JP3853750B2

JP3853750B2 - 定着装置

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Publication number: JP3853750B2
Application number: JP2003085902A
Authority: JP
Inventors: 明裕和才; 和彦菊地; 修高木
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004294694A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機やプリンタなどの画像形成装置に搭載され、シート紙上のトナー画像を定着する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の複写機やプリンタ等は、シート紙に形成されるトナー画像を加熱加圧定着する定着装置を備えている。この定着装置の１つとして、加熱ローラと、この加熱ローラに加圧接触する加圧ローラとを備える両ローラ間にシート紙を挟み込んで、両ローラにてシート紙を挟持搬送しながら、シート紙上のトナー画像を加熱加圧定着させる定着ローラ装置がある。近年この定着ローラ装置は、加熱ローラ発熱時の省エネルギー化の促進が求められている。このため高い熱効率で加熱ローラの発熱を得られると共に、ウォームアップ時間の短縮を図る装置の開発が進められている。
【０００３】
上記加熱ローラ発熱時の省エネルギー化を図る装置として従来、加熱ローラ内部に誘導コイルを設けて加熱ローラに渦電流を生じさせ、渦電流によるジュール熱で加熱ローラを自己発熱させる装置が研究されている。更にこのような誘導コイルを用いる定着装置において、転写紙幅に応じた領域毎に加熱ローラの発熱を誘導するため、複数の誘導コイルを用いて加熱ローラの必要領域のみを加熱する装置がある。（例えば特許文献１参照。）
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３１２１６５号公報明細書（第３、４頁、図１）
しかしながら（特許文献１）等は、単に転写紙幅に応じて分割された複数の誘導コイルにより加熱ローラの発熱を誘導するものであり、誘導コイルの巻き線によるエネルギー損の低減に配慮するものでは無い。他方、誘導コイルを用いて加熱ローラの発熱を誘導する装置の更なる省エネルギー化を図る上で、誘導コイルの巻き線により生じる例えば銅損や加熱ローラの材質による鉄損等の更なる低減を求められ、より高い効率にて良好な定着を得る定着装置の実用化が要求されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記課題を解決するものであり、加熱ローラ発熱時のより一層の省エネルギー化を図る誘導コイルを高い生産効率で得ることにより実用性にすぐれ信頼性の高い定着装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するための手段として、記録媒体と接触し、渦電流の発生により発熱する中空の発熱部材と、前記発熱部材の前記中空内部に配置されるホルダと、前記ホルダに挿通されるコイル支持部材及び、前記コイル支持部材の外周に巻き線を複数回巻き付けて成るコイル並びに、前記コイル支持部材の内周面に前記挿通方向と平行に設けられ前記コイルから引き出される前記巻き線を通して前記ホルダ端部方向に導くパイプ状ガイドを有するコイルユニットを、前記ホルダに複数個挿通して隣接配置してなり、前記発熱部材に前記渦電流を発生させる複数のコイルユニット群と、前記発熱部材に接触して前記記録媒体を所定の圧力をもって前記発熱部材と共に挟持搬送する加圧部材とを設けるものである。
【０００７】
又本発明は上記課題を解決するための手段として、記録媒体と接触し、渦電流の発生により発熱する加熱ローラと、前記加熱ローラ内部に配置されるホルダと、前記ホルダに挿通されるボビン及び、前記ボビンの外周に巻き線を複数回巻き付けて成るコイル並びに、前記ボビンの内周面に前記挿通方向と平行に設けられ前記コイルから引き出される前記巻き線を通して前記ホルダ端部方向に導く巻き線ガイドを有するコイルユニットを、前記ホルダに複数個挿通して隣接配置してなり、前記加熱ローラに前記渦電流を発生させる複数のコイルユニット群と、前記加熱ローラに接触して前記記録媒体を所定の圧力をもって前記加熱ローラと共に挟持搬送する加圧ローラとを設けるものである。
【０００８】
又本発明は上記課題を解決するための手段として、記録媒体と接触し、渦電流の発生により発熱する加熱ローラと、前記加熱ローラ内部に配置されるホルダと、前記ホルダに挿通されるボビン及び、前記ボビンの外周に巻き線を複数回巻き付けて成るコイル並びに、前記ボビンの内周面に前記挿通方向と平行に設けられ前記コイルから引き出される前記巻き線を通して前記ホルダ端部方向に導く巻き線ガイドを有するコイルユニットを、前記ホルダに複数個挿通して隣接する前記巻き線の電位差が互いに同じと成る方向に隣接配置してなり、それぞれ異なる共振周波数により励起して前記加熱ローラに前記渦電流を発生させる複数のコイルユニット群と、前記加熱ローラに接触して前記記録媒体を所定の圧力をもって前記加熱ローラと共に挟持搬送する加圧ローラとを設けるものである。
【０００９】
