JP2007316550A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着ローラの温度を下げることなく、定着ローラの軸方向における温度勾配を生じることもなく、内部のコアの温度上昇を防止することができ、しかも、比較的簡易に構成することができ、コストを抑えた定着装置を提供すること。
【解決手段】 誘導発熱方式の定着ローラを備える定着装置において、前記定着ローラの内部に、コアが内蔵され且つ誘電コイルが巻回されたボビンを配置し、前記ボビンの内部に、該ボビンの一端側から他端側まで挿通され、該他端側の外部にて折り返されて該一端側へと戻る冷却媒体流通用の管状部材を配置し、該管状部材内の冷却媒体を、前記一端側の外部において冷却してポンプ機構により循環させることを特徴とする定着装置とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、定着装置に関し、より詳しくは、誘導加熱コイルを巻いたボビン内に冷却媒体を循環させる管状部材を設けた定着装置に関するものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、感光体ドラムによって用紙上に転写されたトナーは、定着装置の定着ローラで定着される。定着ローラは、例えば
熱ローラと圧ローラとで構成され、その熱と圧とによってトナーが定着される。
定着ローラ（熱ローラ）としては、内部に備えたコアと誘導加熱コイルによる誘導発熱方式が一般的に用いられている。誘導発熱方式の定着ローラ（熱ローラ）においては、内側に備えられたボビンに巻かれた誘導加熱コイルに、高周波電力が印加されて磁束が発生して発熱するとともに、ボビン内部にあって磁束が透過するコアも発熱する。このとき、誘導加熱コイルが過度に発熱してしまうことがある。これによって、コアの温度が上昇し過ぎると磁界がなくなるので、コアの温度上昇を防がなければならない。
そこで、定着ローラ内のコアの温度上昇を防ぐため、定着ローラの端部に冷却用のファンを設置し、そのファンを回転させることにより、定着ローラ内に空気を流通させ、誘導加熱コイルを冷却することが行われている。

しかしながら、ファンによる冷却では、定着ローラにおける軸方向の温度分布を均一化するため、定着ローラの両端部に、その内部の誘導加熱コイルを冷却するためのファンを夫々設置し、さらに、一定の時間が経過するごとに、各ファンの回転方向を反転させて定着ローラ内部の空気の流通方向を切替えなければならない。しかも、このようにしても、定着ローラ軸方向における中央部と両端部との温度差を無くすことはできない。
このような温度差を無くすため、定着ローラ内が仕切りによって例えば２つの空間部に分けられ、各空間部に互いに反対方向から風を送るようにした技術が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

しかしながら、ファンを用いた場合、どうしても定着ローラも一緒に冷却してしまい効率が悪くなる。
また、ファンを用いず、定着ローラの軸方向での温度の片寄りを防ぐ方法として、誘導加熱コイルにチューブを巻き、そのチューブに冷却媒体を通す方法（例えば、下記特許文献２参照）が提案されているが、組み立てが困難で、チューブも高価な材料が必要になり、コスト高となる。

特開２００５−３２１６２２号公報 特開平１１−３５２８１０号公報

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、定着ローラの温度を下げることなく、定着ローラの軸方向における温度勾配を生じることもなく、内部のコアの温度上昇を防止することが可能で、しかも、比較的簡易に構成することができ、コストを抑えた定着装置を提供するものである。

請求項１に係る発明は、誘導発熱方式の定着ローラを備える定着装置において、前記定着ローラの内部に、コアが内蔵され且つ誘電コイルが巻回されたボビンを配置し、前記ボビンの内部に、該ボビンの一端側から他端側まで挿通され、該他端側の外部にて折り返されて該一端側へと戻る冷却媒体流通用の管状部材を配置し、該管状部材内の冷却媒体を、前記一端側の外部において冷却してポンプ機構により循環させることを特徴とする定着装置に関する。

請求項２に係る発明は、前記管状部材の折り返し部分を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置に関する。

請求項３に係る発明は、前記管状部材の折り返し部分は、円筒状の管状部材に比して表面積が大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置に関する。

請求項４に係る発明は、前記管状部材の折り返し部分は、Ｕ字形状で扁平であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の定着装置に関する。

請求項１に係る発明によれば、ボビンの内部に、ボビンの一端から他端まで挿通され、他端の外部にて折り返されて一端側へと戻る管状部材を設け、その中の冷却媒体を一端側の外部で冷却して循環することによって、定着ローラの温度を下げることなく、定着ローラの軸方向における温度勾配を生じることもなく、内部のコアの温度上昇を防止することができる。しかも、比較的簡易に構成することができ、コストを抑えた定着装置とすることが可能である。

