JP2009294398A - 定着装置およびこれを備える画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】芯金111の周囲に断熱層112、キュリー温度以上になると非磁性体に変化する整磁合金層114を介して電磁誘導発熱層115が形成されてなる定着ローラ101の近傍に、ローラ軸方向に延設された励磁コイル131を配置すると共に、励磁コイル131の延設方向両端部に消磁コイル136、137をそれぞれ配置する。小サイズのプリント中に、定着ローラ101の軸方向において当該用紙が通過しない非通紙領域P2のローラ温度が上昇すると、消磁コイル136、137から消磁のための磁束G2と、整磁合金層114の非磁性体への変化に基づく整磁作用による磁束G3とが発せられるようにして、領域P2を通過する励磁コイル131からの磁束G1を打ち消させる。
【選択図】図7
Description
定着装置の熱源には、従来、ハロゲンヒータが多く採用されてきたが、近年、ハロゲンヒータよりも省エネルギー化を図れる電磁誘導加熱方式のものが注目されている。
定着ローラの両端部の温度が上がり過ぎると、次に大サイズ、例えばA3サイズの用紙が使用されるときに、過昇温になった部分で所謂高温オフセットが生じるばかりか、熱負荷などによりローラ寿命が短くなるなどの影響を受けることになる。
また、前記低抵抗導電部材は、アルミニウムまたは銅からなり、前記定着ローラの軸芯を兼ねることを特徴とする。
また、本発明に係る画像形成装置は、シート上に形成された未定着画像を定着部により熱定着する画像形成装置であって、前記定着部として、上記の定着装置を備えることを特徴とする。
図1は、プリンタ1の全体の構成を示す図である。
同図に示すように、プリンタ1は、周知の電子写真方式により画像を形成するものであり、画像プロセス部10と、ベルト搬送部20と、給送部30と、定着部40および制御部50を備え、ネットワーク(例えばLAN)に接続されて、外部の端末装置(不図示)からの印刷(プリント)ジョブの実行指示を受け付けると、その指示に基づいてイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)およびブラック(K)色からなるカラーの画像形成を実行する。
なお、装置前面の、ユーザが操作し易い位置には、操作パネル60が配置されている。操作パネル60には、ユーザからの操作入力を受け付けるためのキー、例えば用紙選択キーなどを備える。ユーザは、用紙選択キーを操作することにより、自己が所望する用紙とその通紙方向をその用紙が収容された給紙カセットを指定することにより選択することができる。操作パネル60は、受け付けた入力情報を制御部50に送る。
図2は、定着部40の構成を示す斜視図であり、図3は、定着部40の概略平面図であり、図4は、図3のD−D線における定着部40の矢視横断面図である。なお、図2では、構成を判り易くするために一部を切り欠いて示している。また、図3は、図2に示すカバー139を取り外した状態になっている。
定着ローラ101は、芯金111(図4)の周囲に断熱層112が形成されてなるローラ本体110と、ローラ本体110の外周に嵌め込まれたスリーブ113とから構成される。
断熱層112は、断熱性の高い弾性材料、例えばゴム材や樹脂材のスポンジ体が用いられており、その厚みLが約10〔mm〕になっている。
スリーブ113は、図5に示すように、断熱層112側から整磁合金層114、発熱層115、弾性層116、離型層117の順に積層されてなる。
発熱層115は、厚みが約10〔μm〕のニッケルなどからなり、磁束発生部103から発せられる磁束により発熱する。なお、発熱層115の材料は、電磁誘導発熱するものであればニッケルに限られず、例えば鉄や銅などを用いることもできる。
最外層の離型層117は、厚みが約20〔μm〕のPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)などからなり、定着ローラ101の表面の離型性を高める役割を果たしている。
芯金121は、アルミニウム等からなり、弾性層122は、シリコンスポンジゴム等からなり、離型層123は、PFAやPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)コート等からなる。
