(57)【要約】【課題】消費電力の低減、コイル昇温防止による部品の劣化防止、端部昇温防止、被加熱材サイズに応じた誘電発熱体の温度均一化を図ることができる画像形成装置を提供すること。【解決手段】励磁コイルと磁性体コアを有する磁束発生手段と、該磁束発生手段の発生磁束の作用により電磁誘導発熱する誘導発熱体を有し、誘導発熱体の発熱で被加熱材を加熱する電磁誘導加熱方式であり、被加熱材の搬送方向に交差する誘導発熱体の長手方向の磁束調整手段を有する加熱装置において、該磁束発生手段が励磁コイルと第１の磁性体コア群を有し、該磁束調整手段が第２の磁性体コア群を有しており、被加熱材の搬送方向に平行な断面における第１の磁性体コア群と第２の磁性体コア群との相対角の変化により磁束調整を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁コイルと磁性体コアを有する磁束発生手段と、該磁束発生手段の発生磁束の作用により電磁誘導発熱する誘導発熱体を有し、誘導発熱体の発熱で被加熱材を加熱する電磁誘導加熱方式であり、被加熱材の搬送方向に交差する誘導発熱体の長手方向の磁束調整手段を有する加熱装置において、該磁束発生手段が励磁コイルと第１の磁性体コア群を有し、該磁束調整手段が第２の磁性体コア群を有しており、被加熱材の搬送方向に平行な断面における第１の磁性体コア群と第２の磁性体コア群との相対角の変化により磁束調整を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第２の磁性体コア群の対向位置に磁気遮蔽材群を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記被加熱材の搬送方向に交差するサイズに応じて前記相対角を変化させる駆動制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記被加熱材の搬送方向に交差する誘電発熱体長手方向の温度分布を検知して前記相対角を変化させる駆動制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁（磁気）誘導加熱方式の加熱装置及び該加熱装置を画像定着等の加熱装置として備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
便宜上、電子写真複写機・プリンタ・ファックス等の画像形成装置における加熱装置を例にして説明する。
【０００３】
画像形成装置における加熱装置は、画像形成装置の作像部において電子写真・静電記録・磁気記録等の適宜の画像形成プロセス手段により、加熱溶融性の樹脂等より成るトナー（顕画剤）を用いて記録材の面に直接方式若しくは間接（転写）方式で形成した未定着のトナー画像を記録材面に永久固着画像として加熱定着処理する装置である。
【０００４】
従来、そのような加熱装置として、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の各種装置がある。
【０００５】
ａ．熱ローラ方式（図５）：
これは、ハロゲンランプ等の熱源を内蔵させて所定の定着温度に加熱・温調した定着ローラ（熱ローラ）と加圧ローラとの回転ローラ対から成り、該ローラ対の圧接ニップ部（定着ニップ部）に被加熱材としての未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して挟持搬送させることで未定着のトナー画像を記録材面に加熱定着する装置である（特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、この装置は定着ローラの熱容量の削減により、加熱に要する電力及びウエイトタイム（装置電源投入時からプリント出力可能状態になるまでの待ち時間）の短縮が可能であるが、更なる省電力化・ウエイトタイム短縮化に課題があった。
【０００７】
ｂ．フィルム加熱方式（図６）：
これは、加熱体と、一方の面がこの加熱体と摺動し他方の面が記録材と接して移動するフィルムを有し、加熱体の熱をフィルムを介して記録材に付与して未定着のトナー画像を記録材面に加熱定着処理する装置である（特許文献２参照）。
