(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱コイルを用いて加熱ローラを加熱する誘導加熱型の定着装置において、
前記誘導加熱コイルは複数に分割されて前記加熱ローラ内に設けられた中空のボビンの外周面に螺旋状に巻装されており、
該ボビンは絶縁材料から作られて前記加熱ローラの軸線方向に延在するように配置され、かつ、外周面の各誘導加熱コイル間となる位置に外側に突出した絶縁部材が一体に形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
誘導加熱コイルを用いて加熱ローラを加熱する誘導加熱型の定着装置において、
前記誘導加熱コイルは複数に分割されて前記加熱ローラ内に設けられた中空のボビンの内周面に螺旋状に巻装されており、
該ボビンは絶縁材料から作られて前記加熱ローラの軸線方向に延在するように配置され、かつ、内周面の各誘導加熱コイル間となる位置に内側に突出した絶縁部材が一体に形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の定着装置において、前記絶縁部材の前記ボビン周面から突出する高さが前記誘導加熱コイルの高さより高いことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の定着装置において、前記分割された誘導加熱コイルは少なくとも互いに隣り合う位置に配された誘導加熱コイルのリード線に電気的絶縁が施されていることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れかに記載の定着装置を用いて未定着トナー像を記録材に定着す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、誘導加熱型の定着装置および画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可視像形成のためにトナーを用いる画像形成装置においては、トナー画像を転写紙等の、記録材に定着するために定着装置が備えられている。かかる定着装置として、加熱される加熱ローラと、該加熱ローラ圧接された加圧ローラと有し、これらローラによって記録材を挟持搬送した際、未定着トナー像を記録材に加熱溶着するようにした装置はよく知られている。従来、このような定着装置は、加熱ローラを加熱する手段として、ローラ内部にハロゲンランプ、ハロゲンヒータ等を備えて、このランプ等によって加熱ローラを加熱し、当該ローラを定着に必要な温度にまで上昇させるものであった。
【０００３】
ところで、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置は、加熱ローラの表面温度を一旦所定温度にまで加熱した後、使用の際にできるだけ待たずに利用できるように、定着時温度の５０〜９０％程度の温度（例えば定着時温度１８０℃に対し１２０℃など）に維持して待機するように構成されている。画像形成装置は、かかる待機状態においても当然多くの電力を消費しており、省エネルギーの観点から言えば、待機状態に消費するエネルギーをなるべく少なくすることが望ましい。
【０００４】
そこで、所定温度に達するまでの立ち上がり時間が短いので、待機時に電力の供給をオフすることができる種々の定着方式が開発されており、その一つとして、金属導電体からなる加熱ローラを電磁波による渦電流によって加熱する誘導加熱定着方式が注目されている。その誘導加熱定着方式を採用した定着装置の一例を図６に示す。
【０００５】
図６において、中空の金属導電体からなる加熱ローラ１は軸受９を介してブラケット７に回転可能に支持されており、その加熱ローラ１には回転可能な加圧ローラ２が圧接されている。加熱ローラ１には、その端部に駆動ギヤ（図示せず）と噛み合うギヤ８が嵌装され、加熱ローラ１は駆動ギヤの駆動によりギヤ８を介して回転される。加熱ローラ１が回転されると、上記した加圧ローラ２が従動回転される。
【０００６】
加熱ローラ１内には、非磁性体のボビン６に螺旋状に巻装された誘導加熱コイル３が設けられており、誘導加熱コイル３はその両端にリード線（図示せず）を有している。誘導加熱コイル３は、リード線より高周波電流を流すことにより、これによって生じた高周波磁界で加熱ローラ１に誘導渦電流を発生させ、加熱ローラ１の表皮抵抗によって加熱ローラ１そのものをジュール熱により発熱させる。なお、巻装されている誘導加熱コイル３の外側にはフェライト５が設けられており、両端からの漏れ磁束を加熱ローラ１にフィードバックする構成になっている。
【０００７】
また、図７に示すように、用紙サイズに合わせて複数個に分割した誘導加熱コイル１１，１２，１３を用いた加熱ローラ１が本願出願人により提案されている。この加熱ローラ１を用いた定着装置は、複数個の誘導加熱コイル１１，１２，１３への通電を切り換えて、必要な加熱範囲のみ誘導加熱することとし、これによりさらなる省エネルギー化を図ることができる。
【０００８】
