(57)【要約】【課題】電磁誘導加熱方式で未定着トナー像を定着する場合に、加熱部材を熱効率よく加熱し、消費電力の少ない定着装置を提供する。【解決手段】強磁性材料からなり且つ中空形状の回転体である加熱部材と、前記加熱部材に誘導電流を生じさせて発熱させる誘導コイルとを有し、前記加熱部材の電磁誘導発熱により転写紙上に担持させた未定着トナー像を溶融定着させる定着装置において、前記誘導コイルはコイル線材をコイル状に巻いた円筒形状であり、隣接するコイル線材間が固着部材で固定され形状維持可能であることを特徴とする定着装置。【選択図】　　　　図２
2004020997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性材料からなり且つ中空形状の回転体である加熱部材と、前記加熱部材に誘導電流を生じさせて発熱させる誘導コイルとを有し、前記加熱部材の電磁誘導発熱により転写紙上に担持させた未定着トナー像を溶融定着させる定着装置において、
前記誘導コイルはコイル線材をコイル状に巻いた円筒形状であり、隣接するコイル線材間が固着部材で固定され形状維持可能であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記誘導コイルの円筒状内部は中空で組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記固着部材は、前記加熱部材の発熱に耐えるワニスであることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記ワニスは、材質がシリコンまたはポリイミドであることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記誘導コイルの両端部は定着装置の本体に直接支持されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記誘導コイルの両端部がフランジ部材を介して定着装置の本体に支持されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記誘導コイルの両端部を支持する支持部材は耐熱性の合成樹脂、ガラス材またはセラミックであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記加熱部材の長手方向の表面温度が所定の温度分布になるように、前記誘導コイルにおける長手方向のコイル線材の巻き密度を変化させたものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項９】
前記加熱部材は薄肉円筒であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１０】
強磁性材料からなり且つ中空形状の回転体である加熱部材の電磁誘導発熱により転写紙上に担持させた未定着トナー像を溶融定着させる定着装置に用いられ、前記加熱部材に誘導電流を生じさせる誘導コイルにおいて、コイル線材をコイル状に巻いた円筒形状であり、隣接するコイル線材間が固着部材で固定され形状維持可能であることを特徴とする誘導コイル。
【請求項１１】
前記固着部材は、前記加熱部材の発熱に耐えるワニスであることを特徴とする請求項１０に記載の誘導コイル。
【請求項１２】
転写紙上に担持させた未定着トナー像を請求項１から９のいずれか１項に記載の定着装置により溶融定着させることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置、誘導コイルおよび画像形成装置に関し、さらに詳しくは、プリンタ、ファックス、複写機、複合画像形成装置等の特に誘導加熱を用いる定着装置、誘導加熱に用いられる誘導コイル、さらに前記定着装置を適用した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高速で高画質の複写機、プリンタ等に使用されている画像形成装置には、電子写真法をはじめとする静電潜像現像方式が多く用いられている。上記方式においては、多くの場合、静電潜像を熱溶融性のトナーで現像し、得られたトナー画像を転写紙上に転写して後、圧接熱定着する。この場合、定着装置に用いられている熱源としてはハロゲンランプが多く用いられてきた。しかし、この方式では、発熱効果が低く使用電力に対するエネルギー効率も低いものである。
【０００３】
そこで、最近、定着部材（未定着トナーを加熱する部材）を急速に加熱でき、熱効率のよい電磁誘導加熱方式の装置が検討されている（例えば、特開平１１−１９０９５０号公報）。しかしながら、これらの検討の中で、電磁誘導加熱方式の定着装置や、この定着装置を使用した画像形成装置にも幾つかの問題点があることが明らかになってきている。
【０００４】
