JP4699615B2 - 定着装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば静電複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置において被定着部材にトナー像（画像）を定着する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスを用いた複写装置に組み込まれる定着装置は、被定着部材上に形成された現像剤であるトナーを加熱して溶融させ、被定着部材にトナーを固着するものである。なお、定着装置に利用可能なトナーを加熱する方法としては、ハロゲンランプ（フィラメントランプ）による放射熱を用いる方法が広く利用されている。
【０００３】
熱源としてハロゲンランプを用いる方法においては、被定着部材とトナーに所定の圧力を提供可能に一対のローラを設け、そのローラの少なくとも一方のローラを中空円柱としてその内部空間に、円柱状に構成したハロゲンランプを配置する構成が広く用いられている。この構成においては、ハロゲンランプが配置されたローラは、他の一方のローラと接する位置で作用部（ニップ）を形成し、ニップに案内された被定着部材およびトナーに、圧力と熱を提供する。すなわち、ランプが設けられた加熱ローラと加熱ローラに従動して回転する加圧ローラとの圧接部（ニップ）である定着ポイントに、被定着部材すなわち用紙を通過させて、用紙上のトナーを融着させて、用紙に定着するものである。
【０００４】
ハロゲンランプを用いた定着装置においては、ハロゲンランプからの光と熱が加熱ローラの全周方向に放射されて全体が加熱される。この場合、光が熱に変換される際の損出と、ローラ内の空気を暖めてローラに熱を伝達する際の効率等を考えると熱変換効率は、６０〜７０％であり、熱効率が低く、消費電力が多く、しかも、ウォーミングアップ時間も長くなることが知られている。
【０００５】
このため、近年、加熱体に密着して移動可能な薄い金属層（導体）を有する耐熱性フィルムを無端ベルト状または円筒状とし、耐熱性フィルムに被加熱物を密着させながらフィルムと一緒に移動させることで、加熱体の熱エネルギーを、フィルムから被加熱物に付与する定着装置が提案されている。なお、耐熱性フィルムは、通常、利用可能な最大の幅を有する被定着部材の幅に合わせた幅が与えられている。このことにより、フィルムを用いた定着装置においては、加熱体の長手方向の温度を均一に管理する必要があり、製造時の均一性や動作時に高精度な温度制御が要求されることから、装置のコストが上昇する問題がある。
【０００６】
上述したヒータ定着やフィルム定着に特有の問題等を解決するため、特開平９−２５８５８６号公報および特開平８−７６６２０号公報等のように、誘導加熱の手法を用いた定着装置が提案されている。
【０００７】
特開平９−２５８５８６号公報には、定着（金属）ローラの回転軸に沿って設けられたコアにコイルを巻いた誘導コイルに電流を流し、ローラに誘導電流を発生させて金属ローラ自身を加熱する定着装置が開示されている。
【０００８】
特開平８−７６６２０号公報には、磁場発生手段を収容した導電フィルムと導電フィルムに密着される加圧ローラとを有し、導電フィルムを発熱させて導電フィルムと加圧ローラとの間を搬送される記録媒体上のトナーを記録媒体に定着する定着装置が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した誘導加熱方式の定着装置では、ハロゲンランプを用いる周知の定着装置が、ローラ体の円周方向に関して均一に加熱できる構造であるに比較して、磁場発生装置としての励磁コイルの巻き付け間隔や巻き付け方向に関連して、ローラ体の円周方向で、必ずしも表面温度が均一にならないことが知られている。
【００１０】
また、ローラ体の熱容量が低減されることにより、例えば、サイズの異なる用紙が利用されると、ローラ体の長手方向で、温度が不均一になるという新たな問題が生じている。例えば、小サイズの用紙（ローラ体の長さに比較して幅の狭い用紙）が連続して通紙されると、ローラ体の中央部では多くの熱が消費されるが、ローラ体の端部では熱が消費されないため、ローラ体の端部の温度が規格温度を越える問題がある。
【００１１】
さらに、誘導加熱方式において、発熱効率を向上させるためには、各線材の配列および間隔を最適化して、インピーダンスを最適にする必要がある。
【００１２】
ところで、励磁コイルを構成線材は、誘導加熱に利用される高周波電流の特性の一つである表皮効果の影響を低減するために、個々に絶縁された小断面の複数本の線材を撚って編んだリッツ線であり、しかも、通過電力が大きなことから、小断面の線材の中では、断面積の大きな剛性の高い線材が用いられる。
【００１３】
このため、コイル支持体に巻き付ける際に、一般的なコイルと同様に、単純に線材を巻き付けたとしても、その剛性により、隣接する線材との間の間隔が変化したり、コイル支持体の長手方向において、コイル支持体と密着せずに、線材が浮き上がることがある。
【００１４】
このことは、コイルと外側のローラ体との間の間隔を不均一とし、従って、ローラ体の熱分布を不均一とする問題がある。
【００１５】
なお、剛性の高いリッツ線を、細長い円筒状のコイル支持体に、所望の間隔を維持しながら巻き付けることのできる巻き線の形成方法は、これまであまり公開されていない。
【００１６】
