JP2000056603A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着ローラの比較的狭い領域に磁束を集中さ
せる事ができ、かつ励磁コイルによって生じた磁界を漏
れなく定着ローラ導電層の発熱に寄与させる。 【解決手段】 定着ローラ１に設けた導電層に渦電流を
発生させて発熱させる電磁誘導加熱方式の定着装置にお
いて、磁性体コア９は断面略Ｅ型であり、磁性体コア９
の突起部９ａ，９ｂ，９ｃの先端側を定着ローラ１の軸
方向に沿わせて対向配置し、励磁コイル８は磁性体コア
９の中央の突起部９ｃに巻かれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像形成装置にお
いて転写材上のトナー像を溶融定着する定着装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を用いた画像形成装置は、
通常転写材と静電的に該転写材に担持された樹脂、磁性
体、着色料等からなるトナーとを、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、溶融定
着する定着装置を有している。

【０００３】このような定着装置において、加熱するた
めの手段として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（熱発生源）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ものが提案さ
れている。

【０００４】この方式は熱発生源を転写材に担持された
トナーのごく近くに配置することができるので、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に適当な温度に
なるまでに要する時間を短くできるという特徴がある。

【０００５】また熱発生源からトナーへの熱伝達経路が
短く単純であるため熱効率が高いという特徴もある。

【０００６】

【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
せる電磁誘導加熱方式の定着装置においては、限られた
電力で効率良く熱を発生させるためには磁束を狭い領域
に集中させ密度の大きな誘導電流を流した方が良い。

【０００７】その為に、例えばＩ型の磁性体コアに励磁
コイルを巻き線した構成などでは、励磁コイルによって
発生した磁束が比較的広い領域に拡散してしまい発熱効
率が悪くなるという欠点があった。

【０００８】また磁性体コア・励磁コイルを定着ローラ
外部に配設する構成を選択した場合、励磁コイルによっ
て生じた磁界が定着装置から漏れて画像形成装置本体に
悪影響を及ぼすといった欠点もあった。

【０００９】さらに小サイズの転写材を連続して多量に
定着した時などに、定着ローラの非通紙部の昇温が問題
になったり、また定着ローラの両端部からの放熱のため
に定着ローラの両端部で温度が下がってしまうなどの問
題を解決するために、定着ローラ長手方向で磁性体コア
・励磁コイルを分割して励磁コイルに通電する電力を独
立に制御する方法が提案されているが、各磁性体コア・
励磁コイルの間にできる空隙の部分で定着ローラ導電層
を貫く磁束密度が下がってしまいその部分で定着ローラ
の温度が低下してしまうといった問題もあった。

【００１０】本発明は上記従来技術の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、定着ロ
ーラの比較的狭い領域に磁束を集中させる事ができ、か
つ励磁コイルによって生じた磁界を漏れなく定着ローラ
導電層の発熱に寄与させることである。

【００１１】また、定着ローラの軸方向の温調自由度の
向上と温度分布の均一化を図ることである。

【００１２】さらに、定着装置の小型化、または昇温防
止により電力損失を減少させることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、磁性体コアと励磁コイルを有する
誘導加熱手段により、定着ローラに設けた導電層に渦電
流を発生させて発熱させる電磁誘導加熱方式の定着装置
において、前記磁性体コアは断面略Ｅ型であり、該磁性
体コアの突起部先端側を前記定着ローラの軸方向に沿わ
せて対向配置し、前記励磁コイルは前記磁性体コアの中
央の突起部に巻かれていることを特徴とする。

【００１４】これにより、励磁コイルによって生じる磁
束を断面略Ｅ型の磁性体コアの突起部の先端部の間の空
間に集中させ、かつ磁性体コアと定着ローラの導電層で
構成される磁気回路から外部への磁界の漏れを減少させ
る。

