JP3621214B2 - 加熱ローラ及びローラ加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱式の加熱ローラ及びローラ加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電複写装置、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を応用した画像形成装置において、転写紙上のトナー像を定着する定着装置が用いられている。定着装置としては、内部に加熱手段を有する加熱ローラと、この加熱ローラに当接する加圧ローラとを有するものが良く知られており、定着装置は、トナー像が形成された転写紙を加熱ローラと加圧ローラとの接触部に通過させてトナー像を転写紙に定着する。トナーは定着装置により与えられる熱条件により転写紙への結合度が異なり、加えられる熱が多ければ、トナーはよく溶けて定着性が良く、一方熱が少なければ、トナーはあまり溶けずに定着性が悪くなる。
【０００３】
加熱ローラの加熱手段としては、特開昭５３−５０８４４号公報に記載されているように、誘導加熱式の加熱方式が知られている。公報に記載されている加熱ローラは、軸に固着された磁性体からなるコアと、このコアに巻装されたコイルと、軸に回転自在に支持された誘導発熱体であるローラ部材と、ローラ部材の内周面に配設された耐熱断熱層とから構成されており、この加熱ローラによれば、商用の電源からの電流（一般的には５〜１５Ａ）をコイルに給電して、ローラ部材に誘導電流を発生させ、誘導電流に伴うジュール熱により発熱作用を行う。
【０００４】
誘導加熱式においては、コイルは、ローラ部材の内部に設けられており、定着時には、コイルに対して、高電圧が印加され、大電流が給電される。また、コイルを覆うローラ部材は、ジュール熱を発生させるために、一般的に導電性の材質で形成されており、耐熱性等の点から金属で構成されている場合が多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の加熱ローラでは、コイルの内部に磁性体からなるコアを配設していたが、このコアに代えてボビンが使用される場合がある。しかしながら、誘導電流による発熱作用によりローラ部材が高温となったときに、この熱によりボビンが偏心、変形するおそれがある。ボビンの偏心、変形が著しいと、ボビンに巻装されているコイルがローラ部材に接触して漏電等が発生するという問題点がある。
【０００６】
よって、本発明の目的は、コイルのローラ部材への接触による漏電を防止し、安全性に優れた加熱ローラ及びローラ加熱装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、導電部材で形成された中空のローラと、このローラの内部に配設されたコイルとを有する誘導加熱式の加熱ローラにおいて、上記コイルが巻装されている、絶縁性樹脂からなる一つのボビンと、上記ローラと上記コイルとの間に間隔を形成するとともに、この間隔を維持する、絶縁性物質からなる凸部とを有し、上記ローラは、上記ボビンの両端に回転自在に支持され、上記凸部が、少なくとも上記ボビンの両端部周面と、その略中央部周面とにそれぞれ設けられている構成である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の加熱ローラにおいて、上記コイルの外周面から上記凸部の先端面までの距離をＨ（ｍｍ）としたとき、Ｈ（ｍｍ）≧３（ｍｍ）の関係を満たす構成である。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の加熱ローラにおいて、上記凸部が、上記ボビンと一体成形されている構成である。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１つに記載の加熱ローラにおいて、上記凸部の形状がフランジ形状である構成である。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の加熱ローラにおいて、
