JP5850013B2 - 定着装置、画像形成装置および誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導加熱方式の定着装置、当該定着装置を備える画像形成装置および誘導加熱装置に関する。

プリンター等の画像形成装置では、ハロゲンヒーターを熱源とする定着装置よりも省エネルギー化を図れる電磁誘導加熱方式の定着装置を備えるものが多く採用されている。
この電磁誘導加熱方式の定着装置は、電力が供給された励磁コイルから発生する磁束により、発熱層を有する定着ローラーなどの発熱体を誘導加熱する構成になっている。
励磁コイルは、電力供給により、その巻線部分からジュール熱を発生させるが、これを単に排熱するのではエネルギーの損失になる。

このような熱エネルギーの損失を防止するため、排熱される熱エネルギーを熱電変換素子により電気エネルギーに変換して利用する技術が従来から提案されている。

特開２００５−８４１２７号公報 特開２００６−３１３２００号公報

励磁コイルから生じる熱を熱電変換素子により電気エネルギーに変換する構成をとろうとする場合、熱電変換効率の観点から、熱電変換素子を熱源である励磁コイルにできるだけ近い位置に配置することが望ましい。
ところが、熱電変換素子を励磁コイルに近づけるため、例えば熱電変換素子の被加熱（高温）側の面を励磁コイルの巻線部分に直接接触させる構成をとると、磁束の影響を受けて熱電変換素子全体が発熱して熱電変換効率の低下や誤作動を起こすという問題がある。

このような問題は、画像形成装置に備えられる定着装置に限られず、いわゆるＩＨ（Induction Heating）による電磁調理器などの誘導加熱装置に生じ得る。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、電磁誘導により発熱体を発熱させる構成において、励磁コイルから生じる熱を電気エネルギーに変換する熱電変換素子を用いて有効利用することができる定着装置、これを備える画像形成装置、および被加熱物を誘導加熱する誘導加熱装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、電磁誘導により発熱する発熱体の熱により、シート上の未定着画像を熱定着する定着装置であって、前記発熱体を発熱させるための磁束を発生させる励磁コイルと、前記励磁コイルを挟んで前記発熱体とは反対側に配される１以上のコア部材と、前記各コア部材よりも前記励磁コイルから離れた位置に配される熱電変換素子と、前記励磁コイルと前記熱電変換素子の被加熱側の面とを連結し、前記励磁コイルの熱を前記熱電変換素子に伝える熱伝導性部材と、を備え、前記コア部材は、複数個が間隔をあけて並べられて配されており、前記熱伝導性部材は、前記励磁コイルが巻き回されるボビンであり、前記ボビンには、隣り合う２つのコア部材の間の空間に向かって延出する延出部が設けられており、前記延出部は、その先端側が前記空間を通過して前記２つのコア部材よりも前記励磁コイルから離れた位置に位置するように形成され、前記熱電変換素子は、前記延出部の先端側の部分に取着されていることを特徴とする。

ここで、前記発熱体と間隔をおいて配置されるベースを備え、前記ボビンは、前記ベースの、前記発熱体が位置する側とは反対側の面に設けられ、前記ベースと前記ボビンとが同じ材料で一体に形成されているとしても良い。
また、前記励磁コイルは、前記シートの幅方向に関して細長い形状に形成されており、前記それぞれのコア部材は、前記シートの幅方向に沿って間隔をあけて並べられているとしても良い。

さらに、前記熱伝導性部材は、絶縁体であるとしても良い。
また、前記発熱体は、回転体であり、前記コア部材は、前記回転体である発熱体の周方向に関して細長い形状に形成されているとしても良い。
さらに、放熱部材を備え、前記熱電変換素子の被冷却側の面が前記放熱部材に接触しているとしても良い。

本発明に係る定着装置は、電磁誘導により発熱する発熱体の熱により、シート上の未定着画像を熱定着する定着装置であって、前記発熱体を発熱させるための磁束を発生させる励磁コイルと、前記励磁コイルを挟んで前記発熱体とは反対側に配される１以上のコア部材と、前記各コア部材よりも前記励磁コイルから離れた位置に配される熱電変換素子と、前記励磁コイルと前記熱電変換素子の被加熱側の面とを連結し、前記励磁コイルの熱を前記熱電変換素子に伝える熱伝導性部材と、放熱部材と、を備え、前記熱電変換素子の被冷却側の面が前記放熱部材に接触しており、前記放熱部材は、当該定着装置の外装カバーであることを特徴とする。
ここで、前記放熱部材は、前記外装カバーに加えて、前記外装カバーにおける前記熱電変換素子の位置する側とは反対側の面に設けられたヒートシンクを含むとしても良い。
本発明に係る定着装置は、電磁誘導により発熱する発熱体の熱により、シート上の未定着画像を熱定着する定着装置であって、前記発熱体を発熱させるための磁束を発生させる励磁コイルと、前記励磁コイルを挟んで前記発熱体とは反対側に配される１以上のコア部材と、前記各コア部材よりも前記励磁コイルから離れた位置に配される熱電変換素子と、前記励磁コイルと前記熱電変換素子の被加熱側の面とを連結し、前記励磁コイルの熱を前記熱電変換素子に伝える熱伝導性部材と、放熱部材と、透孔を有する外装カバーと、を備え、前記熱電変換素子の被冷却側の面が前記放熱部材に接触しており、前記放熱部材は、前記外装カバーの透孔を介して前記外装カバーよりも外側の周辺空間に露出するヒートシンクであることを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、シート上に未定着画像を形成し、形成された未定着画像を定着部により熱定着する画像形成装置であって、前記定着部として、上記の定着装置を備えることを特徴とする。
本発明に係る誘導加熱装置は、被加熱物を電磁誘導により加熱する誘導加熱装置であって、前記被加熱物を発熱させるための磁束を発生させる励磁コイルと、前記励磁コイルを挟んで前記被加熱物とは反対側に配される１以上のコア部材と、前記各コア部材よりも前記励磁コイルから離れた位置に配される熱電変換素子と、前記励磁コイルと前記熱電変換素子の被加熱側の面とを連結し、前記励磁コイルの熱を前記熱電変換素子に伝える熱伝導性部材と、を備え、前記コア部材は、複数個が間隔をあけて並べられて配されており、前記熱伝導性部材は、前記励磁コイルが巻き回されるボビンであり、前記ボビンには、隣り合う２つのコア部材の間の空間に向かって延出する延出部が設けられており、前記延出部は、その先端側が前記空間を通過して前記２つのコア部材よりも前記励磁コイルから離れた位置に位置するように形成され、前記熱電変換素子は、前記延出部の先端側の部分に取着されていることを特徴とする。

