JP2014145896A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導コイル（励磁コイル）の冷却効率を簡単な構成で低コストに向上させることのできる定着装置ならびに画像形成装置を提供する。
【解決手段】誘導加熱ユニットは、励磁コイル５１、コイル保持部材５４、アルミカバー５５、樹脂カバー５６、冷却ファン５７とを有している。コイル保持部材５４とアルミカバー５５間の距離は、励磁コイル５４の定着部材回転軸方向（図の左右方向）における中央部所定範囲の部分５５ａが，他の部分よりも短くなっている。これにより、コイル保持部材５４とアルミカバー５５間の気流流路が狭小化され、冷却風の気流速度が上昇することで、コイルの冷却効率が向上する。
【選択図】図７

Description

本発明は、記録媒体上の未定着画像を定着させる定着装置及び定着装置を備える画像形成装置に関するものである。

誘導加熱方式の定着装置においては、励磁コイルの温度が上昇することにより、安全規格を遵守できなかったり励磁コイルが断線したりすることが懸念されている。その対策として、冷却ファンを用いて励磁コイルを冷却することが提案されている。

例えば、特開２０００−１０５５１６号公報（特許文献１）には、励磁コイルと定着ローラの間に断熱部材を設け、冷却ファンによるコイルの冷却効率を向上させるようにした定着装置が開示されている。

しかし、高電力投入時などではコイル温度が上昇することが考えられ、冷却ファンを用いて冷却するという従来の方策では、ファン出力を大きくするしかなく、コスト上昇や消費電力の増大、騒音の増大などが懸念されるという問題がある。断熱材等を導入して冷却効率を上昇させる方法も考えられるが、高価で複雑な構成となってしまう。そのため、断熱材等の導入に代えてコイルの冷却効率を上昇させる構成が求められている。

本発明は、誘導加熱方式の定着装置における上述の問題を解決し、誘導コイル（励磁コイル）の冷却効率を簡単な構成で低コストに向上させることのできる定着装置ならびに画像形成装置を提供することを課題とする。

この課題を解決するため、本発明は、回転可能な定着部材と、該定着部材に圧接され定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱源としての誘導加熱ユニットを備える定着装置において、前記誘導加熱ユニットは、励磁コイルを保持するコイル保持部材と、前記定着部材と反対側で前記コイル保持部材に対向するように設けられたカバー部材と、前記コイル保持部材と前記カバー部材間に冷却空気を送り込むための送風手段とを有しており、前記コイル保持部材と前記カバー部材間の距離は、前記励磁コイルの前記定着部材回転軸方向における中央部所定範囲の部分が他の部分よりも短くなっていることを特徴とする。

本発明によれば、コイル配設部を通過する冷却風の気流速度が上昇することで、コイルの冷却効率が向上する。また、それにより、冷却ファンの回転数低下や小型化を実現することができ、コスト低減及び消費電力の低減あるいは騒音の低減を図ることができる。

本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明による定着装置の構成を示す断面図である。 定着ベルトの構成を示す断面図である。 誘導加熱ユニットの構成を示す断面図である。 誘導加熱ユニットの励磁コイルとコア部材の関係を示す図である。 励磁コイルがコイル保持部材に固定されている様子を示す上面図である。 誘導加熱ユニットを長手方向の側面から見た断面図である。 比較例１の構成を示す断面図である。 比較例２の構成を示す断面図である。 発明の実施形態と比較例における、加熱時のコイル温度の推移を示すグラフである。 誘導加熱ユニットの第２実施例を示す長手方向の側面から見た断面図である。 誘導加熱ユニットの第３実施例を示す長手方向の側面から見た断面図である。 誘導加熱ユニットの第４実施例を示す長手方向の側面から見た断面図である。 発明をヒートロール方式の定着装置に適用した第２実施形態を示す断面図である。 誘導加熱ユニットの構成が異なる第３実施形態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の一例における作像部付近の概略構成を示す断面図である。まず、図１により、画像形成装置全体の構成と動作について説明する。

図示の画像形成装置は、電子写真方式を採用するものであり、像担持体である感光体ドラム１（１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋ）を中心とする作像ユニット１０を４組（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋ）備えて、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）の４色のトナーによるフルカラー画像が形成可能なプリンタとして構成されたものである。ただし、画像形成装置の構成は図示例に限定されるものではない。たとえば、図示のプリンタは、用紙（記録媒体）上にトナー像を直接転写する直接転写方式のものであるが、中間転写体を介して用紙にトナー像を転写する間接転写方式を採用することも可能である。また、色数や色順なども適宜変更可能である。さらに、プリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

