to the shielding member, the movable member has a movable core provided between the core and the heating member as seen in the direction of generation of the magnetic field by the coil and provided with the shielding member along the outer surface. An image forming apparatus.
前記加熱部材が非磁性体であり、
前記磁気遮蔽手段は、
前記加熱部材の内部に設けられて前記加熱部材を貫通する磁路を形成し、かつ、外面に沿って前記遮蔽部材が設けられた可動式のコアを有することを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1, wherein
The heating member is a non-magnetic material;
The magnetic shielding means includes
An image forming apparatus comprising: a movable core provided inside the heating member so as to form a magnetic path penetrating the heating member and provided with the shielding member along an outer surface.
前記磁気遮蔽手段は、
前記加熱部材を整磁金属材料から構成することで、前記加熱部材がキュリー温度以上に加熱されると前記コイルの発生させる磁界内で磁気を遮蔽する一方、キュリー温度に達しない状態では磁気を通過させて前記加熱部材を誘導加熱することを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1,
The magnetic shielding means includes
By constituting the heating member from a magnetic shunt metal material, when the heating member is heated above the Curie temperature, the magnetism is shielded in the magnetic field generated by the coil, but the magnetism is passed when the Curie temperature is not reached. An image forming apparatus characterized in that the heating member is induction-heated.
前記磁気調整部材は、
銅を材質とする非磁性金属で構成されており、厚みが0.5mm〜3mmの範囲内であることを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1,
The magnetic adjustment member is
An image forming apparatus comprising a nonmagnetic metal made of copper and having a thickness in a range of 0.5 mm to 3 mm.
前記磁気調整部材は、
外周部分を共通とした1つの角リング形状をなし、その内部が前記加熱部材の長手方向でみて複数に分割されていることを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The magnetic adjustment member is
An image forming apparatus, characterized in that it has a single square ring shape with a common outer peripheral portion, and the inside thereof is divided into a plurality of parts as viewed in the longitudinal direction of the heating member.
前記磁気調整部材は、
前記加熱部材の長手方向に配列された複数の角リング形状の部材から構成されていることを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The magnetic adjustment member is
2. An image forming apparatus comprising: a plurality of square ring-shaped members arranged in a longitudinal direction of the heating member.
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