JP2004333733A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非通紙部での温度上昇を的確に抑制し、オフセットや定着ムラの無い安定した高品質の定着を持続可能にした誘導加熱定着装置を持つ画像形成装置。
【解決手段】可変出力周波数の高周波電源から複数の並列の誘導コイルに共振周波数の誘導電流を流して発熱する回転体加熱部材と、該回転体加熱部材に対し圧接する加圧部材とを有する誘導加熱方式の定着装置であって、前記複数の誘導コイルの共振周波数が少なくとも２水準以上であり、前記複数の誘導コイルに対応する共振周波数による出力パターンを画像形成装置の動作モードによって変更できる誘導加熱方式の定着装置を用いた画像形成装置において、各周波数出力毎の加熱発熱分布の最大発熱密度位置に対向して温度検知手段を各々少なくとも１つ以上設けてあることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱源として誘導コイルを用いた誘導加熱方式の定着装置を装着した画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来画像形成装置に装着される定着装置の加熱源には一般的にハロゲンランプが用いられてきたが、近年、省エネルギー化を図るために、高いエネルギー効率を示す加熱源として誘導コイルを用いた誘導加熱方式の定着装置が提案されている。
【０００３】
しかし、誘導加熱方式で用いられる定着ローラの材質は、誘導コイルにより大きな磁束密度が発生するようにした材質として鉄やＳＵＳが主として用いられており、これらは、加熱源にハロゲンランプを用いた従来の定着ローラの材質として主に使われてきたアルミニウム合金に比べて熱伝導率が低い。そのため、小幅サイズの転写材としての用紙を連続通紙すると、非通紙部の温度上昇が発生し、その温度上昇量が従来のアルミニウム合金の定着ローラを使用した時より大きくなる。小幅サイズにおける非通紙部での温度上昇が発生すると、小幅サイズの転写材を通紙後に大幅サイズの転写材を通紙したとき、今まで非通紙部であった部分が通紙されることになり、ホットオフセットや紙シワが発生することがある。
【０００４】
この非通紙部の温度上昇は、誘導加熱方式の定着の解決すべき課題の１つであるが、その解決手段として、非通紙部を冷却する手段を設けるもの（例えば、特許文献１参照）や、共振周波数の異なるコイルを並列配置し、高周波電源の出力周波数を各コイルと共振用コンデンサの共振周波数に合わせて切り替えてあることで、定着ローラの加熱場所を制御することが可能となることを利用し、通紙する紙サイズ／紙種等の画像形成装置の動作モード毎に出力周波数の切り換えパターンを変更し、非通紙部への不必要な熱供給を抑制し、非通紙部の温度上昇を抑制する方法（例えば、特許文献２参照）等がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１−２４８１７０号公報
【０００６】
【特許文献２】
特願２００２−２６５４１２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１のような解決手段では、加熱した部分を冷却することは、無駄にエネルギーを損失したことになり、省エネルギー化に反する結果となる。また、特許文献２のような解決手段では、複数の発熱分布を有するため、加熱部材の長手方向で局所的に過昇温が発生し、光沢ムラや、発煙発火の事故につながる欠点がある。
【０００８】
本発明は、上述のような誘導加熱方式の定着装置の問題点を解決し、熱伝導性の悪い定着ローラを使用する誘導加熱方式の定着装置であっても非通紙部での温度上昇を抑制でき安定した高品質の定着を持続可能にした定着装置を装着した画像形成装置を提供することを目的にする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の構成によって達成される。
【００１０】
（１）誘導電流で発熱する回転体加熱部材と、磁束を発生させる並列に接続された複数の誘導コイルからなる加熱手段と、当該複数の誘導コイルに電流を供給する高周波電源と、前記回転体加熱部材に対し圧接して配置される加圧部材とを有する誘導加熱方式の定着装置であって、
前記複数の誘導コイルの共振周波数が少なくとも２水準以上であり、前記高周波電源は出力周波数が可変であり、前記複数の誘導コイルに対応する共振周波数による出力パターンを画像形成装置の動作モードによって変更できる誘導加熱方式の定着装置を用いた画像形成装置において、
