JP2012098331A - 誘導加熱ユニット、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストで小型かつ消磁性能の高い誘導加熱ユニット、定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】電子写真方式の画像形成装置において、複数サイズの記録紙にトナー像を熱定着する定着装置が備える導電性の発熱回転体を電磁誘導加熱する誘導加熱ユニットに、発熱回転体の外周面に沿って配され、発熱回転体を電磁誘導加熱する励磁コイルと、励磁コイルの一部に重なるように近接して配置され、小サイズ紙の定着時に、励磁コイルが発生させる磁束の一部を打ち消して、発熱回転体の非通紙領域における過熱を抑制する消磁コイルと、を設ける。消磁コイルは、フレキシブル基板にコイルパターン配線７０１がプリントされてなり、コイルパターン配線７０１の配線幅が、隣り合う配線間の距離よりも広くなっている。
【選択図】図７
【解決手段】電子写真方式の画像形成装置において、複数サイズの記録紙にトナー像を熱定着する定着装置が備える導電性の発熱回転体を電磁誘導加熱する誘導加熱ユニットに、発熱回転体の外周面に沿って配され、発熱回転体を電磁誘導加熱する励磁コイルと、励磁コイルの一部に重なるように近接して配置され、小サイズ紙の定着時に、励磁コイルが発生させる磁束の一部を打ち消して、発熱回転体の非通紙領域における過熱を抑制する消磁コイルと、を設ける。消磁コイルは、フレキシブル基板にコイルパターン配線７０１がプリントされてなり、コイルパターン配線７０１の配線幅が、隣り合う配線間の距離よりも広くなっている。
【選択図】図７
Description
本発明は、誘導加熱ユニット、定着装置及び画像形成装置に関し、特に、電磁誘導加熱によってトナー像を記録紙に定着する電子写真方式の画像形成装置において、誘導加熱ユニットの小型化を図りつつ非通紙領域における過熱をより確実に防止する技術に関する。
近年、消費電力の低減とウォームアップ時間の短縮を目的として、電磁誘導加熱によってトナー像を記録紙に熱定着する電子写真方式の画像形成装置が開発されている。電磁誘導加熱方式の定着装置では、トナー像を加熱する加熱部材に誘導発熱層を設け、これに対向する励磁コイルによって発生する交番磁界によって、誘導発熱層に誘導電流を流してジュール発熱させる。
電磁誘導加熱方式の定着装置に種々のサイズの記録紙を通紙する場合には、記録紙のサイズに応じて非通紙領域が生じる。非通紙領域においては、通紙領域と同様に加熱部材が電磁誘導加熱される一方、記録紙の通紙によって冷却されることがない。その結果、連続通紙時には非通紙領域が過熱して、加熱部材や周辺部材の破損や熱損傷を招くおそれがある。
このため、例えば、非通紙領域に対応する位置において、励磁コイルに重なるように消磁コイルを配設し、通紙される記録紙にサイズに応じて消磁コイルを開閉する技術が開発されている。この技術によれば、小サイズ紙を通紙する際に、消磁コイルを用いて励磁コイルが発生させる磁界を一部打ち消すことによって非通紙領域の過熱を防止することができる。
しかしながら、消磁コイルを追加搭載すると定着装置の大型化を招く、という問題がある。
また、画像形成装置の生産性を高めるために、単位時間に定着する記録紙の枚数である定着速度の向上が求められているが、定着速度を向上させるためには、記録紙による通紙領域の冷却に対抗して励磁コイルによる加熱を強化しなければならない。しかしながら、励磁コイルの出力を大きくすると非通紙領域の過熱が加速されてしまうので、消磁コイルによる消磁性能の向上が求められている。
また、画像形成装置の生産性を高めるために、単位時間に定着する記録紙の枚数である定着速度の向上が求められているが、定着速度を向上させるためには、記録紙による通紙領域の冷却に対抗して励磁コイルによる加熱を強化しなければならない。しかしながら、励磁コイルの出力を大きくすると非通紙領域の過熱が加速されてしまうので、消磁コイルによる消磁性能の向上が求められている。
さらに、消磁コイルを追加することに起因するコストの上昇も極力抑えなければならない。
本発明は、上述のような課題に鑑みて為されたものであって、低コストで小型かつ消磁性能の高い誘導加熱ユニット、定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明は、上述のような課題に鑑みて為されたものであって、低コストで小型かつ消磁性能の高い誘導加熱ユニット、定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る誘導加熱ユニットは、導電性の発熱回転体を電磁誘導加熱して、複数サイズの記録紙にトナー像を熱定着する定着装置であって、発熱回転体の外周面に沿って配され、発熱回転体を電磁誘導加熱する励磁コイルと、励磁コイルの一部に重なるように近接して配置され、小サイズ紙の定着時に、励磁コイルが発生させる磁束の一部を打ち消して、発熱回転体の非通紙領域における過熱を抑制する消磁コイルと、を備え、消磁コイルは、フレキシブル基板にコイルパターンがプリントされてなり、コイルパターンの線幅が、隣り合う配線間の距離よりも広いことを特徴とする。
このようにすれば、フレキシブル基板にコイルパターンがプリントされてなり、コイルパターンの線幅が、隣り合う配線間の距離よりも広い消磁コイルを励磁コイルの一部に重なるように近接して配置して、小サイズ紙の定着時に、励磁コイルが発生させる磁束の一部を打ち消して、発熱回転体の非通紙領域における過熱を抑制するので、低コストで小型かつ消磁性能の高い定着装置を提供することができる。なぜならば、リッツ線を巻回した消磁コイルに比べてフレキシブル基板にコイルパターンをプリントした消磁コイルは低コスト且つ安価であり、コイルパターンの線幅を大きくすれば、消磁コイルの過熱を防止して、消磁性能を高めることができるからである。
