加熱装置
【課題】電磁誘導加熱方式の励磁コイルにおいて、励磁コイルと発熱ローラ間で磁気結合を改善し、発熱量を改善するとともに長手方向全体に渡って均一な温度分布となる励磁コイルを提供する。
【解決手段】第１の長手部と、第２の長手部と、前記第１の長手部と第２の長手部を連結する２つの渡り部と、で構成され、前記第１の長手部と前記第２の長手部は同一方向に湾曲され、前記第１の長手部と前記第２の長手部の少なくとも一方の垂直断面形状は、曲率の異なる少なくとも２つの領域で形成し、前記両端渡り部は内面形状が、前記長手部の内面円弧部より外側に置かれた略平坦部を有し、前記渡り部の外形断面形状は、長手方向部の外側断面形状より大きく形成した構成とした。
【解決手段】第１の長手部と、第２の長手部と、前記第１の長手部と第２の長手部を連結する２つの渡り部と、で構成され、前記第１の長手部と前記第２の長手部は同一方向に湾曲され、前記第１の長手部と前記第２の長手部の少なくとも一方の垂直断面形状は、曲率の異なる少なくとも２つの領域で形成し、前記両端渡り部は内面形状が、前記長手部の内面円弧部より外側に置かれた略平坦部を有し、前記渡り部の外形断面形状は、長手方向部の外側断面形状より大きく形成した構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導加熱方式の加熱装置に関し、特に電子写真装置あるいは静電記録方式の複写機、ファクシミリ及びプリンタ等の画像形成装置に用いられ未定着画像を定着する定着装置の加熱手段としての誘導加熱用励磁コイルおよびその製造方法、前記誘導加熱用励磁コイルを用いた電磁誘導方式の加熱装置、前記加熱装置を具備した電子写真装置・静電記録装置などの画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プリンタ、複写機などの画像形成装置に対しこれらの定着装置としては省エネルギ化および高速化の為、ハロゲンランプ等に変わる加熱源として電磁誘導加熱方式の定着装置が広く採用されるようになってきている。かかる電磁誘導加熱方式の定着装置では、発熱体に磁場生成手段により生成した磁場を作用させ、この渦電流により前記発熱体をジュール発熱させるものである。この加熱装置は例えば、画像形成手段によって転写紙及びＯＨＰシートなどの記録媒体上に形成された未定着画像を加熱する画像形成装置の定着装置として用いることができる。
【０００３】
ところでかかる電磁誘導加熱方式の加熱装置を用いた定着装置は、励磁コイルによる磁界で円筒状の発熱ローラ表面に設けた導電層に渦電流を発生させ発熱体をジュール加熱する構成を取っており、長手方向全体での温度均一を図り、しかも異なる記録材の記録に対応するためおよび装置の小型化を狙って、単一の励磁コイルを使用し、磁性部品で調整する構成があった（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−４３０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、異なる記録材を処理するため（特許文献１）の構成では単一の励磁コイルを用い、発熱体の長手方向に渡って温度を均一化するための、温度分布の調整用に磁性部品をコイルに近づけたり離したりしてコントロールする構成を採っており、長手方向の小型化に対しては効果があるが、径方向では磁性部品の配置に伴い、逆に大型となり必ずしも小型化ができるわけではなかった。また、温度分布を調整するために、磁性部品をコイルに近づけたり、離したりする為、励磁コイルのインダクタンスが調整毎に変動することになり、調整裕度が少ない電磁誘導装置において、コイルインダクタンスと回路との整合がとれず電磁誘導加熱に要する電力を十分には供給できないことがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を解決する為に、本発明の誘導加熱用励磁コイルは、発熱体に沿った、第１の長手部と、第２の長手部と、前記第１の長手部と第２の長手部を連結する２つの渡り部と、を備え、前記２つの渡り部は、前記長手部の表面より外側に積層して巻回してコイルを形成し、前記コイルを複数個数、長手方向に沿って並べて備えた構成とした。
【０００６】
この構成により、渡り部の長さを短縮でき長手方向の励磁コイルの長さを長くできるため、誘導加熱するための最適な磁界を形成することができ、小型で高精度の誘導加熱用励磁コイルを提供できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、巻線の際にコイル保持部材の曲面にあった励磁コイルの曲面を成形するので、巻線後に導線へ力を加えることが無く、従って巻線後の断面形状を変化させるこ
とがなく、導線の絶縁被覆にストレスを加えることがなくなり信頼性が向上する。また、金型のカーブを部分的に細かく変えることができるので、発熱体の温度分布を細かく調整し、発熱体全体に渡って均一な温度分布とすることができ、高精度な励磁コイルを提供できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
請求項１の励磁コイルは、発熱体に沿った、第１の長手部と、第２の長手部と、第１の長手部と第２の長手部を連結する２つの渡り部と、を備え、２つの渡り部は、長手部の表面より外側に積層して巻回してコイルを形成し、コイルを複数個数、長手方向に沿って並べた構成を採る。
【０００９】
この構成によれば、渡り部の長さを短縮でき長手方向の励磁コイルの長さを長くできるため、誘導加熱するための最適な磁界を形成することができ、小型で高精度の誘導加熱用励磁コイルを提供できる。また、複数の励磁コイルを選択して通電することにより、異なる記録材でも温度分布が均一な誘導加熱用励磁コイルを提供できる。
【００１０】
請求項２の励磁コイルは、請求項２の誘導加熱用励磁コイルにおいて、奇数個数長手方向に沿って備えた構成を採る。
【００１１】
この構成によれば、中央部に配置した励磁コイルとその両側に配置される複数の励磁の組み合わせで左右対称の発熱体の温度分布とすることができる。
【００１２】
請求項３の励磁コイルは、請求項２の誘導加熱用励磁コイルにおいて、渡り部の厚みを３ｍｍ〜１０ｍｍとした構成を採る。
【００１３】
この構成によれば、発熱体の長手方向の温度分布を有効に活用しかつ励磁コイルの小型化ができる。
【００１４】
請求項４記載の加熱装置は、記録媒体に形成された未定着画像を加熱する加熱定着手段の加熱手段として、請求項１から請求項４に記載の励磁コイルを用いる構成を採る。
【００１５】
この構成にすれば、記録媒体上に形成された未定着画像を定着装置により回転方向全体にわたり均一に加熱定着できる加熱装置を提供できる。
【００１６】
請求項５記載の定着装置は、記録媒体に形成された未定着画像を加熱する加熱定着手段の加熱手段として、請求項５に記載の加熱装置を用いる構成を採る。
【００１７】
この構成にすれば、記録媒体上に形成された未定着画像を加熱装置により回転方向全体にわたり均一に加熱定着できる定着装置を提供できる。
【００１８】
請求項６の画像形成装置は、記録媒体上に形成された未定着画像を加熱定着する加熱手段として、請求項６記載定着熱装置を用いる構成を採る。
【００１９】
この構成によれば、記録媒体上に形成された未定着画像を定着装置により回転軸方向の加熱幅全体に渡り均一に加熱定着することができる画像形成装置を提供できる。
【００２０】
本発明の骨子は、複数の励磁コイルを組み合わせて、異なる記録材を定着する定着装置において、発熱体の長手方向に渡って温度分布を均一化できる構成を示すものである。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図にお