上記のように構成することにより、励磁コイルから発生する磁束の熱電変換素子への影響を抑制しつつ、励磁コイルから生じる熱を熱伝導性部材により熱電変換素子に熱伝導することが可能になるので、熱電変換素子による熱電変換効率の向上を図ることができ、励磁コイルから生じる熱を有効利用することができるようになる。

実施の形態に係るプリンターの構成を示す図である。 プリンターに設けられる制御部の構成を示すブロック図である。 定着部の構成を示す一部切り欠き斜視図である。 （ａ）は、図３に示すＥ−Ｅ線における定着部の矢視断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＤ部分における定着ベルトの断面図である。 図３に示すＦ−Ｆ線における矢視断面図である。 直列接続された複数個の熱電変換素子を含む回路構成の例を示す図である。 （ａ）は、熱電変換素子の低温側の面とヒートシンクとが直接接触する構成例を示す概略分解斜視図であり、（ｂ）は、その構成の断面を示す図である。

以下、本発明に係る定着装置および画像形成装置の実施の形態を、タンデム型カラープリンター（以下、単に「プリンター」という。）に適用した場合を例にして説明する。
（１）プリンターの構成
図１は、本実施の形態に係るプリンター１の構成を示す図である。
同図に示すように、プリンター１は、画像形成部３、給送部４、定着部５、制御部６等を備えている。

プリンター１は、ネットワーク（例えば、ＬＡＮ）に接続され、外部の端末装置（不図示）から印刷指示を受け付けると、その指示に基づいてイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各色のトナー像を形成し、これらを記録用のシートへ多重転写してフルカラーの画像を形成することにより、記録用のシートへの印刷処理（プリントジョブ）を実行する。以下、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各再現色をＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋと表し、各再現色に関連する構成要素の番号にこのＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを添字として付加する。

画像形成部３は、作像部３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、露光部１０、中間転写ベルト１１、二次転写ローラー４５などを有している。
作像部３Ｙは、感光体ドラム３１と、その周囲に配設された帯電器３２、現像器３３、一次転写ローラー３４、および感光体ドラム３１を清掃するためのクリーナー３５などを有しており、感光体ドラム３１上にＹ色のトナー像を作像する。

他の作像部３Ｍ〜３Ｋについても作像部３Ｙと基本的に同様の構成になっており、感光体ドラム３１上に対応する色のトナー像を作像する。なお、作像部３Ｍ〜３Ｋについては、各部材の符号を省略している。
中間転写ベルト１１は、無端状のベルトであり、駆動ローラー１２と従動ローラー１３に張架されて矢印Ｃで示す方向に周回駆動される。従動ローラー１３の近傍には、中間転写ベルト１１上に残留するトナーを除去するためのクリーナー２１が配置されている。

露光部１０は、レーザーダイオードなどの発光素子を備え、制御部６からの駆動信号によりＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ色の画像形成のためのレーザー光Ｌｙ、Ｌｍ、Ｌｃ、Ｌｋを発し、作像部３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋごとに、その帯電器３２により帯電された感光体ドラム３１を露光走査する。この露光走査により、作像部３Ｙ〜３Ｋの各感光体ドラム３１上に静電潜像が形成される。

作像部３Ｙ〜３Ｋごとに、感光体ドラム３１上に形成された静電潜像は、現像器３３により現像されることにより、対応する色のトナー像が感光体ドラム３１上に形成される。
それぞれの感光体ドラム３１上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト１１を挟んでその感光体ドラム３１と対向する一次転写ローラー３４により、中間転写ベルト１１上に一次転写される。この一次転写の際に、各色のトナー像が中間転写ベルト１１上の同じ位置で重ね合わされるように、作像部３Ｙを基準に他の作像部３Ｍ〜３Ｋにおけるトナー像の作像タイミングを所定時間だけずらす制御が実行される。これにより、中間転写ベルト１１上にカラーのトナー像が形成される。

給送部４は、記録用のシートＳを収容する給紙カセット４１と、給紙カセット４１内のシートＳを搬送路４３上に１枚ずつ繰り出す繰り出しローラー４２と、繰り出されたシートを二次転写位置４６に送り出すタイミングをとってシートＳを搬送するタイミングローラー４４などを備えている。
また、給紙カセット４１の下部には、除湿ヒーター９が配置されており、給紙カセット４１の周辺には、湿度検出センサー４７が配されている。

給紙カセット４１の周辺の湿度が高くなったことが湿度検出センサー４７により検出されると、給紙カセット４１をその下部から除湿ヒーター９の熱により温めることにより、給紙カセット４１に収容されているシートＳが湿気を含まないように除湿することができる。この除湿ヒーター９の作動制御は、制御部６により実行される。
タイミングローラー４４は、中間転写ベルト１１上に多重転写された各色トナー像が二次転写位置４６に搬送されるタイミングに合わせて、シートＳを二次転写位置４６に搬送する。そして、二次転写位置４６において、二次転写ローラー４５により中間転写ベルト１１上の各色トナー像が一括してシートＳ上に二次転写される。各色トナー像が二次転写されたシートＳは、定着部５に搬送される。