この場合において、フレキシブル基板の基材は耐熱性樹脂からなるのが望ましく、耐熱性樹脂にポリイミド系樹脂を用い、特に、ポリイミドの中でもアラミド系樹脂を用いるのが好適である。
また、発熱回転体と励磁コイルとの間に配され、励磁コイルを指示するコイルボビンを備え、消磁コイルは励磁コイルとコイルボビンに挟持させても良い。このようにすれば、励磁コイルの厚さに関わらず高い消磁性能を得ることができる。また、消磁コイルのインダクタンスを小さくすることができるので、コイルパターンのターン数を低減させることができる。したがって、コイルパターンを拡幅すれば、銅箔厚を薄くすることができ、パターン加工の工数と銅材が削減できるので、誘導加熱ユニットの材料コストを低減することができる。
また、発熱回転体と励磁コイルとの間に配され、励磁コイルを指示するコイルボビンを備え、消磁コイルは励磁コイルとコイルボビンに挟持させても良い。このようにすれば、励磁コイルの厚さに関わらず高い消磁性能を得ることができる。また、消磁コイルのインダクタンスを小さくすることができるので、コイルパターンのターン数を低減させることができる。したがって、コイルパターンを拡幅すれば、銅箔厚を薄くすることができ、パターン加工の工数と銅材が削減できるので、誘導加熱ユニットの材料コストを低減することができる。
なお、この場合において、コイルボビンは消磁コイルを格納する凹部を有し、コイルボビンの凹部に消磁コイルを格納した状態で、コイルボビンと消磁コイルとの励磁コイルに対向する表面が、励磁コイルのコイルボビン並びに消磁コイルに対向する表面の形状に沿う形状になっていれば、更に好適である。
また、本発明に係る定着装置は、消磁コイルが、それぞれコイルパターンがプリントされている複数枚のフレキシブル基板が積層されてなることを特徴とする。この場合において、複数のフレキシブル基板にプリントされたコイルパターンは電気的に直列に接続されているいても良いし、電気的に並列に接続されていても良い。このようにすれば、消磁コイルのインダクタンスや電気抵抗を調整することができるので、用途に応じた特性を備える定着装置を得ることができる。
また、本発明に係る定着装置は、消磁コイルが、それぞれコイルパターンがプリントされている複数枚のフレキシブル基板が積層されてなることを特徴とする。この場合において、複数のフレキシブル基板にプリントされたコイルパターンは電気的に直列に接続されているいても良いし、電気的に並列に接続されていても良い。このようにすれば、消磁コイルのインダクタンスや電気抵抗を調整することができるので、用途に応じた特性を備える定着装置を得ることができる。
また、本発明に係る定着装置は、フレキシブル基板の基材が絶縁性材料からなっていることを特徴とする。このようにすれば、消磁コイルと励磁コイルとの間や、消磁コイルを構成する複数のフレキシブル基板の間に別途、絶縁部材を配設する必要がなくなるので励磁コイルとより密着することが可能となり、消磁性能の向上を図ることができる。また、誘導加熱ユニットの部品点数を低減することにより、コストを削減することができる。
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る定着装置を備えることを特徴とする。このようにすれば、本発明に係る定着装置の効果を得ることができる。
また、本発明に係る誘導加熱ユニットは、導電性の発熱回転体を電磁誘導加熱して、複数サイズの記録紙にトナー像を熱定着する定着装置における誘導加熱ユニットであって、発熱回転体を電磁誘導加熱する励磁コイルと、励磁コイルの一部に重なるように近接して配置され、励磁コイルが発生させる磁束の一部を打ち消して、発熱回転体の非通紙領域における過熱を抑制する消磁コイルと、を備え、消磁コイルは、フレキシブル基板にコイルパターンがプリントされてなり、コイルパターンの線幅が、隣り合う配線間の距離よりも広いことを特徴とする。このようにすれば、低コストで小型かつ消磁性能の高い誘導加熱ユニットを提供することができる。
また、本発明に係る誘導加熱ユニットは、導電性の発熱回転体を電磁誘導加熱して、複数サイズの記録紙にトナー像を熱定着する定着装置における誘導加熱ユニットであって、発熱回転体を電磁誘導加熱する励磁コイルと、励磁コイルの一部に重なるように近接して配置され、励磁コイルが発生させる磁束の一部を打ち消して、発熱回転体の非通紙領域における過熱を抑制する消磁コイルと、を備え、消磁コイルは、フレキシブル基板にコイルパターンがプリントされてなり、コイルパターンの線幅が、隣り合う配線間の距離よりも広いことを特徴とする。このようにすれば、低コストで小型かつ消磁性能の高い誘導加熱ユニットを提供することができる。
以下、本発明に係る誘導加熱ユニット、定着装置及び画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］ 画像形成装置の構成
まず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。図１に示されるように、画像形成装置１は、原稿読取部１００、画像形成部１１０及び給紙部１２０を備えている。原稿読取部１００は、原稿台トレイに載置された原稿を自動原稿搬送装置（ADF: Automatic Document Feeder）にて原稿を光学的に読み取って画像データを生成する。画像データは後述の制御部１１２に記憶される。
［１］ 画像形成装置の構成
まず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。図１に示されるように、画像形成装置１は、原稿読取部１００、画像形成部１１０及び給紙部１２０を備えている。原稿読取部１００は、原稿台トレイに載置された原稿を自動原稿搬送装置（ADF: Automatic Document Feeder）にて原稿を光学的に読み取って画像データを生成する。画像データは後述の制御部１１２に記憶される。
