JP2000275990A - 誘導加熱装置および誘導加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギー変換効率が高く，より少ない消費
電力で必要な熱量が得られる誘導加熱定着装置およびそ
の誘導加熱装置を提供し，画像出力装置の省電力化に寄
与すること。 【解決手段】 定着ローラ１０の内面に誘導コイルを巻
回して，摺動接点のない回路を構成させる。そしてその
内部に，ＮとＳとの着磁帯を螺旋状に巻き付けてなる磁
気ネジ１１を挿入する。磁気ネジ１１を回転させると，
誘導コイルの誘導起電力により定着ローラ１０に誘導電
流が流れ，ジュール熱により定着ローラ１０が加熱され
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，コピー機やプリン
タ等の画像出力装置における定着装置に関する。さらに
詳細には，誘導加熱方式によりエネルギー変換効率の向
上を図った誘導加熱定着装置およびその誘導加熱装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コピー機やプリンタ等の，トナーを用い
る画像出力装置においては，記録媒体上に転写されたト
ナー像を熱の作用によりそこに定着する加熱定着装置が
用いられている。このような加熱定着装置は，多くがハ
ロゲンヒータを熱源として使用している。すなわち，ハ
ロゲンヒータに通電することにより生じる放射熱で定着
ローラを加熱するのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，前記し
た従来の定着装置では，熱源としてハロゲンヒータを使
用しているために，エネルギー変換効率が低いという問
題点があった。すなわち，ハロゲンヒータのエネルギー
変換効率は高々７０％といわれている。このため，電源
から投入された電気エネルギーのうち定着ローラの加熱
に有効に用いられるのは７０％を超えることがなく，残
り３０％（もしくはそれ以上）はロスになっていた。こ
のため，画像出力装置の所要電力をその分大きく設定す
る必要があった。なかでも，待機中におけるエネルギー
ロスが特に問題視されていた。

【０００４】本発明は，前記した従来の定着装置が有す
る問題点を解決するためになされたものである。すなわ
ちその課題とするところは，エネルギー変換効率が高
く，より少ない消費電力で必要な熱量が得られる誘導加
熱定着装置およびその誘導加熱装置を提供し，画像出力
装置の省電力化に寄与することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題の解決を目的と
してなされた本発明に係る誘導加熱装置は，軸回りに回
転可能な熱担持体と，熱担持体に内蔵された誘導コイル
と，誘導コイルとともに熱担持体に内蔵されるとともに
誘導コイルに接続された抵抗体とを有している。この誘
導加熱装置において，熱担持体として定着ローラを用
い，さらに，誘導コイルと互いに差し合う位置に配置さ
れているとともに定着ローラ（熱担持体）とは別に軸回
りに回転可能な磁気ネジと，磁気ネジを軸回りに回転さ
せる回転駆動手段とを備えたものが本発明に係る誘導加
熱定着装置である。なお，抵抗体が定着ローラ（熱担持
体）を兼ねていてもよい。

【０００６】この構成では，磁気ネジを誘導コイルと互
いに差し合う位置に配置した状態とし，その状態で磁気
ネジを回転駆動手段により回転させると，誘導コイルに
誘導起電力が生じる。このため，抵抗体と誘導コイルと
により構成される回路に誘導電流が流れる。よって，抵
抗体がジュール熱を発生し，ジュール熱により定着ロー
ラ（熱担持体）が加熱される。これにより定着ローラが
高温になると，記録媒体上のトナー像の定着が可能にな
る。

【０００７】このような誘導加熱方式を用いることの利
点は，エネルギー変換効率の高さにある。すなわちこの
構成では，熱の発生は抵抗体におけるジュール熱によ
る。よって，電気エネルギーから熱エネルギーへのエネ
ルギー変換効率は１００％である。しかも，抵抗体と誘
導コイルとがともに，回転物である定着ローラ（熱担持
体）に内蔵されているので，それらは回転部分だけで閉
じた回路をなす。したがって摺動接点を含まない回路と
することができ，摺動接点による損失がない。また，誘
導コイルや導線部分の抵抗によるジュール熱も，その大
部分は至近に位置する定着ローラ（熱担持体）の加熱に
供されることとなるので，大きな損失とはならない。こ
のため，回転駆動手段やそこから磁気ネジまでの駆動系
の機械的損失を考慮してもなお，ハロゲンヒータの場合
のエネルギー変換効率より高い効率を発揮できる。

【０００８】本発明に係る誘導加熱装置および誘導加熱
定着装置においては，誘導コイルの抵抗値が抵抗体の抵
抗値より小さいことが好ましい。このようにすると，抵
抗体と誘導コイルとにより構成される回路に流れる誘導
電流によるジュール熱の大部分は抵抗体で発生すること
となる。すなわち，ジュール熱の発生という役割がより
抵抗体に集約されることとなる。このため，誘導コイル
はもっぱら誘導起電力の発生に主眼をおいた配置としつ
つ，抵抗体はより定着ローラ（熱担持体）の加熱に適し
た配置とすることができる。これにより，定着ローラ
（熱担持体）の加熱効率を向上させることができる。

