(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置の筐体内に組み込まれると共に導電性部材で形成された中空状の加熱回転体を誘導加熱する誘導加熱定着装置において、
前記加熱回転体に圧接し、トナーを保持した記録媒体を前記加熱回転体との間で挟持する加圧回転体と、
前記加熱回転体の中空部を貫通して配置される第１のコア構成体と、前記加熱回転体中空部の外部に配置される第２のコア構成体とに分割され、閉磁路を形成するコアと、
前記第１コア構成体に巻装され前記加熱回転体を誘導加熱する誘導コイルと、を備え、
前記加熱回転体、前記第１コア構成体および前記誘導コイルをケーシング内に内蔵して、前記筐体に対して交換自在に取り付けられる定着ユニットを構成し、
前記定着ユニットの交換時に前記第２コア構成体を前記筐体側に残す保持手段を有することを特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項２】
前記第１コア構成体の端面と前記第２コア構成体の端面とを圧接させる圧接手段を有することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱定着装置。
【請求項３】
前記保持手段は、前記定着ユニットの抜き取り時には前記第２コア構成体を前記第１コア構成体に対して退避ないし離間させ、前記定着ユニットの装着時には前記第２コア構成体を前記第１コア構成体に向けて移動させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子写真式の複写機、プリンタおよびファクシミリなどの画像形成装置に用いられる定着装置に関し、さらに詳しくは、低周波誘導加熱を利用してトナー像を記録媒体に定着する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式の複写機、プリンタおよびファクシミリなどには、記録媒体である記録紙ないし転写材などのシート上に保持されたトナー像をシートに定着させる定着装置が設けられている。定着装置には種々の方式があるが、近年の省エネルギー化の要請に応えるべく、誘導加熱方式の定着装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平１０−１２３８６２号公報には、導電性の定着ローラ内部に、閉磁路を形成するコアを貫通し、巻線を螺旋状に巻回して形成したコイルを定着ローラ内部に同心状に配置した誘導加熱定着装置が記載されている。この定着装置では、コイルに通電してコア内に磁束を生じさせ、この磁束によって定着ローラに誘導電流を誘起させて、定着ローラをジュール発熱させている。
【０００４】
誘導加熱方式の定着装置は、定着ローラなどの発熱体を電磁誘導により直接発熱させる形態であるため、ハロゲンランプ加熱方式と比較して、熱変換効率が高い。このため、より少ない電力で、定着ローラ表面を定着温度まで迅速に昇温させることが可能となり、省エネルギー化の要請に応え得る。特に上記公報の如く閉磁路を形成するコアを有するものは磁束の漏れがほとんどなく、効率よく定着ローラに２次電流を生じさせることができるので、省エネルギー効果が高く、大型の高速複写機や高速プリンタなどに適している。
【０００５】
上記公報の誘導加熱定着装置では、コアを、第１鉄心と、この第１鉄心に対して回動自在に取り付けられる第２鉄心とから構成し、第１と第２の鉄心を相対的に開くことにより、定着ローラの着脱を行うようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の誘導加熱定着装置によれば、定着ローラの着脱の容易化を図ることができる。但し、第１と第２の鉄心を相対的に開いて定着ローラの着脱を行うことから、一般ユーザにとってはやや煩雑な作業が必要であった。このため、ユーザが定着ローラをより簡単に交換できるようにすることが誘導加熱定着装置に要請されている。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、定着ローラや定着ベルトなどの加熱回転体をより簡単に交換し得る誘導加熱定着装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、各請求項ごとに次のように構成される。
