(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材を２本のローラで挟持搬送してトナー画像を上記記録材に定着する定着装置であって、上記２本のローラの少なくとも１本が誘導型発熱ローラである誘導加熱型定着装置において、
上記誘導型発熱ローラの内部に収容され担持体に設けられた誘導コイル部が、交番電源と接続し渦状に配線された導線と、この導線に重なるように配された複数個の磁性部片とからなることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
上記誘導コイル部が、発熱ローラ内にある円筒形担持体の内周面に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
上記誘導コイル部が、発熱ローラ内にある樋状担持体の内周面に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
上記発熱ローラ内に複数枚の樋状担持体があり、それぞれの樋状担持体の内周面に誘導コイル部が配設されたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
記録材を２本のローラで挟持搬送してトナー画像を上記記録材に定着する定着装置であって、上記２本のローラの少なくとも１本が誘導型発熱ローラである誘導加熱型定着装置において、
上記誘導型発熱ローラの外周域にある誘導コイル部が、担持体に設けられ、交番電源と接続し渦状に配線された導線と、この導線に重なるように配された複数個の磁性部片とからなることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
上記誘導コイル部が、発熱ローラ外周に位置する樋状担持体の外周面に配設されたことを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
上記発熱ローラの外周に複数枚の樋状担持体があり、それぞれの樋状担持体の外周面に誘導コイル部が配設されたことを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項８】
記録材を２本のローラで挟持搬送してトナー画像を上記記録材に定着する定着装置であって、上記２本のローラがそれぞれ誘導型発熱ローラである誘導加熱型定着装置において、
上記２本のローラのうち、一方のローラの内部に収容され担持体に設けられた誘導コイル部が、交番電源と接続し渦状に配線された導線と、この導線に重なるように配された複数個の磁性部片とからなり、他方のローラの外周域にある誘導コイル部が、複数個の磁性部片と、これら磁性部片の間に渦状に配線され交番電源と接続した導線とからなることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
上記誘導コイル部と発熱ローラの間に断熱手段が備えられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項１０】
複数の誘導コイル部が互いに並列接続されていることを特徴とする請求項４、７、８のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項１１】
複数の誘導コイル部が互いに直列接続されていることを特徴とする請求項４、７、８のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項１２】
上記樋状担持体に連結片を備え、互いの連結片を固定手段によってつなぐことを特徴とする請求項４又は７に記載の定着装置。
【請求項１３】
上記導線がリッツ線であることを特徴とする請求項１、５、８のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項１４】
上記磁性部片が強磁性材でなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項１５】
上記磁性部片がＩ型形状を有することを特徴とする請求項１〜１１、１４のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項１６】
上記磁性部片がＵ型形状を有することを特徴とする請求項１〜１１、１４のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項１７】
