JP2000012204A

JP2000012204A - 加熱装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2000012204A
Application number: JP10195005A
Authority: JP
Inventors: Osamu Watanabe; 督渡辺
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2000-01-14
Also published as: US6198901B1

Abstract

(57)【要約】【課題】磁界遮断部材の昇温を抑制して適正に加熱す
る品質性に優れた加熱装置および画像形成装置を提供す
る。【解決手段】コア４は定着ローラ１の回転軸方向に延
びる断面Ｔ形状に構成されており、励磁コイル３により
励磁して発生した磁界を遮断して、加熱部に向けて磁界
を集中させるようになっており、さらに、Ｔ型コア４は
アルミニウム製の幅３２ｍｍ、厚み３ｍｍのアルミニウ
ムの板状の支持体としてのステイ９に高熱伝導接着剤２
０にて接着されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シート等を加熱す
る加熱装置、特に、電磁誘導加熱方式により加熱する加
熱装置に関するものであり、例えば、複写機、プリン
タ、あるいは、ファクシミリ装置などの画像形成装置に
備えられて、例えば定着装置として用いられるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の画像形成装置として
は、たとえば複写機、プリンタ、あるいは、ファクシミ
リ装置などがあり、これら画像形成装置には、加熱装置
が備えられている。

【０００３】加熱装置は、電子写真式の画像形成装置に
具備される定着装置として適用されたり、また、表面に
多孔質高分子層が形成されたシートに、例えば、いわゆ
るインクジェット方式によって画像を形成させた後に、
シートを加熱して、多孔質高分子層を融解させて表面処
理を施すためにの表面処理装置として適用される。

【０００４】以下、加熱装置を定着装置として適用する
場合を例に説明する。

【０００５】電子写真式の複写機などには、記録媒体で
ある記録紙ないし転写材などのシート上に転写されたト
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。

【０００６】この定着装置は、例えば、シート上のトナ
ーを熱溶融させる加熱ローラとも指称される定着ローラ
と、当該定着ローラに圧接してシートを挟持する加圧ロ
ーラとを有している。

【０００７】定着ローラは中空状に形成され、この定着
ローラの中心軸上には、発熱体が保持手段により保持さ
れている。

【０００８】発熱体は、例えば、ハロゲンランプなどの
管状発熱ヒータより構成され、所定の電圧が印加される
ことにより発熱するものである。

【０００９】このハロゲンランプは定着ローラの中心軸
に位置しているため、ハロゲンランプから発せられた熱
は定着ローラ内壁に均一に輻射され、定着ローラの外壁
の温度分布は円周方向において均一となる。

【００１０】定着ローラの外壁は、その温度が定着に適
した温度（例えば、１５０〜２００℃）になるまで加熱
される。

【００１１】この状態で定着ローラと加圧ローラは圧接
しながら互いに逆方向へ回転し、トナーが付着したシー
トを挟持する。

【００１２】定着ローラと加圧ローラとの圧接部（以
下、ニップ部ともいう）において、シート上のトナーは
定着ローラの熱により溶解し、両ローラから作用する圧
力によりシートに定着される。

【００１３】しかし、ハロゲンランプなどから構成され
る発熱体を備えた上記定着装置においては、ハロゲンラ
ンプからの輻射熱を利用して定着ローラを加熱するた
め、電源を投入した後、定着ローラの温度が定着に適し
た所定温度に達するまでの時間（以下、「ウォームアッ
プタイム」という）に、比較的長時間を要していた。

【００１４】その間、使用者は複写機を使用することが
できず、長時間の待機を強いられるという問題があっ
た。

【００１５】その一方、ウォームアップタイムの短縮を
図ってユーザの操作性を向上すべく多量の電力を定着ロ
ーラに印加したのでは、定着装置における消費電力が増
大し、省エネルギー化に反するという問題が生じてい
た。

【００１６】このため、複写機などの商品の価値を高め
るためには、定着装置の省エネルギー化（低消費電力
化）と、ユーザの操作性向上（クイックプリント）との
両立を図ることが一層注目され重視されてきている。

【００１７】かかる要請に応える装置として、特開昭５
９−３３７８７号公報に示されるように、加熱源として
高周波誘導を利用した誘導加熱方式の定着装置が提案さ
れている。

【００１８】この誘導加熱定着装置は、金属導体からな
る中空の定着ローラの内部にコイルが同心状に配置され
ており、このコイルに高周波電流を流して生じた高周波
磁界により定着ローラに誘導渦電流を発生させ、定着ロ
ーラ自体の表皮抵抗によって定着ローラそのものをジュ
ール発熱させるようになっている。

