JP2006126410A - 加熱装置、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部材の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化を図るとともに発熱部材全体の温度分布の均一化を図ることのできる加熱装置、定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】磁性と導電性を有する加熱ローラ２１０は、中空円筒状の強磁性金属部材から構成されている第２層２１０ｂに、熱伝導性のよい第１層２１０ａが積層されている。加熱ローラ２１０の内側に配置された励磁コイル３００は、ボビン状の磁性体磁芯に巻回されたコイル２１２を有する複数のコイル手段２００から構成されている。これら各コイル手段２００から発生する隣同士のコイル手段の磁界の方向が互いに逆向きになるように、コイル２１２が磁芯２１１に巻回されている。励磁コイル３００に電力が供給されることで、電磁誘導によって加熱ローラ２１０を発熱させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、記録媒体上に形成された未定着画像を加熱する電磁誘導加熱方式の加熱装置、この加熱装置を有する定着装置、およびこの定着装置を有する画像形成装置に関するものである。

一般に、プリンタ、複写機などの画像形成装置に用いられる定着装置としては、省エネルギー化および高速化のため、ハロゲンランプ等に変わる加熱源として電磁誘導加熱方式の加熱装置が広く採用されるようになってきている。

この電磁誘導加熱方式の加熱装置では、発熱体に磁場生成手段によって生成した磁場を作用させるとともに、この磁場の作用による渦電流により前記発熱体をジュール発熱させる。このような加熱装置は、例えば、画像形成手段によって転写紙やＯＨＰシートなどの記録媒体上に形成された未定着画像を加熱する画像形成装置の定着装置として用いることができる。

上述した磁場生成手段は、導線を発熱体に沿って所要の形状に巻回した励磁コイルに、高周波電流を流して発熱体を加熱する構成になっている。

発熱体を加熱する励磁コイルは、発熱体の内部に配設するようにしたもの（例えば特許文献１）、発熱体の外側に対向して配設するようにしたもの（例えば特許文献２）、などが提案されている。

図７は従来の定着装置の構成を示す図である。図７に示すように、加圧ローラ１と対向して配設される回転体（発熱体）２に沿って励磁コイル３を配設するようにしたものもある。
特開平９−２６７１９号公報（図１） 特開２００１−１８８４３０号公報

ところで、上述した励磁コイルを発熱体の内部に配設する方法（例えば特許文献１）、および励磁コイルを発熱体の外側に配設する方法（例えば特許文献２）においては、発熱体を短時間で加熱するには、同じ励磁コイルを使用するものとした場合、その励磁コイルに大電流を流すことで実現することが可能である。すなわち、励磁コイルに大電流が流れることで発熱体上の渦電流の発生量が増加し、これに伴って発熱量が増加するので過熱時間の短縮が可能である。

しかしながら、家庭用機器およびオフィス用機器（例えば画像形成装置）に使用可能な電源つまり電源コンセントから投入できる電力の上限は法律の規制があるため、電磁誘導加熱のために使用する励磁コイルに投入できる電力量も制限を受けることになる。そのため、励磁コイルへの充分な電力の投入は制限を受けることになり、発熱体の所定の温度までの立ち上がり時間を十分に短縮することができなかった。

すなわち、上述した励磁コイルを発熱体の内部に配設する方法（例えば特許文献１）、上述した励磁コイルを発熱体の外側に配設する方法（例えば特許文献２）では、励磁コイルへの充分な電力の投入が制限を受けるので、発熱体の所定の温度までの立ち上がり時間
を十分に短縮することができないという問題点があった。

また、上述した図７に示す従来の例の如く回転体に沿ってコイルを配設するものでは、コイルと回転体である発熱体との絶縁距離の確保が必要であり、そのため、コイルを回転体に近づけて磁気抵抗を小さくするにも限界があった。

そこで、本発明は、発熱部材の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化を図るとともに発熱部材全体の温度分布の均一化を図ることのできる加熱装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、発熱部材の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化を図るとともに発熱部材全体の温度分布の均一化を図ることのできる加熱装置を有する定着装置およびその定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の加熱装置は、磁性と導電性とを有する発熱部材を含む加熱ローラと、前記加熱ローラの内側に前記発熱部材と対向して配置され、電磁誘導によって前記発熱部材を発熱させる励磁コイルとを有し、前記励磁コイルは、磁性体磁芯を有するボビンに巻回されたコイルを有する複数のコイル手段を備え、前記加熱ローラは、前記発熱部材に、前記発熱部材とは異なる材料の部材が密着または積層されている構成としたものである。

