JP4666751B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、電子写真装置、静電複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置において、用紙等の被定着材にトナー像等の画像を定着するのに用いられる誘導加熱を用いた定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真装置の定着装置では、一般に次のようにしていた。即ち、加熱源としてハロゲンランプ等を用い、これを金属製の加熱ローラの内側に設置し、この加熱ローラを加熱する。この加熱ローラに対向、圧接状態に、少なくとも表面を弾性材とした加圧ローラを設置する。これらの２つのローラによって形成される互いに接触するニップ部の間を被定着物としての用紙を通過させる。この通過時に、用紙上のトナー像を溶融、定着させる。また、これと異なる従来の方法としては、フラッシュランプを用い、用紙をこれに対して非接触で加熱して定着させるものもある。さらに、これらの効率改善策を施したものとして、特開平８−７６６２０号公報に示されるような磁場発生手段とベルトとを組み合わせた定着装置や、特開昭５９−３３４７６号公報に示される加熱部材としてセラミックスを用いた定着装置等が知られている。さらに、従来のものとしての誘導コイルによる誘導加熱を応用した定着装置においては、加熱ローラを均一に加熱する必要がある。均一な加熱の実現のために加熱効率を最適化するには、誘導コイル自体の構成について工夫して最適なものにする必要があるが、これは実際上は著しく困難である。さらに、加熱ローラの均一な加熱という点に関連し、加熱ローラを軸方向（幅方向）にも温度むらがないようにする必要がある。従来のハロゲンランプヒータを用いた装置にあっては、配光特性を変更することによって対応していた。誘導加熱定着装置においても、これと同様の効果を期待するための何んらかの対策が必要となる。この誘導加熱用のコイルを、既存のモータ等のコイルと比較すると、使用環境は互いに大きく異なる。このため、モータ等のコイルと異なり、誘導加熱のコイルの形状は、特に耐熱を考慮して選定する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の誘導加熱を応用した定着装置におけるコイルは、一般の調理器等におけるコイルよりも高熱の環境下で用いられる。而して、上記調理器等のコイルにおいては、コイル同士を一体化して固定したり、コイルをその芯材と一体化して固定したりするのに、既存の電線用のワニスが用いられていた。しかしながら、上述のように、誘導加熱による定着装置のコイルは、その使用環境がより高温状態にあるため、上記既存の電線用ワニスは耐熱性能の観点から実際上の使用が著しく困難である。即ち、実際上、誘導加熱用のコイルの隣り合うもの同士及び芯材と固定したり、そのコイルがリッツ線として複数本がより合わされている場合において、リッツ線を構成する各線同士を互いに固定して一体化したりするのに用い得る電線用ワニスはないといえる。
【０００４】
しかしながら、本発明者は、それでも誘導加熱用コイル（電磁誘導コイル）を束ね、固定するワニス（接着剤）を入手する必要にせまられ、各種のワニス、接着剤を調べ、さらにこれらの中に実際に使用し得るものがないかどうかの探求を続けた。前記各種のものを試用する実験を繰り返した。その結果、本発明者は、ある種の耐熱塗料の中に、誘導加熱用コイル（電磁誘導コイル）の固定に使用できるものがあることを発見した。
【０００５】
本発明は、この本発明者による独自の知得に基づいてなされたもので、その目的は、誘導加熱用の電磁誘導コイル同士及び芯材との固定が確実になされている定着装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、導体で構成された金属層を持つエンドレス部材に近接配置した芯材に、電線を巻回してなる電磁誘導コイルに交流電流を流し、このエンドレス部材を発熱させて被定着部材を加熱する構成の誘導加熱を用いた定着装置において、
前記電磁誘導コイル同士及び前記芯材と前記コイルとは、それぞれ、前記コイルの巻回後に塗布した変性シリコン樹脂を主成分とする樹脂によって固定されており、
前記芯材に前記電線による前記電磁誘導コイルがこの芯材の軸方向に沿って巻回されており、
