JP2003308957A

JP2003308957A - 像加熱装置

Info

Publication number: JP2003308957A
Application number: JP2002116472A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ushio; 健志牛尾
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2003-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁誘導加熱方式の像加熱装置の非通紙部昇
温を防止あるいは緩和して非通紙部昇温に起因する問題
を解決する。【解決手段】励磁コイルと磁性体コアを有する磁束発
生手段により、導電性を有する回転部材に磁場を作用さ
せて加熱する電磁誘導加熱方式の加熱装置において、小
サイズ紙通紙時に端部に配置した磁性体コアを中央に移
動することで、端部の発熱を減少させ端部の過昇温を防
ぐ。

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用
いられる該定着装置に用いられる定着ローラ、および定
着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写機・プリンタ・ファックス
等の画像形成装置における画像加熱定着装置を例にして
説明する。

【０００３】画像形成装置における画像加熱定着装置
は、画像形成装置の作像部において電子写真・静電記録
・磁束記録等の適宜の画像形成プロセス手段により、加
熱溶融性の樹脂等よりなるトナー（顕画剤）を用いて記
録材の面に直接方式若しくは間接（転写）方式で形成し
た未定着のトナー画像を記録材面に永久固着画像として
加熱定着処理する装置である。

【０００４】従来、そのような画像加熱定着装置とし
て、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方
式等の各種装置がある。

【０００５】ａ．熱ローラ方式これは、ハロゲンランプ等の熱源を内蔵させて所定の定
着温度に加熱・温調した定着ローラ（熱ローラ）と加圧
ローラとの回転ローラ対からなり、該ローラ対の圧接ニ
ップ部（定着ニップ部）に被加熱材としての、未定着ト
ナー画像を形成担持させた記録材を導入して挟持搬送さ
せることで未定着のトナー画像を記録材面に加熱定着す
る装置である。

【０００６】しかしながら、この装置は定着ローラの熱
容量が大きくて、加熱に要する電力が大きい、ウエイト
タイム（装置電源投入時からプリント出力可能状態にな
るまでの待ち時間）が長い等の問題があった。また、定
着ローラの熱容量が大きいため、限られた電力で定着ニ
ップ部の温度を上昇させるためには大きな電力を必要と
するという問題があった。

【０００７】その対策としては、定着ローラの肉厚を薄
くして、定着ローラの熱容量を低減することが行われ
る。しかし、薄す過ぎると強度不足となる。さらに、後
述するフィルム定着と同様に非通紙部昇温の問題が発生
する。

【０００８】ｂ．フィルム加熱方式これは、加熱体と、一方の面がこの加熱体と摺動し他方
の面が記録材と接して移動するフィルムを有し、加熱体
の熱をフィルムを介して記録材に付与して未定着のトナ
ー画像を記録材面に加熱定着処理する装置である（特開
昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８
号公報、特開平４−４４０７５〜４４０８３、２０４９
８０〜２０４９８４号公報等）。

【０００９】このようなフィルム加熱方式の装置は、加
熱体として低熱容量のセラミックヒータ等を、フィルム
として耐熱性で薄い低熱容量のものを用いることができ
て、熱容量が大きい定着ローラを用いる熱ローラ方式の
装置に比べて格段に省電力化・ウエイトタイム短縮化が
可能となり、クイックスタート性があり、また機内昇温
を抑えることができる等の利点がある。

【００１０】ｃ．電磁誘導加熱方式これは加熱体として電磁誘導発熱体を用い、該電磁誘導
発熱体に磁場発生手段で磁場を作用させて該電磁誘導発
熱体に発生する渦電流に基づくジュール発熱で被加熱材
としての記録材に熱を付与して未定着のトナー画像を記
録材面に加熱定着処理する装置である。

【００１１】特公平５−９０２７号公報には強磁性体の
定着ローラを電磁誘導加熱する熱ローラ方式の装置が開
示されており、発熱位置を定着ニップ部に近くすること
ができ、ハロゲンランプを熱源として用いた熱ローラ方
式の装置よりも高効率の定着プロセスを達成している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、定着ロ
ーラの熱容量が大きいため、限られた電力で定着ニップ
部の温度を上昇させるためには大きな電力を必要とする
という問題があった。定着ローラの熱容量を低減するこ
とが、この問題の一つの解決方法である。たとえば、定
着ローラの肉厚を薄くすることである。