上記凸部が、上記ボビンとは別部材であるフランジ部材からなり、かつ、上記コイルの外周面に対して摺動可能である構成である。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の何れか１つに記載の加熱ローラと、このローラと当接する加圧ローラとを有し、上記加熱ローラ内のコイルに給電し、上記加熱ローラに誘導電流を発生させて上記加熱ローラを加熱し、上記両ローラの間にシートを通す構成である。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至５の何れか１つに記載の加熱ローラにおいて、上記ボビンが、大径部と、この大径部の軸方向の両端にそれぞれ形成された、上記大径部と一体成形の小径部とからなる構成である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。まず、本発明の加熱ローラ及びローラ加熱装置が適用された画像形成装置の定着装置について説明する。図１において、符号１０は、画像形成装置の定着装置を示す。定着装置１０は、内部に誘導加熱式の加熱ローラ１１と、図示しない加圧手段により加熱ローラ１１に当接された加圧ローラ１２と、加熱ローラ１１に接していて、加熱ローラ１１に付着したトナーや紙粉を除去するクリーニングローラ１３と、クリーニングローラ１３に当接してクリーニングローラ１３に付着したトナー等の付着物を掻き取るブレード１４と、加熱ローラ１１の外周面に離型剤２１を塗布するフェルト１７と、フェルト１７で塗布された離型剤２１のうちの余剰の離型剤を掻き取る離型剤ブレード１８と、加熱ローラ１１と加圧ローラ１２とによりトナー像を定着された転写紙Ｐを加熱ローラ１１から分離する剥離爪１９と、剥離爪１９により分離された転写紙Ｐを排紙する排紙ローラ対２０ａ，２０ｂとから主に構成されている。
【００１５】
加熱ローラ１１の表面近傍には、加熱ローラ１１の温度を検出するサーミスタ２６が配置されている。サーミスタ２６の温度情報は図示しない給電手段に入力され、給電手段がサーミスタ２６の温度情報に基づいて、加熱ローラ１１への給電量を制御し、加熱ローラ１１の温度を所定の温度に保つ。
【００１６】
加熱ローラ１１は、図２に示すように、加熱ローラ１１の外周部を形成する中空のローラ部３０と、このローラ部３０の内部に配設されたコア部４０とから構成されている。
コア部４０は、円筒形に形成されているボビン４１と、誘導コイル４２と、誘導コイル４２に給電するリード線４３ａ，４３ｂとから構成されている。
【００１７】
ボビン４１は、その軸方向の中央部に形成された大径部４１０と、この大径部４１０の両端にそれぞれ形成された小径部４１１ａ，４１１ｂとから構成されている。大径部４１０の略中央部及び両端部には、ローラ部３０と誘導コイル４２との間に間隔を形成する凸部としてのフランジ部４４が設けられている。
【００１８】
図３に示すように、大径部４１０の表面には、大径部４１０の一端から他端に向かって連続する螺旋状の溝４６が形成されている。溝４６の形状は、誘導コイル４２の電線の外周形状と略同一形状に形成されている。
【００１９】
大径部４１０には、溝４６に沿って誘導コイル４２が巻装されている。誘導コイル４２の両端は、大径部４１０の両端部にそれぞれ埋設されているリード線４３ａ，４３ｂにそれぞれ接続されている。リード線４３ａ，４３ｂは、小径部４１１ａ，４１１ｂの内部を通り図示しない給電手段に接続されており、給電手段によりその給電量を制御される。
【００２０】
ボビン４１は、安全性の点から耐熱絶縁樹脂、例えば、ナイロン、ポリエステル等の樹脂に難燃材が付与された合成樹脂から形成されている。ボビン４１は、大径部４１０、小径部４１１ａ，４１１ｂ及びフランジ部４４が周知の樹脂成形技術により一体成形されて構成されている。
【００２１】
図２に示すように、小径部４１１ａ，４１１ｂの両外端部は、定着装置１０の図示しない側板にそれぞれ固定されている。小径部４１１ａ，４１１ｂには、転がり軸受３１，３１を介して支持管３２ａ，３２ｂがそれぞれ回転自在に支持されている。支持管３２ａ，３２ｂは、互いに対向する側にフランジ３３ａ，３３ｂを有しており、このフランジ３３ａ，３３ｂ間には、円筒状のローラ３４が誘導コイル４２に対応して配設されている。ローラ３４の両端とフランジ３３ａ，３３ｂとは、互いに嵌合し、図示しないネジによりローラ３４とフランジ３３ａ，３３ｂとが互い固定されている。