ところで、加熱ローラ１は表皮抵抗分の厚さに薄肉化可能であり、発熱体である加熱ローラの熱容量を小さくする低熱容量化によっても加熱時間の短縮を図ることが可能なことから、加熱ローラの薄肉化が提案されている。ただし、誘導加熱方式による加熱ローラは芯材としてあまり熱伝導が良くない材料を用いるため、ローラの長手方向への熱伝導がほとんどなくなっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数個に分割した誘導加熱コイル１１，１２，１３を配置した場合、それぞれに高周波電流を流すので隣合う誘導加熱コイルの間は絶縁の為に十分な間隔を空ける必要がある。よって、加熱ローラ１の表面温度分布には、誘導加熱コイルの間隔を空けた部分に対応して、温度が低くなり部分的な温度ムラが起こるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであり、誘導加熱コイルを複数個に分割しても加熱ローラの表面温度ムラを抑制し、安定した定着性能を確保し得る定着装置および画像形成装置を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、誘導加熱コイルを用いて加熱ローラを加熱する誘導加熱型の定着装置において、前記誘導加熱コイルは複数に分割されて前記加熱ローラ内に設けられた中空のボビンの外周面に螺旋状に巻装されており、該ボビンは絶縁材料から作られて前記加熱ローラの軸線方向に延在するように配置され、かつ、外周面の各誘導加熱コイル間となる位置に外側に突出した絶縁部材が一体に形成されていることを特徴とする定着装置を提案する。
【００１２】
また、上記課題を解決するため、本発明は、誘導加熱コイルを用いて加熱ローラを加熱する誘導加熱型の定着装置において、前記誘導加熱コイルは複数に分割されて前記加熱ローラ内に設けられた中空のボビンの内周面に螺旋状に巻装されており、該ボビンは絶縁材料から作られて前記加熱ローラの軸線方向に延在するように配置され、かつ、内周面の各誘導加熱コイル間となる位置に内側に突出した絶縁部材が一体に形成されていることを特徴とする定着装置を提案する。
なお、本発明は、前記絶縁部材の前記ボビン周面から突出する高さが前記誘導加熱コイルの高さより高いと、効果的である。
【００１３】
さらに、本発明は、前記分割された誘導加熱コイルは少なくとも互いに隣り合う位置に配された誘導加熱コイルのリード線に電気的絶縁が施されていると、効果的である。
また、上記課題を解決するため、本発明は、請求項１ないし５の何れかに記載の定着装置を用いて未定着トナー像を記録材に定着することを特徴とする画像形成装置を提案する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る誘導加熱コイルを用いた定着装置の説明図である。
【００１５】
図１において、加熱ローラ１には、加圧ローラ２が圧接され、加熱ローラ１は時計方向に回転され、加圧ローラ２は反時計方向に従動回転される。加熱ローラ１の芯金は、ステンレス、または鉄等の磁性材料からなっておりその外側にはフッ素樹脂等からなる離型層が被覆されている。定着されるべきトナー画像Ｔを有する記録シートＳは、例えば転写紙であって、加熱ローラ１と加圧ローラ２とで挟持されつつ矢印方向へ搬送され、その際、熱と圧力とによりトナー画像Ｔが定着される。
【００１６】
図２は、本発明に係る誘導加熱コイルを用いた加熱ローラ１の説明図である。図２において、加熱ローラ１の内部に設けられている誘導加熱コイル３は、複数個、本例では３個のコイル１１，１２，１３に分割され、３個のコイルは中央のコイル１２が両端のコイル１１，１３の長く、Ａ４の縦幅と同等かやや長い幅を有している。３個に分割されたコイル１１，１２，１３は、加熱ローラ１のほぼ軸線が一致するように配置した中空のボビン６の外側に周方向に巻かれ、その本図において省略しているコイル端部はそれぞれが図示していない制御回路に接続されている。
【００１７】
このように構成した加熱ローラ１は、各コイル１１，１２，１３を通紙領域に合わせて配置されており、そしてＡ４縦幅の記録材を通紙する場合には中央のコイル１２のみに電流が流れるように制御し、Ａ４横幅の記録材を通紙する場合には全コイル１１，１２，１３に電流が流れるように制御される。
【００１８】
このようにすれば、省エネルギーがより促進されるが、各コイル間、すなわちコイル１１と１２およびコイル１２と１３間は狭めると絶縁が不十分になり、広げると加熱ローラ１表面温度にむらが生ずる。したがって、上記Ａ４横幅の記録材を定着したときに定着ムラが発生する。
【００１９】
そこで、本発明では互いに隣り合うコイル１１と１２およびコイル１２と１３の間にコイル間に、それぞれ電気絶縁体としての絶縁部材１４，１５をボビン６の外周に固定するようにして設けている。この絶縁部材１４，１５は、有機性絶縁材料または無機性絶縁材料からなり、有機性材料の場合、エンジニアリングプラスチック等、例えばポリイミド、液晶ポリマーまたはＰＰＳ等を用いる。他方、無機性絶縁材料の場合はセラミック、ガラス等を用いる。なお、絶縁部材１４，１５は有機性、無機性のどちらの材料においても加熱ローラ１の内部に設置されるため、絶縁性能の他に耐熱性能も必要である。
【００２０】
このように構成すると、互いに隣り合うコイル１１と１２およびコイル１２と１３の間の距離を狭めても良好な絶縁性が得られてショート等を確実に防止でき、しかも上記した定着ムラを大幅に軽減することができる。
【００２１】
