(57)【要約】【課題】特開２００２―７２７２６公報記載の技術などのような、加熱範囲を分けてそれぞれの範囲を加熱する加熱手段を備えた定着装置において、木目細かな加熱制御を行うために加熱範囲を細かく分けるには、分けた加熱範囲の数だけ加熱手段を設けることが必要であり、そのため構造の複雑化、大型化を招いてしまうという問題があった。本発明は、加熱手段の数が少なくても木目細かな温度分布制御を行うことができる定着装置を得ることを目的とする。【解決手段】定着装置は、用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体と、発生する磁界の向きを相対的に変えてこの発熱体の磁束密度分布を変えることで前記発熱体の発熱分布を変更する複数の磁界発生手段と、を有する加熱手段を備える。【選択図】　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体と、
発生する磁界の向きを相対的に変えてこの発熱体の磁束密度分布を変えることで前記発熱体の発熱分布を変更する複数の磁界発生手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体と、
この発熱体に誘導電流を発生させて発熱させる複数の磁界発生手段と、
この複数の磁界発生手段のうち少なくとも１つの磁界発生手段に流れる電流の向きを切りかえて、前記複数の磁界発生手段が発生する磁界の向きを相対的に変えて前記発熱体の磁束密度分布を変えることで前記発熱体の発熱分布を変更する切り換え手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体と、
相対的に回転あるいは回動することで発生する磁界の向きを相対的に変えてこの発熱体の磁束密度分布を変えることで前記発熱体の発熱分布を変更する複数の磁界発生手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体と、
この発熱体に誘導電流を発生させて発熱させる第１の磁界発生手段と、
この第１の磁界発生手段と平行な磁界を発生させる第２の磁界発生手段と、
この第２の磁界発生手段と非平行な磁界を発生させる第３の磁界発生手段とを有し、
前記発熱体は、前記第１の磁界発生手段が発生する磁界と前記第２の磁界発生手段または前記第３の磁界発生手段の発生する磁界の組み合わせにより発熱部位を変更されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体と、
発生する磁界の向きを相対的に変えてこの発熱体の磁束密度分布を変えることで前記発熱体の発熱分布を変更する複数の磁界発生手段を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体と、
この発熱体に誘導電流を発生させて発熱させる複数の磁界発生手段と、
この複数の磁界発生手段のうち少なくとも１つの磁界発生手段に流れる電流の向きを切りかえて、前記複数の磁界発生手段が発生する磁界の向きを相対的に変えて前記発熱体の磁束密度分布を変えることで前記発熱体の発熱分布を変更する切り換え手段を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体と、
相対的に回転あるいは回動することで発生する磁界の向きを相対的に変えてこの発熱体の磁束密度分布を変えることで前記発熱体の発熱分布を変更する複数の磁界発生手段を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体と、
この発熱体に誘導電流を発生させて発熱させる第１の磁界発生手段と、
この第１の磁界発生手段と平行な磁界を発生させる第２の磁界発生手段と、
この第２の磁界発生手段と非平行な磁界を発生させる第３の磁界発生手段とを有し、
前記発熱体は、前記第１の磁界発生手段が発生する磁界と前記第２の磁界発生手段または前記第３の磁界発生手段の発生する磁界の組み合わせにより発熱部位を変更されることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体の発熱分布を複数の磁界発生手段が発生する磁界の向きを相対的に変えて前記発熱体の磁束密度分布を変えることで変更することを特徴とする定着方法。
【請求項１０】
用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体に誘導電流を発生させて発熱させる複数の磁界発生手段のうち少なくとも１つの磁界発生手段に流れる電流の向きを切りかえて、前記複数の磁界発生手段が発生する磁界の向きを相対的に変えて前記発熱体の磁束密度分布を変えることで前記発熱体の発熱分布を変更することを特徴とする定着方法。
【請求項１１】
用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体の発熱分布を複数の磁界発生手段を相対的に回転あるいは回動することで磁界の向きを相対的に変えて磁束密度分布を変えることで変更することを特徴とする定着方法。
