(57)【要約】【課題】磁束発生手段を複数分割配置した場合において、加熱ローラに存在する非加熱部分の温度低下を抑制し、加熱ローラの軸方向の温度分布を均一に保つことである。【解決手段】通紙方向に沿って回転しつつ記録用紙を加熱する加熱ローラ２０と、加熱ローラ２０を加熱する誘導加熱方式の磁束発生手段３０ａ、３０ｂ、３０ｃとを備えた誘導加熱定着装置において、磁束発生手段３０ａ、３０ｂ、３０ｃは加熱ローラ２０の軸方向Ｘに複数に分割して配置された複数の誘導コイル３１ａ、３１ｂ、３１ｃを有し、複数の誘導コイル３１ａ、３１ｂ、３１ｃは隣接端部における磁束が相互に重複して加熱ローラ２０を通過するように配置されていることを特徴とする誘導加熱定着装置。【選択図】図３
2006154734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通紙方向に沿って回転しつつ記録媒体を加熱する加熱部材と、
前記加熱部材を加熱する誘導加熱方式の加熱手段とを備えた誘導加熱定着装置において、
前記加熱手段は前記加熱部材の軸方向に複数に分割して配置された複数の誘導コイルを有し、
前記複数の誘導コイルは前記加熱部材の内部に配置された内部誘導コイルと外側に配置された外部誘導コイルとからなり、かつ前記内部誘導コイルと前記外部誘導コイルとが前記加熱部材の軸方向に重複して前記加熱部材に対向して配置されていること、
を特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項２】
通紙方向に沿って回転しつつ記録媒体を加熱する加熱部材と、
前記加熱部材を加熱する誘導加熱方式の加熱手段とを備えた誘導加熱定着装置において、
前記加熱手段は前記加熱部材の軸方向に複数に分割して配置された複数の誘導コイルを有し、
前記複数の誘導コイルは隣接端部における磁束が相互に重複して前記加熱部材を通過するように配置されていること、
を特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項３】
請求項２に記載の誘導加熱定着装置において、
前記加熱部材は円筒状に形成され、
前記誘導コイルは前記加熱部材の内部に配置された内部誘導コイルと外部に配置された外部誘導コイルとからなり、
前記内部誘導コイル及び外部誘導コイルは各コイル端部における磁束が相互に重複して前記加熱部材を通過するように配置されていること、
を特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項４】
請求項１又は３に記載の誘導加熱定着装置において、
前記外部誘導コイルは前記加熱部材の周面の一部を覆うように当該周面に沿って湾曲されていること、
を特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の誘導加熱定着装置において、
前記各誘導コイルは前記加熱部材の特定の表面で磁束が重複するように隣接して配置されること、
を特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の誘導加熱定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機等の画像形成装置に係り、詳しくは、誘導加熱方式の定着装置の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置には、記録媒体上のトナー画像を加熱により定着させる定着装置が設けられている。画像形成装置では、定着装置のウォーミングアップタイムの大幅な短縮、待機時の消費エネルギーの削減等による省エネ化を実現するために誘導加熱方式が採用されている。
【０００３】
誘導加熱方式を用いた定着装置は、加熱源として誘導加熱方式の磁束発生手段が設けられた導電性の加熱ローラと、この加熱ローラに圧接してニップ部を形成する加圧ローラとを備えている。
【０００４】
誘導加熱磁束発生手段は、加熱ローラの軸方向に延在する横長状のコアと、このコアに巻回された誘導コイルによって構成される。従来の磁束発生手段は記録媒体の最大通紙幅に対応する長さに形成され、定着動作に際して加熱ローラ全体（最大通紙幅）が加熱されるようになっていた。そのため、小サイズの記録用紙を通紙した後、大きいサイズの記録用紙を通紙した場合、前回（小サイズ時）の非通紙部に相当する部分で記録紙による熱の吸収が行われず、その状態のまま加熱されることとなって加熱ローラの軸方向における定着温度の不均一化が生じ、高温のためにホットオフセット等の定着不良が発生する、また、異常昇温により機械の異常検知停止が発生するという問題があった。この問題を解決するための方法として、従来、誘導加熱磁束発生手段を複数分割配置する方法が開示されている（特許文献１、２参照）。
【０００５】
