JP5210958B2 - 定着装置及びこれを搭載した画像形成装置 - Google Patents
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Description
具体的には、前者の発熱性能とは、ウォームアップタイムの長さで評価することができ、コイルとヒートローラとの距離が短い方が望ましい。これに対し、後者の磁気遮蔽性能とは、非通紙域におけるヒートローラの温度で評価可能であり、センタコアとヒートローラとの距離が短い方が望ましい。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解消し、性能と配置との双方を満たす定着装置及びこれを搭載した画像形成装置を提供することである。
第2の発明によれば、第1の発明の作用に加えてさらに、コイル保持部は第2のコアに近づけられているが、このコイル保持部のうち平坦な対峙面部が第2のコアに対峙しているため、第2のコアと加熱部材との近接状態を確保しつつ、第2のコアと加熱部材との間をコイル保持部で確実に塞ぐことができる。この結果、対峙面部が無い場合に比してコイル保持部の強度が向上するし、コイルが加熱部材からの輻射熱の影響を受け難くなる。
第3の発明によれば、第1の発明の作用に加えてさらに、コイル保持部は第2のコアに近づけられているが、このコイル保持部のうち薄肉の対峙面部が第2のコアに対峙しているため、第2のコアと加熱部材との近接状態を確保しつつ、第2のコアと加熱部材との間をコイル保持部で確実に塞ぐことができる。よって、対峙面部が無い場合に比してコイル保持部の強度が向上するし、コイルが加熱部材からの輻射熱の影響を受け難くなる。
第4の発明によれば、第1から第3の発明の作用に加えてさらに、加熱ベルトの表面から第2のコアの表面までの直線距離Lを3.0mm〜4.0mmの範囲で設定すれば、第2のコアと加熱ベルトとを近接でき、磁気遮蔽性能を確保できる。また、これら第2のコアと加熱ベルトとの間にコイル保持部を配置できるし、かつ、コイル保持部上のコイルと加熱ベルトとの距離も良好になって発熱性能を確実に維持できる。
第5の発明によれば、第2や第3の発明の作用に加えてさらに、第2のコアの表面が曲面部を延長した仮想の包絡円に接する場合の他、当該包絡円から1.0mmまで離れていた場合にも、第2のコアと加熱部材との近接状態は確保しつつ、これら第2のコアと加熱部材との間にコイル保持部を配置可能になる。
第6の発明によれば、第1から第5の発明の作用に加えてさらに、発熱性能や磁気遮蔽性能を満たしているので、良好なトナー画像が形成される結果、画像形成装置の信頼性が向上する。
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。
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。
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により排出トレイ3に排出される。
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。
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。
第1の搬送路9や第2の搬送路10は、給紙カセット5やスタックトレイ6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。
〔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。
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(第1のコア)54、同じく一対のサイドコア(第1のコア)56及びセンタコア(第2のコア)58から構成されている。
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(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、図8でも後述するコイルボビン(コイル保持部)53が配置されており、このボビン53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。コイルボビン53は、ヒートローラ46の外面に沿う半円筒形状に成形されている。なお、ボビン53の材質は、耐熱性樹脂(例えばPPS、PET、LCP)であることが好ましく、また、コイル52の固定は、例えばシリコン系接着剤を用いて行う。
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。
なお、図2の例では、ヒートローラ46の内側にサーミスタ及びサーモスタット62が設置されている。サーミスタ等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。また、より実用的には、加熱ベルト48に非接触タイプのセンサをコイルユニット50の下方に配置して、このベルト48の外面温度を検出する。