電磁誘導加熱方式の従来の定着装置の一例を図面に基づいて説明する。図５は従来の定着装置の構成を示す断面図である。図５に示すように、誘電加熱方式の定着装置には加熱部材４１と加圧ローラ４２の間にトナー像を形成した転写紙が搬送されて熱定着される。円筒状の加熱部材４１である加熱ローラの内側に誘導コイル４３が配置され、誘導コイル４３の内部に誘導コイル４３を支持するための誘導コイルボビン４４が配置されている。誘導コイル４３に高周波交流電流を流し、磁束を変化させ加熱部材４１に渦電流を発生させ、この渦電流損によるジュール熱で加熱部材４１を昇温させる構成となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術の課題として、図５に示すように、誘導コイル４３内壁に誘導コイルを支持するコイルボビン４４を設けていると、加熱部材４１で発生したジュール熱の一部がコイルボビンに吸収されて熱効率を悪くし、多くの電力が必要となる。近年、省エネルギー化に反する問題は見逃すことができず、消費電力が少なく、熱効率よく、且つ早く所定温度に発熱することが強く望まれている。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたもので、第１発明の目的は、電磁誘導加熱方式で未定着トナー像を定着する場合に、トナーを加熱する加熱部材を熱効率よく加熱し、消費電力の少ない定着装置を提供することにある。また、第２発明の目的は、前記定着装置に用いられる熱効率よく加熱し、消費電力の少ない誘導コイルを提供することにある。さらに、第３発明の目的は、トナーを加熱する加熱部材を熱効率よく加熱し、消費電力の少ない定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の第１の発明の目的は下記の手段により達成できる。
【０００８】
（１）強磁性材料からなり且つ中空形状の回転体である加熱部材と、前記加熱部材に誘導電流を生じさせて発熱させる誘導コイルとを有し、前記加熱部材の電磁誘導発熱により転写紙上に担持させた未定着トナー像を溶融定着させる定着装置において、前記誘導コイルはコイル線材をコイル状に巻いた円筒形状であり、隣接するコイル線材間が固着部材で固定され形状維持可能であることを特徴とする定着装置。
【０００９】
上記の第２の発明の目的は下記の手段により達成できる。
（２）強磁性材料からなり且つ中空形状の回転体である加熱部材の電磁誘導発熱により転写紙上に担持させた未定着トナー像を溶融定着させる定着装置に用いられ、前記加熱部材に誘導電流を生じさせる誘導コイルにおいて、コイル線材をコイル状に巻いた円筒形状であり、隣接するコイル線材間が固着部材で固定され形状維持可能であることを特徴とする誘導コイル。
【００１０】
上記の第３の発明の目的は下記の手段により達成できる。
（３）転写紙上に担持させた未定着トナー像を前記（１）に記載の定着装置により溶融定着させることを特徴とする画像形成装置。
【００１１】
ここで、「電磁誘導発熱」とは、コイル線材をコイル状に巻いた電線に交流電流を流すとき発生する高周波の磁束の変化が、磁性体である加熱部材中を通過するとき、渦電流を発生することによりその損失分が発熱する現象をいう。また「誘導コイル」とは、この様な現象を起こすため用いられるコイルで、コイル線材（特に限定されず各種の電線）を用いコイル状に巻いたもので、密着巻きまたは非密着巻きも含むものとする。また「加熱部材」とは、本発明ではこれを未定着トナー像の加熱定着に用いるため、発熱する磁性体をいう。さらに「固着部材」とは、前記誘導コイルの隣接するコイル線材間を固定する部材で、例えば、ワニスがある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の定着装置、誘導コイル、画像形成装置等につき説明する。最初に、本発明に係わる画像形成装置の一例を説明する。図１は本発明に係わる実施の形態の画像形成装置の構成を示す断面図である。図１に示すように、１１は感光体ドラムであり、アルミニウム製のドラム基体の外周面に感光体層である有機光導電体（ＯＰＣ）を形成してなるもので、矢印方向に所定の速度で回転する。本実施の形態例において、感光体ドラム１１は外径６０ｍｍである。
【００１３】
回転する感光体ドラム１１の周囲に、帯電手段１２、露光手段１３、現像手段１４、転写手段１５、除電手段１６、分離手段１７、クリーニング手段１８があり、少し離れて定着装置３０が配置されている。
【００１４】
帯電手段１２によって感光体ドラム１１の表面に一様帯電を行った後に、露光手段１３のレーザによって、原稿から読み取られた画像データに基づく光照射を行うことによって潜像を形成し、潜像をバイアスを印加した現像手段１４により反転現像して感光体ドラム１１の表面にトナー像を形成する。
【００１５】