【００２２】
ローラ３４は、導電性の金属部材、例えば、鉄、ステンレス等の磁性部材から形成されている芯金部材３４０と、この芯金部材３４０の外周面に形成され、トナーＴの離型性を向上する樹脂からなる離型層３４１とから構成されている。ローラ３４と支持管３２ａ，３２ｂとからローラ部３０が構成されている。
【００２３】
支持管３２ａには、ギヤ３５が固着されており、ギヤ３５には、図示しない駆動ギヤが噛合されている。駆動ギヤによりギヤ３５が回転されると、ローラ部３０がボビン４１の外周を回転する。
【００２４】
図１において、加圧ローラ１２は、金属、例えば、アルミニウム合金からなる芯金１２０と、この芯金１２０の外周面に巻装されたシリコンゴムからなるゴム層１２１とから構成されている。
【００２５】
図３において、フランジ部４４の縁の高さ及び溝４６の形状等について説明する。フランジ部４４の縁の高さ、すなわち、誘導コイル４２の外周面からフランジ部４４の先端面４４ａまでの距離をＨ１（ｍｍ）、溝４６の深さをＨ２（ｍｍ）、誘導コイル４２の電線の直径をＲ（ｍｍ）としたとき、
フランジ部４４の縁の高さは、Ｈ１（ｍｍ）≧３（ｍｍ）の関係を、
溝４６の深さは、Ｈ２（ｍｍ）＝（１／２）×Ｒ（ｍｍ）の関係をそれぞれ満たすように設定されている。フランジ部４４の先端面４４ａとローラ３４０の内周面との間隙Ｈ３は、ローラ部３０の回転時に、両部材が互いに接触しない距離に設定されている。すなわち、本実施形態では、０．５〜１（ｍｍ）に設定されている。
【００２６】
次に、定着装置１０の動作を簡単に説明する。
図１に示すように、原稿のトナー画像が転写された転写紙Ｐが定着装置１０に送られると、給電手段は、商用の電源から大電流をリード線４３ａ，４３ｂを介して誘導コイル４２に給電する。誘導コイル４２への給電によりローラ３４０に誘導電流が発生し、この誘導電流に伴うジュール熱によって加熱ローラ１１が所定温度に加熱される。その後、転写紙Ｐが、所定温度に加熱された加熱ローラ１１と加圧ローラ１２との間に挿入され、トナー画像が転写紙Ｐに加熱定着される。トナー画像が転写された転写紙Ｐは、剥離爪１９で加熱ローラ１１の表面から分離され、排紙ローラ対２０ａ、２０ｂによって搬送されて定着装置１０の外部に排出される。
【００２７】
ところで、ボビン４１は、耐熱絶縁樹脂で形成されており、加熱ローラ１１の熱による影響に耐えるように構成されているが、経時において、加熱ローラ１１の熱影響がボビン４１に加わった場合や、この熱影響に加えて振動等の影響がボビン４１に作用すると、ボビン４１が偏心、変形するおそれがある。
【００２８】
本実施形態では、大径部４１０に複数のフランジ部４４が一体成形されているので、ボビン４１が偏心、変形しても、フランジ部４４の先端面４４ａがローラ３４０の内周面に当接して、これ以上の偏心、変形を防止するとともに、誘導コイル４２の外周面とローラ３４０の内周面との間に間隔を維持するので、誘導コイル４２とローラ３４０の内周面との接触が防止される。よって、誘導コイル４２とローラ３４０の内周面との接触による漏電を防止することができる。
【００２９】
ボビン４１が著しく偏心、変形しても、誘導コイル４２の外周面からフランジ部４４の先端面４４ａまでの距離Ｈ１（ｍｍ）は、３（ｍｍ）以上あるので、誘導コイル４２とローラ３４０の内周面との接触が確実に防止される。よって、ＵＬ及びＣＳＡ等の安全規格を満足でき、装置として安全性を向上できる。
【００３０】
また、大径部４１０の表面に形成された溝４６に沿って誘導コイル４２の電線が巻装されているので、誘導コイル４２の電線の移動が規制されて、電線相互間の接触が防止される。したがって、電線の絶縁層の被覆が溶損または破損して電線の導体部が露出した場合でも、電線相互間の接触による短絡を防止でき、装置の安全性を向上できる。
【００３１】
