JP2001307862A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁束発生手段の温度を検知し、該検知信号に
基づいて磁束発生手段の冷却を行うことにより、加熱性
能の向上や、省エネルギー化を図った加熱装置及び画像
形成装置を提供すること。 【解決手段】 誘導電流により発熱する加熱部材１と、
該加熱部材に供給する磁束を発生させる磁束発生手段
３，４，５，６と、該磁束発生手段３を冷却するための
冷却手段２１とを有し、該加熱部材１からの熱で被記録
材Ｐ上の画像Ｔを加熱する誘導加熱方式の加熱装置にお
いて、前記磁束発生手段３，４，５，６の温度が、規定
された第１規定温度以上になった場合に冷却を行い、該
冷却中に磁束発生手段３，４，５，６の温度が、該第１
規定温度未満に設定された第２規定温度以下になった場
合には冷却を止めることを特徴とする加熱装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式の複
写機、プリンタおよびファクシミリ等の画像形成装置お
よびそれに用いる加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の加熱装置（定着装置）にお
いては、誘導加熱コイルによって誘導磁束を発生させ、
この誘導磁束によって定着ローラの芯金内面に誘導電流
を発生させ、誘導電流に伴うジュール熱によって定着に
必要な熱を発生させる。そして定着時には、定着ローラ
と加圧ローラとのニップ部に、未定着画像を保持した記
録紙を通紙して、加圧、加熱し、未定着画像を記録紙に
定着する。

【０００３】ところで、このような誘導加熱方式の定着
装置にあっては、誘導加熱コイルのジュール発熱及び定
着ローラ内面からの熱放射のために、誘導加熱コイル周
辺の温度上昇が起こり、そのため誘導加熱コイルの電気
抵抗の上昇が発生し、必要電力が増加してしまうと言う
問題があった。

【０００４】また、このような誘導コイルの温度上昇に
よって誘導コイルの被覆が熱により溶融し、絶縁性が損
なわれてしまうという問題もあった。

【０００５】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、誘導コイルの温度上昇を
抑えるため、送風手段等の冷却機構を設けるという提案
がなされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の誘導加
熱方式の冷却機構では、誘導コイルの温度上昇を防ぐた
めに誘導コイルを冷却するが、冷却頻度は誘導コイルの
温度とは無関係であった。そのために、誘導コイルに電
力が投入されている場合には常に誘導コイルが冷却され
ていた。

【０００７】このように誘導コイルを常に冷却し続ける
ことは誘導コイルの温度が問題となる温度よりも十分に
低い温度の場合には、誘導コイルの冷却に消費される電
力が無駄に消費されてしまう。さらに、誘導コイルの温
度上昇が問題となるような連続通紙中であっても、誘導
コイルの過剰な冷却によって定着ローラ内部の雰囲気温
度よりも誘導コイルの温度が低くなると、定着ローラか
ら誘導コイルヘ熱の移動が起こる。このような場合でも
更に誘導コイルの冷却を続けることは、誘導コイルを経
由して間接的に定着ローラの内部を冷却することに繋が
る。この事は、定着器全体でより多く電力使用する事を
意味するばかりでなく、暖まった定着ローラを間接的に
冷やすと言うエネルギーの無駄使いに繋がっていた。

【０００８】そこで本発明では、磁束発生手段の温度を
検知し、該検知信号に基づいて磁束発生手段の冷却を行
うことにより、加熱性能の向上や、省エネルギー化を図
った加熱装置及び画像形成装置の提供を目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題・目的は、以
下に示す本発明によって解決・達成される。

【００１０】〔１〕：誘導電流により発熱する加熱部材
と、該加熱部材に供給する磁束を発生させる磁束発生手
段と、該磁束発生手段を冷却するための冷却手段とを有
し、該加熱部材からの熱で被記録材上の画像を加熱する
誘導加熱方式の加熱装置において、前記磁束発生手段の
温度が、規定された第１規定温度以上になった場合に冷
却を行い、該冷却中に磁束発生手段の温度が、該第１規
定温度未満に設定された第２規定温度以下になった場合
には冷却を止めることを特徴とする加熱装置。

