JP4369495B2 - 定着装置，画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は，定着ローラを電磁誘導加熱方式で加熱する定着装置に関し，特に，その定着ローラの端部近傍の過熱防止を図る技術に関するものである。

プリンタ装置や複写機，ファクシミリ装置，これらの複合機などの画像形成装置に，定着ローラを電磁誘導によって加熱する電磁誘導加熱方式の定着装置が用いられることがある。
具体的には，磁性材料からなる中空の定着ローラの内部に電磁コイルを配置しておき，その電磁コイルに交流電流を流すことによって磁束を発生させる。これにより，定着ローラでは，電磁コイルの磁束（磁界）による電磁誘導によって渦電流（誘導電流）が発生して発熱することになる。一般に，このように構成された画像形成装置では，定着ローラの温度を検出する温度センサによる検出結果に基づいて，電磁コイルに印加する交流電流を制御することによって，定着ローラの温度制御が行われる。

ところで，従来から，小さいサイズの用紙を用いて印字出力を行っている場合に，用紙が通過しない定着ローラの端部近傍の非通紙領域で過熱が生じるという問題があった。そこで，例えば特許文献１では，定着ローラに整磁合金を用いることにより，その定着ローラにおける非通紙領域の過熱防止を図る構成が開示されている。ここに，整磁合金は，キュリー点に達したときに磁性が急激に低くなるという特性を有するものである。
このような構成では，定着ローラにおける非通紙領域の温度がその整磁合金のキュリー点を超えると，その非通紙領域における磁性が急激に低くなり，電磁誘導により発生する渦電流が急激に減少することになる。したがって，温度センサやサーモスタット等を用いることなく，定着ローラの非通紙領域の過熱を防止することができる。
一方，例えば特許文献２には，磁性材料からなる定着ローラの外周に，銅などの反磁性を有する金属を設ける構成が開示されている。ここに，反磁性は磁束の向きと対抗する方向に磁化される性質である。したがって，このような構成では，電磁コイルから定着ローラを通過して磁束が漏れた場合に，その漏れ磁束が反磁性の金属で打ち消されるため外部への漏れが防止される。
特開２００４−３２５６７８号公報 特開２００３−２２３０６３号公報

しかしながら，前記特許文献１，２では，定着ローラの非通紙領域の温度が上昇して該定着ローラから漏れた磁束は，そのまま外部に放出され或いは打ち消されており，その磁束のエネルギーが無駄に消費されているという問題がある。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，定着ローラの端部近傍からの漏れ磁束のエネルギーを，該定着ローラの中央部近傍の加熱に利用することのできる定着装置又は画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は，キュリー点を有する磁性材料からなる被加熱部を有する定着ローラと，前記被加熱部を電磁誘導により加熱する電磁誘導加熱手段と，を備えてなる定着装置に適用されるものであって，前記定着ローラの一端部近傍又は両端部近傍において前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過した磁束により誘導起電力を発生させる一又は複数の誘導起電力発生手段と，前記誘導起電力発生手段で発生した誘導起電力により前記定着ローラの中央部近傍を加熱する一又は複数の誘導起電力加熱手段と，を備えてなり，前記誘導起電力加熱手段が，抵抗発熱体或いはハロゲンヒータであることを特徴とする定着装置として構成される。
本発明の構成では，例えば前記定着ローラの端部近傍の用紙が通過しない非通紙領域の温度が前記キュリー点を超えて，該非通紙領域における前記被加熱部の磁性が急激に低くなり，前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過して磁束が漏れると，その磁束により前記誘導起電力発生手段で誘導起電力が発生し，前記誘導起電力加熱手段である抵抗発熱体やハロゲンヒータ等では，前記誘導起電力によって前記定着ローラの中央部近傍が加熱される。即ち，本発明によれば，前記定着ローラの端部近傍から漏れた磁束のエネルギーを，該定着ローラの中央部近傍の加熱に利用することで，エネルギー消費効率を高めることができる。

ここで，前記被加熱部は，キュリー点を有する磁性材料であればよいが，該磁性材料には，前記キュリー点を超えたときに磁性が急激に低くなるという特性を有する整磁合金を用いることが望ましい。
また，前記誘導起電力発生手段には，例えば電磁コイルを用いればよい。前記電磁コイルでは，前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過した磁束によって誘導起電力（誘導電流）が発生する。

