JP2000172100A - 誘導加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘導コイルの冷却を長手方向において均一化
し、定着ローラの長手方向温度ムラを回避することがで
きる誘導加熱式の定着装置を提供する。 【解決手段】 中空巻き枠４に巻かれた誘導加熱コイル
３を定着ローラ内に配置してなる誘導加熱定着装置にお
いて、定着ローラ長手方向両端に冷却ファン８，９を配
置し、定着ローラ駆動ギヤ７を取り付けたローラ端部と
反対側の第１冷却ファン８から上記駆動ギヤ側のローラ
端部側に配置された第２冷却ファン９へ中空巻き枠内を
通る空気流れが生じるように夫々の冷却ファンが駆動さ
れ、第２冷却ファンの風量が第１冷却ファンの風量より
も少なくとも１０％大きく、定着ローラ長手方向で冷却
程度が同じになるように調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタ、ファク
シミリ、複写機等の画像形成装置に用いられる定着装
置、特に誘導加熱方式でトナー像をカットシート等の記
録媒体に定着する定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】可視像形成のためにトナーを用いる画像
形成装置においては、トナー画像を転写紙等、記録媒体
に定着するために定着装置が備えられている。当該定着
装置の主要部は未定着のトナーを加熱溶着するための定
着ローラ（加熱ローラともいう）と、当該記録媒体を押
圧し、挟持搬送する加圧ローラとで構成されている。従
来、このような定着装置は、定着ローラ内部に加熱ヒー
タとして一般にハロゲンランプを備え、このランプによ
って定着ローラを加熱し、当該ローラを定着に必要な温
度にまで上昇させるものであった。

【０００３】しかしながら、このようなヒータによる加
熱方式は、定着ローラを所定温度に加熱するまでの時間
が比較的長く、その間、使用者は画像形成装置機器を使
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。またハロゲンランプヒータ自体の損失も
大きいため、このようなハロゲンランプ加熱方式では消
費電力が大きくなり、地球温暖化などの環境問題がクロ
ーズアップされる昨今においては省エネルギー化に反す
る問題は見逃すことができず、効率が良く立ち上がり時
間の短い定着装置の要求が生じた。

【０００４】そのため、金属導電体からなる定着ローラ
を電磁波による渦電流によって加熱する誘導加熱方式の
定着装置が、加熱時間を画期的に短くでき、且つ効率も
良いため、環境問題にも寄与できる方式として注目され
るようになっている。この場合、誘導加熱式定着装置に
おける定着ローラの一般的な構成として、金属導電体か
らなる定着ローラの内部に螺旋状に誘導コイルを巻装し
たボビンを備えたものが知られている。誘導加熱方式
は、定着ローラの内面に近接した上記誘導コイルに高周
波電流を流し、誘導磁束を発生させ、この誘導磁束によ
り誘導電流を定着ローラ外周部の導電層に発生させ、誘
導電流に伴うジュール熱により定着ローラ表面を所定の
温度（一般的には１８０℃程度）となるように加熱、制
御するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記誘
導コイルは定着ローラ内部に配置されているので、誘導
コイルの雰囲気温度は定着ローラの輻射熱の影響を受け
ざるをえない。そのため、従来においては、断熱、絶縁
処理部材を誘導コイル外周面及び定着ローラ芯金内周面
に配置し、この影響を低減するように構成されている。
けれども、このような状況下でも、誘導コイルはかなり
高温となり、安全規格上の問題や、ひどい場合には誘導
コイルが焼損してしまうなどの問題があった。このよう
な問題の解決のために、冷却ファンを用いてコイル内部
に冷却風を送るようにした構成が提案されている。

【０００６】図５は、従来公知の冷却ファンを備えた誘
導加熱式定着装置の概略構成を示すものであり、回転駆
動可能に設けられた定着ローラ１と、当該定着ローラ１
に圧接し定着ローラの回転に伴って従動回転する加圧ロ
ーラ６とを有している。定着ローラ１内部に誘導加熱コ
イル３が配置されている。

【０００７】定着ローラ１の両端には当該定着ローラを
支持する軸受１０が嵌装され、当該軸受１０を介して定
着ローラは装置本体に回転自在に固定されている。その
外側の一端には回転駆動用のギヤ７が設けられている。
円筒状の定着ローラ１の内部に配置された誘導加熱コイ
ル３は、円筒状ボビン（巻き枠）４の外周に巻かれて構
成されている。コイル３の両端は引き出し部３ａ，３ｂ
として外部に配置された不図示の電源供給用インバータ
に接続されている。ボビン４の外隣には冷却ファン８が
あり、ボビン４内に強制的に空気を送っている。

