(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）交番磁界中で発熱する導電層を備える加熱ローラと、
（ｂ）加熱ローラの外周面から半径方向外方に間隔をあけて設けられ、加熱ローラの外周面を部分的に覆い交番磁界を発生する誘導コイルであって、導電性を有する線状のコイル素線が巻回されてなり、加熱ローラの軸線方向に沿って延び、その最内方にそれぞれ配置されるコイル素線同士の間隔Ｗ１が１２ｍｍ以上に形成される一対の延在コイル部と、加熱ローラの軸線方向の両端部付近にそれぞれ配置され、各延在コイル部の両端部にそれぞれ連なり、加熱ローラの周方向に沿い加熱ローラの軸線に平行な一仮想平面への投影形状が直線状に延びる一対のコイル端部とを備える誘導コイルと、
（ｃ）加熱ローラの表面温度を検出する温度検出手段とを含み、
前記誘導コイルは、コイル素線が加熱ローラの半径方向に２層以上積層して巻回されて形成され、かつ１本の連続したコイル素線を巻き位置で加熱ローラの外周面に近接する側である内層から加熱ローラの半径方向外方側である外層の順に加熱ローラの半径方向外方に向って予め定められた層数積層して巻回すことを、前記巻き位置を加熱ローラの周方向にずらせて繰返すことによって形成されることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記間隔Ｗ１が２０ｍｍ以上に形成されることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記温度検出手段は、加熱ローラの外周面から半径方向外方かつ延在コイル部同志の中間に設けられることを特徴とする請求項１または２記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記請求項１〜３のいずれか１つに記載の誘導加熱装置と、
記録媒体に可視像を形成する可視像形成手段と、
記録媒体を搬送する搬送手段とを含む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、たとえば乾式電子写真機器における定着装置、湿式電子写真機器における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置およびリライタブルメディア用消去装置用等で好適に実施される誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加熱装置、たとえば乾式電子写真機器における定着装置、湿式電子写真機器における乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置用の加熱装置において、アルミニウムなどの中空芯金を有する加熱ローラ内部にハロゲンランプを設け、ハロゲンランプによって加熱ローラを加熱する構成が、従来から広く用いられている。このハロゲンランプを用いる方式では、加熱効率が悪いので、加熱開始時の立ち上がりが遅くウォームアップ時間が長くなるという問題がある。そこで、加熱ローラに導電層を設け、導電層に磁界発生手段によって交番磁界を与えて渦電流を発生させ、この渦電流によるジュール熱で加熱ローラを発熱させるという誘導加熱装置が注目されている。
【０００３】
このような誘導加熱装置の加熱ローラの加熱効率向上を目的とした先行技術が、たとえば特開２０００−１８１２５８公報に開示されている。この先行技術に開示された誘導加熱装置は、加熱ローラの半径方向外方に磁界発生手段である誘導コイルを設け、誘導コイルのさらに外方に磁界を効率よく発生させるための磁場遮断手段が設けられていることを特徴とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この先行技術には、以下の問題点がある。誘導加熱装置の発熱は、加熱ローラに備わる導電層に誘導コイルによって発生される交番磁界の磁束が鎖交し、導電層に渦電流が発生することによって起こる。すなわち導電層に渦電流が流れることによって、導電層が有する電気抵抗によってジュール発熱する。誘導加熱装置を効率よく加熱するためには、多くの磁束を加熱ローラに鎖交させなければならない。加熱ローラに鎖交させる磁束密度に対しては誘導コイルの形状が影響するけれども、前記先行技術には誘導コイルの適正な形状については開示されていない。たとえばコイル素線の巻回された誘導コイルの中心部に形成されるコイル素線の存在しない空隙部分が小さな誘導コイルを磁界発生手段として使用した場合、磁界は磁場遮断部材によって効率よく発生されるけれども、前記空隙部分で磁気が容易に飽和してしまうので、加熱ローラに磁束を効率的に鎖交させることができず加熱効率がよくないという問題がある。
【０００５】
また加熱ローラの加熱効率を向上させるために、誘導コイルの周囲に比透磁率の高いコア材を配置して磁束密度を高くする方法があるけれども、比透磁率の高い素材からなるコア材は高価なので、コア材を使用することによって誘導加熱装置の製造コストが増大する。またコア材を使用することなく加熱ローラの加熱効率を向上させるために、コイル素線の巻き密度を大きくし高密度の磁束を発生させる方法があるけれども、コイル素線の巻き密度を大きくすると誘導コイルのコイル端部が円弧状に形成され、誘導コイルのコイル端部における誘導コイルの内方と外方との磁束密度が大きく異なるので、加熱ローラの軸線方向の温度分布にむらを生じる。
【０００６】
また、加熱ローラの軸線方向に沿って延びる誘導コイルのコイル延在部同志の間隔が狭い場合、コイル素線の巻き癖の修正が難しいので、誘導コイルに巻回されたコイル素線の形状が悪いまま交番磁界を発生させることがある。誘導コイルの形状が悪いと、その形状に従って磁束密度が不所望に変化するので、加熱ローラの加熱効率が悪く温度分布にむらを生じることがある。
