JP2002031971A

JP2002031971A - 定着装置

Info

Publication number: JP2002031971A
Application number: JP2000217499A
Authority: JP
Inventors: Tetsuko Oomoto; 大本　　哲子; Miho Toyoda; 豊田　　美帆
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2000-07-18
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】定着画像を形成する過程で要請される各種モ
ードの変更、特に通紙サイズの変更時でも常に良好な定
着画像が得られ、かつ不用の電力を浪費せず省電力が達
成される定着装置の提供。【解決手段】導電性部材からなる中空円筒状の発熱体
と、交番電流を供給する電源とコイルとを含む加熱手段
を有する定着装置において、該コイルは、発熱体の幅手
方向の中央付近を加熱するコイルと、両側の端部を加熱
するコイルとに分れており、これらのコイルの少なくと
も１つは発熱体の外側に配置されていることを特徴とす
る定着装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真法の複写
機、プリンター、ファクシミリ等において用いられる定
着装置に関し、さらに詳しくは、電磁誘導を利用してト
ナー像を担持した記録体等の被加熱体を、電磁誘導を利
用して加熱定着する定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁誘導を利用した定着装置は、通常、
電磁誘導を利用した加熱手段と該加熱手段に圧接して回
転する加圧手段とを有し、該加熱手段と加圧手段とによ
り、トナー像を担持した記録体を挟持搬送して定着が行
われる。上記加熱手段は、ロール又はベルト状の回転す
る発熱体の内部にスプリング状コイル又は縦巻コイルと
必要によりコアを有し、該コイルには好ましくは５ｋＨ
ｚ以上の高周波の交番電流を供給して交番磁束を発生さ
せて、該発熱体に渦電流を誘起させ、その渦電流損によ
る発熱により加熱定着する手段であり、加圧手段の弾性
的圧接下に記録体上ヘのトナー像の加熱定着が行なわれ
る。

【０００３】上記電磁誘導を利用した定着装置は、従来
の赤外線ヒーターやニクロム線ヒーター等を用いた定着
装置に比して、小形軽量で、火災等の恐れがなく、電力
消費に無駄がなく、高周波交番電流の供給と共に早い立
ち上がりで加熱定着できる等優れた特性を有するため、
近時電磁誘導を利用した定着装置に関する研究開発が進
められ、それに伴って、例えば特開昭５４−３９６４５
号公報（公報１）及び特開平９−１０６２０７号公報
（公報２）等に電磁誘導を利用した定着装置に関する種
々の技術が提案されている。

【０００４】公報１は、スプリング状に巻かれたコイル
に高周波交番電流を供給し、その外周に回転する導電性
強磁性体からなる発熱体に過電流を発生させて加熱する
定着装置用の加熱手段に関するものであり、該加熱手段
のコイルは発熱体の幅手方向の中央付近で粗に、その両
端付近で密に巻装されており、そのことにより発熱体表
面が幅手方向で均一に加熱されることが記載されてい
る。

【０００５】また、公報２は、複数に分割されたコアの
それぞれにコイルを縦巻きに巻装し、該コイルに高周波
交番電流を供給し、その外周を回転する導電性強磁性体
からなる発熱体に渦電流を発生させて加熱する定着装置
に関するものであり、該コイルは発熱体の幅手方向の中
央付近では互いに並列に接続し、この並列に接続された
コイルに対して幅手方向の両端部のコイルを直列に接続
し、そのことにより発熱体の幅手方向の温度分布を均一
にすることができることが記載されている。

【０００６】しかしながら、公報１、公報２及びその他
の従来の電磁誘導を利用した定着装置は、あくまで一定
モードで定着画像の形成を行う場合の温度分布の均一化
を目的としたものであり、定着画像を形成する過程で要
請される各種モードの変更時、例えばウオームアップ
時、大サイズ通紙時、小サイズ通紙時、待機時等、発熱
体の幅手方向で要請される様々な消費電力分布に対応す
ることができず、特に大サイズ通紙時、紙端部の温度が
低すぎて定着不良を生じたり、小サイズ通紙時、非通紙
部の温度が高くなり過ぎて不用の電力を消費する等の問
題を生ずることが多かった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みて提案されたものであり、その目的とするところは定
着画像を形成する過程で要請される各種モードの変更、
特に通紙サイズの変更時で定着不良を生ぜず、常に良好
な定着画像が得られ、かつ不用の電力を浪費することが
なく省電力が達成される定着装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的は下記構成に
より達成される。

