JP5741215B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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また整磁合金を用いた自己温度制御機能がないため安全性にリスクがあった。
第1の発明である定着装置は、回転可能な非磁性発熱層を有する定着回転体と、磁束を発生させ、該磁束によって前記発熱層を誘導加熱する励磁コイルを有し、該発熱層の厚みは励磁コイルから発生される磁束が定着回転体を透過するように浸透深さ以下に設定され、前記定着回転体の内部であって前記励磁コイルと対向する位置に配され、励磁磁束を打ち消す反発磁束を発生させる磁束調整機構を有し、該磁束調整機構を透過する磁束の透過を規制する磁路形成部材を整磁合金で形成すると共に、該磁路形成部材の前記発熱層に対し反対側に消磁部材を配することを特徴とする。
更に、整磁合金を用いた温度制御では感温遅れが生じていた問題に対し、消磁回路による高応答な消磁により解決でき、しかも、消磁回路は整磁機能よりも励磁コイルに近い側に配されるため、その機能が抑制されることがないというメリットがある。
更に、また、消磁回路のみでは抑制できなかった軸方向中央部の加熱暴走過昇温を整磁による自己温度制御で抑制でき、これにより安全性が保たれる。
更に、また、消磁回路と整磁機能を定着スリーブ内に配することができるため省スペースな定着装置を提供できるものである。
また、本発明によれば、請求項1ないし12に記載の定着装置の効果を同様に得られる画像形成装置を提供できるものである。
ここで「第1実施形態」としての定着装置が適用される画像形成装置の一実施例を示す図である。なお、本発明は、図1に示したタイプの装置には限定されず、また単一色画像を作成するものだけでなく、カラー画像を形成するものをも対象とする。
図1の画像形成装置Mはその装置本体400の内部中央に画像形成部410が配置され、この画像形成部410の下方に給紙部420が配置されている。画像形成部410の側方には画像形成された記録媒体(以下、記録材と言う)が排紙収納される排紙収納部430が、上方には原稿を読み取る読み取り部440が配設されている。
読み取り部440はコンタクトガラス20上に手差しや自動原稿送り部(ADF)21により載置された不図示の原稿からの反射光像を露光光学系13を介して、感光体11の部位である露光部150に導くよう構成されている。
なお、露光光学系13は露光光学系13の一部のミラー131を介し露光光Lbを感光体11の主走査方向(紙面垂直方向)に走査し、露光部150を露光照射するようになっている。
給紙部420の記録材Pは給紙コロ群110のコロによって送り出され、搬送ガイドおよび搬送ローラ群120に案内されながら一対のレジストローラ19に搬送されてくるようになっている。
本実施形態における画像形成は、概ね次のようにして行なう。まず、装置中央の画像形成部410側で感光体11が回転を始め、回転中に感光体11が暗中において帯電装置12により均一に帯電され、読み取り部440より作成すべき画像に対応する露光光Lbが露光部150に照射および走査されることで、作成すべき画像に対応した静電潜像(以後潜像と記す)が感光体11上に形成される。この潜像は感光体11の回転により現像装置14に近接したとき、ここでトナーにより可視像(顕像)化されて、感光体11に担持されたトナー像となる。一方、装置下部の給紙部420では、何れかの給紙トレイ10の給紙コロ群110により、複数の給紙トレイ10のうちいずれか一つから記録材Pを呼び出す。例えば、図1中に破線で示すような所定の搬送経路を経て一対のレジストローラ19の位置まで搬送し、ここで一旦停止させ、感光体11上のトナー像が転写部17で記録材Pの所定位置に対向するようなタイミングで送り出される。すなわち、好適なタイミングが到来すると、レジストローラ19の位置で停止していた記録材Pをレジストローラ19で送り出し、転写部17に向けて搬送する。
また、記録材Pの両面に画像形成をする場合、切換え可能な分岐爪38により自動両面装置39に排紙された記録材Pが、自動両面装置39でスイッチバック反転され、レジストローラ19の手前の搬送経路に搬送される。
定着装置20は、詳細は後述するが、一対の回転体である定着スリーブ3と加圧ローラ4とを採用した定着方式とされている。この定着装置20には定着スリーブ3を加熱するための加熱装置(熱源)Hを備え、定着スリーブ3に加圧ローラ4が当接、押圧している。
図2は、図1に示した画像形成装置Mで用い得るローラ方式の定着装置20の概念的構成を示す断面図である。図2において、符号2は磁束発生部、符号3は定着回転体(発熱回転体)である定着スリーブ、4は加圧回転体である加圧ローラ、Pは記録材、Tは記録材P上に載ったトナーである。
