JPS58184974A - 誘導加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば複写装置、静電記録装置のような電子
写真方式あるいは静電記録方式Ｉこおける転写部材ある
いは、記録部材上に形成された乾式トナー像の定着を行
なう場合等に使用可能な誘導加熱方式の誘導加熱定着装
置に関する。

複写機、静電記録装置等に用いられるトナー像の定着装
置は、従来より種々提案され実用化されており、代表例
として、オーブン方式、ラジアント方式、圧力方式、熱
圧力方式、ヒータ内蔵の熱ローラ方式等があるが、いず
れの方式にも一長一短がある。例えば、圧力方式の場合
には定着準備時間は不要であるが、高い圧力を必要とし
装置が大型化する傾向があり、また定着されたトナー像
が光沢を有し画像品位の劣化が生ずる問題かある。

また熱を利用する従来の方式、例えばオーブン方式、熱
ローラ方式等においては、定着可能温度までの立ち上り
時間が長くなる。それに、定着部分に於いて均一な温度
分布が得られにくい等の問題がある。この理由として、
従来の熱ローラ定着では、発熱体がローラ内部にしか形
成できない点及び発熱体の制御に対する熱応答が遅い点
が考えられる。

一方紡糸装置等においては誘導加熱方式による熱ローラ
装置が実用化されている。この誘導加熱方式による熱ロ
ーラ装置は、原理的には発熱部分がローラ表面に存在す
るためローラ表面の温度の立ち上り時間を短かくできる
利点がある。しかじローラ表面の温度分布に大きな差が
生じる問題があり、又７次コイルの温度上昇の為、コイ
ルの絶縁及び銅損の増加等の欠点がある。このような従
来の誘導加熱ローラ装置を、そのままトナー像の定着装
置には使用できないが、発熱部分がローラ表面に存在す
る点及び温度制御に対する熱応答が優れている点等の利
点を有している。この利点を生じさせる誘導加熱方式の
熱ローラ装置の原理及び代表的構造を第７図に示す。

第１図番こおいて熱ローラ装置は任意のローラ軸／上に
形成された磁性材料□よ、ＩＩ′り成る例えば柱状鉄心
、筒状の積層鉄芯等の鉄器−の外部に接して、交流電源
Ｚによって附勢される線輪３を巻装し、その外部に磁性
材料よりなる回転ローラグを装着せしめた構造を有する
。このような構造において線輪３への交流電源の供給に
よって誘起する交番磁束が、鉄心コ、ローラ側板ｊ、ロ
ーラ表向、ローラ側板ｔを経て鉄３Ｊに至る閉磁録を形
成する。

この時磁束がローラ軸心に沿ってローラを貫通する事に
より生ずる渦電流による発熱と、第２図に示す如き等価
回路に示す通り導電性ローラグが７回巻の線輪として作
用することによる誘導作用に基いて発生する電流１１及
び上記ローラグの抵抗Ｒ２とによるＲ２　＝　Ｒ２１２
２の発熱が生じ、これによりローラグ自体が発熱する。

上述の誘導加熱ローラを、複写機等の定着用熱ローラと
して用いた例とし第３図に示している。

また、第７図及び第５図は第３図の側面図及び斜状ロー
ラであり、該ｄ−ラ／／はローラ支持部／、２．／３に
よりベアリング／４１．／４’・・・を介して回転自在
に支持される。上記円筒状ローラ／／の内孔中心部にロ
ーラ支持部／、２．／３を貫通して角柱鉄芯／ｊか伸涌
され、該鉄芯／３；にローラ支持部／　、、２　、７−
３か固着される。また鉄心／ｊはケイ素鋼板積層等の高
透磁率を有する磁性材料で構成され、該鉄′８／ｊの両
端には同様の磁性材料より成る−の字型の部材／ｇの両
端が結合されて口の字型の閉鎖磁気回路／７が形成され
る。また上記ローラダ自体に位置する鉄芯１５には交流
電源（図示せず）により附勢される巻線／♂が巻装され
る。更にＬ記ローラ／／に対向して駆動押圧ローラ／２
が設けられている。該ローラ／りはンリコンゴムローラ
より構成されている。

第３図に示す如き複写機等の定着用熱ローラとして使用
する場合、次の問題点がある。

（ａ）　　ローラ直接加熱方式であり、ローラ温度の立
ち−Ｆりが早いが、それでも、閉磁路の実現方法及び磁
気回路の構成方法によっては、昇温性能が不十分になっ
たり、大電力となる為、上記実現方法の最適化を図り、
かつ磁電交換効率の向ヒ、損失の低減により消費電力、
電流の低減を図る必要がある。

