(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性線材と、熱伝導率の高い吸熱線材とを束ねて形成したリッツ線と、
このリッツ線をコイル状に整形した磁場発生手段と、
放熱手段と、
前記磁場発生手段より発生する磁界により発熱する加熱手段と、
この加熱手段に圧接する圧接手段と、からなり、前記リッツ線は前記磁場発生手段外まで延長され、この磁場発生手段外のリッツ線を前記導電性線材と前記吸熱線材とに分離し、前記吸熱線材のみを前記放熱手段に接続したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
導電性線材と、熱伝導率の高い吸熱線材とを束ねて形成したリッツ線と、
コア部材を中心に、このリッツ線をコイル状に整形した磁場発生手段と、
放熱手段と、
前記磁場発生手段より発生する磁界により発熱する加熱手段と、
この加熱手段に圧接する圧接手段と、からなり、前記リッツ線は前記磁場発生手段外まで延長され、この磁場発生手段外のリッツ線を前記導電性線材と前記吸熱線材とに分離し、前記吸熱線材のみを前記放熱手段に接続することで、前記吸熱線材によって前記コア部材の熱を吸収し、この熱を前記放熱手段に伝えることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば複写機等の画像形成装置における定着装置に関し、特に磁場発生手段を用いた定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、複写機等の画像形成装置において、感光体ドラム、露光部、現像部、転写部等からなる画像形成部で用紙等の被転写材上にトナーにより形成された像は、そのままでは被転写体上に乗っているだけで、擦れば剥がれてしまう。この状態から、完全に被転写体に定着して剥がれないようにするため、熱や圧力によってトナーを溶かし、被転写体に定着させている。この定着を行う定着装置には様々な方式があり、一般的には図１６に示すように中心部にハロゲンランプ２１を持つ金属ローラであるヒートローラ２が上部に配され、このヒートローラ２に当接するよう下部に配された弾性ローラ４から構成されている。この弾性ローラ４は、ヒートローラ２に対し、常時所定の押圧力が印可されるよう構成され、同時にヒートローラ２に付勢されて従動回転するようになっている。図の矢印方向に回転するヒートローラ２と弾性ローラ４の間をトナーが付された被転写体が通過することで加熱、加圧されてトナーと定着させる。
【０００３】
また、その他にフラッシュランプを用いて被接触で加熱定着させるものも実用化されている。また、これらの過程での効率を改善するため、磁場発生手段とベルトを組み合わせた定着装置（特開平８−７６６２０）や、加熱部材としてセラミックを用いたもの（特開昭５９−３３４７６）等が開示されている。
【０００４】
ところが、加熱源にハロゲンランプを用いている場合、熱効率が約７０％という限界があり、さらに構造的にランプをローラの内側に配置し、内側から加熱しているため、定着動作に必要なローラ外側の温度を規格に合わせるためにはかなりのエネルギー損失があり、また、立ち上げ時に多くの時間と電力を必要としていた。そこで、これを解決すべく誘導加熱の手法を定着装置に用いたものが開示され、例えば、実開平４−５５０５５号公報等がある。この実開平４−５５０５５号公報による記載では、定着装置でのハロゲンランプに相当する部分を、電磁誘導加熱コイル部に置き換えたもので、コイルに高周波電源からの出力が印可され、ヒートローラにうず電流によるジュール熱を発生させて電磁誘導加熱させるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにコイルによる誘導加熱を行った場合、銅損、鉄損、渦電流損等に代表される誘導加熱コイルやコア基本部を発熱させるような各種の損失があり、ロングライフ化や安価な材料選択を行う上で、大きなネックとなっている。
【０００６】
また、誘導加熱コイルは、ほぼ密閉された定着装置の内部に組み込まれており、その温度は加熱時には上昇する一方であった。ところが、この温度上昇が一定レベルを超えると、誘導過熱コイルのコア部材料のキュリー点を超えてしまい、正常な動作ができなくなってしまう問題があった。このため、キュリー点の高い特殊なコア材料を選定しなければならない。
