JP2008139463A - 電磁誘導加熱方式の定着装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の大型化を抑制するとともに励磁コイルの性能を阻害しない電磁誘導加熱方式の定着装置を提供すること。
【解決手段】定着装置の磁束発生部3には,励磁コイル31と,消磁コイル34,35とが積層されている。励磁コイル31は,磁束発生部3内の中央部に固定配置された一対のリブ38,38の外側に巻回される。一方,消磁コイル34は,両端部にそれぞれ巻回された巻回部34a,34bを構成し,両巻回部は,リード線34cによって繋がれる。リード線34cは,リブ38,38間のスペースに配設される。
【選択図】 図9
【解決手段】定着装置の磁束発生部3には,励磁コイル31と,消磁コイル34,35とが積層されている。励磁コイル31は,磁束発生部3内の中央部に固定配置された一対のリブ38,38の外側に巻回される。一方,消磁コイル34は,両端部にそれぞれ巻回された巻回部34a,34bを構成し,両巻回部は,リード線34cによって繋がれる。リード線34cは,リブ38,38間のスペースに配設される。
【選択図】 図9
Description
本発明は,トナー画像を記録媒体に加熱定着させる電磁誘導加熱方式の定着装置に関する。さらに詳細には,励磁コイルおよび消磁コイルを積載し,加熱回転体の長手方向の温度調節を行う定着装置に関するものである。
近年,消費電力の低減,起動時間の短縮化の観点から,電磁誘導加熱方式の定着装置が提案されている。電磁誘導加熱方式の定着装置は,励磁コイル等を備えた磁束発生部を有し,その磁束発生部による磁界形成によって定着ローラ内の電磁誘導発熱層の発熱を促している。電磁誘導加熱方式の定着装置は,発熱層を直接加熱できるという特徴を有し,ハロゲンヒータと比較して定着部材の熱容量が小さい構成とすることが可能となる。これにより,高熱効率化や高速加熱化が図られる。
また,定着装置では,様々なサイズの用紙に画像を形成するため,用紙のサイズに合わせて部分的に定着ローラを加熱する。電磁誘導加熱方式の定着装置の場合,定着ローラを軸方向に複数の領域に区画し,領域ごとに励磁コイルを並置し,各励磁コイルへの給電のオンオフにより定着ローラの加熱領域を調節するもの(例えば,特許文献1)が開示されている。
このような加熱領域を調節可能な磁束発生部を有する定着装置では,複数のコイルを軸方向に隣接配置している。そのため,隣り合うコイル間の絶縁性が問題となる。例えば,特許文献1では,隣り合うコイル間にボビンと一体成形された絶縁部材を配置し,コイル間の絶縁性を確保している。しかし,特許文献1の定着装置のように,定着ローラの軸方向に複数のコイルを並べると,コイル間に絶縁部材を配置するための領域,すなわちコイル同士の絶縁性を確保するための領域を設けなくてはならない。結果として,定着ローラ1の軸方向に加熱ムラができる。
そこで,加熱ムラを抑制した定着装置として,励磁コイルとは逆向きの磁界を形成する消磁コイルを励磁コイル上に積載し,消磁コイルの消磁効果により定着ローラの加熱領域を調節するもの(例えば,特許文献2)が開示されている。この定着装置では,各種用紙幅のサイズに対応するため,コイル束の長手方向の幅が異なる複数の消磁コイルが積載される。
また,図13に示すように,消磁コイル34は,定着ローラ1と対向する磁束発生部3内に励磁コイル31とともに位置し,定着ローラ1の軸方向上の両端部にその巻回部(一方を「巻回部34a」,他方を「巻回部34b」とする)が配置される。各巻回部は,制御回路6によってスイッチングされるスイッチ51を介して閉回路を構成している。また,巻回部34a,34bは,スイッチ51によって同時にオンオフされる。なお,消磁コイル34の巻回部34a,34bの接続方式としては,図13に示したように並列に接続したものと,図14に示すように直列に接続したものとがある。
特開2001−319763号公報
特開2001−34097号公報
しかしながら,前記した電磁誘導加熱方式の定着装置には,次のような問題があった。すなわち,近年,高速化および用紙幅サイズの対応が要求され,消磁コイルの数が増加傾向にある。それに伴って,磁束発生部から取り出されるリード線も増加する。