特許文献１には、磁性体コアを有し、用紙の通紙方向と垂直な方向に分割した誘導コイルを備え、誘導コイルの端部が記録用紙の通紙方向と垂直な方向に対して所定の角度傾斜させることにより、分割した誘導コイルすべてに通電して加熱ローラを加熱する誘導加熱定着装置が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、中空状加熱ローラの内側に、該ローラとは接しないように加熱ローラの軸方向全体に内側誘導コイルを配置し、また加熱ローラの外側に、該ローラとは接しないように加熱ローラの軸方向全体に外側誘導コイルを配置し、両誘導コイルより発生する磁束を９０度ずらすように誘導コイルの方向を変えて配置した誘導加熱定着装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３５１２４０号公報
【特許文献２】特開２００３−２５５７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来技術によれば、軸方向に接する誘導コイル同士が接すると、各誘導コイルで発生する磁束が加熱ローラの軸方向の全体を通過することになるため、常に加熱ローラ全体が加熱されてしまうことになる。そのため、隣接する各誘導コイル相互を離間させるための間隔を置く必要がある。しかし、このような間隔を設けることは、加熱ローラに誘導磁界が存在しない部分すなわち非加熱部分を生むことになる。この非加熱部分には温度低下が生じ、従って、加熱ローラの軸方向における温度分布が不均一となって定着不良を起こすという問題が発生する。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、磁束発生手段を複数分割配置した場合において、加熱ローラに存在する非加熱部分の温度低下を抑制し、加熱ローラの軸方向の温度分布を均一に保つことが可能な誘導加熱定着装置及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は以下のいずれかの構成により達成される。
（１）通紙方向に沿って回転しつつ記録媒体を加熱する加熱部材と、前記加熱部材を加熱する誘導加熱方式の加熱手段とを備えた誘導加熱定着装置において、前記加熱手段は前記加熱部材の軸方向に複数に分割して配置された複数の誘導コイルを有し、前記複数の誘導コイルは前記加熱部材の内部に配置された内部誘導コイルと外側に配置された外部誘導コイルとからなり、かつ前記内部誘導コイルと前記外部誘導コイルとが前記加熱部材の軸方向に重複して前記加熱部材に対向して配置されていることを特徴とする誘導加熱定着装置。
【００１０】
（２）通紙方向に沿って回転しつつ記録媒体を加熱する加熱部材と、前記加熱部材を加熱する誘導加熱方式の加熱手段とを備えた誘導加熱定着装置において、前記加熱手段は前記加熱部材の軸方向に複数に分割して配置された複数の誘導コイルを有し、前記複数の誘導コイルは隣接端部における磁束が相互に重複して前記加熱部材を通過するように配置されていることを特徴とする誘導加熱定着装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、定着温度として要求している温度からの温度低下を抑制して均一な温度分布を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態における加熱ローラの概要について説明する。
【００１４】
図１に、本発明の実施の形態における加熱ローラの外観構成図を示す。
【００１５】
図１に示すように、加熱部材としての加熱ローラ２０は金属製であり、円筒状に形成されている。加熱ローラ２０は加圧部材としての加圧ローラ２１と対を成し、互いの周面の転接部に形成されるニップ部において、通紙される記録紙（記録媒体）２２上のトナーを加熱定着する。加熱ローラ２０の内部には、支持体１０に設けられた加熱手段としての磁束発生手段３０ｃが配置されている。加熱ローラ２０の外部には、加熱ローラ２０の軸方向Ｘにおける両端部のそれぞれに加熱手段としての磁束発生手段３０ａ、３０ｂが配置されている。
【００１６】
図２に、本発明の実施形態における加熱ローラ２０の外部に配置した磁束発生手段３０ａの斜視図を示す。
【００１７】
図２に示すように、磁束発生手段３０ａは磁性体コア３２ａと、この磁性体コア３２ａの面方向に巻回された第１誘導コイル３１ａとからなり、加熱ローラ２０の外周面に沿って湾曲されている。なお、磁束発生手段３０ｂは、磁束発生手段３０ａと同様の構成を有するので、図示ならびに説明は省略する。
【００１８】
次に、本発明に係る加熱ローラ２０の詳細な構成を図３及び図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図３に本発明の実施形態における加熱ローラ２０の軸方向Ｘの縦断面図を示し、図４（ａ）に図３におけるＡ−Ａ断面図、（ｂ）に同Ｂ−Ｂ断面図を示す。
【００１９】
