(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒の加熱される定着ローラと、この定着ローラ内に沿って配置されるコイル支持体と、このコイル支持体の周囲に巻回して形成され前記定着ローラに誘導電流を誘起させて加熱する加熱コイルと、前記定着ローラとニップ部を形成する加圧ローラとを有し、前記定着ローラと加圧ローラとのニップ部で転写材を挟持搬送させることで、前記転写材上に形成されたトナー像に熱エネルギーを付与して定着する定着装置において、
前記加熱コイルは、前記コイル支持体にコイル支持体長手方向に沿って長く、コイル支持体長手方向と、コイル支持体長手方向と交差する方向を有するように巻回し、この加熱コイルは、コイル支持体長手方向の巻き密度より、このコイル支持体長手方向と交差する方向の巻き密度を高くし、
前記加熱コイルは、断面形状が中心で直交する縦線と横線の長さが異なる形状であり、コイル支持体長手方向ではコイル断面の長線側同士が並ぶように巻き、コイル支持体長手方向と交差する方向ではコイル断面の短線側同士が並ぶように巻いたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加熱コイルは、コイル支持体長手方向と、コイル支持体長手方向と交差する方向で積層数が異なり、コイル支持体長手方向の積層数より、コイル支持体長手方向と交差する方向の積層数を多くしたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記加熱コイルは、コイル支持体長手方向の巻き表面と前記定着ローラ内面との距離より、コイル支持体長手方向と交差する方向の巻き表面と前記定着ローラ内面との距離を短くしたことを特徴とする請求項１または請求項2に記載の定着装置。
【請求項４】
前記加熱コイルの端子は、前記加熱コイルの巻きの内側に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記コイル支持体は、耐熱性であり、その両端が固定支持されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記加熱コイルの端子は、コイル支持体に固定され、コイル支持体長手方向の片方から引き出して電源に接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記加熱コイルと前記定着ローラとの間に、断熱層を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記コイル支持体は、熱伝導性材料であり、前記加熱コイルの熱を放出する手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項7のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項９】
前記コイル支持体を、コイル支持体長手方向に２分割して分割半体で構成し、それぞれの分割半体に前記加熱コイルを巻き始め端子が内側になるようにして内側から外側へ巻き、このそれぞれの分割半体を接合して前記加熱コイルの外側の巻き終端同士を接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１０】
一様に帯電した感光体ドラムに像露光を行い、感光体ドラム上に潜像を形成し、この潜像を現像してトナー像が形成し、このトナー像を転写材に転写して定着する画像形成装置において、
請求項１乃至請求項９に記載の定着装置を備え、前記転写材上のトナー像を定着すること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】
この発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成に用いられる誘導加熱タイプの定着装置及びこの定着装置を備える画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に用いられる定着装置は、粉体現像剤からなるトナー像を坦持した転写材を加熱する加熱ローラ及び加圧しつつ搬送する加圧ローラとを備え、これら加熱ローラと加圧ローラとの圧接部（ニップ部）である定着ポイントを転写材が通過することで、この転写材上のトナーを融着圧着して定着するようになっている。
【０００３】
この加熱ローラの加熱源として、ハロゲンランプ等を用いこれを金属ローラの内側に設置し、このローラを輻射熱によって加熱する方式が一般的であるが、近年では、誘導加熱の手法を用いた定着装置として、定着ローラの回転軸に沿って設けられたコイル支持体に加熱コイルを巻いた形状でローラに渦電流を流して加熱する方式が提案されている。
【０００４】
このような定着装置は、磁束により定着ローラに渦電流を発生させ、ジュール熱によって発熱させ、発熱位置をできるだけトナーに接近させることができ、またハロゲンランプを用いた熱ローラよりも消費エネルギーの効率アップが達成でき、しかも温度制御が容易に、かつ高精度に行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２８に示すように、コイル支持体１００に一様に加熱コイル１０１を巻いた場合、図２９に示すように、定着ローラの長手方向端部での磁束密度が小さく、その分発熱が少なく温度だれが生じ、定着不良を起こす。
【０００６】
この温度だれを解消するために定着ローラの長さを定着に必要な部分よりも長くすることで、必要部分の温度を確保している。その場合、加熱コイルの長さが長くなり、消費電力が多くなり、かつコンパクト化が図れず装置の大型化を招くようになる。また、加熱コイルやコイル支持体が大きくなることによってコストが嵩む等の問題がある。
【０００７】
