JPH11297462A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁場を発生させる励磁コイルを回転体の外部
に設けることで、回転体の交換を容易にしつつ、加熱効
率の向上を可能とした加熱装置及び画像形成装置を提供
すること。 【解決手段】 磁場発生手段３，４による磁場の作用に
よって発熱して被加熱材８を加熱する回転体１を有する
加熱装置において、磁場発生手段３，４の励磁コイル３
が回転体外部に設けられていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱装置および該
加熱装置を像加熱手段として備えた画像形成装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を用いた画像形成装置は、
通常、樹脂、磁性体、着色料等からなるトナーを静電的
に担持した被転写体を、互いに圧接・回転している定着
ローラと加圧ローラの圧接部（ニップ部）で挟持搬送し
ながら熱と圧力を加えることなどで、該トナー像を被転
写材上に溶融定着せしめる定着装置を有している。

【０００３】このような定着装置における加熱方式とし
ては、例えば励磁コイルによる磁束で定着ローラ内面に
設けた導電層に渦電流を発生させ、ジュール熱により発
熱させる電磁加熱方式が提案されている。この方式は熱
発生源をトナーのごく近くに置くことができるので、従
来のハロゲンランプを用いた熱ローラ方式に比して、定
着装置起動時に定着ローラ表面の温度が定着を行なうの
に適当な温度となるまでに要する時間が短くできるとい
う特徴がある。また熱発生源からトナーヘの熱伝達経路
が短く単純であるため熱効率が高いという特徴もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の様な励磁コイルによる磁束で定着ローラに設けた
導電層に渦電流を発生させジュール熱により発熱させる
電磁誘導加熱方式の定着装置は一般に、励磁コイルを定
着ローラに内蔵しているので、事故や寿命により定着ロ
ーラーの交換が必要になった時に、励磁コイルを取り外
すなどの手間がかかり、交換に時間を要し、サービスコ
ストが高くなってしまうという問題点があった。

【０００５】また定着ローラに励磁コイルなどを内蔵す
る構成の定着装置では、励磁コイルが高温になる定着ロ
ーラの内部にあることや、それ自身の電気抵抗による発
熱などから高温になってしまい電力効率が低下するとい
った問題点もあった。

【０００６】さらに電磁誘導加熱方式の定着装置は、一
般に定着ローラの導電層を局所的に発熱させるという特
徴をもつため、例えば装置待機時などに定着ローラが停
止していると定着ローラの一部分だけが高温になってし
まうため、定着ローラを所定の温度に温調する場合には
常に回転していなければならず、定着ローラ表面が摺擦
摩耗したり、装置待機中にも騒音を発生するといった問
題点もあった。

【０００７】そこで、本発明は磁場を発生させる励磁コ
イルを回転体の外部に設けることで、回転体の交換を容
易にしつつ、加熱効率の向上を可能とした加熱装置及び
画像形成装置の提供を目的とする。

【０００８】〔１〕：磁場発生手段による磁場の作用に
よって発熱して被加熱材を加熱する回転体を有する加熱
装置において、磁場発生手段の励磁コイルが回転体外部
に設けられていることを特徴とする加熱装置。

【０００９】〔２〕：磁場発生手段による磁場の作用に
よって発熱して被加熱材を加熱する回転体と、該回転体
と相互に圧接される加圧部材とを有し、該回転体と加圧
部材との間に被加熱材を導入して搬送し加熱処理する加
熱装置において、磁場発生手段の励磁コイルが回転体外
部に設けられていることを特徴とする加熱装置。

【００１０】〔３〕：上記励磁コイルの回転体とは反対
側に磁性体を配設したことを特徴とする〔１〕又は
〔２〕記載の加熱装置。

【００１１】〔４〕：上記回転体内部にも加熱手段を持
つことを特徴とする〔１〕，〔２〕又は〔３〕の加熱装
置。

【００１２】〔５〕：上記回転体内部の加熱手段がハロ
ゲンランプであることを特徴とする〔４〕の加熱装置。

【００１３】〔６〕：未定着画像を担持した被記録像を
加熱し、該画像を被記録材に定着させることを特徴とす
る〔１〕乃至〔５〕の何れか１項に記載の加熱装置 〔７〕：被記録材上にトナー像を担持させる像形成手段
と、該トナー像を担持した被記録材を加熱処理する像加
熱手段とを有する画像形成装置であって、該像加熱手段
として〔１〕乃至〔６〕の何れか１項に記載の加熱装置
を備えたことを特徴とする画像形成装置。

【００１４】〈作用〉上記の如く、磁場を発生させる励
磁コイルを回転体外部に配設することにより、回転体の
交換を容易にすると共に、回転体表面の極近傍を発熱さ
せるように作用し、また励磁コイルの電気抵抗によって
発熱した熱を放熱しやすくして加熱効率を向上させてい
る。

