JP2003098865A - 電子写真装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＩＨＦ定着器において、少サイズ紙通紙時な
どに簡単な構成で定着ローラ端部温度を適正化する方法
を提供する。 【解決手段】 少サイズ紙通紙時に非通紙領域となる加
熱コイル中央部に配置されるコイル両端部のフェライト
コアにお互いに逆方向となるように補助巻線を施し、そ
の巻線に直流電流を印可することにより両端部フェライ
トの透磁率を低下させ、非紙通紙域の定着ローラに対す
る発熱効率を低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機等に使われ
る加熱装置であり 特にトナーなどの加熱溶融性粉体を
用紙に定着させるための発熱源として誘導加熱を用いた
電子写真定着装置に関する物である。

【０００２】

【従来の技術】電子写真装置は、顕画材（以後はトナ−
と呼ぶ）により記録紙上に顕画像（以後トナー像と呼
ぶ）を形成する画像形成手段を持ち、前記トナー像が形
成された記録紙を搬送する紙搬送手段を通じ図５及び図
１１のＨ１からなるハロゲンヒーター等を熱源として対
向圧接する１００の熱ローラー及び１０２の加圧ローラ
ー間を介して図５に示す前記記録紙を加熱部に密着させ
る加圧手段によりトナー像を加熱定着する定着手段を用
いる事で記録紙上に画像を形成する。

【０００３】この様な加熱融着手段を用いてトナーを記
録紙に定着させるため定着部の熱ローラー部の表面温度
は、トナーの融点を越え尚且つ記録紙に悪影響を与えな
いために正確にある温度となるように制御される必要が
ある。

【０００４】そのため従来は図１１に示すＯＮ−ＯＦＦ
制御による温度調節方法が使用されている。

【０００５】以下に図１１の回路と動作を説明する。

【０００６】入力端子間に交流電圧が投入されるとヒー
ターＨ１を通じてＳＳＲ（ソリッドステートリレー）に
交流電圧が印加され動作可能状態となる。

【０００７】ここで温度制御回路が定着ヒータの温度制
御を開始すると温調回路は定着ローラー表面温度を測定
しているＴＨ１のサーミスター等の温度検出素子からの
表面温度情報を読取り温度制御目標値と比較しその差分
に応じて比例したヒーター通電時間を決定してＳＳＲを
オンする事で熱源であるハロゲンヒーター等に通電を開
始する。

【０００８】その後定着器熱ローラーの温度が制御目標
値に近ずいて行くと目標値とその検出温度との差分に応
じてヒーター通電時比率を決定してＳＳＲをＯＮ−ＯＦ
Ｆする事で熱ローラー温度を安定化する。

【０００９】この様なハロゲンヒーターを熱源としてそ
の輻射熱により熱ローラーを暖める間接加熱による構成
であるため、加熱を開始してから熱ローラーの表面温度
が定着可能温度に到達するまでの時間が長いなどの問題
点があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そのため前記熱ローラ
ーを加熱するための手段として励磁コイルに高周波電流
を印可し発生した高周波磁界を前記熱ローラー表層に作
用させ表面の導電層に渦電流を発生させてその渦電流に
よるジュール熱により熱ローラーを加熱する誘導加熱方
法を用いた定着器が提案されている。この加熱方法で
は、熱ローラー表層が発熱体となる直接加熱であるため
発熱効率が高く、短時間に熱ローラーを必要とされる定
着温度まで加熱することが容易にできうる。

【００１１】また誘導加熱方式では熱ローラ表層の発熱
量は一定であるため加熱源としては非常に有効ではある
が、加熱対象物の電子写真装置の定着器用熱ローラーは
長さ方向に長く、またその定着器に通紙する事で未定着
画像を定着する用紙寸法も各種に亘るため、実際に通紙
すると熱ローラー表面温度の長さ方向分布がある幅で変
動する欠点がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では以上の点を鑑
み電子写真装置の定着器用加熱源として最適な誘導加熱
を行うために熱ローラーを加熱する周波数、及び振幅を
可変出る交流電源にて高周波電力を発生させ、その高周
波電力を加熱対象物である熱ローラーに有効に作用させ
るために所定の形状にて所定の巻回数をされた電磁変換
コイルに前記高周波電力を印可することで発生させた高
周波磁界を効率的に前記熱ローラーに作用させる為に前
記電磁変換コイルに対して透磁率の高いフェライトなど
から成る部材により磁気回路を構成する。

