JP3891194B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に用いられる定着装置に関する。特に、故障時の過昇温による不具合を防止する定着装置に関する。

従来の定着装置は、定着ローラと、磁束を発生して上記定着ローラを加熱する励磁コイルと、この励磁コイルを巻設するフェライトコアとを備えている（特開平８−２８６５４２号公報：特許文献１参照、特開２００１−２３７６７号公報：特許文献２参照）。

上記フェライトコアは、上記定着ローラが正常に定着するときの温度（以下、定着温度という）よりも高いキュリー温度を有している。

この従来の定着装置の定着動作を説明すると、上記定着ローラを、上記励磁コイルによって加熱して、この加熱された定着ローラによって、定着を行う。このとき、上記フェライトコアは、上記定着ローラからの熱により、加熱される。

そして、上記フェライトコアの温度が、上記キュリー温度に達したとき、上記フェライトコアは、非磁性になって、上記励磁コイルから上記定着ローラへの磁束が減少し、上記定着ローラの発熱量が減少して、上記定着ローラの昇温が抑制される。

また、この従来の定着装置は、上記定着ローラを所定の温度に維持する温度調節機構を備えている。

しかしながら、上記従来の定着装置では、上記温度調節機構が故障した場合、図９に示すように、電力を供給してから、温度調節されない状態（すなわち、電力のＯＮ状態）が維持される。

このとき、上記定着ローラの温度は、上記励磁コイルからの電磁誘導によって、急激に上昇する。一方、上記フェライトコアの温度は、上記定着ローラからの熱によって、徐々に上昇する。

上記フェライトコアの昇温速度は、上記定着ローラの昇温速度に比べて、極めて遅いため、上記フェライトコアの温度が、キュリー温度（２５０℃）に達しないうちに、上記定着ローラの温度が、上記定着ローラが発煙を開始するときの温度（４００℃）に達してしまって、上記定着ローラは、やがて発火する。

また、ウォームアップの完了時間を短縮し、消費電力を低減するために、上記定着ローラの熱容量を小さくした場合、上記定着ローラの昇温速度は、上記フェライトコアの昇温速度に比べて、一層速くなって、上記定着ローラが発火する危険性が一層高まる。
特開平８−２８６５４２号公報 特開２００１−２３７６７号公報

そこで、この発明の課題は、定着回転体の温度が定着回転体の発煙する温度に達することを防止して、定着回転体の発煙や発火を防止する定着装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の定着装置は、
磁束により加熱される定着回転体と、
磁束を発生して上記定着回転体を加熱する励磁コイルと、
この励磁コイルを巻設すると共に、上記定着回転体が正常に定着するときの温度（以下、定着温度という）と、上記定着回転体が発煙を開始するときの温度（以下、発煙開始温度という）との間の、キュリー温度を有するフェライトコアと、
このフェライトコアを加熱するヒータと
を備え、
上記励磁コイルと上記ヒータとは、直列に接続されていることを特徴としている。

この発明の定着装置によれば、上記キュリー温度を有するフェライトコアを加熱する上記ヒータを備えるので、上記ヒータによって上記フェライトコアを加熱することで、上記定着回転体の温度が上記発煙開始温度に達する前に、上記フェライトコアの温度をキュリー温度にすることができる。

このように、上記定着回転体が発煙を開始する前に、上記フェライトコアの温度をキュリー温度にし、上記フェライトコアを非磁性にすることで、上記励磁コイルから上記定着回転体への磁束が減少し、上記定着回転体の発熱量が減少して、上記定着回転体の昇温が抑制される。したがって、上記定着回転体の発煙や発火を防止できる。

例えば、上記定着回転体を所定の温度に維持する温度調節機構が故障した場合に、上記定着回転体の過昇温を確実に防止して、上記定着回転体の発煙や発火を防止できる。

また、上記励磁コイルと上記ヒータとは、直列に接続されているので、上記定着回転体が上記励磁コイルによって加熱されるときに、必ず、上記フェライトコアが上記ヒータによって加熱される。このように、上記定着回転体の発煙や発火を確実に防止できる。

