JPH08137311A - トナー定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 常時予熱を必要とせず、複写時ないしプリン
ト時に急速に予熱できるトナー定着装置を提供すること
にある。 【構成】 金属製の加熱ローラと、この加熱ローラへ平
行して接触する加圧ロールと、前記加熱ローラへ非接触
的に設置されていて当該加熱ローラを加熱する電磁誘導
加熱手段とを含み、この電磁誘導加熱手段は、前記加熱
ローラの前記加圧ロールとの接触部位の反対側におい
て、当該加熱ローラのトナー定着部の少なくとも最大長
さ範囲にわたって設置されていることを特徴とする。電
磁誘導加熱手段は、前記加熱ローラの前記加圧ロールと
の接触部位の反対側における少なくとも半円筒部分を囲
む状態に設置されているのが好ましい。加熱ローラは、
周面にフッ素樹脂の皮膜を定着したヒートパイプである
のが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般的には複写機，
プリンタ，ファクシミリなどにおいて、用紙に転写した
トナーを定着させるためのトナー定着装置に関するもの
である。さらに具体的には、加熱ローラとこの加熱ロー
ラへ平行状に接触する加圧ロールとの間に用紙を通過さ
せ、前記加熱ローラの前記加圧ロールとの接触部位を加
熱させることにより、前記用紙に転写したトナーを当該
用紙へ定着させる構造のトナー定着装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般的なトナー定着装置は、例えばアル
ミニウム合金製の円筒状の加熱ローラと、この加熱ロー
ラに平行して接触する加圧ロールとを備えており、前記
加熱ローラ内に設置したハロゲンランプの放射熱で当該
ローラを加熱し、前記加熱ローラと加圧ロールとの間に
用紙を通過させ、前記加熱ローラの熱により前記用紙に
転写されているトナーを当該用紙へ定着させる構造であ
る。

【０００３】前述のトナー定着装置は、加熱ローラの熱
容量が大きいとともに、加熱ローラのうち用紙に接触し
ていない部分も一様に温められるので、トナー定着のた
めの熱量よりも大気中に拡散される熱量の方がはるかに
大きく、エネルギーの無駄が多い。また、過熱を防止す
るため機器内には冷却ファンが不可欠である。例えば、
パソコンなどに付随しているプリンタは、実際に作動し
ている時間よりも待機時間の方がはるかに長いので、省
エネルギーのためには、待機時間中はプリンタの電源を
切っておくのが望ましい。このように、印刷実行の間の
みトナー定着装置を加熱する方式は「オンデマンド定着
方式」と呼ばれているが、前述のトナー定着装置は、加
熱ローラのトナー定着温度（１５０℃前後）へのウオー
ムアップ時間（予熱時間）が長く、加熱ローラを継続的
に予熱する必要があるので前述の定着方式を採用するこ
とができない。

【０００４】最近、前述の予熱時間を短くするものとし
て、例えば特開昭６０−２５４０７１号公報には、図４
で示すようなトナー定着装置が提案されている。図４の
トナー定着装置は、ヒートパイプからなる加熱ローラ１
と、この加熱ローラ１へ平行して接触し、加熱ローラ１
の方向へ加圧される加圧ロール２と、加熱ローラ１の一
端部へ装着された磁性材料からなるスリーブ１ａと、こ
のスリーブ１ａを囲障し、かつ当該スリーブ１ａとは非
接触状態になるように設置され、ボビンに巻かれた誘導
コイル１ｃを含む電磁誘導加熱手段１ｂとから構成され
ている。