画像形成部１１０は作像部１１１Ｙ〜１１１Ｋ、制御部１１２、中間転写ベルト１１３、２次転写ローラ対１１４、定着装置１１５、排紙ローラ対１１６、排紙トレイ１１７、クリーナ１１８及びタイミングローラ対１１９を備えている。
作像部１１１Ｙ〜１１１Ｋは、制御部１１２の制御の下、それぞれＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のトナー像を形成し、各色のトナー像が重なり合うように中間転写ベルト１１３に静電転写（１次転写）する。中間転写ベルト１１３は無端状の回転体であって、矢印Ａ方向に回転し、１次転写されたトナー像を２次転写ローラ対１１４まで搬送する。
作像部１１１Ｙ〜１１１Ｋは、制御部１１２の制御の下、それぞれＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のトナー像を形成し、各色のトナー像が重なり合うように中間転写ベルト１１３に静電転写（１次転写）する。中間転写ベルト１１３は無端状の回転体であって、矢印Ａ方向に回転し、１次転写されたトナー像を２次転写ローラ対１１４まで搬送する。
給紙部１２０は、それぞれ記録紙Ｐを紙サイズ毎に格納する給紙カセット１２１を備え、画像形成部１１０に記録紙Ｐを供給する。供給された記録紙Ｐは、中間転写ベルト１１３がトナー像を搬送するのに並行して、搬出され、タイミングローラ対１１９を経由して、２次転写ローラ対１１４まで搬送される。タイミングローラ対１１９は１対のローラからなっており、記録紙Ｐが２次転写ローラ対１１４に到達するタイミングを調整する。
２次転写ローラ対１１４は電位差を有する１対のローラからなっており、このローラ対は互いに圧接して転写ＮＩＰ部を形成している。この転写ＮＩＰ部において中間転写ベルト１１３上のトナー像が記録紙Ｐ上に静電転写（２次転写）される。トナー像を転写された記録紙Ｐは定着装置１１５へ搬送される。また、２次転写後、中間転写ベルト１１３上に残った残留トナーは、更に矢印Ａ方向に搬送された後、クリーナ１１８によって掻き取られ、廃棄される。
定着装置１１５は電磁誘導加熱方式の定着装置であって、トナー像を加熱、溶融して、記録紙Ｐに圧着する。トナー像を融着された記録紙Ｐは排紙ローラ対１１６によって排紙トレイ１１７上に排出される。なお、制御部１１２は、上記を含む画像形成装置１の動作を制御する。
［２］ 定着装置１１５の構成
次に、定着装置１１５の構成について説明する。
［２］ 定着装置１１５の構成
次に、定着装置１１５の構成について説明する。
図２は、定着装置１１５の主要な構成を示す断面図である。図２に示されるように、定着装置１１５は、筐体２０１の内部に定着ローラ２０２、加圧ローラ２０３、定着ベルト２０６、赤外線センサ２０８及び誘導加熱ユニット２００を備えている。
定着ローラ２０２と加圧ローラ２０３とは何れも円筒状の回転体であって、回転軸が互いに平行になるように配設されている。定着ローラ２０２は、芯金２０４の外周面上にシリコーンスポンジ等からなる断熱弾性層２０５が形成されてなり、無端状の定着ベルト２０６が遊嵌されている。芯金２０４の材料としては、例えば、非磁性のステンレス鋼材を用いれば良い。
定着ローラ２０２と加圧ローラ２０３とは何れも円筒状の回転体であって、回転軸が互いに平行になるように配設されている。定着ローラ２０２は、芯金２０４の外周面上にシリコーンスポンジ等からなる断熱弾性層２０５が形成されてなり、無端状の定着ベルト２０６が遊嵌されている。芯金２０４の材料としては、例えば、非磁性のステンレス鋼材を用いれば良い。
加圧ローラ２０３は、例えば、芯金上に弾性層、金属層及び離型層が順次積層されてなり、金属層にはＮｉ電鋳やＳＵＳ（Stainless Used Steel）、Ｆｅ系合金、Ａｌ系合金、Ｃｕ合金などを用いると良い。また、離型層として、ＰＦＡ粉体樹脂やＰＦＡディスパージョン塗料、ＰＦＡ／ＰＴＦＥ混合ディスパージョン塗料、ＰＦＡチューブ等を用いれば、加圧ローラ2０３にトナー汚れが付着するのを防止して、画質を向上させることができる。また、弾性層に熱伝導性の低いシリコーンゴムやシリコーンスポンジを用いれば、金属層から芯金への熱の拡散を防止して、定着装置の電力消費を抑えることができる。
加圧ローラ２０３は、不図示の圧接機構により定着ベルト２０６に圧接されている。これによって、主に定着ローラ２０２の断熱弾性層２０５が変形して定着に必要なニップ幅が確保される。加圧ローラ２０３は不図示の駆動モータによって回転駆動され、定着ベルト２０６は加圧ローラ２０３との圧接摩擦によって従動回転する。定着ローラ２０２もまた定着ベルト２０６の回転に従って回転する。これによって、記録紙Ｐを搬送しながら、トナー像を定着することができる。
定着ベルト２０６は、図３に示されるように、定着ローラ２０２の周面に近い方から金属発熱層３０１、弾性層３０２及び離型層３０３が積層されてなる。金属発熱層３０１はＮｉ電鋳スリーブからなっており、誘導加熱ユニット２００が発生させる交番磁束により誘導電流が流れることによってジュール発熱する。弾性層３０２はシリコーンゴムからなり、離型層３０３はＰＦＡ樹脂チューブからなっている。
赤外線センサ２０８は、定着ベルト２０６の外周面付近に配設されており、定着ベルト２０６の回転軸方向のほぼ中央部における表面温度を非接触で検出する。制御部１１２はこの検出信号を受けて、誘導加熱ユニット２００が発生させる交番磁束量を制御し、定着ベルト２０６が所定の定着温度になるように制御する。
誘導加熱ユニット２００は、図４に示されるように、励磁コイル２０７、消磁コイル２１５、センターコア２０９、メインコア２１３、裾コア２１０、２１１、コイルボビン２１２及びコア保持部材２１４を備えている。励磁コイル２０７、センターコア２０９及び裾コア２１０、２１１はコイルボビン２１２に保持されている。メインコア２１３はコア保持部材２１４に保持され、消磁コイル２１５は励磁コイル２０７に接着、固定されている。また、コイルボビン２１２はコア保持部材２１４と共に定着装置１１５の筐体２０１にネジ止めされる。