さて、図１に示すように、上記４組の作像ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋは、搬送ベルト２０の上辺に沿って並設され、タンデム作像部を構成している。搬送ベルト２０は駆動ローラ２６及び従動ローラ２７に掛け渡され、図に矢印で示す方向に回動する。搬送ベルト２０の下部には、記録媒体である用紙Ｐを収納する用紙トレイ２１が配置されており、給紙ローラ２２により送り出された用紙Ｐは、搬送ローラ対２３,２４により、図示しないガイド部材に案内されて搬送される。搬送された用紙Ｐは、バイアスローラ２５が従動ローラ２７に対向する受け入れ部より搬送ベルト２０の上辺に送り込まれ、搬送ベルト２０に静電的に吸着されて搬送される。搬送ベルト２０により搬送される用紙Ｐ上に、タンデム作像部の各色作像ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋから順次トナー像が転写される。未定着のトナー像を担持する用紙は、搬送ベルト２０から定着装置４０に送り込まれ、定着装置４０において熱と圧力によってトナー像が用紙上に定着される。

４組の作像ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋの構造は同じであり、ここでは用紙搬送方向の最上流側に位置するイエロー用の作像ユニット１０Ｙを代表として説明する。なお、図の煩雑を避けるため、イエロー用の作像ユニット１０Ｙ以外は、作像ユニットを構成する要素の符号を省略している。また、以下の説明では、色を示す添え字も省略する。

作像ユニット１０は、搬送ベルト２０に転接された感光体ドラム１を中心に構成されている。感光体ドラム１の周囲には、感光体ドラム１の表面を所定の電位に帯電させる帯電装置２、帯電されたドラム表面を色分解された画像信号に基づいて露光し、ドラム表面上に静電潜像を形成する露光装置３、ドラム表面上に形成された静電潜像にトナーを供給して現像する現像装置４、現像したトナー像を搬送ベルト２０を介して搬送される用紙上に転写する転写ローラ５（転写装置）、転写されずにドラム表面に残留した残留トナーを除去するクリーナ６、およびドラム表面に残留した電荷を除去する除電ランプ（図示せず）が、感光体ドラム１の回転方向に沿って順に配設されている。

次に、本発明による定着装置の実施形態について、図を参照して詳細に説明する。
図２は、本発明による誘導加熱方式の定着装置の概略構成を示す断面図であり、図１のプリンタにおける定着装置４０として使用可能なものである。図２に示す定着装置は、加熱ローラ４１、定着ローラ４２、定着ベルト４３、加圧ローラ４４、誘導加熱ユニット５０等により構成されている。

加熱ローラ４１は、非磁性のステンレスで芯金厚さ０．２〜１ｍｍ程度のものを用いる。芯金表面には発熱層として、Ｃｕ（銅）を厚さ３〜１５μｍ程度形成し、発熱効率を高めている。この場合、Ｃｕ表層には防錆目的にＮｉ（ニッケル）めっきを施すことも好適である。他の例としては、キュリー点１６０〜２２０℃程度を有する整磁合金を用いることもできる。このとき、整磁合金を発熱層としても良いし、整磁合金表層に発熱層として、Ｃｕを厚さ３〜１５μｍ程度形成しても良い。整磁合金内部にはアルミ部材を配置し、これによってキュリー点近傍での昇温停止が可能となる。

定着ローラ４２は、例えばステンレス，炭素鋼等の金属製の芯金４２ａと、耐熱性を有するシリコンゴム等をソリッド状または発泡状にして芯金を被覆した弾性部材４２ｂとからなる。そして、加圧ローラ４４からの押圧力で加圧ローラと定着ローラの間に所定幅の接触部（定着ニップ部Ｎ）を形成する。ローラ外径は３０〜４０ｍｍ程度、弾性部材４２ｂは肉厚を３〜１０ｍｍ程度、硬度を１０〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）程度としている。

定着部材としての定着ベルト４３は、加熱ローラ４１と定着ローラ４２とによって張架されている。本例の定着ベルト４３は、図３に示すように、基材４３ａの上に弾性層４３ｂ、離型層４３ｃを積層している。

基材４３ａに求められる特性として、ベルトを張り渡した際の機械的強度、柔軟性、定着温度での使用に耐え得る耐熱性、が挙げられる。本発明では加熱ローラ４１を誘導加熱するため基材４３ａは絶縁性の耐熱樹脂材料、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、フッ素樹脂等が適している。厚さは熱容量、強度の関係から３０〜２００μｍが望ましい。

弾性層４３ｂは光沢ムラのない均一な画像を得るために、ベルト表面に柔軟性を与える目的で形成され、ゴム硬度は５〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）、厚さは５０〜５００μｍが望ましい。また、定着温度における耐熱性から、材質としてはシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等が用いられる。

離型層４３ｃに使用される材料として、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、および四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのフッ素樹脂、もしくはこれらの樹脂の混合物、耐熱性樹脂にこれらフッ素系樹脂を分散させたものが挙げられる。