また、一実施形態の定着装置では、上記励磁コイルおよび上記ヒータと直列に接続される温度ヒューズあるいはサーモスタットを備える。

この一実施形態の定着装置によれば、上記励磁コイルおよび上記ヒータと直列に接続される上記温度ヒューズあるいは上記サーモスタットを備えるので、上記温度ヒューズあるいは上記サーモスタットは、一定値以上の温度で回路を遮断して、上記励磁コイルおよび上記ヒータへの電流を断つことができる。このように、一定値以上の温度で発熱の動作を全て停止することができて、上記ヒータおよび上記フェライトコアの過温昇を確実に防止できる。

また、一実施形態の定着装置では、上記温度ヒューズあるいは上記サーモスタットは、上記ヒータの近傍に配置されている。

この一実施形態の定着装置によれば、上記温度ヒューズあるいは上記サーモスタットは、上記ヒータの近傍に配置されているので、上記温度ヒューズあるいは上記サーモスタットは、上記ヒータの過昇温をより速く検知することができて、上記ヒータによる発火を確実に防止できる。

また、一実施形態の定着装置では、
上記定着回転体の温度を検出する温度センサと、
この温度センサからの出力に応じて、上記励磁コイルおよび上記ヒータへの通電を制御する通電制御部と
を備える。

この一実施形態の定着装置によれば、上記定着回転体の温度を検出する上記温度センサと、この温度センサからの出力に応じて、上記励磁コイルおよび上記ヒータへの通電を制御する上記通電制御部とを備えるので、上記通電制御部によって、上記励磁コイルおよび上記ヒータは、温度調節（ＯＮ−ＯＦＦ調節）される。このように、この定着装置の定着動作中は、上記フェライトコアの温度がキュリー温度を越えないように調節され、かつ、上記定着回転体の温度が上記定着温度を維持するように調節される。

この発明の定着装置によれば、上記キュリー温度を有するフェライトコアを加熱する上記ヒータを備えるので、上記ヒータによって上記フェライトコアを加熱することで、上記定着回転体の温度が、上記発煙開始温度に達する前に、上記フェライトコアの温度をキュリー温度にして、上記定着回転体の発煙や発火を防止する。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の定着装置の一実施形態である断面図を示している。図２は、この発明の定着装置の要部の側面図を示している。この定着装置は、いわゆる電磁誘導加熱型の定着装置であり、定着ベルト１と、加圧ローラ２と、上記定着ベルト１を電磁誘導により加熱する電磁誘導加熱器３とを備える。

上記定着ベルト１は、磁束により加熱される定着回転体の一例であり、磁束によって発熱する（図示しない）導電層を有する。

上記定着ベルト１を加熱して、上記定着ベルト１と上記加圧ローラ２との間（定着ニップ）に、トナー画像が転写された転写材５を通すことで、このトナー画像は、加熱されて溶融すると共に加圧されて上記転写材５に定着される。この転写材５は、例えば、紙やＯＨＰフィルム等のシートである。

上記電磁誘導加熱器３は、上記定着ベルト１の外側にある。上記定着ベルト１の内側には、上記定着ベルト１の温度を検出する温度センサ４が設けられている。この温度センサ４の出力値をもとに、上記電磁誘導加熱器３への電力の供給が行われる。

上記電磁誘導加熱器３は、励磁コイル３１と、この励磁コイル３１を巻設するフェライトコア３２とを備える。上記励磁コイル３１は、上記定着ベルト１および上記加圧ローラ２の軸と平行な方向に、導線を巻いて形成される。この導線としては、細い線を数十本から数百本束ねてリッツ線にしたようなものを用いており、さらに、伝熱を考慮して、耐熱性の樹脂で被覆したものを用いている。

上記フェライトコア３２は、高透磁率のものを用いることが望ましい。上記フェライトコア３２の材料としては、樹脂材に磁性粉を分散させたものを用いることが好ましく、透磁率は比較的低いが形状を自由に設定することができる。

上記励磁コイル３１には、電源６が接続され、１０〜１００ｋＨｚの交流電圧が印加される。交流電流によって誘導された磁束は、上記定着ベルト１の上記導電層に達し、上記導電層に渦電流が流れて、上記導電層がジュール発熱する。すなわち、上記励磁コイル３１は、磁束を発生して、上記定着ベルト１を加熱する。

上記フェライトコア３２の外側には、上記フェライトコア３２を覆うように、ヒータ３３が設けられている。このヒータ３３は、上記励磁コイル３１と直列に接続されている。上記定着ベルト１が、上記励磁コイル３１で発生する磁束により加熱されるときには、上記フェライトコア３２は、上記ヒータ３３で加熱される。