【０００７】
本発明の目的は、簡易な構成で加熱ローラの温度分布が均一になるように加熱昇温することができ、誘導コイルの製作が容易な誘導加熱装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（ａ）交番磁界中で発熱する導電層を備える加熱ローラと、
（ｂ）加熱ローラの外周面から半径方向外方に間隔をあけて設けられ、加熱ローラの外周面を部分的に覆い交番磁界を発生する誘導コイルであって、導電性を有する線状のコイル素線が巻回されてなり、加熱ローラの軸線方向に沿って延び、その最内方にそれぞれ配置されるコイル素線同士の間隔Ｗ１が１２ｍｍ以上に形成される一対の延在コイル部と、加熱ローラの軸線方向の両端部付近にそれぞれ配置され、各延在コイル部の両端部にそれぞれ連なり、加熱ローラの周方向に沿い加熱ローラの軸線に平行な一仮想平面への投影形状が直線状に延びる一対のコイル端部とを備える誘導コイルと、
（ｃ）加熱ローラの表面温度を検出する温度検出手段とを含み、
前記誘導コイルは、コイル素線が加熱ローラの半径方向に２層以上積層して巻回されて形成され、かつ１本の連続したコイル素線を巻き位置で加熱ローラの外周面に近接する側である内層から加熱ローラの半径方向外方側である外層の順に加熱ローラの半径方向外方に向って予め定められた層数積層して巻回すことを、前記巻き位置を加熱ローラの周方向にずらせて繰返すことによって形成されることを特徴とする誘導加熱装置である。
【０００９】
本発明に従えば、誘導コイルは、加熱ローラの軸線に平行な一仮想平面への投影形状が略長方形に形成される。このことによって、一対のコイル端部においてそれぞれ発生する磁界の磁束密度は、誘導コイルの内方と外方とにおいてほぼ均一になるので、磁束の鎖交によって渦電流が発生し発熱する加熱ローラの両端部付近における温度分布のむらが解消される。またコイル延在部が、加熱ローラの端部付近までより長く形成されるので、加熱ローラ端部の発熱量の低下が抑制され、加熱ローラの両端部付近における温度低下が防止される。また、コイル延在部の最内方に配置されるコイル素線同志の間隔Ｗ１が、１２ｍｍ以上になるように誘導コイルが形成されるので、誘導コイル中央部のコイル素線が存在しない空隙部分の面積を大きくできる。このことによって、誘導コイルによって発生される磁束の通過する前記空隙部分は、容易に磁気飽和することがないので、磁束を無駄なく効率的に加熱ローラに導き鎖交させることができる。したがって、簡易な構成で効率よく加熱ローラを加熱できる。
また誘導コイルは、コイル素線が加熱ローラの半径方向に２層以上積層して巻回されて形成されるので、コイル素線の巻数が同じでコイル素線を積層することなく単層に形成される誘導コイルと比較すると、誘導コイルの空隙部分の面積を大きくすることができる。このことによって、磁束が通過する空隙部分における磁気飽和が起こりにくいので、加熱ローラに磁束を効率的に鎖交させて加熱効率を向上することが可能になる。また誘導コイルは、１本の連続したコイル素線を巻き位置で加熱ローラの外周面に近接する側である内層から加熱ローラの半径方向外方側である外層の順に加熱ローラの半径方向外方に向って予め定められた層数積層して巻回すことを、前記巻き位置を加熱ローラの周方向にずらせて繰返すことによって形成されるので、加熱ローラが加熱されて発生する輻射熱を、加熱ローラに最も近接して巻回された最内層のコイル素線から加熱ローラに最も離反して巻回された最外層のコイル素線にまで熱伝導することができる。このことによって、最外層のコイル素線からの放熱効果を有効に利用することができるので、誘導コイルの温度上昇を抑制し、誘導コイルの昇温による熱効率の低下を防止することができる。また誘導コイル全体の温度分布を均一化し、熱膨張に基づく誘導コイルの一方向への変形である反りの発生を防止できる。
【００１０】
また本発明は、前記誘導コイルは、一対の延在コイル部の最内方にそれぞれ配置されるコイル素線同志の間隔Ｗ１が２０ｍｍ以上に形成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、コイル延在部の最内方に配置されるコイル素線同志の間隔Ｗ１が２０ｍｍ以上になるように誘導コイルが形成されるので、誘導コイル中央部のコイル素線が存在しない空隙部分の面積を大きくすることができる。このことによって、誘導コイルによって発生される磁束の通過する前記空隙部分は、容易に磁気飽和することがないので、磁束を無駄なく効率的に加熱ローラに導き鎖交させることができる。したがって、簡易な構成で効率よく加熱ローラを加熱することができる。
【００１２】
また前記空隙部分の面積が大きく形成されることによって、誘導コイルの成形時にコイル素線の巻き癖の矯正を容易に行うことができるので、捩れまたは歪みの矯正された寸法精度のよい誘導コイルを容易に製作することができる。このことによって、誘導コイルの形状不良に基づく磁束密度の不所望な変化が抑制されるので、効率よく加熱ローラを加熱し、加熱ローラの温度分布むらの発生を防止することができる。
【００１３】
また本発明は、前記温度検出手段は、加熱ローラの外周面から半径方向外方かつ延在コイル部同志の中間に設けられることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、温度検出手段は、加熱ローラの外周面から半径方向外方かつ延在コイル部同志の中間に設けられる。加熱ローラの外周面から半径方向外方かつ延在コイル部同志の中間にあたる位置は、誘導コイルによって形成される空隙部分の加熱ローラ周方向の中間に該当する。空隙部分の加熱ローラ周方向の中間に該当する位置の磁束密度は低いので、磁界ノイズの影響を受けにくい。また加熱ローラ表面の温度分布は、誘導コイルによって形成される空隙部分に対して線対称に形成される。したがって、温度検出手段を空隙部分の加熱ローラ周方向の中間に設けることによって、加熱ローラの表面温度を精度よく検出することができる。また温度検出手段は、誘導コイルによって形成される空隙部分に配置されるので、設置場所の取合いの問題を解決することが可能であるとともに、装置の小型化に寄与することができる。