上記構成により本発明は、コイルをの巻き線処理を行いコイルユニットを容易にホルダに挿通可能とすることにより誘導コイルの生産性向上を図り、誘導コイルを用いて成る定着装置の実用化を図るものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、誘導コイルの巻き線により生じるエネルギー損を低減するために、同じ共振周波数で励起する誘導コイルを複数個のコイルユニットにパーツ分割するものである。誘導コイルを複数個のコイルユニットにパーツ分割することにより各コイルユニットの巻き線の長さを短くしてエネルギー損の低減を図るものである。この時パーツ分割した各コイルユニットはそれぞれ同じ共振周波数で並列に励起する。又本発明は、誘導コイルに磁界を発生させる高周波電力の周波数をより高く設定して電流の低減を図ることにより、巻き線を細線化してエネルギー損の低減を図るものである。
【００１１】
以下に本発明を図１乃至図１５に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。図１はこの発明の実施の形態である複合型電子複写機１Ａを示す概略構成図である。本体１の上面部に原稿載置用の透明の原稿台（ガラス板）２が設けられており、キャリッジ４に設けられた露光ランプ５が点灯することにより、原稿台２に載置されている原稿Ｄが露光される。
【００１２】
露光ランプ５による原稿Ｄからの反射光が光電変換装置であるＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ１０に投影されると、ＣＣＤセンサ１０は、受光した光信号を電気信号からなる画像信号に光電変換して信号出力する。ＣＣＤ１０から出力される画像信号は、後述する信号処理部７３において、デジタル信号に変換後適宜にデータ処理され、レーザユニット２７に供給される。レーザユニット２７は、入力信号に応じてレーザビームＢを発する。
【００１３】
本体１の上面部の原稿台２は自動原稿送りユニット４０により被覆されている。又本体１上面部には、画像形成条件等を設定するためのコントロールパネル８０ａが設けられている。コントロールパネル８０ａは、タッチパネル式の液晶表示部１４、数値入力用のテンキー部１５、コピーキー１７などを備えている。
【００１４】
本体１内の略中央部には、感光体ドラム２０が回転自在に設けられている。この感光体ドラム２０の周囲には、帯電器２１、現像ユニット２２、転写器２３、剥離器２４、クリーナ２５、除電器２６が順次に配設されており、既知の電子写真方式による画像形成プロセスにて感光体ドラム２０上にトナー画像が形成される。更に感光体ドラム２０上に形成されたトナー画像は記録媒体であるシート紙Ｓ上に転写される。シート紙Ｓ上に形成されたトナー画像Ｔは、後述する定着装置１００により加熱加圧定着される。定着後シート紙Ｓは排紙ローラ３７を経てトレイ３８に排紙される。
【００１５】
本体１の感光体ドラム２０下方には、シート紙Ｓを収納する複数の給紙カセット３０が設けられる。給紙カセット３０から転写器２３に達する間には、給紙カセット３０からシート紙Ｓを取り出し、転写器２３方向に給紙する給紙部３１、給紙部３１により給紙されたシート紙Ｓを感光体ドラム２０に形成されるトナー画像に同期して搬送するレジストローラ３２が設けられる。
【００１６】
次に定着装置１００について詳述する。図２は定着装置１００の概略構成図である。シート紙Ｓの搬送路中にてシート紙Ｓを上下に挟む位置に、発熱部材である加熱ローラ１０１および加圧部材である加圧ローラ１０２が設けられている。加圧ローラ１０２は、図示していない加圧機構により、加熱ローラ１０１の周面に加圧された状態で接している。これら両ローラ１０１，１０２の接触部は一定のニップ幅を持つ。
【００１７】
加熱ローラ１０１は、導電性材料たとえば鉄を筒状に成形し、その鉄の外周面にテフロン等を被覆したものからなり、図２の矢印ｍ方向に回転駆動される。加圧ローラ１０２は、加熱ローラ１０１の回転を受けて図２の矢印ｑ方向に回転する。この加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２との一定のニップ幅を持つ接触部をシート紙Ｓが通過し、かつシート紙Ｓが加熱ローラ１０１から熱を受けることにより、シート紙Ｓ上のトナー画像Ｔがシート紙Ｓに加熱加圧定着される。
【００１８】
加熱ローラ１０１の周囲に、シート紙Ｓを加熱ローラ１０１から剥離するための剥離爪１０３、加熱ローラ１０１上に残るトナーおよび紙屑等を除去するためのクリーニング部材１０４、加熱ローラ１０１の表面に離型剤を塗布するための塗布ローラ１０５が配設されている。
【００１９】
加熱ローラ１０１の内部に、コイルユニット群である第１の誘導コイル１１１ａ及び第２の誘導コイル１１１ｂからなる、外周形状がほぼ円柱状の誘導コイル１１１が加熱ローラ１０１と同軸に設けられている。誘導コイル１１１は、第１の誘導コイル１１１ａを中央にして、第１の誘導コイル１１１ａを挟む両側位置に第２の誘導コイル１１１ｂを配置している。加熱ローラ１０１は、通常の定着時には第１の誘導コイル１１１ａのみ励起して定着を行ない、大きいサイズのシート紙Ｓに対する定着に際しては第１の誘導コイル１１１ａ及びその両側の第２の誘導コイル１１１ｂを全て励起して定着する構成となっている。
【００２０】
誘導コイル１１１外周は、絶縁カバー１０６を介して、加熱ローラ１０１内周と約２ｍｍの間隔を有する。誘導コイル１１１は、高周波電力の印加により誘導加熱用の高周波磁界を発する。誘導コイル１１１が高周波磁界を発することにより、加熱ローラ１０１に渦電流が発生し、渦電流によるジュール熱により加熱ローラ１０１は自己発熱する。
【００２１】