請求項２に係る発明によれば、管状部材の折り返し部分を冷却する冷却装置を設けたので、定着ローラの温度を下げることなく、定着ローラの軸方向における温度勾配を生じることもなく、より冷却効率が高くなることによって内部のコアの温度上昇を確実に防止することが可能となる。

請求項３に係る発明によれば、折り返し部分を円筒状の管状部材より表面積を大きくすることによって、折り返し部分でより多くの冷気を受けて、折り返し部分の管状部材の温度が下がり易くなり、冷却媒体も冷却され易くなって、冷却効率を上げることが可能となる。

請求項４に係る発明によれば、折り返し部分をＵ字形状で扁平にすることによって、円筒状のように軸中心付近で管状部材表面から離れたところに位置する冷却媒体がなく、冷却媒体が、管状部材表面付近にあって、管状部材表面からの冷気を受け易くなるため、冷却され易くなり、冷却効率を上げることが可能となる。

以下、本発明に係る定着装置の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明に係る定着装置の第一実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る定着装置の第一実施形態における定着ローラ（熱ローラ）の一例を示す斜視図である。図２は、図１の定着ローラの軸方向断面図である。図３は、図１の定着ローラの軸直角方向断面図である。図４は、図１の定着ローラ外部に設けられる構成を簡略化して示す概略構成図である。

本発明に係る定着装置は、その誘導発熱方式の定着ローラ（熱ローラ）に特徴があり、その他の定着ローラ（圧ローラ）等については、従来公知のものを採用することができるので、図示を省略している。
熱ローラ１は、軸周りに回転する芯金２と、その内側に熱ローラ１の軸と同軸に固定して配置されたボビン３を有する。ボビン３は、夫々軸方向に配設された、コア４と、冷却媒体を循環させる冷却管（管状部材）５とを有する。図１では図示を省略しているが、ボビン３の回りには、図２に示すように誘導加熱コイル６が軸回りに巻かれている。この誘導加熱コイル６には、高周波電力が印加されるようになっている。

冷却管５は、ボビン３の一方の端（一端）７からボビン３内に入って他方の端（他端）８まで通り、他端８からボビン３外部に出たところ（折り返し部分９）で、Ｕ字形状に折り返して他端８から一端７まで戻り、ボビン３外部に出ていくように、ボビン３内に配設されている。コア４は、板状で図３に示すようにボビン３内を略２分割して２つの空間部を形成している。これらの各空間部に、冷却管５の往路側と復路側が夫々配置されている。

ボビン３の一端７側の外部では、冷却管５内の冷却媒体を往路側１０から復路側１２へ循環させるために、冷却管５の往路側１０にポンプ１１が備えられている。ポンプ１１の上流側には、ボビン３内で熱せられて冷却管５の復路側１２から戻された冷却媒体を冷却する冷却装置１３が設けられている。冷却装置１３としては、特に限定されず、例えば、冷却装置１３内を冷却管５が通るように配置され、その冷却管５内を冷却媒体が通過するときに冷却媒体の温度が下げられるようになっていればよい。従って、冷却装置１３内でファンを用いて冷却するようにしてもよい。この場合、ファンは直接ボビン３内の温度を下げるものではないので、定着ローラ（熱ローラ）１の芯金２の温度まで下げてしまうようなことがない。

冷却管５の形状は、断面が円形の円筒形状のものを例示したが、管形状なら特に限定されず、断面が楕円や多角形などの管形状であってもよい。ただし、後述する理由から、少なくともボビン３の軸方向の幅内では、略均一な形状で、どの断面においても、略同量の冷却媒体が流れるようになっていることが好ましい。また、折り返し部分９についても、Ｕ字形状に限定されず、角を有する形状等であってもよい。
冷却管５の素材としては、ボビン３内の温度に耐えられるもので、ボビン３内の熱が冷却管５内の冷却媒体に伝わるものであれば、特に限定されない。例えば、耐熱樹脂、非磁性金属等を採用することができる。より具体的には、樹脂材料として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、変性ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、フェノール樹脂を例示することができる。金属材料としては、アルミニウム、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼を例示することができる。

冷却管５内を循環させる冷却媒体としては、冷却管５内をポンプによって容易に循環させることができれば特に限定されず、空気などの気体や水などの液体を用いることができる。
なお、芯金２、ボビン３、コア４の形状や素材については、特に限定されず、従来公知のものを採用することができる。

図５は、定着ローラの軸方向における冷却管の温度分布を示す状態図である。定着ローラ１は、図２に示したものと全く同様であるため、同じ符号を付して示す。図中に示す位置（距離）は、ボビン３の一端７から他端８までに相当する。直線２１及び２２は、各々往路側１０及び復路側１２の冷却管５の管温度を相対的に示している。ただし、このような関係を示すのは、上述のように冷却管５が、ボビン３の軸方向の幅内で、略均一な形状で、どの断面においても略同量の冷却媒体が流れるようになっている場合である。

