JP3687439B2 - 誘導加熱定着装置 - Google Patents

Description

【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の画像形成装置には、記録媒体である用紙ないし転写材などのシート上に保持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】
定着装置には種々の方式があるが、近年の省エネルギー化の要請に応えるべく、例えば特開平７−２８７４７１号公報に、ハロゲンランプを熱源とする定着装置よりも変換効率の高い誘導加熱方式の定着装置が提案されている。
【０００４】
誘導加熱方式の定着装置は、固定されもしくは移動する中空形状をなす導電性部材と、この導電性部材の中空部に一部が挿通され、閉磁路を形成する閉磁路鉄心と、この閉磁路鉄心に巻回された誘導コイルとを有し、誘導コイルに電流を流すことで、前記導電性部材に誘導電流を生じさせる磁束を生成し、これにより電導性部材を誘導加熱するものである。
【０００５】
定着装置自体は、導電性部材がローラ形状に形成され、これに当接するローラとによって、未定着トナー像が担持された用紙を挟んで搬送し、誘導加熱による熱とローラ同士の圧接力によって定着動作を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、誘導加熱方式の特徴の一つに、高速昇温がある。これは、コイルへの電流供給とともに、１、２秒と言ったごく短い時間で定着に適した温度まで昇温するものである。このメリットを生かすために、通常、誘導加熱される導電性部材は熱容量の少ないものを用いている。これは、逆に、熱容量が少ない分冷え易い形態であるとも言える。
【０００７】
特に、ローラ形状の両端部は、中央部と比較して冷え易い。そこで、従来の誘導加熱方式の定着装置は、両端部の温度が定着に適した温度以下にならないように全体の温度を上げるようにしている。このため、両端部の温度が低く、中央部では高くなっている。したがって、ローラの長手方向、すなわち、通紙幅方向の温度が均一でないと言った問題がある。また、中央部の温度は、定着適正温度より高している分、余計にエネルギーを消費していることにもなり、好ましくない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、定着装置の通紙幅全体に渡り、均一な定着温度にすることができる誘導加熱方式の定着装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【００１３】
（１）磁路が形成されるコアと、前記コアに巻き回された誘導コイルと、前記コアが挿通され、ローラ形状の導電性部材と、を有し、前記誘導コイルの線径は、前記コアの中央部の方が端部より太く、前記誘導コイルの導線は、導線間に隙間をあけることなく巻き回されていることを特徴とする誘導加熱定着装置。
（２）磁路が形成されるコアと、前記コアに巻き回された誘導コイルと、前記コアが挿通され、ローラ形状の導電性部材と、を有する片側通紙基準の誘導加熱定着装置であって、前記誘導コイルの線径は、前記コアの基準側端部および中央部の方が、他方の端部より細く、前記誘導コイルの導線は、導線間に隙間をあけることなく巻き回されていることを特徴とする片側通紙基準の誘導加熱定着装置。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。
【００１５】
実施形態１
図１は、本発明に係る誘導加熱定着装置を示す概略構成図である。
【００１６】
実施形態１の定着装置は、用紙を中央基準で搬送する形式の定着装置である。
【００１７】
この定着装置は、誘導加熱によって発熱する定着ローラ１（導電性部材）と、この定着ローラ１に当接するバックアップローラ２と、磁路を形成するコア３と、コア３に巻き回された誘導コイル４とからなる。
【００１８】
定着動作は、定着ローラ１が所定の定着適正温度となった後、定着ローラ１とバックアップローラ２の間に用紙が搬送されて、用紙上の未定着トナー像が定着される。
【００１９】
定着ローラ１は、導電性部材を円筒状に形成し、外表面にトナーが付着しないように離型層を形成したものである。導電性部材は、例えばステンレスやアルミニウムなどが好ましく、離型層は、例えばシリコンゴムである。