次に誘導コイル１１１の構造について詳述する。誘導コイル１１１は、加熱ローラ１０１とほぼ同じ長さのホルダ１１４に、Ｎｏ．１からＮｏ．１２までにパーツ分割される１２個のコイルユニット１１９を挿通し、その両端をネジリング１１５で固定することにより組み立て成形される。誘導コイル１１１は、図６に示すように、後述するコイルユニットα１１９ａ及びコイルユニットβ１１９ｂをＮｏ．４からＮｏ．８まで交互に計６個を隣接配置してなる第１の誘導コイル１１１ａと、後述するコイルユニットγ１１９ｃ及びコイルユニットδ１１９ｄをＮｏ．１からＮｏ．３までと、Ｎｏ．１０からＮｏ．１２までを交互に計３個づつを隣接配置してなる第２の誘導コイル１１１ｂとから成る。
【００２２】
ホルダ１１４は、絶縁性樹脂を金型成形してなる。ホルダ１１４の表面には、コイルユニット１１９との間にコイルの巻き線を通す空間状の通路を形成するための第１乃至第３の通路１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃが形成される。又ホルダ１１４表面には、コイル支持部材であるボビン１１７を位置決めするための第１乃至第３のスリット１１４ｅ、１１４ｆ、１１４ｇが成形される。ホルダ１１４は、ボビン１１７に巻き線１１６を所定回数巻き付けて成るコイル１１８を有するコイルユニット１１９を１２個挿通支持する。
【００２３】
第１乃至第３の通路１１４ａ〜１１４ｃは、ホルダ１１４に挿通される複数のコイルユニット１１９のコイル１１８の巻き線１１６の始端側と終端側の接触を防止するよう別々に導いている。更に第１および第２の通路１１４ａ、１１４ｂは、コイル１１８の巻き線１１６の始端側を第１の誘導コイル１１１ａと第２の誘導コイル１１１ｂとで別々に導くよう分けている。各通路１１４ａ〜１１４ｃ内では、複数のコイルユニット１１９から引き出された巻き線１１６が、束になった常態で増えてゆく。
【００２４】
コイルユニット１１９は、コイル１１８の巻数が４４．５回で右巻きのコイルユニットα１１９ａ、コイル１１８の巻数が４４．５回で左巻きのコイルユニットβ１１９ｂ、コイル１１８の巻数が４８．５回で左巻きのコイルユニットγ１１９ｃ、コイル１１８の巻数が４８．５回で右巻きのコイルユニットδ１１９ｄの４種類がある。
【００２５】
コイルユニット１１９は、隣接するコイルユニット１１９の巻き線１１６の電位差が互いに同電位となる向きに配置される。即ち、図６の両端の第２の誘導コイル１１１ｂは、コイルユニットγ１１９ｃとコイルユニットδ１１９ｄの約１ｋＶのコイル始端１１８ａ同士及び０Ｖのコイル終端１１８ｂ同士が隣接するように順次配列される。同様に図６の中央の第１の誘導コイル１１１ａも、コイルユニットα１１９ａとコイルユニットβ１１９ｂのコイル始端１１８ａ同士及びコイル終端１１８ｂ同士が隣接するように順次配列される。また、第１の誘導コイル１１１ａ及び第２の誘導コイル１１１ｂの間も同様である。
【００２６】
コイルユニット１１９のボビン１１７は絶縁性樹脂を金型成形してなる。ボビン１１７内周にはホルダ１１４の第１乃至第３のスリット１１４ｅ、１１４ｆ、１１４ｇに案内される第１乃至第３のリブ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃが突出形成される。ホルダ１１４の第１乃至第３のスリット１１４ｅ、１１４ｆ、１１４ｇにボビン１１７の第１乃至第３のリブ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃを挿通することによりホルダ１１４とボビン１１７とは同軸に位置決めされる。
【００２７】
更にボビン１１７内周には個々のコイルユニット１１９の巻き線１１６の片側を挿通するためのパイプ状ガイドである第１乃至第３の巻き線ガイド１１７ｅ、１１７ｆ、１１７ｇが成形される。
【００２８】
第１及び第２の巻き線ガイド１１７ｅ、１１７ｆは、ボビン１１７外周面に巻かれたコイル１１８の高電位のコイル始端１１８ａ側の巻き線１１６であって、ボビン１１７の内周側を通って誘導コイル１１１端部方向に導かれる巻き線１１６を通すことにより誘導コイル１１１を組み立て易くしている。第３の巻き線ガイド１１７ｇは、ボビン１１７外周面に巻かれたコイル１１８の０電位のコイル終端１１８ｂ側の巻き線１１６であって、ボビン１１７の内周側を通って誘導コイル１１１端部方向に導かれる巻き線１１６を通すことにより誘導コイル１１１を組み立て易くしている。第１乃至第３の巻き線ガイド１１７ｅ〜１１７ｇは、図４の点線Ｃ−Ｃ´を中心に線対称となる位置に形成されている。
【００２９】
第１乃至第３の巻き線ガイド１１７ｅ〜１１７ｇの両端部は、図９に示すように、ボビン１１７の両側面１２７、１２８と間隙ｓ１あるいは間隙ｓ２を隔てるよう位置規制されている。第１乃至第３の巻き線ガイド１１７ｅ〜１１７ｇの端部は、少なくとも後述する第１あるいは第２の溝１２７ｆ、１２７ｇや第３の溝１２８ｆ分は、ボビン１１７の両側面１２７、１２８より内側に成るよう位置規制される。第１乃至第３の溝１２７ｆ、１２７ｇ、１２８ｆは、複数のコイルユニット１１９を順次隣接する際に、隣り合うボビン１１７間に巻き線１１６を挟み込むのを防止するためのものである。間隙ｓ１あるいは間隙ｓ２は、第１乃至第３の溝１２７ｆ、１２７ｇ、１２８ｆと同様に、隣り合う第１乃至第３の巻き線ガイド１１７ｅ〜１１７ｇ間に巻き線１１６を挟み込むのを防止するものである。
【００３０】
即ち、溝１２７ｆ、１２７ｇ、１２８ｆの深さは、巻き線１１６の径だけあれば良く、したがって、間隙ｓ１あるいは間隙ｓ２は、巻き線１１６の径以上であれば良い。尚、コイルユニット１１９の配列により、隣り合うボビン１１７の同じ位置に溝１２７ｆ、１２７ｇ、１２８ｆがある場合には、溝の深さは巻き線１１６の径の１／２で良いので、間隙ｓ１あるいは間隙ｓ２も、巻き線１１６の径の１／２以上であれば良い。
