(57)【要約】  【課題】待機時における消費電力の増大や騒音発生、及び定着ローラや加熱ベルトの消耗を低減する定着装置及び画像形成装置を提供する。  【解決手段】通紙時は、定着ローラ２０１を回転させながら外部ヒータ２０４にて電磁誘導加熱する。待機時は、定着ローラ２０１の回転を停止させた状態で内部ヒータ２０５にて電磁誘導加熱する。内部ヒータは定着ローラ２０１と軸心を同じくするコイルにて磁束を発生させる。コア部２０６は当該磁束を定着ローラ２０１のニッケル電鋳スリーブへと導いて、効率良く発熱させる。  【選択図】図２
2009098353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラにてトナーを溶融して記録シートに定着する定着装置であって、
ローラの外部に配され、電磁誘導加熱にてローラを加熱する外部コイルと、
ローラの内部に配され、電磁誘導加熱にてローラを円周方向にむら無く加熱する内部コイルと、
通紙時には、内部コイルによる加熱を停止させた状態で、外部コイルにてローラを加熱し、
待機時には、外部コイルによる加熱を停止させた状態で、内部コイルにてローラを加熱するコイル制御手段と、を備え、
内部コイルによる加熱温度は、外部コイルによる加熱温度よりも低い
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
内部コイルは、ローラと軸心を同じくするコイルにて電磁誘導加熱する
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
内部コイルは、ローラの軸心に直交する面内に閉ループを形成する磁束を発生させる
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
通紙時には、ローラを回転させ、待機時には、ローラの回転を停止させるローラ制御手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
ローラにてトナーを溶融して記録シートに定着する定着装置を備えた画像形成装置であって、
前記定着装置は、
ローラの外部に配され、電磁誘導加熱にてローラを加熱する外部コイルと、
ローラの内部に配され、電磁誘導加熱にてローラを円周方向にむら無く加熱する内部コイルと、
通紙時には、内部コイルによる加熱を停止させた状態で、外部コイルにてローラを加熱し、
待機時には、外部コイルによる加熱を停止させた状態で、内部コイルにてローラを加熱するコイル制御手段と、を備え、
内部コイルによる加熱温度は、外部コイルによる加熱温度よりも低い
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
内部コイルは、ローラと軸心を同じくするコイルにて電磁誘導加熱する
ことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
内部コイルは、ローラの軸心に直交する面内に閉ループを形成する磁束を発生させる
ことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項８】
通紙時には、ローラを回転させ、待機時には、ローラの回転を停止させるローラ制御手段を備える
ことを特徴とする請求項５に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、定着装置及び画像形成装置に関し、特に、定着むらを解消する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境意識の高まりと共に省エネルギー型の画像形成装置に対する需要が増大している。画像形成装置では、大部分の電力が定着プロセスに費やされており、定着装置の省エネ化がもっとも効果的である。例えば、電磁誘導加熱（IH: Induction Heating）を適用した定着装置が提案されている。
定着装置は、ユーザの利便性に鑑みて、起動時に急速加熱することが必須である。IH定着装置においては、急速加熱を実現するために、定着ローラや加熱ベルトを薄くして低熱容量とし、定着ローラの外部から電磁誘導加熱する外部IH方式が提案されている。外部IH方式によれば、定着ローラや加熱ベルトの一部に磁束を集中させて、これらを急速加熱することができる。
【特許文献１】特開２００２−８２５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、定着ローラや加熱ベルトを低熱容量にすると、周方向に熱が伝わり難くなって、温度むらが生じる。トナーは溶融する温度によって仕上がりの光沢が変動するので、温度むらが生じると、例えば、写真画像では光沢の変化による縞模様が見えてしまう。