図2,3に示されたセンタコア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(外径約18mm)。センタコア58は、その中央には軸方向に例えば非磁性金属(SUS等)や耐熱性樹脂(PPS、PET、LCP等)の軸部材59が挿通され、ヒートローラ46と略同様に、用紙の最大通紙幅13インチ(例えば340mm程度)に対応するだけの長さを有している。なお、当該用紙を用いる場合には20kHz以上の交番電流(交番周波数は例えば30kHz)を使用し、可聴領域を避ける。
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。
図3は、センタコア58の周辺の平面図である。センタコア58は、通紙方向(図3中の矢印方向)と直交する用紙の幅方向に延びており、その全長は最大通紙幅(例えばA3縦、A4横)よりも僅かに大きい。
IHコイルユニット50には例えばステッピングモータ66が装備されており、軸部材59はこのモータ66の動力により回転する。このため軸部材59の一端部には従動ギヤ59aが取り付けられており、この従動ギヤ59aにステッピングモータ66の出力ギヤ66aが噛み合わされている。ステッピングモータ66を駆動すると、その動力によって軸部材59が回転し、センタコア58を長手方向の軸線回りに一体に回転させることができる。
図4(A)に示されているように、3種類の遮蔽部材60a,60b,60cは、センタコア58の軸方向で対称に設けられており、このうち第1遮蔽部材60aがセンタコア58の両端部に配置され、そこから中央に向かって順に第2遮蔽部材60b、第3遮蔽部材60cが並べて配置されている。このとき、最も内側(中央寄り)に位置する第3遮蔽部材60cは、最小の用紙サイズに対応した通紙域W1の外側に設けられている。また、第2遮蔽部材60bは、中間の用紙サイズに対応した通紙域W2の外側に設けられており、そして、これより1サイズ大きい通紙域W3の外側に第1遮蔽部材60aが設けられている。このような配置であれば、例えば最大の用紙サイズを13インチ(340mm)として、これより小さい用紙サイズをA3(297mm)、A4縦(210mm)、A5縦(149mm)の3種類とし、合計4種類の用紙サイズに対応することができる。各遮蔽部材60a,60b,60cの軸方向の長さWP1,WP2,WP3は、それぞれ対応する用紙サイズに合わせて設定されている。
図4(B),(G):上記のように4種類の用紙サイズに対応する場合、第1遮蔽部材60aの周方向でみた幅は、センタコア58の中心角A1で240度に設定されている。
図4(C),(F):また第2遮蔽部材60bの周方向でみた幅は、に示されているように中心角A2で160度に設定されている。
図4(D),(E):そして第3遮蔽部材60cの周方向でみた幅は、中心角A3で80度に設定されている。
図5(A):センタコア58の回転に伴い、両端部の第1遮蔽部材60a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。
そこで、まずは、当該孔を有したコイルボビン(厚みは2mmに設定、図2のコイルボビン53とは異なるため、符号を付さない)を用い、このボビンの位置やセンタコア58の位置を種々変更することにより、IHコイルユニット50の最適な構造を導き出している。
図6は、センタコア58の位置を変更せず、上記孔を有したコイルボビンのみの位置を変更した実験結果である。
図7(A):ベルト48の長手方向の温度分布であり、図6(A)と同様に、センタコア58の表面とベルト48との距離が2mmの場合(図中に実線で示す)には温度の勾配が急になり、当該距離が5.5mmの場合(図中に一点鎖線で示す)には端部温度ダレが悪化している。つまり、この場合にも、センタコア58はベルト48から離さない方が好ましいことが分かる。
〔まとめ〕
以上の結果から、発熱性能はコイルボビンの位置に、磁気遮蔽性能はセンタコアの位置にそれぞれ依存しており、当該ボビンの下面側とベルト48の表面とのギャップは3〜4mmが適切である。よって、当該ボビンの下面側の包絡円形の中心位置はヒートローラ46の回転中心位置と同心に構成せず、当該ボビンはヒートローラ46から離れて上方に向けてシフトさせた方がよい。
ところで、本実験で用いたボビンは、センタコア58の対峙部分に孔を有しており、この孔はボビンの強度を低下させる原因になる。また、ヒートローラ46側からの輻射熱が当該孔を介してコイル52に伝達するため、コイル52に悪影響を及ぼす一方、このコイル52を冷却するファンからの冷却風が当該孔を介してヒートローラ46側に到達して、このローラ46側に悪影響を及ぼし得る。
より詳しくは、上記図2を拡大した図8に示される如く、コイルボビン53は、包絡円形の面で構成され、コイル52を載置する曲面部53bを有し、この厚みは2mmで構成されている。そして、その包絡円形の中心位置は、ヒートローラ46の回転中心位置から約0.8mm(図中にaで示す)上方へシフトしている。
さらに、センタコア58は、その表面がボビン53の下面側の包絡円に接する位置とし、少なくとも上方へシフトさせなくて済むので、上述した磁気遮蔽性能も満たすことが可能になる。