【００１３】ここで、前記磁気回路を構成するフェライ
ト等から成る磁性体材料を複数個からなる棒状の形状と
し、有効加熱幅中の前記複数個に分割された棒状磁性体
材料の両端部各磁性体には前記加熱コイルとは独立した
磁気特性補正コイルが各々配置され、且つ、前記端部磁
気特性補正コイルはそれぞれの巻線方向が逆位相となる
ように接続され、且つ長手方向の磁気特性を調整するた
めの電源に接続する事により熱ローラー長さ方向の温度
分布を均一化する物である。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明を特徴づける実施例
を示す図面であり図２から図１０迄で同一符合は同一構
成部分を示している。

【００１５】図１においてＬ１は、円筒状の磁性体から
なる加熱対象物に誘導電流を誘起する誘導加熱コイルで
あり、Ｌ２及びＬ３はＬ１の主誘導加熱コイルによる温
度分布を補正するためのバイアスコイルでありＴＲ１及
びＩＣ１はＬ１の主誘導加熱コイルに加熱電力を供給す
るための加熱電源を構成しており、ＶＳ１は９の温度差
検出回路の出力を増幅してＬ２及びＬ３のバイアスコイ
ルに直流電力を供給するバイアス電源であり、７及びＴ
Ｈ１は加熱部中央の温度を検出する測定回路であり、８
及びＴＨ２は加熱部端部の温度を検出する端部温度測定
回路であり、９は加熱部中央部温度と端部発熱温度の差
分を検出して前記ＶＳ１の制御電圧を発生する温度差検
出回路である。

【００１６】図２（ａ）は本発明のフェライトコアと誘
導加熱コイルの配置関係を示す上視図でありそのコア配
置を横から見た透視図が図２（ｂ）である。

【００１７】図２（ｂ）に示されるように、誘導加熱コ
イルＬ１は、絶縁板１０を介してフェライトコア１，
２，３に磁気的に結合するように配置されている。

【００１８】また、誘導加熱コイルＬ１は、細い線を多
数本集合して撚り合わせたいわゆるリッツ線を用いる事
で高周波領域での表皮効果による電力損失を低減してい
る。

【００１９】このリッツ線を定着ローラー１００の有効
加熱域長をカバーするような中央部長さを決定し同心円
上に要求ターン数分巻線して誘導加熱コイルＬ１を形成
する。

【００２０】ここで図１に示される高周波電源により発
生した２０ＫＨｚ以上の発振周波数の加熱電力が誘導加
熱コイルＬ１に印可されることで誘導加熱コイルＬ１
は、高周波磁界を発生する。

【００２１】この誘導コイルで発生した高周波磁界を有
効に加熱ローラー１００に導くための磁気回路は図１
（ａ）中、１のコア［Ａ］と２のコア［Ｂ］及び図２
（ｂ）中３のコア［Ｃ］であり高周波領域での渦電流損
失が少ないフェライトコア等の材質により構成される。

【００２２】図２（ａ）の透視図は、コア［Ａ］とコア
［Ｂ］及びコイル中央部に配置されるコア［Ｃ］の配置
関係を説明する物でありコア［Ａ］同士及びコア［Ａ］
とコア［Ｂ］は各々コアギャップｄ１のクリアランスを
保ってコイル長手方向に配置される。図中ではコア
［Ａ］は４枚、コア［Ｂ］は２枚で説明しているが分割
数に関しては自由である。

【００２３】また図２（ｂ）の中央部に配置されるコア
［Ｃ］同士はｄ１のコアギャップを用いてコイル中心部
に配置される。

【００２４】またコアギャップｄ１に対してコア［Ａ］
及びコア［Ｂ］の接合部との配置関係は図２（ａ）と図
２（ｂ）のＡ−Ａ”断面説明に示されるようにお互い重
なり合わない別々の位置に配置する。

【００２５】この様なコアギャップの寸法と位置関係と
した上で中央部コア［Ｃ］の両端部分のフェライトコア
に対して発熱量補正コイルＬ２及びＬ３がお互いに逆位
相方向に巻き線されて直列接続される。

【００２６】この図に示すように鉄のローラー等からな
る加熱対象物に相対してＬ１の主加熱コイルが配置さ
れ、その主加熱コイルに対して絶縁板１０を挟んでバイ
アスコイルＬ２及びＬ３を配置する。この絶縁板１０は
主加熱コイルＬ１と補助加熱コイル間の電位差が大きく
絶縁被覆のみででは耐電圧が保たないときに追加する。

【００２７】また図中には明記していないが主加熱コイ
ルと加熱対象物の間も安全規格上で要求される絶縁物等
による絶縁などが施されている。

【００２８】次に動作に付いて説明する。

【００２９】誘導加熱回路に加熱指令信号が送られるこ
とで主誘導加熱電源の出力端子に周波数２０ＫＨｚ〜１
００ＫＨｚ程度の高周波交流電力が発生する。この交流
電力が主加熱コイルＬ１に印可され主加熱コイルは交流
磁界を発生する。