【００３１】
但し、第１乃至第３の巻き線ガイド１１７ｅ〜１１７ｇの長さが短過ぎると、ホルダ１１４にコイルユニット１１９を挿入する際に、巻き線を十分にガイド出来ずに、巻き線１１６をホルダ１１４とボビン１１７間に挟み込む危険があることから、第１乃至第３の巻き線ガイド１１７ｅ〜１１７ｇは少なくともボビン１１７の１／４以上の長さを有することが好ましい。
【００３２】
ボビン１１７の表側面１２７には、ボビン１１７外周面に巻いた各コイル１１８を外れ難くするための第１乃至第５のフランジ１２７ａ〜１２７ｅが形成され、ボビン１１７の裏側面１２８には、同様にコイル１１８を外れ難くするための第６乃至第９のフランジ１２８ａ〜１２８ｄが形成される。ボビン１１７の表側面１２７のフランジ１２７ａ〜１２７ｅと裏側面１２８のフランジ１２８ａ〜１２８ｄは、軸方向から見て位相をずらして形成されている。
【００３３】
ボビン１１７の表側面１２７の第１のフランジ１２７ａと第２のフランジ１２７ｂの間、あるいは第２のフランジ１２７ｂと第３のフランジ１２７ｃの間には、コイル始端１１８ａ側の巻き線１１６をボビン１１７内周の第１あるいは第２の巻き線ガイド１１７ｅ、１１７ｆに導く、第１あるいは第２の溝１２７ｆ、１２７ｇがそれぞれ形成されている。ボビン１１７の裏側面１２８の第７のフランジ１２８ｂと第８のフランジ１２８ｃの間には、コイル終端１１８ｂ側の巻き線１１６をボビン１１７内周の第３の巻き線ガイド１１７ｇに導く第３の溝１２８ｆが形成されている。
【００３４】
ボビン１１７の外周面には、螺旋状の溝からなるコイルガイド１３７が形成される。コイルガイド１３７はボビン１１７に巻き線１１６を規定回数巻くために設けられている。コイルガイド１３７の長さは、コイルユニットα１１９ａからコイルユニットδ１１９ｄまでの、コイル１１８の巻数に応じた長さに形成されている。即ち、コイル１１８は、巻き線１１６をコイルガイド１３７に沿ってボビン１１７に巻き付ければ、常に規定の４４．５回あるいは４８．５回の巻数に形成される。
【００３５】
次に複合型電子複写機１Ａの制御系について図１３に示すブロック図を参照して説明する。メインＣＰＵ５０には、スキャンＣＰＵ７０、コントロールパネルＣＰＵ８０、およびプリントＣＰＵ９０が接続されている。メインＣＰＵ５０は、スキャンＣＰＵ７０、コントロールパネルＣＰＵ８０、およびプリントＣＰＵ９０を統括的に制御するもので、コピーキー１７の操作に応じたコピーモードの制御手段、後述のネットインタフェース５９への画像入力に応じたプリンタモードの制御手段、および後述のＦＡＸ送受信ユニット６０での画像受信に応じたＦＡＸ（ファクシミリ）モードの制御手段を備えている。
【００３６】
また、メインＣＰＵ５０に、制御プログラム記憶用のＲＯＭ５１、データ記憶用のＲＡＭ５２、画素カウンタ５３、画像処理部５５、ページメモリコントローラ５６、ハードディスクユニット５８、ネットインタフェース５９、およびＦＡＸ送受信ユニット６０が接続されている。ページメモリコントローラ５６は、ページメモリ５７に対する画像データの書込みおよび読出しを制御する。そして、画像データバス６１により、画像処理部５５、ページメモリコントローラ５６、ページメモリ５７、ハードディスクユニット５８、ネットインタフェース５９、およびＦＡＸ送受信ユニット６０が相互に接続されている。
【００３７】
上記ネットインタフェース５９は、外部機器から伝送されてくる画像（画像データ）が入力されるプリンタモード用の入力部として機能する。このネットインタフェース５９にＬＡＮあるいはインターネットなどの通信ネットワーク２０１が接続され、その通信ネットワーク２０１に外部機器たとえば複数台のパーソナルコンピュータ２０２が接続されている。これらパーソナルコンピュータ２０２は、コントローラ２０３、ディスプレイ２０４、操作ユニット２０５を備えている。
【００３８】
上記ＦＡＸ送受信ユニット６０は、電話回線２１０に接続されており、その電話回線２１０を通してファクシミリ送信されてくる画像（画像データ）を受信するファクシミリモード用の受信部として機能する。
【００３９】
スキャンＣＰＵ７０には、制御プログラム記憶用のＲＯＭ７１、データ記憶用のＲＡＭ７２、ＣＣＤ１０の信号出力を処理して上記画像データバス６１に供給する信号処理部７３、ＣＣＤドライバ７４、スキャンモータドライバ７５、露光ランプ５、自動原稿送り装置４０、および複数の原稿センサ１１などが接続されている。ＣＣＤドライバ７４は、上記ＣＣＤ１０を駆動する。スキャンモータドライバ７５は、キャリッジ４駆動用のスキャンモータ７６を駆動する。自動原稿送り装置４０は、トレイ４１にセットされる原稿Ｄおよびそのサイズを検知するための原稿センサ４３を有している。
【００４０】
コントロールパネルＣＰＵ８０には、コントロールパネルのタッチパネル式液晶表示部１４、テンキー１５、オールリセットキー１６、コピーキー１７、およびストップキー１８が接続されている。
【００４１】
プリントＣＰＵ９０には、制御プログラム記憶用のＲＯＭ９１、データ記憶用のＲＡＭ９２、プリントエンジン９３、シート紙搬送ユニット９４、プロセスユニット９５、定着装置１００が接続されている。プリントエンジン９３は、レーザユニット２７およその駆動回路などにより構成されている。シート紙搬送ユニット９４は、給紙カセット３０からトレイ３８にかけてのシート紙搬送機構およびその駆動回路などにより構成されている。プロセスユニット９５は、上記感光体ドラム２０およびその周辺部などにより構成されている。
【００４２】