【０００９】
（１）画像形成装置の筐体内に組み込まれると共に導電性部材で形成された中空状の加熱回転体を誘導加熱する誘導加熱定着装置において、
前記加熱回転体に圧接し、トナーを保持した記録媒体を前記加熱回転体との間で挟持する加圧回転体と、
前記加熱回転体の中空部を貫通して配置される第１のコア構成体と、前記加熱回転体中空部の外部に配置される第２のコア構成体とに分割され、閉磁路を形成するコアと、
前記第１コア構成体に巻装され前記加熱回転体を誘導加熱する誘導コイルと、を備え、
前記加熱回転体、前記第１コア構成体および前記誘導コイルをケーシング内に内蔵して、前記筐体に対して交換自在に取り付けられる定着ユニットを構成し、
前記定着ユニットの交換時に前記第２コア構成体を前記筐体側に残す保持手段を有することを特徴とする誘導加熱定着装置である。
【００１０】
（２）前記第１コア構成体の端面と前記第２コア構成体の端面とを圧接させる圧接手段を有することを特徴とする。
（３）前記保持手段は、前記定着ユニットの抜き取り時には前記第２コア構成体を前記第１コア構成体に対して退避ないし離間させ、前記定着ユニットの装着時には前記第２コア構成体を前記第１コア構成体に向けて移動させることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１は、画像形成装置としての一般的な複写機を示す概略構成図である。
【００１３】
複写機１００は、図示するように、原稿を読み取るイメージスキャナ部１０１と、信号処理を行う信号処理部１０２と、イメージスキャナ部１０１で読み取られた原稿画像に対応した画像を記録媒体としてのシート１０にプリント出力するプリンタ部１０３と、これら各部を配置ないし収納する筐体１０４とを有する。
【００１４】
イメージスキャナ部１０１において、プラテンガラス１０５上に載置された原稿は、プラテンカバー１０６で押さえられるが、図示しない自動原稿送り装置を装着するときには、プラテンカバー１０６に代えて自動原稿送り装置が取り付けられる。プラテンガラス１０５上の原稿はランプ１０７で照射され、原稿で反射した光は、ミラー１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃおよび集光レンズ１０９を経てＣＣＤラインイメージセンサ１１０上に像を結び、イメージ情報に変換されて信号処理部１０２に送られる。なお、スキャナモータ１１１を駆動することにより、第１スライダ１１２は速度Ｖで、第２スライダ１１３はＶ／２でラインセンサの電気的走査方向（主走査方向）に対して垂直方向（副走査方向）に機械的に動き、原稿全面を走査する。
【００１５】
信号処理部１０２は、ラインセンサ１１０で読み取った信号を電気的に処理し、プリンタ部１０３に送る。
【００１６】
プリンタ部１０３は、レーザ発生器１１５と、像担持体としての感光体ドラム１１６と、を備え、回転する感光体ドラム１１６の周辺には、帯電装置としての帯電ローラ１１７と、現像装置１１８と、転写装置としての転写ローラ１１９と、シート１０の除電および分離装置である除電針１２０と、感光体ドラム１１６上の残留トナーを除去するクリーニング装置１２１と、が配置されている。レーザ発生器１１５は、信号処理部１０２から送られてくる画像信号のレベルに応じて半導体レーザを駆動変調する。レーザ光は、図示しないポリゴンミラー、ｆ−θレンズおよび折り返しミラーなどを経由し、帯電ローラ１１７と現像装置１１８との間の位置で、感光体ドラム１１６に照射される。感光体ドラム１１６上に形成された静電潜像は、現像装置１１８においてトナーで現像される。
【００１７】
