JPH1115304A - 低周波誘導加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着ローラの外形寸法の自由度を確保しつつ
所望の温度分布を得ることができる低周波誘導加熱定着
装置を提供する。 【解決手段】 定着ローラ１の加熱に通常用いる一次コ
イル３は定着ローラ１の中空部外に設け、また、定着ロ
ーラ１の中空部には、定着ローラ１の両端部を加熱させ
る温度調整用コイル４Ａ，４Ｂのみを設ける。制御装置
１３は、小サイズの用紙の定着をさせるときには、第１
ＳＳＲ１１および第２ＳＳＲ１２をＯＮさせて一次コイ
ル３のみに電流を流し、フルサイズの用紙の定着をさせ
るときには、第１ＳＳＲ１１のみをＯＮさせて一次コイ
ル３に加えて温度調整用コイル４Ａ，４Ｂにも電流を流
す。

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
る低周波誘導加熱を利用した定着装置に係り、特に、定
着ローラの両端部の温度を調整できるようにした低周波
誘導加熱定着装置に関する。

【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または転写
材などのシート上に転写されたトナー像をシートに定着
させる定着装置が設けられている。

【０００３】この定着装置は、例えば、シート上のトナ
ーを熱溶融させる定着ローラと、当該定着ローラに圧接
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、円筒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て、トナーの溶
融定着に必要な温度となるように定着ローラを加熱して
いる。

【０００４】これまで発熱体としては、例えば、ハロゲ
ンランプなどを定着ローラの中心軸に配設して、ハロゲ
ンランプの輻射熱により定着ローラを加熱するものが主
流であった。

【０００５】ところが、このハロゲンランプを用いたも
のは、コスト的に低価格ではあるが輻射熱による加熱で
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。

【０００６】この欠点を解決するため、例えば特開昭５
９−３３７８８号公報に開示されているように、誘導加
熱ローラの内部に、このローラの発熱分布が均一になる
ように粗密分布させてコイルを巻回（粗密巻き）し、該
コイルに交流を流すことにより誘導加熱ローラに誘導電
流を生じさせ発熱させる誘導加熱型の定着装置が開発さ
れている。

【０００７】このような誘導加熱を用いた定着装置によ
れば、効率よく誘導加熱ローラに２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、また、ハ
ロゲンランプと比較して、より少ない電力で、昇温が可
能となる。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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな誘導加熱型の定着装置であっても、誘導加熱ローラ
の内部に設けたコイルを粗密巻きにする必要があるため
に、必然的に巻枠径が大きくなってしまい、要求される
ローラの大きさには収められないというような不具合が
生じることがある。また、温度分布の調整のために粗密
巻きが制約され、決められた大きさのローラでは、要求
される温度分布が得られないという不具合が生じること
がある。

【０００９】このように、ローラの大きさが巻線の径や
粗密巻きした巻線の長さなどによって制約され、設計の
自由度が小さいという問題がある。

【００１０】本発明は、このような従来の問題を解決す
るためになされたものであり、一次コイルと温度調整用
コイルとを分割して設け、定着ローラの外形寸法の自由
度を確保しつつ所望の温度分布を得ることができる低周
波誘導加熱定着装置の提供を目的とする。

【００１１】

【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低周波誘導加熱定着装置であって、
導電性材料からなる円筒形状の定着ローラと、当該定着
ローラを誘導加熱させるべく、前記定着ローラの中空部
を通って閉磁路を形成するコアと、前記定着ローラの中
空部外に位置させて当該コアに巻回された一次コイル
と、前記定着ローラの両端部に位置させて当該コアに巻
回された温度調整用コイルと、当該一次コイルと当該温
度調整用コイルへの通電を制御する制御手段とを有する
ことを特徴とする低周波誘導加熱定着装置である。

【００１２】制御手段は、定着ローラの通常の加熱時に
は一次コイルのみに電流を流し、定着ローラの両端部の
温度を上昇させたいときには一次コイルに加えて温度調
整用コイルにも電流を流すように動作する。

【００１３】このように、一次コイルと温度調整用コイ
ルを分割して設けたことによって、定着ローラの小型化
が可能となり、定着ローラ端部の温度効果対策も容易と
なる。

【００１４】

【発明の実施の形態】上述のように構成された本発明の
実施の形態を、添付した図面を用いて説明する。図１
は、本発明を適用した低周波誘導加熱定着装置（以下、
単に定着装置と称する）の概略構成を示す断面図であ
り、図２は、この定着装置の定着ローラ周辺部分の構成
を示す図面である。

【００１５】この定着装置は、矢印ａ方向に回転駆動可
能に設けられた定着ローラ１と、該定着ローラ１に圧接
して設けられ定着ローラ１の回転に伴って従動回転する
加圧ローラ２とを有する。定着ローラ１は、導電体の円
筒形中空パイプであり、例えば炭素鋼管、ステンレス合
金管あるいはアルミニウム管などの導電性部材から形成
され、その外周面にフッ素樹脂をコーティングして、表
面に耐熱離型性層が形成されている。一方、加圧ローラ
２は、軸芯の周囲に表面離型性耐熱ゴム層例えばシリコ
ンゴムがコーティングされたものである。