【０００９】また，本発明に係る誘導加熱定着装置にお
いては，誘導コイルと抵抗体とのうち一方以上を複数有
し，それらの接続を動作状態により切り替えることが望
ましい。画像出力装置における定着装置では，ウォーム
アップ中，定着動作中，待機中，といった具合に種々の
異なる動作状態があり，好ましい発熱特性が動作状態に
より異なるからである。例えば，ウォームアップ中や定
着動作中においてはより大きな発熱量が得られる接続と
し，待機中においては小さい発熱量が得られる接続に切
り替えるようにすればよい。

【００１０】この場合さらに，誘導コイルとして第１誘
導コイルおよび第２誘導コイルを有し，第１誘導コイル
と第２誘導コイルとがともに抵抗体に接続される第１モ
ードと，第１誘導コイルと第２誘導コイルとの一方のみ
が抵抗体に接続される第２モードとを，動作状態により
切り替えることとすることができる。このようにする
と，第１モードでの発熱量は，第２モードの場合の発熱
量と比較して大きい。よって，ウォームアップ中や定着
動作中においては第１モードとし，待機中においては第
２モードに切り替えるようにすればよい。

【００１１】あるいは，抵抗体として，定着ローラの幅
方向の中央よりに位置するセンター抵抗体と，定着ロー
ラの幅方向の端部よりに位置するエンド抵抗体とを有
し，誘導コイルとして，センター抵抗体に接続されたセ
ンター誘導コイルと，エンド抵抗体に接続されたエンド
誘導コイルとを有することとすることも有益である。こ
のようにすると，定着ローラの幅方向の中央部分と端部
とで異なる加熱を行うことができる。

【００１２】例えば，定着ローラの全幅いっぱいの幅の
記録媒体を通紙する際には，センター抵抗体およびセン
ター誘導コイルの通電と，エンド抵抗体およびエンド誘
導コイルの通電とをともにオンとするのがよい。定着ロ
ーラをその幅方向全体にわたって加熱するためである。
これに対し，定着ローラの全幅に対して小幅の記録媒体
を通紙する際には，センター抵抗体およびセンター誘導
コイルの通電のみオンとし，エンド抵抗体およびエンド
誘導コイルの通電はオフとするのがよい。通紙される記
録媒体により熱が奪われるセンターよりの部分のみ発熱
させればよいからである。

【００１３】あるいは，本発明に係る誘導加熱定着装置
においては，磁気ネジの回転速度を動作状態により変更
することとしてもよい。磁気ネジの回転速度により発熱
量を調節できるからである。例えば，ウォームアップ時
や通紙時においてはより大きな発熱量が得られるように
速い回転速度とし，待機中においては発熱量は小さくて
よいので省電力および過熱防止のために遅い回転速度と
するのである。

【００１４】また，本発明に係る誘導加熱定着装置にお
いては，定着ローラの温度を検知する温度検知手段を有
し，温度検知手段の検知温度により誘導コイルと抵抗体
との接続を切り替えることとしてもよい。定着ローラの
温度は，低すぎても高すぎても不適切なため，これを適
切な温度範囲内に維持するためである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下，本発明を具体化した実施の
形態について，図面を参照しつつ詳細に説明する。以下
に説明する各実施の形態は，コピー機やプリンタ等，ト
ナーを用いる画像出力装置において使用される誘導加熱
定着装置である。

【００１６】［第１の形態］第１の実施の形態に係る誘
導加熱定着装置１は，図１に示すように，中空円筒状の
定着ローラ１０と，定着ローラ１０の内部の空洞部分に
差し込まれた磁気ネジ１１と，磁気ネジ１１を回転駆動
するための駆動力を発生する駆動モータ１２と，駆動モ
ータ１２の駆動力を磁気ネジ１１へ伝達するギヤ列１３
とを有している。

【００１７】定着ローラ１０は，ゴムで形成された円筒
形状の部材にアルミ箔を被着してなるものである。その
内面には，図２に示すように，誘導コイル２０が巻回さ
れている。誘導コイル２０は，両端で定着ローラ１０の
アルミ箔（以下，単に「定着ローラ１０」という）と接
続されており，両端以外の中間部分では定着ローラ１０
に対して絶縁されている。定着ローラ１０と誘導コイル
２０とは，図３に示す等価回路をなす。この回路は，摺
動接点を含まずに構成されている。定着ローラ１０の両
端間の抵抗Ｒは１ｋΩとする。また，誘導コイル２０も
固有の直流抵抗ｒを有している。ｒの値は１００Ωとす
る。なお，定着ローラ１０の幅は，画像出力装置にて使
用される最大紙幅より少し大きい幅である。

【００１８】磁気ネジ１１は，図４に示すように２本の
着磁帯３０，３１を，互いに異なる極性の磁極が表に現
れるように螺旋状に巻き付けた円柱状の部材である。す
なわち，着磁帯３０はＮ極が，着磁帯３１はＳ極が表に
現れるようにされている。また，誘導起電力を効率よく
発生させるため，磁気ネジ１１の各着磁帯３０，３１
と，定着ローラ１０の誘導コイル２０とで，互いに等し
いねじれ角をなすようにされている。