このプリントＣＰＵ９０およびその周辺構成を主体にして、上記画像処理部５５で処理された画像をシート紙Ｓにプリントするプリント部が構成されている。
【００４３】
次に定着装置１００の発熱制御を図１４に示す電気回路図を参照して説明する。誘導コイル１１１は高周波発生回路１２０に接続されている。加熱ローラ１０１の中央部の温度を検知する温度センサ１１２及び加熱ローラ１０１の一端部の温度を検知する温度センサ１１３は、プリントＣＰＵ９０に接続している。プリントＣＰＵ９０は、加熱ローラ１０１を回転駆動するための駆動ユニット１６０に接続して制御する機能に加え、第１の誘導コイル１１１ａを構成要素とする後述の第１直列共振回路（出力電力Ｐ１）の動作、および第２の誘導コイル１１１ｂを構成要素とする後述の第２直列共振回路（出力電力Ｐ２）の動作を指定するためのＰ１／Ｐ２切替信号を発する機能、各共振回路の出力電力Ｐ１，Ｐ２を温度センサ１１２，１１３の検知温度に応じて制御する機能を備えている。
【００４４】
高周波発生回路１２０は、高周波磁界発生用の約１〜３ＭＨｚの高周波電力を発生するもので、整流回路１２１およびこの整流回路１２１の出力端に接続されたスイッチング回路１２２を備えている。整流回路１２１は、商用交流電源１３０の交流電圧を整流する。スイッチング回路１２２は、第１の誘導コイル１１１ａおよびコンデンサ１２３、１２５により第１直列共振回路を形成し、第２の誘導コイル１１１ｂおよびコンデンサ１２４、１２５により第２直列共振回路を形成し、これら共振回路をスイッチング素子たとえばＦＥＴ等のトランジスタ１２６により選択的に励起する。
【００４５】
第１直列共振回路は、第１の誘導コイル１１１ａのインダクタンスＬ１、コンデンサ１２３の静電容量Ｃ１、およびコンデンサ１２５の静電容量Ｃ３により定まる共振周波数ｆ１を有している。第２直列共振回路は、第２の誘導コイル１１１ｂの合成インダクタンスＬ２、コンデンサ１２４の静電容量Ｃ２、およびコンデンサ１２５の静電容量Ｃ３により定まる共振周波数ｆ２を有している。
【００４６】
トランジスタ１２６は、プリントＣＰＵ９０からのＰ１／Ｐ２切替信号に従い、コントローラ１４０によりオン，オフ駆動される。コントローラ１４０は、発振回路１４１およびＣＰＵ１４２を備えている。発振回路１４１は、トランジスタ１２６に対する所定周波数の駆動信号を発する。ＣＰＵ１４２は、発振回路１４１の発振周波数（駆動信号の周波数）を制御するもので、主要な機能として次の（１）（２）の手段を有している。
【００４７】
（１）プリントＣＰＵ９０からのＰ１／Ｐ２切替信号によって第１直列共振回路の動作（第１の誘導コイル１１１ａのみ使用）が指定されている場合、第１直列共振回路をその共振周波数ｆ１の近傍における複数の周波数たとえば図１５に示す（ｆ１−Δｆ）、（ｆ１+Δｆ）で順次（交互）に励起する制御手段。
【００４８】
（２）プリントＣＰＵ９０からのＰ１／Ｐ２切替信号によって第１および第２直列共振回路の動作（第１及び第２の誘導コイル１１１ａ、１１１ｂ全てを使用）が指定されている場合、第１および第２直列共振回路をそれぞれの共振周波数ｆ１，ｆ２の近傍における複数の周波数たとえば図１５に示す（ｆ１−Δｆ）、（ｆ１+Δｆ）、（ｆ２−Δｆ）、（ｆ２+Δｆ）で順次励起する制御手段。
【００４９】
このようにしてなる複合型電子複写機１Ａの加熱ローラ１０１を電磁誘導する誘導コイル１１１を製造する場合、先ずホルダ１１４及びボビン１１７をそれぞれ絶縁性樹脂を原料として金型で一体成形する。ボビン１１７は巻き線１１６を右巻きあるいは左巻きに４４．５回巻き付けるボビンと、巻き線１１６を右巻きあるいは左巻きに４８．５回巻き付けるボビンの４種類形成される。この一体成形後、ボビン１１７の外周面にスライド式一体成型又は成型後の旋盤による加工によりコイルガイド１３７を形成する。コイルガイド１３７は、ボビン１１７に巻き線１１６を４４．５回巻き付けるための長さを有するものと、ボビン１１７に巻き線１１６を４８．５回巻き付けるための長さを有するものと形成される。
【００５０】
次いで、コイルガイド１３７に沿ってボビン１１７に巻き線１１６を右巻きで４４．５回巻いてコイル１１８を形成してコイルユニットα１１９ａを形成する。同様にして左巻きで４４．５回のコイル１１８を有するコイルユニットβ１１９ｂ、左巻きで４８．５回のコイル１１８を有するコイルユニットγ１１９ｃ、右巻きで４８．５回のコイル１１８を有するコイルユニットδ１１９ｄを形成する。
【００５１】
このコイル１１８は、コイルガイド１３７に沿ってコイルを巻き付け形成するのみで、確実に所望の巻数のコイルを得られるので、巻き直しの作業を防止出来る。又ボビン１１７に巻き付けたコイル１１８は、その両側をフランジ１２７ａ〜１２７ｅ，１２８ａ〜１２８ｄに規制され、外れ難くなっている。
【００５２】
コイル巻き付け後の各コイル始端１１８ａ側の巻き線１１６は、それぞれ第１あるいは第２の溝１２７ｆ、１２７ｇを通って、ホルダ１１４と誘導コイル１１１との間に形成される第１あるいは第２の通路１１４ａ、１１４ｂに通される。各コイル終端１１８ｂ側の巻き線１１６は、第３の溝１２８ｆを通って、ホルダ１１４と誘導コイル１１１との間に形成される第３の通路１１４ｃに通される。
【００５３】
この第１乃至第４種類のコイルユニット１１９ａ〜１１９ｄを図６に示す配列となるよう、図７に示すように矢印ｒ方向からホルダ１１４に順次装着して誘導コイル１１１を組立てる。この時コイルユニット１１９ａ〜１１９ｄのボビン１１７に突出形成される第１乃至第３のリブ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃは、ホルダ１１４の第１乃至第３のスリット１１４ｅ、１１４ｆ、１１４ｇに案内され位置決めされる。
