JP3475714B2 - 誘導加熱定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子写真式
の複写機、プリンタ、およびファクシミリなどに用いら
れる誘導加熱方式の定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真式の複写機、プリンタ、および
ファクシミリなどには、記録媒体である記録紙や転写材
などのシート上に形成されたトナー像を同シートに定着
させる定着装置が設けられている。

【０００３】定着装置には種々の方式があるが、例え
ば、一般的な熱ローラ方式の定着装置は、シート上のト
ナーを熱溶融させる定着ローラと、この定着ローラに圧
接してシートを挟持する加圧ローラとを有している。定
着ローラは円筒状に形成され、その内部にこの定着ロー
ラを加熱するための発熱体が設けられている。この発熱
体によって、定着ローラはトナーの溶融定着に必要な温
度（定着可能温度）まで加熱される。

【０００４】熱ローラ定着装置における発熱体として
は、一般に、例えばハロゲンヒータランプなどの管状ヒ
ータが用いられており、現在は、このハロゲンヒータラ
ンプを定着ローラの中心軸に配設して、ハロゲンヒータ
ランプの放射熱により定着ローラを加熱するものが主流
となっている。ところが、このようなハロゲンヒータラ
ンプを用いた定着装置は、コスト的に低価格ではある
が、放射熱による加熱であるため、熱効率が低く、エネ
ルギーロスが大きいという欠点がある。

【０００５】そこで、このようなハロゲンヒータランプ
による加熱の欠点を解決し、近年の省エネルギー化の要
請にこたえるため、例えば特公平４−７３１５５号公報
に開示されているように、閉磁路を形成するためのコア
（鉄心）の一部にコイル（誘導コイル）を巻装し、この
コイルが巻装されたコアを導電性の定着ローラの内部に
挿通して、該コイルに交流電流を流すことにより定着ロ
ーラに誘導電流を発生させて定着ローラを発熱させるよ
うにした誘導加熱方式の定着装置が開発されている。

【０００６】このような誘導加熱を用いた定着装置は、
定着ローラを電磁誘導によって直接発熱させる形態であ
るため、ハロゲンヒータランプによる加熱方式と比べ
て、熱変換効率が高く、より少ない電力で定着ローラ表
面を定着可能温度まで迅速に昇温させることが可能とな
る。特に上記公報の如く閉磁路を形成するコアを持つも
のは磁束の漏れがほとんどないため、効率良く定着ロー
ラに二次電流を生じさせることができるので、省エネル
ギー効果が高く、したがって大型の高速複写機や高速プ
リンタなどに適している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】さらに、特開平７−２
８７４７１号公報では、コアが挿通された定着ローラを
有する誘導加熱定着装置において、省エネルギーと定着
ローラの温度の立ち上がりを早くするために、定着ロー
ラの内側に断熱層を形成した誘導加熱定着装置が提案さ
れている。

【０００８】ところが、このような誘導加熱定着装置の
断熱層では、定着ローラの内面からの熱放散を小さくす
ることができるものの、誘導コイルの銅損による発熱で
生じたジュール熱がコアに伝達されて、定着装置自体が
加熱されるという問題がある。また、コアの温度が上昇
すると、鉄損が増加してエネルギーロスが増大するた
め、効率が低下するという問題もある。

【０００９】本発明は、このような上記従来技術に伴う
問題を解決するためになされたものであり、誘導コイル
で発生した熱がコアに伝わるのを防止することができる
誘導加熱定着装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、記録媒体上に形成されたトナー像を前記記
録媒体に定着させる誘導加熱方式の誘導加熱定着装置に
おいて、導電性材料で形成された円筒形状の定着ローラ
と、前記定着ローラに圧接して設けられ、前記記録媒体
を前記定着ローラとの間で挟持する加圧ローラと、前記
定着ローラの中空部に一部が挿通され、閉磁路を形成す
るコアと、前記コアの一部に巻装されて前記定着ローラ
の前記中空部に配置され、前記定着ローラを誘導加熱す
る誘導コイルと、前記誘導コイルと前記コアの間に設け
られ、断熱性と絶縁性を併有する断熱絶縁層とを有する
ことを特徴とする。また、前記断熱絶縁層は、例えばフ
ェノール樹脂からなる。また、前記断熱絶縁層が、断熱
性を有する断熱層と、絶縁性を有する絶縁層との二つの
層からなるようにすることもできる。

【００１１】この発明の構成によると、誘導コイルとコ
アの間に断熱性と絶縁性を併有する断熱絶縁層が設けら
れているため、この断熱絶縁層を介して、誘導コイルと
コアとは電気的に完全に分離されるとともに（絶縁性の
強化）、誘導コイルとコアとは熱的にも分離され、誘導
コイルで銅損により生じた熱（ジュール熱）のコアへの
伝達が防止される（コアへの熱伝導防止）。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面を用いて本発
明の実施の形態を説明する。

