第Ⅳ章

注目技術

Ⅳ－４

省エネ性と利便性を両立した IH 定着技術

（採用機種：ApeosPort-IV/DocuCentre-IV C2270/C3370/C4470/C5570 シリーズ）
上原 康博＊、 岩井 清＊ 、内藤 康隆＊、馬場 基文＊＊、為政 博史＊＊＊＊

富士ゼロックス（株）デバイス開発本部＊＊

富士ゼロックス（株）商品開発本部＊＊＊

富士ゼロックス（株） 画形材開発本部

１．背景

ミ磁場遮蔽板からなる IH コイルユニットは、定着ニッIH（Induction heating）を活用した定着技術は、従プとは反対側のベルト外側に設けられている。本定着

来のハロゲンランプを用いた定着技術より熱効率がよ器は加圧ロールが接離するラッチ機構を有している。

く、立ち上げが速いという特徴を有しており、2000 年

定着時には加圧ロールが IH ベルトに圧接して（ラッチにはじめて市場導入されて以来、これまで多くのIH定ON）ニップを形成し、IH ベルトは駆動用モーターから着搭載機が商品化されてきた。1）2）3）

伝達された加圧ロールの回転により従動駆動される。

我々は“真の省エネ”の実現に向け、これまでにない一方立ち上げ時には加圧ロールとは離間する（ラッチ急速な立ち上げを実現する新しい IH 定着技術を長年OFF）ようになっているが、回転しながら加熱できるよにわたり研究し開発してきた。本定着技術は、急速なうにベルトの両端部にギアが設けられており、加圧ロ立ち上げを実現するための技術だけでなく、高品質、ールの駆動とは別の伝達経路で直接駆動できるように高信頼な定着を実現するためのブレイクスルーを繰りなっている。

返し行ないながら技術を進化させ、商品化することに成功した。本論ではその技術について述べる。

２． IH 定着器の基本構成と特徴
2.1 急速立上 IH 定着器構成
図 1 に今回我々が開発した急速立上 IH 定着器の概略断面構成を示す。我々は二つのタイプの IH 定着器（急速立上 IH と高生産 IH）を同時開発したが、最初に急速立上 IH について述べ、次に高生産 IH の特有部分について説明する。 1 はφ30mm の張架しない IH ベルトであり、その内部に発熱層を有している。2 は加圧ロール、3 はベルトの外側に配置された IH コイルユニット、4 は Frame 支持体に固定保持された加圧パッドである。
ベルト内面は加圧パッドとの摺動抵抗を低減するための潤滑剤が塗布されている。コイルユニットに対向するベルトの内側にはベルトとは非接触で感温磁性合金とアルミ磁場遮蔽板が Frame に支持されている。ボビンに固定されているコイルとソフトフェライトとアル-1-2.2 高生産 IH 定着器構成
図２に高生産 IH 定着器の概略構成を示す。急速立上IH 定着器との違いは、コイルに対向した位置にベルト内面に軽く摺動しながら熱補給する蓄熱体を設けたと

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注目技術ころである。この部材は急速立上 IH と同種の感温磁性変えて示している。発熱層が銅の場合、ピーク発熱厚合金とその内側にアルミ磁場遮蔽板を重ねた二層構造

さは磁性金属（鉄とニッケル）に比較して 1/3～1/5の蓄熱体である。蓄熱体からの熱補給により、高生産である。つまり、銅は薄膜化することで磁性金属と同であっても IH ベルトの温度を安定維持することを可等レベルまで IH 加熱することができ、同時にベルト熱能としている。