【００１５】また、励磁コイルの回転体と反対側に磁性
体を配設したことにより、発生する磁場を効率よく回転
体の導電層に集中させて発熱効率を上げると共に、励磁
コイルによって発生した磁場が周辺部に漏れて周辺部材
を加熱することを防止している。

【００１６】そしてまた、上記回転体内部にも加熱手段
を持つことにより、電磁誘導加熱する手段と合わせて回
転体内部の加熱手段による加熱ができ、回転体を所定温
度とする時間の短縮を可能としている。

【００１７】特に、上記回転体内部の加熱手段がハロゲ
ンランプであることにより、回転体の停止時であっても
回転体の周方向を均一に加熱できるようにしている。

【００１８】

【発明の実施の形態】〈第一の実施形態例〉 §１．定着装置（加熱装置）の全体構成 図１は本発明の特徴を最もよく表す図であり、本発明の
一実施形態例である定着装置の断面の模式図である。

【００１９】定着ローラ１は外径４０［ｍｍ］、厚さ
０．７［ｍｍ〕の鉄製の芯金シリンダに表面の離型性を
高めるために例えばＰＴＦＥ１０〜５０［μｍ］や、Ｐ
ＦＡ１０〜５０［μｍ］の層を設けている。

【００２０】加圧ローラ２は外径が３０［ｍｍ］であ
り、定着ローラ１と同様、鉄製の芯金外周に表面の離型
性を高めるため例えばＰＴＦＥ１０〜５０［μｍ〕やＰ
ＦＡ１０〜５０［μｍ］の層を設けても良い。

【００２１】定着ローラ１と加圧ローラ２は回転自在に
支持されていて、定着ローラ１のみを駆動する構成にな
っている。加圧ローラ２は定着ローラ１の表面に圧接し
ていて、圧接部（ニップ部）Ｎでの摩擦力で従動回転す
る様に配置してある。なお、加圧ローラ２は定着ローラ
１の回転軸方向にバネなどを用いた図示しない機構によ
って加圧されている。該加圧ローラ２は約３０［Ｋｇ
重］で荷重されており、その場合圧接部の幅（ニップ
幅）は約６［ｍｍ］になる。しかし都合によっては該荷
重を変化させてニップ幅を変えてもよい。

【００２２】励磁コイル３は定着ローラ１の外周面に沿
って配設され、磁性体４で覆われている。磁性体４はフ
ェライト、パーマロイといった高透磁率で残留磁束密度
の低いものが望ましい。この励磁コイル３には１０〜１
００［ｋＨｚ］の交流電流が印加され、該交流電流に誘
導された磁界が定着ローラ１の導電層に渦電流を流し、
ジュール熱を発生させる。この発熱を増加させるために
は、機械的精度の許す限り該励磁コイル３を定着ローラ
外周面と接触させずに近づけて配置するのが良い。ま
た、励磁コイル３の巻き数を減らして強い磁界を局所的
に導電層に作用させたり、交流電流の周波数を高くする
と良い。

【００２３】温度センサー５は定着ローラ１の表面に当
接するように配置されている。該温度センサー５の検出
信号をもとに励磁コイル３への電力供給を増減させるこ
とで、定着ローラ１の表面温度が所定の一定温度になる
様自動制御される。

【００２４】搬送ガイド６は、未定着のトナー画像７を
担持しながら搬送される転写材８を定着ローラ１と加圧
ローラ２との圧接部（ニップ部）Ｎへ案内する位置に配
置される。

【００２５】分離爪９は、定着ローラ１の表面に当接ま
たは近接して配置される。

【００２６】而して、定着ローラ１が不図示の駆動手段
により回転駆動され、励磁コイル３に交流電流が加えら
れて定着ニップ部Ｎが所定温度に昇温された状態におい
て、未定着トナー画像７を担持した転写材８が搬送ガイ
ド６に案内されて定着ニップ部Ｎに導入され、定着ロー
ラ１の回転と共に搬送されて定着ローラ１の熱とニップ
圧とにより該トナー画像７が転写材８に定着される。

【００２７】本形態例のように、励磁コイル３が定着ロ
ーラ１の外部に配設される構成の定着装置は、励磁コイ
ル３を定着ローラ内部に配設した従来の定着装置に比し
て、事故や寿命による定着ローラ１の交換が容易である
という特徴や、励磁コイル３の電気抵抗による発熱を容
易に放熱できるという特徴を持っている。