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、簡単な構造で発熱領域を確保し、小型化かつ低コスト化を可能にする定着装置及び画像形成装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、『円筒の加熱される定着ローラと、この定着ローラ内に沿って配置されるコイル支持体と、このコイル支持体の周囲に巻回して形成され前記定着ローラに誘導電流を誘起させて加熱する加熱コイルと、前記定着ローラとニップ部を形成する加圧ローラとを有し、前記定着ローラと加圧ローラとのニップ部で転写材を挟持搬送させることで、前記転写材上に形成されたトナー像に熱エネルギーを付与して定着する定着装置において、
前記加熱コイルは、前記コイル支持体にコイル支持体長手方向に沿って長く、コイル支持体長手方向と、コイル支持体長手方向と交差する方向を有するように巻回し、この加熱コイルは、コイル支持体長手方向の巻き密度より、このコイル支持体長手方向と交差する方向の巻き密度を高くし、
前記加熱コイルは、断面形状が中心で直交する縦線と横線の長さが異なる形状であり、コイル支持体長手方向ではコイル断面の長線側同士が並ぶように巻き、コイル支持体長手方向と交差する方向ではコイル断面の短線側同士が並ぶように巻いたことを特徴とする定着装置。』である。
【００１０】
この請求項１に記載の発明によれば、加熱コイルのコイル支持体長手方向の巻き密度より、このコイル支持体長手方向と交差する方向の巻き密度を高くすることで、定着ローラの長手方向端部での磁束密度が大きく、その分発熱が多くなり、定着ローラの発熱分布が改善されて長手方向端部での温度低下を抑えることができ、加熱コイルの長さができるだけ短く、かつ簡単な構造で発熱領域を確保し、小型化かつ低コスト化が可能である。また、加熱コイルのコイル支持体長手方向ではコイル断面の長線側同士が並ぶように巻き、コイル支持体長手方向と交差する方向ではコイル断面の短線側同士が並ぶように巻くことで、定着ローラの長手方向端部での磁束密度が大きく、その分発熱が多くなり、定着ローラの発熱分布が改善されて長手方向端部での温度低下を抑えることができ、加熱コイルの長さができるだけ短く、かつ簡単な構造で発熱領域を確保し、小型化かつ低コスト化が可能である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、『前記加熱コイルは、コイル支持体長手方向と、コイル支持体長手方向と交差する方向で積層数が異なり、コイル支持体長手方向の積層数より、コイル支持体長手方向と交差する方向の積層数を多くしたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。』である。
【００１４】
この請求項２に記載の発明によれば、加熱コイルのコイル支持体長手方向の積層数より、コイル支持体長手方向と交差する方向の積層数を多くすることで、定着ローラの長手方向端部での磁束密度が大きく、その分発熱が多くなり、定着ローラの発熱分布が改善されて長手方向端部での温度低下を抑えることができ、加熱コイルの長さができるだけ短く、かつ簡単な構造で発熱領域を確保し、小型化かつ低コスト化が可能である。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、『前記加熱コイルは、コイル支持体長手方向の巻き表面と前記定着ローラ内面との距離より、コイル支持体長手方向と交差する方向の巻き表面と前記定着ローラ内面との距離を短くしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。』である。
【００１６】
この請求項３に記載の発明によれば、加熱コイルのコイル支持体長手方向の巻き表面と定着ローラ内面との距離より、コイル支持体長手方向と交差する方向の巻き表面と定着ローラ内面との距離を短くすることで、定着ローラの長手方向端部での磁束が強く、その分発熱が多くなり、定着ローラの発熱分布が改善されて長手方向端部での温度低下を抑えることができ、加熱コイルの長さができるだけ短く、かつ簡単な構造で発熱領域を確保し、小型化かつ低コスト化が可能である。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、『前記加熱コイルの端子は、前記加熱コイルの巻きの内側に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。』である。
【００１８】
この請求項４に記載の発明によれば、加熱コイルの端子を加熱コイルの巻きの内側に配置することで、加熱コイルの巻回に端子が邪魔にならず、しかも電源との接続が容易である。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、『前記コイル支持体は、耐熱性であり、その両端が固定支持されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。』である。
【００２０】
この請求項５に記載の発明によれば、コイル支持体が耐熱性であり、その両端が固定支持されることで、コイル支持体の耐久性が向上する。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、『前記加熱コイルの端子は、コイル支持体に固定され、コイル支持体長手方向の片方から引き出して電源に接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の定着装置。』である。
【００２２】
この請求項６に記載の発明によれば、加熱コイルの端子がコイル支持体に固定され、かつコイル支持体長手方向の片方から引き出すことで、簡単且つ確実に電源に接続することができ、しかも組み付けの作業性も向上する。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、『前記加熱コイルと前記定着ローラとの間に、断熱層を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項6のいずれか１項に記載の定着装置。』である。