また、加熱ローラ１に複数個に分割したコイル１１，１２，１３を設置した場合、互いに隣り合うコイル１１と１２およびコイル１２と１３の巻き始め、巻き終わりのリード線１１ａ，１２ａおよび１２ａ，１３ａの位置が重なると、リード線部のショート等による誘導加熱コイルの破損、インバータ回路の破損を招く恐れがある。この問題を解消するには、リード線の巻き位置を変更しなければならない。
【００２２】
そこで、図３に示すように、コイル１１，１２と１２と１３の互いに近接するリード線１１ａ，１２ａ，１３ａの各々に電気絶縁体１６を被覆することにより電気的絶縁を施している。この電気絶縁体１６としては可撓性が良いチューブ状の有機性絶縁材料が有利に使用することができる。
【００２３】
このように構成すれば、隣り合うコイル１１，１２，１３の巻き始め、巻き終わりのリード線１１ａ，１２ａ，１３ａの位置が重なっても巻き位置を変更することなく同一位置からリード線部を引き出すことができ、ショート等による誘導加熱コイルの破損、インバータ回路の破損を防止することができる。
【００２４】
図４は、本発明の他の実施形態を示す断面説明図で、本例では上記した絶縁部材１４，１５がボビン６と一体に形成されている。すなわち、コイル１１，１２，１３が巻かれるボビン６と絶縁部材１４，１５を同質の材料にし、かつ一体成形されている。
【００２５】
このように構成すると、ボビン６に電気絶縁体の機能を持たせた、ボビン６と絶縁部材１４，１５を一体化した形状であるため、ボビン、コイルの組立工程を簡略化でき、安価な誘導加熱コイルを提供するこができる。なお、ボビン６は有機性絶縁材料または無機性絶縁材料どちらの材料でも良いが、ボビン６の成型に適した材料を使用することが望ましい。
【００２６】
ところで、上記実施形態では分割されたコイル１１，１２，１３がボビン６の外側に巻かれているが、各コイル１１，１２，１３は図５に示すように、円筒状の中空ボビン６の内側に設けてもよい。
【００２７】
このように構成すると、図６に示すようにファン２０によりボビン６内部に風を通してコイル１１，１２を冷却する際、ボビン６の外側に設けた場合に比べて冷却効率が大幅に向上する。このため、誘導加熱コイルには絶縁層の耐熱性が低い安価なコイルを使用できる。
また、絶縁部材１４，１５は図２ないし図５から明らかなように、ボビン６の周面から突出する高さが誘導加熱コイル１１，１２，１３の高さより高くなっている。
【００２８】
上記した誘導加熱コイルを使用した定着装置を有する画像形成装置では、誘導加熱コイル３は複数個のコイル１１，１２，１３に分割されているので、記録材のサイズに合わせて加熱ローラを加熱する制御が可能となり、しかも複数個のコイル１１，１２，１３にしても加熱ローラ表面温度のむらが少なくなり、良好な画像を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１および２の構成によれば、絶縁部材を備えたことにより、誘導加熱コイル間の絶縁がより確実に行うことが可能となり、分割された誘導加熱コイル間の絶縁ために設けていた隙間を少なくすることができ、加熱ローラの温度ムラをなくすことができる。さらに、ショート等による誘導加熱コイルの破損、インバータ回路の破損を防止することができる。また、絶縁部材をボビンと一体化した形状であるため、ボビン、コイルの組立工程を簡略化可能であり、安価な誘導加熱コイルを提供するこができる。
【００３１】
請求項３の構成によれば、絶縁部材のボビン周面から突出する高さが誘導加熱コイルの高さより高いので、安定した絶縁効果が得られる。
【００３２】
請求項４の構成によれば、誘導加熱コイルは請求項１〜３の作用効果の他に冷却ファンによる誘導加熱コイルの冷却効果を上げることができ、熱変換効率が良い誘導加熱コイルにすることができる。誘導加熱コイルが加熱ローラの円周方向に巻かれた複数のコイルを有するので、コイルに断線等が生じても交換するコイルを最小限にすることができ、しかも温度むらの少ない、比較的コストの安いコイルを得ることができる。
【００３３】
請求項５の構成によれば、加熱ローラの温度むらが少なくなり、良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る誘導加熱コイルを用いた定着装置の説明図である。
【図２】本発明に係る誘導加熱コイルの実施形態における加熱ローラの説明図である。
【図３】本発明に係る誘導加熱コイルの他の実施形態における加熱ローラの説明図である。
【図４】本発明に係る誘導加熱コイルのさらに他の実施形態における加熱ローラの説明図である。
【図５】本発明に係る誘導加熱コイルのさらに他の実施形態における加熱ローラの説明図である。
【図６】従来の誘導加熱型定着装置の概略構成図である。
【図７】本願出願人が提案した誘導加熱コイルの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１    加熱ローラ
３    誘導加熱コイル
４    コネクター
６    ボビン
１１，１２，１３  コイル
１４，１５  絶縁部材
１６  電気絶縁体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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