本発明の好ましい形態において、前記複数のコイル手段は、電磁誘導によって発生する隣同士のコイル手段の磁界の方向が互いに逆向きになるように前記コイルが巻回または配線されたものである。

本発明のさらに好ましい形態において、前記複数のコイル手段に対向して配置される前記発熱部材に密着または積層された部材は、非磁性体で熱導電性の高い材料で形成されている。

本発明のさらに好ましい形態において、前記複数のコイル手段の各ボビンは、前記発熱部材の長手方向に沿った磁芯と、該磁芯の両端部それぞれに形成される磁性体を含むツバ部とを有し、一方のツバ部と他方のツバ部との間の磁芯に前記コイルが巻回される。

本発明のさらに好ましい形態において、前記各ボビンに形成されるツバ部は、貫通する溝部が形成されている。

また、この課題を解決するために、本発明の定着装置は、記録媒体に形成された未定着画像を加熱する加熱手段としての請求項１〜５の何れか一項に記載の加熱装置と、前記未定着画像を前記記録媒体に定着させる定着ローラと、前記定着ローラと前記加熱装置の前記加熱ローラとに張架された発熱ベルトと、前記発熱ベルトの内面の発熱温度を検出する温度検出手段と、前記定着ローラと圧接され定着ニップ部を形成する加圧部材とを有する構成としたものである。

さらに、この課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、記録媒体の表面に未定着画像を形成し該未定着画像を加熱定着するとともに、定着された画像が形成されている記録媒体を出力する画像形成装置であって、前記記録媒体上に形成されている未定着画像を加熱定着する加熱手段としての請求項６記載の定着装置を有する構成としたものである。

本発明によれば、励磁コイルの各々のコイル手段に対応して磁路長の短い磁路が形成されるので、励磁コイルの磁気抵抗を小さくすることができ、これにより励磁コイルへ投入すべき電力量を確保することができるので、発熱部材の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化を図るとともに発熱部材全体の温度分布の均一化を図ることができるという有効な効果が得られる。

また、本発明によれば、励磁コイルの隣同士のコイル手段から発生する磁界は互いに逆向きの方向に発生するので、隣同士のコイル手段の間で磁界が吹き出し、この吹き出した磁界が対向する発熱部材へ有効に働くことになり、当該磁界による渦電流によって発熱部材が加熱されるので、発熱部材の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化を図るとともに発熱体全体の温度分布の均一化を図ることができるという有効な効果が得られる。

さらに、本発明によれば、たとえば強磁性体で効率よく発熱をする材料と非磁性体で温度を均一化する材料との双方の特性を有する加熱ローラの内側に、複数のコイル手段を備えた励磁コイルを設けた加熱装置とすることが可能となり、発熱部材の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化を図るとともに発熱部材全体の温度分布の均一化を図ることができるという有効な効果が得られる。

さらに、本発明によれば、発熱部材の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化を図るとともに発熱部材全体の温度分布の均一化を図ることができる定着装置、その定着装置を有する画像形成装置を提供することができるという有効な効果が得られる。

