JP3763542B2 - 誘導加熱定着装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子写真式の複写機、プリンタおよびファクシミリなどに用いられる定着装置に関し、さらに詳しくは、誘電加熱を利用してトナー像を記録媒体に定着する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式の複写機などには、記録媒体である記録紙ないし転写材などのシート上に転写されたトナー像をシートに定着させる定着装置が設けられている。この定着装置は、例えば、シート上のトナーを熱溶融させる定着ローラと、当該定着ローラに圧接してシートを挟持する加圧ローラとを有している。定着ローラは円筒状に形成され、この定着ローラの中心軸上には、発熱体が保持手段により保持されている。発熱体は、例えば、ハロゲンランプなどにより構成され、所定の電圧が印加されることにより発熱するものである。この発熱体は定着ローラの中心軸に位置しているため、発熱体から発せられた熱は定着ローラ内壁に均一に輻射され、定着ローラの外壁の温度分布は円周方向において均一となる。定着ローラの外壁は、その温度が定着に適した温度（例えば、１５０〜２００℃）になるまで加熱される。この状態で定着ローラと加圧ローラは摺接しながら互いに逆方向へ回転し、トナーが付着したシートを挟持する。定着ローラと加圧ローラとの摺接部（以下、ニップ部という）において、シート上のトナーは定着ローラの熱により溶解し、両ローラから作用する圧力によりシートに定着される。トナーが定着した後、定着ローラおよび加圧ローラの回転に伴い、シートは、排紙ローラによって搬送され、排紙トレイ上に排出される。
【０００３】
ハロゲンランプなどから構成される発熱体を備えた上記定着装置においては、電源を投入した後、定着ローラの温度が定着に適した所定温度に達するまでには比較的長時間を要していた。その間、使用者は複写機を使用することができず、長時間の待機を強いられるという問題があった。その一方、待機時間の短縮を図ってユーザの操作性を向上すべく定着ローラの熱容量を増大させた場合には、定着装置における消費電力が増大し、省エネルギ化に反するという問題が生じていた。
【０００４】
このため、複写機などの商品の価値を高めるためには、定着装置の省エネルギ化（低消費電力化）と、ユーザの操作性向上（クイックプリント）との両立を図ることが一層注目され重視されてきている。これに伴い、従来から行われてきたトナーの定着温度、定着ローラの熱容量の低減だけでなく、電気−熱変換効率の向上を図ることが必要となってきた。
【０００５】
かかる要請を満足する装置として、誘導加熱方式の定着装置が提案されている（特開昭５８−１７８３８５号公報）。この装置は、金属導体からなる定着ローラの内部に、同心状にコイルを巻装した開磁路鉄芯が配置されている。そして、定着ローラの内面に近接した前記コイルに高周波電流を流し、これによって生じた高周波磁界で定着ローラに誘導渦電流を発生させ、定着ローラ自体の表皮抵抗によって定着ローラそのものをジュール発熱させるようになっている。
【０００６】
この誘導加熱は、他の加熱方式と比較して次ぎのような利点がある。
まず第１に、ハロゲンランプの近赤外加熱のような間接加熱よりも、速く昇温し、定着ローラ以外の部分の発熱や伝熱が少ない。また、ハロゲンランプの光漏れに相当するロスがない。第２に、定着ローラ表面に固体抵抗発熱体を持つ表面加熱よりも、電磁誘導特有の表皮効果があるために発熱効率が良く、また摺動接点がないため定着装置の信頼性も長期にわたって高い。第３に、フィルムベルトと固体抵抗発熱体を持つ加熱よりも、接触抵抗による熱伝達ロスが少なく、また発熱面の温度検出が容易であるので温度制御性が優れている。
【０００７】
近年では、低定着温度トナーの開発が進み、また、家電用高周波電源におけるインバータ回路スイッチング素子などの普及・低価格化などによって、上記特長を持つ誘導加熱定着装置の実現が可能となりつつある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の一般的な誘導加熱定着装置では、特開昭５９−３３７８５号および特開昭５９−３３７８８号に開示されているように、定着ローラに内蔵され当該定着ローラに誘導電流を発生させるコイルとしては、定着ローラの回転軸に沿う方向に長い単一のコイルが使用されていた。ところが、長い単一のコイルを製造することは容易ではなかった。
