JP2004134211A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の導線を束ねた束線を、複数回周回させることにより形成した励磁コイルを有する磁束発生手段と、該磁束発生手段によって発生する磁束が作用して電磁誘導発熱する発熱体とを有する加熱部材を有し、該加熱部材により被加熱材を加熱する加熱装置において、励磁コイルの軽量化及び材料コストダウンを図る。
【解決手段】励磁コイルを構成する束線に用いられる１本毎の導線５０を、中央部に電気的な空洞部分を有する環状の導電体で形成する。又、この環状導電体を、円周状に配置された複数の細い導線で構成する。
【選択図】図９

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱材を加圧・加熱する加熱装置、特には電磁誘導加熱（ＩＨＦ）タイプの加熱装置、および前記加熱装置を記録材に形成担持させた未定着画像を加熱定着処理する像加熱装置として具備した電子写真装置・静電記録装置等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機やプリンター等の画像形成装置における像加熱装置としての定着装置を例にして説明する。
【０００３】
画像形成装置において、電子写真プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段で記録材（用紙）に間接（転写）あるいは直接に形成担持させた未定着トナー画像を記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定着装置（定着器）としては従来より熱ローラ方式の加熱装置が広く用いられている。
【０００４】
近年では、クイックスタートや省エネルギーの観点からフィルム加熱方式（サーフ）の装置が実用化されている。また金属からなるフィルム自身を発熱させる電磁誘導加熱方式の加熱装置も提案されている。
【０００５】
電磁誘導加熱方式の装置の具体例として、磁束により定着フィルムの金属層（発熱層）に渦電流を誘導させて、そのジュール熱で発熱させる誘導加熱定着装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、誘導電流の発生を利用することで直接定着フィルムを発熱させることができ、ハロゲンランプを熱源とする熱ローラ方式の定着装置よりも高効率の定着プロセスを達成している。
【０００６】
しかしながら、磁束（磁場）発生手段としての励磁コイルにより発生した交番磁束のエネルギーは定着フィルム全体の昇温に使われるため放熱損失が大きい。そのため、投入したエネルギーに対して定着に作用するエネルギーの割合が低く、効率が悪いという欠点があった。
【０００７】
そこで、定着に作用するエネルギーを高効率で得るために、発熱体である定着フィルムに励磁コイルを接近させたり、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップ部近傍に集中させたりして、高効率の定着装置が考案された。
【０００８】
図１１に、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップ部に集中させて効率を向上させた電磁誘導加熱方式の定着装置の一例の概略構成を示す。
【０００９】
１０は電磁誘導発熱層（導電体層、磁性体層、抵抗体層）を有する回転発熱体体としての円筒状・可撓性の定着フィルム（以下スリーブと称す）である。
【００１０】
１６ｃは横断面略半円弧状樋型のフィルムガイド部材（以下スリーブガイド部材と称す）であり、スリーブ１０はこのスリーブガイド部材１６ｃの外側にルーズに外嵌させてある。
【００１１】
１５はスリーブガイド部材１６ｃの内側に配設した磁束発生手投であり、励磁コイル１８とＴ型の磁性コア（芯材）１７とからなる。
【００１２】
３０は弾性加圧ローラであり、スリーブ１０を挟ませてスリーブガイド部材１６ｃの下面と所定の圧接力をもって所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させて相互圧接させてある。
【００１３】
上記磁束発生手段１５の磁性コア１７は定着ニップ部Ｎに対応させて配設してある。
【００１４】
加圧ローラ３０は駆動手段Ｍにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ３０の回転駆動により、該加圧ローラ３０とスリーブ１０の外面との、定着ニップ部Ｎにおける摩擦力でスリーブ１０に回転力が作用して、該スリーブ１０がその内面が定着ニップ部Ｎにおいてスリーブガイド部材１６ｃの下面に密着して摺動しながら矢示の時計方向に加圧ローラ３０の周速度にほぼ対応した周速度をもってスリーブガイド部材１６ｃの外周を回転する（加圧ローラ駆動方式）。
【００１５】
スリーブガイド部材１６ｃは、定着ニップ部Ｎへの加圧、磁束発生手段１５としての励磁コイル１８と磁性コア１７の支持、スリーブ１０の支持、該スリーブ１０の回転時の搬送安定性を図る役目をする。このスリーブガイド部材１６ｃは磁束の通過を妨げない絶縁性の部材であり、高い荷重に耐えられる材料が用いられる。
【００１６】
励磁コイル１８は不図示の励磁回路から供給される交番電流によって交番磁束を発生する。交番磁束は定着ニップ部Ｎの位置に対応している横断面Ｔ型の磁性コア１７により定着ニップ部Ｎに集中的に分布し、その交番磁束は定着ニップ部Ｎにおいてスリーブ１０の電磁誘導発熱層に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層の固有抵抗によってジュール熱を発生させる。このスリーブ１０の電磁誘導発熱は交番磁束を集中的に分布させた定着ニップ部Ｎにおいて集中的に生じて定着ニップ部Ｎが高効率に加熱される。