【００１９】
また本発明は、前記いずれか１つの誘導加熱装置と、
記録媒体に可視像を形成する可視像形成手段と、
記録媒体を搬送する搬送手段とを含むことを特徴とする画像形成装置である。
【００２０】
本発明に従えば、画像形成装置は、前記いずれか１つの誘導加熱装置を含むので、記録媒体の搬送方向に直交する方向に加熱むらのない良好な品質の画像を形成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態である誘導加熱装置１の構成を簡略化して示す平面図であり、図２は図１に示す誘導加熱装置１の正面図であり、図３は図１に示す誘導加熱装置１の側面図であり、図４は図１に示す誘導加熱装置１の概略断面図であり、図５は図１に示す誘導加熱装置１を備える画像形成装置２の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【００２２】
誘導加熱装置１である定着装置は、交番磁界中で発熱する導電層３を備える加熱ローラ４と、加熱ローラ４に対向して設けられ加熱ローラ４との間に記録媒体５である記録紙を挟圧して搬送する加圧ローラ６と、加熱ローラ４の外周面から半径方向外方に間隔をあけて設けられ、加熱ローラ４の外周面を部分的に覆い交番磁界を発生する誘導コイル７であって、導電性を有する線状のコイル素線２１が巻回されてなり、加熱ローラ４の軸線方向に沿って延びる一対の第１および第２延在コイル部８，９と、加熱ローラ４の軸線方向の両端部付近にそれぞれ配置され、各延在コイル部８，９の両端部にそれぞれ連なり、加熱ローラ４の周方向に沿い加熱ローラ４の軸線に平行な一仮想平面２０への投影形状が直線状に延びる一対の第１および第２コイル端部１０，１１とを備える誘導コイル７と、加熱ローラ４の表面温度を検出する温度検出手段１２と、励磁回路１３とを含む。
【００２３】
定着装置１は、加熱ローラ４と加圧ローラ６との間に、トナー像を担持する記録紙５を挟圧搬送することによって、記録紙５に転写されたトナー１４を、加熱溶融させて定着させる。図４では、定着前のトナー１４が、定着後のトナー１５に変化したことを示す。
【００２４】
加熱ローラ４は、中空円筒状の形状を有し、定着装置１の機体に回転自在に支持される。加熱ローラ４の軸線方向両端部にはフランジ１８が装着され、フランジ１８には歯車などが取付けられ、加熱ローラ４は歯車を介して電動機によって回転される。また加熱ローラ４は、交番磁界中で発熱する導電層３と、導電層３の外周に被覆される離型層１６とを含む。
【００２５】
導電層３は、円筒形状を有し、たとえば鉄またはＳＵＳ４３０ステンレス鋼などの導電性を有する金属製部材である。導電層３は、誘導コイル７によって形成される交番磁界中で渦電流が誘導されて発熱する発熱体であり、その素材としては、磁性を有し導電性のある材料であればよく、特に比透磁率の高い材料が適している。導電層３の素材としては、前述の材料以外でも珪素鋼板、電磁鋼板およびニッケル鋼なども使用することができる。
【００２６】
また、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼のように非磁性であっても、体積抵抗率の大きい材料であれば、渦電流が発生するときの発熱量が大きいので、導電層３の素材として使用することができる。さらに、たとえばセラミックのような非磁性の材料が基材として用いられている場合であっても、前述のような比透磁率の高い材料が導電性を保持できるように基材に配置されていれば、導電層３として使用することができる。本実施の形態では、直径：４０ｍｍ，厚み：０．５ｍｍの鉄ローラ、材質は日本工業規格Ｇ３４４５に規定されるＳＴＫＭ鋼管材を使用した。
【００２７】
離型層１６は、加熱ローラ４と加圧ローラ６とが当接して押圧されている接触ニップ部１７において、加熱されて粘度が低下したトナーが、加熱ローラ４の外周面に付着するオフセットを防止するために、導電層３の外周面に被覆される。離型層１６には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）もしくはテトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体（ＰＦＡ）などのフッ素系の材料、シリコンゴムおよびフッ素ゴムなどが適している。本実施の形態では、離型層１６としてＰＴＦＥを厚み２０μｍに被覆した。
【００２８】
加圧ローラ６は、円柱状もしくは円筒状の形状を有し、鉄、ステンレス鋼もしくはアルミニウム製の芯金の外周面上にシリコンゴムなどの耐熱弾性層が設けられた部材である。耐熱弾性層の外周面上には、ＰＴＦＥもしくはＰＦＡなどからなるトナー付着防止のための離型層が設けられてもよい。加圧ローラ６には加圧ローラ６と軸線を共有する加圧ローラ軸１９が設けられ、加圧ローラ軸１９が図示しない軸受に装着されて回転自在に支持される。また加圧ローラ６は、ばね等の弾性部材によって加熱ローラ４に対して押圧される。このことによって、加熱ローラ４および加圧ローラ６の軸線に対して直交する方向に幅５ｍｍ程度の前記接触ニップ部１７が形成される。
【００２９】