このような温度むらを解消する必要から、従来は、待機時に定着ローラや加熱ベルトを回転させながら加熱する。このため、待機時の消費電力が増大したり、騒音が発生したり、或いは、定着ローラや加熱ベルトの消耗が早まったりするといった諸問題が生じる。
【０００４】
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、待機時における消費電力の増大や騒音発生、及び定着ローラや加熱ベルトの消耗を低減する定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、ローラにてトナーを溶融して記録シートに定着する定着装置であって、ローラの外部に配され、電磁誘導加熱にてローラを加熱する外部コイルと、ローラの内部に配され、電磁誘導加熱にてローラを円周方向にむら無く加熱する内部コイルと、通紙時には、内部コイルによる加熱を停止させた状態で、外部コイルにてローラを加熱し、待機時には、外部コイルによる加熱を停止させた状態で、内部コイルにてローラを加熱するコイル制御手段と、を備え、内部コイルによる加熱温度は、外部コイルによる加熱温度よりも低いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
このようにすれば、待機時に内部コイルにてローラを円周方向にむら無く予備加熱するので、通紙時に外部コイルにてローラを加熱した場合における温度むらの発生を抑えて、定着むらを解消することができる。
なお、本発明において、ローラとは、（ａ）加圧ローラに圧接して記録シートにトナーを融着する定着ローラや、（ｂ）定着ローラに掛け渡され、加圧ローラに圧接する加熱ベルトにて記録シートにトナーを融着する場合において、加熱ベルトを掛け渡されて、加熱ベルトを加熱する加熱ローラを言う。
【０００７】
この場合において、内部コイルは、ローラと軸心を同じくするコイルにて電磁誘導加熱するとすれば好適である。また、内部コイルは、ローラの軸心に直交する面内に閉ループを形成する磁束を発生させるとしても良い。
本発明に係る定着装置は、通紙時には、ローラを回転させ、待機時には、ローラの回転を停止させるローラ制御手段を備えることを特徴とする。このようにすれば、待機時における消費電力を低減すると共に、騒音の発生を抑えることができる。また、ローラ等の可動部分の消耗を抑えることもできる。
【０００８】
本発明に係る画像形成装置は、ローラにてトナーを溶融して記録シートに定着する定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は、ローラの外部に配され、電磁誘導加熱にてローラを加熱する外部コイルと、ローラの内部に配され、電磁誘導加熱にてローラを円周方向にむら無く加熱する内部コイルと、通紙時には、内部コイルによる加熱を停止させた状態で、外部コイルにてローラを加熱し、待機時には、外部コイルによる加熱を停止させた状態で、内部コイルにてローラを加熱するコイル制御手段と、を備え、内部コイルによる加熱温度は、外部コイルによる加熱温度よりも低いことを特徴とする。このようにすれば、上と同様の効果を得ることができる。
【０００９】
この場合において、内部コイルは、ローラと軸心を同じくするコイルにて電磁誘導加熱するとすれば好適である。また、内部コイルは、ローラの軸心に直交する面内に閉ループを形成する磁束を発生させるとしても良い。
本発明に係る画像形成装置は、通紙時には、ローラを回転させ、待機時には、ローラの回転を停止させるローラ制御手段を備えることを特徴とする。このようにすれば、待機時における消費電力を低減すると共に、騒音の発生を抑えることができる。また、ローラ等の可動部分の消耗を抑えることもできる。
【００１０】
なお、温度むらに起因する画質の劣化はモノクロ画像よりもカラー画像においてより顕著となるところ、本発明によれば、カラー画像においても画質の劣化を防ぐことができる。
また、画像形成時間を短縮するためには定着装置の立上げ時間を短縮しなければならないところ、内部コイルは外部コイルよりも昇温速度が遅いので、内部コイルしか用いない定着装置では待機時におけるローラ温度を高くしなければ、立上げ時間を短縮することができない。
【００１１】
一方、本願発明によれば、外部コイルを用いるので、待機時におけるローラ温度を低く抑えることができる。この意味においても、本発明によれば、待機時の消費電力を低減することがでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る定着装置の実施の形態について、画像形成装置を例にとり、図面を参照しながら説明する。
［１］  画像形成装置の構成
先ず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。図１に示されるように、画像形成装置１は定着装置１００、制御部１０１、作像ユニット１０２Ｙ〜１０２Ｋ及び中間転写ベルト１０３を備えている。