【０００９】
ここで、コイルの製造の容易化を考慮して、複数個の短いコイルを定着ローラの回転軸方向に沿って配置することも考えられるが、隣接するコイル相互間にギャップが存在すると、その箇所ないし領域が非発熱箇所ないし領域となり、定着ローラの回転軸方向に沿う定着性を均一にできない虞がある。このため、定着性を均一にするには、コイル相互間のギャップを抑える必要があるが、このギャップを小さくすることのみを追及したのでは、コイルの長尺化につながり、製造の容易化に反する結果となる。
【００１０】
そこで、本発明は、コイルの製造の容易化を考慮して、誘導電流を定着部材に発生させる複数個のコイルを、記録媒体の搬送方向に直交する方向に定着部材のニップ部に沿って配置した誘導加熱定着装置であって、ある程度のギャップをコイル相互間に設けても、定着部材のニップ部に沿う温度分布を均一にでき、もって、定着部材のニップ部に沿って均一な定着性を実現し得る誘導加熱定着装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、搬送される記録媒体の上に形成されたトナー像を前記記録媒体へ定着する定着装置であって、
前記記録媒体に接触するニップ部を有し、導電性部材で形成された定着部材と、
当該定着部材の内部に、前記記録媒体の搬送方向に直交する方向に前記ニップ部に沿って配列され当該定着部材に誘導電流を生じさせる複数個のコイル・アセンブリと、
を有し、
前記複数個のコイル・アセンブリ各々が、ボビンと、その周りに巻かれたコイルとを備え、
前記複数個のコイル・アセンブリを、隣接するコイルが互いに逆方向の磁束を発生するように配置してなる誘導加熱定着装置である。
【００１２】
【作用】
このように構成した誘導加熱定着装置にあっては、コイルに交流電流が流されると、定着部材に誘導電流が生じて当該定着部材が加熱される。
【００１３】
また、定着部材内の少なくとも１つのコイルが他のコイルと逆方向の磁束を発生することにより、これら隣接するコイルの間には、磁極に関するクーロン法則に従った新たな磁束が発生する。この磁束が定着部材に誘導電流を発生させるため、コイルの間に新たな発熱箇所ないし領域が発生して、定着部材が発熱する。したがって、ある程度のギャップをコイル間に設けても、非発熱箇所ないし領域の発生を抑えることができ、定着部材のニップ部に沿う温度分布が均一になり、もって、定着性の劣化を防止して、定着部材のニップ部に沿って均一な定着性を実現することができる。
【００１４】
さらに、コイルを回転軸方向へ複数並列させる構成としているため、回転軸方向に長い１つのコイルを用いる場合に比べ、コイルの製造が容易になる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の一実施例に係る誘導加熱定着装置を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用した誘導加熱定着装置を示す断面図、図２は、図１に示される定着ローラを示す斜視図、図３は、定着ローラ内のコイルとコアを示す透視図、図４は、ホルダユニットの内部構造を示す分解斜視図、図５は、コイル・アセンブリを示す斜視図である。
【００１６】
図１に示すように、プリンタなどに組み込まれた誘導加熱定着装置は、矢印ａ方向に回転駆動可能に設けられた定着ローラ１０と、当該定着ローラ１０に圧接して設けられ定着ローラ１０の回転に伴って従動回転する加圧ローラ１１とを有する。図３に示すように、定着ローラ１０は、導電体の中空パイプであり、その内部には、当該定着ローラ１０に誘導電流を発生させるための複数個のコイル・アセンブリ１２が回転軸方向（円筒軸方向）に沿って配設されている。特に、本実施例では、コイル・アセンブリ１２は、隣接するコイル・アセンブリ１２の磁束発生方向が逆方向になるように、配置されている。各コイル・アセンブリ１２は、ホルダ２４に保持されて、ホルダユニット１３を構成している。