【００１６】定着ローラ１の両端部分には、その内部
を、図２に示すように温度調整コイル用４（４Ａ，４
Ｂ）が巻回され、閉磁路が形成されるコア５の一部が貫
通している。そして、コア５には、さらに図示する様に
一次コイル３が巻回されていて、これら両コイル３，４
は直列に接続されている（図３参照）。

【００１７】このように、一次コイル３を定着ローラ１
の外側に設けると、定着ローラ１の大きさや温度調整用
コイル４Ａ，４Ｂを設ける位置などに制約がなくなり、
定着ローラの径や長さをどのようにするか、温度調整用
コイルをどこにどの位巻くか等といった設計事項の自由
度が増し、定着ローラ端部の温度降下対策を容易に行う
ことができるようになる。

【００１８】なお、定着ローラ１の内側の両端部分に巻
回される温度調整用コイル４Ａ，４Ｂの巻数等は、この
両端部分の温度をどの程度の温度にするか（定着ローラ
１の中央部分と比較してどの程度温度補償をするか）に
よって最適な巻数が選定される。例えば、端部の温度降
下が激しい場合には、巻数を多く設定し、あまり温度降
下がない場合には、巻数を少なく設定する。

【００１９】コア５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
かかわらず柱状鉄心でもよい。両コイル３、４は、表面
に融着層と絶縁層を持つ通常の単一導線をコア５に巻回
したものである。

【００２０】電気回路の構成は、図３に示すように、交
流電源１０からの交流を一次コイル３のみに流すように
回路を切り換え、また、一次コイル３および温度調整用
コイル４Ａ，４Ｂを直列に接続された状態として交流を
流すように回路を切り換える第１ソリッドステートリレ
ー（ＳＳＲ）１１および第２ＳＳＲ１２と、第１、第２
ＳＳＲ１１，１２に切り換え指示を出す制御装置１３よ
りなる。なお、この第１ＳＳＲ１１および第２ＳＳＲ１
２並びに制御装置１３によって制御手段が構成される。

【００２１】第１および第２ＳＳＲ１１、１２は、一次
コイル３および温度調整用コイル４に印加する交流の流
れを切り換えるためのものであるが、ここでＳＳＲを用
いているのは、制御系と交流をコイルに印加するための
電源系とを電気的に分離した上で、制御信号のみを伝え
るためである。したがって、ＳＳＲの他にフォトカプラ
などを適用することも可能である。

【００２２】制御装置１３は、小サイズの用紙に印字す
る場合（定着ローラ１の中央部分のみを使用）と、これ
よりも大きなサイズの用紙を印字する場合（定着ローラ
１の全体を使用）とで、一次コイル３のみに通電させた
り、一次コイル３および温度調整用コイル４Ａ，４Ｂの
両方に通電させたりするために、第１および第２ＳＳＲ
１１、１２にスイッチングのための指示を行うもので、
例えば予め組み込まれたプログラムによって動作するＣ
ＰＵを中心とするマイクロコンピュータである。

【００２３】制御装置１３によって第１ＳＳＲ１１のみ
をＯＮさせて交流電源１０から電流が供給されると、誘
導加熱によって定着ローラ１の温度が定着に適した温度
（例えば、１５０〜２００℃）になるまで加熱される。
この状態で、図１に示すように定着ローラ１と加圧ロー
ラ２は摺接しながら互いに逆方向へ回転し、トナーが付
着したシートを挟持する。定着ローラ１と加圧ローラ２
との摺接部（ニップ部という）において、シート上のト
ナーは定着ローラ１の熱により溶融し、両ローラから作
用する圧力によりシートに定着される。トナーが定着し
た後、定着ローラ１および加圧ローラ２の回転に伴い、
シートは、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（不図示）上に排出さ
れる。

【００２４】次に、以上のように構成された定着装置の
動作を、図３のブロック図および図４から図６の磁束分
布状態を示す図を参照しながら説明する。制御装置１３
によって第１ＳＳＲ１１と第２ＳＳＲ１２とをＯＮさせ
ると、交流電源１０は一次コイル３のみに接続され、こ
れによって、コア５内には磁束が発生する。この磁束は
定着ローラ１に渦電流を発生させ、定着ローラ１を加熱
する。この磁束分布を定着ローラ１から見ると、図４に
示すように全ての部分に対して均等に分布しており、定
着ローラ１の発熱分布は均一になる。

【００２５】このように、第１および第２ＳＳＲ１１、
１２をＯＮさせた場合には、発熱分布は均一となるもの
の、定着ローラ１の中央部分と端部とでは放熱のしかた
が異なることから、定着ローラ１は均一な温度とはなら
ない。

