(57)【要約】  【課題】  加熱ローラにＩＨコイルを内蔵させたＩＨ方式の定着装置において、ＩＨコイルの温度上昇を抑えて、加熱ローラの加熱効率を低下させないようにする。  【解決手段】  加熱ローラ11を、抵抗率の高い第１円筒体111を外側に、抵抗率の低い第２円筒体112を内側にした二重円筒状とし、第２円筒体112の内部にＩＨコイル13を設ける。そして、加熱ローラ11の側端に蓋部14を嵌合し、第１円筒体111と第２円筒体112の間の空間を封止する。ここで、加熱ローラ11の表面温度の軸方向の均一化を図る観点から、第１円筒体111を整磁合金で構成するのが好ましい。またＩＨコイル13の温度上昇を一層抑える観点から、蓋部14は、加熱ローラ11の側端に装着されたときに、第２円筒体112の側面を開放するものが好ましい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱ローラと加圧部材とを圧接させ、加熱ローラと加圧部材とのニップ部に、トナー像が形成された転写紙を通すことにより、トナー像を転写紙に定着させる定着装置において、
前記加熱ローラが二重円筒状をなし、外側の第１円筒体は抵抗率の高い部材で構成され、内側の第２円筒体は抵抗率の低い部材で構成され、この第２円筒体の内部に加熱用励磁コイルが備えられ、
加熱ローラの側端に、第１円筒体と第２円筒体の間の空間を封止する蓋部が設けられ、
加熱用励磁コイルに高周波電流を流すことにより第１円筒体を加熱することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
第１円筒体が整磁合金で構成されている請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記蓋部が、加熱ローラの側端に装着されたときに、第２円筒体の側面を開放するものである請求項１又は２記載の定着装置。
【請求項４】
前記蓋部に通気孔が形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は定着装置に関し、より詳細には電磁誘導加熱（ＩＨ；Induction Heating）を用いた定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では定着装置として熱定着ローラ方式のものがこれまで広く使用されてきた。この熱定着ローラ方式の定着装置は、ハロゲンヒータを内蔵させた加熱ローラに加圧ローラを圧接させ、両ローラのニップ部分に、トナー画像が載った転写紙を通すことによって、トナー画像を転写紙上に溶融定着させるものである。
【０００３】
このような熱定着ローラ方式の定着装置は、画像形成装置全体の約７０％もの電力を消費していた。このため、近年の環境問題の意識の高まりを受けて、定着装置の省エネルギー化が市場から強く要請さている。この定着装置の省エネルギー化を図るためには、電源を入れてから定着可能温度になるまでの時間、いわゆるウォーミングアップ時間の短縮、及び待機時の低温度設定が効果的である。
【０００４】
そこで、電磁誘導加熱（ＩＨ）を用いた定着方式がこれまでから種々提案され、一部実用化されている。ＩＨ方式の定着装置は、加熱ローラの内側又は外側に配置したＩＨコイルに高周波電流を流すことによって、ＩＨコイル周辺に高周波磁界を発生させ、この磁界によって加熱ローラに渦電流を発生させ、これによるジュール熱で加熱ローラを発熱させるものである（例えば特許文献１〜３）。このＩＨ方式の定着装置は、加熱ローラそのものを直接加熱するので、従来の熱定着ローラ方式に比べて効率がよく、加熱ローラ以外の部分における温度上昇を低減できる。これにより、ウォーミングアップ時間の短縮や待機時の低温度設定を実現される。
【特許文献１】特開昭５４−３９６４５号公報
【特許文献２】特開平７−２９５４１４号公報