容量の低減効果により、Ni 電鋳ベルトやスチールベル
トより急速加熱が可能となる。

二種類の定着器は上記感温磁性合金やアルミ磁場遮蔽板およびそれら保持部材等を除く約九割の部材が共通

図4化されており、フルカラー生産性 25～50ppm の商品群
４. 世界最速 3 秒立上技術の定着器を同一筐体で実現している。

4.1 小熱容量ベルト
3 秒の立上時間を実現するために、定着部材として従３. IH ベルト

来のロールではなく小熱容量の薄肉ベルトを採用した。

3.1 IH ベルト構成
図 3 に IH ベルトの断面構成図を示す。ベルトは内側からベース層、発熱層、複合機能層、弾性層、離型層のフレキシブルな薄肉ベルトを使用することで、後述のようにロールよりも薄い弾性層で用紙剥離が可能となり、更なる小熱容量化を実現した。

五つの層から構成されている。
ベース層はシームレスポリイミドベルトである。発熱層は薄膜非磁性金属の銅、その上は複合機能層のニッ

これらにより図 5 に示すように、熱容量を従来定着器の 1/4～1/6 まで低減することができた。

ケル、さらに弾性層の Si ゴム、そして最外層は離型層の PFA 樹脂で、全体の厚みは約 300μm のフレキシブルベルトである。

図3
図5
3.2 発熱層の特徴
図 4 に渦電流によるジュール発熱量を三種類の発熱材料について、ピーク発熱に対する比率を発熱層厚さを-2-

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4.2 ラッチ機構

温度にまで到達する。その結果、定着器の予熱無しで投入した電力を効率よく定着動作に使用するためには、もお客様には待ち時間無く使用していただくことが可

他の部材に奪われる熱量を極限まで減らす必要がある。

能となった。

従来の定着器に採用されていた常時ニップ構成では、定着器の立ち上げ時に加圧ロールに約 50%の熱が奪われてしまう（図 6）ため、定着部材として小熱容量のベルトを用いても立上時間は目標と大きな乖離があった。 そこで我々は加圧ロールを IH ベルトから接離させるラッチ機構を導入した。

図7

図6５. IH コイルと加熱システム
本定着器の加熱システムの特徴は、図 8 に示すように4.3 ベルトギア直接駆動数μm からなる銅の極薄発熱層の採用による独自磁路

本 IH 定着器は IH ベルトの IH コイルに対向した部分を形成にある。IH ベルトと IH コイルを内部と外部の二加熱するいわゆる局部加熱方式である。それ故定着器つの強磁性部材（外部：ソフトフェライト、内部：感の立ち上げ時には IH ベルトを回転させる必要がある。

温磁性合金）で挟みこむ誘導加熱技術である。これにそこで、立ち上げ時には IH ベルト自体が回転運動するより磁気結合度が向上し、電磁誘導による加熱効率をように IH ベルトを直接駆動する方式を採用した。

高めている。図 8 に示すように、IH コイルで発生した剛性の低いフレキシブルな IH ベルトは駆動伝達時に磁束はソフトフェライトから IH ベルトの発熱層を透ベルトの一部に応力が集中すると破損してしまう課題

過しベルト内部の感温磁性合金に導かれ、再び発熱層があった。

を貫通しソフトフェライトに戻る磁路を形成する。磁

そこで、駆動力がかかっても応力が一部に集中しない束が発熱層を透過するときに、磁束を打ち消す方向にように、ベルトとギア部材を周方向全域で固定する方渦電流が発生し、この渦電流のジュール発熱により IH式を採用した。これによって、破損することなく安定ベルトが加熱される。

したベルト直接駆動が可能となった。
4.4 急速立上の実現
上記の三つの技術を導入することで、目標である世界最速３秒立上を達成した。
図 7 は急速立上 IH 定着器の IH ベルトの温度推移を表した図である。室温の状態からお客様が複写機にアクセスした時点で加熱を開始し、スタートボタンを押すまでの 3 秒間で、IH ベルト温度は画像形成開始可能な

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図8

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表 1 にコイル仕様と IH 加熱システムの電気の磁束を打ち消す方向であるため、さらに磁束密度が特性を示す。