また，本発明は，画像形成装置の発明として捉えてもよい。即ち，キュリー点を有する磁性材料からなる被加熱部を有する定着ローラと，前記被加熱部を電磁誘導により加熱する電磁誘導加熱手段とを有する定着装置を備えてなる画像形成装置であって，前記定着ローラの一端部近傍又は両端部近傍において前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過した磁束により誘導起電力を発生させる一又は複数の誘導起電力発生手段と，前記誘導起電力発生手段で発生した誘導起電力により前記定着ローラの中央部近傍を加熱する一又は複数の誘導起電力加熱手段と，を備えてなり，前記誘導起電力加熱手段が，抵抗発熱体或いはハロゲンヒータであることを特徴とする画像形成装置として構成される。

本発明によれば，例えば前記定着ローラの端部近傍の用紙が通過しない非通紙領域の温度が前記キュリー点を超えて，該非通紙領域における前記被加熱部の磁性が急激に低くなり，前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過して磁束が漏れると，その磁束により前記誘導起電力発生手段で誘導起電力が発生し，前記誘導起電力加熱手段である抵抗発熱体やハロゲンヒータ等では，前記誘導起電力によって前記定着ローラの中央部近傍が加熱される。即ち，本発明によれば，前記定着ローラの端部近傍から漏れた磁束のエネルギーを，該定着ローラの中央部近傍の加熱に利用することで，エネルギー消費効率を高めることができる。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る複写機Ｘの概略構成を示すブロック図，図２は本発明の実施の形態に係る定着装置５の概略構成を示す模式図，図３は本発明の実施の形態に係る定着装置５の内部構成を示す模式図，図４は本発明の実施の形態に係る定着装置５における磁束の状態を説明するための概念模式図である。
図１に示すように，本発明の実施の形態に係る複写機Ｘは，当該複写機Ｘにおいて各種の情報の表示や入力操作を行う液晶ディスプレイ，タッチパネルなどの操作表示部１と，原稿台やＡＤＦ（自動搬送装置）にセットされた原稿の画像を読み取る画像読取部２と，前記画像読取部２で読み取られた原稿の画像データや，ＬＡＮ等の通信網を介して接続された図外の情報処理装置から入力された原稿の画像データに対して各種の画像処理を施す画像処理部３と，感光体ドラムや帯電器，現像装置，ＬＳＵなどを有してなり，前記画像処理部３から入力された原稿の画像データに基づいて用紙にトナー像（現像剤）を形成する画像形成部４と，前記画像形成部４によって用紙に形成されたトナー像をその用紙に溶融定着させる定着装置５と，ＣＰＵ及びＲＯＭ，ＲＡＭ等の周辺装置からなり前記ＲＯＭに格納された所定のプログラムに従った処理を実行することにより当該複写機Ｘを統括的に制御する制御部６と，を備えて概略構成されている。
また，前記複写機Ｘは，一般的な電子写真方式の複写機が有する各種の構成要素を有しているが，ここでは説明を省略する。なお，前記複写機Ｘは，本発明に係る画像形成装置の一例に過ぎず，例えばプリンタ装置やファクシミリ装置，複合機なども本発明に係る画像形成装置に該当する。本発明の実施の形態に係る前記複写機Ｘは，前記定着装置５に関する構成に特徴を有しており，以下，この点について詳説する。

まず，図２の模式図を用いて，前記定着装置５の概略構成について説明する。ここに，図２（ａ）は前記定着装置５を側方から見た図，図２（ｂ）は前記定着装置５を上方から見た図である。
図２に示すように，前記定着装置５は，図外の前記画像形成部４においてトナー像が付着されたＡ３〜Ａ５などの各種のサイズの用紙にそのトナー像を溶融定着させる定着ローラ５１と，前記定着ローラ５１と共に用紙を圧接しながら回転駆動する加圧ローラ５１ａと，前記定着ローラ５１の内部に設けられて該定着ローラ５１を電磁誘導によって加熱する電磁誘導加熱方式の加熱ヒータ５２（電磁誘導加熱手段の一例）と，前記定着ローラ５１の中央部近傍に配置されたサーミスタ等の中央部温度センサ５３と，後述する電磁コイル７１，７２（誘導起電力発生手段の一例）と，を備えて概略構成されている。
前記中央部温度センサ５３は，前記定着ローラ５１の中央部近傍の温度を検出し，その検出結果を前記制御部６に入力するものである。前記制御部６では，前記中央部温度センサ５３から入力された検出温度に基づいて，前記定着ローラ５１の温度が予め設定された定着温度（例えば，２００℃程度）となるように前記加熱ヒータ５２の駆動制御が行われる。なお，このような前記定着ローラ５１の温度制御については従来装置と異なるところがないためここでは説明を省略する。

