JP2004246353A

JP2004246353A - 誘導加熱方式の像加熱装置及びこの装置に用いられる励磁コイルユニット

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Publication number: JP2004246353A
Application number: JP2004016274A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Nishida; 秀之西田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】単位時間当たりの出力枚数が多いプリンタに適用できるとともに低コストの、誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニットを提供する。
【解決手段】導電体に誘導電流が誘起されることにより発熱する誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニットであって、絶縁被覆のない導線により形成されたコイル１と、前記コイルを覆う耐熱絶縁材４ｃと、を有する。
【選択図】図１４

Description

本発明は、電子写真記録技術や静電記録技術を用いた複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載すれば好適な誘導加熱式の像加熱装置、及びこの装置に用いられる励磁コイルユニットに関する。

例えば電子写真プロセスを用いた複写機やプリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置には、普通紙やＯＨＰシートなどの記録材に転写されたトナー像を熱により溶融して記録材に定着させる定着装置（熱定着装置）が設けられている。また、この定着装置と同等の機能を有する外部装置であって、画像形成装置から出力された記録材を更に加熱し、画像の光沢度を向上させる装置もある。以下、これらを総称して「像加熱装置」という。

この電子写真プロセスを用いた画像形成装置は、プリントしていない時間でも電源を投入したままにしていることが多い。一般のユーザーの使用形態では、電源を投入したまま画像形成装置を使用していない時間（待機時間）は、使用している時間（プリント時間）より遥かに長い。待機時間中に消費する電力が最も多いのが定着装置である。よって、待機時間中の定着装置の消費電力を抑えることができればプリント時間と待機時間を合わせた画像形成装置のトータルの消費電力を抑えることができる。一方で、ユーザーがプリントを行う場合を想定すると、画像形成装置は待機状態からなるべく短時間でプリント可能な状態に立ち上がったほうが望ましい。しかしながら、待機時間中に定着装置の消費電力を抑えている場合、定着装置の温度が低くなっているのでプリント可能な状態までの立ち上げ時間が長くなってしまう。

その対応策として、従来広く用いられてきたハロゲンランプヒータによって加熱ローラを加熱する方式の代わりに、円筒形の導電体である加熱ローラ自体が発熱する誘導加熱方式を採用して、加熱ローラの定着温度立上げ時間を更に短くして省エネルギーを実現する試みがなされている。

この誘導加熱方式は、励磁コイルに高周波電流を流して、その際に発生した磁束を円筒状の導電体に作用させることにより、導電体内に渦電流を発生させ、その渦電流によるジュール熱を利用して加熱ローラを発熱させるものである（例えば、特許文献１参照。）。

従来のこの種の定着装置の一例として、例えば図８及び図９に示すものがある。

図８に示す誘導加熱方式の定着装置において、加熱ローラ５０は回転可能に設けられており、円筒状の導電体により形成されている。また、加圧ローラ５１が、加熱ローラ５０に対して所定圧力で圧接して設けられており、加熱ローラ５０とともに図中ａ矢印方向に回転して、ｂ矢印方向に進行する記録材５４を加熱ローラ５０と加圧ローラ５１により形成されたニップ部で挟持搬送することにより、記録媒体に熱および圧力を与えて画像定着を行う。加熱ローラ５０に誘導電流を発生させるために、磁界を発生するコイルアセンブリ５２はホルダ６４に保持され、全体としてホルダユニット５３を構成している。

コイルアセンブリ５２は、磁性材からなるコア６３とコア６３を挿入するための通孔が形成されたボビン６５と、このボビンの周囲に銅線を巻回して形成された励磁コイル６２を有する。ボビン６５は、コア６３と励磁コイル６２とを絶縁する絶縁部として機能している。図９には、加熱ローラ５０内に配置されるホルダユニット５３を抜き出して示して
ある。

しかしながら、この誘導加熱方式を用いた定着装置には、以下の問題点があった。

励磁コイルは発熱する加熱ローラからの輻射熱や伝導熱を受けて加熱されるばかりでなく、励磁コイル自身に電流が流れるためにジュール熱で発熱している。このため、誘導加熱方式の定着装置をより単位時間あたりの出力枚数が多い高速機器に搭載した場合、長時間に亘る稼動によりコイル温度が次第に上昇していき、コイルの耐熱温度を超える虞がある。特に、コイルの巻き線に施された樹脂絶縁層が溶融してショートする可能性があった。かかる事態を防止するために、励磁コイル内部に軸方向に沿って風を送り、コイル温度の上昇を抑えるものがある（例えば、特許文献１参照。）。

一方、コイル自身の発熱を低減することにより、コイル温度の上昇カーブをより低い温度で飽和状態に至らせるといった技術手段をとっているものもある。具体的には、コイルを形成する巻線の径を太くしたり、またはコイルを形成する巻線として径の小さな素線を複数本束ねた巻線（リッツ線）を用いることにより、巻線の抵抗を減らす方法や、電気−熱変換効率の高い材料で円筒状導電体を形成することで、少ない電流で高出力を得る方法などである（例えば、特許文献２参照。）。
特開昭５４−３９６４５号公報特開平９−１９７８５４号公報

しかし、風を送ってコイルの温度上昇を抑えるという方法では、せっかく定着装置のコイルに投入した電力のうちコイルのジュール損失分の熱を、風により廃熱してしまうことになる。