【００５４】
コイルユニット１１９の配列により、コイルユニット１１９のコイル始端１１８ａが、図７の矢印ｒ方向の奥側となり、ボビン１１７の内周側を通って誘導コイル１１１端部に導かれる場合は、巻き線１１６は第１あるいは第２の溝１２７ｆ、１２７ｇに収められ更にボビン１１７内周面の第１あるいは第２の巻き線ガイド１１７ｅ、１１７ｆを通った後、ホルダ１１４とボビン１１７の間に形成される第１あるいは第２の通路１１４ａ、１１４ｂに案内され、誘導コイル１１１端部に導かれる。同様に、コイルユニット１１９のコイル終端１１８ｂが、図７の矢印ｒ方向の奥側となり、ボビン１１７の内周側を通って誘導コイル１１１端部に導かれる場合は、巻き線１１６は第３の溝１２８ｆに収められ更にボビン１１７内周面の第３の巻き線ガイド１１７ｇを通った後、ホルダ１１４とボビン１１７の間に形成される第３の通路１１４ｃに案内され、誘導コイル１１１端部に導かれる。
【００５５】
これにより、コイルユニット１１９をホルダ１１４に順次装着する場合に、特に装着方向の奥側となる巻き線１１６を、ホルダ１１４とボビン１１７の間に挟み込んで損傷したりすることなく、第１乃至第３の通路１１４ａ〜１１４cのいずれかを通って誘導コイル１１１端部方向に安全に導くことが出来る。
【００５６】
このようにしてホルダ１１４にＮｏ．１からＮｏ．１２までの１２個のコイルユニット１１９を挿通し、更に両端をネジリング１１５で固定して誘導コイル１１１を形成する。この後誘導コイル１１１を絶縁カバー１０６で被覆した後、加熱ローラ１０１内に組込み、加熱ローラ１０１を完成する。
【００５７】
このようにしてなる加熱ローラ１０１を有する定着装置１００は、高周波発生回路１２０の第１直列共振回路の共振周波数ｆ１と同じ周波数（または近傍の周波数）の駆動信号が発振回路１４１から発せられると、この駆動信号によりトランジスタ１２６がスイッチングし、第１直列共振回路が励起される。この第１直列共振回路の励起により、第１の誘導コイル１１１ａのＮｏ．４からＮｏ．８までのコイルユニット１１９には図３の矢印ｕ方向の電流が流れ、第１の誘導コイル１１１ａから高周波磁界が発生し、その高周波磁界によって加熱ローラ１０１の軸方向中央部に渦電流が生じ、その渦電流によるジュール熱で加熱ローラ１０１の軸方向中央部が自己発熱する。
【００５８】
又、定着装置１００は、高周波発生回路１２０の第２直列共振回路の共振周波数ｆ２と同じ周波数（または近傍の周波数）の駆動信号が発振回路１４１から発せられると、この駆動信号によりトランジスタ１２６がスイッチングし、第２直列共振回路が励起される。この第２直列共振回路の励起により、第２の誘導コイル１１１ｂのＮｏ．１からＮｏ．３までおよびＮｏ．１０からＮｏ．１２までのコイルユニット１１９には図３の矢印ｕ方向の電流が流れ、第２の誘導コイル１１１ｂから高周波磁界が発生し、その高周波磁界によって加熱ローラ１０１の軸方向中央部に渦電流が生じ、その渦電流によるジュール熱で加熱ローラ１０１の軸方向両側部が自己発熱する。
【００５９】
尚、図１５に示すように第１直列共振回路の出力電力Ｐ１は、その第１直列共振回路の共振周波数ｆ１と同じ周波数で励起される場合にピークレベルとなり、励起される周波数が共振周波数ｆ１から離れるに従い山なりに徐々に減少するパターンとなる。同様に、第２直列共振回路の出力電力Ｐ２は、その第２直列共振回路の共振周波数ｆ２と同じ周波数で励起される場合にピークレベルとなり、励起される周波数が共振周波数ｆ２から離れるに従い山なりに徐々に減少するパターンとなる。
【００６０】
このような定着装置１００を有する複合型電子複写機１Ａの電源を投入すると、定着装置１００はウォームアップ操作を開始し、温度センサ１１２，１１３により加熱ローラ１０１の全長がレディ温度に達するまで、高周波発生回路１２０の第１および第２直列共振回路を共に励起して、第１及び第２の誘導コイル１１１ａ、１１１ｂの両方から高周波磁界を発して、加熱ローラ１０１の全体に渦電流を発生し、その渦電流によるジュール熱で加熱ローラ１０１の全体を自己発熱する。
【００６１】
この場合、実際には高周波発生回路１２０の第１直列共振回路の共振周波数ｆ１を中心として上下に所定値Δｆずつ離れた２つの周波数（ｆ１−Δｆ）、（ｆ１+Δｆ）を持つ駆動信号が発振回路１４１から順次に出力され、続いて高周波発生回路１２０の第２直列共振回路の共振周波数ｆ２を中心として上下に所定値Δｆずつ離れた２つの周波数（ｆ２−Δｆ）、（ｆ２+Δｆ）を持つ駆動信号が発振回路１４１から順次に出力される。
【００６２】
これら駆動信号により、第１直列共振回路がその共振周波数ｆ１を挟む２つの周波数（ｆ１−Δｆ）、（ｆ１+Δｆ）で順次に励起され、続いて、第２直列共振回路がその共振周波数ｆ２を挟む２つの周波数（ｆ２−Δｆ）、（ｆ２+Δｆ）で順次に励起される。これら周波数ごとの励起を繰り返して、加熱ローラ１０１の全体を自己発熱する。
【００６３】
尚、第１直列共振回路における誘導コイル１１１ａの出力電力Ｐ１は、図１５に示すように、周波数（ｆ１−Δｆ）での励起時にピークレベルＰ１ｃよりもわずかに低い値Ｐ１ａとなり、周波数（ｆ１+Δｆ）での励起時もわずかにピークレベルＰ１ｃよりも低い値Ｐ１ｂとなる。第２直列共振回路における第２の誘導コイル１１１ｂの出力電力Ｐ２は、周波数（ｆ２−Δｆ）での励起時にピークレベルＰ２ｃよりもわずかに低い値Ｐ２ａとなり、周波数（ｆ２+Δｆ）での励起時もピークレベルＰ２ｃよりもわずかに低い値Ｐ２ｂとなる。