弾性層４３ｂを離型層４３ｃが被覆すると、シリコーンオイル等を使用しなくともトナー離型性、紙粉固着防止が可能になる（オイルレス化）。しかし、これらの離型性を有する樹脂は一般にゴム材料のような弾性を持たないことから、弾性層上に厚く離型層を形成するとベルト表面の柔軟性を損ない光沢ムラを発生させてしまう。離型性と柔軟性を両立させるため、離型層４３ｃの膜厚として５〜５０μｍ、望ましくは１０〜３０μｍである。

また、必要に応じて、各層間にプライマー層を設けても良く、また、基材４３ａの内面に摺動時の耐久性を向上させる層を設けても良い。
基材４３ａには発熱層を具備させることも好適である。例えば、ポリイミドなどからなる基層上にＣｕ層を３〜１５μｍ形成し、発熱層として用いることも可能である。

加圧ローラ４４は、離型層４４ｃと、耐熱性の高い弾性層４４ｂと、金属製の円筒部材からなる芯金４４ａから構成され、定着ベルト４３を介して定着ローラ４２を押圧して定着ニップ部Ｎを形成している。加圧ローラ４４の外径は３０〜４０ｍｍ程度とし、弾性層４４ｂは肉厚０．３〜５ｍｍ程度、硬度２０〜５０°（Ａｓｋｅｒ硬度）程度で構成されている。材質は耐熱性が必要であるためシリコーンゴムを用いる。さらに両面印刷時の離型性を高めるため、弾性層４４ｂ上にフッ素樹脂を使用した離型層４４ｃを１０〜１００μｍ程度形成している。

加圧ローラ４４の硬度は定着ローラ４２に比べて硬くすることによって、加圧ローラ４４が定着ローラ４２（及び定着ベルト４３）へ食い込む形となり、この食い込みにより記録材はニップ部出口において定着ベルト４３の表面に沿うことができない曲率を持ち、記録材の離型性を高めることができる。

図４は、誘導加熱ユニット５０の構成を示す断面図である。図４（ａ）は長手方向（加熱ローラ４１の回転軸方向）中央部付近での、軸に垂直な断面であり、図４（ｂ）は長手方向端部付近での、軸に垂直な断面を示している。なお、図４（ａ）及び（ｂ）の断面の位置は、後述する図７に示す位置Ａ，Ｂにそれぞれ対応している。

さて、長手方向中央部付近での軸に垂直な断面である図４（ａ）に示すように、誘導加熱ユニット５０は、励磁コイル５１（単にコイル５１と記す場合がある）と磁性体コア５２，５３，５９、コイル保持部材５４、整流部材および電磁波シールドを兼用しているアルミカバー５５、樹脂カバー５６からなる。なお、図４（ａ）と（ｂ）でアルミカバー５５の形状が異なっているが、これは断面位置の違いによるものである。アルミカバー５５の詳細については図７等により後述する。

コイル５１を覆うように設けられている磁性体コアは、第一のコアであるサイドコア５３と、第二のコアであるアーチコア５２及び第三のコアであるセンターコア５９により構成されており、コイル５１より発生した磁束を加熱ローラ４１へ集中させる磁路を形成している。アーチコア５２は、加熱ローラ４１周面に対向し且つコイル５１の背後に配置されている。サイドコア５３は、コイルを介さずに加熱ローラ４１周面に対向しアーチコア５２よりも発熱部材（加熱ローラ４１）に近接するように配置されている。また、センターコア５９は、アーチコア５２の中央側端部でアーチコア５２とコイル保持部材５４の間に配置される。磁性体コアは保磁力が小さく透磁率が大きい軟磁性材料であり、かつ電気抵抗率の高いものが望ましい。フェライトの他にはパーマロイ等の材料が挙げられるコアの材質にはＭｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトなどを用いる。

なお、図５に示すように、サイドコア５３及びセンターコア５９は、長手方向（加熱ローラ４１の軸方向）に延びた平板状ないし棒状をしたコアである。一方、アーチコア５２は、図４（ａ）に示すように、加熱ローラ４１の軸方向から見た形状がローラ周面に沿ったアーチ状をしたコアであり、加熱ローラ４１の長手方向の温度分布が均一になるように、長手方向に適当な間隔をあけて、複数個が設置されている（図５参照）。

コイル５１は絶縁被覆を施した直径０．０５〜０．２ｍｍ程度の導線を５０〜５００本程度撚り合わせたリッツ線を５〜１５回巻き回したものである。リッツ線の表面には融着層を備えており、通電加熱または恒温槽で加熱することで融着層が固化し、巻き回したコイルの形状保持が可能となる。または、融着層を保持しないリッツ線を用いてコイルを巻き、それをプレス成型することで形状を与えることも可能である。リッツ線の素線の絶縁被覆材にはポリアミドイミド、ポリイミドなどの耐熱性と絶縁性を兼ね備えた樹脂を用いる。また本発明によればコイル５１の冷却効率が上がるため、従来よりも耐熱性の低いポリエステル、ポリエステルイミドの利用可能性も考えられる。巻き終えたコイルはコイル保持部材５４にシリコーン接着剤などを用いて接着する。コイル保持部材５４は定着温度以上の耐熱性が必要になるため、耐熱性の高い樹脂であるＰＥＴや液晶ポリマなどを用いる。