【００１３】
制御部１０２は、定着装置１００や作像ユニット１０２Ｙ〜１０２Ｋ、中間転写ベルト１０３等を制御する。また、制御部１０２は、原稿を読み取って得た画像データや、他の装置から受け付けた画像データに画像処理を施す。
作像ユニット１０１Ｙ〜１０１Ｋは画像データに応じてイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びブラック（Ｋ）の各色のトナー像を作像し、中間転写ベルト１０２上に転写する。中間転写ベルト１０３上のトナー像は記録紙に転写され、定着装置１００にて熱定着された後、排出される。
【００１４】
［２］  定着装置１００の構成
先ず、定着装置１００の主要な構成について説明する。
図２は、本実施の形態に係る定着装置の主要な構成を示す外観斜視図である。図２に示されるように、定着装置１００は、定着ローラ２０１、加圧ローラ２０２、ギヤ２０３、電磁誘導加熱器２０４、２０５、コア部２０６及び定着ローラ保持部材２０７を備えている。
【００１５】
定着ローラ２０１は管状の芯金、当該芯金を被覆するシリコーンスポンジゴム層、及び当該シリコーンスポンジゴム層の外側に装着されたベルトを備えている。また、当該ベルトは無端状のニッケル電鋳スリーブ表面にシリコーンゴム及びPFA（Tetra fluoro ethylene-perfluoro alkylvinyl ether copolymer）チューブが被覆されてなる。
加圧ローラ２０２は、管状の芯金、当該芯金を被覆するシリコーンスポンジゴム層、及び当該シリコーンスポンジゴム層を被覆するPFAチューブを備えている。また、加圧ローラ２０２は、管軸方向の一端にギヤ２０３を備えており、加圧ローラ２０２はギヤ２０３によって回転駆動される。
【００１６】
定着ローラ２０１は加圧ローラ２０２に圧接しており、加圧ローラ２０２の回転に従動して回転する。通紙時には、高温の定着ローラ２０１によって記録シート上のトナーが溶融、圧着される。
電磁誘導加熱器２０４（以下、「外部ヒータ」という。）は定着ローラ２０１の管軸方向を長手方向とする長尺の磁束発生装置であって、定着ローラ２０１に外部から近接して配置されている。外部ヒータ２０４は、電磁誘導加熱（IH: Induction Heating）により定着ローラ２０１のニッケル電鋳スリーブを加熱する。
【００１７】
電磁誘導加熱器２０５（以下、「内部ヒータ」という。）は、定着ローラ２０１の内側に配置された磁束発生装置であって、電磁誘導加熱により定着ローラ２０１のニッケル電鋳スリーブを加熱する。
コア部２０６は定着ローラ２０１の管軸方向両端に配置されており、内部ヒータ２０５が発生させた磁束を定着ローラ２０１の表面へ導く。定着ローラ保持部材２０７は、定着ローラ２０１を保持する。
【００１８】
［３］  通紙時の加熱方式
次に、通紙時の加熱方式について説明する。定着装置１００は、通紙時においては外部ヒータ２０４にて定着ローラ２０１を加熱する。
図３は、定着装置１００の管軸に直交する面における断面図である。図３に示されるように、外部ヒータ２０４はコイル２０４ａ、コア２０４ｂ及びコイルボビン２０４ｃを備えている。コイル２０４ａは定着ローラ２０１の外周面に沿うように、コイルボビン２０４ｃに巻回されている。コア２０４ｂはコイル２０４ａが発生させた磁束を定着ローラ２０１の表面、特にニッケル電鋳スリーブへと導く。また、内部ヒータ２０５はコイル２０５ａを備えている。コイル２０５ａは定着ローラ２０１の管軸を巻くように形成されている。
【００１９】
図４は、コイル２０４ａが発生させる磁束を示す図である。図４に示されるように、コイル２０４ａが発生させる磁束４０１はニッケル電鋳スリーブの面内を通過する。これによりニッケル電鋳スリーブ内に渦電流が発生し、ジュール加熱される。
［４］  待機時の加熱方式
次に、待機時の加熱方式について説明する。定着装置１００は、内部ヒータ２０５にて定着ローラ２０１を加熱する。
【００２０】
図５は、定着装置１００の管軸を含む面における断面図である。なお、図５においては、定着ローラ保持部材２０７は図示を省略した。
図５に示されるように、内部ヒータ２０５はコイル２０５ａ、絶縁部材２０５ｂ及びコイルボビン２０５ｃを備えている。コイル２０５ａはコイルボビン２０５ｃに巻回されており、定着ローラ２０１と軸心を同じくする。絶縁部材２０５ｂは、コイル２０５ａと定着ローラ２０１とを電気的に絶縁する。
【００２１】
コア２０６ａはコイル２０５ａが発生させた磁束を定着ローラ２０１の表面、特にニッケル電鋳スリーブ内を通過するように導く。コア保持部材２０６ｂは定着ローラ２０１に固着されており、コア２０６ａを保持する。これにより、コア２０６ａは定着ローラ２０１と共に回動する。
