JPH1031379A - 誘導加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着ローラ長手方向の温度分布を均一にした
低周波誘導加熱定着装置を提供する。 【解決手段】 導電性部材で形成された円筒形状の定着
ローラ１と、該定着ローラ１内部を通り、閉磁路を形成
するためのコア５と、該コア５に巻装されたコイル３
と、を有する誘導加熱定着装置において、前記定着ロー
ラ１の端部の電気抵抗が、中央部分の電気抵抗より低い
ことを特徴とする誘導加熱定着装置。

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
る定着装置に関し、さらに詳しくは、低周波誘導加熱を
利用してトナー像を記録媒体に定着する定着装置に関す
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ないし転写
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。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。

【０００５】このようなハロゲンランプによる加熱の欠
点を解決し、近年の省エネルギの要請から誘導加熱を用
いた定着装置が提案されている。

【０００６】誘導加熱には、磁性体材料により形成され
た定着ローラなどの被加熱体近傍にコイルを配設し、該
コイルに高周波を印加して、形成される磁界が被加熱体
を横切ることにより被加熱体に渦電流を生じさせて発熱
させる高周波誘導加熱方式と、導電性材料により形成さ
れた定着ローラ内部に、閉磁路を形成する鉄心を貫通さ
せ、該鉄心にコイルが巻装されていて、該コイルに低周
波を印加することで鉄心内に磁束が生じ、この磁束によ
る定着ローラに誘導起電力を生じさせて発熱させる低周
波誘導加熱方式とがある。

【０００７】そしてこのような誘導加熱方式では、いず
れも電磁誘導により直接定着ローラなどの被加熱体を発
熱させているため、ハロゲンランプによる場合と比較し
て熱変換効率が高く、省エネルギーの要請に答えるもの
である。中でも低周波誘導加熱方式は、鉄心により閉磁
路が形成されているため、磁束の漏れが少なく効率がよ
く、省エネルギー効果が高い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、円筒形
状の定着ローラの円筒の内部にコアを貫通させ、該定着
ローラ内部において、コアにコイルを巻装した場合、原
理的かつ全体としてはコア内に一様な磁束が生じている
が、局所的に見ると、磁束の分布は定着ローラ端部と中
央部分とで異なり、磁束分布は中央部分を凸として山形
状となる。このため、定着ローラ端部の発熱量が中央部
分より低下する。また、定着ローラ端部では放熱量も中
央部分と比較して多い。これらのことから、定着ローラ
長手方向の温度分布が均一にならないといった問題があ
る。

【０００９】そこで本発明の目的は、低周波誘導加熱に
よる定着装置において、定着ローラ長手方向の温度分布
を均一にすることができる誘導加熱定着装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１記載の本発明は、導電性部材で形成された円
筒形の定着ローラと、該定着ローラ内部を通り、閉磁路
を形成するためのコアと、該コアに巻装されたコイル
と、該コイルに交流を流すための電源回路と、を有する
誘導加熱定着装置において、前記定着ローラの端部の電
気抵抗が、中央部分の電気抵抗より低いことを特徴とす
る誘導加熱定着装置。

【００１１】また請求項２記載の本発明は、前記請求項
１記載の本発明において、前記定着ローラの端部に、導
電性のリング状部材を設けることにより、前記定着ロー
ラ端部の電気抵抗を中央部分の電気抵抗より低くしたこ
とを特徴とする誘導加熱定着装置である。

【００１２】また請求項２記載の本発明は、前記請求項
２記載の本発明において、前記リング状部材が分割され
た複数のリング状部材よりなることを特徴とする誘導加
熱定着装置である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、
本発明の実施の形態を説明する。

【００１４】実施の形態１ 図１は、本発明を適用した誘導加熱定着装置（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
能に設けられた被加熱体である定着ローラ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とを有し、定着ローラ１と
加圧ローラ２の間（ニップ）をトナー像が形成されたシ
ートが通過することによりトナー像の定着が行われる。
定着ローラ１は、導電性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
管などによって形成され、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】定着動作は、図示しない電源回路から５０
〜６０Ｈｚ程度の交流が誘導コイル３に印加されて、誘
導加熱により定着ローラ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。
この状態で定着ローラ１と加圧ローラ２は摺接しながら
回転し、トナーが付着したシートを摺接部（ニップ）で
挟持して矢印ｂ方向に送る。定着ローラ１と加圧ローラ
２との摺接部において、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のシートは、
定着ローラ１および加圧ローラ２の回転に伴い、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。

【００１７】定着ローラ１は、その内部を、誘導コイル
３が巻装され、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、定着ローラ１の両端部には、導電性
のリング状部材４が定着ローラ１の内周に沿って配設さ
れている。

【００１８】この定着ローラ１の両端部に向けられたリ
ング状部材４によって、リング状部材４がある部分の電
気抵抗が、リング状部材４のない中央部分と比較して低
くなる。このため、定着ローラ１両端部分の電流量が中
央部分より多くなって、発熱量が中央部分より多くな
る。したがって、このリング状部材４による発熱量の増
加により定着ローラ１両端部分での温度低下を補い、定
着ローラ長手方向の温度分布均一性が保たれることとな
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。