発明者等の検討では、この損失分のエネルギーは、数十ワット程になることもあり、この分の熱を定着に有効に活用できないことは、省エネルギーに反する結果となる。また、風を当てる方法が適切でないと加熱ローラの熱までも一緒に奪って廃熱してしまう虞もあり、この場合はさらにエネルギーを無駄に浪費してしまう。

また、コイル自身の発熱を低減することにより、コイル温度の上昇カーブをより低い温度で飽和状態に至らせるという技術手段のうち、巻き線の径を太くしてコイルの電気抵抗を減らす方法の場合、通常誘電加熱方式の定着装置では励磁コイルに高周波電流を流すため、「表皮効果」と呼ばれる現象により電流が導体の表面のみを流れ、電気抵抗はあまり下がらないという問題がある。

その対策として、絶縁被覆された導線（素線）を複数本撚り合わせた巻線（リッツ線）によってコイルを形成することが考えられるが、この場合、コイル自身のコストが高くなってしまう。また、リッツ線を用いる構成では、リッツ線を構成する素線が絶縁被覆されているので、素線の絶縁被覆が耐熱温度を超えないように定着装置を設計しなければならない。素線の絶縁被覆として通常ポリイミドが用いられるが、この場合コイルが２２０℃以上にならないように設計しなければならない。つまり、リッツ線を採用すると、リッツ線を構成する素線の絶縁被覆材料の耐熱温度でコイルアセンブリの使用温度上限が制限されてしまう。したがって、コイルへの供給電力量を多くせざるを得ない単位時間当たりの出力枚数が多いプリンタにこのようなリッツ線を用いた誘導加熱方式の定着装置は採用しづらいという課題がある。

また電気−熱変換効率の高い材料で円筒状導電体（加熱ローラ）を形成する方法につい
ては、定着装置を構成する上で円筒状導電体は、発熱効率が高いだけではなく、熱伝導性や強度、また耐久性や加工性などの条件を満たす必要があり、これらの条件をすべて最適化するのは困難であるという問題がある。

またアルミニウム、ニッケル、銅などを積層構造にしたクラッド材と呼ばれる複合材料なども、誘導加熱方式を用いた炊飯器などで実用化されているが、やはり高価なものとなってしまう。

本発明は上述の課題に鑑み成されたものであり、その目的は、低コストの励磁コイルユニット及びこのユニットを用いた像加熱装置を提供することにある。また、単位時間当たりの出力枚数が多いプリンタに適用できる励磁コイルユニット及び像加熱装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明においては、導電体に誘導電流が誘起されることにより発熱する誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニットであって、絶縁被覆のない導線により形成されたコイルと、前記コイルを覆う耐熱絶縁材と、を有することを特徴とする。

前記コイルの導線同士が接触しないように、前記コイル取り付けられた絶縁性スペーサをさらに有するようにしてもよい。

前記耐熱絶縁材は、前記コイルの周りに流し込んだ後に硬化して形成されるようにしてもよい。

前記耐熱絶縁材は樹脂であってもよいし、ガラスであってもよい。

前記励磁コイルユニットは、前記コイルを収容するとともに前記耐熱絶縁材により一体化されたケースを更に有するようにしてもよい。

前記コイルは板金をプレス加工することにより形成されるようにしてもよい。

導電体に誘導電流が誘起されることにより発熱する誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニットであって、絶縁被覆のない導線で形成されたコイルと、前記コイルを形成する導線同士が接触しないように、前記コイルに取り付けられた絶縁性スペーサと、を有することを特徴とする。

前記絶縁性スペーサを取り付けた前記コイルを収容するホルダを更に有するようにしてもよい。

本発明における誘導加熱方式の像加熱装置は、導電性の回転部材と、絶縁被覆のない導線で形成されたコイル及び、該コイルを覆う耐熱絶縁材を有し、該コイルに通電して磁界を発生することにより前記導電性の回転部材に渦電流を誘起する励磁コイルユニットと、を備えることを特徴とする。

前記励磁コイルユニットは、前記コイルの導線同士が接触しないように前記コイルに取り付けられた絶縁性スペーサを有するようにしてもよい。

前記耐熱絶縁材は樹脂であっても、ガラスであってもよい。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、低コストの励磁コイルユニット及びこのユニットを用いた像加熱装置を提供できる。また、単位時間当たりの出力枚数が多いプリンタに適用できる励磁コイルユニット及び像加熱装置を提供できる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明の実施例１における励磁コイル巻線を示す斜視図である。

同図において、励磁コイル１は、断面形状が円であり表面に絶縁被覆のない導線で形成されている。また、励磁コイル１には、その巻き線間に所定の距離を保ちレアショートを防止するためのスペーサ２が形成されている。

図２は、図１中の丸破線で囲んだ部分Ａ部の拡大図である。図２に示すように、スペーサ２によって導線１同士が接触しないようになっている。なお、図２ではスペーサ２に分割線が記載されていないが、このスペーサ２は図１２に示すように上下に分割できる構造になっている。スペーサ２には導線を嵌め込むための窪みが予め設けられている。

このスペーサ２は、耐熱樹脂などの絶縁材料からなっており、スペーサ２を取り付けた状態の励磁コイル１を非磁性の耐熱絶縁材で、インジェクションモールドや、ポッティングなどの方法を用いて一体に覆う際に、耐熱絶縁材である樹脂材などの流れ込みによりコイルの位置がずれてショートするのを防止する機能がある。このため図１ではスペーサ２は１つしか図示していないが、必要であれば図１１に示すように複数箇所に用いてもよい。

