JP2001332378A - 加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の加熱装置は、加熱ローラを加熱する
効率が低下し、加熱ローラを所定の温度にするのに時間
が掛かり、大きな電力供給が必要である。自然対流に
より外部に漏れた空気が、この加熱装置を内蔵した画像
形成装置内の温度を上昇させるという課題があった。 【解決手段】 前記加熱ローラの一端を開口させ他端を
袋状に形成し、その開口に略閉鎖状に蓋状部材を固定
し、この蓋状部材の材質は、前記加熱ローラの芯金より
熱伝導率を低くしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁誘導発熱機能
を有するスリーブ状の回転体である加熱ローラと、その
加熱ローラの内側に設けら、発生させた磁束を前記加熱
ローラに作用させて、誘導電流により該加熱ローラを発
熱させる励磁コイルとを備えた加熱装置および該加熱装
置の加熱ローラに加圧ローラを圧接させて、両部材間に
未定着のトナー像を有する記録材としてのシートを通し
て該トナー像を定着する加熱定着装置を備えた電子写真
式の複写機、プリンタおよびファクシミリ等の画像形成
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の加熱装置としては、熱ロ
ーラ方式、フィルム加熱方式などの接触加熱方式が広く
用いられている。その中でも、電磁誘導発熱機能を有す
る加熱ローラに磁束を作用させ、電磁誘導作用によって
加熱ローラに渦電流を発生させ、その渦電流と加熱ロー
ラ自体の表皮抵抗によるジュール熱によって加熱する加
熱装置が提案されている。

【０００３】このように、電磁誘導作用による渦電流の
発生を利用することで発熱位置を被加熱材としてのシー
ト通過位置に近くすることができ、ハロゲンランプを用
いた熱ローラ方式の加熱装置よりも消費エネルギーの効
率アップが達成できる。

【０００４】図７はこのような電磁誘導作用を利用した
加熱装置を適用した加熱定着装置の横断面模式図、図８
はその縦断面模式図である。図中１１０はスリーブ状の
加熱ローラであり、外表面に導電性の発熱層１１０ａを
有している。この加熱ローラ１１０は、両端部を断熱ブ
ッシュ１１１、ベアリング１１２を介して装置側板１１
３に回動可能に支持されている。コイル１２０はコア１
２１に巻き付けられ、このコア１２１はステー１２２を
介して加熱ローラ１１０内に位置決め支持されている。

【０００５】加圧ローラ１３０は加熱ローラ１１０に当
接しばね１２３により加圧される。加熱ローラ１１０の
駆動は該加熱ローラに装着されたギア１４０により図示
しない入力ギアから与えられる駆動力で行われる。励磁
コイル１２０により発生された磁束を加熱ローラ１１０
の発熱層１１０ａに作用させ、この磁束による電磁誘導
作用により加熱ローラ１１０の発熱層１１０ａに渦電流
を発生させ、その渦電流と加熱ローラ自体の表示抵抗に
よるジュール熱によって発熱させることにより、加熱ロ
ーラ１１０と加圧ローラ１３０のニップ部Ｎに導入され
た被加熱材としてのシートＳを挟持搬送しつつ、発熱層
１１０ａの熱をシートに付与して加熱する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
加熱装置では、加熱ローラ両端部が開口になっているた
め、加熱ローラの発熱により暖められた空気が自然対流
によって該加熱ローラの外に漏れ、代わって加熱ローラ
内に冷たい空気が流れ込む。この結果 加熱ローラを加熱する効率が低下し、加熱ローラを所
定の温度にするのに時間が掛かり、大きな電力供給が必
要である。 自然対流により外部に漏れた空気が、この加熱装置を
内蔵した装置内の温度を上昇させる。という弊害があっ
た。