上記磁性部片がＥ型形状を有することを特徴とする請求項１〜１１、１４のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項１８】
上記担持体の厚みが長手方向及び／又は周方向において変化することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式のプリンタ、ファクシミリ、複写機等の画像形成装置における定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可視像形成のためにトナーを用いる画像形成装置においては、トナー画像を記録材に定着するために「記録材を加熱ローラと加圧ローラとで挟持搬送しつつトナー画像を記録材上に定着する加熱加圧型定着装置」が一般に使用されている。そして、その加熱ローラとして例えば特開昭５３−５０８４４号公報や特開平６−６０９７５号公報に示されるような「誘導型発熱ローラ」が知られている。
【０００３】
このような誘導型発熱ローラでは一般に、内部に配置された誘導コイルに高周波電流を流し、これによって生じた高周波磁界で誘導渦電流を、ローラ外周部の導電層（芯金部材）に発生させ、誘導電流に伴うジュール熱によりローラ表面に所望の温度（一般的には１８０℃程度）を実現するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、まず、発熱ローラを構成する磁性部材は、誘導コイルの外周に配置されているが、その他の磁性部材がコイルの側方や内部に配置されない場合、殆ど閉磁路となっていない。このような状態で高周波磁界による誘導電流を発生させようとすると磁電交換効率が悪く、発熱ローラを所定温度にすべく必要な誘導電流を流すためには、より多く高周波電流を誘導コイルに給電しなければならず、低い誘導電流では昇温時間が長くなる。磁性部材を誘導コイルの側方や内部にも配置する場合には閉磁路が形成され磁電交換効率は良くなるものの、昇温のための熱量が大きくなり、より多くの高周波電流を誘導コイルに給電しなければ発熱ローラを短時間に所定温度にすることができない。
【０００５】
また誘導コイルは発熱ローラ内に配置され、殆ど密封に近い状態であり、その雰囲気はローラ内壁に面していて、このような状況下で発熱ローラを所定温度にしようとすると、発熱ローラの輻射熱の影響を受け、更にコイル自体の自己発熱もあって、誘導コイルは発熱ローラの表面温度よりも高い雰囲気にさらされることとなり、誘導コイルの温度は例えば２００〜２５０℃という高温に達することがある。
【０００６】
また従来のものでは、発熱ローラの内部空間に誘導コイルを巻装したボビンが位置しており、発熱ローラの小径化に制約がある。
更に発熱ローラの雰囲気空間を考えると、長手方向における中央部に比べて端部の方が放熱領域が大きい。このような状況で発熱ローラを所定温度にしようとすると、発熱ローラ端部の表面温度が中央部温度よりも低くなり、長手方向で温度ムラが生じることとなる。
【０００７】
以上のような問題があるため、従来技術においては、誘導コイルへの給電が大きく、誘導コイルの線材として耐熱性の高い特殊な材料を選択せざるをえず、更に発熱ローラは大きめの径となり、安全性、耐久性、信頼性、省エネ化の点で問題があった。そして、上記のような構成の結果、装置全体が大きくなると共に、高価となるために、誘導加熱式の定着装置への普及の妨げとなっている。
【０００８】
そこで本発明は、上述の問題に鑑み、磁電交換効率に優れ、誘導コイルへの給電が少なくてすむ誘導発熱型の定着装置を提供することを主たる課題とする。また併せて、コイルを形成する線材に一般的なものを使用することができるようにし、発熱ローラの温度分布を均一なものとし、発熱ローラを小型化することをそれぞれ追加的な課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記主たる課題は、少なくとも１本のローラが誘導型発熱ローラである誘導加熱型定着装置において、誘導型発熱ローラの内部に収容され担持体に設けられた誘導コイル部が、交番電源と接続し渦状に配線された導線と、この導線に重なるように配された複数個の磁性部片とからなることによって、解決される。
【００１０】
上記誘導コイル部が、発熱ローラ内にある円筒形担持体の内周面に配設されていれば、線材に関する課題も解決できる。誘導コイル部が、発熱ローラ内にある樋状担持体の内周面に配設されていれば、ローラ径に関する課題も解決できる。発熱ローラ内に複数枚の樋状担持体があり、それぞれの樋状担持体の内周面に誘導コイル部が配設されていれば、温度分布に関する課題も解決できる。
