JP2000252054A - 加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過熱による品質劣化を防止して耐久性を向上
させ、また、加熱効率の向上を図った加熱装置および画
像形成装置を提供する。 【解決手段】 定着ローラ内に冷却空気を導入するため
のダクト１５を設け、ファンによって、外気を定着ロー
ラ内の励磁コイル７及び磁性体コア８に吹き付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、画像形
成されたシートを加熱することで、未定着トナーを定着
させたり、シート表面処理を施すための加熱装置に関す
るものであり、例えば、複写機やプリンタなどの画像形
成装置に適用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の画像形成装置としては、
たとえば、複写機やプリンタなどがあり、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、電子写真方式を用いた画像形
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】電子写真方式を用いた画像形成装置は、通
常、転写材と、この転写材に静電的に担持された、樹
脂，磁性体，着色料等からなるトナーとを、互いに圧接
・回転している定着ローラと加圧ローラの圧接部（ニッ
プ部）で挟持搬送しながら熱と圧力を加えることなど
で、溶融定着せしめる定着装置を有している。

【０００６】このような定着装置において、加熱するた
めの手段として、励磁コイルによる磁界で定着ローラ内
面に設けた導電層に渦電流を発生させてジュール熱によ
り発熱させる方法が提案されている。

【０００７】この方法は熱発生源をトナーのごく近くに
置くことができるので、従来のハロゲンランプを用いた
熱ローラ方式に比して、定着装置起動時に定着ローラ表
面の温度が定着に適当な温度になるまでに要する時間が
短くできるという特徴がある。

【０００８】また、熱発生源からトナーへの熱伝達経路
が短く単純であるため熱効率が高いという特徴もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の様な励磁コイルによる磁束で定着ロー
ラ内面に設けた導電層に渦電流を発生させてジュール熱
により発熱させる誘導加熱方式の定着装置においては、
定着ローラからの輻射熱と励磁コイル自身の昇温によっ
て、励磁コイル及び磁性体コアが昇温する。

【００１０】特に長時間にわたり高出力を要する連続画
像形成時においては、励磁コイル及び磁性体コアの昇温
は顕著となり、励磁コイルは耐熱温度近傍まで、また磁
性体コアはキュリー点前後まで昇温し、励磁コイルや磁
性体コアが劣化してしまうという問題があった。

【００１１】また、励磁コイルの昇温は、たとえ耐熱温
度以下でも発熱効率の低下をも招くため、エネルギーの
効率的な利用を考える上でも好ましくない。

【００１２】なお、励磁コイルの発熱量自体を抑えれ
ば、この問題は回避できるが、発熱量自体を抑えること
で定着ローラの温度維持が困難になるため定着不良を起
こしやすく、これもまた実現困難である。

【００１３】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、過熱
による品質劣化を防止して耐久性を向上させ、また、加
熱効率の向上を図った加熱装置および画像形成装置を提
供することにある。

【００１４】

【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部材を備えた加熱装置におい
て、前記励磁手段付近の熱を気流によって放熱させる放
熱手段を設けたことを特徴とする。

【００１５】したがって、放熱手段によって、励磁手段
の過熱が防止される。

【００１６】励磁手段による励磁により渦電流が発生し
て発熱する発熱部材と、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手段と、を備えた加熱装置におい
て、前記磁界遮断手段付近の熱を気流によって放熱させ
る放熱手段を設けたことを特徴とする。

【００１７】したがって、放熱手段によって、磁界遮断
手段の過熱が防止される。

【００１８】前記励磁手段は、コイル線材が巻回された
励磁コイルであるとよい。

【００１９】前記放熱手段により発生させる気流が前記
発熱手段に触れないようにガイドするガイド部材を設け
るとよい。

【００２０】したがって、発熱手段の温度低下が防止さ
れる。

【００２１】前記放熱手段により発生させる気流が前記
発熱手段に触れないように該放熱手段の気流発生位置を
配置してなるとよい。

【００２２】したがって、発熱手段の温度低下が防止さ
れる。

【００２３】前記放熱手段により冷却用空気を導入して
なるとよい。

【００２４】前記放熱手段により高温空気を吸引してな
ることもできる。

【００２５】また、本発明の画像形成装置は、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。

【００２６】さらに、本発明の画像形成装置は、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。

【００２７】

【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
ない限りは、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。

