JP2005292604A - 像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 像担持体のサイズにかかわらず、常に適切な定着温度を確保できる像加熱装置を提供する。
【解決手段】 発熱層を備えた回転体１００と、前記回転体１００とニップを形成する加圧部材と、前記回転体１００の内部に収容され、前記発熱層が発熱する交番磁場を発生させる励磁手段１５０とを備え、前記回転体１００と前記加圧部材との間で挟持搬送される像担持体を加熱する像加熱装置であって、前記励磁手段１５０が、前記回転体１００の長手方向に沿って配置されたコア１５１と、前記コア１５１の長手方向に巻回される励磁コイル１５２とで構成されるとともに、前記回転体１００の長手方向中心部から両端部に向けて前記発熱層との離間距離が次第に異なるように構成され、且つ、前記回転体１００の長手方向に沿う軸心周りに回転可能に構成される。
【選択図】 図７

Description

本発明は、複写機などの画像形成装置の加熱定着部に使用される像加熱装置に関し、詳述すると、発熱層を備えた回転体と、前記回転体とニップを形成する加圧部材と、前記回転体の内部に収容され、前記発熱層が発熱する交番磁場を発生させる励磁手段とを備え、前記回転体と前記加圧部材との間で挟持搬送される像担持体を加熱する像加熱装置に関する。

誘導加熱により発熱する発熱層を有する回転体を備えた像加熱装置では、回転体の長手方向端部で放熱面積が大きいために、中央部と比較して端部での温度低下が大きくなり、ニップにおいて長手方向に均一な温度分布を得ることができない。そのため、中央部で十分な定着温度が確保されていても、端部では像担持体の一例である記録紙と記録紙上のトナー像に十分な熱エネルギーを供給することができず、定着不良やオフセットが生じるという問題があった。

そこで、回転体の長手方向に沿って配置されたコアの長手方向に巻回される励磁コイルと発熱層との間の距離を変化させて、励磁コイルと回転体の距離を中央部から端部に向かうに従って近くなるように設定することにより、ニップで均一な温度分布を確保する技術が提案されていた。
特許第３３４７５３７号公報

しかし、上述の従来技術によれば、幅狭の記録紙が連続して供給されるような場合に、ニップの中央部では記録紙に吸熱されるものの、端部側では記録紙が通過しないために全体として発熱と放熱のバランスが崩れることになる。この場合、ニップの中央部で十分な定着温度が確保されるように加熱すると、端部側が過昇温して、次に幅広の記録紙が通過する際に端部側で高温のオフセットが生じるという不都合があり、さらには励磁コイルのコア温度がキュリー点を超える虞もあった。

コア温度がキュリー点を超えると、当該キュリー温度を下回るまで交番磁場の磁束密度が大幅に低下するために、発熱層を発熱させることができなくなり、その間は装置が稼動できなくなるのである。

一方、幅狭の記録紙が連続して供給されるような場合に、ニップの端部側が過昇温とならないように制御すると、逆に中央部側の温度が所定の定着温度を下回り、定着不良が生じるという問題もあった。

本発明は、上述の従来欠点に鑑み、像担持体のサイズにかかわらず、常に適切な定着温度を確保できる像加熱装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による像加熱装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、発熱層を備えた回転体と、前記回転体とニップを形成する加圧部材と、前記回転体の内部に収容され、前記発熱層が発熱する交番磁場を発生させる励磁手段とを備え、前記回転体と前記加圧部材との間で挟持搬送される像担持体を加熱する像加熱装置であって、前記励磁手段が、前記回転体の長手方向に沿って配置されたコアと、前記コアの長手方向に巻回される励磁コイルとで構成されるとともに、前記回転体の長手方向中心部から両端部に向けて前記発熱層との離間距離が異なるように構成され、且つ、前記回転体の長手方向に沿う軸心周りに回転可能に構成されている点にある。