【０００８】
このようなフィルム加熱方式の装置は、加熱体として低熱容量のセラミックヒータ等を、フィルムとして耐熱性で薄い低熱容量のものを用いることができ、熱容量が大きい定着ローラを用いる熱ローラ方式の装置に比べて格段に省電力化・ウエイトタイム短縮化が可能であるが、非通紙部の過昇温による耐久、画質に課題があった。
【０００９】
ｃ．電磁誘導加熱方式（図７）：
これは加熱体として電磁誘導発熱体を用い、該電磁誘導発熱体に磁場発生手段で磁場を作用させて該電磁誘導発熱体に発生する渦電流に基づくジュール発熱で被加熱材としての記録材に熱を付与して未定着のトナー画像を記録材面に加熱定着処理する装置である（特許文献３参照）。
【００１０】
このような電磁誘導加熱方式の装置は、定着ローラのニップ部近傍を電磁誘導加熱することができ、ハロゲンランプを熱源として用いた熱ローラ方式の装置よりも高効率の定着プロセスを達成している。又、磁束発生手段と誘導発熱体の間に磁束遮蔽板を設けることによってローラの長手方向の熱分布を調整できるように構成されている。この磁束遮蔽板を用いた磁束調整手段により非通紙部の過昇温防止により、高耐久化、高画質化が可能である。
【００１１】
【特許文献１】特開平４−３６５０８０号公報
【特許文献２】特許第２６４６４４４号公報
【特許文献３】特開平９−１７１８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した電磁誘導加熱方式の加熱装置には、磁束調整手段の配置構成に課題がある。該磁束調整手段は、磁束発生手段と誘導発熱体の間に配置される。ここで、磁束発生手段と誘導発熱体の距離が、磁束発生手段への投入電力に対する発熱効率に影響を与える。即ち、磁束発生手段と誘導発熱体の距離が離れると誘導発熱体に発生する熱量は減少し、一定の熱量を得るためには距離が離れるほど投入電力を増やす必要がある。そこで、磁束調整手段を設けることにより磁束発生手段と誘導発熱体の距離が離れるため、消費電力低減ニーズに対して課題がある。
【００１３】
又、発熱効率の低下は励磁コイルの発熱として損失されるため、コイル昇温を併発しコイルや周辺部材の劣化に対して課題がある。
【００１４】
更に、磁束調整手段としての磁束遮蔽板を薄肉化し距離を近づけると、磁束の遮蔽効果が低下して端部昇温防止に対して課題がある。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とする処は、消費電力の低減、コイル昇温防止による部品の劣化防止、端部昇温防止、被加熱材サイズに応じた誘電発熱体の温度均一化を図ることができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明は、励磁コイルと磁性体コアを有する磁束発生手段と、該磁束発生手段の発生磁束の作用により電磁誘導発熱する誘導発熱体を有し、誘導発熱体の発熱で被加熱材を加熱する電磁誘導加熱方式であり、被加熱材の搬送方向に交差する誘導発熱体の長手方向の磁束調整手段を有する加熱装置において、該磁束発生手段が励磁コイルと第１の磁性体コア群を有し、該磁束調整手段が第２の磁性体コア群を有しており、被加熱材の搬送方向に平行な断面における第１の磁性体コア群と第２の磁性体コア群との相対角の変化により磁束調整を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、磁束発生手段と誘導発熱体の距離を離さずに磁束調整手段を構成できるため、消費電力低減に対する効果やコイル昇温防止による部品劣化防止に効果がある。又、第２の磁性体コア群の対向位置に磁気遮蔽材群を有することで、磁束の遮蔽効果を向上させ端部昇温防止に効果がある。更に、被加熱材の搬送方向に交差するサイズに応じて相対角を変化させる駆動制御手段を有することにより、被加熱材サイズに応じた誘電発熱体の温度均一化に効果がある。
【００１８】
又、被加熱材の搬送方向に交差する誘電発熱体長手方向の温度分布を検知して相対角を変化させる駆動制御手段を有ことにより、幅広い環境、装置モードに応じた誘電発熱体の温度均一化に効果がある。これにより、定着ローラの端部昇温を防止し高耐久化、高画質化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