低下してIHベルトの非通紙部の発熱量を抑制できる。
このように二つのメカニズムにより非通紙部昇温が自己抑制される。
図 9 に小サイズ用紙（A4 たて送り）を連続定着した場合の温度分布を示している。ベルトの最高温度は C.P付近に制御される。

コイルはφ0.17mm の細い素線 90 本を束ねて撚ったリッツ線を高密度に 10 ターンさせて形成しており、表皮効果による抵抗増加を考慮しながら小型コンパクト化する思想で設計している。コイルのベルト反対側には、ベルト軸方向に複数個のソフトフェライトをベル
ト径方向にコイルと数ミリの間隙を持たせて配置して図9おり、感温磁性合金とのバランス取りで磁束密度の最適化を行ない、均一な温度分布が得られるように設計している。

７. 剥離システム

また IH 加熱システムの電気特性は、急速立上 IH と高7.1 用紙剥離方式：曲率剥離方式

生産 IH とではソフトフェライトと感温磁性合金の仕本 IH 定着器では、IH ベルトのフレキシブル性を活か様が異なるため違いがあるが、同一の IH 電源で対応しした曲率剥離方式を採用した。ている。

曲率剥離方式とは図 10 に示すように、定着ニップ出口部でのベルトの曲率を大きくし、さらに用紙の排出方

６. 加熱幅制御技術

向とベルトの進行方向との成す角度（剥離角）を大き本 IH 定着器は内部磁性部材に感温磁性合金を採用すくして、用紙のコシによりベルトから用紙を剥がす方ることで、連続定着動作時における IH ベルトの非通紙式である。

部昇温を自己抑制する加熱幅制御技術を用いている。
従来必須であった非通紙部昇温抑制の冷却手段や、磁束遮蔽手段、消磁コイルや複数コイルなどの磁界制御手段が不要となり、装置の小型軽量化や立上時間の短縮化を実現している。 4） 非通紙部のベルト温度が上昇すると、ベルト内側に近接（高生産IHでは接触）している感温磁性合金の温度も同様に上昇してC.P付近まで達する。この温度変化により、感温磁性合金の透磁率が急激に低下して強磁性体から非磁性体（常磁性体）に変化し、実質的にベルトを透過する磁束密度が低下してベルト発熱量が減少する。また磁束は、非磁性体に変化した感温磁性合金を透過してアルミ磁場遮蔽板に渦電流を発生させる。この渦電流はコイルから-4-

図 10

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7.2 ベルト曲率と表面歪ループ）により定着性を確保できず生産性に限界があ

曲率剥離方式においては、定着ニップ内から出口部にった。この限界を打ち破るために、急速立上 IH をベーかけてのベルトの形状が重要である。我々は剥離に必スに改良したのが高生産 IH 定着器である。

要な定着ニップ部でのベルトの曲率をベルト表面の歪IH ベルトに熱補給する蓄熱体の熱容量をベルトの約み（変形度合い）を測定することで定量化した。定着

1.5 倍とし、蓄熱体温度がベルト温度より常に 30℃高ニップの入口から出口にかけてベルトは凹む方向に変い温度を維持する加熱設計により、フルカラー50/白黒形し、ベルト表面には圧縮歪みが発生する。また定着55ppm の生産性を達成している。蓄熱体が 30℃プラスニップの出口近傍ではベルトは凸になる方向に変形し、の温度を保つためには、IH ベルトと感温磁性合金をあベルト表面には引っ張り歪みが発生する（図 11）。

る最適比率で誘導加熱する必要がある。急速立上 IH

用紙をベルトから剥離させるためには、ベルト表面にの感温磁性合金は誘導加熱を抑制する設計であるが、所望の変形（曲率）つまり歪みを与える必要がある。

高生産 IH は積極的に加熱するように設計している。

図 12

図 11

図 13

図 14

本定着器の IH ベルトはギアを固定している。両端部以外は無張架であるため、定着ニップ部でのベルトの曲率と剥離角は加圧パッドの形状によって決められる。
IH ベルトに所望の曲率と剥離角を与えるために、長手方向通紙領域において加圧パッドのベルトと接触する

