(57)【要約】【課題】加熱ローラに発生するショート電流を抑制してショート電流に起因する加熱ローラの温度ムラを低減する。【解決手段】加熱ローラの内部に収容されて電磁誘導作用により加熱ローラを発熱させる誘導加熱ユニットにおいて、加熱ローラの軸方向に並んで設けられた複数の励磁コイル３２ａ・３２ｂを有し、この励磁コイルは、加熱ローラの周方向に離間した１対の折り返し部６３・６４で導線６２を加熱ローラの内周面に概ね沿う向きに折り返すと共に、この１対の折り返し部間で導線を加熱ローラの周方向に往復するように巻き回して形成され、この導線の巻回方向が隣り合う励磁コイル相互で互いに逆向きとなっているものとする。【選択図】図６
2009265476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱ローラの内部に収容されて電磁誘導作用により前記加熱ローラを発熱させる誘導加熱ユニットであって、
前記加熱ローラの軸方向に並んで設けられた複数の励磁コイルを有し、この励磁コイルは、前記加熱ローラの周方向に離間した１対の折り返し部で導線を前記加熱ローラの内周面に概ね沿う向きに折り返すと共に、この１対の折り返し部間で導線を前記加熱ローラの周方向に往復するように巻き回して形成され、この導線の巻回方向が隣り合う前記励磁コイル相互で互いに逆向きとなっていることを特徴とする誘導加熱ユニット。
【請求項２】
前記複数の励磁コイルが、１条の導線を巻回方向を交互に変えながら巻き回すことで軸方向に順次形成されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱ユニット。
【請求項３】
前記励磁コイルにおける１対の折り返し部を前記加熱ローラの軸方向にずらして、軸方向に隣り合う前記励磁コイルが周方向に互いに重なり合うことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の誘導加熱ユニット。
【請求項４】
前記励磁コイルが発生する磁界を前記加熱ローラに案内する磁性体コアを有し、この磁性体コアが、隣り合う１対の励磁コイルの巻回内側をそれぞれ通って前記加熱ローラの略径方向に延びる１対の径方向部と、この１対の径方向部を相互に連結する態様で前記加熱ローラの略軸方向に延びる軸方向部とを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の誘導加熱ユニット。
【請求項５】
前記励磁コイルにおける一方の折り返し部から他方の折り返し部に向かう往路部となる導線部分と、これに隣り合う前記励磁コイルにおける他方の折り返し部から一方の折り返し部に向かう復路部となる導線部分とが互いに重なり合うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の誘導加熱ユニット。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の誘導加熱ユニットを備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項６に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導作用により加熱ローラを発熱させる誘導加熱ユニット、この誘導加熱ユニットが加熱ローラの内部に収容された定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスにより記録紙に画像を形成する画像形成装置（プリンタ、ファクシミリ装置、複写機、及び複合機など）では、感光体から記録紙上に転写された未定着のトナーを熱と圧力により記録紙に定着させる定着装置が設けられている。この定着装置では、近年、加熱ローラなどの加熱媒体を電磁誘導作用で生じる渦電流によるジュール熱で加熱する電磁誘導加熱方式によるものが省エネルギーの観点から注目されている。
【０００３】
このような電磁誘導加熱型の定着装置では、励磁コイル、磁性体コア及びこれらの保持部材からなる誘導加熱ユニットを加熱ローラの外周側に対向配置する構成の他、誘導加熱ユニットを加熱ローラの内部に収容した構成の定着装置が知られている（特許文献１参照）。このように誘導加熱ユニットを加熱ローラの内部に収容した構成は、省スペース化を図る上で都合が良い。