【０００９】（１）導電性部材からなる中空円筒状の発
熱体と、交番電流を供給する電源とコイルとを含む加熱
手段を有する定着装置において、該コイルは、発熱体の
幅手方向の中央付近を加熱するコイルと、両側の端部を
加熱するコイルとに分れており、これらのコイルの少な
くとも１つは発熱体の外側に配置されていることを特徴
とする定着装置。

【００１０】（２）前記両側の端部を加熱するコイルが
直列に接続されていることを特徴とする前記１に記載の
定着装置。

【００１１】（３）前記発熱体の幅手方向の中央付近を
加熱するコイルと、両側の端部を加熱するコイルとが個
々に独立した電源から電力が供給され、独立に制御され
ることを特徴とする前記１又は２に記載の定着装置。

【００１２】（４）導電性部材からなる中空円筒状の発
熱体と、交番電流を供給する電源と、コアと、縦巻コイ
ルとを含む加熱手段を有する定着装置において、該コア
が移動可能に設定されていることを特徴とする定着装
置。

【００１３】（５）前記コアが発熱体の幅手方向で複数
個に分割されており、少なくとも１つのコアが幅手方向
に移動可能に設定されていることを特徴とする前記４に
記載の定着装置。

【００１４】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
定着装置は、電子写真等において定着画像を形成する過
程で要請される各種モードの変更時、例えばウオームア
ップ時、大サイズ通紙時、小サイズ通紙時、待機時等、
発熱体の幅手方向で要請される様々な消費電力分布に対
応することができる高周波電磁誘導方式の定着装置であ
り、そのため発熱体の幅手方向の中央付近のコイルでの
電磁誘導と、両端部での電磁誘導とを定着画像形成モー
ドに対応して自在に制御できるように構成した点に特徴
が有る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の定着装置の実施の
形態を図を用いて説明する。

【００１６】図１は請求項１及び請求項２の定着装置の
内、スパイラル状コイルを用いた加熱手段１を有する定
着装置の説明図であり、図１（ａ）は該定着装置の斜視
図である。図１（ａ）において、加熱手段１では外部コ
イル装置２と熱ロール３とに分れており、外部コイル装
置２ではボビン２１の中央部付近にスパイラル状コイル
２２が巻装され、該コイル２２は結合線２４を介して高
周波交流電源２５に結合されていおり、ボビン２１は図
示しない定着装置の支持板に固定金具により固定支持さ
れている。一方熱ロール３ではボビン３１の両端部付近
にスパイラル状コイル３２及び３３が巻装され、両コイ
ルは直列で結合線３４を介して高周波交流電源３５に結
合されており、ボビン３１は同様に図示しない定着装置
の支持板に固定金具により固定支持されている。さら
に、上記熱ロール３では、定着装置の支持板にボールベ
アリング等の軸受けを介して円筒状の発熱体３６が回転
可能に枢着されている。

【００１７】加圧手段（以後加圧ロールともいう）４は
上記熱ロール３との圧接挟持下に、例えばトナー像を担
持した記録体Ｐを搬送して加熱定着を行うものであり、
図示しないギヤ、モーター及び減速装置等により回転駆
動される。なお、図１（ｂ）は図１（ａ）の熱ロール３
の軸に垂直でＡ−Ａ′線を含む面に沿った断面図を表
し、図１（ｃ）は外部コイル装置２のコイル２２及び熱
ロール３のコイル３２、３３の配線図を表す。

