JP2001222175A - 誘導加熱を用いた定着装置 - Google Patents
誘導加熱を用いた定着装置Info
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Abstract
共に、電源投入から定着動作開始までのウォームアップ
タイムが短い誘導加熱定着装置を提供する。 【解決手段】 表面に金属層を被覆された中空のヒート
ローラ1と、このヒートローラ1の内部に配置され、ヒ
ートローラ1に磁束を発生させて誘導加熱する励磁コイ
ルと、ヒートローラ1に対して所定の圧力を印加された
状態で接触するプレスローラ2とを備えている。励磁コ
イルは、ヒートローラ1の周方向に対して極大発熱部4
2、43を少なくとも2箇所有する。1つの極大発熱部
42が、ヒートローラ1とプレスローラ2とが接触する
ニップ部41の位置から、周方向に沿って±30度の範
囲内に存在するように、励磁コイルが配置されている。
これにより、プレスローラ22に熱が蓄積されて保温さ
せるので、ウォームアップタイムが短縮される。
Description
ンタ等の画像形成装置において、被定着材に画像を定着
する誘導加熱を用いた定着装置に関する。
被定着材の表面上に形成されたトナー等の現像剤を加熱
して溶融させ、被定着材にトナーを固着するものであ
る。本発明と関連する定着装置では、加熱源としてハロ
ゲンランプ等を用いる。このランプを、ヒートローラの
内側に配置してヒートローラを加熱する。そして、被定
着材をヒートローラに加圧した状態で接触させるため
に、プレスローラをヒートローラに押し当てて回転さ
せ、二つのローラの間に紙を通過させる。
を示す。薄肉の金属製のヒートローラ101の内側に、
ハロゲンランプ102が配置されている。ヒートローラ
101に被定着材を十分に加圧、接触させるために、プ
レスローラ103はその表面に弾性部材が配されてい
る。そして、ヒートローラ101とプレスローラ103
とは、図示されていない加圧機構によって所定の圧力を
印加された状態で支持されている。さらに、図示されて
いない駆動源によって、被定着材の搬送速度と同一とな
るように、ヒートローラ101及びプレスローラ103
がそれぞれ矢印の方向に回転する。
プ102を用いた定着装置では、ハロゲンランプからの
光及び熱がヒートローラの全周方向に放射されて全体が
加熱される。よって、光が熱に変換される際に損出があ
り、またヒートローラ内の空気を暖めてヒートローラに
熱を伝達する際に損失がある。よって、全体の熱変換効
率は60〜70%と低く、消費電力が大きかった。ま
た、電源を投入してから定着動作に必要な温度までにヒ
ートローラ101が上昇するのに要するウォームアップ
タイムが長いという問題もあった。
低減が可能であると共に、電源投入から定着動作開始ま
でのウォームアップタイムが短い誘導加熱定着装置を提
供することを目的とする。
た定着装置は、表面に金属層を被覆された中空のヒート
ローラと、前記ヒートローラの内部に配置され、前記ヒ
ートローラに磁束を発生させて誘導加熱する誘導加熱手
段と、前記ヒートローラに対して所定の圧力を印加され
た状態で接触するプレスローラとを備え、前記誘導加熱
手段は、前記ヒートローラの周方向に対して極大発熱部
を少なくとも2箇所有し、前記極大発熱部の少なくとも
1つが、前記ヒートローラと前記プレスローラとが接触
するニップ部の位置から、前記周方向に沿って±30度
の範囲内に存在するように、前記誘導加熱手段が配置さ
れている誘導加熱定着装置が提供される。
ンサをさらに備え、前記温度センサは、前記極大発熱部
の少なくとも1つが存在する位置から、前記周方向に沿
って±30度の範囲内に存在するように配置されていて
もよい。
する離型剤塗布ローラをさらに備え、前記誘導加熱手段
は、前記ヒートローラの周方向に対して極小発熱部を少