【０００５】図４のトナー定着装置は、機器（例えば複
写機）の電源を入れると、誘導コイル１ｃに加熱電流が
流れるとともに誘導コイル１ｃの周囲に交番磁界が形成
され、磁性材料からなるスリーブ１ａに過電流が誘起さ
れて発熱し、その熱は加熱ローラ１内の作動液の蒸発に
より当該加熱ローラ１の全長へ均熱的に伝達される。そ
して、複写指令により表面に図示しないトナーが転写さ
れた用紙が、当該用紙の走行方向に沿って回転する加圧
ロール２と加熱ローラ１に挟み込まれて通過するとき、
トナー及び用紙が加熱ローラ１によって温められること
により当該トナーが用紙へ定着されるようになってい
る。また、加熱ローラ１の表面温度は、図示しないサー
ミスタ温度計によって検出され、その検出値に基づいて
インバータ回路により制御するように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の定着装置は、電
磁誘導加熱によりヒートパイプからなる加熱ローラを急
速に加熱し、ヒートパイプの急速な均熱化作用により加
熱ローラの予熱時間を短くすることを目的とするもので
あったが、磁性のスリーブ１ａの存在により加熱ローラ
１が直接加熱されないこと、電磁誘導による熱の加熱ロ
ーラ１への伝達は当該加熱ローラ１の一端に対して行わ
れ、ヒートパイプによる均熱化の迅速性には限界がある
こと、及び、機器の小型化にともなう加熱ロール１の細
径化とその熱輸送量とが背反することとによって、加熱
ローラ１の予熱時間はオンデマンド定着方式を採用する
のに耐える程度、例えば２０sec 程度には達しなかっ
た。

【０００７】この発明の目的は、常時予熱を必要とせ
ず、前述のオンデマンド定着方式を採用し得る程度に予
熱時間が短いトナー定着装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明によるトナー定
着装置は、前述の課題を解決するため、金属製の加熱ロ
ーラと、この加熱ローラへ平行して接触する加圧ロール
と、前記加熱ローラへ非接触的に設置されていて当該加
熱ローラを加熱する電磁誘導加熱手段とを含み、この電
磁誘導加熱手段を、前記加熱ローラの前記加圧ロールと
の接触部位の反対側において、当該加熱ローラのトナー
定着部の少なくとも最大長さ範囲をカバーする状態に設
置したことを特徴とするものである。

【０００９】この発明によるトナー定着装置において、
トナー定着部の最大長さ範囲とは、前記加熱ロールと加
圧ロールとの接触部の長さの中、当該トナー定着装置に
使用される用紙の最大サイズ（幅）のものが通過する長
さ範囲を意味している。

【００１０】前記電磁誘導加熱手段は、加熱ローラへ近
接するように配置される誘導コイルと、この誘導コイル
が定着されている遮蔽層と、この遮蔽層の誘導コイルが
定着されている面の反対側に定着されている絶縁層とか
ら構成するのが好ましい。加熱ローラの材質である金属
は、磁性体であるのが好ましいが、必ずしも磁性を有す
るものでなくても実施することができる。

【００１１】前記誘導コイルは、前記加熱ローラの前記
加圧ロールとの接触部位の反対側において少なくとも半
円筒部分を包む状態に設置されているのが好ましい。ま
た、前記電磁誘導加熱手段のコイルはフラットコイルで
あるのが好ましい。前記加熱ローラはヒートパイプであ
るのが好ましく、この加熱ローラは前記加圧ロールの下
部に接触しているのがさらに好ましい。さらに、加熱ロ
ーラがヒートパイプである場合には、当該加熱ローラの
表面に厚み２０μｍ程度のフッ素系樹脂からなる皮膜を
定着するのが好ましい。

【００１２】

【作用】この発明によるトナー定着装置は、加熱ローラ
の前記加圧ロールとの接触部位の反対側において、当該
加熱ローラの少なくともトナー定着部の最大長さ範囲を
カバーする状態に設置されている電磁誘導加熱手段へ通
電すると、当該電磁誘導加熱手段の回りに交番磁界が形
成され、当該電磁誘導加熱手段と近接している加熱ロー
ラが過電流の誘起により効率よく発熱する。そして、加
圧ロールを用紙の送り方向へ回転させながら、用紙を加
圧ロールとこれに接触している加熱ローラとの間に挟み
込ませると、前記加熱ローラも用紙の送り方向へ回転す
るとともに、当該加熱ローラの熱により、当該接触部位
を通過する用紙及び当該用紙に転写されているトナーが
適正温度に温められ、そのトナーを前記用紙へ定着させ
る。

