JP2001135471A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置内部の温度上昇を防止し、良好な加熱性
能を有しながら、コンパクト化、低電力化を図ることが
可能な加熱装置及びそれを備えた画像形成装置を提供す
ること。 【解決手段】 励磁手段３と、該励磁手段３による励磁
により誘導発熱する発熱手段１と、該励磁手段３の保持
体８と、を備えた加熱装置において、前記保持体８の発
熱体側部分に断熱層１１を有すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真式の複写
機、プリンタおよびファクシミリなどの画像形成装置に
用いられる加熱装置及び画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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加熱装置が設けられてい
る。この加熱装置は、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。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。該発熱体は、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。

【０００３】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。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、１５
０〜２００℃）になるまで加熱される。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。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。

【０００４】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加熱装置においては、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。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。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、加
熱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。

【０００５】このため、複写機などの商品の価値を高め
るためには、加熱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。

【０００６】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加熱装置が提案さ
れている。この誘導加熱装置は、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
を、磁界遮断部材である磁性体コアを用いて加熱部に向
けて集中させることで、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。この誘
導加熱方式の加熱装置によれば、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。

【０００７】このような誘導加熱方式の加熱装置にあっ
ては、励磁コイルに発生させ、磁性体コアにより収束さ
せた磁束で、定着ローラ内面に設けた導電層に、渦電流
を発生させジュール熱により発熱させるため、励磁コイ
ル及び磁性体コアと定着ローラの導電層の間隔をなるべ
く安定して配置しなければならないが、コイル線の自重
・剛性により、常に同じ位置に安定していることが難し
かった。このため本出願人は磁性体コアを保持するホル
ダーを、励磁コイルとともに非磁性体で一体成形にて構
成することを提案している。

【０００８】ところで、このような誘導加熱方式の加熱
装置にあっては、定着ローラの内面への熱放射のため
に、コイル周辺の温度上昇が大きく、そのためコイルの
電気抵抗の上昇が発生し、必要電力が増加してしまうと
いう問題があった。また、樹脂からなるコイルの被覆が
熱により溶融し、コイルの絶縁性が損なわれてしまうと
いう問題があった。さらに、磁性体コアのキュリー温度
以上の昇温により、発熱が停止してしまうという問題が
あった。

【０００９】そこで、例えば特開昭５４−３９６４５号
公報に開示されているように、励磁コイル及び磁性体コ
ア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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の誘導加熱方式の加熱装置に冷却機構を設置する
場合には、その設置空間が必要となり装置が大型化して
しまうばかりか、コストアップにつながるなどの問題が
生じていた。また、励磁コイル、磁性体コアばかりでな
く定着ローラの内面までも送風により冷却するため、定
着能力を損なってしまうという問題点があった。

【００１１】また、励磁コイルと非磁性体との一体成形
にて構成されたホルダーで磁性体コアを保持する場合、
定着ローラとホルダー外表面との距離が近く、定着ロー
ラの熱放射の影響を受けやすく、励磁コイル及び磁性体
コアの昇温が発生する。

【００１２】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、装置内部の温度上昇を防止
し、良好な加熱性能を有しながら、コンパクト化、低電
力化を図ることが可能な加熱装置及びそれを備えた画像
形成装置の提供を目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の加熱装置及び画像形成装置は、以下の構成
を特徴とするものである。

【００１４】〔１〕：励磁手段と、該励磁手段による励
磁により誘導発熱する発熱手段と、該励磁手段の保持体
と、を備えた加熱装置において、前記保持体の発熱体側
部分に断熱層を有することを特徴とする加熱装置。

【００１５】〔２〕：励磁手段と、該励磁手段による励
磁により誘導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磁束を集中させ
る磁界遮断部材とを有し、少なくとも前記励磁手段或は
磁界遮断部材を保持する保持体と、を備えた加熱装置に
おいて、前記保持体の発熱体側部分に断熱層を有するこ
とを特徴とする加熱装置。