一方、筐体１０４に着脱自在に取り付けられる給紙カセット１２５には、複数枚のシート１０が積層した状態で収納されている。給紙カセット１２５内のシート１０は、給紙ローラ１２６により１枚ずつ捌かれて給紙され、タイミングローラ１２７により所定のタイミングで、感光体ドラム１１６と転写ローラ１１９との間の転写位置に向けて送り込まれる。感光体ドラム１１６上に現像された像は、転写ローラ１１９によってシート１０に転写される。転写後のシート１０は、感光体ドラム１１６から分離され、定着装置１２８に向けて搬送ベルト１２９により搬送される。シート１０上に転写された未定着のトナーが定着装置１２８において固定され、トナーが定着されたシート１０は、排紙トレー１３０に排紙される。
【００１８】
なお、本発明の実施形態に係る定着装置１２８は低周波誘導加熱方式によるものであり、構成については後述する。
【００１９】
転写ローラ１１９によってシート１０への転写が終了すると、感光体ドラム１１６上は、図示しないクリーナ前チャージャーでマイナス極性に帯電され、クリーニング装置１２１にて残留トナーが除去され、イレーサによって残留電荷が除電される。その後、帯電ローラ１１７によって再度帯電され、レーザ光による潜像形成を受け、現像装置１１８によって現像され、図示しない転写前イレーサによって非現像領域の電荷が除電される。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態に係る誘導加熱定着装置を示す概略構成図、図３は、定着ローラ内部を示す断面図である。なお、実施形態では、図１に示した定着装置１２８とは異なり、定着後のシート１０を上向きに搬送して排紙トレー１３０上にフェースダウンの状態で排紙するシート搬送形態を有する画像形成装置に組み込まれる誘導加熱定着装置１４０を例に挙げる。
【００２１】
誘導加熱定着装置１４０は、記録媒体としてのシート１０上に保持されたトナー１１を加熱溶融して当該シート１０に定着させるものであり、誘導加熱される定着ローラ（加熱回転体に相当する）１２と、定着ローラ１２に圧接する加圧ローラ（加圧回転体に相当する）１３と、定着ローラ１２を誘導加熱するコイル１４と、を有する。さらに、定着ローラ１２の中空部１２ａに一部が挿通され、閉磁路を形成する矩形状のコア１７を有する。定着ローラ１２は、図２中矢印ａ方向に回転駆動可能に設けられ、加圧ローラ１３は定着ローラ１２の回転に伴って従動回転する。
【００２２】
定着ローラ１２は、導電性の中空円筒形のパイプであり、例えば、炭素鋼管、ステンレス合金管あるいはアルミニウム管、鉄、ニッケルベルトなどによって形成され、加圧ローラ１３からの圧接力に対して十分な機械的強度を確保できる範囲内で、かつ、熱容量を確保できる肉厚で形成されている。さらに、ローラ外周表面には、シート１０を分離し易くするために、フッ素樹脂をコーティングして、トナーに対して良好な離型性と耐熱性とを有する離型層が形成されている。
【００２３】
加圧ローラ１３は、軸芯１５と、当該軸芯１５の周囲に形成されたシリコンゴム層１６とから構成されている。シリコンゴム層１６は、表面からシート１０が離れ易い離型性を有すると共に、耐熱性を有するゴム層である。図示例では、軸芯１５の中に、保持板２９により保持されるハロゲンランプ２８が内蔵されている。また、加圧ローラ１３は、図示しないばね材により、定着ローラ１２に向かう方向に押圧されている。
【００２４】
特に、本実施形態にあっては、コア１７は、定着ローラ１２内の中空部１２ａを貫通して配置される第１のコア構成体２１と、中空部１２ａの外部に配置される第２のコア構成体２２とに２分割されている。前記コイル１４は、第１コア構成体２１に巻線を螺旋状に巻回して形成されている。定着ローラ１２、第１コア構成体２１および誘導コイル１４は、ケーシング２６内に内蔵され、筐体１０４に対して交換自在に取り付けられる定着ユニット２３が構成されている。また、定着ユニット２３の交換時に第２コア構成体２２を筐体１０４側に残す保持手段２４が設けられている。さらに、第１コア構成体２１の端面２１ａと第２コア構成体２２の端面２２ａとを圧接させる圧接手段２５を有している。