【００１９】図１に戻って，駆動モータ１２は，ＤＣブ
ラシレスモータであり，画像出力装置本体のコントロー
ラ１４から電力の供給を受けて回転駆動力を発生するよ
うになっている。コントローラ１４は，駆動モータ１２
に，数百〜数千ｒｐｍの範囲内の所望の回転速度で回転
させるために調整された電力を与えるものである。ギヤ
列１３は，駆動モータ１２の回転を適宜減速して磁気ネ
ジ１１へ伝達するものである。

【００２０】かかる誘導加熱定着装置１は画像出力装置
において，図５に示すように，転写箇所４２に対して用
紙搬送方向Ｔの下流側に，定着ローラ１０が対置ローラ
４３と近接した状態で配置されている。用紙が挿通され
る際には，定着ローラ１０および対置ローラ４３が用紙
の搬送に従い回転することとなる。ただしその回転は，
駆動モータ１２による磁気ネジ１１の回転とは無関係で
ある。なお，転写箇所４２は，感光体ドラム４０と転写
チャージャ４１との最近接位置である。

【００２１】次に，誘導加熱定着装置１の動作について
説明する。駆動モータ１２により磁気ネジ１１を回転さ
せると，誘導コイル２０に対してＮ着磁帯３０およびＳ
着磁帯３１が軸方向に進行していくように振る舞う。こ
のため，あたかも誘導コイル２０中を磁石群が直進して
行くかのように，磁束が誘導コイル２０を横切る。この
ため誘導コイル２０には誘導起電力が生じ，定着ローラ
１０と誘導コイル２０とにより構成される回路（図３参
照）に誘導電流が流れる。これにより，ジュール熱が発
生して定着ローラ１０が加熱される。かくして，定着ロ
ーラ１０が１７０〜２００℃程度まで昇温すると，転写
箇所４２（図５参照）で用紙上に転写されたトナー像を
加熱し溶融させて用紙上に固着される定着動作が可能な
状態となる。すなわち定着ローラ１０は，誘導コイル２
０の誘導起電力に起因して発生したジュール熱を，定着
動作という目的のために担持する熱担持体でもある。

【００２２】ここにおいて，定着ローラ１０の加熱効率
は，次の２つの理由により非常に高い。第１に，図５の
回路で発生するジュール熱の大部分が，定着ローラ１０
自体で発生することにある。なぜなら，誘導コイル２０
の誘導起電力をＥとすると，誘導電流Ｉは，定着ローラ
１０および誘導コイル２０の抵抗値Ｒ，ｒを用いて， Ｉ ＝ Ｅ／(Ｒ＋ｒ) で与えられる。よって，定着ローラ１０および誘導コイ
ル２０のそれぞれの単位時間当たりのジュール熱Ｊ₁，
Ｊ₂は， Ｊ₁ ＝ Ｉ²Ｒ ＝ Ｅ²Ｒ／(Ｒ＋ｒ)² Ｊ₂ ＝ Ｉ²ｒ ＝ Ｅ²ｒ／(Ｒ＋ｒ)² で与えられる。

【００２３】これより，全ジュール熱Ｊ₁＋Ｊ₂に占める
定着ローラ１０のジュール熱Ｊ₁ の比率は， Ｊ₁／(Ｊ₁＋Ｊ₂) ＝ Ｒ／(Ｒ＋ｒ) となる。ここでＲ，ｒに前述の各値を代入すると，約９
１％という高い比率が得られる。また，誘導コイル２０
が定着ローラ１０の内面に密着しているため，誘導コイ
ル２０のジュール熱（約９％）もそのかなりの部分は定
着ローラ１０の加熱に寄与することとなる。結局，回路
の全ジュール熱のほとんどが，定着ローラ１０の加熱に
供されるのである。なお実際上は，Ｒ＞ｒであればほぼ
差し支えない。

【００２４】第２の理由として，図５の回路における電
気エネルギーから熱エネルギーへのエネルギー変換効率
自体が非常に高く，ほとんど１００％に近いことが挙げ
られる。定着ローラ１０と誘導コイル２０とが前述のよ
うに摺動接点を含まずに回路を構成しているからであ
る。

【００２５】この２つの理由により定着ローラ１０のエ
ネルギー変換効率は，駆動モータ１２やギヤ列１３のメ
カニカルロスを補ってあまりあるほど高く，ハロゲンヒ
ータのエネルギー変換効率を遙かに凌いでいる。もし，
駆動モータ１２へ電力を供給する電源から定着ローラ１
０に直接通電する構成にすると，不可避的に回路に摺動
接点が含まれることとなる。定着ローラ１０が回転物で
あるためである。このため，駆動モータ１２やギヤ列１
３を要しないことを差し引いてもなお，かなり低いエネ
ルギー変換効率しか得られないのである。

【００２６】なお，誘導加熱定着装置１においては，画
像出力装置の動作状況により，必要な発熱量が異なる。
すなわち，低温から定着が可能な温度まで速やかに昇温
しなければならないウォームアップ時には，極力大量の
熱を発生する必要がある。また，用紙が持ち去る熱量を
補わなければならない通紙時も同様である。もし，通紙
時に発熱量が不足すると，定着ローラ１０の温度が低下
してしまう。特に，１７０℃を下回ってしまうと，トナ
ーの溶融が不十分なために定着ローラ１０に付着する低
温オフセットが生じてしまうのである。これに対し，す
でに必要な温度になっており，自然放熱する分を補えば
十分である待機時には，さほどの発熱量を要しない。