アルミカバー５５および樹脂カバー５６は、定着部材（本例では定着ベルト４３）と反対側でコイル保持部材５４に対向するように設けられている。アルミカバー５５は電磁波シールドおよび整流部材としての機能を兼用している。電磁波シールドとしての機能では、コイル５１による電磁波を遮蔽することにより、コイル周辺の部材が電磁波の影響により加熱されることを抑制する。このため電磁波シールドは非磁性かつ導電性の材料を用いる。実施例ではアルミニウムを用いているが、銅、金、銀等でもよい。また整流部材としての機能では、後に述べるように誘導加熱ユニット５０内部の気流の流路を調整することにより、コイル５１の冷却効率を従来よりも高めることができる。整流部材（アルミカバー５５）は熱伝導性の良い材料で形成されており、これにより動作時のコイル５１の放熱を促進させることができる。また流体抵抗を低減させるため、整流部材の表面は平滑であることが望ましい。したがって整流部材としては、本実施の形態のアルミニウム以外にも、熱伝導性の良い銅、鉄などの金属や、電磁波シールドと兼用しない場合であれば表面が平滑な樹脂等を用いてもよい。また樹脂カバー５６は誘導加熱ユニット５０の筐体であり、耐熱性の高い樹脂であるＰＥＴや液晶ポリマなどを用いる。

図６及び図７を参照して、誘導加熱ユニット５０の構成をさらに詳しく説明する。なお、図６は、コイル５１がコイル保持部材５４に固定されている様子を図４の上側から見た図である。また図７は、誘導加熱ユニット５０を長手方向の側面から見た断面図である。

図６では図の簡素化のために楕円を並べたような形状で示してあるが、コイル５１は、実施例の場合、絶縁された外径０．１５ｍｍの銅製の線材を９０本束ねた線束を、周回することにより構成され、発熱部材である加熱ローラ４１を覆うように成型されているコイル保持部材５４の面の全幅にわたって、渦巻状に配置される。またコイル５１の形状は、定着ベルト３の外周に沿うようにローラ回転軸方向に巻き回した形状となっている。このとき図６に示すように、コイル５１のうち加熱ローラ４１に対向し加熱ローラ４１の回転軸方向と平行な向きである中央部分を直線部５１ａ、端部で略半円を形成する部分を湾曲部５１ｂとする。

図７において、コイル直線部５１ａはコイル保持部材５４に固定され、対向する面にアルミカバー５５および樹脂カバー５６が設けられている。ユニットの一方側端部には冷却ファン５７が設けられており、コイル保持部材５４とカバー部材（アルミカバー５５および樹脂カバー５６）の間に送風することで、誘導加熱ユニット５０の動作時に加熱されたコイル５１の空冷を行う。本実施形態では冷却ファン５７は誘導加熱ユニット５０の側面に設けられているが、ファンとユニットの間にダクト等の流路を設け、その流路を介して誘導加熱ユニット５０を冷却してもよい。なお、冷却ファンは定着装置が備えていても良いが、画像形成装置が備える冷却ファンによって冷却空気を誘導加熱ユニット５０内に送風するようにしても良い。

発明の実施形態を示す図７において、整流部材としての機能を有するアルミカバー５５は、中央部分が端部に対し下方に（コイル保持部材５４方向に）膨らんだ形状となって、コイル近接部５５ａを形成している。これによりコイル直線部５１ａにおいて、コイルが設置されるコイル保持部材５４と対向するアルミカバー５５との距離が短くなっている。すなわち、端部に比べて中央部の所定範囲の部分でアルミカバーとコイル保持部材５４とが接近している。この部分（コイル近接部５５ａ）では端部の６割〜８割程度の距離である。このような構成により、冷却ファン５７が動作する際のコイル直線部５１ａ付近の気流Ｆは、流路の狭小化に伴い速度が増加し、コイル５１全体の冷却効率を上昇させることができる。

図８は、比較のために示す構成（比較例１）であり、この図に示す構成では、アルミカバー１５５はコイル保持部材５４と平行であるため、気流流路の断面積はユニット全体において同程度である。そのため気流速度の増加は期待できず、本発明の実施形態よりも冷却効率は劣っている。

また、図７に示す本実施形態の構成（実施例１）において、アルミカバー５５のコイル近接部５５ａの前面部５５ｂ（気流上流側＝冷却ファン５７側の面）は、下方に下がったコイル近接部５５ａと上方の天井部（樹脂カバー５６）とを連絡する傾斜面として構成されている。ここで傾斜面とは、対向するコイル保持部材５４に対して斜めになっており、かつ、表面が滑らかな形状であることを表す。アルミカバーの前面部５５ｂが傾斜面であることにより、冷却ファン５７動作時の気流に対するアルミカバー５５の流体抵抗が小さくなり、冷却効率をより高めることができる。これは流体抵抗が小さくなると、コイル近接部での気流Ｆの速度が上昇し、コイル５１と気流Ｆの間の熱伝達係数が大きくなり、空気への放熱量が上昇するためである。