【００１７】
定着ニップ部Ｎの温度は、不図示の温度検知手段を含む温調制御系により、励磁コイル１７への電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。
【００１８】
而して、加圧ローラ３０が回転駆動され、それに伴ってスリーブ１０がスリーブガイド部材１６の外回りを回転し、励磁回路からの励磁コイル１７への給電により、上記のようにスリーブ１０の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がる。そして温調された状態において、不図示の画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像ｔが形成された記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎのスリーブ１０と加圧ローラ３０との間に画像面が上向きに、即ち定着スリーブ面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面がスリーブ１０の外面に密着してスリーブ１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。
【００１９】
この定着ニップ部Ｎをスリーブ１０と一緒に記録材Ｐが挟持搬送されていく過程においてスリーブ１０の電磁誘導発熱で加熱されて記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過すると回転するスリーブ１０の外面から分離して排出搬送されていく。
【００２０】
ところで、前述のように励磁コイル１８は定着スリーブ１０に接近させる必要があるため、具体的には、図１２のように略平面に巻いた後、矢印の方向に変形させて舟形形状とする方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【００２１】
このとき、励磁コイル１８は、高周波の交番電流を流すため、表皮効果が生じ、芯線の中央部は電流が流れず、見かけ上抵抗が上昇して熱変換効率が下がってしまう。そこで一例として、図１３のように、絶縁被覆の施された細い導線を複数束ね、束線７０として励磁コイルに用いることが考案されている。図１３の例では４９本の導線で１本の束線を構成しているが、この様にすることで表皮効果が４９本の導線の１本ずつに分散し、高周波の交番電流が流れ易くなる。
【特許文献１】
実開昭５１−１０９７３９号公報
【特許文献２】
特開平２０００−２４３５４５号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこの場合でも、各々の導線においては、表皮効果が存在するため、どうしても電流損失が生じてしまう。一方、これを回避するために導線の直径を小径にして本数を増やしてゆくと、導線自体に十分な表皮電流が流れなくなる、という不具合が生じる。そこで導線の太さを適当な大きさに保ちながら、その本数を稼ぐという必要が生じ、結果的にコイルの重量が大きくなり、コストも嵩む、等の問題点があった。
【００２３】
本発明はこの問題点を解決するものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の導線を束ねた束線を、複数回周回させることにより形成した励磁コイルを有する磁束発生手段と、該磁束発生手段によって発生する磁束が作用して電磁誘導発熱する発熱体とを有する加熱部材を有し、該加熱部材により被加熱材を加熱する加熱装置において、前記導線は、中央部に電気的な空洞部分を有する環状の導電体であることにより、前述の問題点を解決するものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
以下に、本発明の第１の実施例を示す。
【００２６】
（１）画像形成装置
図１は、本発明の加熱装置を定着装置１００として適用した、画像形成装置の一例の構成略図である。本例はカラーレーザプリンターである。
【００２７】
１０１は有機感光体やアモルファスシリコン感光体でできた感光ドラム（像担持体）であり、矢示の反時計方向に所定のプロセス速度（周速度）で回転駆動される。
【００２８】
感光ドラム１０１はその回転過程で帯電ローラ等の帯電装置１０２で所定の極性・電位の一様な帯電処理を受ける。
【００２９】
次いでその帯電処理面にレーザ光学箱（レーザスキャナー）１１０から出力されるレーザ光１０３により、目的の画像情報の走査露光処理を受ける。レーザ光学箱１１０は不図示の画像読み取り装置等の画像信号発生装置からの目的画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調（オン／オフ）したレーザ光１０３を出力し、感光ドラム１０１面に走査露光した目的画像情報に対応した静電潜像が形成される。１０９はレーザ光学箱１１０からの出力レーザ光１０３を感光ドラム１０１の露光位置に偏向させるミラーである。
【００３０】