【００２５】
さらに詳述すると、第１コア構成体２１は、略コの字形状をなし、定着ローラ１２の内部を貫通する挿通部２１ｂと、挿通部２１ｂの両端のそれぞれから延伸する連結部２１ｃとを有する。第２コア構成体２２も、略コの字形状をなし、定着ローラ１２表面に対向するリターン部２２ｂと、リターン部２２ｂの両端のそれぞれから延伸する連結部２２ｃとを有する。第１コア構成体２１における連結部端面２１ａと、第２コア構成体２２における連結部端面２２ａとが当接することにより、閉磁路が形成される。筐体１０４内には、第２コア構成体２２の上下方向の移動を案内するガイドプレート３０が設けられている。各コア構成体２１、２２は、通常のトランスなどに用いられているいわゆる鉄心であり、例えば、珪素鋼板積層鉄心のように高透磁率の鋼板を積層したものをプレス加工などで打ち抜いて形成されている。
【００２６】
コイル１４の巻線としては、表面に融着層と絶縁層を持つ通常の単一導線が用いられる。
【００２７】
定着ユニット２３は、図２中矢印ｃ方向に沿って筐体１０４から抜き取ることにより、交換自在となっている。筐体１０４内には、装着された定着ユニット２３の位置を規制するため、ケーシング２６の一部に係止する図示しない突起が設けられている。第１コア構成体２１は、コイル１４が定着ローラ１２内に同心状に位置するように、定着ローラ１２に対する相対的な位置が規制された状態で当該定着ローラ１２に保持されている。また、第１コア構成体２１は、端面２１ａが下を向くように定着ユニット２３に保持されている。
【００２８】
定着ユニット２３が装着される位置の下方には、定着ユニット２３の抜き取り時には第２コア構成体２２を第１コア構成体２１に対して退避ないし離間させ、定着ユニット２３の装着時には第２コア構成体２２を第１コア構成体２１に向けて押圧する作動機構４０が配置されている。
【００２９】
この作動機構４０は、筐体１０４に設けられた支軸４１に回動自在に保持されるリング部４２と、当該リング部４２から定着ユニット２３に向けて伸びる第１プレート４３と、リング部４２から第２コア構成体２２に向けて伸びる第２プレート４４とが形成された揺動部材４５を有する。第１と第２のプレート４３、４４は、バネ性を有する材料から形成されている。第１プレート４３の先端は折り曲げられ、ケーシング２６の下面に当接する第１当接面４３ａが形成されている。同様に、第２プレート４４の先端も折り曲げられ、第２コア構成体２２の下面に当接する第２当接面４４ａが形成されている。
【００３０】
第１と第２のプレート４３、４４はともに、リング部４２に固定され、支軸４１を中心に揺動する。つまり、第１プレート４３が矢印ｄ１で示す反時計回り方向に回動するときには第２プレート４４が矢印ｅ１方向に回動し、第１プレート４３が矢印ｄ２で示す時計回り方向に回動するときには第２プレート４４が矢印ｅ２方向に回動する。
【００３１】
作動機構４０にはさらに、第１プレート４３を矢印ｄ２方向に回動させる弾発力を付勢するバネ４６などの弾性手段が、筐体１０４と第１プレート４３との間に設けられている。
【００３２】
既設の定着ユニット２３が交換のために抜き取られるときには、バネ４６の復元力により、第１プレート４３が支軸４１を中心にして矢印ｄ２方向に回動して第１当接面４３ａが押し上げられる。第１プレート４３の回動に伴い、第２プレート４４が支軸４１を中心にして矢印ｅ２方向に回動して第２当接面４４ａが下がる。この結果、第２コア構成体２２は、その自重により、ガイドプレート３０に案内されながら下方に移動し、第１コア構成体２１に対して退避ないし離間する。
【００３３】
一方、新品の定着ユニット２３が装着されるときには、当該定着ユニット２３が第１当接面４３ａに当接し、第１プレート４３は、バネ４６の弾発力に抗して、支軸４１を中心にして矢印ｄ１方向に回動するように押し下げられる。第１プレート４３の回動に伴い、第２プレート４４が支軸４１を中心にして矢印ｅ１方向に回動して第２当接面４４ａが上がる。この結果、第２コア構成体２２は、ガイドプレート３０に案内されながら上方に移動し、第１コア構成体２１に向けて押圧される。
