JP4043113B2

JP4043113B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP4043113B2
Application number: JP27482598A
Authority: JP
Inventors: 敏明桧ヶ谷; 二郎大内
Original assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JP2000105516A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、定着ローラの内部に誘導コイルを有した定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常この種の定着装置の主要部分は未定着のトナーが付着した用紙を加熱する定着ローラと、該用紙を押圧して挾持搬送する加圧ローラとを有している。そして定着ローラの内部に加熱ヒータとしてハロゲンランプ等を設け、この加熱ヒータによって定着ローラの内部を加熱し、定着ローラを所定の温度まで上昇させることとなる。
【０００３】
しかしこのような加熱方式のものは、定着ローラを所定の温度まで加熱するまでの立上り時間が長く、また加熱ヒータ自身の損失も大きいものである。そのため現在のように地球温暖化等の環境問題がクローズアップされるようになると、このようなものは好ましくないものとされるようになり、このようなことを排除することができて、効率が良くて立上り時間の短いものが要求されるようになっている。
【０００４】
そこでこのような要求に応えるものとして、誘導加熱方式による定着装置が提案され、それは定着ローラを電磁誘導による渦電流によって短時間に加熱することができるため、立上り時間を短くし、かつ効率も良好で、環境問題に適応することができるものとされている。そして定着ローラを誘導加熱する部材として誘導コイルを使用し、この誘導コイルが用紙の搬送の邪魔にならないように、定着ローラの内部においてハロゲンランプ等と置換したものが提案された。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなものの典型的なものとしては、図８に示すようなものがあり、３１は支持部材であって、その外周に誘導加熱するための誘導コイル３３が取付けられているボビン３４を有し、このボビン３４の両側面から突出している支持軸３６に、軸受３７を介して定着ローラ３１の中空軸部３８を回転可能に支持している。そして支持軸３６に設けた中空孔４１に、一端が誘導コイル３３に接続されているリード線３９を配設して、このリード線３９が支持軸３６の外部に導出されて電源に接続されている。
【０００６】
そしてこのようなものにおいて、誘導コイル３３によって定着ローラ３１が画像定着に必要な160〜200℃程度まで加熱されることになるが、誘導コイル３３が定着ローラ３１の内部に位置しているため、加熱の必要のないこの誘導コイル３３が、定着ローラ３１の伝導熱や輻射熱によって加熱され、安全規格上の温度上昇規制値を超える温度まで上昇するという問題があり、さらに誘導コイル３３が焼損してしまうというような問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこでこのような問題を解決する手段として、従来はボビン３４を中空状にし、この中空部分に風を通して冷却する方法があるが、これでは誘導コイル３３に直接風が当たることがなくて充分に冷却することができない。このため誘導コイル３３を定着ローラ３１によって加熱されて焼損しないようにするには、最大入力電力を制限しなければならなくて立上り時間を短くすることができず、また長時間定着が不可能であるという問題がある。また誘導コイル３３側に冷却風を流すという方法もあるが、これでは冷却風が誘導コイル３３を直接冷却することができるが、それと同時に定着ローラ３１にも冷却風が当たって、加熱しなければならない定着ローラ３１が逆に冷却されて、さらに入力を大きくしなければならず、誘導加熱による効率向上や省エネ等を実現することができないという問題がある。
【０００８】