図６は、コイル２０６ａが発生させる磁束を示す図である。図６に示されるように、コイル２０６ａが発生させる磁束６０１はニッケル電鋳スリーブ内を定着ローラ２０１の周方向に均一に分布するので、温度むらを解消することができる。
【００２２】
図７は、コア２０６ａの形状を示す外観斜視図である。このような形状をとることによって、コア２０６ａは、コイル２０５ａが発生させる磁束をニッケル電鋳スリーブ内に導く。
なお、定着ローラ２０１は、待機時には回転せず、停止する。したがって、待機時における消費電力を低減し、騒音の発生を抑えることができる。また、定着ローラ２０１の消耗が低減される。
【００２３】
［５］  制御部１０１の構成
次に、制御部１０１の構成について説明する。
図８は、制御部１０１の構成を示す回路図である。図８に示されるように、制御部１０１はＣＰＵ（Central Processing Unit）８０１、モータ駆動部８０２、ＩＨインバータ８０３、ＲＡＭ（Random Access Memory）８０４及びＲＯＭ（Read Only Memory）８０５が内部バス８０６にて接続されてなる。
【００２４】
ＣＰＵ８０１は不揮発性メモリであるＲＯＭ８０５に格納されている制御プログラムをＲＡＭ８０４に読み出して、実行する。モータ駆動回路８０２は、ＣＰＵ８０１の制御下、モータ８１０を駆動して、定着ローラ２０１等を回転させたり停止させたりする。ＩＨインバータ８０３は、ＣＰＵ８０１の制御下、交流電源８２０から受電して、外部ヒータ２０４と内部ヒータ２０５とに電力を供給する。
【００２５】
ＣＰＵ８０１は、通紙時には、モータ駆動回路８０２によって定着ローラ２０１等を回転駆動する。また、ＣＰＵ８０１は、ＩＨインバータ８０３によって内部ヒータ２０５への給電を停止して、外部ヒータ２０４に給電する。これによって、定着ローラ２０１が、例えば、１７０℃に昇温される。
一方、待機時には、ＣＰＵ８０１は、モータ駆動回路８０２による定着ローラ２０１等の回転駆動を停止する。また、ＣＰＵ８０１は、ＩＨインバータ８０３によって外部ヒータ２０４への給電を停止して、内部ヒータ２０５に給電する。これによって、定着ローラ２０１が、例えば、１６０℃に昇温される。
【００２６】
［６］  変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が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を実施することができる。
（１）  上記実施の形態においては、外部ヒータにて定着ローラを加熱する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
【００２７】
図９は、本変形例に係る定着装置の構成を示す図である。図９に示されるように、定着装置９は定着ローラ９０１、加圧ローラ９０２、加熱ローラ９０３、コイル９０４ａ、９０５ａ、コア９０４ｂ、コイルボビン９０４ｃ及び加熱ベルト９０６を備えている。
加熱ベルト９０６は定着ローラ９０１と加熱ローラ９０３とに掛け渡されており、定着ローラ９０１等の回転に従って回転する。また、加熱ベルト９０６は加圧ローラ９０２に圧接されている。
【００２８】
加熱ローラ９０３はニッケル電鋳スリーブを備えており、通紙時にはコイル９０４ａにより電磁誘導加熱されて、発熱する。この加熱ローラ９０３によって加熱された加熱ベルト９０６は記録シート上のトナーを融着する。また、待機時には、加熱ローラ９０３はコイル９０５ａによって電磁誘導加熱されて、その円周方向にむら無く均一に発熱する。
したがって、定着むらが解消される。また、加熱ローラ９０３は、待機時には回転せず、停止する。したがって、待機時における消費電力を低減し、騒音の発生を抑えることができる。また、加熱ローラ９０３や加熱ベルト９０６の消耗が低減される。
【００２９】
（２）  上記実施の形態においては、定着ローラと軸心を同じくするコイルにて、待機時に定着ローラを加熱する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
図１０は、本変形例に係る内部ヒータの構成を示す図である。図１０に示されるように、内部ヒータ１０は、多数の小コイル１００１がコイル保持部材１００２上に配設されてなる。内部ヒータ１０は不図示の定着ローラと軸心を同じくするように配設される。
【００３０】
一方、多数の小コイル１００１は等間隔に、かつ密集してコイル保持部材１００２上に配され、定着ローラの周面に概ね直交する磁束１００１ａを発生させる。このような内部コイル１０を用いても、定着ローラの温度むらを解消することができる。
