JPH11329700A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な制御回路を用いずに所定温度に温調す
ることのできる加熱装置及び画像形成装置を提供するこ
と。 【解決手段】 電磁誘導発熱して被加熱材を加熱する誘
導発熱性部材と、該誘導発熱性部材と鎖交する磁気コア
と、該磁気コアに鎖交するコイルとを有し、前記誘導発
熱性部材と対応する磁気コアの一部を、制御希望温度以
上になると飽和磁束密度が減少する整磁合金で構成した
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、電磁誘導加熱方式
の加熱装置及び該加熱装置を備えた電子写真式の複写
機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、電磁誘導加熱を利用した製品が沢
山市場に出ている。例えば電気炊飯器、電磁調理器がそ
れである。又、新しい流れとして、複写機、プリンタ、
ファクシミリ等の電子写真方式による画像形成装置に利
用される定着ローラ及び定着装置の加熱源として使われ
ようとしている。

【０００３】この定着装置は、たとえば、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
してシートを狭持する加圧ローラとを有しており、以前
は発熱体としてハロゲンヒータ等を用いていた。

【０００４】該発熱体としてのハロゲンヒータは、円筒
状に形成された定着ローラの中心軸上に保持され、所定
の電圧が印加されることで発熱し、定着ローラを内側か
ら加熱するものである。

【０００５】この発熱体は定着ローラの中心軸に位置し
ているため、該発熱体から発せられた熱が定着ローラ内
壁に均一に幅射され、定着ローラの外壁の温度分布は円
周方向において均一となる。定着ローラの外壁は、その
温度が定着に適した温度になるまで加熱される。

【０００６】この状態で定着ローラと加圧ローラは圧接
して互いに逆方向に回転し、トナーが付着したシートを
狭持する。該定着ローラと加圧ローラとの圧接部におい
て、シート上のトナーは定着ローラの熱により溶融し、
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、定着ローラ及び加圧ローラそして
排紙ローラによって搬送され、排紙トレイ上に排出され
る。

【０００７】このようなハロゲンランプなどから構成さ
れる発熱体を備えた定着装置においては、電源を投入し
た後、定着ローラの温度が定着に適した所定温度に達す
るまでには比較的長時間を要していた。その間、使用者
は複写機を使用することができず、長時間の待機を強い
られるとゆう問題があった。又、近年、特に複写機等の
カラー化に伴いトナーも一種類でなく四種類のトナーを
同時に定着する必要から瞬時に定着ローラを加熱する方
法が必要となってきた。

【０００８】かかる要請を満足する装置として、誘導加
熱方式の定着装置が提案されている（特開昭５８−１７
８３８５号公報）。この装置は、金属導体からなる定着
ローラの内部に、同心状にコイルを巻装した開磁路鉄芯
が配置されている。そして、定着ローラの内面に近接し
た前記コイルに高周波電流を流し、これによって生じた
高周波磁界で定着ローラに誘導渦電流を発生させ、定着
ローラ自体の表皮抵抗によって定着ローラそのものをジ
ュール発熱させるようになっている。

【０００９】この誘導加熱は他の加熱方式と比較して次
のような利点がある。第一に、ハロゲンランプの近赤外
加熱のような間接的な加熱よりも速く昇温し、定着ロー
ラ以外の部分の発熱や伝熱が少ない。また、ハロゲンラ
ンプの光漏れに相当するロスがない。第二に、定着ロー
ラ表面に固体抵抗発熱体をもつ表面加熱より、電磁誘導
特有の表皮効果があるために発熱効率が良く、また、摺
動接点が無いため定着装置の信頼性も長期にわたって高
い。第三に、フィルムベルトと個体抵抗発熱体を持つ加
熱よりも、接触抵抗による熱伝導ロスが少ない等があ
る。