そこでこの発明の目的は、前記のような従来の定着装置のもつ問題を解消し、誘導コイルが定着ローラからの伝導熱や、輻射熱によって加熱されて、安全規格上の温度上昇規制値を超える温度まで上昇したり、焼損したりすることがないとともに、定着ローラの加熱を迅速に行うことのできる定着装置を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記のような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、定着装置において、定着ローラと、この定着ローラの内部に配置されたボビンと、このボビンに外装された誘導コイルと、この誘導コイルの外側に所定間隔離間して配置された非導電性の筒状断熱材と、この筒状断熱材の軸方向一側に配置された軸流ファンとを備え、前記ボビン及び筒状断熱材を装置本体の側板にブラケットで固定すると共に、前記定着ローラを前記側板に軸受を介して回転可能に支持し、前記ボビンと前記筒状断熱材との間に略ストレートな流路を構成し、該流路に前記軸流ファンの羽根部分が対向するように設置して、前記軸流ファンが発生させる空気流が、前記流路内で誘導コイルの外周を流れて前記誘導コイルを強制冷却するよう構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記軸流ファンが生成した空気流を、前記流路に導くダクトを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記誘導コイルは、中央部のピッチが粗くなっていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明において、前記筒状断熱材は、その筒状周壁内部に空気が封入された中空部を有する中空構造体であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明において、前記筒状断熱材は、樹脂を発泡させた発泡部材であることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記発泡部材は、単泡部からなることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１，２にはこの発明の第１実施形態が示されており、１は定着ローラ、２は定着ローラ１に圧接回転される加圧ローラを示す。定着ローラ１はステンレス又は鉄等の磁性材によって形成された芯金の外周に、フッソ樹脂からなる離型層が設けられたものからなっていて、一端部に駆動用歯車５が取付けられており、定着装置の側板２０に軸受２１を介して回動可能に支持されている。そしてその内部にボビン３が配置されている。
【００１６】
このボビン３に誘導コイル４が装着され、定着ローラ１と誘導コイル４との間の空間に、ストレートな非導電性の筒状断熱材６が設けられている。そして筒状断熱材６の一端に筒状断熱材６と誘導コイル４との間の空間７に、風を流して誘導コイル４を強制空冷する軸流ファン９を有する冷却手段１９が設けられている。なおボビン３及び筒状断熱材６は定着装置の側板に設けられた図示を省略したブラケットに支持され、誘導コイル４には図示を省略したリード線によって高周波電流を通じるようになっている。
【００１７】
このようなものにおいて、画像定着を行うに際しては、誘導コイル４に高周波電流が通じられて、前記従来のものと同様にして定着ローラ１を加熱し、両ローラ１，２が図２の矢印方向に回動している際、それらのニップにトナー画像Ｔを担持した記録シートＳを搬送し、両ローラ１，２による加圧、加熱によってトナー画像Ｔを定着することになる。
【００１８】
そしてこのようにして定着作業が行われている際、空冷手段１９によって誘導コイル４と筒状断熱材６との間の空間７に冷却風を流通させて、誘導コイル４を強制空冷するようになっている。そして筒状断熱材６が定着ローラ１からの誘導コイル４への熱を遮断してその温度上昇を防止するとともに、筒状断熱材６によって電磁誘導によって加熱された定着ローラ１を冷却風から遮断して冷却することなく、記録シートＳのトナー画像Ｔの加熱に悪影響を与えるようなことがない。
【００１９】
図３に示す第２実施形態は、請求項２に記載の発明の実施形態に該当し、筒状断熱材６に中空部８が形成されている点で、第１実施形態と相違するだけで他に相違するところがない。このようなものにおいては、中空部８に封入されている空気の断熱機能によって、定着ローラ１からの誘導コイル４への熱をより有効に遮断して、その温度上昇を防止するとともに、定着ローラ１を冷却風からより有効に遮断して冷却することがなく、記録シートＳのトナー画像Ｔの加熱に悪影響を与えるようなことがない。
【００２０】
図４に示す第３実施形態は、請求項３，４に記載の発明の実施形態に該当し、筒状断熱材６は、樹脂を発泡させた発泡部材から製作することによって軽量化を図っており、また発泡部材の発泡部は単泡部からなっていて、曲げ強度が大きくて撓み量が少ない安定した筒状断熱材６を供給することができるという点で第２実施形態と相違する。
