JP5131641B2 - 電磁誘導加熱装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電磁誘導加熱に用いる電磁誘導加熱装置に関する。
従来、複写機などにおいて、トナーを転写し加熱定着させ画像を形成させる際の加熱手段として電磁誘導方式の加熱装置がある（特許文献１及び特許文献２）。
特開２００８−４０１７６号公報
特開２００４−２４６３５３号公報
しかし、特許文献１及び特許文献２の電磁誘導加熱装置では、電磁誘導加熱を行う際に、高電力・高効率で加熱するには、高周波駆動での電磁誘導加熱が必要であり、高周波駆動を行うにはコイルのインダクタンスを小さくする、即ち巻き数を少なくする必要があるが、こうするとコイルと発熱体の磁気的結合が弱くなり、従って回生電流が大きくなって、スイッチング素子等の電子部品の破壊を起こす可能性があった。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、高電力・高効率で加熱可能な電磁誘導加熱装置を提供することを目的とする。
請求項１の発明の電磁誘導加熱装置では、コイルによる電磁誘導加熱により発熱体を加熱する電磁誘導加熱装置であって、前記コイルは、線材が断面扁平型のリッツ線であり、前記発熱体の外周面に沿って、９０度以上２１０度以下の角度範囲で配置され、前記コイルは、幅狭に形成された幅狭部を対向及び密着させて、コイル支持面上に巻き回し、幅広に形成された扁平部を前記コイル支持面に当接させることにより、前記扁平部を前記発熱体の外周面に対向可能に配設して、前記扁平部と前記幅狭部の寸法比を４：１とし、前記コイルと断面円型の線材を巻回束に形成した断面円型コイルでは、互いに同一の外形を有する巻回束を形成した場合に、前記コイルの巻き数が前記断面円型コイルの半数となるように構成したことを特徴とする。
請求項１の発明によれば、コイルの線材を断面扁平型のリッツ線としたことにより、発熱体とコイルの線材との対向面積を増加させて、コイルの巻き数を減少させて、コイルのインダクタンスを小さくすることで、コイルと発熱体の磁気的結合を強め、電磁誘導加熱装置の高周波駆動を可能にして、高電力・高効率な加熱を可能にする。
以下、添付図面を参照しながら、本発明における電磁誘導加熱装置の好ましい実施例を説明する。
図１は、本発明の電磁誘導加熱装置を備えた定着機の構成を示すブロック図である。
本実施例の定着機１は複写機等に用いるものであり、誘導加熱部２と、定着ユニット部３と、誘導加熱部２の制御を行う加熱制御回路４とを備えた構成である。ここで、誘導加熱部２と定着ユニット部３から電磁誘導加熱装置は構成されている。
図２は、誘導加熱部２及び定着ユニット部３付近を示す断面図である。
定着ユニット部３に備えた加熱ローラ５は、トナーを被発熱体である紙に定着させるための回動可能な筒状金属発熱体であり、中空な円筒状で鉄やステンレスなどの磁性金属で構成される。
誘導加熱部２は、電磁誘導により加熱ローラ５の外周面６に沿って加熱する励磁コイルユニットであり、励磁コイル７と、励磁コイル７と発熱面たる加熱ローラ５の外周面６とをほぼ一定距離に保持する支持部たるコイル支持面８を有する支持体たるコイル支持体９と、コイル支持体９に支持されるフェライトコア（図示せず）を備えている。
コイル支持体９は、加熱ローラ５の外周面６に近接配設され、加熱ローラ５に合わせて加熱ローラ５の外周とほぼ等しい曲率となるように加熱ローラ５と略同心円弧状に湾曲させて形成された支持体側円弧面としてのコイル支持面８を備えている。このコイル支持面８の円弧方向の両端には、加熱ローラ５の径方向外向きに突設して形成された一対の立壁部１０,１１を備えている。さらに、コイル支持面８には励磁コイル７を保持するためのリブ１２を突設して備えており、図２に示すように励磁コイル７は、リブ１２に線材１３を複数回巻回して形成された巻回束である。
前記線材１３は、図４に示すような直径Ｄ１が約２mmの断面円型のリッツ線を、プレス加工等により、その径方向に沿った断面部分の長手方向であるＸ方向の幅Ｄ２を約４mm、前記Ｘ方向と直交する短手方向であるＹ方向の幅Ｄ３を約１mmとし、断面部分の長径方向（Ｘ方向）と短径方向（Ｙ方向）の寸法比を４：１とした断面扁平型に成形したものである（図３参照）。
ここで、線材１３の外皮である樹脂、ガラス等の絶縁材料からなる第１の絶縁被膜１４内部には、直径Ｄ１が約0.15mmの銅線等からなる素線１５を複数本（本実施例では約100本程度）撚り合わせた状態で収容されているものとする。また、素線１５の表面には、樹脂、ガラス等の絶縁材料からなる第２の絶縁被膜１６が形成されているものとする。
励磁コイル７は、この線材１３の短径方向（Ｙ方向）と平行で幅狭に形成された面である幅狭部１７を対向及び密着させながら、コイル支持面８上を長円状に密に巻き回し、線材１３の長径方向（Ｘ方向）と平行で幅広に形成された面である扁平部１８をコイル支持面８に当接させることにより、この扁平部１８を発熱体である加熱ローラ５の外周面６に対向可能に配設したものである。
さらに励磁コイル７は、製造上及び加熱ローラ５との磁気的結合を確保する為に、加熱ローラ５の外周面６に沿って、９０〜２１０度の角度範囲θに配設される。