【特許文献１】特開２００７−２２６１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電磁誘導加熱型の定着装置において、加熱ローラに発生する誘導電流には、高周波電流による表皮効果により加熱ローラの表面に発生する渦電流と、加熱ローラを２次側コイルとして発生するショート電流とがあり、この渦電流及びショート電流は共に発熱に寄与するものではあるが、特にショート電流は、加熱ローラの肉厚の全体に渡って発生することから、加熱ローラの肉厚の不均一さに伴う抵抗値の違いに応じて発熱量が異なるため、加熱ローラに温度ムラを発生させる要因となる。
【０００５】
しかるに、前記特許文献１に開示された従来の定着装置では、加熱ローラの中心軸周りに螺旋状に導線を巻回した構成の励磁コイルが採用され、この励磁コイルの外周を加熱ローラの円筒状の本体が環状に取り囲む形態となり、励磁コイルの導線の巻回方向と加熱ローラの周方向とが一致するため、ショート電流が顕著に発生して、ショート電流に起因する温度ムラが大きくなるという問題があった。
【０００６】
また、前記特許文献１に開示された従来の定着装置では、誘導加熱ユニットにおいて、隣り合う励磁コイル同士で磁界の方向が互いに逆になるように、励磁コイルを加熱ローラの軸方向に複数並べて設けると共に、誘導加熱ユニットを軸方向に往復運動させる構成として、加熱ローラの軸方向の温度分布を均一化するようにしているが、誘導加熱ユニットの駆動機構が必要となることから、配置スペースが嵩張る上に、部品点数及び組み立て工数の増加によるコスト増を招くため、小型化及び低コスト化を図る観点から問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、加熱ローラに発生するショート電流を抑制してショート電流に起因する加熱ローラの温度ムラを低減することができるように構成された誘導加熱ユニット、定着装置、及び画像形成装置を提供することにある。さらに、本発明は、加熱ローラの温度ムラを低減するにあたり、大型化及び製造コストの増大を抑えることができるように構成された誘導加熱ユニット、定着装置、及び画像形成装置を提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の誘導加熱ユニット、定着装置、及び画像形成装置は、加熱ローラの内部に収容されて電磁誘導作用により前記加熱ローラを発熱させる誘導加熱ユニットにおいて、前記加熱ローラの軸方向に並んで設けられた複数の励磁コイルを有し、この励磁コイルは、前記加熱ローラの周方向に離間した１対の折り返し部で導線を前記加熱ローラの内周面に概ね沿う向きに折り返すと共に、この１対の折り返し部間で導線を前記加熱ローラの周方向に往復するように巻き回して形成され、この導線の巻回方向が隣り合う前記励磁コイル相互で互いに逆向きとなっている構成とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、励磁コイルを構成する導線の巻回方向と加熱ローラの周方向とが異なるため、加熱ローラに発生するショート電流を抑制してショート電流に起因する加熱ローラの温度ムラを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、加熱ローラの内部に収容されて電磁誘導作用により前記加熱ローラを発熱させる誘導加熱ユニットにおいて、前記加熱ローラの軸方向に並んで設けられた複数の励磁コイルを有し、この励磁コイルは、前記加熱ローラの周方向に離間した１対の折り返し部で導線を前記加熱ローラの内周面に概ね沿う向きに折り返すと共に、この１対の折り返し部間で導線を前記加熱ローラの周方向に往復するように巻き回して形成され、この導線の巻回方向が隣り合う前記励磁コイル相互で互いに逆向きとなっている構成とする。
【００１１】
これによると、励磁コイルを構成する導線の巻回方向と加熱ローラの周方向とが異なるため、加熱ローラに発生するショート電流を抑制してショート電流に起因する加熱ローラの温度ムラを低減することができる。
【００１２】
前記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記第１の発明において、前記複数の励磁コイルが、１条の導線を巻回方向を交互に変えながら巻き回すことで軸方向に順次形成されている構成とする。
【００１３】
これによると、１条の導線で複数の励磁コイルを連続して形成することができるので、製造が容易であり、安価に製造することができる。
【００１４】
前記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記第１・第２の発明において、前記励磁コイルにおける１対の折り返し部を前記加熱ローラの軸方向にずらして、軸方向に隣り合う前記励磁コイルが周方向に互いに重なり合う構成とする。
【００１５】