【００２０】
バックアップローラ２は、図示しないバネによって、定着ローラ１方向へ圧接されている。このバックアップローラ２よって搬送中の用紙に適度な圧力が加えられる。
【００２１】
コア３は、誘導コイル４による電界によって閉磁路が形成される。コア３は、トランスなどと同様に、珪素鋼板を積層したものである。
【００２２】
誘導コイル４は、図２に示すように、コア３にボビン４１を介して、通常のコイルに用いられているエナメル被覆導線を巻き回したものである。そして、この誘導コイル４は、定着ローラ１の長手方向（通紙幅方向）に対する中央部が太い導線により形成され、端部が中央部より細い導線により形成されている。
【００２３】
これにより、コア３に巻き回される導線の巻き数は、導線間に不要な隙間をあけることなく巻き回すことにより、中央部より端部の方が多くなる。したがって、このように巻き回された誘導コイル４へ電力を供給すれば、端部の発熱量が中央部より多くなる（詳細後述）。
【００２４】
図３は、従来の誘導加熱定着装置（図３Ａ）と本実施形態による誘導加熱定着装置（図３Ｂ）の通紙幅方向の温度分布を示す図面である。
【００２５】
図示するように、従来の装置（図３Ａ）では、両端で温度が低下している。これは、単位容積当たりの発熱量が同じであるため、熱が逃げ易い両端部で温度が低下しているものである。これに対し、本実施形態の装置（図３Ｂ）は、中央部も端部も同じ温度で、通紙幅方向全体にわたり均一となっている。
【００２６】
ここで、このように本実施形態の定着装置が通紙幅方向にわたり均一な温度となる理由を、図４に示す本実施形態による定着装置の電気回路図を用いて説明する。
【００２７】
図４において、図１に示した定着装置の定着ローラ１とコア３及び誘導コイル４は、トランスと等価である。そして、このトランスにおいて、誘導コイル４は１次コイルＬ１、定着ローラ１は２次コイルＬ２に相当する。また、定着ローラ１の抵抗をＲとして示す。
【００２８】
図４において、電源５は定着装置に所要の電力を供給する。電源スイッチ６は電源５の接続を制御する機能を有する。コンバータ７は電源５から受け取った商用周波数の電力を直流に変換し、その直流の電力を商用周波数より高い周波数の交流に変換して、１次コイルＬ１、２次コイルＬ２、コア３により構成されるトランスの１次コイルＬ１に供給する。供給する電力の周波数は、装置を小型にするため数ＫＨｚから数１００ＫＨｚにされる。コア３の断面積は使用する周波数に反比例するので、周波数が高くなるほど細いコアを使うことができ、材料の節約ができると共に、２次コイルである定着ローラ１も細くできるので、熱容量を下げることができ、定着ローラの温度上昇を早くすることに有効である。
【００２９】
誘導加熱定着装置の加熱原理は、１次コイルＬ１（巻線数Ｎ１）に交流電圧Ｖ１を印加すると、１次コイルに電流Ｉ１が流れる。これにより生じた磁束φが閉磁路を形成するコア３に流れ、その磁束φによって２次コイルＬ２（巻線数Ｎ２＝１）に誘導起電力Ｖ２が生じ、電流Ｉ２が流れる。コア３によって閉磁路が形成されているため原理的には漏れ磁束がなく、１次側エネルギーＶ１×Ｉ１と、２次側エネルギーＶ２×Ｉ２とがほぼ等しくなる。
【００３０】
ここで、２次側に発生するエネルギーは（Ｖ２×Ｉ２）は、定着ローラ１全体としての発熱量となるが、本実施形態では、コイルの巻線が、中央部と両端部とで異なるため、発生する磁束分布が、中央部と端部とで異なることになり、このため、定着ローラ１の発熱分布は巻線数の多い端部が高くなる。したがって、両端部での熱逃げが発生する分、端部での発熱量が多くなるように巻線数を調節することで、図３Ｂに示した通り、定着ローラ１全体に均一な温度とすることができる。
【００３１】
このように本実施形態１では、導線の太さを変えて巻き回すだけで、中央部と端部とで巻線数を変化させ、通紙幅方向に均一な温度分布にすることが可能となる。
【００３２】
以上説明した実施形態１では、１本の導線の太さを変えて巻き回したものであるが、これに代えて複数のコイルを用いてもよい。
【００３３】
図５は、本実施形態１の変形例として、３つのコイルを用いた例である。中央部のコイル４ａは、両端部のコイル４ｂおよび４ｃより太い線径としている。中央部のコイル４ａと、両端部のコイル４ｂおよび４ｃは、互いに並列に接続されている。したがって、より太い導線を用いた中央部に対して、両端部では巻線数が多くなり、両端部の発熱量が増加して、熱逃げの多い両端部で、その分の熱を補い、結果的に定着ローラの長手方向に渡り均一な温度にすることができる。