フルカラー画像形成の場合は、目的のフルカラー画像の第１の色分解成分画像、例えばイエロー成分画像についての走査露光・潜像形成がなされ、その潜像が４色カラー現像装置１０４のうちのイエロー現像器１０４Ｙの作動でイエロートナー画像として現像される。そのイエロートナー画像は感光ドラム１０１と中間転写ドラム１０５との接触部（或いは近接部）である１次転写部Ｔ１において中間転写ドラム１０５面に転写される。中間転写ドラム１０５面に対するトナー画像転写後の感光ドラム１０１面はクリーナ１０７により転写残トナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【００３１】
上記のような帯電・走査露光・現像・一次転写・清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画像の第２の色分解成分画像（例えはマゼンタ成分画像、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第３の色分解成分画像（例えばシアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作動）、第４の色分解成分画像（例えば黒成分画像、黒現像器１０４ＢＫが作動）の各色分解成分画像について順次実行され、中間転写ドラム１０５面にイエロートナー画像・マゼンタトナー画像・シアントナー画像・黒トナー画像の４色のトナー画像が順次重ねて転写されて、目的のフルカラー画像に対応したカラートナー画像が形成される。
【００３２】
中間転写ドラム１０５は、金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を設けたもので、感光ドラム１０１に接触して或いは近接して感光ドラム１０１とほぼ同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動され、中間転写ドラム１０５の金属ドラムにバイアス電位を与えて感光ドラム１０１との電位差で感光ドラム１０１側のトナー画像を前記中間転写ドラム１０５面側に転写させる。
【００３３】
上記の中間転写ドラム１０５面に形成されたカラートナー画像は、前記中間転写ドラム１０５と転写ローラ１０６との接触ニップ部である二次転写部Ｔ２において、前記二次転写部Ｔ２に不図示の給紙部から所定のタイミングで送り込まれた記録材（以下、転写材あるいは用紙と記す）Ｐの面に転写されていく。転写ローラ１０６は転写材Ｐの背面からトナーと逆極性の電荷を供給することで中間転写ドラム１０５面側から転写材Ｐ側へ合成カラートナー画像を順次に一括転写する。
【００３４】
二次転写部Ｔ２を通過した転写材Ｐは中間転写ドラム１０５面から分離されて定着装置（像加熱装置）１００へ導入され、未定着トナー画像の加熱定着処理を受けて、機外の不図示の排紙トレーに排出される。
【００３５】
転写材Ｐに対するカラートナー画像転写後の中間転写ドラム１０５はクリーナ１０８により転写残トナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【００３６】
このクリーナ１０８は常時は中間転写ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写ドラム１０５から転写材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写ドラム１０５に接触状態に保持される。
【００３７】
また転写ローラ１０６も常時中間転写ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写ドラム１０５から転写材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写ドラム１０５に転写材Ｐを介して接触状態に保持される。
【００３８】
本例装置は、白黒画像などモノカラー画像のプリントモードも実行できる。また両面画像プリントモードも実行できる。
【００３９】
両面画像プリントモードの場合は、定着装置１００を出た１面目画像プリント済みの転写材Ｐは不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されて再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれて２面に対するトナー画像転写を受け、再度、定着装置１００に導入されて２面に対するトナー画像の定著処理を受けることで両面画像プリントが出力される。
【００４０】
（２）定着装置１００
Ａ）装置の全体的構成
本例において定着装置１００は電磁誘導加熱方式の装置である。図２は本例の定着装置１００の要部の横断側面模型図、図３は要部の正面模型図、図４は要部の縦断正面模型図（図２の（４）−（４）線部分の縦断正面模型図）である。
【００４１】
本例装置１００は前述の図１１の定着装置と同様に、回転定着部材（定着スリーブ）としてフィルム状・円筒状の電磁誘導発熱スリーブ（発熱体）を用いた、加圧ローラ駆動方式で、電磁誘導加熱方式の装置である。図１１の装置と共通の構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００４２】
磁束発生手投１５は磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８からなる。
【００４３】
磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃは高透磁率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。
【００４４】
励磁コイル１８には給電部１８ａ・１８ｂ（図５）に励磁回路２７を接続してある。この励磁回路２７は２０ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波をスイッチング電源で発生できるようになっている。
