JP2002174971A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着装置における電磁誘導加熱用コイルのコ
イル同士及びコイル芯材の固定を確実とする。 【解決手段】 導体で構成された金属層を持つエンドレ
ス部材に近接配置した芯材に巻回された電磁誘導コイル
に交流電流を流し、このエンドレス部材を発熱させて被
定着部材を加熱する構成の誘導加熱を用いた定着装置に
おいて、前記電磁誘導コイル同士及び前記芯材と前記コ
イルとは、それぞれ、前記コイルの巻回後に塗布した変
性シリコン樹脂を主成分とする樹脂によって固定されて
いることを特徴とする誘導加熱を用いた定着装置として
構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、電子写真
装置、静電複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置に
おいて、用紙等の被定着材にトナー像等の画像を定着す
るのに用いられる誘導加熱を用いた定着装置に関するる

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真装置の定着装置では、一
般に次のようにしていた。即ち、加熱源としてハロゲン
ランプ等を用い、これを金属製の加熱ローラの内側に設
置し、この加熱ローラを加熱する。この加熱ローラに対
向、圧接状態に、少なくとも表面を弾性材とした加圧ロ
ーラを設置する。これらの２つのローラによって形成さ
れる互いに接触するニップ部の間を被定着物としての用
紙を通過させる。この通過時に、用紙上のトナー像を溶
融、定着させる。また、これと異なる従来の方法として
は、フラッシュランプを用い、用紙をこれに対して非接
触で加熱して定着させるものもある。さらに、これらの
効率改善策を施したものとして、特開平８−７６６２０
号公報に示されるような磁場発生手段とベルトとを組み
合わせた定着装置や、特開昭５９−３３４７６号公報に
示される加熱部材としてセラミックスを用いた定着装置
等が知られている。さらに、従来のものとしての誘導コ
イルによる誘導加熱を応用した定着装置においては、加
熱ローラを均一に加熱する必要がある。均一な加熱の実
現のために加熱効率を最適化するには、誘導コイル自体
の構成について工夫して最適なものにする必要がある
が、これは実際上は著しく困難である。さらに、加熱ロ
ーラの均一な加熱という点に関連し、加熱ローラを軸方
向（幅方向）にも温度むらがないようにする必要があ
る。従来のハロゲンランプヒータを用いた装置にあって
は、配光特性を変更することによって対応していた。誘
導加熱定着装置においても、これと同様の効果を期待す
るための何んらかの対策が必要となる。この誘導加熱用
のコイルを、既存のモータ等のコイルと比較すると、使
用環境は互いに大きく異なる。このため、モータ等のコ
イルと異なり、誘導加熱のコイルの形状は、特に耐熱を
考慮して選定する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の誘導加
熱を応用した定着装置におけるコイルは、一般の調理器
等におけるコイルよりも高熱の環境下で用いられる。而
して、上記調理器等のコイルにおいては、コイル同士を
一体化して固定したり、コイルをその芯材と一体化して
固定したりするのに、既存の電線用のワニスが用いられ
ていた。しかしながら、上述のように、誘導加熱による
定着装置のコイルは、その使用環境がより高温状態にあ
るため、上記既存の電線用ワニスは耐熱性能の観点から
実際上の使用が著しく困難である。即ち、実際上、誘導
加熱用のコイルの隣り合うもの同士及び芯材と固定した
り、そのコイルがリッツ線として複数本がより合わされ
ている場合において、リッツ線を構成する各線同士を互
いに固定して一体化したりするのに用い得る電線用ワニ
スはないといえる。

【０００４】しかしながら、本発明者は、それでも誘導
加熱用コイル（電磁誘導コイル）を束ね、固定するワニ
ス（接着剤）を入手する必要にせまられ、各種のワニ
ス、接着剤を調べ、さらにこれらの中に実際に使用し得
るものがないかどうかの探求を続けた。前記各種のもの
を試用する実験を繰り返した。その結果、本発明者は、
ある種の耐熱塗料の中に、誘導加熱用コイル（電磁誘導
コイル）の固定に使用できるものがあることを発見し
た。

【０００５】本発明は、この本発明者による独自の知得
に基づいてなされたもので、その目的は、誘導加熱用の
電磁誘導コイル同士及び芯材との固定が確実になされて
いる定着装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、導体で構成さ
れた金属層を持つエンドレス部材に近接配置した芯材に
巻回された電磁誘導コイルに交流電流を流し、このエン
ドレス部材を発熱させて被定着部材を加熱する構成の誘
導加熱を用いた定着装置において、前記電磁誘導コイル
同士及び前記芯材と前記コイルとは、それぞれ、前記コ
イルの巻回後に塗布した変性シリコン樹脂を主成分とす
る樹脂によって固定されているものとして構成される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。図１は、静電複写機等
における、被定着材（用紙）へ画像としてのトナー像を
定着する定着装置１の全体構成を示した簡略断面図であ
る。図２には、要部（加熱ローラ２と加圧ローラ３）の
斜視図を用紙Ｐと共に示している。さらに、図３に、こ
れら２つのローラの位置関係が示される。