この発明の目的は、誘導加熱方式の定着装置に用いられる剛性の高いリッツ線を、細長い円筒状のコイル支持体に、所望の間隔を維持しながら巻き付けることにより、温度むらの生じにくい定着装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、導体からなる金属層を有するエンドレス部材に近接配置したコイルに電流を流して、前記エンドレス部材を発熱させて被定着部材を加熱する定着装置において、前記コイルは、外形が円筒状で、外周において対向するように形成されたリブ部及び線材の巻き付け加工時に、前記線材のうち、内側に巻き付けられる線材と間隔をおいて巻き付けられる線材の折り曲げ部を定義する補助部材を装着するためのねじ孔が設けられたコイル支持体に、前記リブ部の一方に沿って前記線材の巻き付けが開始されるとともに、前記コイルの半径方向の最外周にある線材について、隣り合う線材の中心を結ぶ線分と前記リブ部に巻き付けられた最内周の線材の中心を結ぶ線分とのなす角が９０°を越える前に巻き方向が反転され、かつ、前記外周において対向する他のリブ部に沿って残りの線材の巻き付け位置が定義されるとともに、前記コイル支持体に装着される補助部材により、前記線材のうち、内側に巻き付けられる線材と間隔をおいて、巻き付けられている定着装置を提供するものである。
【００１８】
また、この発明は、導体からなる金属層を有するエンドレス部材に近接配置したコイルに電流を流して、前記エンドレス部材を発熱させて被定着部材を加熱するコイルの製造方法において、前記コイルは、外形が円筒状で、外周において対向するように形成されたリブ部及び線の巻き付け加工時に、前記線材のうち、内側に巻き付けられる線材と間隔をおいて巻き付けられる線材の折り曲げ部を定義する補助部材を装着するためのねじ孔が設けられたコイル支持体に、前記リブ部の一方に沿って前記線材の巻き付けが開始されるとともに、前記コイルの半径方向の最外周にある線材について、隣り合う線材の中心を結ぶ線分と前記リブ部に巻き付けられた最内周の線材の中心を結ぶ線分とのなす角が９０°を越える前に巻き方向が反転され、かつ、前記外周において対向する他のリブ部に沿って残りの線材の巻き付け位置が定義されるとともに、前記コイル支持体に装着される補助部材により、前記線材のうち、内側に巻き付けられる線材と間隔をおいて、巻き付けられるコイルの製造方法を提供するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である定着装置について説明する。なお、定着装置が組み込まれる画像形成装置の一例としてデジタル複写装置を例に説明する。
【００２７】
図１に示すように、デジタル複写装置（画像形成装置）１は、複写対象の画像を光の明暗として読み取って画像信号を生成する画像読取装置（スキャナ）２と、スキャナ２もしくは外部から供給される画像信号に対応する画像を形成して被定着部材（転写材）である用紙Ｐに定着する画像形成部３とからなる。なお、スキャナ２には、複写対象がシート状である場合に、スキャナ２による画像の読み取り動作と連動して、順次複写対象を入れ換える自動原稿送り装置（ＡＤＦ）４が一体的に設けられている。
【００２８】
画像形成部３は、スキャナ２または外部装置から供給される画像情報に対応するレーザビームを照射する露光装置５、露光装置５から供給される画像情報であるレーザビームに対応する画像を保持する感光体ドラム６、感光体ドラム６に形成された画像に現像剤（トナー）を供給して現像する現像装置７、現像装置７により現像された感光体ドラム６上のトナー像が、以下に説明する給紙搬送部により給送された転写材（用紙）Ｐに転写された状態の現像剤像を加熱して溶融させ、用紙Ｐに定着する定着装置８等を有している。
【００２９】
このような画像形成装置においては、スキャナ２あるいは外部装置から画像信号が供給されると、予め所定の電位に帯電されている感光体ドラム６に露光装置５から、画像信号に対応して強度変調されたレーザビームが照射される。これにより、感光体ドラム６に、複写あるいは出力すべき画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００３０】
感光体ドラム６に形成された静電潜像は、現像装置７によりトナーが選択的に提供されることで現像されて、図示しないトナー像に変換される。
【００３１】
感光体ドラム６上のトナー像は、感光体ドラム６と（符号を付さない）転写装置とが対向する転写位置で、用紙Ｐを保持しているカセット９から、ピックアップローラ１０により１枚ずつ取り出されて感光体ドラム６へ向かう搬送路１１を搬送され、アライニングローラ１２により感光体ドラム６に形成されたトナー像との位置すなわち給送タイミングが整合されて、（転写位置に）供給されている用紙Ｐに転写される。
【００３２】
用紙Ｐに転写されたトナーは、定着装置８に搬送され、定着装置８からの熱により、トナーが溶融されると同時に圧力が加えられることで、用紙Ｐに定着される。
【００３３】
定着装置８でトナー像が定着された用紙Ｐは、排紙ローラ１３により、用紙カセット９とスキャナ２との間に定義される排出空間である排紙トレイ１４に排出される。
【００３４】
図２ないし図４は、図１に示した画像形成装置に組み込まれる誘導加熱方式の定着装置の一例を説明する概略図である。なお、図２は、定着装置の断面図であり、図３は、被定着材である用紙が通過されている状態を説明する概略図である。また、図４は、図２および図３に示した定着装置において、誘導加熱のための高周波電流が供給される励磁コイルが巻き付けられるコイル支持体と支持体に巻き付けられた励磁コイルを示す概略図である。
【００３５】
図２に示されるように、定着装置８は、内部に、誘導加熱体（励磁コイル）２１を収容している第１のローラ体（エンドレス部材）２０と、第１のローラ体２０の軸線に沿って配置され、第１のローラ体２０の表面と所定幅のニップＮを介在させて接触された第２のローラ体３０とからなる。なお、第１または第２のローラ体２０または３０のいずれかには、両ローラ体２０，３０を所定の速度で回転させるための図示しないギヤと、そのギヤに所定の駆動を与える図示しない駆動機構が設けられている。また、それぞれのローラ体の外径は、一例であるが４０ｍｍである。
【００３６】