【００３０】この時主加熱コイルに印可する交流電力は
加熱対象物により変化するが、通常２００〜３００Ｗか
ら数ＫＷ程度である。

【００３１】前記加熱コイルに印可された交流電力によ
り発生した交流磁界が加熱対象物の中に渦電流を発生さ
せる。その渦電流の電流により加熱対象物内にジュール
熱が発生しする事で加熱対象物自らが発熱する。

【００３２】この電磁誘導作用により加熱対象物が発熱
し加熱対象物の温度が上昇していく。

【００３３】ここで加熱対象物の温度を測定するＴＨ１
からなる測温素子と７の温度検出回路１により随時加熱
対象物の温度上昇は監視され、加熱対象物中央部の検出
温度は誘導加熱電源にフィードハックされる。

【００３４】誘導加熱電源では設定目標温度と検出温度
を比較し設定目標温度に検出温度が近づくと印可高周波
電力を低下させるような比例制御等や通称ＰＩＤ制御と
言われる制御方式を用い加熱対象物中央部近辺の温度を
一定に保つ。

【００３５】そして加熱対象物の端部温度を測定するＴ
Ｈ２の測温素子と８の温度検出回路２は、随時加熱対象
物の端部温度上昇を監視し、前記加熱対象物中央部の温
度を測定するＴＨ１及び７の温度検出回路１の測温出力
を９の温度差検出回路に入力することで、加熱対象物の
中央部と両端部の温度差に応じた制御値が出力され、Ｖ
Ｓ１のバイアス電源回路に入力される。

【００３６】ＶＳ１のバイアス電源は、前記９の温度差
検出回路の出力電圧に比例したバイアス電流を発生して
Ｌ２及びＬ３のバイアスコイルに印可する。

【００３７】Ｌ２及びＬ３のバイアスコイルは、中央部
コア［Ｃ］の両端部に巻線されておりこのＬ２及びＬ３
に直流電流が印可されることでコア［Ｃ］両端部の透磁
率が低下しＬ１で発生した磁束が定着ローラーに到達し
にくくなるため定着ローラー両端部の発熱量を調整で
き、誘導加熱コイルＬ１全長に渡って全体としての温度
補正を行う。

【００３８】この様な構成を取ることにより加熱立ち上
げ時などは加熱コイル中央部に比べて両端部の発熱が逃
げやすいためＴＨ２の端部温度検出サーミスターとＴＨ
１の中央部サーミスターの温度差が少ないのでバイアス
電源ＶＳ１の発生電流がないため加熱コイルＬ１に依る
全面加熱により定着ローラー全域に渡って均一に発熱さ
せることが可能になる。

【００３９】又定常発熱時などは中央部が比較的熱が奪
われやすいのに対して両端部は立ち上げ時とは逆に発熱
が奪われにくいため 温度分布は中央部が低く、両端部
が高くなりやすいが、この時は中央部温度検出ＴＨ１の
測定温度に対して端部温度検出ＴＨ２の温度が高いため
温度差検出回路９の出力は主誘導加熱コイルＬ１両端部
の発生電力をバイアスコイルＬ２及びＬ３にバイアス電
流を発生させるため端部発熱状態に応じて図４中の
（ａ）から（ｂ）の発熱分布を持たせることが可能であ
り、加熱コイルＬ１中央部に対して両端部の印可電力が
低下し発熱量も低下するので加熱対象物の発熱分布をコ
イル長全域に渡って均一に出来る。

【００４０】図６は本発明の他の実施例を示す図面であ
り、本発明では、端部温度補正制御手段としてＣＰＵ
（中央演算装置）を用いることで図１に対して、より高
精度の温度補正を可能にした実施例であり、ＴＨ１と７
からなる中央部測温回路出力と、ＴＨ２と８からなる端
部測温回路出力とを直接Ａ／Ｄ変換しＣＰＵにて読みと
ることで温度検出を精度良く行い、又その演算結果も直
接Ｄ／Ａ変換しバイアスコイル駆動電源ＶＳ１に与える
ことでバイアスコイルＬ２及びＬ３に供給する電流値の
精度を向上できるため中央部と両端部の温度ずれを高精
度に補正できる。

【００４１】図９及び図１０は本発明の他の実施例を示
す図面であり本発明では、コイル中央部に配置するフェ
ライトコア形状がＩ型の場合に両端部補正を行う方法に
ついて説明する。