前記芯材に前記電線を、前記芯材の両端近傍において隙間を介してさらに両端まで延長して巻回することにより、前記コイルの存在しない隙間部分が形成され、且つ、この隙間部分のさらに両端外側部分に前記コイルが存在しており、
前記隙間部分は、前記芯材において、この芯材の軸を挟んで対向する側面の２箇所のうちの少なくとも一方に形成されている、
ものとして構成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１は、静電複写機等における、被定着材（用紙）へ画像としてのトナー像を定着する定着装置１の全体構成を示した簡略断面図である。図２には、要部（加熱ローラ２と加圧ローラ３）の斜視図を用紙Ｐと共に示している。さらに、図３に、これら２つのローラの位置関係が示される。
【０００８】
この定着装置１は、図１中の右側にある用紙Ｐを、互いに圧接する上側の高温の加熱ローラ（定着ローラ）２と下側の加圧ローラ（プレスローラ）３との間（ニップ部）を右側から左側方向に通すことにより、被定着剤としての用紙Ｐ上のトナーの溶融、定着を行うようにしたものである。
【０００９】
より詳しくは、ボディ（シャーシ）４に対して加熱ローラ２はベアリングＢ（図３）によって回転可能に支持されており、且つ、駆動モータ（図示せず）によって時計回り方向に駆動されるようになっている。加熱ローラ２は、エンドレス部材であり例えば、φ４０ｍｍの円筒に構成される。この加圧ローラ２はエンドレス部材として構成されていればよく、例えば２つのプーリ間に耐熱性のベルトを巻き掛け、内部に後述の誘導加熱装置６を配置するようにすることもできる。この加熱ローラ２に対して、前記加圧ローラ３が、圧接状態にボディ４に対して回転可能に取り付けられている。例えば、図３からわかるように、回転可能に支持した加熱ローラ２をばねＳにより付勢して加熱ローラ２に圧接させることができる。つまり、加圧ローラ３は加熱ローラ２に対して圧接され、一定幅のニップ部８を持つように維持されている。この加圧ローラ３はそれ自体は駆動機構を持たず、前記加熱ローラ２によって反時計回り方向に従動させられる。
【００１０】
さらに加熱ローラ２についていえば、これは２重構造となっており、内側は、鉄製の本体２ａであり、外径４ｍｍ、肉厚は例えば１ｍｍとされる。この鉄に代えて、ステンレスや、アルミニウムや、ステンレスとアルミニウムの複合材等を用いることもできる。この本体２ａの外側は、テフロン等によって構成した離型層２ｂによって被覆されている。また、この加熱ローラ２に圧接される加圧ローラ３は、芯金３ａと、これを被覆する外側のシリコンゴム、フッ素ゴム等の弾性材製の被覆層３ｂと、の２重構造となっている。
【００１１】
上記加熱ローラ２の内部空間には、ボディ４に対して固定状態に誘導加熱装置（磁場発生手段）６が設けられている。この誘導加熱装置６によって加熱ローラ２の鉄製の本体２ａが加熱されるのである。この加熱された加熱ローラ２によって、前記用紙Ｐ上の現像剤（トナー）Ｔが溶融、圧着される。
【００１２】
この加熱ローラ２のまわりには、各種の装置が取り付けられている。即ち、加熱ローラ２と加圧ローラ３との接触位置（ニップ部）８よりも回転方向のやや下流位置に、用紙Ｐを加熱ローラ２から剥離するための剥離爪５が設けられている。この爪５よりもさらに回転方向下流側には、加熱ローラ２の温度を検出するサーミスタ１０が設けられている。さらに下流側には、加熱ローラ２上にオフセットされたトナーや紙屑等のごみを除去するためのクリーニング部材１１が設けられている。さらに下流側、というよりも定着が行われるニップ部８の上流位置には、トナーのオフセットを防止するための離型剤を塗布する離型剤塗布装置１２が設けられている。
【００１３】
次に、前記誘導加熱装置６について詳しく説明する。この装置６は、高耐熱性の工業用プラスチックなどの耐熱性の樹脂製の芯材（コイル支持体）２０に、励磁コイル２１を巻き付けたものである。この励磁コイル２１としては、リッツ線を用いて、交流電流を有効に流し得るようにしている。例えば、このコイル２１としては、耐熱性のポリアミドイミド又はポリイミドで被覆された直径０．５ｍｍの線材（単位線）２１ａを１９本束ねたものを用いることができる。前述のように、このコイル２１は非磁性の芯材２０で支持されていることから、磁気的に見ると、フェライトや鉄芯等の磁性芯材のないいわゆる空芯コイルである。このように、複雑な形状の鉄芯材を不要としたので、コストの低減さらには磁気回路全体も安価にできる。なお、図中、２２ａ，２２ｂは、コイル温度センサである。
【００１４】