第１のローラ体２０は、例えば肉厚１ｍｍの鉄製の円筒すなわち導体で構成された金属層を有するエンドレス部材であり、表面に、テフロン等の離型層が形成されている。なお、第１のローラ体２０には、他にも、ステンレス鋼、アルミニウム、ステンレス鋼とアルミニウムの合金等が利用可能である。また、第１のローラ体として、所定の厚さの耐熱性のフィルムの表面に、所定厚さの金属（上述の鉄等）の薄層を形成したシート部材を円筒状または楕円形もしくは２つ以上のローラにより無端ベルト状等の任意の形状が利用可能である。
【００３７】
第２のローラ体３０は、芯金３１の周囲に、シリコンゴムやフッ素ゴムを素材とした弾性材料が所定の厚さに整形されているものである。
【００３８】
両ローラ体２０、３０は、図示しない加圧機構により、第２のローラ体３０が第１のローラ体２０に対して所定の圧力で圧接されることで、両ローラが接する位置で、上述の所定幅のニップ（圧接により第２のローラ体３０の外周面が弾性変形する領域）Ｎを提供する。なお、ニップＮに用紙Ｐが搬送されると、用紙Ｐ上のトナーが熱により溶融されると同時に、圧力により、用紙Ｐに固着（定着）される。
【００３９】
第１のローラ体２０の周上であって、ニップＮよりも回転方向の下流側には、用紙Ｐを第２のローラ体３０の表面から剥離させる剥離爪８１、第１のローラ体２０の外周面にオフセット転写されたトナーや用紙からの紙粉等を除去するクリーニング部材８３、第１のローラ体２０の外周面にトナーが付着することを防止するために離型剤を塗布する離型剤塗布装置８５および第１のローラ体２０の外周面の温度を検出するサーミスタからなる温度センサ８７が設けられている。
【００４０】
なお、図３に示すように、コイル２２（誘導加熱体２１）は、ローラ体２０の周方向に沿って、２組、配置されている。しかしながら、それぞれのコイルは、図４に詳述する中継線２２によって、互いに接続されている。また、中継線２２は、実際には、２組のコイルを形成する線材の一部であり、それぞれのコイルは、単一の線材から構成されている。
【００４１】
図４に示すように、誘導加熱体２１は、高耐熱性のエンジニアリングプラスチック、例えばフェノール樹脂により形成され、外形が円筒状で、励磁コイル２２の線材が巻き付けられるための複数の溝部や曲面が形成されているコイル支持体２３と、コイル支持体２３に所定回数巻き付けられた線材すなわち励磁コイル２２からなる。
【００４２】
励磁コイル２２は、例えば直径が０．５ｍｍで、耐熱性のポリイミドで被覆されて互いに絶縁されている銅線を、複数本（１９本）束ねて撚ったリッツ線を、第１のローラ体２０の長手方向に平行、かつ第１のローラ体２０の周方向に沿った平面状コイルとし、ローラ体２０の周方向に沿って２つ配置したものであり（図３参照）、この線材の形状を維持するために、コイル支持体２３の外周に、耐熱性の塗料あるいはワニスもしくは接着剤で固定したものである。なお、本実施例では、耐熱性のシリコーン樹脂を含む塗料を用い、ディッピング法により表面コートと固着を行っている。これにより、エンジニアリングプラスチック表面のさらなる耐熱コート、線材の耐熱性向上、絶縁および接着を行うことができる。また、市販の耐熱性塗料は、全てこの効果を期待できる。
【００４３】
なお、励磁コイル２２は、第１のローラ体２０の周方向に２つに区分されているが、実際には、単一の線材により構成されており、一方のコイルを支持体２３の所定の位置に巻き付けた後、中継用の線材（コイルの一部）により支持体２３内で線材の方向が逆転されて、他方のコイルが再び支持体２３の所定の位置に巻き付けられて形成されている。また、励磁コイル２２の線材をリッツ線としたことにより、高周波電流の特性の一つである表皮効果に対して、浸透深さよりも線径を小さくすることができ、交流電流を有効に流すことが可能である。
【００４４】
励磁コイル２２はまた、芯材（フェライトや鉄芯等の磁性体）を使用しない空芯コイルであり、コイル支持材２３は、励磁コイル２２を構成する線材を、所定の間隔および配列で支持するためにのみ利用される。
【００４５】
図５は、図４を用いて説明した誘導加熱体のコイルの構成（巻き付け）を説明する概略断面図である。
【００４６】
図５に示すように、誘導加熱体２１は、部分的に、２層に巻き付けられている励磁コイル２２と、励磁コイル２２の線材１２２を巻き付けるための図示しない複数の溝部や曲面が形成されているコイル支持体２３と、からなる。
【００４７】
図５に示す例では、誘導コイル２２の線材１２２は、詳細は示さないが第１のローラ体２０の長手方向の両端部のそれぞれと、中央付近とで、第１のローラ体２０の円周方向で、各線材の間隔が変化されている。
【００４８】
すなわち、中央付近においては、外側の巻き付けの最も内周側のターンの次のターン（内周から２番め）とその次のターン（内周から３番め）のと間に、線材一本の直径に等しい距離を上限とした隙間が設けられている。なお、内周から数えて５番めと６番めの線材は、内側の巻き付けの線材を覆うように、巻き付けられている。
【００４９】
一方、両端部においては、最も内周側のターンの次のターン（内周から２番め）とその次のターン（内周から３番め）との間の間隔が消滅して、２つの平面状コイルの最も外周側のターン相互の間にあたる領域に、内側の巻き付けの線材のうちの２ターン分が、外側の巻き付けの線材に割り込むように、配列されている。
【００５０】
すなわち、第１のローラ体２０の長手方向の中央寄りの領域においては、外側の巻き付けには、ローラ体の円周方向に、一部で間隔が与えられて線材が巻き付けられるに対して、第１のローラ体２０の長手方向の両端部においては、ローラ体の円周方向は、線材により満たされるように、各ターンが巻き付けられている。
【００５１】
この構成によれば、ローラ体の長手方向の端部において円周方向に配列される線材の本数（ターン数）が、ローラ体の長手方向の中央付近に配列される線材の本数（ターン数）に比較して見かけ上、増大されることから、ローラ体の長手方向の端部から逃げる熱の分だけ低下する温度を、補償できる。従って、第１のローラ体２０の外周面の温度分布を均一にできる。また、発熱効率が向上される。
【００５２】
図６は、図４および図５を用いて説明した励磁コイルが形成されるコイル支持体の形状の特徴を説明する概略図である。