磁束発生部103は、励磁コイル131と、メインコア132と、裾コア133と、温度検出センサ134、135(図4)と、消磁コイル136、137(図3)と、コイルボビン138と、カバー139を有し、定着ローラ101の軸方向に沿うように延設される。
温度検出センサ134は、非接触式の温度センサであり、コイルボビン138の長手方向略中央部に設けられた貫通孔を介して定着ローラ101の表面を臨む位置に配され、定着ローラ101の軸方向略中央部における表面温度(ローラ温度)を検出する。この中央部は、搬送路35上における幅方向略中央の位置に相当する。本実施の形態では、上記のようにセンター基準の搬送方式なので、当該中央部は、どのサイズの用紙Sが使用される場合でもその用紙Sの幅方向における中央に略一致し、全てのサイズの用紙Sについてその通過領域内に存することになる。
温度検出センサ134、135による検出信号は、制御部50に送られる。
消磁コイル136、137は、励磁コイル131の、定着ローラ101の両端部に対応するコイル部分に重ねられるようにして配置されている。消磁コイル136、137は、スイッチング回路105に接続されており、スイッチング回路105により閉回路に切り換えられると、励磁コイル131から発せられる磁界を打ち消す方向の磁界を発生させて、定着ローラ101の発熱層115のうち、消磁コイル136、137に対応する部分の発熱を抑制させる。
領域P1は、A4用紙が縦通紙される場合に当該A4用紙の幅方向端部が通過する領域に相当し、消磁作用に加えて当該A4用紙により熱を奪われるので、領域P2(熱を奪われない領域)よりもローラ温度が低下することになる。
そこで、本実施の形態では、消磁コイルによる消磁作用に加えて、整磁合金層114の温度による磁性の変化特性を利用することにより過昇温の防止を図っている。以下、図7を用いて具体的に説明する。
図7(a)に示すように、領域Nでは、励磁コイル131からの磁束G1が発熱層115と整磁合金層114を通り抜けることにより、主に発熱層115が発熱して、目標温度T0に維持される。磁束G1の密度は、用紙幅方向にそれぞれの位置で略一様である。
これにより強磁性体のときよりも磁束G1の発熱層115への収束が弱まり(発散傾向になり)始めると共に、磁束G1が発熱層115から整磁合金層114、断熱層112を介して芯金111までの間を通り抜け易くなっていく。この作用は、キュリー温度Tkに達するまで継続され、キュリー温度Tk以上になると最大になる。
整磁作用は、定着ローラ101のうち、発動温度T2を超えた部分に主に働き、温度T2以下の部分ではほとんど働かない。なお、発動温度T2を超えた部分であっても、再びT2以下になると磁性を取り戻す。これにより整磁作用が働かなくなる。
領域Nでは、温度T0に維持されるので整磁作用がほとんど働かず、元々消磁作用も働かないので、磁束G1による発熱を効率良く行うことができる。
一方、領域P2の温度は、温度T1に略等しく、定着ローラ101等の熱劣化の進行が早まり易い温度範囲、例えば200〔℃〕以上の高温域に入っておらず、発熱抑制の効果が十分に発揮されていることが判る。なお、同図は、10枚の用紙を連続通紙した直後の結果であるが、引き続いてさらに多数枚、例えば10枚の用紙を連続通紙すると、本実施の形態に係る定着部40の構成では、領域Pの温度が徐々に上昇することになる。
図9は、消磁コイルのみを備える従来相当の構成における温度分布を示す図であり、図10は、整磁合金層を備えるが消磁コイルを備えない構成における温度分布を示す図である。両図とも本実施の形態に対する比較例として、10枚の連続通紙直後における温度分布をシミュレーションにより現している。
一方、図10に示すように、整磁合金層を備えるが消磁コイルを備えない構成では、A4用紙を用いる場合、領域NとP1では同様にA4用紙に熱を奪われるので、領域P1の温度は、領域Nの温度と略同じになり、T0=T2の場合、領域N、P1では、ローラ温度の微小な変動幅に応じて整磁作用が少し働く状態と働かない状態とが繰り返される。
消磁作用の働いていない状態をより長くとるには、消磁作用がより遅く開始されれば良く、消磁作用をより遅く開始するには、消磁作用の契機となる所定温度T1を高くすれば良い。一方で、消磁作用の開始を遅らせても、用紙幅の広い用紙を用いる場合には、上記のように過昇温には至り難い。