上述の構成によれば、前記回転体の長手方向中心部から両端部に向けて励磁手段と発熱層との離間距離が次第に異なるように構成されているので、中心部から両端部にかけて発熱層との離間距離が長くなるように構成されると中心部に較べて両端部の発熱温度が低くなるように設定でき、中心部から両端部にかけて発熱層との離間距離が短くなるように構成されると中心部に較べて両端部の発熱温度が高くなるように設定できる。そのような励磁手段を前記回転体の長手方向に沿う軸心周りに回転させることにより、中心部から両端部にかけて発熱層との離間距離が長くなる配置と短くなる姿勢に切替えることが可能になるので、状況に応じてニップの温度分布の調整ができるようになるのである。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記励磁手段を前記回転体の長手方向に沿う軸心周りに回転駆動する駆動機構を備え、前記駆動機構は、前記像担持体のサイズに基づいて前記励磁手段が所定姿勢に維持されるように回転駆動するものである点にある。

上述の構成によれば、駆動機構によりニップを通過する像担持体のサイズに応じて励磁手段の姿勢を変更できるので、ニップの温度分布を常に適切な状態に維持でき、コアが過昇温するような事態も未然に防止できるようになるのである。

以上説明した通り、本発明によれば、像担持体のサイズにかかわらず、常に適切な定着温度を確保できる像加熱装置を提供することができるようになった。

以下に本発明による画像処理装置の実施の形態を説明する。画像処理装置としての複写機１は、図１に示すように、原稿画像情報を読み取る画像読取手段としての露光機構２、プリント機構３及び記録紙搬送機構４が配置された本体の上面に複写すべき原稿（複写原稿）を載置するコンタクトガラス５と操作表示部６が設けられ、前記コンタクトガラス５上に自動原稿搬送装置７が配置されるとともに、本体一側面側に給紙カセット８が配置されて構成される。

前記露光機構２は、コンタクトガラス５上に載置された原稿を露光走査するための露光ランプ２１及び原稿からの反射光を反射する第１ミラー２２を備えた第１スライダー２Ａと、第１ミラー２２によって反射された光をレンズ２５に導くための第２及び第３ミラー２３、２４を備えた第２スライダー２Ｂと、集光レンズ２５によって得られた光情報を電気信号に変換するためのＣＣＤ等の固体撮像素子２６、固体撮像素子２６によって得られた画像情報等が入力される制御ユニット２７並びに制御ユニット２７からの画像データを光信号に変換するレーザユニット２８を備えて構成される。

第１スライダー２Ａ及び第２スライダー２Ｂは、図示しないスキャン駆動モータによって副操作方向に往復駆動される。第２スライダー２Ｂは、第１スライダー２Ｂの走査移動速度の１／２の速度で、第１スライダー２Ａの移動距離の１／２の距離を移動するように構成してある。

前記プリント機構３は、図示しないメイン駆動モータによって矢印の方向に回転駆動される感光体ドラム３１を備え、感光体ドラム３１の周囲には、その回転方向の順に、感光体ドラム３１の表面の感光層を帯電させる帯電器３２、感光層上に形成された静電潜像をトナー顕像として顕像化する現像装置３３、感光層上に形成されたトナー顕像を記録紙に転写する転写用放電器３４、感光体ドラム３１から記録紙を分離するための分離用放電器３５、転写後の感光体ドラム３１上に残留しているトナーを除去するクリーニング装置３６及び感光体ドラム３１表面の電荷を除去する除電器３７が夫々配され、帯電器３２により一様に帯電された感光層に前記レーザユニット２８から出力されるレーザ光が照射され、静電潜像が形成される。

前記記録紙搬送機構４は、給紙カセット８内の記録紙を給紙する給紙ローラ４１、給紙ローラ４１によって送られてきた記録紙を所定のタイミングで感光体ドラム３１に搬送するためのレジストローラ４２及び感光体ドラム３１上に形成されたトナー顕像が転写されかつ感光体ドラム３１から剥離された記録紙を加熱定着部４４まで搬送する搬送ベルト４３を備えている。前記加熱定着部４４によって定着処理が施された転写紙は、図示しない排出機構を介して排出トレイ上に排出される。

前記加熱定着部４４は、図２に示すように、発熱層１０１を備えた回転体１００と、前記回転体１００とニップを形成する加圧部材１０４と、前記回転体１００の内部に収容され、発熱層１０１が発熱する交番磁場を発生させる励磁手段１５０とを備え、前記回転体１００と加圧部材１０４との間で挟持搬送される像担持体としてのトナー画像が形成された記録紙を加熱するように構成されている。