本発明の請求項１に記載の発明は、磁性と導電性とを有する発熱部材を含む加熱ローラと、加熱ローラの内側に発熱部材と対向して配置され、電磁誘導によって発熱部材を発熱させる励磁コイルと、を有し、励磁コイルは、磁性体磁芯を有するボビンに巻回されたコイルを有する複数のコイル手段を備え、加熱ローラは、発熱部材に、発熱部材とは異なる材料の部材が密着または積層されている加熱装置であり、励磁コイルの各々のコイル手段に対応して磁路長の短い磁路が形成されるので、励磁コイルの磁気抵抗を小さくすることができ、これにより励磁コイルへ投入すべき電力量を確保することができるので、発熱部材の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化を図るとともに発熱部材全体の温度分布の均一化を図ることができるという作用を有する。また、たとえば強磁性体で効率よく発熱をする材料と非磁性体で温度を均一化する材料との双方の特性を有する加熱ローラの内側に、複数のコイル手段を備えた励磁コイルを設けた加熱装置とすることが可能となり、発熱部材の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化を図るとともに発熱部材全体の温度分布の均一化を図ることができるという作用を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、複数のコイル手段は、電磁誘導によって発生する隣同士のコイル手段の磁界の方向が互いに逆向きになるようにコイルが巻回または配線されたものである加熱装置であり、励磁コイルの隣同士のコイル手段から発生する磁界は互いに逆向きの方向に発生するので、隣同士のコイル手段の間で磁界が吹き出し、この吹き出した磁界が対向する発熱部材へ有効に働くことになり、当該磁界による渦電流によって発熱部材が加熱されるので、発熱部材の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化を図るとともに発熱部材全体の温度分布の均一化を図ることができるという作用を有する。また、各々のコイル手段に対応して磁路長の短い磁路が形成されるので、励磁コイルの磁気抵抗を小さくすることができ、これにより励磁コイルへ投入すべき電力量を確保することができるので、発熱部材の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化を図るとともに発熱体部材の温度分布の均一化を図ることができ
るという作用を有する。さらに、隣同士のコイル手段から発生する磁界の発生方向を互いに逆向きにするために、各々のコイル手段のコイルを接続することなく、各々のコイル手段のコイルを全体のコイルとして連続的に対応する磁芯に巻回することができるので、励磁コイルの組み立て作業を容易に行うことができるという作用を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、複数のコイル手段に対向して配置される発熱部材に密着または積層された部材は、非磁性体で熱導電性の高い材料で形成されている加熱装置であり、電気導電性の高い材料により渦電流の発生を複数のコイル手段全体で均一にすることができ、発熱に寄与する磁界を有効に活用できるという作用を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、複数のコイル手段の各ボビンは、発熱部材の長手方向に沿った磁芯と、該磁芯の両端部それぞれに形成される磁性体を含むツバ部とを有し、一方のツバ部と他方のツバ部との間の磁芯に前記コイルが巻回される加熱装置であり、磁芯よりも大きいツバ部の影響でコイル手段に発生した磁界を発熱部材に近づけることができ、発熱に寄与する磁界を有効に活用できるという作用を有する。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項４記載の発明において、各ボビンに形成されるツバ部は、貫通する溝部が形成されている加熱装置であり、隣接するコイル手段の合わせ部におけるコイルの引き回し線をツバ部に形成された溝部に配置することで、その引き回し線のたるみを規制することがきるという作用を有する。これにより、コイルの引き回し線がツバ部の外周より出ている場合と比較して、少なくとも、その引き回し線の径の分だけ励磁コイルを大きくすることができるので、その分、励磁コイルから発生する磁界を有効に利用することができ、よって、発熱部材全体で均一な発熱分布とすることができるという作用を有する。

本発明の請求項６に記載の発明は、記録媒体に形成された未定着画像を加熱する加熱手段としての請求項１〜５の何れか一項に記載の加熱装置と、未定着画像を記録媒体に定着させる定着ローラと、定着ローラと加熱装置の加熱ローラとに張架された発熱ベルトと、発熱ベルトの内面の発熱温度を検出する温度検出手段と、定着ローラと圧接され定着ニップ部を形成する加圧部材と、を有する定着装置であり、発熱部材全体で温度特性に優れ、しかも発熱部材の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化を図るとともに発熱部材全体の温度分布の均一化を図ることができるという作用を有する。

本発明の請求項７に記載の発明は、記録媒体の表面に未定着画像を形成し該未定着画像を加熱定着するとともに、定着された画像が形成されている記録媒体を出力する画像形成装置であって、記録媒体上に形成されている未定着画像を加熱定着する加熱手段としての請求項６記載の定着装置を有する画像形成装置であり、発熱部材の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化を図るとともに発熱部材全体の温度分布の均一化を図ることができるという作用を有する。これにより、記録媒体に形成された未定着画像を定着装置によって回転軸方向の加熱幅全体にわたり均一に加熱定着することができるという作用を有する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における画像形成装置の構成を示す構成図、図２は本発明の実施の形態１における定着装置を説明する図、図３は図２に示した加熱ローラの外観を示す図、図４は図３に示した加熱ローラの内側に配設される励磁コイルの一例の外観を示す図、図５は図４に示した励磁コイルから発生する磁界の状態を説明する図、図６は本発明の実施の形態１における励磁コイルの他の例の断面を示す図である。