【００１１】〔２〕：誘導電流により発熱する加熱部材
と、該加熱部材に対して圧接して配置される加圧部材
と、該加熱部材に供給する磁束を発生させる磁束発生手
段と、該磁束発生手段を冷却するための冷却手段を有し
てなる誘導加熱方式の加熱装置において、前記磁束発生
手段の温度が、規定された第１規定温度以上になった場
合に冷却を行い、該冷却中に磁束発生手段の温度が、該
第１規定温度未満に設定された第２規定温度以下になっ
た場合には冷却を止めることを特徴とする加熱装置。

【００１２】〔３〕：前記磁束発生手段が、誘導コイル
及び磁性体コアからなることを特徴とする〔１〕又は
〔２〕に記載の加熱装置。

【００１３】〔４〕：前記誘導コイル或は磁性体コアの
温度を検知する温度検知素子を有していることを特徴と
する〔３〕に記載の加熱装置。

【００１４】〔５〕：前記加熱体が中空の回転体であ
り、前記磁束発生手段が該加熱体の内側に設けられてい
ることを特徴とする〔１〕乃至〔４〕の何れか１項に記
載の加熱装置。

【００１５】〔６〕：被記録材上に形成された未定着画
像を加熱して該画像を被記録材上に熱定着させることを
特徴とする〔１〕乃至〔５〕の何れか１項に記載の加熱
装置。

【００１６】〔７〕：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〔６〕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。

【００１７】〈作 用〉上記構成とし、磁束発生手段の
温度に基づいて磁束発生手段が第１規定温度より昇温し
た場合には冷却を開始し、磁束発生手段の温度が十分に
冷えている朝一の状態で数枚コピーする（加熱処理す
る）場合等、第２規定温度より低い場合には磁束発生手
段を冷却しないように制御したこにより、適切に冷却が
行え、加熱性能の向上（定着不良の改善）や、省エネル
ギー化を図っている。

【００１８】例えば、数百枚〜数千枚の書類を連続コピ
ーする場合においては、磁束発生手段の温度が第１規定
温度以上になった後に冷却を行う。通常磁束発生手段の
温度上昇が問題となる２１０℃程度にまで上昇するには
連続使用で１０分程度の時間を要する。よってコピー枚
数が１０枚〜３０枚程度では、誘導コイルの昇温が問題
となる前にコピー動作が終了するので、冷却機構を運転
しないこととなる。

【００１９】また、トナー乗り量が少ない画像の連続コ
ピー時や、使用する被記録材の坪量が小さい場合のよう
に、定着に必要な電力が少なく、誘導コイルの温度が第
２規定温度以下になった場合には冷却を止めるので、誘
導コイルの過冷却を防止する事ができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明をさ
らに詳細に説明する。

【００２１】図１は本発明を適用したコピー機（画像形
成装置）に具備された定着器（加熱装置）の概略を示す
図である。

【００２２】図中、１は加熱部材としての定着ローラで
あり、外径３２［ｍｍ］、厚さ０．５［ｍｍ］の鉄製の
芯金シリンダに表面の離型性を高めるために例えばＰＴ
ＦＥ１０〜５０［μｍ］や、ＰＦＡ１０〜５０［μｍ］
の層を設けてもよい。

【００２３】２は加圧部材としての加圧ローラであり、
中空芯金１１と、その外周面に形成される表面離型性耐
熱ゴム層である弾性層１２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。

【００２４】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。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）Ｎでの摩擦力で従動回転す
る様に配置してある。また加圧ローラ２は定着ローラ１
の回転軸方向に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。加圧ローラ２は約２９４［Ｎ］で荷
重されており、その場合圧接部の幅（ニップ幅）は約６
［ｍｍ］になる。しかし都合によってはこの荷重の設定
を変え、ニップ幅を異ならせてもよい。

【００２５】誘導コイル３はＰＰＳ，ＰＥＥＫ、フェノ
ール樹脂等の耐熱性樹脂からなるホルダー５によって磁
性体コア４、およびステー６に保持されている。これら
の誘導コイル３、磁性体コア４、ホルダー５およびステ
ー６は、本形態の磁束発生手段を構成している。