誘導コイル７は、直径：０．４ｍｍのエナメル線を複数撚り合わせたリッツ線からなるコイル素線２１をコイル状に巻回して形成される。本実施の形態では、コイル素線２１としてリッツ線を使用したけれども、これに限定されることなく、アルミニウム線、銅線もしくは銅を基材とする複合材料の線であってもよい。前述のいずれの材料を用いる場合であっても、誘導コイル７自体の抵抗発熱によるエネルギ損失を抑制するために、誘導コイル７の全抵抗値は、０．５Ω以下であることが望ましく、さらに望ましくは０．１Ω以下である。
【００３０】
誘導コイル７は、前述のように加熱ローラ４の軸線方向に沿って延びる一対の第１および第２延在コイル部８，９と、加熱ローラ４の軸線方向の両端部付近にそれぞれ配置され、各延在コイル部８，９の両端部にそれぞれ連なり加熱ローラ４の周方向に沿って延びる第１および第２コイル端部１０，１１とを含み、加熱ローラ４の軸線に平行な一仮想平面２０への投影形状が、略長方形になるように形成される。
【００３１】
誘導コイル７は励磁回路１３に接続され、励磁回路１３から誘導コイル７に高周波電流を流すことによって交番磁界を発生する。交番磁界によって、加熱ローラ４に設けられた導電層３に渦電流が発生し、導電層３は誘導加熱される。導電層３が誘導加熱されることによって、加熱ローラ４が昇温すると、加熱ローラ４の外周面に当接する温度検出手段１２が表面温度を検出し、その検出出力に応答して励磁回路１３の動作が、励磁回路１３に備えられるたとえばＣＰＵ(Central Processing Unit）を搭載した制御回路によって制御され、加熱ローラ４の表面温度が一定に保たれる。
【００３２】
温度検出手段１２は、たとえばサーミスタなどによって実現される温度計であり、加熱ローラ４の外周面から半径方向外方かつ第１および第２延在コイル部８，９同志の中間に設けられる。加熱ローラ４の外周面から半径方向外方かつ第１および第２延在コイル部８，９同志の中間にあたる位置は、誘導コイル７を形成するコイル素線２１が巻回されていない誘導コイル７の中央部分である空隙部分２２の加熱ローラ４周方向の中間に該当する。空隙部分２２の加熱ローラ４周方向の中間に該当する位置の磁束密度は低いので磁界ノイズの影響を受けにくく、また加熱ローラ４表面の温度分布は、誘導コイル７によって形成される空隙部分２２に対して線対称に形成される。したがって、温度検出手段１２を空隙部分２２の加熱ローラ４周方向の中間に設けることによって、加熱ローラ４の表面温度を精度よく検出することが可能になる。また設置場所の取合いの問題を解決することが可能であり装置の小型化に寄与できる。
【００３３】
次に、前述のように構成された定着装置１の動作について説明する。まず、ウォームアップ時において、励磁回路１３がＯＮとなり、誘導コイル７が励磁されて加熱ローラ４の導電層３に渦電流が誘起され、ジュール熱によって発熱する。このときの発熱量は、たとえば９００Ｗである。また、励磁回路１３による通電が開始すると同時に、加熱ローラ４が回転駆動され、加熱ローラ４に押圧されている加圧ローラ６は従動回転する。加熱ローラ４の表面温度は、温度検出手段１２によって常時検出され、加熱ローラ４の表面温度が規定の設定温度たとえば１８０℃に達すると、ウォームアップが完了し、励磁回路１３による誘導コイル７への通電が、ＯＮ−ＯＦＦ制御に切換わり、加熱ローラ４の表面温度が前記規定の設定温度に維持される。
【００３４】
ウォームアップが完了した状態の定着装置１の接触ニップ部１７に、定着前トナー１４の画像が転写された記録紙５を通過させることによって、定着前トナー１４は、加熱ローラ４から熱を受け、また加熱ローラ４と加圧ローラ６との押圧による圧力を受けて、記録紙５上に溶融定着されて堅牢な画像となる。定着むらのないよい品質の画像を記録紙５上に形成するためには、記録紙５の搬送方向および搬送方向に直交する方向に記録紙５を均一に加熱する必要がある。
【００３５】
しかしながら、搬送方向に直交する方向、特に加熱ローラ４の軸線方向の両端部付近において加熱ローラ４の温度は低下しやすく、両端部において温度低下を生じた加熱ローラ４によって加熱し搬送された記録紙５上の画像に定着むらを生じることがあった。図６は誘導コイル７によって発生する磁束２３の状態を示す部分平面図であり、図７は屈曲したコイル端部６５を有する誘導コイル６１によって発生する磁束６２の状態を示す部分平面図であり、図８は加熱ローラ４の軸線方向の温度分布を示す図である。
【００３６】
誘導コイル６１は、加熱ローラ４の軸線方向に沿って延びる一対の延在コイル部６３，６４と、加熱ローラ４の軸線方向の両端部付近にそれぞれ配置され、加熱ローラ４の周方向に沿って延び、各延在コイル部６３，６４の一方および他方の端部同志に連結する一対の屈曲したコイル端部６５（図７では一方の端部側のみ図示する）とを有する。コイル端部６５は、誘導コイル６１の内方に曲率中心を有して屈曲しているので、誘導コイル６１によって発生する磁束６２の密度は、誘導コイル６１の内方において大きくなり、外方において小さくなる。加熱ローラ４の導電層３に渦電流が誘起されて発熱する発熱量は、導電層３に鎖交する磁束密度に対応するので、誘導コイル６１によって誘導加熱される加熱ローラ４は、磁束密度の小さくなる軸線方向の両端部が中央部分に比べて温度低下を生じる。
【００３７】
図６に示す本実施の形態の誘導コイル７は、前記一仮想平面２０に対する投影形状が略長方形に形成される。すなわち一仮想平面２０に対する投影形状でみると、第１および第２コイル端部１０，１１は、加熱ローラ４の周方向に直線状に延びて形成される（図６では加熱ローラ４の一端部側のみ図示）。したがって、第１および第２コイル端部１０，１１において、誘導コイル７によって発生する磁束２３の密度は、誘導コイル７の第１および第２コイル端部１０，１１の内方と外方とにおいてほとんど均一である。また第１および第２コイル延在部８，９が、加熱ローラ４の両端部付近までより長く形成されるので、加熱ローラ４の両端部における発熱量の低下が抑制され、加熱ローラ４の両端部付近における温度低下が防止される。