【００１７】
図２に示すように、定着ローラ１０は、その両端にスベリ軸受部１０ａが形成され、図示しない定着ユニットフレームに回転自在に取り付けられている。さらに、定着ローラ１０は、その片端に図示しない駆動ギアが固定され、この駆動ギアに接続されたモータなどの図示しない駆動源によって回転駆動される。また、ホルダユニット１３は、定着ローラ１０の内周面との間に所定寸法の最小限ギャップを保って、定着ローラ１０の内部に収納されている。このホルダユニット１３は、定着ユニットフレームに固定され、非回転となっている。
【００１８】
未定着のトナー像が転写されているシート１４は、図１中左方向から搬送され、定着ローラ１０と加圧ローラ１１との間のニップ部に向けて送り込まれる。シート１４は、後述する原理により熱せられた定着ローラ１０の熱と、両ローラ１０、１１から作用する圧力とが加えられながら、ニップ部を搬送される。これにより、未定着トナーが定着されて、シート１４上には定着トナー像が形成される。ニップ部を通過したシート１４は、定着ローラ１０から自然に分離し、あるいは図１に示すように、先端部が定着ローラ１０の表面に摺接するように設けられた分離爪１５ないし分離ガイドによって定着ローラ１０から強制的に分離され、図１中右方向に搬送される。このシート１４は、図示しない排紙ローラによって搬送されて、排紙トレイ上に排出される。
【００１９】
定着ローラ１０の上方には、当該定着ローラ１０の温度を検出する温度センサ１６が設けられている。この温度センサ１６は、定着ローラ１０を隔ててコイル２２の側面に向かい合うように、定着ローラ１０の表面に圧接している。温度センサ１６は、例えば、サーミスタより構成される。このサーミスタ１６で定着ローラ１０の温度を検出しつつ、定着ローラ１０の温度が最適温度となるように、コイル２２への通電が制御される。
【００２０】
定着ローラ１０の上方にはさらに、温度異常上昇時の安全機構として、サーモスタット１７が設けられている。このサーモスタット１７は、定着ローラ１０の表面に圧接しており、予め設定された温度になると接点を開放してコイル２２への通電を切断する。これにより、定着ローラ１０が所定温度以上の高温となることを防止している。
【００２１】
定着ローラ１０は、炭素鋼管、ステンレス合金管あるいはアルミニウム合金管などの導電性部材から形成され、その外周面にフッ素樹脂をコーティングして、表面に耐熱離型性層が形成されている。定着ローラ１０は、導電性磁性部材から形成することがさらに好ましい。加圧ローラ１１は、軸芯１８の周囲に、表面離型性耐熱ゴム層であるシリコンゴム層１９が形成されている。また、スベリ軸受１０ａや分離爪１５は、耐熱摺動性エンジニアリング・プラスチックなどから形成されている。
【００２２】
コイル・アセンブリ１２は、図５に示すように、中央部に通孔２０ａが形成されたロの字型のボビン２０を有し、このボビン２０の周りに銅線２１を準整列に複数連続（端末処理、結線が省略できる）巻いてコイル２２を形成してある。ボビン２０の通孔２０ａには、コイル２２の銅線２１と直交するようにコア２３が挿入されている。ボビン２０は、例えば、セラミックや耐熱絶縁性エンジニアリング・プラスチックで形成すればよく、また、コイル２２としては表面に融着層と絶縁層を持つ単一またはリッツ銅線を用いることが好ましい。コア２３は、例えば、フェライトコアまたは積層コアからなる。
【００２３】
図３に示すように、コイル・アセンブリ１２は、定着ローラ１０の回転軸方向に対し直交する方向へ磁束が発生するように、ボビン２０に巻回された銅線２１が定着ローラ１０の回転軸に平行な平面に沿うように、すなわち、コア２３が回転軸と直交する向きに配設されている。
【００２４】