【００２４】
この請求項７に記載の発明によれば、加熱コイルと定着ローラとの間に、断熱層を形成することで、定着ローラからの放熱を軽減することで、安定した定着が可能で、かつ消費電力を少なくすることができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、『前記コイル支持体は、熱伝導性材料であり、前記加熱コイルの熱を放出する手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の定着装置。』である。
【００２６】
この請求項８に記載の発明によれば、コイル支持体が熱伝導性材料であり、加熱コイルの熱を放出することで、コイル支持体及び加熱コイルの耐久性を向上することができる。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、『前記コイル支持体を、コイル支持体長手方向に２分割して分割半体で構成し、それぞれの分割半体に前記加熱コイルを巻き始め端子が内側になるようにして内側から外側へ巻き、このそれぞれの分割半体を接合して前記加熱コイルの外側の巻き終端同士を接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の定着装置。』である。
【００２８】
この請求項９に記載の発明によれば、分割半体に加熱コイルを巻き始め端子が内側になるようにして内側から外側へ巻きユニットにし、このそれぞれの分割半体を接合して加熱コイルの外側の巻き終端同士を接続することで、簡単に組み付けることができ、組付けの作業性が向上する。
【００２９】
請求項１０に記載の発明は、『一様に帯電した感光体ドラムに像露光を行い、感光体ドラム上に潜像を形成し、この潜像を現像してトナー像が形成し、このトナー像を転写材に転写して定着する画像形成装置において、請求項１乃至請求項９に記載の定着装置を備え、前記転写材上のトナー像を定着すること特徴とする画像形成装置。』である。
【００３０】
この請求項１０に記載の発明によれば、小型かつ低コストで発熱領域を確保することができる定着装置を備えることで、その分画像形成装置の小型化かつ低コスト化が可能である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の定着装置及び画像形成装置の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、この発明の実施の形態における断定的な説明は、一例を示すものであって、この発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００３２】
この発明にかかわる定着装置を用いる画像形成装置の一実施形態の画像形成プロセスおよび各機構について、図１を用いて説明する。図１は定着装置を用いる画像形成装置の一実施形態を示すカラー画像形成装置の断面構成図である。
【００３３】
この実施の形態の画像形成装置は、像形成体である感光体ドラム１０は、例えばガラスや透光性アクリル樹脂等の透光性部材によって形成される円筒状の基体の外周に、透光性の導電層及び有機感光層（ＯＰＣ）の光導電体層を形成したものである。
【００３４】
感光体ドラム１０は、駆動源からの動力により、透光性の導電層を接地された状態で図１の矢印で示す時計方向に回転される。この発明では、画像露光用の露光ビームは、その結像点である感光体ドラム１０の光導電体層において、光導電体層の光減衰特性（光キャリア生成）に対して適正なコントラストを付与できる波長の露光光量を有していればよい。従って、この実施の形態における感光体ドラム１０の透光性の基体の光透過率は、１００％である必要はなく、露光ビームの透過時にある程度の光を吸収するような特性を有していてもよい。要は、適切なコントラストを付与できればよい。透光性の基体の素材としては、アクリル樹脂、特にメタクリル酸メチルエステルモノマーを重合したものが、透光性、強度、精度、表面性等において優れており好ましく用いられるが、その他一般光学部材などに使用されるアクリル、フッ素、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどの各種透光性樹脂が使用可能である。また、露光光に対して透光性を有していれば、着色していてもよい。透光性の導電層としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化鉛、酸化インジウム、ヨウ化銅や、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌなどからなる透光性を維持した金属薄膜が用いられ、成膜法としては、真空蒸着法、活性反応蒸着法、各種スパッタリング法、各種ＣＶＤ法、浸漬塗工法、スプレー塗布法などが利用できる。また、光導電体層としては各種有機感光層（ＯＰＣ）が使用できる。
【００３５】
光導電体層の感光層としての有機感光層は、電荷発生物質（ＣＧＭ）を主成分とする電荷発生層（ＣＧＬ）と電荷輸送物質（ＣＴＭ）を主成分とする電荷輸送層（ＣＴＬ）とに機能分離された二層構成の感光層とされる。二層構成の有機感光層は、ＣＴＬが厚いために有機感光層としての耐久性が高い。
【００３６】
以下に説明する帯電手段としてのスコロトロン帯電器１１、画像書込手段としての露光光学系１２、現像手段としての現像器１３は、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒色（Ｋ）の各色毎の画像形成プロセス用として準備されており、この実施の形態においては、図１の矢印にて示す感光体ドラム１０の回転方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に配置される。
【００３７】