【特許文献３】特開平９−２５８５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加熱ローラの内部にＩＨコイルを配置すると、加熱ローラからの輻射熱でＩＨコイル自身の温度が上昇してしまい、ＩＨコイルの抵抗値やインダクタンス値等の特性が変化することがある。ＩＨコイルの特性が変化すると、加熱効率が低下し、コイル自身が溶融して絶縁破壊を引き起こし、ひいてはＩＨコイルに電力を供給する電源にも多大な影響を与えるおそれがある。このような不具合を防止するには、冷却ファン等を用いてＩＨコイルを強制的に冷却することが考えられるが、加熱する一方で冷却するのは熱効率の点で好ましくない。
【０００６】
一方、加熱ローラの外部にＩＨコイルを配置した場合は、ＩＨコイルの強制的な冷却は不要となるものの、加熱ローラの両端部からの空気の出入りや熱伝導による自然放冷があるため、ＩＨコイルを内部に配置した場合と同様に、加熱する一方で冷却するといった非効率的なこととなる。また、定着後の転写紙を加熱ローラから剥がすための剥離爪や、加熱ローラの表面を清掃するための清掃部材を、加熱ローラの周辺に配置する場所を確保することが困難となる。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＩＨコイルを加熱ローラの内部に配置した場合であっても、ＩＨコイルの温度上昇を抑えられ、しかも加熱ローラの加熱効率を低下させない定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、加熱ローラと加圧部材とを圧接させ、加熱ローラと加圧部材とのニップ部に、トナー像が形成された転写紙を通すことにより、トナー像を転写紙に定着させる定着装置において、前記加熱ローラが二重円筒状をなし、外側の第１円筒体は抵抗率の高い部材で構成され、内側の第２円筒体は抵抗率の低い部材で構成され、第２円筒体内に加熱用励磁コイルが備えられ、加熱ローラの側端に、第１円筒体と第２円筒体の間の空間を封止する蓋部が設けられ、加熱用励磁コイルに高周波電流を流すことにより第１円筒体を加熱することを特徴とする定着装置が提供される。なお、本明細書において抵抗率が高いとは５．０μΩ・ｃｍ以上を意味し、抵抗率が低いとはそれ未満を意味する。
【０００９】
ここで加熱ローラ表面温度の軸方向の均一化を図る観点から、第１円筒体を整磁合金で構成するのが好ましい。
【００１０】
またＩＨコイルの温度上昇を一層抑える観点から、蓋部として、加熱ローラの側端に装着されたときに、第２円筒体の側面を開放するものが好ましい。そしてまた第１円筒体と第２円筒体との間の空間の、空気膨張による昇圧を防止する観点から、前記蓋部には通気孔を形成するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の定着装置では、ＩＨコイルによって加熱される第１円筒体とＩＨコイルとの間に第２円筒体を配設しているので、第１円筒体からの輻射熱が第２円筒体で遮断されＩＨコイルの加熱が防止される。さらに、蓋部によって第１円筒体と第２円筒体との間に密封空間が形成されるので、第１円筒体の温度低下とＩＨコイルへの対流伝熱が防止される。
【００１２】
第１円筒体を整磁合金で構成すると、加熱ローラ表面温度の軸方向の均一化が図れる。
【００１３】
また蓋部として、第１円筒体と第２円筒体との間の空間を封止すると同時に、第２円筒体の側面を開放するものを用いると、第１円筒体の温度低下とＩＨコイルの温度上昇とを抑えられるようになる。
【００１４】
また前記蓋部に通気孔を形成すると、第１円筒体と第２円筒体との間の空間の、空気膨張による昇圧が防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の定着装置について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明に係る定着装置が適用される複写機の一実施形態を示す概説図である。図１の複写機の画像形成機構についてまず説明すると、感光体ドラム７０は帯電装置７１によってその表面が正又は負に一様に帯電される。他方、原稿載置台９０に原稿（不図示）が載置され、その画像データが読取装置９１によって読みとられる。