(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着トナー像を担持した記録シートを加熱および加圧しつつ搬送することによって、トナー像を記録シートに定着させる定着ローラと、
この定着ローラの内部に設けられ、この定着ローラの軸線まわりにコイル線を螺旋状に巻回して形成され、上記定着ローラを誘導加熱するための磁界を発生するコイルと、
上記定着ローラの軸線に沿って上記コイルを挿通するように設けられ、軸線方向位置が部分的に重なり合うように配置された複数のコアと、
上記コイルによる誘導加熱領域が、上記定着ローラの搬送されてくる記録シートの通紙領域に対応するように、上記複数のコアのうち上記軸線方向の端部に配置されたコアを上記軸線方向に変位させるコア駆動機構とを含むことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
上記複数のコアは、上記定着ローラの軸線に沿って２列に配列されており、上記定着ローラの軸線方向に関して隣接するコア同士の軸線方向位置が部分的に重なるように、一方の列と他方の列とに交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
感光体表面に形成された静電潜像をトナー像に現像して、このトナー像を記録シートに転写することにより、記録シート上に未定着トナー像を形成する画像形成部と、
上記未定着トナー像を記録シートに定着させるための請求項１または２記載の定着装置とを含むことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録シート上に転写された未定着トナー像を定着させるための定着装置およびそれを用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の画像形成装置は、例えば感光体、現像装置、転写装置および定着装置を含む。定着装置は、一般的に１対の定着ローラを含む。１対の定着ローラは、例えば所定の定着温度に加熱される熱ローラと、熱ローラに対して所定の定着圧力で圧接される圧ローラとからなる。感光体によりトナー像が転写された記録用紙は、これらの定着ローラ対間を通過することにより、トナー粒子が溶融されて定着される。
【０００３】
熱ローラの加熱方式の１つに、ＩＨ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｈｅａｔｉｎｇ）方式がある。図６は、従来の誘導加熱コイル２０Ａから発生する磁束４２を説明するための模式図であって、熱ローラ１１はＩＨ方式により加熱される。
熱ローラ１１は、例えば円筒状で、鉄やステンレスなどの強磁性体により形成されている。熱ローラ１１は、用紙搬送方向に直交する水平方向に延びており、その内部には誘導加熱コイル２０Ａが軸線方向に延びている。
【０００４】
誘導加熱コイル２０Ａは、円筒状のボビン２１と、ボビン２１の外周面に軸線回りに巻回（ラジアル巻き）されたコイル線２２とを含む。コイル線２２は例えば銅線などからなり、高周波電流が印加されることにより高周波磁界が発生するようになっている。この高周波磁界により、熱ローラ１１に誘導渦電流が発生し、熱ローラ１１自体の材質固有抵抗によって熱ローラ１１そのものがジュール発熱されるようになっている。
【０００５】
ボビン２１内には、例えば自己発熱しにくく磁束を通しやすいフェライトからなる１本のコア４１が軸線方向に延びている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示すように熱ローラ１１への磁束４２の進入ポイントが軸線方向で不均一となり、熱ローラ１１の両端部では磁束４２が粗く、中央部では密となる。ＩＨ方式による発熱は、熱ローラ１１を貫く磁束４２の密度に比例するため、熱ローラ１１の両端部の温度が低下して、軸線方向に温度ムラが生じるという問題があった。
【０００７】
また、図６に示すように、磁束４２が熱ローラ１１を一端部から他端部まで貫くので、磁束４２が熱ローラ１１を貫く長さが長い。このため、磁気抵抗が大きく、発振波形が減衰しやすくなり、高周波電源側での発振制御が困難になるという問題があった。この課題の対策として、コイル線２２の断面積を大きくしたり、コイル線２２の巻き数を増やすことにより発生する磁力を増大させることが考えられるが、いずれの場合も誘導加熱コイル２０Ａの外形が大きくなってしまう。この場合、熱ローラ１１と誘導加熱コイル２０Ａとの間に冷却スペースを十分に確保することができない。