【００１８】外部コイル装置２及び熱ロール３のボビン
２１及び３１は、通常プラスチック製円筒であり、電源
２５、３５は５ｋＨｚ以上、好ましくは１０〜２００ｋ
Ｈｚの高周波電源である。電源の周波数をこの範囲とす
ることにより、騒音がなく、コイルの電力ロスが少な
く、周辺への放射ノイズが少ない等の利点を有する。上
記コイルへの高周波電流の印加により熱ロール３の矢印
方向に回転する発熱体３６には渦電流が発生して発熱
し、該熱ロール３に圧接して回転する加圧ロール４との
挟持下にトナー像を担持した記録体Ｐが定着される。な
お、上記発熱体３６はコイルからの交番磁束により渦電
流を効果的に発生するものが好ましく、熱伝導性及び導
電性に優れた金属磁性材料例えば鉄、鉄とニッケル、コ
バルト等との合金が好ましく用いられる。また、コイル
材料としては銅又はアルミニウム等の細線を複数本撚り
合わせたリッツ線を用いるのが好ましく、その場合コイ
ルの発熱が少なく、磁気発生効率、及び発熱体の発熱効
率が優れている等の利点を有する。

【００１９】なお、上記定着装置では、外部コイル装置
２のボビン２１の中央付近にコイル２２を設け、熱ロー
ル３のボビン３１の両端部付近にコイル３２、３３を配
設したが、本発明の定着装置の実施の形態は、これに限
定されるものではなく、コイル２２、３２、３３の内の
少なくとも１つを外部コイル装置２に設け、残りのコイ
ルを熱ロール３のボビン３１に設けてもよい。

【００２０】図２は請求項１及び請求項２の定着装置の
内、縦巻コイルを用いた加熱手段１を有する定着装置の
説明図であり、図２（ａ）は該定着装置の斜視図であ
り、図２（ｂ）は図２（ａ）の定着装置の熱ロール３の
軸に垂直でＢ−Ｂ′線を含む面に沿った断面図であり、
図２（ｃ）は縦巻コイル２６、２７、３７の配線図であ
り、図１と同一内容には同一符号が付される。図中２
８、２９は外部コイル装置２のボビン２１内に組み込ま
れたコアであり、２６、２７はコア２８、２９に巻装さ
れた縦巻コイルである。また、３８は熱ロール３のボビ
ン３１内に組み込まれたコアであり、３７はコア３８に
巻装された縦巻コイルである。上記ボビン３１及び２１
内に組み込まれたコアとしては、透磁率の大きい強磁性
体材料、例えばフェライト、マグネタイト、フェマタイ
ト等の鉄酸化物、その他積層鋼板が好ましく用いられ
る。

【００２１】縦巻コイルを用いた図２の定着装置は、図
１のスパイラル状コイルを用いた定着装置の場合と同様
に高周波交流電源２５、３５に接続され、電磁誘導によ
り熱ロール３の発熱体３６が加熱され、該熱ロール３と
加圧ロール４との挟持搬下にトナー像を担持した記録体
Ｐが加熱定着される。

【００２２】なお、上記図２の定着装置では、外部コイ
ル装置２のボビン２１の両端部付近にコイル２６、２７
を設け、熱ロール３のボビン３１の中央部付近にコイル
３７を配設したが、本発明の実施の形態は、これに限定
されるものではなく、コイル２６、２７、３７の内の少
なくとも１つを外部コイル装置２に設け、残りのコイル
を熱ロール３のボビン３１に設けてもよい。

【００２３】又、図２以降の各図では、発明を分かり易
くするため、外部コイル装置２及び熱ロール３のボビン
２１、３１、発熱体３６は２点鎖線で表し、コア２８、
２９、３８及びコイル２６、２７、３７は実線で表すよ
うにした。

【００２４】図３は図２の変形例を示す断面図であり、
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図２（ａ）のコア及びコ
イルの他の変形例を示す断面図である。図３（ａ）は外
部コイル装置２のコア２８及び熱ロール３の内部コア３
８の外周にコの字型のボビン２１及び３１を設け、該ボ
ビン２１及び３１の外周にコイル２６及び３７を巻装し
た例である。

【００２５】また、図３（ｂ）は図３（ａ）をさらに改
良したものであり、図３（ａ）の外部コイル装置２のコ
ア２８をＥの字型とし、図示の位置にコイル２６を巻装
したものである。外部コイル装置２を図３（ｂ）の如く
設計することにより、コイル２６から発する交番磁束が
無駄なく発熱体に印加され、発熱体３６をより効果的に
加熱することができる。