【００２７】誘導加熱定着装置１では，磁気ネジ１１の
回転速度（厳密にいえば定着ローラ１０の回転速度に対
する相対速度）によりこれに対応できる。なぜなら，誘
導起電力Ｅは，磁気ネジ１１の回転速度が速いほど大き
いからである。すなわち，誘導コイル２０の巻き線数を
Ｎとし，誘導コイル２０をよぎる磁束の単位時間当たり
の変化をｄΦ／ｄｔとすれば誘導起電力Ｅは， Ｅ ＝ Ｎ（ｄΦ/ｄｔ） で与えられる。ここで磁気ネジ１１の回転速度が速いほ
どｄΦ／ｄｔが大きい。よってウォームアップ時や通紙
時には，磁気ネジ１１を極力速く回転させればよい。そ
して待機時には，必要十分な発熱量が得られる程度まで
磁気ネジ１１の回転速度を落とせばよく，待機電力をそ
の分節減できる。

【００２８】以上詳細に説明したようにこの実施の形態
では，磁気ネジ１１と誘導コイル２０とによる誘導加熱
方式を採用し，誘導コイル２０を定着ローラ１０の内面
に配置して摺動接点のない回路を構成させている。この
ため，著しく高いエネルギー変換効率が実現されてお
り，画像出力装置の定着装置における省電力化に大きく
貢献するものである。また，磁気ネジ１１の回転速度と
して高速と低速との２水準を設定することにより，容易
に，画像出力装置の動作状況に応じた発熱量に調節する
ことができる。これにより，待機時電力の削減に特に威
力を発揮するものである。

【００２９】［第２の形態］第２の実施の形態に係る誘
導加熱定着装置は，前述の第１の実施の形態に係る誘導
加熱定着装置１と大部分を共通にするものである。そこ
で，共通部分については第１の実施の形態の説明を引用
することとし，相違点のみ説明する。

【００３０】本実施の形態では，図６に示すように，定
着ローラ１０の内面に２本の誘導コイル２１，２２を設
けている。２本の誘導コイル２１，２２は，図７に示す
等価回路をなすようにされている。すなわち，基本的に
は誘導コイル２１と誘導コイル２２との直列結合と定着
ローラ１０とで閉回路をなしている。そして，回路全体
を遮断するリモートスイッチＳＳＲ１と，誘導コイル２
２の両端を短絡するリモートスイッチＳＳＲ２とを備え
ている。リモートスイッチＳＳＲ１，ＳＳＲ２は，画像
出力装置本体からの制御信号によりオンオフが切り替え
られるものである。

【００３１】なお，誘導コイル２１，２２の固有抵抗ｒ
₁，ｒ₂はそれぞれ，４０Ω，６０Ωとする。また，誘導
コイル２１，２２の巻き線数比Ｎ₁：Ｎ₂は，抵抗値の比
と同じく２：３とする。定着ローラ１０の抵抗Ｒは第１
の実施の形態の場合と同様に１ｋΩとする。他の部分
は，第１の実施の形態の場合と特に変わるところはな
い。

【００３２】本実施の形態では，リモートスイッチＳＳ
Ｒ１，ＳＳＲ２の状態により，画像出力装置の動作状況
への対応が行われる。すなわち，ウォームアップ時や通
紙時には，リモートスイッチＳＳＲ１がオンとされ，リ
モートスイッチＳＳＲ２はオフとされる。この状態で
は，誘導コイル２１と誘導コイル２２との直列結合が定
着ローラ１０に誘導起電力を入力する。誘導コイル２
１，２２の誘導起電力をそれぞれＥ₁，Ｅ₂とすると，こ
の状態での誘導電流Ｉ₁は， Ｉ₁ ＝ (Ｅ₁＋Ｅ₂)／(Ｒ＋ｒ₁＋ｒ₂) で与えられる。よってこの状態での定着ローラ１０のジ
ュール熱Ｊ₂₁は， Ｊ₂₁ ＝ Ｉ₁ ²Ｒ ＝ (Ｅ₁＋Ｅ₂)²Ｒ／(Ｒ＋ｒ₁＋ｒ₂)² となる。

【００３３】一方，待機時には，リモートスイッチＳＳ
Ｒ１，ＳＳＲ２がともにオンとされる。この状態では誘
導コイル２２の両端が短絡されており，事実上，誘導コ
イル２１のみが定着ローラ１０に誘導起電力を入力す
る。このとき，ウォームアップ時や通紙時の状態と比較
して駆動モータ１２の負荷が減少しているので，そのま
までは回転速度が上昇してしまう。このため，コントロ
ーラ１４（図１参照）により，同じ回転速度となるよう
に制御する。すなわち駆動モータ１２への供給電力をそ
の分減らす。この状態での誘導電流Ｉ₂は， Ｉ₂ ＝ Ｅ₁／(Ｒ＋ｒ₁) で与えられる。よってこの状態での定着ローラ１０のジ
ュール熱Ｊ₂₂は， Ｊ₂₂ ＝ Ｉ₂ ²Ｒ ＝ Ｅ₁ ²Ｒ／(Ｒ＋ｒ₁)² となる。