【００３８】
図８中に示す第１ライン２４は、本実施の形態の誘導コイル７によって誘導加熱された加熱ローラ４の軸線方向の温度分布を表し、第２ライン６６は、コイル端部６５の屈曲した誘導コイル６１によって誘導加熱された加熱ローラ４の軸線方向の温度分布を表す。第１ライン２４によって表される温度分布の方が、加熱ローラ４の軸線方向の端部により近接した位置まで軸線方向中央部と同一温度が保持され、加熱ローラ４の軸線方向端部付近における温度分布のむらが解消されている。
【００３９】
図５に戻って、定着装置１を備える本実施の形態の画像形成装置２による画像形成について説明する。画像形成装置２は、記録紙５上に可視像を形成する４組の可視像形成手段３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｂと、記録紙５を収納する記録紙トレー４１と、記録紙５を搬送する搬送手段４２とを含む。記録紙トレー４１は、矢符４３に示す記録紙５の搬送方向最上流側に配置され、記録紙５を載置して蓄えるとともに、画像を形成するときには、記録紙５を１枚ずつ分離して給送する。４組の可視像形成手段３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｂは、イエロー３１Ｙ、マゼンタ３１Ｍ、シアン３１Ｃ、ブラック３１Ｂが、矢符４３に示す記録紙５の搬送方向上流側から下流側に向ってこの順序で搬送手段４２に沿って設けられる。
【００４０】
イエローの可視像形成手段３１Ｙは、感光体３２と、帯電ローラ３３と、レーザ照射手段３４と、現像器３５と、転写ローラ３６と、クリーナ３７とを含む。感光体３２は、画像形成装置２の機体に回転自在に設けられ、表面には静電潜像が形成される。帯電ローラ３３は、感光体３２に対向配置され、感光体３２の表面を一様に帯電させる。レーザ照射手段３４は、画像情報に応じて感光体３２の表面をレーザ露光し、静電潜像を形成させる。
【００４１】
現像器３５は、感光体３２と予め定める間隔を有して対向配置され、感光体３２にトナーを供給して静電潜像を現像し、顕像化する。転写ローラ３６は、後述の無端状ベルト４４を介して感光体３２と対向配置され、トナーとは逆のバイアス電圧が印加されて、感光体３２の表面に形成されるトナー像を記録紙５上に転写する。クリーナ３７は、トナー像が感光体３２から記録紙５上に転写された後、感光体３２の表面に残留したトナーを除去し、次の現像に備えて感光体３２の表面をクリーニングする。他の可視像形成手段３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｂは、トナーの色が異なる点を除いて可視像形成手段３１Ｙと同一の構成を有する。
【００４２】
搬送手段４２は、駆動ローラ４５と、アイドリングローラ４６と、駆動ローラ４５とアイドリングローラ４６とによって架張されて回動可能な無端状ベルト４４とを含む。駆動ローラ４５は、図５の紙面に垂直方向の軸線まわりに電動機などによって回転駆動される。アイドリングローラ４６は駆動源を持たないけれども、駆動ローラ４５の回転駆動力が無端状ベルト４４により伝えられて、駆動ローラ４５と同一方向の軸線まわりに従動回転する。駆動ローラ４５とアイドリングローラ４６との間に架張された無端状ベルト４４は、駆動ローラ４５の回転駆動にともなって矢符４３に示す方向に、たとえば速度１３４ｍｍ／秒で回動し記録紙５を静電吸着させて搬送する。
【００４３】
画像形成装置２においては、次のように画像が形成される。記録紙トレー４１から１枚ずつ給送される記録紙５は、無端状ベルト４４によって矢符４３方向に搬送される。まず可視像形成手段３１Ｙでは、感光体３２が表面を帯電ローラ３３によって一様に帯電され、その後感光体３２の表面が、レーザ照射手段３４により画像情報に応じてレーザ露光されて静電潜像が形成される。現像器３５により感光体３２上の静電潜像に対してトナー像が現像され、この顕像化されたトナー像がトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された転写ローラ３６によって、無端状ベルト４４上の記録紙５に転写される。
【００４４】
記録紙５には、矢符４３に示す方向に搬送される途上において、搬送方向下流側に配置された他の各可視像形成手段３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｂによって、各色のトナーが順次多重転写される。４組の可視像形成手段３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｂによる転写が終了した後、記録紙５は、駆動ローラ４５に形成された曲率により、無端状ベルト４４から剥離され、定着装置１に搬送される。定着装置１において、トナー像を担持した記録紙５は、加熱ローラ４と加圧ローラ６との間で挟圧されて適度な温度と圧力が与えられ、トナーは溶解して記録紙５に定着され堅牢な画像となる。
【００４５】
図９は本発明の第２の実施の形態である定着装置に備わる誘導コイル４５の構成を簡略化して示す概略断面図であり、図１０は図９に示す誘導コイル４５の部分平面図である。本実施の形態の誘導コイル４５は、実施の第１形態の誘導コイル７と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。第２の実施の形態である定着装置に備わる誘導コイル４５は、コイル素線２１が加熱ローラ４の半径方向に２層に積層して巻回されて形成されることを特徴とする。