【００５３】
図６に示されるように、支持体２３は、円周上に設けられる２つのコイルの最内周の間隔を定義するための第１のリブ（および背面側で見えない第２のリブ）２３ａと、第１（および第２）のリブ２３ａに沿って最内周が定義されるコイル２２の線材の方向が、支持体２３の周方向で１８０°変化される反転用案内部２３ｂと、図５に示したような外側および内側の２層の巻き付けのための内側の各ターンの線材が巻き付けられる複層ガイド部２３ｃと、第１のリブ２３ａに沿って最内周が定義されるコイル２２の線材の順に巻き付けられることでコイル２２の大部分となる各ターンの線材が巻き付けられるコイルガイド部２３ｄと、複層ガイド部２３ｃおよびコイルガイド部２３ｄを貫いてコイルガイド部２３ｄの厚さの厚い部分から中心に向かって設けられ、コイル支持体２３の重量および使用される材料を低減するとともに、誘導加熱体として組み立てられて、通電された際に、支持体２３の温度が極度に上昇することを抑制するための一対の放熱開口２３ｅ、２３ｆを有している。
【００５４】
なお、支持体２３上に巻き付けられる線材は、第１のリブ２３ａの一端側、例えば矢印Ａ側から巻き始められ、第１のリブ２３ａと接する最内周部ターン（第１ターン）、コイルガイド部２３ｄに沿うとともに、第１ターンに対して所定の間隔が与えられている第２ターンないし第４ターン、複層ガイド部２３ｃに沿った内径側の第５ターンおよび第６ターン、複層ガイド部２３ｃに巻き付けられた第５ターンおよび第６ターンを覆う第７および第８ターンの順に、順に巻き付けられる。第８ターンの終端部は、矢印Ａ側で反転用案内部２３ｂに密着されて、反対側の第２のリブ２３ａの側に移動され、第１のリブ２３ａの側と同様に、第２のリブ２３ａに沿った最内周部（第１ターン）、第２ないし第４ターン、複層ガイド部２３ｃに沿った内径側の第５および第６ターン、複層ガイド部２３ｃに巻き付けられた第５および第６ターンを覆う第７および第８ターンの順に、順に巻き付けられる。これにより、図４に示したような形状のコイルができあがる。
【００５５】
従って、コイル支持体２３に巻き付けられたコイル２２は、第１のリブ２３ａ、支持体２３の図示しない周方向の中心および第２のリブ２３ａを通る平面に直交する平面から見た状態で、互いに逆向きの回転方向で支持体２３に巻き付けられることになる。
【００５６】
なお、リブ２３ａを最内周として巻き付けられるコイル２２の最外周（この例では第８ターン）となる線材１２２は、図７に示すように、コイル２２を構成する線材１２２の巻きつけ数（全ターン数）の約半分すなわちコイル２２の半径方向の最外周にある線材１２２について考えるとき、隣り合う線材１２２の中心を結ぶ線分βとリブ２３ａに巻き付けられた最内周の線材１２２の中心を結ぶ線分αとのなす角γが９０°を越える前に巻きつけ方向が変化され、逆の中心（第２のリブ）側から巻きつけられる第２のコイルの巻き始めの位置を定義するように、巻きつけられている。また、反転用案内部２３ｂは、コイル全体の外径が同一の外径を維持可能に、線材同士の重なりを考慮した溝状に形成されることはいうまでもない。
【００５７】
図８は、図６を用いて説明した最内周リブ、反転用案内部、複層ガイド部、およびコイルガイド部を有するコイル支持体に線材（リッツ線）を巻き付けるための工程を説明する概略図である。
【００５８】
図示しない線材（リッツ線）供給源から供給された線材１２２は、巻き線機２０１により、支持体２３の第１のリブ２３ａの長手方向および周方向のそれぞれの中心が回転中心として回転されることで、第１のリブ２３ａの一端から第１のリブ２３ａの長手方向の一方の側に密着されるとともに他の一端で長手方向の巻き方向が１８０°反転されて、再び第１のリブ２３ａに巻き付けられることで、第１のリブ２３ａに密着した第１ターンが形成される。
【００５９】
続いて、第２ないし第４ターンが第１ターンに対して所定の間隔で、あるいは相互に密着して、順に巻き付けられる。
【００６０】
次に、第５および第６ターンが、複層ガイド部２３ｃに沿って、第１ないし第４ターンよりも線材１２２の直径の分だけ小さな外形で巻き付けられ、その後、第７および第８ターンが第５および第６ターンの外側を覆うように、巻き付けられる。
【００６１】
続いて、作業者により、支持体２３の周方向の向きが１８０°回転される。
【００６２】
これにより、巻き線機２０１により回転される回転中心が、第１のリブ２３ａから第２のリブ２３ａに入れ替えられる。このとき、線材１２２は、作業者により、反転用案内部２３ｂに密着される。
【００６３】
以下、巻き線機２０１により、支持体２３の第２のリブ２３ａの長手方向および周方向のそれぞれの中心が回転中心として回転されることで、第２のリブ２３ａの一端から第２のリブ２３ａの長手方向の一方の側に密着されるとともに他の一端で長手方向の巻き方向が１８０°反転されて、再び第２のリブ２３ａに巻き付けられることで、反対側のコイルの第２のリブ２３ａに密着した第１ターンが形成される。
【００６４】
続いて、第２ないし第４ターンが第１ターンに対して所定の間隔で、あるいは相互に密着して、順に巻き付けられる。
【００６５】
次に、第５および第６ターンが、複層ガイド部２３ｃに沿って、第１ないし第４ターンよりも線材１２２の直径の分だけ小さな外形で巻き付けられ、その後、第７および第８ターンが第５および第６ターンの外側を覆うように、巻き付けられる。
【００６６】
このようにして、単一（一本）の線材１２２からなり、第１のリブ２３ａ、支持体２３の図示しない周方向の中心および第２のリブ２３ａを通る平面に直交する平面から見た状態で、互いに逆向きの回転が与えられた励磁コイル２２が形成される。
【００６７】
なお、図９に示すように、回転方向が逆向きである２台の巻き線機２０１と２０２を同時に用いることで、支持体２３を所定の方向に回転させるのみで、周方向の２つのコイルを同時に形成することも可能である。この場合、線材１２２の巻き始めは、反転用案内部２３ｂとなり、第８および第７ターンと第６および第５ターンの周方向の位置（深さ）が逆になるが、でき上がり形状は、図４および図５に示した例と同一となることはいうまでもない。