【０００８】このような構成で空気をボビン内に流通さ
せると、冷却ファン８に近い側ほど冷却効果があり、空
気が図５の右側に進むにつれて温度が上昇し、その結
果、冷却効果が低下する。そのためコイル部において、
その長手方向に沿って温度ムラが発生することとなり、
ひいては外周側の定着ローラにも温度ムラの影響がで
て、均一な定着のためには不具合である。

【０００９】そこで本発明は、誘導コイルの冷却を長手
方向において均一化し、定着ローラの長手方向温度ムラ
を回避することができる誘導加熱式の定着装置を提供す
ることを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明にし
たがって、中空巻き枠に巻かれた誘導加熱コイルを定着
ローラ内に配置してなる誘導加熱定着装置において、定
着ローラ長手方向両端に冷却ファンを配置し、定着ロー
ラ駆動伝達手段を取り付けたローラ端部と反対側の第１
冷却ファンから定着ローラ駆動伝達手段側のローラ端部
側に配置された第２冷却ファンへ中空巻き枠内を通る空
気流れが生じるように夫々の冷却ファンが駆動され、第
２冷却ファンの風量が第１冷却ファンの風量よりも少な
くとも１０％大きく、定着ローラ長手方向で冷却程度が
同じになるように調整されることによって、解決され
る。

【００１１】上記定着ローラ駆動伝達手段を耐熱樹脂又
は非磁性金属で構成するのが好ましい。また誘導コイル
の外周あるいは定着ローラの芯金の内周に断熱絶縁処理
部材が配設されているのも好都合である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の詳細を、図に示す例に基
づいて説明する。まずボビン内に空気を流通させる場合
に定着ローラの表面温度の軸線方向における温度ムラが
どのようになるかを調べた。このような温度ムラの原因
としては、一定風量で流通させる場合に次第に温度が上
昇することが最も大きいが、その他、定着ローラ駆動ギ
ヤの駆動源ギヤへの熱伝導による熱ロス、鉄系素材にニ
ッケルメッキ等の表面処理を施した定着ローラ駆動ギヤ
自身の誘導による発熱などが考えられる。

【００１３】定着ローラの表面温度を図１に示した構成
においてＡ，Ｂ，Ｃの３点で測定した。定着ローラ１
は、鉄、磁性ステンレス系等の良磁性体金属でなる定着
ローラ芯金部１ａの外周に耐熱性に優れたフッ素樹脂や
シリコーンゴムで数十ミクロンから１ｍｍ程度の厚さの
離型層１ｂ、内周に断熱絶縁処理層２を備えて構成され
ている。この定着ローラ１は両端で不図示の軸受によっ
て回転自在に装置構造体に固定されている。定着ローラ
の片端部には駆動ギヤ７が嵌装され、外部から駆動力を
受ける。定着ローラ１の内部には、耐熱絶縁性に優れた
樹脂で成型された中空のボビン４に巻かれた誘導コイル
３が配設され、当該コイル３を覆うように断熱絶縁処理
部材５が備えられている。

【００１４】以上のような構成に対して、図で見て、冷
却ファンを定着ローラ１の左外側若しくは右外側、また
は両外側に配置し、左側から右側へボビン４内に空気を
一定の風量で強制流通した場合、温度測定Ａ点（ボビン
での冷却風の吸い込み側）の方が、温度測定Ｃ点（冷却
風の吐き出し側）よりも明らかに低くなった。両外側に
冷却ファンを配置した場合の例を図２に鎖線ａで示す。
また定着ローラ１の外側に配置された１個又は２個の冷
却ファンによる空気流通を図の右側から左側に切り換え
て、同じ風量で観測を行った結果、定着ローラ１の表面
温度は温度測定Ｃ点の方が温度測定Ａ点よりも低くなっ
ただけではなく、上記左側から右側への空気流通の場合
のＡ点の温度よりも更に低かった。両外側に冷却ファン
を配置した場合の例を図２に点線ｂで示す。空気流通を
駆動ギヤのある方からない方へ行う場合、誘導加熱によ
り発熱した定着ローラの熱が駆動ギヤを介して他のギヤ
へ伝わって逃げやすくなるためと考えられる。このよう
な傾向は定着ローラ芯金部１ａが薄肉になるほど顕著で
あった。本発明では、このような温度差を解消して図２
の実線ｃで示されるような温度分布を実現するものであ
る。

【００１５】図３は、本発明の一例に係る２個の冷却フ
ァン８，９を備えた誘導加熱式定着装置の概略構成を示
すものであり、図４は、その定着装置の断面構成を示す
図である。当該定着装置は、図４で見て時計方向に回転
駆動可能に設けられた定着ローラ１と、当該定着ローラ
１に圧接し定着ローラの回転に伴って従動回転する加圧
ローラ６とを有している。定着ローラ１内部に誘導加熱
コイル３が配置されており、当該コイルは定着ローラと
は独立して固定されている。