【請求項１２】
用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体の発熱部位を、前記発熱体に誘導電流を発生させて発熱させる第１の磁界発生手段が発生する磁界と前記第１の磁界発生手段に対して平行な磁界を発生させる第２の磁界発生手段または前記第２の磁界発生手段に対して非平行な磁界を発生させる第３の磁界発生手段の発生する磁界の組み合わせにより変更されることを特徴とする定着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置における、用紙に形成したトナー像を加熱定着させる定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真プロセスにおける用紙に形成されたトナー像を用紙に定着させる定着装置の制御として、特開２００２―７２７２６公報記載の技術などのように、加熱範囲を分けてそれぞれの範囲を加熱する加熱手段を備えたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術には、木目細かな加熱制御を行うために加熱範囲を細かく分けるには、分けた加熱範囲の数だけ加熱手段を設けることが必要であり、そのため構造の複雑化、大型化を招いてしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は、加熱手段の数が少なくても木目細かな温度分布制御を行うことができる定着装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、用紙に形成されたトナー像を加熱して定着させる発熱体と、発生する磁界の向きを相対的に変えてこの発熱体の磁束密度分布を変えることで前記発熱体の発熱分布を変更する複数の磁界発生手段と、を有する加熱手段を備えることを特徴とする定着装置を提供する。
【０００６】
これによって、加熱手段の数が少なくても木目細かな温度分布制御を行うことができる定着装置を得ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１２に複写機１０１のブロック図を示す、画像形成装置たる複写機１０１は、原稿の画像を読み取るスキャナ部１０２、用紙にトナー像を形成するプリンタ部１０３、プリンタ部１０３で用紙に形成されたトナー像を用紙に加熱定着させる定着装置１０４、定着装置１０４への電力供給を制御する駆動回路１０７、駆動回路１０７やその他の複写機１０１の各部を所定の規則に沿って動作させるべく制御を行う制御部１０５、制御部１０５へ指示を出すための操作パネル１０６などで構成される。
【０００９】
スキャナ部１０２で読み取った原稿の画像を制御部１０５に記憶する。複数の原稿の画像を制御部１０５に一旦記憶したのちに、記憶した順番を並び替えてプリンタ部１０３へと画像を送ることもできる。
【００１０】
制御部１０５は、複写機１０１の各部へと命令を出したり、複写機１０１の各部の情報を取得して処理する。また、複写機１０１の各部の動作に必要なデータや、操作パネル１０６から入力された情報、スキャナ部１０２が読み取った原稿の画像などを記憶する。
【００１１】
駆動回路１０７は制御部１０５に接続されていて、定着装置１０４への電力供給の量やタイミングを制御される。
【００１２】
この複写機１０１の定着装置１０４の構成について以下に説明する。
【００１３】
第１の実施の形態として図１に示す定着装置１は、加熱手段としてのヒートローラ４と、ヒートローラ４に対してスプリング３によって圧接されるプレスローラ２などで構成されている。
【００１４】
ヒートローラ４は加熱され、例えばプーリやベルトなどの伝達機構を介してモータにより所定の速度で回転される。ヒートローラ４でトナー像を加熱して軟化あるいは溶融させて用紙に定着させる。プレスローラ２はヒートローラ４に圧接され、この圧接部にトナー像が現像された用紙を通過させることで軟化あるいは溶融したトナー像の用紙への定着を助ける。
【００１５】
用紙はヒートローラ４とプレスローラ２の圧接部の中央を通る。用紙の向きは、用紙の幅方向がヒートローラ４と平行になる方向となる。
【００１６】
ヒートローラ４は図２に示す概略図のように、炭素鋼やステンレス合金、アルミニウムなどの導電性材料からなる円筒の外周にフッ素樹脂をコーティングする等の耐熱離型性層を付与した、発熱体としてのスリーブ７を持つ。このスリーブ７が発熱して、トナー像を用紙に加熱定着させる定着部材となる。スリーブ７の内部に、スリーブ７を誘導加熱させるための磁界を発生する磁界発生手段たるコイルを配した構成となっている。
【００１７】
コイルは、第１コイル５と第２コイル６の二つが設けられている。
【００１８】
コイルは、セラミックや耐熱プラスチックなど、熱に強く高い透磁率を有する材質でできた芯材に、銅線などの線材の表面をポリイミドなどの耐熱性絶縁物質で絶縁したものを巻回したものである。スリーブ７の軸方向に対して垂直に磁界を発生するように第１コイル５が設置され、それと平行に磁界を発生するように第２コイル６が設置されている。これらのコイルに高周波電流が流れて生じる磁束線がスリーブ７を通る。磁界の変動により誘導電流がスリーブ７に生じてジュール熱を発生させる。