さらに、上記のような空芯コイルにおいては、高い電流によってコイル性能をひき出すことが必要となる。そこで、コイルを形成する電線はこの高電流に耐えるためにある程度の太さが要求されるが、表皮効果の観点から、０．５ｍｍφの耐圧エナメル線（ポリイミド被覆）の１９本のリッツ線を用いている。
【００１５】
上記励磁コイル２１には、インバータ回路等の励磁回路（図示せず）からの高周波電流が供給され、加熱ローラ２に磁界の変化に伴う渦電流を発生させる。この渦電流により、加熱ローラ２にはそれ自体の電気抵抗によってジュール熱が発生し、加熱される。例えば、励磁コイル２１には、周波数２５ｋＨｚ、９００Ｗの高周波電流を流すことができる。
【００１６】
次に、上記加熱ローラ２における誘導加熱装置６について詳しく説明する。この誘電加熱装置６としては各種の態様をとることができ、以下にその各例について順次説明する。
【００１７】
図３は、その第１の態様例を示すものである。この図３の誘導加熱装置６においては、耐熱性と絶縁性の向上のために、上記したコイル相互且つコイルと芯材との固定のために、２００℃以上でも長時間実用となる接着剤として、シリコン樹脂の少なくとも一部をエポキシやポリエステルで変性した変性シリコン樹脂３１を用いている。この変性シリコン樹脂３１は、図４（ａ）に示す塗装部分３２に塗布する。この塗布により、変性シリコン樹脂３１は、図４（ｂ）に示されるように、１９本の線材２１ａ間にしみ込んでこれらを一体に固定すると共に、コイル２１の外側をも被って絶縁性を高める。さらに、この変性シリコン樹脂３１は、同じく図４（ｂ）からわかるように、コイル２１を芯材２０に固定する役割をもになっている。なお、この変性シリコン樹脂３１に、少量のフッ素を加えて耐候性を向上させたものや、マイカを加えて耐熱性や絶縁性を向上させたものを用いることもできる。この変性シリコン樹脂としては、例えば、商品名Ｇ−２０，ＧＦ−２０（オキツモ株式会社）が用いられる。特に、酸化チタンによる白色のものを用いると、加熱したローラからの輻射熱を反射し、立上り性能の向上と効率の向上の点から有利となる。同様に、白色、銀色、灰色等の放射率の低い材料を用いて同様の効果が得られるようにすることもできる。
【００１８】
このような変性シリコン樹脂３１の塗布に当たっては、塗装と同じように刷毛塗りやスプレーで行えるほか、ディッピングによって芯材２０の表面を十分にコーティングするようにすることもできる。これにより、芯材２０の耐熱性も同時に向上できる。
【００１９】
このように、本実施例によれば、コイル２１同士が固定されているためこのコイル２１が熱やスプリングバック力によって剥離したり、芯材２０との熱膨張率の差に起因してコイル２１が芯材２０から剥れたりするのを有効に防止して、安定した電磁誘導の性能を得ることができる。
【００２０】
なお、上記には、芯材が非磁性の空芯コイルとしての例を示したが、むろん芯材が磁性の有芯コイルであってもその有用性には変わりはない。
【００２１】
なお、図４（ａ）には、芯材２０にコイル２１をその両端近傍まで巻いたものを示したが、ローラ全長にわたって温度ムラをなくすため、コイル２１の巻き方に工夫したものを図６，図７に示す。
【００２２】
即ち、一般に、ローラでは、両端部分において、それを支持する軸受けに熱を奪われ、また開口部分からの放熱により、両端部分の温度が下がる傾向にある。このようなことを避けるため、単に両端近傍までコイルを巻いても、温度分布の観点から好ましくない。即ち、図７は、芯材２０の両端近傍までコイル２１を巻いた例を示す。これに対し、図６は芯材２０に対し、コイル２１を両端方向に延すに当たり、コイル２０のない隙間（空間）３５を形成した状態に、コイル２１を延している。また図７は、隙間３５を設けるこのような構成を芯材２０についての片側のみについて採用した例を示す。これにより、ローラの長手方向における温度ムラが抑制される。即ち、図８は立ち上り直後のヒートローラの軸方向における表面温度の分布を示すものである。図８中、一点鎖線Ａは図５の例によるもの、実線Ｂは図６，図７の例によるもの、破線Ｃは不対策つまりコイルの両端への延長の全くないものにおける、それぞれの温度分布を示す。例えば、Ａ４の用紙（横長）への印刷可能な温度についてみると、上記Ａ，Ｂは定着可能温度範囲に入っていて合格であるのがわかる。しかし、実際にコピー動作を行った場合において、Ａ４の用紙（縦長）のように小サイズの用紙を通過させた後にはこの様子は違ってくる。即ち、図９において、図８と同様に、Ａ（一点鎖線）は図５の例によるもの、Ｂ（実線）は図６，図７によるもの、Ｃ（破線）は未対策のものにおけるそれぞれの温度分布を示す。この図９からわかるように、図８では合格であったＡは、ここでは温度が上りすぎるという難点を示している。よって、図８，図９から、やはり図６，図７のように、少なくとも芯材２０の両端の片側にはコイルのない空間が必要であることがわかる。