【００２８】本発明の実施の形態に係る加熱装置は、複
写機やプリンタなど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。 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。

【００２９】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（画像形成手段）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、搬送手段に
より搬送される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。

【００３０】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の表面処理装置として適用
することも可能である。

【００３１】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（画像形成手段）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として用いられる
ものである。

【００３２】（第１の実施の形態）図１〜図９を参照し
て、第１の実施の形態に係る加熱装置について説明す
る。

【００３３】図１は本発明の第１の実施の形態に係る加
熱装置の概略構成断面図であり、加熱装置としての定着
装置の長手方向中央部での断面の模式図を示している。

【００３４】図中、発熱部材としての定着ローラ１は、
例えば、外径３２［ｍｍ］、厚さ０．５［ｍｍ］の鉄製
の芯金シリンダで構成され、また、表面の離型性を高め
るためにＰＴＦＥ１０〜５０［μｍ］や、ＰＦＡ１０〜
５０［μｍ］の層を設けてもよい。

【００３５】また、定着ローラ１の他の材料として、例
えば磁性ステンレスのような磁性材料（磁性金属）とい
った、比較的透磁率μが高く、適当な抵抗率ρを持つ物
を用いてもよい。

【００３６】加圧ローラ２は、例えば、外径２０［ｍ
ｍ］の鉄製の芯金の外周に厚さ５［ｍｍ］のＳｉゴムの
層を有したもので構成され、定着ローラ１と同様に表面
の離型性を高めるために例えばＰＴＦＥ１０〜１００
［μｍ］や、ＰＦＡ１０〜１００［μｍ］の層を設けて
も良く、この場合、総外径は約３０［ｍｍ］となる。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】また、加圧ローラ２は定着ローラ１の回転
軸方向に向かって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。

【００４０】加圧ローラ２は約３０［Ｋｇ重］で荷重さ
れており、その場合の圧接部の幅（ニップ幅）は約４
［ｍｍ］になる。

【００４１】しかし都合によっては荷重を変化させてニ
ップ幅を変えてもよい。

【００４２】搬送ガイド３は、未定着のトナー画像を担
持しながら搬送される転写材（シート）を定着ローラ１
と加圧ローラ２とのニップ部へ案内する位置に配置され
る。

【００４３】分離爪６は、定着ローラ１の表面に当接し
て配置され、転写材がニップ部通過後に定着ローラ１に
張り付いてしまった場合に、強制的に分離してジャムを
防止するためのものである。

【００４４】励磁手段としての励磁コイル７は外径０．
１５〜０．５０［ｍｍ］の絶縁被覆した導線を２０〜１
５０本リッツにしたものを用いており、図示しない高周
波コンバーターに接続してあり１０〜１００［ｋＨｚ］
の交流電流が印加され、２０００［Ｗ］程度までの電力
が供給される。

【００４５】さらに励磁コイル７が昇温した場合を考え
て、絶縁被覆には耐熱性の物を使用した。

【００４６】励磁コイル７に流れる交流電流によって誘
導された磁界は導電性である定着ローラ１の内面付近に
渦電流を流し、ジュール熱を発生させる。

【００４７】この発熱を増加させるためには交流電流の
電流振幅を大きくすると良く、励磁コイル７の巻き数を
減らしてやることで可能となるが、同時に励磁コイル７
の電気抵抗による発熱量も増加するので、図示の例では
励磁コイル７の巻き数は８巻きとした。

【００４８】磁界遮断手段としての磁性体コア８は、磁
気回路の効率を上げるためと磁気遮蔽のために用いられ
る（加熱部以外への磁界の逃げを低減させる）もので、
高透磁率かつ低損失の素材を用いると良い。

【００４９】また、励磁コイル７，磁性体コア８は、ア
ルミ製の保持ホルダー９によって定着ローラ長手方向奥
側で保持されており、励磁コイル７，磁性体コア８，保
持ホルダー９ごと絶縁性の熱収縮チューブ１０で覆っ
て、励磁コイル・磁性体コアユニットとする。

【００５０】温度センサー１１は、定着ローラ１の長手
方向中央の位置で周方向の局所的に発熱する部分の表面
に当接するように配置され、温度センサー１１の検出信
号をもとに励磁コイル７への電力供給を増減するように
配置され、温度センサ１１の検出信号をもとに励磁コイ
ル７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様に自動制御される。