いて同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係わる励磁コイルを定着装置として用いた画像形成装置を示す断面図の一例である。図１において１１は、電子写真感光体（『以下感光ドラム』という）である。感光ドラム１１は、矢印の方向に所定の周速度で回転駆動されながら、その表面が帯電器１２によってマイナスの暗電位Ｖ０に一様に帯電される。１３はビームスキャナであり、図示しない画像読取装置やコンピュータ等のホスト装置から入力される画像装置の時系列的電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビーム１４を出力する。帯電された感光ドラム１１の表面は、このレーザビーム１４によって走査露光される。これにより、感光ドラム１１の露光部分は電位絶対値が低下して明電位ＶＬとなり静電潜像が形成される。この潜像は現像器１５のマイナスに帯電したトナーによって現像され顕像化される。
【００２３】
現像器１５は、回転駆動される現像ローラ１６を備えている。現像ローラ１６は感光ドラム１１と対向して配置されており、その外周面には、トナーの薄層が形成される。現像ローラ１６には、その絶対値が感光ドラム１１の暗電位Ｖ０よりも小さく、明電位ＶＬよりも大きい現像バイアスが印加されており、これにより現像ローラ１６上のトナーが感光ドラム１１の明電位ＶＬにのみ転写されて、潜像が顕像化される。
【００２４】
一方、給紙部１７からは記録材２０５が一枚ずつ給送され、レジストローラ対１８を経て、感光ドラム１１と転写ローラ１９のニップ部へ、感光ドラム１１の回転と同期した適切なタイミングで送られる。そして、感光ドラム１１上のトナー像は、転写バイアスが印加された転写ローラ１９により記録材２０５に順次転写される。記録材２０５が分離されたあとの感光ドラム１１は、その表面の転写残りトナー等の残留物がクリーニング装置２０によって除去され、繰り返し次の画像形成に供される。
【００２５】
２１は定着ガイドであり、この定着ガイド２１によって、転写後の記録材２０５の定着装置２２への移動が案内される。記録材２０５は感光ドラム１１から分離された後、定着装置２２へ搬送され、これにより記録材２０５上に転写されたトナー像が定着される。２３は排紙ガイドであり、この排紙ガイド２３によって定着装置２２を通過した記録材２０５が装置外へ案内される。これらの定着紙ガイド２１、排紙ガイド２３は、ＡＢＳなどの樹脂によって構成されている。尚、定着ガイド２１、排紙ガイド２３は、アルミなどの非磁性体の金属によって構成することもできる。トナー像が定着された後の記録材２０５は排紙トレイ２４へ案内される。
【００２６】
２５は装置本体の底板、２６は装置本体の天板、２７は本体シャーシであり、これらは一体となって装置全体の強度を担うものである。これらの部材は磁性材料である鋼を基材とし、亜鉛メッキを施した材料によって構成されている。
【００２７】
２８は冷却ファンであり、この冷却ファン２８は装置内に気流を発生させる。２９はアルミなどの非磁性体の金属を含む遮蔽部材としてのコイルカバーであり、このコイルカバー２９は、励磁コイル１０５及びアーチコア１０６の背面を覆うように構成されている。
【００２８】
次に、本実施の形態の一例の加熱装置としての定着装置について詳細に説明する。
【００２９】
図２は本発明の実施の形態に係る定着装置を示す説明図である。
【００３０】
図２に示す定着装置は画像形成装置に用いられる電磁誘導加熱方式の定着装置であり、
誘導加熱手段１００の電磁誘導により外周面に沿って加熱される発熱ローラ（第１の回転体）２０１と、発熱ローラ２０１と平行に配置された定着ローラ２０２と、発熱ローラ２０１と定着ローラ２０２とに張架されて電磁誘導により加熱されるとともに定着ローラ２０２の回転により矢印Ａ方向に回転する無端帯状の発熱ベルト（第２の回転体）２０３と、発熱ベルト２０３と接触してニップ部を形成して定着ローラ２０２に圧接されるともに発熱ベルト２０３に対して順方向に回転する加圧ローラ（加圧部材）２０４と、発熱ベルト２０３および発熱ローラ２０１を挟んで励磁コイル１０５と対向する対向コア１１０と、を備えている。対向コア１１０の材料は、フェライト、パーマロイ等の強磁性体を用いることができる。対向コア１１０は、励磁コイルで生成される磁束の大半が対向コア１１０を通るので、励磁コイル外側への漏洩磁束が少なく、励磁コイルの磁束を有効に活用できる。
【００３１】
発熱ローラ２０１はたとえばＦｅ、Ｎｉ、及びその合金類（ＳＵＳ等）の中空円筒状の強磁性金属部材からなり、外径がたとえば２０ｍｍ、肉厚がたとえば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍとされて、低熱容量で昇温の速い構成となっている。
【００３２】
定着ローラ２０２は、たとえばＳＵＳ等の金属製の芯金２０２ａと、耐熱性を有するシリコーンゴムをソリッド状または発泡状にして芯金２０２ａを被覆した弾性部材２０２ｂとを含む。そして、加圧ローラ２０４からの押圧力でこの加圧ローラ２０４との間に所定幅の接触部（ニップ部Ｎ）を形成するために外径を３０ｍｍ程度として発熱ローラ２０１より大きくしており、弾性部材２０２ｂの肉厚を３〜８ｍｍ程度、硬度を１５〜５０°（Ａｓｋｅｒ Ｃ）程度としている。
【００３３】
このような構成により、発熱ローラ２０１の熱容量が定着ローラ２０２の熱容量より小さくなるので、発熱ローラ２０１が急速に加熱されてウォームアップ時間が短縮される。
【００３４】
発熱ローラ２０１と定着ローラ２０２の間に張架された発熱ベルト２０３は、発熱ローラ２０１の外周面に配置された誘導加熱手段１００によって加熱されるとともに、加熱された発熱ローラ２０１との接触部位Ｌで熱伝導加熱される。そして、駆動手段（図示せず）による定着ローラ２０２の回転に伴う発熱ベルト２０３の回転によって発熱ベルト２０３の内面が連続的に加熱され、結果としてベルト全体に渡って加熱される。
【００３５】
発熱ベルト２０３は、基材がガラス転移点３６０（℃）のポリイミド樹脂中に銀粉を分散して導電層を形成した、直径５０ｍｍ、厚さ５０μｍの薄肉の無端状ベルトで構成されている。導電層は、厚さ１０μｍ銀層を２〜３積層した構成としてもよい。また、さらに、この発熱ベルト２０３の表面には、離型性を付与するために、フッ素樹脂を含む厚さ５μｍの離型層（図示せず）を被覆してもよい。発熱ベルト２０３の基材のガラス転移点は、２００（℃）〜５００（℃）の範囲であることが望ましい。さらに、発熱ベルト２０３の表面の離型層としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の離型性の良好な樹脂やゴムを単独であるいは混合して用いてもよい。
【００３６】
なお、発熱ベルト２０３の基材の材料としては、上述のポリイミド樹脂の他、フッ素樹脂等の耐熱性を有する樹脂、電鋳によるニッケル薄板及びステンレス薄板等の金属を用いることもできる。例えば、この発熱ベルト２０３は、厚さ４０μｍのＳＵＳ４３０（磁性）又はＳＵＳ３０４（非磁性）の表面に、厚さ１０μｍの銅メッキを施した構成のもの、あるいは厚さ３０〜６０μｍのニッケル電鋳ベルトであってもよい。
【００３７】
また、発熱ベルト２０３は、モノクロ画像の加熱定着用の像加熱体として用いる場合には離型性のみを確保すればよいが、この発熱ベルト２０３をカラー画像の加熱定着用の像加熱体として用いる場合にはゴム層を形成して弾性を付与することが望ましい。
【００３８】
加圧ローラ２０４は、たとえばＳＵＳまたはＡｌ等の熱伝導の高い金属製の円筒部材を含む芯金２０４ａと、この芯金２０４ａの表面に設けられた耐熱性およびトナー離型性の高い弾性部材２０４ｂとから構成されている。
【００３９】