【０００８】
誘導加熱コイル２０Ａは、熱ローラ１１からの輻射熱により加熱される。冷却スペースに装置外部から空気を送り込むことにより、誘導加熱コイル２０Ａを空冷できるようになっている。熱ローラ１１はその表面温度が所定の定着温度（例えば１９０℃）になるように制御されるのに対して、誘導加熱コイル２０Ａの耐熱温度は例えば２００℃であり、冷却スペースを十分に確保しなければならない。
【０００９】
冷却スペースを確保するために熱ローラ１１の径を大きくすることも考えられるが、この場合、熱ローラ１１の熱容量が大きくなり、熱ローラ１１を所定温度まで加熱するのに時間がかかってしまう。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、定着ローラの軸線方向の温度ムラを軽減できる定着装置およびそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、高周波電源側での発振制御が容易な定着装置およびそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、未定着トナー像を担持した記録シートを加熱および加圧しつつ搬送することによって、トナー像を記録シートに定着させる定着ローラと、この定着ローラの内部に設けられ、この定着ローラの軸線まわりにコイル線を螺旋状に巻回して形成され、上記定着ローラを誘導加熱するための磁界を発生するコイルと、上記定着ローラの軸線に沿って上記コイルを挿通するように設けられ、軸線方向位置が部分的に重なり合うように配置された複数のコアと、上記コイルによる誘導加熱領域が、上記定着ローラの搬送されてくる記録シートの通紙領域に対応するように、上記複数のコアのうち上記軸線方向の端部に配置されたコアを上記軸線方向に変位させるコア駆動機構とを含むことを特徴とする定着装置である。
【００１２】
この構成によれば、コイル内に軸線に沿って設けられた複数のコアからそれぞれ磁束が発生するので、定着ローラの両端部と中央部とで磁束密度を均一にすることができる。したがって、定着ローラの軸線方向の温度ムラを軽減できる。
また、各コアから発生した磁束がそれぞれ定着ローラを貫くので、定着ローラを貫く磁束の長さを短くすることができる。したがって、磁気抵抗を小さくして、発振波形が減衰するのを抑えることができるので、高周波電源側での発振制御が容易な定着装置を提供できる。
記録シートを連続して搬送すると、記録シートを搬送した部分の定着ローラの熱が記録シートに奪われるので、これを補うためにコイルに更に多くの電流を流すように制御される。
本発明の構成によれば、コイルによる誘導加熱領域が、定着ローラの搬送されてくる記録シートの通紙領域に対応するように、コイルの端部に配置されたコアを軸線方向に変位させることにより、定着ローラの両端部の記録シートを搬送しない部分の表面温度が上昇するのを防ぐことができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、上記複数のコアは、上記定着ローラの軸線に沿って２列に配列されており、上記定着ローラの軸線方向に関して隣接するコア同士の軸線方向位置が部分的に重なるように、一方の列と他方の列とに交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置である。
この構成によれば、コイル内に軸線に沿って２列に配列された複数のコアからそれぞれ磁束が発生する。
【００１４】
上記定着ローラの軸線方向に関して隣接するコア同士の軸線方向位置が重なる部分の長さは、それぞれ対応するコアの長さの１０〜２０％であることが好ましい。この場合、定着ローラの両端部と中央部とで磁束密度を好適に均一化できる。
【００１６】
上記コイルは、端部における巻き密度が中央部における巻き密度よりも大きくなるように巻回されていれば、定着ローラの両端部を貫く磁束を多くすることができる。これにより、定着ローラの両端部の温度が低下して軸線方向に温度ムラが生じるのを防ぐことができる。