【００６８】
ところで、線材１２２は、前に説明した通り、直径が０．５ｍｍの被覆付き銅線を１９本撚ったリッツ線であるから、図８および図９に示したような巻き線機を用いてコイル支持体２３の外周に巻き付けられる際に、第１および第２のリブ２３ａに沿う部分は、比較的容易に巻き付け可能であるが、支持体２３の端部で巻き付け方向が１８０°反転される場合に、自身の剛性により、第１および第２のリブ２３ａに沿わずに、支持体２３の外周方向に飛び出すことがある。このため、巻き線機２０１（あるいは同時に巻き線機２０２）を用いる場合に、図１０（ａ）に示すような外周ガイド２２３を支持体２３の第１および第２のリブ２３ａの長手方向の両端部に装着し、巻き線機２０１（あるいは同時に巻き線機２０２）による線材１２２の巻き付け時に、線材１２２が支持体２３の外周方向に飛び出すことを防止することで、より高い効率で、線材１２２をコイル支持体２３の外周に巻き付けることが可能となる。すなわち、線材１２２の巻き中心である最内周部分に、外周ガイド２２３を取り付け、線材１２２を供給する際に、コイル２２の巻き数全体の概ね半分である曲率が最大となる位置まで支持体２３に線材１２２を巻き付けると、それ以降は、実質的に、内側に線材１２２を巻き付けることになるため、コイル２２の形状が安定しないが、反転用案内部２３ｂを用いて線材１２２をコイル支持体２３の反対側のリブ２３ａに導いた後、巻き方向を逆転させて残りのコイルを形成することで、線材１２２を切断することなく、単一の連続した線材のままで、コイル２２を成形することが可能となる。
【００６９】
また、発熱分布を調整する等の目的で、図５に示したように、線材１２２の一部分を、異なる曲率で巻き付ける場合には、その部分に図示しない別の部分的なガイド部材（外周ガイド）を取り付けて、線材１２２を支持体２３に巻き付ければよい。
【００７０】
なお、外周ガイド２２３は、例えばコイル支持体２３の所定の位置に図１０（ｂ）に示すような、予め設けられているねじ穴２３ｇに、ねじ２２４により固定することで、容易に装着可能で、巻き線終了後には、容易に離脱（除去）可能となる。
【００７１】
また、線材１２２は、その剛性から、図８および図９に示したような巻き線機を用いてコイル支持体２３の外周に巻き付けられる際に、第１および第２のリブ２３ａに沿う部分は比較的容易に巻き付け可能であるが、支持体２３の側面でコイルガイド部２３ｄまたは複層ガイド部２３ｃに密着すべき部分は、支持体２３の外周に沿わずに、コイル２２単体で平面状になる場合がある。
【００７２】
このため、巻き線機２０１（あるいは同時に巻き線機２０２）を用いる場合に、図１１（ａ）に示すような円弧部２２５ａを有する円筒ガイド２２５を、支持体２３の第１および第２のリブ２３ａの長手方向の両端部に装着し、図１１（ｂ）に示すように、巻き線機２０１（あるいは同時に巻き線機２０２）による線材１２２の巻き付け時に、線材１２２が支持体２３の外周方向（巻き付け方向と直角な方向）に飛び出すことを防止することで、より高い効率で、線材１２２をコイル支持体２３の外周に巻き付けることが可能となる。
【００７３】
なお、この場合、巻き線機２０１（あるいは同時に巻き線機２０２）は、コイル支持体２３の長手方向の端部を保持するものとし、円筒ガイド２２５とコイル支持体２３との間の空間が線材１２２の図示しない供給源と対向するように、円筒ガイド２２５と支持体２３の位置を、常時する変更ことが効果的である。また、この場合、円筒ガイド２２５と支持体２３は、巻き線機２０３の回転方向（矢印Ｃ方向）と直交する方向（支持体２３の周方向、矢印Ｄ方向）に回転されるため、駆動機構が煩雑になる虞れがあるが、線材１２２の剛性が高く、高速である必要は少ないため、巻き線機２０３による線材１２２の１／２ターン毎に、作業者が円筒ガイド２２５と支持体２３の角度を変更可能な簡単な機構で十分である。
【００７４】
図１２は、図４および図５に示した励磁コイルのさらに別の実施の形態を説明する概略図である。
【００７５】
前に説明した通り、励磁コイルの周方向の間隔および長手方向の線材の密度は、加熱対象である用紙Ｐの大きさや、インピーダンスに基づいて規定されることから、コイル支持体２３の長手方向の端部においては、コイル支持体２３の長手方向の中央部とは異なる温度分布を有する場合がある。また、ローラ体２０の長手方向の端部は、ローラ体２０を回転可能に支持するための軸受け等が配置される関係から、コイル支持体２３の長手方向の中央付近と線材１２２の密度が同一では、ローラ体２０を十分に昇温できない虞れがある。
【００７６】
このため、例えば第７ターンと第８ターン（最内周から最も外側に位置する任意数のターンの線材）の支持体２３の端部での折り曲げ部の形状（曲率）が図１２（ａ）に示すように、それ以外の線材の曲率に比較して大きくあるいは特定の形状に定義される、すなわち線材１２２を支持体２３の最内周から単純に巻きつけるだけでなく、内側に巻き付けられた線材１２２との間に、所定の間隔をおいて、線材１２２を巻き付ける必要が生じる場合がある。
【００７７】
しかしながら、図１２（ａ）に示すように、例えば最内周から最も外側に位置する任意の順のターンと、それに近接した順のターンの線材１２２が支持体２３の端部で折り曲げられる部分の形状（曲率）を、所定の形状とする場合、図１０および図１１を用いて前に説明したと同様に線材１２２の剛性により、線材１２２が支持体２３に確実に沿うことは少なく、線材１２２を巻き付ける際には、線材１２２の曲率（曲げ形状）を定義するための図１２（ｂ）に示すねじ穴２３ｈに、補助部材２２６を付けて図１２（ａ）のような突起を設けることで、巻き付け効率を高めることができる。
【００７８】