各周波数出力毎の前記加熱手段の発熱分布の最大発熱密度位置に対向して温度検知手段を各々少なくとも１つ以上設けてあることを特徴とする画像形成装置。（第１の発明）。
【００１１】
（２）誘導電流により発熱する定着ベルトの内側に、磁束を発生させる並列に接続された複数の誘導コイルからなる加熱手段と、当該複数の誘導コイルに電流を供給する高周波電源と、前記定着ベルトの内側の支持ローラに前記定着ベルトを介して対向する加圧部材で加圧してニップ部を形成し、当該ニップ部にて転写材を挟持搬送して転写材上の未定着画像を加熱定着する定着装置であって、
前記複数の誘導コイルの共振周波数が少なくとも２水準以上であり、前記高周波電源は出力周波数が可変であり、前記複数の誘導コイルに対応する共振周波数による出力パターンを画像形成装置の動作モードによって変更できる誘導加熱方式の定着装置を用いた画像形成装置において、
各周波数出力毎の前記加熱手段の発熱分布の最大発熱密度位置に対向して温度検知手段を各々少なくとも１つ以上設けてあることを特徴とする画像形成装置。（第２の発明）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００１３】
図１、画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。
１は、デジタル方式による画像形成装置であって、画像読取り部Ａ、画像処理部Ｂ、画像形成部Ｃ、転写材搬送手段としての転写材搬送部Ｄから構成されている。
【００１４】
画像読取り部Ａの上部には原稿を自動搬送する自動原稿送り手段が設けられていて、原稿載置台１１上に載置された原稿は原稿搬送ローラ１２によって１枚宛分離搬送され読み取り位置１３ａにて画像の読み取りが行われる。原稿読み取りが終了した原稿は原稿搬送ローラ１２によって原稿排紙皿１４上に排出される。
【００１５】
一方、プラテンガラス１３上に置かれた場合の原稿の画像は走査光学系を構成する照明ランプ及び第１ミラーから成る第１ミラーユニット１５の速度ｖによる読み取り動作と、Ｖ字状に位置した第２ミラー及び第３ミラーから成る第２ミラーユニット１６の同方向への速度ｖ／２による移動によって読み取られる。
【００１６】
読み取られた画像は、投影レンズ１７を通してラインセンサである撮像素子ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）の受光面に結像される。撮像素子ＣＣＤ上に結像されたライン状の光学像は順次電気信号（輝度信号）に光電変換されたのちＡ／Ｄ変換を行い、画像処理部Ｂにおいて濃度変換、フィルタ処理などの処理が施された後、画像データは一旦メモリに記憶される。
【００１７】
画像形成部Ｃでは、画像形成ユニットとして、像担持体であるドラム状の感光体２１と、その外周に、当該感光体２１を帯電させる帯電手段２２、帯電した感光体の表面電位を検出する電位検出手段２２０、現像手段２３、転写分離手段である転写極２４及び分離極２５、前記感光体２１のクリーニング装置２６及び光除電手段としてのＰＣＬ（プレチャージランプ）２７が各々動作順に配置されている。また、現像手段２３の下流側には感光体２１上に現像されたパッチ像の反射濃度を測定する反射濃度検出手段２２２が設けられている。感光体２１は、光導電性化合物をドラム基体上に塗布形成したもので、例えば有機感光体（ＯＰＣ）が好ましく使用され、図示の時計方向に駆動回転される。
【００１８】
回転する感光体２１へは帯電手段２２による一様帯電がなされた後、像露光手段としての露光光学系３０により画像処理部Ｂのメモリから呼び出された画像信号に基づいた像露光が行われる。書き込み手段である像露光手段としての露光光学系３０は図示しないレーザーダイオードを発光光源とし、回転するポリゴンミラー３１、ｆθレンズ３４、シリンドリカルレンズ３５を経て反射ミラー３２により光路が曲げられ主走査がなされるもので、感光体２１に対してＡｏの位置において像露光が行われ、感光体２１の回転（副走査）によって潜像が形成される。本実施の形態の一例では文字部に対して露光を行い潜像を形成する。
【００１９】