8.2 高生産 IH と急速立上 IH との比較
IH ベルトの温度ドループは、急速立上 IH が約 40℃であるのに対して、高生産 IH では約 20℃であり、温度ドループを約 20℃改善することで高生産を達成して面の形状を図 12 に示す。
一方ベルト両端部にはギアが固定されているため、両端部のベルトの断面形状は円形である。そのため、ギア固定部に隣接する加圧パッドの長手方向両端部の形状を図 13 に示すようにベルト内径にほぼ等しい円弧いる。
また、高生産 IH の立上時間は、IH ベルトと蓄熱体の両方を加熱するので、13 秒になるが、従来機（Apeos
Port-III C5500）と比較して 1/8 を達成している。

形状にしている。
９. まとめ
今回新たに開発したIH定着器は世界最速の 3 秒の急速８. 高生産 IH 定着と高速適性立上を可能とし、富士ゼロックスが目指す「RealGreen」

8.１ 高生産化設計
急速立上 IH 定着器は極限まで小熱容量化して立上時間 3 秒を実現したが、高生産領域まで適用しようとした場合、連続通紙によるベルト温度の急激な低下（ド-5-を実現した。5）6） これは薄膜の非磁性発熱層を有した小熱容量IHベルトを他の構成部品に熱伝導させることなく集中して加熱する構成をとることにより実現でき第Ⅳ章

注目技術たものである。また本定着器をベースに、温度ドループ制御技術として蓄熱体をベルト内部に設けた高生産
IH定着器は立上時間が 13 秒であり、フルカラー50/白黒 55ppmの高生産性を実現した。これら二つのIH定着
技 術 は 、 カ ラ ー 複 合 機 ApeosPort-IV/DocuCentre-IV
C2270/C3370/C4470 /C5570 シリーズに導入されている。
ApeosPort-IV/DocuCentre-IVシリーズは、平成 21 年度省エネ大賞（機器・システム部門）において、独自のIH定着技術がきわめて独創的であり、利便性に配慮しながら省エネ性能を向上させた点が評価され、経済産業大臣賞を受賞している。さらに本技術は、地球環境保全への貢献が高く評価され、2010 年、日経地球環境技術賞の最優秀賞を受賞している。7）10.

商標についてRealGreen は、富士ゼロックス株式会社の登録商標です。

１5. 参考文献
1) 高木 修：“複数のコイルによる電磁誘導加熱を搭載したカラー機用定着技術”
2) 醒井 雅裕、野口 智之他：“誘導加熱を用いたカラーIH 定着技術”
3) 陣在 誠、神谷 裕二他：“新規定着システム<TBF>搭載 iRC-5180series” 日本画像学会誌 第 45 巻 第 6 号
4) 木野内 聡、高木 修他：“IH 定着技術” 日本画像学会誌 第 48 巻 第 5 号
5) 上原 康博、馬場 基文他：“RealGreen を実現したIH 定着技術” 日本画像学会“Imaging Conference JAPAN 2010”論文集
6) 上原 康博、馬場 基文他：“省エネと利便性を両立した RealGreen な IH 定着技術”富士ゼロックステクニカルレポート 20117)富士ゼロックス（株）ニュースリリース
2010 年 11 月 11 日「IH 定着技術が 2010 年日経地球環境技術賞最優秀賞を受賞」

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禁 無 断 転 載2010 年度「ビジネス機器関連技術調査報告書」“Ⅳ―４”部
発行2011 年 5 月
社団法人 ビジネス機械･情報システム産業協会（JBMIA）
技術委員会 技術調査小委員会〒105-0003 東京都港区西新橋三丁目 25 番 33 号 NP 御成門ビル
電話 03-5472-1101(代表) ／ FAX 03-5472-2511-7-