なお、保持部材２２６は、線材１２２の巻き付け終了後、容易に取り外せることが好ましく、例えば支持体２３に設けられたねじ穴２３ｈにねじ込み可能なねじ部を有することが好ましい。また、保持部材２２６は、内周よりの線材１２２の巻き付け時には、線材１２２に対して障害となる場合があるため、巻き付け機２０１（あるいは同時に２０２）による線材１２２の各ターンの終了後、工程を追って、支持体２３の所定の位置に設けてられることが好ましい。
【００７９】
ところで、図８および図９に示した巻き線機２０１あるいは２０２を用いて支持体２３の外周に線材１２２を巻き付けて励磁コイル２２を構成した場合、図１０、図１１および図１２に示したようなガイドまたは補助部材を取り外すと、線材１２２は、自身の剛性により、支持体２３の各部と密着せずに、外周方向に浮き上がることが多い。
【００８０】
なお、図４を用いて既に説明した通り、線材１２２（励磁コイル２２）は、コイル支持体２３の外周に耐熱性の塗料あるいはワニスもしくは接着剤で固定されるが、実際には、耐熱性の塗料あるいはワニスもしくは接着剤が硬化するまでの間に、線材１２２が浮き上がって、支持体２３と密着しなくなる問題がある。
【００８１】
このため、図１０ないし図１２に示したようなさまざまなガイドや補助部材を用いて線材１２２を支持体２３の外周に密着して巻き付けた後、巻き付け状態を維持するために、図１３に示すように、線材１２２の外側を幅３ｍｍ程度のリング状部材（インシュロック）２２７で補助的に固定した状態で、耐熱性の塗料やワニスまたは接着剤、特にシリコーン系接着剤により、線材１２２を支持体２３に固定することが好ましい。
【００８２】
なお、リング状部材２２７は、励磁コイル２２とローラ体２０との接触をさけるため、および耐熱性の塗料やワニスあるいは接着剤が硬化した後に除去される際に線材１２２に対して外周の外側に向かう外力が与えられること等を考慮して、線材１２２をコイル支持体２３に固定する能力が十分に発揮できる範囲で、面積（幅）の少ないものが好ましい。また、リング状部材２２７としては、例えば安価な樹脂バンドが好ましい。
【００８３】
なお、図１３に示したリング状部材２２７に代えて、図１４に示すように、連続した細いワイヤ状の外形維持部材（固定部材）２２８により、スパイラル状に巻き付けて、コイル２２の形状を維持することも可能である。この場合、外形維持部材２２８としては、例えばテトロン、ガラス芯入りテトロン組紐、コーネックス組紐、ノーメックス組紐、ケブラー組紐、ＰＰＳ組紐、あるいはこれらのスリーブを用いることができる。
【００８５】
固定部材（外形維持部材）２２８を、耐熱温度が２００℃以上で絶縁性を示す、耐熱グレードの高い部材とすることで、耐熱性の塗料やワニスは接着剤が硬化した後の除去工程を不要とすることもできる。
【００８６】
ところで、図８および図９に示した巻き線機を用い、さらに図１０ないし図１２に示したようなガイドや補助部材を用いて線材１２２を支持体２３の外周に密着して巻き付ける際には、線材１２２には、多くのストレスが生じる。このストレスのため、線材１２２の個々の銅線を被覆している被覆材（ポリイミド）が剥がれて、絶縁不良となる場合が多い。このことから、コイル支持体２３に線材１２２を巻き付ける際には、線材１２２の表面に、例えばパラフィン等に代表される潤滑剤が塗布されている。
【００８７】
しかしながら、潤滑剤が塗布されていることにより、耐熱性の塗料あるいはワニスもしくは接着剤をディッピング法により提供して、線材１２２をコイル支持体２３に固着する場合に、塗料やワニスもしくは接着剤が線材１２２表面に確実に塗布されずに、線材１２２が浮き上がって、支持体２３と密着しなくなる問題がある。
【００８８】
このため、塗料やワニスもしくは接着剤をディッピング法により線材１２２に塗布する前に、線材１２２を脱脂して、線材１２２の被覆材に付着しているパラフィン等の潤滑剤を除去することで、塗料やワニスもしくは接着剤を線材１２２表面に確実に塗布可能とすることで、線材１２２が浮き上がって支持体２３と密着しなくなることを抑止できる。なお、パラフィン等の潤滑剤は、例えば、高周波洗浄装置により除去される。また、潤滑剤の除去には、アセトンやトルエン等の有機溶剤を用いる方法やブラッシングも利用可能である。
【００８９】
なお、このように、線材１２２の表面から潤滑剤を除去することは、図１３および図１４に示したリング部材２２７や固定部材２２８を用いる場合にも、有効である。また、塗料やワニスもしくは接着剤を塗布する際のディッピングに際しては、コイル２２の取り付け支持部分等の必要部分がマスキングされることはいうまでもない。
【００９０】
図１５は、上述した線材１２２をコイル支持体２３の表面に密着させて巻き付けることにより形成した励磁コイル２２すなわち誘導加熱体２１を、第１のローラ体２０に対して着脱可能とする構成の一例を説明する概略図である。
【００９１】
図２ないし図４に示した定着装置８においては、例えば図示しない剥離爪が長時間に亘って接触されることにより、第１のローラ体２０の表面に傷がついたり表面のテフロン等の離型層が部分的に剥がれたりすることにより、あるいは、テフロン等の離型層の摩耗により、第１のローラ体２０を交換する必要が生じる場合がある。
【００９２】
これに対して、誘導加熱体２１は、非常に高価であり、一方で、線材１２２に断線が生じることは極まれであり、必要に応じて、誘導加熱体２１を第１のローラ２０から抜き出して、ローラ体２０のみを交換することが見込まれる。
【００９３】
このとき、線材１２２の端部は、図示しない駆動回路（ＩＨ制御回路）に、例えばねじ留めにより接続されることで、導通は確保されるが、作業環境によっては、第１のローラ体２０から誘導加熱体２１を取り外す際に、定着装置８内部あるいは画像形成装置１内部に、ねじが落下する虞れがある。
【００９４】
このような、ローラ体２０の交換作業等に伴う不所望なねじ等の落下を防止するために、また、ローラ体２０を交換する際の作業効率を改善する目的で、励磁コイル２２を構成する線材１２２の端部に、例えば丸形端子２２９を固着する。