次に，図３を用いて，前記定着装置５の詳細について説明する。ここに，図３（ａ）は前記加熱ヒータ５２の縦断面図，図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面矢視図である。
図３に示すように，前記定着ローラ５１は，中空円筒状に形成されており，キュリー点（例えば２２０℃程度）を有する整磁合金（磁性材料の一例）で形成された被加熱部５１１を有している。前記整磁合金は，例えば鉄，ニッケル，クロムなどの合金であることが考えられる。前述したように，整磁合金は，温度がキュリー点に達すると急激に磁性が低下する特性を有している。なお，整磁合金に限られず，キュリー点を有する他の磁性材料を用いてもかまわない。
前記定着装置５では，例えば前記定着ローラ５１の最大通紙幅よりもサイズが小さい用紙を用いて印字出力が行われ，前記定着ローラ５１の端部近傍の非通紙領域の温度が上昇してキュリー点を超えると，その非通紙領域における磁性が急激に低くなり，電磁誘導により発生する渦電流が急激に減少することになる。これにより，前記定着ローラ５１の端部近傍の温度を検出する温度センサ等を用いることなく，その端部近傍の過熱を防止して安全性を確保することができる。

一方，前記加熱ヒータ５２は，複数の鉄心８１に順に巻き付けられた電磁コイル８２や，該電磁コイル８２に交流電流を印加する駆動回路８３（図４参照）などを備えている。
前記加熱ヒータ５２は，前記駆動回路８３（図４参照）から前記電磁コイル８２に交流電流を印加することにより，前記電磁コイル８２で磁束（磁界）を発生させ，前記定着ローラ５１の被加熱部５１１に対して，電磁誘導による渦電流（誘導電流）を発生させることにより該被加熱部５１１を加熱するものである。なお，前記定着ローラ５１は，不図示の駆動手段によって回転駆動されることにより，前記加熱ヒータ５２によって全周が均一に加熱される。

また，前記定着装置５には，図３に示すように，前記定着ローラ５１の外周に，前記定着ローラ５１の両端部近傍において前記電磁コイル８２から前記被加熱部５１１を通過した磁束により誘導起電力を発生させる電磁コイル７１，７２と，前記電磁コイル７１，７２と直列に接続された抵抗発熱体７３とが設けられている。ここで，前記電磁コイル７１，７２は直列及び並列のいずれの接続方法であってもよい。また，前記電磁コイル７１，７２を，別々の抵抗発熱体７３に接続することも他の実施例として考えられる。なお，図３では，前記電磁コイル７１，７２が空芯で巻かれた状態を示しているが，鉄心などの磁性体に巻かれていても良い。
前記抵抗発熱体７３は，前記定着ローラ５１の中央部近傍に配置されており，前記電磁コイル７１，７２で発生した誘導起電力によって発熱することにより該定着ローラ５１の中央部近傍を加熱する誘導起電力加熱手段の一例である。前記抵抗発熱体７３に換えて，ハロゲンヒータなどの加熱手段を用いてもよい。

前記電磁コイル７１，７２は，前記加熱ヒータ５２内の鉄心８１の位置に対応して設けられている。なお，図３では，三組の前記電磁コイル７１，７２が設けられた構成を例に示しているが，該電磁コイル７１，７２は，少なくとも一組以上であればよい。また，前記定着ローラ５１を通過する用紙が，該定着ローラ５１のいずれか一方の端部に沿って通過する方式の画像形成装置では，その一端部近傍に電磁コイルを設ければよい。
このように構成された前記定着装置５では，前記定着ローラ５１の端部近傍から磁束が漏れた場合，前記電磁コイル７１，７２では，その漏れ磁束によって誘導起電力（誘導電流）が発生する。

以下，図４を用いて，前記定着装置５における磁束の状態について説明する。ここに，図４（ａ）は前記定着ローラ５１の両端部近傍の温度がキュリー点よりも低い場合，図４（ｂ）は前記定着ローラ５１の両端部近傍の温度がキュリー点に達した場合における磁束を示す概念模式図である。
まず，前記定着ローラ５１の端部近傍の温度がキュリー点よりも低い状態では，図４（ａ）に示すように，前記電磁コイル８２で発生した磁束（図示の矢印参照）によって前記定着ローラ５１の被加熱部５１１全体において電磁誘導による渦電流（誘導電流）が流れることになり，該被加熱部５１１全体が加熱される。
しかし，前記定着ローラ５１の長手方向の幅，即ち最大通紙サイズよりも小さい用紙を用いて印字処理が繰り返し実行されると，その用紙が通過しない前記定着ローラ５１の両端部近傍の非通紙領域Ｒの温度が中央部近傍の温度よりも上昇することになる。
ここで，前記複写機Ｘでは，前記中央部温度センサ５３によって検出される前記定着ローラ５１の中央部近傍の温度が予め設定された定着温度（例えば２００℃程度）になるように前記加熱ヒータ５２の駆動が制御されるため，前記定着ローラ５１の端部近傍の非通紙領域Ｒの温度だけが上昇し続けることになる。