定着部５は、電磁誘導加熱方式によるものであり、搬送されて来るシートＳ上の各色トナー像（未定着画像）を加熱、加圧により熱定着する。熱定着されたシートＳは、排出ローラー７により排紙トレイ８に排出される。
（２）制御部の構成
図２は、制御部６の構成を示すブロック図である。

同図に示すように制御部６は、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）部１０１と、ＣＰＵ１０２と、ＲＯＭ１０３と、ＲＡＭ１０４と、ＩＨ電力制御部１０５などを備え、それぞれが相互に通信を行うことができるようになっている。
通信Ｉ／Ｆ部１０１は、ネットワーク、例えばＬＡＮと接続するためのＬＡＮカード、ＬＡＮボードといったインターフェースであり、ネットワークを介して接続される外部の端末装置と通信を行う。

ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭ１０３から必要なプログラムを読み出し、画像形成部３、給送部４、定着部５を制御して、プリントジョブを円滑に実行させる。
ＲＡＭ１０４は、ＣＰＵ１０２のワークエリアとして用いられる。
ＩＨ電力制御部１０５は、定着部５に含まれる励磁コイル１５２への供給電力を制御して、定着ベルト５１（図３）の温度を定着に適した所定の定着温度に維持させる。

（３）定着部の全体構成
図３は、定着部５の構成を示す斜視図であり、図４（ａ）は、図３に示すＥ−Ｅ線における定着部５の矢視断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＤ部分における定着ベルト５１の断面図である。なお、図３では、構成を判り易くするために、定着部５の姿勢を図１における姿勢から約９０°時計周りに回転させた状態にして示すとともに、定着部５の一部を切り欠いて示しており、符号Ｐで示す領域は、シートＳが通過しない、定着ベルト５１における非通紙領域を示している。

各図に示すように、定着部５は、定着ベルト５１と、定着ローラー５２と、加圧ローラー５３と、ガイドプレート５４と、磁束発生部５５と、複数個の熱電変換素子５６と、ヒートシンク５７と、サーミスター５８を備える。
定着ベルト５１は、矢印Ａで示す方向に周回駆動される円筒状のベルトであり、図４（ｂ）に示すように整磁合金層１１１と、発熱層１１２と、弾性層１１３が、この順に整磁合金層１１１が裏面側、弾性層１１３が表面側になるように積層されてなる。

定着ベルト５１は、その内径が約４０ｍｍであり、自立して略円筒形を保持できる弾性の自己形状保持可能なベルトが用いられている。定着ベルト５１の幅方向Ｗ（シートＳの搬送方向に直交する幅方向に相当）長さは、最大サイズのシートの幅方向長さよりも長くなっている。図３では、最大サイズよりもサイズの小さい小サイズ紙が定着ニップ５９を通過している様子を示している。

弾性層１１３は、厚みが約２００μｍのシリコーンゴムなどからなる。
発熱層１１２は、厚みが約１０μｍのニッケルなどからなり、磁束発生部５５から発せられる磁束により発熱する。
整磁合金層１１１は、厚みが約３０μｍであり、ニッケルと鉄の合金などからなり、所定温度（キュリー温度）以上になると磁性体から非磁性体に変化し、当該温度を下回ると磁性を取り戻す可逆的な変化特性を有する。整磁合金層１１１の具体的な機能については、後述する。

定着ローラー５２は、長尺で円柱状の芯金１２１の周囲に弾性層１２２が積層されてなり、定着ベルト５１の周回経路（周回走行路）の内側に配される。芯金１２１は、アルミニウムまたはステンレス等からなり、弾性層１２２は、ウレタンゴム等からなり断熱層としても機能する。定着ローラー５２の外径は、約３５ｍｍである。
加圧ローラー５３は、長尺で円柱状の芯金１３１の周囲に、弾性層１３２を介して離型層１３３が積層されてなり、定着ベルト５１の周回経路外側に配置され、定着ベルト５１の外側から定着ベルト５１を介して定着ローラー５２を押圧して、定着ベルト５１の表面との間に定着ニップ５９を確保する。

芯金１３１は、アルミニウム等からなり、弾性層１３２は、シリコーンスポンジゴム等からなり、離型層１３３は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）コート等からなる。加圧ローラー５３の外径は、約３５ｍｍである。
定着ローラー５２の芯金１２１と加圧ローラー５３の芯金１３１は、その軸方向両端部が図示しないフレームに軸受部材などを介して回転自在に支持されると共に、加圧ローラー５３は、駆動モータ（不図示）からの駆動力が伝達されることにより矢印Ｂで示す方向に回転駆動される。この加圧ローラー５３の回転に伴って定着ベルト５１と定着ローラー５２が矢印Ａで示す方向に従動回転する。

磁束発生部５５は、ベース１５１と、励磁コイル１５２と、メインコア１５３と、センターコア１５４と、裾コア１５５と、外装カバー１５６を有し、定着ベルト５１の周回経路の外側であり定着ベルト５１の近辺の位置に、定着ベルト５１に幅方向Ｗに沿うように配置される。
ベース１５１は、定着ベルト５１の周回方向（以下、「ベルト周回方向」という。）に関して円弧状に湾曲する板状部材であり、例えば樹脂により形成され、幅方向Ｗの両端部が図示しないフレームなどに固定されている。ベース１５１と定着ベルト５１の表面との間隔が約２．５ｍｍになるように、ベース１５１の配設位置が調整される。