電磁誘導により発熱ローラ２０１を加熱する誘導加熱手段１００は、図２に示すように、励磁コイルユニットと、発熱ローラと発熱ベルトで構成している。例示コイルユニットは、磁界発生手段である励磁コイル１０５と、コイル保持部材１０９とを有している。ここで、コイル保持部材１０９は発熱ローラ２０１の外周面に近接配置された半円弧形状をしており、発熱ローラと励磁コイル１０５との断熱部材としての働きと、励磁コイル１０５の固定および、アーチコア１０６、センターコア１０７、およびサイドコア１０８の固定をする部材として構成されている。すなわち、コイル保持部材１０９は、発熱ローラ部分の温度は、定着温度の例えば１７０℃に達するため、近接している励磁コイル１０５へ輻射熱を遮断し、励磁コイル１０５の発熱を抑制できる。
【００４０】
励磁コイル１０５に使用する導線は、素線径φ０．０５〜φ０．２の線を束ねたリッツ線束を１〜１０束組み合わせて形成される。リッツ線束の外径は最大で２ｍｍの外径の線束を組み合わせて使用しており、コイル厚みは２ｍｍの厚みにできる。さらに薄いコイル厚みに対応するために、リッツ線の１束の撚り本数を１０〜４０本で構成することができる。なお、リッツ線の外径は、ＪＩＳ Ｃ３００５によれば、（数１）で算出できる。
【００４１】
【数１】
【００４２】
（ここで、Ｄ：リッツ線の外径、ｄ：リッツ線の素線の外径、ｎ：素線本数）。
【００４３】
したがって、リッツ線束を複数束組み合わせて同時に巻線することにより、巻間にあわせて励磁コイルの厚みの厚い部分と励磁コイルの薄い部分とが巻線できるようになる。また、素線径がφ０．２より大きい線径では高周波の交流電流による電気抵抗が大きくなり、励磁コイルの発熱が過大となる。
【００４４】
図３は本発明の実施の形態に係わる励磁コイルユニットを示す図である。
【００４５】
図３に示す励磁コイルユニットのように、励磁コイル１０５の外側には、励磁コイル１０５の背面を覆うアーチ状に形成されたアーチコア１０６と、励磁コイル１０５の巻回中心に配置されたセンターコア１０７と、励磁コイル１０５の巻回束の両端に配置されたサイドコア１０８と、で構成されている。コアの材料は、フェライト、パーマロイ等の強磁性体を用いることができる。励磁コイル１０５は、中央部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの３つのコイルで構成され、異なる記録材に対応できるように構成されている。また、励磁コイル１０５間の渡り部分には、磁性部品１２１が配置されている。
【００４６】
センターコア１０７とサイドコア１０８はアーチコア１０６と共に磁路を構成している。このため発熱ベルトの外側では、励磁コイル１０５によって生成された磁束の大半がこの３種類のコアを通過しコアの外部への漏洩磁束を減らしている。なお、これら３種類のコアは必ずしもすべてが必要でなく、１種類の場合もあるし、いくつか組合せる場合もあるし、ない場合もある。
【００４７】
ここで、センターコア１０７及びサイドコア１０８はアーチコア１０６と一体でもよい
し別々の部材を組み合わせてもよい。
【００４８】
励磁コイル１０５には駆動電源（指示せず）から１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交流電流、好ましくは２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの高周波交流電流が給電され、これにより励磁コイル１０５、アーチコア１０６、センターコア１０７およびサイドコア１０８と対向コア１１０間に交番磁界を発生する。駆動電源からは、幅の狭い記録材に対応するには、１０５ａに通電し、幅の広い記録材を処理する場合は、１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃに通電する構成としている。そして、発熱ローラ２０１と発熱ベルト２０３との接触領域Ｌおよびその近傍部においてこの交番磁界が発熱ローラ２０１に作用し、これらの内部では上記の磁界の変化を妨げる方向に渦電流が流れる。
【００４９】
この渦電流が発熱ローラ２０１の抵抗に応じたジュール熱を発生させ、主として発熱ローラ２０１と発熱ベルト２０３との接触領域およびその近傍部において発熱ローラ２０１が電磁誘導発熱して加熱される。
【００５０】
このようにして加熱された発熱ベルト２０３は、定着ニップ部Ｎの入口側においてサーミスタなどの熱応答性の高い感温素子を含む温度検出手段１１２により、ベルトの内面温度が検知される。
【００５１】
これにより、温度検知手段１１２が発熱ベルト２０３の表面を傷付けることがないので、定着性能が継続的に確保されるとともに、発熱ベルト２０３の定着ニップ部Ｎに入る直前の温度が検知される。そして、この温度情報を基に出される信号に基づき誘導加熱手段１００への投入電力を制御することにより、発熱ベルト２０３の温度がたとえば１７０℃に安定維持される。
【００５２】
定着装置の上流側に配設された画像形成部（図示せず）において記録材２０５上に形成されたトナー画像２０６が定着ニップ部Ｎに導入される際には、加熱手段１００により加熱された発熱ベルト２０３の表面温度と裏面温度との差が小さくなった状態で定着ニップ部Ｎに送り込まれる。そのため、ベルト表面温度が設定温度に対して過度に高くなる、いわゆるオーバーシュートを抑え安定した温度制御を行うことが可能になる。
【００５３】
次に本実施の形態に係る励磁コイルについて説明する。
【００５４】
図４（ａ）は、本実施の形態に係る加熱装置の励磁コイルの斜視図である。
【００５５】
図４（ｂ）は、本実施の形態に係る加熱装置の励磁コイルの正面図であり、図４（ｃ）は励磁コイルの側面図である。
【００５６】
励磁コイル１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃは、それぞれ第１の長手部３０１ａと第２の長手部３０１ｂと、第１の長手部と第２の渡り部を連結する２つの渡り部４０２を有し、第１の長手部と第２の長手部の間隔は５ｍｍから３０ｍｍの範囲で間隔Ｇ１を設けている。間隔Ｇが５ｍｍより狭い部分の長手部同士より生成される磁界は、発熱体への影響が少なくなるし、３０ｍｍより大きいと励磁コイル１０５が大きく形成しなければならなくなる。
【００５７】
渡り部４０２は、厚みＴが３〜１０ｍｍとし、中央部に凹部４０１を設けている。厚みＴは、導線束の最大外形のφ２より大きく設定すれば渡り部の形状の増大を防ぐことができる。励磁コイルは、巻型（図示せず）により巻線され、渡り部４０２は、発熱体側から巻線され、巻き終わりは発熱体から離れる。図１０に示すように必ずしも巻はじめから順に積層され巻回されることはなく、発熱体側から巻線に従って積み上げられ巻線する。従
来の励磁コイルの渡り部は、内側および外側の形状は略長手部と等しく巻線され、励磁コイル１０５の厚みが長手部巻線と略等しくしていた。従って、渡り部のコイル厚み長手部より厚く巻線することで、渡り部の長手方向の厚みＴを短縮できて、励磁コイル１０５全体として短くすることができる。
【００５８】
また、凹部の幅Ｇ２は、長手部の間隔Ｇ１と略等し、凹部の高さＤは、１０ｍｍより低い高さで設定する。１０ｍｍより高いと励磁コイル１０５の渡り部４０２の外形が大きくなり、定着装置としても大きくなる。渡り部の厚みＴは、複数の励磁コイルを組み合わせるためにはできるだけ薄く設定するが、３ｍｍより薄くなると、渡り部４０２の径が大きくなるし、逆に１０ｍｍより厚くなると、励磁コイル１０５間の発熱体を加熱する有効磁界成分が少なくなり温度むらが発生する。
【００５９】