（３）  上記実施の形態においては、コイル２０５ａが定着ローラ２０１と共に回動する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて、コイル２０５ａは定着ローラ２０１と共には回動しないとしても良い。このようにしても、本発明の効果を得ることができる。
【００３１】
（４）  上記実施の形態においては、定着ローラ２０１が備えるニッケル電鋳スリーブが電磁誘導加熱によって発熱する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて他の発熱材料を用いても良い。
（５）  上記実施の形態においては、画像形成装置がタンデム型カラー画像形成装置である場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、タンデム型であるか否か、或いはカラーであるモノクロであるかに関わらず、本発明を適用してその効果を得ることができる。また、画像形成装置は、ＭＦＰ（Multifunctional Peripheral）、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の何れであっても良い。
【００３２】
（６）  上記実施の形態においては、定着ローラを通紙時に１７０℃、待機時に１６０℃とする場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて他の温度としても良い。定着ローラの加熱温度の如何に関わらず本発明の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る定着装置及び画像形成装置は、定着むらを解消する定着装置及び画像形成装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。
【図２】定着装置１００の主要な構成を示す外観斜視図である。
【図３】定着装置１００の管軸に直交する面における断面図である。
【図４】コイル２０４ａが発生させる磁束を示す図である。
【図５】定着装置１００の管軸を含む面における断面図である。
【図６】コイル２０６ａが発生させる磁束を示す図である。
【図７】コア２０６ａの形状を示す外観斜視図である。
【図８】制御部１０１の構成を示す回路図である。
【図９】本発明の変形例（１）に係る定着装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の変形例（２）に係る内部ヒータの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…………………………………………………画像形成装置
９、１００………………………………………定着装置
１０………………………………………………内部ヒータ
１０１……………………………………………制御部
１０２Ｙ〜１０２Ｋ……………………………作像ユニット
１０３……………………………………………中間転写ベルト
２０１、９０１…………………………………定着ローラ
２０２、９０２…………………………………加圧ローラ
２０３……………………………………………ギヤ
２０４、２０５…………………………………電磁誘導加熱器
２０６……………………………………………コア部
２０７……………………………………………定着ローラ保持部材
２０４ａ、２０５ａ、９０４ａ、９０５ａ…コイル
２０４ｂ、２０６ａ、９０４ｂ………………コア
２０４ｃ、２０５ｃ、９０４ｃ………………コイルボビン
４０１、６０１、１００１ａ…………………磁束
２０５ｂ…………………………………………絶縁部材
２０６ｂ…………………………………………コア保持部材
８０１……………………………………………ＣＰＵ
８０２……………………………………………モータ駆動部
８０３……………………………………………ＩＨインバータ
８０４……………………………………………ＲＡＭ
８０５……………………………………………ＲＯＭ
８０６……………………………………………内部バス
８１０……………………………………………モータ
８２０……………………………………………交流電源
９０３……………………………………………加熱ローラ
９０６……………………………………………加熱ベルト
１００１…………………………………………小コイル
１００２…………………………………………コイル保持部材
【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】
2009098353.tif 000009
【図８】
2009098353.tif 000010
【図９】
2009098353.tif 000011
【図１０】
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