なくとも1箇所有し、前記離型剤塗布ローラは、前記極
小発熱部が存在する位置から、前記周方向に沿って±3
0度の範囲内に存在するように配置されていてもよい。
なくとも、第1の熱伝導率を有する第1の金属層と、第
1の熱伝導率より高い第2の熱伝導率を有する第2の金
属層とを含み、前記第1の金属層の肉厚は、前記ヒート
ローラの端部において中央部よりも厚くともよい。
ートローラの両端部から中央部に渡って一定であっても
よい。
ーラの長手方向端部において長手方向中央部よりも薄い
ように構成してもよい。
値が、前記ヒートローラの長手方向全体に渡って一定で
あるように構成してもよい。
さらに備え、前記駆動機構は、前記ヒートローラが停止
する毎に、前記誘導加熱手段の前記極大発熱部に対する
停止位置が異なるように、前記ヒートローラを駆動する
こともできる。
層を被覆された中空のローラと、前記ヒートローラの内
部に配置され、励磁コイルを有し、この励磁コイルに電
流を流すことにより前記ヒートローラに磁束を発生させ
て誘導加熱する誘導加熱手段と、前記ヒートローラに対
して所定の圧力を印加させた状態で接触するプレスロー
ラとを備え、前記ヒートローラの内面と前記励磁コイル
との間に絶縁用シートを有し、前記絶縁用シートは前記
励磁コイルが発生する磁束を前記ヒートローラの長手方
向両端部領域に対して遮蔽する磁束遮蔽部を有すること
を特徴とする。
して相対的に回転させる回転機構をさらに備え、第1の
幅を有する被定着材に対して定着処理を行う時は、前記
励磁コイルの発生する磁束の密度が第1の値である箇所
に前記磁束遮蔽部が近接し、前記第1の幅より狭い第2
の幅を有する被定着材に対して定着処理を行う時は、前
記励磁コイルの発生する磁束の密度が前記第1の値より
高い第2の値である箇所に前記磁束遮蔽部が近接するよ
うに、前記回転機構が前記励磁コイルを回転させること
もできる。
極大発熱部の一つが存在する位置から、前記周方向に沿
って位相角αの位置にあり、前記励磁コイルの最大回転
角をβとした場合、前記αが前記βの1/2に略等しい
関係が成立することが望ましい。
て図面を参照して説明する。
子写真装置における定着装置として、誘導加熱手段を有
する定着装置201の概略構成を図27に示す。この定
着装置201は、ヒートローラ202とプレスローラ2
03とを有する。ヒートローラ202は、図示されてい
ない駆動モータにより、矢印方向に駆動される。プレス
ローラ203は、ヒートローラの回転に従って矢印方向
に回転する。ヒートローラ202とプレスローラ203
との間に、図示されていないトナーから成る画像が表面
上に形成された被定着材Pが通過する。
という薄肉の金属層を有する円筒であり、その表面には
テフロン(登録商標)等の離型層が形成されている。プ
レスローラ203は、芯203aの周囲に、シリコンゴ
ムやフッ素ゴム等の弾性体が被覆されていおる。プレス
ローラ203は、図示されていない加圧機構により、ヒ
ートローラ202に対して所定圧力を加えられて接触し
ている。この圧力により、ヒートローラ202とプレス
ローラ203とが接触する位置において、プレスローラ
203は所定幅だけ外周面が弾性変形し、ニップ部20
4を提供する。
過することにより、被定着材P上のトナーが溶融し、加
圧されて定着する。
径0.5mmの相互に絶縁された導線が複数本束ねられた
リッツ線から成り、磁場発生手段を構成する励磁コイル
211が設けられている。
タ回路、即ち励磁回路から高周波電流を供給されて磁束
を発生する。この磁束によって、磁界の変化を妨げるよ
うに、ヒートローラ202に磁束と渦電流が発生する。
この渦電流と、ヒートローラ22の固有の抵抗によって
ジュール熱が発生して、ヒートローラ202が加熱され
る。
の密度は、その励磁コイル211の特性により、ヒート
ローラ211の円周方向において均一ではない。ヒート