【００１６】〔３〕：前記保持体が、前記励磁手段と一
体成形されていることを特徴とする〔１〕又は〔２〕に
記載の加熱装置。

【００１７】〔４〕：励磁手段と、該励磁手段による励
磁により誘導発熱する発熱手段と、該励磁手段の保持体
と、を備えた加熱装置において、前記保持体上の発熱手
段と対向する面にあり、発熱手段と接触しない断熱層を
有することを特徴とする加熱装置。

【００１８】〔５〕：励磁手段と、該励磁手段による励
磁により誘導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を有し、前記励磁
手段と磁界遮断部材を保持する保持体と、を備えた加熱
装置において、前記保持体上の発熱手段と対向する面に
あり、発熱手段と接触しない断熱層を有することを特徴
とする加熱装置。

【００１９】〔６〕：前記保持体が、前記励磁手段と一
体成形されていることを特徴とする〔４〕又は〔５〕に
記載の加熱装置。

【００２０】〔７〕：前記断熱層が、反射面であること
を特徴とする〔４〕，〔５〕又は〔６〕に記載の加熱装
置。

【００２１】〔８〕：未定着画像を担持した記録材を加
熱して該画像を該記録材に定着させることを特徴とする
〔１〕乃至〔７〕の何れか１項に記載の加熱装置

〔９〕：記録材上に画像を形成する像形成手段と、該記
録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成
装置において、像加熱手段として〔１〕乃至〔７〕の何
れか１項に記載の加熱装置を備えたことを特徴とする画
像形成装置。

【００２２】〔１０〕：記録材上に未定着画像を形成す
る像形成手段と、該未定着画像を加熱して該記録材上に
定着させる定着手段とを有する画像形成装置において、
該定着手段として〔１〕乃至〔７〕の何れか１項に記載
の加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

【００２３】〈作 用〉上記〔１〕〜〔１０〕の構成に
よれば、発熱手段で発生した熱が断熱層によって遮られ
るため、励磁手段や磁界遮断部材の昇温が防止される。

【００２４】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は、
本発明の実施の形態１に係る誘導加熱装置（定着装置）
を概略で示す断面図である。

【００２５】図中、１は、発熱手段としての定着ローラ
であり、外形４０［ｍｍ］、厚さ０．７［ｍｍ］の鉄製
の芯金シリンダ等よりなる。該定着ローラ１の表面に
は、離型性を高めるため例えばＰＴＦＥ１０〜５０μｍ
や、ＰＦＡ１０〜５０μｍの層を設けてもよい。

【００２６】２は、加圧ローラであり、中空芯金１４
と、その外周面に形成される表面離型性１３、耐熱ゴム
層である弾性層１５とからなる。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。

【００２７】定着ローラ１と加圧ローラ２は回転自在に
保持され、加圧ローラ２がバネなどを用いた図示しない
機構によって定着ローラ１の表面に圧接しており、定着
ローラ１が回転駆動されると圧接部（ニップ部）Ｎでの
摩擦力で該加圧ローラ２が従動回転する様に配置してあ
る。該加圧ローラ２と定着ローラ１は約３０［ｋｇ重］
で荷重されており、その場合圧接部Ｎの幅（ニップ幅）
は約６［ｍｍ］になる。しかし都合によっては荷重を変
え、この他のニップ幅で構成してもよい。

【００２８】そして、３は励磁手段としての励磁コイ
ル、４は該励磁コイル３により発生する磁界を遮断して
前記定着ローラ１の加熱部（ニップ部Ｎ）に向けて磁束
を集中させる磁界遮断部材としての磁性体コアである。

【００２９】図２はこの定着ニップ部内での加熱原理の
説明図である。

【００３０】励磁回路１６によって励磁コイル３に印加
される電流で発生する磁束は、高透磁率の磁性体コア４
に導かれて定着ニップ部Ｎ内で定着ローラ１の芯金に磁
束２３と渦電流２４を発生させる。この渦電流２４と定
着ローラ１の固有抵抗によってジュール熱が発生する。