【００１９】
スリーブ７の、第１コイル５が設置された位置と第２コイル６が設置された位置の間をカバーする部分である中央部の温度を監視するための中央温度センサ８が、定着装置１に設けられている。また、スリーブ７の、第１コイル５が設置された位置からみて第２コイル６が設置された位置の向こう側、および第２コイル６が設置された位置からみて第１コイル５が設置された位置の向こう側であるの端部の温度を監視するため、端部温度センサ９が定着装置１には設けられている。これらの温度センサとしては、サーミスタなどを用いることができる。
【００２０】
第２コイル６は図３に示すような、４つのトランジスタで構成されるフルブリッジ回路に接続されている。各トランジスタは保護のため、エミッタとコレクタをダイオード１７乃至２０で繋いである。このフルブリッジ回路は、第２コイル６に流す交流電流を、第１コイル５に流す交流電流と同方向とするか逆方向とするかを切りかえる切り換え手段として設けられている。トランジスタ１０とトランジスタ１２のベース端子に繋がる端子１５に制御信号を送ると、トランジスタ１０とトランジスタ１２のエミッタ―コレクタ間に電流が流れ、入力端子１４から入力された電流がコイルに流れる。トランジスタ１１とトランジスタ１３のベース端子に繋がる端子１６に制御信号を送ると、トランジスタ１１とトランジスタ１３のエミッタ―コレクタ間に電流が流れ、トランジスタ１０とトランジスタ１２のベース端子に制御信号を送った場合とは逆向きの電流がコイルに流れる。
【００２１】
第１コイル５と第２コイル６に流す交流電流が同じ方向であれば図４のように、磁界も同じ方向であるため、スリーブ７中央部では磁界が反発しあう。従って、磁束線はスリーブ７の端部に集中し、中央部を通る磁束線が少ない状態となる。端部は磁束密度が高まるので、重点的に加熱される。
【００２２】
第１コイル５と第２コイル６に流す交流電流が逆方向であれば図５のように、磁界が逆方向となり磁束線をコイル同士が導きあう格好となる。そのためスリーブ７の中央部に磁束線が通り磁束密度が高まり、中央部の温度上昇は素早くなる。
【００２３】
図６に示すスリーブ７の発熱分布のように、第１コイル５と第２コイル６の磁界の向きが同じ方向であれば端部の発熱が大きくなる。磁界の向きが逆であれば中央部をフラットに加熱することができる。
【００２４】
スリーブ７の温度を上昇させる際は、スリーブ７中央部は端部に比べ熱の逸散が少ないため端部よりも加熱を弱めるとスリーブ７全体を均一に昇温させることができる。そのため、上記の構成を用い、第１コイル５と第２コイル６が発生する磁界を同じ方向にしてスリーブ７端部を重点的に加熱するとよい。
【００２５】
例えばＡ３用紙を定着することができる幅を持つスリーブ７の中央部を使って、Ａ４ＲやＡ５といった幅の狭い用紙に形成されたトナー像を定着させる場合のように、スリーブ７の端部は加熱の必要性が低く、中央部を重点的に加熱したい場合もある。その際は、上記の構成を用い、第１コイル５と第２コイル６が発生する磁界を逆方向にしてスリーブ７中央部を通る磁束線を増やしてやればよい。
【００２６】
スリーブ７の温度を均一に保つ場合は、中央温度センサと８端部温度センサ９で得たスリーブ７の温度情報に基いて、中央部の温度が低下していれば第１コイル５と第２コイル６が発生する磁界を逆方向にして中央部の磁束密度を高め、端部の温度が低下していれば第１コイル５と第２コイル６が発生する磁界を同じ方向にして端部を重点的に加熱すればよい。更にスリーブ７の片方の端部のみを暖めることも、片方のコイルにのみ通電することで可能である。
【００２７】
上記のような構成によって、２つのコイルで、スリーブ７の中央部および両端部の３つの部分に関して温度制御を実現することが可能となる。第２の実施の形態について述べる。
【００２８】
これは、図７のように、第１コイル２５に対して第２コイル２６を相対回動させるよう構成したものである。
【００２９】
第１コイル２５と第２コイル２６の相対方向を変えることで両者が発生させる磁界の方向を相対的に変える。するとコイル同士の磁束線の導き込み具合が変わり、スリーブ２７中央部の磁束密度を調整することができる。相対回動範囲は１８０°あれば、２つのコイルの磁界の向きが同方向である状態から逆方向となる状態までカバーできるので事足りるが回転させても問題はない。
【００３０】
第１の実施の形態では、磁界の方向を同じ向きまたは逆向きとする２種類の選択肢しかなかったが、本実施の形態ではコイルの相対角度を変化させることでコイル同士の磁束線の導き込み具合を調整し、スリーブ２７の磁束密度分布を細かく変えることができる。その結果、中央部の磁束密度を自在に調節してスリーブ７の部分毎の加熱具合を細かく調整することができるようになる。
【００３１】