これによると、加熱ローラにおいて励磁コイルにより発生する磁束が出入りする部分が発熱しないが、励磁コイルを周方向に互いに重なり合うように設けることで、発熱エリアが周方向に重なり合うように形成されるため、加熱ローラを回転させることで加熱ローラが均一に発熱するようになる。このため、誘導加熱ユニットを軸方向に往復運動させる駆動機構を設けることなく、加熱ローラの軸方向の温度分布を均一化することができ、誘導加熱ユニットの大型化及び製造コストの増大を抑えることができる。
【００１６】
前記課題を解決するためになされた第４の発明は、前記第１〜第３の発明において、前記励磁コイルが発生する磁界を前記加熱ローラに案内する磁性体コアを有し、この磁性体コアが、隣り合う１対の励磁コイルの巻回内側をそれぞれ通って前記加熱ローラの略径方向に延びる１対の径方向部と、この１対の径方向部を相互に連結する態様で前記加熱ローラの略軸方向に延びる軸方向部とを備えている構成とする。
【００１７】
これによると、隣り合う１対の励磁コイルが共通の磁性体コアにより磁界が形成され、また磁性体コアの径方向部が加熱ローラの内周面に近接して対向するため、磁束が加熱ローラに効率良く進入して、発熱効率を高めることができ、これにより誘導加熱ユニットの小型化を図ることができる。
【００１８】
前記課題を解決するためになされた第５の発明は、前記第１〜第４の発明において、前記励磁コイルにおける一方の折り返し部から他方の折り返し部に向かう往路部となる導線部分と、これに隣り合う前記励磁コイルにおける他方の折り返し部から一方の折り返し部に向かう復路部となる導線部分とが互いに重なり合う構成とする。
【００１９】
これによると、限られたスペースで導線の巻き数を増やすことができるため、発熱量を増大することができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明が適用される複写機の概略構成を示す模式的な断面図である。この複写機（画像形成装置）は、原稿の画像を読み取る原稿読取部１と、ここで読み取った原稿の画像をトナーで記録紙（記録媒体）上に形成する画像形成部２と、ここで記録紙上に形成されたトナー像を定着させる定着部（定着装置）３とを有し、画像形成部２には給紙部４から記録紙が供給され、定着部３で定着処理が終わった記録紙が排紙部５に排出される。
【００２２】
画像形成部２では、帯電ローラ１１により一様に帯電された感光体ドラム１２に対してレーザ走査ユニット１３からレーザ光が照射されて感光体ドラム１２の像形成面上に静電潜像が形成された後、現像ユニット１４内のトナーが現像ローラ１５を介して感光体ドラム１２に供給されることでその像形成面上の静電潜像が現像され、これにより形成されたトナー像が転写ローラ１６により記録紙に転写される。
【００２３】
図２は、図１に示した定着部３の要部を示す断面図である。定着部３は、記録紙（記録媒体）Ｓ上のトナー像を熱溶融させる加熱ローラ２１と、図示しないばねにより加熱ローラ２１に圧接する向きに付勢された加圧ローラ２２とを有しており、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とによるニップ部に記録紙Ｓが送り込まれ、熱及び圧力の作用で記録紙Ｓ上のトナーが記録紙Ｓに定着される。
【００２４】
加熱ローラ２１は、鉄ニッケル合金などの整磁合金などからなる中空円筒状のローラ本体２３を有し、このローラ本体２３の内部には誘導加熱ユニット２４が収容されている。この誘導加熱ユニット２４は高周波電源２５により駆動され、励磁コイル３２ａ・３２ｂが発生する高周波磁界によりローラ本体２３が発熱する。ローラ本体２３の表面には、フッ素樹脂などからなる離型層（図示せず）が形成されている。
【００２５】
加圧ローラ２２は、アルミニウム合金材からなる芯金２８と、この芯金２８の周囲に形成された発泡シリコーンゴムなどのスポンジ材からなる弾性層２９とを有している。
【００２６】
図３は、図２に示した加熱ローラ２１の軸方向の断面図である。加熱ローラ２１の内部に収容される誘導加熱ユニット２４は、軸方向に並んで設けられた複数の励磁コイル３２ａ・３２ｂと、この複数の励磁コイル３２ａ・３２ｂが発生する磁界を加熱ローラ２１に案内する磁性体コア３３ａ〜３３ｃと、励磁コイル３２ａ・３２ｂ及び磁性体コア３３ａ〜３３ｃを保持するために軸方向に延在する芯材（コイル保持体）３４とからなっている。
【００２７】
図４は、図３に示した磁性体コア３３ａ〜３３ｃ及び芯材３４を示す斜視図である。芯材３４は、コ字形状、すなわち１方向が開放された４角形状の断面をなし、電磁誘導作用により芯材３４自身が発熱することを避けるために、非磁性材料、例えば耐熱性の合成樹脂材料などにて形成されている。
【００２８】
