DE60031773T2

DE60031773T2 - Bilderwärmungsvorrichtung und damit ausgerüstete bilderzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60031773T2
Application number: DE60031773T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ikoma-shi Terada; Masaru Hirakata-shi IMAI; Hideki Neyagawa-shi TATEMATSU; Akinori Katano-shi Toyoda; Kenji Katano-shi ASAKURA; Syuichi Yawata-shi WATANABE
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: CN1349620A; US6625417B1; EP1640819A1; US6819904B2; US20040081490A1; EP2284626B1; EP2270610B1; EP1174774B1; EP1640819B1; EP2284626A1; US20030170055A1; US6678498B2; US6757513B2; DE60031773D1; CN1295573C; EP2270610A1; EP1174774A4; WO2000052534A1; EP2282238B1; US20030152406A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bilderwärmungsvorrichtung zur Verwendung in einem Bildformungsapparat, wie beispielsweise einem elektrofotografischen Apparat, elektrostatischen Aufzeichnungsapparat oder dergleichen, und geeignet als Fixierungsvorrichtung zum Fixieren unfixierter Bilder, und einen diese verwendenden Bildformungsapparat.
Stand der Technik
In den Patentschriften JP10(1998)-74007 A, JP7(1995)-295414 A usw. wird eine elektromagnetische Induktion verwendende Bilderwärmungsvorrichtung als diese Art von Bilderwärmungsvorrichtung offenbart und ist wohlbekannt.
Die Patentschrift JP10(1998)-74007 A beschreibt eine Anregungsspule, in der eine Spule um einen Kern gewickelt ist, als ein für die elektromagnetische Induktion anwendbares Anregungsmittel. 34 ist eine Querschnittansicht, die eine in der Patentschrift JP10(1998)-74007 A offenbarte Bilderwärmungsvorrichtung zeigt.
In 34 bezeichnet die Bezugzahl 310 eine Spule für die Erzeugung eines hochfrequenten Magnetfelds, und 311 bezeichnet eine drehbare Metallhülse, die Wärme mittels Induktionserwärmung erzeugt. Die Bezugzahl 312 bezeichnet ein Innendruckelement, das in der Metallhülse 311 vorgesehen ist, und die Bezugzahl 313 bezeichnet ein Außendruckelement, das außen an der Metallhülse 311 vorgesehen ist. Dieses Außendruckelement 313 wird über die Metallhülse gegen das Innendruckelement 312 gedrückt, so dass ein Spaltabschnitt gebildet wird. Das Außendruckelement 313 wird in Richtung des Pfeils gedreht, wie in 34 gezeigt. Die Metallhülse 311 wird der Drehung des Außendruckelements 313 folgend gedreht.
Ein Aufzeichnungspapier 314, das darauf ein unfixiertes Tonerbild trägt, wird dem Spaltabschnitt in der in 34 gezeigten Pfeilrichtung als ein aufzuzeichnendes Element zugeführt. Dann wird das unfixierte Tonerbild auf dem Aufzeichnungspapier 314 mittels der Wärme von der Metallhülse 311 und dem Druck von den beiden Druckelementen 312 und 313 fixiert.
Die Spule 310 ist mit einer Vielzahl getrennter Wicklungsabschnitte 310a und 310b versehen. Diese Wicklungsabschnitte 310a und 310b werden durch das Wickeln eines leitenden Drahts um Schenkelabschnitte 315b und 315d des Kerns 315 über ein (nicht gezeigtes) isolierendes Element gebildet. Der Kern 315 weist eine Vielzahl von Schenkelabschnitten 315a–315e auf. Hier besteht der Kern 315 aus Ferrit, welches ein magnetisches Material ist, und bildet einen Magnetweg für den Magnetfluss, der durch einen an die Spule 310 angelegten Wechselstrom erzeugt wird.
Von der in der oben genannten Patentschrift JP10(1998)-74007 A offenbarten Bilderwärmungsvorrichtung wird angenommen, dass sie die folgenden Probleme aufweist.
Da der leitende Draht um die Schenkelabschnitte des Kerns 315 gewickelt wird, ist die Position, an der der leitende Draht angebracht wird, in der Konfiguration des oben beschriebenen Anregungsmittels nämlich auf die Position des Schenkelabschnitts des Kerns beschränkt. Daher ist der Gestaltungsspielraum beim Anbringen eines leitenden Drahts beschränkt. Außerdem ist es schwierig, leitende Drähte in einem breiteren Bereich entlang der Umfangsfläche in Umfangsrichtung der Metallhülse 311 anzubringen.
Andererseits beschreibt die Patentschrift JP7(1995)-295414 A ein Anregungsmittel mit einer Konfiguration, in der eine leitende Spule auf einen isolierenden Trägerkörper spiralförmig angebracht wird. 35 ist eine Querschnittansicht, die eine in JP7(1995)-295414 A offenbarte Bilderwärmungsvorrichtung zeigt. 36 ist eine Perspektivansicht, die eine in dieser Bilderwärmungsvorrichtung verwendete Wärmespule zeigt.
Wie in 35 gezeigt, wird eine Wärmewalze 201 angetrieben, um während des Kontakts mit einer Druckwalze 202 in Pfeilrichtung gedreht zu werden. Die Druckwalze 202 wird der Drehung der Wärmewalze 201 folgend gedreht. Außerdem wird die Druckwalze 202 an die Wärmewalze 201 gedrückt und zur Drehung angetrieben. Ein Aufzeichnungspapier 203, das ein unfixiertes Tonerbild darauf trägt und zu einer Stelle zwischen den beiden Walzen 201 und 202 geführt wird, wird erwärmt und zwischen den beiden Walzen 201 und 202 gepresst, und dadurch wird das unfixierte Tonerbild auf dem Aufzeichnungspapier 203 fixiert.
Eine Wärmespule 204 wird in einem Zustand bereitgestellt, in dem sie in dem isolierenden Trägerkörper 205 eingebettet ist. Wie in den 35 und 36 gezeigt, wird die Wärmespule 204 aus einem schmalen leitenden Film gebildet, der sich entlang der gebogenen Oberfläche eines halbzylindrisch geformten isolierenden Trägerkörpers 205 erstreckt und entlang der gesamten Breite des isolierenden Trägerkörpers 205 spiralförmig angeordnet ist. An diese Wärmespule 204 wird Wechselstrom aus einer elektrischen Stromquelle zur Induktionserwärmung angelegt. Dann wird aufgrund des an die Wärmespule 204 angelegten Wechselstroms ein alternierender Magnetfluss erzeugt, so dass die Wärmewalze 201 angeregt wird. In der Wärmewalze 201 wird ein Wirbelstrom erzeugt, der in eine Richtung fließt, die der Richtung, in der der Wechselstrom in der Wärmespule 204 fließt, entgegengesetzt ist. Wenn der Wirbelstrom in der Wärmewalze 201 erzeugt wird, wird Joulewärme in der Wärmewalze 201 erzeugt, so dass die Wärmewalze 201 Wärme erzeugt.
Gemäß der in der Patentschrift JP7(1995)-295414 A beschriebenen Konfiguration des Anregungsmittels im Vergleich mit der Konfiguration des in JP10(1998)-74007 A beschriebenen Anregungsmittels ist der Gestaltungsspielraum bei der Anbringung des leitenden Drahts weniger beschränkt und der leitende Draht kann über einen größeren Bereich entlang der Umfangsoberfläche in Umfangsrichtung der Wärmewalze 201 angebracht werden.
Die in der Patentschrift JP7(1995)-295414 A offenbarte Bilderwärmungsvorrichtung weist jedoch die folgenden Probleme auf.
Da die Wärmespule 204 aus einem leitenden Film gebildet wird, der spiralförmig angeordnet ist, gibt es Raum, in dem kein elektrischer Strom zwischen dem in Umfangsrichtung fließenden Strom fließt. Daher läuft der Magnetfluss zwischen den Windungen, wie in 35 durch eine unterbrochene Linie S gezeigt, und bildet kleine Schleifen. In diesem Fall ist es nicht möglich, den Magnetfluss effizient zu der Wärmewalze 201 zu führen, wodurch der Magnetfluss, der die Wärmewalze 201 nicht durchdringt, erhöht wird. Daher ist es zum Erhalten der elektrischen Leistung, die notwendig ist, um die Erzeugung von Wärme durch die Wärmewalze 201 zu ermöglichen, erforderlich, dass eine große Menge elektrischen Stroms zu der Wärmespule 204 fließt. Um eine große Menge elektrischen Stroms zu der Wärmespule 204 zu befördern, ist die Verwendung einer Komponente mit einem großen Durchschlagstrom für die elektrische Stromquelle für die Induktionserwärmung erforderlich, was dazu führt, dass die elektrische Stromquelle für die Induktionserwärmung teuer ist.
Als Bilderwärmungsvorrichtungen, für die Fixierungsvorrichtungen ein typisches Beispiel sind, wurden ferner für gewöhnlich Kontakterwärmungsvorrichtungen, wie Wärmewalzenvorrichtungen oder riemenartige Vorrichtungen verwendet.
In den letzten Jahren haben die riemenartigen Bilderwärmungsvorrichtungen, die in der Lage sind, die thermische Kapazität zu reduzieren, aufgrund des Bedarfs an kürzeren Aufwärmzeiten und geringerem Energieverbrauch große Aufmerksamkeit auf sich gezogen (siehe JP6(1994)-318001 A).
37 zeigt eine Querschnittansicht einer riemenartigen Bilderwärmungsvorrichtung, die in der Patentschrift JP6(1994)-318001 A offenbart ist. Wie in 37 gezeigt, ist zwischen einer Fixierungswalze 402 und einer Wärmewalze 403 ein endloser rotierender Fixierungsriemen 401 aufgehängt. Durch Erwärmen der Wärmewalze 403 durch die Verwendung der in der Wärmewalze 403 angeordneten Wärmequelle H1 wird der Fixierungsriemen 401 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt.
Durch die Verwendung des Fixierungsriemens 401 mit einer geringen thermischen Kapazität ist diese Bilderwärmungsvorrichtung ausgelegt, eine Fixierung ohne Versatz mit weniger aufgebrachtem Öl zu erzielen.
Die riemenartige Bilderwärmungsvorrichtung einschließlich des oben genannten Stands der Technik weist die Vorteile auf, dass sie die thermische Kapazität des Fixierungsriemens zur Verkürzung der Aufwärmzeit einstellen kann, wodurch es möglich wird, den Fixierungsriemen selbst in kurzer Zeit auf die vorbestimmte Temperatur zu erwärmen. Andererseits erhöht sich bei Verringerung der thermischen Kapazität jedoch die Tendenz, dass die Temperatur des Fixierungsriemens aufgrund der durch das Aufzeichnungspapier usw. bei Fixierung eines Tonerbilds entfernten wärme leicht reduziert wird. Daher sollte die abgesenkte Temperatur des Fixierungsriemens zum Erhalten einer verlässlichen Fixierung gleichmäßig auf die notwendige Temperatur zurückgeführt werden, bis der Fixierungsriemen wieder an dem Fixierungsabschnitt ankommt.
Außerdem besteht ein weiteres Problem darin, dass die Abnahme der Temperatur des Fixierungsriemens, wenn der Fixierungsriemen durch den Fixierungsabschnitt geführt wird, vor allem abhängig von den Temperaturbedingungen des Aufzeichnungspapiers, den für die Druckmittel zu verwendenden Elementen oder dergleichen variiert. Um die stabile Fixierung unabhängig von den Temperaturbedingungen des Aufzeichnungspapiers, dem für die Druckmittel zu verwendenden Element oder dergleichen, zu erhalten, das heißt, sogar wenn sich die Art deutlich verändert, in der die Temperatur des Fixierungsriemens nach dem Durchlaufen des Fixierungsabschnitts abnimmt, ist es somit notwendig, die Temperatur des Fixierungsriemens auf die optimale konstante Temperatur zurückzuführen, wenn der Fixierungsriemen wieder zu dem Fixierungsabschnitt kommt.
Um den Fixierungsriemen auf eine vorbestimmte Temperatur stabil und gleichmäßig zurückzuführen, sind eine Konfiguration zur Wärmeübertragung von dem wärmeerzeugenden Abschnitt zu dem Fixierungsriemen und eine Konfiguration des wärmeerzeugenden Abschnitts selbst von Bedeutung. In der herkömmlichen riemenartigen Bilderwärmungsvorrichtung wurde diesem Punkt jedoch keine besondere Rechnung getragen.
In der riemenartigen Bilderwärmungsvorrichtung einschließlich des oben beschriebenen Stands der Technik wird die thermische Kapazität des Fixierungsriemens klein eingestellt, damit die Aufwärmzeit verringert wird, was zu einer Inkonsistenz in der Temperatur oder einem teil weise übermäßigen Temperaturanstieg führt. Dies ist ein erhebliches Problem im Fall der kontinuierlichen Verwendung von Aufzeichnungspapier geringerer Breite im Vergleich zu der Größe der Tiefenausdehnung (die Richtung der Drehachse der Wärmewalze 403) der in 37 gezeigten Bilderwärmungsvorrichtung. Das heißt, in dem Abschnitt, in dem das Aufzeichnungspapier durchläuft, wird die Wärme zunehmend von dem Aufzeichnungspapier entfernt und daher muss der Abschnitt dementsprechend erwärmt werden. Wenn der Abschnitt, in dem das Aufzeichnungspapier nicht durchläuft, ähnlich erwärmt wird, steigt die Temperatur des Abschnitts jedoch an, da die thermische Kapazität des Wärmekörpers (der wärmeerzeugenden Walze) gering ist. Bei Verwendung großformatigen Aufzeichnungspapiers (Aufzeichnungspapier großer Breite) in einem Zustand, in dem die Temperatur anormal gesteigert wird, kann es somit zu einem warmen Versatz kommen.
Im Gegensatz dazu wird bei Beschränkung der Wärmeerzeugung zur Vermeidung des warmen Versatzes die Temperatur des Abschnitts, in dem die Wärme durch das Aufzeichnungspapier entfernt wird, niedrig, was zu einem kalten Versatz oder einem unfixierten Zustand führen kann.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde zur Überwindung der oben genannten Probleme des Stands der Technik gemacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bilderwärmungsvorrichtung, die in der Lage ist, mit einem geringen elektrischen Strom eine vorbestimmte Menge an Wärmeerzeugung zu erhalten, und einen diese verwendenden Bildformungsapparat bereitzustellen. Außerdem ist es eine Auf gabe der vorliegenden Erfindung, eine Bilderwärmungsvorrichtung, die einen Fixierungsriemen verwendet und in der Lage ist, die Aufwärmzeit zu verkürzen und die Temperaturen des Riemens stabil zu steuern, und einen diese verwendenden Bildformungsapparat bereitzustellen.
Die obige Aufgabe wird durch die Kombination von Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
In einer Bilderwärmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Anregungsspule eine Induktivität von 10 μH oder mehr und 50 μH oder weniger und einen elektrischen Widerstand von 0,5 Ω oder mehr und 5 Ω oder weniger in einem Zustand auf, in dem die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegt. Bei einer solchen Konfiguration kann eine Anregungsschaltung durch ein Schaltungselement konfiguriert sein, das einen nicht so hohen Durchschlagstrom und eine nicht so hohe Durchschlagspannung aufweist, und somit kann eine ausreichende elektrische Leistung, die dem wärmeerzeugenden Element zugeführt wird, und eine ausreichende Menge von Wärmeerzeugung erreicht werden.
Die obige Bilderwärmungsvorrichtung enthält ferner ein wärmeerzeugendes Element, das einen drehbaren Körper, welcher Leitfähigkeit aufweist, und eine Anregungsspule aufweist, die der Umfangsfläche des wärmeerzeugenden Elements gegenüberliegend angeordnet und dazu eingerichtet ist, dem wärmeerzeugenden Element das Erzeugen von Wärme mittels elektromagnetischer Induktion zu ermöglichen. Die Anregungsspule kann aus einem Bündel von Dräh ten mit einer isolierten Oberfläche bestehen, die sich in Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements erstrecken können und in Umfangsrichtung entlang der Umfangsrichtung des wärmeerzeugenden Elements gewickelt sind, und die sich in Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements erstreckenden gebündelten Drähte können an mindestens einer Stelle in engem Kontakt miteinander angeordnet sein. Gemäß der obigen Konfiguration der Bilderwärmungsvorrichtung gehen die aufgrund des in der Anregungsspule fließenden Wechselstroms erzeugten Magnetflüsse nicht zwischen den gebündelten Drähten in dem Gebiet durch, in dem die gebündelten Drähte in engem Kontakt miteinander angeordnet sind. Daher ist es im Vergleich zum Stand der Technik möglich, die Magnetflüsse das wärmeerzeugende Element effizient durchdringen zu lassen. Dementsprechend muss an die Anregungsspule keine große Menge Strom angelegt werden, um die elektrische Leistung zu erhalten, die notwendig ist, damit das wärmeerzeugende Element Wärme erzeugen kann.
Außerdem ist in der obigen Konfiguration der Bilderwärmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass eine größere Anzahl der gebündelten Drähte an beiden Enden überlagert ist als im mittleren Abschnitt in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann ein breiter Bereich des wärmeerzeugenden Elements in der Richtung seiner Drehachse gleichmäßig erwärmt werden. Da die an beiden Enden in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements gebündelten Drähte von dem wärmeerzeugenden Element entfernt sind, wird außerdem in diesem Abschnitt kein Wirbelstrom konzentriert und die Temperatur dieses Abschnitts wird nicht übermäßig erhöht.
Außerdem ist in der obigen Konfiguration der Bilderwärmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass der Durchmesser des Drahts 0,1 mm oder mehr und 0,3 mm oder weniger beträgt und dass der Durchmesser des gebündelten Drahts 5 mm oder weniger beträgt. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann die Wärmeerzeugung der Anregungsspule unterdrückt werden, da der elektrische Widerstand des gebündelten Drahts bezüglich des hochfrequenten Wechselstroms gering ist. Außerdem kann die Anregungsspule einfach gebildet werden, da der gebündelte Draht mit einer geeigneten Dicke, Starrheit und Beständigkeit versehen sein kann.
