JP2003215954A - 加熱コイル、加熱ローラ、および加熱ローラの加熱方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁誘導加熱方式の定着装置の加熱コイルを
加熱効率が高いコイルとすることが出来、またウォーム
アップ時間を短縮し、クイックスタートが可能で、省電
力化され、尚且つ用紙サイズの違いにより起きる非通紙
部分の温度上昇を低減することができる加熱コイル、加
熱ローラ、および加熱ローラの加熱方式を提供する。 【解決手段】 画像形成装置を構成する定着装置の加熱
ローラに用いられる加熱コイルで、該コイルは中央コイ
ルM2、および端部コイルM1，M3からなる3個で形成され
るとともに、加熱ローラ6Bの長手方向に端部コイルM1，
M3が中央コイルM2を挟むように配置されている加熱コイ
ルであって、 前記中央コイルM2、および端部コイルM
1，M3は加熱ロールの長手方向に巻線せしめて加熱コイ
ルとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機等の画像形
成装置を構成する定着装置の加熱ローラに用いられる加
熱コイル、加熱ローラ、および加熱ローラの加熱方式に
係わり、特には電磁誘導加熱方式の定着装置に好適な加
熱ローラに用いられる加熱コイル、加熱ローラ、および
加熱ローラの加熱方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複写機やプリンター等の画像形成装置に
は画像形成用の定着装置が配設されており、電子写真プ
ロセス、静電記録プロセス、磁気記録プロセス等適宜の
画像形成手段部で被記録材（転写材シート，静電記録
紙，エレクトロファックス紙，印字用紙等）に転写式あ
るいは直接式により画像を形成担持させ、目的の画像情
報に対応した未定着画像（トナー画像）を被記録材面に
加熱により永久画像として定着させている。従来の定着
装置は、例えば図７に示すように、アルミニウム等から
なる加熱ローラ６B内に、加熱源のハロゲンヒータ９を
挿通，配設し、この加熱ローラ６Bに加圧ローラ６Cを弾
性的に接触させた構造の定着装置６Aが多用されてい
た。

【０００３】このような構造の定着装置６Aでは、加熱
ローラ６Bの内側に挿通されたハロゲンヒータ９が発
熱，発光するとその熱は輻射するとともに対流により加
熱ローラ６Bを加熱し、加熱ローラ６Bは熱伝導により加
熱ローラ６B全体を一様な温度分布にして被記録材面に
永久画像を定着させるよう機能していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構造の定着装置６Aでは被記録材の用紙サイズが異な
る場合、ローラの非通紙部分の温度が上がってしまうと
いう問題点があった。なおその解決策として、加熱幅の
違うハロゲンヒータを2本入れ、加熱ローラの発熱分布
を変える方法もあった。また、前記ハロゲンヒータ９を
用いた定着装置６Aは、加熱ローラ６Ｂ全体が一様な温
度分布になるまでの時間、所謂、ウォームアップ時間が
長くなる難点があった。このため、近時要求の強い省電
力化への対応が困難なほか、ウォームアップ時間が長い
ためにクイックスタートに対応できなかった。また、画
像形成装置がプリント作業を停止した待機状態では、定
着装置の温度を待機状態に応じたスタンバイ温度に調整
する煩雑な作業を必要とする難点があった。

【０００５】そこで、本発明は、電磁誘導加熱方式の定
着装置の加熱コイルを加熱効率が高いコイルとすること
が出来、またウォームアップ時間を短縮し、クイックス
タートが可能で、省電力化され、尚且つ用紙サイズの違
いにより起きる非通紙部分の温度上昇を低減することが
できる加熱コイル、加熱ローラ、および加熱ローラの加
熱方式を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の観点として本発明
は、画像形成装置を構成する定着装置の加熱ローラの加
熱方式が電磁誘導加熱方式であって、これに用いられる
加熱コイルは中央コイルM2、および端部コイルM1，M3か
らなる3個で形成されるとともに、加熱ローラ6Bの長手
方向に端部コイルM1，M3が中央コイルM2を挟むように配
置されている加熱コイルであって、前記中央コイルM2、
および端部コイルM1，M3は加熱ロールの長手方向に巻線
せしめたことを特徴とする加熱コイルにある。上記第１
観点の加熱コイルでは、前記中央コイルM2、前記端部コ
イルM1，M3を同方向に巻線することで、加熱ローラ6Bの
加熱分布が長手方向に対して一定な温度に保つことがで
きる。