【００１３】特開平４−１６６９６６号公報には熱容量
を低減したフィルム状の定着ローラ（フィルム）を用い
た電磁誘導加熱方式の定着装置が開示されている。

【００１４】しかしながら、熱容量を低減したフィルム
状の定着ローラ（フィルム）では、長尺方向（定着ニッ
プ部長手方向）の熱流が阻害されるため、小サイズ記録
材を通紙した場合に非通紙部での過昇温（非通紙部昇
温）が発生して、フィルムや加圧ローラの寿命を低下さ
せるという問題が発生していた。この非通紙部昇温の問
題は前記ｂ項のフィルム加熱方式の装置の場合も同様で
ある。

【００１５】したがって、本発明が解決しようとする課
題は非通紙部における過昇温が防止されて、高耐久化が
可能な画像形成装置の画像加熱定着装置の提供である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る加熱装置は、誘導電流を発生する電
源と、誘導電流を印可し磁場を発生させる励磁コイル
と、磁路を形成する複数の磁性体コアから構成される磁
場発生手段を有し、少なくとも一部に導電性を有する回
転部材と、該磁場発生手段により該回転部材に磁場を作
用させて該回転部材に発生する渦電流による発熱により
該回転部材を加熱し、該回転部材に被加熱材を加圧手段
により押し付けることにより、被加熱材を加熱する電磁
誘導加熱方式の加熱装置において、複数の磁性体コアの
うち、該回転部材長手中央に配置された磁性体コアが、
端部に配置された磁性体コアより該コアの厚み＋α分だ
けずれた位置で該回転部材の回転軸と平行に略１列に配
置されており、且つ、端部に配置されたコアが中央に配
置されたコアと該長手方向で重ならない第１の停止位置
と、重なる第２の停止位置を持つことを特徴とするもの
である。

【００１７】また、本発明に係る加熱装置は、誘導電流
を発生する電源と、誘導電流を印可し磁場を発生させる
励磁コイルと、磁路を形成する複数の磁性体コアから構
成される磁場発生手段を有し、少なくとも一部に導電性
を有する回転部材と、該磁場発生手段により該回転部材
に磁場を作用させて該回転部材に発生する渦電流による
発熱により該回転部材を加熱し、該回転部材に被加熱材
を加圧手段により押し付けることにより、被加熱材を加
熱する電磁誘導加熱方式の加熱装置において、複数の磁
性体コアは該回転部材の回転軸と平行に複列に配置さ
れ、１列は該回転部材長手方向に非加熱材の最大サイズ
幅に略全域に配置される。また、他の列は上記列より長
手方向に磁性体コアの長さが短く、且つ、磁性体コアが
長手方向に複数の停止位置を有し、そのうち少なくとも
１つは上記列の最端部とほぼ等しい位置であることを特
徴とするものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１の実施例）本発明における
第一の実施例を図１を用いて説明する。

【００１９】・定着ローラ定着ローラ１は外形３６［ｍｍ］、厚さ０．７［ｍｍ］
の鉄製の芯金シリンダに表面の離型性を高めるために例
えばＰＴＦＥ１０〜５０［μｍ］や、ＰＦＡ１０〜５０
［μｍ］の層を設けてもよい。

【００２０】・加圧ローラ加圧ローラ１０は、中空芯金１０ａと、その外周面に形
成される表面離型性耐熱ゴム層や、耐熱発泡スポンジな
どの弾性層１０ｂとからなる。この加圧ローラ１０の両
端には軸受部が形成され、図示しない定着ユニットフレ
ームに回転自在に取り付けられている。

【００２１】定着ローラ１と加圧ローラ１０は回転自在
に支持されていて、定着ローラ１のみを駆動する構成に
なっている。加圧ローラ１０は定着ローラ１の表面に圧
接していて、圧接部（ニップ部）での摩擦力で従動回転
する様に配置してある。また加圧ローラ１０は定着ロー
ラ１の回転軸方向にバネなどを用いた図示しない機構に
よって加圧されている。加圧ローラ１０は約３０［Ｋｇ
重］で荷重されており、その場合圧接部の幅（ニップ
幅）は約６［ｍｍ］になる。しかし都合によっては荷重
を変化させてニップ幅を変えてもよい。

【００２２】・ホルダー定着ローラ１の内側には、ＰＰＳ，ＰＥＥＫ、フェノー
ル樹脂等の耐熱性樹脂からなるホルダー２が配置され
る。この船型のホルダー２はその両端を側板３，４に支
持されており、定着ローラ１に対して接触することなく
配置されている。