【００２０】誘導コイル３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に巻装したものである。

【００２１】以上のように構成された定着装置の基本的
な動作原理はトランスと同様であり、上記誘導コイル３
が１次側コイル（Ｎ巻き）に、定着ローラ１が２次側コ
イル（１巻き）にそれぞれ相当する。そして、１次側コ
イル（誘導コイル３）に５０〜６０Ｈｚ程度の交流電圧
Ｖ１を印加すると、１次側コイルに電流Ｉ１が流れる。
これにより生じた磁束が閉磁路が形成されるコア５に流
れ、その磁束によって２次側コイル（定着ローラ１）に
誘導起電力Ｖ２が生じ、定着ローラ１の円周方向に沿っ
て電流Ｉ２が流れる。磁束はコアによって閉磁路が形成
されているため、原理的には１次側エネルギーＶ１Ｉ１
に対して２次側エネルギーはＶ２Ｉ２となる。

【００２２】この誘導加熱が行われる系において発熱す
る部分は、一つ目は、１次側コイルの（銅線内）銅損に
よるコイルの発熱、すなわち誘導コイルの発熱、二つ目
に２次側コイルの（銅線内）銅損によるコイルの発熱、
すなわち定着ローラの発熱、三つ目にコア内部に生じる
ジュール熱損とヒステリシス損によるコアの発熱であ
る。定着装置としては、一つ目と三つ目の発熱はエネル
ギーロスとなるためこれらを極力抑え、二つ目の２次側
コイルによる発熱、すなわち定着ローラを発熱させるも
のである。

【００２３】そして、本実施の形態１では、前記のよう
に、定着ローラ１の両端部に導電性のリング状部材４を
設けたことで、この部分の抵抗値が中央部分より低くな
っている。このため、両端部と中央部分とで相対的に流
れる電流量が異なり、両端部の発熱量が中央部分より多
くなって両端部における温度低下が補われるのである。

【００２４】図３は、この定着ローラ１の長手方向の温
度分布を示す図面であり、図中実線ａがリング状部材４
を設けた本実施の形態１によるもので、図中点線ｂがリ
ング状部材がないものである。図から分かるように、リ
ング状部材４を設けたものでは両端部の温度低下が少な
くなり、リング状部材を設けていないものよりも温度分
布が比較的均一化されている。

【００２５】このときの定着装置の具体的な構成は、定
着ローラとして、鉄製、肉厚５ｍｍ、長さ３７０ｍｍ、
外径６０ｍｍであり、コアは硅素鋼板製、誘導コイルは
銅線を使用したコイルで直径３６ｍｍ、５００巻きであ
る。そして、リング状部材を設けた方には、銅製で幅５
０ｍｍ、厚さ１ｍｍのリングを定着ローラ内側に接触さ
せるようにして設けた。また誘導コイル３への印加電圧
は６０Ｈｚの交流を１００Ｖ、定着温度として２００℃
が維持されるようにパルス状に印加される。

【００２６】なお、定着ローラやリング状部材の素材と
しては、導電性のあるものであれば基本的にはどの様な
ものでもよく、例えば一般的な素材として、アルミニウ
ム、鉄（ステンレス）、銅、銀、金などであり、これら
の物性を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】具体的には、定着ローラとしては鉄が比較
的薄い肉厚でも十分な強度を保つことができ、かつコス
トも安いので特に好ましい。またエネルギー効率を考え
た場合には、ある程度の強度を保つために肉厚が厚くな
るが、その熱伝導性および導電性が鉄よりも高いアルミ
ニウムが好ましい。一方、リング状部材としては、定着
ローラ材に比較して導電性の高いものが好ましく、例え
ばコストの面ではアルミニウムや銅がよい。またエネル
ギー効率をより考慮をした場合には銀や金などが好まし
い。これはリング状部材においては定着ローラそのもの
の形状を保持する必要がないため、強度についてはさほ
ど考慮しなくてもよく、逆に強度よりもより導電性が高
く、発熱しやすい素材を極薄く形成して定着ローラ端部
に設けた方がコスト的にもエネルギー効率の点からも好
ましいためである。

【００２９】また、リング状部材の大きさ（定着ローラ
端面から中央部方向への幅）や厚さについては、定着ロ
ーラの大きさ（長さ、直径、肉厚など）や誘導コイルの
巻き密度、巻き幅、さらにリング状部材のとして用いる
材料の導電性に応じて、定着ローラ長手方向の温度分布
が均一となるように適宜変更するとよい。

【００３０】実施の形態２ 本実施の形態２は、図４に示すように、リング状部材を
定着ローラ１の両端部内側に分割して設けたものであ
る。このように分割してリング状部材４ａ，４ｂ，４ｃ
を設けることにより、実施の形態１同様に両端部におけ
る温度低下を防止することができ、その際、定着ローラ
１端部における温度分布をより細かく制御することがで
きるようになる。具体的には、例えば分割したリング状
部材４ａ，４ｂ，４ｃのそれぞれの大きさ（幅）を変え
て、４ａ＜４ｂ＜４ｃとすることにより、最端部で発熱
量を多く、内側程発熱量を少なくすることができる。ま
たリング状部材４ａ，４ｂ，４ｃの厚さを変えても同様
に発熱量を制御することができる。