【００１０】しかしながら、温度制御回路のコストアッ
プやフェイルセイフにしづらいといった問題もあった。

【００１１】ここで、簡単に温度制御回路について説明
する。誘導加熱を行うための磁束を作り出すコイルには
高周波電流が供給されており、該電流を制御して温調し
ている。

【００１２】図７は該温度制御回路のブロック図であ
る。まず商用電源の交流２１を整流回路２２で整流し、
インバータ回路２３で高周波に周波数変換して誘導加熱
コイル３に高周波電流を流し、定着ローラ表面の温度検
出用に配置したサーミスタ２７からの温度信号を制御回
路２６の加熱信号発生回路２５に入れインバータ回路２
３により該電流を制御して定着ローラ表面の温度が所定
の温度になるようにコントロールしていた。また、過昇
温した場合に該電流を遮断する安全装置としてサーモス
タット２４も設けている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の温度コントロール方式の場合、温度センサーが壊れ
たり、該温度センサーの感度がなんらかの理由で低くな
ったり、高すぎたりした場合、温度センサーから間違え
た指令が出るため、電磁誘導加熱用コイルに過小なコイ
ル電流が流れて所定の温度にならなかったり、又、電磁
誘導加熱用コイルに過大なコイル電流が流れて発熱過多
になるとゆう問題があった。又、温度信号をフィードバ
ックして該電流を制御するという複雑な制御回路が必要
となり、コストアップを招き易かった。

【００１４】そこで、本発明は、複雑な制御回路を用い
ずに所定温度に温調することのできる加熱装置及び画像
形成装置の提供を目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】〔１〕：電磁誘導発熱し
て被加熱材を加熱する誘導発熱性部材と、該誘導発熱性
部材と鎖交する磁気コアと、該磁気コアに鎖交するコイ
ルとを有し、前記誘導発熱性部材と対応する磁気コアの
一部を、制御希望温度以上になると飽和磁束密度が減少
する整磁合金で構成したことを特徴とする加熱装置。

【００１６】〔２〕：〔１〕記載の誘導発熱性部材がロ
ーラーであることを特徴とする加熱装置。

【００１７】〔３〕：〔１〕又は〔２〕記載の誘導発熱
性部材と対応する磁気コアの一部が、磁束の方向と平行
に絶縁材と整磁合金を積層した構成であることを特徴と
する加熱装置。

【００１８】〔４〕：〔３〕記載の整磁合金の厚みが、
０．１５ｍｍ以下であることを特徴とする加熱装置。

【００１９】〔５〕：〔１〕，〔２〕，〔３〕又は
〔４〕記載の整磁合金の磁気変態点は、制御希望温度の
±３０度以内であることを特徴とする加熱装置。

【００２０】〔６〕：〔１〕乃至〔５〕の何れか１項に
記載の整磁合金の組成は、ニッケルを２０重量％から４
０重量％、クロムを１０重量％以下、残りを鉄としたも
のであることを特徴とする加熱装置。

【００２１】〔７〕：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〔１〕乃至〔６〕の何れか１項に記載の加熱装置。

【００２２】〔８〕：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〔７〕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。

【００２３】

【作用】本発明の電磁誘導加熱方式の加熱装置では、磁
気コアの少なくとも一部を、制御希望温度（Ｔｃ）以上
になると飽和磁束密度が減少する整磁合金で構成したこ
とにより、誘導発熱性部材の温度が上昇すると磁気コア
の一部を構成している整磁合金部分の温度も上昇してそ
の結果、整磁合金部分の飽和磁束密度が減るために、磁
気コアを通過する磁束の量が減り、二次コイルである誘
導発熱性部材に発生するうず電流も減り、誘導発熱性部
材の温度上昇も止まる、又、逆に、誘導発熱性部材の温
度が下がり、その結果、整磁合金の温度が所定の温度Ｔ
ｃ以下に下がると整磁合金の飽和磁束密度は大きくなる
ため磁気コアを通る磁束が増えその結果、誘導発熱性部
材内のうず電流が増え温度上昇をもたらす。かようにし
て、温度検知信号に基づく温度制御回路も、温度センサ
ーも無しで誘導発熱性部材の発熱温度のコントロールを
可能にした。