【００２８】§２．定着装置 図２に励磁コイルを定着ローラ内部に配設した従来の定
着装置において、装置起動時の定着ローラの表面温度を
モニターした結果を示すとともに、図３に上記機構を有
する本形態例の定着装置において、装置起動時の定着ロ
ーラの表面温度をモニターした結果を示す。なお、図
２、図３の横軸は定着装置の起動を開始してからの時間
を、縦軸は定着ローラの表面温度を表している。

【００２９】図２からわかるように、従来の構成の励磁
コイルを定着ローラ内部に配設した定着装置を起動する
場合、定着ローラ１の表面温度が所定の目標温度Ｔ_Tに
なるのに要する時間（装置起動時間）はｔであった。ま
た図３からわかるように、上記機構を有する本形態例の
定着装置を起動する場合、定着ローラの表面温度が所定
の目標温度Ｔ_Tになるのに要する時間（装置起動時間）
はｔ−１０であり、従来の構成の定着装置の起動時間よ
りも短縮することができた。これは上記の如く定着ロー
ラ１の外側に励磁コイルを配設したことで定着ローラ１
の表面の離型層の極近傍が発熱するために装置起動時間
が短縮できたものである。また発熱部からトナーまでの
熱伝達経路が、従来の構成の励磁コイル３を定着ローラ
内部に配設した定着装置に比して短縮できるために、定
着に要する電力量が約１０％少なくて済む。

【００３０】以上のように本形態例によれば、磁場を発
生させる励磁コイル等の部材を定着ローラ外部に設ける
ことで、事故や寿命による定着ローラの交換を容易にし
つつ、定着ローラ内部に励磁コイル等の部材を内蔵する
構成と比して発熱部分を定着ローラ表面近く、すなわち
トナー近傍にすることで熱伝導路を短くしたことや、励
磁コイル３及び磁性体４等の熱を放出し易くすることに
より、熱効率を向上させている。

【００３１】また、励磁コイル３の定着ローラ１と反対
側に磁性体４を配設したことにより、発生する磁場を効
率よく定着ローラ１の導電層に集中させて発熱効率を上
げると共に、励磁コイル３によって発生した磁場が周辺
部に漏れて周辺部材を加熱することを防止している。

【００３２】〈第二の実施形態例〉本実施形態例は、第
１の実施形態例の装置に加え、定着ローラの回転軸の位
置に熱源であるハロゲンランプを配設したものであり、
その他の構成は略同じである。図４は本例装置の概略構
成図であり、第１の実施形態例と同一の要素には同符番
を付して再度の説明を省略している。

【００３３】ハロゲンランプ１０は定着ローラ１の回転
軸の位置に配設され、装置待機時にのみ３００〜８００
［Ｗ］の電力が供給される。

【００３４】図５に励磁コイルを定着ローラ内部に配設
した従来の定着装置において、装置待機時（定着ローラ
は停止）の定着ローラの表面温度を周方向にモニターし
た結果を示すとともに、図６に上記機構を有する本例装
置において、装置待機時（定着ローラは停止）の定着ロ
ーラの表面温度を周方向にモニターした結果を示す。な
お、図５、図６の横軸は定着ローラの温度センサー位置
を起点とした周方向位置を角度で、縦軸は定着ローラの
表面温度を表している。

【００３５】図５からわかるように、励磁コイル３を定
着ローラ内部に配設した従来の定着装置では、装置待機
時に定着ローラ１が停止したままであると、定着ローラ
１の周方向で局所的に発熱するために、大きな温度差が
生じてしまう。これを解消するためには装置待機時にも
定着ローラ１の回転が不可欠となるが、定着ローラ表面
の摺擦摩耗を避けるために装置待機中は定着ローラ１の
回転を停止させるのが望ましい。

【００３６】そこで図６からわかるように、上記機構を
有する本形態例の定着装置では、装置待機時にハロゲン
ランプ５によってのみ温調し、定着ローラ１の表面が所
定の目標温度Ｔ_Tとなるようにしているので、定着ロー
ラ１が停止していても周方向にわたってほぼ均一な温度
分布になる。

【００３７】このように本形態例では、装置待機中に定
着ローラ内部に配設されたハロゲンランプのみで温調す
ることで、装置待機中に定着ローラの回転を停止させる
ことができるので、定着ローラ表面の摺擦摩耗を軽減し
寿命を延ばすことや、待機中の定着装置の騒音を低下す
ることができる。

【００３８】〈第三の実施形態例〉本実施形態例は、第
二の実施形態例と同じ構成の定着装置において、容量に
余裕がある電源を用い、定着装置起動時や待機状態から
の復帰動作時に、電磁誘導加熱方式と併用してハロゲン
ランプ１１にも電力を供給して定着ローラの内部と外部
から同時に加熱するようにしたものである。

【００３９】本実施形態例によれば、定着ローラ１の内
部と外部から同時に加熱することによって、定着装置の
起動や待機状態からの復帰動作に要する時間を短縮する
ことができる。