帯電手段としてのスコロトロン帯電器１１は、像形成体である感光体ドラム１０の移動方向に対して直交する方向（図１において紙面垂直方向）に感光体ドラム１０と対峙し近接して取り付けられ、感光体ドラム１０の有機感光体層に対し所定の電位に保持された制御グリッド１１ｂと、コロナ放電電極１１ａとして、例えば鋸歯状電極を用い、トナーと同極性のコロナ放電とによって帯電作用を行い、感光体ドラム１０に対し一様な電位を与える。コロナ放電電極１１ａとしては、その他ワイヤ電極や針状電極を用いることも可能である。
【００３８】
各色毎の露光光学系１２は、それぞれ、像露光光の発光素子としてのＬＥＤ（発光ダイオード）を感光体ドラム１０の軸と平行に複数個アレイ状に並べた線状の露光素子（不図示）と等倍結像素子としてのセルフォックレンズ（不図示）とがホルダに取り付けられた露光用ユニットとして構成される。露光光学系保持部材としての円柱状の保持体２０に、各色毎の露光光学系１２が取付けられて感光体ドラム１０の基体内部に収容される。露光素子としてはその他、ＦＬ（蛍光体発光）、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）、ＰＬ（プラズマ放電）等の複数の発光素子をアレイ状に並べた線状のものが用いられる。
【００３９】
各色毎の画像書込手段としての露光光学系１２は、感光体ドラム１０上での露光位置を、スコロトロン帯電器１１と現像器１３との間で、現像器１３に対して感光体ドラム１０の回転方向上流側に設けた状態で、感光体ドラム１０の内部に配置される。
【００４０】
露光光学系１２は、別体のコンピュータ（不図示）から送られたメモリに記憶された各色の画像データに基づいて画像処理を施した後、一様に帯電した感光体ドラム１０に像露光を行い、感光体ドラム１０上に潜像を形成する。この実施形態で使用される発光素子の発光波長は、通常Ｙ、Ｍ、Ｃのトナーの透光性の高い６８０〜９００ｎｍの範囲のものが良好であるが、裏面から像露光を行うことからカラートナーに透光性を十分に有しないこれより短い波長でもよい。
【００４１】
各色毎の現像手段としての現像器１３は、内部にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）若しくは黒色（Ｋ）の二成分（一成分でもよい）の現像剤を収容し、それぞれ、例えば厚み０．５〜１ｍｍ、外径１５〜２５ｍｍの円筒状の非磁性のステンレスあるいはアルミ材で形成された現像剤担持体である現像スリーブ１３ａを備えている。
【００４２】
現像領域では、現像スリーブ１３ａは、突き当てコロ（不図示）により感光体ドラム１０と所定の間隙、例えば１００〜１０００μｍをあけて非接触に保たれ、感光体ドラム１０の回転方向と最近接位置において順方向に回転するようになっており、現像時、現像スリーブ１３ａに対してトナーと同極性の直流電圧或いは直流電圧に交流電圧ＡＣを重畳する現像バイアス電圧を印加することにより、感光体ドラム１０の露光部に対して非接触の反転現像が行われる。この時の現像間隔精度は画像むらを防ぐために２０μｍ程度以下が必要である。
【００４３】
現像器１３は、スコロトロン帯電器１１による帯電と露光光学系１２による像露光によって形成される感光体ドラム１０上の静電潜像を、非接触の状態で感光体ドラム１０の帯電極性と同極性のトナーにより反転現像する。
【００４４】
画像形成のスタートにより不図示の像形成体駆動モータの始動により、感光体ドラム１０が図１の矢印で示す時計方向へ回転され、同時にＹのスコロトロン帯電器１１の帯電作用により感光体ドラム１０に電位の付与が開始される。感光体ドラム１０は電位を付与されたあと、Ｙの露光光学系１２において第１の色信号すなわちＹの画像データに対応する電気信号による露光（画像書込）が開始され感光体ドラム１０の回転走査によってその表面の感光層に原稿画像のイエロー（Ｙ）の画像に対応する静電潜像が形成される。この潜像はＹの現像器１３により非接触の状態で反転現像され、感光体ドラム１０上にイエロー（Ｙ）のトナー像が形成される。
【００４５】
次いで、感光体ドラム１０は前記イエロー（Ｙ）のトナー像の上に、Ｍのスコロトロン帯電器１１の帯電作用により電位が付与され、Ｍの露光光学系１２の第２の色信号すなわちマゼンタ（Ｍ）の画像データに対応する電気信号による露光（画像書込）が行われ、Ｍの現像器１３による非接触の反転現像によって前記のイエロー（Ｙ）のトナー像の上にマゼンタ（Ｍ）のトナー像が重ね合わせて形成される。
【００４６】
同様のプロセスにより、Ｃのスコロトロン帯電器１１、露光光学系１２及び現像器１３によってさらに第３の色信号に対応するシアン（Ｃ）のトナー像が、また、Ｋのスコロトロン帯電器１１、露光光学系１２及び現像器１３によって第４の色信号に対応する黒色（Ｋ）のトナー像が順次重ね合わせて形成され、感光体ドラム１０の一回転以内にその周面上にカラーのトナー像が形成される。
【００４７】
このように、この実施の形態では、Ｙ、Ｍ、Ｃ及びＫの露光光学系１２による感光体ドラム１０の有機感光層に対する露光は、感光体ドラム１０の内部より透光性の基体を通して行われる。従って、第２、第３及び第４の色信号に対応する画像の露光は何れも先に形成されたトナー像により遮光されることなく静電潜像を形成することが可能となり、好ましいが、感光体ドラム１０の外部から露光してもよい。
【００４８】
一方、転写材としての記録紙Ｐは、転写材収納手段としての給紙カセット１５より、送り出しローラ３０により送り出され、給送ローラ３１により給送されてタイミングローラ１６へ搬送される。
【００４９】
記録紙Ｐは、タイミングローラ１６の駆動によって、感光体ドラム１０上に担持されたカラートナー像との同期がとられ、紙帯電手段としての紙帯電器１５０の帯電により搬送ベルト１４ａに吸着されて転写域へ給送される。搬送ベルト１４ａにより密着搬送された記録紙Ｐは、転写域でトナーと反対極性の電圧が印加される転写手段としての転写器１４ｃにより、感光体ドラム１０の周面上のカラートナー像が一括して記録紙Ｐに転写される。