【００１９】この誘導加熱方式の定着装置によれば、電
気−熱変換効率がきわめて向上するため、ウォームアッ
プタイムの短縮化が可能となる。

【００２０】また、コイルに磁性体からなるコア（磁界
遮断部材）を組み合わすことで、高周波磁界の発生を効
率的に行えることができる。

【００２１】特に断面形状がＴ型のコアを用いた場合、
高周波磁束の効果的な集中や、発熱部位以外への磁界の
遮蔽効果により、定着装置として必要な熱量を低電力で
発生させることができる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の場合には、下記のような問題が生じて
いた。

【００２３】上述した誘導加熱方式の定着装置にあって
は、定着ローラの内面への熱放射のために、磁性体コア
が昇温してしまうという問題があった。

【００２４】すなわち、磁性体コアが高温になり、コア
を形成する磁性体のキュリー温度を超えると、発熱効率
の低下を招き、定着不良等の画像不良を生じる原因にな
っていた。

【００２５】そこで、磁性体コアの昇温を防止するため
に、例えば特開昭５４−３９６４５号公報に開示されて
いるように、コイルの温度上昇を抑えるために、定着ロ
ーラ等の内部への送風手段などの冷却機構を設けるとい
う提案がなされている。

【００２６】しかし、冷却機構を設けるには、装置が大
型化してしまい、構成が複雑化してしまう。

【００２７】また、装置を大型化することなく、簡易な
構成で磁性体コアの昇温を防止するために、本出願人は
コア及びコイルを定着装置の側板等に固定支持する部材
をアルミニウム等の熱伝導性の高い物質から形成し、コ
アの熱を支持部材を通して、定着ローラ外に排出させる
構成を提案している。

【００２８】しかしながら、コア冷却のために、アルミ
ニウム等の物質を用いて熱を外部へ逃がそうとしたもの
の、押し出し成形や研削等の方法で作られる磁性体から
なるコアの表面と、支持部材（以後ステイと称す）と、
を固定する場合、設計公差等のために密着性が悪く、コ
ア側の熱を効率良くステイに逃すことができなかった。

【００２９】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、磁界
遮断部材の昇温を抑制して適正に加熱する品質性に優れ
た加熱装置および画像形成装置を提供することにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、励磁手段による励磁により渦電流
が発生して発熱する発熱手段と、前記励磁手段により発
生する磁界を遮断して前記発熱手段による加熱部に向け
て磁束を集中させる磁界遮断部材と、該磁界遮断部材を
支持すると共に、装置内部の熱を装置外部に放熱可能に
設けられる支持体と、を備えた加熱装置において、前記
磁界遮断部材と支持体との間に熱伝導性部材を介在させ
ることを特徴とする。

【００３１】したがって、磁界遮断部材が昇温しても、
熱は熱伝導性部材を介して支持体へ伝導されて、装置外
部へと放熱される。

【００３２】互いに加圧される一対のローラのうち少な
くとも一方のローラ内部に、前記励磁手段，発熱手段，
磁界遮断部材，支持体及び熱伝導性部材が備えられると
よい。

【００３３】前記磁界遮断部材は、ローラの回転軸方向
に延びるように配置される磁性体コアであるとよい。

【００３４】前記熱伝導性部材は、１Ｗ・ｍ^-1Ｋ^-1以上
５００Ｗ・ｍ^-1Ｋ^-1以下の熱伝導率を有すると好適であ
る。

【００３５】前記支持体は、アルミニウムまたは銅によ
り構成されるとよい。

【００３６】前記熱伝導性部材は、熱伝導性接着剤，熱
伝導性両面テープ、あるいは熱伝導性グリースのいずれ
か一つであるとよい。

【００３７】また、上記目的を達成するために本発明の
画像形成装置にあっては、シート上に未定着のトナー画
像を形成する画像形成手段と、該画像形成手段により未
定着のトナー画像が形成されたシートを上記の加熱装置
へ搬送する搬送手段と、を設け、前記加熱装置により、
搬送されるシート上に形成された未定着のトナー画像を
加熱して定着させることを特徴とする。

【００３８】さらに、上記目的を達成するために本発明
の画像形成装置にあっては、多孔質高分子層を有したシ
ート上に画像を形成する画像形成手段と、該画像形成手
段により画像が形成されたシートを上記の加熱装置へ搬
送する搬送手段と、を設け、前記加熱装置により、搬送
されるシートを加熱して、前記多孔質高分子層を融解さ
せて表面処理を施すことを特徴とする。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ないかぎりは、この発明の範囲をそれらのみに限定する
趣旨のものではない。