【００６４】
加熱ローラ１０１の表面温度がレディ温度に達した後は、高周波発生回路１２０による第１及び第２の誘導コイル１１１ａ、１１１ｂの励起のオン／オフを繰り返し、所定のレディ温度を保持する。このレディ中に、コントロールパネル８０ａからプリント操作を指示すると、定着装置３０にあっては、指示されたシート紙Ｓサイズに応じて加熱ローラ１０１の必要領域を自己発熱する。
【００６５】
即ち、Ａ・４サイズ縦幅のシート紙Ｓの定着時には、高周波発生回路１２０の発振回路１４１により、第１直列共振回路を共振周波数ｆ１を挟む２つの周波数（ｆ１−Δｆ）、（ｆ１+Δｆ）で順次励起する。この第１直列共振回路の励起により、第１の誘導コイル１１１ａから高周波磁界が発生し、加熱ローラ１０１の軸方向中央部を自己発熱して、加熱ローラ１０１の軸方向中央部の表面温度を定着温度に設定して、定着を開始する。この後第１の誘導コイル１１１ａの励起のオン／オフを繰り返し加熱ローラ１０１の軸方向中央部の表面温度を定着温度に保持して、シート紙Ｓ上に形成されたトナー画像の定着を行う。
【００６６】
定着終了後は、加熱ローラ１０１全体を所定のレディ温度に保持するよう、高周波発生回路１２０による第１及び第２の誘導コイル１１１ａ、１１１ｂの励起のオン／オフを繰り返す。プリント操作を指示されたシート紙Ｓサイズが大きいサイズである場合は、高周波発生回路１２０による第１及び第２の誘導コイル１１１ａ、１１１ｂの励起のオン／オフを繰り返して、加熱ローラ１０１の全体を自己発熱して、加熱ローラ１０１の全体の表面温度を定着温度に設定して、定着を開始する。この後第１及び第２の誘導コイル１１１ａ、１１１ｂの励起のオン／オフを繰り返し加熱ローラ１０１の全体の表面温度を定着温度に保持して、シート紙Ｓ上に形成されたトナー画像の定着を行う。
【００６７】
以上の構成によりこの実施の形態によれば、省エネルギー化を得る誘導コイル１１１を構成するボビン１１７の内周面に第１乃至第３の巻き線ガイド１１７ｅ〜１１７ｇを形成して、コイルユニット１１９をホルダ１１４に挿通する時に、挿通方向の奥側の巻き線１１６を、ボビン１１７内にて第１乃至第３の巻き線ガイド１１７ｅ〜１１７ｇのいずれかに通している。従ってコイルユニット１１９をホルダ１１４に挿通する時に、巻き線１１６をコイルユニット１１９とホルダ１１４の間に挟み込む危険を防止出来、誘導コイル１１１を容易且つ安全に組み立てることが出来、誘導コイル１１１の生産効率を向上出来、ひいては誘導コイル１１１の量産化による低コスト化を実現し、実用性および信頼性にすぐれた誘導コイルを用いた定着装置を得られる。更に、本実施の形態のように、第１乃至第３の巻き線ガイド１１７ｅ〜１１７ｇの両端部をボビン１１７の両側面より内側となるよう位置規制すれば、コイルユニット１１９を隣接して設けた時に、隣り合う巻き線ガイド１１７ｅ〜１１７ｇ間に巻き線１１６を挟み込んで巻き線１１６を損傷する危険を防止出来ることからも、信頼性にすぐれた誘導コイルを用いた定着装置を得られる。
【００６８】
尚本発明は上記実施の形態に限定されず、種々設計変更可能であり、例えば、コイル支持部の形状等限定されず、フランジや溝の位置等任意である。さらに、コイルユニット群を構成するコイルユニットの数やサイズ等も限定されないし、コイルユニット群の数やサイズも、発熱部材の発熱領域の分布に応じて任意である。尚、コイルユニット群の数に応じて、ホルダに形成されるコイルの巻き線を通す空間状の通路の数も任意とされる。
【００６９】
又発熱部材の材質は導電性を有するものであればステンレス等でも良いが発熱時のエネルギー損の低減を図れる材質が好ましいし、巻き線材質も任意であるが電流損の低減を図れるものが好ましい。更にコイルユニット群に磁界を発生させる高周波電力の周波数も限定されないし、複数のコイルユニット群をそれぞれに励起するための共振周波数も任意である。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、省エネルギー化を得るための所望の誘導コイルを極めて容易且つ安全に形成出来、誘導コイルの量産化による低コスト化を得られる。従って実用性および信頼性にすぐれた誘導コイルを用いた定着装置を提供出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の複合型電子複写機を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の定着装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の誘導コイルを示す概略斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態の誘導コイルを示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態のコイルユニットを示す概略斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態の誘導コイルのコイルユニットの配列を示す概略説明図である。
【図７】本発明の実施の形態の誘導コイルの組み立て過程を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態の誘導コイルのコイルユニットの配線を示す概略説明図である。
【図９】本発明の実施の形態のボビンを示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態のボビンの表側面を示す側面図である。
【図１１】本発明の実施の形態のボビンの裏側面を示す側面図である。