【００２４】

【発明の実施の形態】§１．定着装置の全体構成 以下、本発明の実施形態例に係る誘導加熱定着装置を図
面に基づいて説明する。図１は、本発明を適用した誘導
加熱定着装置全体を示す断面図、図３，図５はその概略
斜視図である。

【００２５】同図に示すように、プリンタなどに組み込
まれた誘導加熱装置は、磁束の作用によって発熱する誘
導発熱性部材としての定着ローラ４と、当該定着ローラ
４に圧接して設けられた加圧ローラ５とを有する。

【００２６】定着ローラ４は、導電体の中空パイプであ
り、その内部には、当該定着ローラ４に誘導電流を発生
させるための磁気コア１が貫通している。該磁気コア１
はリング状になっており、定着ローラ４と対向する部分
にコイル３が巻かれ、該コイル３を一次コイルとし、定
着ローラ４を２次コイルとしたトランスのような磁気回
路を構成している。該磁気コア１は不図示のホルダに保
持されている。

【００２７】定着ローラ４は、その両端にスべリ軸受部
が形成され、図示しない定着ユニットフレームに回転自
在に取り付けられており、その片端に固定された駆動ギ
アＧを介して、モーターなどの図示しない駆動源によっ
て回転駆動される。尚、加圧ローラ５は該定着ローラ４
の回転に伴い従動回転する。

【００２８】而して、未定着のトナー像が転写されてい
るシート７が、図１中左方向から搬送され、定着ローラ
４と加圧ローラ５との間のニップ部に向けて送り込まれ
る。該シート７は、後述する原理により熱せられた定着
ローラ４の熱と定着ローラ４と加圧ローラ５による圧力
とが加えられながら、ニップ部を搬送される。これによ
り、未定着トナーが定着されて、シート７上には定着ト
ナー像が形成される。ニップ部を通過したシート７は、
定着ローラ４から自然に分離し、あるいは図１に示すよ
うに、先端部が定着ローラ４の表面に摺接するように設
けられた分離爪６によって定着ローラ４から強制的に分
離され、図１中右方向に搬送される。

【００２９】このシート７は、図示しない排紙ローラに
よって搬送されて、排紙トレイ上に排出される。

【００３０】§２．温調機構 以下、本発明の実施形態例の主要部分である温調機構に
ついて図面を参照して詳細に説明する。

【００３１】図２は本発明の主要部分を示す斜視図であ
り、図中の符号１は軟磁性材よりなる磁気コア、２は本
発明の主要部材で、該磁気コア１の一部分を構成する整
磁合金部である。図４は整磁合金部２の拡大斜視図で、
同図中２−１が整磁合金、２−２が絶縁材であり、これ
らを交互に積み重ねて高周波磁束を通り易くしている。
前記整磁合金の板厚は表皮効果の式より、以下の条件下
では０．１５ｍｍ以下となる。

【００３２】整磁合金の電気抵抗を９０＊１０^-2 μΩ
ｍ 周波数２０ＫＨｚ 整磁合金の透磁率を５００＊４＊π＊１０^-7 Ｗｂ／Ａ
Ｔｍ 又、図８は整磁合金の温度と飽和磁束密度の関係を示す
特性図で、制御希望温度をＴｃとすると、温度が所定の
温度（Ｔｃ）になるまでは、その勾配がなだらかで、所
定の温度（Ｔｃ）以上になると所定の温度勾配をもって
飽和磁束密度が減少する材料である。整磁合金の場合、
整磁合金の磁気変態点の温度近傍から飽和磁束密度が所
定の温度勾配をもって減少する材料なので、整磁合金の
磁気変態点の温度は温度制御精度にもよるが制御希望温
度Ｔｃの±３０度以内が良い。又、整磁合金材料の組成
は、例えばニッケルを２０重量％から４０重量％、クロ
ムを１０重量％以下、残りを鉄とする。