励磁コイル１０５の渡り部４０２間、例えば１０５ａと１０５ｂの励磁コイル間同士の凹部の下側には、磁性部品１２１を配置する。磁性部品１２１の形状は、略直方体の形状とし、磁性部品１２１の長さは、双方の渡り部を合わせた長さと同等以上の長さにする。また、厚みは、凹部の厚みに略等しくするか、発熱体の温度分布を考慮して、０〜１０ｍｍの範囲で決定する。また磁性部品の材料としては、フェライトやＦｅやＦｅ合金（パーマロイ等）が使用できる。凹部を設ける構成では、渡り部４０２の構成は巻き終わり部が巻始めより発熱体から離れる構成をとらない場合でも適用できる。
【００６０】
磁性部品１２１の形状は、直方体だけでなく、半円柱や、三角柱やかまぼこ型等任意に選択してもよい。
【００６１】
図３に示すように長手方向の間にセンターコアを配置する構成においても渡り部４０２にはセンターコア１０７とは、別に磁性部品１２１を配置する。
【００６２】
磁性部品１２１は、長手方向の温度分布の状態では、配置しない場合もあり、渡り部４０２の長手方向の長さ３〜１０ｍｍ程度とした場合には省略する場合がある。
【００６３】
励磁コイル１０５および磁性部品は、コイル保持部材１０９に例えば接着剤にて固定される。接着剤としては、耐熱の高い材料が望ましく、例えばシリコン系の接着剤を用いることができる。
【００６４】
励磁コイル１０５は、１〜９個の範囲で使用し、奇数個で構成するのが望ましい。奇数個に設定したほうが発熱体の左右の対称性がとりやすいが、もちろん偶数個で構成しても発熱体の温度の均一化および対称性は可能である。
【００６５】
また、図９に複数の励磁コイル１０５で構成された加熱装置の発熱体の温度分布を示す。実施の形態の一例として、Ａ４サイズの記録材に対応する長手方向中央部に配置する励磁コイル１０５ａとその両側に励磁コイル１０５ｂ、１０５ｃを配置し、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを接続して、Ａ３サイズの記録材に対応する励磁コイル１０５とした場合の発熱体の温度を示す。この構成にすることでＡ３サイズとＡ４サイズの記録材の温度分布の調整が可能である。
【００６６】
実施の形態では、３個の励磁コイルの例で示したが、様々な記録材の大きさに対応するには、複数個の励磁コイルを組み合わせることで、調整できることは言うまでもない。
【００６７】
また、図５に、本発明の加熱装置の中での励磁コイルの形状を説明する。
【００６８】
図５（ｂ）に示すように、励磁コイル１０５長手方向のＦ−Ｆ垂直断面形状は、発熱ベ
ルト２０３に沿った形状とし円弧からなる曲線部分Ｃと平坦部Ｈ１と曲線部Ｈ２からなり、発熱ベルト２０３は図の矢印方向に回転する。励磁コイル１０５の端部は円弧の中心より発熱ローラ側に発熱ベルト２０３の形状に沿って延びた構成とした。
【００６９】
かかる励磁コイル１０５を発熱ベルト２０３に沿って延びた構成とすることで、発熱ベルト２０３の表面の導電層を流れる渦電流の発生する面積を増加させて、発熱ベルト２０３の発熱量を増加させることができる。本発明の実施の形態では、曲線部Ｃの原点Ｏより発熱ベルト２０３に沿って５ｍｍの延長をし、ベルトが１７０℃まで立ち上がる時間が約２秒短くできた。発熱ベルト２０３に沿って励磁コイル１０５を延長する長さは、０〜１０ｍｍの範囲が望ましく、１０ｍｍを超えると発熱ローラ２０１内に配置された対向コア１１０との結合の効果が少なくなる。
【００７０】
また、図５（ｂ）の実施の形態では、曲線部Ｃからなる円弧と平坦部Ｈ１，曲線部Ｈ２で構成した例を示したが、発熱ベルト２０３の膨らみにあわせた場合や、延長する長さを考慮して、図５（ｃ）のように円弧から連結される両端を平坦部で構成することもできるし、図５（ｄ）に示すように円弧から連結される部分を円弧で構成してもよい。
【００７１】
図６はコイル厚みが均等な場合のコイルの角度と発熱分布を、図７はコイル厚みを一部薄くした場合の発熱分布を示す。従ってコイルの厚みを調整することで、発熱体の温度を調整することができるので、発熱体上の渦電流量が減少し、発熱体の温度を長手方向全体に渡って細かく調整することができる。
【００７２】
励磁コイルは鞍型コイルで構成しているが両端部の渡り部はその中央部に内側の径より離れて平坦部４０１を有している。鞍型コイルで構成することで、発熱体に長手方向の長さを長く採ることができ、全体の長さを短くすることができる。
【００７３】
また、図４に示すように異なる記録材に対応するためには励磁コイルを複数組み合わせて構成するが、複数の励磁コイルで構成した場合の励磁コイル間の渡り部の磁界低下を補正するため、平坦部の内側に磁性部品を追加して、発熱体全体での温度分布を均一化することができる。
【００７４】
図８は本発明の実施の形態の別の構成を示す図である。
【００７５】
本実施の形態では、発熱ローラと定着ローラ間を発熱ベルトで張架した、２軸タイプの構成について述べたが、本発明の加熱装置としては、発熱ローラと定着ローラが一体の１軸構成も考えられる。１軸の構成を採ることにより、小型化が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係る励磁コイルは、励磁コイルを用いた電磁誘導方式の加熱装置、加熱装置を具備した電子写真装置・静電記録装置などの画像形成装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる励磁コイルを定着装置として用いた画像形成装置を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態に係る定着装置を示す説明図
【図３】本発明の実施の形態に係わる励磁コイルユニットを示す図
【図４】本発明の実施の形態に係わる励磁コイルを示す図
【図５】本発明の実施の形態に係わる加熱装置を示す図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態に係る均一コイル厚みの加熱装置の断面図、（ｂ）（ａ）の断面図に対応する定着ローラ上の発熱量を示すグラフ
【図７】（ａ）本発明の実施の形態に係るコイル厚みをかえた加熱装置断面図、（ｂ）（ａ）の断面図に対応する定着ローラ上の発熱量を示すグラフ
【図８】本発明の実施の形態の別の構成を示す図
【図９】複数の励磁コイルで構成された加熱装置の発熱体の温度分布を示す図
【図１０】渡り部の断面図
【図１１】従来のコイル構成図
【符号の説明】
【００７８】
２２ 定着装置
１００ 誘導加熱手段
１０５ 励磁コイル
１０６ アーチコア
１０７ センターコア
１０８ サイドコア
１０９ コイル保持部材
１１０ 対向コア
１２１ 磁性部品
２０１ 発熱ローラ
２０２、２０２ａ、２０２ｂ 定着ローラ
２０３ 発熱ベルト
２０４、２０４ａ、２０４ｂ 加圧ローラ
４０１ 凹部
４０２ 渡り部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導加熱方式の加熱装置に関し、特に電子写真装置あるいは静電記録方式の複写機、ファクシミリ及びプリンタ等の画像形成装置に用いられ未定着画像を定着する定着装置の加熱手段としての誘導加熱用励磁コイルおよびその製造方法、前記誘導加熱用励磁コイルを用いた電磁誘導方式の加熱装置、前記加熱装置を具備した電子写真装置・静電記録装置などの画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プリンタ、複写機などの画像形成装置に対しこれらの定着装置としては省エネルギ化および高速化の為、ハロゲンランプ等に変わる加熱源として電磁誘導加熱方式の定着装置が広く採用されるようになってきている。かかる電磁誘導加熱方式の定着装置では、発熱体に磁場生成手段により生成した磁場を作用させ、この渦電流により前記発熱体をジュール発熱させるものである。この加熱装置は例えば、画像形成手段によって転写紙及びＯＨＰシートなどの記録媒体上に形成された未定着画像を加熱する画像形成装置の定着装置として用いることができる。