【００４０】〈画像形成装置例〉図７は画像形成装置例
の概略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子
写真プロセス利用の複写機或はプリンタである。

【００４１】３１は回転ドラム型の電子写真感光体であ
り、矢印の時計方向に所定のプロセススピード（周速
度）をもって回転駆動される。

【００４２】３２は感光体帯電手段としての接触帯電ロ
ーラであり、所定の帯電バイアスが印加されていて、こ
の帯電ローラ３２により回転感光体３１面が所定の極性
・電位に一様に帯電処理される。

【００４３】この回転感光体３１の帯電処理面に対して
不図示の画像情報露光手段部（原稿画像のスリット結像
露光手段、レーザビーム走査露光手段等）により目的の
画像情報の露光３３がなされて、回転感光体３１面に目
的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

【００４４】その潜像がトナー現像装置３４によりトナ
ー画像として現像される。そのトナー画像が、回転感光
体３１と、これに接触させた所定の転写バイアスが印加
される転写ローラ３５との圧接ニップ部である転写部
に、不図示の給紙部から所定のタイミングにて搬送され
た被記録材としての転写材８に対して転写されていく。

【００４５】転写部を通過してトナー画像の転写を受け
た転写材８は回転感光体３１面から分離され、例えば第
一〜第三の形態例で示した定着装置としての加熱装置Ｒ
に搬送導入されて未定着トナー画像の加熱定着処理を受
け、コピー或はプリントとして出力される。

【００４６】転写材８に対するトナー画像転写後の回転
感光体３１面はクリーニング装置３６により転写残りト
ナー等の残留付着物の除去を受けて清掃され、繰り返し
て作像に供される。

【００４７】〈その他〉本発明の加熱装置は実施形態例
の定着装置としてばかりでなく、その他、例えば、画像
を担持した転写材を加熱して表面性（つや等）を改質す
る装置、仮定着する装置、シート状物を給紙して乾燥処
理・ラミネート処理する装置等の加熱装置として広く使
用できる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
磁場を発生させる励磁コイルを回転体の外部に設けるこ
とで、回転体の交換を容易にしつつ、加熱効率の向上を
可能とした加熱装置及び画像形成装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態例である定着装置の断
面の模式図

【図２】従来の定着装置を用いた場合の、定着装置を起
動してからの時間と定着ローラの表面温度との関係を示
すグラフ

【図３】本発明の定着装置を用いた場合の、定着装置を
起動してからの時間と定着ローラの表面温度との関係を
示すグラフ

【図４】本発明の第二、三の実施形態例である定着装置
の模式断面図

【図５】従来の定着装置を用いた場合の、定着ローラ周
方向の位置と定着ローラ表面温度との関係を示すグラフ

【図６】本発明の第三の実施形態例である定着装置を用
いた場合の、定着ローラ周方向の位置と定着ローラ表面
温度との関係を示すグラフ

【図７】本発明の画像形成装置の概略構成図

【符号の説明】

１ 定着ローラ ２ 加圧ローラ ３ 励磁コイル ４ 磁性体 ５ 温度センサ ６ 搬送ガイド ７ 未定着トナー画像 ８ 転写材 ９ 分離爪 １０ ハロゲンランプ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁場発生手段による磁場の作用によって
   発熱して被加熱材を加熱する回転体を有する加熱装置に
   おいて、 磁場発生手段の励磁コイルが回転体外部に設けられてい
   ることを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】 磁場発生手段による磁場の作用によって
   発熱して被加熱材を加熱する回転体と、該回転体と相互
   に圧接される加圧部材とを有し、該回転体と加圧部材と
   の間に被加熱材を導入して搬送し加熱処理する加熱装置
   において、 磁場発生手段の励磁コイルが回転体外部に設けられてい
   ることを特徴とする加熱装置。
3. 【請求項３】 上記励磁コイルの回転体とは反対側に磁
   性体を配設したことを特徴とする請求項１又は２記載の
   加熱装置。
4. 【請求項４】 上記回転体内部にも加熱手段を持つこと
   を特徴とする請求項１，２又は３の加熱装置。
5. 【請求項５】 上記回転体内部の加熱手段がハロゲンラ
   ンプであることを特徴とする請求項４の加熱装置。
6. 【請求項６】 未定着画像を担持した被記録材を加熱
   し、該画像を被記録材に定着させることを特徴とする請
   求項１乃至５の何れか１項に記載の加熱装置
7. 【請求項７】 被記録材上にトナー像を担持させる像形
   成手段と、該トナー像を担持した被記録材を加熱処理す
   る像加熱手段とを有する画像形成装置であって、 該像加熱手段として請求項１乃至６の何れか１項に記載
   の加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。