冷却管５内の冷却媒体は、ボビン３の一端７の外部で冷却装置１３によって冷却されているので、往路側１０の一端７での冷却管５の管温度は、直線２１が示すように、最も低い。
次いで、ボビン３の一端７から他端８までは、往路側１０の冷却管５内の冷却媒体が、ボビン３内の熱を吸熱し、直線２１のように管温度が徐々に高くなる。
次いで、冷却管５内の冷却媒体が、ボビン３の他端８を出て折り返し部分９を通過して復路側１２の冷却管５内に入ってボビン３の他端８に到達するまで、冷却媒体が吸熱するボビン３内の熱がなく、あまり放熱もしないので、この間、管温度は上がることも下がることもなく略一定である。
次いで、他端８から一端７までは、復路側１０の冷却管５内の冷却媒体が、ボビン３内の熱を吸熱し、直線２２のように、再び管温度が徐々に高くなる。

このように、管温度は、往路側１０では直線２１のように一端７から他端８へ徐々に高く、復路側１２では直線２２のように一端７から他端８へ徐々に低くなるので、往路側１０と復路側１２とで管温度の高低が逆の関係になり、熱ローラの軸方向における任意の位置（距離）における管温度は、相殺されて略一定となる。

従って、ボビン３の内部に、ボビン３の一端７から他端８まで挿通され、他端８の外部にて折り返されて一端７側へと戻る冷却管を設け、その中の冷却媒体を一端７側の外部で冷却して循環することによって、定着ローラ１の温度を下げることなく、定着ローラ１の軸方向における温度勾配を生じることもなく、内部のコア４の温度上昇を防止することができる。しかも、比較的簡易に構成することができるので、コストを抑えた定着装置とすることが可能である。
なお、ボビン３内で軸と直角な面における冷却管５の配設位置についても、上述のように、コア４を挟んで、冷却管５が軸中心に対称に配置されていることによって、ボビン３内で軸と直角な面において、なるべく均等に温度を下げることができる。

本実施形態においては、ボビン３内での冷却管５が往路側１０と復路側１２で見かけ上１本ずつ配置され、冷却管５内の冷却媒体が、ボビン３内を往路側１０と復路側１２とで一往復して一回循環する例を示した。その他、ボビン３内での冷却管５が往路側１０と復路側１２で見かけ上２本以上ずつ配置され、冷却管５内の冷却媒体が、ボビン３内を往路側１０と復路側１２とで二往復以上して冷却管を一回循環するようにしてもよい。これによって、ボビン３内で軸と直角な面において、より均等に温度を下げるようにすることが可能である。二往復以上して冷却管５を一回循環する場合、一往復する度にボビン３内の一端７外部で、冷却管５が冷却装置１３を通るようにすれば、より冷却効率を上げることができる。

次に、本発明に係る定着装置の第二実施形態について説明する。
図６は、本発明に係る定着装置の第二実施形態における定着ローラの一例についてその一部を拡大して示す拡大図である。図７は、図６のＡ−Ａ線断面図である。本第二実施形態における定着ローラは、図１〜３に示した第一実施形態の定着ローラ１において、その折り返し部分の形状のみを変更したもので、その他の部分の形状については全く同じであり、定着ローラ１と全く同様に構成されている。

図６に示すように、本第二実施形態における熱ローラの折り返し部分２９は、図１〜３に示した熱ローラ１の折り返し部分９と同様、Ｕ字形状ではあるが、折り返し部分９を冷却管５の長さ方向に引き伸ばしたような形状で、幅を広げ、かつ、扁平になっている。従って、折り返し部分２９は、折り返し部分９と比較して、その表面積が大きくなっている。なお、折り返し部分９を単純に押しつぶすように扁平形状にしただけでは、表面積はかわらないが、本例の折り返し部分２９では、引き伸ばすように幅を広げて大きくしているので、表面積が大きくなっている。従って、往路側１０及び復路側１２の冷却管５の長さ方向に直角な断面における管周り寸法と比較すると、図７に示す折り返し部分２９の断面における管周り寸法が大きくなっている。

なお、折り返し部分の表面積を大きくする方法としては、本例のように折り返し部分を幅を広げて大きくすることによって表面積を大きくする以外に、折り返し部分の大きさを変更することなく、折り返し部分の冷却管の表面に溝や突起を設けるようにしてもよい。従って、本発明において表面積が大きいとは、冷却管５の冷却媒体の流れ方向における一定幅部分を比較するとき、円筒状で表面に溝や突起を設けていない冷却管５に比べて、表面積が大きいことを意味する。
折り返し部分２９は、Ｕ字形状に限らず、角を有する形状等であってもよい。また、本例のように定着ローラの軸垂直方向の幅ａが、往路側１０と復路側１２の冷却管５が配設されている幅ｂと同じであるＵ字形状に限らず、前記幅ａを、前記幅ｂより広くした円形状などであってもよい。

