JP2004061998A

JP2004061998A - 加熱ローラの電磁誘導加熱用励磁コイル部品および電磁誘導加熱用励磁コイルの巻線方法

Info

Publication number: JP2004061998A
Application number: JP2002222444A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kanazawa; 金沢　秀一; Atsushi Nakajima; 中嶋　淳
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】電磁誘導加熱方式の定着装置において、加熱ローラ全体をほぼ均一の温度分布にする電磁誘導加熱用励磁コイル部品を提供する。
【解決手段】マグネットワイヤを複数本集めた集合撚り線を耐熱樹脂製又はセラミック製の円筒ボビン（２ａ）の円周方向に、加熱ローラ（４）の通紙サイズ前後まで整列に巻線し、且つコイルの両端部のみ数巻分だけ２層に巻線し、また複数個のフェライトコア（１）は、円柱状または長方体状の同形状のものを、前記ボビン（２ａ）の中心軸上に等間隔に配置して電磁誘導加熱用励磁コイル部品（１０）とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、複写機等の画像形成装置に配設される定着装置の加熱ローラの電磁誘導加熱用励磁コイル部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンター等の画像形成装置には画像形成用の定着装置が配設されており、電子写真プロセス、静電記録プロセス、磁気記録プロセス等適宜の画像形成手段部で被記録材（転写材シート、静電記録紙、エレクトロファックス紙、印字用紙等）に転写式あるいは直接式により画像を形成担持させ、目的の画像情報に対応した未定着画像（トナー画像）を被記録材面に加熱により永久画像として定着させている。
従来の定着装置は、例えば図６に示すように、アルミニウム等からなる熱伝導層（４ｃ）と離型層（４ｂ）からなる加熱ローラ（４’）内に加熱源のハロゲンヒータ（ｈ）を配設した定着装置（３００）が多用されていた。
【０００３】
このような構造の定着装置（３００）では、ハロゲンヒータ（ｈ）が発熱するとその熱は熱伝導層（４ｃ）により加熱ローラ（４’）全体を一様な温度分布にし、加熱ローラ（４’）と加圧ローラ（５）を回転させて圧接部であるニップ部（７）の加圧力により未定着画像を加熱溶融させて被記録材面となる通紙（６）に永久画像を定着させるよう機能していた。
【０００４】
しかしながら、前記ハロゲンヒータ（ｈ）を用いた定着装置（３００）は、加熱ローラ（４’）全体が一様な温度分布になるまでのウォームアップ時間が長くなる問題点があった。
【０００５】
また、それら問題点を解決するために電磁誘導加熱方式の定着装置（２００）も用いられ、例えば図２に示すように、磁性導電層（４ａ）と離型層（４ｂ）からなる加熱ローラ（４）内に図５（ａ）の電磁誘導加熱用励磁コイル部品（２０）を配設し、電磁誘導加熱用励磁コイル（３ｃ）に電流を流して発生させた磁界により加熱ローラの磁性導電層（４ａ）にうず電流によるジュール熱を発生させて加熱ローラ（４）を加熱していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記電磁誘導加熱用励磁コイル部品（２０）を配設した定着装置（２００）は、前記ハロゲンヒータ（ｈ）を配設した定着装置（３００）が抱える問題点は解決することができるが、加熱ローラの温度分布が均一にならず、特に加熱ローラの両端部では温度が低いために未定着画像が十分に溶融されず、画像品質が低下してしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記従来技術が有する各種問題点を解決するためになされたものであり、加熱ローラの温度分布が均一になる電磁誘導加熱用励磁コイル部品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】