図３は、本実施例における励磁ユニット（励磁コイルユニット）８の斜視図である。また図４は、図３における励磁コイルユニット８の中央部付近の断面図である。図３においては、図１や図１１に示したスペーサ２を取り付けた状態の励磁コイル１を非磁性の耐熱絶縁材で、インジェクションモールドや、ポッティングなどの方法を用いて一体に覆うことによりホルダ４を形成している。そして、ホルダ４には、励磁コイル１に高周波電流を給電するための励磁コイル給電端子部３が設けられている。

このホルダ４は、耐熱温度が２００℃以上の有機樹脂材料、またはその有機樹脂材料にシリカやセラミック粉などの、樹脂材料より熱伝導性の良いフィラーを添加したハイブリ
ット材で形成してある。

このようにすれば、励磁コイル１の温度上昇により、耐熱絶縁材が変形、融解することもなく、容易かつ安価に励磁コイル１との一体化を実現できる。従って、励磁コイル１が高温になっても、巻き線同士のショートや、励磁コイル１自体の形状が保持できなくなるなどの不具合がなくなり、励磁コイル１の自己発熱による熱を、外部に伝えることができる。更に、フィラーを適当に選定することにより、耐熱絶縁材の熱伝導性を向上させることができ、励磁コイル１の自己発熱による熱を効率よく、外部に伝えることができる。

尚、５は、この励磁コイルユニット８としてのインダクタンスを調整するためのコアで、フェライトなどの磁性体を材料としている。コア５は、励磁コイル１で発生した交番磁束を円筒状金属体に有効に作用させるための磁気回路の一部を形成する。

次に図１３及び図１４を用いて本実施例の励磁コイルユニット８の構成を更に詳細に説明する。

図１３は、本発明を理解する上で参考となる比較例の励磁コイルユニットの断面図である。同図において、励磁コイル１´は、複数本の素線（ＰＩＷ:ポリイミド被覆ワイヤ）を撚ったリッツ線を１０ターン巻線しプレス成型して固めたものである。部分拡大図に示されるように、リッツ線で作成されたコイルをプレス成型すると、各素線が格子状に比較的綺麗に並んだ状態になる（この状態では、導体が何ターン目の線なのか判別するのは困難である。）。

４´ａ、４´ｂ、４´ｃは、ホルダ４の構成要素であり、４´ａは、あらかじめインジェクションモールドで成型された上モールド部材であり、４´ｂは、同様に成型された下モールド部材である。４´ｃは、プレス成型済みの励磁コイル１´を収納したサブホルダ４´ｄ（上・下モールド部材４´ａ、４´ｂを組み合わせたもの）内の空隙に注入された絶縁樹脂材料であり、４´ａ、４´ｂ、４´ｃはすべて耐熱性の高い同じ絶縁樹脂材料で構成されている。なお、サブホルダ４´ｄ（上・下モールド部材４´ａ、４´ｂを組み合わせたもの）は本実施例におけるケースを構成する。また、絶縁樹脂材料４´ｃは本実施例における耐熱絶縁材を構成する。

この絶縁樹脂材料は、所謂スーパーエンジニアリングプラスチックに属する、例えば、全芳香族ポリエステル樹脂である液晶ポリマー（ＬＣＰ）のデュポンのゼナイト^(R)６０００／７０００シリーズ（登録商標）や、ポリエーテルエーテルケトンのポリマーであるVictrex^(R) PEEK^TM４５０ＧＬ３０（登録商標）などが使用可能である。これらの材料の耐熱温度はおおよそ２６０℃である。

定着装置に使用するためには、特に耐熱性を向上させる目的で、フィラーの添加量は、３０％〜５０％が好ましい。あまり添加量を増やすと、脆くなり必要な機械的強度を保てなくなる。またインジェクションモールドのための金型も削られてしまうため、所謂「型持ち」も悪くなる。

しかしながらこのようなリッツ線を用いる構成では、リッツ線を構成する素線が絶縁被覆されているので、素線の絶縁被覆が耐熱温度を超えないように定着装置を設計しなければならない。素線の絶縁被覆として通常ポリイミドが用いられるが、この場合コイルが２２０℃以上にならないように定着装置を設計しなければならない。

つまり、リッツ線の周りを覆うモールド材料４´ａ、４´ｂ、４´ｃを耐熱性の高い材料にしても、絶縁被覆を有する素線を使用するために、励磁コイル１´の温度上昇が２
２０℃以下で飽和するように設計しなければならないという制限が生じてしまうのである。したがって、励磁コイル１´への供給電力量を多くせざるを得ない単位時間当たりの出力枚数が多いプリンタにこのようなリッツ線を用いた誘導加熱方式の定着装置は採用しづらいという課題がある。

そこで本実施例では励磁コイル１を構成する巻線として絶縁被覆のない導線を用いている。図１４は、本実施例の励磁コイルユニット８の詳細を示す断面図である。なお、図１４は図４の断面図のうちコア５を省略した状態を示すものである。

同図において、１は、図１や図１１に示した本実施例の励磁コイルである。この例では、絶縁被覆のないΦ１．８ｍｍの銅線を用いている。なおこの銅線は、防錆の役目を持たせるためにバリヤーメタルとしてＮｉメッキを施してある。なお、図１４には図１、図１１に示したスペーサ２は省略してある。

４ａ、４ｂ、４ｃは、ホルダ４の構成要素であり、４ａは、あらかじめ図１３における４´ａと同じ絶縁樹脂材料でインジェクションモールド成型された上モールド部材であり、４ｂは、４ａと同じ材料で同様に成型された下モールド部材である。また、４ｃは４ｃ´と同じ絶縁樹脂材料である。