【００３１】６は温度センサー（サーミスタ）であり、
定着ローラ１の表面に当接するように配置されている。
該温度センサー６の検出信号をもとに励磁コイル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様自動制御される。

【００３２】搬送ガイド７は、未定着のトナー画像９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。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る。

【００３３】このような構成よりなる本形態の定着装置
では、例えば後述の像形成手段において像形成が開始さ
れた際に、定着ローラ１の回転駆動及び加熱が開始さ
れ、該定着ローラ１が、所定の速度で安定して回転する
と共に、所定の定着温度に温度調節された状態で、未定
着トナー像８を担持した転写材１９がニップ部Ｎに導入
されて、該ニップ部Ｎの圧接圧と、定着ローラ１からの
熱により該トナー像８を転写材１９に定着（加熱処理）
させる。そして該転写材１９を定着ローラ１の回転によ
って搬送し、ニップ部Ｎを通過後、定着ローラから分離
した転写材１９を排紙ガイド２０に沿わせて装置外へ排
出して処理を終了する。

【００３４】次に励磁コイル３と一体成形された保持体
（励磁コイルユニット）８について図３〜図５を用いて
詳しく説明する。

【００３５】励磁コイル３は高周波コンバータ等の励磁
回路１６に接続され１００〜２０００ｋＷの高周波電力
が供給されるため、細い線を数本リッツにしたものを用
いており、そのリッツ線を図３のように巻いた状態で樹
脂による保持体と一体成形されてコイルユニット８が構
成されている。該樹脂の種類としては、ＰＰＳ、ＰＢ
Ｔ、ＰＥＴ、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等の非磁性の樹脂
材を用いている。またコイルユニット８は磁性体コア４
のホルダーも兼用しており、該コア４の各部４ａ、４
ｂ、４ｃが各々８５、８６、８７の位置に設置される。
（図４，図５）磁性体コア４にはフェライトのような高
透磁率かつ低損失のものを用いる。パーマロイのような
合金の場合は、コア内の渦電流損失が高周波で大きくな
るため積層構造にしてもよい。磁性体コア４は磁気回路
の効率を上げるためと磁気遮断のために用いている。コ
イルユニット８はステー５に取り付けられ、加熱装置に
対して固定される。

【００３６】本実施形態では、コイルユニット８の定着
ローラ内面に対向する側には薄さ５００μｍの空気層
（断熱層）１１を設けている。この空気層１１がある場
合とない場合とで、１９０℃に定着ローラ１を保ち１０
５ｇ／ｍ²紙を１０００枚通紙した場合のコア４とコイ
ル３の昇温の様子を以下に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】上記表に表わされているように、空気層１
１が定着ローラ１からコイルユニット８内部に伝わる熱
を遮断し、コイル３の温度で約３０℃、コア４の温度で
約１５℃の昇温が防止できる。

【００３９】したがって、ファンなどを設けた場合のよ
うに大型化せずに励磁コイル３及びコア４の温度上昇を
防止でき、またステイ５等の部品として必要以上に高温
での耐熱性に優れた樹脂等を用いなくてもよいので、装
置を小型化できるとともにコスト低減が可能となる。

【００４０】さらに、定着ローラ１で発生した熱をニッ
プ方向に効果的に伝達し、励磁コイル３の昇温による抵
抗上昇も生じないため、装置の低電力化や迅速な立ち上
げも図れる。

【００４１】なお、本形態では断熱層として空気層を設
けたが、これに限らず保持体よりも熱伝導率の低い部材
や、多孔質の部材、窒素等の気体、真空の層などで断熱
層を構成しても良い。

【００４２】また、定着ローラ１に代えて導電性の発熱
層を有したエンドレスフィルムを用い、加圧ローラの駆
動により該フィルムを保持体に沿わせて回転させる所謂
テンションレス方式の装置であっても良い。

【００４３】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２を図面に基づいて説明する。図６は、本発明の実施
の形態２に係る加熱装置を概略で示す断面図である。な
お、図中前記の実施形態と同一のものは同一番号を付し
て説明は省略する。