第１の観点として本発明は、画像形成装置を構成する加熱定着装置の円筒状の加熱ローラの加熱方法が電磁誘導加熱方式で、集合撚り線を円筒ボビンの外周に巻線した電磁誘導加熱用励磁コイルと、前記ボビン内部に配設した複数個のフェライトコアとからなり、前記加熱ローラの内側に、該ローラとは接しないように配設されている電磁誘導加熱用励磁コイル部品であって、
前記電磁誘導加熱用励磁コイルは、マグネットワイヤを複数本集めた集合撚り線又は集合撚り線の外層に耐熱絶縁性樹脂層を有する線を耐熱樹脂製又はセラミック製の円筒ボビンの円周方向に、加熱ローラの通紙サイズ前後まで整列に巻線し、且つコイルの両端部のみ数巻分だけ２層に巻線したものであり、また前記複数個のフェライトコアは、円柱状または長方体状の同形状のものを、前記ボビンの中心軸上に等間隔に配置したことを特徴とする加熱ローラの電磁誘導加熱用励磁コイル部品を提供する。
ボビンの円周方向に同一密度で巻線したコイルでは加熱ローラの温度分布は中央部で温度が高く、両端部では温度が低くなってしまうが、上記第１観点の電磁誘導加熱用励磁コイル部品ではコイルの両端部のみ数巻分だけ２層に巻線しているのでコイル両端部の磁束が強まり、加熱ローラ全体をほぼ均一の温度分布にすることができるので、画像品質に優れた定着装置を提供可能になる。
【０００９】
第２の観点として本発明は、請求項１に記載の電磁誘導加熱用励磁コイルにおいて、１層目はコイル両端部の２ヶ所を同じ巻数で円筒ボビンの円周方向に整列に巻線し、２層目は前記ボビン円周方向に通紙サイズ前後まで整列に巻線したことを特徴とする電磁誘導加熱用励磁コイルを提供する。
上記第２観点の電磁誘導加熱用励磁コイルでは、１層目をコイル両端部に整列に巻線し、２層目を通紙サイズ前後まで整列に巻線したことを特定の構成としており、上記第１観点の電磁誘導加熱用励磁コイル部品と同様の作用・効果を奏する。
【００１０】
第３の観点として本発明は、請求項１，２に記載の電磁誘導加熱用励磁コイルに使用する耐熱樹脂製又はセラミック製の円筒ボビンにおいて、前記ボビン形状は円筒形状を基本形状とし、長手方向断面の中心より２個に分割することができ、またコイル両端部の１層目コイルを巻線する部分に１層目コイルの体積分だけボビンの外径が小さい形状のコイル巻線用溝を設け、また両端部の１層目コイル間を配線するためにボビン長手方向に直線する溝を設けたことを特徴とする電磁誘導加熱用励磁コイルの円筒ボビを提供する。
上記第３観点の円筒ボビンでは、長手方向断面の中心より２個に分割することができるので、前記ボビン内部へのフェライトコアの配設作業を容易にすることができる。また、両端部のコイル巻線用溝は１層目コイルの体積分だけボビンの外径が小さい形状としているので、１層目コイルの外径と、手前側と奥側の１層目コイル間のボビン未巻線部（以下、未巻線部と略記する）の外径が略同一寸法とすることができ、且つ手前側と奥側の１層目コイル間を直線溝に沿わせて集合撚り線を配線することができるので、１層目コイル巻線終了後に集合撚り線により前記未巻線部の外径が盛り上がる事がなく、従って２層目コイルが整列巻線し易くすることができる。
【００１１】
第４の観点として本発明は、請求項１，２に記載の電磁誘導加熱用励磁コイルの巻線方法において、使用する集合撚り線のスタート側から請求項３に記載の円筒ボビン手前側のコイル巻線用溝に１層目を数回、円周方向に１巻ずつ奥側長手方向にずらしながら巻線し、フィニッシュ側の端末線を前記ボビン長手方向に直線する溝の中に沿わせてボビン奥側のコイル巻線用溝まで配線し、前記奥側コイル巻線用溝に手前側１層目コイルと同じ回数、同じ方向に１巻ずつ奥側長手方向にずらしながら巻線し、２層目は奥側１層目コイルのフィニッシュ側から、１層目と円周方向の同方向に１巻ずつ手前側長手方向にずらしながら手前側１層目コイルのスタート側の位置まで巻線することを特徴とする電磁誘導加熱用励磁コイルの巻線方法を提供する。