図１において、電子写真感光体（以下、感光ドラムという）１１は、矢印Ａの方向に所定の周速度で回転駆動されながら、その表面が帯電器１２によってマイナスの暗電位Ｖ０に一様に帯電される。

ビームスキャナ１３は、図示しない画像読取装置やコンピュータ等のホスト装置から入力される画像装置の時系列的電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビーム１４を出力する。

帯電された感光ドラム１１の表面は、レーザビーム１４によって走査露光される。これにより、感光ドラム１１の露光部分は電位絶対値が低下して明電位ＶＬとなり静電潜像が形成される。この潜像は現像器１５から供給されるマイナスに帯電したトナーによって現像され顕像化される。

現像器１５は、回転駆動される現像ローラ１６を備えている。現像ローラ１６は感光ドラム１１と対向して配置されており、その外周面にはトナーの薄層が形成される。現像ローラ１６には、その絶対値が感光ドラム１１の暗電位Ｖ０よりも小さく、明電位ＶＬよりも大きい現像バイアスが印加されている。これにより現像ローラ１６上のトナーが感光ドラム１１の明電位ＶＬにのみ転写されて、潜像が顕像化される。

一方、給紙部１７からは記録材２０５が一枚ずつ給送され、レジストローラ１８を経て、感光ドラム１１と転写ローラ１９のニップ部へ、感光ドラム１１の回転と同期した適切なタイミングで送られる。そして、感光ドラム１１上のトナー像は、転写バイアスが印加されている転写ローラ１９により記録材（記録媒体）２０５に順次転写される。記録材２０５が分離されたあとの感光ドラム１１は、その表面の転写残りトナー等の残留物がクリーニング装置２０によって除去され、繰り返し次の画像形成に供される。

転写後の記録材２０５は、定着ガイド２１によって定着装置２２へ案内される。記録材２０５は、感光ドラム１１から分離された後に定着装置２２へ搬送され、この定着装置２２によって記録材２０５上に転写されたトナー像が定着される。このようにしてトナー像が定着され定着装置２２を通過した記録材２０５は、排紙ガイド２３によって排紙トレイ２４へ案内される。

ここで、定着ガイド２１および排紙ガイド２３は、ＡＢＳなどの樹脂によって構成されている。なお、定着ガイド２１および排紙ガイド２３は、アルミニウムなどの非磁性体の金属によって構成することもできる。

装置本体の底板２５、装置本体の天板２６および本体シャーシ２７は一体となって装置全体の強度を担うものである。これらの部材は磁性材料である鋼を基材とし、亜鉛メッキを施した材料によって構成されている。

冷却ファン２８は装置内に気流を発生させる。コイルカバー２９は、アルミニウムなどの非磁性体の金属を含む遮蔽部材として使用されるものである。コイルカバー２９は、励磁コイル３００およびアーチコア１０６の背面を覆うように構成されている。

次に、上記定着装置２２について図２を参照して説明する。この定着装置（加熱手段）２２は、電磁誘導加熱方式の定着装置であり、後述する誘導加熱手段１００と、この誘導加熱手段１００の電磁誘導により加熱される加熱ローラ（第１の回転体）２１０と、加熱ローラ（加熱装置）２１０と平行に配設された定着ローラ２２０と、加熱ローラ２１０と定着ローラ２２０とに張架されて電磁誘導により加熱されるとともに定着ローラ２２０の回転により矢印Ｂの方向に回転する無端帯状の発熱ベルト（第２の回転体）２３０と、発熱ベルト２３０と接触してニップ部を形成して定着ローラ２２０に圧接されるとともに発熱ベルト２３０に対して順方向に回転する加圧ローラ（加圧部材）２４０と、温度検出手段２５０とを備えている。

加熱ローラ（発熱部材）２１０は、第１層２１０ａと第２層２１０ｂとを有しており、図３に示すように中空円筒状の強磁性金属部材から構成されている。

図３を参照して説明すると、第１層２１０ａは、非磁性体で熱伝導性の良い材料で形成されており、たとえば純銅、アルミニウム（Ａｌ）などの材料を使用もしくはコーティングされ、低熱容量で昇温の速い構成となっている。このように第１層２１０ａに熱伝導性のよい部材を使用することにより、第１層２１０ａの温度分布を均一化するようにしている。この第１層２１０ａの厚みは２０μｍ〜２００μｍとなっている。なお、第１層２１０ａの厚みを５０μｍ〜１５０μｍとすれば、加熱ローラ２１０の径の増大をする必要がなく、加工性も良好である。