ここで、上・下モールド部材４ａ、４ｂを組み合わせたサブホルダ４ｄは本実施例におけるケースを構成し、絶縁樹脂材料４ｃは本実施例における耐熱絶縁材を構成する。また、下モールド４ｂの厚みは、ＵＬ(Under writers Laboratories inc.)で規定される絶縁物としての厚さ０．４ｍｍ以上の厚みを要するが、後述する加熱ローラ７までの熱抵抗は小さいほうが好ましいので、絶縁規格を満たす厚みとして０．５ｍｍとしている。

以上のような構成とすることで、絶縁被覆の耐熱温度によって制限されることがなくなるので、絶縁樹脂材料４ｃの耐熱温度を考慮して定着装置を設計すればよく、励磁コイル１への供給電力量を多く設定することができる。

次に図１６を用いて、本実施例で用いた励磁コイル１の具体的な構成を説明する。図１６は、励磁コイル１としてリッツ線を用いた場合の代表例と、実施例１における励磁コイル１及び次に説明する実施例２における励磁コイル２１のスペックを比較した表である。この表において抵抗値は、銅の抵抗率を２００℃に換算した値から試算した。また直流損失は、通常動作時に定着装置が消費する電力値８５０Ｗを考慮して、励磁コイル１への投入電流値が８．５Ａの時を記載した。

また最大電流密度Ｉsは以下のように定義する。
Ｉs=商用電源のＡＣコンセント1系統から取れる最大定格電流値〔Ａ〕÷励磁コイルの導線の有効断面積〔ｍ^２〕
日本における通常の１００Ｖ系のＡＣコンセントから取れる最大定格電流は１５Ａである。（ちなみに１０Ｅ６〔Ａ／ｍ^２〕は、１０〔Ａ／ｍｍ^２〕である。）

この表及び前述の説明を参照すると理解できるように、実施例１や後述する実施例２は導線の発熱量がリッツ線の場合より増加しても問題ないので、導線の抵抗値がリッツ線に比べて大きいもの、即ちコストの安い導線を用いることができる。また、導線に流す電流の最大電流密度も大きくできるので、加熱ローラ７の発熱量を従来より増加させることも可能となり、単位時間当たりの出力枚数の多いプリンタにも適用しやすくなる。

次に本実施例の励磁コイルユニット８の製造方法を記す。まず、ボビン（図示せず）と巻き線機（図示せず）を用いて、Φ１．８の導線を１０ターン巻いて図１あるいは図１１
に示したコイル形状にプリフォーミングし、その後レアショート防止のためのスペーサ２を励磁コイル１に取り付ける。次に、下モールド材４ｂに、プリフォーミング済みの励磁コイル１を落としこみ、上モールド材４ａで蓋をする。

次に、励磁コイル１を収容したサブホルダ４ｄ（上モールド材４ａと下モールド材４ｂを組み合わせた部分）をインジェクションモールドの金型にセットする。なお、上モールド材４ａと下モールド材４ｂの間には、樹脂を流し込むために必要なゲート（図１４中の矢印で示すところ）が予め設けてある。

次に、インジェクションモールドの金型内にセットしたホルダ４のゲートから高耐熱性の絶縁樹脂材料４ｃを注入して上モールド材４ａと下モールド材４ｂの隙間に充填し、上モールド材４ａと下モールド材４ｂ及び励磁コイル１を一体とする。励磁コイル１にはスペーサ２が取り付けられているので絶縁樹脂材料４ｃを注入する際に導線同士が接触することを防止できる。最後に、金型からホルダ４を取り出し、バリ取り等の仕上げをしてホルダ４が完成する。なお、必要に応じて図１４の中央に示した窪みにコアを図３あるいは図４に示すように取り付ける。

このように、励磁コイル１を構成する巻線として絶縁被覆のない導線を用いることにより、安価な励磁コイルユニット８が構成できる。また、励磁コイル１の温度が励磁コイル１を覆う高耐熱性の絶縁樹脂材料４ｃの耐熱温度付近（本実施例では約２６０℃）まで上昇しても使用可能であるので、単位時間あたりの出力枚数が多いプリンタにも適用でき、設計の自由度が広がるというメリットがある。また、スペーサ２を設けているので、励磁コイル１を絶縁樹脂材料で封止する際に導線同士の接触を防止でき、励磁コイルユニット８の製造が簡単に行えるというメリットがある。

図５は、本実施例の励磁コイルユニット８を適用した定着装置１０９における励磁コイルユニット８の配置のバリエーションをあらわす模式図である。

同図において、円筒状の導電体である加熱ローラ（加熱部材）７の内側に、励磁コイルユニット８が配置されており、励磁コイルユニット８は、励磁コイル１とコア５とを、非磁性でかつ高耐熱性の絶縁樹脂材料からなるホルダ４で一体にモールドして形成されている。加熱ローラ７には、加圧ローラ９が所定圧力で、圧接されている。

ここで、前述のように、本実施例では、励磁コイル１をホルダ４で一体に覆って励磁コイルユニット８としているので、励磁コイル１の巻線同士の接触によるショートを防止できるのはもちろん、励磁コイル１を、円筒状の導電体である加熱ローラ７に近づけた場合でも、励磁コイル１と加熱ローラ７とが接触してショートすることを防止することができる。また、励磁コイル１に対する外力や自重による変形を防止することができ、さらには励磁コイル１の取り扱いや位置決めも容易にすることができるようになっている。