【００１６】転写紙１１が図４で見て右側から定着ロー
ラ１と加圧ローラ６で形成されるニップ部へ進入し、当
該ニップ間を通過することによって加熱加圧作用で転写
紙１１上のトナー１２が定着され、不図示の排紙ユニッ
トへ搬出されるようになっている。

【００１７】定着ローラ１は、定着ローラ芯金部１ａと
離型層１ｂからなり、更には断熱絶縁処理層２を備えて
いる。鉄、磁性ステンレス系等の良磁性体金属でなる定
着ローラ芯金部１ａ、耐熱性に優れたフッ素樹脂やシリ
コーンゴムでなり、数十ミクロンから１ｍｍ程度の厚さ
を有している離型層１ｂはローラ表面温度の測定に用い
たものと同じである。同様に、本例でも誘導コイル３は
固定され、定着ローラ１のみ回転するようになってい
て、定着ローラ１の両端に配置された高耐熱性のローラ
軸受１０にて画像形成装置等の構造体に固定されてい
る。定着ローラ１は、その片側に設けられた駆動ギヤ７
により外部から駆動される。

【００１８】従動回転する加圧ローラ６は、アルミニウ
ム、銅、非磁性ステンレス等の非磁性金属と、その外周
に表面離型性の耐熱性に優れたシリコーンゴムの１ｍｍ
から５ｍｍ程度の厚さの離型層とで構成されている。定
着ローラ表面温度の誘導コイル３への影響を小さくする
ために、コイル外周面に断熱絶縁処理層５、定着ローラ
芯金部内周面に同じく断熱絶縁処理層２が設けられてい
る。このような断熱絶縁処理のための部材としては、極
小シリカ微粒子を多孔質構造とした断熱材等をシートや
成型品としたものが適している。このような断熱材の熱
伝導度は静止空気の熱伝導度よりも小さく、断熱性能に
優れたものである。このような断熱絶縁処理層２，５に
よって、定着ローラも誘導コイルの強制冷却の影響を受
け難くなる。

【００１９】誘導コイル３は、耐熱絶縁性に優れた樹脂
で成型された中空のボビン４の外周に巻かれ、誘導コイ
ル引き出し部３ａ，３ｂとして外部に配置された不図示
の電源供給用インバータに接続され、高周波電流を通ず
ることができるようになっている。この高周波電流によ
り高周波磁束を発生し、発生した磁束は誘導コイル３の
中央部内面の空間→誘導コイル３の端部内面の空間→定
着ローラ芯金部１ａ端部→定着ローラ芯金部１ａ中央部
→定着ローラ芯金部１ａ他端部→誘導コイル３の他端部
内面の空間→誘導コイル３の中央部内面の空間のループ
を作る。この時の定着ローラ芯金部１ａを通過する磁束
が定着ローラ芯金部１ａ内部にうず電流を発生させ、渦
電流損による発熱で定着ローラ１全周を加熱する。この
時、定着ローラ１の表面温度を検知し、電源供給用イン
バータ（図示せず）にフィードバックして制御され、所
定の温度に保たれる。

【００２０】定着ローラ１の内周と誘導コイル３の外周
との空間距離は誘導加熱特性上は近いほど良いが、誘導
コイル３への定着温度の影響や安全性も考慮すると２ｍ
ｍから４ｍｍ程度が最適である。誘導コイル３は定着ロ
ーラ１の内側に近接して配置されるので、定着ローラ１
の輻射熱と誘導コイル３自身の発熱により、冷却しない
と場合によっては２００℃以上の高温となることがあ
る。このような構成の誘導加熱型定着装置の場合、冷却
ファンによる強制冷却は不可欠であり、本発明では定着
ローラの両外側にそれぞれ冷却ファンを設ける。

【００２１】即ち、ボビン４の吸い込み側、吐き出し側
にそれぞれ冷却ファン８，９が配置される。そして定着
ローラ芯金部１ａの厚さに対して、厚いほど風量を大き
くし、駆動ギヤの材質や質量の大小に対しても風量を変
えて適正な定着可能温度範囲を確保するようにする。断
熱絶縁処理層２，５による風量低減も考慮される。例え
ば駆動ギヤの材質が磁性金属、非磁性金属、非磁性樹脂
であるものに対して、それぞれ風量は大→中→小となる
ように強制冷却風を適度に設定する。このようにするこ
とで、定着ローラの芯金厚さ、駆動ギヤの材質や質量、
断熱絶縁処理層の有無やその性能等、定着装置の構成に
応じた冷却条件が見出せ、定着ローラの表面温度を適正
定着可能温度範囲にいれることが可能である。いずれに
せよ、吸い込み側第１ファン８の風量に対して吐き出し
側第２ファン９の風量を１０％以上大きく設定すること
により、定着ローラ１の表面温度を軸線方向において
（上記測定Ａ、Ｂ、Ｃ点）温度バランス良く、適正定着
可能温度範囲にいれることができた。風量の設定は、時
間当たりの風量が異なる２個の冷却ファンで行うことも
できるが、同一風量の冷却ファンを用いながら通電時間
比率や通電電圧を変えることによっても行うことができ
る。