ローラ211の加熱温度は、励磁コイル211の磁束密
度に依存する。よって、ヒートローラ211の発熱分布
は均一ではない。
用いたヒートローラでは、発熱分布が不均一であること
に鑑み、ヒートローラの極大発熱部の位置が複数箇所存
在するようにし、かつその位置をプレスローラとの位置
で限定している。
誘導加熱定着装置の構成として、ヒートローラとプレス
ローラの縦断面を示す。ヒートローラ1は、上述したよ
うに薄肉の金属層を有する円筒であり、プレスローラ2
は、外周に弾性体が被覆されている。ヒートローラ1と
プレスローラ2とが接触する位置には、プレスローラ2
が所定幅だけ外周面が弾性変形して、ニップ部41が形
成されている。
及び3b、4a及び4bが巻かれた励磁コイルが設けら
れている。リッツ線は縦断面図として図示されたよう
に、ヒートローラ1の円周方向に対して均一に巻かれて
おらず、リッツ線が存在しない箇所、及びリッツ線4a
及び4bが存在して二重のリッツ線が存在する箇所とが
ある。
ら高周波電流を供給されて磁束を発生する。リッツ線4
a及び4bが存在する箇所は、他の箇所よりも磁束密度
が高いので、極大発熱部42及び43を構成する。図2
に、ヒートローラ1の周囲に形成される温度分布5を示
すと、極大発熱部42及び43が存在する箇所が矢印4
4、45で示されたように最も高い温度となる。
一つ43が、本実施の形態では、ヒートローラ1とプレ
スローラ2とが接触するニップ部41に対向する位置に
配置されている点に特徴がある。先ず、極大発熱箇所4
2、43が二箇所存在するため、1箇所しか存在しない
場合よりもヒートローラ1の温度を均一化させる効果が
大きい。さらに、プレスローラ2と極大発熱部43とが
近接することにより、プレスローラ2に熱が蓄積されや
すく保温効果が高まり、ウォームアップ時間が短縮され
る。
41に対する位相角度と、ウォームアップ時間との関係
を示す。図2に示された本実施の形態では、位相角は0
度である。図3及び図4に示された配置例では、極大発
熱部42、43がニップ部41に対して90度の位相を
有する。
場合が最もウォームアップ時間が短く、90度に近づく
につれてウォームアップ時間が長くなっていく。このグ
ラフより、極大発熱部42又は43とニップ部41との
位相角は、±30度、好ましくは±15度の範囲に収ま
る必要がある。
は、上記第1の実施例の構成に加えて、ヒートローラの
温度を検知する温度センサの配置を限定している。
43の少なくとも1つの近傍に、温度センサ51が配置
されている。これにより、図7に示されたように、温度
分布5において、極大発熱部42における、矢印44で
示された最も高い温度を検知することができる。従っ
て、過大なオーバシュートを防止し、過熱がもたらす各
種の異常動作を回避することができる。
1の位相角度と、温度センサ51が検出したオーバシュ
ート時の温度から極大発熱部42、43のオーバシュー
ト時の温度から差し引いた温度差との関係を示す。ここ
で、温度センサ51の極大発熱部42、43からの位相
角度は、図6に示された位置に温度センサ51がある場
合は0度、図8、図9に示された位置に温度センサ51
が配置された場合は90度とする。
くなるにつれて温度差が大きくなる。即ち、位相角度が
大きいほど、温度センサ51が検出したオーバシュート
時の温度と、極大発熱部42、43におけるオーバシュ
ート時の温度との差が大きくなる。このため、過大なオ
ーバシュートを防止することができず、過熱により様々
な機構において動作不良や故障を招くこととなる。
に、摂氏10度以内、好ましくは摂氏3度以内にする必
要がある。温度差を摂氏10度以内にするためには、図
10より±30度以内である必要があり、温度差を3度
以内にするためには±15度以内である必要がある。
2、43の少なくとも一方の位置から、±30度以内、