【０００８】この定着装置１は、図１中の右側にある用
紙Ｐを、互いに圧接する上側の高温の加熱ローラ（定着
ローラ）２と下側の加圧ローラ（プレスローラ）３との
間（ニップ部）を右側から左側方向に通すことにより、
被定着剤としての用紙Ｐ上のトナーの溶融、定着を行う
ようにしたものである。

【０００９】より詳しくは、ボディ（シャーシ）４に対
して加熱ローラ２はベアリングＢ（図３）によって回転
可能に支持されており、且つ、駆動モータ（図示せず）
によって時計回り方向に駆動されるようになっている。
加熱ローラ２は、エンドレス部材であり例えば、φ４０
ｍｍの円筒に構成される。この加圧ローラ２はエンドレ
ス部材として構成されていればよく、例えば２つのプー
リ間に耐熱性のベルトを巻き掛け、内部に後述の誘導加
熱装置６を配置するようにすることもできる。この加熱
ローラ２に対して、前記加圧ローラ３が、圧接状態にボ
ディ４に対して回転可能に取り付けられている。例え
ば、図３からわかるように、回転可能に支持した加熱ロ
ーラ２をばねＳにより付勢して加熱ローラ２に圧接させ
ることができる。つまり、加圧ローラ３は加熱ローラ２
に対して圧接され、一定幅のニップ部８を持つように維
持されている。この加圧ローラ３はそれ自体は駆動機構
を持たず、前記加熱ローラ２によって反時計回り方向に
従動させられる。

【００１０】さらに加熱ローラ２についていえば、これ
は２重構造となっており、内側は、鉄製の本体２ａであ
り、外径４ｍｍ、肉厚は例えば１ｍｍとされる。この鉄
に代えて、ステンレスや、アルミニウムや、ステンレス
とアルミニウムの複合材等を用いることもできる。この
本体２ａの外側は、テフロン（登録商標）等によって構
成した離型層２ｂによって被覆されている。また、この
加熱ローラ２に圧接される加圧ローラ３は、芯金３ａ
と、これを被覆する外側のシリコンゴム、フッ素ゴム等
の弾性材製の被覆層３ｂと、の２重構造となっている。

【００１１】上記加熱ローラ２の内部空間には、ボディ
４に対して固定状態に誘導加熱装置（磁場発生手段）６
が設けられている。この誘導加熱装置６によって加熱ロ
ーラ２の鉄製の本体２ａが加熱されるのである。この加
熱された加熱ローラ２によって、前記用紙Ｐ上の現像剤
（トナー）Ｔが溶融、圧着される。

【００１２】この加熱ローラ２のまわりには、各種の装
置が取り付けられている。即ち、加熱ローラ２と加圧ロ
ーラ３との接触位置（ニップ部）８よりも回転方向のや
や下流位置に、用紙Ｐを加熱ローラ２から剥離するため
の剥離爪５が設けられている。この爪５よりもさらに回
転方向下流側には、加熱ローラ２の温度を検出するサー
ミスタ１０が設けられている。さらに下流側には、加熱
ローラ２上にオフセットされたトナーや紙屑等のごみを
除去するためのクリーニング部材１１が設けられてい
る。さらに下流側、というよりも定着が行われるニップ
部８の上流位置には、トナーのオフセットを防止するた
めの離型剤を塗布する離型剤塗布装置１２が設けられて
いる。

【００１３】次に、前記誘導加熱装置６について詳しく
説明する。この装置６は、高耐熱性の工業用プラスチッ
クなどの耐熱性の樹脂製の芯材（コイル支持体）２０
に、励磁コイル２１を巻き付けたものである。この励磁
コイル２１としては、リッツ線を用いて、交流電流を有
効に流し得るようにしている。例えば、このコイル２１
としては、耐熱性のポリアミドイミド又はポリイミドで
被覆された直径０．５ｍｍの線材（単位線）２１ａを１
９本束ねたものを用いることができる。前述のように、
このコイル２１は非磁性の芯材２０で支持されているこ
とから、磁気的に見ると、フェライトや鉄芯等の磁性芯
材のないいわゆる空芯コイルである。このように、複雑
な形状の鉄芯材を不要としたので、コストの低減さらに
は磁気回路全体も安価にできる。なお、図中、２２ａ，
２２ｂは、コイル温度センサである。