さらに、本実施例においては、図１、図３および図４に示すように、複数のコイル・アセンブリ１２が、コア２３がシート１４の搬送方向と略平行でコイル２２が加圧ローラ１１と略対向するようにホルダ２４を用いて定着ローラ１０の軸方向へ並んで配設されている。また、コイル２２の外周面には絶縁フィルム２８が配置されている。絶縁フィルム２８は、例えば、耐熱絶縁性樹脂であるポリイミド、ポリフェニレンサルファイドなどから形成されている。ホルダ２４は、ホルダステー２４ａと、このホルダステー２４ａに装着されるホルダカバー２４ｂとを有し、それぞれ耐熱絶縁性エンジニアリング・プラスチックから形成されている。図４に示すように、ホルダステー２４ａおよびホルダカバー２４ｂの内面には、コイル・アセンブリ１２などを保持するための凹部２９が形成され、両端部には定着ユニットフレームに固定するための嵌合部２５が設けられている。ホルダユニット１３は、例えばホルダステー２４ａに設けられた凹部２９にコイル２２を挿入し、ボビン２０の通孔２０ａにコア２３を挿入し、コイル２２の外周面に絶縁フィルム２８を配置し、ホルダカバー２４ｂをホルダステー２４ａに装着して組み立てられる。複数のコイル２２はホルダ２４内で直列に接続されており、ホルダユニット１３の両端（または、片端）には、コイル２２の端末が接続されるコネクタ端子３０が設けられ、この端子３０を介して高周波電流を供給する後述の高周波電源３５に接続されている。ホルダユニット１３は、定着ローラ１０の内壁との間にギャップが形成されるように、定着ローラ１０の内径よりも若干小さい外径を有している。
【００２５】
図６は、本発明を適用した誘導加熱定着装置における定着ローラ１０の加熱原理を説明する説明図である。コイル２２に高周波（数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚ）の電流が流されると、「アンペアの右ネジの法則」に従って、図示するように、コア２３から定着ローラ１０の長手軸方向に対し直交する磁束３１ａが発生する。この磁束３１ａもまた高周波磁束である。
【００２６】
導電体の定着ローラ１０に到達した磁束３１ｂは、定着ローラ１０に沿って曲り、導電体の比透磁率に依存した比率で定着ローラ１０の円周面内を通る磁束３１ｃとなる。定着ローラ１０の周面に集中した磁束３１ｃは、コイル２２に対向する部分で密度が最大となる。
【００２７】
この集中した磁束３１ｃの作用により、定着ローラ１０には「レンツの法則」に従って、前記磁束３１ｃを妨げる前記磁束３１ｃと逆方向の磁束を生じるような渦状の誘導電流が壁面内部で発生する。この誘導電流は、定着ローラ１０の表皮抵抗によりジュール熱に変換されるので、定着ローラ１０が発熱する。
【００２８】
この構成にあっては、定着ローラ１０のＰ，Ｒ点で円周面内の磁束密度が極大になり、逆に、Ｑ、Ｓ点で極小になる。よって、誘導電流密度も同様の傾向になるので、定着ローラ１０の発熱は、円周面内において均一ではなく、２点鎖線で囲んだ部分３２ａ、３２ｂが局所的に発熱する。この局所的に発熱する部分３２ａ、３２ｂは、図１において示せば、定着ローラ１０の上部領域と下部領域に相当する。したがって、ニップ部と一方の発熱箇所（領域）とは、少なくとも一部で重複している。また、他方の発熱箇所（領域）には、サーミスタ１６が接触しており、サーモスタット１７も接触または近接するように配置される。なお、サーミスタ１６の取り付け箇所は、定着ローラ１０の上部か下部のどちらかにすれば良いが、図示する実施例では、上部の外側に取り付けてある。また、サーミスタ１６が小型であれば、定着ローラ１０上部の内側または下部の内側に取り付けても良い。
【００２９】
図７は、誘導加熱コイル２２へ高周波電流を流し定着ローラ１０の温度を制御する回路のブロック図、図８は、インバータ回路を示すブロック図である。
【００３０】
高周波電流は、商用電源３５の交流を整流回路３６によって整流し、自励式インバータ回路３７で高周波に変換し発生させる。誘導加熱コイル２２への電流は、定着ローラ１０の表面に圧接されたサーモスタット１７を介して供給され、定着ローラ１０の表面温度が予め設定されている異常温度に達すると、サーモスタット１７によって電流路が切断されるようになっている。制御回路３８は、マイクロプロセッサやメモリなどから構成され、サーミスタ１６の電位に基づいて定着ローラ１０の温度を監視しながら、インバータ回路３７内のドライブ回路４０へオン／オフ信号を出力し、温度制御を行う。インバータ回路３７は、整流回路３６からの直流電流を高周波電流に周波数変換して、コイル２２に供給する。