上記フェライトコア３２の近傍でかつ上記ヒータ３３の近傍には、サーモスタット３４が配置されている。このサーモスタット３４は、上記励磁コイル３１および上記ヒータ３３と直列に接続されている。

上記励磁コイル３１および上記ヒータ３３と直列に、通電制御部８が接続されている。この通電制御部８は、上記温度センサ４からの出力に応じて、上記励磁コイル３１および上記ヒータ３３への通電を制御する。具体的に述べると、上記通電制御部８は、上記励磁コイル３１および上記ヒータ３３への通電をＯＮ−ＯＦＦ切り替えする。または、上記通電制御部８は、上記励磁コイル３１および上記ヒータ３３に供給する電力を増減するようにしてもよい。

さらに、上記フェライトコア３２は、上記定着ベルト１が正常に定着するときの温度（以下、定着温度という）と、上記定着ベルト１が発煙を開始するときの温度（以下、発煙開始温度という）との間の、キュリー温度を有する。

上記フェライトコア３２のキュリー温度が２５０℃となるように、上記フェライトコア３２の組成が調整されている。このフェライトコア３２の組成としては、例えば、Ｆｅ₂Ｏ₃が５４％であり、ＭｎＯが３１％であり、Ｚｎ０が１５％である。

上記フェライトコア３２の温度が、キュリー温度より小さいとき、上記フェライトコア３２は、高透磁率を維持しており、図３に示すように、上記励磁コイル３１からの磁束Ｂが、上記フェライトコア３２の外部に漏れることなく、上記定着ベルト１を効率よく加熱する。

一方、上記フェライトコア３２の温度が、キュリー温度より大きいとき、上記フェライトコア３２は、非磁性になって、図４に示すように、上記励磁コイル３１から上記定着ベルト１への磁束Ｂが減少する。この結果、上記定着ベルト１の発熱量が減少して、図５に示すように、上記定着ベルト１の加熱効率は、キュリー温度を境に、格段に減少する。

次に、上記構成の定着装置の作用および効果を説明する。

上記定着装置が正常に動作しているとき、図６に示すように、上記定着ベルト１および上記フェライトコア３２は、温度調節されて、上記定着ベルト１および上記フェライトコア３２の温度は、略一定に保たれる。すなわち、上記励磁コイル３１および上記ヒータ３３への電力の供給をＯＮ−ＯＦＦ切り替えることで、上記定着ベルト１および上記フェライトコア３２の温度は、１８０℃近辺に保たれる。上記定着温度は、１８０℃である。

なお、上記定着装置の動作には、ウォームアップ動作、待機動作および定着動作がある。この定着動作のときに、通紙される。

一方、上記定着装置に故障が生じて、上記定着ベルト１および上記フェライトコア３２が、電源投入時から温度調節されないとき、図７に示すように、上記励磁コイル３１および上記ヒータ３３への電力の供給が維持される。

このとき、上記定着ベルト１は、上記励磁コイル３１からの電磁誘導によって、昇温する。一方、上記フェライトコア３２は、上記定着ベルト１からの熱に加えて、上記ヒータ３３の加熱によって、昇温する。

そして、上記定着ベルト１の温度が上記発煙開始温度（４００℃）に達する前に、上記フェライトコア３２の温度をキュリー温度（２５０℃）にすることができる。

上記フェライトコア３２の温度がキュリー温度を超えると、図５で説明したように、上記定着ベルト１の加熱効率が格段に減少して、上記定着ベルト１は上記発煙開始温度に達することはない。このように、上記定着ベルト１の発煙や発火を防止できる。

その後、連続してＯＮ状態にある上記ヒータ３３からの熱によって、上記ヒータ３３の周辺の部材は、除々に昇温する。同時に、上記ヒータ３３の近傍に配置された上記サーモスタット３４も暖められるため、上記ヒータ３３の周辺の部材が発煙開始温度に達する前に、上記サーモスタット３４が作動して回路を遮断する。すなわち、上記励磁コイル３１および上記ヒータ３３への電流を断って、全ての発熱動作を停止する。なお、上記サーモスタット３４が作動する設定温度は、３００℃である。