図13に示したように,消磁コイルの巻回部34a,34bを並列に接続した場合,磁束発生部3から取り出されるリード線の数は,励磁コイル31用に2本,消磁コイルの巻回部34a用に2本,巻回部34b用に2本の合計6本となる。すなわち,巻回部ごとに2本ずつのリード線が取り出される。そして,消磁コイルの段数を1段増やすごとに両端の巻回部用に4本ずつリード線が必要となる。つまり,消磁コイルを2段式にすると10本のリード線が必要となり,3段式にすると14本のリード線が必要となる。従って,リード線が非常に多くなり,結果として装置のコンパクト化の妨げとなる。
一方,図14に示したように,消磁コイルの巻回部34a,34bを直列に接続した場合,消磁コイル34の巻回部34aと巻回部34bとが磁束発生部3内で繋がれる。そのため,磁束発生部3から取り出されるリード線の数は,励磁コイル31用に2本,消磁コイル34の巻回部34a用に1本,巻回部34b用に1本の合計4本となる。そして,消磁コイルの段数を1段増やすごとに両端の巻回部用に2本ずつリード線が必要となる。従って,並列に接続した場合と比較して,消磁コイルを多段式にすることによるリード線の増加数が少ない。
しかし,直列に接続した場合には,磁束発生部3の中央部に,巻回部34aと巻回部34bとを繋ぐリード線34cを配設しなければならない。そのため,励磁コイル31とリード線34cとの絶縁性の確保が問題となる。また,消磁コイルを多段式にすると,磁束発生部3の中央部に配線されるリード線の数も増える。そのため,より一層絶縁性の確保が重要となる。
本発明は,前記した従来の電磁誘導加熱方式の定着装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,装置の大型化を抑制するとともに励磁コイルの性能を阻害しない電磁誘導加熱方式の定着装置を提供することにある。
この課題の解決を目的としてなされた定着装置は,電磁誘導発熱する発熱層を備えた加熱回転体と,加熱回転体の外周側に位置し,加熱回転体の軸方向に沿って加熱回転体に対向配置され,給電により磁束を発生させる磁束発生部とを有する電磁誘導加熱方式の定着装置であって,磁束発生部は,磁束発生部の長手方向の中央部に位置し,長手方向に沿って並列配置された一対の支柱部と,支柱部間の外側に巻回され,加熱回転体との間に磁界を形成する励磁コイルと,励磁コイル上に積載され,磁束発生部の長手方向の一方の端部に巻回された第1巻回部と他方の端部に巻回された第2巻回部とを備え,励磁コイルが形成した磁界を減少させる消磁コイルとを有し,消磁コイルの第1巻回部と第2巻回部とは,磁束発生部内でリード線により繋がれ,当該リード線は支柱部間のスペースに配設されることを特徴としている。
すなわち,本発明の定着装置は,電磁誘導加熱方式であり,加熱回転体の外周側にその軸方向に沿って磁束発生部が対向配置されている。加熱回転体は,ローラ部材であってもベルト部材であってもよい。本発明の定着装置では,磁束発生部への電力供給によって磁束発生部と加熱回転体との間に磁界を発生させる。そして,その磁界の発生により加熱回転体の発熱層(電磁誘導発熱層)に渦電流が生じ,その発熱層が加熱される。
また,本定着装置の磁束発生部には,磁界を形成する励磁コイルと,その磁界を部分的に減少させる消磁コイルとが積み重なって配置されている。励磁コイルは,磁束発生部内の中央部に固定配置された一対の支柱部間の外側に巻回される。一方,消磁コイルは磁束発生部の両端部にそれぞれ巻回されて第1巻回部と第2巻回部とを構成し,両端部の磁界を減少させる。
また,消磁コイルの第1巻回部と第2巻回部とは,磁束発生部内でリード線によって繋がれる。つまり,消磁コイルの第1巻回部と第2巻回部とは直列に接続される。そのため,並列に接続される場合と比較して,磁束発生部外に配線されるリード線の数が少ない。よって,リード線の取り回しによる定着装置の大型化が抑制される。
また,励磁コイルは,長手方向に沿って並列配置された一対の支柱部によって位置決めされる。そして,第1巻回部と第2巻回部とを繋ぐリード線は,その支柱部間のスペースに配設される。つまり,支柱部間の外側に巻回される励磁コイルの内穴スペースに配設される。これにより,励磁コイルとリード線とは隔離される。よって,両者間の絶縁性が確保される。