【００４６】
後述する図１１および図１２には、本実施の形態の誘導コイル４５との比較のために屈曲したコイル端部７０を有する誘導コイル７１を示す。図１１は屈曲したコイル端部７０を有する誘導コイル７１の構成を簡略化して示す概略断面図であり、図１２は図１１に示す誘導コイル７１の部分平面図である。
【００４７】
たとえば、コイル素線の巻数を１２巻として誘導コイルを形成する場合について説明する。コイル素線７４を積層することなく単層に巻回して形成される誘導コイル７１と、コイル素線２１を加熱ローラ４の半径方向に２層積層して巻回して形成される誘導コイル４５とを比較すると、誘導コイル４５の方が、誘導コイル４５によって形成される空隙部分２２の面積を大きくすることができる。すなわち、誘導コイル４５の第１および第２延在コイル部８，９の最内方にそれぞれ配置されるコイル素線２１ａ，２１ｂ同志の間隔Ｗ１と、誘導コイル７１の第１および第２延在コイル部７２，７３の最内方にそれぞれ配置されるコイル素線７４ａ，７４ｂ同志の間隔Ｗ２とを比較すると、Ｗ１＞Ｗ２である。したがって、誘導コイル４５では、磁束が通過する空隙部分２２における磁気飽和が起こりにくいので、加熱ローラ４に磁束を効率的に鎖交させて加熱効率を向上することが可能になる。
【００４８】
コイル素線７４を単層に巻回した誘導コイル７１の前記間隔Ｗ２を大きくするようにコイル素線７４を巻回して誘導コイル７１を形成することができるけれども、誘導コイル７１のコイル端部７０が大きな曲率を有するようになり、誘導コイル７１を設置するスペースの確保が困難になるという問題があるので、コイル素線を加熱ローラ４の半径方向に積層して巻回すことが好ましい。
【００４９】
また本実施の形態の誘導コイル４５では、第１および第２延在コイル部８，９の最内方にそれぞれ配置されるコイル素線２１ａ，２１ｂ同志の間隔Ｗ１が、１２ｍｍ以上、より好ましくは２０ｍｍ以上に形成される。図１３は間隔Ｗ１が大きく形成された誘導コイル４５を示す概略断面図であり、図１４は間隔Ｗ３が小さく形成された誘導コイル４７を示す概略断面図であり、図１５はコイル延在部の最内方に配置されるコイル素線同志の間隔が加熱ローラ４の昇温特性に及ぼす影響を示す図である。
【００５０】
図１３〜図１５に基づいて誘導コイルの一対の延在コイル部の最内方にそれぞれ配置されるコイル素線同志の間隔が、加熱ローラ４の昇温特性に及ぼす影響について説明する。図１３に示す誘導コイル４５では、第１および第２延在コイル部８，９の最内方にそれぞれ配置されるコイル素線２１ａ，２１ｂ同志の間隔Ｗ１は、２０ｍｍに設定される。このとき加熱ローラ４の軸心４６と第１および第２延在コイル部８，９の最内方に配置されるコイル素線２１ａ，２１ｂとをそれぞれ結ぶ直線によって形成される角度θ１は１２０度に設定される。図１４に示す誘導コイル４７では、第１および第２延在コイル部４８，４９の最内方にそれぞれ配置されるコイル素線５０ａ，５０ｂ同志の間隔Ｗ３は、８ｍｍに設定される。このとき加熱ローラ４の軸心４６と第１および第２延在コイル部４８，４９の最内方に配置されるコイル素線５０ａ，５０ｂとをそれぞれ結ぶ直線によって形成される角度θ２は３０度に設定される。
【００５１】
誘導コイル４５および誘導コイル４７に９００Ｗの電力を投入し、トナー画像を記録紙５上に定着する定着装置１の運転時における加熱ローラ４の設定温度である１８０℃に達するまでの所要時間を計測して昇温特性を評価した。図１５中に示す第３ライン５１が、前記間隔Ｗ１が２０ｍｍに設定された誘導コイル４５による加熱ローラ４の昇温特性を表し、第４ライン５２が、前記間隔Ｗ３が８ｍｍに設定された誘導コイル４７による加熱ローラ４の昇温特性を表す。前記間隔Ｗ１が２０ｍｍに設定された誘導コイル４５によって加熱された加熱ローラ４が、１８０℃に達するまでの所要時間は２０秒であり、前記間隔Ｗ３が８ｍｍに設定された誘導コイル４７によって加熱された加熱ローラ４の所要時間は２３秒であった。前記間隔Ｗ１を１２ｍｍに設定した誘導コイルを形成し、同一の条件によって加熱ローラ４を加熱し、１８０℃に達するまでの所要時間を計測した結果は２１秒であった。
【００５２】
誘導コイルに形成される一対の延在コイル部の最内方にそれぞれ配置されるコイル素線同志の間隔が大きくなるのにともなって、誘導コイルによって加熱される加熱ローラ４が設定温度に達するまでの所要時間が短くなり、昇温特性が向上する。定着装置１の実操業においては、ウォームアップ時間短縮の要請に従い、加熱ローラ４が設定温度である１８０℃に達するまでの所要時間は２０〜２１秒以内であることが好ましい。したがって、誘導コイル４５に形成される第１および第２延在コイル部８，９の最内方にそれぞれ配置されるコイル素線２１ａ，２１ｂ同志の間隔Ｗ１は、前述のように１２ｍｍ以上、より好ましくは２０ｍｍ以上に設定される。
【００５３】
このように前記間隔Ｗ１が大きくなるように誘導コイル４５を形成、すなわち空隙部分２２が大きくなるように誘導コイル４５を形成することによって、磁束の通過する空隙部分２２は容易に磁気飽和することがないので、磁束を無駄なく効率的に加熱ローラ４に導き鎖交させることができる。したがって、コイル素線２１を加熱ローラ４の半径方向に２層に積層して巻回して誘導コイル４５を形成し、誘導コイル４５の前記間隔Ｗ１および空隙部分２２を大きくするという簡易な構成で効率よく加熱ローラ４を加熱し、設定温度まで到達するのに要する時間を短くすることができる。
【００５４】
また空隙部分２２の面積が大きく形成されることによって、誘導コイル４５の成形時にコイル素線２１の巻き癖の矯正を容易に行うことができるので、捩れまたは歪みの矯正された寸法精度のよい誘導コイル４５を容易に製作することができる。このことによって、誘導コイル４５の形状不良に基づく磁束密度の不所望な変化が抑制されるので、効率よく加熱ローラ４を加熱し、加熱ローラ４の温度分布むらの発生を防止することができる。