これに対し図９に示す比較例２のように、アルミカバー中央部２５５ａの前面２５５ｂが直角ないし直角に近い急角度で気流流路中に突出していると流体抵抗が高くなるため、冷却効率は低下する。

また、本実施形態の構成（実施例１）で流体抵抗が小さくなったことによる別の効果として、冷却ファン５７の静圧が小さくてよく、小型のファンであっても充分な流量が得られ、冷却ファンとして汎用製品を使用できる点が挙げられる。。

さらに、本実施形態の構成（実施例１）では、傾斜面として構成された前面部５５ｂをコイル湾曲部５１ｂに対向するように配置したことにより、コイル直線部５１ａ全体において気流Ｆの速度が増加し、冷却効率を上昇させることができる。加えて、図７に示すよう冷却ファン５７に近い側のコイル湾曲部５１ｂにおいては、気流が斜め下向きとなりコイルに当たりやすくなるため、冷却効率を高めることができる。

ところで、上記のコイル保持部材５４とアルミカバー５５との距離が短くなっている範囲（中央部の所定範囲の部分）の大きさは適宜設定可能であるが、少なくともコイル直線部５１ａに対応する大きさとするのが好適である。これにより、コイル直線部５１ａ全体を効率良く冷却することができる。ただし、上記中央部の所定範囲の部分を、コイル直線部５１ａ全体よりも大きく（コイル湾曲部５１ｂにはみ出すように）設定してもよい。図７では、アルミカバーのコイル近接部５５ａは、コイル直線部５１ａからコイル湾曲部５１ｂに少しかかる大きさとなっている。

また、アルミカバーの前面部５５ｂは、長手方向の端部まで延びる傾斜面として設けても良い。傾斜面の角度や傾斜面が始まる位置などは適宜設定できるものである。また、アルミカバー５５のコイル近接部５５ａの後ろ側の面５５ｃは、前面部５５ｂと同様の傾斜面としても良いし、直角ないし直角に近い急角度の面としても良い。あるいは、長手方向の端部まで延びる傾斜面としても良い。適宜な変形が可能である。

次に、上記のように構成された定着装置の動作について説明する。
定着ベルト４３は図２中の矢印方向（図中反時計回り）に回動する。加熱ローラ４１は誘導加熱ユニット５０により加熱される。詳しくは、コイル５１に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交番電流を流すことで、コイル５１のループ内に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることで、加熱ローラ４１に渦電流が生じてジュール熱が発生し、誘導加熱される。こうして発熱した加熱ローラ４１からの熱により定着ベルト４３が加熱され、搬送される用紙Ｐと定着ベルト４３がニップ部Ｎで接触し、用紙上のトナー像を加熱して溶融する。

誘導加熱ユニット５０における冷却動作について説明する。
定着装置が動作する際に、冷却ファン５７が動作する。冷却ファン５７が回転することにより、コイル５１は気流により空冷される。このとき誘導加熱ユニット５０について上述したように、整流部材としてのアルミカバー５５を設けた効果として、コイル５１を保持するコイル保持部材５４と対向するアルミカバー５５との距離は、中央部分（コイル近接部５５ａ）で端部よりも短くなっていることにより、冷却ファン５７が動作する際のコイル直線部５１ａ付近の気流Ｆの流路の狭小化により速度が増加し、コイル５１全体の冷却効率を上昇させることができる。また、冷却ファン５７側のコイル湾曲部５１ｂにアルミカバーの前面部５５ｂが対向するように設けられており、その前面部５５ｂが傾斜面になっていることにより、冷却ファン動作時の気流に対するアルミカバー５５の流体抵抗が小さくなり、かつ気流がコイル５１に当たりやすくなり、さらに冷却効率を高めることができる。

本実施形態の構成と比較例の構成における、加熱時のコイル温度の推移を図１０のグラフに示す。比較実験に用いた構成は、本実施形態が図７、比較例が図８であり、アルミカバー（５５，１５５）の形状だけが異なり、冷却ファンを含めたその他の構成は同じである。実験は、コイル５１に電力を投入し、設定温度１７０℃まで定着ベルト４３の表面温度を昇温させた際のコイル５１の温度を測定した。

真っ直ぐなアルミカバー１５５を用いた図８の比較例１では２２０℃までコイル温度が上昇したのに対し、本実施形態では２００℃にとどまった。比較例１に対して本実施形態ではコイル５１の温度上昇が２０℃抑制され、冷却ファン５７による冷却効率が向上していることがわかった。

