(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導発熱方式の定着ローラを備える定着装置において、
ボビンに巻装された誘導コイルが前記定着ローラの芯金内部にギャップをもって配置され、
前記定着ローラ芯金と前記誘導コイルとの間に耐熱性材料により形成された断熱部材を設け、該断熱部材を前記誘導コイルの外側に密着させ、
前記断熱部材の外側を保温効果を有する材料により被覆したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記保温効果を有する材料がフェルト材であることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記保温効果を有する材料が前記断熱部材の外側にスパイラル状に巻かれていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記ボビンは、その中心を軸方向に貫通する中心穴を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記中心穴が定着ローラ外部に連絡されており、該中心穴とボビン外周面とを連絡する複数の連絡穴が設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置を備え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、誘導発熱方式の定着ローラ（加熱ローラ）を有する定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる定着装置として、誘導発熱方式の定着ローラを備える定着装置は周知である。
一般に、誘導発熱方式においては、定着ローラ内部に誘導コイルを配備し、その誘導コイルに交番電流（高周波電流）を流して誘導磁束を発生させ、この誘導磁束によりローラ外周部の導電層に誘導電流を発生させ、誘導電流に伴うジュール熱により定着ローラを発熱させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、誘導コイルが定着ローラ内部に設けられているため、発熱したローラ芯金からの輻射熱によりコイルの温度が上昇し、コイルの絶縁被覆の耐熱温度を超えることがあるという問題があった。
【０００４】
また、定着ローラ外周部（芯金）で発生した熱がローラ内部に放散するため、定着効率が良くないという問題もある。
本発明は、従来の誘導発熱方式の定着ローラを有する定着装置における上述の問題を解決し、誘導コイルの温度上昇を防ぐことができ、また、定着効率を向上させることのできる定着装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は本発明により、誘導発熱方式の定着ローラを備える定着装置において、ボビンに巻装された誘導コイルが前記定着ローラの芯金内部にギャップをもって配置され、前記定着ローラ芯金と前記誘導コイルとの間に耐熱性材料により形成された断熱部材を設け、該断熱部材を前記誘導コイルの外側に密着させ、前記断熱部材の外側を保温効果を有する材料により被覆したことにより解決される。
【０００７】
さらに、本発明は前記の課題を解決するため、前記保温効果を有する材料がフェルト材であることを提案する。
【０００８】
さらに、本発明は前記の課題を解決するため、前記保温効果を有する材料が前記断熱部材の外側にスパイラル状に巻かれていることを提案する。
【０００９】
さらに、本発明は前記の課題を解決するため、前記ボビンは、その中心を軸方向に貫通する中心穴を有することを提案する。
さらに、本発明は前記の課題を解決するため、前記中心穴が定着ローラ外部に連絡されており、該中心穴とボビン外周面とを連絡する複数の連絡穴が設けられていることを提案する。
【００１０】
また、前記の課題は本発明により、請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置を備える画像形成装置により解決される。
【００１１】
【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、本発明の一実施形態の定着装置主要部を示す断面構成図である。この図において、定着装置の定着ローラ１に加圧ローラ２が圧接されている。誘導発熱方式の定着ローラ１は、ローラ外周部２０の内部にコア部１０を配備している。
【００１２】
ローラ外周部である芯金２０はステンレス又は鉄などの磁性材料から成っており、軸受２２，２２により回動可能に支持されている。そして、芯金２０の端部にはギヤ２１が嵌装固定され、図示しない駆動ギヤに噛み合わされ駆動力を供給されてローラ芯金２０が回転する。なお、芯金２０の外側（ローラ表面）にはフッ素樹脂からなる離型層が設けられている。