【００４５】
励磁コイル１８は励磁回路２７から供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。高周波電流の周波数ｆとしては、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度が公的に用いられることが多い。
【００４６】
１６ａ・１６ｂは横断面略半円弧状樋型のスリーブガイド部材であり、開口側を互いに向かい合わせて略円柱体を構成し、外側に円筒状回転体としてａ＝外径３４ｍｍの電磁誘導スリーブ１０をルーズに外嵌させてある。
【００４７】
前記スリーブガイド部材１６ａは、磁束発生手段１５としての磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃと励磁コイル１８を内側に保持している。
【００４８】
また、スリーブガイド部材１６ａには良熱伝導性部材４０が定着ニップ部Ｎの加圧ローラ３０との対向面側で、スリーブ１０の内側に配設してあり、スリーブ内面側バックアップ部材としても機能している。
【００４９】
本例においては、良熱伝導性部材４０に厚さ１ｍｍのアルミニウムを用いている。
【００５０】
また、良熱伝導性部材４０は磁束発生手投１５である励磁コイル１８と磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃから発生する磁場の影響を受けないように、この磁場の外に配設してある。
【００５１】
具体的には、良熱伝導性部材４０を励磁コイル１８に対して磁性コア１７ｂ・１７ｃを隔てた位置に配設し、励磁コイル１８による磁路の外側に位置させて良熱伝導性部材４０に影響を与えないようにしている。
【００５２】
２２は良熱伝導性部材４０のニップ部Ｎに対応する部分の裏面側とスリーブガイド部材１６ｂの内面平面部とに当接させて配設した横長の加圧用剛性ステイである。
【００５３】
１９は磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８と加圧用剛性ステイ２２の間を絶縁するための絶縁部材である。
【００５４】
フランジ部材２３ａ・２３ｂ（図３・図４）はスリーブガイド部材１６ａ・１６ｂのアセンブリの長手方向左右両端部に外嵌し、前記左右位置を固定しつつ回転自在に取り付け、スリーブ１０の回転時に該スリーブ１０の端部を受けてスリーブ１０のスリーブガイド部材１６ａ・１６ｂの長手に沿う寄り移動を規制する役目をする。
【００５５】
加圧部材としての加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、前記芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層３０ｂ及び、表層の離型層３０ｃとしてＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂層（厚さ１０μｍ〜１００μｍ程度）で構成されており、芯金３０ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。
【００５６】
加圧用剛性ステイ２２の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材２９ａ・２９ｂとの間にそれぞれ加圧バネ２５ａ・２５ｂを縮設することで加圧用剛性ステイ２２に押し下げ力を作用させている。これにより良熱伝導性部材４０のニップ部Ｎに対応する部分の下面と加圧ローラ３０の上面とが定着スリーブ１０を挟んで圧接して所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。
【００５７】
本実施例では、ニップ部Ｎでの加圧ローラ３０による押圧力（線圧力）を７．８Ｎ／ｃｍ（８００ｇ／ｃｍ）程度とした。
【００５８】
ここで、ニップＮの幅をある程度確保するには、加圧ローラ３０の硬度が高すぎると好ましくない。加圧ローラ３０の硬度は、ニップ確保のため上限７５度、機械強度から下限４５度程度（加圧ローラの表層上からのアスカーＣ硬度測定、９．８Ｎ（１ｋｇ加重））の範囲とするのが望ましい。
【００５９】
本実施例では、加圧ローラ３０の硬度を約５６度とし、ニップ量Ｎを７ｍｍ程度とした。
【００６０】
加圧ローラ３０は駆動手段Ｍにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ３０の回転駆動により、前記加圧ローラ３０との外面との摩擦力でスリーブ１０に回転力が作用し、前記スリーブ１０がその内面が定着ニップＮにおいて良熱伝導性部材４０の下面に密着して摺動しながら矢示の時計方向に加圧ローラ３０の周速度にほぼ対応した周速度をもってスリーブガイド部材１６ａ・１６ｂの外周を回転する。
【００６１】
この場合、定着ニップ部Ｎにおける良熱伝導性部材４０の下面とスリーブ１０の内面との相互摺動摩擦力を低減化させるために定着ニップ部Ｎの良熱伝導性部材４０の下面とスリーブ１０の内面との間に耐熱性グリスなどの潤滑剤を介在させる、あるいは良熱伝導性部材４０の下面を潤滑部材４１で被覆することでニップＮでのスリーブ１０の摺動性を向上させることもできる。
【００６２】
これは、良熱伝導性部材４０としてアルミニウムを用いた場合のように表面滑り性が材質的によくない或いは仕上げ加工を簡素化した場合に、摺動するスリーブ１０に傷をつけてスリーブ１０の耐久性が悪化してしまうことを防ぐものである。