図３に示すように、支持体１０が加熱ローラ２０の内側に加熱ローラ２０の軸方向Ｘに沿って収納されている。支持体１０の中央部に磁束発生手段３０ｃが設けられている。磁束発生手段３０ｃは、支持体１０の中央部に設けられた磁性体コア３２ｃと、この磁性体コア３２ｃの外周に周方向に巻回された第３誘導コイル３１ｃとからなる。第３誘導コイル３１ｃの外周面は、加熱ローラ２０の内周面との接触による電気的な短絡を防止するため、電気絶縁材料からなる絶縁体４０ｃにより覆われている。磁束発生手段３０ｃは、絶縁体４０ｃの外周面と加熱ローラ２０の内周面との間に一定の間隙（ギャップｇ３）を保持して加熱ローラ２０内に収納されている。
【００２０】
磁束発生手段３０ａは、磁性体コア３２ａと、その内周面側に設けられた第１誘導コイル３１ａとからなる。第１誘導コイル３１ａの加熱ローラ２０との対向面は電気絶縁材料からなる絶縁体４０ａにより覆われている。この絶縁体４０ａと加熱ローラ２０の外周面との間には一定の間隙（ギャップｇ１）が置かれており、第１誘導コイル３１ａと加熱ローラ２０との電気的な短絡を防止するようになっている。
【００２１】
磁束発生手段３０ｂは、磁性体コア３２ｂ、第２誘導コイル３１ｂ及び絶縁体４０ｂを有し、加熱ローラ２０の外周面との間にギャップｇ２を置いて配置されている。その構成は磁束発生手段３０ａと同様なので、その詳細な説明は省略する。
【００２２】
図３、図４に示すように、第１誘導コイル３１ａの端部と第３誘導コイル３１ｃ側の一端部とが径方向において互いに重複する位置（符号Ｗ１参照）に配置されており、同様に、第２誘導コイル３１ｂの端部と第３誘導コイル３１ｃの他端部とが互いに径方向において重複する位置（符号Ｗ２参照）に配置されている。
【００２３】
すなわち、重複部分Ｗ１に対応する加熱ローラ２０の表面において、第３誘導コイル３１ｃからの磁束と第１誘導コイル３１ａからの磁束とが重複して通過するように、第１誘導コイル３１ａ及び第３誘導コイル３１ｃが隣接して配置されている。また、同様に重複部分Ｗ２に対応する加熱ローラ２０の表面においては、第３誘導コイル３１ｃからの磁束と第２誘導コイル３１ｂからの磁束とが重複して通過するように、第２誘導コイル３１ｂ及び第３誘導コイル３１ｃが隣接して配置されている。よって、加熱ローラ２０の軸方向Ｘに沿って非加熱部分が存在しないことになる。
【００２４】
なお、加熱ローラ２０内軸方向Ｘに収納された支持体１０の形状としては、図１に示す形状に限らず、耐熱性を有するものであれば同様の効果を期待することができる。
【００２５】
次に  図５及び図６を参照して、本実施の形態を適用した場合の加熱ローラ表面の軸方向Ｘにおける温度分布の例を説明する。
【００２６】
図５に、加熱ローラ表面の軸方向Ｘにおける温度分布の例を示す。
【００２７】
図５において、破線１００は従来の定着装置による加熱ローラ表面の軸方向Ｘにおける温度分布を示し、実線２００は本実施の形態の定着装置による加熱ローラ２０表面の軸方向Ｘにおける温度分布を示す。
【００２８】
図５の温度分布の測定条件として、従来の定着装置及び本実施の形態の定着装置において、全ての誘導コイルに通電した状態で、サイズＡ４の記録用紙を横送りで５００枚通紙した時点での加熱ローラ表面の温度を測定した。
【００２９】
比較対照としての従来の定着装置は、中空状の加熱ローラ内部に、その加熱ローラの軸方向に分割されかつ加熱ローラ内部のみに設けられた３つの誘導コイルを備える構成である。３つの誘導コイルは、軸方向中央に設けられ且つ加熱ローラ軸方向に沿って巻回（縦巻き）された１つの誘導コイルと、軸方向各端部に設けられ且つ加熱ローラ周方向に巻回された２つの誘導コイルと、からなる。また、３つの誘導コイルがそれぞれ内部にコアを備え、その３つのコアがお互いに隣接する端部（継ぎ目）に、加熱ローラの軸方向から所定角度が付けられた端面を有し、軸方向で隣接する各コアの端面が重複する構成となっている。
さらに、従来の定着装置と、本実施形態の定着装置との３つの誘導コイルの位置を同一とし、本実施の形態の定着装置の各誘導コイルが軸方向において継ぎ目で重複するのに対し、従来の定着装置の各誘導コイルが軸方向において継ぎ目で重複しないものとする。
【００３０】
図５から分かるように、従来の定着装置によれば（破線１００）、非加熱部分において大幅な温度低下が見られる。
【００３１】
これに対し、本実施の形態の定着装置によれば（実線２００）、各誘導コイルの重複部分Ｗ１及びＷ２に対応する加熱ローラ２０の表面において温度低下が抑制されており、画像形成（定着）に影響がない程度まで温度変化を抑えることができた。特に、この場合、従来の定着装置では定着温度として要求している温度（１８０度）を維持することができなかったが、本実施の形態の定着装置では定着温度として要求している温度を維持することができ、加熱ローラ２０の軸方向Ｘにおける温度分布の均一化を図ることが可能である。
【００３２】
