JPH1195584A - 誘導加熱型定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性・安全性の高い誘導加熱方式の定着装
置を安価に提供する。 【解決手段】 誘導磁束を発生させるためのコア３１及
び誘導コイル３３を有する誘導コイル部３を定着ローラ
１の外部に配設する。誘導コイル部３は定着ローラ１の
内部に密封されていないので、誘導コイル部の雰囲気温
度はあまり高くならず、誘導コイル３３の安全性・耐久
性・信頼性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機，プリン
タ，ファクシミリ等の画像形成装置における定着装置に
関し、さらに詳しく言えば誘導加熱型定着装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画
像形成装置における定着装置として、定着ローラの周壁
を誘導電流によってジュール発熱させるようにした誘導
加熱方式のものが知られている。従来の誘導加熱型定着
装置では、回転する中空ローラ（定着ローラ）の内部に
誘導コイルを備えた電磁誘導加熱手段を配置し、これに
高周波電流を流して誘導磁束を発生させ、この誘導磁束
によりローラ外周部の導電層に誘導電流を発生させ、誘
導電流に伴うジュール熱によりローラ表面を所定の温度
（一般的には１８０℃程度）となるように加熱・制御し
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような構成の従来
装置では、誘導コイル部は定着ローラ内部に配置されて
おり、ほとんど密封に近い状態となっている。そのた
め、定着ローラの表面温度を所定の温度（制御温度）に
しようとすると、誘導コイルの雰囲気は定着ローラの内
壁に面しているため、時間とともに定着ローラの所定の
表面温度に近づいていく。さらに、誘導コイル自身の銅
損（オーム損）による発熱によって誘導コイルの雰囲気
温度は上昇させられる。結果として、誘導コイルは定着
ローラの表面温度より高い雰囲気にさらされることとな
る。

【０００４】このため、誘導コイルの温度は２００℃乃
至２５０℃という高温になり、安全性・耐久性・信頼性
の面で不安が有るという問題があった。また、誘導コイ
ルの線材としては耐熱性の高い特殊な材料を使わざるを
得ないことから必然的に誘導コイル及び装置全体のコス
トアップにつながり、誘導加熱型定着装置の普及の妨げ
となっていた。

【０００５】本発明は、従来技術における上記問題を解
決し、信頼性・安全性の高い誘導加熱方式の定着装置を
安価に提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の課題は本発明によ
り、定着ローラと加圧ローラとを有し、前記定着ローラ
が誘導加熱方式の発熱ローラであるである誘導加熱型定
着装置において、誘導磁束を発生させるためのコア及び
誘導コイルを有する誘導コイル部を前記定着ローラの外
部に配設することにより解決される。

【０００７】また、本発明は、前記の課題を解決するた
め、前記誘導コイル部を前記加圧ローラの内部に配設す
ることを提案する。さらに、本発明は、前記の課題を解
決するため、前記加圧ローラの芯金部材は、非磁性体金
属からなることを提案する。

【０００８】さらに、本発明は、前記の課題を解決する
ため、前記誘導コイル部は前記誘導コイルが前記定着ロ
ーラの軸方向に沿って巻回されることを提案する。さら
に、本発明は、前記の課題を解決するため、前記誘導コ
イルが巻回される前記コアは、誘導コイル巻回部よりも
大きな定着ローラ近接部を有することを提案する。

【０００９】さらに、本発明は、前記の課題を解決する
ため、前記誘導コイル部は断熱・絶縁処理部材を有する
ことを提案する。さらに、本発明は、前記の課題を解決
するため、前記定着ローラの芯金部材は、良磁性体金属
からなる第１の芯金部材と、該第１芯金部材の内周側に
配置され非磁性体良熱伝導性金属からなる第２の芯金部
材とから構成される複合材料であることを提案する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態の定
着装置主要部を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は
側面図である。この図に示す定着装置は、定着ローラ
（加熱ローラ）１，加圧ローラ２及び誘導コイル部３を
有している。

【００１１】定着ローラ１の芯金部は、鉄，磁性ステン
レス等の良磁性体金属による第一の芯金部材１１と、そ
の内側のアルミ，銅などの非磁性体良熱伝導性金属によ
る第二の芯金部材１２との複合材料で構成されている。
第一芯金部材１１の外周には耐熱性に優れたフッ素樹脂
やシリコンゴムで数十ミクロン〜１ｍｍ程度の厚さの離
型層１３が形成されている。