【０００３】
ところでかかる電磁誘導加熱方式の加熱装置を用いた定着装置は、励磁コイルによる磁界で円筒状の発熱ローラ表面に設けた導電層に渦電流を発生させ発熱体をジュール加熱する構成を取っており、長手方向全体での温度均一を図り、しかも異なる記録材の記録に対応するためおよび装置の小型化を狙って、単一の励磁コイルを使用し、磁性部品で調整する構成があった（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−４３０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、異なる記録材を処理するため（特許文献１）の構成では単一の励磁コイルを用い、発熱体の長手方向に渡って温度を均一化するための、温度分布の調整用に磁性部品をコイルに近づけたり離したりしてコントロールする構成を採っており、長手方向の小型化に対しては効果があるが、径方向では磁性部品の配置に伴い、逆に大型となり必ずしも小型化ができるわけではなかった。また、温度分布を調整するために、磁性部品をコイルに近づけたり、離したりする為、励磁コイルのインダクタンスが調整毎に変動することになり、調整裕度が少ない電磁誘導装置において、コイルインダクタンスと回路との整合がとれず電磁誘導加熱に要する電力を十分には供給できないことがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を解決する為に、本発明の誘導加熱用励磁コイルは、発熱体に沿った、第１の長手部と、第２の長手部と、前記第１の長手部と第２の長手部を連結する２つの渡り部と、を備え、前記２つの渡り部は、前記長手部の表面より外側に積層して巻回してコイルを形成し、前記コイルを複数個数、長手方向に沿って並べて備えた構成とした。
【０００６】
この構成により、渡り部の長さを短縮でき長手方向の励磁コイルの長さを長くできるため、誘導加熱するための最適な磁界を形成することができ、小型で高精度の誘導加熱用励磁コイルを提供できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、巻線の際にコイル保持部材の曲面にあった励磁コイルの曲面を成形するので、巻線後に導線へ力を加えることが無く、従って巻線後の断面形状を変化させるこ
とがなく、導線の絶縁被覆にストレスを加えることがなくなり信頼性が向上する。また、金型のカーブを部分的に細かく変えることができるので、発熱体の温度分布を細かく調整し、発熱体全体に渡って均一な温度分布とすることができ、高精度な励磁コイルを提供できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
請求項１の励磁コイルは、発熱体に沿った、第１の長手部と、第２の長手部と、第１の長手部と第２の長手部を連結する２つの渡り部と、を備え、２つの渡り部は、長手部の表面より外側に積層して巻回してコイルを形成し、コイルを複数個数、長手方向に沿って並べた構成を採る。
【０００９】
この構成によれば、渡り部の長さを短縮でき長手方向の励磁コイルの長さを長くできるため、誘導加熱するための最適な磁界を形成することができ、小型で高精度の誘導加熱用励磁コイルを提供できる。また、複数の励磁コイルを選択して通電することにより、異なる記録材でも温度分布が均一な誘導加熱用励磁コイルを提供できる。
【００１０】
請求項２の励磁コイルは、請求項２の誘導加熱用励磁コイルにおいて、奇数個数長手方向に沿って備えた構成を採る。
【００１１】
この構成によれば、中央部に配置した励磁コイルとその両側に配置される複数の励磁の組み合わせで左右対称の発熱体の温度分布とすることができる。
【００１２】
請求項３の励磁コイルは、請求項２の誘導加熱用励磁コイルにおいて、渡り部の厚みを３ｍｍ〜１０ｍｍとした構成を採る。
【００１３】
この構成によれば、発熱体の長手方向の温度分布を有効に活用しかつ励磁コイルの小型化ができる。
【００１４】
請求項４記載の加熱装置は、記録媒体に形成された未定着画像を加熱する加熱定着手段の加熱手段として、請求項１から請求項４に記載の励磁コイルを用いる構成を採る。
【００１５】
この構成にすれば、記録媒体上に形成された未定着画像を定着装置により回転方向全体にわたり均一に加熱定着できる加熱装置を提供できる。
【００１６】
請求項５記載の定着装置は、記録媒体に形成された未定着画像を加熱する加熱定着手段の加熱手段として、請求項５に記載の加熱装置を用いる構成を採る。
【００１７】
この構成にすれば、記録媒体上に形成された未定着画像を加熱装置により回転方向全体にわたり均一に加熱定着できる定着装置を提供できる。
【００１８】
請求項６の画像形成装置は、記録媒体上に形成された未定着画像を加熱定着する加熱手段として、請求項６記載定着熱装置を用いる構成を採る。
【００１９】
この構成によれば、記録媒体上に形成された未定着画像を定着装置により回転軸方向の加熱幅全体に渡り均一に加熱定着することができる画像形成装置を提供できる。
【００２０】
本発明の骨子は、複数の励磁コイルを組み合わせて、異なる記録材を定着する定着装置において、発熱体の長手方向に渡って温度分布を均一化できる構成を示すものである。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図にお
いて同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係わる励磁コイルを定着装置として用いた画像形成装置を示す断面図の一例である。図１において１１は、電子写真感光体（『以下感光ドラム』という）である。感光ドラム１１は、矢印の方向に所定の周速度で回転駆動されながら、その表面が帯電器１２によってマイナスの暗電位Ｖ０に一様に帯電される。１３はビームスキャナであり、図示しない画像読取装置やコンピュータ等のホスト装置から入力される画像装置の時系列的電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビーム１４を出力する。帯電された感光ドラム１１の表面は、このレーザビーム１４によって走査露光される。これにより、感光ドラム１１の露光部分は電位絶対値が低下して明電位ＶＬとなり静電潜像が形成される。この潜像は現像器１５のマイナスに帯電したトナーによって現像され顕像化される。
【００２３】
現像器１５は、回転駆動される現像ローラ１６を備えている。現像ローラ１６は感光ドラム１１と対向して配置されており、その外周面には、トナーの薄層が形成される。現像ローラ１６には、その絶対値が感光ドラム１１の暗電位Ｖ０よりも小さく、明電位ＶＬよりも大きい現像バイアスが印加されており、これにより現像ローラ１６上のトナーが感光ドラム１１の明電位ＶＬにのみ転写されて、潜像が顕像化される。
【００２４】
一方、給紙部１７からは記録材２０５が一枚ずつ給送され、レジストローラ対１８を経て、感光ドラム１１と転写ローラ１９のニップ部へ、感光ドラム１１の回転と同期した適切なタイミングで送られる。そして、感光ドラム１１上のトナー像は、転写バイアスが印加された転写ローラ１９により記録材２０５に順次転写される。記録材２０５が分離されたあとの感光ドラム１１は、その表面の転写残りトナー等の残留物がクリーニング装置２０によって除去され、繰り返し次の画像形成に供される。
【００２５】