また、上記ホルダ４は非磁性でかつ高耐熱性の絶縁樹脂材量で形成されているので、励磁コイル１への通電によって生じる磁界に影響を及ぼすこともなく、励磁コイル１の温度上昇による巻き線同士のショートや、励磁コイル１の全面を一体に覆っているホルダ４の変形、溶融が生じる可能性も少ない。

そして背景技術の項でも述べたようにこの励磁コイルユニット８は以下のように作用する。

励磁コイル１に高周波駆動電源１０より高周波電流（１０ｋＨｚ〜１２００ｋＨｚ程度）を流して、励磁コイル１により発生した磁束を円筒状の金属体である加熱ローラ７に作
用させる。このことにより、電磁誘導の原理により加熱ローラ７内に渦電流を発生させ、その渦電流のよるジュール熱を複写機やプリンタなどのトナーを用いた定着装置に利用するのである。

また、この際、励磁コイル１の自己発熱による熱は、非磁性且つ高耐熱性の絶縁樹脂材量からなるホルダ４を伝わり、さらに熱輻射およびホルダ４の周囲の空気を介して円筒状の導電体である加熱ローラ７に伝わることになる。

そして、上述した２種類の熱によって、加熱ローラ７を効率的に加熱するのである。

本実施例の定着装置１０９は、図５に示すように、温度検知装置１２で加熱ローラ７の温度を検知しており、制御装置１１はこの検知温度がトナーを融解して記録媒体上に定着するに十分な定着温度（１６０℃〜２００℃程度）となるように高周波駆動電源１０を制御する。

また、本実施例においては、励磁コイル１を、通電時には記録材である普通紙またはＯＨＰシートなどの変質が生じる温度以下で動作するような抵抗値を選んで構成している。

こうすることによって、正常動作時はもちろん、前記制御手段１２等の故障により、通常予定していない電流が励磁コイル１を流れたとしても、励磁コイル１の温度上昇により、記録材が変質してしまうなどの危険性を回避することができる。また、本実施例においては、励磁コイル１は単線の丸線を用いているので、低コストで上記定着装置１０９を実現することができる。

そして励磁コイルユニット８を作成する際は、励磁コイル１を耐熱性のある材料で覆うことによって、ユニットとしての信頼性も充分確保されている。

さらに励磁コイルユニット８は、図５の（イ）、（ロ）、（ハ）のように円筒状の導電体である加熱ローラ７の円周面に沿うように配置され、さらに熱を加熱ローラ７に伝えやすいように、加熱ローラ７と励磁コイル１の距離は、絶縁物を挟んで、０．４ｍｍ以上１０ｍｍ以下としてある。

このように、励磁コイルユニット８の配置は、励磁コイルユニット８の自己発熱による熱と、誘導電流により加熱ローラ７に発生した熱との合計により、加熱ローラ７の温度が適切な定着温度に達するような位置を選べばよい。

前述のように、従来は電力損失の小さい励磁コイルを用いることで励磁コイルの発熱量を抑える技術思想であったが、本発明は、絶縁被覆のない導線からなる励磁コイル１を覆う高耐熱性の絶縁樹脂材料４ｃの耐熱温度付近まで励磁コイル１が発熱しても問題のない構造とすることで、高価なリッツ線ではなく安価な導線を使用することを可能としたものである。また、励磁コイル１への投入電力量を多くすることも可能になるので、単位時間あたりの出力枚数の多いプリンタにも適用できるようになる。

例えば、高耐熱性の絶縁樹脂材料４ｃとして用いた場合、前述のＰＥＥＫ^(R)耐熱樹脂（登録商標）は、ＵＬ７４６Ｂでは、２４０℃まで温度上昇しても使用可能である。また、ゼナイト^(R)７０００シリーズ（登録商標）では、２６０℃〜２９０℃までの耐熱性を持つものもある。

ところで、図１３と図１４を比較するとわかるように、図１４に示す本実施例においては、図１３の比較例における場合より励磁コイルの占める容積を小さくすることができる
。よって図１４に示す本実施例においては、図１３に示す比較例よりも励磁コイルユニット８の厚みを薄くすることができる。結果として、励磁コイルユニット８の熱容量を小さくすることが出来る。

一般にプリンタに電源を投入した直後は、加熱ローラ７が定着可能な温度に達していても定着装置のその他の部品が温まりきっていないことが多い。誘導加熱方式の定着装置の場合、励磁コイルユニット８がその温まりきっていない部品の一つに相当する。このように定着装置全体が充分に温まりきっていない状態で複数枚の記録紙を連続してプリントすると、加熱ローラ７の熱が記録紙だけでなく励磁コイルユニット８にも奪われ、加熱ローラ７の発熱量がプリント速度に間に合わず加熱ローラ７が徐々に温度低下してしまうことが考えられる。

しかしながら図１４のように絶縁被覆のない導線で励磁コイル１を形成しこの励磁コイル１を高耐熱性の絶縁樹脂材料４ｃで覆う構成にすれば励磁コイルユニット８の熱容量を下げることができる。従って、連続プリント開始後に励磁コイルユニット８に奪われる熱量を少なくすることができ、定着装置全体が充分に温まっていない状態で連続プリントを行っても加熱ローラ７の温度低下を抑えることができる。