そして、図３に示す断面扁平型の線材１３を巻回束に形成した励磁コイル７（以下、断面扁平型コイル７と呼称）と図４に示す断面円型の線材１３を巻回束に形成した励磁コイル（以下、断面円型コイルと呼称）では、互いに同一の外形を有する巻回束を形成した場合に、断面扁平型コイル７の巻き数が断面円型コイルの半数となるように構成されている。
次に、上記構成についてその作用を説明する。加熱ローラ５を加熱する場合において、定着機１に備えた加熱制御回路４により、励磁コイル７に高周波電流が供給されると、この励磁コイル７から磁界が発生する。その際、加熱ローラ５の外周面６を覆っている励磁コイル７から磁束が発生し、励磁コイル７と対向する加熱ローラ５の外周面６を加熱する。さらに図示しないモータにより加熱ローラ５を回転させることにより、加熱ローラ５の外周面６を満遍なく励磁コイル７に対向させて加熱ローラ５の外周面６を均一に加熱することができる。すなわち、回転する加熱ローラ５は外周面６に亘って渦電流により発熱し、加熱ローラ５と接触する紙全体にトナーが高温で定着するので、良好な画像品質が得られる。
本実施例では、励磁コイル７の線材１３に図３に図示する断面扁平型のリッツ線を用いて、線材１３の扁平部１８を加熱ローラ５の外周面６に対向させたことにより、図４に図示する断面円型のリッツ線を用いた励磁コイルと比較して、線材１３の1本あたりの加熱ローラ５の外周面６との対向面積を約２倍に増加させることにより、励磁コイル７の巻回束の巻き数を約半分に減少させて、励磁コイル７のインダクタンスを小さくすることで、励磁コイル７と加熱ローラ５の磁気的な結合を強くする。通常、高電力で加熱をすると回生電流が大きくなり、スイッチング素子等の電子部品の破壊を引き起こす恐れが生じるが、励磁コイル７と加熱ローラ５の磁気的な結合を強くすることで、励磁コイル７と加熱ローラ５による抵抗分が大きくなり、励磁コイル７に流れる共振電流が減少して、回生電流が小さくなるので、高電力・高効率での加熱ローラ６の加熱が可能となる。
また、線材１３を、表面を第１の絶縁被膜１４によって被覆されているリッツ線としたことで、線材１３の１本あたりの加熱ローラ５の外周面６との対向面積を増加させたままで、隣接する線材１３同士の絶縁性を保ちながらコイル支持面８に沿って隙間無く密に巻き回して励磁コイル７を形成することが可能となるので、加熱ローラ５を高電力・高効率かつ均一な温度分布で加熱することが可能となるとともに、励磁コイル７の巻回束の結束が強化され、巻回束の線材１３が容易にバラけることの無い励磁コイル７を提供することができる。
以上のように本実施例は請求項１に対応して、コイルたる励磁コイル７による電磁誘導加熱により発熱体たる加熱ローラ５を加熱する電磁誘導加熱装置であって、励磁コイル７は、線材１３が断面扁平型のリッツ線であり、加熱ローラ５の外周面６に沿って、９０度以上２１０度以下の角度範囲θで配置される。
この場合、励磁コイル７の線材１３を断面扁平型のリッツ線とし、加熱ローラ５の外周面６に沿って、９０度以上２１０度以下の角度範囲θで配置したことで、加熱ローラ５の外周面６と励磁コイル７の線材１３との対向面積を増加させて、励磁コイル７の巻き数を減少させて、励磁コイル７のインダクタンスを小さくすることで、励磁コイル７と加熱ローラ５の磁気的結合を強め、電磁誘導加熱装置の高周波駆動を可能にして、加熱ローラ５の高電力・高効率な加熱を可能にする。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、線材１３の断面形状におけるＸ方向とＹ方向の寸法比も、４：１に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、線材１３内部に収容される素線１５の数についても、適宜変更可能である。さらに、本発明の電磁誘導加熱装置は、誘導加熱式の加熱装置を用いた各種機器であれば複写機の定着機に限られるものではない。
５ 加熱ローラ（発熱体）
６ 外周面
７ 励磁コイル（コイル）
８ コイル支持面
１３ 線材
１７ 幅狭部
１８ 扁平部
θ 角度範囲
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Claims (1)
- コイルによる電磁誘導加熱により発熱体を加熱する電磁誘導加熱装置であって、前記コイルは、線材が断面扁平型のリッツ線であり、前記発熱体の外周面に沿って、９０度以上２１０度以下の角度範囲で配置され、
前記コイルは、幅狭に形成された幅狭部を対向及び密着させて、コイル支持面上に巻き回し、幅広に形成された扁平部を前記コイル支持面に当接させることにより、前記扁平部を前記発熱体の外周面に対向可能に配設して、
前記扁平部と前記幅狭部の寸法比を４：１とし、
前記コイルと断面円型の線材を巻回束に形成した断面円型コイルでは、互いに同一の外形を有する巻回束を形成した場合に、前記コイルの巻き数が前記断面円型コイルの半数となるように構成したことを特徴とする電磁誘導加熱装置。
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