【００９５】
なお、丸形端子２２９は、線材１２２と接続されるラッチ部分２９０ａが完全な中空円筒状であり、図１６に示すような、スポットプロジェクション装置２１１を用いることで、端子２２９を、線材１２２に対して溶着する（線材１２２と端子２２９の固着）と同時に、線材１２２の個々の被覆付き銅線の被覆を除去して、各銅線間の導通を確保することができる。この場合、スポットプロジェクション装置による溶着条件は、一例を示すと、電極圧力が５ｋＮ以上（最大で９．８ｋＮ程度）、溶着電流値が５ｋＡ以上（最大で１０ｋＡ程度）が好ましい。
【００９６】
ところで、作業性を考慮すると、図１７に示すようなファストン端子２３０が一層好ましい。
【００９７】
しかしながら、ファストン端子２３０は、線材１２２を保持するラッチ部分２３０ａが完全な中空円筒状ではない開放端２３０ｂである場合が多く、図１６に示したスポットプロジェクション装置２１１を用いて、端子２３０を線材１２２に対して溶着する（線材１２２と端子２３０の固着）場合には、開口端２３０ｂでリークが生じて、線材１２２の個々の被覆付き銅線の被覆を、除去できない場合がある。
【００９８】
このことから、図１７に示したファストン端子２３０を用いて線材１２２の端部を溶着する場合には、図１８に示すように、ファストン端子２３０のラッチ部分２３０ａおよび開放端２３０ｂの外側を覆う外装スリーブ２３１を被せたうえで、図１６に示したスポットプロジェクション装置２１１により、ファストン端子２３０を、線材１２２の端部に溶着するものとする。この場合、スポットプロジェクション装置による溶着条件は、例えば、電極圧力が５ｋＮ以上（最大で９．８ｋＮ程度）、溶着電流値が５ｋＡ以上（最大で１０ｋＡ程度）が好ましい。
【００９９】
このように、スポットプロジェクション装置２１１を用いて、線材１２２の端部に固定用端子を溶着する場合、線材１２２をラッチする固定用端子のラッチ部分が開放端である場合には、開放端およびラッチ部分を覆う外装スリーブ２３１を用いることにより、端子２３０を線材１２２に対して溶着する（線材１２２と端子２３０の固着）と同時に、線材１２２の個々の被覆付き銅線の被覆を除去して、各銅線との間の導通を得ることができる。
【０１００】
なお、樹脂製のコイル支持体２３は、直径が３０ｍｍ程度であるのに対し、全長が４００ｍｍ前後であるから、成型時の熱および自重によりアフタキュアが生じる問題がある。
【０１０１】
このため、成型時に金型から外した際に、不所望な反りが生じないように、図１９に示すような平板に複数のリブ２３２ａが設けられている治具２３２上で放熱させて、形状を安定させることが好ましい。
【０１０２】
また、アフタキュアの影響を最小に抑えるために、コイル支持体２３に線材１２２を巻き付けた後、線材１２２の間隔や外周方向の飛び出し等を整えて、コイル２２として成形した後、塗料やワニスあるいは接着剤をディッピングにより線材１２２を支持体２３に供給してコイル２２を固定する際に、一旦所定温度まで加熱して、励磁コイル２２およびコイル支持体２３の形状を整えることが有益である。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明の定着装置およびその製造方法によれば、電磁誘導コイルは、コイルを構成する線材を所定形状に保持するコイル支持体に対し、コイル支持体の長手方向の中心から連続的に、コイル支持体の外周方向に沿って線材が巻き付けられ、コイルの総巻き付け数の概ね１／２の巻き付け数となる線材、または最内周の巻き付けの隣り合う線材の中心を結ぶ線と直前に巻きつけられた線材とのなす角度が９０°を越えない巻き付け数で巻き方向が反転され、かつ、コイル支持体の周方向の１８０°逆のコイル支持体の中心から残りの線材が巻き付けられることにより、複雑なコイル形状であっても安定して、機械巻き線により加工することが可能である。
【０１０４】
また、この発明の定着装置およびその製造方法によれば、コイルの外形形状を変化させないように、コイル支持体に連結線専用の溝が設けられているため、巻き線機を用いた複雑なコイル形状であっても、コイルの外形の変化が無く、連続した単一の電線でコイルを加工することが可能となる。
【０１０５】
さらに、この発明の定着装置およびその製造方法によれば、コイル支持体は、線材の巻き線加工時に、線材が安定に巻き付け可能なガイド部材が着脱可能であるから、曲面上での線材の加工も安定して行うことができ、またこのガイド部材が取り外し式のため、コイル支持体の形状を単純な形状に成型できるのみならず、コイル形状を小さくすることができる。
【０１０６】
またさらに、この発明の定着装置の製造方法によれば、電磁誘導コイルを構成する線材を所定のコイル形状に維持するコイル支持体は、巻き付けられた線材の外径を維持するための取り外し可能な外径保持部材により外径が維持された状態で線材と相互に接着されるので、線材とコイル支持体を安定して接着することができる。
【０１０７】
さらにまた、この発明の定着装置の製造方法によれば、電磁誘導コイルを構成する線材を所定のコイル形状に維持するコイル支持体と線材とが相互に接着される前段で、線材に付着されている潤滑剤が除去されるので、線材とコイル支持体が安定して接着可能で、接着後に、コイルの外形が変化することを防止できる。
【０１０８】
またさらに、この発明の定着装置およびその製造方法によれば、励磁コイルは、複数の絶縁被覆のある線材が撚り合わせられた撚り線を、コイルの外形を維持するコイル支持体に巻き付けたもので励磁コイルにおいて、撚り線の端部には、外部または駆動回路に接続可能な端子がスポットプロジェクションにより、全ての線材と端子とが導通可能に溶着されることから、線材の絶縁被覆を剥離するために要求される工数を大幅に削減することが可能となる。
【０１０９】
さらにまた、この発明の定着装置の製造方法によれば、コイル支持体は、成型後、所定形状の補助部材を介在させた状態で冷却されることで、所定のコイル形状が与えられるので、コイル支持体が樹脂成形後のアフタキュアにて形状の変化を起こすことを抑止できる。