【０００７】
本発明は、上述した問題を鑑みてなされたものであり、安定した定着動作を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明における定着装置は、導電性線材と、熱伝導率の高い吸熱線材とを束ねて形成したリッツ線と、このリッツ線をコイル状に整形した磁場発生手段と、放熱手段と、前記磁場発生手段より発生する磁界により発熱する加熱手段と、この加熱手段に圧接する圧接手段とからなり、前記リッツ線は前記磁場発生手段外まで延長され、この磁場発生手段外のリッツ線を前記導電性線材と前記吸熱線材とに分離し、前記吸熱線材のみを前記放熱手段に接続したことを特徴としている。
【０００９】
本発明における定着装置は、導電性線材と、熱伝導率の高い吸熱線材とを束ねて形成したリッツ線と、コア部材を中心に、このリッツ線をコイル状に整形した磁場発生手段と、放熱手段と、前記磁場発生手段より発生する磁界により発熱する加熱手段と、この加熱手段に圧接する圧接手段とからなり、前記リッツ線は前記磁場発生手段外まで延長され、この磁場発生手段外のリッツ線を前記導電性線材と前記吸熱線材とに分離し、前記吸熱線材のみを前記放熱手段に接続することで、前記吸熱線材によって前記コア部材の熱を吸収し、この熱を前記放熱手段に伝えることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、第一の実施例に係る定着装置の断面図である。この定着装置１は、用紙に熱を加えるヒートローラ２と、圧力を加えるプレスローラ４、ヒートローラ２をクリーニングするクリーニングローラ５、トナーの付着を防ぐ離型材を塗布する塗布部材６、定着装置１をカバーするフレーム１３から構成されている。
【００１４】
ヒートローラ２は外径３０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ、長さ３５０ｍｍで、強磁性体である鉄で構成され、軸方向の端部に設けた図示しない駆動伝達手段によって、図の矢印方向（時計回り）に回転している。また、このヒートローラ２の内部には磁場発生手段３が内蔵されており、これに図示しない高周波回路より交流磁場を発生させ、前記ヒートローラ２に渦電流を発生させてジュール熱により発熱させる。ジュール熱発生位置は、定着ニップ領域よりやや回転方向上流側に位置している。
【００１５】
プレスローラ４は回転可能に支持され、また、前述したヒートローラ２に押圧させており、従動で図の矢印方向（反時計回り）に回転する。被転写材である用紙Pには、トナーが付されており、前述した２つのローラのニップ領域を通過することで、加熱加圧され、溶融定着が行われる。
【００１６】
図２は、この第一の実施例の要部であり、前述したヒートローラ２の内部に設置されている磁場発生手段３の斜視図である。この磁場発生手段３は励磁コイルと、この励磁コイルで発生した磁束を効果的に制御するためのコア材とから構成されている。この磁場発生手段３の中心には、フェライトからなるコア材７があり、その周りを図３のようにリッツ線８を１２ターン巻いたコイルが励磁コイルとして機能している。この線材は、０．５ｍｍ径の銅線１２が４本の表面をそれぞれ絶縁したものと、同じく０．５ｍｍ径の放熱材からなる線材１１を３本、リッツ線として図３のように撚り合わせて構成したものである。このリッツ線８は、コイルとして巻かれている部分に関しては、前記７本の線が撚り合わされている状態であり、コア材７から離れている部分に関しては、銅線１２と線材１１は別々に分けられており、銅線１２は接続部材１０を介して、図示しない高周波回路に接続される。線材１１は、別の放熱部材であるアルミ材で構成されたヒートシンク９に接続されており、コイル及びコア等で発生した熱を効果的に放熱するよう構成されている。
【００１７】
このヒートシンク９は、線材かあるいはヒートシンク自身が渦電流を発生させないような櫛歯を持つような構成の板材をコイル成形時に巻き込んでも良い。また、放熱効果を高めるために、ヒートパイプで構成してもよい。また、コイルの性能を向上させるには、コイルの巻き数や、リッツ線の線径を増やす等すればよい。尚、本実施例では、コアを含めた磁場発生手段の一例を示したが、コアのない空芯コイルであっても、効果は同様である。ただし発生する磁場を装置外にもらさぬような磁場遮断手段が必要となる場合もある。また、本実施例における磁場発生手段の配置位置以外でも、例えば、ヒートローラ２の外側、内側においても同様の効果が得られる。さらに、前述したヒートシンク９に対して空気の流れを形成する手段を設ければ、放熱効果はさらに高まる。