ベース１５１の、定着ベルト５１が位置する側とは反対側の面１５９には、ベルト周回方向に間隔をあけた２か所の位置のそれぞれに、矢印Ｇ（図４（ａ））で示す方向（定着ベルト５１から遠ざかる方向）に立ち上る板状のボビン１６１が設けられている。ボビン１６１は、幅方向Ｗに沿って長尺状の突条を形成している。
この２本のボビン１６１は、それぞれがベース１５１とは別の材料である熱伝導性絶縁樹脂から射出成型などにより形成されたものであり、ベース１５１に、接着剤などによる接着やネジなどの締結などにより取着されている。

熱伝導性絶縁樹脂としては、例えば住友大阪セメント株式会社の製品「ジーマ・イナス」を用いることができる。なお、ベース１５１とボビン１６１とを熱伝導性絶縁樹脂により一体成型により形成したものを用いるとしても良い。
また、ベース１５１のベルト周回方向両端部のそれぞれには、定着ベルト５１の位置する側とは反対側に折り曲げられた側壁１６８、１６９が設けられている。

メインコア１５３、センターコア１５４、裾コア１５５は、それぞれが高透磁率のパーマロイやフェライトなどからなり、ベース１５１に支持されている。
センターコア１５４と裾コア１５５は、幅方向Ｗに沿って長尺状に形成されている。
センターコア１５４は、ベース１５１の面１５９上の領域のうち、２本のボビン１６１の間の領域１９３に、長手方向が幅方向Ｗに沿うようにして配置される。

２つの裾コア１５５は、ベース１５１の面１５９上であり、側壁１６８、１６９と隣接する位置に、長手方向が幅方向Ｗに沿うようにして配置される。
メインコア１５３は、複数個、配置されており、それぞれがベルト周回方向に長尺状であり、ベルト周回方向に関して湾曲形状に形成されている。それぞれのメインコア１５３は、長手方向がベルト周回方向に沿った姿勢で、幅方向Ｗに所定の間隔Ｚをあけて並ぶようにして配置されている。

励磁コイル１５２は、幅方向Ｗに関して細長くなるように、長尺の線材（導線）を２本のボビン１６１に架け渡し、巻き回すことにより形成されている。励磁コイル１５２の長手方向長さは、定着ベルト５１の幅方向長さよりもやや長くなっている。
図３では、励磁コイル１５２のうち、幅方向Ｗに沿って長い導線部分（巻線部分）が、ベース１５１の面１５９とメインコア１５３との間の領域であり、面１５９のうち、一方のボビン１６１と一方の裾コア１５５との間の領域１９１と、他方のボビン１６１と他方の裾コア１５５との間の領域１９２に載置されている様子が示されている。

なお、励磁コイル１５２のうち、幅方向Ｗの両端側である折り返し部に相当する巻線部分は、図示していないが、円弧状のベース１５１に沿った形状に形成されており、ベース１５１の面１５９のうち、ボビン１６１の存在しない領域に載置されている。
ここで、定着ベルト５１と励磁コイル１５２とメインコア１５３は、図４（ａ）に示すように矢印Ｇで示す方向において、メインコア１５３が励磁コイル１５２を挟んで定着ベルト５１とは反対側に位置する関係を有する。また、ベース１５１とメインコア１５３との間に励磁コイル１５２が位置する関係になっている。

励磁コイル１５２は、公知の高周波インバータを含む励磁コイル駆動回路（不図示）を有するＩＨ電力制御部１０５に接続され、ＩＨ電力制御部１０５からの電力供給による通電により、定着ベルト５１の発熱層１１２を発熱させるための交番磁束を発生させる。
励磁コイル１５２から発せられた磁束は、メインコア１５３、センターコア１５４、裾コア１５５を含むコア部材を通って、定着ベルト５１の発熱層１１２の、主に磁束発生部５５と対向する部分を貫き、発熱層１１２に渦電流を発生させて発熱層１１２を発熱させる。この発熱量は、用紙幅方向にどの位置でも略均一になるようになっている。

発熱層１１２における発熱した部分の熱が定着ベルト５１の周回駆動により定着ニップ５９で加圧ローラー５３等に伝わることにより定着ニップ５９の温度が上昇する。
この励磁コイル１５２から発せられる磁束がメインコア１５３を介して励磁コイル１５２に位置する側とは反対側に漏れて、その反対側に位置する熱電変換素子５６がその磁束による影響を実質的に受けない（誤動作などが生じない）ように、メインコア１５３などの各コア部材の数、配置位置、材料などが予め実験などにより決められている。

サーミスター５８は、定着ベルト５１の温度を検出するためのセンサーであり、その検出信号を制御部６に送る。制御部６は、サーミスター５８の検出信号から定着ベルト５１の現在の温度を検出し、この検出温度に基づき定着ニップ５９の温度が目標の定着温度に維持されるように、励磁コイル１５２への電力供給を制御する。この制御は、ＩＨ電力制御部１０５が担当する。

これにより、定着ニップ５９の温度が定着温度に維持された状態でシートＳが定着ニップ５９を通過する際に、シートＳ上の未定着のトナー像が加熱、加圧されて当該シートＳ上に熱定着される。
ガイドプレート５４は、定着ベルト５１の周回経路の内側かつ定着ベルト５１を介して磁束発生部５５に対向する位置に配置され、周回駆動される定着ベルト５１の内周面に接触して、定着ベルト５１をベルト周回方向に案内しつつ、定着ベルト５１の周回位置（定着ベルト５１と磁束発生部５５との相対位置）を規制する。

ガイドプレート５４は、厚みが約１ｍｍの銅またはアルミニウムなどの低抵抗導電材料からなる板状部材であり、ベルト周回方向に所定の曲率で湾曲するとともに幅方向Ｗに沿って伸びる長尺状に形成されており、幅方向Ｗの両端部が不図示のフレームに固定されている。
このガイドプレート５４と定着ベルト５１の整磁合金層１１１とにより、多数枚の小サイズのシートＳを連続してプリントする場合の過昇温を防止することができる。