第２層２１０ｂは、たとえばフェライト（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ＦｅとＮｉの合金類（ＳＵＳ等）などの材料で形成された中空円筒状の強磁性金属部材から構成されている。この第２層２１０ｂは、外径がたとえば２０ｍｍ、肉厚がたとえば０．１ｍｍとなっている。

そして、熱伝導性のよい第１層２１０ａは、第２層２１０ｂに積層されるか、第２層２１０ｂにコーティングされている。

なお、図３に示す例では、第１層２１０ａの外側に第２層２１０ｂを配置した構成としたが、これとは反対に、第２層２１０ｂの外側に第１層２１０ａを配置する構成としても良い。

再度、図２を参照して説明する。定着ローラ２２０は、たとえばＳＵＳ等の金属製の芯金２２０ａと、耐熱性を有するシリコーンゴムをソリッド状または発泡状にして芯金２２０ａを被覆した弾性部材２２０ｂとを含んでいる。そして、加圧ローラ２４０からの押圧力でこの加圧ローラ２４０との間に所定幅の接触部を形成するために、定着ローラ２２０の外径を３０ｍｍ程度として加熱ローラ２１０の外径より大きくしており、また、弾性部材２２０ｂの肉厚を３〜８ｍｍ程度、硬度を１５〜５０°（Ａｓｋｅｒ Ｃ）程度としている。

このような構成により、加熱ローラ２１０の熱容量が定着ローラ２２０の熱容量より小さくなるので、加熱ローラ２１０が急速に加熱されてウォームアップ時間が短縮される。

加熱ローラ２１０と定着ローラ２２０との間に張架された発熱ベルト２３０は、誘導加熱手段１００（加熱ローラ２１０の内側に配設された励磁コイル３００）によって加熱されるとともに、加熱された加熱ローラ２１０との接触部位Ｌで熱伝導加熱される。そして、駆動手段（図示せず）による定着ローラ２２０の回転駆動に伴い発熱ベルト２３０が回転することにより発熱ベルト２３０の内面が連続的に加熱され、結果としてベルト全体に渡って加熱される。

発熱ベルト２３０は、基材がガラス転移点３６０（℃）のポリイミド樹脂中に銀粉を分散して導電層を形成した、直径５０ｍｍ、厚さ５０μｍの薄肉の無端状ベルトで構成されている。前記導電層は、厚さ１０μｍの銀層を２〜３積層した構成としてもよい。また、発熱ベルト２３０の表面には、離型性を付与するために、フッ素樹脂を含む厚さ５μｍの離型層（図示せず）を被覆してもよい。発熱ベルト２３０の基材のガラス転移点は、２００（℃）〜５００（℃）の範囲であることが望ましい。さらに、発熱ベルト２３０の表面の離型層としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の離型性の良好な樹脂やゴムを単独であるいは混合して用いてもよい。

なお、発熱ベルト２３０の基材の材料としては、上述のポリイミド樹脂の他、フッ素樹脂等の耐熱性を有する樹脂、電鋳によるニッケル薄板およびステンレス薄板等の金属を用いることもできる。例えば、発熱ベルト２３０は、厚さ４０μｍのＳＵＳ４３０（磁性）またはＳＵＳ３０４（非磁性）の表面に厚さ１０μｍの銅メッキを施した構成のもの、あるいは厚さ３０〜６０μｍのニッケル電鋳ベルトであってもよい。

また、発熱ベルト２３０は、モノクロ画像の加熱定着用の像加熱体として用いる場合には離型性のみを確保すればよいが、発熱ベルト２３０をカラー画像の加熱定着用の像加熱体として用いる場合にはゴム層を形成して弾性を付与することが望ましい。

加圧ローラ２４０は、たとえばＳＵＳまたはＡｌ等の熱伝導の高い金属製の円筒部材を含む芯金２４０ａと、この芯金２４０ａの表面に設けられた耐熱性およびトナー離型性の高い弾性部材２４０ｂとから構成されている。