【０００７】本発明は上記のような従来の課題を解決す
るためになされたもので、加熱ローラ内部の熱が自然対
流により外部に逃げず、加熱効率がよい加熱装置を得る
こと、この加熱装置を加熱定着装置として適用して、高
品質の画像を形成することのできる画像形成装置を得る
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を有
することを特徴とする加熱装置および画像形成装置であ
る。 （１）．電磁誘導発熱機能を有するスリーブ状の回転体
である加熱ローラと、その加熱ローラの内側に設けら、
発生させた磁束を前記加熱ローラに作用させて、誘導電
流により該加熱ローラを発熱させる励磁コイルとを備え
た加熱装置において、前記加熱ローラの一端を開口させ
他端を袋状に形成し、その開口に略閉鎖状に蓋状部材を
固定し、この蓋状部材の材質は、前記加熱ローラの芯金
より熱伝導率を低くしたことを特徴とする加熱装置。 （２）．（１）において、加熱ローラは蓋状部材、軸受
を介して筐体に支持されることを特徴とする加熱装置。 （３）．（１）において、蓋状部材は加熱ローラへの駆
動伝達の一部をなすことを特徴とする加熱装置。 （４）．電磁誘導発熱機能を有するスリーブ状の回転体
である加熱ローラと、その内側に設けら、発生させた磁
束を前記加熱ローラに作用させて、誘導電流により該加
熱ローラを発熱させる励磁コイルとを備えた加熱装置に
おいて、前記加熱ローラの両端を関口させ、その両端の
開口に略閉鎖状に蓋状部材を固定し、この蓋状部材の材
質は、前記加熱ローラの芯金より熱伝導率を低くしたこ
とを特徴とする加熱装置。 （５）．（４）において、加熱ローラは蓋状部材、軸受
を介して筐体に支持されることを特徴とする加熱装置。 （６）．（４）において、蓋状部材は加熱ローラへの駆
動伝達の一部をなすことを特徴とする加熱装置。 （７）．（１）〜（５）のうちのいずれか１項に記載の
加熱装置の加熱ローラに加圧ローラを圧接させ、この圧
接部を、表面に未定着のトナー像を有するシートを通過
させ、その通過時に前記加熱ローラからの熱と前記加圧
ローラの加圧力によって、前記未定着のトナー像を前記
シートに定着させる加熱定着装置を備えたことを特徴と
する画像形成装置。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を添
付図面について説明する。 実施の形態１．図１は実施の形態１における加熱装置を
熱源とする加熱定着装置の概略縦断面図、図２はその加
熱定着装置の要部の分解斜視図、図３は加熱ローラ、加
圧ローラの層構成模型図、図４は加熱原理の説明図であ
る。図１〜図４において、この実施の形態１における加
熱装置は、芯金としての導電層（発熱層）を有する加熱
ローラ１５と、この導電層に磁場を作用させることで渦
電流を発生させて発熱させるための交番磁場発生手段１
０を有し、加熱ローラ１５と加圧ローラ２０の圧接部Ｎ
にシートＳを挟持搬送させる。

【００１０】交番磁場発生手段１０は、高透磁率コア１
７とこれに巻いた励磁コイル１８からなり、ホルダース
テー１１に支持させ、横断面Ｔ型の高透磁率コア１７の
中央脚部１７ａの下端を定着ニップ部Ｎに対応接近させ
ている。１９はコイル１８に接続した通電回路（励磁回
路）である。

【００１１】加熱ローラ１５は矢示の時計方向に所定の
速度で回転駆動される。この加熱ローラ１５の回転に伴
い、アイドルローラである加圧ローラー２０は反時計方
向に従動回転する。そして、この加熱ローラ１５と加圧
ローラ２０との圧接部ＮにシートＳが導入されること
で、このシートＳは加熱ローラ１５に密着して該ローラ
と一緒に圧接部Ｎを挟持搬送される。

【００１２】加熱ローラ１５、加圧ローラ２０の層構成
模型図を示す図３において、１５ａは加熱ローラ１５の
基層となる金属ローラ等でできた導電層であり、より好
ましくはニツケル・鉄・ステンレスといった強磁性体の
金属を用いると良い。金属の厚みは厚すぎると、熱容量
が大きくなるので立ち上がり時間がかかり、薄すぎる
と、加圧による撓みが大きくなり、交番磁場発生手段１
０とのギャップが加熱ローラ１５の母線方向に不均一に
なったり紙しわが発生するので、０．４ｍｍから１ｍｍ
ぐらいがよい。

