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

誘導加熱定着装置

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JP3475714B2
JP3475714B2 JP12576397A JP12576397A JP3475714B2 JP 3475714 B2 JP3475714 B2 JP 3475714B2 JP 12576397 A JP12576397 A JP 12576397A JP 12576397 A JP12576397 A JP 12576397A JP 3475714 B2 JP3475714 B2 JP 3475714B2
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隆浩 辻本
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ミノルタ株式会社
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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。
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