【００２２】定着ローラ駆動ギヤ７を耐熱樹脂で構成す
ることで、当該駆動ギヤからの駆動源ギヤへの熱伝導に
よる熱量ロスがなくなり、定着ローラの誘導加熱による
発熱や冷却ファンによる冷却のためのエネルギーを低減
できる。また駆動ギヤを非磁性金属で構成することによ
っても、駆動ギヤ自身の誘導による発熱がなくなり、発
熱や冷却のためのエネルギーを低減できる。これらによ
って誘導加熱型定着装置全体の熱効率の向上を図ること
ができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、冷却風が定着ローラ駆
動伝達手段のない側からある側へと流れる際に装置構成
に応じた適正風量を設定して、定着ローラ長手方向での
温度ムラを解消し、定着性能が向上した誘導加熱型の定
着装置を提供することができる。

【００２４】定着ローラ駆動伝達手段を耐熱樹脂で構成
すれば、当該駆動伝達手段から駆動源への熱伝導による
ロスがなくなり、定着ローラの誘導加熱による発熱量や
冷却ファン駆動エネルギーを抑えることができ、定着装
置全体の熱効率の向上を図ることができ、更に温度バラ
ンス良く適正定着可能温度範囲に調整することが可能と
なる。定着ローラ駆動伝達手段を非磁性金属で構成すれ
ば、当該駆動伝達手段自身の誘導発熱がなくなり、温度
均一化に寄与できる。

【００２５】誘導コイルの外周あるいは定着ローラの芯
金の内周に断熱絶縁処理部材が配設されていれば、誘導
コイルが定着ローラからの輻射熱を受け難く、また定着
ローラも誘導コイルの強制冷却の影響を受け難く、余分
な発熱エネルギーを不要にでき、定着装置としての効率
向上を図ることができる。誘導コイルの温度低減によっ
てコイルとしての信頼性が向上する。更に温度バランス
が良く適正定着可能温度範囲に調整することが可能とな
り、高精度の定着温度制御が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】定着ローラの軸線方向における温度ムラを測定
した際の定着ローラの基本構成を示す概略断面図であ
る。

【図２】冷却風による温度ムラの状態を示すグラフであ
る。

【図３】本発明に係る定着装置の構成を示す概略断面図
である。

【図４】図３に対応する定着装置の定着動作を説明する
概略図である。

【図５】従来公知の誘導加熱式定着装置の概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 定着ローラ ３ 誘導加熱コイル ４ ボビン（巻き枠） ６ 加圧ローラ ７ 駆動ギヤ ８ 第１冷却ファン ９ 第２冷却ファン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空巻き枠に巻かれた誘導加熱コイルを
   定着ローラ内に配置してなる誘導加熱定着装置におい
   て、定着ローラ長手方向両端に冷却ファンを配置し、定
   着ローラ駆動伝達手段を取り付けたローラ端部と反対側
   の第１冷却ファンから定着ローラ駆動伝達手段側のロー
   ラ端部側に配置された第２冷却ファンへ上記中空巻き枠
   内を通る空気流れが生じるように夫々の冷却ファンが駆
   動され、第２冷却ファンの風量が第１冷却ファンの風量
   よりも少なくとも１０％大きく、定着ローラ長手方向で
   冷却程度が同じになるように調整されたことを特徴とす
   る定着装置。
2. 【請求項２】 上記定着ローラ駆動伝達手段を耐熱樹脂
   で構成したことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱
   定着装置。
3. 【請求項３】 上記定着ローラ駆動伝達手段を非磁性金
   属で構成したことを特徴とする請求項１に記載の誘導加
   熱定着装置。
4. 【請求項４】 上記誘導コイルの外周に断熱絶縁処理部
   材を配設することを特徴とする請求項１に記載の誘導加
   熱定着装置。
5. 【請求項５】 上記定着ローラの芯金の内周に断熱絶縁
   処理部材を配設することを特徴とする請求項１に記載の
   誘導加熱定着装置。