誘導加熱ユニット２００は、図４に示されるように、励磁コイル２０７、消磁コイル２１５、センターコア２０９、メインコア２１３、裾コア２１０、２１１、コイルボビン２１２及びコア保持部材２１４を備えている。励磁コイル２０７、センターコア２０９及び裾コア２１０、２１１はコイルボビン２１２に保持されている。メインコア２１３はコア保持部材２１４に保持され、消磁コイル２１５は励磁コイル２０７に接着、固定されている。また、コイルボビン２１２はコア保持部材２１４と共に定着装置１１５の筐体２０１にネジ止めされる。
励磁コイル２０７は、画像形成装置１が扱うことができる最大サイズの記録紙の通紙幅に相当する有効加熱長を有している。有効加熱長とは、定着ベルト２０６を定着温度まで昇温させることができる範囲の大きさを言い、当該範囲の定着ベルト２０６の回転軸方向における長さによって表わされる。
センターコア２０９、裾コア２１０、２１１及びメインコア２１３は、透磁率が高く低損失の磁性体、例えば、フェライトやパーマロイのような合金からなっており、定着ベルト２０６や励磁コイル２０７と共に磁気回路を形成する。これによって磁気回路外への磁束の漏れが遮蔽され、発熱効率が向上する。
センターコア２０９、裾コア２１０、２１１及びメインコア２１３は、透磁率が高く低損失の磁性体、例えば、フェライトやパーマロイのような合金からなっており、定着ベルト２０６や励磁コイル２０７と共に磁気回路を形成する。これによって磁気回路外への磁束の漏れが遮蔽され、発熱効率が向上する。
励磁コイル２０７は、不図示の高周波インバータに接続され、１０〜１００〔ｋＨｚ〕、１００〜２０００〔Ｗ〕の高周波電力が供給されことによって、交番磁界を発生させる。このため、励磁コイル２０７は、耐熱性の樹脂で被覆した細い銅線を束ねたリッツ線を巻回して形成するのが望ましい。本実施の形態においては、素線径φ０．１７の素線を１１４本撚ったリッツ線を１０ターン巻いた励磁コイル２０７を用いている。
また、励磁コイル２０７上の定着ベルト２０６の回転軸方向における両端部であって、小サイズ紙の非通紙領域に対応する位置にはそれぞれ消磁コイル２１５が配設されている。図５は、励磁コイル２０７と消磁コイル２１５との位置関係を示す分解斜視図である。図５に示されるように、励磁コイル２０７の長手方向における両端部を覆うように消磁コイル２１５が配設される。また、図４に示されるように、消磁コイル２１５は定着ベルト２０６の周方向における励磁コイル２０７の外側も覆っている。
図６は、励磁コイル２０７や消磁コイル２１５を制御するための回路構成を示す図である。図６に示されるように、励磁コイル２０７は切替えリレー６０１を介して高周波インバータ６０３に接続されている。また、消磁コイル２１５は切替えリレー６０２に直列接続されループ回路を形成している。切替えリレー６０１、６０２は何れも制御部１１２の制御下にある。
制御部１１２は画像形成時には切替えリレー６０１をＯＮして励磁コイル２０７に通電し、電磁誘導加熱を行なう。これと並行して、制御部１１２は、赤外線センサ２０８にて非通紙領域の温度を監視し、非通紙領域の温度が所定温度に達すると、切替えリレー６０２をオンして消磁コイル２１５に逆磁束を発生させる。これによって、励磁コイル２０７が発生させる磁束が打ち消されるので、非通紙領域における過昇温が抑制される。
メインコア２１３は、励磁コイル２０７の外面を覆うようにして台形状に屈曲している。定着ローラ２０２の軸方向と平行な方向に一定間隔をおいて数個から十数個のメインコア２１３がコア保持部材２１４により保持されている。複数個のメインコア２１３のうち軸方向の両端部に配されたものは、定着ベルトの端部からの放熱を補うため、軸方向の両端の磁気結合を高くなっている。
また、センターコア２０９、裾コア２１０、２１１は、いずれも定着ローラ２０２の回転軸方向に平行に延びる長尺状に形成され、コイルボビン２１２にシリコン系接着剤などの耐熱性接着剤などで固着される。裾コア２１０、２１１はそれぞれ軸方向に分割されていても良いが、何れも隙間なく並べられなければならない。
センターコア２０９は励磁コイル２０７にて発生した磁束を密度が均一になるように定着ベルト２０６に導く。定着ベルト２０６を貫く磁束によって渦電流が誘起され、定着ベルト２０６がジュール熱を発生させる。コイルボビン２１２とコア保持部材２１４とは、両方の裾部分においてボルトとナットにより固定されている。なお、ボルトとナットに代えて、リベットなどで固定しても良い。
センターコア２０９は励磁コイル２０７にて発生した磁束を密度が均一になるように定着ベルト２０６に導く。定着ベルト２０６を貫く磁束によって渦電流が誘起され、定着ベルト２０６がジュール熱を発生させる。コイルボビン２１２とコア保持部材２１４とは、両方の裾部分においてボルトとナットにより固定されている。なお、ボルトとナットに代えて、リベットなどで固定しても良い。
［３］ 消磁コイル２１５の構成
次に、消磁コイル２１５の構成について説明する。
図７は、消磁コイル２１５の概略構成を示す平面図である。図７に示されるように、消磁コイル２１５は一対のプリントコイルセット７００を配線ケーブル７１０にて電気的に直列に接続したものである。プリントコイルセット７００は何れも対角位置に１対の接続電極７０２が形成されている。プリントコイルセット７００の中心部には略長方形の開口７０３が設けられており、当該開口７０３を取り巻くようにコイルパターン配線７０１が、後述のように、形成されている。
次に、消磁コイル２１５の構成について説明する。