好ましくは±15度以内の範囲に温度センサ51を配置
している。
実施の形態の構成に加えて、さらに離型剤塗布ローラの
位置を、極大発熱部との関係で限定した構成を備えてい
る。図11に、第3の実施の形態の構成を示す。離型剤
塗布ローラ7は、ヒートローラ1の外周面にトナーが付
着することを防止するために、シリコンオイル等の離型
剤をヒートローラ1の表面に塗布するものである。離型
剤塗布ローラ7は、シリコンオイル等を含むことができ
るように、その表面には例えばフェルトが用いられてい
る。
ると、ローラに含浸された離型剤の流出量が多くなり過
ぎる。この結果、離型剤塗布ローラ7の寿命が短くなる
と共に、離型剤が被定着材に付着して画像に悪影響を与
えるおそれがある。
するために、離型剤塗布ローラ7を二つの極小発熱部5
1、52のうちの一つ51の近傍に配置している。極小
発熱部51、52は、励磁コイルが発生する磁束の密度
が最も低い部分である。極小発熱部51は、温度分布を
示した図12において矢印53、54で示されたよう
に、最も温度が低い箇所である。このような箇所に離型
剤塗布ローラ7を配置することで、過度な温度上昇を防
ぐことにより、離型剤塗布ローラ7の寿命の短縮を防止
し、さらに離型剤が被定着材上の画像に悪影響を与える
ことを防止している。
部51からの位相角度と、離型剤としてシリコンオイル
を用いた場合の流出量との関係を示す。ここで、図1
1、図12に示されたように、極小発熱部51と離型剤
塗布ローラ7との位置が最も近接している場合の位相角
度が0度であるとする。
小発熱部51と離型剤塗布ローラ7との位相角度は90
度となる。また、オイル流出量は、例えば100000
0枚の被定着材に定着処理を行った場合に、流出したシ
リコンオイルの合計量である。
える必要があるものとする。この場合には、図15に示
されたように、位相角度は30度以下である必要があ
る。従って、離型剤塗布ローラ7は、極小発熱部51の
近傍、即ち極小発熱部51から位相角度が30度以内の
位置に配置する必要がある。
の実施の形態の構成に加えて、幅が狭い被定着材を連続
的に定着した場合に、ヒートローラ1の端部の温度の上
昇を防止する構成を備えており、図16、図18及び図
20にその構成を示す。
び3b、4a及び4bから成る励磁コイルの外周との間
には、絶縁シート21が配設されている。本実施の形態
における絶縁シート21には、図20に示されたよう
に、その両端部に例えばアルミニウムが蒸着された磁束
遮蔽部22が設けられている。
うときは、ヒートローラ1の両端部付近まで存在する被
定着材の全面に加熱処理を行う必要がある。そこで、図
16に示されたように、磁束遮蔽部22は、極小発熱部
51、52の近傍に配置される。これにより、ヒートロ
ーラ1の両端部においても磁束が遮断されずに発熱し、
定着が可能である。この場合の磁束密度の分布は、図1
7に示されるようであり、極小温度部51、52におい
て磁束が存在しない。
定着材に対して連続的に定着処理する場合は、ヒートロ
ーラ1の両端部に被定着材が存在せず、熱が奪われな
い。このため、ヒートローラ1の両端部において熱が蓄
積していき、両端部の温度が中央部よりも上昇する。こ
のようなヒートローラ1の長手方向沿って温度勾配が存
在する状態で、幅が広い、例えばA3の幅の被定着材に
定着処理を行うと、均一な加熱処理ができずにオフセッ
ト等が存在する不具合画像が発生する。
する場合は、図18に示すように矢印方向に励磁コイル
を回転させ、磁束が発生する箇所の磁束を遮蔽してヒー
トローラ1が加熱されないように、磁束遮蔽部22と励
磁コイルとの相対的な位置関係を変更する。この場合の
磁束密度の分布は、図19に示されるようである。これ
により、ヒートローラ1の両端部の温度が中央部よりも
上昇し過ぎて熱が蓄積することを防止することができ
る。この結果、幅の広い被定着材に定着処理を行う場合