【００１１】
少なくとも１本のローラが誘導型発熱ローラである誘導加熱型定着装置において、誘導型発熱ローラの外周域にある誘導コイル部が、担持体に設けられ、交番電源と接続し渦状に配線された導線と、この導線に重なるように配された複数個の磁性部片とからなることによっても、上記主たる課題を解決できる。
【００１２】
その際、上記誘導コイル部が、発熱ローラ外周に位置する樋状担持体の外周面に配設されているのが、好適である。また発熱ローラの外周に複数枚の樋状担持体があり、それぞれの樋状担持体の外周面に誘導コイル部が配設されていれば、一層効果的である。
【００１３】
記録材を挟持搬送してトナー画像を定着するための２本のローラがそれぞれ誘導型発熱ローラである誘導加熱型定着装置において、上記２本のローラのうち、一方のローラの内部に収容され担持体に設けられた誘導コイル部が、交番電源と接続し渦状に配線された導線と、この導線に重なるように配された複数個の磁性部片とからなり、他方のローラの外周域にある誘導コイル部が、複数個の磁性部片と、これら磁性部片の間に渦状に配線され交番電源と接続した導線とからなることによっても、上記主たる課題を解決できる。
【００１４】
上記誘導コイル部と発熱ローラの間に断熱手段が備えられているのが良い。誘導コイル部を担持する担持体が断熱材でなっているか、当該担持体の表面に断熱層を備えているのが好ましい。
【００１５】
複数の誘導コイル部は互いに並列接続されているか、互いに直列接続されている。それぞれの誘導コイル部を担持する樋状担持体に連結片を備え、互いの連結片を固定手段によってつなぐようになっているのが良い。導線はリッツ線でありうる。また磁性部片は強磁性材でありうる。そして当該磁性部片は、Ｉ型形状、Ｕ型形状、あるいはＥ型形状を有する。上記担持体の厚みは長手方向、周方向、あるいは両方向において変化するようになっているのが、好ましい。
【００１６】
要するに本発明の骨子は、磁束発生手段たる誘導コイル部を、発熱ローラと対向位置にある複数個の磁性部片と、これら磁性部片に重なるように渦状に配線され交番電源と接続した導線とで構成し、発熱ローラの内部乃至外部に配設するものである。この誘導コイル部では、当該コイル部が発熱ローラ内部に形成される場合には中空担持体乃至担持体セグメントの内周壁に、そしてコイル部が発熱ローラ外部に形成される場合には外周壁に、磁性部片と導線（巻線）が配置されており、交番電源に接続された巻線が、発熱ローラの内周面側若しくは外周面側に配設された複数の磁性部片に重なって配され、磁性部片と発熱ローラで閉磁路が形成されるのである。巻線への交番電源の給電により誘起する交番磁束が磁性部片、発熱ローラを通り、この際、誘導作用に基づいて発熱ローラに電流が流れ、発熱ローラが発熱する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を、図に示す例に基づいて説明する。
図１に本発明の第１実施形態に係る定着ユニットの概略断面を示し、図２に、その誘導コイル部の配置状態を示す。加圧ローラ３と軸方向で圧接する円筒状の加熱ローラ１は、ベアリング１１を介して側板１０に回転自在に支持されている。加熱ローラ１の内部には、断熱絶縁性の円筒形担持体７が配置され、側板１０に固定されており、この担持体内周面に、加熱ローラ・担持体の外にある不図示の交番電源に接続された導線５がほぼ加熱ローラ長さにわたって矩形うず状に配線されている。このように矩形うず状に配線された導線（巻線）を覆うように、フェライト等の高透磁率を有する磁性材で構成された複数個の磁性部片６が同じく担持体内周面に固着され、発熱ローラと対向するように位置する。これら磁性部片６と巻線５とにより誘導コイル部２が形成される。
【００１８】
以上のような構成において、巻線５に交流が給電されると、磁性部片６とこれに担持体７を間に挟んで対向した加熱ローラ１とからなる閉磁路に誘起された交番磁束が通ることとなる。その際、誘導作用に基づいて加熱ローラ１に電圧が発生し、その電圧に基づいて電流が加熱ローラに流れ、当該ローラが発熱する。不図示の駆動源に接続した加圧ローラ３が回転すると加熱ローラ１も追従回転して、熱定着動作が行われる。駆動源は加熱ローラに接続するようになっていてもよい。
【００１９】