【００４４】本実施形態ではコイルユニット８の定着ロ
ーラ１内面と対向する面に銀メッキを施して赤外輻射を
反射する反射面を形成し断熱層１２としてある。これに
より、ローラ内面からの輻射熱を反射し、コイルユニッ
ト８内部に伝わる熱を減少させるため、コイル３及びコ
ア４の昇温が防止できる。

【００４５】なお、本形態の断熱層１２に加え実施の形
態１の断熱層１１を設けても良い。

【００４６】（実施の形態３）次に、本発明の他の実施
形態を図面に基づいて説明する。図７は、本発明の実施
の形態３に係る加熱装置を概略で示す断面図である。本
形態は、ベルトタイプの加熱装置の例である。

【００４７】図中、１２１は駆動ローラ（定着ロー
ラ）、１２２はテンションローラであり、該駆動ローラ
１２１とテンションローラ１２２のあいだにＮｉ電鋳か
らなる金属ベルト（発熱手段）１０１が懸架され、該金
属ベルト１０１を挟んで加圧ローラ２が定着ローラ１２
１に対して圧接されてニップ部Ｎが形成されている。

【００４８】該金属ベルト１０１が駆動ローラ１２１に
よって回転駆動され、励磁コイル１０３から発生した磁
界によって加熱されて所定温度に温調された状態で、ニ
ップ部Ｎに未定着画像９を担持した記録材１９が導入さ
れ、該金属ベルト１０１の回転により記録材１９を搬送
してニップ部Ｎを通過させることにより、該金属ベルト
１０１からの熱とニップ圧とにより該画像９を記録材１
９に定着させる。

【００４９】本実施形態では、ホルダーユニット１０８
の定着ベルト１０１と対向する面に銀メッキからなる断
熱層１１２を設けており、励磁コイル１０３及び磁性体
コア１０４の昇温を防止している。

【００５０】〈画像形成装置例〉図８は画像形成装置の
一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は電子写
真プロセス利用のレーザービームプリンターである。

【００５１】３１は第１の像担持体としての回転ドラム
型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であ
り、矢示の時計方向に所定の周速度（プロセススピー
ド）をもって回転駆動され、その回転過程で一次帯電器
３２によりマイナスの所定の暗電位Ｖ_D に一様に帯電処
理される。

【００５２】３３はレーザービームスキャナであり、不
図示の画像読取装置・ワードプロセッサ・コンピュータ
等のホスト装置から入力される目的の画像情報の時系列
電気デジタル画像信号に対応して変調されたレーザービ
ームＬを出力し、前記の回転感光ドラム３１の一様帯電
処理面を走査露光する。

【００５３】このレーザービーム走査露光により、回転
感光ドラム３１の一様帯電処理面の露光部分は電位絶対
値が小さくなって明電位Ｖ_L となり、回転感光ドラム３
１面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成されて
いく。次いでその潜像は現像器３４によりマイナスに帯
電した粉体トナーで反転現像（感光ドラム面のレーザー
露光明電位Ｖ_L 部にトナーが付着）されてトナー画像９
として顕像化される。

【００５４】一方、不図示の給紙トレイ上から給紙され
た記録材１９は、転写バイアスを印加した転写部材とし
ての転写ローラ３５と感光ドラム３１との圧接部（転写
部）ｍへ感光ドラム３１の回転と同期どりされた適切な
タイミングをもって給送され、該記録材１９の面に感光
ドラム３１面側のトナー画像９が順次に転写されてい
く。

【００５５】そして、これらの各要素３１，３２，３
３，３４，３５等で構成された像形成手段により未定着
トナー画像９が形成された記録材１９は、回転感光ドラ
ム３１面から分離され、前記実施形態に示した定着装置
（像加熱手段）Ｒに導入されてトナー画像９の定着処理
を受け、画像形成物（プリント）として機外へ排紙され
る。