【００１８】
本発明の本構成により、銅損をはじめとする各種損失によるコイル、コア、その他必要な場合はボビン等の発熱を押さえることが可能となる。次に、本発明の第二の実施例について図４及び図５を用いて説明する。図４は、本実施例に係る定着装置の簡略断面図である。この装置の中心より略上部に用紙を加熱するヒートローラ２が配され、回転自在に担支されている。このヒートローラ３の軸方向の端部に設けられた図示しない駆動伝達手段により図方向から見た時計回りに回転する。このヒートローラ２の下部には、押圧されたプレスローラ４が回転自在に担支されており、ヒートローラ２の回転に従動して反時計回りに回転する。磁場発生手段３は、定着装置１の上部に取り付けられており、図示しない高周波回路を用いて交流磁場を発生させ、その発生した磁束が強磁性体で構成されたヒートローラ２に渦電流を発生させ、そのジュール熱によりヒートローラ２が発熱する。尚、このヒートローラ２は、前述した第一の実施例と同様のものである。また、磁場発生手段３は、フェライトからなるＥ型コアにリッツ線８を１２ターン巻いたもの電磁コイルである。このリッツ線８は、０．５ｍｍ径の銅線１１を４本、撚り合わせて束ねたものである。
【００１９】
これらヒートローラ２及びプレスローラ４等は、定着装置１の保温を行うためのフレーム１３によって覆われており、定着装置1の内部の熱が外に逃げないようになっている。ただし、磁場発生手段３のコア部材の一部はこのフレーム１３の外部に露出している。この構造により、発熱したヒートローラ２からの輻射熱により、磁場発生手段３が温度上昇した場合でも、コアのみを冷却することができる。これにより、定着装置の保温効果を保持しつつ、磁場発生手段の温度上昇を抑制することができることになる。このコアの冷却方法としては、コアのフレーム外に露出した部分の表面積を大きくするため、凹凸を設けたり、この面に対して空気の流れを形成する等の方法が考えられる。尚、この磁場発生手段３は、コアがあるため、不必要な部分への磁場をほとんど遮断することができる。
【００２０】
次に、本発明の第三の実施例について、図６乃至図８を用いて説明する。図６は本実施例において、コアのある磁場発生手段を持つ場合の定着装置の断面図を、図７はコアのない空芯コイルを用いた磁場発生手段を持つ定着装置の断面図を示す。この定着装置１は、この装置の中心より略上部に用紙を加熱するヒートローラ２が配され、回転自在に担支されている。このヒートローラ３の軸方向の端部に設けられた図示しない駆動伝達手段により図方向から見た時計回りに回転する。このヒートローラ２の下部には、押圧されたプレスローラ４が回転自在に担支されており、ヒートローラ２の回転に従動して反時計回りに回転する。これらの構成をフレーム１３が覆う構造となっている。ただし、給紙を受け、排出するための開口１４が図の左右に設けられている。
【００２１】
磁場発生手段３は、このフレーム１３の外側上部に設置されており、ヒートローラ２と磁場発生手段３との間には耐熱性の非磁性部材、例えば、ポリイミド（厚さ：０．５ｍｍ）で構成されたフレーム１３の上部により隔離されている。従って、磁場発生手段３のヒートローラ２からの輻射熱による温度上昇を防ぐとともに、ヒートローラ２等の保温が可能となる。尚、この磁場発生手段３は、図示しない高周波回路を用いて交流磁場を発生させ、その発生した磁束が強磁性体で構成されたヒートローラ２に渦電流を発生させ、そのジュール熱によりヒートローラ２が発熱する。このヒートローラ２は、前述した第一及び第二の実施例と同様のものである。
【００２２】
また、前述したフレーム１３の上部を隔離部材とすることで、磁場発生手段３とヒートローラ３とのギャップを管理することができる。尚、この磁場発生手段３は、図6においては前述した第二の実施例で用いられた電磁コイルであり、図7においてはコアのない空芯コイル１５により構成されている。
【００２３】