このような温調制御を以下、制御部50の構成と共に具体的に説明する。
図11は、制御部50の構成を示すブロック図である。
通信I/F部51は、LANカード、LANボードといったLANに接続するためのインターフェースである。
CPU52は、ROM53から必要なプログラムを読み出して、画像プロセス部10、ベルト搬送部20、給送部30などの動作をタイミングを取りながら統一的に制御して円滑なプリント動作を実行させる。また、操作パネル60からの入力信号を参照して、例えばジョブ実行に際しユーザがどの給紙カセットを選択したのかを判断する。
さらに、温度検出センサ135からの検出信号を参照して定着ローラ101の一方端のローラ温度を検出し、検出したローラ温度が所定温度T1を超えている場合には、スイッチング回路105に指示して閉回路を形成させる。ここでは、スイッチング回路105に設けられているスイッチ(不図示)が閉じられることにより、消磁コイルを含む閉回路が形成され、消磁作用が働く状態になるようになっている。
図12は、消磁コイルの開閉制御処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、CPU52によりプリント中に実行される。
また、A3、B5、A4縦通紙ではない、例えばB4縦通紙と判断するとと(ステップS5で「NO」、S7で「YES」)、B4縦通紙に対応する所定温度T1、例えば190〔℃〕に設定し(ステップS7)、ステップS8に移る。
ステップS11では、プリント終了か否かを判断する。プリントが終了しておらずプリント中であることを判断すると(ステップS11で「NO」)、ステップS8に戻り、ステップS8以降の処理を実行する。ステップS11においてプリント終了と判断されるまで、ステップS8〜S11の処理が繰り返し実行される。消磁コイルの開閉の切換により定着ローラ101における領域P2のローラ温度が略、所定温度T1に維持される。
以上、説明したように本実施の形態では、消磁コイルによる消磁作用に整磁合金による整磁作用の働きが相乗されるようにしたので、消磁コイルだけが配される構成に比べて消磁作用の働きを抑えることができ、定着ローラ101の端部の過昇温を防止すると共に、用紙通過領域であり消磁作用が働かない領域Nと消磁作用が働く領域P1との温度差を低減して定着性の向上を図ることができる。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施の形態では、温度T0≦T2<Tk<T1の関係を満たす構成例を説明したが、消磁作用と整磁作用の相乗により、領域NとP1の温度差を抑制しつつ領域P2の過昇温を防止することができれば、上記の関係に限られることはない。
さらに、Tk<T0<T1とすることもできる。この場合、定着の際には常時、整磁作用が働いていることになり、整磁作用を最大限に発揮させつつ消磁作用をできるだけ低減させた構成をとることができる。また、T2<T1<Tkとすることもできる。この場合、少なくとも消磁作用が働く時点では整磁作用がある程度働いている状態になる。装置構成に応じて上記各温度について適切な大小関係が実験などから決められる。
(3)上記実施の形態では、用紙幅に応じて所定温度T1の値を切り換えて設定する構成例を説明したが、これに限られない。定着性に影響を与えないような場合には、例えば所定温度T1を固定値として設定する構成をとるとしても構わない。
(5)上記実施の形態では、整磁合金層114の材料をニッケルと鉄としたが、整磁作用を発揮できる材料であれば、これらに限られることはない。また、低抵抗導電部材としての芯金111の材料を銅としたが、これに限られない。整磁作用が働き易い低抵抗導電材料、例えばアルミニウムなどを用いることができる。また、表面に低抵抗導電材料としての金や銀などを鍍金したものを芯金として用いるとしても良い。