図７は、消磁コイル２１５の概略構成を示す平面図である。図７に示されるように、消磁コイル２１５は一対のプリントコイルセット７００を配線ケーブル７１０にて電気的に直列に接続したものである。プリントコイルセット７００は何れも対角位置に１対の接続電極７０２が形成されている。プリントコイルセット７００の中心部には略長方形の開口７０３が設けられており、当該開口７０３を取り巻くようにコイルパターン配線７０１が、後述のように、形成されている。
図８は、プリントコイルセット７００の構成を示す図であって、（ａ）は分解図であり、（ｂ）は部分拡大図である。図８（ａ）に示されるように、プリントコイルセット７００は４枚のプリントコイル８００が重ね合わされたものである。プリントコイル８００はポリイミドフィルム８０２を基材としており、平面視において略長方形状となっている。また、中心部分に略長方形状の開口８０３が設けられており、この開口８０３は開口７０３に対応する。何れのプリントコイル８００にもコイルパターン配線７０１が形成されている。
プリントコイル８００はそれぞれ１対の接続電極８０１を備えており、１対の接続電極８０１はプリントコイル８００の対角位置に配設されている。接続電極８０１は重ね合わされることによって接続電極７０２を構成する。接続電極７０２は、図８（ｂ）に示されるように、ポリイミドフィルム８０２上に配線８１１が形成されてなる。また、配線８１１には絶縁被覆されている部分８１１ａと、露出している部分８１１ｂとがある。配線８１１はコイルパターン配線７０１に接続されると共に、配線ケーブル７１０に接続される。
接続電極８０１は、プリントコイルセット７００内でプリントコイル８００が占める位置に応じて、形状が異なっている。すなわち、最下層に位置するプリントコイル８００の接続電極８０１ｂには開口がないのに対して、他のプリントコイル８００の接続電極８０１ａには開口８１２が設けられている。
本実施の形態においては、開口８１２は略円形状となっており、接続電極８０１ｂの配線露出部分８１１ｂもまた略円形状となっている。また、接続電極８０１の配線露出部分８１１ｂは略環状となっている。さらに、開口８１２と配線露出部分８１１ｂは中心位置がほぼ一致しており、上層の接続電極８０１ほど開口８１２の開口径が大きく、下層の接続電極８０１ほど開口８１２の開口径が小さくなっている。また、下層の接続電極８０１は、上層の接続電極８０１を重ね合わせた場合に、上層の接続電極８０１の開口８１２内に下層の配線露出部分８１１ｂが現れるようになっている。
本実施の形態においては、開口８１２は略円形状となっており、接続電極８０１ｂの配線露出部分８１１ｂもまた略円形状となっている。また、接続電極８０１の配線露出部分８１１ｂは略環状となっている。さらに、開口８１２と配線露出部分８１１ｂは中心位置がほぼ一致しており、上層の接続電極８０１ほど開口８１２の開口径が大きく、下層の接続電極８０１ほど開口８１２の開口径が小さくなっている。また、下層の接続電極８０１は、上層の接続電極８０１を重ね合わせた場合に、上層の接続電極８０１の開口８１２内に下層の配線露出部分８１１ｂが現れるようになっている。
このような形状をとっているので、すべての接続電極８０１を重ね合わせた状態で平面視すると、最上層の接続電極８０１の開口８１２内に他のすべての層の接続電極８０１の配線露出部分８０１が現れる。したがって、すべての接続電極８０１を重ね合わせた状態で半田付けをすると、すべての配線部８１１が接続される。
コイルパターン配線７０１は、プリントコイル８００の基材であるポリイミドフィルム８０２上にエッチングによって銅箔配線をスパイラル状に略５ターン形成したものである。図９は、コイルパターン配線７０１の一部を拡大した図である。図９に示されるように、プリント基板上で平板上に配置されるコイルパターン配線７０１は配線幅Ｗｐが隣り合う配線間の距離Ｗｃよりも大きくなっている。なお、各コイルパターン配線は平板状であるので、厚みはＷｐよりも小さい。本実施の形態においては、配線幅Ｗｐが２．５ｍｍで、配線間の距離Ｗｃが０．２ｍｍである。このように、配線幅Ｗｐを広くする一方、配線間の距離Ｗｃを狭くすることによって、励磁コイル２０７が発生させる磁界を効率よく消磁することができる。また、配線幅Ｗｐを広くすれば、配線抵抗を抑えることができるので、消磁コイル２１５の耐熱性を向上させることができる。また、コイルパターン配線７０１の材料には銅（Cu）の他、アルミニウム（Al）や銀（Ag）、金（Au）などを用いても良い。
コイルパターン配線７０１は、プリントコイル８００の基材であるポリイミドフィルム８０２上にエッチングによって銅箔配線をスパイラル状に略５ターン形成したものである。図９は、コイルパターン配線７０１の一部を拡大した図である。図９に示されるように、プリント基板上で平板上に配置されるコイルパターン配線７０１は配線幅Ｗｐが隣り合う配線間の距離Ｗｃよりも大きくなっている。なお、各コイルパターン配線は平板状であるので、厚みはＷｐよりも小さい。本実施の形態においては、配線幅Ｗｐが２．５ｍｍで、配線間の距離Ｗｃが０．２ｍｍである。このように、配線幅Ｗｐを広くする一方、配線間の距離Ｗｃを狭くすることによって、励磁コイル２０７が発生させる磁界を効率よく消磁することができる。また、配線幅Ｗｐを広くすれば、配線抵抗を抑えることができるので、消磁コイル２１５の耐熱性を向上させることができる。また、コイルパターン配線７０１の材料には銅（Cu）の他、アルミニウム（Al）や銀（Ag）、金（Au）などを用いても良い。
図１０は、プリントコイル８００の断面図である。図１０に示されるように、プリントコイル８００は、ポリイミドフィルム８０２のコイルパターン配線７０１が形成された主面上にカバーレイ１００１が接着層１００２によって接着されており、接着層１００２はコイルパターン配線７０１どうしの隙間にまで入り込んでいる。このようなプリントコイル８００を得るためには、例えば、ポリイミドベースの接着剤付きカバーレイ１００１の接着面を、ポリイミドフィルム８０２上のコイルパターン配線７０１が形成された主面に載置して、加熱及び加圧してラミネート加工すれば良い。