【００３１】
図８に示すように、インバータ回路３７は、制御回路３８から発せられる制御信号（加熱信号）がオンになると、まずドライブ回路４０が、例えばトランジスタ、ＦＥＴあるいはＩＧＢＴなどからなるスイッチング素子４１をオンし、これによって、誘導加熱コイル２２に電流が流れる。一方、電流検出回路４２は所定の電流値ＩP に達したことを検出するとスイッチング素子４１をオフするようにドライブ回路４０に信号を送る。電流検出回路４２で検出されるドレイン電流ＩD の波形を図９（Ｂ）に示す。スイッチング素子４１がオフされると、誘導加熱コイル２２と共振用コンデンサ４４との間で共振電流が流れる。そして、電圧検出回路４３は、共振によりスイッチング素子４１の誘導加熱コイル２２側のドレイン電圧ＶD が０Ｖ付近まで下降したことを検出すると、スイッチング素子４１を再びオンするようにドライブ回路４０に信号を送る。以下、このスイッチングサイクルを繰り返すことによって高周波の電流を誘導加熱コイル２２へ流す。電圧検出回路４３で検出される電圧ＶD の波形を図９（Ａ）に、また、スイッチング素子４１のオン／オフ信号（例えば、ＦＥＴならばゲートのオン／オフ信号）を図９（Ｃ）に示す。
【００３２】
次ぎに、コイル２２の配置状態について説明する。
【００３３】
本実施例における配置状態を説明する前に、まず、比較例における配置状態を図１０〜図１２に基づいて説明する。この比較例では、図１０および図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、導電体の定着ローラ１０に誘導電流を発生させる複数個のコイル２２を、全て同方向の磁束を発生するように配置または接続してある。この場合に発生する磁束を図示すれば、磁束３１ｄ，３１ｅとなる。ここで、磁束３１ｄは、発熱原理図で示した磁束３１ａと同一であり、最終的に定着ローラ１０の発熱に関係し、発熱箇所ないし領域３２ｃ，３２ｄとなる。一方、磁束３１ｅは、図１２に示すように、定着ローラ１０の面内磁束とほとんどならないので、定着ローラ１０の発熱に寄与しない。また、隣接するコイル２２相互間にコイルギャップ部３３がある場合には、このギャップ部３３中では定着ローラ１０は発熱領域を持たない。したがって、コイルギャップ部３３を大きくすると、定着ローラ１０の回転軸方向に沿った温度分布が不均一になり、定着ローラ１０の回転軸方向に沿う定着性を均一にできず、定着性能に悪影響をもたらすことになる。
【００３４】
次ぎに、本実施例における配置状態を図１３〜図１５に基づいて説明する。本実施例では、図１３および図１４（Ａ）（Ｂ）に示すように、複数個のコイル２２のうちコイル２２ｂ、２２ｄを、他のコイル２２ａ、２２ｃと逆方向の磁束を発生するように配置または接続してある。この場合に発生する磁束を図示すれば、磁束３１ｆ、３１ｇとなる。ここで、磁束３１ｇは、前述した磁束３１ｅとは「磁極に関するクーロンの法則」に従っているという点で、磁束の方向と磁束密度が異なっている。ここに「磁極に関するクーロンの法則」によると、磁石のＮとＳは引き合い、ＮとＮまたはＳとＳは反発し、両磁極間の距離の二乗に反比例した力が作用する。
【００３５】
磁束３１ｇは、図１５に示すように、磁束の方向に関して、定着ローラ１０の回転軸面内方向成分となるので、定着ローラ１０には、新たな発熱領域３２ｅ、３２ｆが発生する。さらに、この磁束３１ｇは、磁束密度に関して磁束３１ｄよりも高くなる。
【００３６】
以上のように、本実施例の構成のように、隣接するコイル２２が発生する磁束の方向を逆方向にすることにより、磁束の方向が同方向の場合と比較して、「磁極に関するクーロンの法則」が成り立つコイルギャップ部３３範囲においては、発熱領域３２ｅ、３２ｆが新たに定着ローラ１０に追加されることになる。
【００３７】