また,リード線は,絶縁被覆されていることとするとよりよい。すなわち,リード線が絶縁被覆されていることで,励磁コイルとの絶縁性をより高めることができる。絶縁被覆としては,例えばシリコン熱収縮チューブが適用可能である。
本発明によれば,装置の大型化を抑制するとともに励磁コイルの性能を阻害しない電磁誘導加熱方式の定着装置が実現している。
以下,本発明を具体化した実施の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお,本実施の形態は,電子写真方式のプリンタに備えられた電磁誘導加熱方式の定着装置に本発明を適用したものである。
本形態の画像形成装置は,電子写真方式のレーザプリンタであり,図1に示すように光学系にレーザ発振器102と,ポリゴンミラー103と,反射ミラー104とが配置され,画像プロセス部に感光体ドラム101と,帯電器105と,現像器106と,転写器107と,クリーニングブレード108とが配置されている。また,搬送部に給紙ローラ109と,排紙ローラ115と,給紙センサ110と,排紙センサ114と,定着装置100等とが配置されている。
次に,上記のように構成されたレーザプリンタの動作を簡単に説明する。感光体ドラム101は図1中矢印方向に回転しており,帯電器105により表面を一様に帯電させられる。また,画像信号に基づいて,レーザ発振器102からレーザ光が変調発光される。このレーザ光は,ポリゴンミラー103により主走査方向に走査され,反射ミラー104により反射されて感光体ドラム101に入射する。これにより,感光体ドラム101上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器106により現像されてトナー像となる。トナー像は,感光体ドラム101に対向して配置された転写器107により,給紙ローラ109によって給紙された記録紙P上に転写される。その後,トナー像が転写された記録紙Pは,定着装置100において加熱され,その熱によりトナー像が溶融して記録紙P上に定着される。画像定着後,記録紙Pは,排紙ローラ115により装置外に排出される。以上の動作により,1枚分のプリントが行われる。
続いて,本形態の定着装置100の構成について説明する。図2は定着装置100を軸方向(正面)から見た概略構成図であり,図3は通紙方向上流側の側面から見た概略構成図であり,図4は図2の定着装置100を上面から見た概略構成図である。定着装置100は,電磁誘導加熱方式の定着装置であり,定着ローラ1と,加圧ローラ2と,磁束発生部3と,温度センサ41,42と,通電遮蔽部7と,分離爪8とを有している。Pは用紙を示している。
定着ローラ1と加圧ローラ2とは長手方向(軸方向)に並行配置されている。加圧ローラ2は,モータ等の駆動機構により所定の速度で回転駆動される。また,加圧ローラ2は,バネ等の付勢部材によって定着ローラ1側に付勢されており,定着ローラ1との間でニップ部を形成している。さらに定着ローラ1は,加圧ローラ2との圧接摩擦力によって定着ローラ1の回転に従動回転するように設けられている。なお,定着ローラ1を回転駆動させて加圧ローラ2を従動回転させてもよい。
定着ローラ1は,図5に示すように,芯金11上に,断熱層12,電磁誘導発熱層13,弾性層14,および離型層15が順次積層されている。また,ローラ硬度は,例えばアスカーC硬度で30度〜90度の範囲内に設定される。
支持層としての芯金11は,厚さが4mm程度のアルミパイプである。なお,芯金11には,鉄やPPS(ポリフェニレンサルファイド)のような耐熱性樹脂を使用することも可能である。なお,芯金11が発熱するのを防ぐために電磁誘導加熱の影響が少ない非磁性材料を用いるのが好ましい。
断熱層12は,電磁誘導発熱層13を断熱保持するための層であり,耐熱性や弾性を有する部材(例えば,ゴム材や樹脂材)のスポンジ体が適用される。また,ゴム材や樹脂材のスポンジ体を用いると,電磁誘導発熱層13を断熱保持するとともに,電磁誘導発熱層13のたわみを許容し,ニップ幅を増やすことができる。そして,ローラ硬度を小さくし,排紙性および記録紙の分離性の向上を図ることができる。例えば,断熱層12にシリコンスポンジ材を適用する場合には,厚さが2mm〜15mm,望ましくは3mm〜10mmの範囲内に,また硬度がアスカーゴム硬度計で15度〜60度,望ましくは20度〜50度の範囲内にそれぞれ設定される。