【００２３】
また、図１０に示すように、上記のような誘導加熱装置６にコイルの放熱と絶縁を兼用する耐熱、絶縁、高熱伝導性のカバー３７が被挿される。このカバー３７は、いわゆる耐熱樹脂で構成されるが、これはコイル２１の断線、芯材２０からの剥離時の安全性も確保するものである。このカバーは高温化することにより若干熱収縮して、形状が変形し、コイル２１との間の隙間が変化し、点検時に抜けなくなったりすることもあった。これに着目し、本実施例では、予め熱処理して使用している。即ち、このカバー３７をＰＦＡ又はＰＴＦＥ等製とし、２５０℃以上で処理した後に用いている。これにより、上記のような難点を抑えることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、芯材に巻回した電磁誘導コイルを変性シリコン樹脂を主成分とする樹脂により固定するようにしたので、高温下においても、そのコイル同士だけでなくコイルと芯材との間の接着性を高いものとして、その形状の保持を確実なものとでき、これにより信頼性の良い定着装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の定着装置全体の側面概略図。
【図２】図１の加熱ローラ、誘導加熱装置、加圧ローラの斜視図。
【図３】図１の加熱ローラ、誘導加熱装置、加圧ローラの位置関係を示す説明図。
【図４】図１の芯材及びコイルを示す斜視図及び変性シリコン樹脂の硬化状態を示す部分断面図。
【図５】温度に対して未対策のコイルの巻回状態を示す部分斜視図。
【図６】本発明の実施例としてのコイルの巻回状態を示す一例の部分斜視図。
【図７】本発明の実施例としてのコイルの巻回状態を示す一例の部分斜視図。
【図８】図５〜図７の例による立ち上り後のヒートローラの温度分布を示すグラフ。
【図９】図５〜図７の例による小サイズ用紙通過後のヒートローラの温度分布を示すグラフ。
【図１０】コイルに被挿するカバーの例を示す斜視図。
【符号の説明】
６ 誘導加熱装置
２０ 芯材
２１ 励磁コイル
３５ 隙間（空間）
３７ カバー

Claims (5)

1. 導体で構成された金属層を持つエンドレス部材に近接配置した芯材に、電線を巻回してなる電磁誘導コイルに交流電流を流し、このエンドレス部材を発熱させて被定着部材を加熱する構成の誘導加熱を用いた定着装置において、
   前記電磁誘導コイル同士及び前記芯材と前記コイルとは、それぞれ、前記コイルの巻回後に塗布した変性シリコン樹脂を主成分とする樹脂によって固定されており、
   前記芯材に前記電線による前記電磁誘導コイルがこの芯材の軸方向に沿って巻回されており、
   前記芯材に前記電線を、前記芯材の両端近傍において隙間を介してさらに両端まで延長して巻回することにより、前記コイルの存在しない隙間部分が形成され、且つ、この隙間部分のさらに両端外側部分に前記コイルが存在しており、
   前記隙間部分は、前記芯材において、この芯材の軸を挟んで対向する側面の２箇所のうちの少なくとも一方に形成されている、
   ことを特徴とする誘導加熱を用いた定着装置。
2. 前記変性シリコン樹脂は、シリコン樹脂の少なくとも一部をエポキシ又はポリエステルで変性したものであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記隙間部分は、前記芯材において、この芯材の軸を挟んで対向する側面の２箇所形成され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. 前記隙間部分は、前記芯材において、この芯材の軸を挟んで対向する側面の２箇所のうちの一方にのみ形成され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。
5. 前記電磁誘導コイルには、予め熱処理して形状を安定にした円筒状の保護カバーが被挿されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の定着装置。

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