【００１５】前記誘導加熱手段は、軸方向に分割された
複数の磁性体コアと、前記分割された磁性体コアの突起
部に、軸方向にかけ渡された磁性部材を備えることも好
適である。

【００１６】これにより、定着ローラの導電層に作用す
る磁界を軸方向で変更することができる。

【００１７】前記誘導加熱手段は、前記軸方向に分割さ
れた複数の磁路形成部のそれぞれに励磁コイルを備え、
軸方向の発熱分布に応じて励磁コイルへの電力供給量を
個別に制御する制御手段を備えることも好適である。

【００１８】これにより、定着ローラの発熱分布を軸方
向で変更させたり、一定とさせたりすることができる。

【００１９】前記磁性部材は、磁性体コアの突起部に磁
気結合されることも好適である。

【００２０】前記磁性体コアの突起部間の軸方向に直交
する幅方向の距離が、軸方向で異ることも好適である。

【００２１】これにより、磁性体コアの軸方向での磁束
密度が変わり、定着ローラの軸方向での発熱量を変化さ
せるように作用する。

【００２２】前記磁性体コアの突起部間の軸方向に直交
する幅方向の距離は、軸方向の両端部において中央部よ
りも狭くなっていることも好適である。

【００２３】定着ローラの軸方向両端部での磁束密度が
大きくなり、その部分の渦電流密度も大きくなり、定着
ローラの軸方向の両端部での発熱量が増加するように作
用する。

【００２４】前記誘導加熱手段は、定着ローラの内部に
配設されていることも好適である。これにより、定着装
置の体積を少なくし、省スペース化できる。

【００２５】前記誘導加熱手段は、定着ローラの外部に
配設されていることも好ましい。

【００２６】これにより、磁性体コア、励磁コイルで発
熱した熱を速やかに放熱することができ、昇温による電
力損失を減少させることが可能となる。

【００２７】前記磁性体コアの突起部または前記磁性部
材の定着ローラに対向する先端部は、対向する定着ロー
ラの周壁面に倣う形状を備えていることも好適である。

【００２８】これにより、磁性体コアの先端部と定着ロ
ーラの導電層との距離が短くなり、かつ磁束密度を高め
ることができる。

【００２９】画像形成装置にあっては、画像形成手段に
よりトナー像が形成された転写材が通紙される上記記載
の定着装置を備えることを特徴とする。

【００３０】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は本発明の
特徴を最もよく表す図画であり、本発明の第１の実施の
形態の定着装置ＴＳ１の断面構成の模式図である。

【００３１】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を備え、表面の離
型性を高めるために例えばＰＴＦＥ１０〜５０（μｍ）
や、ＰＦＡ１０〜５０（μｍ）の層を設けてもよい。

【００３２】また定着ローラ１の他の材料として、例え
ば磁性ステンレスのような磁性材料（磁性金属）といっ
た、比較的透磁率のμが高く、適当な抵抗率ρを持つ物
を用いてもよい。

【００３３】さらに非磁性材料でも、金属などの導電性
のある材料は材料を薄膜にすることなどにより使用可能
である。

【００３４】加圧ローラ２は外径２０（ｍｍ）の鉄製の
芯金の外周に厚さ５（ｍｍ）のＳｉゴムの層と定着ロー
ラ１と同様に表面の離型性を高めるために例えばＰＴＦ
Ｅ１０〜５０（μｍ）や、ＰＦＡ１０〜５０（μｍ）の
層を設けて、外径は３０（ｍｍ）である。

【００３５】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）での摩擦力で従動回転する
様に配置している。

【００３６】また加圧ローラ２は定着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。

【００３７】この実施の形態では、加圧ローラ２は約３
０（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
ては荷重を変化させてニップ幅を変えてもよい。

【００３８】温度センサー３は定着ローラ１の表面に当
接するように配置され、温度センサー３の検出信号をも
とに不図示の制御手段と高周波コンバーターにより励磁
コイル８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に自動制御され
る。