Außerdem ist in der obigen Konfiguration der Bilderwärmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Bilderwärmungsvorrichtung ferner einen Kern aus außen an der Anregungsspule angeordnetem magnetischem Material umfasst. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann das rückwärtige Auslecken der Magnetflüsse verhindert werden, da der gesamte Magnetfluss an der rückwärtigen Seite der Anregungsspule das Innere des Kerns durchdringt. Dadurch kann die Wärmeerzeugung aufgrund der elektromagnetischen Induktion des peripheren leitenden Materials und zugleich die unnötige Strahlung elektromagnetischer Wellen verhindert werden. Da die Induktivität der Anregungsspule erhöht ist und die Kopplung zwischen der Anregungsspule und dem wärmeerzeugenden Element ausgezeichnet wird, kann bei gleichem Spulenstrom außerdem eine größere Menge elektrischen Stroms an das wärmeerzeugende Element angelegt werden. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass die Länge des Kerns entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements kürzer ist als die Länge des wärmeerzeugenden Elements in der Richtung seiner Drehachse. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann verhindert werden, dass die Wirbelstromdichte an der Endfläche des wärmeerzeugenden Elements ansteigt und die Wärmeerzeugung an der Endfläche des wärmeerzeugenden Elements übermäßig erhöht wird. Außerdem ist in diesem Fall die Länge der Anregungsspule an dem Außenumfangsabschnitt in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements nicht kürzer als die Breite eines Aufzeichnungsmaterials das die maximale Breite aller zu verwendenden Aufzeichnungsmaterialien aufweist; und die Länge des Kerns in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements ist nicht kürzer als die Breite des Aufzeichnungsmaterials das die maximale Breite aller zu verwendenden Aufzeichnungsmaterialien aufweist. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration ist es selbst bei einer etwas ungleichmäßigen Wicklung der Anregungsspule möglich, das von der Anregungsspule zu dem wärmeerzeugenden Element reichende Magnetfeld in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements gleichmäßig zu machen. Daher kann die Verteilung der Wärmeerzeugung des wärmeerzeugenden Elements in dem Abschnitt, in dem das Aufzeichnungsmaterial durchläuft, gleichmäßig gemacht werden. Dadurch kann die Temperaturverteilung an dem Fixierungsabschnitt gleichmäßig gemacht werden und somit kann ein stabiler Fixierungsvorgang erhalten werden. Außerdem kann die Länge des wärmeerzeugenden Elements in der Richtung seiner Drehachse und die Länge der Anregungsspule in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements gekürzt werden, während die Verteilung der Wärmeerzeugung des wärmeerzeugenden Elements gleichmäßig gemacht wird. Dadurch kann eine Miniaturisierung der Vorrichtung verwirklicht werden und gleichzeitig können die Kosten reduziert werden. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass der Abstand zwischen der Endfläche des Kerns und der Endfläche des wärmeerzeugenden Elements in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements länger als der Abstand zwischen dem Kern und dem wärmeerzeugenden Element ist. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann die Konzentration des induzierten Stroms an der Endfläche und in der Nähe des wärmeerzeugenden Elements und die übermäßige Erwärmung des Endabschnitts des wärmeerzeugenden Elements verhindert werden, da die von dem Kern zu dem Endabschnitt des wärmeerzeugenden Elements ausstrahlenden Magnetkraftlinien nicht in dem schmalen Bereich konzentriert werden. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass der Kern einander gegenüberliegende Abschnitte gegenüber dem wärmeerzeugenden Element aufweist, ohne dass die Anregungsspule zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte aufweist, die durch die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann der Großteil des Magnetwegs aus einem Material mit hoher magnetischer Durchlässigkeit bestehen, da die durch Wechselstrom (Spulenstrom) erzeugten Magnetflüsse, die in der Anregungsspule fließen, zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element durchgehen. Daher ist ein Luftabschnitt mit geringer magnetischer Durchlässigkeit, durch den die durch den Spulenstrom erzeugten Magnetflüsse gehen, auf den schmalen Spaltabschnitt zwischen dem wärmeerzeugenden Element und dem Kern beschränkt. Dementsprechend wird die Induktivität der Anregungsspule erhöht und fast alle durch den Spulenstrom erzeugten Magnetflüsse können zu dem wärmeer zeugenden Element geführt werden. Dadurch kann eine ausgezeichnete elektromagnetische Kopplung zwischen dem wärmeerzeugenden Element und der Anregungsspule erhalten werden. Dadurch kann auch bei gleichem Spulenstrom mehr elektrischer Strom an das wärmeerzeugende Element angelegt werden. Außerdem kann der Magnetkreis frei gestaltet werden, da der Magnetweg durch den gegenüberliegenden Abschnitt und das wärmeerzeugende Element gebildet wird. In diesem Fall ist ferner bevorzugt, dass das wärmeerzeugende Element durch das Trägerelement aus magnetischem Material gestützt wird und dass ein Raum zwischen dem Trägerelement und dem Kern doppelt so groß oder größer ist als der Abstand zwischen dem Kern und dem wärmeerzeugenden Element. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration durchdringt ein Großteil der den Kern durchdringenden Magnetflüsse das wärmeerzeugende Element, ohne dass sie zu dem Trägerelement geführt werden. Dadurch kann eine der Anregungsspule bereitgestellte elektromagnetische Energie effizient zu dem wärmeerzeugenden Element übertragen werden. Gleichzeitig kann verhindert werden, dass das Trägerelement erwärmt wird. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass die Länge zwischen den äußersten Enden des magnetisch durchlässigen Abschnitts entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements nicht länger ist als die Länge zwischen den äußersten Enden des gegenüberliegenden Abschnitts entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann die Verteilung der Wärmeerzeugung bei geringen Kosten gleichmäßig gemacht werden, da die für den magnetisch durchlässigen Abschnitt zu verwendende Materialmenge verringert werden kann, wobei der Bereich des gegenüberliegenden Abschnitts, der den Bereich des wärmeerzeugenden Ab schnitts in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements definiert, gesichert ist. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass mindestens ein Teil des gegenüberliegenden Abschnitts in engerem Kontakt mit dem wärmeerzeugenden Element angeordnet ist als der magnetisch durchlässige Abschnitt, wodurch ein angrenzender Abschnitt gebildet wird. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann ein größerer elektrischer Strom an das wärmeerzeugende Element angelegt werden. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass eine Vielzahl angrenzender Abschnitte bereitgestellt ist und einer der Vielzahl angrenzender Abschnitte im Zentrum der Wicklung der Anregungsspule angeordnet ist. Da ein durch den Spulenstrom erzeugter Magnetfluss unweigerlich durch das Zentrum der Wicklung der Anregungsspule läuft, können die durch den Spulenstrom erzeugten Magnetflüsse effizient zu dem wärmeerzeugenden Element geführt werden, indem der angrenzende Abschnitt im Zentrum der Wicklung der Anregungsspule angeordnet wird. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass mindestens ein Teil des Kerns Lücken in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements aufweist. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann die Verteilung der Wärmeerzeugung frei gestaltet werden, indem die Anordnung des Kerns verändert wird. Außerdem kann auch bei Verwendung eines kostengünstigen und kleinvolumigen Kerns eine gleichmäßige Temperaturverteilung erhalten werden. Außerdem kann die Wärmeausstrahlung gefördert werden, da die Wärme von der Lücke des Kerns ausgestrahlt werden kann und gleichzeitig die Oberfläche des Kerns selbst groß wird. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass der Kern einander gegenüberliegende Abschnitte gegenüber dem wärmeerzeugenden Element aufweist, ohne dass die Anregungsspule zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte aufweist, die durch die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen, und die Lücken in dem magnetisch durchlässigen Abschnitt des Kerns ungleichmäßig in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements verteilt sind. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass die Lücke in dem magnetisch durchlässigen Abschnitt des Kerns in dem Endabschnitt kleiner ist als in dem mittleren Abschnitt in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann der Mangel bei der Fixierung verhindert werden, indem die Temperaturverteilung des wärmeerzeugenden Elements gleichmäßig gemacht wird. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass der Kern einander gegenüberliegende Abschnitte gegenüber dem wärmeerzeugenden Element aufweist, ohne dass die Anregungsspule zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte aufweist, die durch die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen, und die gegenüberliegenden Abschnitte des Kerns asymmetrisch in Bezug auf die Mittellinie der Anregungsspule in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements angeordnet sind. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann die Verteilung der Wärmeerzeugung in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements mit einer kleineren Menge des Kerns gleichmäßig gemacht werden. Im Gegensatz dazu kann die Verteilung der Wärmeerzeugung noch gleichförmiger gemacht werden, wenn die Menge des Kerns die gleiche ist. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass der Kern einander gegenüberliegende Abschnitte gegenüber dem wärmeerzeugenden Ele ment aufweist, ohne dass die Anregungsspule zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte aufweist, die durch die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen, und die Lücke in dem gegenüberliegenden Abschnitt des Kerns kleiner ist als die Lücke in dem magnetisch durchlässigen Abschnitt des Kerns in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann die Verteilung der Wärmeerzeugung bei einer kleineren Menge von Kernmaterial und bei geringeren Kosten gleichmäßig gemacht werden, da die für den magnetisch durchlässigen Abschnitt zu verwendende Materialmenge verringert werden kann, wobei die Länge des Kerns des gegenüberliegenden Abschnitts, die den Bereich des wärmeerzeugenden Abschnitts definiert, gesichert ist. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass der Kern einander gegenüberliegende Abschnitte gegenüber dem wärmeerzeugenden Element aufweist, ohne dass die Anregungsspule zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte aufweist, die durch die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen, und die gegenüberliegenden Abschnitte des Kerns durchgängig in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements bereitgestellt sind. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann, auch wenn in dem Kern des magnetisch durchlässigen Abschnitts Lücken vorgesehen und ungleichmäßig verteilt sind, das von dem gegenüberliegenden Abschnitt bis zum wärmeerzeugenden Element reichende Magnetfeld in der Richtung der Drehachse gleichmäßig gemacht werden. Dadurch kann die Verteilung der Wärmeerzeugung in dem wärmeerzeugenden Element in einem Ab schnitt, in dem das Aufzeichnungsmaterial durchläuft, gleichmäßig gemacht werden, während der Kern in dem magnetisch durchlässigen Abschnitt verringert ist, und somit kann die Temperaturverteilung in dem Fixierungsabschnitt gleichmäßig gemacht werden. Daher kann ein stabiler Fixierungsvorgang erhalten werden. Außerdem kann die Miniaturisierung der Vorrichtung und die Verringerung der Kosten erzielt werden, da der Kern des magnetisch durchlässigen Abschnitts verringert werden kann, während die Verteilung der Wärmeerzeugung in dem wärmeerzeugenden Element gleichmäßig gemacht wird. Außerdem ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das wärmeerzeugende Element in der Form eines Rohrs gebildet ist und die Querschnittfläche der Oberfläche der Innenseite des wärmeerzeugenden Elements rechtwinklig zu seiner Drehachse kleiner ist als die maximale Querschnittfläche des Kerns und der Anregungsspule. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann eine Kombination aus dem wärmeerzeugenden Element mit einer geringen thermischen Kapazität, einer Anregungsspule mit einer hohen Wicklungsanzahl und der geeigneten Ferritmenge (Kern) verwendet werden. Daher kann eine größere Menge elektrischen Stroms bei einem vorbestimmten Spulenstrom an das wärmeerzeugende Element angelegt werden. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass ein Teil des Kerns geteilt ist, wodurch ein beweglicher Abschnitt gebildet wird, und der bewegliche Abschnitt beweglich mit Bezug auf den verbleibenden Abschnitts des Kerns gehalten wird. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass der bewegliche Abschnitt außerhalb des Bereichs angeordnet ist, in dem ein zu verwendendes Aufzeichnungsmaterial durchläuft, und sich mit Bezug auf den verbleibenden Abschnitt des Kerns bewegen kann. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann verhin dert werden, dass die Temperatur des Elements, wie beispielsweise eines Fixierungsriemens, Lagers und dergleichen, an dem Endabschnitt aufgrund des übermäßigen Temperaturanstiegs des Bereichs, in dem das Aufzeichnungsmaterial nicht durchläuft, über die Widerstandstemperatur hinaus erhöht wird. Außerdem kann das Auftreten von warmem Versatz verhindert werden, auch wenn ein großformatiges Aufzeichnungsmaterial nach einem kontinuierlich verwendeten kleinformatigen Aufzeichnungsmaterial verwendet wird, da die Temperatur des Fixierungsabschnitts korrekt ist. Daher können großformatige Aufzeichnungsmaterialien direkt nach der Verwendung kleinformatiger Aufzeichnungsmaterialien verwendet werden.
Außerdem ist in der Bilderwärmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Bilderwärmungsvorrichtung ferner ein Abschirmungselement enthält, das aus leitfähigem Material besteht, das mindestens einen Teil einer Rückfläche der Anregungsspule bedeckt. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann verhindert werden, dass eine hochfrequente elektromagnetische Welle, die durch die Anregungsspule erzeugt wird, zu der Innenseite und Außenseite des Apparats übertragen wird. Dadurch kann verhindert werden, dass Elektroschaltungen, die an der Innenseite und Außenseite des Apparats angeordnet sind, aufgrund eines elektromagnetischen Rauschens falsch betrieben werden.
Außerdem ist bei der Bilderwärmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Bilderwärmungsvorrichtung ferner ein Kühlmittel zum Kühlen der Anregungsspule durch Luftstrom enthält.
Außerdem ist bei der Bilderwärmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Bilderwärmungsvorrichtung ferner ein wärmeisolierendes Element zum Abschirmen von Wärmeleitung zwischen der Anregungsspule und dem wärmeerzeugenden Element enthält. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann die Anregungsspule gekühlt werden, ohne das wärmeerzeugende Element zu kühlen. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass die Bilderwärmungsvorrichtung ferner einen außerhalb der Anregungsspule angeordneten Kern aus magnetischem Material enthält, wobei die Länge der Anregungsspule entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements kürzer ist als die Länge des wärmeerzeugenden Elements entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements und länger ist als die Länge des Kerns entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann der Temperaturanstieg des Kerns sogar dann verhindert werden, wenn der Kern in der Nähe des wärmeerzeugenden Elements angeordnet ist.
Außerdem ist bei der Bilderwärmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Bilderwärmungsvorrichtung ferner eine Fixierungswalze und einen zwischen der Fixierungswalze und dem wärmeerzeugenden Element aufgehängten Fixierungsriemen enthält. Außerdem ist in diesem Fall bevorzugt, dass die Bilderwärmungsvorrichtung ferner einen außerhalb der Anregungsspule angeordneten Kern aus magnetischem Material enthält, wobei der Kern einander gegenüberliegende Abschnitte gegenüber dem wärmeerzeugenden Element aufweist, ohne dass die Anregungsspule zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte aufweist, die durch die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen, und die Länge zwischen den äußersten Enden des gegenüberliegenden Abschnitts entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements nicht länger ist als die Breite des Fixierungsriemens. Bei einer derartigen bevorzugten Konfiguration kann verhindert werden, dass der Endabschnitt des wärmeerzeugenden Elements übermäßig erwärmt wird, da das wärmeerzeugende Element in dem Bereich, in dem keine Wärme durch den Fixierungsriemen entfernt wird, nicht übermäßig erwärmt wird.
Außerdem beschreibt das vorliegende Dokument beispielhaft eine Bilderwärmungsvorrichtung, enthaltend ein wärmeerzeugendes Element, welches einen drehbaren Körper umfasst, der Magnetismus und Leitfähigkeit aufweist, und eine gegenüber der Umfangsfläche des wärmeerzeugenden Elements angeordnete Anregungsspule, die dazu eingerichtet ist, dem wärmeerzeugenden Element die Erzeugung von Wärme mittels elektromagnetischer Induktion zu ermöglichen, wobei die Anregungsspule aus einem Bündel von Drähten zusammengesetzt ist, die eine isolierte Oberfläche aufweisen, sich in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements erstrecken und in Umfangsrichtung um die Umfangsrichtung des wärmeerzeugenden Elements gewickelt sind; und wobei eine größere Anzahl der gebündelten Drähte an beiden Enden überlagert ist als im mittleren Abschnitt in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements.
Außerdem beschreibt das vorliegende Dokument beispielhaft eine Bilderwärmungsvorrichtung, enthaltend ein wärmeerzeugendes Element, welches einen drehbaren Körper umfasst, der Leitfähigkeit aufweist, und eine gegenüber der Umfangsfläche des wärmeerzeugenden Elements angeordnete Anregungsspule, die dazu eingerichtet ist, dem wärmeerzeugenden Element die Erzeugung von wärme mittels elektromagnetischer Induktion zu ermöglichen, wobei die Bilderwärmungsvorrichtung ferner einen außerhalb der Anregungsspule angeordneten Kern aus magnetischem Material enthält, und die Länge des Kerns entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements nicht kürzer als die Breite eines Aufzeichnungsmaterial ist, das eine maximale Breite aller zu verwendenden Aufzeichnungsmaterialien aufweist.
Außerdem beschreibt das vorliegende Dokument beispielhaft eine Bilderwärmungsvorrichtung, enthaltend ein wärmeerzeugendes Element, welches einen drehbaren Körper umfasst, der Leitfähigkeit aufweist, und eine gegenüber der Umfangsfläche des wärmeerzeugenden Elements angeordnete Anregungsspule, die dazu eingerichtet ist, dem wärmeerzeugenden Element die Erzeugung von Wärme mittels elektromagnetischer Induktion zu ermöglichen; wobei die Bilderwärmungsvorrichtung ferner einen Kern aus magnetischem Material enthält, der in einem Zustand angeordnet ist, in dem die Anregungsspule zwischen dem Kern und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet ist, wobei der Kern einander gegenüberliegende Abschnitte aufweist, die gegenüber dem wärmeerzeugenden Element angeordnet sind, ohne dass die Anregungsspule zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte aufweist, die durch die Anregungsspule gegenüber dem wärmeerzeugenden Element angeordnet sind, wobei mindestens ein Teil des gegenüberliegenden Abschnitts in engerem Kontakt mit dem wärmeerzeugenden Element angeordnet ist als der magnetisch durchlässige Abschnitt, wodurch ein benachbarter Abschnitt gebildet wird, und wobei mindestens ein Teil des Kerns Lücken in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements aufweist.
Außerdem beschreibt das vorliegende Dokument beispielhaft eine Bilderwärmungsvorrichtung, enthaltend ein wärmeerzeugendes Element, welches einen drehbaren Körper umfasst, der Leitfähigkeit aufweist, und eine gegenüber der Umfangsfläche des wärmeerzeugenden Elements angeordnete Anregungsspule, die dazu eingerichtet ist, dem wärmeerzeugenden Element das Erzeugen von Wärme mittels elektromagnetischer Induktion zu ermöglichen, wobei die Bilderwärmungsvorrichtung ferner einen Kern aus magnetischem Material enthält, der in einem Zustand angeordnet ist, in dem die Anregungsspule zwischen dem Kern und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet ist, wobei der Kern einander gegenüberliegende Abschnitte aufweist, die dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen, ohne dass die Anregungsspule zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte aufweist, die durch die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen, wobei die Fläche des Abschnitts, wo der gegenüberliegende Abschnitt dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegt, größer ist als die Querschnittfläche des magnetisch durchlässigen Abschnitts rechtwinklig zu der Umfangsrichtung des wärmeerzeugenden Elements. Gemäß der obigen Bilderwärmungsvorrichtung wird die elektromagnetische Kopplung zwischen der Anregungsspule und dem wärmeerzeu genden Element ausgezeichnet, wodurch die Effizienz der Wärmeerzeugung verbessert wird. Außerdem kann die Menge der Wärmeerzeugung des wärmeerzeugenden Elements in Richtung der Drehachse gleichmäßig gemacht werden, da die durch den Spulenstrom erzeugten Magnetflüsse an dem gegenüberliegenden Abschnitt des Kerns konzentriert werden, indem die Fläche des Abschnitts, wo der gegenüberliegende Abschnitt dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegt, größer als die Querschnittfläche des magnetisch durchlässigen Abschnitts rechtwinklig zur Umfangsrichtung des wärmeerzeugenden Elements gemacht wird. Außerdem kann der Kern mit Lücken versehen sein, so dass die Anregungsspule einen Abschnitt aufweist, der dem Kern nicht gegenüberliegt, während die Querschnittfläche dort gesichert wird, wo die Magnetflüsse durchdringen. Daher kann die Wärmestrahlung von dem Anregungsspulenabschnitt unterstützt werden und ein Auslecken der Magnetflüsse verhindert werden.
Außerdem beschreibt das vorliegende Dokument beispielhaft eine Bilderwärmungsvorrichtung, enthaltend ein wärmeerzeugendes Element, welches einen drehbaren Körper umfasst, der Leitfähigkeit aufweist, und eine gegenüber der Umfangsfläche des wärmeerzeugenden Elements angeordnete Anregungsspule, die dazu eingerichtet ist, dem wärmeerzeugenden Element die Erzeugung von Wärme mittels elektromagnetischer Induktion zu ermöglichen, wobei die Bilderwärmungsvorrichtung ferner einen Kern aus magnetischem Material enthält, der in einem Zustand angeordnet ist, in dem die Anregungsspule zwischen dem Kern und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet ist, wobei ein Teil des Kerns geteilt ist, wodurch ein beweglicher Abschnitt gebildet wird, und der bewegliche Abschnitt bezüglich des verbleibenden Abschnitts des Kerns beweglich gehalten wird.
Außerdem beschreibt das vorliegende Dokument beispielhaft eine Bilderwärmungsvorrichtung, die einen Fixierungsriemen, ein Druckmittel, das gegen den Fixierungsriemen gepresst wird, um an der rechten Seite des Fixierungsriemens einen Spaltabschnitt zu bilden, eine wärmeerzeugende Walze, die mindestens einen aus einem leitfähigen Element bestehenden Teil aufweist und den Fixierungsriemen beweglich aufhängt, und eine Anregungsspule enthält, die durch den Fixierungsriemen gegenüber der Umfangsfläche der wärmeerzeugenden Walze angeordnet und dazu eingerichtet ist, der wärmeerzeugenden Walze das Erzeugen von Wärme durch Anregen des Abschnitts ermöglicht, an dem sich die wärmeerzeugende Walze in Kontakt mit dem Fixierungsriemen befindet. Gemäß der obigen Bilderwärmungsvorrichtung wird Wärme an dem Abschnitt erzeugt, an dem sich die wärmeerzeugende Walze in Kontakt mit dem Fixierungsriemen befindet, und die Wärme wird unmittelbar an den Fixierungsriemen geleitet. Somit ist es nicht notwendig, die Temperatur der wärmeerzeugenden Walze mehr als notwendig zu erhöhen. Folglich kann die Aufwärmzeit verkürzt werden.
Außerdem kann bei der obigen Bilderwärmungsvorrichtung die Breite der Anregung in die Richtung, in die sich der Fixierungsriemen bewegt, im Wesentlichen die gleiche oder nicht mehr sein als die Breite des Abschnitts, an dem sich der Fixierungsriemen in Kontakt mit der wärmeerzeugenden Walze befindet. Bei einer derartigen Konfiguration kann verhindert werden, dass die Temperatur der wärmeerzeugenden Walze anormal erhöht wird, da nur der Ab schnitt, der sich in Kontakt mit dem Fixierungsriemen befindet, in der wärmeerzeugenden Walze erwärmt wird.
Außerdem kann bei der obigen Bilderwärmungseinrichtung die Bilderwärmungseinrichtung ferner ein Temperaturerfassungsmittel zum Erfassen der Temperatur enthalten, das in Kontakt mit der Oberfläche der wärmeerzeugenden Walze an einem anderen Abschnitt als dem Abschnitt angeordnet ist, an dem sich die wärmeerzeugende Walze in Kontakt mit dem Fixierungsriemen befindet, und ein Steuermittel zum Steuern einer Ausgabe aus der Anregungsspule gemäß einer Ausgabe des Temperaturerfassungsmittels. Bei einer derartigen Konfiguration kann die Temperatur des Fixierungsriemens bei einer optimalen Temperatur gehalten werden.
Außerdem kann in der obigen Bilderwärmungsvorrichtung ein Anregungsstrom mit einer vorbestimmten Frequenz an die Anregungsspule angelegt werden und das leitende Element der wärmeerzeugenden Walze kann eine Dicke aufweisen, die gleich oder größer ist als die Eindringtiefe, die durch sein Material und die vorbestimmte Frequenz definiert ist. Bei einer derartigen Konfiguration kann fast der gesamte induzierte Strom in der wärmeerzeugenden Walze bei einer niedrigen Temperatur erzeugt werden.
Außerdem beschreibt das vorliegende Dokument beispielhaft eine Bilderwärmungsvorrichtung, enthaltend einen Fixierungsriemen, ein Druckmittel, das gegen den Fixierungsriemen gepresst wird, um an der rechten Seite des Fixierungsriemens einen Spaltabschnitt zu bilden, eine wärmeerzeugende Walze aus einem magnetischen Material, deren Curie-Temperatur auf einen vorbestimmten Wert eingestellt ist und die den Fixierungsriemen beweglich aufhängt, ein leitendes Element, das in der wärmeerzeugenden Walze vorgesehen ist, und eine Anregungsspule, die durch den Fixierungsriemen gegenüber der Umfangsfläche der wärmeerzeugenden Walze angeordnet und dazu eingerichtet ist, der wärmeerzeugenden Walze das Erzeugen von Wärme durch Anregen des Abschnitts ermöglicht, an dem sich die wärmeerzeugende Walze in Kontakt mit dem Fixierungsriemen befindet. Gemäß der obigen Bilderwärmungsvorrichtung ist es nicht notwendig, die Temperatur der wärmeerzeugenden Walze mehr als erforderlich zu erhöhen, da Wärme an dem Abschnitt erzeugt wird, an dem sich die wärmeerzeugende Walze in Kontakt mit dem Fixierungsriemen befindet, und die Wärme unmittelbar an den Fixierungsriemen geleitet wird. Folglich kann die Aufwärmzeit verkürzt werden.
Außerdem kann in der obigen Bilderwärmungsvorrichtung das leitende Element adiabatisch in Bezug auf die wärmeerzeugende Walze angeordnet sein. Bei einer derartigen Konfiguration wird die an der wärmeerzeugenden Walze erzeugte Wärme nicht einfach an das leitende Element geleitet.
Außerdem kann in der obigen Bilderwärmungsvorrichtung ein Anregungsstrom mit einer vorbestimmten Frequenz an die Anregungsspule angelegt werden und die wärmeerzeugende Walze kann eine Dicke aufweisen, die gleich oder größer ist als die Eindringtiefe, die durch ihr Material und die vorbestimmte Frequenz definiert ist.
Außerdem beschreibt das vorliegende Dokument beispielhaft eine Bilderwärmungsvorrichtung, enthaltend ein wärmeerzeugendes Element, welches einen drehbaren Körper umfasst, der Leitfähigkeit aufweist, und eine gegenüber der äußeren Umfangsfläche des wärmeerzeugenden Elements angeordnete Anregungsspule, die dazu eingerichtet ist, dem wärmeerzeugenden Element die Erzeugung von Wärme mittels elektromagnetischer Induktion zu ermöglichen, wobei die Anregungsspule aus einem Bündel von Drähten mit einer isolierten Oberfläche besteht, die sich in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements erstrecken und in Umfangsrichtung entlang der Umfangsrichtung des wärmeerzeugenden Elements gewickelt sind; und wobei die gebündelten Drähte, die sich in die Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements erstrecken, in engem Kontakt miteinander an mindestens einer Stelle angeordnet sind.