【００３４】
このように図示例では、作動機構４０およびガイドプレート３０により、保持手段２４および圧接手段２５が構成されている。
【００３５】
次に、作用を説明する。
【００３６】
定着動作において、図示しない電源回路から５０〜６０Ｈｚ程度の交流がコイル１４に印加され、低周波誘導加熱により定着ローラ１２の温度が定着に適した温度（例えば、１５０〜２００℃）になるまで加熱される。未定着のトナー１１を保持したシート１０は、矢印ｂで示すように、定着ローラ１２と加圧ローラ１３との接触部であるニップ部１９に向けて送り込まれる。シート１０は、加熱された定着ローラ１２の熱と、加圧ローラ１３から作用する圧力とが加えられながら、ニップ部１９で挟持されつつ搬送される。これにより、未定着トナー１１がシート１０上に定着される。トナー１１は、シート１０の両面のうち、定着ローラ１２と接触する側に保持されている。ニップ部１９を通過したシート１０は、シート自体のコシの強さで定着ローラ１２から自然に分離し、排紙ローラ１３１によって搬送され、排紙トレイ１３０上に排出される。
【００３７】
誘導加熱定着装置の基本的な動作原理はトランスと同様であり、コイル１４が入力側の１次側コイル（Ｎ巻き）に相当し、定着ローラ１２が出力側の２次側コイル（１巻き）に相当する。そして、１次側コイル（コイル１４）に５０〜６０Ｈｚ程度の交流電圧Ｖ１を印加すると、１次側コイルに電流Ｉ１が流れる。これにより生じた磁束φが閉磁路を形成するコア１７に流れ、その磁束φによって２次側コイル（定着ローラ１２）に誘導起電力Ｖ２が生じ、定着ローラ１２の円周方向に沿って電流Ｉ２が流れる。コア１７によって閉磁路が形成されているため原理的には漏れ磁束がなく、１次側エネルギーＶ１×Ｉ１と、２次側エネルギーＶ２×Ｉ２とがほぼ等しくなる。
【００３８】
この誘導加熱が行われる系において発熱する部分は、一つ目は、１次側コイルの銅線内の銅損によるコイルの発熱すなわちコイル１４の発熱、二つ目に２次側コイルの銅線内の銅損によるコイルの発熱すなわち定着ローラ１２の発熱、三つ目にコア内部に生じるジュール熱損とヒステリシス損によるコア１７の発熱である。誘導加熱定着装置は、上記一つ目と三つ目の発熱がエネルギーロスとなるためこれらの発熱を極力抑える一方、二つ目の銅損を利用して定着ローラ１２を発熱させるようにしたものである。
【００３９】
ところで、定着ローラ１２の離型層には寿命があるので、ユーザあるいはサービスマンが新品の定着ユニット２３に交換する必要が生じる場合がある。
【００４０】
定着ユニット２３を交換する場合には、既設の定着ユニット２３を矢印ｃ方向に沿って抜き取る。すると、バネ４６の復元力により第１当接面４３ａが押し上げられるのに伴って第２当接面４４ａが下がり、第２コア構成体２２は、ガイドプレート３０に案内されながら第１コア構成体２１に対して退避ないし離間する。このため、筐体１０４側に残っている第２コア構成体２２が、定着ユニット２３の抜き取り動作の邪魔にならない。
【００４１】
そして、新品の定着ユニット２３を矢印ｆ方向に装着すると、バネ４６の弾発力に抗して第１当接面４３ａが押し下げられるのに伴って第２当接面４４ａが上がり、第２コア構成体２２は、ガイドプレート３０に案内されながら第１コア構成体２１に向けて押圧され、定着ユニット２３の交換が完了する。
【００４２】
このように、コア１７を第１と第２のコア構成体２１、２２に２分割し、定着ユニット２３交換時には第２コア構成体２２を筐体１０４側に残すようにしたので、回動自在に連結された２つの鉄心を相対的に開放して定着ローラの着脱を行っていた従来技術に比べると、ケーシング２６の抜き差しというきわめて簡便な作業だけで定着ローラ１２を交換できる。しかも、定着ユニット２３にはコア全体ではなくその一部の第１コア構成体２１のみが組み込まれているので、定着ユニット２３全体の軽量化を図ることができる。したがって、いわゆるパーソナルユースのプリンタなどにおいては、消耗部品である定着ユニット２３はユーザ自身で交換作業を行わなければならないが、本実施形態によれば、定着ユニット２３の交換作業性（ＣＲＵ）が著しく向上する。
