(57)【要約】【課題】加熱効率を維持したままコアの小型化を図り、定着装置の小型化を実現する。【解決手段】導電性を有する発熱部材と、前記発熱部材の周面に対向して配置され、電磁誘導によって前記発熱部材を発熱させる励磁コイルと、前記励磁コイルに対して前記発熱部材とは反対側に配置される磁性材料からなるコアとを有する定着装置であって、前記コアの表面であって、前記コアの内部を通る磁束が略直角に曲がる部分の内側の表面が、略直角を成す２つの面に対して前記内側にコアを肉付けして形成される面であることを特徴とする定着装置。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する発熱部材と、
前記発熱部材の周面に対向して配置され、電磁誘導によって前記発熱部材を発熱させる励磁コイルと、
前記励磁コイルに対して前記発熱部材とは反対側に配置される磁性材料からなるコアとを有する定着装置であって、
前記コアの表面であって、前記コアの内部を通る磁束が略直角に曲がる部分の内側の表面が、略直角を成す２つの面に対して前記内側にコアを肉付けして形成される面であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記肉付けして形成される面が曲面であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
各々内部を通る磁束が略直角に曲がる部分を有する前記コアが、前記発熱部材の軸方向に複数配置され、前記各コアの軸方向の位置により、前記内側に肉付けするコアの量を異ならせることを特徴とする請求項１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、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の静電記録式の画像形成装置に使用される定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プリンタ、複写機等のＯＡ機器に対し、省エネルギー化および高速化の市場要求が強くなってきている。これらの要求性能を達成するためには、プリンタや複写機等に用いられる定着装置の熱効率の改善が必須である。
【０００３】
そのための定着装置として、定着ベルトの保有する熱によりトナーを溶融して転写材上に固着させるベルト方式が多く採用されている。ベルト方式による定着装置は、発熱手段により熱容量が小さい定着ベルトを加熱する構成であるため、待機状態から定着可能状態に移行するのに要する時間（ウォームアップタイム）を短くできるという特徴を持つ。
【０００４】
一方、さらなる省エネルギー化やウォームアップタイムの短縮化を図るために、発熱手段として電磁誘導加熱を利用した定着装置も提案されている。以下に電磁誘導加熱方式による定着装置の構成について説明する。
【０００５】
図６は、従来における電磁誘導加熱方式による定着装置を示す模式図である。図６において、１０１は定着ローラであり、機械的強度が高い磁性金属よりなる円筒部材の表面に、耐熱性の高い弾性層、およびトナー離型層が被覆されている。１０２は加圧ローラであり、ステンレス等の金属製の中空円筒部材表面に、耐熱性およびトナー離型性の高い弾性層が被覆され、定着ローラ１０１に圧接し定着ローラ１０１に対して順方向に回転する。１０３は励磁コイルであり、定着ローラ１０１の回転軸方向に延伸し両端部において定着ローラ１０１の周方向に沿って周回して形成される（両端部図示せず）。１０４は磁性材料よりなるコアであり、励磁コイル１０３の背面側に励磁コイル１０３と所定の間隔を保って配される。
【０００６】
このような定着装置において、励磁コイル１０３に所定の周波数の交流電流を印加することにより交流磁界が発生する。この交流磁界により、定着ローラ１０１の円筒部材表面に渦電流が誘導され、その時発生するジュール熱によって定着ローラ１０１が所定の温度まで加熱される。定着ローラ１０１が所定の温度に達すると、トナー像の転写された転写材が定着ローラ１０１と加圧ローラ１０２との接触部に送り込まれ、熱と圧力により定着される。なお、定着装置内にオイル塗布手段や温度制御手段が設定される場合もある。
【０００７】
以上の構成を有する従来の定着装置では、転写材に接触する定着ローラ１０１の外周面に近い部分を直接加熱するので、ウォームアップタイムを短くすることができる。
【０００８】
また、特開２００１−１８８４３０号公報には、コアの形状として図７に示すものが開示されている。図７は、定着ローラ１０１の軸方向に垂直な面での断面図である。図７において、コア４は励磁コイル１０３を介さずに定着ローラ１０１と面している部分Ｆ、Ｎが、定着ローラに近接した形状となっている。これにより、より大きな電力を定着ローラ１０１に投入することができると記載されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１８８４３０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した電磁誘導方式の定着装置では、以下のような問題がある。即ち、発熱量を大きくするために励磁コイルに投入する電力を大きくすると、それに伴い発生する磁束密度が大きくなる。そして、これらの磁束を十分に定着ローラの円筒部材に導くためには、コアの体積を十分に大きくする必要がある。しかし、コアを大型化した場合、コアに用いる磁性部材は一般に高額であるため、定着装置のコストが高くなるという問題点ある。一方、発生する磁束密度に比べてコアの体積が小さい場合には、単に投入電力に見合った発熱量が得られないだけでなく、外部への電磁波の不要輻射の問題が発生する。