【００２１】
図５に示す第４実施形態は、請求項５に記載の発明の実施形態に該当し、冷却手段１９は、定着ローラ１の両側に設置され、この冷却手段１９の一方の軸流ファン９は給気を、他方の軸流ファン９′は排気をするようになっており、そしてこれらの冷却手段１９からの冷却風を誘導コイル４と筒状断熱材６との間に導くダクト１１，１２が設けられている。
【００２２】
そもそも誘導コイル４と筒状断熱材６との間の空間７は数ｍｍとなっており、このような空間７内に冷却風を流通させて、誘導コイル４を有効に冷却するために、最も大きい風量をうることができる軸流ファンを採用している。そしてこの軸流ファンはその構造上中心部の風量は小さくて、羽根部分の風量が一番大きい。このためにこの実施形態では、筒状断熱材６の開口とほぼ同形の開口をもち、長さの長いダクト１１，１２を使用して風を絞って送ることとし、これによって送風量が減少するので、２つの軸流ファン９，９′を設け、最も風量の大きい羽根部分の風を誘導コイル４と筒状断熱材６との間の空間７に圧送し、吐出することとなる。なお必要に応じて軸流ファン９又は９′いずれかを設けなくともよい。
【００２３】
図６に示す第５実施形態は、請求項６に記載の発明の実施形態に該当し、誘導コイル４は、中央部１３のピッチが粗くなっている点で、第１実施形態と相違するだけで他に相違するところがない。誘導コイル４は中央部１３がもっとも温度上昇し易いところであるので、ここのピッチを粗くすることによって、通風抵抗を大きくして冷却風の乱流を発生し易くし、この乱流冷却風によって誘導コイル４を有効的に冷却することとなる。
【００２４】
図７に示す第６実施形態においては、冷却手段１９′が、熱絶縁性の冷却剤を使用し、この冷却剤を誘導コイル４と筒状断熱材６との間に供給して、誘導コイル４の冷却と断熱とを行う点で、第４実施形態と異なっており、液状冷媒としては、水、シリコンオイル等が使用される。この冷却手段１９′においては、空間７の一方の開口部側にはポンプ１５が、また他方の開口部側には冷媒収容器１６が、それぞれその外部に設置され、これらのポンプ１５及び冷媒収容器１６と、空間７の開口部とは液状冷媒を空間７の開口部に供給し、及び吐出する連結管１７，１８によって接続されている。
【００２５】
そしてこのようなものによって定着作業が行われている際、ポンプ１５によって筒状断熱材６と誘導コイル４との間の空間７に液状冷媒を流通させて、誘導コイル４を強制冷却し、同時に他の実施態様と同様に定着ローラ１からの誘導コイル４への熱を遮断してその温度上昇を防止するとともに、筒状断熱材６によって定着ローラ１を液状冷媒から遮断して冷却することがなく、記録シートＳのトナー画像Ｔの加熱に悪影響を与えるようなことがない。
【００２６】
【発明の効果】
この発明は上記のようであって、請求項１に記載の発明は、定着装置において、定着ローラと、この定着ローラの内部に配置されたボビンと、このボビンに外装された誘導コイルと、この誘導コイルの外側に所定間隔離間して配置された非導電性の筒状断熱材と、この筒状断熱材の軸方向一側に配置された軸流ファンとを備え、前記ボビン及び筒状断熱材を装置本体の側板にブラケットで固定すると共に、前記定着ローラを前記側板に軸受を介して回転可能に支持し、前記ボビンと前記筒状断熱材との間に略ストレートな流路を構成し、該流路に前記軸流ファンの羽根部分が対向するように設置して、前記軸流ファンが発生させる空気流が、前記流路内で誘導コイルの外周を流れて前記誘導コイルを強制冷却するよう構成したので、空気流によって、定着ローラからの誘導コイルへの熱を遮断しかつ誘導コイルを空冷でき、誘導コイルの温度上昇を防止して該誘導コイルによる電磁誘導作用が良好に得られるとともに、定着ローラを空気流から遮断して定着ローラが冷却されずに済み、記録シート上のトナー画像の加熱に影響を与えることなく良好な定着性を保持することができるという効果がある。特に、略ストレートな流路を構成しているので、流路に起因して空気の流勢が減殺されずに済み、高い流通効率が得られる。しかも軸流ファンにおいて最も風量の大きい羽根部分が発生した空気流を流路に流通させているので、効率的に高風量が得られる。このため、定着ローラからの熱を遮蔽したうえで、誘導コイル自体を冷却するための充分な空気流量を容易かつ確実に確保できる。他方、この空気流量を確保するために必要な軸流ファンの駆動力も、少なくて済む。