磁性体コア３３ａ〜３３ｃは、フェライトなどの強磁性を有する材料にて形成され、加熱ローラ２１の略径方向に延びる１対の径方向部４１と、この１対の径方向部４１を相互に連結する態様で加熱ローラ２１の略軸方向に延びる軸方向部４２とを備え、全体として略Ｕ字形状をなしており、１対の径方向部４１を径方向外側に向けた状態で、軸方向部４２が芯材３４の平板状の面３４ａ〜３４ｃに接着固定される。
【００２９】
磁性体コア３３は、芯材３４を中心にして３方向に配置され、芯材３４の第１〜第３の面３４ａ〜３４ｃ上に磁性体コア３３ａ〜３３ｃがそれぞれ芯材３４の軸方向に並べて設けられている。第１・第３の磁性体コア３３ａ・３３ｃは互いに同一の軸方向位置に配置され、第２の磁性体コア３３ｂは第１・第３の磁性体コア３３ａ・３３ｃとずれた軸方向位置に配置されている。
【００３０】
図５は、本発明における励磁コイルの巻線状況の基本的な例を示す模式図であり、（Ａ）に斜視図であり、（Ｂ）は展開図である。ここでは、励磁コイル５１ａ・５１ｂが、加熱ローラ２１の周方向に離間した１対の折り返し部５３・５４で導線５２を加熱ローラ２１の内周面に概ね沿う向きに折り返すと共に、この１対の折り返し部５３・５４間で導線５２を加熱ローラ２１の周方向に往復するように巻き回して形成されている。
【００３１】
隣り合う第１の励磁コイル５１ａと第２の励磁コイル５１ｂとでは導線５２の巻回方向が互いに逆向きとなっており、この第１の励磁コイル５１ａと第２の励磁コイル５１ｂとで１つの繰り返し単位が構成され、第１の励磁コイル５１ａと第２の励磁コイル５１ｂとが軸方向に交互に並んだ状態となり、１条の導線５２を巻き方向を交互に変えながら巻き回すことで軸方向に並んだ第１の励磁コイル５１ａと第２の励磁コイル５１ｂとが順次形成される。
【００３２】
図６は、図３に示した励磁コイル３２ａ・３２ｂの巻線状況を示す模式的な展開図である。励磁コイル３２ａ・３２ｂは、前記図５に示した例と同様に、加熱ローラ２１の周方向に離間した１対の折り返し部６３・６４で導線６２を加熱ローラ２１の内周面に概ね沿う向きに折り返すと共に、この１対の折り返し部６３・６４間で導線６２を加熱ローラ２１の周方向に往復するように巻き回して形成されているが、特にここでは、励磁コイル３２ａ・３２ｂにおける１対の折り返し部６３・６４を加熱ローラ２１の軸方向にずらして、軸方向に隣り合う励磁コイル３２ａ・３２ｂが周方向に互いに重なり合うように設けられている。１対の折り返し部６３・６４は、芯材３４に設けられた突起３６に導線６２を引っ掛けることで形成される（図４参照）。
【００３３】
また、前記図５に示した例と同様に、隣り合う第１の励磁コイル３２ａと第２の励磁コイル３２ｂとでは導線６２の巻回方向が互いに逆向きとなっており、この第１の励磁コイル３２ａと第２の励磁コイル３２ｂとで１つの繰り返し単位が構成され、第１の励磁コイル３２ａと第２の励磁コイル３２ｂとが軸方向に交互に並んだ状態となり、１条の導線６２を巻き方向を交互に変えながら巻き回すことで軸方向に並んだ第１の励磁コイル３２ａと第２の励磁コイル３２ｂとが順次形成される。なお、導線６２には、互いに絶縁された銅線材を複数本束ねたリッツ線が用いられる。
【００３４】
励磁コイル３２ａ・３２ｂにおいて一方の折り返し部６３から他方の折り返し部６４に向かう往路部６５、及び他方の折り返し部６４から一方の折り返し部６３に向かう復路部６６は、斜め方向に並んだ磁性体コア３３ａ〜３３ｃの軸方向部４２の上側（径方向外側）を通るように巻き回されており、第１の励磁コイル３２ａにおける往路部６５となる導線６２の部分と、これに隣り合う第２の励磁コイル３２ｂにおける復路部６６となる導線部分とが、磁性体コア３３ａ〜３３ｃの軸方向部４２の上側で互いに重なり合う。また同様に、第２の励磁コイル３２ｂにおける往路部６５となる導線６２の部分と、これに隣り合う第１の励磁コイル３２ａにおける復路部６６となる導線部分とが、磁性体コア３３ａ〜３３ｃの軸方向部４２の上側で互いに重なり合う。
【００３５】
なお、図６に示した例では、励磁コイル３２ａ・３２ｂにおける導線６２の巻数を２回としており、磁性体コア３３ａ〜３３ｃの軸方向部４２で導線６２が５重となっているが、本発明はこの例に限定されるものではなく、適宜な巻数で励磁コイル３２ａ・３２ｂを形成すれば良い。
【００３６】
図７は、図３に示した加熱ローラ２１における磁束の発生状況を示す断面図である。励磁コイル３２ａ・３２ｂにより発生した磁束は、磁性体コア３３ａ〜３３ｃにより案内されて磁極となる径方向部４１の先端面からローラ本体２３に進入する。このとき、磁性体コア３３ａ〜３３ｃの径方向部４１が、隣り合う１対の励磁コイル３２ａ・３２ｂの巻回内側をそれぞれ通って、ローラ本体２３の内周面に近接するように突出しているため、漏れ磁束が少なく、加熱ローラ２１の磁束密度が高くなるため、高い加熱効率を得ることができる。