感光体２１上の潜像は現像手段２３によって反転現像が行われ、感光体２１の表面に可視像のトナー像が形成される。転写材搬送部Ｄでは、画像形成ユニットの下方に異なるサイズの転写材（以降、用紙ともいう）Ｐが収納された転写材収納手段としての給紙ユニット４１（Ａ）、４１（Ｂ）、４１（Ｃ）が設けられ、また側方には手差し給紙を行う手差し給紙ユニット４２が設けられていて、それらの何れかから選択された転写材Ｐは案内ローラ４３によって搬送路４０に沿って給紙され、給紙される転写材Ｐの傾きと偏りの修正を行うレジストローラ対４４によって転写材Ｐは一時停止を行ったのち再給紙が行われ、搬送路４０、転写前ローラ４３ａ、給紙経路４６及び進入ガイド板４７に案内され、感光体２１上のトナー画像が転写位置Ｂｏにおいて転写極２４及び分離極２５によって転写材Ｐ上に転写され、搬送ベルト装置４５の搬送ベルト４５４に載置搬送されながら前記転写材Ｐは感光体２１面より分離し、前記搬送ベルト装置４５により定着手段としての誘導加熱型の定着装置５０に搬送される。
【００２０】
定着装置５０は、内部に加熱部材（熱源）を持つ回転体加熱部材としての定着ローラ５１と加圧部材としての加圧ローラ５９とを有しており、転写材Ｐを定着ローラ５１と加圧ローラ５９との間を挟持通過させることにより、加熱、加圧によってトナーを定着させる。トナー画像の定着を終えた転写材Ｐは定着排紙ローラ６１、排紙ローラ６３を経て排紙トレイ６４上に排出される。
【００２１】
以上は転写材Ｐの片側への画像形成を行う状態を説明したものであるが、両面複写の場合は排紙切換部材１７０が切り替わり、用紙案内部１７７が開放され、用紙としての転写材Ｐは破線矢印の方向に搬送される。
【００２２】
更に、搬送機構１７８により用紙Ｐは下方に搬送され、用紙反転部１７９によりスイッチバックさせられ、用紙としての転写材Ｐの後端部は先端部となって両面複写用給紙ユニット１３０内に搬送される。
【００２３】
転写材Ｐは両面複写用給紙ユニット１３０に設けられた搬送ガイド１３１を給紙方向に移動し、給紙ローラ１３２で転写材Ｐを再給紙し、転写材Ｐを搬送路４０に案内する。
【００２４】
再び、上述したように感光体２１方向に転写材Ｐを搬送し、転写材Ｐの裏面にトナー画像を転写し、定着装置５０で定着した後、排紙トレイ６４上に排紙する。
【００２５】
図２は、誘導加熱方式の定着装置の加熱部を示す断面図である。
図２（ａ）はローラ定着の場合である。図２において、５１は、鉄またはＳＵＳ等の磁性を帯びる金属から作られた定着ローラで、両端が不図示の支持部に固定されているコイル支持部材５５に支持された加熱手段である誘導コイル５２を内設している。当該定着ローラ５１は、高周波発生回路（図３参照）により誘導コイル５２に高周波交流電流を流し、磁束を変化させ定着ローラ５１に渦電流を発生させ、この渦電流損によるジュール熱で加熱され、また、不図示の動力源からの動力で回転する。５４ａ、５４ｂは定着ローラ５１の温度検知手段である温度センサである。５９は不図示のバネで転写材Ｐを定着ローラ５１を押圧する加圧ローラである。
【００２６】
本実施の形態における定着装置は上記の図２（ａ）を基本としているが、以下の図２（ｂ）、（ｃ）の方式をとることも可能である。
【００２７】
図２（ｂ）、（ｃ）はベルト定着の加熱部を示し、図２（ａ）に用いた参照符号はそのまま適用される。
【００２８】
図２（ｂ）において、定着ベルト５６は、内側に加熱手段である誘導コイル５２が配置された加熱ローラ５１ａと上加圧ローラ５７に張架され、当該加熱ローラ５１ａによって加熱され、不図示の動力源からの動力で回転する前記加熱ローラ５１ａと共に走行する。転写材Ｐは加圧ローラ５９によって加熱された定着ベルト５６と共に両ローラに挟まれて上加圧ローラ５７に不図示のバネで押圧される。なお、ベルトはＳＵＳまたはニッケル等の磁性金属とポリイミド等からなる。
【００２９】
図２（ｃ）はベルト定着の他の方式を示し、定着ベルト５６は、駆動ローラ５８ａ、テンションローラ５８ｂ、ベルト支持部材５８ｃに張架され、不図示の動力源からの動力で回転する駆動ローラ５８ａと共に走行する。転写材Ｐは、加圧ローラ５９によって、加熱された定着ベルト５６と共にベルト支持部材５８ｃ押圧され挟持搬送される。
【００３０】
このように本発明に用いる上記定着装置５０は高周波の誘導加熱方式の定着装置であるが、図３は、定着ローラに内蔵された誘導コイルを示す模式図である。
【００３１】
図３に示すように定着ローラ５１は、内側に表１に示すような２水準以上異なる共振周波数の誘導コイル５２ａ，５２ｂ，５２ｃ、５２ｄ、５２ｅからなる誘導コイル５２を配置し、前記各誘導コイルの両端は高周波電源５３の出力端子に並列に接続されており、不図示のコンデンサと共振回路とで形成されている。