【００３９】搬送ガイド４は、画像形成手段で形成され
た未定着のトナー像５を担持しながら搬送される転写材
６を定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップ部へ案内す
る位置に配置される。

【００４０】分離爪７は、定着ローラ１の表面に当接し
て配置され、転写材６がニップ部通過後に定着ローラ１
に張り付いてしまった場合、強制的に分離してジャムを
防止するためのものである。

【００４１】励磁コイル８の巻き線は図２に示すよう
に、断面略Ｅ型の長尺の磁性体コア９の中央突起部に導
線を巻いたような構造である。

【００４２】励磁コイル８は従って、両側の突起部９
ａ，９ｂと中央の突起部９ｃと、突起部９ａ，９ｂ，９
ｃが突出する基底部９ｄから構成されている。そして、
突起部９ａ，９ｂ，９ｃの先端は、定着ローラ１の内周
壁面と所定の間隙で離れ、かつ内周壁面に倣う形状（ア
ール形状）となっている。

【００４３】また励磁コイル８は高周波コンバーター１
０に接続され１００〜２０００（Ｗ）の高周波電力が供
給されるため、細い線を数本リッツにしたものを用いて
おり、巻き線に伝熱した場合を考え、被覆には耐熱性の
物を使用した。

【００４４】磁性体コア９は高透磁率かつ低損失のもの
を用いる。パーマロイのような合金の場合は、磁性体コ
ア９内の渦電流損失が、高周波で大きくなるため積層構
造にしてもよい。磁性体コア９は磁気回路の効率を上げ
るためと磁気遮蔽のために用いている。この励磁コイル
８と磁性体コア９の磁気回路部分は、磁気遮蔽が十分に
できる手段がある場合は空芯にしてもよい。

【００４５】この励磁コイル８には高周波コンバータ１
０により１０〜１００（ｋＨｚ）の交流電流が印加され
る。交流電流によって誘導された磁束はＥ型の磁性体コ
ア９内部を外部に漏れることなく通り、突起部間で初め
て磁性体外部に漏れ、定着ローラ１の導電層を貫き、渦
電流が流れて導電層自体がジュール発熱する。

【００４６】この発熱量を増加させるためには、磁束を
集中させて渦電流を密度高く流せば良く、本実施の形態
の場合Ｅ型の磁性体コア９の突起部９ａ，９ｂ，９ｃ間
の距離を短くすると効果的である。

【００４７】しかし単純に突起部９ａ，９ｂ，９ｃ間の
幅方向の距離（軸方向に直交する幅方向の距離）を短く
すればよいというのではなく、各突起部間の幅方向の距
離が突起部の先端と定着ローラ１の導電層との距離の少
なくとも２倍より大きく、例えば３倍程度以上に設定す
ることが好ましい。

【００４８】また図３に示すように断面Ｅ型の磁性体コ
ア９の突起部９ａ，９ｂ，９ｃ間の距離を軸方向（図に
おいて長手方向）の中央部に比して両端部を短くする事
で、両端部での磁束密度が大きくなり、渦電流密度が増
加して発熱量も増えるので、定着ローラ１の両端部から
逃げる熱を補償する事ができ定着ローラ１の軸方向の温
度分布を均一化させることが可能となる。

【００４９】このように本実施の形態では、断面Ｅ型の
磁性体コア９の中央の突起部９ｃに励磁コイル８を巻き
線することで、発生した磁束は磁性体コア９と定着ロー
ラ１の導電層以外にほとんど漏れる事がなく、かつ定着
ローラ１の導電層の比較的狭い領域に磁束を集中させ、
効率よく発熱させる事ができる。

【００５０】また断面Ｅ型の磁性体コア９の突起部９
ａ，９ｂ，９ｃ間の距離を軸方向の中央部に比して両端
部を短くする事で、複雑な構成無しで定着ローラ１の軸
方向の温度分布を均一化することができる。