次に、図６に、各誘導コイル重複部分Ｗ１及びＷ２の長さを変えた場合の加熱ローラ表面の軸方向Ｘにおける温度分布の例を示す。
【００３３】
図６において、破線１００は従来の定着装置による加熱ローラ表面の軸方向における温度分布を示す。図６における測定条件及び従来の定着装置は、図５の場合と同様である。一点鎖線２０１は本実施の形態の定着装置において重複部分Ｗ１及びＷ２の長さが５〔ｍｍ〕の場合、実線２０２は重複部分Ｗ１及びＷ２の長さが１０〔ｍｍ〕の場合、二点鎖線２０３は重複部分Ｗ１及びＷ２の長さが１５〔ｍｍ〕の場合の加熱ローラ２０の軸方向Ｘにおける温度分布をそれぞれ示している。
【００３４】
このように、本実施の形態の定着装置によれば、重複部分Ｗ１及びＷ２の長さによるバラツキはあるが、いずれも従来の定着装置に比較して重複部分Ｗ１及びＷ２に対応する加熱ローラ２０表面の温度低下が抑制されており、軸方向Ｘにおける温度分布の均一化を図ることが可能であることが明らかである。また、重複部分Ｗ１及びＷ２の長さが１０〔ｍｍ〕以上の場合に、定着温度として要求している温度（１８０度）を維持することができ、特に好ましい。
【００３５】
以上の実施の形態によれば、非加熱部分の存在を排除することができるので、加熱ローラ２０の軸方向Ｘにおける温度分布が均一で、熱効率の良い誘導加熱定着装置を実現することができる。さらに、誘導コイルを第３誘導コイル３１ｃ、第１誘導コイル３１ａ、第２誘導コイル３１ｂとで構成したので、コイル配置を設計する自由度を確保することができるとともに、加熱ローラ２０の重複部分Ｗ１，Ｗ２に対応する表面を外側と内側とから効率的に加熱でき、加熱ローラ２０の軸方向Ｘにおける温度分布をさらに均一化できる。また、外部の第１誘導コイル３１ａ、第２誘導コイル３１ｂと加熱ローラ２０との対向間隔を一定にすることができるので、加熱ローラ２０の軸方向Ｘにおける温度分布を均一化することができる。また、加熱ローラ２０の特定の表面での定着温度として要求している温度（１８０度）からの温度低下を抑制できる。
【００３６】
なお、本実施の形態において、第３誘導コイル３１ｃは、加熱ローラ２０の周方向に巻回されたものとしたが、軸方向Ｘに巻回する等、他の巻き方であってもよい。
【００３７】
また、本実施の形態では、第１誘導コイル３１ａ、第２誘導コイル３１ｂを加熱ローラ２０の外部に配置したが、加熱ローラ２０の内部に配置し、第３誘導コイル３１ｃを加熱ローラ２０の外部に配置する構成としてもよい。さらに、本実施の形態では、加熱ローラ２０の軸方向Ｘに沿って、第１誘導コイル３１ａ、第３誘導コイル３１ｃ及び第２誘導コイル３１ｂの３つの誘導コイルを備える構成としたが、加熱ローラの軸方向に沿って２又は４以上の数に分割された誘導コイルを備える構成としてもよい。
【００３８】
また、画像データのトナー像を感光体ドラム上に現像して記録用紙（記録媒体）に転写する画像形成部と、上記実施の形態の誘導加熱定着装置と、を備える、複写機、プリンタ等の画像形成装置を構成してもよい。この画像形成装置により、画像形成部でトナー像が形成された記録用紙に対して、前記誘導加熱定着装置による温度分布が均一で、熱効率の良い定着を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態における加熱ローラの外観構成図である。
【図２】本発明の実施形態における加熱ローラの外部に配置した磁束発生手段の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における加熱ローラ軸方向の縦断面図である。
【図４】（ａ）は図３におけるＡ―Ａ断面図、（ｂ）は同Ｂ―Ｂ断面図である。
【図５】加熱ローラ表面の軸方向における温度分布の例を示すグラフである。
【図６】重複部分の長さを変えた場合の加熱ローラ表面の温度分布例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１０  支持体
２０  加熱ローラ
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ  磁束発生手段
３１ａ  第１誘導コイル
３１ｂ  第２誘導コイル
３１ｃ  第３誘導コイル
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ  磁性体コア
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ  絶縁体 
ｇ１、ｇ２、ｇ３  ギャップ
Ｗ１，Ｗ２  重複部分
【図１】
2006154734.tif 000003
【図２】
2006154734.tif 000004
【図３】
2006154734.tif 000005
【図４】
2006154734.tif 000006
【図５】
2006154734.tif 000007
【図６】
2006154734.tif 000008