【００３２】
例えば、本実施の形態においては、誘導コイル５２ａ，５２ｅは共振周波数２．３ＭＨｚであり、誘導コイル５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは共振周波数２．９ＭＨｚである。高周波電源から２．３ＭＨｚが出力されると、共振周波数のコイルには大電流が流れ、共振周波数でないコイルには電流があまり流れないために、共振周波数のコイルの磁束が相対的に強くなり、共振周波数のコイルと対向する位置に加熱ローラ上の発熱量が相対的に大きくなることから、誘導コイル５２ａ、５２ｅと対向する位置の発熱密度が最大となり、誘導コイル５２ｂ、５２ｃ、５２ｄと対向する位置の発熱量は、誘導コイル５２ａ、５２と対向する位置に比べて小さくなる。誘導コイル５２ａ、５２ｅと対向する位置の発熱密度を１００％とすると、誘導コイル５２ｂ、５２ｃ５２ｄと対向する位置の発熱密度は１００％より小さくなり、例えば５０％となる。同様に、高周波電源から２．９ＭＨｚが出力されると、誘導コイル５２ｂ、５２ｃ、５２ｄと対向する位置に発熱密度を１００％とすると、誘導コイル５２ａ、５２ｅと対向する位置のの発熱密度は１００％より小さくなり、例えば、５０％となる。
【００３３】
したがって、高周波電源の出力周波数を前記各誘導コイルの共振周波数に合わせ出力時間を定めて切り換えることで、定着ローラ５１の表面の加熱場所を制御することが可能となる。
【００３４】
【表１】

【００３５】
この方式の場合、各誘導コイル毎にスイッチング素子を設ける必要がなく、低コスト化が可能である。
【００３６】
表２に示すように、通紙する紙サイズや更には表２には示してないが紙の種類等にもよる画像形成装置の動作モードによって、定着ローラ５１上の長手方向の必要熱量分布が異なるため、動作モード毎に出力周波数の切り換えパターンを変更することができる。これにより、非通紙部への不必要な熱供給を抑制し、非通紙部の温度上昇を抑制できる。
【００３７】
図４は各共振周波数での発熱密度の比較を示す模式図である。
図４において、縦軸は誘導コイルの発熱密度（出力）で、横軸は定着ローラ５１の長手方向に係わる、内設された誘導コイル（５２ａ〜５２ｅ）の位置、紙幅（Ａ４Ｒ、Ａ４）、温度センサ（５４ａ、５４ｂ）の位置を示す。
【００３８】
本実施の形態においては、Ａ４サイズでは、発熱密度がフラットになるように共振周波数（２．３ＭＨｚ、２．９ＭＨｚ）の出力時間をそれぞれ０．２秒と等しくしている。Ａ４Ｒサイズでは通紙部の発熱密度を大きくするために共振周波数（２．３ＭＨｚ）による出力をせず（出力時間を０秒）、共振周波数（２．９ＭＨｚ）のみ出力して（出力時間を０．２秒）、温度制御を行うことになる。
【００３９】
温度センサは、最大発熱密度位置に対向して少なくとも１つ以上設けられている。紙サイズによっては非通紙部となる領域部分の温度上昇と共に温度センサからの信号は不図示の温度制御部へ伝達され、制御部にて適切に温度を抑制することが可能となる。
【００４０】
すなわち、図４、図２に示すように温度センサ５４ａ、５４ｂを配置することにより、図５のフローチャートおよび表２に示すように各誘導コイルの共振周波数を有効に切り換えてゆくことが可能になる。
【００４１】
【表２】

【００４２】
図４の模式図に示すように、定着ローラ５１の温度を検知する温度センサ５４を５４ａ、５４ｂのように配置し、その温度センサの検出温度Ｔｃ，Ｔｓの情報を基に、出力周波数パターンを切り換えることで、定着ローラ５１上の温度ムラをより精度良く抑制することが可能となる。即ち、共振周波数の異なる誘導コイル５２ａ，５２ｂ，５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ毎に少なくとも一つ以上の温度センサを配置し、発熱温度によって共振周波数または非共振周波数を適用することで定着ローラ５１の温度を制御可能となる。
【００４３】
図５は、周波数切換えのフローチャートを示す。