【００６３】
また、図５に示すように、スリーブガイド部材１６ａの周面に、その長手に沿い所定の間隔を置いて凸リブ部１６ｅを形成具備させ、スリーブガイド部材１６ａの周面とスリーブ１０の内面との接触摺動抵抗を低減させてスリーブ１０の回転負荷を少なくしている。このような凸リブ部１６ｅはスリーブガイド部材１６ｂにも同様に形成具備することができる。図５で、給電部１８ａ・１８ｂは、スリーブガイド部材１６ａからの励磁コイル１８の引き出し線である。
【００６４】
図６は交番磁束の発生の様子を模式的に表したものである。磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表す。
【００６５】
磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃに導かれた交番磁束Ｃは、磁性コア１７ａと磁性コア１７ｂとの間、そして磁性コア１７ａと磁性コア１７ｃとの間においてスリーブ１０の電磁誘導発熱層１に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層１の固有抵抗によって電磁誘導発熱層１にジュール熱（渦電流損）を発生させる。
【００６６】
ここでの発熱量Ｑは電磁誘導発熱層１を通る磁束の密度によって決まり、図６のグラフような分布を示す。図６のグラフは、縦軸が磁性コア１７ａの中心を０とした角度φで表したスリーブ１０における円周方向の位置を示し、横軸がスリーブ１０の電磁誘導発熱層１での発熱量Ｑを示す。ここで、発熱域Ｈは最大発熱量をＱとした場合、発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義する。これは、定着に必要な発熱量が得られる領域である。前述（従来例）の様に、スリーブ１０の端部においては見かけ上ピーク値Ｑが低下する。
【００６７】
この定着ニップ部Ｎの温度は、温度検知手段２６（図２）を含む温調系により励磁コイル１８に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。
【００６８】
温度検知手段２６はスリーブ１０の温度を検知するサーミスタなどの温度センサであり、本例においてはこの温度センサ２６で測定したスリーブ１０の温度情報をもとに定着ニップ部Ｎの温度を制御するようにしている。
【００６９】
本実施例では、スリーブ１０の中央部で表面温度が略１８０℃となるように温度制御を行った。
【００７０】
而して、スリーブ１０が回転し、励磁回路２７から励磁コイル１８への給電により上記のようにスリーブ１０の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温調された状態において、画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像ｔが形成された転写材Ｐが定着ニップ部Ｎのスリーブ１０と加圧ローラ３０との間に画像面が上向き、即ちスリーブ面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面がスリーブ１０の外面に密着してスリーブ１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。
【００７１】
この定着ニップ部Ｎをスリーブ１０と一緒に転写材Ｐが挟持搬送されていく過程においてスリーブ１０の電磁誘導発熱で加熱されて転写材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。
【００７２】
転写材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過するとスリーブ１０の外面から分離して排出搬送されていく。
【００７３】
転写材Ｐ上の加熱定着トナー画像は定着ニップ部通過後、冷却して永久固着像となる。
【００７４】
本例においては、図２に示すように、スリーブ１０の発熱域Ｈ（図６）の対向位置に暴走時の励磁コイル１８への給電を遮断するため温度検知素子であるサーモスイッチ６０を配設している。
【００７５】
なお、サーモスイッチ６０はスリーブ１０の発熱域Ｈに対向してスリーブ１０の外面に非接触に配設した。サーモスイッチ６０とスリーブ１８との間の距離は約２ｍｍとした。これにより、スリーブ１０にサーモスイッチ６０の接触による傷が付くことがなく、耐久による定着画像の劣化を防止することができる。
【００７６】
本例ではトナーｔに低軟化物質を含有させたトナーを使用したため、定着装置、にオフセット防止のためのオイル塗布機構を設けていない。
【００７７】
Ｂ）スリーブ１０
図７の（ａ）は本例におけるスリーブ１０の層構成模型図である。本例のスリーブ１０は、電磁誘導発熱性のスリーブ１０の基層となる金属スリーブ等でできた発熱層１と、その外面に積層した弾性層２と、その外面に積層した離型層３の複合構造のものである。
【００７８】
発熱層１と弾性層２との間の接着、弾性層２と離型層３との間の接着のため、各層間にプライマー層（不図示）を設けてもよい。
【００７９】
略円筒形状であるスリーブ１０において発熱層１が内面側であり、離型層３が外面側である。前述したように、発熱層１に交番磁束が作用することで前記発熱層１に渦電流が発生して前記発熱層１が発熱する。その熱が弾性層２・離型層３を介してスリーブ１０を加熱し、前記定着ニップＮに通紙される被加熱材としての転写材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。