すなわち、当該プリント中に定着ベルト５１のうち、図３に示すように幅方向Ｗに小サイズのシートＳが通過しない両端側の部分（非通紙部）Ｐの温度が、当該シートＳに熱が奪われないために定着温度より上昇してキュリー点に達すると、整磁合金層１１１の非通紙部Ｐに対応する部分が磁性体から非磁性体に変化する。整磁合金層１１１の非通紙部Ｐに対応する部分が非磁性体に変化すると、その変化した部分については磁束発生部５５からの磁束が定着ベルト５１の発熱層１１２から整磁合金層１１１を介してガイドプレート５４に通り抜け易くなる。

ガイドプレート５４の非通紙部Ｐに対応する部分では、当該対応する部分を通過する磁束に対して、打ち消す方向の磁束が発生し、この打ち消す方向の磁束の発生により、定着ベルト５１の発熱層１１２のうち非通紙部Ｐに対応する部分の発熱が抑制される（自己温度制御機能）。
この自己温度制御機能の作用により非通紙部Ｐに対応する部分の温度がキュリー点を大幅に超えることがなくなり、定着ベルト５１にダメージを与えるような過昇温に至ることが防止される。

なお、キュリー温度は、過昇温を防止できる温度であれば上記の温度に限られることはない。整磁合金層１１１の素材についても上記のものに限られない。定着部５の構成に応じて適切な温度が所定温度として実験などから予め設定され、設定された温度で上記の磁性変化が生じるように整磁合金層１１１の素材等が決められる。
複数個の熱電変換素子５６のそれぞれは、Ｐ型半導体素子とＮ型半導体素子とを組み合わせてなり、高温側（被加熱側）と低温側（被冷却側）の温度差に基づくゼーベック効果により熱起電力が生じる熱電変換デバイスである。１つの熱電変換素子５６に、Ｐ型半導体素子とＮ型半導体素子の組が１組以上含まれて構成される。各熱電変換素子５６は、不図示の電源線により直列接続されている。この直列回路の構成については、後述する。

各熱電変換素子５６は、ベース１５１に設けられたボビン１６１に取着されている。
図５は、図３に示すＦ−Ｆ線における、ベース１５１とメインコア１５３と熱電変換素子５６と外装カバー１５６とヒートシンク５７の矢視断面図であり、励磁コイル１５２の導線部分については破線で示している。
同図に示すようにベース１５１に設けられたボビン１６１には、幅方向Ｗに沿って間隔（空間）Ｚをあけて並ぶ隣り合う２つのメインコア１５３ごとに、その間の空間を通過して、先端部１６３が矢印Ｇで示す方向に関してそれぞれのメインコア１５３よりも励磁コイル１５２から離れた位置まで延出する延出部１６２が設けられている。

それぞれの延出部１６２は、ボビン１６１の一部として形成されたものであり、断面Ｔ字状（図４）で、その先端部１６３が幅広に形成されてなる。
１つの熱電変換素子５６は、高温側（被加熱側）の面５６１が幅広の先端部１６３の上面１６４に接触し、低温側（被冷却側）の面５６２が外装カバー１５６の裏面（内面）１７１に接触した状態で、ベース１５１と外装カバー１５６との間に挟まれるように支持される。この支持は、例えば接着や締結などにより行われる。

図３〜図５の各図に示すように、外装カバー１５６は、樹脂またはアルミなどからなり、ベース１５１の面１５９上に配されている励磁コイル１５２、メインコア１５３、熱電変換素子５６などの各部材を覆うようにしてベース１５１に取着される。
ヒートシンク５７は、長尺状であり、長手方向が幅方向Ｗに沿った姿勢で、外装カバー１５６を介して、幅方向Ｗに沿って並ぶ複数個の熱電変換素子５６の列と対向するように、外装カバー１５６の表面（外面）１７２のベルト周回方向に沿って間隔をあけた２か所のそれぞれの位置に接着や締結などにより取着されている。

（４）熱電変換素子５６による熱電変換
励磁コイル１５２への電力供給により、励磁コイル１５２から磁束が発生すると、上記のように定着ベルト５１の発熱層１１２が発熱するが、励磁コイル１５２自体からも通電によるジュール熱が発生する。
この励磁コイル１５２から生じた熱は、励磁コイル１５２と直接、接触しているボビン１６１の延出部１６２を介して熱電変換素子５６の高温側の面５６１に熱伝導により伝わる。これにより、熱電変換素子５６の高温側の面５６１の温度が上昇する。

一方で、熱電変換素子５６の低温側の面５６２は、外装カバー１５６を介してヒートシンク５７に接触しており、ヒートシンク５７の放熱作用により、高温側の面５６１のように温度が上昇することはない。
従って、それぞれの熱電変換素子５６ごとに、その高温側の面５６１と低温側の面５６２との間で温度差が生じ、この温度差の大きさに応じた量の起電力が生じる。

例えば、励磁コイル１５２の導線部分の温度が約１２０℃、定着部５の周辺環境（外気）の温度が約２５℃とすると、ボビン１６１の温度が約１１０℃、ボビン１６１における延出部１６２の温度が約８０℃、熱電変換素子５６の高温側の面５６１の温度が約７５℃、熱電変換素子５６の低温側の面５６２の温度が約４５℃、ヒートシンク５７における外装カバー１５６との取着（根本）部分５７１の温度が約４０℃、ヒートシンク５７の先端部分５７２の温度が約３５℃になり、熱電変換素子５６の高温側の面５６１と低温側の面５６２との間に約３０℃の温度差が生じる。