【００４３】
また、第２コア構成体２２を筐体１０４側に残して繰り返し使用するため、コア全体を交換する場合に比べて、定着ユニット２３の単価を低減することもできる。
【００４４】
さらに、定着ユニット２３が装着されている状態においては、作動機構４０により第２コア構成体２２が第１コア構成体２１に向けて押圧されているので、第１コア構成体２１の端面２１ａと第２コア構成体２２の端面２２ａとは、エアギャップを生じることなく圧接することになる。両コア構成体２１、２２間にエアギャップが生じないため、コア全体の磁気抵抗が増えず、鉄損が増加しない。このため、誘導加熱定着装置１４０に振り分けられる電力容量が規定されている場合でも、定着ローラ１２で発熱する２次銅損の発熱容量が減少せず、定着ローラ１２を効率よく加熱することができ、省エネルギー効果を一層高めることができる。
【００４５】
なお、加熱回転体として定着ローラ１２を用いた実施形態について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものでない。例えば、加熱回転体を、一対のローラ間に掛け渡される定着ベルトから構成することもできる。
【００４６】
また、コア１７を略均等形状に２分割した実施形態について説明したが、分割部位は適宜の個所に変更でき、分割個数も２個に限定されるものでもない。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、請求項ごとに以下のような効果を奏する。
【００４８】
請求項１に記載の誘導加熱定着装置によれば、閉磁路を形成するコアを第１と第２のコア構成体に分割し、定着ユニット交換時には第２コア構成体を筐体側に残すようにしたので、定着ユニット全体が軽量化されると共にコアを開放する煩雑な作業が不要となるので、定着ローラや定着ベルトなどの加熱回転体をより簡単に交換できる。また、第２コア構成体を繰り返し使用するため、コア全体を交換する場合に比べて定着ユニットの単価を低減できる。
【００４９】
請求項２に記載の誘導加熱定着装置によれば、第１コア構成体端面と第２コア構成体端面とがエアギャップを生じることなく圧接するので、コア全体の磁気抵抗が増えず、加熱回転体を効率よく加熱することができ、省エネルギー効果を一層高めることができる。
請求項３に記載の誘導加熱定着装置によれば、筐体側に残っている第２コア構成体が既設の定着ユニットの抜き取り動作の邪魔にならず、新品の定着ユニットを装着すると第２コア構成体を第１コア構成体に向けて移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  画像形成装置としての一般的な複写機を示す概略構成図である。
【図２】  本発明の実施形態に係る誘導加熱定着装置を示す概略構成図である。
【図３】  定着ローラ内部を示す断面図である。
【符号の説明】
１００…画像形成装置
１０４…筐体
１４０…誘導加熱定着装置
１０…シート（記録媒体）
１１…トナー
１２…定着ローラ（加熱回転体）  １２ａ…中空部
１３…加圧ローラ（加圧回転体）
１４…誘導コイル
１７…コア
２１…第１コア構成体  ２１ａ…端面
２２…第２コア構成体  ２２ａ…端面
２３…定着ユニット
２４…保持手段
２５…圧接手段
２６…ケーシング
３０…ガイドプレート
４０…作動機構
【図１】
0003640842.tif 000002
【図２】
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【図３】
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