【００３１】さらに、誘導コイルの巻装密度にばらつき
が有り、磁束分布が定着ローラ長手方向にばらついてい
る場合には、この分割したリング状部材を適時その厚さ
や幅、また設ける数を変更して、定着ローラ端部の温度
低下のみならず、磁束分布のばらつきによる温度差を補
い、全体の温度分布をも改善することが可能となる。

【００３２】なお、定着装置としてのその他の構成は前
述の実施の形態１と同様である。また、定着ローラやリ
ング状部材の素材としては実施の形態１において既に説
明したように、導電性部材であればよく、例えばアルミ
ニウム、鉄（ステンレス）、銅、銀、金などである。

【００３３】実施の形態３ 本実施の形態３は、図５に示すように、リング状部材４
ｄを定着ローラ１の両端部外側に設けたものである。こ
れにより実施の形態１同様に両端部における温度低下を
防止することができる。なお、この場合には、定着ロー
ラ１外表面に凹凸ができないように、例えば表面に耐熱
離型性層を厚く塗布して凹凸をなくしたり、また、リン
グ状部材４ｄとして用いる素材にアルミニウムや金、銀
など導電性の高いものを使用して極薄く定着ローラ両端
部にのみ蒸着形成するとよく、この場合さらにレーザ光
の照射により表面形状のトリミングが可能である。

【００３４】定着装置としてのその他の構成は前述の実
施の形態１と同様である。また、定着ローラの素材とし
ては実施の形態１において既に説明したように、導電性
部材であればよく、例えばアルミニウム、鉄（ステンレ
ス）、銅、銀、金などである。

【００３５】実施の形態４ 本実施の形態４は、図６に示すように、定着ローラ１ａ
自体の厚さを両端部を厚くして、中央部分にかけて徐々
に薄くしたものである。これにより実施の形態１同様
に、両端部と中央部での抵抗値に差ができ、両端部の方
が中央部分より多く発熱して、両端部における温度低下
を防止することができる。

【００３６】なお、定着装置としてのその他の構成は前
述の実施の形態１と同様である。また、定着ローラの素
材としては実施の形態１において既に説明したように、
導電性部材であればよく、例えばアルミニウム、鉄（ス
テンレス）、銅、銀、金などである。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項ごとに以下のような効果を奏する。

【００３８】請求項１記載の本発明は、低周波誘導加熱
定着装置において、誘導加熱される定着ローラを、その
端部の電気抵抗を中央部分より低くしたので、端部にお
ける発熱量が中央部分より多くなり、定着ローラ端部で
の温度低下を補い、定着ローラ長手方向の温度分布を均
一にすることができる。

【００３９】請求項２記載の本発明は、前記請求項１記
載の構成において、定着ローラ端部の電気抵抗を下げる
ために定着ローラ端部にリング状の部材を設けることと
したので、定着ローラ端部の電気抵抗を下げるための構
成が容易になり、その製造コストをさほど上昇させるこ
となく、また、既存の定着ローラの形状を大きく変化さ
せることなく、定着ローラ長手方向の温度分布を均一に
した誘導加熱定着装置を提供することが可能となる。

【００４０】請求項３記載の本発明は、前記請求項２記
載の構成において、リング状の部材をヲ複数分割して設
けることとしたので、定着ローラ長手方向の温度分布を
細かく制御することが可能となる。

【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】 本発明を適用した誘導加熱定着装置の実施の
形態１による定着ローラ部分の構成を示す概略図であ
る。

【図３】 定着ローラ長手方向の温度分布を示す図面で
ある。

【図４】 本発明を適用した誘導加熱定着装置の実施の
形態２による定着ローラ部分の構成を示す概略図であ
る。

【図５】 本発明を適用した誘導加熱定着装置の実施の
形態３による定着ローラ部分の構成を示す概略図であ
る。

【図６】 本発明を適用した誘導加熱定着装置の実施の
形態４による定着ローラ部分の構成を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１…定着ローラ、 ２…加圧ローラ、 ３…誘導コイル、 ４、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…リング状部材、 ５…コア。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性部材で形成された円筒形の定着ロ
   ーラと、 該定着ローラ内部を通り、閉磁路を形成するためのコア
   と、 該コアに巻装されたコイルと、 該コイルに交流を流すための電源回路と、を有する誘導
   加熱定着装置において、 前記定着ローラの端部の電気抵抗が、中央部分の電気抵
   抗より低いことを特徴とする誘導加熱定着装置。
2. 【請求項２】 前記定着ローラの端部に、導電性のリン
   グ状部材を設けることにより、前記定着ローラ端部の電
   気抵抗を中央部分の電気抵抗より低くしたことを特徴と
   する請求項１記載の誘導加熱定着装置。
3. 【請求項３】 前記リング状部材が分割された複数のリ
   ング状部材よりなることを特徴とする請求項２記載の誘
   導加熱定着装置。