【００１３】図１は本発明を適用した誘導加熱定着装置
（以下単に「定着装置」と称する）の要部の概略構成を
示す断面図、図２は同装置の定着ローラ部分の概略構成
を示す縦断面図、図３はその横断面図である。

【００１４】この定着装置は、記録媒体としてのシート
１上に保持されたトナー２を加熱溶融して該シート１に
定着させるものであって、図１中矢印ａ方向に回転駆動
可能に設けられた定着ローラ３と、この定着ローラ３に
圧接して設けられ、定着ローラ３の回転に伴って従動回
転する加圧ローラ４と、定着ローラ３を誘導加熱する誘
導コイル５とを有する。

【００１５】定着ローラ３は、導電性の円筒形中空パイ
プであり、例えば炭素鋼管、ステンレス合金管、または
アルミニウム管などの導電性材料から形成され（ローラ
シェル）、加圧ローラ４からの圧接力に対して十分な機
械的強度を確保できる範囲内でかつ一定の熱容量を確保
できる肉厚で形成されている。また、その外周面には、
シート１を分離しやすくするため、フッ素樹脂をコーテ
ィングして、トナー２に対して良好な離型性と耐熱性を
有する耐熱離型層が形成されている。

【００１６】加圧ローラ４も円筒形であって、軸芯６
と、この軸芯６の周囲に形成されたシリコンゴム層７と
で構成されている。シリコンゴム層７は、表面からシー
ト１が離れやすい離型性を有するとともに耐熱性をも有
するゴム層である。また、加圧ローラ４は、図示しない
ばね材により、定着ローラ３に向かう方向に常時付勢さ
れている。

【００１７】また、この定着装置は閉磁路を形成する矩
形状のコア８を有し、このコア８の一部が定着ローラ３
の中空部３ａを貫通している。誘導コイル５は、巻線９
をコア８に螺旋状に巻回して形成され、定着ローラ３の
内部に同心状に配置されている。コア８は、通常のトラ
ンスなどに用いられているいわゆる鉄心であり、例えば
珪素鋼板積層鉄心のように高透磁率のものが好ましい。
もちろん積層鉄心に代えて柱状鉄心でもよい。また、誘
導コイル５の巻線９としては、表面に融着層と絶縁層を
持つ通常の単一導線が用いられている。

【００１８】さらに、この定着装置は、誘導コイル５の
内側、つまり誘導コイル５とコア８の間に、断熱性と絶
縁性を併有する断熱絶縁層１１を有している。この断熱
絶縁層１１は、誘導コイル５とコア８とを電気的に完全
に分離して（絶縁性の強化）効率を高めるとともに、誘
導コイル５とコア８とを熱的にも分離して誘導コイル５
で銅損により生じた熱（ジュール熱）がコア８に伝達さ
れるのを防止するものである（コアへの熱伝導防止）。
このようにコア８への熱伝導を防止することにより、コ
ア８の温度上昇が抑制されるので（コアの高温抑制）、
この点からも効率が良くなるという効果がある。断熱絶
縁層１１としては、断熱性と絶縁性を兼ね備えればよい
ので種々の材料が使えるが、ここでは、例えば、フェノ
ール樹脂などを使用する。

【００１９】なお、断熱絶縁層は必ずしも一つの層で構
成する必要はなく、断熱性を有する断熱層と絶縁性を有
する絶縁層の二つの層を積層して断熱絶縁層とすること
も可能である。

【００２０】定着動作においては、まず、図示しない交
流電源を誘導コイル５に印加して、誘導加熱によって定
着ローラ３の温度が定着に適した温度（例えば、１５０
〜２００℃）になるまで加熱する。ローラ温度が定着可
能温度に達した後は、定着ローラ３と加圧ローラ４は摺
接しながら互いに逆方向へ回転し、トナー２が付着した
シート１を挟持する。すなわち、未定着のトナー２を保
持したシート１は、図１中矢印ｂで示すように左方向か
ら搬送され、定着ローラ３と加圧ローラ４との接触部で
あるニップ部１０に向かって送り込まれた後、加熱され
た定着ローラ３の熱と両ローラ３、４から作用する圧力
とを受けながら、ニップ部１０で挟持されつつ搬送され
る。この過程において、シート１上のトナー２は、ニッ
プ部１０で、定着ローラ３の熱により溶融し、両ローラ
３、４から作用する圧力によりシート１上に定着され
る。ニップ部１０を通過してトナ２ーが定着したシート
１は、定着ローラ３および加圧ローラ４の回転に伴い、
図２中右方向に搬送される。そして、図示しない排紙ロ
ーラによって搬送され、複写機やプリンタなどの排紙ト
レイ（図示せず）上に排出される。