＜実施の形態１＞
図１は本発明に適用できる加熱装置の正視断面図である。
【００２１】
未定着トナーの加熱装置は、画像形成装置の１ユニットとして、不図示の感光ドラムを中心としたプロセスユニットの搬送方向下流側に配置される。この加熱装置は、定着ローラ１と平行且つ回転自在に加圧ローラ２が当接し、トナー定着を行うニップ部２ａが形成される。
【００２２】
定着ローラ１は、加熱に要する電力及びウエイトタイムを削減するために、熱容量が小さい１ｍｍ厚の鉄芯金ローラ１ｂで、外面にフッ素樹脂コーティング層１ａが施されている。又、定着ローラ１は、不図示の定着ローラ筐体に回転自在に係止されており、不図示の駆動機構により回転力が与えられる。更に、定着ローラ１の内部に第１の磁性体コア群３ｂ１と励磁コイル３ｃを電磁誘導加熱ホルダー３ａによって保持された電磁誘導加熱方式の熱源３が、不図示の定着ローラ筐体に回転可能に固定される。
【００２３】
励磁コイル３ｃは、不図示の励磁回路から供給される交番電流によって交番磁束を発生し、交番磁束は磁性体コアに導かれてニップ部に対向した、鉄芯金ローラ１ｂに渦電流を発生させる。その渦電流は、鉄芯金ローラ１ｂの固有抵抗によってジュール熱を発生させる。即ち、励磁コイル３ｃに交番電流を供給することで定着ニップ部２ａにおいて定着ローラ１が電磁誘導発熱状態になる。定着ローラ１は回転に伴い表面温度の均一化が行われる。定着ローラ温度は、メインサーミスタ４により検出され、表面温度が図示しない制御装置により任意な温度に温調される。
【００２４】
又、磁束調整手段として第２の磁性体コア群３ｂ２が不図示の定着ローラ筐体に固定され、定着ローラ端部に設けられたサブサーミスタ１１により過昇温を検知すると熱源を回転動作させて、第１の磁性体コア群３ｂ１と第２の磁性体コア群３ｂ２の相対角を変化させて磁束調整を行うことにより端部昇温を防止する。
【００２５】
一方、加熱装置の搬送方向上流側の感光ドラムを中心としたプロセスユニットにより未定着トナー５が記録紙６に転写され、搬送ベルト７によって定着ローラ１と加圧ローラ２の当接部によって形成されたニップ部２ａに搬送される。このとき、記録紙６上の未定着トナー５が定着ローラ１の熱によって溶解し、加圧ローラ２に押圧されることにより、記録紙６に定着される。未定着トナー５の定着が行われると、分離爪８により記録紙６が定着ローラ１から剥離され、排紙ローラ対９によって画像形成装置外へ排出される。定着ローラ１の外周面上に付着したトナーは、クリーニングローラ１０により拭き取られ、ニップ部２ａへ向かう定着ローラ１の外周面上を良好に保つように構成されている。
【００２６】
図２は本発明に適用できる加熱装置の側視断面図である。
【００２７】
定着ローラ１は、定着ローラベアリング２ａ，２ｂを介して定着上前後側板３ａ，３ｂに支持されている。定着ローラ１には駆動ギア４が嵌合され、不図示の加熱装置外部より駆動が入力されることにより、定着ローラ１が回転するように構成されている。又、定着ローラ１の内部に第１の磁性体コア群５と不図示の励磁コイルが電磁誘導加熱ホルダー７に保持されたホルダー支持側板前、後８ａ，８ｂを介して定着上前後側板に回転可能に固定されている。
【００２８】
更に、第１の磁性体コア群３ｂ１はＡ５長手サイズに相当するスモールサイズ領域内で定着ローラ１近傍に配置され、Ａ４長手サイズに相当するラージサイズ領域内且つＡ５長手サイズに相当するスモールサイズ領域外ではローラから離れた位置に配置される。又、第２の磁性体コア群３ｂ２は、Ａ４長手サイズに相当するラージサイズ領域内且つＡ５長手サイズに相当するスモールサイズ領域外でローラ近傍に配置され、ホルダー支持側板前、後を介して定着上前後側板に固定されている。
【００２９】
メインサーミスタ１０は、通紙領域中央部に配置され、サブサーミスタ１１は通紙領域端部に配置される。電磁誘導加熱ホルダーは、定着ローラ１の断面中心に回転可能に支持され、端部に設けたギヤ部９ａとホルダー支持側板前に配置された駆動モータ１２のギヤ部１２ａが連動して、第１の磁性体コア群と第２の磁性体コア群の相対角を変化させるように構成されている。