仮に、温度差が３０℃のときに１Ｗの起電力を生じる性能を有する熱電変換素子５６を用いれば、１０個の熱電変換素子５６を直列接続することにより、１０Ｗの電力を取り出すことが可能になる。
図５において、矢印Ｇで示す方向に関し、メインコア１５３を挟んで励磁コイル１５２の位置する側と熱電変換素子５６の位置する側とに分けたときの熱電変換素子５６側の領域を第１領域Ｑ１、第１領域Ｑ１と励磁コイル１５２との間の領域を第２領域Ｑ２、各領域の境界をＱと仮定したとき、メインコア１５３や裾コア１５５を含むコア部材は、励磁コイル１５２から発せられる磁束を集めて磁束密度を高めるとともに当該磁束が第１領域Ｑ１内に漏れないように磁路を形成する磁路形成部材の機能を有するものといえる。

従って、励磁コイル１５２から磁束が発せられたときに、第１領域Ｑ１に属する位置、すなわち励磁コイル１５２からメインコア１５３よりも離れた位置に配される各熱電変換素子５６には、その磁束の影響が及ばず、これにより、磁束の影響による熱電変換素子５６の熱電変換効率の低下や誤動作が防止される。
そして、励磁コイル１５２と熱電変換素子５６の高温側の面５６１とを連結する熱伝導性部材としてのボビン１６１が熱伝導性絶縁樹脂から形成されているので、励磁コイル１５２から発生した熱を効率良く熱電変換素子５６に伝えることができ、熱電変換効率を向上することができる。

また、熱電変換素子５６を第１領域Ｑ１内で、できるだけ励磁コイル１５２に近い位置に配置すれば、それだけボビン１６１の延出部１６２の長さを短くすることができ、その分、励磁コイル１５２の熱を熱電変換素子５６に効率良く伝えることができる。
さらに、ボビン１６１が電気的に絶縁体であることから、仮に導電体を用いるとした場合にその導電体の一部が第２領域Ｑ２に属することにより、第２領域Ｑ２内における磁場が乱れたり、励磁コイル１５２に供給した電力の一部が導電体からなるボビン自体の発熱に使われてしまったりして、定着ベルト５１の昇温に影響を与えるといったおそれがなく、電磁誘導による定着ベルト５１の昇温を効率良く行うことができる。

また、励磁コイル１５２の温度上昇を防止できるので、定着ベルト５１の発熱効率の向上を図ることもできる。
（５）複数個の熱電変換素子を含む回路の構成
図６は、直列接続された複数個の熱電変換素子５６を含む回路構成の例を示す図である。同図に示すように複数個の熱電変換素子５６と蓄電池９１とが直列接続される第１直列回路と、蓄電池９１と除湿ヒーター９とが直列接続される第２直列回路とが、制御部６からの切替信号により動作するスイッチ９２により切り替え可能な構成になっている。

ここで、蓄電池９１は、例えばリチウムイオン電池であり、直列接続された複数個の熱電変換素子５６による起電力を蓄電（充電）する機能と、充電電力を放出（放電）する機能を有するものである。
制御部６は、湿度検出センサー４７（図１）の検出信号に基づき、給紙カセット４１の周辺の湿度を検出し、検出湿度が所定値以下であれば、第１直列回路が構成されるようにスイッチ９２を切り替え（破線で示す状態）、検出湿度が所定値を超えると、第２直列回路が構成されるようにスイッチ９２を切り替える（実線で示す状態）制御を実行する。

これにより、給紙カセット４１周辺の湿度が高くない通常環境では、熱電変換素子５６により生じる電力が蓄電池９１に充電され、プリンター１周辺の環境変動により給紙カセット４１内が高湿になると、蓄電池９１の放電により除湿ヒーター９に電力を供給してシートＳを除湿することができる。蓄電池９１の電力を利用して除湿ヒーター９を動作させるので、商用電源の電力を用いない分、商用電源の消費電力を削減できる。

なお、上記では、熱電変換素子５６により熱電変換された電力を蓄電池９１に充電し、蓄電池９１に充電された電力を除湿ヒーター９に供給する構成例を説明したが、この構成に限られることはない。例えば、熱電変換素子５６により生成された電力を、装置内部に配された冷却ファン（不図示）を駆動するための電力に利用することも考えられる。
＜変形例＞
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例が考えられる。

（１）上記実施の形態では、熱電変換素子５６の低温側の面５６２を冷却するための放熱部材として、外装カバー１５６とヒートシンク５７を用い、熱電変換素子５６の低温側の面５６２とヒートシンク５７とを外装カバー１５６を介して間接的に接触する構成例を説明したが、これに限られず、例えば直接的に接触する構成をとることもできる。
図７（ａ）は、熱電変換素子５６の低温側の面５６２とヒートシンク５７とを直接、接触する構成例を示す概略分解斜視図であり、図７（ｂ）は、その構成の断面を示す図である。

図７（ａ）と図７（ｂ）に示すように、外装カバー１５６に設けられた透孔１８１に熱電変換素子５６が位置し、かつ、ボビン１６１に設けられた延出部１６２の先端部１６３の上面１６４に熱電変換素子５６の高温側の面５６１が面接触し、熱電変換素子５６の低温側の面５６２がヒートシンク５７に面接触しており、熱電変換素子５６が延出部１６２とヒートシンク５７との間に挟まれた状態で保持されている。

このようにヒートシンク５７を放熱部材として用いるとともに、ヒートシンク５７を外装カバー１５６の透孔１８１を介して外装カバー１５６よりも外側の周辺空間Ｑ３に露出させる構成をとれば、熱電変換素子５６の低温側の面５６２の冷却がより行われ易くなり、熱電変換素子５６の高温側の面５６１と低温側の面５６２との温度差をより大きくとれるようになって、熱電変換がより行われ易くなる。