また、上記コイルの端部に配置されたコアは、その断面積が他のコアの断面積より大きく形成されていても、定着ローラの両端部を貫く磁束を多くすることができる。これにより、定着ローラの両端部の温度が低下して軸線方向に温度ムラが生じるのを防ぐことができる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、感光体表面に形成された静電潜像をトナー像に現像して、このトナー像を記録シートに転写することにより、記録シート上に未定着トナー像を形成する画像形成部と、上記未定着トナー像を記録シートに定着させるための請求項１または２記載の定着装置とを含むことを特徴とする画像形成装置である。
この構成によれば、上記効果を奏する定着装置を用いた画像形成装置を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下には、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る定着装置８が適用された画像形成装置１の内部構成を示す要部概略断面図である。画像形成装置１は、例えばデジタル複写機であって、メインチャージャ２により感光体ドラム３の表面が一様に帯電され、図示しない画像読取部で読み取られた画像に基づいてＬＳＵ（レーザ走査ユニット）４により感光体ドラム３の表面が選択的に露光されて、感光体ドラム３の表面にいわゆる静電潜像が書き込まれる。その後、現像装置５により静電潜像がトナー像に現像され、転写装置６によりトナー像が記録用紙に転写される。記録用紙は、図示しない給紙部から所定のタイミングで転写装置６へと導かれるようになっている。
【００１９】
メインチャージャ２、感光体ドラム３、ＬＳＵ４、現像装置５および転写装置６は、一連の画像形成部を構成している。
トナー像が転写された後の記録用紙７は、定着装置８へと導かれる。定着装置８は、上下に配置された１対の定着ローラ１１、１２を含む。この１対の定着ローラ１１、１２は、例えば所定の定着温度に加熱される熱ローラ１１と、熱ローラ１１に対して所定の定着圧力で圧接される圧ローラ１２とからなる。これらの定着ローラ対１１、１２間を記録用紙７が通過することにより、記録用紙７に転写されたトナー粒子が加熱および加圧されて溶融され、記録用紙７上に定着される。
【００２０】
定着装置８により定着処理を受けた記録用紙７は、排出ローラ対９を通って画像形成装置１の外部に排出されるようになっている。
図２は、定着装置８の構成を示す概略側面図である。熱ローラ１１は円筒状で、例えば鉄やステンレスなどの強磁性体により形成されている。熱ローラ１１は、用紙搬送方向Ａに直交する水平方向に延びており、その内部には誘導加熱コイル２０が軸線方向に延びている。
【００２１】
誘導加熱コイル２０は、円筒状のボビン２１と、ボビン２１の外周面に軸線回りに巻回（ラジアル巻き）されたコイル線２２とを含む。コイル線２２は例えば銅線からなり、高周波電流が印加されることにより、高周波磁界が発生するようになっている。この高周波磁界により、熱ローラ１１に誘導渦電流が発生し、熱ローラ１１自体の材質固有抵抗によって熱ローラ１１そのものがジュール発熱されるようになっている。
【００２２】
熱ローラ１１は、その軸線回りに回転自在であるように保持されている。熱ローラ１１は、例えば図示しない複数のギアを介してモータに連結されており、画像形成装置１の運転時には、図２において矢印で示す方向に回転駆動される。誘導加熱コイル２０は熱ローラ１１から分離して保持されており、熱ローラ１１が回転駆動されても誘導加熱コイル２０は回転しないようになっている。
圧ローラ１２は、例えば円筒状で、熱ローラ１１に対して平行に延びている。圧ローラ１２は、その軸線回りに回転自在であるように保持されており、その外周面が熱ローラ１１の外周面に所定の定着圧力で圧接されているために、熱ローラ１１の回転に伴って、図２において矢印で示す方向に回転する。本実施形態では、圧ローラ１２内には誘導加熱コイル２０が配設されていないが、圧ローラ１２の内部にも、熱ローラ１１と同様に誘導加熱コイル２０が配設されていてもよい。
【００２３】
熱ローラ１１の用紙搬送方向下流側には、熱ローラ１１に付着した記録用紙を熱ローラ１１から剥離するための剥離爪２３が配設されている。剥離爪２３は、取付フレーム２４に固定された回動軸２５により回動自在に保持されており、その先端２３ａが熱ローラ１１の外周面に適当な圧力で摺接するように、例えばばね（図示せず）により付勢されている。