【００１２】その定着ローラ１の側面（外部）に１〜５
ｍｍ程度のギャップをもって誘導コイル部３が配置され
ている。誘導コイル部３と定着ローラ１のギャップは、
その両端とも均一になるように設けられている。誘導コ
イル部３は、フェライト，積層珪素鋼板等の強磁性体か
らなるコア３１、一般に耐熱絶縁性に優れる樹脂で形成
されたボビン３２及びボビン３２上に一般的にはマグネ
ットワイヤで巻かれた誘導コイル３３とで構成されてい
る。

【００１３】加圧ローラ２は、アルミ，銅，非磁性ステ
ンレス等の非磁性金属の芯金部材２１と、その外周に設
けられた表面離型性及び耐熱性に優れるシリコンゴムの
１〜５ｍｍ程度の厚さの離型層２２とで構成されてい
る。

【００１４】定着ローラ１は図示矢印の如く図中時計回
りに回転駆動され、加圧ローラ２は定着ローラ１に従動
回転する。転写紙（図示せず）は図の右方から両ローラ
間に導入され、定着ローラ１と加圧ローラ２の圧接ニッ
プに挟持搬送され、転写紙上の未定着トナーが定着され
る。そして、図の左方に送られ、図示しない排紙ユニッ
トへと搬送される。通常、転写紙上の未定着トナーは、
定着ローラ１と加圧ローラ２から構成されるニップに挟
まれて定着ローラ１の熱で溶かされて転写紙に融着す
る。

【００１５】ところで、その内部にフェライト，積層珪
素鋼板等の強磁性体からなるコア３１を有する誘導コイ
ル３３は、定着装置の外部に配置された電源供給用イン
バータ（図示せず）に接続され、高周波電流を通ずるこ
とができるようになっている。この高周波電流により高
周波磁束を発生させ、発生した磁束はコア３１→誘導コ
イル３３側面の空間→定着ローラ１との近接部空間→定
着ローラ芯金部材１１→定着ローラ１との近接部空間→
コア３１のループを形成する。この時の定着ローラ芯金
部材１１を通過する磁束が第一芯金部材１１内部に渦
（うず）電流を発生させ、渦電流損による発熱で定着ロ
ーラ１の誘導コイル部３に近接する部分を加熱する。

【００１６】定着ローラ１の第一芯金部材１１の発熱は
誘導コイル３３に近い部分ほど多く、離れるほど少なく
なる。しかし、定着ローラ１の芯金部は第一芯金部材１
１と第二芯金部材１２との複合材料で構成されており、
一般的に誘導加熱に使用される周波数（数十ＫＨｚ）に
おいては鉄・磁性ステンレス等の良磁性体金属でないと
発熱はしない。そこで、第二芯金部材１２をアルミ・銅
などの非磁性体良熱伝導性金属で構成することにより熱
伝導性を良くし、定着ローラ１の周方向における温度ム
ラを改善するようにしている。また、この構成は、定着
ローラ１の両端部と中央部間すなわち軸方向の温度ムラ
改善にも有効である。

【００１７】誘導コイル部３と定着ローラ１との近接部
の距離は誘導加熱上は近い程よいが、誘導コイル３３へ
の定着温度の影響や安全性を考慮すると２〜４ｍｍ程度
が適切である。定着可能立ち上がり時間や製品のコピー
・プリント等のスピードや、定着ローラの径や構造にも
よるが、第一芯金部材１１と第二芯金部材１２の厚み
は、それぞれ０．５〜１０ｍｍの範囲のうちから定着部
に要求される仕様によって決めれば良いものである。具
体的には、立ち上がり時間を早くするためには全体の熱
容量（質量に比例する）を低減する必要があり、第一芯
金部材１１及び第二芯金部材１２とも薄肉にすればよ
い。温度制度（幅）を要求される場合は第二芯金部材１
２を厚肉にすることにより対応できる。また、高速（単
位時間あたりの定着枚数が多いこと）を要求される場合
は第一芯金部材１１及び第二芯金部材１２とも厚肉にす
ればよい。そしてこれらを組み合わせて設計することに
より、製品にマッチした誘導加熱型定着装置を提供する
ことができる。