【００２６】この磁束発生手段の誘導コイル３に１０〜
１００［ｋＨｚ］の交流電流が印加され、該交流電流に
よって誘導された磁界が、加熱部材である定着ローラ１
の内面に渦電流を流し、ジュール熱を発生させる。この
発熱量を増加させるためには誘導コイル３の巻き数を増
やしたり、磁性体コア４にフェライト、パーマロイとい
った高透磁率で残留磁束密度の低いものを用いたり、交
流電流の周波数を高くすると良い。

【００２７】該定着ローラ１の回転方向下流側の外周面
には、温度検知素子７が摺接されており、該温度検知素
子７の検知温度に基づいて制御回路（不図示）が磁束発
生手段への供給電力を調整し、該検知温度が所定の温度
（定着温度）となるように温度制御を行う。本形態にお
いては、定着ローラ１の表面温度が１９０℃で一定温度
となるようにセットした。

【００２８】搬送ガイド８は、未定着のトナー画像Ｔを
担持しながら搬送される転写材１３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。

【００２９】このような構成において、定着ローラ１が
定着温度に温調されると共に、所定の速度で回転駆動さ
れた状態で、未定着画像Ｔが形成された被記録材Ｐが入
口ガイド８に案内されてニップ部Ｎに導入され、定着ロ
ーラ１の熱とニップ圧とによって該画像Ｔが被記録材上
に定着される。

【００３０】この定着処理を連続して行った場合、定着
ローラ内側に設けられた磁束発生手段の温度も高くなっ
てくる。この場合、定着ローラ内部の温度は、表面温度
である１９０℃以上となる事が予想される。

【００３１】誘導コイル３は高温になると電気抵抗が上
がり電源効率が悪くなる。それを補うために更に電力を
投入すると、さらなる発熱を引き起こし悪循環に陥る。
また、誘導コイル３の発熱は、磁性体コア４の昇温をも
ひきおこす。磁性体コア４はキュリー温度を越えると透
磁率が極端に低くなり発熱効率が更に悪化する。なお該
磁性体コア４のキュリー温度は約２２０℃程度である。
また、誘導コイル３の被覆材にＡＩＷ（ポリアミドイミ
ド）を用いる場合には、ＵＬ規格により２２０℃以下で
使用しなければならない。

【００３２】このため、本実施形態では第１規定温度と
して２１０℃を設定し、磁束発生手段の温度がこれ以上
となったときには、冷却手段としての冷却ファン２１に
よる冷却を開始する。

【００３３】誘導コイル３と磁性体コア４に本実施形態
の形状を用いると、誘導コイル３の温度の方が高くなる
傾向にある。このため、誘導コイル３の内周面上に温度
検知素子２２を設け、温調回路２３がこの温度検知素子
２２の読み取り値に基づいて冷却の制御を行うことが望
ましい。

【００３４】磁性体コア４とホルダ５との間には通風路
２０となる空間があり、冷却ファン２１による冷却が開
始されると、図２の様に通風路２０の中を冷却空気が流
れ、冷却空気との熱交換によって誘導コイル３と磁性体
コア４の冷却を行う。

【００３５】このとき磁束発生手段の温度が定着ローラ
内部の温度より極端に低くなると、定着ローラ１の熱が
冷却で奪われる事となる。このため第１規定温度が２１
０℃である事を考慮し、第２規定温度として２０５℃を
設定し、磁束発生手段温度（温度検知素子２２の検知温
度）がこれ以下となった場合には冷却を止める。

【００３６】図３は冷却のｏｎ−ｏｆｆ制御と誘導コイ
ル３の温度、および第１、第２規定温度の関係を示した
図である。

【００３７】コピー機を立ち上げて連続コピーを行う
と、誘導コイル３の温度が次第に上昇していく。例え
ば、コピー速度が毎分３０枚程度の機械では、約２０分
程度で誘導コイル３の温度が２００℃を上回る。この誘
導コイル３の上昇温度は、被記録材Ｐの坪量が大きい場
合や、トナーの乗り量が多い場合の様に、定着温度を維
持するために必要な電力が大きくなるとより早く高い温
度になる傾向がある。また、環境温度が高い場所では冷
却効率が低下するので、誘導コイル３の温度がより高く
なる傾向にある。