熱ローラ１１の外周面には、熱ローラ１１の表面温度を検知するためのサーミスタ２６が当接されている。サーミスタ２６による検知結果は図示しない制御部へと送られ、この検知結果に基づいて制御部はコイル線２２に印加する電流を調節する。これにより、熱ローラ１１の表面温度が所定の定着温度（例えば１９０℃）になるように制御される。
【００２４】
誘導加熱コイル２０は、熱ローラ１１からの輻射熱により加熱される。熱ローラ１１と誘導加熱コイル２０との間は冷却スペースをなしており、この冷却スペースに装置外部から空気を送り込むことにより、誘導加熱コイル２０を空冷できるようになっている。熱ローラ１１が１９０℃になるように制御されるのに対して、誘導加熱コイル２０の耐熱温度は例えば２００℃であることから、冷却スペースは十分に確保する必要がある。
【００２５】
図３は、誘導加熱コイル２０の内部構成を示す断面図である。ボビン２１内には、例えば自己発熱しにくく磁束を通しやすいフェライトからなる複数のコア２７が、軸線方向に２列（例えば各列に３つずつ）で配置されている。各コア２７は、例えば同一の直方体形状をしており、それぞれの長さは例えば６５ｍｍである。各列のコア２７は、互いに所定間隔Ｂ（例えば４５ｍｍ）だけ空けて並設されている。
【００２６】
一方の列のコア２７と他方の列のコア２７とは、平面視で交互に所定長さＣ（例えば１０ｍｍ）だけ重なるように配置されている。所定長さＣはコア２７の長さの１０〜２０％とすることが好ましい。
コア２７の材質、形状および個数は、上述の態様に限られるものではない。また、所定間隔Ｂおよび所定長さＣの数値についても、上記数値に限られるのもではない。
【００２７】
図４は、誘導加熱コイル２０から発生する磁束３９を説明するための模式図である。この誘導加熱コイル２０では、各コア２７から磁束３９が発生している。これにより、熱ローラ１１の両端部と中央部とで磁束密度が均一となる。したがって、熱ローラ１１の軸線方向の温度ムラを軽減できる。
また、各コア２７から発生した磁束３９は、それぞれ熱ローラ１１を貫いている。これにより、熱ローラ１１を貫く磁束３９の長さを短くすることができるので、磁気抵抗を小さくして、発振波形が減衰するのを抑えることができる。したがって、高周波電源側での発振制御が容易な定着装置８を提供できる。
【００２８】
再び図３を参照して、複数のコア２７のうちボビン２１の両端部に配置されたコア２７ａは、搬送されてくる記録用紙のサイズに応じて軸線方向に変位可能とされている。図３（ａ）は、記録用紙のサイズが大サイズ（例えばＡ４横通し（２９７ｍｍ））の場合を示しており、図３（ｂ）は、記録用紙のサイズが小サイズ（例えばＡ４縦通し（２１０ｍｍ））の場合を示している。
記録用紙を連続して搬送すると、記録用紙を搬送した部分の熱ローラ１１の熱が記録用紙に奪われるので、これを補うためにコイル線２２に更に多くの電流を流すように制御される。本実施形態では、誘導加熱コイル２０による誘導加熱領域が、熱ローラ１１の搬送されてくる記録用紙の通紙領域に対応するように、ボビン２１の両端部に配置されたコア２７ａを変位させることにより、熱ローラ１１の両端部の記録用紙を搬送しない部分の表面温度が上昇するのを防ぐことができる。
【００２９】
図２および図３を参照して、ボビン２１の両端部に配置されたコア２７ａを変位させるコア駆動機構について説明する。
ボビン２１内には、仕切板２８が軸線方向に延びている。ボビン２１内には平坦面２９が形成されており、仕切板２８は平坦面２９に形成された収容凹部３０に嵌め込まれている。
各列のコア２７は、仕切板２８を挟んで配置される。ボビン２１内には、複数のコア２７を保持するための１対の保持部材３１が、仕切板２８を挟んで配置されている。
【００３０】
保持部材３１は、例えば断面略Ｌ字状で、下板３２と、下板３２の一側辺から上方に突出した側板３３とからなる。複数のコア２７は、それぞれ仕切板２８と各保持部材３１との間に嵌め込まれ、それぞれの下面を下板３２により保持されている。保持部材３１は、その下板３２の下面が平坦面２９上を用紙搬送方向Ａに直交する用紙幅方向（図３で示す左右方向）に摺動可能となっている。各側板３３の上端部からは、突起３４が外側に突出しており、これらの突起３４の先端がボビン２１の内周面に当接することにより、各保持部材３１は用紙幅方向にのみ変位可能となっている。