【００１３】
定着ローラ芯金２０の中に配備されたコア部１０は、固定軸１１、固定軸１１の周囲に巻装された誘導コイル１３、誘導コイル１３に接続されたリード線１４，１５等により構成される。誘導コイル１３にはリード線１４，１５を介して図示しない電源部より高周波電流が供給される。固定軸１１は、定着側板（図示せず）に設けられたブラケット１６，１７により保持されており回転しない。
【００１４】
また、誘導コイル１３が巻装される固定軸（ボビン）１１はその中心を軸方向に貫通する穴１８が設けられている。そして、貫通穴１８の一方の端部の外側近傍に冷却ファン３が設けられている。なお、誘導コイル１３の最大温度を３００℃としたとき、その温度に固定軸１１が耐えることができれば冷却ファンを省略することができる。本実施形態では、固定軸１１を樹脂又はセラミック製としている。
【００１５】
そして、コア部の誘導コイル１３を覆って断熱部３０が設けられている。断熱部３０は耐熱樹脂等からなる断熱部材３１とその外側に設けられた熱吸収部材（例えばフェルト部材）３２から構成される。断熱部材３１としてはシリコーンゴム，フッ素樹脂性の熱収縮チューブ又はシリコーンゴム，フッ素樹脂などの耐熱部材を用いることができる。断熱部材３１は誘導コイル１３の上面に密着して設けられている。また、フェルト部材３２は耐熱性接着剤により断熱部材３１に接着されている。本実施形態では帯状のフェルトをスパイラル状に断熱部材３１の外側に巻いている。なお、本実施形態では、断熱部材３１の両端の外側（ローラ軸方向の外側）にフェルト部材３２の端部があり、このフェルト端部をＰＰＳ樹脂で固定軸１１に接着している。
【００１６】
このように構成された定着装置において、コア部１０の誘導コイル１３に高周波電流が供給されることによって誘導磁束が発生し、その誘導磁束によって磁性材料から成る芯金２０に誘導電流が流れる。その電流によって芯金２０にジュール熱が発生し、すなわち誘導加熱されて発熱する。
【００１７】
図２に示すように、定着ローラ１は図中時計回りに回転駆動され、加圧ローラ２は定着ローラ１に圧接されて図中反時計回りに従動回転する。定着されるべきトナー画像Ｔを担持する記録シートＳは、定着ローラ１と加圧ローラ２に挟持されて図中右から左方向に搬送され、熱と圧力とによりトナー画像Ｔが記録シートＳ上に定着される。なお、図２では、定着ローラ１内のコア部１０及び断熱部３０は図示を省略されている。
【００１８】
ところで、従来の誘導発熱方式の定着ローラでは、定着ローラが誘導加熱される時、ローラ芯金よりの輻射熱によって誘導コイルの温度は徐々に上昇し、コイルの絶縁皮膜を破壊する温度まで到達する。本実施形態においても、定着動作時に定着ローラ１が加熱されるとき、芯金２０の内側表面の温度は１８０〜２００℃になり、芯金内部に輻射熱を発散する。
【００１９】
しかし、本実施形態では、定着ローラコア部の誘導コイル１３を覆って断熱部３０が設けられており、その断熱部材３１が芯金２０からコイル１３への輻射熱の影響を低減させている。そのため、誘導コイル１３の温度上昇を防ぐことができ、コイル１３の絶縁被覆の破壊等の不具合を防止することができる。
【００２０】
さらに、断熱部材３１の表面（外周面）には熱吸収部材としてのフェルト３２が設けられており、定着ローラ芯金からの熱を吸収して誘導コイル部への影響を低減させている。また、熱吸収部材３２による保温効果により、定着ローラ芯金２０の温度低下を防ぎ、定着効率を高めることができる。
【００２１】
また、本実施形態では、断熱部３０をコア部の誘導コイル１３に密着して設けているので、コア部と定着ローラ芯金とのギャップを小さく（３ｍｍ位に）することができ、誘導コイル１３により芯金２０を効率良く加熱して、装置の立ち上げ時間を速くすることができる。
【００２２】
次に、第２の実施形態について説明する。
図３及び図４に示す本実施形態において、定着装置の定着ローラ１に加圧ローラ２が圧接されている。誘導発熱方式の定着ローラ１は、ローラ外周部２０の内部にコア部１０を配備している。また、コア部１０を覆うように断熱部３０が設けられている。
【００２３】
ローラ外周部である芯金２０はステンレス又は鉄などの磁性材料から成っており、軸受２２，２２により回動可能に支持されている。そして、芯金２０の端部にはギヤ２１が嵌装固定され、図示しない駆動ギヤに噛み合わされ駆動力を供給されてローラ芯金２０が回転する。なお、芯金２０の外側（ローラ表面）にはフッ素樹脂からなる離型層が設けられている。
【００２４】
定着ローラ芯金２０の中に配備されたコア部１０は、固定軸１１、固定軸１１の周囲に巻装された誘導コイル１３、誘導コイル１３に接続されたリード線１４，１５等により構成される。誘導コイル１３にはリード線１４，１５を介して図示しない電源部より高周波電流が供給される。固定軸１１は、定着側板（図示せず）に設けられたブラケット１６，１７により保持されており回転しない。