【００３０】
電磁誘導加熱ホルダーの回転制御は、メインサーミスタ１０及びサブサーミスタ１１によるローラ温度検知情報に基づき行われる。電源投入時は第１の磁性体コア群３ｂ１と第２の磁性体コア群３ｂ２の相対角は０°であるが、サブサーミスタ１１の検知温度がメインサーミスタ１０の検知温度より２０℃以上になると駆動モータ１２が正転して相対角は１８０°となる。これにより、端部昇温が緩和されるとサブサーミスタ１１の検知温度がメインサーミスタ１０の検知温度以下となると駆動モータ１２が逆転し相対角は０°となる。以下、同様の動作を繰り返し行う。
【００３１】
以上のように、定着ローラ１の端部昇温を防止し高耐久化、高画質化の両立が可能となる。
【００３２】
＜実施の形態２＞
図３は本発明に適用できる実施の形態２の加熱装置の正視断面図である。
【００３３】
未定着トナーの加熱装置は、画像形成装置の１ユニットとして、不図示の感光ドラムを中心としたプロセスユニットの搬送方向下流側に配置される。この加熱装置は、定着ローラ１と平行且つ回転自在に加圧ローラ２が当接し、トナー定着を行うニップ部２ａが形成される。定着ローラ１は、加熱に要する電力及びウエイトタイムを削減するために、熱容量が小さい１ｍｍ厚の鉄芯金ローラ１ｂで、外面にフッ素樹脂コーティング層１ａが施されている。
【００３４】
又、定着ローラ１は、不図示の定着ローラ筐体に回転自在に係止されており、不図示の駆動機構により回転力が与えられる。更に、定着ローラ１の内部に第１の磁性体コア群３ｂ１と励磁コイル３ｃを電磁誘導加熱ホルダー３ａによって保持された電磁誘導加熱方式の熱源３が不図示の定着ローラ筐体に回転可能に固定さる。
【００３５】
励磁コイル３ｃは、不図示の励磁回路から供給される交番電流によって交番磁束を発生し、交番磁束は磁性体コアに導かれてニップ部２ａに対向した鉄芯金ローラ１ｂに渦電流を発生させる。その渦電流は、鉄芯金ローラ１ｂの固有抵抗によってジュール熱を発生させる。即ち、励磁コイル３ｃに交番電流を供給することで定着ニップ部２ａにおいて定着ローラ１が電磁誘導発熱状態になる。定着ローラ１は、回転に伴い表面温度の均一化が行われる。定着ローラ温度はメインサーミスタ４により検出され、表面温度が図示しない制御装置により任意な温度に温調される。
【００３６】
又、磁束調整手段として第２の磁性体コア群３ｂ２と磁気遮蔽材群１３が磁気調整ホルダー１２の対向位置に配置され、不図示の定着ローラ筐体に固定される。定着ローラ１の端部に設けられたサブサーミスタ１１は、過昇温を検知すると磁束調整手段を回転動作させて、第１の磁性体コア群３ｂ１と第２の磁性体コア群３ｂ２の相対角を変化させて磁束調整を行うことにより端部昇温を防止する。
【００３７】
一方、加熱装置の搬送方向上流側の感光ドラムを中心としたプロセスユニットにより未定着トナー５が記録紙６に転写され、搬送ベルト７によって定着ローラ１と加圧ローラ２の当接部によって形成されたニップ部２ａに搬送される。このとき、記録紙６上の未定着トナー５が定着ローラ１の熱によって溶解し、加圧ローラ２に押圧されることにより、記録紙６に定着される。未定着トナー５の定着が行われると、分離爪８により記録紙６が定着ローラ１から剥離され、排紙ローラ対９によって画像形成装置外へ排出される。定着ローラ１の外周面上に付着したトナーは、クリーニングローラ１０により拭き取られ、ニップ部２ａへ向かう定着ローラ１外周面上を良好に保つように構成されている。
【００３８】
図４は本発明に適用できる加熱装置の側視断面図である。
【００３９】
定着ローラ１は、定着ローラベアリング２ａ，２ｂを介して定着上前後側板３ａ，３ｂに支持されている。定着ローラ１には駆動ギア４が嵌合され、不図示の熱装置外部より駆動が入力されることにより、定着ローラ１が回転するように構成されている。又、定着ローラ１の内部に第１の磁性体コア群５と不図示の励磁コイルが電磁誘導加熱ホルダー７に保持されたホルダー支持側板前、後８ａ，８ｂを介して定着上前後側板に固定されている。
【００４０】