【０００７】第２の観点として本発明は、前記中央コイ
ルM2は、巻き始めおよび巻き終わりの端末線L２，L２を
コイル巻線端部の同側部および一方のボビン鍔側に位置
せしめたことを特徴とする加熱コイルにある。上記第２
観点の加熱コイルでは、前記中央コイルM2は端末線が巻
線部同位置、同方向に出ることで、端末線が配線しやす
くなる。

【０００８】第３の観点として本発明は、前記端末コイ
ルM1，M3において、両コイルの片方の端末線L１，L３を
同方向に出す側の端末コイルをM1とし、他の端末コイル
をM３とした場合、端末線L１を設けて巻線される端末コ
イルM1の巻数を、端末コイルM3の巻数に比べ0.5ターン
少なく巻き、巻き終り線の出す側を巻き始め線の反対側
に出し、端末電線を切断せずに端末コイルM3までの距離
を持った渡り線L13を設け、連続的に端部コイルM3を巻
線せしめ、端末線L３を設けたことを特徴とする加熱コ
イルにある。上記第３観点の加熱コイルでは、前記端部
コイルM1とM3の電線が切断されず連続的に巻かれている
ことで、端末処理の削減につながる。

【０００９】第４の観点として本発明は、前記中央コイ
ルM２の端末線L２，L２の配線と、端部コイルM1，M3の
端末線L1，L３および渡り線L13の配線は、各コイル巻線
部の上下に位置するように配線し、またそれぞれのコイ
ルに接しないように配線せしめたことを特徴とする加熱
コイルにある。上記第４観点の加熱コイルでは、中央コ
イルM2と端部コイルM1，M3の端末線の位置が離れ、接し
ないことにより絶縁耐圧が保たれるようになる。

【００１０】第５の観点として本発明は、前記各観点記
載の加熱コイルが中空の加熱ローラ本体の内部長手方向
に、該ローラ本体とは接しないように配設されているこ
とを特徴とする加熱ローラにある。上記第５観点の加熱
ローラでは、前記各観点記載の加熱コイルが中空のロー
ラ本体の内部長手方向に、該ローラとは接しないように
配設されているので、加熱ローラの加熱分布が長手方向
に対して一定な温度とすることができる。

【００１１】第６の観点として本発明は、画像形成装置
を構成する加熱ローラ6Bを電磁誘導加熱する加熱方式で
あって、加熱ローラ内部に加熱ローラとは接しないよう
に設置した励磁コイルとして、前記各観点の加熱コイル
を用い、前記中央コイルM2は、その一端を発振回路12と
スイッチ手段5，5Aを具備し電源回路11から電源電圧Vを
供給される駆動回路10のスイッチ手段5の一端に、他端
を電源電圧Vに接続せしめるとともに、前記端部コイルM
1，M3を直接接続せしめた一端をスイッチ手段5Aの一端
に、他端を電源電圧Vに接続し、前記中央コイルM2およ
び端部コイルM1，M3に対する通電間隔を前記スイッチ手
段5，5Aに接続した発振回路12で変化させ、中央コイルM
2と端部コイルM1，M3を交互に加熱し、加熱ローラ6Bを
加熱することを特徴とする加熱ローラの加熱方式にあ
る。上記第６観点の加熱ローラの加熱方式では、加熱ロ
ーラ6Bが加熱コイルを用いて電磁誘導加熱されるので、
加熱効率も高く、ウォームアップ時間が短縮されてクイ
ックスタートが可能になる。また、中央コイルM2と端部
コイルM1,M3に対する通電間隔を変化させたことで、記
録用紙寸法による省電力化が可能になるほか、加熱ロー
ラの非通紙部の過剰な温度上昇を抑えることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施の形
態（実施例）により具体的に説明する。なお、これによ
り本発明が限定されるものではない。図１は、本発明の
加熱コイルおよび加熱ローラの第１実施形態を示す要素
構造図である。図２は、本発明の加熱コイルの第２実施
形態、特には中央コイル、端部コイル、およびコイル端
末の構成詳細図であり、同図（a）は正面図、同図（b）
は右側面図、また同図（c）は上面図である。図３は、
本発明の加熱コイルおよび加熱ローラを用いた定着装置
の要部構成を示す斜視図である。図４は、本発明の加熱
ローラの加熱方式において、加熱コイルの中央コイルM2
と端部コイルM1，M3の回路接続図である。図５は、本発
明の加熱ローラの加熱方式において、各サイズの記録用
紙に対応し、中央コイルM2と端部コイルM1，M3に対する
通電間隔を示す説明図である。また図６は、各サイズの
記録用紙に対応した加熱ローラの温度分布を示す説明図
である。これらの図において、2,2ａ,２ｂ,２ｃはコイ
ルボビン、3はフェライトコア、5,5Aはスイッチ手段、
６は加熱定着装置、6Ｂは加熱ローラ、6Cは加圧ロー
ラ、7は記録用紙、7Aは記録用紙寸法、8は加熱ニップ
部、10は駆動回路、11は電源回路、12は発振回路、ACは
商用電源、M1,M3は端部コイル、M2は中央コイル、Vは電
源電圧、L1,L2,L3は端末線、またL1３は渡り線である。