（ｂ）　　損失の少ない閉磁路を形成しようとすると、
閉磁路リターン部／Ｚが大型化す・る。

（ｃ）　　閉磁路が積層鋼板である事、及び閉磁路継目
が薄肉積層鋼板の重ね合せである事の為、構成方法及び
ローラ／／の交換が困難であり、メンテナンス性、生産
性が悪い。

（ｄ）　　閉磁路を磁性体ブロックで形成すると、（ｃ
）の項目は解決するが、鉄損が極めて大きくなる。

本発明は、誘導加熱ローラを熱ローラ定着装置に使用す
る場合の、以上の問題点を解消し、磁電交換効率の良い
、損失の少ない、且つ低消費電力でローラの昇温を極め
て早くし、加工、生産性のよい、構成方法が簡単で、ロ
ーラ交換が容易なローラ直接加熱方式の小型誘導加熱定
着装置を提供するものである。

前述した特徴をもつローラ直接加熱型の小型の誘導加熱
定着装置を実現する為に使用される誘導加熱ローラの本
発明の磁気回路部（特に閉磁路部）については、次の点
を満足する構成としている。

山　使用する商用電源及び種々の状態（電源投入時、あ
るいは定常時）の許容電流に対し発熱部であるローラに
、許容される最大電力を投入できる磁気回路を構成し、
ローラが定常温度に達するまでの待時間を短縮化する。

（２）　　互いに絶縁された薄肉磁性材料板（例えば、
薄肉のケイ素鋼板等）を積層し、それらを組合せて閉磁
路を構成する場合、閉磁路の固定等が困難である。又、
固定できても、かなり複雑な方法となる為、簡単な閉磁
路構成手段となる。

（３）　　閉磁路内部に回転支持されているローラは、
オフセット防止処理のなされた定着用ローラである。こ
のオフセット防止処理部（例えば、テフロンコーティン
グ等）には、寿命があり、メンテナンス時に交換する必
要がある。その為、その外側の閉磁路の一部（できれば
側面）は、ローラ交換の容易さを考慮した閉磁路の組立
構成とする。

（４）　　これらの要求を簡単に実現する為に、閉磁路
を組立、加工の容易な厚肉の磁性材料ブロックで形成す
ると、閉磁路部の渦流損（鉄損）が、薄肉磁性材料板で
構成した場合に比へ、極めて大きくなる。その為、単に
磁性材料を厚肉化する事はできない。鉄損を薄肉磁性材
料板で構成した程度すなわち、極めて小さくなる。

１５）　　閉磁路特に、リターン部は極力、小型化、薄
肉化を実現し、定着装置に必要なスペースを小さくする
。

（６）高性能の磁性材料の場合、磁束の通る方向が−あ
るいは二方向のものが一般的であり、閉磁路はその磁束
の通る方向が、スムーズに結合される様、すなわち磁気
抵抗が小となるように結合し、組立られる構造にする。

以上の条件を考えると、第３図から第５図に示すように
、互いに絶縁された薄肉磁性材料板の積層を実施し、閉
磁路の各部の継目を互いに重ね合せ、磁気抵抗を小さく
、かつ漏洩磁束を小とした場合、損失を低減するとか、
待時間の短縮化及び消費電力の低減はできるものの、上
記（２）　、　＋３１　、　＋４１．１５１に記す閉磁
路構成方法の簡単さや、ローラ交換の容易さ等は満足し
ない。

そこで、［１訂述の誘導加熱ローラ中の磁気回路構成り
要求されるＨｌ　、　（２）　、　１３！　、　ｆ４１
　、　＋５１　、’　（６）の項目を全て満足する手段
として、本発明は第２図及び第７図に、−具体例を示し
ており、前述の２項目を全て満足する磁気回磁（特に、
閉磁路）構成を実現した。

図において１．．２／は導電性部材により形成され外表
面がテフロンコーティングされた円筒状ローラてあり、
該ローラ、２／はローラ支持部−Ｊ、、２Ｊによりベア
リングを介して回転自在に支持されている。−ト記円筒
状／／の内孔中心部に、ローラ支持部、、２．２、．２
３を貫通して積層鉄芯、２ｊが挿通され、該鉄芯／ｊに
上記ローラ支持部、２２．．２３が固着される。この鉄
芯／ｊは、ケイ素鋼板等の高透磁率を有する薄肉磁性材
料を積−して構成されている。”該積層鉄芯Ｊ、ｆｆに
対し、ローラ−７７上部に閉磁路を構成する積層鉄芯コ
ｇが設けられている。この鉄芯、２Ｚは閉磁路を構成す
る場合、高さ方向に生していた余分なスペースをなくす
目的で戎されている。上記鉄芯、２ｊと、２ｔとの磁気
的な接ｉは、鉄芯−７５に合致する凹部を有する１字形
の積層鉄芯−７７にてなされている。