例えば、Ａ４ＲやＡ５といった幅の狭い用紙に連続して定着作業を行ったあとでＡ３用紙などの幅の広い用紙に対して定着作業を行う場合に、この構成は有効である。
【００３２】
幅の狭い用紙の定着作業では、スリーブ２７中央部の加熱で事足りる場合がある。そのため中央部を重点加熱するため第１コイル２５と第２コイル２６の発生する磁界を平行逆向きにすればよい。
【００３３】
幅の狭い用紙の定着作業が終わり幅の広い用紙が送られてくるまでに、幅の広い用紙をカバーするためスリーブ２７端部を加熱する。そのため端部の加熱に重点を置くよう、第１コイル２５と第２コイル２６の発生する磁界の方向をずらす。
【００３４】
幅の広い用紙が送られてくるまでのインターバルが長く、端部の加熱がゆっくりで済むならば第１コイル２５と第２コイル２６の発生する磁界の方向をずらす量を小さくすればよい。
【００３５】
第３の実施の形態について述べる。
【００３６】
これは第１の実施の形態に、第１コイル３５と第２コイル３６が発生する磁界に平行に磁界を発生する第３コイル３８を、ヒートローラ４の軸上に第１コイル３５と第２コイル３６と並べて設けたものである。
【００３７】
コイルを増やしたことで、加熱範囲を更に細かく分けることができる。例えば図８のように第２コイル３６に対して第１コイル３５と第３コイル３８の磁界の向きを逆にすれば、スリーブ３７の、第１コイル３５と第２コイル３６の間および第２コイル３６と第３コイル３８の間をカバーする部分を磁束線が通るため、スリーブ３７の中央部を重点的に加熱することができる。ここで第１コイル３５または第３コイル３８の通電を止めると、スリーブ３７中央部の更に半分のみを加熱することもできる。第１コイル３５と第３コイル３８の両方の通電を止めれば、第２コイル３６の発生する磁界が、スリーブ３７中央部の更に中央を重点的に加熱する。また図９のように３つのコイルの磁界の方向を全て同じにすれば、スリーブ３７の中央部および両端部を加熱することができる。
【００３８】
また、図１０のように第１コイル３５と第３コイル３８の間に位置する第２コイル３６を休止させても中央部を加熱させることができる。例えば、スリーブ３７を常温から加熱して目標温度に到達させる際には、３つのコイルに電力を供給して早く温度上昇させ、目標温度に近づいたら第２コイル３６を休止させてスリーブ３７の温度上昇を鈍らせて、加熱しすぎてしまうのを防ぐといった制御も行うことが、この構成を用いれば可能である。
【００３９】
第４の実施の形態について述べる。
【００４０】
これは図１１のように、第２コイル４６を設置する位置に、第２コイル４６が発生する磁界の方向とは異なる方向の磁界を発生する第３コイル４８を併設したものである。
【００４１】
第１コイル４５と第２コイル４６の磁界の組み合わせで加熱部分を変更できるだけでなく、第１コイル４５と第３コイル４８の磁界の組み合わせによって、重点的に加熱する部分を更に細かく設定することができる。
【００４２】
どの実施の形態においても、コイルの芯材にフェライトなどの透磁率が高い強磁性材を用い、コイルからの突出部をスリーブにできるだけ近づくような形状にすると、発生した磁束線をコイルにより多く導くことができ、より加熱効率を高めることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によって、加熱手段の数が少なくても木目細かな温度分布制御を行うことができる定着装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】定着装置の斜視図。
【図２】第１の実施の形態のヒートローラの概略を示した斜視図。
【図３】フルブリッジ回路の回路図。
【図４】コイルの磁界が互いに同じ方向である場合の磁束線の様子の概略を表した図。
【図５】コイルの磁界が互いに逆方向である場合の磁束線の様子の概略を表した図。
【図６】スリーブの発熱分布を示した図。
【図７】第２の実施の形態のヒートローラの、コイルの動きの一例を示した斜視図。
【図８】第３の実施の形態のヒートローラの、第２コイルの磁界が他のコイルの磁界と異なる方向である場合の磁束線の様子の概略を表した図。
【図９】第３の実施の形態のヒートローラの、全てのコイルの磁界互いに同じ方向である場合の磁束線の様子の概略を表した図。
【図１０】第３の実施の形態のヒートローラの、第２コイルを休止させて第１コイルと第３コイルの磁界を互いに異なる方向とする場合の磁束線の様子の概略を表した図。
【図１１】第４の実施の形態のヒートローラの概略を示した斜視図。
【図１２】複写機のブロック図。
【符号の説明】
１・・・定着装置、２・・・プレスローラ、３・・・スプリング、４・・・ヒートローラ、　５・・・第１コイル、６・・・第２コイル、７・・・スリーブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004012721.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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