Außerdem beschreibt das vorliegende Dokument beispielhaft eine Bilderwärmungsvorrichtung, enthaltend ein wärmeerzeugendes Element, welches einen drehbaren Körper umfasst, der Leitfähigkeit aufweist, und eine gegenüber der äußeren Umfangsfläche des wärmeerzeugenden Elements angeordnete Anregungsspule, die dazu eingerichtet ist, dem wärmeerzeugenden Element die Erzeugung von Wärme mittels elektromagnetischer Induktion zu ermöglichen, wobei die Anregungsspule aus einem Bündel von Drähten mit einer isolierten Oberfläche besteht, die sich in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements erstrecken und in Umfangsrichtung entlang der Umfangsrichtung des wärmeerzeugenden Elements gewickelt sind; und wobei eine größere Anzahl der gebündelten Drähte an beiden Enden überlagert ist als im mittleren Abschnitt in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements.
Außerdem beschreibt das vorliegende Dokument beispielhaft eine Bilderwärmungsvorrichtung, enthaltend ein wärmeer zeugendes Element, welches einen drehbaren Körper umfasst, der Leitfähigkeit aufweist, und eine gegenüber der äußeren Umfangsfläche des wärmeerzeugenden Elements angeordnete Anregungsspule, die dazu eingerichtet ist, dem wärmeerzeugenden Element die Erzeugung von Wärme mittels elektromagnetischer Induktion zu ermöglichen, die ferner einen außen an der Anregungsspule angebrachten Kern aus magnetischem Material umfasst, wobei die Länge des Kerns entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements nicht kürzer als die Breite eines Aufzeichnungsmittels mit der maximalen Breite aller zu verwendenden Aufzeichnungsmaterialien ist.
Außerdem enthält ein Bildformungsapparat gemäß der vorliegenden Erfindung ein Bildformungsmittel zum Formen eines unfixierten Bilds auf einem Aufzeichnungsmaterial, und das das unfixierte Bild darauf trägt; und eine Fixierungsvorrichtung zum Fixieren des unfixierten Bilds auf dem Aufzeichnungsmaterial, wobei eine Bilderwärmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als Fixierungsvorrichtung verwendet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittansicht, die eine Fixierungsvorrichtung als eine Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine teilweise weggeschnittene Draufsicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als eine Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als eine Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine äquivalente Schaltung eines wärmeerzeugenden Abschnitts einer Fixierungsvorrichtung als eine Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine Ansicht von unten, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt ohne wärmeerzeugende Walze einer Fixierungsvorrichtung als eine Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als eine Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als eine Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist eine Querschnittansicht, die einen Bildformungsapparat zeigt, der eine Bilderwärmungsvorrichtung als Fixierungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
10A ist eine Querschnittansicht, die eine Fixierungsvorrichtung als eine Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10B ist eine Querschnittansicht, die ein weiteres Beispiel einer Fixierungsvorrichtung als eine Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist eine Projektionsansicht, die den wärmeerzeugenden Abschnitt aus 10A, aus der Richtung des Pfeils G gesehen, zeigt;
12 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt in einer Oberfläche zeigt, die eine Drehachse einer wärmeerzeugenden Walze einer Fixierungsvorrichtung als eine Bilderwärmungsvorrichtung und die Mitte einer Anregungsspule gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
13 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist eine Querschnittansicht, die eine wärmeerzeugende Walze einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwär mungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 ist eine Projektionsansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in 16, aus der Richtung von Pfeil A gesehen, zeigt;
18 ist eine Projektionsansicht, die ein weiteres Beispiel eines wärmeerzeugenden Abschnitts einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
19 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 ist eine Projektionsansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung aus 19, aus der Richtung des Pfeils A gesehen, zeigt;
21 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
22 ist eine Projektionsansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in 21, gesehen aus der Richtung von Pfeil A, zeigt;
23 ist eine Projektionsansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
24 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
25 ist eine Querschnittansicht, die ein weiteres Beispiel eines wärmeerzeugenden Abschnitts einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
26 ist eine Querschnittansicht, die einen Bildformungsapparat zeigt, der eine Bilderwärmungsvorrichtung als Fixierungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
27 ist eine Querschnittansicht, die eine Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
28 ist eine Querschnittansicht, die einen Fixierungsriemen zeigt, der für eine Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
29 ist eine Vorderansicht, die eine Anregungsspule und ein Kernelement zeigt, die für eine Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
30 ist eine Querschnittansicht, die eine wärmeerzeugende Walze zeigt, die für eine Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
31 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Strömung des Magnetflusses, der durch die wärmeerzeugende Walze läuft, welche für eine Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung bei geringer Temperatur gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
32 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Strömung des Magnetflusses, der durch die wärmeerzeugende Walze läuft, welche für eine Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung bei hoher Temperatur gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
33 ist eine Querschnittansicht, die eine Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung zum Fixieren eines Farbbilds gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
34 ist eine Querschnittansicht, die eine herkömmliche Bilderwärmungsvorrichtung zeigt;
35 ist eine Querschnittansicht, die ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen Bilderwärmungsvorrichtung zeigt;
36 ist eine Perspektivansicht, die eine Wärmespule zeigt, die für ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen Bilderwärmungsvorrichtung verwendet wird; und
37 ist eine Querschnittansicht, die ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen Bilderwärmungsvorrichtung zeigt.
Beste Form der Ausführung der Erfindung
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen genauer beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
1 ist eine Querschnittansicht, die eine Fixierungsvorrichtung als eine Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und 2 ist eine teilweise weggeschnittene Draufsicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt dieser Fixierungsvorrichtung zeigt.
In den 1 und 2 bezeichnet die Bezugzahl 1 eine wärmeerzeugende Walze als wärmeerzeugendes Element, 2 bezeichnet Trägerseitenplatten aus galvanisiertem Eisenblech und 3 bezeichnet ein Lager, das an den Trägerseitenplatten 2 befestigt ist und die wärmeerzeugende Walze 1 an beiden Enden davon drehbar stützt. Die wärmeerzeugende Walze 1 wird zur Drehung von einem (in den Zeichnungen nicht gezeigten) Antriebsmittel des Hauptkörpers des Bildformungsapparats angetrieben. Die wärmeerzeugende Walze 1 besteht aus einem magnetischen Material, einer Eisen-Nickel-Chrom-Legierung, und weist einen Curie-Punkt auf, der auf 300°C oder mehr eingestellt ist. Außerdem ist die wärmeerzeugende Walze 1 in Form eines Rohrs mit einer Dicke von 0,3 mm gebildet.
Die Oberfläche der wärmeerzeugenden Walze 1 ist mit einer Schmiermittelschicht beschichtet (in den Zeichnungen nicht gezeigt), die aus Fluorkohlenstoffharz mit einer Dicke von 20 μm zur Verbesserung der Schmierung besteht. Für die Schmiermittelschicht kann ein Harz oder ein Gummi mit ausgezeichneter Schmierwirkung, wie beispielsweise PTFE, PFA, FEP, Silikongummi, Fluorkohlenstoffgummi usw. alleine oder in Kombination verwendet werden. Wenn die wärmeerzeugende Walze 1 verwendet wird, um einfarbige Bilder zu fixieren, ist es ausreichend, dass nur die Schmierung garantiert ist. Wenn die wärmeerzeugende Walze 1 jedoch zum Fixieren von Farbbildern verwendet wird, ist es wünschenswert, dass die wärmeerzeugende Walze 1 mit Elastizität versehen ist. In diesem Fall ist die Bildung einer dickeren Gummischicht erforderlich.
Die Bezugzahl 4 bezeichnet eine Druckwalze als Druckmittel. Die Druckwalze 4 besteht aus Silikongummi mit einem Härtegrad von JIS A65 und wird gegen die wärmeerzeugende Walze 1 mit einer Presskraft von 20 kgf gepresst, damit sich ein Spaltabschnitt bildet. In diesem Zustand wird die Druckwalze 4 dann der Drehung der wärmeerzeugenden Walze 1 folgend gedreht. Als Material für die Druckwalze 4 kann ein wärmebeständiges Harz oder Gummi, wie Fluorkohlenstoffgummi neben dem Silikongummi, Fluorkohlenstoffharz usw. verwendet werden. Zur Verbesserung der Abriebfestigkeit oder Schmierung der Druckwalze 4 ist es außerdem wünschenswert, dass die Oberfläche der DruckWalze 4 mit einem Harz oder Gummi, wie PFA, PTFE, FEP usw. alleine oder in Kombination beschichtet wird. Außerdem ist es wünschenswert, dass die Druckwalze 4 aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit besteht, um Wärmestrahlung zu vermeiden.
Die Bezugzahl 5 bezeichnet eine Anregungsspule als Anregungsmittel. Diese Anregungsspule 5 besteht aus einem Bündel aus 60 Kupferdrähten von 0,2 mm Durchmesser mit einer isolierenden Oberfläche, die sich in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 erstrecken und in Umfangsrichtung um die Umfangsrichtung der wärmeerzeugenden Walze 1 gewickelt sind. Die Querschnittfläche der gebündelten Drähte einschließlich der isolierenden Beschichtung beträgt etwa 7 mm².
An der Querschnittfläche der Anregungsspule 5 rechtwinklig zu der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 sind die gebündelten Drähte in engem Kontakt miteinander in der Umfangsrichtung der wärmeerzeugenden Walze 1 angeordnet, und mit zwei Schichten überdeckt, um die obere Hälfte der wärmeerzeugenden Walze 1 zu bedecken. Im Fall dieser Konfiguration sind die benachbarten gebündelten Drähte von allen gebündelten Drähten, die von einem Endabschnitt der wärmeerzeugenden Walze 1 zu dem anderen Endabschnitt gerichtet sind, in engem Kontakt miteinander angeordnet, und die benachbarten gebündelten Drähte von allen gebündelten Drähten, die von dem anderen Endabschnitt der wärmeerzeugenden Walze 1 zu dem einen Endabschnitt gerichtet sind, sind in engem Kontakt miteinander angeordnet.
Die gebündelten Drähte, die sich in Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 erstrecken und in Umfangsrichtung entlang der Umfangsrichtung der wärmeerzeugenden Walze 1 gewickelt sind, müssen nicht notwendigerweise zuerst an dem Abschnitt, der näher zu der Mitte der Wicklung liegt, gewickelt werden, sondern die Reihenfolge der Wickelung kann auf dem Weg geändert werden.
Die Wicklungsanzahl der Anregungsspule 5 beträgt insgesamt 18. Die Oberflächen der gebündelten Drähte sind mittels Klebstoff aneinander geklebt, wodurch die in den 1 und 2 gezeigte Form der Anregungsspule 5 beibehalten wird. Die Anregungsspule 5 ist außerdem gegenüber einer äußeren Umfangsfläche der wärmeerzeugenden Walze 1 mit einem Abstand von etwa 2 mm dazwischen angeordnet. Der Bereich, in dem die Anregungsspule 5 der äußeren Umfangsfläche der wärmeerzeugenden Walze 1 zugewandt ist, ist ein breiter Bereich, der einem Kreisbogen entspricht, der einen Winkel von etwa 180° um die Drehachse als Zentrum aufweist.
Ein Wechselstrom von 30 kHz wird an die Anregungsspule 5 von einer Anregungsschaltung angelegt, bei der es sich um einen antiresonanten Inverter handelt. Der an die Anregungsspule 5 angelegte Wechselstrom wird so gesteuert, dass die Oberfläche der wärmeerzeugenden Walze 1 durch ein von dem an der Oberfläche der wärmeerzeugenden Walze 1 vorgesehenen Temperatursensor 7 empfangenes Temperatursignal eine vorbestimmte Fixierungstemperatur von 170°C annimmt. Im Folgenden wird der an die Anregungsspule 5 angelegte Wechselstrom auch "Spulenstrom" genannt.
In dieser Ausführungsform wird Aufzeichnungspapier im DIN-A4-Format (Breite: 210 mm) als ein Aufzeichnungspapier maximaler Breite verwendet. Die Länge der wärmeerzeugenden Walze 1 in der Richtung der Drehachse wird auf 270 mm eingestellt, die Länge der Anregungsspule 5 an dem Außenumfangsabschnitt entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 wird auf 230 mm eingestellt und die Länge der Anregungsspule 5 an dem Innenumfangsabschnitt entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 wird auf 200 mm eingestellt.
Ein Aufzeichnungspapier 8 als das den Toner 10 auf seiner Oberfläche tragendes Aufzeichnungsmaterial wird in die Fixierungsvorrichtung mit einer oben genannten Konfiguration in die Richtung des Pfeils eingeführt, wie in 1 gezeigt, wodurch der Toner 10 auf dem Aufzeichnungspapier 8 fixiert wird.
In dieser Ausführungsform wird der Anregungsspule 5 ermöglicht, die wärmeerzeugende Walze 1 mit elektromagnetischer Induktion zu erwärmen. Im Folgenden werden die Mechanismen dafür unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Ein Magnetfluss, der durch die Anregungsspule 5 durch einen Wechselstrom von der Anregungsschaltung 6 (2) erzeugt wird, durchdringt das Innere der wärmeerzeugenden Walze 1 in der Umfangsrichtung, wie durch eine unterbrochene Linie M in 3 gezeigt, aufgrund der Magnetisierung der wärmeerzeugenden Walze 1 und wiederholt die Erzeugung und Annullierung. Derartige Änderungen in dem Zustand des Magnetflusses induzieren einen induzierten Strom in der wärmeerzeugenden Walze 1, der hauptsächlich aufgrund des Hauteffekts durch die wärmeerzeugenden Walze strömt, wodurch Joulewärme an dem Abschnitt, wo er fließt, hervorgerufen wird.
In dieser Ausführungsform ist die Anregungsspule 5 so konfiguriert, dass die benachbarten gebündelten Drähte von allen gebündelten Drähten, die von einem Endabschnitt der wärmeerzeugenden Walze 1 zu dem anderen Endabschnitt gerichtet sind, in engem Kontakt miteinander angeordnet sind, und die benachbarten gebündelten Drähte von allen gebündelten Drähten, die von dem anderen Endabschnitt der wärmeerzeugenden Walze 1 zu dem einen Endabschnitt gerichtet sind, in engem Kontakt miteinander angeordnet sind. Daher läuft der Magnetfluss nicht durch die gebündelten Drähte. Außerdem ist im mittleren Abschnitt der Anregungsspule 5 kein gebündelter Draht vorhanden und es ist Raum für das Durchlaufen des Magnetflusses vorhanden. Daher bildet der Magnetfluss, wie durch die unterbrochene Linie M in 3 angegeben, eine große Schleife, die um die Anregungsspule 5 verläuft. Außerdem durchdringt der Magnetfluss den weiten Bereich der wärmeerzeugenden Walze 1, da die Anregungsspule 5 der wärmeerzeugenden Walze 1 in einem weiten Bereich zugewandt ist, der einem Kreisbogen mit einem Winkel von etwa 180° um die Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 als Zentrum in der Umfangsrichtung der wärmeerzeugenden Walze 1 entspricht. Dadurch erzeugt die wärmeerzeugende Walze 1 Wärme in dem weiten Bereich. Somit ist es möglich, eine vorbestimmte elektrische Leistung an die wärmeerzeugende Walze 1 anzulegen, auch wenn der Spulenstrom gering ist und der erzeugte Magnetfluss gering ist.
Wie oben erwähnt, wird die der Anregungsspule 5 bereitgestellte elektrische Energie ohne Auslecken an die wärmeerzeugende Walze 1 übertragen, da es keinen Magnetfluss gibt, der die wärmeerzeugende Walze 1 nicht durchdringt und zwischen den gebündelten Drähten durchläuft. Somit kann, auch wenn der Spulenstrom gering ist, eine vorbestimmte elektrische Leistung effizient an die wärmeerzeugende Walze 1 angelegt werden. Außerdem kann durch Anordnung der gebündelten Drähte in engem Kontakt miteinander auch die Anregungsspule 5 miniaturisiert werden.
Da die gebündelten Drähte der Anregungsspule 5 in der Nähe der wärmeerzeugenden Walze 1 positioniert sind, kann der durch den Spulenstrom erzeugte Magnetfluss effizient zu der wärmeerzeugenden Walze 1 übertragen werden. Der an der wärmeerzeugenden Walze 1 durch diesen Magnetfluss erzeugte Wirbelstrom fließt so, dass er die Änderung des Magnetfelds aufgrund des Spulenstroms aufhebt. In diesem Fall sind der Spulenstrom und der an der wärmeerzeugenden Walze 1 erzeugte Wirbelstrom einander nah und der Effekt der gegenseitigen Aufhebung ist groß. Dadurch wird ein in dem Umfangsraum erzeugtes Magnetfeld durch den Gesamtstrom unterdrückt.
Da die Wärmestrahlung von dem äußeren Umfang der Anregungsspule 5 durch nichts verhindert wird, ist es außerdem möglich, das Schmelzen der isolierenden Beschichtung der Drähte aufgrund des Temperaturanstiegs durch eine Wärmespeicherung oder den Anstieg des Widerstandswerts der Anregungsspule 5 zu verhindern.
4 zeigt eine äquivalente Schaltung der Anregungsspule und der wärmeerzeugenden Walze in einem Zustand, in dem die Anregungsspule der wärmeerzeugenden Walze gegenüberliegt. In 4 bezeichnet r einen Widerstand der Anregungsspule 5 selbst; R bezeichnet einen Widerstand aufgrund einer elektromagnetischen Kopplung der Anregungsspule 5 und der wärmeerzeugenden Walze 1, die einander gegenüberliegen, und L bezeichnet eine Impedanz der gesamten Schaltung. "r" wird erhalten, indem die Anregungsspule 5 von der wärmeerzeugenden Walze 1 gelöst wird und der elektrische Widerstand der Anregungsspule 5 selbst unter Verwendung einer LCR-Messvorrichtung unter der vorbestimmten Kreisfrequenz ω gemessen wird. R wird als ein Wert erhalten, der r aus dem elektrischen Widerstand in einem Zustand ausschließt, in dem die Anregungsspule 5 der wärmeerzeugenden Walze 1 gegenüberliegen kann. L unterscheidet sich nicht so sehr von der Induktivität der Anregungsspule 5 selbst. Wenn der Strom I in dieser Schaltung fließt, wird das Produkt aus dem Quadrat des Stroms I und dem Widerstandswert als effektive elektrische Energie verbraucht, so dass Wärme erzeugt wird. Die Anregungsspule 5 erzeugt Wärme aufgrund der durch r verbrauchten elektrischen Energie; und die wärmeerzeugende Walze 1 erzeugt Wärme aufgrund der durch R verbrauchten elektrischen Energie. Dieses Verhältnis wird durch die folgende Formel (1) ausgedrückt, wenn W eine elektrische Energie darstellt, die an die wärmeerzeugende Walze 1 angelegt wird: W = (R + r) × I2 (1)
Wenn V eine Spannung bezeichnet, die an die Anregungsspule 5 angelegt wird, ist ferner die folgende Gleichung (2) erfüllt I = V/{(R + r)2 + (ωL)2} (2)
Wie aus der oben genannten Formel (2) bekannt ist, kann kein ausreichender Strom I unter einer konstanten Spannung V erhalten werden, wenn L und R zu groß sind. Wie aus der oben genannten Formel (1) bekannt ist, fehlt daher die elektrische Energie, die an die wärmeerzeugende Walze 1 angelegt wird, so dass keine ausreichende Menge an Wärmeerzeugung erhalten werden kann. Wenn im Gegenteil dazu R zu klein ist, wird, selbst wenn der Strom I fließt, die effektive elektrische Energie nicht verbraucht, und daher kann keine ausreichende Menge an Wärmeerzeugung erhalten werden. Wenn ferner L zu klein ist, arbeitet die Anregungsschaltung 6, die ein antiresonanter Inverter ist, nicht zufriedenstellend. Wenn die Frequenz des Wechselstroms, der von der Anregungsschaltung 6 an die Anregungsspule 5 angelegt wird, im Bereich von 25 kHz bis 50 kHz ist, kann R weder kleiner als 0,5 Ω noch größer als 5 Ω sein, und L kann weder kleiner als 10 μH noch größer als 50 μH sein. In diesem Fall kann die Anregungsschaltung 6 durch das Schaltungselement mit einem sich so hohen Durchschlagstrom und nicht so hoher Durchschlagspannung konfiguriert sein, und es kann eine ausreichende elektrische Energie, die an die wärmeerzeugende Walze 1 angelegt wird, und eine ausreichende Menge an Wärmeerzeugung erhalten werden. Solange die Werte R und L innerhalb dieses Bereichs liegen, kann ferner derselbe Effekt erhalten werden, selbst wenn die Spezifikationen der Anregungsspule 5, zum Beispiel die Wicklungsanzahl der Anregungsspule 5, ein Raum zwischen der Anregungsspule 5 und der wärmeerzeugenden Walze 1 und dergleichen, geändert werden.
Obwohl ferner in dieser Ausführungsform, wie zuvor erwähnt, der gebündelte Draht der Anregungsspule 5 durch Bündeln von 60 Drähten gebildet wird, die jeweils einen Durchmesser von 0,2 mm haben, ist die Konfiguration des gebündelten Drahtes nicht nur darauf beschränkt. Es ist jedoch wünschenswert, dass 50 bis 200 Drähte, die jeweils einen Durchmesser von 0,1 mm bis 0,3 mm haben, einen gebündelten Draht bilden. Wenn der Durchmesser des Drahtes kleiner als 0,1 mm ist, kann der Draht aufgrund der mechanischen Last brechen. Wenn andererseits der Durchmesser des Drahtes größer als 0,3 mm ist, wird der elektrische Widerstand (r in 4) in Bezug auf den hochfrequenten Wechselstrom groß, und die Menge an Wärmeerzeugung der Anregungsspule 5 ist übermäßig groß. Wenn ferner die Anzahl von Drähten, die den gebündelten Draht bilden, geringer als 50 ist, wird die Querschnittsfläche klein, so dass der elektrische Widerstand groß wird, und somit erzeugt die Anregungsspule 5 eine übermäßige Wärme.
Wenn andererseits die Anzahl von Drähten, die einen gebündelten Draht bilden, größer als 200 ist, wird das Bündel dick, wodurch es schwierig wird, die Anregungsspule 5 zu einer beliebigen Form zu wickeln, und auch schwierig wird, eine vorbestimmte Wicklungsanzahl in dem vorbestimmten Raum zu erhalten. Indem der Durchmesser des gebündelten Drahtes auf etwa 5 mm oder weniger eingestellt wird, können die oben genannten Probleme vermieden werden. Da es möglich ist, die Wicklungsanzahl der Anregungsspule 5 in einem kleinen Raum zu erhöhen, kann die notwendige elektrische Energie an die wärmeerzeugende Walze 1 angelegt werden, während die Anregungsspule 5 miniaturisiert ist.
Die in Umfangsrichtung gewickelten gebündelten Drähte der Anregungsspule 5 können teilweise voneinander beabstandet sein. Es ist jedoch effizienter, wenn die meisten der gebündelten Drähte in engem Kontakt miteinander angeordnet sind. Ferner können die in Umfangsrichtung gewickelten gebündelten Drähte der Anregungsspule 5 konfiguriert werden, indem teilweise die Art der Überlagerung variiert wird. Wenn jedoch die Anregungsspule 5 von geringerer Höhe ist, kann mehr elektrische Energie an die wärmeerzeugende Walze 1 mit einem geringeren elektrischen Strom angelegt werden. Für die Form der Anregungsspule 5 ist es wünschenswert, dass die Breite der Anregungsspule 5, die in Umfangsrichtung entlang der Umfangsrichtung der wärmeerzeugenden Walze 1 gewickelt ist (die Länge in der Umfangsrichtung), größer als die Höhe der Anregungsspule 5 (Dicke der überlagerten gebündelten Drähte) ist.
