JP4043508B2 - 定着装置，画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は，導電性材料で形成される円筒状のヒートローラの内部に，上記ヒートローラの軸回りに巻かれたコイルが配設されてなる誘導加熱方式の定着装置，及びそれを搭載した画像形成装置に関するものである。

複写機，ファクシミリ，プリンタなどの画像形成装置に搭載されている定着装置としては，転写シート上のトナーを熱溶解させる定着ローラと，該定着ローラに圧接して転写シートを挟持する加圧ローラとで構成されているものが最も一般的である。
ここで，上記定着ローラとしては，従来より，ローラ内部にハロゲンランプ等の発熱体を配置し，該発熱体からの輻射熱等により上記ローラ表面を加熱するようにしたものが一般的であった。しかしながら，このような定着ローラには，ローラ表面が適温に達するまでに比較的長時間を要する，エネルギーロスが大きいなど幾つかの問題点があることから，これらの問題点を解決できるものとして誘導加熱方式（以下，ＩＨ方式という）の定着ローラが提案されている。
このＩＨ方式の定着ローラは，金属導体からなるローラ内部に，例えば軸方向に螺旋状に巻かれたコイルが配置された構成となっており，上記コイルに高周波電流を流し，それによって生じた高周波磁界で上記ローラに誘導渦電流を発生させ，上記ローラ自体の表皮抵抗によってローラそのものをジュール発熱させるものである。このような構成により，ハロゲンランプなどからの間接加熱に比べて短時間で昇温させることができ，またローラ以外の部分の発熱や光漏れなどに相当するエネルギーロスを少なくすることが可能である。

ところで，このようなＩＨ方式の定着装置において，図１０に示すようにコイルをローラ５２の軸回りに巻いた場合，ローラ５２への磁束の進入ポイントが長手方向（軸方向）に不均一となり，ローラ５２の両端部では磁束が粗く，中央部では密となる。ＩＨ方式による発熱は貫く磁束の密度に比例するため，コイルをローラの軸回りに巻いた従来の定着ローラでは，ローラの長手方向に温度ムラを生じやすく，所望の温度分布配向を得にくいという問題点があった。
また，温度ムラ等を解消してローラ長手方向に所望の温度分布配向を得るために，ローラの軸回りに巻いたコイルのピッチを場所によって変化させて巻き密度に疎密を設ける方法が知られているが，このようにピッチを変化させながらボビンにコイルを巻く作業は，機械巻きであっても手巻きであっても非常に難しく，実用的とは言えない。特にコイル線を疎に巻く部分については，コイル線のズレ等が生じるために，所望のピッチで正確にコイル線を巻き付けていくことは非常に困難である。
本発明は，上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，ローラの長手方向の温度ムラを解消して所望の温度分布配向を得ることが可能な誘導加熱方式の定着装置を提供することである。

上記目的を達成するために本発明は，導電性材料で形成される円筒状のヒートローラの内部に，上記ヒートローラの軸回りに巻かれたコイルが配設されてなる誘導加熱方式の定着装置において，上記コイルの外周が，上記ヒートローラの内周面に近接するように構成されてなると共に，上記コイルが，上記ヒートローラの軸方向に複数に分割され，それぞれ隣り合うコイルの磁性方向が互いに逆向きとなるように配列されてなることを特徴とする定着装置として構成されている。

具体的には，上記ヒートローラ内径ｄ１，上記コイル外径ｄ２，及び上記コイル端部の上記画像領域からの突出量ａが，
ｄ１−ｄ２≦ａ
を満たすように設定することが望ましい。
このような構成により，ヒートローラへの磁束の進入ポイントが少なくともコイルの長さの範囲内においてほぼ均一化されるため，ヒートローラの長手方向における温度ムラを軽減することができる。

また，上記コイルは，上記ヒートローラの軸方向に複数に分割され，それぞれ隣り合うコイルの磁性方向が互いに逆向きとなるように配列されていることが望ましい。
このような構成により，コイル同士の対向部では極性が反発するため，ヒートローラへ進入する磁束を均一化することができ，ヒートローラの長手方向における温度ムラを軽減することができる。