上記のように、本実施例は、励磁コイル１の温度が励磁コイル１を覆う高耐熱性の絶縁樹脂材料４ｃの耐熱温度付近まで上昇しても使用可能であるので、励磁コイル１のコストを抑えることができたり、単位時間あたりの出力枚数が多いプリンタに適用できたりというメリットがあるだけでなく、電磁誘導加熱を行う際に励磁コイル１に通電される高周波電流による励磁コイル１の自己発熱による熱を、加熱ローラ７に供給し、従来放熱、または廃熱していたものを積極的に定着に利用することもできる。

従って、従来コイルの自己昇温として廃熱されていたエネルギーを定着用のエネルギーとして有効に活用することができるため、エネルギーの無駄が無くなり、省エネルギーを達成することが可能となる。

次に図６、図７、図１５を用いて実施例２を説明する。本実施例は絶縁被覆のない導線で形成されたコイルを覆う耐熱絶縁材として低融点ガラスを用いるものである。実施例２の考え方は、実施例１をさらに発展させたもので、樹脂材料では、おのずと耐熱温度に限界がある。そこで、耐熱絶縁材に低融点ガラスを用いることにより、低融点ガラスの耐熱温度である２８０℃〜６００℃まで使用できる励磁コイルを提供し、さらに耐熱絶縁材の耐熱温度が上がった分、導線の抵抗値はやや上がるが、より安価なコイルを板材からプレス加工により形成して、安価な励磁コイルユニットを提供するものである。

図６は、本発明の実施例２における励磁コイル巻線を示す斜視図である。

同図において、励磁コイル２１は、断面が略長方形の形状をしており、その厚みは励磁コイル２１を流れる電流の駆動周波数に応じて選定されている。すなわち、駆動周波数における表皮効果を考慮した場合に、励磁コイル２１の厚み全体を有効利用できるような厚みが設定されている。

このように表皮効果による影響で直流抵抗値よりも交流抵抗値が大きくなる領域を積極的に利用して、実際に電流が流れる浸透深さに応じた厚みを選定することにより、同じ断面積の巻線であっても、何らかの異常時に、励磁コイル２１に直流電流が流れた場合でのコイル発熱は低減でき、通常動作の実使用の際は巻き線の全断面積に有効に電流を流し、自己発熱の量を小さくしつつも、発生してしまった自己発熱分は有効に利用することがで
きるという効果がある。

また、同じ交流抵抗値を得られる範囲内で、近接効果による抵抗の増加が起こりにくい構造となるので、角巻線の断面積を必要最低限まで小さくすることができ、設計自由度が増え、スペース効率を上げることができるという効果がある。

また、励磁コイル２１には、高周波電流を給電するための励磁コイル給電端子部２３が設けられている。ここで、このコイルのスペックについては、すでに実施例１の説明文中で説明したように図１６の表に記載したとおりである。

本実施例における励磁コイル２１は、実施例１と比べて約１．６倍の損失となるが、安価な手段となるので、低速機の定着装置としては、十分使用できる。なぜなら、高速機のプリンタに搭載する定着装置の定格値が８００Ｗ〜９００Ｗに対して、低速機のプリンタに搭載する定着装置の定格値は６００Ｗ程度である。電力損失は抵抗値に比例するが、電流値の２乗に比例するため、このとき定着装置を流れる電流の実効値から損失を計算すると、８００Ｗの時の損失は、６００Ｗまで落とすと、抵抗値を１．７７倍まで上げても電力損失は変わらないからである。

図７は、本発明の実施例２における励磁コイルユニット２８の中央部付近の断面図である。

同図において、励磁コイル２１は、金属板をプレス加工で打ち抜き、折り曲げて、加熱ローラ７の内径に一定の距離を保つように曲率を合わせて整形されている。その後、励磁コイル２１と略等しい線膨張係数の低融点ガラスで、励磁コイル２１を一体にモールドすることにより、励磁コイルユニット２８を形成している。また、ホルダ２４とコア２５とを、保持部材２６によって保持することにより、両者を固定している。

この実施例の場合、巻線の断面形状から、実施例１で用いたような励磁コイル２１のレアショート防止のためのスペーサ２は、不要となることもあるが、ガラスのモールド工程において厚み方向に励磁コイル２１が暴れるのを防ぐため、あらかじめスペーサを設けても良い。この場合は、スペーサの材質は、ガラスまたは無機質の材料が良い。

次に図１５を用いて実施例２の励磁コイル２１及び励磁コイルユニット２８の製造方法について詳細に説明する。図１５は、励磁コイル２１をプレス工程で打ち抜いた後の上面図である。

まず、この励磁コイル２１は、図１６の表で示したように、厚さが１．０ｍｍの銅板を、幅２．０ｍｍ、間隔１ｍｍでプレスして打ち抜くことにより作成される。なお、励磁コイル２１の導線間のスペースが狭く、プレス加工が困難な場合はエッチングなどの加工法を用いても良い。次にプレスの型から抜いた励磁コイル２１のバリ取りをしたのち、Ｎｉメッキにてバリヤーメタルコートする。この工程は、特に低融点ガラスの封止工程で、ガラスの融点が２８０℃〜４００℃と高いので、励磁コイル２１の表面を酸化防止する意味でも重要となる。

次に、折り曲げ用の金型（図示せず）を用いて図１５中のＢ部を折り曲げ、励磁コイル給電端子部２３を形成する。次にガラス封止用の金型（図示せず）にセットして、低融点ガラスを流し込み、冷却固化させ、一体の成形品とする。この低融点ガラスを封止する際は、励磁コイル２１の導体の酸化を防止するため、例えば１．３Ｐａ（１０Ｅ−２Ｔｏｒｒ）程度の減圧下で行う。この程度の減圧下では、酸素濃度が１〜２ｐｐｍ程度のレベルにあり、励磁コイル２１の導体は容易に酸化しない。さらに窒素を封入してもよい。また流し込むガラスは、線
膨張係数が銅材と大きく変わらないものを選定している。