図3は、筒状の定着スリーブ3、および定着スリーブ3の内部の空域に配備された部材の一部を拡大して取り出して示す断面模式図である。ここで、定着スリーブ3は、非磁性の発熱層301を含み直径が例えば30mmである。
この定着スリーブ3の内部であって励磁コイル2と対向する位置には、励磁コイル2からの励磁磁束J1を打ち消す反発磁束J2を発生させる消磁部材が複数配備される。さらに、図2に示すように、定着スリーブ3の内部であって、下方の加圧ローラ4と対向する下部側には肉厚長板状のニップ部材9と、そのニップ部材9を支持し装置本体400側に結合される剛性バー状の支持部材8が配備される。
ここで、基材層300にはステンレス薄板鋼板(例えばSUS304、t=50μm)、酸化防止層302にはニッケルストライクメッキ(例えば、厚さ1μm以下)、発熱層301にはCuメッキ(例えば、厚さ15μm)、弾性層303にはシリコーンゴム(例えば、厚さ150μm)、そして離型層304にはPFA(厚さ30μm)が用いられる。すなわち定着スリーブ3の厚みはたとえば200〜250μmであるが、ただし、これらの数値はすべて一例である。
このような定着スリーブ3の内部には励磁コイル2と対向する位置に配置され、励磁磁束J1を打ち消す反発磁束J2を発生させる磁束調整機構としての消磁コイル層(第一消磁層)5と、磁路形成部材6及び消磁部材(第二消磁層)7が配備される。
ここで、図2に示すように、消磁コイル層5は該消磁コイル層5を透過する磁束J1の透過を規制する磁路形成部材6に組み込まれ、同磁路形成部材6が整磁合金で形成される。しかも、磁路形成部材6には、定着スリーブ3の発熱層301とは反対側、すなわち、定着スリーブ3の内部中央側に消磁部材(第二消磁層)7が接近して配備される。
更に、3層の消磁コイル501〜503は左右対称に配される。それぞれにおいて、軸方向両端側が同位置に配され、中央側が相互に離れた状態で配され、相互に部分的に重なり合っている。なお、凸部602には消磁コイル501〜503の軸方向中央側端が収容されるコイル収容溝uが形成される。
これにより、スイッチ611〜613が選択的にショートされることで、その消磁コイルが軸方向でカバーする非通紙部e2に相当する左右の部位に消磁磁束J2を発することができ、それぞれが対応する用紙サイズ(図6(c)の通紙部e1参照)に応じて、定着スリーブ3のスラスト方向に対する、より精度の高い発熱幅制御が可能となる。
更に、消磁部材(第二消磁層)7は、図6に示すように、軸方向に長く形成され、低熱容量化のため磁路形成部材6と離れて配されることが望ましい。これにより消磁部材7の温度を低く保つことが出来る。
本実施例では、磁路形成部材(整磁層)6と定着スリーブ3内部の消磁部材(第二消磁層)7の存在において、消磁コイル層5(第一消磁層)が存在しないとすると、誘導磁束J1により定着スリーブ3が発熱し、その熱を磁路形成部材6を介して受けた消磁部材7が加熱され、キュリー温度100〜300以上になると、消磁部材7が反発磁束J3を発生させ、励磁コイル2からの磁束J1を抑え、発熱層等の過熱が防止される(図4(b)参照)。しかし、この基本構成では感温遅れが発生し、しかも、記録材Pを連続通紙した際の非通紙部過昇温はキュリー温度Tcまでは上昇してしまう。
このような図1の画像形成装置Mの定着装置20では、定着スリーブ3の軸方向に複数の消磁コイル501〜503(図6(a)参照)を配し、定着装置に達する記録材Pの幅情報に応じて、スイッチ611〜613の選択的な開閉制御をする。これにより、定着装置に達する記録材Pの非通紙部e2の過度の昇温を抑制し、精度の高い発熱幅制御が可能である。
上述のように第1の実施形態で、定着装置20は定着スリーブ3の内部に励磁コイル2からの励磁磁束J1を打ち消す反発磁束J2を発生させる磁束調整機構としての消磁コイル層(第一消磁層)5と、磁路形成部材6及び消磁部材(第二消磁層)7が配備されていた。ここでは磁束調整機構として,図7に示されるような、板状の低抵抗体を結線して作成した板状消磁回路を成す板状低抵抗体(第一消磁層)5aを用いてもよい。ここで板状低抵抗体5aには回路を機能させる際にショートされるスイッチ61aに接続される。
図7(a)に示される板状低抵抗体5aを用いる際も、その空隙tdの内部に高透磁率、高抵抗材料から成る磁路形成部材6aを配して、磁気結合を向上させることが望ましい。図7(b)では矢印J2aで概念的に板状部材から誘起される反発磁束を示しているが、あくまで概念上のものである。図7(c)中には板状低抵抗体5a、磁路形成部材6aの断面を示している。