上記鉄芯、２ｇ及び両サイドの接続用の鉄芯２７は、厚
板の磁性材料ブロックコ！、コタにネジ止めされており
、２層構造の磁性部材を構成している。磁性材料ブロッ
ク２ｇは両端部を２ｏ０折り曲げ、この折り曲げ部に鉄
芯−７７を固着した磁性材料ブロック−２をネジ止する
ネジ穴を設けている。磁性材料ブロックコ♂、コ２は、
各鉄芯、、２ｊ、、２１、．２７を磁気的に接続するた
めに役立つと共に後述するが補助的に磁路を構成する。

上述の様に、鉄芯−６，，２７，，２ｇ０．２７にて閉
磁路が構成され、両サイドの鉄芯、、２７を取り去るこ
とでローラ、！／を鉄芯、２６より抜き取ることができ
る。

上記ローラー？／内に位置する鉄芯−ｊには、交流電源
（図示せず）により附勢される巻線３θか巻装されてい
る。巻線３θは鉄芯、、２６に対し着脱自在に設けられ
ている。また、上記ローラ／／に対向して駆動押圧ロー
ラ３／が設けられている。

ローラ３／はンリコーンローラであり、ローラ表面に接
触するクリーニングローラ３コが付加されている。図中
符号３３はローラ、２／又は３．２より用紙３グを剥す
ための剥離爪である。

以上の構成の誘導加熱方式における熱定着ローラによれ
ば、閉磁路は図に示すように巻線（−次コイル）３０を
在装した積層鉄芯２５１両サイドのブロック、２２とて
２層構造を有する鉄芯−７及び−Ｌ面のブロック−？♂
とで２層構造を有する鉄芯−？ｚよりなる。上記積層鉄
芯、２Ｊの両端部には、両サイドの２層構造部の鉄芯コ
アを固定するネジ穴つきの磁性体あるいは、耐熱材料よ
りなる固定用ブロックあるいは、固定用アングル等か装
着されており、鉄芯、２７の取り外しを可能としている
。

又、Ｆ面のブロック−♂は、薄肉磁性材料板からなる積
層鉄芯Ｊｌを口字形のブロックの側面より固定しており
、ブロック、・、：の：両サイドには両サイドの２層構
造部を、固定するネジ穴か設けられていることから、鉄
芯、２７と、２にの分割をも可能となる。さらに、両サ
イドの一層構造部の鉄芯、２７は、ｖ板の磁性材料ブロ
ックに、薄肉の磁性材料板が積層されネジ止めされて、
一部品を構成されており、閉磁路の各部は数本のネジに
より容易に形成されるとともに、閉磁路内部のローラー
２／の交換も極めて容易に実現できる。

又、上記閉磁路構成を行なった場合、磁性材料ブロック
の鉄損は、極めて小さくおさえる事ができる。この理由
としては、磁束の通る主な磁路は閉磁路リターン部内側
の絶縁薄肉磁性材料積層部（鉄芯、、２乙、、２７）で
あり、外側の厚肉の磁性材料部は、補助的な磁路である
事による。この外部の磁路（ブロックコ♂、２５？）は
磁気飽和をさけたり、漏洩磁束の低減の役目ももってい
る。又、内部、薄肉磁性材料積層部（鉄芯コ乙、、２７
）は磁束のスムーズな結合の得られる積層方法を実施し
、各積層部の継目は加圧しておいて両サイドの２層構造
部のネジ止ちをすれば、継目の磁気抵抗を極めて小さく
する事が可能である。

また、第２図は本発明における巻線３０（−次コイル）
の巻数を複数（図では一つの商用電源に対しコケ）設け
、ローラ、２／の温度の立Ｆがりをより早くする一具体
制を示す。巻線３θの巻数を夫々ＮＩＴ＞ＮＩＳとし、
ローラ温度が定着可能温度に達するまでの間は、スイッ
チ３ｊを接点Ｓ側１こ倒し、それ以後はＴ側に倒す。つ
まり、ローラ温度が、環境温度から定着可能温度に達す
るまでの待時間の間は、Ｎｌ５（＜ＮＩＴ）の巻線部に
、交流電源Ｖ１　を附勢し、変形トランスの２次側に相
当するローラ、２７部に多くの電力を供給する。