【００１１】
本発明は上記した問題点に鑑み、より小さい体積のコアを用いて、高効率でウォームアップタイムの短い定着装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の定着装置は、導電性を有する発熱部材と、前記発熱部材の周面に対向して配置され、電磁誘導によって前記発熱部材を発熱させる励磁コイルと、前記励磁コイルに対して前記発熱部材とは反対側に配置される磁性材料からなるコアとを有する定着装置であって、前記コアの表面であって、前記コアの内部を通る磁束が略直角に曲がる部分の内側の表面が、略直角を成す２つの面に対して前記内側にコアを肉付けして形成される面であることを特徴とする定着装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、導電性を有する発熱部材と、前記発熱部材の周面に対向して配置され、電磁誘導によって前記発熱部材を発熱させる励磁コイルと、前記励磁コイルに対して前記発熱部材とは反対側に配置される磁性材料からなるコアとを有する定着装置であって、前記コアの表面であって、前記コアの内部を通る磁束が略直角に曲がる部分の内側の表面が、略直角を成す２つの面に対して前記内側にコアを肉付けして形成される面であることを特徴とする定着装置である。
【００１４】
上記構成により、コア内を通過する磁束は、内側に肉付けされたコアの部分を通過することが可能となり、磁束の流れがコアの形状に沿って滑らかに形成される。このため、略直角に磁束が曲げられる部分においてコアの有効磁路の断面積が顕著に大きくなり、発熱効率を維持したままコアの小型化が図れ、定着装置の小型化を実現できる。
【００１５】
また、本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記肉付けして形成される面が曲面であることを特徴とする定着装置である。これにより、さらに小さい体積のコアで発熱効率を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、各々内部を通る磁束が略直角に曲がる部分を有する前記コアが、前記発熱部材の軸方向に複数配置され、前記各コアの軸方向の位置により、前記内側に肉付けするコアの量を異ならせることを特徴とする請求項１記載の定着装置である。これにより、加熱部材の軸方向において部分的に発熱量を調整することが可能となる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を記しており、重複した説明は省略する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態である画像形成装置の定着装置を示す説明図である。図１に示すように、本実施の形態の定着装置は、相互に平行に配置された発熱部材である定着ローラ１と加圧ローラ２とを有する。定着ローラ１の外周面には、電磁誘導加熱手段としての励磁コイル３とコア４とが、定着ローラ１と加圧ローラ２によって形成されるニップ部を転写材１０が通過するための空間を避けて配置されている。
【００１９】
定着ローラ１は、耐熱性および断熱性を有する発泡シリコーン等からなる弾性層の表面に、鉄、ニッケル等の導電性を有する発熱層が被覆され、さらに発熱層の表面には、シリコーンゴム等の耐熱性およびトナー離型性を有する離型層が被覆されている。定着ローラ１の外径はφ１５〜３０ｍｍ程度である。また、電磁誘導によって発熱する発熱層の厚みは０．０３〜１ｍｍ程度である。また、離型層の厚みは０．５〜２ｍｍ程度である。定着ローラ１の外周面近傍には、サーミスタなどの熱応答性の高い感温素子からなる温度検出手段（図示せず）が設置されており、定着ローラ１の外周面温度が検知される。そして、温度検出手段から出力される信号に基づいて加熱手段への投入電力が制御される。
【００２０】
加圧ローラ２は、金属部材の外周面に、耐熱性およびトナー離型性を有し、定着ローラ１の弾性層よりも硬い弾性層が被覆されており、定着ローラ１と順方向に回転する構成になっている。加圧ローラ２の外径はφ１５〜３０ｍｍ程度であり、弾性層の厚みは０．０５〜８ｍｍ程度である。
【００２１】
励磁コイル３は、定着ローラ１の軸方向へ延伸し、両端部において定着ローラ１の周方向に沿って周回して形成されている（両端部図示せず）。そして、励磁コイル３は、高周波の交流電流を発生させる励磁回路（図示せず）に接続されている。
【００２２】
コア４は、フェライト等の高い透磁率を有する磁性材料からなり、定着ローラ１の周方向に沿った形状で軸方向に所定の間隔で配置された部分と、これらのコアを励磁コイルの巻回中央部において定着ローラの母線方向に結ぶ部分とからなる。
【００２３】
次に上記定着装置の動作を説明する。印字出力信号が出されると、励磁回路（図示せず）から励磁コイル３に電流が出力される。そして、励磁コイル３に流れる電流により磁束が発生し、定着ローラ１の発熱層に誘導電流が誘導され、そのジュール熱によって発熱する。定着ローラ１が所定の温度に達すると、トナー像の転写された転写材１０が、定着ローラ１と加圧ローラ２の接触部に搬送される。そして、接触部を通過する際に定着ローラ１の保有する熱により融解温度まで加熱される。このようにして、定着ローラ１と加圧ローラ２とが協働してトナー像を転写材に定着させる。
【００２４】