【００３３】一次コイル３に高周波電流を流すと整磁合
金部２を含む磁気コア１に高周波磁束が流れ、二次コイ
ルである定着ローラ４に誘導電流が流れ、その誘導電流
によるジュール熱で発熱する。該一次コイルに電流をど
んどん流し、定着ローラ４の温度が上昇して所定の温度
（Ｔｃ）以上になると、定着ローラ４近傍にある整磁合
金部２の温度も上昇して所定の温度（Ｔｃ）以上にな
り、整磁合金部２を通過出来る飽和磁束密度が図８に示
すように減少する為、磁気コア１を通過する飽和磁束密
度も低下する。その結果二次コイルである定着ローラ４
に発生する誘導電流も低下して該定着ローラ４の温度も
低下する。

【００３４】又、逆に定着ローラ４の温度が所定の温度
（Ｔｃ）より低下すると、整磁合金部２の温度も所定の
温度（Ｔｃ）以下になるので図８に示すように該整磁合
金部２を通過する飽和磁束密度が増える為、定着ローラ
４に発生する誘導電流も増加し、その誘導電流によるジ
ュール熱も増加して温度も上昇する。以上の繰り返しで
定着ローラ４の温度は一次コイル３の電流を制御するこ
となく所定の温度（Ｔｃ）に保たれる。

【００３５】以下に本発明による制御回路の一形態例を
説明する。図６が本発明による制御回路のブロック図で
商用電源の交流２１を整流回路２２で整流し加熱信号発
生回路２５の指令をインバータ回路２３に入れて高周波
に周波数変換し、一次コイル３である誘導加熱コイルに
高周波電流を流すと磁気コア１に高周波磁束が流れ二次
コイルであり電磁誘導発熱性部材である定着ローラ４に
うず電流が誘起され、そのうず電流によるジュール熱で
発熱する。そして発熱が進み定着ローラ４の温度が所定
の温度（Ｔｃ）に達すると定着ローラ４の中にある磁気
コア１の一部を構成している整磁合金部２の温度も所定
の温度（Ｔｃ）以上に上昇すると図８に示すように該整
磁合金部２を通過できる飽和磁束密度は減少するので磁
気コア１を通過する飽和磁束密度も低下する、その結果
二次コイルであり円筒状発熱体である定着ローラ４に発
生する誘導電流も低下して定着ローラ４の温度も低下す
る。又、逆に定着ローラ４の温度が所定の温度（Ｔｃ）
より低下すると、整磁合金部２の温度も所定の温度（Ｔ
ｃ）以下になるので図８に示すように該整磁合金部２の
飽和磁束密度が高くなり、通過できる磁束が増える為、
定着ローラ４に発生する誘導電流も増加し、その誘導電
流によるジュール熱も増加して定着ローラ温度が上昇す
る。以上の繰り返しにより、定着ローラ４の温度が一次
コイル３の電流を制御することなく所定の温度（Ｔｃ）
に保たれる。

【００３６】以上説明したように、本例装置の場合、温
度センサーを配置する事なく、又、一次コイル３の電流
をコントロールする温度制御回路も無しで制御希望温度
（Ｔｃ）にコントロールできる。その結果コストの安
い、安全性の高い定着装置が出来る。特に従来の電磁誘
導加熱装置において、温度センサーの感度が劣化した場
合に、所定の温度をすでに超えているのに誤認識して一
次コイルに電流を流し続けてしまうといった問題も解消
できる。