【００４２】本例ではコア［Ｃ］の寸法が図１０に示す
とおりに長さを長くすることでフェライトコアの使用量
を減少させた実施例であり、このような場合でも両端部
コイルに端部補正コイルをフェライトコアに直接巻線
し、その両端部コイルをお互いに逆位相となるように直
列接続しその補正コイルに直流電源を接続する簡単な構
成にて効率良く端部フェライトコアの透磁率を変化さ
せ、熱ローラー１００に供給される磁界を効果的に低減
するようにした実施例である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように磁気回路を構成する
フェライトコアを複数個からなる棒状の形状として、分
割されたフェライト等から成る磁性体材料を各々ある所
定の間隔を開けて各々前記電磁誘導加熱コイルに配置
し、その両端部コアに磁界補正コイルをお互いに逆方向
となるように巻き線し、その補正コイルに直流電流を印
可する簡単な構成により熱ローラー長さ方向の温度分布
を均一化する物である。

【００４４】図中では棒状コアは５個で説明している
が、実施形態としては複数個以上に分割する事で発熱分
布を自由に調整できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動作説明図。

【図２】本発明の主発熱コイルＬ１とフェライトコアと
補正コイルＬ２、Ｌ３配置の上視、側面説明図。

【図３】定着ローラー内にコイル、コアを配置した断面
説明図。

【図４】補正コイル通電時の発熱分布説明図。

【図５】定着器の一例を示す構成図。

【図６】他の実施例としてＣＰＵを用いた補正コイル駆
動方法説明図。

【図７】従来型の加熱コイル正視図。

【図８】従来型の加熱コイル発熱分布図。

【図９】本発明のフェライトコア形状を変更したときの
他の実施例説明図。

【図１０】Ｉ型コア配置用いたときのローラー内コイル
配置断面説明図。

【図１１】は従来のハロゲンヒーターを用いた温度制御
回路説明図

【符号の説明】

１ フェライトコア［Ａ］ ２ フェライトコア［Ｂ］ ３ フェライトコア［Ｃ］ １０ コイル絶縁板 １００ 定着用熱ローラー １０２ 加圧ローラー Ｌ１ 誘導加熱コイル Ｌ２、Ｌ３ 端部補正コイル ＴＨ１、ＴＨ２ 温度検出素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 顕画材（以後トナーと呼ぶ）により記録
   紙上に顕画像（以後トナー像と呼ぶ）を形成する画像形
   成手段と、前記記録紙を給紙部から排紙部まで搬送する
   用紙搬送手段と、 トナー像を固着させるためのローラー状の加熱加圧手段
   を持つ電子写真装置に於いて、 加熱ローラーの内側に複数個からなる棒状の磁性体を組
   み合わせた磁気回路を構成し、 前記磁気回路に対し電磁変換コイルを巻線し、 前記コイルに高周波電力を印可することで前記加熱ロー
   ラーを発熱させ、 前記トナー像を用紙に溶融固着させる装置において、 前記の複数個を組み合わせてからなる磁気回路を構成す
   る棒状の磁性材料の長さを有効加熱領域長より短い小片
   で複数個に分割し、各両端部の各棒状磁性体には前記加
   熱コイルとは独立したコイルが各々配置され、且つ前記
   端部コイルの巻線方向が逆位相となるように接続された
   事を特徴とする誘導加熱装置。
2. 【請求項２】 複数個の棒状磁性体材料を組み合わせて
   からなる磁気回路に電磁変換コイルを巻線し、前記コイ
   ルに高周波電力を印可することで前記加熱ローラーを発
   熱させ前記トナー像を用紙に溶融固着させる前記請求項
   １の定着装置において、 前記両端部の各棒状磁性体に前記端部コイルの接続方向
   が逆位相となるように配置接続された前記両端部コイル
   に外部電源を接続し、前記両端コイルに調整された電流
   を印可することを特徴とする誘導加熱装置。
3. 【請求項３】 トナーにより記録紙上にトナー像を形成
   する画像形成手段と、前記記録紙を給紙部から排紙部ま
   で搬送する用紙搬送手段と、トナー像を固着させるため
   のローラー状の加熱加圧手段を持つ電子写真装置に於い
   て、加熱ローラーの内側に複数個のＩ型断面を持つ棒状
   磁性体材料を組み合わせてからなる磁気回路に電磁変換
   コイルを巻線し、前記コイルに高周波電力を印可し、 前記加熱ローラーを発熱させ前記トナー像を用紙に溶融
   固着させる定着装置において、 前記Ｉ型断面を持つ各棒状磁性体において 両端部の磁
   性材料に前記加熱コイルの巻線された方向の反対側に両
   端部コイルを配置し、 前記端部コイルの接続方向が逆位相となるように接続さ
   れた事を特徴とする誘導加熱装置。