【００５１】（実施の形態２）第２の実施の形態では、
図４に示されるように断面Ｅ型の磁性体コアと励磁コイ
ルを軸方向に３つに分割したものである。分割した磁性
体コア間で磁束密度が下がって発熱量が低下しないよう
に、各磁性体コア１１，１２，１３は、突起部先端に磁
性部材としての棒状の磁性体コア１４，１５，１６がか
け渡されると共に、磁気結合されている。

【００５２】定着ローラ１の両端部での熱の逃げによる
温度降下がしばしば問題になるが、本実施の形態では分
割された励磁コイル１７，１８，１９への電力供給を個
別に制御する事で回避できる。

【００５３】具体的には励磁コイル１７，１８，１９へ
の供給電力の比を５：３：５にし、合計１００〜２００
０（Ｗ）にすると定着ローラ長手方向で均一な温度分布
になる。

【００５４】また小サイズの転写材を連続で定着する場
合などに、定着ローラ１の転写材に接触する軸方向中央
部で温度センサー３によって検出された温度をもとに温
調すると、定着ローラ１の転写材に接触しない軸方向両
端部で所定の温調温度よりもかなりな高温になってしま
い、周辺部材の熱劣化の促進やトナーの定着ローラへの
ホットオフセットといったような問題が生じてしまう。

【００５５】そこでそのような場合には励磁コイル１
７，１８，１９への供給電力の比を３：５：３のように
するとよい。尚、各励磁コイル１７，１８，１９に対応
する領域に温度センサーを設け、定着ローラ１の軸方向
の発熱分布（温度分布）に応じて各励磁コイル１７，１
８，１９への供給電力を個別に制御しても良い。

【００５６】本実施の形態では、磁性体コア・励磁コイ
ルを定着ローラ１の軸方向に分割し、その分割した励磁
コイルに通電する電力を独立に制御する事で、定着ロー
ラ１の軸方向の温調自由度を向上させる事ができる。

【００５７】（実施の形態３）第３の実施の形態では、
図５に示されるように、磁性体コア９と励磁コイル８を
定着ローラ１の外部に配設させることを特徴としてい
る。

【００５８】磁性体コア９と励磁コイル８の構成は、突
起部の形状を、定着ローラ１の外周壁面に倣う形状に変
更したものであるが、その他の構成は、第１及び第２の
実施の形態の構成と同様の構成が採用されている。

【００５９】本実施の形態では磁性体コア９と励磁コイ
ル８を定着ローラ１の外部に配設する事で、磁性体コア
９と励磁コイル８の昇温を防止し、それらの温度に依存
した電力損失を減少させることができる。

【００６０】

【発明の効果】以上のように説明された本発明による
と、励磁コイルによって生じる磁束を断面略Ｅ型の磁性
体コアの突起部の先端部の間の空間に集中させ、かつ磁
性体コアと定着ローラの導電層で構成される磁気回路か
ら外部への磁界の漏れを減少させることが可能となり、
磁束の定着ローラの導電層を貫く領域が比較的狭くな
り、効率良く定着ローラの導電層においてジュール発熱
させることが可能となる。

【００６１】誘導加熱手段を軸方向に分割して、磁性部
材により磁気結合したことにより、定着ローラの発熱分
布を軸方向で変更して定着性を向上させることができ
る。

【００６２】磁性体コアの突起部間の幅方向の距離を軸
方向で異らせることにより、磁性体コアの軸方向での磁
束密度が変わり、定着ローラの軸方向での発熱量を変化
させることができる。突起部間の幅方向の距離を軸方向
の両端部において中央部よりも狭くすることで、定着ロ
ーラの軸方向の両端部での発熱量を増加させることが可
能となり、定着ローラ端部での熱の逃げを補償し定着ロ
ーラ長手方向の温度分布を均一化することができる。