また、図６に示す上記定着装置が正常に動作しているときに、異常が発生した場合でも、図７で説明したように、上記定着ベルト１が発煙を開始する前に、上記フェライトコア３２の温度をキュリー温度に達することができる。このように、上記定着ベルト１の発熱が抑えられて、上記定着ベルト１の発煙を防止できる。

また、上記構成の定着装置では、上記励磁コイル３１と上記ヒータ３３とは、直列に接続されているので、上記定着ベルト１が上記励磁コイル３１によって加熱されるときに、必ず、上記フェライトコア３２が上記ヒータ３３によって加熱される。このように、上記定着ベルト１の発煙や発火を確実に防止できる。

また、上記通電制御部８によって、上記励磁コイル３１および上記ヒータ３３は、温度調節（ＯＮ−ＯＦＦ調節）される。このように、この定着装置の定着動作中は、上記フェライトコア３２の温度がキュリー温度を越えないように調節され、かつ、上記定着ベルト１の温度が上記定着温度を維持するように調節される。

（第２の実施形態）
図８は、この発明の他の実施形態を示している。図１に示す上記第１の実施形態と相違する点を説明する。

図８の第２の実施形態では、上記電磁誘導加熱器３が上記定着ベルト１の内側に配置され、上記温度センサ４が上記定着ベルト１の外側に配置されている。すなわち、上記定着ベルト１の内側において、上記定着ベルト１の軸方向へ順に、上記励磁コイル３１、上記フェライトコア３２および上記ヒータ３３が配置されている。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記定着ベルト１の代わりに、定着ローラを用いてもよい。また、上記電磁誘導加熱器３を上記加圧ローラ２側に配置してもよい。また、上記サーモスタット３４に代えて、温度ヒューズを用いてもよい。

また、上記サーモスタット３４に代えて、上記ヒータ３３の抵抗値を適切な値に設定するようにしてもよく、仮に、上記ヒータ３３に通電を維持されたとしても、上記ヒータ３３の発熱量を、発煙しない程度に抑えることができる。このとき、定着動作が良好になされないために、使用者は、この発明の定着装置が用いられる画像形成装置のメイン電源を一旦オフにして、この画像形成装置のリセットを行うと考えられ、それによって、上記通電制御部８の暴走もリセットされる。

また、上記サーモスタット３４に代えて、上記温度センサ４の出力を用いてもよい。また、上記ヒータ３３を、上記励磁コイル３１と別の回路を設けて所定温度になるように、制御してもよい。

本発明の定着装置の第１実施形態を示す断面図である。 本発明の定着装置の要部の側面図である。 フェライトコアの温度がキュリー温度以下であるときの磁束の状態を示す説明図である。 フェライトコアの温度がキュリー温度以上であるときの磁束の状態を示す説明図である。 フェライトコアの温度と定着ベルトの加熱効率との関係を示すグラフ図である。 本発明の定着装置の通常時の温度挙動を示すグラフ図である。 本発明の定着装置の故障時の温度挙動を示すグラフ図である。 本発明の定着装置の第２実施形態を示す断面図である。 従来の定着装置の故障時の温度挙動を示すグラフ図である。

符号の説明

１ 定着ベルト（定着回転体）
２ 加圧ローラ
３ 電磁誘導加熱器
３１ 励磁コイル
３２ フェライトコア
３３ ヒータ
３４ サーモスタット
４ 温度センサ
５ 転写材
６ 電源
８ 通電制御部

Claims (4)

1. 磁束により加熱される定着回転体と、
   磁束を発生して上記定着回転体を加熱する励磁コイルと、
   この励磁コイルを巻設すると共に、上記定着回転体が正常に定着するときの温度と、上記定着回転体が発煙を開始するときの温度との間の、キュリー温度を有するフェライトコアと、
   このフェライトコアを加熱するヒータと
   を備え、
   上記励磁コイルと上記ヒータとは、直列に接続されていることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記励磁コイルおよび上記ヒータと直列に接続される温度ヒューズあるいはサーモスタットを備えることを特徴とする定着装置。
3. 請求項２に記載の定着装置において、
   上記温度ヒューズあるいは上記サーモスタットは、上記ヒータの近傍に配置されていることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記定着回転体の温度を検出する温度センサと、
   この温度センサからの出力に応じて、上記励磁コイルおよび上記ヒータへの通電を制御する通電制御部と
   を備えることを特徴とする定着装置。

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