図１５で示されるように励磁コイル２１を１０Ｔ巻こうとすると、ライン・アンド・スペースの関係で導線の幅が２．０ｍｍ以上には加工しにくい。よって、実施例１の励磁コイル１よりもさらに抵抗値が上がり、（およそ１．２７倍程度）励磁コイル２１自身の発熱は増加する方向となる。すると、励磁コイル２１を封止する耐熱絶縁材として樹脂を用いた場合は、励磁コイル２１の温度が樹脂の耐熱温度を超える可能性もある。

そこで本実施例では、励磁コイル２１と略等しい線膨張係数のガラスでモールドしている。即ちモールド部材として、低融点のガラスを用いることにより実質的には、励磁コイル２１の自己昇温の２２０℃以下にする制約がなくなり、実施例１で設定した定着温度より高い温度設定も可能となる。

高融点のガラスでは、さらに耐熱性は向上するが、今度は、励磁コイル２１の金属導体の酸化や耐熱性が問題となるので低融点のガラスのほうが好ましい。

この実施例によれば、実施例１と同じく、従来コイルの自己昇温として廃熱されていたエネルギーを定着用のエネルギーとして有効に活用することができるため、エネルギーの無駄が無くなり、省エネルギーを達成することが可能となる。また、金属板をプレス加工で打ち抜き、折り曲げて、励磁コイル２１を構成したため、巻線が略長方形の断面形状を有する励磁コイル２１を容易に、低コストで製作することができ、複数本の線を撚り合わせたような高価な巻線を用いる必要がないので、省エネルギー性の高い定着装置を安価に実現することが可能となる。

またガラスでモールドしたことにより、非磁性の耐熱有機樹脂材料やハイブリット材よりも耐熱性が高くなるためより温度に対する信頼性・耐久性が向上するといったメリットがある。

また、ガラス材料の線膨張係数が励磁コイル２１と略等しいので、コイルの温度上昇に伴う膨張により、励磁コイルユニット２８内に内部応力が発生するなどの問題を防止することができる。

本実施例の励磁コイルの巻線構成は実施例２と同様である。

実施例２のガラスモールドの代わりに、あらかじめ曲率を持って整形されたガラスで、励磁コイル２１を挟み、再溶融させて一体とする。このときのガラス材の線膨張係数は、励磁コイル２１の線膨張係数と略等しいものを用いる。

本実施例によれば、実施例２のようにガラスのモールド工程におけるガラスの流れ込み等がないため、実施例２よりも確実に、スペーサを無くすことが出来るので、より安価に励磁コイルユニット２８を形成することが出来る。

本実施例における励磁コイルの巻線構成も実施例２と同様である。実施例２のガラスモールドの代わりに、磁器、セラミックス等の無機材料で焼結させる。ただし、この場合も励磁コイル２１の酸化防止のため窒素雰囲気中で焼成する必要がある。

実施例２のガラスよりも、強度が高く、耐熱性、絶縁性を向上させることが出来る。

（画像形成装置全体の作用）
次に、上記した実施例に係る定着装置を用いた画像形成装置の作用について説明する。

この種の画像形成装置としては、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などがある。

複写機は、一般的に、原稿等の画像を読み取る機能を備え、読み取った画像情報に基づいて記録媒体であるシートに画像を形成するものであるが、近年では、通信機能等を備えて外部から送られる画像情報を入力する機能を備えた複写機もある。

また、プリンタは、一般的に外部の装置、例えば、コンピュータなどの装置から送られる画像情報に基づいて記録媒体であるシートに画像を形成するものであり、ファクシミリ装置は、一般的に原稿等の画像を読み取る機能、および、通信機能を備え、読み取った画像情報を外部へ送り、また、外部から送られた情報に基づいて記録媒体であるシートに画像を形成するものである。

このように、いずれの装置も得られた画像情報に基づいて、記録媒体であるシートに画像を形成するものである。

以下に、図１０を参照して、上記した実施例に係る定着装置を用いた画像形成装置の例について概要を説明する。

図１０に示したように、画像形成装置１００は、得られた画像情報に基づいたレーザーＬをレーザースキャナー１０１によって発射し、プロセスカートリッジ１０２に内蔵された感光ドラム１０３上にレーザーＬを照射する。

すると、感光ドラム１０３上には潜像が形成され、プロセスカートリッジ１０２によって、この潜像がトナーにより現像化される。

一方、シート積載板１０４上に積載されたシートＳが、給送ローラ１０５、および、分離パッド１０６によって一枚ずつ分離されながら給送され、各搬送ローラ１０７によって、さらに下流側に搬送され、この搬送されたシート上に、上述の感光ドラム１０３上に形成されたトナーによる現像が転写手段１０８によって転写される。

そして、この未定着のトナー像が形成されたシートは、さらに下流側に搬送され、上記した定着装置１０９によってトナー像が定着されて、その後、排出ローラ１１０によって機外に排出される。

このように、複写機装置またはプリンタ装置などの画像形成装置において、少なくとも、上記した定着装置を電子写真プロセスのトナー定着に用いたことにより、定着装置に投入される電力を有効に活用し、装置全体として、エネルギーの無駄を無くして省エネルギーを達成することが可能となる複写機装置またはプリンタ装置などの画像形成装置を安価な値段で実現することが可能になる。