【００６３】誘導加熱手段を定着ローラの内部に配設す
ることにより、定着装置の体積を少なくし、省スペース
化できる。

【００６４】誘導加熱手段を定着ローラの外部に配設す
ることにより、磁性体コア、励磁コイルで発熱した熱を
速やかに放熱することができ、昇温による電力損失を減
少させることが可能となる。

【００６５】磁性体コアの突起部または前記磁性部材の
定着ローラに対向する先端部を、対向する定着ローラの
周壁面に倣う形状とすることにより、磁性体コアの先端
部と定着ローラの導電層との距離が短くなり磁束密度を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１の実施の形態の定着装置の断面構成
説明図。

【図２】図２は磁性体コア部を示す図である。

【図３】図３は磁性体コア部を示す図である。

【図４】図４は第２の実施の形態の定着装置の断面構成
説明図。

【図５】図５は第３の実施の形態の定着装置の断面構成
説明図。

【符号の説明】

１ 定着ローラ ２ 加圧ローラ ３ 温度センサー ４ 搬送ガイド ５ トナー像 ６ 転写材 ７ 分離爪 ８ 励磁コイル ９ 磁性体コア ９ａ，９ｂ，９ｃ 突起部 １０ 高周波コンバーター １１，１２，１３，１４，１５，１６ 磁性体コア １７，１８，１９ 励磁コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 智市郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 藤田 岳 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H033 AA21 BB18 BE06 3K059 AA08 AA14 AB00 AB04 AB27 AB28 AC09 AC33 AC73 AD03 AD05 AD07 AD25 AD27 AD28 AD32 BD02 CD02 CD52 CD64 CD66 CD72 CD75 CD77

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体コアと励磁コイルを有する誘導加
   熱手段により、定着ローラに設けた導電層に渦電流を発
   生させて発熱させる電磁誘導加熱方式の定着装置におい
   て、 前記磁性体コアは断面略Ｅ型であり、該磁性体コアの突
   起部先端側を前記定着ローラの軸方向に沿わせて対向配
   置し、 前記励磁コイルは前記磁性体コアの中央の突起部に巻か
   れていることを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 前記誘導加熱手段は、軸方向に分割され
   た複数の磁性体コアと、 前記分割された磁性体コアの突起部に、軸方向にかけ渡
   された磁性部材を備えることを特徴とする請求項１に記
   載の定着装置。
3. 【請求項３】 前記誘導加熱手段は、前記軸方向に分割
   された複数の磁路形成部のそれぞれに励磁コイルを備
   え、 軸方向の発熱分布に応じて励磁コイルへの電力供給量を
   個別に制御する制御手段を備えることを特徴とする請求
   項２に記載の定着装置。
4. 【請求項４】 前記磁性部材は、磁性体コアの突起部に
   磁気結合されることを特徴とする請求項２または３に記
   載の定着装置。
5. 【請求項５】 前記磁性体コアの突起部間の軸方向に直
   交する幅方向の距離が、軸方向で異ることを特徴とする
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 【請求項６】 前記磁性体コアの突起部間の軸方向に直
   交する幅方向の距離は、軸方向の両端部において中央部
   よりも狭くなっていることを特徴とする請求項５に記載
   の定着装置。
7. 【請求項７】 前記誘導加熱手段は、定着ローラの内部
   に配設されていることを特徴とする請求項１乃至６のい
   ずれか１項に記載の定着装置。
8. 【請求項８】 前記誘導加熱手段は、定着ローラの外部
   に配設されていることを特徴とする請求項１乃至６のい
   ずれか１項に記載の定着装置。
9. 【請求項９】 前記磁性体コアの突起部または前記磁性
   部材の定着ローラに対向する先端部は、対向する定着ロ
   ーラの周壁面に倣う形状を備えていることを特徴とする
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置。
10. 【請求項１０】 画像形成手段によりトナー像が形成さ
    れた転写材が通紙される請求項１乃至９のいずれか１項
    に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装
    置。