また,断熱層12の代わりに,下層にソリッドゴム層,表層にスポンジゴム層の2層構造を用いると,耐久性の向上を図ることができる。このような構造を有するローラは,特に高荷重や高速回転のような比較的過酷な条件で使用される場合や,ニップ幅の確保のために断熱層12の厚みを厚く設定する場合や,柔らかいスポンジ層を使用する場合に,ゴムの破断を防ぐことができる。
電磁誘導発熱層13は,磁束発生部3による励磁によりジュール熱を発生させる層であり,厚さが10μm〜100μm,望ましくは20〜50μmの範囲内のニッケル電鋳ベルト層である。なお,電磁誘導発熱層13には,例えば磁性ステンレスのような磁性金属といった,高透磁率であり,適当な抵抗率を備えたものを使用してもよい。また,非磁性材料でも,金属などの導電性がある材料の薄膜であっても使用可能である。また,樹脂に発熱粒子を混入したものを使用してもよい。電磁誘導発熱層13に樹脂ベースのものを用いることによって分離性の向上を図ることが可能となる。
電磁誘導発熱層13には,後述する磁束発生部3による励磁により渦電流が流れる。電磁誘導発熱層13は,熱容量が小さく,芯金側に位置する断熱層12と接しているため,定着ローラ1の表層側に位置する弾性層14あるいは離型層15を迅速に加熱する。よって,定着ローラ1の表面温度を所望の温度に迅速に到達させることができ,通紙時に記録紙に熱が奪われたとしても必要な熱をすぐに供給することができる。
弾性層14は,記録紙と定着ローラ1表面との密着性を高めるための層であり,耐熱性や弾性を有する部材(例えば,ゴム材や樹脂材)が適用される。具体的には,定着温度での使用に耐えうるシリコンゴム,フッ素ゴム等の耐熱性エラストマーが使用可能である。なお,弾性層14に,熱伝導性や補強等を目的として各種充填剤を混入してもよい。熱伝導性粒子としては,ダイヤモンド,銀,銅,アルミニウム,大理石,ガラス等がある。この他,シリカ,アルミナ,酸化マグネシウム,窒化ホウ素,酸化ベリリウム等が使用可能である。
弾性層14の厚みは,10μm〜800μm,望ましくは100μm〜300μmの範囲内に設定される。なお,弾性層14の厚さが10μm未満であると厚み方向の弾力性を得ることが困難となる。一方,弾性層14の厚さが800μmを超えてしまうと,電磁誘導発熱層13からの熱が定着ローラ1の表面に達し難くなって熱効率が悪化する。
弾性層14の硬度は,JIS硬度で1度〜80度,望ましくは5度〜30度のシリコンゴムからなることが好ましい。この範囲内であれば,弾性層14の強度の低下,密着性の不良を抑制しつつ,トナーの定着性の不良を抑制できる。シリコンゴムとしては,1成分系,2成分系,または3成分系以上のシリコンゴム,LTV型,RTV型,またはHTV型のシリコンゴム,縮合型または付加型のシリコンゴム等が使用可能である。本形態では,JIS硬度が10度,厚さが200μmのシリコンゴム層とする。
離型層15は,表面の離型性を高めるための層であり,定着温度での使用に耐えられる材料が使用される。例えば,シリコンゴム,フッ素ゴム,PFA,PTFE,FEP,PFEP等のフッ素樹脂が使用される。離型層15の厚みは,5μm〜100μm,望ましくは10μm〜50μmがより好ましい。また,層間接着力を向上させるため,プライマ等による接着処理を行ってもよい。なお,離型層15中に,必要に応じて,導電材,耐磨耗材,良熱伝導材等を充填剤として添加してもよい。
加圧ローラ2は,図6に示すように,芯金21上に,シリコンスポンジ層22,および離型層25が順次積層されている。加圧ローラ2は,定着ローラ1に対して300N〜500Nの荷重で加圧され,ニップ部の幅は5mm〜15mmの範囲内となっている。なお,記録紙の種別等により荷重を変化させてもよい。