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、軸流ファンが生成した空気流を、流路に導くダクトを備えたので、装置の形状のいかんにかかわらず、直径及び風量が大きい大型の空冷用ファンの使用が可能となって、効率よく誘導コイルを冷却することができるという効果がある。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、誘導コイルは、中央部のピッチが粗くなっているので、もっとも温度上昇し易い誘導コイルの中央部付近で空気流に適度な乱流を発生し易くし、この乱流によって空気と誘導コイルとの熱交換を活発化して、誘導コイルを有効的に冷却することができ、また中央部の磁束密度が低くて渦電流も少なくなるため、該中央部による加熱を弱めて定着ローラの温度分布を均一にできるという効果がある。
【００２９】
請求項４に記載の発明は、筒状断熱材は、その筒状周壁内部に空気が封入された中空部を有する中空構造体であるので、筒の内部に空気層が形成され、この停止した空気層で外部からの熱を遮断し、定着ローラからの誘導コイルへの熱をより有効に遮断して、その温度上昇を防止することができるともに、誘導コイルと定着ローラとの間に介在した絶縁層としての空気層の個数は、この停止した空気層が新たに追加されて増加することから、誘導コイルから定着ローラへの放電防止が図れるという効果がある。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、筒状断熱材は、樹脂を発泡させた発泡部材であるので、軽量化が図れるという効果がある。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、発泡部材は、単泡部からなるので、筒内部に多数の密閉小室が形成され、曲げ強度が大きくて撓み量が少ない安定した筒状断熱材となるとともに、定着ローラからの誘導コイルへの熱をより有効に遮断でき、該誘導コイルの温度上昇をより防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態の縦断面図である。
【図２】同上の線２−２による縦断面図である。
【図３】この発明の第２実施形態の縦断面図である。
【図４】この発明の第３実施形態の縦断面図である。
【図５】この発明の第４実施形態の縦断面図である。
【図６】この発明の第５実施形態の縦断面図である。
【図７】この発明の第６実施形態の縦断面図である。
【図８】この発明と同種の従来の誘導発熱ローラの縦断面図である。
【符号の説明】
１定着ローラ２加圧ローラ
３ボビン４誘導コイル
５駆動用歯車６筒状断熱材
７空間８中空部
９軸流ファン９′ 軸流ファン
11 供給ダクト 12 吐出ダクト
13 中央部 15 ポンプ
16 冷媒収容器 17 連結管
18 連結管 19 冷却手段
19′ 冷却手段

Claims

定着装置において、
定着ローラと、この定着ローラの内部に配置されたボビンと、このボビンに外装された誘導コイルと、この誘導コイルの外側に所定間隔離間して配置された非導電性の筒状断熱材と、この筒状断熱材の軸方向一側に配置された軸流ファンとを備え、
前記ボビン及び筒状断熱材を装置本体の側板にブラケットで固定すると共に、前記定着ローラを前記側板に軸受を介して回転可能に支持し、前記ボビンと前記筒状断熱材との間に略ストレートな流路を構成し、該流路に前記軸流ファンの羽根部分が対向するように設置して、前記軸流ファンが発生させる空気流が、前記流路内で誘導コイルの外周を流れて前記誘導コイルを強制冷却するよう構成したことを特徴とする定着装置。
前記軸流ファンが生成した空気流を、前記流路に導くダクトを備えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記誘導コイルは、中央部のピッチが粗くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
前記筒状断熱材は、その筒状周壁内部に空気が封入された中空部を有する中空構造体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置。
前記筒状断熱材は、樹脂を発泡させた発泡部材であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置。
前記発泡部材は、単泡部からなることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。