【００３４】
実施形態２
本実施形態２の定着装置は、片方の端部を基準として用紙を搬送する片側基準の定着装置である。なお、定着装置の概略構造は、前述の実施形態１（図１参照）と同様であるので、説明を省略する。
【００３５】
片側基準の定着装置は、定着ローラ１の基準側は、常に用紙が通るため、その用紙によって熱が奪われる。一方、他端部（非通紙側端部と称する）は、小さな用紙の場合、用紙が通らないので、その部分で熱が奪われることはない。したがって、定着ローラの熱分布は、基準側端部（熱の奪われる方）が、定着適正温度以上となるように調節する必要がある。このため、従来では非通紙側端部は温度が高くなり、結局その部分の熱が無駄となることがあった。
【００３６】
図６は、本実施形態２に係る誘導コイルを示す図面である。
【００３７】
図６に示すように、本実施形態２では、誘導コイル４の非通紙側端部の線径を太くし、基準側端部および中央部の線径を細くしている。したがって、前述の実施形態１同様に、線径の太いの非通紙側では巻線数が少なくなり、その分発熱量が少ない。一方、線径の細い基準側端部および中央部では、コイルの巻数が多くなり、その分発熱量が多い。
【００３８】
したがって、図７に示すように、従来と比較して、非通紙側の温度は上昇せず、片側基準の定着ローラであっても全体に均一な温度分布とすることができる。
【００３９】
図８は、本実施形態２の誘導コイルの変形例を示す図面である。図示するように本実施形態２においても、非通紙側端部と、基準側端部および中央部とで、誘導コイルを個別に設けてもよい。この場合、非通紙側端部の誘導コイル４ａの線径を太くし、基準側端部および中央部の誘導コイル４ｂの線径を細くしている。これにより、前述と同様に、片側基準の定着ローラであっても全体に均一な温度分布とすることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誘導コイルの線径を変えることで、簡単にコイルの中央部と端部の巻線数を変化させることができるようになるので、定着装置の端部における温度低下を補い、もって、通紙幅全体の温度を均一にすることができる。このため、温度設定を端部を基準にした場合でも、中央部が余計に加熱されなくなるので、省エネルギー効果もある。また、本発明は片側基準の定着装置にも用いることができ、通紙幅全体の温度を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る定着装置の構成を示す図面である。
【図２】 実施形態１に係る誘導コイルを示す図面である。
【図３】 従来の誘導加熱定着装置（図３Ａ）と本実施形態による誘導加熱定着装置（図３Ｂ）の通紙幅方向の温度分布を示す図面である。
【図４】 上記定着装置の電気回路図である。
【図５】 上記実施形態１に係る誘導コイルの変形例を示す図面である。
【図６】 本実施形態２に係る誘導コイルを示す図面である。
【図７】 片側基準の誘導加熱定着装置の温度分布を示す図面である。
【図８】 上記実施形態２に係る誘導コイルの変形例を示す図面である。
【符号の説明】
１…定着ローラ、
２…バックアップローラ、
３…コア、
４，４ａ，４ｂ，４ｃ…誘導コイル。

Claims (2)

1. 磁路が形成されるコアと、
   前記コアに巻き回された誘導コイルと、
   前記コアが挿通され、ローラ形状の導電性部材と、を有し、
   前記誘導コイルの線径は、前記コアの中央部の方が端部より太く、
   前記誘導コイルの導線は、導線間に隙間をあけることなく巻き回されていることを特徴とする誘導加熱定着装置。
2. 磁路が形成されるコアと、
   前記コアに巻き回された誘導コイルと、
   前記コアが挿通され、ローラ形状の導電性部材と、を有する片側通紙基準の誘導加熱定着装置であって、
   前記誘導コイルの線径は、前記コアの基準側端部および中央部の方が、他方の端部より細く、
   前記誘導コイルの導線は、導線間に隙間をあけることなく巻き回されていることを特徴とする片側通紙基準の誘導加熱定着装置。

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