【００２３】・磁性体コア＆誘導コイルホルダー２は内側に四角形の板形状の３枚の磁性体コア
６，７（以下コアと記す）とそれらを囲むように巻かれ
た誘導コイル５（以下コイルと記す）を保持する。この
誘導コイル５には１０〜１００［ｋＨｚ］の交流電流が
印加される。交流電流によって誘導された磁界は導電層
である定着ローラ１の内面に渦電流を流し、ジュール熱
を発生させる。この発熱を増加させるためには誘導コイ
ル５の巻き数を増やしたり、励磁コア６，７をフェライ
ト、パーマロイといった高透磁率で残留磁速密度の低い
ものを用いたり、交流電流の周波数を高くすると良い。

【００２４】ホルダー２のコアを支持する部分は、コア
の板厚とほぼ等しい溝が掘られており、溝でコアを保持
する。両端のコア６に対応したホルダー２の溝は図３に
示すように溝が中心側に伸びている。３枚のコアの形状
は中央のコア７が、背が低く幅が広い。両端のコア６は
背が高く幅が狭い。

【００２５】・コアと駆動手段の接続コアは一般的に穴あけ等の機械加工がしにくい。そのた
め両端のコア６には、図４に示すコア６とワイヤ１４を
連結する接続部材８が取り付けられている。ワイヤ７は
定着ローラの外で駆動手段であるモータ９に張架され
る。ワイヤ７と接続部材８は耐熱性があり且つ、自身が
電磁誘導により発熱しないため、特殊な材料（ワイヤは
炭素繊維、接続部材はＰＰＳ，ＰＥＥＫ、フェノール樹
脂等の耐熱性樹脂）でできている。

【００２６】端部のコア６は上記駆動手段により上記溝
内を移動でき、定着ローラ端部側に位置する第一のポジ
ションと中心側に位置する第二のポジションを有する。

【００２７】・搬送ガイド、分離爪、温度センサー搬送ガイド１１は、未定着のトナー画像を担持しながら
搬送される記録紙やＯＨＴなどを定着ローラ１と加圧ロ
ーラ１０との圧接部（ニップ部）へ案内する位置に配置
される。

【００２８】分離爪１２は、定着ローラ１の表面に当接
または近接して配置される。

【００２９】温度センサー１３は定着ローラ１の表面に
当接するように配置され、温度センサー１３の検出信号
をもとに誘導コイル５への電力供給を増減させること
で、定着ローラ１の表面温度が所定の一定温度になるよ
う自動制御される。

【００３０】図５のＡ〜Ｃはコア６が第一のポジション
に位置するときの説明図である。

【００３１】図５−Ａは定着ローラ１とコア６，７の位
置関係を示している。３つのコアはこのとき重なること
なく配列されている。また、３つのコアは定着ローラ１
に対向する面は平面かつ平坦に配置されている。端部の
コアは前記したように厚みは同じだが背が高いので、定
着ローラ１の回転軸方向に直行する断面の面積断が大き
い。

【００３２】図５−Ｂは、定着ローラ１における発熱量
の分布を示している。コアは端部の方が中心部よりも高
さが高く、コアの断面積が大きいために、交番磁場がよ
り流れやすく、その結果定着ローラ１における発熱量も
端部の方が中心部よりも多くなっている。

【００３３】図５−Ｃに、定着ローラ１における表面温
度の分布を示す。定着ローラ１の極端部では、発熱量が
極端に小さい部分があり、また定着ローラ１を支えてい
るベアリング（不図示）などから熱が流れるために温度
が上昇しにくい。そのため、発熱量分布は図５−Ｂの様
に端部の方が中心部よりも高いが、定着ローラ１の表面
温度はほぼフラットになる。

【００３４】上記のように第一のポジションでは、定着
ローラ表面の温度分布を（極端部を除く）全域でフラッ
トにすることができ、Ａ３、Ａ４等の幅の広いサイズの
用紙を定着するときに対応する。

【００３５】図５のＤ〜Ｆはコア６が第二のポジション
に位置するときの説明図である。

【００３６】図５−Ｄに示すように、中央部のコアと端
部のコアが重なることにより、定着ローラ端部ではコア
が存在しない部分ができている。

【００３７】そのため図５−Ｅの発熱分布図に示すよう
に、コアのない定着ローラ端部での発熱が、コアのある
中央部に比較して極端に減少する。

【００３８】これにより図５−Ｆの定着ローラ１の表面
温度分布図に示すように、コアのある中央部付近はフラ
ットな温度分布となるが、コアのない端部では、温度が
上昇せず急激に温度が低下する。