一方、転写紙収納手段１９から給紙された転写紙Ｐは転写位置へと送られ、転写位置において転写手段１５によりトナー像が転写紙Ｐ上に転写される。その後、転写紙Ｐは除電手段１６により裏面の電荷が消去され、分離手段１７により感光体ドラム１１から分離され、中間搬送部２０により搬送され、引き続き、電磁誘導加熱方式の定着装置３０により加熱定着され、排紙皿へ排紙される。一方、感光体ドラム１１の表面は、分離手段１７の下流においてクリーニング手段１８により表面に残留している現像剤が除去され、次の画像形成に備えるようになっている。
【００１６】
次に、定着装置について詳しく説明する。図２は図１の画像形成装置における定着装置の構成を示す断面図である。図２に示すように、誘導加熱方式の定着装置３０は、加熱部材３１、加圧ローラ３２、誘導コイル３３、および支持部材３６ａ、３６ｂ等で構成されている。
【００１７】
加熱部材３１は、少なくとも誘導コイル３３の作用により発熱する発熱部と未定着トナー像を圧接して定着する圧接部とを有し、未定着トナー像を圧接定着させる円筒形状の回転部材である。また、加熱部材３１は強磁性、高導電性を有し、磁束を透過し、熱伝導性の良い中空形状をしている。加熱部材３１は渦電流損によるジュール熱で昇温する。また、加熱部材３１は、強磁性体の鉄、ニッケル等の金属あるいはそれらの合金からなり、その内径は１０〜５０ｍｍで、肉厚は０．１〜２ｍｍとなっている。さらに、加熱部材３１は耐熱性樹脂等の被覆層を設けても良く、被覆層の厚みは通常０．０２〜１．０ｍｍである。
【００１８】
加圧ローラ３２は、加熱部材３１に対し圧接しニップ部Ｎを形成する。芯金の表面にゴムからなる弾性層が形成されてなるのが普通である。弾性層のゴムは特に限定されるものでは無く、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどを使用することができるが、より好ましくは耐熱性のシリコーンゴムである。また、弾性層の厚みは２ｍｍ〜１０ｍｍである。ゴムのＪＩＳ−Ａ硬度は、５〜２５、好ましくは１０〜２０とされる。ＪＩＳ−Ａ硬度が５未満のときは、ゴムが軟らかすぎて耐久性上問題であり、一方、ＪＩＳ−Ａ硬度が２５を超えるとゴムが硬すぎて均一に圧力を加えることが困難になってくる。
【００１９】
弾性層の表面にはフッ素樹脂等の被覆層を設けることが多い。この被覆層の厚さは通常１０μｍから５０μｍである。なお、芯金はアルミニウム、鉄などの金属またはそれらの合金が使用される。
【００２０】
誘導コイル３３は、コイル線材３３ａの外周に固定部材としてワニス３３ｂが塗布されており、加熱部材３１に供給する磁束を発生させる。コイル線材３３ａの外周にワニスを塗布することにより、誘導コイル３３はコイルボビンなしで、一定の形状を保てるようになる。
【００２１】
ワニスは、顔料を含まない塗膜を形成する塗料の総称で、ワニス３３ｂは乾燥被膜が強固で形状維持に優れ、耐熱性に優れ、電気的特性（比誘電率、誘電正接）に優れたものが好ましく、例えば、シリコン、ポリイミド等が好ましく用いられ、具体的には、ＧＥ東芝シリコン株式会社製のコイル含浸用シリコンワニス等がある。ワニスのうち誘導コイル用含浸ワニスが好ましい。またワニスは成形加工された誘導コイルにワニスを含浸させ加熱硬化して塗膜を形成する。なお、本発明ではワニスは誘導コイル３３の形状を維持するためにも用いている。
【００２２】
さらに、誘導コイル３３はリッツ線が好ましく、リッツ線は細い線をいくつか束ねて１つの銅線としたものである。誘導コイルに流す電流は、通常２０ｋＨｚ以上の高周波電流であるため、表皮効果によって導体の表面に電流が集中する傾向があり、電流が表面に集中すると、導体の実効断面積を減少させ、実質的に導体の抵抗成分が増加するので、表皮効果を防ぐために細い電線を束ねて導体の表面積を増やすことで、コイルの抵抗成分の増加を抑制している。
【００２３】
ここで、巻かれたコイル線（誘導コイルともいう）にワニスを固着する製造方法の一例について説明する。最初に、誘導コイルを洗浄して予備乾燥し、誘導コイルをワニス中に浸せきし、泡立ちがなくなるまで含浸させ、その後に溶剤を蒸発させ、指定温度と指定時間で一次乾燥させる。再び、誘導コイルをワニス中に浸せきさせ、溶剤を蒸発させてから本乾燥させることで製造する。
【００２４】
次に、誘導コイルの他の製造方法を図４により説明する。図４は誘導コイルの製造方法の一例を示す説明図である。図４（ａ）は第１次含浸を示す説明図、図４（ｂ）は第２次含浸を示す説明図である。巻かれたコイル線材３３ａの内部に、直線性を出すために、位置決め棒４５を入れて、誘導コイルを洗浄して予備乾燥し、誘導コイルをワニス中に浸せきし、泡立ちがなくなるまで含浸させ、溶剤を蒸発させる。さらに、指定温度、指定時間で一次乾燥させる。その後、位置決め棒４５を抜き取り後に、再び、誘導コイルをワニス中に浸せきさせ、溶剤を蒸発させてから本乾燥させる。この製造方法によると、誘導コイルの長手方向の直線性がより良好となる。
【００２５】