また，上記の発明において，更にコイルを長手方向に分割した状態で着脱可能に構成すれば，コイル交換などの際に，引き出し方向のスペースが小さくてすむため，装置の設置場所等の制約が小さくなり，また交換作業も容易となる。
さらに，上記のように分割着脱可能なコイルを，その巻き密度や長さを変えて複数種類用意してモジュール化しておき，機種毎のローラ長さや温度配向に合わせて幾つかのコイルを組み合わせて使用するようにすれば，仕様の異なる機種毎に個別のコイルを用意する必要がなく，便利である。この場合，温度配向を調整するためには巻き密度の異なるコイルを接続することになるが，各コイル内では巻き密度が一定であるため，１つのコイルで巻き密度に疎密を設ける場合に比べて遙かに製造が容易である。

以上説明したように，この発明は，導電性材料で形成される円筒状のヒートローラの内部に，上記ヒートローラの軸回りに巻かれたコイルが配設されてなる誘導加熱方式の定着装置において，上記コイルの外周が，上記ヒートローラの内周面に近接するように配置されてなると共に，上記コイルが，上記ヒートローラの軸方向に複数に分割され，それぞれ隣り合うコイルの磁性方向が互いに逆向きとなるように配列されてなることを特徴とする定着装置として構成されているため，ヒートローラへの磁束の進入ポイントが少なくともコイルの長さの範囲内においてほぼ均一化されるため，ヒートローラ１の長手方向における温度ムラを軽減することができる。

以下添付図面を参照して，本発明の実施の形態及び実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は実施の形態１に係る定着ローラＺ１の概略構成図，図２は実施の形態２に係る定着ローラＺ２の概略構成図，図３は実施の形態３に係る定着ローラＺ３の概略構成図，図４は実施の形態４に係る定着ローラＺ４の概略構成図，図５は実施の形態５に係る定着ローラＺ５の概略構成図，図６はコイルを分割着脱可能とした構成の一例を示す図，図７は巻き密度を異ならせた２つのコイルの一例を示す図，図８は長さを異ならせた３つのコイルの一例を示す図，図９は参考例に係る定着ローラＺ５の概略構成図である。

本実施の形態１に係るＩＨ方式の定着ローラＺ１は，複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置に搭載されるもので，図１に示す如く，鉄，ニッケルなどの導電性材料で形成された円筒状のヒートローラ１の内部に，上記ヒートローラ１の軸回りに螺旋状に巻かれたコイル１１が配置された構成となっている。ここで，上記コイル１１は，上記ヒートローラ１よりも長く形成されており，その両端が上記ヒートローラ１の両端部よりも外側に突出するように取り付けられている。これにより，ヒートローラ１の全域で磁束の進入ポイントがほぼ均一化され，ヒートローラ１の長手方向における温度ムラを軽減することができる。
尚，ヒートローラ１の温度は，少なくともその画像領域において均一であればよいため，上記コイル１１の長さは必ずしもヒートローラ１より長くする必要はなく，最小限ヒートローラ１の画像領域よりも長ければよい。

次に本実施形態２に係るＩＨ方式の定着ローラＺ２は，図２に示す如く，鉄，ニッケルなどの導電性材料で形成された円筒状のヒートローラ１の内部に，上記ヒートローラ１の軸回りに螺旋状に巻かれたコイル１２が配置された構成となっている。ここで，上記コイル１２は，上記ヒートローラ１の内径よりも若干小さい外径となるように形成されており，その外周が上記ヒートローラ１の内周面に近接するように取り付けられている。具体的には，ヒートローラ１の内径をｄ１，コイル１２の外径をｄ２，コイル端部の画像領域からの突出量をａとすると，
ｄ１−ｄ２≦ａ
を満たす程度にコイル外周をヒートローラ内周面に近接させることが望ましい。

これにより，ヒートローラ１への磁束の進入ポイントが少なくともコイル１２の長さの範囲内においてほぼ均一化されるため，ヒートローラ１の長手方向における温度ムラを軽減することができる。