【００８０】
ａ．発熱層１
発熱層１はニッケル、鉄、強磁性ＳＵＳ、ニッケル−コバルト合金といった強磁性体の金属を用いるとよい。
【００８１】
非磁性の金属でも良いが、より好ましくは磁束の吸収の良いニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバルト−ニッケル合金等の金属が良い。
【００８２】
その厚みは次の式で表される表皮深さより厚くかつ２００μｍ以下にすることが好ましい。表皮深さσ［ｍｍ］は、励磁回路２７の周波数ｆ［Ｈｚ］と比透磁率μｒと固有抵抗ρ［Ｑｍ］で、下式
σ＝５０３×（ρ／ｆμｒ）^１／２・・・・・・（１）
と表される。
【００８３】
これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になっており、逆にいうと殆どのエネルギーはこの深さまでで吸収されている（図８）。
【００８４】
前述のように、ｆは一般的に２０ｋＨｚから１００ｋＨｚ程度までで使用される事が多いため、発熱層１の厚さは好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは２０μｍ〜１００μｍがよい。発熱層１の厚みが１μｍよりも小さいとほとんどの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪くなる。更に、機械的強度の観点からは、発熱層１の厚さは２０μｍ程度以上であることが望ましい。
【００８５】
また、発熱層１が１００μｍを超えると剛性が高くなりすぎ、また屈曲性が悪くなり回転体として使用するには現実的ではない。従って、発熱層１の厚みは１〜１００μｍ、機械的強度を考慮して、より好ましくは２０μｍ〜１００μｍの範囲で決定するのが好ましい。本例では、５０μｍの厚さのニッケル電鋳メッキ品を用いた。
【００８６】
ｂ．弾性層２
弾性層２は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよく、熱伝導率がよい材質である。
【００８７】
「す」と称するこまかいモザイク状欠陥を防止するのに、この弾性層が重要となる。すなわち、ワックス内包トナー使用時においては、シャープメルト系トナー使用時と異なり、弾性層２のやわらかさを反映してスリーブ１０の表層である離型層３がトナー自体をつつみ込む効果が「す」を防止するのに必要である。
【００８８】
このために弾性層２としては、ゴム単体での硬度がＪＩＳ−Ａ測定、すなわちＪＩＳ−Ｋ６３０１のＡ型硬度計により規定される硬度にて３０度以下、より好ましくは２５度以下、厚さは５０μｍ以上より好ましくは１００μｍ以上とする必要がある。
【００８９】
一方、弾性層２の厚さが５００μｍを超えると弾性層の熱抵抗が大きくなりすぎてしまい、クイックスタートが実現困難（１０００μｍ以上ではほぼ不可能）となる。このため、弾性層２の厚さは５００μｍ以下とするのが望ましい。
【００９０】
また、弾性層２の熱伝導率λに関しては、２．５×１０^−１〜８．４×１０^−１［Ｗ／ｍ／℃］（６×１０^−４〜２×１０^−３［ｃａ１／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］）がよい。
【００９１】
熱伝導率λが２．５×１０^−１［Ｗ／ｍ／℃］よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、スリーブの表層（離型層３）における温度上昇が遅くなる。
【００９２】
熱伝導率λが８．４×１０^−１［Ｗ／ｍ／℃］よりも大きい場合には、硬度が高くなりすぎたり、圧縮永久歪みが悪化する。
【００９３】
よって熱伝導率λは２．５×１０^−１〜８．４×１０^−１［Ｗ／ｍ／℃］がよい。より好ましくは３．３×１０^−１〜６．３×１０^−１［Ｗ／ｍ／℃］（８×１０^−４〜１．５×１０^−３［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］）がよい。
【００９４】
本実施例ではゴム硬度が単体の硬度で１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率が４．２×１０^−１［Ｗ／ｍ／℃］（１×１０^−３［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］）、厚さが３００μｍのシリコーンゴムを用いた。
【００９５】
ｃ．離型層３
離型層３はフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる．離型層３はこのようなフッ素系樹脂のチューブ層あるいは樹脂コート層にすることができる。
【００９６】
前述の弾性層２のやわらかさを十分に表面に伝えるためには、離型層３の厚さが最大でも１００μｍ以下より好ましくは８０μｍ以下である必要がある。１００μｍより大きいと、トナーをつつみ込む効果が発揮されなくなり、べタ画像上に「す」が発生する。
【００９７】
更に、弾性層２が薄くなるに従い、離型層３の厚さの上限値も小さくする必要が有る。本件出願人の検討の結果では、離型層３の厚さは最大でも弾性層２の厚さの１／３以下とする必要が有り、これ以上では弾性層２のやわらかさが表層まで十分に反映されなくなった。
【００９８】
一方、離型層３の厚さが５μｍを下回ると、弾性層に加わる機械的ストレスを緩和出来なくなり、弾性層や離型層自体が劣化してしまう。このため、離型層３の厚さの下限値として５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上が必要である。