Wenn ferner die Länge der Anregungsspule 5 in die Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 länger als die Länge der wärmeerzeugenden Walze 1 ist, durchdringt der Magnetfluss das leitende Element an dem Endabschnitt der wärmeerzeugenden Walze 1, zum Beispiel die Seitenplatte 2. Daher erzeugen die umliegenden Bestandteile Wärme und die Übertragungsrate der elektromagnetischen Energie zu der wärmeerzeugenden Walze 1 wird verringert. In dieser Ausführungsform ist die Länge der wärmeerzeugenden Walze 1 länger als die Länge der Anregungsspule 5 in Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1. Daher erreicht der Magnetfluss, der von dem Spulenstrom erzeugt wird, die umgebenden Bestandteile, wie die Seitenplatte, nicht, und der Großteil der Magnetflüsse erreicht die wärmeerzeugende Walze 1. Dadurch kann elektromagnetische Energie, die der Anregungsspule 5 zugeführt wird, effizient zu der wärmeerzeugenden Walze 1 übertragen werden. Insbesondere, wenn der Magnetfluss von der Endfläche der wärmeerzeugenden Walze 1 in die Richtung der Drehachse durchgeht, wird die Dichte des Wirbelstroms an der Endfläche der wärmeerzeugenden Walze 1 erhöht. In diesem Fall wird die Menge an Wärmeerzeugung an der Endfläche der wärmeerzeugenden Walze 1 zu groß.
In dieser Ausführungsform ist, wie zuvor erwähnt, nimmt die Länge jedes Teils in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 in der folgenden Reihenfolge zu: innerer Umfangsabschnitt der Anregungsspule 5, Aufzeichnungspapier maximaler Breite, äußerer Umfangsabschnitt der Anregungsspule 5 und wärmeerzeugende Walze 1. Ferner erstrecken sich die gebündelten Drähte der Anregungsspule 5 in die Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 parallel und gleichförmig an dem Abschnitt, an dem das Aufzeichnungspapier 8 durchläuft. Daher ist es möglich, die Verteilung der Wärmeerzeugung der wärmeerzeugenden Walze 1 in dem Abschnitt gleichförmig zu machen, in dem das Aufzeichnungspapier 8 durchläuft. Dadurch ist es möglich, die Temperaturverteilung an dem Fixierungsabschnitt gleichförmig zu machen, und somit kann der stabile Fixierungsvorgang erreicht werden.
[Zweite Ausführungsform]
5 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 ist eine Ansicht von unten, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt ohne wärmeerzeugende Walze in der Fixierungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform sind Elemente mit derselben Konfiguration und derselben Funktion wie in der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugzahlen versehen, und deren Beschreibung fehlt aus diesem Grund.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die Bündel in Umfangsrichtung entlang der Umfangsrichtung der wärmeerzeugenden Walze 1 gewickelt sind, ohne Bündel in der Form von zwei Lagen zu überlagern, und ein Paar von Rückflächenkernen 9 an der Rückseite der Anregungsspule 5 bereitgestellt ist.
Als Material für den Rückflächenkern 9 wird Ferrit mit einer relativ hohen Durchlässigkeit von 1000 bis 3000, einer Sättigungsmagnetflussdichte von 200 mT bis 300 mT, und einem spezifischen Widerstand von 1 Ω·m bis 10 Ω·m verwendet. Als Material für den Rückflächenkern 9 kann zusätzlich zu Ferrit ein Material mit hoher magnetischer Durchlässigkeit und hohem spezifischen Widerstand, zum Beispiel Permalloy usw. verwendet werden.
Der Querschnitt des Rückflächenkerns 9 hat eine Form, die durch Schneiden eines Zylinders mit einem Außendurchmesser von 36 mm und einer Dicke von 5 mm in einem Winkel von etwa 90° in die Richtung der Achse erhalten wird. Daher ist die Querschnittsfläche des Rückflächenkerns 9 243 mm². Ferner ist die Querschnittsfläche der Anregungsspule 5 7 mm² + 9 Wicklungen × 2 = 126 mm².
Die wärmeerzeugende Walze 1 ist aus einem Rohr mit einem Außendurchmesser von 20 mm und einer Dicke von 0,3 mm gebildet. Daher ist die Querschnittsfläche der Oberfläche senkrecht zur Drehachse im Inneren der wärmeerzeugenden Walze 1 etwa 295 mm². Daher ist die Querschnittsfläche der Anregungsspule 5 einschließlich des Rückflächenkerns 9 größer als die Querschnittsfläche der Oberfläche senkrecht zur Drehachse im Inneren der wärmeerzeugenden Walze 1. Der Raum zwischen dem Rückflächenkern 9 und der wärmeerzeugenden Walze 1 ist 5,5 mm.
Ferner wird in dieser Ausführungsform als Aufzeichnungspapier mit einer maximalen Breite ein Aufzeichnungspapier der DIN-A4 Größe (Breite: 210 mm) verwendet. Die Länge der wärmeerzeugenden Walze 1 in die Richtung der Drehachse ist auf 240 mm eingestellt, die Länge des äußeren Umfangsabschnitts der Anregungsspule 5 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 ist auf 200 mm eingestellt, die Länge des inneren Umfangsab schnitts der Anregungsspule 5 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 ist auf 170 mm eingestellt, und die Länge des Rückflächenkerns 9 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 ist auf 220 mm eingestellt. Ein Lager 3 (siehe 2), das als Trägerelement der wärmeerzeugenden Walze 1 dient, besteht aus Stahl, der ein magnetisches Material ist. Der Raum zwischen dem Lager 3 und dem Rückflächenkern 9 ist 10 mm und somit größer als der Raum zwischen dem Rückflächenkern 9 und der wärmeerzeugenden Walze 1.
Andere Konfigurationen sind dieselben wie in der ersten Ausführungsform.
In der Folge wird ein Betrieb der Fixierungsvorrichtung beschrieben, die wie oben erwähnt konfiguriert ist.
Durch Bereitstellung des Rückflächenkerns 9 wird die Induktivität der Anregungsspule 5 erhöht und die elektromagnetische Kopplung zwischen der Anregungsspule 5 und der wärmeerzeugenden Walze 1 wird ausgezeichnet. Folglich wird R in der äquivalenten Schaltung von 4 groß. Daher ist es möglich, mit demselben Spulenstrom eine größere Menge an elektrischer Energie an die wärmeerzeugende Walze 1 anzulegen. Daher ist es möglich, durch die Verwendung einer kostengünstigen Anregungsschaltung 6 mit einem geringen Durchschlagstrom und einer geringen Durchschlagspannung (siehe 2), eine Fixierungsvorrichtung mit einer kurzen Aufwärmzeit bereitzustellen.
Wie durch die gebrochene Linie M in 5 dargestellt ist, durchdringt ferner der gesamte Magnetfluss an der Rückflächenseite der Anregungsspule 5 die Innenseite des Rückflächenkerns 9, und es ist möglich, ein Auslecken des Magnetflusses nach rückwärts zu verhindern. Dadurch ist es möglich, die Wärmeerzeugung aufgrund der elektromagnetischen Induktion des peripheren leitenden Materials zu verhindern und gleichzeitig eine unnötige Strahlung elektromagnetischer Wellen zu verhindern.
Da die in Umfangsrichtung gewickelten gebündelten Drähte nicht überlagert sind, befinden sich ferner alle gebündelten Drähte der Anregungsspule 5 in der Nähe der wärmeerzeugenden Walze 1. Daher kann ein Magnetfluss, der von dem Spulenstrom erzeugt wird, noch effizienter zu der wärmeerzeugenden Walze 1 übertragen werden.
Da in dieser Ausführungsform die Anregungsspule 5 und der Rückflächenkern 9 außerhalb der wärmeerzeugenden Walze 1 (dem wärmeerzeugenden Abschnitt) bereitgestellt sind, ist es möglich, einen Anstieg der Temperatur der Anregungsspule 5 usw. aufgrund der Temperatur des wärmeerzeugenden Abschnitts zu verhindern. Daher ist es möglich, die Menge an Wärmeerzeugung stabil zu halten. Da insbesondere die Anregungsspule 5 und der Rückflächenkern 9 verwendet werden, die eine größere Querschnittsfläche als die Oberfläche senkrecht zu der Drehachse im Inneren der wärmeerzeugenden Walze 1 haben, ist es möglich, eine Kombination aus der wärmeerzeugenden Walze 1 mit einer geringen thermischen Kapazität, der Anregungsspule 5, deren Wicklungsanzahl hoch ist, und einer passenden Menge an Ferrit (dem Rückflächenkern 9) zu verwenden. Daher ist es möglich, viel mehr elektrische Energie an die wärmeerzeugende Walze 1 mit einem vorbestimmten Spulenstrom anzulegen, während die thermische Kapazität der Fixierungsvorrichtung unterdrückt wird.
In dieser Ausführungsform nimmt, wie zuvor erwähnt, die Länge jedes Teils in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 in der folgenden Reihenfolge zu: innerer Umfangsabschnitt der Anregungsspule 5, äußerer Umfangsabschnitt der Anregungsspule 5, Aufzeichnungspapier maximaler Breite, Rückflächenkern 9 und wärmeerzeugende Walze 1. Ebenso ist die Länge des äußeren Umfangsabschnitts der Anregungsspule 5 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 kleiner eingestellt als die Breite des Aufzeichnungspapiers maximaler Breite, während die Länge des Rückflächenkerns 9 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 größer eingestellt ist als die Breite des Aufzeichnungspapiers maximaler Breite. Selbst wenn daher die Anregungsspule 5 etwas ungleichförmig gewickelt ist, ist es möglich, das Magnetfeld, das von der Anregungsspule 5 zu der wärmeerzeugenden Walze 1 reicht, in Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 gleichförmig zu machen. Daher kann die Verteilung der Wärmeerzeugung der wärmeerzeugenden Walze 1 in dem Abschnitt, in dem das Aufzeichnungspapier durchläuft, gleichförmig gemacht werden. Dadurch ist es möglich, die Temperaturverteilung an dem Fixierungsabschnitt gleichförmig zu machen, und somit kann ein stabiler Fixierungsvorgang erhalten werden. Ferner ist es möglich, die Länge der wärmeerzeugenden Walze 1 in der Richtung ihrer Drehachse und die Länge der Anregungsspule 5 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 zu kürzen, während die Verteilung der Wärmeerzeugung der wärmeerzeugenden Walze 1 gleichförmig gemacht wird, und es ist auch möglich, eine Miniaturisierung der Vorrichtung zu verwirklichen und gleichzeitig die Kosten zu senken. Da die Länge des Rückflächenkerns 9 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 kürzer ist als die Länge der wärmeerzeugenden Walze 1 in die Richtung ihrer Drehachse, ist es ferner möglich, einen Anstieg der Wirbelstromdichte an der Endfläche der wärmeerzeugenden Walze 1 zu verhindern und eine übermäßige Erhöhung der Wärmeerzeugung an der Endfläche der wärmeerzeugenden Walze 1 zu verhindern.
Für das Lager 3 (siehe 2), welches ein Trägerelement der wärmeerzeugenden Walze 1 ist, wird zur Gewährleistung der mechanischen Festigkeit, wie zuvor erwähnt, ferner allgemein Stahl mit Magnetismus verwendet. Daher wird der Magnetfluss, der durch den Spulenstrom erzeugt wird, von dem Lager 3 leicht angezogen. Somit wird Wärme erzeugt, wenn der Magnetfluss das Lager 3 durchdringt. Daher wird die Rate der Übertragung der elektromagnetischen Energie zu der wärmeerzeugenden Walze 1 verringert und gleichzeitig wird die Temperatur des Lagers 3 erhöht, wodurch die Lebensdauer des Lagers 3 verkürzt wird. Da in dieser Ausführungsform, wie zuvor erwähnt, der Abstand zwischen dem Lager 3 und der Endfläche des Rückflächenkerns 9 größer eingestellt ist als der Abstand zwischen dem Rückflächenkern 9 und der wärmeerzeugenden Walze 1, wird der Magnetfluss, der den Rückflächenkern 9 durchdringt, nicht zu dem Lager 3 geleitet. Der Großteil durchdringt die wärmeerzeugende Walze 1. Dadurch ist es möglich, die elektromagnetische Energie, die der Anregungsspule 5 bereitgestellt wird, effizient zu der wärmeerzeugenden Walze 1 zu übertragen, und gleichzeitig zu verhindern, dass Wärme vom Lager 3 abgestrahlt wird.
Es ist zufriedenstellend, dass der Abstand zwischen dem Lager 3 und dem Rückflächenkern 9 (in dieser Ausführungs form 10 mm) größer ist als der Abstand zwischen dem Rückflächenkern 9 und der wärmeerzeugenden Walze 1 (in dieser Ausführungsform 5,5 mm). Es ist wünschenswert, dass der erstgenannte Abstand zweimal größer als der letztgenannte Abstand ist.
Da die Dicke des Rückflächenkerns 9 gleichförmig ist, wird ferner Wärme nicht lokal im Inneren des Rückflächenkerns 9 gespeichert. Da nichts verhindert, dass Wärme von dem äußeren Umfangsabschnitt des Rückflächenkerns 9 abgestrahlt wird, ist es ferner möglich, eine rasche Verringerung der gesamten magnetischen Durchlässigkeit aufgrund der Verringerung der Sättigungsmagnetflussdichte des Rückflächenkerns 9 durch einen Temperaturanstieg durch die Wärmespeicherung zu verhindern. Dadurch kann die Temperatur der wärmeerzeugenden Walze 1 über einen langen Zeitraum stabil bei der vorbestimmten Temperatur gehalten werden.
[Dritte Ausfüh rungsform]
7 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform sind Elemente mit derselben Konfiguration und derselben Funktion wie in der zweiten Ausführungsform mit denselben Bezugzahlen versehen, und deren Beschreibung fehlt aus diesem Grund.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform, wie in 7 dargestellt ist, darin, dass sich der Rückflächenkern 9 zu dem Bereich erstreckt, in dem die Anregungsspule 5 nicht vorhanden ist, und ein "gegenüberliegender Abschnitt F" der wärmeerzeugenden Walze 1 gegenüberliegt, ohne dass die Anregungsspule 5 zwischen dem Rückflächenkern 9 und der wärmeerzeugenden Walze 1 liegt. In der Folge wird der Abschnitt, der der wärmeerzeugenden Walze 1 über die Anregungsspule 5 in dem Rückflächenkern 9 gegenüberliegt, als "magnetisch durchlässiger Abschnitt T" bezeichnet. Ferner hat der Querschnitt des Rückflächenkerns 9 eine Form, in der der Zylinder in der Achsenrichtung mit einem Winkel von 180° abgeschnitten ist.
In diesem Fall kann der Magnetpfad aus mehr Ferrit (Rückflächenkern 9) bestehen. Daher ist ein Luftabschnitt mit einer geringen magnetischen Durchlässigkeit, in dem der Magnetfluss, der von dem Spulenstrom erzeugt wird, hindurchgeht, auf den schmalen Spaltabschnitt zwischen der wärmeerzeugenden Walze 1 und dem Rückflächenkern 9 beschränkt. Daher ist die Induktivität der Anregungsspule 5 erhöht und annähernd alle Magnetflüsse, die von dem Spulenstrom erzeugt werden, können zu der wärmeerzeugenden Walze 1 geleitet werden. Dadurch ist es möglich, eine ausgezeichnete elektromagnetische Kopplung zwischen der wärmeerzeugenden Walze 1 und der Anregungsspule 5 zu erhalten, und R in der äquivalenten Schaltung von 4 ist größer. Dadurch kann selbst bei demselben Spulenstrom mehr elektrische Energie an die wärmeerzeugende Walze 1 angelegt werden.
Wie durch eine gebrochene Linie M in 7 dargestellt ist, geht ferner der Magnetfluss, der von dem Rückflächenkern 9 zu der wärmeerzeugenden Walze 1 führt, durch den gegenüberüberliegenden Abschnitt F. Die Länge des gegenüberüberliegenden Abschnitts F entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 ist dieselbe wie die Länge des Rückflächenkerns 9 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 und ist länger als die Breite des Aufzeichnungspapiers. Daher tritt in dem Abschnitt, wo das Aufzeichnungspapier durchläuft, der Magnetfluss gleichförmig von dem gegenüberüberliegenden Abschnitt F ein. Daher ist es möglich, den Bereich gleichförmig zu erwärmen, der zur Fixierung der wärmeerzeugenden Walze 1 erforderlich ist.
In dieser Ausführungsform ist die Anregungsspule 5 an der der wärmeerzeugenden Walze 1 gegenüberliegenden Seite des Rückflächenkerns 9 angeordnet. Wie in 8 dargestellt ist, kann die Anregungsspule 5 jedoch durch Verlängerung und Wicklung der gebündelten Drähte in Umfangsrichtung in die Achsenrichtung des halbzylindrischen Rückflächenkerns 9 und Wickeln der gebündelten Drähte entlang der Umfangsrichtung des Rückflächenkerns 9 konfiguriert werden. In diesem Fall durchdringt der Magnetfluss, der von dem Spulenstrom erzeugt wird, nicht nur die Seite der Anregungsspule 5 der wärmeerzeugenden Walze 1, sondern auch die Seite der Druckwalze der wärmeerzeugenden Walze 1 (siehe die gebrochene Linie M' in 8). Dadurch wird die gesamte wärmeerzeugende Walze 1 erwärmt. Daher ist es möglich, die gesamte Menge an Wärmeerzeugung mit demselben Spulenstrom zu erhöhen. Da die Querschnittsfläche, wo der Magnetfluss durchdringt, vergrößert ist, ist ferner der Magnetfluss nicht über der Sättigungsmagnetflussdichte der wärmeerzeugenden Walze 1, selbst wenn ein stärkerer Magnetfluss die wärmeerzeugende Walze 1 durchdringen kann. Da es möglich ist, den Magnetfluss am Durchgang durch einen Raum zu hindern, der nicht die wärmeerzeugende Walze 1 ist, wird daher die wärmeerzeugende Walze 1 effizient mittels elektromagnetischer Induktion erwärmt.
[Vierte Ausführungsform]
9 ist eine Querschnittansicht, die einen Bildformungsapparat zeigt, der eine Bilderwärmungsvorrichtung als Fixierungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet; 10A ist eine Querschnittansicht, die eine Fixierungsvorrichtung als eine Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 11 ist eine Projektionsansicht, die den wärmeerzeugenden Abschnitt aus 10A, aus der Richtung des Pfeils G gesehen, zeigt; und 12 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt in einer Oberfläche zeigt, die eine Drehachse einer wärmeerzeugenden Walze und die Mitte einer Anregungsspule enthält.
In 9 bezeichnet die Bezugzahl 11 einen elektrofotografischen Fotorezeptor (in der Folge als "fotoempfindliche Trommel" bezeichnet). Während diese fotoempfindliche Trommel 11 zur Drehung bei der vorbestimmten Umfangsgeschwindigkeit in die Pfeilrichtung angetrieben wird, wird ihre Oberfläche durch eine Ladevorrichtung 12 homogen auf ein negatives Dunkelpotenzial V0 geladen. Die Bezugzahl 13 bezeichnet einen Laserstrahl-Scanner. Der Laserstrahl-Scanner gibt einen Laserstrahl 14 aus, der in Übereinstimmung mit einem elektrischen digitalen Zeitserien-Pixelsignal einer Bildinformationseingabe von einer Hostvorrichtung (in den Zeichnungen nicht dargestellt) moduliert ist, wie einer Bildlesevorrichtung oder einem Computer usw.. Die Oberfläche der geladenen fotoempfindlichen Trommel 11 wird mit diesem Laserstrahl 14 abgetastet und belichtet. Dadurch wird in dem belichteten Abschnitt der fotoempfindlichen Trommel 11 das absolute Potenzial auf das Lichtpotential VL verringert und somit wird ein elektrostatisches latentes Bild erzeugt. Dieses latente Bild wird mit negativ geladenem Toner unter Verwendung einer Entwicklungsvorrichtung 15 entwickelt und manifestiert.
Die Entwicklungsvorrichtung 15 ist mit einer Entwicklungswalze 16 bereitgestellt, die zur Drehung angetrieben wird. Die Entwicklungswalze 16 liegt der fotoempfindlichen Trommel 1 gegenüber. An einer äußeren Umfangsfläche der Entwicklungswalze 16 ist eine dünne Tonerschicht gebildet. Eine Entwicklungsvorspannung, deren Absolutwert geringer als das Dunkelpotenzial V0 und höher als das Lichtpotenzial VL der fotoempfindlichen Trommel 11 ist, wird an die Entwicklungswalze 16 angelegt. Der Toner auf der Entwicklungswalze 16 wird somit nur auf den Abschnitt der fotoempfindlichen Trommel 11 mit dem Lichtpotenzial VL übertragen, wodurch das elektrostatische latente Bild manifestiert wird.
Andererseits wird Aufzeichnungspapier 8 einzeln von einem Papiervorschubabschnitt 17 über ein Resistwalzenpaar 18 einem Spaltabschnitt, der zwischen der fotoempfindlichen Trommel 11 und einer Übertragungswalze 19 ausgebildet ist, mit einer passenden Zeitsteuerung synchron mit der Drehung der fotoempfindlichen Trommel 11 zugeführt. Dann wird das Tonerbild auf der fotoempfindlichen Trommel 11 anschließend durch die Übertragungswalze 19, an die eine Übertragungsvorspannung angelegt wird, auf das Aufzeichnungspapier 8 übertragen. Sobald sich das Aufzeichnungspapier 8 von der fotoempfindlichen Trommel 11 getrennt hat, wird die Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 11 mit einer Reinigungsvorrichtung 20 gereinigt, die restliches Material, wie verbleibenden Toner, entfernt, so dass die fotoempfindliche Trommel 11 wiederholt für die folgende Bildformung verwendet werden kann.
Die Bezugzahl 21 bezeichnet eine Papierfixierungsführung, die das Aufzeichnungspapier 8, auf das das Tonerbild übertragen wurde, zu einer Fixierungsvorrichtung 22 führt. Sobald sich das Aufzeichnungspapier 8, das das übertragene Tonerbild trägt, von der fotoempfindlichen Trommel 11 getrennt hat, wird es der Fixierungsvorrichtung 22 zugeleitet, wodurch das übertragene Tonerbild auf dem Aufzeichnungspapier 8 fixiert wird. Die Bezugzahl 23 bezeichnet eine Papierausstoßführung, die das Aufzeichnungspapier 8, das durch die Fixierungsvorrichtung 22 gelaufen ist, aus dem Bildformungsapparat nach außen leitet. Diese Papierfixierungsführung 21 und Papierausstoßführung 23 können aus Harz, wie ABS usw., bestehen. Diese Papierfixierungsführung 21 und Papierausstoßführung 23 werden auch aus einem nicht magnetischen, metallischen Material, wie Aluminium usw., hergestellt. Das Aufzeichnungspapier 8 wird nach der Fixierung des Toners dann an ein Papierausgabefach 24 ausgegeben.