図１１は、接続電極７０２の構造を示す断面図である。図１１に示されるように、接続電極７０２においては、プリントコイルセット７００を構成するすべてのプリントコイル８００の配線露出部８０１が、半田１１０２によって、配線ケーブル７１０の芯線１００４に半田付けされている。また、芯線１００４の半田付けされていない箇所は絶縁材料１００３にて被覆されている。また、半田付け箇所は絶縁チューブ１１０１が被せられている。なお、配線露出部８０１と芯線１００４との接続には、半田に代えて、銀ろうを用いても良い。銀ろうは耐熱性が高いので好適である。
［４］ 消磁特性
次に、本実施の形態に係る消磁コイル２１５の消磁特性について説明する。
図１２は、消磁コイルを複数枚重ねた条件での磁界特性を表わしたグラフであって横軸は定着ベルト２０６の回転軸方向におけるセンター位置からの距離を表わし、縦軸は磁界の強さを表わす。図１２に示されるように、消磁コイルを用いない場合にはグラフ１２００に示されるように、励磁コイル２０７の有効加熱長の全体に亘って、ほぼフラットな磁界強度を示す。
次に、本実施の形態に係る消磁コイル２１５の消磁特性について説明する。
図１２は、消磁コイルを複数枚重ねた条件での磁界特性を表わしたグラフであって横軸は定着ベルト２０６の回転軸方向におけるセンター位置からの距離を表わし、縦軸は磁界の強さを表わす。図１２に示されるように、消磁コイルを用いない場合にはグラフ１２００に示されるように、励磁コイル２０７の有効加熱長の全体に亘って、ほぼフラットな磁界強度を示す。
また、グラフ１２０５は、従来技術に係る消磁コイルを用いた場合の磁界強度を示しており、通紙領域に合わせて、通紙部分の磁界強度が高くなり、非通紙部分（消磁コイル配置箇所）が消磁コイルにより磁界が打ち消され、磁界強度が極端に低下していることが分かる。
グラフ１２０１〜１２０５はそれぞれ本発明のプリントコイル８００を１、２、４または８枚重ねたプリントコイルセット７００を有する消磁コイル２１５を用いた場合の磁界特性を示している。図１２に示されるように、プリントコイル８００を２枚から８枚まで重ねた消磁コイルにおいてもほぼ同じ磁界分布特性が得られることが分かる。
グラフ１２０１〜１２０５はそれぞれ本発明のプリントコイル８００を１、２、４または８枚重ねたプリントコイルセット７００を有する消磁コイル２１５を用いた場合の磁界特性を示している。図１２に示されるように、プリントコイル８００を２枚から８枚まで重ねた消磁コイルにおいてもほぼ同じ磁界分布特性が得られることが分かる。
これにより、複数枚重ねてもインダクタンスの変化はないと考えられ、励磁コイルに流す電力量に応じて、枚数を重ねることにより、配線インピーダンスを下げ、消磁コイルの発熱を下げて、更に高い消磁性能を得ることができる。
［５］ 変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
［５］ 変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１）上記実施の形態においては、複数のプリントコイル８００を電気的に並列に接続する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて、複数のプリントコイル８００を電気的に直列に接続しても良い。
図１３は、プリントコイル８００の接続枚数とインダクタンスの関係を示すグラフであって、（ａ）は並列接続の場合を示し、（ｂ）は直列接続の場合を示す。図１３（ａ）に示されるように、プリントコイル８００を並列接続する場合には、接続するプリントコイル８００の枚数の多寡によっては消磁コイル２１５のインダクタンスＬｓは変化しない（２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの周波数帯における特性）。一方、消磁コイル２１５の電気抵抗Ｒｓはプリントコイル８００の接続枚数が多いほど低下する。
図１３は、プリントコイル８００の接続枚数とインダクタンスの関係を示すグラフであって、（ａ）は並列接続の場合を示し、（ｂ）は直列接続の場合を示す。図１３（ａ）に示されるように、プリントコイル８００を並列接続する場合には、接続するプリントコイル８００の枚数の多寡によっては消磁コイル２１５のインダクタンスＬｓは変化しない（２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの周波数帯における特性）。一方、消磁コイル２１５の電気抵抗Ｒｓはプリントコイル８００の接続枚数が多いほど低下する。
また、プリントコイル８００を直列接続する場合には、図１３（ｂ）に示されるように、消磁コイル２１５のインダクタンスＬｓも電気抵抗Ｒｓもプリントコイル８００の接続枚数が多いほど大きくなる。
したがって、このような特性を利用して、並列接続と直列接続を組み合わせることによって、消磁コイル２１５の特性を調整することができるので、用途に応じた特性の誘導加熱ユニット２００を得ることができる。
したがって、このような特性を利用して、並列接続と直列接続を組み合わせることによって、消磁コイル２１５の特性を調整することができるので、用途に応じた特性の誘導加熱ユニット２００を得ることができる。
（２）上記実施の形態においては、接着剤を用いてカバーレイ１００１を接着することによってコイルパターン配線７０１を絶縁、保護する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。図１４は、本変形例に係るプリントコイル８００の断面図である。図１４に示されるように、ポリイミドワニスを塗布して、乾燥させることによってカバーレイ１４０１を形成しても良い。