２１は定着ガイドであり、この定着ガイド２１によって、転写後の記録材２０５の定着装置２２への移動が案内される。記録材２０５は感光ドラム１１から分離された後、定着装置２２へ搬送され、これにより記録材２０５上に転写されたトナー像が定着される。２３は排紙ガイドであり、この排紙ガイド２３によって定着装置２２を通過した記録材２０５が装置外へ案内される。これらの定着紙ガイド２１、排紙ガイド２３は、ＡＢＳなどの樹脂によって構成されている。尚、定着ガイド２１、排紙ガイド２３は、アルミなどの非磁性体の金属によって構成することもできる。トナー像が定着された後の記録材２０５は排紙トレイ２４へ案内される。
【００２６】
２５は装置本体の底板、２６は装置本体の天板、２７は本体シャーシであり、これらは一体となって装置全体の強度を担うものである。これらの部材は磁性材料である鋼を基材とし、亜鉛メッキを施した材料によって構成されている。
【００２７】
２８は冷却ファンであり、この冷却ファン２８は装置内に気流を発生させる。２９はアルミなどの非磁性体の金属を含む遮蔽部材としてのコイルカバーであり、このコイルカバー２９は、励磁コイル１０５及びアーチコア１０６の背面を覆うように構成されている。
【００２８】
次に、本実施の形態の一例の加熱装置としての定着装置について詳細に説明する。
【００２９】
図２は本発明の実施の形態に係る定着装置を示す説明図である。
【００３０】
図２に示す定着装置は画像形成装置に用いられる電磁誘導加熱方式の定着装置であり、
誘導加熱手段１００の電磁誘導により外周面に沿って加熱される発熱ローラ（第１の回転体）２０１と、発熱ローラ２０１と平行に配置された定着ローラ２０２と、発熱ローラ２０１と定着ローラ２０２とに張架されて電磁誘導により加熱されるとともに定着ローラ２０２の回転により矢印Ａ方向に回転する無端帯状の発熱ベルト（第２の回転体）２０３と、発熱ベルト２０３と接触してニップ部を形成して定着ローラ２０２に圧接されるともに発熱ベルト２０３に対して順方向に回転する加圧ローラ（加圧部材）２０４と、発熱ベルト２０３および発熱ローラ２０１を挟んで励磁コイル１０５と対向する対向コア１１０と、を備えている。対向コア１１０の材料は、フェライト、パーマロイ等の強磁性体を用いることができる。対向コア１１０は、励磁コイルで生成される磁束の大半が対向コア１１０を通るので、励磁コイル外側への漏洩磁束が少なく、励磁コイルの磁束を有効に活用できる。
【００３１】
発熱ローラ２０１はたとえばＦｅ、Ｎｉ、及びその合金類（ＳＵＳ等）の中空円筒状の強磁性金属部材からなり、外径がたとえば２０ｍｍ、肉厚がたとえば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍとされて、低熱容量で昇温の速い構成となっている。
【００３２】
定着ローラ２０２は、たとえばＳＵＳ等の金属製の芯金２０２ａと、耐熱性を有するシリコーンゴムをソリッド状または発泡状にして芯金２０２ａを被覆した弾性部材２０２ｂとを含む。そして、加圧ローラ２０４からの押圧力でこの加圧ローラ２０４との間に所定幅の接触部（ニップ部Ｎ）を形成するために外径を３０ｍｍ程度として発熱ローラ２０１より大きくしており、弾性部材２０２ｂの肉厚を３〜８ｍｍ程度、硬度を１５〜５０°（Ａｓｋｅｒ Ｃ）程度としている。
【００３３】
このような構成により、発熱ローラ２０１の熱容量が定着ローラ２０２の熱容量より小さくなるので、発熱ローラ２０１が急速に加熱されてウォームアップ時間が短縮される。
【００３４】
発熱ローラ２０１と定着ローラ２０２の間に張架された発熱ベルト２０３は、発熱ローラ２０１の外周面に配置された誘導加熱手段１００によって加熱されるとともに、加熱された発熱ローラ２０１との接触部位Ｌで熱伝導加熱される。そして、駆動手段（図示せず）による定着ローラ２０２の回転に伴う発熱ベルト２０３の回転によって発熱ベルト２０３の内面が連続的に加熱され、結果としてベルト全体に渡って加熱される。
【００３５】
発熱ベルト２０３は、基材がガラス転移点３６０（℃）のポリイミド樹脂中に銀粉を分散して導電層を形成した、直径５０ｍｍ、厚さ５０μｍの薄肉の無端状ベルトで構成されている。導電層は、厚さ１０μｍ銀層を２〜３積層した構成としてもよい。また、さらに、この発熱ベルト２０３の表面には、離型性を付与するために、フッ素樹脂を含む厚さ５μｍの離型層（図示せず）を被覆してもよい。発熱ベルト２０３の基材のガラス転移点は、２００（℃）〜５００（℃）の範囲であることが望ましい。さらに、発熱ベルト２０３の表面の離型層としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の離型性の良好な樹脂やゴムを単独であるいは混合して用いてもよい。
【００３６】
なお、発熱ベルト２０３の基材の材料としては、上述のポリイミド樹脂の他、フッ素樹脂等の耐熱性を有する樹脂、電鋳によるニッケル薄板及びステンレス薄板等の金属を用いることもできる。例えば、この発熱ベルト２０３は、厚さ４０μｍのＳＵＳ４３０（磁性）又はＳＵＳ３０４（非磁性）の表面に、厚さ１０μｍの銅メッキを施した構成のもの、あるいは厚さ３０〜６０μｍのニッケル電鋳ベルトであってもよい。
【００３７】
また、発熱ベルト２０３は、モノクロ画像の加熱定着用の像加熱体として用いる場合には離型性のみを確保すればよいが、この発熱ベルト２０３をカラー画像の加熱定着用の像加熱体として用いる場合にはゴム層を形成して弾性を付与することが望ましい。
【００３８】
加圧ローラ２０４は、たとえばＳＵＳまたはＡｌ等の熱伝導の高い金属製の円筒部材を含む芯金２０４ａと、この芯金２０４ａの表面に設けられた耐熱性およびトナー離型性の高い弾性部材２０４ｂとから構成されている。
【００３９】
電磁誘導により発熱ローラ２０１を加熱する誘導加熱手段１００は、図２に示すように、励磁コイルユニットと、発熱ローラと発熱ベルトで構成している。例示コイルユニットは、磁界発生手段である励磁コイル１０５と、コイル保持部材１０９とを有している。ここで、コイル保持部材１０９は発熱ローラ２０１の外周面に近接配置された半円弧形状をしており、発熱ローラと励磁コイル１０５との断熱部材としての働きと、励磁コイル１０５の固定および、アーチコア１０６、センターコア１０７、およびサイドコア１０８の固定をする部材として構成されている。すなわち、コイル保持部材１０９は、発熱ローラ部分の温度は、定着温度の例えば１７０℃に達するため、近接している励磁コイル１０５へ輻射熱を遮断し、励磁コイル１０５の発熱を抑制できる。
【００４０】
励磁コイル１０５に使用する導線は、素線径φ０．０５〜φ０．２の線を束ねたリッツ線束を１〜１０束組み合わせて形成される。リッツ線束の外径は最大で２ｍｍの外径の線束を組み合わせて使用しており、コイル厚みは２ｍｍの厚みにできる。さらに薄いコイル厚みに対応するために、リッツ線の１束の撚り本数を１０〜４０本で構成することができる。なお、リッツ線の外径は、ＪＩＳ Ｃ３００５によれば、（数１）で算出できる。
【００４１】
【数１】
【００４２】
（ここで、Ｄ：リッツ線の外径、ｄ：リッツ線の素線の外径、ｎ：素線本数）。
【００４３】
したがって、リッツ線束を複数束組み合わせて同時に巻線することにより、巻間にあわせて励磁コイルの厚みの厚い部分と励磁コイルの薄い部分とが巻線できるようになる。また、素線径がφ０．２より大きい線径では高周波の交流電流による電気抵抗が大きくなり、励磁コイルの発熱が過大となる。
【００４４】
図３は本発明の実施の形態に係わる励磁コイルユニットを示す図である。
【００４５】
図３に示す励磁コイルユニットのように、励磁コイル１０５の外側には、励磁コイル１０５の背面を覆うアーチ状に形成されたアーチコア１０６と、励磁コイル１０５の巻回中心に配置されたセンターコア１０７と、励磁コイル１０５の巻回束の両端に配置されたサイドコア１０８と、で構成されている。コアの材料は、フェライト、パーマロイ等の強磁性体を用いることができる。励磁コイル１０５は、中央部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの３つのコイルで構成され、異なる記録材に対応できるように構成されている。また、励磁コイル１０５間の渡り部分には、磁性部品１２１が配置されている。