このように、本発明においては、現状の定着装置構成から大きく変更することなく、簡単な構成で低コストにコイルの冷却効率を向上させた定着装置を提供することができる。また、コイルの冷却効率に優れることから、安全規格の範囲内で冷却ファンの低出力化が可能となるため、コスト及び電力消費の低減、あるいは騒音の低減などについても効果を奏することができる。

図１１は、誘導加熱ユニットの第２実施例（実施例２）を示すものである。本第２実施例の誘導加熱ユニットは、アルミカバー５５の形状が異なること以外は、上記第１実施例（実施例１）と同様であるため、重複する説明を省略し、異なる部分について説明する。

図１１に示す第２実施例の誘導加熱ユニットでは、アルミカバー５５の、コイル側に膨らんだ部分であるコイル近接部５５ａ全体が傾斜面として設けられている。コイル近接部５５ａの下流側では天井部（樹脂カバー５６内側）から直角ないし直角に近い急角度で突出する後面部５５ｃとなっている。一方、コイル近接部５５ａの上流側先端は天井部（樹脂カバー５６内側）まで届いており、全体が傾斜面として構成されたコイル近接部５５ａにより、冷却ファン５７によって送り込まれた冷却気流Ｆは、コイル近接部５５ａの傾斜面によってコイル５１方向に導かれる。そのため、コイル全域において冷却気流がコイル５１に当たり易くなり、冷却効率が向上する。また、実施例１の前面部５５ｂよりも傾斜面の角度が緩いため、アルミカバー５５の流体抵抗が小さくなり、さらに冷却効率を高めることができる。なお、後面部５５ｃは、実施例１の後面部５５ｃ（図７）のように傾斜させても良い。

図１２は、誘導加熱ユニットの第３実施例（実施例３）を示すものである。本第３実施例の誘導加熱ユニットは、アルミカバー５５及び樹脂カバー５６の形状と機能が異なること以外は、上記第１実施例（実施例１）と同様であるため、重複する説明を省略し、異なる部分について説明する。

図１２に示す第３実施例の誘導加熱ユニットでは、冷却ファン５７からの冷却空気を整流する整流部材としての機能は、アルミカバー５５ではなく樹脂カバー５６が果たすように構成されている。すなわち、アルミカバー５５を上側に、樹脂カバー５６を下側に位置させ、樹脂カバー５６にコイル近接部５６ａを設けて、樹脂カバー５６によって気流流路の狭小化を行なったものである。アルミカバー５５は、上記実施例１，２とは異なり、コイル近接部を有しておらず、コイル設置面（コイル保持部材５４）と平行な面をなしている。

上記のように樹脂カバー５６の長手方向の中央部分は下方に膨らんだコイル近接部５６ａとして設けられており、このコイル近接部５６ａによってコイル直線部５１ａ上方における気流流路の狭小化が行なわれている。これにより、冷却ファン５７が動作する際のコイル直線部５１ａ付近の気流Ｆは、流路の狭小化に伴い速度が増加し、コイル５１全体の冷却効率を上昇させることができる。

また、樹脂カバー５６の上記コイル近接部５６ａの上流側（冷却ファン５７側）の面である前面部５６ｂは傾斜面として設けられている。ここで、傾斜面とは、対向するコイル保持部材５４に対して斜めになっており、かつ、表面が滑らかな形状であることを表す。樹脂カバー５６の前面部５６ｂが傾斜面であることにより、冷却ファン５７動作時の気流に対する樹脂カバー５６の流体抵抗が小さくなり、冷却効率をより高めることができる。

樹脂カバー５６の上記コイル近接部５６ａの下流側の面である後面部５６ｃは傾斜面として設けられているが、図１１の実施例２におけるアルミカバーの後面部５５ｃと同様に、直角ないし直角に近い急角度の面としても良い。あるいは、長手方向の端部まで延びる傾斜面としても良い。適宜な変形が可能である。

図１３は、誘導加熱ユニットの第４実施例（実施例４）を示すものである。本第４実施例の誘導加熱ユニットは、樹脂カバー５６の形状が異なること以外は、上記第３実施例（実施例３）と同様であるため、重複する説明を省略し、異なる部分について説明する。

図１３に示す第４実施例の誘導加熱ユニットでは、樹脂カバー５６に設けたコイル近接部５６ａ全体を傾斜面として構成したものである。第４実施例における樹脂カバーのコイル近接部５６ａが果たす機能は、図１１で説明した実施例２におけるアルミカバー５５のコイル近接部５５ａと同じであり、冷却ファン５７によって送り込まれた冷却気流Ｆは、樹脂カバーのコイル近接部５６ａの傾斜面によってコイル５１方向に導かれる。そのため、コイル全域において冷却気流がコイル５１に当たり易くなり、冷却効率が向上する。また、実施例３の前面部５６ｂよりも傾斜面の角度が緩いため、樹脂カバー５６の流体抵抗が小さくなり、さらに冷却効率を高めることができる。