【００１３】−第１の実施の形態− 実施形態１の加熱コイルおよび加熱ローラについて図１
および図３を用いて説明する。図１、３において、加熱
ローラ6Bは加熱定着装置6を構成する電磁誘導用の磁性
材の鉄、SUS430等からなる加熱ローラであり、加熱ロー
ラ6Bの長手方向には中央コイルM2を端部コイルM1、M3で
挟むよう3つのコイルが配設されている。前記中央コイ
ルM2はボビン2上に、例えば長さ130〜160mm、幅15〜40m
m、厚さ15mm〜40mmに10〜30ターンで長手方向に数層に
なって巻かれ、また端部コイルM1、M3はボビン2上に長
さ40〜70mm、幅15〜40mm、厚さ15〜40mmに10〜30ターン
で長手方向に数層になって巻かれている。また、前記中
央コイルM2と端部コイルM1,M3のそれぞれは、線径0.1mm
〜0.6mmの耐熱ウレタン線を10本〜60本撚り合わせたリ
ッツ線用線材で巻線形成されており、各コイル自体の温
度上昇を小さく抑える効果を有している。なお、リッツ
線用線材にはポリアミドイミド銅線、ポリエステルイミ
ド銅線等の耐熱線を用いてもよいことは言うまでもな
い。なお詳細は図示してないが、中央コイルM2と端部コ
イルM1,M3は一端側を加熱定着装置6の筐体部側に固定さ
れ、加熱ローラと接触しないよう加熱ローラ6B内に配設
されており、各コイル自体が回転することはない。さら
に、図３に示すように、加熱定着装置６は加熱ローラ6B
と加圧ローラ6Cとの並列圧接ローラ対を基本構造として
おり、ローラ対6B、6Cを回転させてローラ対6B、6Cの圧
接部である加熱ニップ部８の加圧力により未定着画像を
加熱溶融させ記録用紙７に染み込ませて定着させる。ま
た、コイルボビン２は、フェノール樹脂やセラミック等
の耐熱性樹脂で一体成型するほか、内部にニッケル系ま
たはマンガン系でキュリー点が200度以上のフェライト
コア（図示せず）を0〜5mmの所定間隔で配設して構成す
るのが望ましい。

【００１４】−第２の実施の形態− 第２実施形態の加熱コイルについて図２を用いて説明す
る。実施形態２の加熱コイルは基本的には実施形態１の
加熱コイルと殆ど同様であるが、コイルボビンが中央コ
イルM2、端部コイルM1、M3で独立しており、それぞれボ
ビン２ｂ，２ａ，２ｃに巻き線されている。またそれぞ
れのボビン内部にはフェライトコア３，３，３が配設さ
れている。そして、端末線の位置、配線状態を以下のよ
うに規定したものである。先ず、中央コイルM2は巻き始
め、巻き終わりの端末線L２、L２を巻線部端の同側部、
および一方のボビン鍔側に位置させている。これにより
中央コイルM2は端末線が巻線部同位置、同方向に出るこ
とで、端末線が配線しやすくなる。また端末コイルM1,M
3は、端末線L１, L３を出す側に位置する端末コイルM1
の巻数を、端末線の出す側から見て奥の端末コイルM3の
巻数に比べ0.5ターン少なく巻き、巻き終り線の出す側
を巻き始め線の反対側に出し、端末電線を切断せずに端
末コイルM3までの距離を持った渡り線L13を設け、連続
的に端部コイルM3を巻き、巻き終わり線を巻き始め線と
同じ方向に出し、そのまま引き回し、端末を外に出し端
末線 L３としている。そのため、端部コイルM1とM3の電
線が切断されず連続的に巻かれていることで、端末処理
のコスト削減につながる。また接続の信頼性も向上す
る。