前記回転体１００は円筒状で、用紙搬送方向に直交する水平方向に延びており、内面に、発熱層１０１を有し、その上にシリコンゴム等からなる弾性層１０２を有し、さらにその上に離型層１０３を有して構成されている。

前記発熱層１０１は鉄、銅、アルミウム、ステンレス等から成り、前記弾性層１０２はシリコンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコンゴム等の耐熱性が良く、熱伝導率が良い材質から成り、離型層１０３はフッ素樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂シリコンゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、ＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰ等の離型性がよく耐熱性の良い材質から成る。

前記加圧部材１０４は、その軸線方向に回転可能な円筒状のローラであり、前記回転体１００に対して平行に延びており、その外周面が前記回転体１００の外周面と所定の圧力で圧接しており、前記回転体１００の回転に伴って図２に示す矢印の方向に回転する。

図２、図３、図４に示すように、前記励磁手段１５０は、前記回転体１００の長手方向に沿って配置され、ボビン１５３に装着され、弧状に形成されたコア１５１と、前記コア１５１の長手方向に巻回される励磁コイル１５２とで構成され、以って、前記回転体１００の長手方向中心部から両端部に向けて前記発熱層１０１との離間距離が次第に異なるように構成され、さらに、前記回転体１００の長手方向に沿う回転軸２００周りに、回転可能に構成されている。また、図２、図３、図４は前記励磁手段１５０の構成を模式的に表すものであり、例えば、励磁コイルの巻き数等を限定的に示すものではない。

詳述すると、前記励磁コイル１５２は、例えば銅からなり、高周波電流が印加されることにより発生する高周波磁界により、発熱層１０１に渦電流が誘導され、発生するジュール熱により加熱されるように構成される。前記励磁手段１５０と前記発熱層１０１の距離が近いほど前記発熱層１０１に発生する熱量は大きくなり、前記励磁手段１５０と前記発熱層１０１の距離が遠いほど、前記発熱層１０１に発生する熱量は小さくなる。

図７に示すように、回転機構５００は、ギアを回転させるモータ５０１と、モータ５０１の動力を前記励磁手段１５０に伝え、所定の比率で組み合わされる第一ギア５０２、第二ギア５０３と、前記励磁手段１５０の長手方向に延びる前記回転軸２００を備えて構成され、前記回転軸２００が１８０度回転することで、前記励磁手段１５０は、ニップのほぼ全域に到る幅広の用紙を定着処理する場合の位置である第一位置と、ニップの一部を通過する幅狭の用紙を定着処理する場合の位置である第二位置のいずれかに切替自在に位置決めされる。

複写機１を作動制御するＣＰＵを含む制御手段の一部で構成される回転制御手段４００は、前記操作表示部６から入力された用紙サイズ情報をもとに所定のプログラムに基づき、前記回転機構５００を駆動して、前記励磁手段１５０を前記第一位置又は前記第二位置に制御する。

前記回転制御手段４００は用紙サイズ情報に基づき、前記励磁手段１５０の位置を前記第一位置と前記第二位置のいずれかに切り替え制御する。また、用紙サイズ情報に加えて温度情報取得手段４５０からの温度情報に基づいて前記励磁手段１５０の位置を決定するものでもよい。即ち、前記温度情報取得手段４５０が回転体表面の長手方向の温度分布を測定する複数の温度センサを備え、取得した温度情報を前記回転制御手段４００に転送するよう構成される。

図３に示すように、前記第一位置においては、前記励磁手段１５０は、前記回転体１００の長手方向の中心部の前記励磁手段１５０と前記発熱層１０１との距離が、前記回転体１００の長手方向の両端部の前記励磁手段１５０と前記発熱層１０１との距離よりも遠くなるように構成されている。

図５に第一位置での熱分布特性を示す。前記励磁コイル１５２と前記発熱層１０１の距離が近いほど前記発熱層１０１に発生する熱量は大きくなり、前記励磁コイル１５２と前記発熱層１０１の距離が遠いほど、前記発熱層１０１に発生する熱量は小さくなる。従って、前記回転体１００の長手方向の中心部での発熱量は、前記回転体１００の長手方向の両端部での発熱量よりも小さくなる。またここで、前記回転体１００の長手方向の両端部では、前記回転体１００の長手方向の中心部に比べ放熱面積が大きく、放熱量も大きくなるので、前記回転体１００の温度は長手方向の中央部から両端部にかけてほぼ一定となる。これにより、印刷用紙の中央部と両端部での定着温度のばらつきが解消されるのである。