なお、熱電変換素子５６の低温側の面５６２とヒートシンク５７との間に、例えば接着剤などの接着層を介在させる構成とすることもできる。この場合、この接着層が熱伝導性部材の一部になる。このことは、実施の形態において、熱電変換素子５６の低温側の面５６２と外装カバー１５６の裏面１７１との間に接着層が介在する構成やボビン１６１と励磁コイル１５２との間に接着剤が介在する構成をとる場合なども同様である。

図７では、複数個の熱電変換素子５６のうち１つだけを示しているが、他の熱電変換素子５６についても同様の構成をとることができる。
また、例えば熱電変換素子５６の低温側の面５６２を外装カバー１５６だけで冷却できれば、ヒートシンク５７を設けない構成をとるとしても良い。さらに、外装カバー１５６やヒートシンク５７以外の部材を放熱部材として用いることもできる。

また、例えば熱電変換素子５６の低温側の面５６２を外装カバー１５６の透孔１８１を介して周辺空間Ｑ３に露出させる構成としても、熱電変換素子５６の低温側の面５６２の冷却を図ることができる。この構成の場合、放熱部材が不要になる。さらに、外装カバー１５６を備えない構成であれば、熱電変換素子５６の低温側の面５６２が周辺空間Ｑ３に直接、露出されるので、低温側の面５６２が冷却され易くなる。

（２）上記実施の形態では、メインコア１５３と熱電変換素子５６とをシート幅方向Ｗに重ならないようにシート幅方向Ｗに沿ってずらして配置する構成例を説明したが、これに限られない。例えば、図５においてメインコア１５３の直上の位置に熱電変換素子５６を配置する構成をとることもできる。この場合、熱伝導性部材であるボビン１６１に設けられた延出部１６２の先端部１６３がメインコア１５３の直上の位置までさらにシート幅方向Ｗに沿って延出され、その延出部分に熱電変換素子５６の高温側の面５６１が載置される構成をとることができる。

また、コア部材として、メインコア１５３や裾コア１５５などを用いるとしたが、各コアの個数、形状、配置位置などが上記に限られることはない。
さらに、上記では、励磁コイル１５２からの磁束が第１領域Ｑ１に漏れないとしたが、仮に少しが第１領域Ｑ１に漏れることがあったとしても、磁束を集めるコア部材よりも励磁コイル１５２から離れた位置（コア部材を挟んで励磁コイル１５２とは反対側の領域）に熱電変換素子５６を配置すれば、コア部材よりも励磁コイル１５２に近い側である第２領域Ｑ２内において熱電変換素子５６を例えば励磁コイル１５２に直接、接触する位置に配置する構成よりも、磁束の影響を抑制することができ、磁束の影響による熱電変換効率の低下や誤動作を防止して、上記と同様の効果を得ることができる。

この場合でも、励磁コイル１５２の熱を熱電変換素子５６に効率良く伝えるには、実質的に磁束の影響を受けない領域内で、できるだけ励磁コイル１５２に近い位置に熱電変換素子５６を配置することが望ましい。
（３）上記実施の形態では、ボビン１６１が熱伝導性部材を兼用するとしたが、これに限られることはない。励磁コイル１５２と熱電変換素子５６の被加熱側の面５６１とを連結して、励磁コイル１５２の熱を熱電変換素子５６に伝導する機能を有する部材であれば、他の部材を別途、設けるとしても良い。

（４）上記実施の形態では、本発明に係る定着装置および画像形成装置をタンデム型カラープリンターに適用した場合の例を説明したが、これに限られず、例えばモノクロ画像だけを形成可能なプリンターであっても良い。
発熱層を有する定着ベルトなどの発熱体を電磁誘導により発熱させる電磁誘導加熱方式の定着装置およびこれを備える画像形成装置であれば、例えば複写機、ファクシミリ装置、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）等に適用できる。

また、定着ベルト５１の内側に定着ローラー５２を配置する構成例を説明したが、これに限られず、例えば定着ベルト５１の内側に押圧パッドを配置して、定着ベルト５１を介して加圧ローラー５３を押圧することにより、定着ベルト５１と加圧ローラー５３との間に定着ニップ５９を形成する構成をとるとしても良い。
また、誘導加熱される発熱体を定着ベルト５１とする構成例を説明したが、これに限られず、例えば定着ベルトを備えずに定着ローラーに発熱層が設けられている構成であれば、定着ローラーを発熱体とすることができる。また、ガイドプレート５４を発熱体とする構成もあり得る。

さらに、ベース１５１、励磁コイル１５２、メインコア１５３、外装カバー１５６のそれぞれについて、その形状、大きさ、材料などが上記のものに限られることはない。また、熱電変換素子５６やヒートシンク５７についても、その数、大きさ、形状などが上記に限られることはない。さらに、ボビン１６１として絶縁性のものを用いるとしたが、定着ベルト５１の昇温特性などを含めて定着性に影響がなければ、絶縁性に代えて、例えば導電性の素材を用いることもできる。

（５）上記実施の形態では、画像形成装置に備えられる定着装置に本発明を適用した場合の例を説明したが、定着装置に限られず、被加熱物を誘導加熱するＩＨ調理器などの誘導加熱装置一般に本発明を適用することができる。
例えば、ＩＨ調理器の場合、鍋などの被加熱物が載置されるトッププレートの下方に、励磁コイルと、フェライトなどの１以上のコア部材とがこの順に配され、コアが励磁コイルからの磁束の通路になりその磁束がコアよりも下方に漏れない（遮蔽される）ように磁路を形成する構成において、コアよりも下方に熱電変換素子を配置し、かつ励磁コイルと熱電変換素子とを熱伝導性部材で連結することにより実現できる。