【００１３】前記電磁誘導加熱手段は、加熱ローラの前
記加圧ロールとの接触部位の反対側において、加熱ロー
ラのトナー定着部の最大長さ範囲にわたって設置されて
いるので、加熱ローラは装置の作動時に最大幅の用紙が
通過する範囲が同時にかつ迅速・均一に加熱される。し
たがって、この発明によるトナー定着装置は、予熱時間
が非常に短く（例えば２０sec 以内に）なるので、前記
オンデマンド定着方式を採用することが可能になり、消
費電力をより小さくすることができる。

【００１４】前記誘導コイルが、前記加熱ローラの加圧
ロールとの接触部位の反対側において、当該加熱ロール
の少なくとも半円筒部分を囲む状態に設置されている場
合には、当該加熱ロールの発熱はより迅速になり、予熱
時間はさらに短くなる。

【００１５】また、前記電磁誘導加熱手段の誘導コイル
がフラットコイルである場合には、当該電磁誘導加熱手
段を加熱ロールの前記半円筒部分を囲む状態に設置する
のが容易である。さらに、前記加熱ローラがヒートパイ
プである場合には、加熱ロールはより短時間で、かつ一
層均熱的に加熱される。

【００１６】ヒートパイプからなる加熱ローラが前記加
圧ロールの下部に接触している場合には、ヒートパイプ
がボトムヒート構造になることにより、加熱ローラの予
熱速度はさらに一層短くなる。また、ヒートパイプから
なる加熱ローラの表面にフッ素樹脂の薄い皮膜を定着し
た場合には、当該加熱ローラの腐食を防止することがで
きるとともに、加熱ローラへのトナー付着が防止され、
かつ、加熱ローラの軸受け部における滑りが円滑にな
る。

【００１７】

【実施例】図１〜図３を参照しながら、この発明による
トナー定着装置の好ましい実施例を説明する。図１はこ
の発明によるトナー定着装置の一例を示す概略側断面
図、図２は図１のトナー定着装置の部分正面図、図３は
図１のトナー定着装置で使用されている電磁誘導手段の
平面図である。

【００１８】１は加熱ローラであり、この実施例におけ
る加熱ローラ１は、外形１０mm，肉厚０．３mmの銅パイ
プコンテナに作動液（水又はフッ素系不活性液）を封入
したヒートパイプ１０と、このヒートパイプ１０の表面
にコーティングされた厚み２０μｍ前後のフッ素樹脂
（例えば、商標名「テフロン」）からなる皮膜１１とで
構成されている。この加熱ローラ１は、その両端部が図
２のように支持部材４に取り付けた軸受４０へ回転自在
に支持されており、後述の加圧ローラ２が用紙５の走行
方向に沿って回転するとき、当該用紙５の走行方向へと
もに回転するようになっている。

【００１９】前記加熱ローラ１の上部には、外周にゴム
かならる緩衝層２０を有する加圧ロール２が、前記加熱
ローラ１と平行して接触するように設置されている。こ
の加熱ローラ２は、その両端部が図２のように支持部材
４に取り付けた軸受４１へ回転自在に支持され、図１の
用紙５へのトナー定着時には、図示しない駆動装置によ
り当該用紙５の走行方向に沿って回転される。

【００２０】前記加熱ローラ１の加圧ロール２との接触
部位、すなわちトナー定着部ａの反対側には、前記トナ
ー定着部ａの最大長さＬの範囲にわたるように、電磁誘
導加熱手段３が前記加熱ローラ１へ近接して設置されて
いる。この電磁誘導加熱手段３は、支持部材３３に固定
されている。この実施例における電磁誘導加熱手段３
は、図１のように、非絶縁性の遮蔽層３１の上面に定着
された誘導コイル３０と、前記遮蔽層３１の下面に定着
された絶縁層３２とによって構成されいる。