【００５１】次に励磁コイル７の巻き線について特に図
２および図３を参照して説明する。

【００５２】励磁コイル７は、図２および図３に示す様
に直方体の芯１２に沿う様に巻き付けられた後、プレス
加工等を施されて成形されてから芯１２が抜き取られる
ことで形成される。

【００５３】次に、励磁コイル・磁性体コアユニットの
組み立てについて図４を用いて説明する。

【００５４】予めＴ字型に成型，加工されている磁性体
コア８に樹脂性のコイル保持部材１４と励磁コイル７を
合体させる。

【００５５】コイル保持部材１４は、励磁コイル７が定
着ローラ１の内面に沿う様な形状を保持するため、磁性
体コア８のＴ字の９０°を形成する２直線間をつなぐよ
うに、その形状はプレス加工した励磁コイル７が定着ロ
ーラ１の内面に沿う様に円筒を１／４に割った形状をし
ている。

【００５６】なお、励磁コイル７と磁性体コア８の長手
方向中央部における断面図を図５に示しておく。

【００５７】そして、最後に励磁コイル７および磁性体
コア８を保持させた状態で、アルミ製の保持ホルダー９
と共に、外部から絶縁性の熱収縮チューブ１０で覆っ
て、熱収縮させて平面状の励磁コイル７を定着ローラ内
面の曲面に沿う様に成形される。

【００５８】次に、励磁コイル及び磁性体コアの冷却法
について図６を用いて説明する。

【００５９】本実施の形態においては、定着ローラ内に
冷却空気を導入するためのダクト１５を設け、不図示の
ファンによって、外気を定着ローラ内の励磁コイル７及
び磁性体コア８に吹き付けている。

【００６０】なお、ファンやダクトは放熱手段の主要構
成部材である。

【００６１】このように、ダクト１５とファンを用い
て、定着ローラ内の励磁コイル７及び磁性体コア８に向
けて外気を導入することで、励磁コイル７及び磁性体コ
ア８を冷却することができ、連続画像形成時の励磁コイ
ル７の昇温を３０℃、磁性体コア８の昇温を約２０
［℃］低下することができた。

【００６２】なお、以上の説明では、ダクト１５を設け
ることで、冷却ファンからの外気を、効率的に励磁コイ
ル及び磁性体コアまで導入し、効率的に昇温を防止した
例を説明してきたが、ダクトを用いなかった場合でも、
ファン、励磁コイル、磁性体コア、定着ローラ等の配置
を工夫することで励磁コイル及び磁性体コアを冷却し
て、昇温を抑えることもできる。

【００６３】尚、通常はダクトを用いた方が、冷却は効
率的である。

【００６４】（第２の実施の形態）図７には、第２の実
施の形態が示されている。本実施の形態では、発熱部材
に気流が触れるのを防止するガイドを設けた構成を示し
ている。

【００６５】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。

【００６６】上述した第１の実施の形態の場合には、冷
却ファンから導入された外気が、励磁コイル７や磁性体
コア８だけでなく、定着ローラ内面からも熱を奪ってし
まい、定着ローラからの熱損失が生じてしまう構成であ
った。

【００６７】そこで、本実施の形態では、図７に示す様
に、定着ローラの熱損失を減少させるため、直接外気が
定着ローラに触れないように、定着ローラ内面から離れ
た位置に、励磁コイル７と磁性体コア９を囲うように、
円柱状のガイド部材としての断熱部材１６を設けて、断
熱部材内に外気を導入するようにダクト１５を配設した
ものである。

【００６８】以上のように、励磁コイルと磁性体コアを
囲った断熱部材を設けこの内部にダクトとファンで外気
を導入することで、定着ローラからの熱損失を防止しつ
つ、励磁コイル及び磁性体コアの昇温を上述の第１の実
施の形態と同等に効率的に防止することが出来た。

【００６９】（第３の実施の形態）図８には、第３の実
施の形態が示されている。本実施の形態では、発熱部材
に気流が触れるのを防止するようにダクトを配置した構
成を示している。

【００７０】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。

【００７１】上述した第２の実施の形態の場合には、冷
却ファンから導入された外気による定着ローラからの熱
損失を断熱部材を設けることで防止しつつ、励磁コイル
と磁性体コアの昇温を防止出来たが、第１の実施の形態
の場合の構成に対して、断熱部材を設けた分構成が複雑
化し、ひいてはコストが上昇してしまう。