図２は、定着ローラ１の軸方向の各位置における、定着装置の軸方向に垂直な面での断面形状を示したものである。図２（Ａ）は定着ローラ１の軸方向の中心部分、図２（Ｂ）は定着ローラ１の軸方向の中心と端部の間、図２（Ｃ）は定着ローラ１の軸方向の端部での形状である。コア内部の磁束は、コア４の形状に沿って矢印Ｐのように形成され、コア４の折曲部Ｓにおいて略直角に曲げられる。
【００２５】
図２（Ａ）のコア４の折曲部Ｓの内側面は、略直角を成す２つの面により構成されている。これに対して図２（Ｂ）及び（Ｃ）における折曲部Ｓの内側は、励磁コイル３側にコアを肉付けして構成した。なお、ここでは肉付けして形成された面は円弧面とした。また、円弧面の曲率半径は、定着ローラ１の軸方向の中心位置からの距離が大きいほど大きく形成した。
【００２６】
図３は、上記折曲部Ｓの内側に形成した円弧面の曲率半径と発熱効率との相対関係を示す。ここで発熱効率とは、発熱量を投入電力で割った値である。なお、図３のグラフの縦軸は、曲率半径が１ｍｍの時の発熱量を１とした時の相対値で表している。図３に示すように、曲率半径が大きくなるほど発熱効率が大きくなる。飽和磁束密度は、単位断面積当たりに流れ得る最大磁束量であり、この値は磁性材料により決まる。そして、磁束の流れに垂直な断面積が広いほど、磁束が飽和し難く発熱効率も良くなる。したがって、折曲部Ｓにおいて内側にコアを肉付けすることにより、磁束が肉付けにより形成された部分にも流れることができるようになり、折曲部Ｓにおける磁束の流れ得る断面積が大きくなり発熱効率が向上するものと考えられる。
【００２７】
図４は、ウォームアップ完了時における定着ローラ１の最外周面の温度分布を示すグラフである。実線は、本実施の形態の定着装置によるものである。また、破線は、本実施の形態の定着装置において、軸方向に複数配置した各コアの折曲部Ｓの内側の肉付けを行わずに同じ形状とした場合のものである。後者の場合には、両端部にいくに従い温度が低くなる傾向が見られた。これは、定着ローラ端部からの熱の逃げにより、定着ローラ１の軸方向の発熱量は均一であるにも関わらず、このような不均一な温度分布になったと考えられる。
【００２８】
一方、本実施の形態の定着装置では、端部での熱の逃げを考慮して、端部におけるコアの折曲部Ｓの内側の肉付けを大きくし、端部における発熱量を大きくしたため、軸方向に均一な温度分布となった。このように軸方向に複数配置した各コアにおいて折曲部Ｓの内側の肉付けの大きさを変えることにより、軸方向の各位置における発熱量を調節してより均一な温度分布を得ることが可能となる。
【００２９】
また、磁性部材の飽和磁束密度は温度によって変化し、一般的には高温になるほど小さくなる。したがって、連続印字による定着器内の温度上昇を考慮して、コア４は余裕をもって大きいものにする必要がある。しかし、本発明のように、折曲部Ｓの内側にコアを肉付けすることにより、コア４の外形を大きくすることなく、連続印字による磁束の飽和に対して裕度を持たすことが可能となる。
【００３０】
なお、本実施の形態ではコア４の折曲部Ｓの内側にコアを肉付けして形成した面を円弧面としたが、複数の平面により形成してもよく、また曲面であってもよい。但し、磁束の流れに沿った滑らかな曲面の方が発熱効率をより向上できる。
【００３１】
また、折曲部Ｓの内側面を上記形状にする方法としては、一体成形により作成してもよく、また折曲部Ｓの内側に上記形状のコア片を付加して形成しても良い。
【００３２】
また、本実施の形態では、図１の形状のコアについて説明したが、他の形状のコアであっても同様の効果が得られる。図５に別の実施形態の定着装置を示す。
【００３３】
図５は、軸方向と垂直な面における断面を示す概略図である。図５において、５は導電性を有する定着フィルム、６は定着フィルムの回転移動をガイドするフィルムガイド、３は励磁コイル、４はコアである。定着フィルム６は加圧ローラ２の回転により従動回転する。図５のようなコア形状であっても、コア内部の磁束の経路が略直角に曲がっている折曲部Ｓにおいて、その内側にコアを肉付けすることにより、磁束経路の断面積が大きくなり発熱効率が向上する。
【００３４】
また、先の実施の形態では、励磁コイル３およびコア４を定着ローラ１の外側に配置していたが、図５のように定着ローラ１の内側に配置しても、当然同様の効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、より小さいコアを用いて発熱効率を向上することが可能となる。これにより、定着装置のコストダウン及び小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の定着装置の概略図
【図２】（Ａ）定着ローラの中央部に配するコアの断面形状を示す図
（Ｂ）定着ローラの中央部と端部との間に配するコアの断面形状を示す図
（Ｃ）定着ローラの端部に配するコアの断面形状を示す図
【図３】コアの肉付け部の曲率半径と発熱効率との関係を示すグラフ
【図４】ウォームアップ完了時の定着ローラの表面温度分布を示す図
【図５】本発明の別の実施形態の定着装置の概略図
【図６】従来の定着装置の概略図
【図７】従来の定着装置の概略図
【符号の説明】
１，１０１  定着ローラ
２，１０２  加圧ローラ
３，１０３  励磁コイル
４，１０４  コア
５  定着フィルム
６  フィルムガイド
１０  転写材
Ｓ  折曲部
【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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