【００１４】さらに、上記のような空芯コイルにおいて
は、高い電流によってコイル性能をひき出すことが必要
となる。そこで、コイルを形成する電線はこの高電流に
耐えるためにある程度の太さが要求されるが、表皮効果
の観点から、０．５ｍｍφの耐圧エナメル線（ポリイミ
ド被覆）の１９本のリッツ線を用いている。

【００１５】上記励磁コイル２１には、インバータ回路
等の励磁回路（図示せず）からの高周波電流が供給さ
れ、加熱ローラ２に磁界の変化に伴う渦電流を発生させ
る。この渦電流により、加熱ローラ２にはそれ自体の電
気抵抗によってジュール熱が発生し、加熱される。例え
ば、励磁コイル２１には、周波数２５ｋＨｚ、９００Ｗ
の高周波電流を流すことができる。

【００１６】次に、上記加熱ローラ２における誘導加熱
装置６について詳しく説明する。この誘電加熱装置６と
しては各種の態様をとることができ、以下にその各例に
ついて順次説明する。

【００１７】図３は、その第１の態様例を示すものであ
る。この図３の誘導加熱装置６においては、耐熱性と絶
縁性の向上のために、上記したコイル相互且つコイルと
芯材との固定のために、２００℃以上でも長時間実用と
なる接着剤として、シリコン樹脂の少なくとも一部をエ
ポキシやポリエステルで変性した変性シリコン樹脂３１
を用いている。この変性シリコン樹脂３１は、図４
（ａ）に示す塗装部分３２に塗布する。この塗布によ
り、変性シリコン樹脂３１は、図４（ｂ）に示されるよ
うに、１９本の線材２１ａ間にしみ込んでこれらを一体
に固定すると共に、コイル２１の外側をも被って絶縁性
を高める。さらに、この変性シリコン樹脂３１は、同じ
く図４（ｂ）からわかるように、コイル２１を芯材２０
に固定する役割をもになっている。なお、この変性シリ
コン樹脂３１に、少量のフッ素を加えて耐候性を向上さ
せたものや、マイカを加えて耐熱性や絶縁性を向上させ
たものを用いることもできる。この変性シリコン樹脂と
しては、例えば、商品名Ｇ−２０，ＧＦ−２０（オキツ
モ株式会社）が用いられる。特に、酸化チタンによる白
色のものを用いると、加熱したローラからの輻射熱を反
射し、立上り性能の向上と効率の向上の点から有利とな
る。同様に、白色、銀色、灰色等の放射率の低い材料を
用いて同様の効果が得られるようにすることもできる。

【００１８】このような変性シリコン樹脂３１の塗布に
当たっては、塗装と同じように刷毛塗りやスプレーで行
えるほか、ディッピングによって芯材２０の表面を十分
にコーティングするようにすることもできる。これによ
り、芯材２０の耐熱性も同時に向上できる。

【００１９】このように、本実施例によれば、コイル２
１同士が固定されているためこのコイル２１が熱やスプ
リングバック力によって剥離したり、芯材２０との熱膨
張率の差に起因してコイル２１が芯材２０から剥れたり
するのを有効に防止して、安定した電磁誘導の性能を得
ることができる。

【００２０】なお、上記には、芯材が非磁性の空芯コイ
ルとしての例を示したが、むろん芯材が磁性の有芯コイ
ルであってもその有用性には変わりはない。

【００２１】なお、図４（ａ）には、芯材２０にコイル
２１をその両端近傍まで巻いたものを示したが、ローラ
全長にわたって温度ムラをなくすため、コイル２１の巻
き方に工夫したものを図６，図７に示す。

【００２２】即ち、一般に、ローラでは、両端部分にお
いて、それを支持する軸受けに熱を奪われ、また開口部
分からの放熱により、両端部分の温度が下がる傾向にあ
る。このようなことを避けるため、単に両端近傍までコ
イルを巻いても、温度分布の観点から好ましくない。即
ち、図７は、芯材２０の両端近傍までコイル２１を巻い
た例を示す。これに対し、図６は芯材２０に対し、コイ
ル２１を両端方向に延すに当たり、コイル２０のない隙
間（空間）３５を形成した状態に、コイル２１を延して
いる。また図７は、隙間３５を設けるこのような構成を
芯材２０についての片側のみについて採用した例を示
す。これにより、ローラの長手方向における温度ムラが
抑制される。即ち、図８は立ち上り直後のヒートローラ
の軸方向における表面温度の分布を示すものである。図
８中、一点鎖線Ａは図５の例によるもの、実線Ｂは図
６，図７の例によるもの、破線Ｃは不対策つまりコイル
の両端への延長の全くないものにおける、それぞれの温
度分布を示す。例えば、Ａ４の用紙（横長）への印刷可
能な温度についてみると、上記Ａ，Ｂは定着可能温度範
囲に入っていて合格であるのがわかる。しかし、実際に
コピー動作を行った場合において、Ａ４の用紙（縦長）
のように小サイズの用紙を通過させた後にはこの様子は
違ってくる。即ち、図９において、図８と同様に、Ａ
（一点鎖線）は図５の例によるもの、Ｂ（実線）は図
６，図７によるもの、Ｃ（破線）は未対策のものにおけ
るそれぞれの温度分布を示す。この図９からわかるよう
に、図８では合格であったＡは、ここでは温度が上りす
ぎるという難点を示している。よって、図８，図９か
ら、やはり図６，図７のように、少なくとも芯材２０の
両端の片側にはコイルのない空間が必要であることがわ
かる。