この空芯コイルの正面図である。この空芯コイル１５は、０．５ｍｍ径の銅線４本を撚り合わせたものである。これを１２ターン巻いたものを空芯コイルとし、Ａ−Ａ'ラインで切った断面を図７では示している。この空芯コイル１５を用いる場合は、コイルから発生した磁界が、定着装置以外に影響することがないように、遮蔽部材１６を用いて、磁界を遮蔽する。
【００２４】
尚、これら図６及び図７の磁場発生手段に空気の流れを形成することで冷却効果を高めることができる。
【００２５】
次に、本発明の第四の実施例について図9乃至図１１を用いて説明する。図１０は本実施例において、コアのない空芯コイルを用いた磁場発生手段を持つ定着装置の断面図を、図9はコアのある磁場発生手段を持つ場合の定着装置の断面図を示す。この定着装置１は、この装置の中心より略上部に用紙を加熱するヒートローラ２が配され、回転自在に担支されている。このヒートローラ３の軸方向の端部に設けられた図示しない駆動伝達手段により図方向から見た時計回りに回転する。このヒートローラ２の下部には、押圧されたプレスローラ４が回転自在に担支されており、ヒートローラ２の回転に従動して反時計回りに回転する。これらの構成をフレーム１３が覆う構造となっている。ただし、給紙を受け、排出するための開口１４が図の左右に設けられている。
【００２６】
前述したヒートローラ２の内部とフレーム１３を貫通するように筒状部材１７が設置されている。この筒状部材１７の内部に、図9においては第三の実施例に示した空芯コイル１５が、図１０においては、コア材を用いた磁場発生手段３が配されている。これら空芯コイル１５及び磁場発生手段３は、図示しない高周波回路を用いて交流磁場を発生させ、その発生した磁束が強磁性体で構成されたヒートローラ２に渦電流を発生させ、そのジュール熱によりヒートローラ２が発熱する。このヒートローラ２は、前述した第一乃至第三の実施例と同様のものであり、また、磁場発生手段3も、第一乃至第三の実施例と同様のものである。さらに、本実施例で用いた空芯コイルは第三の実施例で用いたものと同様のものである。
【００２７】
図１１は、図１０の定着装置の斜視図を示している。前述したように筒状部材１７がフレーム１３の側面を貫くように出ている。従って例えば、図示しない送風装置等により筒状部材１７内に空気の流れを形成することができる。これにより、この筒状部材１７の内部にある空芯コイルや磁場発生手段３のヒートローラ２からの輻射熱による温度上昇を防ぐことができる。尚、図９に関しても、ほぼ同様の構成である。
【００２８】
次に、本発明の第五の実施例について図１２乃至図１５を説明する。図１２及び図１３においては、定着装置１の中心より略上部に用紙を加熱するヒートローラ２が配され、回転自在に担支されている。このヒートローラ２の軸方向の端部に設けられた図示しない駆動伝達手段により図方向から見た時計回りに回転する。このヒートローラ２の内部には、図１２においては第一乃至第四の実施例で述べた磁場発生手段３が、図１３においては第三乃至第四の実施例で述べた空芯コイル１５が備えられている。この磁場発生手段３や空芯コイル１５には、図示しない高周波回路を用いて交流磁場を発生させ、その発生した磁束が後述する構成を持つヒートローラ２に渦電流を発生させ、そのジュール熱によりヒートローラ２が発熱する。
【００２９】
また、このヒートローラ２の下部には、押圧されたプレスローラ４が回転自在に担支されており、ヒートローラ２の回転に従動して反時計回りに回転する。これらの構成をフレーム１３が覆う構造となっている。ただし、給紙を受け、排出するための開口１４が図の左右に設けられている。
【００３０】
また、図１４及び図１５においては、磁場発生手段３若しくは、空芯コイル１５がヒートローラ２の外部に配置された構成となっている。
【００３１】
前述したヒートローラ２は、図１２及び図１３においては外径４０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ、長さ３５０ｍｍで材質が鉄である素管の外側にアルミ０．８ｍｍを溶射で形成し、複合化したものである。また、図１４及び図１５においては、外径４０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ、長さ３５０ｍｍで材質が鉄である素管の内部にアルミ０．８ｍｍを溶射で形成し、複合化したものである。