【００１５】−第３の実施の形態− 第３実施形態の加熱コイルの加熱方式について図４〜６
を用いて説明する。まず、加熱コイルの中央コイルM2と
端部コイルM1，M3の回路接続について、図４を用いて説
明する。回路構成としては、前記3つの加熱コイルM1,M
2,M3と、少なくとも半導体素子等からなるスイッチ手段
5,5Aと発振手段12を具備し、電源回路11から電源電圧V
を供給される駆動回路10からなる。また回路の接続は、
前記中央コイルM2は、その一端を前記駆動回路10の発振
回路12と繋がっているスイッチ手段5の一端に、他端を
電源電圧Vに接続する。また前記端部コイルM1，M3を直
接接続せしめた一端をスイッチ手段5Aの一端に、他端を
電源電圧Vに接続する。また、前記中央コイルM2および
直列接続された端部コイルM1,M3にはそれぞれ共振コン
デンサ（図示せず）が接続されている。そして、電源電
圧の供給は、中央コイルM2には発振回路12に接続された
スイッチ手段5を介して電源電圧Vが供給され、また端部
コイルM1,M3には発振回路12に接続されたスイッチ手段5
Aを介して電源電圧Vが供給される。前記発振回路12で
は、中央コイルM2と端部コイルM1,M3に電源電圧Vを供給
する時間、即ち通電時間を記録用紙7の寸法7Aによって
変化させることで、加熱ローラ6Bの温度分布を変化させ
ることができる。例えば、通電間隔を、図５に図示する
如く変化させることで、加熱ローラ6Bの温度分布を図６
に図示する如く変化させている。なお、前記温度分布
は、加熱ローラ6B（図６(a)）の幅方向の位置Wでの温度
Tを測定して求めたものである。また、図５,６において
下線のあるものは、記録用紙7を横にして使用する状態
を示し、下線のないものは記録用紙7を縦にして使用す
る状態を示している。具体的には、図５(a)は記録用紙
の寸法7AがA4横、A3縦の場合であり、中央コイルM2およ
び端部コイルM1,M3に対する通電間隔は、ロール表面温
度が一定になるような時間配分（例１：１）にしてい
る。両者に対する通電は交互になされている事を示して
いる。一方、図５(c)は記録用紙寸法7AがA5横、A4縦
で、記録用紙7の横幅が小さくなるため加熱ローラ6Bの
加熱分布を変える必要がある場合なので、中央コイルM2
および端部コイルM1,M3に対する通電間隔は均一ではな
く、端部コイルM1,M3には中央コイルM2に対する半分の
割合（例2：1）で通電されることを示している。同様に
して、図５(b)は端部コイルM1,M3には中央コイルM2に対
して約4：3の割合で通電され、図５(d)は端部コイルM1,
M3には中央コイルM2に対して約4：1の割合で通電され、
また図５(e)は端部コイルM1,M3には中央コイルM2に対し
て約1：0の割合で通電されることを示している。このよ
うに、中央コイルM2および端部コイルM1,M3に対する通
電間隔の変化に対応して、加熱ローラ6Bの温度分布が図
６(b)から(f)に図示するように変化するので、記録用紙
7の寸法7Aに応じた省電力が可能になるほか、加熱ロー
ラ6Bの非通紙部分の過剰な温度上昇が防止される。

【００１６】

【発明の効果】本発明の加熱コイル、加熱ローラによれ
ば、加熱効率の高い電磁誘導加熱方式の加熱ローラが簡
便な手段で得られるとともに、ウォームアップ時間が短
縮されてクイックスタートや省電力化への対応が可能な
定着装置を提供可能になる。また、電磁誘導加熱コイル
を形成する絶縁電線の高温劣化も防止されるので、信頼
性が向上した安価な加熱ローラが得られる。また、本発
明の加熱方式によれば、電磁誘導加熱による加熱方法な
ので加熱効率が高く、ウォームアップ時間が短縮でき、
クイックスタートが可能になる。また、加熱コイルに対
する通電間隔を変化させて記録用紙の寸法に応じた省電
力が可能なほか、加熱ローラ非通紙部の過剰な温度上昇
を防止でき、品質の優れた画像を形成できるようにな
る。等その実用上の効果は大きなものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱コイルおよび加熱ローラの第１の
実施形態を示す要素構造図である。