【００２１】前記電磁誘導加熱手段３は全体がフラット
でもよいが、好ましくは図３のように、フラットな絶縁
層３２と遮蔽層３１とを接合し、遮蔽層３１の上に細長
い渦巻き状パターンのフラットコイルからなる誘導コイ
ル３０を定着し、図１のようにそれらの全体を、内径が
加熱ローラ１の外形よりやや大きくなるように断面半円
形の樋状に成形する。電磁誘導加熱手段３をこのように
成形すると、図１の設置状態では、電磁誘導加熱手段３
が小さな隙間を介して加熱ロール１の下側の半円筒部分
を囲んだ状態になる。この実施例の誘導コイル３０に
は、内部に適量の冷却液（例えば水）を封入したパイプ
状のものが使用されている。

【００２２】この実施例のトナー定着装置は、電磁誘導
加熱手段３の誘導コイル３０へ通電すると、当該電磁誘
導加熱手段３の回りに交番磁界が形成され、前記誘導コ
イル３０と近接しており、かつ当該誘導コイル３０によ
り下半部が囲まれている状態の加熱ローラ１が、過電流
の誘起により均一かつ効率よく例えば１６０℃まで予熱
される。加熱ローラ１の表面温度は、前記予熱後は図示
しないインバータ回路の制御により前記温度又は１５０
℃程度に維持される。そして、加圧ロール２を用紙５の
送り方向へ回転させながら、用紙５を加圧ロール２とこ
れに接触している加熱ローラ１との間であるトナー定着
部ａに挟み込ませると、前記加熱ローラ１も用紙の送り
方向へ回転するとともに、当該加熱ローラ１の熱によ
り、トナー定着部ａを通過する用紙５及び当該用紙５に
転写されているトナー５０が温められ、そのトナー５０
が前記用紙５へ定着される。

【００２３】試験例 この実施例のトナー定着装置であるサンプルＡと、図４
で示す従来のトナー定着装置であるサンプルＢとを以下
の仕様で作成し、以下に示す条件で両者の加熱試験を行
った結果を以下に示す。 仕様 加熱ローラ パイプ：直径１０mm，肉厚０．３mm，長さ４００mmの銅
製ヒートパイプ 外周の皮膜：フッ素樹脂２０μｍ 作動液：水 加圧ローラ アルミニウムにゴムを被着した直径１０mmのローラ トナー定着部の最大長さ ２６mm 誘導コイル 直径０．５mmの銅パイプで内部へ冷却水封入 サンプルＡ：図３の状態で２００ターン，コイル長さ２
００ｍ サンプルＢ：図４の状態で２００ターン，コイル長さ２
００ｍ 試験条件 予熱段階 電圧：１００Ｖ 電流： ３．５Ａ 定常段階 電圧： ６０Ｖ 電流： ２．８Ａ 設定温度（加熱ローラの表面温度） １６０℃ 試験結果 コイルに電流の流してから、加熱ローラにおけるトナー
定着部の最大長さ部分の両端が設定温度に達するまでの
時間。 サンプルＡ：１７sec サンプルＢ：６０sec

【００２４】前述の試験結果から明らかなように、この
実施例によるトナー定着装置は、電磁誘導加熱手段３に
より加熱ローラ１をトナー定着部の最大長さ範囲にわた
って直接加熱する構造であるので、図４の従来の定着装
置よりも予熱時間がはるかに短い。したがって、オンデ
マンド定着方式を採用して電力消費を節減することがで
きる。

【００２５】この実施例のトナー定着装置は、加熱ロー
ラ１の表面がフッ素樹脂によりコーティングされている
ので、加熱ローラ１の腐食が防止されるとともに、加熱
ローラ１へのトナー５０の付着が防止され、かつ、加熱
ローラ１の軸受け部における滑りが円滑になる。