【００３２】
さらに、上述したものとは逆に、外径４０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、長さ３５０ｍｍのアルミ製素管の内側に鉄を０．６ｍｍ溶射で形成して、複合化することもできる（図１２及び図１３参照）。また、逆に外径４０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、長さ３５０ｍｍのアルミ製素管の外側に鉄を０．６ｍｍ溶射で形成して、複合化することもできる（図１４及び図１５参照）。
【００３３】
図１２及び図１３における本実施例では、磁場発生手段３若しくは空芯コイル１５をヒートローラ２の内側に配置したため、ローラ表面をアルミとすることで、クラウニング等の処理も容易である。図１４及び図１５においては、磁場発生手段３若しくは空芯コイル１５をローラ外側に配置した場合はアルミを内側に、磁性材を外側にして、効果的にコイルの発生する磁界の影響を受ける事ができる。
【００３４】
また本実施例では素管と溶射物として鉄の場合を示したが、この素管及び溶射物はステンレス、ニッケル等でも同等の効果がある。またこれらヒートローラ２の外側にテフロンコート等の公知の表面処理を行う事で、ローラの対摩耗性等を向上させ、ロングライフ化や、画像欠陥を減らせる事は言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、定着装置の加熱部材であるヒートローラの加熱に用いる電磁コイル等の磁場発生手段の温度上昇を防ぐことができる仕組みを提供することができた。これにより、前記電磁コイルのコア材料に選択の幅を持たせることが可能となった。また、重量をあまり増やすことなくヒートローラの熱容量を確保する方法を提供した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例に係る定着装置の断面図。
【図２】磁場発生手段の斜視図。
【図３】リッツ線の断面図。
【図４】本発明の第二の実施例に係る定着装置の断面図。
【図５】本発明の第二の実施例に係る定着装置の斜視図。
【図６】本発明の第三の実施例に係る電磁コイルを用いた定着装置の断面図。
【図７】本発明の第三の実施例に係る空芯コイルを用いた定着装置の断面図。
【図８】空芯コイルの正面図。
【図９】本発明の第四の実施例に係る定着装置の断面図。
【図１０】本発明の第四の実施例に係る定着装置の断面図。
【図１１】本発明の第四の実施例に係る定着装置の斜視図。
【図１２】本発明の第五の実施例に係る定着装置の断面図。
【図１３】本発明の第五の実施例に係る定着装置の断面図。
【図１４】本発明の第五の実施例に係る定着装置の断面図。
【図１５】本発明の第五の実施例に係る定着装置の断面図。
【図１６】従来の定着装置の断面図。
【符号の説明】
１    定着装置
２    ヒートローラ
３    磁場発生手段
４    プレスローラ
５    クリーニングローラ
６    塗布部材
７    コア材
８    リッツ線
９    ヒートシンク
１０    接続部材
１１    線材
１２    銅線
１３    フレーム
１４    開口
１５    空芯コイル
１６    遮蔽部材
１７    筒状部材
１８    磁性体層
１９    アルミ層
【図１】
0004002683.tif 000002
【図２】
0004002683.tif 000003
【図３】
0004002683.tif 000004
【図４】
0004002683.tif 000005
【図５】
0004002683.tif 000006
【図６】
0004002683.tif 000007
【図７】
0004002683.tif 000008
【図８】
0004002683.tif 000009
【図９】
0004002683.tif 000010
【図１０】
0004002683.tif 000011
【図１１】
0004002683.tif 000012
【図１２】
0004002683.tif 000013
【図１３】
0004002683.tif 000014
【図１４】
0004002683.tif 000015
【図１５】
0004002683.tif 000016
【図１６】
0004002683.tif 000017