また、上記実施の形態及び上記変形例の内容をそれぞれ可能な限り組み合わせるとしてもよい。本発明の効果を得られる範囲で、定着部などの各部の機構や各部材を別の機構や別の形状の部材に代えて適用することとしても良い。

本発明は、電磁誘導加熱方式の定着装置に適用することができる。

１ プリンター
５ 定着部
５１ 定着ベルト
５２ 定着ローラー
５３ 加圧ローラー
５５ 磁束発生部
５６ 熱電変換素子
５７ ヒートシンク
１５１ ベース
１５２ 励磁コイル
１５３ メインコア
１５６ 外装カバー
１６１ ボビン
１６２ 延出部
１６３ 先端部
１８１ 外装カバーの透孔
５６１ 熱電変換素子の高温側（被加熱側）の面
５６２ 熱電変換素子の低温側（被冷却側）の面
Ｑ１ 第１領域
Ｑ２ 第２領域
Ｑ３ 周辺空間
Ｚ 間隔

Claims (11)

1. 電磁誘導により発熱する発熱体の熱により、シート上の未定着画像を熱定着する定着装置であって、
   前記発熱体を発熱させるための磁束を発生させる励磁コイルと、
   前記励磁コイルを挟んで前記発熱体とは反対側に配される１以上のコア部材と、
   前記各コア部材よりも前記励磁コイルから離れた位置に配される熱電変換素子と、
   前記励磁コイルと前記熱電変換素子の被加熱側の面とを連結し、前記励磁コイルの熱を前記熱電変換素子に伝える熱伝導性部材と、
   を備え、
   前記コア部材は、
   複数個が間隔をあけて並べられて配されており、
   前記熱伝導性部材は、
   前記励磁コイルが巻き回されるボビンであり、
   前記ボビンには、隣り合う２つのコア部材の間の空間に向かって延出する延出部が設けられており、
   前記延出部は、
   その先端側が前記空間を通過して前記２つのコア部材よりも前記励磁コイルから離れた位置に位置するように形成され、
   前記熱電変換素子は、
   前記延出部の先端側の部分に取着されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記発熱体と間隔をおいて配置されるベースを備え、
   前記ボビンは、
   前記ベースの、前記発熱体が位置する側とは反対側の面に設けられ、
   前記ベースと前記ボビンとが同じ材料で一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記励磁コイルは、
   前記シートの幅方向に関して細長い形状に形成されており、
   前記それぞれのコア部材は、
   前記シートの幅方向に沿って間隔をあけて並べられていることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記熱伝導性部材は、
   絶縁体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記発熱体は、
   回転体であり、
   前記コア部材は、
   前記回転体である発熱体の周方向に関して細長い形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 放熱部材を備え、
   前記熱電変換素子の被冷却側の面が前記放熱部材に接触していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 電磁誘導により発熱する発熱体の熱により、シート上の未定着画像を熱定着する定着装置であって、
   前記発熱体を発熱させるための磁束を発生させる励磁コイルと、
   前記励磁コイルを挟んで前記発熱体とは反対側に配される１以上のコア部材と、
   前記各コア部材よりも前記励磁コイルから離れた位置に配される熱電変換素子と、
   前記励磁コイルと前記熱電変換素子の被加熱側の面とを連結し、前記励磁コイルの熱を前記熱電変換素子に伝える熱伝導性部材と、
   放熱部材と、
   を備え、
   前記熱電変換素子の被冷却側の面が前記放熱部材に接触しており、
   前記放熱部材は、
   当該定着装置の外装カバーであることを特徴とする定着装置。
8. 前記放熱部材は、前記外装カバーに加えて、
   前記外装カバーにおける前記熱電変換素子の位置する側とは反対側の面に設けられたヒートシンクを含むことを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
9. 電磁誘導により発熱する発熱体の熱により、シート上の未定着画像を熱定着する定着装置であって、
   前記発熱体を発熱させるための磁束を発生させる励磁コイルと、
   前記励磁コイルを挟んで前記発熱体とは反対側に配される１以上のコア部材と、
   前記各コア部材よりも前記励磁コイルから離れた位置に配される熱電変換素子と、
   前記励磁コイルと前記熱電変換素子の被加熱側の面とを連結し、前記励磁コイルの熱を前記熱電変換素子に伝える熱伝導性部材と、
   放熱部材と、
   透孔を有する外装カバーと、
   を備え、
   前記熱電変換素子の被冷却側の面が前記放熱部材に接触しており、
   前記放熱部材は、
   前記外装カバーの透孔を介して前記外装カバーよりも外側の周辺空間に露出するヒートシンクであることを特徴とする定着装置。
10. シート上に未定着画像を形成し、形成された未定着画像を定着部により熱定着する画像形成装置であって、
    前記定着部として、請求項１〜９のいずれか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
11. 被加熱物を電磁誘導により加熱する誘導加熱装置であって、
    前記被加熱物を発熱させるための磁束を発生させる励磁コイルと、
    前記励磁コイルを挟んで前記被加熱物とは反対側に配される１以上のコア部材と、
    前記各コア部材よりも前記励磁コイルから離れた位置に配される熱電変換素子と、
    前記励磁コイルと前記熱電変換素子の被加熱側の面とを連結し、前記励磁コイルの熱を前記熱電変換素子に伝える熱伝導性部材と、
    を備え、
    前記コア部材は、
    複数個が間隔をあけて並べられて配されており、
    前記熱伝導性部材は、
    前記励磁コイルが巻き回されるボビンであり、
    前記ボビンには、隣り合う２つのコア部材の間の空間に向かって延出する延出部が設けられており、
    前記延出部は、
    その先端側が前記空間を通過して前記２つのコア部材よりも前記励磁コイルから離れた位置に位置するように形成され、
    前記熱電変換素子は、
    前記延出部の先端側の部分に取着されていることを特徴とする誘導加熱装置。

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