【図１２】本発明の実施の形態のボビンの外周面を示す側面図である。
【図１３】本発明の実施の形態の複合型電子複写機の制御系を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態の誘導コイルの電気回路を示す配線図である。
【図１５】本発明の実施の形態の直列共振回路の出力電力と直列共振回路を励起する周波数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…本体、２０…感光体ドラム、１００…定着装置、１０１…加熱ローラ、１０２…加圧ローラ、１１１…誘導コイル、１１１ａ、１１１ｂ…第１および第２の誘導コイル、１１４…ホルダ、１１４ａ〜１１４ｃ…第１乃至第３の通路、１１６…巻き線、１１７…ボビン、１１８…コイル、１１９…コイルユニット、１２０…高周波発生回路、１４０…コントローラ、１４１…発振回路

Claims

記録媒体と接触し、渦電流の発生により発熱する中空の発熱部材と、
前記発熱部材の前記中空内部に配置されるホルダと、
前記ホルダに挿通されるコイル支持部材及び、前記コイル支持部材の外周に巻き線を複数回巻き付けて成るコイル並びに、前記コイル支持部材の内周面に前記挿通方向と平行に設けられ前記コイルから引き出される前記巻き線を通して前記ホルダ端部方向に導くパイプ状ガイドを有するコイルユニットを、前記ホルダに複数個挿通して隣接配置してなり、前記発熱部材に前記渦電流を発生させる複数のコイルユニット群と、
前記発熱部材に接触して前記記録媒体を所定の圧力をもって前記発熱部材と共に挟持搬送する加圧部材とを具備することを特徴とする定着装置。
前記ホルダは前記コイル支持部材との間に、前記パイプ状ガイドを通った前記巻き線を更に前記ホルダ端部まで導く空間状の通路を形成することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記コイル支持部材は、前記内周面に前記パイプ状ガイドを線対称に複数配置することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記パイプ状ガイドは、端部が前記コイル支持部材の側面より内側に成るよう位置規制してなることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記パイプ状ガイドは、隣接する前記コイルユニットの前記パイプ状ガイドとの間に前記巻き線の径以上の間隙を保持するよう前記端部を位置規制してなることを特徴とする請求項４記載の定着装置。
記録媒体と接触し、渦電流の発生により発熱する加熱ローラと、
前記加熱ローラ内部に配置されるホルダと、
前記ホルダに挿通されるボビン及び、前記ボビンの外周に巻き線を複数回巻き付けて成るコイル並びに、前記ボビンの内周面に前記挿通方向と平行に設けられ前記コイルから引き出される前記巻き線を通して前記ホルダ端部方向に導く巻き線ガイドを有するコイルユニットを、前記ホルダに複数個挿通して隣接配置してなり、前記加熱ローラに前記渦電流を発生させる複数のコイルユニット群と、
前記加熱ローラに接触して前記記録媒体を所定の圧力をもって前記加熱ローラと共に挟持搬送する加圧ローラとを具備することを特徴とする定着装置。
記録媒体と接触し、渦電流の発生により発熱する加熱ローラと、
前記加熱ローラ内部に配置されるホルダと、
前記ホルダに挿通されるボビン及び、前記ボビンの外周に巻き線を複数回巻き付けて成るコイル並びに、前記ボビンの内周面に前記挿通方向と平行に設けられ前記コイルから引き出される前記巻き線を通して前記ホルダ端部方向に導く巻き線ガイドを有するコイルユニットを、前記ホルダに複数個挿通して隣接する前記巻き線の電位差が互いに同じと成る方向に隣接配置してなり、それぞれ異なる共振周波数により励起して前記加熱ローラに前記渦電流を発生させる複数のコイルユニット群と、
前記加熱ローラに接触して前記記録媒体を所定の圧力をもって前記加熱ローラと共に挟持搬送する加圧ローラとを具備することを特徴とする定着装置。
前記ホルダは前記ボビンとの間に、前記巻き線ガイドを通った前記巻き線を更に前記ホルダ端部まで導く空間状の通路を形成することを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれか記載の定着装置。
前記ボビンは、前記内周面に前記巻き線ガイドを線対称に複数配置することを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれか記載の定着装置。
前記巻き線ガイドは、端部が前記ボビンの側面より内側に成るよう位置規制してなることを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれか記載の定着装置。
前記巻き線ガイドは、隣接する前記コイルユニットの前記巻き線ガイドとの間に前記巻き線の径以上の間隙を保持するよう前記端部を位置規制してなることを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれか記載の定着装置。
前記複数個のコイルユニット群は前記複数個のコイルユニットを前記ホルダに同軸状に挿通してなることを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれか記載の定着装置。
前記コイルユニットの前記巻き線の巻き付け回数が、各コイルユニット群毎に異なることを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれか記載の定着装置。