支持層としての芯金21は,厚さが3mm程度のアルミパイプである。なお,芯金21には,鉄やPPSのような耐熱性樹脂を使用することも可能である。なお,芯金21が発熱するのを防ぐために電磁誘導加熱の影響が少ない非磁性材料を用いるのが好ましい。シリコンスポンジ層22の厚さは,3mm〜10mmの範囲内で使用条件に合わせて設計される。なお,シリコンスポンジ層22の代わりにソリッドゴム層を用いることも可能であるが,定着ローラ1からニップ部を通して伝達される熱を逃さないように低熱伝導率の素材が望ましい。離型層25は,定着ローラ1と同様に表面の離型性を高めるための層であり,厚さが10μm〜50μmであり,定着温度での使用に耐えられる材料が使用される。例えば,シリコンゴム,フッ素ゴム,PFA,PTFE,FEP,PFEP等のフッ素樹脂が使用される。
また,シリコンスポンジ層22の代わりに,下層にソリッドゴム層,表層にスポンジゴム層の2層構造を用いると,耐久性の向上を図ることができる。このような構造を有するローラは,特に高荷重や高速回転のような比較的過酷な条件で使用される場合や,ニップ幅の確保のためにシリコンスポンジ層22の厚みを厚く設定する場合や,柔らかいスポンジ層を使用する場合に,ゴムの破断を防ぐことができる。
磁束発生部3は,励磁コイル31と,磁性体コア32と,コイルボビン33と,消磁コイル34と,消磁コイル35とを有している。消磁コイル34は,磁束発生部3の長手方向の両端部にそれぞれ巻回部34a,34bを備え,巻回部34a,34b間は,図7に示すように直列接続されている。また,消磁コイル35も両端部に巻回部35a,35bを備え,消磁コイル34と同様に直列接続されている。
磁束発生部3は,励磁コイル31への給電によって磁束を発生させ,定着ローラ1と対向する領域に磁界を形成する。励磁コイル31には,高周波インバータ5(励磁回路)が接続されており,高周波インバータ5は制御回路6によって制御される。また,磁束発生部3は,励磁コイル31とは逆向きの磁界を形成する消磁コイル34,35を備えている。そして,各消磁コイルの消磁効果によって励磁コイル31の磁界を減少させ,定着ローラ1の加熱範囲を調節する。消磁コイル34はスイッチ51を介して,消磁コイル35はスイッチ52を介して,それぞれオンオフされる。各スイッチは制御回路6によって制御される。磁束発生部3の詳細については後述する。
温度センサ41,42は,定着ローラ1の表面温度を検出するためのものであり,定着ローラ1の外周上に配設される。また,温度センサ41は,軸方向上の略中央に配置されている。なお,温度センサ41は,軸方向上の位置が,定着装置100が規定する最小幅用紙が通紙される範囲内であればよい。また,温度センサ42は,軸方向上の端部に配置されている。なお,温度センサ42は,軸方向上の位置が,消磁コイル34の巻回部34aあるいは巻回部34bが配置されている範囲内であればよい。温度センサ41,42としては,例えばサーミスタが使用可能である。温度センサ41,42の各検出信号は,制御回路6に入力される。
制御回路6は,高周波インバータ5およびスイッチ51,52の制御(すなわち,磁界の制御)を行う。制御回路6は,用紙サイズ情報や温度センサ41,42の検出信号を基に,高周波インバータ5を制御して励磁コイル31への電力供給を増減させる。すなわち,定着ローラ1の表面温度が一定となるように自動制御を行う。また,スイッチ51,52を制御して定着ローラ1の発熱領域を調節する。
通電遮蔽部7は,所定値以上の温度で回路を遮蔽し,励磁コイル31への電流を断つためのものであり,定着ローラ1の周囲に配置される。通電遮蔽部7により,定着ローラ1の表面温度が所定値以上となった際に発熱の動作を停止することができ,過昇温による定着ローラ1の劣化が抑制される。通電遮蔽部7としては,例えばサーモスタットや温度ヒューズが使用可能である。
続いて,本形態の定着装置100での定着動作について説明する。まず,ウォーミングアップ動作として,加圧ローラ2が回転駆動され,これに伴い定着ローラ1も従動回転する。そして,磁束発生部3の励磁コイル31に交流電流を印加することにより,所定の磁界が形成される。この磁束発生部3の発生磁束の作用により,定着ローラ1の電磁誘導発熱層が磁束発生部3と対向する位置で発熱する。そして,定着ローラ1の表面温度が所定温度となるように自動制御される。電磁誘導発熱層は,その熱容量が小さくかつ断熱層により断熱保持されているため,定着ローラ1の表層側に位置する弾性層あるいは離型層が迅速に加熱される。すなわち,定着ローラ1の表面は定着可能温度に迅速に達する。