図５のフローチャートに示すように、Ｓｔｐ１でその温度センサにより検出される検出温度Ｔｃ、Ｔｓの情報を読み込み、それを基にＳｔｐ２で出力周波数を表２に示すような数値を対応させて切り換える制御をすることで、より正確に定着ローラ５１の非通紙部温度上昇を抑制し、温度を均一に維持することが可能となる。尚、この場合、各誘導コイル５２ａ，５２ｂ，５２ｃ、５２ｄ、５２ｅの共振周波数を表２に示すような一部共通の値にすることにより、温度センサは５４ａ、５４ｂの２つを用意し、当該温度センサを共振周波数の各水準に対応する誘導コイルに対向して配置することで前記５つの誘導コイル５２ａ，５２ｂ，５２ｃ、５２ｄ、５２ｅを表２に対応して正確にしかも簡単に制御することが可能となる。表２は温度センサ５４ａ、５４ｂで検出される検出温度Ｔｃ，Ｔｓが設定温度Ｔ１、Ｔ２を超えるか超えないかを検知して各誘導コイルの共振周波数に切り換えて出力するときの時間の適正な配分の一例を示したものである。
【００４４】
尚、本発明の実施の形態に用いた定着装置５０の定着ローラ５１及び加圧ローラ５９の形状寸法と材質は次のようになる。
【００４５】
加熱ローラ：外径φ４０／肉厚１．０／芯金材質 鉄
加圧ローラ：外径φ４０／ソリッドゴム厚５．０／ソリッドゴム硬度１８°（ＪＩＳ−Ａ）／５０μｍ導電ＰＦＡチューブ被覆
ニップ荷重：６００Ｎ
【００４６】
【発明の効果】
本発明により熱伝導性の悪い定着ローラを使用する誘導加熱型定着装置であっても非通紙部での温度上昇を的確に抑制することにより、ホットオフセットや定着ムラの無い安定した高品質の定着を持続可能にした定着装置が得られるようになり、それを装着したエネルギー効率が高、高品質の定着画像の得られる画像形成装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一例の概略構成図である。
【図２】誘導加熱方式の定着装置の加熱部を示す断面図である。
【図３】定着ローラ内蔵された誘導コイルを示す模式図である。
【図４】各共振周波数での発熱密度の比較を示す模式図である。
【図５】図４の定着装置における誘導コイルの共振周波数切り換えの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 画像形成装置
２１ 感光体
２２ 帯電手段
２３ 現像手段
２４ 転写極
２５ 分離極
２６ クリーニング装置
３０ 露光光学系（露光手段）
４５ 搬送ベルト装置
５０ 定着装置
５１ 定着ローラ
５２、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ 誘導コイル
５３ 高周波電源
５４ａ、５４ｂ 温度センサ
５８ｃ ベルト支持部材
５９ 加圧ローラ
Ｐ 転写材（用紙）

Claims (3)

1. 誘導電流で発熱する回転体加熱部材と、磁束を発生させる並列に接続された複数の誘導コイルからなる加熱手段と、当該複数の誘導コイルに電流を供給する高周波電源と、前記回転体加熱部材に対し圧接して配置される加圧部材とを有する誘導加熱方式の定着装置であって、
   前記複数の誘導コイルの共振周波数が少なくとも２水準以上であり、前記高周波電源は出力周波数が可変であり、前記複数の誘導コイルに対応する共振周波数による出力パターンを画像形成装置の動作モードによって変更できる誘導加熱方式の定着装置を用いた画像形成装置において、
   各周波数出力毎の前記加熱手段の発熱分布の最大発熱密度位置に対向して温度検知手段を各々少なくとも１つ以上設けてあることを特徴とする画像形成装置。
2. 誘導電流により発熱する定着ベルトの内側に、磁束を発生させる並列に接続された複数の誘導コイルからなる加熱手段と、当該複数の誘導コイルに電流を供給する高周波電源と、前記定着ベルトの内側の支持ローラに前記定着ベルトを介して対向する加圧部材で加圧してニップ部を形成し、当該ニップ部にて転写材を挟持搬送して転写材上の未定着画像を加熱定着する定着装置であって、
   前記複数の誘導コイルの共振周波数が少なくとも２水準以上であり、前記高周波電源は出力周波数が可変であり、前記複数の誘導コイルに対応する共振周波数による出力パターンを画像形成装置の動作モードによって変更できる誘導加熱方式の定着装置を用いた画像形成装置において、
   各周波数出力毎の前記加熱手段の発熱分布の最大発熱密度位置に対向して温度検知手段を各々少なくとも１つ以上設けてあることを特徴とする画像形成装置。
3. 前記定着ベルトの内側に、当該定着ベルトを介して前記加圧部材と対向する位置に前記定着ベルトを加圧するためのベルト支持部材を設けてあることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。

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