上記第４観点の電磁誘導加熱用励磁コイルの巻線方法では、手前側１層目コイルスタート側から２層目コイルフィニッシュ側まで全巻線工程を通して電線が切断されず連続的に巻かれているので、端末処理等の工数を削減できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内容を、図に示す実施の形態により更に詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１３】
−第１の実施形態−
図１は、本発明の第１実施形態の電磁誘導加熱用励磁コイル部品（１０）を加熱ローラ（４）内に配設した状態を示す略図であり、同図（ａ）は加熱ローラの長手方向の縦断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ部の局部断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ部の局部断面図、同図（ｄ）は加熱時の加熱ローラの温度分布を示す略図である。
電磁誘導加熱用励磁コイル部品（１０）（以下、誘導コイル部品と略記する）の電磁誘導加熱用励磁コイル（３ａ，３ｂ）（以下、誘導コイルと略記する）はマグネットワイヤを複数本集めた集合撚り線を、例えば１層目誘導コイル（３ａ）を通紙サイズＷのＡ４・Ａ３Ｒ長（コイル長３００ｍｍ〜３４０ｍｍ）の両端部内側方向に１５ｍｍ〜２０ｍｍの幅で２ヶ所、耐熱樹脂製円筒ボビン（２ａ）（以下、ボビンと略記する）の円周方向の同方向に手前側から奥側に向けて整列巻線し、２層目誘導コイル（３ｂ）は奥側から手前側に向けてＡ４・Ａ３Ｒ長まで１層目コイル（３ａ）と円周方向の同方向に整列巻線したものである。マグネットワイヤとしては、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの耐熱ウレタン線を８本〜４００本撚り合せたリッツ線等を使用することにより耐熱温度を上げることができる。なお、ポリイミド銅線、ポリアミドイミド銅線、ポリエステルイミド銅線等を用いても良い。また、前記ボビン（２ａ）内には複数個の円柱状または長方体状の同形状のフェライトコア（１）（以下、コアと略記する）をボビン（２ａ）の中心軸上に等間隔に配設しており、前記コア（１）の材質としては、例えばニッケル系またはマンガン系である。これらのコア（１）は誘導コイル（３ａ，３ｂ）の磁束結合強化、またはインダクタンス調整等に使用するものである。なお、前記誘導コイル部品（１０）は加熱ローラ（４）の内側に該ローラとは接しないように配設しており、また、前記誘導コイル（３ａ，３ｂ）よりリード線が導出され、通電用の端子（ｔ）に接続している。
このように誘導コイル両端部を２層に巻線することにより前記誘導コイル両端部の磁束が強まり、図１（ｄ）に示すように、加熱時の加熱ローラの温度分布が通紙サイズＷの端部まで均一にすることができ、画像品質に優れた定着装置を提供可能になる。
【００１４】
また、図２は電磁誘導加熱方式の定着装置（１００又は２００）の要部構成を示す略図である。
加熱ローラ（４）は、強磁性体でかつ導電性のある鉄またはＳＵＳ４３０により形成した厚さ０．１ｍｍ〜２ｍｍの磁性導電層（４ａ）と、前記磁性導電層の外側に通紙（６）を剥がれ易くするためのフッ素系またはシリコーン系耐熱樹脂により形成した厚さ１０μｍ〜８０μｍの離型層（４ｂ）とからなる。そして、例えば図２に示すように、加熱ローラ（４）内に加熱源の誘導コイル部品（１０又は２０）を配設し、この加熱ローラ（４）に加圧ローラ（５）を弾性的に接触させた構造の定着装置（１００又は２００）としていた。