本発明は上述の例にとらわれるものではなく、技術思想が同じ変形例を含むものである。本発明は、上記実施例において説明した定着装置に適用する他、定着装置と同等の機能を有する外部装置であって、画像形成装置から出力された記録材を更に加熱し、画像の光沢度を向上させる装置に適用してもよい。すなわち、本発明は、広く像加熱装置に適用可能である。

本発明の実施例１における励磁コイル巻線を示す斜視図である。本発明の実施例１における励磁コイルのＡ部部分断面斜視拡大図である。本発明の実施例１における励磁コイルユニットの斜視図である。本発明の実施例１における励磁コイルユニットの中央部付近についての断面図である。本発明の実施例１における定着装置と励磁コイルユニットのバリエーションをあらわす模式図である。本発明の実施例２における励磁コイル巻線を示す斜視図である。本発明の実施例２における励磁コイルユニットの中央部付近についての断面図である。従来例を示す定着装置の断面図である。従来例を示す定着装置の加熱ローラ内に配置されるホルダユニットの斜視透視図である。本発明に係る定着装置を用いた画像形成装置全体の作用を示す断面図である。図１に示したスペーサを複数設けた例を示す励磁コイル巻線の斜視図である。図２を更に詳細に示した励磁コイルのＡ部の詳細な拡大図である。コイルの巻線としてリッツ線を用いた比較例の励磁コイルユニット（コアを除く）の断面図である。本発明の実施例１における励磁コイルユニット（コアを除く）の中央部付近の詳細な断面図である。本発明の実施例２における励磁コイルであり、プレス工程で板金より打ち抜いた後のコイルの上面図である。コイルの巻線としてリッツ線を用いた場合と、実施例１の巻線及び実施例２の巻線を用いた場合のスペックを比較した表である。

符号の説明

１、２１励磁コイル
１´ 励磁コイル
２スペーサ
３、２３励磁コイル給電端子部
４、２４ホルダ
４ａ上モールド部材
４ｂ下オールド部材
４ｃ絶縁樹脂材料
４´ａ上モールド部材
４´ｂ下モールド部材
４´ｃ絶縁樹脂材料
５、２５コア
７加熱ローラ
８、２８励磁コイルユニット
９加圧ローラ
１０高周波駆動電源
１１制御装置
１２温度検知装置
２６保持部材
５０加熱ローラ
５１加圧ローラ
５２コイルアセンブリ
５３ホルダユニット
５４記録材
６２励磁コイル
６３コア
６４ホルダ
６５ボビン
１００画像形成装置
１０１レーザースキャナー
１０２プロセスカートリッジ
１０３感光ドラム
１０４シート積載板
１０５給送ローラ
１０６分離パッド
１０７搬送ローラ
１０８転写手段
１０９定着装置
１１０排出ローラ

Claims

導電体に誘導電流が誘起されることにより発熱する誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニットであって、
絶縁被覆のない導線により形成されたコイルと、
前記コイルを覆う耐熱絶縁材と、
を有することを特徴とする誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニット。
前記コイルの導線同士が接触しないように、前記コイルに取り付けられた絶縁性スペーサをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニット。
前記耐熱絶縁材は、前記コイルの周りに流し込んだ後に硬化して形成されることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニット。
前記耐熱絶縁材は樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニット。
前記耐熱絶縁材はガラスであることを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニット。
前記励磁コイルユニットは、前記コイルを収容するとともに前記耐熱絶縁材により一体化されたケースを更に有することを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニット。
前記コイルは板金をプレス加工することにより形成されたことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニット。
導電体に誘導電流が誘起されることにより発熱する誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニットであって、
絶縁被覆のない導線で形成されたコイルと、
前記コイルを形成する導線同士が接触しないように、前記コイルに取り付けられた絶縁性スペーサと、
を有することを特徴とする誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニット。
前記絶縁性スペーサを取り付けた前記コイルを収容するホルダを更に有することを特徴とする請求項８に記載の誘導加熱方式の像加熱装置に用いられる励磁コイルユニット。
導電性の回転部材と、
絶縁被覆のない導線で形成されたコイル及び該コイルを覆う耐熱絶縁材を有するとともに、該コイルに通電して磁界を発生させることにより前記導電性の回転部材に渦電流を誘起する励磁コイルユニットと、
を備えることを特徴とする誘導加熱方式の像加熱装置。
前記励磁コイルユニットは、前記コイルの導線同士が接触しないように前記コイルに取り付けられた絶縁性スペーサを更に有することを特徴とする請求項１０に記載の誘導加熱方式の像加熱装置。
前記耐熱絶縁材は、前記コイルの周りに流し込んだ後に硬化して形成されることを特徴
とする請求項１０に記載の誘導加熱方式の像加熱装置。
前記耐熱絶縁材は樹脂であることを特徴とする請求項１２に記載の誘導加熱方式の像加熱装置。
前記耐熱絶縁材はガラスであることを特徴とする請求項１２に記載の誘導加熱方式の像加熱装置。
前記励磁コイルユニットは、前記コイルを収容するとともに前記耐熱絶縁材により一体化されたケースを更に有することを特徴とする請求項１２に記載の誘導加熱方式の像加熱装置。
前記コイルは板金をプレス加工することにより形成されることを特徴とする請求項１０に記載の誘導加熱方式の像加熱装置。