このような加圧ローラ２４０は発熱ベルト２３０と接触し定着ローラ２２０を押圧して定着ニップ部Ｎを形成しているが、本実施の形態１では、定着ニップ部Ｎの出口部でトナーの剥離作用が大きくなるように、加圧ローラ２４０の外径は定着ローラ２２０と同じ３０ｍｍ程度であるものの、肉厚は２〜５ｍｍ程度で定着ローラ２２０より薄く、また硬度は２０〜６０°（Ａｓｋｅｒ Ｃ）程度で定着ローラ２２０より硬く形成されている。

温度検出手段２５０は、サーミスタなどの熱応答性の高い感温素子を含んでおり、発熱ベルト２３０の内面の温度を検知するために、上記定着ニップ部Ｎの入力側に配設されている。

ところで、加熱ローラ２１０を電磁誘導により加熱する誘導加熱手段１００は、図４に示すように、加熱ローラ（発熱部材）２１０の内部に配設された励磁コイル３００で構成されており、この励磁コイル３００は、複数のコイル手段２００を、加熱ローラ２１０の長手方向（回転軸方向）に沿って複数並べて配設したものである。

次に、励磁コイル３００の詳細について図４を参照して説明する。

励磁コイル３００は複数のコイル手段２００を備えており、複数のコイル手段２００は、磁性体で形成された磁芯２１１と、磁芯２１１の外側に巻線された磁界発生手段であるコイル２１２と、磁芯２１１の両端に配設されその外径より大きいツバ状の磁性体（ツバ部）２１３とを有している。磁芯２１１とツバ部２１３とでボビンを構成している。

磁性体の磁芯２１１の材料は、鉄、珪素鋼、鉄−Ｎｉ合金、フェライト等の強磁性体を使用している。磁芯２１１の径はφ２〜φ１２ｍｍの範囲とし、磁芯２１１の長さは例えば５〜３０ｍｍの範囲で、励磁コイル３００（あるいは加熱ローラ２１０）の温度分布を調整しながら決定する。

なお、磁芯２１１の径は、その長手方向における中央部と外側とで異なるようにしても良い。また、加熱ローラ２１０の長手方向に沿って配設される複数の磁芯２１１（つまり複数のコイル手段２００）の任意の磁芯２１１の径を他の磁芯２１１の径と異なるようにしても良い。

コイル２１２は素線径φ０．０５〜φ０．２ｍｍの線を束ねたリッツ線束を使用する。素線径がφ０．０５ｍｍより小さい径では、コイルの直流抵抗成分が増加し、コイルロスが発生し、コイル２１２の発熱が問題となる。また、素線径がφ０．２ｍｍより大きい線径では高周波の交流電流による電気抵抗が大きくなり、高周波駆動時の励磁コイル３００の発熱が過大となる。

ツバ部２１３には、励磁コイル３００のコイル２１２の引き回し線を収容するための溝（溝部）２１４が形成されている。この溝２１４によって、コイル２１２の引き回しによる弛みを規制することができる。また、溝２１４によって、励磁コイル３００の外径がツバ部２１３の外径よりも大きくすることがないでの、加熱ローラ２１０に対して、励磁コイル３００を大きくすることができ磁界を有効に活用することができる。

励磁コイル３００は、磁芯２１１に巻線されたコイル２１２を複数個組み合わせて（すなわち複数のコイル手段２００を組み合わせて）、加熱ローラ２１０の回転軸方向（長手方向）における発熱ベルト２３０との接触する領域の長手方向と同じ長さに設定されている。つまり、励磁コイル３００は、加熱ローラ２１０の回転軸方向（長手方向）の長さに関し、少なくとも発熱ベルト２３０の幅と同じ長さに設定されている。

これによれば、誘導加熱手段１００としての励磁コイル３００によって電磁誘導加熱される加熱ローラ２１０の領域が最大となり、発熱している加熱ローラ２１０の表面と発熱ベルト２３０とが接する時間も最大となるので、伝熱効率が高くなる。

また、励磁コイル３００を構成する複数のコイル手段２００の個数は、奇数個が好ましく３〜３１個の範囲で使用する。また、複数（奇数個）のコイル手段２００は、隣同士のコイル手段のコイルの巻回方向が互いに反対方向になるように形成（逆回転巻き）されているとともに、隣同士のコイル手段のコイルは連続的に形成されている。