【００３８】このため、冷却ファン２１の風量や冷却効
率は誘導コイル３の温度がもっとも高くなる場合を想定
して設計する。本実施形態では、２４Ｖのファンを用い
て１０００ｃｃ／ｓｅｃの風量となるように設計した。

【００３９】図４は誘導コイル冷却用冷却ファン２１の
制御フローチャートである。

【００４０】同図に示したようにプリント動作が開始さ
れると（Ｓ１）、温度検知素子２２により誘導コイル３
の温度を検出し（Ｓ２）、該検出温度を温調回路２３が
第２規定温度（２０５℃）と比較して、第２規定温度以
下であれば温度検知（Ｓ２）に戻って（Ｓ４）これを繰
り返す。

【００４１】コピーが連続して行われ、該検出温度がス
テップＳ３で第２規定温度より高くなった場合、ステッ
プＳ５で第１規定温度（２１０℃）と比較し、第１規定
温度以上となるまで温度検知を繰り返す。

【００４２】そして該検出温度が、第１規定温度以上と
なった場合には冷却ファン２１をｏｎし（Ｓ６）、冷却
を開始する。

【００４３】該冷却により誘導コイル３の温度が下が
り、ステップＳ３で検出温度が第２規定温度以下と判定
された場合には、冷却ファン２１をｏｆｆして（Ｓ４，
Ｓ７）冷却を停止する。

【００４４】以下に本発明を用いた場合の誘導コイル３
の温度及び使用される電力を、冷却無しの場合、及び従
来例（常時冷却タイプ）と比較して以下にまとめる。

【００４５】

【表１】

【００４６】表１は定着ローラが１９０℃温調の状態で
６４ｇ紙を毎分３０枚の速度で連続コピーした場合の、
一時間後における誘導コイル３の温度と定着器で使用さ
れた電力を示している。

【００４７】冷却無しでは、使用される電力は少ないが
誘導コイル３の温度は危険領域である２２０℃以上にな
ってしまう。

【００４８】従来例では、誘導コイルの温度は１７５℃
と低いが、使用電力が多くなっている。これは誘導コイ
ルの温度が定着ローラの温度よりも低いために熱の移動
が起こり、間接的に定着ローラを冷却する事によってお
こるロスである。

【００４９】本発明を用いると、誘導コイルの温度は危
険領域以上になることなく、また定着ローラ内部の温度
とほぼ熱平衡の状態を保つことが出来るので、使用電力
のロスも極小にする事が出来る。

【００５０】また、冷却を行わない場合、従来の常時冷
却タイプ、本発明、そして第１規定温度で冷却を開始し
て第２規定温度で冷却を停止しない場合、における誘導
コイル３の温度履歴を図５に示す。

【００５１】同図のように、第２規定温度以下で冷却を
停止しない場合、立ち上がり時には本発明と同じである
が、冷却を開始してしばらくすると、従来の常時冷却タ
イプと同じになってしまう。即ち、立ち上がり時の消費
電力は抑えられるが、冷却を開始した後は、熱のロスが
生じて消費電力も多くなってしまう。

【００５２】なお、本例では磁束発生手段の温度を検出
するために、誘導コイル３に温度検知素子２２を設けた
が、これに限らず磁性体コア４や、ホルダー５、ステー
６等、他の部材に温度検知素子２２を設けても良い。特
に磁性体コア４に温度検知素子２２を設けて該磁性体コ
ア４の温度を検出する場合には、該磁性体コア４がキュ
リー温度を超えないように第１規定温度を設定するのが
良い。

【００５３】以上説明したように、本実施形態によれば
磁束発生手段の温度が、規定された第１規定温度以上に
なった場合にのみ冷却を行い、第２規定温度以下になっ
た場合には冷却を止めることにより、必要な期間だけ冷
却手段を運転するようにしているので、磁束発生手段の
冷却を適切に行い、省エネルギー化を図ることができ
る。

【００５４】例えば、誘導コイル３の温度上昇が問題と
なる２１０℃程度になるまでには１０分程度の時間を要
する。よってコピー枚数が１０枚〜３０枚程度では、誘
導コイルの昇温が問題となる前にコピー動作が終了する
ので、冷却の必要がなく、冷却手段を運転しない。ま
た、冷却によって誘導コイル３が２０５℃程度に充分冷
えた場合には、冷却手段の運転を停止する。このため不
要な期間において冷却に費やす電力がなくなる。