【００３１】
複数のコア２７のうちボビン２１の両端部に配置されたコア２７ａ以外のコア２７ｂは、その両端が仕切板２８から外側に突出した係合突起３５に挟まれており、用紙幅方向に変位できないようになっている。これに対して、コア２７ａは、その両端が保持部材３１の側板３３から内側に突出した係合突起３６に挟まれており、保持部材３１が用紙幅方向に摺動するのに伴って、一緒に用紙幅方向に変位する。
【００３２】
各保持部材３１の一端部には、その内側にラック３７が形成されている。１対の保持部材３１間には、ラック３７に対応するピニオン３８が配置されており、各保持部材３１のラック３７がピニオン３８に噛み合っている。
図５は、ピニオン３８の駆動機構を説明するための模式図である。ピニオン３８は、正方向および逆方向に回転可能なモータＭの駆動軸４８に連結されており、モータＭの回転方向により正方向および逆方向に回転可能となっている。
【００３３】
モータＭの回転駆動は、画像形成装置１内に設けられた制御部４６により制御される。制御部４６には、例えば画像形成装置１内に設けられた記録用紙のサイズを検知するための用紙サイズ検知センサからの信号や、画像形成装置１の上面に設けられた操作パネルへの用紙サイズの入力に基づく入力信号などにより、用紙サイズ情報４７が与えられるようになっている。制御部４６は、この用紙サイズ情報４７に基づいて、モータＭを介してピニオン３８を所定方向に所定量だけ回転させる。
【００３４】
再び図３を参照して、ピニオン３８が図３（ａ）において矢印で示す方向に回転されることにより、一方の保持部材３１ａは右側に変位し、他方の保持部材３１ｂは左側に変位する。これにより、各保持部材３１ａ、３１ｂにより保持されたコア２７ａがそれぞれ内側に変位し、図３（ｂ）に示すような状態になる。
図３（ｂ）に示す状態から再び図３（ａ）に示すような状態に戻すには、ピニオン３８を逆方向に回転させればよい。
【００３５】
コア２７ａを変位させる機構は、上述のような機構に限らず、他の機構であってもよい。
本発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、ボビン２１の両端部におけるコイル線２２の巻き密度を大きくしたり、ボビン２１の両端部に配置されたコア２７ａの断面積を大きくしたりしてもよい。この場合、熱ローラ１１の両端部を貫く磁束３９を多くすることができるので、熱ローラ１１の両端部の温度が低下して軸線方向に温度ムラが生じるのを防ぐことができる。
【００３６】
記録用紙は、各サイズで例えば熱ローラ１１の左端あるいは右端に揃うように搬送されてもよい。この場合、ボビン２１の両端部に配置されたコア２７ａのうち一方のみを変位させればよい。
また、本発明が適用できる画像形成装置は、デジタル複写機に限らず、例えばアナログ複写機やレーザビームプリンタなどであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る定着装置が適用された画像形成装置の内部構成を示す要部概略断面図である。
【図２】定着装置の構成を示す概略側面図である。
【図３】誘導加熱コイルの内部構成を示す断面図である。
【図４】誘導加熱コイルから発生する磁束を説明するための模式図である。
【図５】ピニオンの駆動機構を説明するための模式図である。
【図６】従来の誘導加熱コイルから発生する磁束を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１      画像形成装置
３      感光体
７      記録用紙
８      定着装置
１１    熱ローラ
２０    誘導加熱コイル
２２    コイル線
２７    コア
２７ａ  コア
【図１】
0003548724.tif 000002
【図２】
0003548724.tif 000003
【図３】
0003548724.tif 000004
【図４】
0003548724.tif 000005
【図５】
0003548724.tif 000006
【図６】
0003548724.tif 000007