このような折り返し部分２９に対して、本第二実施形態における定着装置では、図６に示す折り返し部分２９に対して紙面垂直方向に、図示しないファンからの送風を当てるようにしている。すなわち、図７の断面図では、折り返し部分２９に対して紙面上側又は下側から送風することになる。この場合、折り返し部分２９の広い表面に送風が垂直に当たって、当該部分を冷却することができるが、一方側の表面にしか送風されない。
そこで、折り返し部分２９に対して、矢印３３又は３４で示す方向に、ファンからの送風を当てるようにしてもよい。すなわち、図７の断面図では、折り返し部分２９に対して紙面垂直方向に送風することになる。この場合、折り返し部分２９の広い表面と平行に送風することになるが、その両側の表面に送風を当てることができる。
上記いずれの方向から送風する場合でも、折り返し部分２９を冷却することによって、図５に示す破線２５のように、復路側１２の他端８では往路側１０での他端８より低い管温度となり、ボビン３内を通って一端７まで再び管温度が除々に高くなる。この場合も、第一実施形態と同様、管温度は、往路側１０と復路側１２とで管温度の高低が逆の関係になり、熱ローラの軸方向における任意の位置（距離）における管温度は、相殺されて略一定となる。
なお、本例では、折り返し部分２９を冷却するため、冷却装置としてファンを用いたが、第一実施形態において熱ローラ１の一端７の外部に設けた冷却装置１３と同様の冷却装置を採用することもできる。また、上述のように、本第二実施形態における熱ローラの構成は第一実施形態における熱ローラ１と全く同様であるので、本第二実施形態においても熱ローラの一端の外部に冷却装置が取り付けられ、冷却管５内の冷却媒体が冷却されている。

このように、本第二実施形態における定着装置では、冷却管５の折り返し部分２９を冷却する冷却装置を設けたので、定着ローラの温度を下げることなく、定着ローラの軸方向における温度勾配を生じることもなく、より冷却効率が高くなることによって内部のコアの温度上昇を確実に防止することができる。また、冷却管５の折り返し部分２９を扁平にすることによって、円筒状のように軸中心付近で冷却管５表面から離れたところに位置する冷却媒体がなく、冷却媒体が、冷却管５表面付近にあって、冷却管５表面からの冷気を受け易く、冷却され易くなり、冷却効率を上げることができる。また、冷却管５の折り返し部分の表面積を大きくすることによって、この表面積が大きくなった折り返し部分でより多くの冷気を受けて、折り返し部分の冷却管５の温度が下がり易くなり、結果として冷却媒体が冷却され易くなり、冷却効率を上げることができる。
従って、本第二実施形態のように、冷却管５を扁平にするとともに、その表面積も大きくすることによって、より冷却装置による冷却効率を上げることが可能である。

本発明は、誘導発熱方式の定着ローラ（熱ローラ）を備える定着装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に対して好適に利用されるものである。

本発明に係る定着装置の第一実施形態における定着ローラ（熱ローラ）の一例を示す斜視図である。 図１の定着ローラの軸方向断面図である。 図１の定着ローラの軸直角方向断面図である。 図１の定着ローラ外部に設けられる構成を簡略化して示す概略構成図である。 熱ローラの軸方向における冷却管の温度分布を示す状態図である。 本発明に係る定着装置の第二実施形態における熱ローラの一例についてその一部を拡大して示す拡大図である。 図６のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１ 定着ローラ（熱ローラ）
２ 芯金
３ ボビン
４ コア
５ 冷却管
６ 誘導加熱コイル
７ 一端
８ 他端
９ 折り返し部分
１０ 往路側
１２ 復路側

Claims (4)

1. 誘導発熱方式の定着ローラを備える定着装置において、
   前記定着ローラの内部に、コアが内蔵され且つ誘電コイルが巻回されたボビンを配置し、
   前記ボビンの内部に、該ボビンの一端側から他端側まで挿通され、該他端側の外部にて折り返されて該一端側へと戻る冷却媒体流通用の管状部材を配置し、
   該管状部材内の冷却媒体を、前記一端側の外部において冷却してポンプ機構により循環させることを特徴とする定着装置。
2. 前記管状部材の折り返し部分を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記管状部材の折り返し部分は、円筒状の管状部材に比して表面積が大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記管状部材の折り返し部分は、Ｕ字形状で扁平であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の定着装置。
   
   

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