なお、実施の形態では、誘導コイル３３は一定ピッチの密巻きとしたが、一般に加熱部材の長手方向の両端部は中央部に比べ温度が低くなる傾向にあるので、加熱部材の長手方向の表面温度が所定の温度分布になるように、誘導コイル３３におけるコイル線材の単位長さ当たりの螺旋状巻き密度を変化させてもよい。
【００２６】
誘導コイル３３の両端は支持部材３６ａ、３６ｂで直接支持している。この構成にすると構造が簡略化できコスト安にすることができる。支持部材３６ａ、３６ｂの材質としては、耐熱性の合成樹脂、ガラス材またはセラミックが好ましい。耐熱性の合成樹脂としては、例えばポリマーのＰＦ（フェノール−ホルムアルデヒド樹脂）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＩ（ポリアミド／イミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）が挙げられる。
【００２７】
加熱部材３１と加圧ローラ３２との当接荷重（総荷重）としては、通常４０〜６００Ｎとされ、この当接荷重は、加熱部材の強度を考慮して規定され、例えば０．３ｍｍの鉄よりなる芯金を有する加熱部材３１にあっては、２５０Ｎ以下とすることが好ましい。
【００２８】
高周波発生回路４７は、誘導コイル３３に周波数２０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波交流電流をながす回路である。
【００２９】
耐オフセット性および定着性の観点から、ニップ幅としては３ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、当該ニップの面圧は０．６〜３．０×１０５Ｐａであることが好ましい。定着装置の定着温度（加熱部材３１の表面温度）は１３０〜２４０℃とされ、定着線速は８０〜６４０ｍｍ／ｓｅｃとされる。
【００３０】
加熱部材３１自体を強磁性材料で造り、加熱部材３１の中空形状の内周面に対向するように配設された誘導コイル３３に交流電流を流すことにより発せられる磁束の変化により、加熱部材３１内部に発生する渦電流によるジュール熱により加熱部材３１が加熱される。発熱した加熱部材を直接未定着トナー像に圧接して熱定着を行う。
【００３１】
ここで、本発明の他の定着装置について説明する。図３は図１の画像形成装置における他の定着装置の構成を示す断面図である。この定着装置は、図２に示す定着装置に類似しており、機構的に同じ部分は同一符号を付け説明を一部省略し、異なる部分を中心に説明する。図３において、誘導コイル３３の両端部にフランジ部材３４ａ、３４ｂを取付け、さらに、フランジ部材３４ａ、３４ｂはそれぞれ支持部材３６ｃ、３６ｄに固定するようにしたものである。
【００３２】
なお、実施の形態では定着装置の１組のローラの内、１つのローラの内部に誘導コイルを設けたが、転写紙の両面のトナー像を同時に熱定着する場合などでは、１組のローラのそれぞれに誘導コイルを設けてもよい。
【００３３】
次に、画像形成装置に使用されるトナー、現像剤につき説明する。
画像形成装置に用いられるトナーは、通常熱可塑性と呼ばれるものなら良く、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂等のもので、特に限定されるものではない。着色剤としては、公知の無機又は有機着色剤を使用することができる。これらの着色剤は必要に応じて単独又は複数を選択併用することが可能である。
【００３４】
また、トナーの製造方法は公知の製造方法を適用することができる。具体的には例えば樹脂に、着色剤、荷電制御剤を加え、十分に混合したトナー原料を溶融混練し、樹脂中に着色剤および荷電制御剤を練り混んだ後、冷却し、粉砕、分級工程を経ることで着色樹脂粒子を得る。
【００３５】
さらにトナーは、上記着色樹脂粒子に流動性、帯電性の改良およびクリーニング性の向上などの目的で、外添剤を表面に添加して使用することができる。これら外添剤としては特に限定されるものでは無く、種々の無機微粒子、有機微粒子及び滑剤を使用することができる。
【００３６】
ここで、使用するトナーの粒径は、体積平均粒径で３〜１１μｍが好ましい。これらのトナーの体積平均粒径は、コールターマルチサイザー等を用いて測定することができる。コールターマルチサイザーではアパーチャー径＝１００μｍのアパーチャーを用いて２．０〜４０μｍの範囲における粒径分布を用いて測定されたものを示す。
【００３７】
これら外添剤の添加量は、トナーに対して０．１〜５質量％が好ましい。外添剤の添加方法としては、タービュラーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、Ｖ型混合機などの種々の公知の混合装置を使用することができる。
【００３８】