【００３９】上記のように第二のポジションでは、定着
ローラ表面の温度分布を中高にすることができ、Ａ４
Ｒ、Ｂ５Ｒ等の幅の狭いサイズの用紙を定着するときに
対応する。

【００４０】本実施例の効果は、コアに複数の停止位置
を持たせることにより、装置に通紙使用可能な最大サイ
ズの非加熱材よりも小さいサイズの非加熱材が通紙され
たときの加熱部の非通紙領域部に対応する誘導発熱体部
分に対する作用磁束密度よりも弱めるように変化させる
ことで、非通紙部における過昇温を防止あるいは緩和す
ることができ、装置の高耐久化が可能となる。

【００４１】（第２の実施例）図６Ａは、第２の実施例
の説明図である。同図ではコア２１，２２，２３と定着
ローラ１のみ描き、その他の部品（コイル、ホルダー
等）は第１の実施例と同じなので省略してある。

【００４２】第１の実施例との違いはコアの形状及び配
置のみである。

【００４３】使用されるコアはすべて同一形状である。

【００４４】コアは定着ローラ長手方向に３列で配置さ
れる。

【００４５】中央の列２２は長手方向通紙幅全域に複数
コアが並びコアは図示しないホルダーに固定される。

【００４６】他の２列は、端部にコア２１，２３を１つ
づつ配置し、それらのコアは不図示の連結手段により不
図示の駆動手段と連結し駆動され、定着ローラ長手方向
に移動可能で複数の停止位置を持つ。

【００４７】図６ＡはＡ３，Ａ４等の幅の広いサイズの
用紙を想定し、コア２１，２３を大サイズ紙の紙端に位
置させている（第１のポジション）。このとき、端部に
はコアが２枚重なるので、コアの断面積が大きく、交番
磁場がより流れやすく、その結果定着ローラ１における
発熱量も端部の方が、コアの重なっていない中心部より
も多くなっている。（図６Ｂ）そのため、図６−Ｃに示
すように定着ローラ１温度分布はほぼフラットになる。

【００４８】図６Ｄは，Ａ４Ｒ等の幅の狭いサイズの用
紙を想定し、コア２１，２３を小サイズ紙の紙端位置に
移動している（第２のポジション）。このとき、コアの
２枚重なるところでは、コアの断面積が大きく、交番磁
場がより流れやすく、その結果定着ローラ１における発
熱量も多くなり、コアの重ならない中心部と端部では発
熱量が小さくなる。（図６Ｅ）そのため、定着ローラ１
温度分布は小サイズ紙幅のところでほぼフラットにな
り、かつ、紙幅より外側でなだらかに温度低下する。
（図６Ｆ）本実施例では、第１の実施例と同様の効果が得られる。

【００４９】また、本実施例特有の効果として、使用す
るコアのサイズがすべて同じなので、部品の共通化がは
かれる。

【００５０】（第３の実施例）図７−Ａは、第３の実施
例の説明図である。同図ではコア３１，３２，３３と定
着ローラ１及び、コアホルダー３４のみ描き、その他の
部品（コイル、ホルダー等）は第１の実施例と同じなの
で省略してある。

【００５１】第１，第２の実施例との違いはコアの形状
及び配置のみである。

【００５２】定着ローラ長手方向に定着ローラとほぼ等
しい長さを持つ固定コア３１の上にＨ断面を有するコア
ホルダー３４が装着され、Ｈの上の溝に上側コア３２，
３３がスライド自在に配置される。上側コア３２，３３
は不図示の連結手段により不図示の駆動手段と連結し駆
動され、定着ローラ長手方向に移動可能で複数の停止位
置を持つ。

【００５３】図７−ＡはＡ３，Ａ４等の幅の広いサイズ
の用紙を想定し、コア３２，３３を大サイズ紙の紙端に
位置させている（第１のポジション）。このとき、端部
にはコアが縦方向に２枚重なるので、コアの断面積が大
きく、交番磁場がより流れやすく、その結果定着ローラ
１における発熱量も端部の方が、コアの重なっていない
中心部よりも多くなる。そのため、定着ローラ１温度分
布はほぼフラットになる。

【００５４】図７−Ｂは，Ａ４Ｒ等の幅の狭いサイズの
用紙を想定し、コア３２，３３を小サイズ紙の紙端位置
に移動している（第２のポジション）。このとき、コア
が縦に２枚重なるところでは、コアの断面積が大きく、
交番磁場がより流れやすく、その結果定着ローラ１にお
ける発熱量も多くなり、コアの重ならない中心部と端部
では発熱量が小さくなる。そのため、定着ローラ１温度
分布は小サイズ紙幅のところでほぼフラットになり、か
つ、紙幅より外側でなだらかに温度低下する。