具体的には、図9に示されるように、センタコア58の表面と、図中に二点鎖線で示された下面53cの包絡円との直線距離fが1mm以下であれば、上記各条件を依然として満たすことができる。
次に、図10は、定着ユニット14のさらに他の構造例を示す図である。この構造例では、断熱性のある弾性層を有した定着ローラ(加熱部材)45の外周には、加熱ベルト(加熱部材)48が巻かれており、ベルト48の熱容量を小さくでき、ウォームアップタイムがより短縮可能になる。そして、アーチコア54とコイル52との間には、コイル52の巻線に沿って配置した図示しないリング状の回路ユニットを配置する。なお、当該ユニットには、櫛歯状のオープンな固定リング回路や、この回路に接触する可動リング回路を設けることで閉回路を形成し、磁界の相殺によって用紙サイズの変更に対応させる。これらの構成を除き、この図10の構成は上記図2と同じである。
以上のように、本発明は、センタコア58とヒートローラ46(図2では加熱ベルト48も含み、また、図10では定着ローラ45や加熱ベルト48が該当)とを近接させたいが、これらセンタコア58とヒートローラ46との間はコイルボビン53で塞ぎたい点を主眼としたものである。
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、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。
7 画像形成部
14 定着ユニット(定着装置)
44 加圧ローラ(加圧部材)
45 定着ローラ(加熱部材)
46 ヒートローラ(加熱部材)
48 加熱ベルト(加熱部材)
50 IHコイルユニット
52 誘導加熱コイル(コイル)
53 コイルボビン(コイル保持部)
53a 対峙プレート(対峙面部)
53b 曲面部
53c 下面
54 アーチコア(第1のコア)
56 サイドコア(第1のコア)
58 センタコア(第2のコア)
60 遮蔽部材
83 制御部(磁気遮蔽量調整手段)
Claims (6)
- 画像形成部でトナー画像が転写された用紙を回転する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、少なくとも前記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装置であって、
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、
前記加熱部材の外面に対峙する包絡円形の面を有し、前記コイルを載置するコイル保持部と、
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第1のコアと、
前記コイルによる磁界の発生方向でみて前記第1のコアと前記加熱部材との間に介挿して設けられ、前記第1のコアとともに磁路を形成するべく磁性材料で構成された第2のコアと、
前記第2のコアの外面に沿って設けられ、前記コイルの発生させる磁界内で磁気を遮蔽するべく非磁性金属で構成された遮蔽部材と、
前記第2のコアの回転に伴い、前記遮蔽部材が磁気を遮蔽する遮蔽位置と、磁気の通過を許容する退避位置とに切り替える磁気遮蔽量調整手段とを具備し、
前記コイル保持部の包絡円形の中心位置と前記加熱部材の回転中心位置とが異なり、前記第2のコアの位置は維持、或いは前記加熱部材に近接させる一方、前記コイル保持部が前記加熱部材から離れて前記第2のコアに近接するように配置されていることを特徴とする定着装置。 - 請求項1に記載の定着装置であって、
前記コイル保持部は、包絡円形の面で構成された曲面部と、平坦に形成され、前記加熱部材と前記第2のコアとの双方に対峙する対峙面部とを備えていることを特徴とする定着装置。 - 請求項1に記載の定着装置であって、
前記コイル保持部は、包絡円形の面で構成された曲面部と、前記加熱部材と前記第2のコアとの双方に対峙し、前記曲面部に比して薄肉の対峙面部とを備えていることを特徴とする定着装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の定着装置であって、
前記加熱部材には加熱ベルトが掛け回されており、前記コイル保持部に対峙した前記加熱ベルトの表面から前記コイル保持部に対峙した前記第2のコアの表面までの直線距離L(mm)としたとき、
3.0≦L≦4.0
を満たすことを特徴とする定着装置。 - 請求項2又は3に記載の定着装置であって、
前記曲面部のうち前記加熱部材に対峙する下面で規定された仮想の包絡円から前記対峙面部に対峙した前記第2のコアの表面までの直線距離f(mm)としたとき、
0≦f≦1.0
を満たすことを特徴とする定着装置。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の定着装置を画像形成装置に搭載し、これを用いて画像形成部で形成されたトナー画像を用紙に定着させることを特徴とする画像形成装置。
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