以上のように、加熱ローラ１の内部に配置され、断熱絶縁材からなるか、断熱絶縁処理された中空担持体７の内壁に磁性部片６と巻線５が配置されることによって、少量の磁性材料と加熱ローラとで閉磁路がなり、磁電変換効率が良い状態で昇温のためのの熱量を小さくすることができた。巻線５は担持体７によって加熱ローラ１の輻射熱を遮断されるので、巻線５の雰囲気温度は大幅に低減し、巻線の線材に一般的なマグネットワイヤを使用することもできる。担持体外周面に巻線を巻装しないので、加熱ローラの小径化を実現することができる。これらによって、低電力で加熱ローラの昇温を極めて早くすることができ、巻線の温度も大幅に下げることができ、誘導加熱装置全体の省エネ、安全性、耐久性、信頼性が向上する。加熱ローラの小径化は誘導加熱装置の小型化をもたらす。
【００２０】
図３に第２の実施形態を示す。なお以下の実施形態においては、担持体近傍についてのみ示し、説明しない部分については図１に示された定着ユニットのものと同様であると認識されるべきものである。
【００２１】
図３の例では、担持体７’が半円の円弧断面を有した樋状部片からなっている（担持体セグメント）。この担持体セグメント７’の凹面上に導線５がほぼ加熱ローラ長さにわたって矩形うず状に配線されている。この巻線を覆うように、複数個の磁性部片６が同じく担持体セグメント凹面に固着されている。担持体が樋状であることで、当該担持体内周面に磁性部片や巻線を配設することが容易となる。
【００２２】
また、第１の実施形態では、図２から認識できるように、導線５による矩形うず配置は円筒形担持体７の或る一区分を占めるにすぎないが、上記のように樋状担持体に誘導コイル部を形成することによって、図４に示すように、上半体の樋状担持体７’と下半体の樋状担持体７”を重ね合わせて、誘導コイル部を加熱ローラ内周に均一分布させることが可能である。このような組み合わせの際に、それぞれの誘導コイル部を並列に接続する（図５）ようにしてもよく、またそれぞれの誘導コイル部を直列に接続する（図６）ようにしてもよい。図５及び図６で、符号８は交番電源、符号９は巻線のインダクターを示す。これら接続によって巻線のインダクタンス調整範囲が広くなり、供給電力調整範囲が広くなる。並列接続になっていれば、巻線の電力損失を少なくすることもできる。
【００２３】
図４の例では２個の樋状担持体を用いているが、３枚以上の担持体片にそれぞれ誘導コイル部を形成させて、組み合わせ、加熱ローラ内周に細かく誘導コイル部を分布させてもよい。
【００２４】
以上のような組み合わせにおいて、図７に示すように、第１の樋状担持体７’と第２の樋状担持体７”を連結する連結片１２を、それぞれの樋状担持体の長手方向縁部に沿って備え、当該連結片で接着、ねじ止め、溶接等で固定するようにしてもよい。複数の担持体セグメントを一体化することにより、取り扱いが容易となり、作業性が向上する。
【００２５】
図８に別の実施形態を示す。図８の例は、加熱ローラを覆うように、その外周域に円弧断面を有した担持体セグメント（異なる形状を有した担持体）１７が配設され、この担持体セグメントの外周面に、不図示の交番電源に接続された導線５がほぼ加熱ローラ長さにわたって矩形うず状に配線されている。矩形うず状に配線された巻線を覆うように、複数個の磁性部片６が同じく担持体セグメント外周面に固着されている。これら磁性部片６と巻線５とにより誘導コイル部２が形成されており、この誘導コイル部２は担持体セグメント１７の外周面に少なくとも１つ（図の例では２つ）配される。複数個の誘導コイル部が配される場合には、図５及び図６のように、それぞれの誘導コイル部を並列接続するか、直列接続する。誘導コイル部を加熱ローラ外周に配設することでユニット全体として大きくなることもあるが、加熱ローラ径を小さくすることが設計上容易であり、更に低電力で加熱ローラの昇温を極めて早くすることが可能となる。
【００２６】
次に誘導コイル部を加熱ローラと加圧ローラのそれぞれに配設する例を図９に示す。図９の例は加熱ローラ外周側と加圧ローラ内周側に誘導コイル部（５，６）を配置しているものである。両ローラとも内周側に誘導コイル部を配置したり、両ローラとも外周側に誘導コイル部を配置する構成であってもよい。
【００２７】
以上の各例において、誘導コイル部を構成する導線の矩形渦状配線は、ほぼローラ長さにわたって配され、ローラの周方向で或る一区分を占める態様（図２、図３、図９の下半）か、周方向に分布する態様（図４、図７、図８、図９の上半）として表されているが、ローラ長さを分割して、それぞれに矩形渦状配線が配されるようになっていてもよく、長さ方向と周方向の両方で分布するようになっていてもよい。