【００４６】
センターコア１０７とサイドコア１０８はアーチコア１０６と共に磁路を構成している。このため発熱ベルトの外側では、励磁コイル１０５によって生成された磁束の大半がこの３種類のコアを通過しコアの外部への漏洩磁束を減らしている。なお、これら３種類のコアは必ずしもすべてが必要でなく、１種類の場合もあるし、いくつか組合せる場合もあるし、ない場合もある。
【００４７】
ここで、センターコア１０７及びサイドコア１０８はアーチコア１０６と一体でもよい
し別々の部材を組み合わせてもよい。
【００４８】
励磁コイル１０５には駆動電源（指示せず）から１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交流電流、好ましくは２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの高周波交流電流が給電され、これにより励磁コイル１０５、アーチコア１０６、センターコア１０７およびサイドコア１０８と対向コア１１０間に交番磁界を発生する。駆動電源からは、幅の狭い記録材に対応するには、１０５ａに通電し、幅の広い記録材を処理する場合は、１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃに通電する構成としている。そして、発熱ローラ２０１と発熱ベルト２０３との接触領域Ｌおよびその近傍部においてこの交番磁界が発熱ローラ２０１に作用し、これらの内部では上記の磁界の変化を妨げる方向に渦電流が流れる。
【００４９】
この渦電流が発熱ローラ２０１の抵抗に応じたジュール熱を発生させ、主として発熱ローラ２０１と発熱ベルト２０３との接触領域およびその近傍部において発熱ローラ２０１が電磁誘導発熱して加熱される。
【００５０】
このようにして加熱された発熱ベルト２０３は、定着ニップ部Ｎの入口側においてサーミスタなどの熱応答性の高い感温素子を含む温度検出手段１１２により、ベルトの内面温度が検知される。
【００５１】
これにより、温度検知手段１１２が発熱ベルト２０３の表面を傷付けることがないので、定着性能が継続的に確保されるとともに、発熱ベルト２０３の定着ニップ部Ｎに入る直前の温度が検知される。そして、この温度情報を基に出される信号に基づき誘導加熱手段１００への投入電力を制御することにより、発熱ベルト２０３の温度がたとえば１７０℃に安定維持される。
【００５２】
定着装置の上流側に配設された画像形成部（図示せず）において記録材２０５上に形成されたトナー画像２０６が定着ニップ部Ｎに導入される際には、加熱手段１００により加熱された発熱ベルト２０３の表面温度と裏面温度との差が小さくなった状態で定着ニップ部Ｎに送り込まれる。そのため、ベルト表面温度が設定温度に対して過度に高くなる、いわゆるオーバーシュートを抑え安定した温度制御を行うことが可能になる。
【００５３】
次に本実施の形態に係る励磁コイルについて説明する。
【００５４】
図４（ａ）は、本実施の形態に係る加熱装置の励磁コイルの斜視図である。
【００５５】
図４（ｂ）は、本実施の形態に係る加熱装置の励磁コイルの正面図であり、図４（ｃ）は励磁コイルの側面図である。
【００５６】
励磁コイル１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃは、それぞれ第１の長手部３０１ａと第２の長手部３０１ｂと、第１の長手部と第２の渡り部を連結する２つの渡り部４０２を有し、第１の長手部と第２の長手部の間隔は５ｍｍから３０ｍｍの範囲で間隔Ｇ１を設けている。間隔Ｇが５ｍｍより狭い部分の長手部同士より生成される磁界は、発熱体への影響が少なくなるし、３０ｍｍより大きいと励磁コイル１０５が大きく形成しなければならなくなる。
【００５７】
渡り部４０２は、厚みＴが３〜１０ｍｍとし、中央部に凹部４０１を設けている。厚みＴは、導線束の最大外形のφ２より大きく設定すれば渡り部の形状の増大を防ぐことができる。励磁コイルは、巻型（図示せず）により巻線され、渡り部４０２は、発熱体側から巻線され、巻き終わりは発熱体から離れる。図１０に示すように必ずしも巻はじめから順に積層され巻回されることはなく、発熱体側から巻線に従って積み上げられ巻線する。従
来の励磁コイルの渡り部は、内側および外側の形状は略長手部と等しく巻線され、励磁コイル１０５の厚みが長手部巻線と略等しくしていた。従って、渡り部のコイル厚み長手部より厚く巻線することで、渡り部の長手方向の厚みＴを短縮できて、励磁コイル１０５全体として短くすることができる。
【００５８】
また、凹部の幅Ｇ２は、長手部の間隔Ｇ１と略等し、凹部の高さＤは、１０ｍｍより低い高さで設定する。１０ｍｍより高いと励磁コイル１０５の渡り部４０２の外形が大きくなり、定着装置としても大きくなる。渡り部の厚みＴは、複数の励磁コイルを組み合わせるためにはできるだけ薄く設定するが、３ｍｍより薄くなると、渡り部４０２の径が大きくなるし、逆に１０ｍｍより厚くなると、励磁コイル１０５間の発熱体を加熱する有効磁界成分が少なくなり温度むらが発生する。
【００５９】
励磁コイル１０５の渡り部４０２間、例えば１０５ａと１０５ｂの励磁コイル間同士の凹部の下側には、磁性部品１２１を配置する。磁性部品１２１の形状は、略直方体の形状とし、磁性部品１２１の長さは、双方の渡り部を合わせた長さと同等以上の長さにする。また、厚みは、凹部の厚みに略等しくするか、発熱体の温度分布を考慮して、０〜１０ｍｍの範囲で決定する。また磁性部品の材料としては、フェライトやＦｅやＦｅ合金（パーマロイ等）が使用できる。凹部を設ける構成では、渡り部４０２の構成は巻き終わり部が巻始めより発熱体から離れる構成をとらない場合でも適用できる。
【００６０】
磁性部品１２１の形状は、直方体だけでなく、半円柱や、三角柱やかまぼこ型等任意に選択してもよい。
【００６１】
図３に示すように長手方向の間にセンターコアを配置する構成においても渡り部４０２にはセンターコア１０７とは、別に磁性部品１２１を配置する。
【００６２】
磁性部品１２１は、長手方向の温度分布の状態では、配置しない場合もあり、渡り部４０２の長手方向の長さ３〜１０ｍｍ程度とした場合には省略する場合がある。
【００６３】
励磁コイル１０５および磁性部品は、コイル保持部材１０９に例えば接着剤にて固定される。接着剤としては、耐熱の高い材料が望ましく、例えばシリコン系の接着剤を用いることができる。
【００６４】
励磁コイル１０５は、１〜９個の範囲で使用し、奇数個で構成するのが望ましい。奇数個に設定したほうが発熱体の左右の対称性がとりやすいが、もちろん偶数個で構成しても発熱体の温度の均一化および対称性は可能である。
【００６５】
また、図９に複数の励磁コイル１０５で構成された加熱装置の発熱体の温度分布を示す。実施の形態の一例として、Ａ４サイズの記録材に対応する長手方向中央部に配置する励磁コイル１０５ａとその両側に励磁コイル１０５ｂ、１０５ｃを配置し、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを接続して、Ａ３サイズの記録材に対応する励磁コイル１０５とした場合の発熱体の温度を示す。この構成にすることでＡ３サイズとＡ４サイズの記録材の温度分布の調整が可能である。
【００６６】
実施の形態では、３個の励磁コイルの例で示したが、様々な記録材の大きさに対応するには、複数個の励磁コイルを組み合わせることで、調整できることは言うまでもない。
【００６７】
また、図５に、本発明の加熱装置の中での励磁コイルの形状を説明する。