次に、本発明をヒートロール方式の定着装置に適用した第２の実施形態について説明する。
図１４に示す第２実施形態の定着装置は、定着ローラ４５を定着部材とし、この定着ローラ４５を誘導加熱ユニット５０により加熱する構成である。定着部材を定着ローラ４５としたこと以外は、図２に示す定着装置と同じ構成である。なお、本第２実施形態の構成では、定着ローラ４５は定着部材であるとともに発熱部材（誘導加熱ユニット５０により加熱されて発熱する部材）でもある。

誘導加熱ユニット５０の構成と動作は上記説明した第１実施形態と同じであり、また、各実施例も同様に適用できるものであり、説明を省略する。
第２実施形態での定着ローラ４５は、その外径が３０〜４０ｍｍ程度であって、芯金４５ａ上に、弾性層４５ｂ，発熱層４３ｃ，離型層（図示せず）等が積層されて構成されている。定着ローラ４５は、図中反時計回りに回転し、誘導加熱により加熱された定着ローラ４５が、搬送される記録紙上のトナー像を加熱して溶融する。

上記したように、定着ローラ４５の最外層には離型層（図示せず）が形成されている。この離型層は、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂、これらの樹脂の混合物、又は、これらの樹脂を耐熱性樹脂に分散させたものである。離型層の層厚は、５〜５０μｍ（好ましくは、１０〜３０μｍである）に形成されている。これにより、定着ローラ４５上のトナー離型性が担保されるとともに、定着ローラ４５の柔軟性が確保される。

定着ローラ４５の発熱層４５ｃは、Ｃｕ（銅）を厚さ３〜１５μｍ程度形成し、誘導加熱による発熱効率を高めている。この場合、Ｃｕ表層には防錆目的にＮｉ（ニッケル）めっきを施すことも好適である。

定着ローラ４５の弾性層４５ｂにはフッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム等の弾性体を使用することができる。定着ローラ４５に弾性層を設けることにより、定着ローラ４５のたわみを許容してニップ領域の幅を増やし、また加圧ローラ４４よりもローラ硬度を小さくして排紙性・記録材分離性能を向上させることができる。また弾性層４５ｂをスポンジゴムにすることにより発熱層４５ｃの発熱を断熱保持することができ、定着ローラ表層側にある弾性層あるいは離型層を迅速に加熱するように作用し、定着ローラ表面が定着に必要な温度に迅速に到達するとともに、記録部材に熱が奪われても、熱の供給が追いつくことができる。この構成により、良好なニップ領域を形成することができるとともに、発熱層の発熱を断熱保持し定着ローラ内側に伝熱する事を抑止することができる。本実施例では弾性層４５ｂには厚さ９ｍｍの発泡シリコンゴムを使用した。これにより定着ローラの表層に配置されている発熱層４５ｃの熱が容易に定着ローラ内部に流れ込まず、効率的な加熱を行う事ができる。

定着ローラ４５の芯金４５ａは、ニップ領域を形成するために、定着ローラ４５にかけられる荷重に耐えうる剛性を持たせるために設ける。従って、アルミや鉄などの金属を使用することができる。またセラミック等の非磁性かつ絶縁性の材料で芯金層を構成することで、誘導加熱に影響を与えない材料を使用することもできる。本実施例ではアルミを使用した。本構成では芯金４５ａは外径２２ｍｍで厚さ２．０ｍｍとした。芯金４５ａにはニップ領域を形成するために定着ローラ４５にかけられる荷重に耐えうる剛性を持たせる必要があるため２．０ｍｍ厚とした。

図１５は、誘導加熱ユニットの構成が異なる第３実施形態を示すものである。
本第３実施形態の誘導加熱ユニット１５０は、励磁コイル５１、コイル保持部材５４、樹脂カバー５６、冷却ファン５７、および、アルミ製整流部材５８等から構成されている。アルミ製整流部材５８は励磁コイルの直線部５１ａには対向しておらず、ユニットの上流側（冷却ファン５７側）の端部付近にのみ設けられている。

アルミ製整流部材５８は、ユニット天井部（樹脂カバー５６）から下方の空間内に突出された傾斜面５８ａを有している。上記のように、アルミ製整流部材５８は励磁コイルの直線部５１ａには対向していないが、冷却ファン５７側の端部付近において傾斜面５８ａをコイル側に突出させて気流流路を狭小化させているので、コイル直線部５１ａを流れる気流Ｆの速度が上昇するため、コイル冷却効率が向上する。

上記説明したように、本発明による定着装置は、コイル保持部材とカバー部材間の距離は、励磁コイルの長手方向（定着部材回転軸方向）における中央部所定範囲の部分が他の部分よりも短くなっている構成、あるいは、カバー部材からコイル保持部材方向に突出して設けられ、カバー部材とコイル保持部材間に形成された気流流路を狭小化させる整流部材を備える構成により、コイル配設部を通過する冷却風の気流速度が上昇することで、コイルの冷却効率が向上する。また、それにより、冷却ファンの回転数低下や小型化を実現することができ、コスト低減及び消費電力の低減あるいは騒音の低減を図ることができる。