【００１８】本実施形態においては、誘導コイル部３を
定着ローラ１の外部に配置することで、誘導コイル３３
の雰囲気温度は定着装置の雰囲気温度（一般的には室温
プラス１０〜２０℃程度）となり、室温を２０℃とした
場合、誘導コイル３３の雰囲気温度は室温プラス２０℃
としても４０℃である。この状況下で誘導コイル３３に
高周波電流を流したときのコイルの損失（銅損）による
発熱が加わって、コイルの温度が５０ｄｅｇ上昇したと
しても、最高到達温度は４０℃＋５０ｄｅｇ＝９０℃と
なり、一般的に巻線用に多用される絶縁階級Ａ種及びＢ
種等の汎用性の高いマグネットワイヤの使用を可能とす
ることができる。

【００１９】なお、誘導コイル部３を定着ローラ１の外
部に配置した場合でも定着ローラ１の発熱の影響を受け
ることは受けるが、その直接的な発熱の影響は誘導コイ
ル部３の一部分にとどまり、しかも、定着ローラ内部の
密封空間ではないのでさほど大きな影響（雰囲気温度の
上昇）はない。

【００２０】図２に、本実施形態における誘導コイルの
温度を従来例と比較したグラフを示す。この図に示すよ
うに、本実施形態の定着装置において、定着ローラ１の
表面温度を１８０℃に制御した場合。その制御温度に定
着ローラを加熱するために通電を開始した後、誘導コイ
ルの雰囲気温度は約４０℃に上昇し、このとき誘導コイ
ル３３の温度は約８０℃程度である。一方、従来例で
は、通電開始後、誘導コイルの雰囲気温度は２００℃近
くまで上昇し、誘導コイルの温度は２４０℃程度まで上
昇してしまう。本実施形態の定着装置において誘導コイ
ルの雰囲気及び誘導コイル自身の温度が低いレベルに保
たれ、従来例と温度差が大きい（従来例のような高温に
達しない）ことは一目瞭然である。

【００２１】なお、定着ローラ１が発熱したときの表面
温度が誘導コイル３３へ及ぼす影響を小さくするため
に、定着ローラ１と誘導コイル部３との間に断熱絶縁処
理部材（図示せず）を配置することもできる。断熱絶縁
処理部材としては、極小シリカ微粒子を多孔質構造とし
た断熱材等をシートや成型品等としたものが適してい
る。極小シリカ微粒子を多孔質構造とした断熱材の場合
の熱伝導度は静止空気の熱伝導度より小さく、断熱性能
に優れたものである。このような断熱絶縁処理部材を定
着ローラ１と誘導コイル部３間に配置することにより、
誘導コイル部３の定着ローラ１からの距離に関係なく、
誘導コイル３３全体がほぼ同じ温度上昇となり、コイル
としての信頼性が向上する。

【００２２】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図３は、本発明の第２実施形態の定着装置主要
部を示す断面図である。この図に示す定着装置は、誘導
コイル部３が加圧ローラ２の内部に配置されている。誘
導コイル部３の配置場所が異なっている以外の定着ロー
ラ１、加圧ローラ２及び誘導コイル部３の構成は図１に
示す前記実施形態と同様である。また、定着装置の動作
についても図１に示す前記実施形態と同様である。

【００２３】本実施形態においては、誘導コイル部３と
定着ローラ１との間に加圧ローラ２が介在することにな
るので、定着ローラ１からの直接的な熱の影響を避ける
ことができ、誘導コイル部３全体の温度を低減させるこ
とが可能となる。それに加えて、加圧ローラ２の内部に
誘導コイル部３を配置したことにより省スペース化を計
ることができ、誘導加熱型定着装置をコンパクトに構成
することができる。

【００２４】なお、必要に応じて断熱絶縁処理部材を設
けることもできるが、その場合、加圧ローラ２の内部が
密封状態に近い場合には誘導コイル部３の全体を覆う構
造とする必要がある。定着ローラ１と誘導コイル部３の
間に断熱絶縁処理部材を設けてやれば、さらに誘導コイ
ル部３の温度低減を計ることができ、信頼性・安全性を
向上させることができる。また、加圧ローラ２の芯金部
材２１は非磁性体の金属であり、誘導加熱への直接的影
響はなく、（定着ローラ１と誘導コイル部３間に）加圧
ローラ２を介在させることによる誘導コイル部３と定着
ローラ１との距離による影響（誘導加熱に対する影響）
を考慮すればよい。