【００１３】１５ｂはこの導電層１５ａの外面側を被覆
させたシリコーン樹脂、フッ素樹脂、フッ素樹脂シリコ
ーンゴム、フッ素ゴム等の離型性かつ耐熱性の良い耐熱
樹脂層である。

【００１４】加圧ローラー２０は、芯金２０ａの周囲に
シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性の良い弾性層２
０ｂを設け、最外層にはフッ素樹脂やシリコン樹脂とい
う耐熱性かつ離型性の優れた樹脂層２０ｃを被覆して設
けてある。交番磁場発生手段１０の高透磁率コア１７は
フェライトやパーマロイといったトランスのコアに用い
られる材料を用いるが、より好ましくは、１００ｋＨｚ
以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。

【００１５】励磁回路１９は２０ｋＨｚから５００ｋＨ
２の高周波をスイッチング電源で発生させるようになっ
ている。交番磁場発生手段１０のコイル１８に励磁回路
１９から高周波電流を供給することで、圧接部Ｎの加熱
ローラ１５の導電層１５ａの部分に磁場が作用し、その
導電層１５ａに渦電流が発生してジュール発熱を生じ、
圧接部Ｎが加熱される。

【００１６】従って、加熱ローラ１５と加圧ローラー２
０との間の圧接部ＮにシートＳを導入して挟持搬送させ
ることで、シートＳ上のトナー像が加熱定着される。こ
のような構成で磁気誘導加熱定着を行うことによって熱
容量が少なく、熱伝導に時間を要さないため、立ち上が
り時間の大幅な短縮ができる。

【００１７】この圧接部Ｎ内での加熱原理を図４につい
て説明する。励磁回路１９によってコイル１８に高周波
電流を供給すると、高透磁率コア１７に導かれて圧接部
Ｎ内で加熱ローラ１５の導電層１５ａに磁束２３と渦電
流２４を発生させる。この渦電流２４と導電層１５ａの
固有抵抗によってジュール熱が発生する。この熱をシー
トＳに供給し、トナーＴを溶融させた後、冷却して永久
固着像とする。

【００１８】加熱ローラ１５の導電層１５ａは、非磁性
の金属でも良いが、より好ましくは磁束の吸収の良いニ
ッケル、鉄、磁性ステンレス等の金属がよい。加熱ロー
ラ１５の外面側の耐熱樹脂層１５ｂは５μｍ以上２５μ
ｍまでの離型性の良いものを用いる。２５μｍ以上厚く
する事は、熱伝導を悪化させ、また塗膜の強度が低下し
たり、一回の工程で作れない、材料が多くかかるといっ
た問題の割りにメリットがなくなる。一方、５μｍ以下
は塗膜ムラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不
足するといった問題が生じる。 （構成詳細）（加熱ローラおよび蓋状部材） 実施の形態１では加熱ローラ１５の導電層１５ａとし
て、内径３０ｍｍ・肉厚０．５ｍｍ・長さ３２０ｍｍの
鉄の芯金の表面にＮｉメッキを施し、外周面に耐熱樹脂
層１５ｂとしてＰＦＡ／ＰＴＦＥの被覆層を形成したも
のを使用した。

【００１９】実施の形態１の特徴的構成として、加熱ロ
ーラ１５の一端（図１の左端）は導電層１５ａが袋状に
形成され該端部からの空気の出入りができない。この端
面に凹部１５ｃを形成し、この凹部１５ｃに軸受２８を
装着させ、ホルダーステー１１の支持軸４１を勘合する
ことで該ホルダーステーに加熱ローラ１５の一端を回転
自在に支持する。