なお、本実施形態では、凸部として円板状のフランジ部４４を大径部４１０に設けたが、フランジ部４４を断片状としても良い。また、凸部として複数の突片状の突起を大径部４１０の表面に設けても良い。
【００３２】
次に、第２の実施形態を図４，５に示し、この実施形態について説明する。同図において、図２に示す部材と同様の部材は、図２で用いた符号と同一符号を付すにとどめてその説明を省略し、相違する点について説明する。
図４に示すように、大径部４１０の両端部には、小径部４１１ａ，４１１ｂに連通する孔４１０ａ，４１０ｂがそれぞれ設けられている。ボビン４１の大径部４１０の表面には、孔４１０ａから孔４１０ｂに向かって誘導コイル４２が巻装されている。
【００３３】
誘導コイル４２が巻装された大径部４１０には、ローラ３４０の内周面との間に間隔を形成するスペーサ５５ａ，５５ｂ，５５ｃが誘導コイル４２の外周面に対して摺動可能となるように遊嵌されている。スペーサ５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、大径部４１０の略中央部及び両端部にそれぞれ配置されている。スペーサ５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、互いに略同一形状に形成され、フランジ状に形成されており、耐熱性及び耐摩耗性に優れた材質、例えば、ＰＩまたはＰＰＣの材質の耐摩耗性を改良した材質で形成されている。
【００３４】
誘導コイル４２の両端には、電極を兼ねた固定片５３ａ，５３ｂが設けられている。固定片５３ａ，５３ｂは、孔４１０ａ，４１０ｂに対応した位置に配置され、導電性のネジ５４ａ，５４ｂにより大径部４１０に締結されている。
【００３５】
小径部４１１ａ，４１１ｂの内部には、円柱状の電極５０ａ，５０ｂがそれぞれ配設されている。電極５０ａ，５０ｂの内端部、すなわち、電極５０ａ，５０ｂの大径部４１０内における端部には、ネジ５４ａ，５４ｂがそれぞれ螺合する螺合部が形成されている。電極５０ａ，５０ｂの外端部には、ネジ部５０ｃ，５０ｃが形成されており、このネジ部５０ｃ，５０ｃにリード線５１ａ，５１ｂがナット５２によってそれぞれ締結されている。リード線５１ａ，５１ｂは、図示しない給電手段に接続されており、給電手段によりその給電量を制御される。固定片５３ａ，５３ｂは、ネジ５４ａ，５４ｂを介して電極５０ａ，５０ｂに電気的に接続されている。
【００３６】
上記構成によって、ボビン４１の振動により、スペーサ５５ａ，５５ｂ，５５ｃがローラ３４０の内周面に接触した場合に、スペーサ５５ａ，５５ｂ，５５ｃが、誘導コイル４２の外周面を摺動しつつボビン４１の回りを回転するので、接触による異音の発生や、スペーサ５５ａ，５５ｂ，５５ｃの外周端部の摩耗を防止することができる。
【００３７】
前述した各実施形態におけるボビン４１は、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＩ及び液晶ポリマー等の耐熱樹脂を用いて成形しても良い。これらの耐熱樹脂を用いた場合でも、前述の各実施形態における作用効果と同様な作用効果を得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、６の発明によれば、誘導加熱による熱によりボビンが偏心、変形しても、凸部の先端面がローラの内周面に当接して、これ以上のボビンの偏心、変形を防止するとともに、コイルの外周面とローラの内周面との間に間隔を維持するので、コイルとローラの内周面との接触が防止される。したがって、コイルとローラの内周面との接触による漏電を防止することができる。
また、請求項１の発明によれば、凸部が、少なくともボビンの両端部周面と、その略中央部周面とにそれぞれ設けられているので、誘導加熱による熱によりボビンが偏心、変形しても、コイルの外周面とローラの内周面との間に確実に間隔が維持される。したがって、コイルとローラの内周面との接触が確実に防止され、コイルとローラの内周面との接触による漏電を防止することができる。
【００３９】