このように複数のコイル手段２００を奇数個の配列にすることで、励磁コイル３００の長手方向の中心を基準に、その長手方向の左右の磁界形成を対称にすることができるので、加熱ローラ２１０の長手方向の中心を基準にしたときの左右で、温度分布の均一性を高めることができる。

なお、励磁コイル３００には駆動電源（指示せず）から１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交流電流、好ましくは２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの高周波交流電流が給電される。

上述したような励磁コイル３００により発生する磁界の状態を、図５に示す。図５において、符号４１０は複数のコイル手段の合わせ部を示す。符号４２０で示される矢印は、励磁コイル３００に電流を流したときに発生する磁界の概略の方向を示している。

図５に示すように、励磁コイル３００を構成する複数のコイル手段２００それぞれで磁路が形成されるので、各々のコイル手段２００の磁路長は短く形成されることになり、このため励磁コイル３００としての磁気抵抗を小さくすることができる。すなわち、励磁コイル３００に少ない電流を供給して、加熱ローラ２１０を発熱させることができる。

発熱部材である加熱ローラ２１０は、励磁コイル３００の磁界による渦電流によって磁性体材料で構成された第２層をより加熱する。励磁コイル３００から発生する磁界は複数のコイル手段２００の合わせ部４１０から吹き出し、この吹き出した磁界によって加熱している。

なお、本実施の形態１では、励磁コイル３００において、磁性体を含むツバ部２１３を磁芯２１１に対し垂直な構成としたが、本発明はこれに限定されることなく、図６に示すような励磁コイル５００の構成としても良い。

すなわち、励磁コイル５００は、図４に示した励磁コイル３００の構成において、ツバ部２１３をツバ部５１０に変更した構成になっている。

ツバ部５１０は、磁芯２１１に対し傾斜して形成された構成とする。このように、ツバ部５１０が磁芯２１１に対し垂直ではなく傾斜して形成されているので、複数のコイル手段２００の合わせ部４１０で磁束が集まり、この磁束に伴う渦電流の発生位置を加熱ローラ２１０の回転に伴い移動させることで、加熱ローラ２１０における発熱する（部位）位置を変化させて、ツバ部５１０を磁芯２１１に対し垂直に形成した場合の複数のコイルの合わせ部４１０の影響をさらに無くすことができる。

また、本実施の形態１では、加熱ローラ２１０の長手方向の両端部での放熱等による温度低下をなくすために、当該長手方向の中央部の巻数より外側の巻数を増やすことで、加熱ローラ２１０の長手方向の全体に渡って温度分布の補正をすることができる。

このようにして加熱した加熱ローラ２１０を介して加熱された発熱ベルト２３０は、図２に示すように定着ニップ部Ｎの入口側に配設された温度検出手段２５０によって発熱ベルト２３０の内面の温度が検知される。

そのため、温度検出手段２５０が発熱ベルト２３０の表面を傷付けることがないので、発熱ベルト２３０の温度分布を均一に維持することができ、定着性能を継続的に確保することができる。発熱ベルト２３０の定着ニップ部Ｎに入る直前の温度を検知した温度検出手段２５０からの温度情報を基に出力される信号に基づき、誘導加熱手段１００への投入電力を制御することにより、発熱ベルト２３０が所定の温度たとえば１７０℃に安定して維持される。

定着装置２２の上流側に配設された画像形成部（図１の符号１１〜１６）において記録材（記録媒体）２０５上に形成された未定着トナー画像（未定着画像）２０６が定着ニップ部Ｎに導入されるときには、誘導加熱手段１００によって加熱された発熱ベルト２３０における表面温度と裏面温度との差が小さくなった状態になっている。そのため、発熱ベルト２３０のベルト表面温度が設定温度に対して過度に高くなる、いわゆるオーバーシュートを抑え、安定した温度制御を行うことが可能になる。

さらに、本実施の形態１では、磁性体を含むツバ部２１３の大きさを複数のコイル手段２００で同一の大きさとして取り扱ったが、加熱ローラ２１０の両端の温度の低下を補正するため、加熱ローラ２１０の長手方向における中央部より端部のツバ部の大きさを大きくする構成とすることも可能である。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、励磁コイルと発熱部材（加熱ローラ）間の磁気結合を増加させ、少ない電力で発熱部材上の渦電流量を増加させ、発熱部材の所定温度に達するまでの立ち上がり時間を短縮するとともに発熱部材全体の温度分布を均一化することができる。