【００９９】
本実施例では離型層３として厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いた。
【０１００】
上記弾性層２と離型層３相互の層厚の関係をまとめると、弾性層２の厚さをｔ１、離型層３の厚さをｔ２としたとき、
５０μｍ≦ｔ１≦５００μｍ、
５μｍ≦ｔ２≦１００μｍ、
ｔ１≧３×ｔ２、
であることが好ましい。
【０１０１】
ｄ．断熱層４
また、図８の（ｂ）に示すように、スリーブ１０の構成において、発熱層１のスリーブガイド部材面側（発熱層１の弾性層２とは反対面側）に断熱層４を設けてもよい。断熱層４は、スリーブ１０とスリーブガイド部材間の摺動性を向上させる目的としても、非常に有用である。
【０１０２】
断熱層４としては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂などの耐熱樹脂がよい。
【０１０３】
また、断熱層４の厚さとしては１０〜１０００μｍが好ましい。断熱層４の厚さが１０μｍよりも小さい場合には断熱効果が得られず、また、耐久性も不足する。一方、１０００μｍを超えると断熱層４の機械的剛性が強くなり、スリーブ１０が円周方向に変形しづらくなる為、好ましくない。また、磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８から発熱層１までの距離が大きくなり、磁束が十分に発熱層１に吸収されなくなる場合も有る。
【０１０４】
断熱層４は、発熱層１に発生した熱がスリーブ１０の内側に向かわないように断熱できるので、断熱層４がない場合と比較して転写材Ｐ側への熱供給効率がよくなる。よって、消費電力を抑えることができる。
【０１０５】
本実施例では、断熱層４は厚さ略３０μｍのポリイミド樹脂コートを用いた。
Ｃ）励磁コイル１８
励磁コイル１８は、コイルを構成させる電線として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の導線を複数本束ねたもの（束線）を用い、これを複数回巻いて、励磁コイルを形成する構造となっている。
【０１０６】
本実施例では、９８本の導線から成る束線を１０ターン巻いて励磁コイル１８を形成している。また、励磁コイル１８の形状は、図２、図６のようにスリーブ１０の発熱層１の曲面に沿うようにしている。
【０１０７】
このとき上述の導線として、本実施例では図９に示すような外径φ_１、空洞径φ_２の中空導線（チューブ状導線、横断面環状導線）５０を用いた。ここで導線５０を流れる高周波電流の表皮効果について考察する。
【０１０８】
表皮効果は、前述の表皮深さを表わす式（１）により推定できる。即ち、式（１）で定義される表皮深さσは、銅線／８０ｋＨｚの場合において、略０．２３ｍｍとなる。即ち、表面からσの位置において、電流は表面近傍に対し１／ｅに減衰している（ｅ＝２．７１８２８）ので、実際には表皮深さが約１００μｍ程度以下の部分において、特に電流が効率良く流れる。
【０１０９】
上記を考慮すると、現実的には前述の中空導線５０の肉厚（φ_１−φ_２）／２は、１０μｍ〜１００μｍの範囲とするのが望ましい（１０μｍ以下では導線の抵抗が上昇し、現実的ではない）。
【０１１０】
本実施例では導線の外径φ_１＝２００μｍ、空洞の径φ_２＝１４０μｍ、肉厚（φ_１−φ_２）／２＝３０μｍとしたところ、高周波電流に対し、良好な導通性能が得られ、コイル自体の発熱も実用限度内に抑えることが出来た。また、外径φ_１が２００μｍで空洞部の無い、従来の導線に比べ６４％の大幅な重量削減を達成出来、導線材料費を削減することが出来た。
【０１１１】
なお、前述の絶縁被覆は導線の外周部のみに施し、空洞部には施していない。図９において、５１が絶縁被覆である。
【０１１２】
絶縁被覆５１の材質としてはスリーブ１０の発熱による熱伝導を考慮して耐熱性を有する被覆を用いるのがよい。たとえば、アミドイミドやポリイミドなどの被覆を用いるよい。
【０１１３】
また、スリーブガイド部材（励磁コイル保持部材）１６ａ、１６ｂの材質としては絶縁性に優れ、耐熱性がよいものがよい。例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＬＣＰ樹脂などを選択するとよい。
【０１１４】
なお、前述の中空導線５０における、中央の空洞部は、必ずしも完全な空洞である必要はなく、例えば絶縁部材が一部または全体に充てんされた構造であっても良い。換言すると「電気的な空洞」であれば良い。中央に軽量の絶縁充てん材を設ける場合の利点として、周囲に導電体を設ける際の支持部材とする等の事が考えられる。
【０１１５】
また、中空導線５０の横断面外形形状、空洞部の横断面形状は円形に限られるものではない。
（第２の実施例）
図１０に本発明のコイルに用いる導線部分に関する第２の実施形態を示す。
【０１１６】
図１０では１本の導線を更に細い径φ_３の銅製の導線５２が複数本円周上に配置された形状のもので構成している。ここで本実施例では、φ_３を３０μｍとし、これ等を個々には被覆を設けず、接触させた状態で互いに導通をとりながら１７本を円周配置させることで、見かけ上の外径φ_１’が約２００μｍとなる、中空導線（チューブ状導線、横断面環状導線）５３を形成した。また、この導線５３には、最外周に絶縁被覆５４を設けている。
【０１１７】
そして、図２等の励磁コイル１８を構成するのに、第１の実施例と同様に、上式導線５３を９８本束ねて図１３のような（但し図１３の例では４９本で束線を形成）束線とし、これを図１２のようにして１０ターン巻いて励磁コイル１８を構成している。