更に、第１の磁性体コア群３ｂ１はＡ５長手サイズに相当するスモールサイズ領域内で定着ローラ１近傍に配置され、Ａ４長手サイズに相当するラージサイズ領域内且つＡ５長手サイズに相当するスモールサイズ領域外ではローラから離れた位置に配置される。又、磁束調整ホルダーに支持された第２の磁性体コア群３ｂ２と磁気遮蔽材群１３がＡ４長手サイズに相当するラージサイズ領域内且つＡ５長手サイズに相当するスモールサイズ領域外でローラ近傍に配置され、ホルダー支持側板前、後を介して定着上前後側板３ａ，３ｂに回転可能に固定されている。
【００４１】
メインサーミスタ１０は、通紙領域中央部に配置され、サブサーミスタ１１は、通紙領域端部に配置される。磁束調整ホルダーは定着ローラ１の断面中心に回転可能に支持され、端部に設けたギヤ部９ａとホルダー支持側板前に配置された駆動モータ１２のギヤ部１２ａが連動して、第１の磁性体コア群３ｂ１と第２の磁性体コア群３ｂ２及び磁気遮蔽群１３の相対角を変化させるように構成されている。
【００４２】
磁束調整ホルダーの回転制御は、メインサーミスタ１０及びサブサーミスタ１１によるローラ温度検知情報と記録紙６のサイズ情報に基づいて行われる。電源投入時は第１の磁性体コア群３ｂ１と第２の磁性体コア群３ｂ２の相対角は０°であるが、コピー時に記録紙６の要求がラージサイズのときは、相対角は０°に保持された状態でコピーが行われる。このときに、サブサーミスタ１１の検知温度がメインサーミスタ１０の検知温度より１０℃以上になると駆動モータ１２が正転し相対角は１８０°となる。これにより、端部昇温が緩和されるとサブサーミスタ１１の検知温度がメインサーミスタ１０の検知温度より１０℃以下となると駆動モータ１２が逆転し相対角は０°となる。以下、同様の動作を繰り返し行う。
【００４３】
又、コピー時に記録紙６の要求がスモールサイズのときは、相対角は１８０°に回転保持された状態でコピーが行われる。このとき、サブサーミスタ１１の検知温度がメインサーミスタ１０の検知温度より１０℃以下となると駆動モータ１２が逆転し相対角は０°となる。これにより、端部が昇温されるとサブサーミスタ１１の検知温度がメインサーミスタ１０の検知温度より１０℃以上になると駆動モータ１２が正転し相対角は１８０°となる。以下、同様の動作を繰り返し行う。
【００４４】
以上のように、定着ローラ１の端部昇温を防止し、高耐久化と高画質化の両立が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、電磁（磁気）誘導加熱方式の加熱装置及び該加熱装置を画像定着等の加熱装置として備えた画像形成装置に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に適用できる実施の形態１の加熱装置の正断面である。
【図２】本発明に適用できる実施の形態１の加熱装置の側視断面図である。
【図３】本発明に適用できる実施の形態２の加熱装置の正断面である。
【図４】本発明に適用できる実施の形態２の加熱装置の側視断面図である。
【図５】従来例に適用できる熱ローラ方式の加熱装置の正断面図（特開平４−３６５０８０抜粋図）である。
【図６】従来例に適用できるフィルム加熱方式の加熱装置の正断面図（特許公報２６４６４４４抜粋図）である。
【図７】従来例に適用できるフィルム電磁誘導加熱方式の加熱装置の正断面図（特開平９−１７１８８９抜粋図）である。
【符号の説明】
【００４７】
１    定着ローラ
２    加圧ローラ
２ａ  ニップ部
３    熱源
３ａ  電磁誘導加熱ホルダー
３ｂ１  第１の磁性体コア群
３ｂ２  第２の磁性体コア群
３ｃ  励磁コイル
４    メインサースタ
５    未定着トナー
６    記録紙
７    搬送ベルト
８    分離爪
９    排紙ローラ対
１０  メインサースタ
１１  サブサースタ
【図１】
2005250370.tif 000003
【図２】
2005250370.tif 000004
【図３】
2005250370.tif 000005
【図４】
2005250370.tif 000006
【図５】
2005250370.tif 000007
【図６】
2005250370.tif 000008
【図７】
2005250370.tif 000009