【００２５】次に本発明の第３の実施形態について説明
する。図４は、本発明の第３実施形態の定着装置主要部
を示す断面図である。この図に示す定着装置は、誘導コ
イル部１０３の構造が異なっていること以外の構成は図
１に示す前記実施形態と同様であるので、異なる部分を
中心に説明する。なお、定着ローラ１及び加圧ローラ２
の構成は図１に示す前記実施形態と同様である。

【００２６】誘導コイル部１０３はコア１３１と誘導コ
イル１３３から構成される。コア１３１の断面形状は
「Ｔ」の字を横に倒したような形をしているが、コア１
３１を図の左右方向から見た場合には２段円柱となって
いる。すなわち、「Ｔ」の頭の部分１３１ａが径の大き
な円柱で、「Ｔ」の縦棒部分１３１ｂが径の小さな円柱
である。この径の小さな円柱部１３１ｂの周りに、誘導
コイル１３３が巻回されている。

【００２７】この誘導コイル部１０３に高周波電流が流
されて発生する磁束は、大径部分１３１ａ→定着ローラ
１との近接部空間→定着ローラ芯金部材１１→定着ロー
ラ１との近接部空間→小径部分１３１ｂ→大径部分１３
１ａのループを形成する。このような構成とすること
で、誘導コイル部１０３と定着ローラ１との結合が良
く、発生した磁束を定着ローラ１側に効率よく伝えるこ
とができ、全体の加熱効率を高くすることが可能とな
る。

【００２８】ここで、誘導コイル部１０３と定着ローラ
１との結合が良いとは、本実施形態の場合、誘導コイル
部１０３で発生する磁束は図４において左右方向（水平
方向）の向きで発生し、定着ローラ１に向かうように磁
束が発生するので、定着ローラ１を誘導加熱させる効率
が良いということである。これに対し、図１の前記実施
形態では、誘導コイル部３で発生する磁束は図１（ｂ）
の左右方向（水平方向）の向きで発生し、定着ローラ１
に向かう方向ではないので、本実施形態の構成のほうが
加熱効率が高くなるものである。

【００２９】また、本実施形態では、定着ローラ１の表
面と誘導コイル１３３との間にコア１３１の大径部１３
１ａが介在することになるので、定着ローラ１の表面温
度の誘導コイル１３３への影響が小さくなり、定着ロー
ラ１と誘導コイル部１０３間に断熱絶縁処理部材を配す
ることなく、誘導コイル１３３の温度及び誘導コイル部
１０３の雰囲気温度ともに低く抑えることができる。

【００３０】次に、本発明の第４の実施形態について説
明する。図５は、本発明の第４実施形態の定着装置主要
部を示す断面図である。この図に示す定着装置は、誘導
コイル部１０３の配置場所が異なっていること以外の構
成は図４に示す前記実施形態と同様であるので、異なる
部分を中心に説明する。なお、誘導コイル部１０３の構
成自体は図４に示す前記実施形態と同様である。また、
定着ローラ１及び加圧ローラ２の構成は図１，３，４に
示す前記各実施形態と同様である。

【００３１】本実施形態では、誘導コイル部１０３を加
圧ローラ２の内部に配設している。誘導コイル部１０３
の構成は図４に示す実施形態と同じであり、発生する磁
束はコア１３１の大径部分１３１ａ→定着ローラ１との
近接部空間→定着ローラ芯金部材１１→定着ローラ１と
の近接部空間→小径部分１３１ｂ→大径部分１３１ａの
ループを形成し、発生した磁束を定着ローラ１側に効率
よく伝えることができ、加熱に対する全体の効率を高く
することが可能となる。

【００３２】また、定着ローラ１の表面と誘導コイル１
３３との間に加圧ローラ２が介在することになり、定着
ローラ１の表面温度の影響を少なくして、誘導コイル１
３３の温度及び誘導コイル部１０３の雰囲気温度ともに
更に低く抑えることができる。そして、誘導コイル部１
０３を加圧ローラ２の内部に配置することにより省スペ
ース化を達成でき、コンパクトな誘導加熱方式の定着装
置を構成することが可能となる。