図１６は、定着ローラ１０の回転軸方向の磁束密度を測定した結果を示すグラフである。横軸は、定着ローラ１０の回転軸方向位置であり、縦軸は、定着ローラ１０の回転軸方向位置におけるそれぞれＸ、Ｚ方向成分の最大磁束密度である。なお、電流は直流電流を供給している。グラフ中の白丸がＸ軸方向成分の磁束密度の絶対値、黒丸がＺ軸方向成分の磁束密度の絶対値を表わしている。Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向については、図１３に示してある。
【００３８】
このグラフから明らかなように、本実施例のようにコイル２２を配置すれば、隣接するコイル２２相互間に形成されたコイルギャップ部３３においてＸ軸方向成分磁束が発生していること、および、コイルギャップ部３３近傍においてＺ軸方向成分磁束密度がコイル２２中央部よりも高くなっていることが明らかになった。
【００３９】
図１７は、定着ローラ１０の回転軸方向の定着剥離強度を測定した結果を示すグラフである。横軸は、定着ローラ１０の回転軸方向（主走査方向）画像位置であり、縦軸は、定着ローラ１０の回転軸方向位置におけるそれぞれ、実施例、対比例の定着剥離強度である。
【００４０】
このグラフから明らかなように、本実施例のようにコイル２２を配置すれば、コイルギャップ部３３とその近傍において、定着剥離強度が向上し、定着ローラ１０の回転軸方向に沿って均一な定着性を得ることができた。
【００４１】
以上説明したように、本実施例においては、コイル・アセンブリ１２を、コア２３が通紙方向と略平行となるように、すなわち、コイル２２が定着ローラ１０の回転軸と直交する軸を中心に巻回した状態となるように配置したので、定着ローラ１０の周面においてある特定部分を局所的に発熱させることができ、しかも、その局所的な発熱部分を加圧ローラ１１と接触する近傍部分に対応づけることによって熱効率の良い加熱を行うことができる。そして、同じサイズのコイル・アセンブリ１２を回転軸方向へ複数並列させる構成としているため、回転軸方向に長い１つのコイル・アセンブリ１２を用いる場合に比べ、コイルの製造が容易になる。
【００４２】
さらに、本実施例では、隣接するコイル２２が発生する磁束の方向が逆方向となるように複数個のコイル２２を定着ローラ１０内に配置するという簡単な構造によって、「磁極に関するクーロンの法則」に従った新たな磁束の発生を得て、隣接するコイル２２の間を定着ローラ１０の新たな発熱箇所ないし領域３２ｅ、３２ｆとすることができ、ある程度のコイルギャップ部３３をコイル２２間に設けても、回転軸方向に沿う定着ローラ１０表面の温度分布を均一にすることができ、もって、定着ローラ１０の回転軸方向に沿って均一な定着性を実現することができた。
【００４３】
しかも、コイル２２やコア２３の長さを小さくすることによりコイルギャップ部３３の幅が大きくなっても、定着ローラ１０の回転軸方向の温度分布を均一にすることができるので、誘導加熱の効率向上と、コストの低減との両立を図ることが可能となる。
【００４４】
なお、図示した実施例では、銅線２１を同一方向に巻いたコイル２２ａ〜２２ｄのうち２２ｂ、２２ｄのみ逆にして配置してあるが、隣接するコイル２２間の磁極が互いに逆になれば、他の方法であっても良い。
【００４５】
また、コイル・アセンブリ１２の形状ないし構造は上述した実施例の形状などに限定されるものではなく、種々改変しても、上述した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
図１８および図１９は、コイル・アセンブリのコイルの断面形状を改変した実施例に係る要部断面図である。
【００４７】
定着ローラ１０に誘導電流を発生させるコイル２２は、定着ローラ１０に高磁束を作用させるために、定着ローラ１０に最小限のギャップで、広い範囲で近接していることが望ましい。そこで、図１８に示すコイル・アセンブリ１２では、コイル２２ｅの断面形状を巻き始めよりも巻き終わりのコイル列数を減少させ、全体として凸型にしてある。また、図１９に示すコイル・アセンブリ１２では、普通の断面形状を有する２つのコイル２２ｆを、十字型の断面形状となるように組み合わせてある。
【００４８】
図２０（Ａ）（Ｂ）は、コイル・アセンブリをコアレス構造に改変した実施例に係る斜視図である。
【００４９】