【００２５】
また、図３及び図４に示すように、誘導コイル１３が巻装される固定軸（ボビン）１１はその中心を軸方向に貫通する穴１８が設けられており、その中心穴１８とボビン外周を連絡する複数の連絡穴１９が設けられている。
【００２６】
断熱部３０は耐熱樹脂からなる断熱材である円筒部材３１とその外周面に設けられた熱吸収部材であるフェルト部材３２から構成される。円筒部材３１は、固定軸１１に嵌装されたコイル１３の外側で固定軸１１と略密着されている。
【００２７】
このように構成された定着装置において、コア部１０の誘導コイル１３に高周波電流が供給されることによって誘導磁束が発生し、その誘導磁束によって磁性材料から成る芯金２０に誘導電流が流れる。その電流によって芯金２０にジュール熱が発生し、すなわち誘導加熱されて発熱する。
【００２８】
図２に示すように、定着ローラ１は図中時計回りに回転駆動され、加圧ローラ２は定着ローラ１に圧接されて図中反時計回りに従動回転する。定着されるべきトナー画像Ｔを担持する記録シートＳは、定着ローラ１と加圧ローラ２に挟持されて図中右から左方向に搬送され、熱と圧力とによりトナー画像Ｔが記録シートＳ上に定着される。なお、図２では、定着ローラ１内のコア部１０及び断熱部３０は図示を省略されている。
【００２９】
ところで、従来の誘導発熱方式の定着ローラでは、定着ローラが誘導加熱される時、ローラ芯金よりの輻射熱によって誘導コイルの温度は徐々に上昇し、コイルの絶縁皮膜を破壊する温度まで到達する。本実施形態においても、定着動作時に定着ローラ１が加熱されるとき、芯金２０の内側表面の温度は１８０〜２００℃になり、芯金内部に輻射熱を発散する。
【００３０】
しかし、本実施形態では、コア部１０の固定軸（ボビン）１１には中心穴１８が設けられており、その中心穴１８とボビン外周を連絡する複数の連絡穴１９が設けられている。このようなボビン１１にコイル１３が適当な間隔を置いて巻装されている。これにより、コイル１３周辺の熱を連絡穴１９及び中心穴１８より定着ローラ外部に逃がすことができ、コイル部の冷却が可能となり、定着ローラ発熱時の誘導コイル１３の温度上昇を防ぐことができる。
【００３１】
また、本実施形態では、コア部１０を覆って断熱部３０が設けられている。その耐熱樹脂製の円筒部材３１が定着ローラ芯金２０からコイル１３への輻射熱の影響を低減すると共に、ローラ内の熱した空気がコア部１０に流入することを防いでいる。そのため、誘導コイル１３の温度上昇をより確実に防ぎ、コイル１３の絶縁皮膜の破壊等の不具合を防止することができる。
【００３２】
さらに、円筒部材３１の表面（外周面）には熱吸収部材としてのフェルト３２が貼られており、定着ローラ芯金からの熱を吸収して誘導コイル部への影響を低減させている。
【００３３】
このように、本実施形態の定着装置においては、２重、３重の防止策を施すことにより、誘導コイル１３の温度上昇を防ぎ、コイル１３の絶縁皮膜の破壊等の不具合を防止するようにしている。
【００３４】
次に、参考例の定着装置について説明する。
図５に示す本参考例において、定着装置の定着ローラ１に加圧ローラ２が圧接されている。誘導発熱方式の定着ローラ１は、ローラ外周部２０の内部にコア部１０を配備している。
【００３５】
ローラ外周部である芯金２０はステンレス又は鉄などの磁性材料から成っており、軸受２２，２２により回動可能に支持されている。そして、芯金２０の端部にはギヤ２１が嵌装固定され、図示しない駆動ギヤに噛み合わされ駆動力を供給されてローラ芯金２０が回転する。なお、芯金２０の外側（ローラ表面）にはフッ素樹脂からなる離型層が設けられている。
【００３６】
定着ローラ芯金２０の中に配備されたコア部１０は、固定軸１１、固定軸１１の周囲に巻装された誘導コイル１３、誘導コイル１３に接続されたリード線１４，１５等により構成される。誘導コイル１３が巻装される固定軸（ボビン）１１は非磁性材で形成され、その中心を軸方向に貫通する穴１８が設けられている。誘導コイル１３に高周波電流を供給するためのリード線１４，１５は、中心穴１８からボビン外周へ貫通して配線され、図示しない電源部より高周波電流を誘導コイル１３に流すよう構成されている。なお、固定軸１１は、定着側板（図示せず）に設けられたブラケット１６，１７により保持されており回転しない。
【００３７】
また、芯金２０の内側には、芯金２０と一体的に回転する２つの円筒部材（断熱円筒）４１及び４２が設けられている。本参考例では、円筒部材４１，４２は耐熱樹脂（例えばポリエステル樹脂）で形成されている。図５及び図７に示すように、外側の円筒部材４１は芯金２０の内周に略密着して設けられ、芯金２０と共に回転する。一方、内側の円筒部材４２には、図６に示すように、その外周にスパイラル状のリブ４３が設けられている。リブ４３は外側の円筒部材４１に略密着しており、これにより、内側の円筒部材４２も芯金２０（及び外側の円筒部材４１）と共に回転する。円筒部材４１，４２の幅（軸方向の長さ）は、芯金２０の幅（軸方向の長さ）よりも大きくされている。