Die Bezugzahl 25 bezeichnet eine Bodenplatte des Bildformungsapparats, 26 bezeichnet eine obere Platte des Hauptkörpers des Bildformungsapparats, und 27 bezeichnet ein Hauptkörpergehäuse. Diese Elemente sorgen gemeinsam für eine Festigkeit des Hauptkörpers des Bildformungsappa rats. Diese Elemente bestehen aus galvanisiertem Material, das als Basis einen Stahl umfasst, der ein magnetisches Material ist.
Die Bezugzahl 28 bezeichnet ein Kühlgebläse, das einen Luftstrom im Inneren des Apparats erzeugt. Die Bezugzahl 29 bezeichnet eine Spulenabdeckung, die als Abschirmungselement dient, das aus einem nicht magnetischen, metallischen Material, wie Aluminium, besteht. Diese Spulenabdeckung 29 ist so gebildet, dass sie den Rückflächenkern 9 der Anregungsspule 5 bedeckt (siehe 10A).
Anschließend wird eine Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung dieser Ausführungsform ausführlich beschrieben.
In 10A ist ein dünner Fixierungsriemen 31 ein endloser Riemen mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Dicke von 100 μm, der Polyimidharz als Basis enthält. Die Oberfläche des Fixierungsriemens 31 ist mit einer Schmiermittelschicht (in den Zeichnungen nicht dargestellt) beschichtet, die aus einem Fluorkohlenstoffharz mit einer Dicke von 20 μm zur Verbesserung der Schmierung besteht. Für das Basismaterial kann zusätzlich zu einem Material mit Wärmebeständigkeit, wie Polyimidharz, Fluorkohlenstoffharz oder dergleichen, ein extrem dünnes Metall, das aus galvanoplastischem Nickel usw. besteht, verwendet werden. Ferner kann für die Schmiermittelschicht ein Harz oder Gummi mit ausgezeichneter Schmierwirkung, wie PTFE, PFA, FEP, ein Silikongummi, ein Fluorkohlenstoffgummi usw. alleine oder in Kombination verwendet werden. Wenn der Fixierungsriemen 31 zum Fixieren monochromer Bilder verwendet wird, muss nur die Schmie rung gewährleistet sein. Wenn der Fixierungsriemen 31 jedoch zur Fixierung von Farbbildern verwendet wird, ist es wünschenswert, dass der Fixierungsriemen 31 mit Elastizität versehen ist. In diesem Fall ist es notwendig, eine dickere Gummischicht zu bilden.
Die Anregungsspule 5 als Anregungsmittel besteht aus einem Bündel von 60 Kupferdrähten mit einem Durchmesser von 0,2 mm mit einer isolierten Oberfläche, die sich entlang der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 erstrecken und in Umfangsrichtung entlang der Umfangsrichtung der wärmeerzeugenden Walze 1 gewickelt sind. Die Querschnittsfläche des gebündelten Drahtes, der die isolierende Beschichtung enthält, ist etwa 7 mm².
Wie in 10A bis 12 dargestellt ist, hat die Anregungsspule 5 einen derartigen Querschnitt, dass der Fixierungsriemen 31 bedeckt ist, der um die wärmeerzeugende Walze 1 gewickelt ist. In diesem Fall ist die Anregungsbreite der Anregungsspule 5 in die Richtung, in die sich der Fixierungsriemen 31 bewegt, nicht mehr als der Bereich, in dem der Fixierungsriemen 31 mit der wärmeerzeugenden Walze 1 in Kontakt steht (der Bereich der Wicklung). Wenn in der wärmeerzeugenden Walze 1 ein Abschnitt, wo die Wärme nicht durch den Fixierungsriemen 31 entfernt wird, Wärme erzeugt, steigt die Temperatur der wärmeerzeugenden Walze 1 leicht über die Beständigkeitstemperatur des Materials des Fixierungsriemens 31. Gemäß der Konfiguration dieser Ausführungsform erzeugt jedoch in der wärmeerzeugenden Walze 1 nur der Abschnitt Wärme, wo der Fixierungsriemen 31 mit der wärmeerzeugenden Walze 1 in Kontakt steht, und es ist möglich, einen anomalen Anstieg der Temperatur der wärmeerzeugenden Walze 1 zu verhindern. Ferner sind die gebündelten Drähte nur an den beiden Endabschnitten der Anregungsspule 5 überlagert (an beiden Endabschnitten in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1) und neunmal in Umfangsrichtung in dem Zustand, in dem sie in engem Kontakt miteinander stehen, entlang der Umfangsrichtung der wärmeerzeugenden Walze 1 gewickelt. Die beiden Endabschnitte der Anregungsspule 5 in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 werden in einen Zustand angehoben, in dem die gebündelten Drähte in zwei Reihen überlagert sind. Mit anderen Worten, die Anregungsspule 5 ist insgesamt in einer Sattelform gebildet. Daher ist es möglich, die wärmeerzeugende Walze 1 gleichmäßig in einem breiteren Bereich in der Richtung ihrer Drehachse zu erwärmen. Da die gebündelten Drähte, die an beiden Endabschnitten der Anregungsspule 5 überlagert sind, mit zunehmendem Abstand von der wärmeerzeugenden Walze 1 beabstandet sind, ist es möglich, einen zu hohen lokalen Anstieg der Temperatur beider Endabschnitte der wärmeerzeugenden Walze 1 aufgrund der Konzentration eines Wirbelstroms zu verhindern.
Der Rückflächenkern 9 enthält einen C-förmigen Kern 32 und einen Mittelkern 33. Der C-förmige Kern 32 hat eine Breite von 10 mm und die sieben C-förmigen Kerne 32 sind mit einem Abstand von 25 mm in die Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 angeordnet. Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, einen Magnetfluss aufzufangen, der nach außen leckt. Ferner befindet sich der Mittelkern 33 im Zentrum der Wicklung der Anregungsspule 5 und bildet einen konvexen Abschnitt in Bezug auf den C-förmigen Kern 32. Das heißt, der Mittelkern 33 bildet einen angrenzenden Abschnitt N zu der wärmeerzeugenden Walze 1 in dem gegenüberliegenden Abschnitt F des Rückflächenkerns 9 (siehe 13). Der Mittelkern 33 hat eine Querschnittsfläche von 3 mm × 10 mm.
Zusätzlich kann der Mittelkern 33 in mehrere Abschnitt in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 geteilt sein, um den Herstellungsprozess von Ferrit zu erleichtern. Ferner kann der Mittelkern 33 in den C-förmigen Kern 32 integriert werden. Ferner kann der Mittelkern 33 in den C-förmigen Kern 32 integriert werden und in mehrere Abschnitte in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 geteilt werden.
Die Bezugzahl 34 bezeichnet ein wärmeisolierendes Element von 1 mm Dicke, das aus Harz mit hoher Beständigkeitstemperatur besteht, wie einem PEEK-Material oder PPS usw.. An beiden Endabschnitten des wärmeisolierenden Elements 34 sind Halteabschnitte 34a für beide Enden zum Halten erhabener Abschnitte an beiden Endabschnitten der Anregungsspule 5 in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 bereitgestellt. Dadurch kann verhindert werden, dass die erhabenen Abschnitte an beiden Endabschnitten der Anregungsspule 5 herabfallen, und es kann die Außenposition der Anregungsspule 5 bestimmt werden.
Das Material des Rückflächenkerns 9 ist dasselbe wie in der zweiten Ausführungsform. Die Form des Querschnitts des Rückflächenkerns 9 einschließlich des C-förmigen Kerns 32 und die Form der wärmeerzeugenden Walze 1 sind auch dieselben wie in der oben genannten zweiten Ausführungsform mit Ausnahme des Mittelkerns 33. Daher ist, ebenso wie in der oben genannten zweiten Ausführungsform, die Querschnittsfläche der Anregungsspule 5, die den Rückflächenkern 9 enthält, größer als die Querschnittsfläche der Oberfläche senkrecht zu der Drehachse im Inneren der wärmeerzeugenden Walze 1.
Der Wechselstrom, der von der Anregungsschaltung 6 (siehe 2) an die Anregungsspule 5 angelegt wird, ist derselbe wie in der oben genannten ersten Ausführungsform. Der Wechselstrom, der an die Anregungsspule 5 angelegt wird, wird durch das Temperatursignal gesteuert, das von dem Temperatursensor erhalten wird, der an der Oberfläche des Fixierungsriemens 31 bereitgestellt ist, so dass die Temperatur des Fixierungsriemens 31 auf 190°C eingestellt wird, die eine vorbestimmte Fixierungstemperatur ist.
Wie in 10A dargestellt ist, hängt der Fixierungsriemen 31 mit einer vorbestimmten Zugkraft zwischen der wärmeerzeugenden Walze 1 mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Fixierungswalze 35 mit einem Durchmesser von 20 mm mit geringer Wärmeleitfähigkeit, deren Oberfläche aus einem geschäumten Silikongummi mit geringem Härtegrad (JIS A30) besteht, und ist drehbar in die Richtung des Pfeils B bewegbar. Hier sind an beiden Enden der wärmeerzeugenden Walze 1 Rippen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) bereitgestellt, die ein Verschlingen des Fixierungsriemens 31 verhindern. Ferner wird eine Druckwalze 4 als Druckmittel gegen die Fixierungswalze 35 über den Fixierungsriemen 31 gepresst, wodurch ein Spaltabschnitt gebildet wird.
In dieser Ausführungsform wird ein Aufzeichnungspapier von DIN-A4 Größe (Breite: 210 mm) als Aufzeichnungspapier maximaler Breite verwendet. Die Breite des Fixierungsrie mens ist auf 230 mm eingestellt, die Länge der wärmeerzeugenden Walze 1 in der Richtung der Drehachse ist auf 260 mm eingestellt, die Länge der äußersten Kanten des Rückflächenkerns 9 in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 ist auf 225 mm eingestellt, die Länge der in Umfangsrichtung gewickelten Anregungsspule 5 an dem äußeren Umfangsabschnitt entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 ist auf 245 mm eingestellt, und die Länge des wärmeisolierenden Elements 34 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 ist auf 250 mm eingestellt.
In dieser Ausführungsform sind die Anregungsspule 5, der Rückflächenkern 9 und die wärmeerzeugende Walze 1 wie oben erwähnt konfiguriert, und die Anregungsspule 5 erwärmt die wärmeerzeugende Walze 1 mittels elektromagnetischer Induktion. In der Folge wird der Mechanismus unter Bezugnahme auf 13 beschrieben.
Wie in 13 dargestellt, tritt der Magnetfluss, der durch den Spulenstrom erzeugt wird, von dem gegenüberliegenden Abschnitt F des Rückflächenkerns 9 in die wärmeerzeugende Walze 1. In diesem Fall durchdringt der Magnetfluss, der durch den Spulenstrom erzeugt wird, aufgrund des Magnetismus der wärmeerzeugenden Walze 1 die wärmeerzeugende Walze 1 in deren Umfangsrichtung, wie durch eine gebrochene Linie M in 13 dargestellt ist. Dann bildet dieser Magnetfluss eine große Schleife von dem Mittelkern 33, der der angrenzende Abschnitt N zu der wärmeerzeugenden Walze des Rückflächenkerns 9 ist, über den magnetisch durchlässigen Abschnitt T und wiederholt die Erzeugung und Annullierung. Der induzierte Strom, der aufgrund der Änderungen in einem Zustand des Magnetflus ses erzeugt wird, erzeugt eine Joule-Wärme, wie in der ersten Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform sind, wie in 11 dargestellt ist, mehrere schmale C-förmige Kerne 32 in regelmäßigen Abständen in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 angeordnet. In dieser Konfiguration wird der Magnetfluss, der in die Umfangsrichtung an der Rückseite der Anregungsspule 5 fließt, in dem Abschnitt des C-förmigen Kerns 32 konzentriert und fließt nicht in der Luft zwischen den benachbarten C-förmigen Kernen 32. Daher neigt der Magnetfluss, der in die wärmeerzeugende Walze 1 eintritt, dazu, an den Abschnitten konzentriert zu werden, in welchen die C-förmigen Kerne 32 vorhanden sind. Daher neigt die Wärmeerzeugung der wärmeerzeugenden Walze 1 in dem Abschnitt, der den C-förmigen Kernen 32 gegenüberliegt, zu einem Anstieg. Da in dieser Ausführungsform jedoch der Mittelkern 33, der den angrenzenden Abschnitt N im Zentrum der Wicklung der Anregungsspule 5 bildet, kontinuierlich in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 bereitgestellt ist, fließt der Magnetfluss, der von dem gegenüberliegenden Abschnitt F des C-förmigen Kerns 32 in die wärmeerzeugende Walze 1 eintritt, auch in der wärmeerzeugenden Walze 1 in Richtung der Drehachse und somit wird dessen Verteilung gleichmäßig. Daher kann die Ungleichmäßigkeit der Menge an Wärmeerzeugung der wärmeerzeugenden Walze 1 gemildert werden.
Die Bewegung, in der der Magnetfluss des magnetisch durchlässigen Abschnitts T von dem gegenüberliegenden Abschnitt F des C-förmigen Kerns 32 zu einem anderen gegenüberliegenden Abschnitt F geführt wird, steht nicht direkt mit der Verteilung des Magnetflusses in Zusammenhang, der in die wärmeerzeugenden Walze 1 eintritt. Daher ist die Konfiguration, in der der magnetisch durchlässige Abschnitt T und der gegenüberliegende Abschnitt F getrennt sind, effektiv, wenn die Form des Rückflächenkerns 9 optimiert wird. Die magnetisch durchlässigen Abschnitte T müssen nicht in der Richtung der Achse gleichförmig sein, solange die gegenüberliegenden Abschnitte F in der Richtung der Achse so gleichförmig wie möglich sind.
Da der angrenzende Abschnitt N zu der wärmeerzeugenden Walze 1 bereitgestellt wird, indem der Mittelkern 33 als konvexer Abschnitt in Bezug auf den C-förmigen Kern 32 gestaltet wird, kann der Magnetpfad aus einer größeren Menge an Ferrit gebildet werden. Daher ist der Luftabschnitt mit geringer magnetischer Durchlässigkeit, durch den der Magnetfluss fließt, der durch den Spulenstrom erzeugt wird, auf den schmalen Lückenabschnitt zwischen der wärmeerzeugenden Walze 1 und dem Rückflächenkern 9 begrenzt. Da die Induktivität der Anregungsspule 5 weiter erhöht ist und eine größere Menge von Magnetflüssen, die durch den Spulenstrom erzeugt werden, zu der wärmeerzeugenden Walze 1 geleitet werden kann, ist es daher möglich, eine ausgezeichnete elektromagnetische Kopplung zwischen der wärmeerzeugenden Walze 1 und der Anregungsspule 5 zu erreichen. Dadurch kann selbst mit demselben Spulenstrom mehr elektrische Energie an die wärmeerzeugende Walze 1 angelegt werden. Da der Magnetfluss, der durch den Spulenstrom erzeugt wird, unweigerlich durch das Zentrum der Wicklung der Anregungsspule 5 geht, kann durch Anordnen des angrenzenden Abschnitts N, das heißt, der Mittelkerne 33, die kontinuierlich in die Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 bereitgestellt sind, im Zentrum der Wicklung der Anregungsspule 5 der Magnetfluss, der durch den Spulenstrom erzeugt wird, effizient zu der wärmeerzeugenden Walze 1 geführt werden.
Die Querschnittsfläche des C-förmigen Kerns 32 in der Umfangsrichtung des magnetisch durchlässigen Abschnitts T ist so eingestellt, dass die Dichte der Magnetflüsse, die von der Anregungsspule 5 ausgehen, nicht über der maximalen Magnetflussdichte des Materials des C-förmigen Kerns 32 liegt. Diese Magnetflussdichte ist auf maximal etwa 80% der Sättigungsmagnetflussdichte von Ferrit eingestellt. Die Rate der maximalen Magnetflussfichte zu der Sättigungsmagnetflussdichte ist auf 100% oder weniger eingestellt, vorzugsweise in der praktischen Verwendung auf 50% bis 85%. Wenn diese Rate zu hoch ist, kann aufgrund der Ungleichmäßigkeit der Umgebung oder der Elemente die maximale Magnetflussdichte über der Sättigungsmagnetflussdichte liegen. In einem solchen Fall fließt der Magnetfluss an der Rückseite des Rückflächenkerns 9 und erwärmt die Elemente hinter dem Rückflächenkern 9. Wenn diese Rate im Gegensatz dazu zu gering ist, wird mehr teures Ferrit als notwendig verwendet, wodurch die Vorrichtung teuer wird.
Da die Breite der C-förmigen Kerne 32 gleichförmig ist und die Vielzahl an C-förmigen Kernen 32 mit einem großen Abstand in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 angeordnet ist, wird ferner keine Wärme in dem Rückflächenkern 9 und der Anregungsspule 5 gespeichert. Da nichts verhindert, dass Wärme von dem äußeren Umfang des Rückflächenkerns 9 und der Anregungsspule 5 abgestrahlt wird, ist es ferner möglich, die rasche Verringerung der gesamten magnetischen Durchlässigkeit, die durch die Verringerung der Sättigungsmagnetflussdichte von Ferrit des Rückflächenkerns 9 aufgrund des Temperaturanstiegs durch Wärmespeicherung verursacht wird, zu verhindern. Ferner ist es möglich, einen Kurzschluss der Drähte zu verhindern, weil die isolierende Beschichtung der Drähte schmilzt. Dadurch kann die Temperatur der wärmeerzeugenden Walze 1 für einen langen Zeitraum stabil bei der vorbestimmten Temperatur gehalten werden.
Da die Anregungsspule 5 auf eine Weise gebildet ist, dass die gebündelten Drähte an beiden Endabschnitten in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 überlagert sind, kann die Anregungsspule 5 gleichförmig in einen weiteren Bereich in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 verlängert werden. Dadurch wird es möglich, die Verteilung der Wärmeerzeugung der wärmeerzeugenden Walze 1 gleichförmig zu machen. Da es im Gegensatz dazu möglich ist, die Breite beider Endabschnitte der Anregungsspule 5 in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 zu verringern, während der Bereich mit der gleichförmigen Verteilung der Wärmeerzeugung gesichert ist, kann die gesamte Vorrichtung miniaturisiert werden.
Ferner nimmt in dieser Ausführungsform die Länge jedes Teils in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 in der folgenden Reihenfolge zu: Aufzeichnungspapier maximaler Breite, Rückflächenkern 9, Fixierungsriemen 31, äußerer Umfangsabschnitt der Anregungsspule 5, wärmeisolierendes Element 34 und wärmeerzeugende Walze. Das heißt, die Länge des wärmeisolierenden Elements 34 ist länger als die Länge der Anregungsspule 5 und die Länge des Rückflächenkerns 9. Da der Rückflächenkern 9 gegenüber der wärmeerzeugenden Walze 1 und dem Fixierungsriemen 31 über das wärmeisolierende Element 34 angeordnet ist, ist es möglich, einen Anstieg der Temperatur des Rückflächenkerns 9 zu verhindern, selbst wenn der Rückflächenkern 9 näher zu der wärmeerzeugenden Walze 1 liegen kann. Ferner kann verhindert werden, dass Kühlluft mit dem Fixierungsriemen 31 in Kontakt kommt und den Fixierungsriemen 31 kühlt.
Da die Breite des Fixierungsriemens 31 länger als die Länge des Rückflächenkerns 9 in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 ist, wird ferner der Abschnitt der wärmeerzeugenden Walze 1, der sich nicht mit dem Fixierungsriemen 31 in Kontakt befindet, nicht erwärmt. Folglich kann verhindert werden, dass die Temperatur dieses Abschnitts der wärmeerzeugenden Walze 1 zu sehr erhöht wird.
Durch die Bereitstellung der Spulenabdeckung 29 kann ferner verhindert werden, dass eine geringe Menge eines Magnetflusses, die zu der Rückseite des Rückflächenkerns 9 leckt, oder die hochfrequente elektromagnetische Welle, die von der Anregungsspule 5 erzeugt wird, zu der Innenseite und Außenseite des Apparats übertragen wird. Dadurch kann verhindert werden, dass elektrische Schaltungen, die sich an der Innenseite und Außenseite des Apparats befinden, aufgrund elektromagnetischen Rauschens falsch betrieben werden.
Da der Raum, der von der Spulenabdeckung 29 und dem wärmeisolierenden Element 34 umgeben ist, als Luftweg dient, wo die Luft von dem Kühlgebläse 28 strömt, können ferner die Anregungsspule 5 und der Rückflächenkern 9 ohne Kühlung der wärmeerzeugenden Walze 1 und des Fixierungsriemens 31 gekühlt werden.
Ferner ist der kleinste Raum zwischen der Anregungsspule 5 und dem magnetischen Element, wie der Bodenplatte 25 des Hauptkörpers des Bildformungsapparats, der oberen Platte 26 des Hauptkörpers des Bildformungsapparats und dem Hauptkörpergehäuse 27, auf 20 mm eingestellt. Daher kann verhindert werden, dass der Magnetfluss, der die Innenseite des Rückflächenkerns 9 durchdringt, von einem anderen Ort als dem gegenüberliegenden Abschnitt F zu der Außenseite der Anregungsspule 5 freigesetzt wird und in das magnetische Element, wie das Hauptkörpergehäuse 27 und dergleichen, eindringt. Dadurch kann die elektromagnetische Energie, die der Anregungsspule 5 bereitgestellt wird, effizient an die wärmeerzeugende Walze 1 angelegt werden, ohne die Elemente des Apparats unnötig zu erwärmen. Obwohl der kleinste Raum zwischen der Anregungsspule 5 und dem magnetischen Elemente, wie dem Hauptkörpergehäuse 27 und dergleichen, auf 20 mm eingestellt ist, ist es möglich, ein Auslecken des Magnetflusses zu der Rückseite der Anregungsspule 5 zu verhindern, wenn der Raum zwischen dem Rückflächenkern 9 und dem magnetischen Element, wie dem Hauptkörpergehäuse 27 und dergleichen, nicht kleiner als der Raum zwischen dem Rückflächenkern 9 und der wärmeerzeugenden Walze 1 ist, oder wünschenswerter nicht kleiner als 1,5-mal der Raum zwischen dem Rückflächenkern 9 und der wärmeerzeugenden Walze 1 ist. Da in dieser Ausführungsform die Papierfixierungsführung 21 und die Papierausstoßführung 23, die sich der Fixierungsvorrichtung 22 nähern, aus Harz bestehen, kann ein ausreichender Raum zwischen dem Rückflächenkern 9 und dem anderen magnetischen Element leicht gesichert werden.