本発明は、磁気抵抗を改善することで励磁コイルへの電力投入量を確保し、発熱体の所定の温度に達するまでの立ち上がり時間を短縮するとともに発熱体の長手方向の温度分布を均一化することができる加熱装置を提供することができるので、電子写真方式あるいは静電記録方式の複写機、ファックスおよびプリンタ等の画像形成装置の定着装置として有用である。

本発明の実施の形態１における画像形成装置の構成を示す構成図 本発明の実施の形態１における定着装置を説明する図 図２に示した加熱ローラの外観を示す図 図３に示した加熱ローラの内側に配設される励磁コイルの一例の外観を示す図 図４に示した励磁コイルから発生する磁界の状態を説明する図 本発明の実施の形態１における励磁コイルの他の例の断面を示す図 従来の定着装置の構成を示す図

符号の説明

１１ 感光ドラム
１２ 帯電器
１３ ビームスキャナ
１４ レーザビーム
１５ 現像器
１６ 現像ローラ
１７ 給紙部
１８ レジストローラ
１９ 転写ローラ
２０ クリーニング装置
２１ 定着ガイド
２２ 定着装置
２３ 排紙ガイド
２４ 排紙トレイ
２５ 装置本体の底板
２６ 装置本体の天板
２７ 本体シャーシ
２８ 冷却ファン
２９ コイルカバー
１００ 誘導加熱手段
１０６ アーチコア
２００ コイル手段
２０５ 記録材（記録媒体）
２０６ 未定着トナー画像（未定着画像）
２１０ 加熱ローラ（発熱部材、加熱装置）
２１０ａ 第１層
２１０ｂ 第２層
２１１ 磁芯
２１２ コイル
２１３，５１０ ツバ部
２１４ 溝
２２０ 定着ローラ
２２０ａ 芯金
２２０ｂ 弾性部材
２３０ 発熱ベルト
２４０ 加圧ローラ（加圧部材）
２４０ａ 芯金
２４０ｂ 弾性部材
２５０ 温度検出手段
３００，５００ 励磁コイル

Claims (7)

1. 磁性と導電性とを有する発熱部材を含む加熱ローラと、
   前記加熱ローラの内側に前記発熱部材と対向して配置され、電磁誘導によって前記発熱部材を発熱させる励磁コイルと、
   を有し、
   前記励磁コイルは、
   磁性体磁芯を有するボビンに巻回されたコイルを有する複数のコイル手段を備え、
   前記加熱ローラは、
   前記発熱部材に、前記発熱部材とは異なる材料の部材が密着または積層されている
   ことを特徴とする加熱装置。
2. 前記複数のコイル手段は、
   電磁誘導によって発生する隣同士のコイル手段の磁界の方向が互いに逆向きになるように前記コイルが巻回または配線されたものであることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
3. 前記複数のコイル手段に対向して配置される前記発熱部材に密着または積層された部材は、非磁性体で熱導電性の高い材料で形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
4. 前記複数のコイル手段の各ボビンは、
   前記発熱部材の長手方向に沿った磁芯と、該磁芯の両端部それぞれに形成される磁性体を含むツバ部とを有し、一方のツバ部と他方のツバ部との間の磁芯に前記コイルが巻回されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の加熱装置。
5. 前記各ボビンに形成されるツバ部は、貫通する溝部が形成されていることを特徴とする請求項４記載の加熱装置。
6. 記録媒体に形成された未定着画像を加熱する加熱手段としての請求項１〜５の何れか一項に記載の加熱装置と、
   前記未定着画像を前記記録媒体に定着させる定着ローラと、
   前記定着ローラと前記加熱装置の前記加熱ローラとに張架された発熱ベルトと、
   前記発熱ベルトの内面の発熱温度を検出する温度検出手段と、
   前記定着ローラと圧接され定着ニップ部を形成する加圧部材と、
   を有することを特徴とする定着装置。
7. 記録媒体の表面に未定着画像を形成し該未定着画像を加熱定着するとともに、定着された画像が形成されている記録媒体を出力する画像形成装置であって、
   前記記録媒体上に形成されている未定着画像を加熱定着する加熱手段としての請求項６記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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