【００２１】以上のように構成された誘導加熱定着装置
の基本的な動作原理は、トランスと同様であり、誘導コ
イル５が入力側として一次コイル（Ｎ巻き）に相当し、
定着ローラ３が出力側として二次コイル（１巻き）に相
当する。そして、一次コイル（誘導コイル５）に交流電
圧Ｖ1 を印加し電流Ｉ1 が流れると、閉磁路を形成する
コア９に磁束φが生じ、この磁束φの変化によって二次
コイル（定着ローラ３）に誘導起電力Ｖ2 が生じて、定
着ローラ３の円周方向に沿って誘導電流Ｉ2 が流れる。
このとき、コア９によって閉磁路が形成されているため
原理的には漏れ磁束がなく、したがって一次側（入力）
エネルギーＶ1 ×Ｉ1 と二次側（出力）エネルギーＶ2
×Ｉ2 とはほぼ等しくなる。

【００２２】このとき、誘導加熱において発熱する部分
は三ヶ所あり、一つ目は、一次コイルの導線（銅内）に
発生する一次銅損、つまり誘導コイル５の発熱であり、
二つ目は、二次コイルの導線（銅内）に発生する二次銅
損、つまり定着ローラ３の発熱であり、三つ目は、鉄心
内部に生じるジュール熱損とヒステリシス損からなる鉄
損、つまりコア９の発熱である。誘導加熱定着装置で
は、一つ目と三つ目の損失（発熱）がエネルギーロスと
なるため、これらの損失（発熱）を極力抑える一方で、
二つ目の銅損（ジュール熱）を熱エネルギーとして利用
して定着ローラ３を発熱させるようにしている。

【００２３】特に、本実施形態では、誘導コイル５とコ
ア８の間に断熱性と絶縁性を併有する断熱絶縁層１１を
設けたので、この断熱絶縁層１１によって誘導コイル５
とコア８とは電気的に完全に分離され（絶縁性の強
化）、誘導コイル５からコア８への漏れ電流によるエネ
ルギーロスが減少する。よって、効率が向上する。ま
た、断熱絶縁層１１によって誘導コイル５とコア８とは
熱的にも分離されるため、誘導コイル５で銅損により生
じた熱（ジュール熱）がコア８に伝達されるのを防止す
ることができ（コアへの熱伝導防止）、コア８の温度上
昇を抑制することができる（コアの高温抑制）。前述し
たようにコア９の鉄損は温度の上昇につれて増加するの
で、コア９への熱伝導を防止することにより、鉄損の増
加が抑えられエネルギーロスが減少するので、この点か
らも効率が良くなる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
誘導コイルとコアの間に断熱性と絶縁性を併有する断熱
絶縁層を設けたので、誘導コイルとコアの間の絶縁性を
強化することができるとともに、誘導コイルで発生した
熱がコアに伝達されるのを防止して、コアの温度上昇を
抑制することができ、効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した誘導加熱定着装置の要部の
概略構成を示す断面図である。

【図２】 同定着装置の定着ローラ部分の概略構成を示
す縦断面図である。

【図３】 その横断面図である。

【符号の説明】 １…シート（記録媒体） ２…トナー ３…定着ローラ ４…加圧ローラ ５…誘導コイル ８…コア １１…断熱絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20 H05B 6/00 - 6/44

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体上に形成されたトナー像を前記
   記録媒体に定着させる誘導加熱方式の誘導加熱定着装置
   において、 導電性材料で形成された円筒形状の定着ローラと、 前記定着ローラに圧接して設けられ、前記記録媒体を前
   記定着ローラとの間で挟持する加圧ローラと、 前記定着ローラの中空部に一部が挿通され、閉磁路を形
   成するコアと、 前記コアの一部に巻装されて前記定着ローラの前記中空
   部に配置され、前記定着ローラを誘導加熱する誘導コイ
   ルと、 前記誘導コイルと前記コアの間に設けられ、断熱性と絶
   縁性を併有する断熱絶縁層と、 を有することを特徴とする誘導加熱定着装置。
2. 【請求項２】 前記断熱絶縁層がフェノール樹脂からな
   ることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱定着装置。
3. 【請求項３】 前記断熱絶縁層が、断熱性を有する断熱
   層と、絶縁性を有する絶縁層との二つの層からなること
   を特徴とする請求項１記載の誘導加熱定着装置。