【００３８】
図７は、定着ローラ１の断面図であり、芯金２０の内側に密着して円筒部材４１が設けられ、リブ４３を有する円筒部材４２が円筒部材４１の内側に設けられる。さらにその内周部には、固定軸１１が配置され、固定軸１１の外周に誘導コイル１３が巻装されている。
【００３９】
このように構成された定着装置において、コア部１０の誘導コイル１３に高周波電流が供給されることによって誘導磁束が発生し、その誘導磁束によって磁性材料から成る芯金２０に誘導電流が流れる。その電流によって芯金２０にジュール熱が発生し、すなわち誘導加熱されて発熱する。その際、本参考例では芯金２０に円筒部材４１が略密着して設けられているため、芯金２０で発生した熱がローラ内部に放散せず、効率よく芯金２０の表面に伝わり定着効率を向上させることができる。
【００４０】
図２に示すように、定着ローラ１は図中時計回りに回転駆動され、加圧ローラ２は定着ローラ１に圧接されて図中反時計回りに従動回転する。定着されるべきトナー画像Ｔを担持する記録シートＳは、定着ローラ１と加圧ローラ２に挟持されて図中右から左方向に搬送され、熱と圧力とによりトナー画像Ｔが記録シートＳ上に定着される。なお、図２では、定着ローラ１内のコア部１０及び円筒部材４１,４２は図示を省略されている。
【００４１】
ところで、従来の誘導発熱方式の定着ローラでは、定着ローラが誘導加熱される時、ローラ芯金よりの輻射熱によって誘導コイルの温度は徐々に上昇し、コイルの絶縁皮膜を破壊する温度まで到達する。本参考例においても、定着動作時に定着ローラ１が加熱されるとき、芯金２０の内側表面の温度は１８０〜２００℃になり、芯金内部に輻射熱を発散する。
【００４２】
しかし、本参考例では、芯金２０の内側に芯金と密着して樹脂円筒部材４１が設けられており、芯金２０からの熱を遮断している。また、さらにその内側に本参考例では２ｍｍの空間を設けて同様に絶縁性の樹脂円筒部材４２が設けられている。その結果、内側の円筒部材４２は、芯金と密着している円筒部材４１からの輻射熱と空気を伝わってくる伝熱の２種類の熱を受けることになる。この場合、空気を伝わってくる伝熱は僅かであり、内側円筒４２が受ける熱は輻射熱が大部分となり内側円筒への熱供給が大幅に減る。また、内側の円筒部材４２が電気絶縁性の樹脂により構成されているので、誘導コイル１３が万一トラブルを起こしてもコイルから電流が装置内部に流れることが無く、安全性の高い定着装置を提供することができる。これらのことにより、誘導コイル１３の温度上昇を抑制し、コイルの絶縁被覆の破損等の不具合を防止することができる。
【００４３】
さらに、本参考例では、２重の円筒部材４１,４２の間にスパイラル状のリブ４３が設けられている。本参考例のスパイラル状のリブ４３は内側円筒４２に一体成形で２ｍｍの高さのリブを設けた後、外側円筒４１に嵌め込んで図示しない係止部で外側円筒と一体に回転するようになっている。あるいは、別例として、内側円筒４２のスパイラル４３の頂点に接着剤をつけて外側円筒４１と接着固定することもできる。このような構成のため、定着ローラ１の回転によりリブ４３が回転することによって、円筒部材４１,４２間の空気（芯金２０の熱により高温となった空気）を排出するようになっている。なお、スパイラルリブ４３が円筒部材４１，４２のそれぞれと隙間無く密着することにより、定着ローラの回転によって、円筒部材４１,４２間の空間に滞留している熱を帯びた空気を確実に排出方向に流すことができる。また、前述のように、円筒部材４１,４２の幅は芯金２０の幅よりも大きく、円筒部材４１,４２間の熱気を定着ローラ外部に排出することで定着ローラ１の冷却効率を高めている。これにより、誘導コイル１３の温度上昇を更に防ぎ、コイルの絶縁被覆の破損等の不具合をより確実に防止することができる。
【００４４】
内側円筒４２に設けられたスパイラル状のリブ４３のピッチは一定ではなく、図６に示すように、風の流れ方向（図６の左から右方向）において上流側（入口側）のピッチを密に、下流側（出口側）のピッチを疎にしている。外側円筒４１と内側円筒４２間の空間に風を流すとき、出口側にはより熱い空気が流れるので温度が高くなってしまう。しかし、上記のように入口側のリブ４３のピッチを密に出口側のピッチを疎に設けることにより、ピッチが粗い方が１回転当たりの風を送る量が多くなることを利用して、出口側で円筒部材４１，４２の温度が高くなってしまうという不具合を解消している。
【００４５】