さらに本発明の次の実施の形態３に係るＩＨ方式の定着ローラＺ３は，図３に示す如く，鉄，ニッケルなどの導電性材料で形成され，図示しない軸受等によって両端部を回転自在に支持された円筒状のヒートローラ１の内部に，上記ヒートローラ１の軸回りに螺旋状に巻かれたコイル１３が固定支持された構成となっている。また，上記コイル１３の両端部には，磁束を通し易い材質（フェライト等）で形成されたリング上のキャップ２１（リング状の磁性体の一例）がとりつけられている。このキャップ２１は，その外周面が上記ヒートローラ１の内周面に近接する大きさに形成されている。これにより，コイル１３で発生した磁束は上記キャップ２１に案内されて上記ヒートローラ１に進入するため，ヒートローラ１への磁束の進入ポイントが少なくともコイル１２の長さの範囲内においてほぼ均一化され，ヒートローラ１の長手方向における温度ムラを軽減することができる。また，上記キャップ２１には，定着加圧時の上記ヒートローラ１の撓みによる上記コイル１３への接触を防止する効果もある。この場合，上記キャップ２１は摺動性のある材料を用いる必要がある。

さらに本発明が適用可能な実施の形態４に係るＩＨ方式の定着ローラＺ４は，図４に示す如く，鉄，ニッケルなどの導電性材料で形成された円筒状のヒートローラ１の内部に，上記ヒートローラ１の軸回りに螺旋状に巻かれたコイル１４が上記ヒートローラ１の軸方向に複数（図４では３つ）配列された構成となっている。また，それら各コイル１４は，例えばコイルの巻き方向をそれぞれ変えるなどにより，隣り合うコイルの磁性方向が互いに逆向きとなっている。
これにより，コイル同士の対向部では極性が反発するため，ヒートローラ１へ進入する磁束を均一化することができ，ヒートローラ１の長手方向における温度ムラを軽減することができる。

上記各実施の形態１〜４を２つ以上組み合わることにより，その相乗効果によってヒートローラ１の長手方向の温度ムラの軽減効果を更に高めることが可能である。このような組み合わせに係る実施形態を実施形態５という。
一例として，上記実施の形態３，４を組み合わせた定着ローラＺ５を図５に示す。定着ローラＺ５は，円筒状のヒートローラ１の内部に，上記ヒートローラ１の軸回りに螺旋状に巻かれたコイル１４が上記ヒートローラ１の軸方向に複数（図５では３つ）配列された構成となっている。また，それら各コイル１４は，コイルの巻き方向をそれぞれ変えることにより，隣り合うコイルの磁性方向が互いに逆向きとなっている。更に，各コイル１４の間，及び端部には，磁束を通し易い材質（フェライト等）で形成されたリング上のキャップ２１（リング状の磁性体の一例）がとりつけられている。
これにより，キャップ２１による磁束誘導効果と，複数に分割され互いに極性が反発するように並べられたコイル１４との相乗効果により，ヒートローラ１へ進入する磁束をより効果的に均一化することができ，ヒートローラ１の長手方向における温度ムラを更に軽減することができる。

上記実施の形態１〜５に係るそれぞれの定着ローラについては，例えば図６に示すように，コイルを長手方向に分割した状態で着脱可能に構成すれば，コイル交換などの際に，引き出し方向のスペースが小さくてすむため，装置の設置場所等の制約が小さくなり，また交換作業も容易となる。
ここで，上記分割された各コイル（ここでは符号１５を用いる）同士の接続は，例えばそれらコイル１５が巻かれたボビン３１の両端に形成したコネクタ３１ａを介して行うようにすればよい。