【００５０】
カラートナー像が転写された記録紙Ｐは、転写材分離手段としての紙分離ＡＣ除電器１４ｈにより除電されて、搬送ベルト１４ａから分離され、定着装置４０へと搬送される。
【００５１】
定着装置４０は、円筒の加熱される定着ローラ４１と、この定着ローラ４１内に沿って配置されるコイル支持体４２と、このコイル支持体４２の周囲に巻回して形成され定着ローラ４１に誘導電流を誘起させて加熱する加熱コイル４３と、定着ローラ４１とニップ部Ｎを形成する加圧ローラ４４とを有し、定着ローラ４１と加圧ローラ４４とのニップ部Ｎで転写材を挟持搬送させることで、記録紙Ｐ上に形成されたトナー像に熱エネルギーを付与して定着する。
【００５２】
定着ローラ４１は、鉄、ステンレス合金管、ニッケル、炭素鋼管あるいはアルミニウム合金管などの導電性部材から形成され、その外周面にフッ素樹脂をコーティングして、表面に耐熱性の離型層が形成されている。定着ローラ４１は、導電性磁性部材から形成することがさらに好ましい。
【００５３】
また、定着ローラ４１は、例えば円筒状の熱伝導性基体と、この熱伝導性基体の外側に弾性の高い弾性断熱層と磁性粒子が混入された磁性弾性発熱層と保護層とをその順に設けた外径２５〜５０ｍｍ程度のソフトローラとして構成される。
【００５４】
円筒状の熱伝導性基体としては、厚さ０．５〜３ｍｍ厚で、磁力線を透過し、熱伝導性の良好なアルミ材（熱伝導率が２．３８Ｊ／ｃｍ・ｓ・Ｋ、体積抵抗率が２×１０-8Ω・ｃｍ）や非磁性ステンレス材（熱伝導率が０．２５Ｊ／ｃｍ・ｓ・Ｋ、体積抵抗率が〜５×１０-8Ω・ｃｍ）が主として用いられる。熱伝導性基体は厚さが比較的薄く、熱伝導性の良好な非磁性体を用いる。弾性断熱層は、厚さ（肉厚）０．２〜２ｍｍ、好ましくは０．５〜１．５ｍｍ厚の、例えばシリコンゴム（熱伝導率が１×１０-3Ｊ／ｃｍ・ｓ・Ｋ）やフッ素ゴム（熱伝導率が５×１０-4Ｊ／ｃｍ・ｓ・Ｋ）等のベースゴム（ベース層）を用い、磁力線を透過する磁力線透過性の弾性高分子材料としてのベースゴムで形成される。
【００５５】
弾性断熱層としては高速化対応のために、弾性高分子材料としてのベースゴム（シリコンゴムやフッ素ゴム）にフィラーとしてシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム等の金属酸化物の粉末を配合させて熱伝導率を向上させる方法がとられ、熱伝導率が（１〜１０）×１０-3Ｊ／ｃｍ・ｓ・Ｋ程度のベース層とすることが好ましい。このベース層は熱伝導率が、アルミ材（熱伝導率が２．３８Ｊ／ｃｍ・ｓ・Ｋ）や非磁性ステンレス材（熱伝導率が０．２５Ｊ／ｃｍ・ｓ・Ｋ）を用いた熱伝導性基体より低くして断熱層の役割をする。弾性断熱層の熱伝導率は熱伝導性基体の熱伝導率の１／２以下とすることが好ましく、さらに好ましくは１／１０以下とする。弾性断熱層の好ましいゴム硬度は５〜６０Ｈｓである。
【００５６】
磁性弾性発熱層は、例えばシリコンゴム（熱伝導率が１×１０-3Ｊ／ｃｍ・ｓ・Ｋ）やフッ素ゴム（熱伝導率が５×１０-4Ｊ／ｃｍ・ｓ・Ｋ）等の弾性高分子材料（バインダー）としてのベースゴム中（ベースゴムを構成するゴム液中）に、鉄、クロム、ニッケル、コバルト等の金属の強磁性体の微粒子からなる磁性粒子と、さらに体積抵抗率を調整するために、ケッチェンＥＣブラック、Ｃａｌｂｏｌａｃｌ、Ｖｕｌｃａｎ−ＸＣ７２、アセチレンブラック等の導電性カーボンブラックと、さらに高速化対応のために、フィラーとしてシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム等の金属酸化物の粉末とを混入して配合するものを用いる。
【００５７】
磁性弾性発熱層のゴム液中に混入される磁性粒子としては、鉄粉粒子が好ましく用いられるが、製造方法により還元鉄粉、アトマイズ鉄粉、窒化鉄粉等に分けられる。還元鉄粉、窒化鉄粉は不定形であるため球形化処理されることが好ましい。また、防錆のため鉄粉粒子は予め軽度の酸化処理や重合前のゴム液との分散性を高めるための表面処理を施しておくことが好ましい。また、鉄粉粒子は低抵抗であり、磁化も大きいので好ましい。
【００５８】
コイル支持体４２は、例えば金属で形成された磁性コアであり、加熱コイル４３の発生する磁力線により、定着ローラ４１の磁性弾性発熱層の内部に０．５〜５０ｋＨｚ程度の交流磁界が形成され、磁性弾性発熱層が加熱される。
【００５９】
加熱コイル４３としては表面に融着層と絶縁層を持つ単一またはリッツ銅線を用いることが好ましい。
【００６０】
定着ローラ４１と対をなす下側の加圧ローラ４４は、例えばアルミ材を用いた芯金と、この芯金の外周面に、例えばシリコンゴム層或いはフッ素ゴム層や、シリコンゴムの発泡材を用いたスポンジ状の、厚さ（肉厚）５〜２０ｍｍ厚で、ゴム硬度が１０Ｈｓ〜４０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）の厚肉ゴム層よりなるゴムローラ層を形成した、外径２５〜５０ｍｍ程度のソフトローラとして構成される。ゴムローラ層の外側（外周面）に離型性を有するＰＦＡ、ＰＴＦＡ等の耐熱性のフッ素樹脂のチューブ（不図示）を被覆した構成としてもよい。
【００６１】
次に、この実施の形態の定着装置４０を、図２乃至図７に基づいて説明する。図２は定着装置の断面図、図３加熱コイルをコイル支持体に巻回した状態の斜視図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図、図５は図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図、図６は図３のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図、図７は定着ローラの長手方向の温度分布を示す図である。
【００６２】