【００３７】
ここで、隣り合う励磁コイル３２ａ・３２ｂ同士では、導線６２の巻回方向が逆向きとなっているため、発生する磁界の方向が逆向きとなる。また、加熱ローラ２１のローラ本体２３においては、励磁コイル３２ａ・３２ｂにより発生する磁束により生起する渦電流によって発熱するが、磁束が出入りする部分、すなわち磁性体コア３３ａ〜３３ｃの径方向部４１の端面に対向する部分は発熱しない。
【００３８】
図８は、図３に示した加熱ローラ２１の発熱状況を示す平面図である。加熱ローラ２１の停止状態では、ローラ本体２３に、励磁コイル３２ａ・３２ｂを構成する導線６２の延在位置に対応して発熱エリアが現れ、また軸方向に隣り合う磁性体コア３３ａ〜３３ｃの間の部分に対応して発熱しない部分が現れるが、発熱エリアが加熱ローラ２１の周方向に対して斜めに傾いた状態で形成されて周方向に重複するため、静止した誘導加熱ユニット２４の周囲を加熱ローラ２１が回転すると、加熱ローラ２１上の発熱エリアが移動して、加熱ローラ２１が軸方向に均一に発熱し、加熱ローラ２１の軸方向の温度分布を均一化することができる。
【００３９】
なお、前記の例では、コ字形状、すなわち１方向が開放された４角形状の断面をなす芯材を中心にして３方向に磁性体コアを配置したが、本発明はこれに限定されるものではなく、芯材を中心にして２方向や４方向、あるいはこれより多くの方向に磁性体コアを配置した構成も可能であり、この場合、磁性体コアの配置形態に適合する多角形の断面をなす芯材を用いれば良い。
【００４０】
このように、同一の軸方向位置において周方向に配列される磁性体コアの配置数を多くすると、周方向の温度分布を均一化する上で都合が良く、加熱ローラ２１の回転を開始させてから周方向の温度分布が均一化した状態に移行するまでの時間をより一層短縮することができる。
【００４１】
また、前記の例では、誘導加熱ユニットが収容された加熱ローラに加圧ローラを圧接させて両者間に形成されるニップ部に記録紙を通す構成について説明したが、この他に、温度の立ち上がり特性を改善するために、ローラより熱容量が小さくなる加熱ベルトを用いる構成でも同様に適用可能である。この場合、無端帯状の加熱ベルトを、誘導加熱ユニットが収容された加熱ローラと定着ローラとに巻き掛け、定着ローラに対向配置された加圧ローラと、定着ローラに対する加熱ベルトの巻き掛け部分との間に記録紙を通すことで、記録紙上のトナーが熱及び圧力の作用で記録紙に定着される。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明にかかる誘導加熱ユニット、定着装置、及び画像形成装置は、加熱ローラに発生するショート電流を抑制してショート電流に起因する加熱ローラの温度ムラを低減することができる効果を有し、電磁誘導作用により加熱ローラを発熱させる誘導加熱ユニット、この誘導加熱ユニットが加熱ローラの内部に収容された定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明が適用される複写機の概略構成を示す模式的な断面図
【図２】図１に示した定着部の要部を示す断面図
【図３】図２に示した加熱ローラの軸方向の断面図
【図４】図３に示した磁性体コア及び芯材を示す斜視図
【図５】本発明における励磁コイルの巻線状況の基本的な例を示す模式図
【図６】図３に示した励磁コイルの巻線状況を示す模式的な展開図
【図７】図３に示した加熱ローラにおける磁束の発生状況を示す断面図
【図８】図３に示した加熱ローラの発熱状況を示す平面図
【符号の説明】
【００４４】
３  定着部
２１  加熱ローラ
２３  ローラ本体
２４  誘導加熱ユニット
３２ａ・３２ｂ  励磁コイル
３３ａ・３３ｂ・３３ｃ  磁性体コア
３４  芯材
３６  突起
４１  径方向部
４２  軸方向部
５１ａ・５１ｂ  励磁コイル
５２  導線
５３・５４  折り返し部
６２  導線
６３・６４  折り返し部
６５  往路部
６６  復路部
Ｓ  記録紙
【図１】
2009265476.tif 000003
【図２】
2009265476.tif 000004
【図３】
2009265476.tif 000005
【図４】
2009265476.tif 000006
【図５】
2009265476.tif 000007
【図６】
2009265476.tif 000008
【図７】
2009265476.tif 000009
【図８】
2009265476.tif 000010