【００４０】本発明の実施の形態に係る加熱装置は、複
写機等の画像形成装置に適用されるものであるが、画像
形成装置については公知技術であるのでその詳細な説明
は省略する。

【００４１】以下の実施の形態においては、電子写真式
の画像形成装置に備えられる、いわゆる定着装置として
加熱装置を適用した場合について説明する。

【００４２】この場合の構成を簡単に説明すると、公知
の電子写真プロセスによって、シート上に未定着のトナ
ー画像を形成し、その後、このシートに加熱かつ加圧し
てトナー画像を定着させるために、定着装置が備えられ
るものである。

【００４３】なお、以下に説明する定着装置としての加
熱装置をそのまま、表面に多孔質高分子層が形成された
シートの表面処理を施すためにの表面処理装置として適
用することも可能である。

【００４４】この場合の構成を簡単に説明すると、多孔
質高分子層を有したシート上に、いわゆるインクジェッ
ト方式により画像を形成して、その後、このシートを加
熱して、多孔質高分子層を融解させて表面処理を施すた
めに表面処理装置が備えられるものである。

【００４５】（第１の実施の形態）図１および図２を参
照して、本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置（定
着装置）について説明する。

【００４６】図１は本発明の第１の実施の形態に係る定
着装置の概略構成断面図である。

【００４７】定着ローラ１は、例えば、外径４０［ｍ
ｍ］、厚さ０．７［ｍｍ］の鉄製の芯金シリンダに、表
面の離型性を高めるために例えばＰＴＦＥ１０〜５０
［μｍ］や、ＰＦＡ１０〜５０［μｍ］の層を設けるこ
とで構成される。

【００４８】加圧ローラ２は、中空芯金１４と、その外
周面に形成される表面離型性耐熱ゴム層である弾性層１
５とからなる。

【００４９】この加圧ローラ２の両端には軸受部が形成
され、図示しない定着ユニットフレームに回転自在に取
り付けられている。

【００５０】定着ローラ１と加圧ローラ２は回転自在に
支持されていて、定着ローラ１のみを駆動する構成にな
っている。

【００５１】加圧ローラ２は定着ローラ１の表面に圧接
していて、圧接部（ニップ部）での摩擦力で従動回転す
る様に配置してある。

【００５２】また、加圧ローラ２は定着ローラ１の回転
軸方向に、例えばバネなどを用いた図示しない機構によ
って加圧されている。

【００５３】加圧ローラ２は、例えば約３０［ｋｇ重］
で荷重されて、その場合の圧接部の幅（ニップ部）は約
６［ｍｍ］に構成される。

【００５４】もちろん使用条件等を考慮して荷重を変化
させてニップ幅を変えてもよい。

【００５５】温度センサー６は定着ローラ１の表面に当
接するように配置され、温度センサー６の検出信号をも
とに励磁手段としての励磁コイル３への電力供給を増減
させることで、定着ローラ１の表面温度が所定の一定温
度になるように自動制御される。

【００５６】搬送ガイド７は、未定着のトナー画像８を
担持しながら搬送される転写材１９を定着ローラ１と加
圧ローラ２との圧接部（ニップ部）へ案内する位置に配
置される。

【００５７】分離爪１０は、定着ローラ１の表面に当接
または近接して配置されて、転写材１９が定着ローラ１
へ巻き付いてしまうのを防止する。

【００５８】励磁コイル３は断面Ｔ型形状の磁性体コア
４（以下コアと称す）の中央突起部に導線を巻き、定着
ローラ内周面に沿わせるような構造になるように、ＰＰ
Ｓ、ＰＥＥＫ、フェノール樹脂等の耐熱性樹脂からなる
ホルダー５の外部に配設されている。

【００５９】この励磁コイル３には１０〜１００［ｋＨ
ｚ］の交流電流が印加される。

【００６０】交流電流によって誘導された磁界は高透磁
率を有した磁界遮断手段としてのコア４に導かれて発熱
手段としての定着ローラ１の内面に磁束と渦電流を発生
させ、さらに定着ローラ１の固有抵抗により、ジュール
熱が発生する。

【００６１】この発熱を増加させるためには励磁コイル
３の巻き数を増やしたり、コア４をフェライト、パーマ
ロイといった高透磁率で残留磁束密度の低いものを用い
たり、交流電流の周波数を高くすると良い。