この定着装置４０においては、定着ローラ４１は軸受５０，５１を介して定着装置本体５２に回動可能に支持され、この定着ローラ４１の一端部には駆動ギア５３が設けられ、この駆動ギア５３は駆動モータ５４の動力により駆動される。
【００６３】
コイル支持体４２は、耐熱性で円筒に形成され、定着ローラ４１内に沿って配置されている。このコイル支持体４２の端部支持部４２ａが突出され、支持板５５，５６を介して定着装置本体５２に固定支持されている。コイル支持体４２は耐熱性であり、その両端が固定支持されることで、コイル支持体４２の耐久性が向上する。
【００６４】
加熱コイル４３は、コイル支持体４２の外表面の対称位置に、コイル支持体４２のコイル支持体長手方向に沿って長く、コイル支持体長手方向４３ａと、コイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂを有するように巻回されている。この加熱コイル４３は、コイル支持体長手方向４３ａの巻き密度より、このコイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂの巻き密度を高くしている。
【００６５】
このコイル支持体長手方向４３ａの巻き密度より、このコイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂの巻き密度を高くする手段として、この実施の形態では、加熱コイル４３の断面形状が小判形で、中心で直交する縦線と横線の長さが異なる形状であり、コイル支持体長手方向４３ａでは、図５に示すように、コイル断面の長線ａ１側同士が並ぶように巻き、コイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂではコイル断面の短線ｂ１側同士が並ぶように巻いている。
【００６６】
このように、加熱コイル４３のコイル支持体長手方向４３ａの巻き密度より、このコイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂの巻き密度を高くすることで、定着ローラ４１の長手方向端部４１ａでの磁束密度が大きく、その分発熱が多くなり、図７に示すように、定着ローラ４１の発熱分布が改善されて長手方向端部４１ａでの温度低下を抑えることができる。したがって、加熱コイル４３のコイル支持体長手方向４３ａの長さをできるだけ短くし、かつ簡単な構造で画像幅の発熱領域を確保することができる。
【００６７】
この実施の形態では、加熱コイル４３のコイル支持体長手方向４３ａではコイル断面の長線ａ１側同士が並ぶように巻き、コイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂではコイル断面の短線ｂ１側同士が並ぶように巻く、簡単な構造で発熱領域を確保することができる。
【００６８】
また、加熱コイル４３のコイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂでは、図８に示すように、コイル支持体４２の端部４２ｂ側になるにしたがって、加熱コイル４３が徐々に立上るように巻くようにしてもよい。この場合は、定着ローラ４１の発熱分布が改善されて長手方向端部４１ａになるにしたがって温度低下を、さらに徐々に抑えることができる。
【００６９】
また、加熱コイル４３の断面形状は、小判形に限定されず、図９に示すような断面形状のものを用いることができ、図９（ａ）は長方形であり、図９（ｂ）は楕円形であり、図９（ｃ）は卵形である。
【００７０】
また、加熱コイル４３は、図１０に示すように、小径のワイヤ４３０を複数本集合させたものでもよく、図１０（ａ）は小判形であり、図１０（ｂ）は長方形であり、図１０（ｃ）は楕円形であり、図１０（ｄ）は卵形である。
【００７１】
このコイル支持体長手方向４３ａの巻き密度より、このコイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂの巻き密度を高くする手段として、図１１乃至図１４に示すように構成することができる。図１１は加熱コイルをコイル支持体に巻回した状態の斜視図、図１２は図１１のXII-XII線に沿う断面図、図１３は図１１のXIII-XIII線に沿う断面図、図１４は図１１のXIV-XIV線に沿う断面図である。
【００７２】
この実施の形態の加熱コイル４３は、コイル支持体長手方向４３ａと、コイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂで積層数が異なり、コイル支持体長手方向４３ａの積層数が１層で、コイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂの積層数が２層になっている。
【００７３】
このように加熱コイル４３のコイル支持体長手方向４３ａの積層数より、コイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂの積層数を多くすることで、定着ローラ４１の長手方向端部４１ａでの磁束密度が大きく、その分発熱が多くなり、定着ローラ４１の発熱分布が改善されて長手方向端部４１ａでの温度低下を抑えることができる。この実施の形態の加熱コイル４３の断面形状は、小判形に限定されず、図９に示すような断面形状のものを用いることができ、  また図１０に示すように、小径のワイヤ４３０を複数本集合させたものでもよいが、円形等の中心で直交する縦線と横線の長さが同じ形状のものでもよい。
【００７４】
図２乃至図７の実施の形態では、図１５に示すように、加熱コイル４３は、コイル支持体長手方向４３ａの巻き表面と定着ローラ内面との距離Ｌ１より、コイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂの巻き表面と定着ローラ内面との距離Ｌ２を短くしている。図１１乃至図１４の実施の形態では、図１６に示すように、加熱コイル４３は、コイル支持体長手方向４３ａの巻き表面と定着ローラ内面との距離Ｌ１より、コイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂの巻き表面と定着ローラ内面との距離Ｌ２をさらに短くしている。