【０１１０】
このような構成により、ウォームアップ時間が短く、全域において均一な定着性を得ることができ、消費電力の少ない定着装置およびその製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態である定着装置が適用される画像形成装置の一例を説明する概略図。
【図２】図１に示した画像形成装置に組み込まれる誘導加熱方式の定着装置の一例を説明する概略断面図。
【図３】図２に示した定着装置に、被定着材である用紙が通過されている状態を説明する概略図。
【図４】図２および図３に示した定着装置において、誘導加熱のための高周波電流が供給される励磁コイルが巻き付けられるコイル支持体と支持体に巻き付けられた励磁コイルを示す概略図。
【図５】図４を用いて説明した誘導加熱体のコイルの構成（巻き付け）を説明する概略断面図。
【図６】図４および図５を用いて説明した励磁コイルが形成されるコイル支持体の形状の特徴を説明する概略図。
【図７】図４および図５に示した説明した励磁コイルの巻き付け方向を反転する条件を説明する概略図。
【図８】図６を用いて説明した最内周リブ、反転用案内部、複層ガイド部、およびコイルガイド部を有するコイル支持体に線材（リッツ線）を巻き付けるための工程を説明する概略図。
【図９】図８に示したコイル支持体に線材を巻き付けるための工程の別の例を説明する概略図。
【図１０】図８および図９に示したコイル支持体に線材を巻き付ける工程で利用可能な外周ガイドの一例を説明する概略図。
【図１１】図８および図９に示したコイル支持体に線材を巻き付ける工程で利用可能な円筒ガイドの一例を説明する概略図。
【図１２】図４および図５に示した励磁コイルのさらに別の実施の形態を説明する概略図。
【図１３】図４、図５および図１２に示した励磁コイルの外径の変動を抑制可能な構成の一例を説明する概略図。
【図１４】図４、図５および図１２に示した励磁コイルの外径の変動を抑制可能な構成の一例を説明する概略図。
【図１５】図４、図５および図１２に示した励磁コイルを、第１のローラ体に対して、着脱可能とする構成の一例を説明する概略図。
【図１６】図１５に示した励磁コイルを、第１のローラ体に対して着脱可能とする構成の製造に利用可能なスポットプロジェクション装置の一例を説明する概略図。
【図１７】図４、図５および図１２に示した励磁コイルを、第１のローラ体に対して、着脱可能とする構成の一例を説明する概略図。
【図１８】図１７に示した励磁コイルを、第１のローラ体に対して着脱可能とする構成の別の実施の形態を説明する概略図。
【図１９】コイル支持体のアフタキュアの影響を低減可能な治具の一例を説明する概略図。
【符号の説明】
１ ・・・画像形成装置、
３ ・・・画像形成部
８ ・・・定着装置、
９ ・・・用紙カセット、
２０ ・・・第１のローラ体（加熱）、
２１ ・・・誘導加熱体、
２２ ・・・誘導コイル、
２３ ・・・コイル支持体、
３０ ・・・第２のローラ体（加圧）、
８１ ・・・剥離爪、
８３ ・・・クリーニング部材、
８５ ・・・離型剤塗布装置、
８７ ・・・温度センサ、
１２２ ・・・線材。

Claims (6)

1. 導体からなる金属層を有するエンドレス部材に近接配置したコイルに電流を流して、前記エンドレス部材を発熱させて被定着部材を加熱する定着装置において、
   前記コイルは、外形が円筒状で、外周において対向するように形成されたリブ部及び線材の巻き付け加工時に、前記線材のうち、内側に巻き付けられる線材と間隔をおいて巻き付けられる線材の折り曲げ部を定義する補助部材を装着するためのねじ孔が設けられたコイル支持体に、前記リブ部の一方に沿って前記線材の巻き付けが開始されるとともに、前記コイルの半径方向の最外周にある線材について、隣り合う線材の中心を結ぶ線分と前記リブ部に巻き付けられた最内周の線材の中心を結ぶ線分とのなす角が９０°を越える前に巻き方向が反転され、かつ、前記外周において対向する他のリブ部に沿って残りの線材の巻き付け位置が定義されるとともに、前記コイル支持体に装着される補助部材により、前記線材のうち、内側に巻き付けられる線材と間隔をおいて、巻き付けられている定着装置。
2. 導体からなる金属層を有するエンドレス部材に近接配置したコイルに電流を流して、前記エンドレス部材を発熱させて被定着部材を加熱するコイルの製造方法において、
   前記コイルは、外形が円筒状で、外周において対向するように形成されたリブ部及び線の巻き付け加工時に、前記線材のうち、内側に巻き付けられる線材と間隔をおいて巻き付けられる線材の折り曲げ部を定義する補助部材を装着するためのねじ孔が設けられたコイル支持体に、前記リブ部の一方に沿って前記線材の巻き付けが開始されるとともに、前記コイルの半径方向の最外周にある線材について、隣り合う線材の中心を結ぶ線分と前記リブ部に巻き付けられた最内周の線材の中心を結ぶ線分とのなす角が９０°を越える前に巻き方向が反転され、かつ、前記外周において対向する他のリブ部に沿って残りの線材の巻き付け位置が定義されるとともに、前記コイル支持体に装着される補助部材により、前記線材のうち、内側に巻き付けられる線材と間隔をおいて、巻き付けられるコイルの製造方法。
3. 前記巻き方向が反転された線材と前記総巻きつけ数の概ね１／２の巻き付け数にある線材とは、互いに接続されている請求項１記載の定着装置。
4. 前記巻き方向が反転された線材と前記総巻きつけ数の概ね１／２の巻き付け数にある線材とは、互いに接続されている請求項２記載のコイルの製造方法。
5. 前記コイル支持体は、前記互いに接続されている線材を収容する溝を有する請求項３記載の定着装置。
6. 前記コイル支持体は、前記互いに接続されている線材を収容する溝を有する請求項４記載のコイルの製造方法。

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