このような構造の定着装置（１００又は２００）では、加熱ローラ（４）の内側に配設された誘導コイル部品（１０又は２０）の誘導コイル（３ａ，３ｂ又は３ｃ）に通電して発生した磁界により、加熱ローラ（４）の磁性導電層（４ａ）はうず電流によるジュール熱を発生して加熱ローラ（４）全体を加熱し、加熱ローラ（４）と加圧ローラ（５）を回転させて圧接部であるニップ部（７）の加圧力により未定着画像を加熱溶融させて通紙（６）に永久画像を定着させるよう機能するものである。
【００１５】
−第２の実施形態−
図３は、本発明の第２実施形態の耐熱樹脂製又はセラミック製の円筒ボビンを示す略図である。同図（ａ）はボビンの正面図、同図（ｂ）はボビンの側面図でボビンの左右に１層目コイルの体積分だけボビンの外径が小さい形状のコイル巻線用溝（８）を設けており、また、分割面から９０°ずらしたボビンの外径側長手方向に１層目コイル間を配線するための直線溝（９）を設けているので、１層目コイル巻線後および１層目コイル間配線後にボビン外径と１層目コイル外径が略同一寸法とすることができる。また、ボビンは分割可能であるので、例えばボビンの内径側にフェライトコア取付用の構造物等を設けることでフェライトコアの配設作業を容易に行うことができる。
また、同図（ｃ）は前記直線溝をボビン分割面の位置に設けた例の側面図（ボビン組立後）である。
【００１６】
−第３の実施形態−
図４は、本発明の第３実施形態の電磁誘導加熱用励磁コイルの巻線方法を示す略図である。同図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の工程順で巻線を行う。同図（ａ）は手前側１層目コイル巻線工程、同図（ｂ）は１層目コイル間の配線工程、同図（ｃ）は奥側１層目コイル巻線工程、同図（ｄ）は２層目コイル巻線工程を示す。
本発明の巻線方法では、手前側１層目コイルスタート側から２層目コイルフィニッシュ側まで全巻線工程を通して電線が切断されず連続的に巻かれているので、端末処理等の工数を削減できる。
【００１７】
−参考比較例−
図５は従来の誘導コイル部品（２０）を加熱ローラ（４）内に配設した状態を示す略図であり、同図（ａ）は加熱ローラの長手方向の縦断面図、同図（ｂ）は加熱時の加熱ローラの温度分布を示す略図である。
第１および第２実施形態の誘導コイル部品と異なる点は、誘導コイル（３ｃ）がボビン（２ｂ）の円周方向に同一密度で１層のみ巻線してある点で、このような構造のコイルでは加熱ローラの温度分布は中央部で温度が高く、両端部では温度が低くなってしまい、加熱ローラの温度分布としては好ましくない。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の加熱ローラの電磁誘導加熱用励磁コイル部品および電磁誘導加熱用励磁コイルの巻線方法によれば、加熱ローラ全体をほぼ均一の温度分布にすることができるので、画像品質に優れた定着装置を提供可能になる。また、フェライトコア配設作業やコイル巻線作業等の工数を削減することができ、その実用上の効果は大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の電磁誘導加熱用励磁コイル部品を加熱ローラ内に配設した状態を示す略図であり、同図（ａ）は加熱ローラの長手方向の縦断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ部の局部断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ部の局部断面図、同図（ｄ）は加熱時の加熱ローラの温度分布を示す略図である。