【００７５】
このように、加熱コイル４３のコイル支持体長手方向４３ａの巻き表面と定着ローラ内面との距離Ｌ１より、コイル支持体長手方向４３ａと交差する方向４３ｂの巻き表面と定着ローラ内面との距離Ｌ２を短くすることで、定着ローラ４１の長手方向端部４１ａでの磁束が強く、その分発熱が多くなり、定着ローラ４１の発熱分布が改善されて長手方向端部４１ａでの温度低下を抑えることができる。
【００７６】
図１７乃至図１９では、加熱コイル４３の端子の引き出しを示す。図１７は加熱コイルの端子の引き出しを示す斜視図、図１８はコイル支持体の支持部の断面図、図１９は加熱コイルの端子の引き出しを示すコイル支持体の端部の斜視図である。
【００７７】
加熱コイル４３の端子４３ｃは、コイル支持体４２の端部４２ｂで加熱コイル４３の巻きの内側に配置し、端部４２ｂの内側に挿入して引き出し、端部支持部４２ａの溝４２ａ１に嵌合している。この加熱コイル４３の端子４３ｃを加熱コイル４３の巻きの内側に配置することで、加熱コイル４３の巻回に端子４３ｃが邪魔にならず、しかも電源６０との接続が容易である。
【００７８】
加熱コイル４３の端子４３ｃは、コイル支持体４２に固定され、コイル支持体長手方向の片方から引き出して電源６０に接続され、かつコイル支持体長手方向の片方から引き出すことで、簡単且つ確実に電源６０に接続することができ、しかも組み付けの作業性も向上する。
【００７９】
図２０及び図２１は、加熱コイル４３と定着ローラ４１との間に、断熱層を形成した実施の形態を示す。図２０の実施の形態では、定着ローラ４１の内面に断熱部材６１を設け、断熱部材６１と加熱コイル４３との間に空間６２を設けて断熱層６３を形成している。図２１の実施の形態では、加熱コイル４３の表面に断熱部材６１を設け、断熱部材６１と定着ローラ４１との間に空間６２を設けて断熱層６３を形成している。
【００８０】
このように、加熱コイル４３と定着ローラ４１との間に、断熱層６３を形成することで、定着ローラ４１からの放熱を軽減することで、安定した定着が可能で、かつ消費電力を少なくすることができる。
【００８１】
図２２及び図２３は、コイル支持体４２が熱伝導性材料であり、加熱コイル４３の熱を放出する手段Ａを有する実施の形態を示す。図２２の実施の形態では、コイル支持体４２がアルミニウム等の金属の高熱伝導性材料であり、コイル支持体４２の表面に絶縁層６４を積層している。図２３の実施の形態では、コイル支持体４２の端部４２ｂに放熱フィン４２ｅを設けている。このように、コイル支持体４２が熱伝導性材料であり、加熱コイル４３の熱を放出することで、コイル支持体４２及び加熱コイル４３の耐久性を向上することができる。
【００８２】
図２４は加熱コイルをコイル支持体に巻回した状態の他の実施の形態を示す図である。この実施の形態では、図２４（ａ）に示すように、コイル支持体４２を、コイル支持体長手方向に２分割して分割半体４２Ａ，４２Ｂで構成し、それぞれの分割半体４２Ａ，４２Ｂに加熱コイル４３Ａ，４３Ｂを巻き始め端子が内側になるようにして内側から外側へ分割半体４２Ａ，４２Ｂの全体に巻き、このそれぞれの分割半体を、図２４（ｂ）に示すように接合し、加熱コイル４３Ａ，４３Ｂの外側の巻き終端４３Ａ１，４３Ｂ１同士を接続し、１本の加熱コイル４３としている。
【００８３】
この実施の形態では、１本の加熱コイル４３が加熱コイル４３Ａ，４３Ｂに２分割されることから、図２５（ａ）に示すように同一形状に巻回すると、終端４３Ａ１，４３Ｂ１同士を接続した場合には端子４３Ａ２，４３Ｂ２が両方に分かれる。このため、図２５（ｂ）に示すように、終端４３Ａ１，４３Ｂ１を曲げて内部を通して中で接続すると、端子４３Ａ２，４３Ｂ２が同じ方向になる。
【００８４】
このように、分割半体４２Ａ，４２Ｂに加熱コイル４３Ａ，４３Ｂを巻き始め端子が内側になるようにして内側から外側へ巻きユニットにし、このそれぞれの分割半体４２Ａ，４２Ｂを接合して加熱コイル４３Ａ，４３Ｂの外側の巻き終端４３Ａ１，４３Ｂ１同士を接続することで、簡単に組み付けることができ、組付けの作業性が向上する。
【００８５】
この実施の形態の画像形成装置は、図１に示すように、一様に帯電した感光体ドラム１０に像露光を行い、感光体ドラム１０上に潜像を形成し、この潜像を現像してトナー像が形成し、このトナー像を転写材の記録紙Ｐに転写し、図２乃至図２５に示す定着装置４０でトナー像を定着する。
【００８６】
この定着装置４０では、図２６に示すように、温度センサＳ１で定着ローラ４１を検出すると、図２７に示すように、ローラ長手方向の位置でほぼ同じ温度になり、ローラ長手方向端部の温度が従来のように温度低下が防止される。このように、小型かつ低コストで発熱領域を確保することができる定着装置４０を備えることで、その分画像形成装置の小型化かつ低コスト化が可能である。
【００８７】
【発明の効果】
前記したように、請求項１に記載の発明では、加熱コイルのコイル支持体長手方向の巻き密度より、このコイル支持体長手方向と交差する方向の巻き密度を高くすることで、定着ローラの長手方向端部での磁束密度が大きく、その分発熱が多くなり、定着ローラの発熱分布が改善されて長手方向端部での温度低下を抑えることができ、加熱コイルの長さができるだけ短く、かつ簡単な構造で発熱領域を確保し、小型化かつ低コスト化が可能である。また、加熱コイルのコイル支持体長手方向ではコイル断面の長線側同士が並ぶように巻き、コイル支持体長手方向と交差する方向ではコイル断面の短線側同士が並ぶように巻くことで、定着ローラの長手方向端部での磁束密度が大きく、その分発熱が多くなり、定着ローラの発熱分布が改善されて長手方向端部での温度低下を抑えることができ、加熱コイルの長さができるだけ短く、かつ簡単な構造で発熱領域を確保し、小型化かつ低コスト化が可能である。