【００３７】尚、本形態例ではヒューズ等の安全装置や
温度センサーを用いずに構成したが、本発明はこれに限
らず、ヒューズ等の安全装置や温度センサー及びこれを
用いた温度制御回路と、整磁合金を用いた温調機構とを
併用しても良い。例えば、温度センサーからの温度検知
信号に基づいて定着ローラを所定の定着温度に制御する
定着装置において、該定着温度よりも高い所望温度に整
磁合金の磁気変態点を設定した本発明の温調機構を備
え、温度制御回路等の不調により励磁コイル（一次コイ
ル）への電流が過剰に供給された場合でも、定着ローラ
が該所望温度以上には昇温しないように、本発明の温調
機構を安全装置として用い、フェイルセーフをより確実
にするものであっても良い。

【００３８】〈画像形成装置例〉図９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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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７に対して転写されていく。

【００４４】転写部を通過してトナー画像の転写を受け
た転写材７は回転感光体３１面から分離され、例えば、
前述図１の画像加熱定着装置としてのフィルム加熱方式
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。

【００４５】転写材７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。

【００４６】〈その他〉本発明の加熱装置は実施形態例
の熱定着装置Ｒ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。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複雑な温度制御回路無しで、誘導発熱性部材を所定温度
に温調することができる加熱装置及び画像形成装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した電磁誘導定着装置の構成断面
図

【図２】図１に示した電磁誘導型定着装置に用いられる
磁気コア、整磁合金および一次コイルを示した斜視図

【図３】図１に示した電磁誘導型定着装置に用いられる
磁気コア、整磁合金および一次コイルおよび二次コイル
である定着ローラを示した斜視図

【図４】図１に示した電磁誘導型定着装置に用いられる
磁気コアの一部を構成する本発明の主要部材である整磁
合金を絶縁材と交互にラミネイトした斜視図

【図５】図１に示した電磁誘導型定着装置に用いられる
磁気コア、整磯合金および一次コイルおよび二次コイル
である定着ローラおよび加圧ローラを示した斜視図

【図６】本発明による誘導加熱コイルへ高周波電流を流
し定着ローラの温度を制御する回路のブロック図

【図７】従来例による誘導加熱コイルへ高周波電流を流
し定着ローラの温度を制御する回路のブロック図

【図８】本発明の主要部材である整磁合金の飽和磁束密
度と温度の関係を示す特性図

【図９】本発明の画像形成装置の概略構成図

【符号の説明】

１ 磁気コア ２ 整磁合金 ２−１ 整磁合金薄膜 ２−２ 絶縁膜 ３ 一次コイル ４ 二次コイル（定着ローラ） ５ 加圧ローラ ２１ 商用電源 ２２ 整流回路 ２３ インバータ回路 ２４ サーモスタット ２５ 加熱信号発生回路 ２６ 制御回路 ２７ サーミスタ ２８ 誘導加熱コイル

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁誘導発熱して被加熱材を加熱する誘
   導発熱性部材と、該誘導発熱性部材と鎖交する磁気コア
   と、該磁気コアに鎖交するコイルとを有し、前記誘導発
   熱性部材と対応する磁気コアの一部を、制御希望温度以
   上になると飽和磁束密度が減少する整磁合金で構成した
   ことを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の誘導発熱性部材がローラ
   ーであることを特徴とする加熱装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の誘導発熱性部材と
   対応する磁気コアの一部が、磁束の方向と平行に絶縁材
   と整磁合金を積層した構成であることを特徴とする加熱
   装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の整磁合金の厚みが、０．
   １５ｍｍ以下であることを特徴とする加熱装置。
5. 【請求項５】 請求項１，２，３又は４記載の整磁合金
   の磁気変態点は、制御希望温度の±３０度以内であるこ
   とを特徴とする加熱装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５の何れか１項に記載の整
   磁合金の組成は、ニッケルを２０重量％から４０重量
   ％、クロムを１０重量％以下、残りを鉄としたものであ
   ることを特徴とする加熱装置。
7. 【請求項７】 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６の何れか１項に記載の加熱装置。
8. 【請求項８】 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７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。