このようにすれば、耐熱温度の高い（例えば、３００℃以上。）ポリイミドワニスを採用することによって、高温環境下（例えば、２００℃以上。）でもカバーレイ１４０１が軟化しないようにすることができるので、プリントコイル８００の耐熱性を向上させることができる。従って、高温環境に曝される定着装置での使用に適している。
（３）上記実施の形態においては、定着ベルト２０６の半径方向において、励磁コイル２０７の外側に消磁コイル２１５を配設する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。図１５は、本変形例に係る誘導加熱ユニット２００の構成を示す図である。図１５に示されるように、誘導加熱ユニット２００が備える消磁コイル２１５は、定着ベルト２０６の半径方向において、励磁コイル２０７の内側に配設されており、定着ベルト２０６の周方向に置いて、励磁コイル２０７の外側を包み込むように屈曲している。
（３）上記実施の形態においては、定着ベルト２０６の半径方向において、励磁コイル２０７の外側に消磁コイル２１５を配設する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。図１５は、本変形例に係る誘導加熱ユニット２００の構成を示す図である。図１５に示されるように、誘導加熱ユニット２００が備える消磁コイル２１５は、定着ベルト２０６の半径方向において、励磁コイル２０７の内側に配設されており、定着ベルト２０６の周方向に置いて、励磁コイル２０７の外側を包み込むように屈曲している。
このようにすれば、励磁コイル２０７の厚みの大小に関わらず、消磁コイル２１５を定着ベルト２０６に近接させることができるので、安定的に高い消磁効果を得ることができる。
なお、定着ベルト２０６の半径方向において、励磁コイル２０７の内側に消磁コイル２１５を配設する場合には、コイルボビン２１２に凹部を設けて、当該凹部に消磁コイル２１５を格納した状態で、コイルボビン２１２と消磁コイル２１５とが励磁コイル２０７に対向する表面が励磁コイル２１５の表面形状に沿う形状になるようにしても良い。このようにすれば、誘導加熱ユニット２００を更に小型化することができる。
なお、定着ベルト２０６の半径方向において、励磁コイル２０７の内側に消磁コイル２１５を配設する場合には、コイルボビン２１２に凹部を設けて、当該凹部に消磁コイル２１５を格納した状態で、コイルボビン２１２と消磁コイル２１５とが励磁コイル２０７に対向する表面が励磁コイル２１５の表面形状に沿う形状になるようにしても良い。このようにすれば、誘導加熱ユニット２００を更に小型化することができる。
（４）上記実施の形態においては、特定の非通紙領域の過熱を防止する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。図１６は、本変形例に係る消磁コイルの概略構成を示す平面図である。図１６に示されるように、消磁コイル２１５は、２つのプリントコイルセット７００内でそれぞれ２つのコイルパターン７０１を備えており、同時に２つのコイルパターン７０１を用いたり、定着ベルト２０６の回転軸方向において外側に位置するコイルパターン７０１のみを用いたりすることによって、大中小の３種類の通紙サイズに対応して、非通紙領域の過熱を防止することができる。
なお、プリントコイルセット７００が備えるコイルパターン７０１は２つに限定されないのは言うまでも無く、１つのプリントコイルセット７００が３つ以上のコイルパターン７０１を備えていても良い。
また、別個のプリントコイルセット７００を、定着ベルト２０６の半径方向に重なり合うように配設しても良い。１つのプリントコイルセット７００に複数のコイルパターン７０１を形成する場合には、コイルパターン７０１どうしの境目で消磁性能が低下するので、定着ベルト２０６の非通紙領域における過熱を効果的に防止することができないおそれがある。一方、プリントコイルセット７００を重ね合わせれば、コイルパターン７０１どうしの境目ができるのを回避して、非通紙領域の過熱を効果的に防止することができる。
また、別個のプリントコイルセット７００を、定着ベルト２０６の半径方向に重なり合うように配設しても良い。１つのプリントコイルセット７００に複数のコイルパターン７０１を形成する場合には、コイルパターン７０１どうしの境目で消磁性能が低下するので、定着ベルト２０６の非通紙領域における過熱を効果的に防止することができないおそれがある。一方、プリントコイルセット７００を重ね合わせれば、コイルパターン７０１どうしの境目ができるのを回避して、非通紙領域の過熱を効果的に防止することができる。
（５）上記実施の形態においては、単に、プリントコイルセット７００を励磁コイル２０７に貼り付ける場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。図１７は、プリントコイルセット７００を励磁コイル２０７に貼り付けるのに先立って、加工する様子を示す平面図であって、（ａ）は加工前のプリントコイルセット７００を示し、（ｂ）は加工後のプリントコイルセット７００を示す。
図１７（ｂ）に示されるように、本変形に係る加工を施したプリントコイルセット７００は定着ベルト２０６の回転軸方向における両端部が折り返されている。このようにすれば、定着ベルト２０６の回転軸方向における両端部において、消磁コイル２１５が励磁コイル２０７を被覆しないので、その分だけ誘導加熱ユニット２００のの当該回転軸方向におけるサイズを小さくすることができる。
（６）上記実施の形態においては、プリントコイル８００の一方の主面のみにコイルパターン配線７０１を形成する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて、プリントコイル８００の両方の主面にコイルパターン配線７０１を形成しても良い。コイルパターン配線７０１をプリントコイル８００の両面に形成するか片面に形成するかの如何に関わらず、本発明の効果を得ることができる。