【００３４】よって，両状態でのジュール熱の比率Ｊ₂₂
／Ｊ₂₁は， Ｊ₂₂／Ｊ₂₁ ＝ {Ｅ₁/(Ｅ₁＋Ｅ₂)}²・{(Ｒ＋ｒ₁＋ｒ₂)/(Ｒ＋ｒ₁)}² となる。ここで，誘導起電力Ｅ₁，Ｅ₂は，両誘導コイル
での磁束密度が一様であると仮定すると， Ｅ₁ ＝ Ｎ₁（ｄΦ/ｄｔ） Ｅ₂ ＝ Ｎ₂（ｄΦ/ｄｔ） で与えられ，前述のようにＮ₁：Ｎ₂＝２：３であるか
ら， Ｅ₁／Ｅ₂ ＝ ２／３ となる。これと，Ｒ，ｒ₁，ｒ₂，の各値を用いて， Ｊ₂₂／Ｊ₂₁ ≒ ０.１８ が得られる。

【００３５】すなわち，待機時におけるジュール熱Ｊ₂₂
は，ウォームアップ時や通紙時の状態の約１８％であ
る。待機時は自然放熱分を補給するだけでよいので，こ
の程度の発熱量で十分なのである。この，発熱量の少な
さが，駆動モータ１２の回転負荷の減少につながってい
る。このため，待機時には駆動モータ１２の消費電力が
その分少なくて済み，画像出力装置全体としても待機時
電力を節減できるのである。

【００３６】なお，リモートスイッチＳＳＲ１をオフに
すると回路が完全に遮断され，定着ローラ１０に誘導起
電力が全く入力されない状態となる。この状態では，磁
気ネジ１１や定着ローラ１０の回転如何にかかわらずジ
ュール熱は発生しない。逆に言えばこの状態では，磁気
ネジ１１や定着ローラ１０には誘導起電による回転負荷
が掛からない。そこで，例えば，定着ローラ１０と対置
ローラ４３との間に用紙が挟まっている状態でジャムに
より装置が停止したとき，リモートスイッチＳＳＲ１を
オフにすれば手で容易にその用紙を引き抜くことができ
る。もし，リモートスイッチＳＳＲ１がオンのままだ
と，引き抜きに伴い定着ローラ１０が回転するときに誘
導起電力が発生することとなる。このため，引き抜きに
相当に強い力を要してしまう。リモートスイッチＳＳＲ
１をオフにすることによりこれが防止されるのである。

【００３７】以上詳細に説明したように本実施の形態で
は，２本の誘導コイル２１，２２を設け，画像出力装置
の動作状況に応じてそれらの定着ローラ１０への接続を
切り替えるようにしている。このため，ウォームアップ
時や通紙時には２本の誘導コイル２１，２２の双方を用
いて大きな発熱量を得るとともに，待機時には一方のみ
を用いることにより消費電力の節減を図ることができる
ものである。また，回路全体を遮断することも可能なの
で，手動によるジャム用紙の引き抜きが誘導加熱方式の
ために重くなることがない。

【００３８】なお，本実施の形態で説明したものでは，
２本の誘導コイル２１，２２をともに定着ローラ１０の
内面に巻回し，磁気ネジ１１としては第１の実施の形態
の場合と同じものを使用している。しかしこれ以外に
も，例えば図８のような構成が考えられる。この構成で
は，円柱状の磁気ネジ１１に代えて円筒状でその表裏両
面に磁気ネジ層３３，３４を有する磁気ネジ３２を用い
ている。磁気ネジ３２は，非磁性体の円筒部材３５を基
材とし，その内外面にそれぞれ磁気ネジ層３３，３４を
形成したものである。そして，外磁気ネジ層３４の外側
に誘導コイル２３を配置し，内磁気ネジ層３３の内側に
誘導コイル２４を配置している。このような構成でも，
図７に示したのと同様の等価回路を構成させ，同様の作
用効果を得ることができる。

【００３９】また，図７では，誘導コイル２１，２２
が，定着ローラ１０に対して直列結合を構成するものと
したが，並列結合を構成するものであってもよい。

【００４０】［第３の形態］第３の実施の形態に係る誘
導加熱定着装置もまた，前述の第２の実施の形態と同様
に，第１の実施の形態に係る誘導加熱定着装置１と大部
分を共通にするものである。そこで，共通部分について
は第１の実施の形態の説明を引用することとし，相違点
のみ説明する。

【００４１】この実施の形態では，図９に示すように，
幅方向に３分割した定着ローラ５０を用い，３つの小ロ
ーラ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃのそれぞれの内面に１本ず
つ誘導コイル２５，２６，２７を設けている。各々の小
ローラおよび誘導コイルは，図１０に示す等価回路をな
すようにされている。すなわち，基本的にはそれぞれが
独立の閉回路をなしている。そして，それぞれの閉回路
が，回路を遮断するリモートスイッチＳＳＲ３，ＳＳＲ
４，ＳＳＲ５を備えている。これらのリモートスイッチ
は，画像出力装置本体からの制御信号によりオンオフが
切り替えられるものである。ただし，端部の小ローラ５
０Ａ，５０Ｃに設けられたリモートスイッチＳＳＲ３，
ＳＳＲ５は，共通の制御信号で制御されるようになって
いる。