【０１１８】
上記の様に導線５３を形成することで、１本１本の導線の中央を空洞とするための特別な処理を用いることなく、しかも第１実施例中における中空の導線と全く同様にして重量や材料費等の削減効果を得ることが出来る。
【０１１９】
なお、絶縁被覆５４は、第１実施例と同様、アミドイミドやポリイミド等の被覆を好適に用いることが出来る。
【０１２０】
なお、細い径の導線５２の直径φ_３としては、電気抵抗の観点から、下限は１０μｍくらい、上限は表皮深さの観点で１００μｍ位迄が実用上好ましい。
【０１２１】
また、中空導線５２の横断面外形形状、空洞部の横断面形状は円形に限られるものではない。
【０１２２】
（その他）
１）電磁誘導発熱性の定着フィルム１０は、モノクロあるいは１パスマルチカラー画像などの加熱定着用の場合は弾性層２を省略した形態のものとすることもできる。発熱層１は樹脂に金属フィラーを混入して構成したものとすることもできる。発熱層単層の部材とすることもできる。
【０１２３】
２）本発明の加熱装置は実施形態例の画像加熱定着装置としてに限らず、画像を担持した記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する像加熱装置、その他、被加熱材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置など、広く被加熱材を加熱処理する手段・装置として使用できる。
【０１２４】
本発明の様々な例と実施例が示され説明されたが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲は本明細書内の特定の説明と図に限定されるのではなく、本願特許請求の範囲に全て述べられた様々の修正と変更に及ぶことが理解されるであろう。
【０１２５】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【０１２６】
〔実施態様１〕複数の導線を束ねた束線を、複数回周回させることにより形成した励磁コイルを有する磁束発生手段と、該磁束発生手段によって発生する磁束が作用して電磁誘導発熱する発熱体とを有する加熱部材を有し、該加熱部材により被加熱材を加熱する加熱装置において、前記導線は、中央部に電気的な空洞部分を有する環状の導電体であることを特徴とする加熱装置。
【０１２７】
〔実施態様２〕前記導線は、複数の細い導線を略円周状に接触配置させることにより、中央部に電気的な空洞部分を有する環状の導電体としたことを特徴とする実施態様１に記載の加熱装置。
【０１２８】
〔実施態様３〕前記加熱装置は、前記加熱部材と対向配置されてニップ面を形成する加圧部材を具備し、前記ニップ面で被加熱材を挟持搬送して被加熱材を加熱することを特徴とする実施態様１又は２に記載の加熱装置。
【０１２９】
〔実施態様４〕前記発熱体は、表面に離型層を有する金属層により構成されていることを特徴とする実施態様１から３の何れかに記載の加熱装置。
【０１３０】
〔実施態様５〕前記被加熱材は画像を担持した記録材であり、装置が該画像を加熱する像加熱装置であることを特徴とする実施態様１から４の何れかに記載の加熱装置。
【０１３１】
〔実施態様６〕記録材に画像を形成担持させる作像手段と、記録材に形成担持させた画像を加熱する像加熱手段を有し、前記像加熱手段が実施態様１から５の何れかに記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【０１３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、励磁コイル１８の束線を形成するための導線を、図９の５１、又は図１０の５３の様な中空形状とすることにより、コイルの重量を軽減し、銅線等の材料を削減させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例における画像形成装置の概略構成図
【図２】定着装置（加熱装置）の要部の横断側面模型図
【図３】同じく要部の正面模型図
【図４】同じく要部の縦断正面模型図
【図５】内部に磁束発生手段を配設支持させた右側のスリーブガイド部材半体の斜視模型図
【図６】磁束発生手段と発熱量Ｑの関係を示した図
【図７】（ａ）と（ｂ）はそれぞれ定着スリーブの層構成模型図
【図８】発熱深さと電磁波強度の関係を示したグラフ
【図９】本発明の第１の実施例の説明図
【図１０】本発明の第２の実施例の説明図
【図１１】従来例の定着装置の要部の横断側面模型図
【図１２】成形前の励磁コイルの斜視模型図
【図１３】束線の形態図
【符号の説明】
１０・・・スリーブ、１６ａ，１６ｂ・・・スリーブガイド、１８・・・励磁コイル、３０・・・加圧ローラ、５０・・・中空導線、５２・・・導線、５１，５４・・・絶縁被覆、７０・・・束線、１００・・・定着器、１０１・・・感光ドラム、１０２・・・帯電装置、１０４・・・現像器、１０５・・・中間転写ドラム

Claims (1)

1. 複数の導線を束ねた束線を、複数回周回させることにより形成した励磁コイルを有する磁束発生手段と、該磁束発生手段によって発生する磁束が作用して電磁誘導発熱する発熱体とを有する加熱部材を有し、該加熱部材により被加熱材を加熱する加熱装置において、
   前記導線は、中央部に電気的な空洞部分を有する環状の導電体であることを特徴とする加熱装置。

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