【図２】本発明の加熱コイルの第２の実施形態、特には
中央コイル、端部コイル、およびコイル端末の構成詳細
図であり、同図（a）は正面図、同図（b）は右側面図、
また同図（c）は上面図である。

【図３】本発明の加熱コイルおよび加熱ローラを用いた
定着装置の要部構成を示す斜視図である。

【図４】本発明の加熱ローラの加熱方式において、加熱
コイルの中央コイルM2と端部コイルM1，M3の回路接続図
である。

【図５】本発明の加熱ローラの加熱方式において、各サ
イズの記録用紙に対応し、中央コイルM2と端部コイルM
1，M3に対する通電間隔を示す説明図である。

【図６】各サイズの記録用紙に対応した加熱ローラの温
度分布を示す説明図である。

【図７】従来例における定着装置の要部構成を示す斜視
図である。

【符号の説明】

2,2ａ,２ｂ,２ｃ コイルボビン 3フェライトコア 5,5A スイッチ手段 6,6A 加熱定着装置 6Ｂ 加熱ローラ 6C 加圧ローラ 7 記録用紙 7A 記録用紙寸法 8 加熱ニップ部 ９ ハロゲンヒータ 10駆動回路 11電源回路 12発振回路 AC 商用電源 M1,M3 端部コイル M2 中央コイル V 電源電圧 L1,L2,L３ 端末線

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像形成装置を構成する定着装置の加熱
   ローラの加熱方式が電磁誘導加熱方式であって、これに
   用いられる加熱コイルは中央コイルM2、および端部コイ
   ルM1，M3からなる3個で形成されるとともに、加熱ロー
   ラ6Bの長手方向に端部コイルM1，M3が中央コイルM2を挟
   むように配置されている加熱コイルであって、 前記中央コイルM2、および端部コイルM1，M3は加熱ロー
   ルの長手方向に巻線せしめたことを特徴とする加熱コイ
   ル。
2. 【請求項２】 前記中央コイルM2は、巻き始めおよび巻
   き終わりの端末線L２，L２をコイル巻線端部の同側部お
   よび一方のボビン鍔側に位置せしめたことを特徴とする
   請求項１記載の加熱コイル。
3. 【請求項３】 前記端末コイルM1，M3において、両コイ
   ルの片方の端末線L１，L３を同方向に出す側の端末コイ
   ルをM1とし、他の端末コイルをM３とした場合、端末線L
   １を設けて巻線される端末コイルM1の巻数を、端末コイ
   ルM3の巻数に比べ0.5ターン少なく巻き、巻き終り線の
   出す側を巻き始め線の反対側に出し、端末電線を切断せ
   ずに端末コイルM3までの距離を持った渡り線L13を設
   け、連続的に端部コイルM3を巻線せしめ、端末線L３を
   設けたことを特徴とする請求項１または２記載の加熱コ
   イル。
4. 【請求項４】 前記中央コイルM２の端末線L２，L２の
   配線と、端部コイルM1，M3の端末線L1，L３および渡り
   線L13の配線は、各コイル巻線部の上下に位置するよう
   に配線し、またそれぞれのコイルに接しないように配線
   せしめたことを特徴とする請求項１、２または３記載の
   加熱コイル。
5. 【請求項５】 前記請求項１、２、３または４記載の加
   熱コイルが中空の加熱ローラ本体の内部長手方向に、該
   ローラ本体とは接しないように配設されていることを特
   徴とする加熱ローラ。
6. 【請求項６】 画像形成装置を構成する加熱ローラを電
   磁誘導する加熱方式であって、 加熱ローラ内部に該ローラとは接しないように設置した
   励磁コイルとして、前記請求項１、２、３または４記載
   の加熱コイルを用い、 前記中央コイルM2は、その一端
   を発振回路12とスイッチ手段5，5Aを具備し電源回路11
   から電源電圧Vを供給される駆動回路10のスイッチ手段5
   の一端に、他端を電源電圧Vに接続せしめるとともに、 前記端部コイルM1，M3を直接接続せしめた一端をスイッ
   チ手段5Aの一端に、他端を電源電圧Vに接続し、 前記中央コイルM2および端部コイルM1，M3に対する通電
   間隔を前記スイッチ手段5，5Aに接続した発振回路12で
   変化させ、中央コイルM2と端部コイルM1，M3を交互に加
   熱し、加熱ローラ6Bを加熱することを特徴とする加熱ロ
   ーラの加熱方式。