ウォーミングアップ動作が終了した後,定着ローラ1と加圧ローラ2とのニップ部に,未定着のトナー像を担持した記録紙Pが搬送される(図2参照)。制御回路6は,温度センサ42の情報を基に消磁コイル34,35の回路をオンオフし,磁界を制御する。これにより,定着ローラ1の所望の範囲が加熱される。記録紙Pが定着装置100まで達すると,記録紙P上のトナー像は定着ローラ1と対面する。ニップ部に導入された記録紙Pは,ニップ部を挟持搬送され,定着ローラ1からの熱で加熱される。これにより,未定着のトナー像が記録紙Pに溶融定着される。
ニップ部での定着処理を終えた記録紙Pは,定着ローラ1から分離されて搬出される。その際,定着ローラ1の表面に当接させて配置された分離爪8等により,記録紙Pが定着ローラ1の表面に貼り付いてしまっても強制的に分離される。これにより,定着装置100内でのジャムを防止する。
続いて,磁束発生部3の詳細について説明する。励磁コイル31は,軸方向に導線を巻きつけた構造を有している。また,励磁コイル31は,図7に示したように,高周波インバータ5に接続され,100W〜2000Wの高周波電力が供給される。そのため,細線を数十から数百本の範囲内で束ねてリッツ線にしたものを用いている。また,巻線に伝熱した場合を考慮し,耐熱性の樹脂で被覆している。
また,励磁コイル31には,高周波インバータ5により10kHz〜100kHzの交流電流が印加される。交流電流によって誘導された磁束は,フェライトコア32内を通り,さらに定着ローラ1の電磁誘導発熱層を通る。すなわち,定着ローラ1と磁束発生部3との間には磁界が形成される。そして,電磁誘導発熱層に渦電流が流れることにより,電磁誘導発熱層自体がジュール発熱する。これにより,定着ローラ1が加熱状態となる。
磁性体コア32は,横断面が略U字形状であり,図3に示したように,励磁コイル31および各消磁コイルを跨ぐように配置され,さらに定着ローラ1の長手方向に所定の間隔で複数配置されている。さらに,磁性体コア32は,発熱効率を高めるため,中央部に定着ローラ側に突出した部位を設けて略E字形状としてもよい。磁性体コア32の材料としては,高透磁率かつ低損失のもの(例えば,フェライト)を使用する。パーマロイのような合金の場合には,コア内の渦電流損失が高周波領域で大きくなるため積層構造にするとよい。
また,磁性体コア32は,磁気回路の高効率化と磁気遮蔽との両機能を備えている。なお,磁気遮蔽が十分にできる手段があれば空芯(コアなし)にしてもよい。また,コア材として樹脂材に磁性粉を混入させたものを用いると,形状の設計自由度が高くなる。
また,コイルボビン33は,図8に示すように,各コイルの位置決め用に各種のリブを有している。具体的に,長手方向の両端部には,リブ36,36が設けられている。そして,リブ36よりも磁束発生部3の長手方向の内側には,リブ37,37が設けられている。さらにその内側,すなわち中央部には,長手方向に並列配置された一対のリブ38,38が設けられている。
すなわち,励磁コイル31は,リブ36,37,38,37,36を介して磁束発生部3の長手方向の全体にわたって巻回される。一方,消磁コイル34は,リブ36,37に巻回され,その巻回部34a,34bが磁束発生部3の長手方向の両端部に存在する。また,消磁コイル35は,リブ36に巻回され,その巻回部35a,35bが両端部に存在する。
消磁コイル34および消磁コイル35は,図3に示すように,長手方向の両端部にそれぞれ導線を巻きつけた構造を有している。消磁コイル34の巻回部34a,34bおよび消磁コイル35の巻回部35a,35bは,軸方向の幅が異なることから,磁束が形成される範囲,すなわち励磁コイル31が形成した磁界を消滅させる範囲が異なる。具体的には,図9に示すように,巻回部35a,35bは,軸方向上,巻回部34a,34bが配置される領域内に位置し,さらに軸方向の幅が巻回部34a,34bよりも狭く,定着ローラ1の端部側に配置される。つまり,消磁コイル35の方が消磁コイル34よりも発熱を規制する範囲が狭い。なお,励磁コイル31と消磁コイル34との間には,両コイルの絶縁を図るために絶縁紙91が挟み込まれている。同等に,消磁コイル34と消磁コイル35との間にも絶縁紙92が挟み込まれている。