又、ローラー／が定着可能温度をこ達した後は、巻線Ｎ
ＩＴ側に切り換え定着装置で消費する電力を小さく規制
する。／次コイル巻数ＮＩＳあるいはＮ１１・の切り換
えは、電源投入時より、ローラ温度か、定着可能温度に
なったのを検知する温度検知器３にからの信号にて実施
する。

この方法により第２図（ａ’−１）（ｂ−１）に示すよ
うに、待時間の短縮化と電流の規制のされた誘導加熱系
か実現される。この要求は、商用電源を用うる場合、定
格電流の最大値が法的に規制されている事、反ひ、定着
装置は複写機等の一ユニットであり定常時には他の機能
が働く為、定着部分の消費電力は複写機等の全電流が、
法的規制値内にある必要性より、電源投入時より、極め
て低く規制される必要性より生ずる。誘導加熱ローラの
場合、ローラ温度の上昇に伴い、投入可能な一次電流は
低減する。

第２図（ａ−２）　（ｂ−２）は、−次コイル巻数設一
定をＮ１ｓの一種類とした場合の一次電流と、ローラ温
度の時間依存性を示している。これよりわかる様に、Ｎ
ＩＳのみとした場合、待時間は、短縮できるが、定常時
電流は、規制値より斜線部分だけ大きくなり、実用的で
ない。ＮＩＳのまま、実用化しようとすると、ローラの
肉厚が極めて小となり、定着装置内で定着の為の抑圧が
印加された時間題となり、実用的でない。

また第２図（ａ　−３）　（ｂ　−３）は同様に、ＮＩ
Ｔのみの場合、すなわち定常時の電流規制値を満たすＮ
ＩＴを設定した場合の一次電流と、待時間のふるまいを
示している。この場合、電源投入合、余有かありすきる
。斜線部か余有分となる。

その為、待時間（ｔ　ｗ’　）か長くなる。尚、第７図
＜ａ−ｔ　）（ａ−２）　（ａ−３＞の破線は、各時間
１こ於いて使用可能な最大７次電流の値を示す。

また、（ａ−２）の斜線部は、７次電流が規制値より高
ずきる部分を示し、（ａ−３）の斜線部は規制値より低
すきる部分を示す。以上の様に、本発明は前述の問題点
を解消し、高交換効率、低損失、低消費電力でローラ昇
温の極めて早く、構成か簡単で加に、生産性か良く、ロ
ーラ交換の容易なローラ直接加熱型の小型誘導加熱ロー
ラであり小型の誘導加熱ローラを用いた、低消費電力で
待時間の極めて短縮化された熱ローラ定着装置を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の誘導加熱ローラの一具体制を示す断面図
、第２図は誘導加熱口ゝ）の等価回路、第３図は本発明
における誘導加熱ローラの原理を、逆開するためｔこ供
する断面図、第７図及び第５図はそ、の側面図及び一部
破断斜視図、第に図及び第７図は第３図を共にした本発
明における誘導加熱ローラの一具体制を示す側面図及び
一部破断斜視図、第２図は本発明の誘導加熱ローラで実
施される一具体制における等価回路、第２図は同一条件
ドで／次コイル巻線の巻数設定を変えた場合の一次電流
及びローラ温度の時間依存性を示す図である。 、、２／：口−ｙ１．２．５．．２１，６２７：積層鉄
芯１．２♂、、、ｚ７：磁性材料ブロック、３／：抑圧
駆動代理人　弁理士　　福　土受　彦（他−名）支 □ 第１図 ＼７９ ＄３”Ｒ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　円周壁が導電性部材により形成された回転ローラ
   と、該回転ローラの内孔を挿通する如く設けられた閉磁
   路を形成する磁性部材と、閉磁路を形成する上記磁性部
   材の一部に巻装され交番電源により附勢される巻線とを
   備え、上記回転ローラを誘導加熱する誘導加熱定着装置
   において、−り記閉磁録を構成する磁性部材を、回転ロ
   ーラの内孔を挿通する第１部材と回転ローラの上部に位
   置する第一部材と、上記第７．第２部材とを磁気的に結
   合する両サイド部材とに分割し、上記第２部材及び両サ
   イド部材を磁性材料ブロックと一体的に設は一層構造と
   すると共に上記第１．第一及び両サイド部材を組立構造
   としたことを特徴とする誘導加熱定着装置。