【００２６】加熱ローラ１は前述のようにヒートパイプ
であるのが好ましいが、ヒートパイプでなくても実施す
ることができる。また、電磁誘導加熱手段３は前述のよ
うに樋状に成形されているのが好ましいが、フラットで
も実施することができる。さらに、誘導コイル３０のパ
ターンは図３で例示したものに限定されず、他のフラッ
トなパターンでも差し支えない。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の発明によるトナー定着装置
は、電磁誘導加熱手段により加熱ローラをトナー定着部
の最大長さ範囲にわたって直接加熱する構造であるの
で、従来の定着装置よりも予熱時間がはるかに短い。し
たがって、オンデマンド定着方式を採用して電力消費を
節減することができる。

【００２８】請求項２の発明によるトナー定着装置は、
電磁誘導加熱手段が、加熱ローラの前記加圧ロールとの
接触部位の反対側における少なくとも半円筒部分を囲む
状態に設置されているので、加熱ロールの発熱はより迅
速になり、予熱時間はさらに短くなる。

【００２９】請求項３の発明によるトナー定着装置は、
電磁誘導加熱手段の誘導コイルがフラットコイルである
ので、前述の効果のほかに、電磁誘導加熱手段を加熱ロ
ールの前記半円筒部分を囲む状態に設置するのが容易に
なるという効果を奏する。

【００３０】請求項４の発明によるトナー定着装置は、
加熱ローラがヒートパイプであるので、加熱ロールはよ
り短時間で、かつ、より均熱的に加熱される。また、請
求項５の発明によるトナー定着装置は、加熱ロールを構
成するヒートパイプがボトムヒート構造になるので、加
熱ローラの予熱時間はさらに一層短くなる。

【００３１】請求項６の発明によるトナー定着装置は、
ヒートパイプからなる加熱ローラの表面にフッ素樹脂か
らなる薄い皮膜を定着したので、前述の効果のほかに、
加熱ローラの腐食を防止することができるとともに、加
熱ローラへのトナー付着が防止され、かつ、加熱ローラ
の軸受け部における滑りが円滑になるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるトナー定着装置の一例を示す概
略断面図である。

【図２】図１のトナー定着装置の部分正面図である。

【図３】図１のトナー定着装置で使用されている電磁誘
導手段の平面図である。

【図４】従来のトナー定着装置の一例を示す概略断面図
である。

【符号の簡単な説明】１ 加熱ロール １ａ 磁性材料からなるスリーブ １０ ヒートパイプ １１ 皮膜 ２ 加圧ロール ２０ 緩衝層 ３，１ｂ 電磁誘導加熱手段 ３０，１ｃ 誘導コイル ３１ 遮蔽層 ３２ 断熱層 ３３ 支持部材 ４ 支持部材 ４０，４１ 軸受 ５ 用紙 ５０ トナー ａ トナー定着部

フロントページの続き (72)発明者 田中 末美 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 荒井 温 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製の加熱ローラと、この加熱ローラ
   へ平行して接触する加圧ロールと、前記加熱ローラへ非
   接触的に設置されていて当該加熱ローラを加熱する電磁
   誘導加熱手段とを含み、この電磁誘導加熱手段は、前記
   加熱ローラの前記加圧ロールとの接触部位の反対側にお
   いて、当該加熱ローラのトナー定着部の少なくとも最大
   長さ範囲にわたって設置されていることを特徴とする、
   トナー定着装置。
2. 【請求項２】 前記電磁誘導加熱手段は、前記加熱ロー
   ラの前記加圧ロールとの接触部位の反対側における少な
   くとも半円筒部分を囲む状態に設置されている、請求項
   １に記載のトナー定着装置。
3. 【請求項３】 前記電磁誘導加熱手段の誘導コイルはフ
   ラットコイルである、請求項１又は２に記載のトナー定
   着装置。
4. 【請求項４】 前記加熱ローラはヒートパイプである、
   請求項１〜３のいずれかに記載のトナー定着装置。
5. 【請求項５】 前記加熱ローラは加圧ロールの下部に接
   触している、請求項４に記載のトナー定着装置。
6. 【請求項６】 前記ローラの表面にはフッ素樹脂からな
   る皮膜が定着されている、請求項４又は５に記載のトナ
   ー定着装置。