【００２６】つまり、定着ローラ１の中央部分は放熱し
にくいから比較的高い温度となるが、端部に向かうほど
放熱しやすくなるから、端部に向かうにしたがって温度
が低下するという温度分布を示す。このような温度分布
となっていても、小サイズの用紙の印字をする場合に
は、定着ローラ１の中央部分に通紙されるので、定着に
は支障はない。ところが、フルサイズの用紙の印字をす
る場合には、中央部分と端部とでは温度が異なっている
の（端部の温度が中央部分よりも低い）で印字品質に差
が生じる。

【００２７】このような場合には、制御装置１３によっ
て第２ＳＳＲ１２をＯＦＦさせる。第１ＳＳＲ１１のみ
がＯＮしている状態では、交流電源１０には一次コイル
３と温度調整用コイル４Ａ，４Ｂが直列に接続される。
温度調整用コイル４Ａ，４Ｂのみが電源１０に接続され
たと仮定した場合には、定着ローラ１からみた磁束の分
布状態は図５のようになる。つまり、定着ローラ１の端
部のみに磁束が多く分布する。この図は、概念を示すも
のであって、正確に記載したものではないが、このよう
に端部に磁束分布が偏ることによって端部の発熱量が大
きくなる。

【００２８】したがって、第１ＳＳＲ１１のみをＯＮし
た場合には、一次コイル３のみによって作られる磁束分
布を示す図４と温度調整用コイル４Ａ，４Ｂのみによっ
て作られる磁束分布を示す図５の磁束分布を重畳させた
図６のような磁束分布状態となる。このような磁束分布
となると、放熱しにくい中央部分の発熱量が端部の発熱
量よりも小さくなり、放熱しやすい端部の発熱量が大き
くなるので、定着ローラ１の全体の発熱分布としては不
均一となるが、温度分布としては一次コイル３のみに通
電させた場合よりも均一になる。このように、定着ロー
ラ１の全体の温度が均一になれば、フルサイズの用紙の
印字をする場合でも印字品質に問題は生じない。

【００２９】本発明の定着装置を複写機等に応用する場
合には、次のような使用態様が最適である。小サイズの
用紙に複写する場合には、制御装置１３により、第１お
よび第２ＳＳＲ１１，１２の両方をＯＮさせる。このよ
うにすると、定着ローラ１の中央部分のみの温度が高く
なり、端部の温度が比較的低くなるので、印字品質に問
題が生じることなく印字できるようになるとともに、定
着ローラ１の端部の必要以上の温度上昇を抑えることが
できる。したがって、第１および第２ＳＳＲ１１，１２
の両方をＯＮさせるのは、小サイズの用紙に複写する場
合に最適な制御である。

【００３０】フルサイズの用紙に複写する場合には、制
御装置１３により、第１ＳＳＲ１１のみをＯＮさせる。
このようにすると、定着ローラ１の全体の温度が均一と
なるので、定着ローラ１の全体を使用して定着させる必
要があるこのフルサイズの用紙の複写も印字品質に問題
が生じることなく印字できるようになる。したがって、
第１ＳＳＲ１１のみをＯＮさせるのは、フルサイズの用
紙に複写する場合に最適な制御である。

【００３１】このように、用紙サイズに応じて、第１お
よび第２ＳＳＲ１１，１２の両方をＯＮさせるモード
と、第１ＳＳＲ１１のみをＯＮさせるモードに切り替え
るようにすれば、省電力を図りつつも最適な温度状態を
実現することができる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、定着ローラの
加熱に通常用いる一次コイルは定着ローラの中空部外に
設け、また、定着ローラの中空部には、定着ローラの両
端部を加熱させる温度調整用コイルのみを設けたので、
定着ローラの外形寸法を抑えることができるようにな
り、また、一次コイルの制約を受けずに温度調整用コイ
ルを巻回することができるようになる。

【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概略構
成を示す断面図である。

【図２】 上記誘導加熱定着装置の定着ローラ周辺部分
の構成を示す概略図である。

【図３】 上記誘導加熱定着装置の電気的な構成を示す
ブロック図である。

【図４】 一次コイルのみに電流が流れた場合のローラ
内部の磁束分布状態を示す図である。

【図５】 温度調整用コイルのみに電流が流れた場合の
ローラ内部の磁束分布状態を示す図である。

【図６】 一次コイルと温度調整用コイルの両方に電流
が流れた場合のローラ内部の磁束分布状態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…定着ローラ、 ２…加圧ローラ、 ３…一次コイル、 ４（４Ａ，４Ｂ）…温度調整用コイル、 ５…コア、 １０…交流電源、 １１…第１ＳＳＲ、 １２…第２ＳＳＲ、 １３…制御装置。

Claims (1)

【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低周波誘導加熱定着装置であっ
   て、 導電性材料からなる円筒形状の定着ローラと、 当該定着ローラを誘導加熱させるべく、前記定着ローラ
   の中空部を通って閉磁路を形成するコアと、 前記定着ローラの中空部外に位置させて当該コアに巻回
   された一次コイルと、 前記定着ローラの両端部に位置させて当該コアに巻回さ
   れた温度調整用コイルと、 当該一次コイルと当該温度調整用コイルへの通電を制御
   する制御手段とを有することを特徴とする低周波誘導加
   熱定着装置。