Ferner ist in dieser Ausführungsform die wärmeerzeugende Walze 1 (der wärmeerzeugende Abschnitt) im Inneren des Fixierungsriemens 31 bereitgestellt. Andererseits sind die Anregungsspule 5 und der Rückflächenkern 9 außerhalb des Fixierungsriemens 31 bereitgestellt. Daher ist es möglich, einen Anstieg der Temperatur der Anregungsspule 5 usw. aufgrund der Wirkung der Temperatur des wärmeerzeugenden Abschnitts zu verhindern. Somit kann die Menge an Wärmeerzeugung stabil gehalten werden. Da insbesondere die Anregungsspule 5 und der Rückflächenkern 9 mit einer größeren Querschnittsfläche als die Querschnittsfläche der Oberfläche senkrecht zu der Drehachse der Innenseite der wärmeerzeugenden Walze 1 verwendet werden, ist es möglich, die wärmeerzeugende Walze 1 mit einer geringen thermischen Kapazität, die Anregungsspule 5 mit einer großen Wicklungsanzahl und die passende Menge an Ferrit (den Rückflächenkern 9) in Kombination zu verwenden. Daher ist es möglich, eine größere Menge elektrischer Energie an die wärmeerzeugende Walze 1 mit einem vorbestimmten Spulenstrom anzulegen, während die thermische Kapazität der Fixierungsvorrichtung 22 unterdrückt wird. Dadurch ist es durch die Verwendung einer kostengünstigen Anregungsschaltung 6 mit einem geringen Durchschlagstrom und einer geringen Durchschlagspannung (siehe 2) möglich, die Fixierungsvorrichtung 22 mit einer kurzen Aufwärmzeit zu erhalten. In dieser Ausführungsform war es möglich, die elektrische Energie von 800 W an die wärmeerzeugende Walze 1 mit dem Wechselstrom von der Anregungsschaltung 6, einer effektiven Spannung von 140 V (Spannungsamplitude: 500 V), und einem effektiven Strom von 22 A (Spitzenstrom: 55 A) anzulegen.
Die Anregungsspule 5, die außerhalb der wärmeerzeugenden Walze 1 angeordnet ist, erwärmt die Oberfläche der wärmeerzeugenden Walze 1, so dass der Fixierungsriemen 31 mit dem Abschnitt der wärmeerzeugenden Walze 1 in Kontakt gebracht wird, wo die Menge an Wärmeerzeugung am größten ist. Daher dient der Abschnitt, in dem die Menge an Wärmeerzeugung maximal ist, als Wärmeleitungsabschnitt zu dem Fixierungsriemen 31, der die erzeugte Wärme zu dem Fixierungsriemen 31 ohne Wärmeleitung innerhalb der wärmeerzeugenden Walze 1 leiten kann. Da der wärmeleitende Abstand gering ist, kann dadurch eine Kontrolle ausgeführt werden, die in Bezug auf die Temperaturschwankung des Fixierungsriemens 31 schnell reagieren kann.
Ein Temperatursensor (nicht dargestellt) ist in der Nähe des Abschnitts nach der Kontaktposition bereitgestellt, wo die wärmeerzeugende Walze 1 und der Fixierungsriemen 31 miteinander in Kontakt stehen. Indem die Temperatur dieses Abschnitts konstant gehalten wird, ist es möglich, die Temperatur des Fixierungsriemens 31 konstant zu halten, wenn der Fixierungsriemen 31 in den Spaltabschnitt zwischen der Fixierungswalze 35 und der DruckWalze 4 eintritt. Selbst wenn mehrere Aufzeichnungspapiere 8 kontinuierlich fixiert werden, kann daher die Fixierung stabil ausgeführt werden.
Da die Anregungsspule 5 und der Rückflächenkern 9 im Wesentlichen den halben Umfang der wärmeerzeugenden Walze 1 bedecken, wird ferner ein vollständiger Bereich des Fixierungsriemens 31 und der wärmeerzeugenden Walze 1 erwärmt. Daher kann viel mehr Wärmeenergie, die von der Anregungsspule 5 zu der wärmeerzeugenden Walze 1 mittels elektromagnetischer Induktion übertragen wird, zu dem Fixierungsriemen 31 übertragen werden.
Ferner können in dieser Ausführungsform das Material, die Dicke usw. der wärmeerzeugenden Walze 1 und des Fixierungsriemens 31 unabhängig eingestellt werden. Daher kann als Material und Dicke der wärmeerzeugenden Walze 1 das optimale Material und die optimale Dicke zur Erwärmung mittels elektromagnetischer Induktion der Anregungsspule 5 gewählt werden. Ferner kann als Material und Dicke des Fixierungsriemens 31 das optimale Material und die optimale Dicke zur Fixierung gewählt werden.
In dieser Ausführungsform wird zur Verkürzung der Aufwärmzeit die thermische Kapazität des Fixierungsriemens 31 so klein wie möglich eingestellt, und gleichzeitig werden die Dicke und der Außendurchmesser der wärmeerzeugenden Walze 1 klein eingestellt, um deren thermische Kapazität klein zu machen. Daher könnte der Fixierungsriemen 31 bis zu einer vorbestimmten Temperatur in etwa 15 Sekunden nach dem Beginn der Erwärmung zur Fixierung mit einer elektrischen Energie von 800 W erwärmt werden.
Ferner sind in dieser Ausführungsform die C-förmigen Kerne 32 mit einem gleichförmigen Abstand in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 angeordnet. Dieser Abstand ist jedoch nicht unbedingt gleichförmig, und kann in Übereinstimmung mit den Wärmestrahlungsbedingungen oder dem Vorhandensein oder Fehlen des Kontaktelements, wie des Temperatursensors usw., eingestellt werden, wodurch möglich wird, die Verteilung der Wärmeerzeu gung frei zu gestalten, so dass die Temperaturverteilung gleichförmig ist.
Ferner enthält in dieser Ausführungsform der Rückflächenkern 9 die mehreren C-förmigen Kerne 32 aus Ferrit mit derselben Dicke, die mit einem Abstand in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 angeordnet sind, und den Mittelkern 33 aus Ferrit. Es gibt jedoch keine Einschränkung nur auf diese Konfiguration. Zum Beispiel kann eine Konfiguration, in der ein kontinuierlicher Rückflächenkern 9 in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 angeordnet ist und eine Vielzahl von Löchern in dem Rückflächenkern 9 bereitgestellt ist, verwendet werden. Ferner kann eine Konfiguration, in der eine Vielzahl von Blöcken aus Ferrit unabhängig an der Rückseite der Anregungsspule 5 verteilt sind, verwendet werden.
Ferner besteht in dieser Ausführungsform die Basis des Fixierungsriemens 31 aus Harz. Anstelle von Harz kann jedoch ein ferromagnetisches Metall, wie Nickel usw., verwendet werden. Da in diesem Fall ein Teil der Wärme in dem Fixierungsriemen 31 mittels elektromagnetischer Induktion erzeugt wird und der Fixierungsriemen 31 selbst erwärmt wird, kann die Erwärmungsenergie zu dem Fixierungsriemen 31 effizienter übertragen werden.
Ferner sind in dieser Ausführungsform die Bodenplatte 25 des Hauptkörpers des Bildformungsapparats, die obere Platte 26 des Hauptkörpers des Bildformungsapparats und das Hauptkörpergehäuse 25 aus einem magnetischen Material hergestellt. Anstelle des magnetischen Materials kann jedoch ein Harzmaterial verwendet werden. Da in diesem Fall die Elemente, die dem Hauptkörper des Bildformungsapparats Festigkeit verleihen, eine magnetische Kraftlinie nicht beeinflussen, ist es möglich, diese Elemente in der Nähe des Rückflächenkerns 9 anzuordnen. Dadurch ist eine Miniaturisierung des gesamten Apparats möglich.
Ferner sind in dieser Ausführungsform beide Enden der wärmeerzeugenden Walze 1 von Lagern 3 gestützt. Wie in 14 dargestellt ist, kann die wärmeerzeugende Walze 1 jedoch von Flanschen 36 und einer Mittelachse 37 getragen werden. Hier ist der Flansch 36 an beiden Enden der wärmeerzeugenden Walze 1 bereitgestellt und besteht aus einem wärmebeständigen Harz mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit, wie zum Beispiel Bakelite usw.. Die Mittelachse 37 geht durch beide Flansche 36. Wenn diese Konfiguration verwendet wird, ist es möglich, ein Auslecken von Wärme oder des Magnetflusses aus beiden Enden der wärmeerzeugenden Walze 1 zu verhindern.
Ferner ist in dieser Ausführungsform die Anregungsbreite der Anregungsspule 5 in die Richtung, in die sich der Fixierungsriemen 31 bewegt, auf nicht mehr als den Bereich eingestellt, in dem sich der Fixierungsriemen 31 mit der wärmeerzeugenden Walze 1 in Kontakt befindet (den Bereich der Wicklung). Es gibt jedoch keine Beschränkung auf diese Konfiguration und es ist auch möglich, andere Konfigurationen zu verwenden. Wie in 10B dargestellt ist, kann zum Beispiel die Anregungsbreite der Anregungsspule 5 in die Richtung, in die sich der Fixierungsriemen 31 bewegt, von dem Bereich, in dem sich der Fixierungsriemen 31 mit der wärmeerzeugenden Walze 1 in Kontakt befindet (dem Bereich der Wicklung; Grenzlinie b), zu der Seite der Fixierungswalze 35 erstrecken. Da gemäß dieser Konfiguration im Vergleich zu der Konfiguration, die in 10A dargestellt ist, ein breiterer Bereich der wärmeerzeugenden Walze 1 (Bereich, der durch a in 10B angezeigt ist) erwärmt werden kann, kann eine ausreichende Menge an Wärmeerzeugung erhalten werden, selbst wenn der Spulenstrom gering ist. Ferner wird in diesem Fall, nachdem die Anregungsspule 5 durch Wickeln des gebündelten Drahtes gebildet wurde, der Querschnitt der in Umfangsrichtung gewickelten, gebündelten Drähte im Wesentlichen viereckig gestaltet, um die gebündelten Drähte in engeren Kontakt miteinander zu bringen, indem die Anregungsspule 5 zusammengepresst wird. Da das besetzte Volumen der Anregungsspule 5 verringert werden kann, ist es dadurch möglich, die Wicklungsanzahl der Anregungsspule 5 zu erhöhen. Da die Stromdichte des Spulenstroms erhöht wird, wird dadurch auch die Dichte des Wirbelstroms erhöht, der in der wärmeerzeugenden Walze 1 erzeugt wird. Folglich wird die Menge an Wärmeerzeugung erhöht. Daher ist es möglich, den notwendigen Spulenstrom zu verringern oder den Durchmesser der wärmeerzeugenden Walze 1 zu verringern. Da ein Raum zwischen dem Rückflächenkern 9 und der Anregungsspule 5 erhöht werden kann, ist es ferner möglich, den Temperaturanstieg des Rückflächenkerns 9 zu verhindern, indem die Wärmestrahlung von dem Rückflächenkern 9 unterstützt wird. Da die gebündelten Drähte stärker miteinander in Kontakt stehen, wird ferner eine Adhäsion zwischen den gebündelten Drähten stärker, und die Anregungsspule 5 kann selbst die Form beibehalten. Daher kann der Prozess zum Zusammenbauen der Fixierungsvorrichtung 22 vereinfacht werden.
[Fünfte Ausführungsform]
15 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform sind Elemente mit derselben Konfiguration und derselben Funktion wie in der vierten Ausführungsform mit denselben Bezugzahlen versehen, und deren Beschreibung fehlt aus diesem Grund.
Wie in 15 dargestellt ist, ist in dieser Ausführungsform, anders als in der oben genannten vierten Ausführungsform, in dem gegenüberliegenden Abschnitt F des Rückflächenkerns 9 der Abschnitt, der der wärmeerzeugenden Walze 1 gegenüberliegt, in einem konvexen Abschnitt gebildet, so dass er nahe der wärmeerzeugenden Walze 1 liegt.
Andere Konfigurationen sind dieselben wie in der vierten Ausführungsform.
Gemäß der Konfiguration dieser Ausführungsform kann der Magnetpfad fast vollständig aus Ferrit bestehen. Daher ist ein Luftabschnitt mit geringer magnetischer Durchlässigkeit, in dem die Magnetflüsse, die durch den Spulenstrom erzeugt werden, durchgehen, auf den schmalen Spaltabschnitt zwischen der wärmeerzeugenden Walze 1 und dem Rückflächenkern 9 begrenzt. Daher wird die Induktivität der Anregungsspule 5 weiter erhöht und fast alle der Magnetflüsse, die durch den Spulenstrom erzeugt werden, können zu der wärmeerzeugenden Walze 1 geleitet werden. Dadurch wird die elektromagnetische Kopplung zwischen der wärmeerzeugenden Walze 1 und der Anregungsspule 5 ausgezeichnet, wodurch R der äquivalenten Schaltung, die in 4 dargestellt ist, erhöht wird. Daher kann mehr elektrische Energie an die wärmeerzeugende Walze 1 selbst bei demselben Spulenstrom angelegt werden. In dieser Ausführungsform könnte eine elektrische Energie von 800 W an die wärmeerzeugende Walze 1 mit dem effektiven Strom von 20 A (Spitzenstrom: 50 A) angelegt werden.
Da der Rückflächenkern 9 der wärmeerzeugenden Walze 1 und einem Fixierungsriemen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) über das wärmeisolierende Element 34 gegenüberliegt, kann der Temperaturanstieg des Rückflächenkerns 9 verhindert werden, selbst wenn der Rückflächenkern 9 nahe bei der wärmeerzeugenden Walze 1 liegen kann.
[Sechste Ausführungsform]
16 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und 17 ist eine Projektionsansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung, wie in 16 dargestellt, aus der Richtung von Pfeil A gesehen, zeigt. In dieser Ausführungsform sind Elemente mit derselben Konfiguration und derselben Funktion wie in der fünften Ausführungsform mit denselben Bezugzahlen versehen, und deren Beschreibung fehlt aus diesem Grund.
Wie in 16 und 17 dargestellt ist, sind in dieser Ausführungsform, anders als in der oben genannten fünften Ausführungsform, gegenüberliegende Kerne 38, die kontinuierlich in die Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 angeordnet sind, als ein gegenüberliegender Abschnitt des Rückflächenkerns 9 bereitgestellt. Ferner wird als Aufzeichnungspapier einer maximaler Breite ein Aufzeichnungspapier der DIN-A4 Größe (Breite: 210 mm) verwendet. Die Länge der wärmeerzeugenden Walze 1 in die Richtung der Drehachse ist auf 240 mm eingestellt, die Länge zwischen den äußersten Kanten der C-förmigen Kerne 32, ausschließlich der gegenüberliegenden Kerne 38 in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 ist auf 200 mm eingestellt; die Länge der Anregungsspule 5 an dem inneren Umfangsabschnitt entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 ist auf 210 mm eingestellt; und die Länge des gegenüberliegenden Kerns 38 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 ist auf 220 mm eingestellt.
Andere Konfigurationen sind dieselben wie in der fünften Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform ist die Länge des magnetisch durchlässigen Abschnitts T der Anregungsspule 5 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 (die Länge der Anregungsspule 5 an dem inneren Umfangsabschnitt entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1) kleiner eingestellt als die Breite des Aufzeichnungspapiers maximaler Breite. Übrigens ist die Länge des gegenüberliegenden Abschnitts F des Rückflächenkerns 9 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 (die Länge des gegenüberliegenden Abschnitts 38 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1) größer als das Aufzeichnungspa pier maximaler Breite eingestellt. Selbst wenn daher der Rückflächenkern 9 an dem magnetisch durchlässigen Abschnitt T mit einem Raum mit ungleichmäßiger Verteilung bereitgestellt ist, kann das Magnetfeld, das die wärmeerzeugende Walze 1 von dem gegenüberliegenden Abschnitt F erreicht, in die Richtung der Drehachse gleichförmig gemacht werden. Da die Verteilung der Wärmeerzeugung in der wärmeerzeugenden Walze 1 an dem Abschnitt, wo das Aufzeichnungspapier durchläuft, gleichförmig gemacht werden kann, während der Rückflächenkern 9 an dem magnetisch durchlässigen Abschnitt T verringert ist, ist dadurch die Temperaturverteilung an dem Fixierungsabschnitt gleichförmig. Daher kann die Fixierung stabil ausgeführt werden. Da der Rückflächenkern 9 an dem magnetisch durchlässigen Abschnitt T verringert werden kann, während die Verteilung der Wärmeerzeugung in der wärmeerzeugenden Walze 1 gleichförmig ist, ist es ferner möglich, die Miniaturisierung der Vorrichtung und Senkung der Kosten zu erreichen.
Obwohl in dieser Ausführungsform der gegenüberliegende Kern 38 als gegenüberliegender Abschnitt F des Rückflächenkerns 9 kontinuierlich in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 bereitgestellt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Wie in 18 dargestellt ist, kann zum Beispiel der gegenüberliegende Kern 38 geteilt sein und der Rückflächenkern 9 kann so konfiguriert sein, dass der gegenüberliegende Abschnitt F eine breitere Form als der magnetisch durchlässige Abschnitt T in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 hat. Da gemäß dieser Konfiguration die Rückflächenkerne 9 an dem gegenüberliegenden Abschnitt F verringert sind, kann das Gewicht der Rückflächenkerne 9 verringert werden. Da es ferner möglich ist, die Oberfläche des gegenüberliegenden Abschnitts F zu erhöhen, wo die Temperatur leicht steigt, kann eine Kühlung durch Wärmestrahlung unterstützt werden.
[Siebte Ausführungsform]
19 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und 20 ist eine Projektionsansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt von 19, aus der Richtung des Pfeils A gesehen, zeigt. In dieser Ausführungsform sind Elemente mit derselben Konfiguration und derselben Funktion wie in der fünften Ausführungsform mit denselben Bezugzahlen versehen, und deren Beschreibung fehlt aus diesem Grund.
Wie in 19 und 20 dargestellt ist, sind in dieser Ausführungsform, anders als bei der oben genannten fünften Ausführungsform, C-förmige Kerne 38 derart bereitgestellt, dass sie den Bereich bedecken, der einem Kreisbogen mit einem Winkel von etwa 90° um die Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 bedeckt. In diesem Fall sind die C-förmigen Kerne 38a und 38b, die sich in verschiedene Richtungen erstrecken, in versetzter Form in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 angeordnet. Mit anderen Worten, die gegenüberliegenden Abschnitte F des Rückflächenkerns 9 sind asymmetrisch in Bezug auf die Mittellinie der Anregungsspule 5 in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 angeordnet.
In der oben genannten fünften Ausführungsform wird derselbe Umfangsabschnitt auf der wärmeerzeugenden Walze 1 gedreht, während er zwei gegenüberliegenden Abschnitten F des C-förmigen Kerns 32 gegenüberliegt. Folglich entsteht ein großer Unterschied in der Menge an Wärmeerzeugung zwischen dem Abschnitt, der dem C-förmigen Kern 32 der wärmeerzeugenden Walze 1 gegenüberliegt, und dem anderen Abschnitt der wärmeerzeugenden Walze 1, wodurch eine Unregelmäßigkeit in der Temperaturverteilung verursacht wird. Da derselbe Umfangsabschnitt auf der wärmeerzeugenden Walze 1 gedreht wird, während er einem der gegenüberliegenden Abschnitte F des C-förmigen Kerns 32 gegenüberliegt, entsteht andererseits in dieser Ausführungsform kein großer Unterschied in der Menge an Wärmeerzeugung zwischen dem Abschnitt, der dem C-förmigen Kern 32 der wärmeerzeugenden Walze 1 gegenüberliegt und dem anderen Abschnitt der wärmeerzeugenden Walze 1. Wenn die wärmeerzeugende Walze 1 gedreht wird, kann ferner der Raum der Bahn des Abschnitts, der dem gegenüberliegenden Abschnitt F des Rückflächenkerns 9 gegenüberliegt, auf der Oberfläche der wärmeerzeugenden Walze 1 verkürzt werden, während das zu verwendende Volumen des Rückflächenkerns 9 verringert wird. Mit anderen Worten, wenn die Länge des gegenüberliegenden Abschnitts F entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 auf 220 mm, wie in der oben genannten sechsten Ausführungsform, eingestellt wird, wird die Teilung 44 mm, da fünf C-förmige Kerne 38 in einer Reihe angeordnet sind. Da jedoch die C-förmigen Kerne 38a und 38b in versetzter Form angeordnet sind, wird die offensichtlich Teilung des Abschnitts, der dem gegenüberliegenden Abschnitt F in versetzter Form gegenüberliegt, halb so groß, wenn die wärmeerzeugende Walze 1 gedreht wird, d.h., 22 mm an der Oberfläche der wärmeer zeugenden Walze 1. Da in dieser Ausführungsform kein großer Unterschied in der Menge an Wärmeerzeugung zwischen dem Abschnitt, der dem C-förmigen Kern 32 der wärmeerzeugenden Walze 1 gegenüberliegt, und dem anderen Abschnitt der wärmeerzeugenden Walze 1 auftritt, und der Raum zwischen den gegenüberliegenden Abschnitten F, auf welchen sich die Wärmeerzeugung konzentriert, kleiner wird, ist es daher möglich, die Verteilung der Wärmeerzeugung gleichförmig zu machen. Dadurch ist es möglich, die Temperaturunregelmäßigkeit der wärmeerzeugenden Walze 1 und des Fixierungsriemens zu unterdrücken.
Da die Rückflächenkerne 9 an dem gegenüberliegenden Abschnitt F verringert sind, kann ferner das Gewicht der Rückflächenkerne 9 verringert werden. Da die Oberfläche des Rückflächenkerns 9 vergrößert werden kann, kann ferner eine Kühlung durch Wärmestrahlung unterstützt werden. Somit wird Wärme nicht lokal im Inneren des Rückflächenkerns 9 gespeichert. Dadurch kann verhindert werden, dass die gesamte magnetische Durchlässigkeit rasch aufgrund der Verringerung der Sättigungsmagnetflussdichte des Rückflächenkerns 9 durch den Temperaturanstieg durch die Wärmespeicherung abnimmt. Dadurch kann die Temperatur der wärmeerzeugenden Walze 1 über einen langen Zeitraum stabil bei der vorbestimmten Temperatur gehalten werden.
[Achte Ausführungsform]
21 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und 22 ist eine Projektionsansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt in 21, gesehen aus der Richtung von Pfeil A, zeigt. In dieser Ausführungsform sind Elemente mit derselben Konfiguration und derselben Funktion wie in der vierten Ausführungsform mit denselben Bezugzahlen versehen, und deren Beschreibung fehlt aus diesem Grund.
Wie in 21 und 22 dargestellt ist, unterscheidet sich diese Ausführungsform von der oben genannten vierten Ausführungsform darin, dass der Raum zwischen den benachbarten C-förmigen Kernen 32 entlang der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 verändert ist. In 22 gilt d1 = 21 mm, d2 = 21 mm und d3 = 18. Daher ist das Verhältnis: d1 = d2 > d3 erfüllt. Mit anderen Worten, der Raum zwischen den benachbarten Rückflächenkernen 9 ist in den Endabschnitten der wärmeerzeugenden Walze 1 schmal. Ferner ist ein Block 40 aus Ferrit (5 mm × 5 mm) an derselben Position in der Achsenrichtung bereitgestellt wie die Position, an der der Temperatursensor 7 bereitgestellt ist. Der Temperatursensor 7 wird zum Messen der Temperatur bei Kontakt mit der Oberfläche des Fixierungsriemens verwendet.