【００２０】一方、加熱ローラ１５の他端側（図１右
端）には、キャップ状の蓋状部材２１が圧入装着されて
いる。この蓋状部材２１は加熱ローラ側に切られた切欠
溝１５ｄに該蓋状部材から出された突起部２１ａを係合
させて回転不能に固定される。また、この蓋状部材２１
は断熱性、耐熱性に優れたポリアミドイミド樹脂ででき
ており、この材質の熱伝導係数は加熱ローラ１５の導電
層１５ａの材質である鉄の熱伝導係数より小さく、断熱
効果を有する。

【００２１】蓋状部材２１はボールベアリング２２と嵌
合し、加熱ローラ１５をユニット側板４３に対して回転
自在に支持する軸受支持部２１ｂを有する。この軸受支
持部２１ｂを介して加熱ローラ１５を支持するので、ポ
一ルベアリング２２は加熱ローラ１５の熱を直接受け
ず、熱によるベアリングの故障（ベアリング内における
グリスの劣化、焼き付き等）を防止する。

【００２２】また、蓋状部材２１には先端部の円筒面に
ギア２１ｃが切られており、図示しない入力ギアより加
熱ローラ１５への駆動入力を受ける。一方、蓋状部材２
１の中央部には貫通穴２１ｄが設けられ、この貫通穴２
１ｄの加熱ローラ１５に対する組み付け側端部には軸受
２７が嵌合装着されている。この軸受２７でホルダース
テー１１の円筒部２６を加熱ローラ１５に対して回転自
在に支持する。軸受２７およびヒーターホルダの円筒部
が蓋状部材２１の穴部２１ｅ，２１ｆに装着されること
により、円筒内の電線を通したあとの隙間を除いて、加
熱ローラ１５の右端部も外部と遮断される。 （加圧ローラ）加圧ローラー２０として、外径３０ｍｍ
の芯金２０ａの上に、耐熱弾性層２０ｂとして層厚２ｍ
ｍ・面長３２０ｍｍのシリコーンゴム層を設け、その上
に耐熱樹脂層２０ｃとしてＰＦＡ／ＰＴＦＥの被覆層を
形成したものを用いた。加圧ローラ２０は加圧手段とし
てのばね５０により加熱ローラ１５へ１０Ｋｇｆの力で
付勢され加熱ローラ１５の回転に伴い従動回転する。 （交番磁場発生手段）ホルダーステー１１はフェノー
ル、ＰＰＳ，ＰＩ，ＰＡＩ，ＰＢＴ等の耐熱樹脂ででき
ており、コイル１８、ホルダーステー１１、コア１７、
およびガイドステー１２で１ユニット１０を構成してい
る。コイル１８はコア１７に固着したＰＰＳのガイドス
テー１２の外面に沿って円弧状の断面を形成するように
７回巻かれている。

【００２３】また、このコイル１８には１４０Ｖの直流
電圧が２５０ｋＨの周期で、オンデューティーが５０％
になるように印加される。ホルダーステー１１の両端部
は前記したように軸受２７，２８により支持される。コ
イル電線を引き出す右端部は、パイプ状の円筒部１１ａ
を持ち、外径部を軸受２７が支持し、円筒部内を電線が
通っている。円筒部１１ａの先端部は円弧の一部が切り
取られたＤカット形状２６をしており、ステー４２に開
けられたＤ形穴４２ａと嵌合し、ホルダーステー１１の
回転止めとして機能する。

【００２４】上記構成により、加熱ローラ１５は両端部
に最小限の開口部しか持たないため、加熱ローラ内部の
熱を持った空気が自然対流により外部に逃げるのを最小
限に抑えることができる。その結果 １．加熱ローラの加熱効率が良くなり、加熱ローラの温
度上昇がすばやくなされ、消費電力の低減、ウエイトタ
イムの短縮が可能である。 ２．逃げた熱気が加熱装置の外部の温度を上げることが
なくなるので、この加熱装置を熱源とする加熱定着装置
を備えた画像形成装置内の昇温を抑えることができる。