(7)上記実施の形態では、本発明に係る定着装置および画像形成装置をタンデム型カラーデジタルプリンタに適用した場合の例を説明したが、これに限られない。カラーやモノクロの画像形成に関わらず、(a)低抵抗導電部材の周囲に、定着ニップを確保するための弾性層、整磁合金からなる金属層を介して電磁誘導発熱層が形成されてなる定着ローラを加圧ローラで押圧して定着ニップを確保すると共に、(b)定着ローラの周面から所定距離だけ離れた位置にその軸方向に沿って延設された励磁コイルを含む磁束発生部を配置しつつ、(c)励磁コイルの延設方向端部側であり、使用されるシートのうち、幅方向長さの最小のシートが定着ニップを通過するときのその通紙領域の幅方向外側の非通紙領域に対応するコイル部分に消磁コイルが臨設された構成の電磁誘導加熱方式の定着装置、およびこれを備える画像形成装置であれば、例えば複写機、FAX、MFP(Multiple Function Peripheral)等に適用できる。
通常に使用される用紙とは、例えば給紙カセットに収容可能などユーザの使用頻度の高いと想定される用紙とすることができる。使用可能であるがあまり使用されない用紙、例えば葉書や名刺などの極小サイズの用紙などに対応して消磁コイルを設けると、そのサイズよりも大きく使用頻度の高い中程度のサイズの用紙全てについて、用紙幅方向の端部で消磁作用が働き、中央部で働かないといったことが生じるということになってしまう。
また、上記実施の形態及び上記変形例の内容をそれぞれ組み合わせるとしても良い。
40 定着部
50 制御部
101 定着ローラ
102 加圧ローラ
103 磁束発生部
107 定着ニップ
111 芯金
112 断熱層(弾性層)
114 整磁合金層
115 発熱層
131 励磁コイル
134、135 温度検出センサ
136、137 消磁コイル
Claims (6)
- 電磁誘導発熱層を有する定着ローラに加圧ローラを圧接して、当該定着ローラと加圧ローラの間に定着ニップを確保すると共に、前記定着ローラ周面から間隔をおいて離れた位置にその軸方向に沿って延設された励磁コイルを含む磁束発生部からの磁束により前記電磁誘導発熱層を発熱させ、搬送されて来るシートを前記定着ニップを通し、当該シート上の未定着画像を当該シートに熱定着する定着装置であって、
前記磁束発生部は、
前記励磁コイルの延設方向端部側であり、使用されるシートのうち、幅方向長さの最小のシートが前記定着ニップを通過するときのその通紙領域の幅方向外側の非通紙領域に対応するコイル部分に臨設された消磁コイルを備え、
前記定着ローラは、
低抵抗導電部材の周囲に、前記定着ニップを確保するための弾性層と、所定のキュリー温度を有する整磁合金層を介して前記電磁誘導発熱層が形成されてなることを特徴とする定着装置。 - 前記定着ローラの前記非通紙領域に対応する部分の温度を検出する第1検出手段と、
前記第1検出手段による検出温度が所定温度を超えると、前記消磁コイルを制御して、前記非通紙領域を消磁させる制御手段と、を備え、
前記所定温度は、
前記整磁合金層において温度上昇による非磁性体への磁性変化が生じ始める温度よりも高い温度に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記定着ローラの前記通紙領域に対応する部分の温度を検出する第2検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記第2検出手段による検出温度に基づいて、前記通紙領域における温度が熱定着のための目標温度に維持されるように前記励磁コイルを制御し、
前記キュリー温度をTk、前記目標温度をT0、前記所定温度をT1、前記磁性変化が生じ始める温度をT2としたとき、
T0<Tk<T1かつT2<Tkの関係を満たすことを特徴とする請求項2に記載の定着装置。 - 前記所定温度は、
幅方向長さの異なるシート毎に、その幅方向長さが小さいほど低い温度に設定されていることを特徴とする請求項2または3に記載の定着装置。 - 前記低抵抗導電部材は、
アルミニウムまたは銅からなり、
前記定着ローラの軸芯を兼ねることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の定着装置。 - シート上に形成された未定着画像を定着部により熱定着する画像形成装置であって、
前記定着部として、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
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