【００２６】図１、図２、図３の定着装置では、発熱体
３６の中央付近を加熱するコイルと両端部付近を加熱す
るコイルとが異なるボビンに巻装されており、そのため
相互の干渉による磁界の減退や消滅等の障害がなく、そ
れぞれ独自に温度制御を行うことが可能であり、発熱体
３６の温度分布の適性制御を容易に行うことができる。
さらに好ましくは発熱体３６の中央付近を加熱するコイ
ルと両端部付近を加熱するコイルとの電源を別電源と
し、かつ両端部電源を直列に結合することにより発熱体
３６の温度分布の適性制御がさらに容易となる。

【００２７】以下、図４は図１、図２、図３の定着装置
の温度制御を説明する図である。上記図１、図２、図３
の定着装置において発熱体３６の内面に設けられたＳ
１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は温度センサーであり、定着工程
において紙サイズ変更等の条件変更があった場合、該温
度センサーにより発熱体３６の温度分布の適、不適をチ
ェックし、不適の場合ＣＰＵを介して高周波交流電源２
５、３５の電流制御を行うことにより、発熱体３６の温
度分布の適正化を達成することができる。図４（ａ）は
発熱体３６の温度分布の制御の方法を説明する図であ
り、図１、２の場合と同一内容には同一符号が付され
る。図４（ａ）において例えば、紙サイズが大サイズＰ
１から小サイズＰ２に変更があった場合、予め適性温度
分布が記憶されたメモリーからの信号と、センサーＳ
１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４からの温度分布信号とが比較さ
れ、メモリーの温度分布になるようＣＰＵを介して電源
２５、３５の電流制御を行い、温度分布の改善が行なわ
れる。図４（ｂ）は改善前の発熱体３６の温度分布を、
図４（ｃ）は改善後の発熱体３６の温度分布を表す。

【００２８】改善前の図４（ｂ）は、紙サイズをＰ１か
らＰ２に変更した場合、両端部の温度が高すぎて温度分
布が悪く、部品を傷めたり、定着不良を生じたり、無用
の電力を消費したりする等の問題が発生しやすい等好ま
しくないが、改善後の図４（ｃ）は温度分布が平均して
いて均一な定着性を有し、無用の電力消費がなく優れて
いる。

【００２９】図５は図２の定着装置の各コイルをそれぞ
れ独立の電源に結合して独立に制御するようにした配線
図であり、図２の定着装置の外部コイル装置２のコイル
２６、２７及び熱ロール３の内部コイル３７の配線を、
図２（ｃ）の配線図に代えて図５の配線図とした点に特
徴がある。即ち、外部コイル装置２のコイル２６、２７
及び熱ロール装置３の内部コイル３７のそれぞれを別々
の電源に結合することにより、図４で説明した発熱体３
６の温度分布をよりフラットなものにし、定着効率及び
省電力効果を改善するものである。

【００３０】図６は請求項４及び請求項５の定着装置の
実施の形態を説明する図であり、図６（ａ）はコイル内
のコアの移動により発熱体の温度分布を均一化する定着
装置の斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の熱ロー
ル３の軸に垂直でＣ−Ｃ′線を含む面に沿った断面図で
あり、図２と同一内容には同一符号が付される。図６の
定着装置は、発熱体３６の温度分布を、固定された縦巻
きコイル３７に対して該コイル内のコアを移動させるこ
とにより制御するものであり、例えば紙サイズがＰ１か
らＰ２に変更された場合は、温度センサーＳ１、Ｓ２、
Ｓ３、Ｓ４により測定される温度分布に図４（ｂ）のよ
うな不適性な温度分布が測定されたとき、本実施例では
紙サイズＰ２の場合の適性な温度分布を予め記憶させて
あるメモリーとの比較において、コア３８１及び３８３
を移動させることにより、発熱体３６に図４（ｃ）の場
合のような適性な温度分布を与えるようにしている。即
ち熱ロール３の内部コイル３７には複数のコア３８１、
３８２、３８３が組み込まれており、コア３８１及び３
８３はラックＲ１及びＲ２を有するコア支持体３８４及
び３８５により移動可能に支持されており、該コア支持
体３８４及び３８５のラックＲ１及びＲ２はモーターＭ
１及びＭ２により回転されるピニオンギアＧ１及びＧ２
と噛み合い、左右（ｋ１方向及びｋ２方向又はそれらの
逆方向）に移動するよう駆動される。