（７）上記実施の形態においては、特に言及しなかったが、本発明に係る画像形成装置は、複写機やプリンタ、ファクシミリの何れであっても良く、また、これらの機能を兼ね備えたＭＦＰ（Multi Function Peripheral）であっても良い。また、形成する画像はモノクロであってもカラーであっても良いし、ネットワーク接続して使用されても良いし、ネットワーク接続されないスタンドアローン機であっても良い。構成や用途の如何に関わらず、本発明に係る誘導加熱ユニットを備え、複数種類のサイズの記録紙に画像を熱定着する画像形成装置であれば、本発明を適用して、その効果を得ることができる。
本発明に係る誘導加熱ユニット、定着装置及び画像形成装置は、電磁誘導加熱によってトナー像を記録紙に定着する電子写真方式の画像形成装置において、誘導加熱ユニットの小型化を図りつつ非通紙領域における過熱をより確実に防止する技術として有用である。
１………………………画像形成装置
１１５…………………定着装置
２００…………………誘導加熱ユニット
２０２…………………定着ローラ
２０３…………………加圧ローラ
２０６…………………定着ベルト
２０７…………………励磁コイル
２１２…………………コイルボビン
２１４…………………コア保持部材
２１５…………………消磁コイル
７００…………………プリントコイルセット
７０１…………………コイルパターン配線
７０２、８０１………接続電極
７０３、８０３………開口
７１０…………………配線ケーブル
８００…………………プリントコイル
８０２…………………ポリイミドフィルム
８１１…………………配線
８１２…………………接続電極の開口
１００１、１４０１…カバーレイ
１００２………………接着層
１１０２………………半田
１００３………………絶縁被膜
１１０１………………絶縁チューブ
１１５…………………定着装置
２００…………………誘導加熱ユニット
２０２…………………定着ローラ
２０３…………………加圧ローラ
２０６…………………定着ベルト
２０７…………………励磁コイル
２１２…………………コイルボビン
２１４…………………コア保持部材
２１５…………………消磁コイル
７００…………………プリントコイルセット
７０１…………………コイルパターン配線
７０２、８０１………接続電極
７０３、８０３………開口
７１０…………………配線ケーブル
８００…………………プリントコイル
８０２…………………ポリイミドフィルム
８１１…………………配線
８１２…………………接続電極の開口
１００１、１４０１…カバーレイ
１００２………………接着層
１１０２………………半田
１００３………………絶縁被膜
１１０１………………絶縁チューブ
Claims (12)
- 導電性の発熱回転体を電磁誘導加熱して、複数サイズの記録紙にトナー像を熱定着する定着装置であって、
発熱回転体の外周面に沿って配され、発熱回転体を電磁誘導加熱する励磁コイルと、
励磁コイルの一部に重なるように近接して配置され、小サイズ紙の定着時に、励磁コイルが発生させる磁束の一部を打ち消して、発熱回転体の非通紙領域における過熱を抑制する消磁コイルと、を備え、
消磁コイルは、フレキシブル基板にコイルパターンがプリントされてなり、
コイルパターンの線幅が、隣り合う配線間の距離よりも広い
ことを特徴とする定着装置。 - フレキシブル基板の基材は耐熱性樹脂からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。 - 前記耐熱性樹脂はポリイミド系樹脂である
ことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。 - 前記耐熱性樹脂はアラミド系樹脂である
ことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。 - 発熱回転体と励磁コイルとの間に配され、励磁コイルを指示するコイルボビンを備え、
消磁コイルは励磁コイルとコイルボビンに挟持されている
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。 - コイルボビンは消磁コイルを格納する凹部を有し、
コイルボビンの凹部に消磁コイルを格納した状態で、コイルボビンと消磁コイルとの励磁コイルに対向する表面が、励磁コイルのコイルボビン並びに消磁コイルに対向する表面の形状に沿う形状になっている
ことを特徴とする請求項５に記載の定着装置。 - 消磁コイルは、それぞれコイルパターンがプリントされている複数枚のフレキシブル基板が積層されてなる
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。 - 複数のフレキシブル基板にプリントされたコイルパターンは電気的に直列に接続されている
ことを特徴とする請求項７に記載の定着装置。 - 複数のフレキシブル基板にプリントされたコイルパターンは電気的に並列に接続されている
ことを特徴とする請求項７に記載の定着装置。 - フレキシブル基板の基材は絶縁性材料からなっている
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。 - 請求項１から１０の何れかに記載の定着装置を備える
ことを特徴とする画像形成装置。 - 導電性の発熱回転体を電磁誘導加熱して、複数サイズの記録紙にトナー像を熱定着する定着装置における誘導加熱ユニットであって、
発熱回転体を電磁誘導加熱する励磁コイルと、
励磁コイルの一部に重なるように近接して配置され、励磁コイルが発生させる磁束の一部を打ち消して、発熱回転体の非通紙領域における過熱を抑制する消磁コイルと、を備え、
消磁コイルは、フレキシブル基板にコイルパターンがプリントされてなり、
コイルパターンの線幅が、隣り合う配線間の距離よりも広い
ことを特徴とする誘導加熱ユニット。
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