【００４２】また，小ローラ５０Ａ，５０Ｂには，それ
ぞれサーミスタ５１，５２が備えられている。サーミス
タ５１，５２はそれぞれ，小ローラ５０Ａ，５０Ｂの温
度を検知して画像出力装置本体へ報知するものである。
なお，小ローラ５０Ｃについては，その配置上，反対側
の小ローラ５０Ａとほぼ同じ温度になるため，サーミス
タを省略している。

【００４３】なお，小ローラ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの
幅方向の長さの比は２：６：２とし，それらの抵抗値や
誘導コイル２５，２６，２７の巻き線数および固有抵抗
の比もこれに比例するものとする。図１０中の記号でい
えば，Ｒ₁＝２００Ω，Ｒ₂＝６００Ω，ｒ₃＝２０Ω，
ｒ₄＝６０Ωである。また，誘導コイル２５および２７
と，誘導コイル２６との巻き線数比Ｎ₃：Ｎ₄は，１：３
となる。他の部分は，第１の実施の形態の場合と特に変
わるところはない。

【００４４】この実施の形態では，ウォームアップ時に
は，リモートスイッチＳＳＲ３，ＳＳＲ４，ＳＳＲ５を
すべてオンとして磁気ネジ１１をフルパワーで回転させ
る。これにより，小ローラ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃのす
べてにおいてジュール熱が発生し，昇温していく。そこ
で，サーミスタ５１，５２によりモニタされる小ローラ
５０Ａ，５０Ｂの温度を監視して，適温（１８０℃程
度）に達したら待機モードに移行すればよい。待機モー
ドでは，温度が１７０℃まで下がったらリモートスイッ
チＳＳＲ３，ＳＳＲ４，ＳＳＲ５をオンし，１８０℃程
度まで上がったらオフするようにすればよい。

【００４５】ここで，定着ローラ５０中，両端の小ロー
ラ５０Ａ，５０Ｃと，中央の小ローラ５０Ｂとでは，次
のように発熱状況が異なる。すなわち，小ローラ５０
Ａ，５０Ｃに流れる誘導電流Ｉ₃と，小ローラ５０Ｂに
流れる誘導電流Ｉ₄とは，それぞれ， Ｉ₃ ＝ Ｎ₃(ｄΦ₁/ｄｔ)／(Ｒ₁＋ｒ₃) Ｉ₄ ＝ Ｎ₄(ｄΦ₂/ｄｔ)／(Ｒ₂＋ｒ₄) で与えられる。ここでΦ₁，Φ₂は，誘導コイル２５およ
び２７と，誘導コイル２６とのそれぞれにおける磁束を
示す。これに，前述の各数値および比率を代入すると， Ｉ₃ ＝ Ｎ₃(ｄΦ₁/ｄｔ)／２２０ Ｉ₄ ＝ Ｎ₃(ｄΦ₂/ｄｔ)／２２０ が得られる。

【００４６】よって両者のジュール熱Ｊ₃，Ｊ₄は， Ｊ₃ ＝ Ｉ₃ ²Ｒ₁ ＝ Ｎ₃ ²(ｄΦ₁/ｄｔ)²／２４２ Ｊ₄ ＝ Ｉ₄ ²Ｒ₂ ＝ ３Ｎ₃ ²(ｄΦ₂/ｄｔ)²／２４２ となる。そして，小ローラ５０Ａ，５０Ｃと，小ローラ
５０Ｂとの長さの比を考慮すると，両者における単位長
さ当たりのジュール熱の比Ｑ₃：Ｑ₄は， Ｑ₃：Ｑ₄ ＝ (ｄΦ₁/ｄｔ)²：(ｄΦ₂/ｄｔ)² となる。これは，もしΦ₁とΦ₂とが等しければ，言い換
えると磁気ネジ１１の磁場が長さ方向に一様（着磁帯３
０，３１の幅による周期的変動は除く）であれば，単位
長さ当たりの発熱量がどの小ローラでも等しいことを意
味する。

【００４７】しかし実際には，磁気ネジ１１の長さが有
限であるため，図１１のグラフに示すように端部よりも
中央の方が磁束が強い。このため不可避的にΦ₁＜Φ₂，
すなわちＱ₃＜Ｑ₄となる。すなわち，両端の小ローラ５
０Ａ，５０Ｃよりも，中央の小ローラ５０Ｂの方が単位
長さ当たりの発熱量が多く，その分，昇温が速いのであ
る。また，両者では放熱状況が異なっている。すなわ
ち，両端の小ローラ５０Ａ，５０Ｃは，中央の小ローラ
５０Ｂよりも放熱しやすい。このことも，実際の昇温ス
ピードに影響している。また，スイッチオフ時の降温ス
ピードも，両端の小ローラ５０Ａ，５０Ｃが，中央の小
ローラ５０Ｂよりも速いこととなる。よって，小ローラ
５０Ａ，５０Ｃは，中央の小ローラ５０Ｂよりも熱しに
くく冷めやすい傾向があるといえる。