また,消磁コイル34は,図7に示したようにスイッチ51を介して閉回路を構成している。また,消磁コイル35も,スイッチ52を介して閉回路を構成している。また,スイッチ51,52は,制御回路6によって適宜オンオフされる。消磁コイル34は,スイッチ51がオンされた場合,励磁コイル31からの磁束によって誘導逆起電力が発生し,励磁コイル31とは逆向きの磁界が形成され,消磁効果を発揮することになる。消磁コイル35も,スイッチ52がオンされた場合,消磁効果を発揮することになる。これにより,所定の領域におけるジュール熱の発生範囲が抑制される。
また,消磁コイル34の巻回部34aと巻回部34bとは,図10に示すように,リード線34cによって直列に接続される。すなわち,消磁コイル34からボビン33外に配線されるリード線は,巻回部34aから1本と巻回部34bから1本との計2本である。また,消磁コイル35の巻回部35aと巻回部35bとは,リード線35cによって直列に接続される。すなわち,消磁コイル35からボビン33外に配線されるリード線は,消磁コイル34と同様に2本である。
ボビン33内に位置するリード線34c,35cは,励磁コイル31のコイル束の内穴に配線される。より詳細には,リード線34c,35cは,ボビン33の長手方向の中央部に配設されたリブ38,38間に配線される。すなわち,図11に示すように,励磁コイル31は,リブ38,38間の外側に巻回される。そして,リード線34c,35cがリブ38,38間に配線されることから,リード線34c,35cと励磁コイル31との間にリブ38が位置することになる。このため,リード線34c,35cと励磁コイル31との良好な絶縁性が確保される。また,仮に消磁コイルの段数を増やし,3本以上のリード線が必要となったとしても,それらリード線をリブ38,38間のスペース内に配線することで良好な絶縁性を確保することが可能となる。
また,リード線34c,35cを含む各種リード線は,図11に示したように,絶縁性および耐熱性を有する絶縁被膜34d,35dによって被覆される。本形態では,絶縁被膜として,耐熱温度200℃,厚さ0.4mm以上のシリコン熱収縮チューブを使用する。なお,絶縁被膜は,耐熱性および絶縁性を有していればよく,それらの特性を満たすならばポリエステル樹脂等であってもよい。このように,リード線を絶縁被覆することで,リード線と励磁コイルとの間やリード線同士の間に良好な絶縁性が確保される。
また,リード線34c,35cと励磁コイル31との間にリブ38を配置することで,リード線34c,35cと励磁コイル31とを確実に隔離できる。このことにより,リード線34c,35cが形成する磁束の影響を抑制することができる。リブ38の厚さ,高さおよびリブ38,38間の距離は,リード線の数および太さ,さらにはリード線が作る磁束の強さによって決定される。
図12は,3種類の用紙(サイズが大きい順に,用紙A,用紙B,用紙C)を通紙する際の,定着ローラ1の非通紙時の温度分布を示している。用紙Aを通紙する際には,消磁コイル34,35ともにオフし,励磁コイル31によって定着ローラ1を軸方向全体に加熱している。用紙Bを通紙する際には,消磁コイル34をオフし,消磁コイル35をオンし,端部の過昇温を抑制しつつ励磁コイル31によって定着ローラ1を加熱している。用紙Cを通紙する際には,消磁コイル34をオンし,消磁コイル35をオフし,励磁コイル31によって定着ローラ1の中心部のみを加熱している。
図12に示すように,いずれの場合であっても軸方向の中央部に温度ムラが生じていない。すなわち,消磁コイルのリード線を励磁コイル31の内穴に配線し,消磁コイルをオンオフしたとしても,すべてのパターンで温度ムラが無く,適切な温度分布が得られる。これにより,リード線34c,35cの磁束が励磁コイル31の磁界に与える影響はほとんどないことがわかる。