【００６２】なお、コア４は定着ローラ１の回転軸方向
に延びる断面Ｔ形状に構成されており、励磁コイル３に
より励磁して発生した磁界を遮断して、加熱部に向けて
磁界を集中させるようになっている。

【００６３】さらに、Ｔ型コア４はアルミニウム製の幅
３２ｍｍ、厚み３ｍｍのアルミニウムの板状の支持体と
してのステイ９に熱伝導性部材としての高熱伝導接着剤
２０にて接着されている。

【００６４】高熱伝導接着剤２０は、例えば耐熱性樹脂
であるエポキシ樹脂に、熱伝導を付与するためのフィラ
ーとして窒化ホウ素が含有されたものを適用することが
できる（高熱伝導接着剤２０の熱伝導率は３Ｗ／ｍ
Ｋ）。

【００６５】なお、ステイ９は、要は、内部の熱を外部
へと効率よく放熱させることができるように熱伝導性に
優れた材質であれば良く、アルミニウムの他に、例えば
銅などでも良い。

【００６６】定着ローラ１からの輻射熱は、コア４を昇
温させるが、この熱は高熱伝導接着剤２０を介してステ
イ９に伝えられる。

【００６７】さらに、これらの熱はステイ９によって、
不図示の定着側板へと伝わり、定着ローラ１外部へと放
熱される。

【００６８】以上のような構成で定着ローラ１の表面温
度を定着に最適な所定の１９０℃で温調させると、励磁
コイルには約２００Ｗ程度の電力の供給が必要である。

【００６９】そのときの励磁コイルの温度は約２１０
℃、磁性体コアの温度は約２００［℃］になる。

【００７０】また一分間に３０枚程度の速度で連続で多
量に定着した時には、励磁コイルには４５０［Ｗ］程度
の電力の供給が必要で、その時励磁コイルの温度は約２
３０［℃］、磁性体コアの温度は約２２０［℃］にな
る。

【００７１】したがって、磁性体コアのキュリー温度は
連続で多量に定着した場合を考えて２２０［℃］以上で
なければならない。

【００７２】もし、磁性体コアの温度がそのキュリー温
度（強磁性から常磁性に遷移する温度）を越えてしまう
と極端にその越えた部分で電力−発熱変換効率が下がっ
てしまうことになる。

【００７３】図２は、ステイ９と磁性体コア４の間に接
着剤２０を充填した場合（ａ）と充填しない場合（ｂ）
とで、２０ｋＨｚ、１００Ｖ、初期１３００Ｗの高周波
交流電圧を印加し、１９０℃で未定着画像の連続通紙を
行なったときの定着ローラ表面及び磁性体コアの温度変
化を比較したものである。

【００７４】図２から、（ｂ）では２００枚ほど通紙を
行った後に定着ローラ表面が温度ダウンを生じているこ
とが分かる。

【００７５】これは定着ローラ内部にある磁性体コアが
キュリー点である２４０℃に達し、電力−発熱変換効率
が下がってしまうためである。

【００７６】しばらくして、磁性体コアの温度が下がり
はじめると再び温度上昇をはじめる。

【００７７】これに対し、熱伝導性接着剤を介在させた
（ａ）では温度降下はなく、安定した温度を維持するこ
とが分かる。

【００７８】これはコアから熱が速やかに排出されて、
コアの昇温が抑制されたことによる効果である。

【００７９】なお、以上の説明では加熱部材として定着
ローラを用いた場合を示したが、定着ローラの代わりに
薄膜金属フィルムからなる構成を採用することももちろ
ん可能である。

【００８０】以上のように、コアとステイの間に熱伝導
性接着剤を介在させることで、コアの昇温を抑制して、
加熱効率を高めることができ、安定した定着性能が実現
される。

【００８１】（第２の実施の形態）図３には、本発明の
第２の実施の形態が示されている。上記第１の実施の形
態では、熱伝導部材として熱伝導性接着剤の場合を示し
たが、本実施の形態では、熱伝導部材として熱伝導両面
テープの場合を示している。

【００８２】その他の構成および作用については第１の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。

【００８３】図３は本発明の第２の実施の形態に係る定
着装置の概略構成断面図である。

【００８４】図に示すように、本実施の形態では、磁性
体コア４とステイ９との間に高熱伝導両面テープ２１を
用いている。

【００８５】このような構成によっても、上述の第１の
実施の形態の場合と同様に比較的簡単な構成で磁性体コ
アの昇温を防止できる。

【００８６】（第３の実施の形態）図４には、本発明の
第３の実施の形態が示されている。上記第１の実施の形
態では、熱伝導部材として熱伝導性接着剤の場合を示し
たが、本実施の形態では、熱伝導部材として高熱伝導度
グリースの場合を示している。