【００４８】このため，小ローラ５０Ａ，５０Ｃに設け
られているリモートスイッチＳＳＲ３，ＳＳＲ５と，小
ローラ５０Ｂに設けられているリモートスイッチＳＳＲ
４とでは，オンオフの切り替えタイミングが異なってく
る。これには，小ローラ５０Ａのサーミスタ５１の温度
によりリモートスイッチＳＳＲ３，ＳＳＲ５のオンオフ
を管理し，小ローラ５０Ｂのサーミスタ５２の温度によ
りリモートスイッチＳＳＲ４のオンオフを管理すればよ
い。

【００４９】また，この実施の形態では，リモートスイ
ッチＳＳＲ３，ＳＳＲ４，ＳＳＲ５の状態により，定着
ローラ５０の幅方向位置ごとの温度制御を行うことがで
きる。このような温度制御が必要となるケースとして，
小幅の用紙を通紙するときがある。すなわち，用紙を通
紙する際には本来，前述のように用紙が持ち去る熱量を
補うため，なるべく大量のジュール熱を発生させて定着
ローラの温度を高温に維持する必要がある。

【００５０】しかしながら，通紙する用紙が小幅である
場合には，用紙の外側の部分では熱の持ち去りがないの
で，逆に過熱が生じるおそれがある。もし，定着ローラ
における当該部分の温度が２３０℃程度にまで達し，そ
の直後に幅広の用紙が通紙されると，当該部分では，ト
ナーが過溶融して定着ローラに付着する高温オフセット
が生じてしまう。さらに温度が上昇すると，磁気ネジ１
１の着磁帯３０，３１のうち当該部分に近接して位置す
る部分の温度も上昇してくる。このため，キュリー温度
に達して失磁したり，定着ローラ自体が破損するおそれ
もある。

【００５１】そこでこの実施の形態では，小幅の用紙を
通紙する場合には，リモートスイッチＳＳＲ３およびＳ
ＳＲ５をオフとし，リモートスイッチＳＳＲ４のみをオ
ンとした状態で磁気ネジ１１を回転させる。すると，用
紙が存在する幅方向中央の小ローラ５０Ｂのみでジュー
ル熱が発生する。一方，用紙が存在しない幅方向端部の
小ローラ５０Ａ，５０Ｃにはジュール熱が発生しないの
で，過熱による前述の弊害が生じない。

【００５２】もっとも，小幅の用紙を多数枚連続して通
紙する場合に，リモートスイッチＳＳＲ３およびＳＳＲ
５をオフしたままにしておくと，逆に小ローラ５０Ａ，
５０Ｃの温度が下がりすぎてしまう場合がある。その直
後に幅広の用紙が通紙されると，今度は逆にその部分で
低温オフセットのおそれがある。これを防止するために
は，時々リモートスイッチＳＳＲ３およびＳＳＲ５をオ
ンさせて，過度の温度低下を防げばよい。

【００５３】そのためには，サーミスタ５１によりモニ
タされる小ローラ５０Ａの温度（小ローラ５０Ｃの温度
もこれとほぼ同じ）を監視して，リモートスイッチＳＳ
Ｒ３およびＳＳＲ５のオンオフ切り替えをすればよい。
例えば，小ローラ５０Ａの温度が１７０℃まで下がった
らリモートスイッチＳＳＲ３およびＳＳＲ５をオンし，
その後１８０℃程度まで昇温したらリモートスイッチＳ
ＳＲ３およびＳＳＲ５をオフするようにすればよい。

【００５４】また，通紙時には大量のジュール熱を発生
させる必要があるとはいっても，薄手の用紙などは熱の
持ち去り量が比較的少ない。このような用紙を多数枚連
続して通紙する場合に各リモートスイッチ（小幅の場合
はＳＳＲ４のみ）をオンしたままにしておくと，やはり
過熱が生じるおそれがある。そこで，通紙時においても
各サーミスタの温度を監視して，該当するリモートスイ
ッチのオンオフ切り替えをすることが望ましい。このた
めには例えば，該当する小ローラの温度が１８０℃まで
下がったら該当するリモートスイッチをオンし，その後
２００℃程度まで昇温したら該当するリモートスイッチ
をオフするようにすればよい。

【００５５】以上詳細に説明したようにこの実施の形態
では，定着ローラを幅方向に３分割してそれぞれに誘導
コイルおよびリモートスイッチを設けている。また，端
部の小ローラ５０Ａと中央の小ローラ５０Ｂとにサーミ
スタ５１，５２を設けている。このため，小幅の用途を
通紙する場合でも，中央の小ローラ５０Ｂを定着に適し
た温度に維持しつつ，両端の小ローラ５０Ａ，５０Ｃの
過熱を防止することができる。また，サーミスタ５１，
５２の検出温度を監視することにより，通紙する用紙の
種類に応じてリモートスイッチのオンオフ制御をして，
過熱を防止することができる。また，ウォームアップか
ら待機状態への移行時，また待機中において，両端と中
央とでの発熱状況および放熱状況の差異に応じた別々の
オンオフ制御をして，いずれの小ローラをも適切な温度
範囲に維持することができる。