また、コイル保持部材とカバー部材間の距離が短くなっている範囲を、少なくとも励磁コイルの直線部に対応する範囲とすることで、大きな発熱領域であるコイル直線部を有効に冷却することができる。

また、カバー部材に設けたコイル近接部によってコイル保持部材との距離が短くなっていることにより、簡単な構成で気流流路の狭小化を実現することができる。
また、コイル近接部の冷却空気入口側の面が傾斜面として形成されていることで、ユニット内部の流体抵抗を低減させ、コイルの冷却効率をより向上させることができる。

また、その傾斜面が、励磁コイルの湾曲部に対向して設けられることにより、送風手段からの冷却風を効果的にコイル面に導くことができる。
また、コイル近接部全体が傾斜面として形成されていることで、ユニット内部の流体抵抗をより低減させ、コイルの冷却効率をさらに向上させることができる。

また、電磁波を遮蔽するための遮蔽部材をカバー部材とすることで、遮蔽部材を利用してコイルの冷却効率を高めることができる。
また、誘導加熱ユニットの筐体をカバー部材とすることで、ユニット筐体を利用してコイルの冷却効率を高めることができる。

また、カバー部材から突出して設けられた整流部材を冷却空気入口側の端部近傍に配置することで、送風手段からの冷却風を効率良くコイル面に導くことができる。
また、整流部材の冷却空気入口側の面が傾斜面として設けられていることで、流体抵抗の増大を抑制することができる。

以上、本発明を図示例に基づき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。
また、定着装置及び画像形成装置としては、本発明を適用可能であれば任意な構成を採用可能である。画像形成装置としては複写機あるいはプリンタに限らず、ファクシミリや複数の機能を備える複合機であっても良い。

１ 感光体ドラム
１０ 作像ユニット
４０ 定着装置
４１ 加熱ローラ
４２ 定着ローラ
４３ 定着ベルト
４４ 加圧ローラ
５０ 誘導加熱ユニット
５１ 励磁コイル
５１ａ コイル直線部
５１ｂ 湾曲部
５２ アーチコア
５３ サイドコア
５４ コイル保持部材
５５ アルミカバー
５５ａ コイル近接部
５５ｂ 前面部
５５ｃ 後面部
５６ 樹脂カバー
５６ａ コイル近接部
５６ｂ 前面部
５７ 冷却ファン

特開２０００−１０５５１６号公報

Claims (13)

1. 回転可能な定着部材と、該定着部材に圧接され定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱源としての誘導加熱ユニットを備える定着装置において、
   前記誘導加熱ユニットは、励磁コイルを保持するコイル保持部材と、前記定着部材と反対側で前記コイル保持部材に対向するように設けられたカバー部材とを有しており、
   前記コイル保持部材と前記カバー部材間の距離は、前記励磁コイルの前記定着部材回転軸方向における中央部所定範囲の部分が他の部分よりも短くなっていることを特徴とする定着装置。
2. 前記所定範囲が、少なくとも前記励磁コイルの前記定着部材回転軸方向に延設されたコイル直線部に対応する範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記カバー部材は、前記コイル保持部材方向に膨らんだコイル近接部を有しており、該コイル近接部によって前記コイル保持部材との距離が短くなっていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記コイル近接部の、前記誘導加熱ユニットへの冷却空気入口側の面が傾斜面として形成されていることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記傾斜面が、前記励磁コイルの前記定着部材回転軸方向に延設されたコイル直線部につながるコイル湾曲部に対向して設けられることを特徴とする、請求項４に記載の定着装置。
6. 前記コイル近接部全体が傾斜面として形成されていることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
7. 前記カバー部材が、前記励磁コイルによる電磁波を遮蔽するための遮蔽部材であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置。
8. 前記カバー部材が、前記誘導加熱ユニットの筐体であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置。
9. 回転可能な定着部材と、該定着部材に圧接され定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱源としての誘導加熱ユニットを備える定着装置において、
   前記誘導加熱ユニットは、励磁コイルを保持するコイル保持部材と、前記定着部材と反対側で前記コイル保持部材に対向するように設けられたカバー部材とを有しており、
   前記カバー部材から前記コイル保持部材方向に突出して設けられ、前記カバー部材と前記コイル保持部材間に形成された気流流路を狭小化させる整流部材を備えることを特徴とする定着装置。
10. 前記整流部材は、前記誘導加熱ユニットへの冷却空気入口側で前記カバー部材の端部近傍に配置されることを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
11. 前記整流部材の前記誘導加熱ユニットへの冷却空気入口側の面が傾斜面として設けられていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の定着装置。
12. 前記コイル保持部材と前記カバー部材間に冷却空気を送り込むための送風手段を備えることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の定着装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項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。
    

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