【００８７】その他の構成および作用については第１の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。

【００８８】図４は本発明の第３の実施の形態に係る定
着装置の概略構成断面図である。

【００８９】図に示すように、本実施の形態では磁性体
コア４とステイ９の間に高熱伝導度シリコングリース２
２を介在させた。

【００９０】なお、本実施の形態に係るグリースは耐熱
性の高いシリコングリースに窒化アルミをフィラーとし
て５ｗ％ほど添加させたものである。

【００９１】この構成により、磁性体コアとステイの固
定方法を選ばずに、磁性体コアの昇温を防止できる。

【００９２】なお、これまで説明した熱伝導部材の熱伝
導率としては、１Ｗ・ｍ^-1Ｋ^-1以上５００Ｗ・ｍ^-1Ｋ^-1
以下とするのが望ましい。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、磁界遮
断部材と支持体との間に熱伝導性部材を介在させるよう
にしたので、磁界遮断部材が昇温しても、熱は熱伝導性
部材を介して支持体へ伝導されて、装置外部へと放熱さ
れるので、磁界遮断部材の昇温が抑制され、適正な加熱
が可能となり品質性が向上する。

【００９４】熱伝導性部材は、１Ｗ・ｍ^-1Ｋ^-1以上５０
０Ｗ・ｍ^-1Ｋ^-1以下の熱伝導率を有するようにすること
で、適正に磁界遮断部材の昇温を抑制できる。

【００９５】支持体は、アルミニウムまたは銅により構
成することで、熱を適正に装置外部へと放熱できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の概
略構成断面図である。

【図２】高熱伝導接着剤の有無による定着ローラ及び磁
性体コアの温度変化図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る定着装置の概
略構成断面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係る定着装置の概
略構成断面図である。

【符号の説明】

１定着ローラ２加圧ローラ３励磁コイル４コア５ホルダー６温度センサー７搬送ガイド９ステイ１０分離爪１４中空芯金１５弾性層２０高熱伝導接着剤２１高熱伝導両面テープ２２高熱伝導度シリコングリース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励磁手段による励磁により渦電流が発生し
て発熱する発熱手段と、前記励磁手段により発生する磁界を遮断して前記発熱手
段による加熱部に向けて磁束を集中させる磁界遮断部材
と、該磁界遮断部材を支持すると共に、装置内部の熱を装置
外部に放熱可能に設けられる支持体と、を備えた加熱装
置において、前記磁界遮断部材と支持体との間に熱伝導性部材を介在
させることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】互いに加圧される一対のローラのうち少な
くとも一方のローラ内部に、前記励磁手段，発熱手段，
磁界遮断部材，支持体及び熱伝導性部材が備えられるこ
とを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】前記磁界遮断部材は、ローラの回転軸方向
に延びるように配置される磁性体コアであることを特徴
とする請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】前記熱伝導性部材は、１Ｗ・ｍ^-1Ｋ^-1以上
５００Ｗ・ｍ^-1Ｋ^-1以下の熱伝導率を有することを特徴
とする請求項１，２または３に記載の加熱装置。
【請求項５】前記支持体は、アルミニウムまたは銅によ
り構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
一つに記載の加熱装置。
【請求項６】前記熱伝導性部材は、熱伝導性接着剤，熱
伝導性両面テープ、あるいは熱伝導性グリースのいずれ
か一つであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
一つに記載の加熱装置。
【請求項７】シート上に未定着のトナー画像を形成する
画像形成手段と、該画像形成手段により未定着のトナー
画像が形成されたシートを請求項１〜６のいずれか一つ
に記載の加熱装置へ搬送する搬送手段と、を設け、前記加熱装置により、搬送されるシート上に形成された
未定着のトナー画像を加熱して定着させることを特徴と
する画像形成装置。
【請求項８】多孔質高分子層を有したシート上に画像を
形成する画像形成手段と、該画像形成手段により画像が
形成されたシートを請求項１〜６のいずれか一つに記載
の加熱装置へ搬送する搬送手段と、を設け、前記加熱装置により、搬送されるシートを加熱して、前
記多孔質高分子層を融解させて表面処理を施すことを特
徴とする画像形成装置。