【００５５】さらに、誘導コイル３の過昇温による絶縁
破壊や耐久劣化および、誘導コイル３の熱損失による熱
変換効率の低下を防ぐばかりでなく、誘導コイル３が過
冷却され、定着ローラ内部の雰囲気温度よりも誘導コイ
ル３の温度が低くなった場合に起こる定着ローラ１から
誘導コイル３ヘの熱の移動を極力避けることによって、
余分なエネルギーの消費を避ける事が可能となり、定着
性能の向上、および画像形成装置の省エネ化に役立つ。

【００５６】〈画像形成装置例〉図６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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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Ｔ
として顕像化される。

【００６０】一方、不図示の給紙トレイ上から給紙され
た被記録材Ｐ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との圧接ニップ部
（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、該被記録材Ｐの面
に感光ドラム３１面側のトナー画像Ｔが順次に転写され
ていく。

【００６１】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Ｔが形成された被記録材Ｐ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Ｔ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。

【００６２】なお、被記録材分離後の回転感光ドラム３
１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。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁
束発生手段の温度を検知し、該検知信号に基づいて磁束
発生手段の冷却を行うことにより、加熱性能の向上や、
省エネルギー化を図った加熱装置及び画像形成装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の定着器（加熱装置）の概略図

【図２】 本発明の加熱装置の要部斜視図

【図３】 冷却のｏｎ−ｏｆｆ制御と誘導コイル３の温
度、および第１、第２規定温度の関係を示した図

【図４】 誘導コイル冷却用冷却ファン２１の制御フロ
ーチャート

【図５】 本発明及び各比較例における誘導コイル３の
温度の説明図

【図６】 本発明の画像形成装置の概略構成図

【符号の説明】

１：定着ローラ（加熱部材） ２：加圧ローラ（加圧部材） ３：誘導コイル ４：磁性体コア（芯材） ５：ホルダー（支持部材） ６：ステー（ホルダー保持部材） ７：サーミスタ（温度検知素子） ８：搬送ガイド １０：分離爪 １１：中空芯金 １２：弾性層 １３：転写材 ２０：通風路 ２１：冷却ファン ２２：誘導コイル用サーミスタ（温度検知素子） ２３：温調回路 Ｎ：ニップ部 Ｐ：被記録材 Ｔ：トナー画像

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘導電流により発熱する加熱部材と、該
   加熱部材に供給する磁束を発生させる磁束発生手段と、
   該磁束発生手段を冷却するための冷却手段とを有し、該
   加熱部材からの熱で被記録材上の画像を加熱する誘導加
   熱方式の加熱装置において、 前記磁束発生手段の温度が、規定された第１規定温度以
   上になった場合に冷却を行い、該冷却中に磁束発生手段
   の温度が、該第１規定温度未満に設定された第２規定温
   度以下になった場合には冷却を止めることを特徴とする
   加熱装置。
2. 【請求項２】 誘導電流により発熱する加熱部材と、該
   加熱部材に対して圧接して配置される加圧部材と、該加
   熱部材に供給する磁束を発生させる磁束発生手段と、該
   磁束発生手段を冷却するための冷却手段を有してなる誘
   導加熱方式の加熱装置において、 前記磁束発生手段の温度が、規定された第１規定温度以
   上になった場合に冷却を行い、該冷却中に磁束発生手段
   の温度が、該第１規定温度未満に設定された第２規定温
   度以下になった場合には冷却を止めることを特徴とする
   加熱装置。
3. 【請求項３】 前記磁束発生手段が、誘導コイル及び磁
   性体コアからな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】 前記誘導コイル或は磁性体コアの温度を
   検知する温度検知素子を有していることを特徴とする請
   求項３に記載の加熱装置。
5. 【請求項５】 前記加熱体が中空の回転体であり、前記
   磁束発生手段が該加熱体の内側に設けられていることを
   特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の加熱装
   置。
6. 【請求項６】 被記録材上に形成された未定着画像を加
   熱して該画像を被記録材上に熱定着させることを特徴と
   する請求項１乃至５の何れか１項に記載の加熱装置。
7. 【請求項７】 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６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。