に、画像に不具合が発生することが防止される。
度センサ11は、図16に示されたように、極大発熱部
42からの位相角をα、図16から図18に励磁コイル
を矢印方向に回転させたときの回転角をβとした場合、
αが1/・βに略等しい位置関係に温度センサ11を配
置することが望ましい。これにより、励磁コイルの位置
にあまり影響されることなく、ヒートローラ1の温度を
検知して正常に制御することが可能である。
実施の形態の構成に加えて、ヒートローラ1の両端部の
温度上昇を防止するために、その鉄層の肉厚に関して限
定した構成を備えている。
ム層との2層構造を有している。本実施例では、ヒート
ローラ1の長手方向に沿った断面を示す図21に示され
たように、アルミニウム層31aは一定の肉厚を有す
る。そして、鉄層32aが中央部43では一定の肉厚を
有し、両端部41では中央部43よりも厚い肉厚を有
し、中央部43と両端部41との間の領域42では、中
央から両端へ向かうに従って徐々に厚くなっている。
よって、図23に示されたように、鉄層の肉厚が厚くな
るほど、単位時間当たりの温度上昇は小さくなる。よっ
て、鉄層の肉厚が厚い両端部41は、中央部43よりも
温度上昇が小さくなるので、両端部41における温度上
昇を抑制することができる。
層31aの肉厚は一定で、鉄層32aの肉厚が変化して
いる。これに対し、図22に示された構成では、鉄層3
1b及びアルミニウム層32bの全体の肉厚が、中央部
43、両端部41、その間の領域42において、全て均
一である。そして、アルミニウム層31bの肉厚が、中
央部43において厚く、両端部41において薄く、領域
42においては中央から両端へ向かうにつれて薄く変化
している。
が、中央部43において最も薄く、両端部41において
厚く、領域42においては中央から両端へ向かうにつれ
て厚く変化している。このように構成しても、図21の
構成と同様に、両端部の温度上昇を抑制することができ
る。
実施の形態に加えて、ヒートローラ1の停止位置を変化
させて、ヒートローラ1の熱疲労を防止する機構を備え
ている。
部と極小発熱部とが複数箇所それぞれ存在する。このた
め、ヒートローラ1は均一に加熱されない。この結果、
ヒートローラ1が停止しているときには図25に示され
たように、温度差は最大で例えば摂氏80度になり、不
均一な熱膨張が原因でヒートローラ1の断面が楕円形に
なる。
るベアリング内輪への応力が不均一となり、ベアリング
が消耗する。
ローラ1が回転しているときには、温度分布はほぼ均一
となる。
きの発熱分布が均一化されるように、ヒートローラ1が
停止する毎に、励磁コイルに対する相対的な停止位置が
変化するようにして、極大発熱部により最も加熱される
箇所が停止のたびに変化するようにする。これにより、
ヒートローラ1が停止しているときに、長時間に渡って
特定の部分に加熱が集中することを防ぐことができる。
示されたように、ヒートローラ1の端部に、回転機構と
して配設されたギヤ61の一部に凸状の検知用部材62
を設ける。この検知用部材62の存在をセンサ63が検
知することで、ヒートローラ1の停止位置を、停止の度
に変化させるよう制御する。
り、本発明を限定するものではない。例えば、上記実施
の形態では、ヒートローラの円周方向において極大発熱
部が2箇所存在する。しかし、3箇所以上極大発熱部が
存在してもよい。極大発熱部が3箇所以上存在すると、
ヒートローラの温度を均一化させる効果がより大きく得
られる。この場合は、この極大発熱部のいずれか一つ
が、プレスローラと対向するニップ位置から±30度、
好ましくは±15度の範囲に位置すればよい。
センサは、サーミスタ、温度ヒューズ、サーモスタット
等、いずれのセンサであってもよい。
層及びアルミニウム層は、熱伝導率が低い第1の金属層
と、相対的に熱伝導率が高い第2の金属層であればよ