Wenn die Räume der benachbarten Rückflächenkerne 9 gleich sind, kann die Temperatur des Endabschnitts der wärmeerzeugenden Walze 1 und des Fixierungsriemens verringert werden. Diese Unregelmäßigkeit in der Temperatur in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 1 kann zu Mängeln in der Fixierung führen.
Da in dieser Ausführungsform, wie oben erwähnt, die Räume zwischen den benachbarten Rückflächenkernen 9 in den Endabschnitten schmäler sind als in dem zentralen Ab schnitt der wärmeerzeugenden Walze 1, wird der Magnetfluss, der durch den Spulenstrom erzeugt wird, in den Endabschnitten etwas größer als in dem zentralen Abschnitt der wärmeerzeugenden Walze 1. Daher wird in den Endabschnitten der wärmeerzeugenden Walze 1 die Menge an Wärmeerzeugung größer. Andererseits wird in den Endabschnitten der wärmeerzeugenden Walze 1 aufgrund der Wärmeleitung zu dem Lager usw. eine größere Wärmemenge leicht gestreut. Da beide der Vorgänge kompensiert sind, wird folglich die Temperaturverteilung der wärmeerzeugenden Walze 1 und des Fixierungsriemens gleichförmig, wodurch die Mängel in der Fixierung verhindert werden.
Da sich der Temperatursensor 7 mit der Oberfläche des Fixierungsriemens in Kontakt befindet, kann ferner gelegentlich Wärme von dem Fixierungsriemen durch den Temperatursensor 7 entfernt werden. Daher nimmt die Temperatur des Fixierungsriemens nur in dem Abschnitt, mit dem sich der Temperatursensor 7 in Kontakt befindet, leicht in der Umfangsrichtung ab.
Da in dieser Ausführungsform, wie oben erwähnt, der Block 40 aus Ferrit an diesem Abschnitt bereitgestellt ist, werden Magnetflüsse leicht auf diesem Abschnitt im Vergleich zu dem anderen Abschnitt konzentriert. Daher wird eine größere Menge an Wärmeerzeugung im Vergleich zu dem anderen Abschnitt in diesem Abschnitt leicht erzeugt. Dadurch kann durch Kompensieren der Wärme, die von dem Temperatursensor 7 entfernt wird, die Temperaturverteilung der Oberfläche des Fixierungsriemens gleichförmig gemacht werden, wodurch die Mängel in der Fixierung verhindert werden.
In dieser Ausführungsform kann durch eine Verringerung der Räume zwischen den benachbarten Rückflächenkernen 9 in den Endabschnitten der wärmeerzeugenden Walze 1 die gleichförmige Temperaturverteilung erreicht werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur auf die Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann der Raum zwischen den benachbarten Rückflächenkernen 9 gleichförmig gestaltet werden, und die Breite des Rückflächenkerns 9, der sich an dem Endabschnitt der wärmeerzeugenden Walze 1 befindet, kann größer gebildet werden als die Breite des Rückflächenkerns 9, der sich an dem zentralen Abschnitt der wärmeerzeugenden Walze 1 befindet. In diesem Fall kann die gleichförmige Temperaturverteilung gleichermaßen erhalten werden. Als Alternative kann zum Beispiel die gleichförmige Temperaturverteilung gleichermaßen erhalten werden, indem der Raum zwischen benachbarten Rückflächenkernen 9 gleichförmig gestaltet wird, und ein Block aus Ferrit in der Nähe des Endabschnitts der wärmeerzeugenden Walze 1 einzeln angeordnet wird.
[Neunte Ausführungsform]
23 ist eine Projektionsansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und 24 ist eine Querschnittansicht, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt einer Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform sind Elemente mit derselben Konfiguration und derselben Funktion wie in der vierten Ausführungsform mit denselben Bezugzahlen versehen, und deren Beschreibung fehlt aus diesem Grund.
Wie in 23 und 34 dargestellt ist, werden in dieser Ausführungsform, anders als in der oben genannten vierten Ausführungsform, die C-förmigen Kerne 32a und 32b des Rückflächenkerns 9, der sich in der Nähe des Endabschnitts der wärmeerzeugenden Walze 1 befindet, beweglich gehalten. Ferner wird in dieser Ausführungsform Aufzeichnungspapier der DIN-A3 Größe (Breite: 297 mm) als Aufzeichnungspapier maximaler Breite verwendet. Der C-förmige Kern 32a befindet sich an der Außenseite des Bereichs, in dem das Aufzeichnungspapier der DIN-A4 Größe (Breite: 210 mm) durchläuft. Wenn das Aufzeichnungspapier der DIN-A4 Größe verwendet wird, wie durch eine gebrochene Linie 32a' in 24 dargestellt ist, bewegt sich der C-förmige Kern 32a von der wärmeerzeugenden Walze 1 in die radiale Richtung der wärmeerzeugenden Walze 1 weg. Wenn Aufzeichnungspapier einer kleineren Größe verwendet wird, wird ferner der C-förmige Kern 32b, der sich an der Innenseite des C-förmigen Kerns 32a befindet, ebenso bewegt.
Andere Konfigurationen sind dieselben wie in der vierten Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform bewegen sich die C-förmigen Kerne 32, die sich an der Außenseite des Bereichs befinden, in dem das Aufzeichnungspapier durchläuft, von der wärmeerzeugenden Walze 1 in radialer Richtung der wärmeerzeugenden Walze 1 weg, und der Luftabschnitt mit einer geringen magnetischen Durchlässigkeit, in dem der Magnetfluss, der durch den Spulenstrom erzeugt wird, durch läuft, wird vergrößert. Daher sind die Magnetflüsse dieses Abschnitts verringert und die Menge an Wärmeerzeugung der wärmeerzeugenden Walze 1 in dem gegenüberliegenden Abschnitt ist verringert. Dadurch kann verhindert werden, dass die Temperatur des Elements, wie eines Fixierungsriemens, Lagers und dergleichen, an dem Endabschnitt aufgrund des übermäßigen Anstiegs der Temperatur des Bereichs, in dem das Aufzeichnungspapier nicht durchläuft, über die Beständigkeitstemperatur erhöht wird. Selbst wenn ein Aufzeichnungspapier großer Größe nach der kontinuierlichen Verwendung von Aufzeichnungspapieren kleiner Größe verwendet wird, kann das Auftreten eines warmen Versatzes verhindert werden, da die Temperatur des Fixierungsabschnitts korrekt ist. Daher kann unmittelbar nach der Verwendung von Aufzeichnungspapieren kleiner Größe das Aufzeichnungspapier großer Größe verwendet werden.
Obwohl in dieser Ausführungsform der Fall, in dem nur der C-förmige Kern 32 beweglich ist, als Beispiel beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Wie in 25 dargestellt ist, kann zum Beispiel derselbe Effekt erzielt werden, selbst wenn der C-förmige Kern 32a und der Mittelkern 33 integriert sind und sich so bewegen, wie durch die gebrochene Linie 9' angezeigt ist.
Obwohl ferner in jeder der oben genannten Ausführungsformen die Anregungsspule 5 in Kontakt mit dem Rückflächenkern 9 angeordnet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Selbst wenn zum Beispiel die Anregungsspule 5 und der Rückflächenkern 9 mit einer dazwischen liegenden Lücke von etwa 1 mm angeordnet sind, kann derselbe Effekt erzielt werden. Durch die Bereitstellung der Lücke zwischen der Anregungsspule 5 und dem Rückflächenkern 9 ist es möglich, einen Anstieg der Temperatur an dem Abschnitt zu verhindern, wo die Anregungsspule 6 mit dem Rückflächenkern 9 in Kontakt steht.
Obwohl in jeder der oben genannten Ausführungsformen das wärmeisolierende Element 34 in Kontakt mit der Anregungsspule 5 angeordnet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann die Konfiguration verwendet werden, in der das wärmeisolierende Element 34 von der Anregungsspule 5 getrennt ist und die Luft dazwischen durchgehen kann. In diesem Fall kann die Wärmestrahlung von der Anregungsspule 5 unterstützt werden.
Die Konfigurationen der Anregungsspule 5, des Rückflächenkerns 9 und der wärmeerzeugenden Walze 1 sind nicht auf die Konfiguration in jeder der oben genannten Ausführungsformen beschränkt. Es gibt kein praktisches Problem, solange die Induktivität L 10 μH oder mehr und 50 μH oder weniger ist, und die Widerstandskomponente R 0,5 Ω oder mehr und 5 Ω oder weniger in der äquivalenten Schaltung von 4 ist.
Ferner wurde in jeder der oben genannten Ausführungsformen der Fall als Beispiel beschrieben, dass die Anregung von der Außenseite der wärmeerzeugenden Walze 1 (des wärmeerzeugenden Elements) unter Verwendung der Anregungsspule 5 durchgeführt wurde. Die Anregung kann jedoch von der Innenseite der wärmeerzeugenden Walze 1 (des wärmeerzeugenden Elements) durchgeführt werden.
[Zehnte Ausführungsform]
26 ist eine Querschnittansicht, die einen Bildformungsapparat zeigt, der eine Bilderwärmungsvorrichtung als Fixierungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
In 26 bezeichnet die Bezugzahl 101 einen elektrofotografischen Fotorezeptor (in der Folge als "fotoempfindliche Trommel" bezeichnet). Während diese fotoempfindliche Trommel 101 zur Drehung bei einer vorbestimmten Umfangsgeschwindigkeit in die Pfeilrichtung angetrieben wird, wird ihre Oberfläche durch eine Ladevorrichtung 102 gleichförmig auf ein negatives Dunkelpotenzial V0 geladen.
Die Bezugzahl 103 bezeichnet einen Laserstrahl-Scanner, der einen Laserstrahl ausgibt, der in Übereinstimmung mit einem elektrischen digitalen Zeitserien-Bildsignal von Bildinformationen moduliert ist, das von einer Hostvorrichtung (in den Zeichnungen nicht dargestellt) eingegeben wird, wie einer Bildlesevorrichtung oder einem Computer. Die Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 101, die wie zuvor beschrieben gleichförmig geladen wurde, wird mit dem Laserstrahl abgetastet und belichtet. Dadurch wird das absolute Potenzial des belichteten Abschnitts auf das Lichtpotential VL verringert und ein elektrostatisches latentes Bild erzeugt. Dieses elektrostatische latente Bild wird dann mit negativ geladenem Toner unter Verwendung einer Entwicklungsvorrichtung 104 entwickelt und manifestiert.
Die Entwicklungsvorrichtung 104 enthält eine Entwicklungswalze 104a. Die Entwicklungswalze 104a wird zur Drehung angetrieben und ist gegenüber der fotoempfindlichen Trommel 1 angeordnet. An einer äußeren Umfangsfläche der Entwicklungswalze 104a wird eine dünne Tonerschicht gebildet. Eine Entwicklungsvorspannung, deren Absolutwert geringer als das Dunkelpotenzial V0 und höher als das Lichtpotenzial VL der fotoempfindlichen Trommel 101 ist, wird an die Entwicklungswalze 104a angelegt. Der Toner auf der Entwicklungswalze 104a wird somit nur auf den Abschnitt der fotoempfindlichen Trommel 101 mit dem Lichtpotenzial VL übertragen, wodurch das elektrostatische latente Bild manifestiert wird, um ein Tonerbild zu erzeugen.
Andererseits wird Aufzeichnungspapier 115 einzeln von einem Papiervorschubabschnitt 110 über ein Resistwalzenpaar 111 und 112 einem Spaltabschnitt, der zwischen der fotoempfindlichen Trommel 101 und einer Übertragungswalze 113 ausgebildet ist, mit einer passenden Zeitsteuerung synchron mit der Drehung der fotoempfindlichen Trommel 101 zugeführt. Dann wird das Tonerbild auf der fotoempfindlichen Trommel 101 anschließend durch die Übertragungswalze 113, an die eine Übertragungsvorspannung angelegt wird, auf das Aufzeichnungspapier 115 übertragen. Sobald sich das Aufzeichnungspapier 115, das das übertragene Tonerbild trägt, von der fotoempfindlichen Trommel 101 getrennt hat, wird es in eine Fixierungsvorrichtung 116 geleitet, wodurch das Tonerbild, das auf das Aufzeichnungspapier 115 übertragen wurde, fixiert wird. Das Aufzeichnungspapier 115, auf dem das Tonerbild fixiert ist, wird an ein Papierausgabefach 117 ausgegeben.
Sobald sich das Aufzeichnungspapier 115 von der fotoempfindlichen Trommel 101 getrennt hat, wird die Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 101 mit einer Reinigungsvorrichtung 105 gereinigt, die restliches Material, wie verbleibenden Toner, entfernt, so dass die fotoempfindliche Trommel 101 wiederholt für die folgende Bildformung verwendet werden kann.
In der Folge wird eine Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform genauer beschrieben.
27 ist eine Querschnittansicht, die eine Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 28 ist eine Querschnittansicht, die einen Fixierungsriemen zeigt, der für eine Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird; 29 ist eine Vorderansicht, die eine Anregungsspule und ein Kernelement zeigt, die für eine Fixierungsvorrichtung als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden; und 30 ist eine Querschnittansicht, die eine wärmeerzeugende Walze zeigt, die für eine Fixierungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
In 27 und 28 ist ein Fixierungsriemen 120, der dünn gestaltet ist, ein endloser Riemen mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Dicke von 50 μm, der Polyimidharz als Basis 121 enthält. Die Oberfläche des Fixierungsriemens 120 ist mit einer Schmiermittelschicht 122, die aus einem Fluorkohlenstoffharz besteht, mit einer Dicke von 5 μm zur Verbesserung der Schmierung beschichtet. Für das Material der Basis 121 kann zusätzlich zu einem Material mit Wärmebeständigkeit, wie Polyimidharz, Fluorkohlenstoffharz oder dergleichen, ein extrem dünnes Metall, das aus galvanoplastischem Nickel usw. besteht, verwendet werden. Ferner kann für die Schmiermittelschicht 122 ein Harz oder Gummi mit guter Schmierwirkung, wie PTFE, PFA, FEP, ein Silikongummi, ein Fluorkohlenstoffgummi usw. alleine oder in Kombination verwendet werden. Wenn der Fixierungsriemen 120 zum Fixieren monochromer Bilder verwendet wird, muss nur die Schmierung gewährleistet sein. Wenn der Fixierungsriemen 120 jedoch zur Fixierung von Farbbildern verwendet wird, ist es wünschenswert, dass der Fixierungsriemen 120 mit Elastizität versehen ist. In diesem Fall ist es notwendig, eine dickere Gummischicht zu bilden.
Die Bezugzahl 123 bezeichnet eine Anregungsspule als wärmeerzeugendes Mittel. Der Querschnitt der Anregungsspule 123 ist so geformt, dass er den Fixierungsriemen 120 bedeckt.
Wie in 27 und 29 dargestellt ist, ist ein Rückflächenkern 124 aus Ferrit in der Mitte der Anregungsspule 123 bereitgestellt, wie auch in einem Abschnitt der Rückfläche der Anregungsspule 123. Für den Rückflächenkern 124 kann zusätzlich zu Ferrit auch ein Material mit hoher magnetischer Durchlässigkeit und hohem spezifischen Widerstand, zum Beispiel Permalloy usw., verwendet werden. Ferner ist der Rückflächenkern 124 nur in einem Abschnitt der Rückfläche der Anregungsspule 123 bereitgestellt und dient dazu, ein Auslecken des Magnetflusses von der Rückfläche der Anregungsspule 123 zu verhindern. An die Anregungsspule 123 wird ein Wechselstrom von 30 kHz von einer Anregungsschaltung 125 angelegt. In der Folge wird der Wechselstrom, der an die Anregungsspule 123 angelegt wird, auch als "Anregungsstrom" bezeichnet.
Wie in 27 dargestellt ist, hängt der Fixierungsriemen 120 mit einer vorbestimmten Zugkraft zwischen dem wärmeerzeugenden Element 144 und der Fixierungswalze 143 mit einem Durchmesser von 20 mm und geringer Wärmeleitfähigkeit, deren Oberfläche aus einem geschäumten Silikongummi mit geringem Härtegrad (JIS A30) besteht, und die drehbar in die Richtung des Pfeils B bewegbar ist. Die wärmeerzeugende Walze 144 ist aus einem magnetischen Material, einer Eisen-Nickel-Chrom-Legierung mit einer Dicke von 0,4 mm, gebildet und hat einen Curie-Punkt, der auf 220°C durch die Menge an Chrom eingestellt ist, die in dem Material enthalten ist. Eine leitende Walze 145 als leitendes Element ist im Inneren der wärmeerzeugenden Walze 144 mit einem dazwischen liegenden Spalt von 0,5 mm bereitgestellt. Die leitende Walze 145 hat eine Dicke von 0,8 mm und besteht aus Aluminium.
Wie in 27 und 30 dargestellt ist, werden beide Enden der wärmeerzeugenden Walze 144 und der leitenden Walze 145 von Flanschen 146 und 147 gehalten, die aus einem wärmebeständigen Harz mit geringer Wärmeleitfähigkeit, wie Bakelite usw., bestehen. Ferner ist die leitende Walze 145 adiabatisch in Bezug auf die wärmeerzeugende Walze 144 angeordnet. Dadurch wird die Wärme, die an der wärmeerzeugenden Walze 144 erzeugt wird, nicht leicht zu der leitenden Walze 145 geleitet. Die wärmeerzeugende Walze 144 und die leitenden Walze 145 werden um eine Achse 148 als Zentrum durch ein Antriebsmittel (in den Zeichnungen nicht dargestellt), das in dem Hauptkörper des Bildformungsapparats bereitgestellt ist, zur Drehung angetrieben.
In 27 besteht eine Druckwalze 149 als Druckmittel aus Silikongummi mit einem Härtegrad von JIS A65. Die Druckwalze 149 wird über den Fixierungsriemen 120 gegen die Fixierungswalze 13 gepresst, wodurch ein Spaltabschnitt gebildet wird. Hier ist die Druckwalze 149 in Bezug auf die senkrechte Richtung unmittelbar unter der Fixierungswalze 143 an der etwas stromaufwärts liegenden Seite in der Richtung bereitgestellt, in die das Aufzeichnungspapier 115 übertragen wird. Dadurch kommt der Bewegung des Fixierungsriemens 120 entsprechend, das Aufzeichnungspapier 115 zunächst mit der Druckwalze 149 in Kontakt. Die Druckwalze 149 wird in Übereinstimmung mit der Drehung des Fixierungsriemens 120 drehbar um die Metallachse 150 gehalten. Die Druckwalze 149 wird um die Metallachse 150 in Übereinstimmung mit der Drehung des Fixierungsriemens 120 drehbar gehalten. Für die DruckWalze 140 kann auch ein wärmebeständiges Harz oder ein wärmbeständiger Gummi verwendet werden, wie ein anderer Fluorkohlenstoffgummi, der kein Silikongummi oder Fluorkohlenstoffharz ist. Zur Verbesserung der Abriebbeständigkeit und Schmierung der Druckwalze 149 ist es wünschenswert, dass die Oberfläche der Druckwalze 149 mit einem Harz oder Gummi, wie PFA, PTFE FEP oder dergleichen, alleine oder in Kombination beschichtet ist. Ferner ist zur Vermeidung der Wärmestrahlung wünschenswert, dass die Druckwalze 149 aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht.
In dieser Ausführungsform ist durch die Gestaltung der wärmeerzeugenden Walze 144, wie zuvor erwähnt, die wärmeerzeugende Walze 144 mit einer Temperatur-Selbstregulierungseigenschaft versehen. In der Folge wird deren Betrieb unter Bezugnahme auf 31 und 32 beschrieben.
Wenn in 31 eine Temperatur des wärmeerzeugenden Abschnitts 144a, der der Anregungsspule 123 der wärmeerzeugenden Walze 144 gegenüberliegt, bei dem Curie-Punkt oder darunter liegt, durchdringt ein Großteil der Magnetflüsse, die vom Anregungsstrom erzeugt werden, die wärmeerzeugende Walze 144, wie durch die Pfeile D und D' dargestellt, aufgrund des Magnetismus der wärmeerzeugenden Walze 144, und wiederholt die Erzeugung und Annullierung. Der induzierte Strom, der durch die Änderung des Magnetflusses erzeugt wird, fließt durch den Hauteffekt vorwiegend durch die Oberfläche der wärmeerzeugenden Walze 144, wodurch eine Joule-Wärme an dem Abschnitt, wo er fließt, verursacht wird. Wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Abschnitts 144a der wärmeerzeugenden Walze 144 ungefähr den Curie-Punkt erreicht, geht der Magnetismus verloren. Folglich diffundiert der Magnetfluss, wie durch die Pfeile E und E' in 32 dargestellt ist, zu der leitenden Walze 145, die sich im Inneren der wärmeerzeugenden Walze 144 befindet. Dadurch fließt der induzierte Strom vorwiegend in die leitende Walze 145, die einen geringen elektrischen Widerstand aufweist. Da zu diesem Zeitpunkt der elektrische Widerstand der leitenden Walze 145 gering ist und der Strom auf einen konstanten Wert begrenzt wird, kann das Auftreten einer Wärmeerzeugung im Wesentlichen verringert werden. Der berechnete Wert der Tiefe des Abschnitts, wo der elektrische Strom durch den Hauteffekt fließt, ist etwa 0,3 mm, wenn die Frequenz des Anregungsstroms 30 kHz ist. Wenn die Dicke der wärmeerzeugenden Walze 144 gleich oder größer als diese Eindringtiefe ist, wird der induzierte Strom annähernd vollständig im Inneren der wärmeerzeugenden Walze 144 erzeugt, wenn die Temperatur nieder ist. Wenn die Frequenz des Anregungsstroms erhöht wird, nimmt die Eindringtiefe ab, und daher kann eine dünnere wärmeerzeugende Walze 144 verwendet werden. Wenn jedoch die Frequenz des Anregungsstroms zu groß wird, steigen die Kosten und das Rauschen, das die Außenseite erreicht, wird groß.
In dieser Ausführungsform konnte durch eine Gestaltung der wärmeerzeugenden Walze 144, wie oben erwähnt, eine stabile Temperatursteuerung von etwa 190°C erreicht werden.
In dieser Ausführungsform wird die Konfiguration verwendet, in der die wärmeerzeugende Walze 144 und die leitende Walze 145 in einer zweilagigen Struktur gebildet sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann die wärmeerzeugende Walze, die aus einer Schicht aus einem Magnetkörper mit einer größeren Dicke als der Eindringtiefe gebildet ist, verwendet werden. Wenn in diesem Fall die Temperatur der wärmeerzeugenden Walze unter dem Curie-Punkt liegt, wird ein Abschnitt, in dem der induzierte Strom fließt, dünn und die Menge an Wärmeerzeugung wird erhöht. Wenn andererseits die Temperatur der wärmeerzeugenden Walze den Curie-Punkt überschreitet, fließt der induzierte Strom annähernd über die gesamte Dicke des Magnetkörpers und somit nimmt der elektrische Widerstand ab. Daher nimmt die Menge an Wärmeerzeugung ab. Somit kann auch mit dieser Konfiguration die Temperatur-Selbstregulierungseigenschaft erhalten werden.