【図２】電磁誘導加熱方式の定着装置の要部構成を示す略図であり、本発明の第１実施形態の誘導コイル部品を配設した定着装置と、従来の誘導コイル部品を配設した定着装置を兼ねている。
【図３】本発明の第２実施形態のボビンを示す略図であり、同図（ａ）はボビンの正面図、同図（ｂ）はボビンの側面図、同図（ｃ）は直線溝をボビン分割面の位置に設けた例の側面図（ボビン組立後）である。
【図４】本発明の第３実施形態の誘導コイルの巻線方法を示す略図である。
【図５】従来の電磁誘導加熱用励磁コイル部品を加熱ローラ内に配設した状態を示す略図であり、同図（ａ）は加熱ローラの長手方向の縦断面図、同図（ｂ）は加熱時の加熱ローラの温度分布を示す略図である。
【図６】従来のハロゲンヒータを用いた定着装置の要部構成を示す略図である。
【符号の説明】
１　　フェライトコア（コア）
２ａ，２ｂ　　円筒ボビン（ボビン）
３ａ　　電磁誘導加熱用励磁コイル（１層目誘導コイル）
３ｂ　　電磁誘導加熱用励磁コイル（２層目誘導コイル）
３ｃ　　電磁誘導加熱用励磁コイル（誘導コイル）
４，４’　　加熱ローラ
４ａ　　磁性導電層
４ｂ　　離型層
４ｃ　　熱伝導層
５　　加圧ローラ
６　　通紙（被記録材面）
７　　ニップ部
８　　コイル巻線用溝
９　　直線溝
１０，２０　　電磁誘導加熱用励磁コイル部品（誘導コイル部品）
１００，２００，３００　　定着装置
ｈ　　ハロゲンヒータ
ｔ　　端子
Ｔ　　温度
Ｗ　　加熱ローラの通紙範囲

Claims

画像形成装置を構成する加熱定着装置の円筒状の加熱ローラの加熱方法が電磁誘導加熱方式で、集合撚り線を円筒ボビンの外周に巻線した電磁誘導加熱用励磁コイルと、前記ボビン内部に配設した複数個のフェライトコアとからなり、前記加熱ローラの内側に、該ローラとは接しないように配設されている電磁誘導加熱用励磁コイル部品であって、
前記電磁誘導加熱用励磁コイルは、マグネットワイヤを複数本集めた集合撚り線又は集合撚り線の外層に耐熱絶縁性樹脂層を有する線を耐熱樹脂製又はセラミック製の円筒ボビンの円周方向に、加熱ローラの通紙サイズ前後まで整列に巻線し、且つコイルの両端部のみ数巻分だけ２層に巻線したものであり、また前記複数個のフェライトコアは、円柱状または長方体状の同形状のものを、前記ボビンの中心軸上に等間隔に配置したことを特徴とする加熱ローラの電磁誘導加熱用励磁コイル部品。
請求項１に記載の電磁誘導加熱用励磁コイルにおいて、１層目はコイル両端部の２ヶ所を同じ巻数で円筒ボビンの円周方向に整列に巻線し、２層目は前記ボビン円周方向に通紙サイズ前後まで整列に巻線したことを特徴とする電磁誘導加熱用励磁コイル。
請求項１，２に記載の電磁誘導加熱用励磁コイルに使用する耐熱樹脂製又はセラミック製の円筒ボビンにおいて、前記ボビン形状は円筒形状を基本形状とし、長手方向断面の中心より２個に分割することができ、またコイル両端部の１層目コイルを巻線する部分に１層目コイルの体積分だけボビンの外径が小さい形状のコイル巻線用溝を設け、また両端部の１層目コイル間を配線するためにボビン長手方向に直線する溝を設けたことを特徴とする電磁誘導加熱用励磁コイルの円筒ボビン。
請求項１，２に記載の電磁誘導加熱用励磁コイルの巻線方法において、使用する集合撚り線のスタート側から請求項３に記載の円筒ボビン手前側のコイル巻線用溝に１層目を数回、円周方向に１巻ずつ奥側長手方向にずらしながら巻線し、フィニッシュ側の端末線を前記ボビン長手方向に直線する溝の中に沿わせてボビン奥側のコイル巻線用溝まで配線し、前記奥側コイル巻線用溝に手前側１層目コイルと同じ回数、同じ方向に１巻ずつ奥側長手方向にずらしながら巻線し、２層目は奥側１層目コイルのフィニッシュ側から、１層目と円周方向の同方向に１巻ずつ手前側長手方向にずらしながら手前側１層目コイルのスタート側の位置まで巻線することを特徴とする電磁誘導加熱用励磁コイルの巻線方法。