【００２５】蓋状部材が加熱ローラの芯金としての導電
層より熱伝導率が低くしたことにより、 １．加熱ローラの熱気を外部に出さない加熱機能。 ２．加熱ローラの導電層の熱をボールベアリングに直接
伝えない断熱機能。 ３．加熱ローラに駆動を与える駆動力伝達機能。 の３つの機能を挙ねることで部品点数を減らし、装置の
簡略化をはかることができる。 （第２の実施例）図５は本発明の第２の実施例による加
熱装置の概略断面図を示すもので、前記第１の実施例と
同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図
５において、加熱ローラ１５ｂはスリーブ状で両端が開
放されている。この一端側開口は前記第１，２図に示し
た蓋状部材２１で密閉し、他端側開口は外部から蓋状部
材２９ｂで密閉する。この蓋状部材２９ｂの材質はポリ
アミドイミドで、中心部内側に軸受２８を保持し、ホル
ダーステー１１の１端を支持する。この蓋状部材２９ｂ
は加熱ローラ１５ｂを支持するベアリング２２ｂと該加
熱ローラの間に狭まることで断熱部材を兼ねる。この第
２の実施例による効果は、第１の実施例と同じである。 実施の形態３．図６は本発明の画像形成装置の概略構成
を示す電子写真方式を採用した複写機の断面図である。
この複写機は走査光学系を有するリーダー部１で読み取
った画像情報を、光電変換して画像形成部２に転送し、
給紙部３によって給送されたシートＳに画像形成部２に
おいて画像形成が行われる。画像形成後のシートＳは定
着装置４に搬送され、熱および圧力を印加されてシート
上の未定着トナー像が該シートに定着される。以下、各
部を詳細に説明する。

【００２６】（リーダー部１）原稿台ガラス１ａに載置
された原稿Ｄは、光源及び反射ミラー群を有する走査光
学系１ｂにより光照射され、その反射光は縮小レンズ１
ｃを介してＣＣＤ１ｄに結像され光電変換がなされ、こ
の画像情報は画像形成部２に転送される。

【００２７】（画像形成部２）上記リーダー部１によっ
て読み取られた画像情報に基ずき、レーザー発光部２ａ
はレーザー光を発光し、ポリゴンミラー２ｂの回転によ
って感光ドラム２ｃの母線方向に走査させ、予め帯電器
２ｄによって帯電させてある感光ドラム２ｃの表面に潜
像を形成する。この潜像は感光ドラム２ｃの周囲に設け
た現像機２ｅによって現像され、レジストローラ対２ｆ
によって、感光ドラム２ｃに対するトナー像形成と同期
取りして搬送されたシートＳに、転写帯電器２ｇによっ
て未定着のトナー像が転写される。画像転写後に感光ド
ラム２ｃの表面に残留するトナーはクリーニング器２ｈ
によって除去され該感光ドラムは順次画像形成に供され
る。尚本実施例では露光部レーザービームプリンタ方式
を採用しているが、照明光学方式を用いてよい。

【００２８】（給送部３）複写機の下部にはサイズの異
なるシートＳを積載収納した給紙カセット３ａ、３ｂが
着脱可能に装着されており、ピックアップローラ３ｃ，
３ｄによって１枚づつ給送を行なう。仮に複数枚のシー
トＳをピックアップしてしまった場合でも、搬送ローラ
３ｅ，３ｆ及びリタードローラ３ｆ，３ｈに挟持された
ときに、図示しないトルクリミッタを介して搬送方向と
は逆方向に駆動するリクードローラ３ｆ，３ｈによって
最上側の１枚のみが給送され重送されることはない。

【００２９】（定着部４）画像形成部２においてトナー
像を転写されたシートＳは、搬送ベルト８によって前記
第１、第２の実施例に示した加熱装置を熱源とする加熱
定着装置４に導かれ、加熱ローラ１５と加圧ローラ２０
間を通過する際に熱および圧力が印加されてトナー像を
シートＳに融着させる。

【００３０】（排出部５）画像定着後のシートＳは、排
出ローラ対５ａ，５ｂを介して装置外へ排出される。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、加熱ロ
ーラの少なくとも一端部に支持軸を通す最小限の開口部
しか有しないように構成したので、加熱ローラ内部の熱
が自然対流により外部に逃げず加熱効率がよくなり、加
熱ローラの温度上昇が素早くなされ、且つ、消費電力を
減らすことが可能である。その結果、加熱装置の外部の
昇温を最小に抑えることが可能である。