【００３３】なお、上述の第３及び第４実施形態におい
ても、第１、第２実施形態と同様に、誘導コイル部１０
３と定着ローラ１との間に断熱絶縁処理部材を配するこ
とが可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の誘導加熱
型定着装置によれば、誘導コイル部を定着ローラの外部
に配置することにより、誘導コイルの温度上昇を抑える
ことができ、信頼性・安全性を向上させた誘導加熱型定
着装置を安価に提供することができる。

【００３５】誘導コイル部を加圧ローラの内部に配設す
ることにより、定着ローラからの直接的な熱の影響を避
けることができ、誘導コイル部全体の温度上昇を抑える
ことができる。また、定着装置の小型化を図ることがで
きる。

【００３６】加圧ローラの芯金部材を非磁性体金属とす
ることにより、誘導コイル部からの磁束で加圧ローラが
発熱することがない。誘導コイル部の誘導コイルが定着
ローラの軸方向に沿って巻回されることにより、誘導コ
イル部が発生する磁束が定着ローラに垂直な方向とな
り、誘導コイル部と定着ローラとの結合が良くなり、加
熱効率を向上することができる。

【００３７】誘導コイル部のコアにおける定着ローラ近
接部の大きさをコイル巻回部より大きくすることによ
り、定着ローラ表面温度の誘導コイルへの影響を小さく
し、誘導コイルの温度上昇を抑えることができる。

【００３８】誘導コイル部に断熱絶縁処理部材を設ける
ことにより、誘導コイル部の定着ローラからの距離に関
係なく、誘導コイル全体がほぼ同じ温度上昇となり、コ
イルとしての信頼性を向上させることができる。

【００３９】定着ローラの芯金部材を良磁性体金属の第
一芯金部材とその内側に配置される非磁性体良熱伝導性
金属の第二芯金部材からなる複合材料で構成することに
より、製品として要求される定着装置の立ち上がり時間
・温度精度・定着速度（単位時間あたりの定着枚数）に
応じた誘導加熱型定着装置を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の定着装置主要部を示すも
ので、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。

【図２】本実施形態における誘導コイルの温度を従来例
と比較したグラフである。

【図３】本発明の第２実施形態の定着装置主要部を示す
断面図である。

【図４】本発明の第３実施形態の定着装置主要部を示す
断面図である。

【図５】本発明の第４実施形態の定着装置主要部を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ 定着ローラ ２ 加圧ローラ ３，１０３ 誘導コイル部 １１ 第１芯金部材 １２ 第２芯金部材 ２１ 加圧ローラ芯金部材 ３１，１３１ コア ３２ ボビン ３３，１３３ 誘導コイル １３１ａ 定着ローラ近接部 １３１ｂ 誘導コイル巻回部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定着ローラと加圧ローラとを有し、前記
   定着ローラが誘導加熱方式の発熱ローラであるである誘
   導加熱型定着装置において、 誘導磁束を発生させるためのコア及び誘導コイルを有す
   る誘導コイル部を前記定着ローラの外部に配設したこと
   を特徴とする誘導加熱型定着装置。
2. 【請求項２】 前記誘導コイル部を前記加圧ローラの内
   部に配設したことを特徴とする、請求項１に記載の誘導
   加熱型定着装置。
3. 【請求項３】 前記加圧ローラの芯金部材は、非磁性体
   金属からなることを特徴とする、請求項２に記載の誘導
   加熱型定着装置。
4. 【請求項４】 前記誘導コイル部は前記誘導コイルが前
   記定着ローラの軸方向に沿って巻回されることを特徴と
   する、請求項１に記載の誘導加熱型定着装置。
5. 【請求項５】 前記誘導コイルが巻回される前記コア
   は、誘導コイル巻回部よりも大きな定着ローラ近接部を
   有することをことを特徴とする、請求項４に記載の誘導
   加熱型定着装置。
6. 【請求項６】 前記誘導コイル部は断熱・絶縁処理部材
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の誘導加熱
   型定着装置。
7. 【請求項７】 前記定着ローラの芯金部材は、良磁性体
   金属からなる第１の芯金部材と、該第１芯金部材の内周
   側に配置され非磁性体良熱伝導性金属からなる第２の芯
   金部材とから構成される複合材料であることを特徴とす
   る、請求項１に記載の誘導加熱型定着装置。