【００７２】そこで、本実施の形態の場合には、第１の
実施の形態で示した定着器構成のままで、ダクトの構成
（形状）だけを変更し、定着ローラの熱損失を減少させ
るために直接外気が定着ローラに触れないようにしたも
のである。

【００７３】すなわち、図８に示す様に、励磁コイル７
と磁性体コア８の間の空洞部分にのみ外気を導入するよ
うにダクト１７を配設したものである。

【００７４】励磁コイル７は定着ローラの内面の形状に
沿う様に、予めプレス加工などを施した立体的形状のも
のであり、励磁コイル・磁性体コアユニットの組み立て
については上記実施の形態と同様に、励磁コイル・磁性
体コア保持ホルダーとともに熱収縮チューブなどで被覆
して行われる。

【００７５】以上のように、励磁コイルと磁性体コアと
の間の空間にのみ外気を導入することで、構成を複雑化
することなくコストを上げずに定着ローラからの熱損失
を防止しつつ、励磁コイル及び磁性体コアの昇温を効率
的に防止することが出来た。

【００７６】（その他の実施の形態）上述した各実施の
形態においては、励磁コイルや磁性体コアに対して、冷
却ファンによって外気（冷却用空気）を吹き付ける例を
説明してきたが、励磁コイルや磁性体コアの周辺空気
（高温になった空気）をファンにより吸引することによ
っても、励磁コイルや磁性体コアの昇温を効果的に防止
できる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、放熱手
段を設けたことによって、励磁手段、あるいは磁界遮断
手段の過熱を防止することができるので、品質劣化を防
止して耐久性の向上を図ることができると共に、励磁手
段の過熱による発熱効率の低下を防止して、加熱効率を
向上させることができる。

【００７８】放熱手段により発生させる気流が発熱手段
に触れないようにガイドするガイド部材を設ければ、発
熱手段の温度低下を防止でき、加熱効率を向上させるこ
とができる。

【００７９】また、放熱手段により発生させる気流が発
熱手段に触れないように該放熱手段の気流発生位置を配
置すれば、簡易な構成で、発熱手段の温度低下を防止で
き、加熱効率を向上させることができる。

【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加熱装置の概
略構成断面図である。

【図２】加熱装置内に備えられる励磁コイルの巻き線方
法を示す説明図である。

【図３】巻き線後の励磁コイルの長手方向両端部断面図
である。

【図４】加熱装置内に備えられる励磁コイル、磁性体コ
アユニットの組み立て方法を示す説明図である。

【図５】励磁コイル・磁性体コアの長手方向中央部での
断面図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態に係る励磁コイル・
磁性体コアの冷却法を示す説明図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る励磁コイル・
磁性体コアの冷却法を示す説明図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態に係る励磁コイル・
磁性体コアの冷却法を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 定着ローラ ２ 加圧ローラ ３ 搬送ガイド ４ 未定着トナー画像 ６ 分離爪 ７ 励磁コイル ８ 磁性体コア ９ 励磁コイル・磁性体コア保持ホルダー １０ 熱収縮チューブ １１ 温度センサー １４ コイル保持部材 １５ ダクト １６ 断熱部材 １７ ダクト

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】励磁手段による励磁により渦電流が発生し
   て発熱する発熱部材を備えた加熱装置において、 前記励磁手段付近の熱を気流によって放熱させる放熱手
   段を設けたことを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】励磁手段による励磁により渦電流が発生し
   て発熱する発熱部材と、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手段と、を備えた加熱装置におい
   て、 前記磁界遮断手段付近の熱を気流によって放熱させる放
   熱手段を設けたことを特徴とする加熱装置。
3. 【請求項３】前記励磁手段は、コイル線材が巻回された
   励磁コイルであることを特徴とする請求項１または２に
   記載の加熱装置。
4. 【請求項４】前記放熱手段により発生させる気流が前記
   発熱手段に触れないようにガイドするガイド部材を設け
   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。
5. 【請求項５】前記放熱手段により発生させる気流が前記
   発熱手段に触れないように該放熱手段の気流発生位置を
   配置してな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。
6. 【請求項６】前記放熱手段により冷却用空気を導入して
   な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。
7. 【請求項７】前記放熱手段により高温空気を吸引してな
   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。
8. 【請求項８】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１〜７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。
9. 【請求項９】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１〜７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。