次に、現像剤は、一成分現像剤でも二成分現像剤として用いてもよい。一成分現像剤として用いる場合は、非磁性一成分現像剤あるいはトナー中に０．１〜０．５μｍ程度の磁性粒子を含有させ磁性一成分現像剤としたものが挙げられ、いずれも使用することができる。この磁性粒子の粒径は電子顕微鏡により測定されるものである。キャリアと混合して二成分現像剤として用いることができる。この場合は、キャリアの磁性粒子として、鉄、フェライト、マグネタイト等の金属、それらの金属とアルミニウム、鉛等の金属との合金等の従来から公知の材料を用いることができる。特にフェライト粒子が好ましい。上記磁性粒子は、その体積平均粒径としては１５〜１００μｍのものがよい。
【００３９】
ここで、本発明の画像形成装置の主な作用を説明すると、図１、２に示すように、最初に、高周波数発生回路４７により誘導コイル３３に高周波交流電流を流し、磁束を変化させ加熱部材３１に渦電流を発生させ、この渦電流損によるジュール熱で加熱部材３１を昇温させる。ここで、歯車３７が回転すると、加熱部材３１が軸受３５ａ、３５ｂで軸受されて回転する。また、加圧ローラ３２が軸受３９ａ、３９ｂで軸受され従動する。ここで、転写紙Ｐは加熱部材３１と加圧ローラ３２とから形成されるニップ部Ｎに挿入され、転写紙Ｐ上のトナー像を加熱して定着する。
【００４０】
以上のように、電磁誘導加熱方式で未定着トナー像を定着する場合に、加熱部材を熱効率よく加熱でき、消費電力も少なくてすむようになる。
【００４１】
【実施例】
本発明の定着装置、誘導コイルの実施例について比較例と共に説明するが、これに限定されるものではない。
【００４２】
図１、２に示す画像形成装置を使用した。加熱部材３１である加熱ローラは、外径４０ｍｍ、肉厚１ｍｍで材質は鉄材を使用し、また、加圧ローラ３２は外径４０ｍｍ、導電性ＰＦＡチューブ被覆、硬度６０°（アスカーＣ硬度）で、ニップ荷重は６００Ｎである。さらに、誘導コイル３３は外径３４ｍｍ、リッツ線は外径０．５ｍｍ、２０本縒り、また巻き数は８８巻きである。
【００４３】
誘導コイル３３の通電オン時の電力は８００Ｗ、スタンバイ時の加熱ローラの温度は１９０℃である。スタンバイ状態で１時間放置したときの定着装置の消費電力量を比較測定した。測定結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
2004020997.tif 000003
【００４５】
表１に示すように、本発明に係わる実施例では、比較例に比べ約５％の消費電力の削減効果があることが分かる。本発明によれば、加熱部材３１を熱効率よく加熱でき、消費電力も少なくてすむ。なお、従来のコイルボビン付きの誘導コイルでは、加熱部材で発生したジュール熱の一部がコイルボビンに吸収されて熱効率を悪くし、多くの電力が必要となる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように構成したので、下記のような効果を奏する。
【００４７】
請求項１に記載の定着装置によれば、誘導コイルはコイル線材をコイル状に巻いた円筒形状であり、隣接するコイル線材間が固着部材で固定されて形状維持を可能としたので、電磁誘導加熱方式で未定着トナー像を定着する場合に、加熱部材を熱効率よく加熱でき、消費電力も少なくてすむようになる。
【００４８】
請求項１０に記載の誘導コイルによれば、コイル線材をコイル状に巻いた円筒形状であり、隣接するコイル線材間が固着部材で固定されて形状維持を可能としたので、電磁誘導加熱方式で未定着トナー像を定着する場合に、加熱部材を熱効率よく加熱でき、消費電力も少なくてすむようになる。
【００４９】
請求項１２に記載の画像形成装置によれば、請求項１に記載の定着装置により溶融定着させるので、電磁誘導加熱方式で未定着トナー像を定着する場合に、加熱部材を熱効率よく加熱でき、消費電力も少なくてすむようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる実施形態の画像形成装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１の画像形成装置における定着装置の構成を示す断面図である。
【図３】図１の画像形成装置における他の定着装置の構成を示す断面図である。
【図４】誘導コイルの製造方法の一例を示す説明図である。
【図５】従来の定着装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
３０　定着装置
３１　加熱部材（加熱ローラ）
３２　加圧ローラ
３３　誘導コイル
３３ａ　コイル線材
３３ｂ　ワニス
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ　支持部材
【図１】
2004020997.tif 000004
【図２】
2004020997.tif 000005
【図３】
2004020997.tif 000006
【図４】
2004020997.tif 000007
【図５】
2004020997.tif 000008