【００６８】
図５（ｂ）に示すように、励磁コイル１０５長手方向のＦ−Ｆ垂直断面形状は、発熱ベ
ルト２０３に沿った形状とし円弧からなる曲線部分Ｃと平坦部Ｈ１と曲線部Ｈ２からなり、発熱ベルト２０３は図の矢印方向に回転する。励磁コイル１０５の端部は円弧の中心より発熱ローラ側に発熱ベルト２０３の形状に沿って延びた構成とした。
【００６９】
かかる励磁コイル１０５を発熱ベルト２０３に沿って延びた構成とすることで、発熱ベルト２０３の表面の導電層を流れる渦電流の発生する面積を増加させて、発熱ベルト２０３の発熱量を増加させることができる。本発明の実施の形態では、曲線部Ｃの原点Ｏより発熱ベルト２０３に沿って５ｍｍの延長をし、ベルトが１７０℃まで立ち上がる時間が約２秒短くできた。発熱ベルト２０３に沿って励磁コイル１０５を延長する長さは、０〜１０ｍｍの範囲が望ましく、１０ｍｍを超えると発熱ローラ２０１内に配置された対向コア１１０との結合の効果が少なくなる。
【００７０】
また、図５（ｂ）の実施の形態では、曲線部Ｃからなる円弧と平坦部Ｈ１，曲線部Ｈ２で構成した例を示したが、発熱ベルト２０３の膨らみにあわせた場合や、延長する長さを考慮して、図５（ｃ）のように円弧から連結される両端を平坦部で構成することもできるし、図５（ｄ）に示すように円弧から連結される部分を円弧で構成してもよい。
【００７１】
図６はコイル厚みが均等な場合のコイルの角度と発熱分布を、図７はコイル厚みを一部薄くした場合の発熱分布を示す。従ってコイルの厚みを調整することで、発熱体の温度を調整することができるので、発熱体上の渦電流量が減少し、発熱体の温度を長手方向全体に渡って細かく調整することができる。
【００７２】
励磁コイルは鞍型コイルで構成しているが両端部の渡り部はその中央部に内側の径より離れて平坦部４０１を有している。鞍型コイルで構成することで、発熱体に長手方向の長さを長く採ることができ、全体の長さを短くすることができる。
【００７３】
また、図４に示すように異なる記録材に対応するためには励磁コイルを複数組み合わせて構成するが、複数の励磁コイルで構成した場合の励磁コイル間の渡り部の磁界低下を補正するため、平坦部の内側に磁性部品を追加して、発熱体全体での温度分布を均一化することができる。
【００７４】
図８は本発明の実施の形態の別の構成を示す図である。
【００７５】
本実施の形態では、発熱ローラと定着ローラ間を発熱ベルトで張架した、２軸タイプの構成について述べたが、本発明の加熱装置としては、発熱ローラと定着ローラが一体の１軸構成も考えられる。１軸の構成を採ることにより、小型化が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係る励磁コイルは、励磁コイルを用いた電磁誘導方式の加熱装置、加熱装置を具備した電子写真装置・静電記録装置などの画像形成装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる励磁コイルを定着装置として用いた画像形成装置を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態に係る定着装置を示す説明図
【図３】本発明の実施の形態に係わる励磁コイルユニットを示す図
【図４】本発明の実施の形態に係わる励磁コイルを示す図
【図５】本発明の実施の形態に係わる加熱装置を示す図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態に係る均一コイル厚みの加熱装置の断面図、（ｂ）（ａ）の断面図に対応する定着ローラ上の発熱量を示すグラフ
【図７】（ａ）本発明の実施の形態に係るコイル厚みをかえた加熱装置断面図、（ｂ）（ａ）の断面図に対応する定着ローラ上の発熱量を示すグラフ
【図８】本発明の実施の形態の別の構成を示す図
【図９】複数の励磁コイルで構成された加熱装置の発熱体の温度分布を示す図
【図１０】渡り部の断面図
【図１１】従来のコイル構成図
【符号の説明】
【００７８】
２２ 定着装置
１００ 誘導加熱手段
１０５ 励磁コイル
１０６ アーチコア
１０７ センターコア
１０８ サイドコア
１０９ コイル保持部材
１１０ 対向コア
１２１ 磁性部品
２０１ 発熱ローラ
２０２、２０２ａ、２０２ｂ 定着ローラ
２０３ 発熱ベルト
２０４、２０４ａ、２０４ｂ 加圧ローラ
４０１ 凹部
４０２ 渡り部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体に沿った、第１の長手部と、第２の長手部と、前記第１の長手部と第２の長手部を連結する２つの渡り部とを備え、
前記２つの渡り部は、前記長手部の表面より外側に積層して巻回したコイルを形成し、
前記コイルを複数個数、長手方向に沿って並べたことを特徴とする誘導加熱装置用励磁コイル。
【請求項２】
前記励磁コイルは、奇数個数長手方向に沿って備えたことを特徴とする請求項１の誘導加熱装置用励磁コイル。
【請求項３】
前記渡り部の厚みを３ｍｍ〜１０ｍｍとしたことを特徴とする請求項１の誘導加熱用励磁コイル。
【請求項４】
記録媒体に形成された未定着画像を加熱する加熱定着手段の加熱手段として、請求項１から請求項４に記載の励磁コイルを用いることを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
記録媒体上に形成された未定着画像を加熱定着する加熱手段として、請求項５記載の加熱装置を用いることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
記録媒体上に形成された未定着画像を加熱定着する加熱手段として、請求項６記載の定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
発熱体に沿った、第１の長手部と、第２の長手部と、前記第１の長手部と第２の長手部を連結する２つの渡り部とを備え、
前記２つの渡り部は、前記長手部の表面より外側に積層して巻回したコイルを形成し、
前記コイルを複数個数、長手方向に沿って並べたことを特徴とする誘導加熱装置用励磁コイル。
【請求項２】
前記励磁コイルは、奇数個数長手方向に沿って備えたことを特徴とする請求項１の誘導加熱装置用励磁コイル。
【請求項３】
前記渡り部の厚みを３ｍｍ〜１０ｍｍとしたことを特徴とする請求項１の誘導加熱用励磁コイル。
【請求項４】
記録媒体に形成された未定着画像を加熱する加熱定着手段の加熱手段として、請求項１から請求項４に記載の励磁コイルを用いることを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
記録媒体上に形成された未定着画像を加熱定着する加熱手段として、請求項５記載の加熱装置を用いることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
記録媒体上に形成された未定着画像を加熱定着する加熱手段として、請求項６記載の定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−２４４９３（Ｐ２００６−２４４９３Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０２８６４（Ｐ２００４−２０２８６４）
【出願日】平成１６年７月９日（２００４．７．９）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月９日（２００４．７．９）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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