【００５５】
次に誘導コイルを形成するに際してコイル素線を巻回して積層する順序が、加熱効率に及ぼす影響について説明する。図１６はコイル素線２１を加熱ローラ４の半径方向外方に向って積層して巻回す状態を示す概略断面図であり、図１７はコイル素線５４を加熱ローラ４の周方向に順次巻き位置をずらせながら巻回す状態を示す概略断面図である。
【００５６】
誘導コイル４５では、加熱ローラ４の外周面に近接する側である内層の巻き順ｓ１に示すコイル素線２１が巻回された後、巻き順ｓ１の加熱ローラ４の半径方向外方側である外層に積層し巻き順ｓ２に示すコイル素線２１が巻回される。次いでコイル素線２１の巻き位置を加熱ローラ４の周方向にずらせて、前述と同様に内層の巻き順ｓ３に示すコイル素線２１が巻回された後、外層に積層し巻き順ｓ４に示すコイル素線２１が巻回される。さらに巻き順ｓ４〜ｓ１２までを前述同様に内層外層の順に繰返しコイル素線２１を巻回して誘導コイル４５が形成される。
【００５７】
一方図１７に示す誘導コイル５３は、前記誘導コイル４５とは異なる順序でコイル素線５４が巻回されて形成される。誘導コイル５３では、加熱ローラ４の外周面に近接する側である内層の巻き順ｐ１に示すコイル素線５４が巻回された後、巻き位置を加熱ローラ４の周方向にずらせて巻き順ｐ２に示すコイル素線５４が巻回される。さらに加熱ローラ４の周方向に巻き位置を順次ずらして巻き順ｐ３〜ｐ６に示すコイル素線５４が巻回されて、誘導コイル５３の内層が形成される。内層が形成された後、巻き位置を加熱ローラ４の半径方向外方にずらせ、巻き順ｐ７に示す外層のコイル素線５４を巻回す。さらに外層において加熱ローラ４の周方向であって内層を形成した方向と逆の方向に巻き位置を順次ずらして巻き順ｐ８〜ｐ１２に示すコイル素線５４が巻回されて、誘導コイル５３の外層が形成される。
【００５８】
加熱ローラ４が加熱されて発生する輻射熱の伝わり方を、誘導コイル４５と誘導コイル５３とにおいて比較すると、以下のようである。誘導コイル５３では、加熱ローラ４の輻射熱を巻き順ｐ１〜ｐ６に示される内層のコイル素線が受けるけれども、巻き順ｐ１〜ｐ６に示す内層から巻き順ｐ７〜ｐ１２に示す外層への熱伝導は、１本のコイル素線５４が連なる巻き順ｐ６からｐ７においてしか起こらないので、内層のコイル素線が受けた輻射熱は、外層のコイル素線へ熱伝導されにくい。
【００５９】
誘導コイル４５では、内層のコイル素線２１が受けた加熱ローラ４の輻射熱は、内層のコイル素線２１にそれぞれ連なる外層のコイル素線２１に伝導されるので、内層から外層への熱伝導が効率よく行われる。外層のコイル素線２１に伝導された熱は、外層のコイル素線２１から大気中へ放熱されるので、外層のコイル素線２１の放熱効果を有効に利用することができる。このことによって誘導コイル４５の温度上昇が抑制され、誘導コイル４５の昇温による熱効率の低下が防止される。また誘導コイル４５全体の温度分布を均一化できるので、熱膨張に基づく誘導コイル４５の一方向への変形である反りの発生を防止できる。
【００６０】
以上に述べたように、本発明の実施の形態では、誘導コイル７は、加熱ローラ４の軸線方向に１つ設けられているけれども、これに限定されることなく、トナーを定着させる記録紙５の寸法に応じて複数個が設けられてもよい。また誘導コイル４５は、加熱ローラ４の半径方向外方にコイル素線２１を２層に積層して巻回して形成されるけれども、これに限定されることなく、２層を超える層数に積層されてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、誘導コイルは、加熱ローラの軸線に平行な一仮想平面への投影形状が略長方形に形成される。このことによって、一対のコイル端部においてそれぞれ発生する磁界の磁束密度は、誘導コイルの内方と外方とにおいてほぼ均一になるので、磁束の鎖交によって渦電流が発生し発熱する加熱ローラの両端部付近における温度分布のむらが解消される。またコイル延在部が、加熱ローラの端部付近までより長く形成されるので、加熱ローラ端部の発熱量の低下が抑制され、加熱ローラの両端部付近における温度低下が防止される。また、コイル延在部の最内方に配置されるコイル素線同志の間隔Ｗ１が、１２ｍｍ以上になるように誘導コイルが形成されるので、誘導コイル中央部のコイル素線が存在しない空隙部分の面積を大きくできる。このことによって、誘導コイルによって発生される磁束の通過する前記空隙部分は、容易に磁気飽和することがないので、磁束を無駄なく効率的に加熱ローラに導き鎖交させることができる。したがって、簡易な構成で効率よく加熱ローラを加熱できる。
また誘導コイルは、コイル素線が加熱ローラの半径方向に２層以上積層して巻回されて形成されるので、コイル素線の巻数が同じでコイル素線を積層することなく単層に形成される誘導コイルと比較すると、誘導コイルの空隙部分の面積を大きくすることができる。このことによって、磁束が通過する空隙部分における磁気飽和が起こりにくいので、加熱ローラに磁束を効率的に鎖交させて加熱効率を向上することが可能になる。また誘導コイルは、１本の連続したコイル素線を巻き位置で加熱ローラの外周面に近接する側である内層から加熱ローラの半径方向外方側である外層の順に加熱ローラの半径方向外方に向って予め定められた層数積層して巻回すことを、前記巻き位置を加熱ローラの周方向にずらせて繰返すことによって形成されるので、加熱ローラが加熱されて発生する輻射熱を、加熱ローラに最も近接して巻回された最内層のコイル素線から加熱ローラに最も離反して巻回された最外層のコイル素線にまで熱伝導することができる。このことによって、最外層のコイル素線からの放熱効果を有効に利用することができるので、誘導コイルの温度上昇を抑制し、誘導コイルの昇温による熱効率の低下を防止することができる。また誘導コイル全体の温度分布を均一化し、熱膨張に基づく誘導コイルの一方向への変形である反りの発生を防止できる。