【００５５】本実施例では、第１の実施例と同様の効果
が得られる。

【００５６】また、本実施例特有の効果として、コアが
縦方向に１列で配置されることにより、実施例１及び２
に比べ、狭い定着ローラの中で、コイル等の邪魔になら
ないようにコアを配置できる。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による加熱装置は、コアに複数の停止位置を持たせるこ
とにより、装置に通紙使用可能な最大サイズの非加熱材
よりも小さいサイズの非加熱材が通紙されたときの加熱
部の非通紙領域部に対応する誘導発熱体部分に対する作
用磁束密度よりも弱めるように変化させることで、非通
紙部における過昇温を防止あるいは緩和することがで
き、装置の高耐久化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の断面図（正面）である。

【図２】第１実施例の断面図（側面）である。

【図３】第１実施例の断面図（上視）である。

【図４】第１実施例のコアと駆動手段の接続部を示す図
である。

【図５】第１実施例のコアポジション説明図である。

【図６】第２実施例のコアポジション説明図である。

【図７】第３実施例のコアポジション説明図である。

【符号の説明】

１定着ローラ２ホルダー５誘導コイル６，７磁性体コア８接続部材９モータ１０加圧ローラ１０ａ中空芯金１０ｂ弾性層１１搬送ガイド１２分離爪１３温度センサー１４ワイヤ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘導電流を発生する電源と、誘導電流を
印可し磁場を発生させる励磁コイルと、磁路を形成する
複数の磁性体コアから構成される磁場発生手段を有し、
少なくとも一部に導電性を有する回転部材と、該磁場発
生手段により該回転部材に磁場を作用させて該回転部材
に発生する渦電流による発熱により該回転部材を加熱
し、該回転部材に被加熱材を加圧手段により押し付ける
ことにより、被加熱材を加熱する電磁誘導加熱方式の加
熱装置において、複数の磁性体コアのうち、該回転部材長手中央に配置さ
れた磁性体コアが、端部に配置された磁性体コアより該
コアの厚み＋α分だけずれた位置で該回転部材の回転軸
と平行に略１列に配置されており、且つ、端部に配置さ
れたコアが中央に配置されたコアと該長手方向で重なら
ない第１の停止位置と、重なる第２の停止位置を持つこ
とを特徴とする加熱装置。
【請求項２】前記請求項１記載の加熱装置において、磁性体コアを支持するホルダー部材を持ち、該ホルダー
部材は中央部の磁性体コアを固定支持し、端部の磁性体
コアを支持するホルダー部材は溝形状で、溝は端部の磁
性体コアの長さより長く、定着ローラ長手方向の中心側
に伸びていて、端部の磁性体コアを移動させる駆動手段
と、駆動手段と磁性体コアを接続する連結手段を有する
ことを特徴とする加熱装置。
【請求項３】誘導電流を発生する電源と、誘導電流を
印可し磁場を発生させる励磁コイルと、磁路を形成する
複数の磁性体コアから構成される磁場発生手段を有し、
少なくとも一部に導電性を有する回転部材と、該磁場発
生手段により該回転部材に磁場を作用させて該回転部材
に発生する渦電流による発熱により該回転部材を加熱
し、該回転部材に被加熱材を加圧手段により押し付ける
ことにより、被加熱材を加熱する電磁誘導加熱方式の加
熱装置において、複数の磁性体コアは該回転部材の回転軸と平行に複列に
配置され、１列は該回転部材長手方向に非加熱材の最大
サイズ幅に略全域に配置される。また、他の列は上記列
より長手方向に磁性体コアの長さが短く、且つ、磁性体
コアが長手方向に複数の停止位置を有し、そのうち少な
くとも１つは上記列の最端部とほぼ等しい位置であるこ
とを特徴とする加熱装置。
【請求項４】前記請求項３記載の加熱装置において、
該コアは材質、形状が同一の物からなる一種類の部材か
ら構成されされていることを特徴とする加熱装置。
【請求項５】前記請求項１記載の加熱装置において、
端部に配置された磁性体コアは前記回転部材の回転軸方
向に直行する断面積が、中央部に配置された磁性体コア
の断面積より大きい事を特徴とする加熱装置。
【請求項６】前記請求項１記載の磁性体コアはすべ
て、前記回転部材と対向する面は同一平面上に配置され
ることを特徴とする加熱装置。（回転部材と磁性体コア
の距離が等距離）