その後，前記定着ローラ５１の両端部近傍の非通紙領域Ｒの温度が上昇して，該非通紙領域Ｒにおける前記被加熱部５１１の温度がキュリー点（例えば２２０℃程度）に達すると，前記非通紙領域Ｒにおける前記被加熱部５１１の磁性が急激に低下することになる。
そして，図４（ｂ）に示すように，前記電磁コイル８２からの磁束（図示する矢印参照）は外部に漏れる。したがって，前記非通紙領域Ｒにおける前記被加熱部５１１で電磁誘導により発生する渦電流が急激に減少することになり，前記非通紙領域Ｒのそれ以上の温度上昇は防止される。このように，前記定着装置５では，前記被加熱部５１１にキュリー点を有する磁性材料として整磁合金を用いることにより，該被加熱部５１１のキュリー点以上の過熱を防止している。

一方，図４（ｂ）に示すように，前記定着ローラ５１の両端部近傍の非通紙領域Ｒにおいて，前記加熱ヒータ５２の電磁コイル８２から前記被加熱部５１１を通過して外部に漏れた磁束は，前記電磁コイル７１，７２に作用する。
これにより，前記電磁コイル７１，７２では，前記被加熱部５１１から漏れた磁束によって誘導起電力（誘導電流）が発生する。そして，前記電磁コイル７１，７２で発生した誘導起電力は，前記抵抗発熱体７３に流れる。
したがって，前記抵抗発熱体７３は，前記電磁コイル７１，７２で発生した誘導起電力によって発熱し，前記定着ローラ５１の中央部近傍の前記被加熱部５１１が加熱される。

以上，説明したように，前記定着装置５では，従来無駄に消費されていた前記定着ローラ５１の端部近傍からの漏れ磁束のエネルギーを，前記定着ローラ５１の中央部近傍を補助加熱する抵抗発熱体７３に利用することにより，前記定着ローラ５１の中央部近傍の温度を予め設定された定着温度に制御するために必要なエネルギーを省減することができる。具体的には，前記加熱ヒータ５２の動作負荷を軽減することができる。
なお，本実施の形態では，前記電磁コイル８２が，前記定着ローラ５１の円周方向と同じ方向に巻かれたものである場合を例に挙げて説明したが，前記電磁コイル８２が，前記定着ローラ５１の長手方向に巻かれた構成にも同様に適用することが可能である。

本発明の実施の形態に係る複写機の概略構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態に係る定着装置の概略構成を示す模式図。 本発明の実施の形態に係る定着装置の内部構成を示す模式図。 本発明の実施の形態に係る定着装置における磁束の状態を説明するための概念模式図。

符号の説明

１…操作表示部
２…画像読取部
３…画像処理部
４…画像形成部
５…定着装置
６…制御部
５０…用紙搬送路
５１…定着ローラ
５１１…被加熱部
５２…加熱ヒータ
５３…中央部温度センサ
７１，７２…電磁コイル（誘導起電力発生手段の一例）
７３…抵抗発熱体（誘導起電力加熱手段の一例）
８１…鉄心
８２…電磁コイル
８３…駆動回路

Claims (4)

1. キュリー点を有する磁性材料からなる被加熱部を有する定着ローラと，前記被加熱部を電磁誘導により加熱する電磁誘導加熱手段と，を備えてなる定着装置であって，
   前記定着ローラの一端部近傍又は両端部近傍において前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過した磁束により誘導起電力を発生させる一又は複数の誘導起電力発生手段と，
   前記誘導起電力発生手段で発生した誘導起電力により前記定着ローラの中央部近傍を加熱する一又は複数の誘導起電力加熱手段と，
   を備えてなり，
   前記誘導起電力加熱手段が，抵抗発熱体或いはハロゲンヒータであることを特徴とする定着装置。
2. 前記磁性材料が，整磁合金である請求項１に記載の定着装置。
3. 前記誘導起電力発生手段が，電磁コイルである請求項１又は２のいずれかに記載の定着装置。
4. キュリー点を有する磁性材料からなる被加熱部を有する定着ローラと，前記被加熱部を電磁誘導により加熱する電磁誘導加熱手段とを有する定着装置を備えてなる画像形成装置であって，
   前記定着ローラの一端部近傍又は両端部近傍において前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過した磁束により誘導起電力を発生させる一又は複数の誘導起電力発生手段と，
   前記誘導起電力発生手段で発生した誘導起電力により前記定着ローラの中央部近傍を加熱する一又は複数の誘導起電力加熱手段と，
   を備えてなり，
   前記誘導起電力加熱手段が，抵抗発熱体或いはハロゲンヒータであることを特徴とする画像形成装置。

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