【００２３】また、図１０に示すように、上記のような
誘導加熱装置６にコイルの放熱と絶縁を兼用する耐熱、
絶縁、高熱伝導性のカバー３７が被挿される。このカバ
ー３７は、いわゆる耐熱樹脂で構成されるが、これはコ
イル２１の断線、芯材２０からの剥離時の安全性も確保
するものである。このカバーは高温化することにより若
干熱収縮して、形状が変形し、コイル２１との間の隙間
が変化し、点検時に抜けなくなったりすることもあっ
た。これに着目し、本実施例では、予め熱処理して使用
している。即ち、このカバー３７をＰＦＡ又はＰＴＦＥ
等製とし、２５０℃以上で処理した後に用いている。こ
れにより、上記のような難点を抑えることができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、芯材に巻回した電磁誘
導コイルを変性シリコン樹脂を主成分とする樹脂により
固定するようにしたので、高温下においても、そのコイ
ル同士だけでなくコイルと芯材との間の接着性を高いも
のとして、その形状の保持を確実なものとでき、これに
より信頼性の良い定着装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の定着装置全体の側面概略図。

【図２】図１の加熱ローラ、誘導加熱装置、加圧ローラ
の斜視図。

【図３】図１の加熱ローラ、誘導加熱装置、加圧ローラ
の位置関係を示す説明図。

【図４】図１の芯材及びコイルを示す斜視図及び変性シ
リコン樹脂の硬化状態を示す部分断面図。

【図５】温度に対して未対策のコイルの巻回状態を示す
部分斜視図。

【図６】本発明の実施例としてのコイルの巻回状態を示
す一例の部分斜視図。

【図７】本発明の実施例としてのコイルの巻回状態を示
す一例の部分斜視図。

【図８】図５〜図７の例による立ち上り後のヒートロー
ラの温度分布を示すグラフ。

【図９】図５〜図７の例による小サイズ用紙通過後のヒ
ートローラの温度分布を示すグラフ。

【図１０】コイルに被挿するカバーの例を示す斜視図。

【符号の説明】

６ 誘導加熱装置 ２０ 芯材 ２１ 励磁コイル ３５ 隙間（空間） ３７ カバー

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H033 AA23 BA25 BA27 BB01 BB18 BB21 BB22 BB28 BE06 3K059 AA08 AB00 AB19 AB23 AB27 AC33 AC73 AD28 CD44 CD52 CD66 CD72 CD75 CD77

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導体で構成された金属層を持つエンドレス
   部材に近接配置した芯材に巻回された電磁誘導コイルに
   交流電流を流し、このエンドレス部材を発熱させて被定
   着部材を加熱する構成の誘導加熱を用いた定着装置にお
   いて、 前記電磁誘導コイル同士及び前記芯材と前記コイルと
   は、それぞれ、前記コイルの巻回後に塗布した変性シリ
   コン樹脂を主成分とする樹脂によって固定されているこ
   とを特徴とする誘導加熱を用いた定着装置。
2. 【請求項２】前記変性シリコン樹脂は、シリコン樹脂の
   少なくとも一部をエポキシ又はポリエステルで変性した
   ものであることを特徴とする請求項１に記載の定着装
   置。
3. 【請求項３】前記芯材に前記電磁誘導コイルがこの芯材
   の軸方向に沿って巻回されていることを特徴とする請求
   項１又は２に記載の定着装置。
4. 【請求項４】前記芯材に前記電磁誘導コイルは、前記芯
   材の両端近傍において、前記コイルの存在しない隙間部
   分が形成され、この隙間部分のさらに両端外側部分には
   前記コイルが存在するように巻回されていることを特徴
   とする請求項１乃至３の１つに記載の定着装置。
5. 【請求項５】前記隙間は、前記芯材において、この芯材
   の軸を挟んで対向する側面の２箇所形成されていること
   を特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の定着装置。
6. 【請求項６】前記隙間は、前記芯材において、この芯材
   の軸を挟んで対向する側面の２箇所のうちの一方にのみ
   形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つ
   に記載の定着装置。
7. 【請求項７】前記電磁誘導コイルには、予め熱処理して
   形状を安定にした円筒状の保護カバーが被挿されている
   ことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の定着装
   置。