以上詳細に説明したように本形態の定着装置100は,消磁コイル34の両端部に位置する巻回部34a,34bがリード線34cによって繋がれている。つまり,消磁コイル34は直列に接続されている。そのため,並列に接続される場合と比較して,配線されるリード線の数が少ない。よって,装置の大型化が抑制される。また,励磁コイル31が長手方向の中央部に位置する一対のリブ38,38によって位置決めされる。そして,リード線34cはリブ38,38間のスペースに配設される。つまり,リブ38,38間の外側に巻回される励磁コイル31の内穴スペースに配設される。そのため,励磁コイル31とリード線34cとが確実に隔離する。よって,両者間の絶縁性が確保される。従って,装置の大型化を抑制するとともに励磁コイルの性能を阻害しない電磁誘導加熱方式の定着装置が実現している。
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,実施の形態ではレーザプリンタに本発明を適用しているがこれに限るものではない。すなわち,複写機,スキャナ,FAXあるいはワードプロセッサ等であっても定着装置を備えるものであれば適用可能である。また,カラーに限らず,モノクロ画像専用のものであってもよい。また,タンデム方式であっても,4サイクル方式であってもよい。
また,実施の形態では,定着ローラを加熱するものであるが,これに限るものではない。例えば,磁束発生部によって加熱される定着ベルトを備え,その定着ベルトと加圧ローラとを対向配置したタイプであってもよい。
また,実施の形態の磁束発生部3は,励磁コイル31と消磁コイル34,35との3層構造であるが,これに限るものではない。例えば,2層構造としてもよい。勿論,4層以上の構造であってもよい。
1 定着ローラ(加熱回転体)
2 加圧ローラ
3 磁束発生部
31 励磁コイル
32 磁性体コア
33 コイルボビン
34 消磁コイル
34a,34b 巻回部
34c リード線
34d 絶縁被膜
35 消磁コイル
35a,35b 巻回部
35c リード線
35d 絶縁被膜
38 リブ
100 定着装置
2 加圧ローラ
3 磁束発生部
31 励磁コイル
32 磁性体コア
33 コイルボビン
34 消磁コイル
34a,34b 巻回部
34c リード線
34d 絶縁被膜
35 消磁コイル
35a,35b 巻回部
35c リード線
35d 絶縁被膜
38 リブ
100 定着装置
Claims (2)
- 電磁誘導発熱する発熱層を備えた加熱回転体と,前記加熱回転体の外周側に位置し,前記加熱回転体の軸方向に沿って前記加熱回転体に対向配置され,給電により磁束を発生させる磁束発生部とを有する電磁誘導加熱方式の定着装置において,
前記磁束発生部は,
前記磁束発生部の長手方向の中央部に位置し,長手方向に沿って並列配置された一対の支柱部と,
前記支柱部間の外側に巻回され,前記加熱回転体との間に磁界を形成する励磁コイルと,
前記励磁コイル上に積載され,前記磁束発生部の長手方向の一方の端部に巻回された第1巻回部と他方の端部に巻回された第2巻回部とを備え,前記励磁コイルが形成した磁界を減少させる消磁コイルとを有し,
前記消磁コイルの第1巻回部と第2巻回部とは,前記磁束発生部内でリード線により繋がれ,当該リード線は前記支柱部間のスペースに配設されることを特徴とする定着装置。 - 請求項1に記載する電磁誘導加熱方式の定着装置において,
前記リード線は,絶縁被覆されていることを特徴とする定着装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006324289A JP2008139463A (ja) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | 電磁誘導加熱方式の定着装置 |
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JP2006324289A JP2008139463A (ja) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | 電磁誘導加熱方式の定着装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2006
- 2006-11-30 JP JP2006324289A patent/JP2008139463A/ja not_active Withdrawn
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