読み取られた画像データはレーザスキャナ（露光装置）７２によって感光体ドラム７０の表面に書き込まれ、感光体ドラム７０の表面に静電潜像が形成される。具体的には反転現像方式の場合には画像に相当する部分の帯電が除去され、正規現像方式の場合は背景に相当する部分の帯電が除去されて、それぞれ静電潜像が形成される。次に現像装置７３によって感光体ドラム７０上の静電潜像をトナーで可視像化する。このときトナーの帯電極性は、反転現像方式の場合には感光体ドラム７０の帯電極性と同極性であり、正規現像の場合は感光体ドラム７０の帯電極性と逆極性である。
【００１７】
一方、給紙カセット８１に収納されている用紙Ｐは、ピックアップローラ８２により引き出され、給紙ローラ８３とさばきローラ８４とで挟持されて搬送路へ送られる。そしてレジストローラ対８０によって、感光体ドラム７０上のトナー画像が転写部に到達するのにタイミングを合わせて、用紙Ｐは転写部へ送り出される。転写部では、感光体ドラム７０と転写ローラ７４との間で用紙Ｐが挟持されている状態で、トナー帯電極性と逆極性の電荷が転写ローラ７４に印加されることにより、感光体ドラム７０上のトナー像が用紙Ｐ上に移動する。一方、用紙Ｐ上に移動せず感光体ドラム７０上に残留したトナーはクリーニング装置７５によって除去回収される。そして、トナー像を載置した用紙Ｐは定着装置１へ搬送される。ここでトナー像は定着装置１によって加熱・加圧されて用紙Ｐに定着する。そして用紙Ｐは排出ローラ対８６に送られ、トレイ８７へ排出される。
【００１８】
図２に示すように定着装置１は、抵抗率の高い第１円筒体１１１と抵抗率の低い第２円筒体１１２とが同軸状に二重になった加熱ローラ１１と、最外層にゴムなどの弾性層が形成された加圧ローラ（加圧部材）１２とが圧接してなる。そして第２円筒体１１２の内部にはＩＨコイル１３が軸方向に配置されている。第１円筒体１１１と第２円筒体１１２との間の空間は、後述するように加熱ローラ１１の側端に取り付けられる蓋部１４（図３に図示）によって封止される。この封止された空間により、保温作用が奏され第１円筒体１１１の温度低下が抑えられると同時に、ＩＨコイル１３への輻射熱や対流伝熱が前記空間で防止され、ＩＨコイル１３の温度上昇が抑えられる。
【００１９】
ＩＨコイル１３は、板状のフェライトコア１３１の両面に略コ字状のボビン１３２ａ，１３２ｂが取り付けられ、ボビン１３２ａ，１３２ｂの凹部にコイル１３３が巻回されてなる。コイル１３３は１本の銅線からなり、フェライトコア１３１の軸方向の両側面を回り込むように巻回されている。図の実施形態ではコイル１３３は、ボビン１３２ａ，１３２ｂの凹部に二重に巻回されているが、実際にはさらに多重に巻回される。これにより、発生する磁界を強くすることができる。センサＳによって第１円筒体１１１の表面温度が測定され、第１円筒体１１１の表面温度が所定温度となるように、コイル１３３に高周波インバータ電源１５から高周波電流が流される。
【００２０】
このような構成の定着装置１では、ＩＨコイル１３に高周波電流が流れることによって、ＩＨコイル１３の周辺に高周波磁界が発生する。この磁界によって第１円筒体１１１及び第２円筒体１１２に渦電流が流れるが、抵抗率の高い第１円筒体１１１ではジュール熱が発生する一方、抵抗率の低い第２円筒体１１２ではジュール熱は発生しない。つまりＩＨコイル１３によって第１円筒体１１１のみが加熱されることになる。
【００２１】
第１円筒体１１１で発生した熱の一部は、搬送されてきた用紙上のトナーの溶融定着に用いられる。また、発生した熱の他の一部は、第１円筒体１１１から内方へ放出され、第１円筒体１１１と第２円筒体１１２との間の空間に蓄積される。図３に示すように、中央部に円形開口部１４１が形成された円盤状の蓋１４が加熱ローラ１１の両側端に嵌合され、前記空間が封止されるので空間による保温性が向上し、第１円筒体１１１の温度低下が抑えられる。また図３から理解されるように、蓋１４の中央に形成された円形開口部１４１によって、第２円筒体１１２の両側端は開放されるので、ＩＨコイル１３の温度上昇が効果的に抑制されるようになる。