【００３２】また、加熱ローラの開口端部を密閉する蓋
状部材を加熱ローラの芯金としての導電層より熱伝導率
が低い部材としたので、 加熱ローラが熱を外部に出さない遮熱機能。 加熱ローラと軸受の間に断熱部材が入ることで、加熱
ローラの熱を軸受けに直接伝えない断熱機能。 加熱ローラに駆動を与える駆動力伝達機能。 の３つの機能を兼ねることで部品点数を減らし、装置の
簡略化をはかることができる。

【００３３】また、加熱部材と加圧部材との圧接部を、
表面に未定着トナー像を有するシートを通過させ、その
通過時に前記加熱部材からの熱と前記加圧部材の加圧力
によって、前記未定着のトナー像を前記シートに定着さ
せる加熱定着装置として、上記の加熱装置を適用したの
で、ウォームアップタイムの短縮を図ってユーザの操作
性を向上させるとともに、定着を確実強固に行って高品
質の画像を形成できるた画像形成装置を得ることができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１における加熱装置を熱源とする加
熱定着装置の縦断面図である。

【図２】その加熱定着装置の要部の分解斜視図である。

【図３】加熱ローラ、加圧ローラの層構成模型図であ
る。

【図４】加熱原理の説明図である。

【図５】実施の形態２における加熱定着装置の縦断面図
である。

【図６】本発明の画像形成装置の概略構成を示す図であ
る。

【図７】従来の加熱定着装置を示す横断面模式図であ
る。

【図８】その加熱定着装置の縦断面模式図である。

【符号の説明】

１５ 加熱ローラ １５ａ 芯金（導電層） １８ 励磁コイル ２０ 加圧ローラ ２１ 蓋状部材 ２９ｂ 蓋状部材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁誘導発熱機能を有するスリーブ状の回
   転体である加熱ローラと、その加熱ローラの内側に設け
   ら、発生させた磁束を前記加熱ローラに作用させて、誘
   導電流により該加熱ローラを発熱させる励磁コイルとを
   備えた加熱装置において、前記加熱ローラの一端を開口
   させ他端を袋状に形成し、その開口に略閉鎖状に蓋状部
   材を固定し、この蓋状部材の材質は、前記加熱ローラの
   芯金より熱伝導率を低くしたことを特徴とする加熱装
   置。
2. 【請求項２】請求項１において、加熱ローラは蓋状部
   材、軸受を介して筐体に支持されることを特徴とする加
   熱装置。
3. 【請求項３】請求項１において、蓋状部材は加熱ローラ
   への駆動伝達の一部をなすことを特徴とする加熱装置。
4. 【請求項４】電磁誘導発熱機能を有するスリーブ状の回
   転体である加熱ローラと、その内側に設けら、発生させ
   た磁束を前記加熱ローラに作用させて、誘導電流により
   該加熱ローラを発熱させる励磁コイルとを備えた加熱装
   置において、前記加熱ローラの両端を開口させ、その両
   端の開口に略閉鎖状に蓋状部材を固定し、この蓋状部材
   の材質は、前記加熱ローラの芯金より熱伝導率を低くし
   たことを特徴とする加熱装置。
5. 【請求項５】請求項４において、加熱ローラは蓋状部
   材、軸受を介して筐体に支持されることを特徴とする加
   熱装置。
6. 【請求項６】請求項４において、蓋状部材は加熱ローラ
   への駆動伝達の一部をなすことを特徴とする加熱装置。
7. 【請求項７】請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項
   に記載の加熱装置の加熱ローラに加圧ローラを圧接さ
   せ、この圧接部を、表面に未定着のトナー像を有するシ
   ートを通過させ、その通過時に前記加熱ローラからの熱
   と前記加圧ローラの加圧力によって、前記未定着のトナ
   ー像を前記シートに定着させる加熱定着装置を備えたこ
   とを特徴とする画像形成装置。