【００５６】なお，この実施の形態で説明したもので
は，３つの小ローラごとに独立した回路を形成するよう
にしたが，必ずしもそうしなくてもよい。例えば，図１
２に示すように，両端の小ローラ５０Ａ，５０Ｃが１つ
の誘導コイルを共用する形式でもよい。あるいは逆に，
小ローラ５０Ｃにもサーミスタを設け，各小ローラのオ
ンオフ制御をそれぞれ別個に行うようにしてもよい。ま
た，小ローラの分割数は３に限るものではなく，２分割
でもよいし，逆にもっと多くの数に分割してもよい。ま
た，各小ローラにおける長さと巻き線数との比は，必ず
しも比例するようにしなくてもよい。例えば，中央と端
部との発熱および放熱状況の差を考慮して，巻き方を異
ならせてもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば，エネルギー変換効率が高く，より少ない消費電
力で必要な熱量が得られる誘導加熱定着装置およびその
誘導加熱装置が提供されている。定着装置は画像出力装
置全体の中でも電力消費の大きい部類に属するデバイス
であり，本発明は画像出力装置の省電力化に多大に寄与
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る誘導加熱定着装置の概
略構成図である。

【図２】定着ローラに内蔵された誘導コイルを示す図で
ある。

【図３】図２の等価回路を示す図である。

【図４】磁気ネジの構成を示す図である。

【図５】誘導加熱定着装置と感光体ドラム４０との位置
関係を示す図である。

【図６】第２の実施の形態における定着ローラに内蔵さ
れた誘導コイルを示す図である。

【図７】図６の等価回路を示す図である。

【図８】２層磁気ネジを用いた変形例の概略構成図であ
る。

【図９】第３の実施の形態における定着ローラに内蔵さ
れた誘導コイルを示す図である。

【図１０】図９の等価回路を示す図である。

【図１１】有限長の磁気ネジにおける磁束分布を示すグ
ラフである。

【図１２】回路の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１ 誘導加熱定着装置 １０，５０ 定着ローラ（熱担持体，抵抗体） １１，３２ 磁気ネジ ２０〜２７ 誘導コイル １２ 駆動モータ ＳＳＲ１〜ＳＳＲ５ リモートスイッチ ５１，５２ サーミスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H033 AA32 BA25 BA26 BA30 BB19 BB21 BE06 CA07 CA30 CA41 CA48 3K059 AA08 AB00 AB19 AB20 AC33 AC37 AD03 AD26 BD01 CD19 CD44 CD72 CD77 3K086 AA05 AA08 BA04 BB02 BB08 CA02 CB04 CD16 CD30 DA02 FA01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸回りに回転可能な熱担持体と，前記熱
   担持体に内蔵された誘導コイルと，前記誘導コイルとと
   もに前記熱担持体に内蔵されるとともに前記誘導コイル
   に接続された抵抗体とを有することを特徴とする誘導加
   熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する誘導加熱装置におい
   て，前記誘導コイルと互いに差し合う位置に配置されて
   いるとともに前記熱担持体とは別に軸回りに回転可能な
   磁気ネジと，前記磁気ネジを軸回りに回転させる回転駆
   動手段とを有することを特徴とする誘導加熱装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載する誘導加熱装置におい
   て，前記誘導コイルの抵抗値が前記抵抗体の抵抗値より
   小さいことを特徴とする誘導加熱装置。
4. 【請求項４】 軸回りに回転可能な定着ローラと，前記
   定着ローラに内蔵された誘導コイルと，前記誘導コイル
   とともに前記定着ローラに内蔵されるとともに前記誘導
   コイルに接続された抵抗体と，前記誘導コイルと互いに
   差し合う位置に配置されているとともに前記定着ローラ
   とは別に軸回りに回転可能な磁気ネジと，前記磁気ネジ
   を軸回りに回転させる回転駆動手段とを有することを特
   徴とする誘導加熱定着装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載する誘導加熱定着装置に
   おいて，前記磁気ネジの回転速度を動作状態により変更
   することを特徴とする誘導加熱定着装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載する誘導加熱定着装置に
   おいて，前記定着ローラの温度を検知する温度検知手段
   を有し，前記温度検知手段の検知温度により前記誘導コ
   イルと前記抵抗体との接続を切り替えることを特徴とす
   る誘導加熱定着装置。
7. 【請求項７】 請求項４に記載する誘導加熱定着装置に
   おいて，前記誘導コイルと前記抵抗体とのうち一方以上
   を複数有し，それらの接続を動作状態により切り替える
   ことを特徴とする誘導加熱定着装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載する誘導加熱定着装置に
   おいて，前記誘導コイルとして第１誘導コイルおよび第
   ２誘導コイルを有し，前記第１誘導コイルと前記第２誘
   導コイルとがともに前記抵抗体に接続される第１モード
   と，前記第１誘導コイルと前記第２誘導コイルとの一方
   のみが前記抵抗体に接続される第２モードとを，動作状
   態により切り替えることを特徴とする誘導加熱定着装
   置。
9. 【請求項９】 請求項７に記載する誘導加熱定着装置に
   おいて，前記抵抗体として，前記定着ローラの幅方向の
   中央よりに位置するセンター抵抗体と，前記定着ローラ
   の幅方向の端部よりに位置するエンド抵抗体とを有し，
   前記誘導コイルとして，前記センター抵抗体に接続され
   たセンター誘導コイルと，前記エンド抵抗体に接続され
   たエンド誘導コイルとを有することを特徴とする誘導加
   熱定着装置。