【００２２】
なお、第１円筒体１１１と第２円筒体１１２と蓋１４とで形成された密閉空間の温度が上昇すると、空間内の空気が膨張し、蓋１４が外れるおそれがあるので、蓋１４には通気孔１４２を設けておくことが推奨される。
【００２３】
Ａ４サイズ用紙を８０枚を定着したときの電力量を測定したところ、ＩＨコイルを内蔵した従来の加熱ローラでは８５０Ｗ程度であったのに対し、本発明で使用する加熱ローラでは８００Ｗ程度に抑えられた。また、加熱ローラの表面温度が１８０℃から１００℃に下がるのに従来の加熱ローラでは４分であったが、本発明で使用する加熱ローラでは５分程度にまで延びた。
【００２４】
本発明で使用する第１円筒体１１１としては、抵抗率の高いものであれば特に限定はないが、強磁性体である鉄、ニッケルなどが誘電加熱効率の点から好適である。また例えばＳＵＳ４３０などのステンレス鋼も使用できる。さらには、弱磁性体や非磁性体を用いても構わない。好適な抵抗率は５．０μΩ・ｃｍ以上で、より好ましくは６．０μΩ・ｃｍ以上である。第１円筒体１１１が磁性体からなる場合には、高周波磁界によるヒステリシス損失が発生し、これも加熱に寄与するので、第１円筒体１１１の材料としては磁性を有するものが望ましい。このようなＩＨ方式の加熱によれば、ハロゲンヒータを用いた従来の定着装置に比べて、ウォーミングアップ時間が格段に短くなる。
【００２５】
そしてまた、第１円筒体１１１の材料として、温度が高くなると磁性を失う特性を有する整磁合金であって、キュリー温度（磁性がなくなる温度）が定着温度近傍のものを用いることが推奨される。第１円筒体体１１１の材料として整磁合金を用いた場合、第１円筒体１１１の温度が定着温度（キューリ温度）を超えると、磁性がなくなり加熱されなくなるので、第１円筒体１１１の表面温度が異常に高くなることが確実に防止される。このことは、軸方向幅の狭い用紙を連続して定着処理するときに、用紙が通過する第１円筒体１１１の中央部分の表面温度が下がり、これを防ごうと第１円筒体１１１をさらに加熱するために、用紙が通過しない第１円筒体１１１の両側部の表面温度が異常に上昇するという不具合を、第１円筒体１１１の材質面から解決できるようになる。整磁合金としては例えばＦｅ−Ｎｉ合金が挙げられ、Ｎｉ含有量によってキューリ温度が調整される。
【００２６】
本発明で使用する第２円筒体１１２としては、抵抗率の低いものあれば特に限定はなく、例えばアルミニウムや銅、ステンレス鋼などが挙げられる。好ましい抵抗率としては３．０μΩ・ｃｍ以下であり、より好ましくは２．７μΩ・ｃｍ以下である。
【００２７】
本発明で使用する加圧部材１２は、前記実施形態で示したローラ形状に限定されるものではなく、従来公知のものを使用できる。例えば図４に示すような、２つのローラ１７ａ，１７ｂ間に掛架させたベルトＢを加熱ローラ１１に圧接させるベルト加圧（同図（ａ））、あるいは加熱ローラ１１に、無張力状態のベルトＢを介してパッド部材１８を圧接させるパッド加圧（同図（ｂ））などが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る定着装置を用いた画像形成装置の概説図である。
【図２】本発明に係る定着装置の一実施形態を示す概説図である。
【図３】加熱ローラの分解斜視図である。
【図４】本発明に係る定着装置の他の実施形態を示す概説図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    定着装置
Ｓ    センサ
Ｂ    ベルト
１１    加熱ローラ
１２    加圧ローラ
１３    ＩＨコイル（加熱用励磁コイル）
１４    蓋部
１５    高周波インバータ電源
１１１    第１円筒体
１１２    第２円筒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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