【００８９】
請求項２に記載の発明では、加熱コイルのコイル支持体長手方向の積層数より、コイル支持体長手方向と交差する方向の積層数を多くすることで、定着ローラの長手方向端部での磁束密度が大きく、その分発熱が多くなり、定着ローラの発熱分布が改善されて長手方向端部での温度低下を抑えることができ、加熱コイルの長さができるだけ短く、かつ簡単な構造で発熱領域を確保し、小型化かつ低コスト化が可能である。
【００９０】
請求項３に記載の発明では、加熱コイルのコイル支持体長手方向の巻き表面と前記定着ローラ内面との距離より、コイル支持体長手方向と交差する方向の巻き表面と前記定着ローラ内面との距離を短くすることで、定着ローラの長手方向端部での磁束が強く、その分発熱が多くなり、定着ローラの発熱分布が改善されて長手方向端部での温度低下を抑えることができ、加熱コイルの長さができるだけ短く、かつ簡単な構造で発熱領域を確保し、小型化かつ低コスト化が可能である。
【００９１】
請求項４に記載の発明では、加熱コイルの端子を加熱コイルの巻きの内側に配置することで、加熱コイルの巻回に端子が邪魔にならず、しかも電源との接続が容易である。
【００９２】
請求項５に記載の発明では、コイル支持体が耐熱性であり、その両端が固定支持されることで、コイル支持体の耐久性が向上する。
【００９３】
請求項６に記載の発明では、加熱コイルの端子がコイル支持体に固定され、かつコイル支持体長手方向の片方から引き出すことで、簡単且つ確実に電源に接続することができ、しかも組み付けの作業性も向上する。
【００９４】
請求項７に記載の発明では、加熱コイルと定着ローラとの間に、断熱層を形成することで、定着ローラからの放熱を軽減することで、安定した定着が可能で、かつ消費電力を少なくすることができる。
【００９５】
請求項８に記載の発明では、コイル支持体が熱伝導性材料であり、加熱コイルの熱を放出することで、コイル支持体及び加熱コイルの耐久性を向上することができる。
【００９６】
請求項９に記載の発明では、分割半体に加熱コイルを巻き始め端子が内側になるようにして内側から外側へ巻きユニットにし、このそれぞれの分割半体を接合して加熱コイルの外側の巻き終端同士を接続することで、簡単に組み付けることができ、組付けの作業性が向上する。
【００９７】
請求項１０に記載の発明では、小型かつ低コストで発熱領域を確保することができる定着装置を備えることで、その分画像形成装置の小型化かつ低コスト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  定着装置を用いる画像形成装置の一実施形態を示すカラー画像形成装置の断面構成図である。
【図２】  定着装置の断面図である。
【図３】  加熱コイルをコイル支持体に巻回した状態の斜視図である。
【図４】  図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】  図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】  図３のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】  定着ローラの長手方向の温度分布を示す図である。
【図８】  加熱コイルのコイル支持体長手方向と交差する方向での巻回を示す図である。
【図９】  加熱コイルの断面形状を示す図である。
【図１０】  小径のワイヤを複数本集合させた加熱コイルの断面形状を示す図である。
【図１１】  加熱コイルをコイル支持体に巻回した状態の斜視図である。
【図１２】  図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。
【図１３】  図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図１４】  図１１のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図である。
【図１５】  加熱コイルのコイル支持体長手方向と交差する方向の巻き表面と定着ローラ内面との距離を示す図である。
【図１６】  加熱コイルのコイル支持体長手方向と交差する方向の巻き表面と定着ローラ内面との距離を示す他の実施例の図である。
【図１７】  加熱コイルの端子の引き出しを示す斜視図である。
【図１８】  コイル支持体の支持部の断面図である。
【図１９】  加熱コイルの端子の引き出しを示すコイル支持体の端部の斜視図である。
【図２０】  加熱コイルと定着ローラとの間に断熱層を形成した実施の形態を示す図である。
【図２１】  加熱コイルと定着ローラとの間に断熱層を形成した実施の形態を示す他の実施の形態の図である。
【図２２】  加熱コイルの熱を放出する手段の実施の形態を示す図である。
【図２３】  加熱コイルの熱を放出する手段の実施の形態を示す図である。
【図２４】  加熱コイルをコイル支持体に巻回した状態の他の実施の形態を示す図である。
【図２５】  １本の加熱コイルに接続する実施の形態の示す図である。
【図２６】  温度センサで定着ローラの温度検出を示す図である。
【図２７】  ローラ長手方向の位置の温度を示す図である。
【図２８】  従来の加熱コイルをコイル支持体に巻回した状態を示す図である。
【図２９】  従来の定着ローラの長手方向の温度分布を示す図である。
【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】
0003765387.tif 000006
【図６】
0003765387.tif 000007
【図７】
0003765387.tif 000008
【図８】
0003765387.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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