【００２８】
図１０に磁性部片の具体例を示す。磁性部片は単純な直方体のＩ型（ａ）、多少反った形状の変形Ｉ型（ｂ）、巻線をまたぎうるＵ型（ｃ）、その変形Ｕ型（ｄ）、複数の巻線配線部をまたぎうるＥ型（ｅ）、その変形Ｅ型（ｆ）の形状を任意にとりうるものである。ａ・ｂ、ｃ・ｄ、ｅ・ｆの順で、幅が広いほうがより閉磁路となり、省エネ化できるが、個々の磁性部片は高価になる。
【００２９】
図１１において、誘導コイル部を担持する担持体の厚みが長手方向で漸次変わる態様を示す。担持体の厚みが変わることによって加熱ローラ（場合によっては加圧ローラ）と磁性部片との距離が変わり、長手方向での中央部に比べ端部の方が放熱領域が大きいために長手方向で温度ムラが生じ易い加熱ローラにおいても、温度分布を一定にすることが可能となる。立ち上がりの際に急速加熱でき、ローラの回転による温度分布の均一化を十分達成できない構成にあっては、互いに圧接する加熱ローラと加圧ローラのニップ部と反対側は通常開放状態にあり、放熱量が大きいので、担持体の周方向で厚みを変えて、温度分布の均一化を達成するような構成も考えられる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、誘導コイル部を、発熱ローラと対向位置にある複数個の磁性部片と、これら磁性部片に重なるように渦状に配線され交番電源と接続した導線とで構成し、発熱ローラの内部乃至外部に配設するので、発熱ローラと磁性部片とで閉磁路が形成され、磁電交換効率に優れ、誘導コイルへの給電が少なくてすみ、安全性、信頼性を向上させることができる。
【００３１】
上記誘導コイル部が、発熱ローラ内にある円筒形担持体の内周面に配設されていれば、発熱ローラからの輻射熱による導線の温度上昇低減を図ることができ、その線材の適用幅を広げることが可能である。誘導コイル部が、発熱ローラ内・外にある樋状担持体の内周面乃至外周面に配設されていれば、円筒形の担持体を利用する場合に比べて、ローラ径を小さくすることが可能であり、更には誘導コイル部を樋状担持体内周面乃至外周面に配設するにあたり、作業性が向上する。発熱ローラ内・外に複数枚の樋状担持体があり、それぞれの樋状担持体の内周面乃至外周面に誘導コイル部が配設されていれば、誘導コイル部の配設の作業性が向上するだけでなく、発熱ローラの周方向の温度分布の均一化を図ることができる。
【００３２】
誘導コイル部を担持する担持体が断熱材でなっているか、当該担持体の表面に断熱層を備えていれば、輻射熱遮断の効果が一段と高い。また誘導コイル部を担持する樋状担持体に連結片を備え、互いの連結片を固定手段によってつなぐようになっていれば、作業性に優れる。導線がリッツ線であれば、巻線の交流抵抗が小さくなる。また磁性部片が強磁性材であること、Ｉ型形状、Ｕ型形状、あるいはＥ型形状を有することによって、漏れ磁束が低減し、不要な輻射ノイズを低減できる。担持体の厚みを長手方向、周方向、あるいは両方向において変化することで、発熱ローラの温度分布を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着ユニットの概略的な正面断面図である。
【図２】図１の定着ユニットにおける誘導コイル部の第１実施態様を示す部分切開斜視図である。
【図３】別の実施態様を示す概略斜視図である。
【図４】別の実施態様を示す概略斜視図である。
【図５】複数の誘導コイル部がある場合の並列接続の関係を示す図である。
【図６】複数の誘導コイル部がある場合の直列接続の関係を示す図である。
【図７】樋状担持体の連結を示す概略斜視図である。
【図８】誘導コイル部をローラ外周に配設する場合の態様を示す概略斜視図である。
【図９】加熱ローラと加圧ローラの両方に誘導コイル部を配する場合の一例を示す概略斜視図である。
【図１０】磁性部片を示す図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ具体例である。
【図１１】担持体の厚みが長手方向において変化することを説明する図である。
【符号の説明】
２  誘導コイル部
５  巻線（導線）
６  磁性部片
７  筒状担持体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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