ところで、図５及び図９に示されるように、定着ローラの芯金２０と外側円筒部材４１は留金４４により係止されている。樹脂製の円筒部材４１は芯金２０よりも線膨張係数が大きく、通常温度では芯金２０に対して円筒部材４１の脱着が可能であり、加熱時に円筒部材４１が芯金２０に密着するように構成されている。留金４４の形状は図８に示すようなもので、両端部に相対する位置に内方突起部４４ａが形成されたリング形状（切断部のあるリング状）をしている。そして、図９に示すように、芯金２０及び外側円筒部材４１にはそれぞれ切欠き部２０ａ及び４１ａが穿設されている。円筒部材４１を芯金２０に挿入し、それぞれの切欠き部２０ａと４１ａの位置を合わせ、留金４４を芯金２０にはめ込んで突起部４４ａを切欠き部２０ａ及び４１ａに嵌合させることにより、両者が係止される。また、この留金４４は、芯金２０のスラスト留めを兼ねている。すなわち、図９に示すように、芯金２０にはめ込まれた留金４４が軸受２２に当接することにより、芯金２０の図中右方向への抜け止めを行っている。反対方向のスラスト留めは、図１に示されるように、芯金２０に固定された駆動ギヤ２１により行っている。
【００４６】
このように、本参考例では、芯金２０に嵌め込んだ留金４４により芯金のスラスト留めを行っているので、留金４４を外すことにより芯金の引き抜きが容易に行える。また、留金４４を外すことにより芯金２０と外側円筒部材４１との係止も解除されるので、接着剤を使わずに芯金２０に嵌め込んで密着された円筒部材４１を容易に抜き取ることもでき（上述の如く、通常温度で円筒部材４１の脱着が可能である）、定着ローラの解体を容易にしてリサイクルに有利な構造となっている。
【００４７】
以上、本発明を図示の実施形態により説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な形態をとることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の定着装置によれば、定着ローラ芯金から誘導コイルへの輻射熱の影響を低減すると共に、ローラ内の熱した空気がコイル部に流入することを防ぐことができる。そのため、誘導コイルの温度上昇を確実に防ぐことができる。
【００５３】
また、ボビンがその中心を軸方向に貫通する中心穴を有することにより、ボビンの冷却が可能となる。
【００５４】
また、ボビンの中心穴が定着ローラ外部に連絡されており、該中心穴とボビン外周面とを連絡する複数の連絡穴が設けられていることにより、コイル部を冷却して、定着ローラ発熱時の誘導コイルの温度上昇を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の定着装置主要部を示す断面構成図である。
【図２】その定着装置における定着動作を説明するための模式図である。
【図３】本発明の他の実施形態の定着装置主要部を示す断面構成図である。
【図４】その定着装置の定着ローラの固定軸（ボビン）を示す斜視図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態の定着装置主要部を示す断面構成図である。
【図６】その定着装置の、定着ローラ内に配設されたスパイラル状のリブを有する内側円筒部材を示す正面図である。
【図７】その定着装置の定着ローラの断面構成図である。
【図８】定着ローラの芯金と外側円筒部材を係止する留金の形状を示す平面図である。
【図９】定着ローラの芯金と外側円筒部材の係止部付近を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１              定着ローラ
２              加圧ローラ
１０            コア部
１１            固定軸（ボビン）
１３            誘導コイル
１４，１５      リード線
１８            中心穴
１９            連絡穴
２０            定着ローラ芯金（ローラ外周部）
３０            断熱部
３１            断熱部材
３２            フェルト部材（熱吸収部材）
４１            外側断熱円筒部材
４２            内側断熱円筒部材
４３            スパイラル状リブ
【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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【図８】
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【図９】
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