図４に、前記第二位置における、前記励磁手段１５０は、前記回転体１００の長手方向の中心部での前記励磁手段１５０と前記発熱層１０１との距離が、前記回転体１００の長手方向の両端部での前記励磁手段１５０と前記発熱層１０１との距離より近くなるように構成されている。

図６に第二位置での熱分布特性を示す。前記回転体１００の長手方向の中心部での発熱量は、前記回転体１００の長手方向の両端部での発熱量よりも大きくなる。また、小サイズの用紙がニップを通過すると、中央部の小サイズ用紙が通過する部分では、定着の為に放熱され、両端部では用紙が通過しないため、用紙に対しての放熱は行われない。それにより、中央部分で充分な定着温度に加熱しながらも、用紙の通過しない両端部での異常な高温加熱処理が防止され、好ましくは前記回転体１００の温度は、長手方向の中央部から両端部にかけてほぼ一定となる。

選択された用紙サイズが、例えば、Ａ３縦やＡ４横等の幅広の用紙であれば、前記回転機構５００により、前記励磁手段１５０は前記第一位置にセットされ、印刷が行われる。また、選択された用紙サイズが、例えば、Ａ４縦やＢ５横等の幅狭の用紙であれば前記回転機構５００により、前記励磁手段１５０は前記第二位置にセットされ、印刷が行われる。

以下に本発明の別実施形態を説明する。上述した実施形態では、前記加熱定着部４４は、加圧ローラによりトナー画像が形成された記録紙を加熱するように構成されていたが、図８に示すように、エンドレスベルト状の定着フィルムを用いたフィルム定着方式（フィルム加熱方式）で構成されても良い。該定着フィルム１０００は左側の駆動ローラ１１００と右側の従動ローラ１２００と、この両ローラ１１００、１２００間の下方に固定配設した加圧部材１０４との間に張設しており、従動ローラは定着フィルムを外側に張る方向にテンションを与えるテンションローラを兼ねている。

上述した実施形態では、前記励磁手段１５０の形状は、図２、図３、図４に示すように、前記回転体１００の長手方向中心部から両端部に向けて前記発熱層１０１との離間距離が次第に異なるように構成されていたが、これに限定されるものではなく、前記回転体１００の長手方向中心部から両端部に向けて前記発熱層１０１との離間距離が段階的に異なるように構成されてもよい。また、これらの離間距離の異ならせ方は、実験データ等に基づき適宜決定されるものであり、特に制限されるものではない。

画像形成装置のブロック説明図 加熱定着部の説明図 励磁手段の形状の説明図 励磁手段の形状の説明図 第一位置での熱分布を示す説明図 第二位置での熱分布を示す説明図 回転機構周辺の要部を示すブロック図 別実施形態での加熱定着部の説明図

符号の説明

１：複写機
６：操作表示部
４４：加熱定着部
１００：回転体
１０１：発熱層
１０２：弾性層
１０３：離型層
１０４：加圧部材
１５０：励磁手段
１５１：コア
１５２：励磁コイル
２００：回転軸
４００：回転制御手段
５００：回転機構

Claims (2)

1. 発熱層を備えた回転体と、前記回転体とニップを形成する加圧部材と、前記回転体の内部に収容され、前記発熱層が発熱する交番磁場を発生させる励磁手段とを備え、前記回転体と前記加圧部材との間で挟持搬送される像担持体を加熱する像加熱装置であって、
   前記励磁手段が、前記回転体の長手方向に沿って配置されたコアと、前記コアの長手方向に巻回される励磁コイルとで構成されるとともに、前記回転体の長手方向中心部から両端部に向けて前記発熱層との離間距離が異なるように構成され、且つ、前記回転体の長手方向に沿う軸心周りに回転可能に構成されている像加熱装置。
2. 前記励磁手段を前記回転体の長手方向に沿う軸心周りに回転駆動する駆動機構を備え、前記駆動機構は、前記像担持体のサイズに基づいて前記励磁手段が所定姿勢に維持されるように回転駆動するものである請求項１記載の像加熱装置。

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