定着ローラ１０に誘導電流を発生させるコイル２２のコア２３は、コイル２２が発生する磁束を高め、また、その磁束を定着ローラ１０に導く磁路を形成するために使用されている。前述した実施例では、すべてのコイル２２に対をなすようにコア２３を使用した場合を示したが、図２０（Ａ）に示すようにコア２３の一部を取り除いた形態、または、図２０（Ｂ）に示すようにコア２３の全てを取り除いた形態としても良い。
【００５０】
図２１〜図２５は、コイル・アセンブリのコアの断面形状を改変した実施例に係る要部断面図である。
【００５１】
コイル２２のコア２３は、上記のように、コイル２２が発生する磁束を高め、また、その磁束を定着ローラ１０に導く磁路を形成するために使用されている。よって、コア２３は定着ローラ１０に最小限のギャップで、広い範囲で近接していることが望ましい。そこで、図２１に示すコイル・アセンブリ１２では、コア２３ａの両端面５０、５０を平坦面ではなく定着ローラ１０の内面形状に対応した円弧面に形成してある。また、図２２に示すコイル・アセンブリ１２では、コア２３ｂの両端面５０、５１を定着ローラ１０の内面形状に対応した円弧面に形成し、さらに、一方の端面５１を他方の端面５０よりも大きく形成して広い範囲で定着ローラ１０に近接するようにしてある。また、図２３に示すコイル・アセンブリ１２では、２個のコア体２３ｃ、２３ｄからコア２３ｅを組み立て、その両端面５１、５１を定着ローラ１０の内面形状に対応した円弧面に形成し、さらに、両端面５１、５１を図２１に示すコア２３ａの端面５０よりも大きく形成して広い範囲で定着ローラ１０に近接するようにしてある。また、図２４に示すコイル・アセンブリ１２では、コイル２２の図中上方にだけコア２３ｆを配置し、当該コア２３ｆの端面５１を定着ローラ１０の内面形状に対応した円弧面に形成すると共に広い範囲で定着ローラ１０に近接するようにしてある。また、図２５に示すコイル・アセンブリ１２では、コイル２２の図中上下両方にコア２３ｇ、２３ｈを配置し、当該コア２３ｇ、２３ｈの端面５１を定着ローラ１０の内面形状に対応した円弧面に形成すると共に広い範囲で定着ローラ１０に近接するようにしてある。
【００５２】
図２６および図２７は、コイル・アセンブリのコアの断面形状をさらに改変した実施例に係る要部断面図である。
【００５３】
コイル２２のコア２３は、上記のように、コイル２２が発生する磁束を高め、また、その磁束を定着ローラ１０に導く磁路を形成するために使用されている。このコア２３の内部を通る磁束は電磁誘導の表皮効果のためコア２３の表皮に集中する。よって、定着ローラ１０の径が大きくコア２３が厚い場合や、高周波電流の周波数が高い場合には、コア２３の中央部は機能に寄与しないことがある。そこで、図２６に示すコイル・アセンブリ１２では、コア２３ｉに通孔５３を形成して、コア２３ｉの中央部にエアギャップ５４を形成してある。また、図２７に示すコイル・アセンブリ１２では、コア２３ｊの両端部から止まり孔５５を形成して、コア２３ｊの中央部にエアギャップ５４を形成してある。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の誘導加熱定着装置によれば、導電性部材で形成された定着部材の内部に記録媒体の搬送方向に直交する方向にニップ部に沿って配列され当該定着ローラに誘導電流を生じさせる複数個のコイルのうち少なくとも１つのコイルを、当該コイルに隣接する他のコイルが発生する磁束と逆方向の磁束を発生するように配置するという簡単な構造によって、「磁極に関するクーロンの法則」に従った新たな磁束の発生を得て、コイルの間を定着部材の新たな発熱箇所ないし領域とすることができ、ある程度のコイルギャップ部をコイル間に設けても、定着部材のニップ部に沿う温度分布を均一にでき、もって、定着部材のニップ部に沿って均一な定着性を実現することが可能となった。
【００５５】