く、他の金属を用いて構成してもよい。
を用いた定着装置は、ヒートローラの周方向に対して極
大発熱部を少なくとも2箇所有し、極大発熱部の少なく
とも1つが、ヒートローラとプレスローラとが接触する
ニップ部の位置から周方向に沿って±30度の範囲内に
存在するように誘導加熱手段が配置されているため、熱
効率が高く電源投入から定着動作開始までの立ち上がり
に要する時間を短縮することができる。
装置の構成を示した縦断面図。
度分布を示した説明図。
であるときの構成を示した縦断面図。
度分布を示した説明図。
ウォームアップ時間との関係を示したグラフ。
装置の構成を示した縦断面図。
度分布を示した説明図。
であるときの構成を示した縦断面図。
度分布を示した説明図。
温度センサが検知したオーバシュート時の温度を、極大
発熱部のオーバシュート時の温度から差し引いた温度差
との関係を示したグラフ。
着装置の構成を示した縦断面図。
の温度分布を示した説明図。
れた場合の構成を示した縦断面図。
の温度分布を示した説明図。
度と、シリコンオイルの流出量との関係を示したグラ
フ。
着装置の構成を示した縦断面図。
布を示した説明図。
絶縁シートに対して回転したときの構成を示した縦断面
図。
布を示した説明図。
成を示した斜視図。
着装置におけるヒートローラの長手方向の断面を示した
縦断面図。
における他のヒートローラの長手方向の断面を示した縦
断面図。
示したグラフ。
着装置の構成を示した縦断面図。
示した縦断面図。
装置が有するヒートローラ及びプレスローラの概略形状
を示す斜視図。
装置が有するヒートローラ及びプレスローラの概略形状
を示す斜視図。
Claims (3)
- 【請求項1】画像形成装置の誘導定着装置において、 表面に金属層を被覆された中空のヒートローラと、 前記ヒートローラの内部に配置され、前記ヒートローラ
に磁束を発生させて誘導加熱する誘導加熱手段と、 前記ヒートローラに対して所定の圧力を印加された状態
で接触するプレスローラと、 を備え、 前記誘導加熱手段は、前記ヒートローラの周方向に対し
て極大発熱部を少なくとも2箇所有し、 前記極大発熱部の少なくとも1つが、前記ヒートローラ
と前記プレスローラとが接触するニップ部の位置から、
前記周方向に沿って±30度の範囲内に存在するよう
に、前記誘導加熱手段が配置されていることを特徴とす
る誘導加熱定着装置。 - 【請求項2】画像形成装置の誘導加熱定着装置におい
て、 表面に金属層を被覆された中空のローラと、 前記ヒートローラの内部に配置され、前記ヒートローラ
に磁束を発生させて誘導加熱する誘導加熱手段と、 前記ヒートローラに対して所定の圧力を印加された状態
で溶融するプレスローラと、 を備え、 前記ヒートローラは前記金属層として、少なくとも第1
の熱伝導率を有する第1の金属層と、前記第1の熱伝導
率より高い第2の熱伝導率を有する第2の金属層とを含
み、 前記第1の金属層の前記ヒートローラの直径方向の肉厚
は、前記ヒートローラの長手方向の端部において長手方
向中央部よりも薄いことを特徴とする誘導加熱定着装
置。 - 【請求項3】画像形成装置の誘導加熱定着装置におい
て、 表面に金属層を被覆された中空のローラと、 前記ヒートローラの内部に配置され、励磁コイルを有
し、この励磁コイルに電流を流すことにより前記ヒート
ローラに磁束を発生させて誘導加熱する誘導加熱手段
と、 前記ヒートローラに対して所定の圧力を印加された状態
で接触するプレスローラと、 を備え、 前記ヒートローラの内面と前記励磁コイルとの間に絶縁
用シートを有し、前記絶縁用シートは前記励磁コイルが
発生する磁束を前記ヒートローラの長手方向両端部領域
に対して遮蔽する磁束遮蔽部を有することを特徴とする
誘導加熱定着装置。
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