請求項２の発明によれば、コイルの外周面から凸部の先端面までの距離をＨ（ｍｍ）としたとき、Ｈ（ｍｍ）≧３（ｍｍ）の関係を満たすので、コイルとローラの内周面との接触が確実に防止される。したがって、ＵＬ及びＣＳＡ等の安全規格を満足でき、装置として安全性を向上できる。
【００４０】
請求項３の発明によれば、凸部がボビンと一体成形されているので、凸部の製造を容易に行うことができ、凸部の製造コストを低減できる。
【００４１】
請求項４の発明によれば、凸部の形状がフランジ形状であるので、誘導加熱による熱によりボビンが偏心、変形しても、コイルの外周面とローラの内周面との間に確実に間隔が維持される。したがって、コイルとローラの内周面との接触が確実に防止され、コイルとローラの内周面との接触による漏電を防止することができる。
【００４２】
請求項５の発明によれば、凸部が、ボビンとは別部材であるフランジ部材からなり、かつ、コイルの外周面に対して摺動可能であるので、凸部がローラの内周面に接触した場合に、凸部がコイルの外周面を摺動しつつボビンの回りを回転する。したがって、接触による異音の発生や、凸部の外周端部の摩耗を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される定着装置の概略側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示す加熱ローラの断面図である。
【図３】大径部と小径部との接続部近傍の片側拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示すコア部の断面図である。
【図５】コア部とスペーサとの分解斜視図である。
【符号の説明】
１０ 定着装置
１１ 加熱ローラ
１２ 加圧ローラ
３０ ローラ部
３４ ローラ
４０ コア部
４１ ボビン
４１０ 大径部
４１１ａ，４１１ｂ 小径部
４２ 誘導コイル
４４ フランジ部
４６ 溝
５５ａ，５５ｂ，５５ｃ スペーサ
Ｈ１ フランジ部の縁の高さ
Ｈ２ 溝の深さ
Ｈ３ フランジ部とローラ部との間隙
Ｒ 誘導コイルの電線の直径

Claims (7)

1. 導電部材で形成された中空のローラと、このローラの内部に配設されたコイルとを有する誘導加熱式の加熱ローラにおいて、
   上記コイルが巻装されている、絶縁性樹脂からなる一つのボビンと、
   上記ローラと上記コイルとの間に間隔を形成するとともに、この間隔を維持する、絶縁性物質からなる凸部とを有し、
   上記ローラは、上記ボビンの両端に回転自在に支持され、
   上記凸部が、少なくとも上記ボビンの両端部周面と、その略中央部周面とにそれぞれ設けられていることを特徴とする加熱ローラ。
2. 上記コイルの外周面から上記凸部の先端面までの距離をＨ（ｍｍ）としたとき、Ｈ（ｍｍ）≧３（ｍｍ）の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の加熱ローラ。
3. 上記凸部が、上記ボビンと一体成形されていることを特徴とする請求項１または２記載の加熱ローラ。
4. 上記凸部の形状がフランジ形状であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の加熱ローラ。
5. 上記凸部が、上記ボビンとは別部材であるフランジ部材からなり、かつ、上記コイルの外周面に対して摺動可能であることを特徴とする請求項１または２記載の加熱ローラ。
6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の加熱ローラと、
   このローラと当接する加圧ローラとを有し、上記加熱ローラ内のコイルに給電し、上記加熱ローラに誘導電流を発生させて上記加熱ローラを加熱し、上記両ローラの間にシートを通すことを特徴とする誘導加熱式のローラ加熱装置。
7. 上記ボビンが、大径部と、この大径部の軸方向の両端にそれぞれ形成された、上記大径部と一体成形の小径部とからなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の加熱ローラ。

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