【００５６】なお、記録材分離後の回転感光ドラム３１
面はクリーニング装置３６で転写残りトナー等の感光ド
ラム面残留物の除去を受けて清浄面化されて繰り返して
作像に供される。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、装
置内部の温度上昇を防止し、良好な加熱性能を有しなが
ら、コンパクト化、低電力化を図ることが可能な加熱装
置及びそれを備えた画像形成装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態にかかる加熱装置の
概略断面図

【図２】 第１の実施形態にかかる加熱装置の加熱原理
を説明する図

【図３】 励磁コイル３の模式図

【図４】 コイルユニット８の概略斜視図

【図５】 コイルユニット８の拡大断面図

【図６】 第２の実施形態にかかる加熱装置の概略断面
図

【図７】 第３の実施形態にかかる加熱装置の概略断面
図

【図８】 画像形成装置の概略断面図

【符号の説明】

１ 定着ローラ（発熱手段） ２ 加圧ローラ（加圧部材） ３ 励磁コイル ４ コア（芯材：磁界遮断手段） ５ ステー ６ 温度センサー（温度検知素子） ７ 搬送ガイド ８ コイルユニット ９ トナー画像 １０ 分離爪 １１ 空気層（断熱層） １２ 断熱層 １６ 励磁回路 １９ 記録材（転写材） ２０ 排紙ガイド ３１ 回転感光ドラム ３１ 感光ドラム ３２ 一次帯電器 ３４ 現像器 ３５ 転写ローラ ３６ クリーニング装置 １０１ 金属ベルト（定着ベルト） １０３ 励磁コイル １０４ 磁性体コア １０８ ホルダーユニット １１２ 断熱層 １２１ 駆動ローラ（定着ローラ） １２２ テンションローラ Ｌ レーザービーム Ｎ ニップ部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁手段と、該励磁手段による励磁によ
   り誘導発熱する発熱手段と、該励磁手段の保持体と、を
   備えた加熱装置において、 前記保持体の発熱体側部分に断熱層を有することを特徴
   とする加熱装置。
2. 【請求項２】 励磁手段と、該励磁手段による励磁によ
   り誘導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磁束を集中させる磁界
   遮断部材とを有し、少なくとも前記励磁手段或は磁界遮
   断部材を保持する保持体と、を備えた加熱装置におい
   て、 前記保持体の発熱体側部分に断熱層を有することを特徴
   とする加熱装置。
3. 【請求項３】 前記保持体が、前記励磁手段と一体成形
   されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加
   熱装置。
4. 【請求項４】 励磁手段と、該励磁手段による励磁によ
   り誘導発熱する発熱手段と、該励磁手段の保持体と、を
   備えた加熱装置において、 前記保持体上の発熱手段と対向する面にあり、発熱手段
   と接触しない断熱層を有することを特徴とする加熱装
   置。
5. 【請求項５】 励磁手段と、該励磁手段による励磁によ
   り誘導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を有し、前記励磁手段と
   磁界遮断部材を保持する保持体と、を備えた加熱装置に
   おいて、 前記保持体上の発熱手段と対向する面にあり、発熱手段
   と接触しない断熱層を有することを特徴とする加熱装
   置。
6. 【請求項６】 前記保持体が、前記励磁手段と一体成形
   されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の加
   熱装置。
7. 【請求項７】 前記断熱層が反射面を成していることを
   特徴とする請求項４，５又は６に記載の加熱装置。
8. 【請求項８】 未定着画像を担持した記録材を加熱して
   該画像を該記録材に定着させることを特徴とする請求項
   １乃至７の何れか１項に記載の加熱装置。
9. 【請求項９】 記録材上に画像を形成する像形成手段
   と、該記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する
   画像形成装置において、 像加熱手段として請求項１乃至７の何れか１項に記載の
   加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
10. 【請求項１０】 記録材上に未定着画像を形成する像形
    成手段と、該未定着画像を加熱して該記録材上に定着さ
    せる定着手段とを有する画像形成装置において、 該定着手段として請求項１乃至７の何れか１項に記載の
    加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。