【００３１】図７は図６の定着装置をさらに改良した定
着装置の例であり、図６と同一内容には同一符号が付さ
れる。図６の定着装置の場合は分割されたコイルが同一
軸線上に配列されているため、軸方向の移動量が小さ
く、発熱体３６の温度分布の制御範囲が狭かったが、図
７の定着装置はコア３８１、３８２、３８３のうち、コ
ア３８１及び３８３を図中奥側の同一軸線上に移動可能
に位置させ、コア３８２を図中手前側の別の軸線上に配
置させる構成としている。ここで、コア３８１及び３８
３をｋ１及びｋ２方向に移動させてコア３８２の幅手方
向よりも内側にまで移動できるようにすることにより発
熱体３６の温度分布を広い範囲で制御することが可能と
なる。例えば紙サイズがＢ４横からＡ４横に変化し、温
度センサーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４により測定された温
度分布が図４（ｂ）のような不適性な温度分布が測定さ
れたとき、紙サイズＡ４横の適性な温度分布を予め記憶
させてあるメモリーとの比較において、コア３８１及び
３８３を図示しない制御手段（図６の制御手段又はその
他の任意の制御手段）によりｋ１方向及びｋ２方向に移
動させることにより、発熱体３６に図４（ｃ）の場合の
ように適性な温度分布を容易に与えることができる。

【００３２】

【発明の効果】実施の形態により実証されたように本発
明の定着装置によれば、定着画像を形成する過程で要請
される各種モードの変更、特に通紙サイズの変更時でも
常に良好な定着画像が得られ、かつ不用の電力を浪費せ
ず省電力が達成される等優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】スパイラル状コイルを用いた加熱手段を有する
定着装置の説明図である。

【図２】縦巻コイルを用いた加熱手段を有する定着装置
の説明図である。

【図３】図２の定着装置の変形例を示す断面図である。

【図４】図１、図２、図３の定着装置の温度制御を説明
する図である。

【図５】各コイルをそれぞれ独立の電源に結合して独立
に制御するようにした配線図である。

【図６】請求項４及び請求項５の定着装置の実施の形態
を説明する図である。

【図７】図６の定着装置をさらに改良した定着装置の例
である。

【符号の説明】

１加熱手段２外部コイル装置２１，３１ボビン２２，３２，３３スパイラル状コイル２４，３４結合線２５，３５高周波交流電源２６，２７，３７縦巻コイル２８，２９，３８，３８１，３８２，３８３コア３熱ロール３６発熱体３８４，３８５コア支持体３８６，３８７ラックＲ１、Ｒ２のスライドレール４加圧ロール４１軸４２弾性体層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４温度センサーＲ１，Ｒ２ラックＧ１，Ｇ２ピニオンギアＭ１，Ｍ２モーターｋ１，ｋ２コア３８１、３８３の移動方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性部材からなる中空円筒状の発熱体
と、交番電流を供給する電源とコイルとを含む加熱手段
を有する定着装置において、該コイルは、発熱体の幅手
方向の中央付近を加熱するコイルと、両側の端部を加熱
するコイルとに分れており、これらのコイルの少なくと
も１つは発熱体の外側に配置されていることを特徴とす
る定着装置。
【請求項２】前記両側の端部を加熱するコイルが直列
に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の定
着装置。
【請求項３】前記発熱体の幅手方向の中央付近を加熱
するコイルと、両側の端部を加熱するコイルとが、個々
に独立した電源から電力が供給され、独立に制御される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】導電性部材からなる中空円筒状の発熱体
と、交番電流を供給する電源と、コアと、縦巻コイルと
を含む加熱手段を有する定着装置において、該コアが移
動可能に設定されていることを特徴とする定着装置。
【請求項５】前記コアが発熱体の幅手方向で複数個に
分割されており、少なくとも１つのコアが幅手方向に移
動可能に設定されていることを特徴とする請求項４に記
載の定着装置。