また，上記のように分割着脱可能なコイルを，その巻き密度や長さを変えて（図７，図８参照）複数種類用意してモジュール化しておき，機種毎のローラ長さや温度配向に合わせて幾つかのコイルを組み合わせて使用するようにすれば，仕様の異なる機種毎に個別のコイルを用意する必要がなく，便利である。例えば，コイルの長さを例えばＬ，２Ｌ，３Ｌの３種類とし，それぞれの長さ毎に巻き密度を２段階（疎と密）に異ならせて合計６種類のコイルを用意する。例えば，ヒートローラ長さ４Ｌの機種でローラの中央部の温度を高くしたい場合には，長さ２Ｌで密に巻いたコイルを中央に，長さＬで疎に巻いたコイルを両端に配置すればよい。
またこの場合，温度配向を調整するためには上記のように巻き密度の異なるコイルを接続することになるが，各コイル内では巻き密度が一定であるため，１つのコイルで巻き密度に疎密を設ける場合に比べて遙かに製造が容易である。

（参考例）
本発明の参考例に係るＩＨ方式の定着ローラＺ５は，図９に示す如く，鉄，ニッケルなどの導電性材料で形成された円筒状のヒートローラ１の内部に，上記ヒートローラ１の軸回りに螺旋状に巻かれたコイル１６が配置されている。ここで，上記コイル１６が巻かれたボビン３２は，その中央部３２ａと両端部３２ｂとが異なる径（ここでは，中央部３２ａの方が両端部３２ｂよりも大径）に形成されている。従って，上記ボビン３２に等ピッチで巻かれた上記コイル１６も，その中央部が両端部よりも大径に形成されている。
ここで，コイル径が大きいほど強い磁界が得られるため，その部分のヒートローラの温度は相対的に高くなる。従って，図９に示す定着ローラＺ５の場合には，ヒートローラ１の中央部が両端部よりも高温となるような温度分布配向が得られる。このとき，コイルの巻き密度は一定でよいため，コイルの巻き密度に疎密を設ける方法に比べてコイルの巻き作業は遙かに容易且つ確実である。
このように，コイルの径を軸方向に不均一とすることにより，ヒートローラの温度分布配向を容易に調整することが可能である。

尚，ここではヒートローラ１の中央部が両端部よりも高温となるような温度分布配向を得るために図９に示すようなボビン形状としたが，このボビン形状は目標とする温度分布配向に基づいて自由に決定できる。また，ボビンの径は図９に示すように不連続に変化させるものに限られるものではなく，連続的に変化させてもよい。

本発明の実施の形態１に係る定着ローラＺ１の概略構成図。 本発明の実施の形態２に係る定着ローラＺ２の概略構成図。 本発明の実施の形態３に係る定着ローラＺ３の概略構成図。 本発明の実施の形態４に係る定着ローラＺ４の概略構成図。 本発明の実施の形態５に係る定着ローラＺ５の概略構成図。 コイルを分割着脱可能とした構成の一例を示す図。 巻き密度を異ならせた２つのコイルの一例を示す図。 長さを異ならせた３つのコイルの一例を示す図。 本発明の参考例に係る定着ローラＺ５の概略構成図。 従来のＩＨ方式定着ローラの概略構成図。

符号の説明

１…ヒートローラ
１１〜１６…コイル
２１…キャップ（リング状の磁性体の一例）

Claims (5)

1. 導電性材料で形成される円筒状のヒートローラの内部に，上記ヒートローラの軸回りに巻かれたコイルが配設されてなる誘導加熱方式の定着装置において，
   上記コイルの外周が，上記ヒートローラの内周面に近接するように構成されてなると共に，上記コイルが，上記ヒートローラの軸方向に複数に分割され，それぞれ隣り合うコイルの磁性方向が互いに逆向きとなるように配列されてなることを特徴とする定着装置。
2. 上記ヒートローラ内径ｄ１，上記コイル外径ｄ２，及び上記コイル端部の画像領域からの突出量ａが，
   ｄ１−ｄ２≦ａ
   を満たすように設定されてなる請求項１記載の定着装置。
3. 上記コイルが，軸方向に分割して着脱可能である請求項１あるいは２のいずれかに記載の定着装置。
4. 上記分割可能なコイルが，それぞれ長さと巻き密度のいずれか若しくは両方が異なるコイルを組み合わせて形成されてなる請求項３記載の定着装置。
5. 上記請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置を搭載した画像形成装置。

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