さらに、コイルを記録媒体の搬送方向に直交する方向にニップ部に沿って複数並列させる構成としているため、記録媒体の搬送方向に直交する方向に長い１つのコイルを用いる場合に比べ、コイルの製造が容易になる。また、コイルやコアの長さを小さくすることによりコイルギャップ部の幅が大きくなっても、ニップ部に沿う定着部材表面の温度分布を均一にすることができるので、誘導加熱の効率向上と、コストの低減との両立を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用した誘導加熱定着装置を示す断面図である。
【図２】 図１に示される定着ローラを示す斜視図である。
【図３】 定着ローラ内のコイルとコアを示す透視図である。
【図４】 ホルダユニットの内部構造を示す分解斜視図である。
【図５】 コイル・アセンブリを示す斜視図である。
【図６】 本発明を適用した誘導加熱定着装置における定着ローラ１０の加熱原理を説明する説明図である。
【図７】 誘導加熱コイル２２へ高周波電流を流し定着ローラ１０の温度を制御する回路のブロック図である。
【図８】 インバータ回路を示すブロック図である。
【図９】 図９（Ａ）は、図８に示される電圧検出回路で検出される電圧の波形図、同図（Ｂ）は、図８に示される電流検出回路で検出される電流の波形図、同図（Ｃ）は、図８に示されるスイッチング素子のオン／オフ信号の波形図である。
【図１０】 比較例におけるコイルの配置状態を示す透視図である。
【図１１】 図１１（Ａ）（Ｂ）は、図１０に示される比較例における磁束の発生および定着ローラの発熱箇所の説明に供する説明図であり、それぞれ図１０の平面図および側面図に相当する図である。
【図１２】 図１０に示される比較例において、エアギャップ部で発生する磁束を示す拡大図である。
【図１３】 本発明の一実施例におけるコイルの配置状態を示す透視図である。
【図１４】 図１４（Ａ）（Ｂ）は、図実施例における磁束の発生および定着ローラの発熱箇所の説明に供する説明図であり、それぞれ図１３の平面図および側面図に相当する図である。
【図１５】 図１３に示される同実施例において、エアギャップ部で発生する磁束を示す拡大図である。
【図１６】 定着ローラの回転軸方向の磁束密度を測定した結果を示すグラフである。
【図１７】 定着ローラの回転軸方向の定着剥離強度を測定した結果を示すグラフである。
【図１８】 コイル・アセンブリのコイルの断面形状を改変した実施例に係る要部断面図である。
【図１９】 コイル・アセンブリのコイルの断面形状を改変した他の実施例に係る要部断面図である。
【図２０】 図２０（Ａ）（Ｂ）は、コイル・アセンブリをコアレス構造に改変した実施例に係る斜視図である。
【図２１】 コイル・アセンブリのコアの断面形状を改変した実施例に係る要部断面図である。
【図２２】 コイル・アセンブリのコアの断面形状を改変した他の実施例に係る要部断面図である。
【図２３】 コイル・アセンブリのコアの断面形状を改変したさらに他の実施例に係る要部断面図である。
【図２４】 コイル・アセンブリのコアの断面形状を改変したさらに他の実施例に係る要部断面図である。
【図２５】 コイル・アセンブリのコアの断面形状を改変したさらに他の実施例に係る要部断面図である。
【図２６】 コイル・アセンブリのコアの断面形状を改変したさらに他の実施例に係る要部断面図である。
【図２７】 コイル・アセンブリのコアの断面形状を改変したさらに他の実施例に係る要部断面図である。
【符号の説明】
１０…定着ローラ（定着部材）
１１…加圧ローラ
１２…コイル・アセンブリ
１４…シート（記録媒体）
２２…コイル
２３…コア

Claims (1)

1. 搬送される記録媒体の上に形成されたトナー像を前記記録媒体へ定着する定着装置であって、
   前記記録媒体に接触するニップ部を有し、導電性部材で形成された定着部材と、
   当該定着部材の内部に、前記記録媒体の搬送方向に直交する方向に前記ニップ部に沿って配列され当該定着部材に誘導電流を生じさせる複数個のコイル・アセンブリと、
   を有し、
   前記複数個のコイル・アセンブリ各々が、ボビンと、その周りに巻かれたコイルとを備え、
   前記複数個のコイル・アセンブリを、隣接するコイルが互いに逆方向の磁束を発生するように配置してなる誘導加熱定着装置。

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