【００６２】
また本発明によれば、コイル延在部の最内方に配置されるコイル素線同志の間隔Ｗ１が２０ｍｍ以上になるように誘導コイルが形成されるので、誘導コイル中央部のコイル素線が存在しない空隙部分の面積を大きくすることができる。このことによって、誘導コイルによって発生される磁束の通過する前記空隙部分は、容易に磁気飽和することがないので、磁束を無駄なく効率的に加熱ローラに導き鎖交させることができる。したがって、簡易な構成で効率よく加熱ローラを加熱することができる。
【００６３】
また前記空隙部分の面積が大きく形成されることによって、誘導コイルの成形時にコイル素線の巻き癖の矯正を容易に行うことができるので、捩れまたは歪みの矯正された寸法精度のよい誘導コイルを容易に製作することができる。このことによって、誘導コイルの形状不良に基づく磁束密度の不所望な変化が抑制されるので、効率よく加熱ローラを加熱し、加熱ローラの温度分布むらの発生を防止することができる。
【００６４】
また本発明によれば、温度検出手段は、加熱ローラの外周面から半径方向外方かつ延在コイル部同志の中間に設けられる。加熱ローラの外周面から半径方向外方かつ延在コイル部の中間にあたる位置は、誘導コイルによって形成される空隙部分の加熱ローラ周方向の中間に該当する。空隙部分の加熱ローラ周方向の中間に該当する位置の磁束密度は低いので、磁界ノイズの影響を受けにくい。また加熱ローラ表面の温度分布は、誘導コイルによって形成される空隙部分に対して線対称に形成される。したがって、温度検出手段を空隙部分の加熱ローラ周方向の中間に設けることによって、加熱ローラの表面温度を精度よく検出することができる。また温度検出手段は、誘導コイルによって形成される空隙部分に配置されるので、設置場所の取合いの問題を解決することが可能であるとともに、装置の小型化に寄与することができる。
【００６７】
また本発明によれば、画像形成装置は、前記いずれか１つの誘導加熱装置を含むので、記録紙の搬送方向に垂直な方向に加熱むらのない良好な品質の画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である誘導加熱装置１の構成を簡略化して示す平面図である。
【図２】図１に示す誘導加熱装置１の正面図である。
【図３】図１に示す誘導加熱装置１の側面図である。
【図４】図１に示す誘導加熱装置１の概略断面図である。
【図５】図１に示す誘導加熱装置１を備える画像形成装置２の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【図６】誘導コイル７によって発生する磁束２３の状態を示す部分平面図である。
【図７】屈曲したコイル端部６５を有する誘導コイル６１によって発生する磁束６２の状態を示す部分平面図である。
【図８】加熱ローラ４の軸線方向の温度分布を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態である定着装置に備わる誘導コイル４５の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【図１０】図９に示す誘導コイル４５の部分平面図である。
【図１１】屈曲したコイル端部７０を有する誘導コイル７１の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【図１２】図１１に示す誘導コイル７１の部分平面図である。
【図１３】間隔Ｗ１が大きく形成された誘導コイル４５を示す概略断面図である。
【図１４】間隔Ｗ３が小さく形成された誘導コイル４７を示す概略断面図である。
【図１５】一対のコイル延在部の最内方に配置されるコイル素線同志の間隔が加熱ローラ４の昇温特性に及ぼす影響を示す図である。
【図１６】コイル素線２１を加熱ローラ４の半径方向外方に向って積層して巻回す状態を示す概略断面図である。
【図１７】コイル素線５４を加熱ローラ４の周方向に順次巻き位置をずらせながら巻回す状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  誘導加熱装置
２  画像形成装置
４  加熱ローラ
６  加圧ローラ
７，４５  誘導コイル
１２  温度検出手段
３１  可視像形成手段
４２  搬送手段
【図１】
0003971142.tif 000002
【図２】
0003971142.tif 000003
【図３】
0003971142.tif 000004
【図４】
0003971142.tif 000005
【図５】
0003971142.tif 000006
【図６】
0003971142.tif 000007
【図７】
0003971142.tif 000008
【図８】
0003971142.tif 000009
【図９】
0003971142.tif 000010
【図１０】
0003971142.tif 000011
【図１１】
0003971142.tif 000012
【図１２】
0003971142.tif 000013
【図１３】
0003971142.tif 000014
【図１４】
0003971142.tif 000015
【図１５】
0003971142.tif 000016
【図１６】
0003971142.tif 000017
【図１７】
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