上述のように第1の実施形態での定着装置20は定着スリーブ3の内部に励磁磁束J1を打ち消す反発磁束J2を発生させる消磁コイル層(第一消磁層)5として、磁路形成部材(整磁層)6の長手方向において、消磁コイル層5が存在しない中央部と、左右側部に3段重ねで軸方向の長さが異なる消磁コイル層501、502、503を重ねて装着した構成を採っていた。これに代えて、図8(a),(b)に示すように形成しても良い。ここで磁路形成部材(整磁層)6bはその長手方向において湾曲主部601bが一様に形成され、それより突き出す凸部602bのうち、消磁コイル層(第一消磁層)が存在しない中央部(通紙部e1)と、軸方向に所定間隔を介して中央側より左右端に向かい左右対称に3つのループ状の消磁コイル層501b、502b、503bが互いに端部を重ねた状態で直列的に配設される。なお。ループ状の各消磁コイル層の重なり部は凸部602bに形成されたコイル収容溝ubに嵌着される。
第4の実施形態での定着装置20cは加熱ローラ3cと定着ローラ41とにベルト42が巻き掛けられ、定着ローラ41にベルト42を介して加圧ローラ4cが圧接し、両者間に記録材Pが通過して、定着するニップ部npが形成されている。ここで加熱ローラ3cにベルト42を介して加熱手段Hを成す励磁コイル2cが対向配備される。加熱ローラ3c内には反発磁束J2(図4(c)参照)を発生させる磁束調整機構(第一消磁層)5cと、磁路形成部材6c及び消磁部材(第二消磁層)7cが配備される。
2 励磁コイル(磁束発生部)
3 定着スリーブ(定着回転体)
301 発熱層
4 加圧ローラ(加圧回転体)
410 画像形成部
5 消磁コイル層(磁束調整機構)
6 磁路形成部材
7 消磁部材(第二消磁層)
J1 励磁磁束
J2 反発磁束
M 画像形成装置
P 記録材
Claims (13)
- 回転可能な非磁性発熱層を有する定着回転体と、磁束を発生させ、該磁束によって前記発熱層を誘導加熱する励磁コイルを有し、該発熱層の厚みは励磁コイルから発生される磁束が定着回転体を透過するように浸透深さ以下に設定され、前記定着回転体の内部であって前記励磁コイルと対向する位置に配され、励磁磁束を打ち消す反発磁束を発生させる磁束調整機構を有し、該磁束調整機構を透過する磁束の透過を規制する磁路形成部材を整磁合金で形成すると共に、該磁路形成部材の前記発熱層に対し反対側に消磁部材を配することを特徴とする定着装置。
- 前記磁束調整機構は磁路形成部材の前記定着回転体と対向する側に消磁量を切り替え可能な金属からなる導電材料を配したことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記消磁量は前記導電材料が有する消磁回路のスイッチの導通/非導通により切り替えられ、単位時間当たりの導通比率で制御されることを特徴とする請求項2記載の定着装置。
- 前記消磁回路は複数配置され、用紙、画像情報、状態により導通/非道通を切り替えられることを特徴とする請求項3に記載の定着装置。
- 前記消磁回路は定着回転体の温度情報により制御されることを特徴とする請求項3又は4に記載の定着装置。
- 前記消磁回路は、発熱層を含む定着回転体形状に倣うように形成され、前記定着回転体に非接触で配されることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1つに記載の定着装置。
- 前記消磁回路は電源を有さず、電磁誘導により反発磁束が発生されることを特徴とする請求項3〜6のいずれか1つに記載の定着装置。
- 前記導電材料は巻きまわされたコイルであることを特徴とする請求項2〜7のいずれか1つに記載の定着装置。
- 前記磁路形成部材は少なくとも一部分を定着回転体に接触して配されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の定着装置。
- 前記消磁部材は、前記磁路形成部材に非接触で配されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の定着装置。
- 前記定着回転体が、定着スリーブ、定着ローラ、定着発熱ベルトのいずれかである発熱回転体であり、該発熱回転体を押圧して当接する加圧回転体を備え、前記定着回転体と前記加圧回転体の間を通過する記録媒体上に画像を定着させることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の定着装置。
- 前記発熱回転体が加熱ローラであり、該発熱回転体に掛け回した定着ベルトと、前記発熱回転体と共に該定着ベルトを張架する定着回転体を備えることを特徴とする請求項11に記載の定着装置。
- 請求項1〜12のいずれか1つの定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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