Wenn, wie zuvor erwähnt, die Dicke der wärmeerzeugenden Walze 144 gleich oder größer als die Eindringtiefe entsprechend der Frequenz des Anregungsstroms ist, der an die Anregungsspule 123 angelegt wird, kann die Wirkung der Temperatur-Selbstregulierungseigenschaft verstärkt werden.
Ferner wird in dieser Ausführungsform Aluminium als Material für die leitende Walze 145 verwendet. Außer Aluminium kann jedoch ebenso ein anderes Metall mit hoher Leitfähigkeit, wie Kupfer oder dergleichen, verwendet werden.
Ferner wird in dieser Ausführungsform für das Material der wärmeerzeugenden Walze 144 eine Eisen-Nickel-Chrom-Legierung verwendet, aber es können andere Legierungen verwendet werden, die zur Einstellung der Curie-Temperatur imstande sind. In diesem Fall kann dieselbe Wirkung erzielt werden.
Die Fixierungsvorrichtung mit einer Konfiguration, wie oben erwähnt, ist an einem Bildformungsapparat befestigt, der in 26 dargestellt ist, und ein Aufzeichnungspapier 115, auf das ein Tonerbild übertragen wurde, wird in die Fixierungsvorrichtung in Richtung des Pfeils F eingesetzt, wobei die Seite, die das Tonerbild trägt, der Fixierungswalze 143 zugewandt ist, wie in 27 dargestellt ist, wodurch das Tonerbild auf dem Aufzeichnungspapier 115 fixiert wird.
Da gemäß dieser Ausführungsform die wärmeerzeugende Walze 144 selbst eine Temperatur-Selbstregulierungseigenschaft aufweist, wird die Temperatur des wärmeerzeugenden Abschnitts 144a nicht anomal erhöht, und die Temperatursteuerung auf im Wesentlichen dieselbe Temperatur wie die Fixierungstemperatur kann automatisch ausgeführt werden. Dies bewirkt den örtlichen Unterschied in der Temperatur in Tiefenrichtung (in der Richtung der Drehachse der wärmeerzeugenden Walze 144) von 27, was zu dem örtlichen Unterschied in der Wärmeerzeugung führen kann. Wenn daher Aufzeichnungspapier kleiner Größe kontinuierlich verwendet wird, wird die Temperatur des Abschnitts, wo das Aufzeichnungspapier nicht durchläuft, nicht anomal erhöht. Wenn ferner das Aufzeichnungspapier größerer Größe nach der Verwendung des Aufzeichnungspapiers kleiner Größe verwendet wird, kommt es zu keinem warmen Versatz.
Ferner kann das Material, die Dicke usw. der wärmeerzeugenden Walze 144 unabhängig von dem Material, der Dicke usw. des Fixierungsriemens 120 eingestellt werden. Daher ist es möglich, das optimale Material und die optimale Dicke zur Bereitstellung der Temperatur-Selbstregulierungseigenschaft als Material und Dicke der wärmeerzeugenden Walze 144 zu wählen. Da die thermische Kapazität des Fixierungsriemens 120 auch unabhängig von der thermischen Kapazität der wärmeerzeugenden Walze 144 eingestellt werden kann, kann der optimale Wert für die thermische Kapazität des Fixierungsriemens 120 gewählt werden.
Ferner ist die Fixierungswalze 143 aus einem Schaum gebildet, dessen Wärmeleitfähigkeit gering ist. Daher verhindert eine Lücke, die im Inneren vorhanden ist, dass die Wärme, die in dem Fixierungsriemen 120 gespeichert ist, aufgrund des Kontakts zwischen dem Fixierungsriemen 120 und der Fixierungswalze 143 abgestrahlt wird. Dadurch wird die thermische Effizienz ausgezeichnet.
In dieser Ausführungsform wird zur Verkürzung der Aufwärmzeit die thermische Kapazität des Fixierungsriemens 120 so gering wie möglich eingestellt und gleichzeitig wird die Dicke der wärmeerzeugenden Walze 144 klein eingestellt, um deren thermische Kapazität gering zu machen. Wenn zur Beschleunigung der Anstiegszeit, wie in dieser Ausführungsform, die Dicke der wärmeerzeugenden Walze 144 klein gestaltet wird, um deren thermische Kapazität auf denselben Wert wie die thermische Kapazität des Fixierungsriemens 120 zu bringen, ist eine Wärmemenge, die in der wärmeerzeugenden Walze 144 gespeichert ist, extrem klein. Selbst wenn daher die Wärme in der wärmeerzeugenden Walze 144 gespeichert wird, nimmt deren Temperatur sofort ab. Mit anderen Worten, in dem Verfahren zur Erwärmung der wärmeerzeugenden Walze 144 an dem Abschnitt, der nicht der Kontaktabschnitt mit dem Fixierungsriemen 120 ist, wo der Fixierungsriemen 120 erwärmt wird, muss die wärmeerzeugende Walze 144 selbst auf eine beachtlich hohe Temperatur erwärmt werden, um dem Fixierungsriemen 120 eine ausreichende Menge an Wärme bereitzustellen. Ferner kann der Fixierungsriemen 120, der beim Durchlaufen des Spaltabschnitts abgekühlt wird, gelegentlich aufgrund der Temperaturen der Druckwalze 149 oder der Fixierungswalze 143, oder der Temperaturbedingung des Aufzeichnungspapiers 115 auf deutlich andere Temperaturen abgekühlt werden. Daher kann in dem oben genannten Verfahren die Temperatur der wärmeerzeugenden Walze 144 dementsprechend signifikant anders eingestellt werden.
Da die Wärmeerzeugung in dem Abschnitt ausgeführt wird, wo sich die wärmeerzeugende Walze 144 mit dem Fixierungsriemen 120 in Kontakt befindet, und die notwendige Wärme unmittelbar zu dem Fixierungsriemen 120 geleitet wird, ist es daher in dieser Ausführungsform nicht nötig, die Temperatur der wärmeerzeugenden Walze 144 mehr als notwendig zu erhöhen. Ferner wird in dem Abschnitt unmittelbar nach dem Kontaktabschnitt, in dem sich die wärmeerzeugende Walze 144 und der Fixierungsriemen 120 miteinander in Kontakt befinden, kaum Wärme erzeugt. Daher ist es durch eine Steuerung der Temperatur dieses Abschnitts auf einen konstanten Wert möglich, die Temperatur des Fixierungsriemens 120 konstant zu halten, wenn der Fixierungsriemen 120 in den Spaltabschnitt eintritt. Dadurch ist eine stabile Fixierung möglich, unabhängig von den Temperaturbedingungen der Druckwalze 149 usw..
Da der Fixierungsriemen 120, der von der wärmeerzeugenden Walze 144 erwärmt wird, in dieser Ausführungsform mit dem Aufzeichnungspapier 115 früher als die Fixierungswalze 143 in Kontakt gebracht wird, ist es ferner möglich, den Toner 135 auf dem Aufzeichnungspapier 115 in einem Zustand zu schmelzen, in dem die notwendige Temperatur gehalten wird. Da ferner die thermische Kapazität des Fixierungsriemens 120 gering ist, wenn der Fixierungsriemen 120 beginnt, mit dem Aufzeichnungspapier 115 in Kontakt zu treten, beginnt die Entfernung der Wärme durch das Aufzeichnungspapier 115, und wenn das Aufzeichnungspapier 115 von dem Fixierungsriemen 120 getrennt wird, nachdem es durch den Spaltabschnitt gelaufen ist, wird die Temperatur des Fixierungsriemens 120 deutlich gesenkt. Daher ist es möglich, das Auftreten eines warmen Versatzes zu verhindern.
Da ferner in dieser Ausführungsform die wärmeerzeugende Walze 144 (der wärmeerzeugende Abschnitt) im Inneren des Fixierungsriemens 120 bereitgestellt ist, und außerdem die Anregungsspule 123 und der Rückflächenkern 124 außerhalb des Fixierungsriemens 120 bereitgestellt sind, ist es möglich, einen Anstieg der Temperatur der Anregungsspule 123 und dergleichen aufgrund der Wirkung der Temperatur des wärmeerzeugenden Abschnitts zu verhindern. Daher kann die Menge an Wärmeerzeugung stabil gehalten werden.
Ferner besteht in dieser Ausführungsform der Fixierungsriemen 120 aus Harz. Anstelle von Harz kann jedoch ein Metall verwendet werden. In diesem Fall wird ein Teil der Wärme in dem Fixierungsriemen 120 mittels elektromagnetischer Induktion erzeugt. Wenn jedoch die Dicke des Fixierungsriemens 120 extrem dünn ist, durchdringt der Magnetfluss, der durch den Anregungsstrom erzeugt wird, den Fixierungsriemen 120 und erreicht die wärmeerzeugende Walze 144, so dass die wärmeerzeugende Walze 144 die Temperaturselbstregulierung ähnlich wie oben ausführen kann.
Ferner sind in dieser Ausführungsform die wärmeerzeugende Walze 144 und die leitende Walze 145 adiabatisch angeordnet. Selbst wenn jedoch diese Walzen in engem Kontakt miteinander angeordnet sind, kann die wärmeerzeugende Walze 144 ebenso mit der Temperatur-Selbstregulierungseigenschaft versehen sein. In diesem Fall ist die thermische Kapazität der wärmeerzeugenden Walze 144 selbst etwas erhöht, wodurch die Aufwärmzeit entsprechend verlängert wird.
Ferner beschreibt diese Ausführungsform den Fall, wo die Oberflächentemperatur des Fixierungsriemens 31 aufgrund der Temperaturselbstregulierung der wärmeerzeugenden Walze 144 eine vorbestimmte Fixierungstemperatur wird. Die Temperatur-Selbstregulierungseigenschaft der wärmeerzeugenden Walze 144 wird jedoch nicht unbedingt nur in diesem Fall angewendet. Zum Beispiel kann sie verwendet werden, um eine anomale Erwärmung des Apparats zu verhindern, um die Sicherheit des Apparats gegenüber einer Beschädigung zu garantieren, indem die Temperatur der Temperaturselbstregulierung höher eingestellt wird, während die Fixierungstemperatur durch Erfassen mit dem üblichen Thermistor usw. gesteuert wird.
[Elfte Ausführungsform]
Anschließend wird die Fixierungsvorrichtung zur Fixierung von Farbbildern als Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 33 beschrieben. In dieser Ausführungsform fehlt die ausführliche Beschreibung für Abschnitte mit derselben Konfiguration und zur Ausführung derselben Funktion wie in der zehnten Ausführungsform.
Ein Fixierungsriemen 150 gemäß dieser Ausführungsform ist ein endloser Riemen mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Dicke von 80 μm, der ein Polyimidharz als Basis 151 umfasst. Die Oberfläche des Fixierungsriemens 150 ist mit einem Silikongummi 152 mit einer Dicke von 150 μm be schichtet, um Farbbilder zu fixieren. Da auch in dieser Ausführungsform die Wärmeerzeugung mit der wärmeerzeugenden Walze 154 durchgeführt wird, kann ein extrem dünnes Metall oder ein filmartiges, wärmebeständiges Harz, wie Fluorkohlenstoffharz, das kein Metall ist, für den Fixierungsriemen 150 verwendet werden.
Der Fixierungsriemen 150 hängt mit einer vorbestimmten Zugkraft zwischen der Fixierungswalze 153 mit einem Durchmesser von 30 mm, die ähnlich wie jene der zehnten Ausführungsform konfiguriert ist, und dem wärmeerzeugendeen Element 154 mit einer Dicke von 0,4 mm, und ist in die Richtung des Pfeils C drehend beweglich. Die wärmeerzeugende Walze 154 besteht aus magnetischem rostfreien Stahl. Die Druckwalze 157 besteht aus einem Silikongummi mit einem Härtegrad von JIS A60 und wird gegen die Fixierungswalze 153 über den Fixierungsriemen 150 gepresst, wodurch ein Spaltabschnitt gebildet wird. Die Druckwalze 157 wird um die Metallachse 160 drehbar gehalten und folgt der Drehung des Fixierungsriemens 150.
Die Bezugzahl 171 bezeichnet eine Anregungsspule und 172 bezeichnet einen Rückflächenkern. Die Anregungsspule 171 und der Rückflächenkern 172 sind über den Fixierungsriemen 150 mit einer kleinen dazwischen liegenden Lücke gegenüber der wärmeerzeugenden Walze 154 angeordnet. Der Rückflächenkern 172 ist mit einem E-förmigen Querschnitt gebildet und die Anregungsspule 171 ist um den konvexen Abschnitt in der Mitte des E-förmigen Querschnitts gewickelt. Wie in der zehnten Ausführungsform wird der Anregungsstrom mit einer Frequenz von 30 kHz von einer Anregungsschaltung 175 an die Anregungsspule 171 angelegt, wodurch eine wiederholte Erzeugung und Annullierung des Magnetflusses verursacht wird, wie durch die Pfeile G und G' dargestellt ist. Dadurch wird die wärmeerzeugende Walze 154 von einem wärmeerzeugenden Abschnitt 154a als Zentrum der Magnetisierung magnetisiert, an dem die wärmeerzeugende Walze 154 und der Fixierungsriemen 150 miteinander in Kontakt stehen, wodurch ein Wirbelstrom verursacht wird. Daher wird der wärmeerzeugende Abschnitt 154a der wärmeerzeugenden Walze 154 erwärmt. Zu diesem Zeitpunkt geht der Wirbelstrom, der in der wärmeerzeugenden Walze 154 erzeugt wird, vorwiegend durch den Abschnitt, der flacher als die Eindringtiefe ist, die abhängig von der magnetischen Durchlässigkeit und dem spezifischen Widerstand des Materials, das für die wärmeerzeugende Walze 154 verwendet wird, und der Frequenz des Anregungsstroms, der an die wärmeerzeugende Walze 154 angelegt wird, bestimmt wird. Aus der Eigenschaft des rostfreien Stahlmaterials, das für die wärmeerzeugende Walze 154 verwendet wird, und der Frequenz des angelegten Anregungsstroms, wird die Eindringtiefe mit etwa 0,3 mm berechnet. Da die Dicke der wärmeerzeugenden Walze 154 auf 0,4 mm eingestellt ist, erfolgt die Wärmeerzeugung nahezu in dem Abschnitt der wärmeerzeugenden Walze 154 zwischen deren Oberfläche und der Tiefe, die durch die Eindringtiefe bestimmt ist. Daher bewirkt eine Unregelmäßigkeit in der Dicke der wärmeerzeugenden Walze 154 keine Unregelmäßigkeit in der Wärmeerzeugung. Somit kann eine gleichförmige Wärmeerzeugung erreicht werden. Da die wärmeerzeugende Walze 154 Wärme vorwiegend von der Oberfläche in Kontakt mit dem Fixierungsriemen 150 erzeugt, kann ferner die Wärme von der wärmeerzeugenden Walze 154 effizient zu dem Fixierungsriemen 150 geleitet werden.
Ein Temperatursensor 158 ist so bereitgestellt, dass er mit der Oberfläche der wärmeerzeugenden Walze 154 an einem Abschnitt 154b unmittelbar nach dem Kontaktabschnitt in Kontakt steht, in dem die wärmeerzeugende Walze 154 und der Fixierungsriemen 150 miteinander in Kontakt sind. Der erfasste Ausgang von dem Temperatursensor 158 steuert den Ausgang von einer Anregungsschaltung 175 über ein Steuermittel 179. Dadurch wird die Menge an Wärme, die von der wärmeerzeugenden Walze 154 erzeugt wird, so gesteuert, dass die Temperatur des Abschnitts 154b unmittelbar nach dem Kontaktabschnitt, in dem die wärmeerzeugende Walze 154 und der Fixierungsriemen 150 miteinander in Kontakt sind, jederzeit konstant gehalten wird.
Die Fixierungsvorrichtung mit der oben genannten Konfiguration wurde an einem Farbbildformungsapparat (in der Zeichnung nicht dargestellt) befestigt. Aufzeichnungspapier 186, auf dem ein Farbbild unter Verwendung eines stark schmelzenden Farbtoners 185 auf Polyesterbasis gebildet worden war, wurde in die Fixierungsvorrichtung in Richtung des Pfeils H in 33 eingesetzt, wodurch das Tonerbild auf dem Aufzeichnungspapier 186 fixiert wurde.
Da in dieser Ausführungsform die Wärmeerzeugung in dem Abschnitt ausgeführt wird, wo die wärmeerzeugende Walze 154 mit dem Fixierungsriemen 150 in Kontakt steht, und die Wärme unmittelbar zu dem Fixierungsriemen 150 geleitet wird, ist es nicht nötig, die Temperatur der wärmeerzeugenden Walze 154 mehr als notwendig zu erhöhen. Ferner wird die Menge an Wärmeerzeugung durch Erfassen der Temperatur des Abschnitts 154b unmittelbar nach dem Kontaktabschnitt, in dem die wärmeerzeugende Walze 154 und der Fixierungsriemen 150 miteinander in Kontakt sind, gesteuert. Daher kann die Temperatur des Fixierungsriemens 150 immer bei der optimalen Temperatur für die Fixierung gehalten werden.
Ferner kann der Fixierungsriemen 150, der beim Durchlaufen durch den Spaltabschnitt gekühlt wird, gelegentlich auf eine deutlich andere Temperatur abgekühlt werden, abhängig von den Temperaturen der Druckwalze 157 und der Fixierungswalze 153 oder der Temperaturbedingung des Aufzeichnungspapiers 186. Die Wärmeerzeugung wird jedoch an dem Abschnitt ausgeführt, in dem die wärmeerzeugende Walze 154 mit dem Fixierungsriemen 150 in Kontakt steht, und die Menge an Wärmeerzeugung wird so gesteuert, dass die Temperatur des Abschnitts 154b unmittelbar nach dem Kontaktabschnitt, in dem die wärmeerzeugende Walze 154 und der Fixierungsriemen 150 miteinander in Kontakt sind, konstant ist. Daher ist es unabhängig von dem Temperaturabfall des Fixierungsriemens 150 möglich, die Menge an Wärmeerzeugung stabil zu steuern. Selbst wenn daher die thermische Kapazität der wärmeerzeugenden Walze 154 extrem klein gestaltet wird, ist es nicht notwendig, die Temperatursteuerung der wärmeerzeugenden Walze 154 in Übereinstimmung mit dem Abfall der Temperatur des Fixierungsriemens 150 zu ändern, und es ist möglich, die Temperatur des Fixierungsriemens 150 konstant zu halten, wenn der Fixierungsriemen 150 in den Spaltabschnitt eintritt.
Da ferner in dieser Ausführungsform die thermische Kapazität des Fixierungsriemens 150 gering ist, wird mit der Entfernung der Wärme durch das Aufzeichnungspapier 186 begonnen, sobald der Fixierungsriemen 150 mit dem Aufzeichnungspapier 186 in Kontakt gebracht wird, und wenn sich das Aufzeichnungspapier 186 von dem Fixierungsriemen 150 trennt, nachdem es durch den Spaltabschnitt gelaufen ist, ist die Temperatur des Fixierungsriemens 150 deutlich gesenkt. Selbst wenn die Temperatur des Fixierungsriemens 150 beim Eintritt in den Spaltabschnitt beachtlich hoch eingestellt ist, kommt es daher zu keinem warmen Versatz. In dieser Ausführungsform kann durch Erfassen der Temperatur des Abschnitts 154b unmittelbar nach dem Kontaktabschnitt, in dem die wärmeerzeugende Walze 154 und der Fixierungsriemen 150 miteinander in Kontakt sind, die Menge an Wärmeerzeugung gesteuert werden. Daher ist es möglich, die Temperatur des vorderen Abschnitts des Spaltabschnitts fein zu regulieren. Selbst im Falle der Verwendung eines stark schmelzenden Farbtoners 185 ist es daher möglich, den Farbtoner 185 ohne Auftreten eines warmen Versatzes zu fixieren, während der Farbtoner 185 ausreichend geschmolzen wird.
Ferner wird in dem Abschnitt unmittelbar nach dem Kontaktabschnitt, in dem die wärmeerzeugende Walze 154 und der Fixierungsriemen 150 miteinander in Kontakt sind, kaum Wärme erzeugt. Daher ist es möglich, indem die Temperatur dieses Abschnitts konstant gehalten wird, die Temperatur des Fixierungsriemens 150 konstant zu halten, wenn der Fixierungsriemen 150 in den Spaltabschnitt eintritt. Infolgedessen ist eine stabile Fixierung möglich, unabhängig von den Temperaturbedingungen der Druckwalze 157 usw.
Ferner ist die Fixierungswalze 153 aus einem Schaum gebildet, dessen Wärmeleitfähigkeit gering ist. Daher verhindert ein Spalt, der im Inneren vorhanden ist, dass die Wärme, die in dem Fixierungsriemen 150 gespeichert ist, aufgrund des Kontaktes zwischen dem Fixierungsriemen 150 und der Fixierungswalze 153 abgestrahlt wird. Somit wird die thermische Effizienz ausgezeichnet. Da in dieser Ausführungsform die Härte der Fixierungswalze 153 deutlich geringer eingestellt ist als die Härte der Druckwalze 157, wird der Fixierungsriemen 150 entlang dem äußeren Umfang der Druckwalze 157 an dem Spaltabschnitt verformt. Wenn daher das Aufzeichnungspapier 186 durch den Spaltabschnitt läuft und ausgestoßen wird, wird das Aufzeichnungspapier 186 in der Richtung ausgestoßen, in der das Aufzeichnungspapier 186 von dem Fixierungsriemen 150 getrennt wird. Somit ist die Ablösbarkeit extrem ausgezeichnet.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie zuvor erwähnt, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Bilderwärmungsvorrichtung zu verwirklichen, die keine große Strommenge zu der Anregungsspule leiten muss, um die elektrische Energie zu erhalten, die notwendig ist, damit das wärmeerzeugende Element Wärme erzeugen kann. Daher kann die vorliegende Erfindung bei der Fixierungsvorrichtung angewendet werden, die in einem Bildformungsapparat, wie einem elektrofotografischen Apparat, einem elektrostatischen Aufzeichnungsapparat oder dergleichen verwendet wird, wobei einer Verkürzung der Aufwärmzeit und einer Energieeinsparung oder dergleichen Rechnung getragen wird.

Claims

Bilderwärmungsvorrichtung, umfassend: ein wärmeerzeugendes Element (1, 144, 154), das einen drehbaren Körper umfasst, welcher Leitfähigkeit aufweist; und eine Anregungsspule (5, 123, 171), die der Umfangsoberfläche des wärmeerzeugenden Elements gegenüberliegend angeordnet und dazu eingerichtet ist, dem wärmeerzeugenden Element das Erzeugen von Wärme mittels elektromagnetischer Induktion zu ermöglichen; wobei die Anregungsspule (5, 123, 171) in einem Zustand, in dem die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegt, eine Induktivität von 10 μH oder mehr und 50 μH oder weniger und einen elektrischen Widerstand von 0,5 Ω oder mehr und 5 Ω oder weniger aufweist.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine Anzahl gebündelter Drähte, die an beiden Enden überlagert sind, größer ist als eine Anzahl gebündelter Drähte im mittleren Abschnitt in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Durchmesser des Drahts 0,1 mm oder mehr und 0,3 mm oder weniger und der Durchmesser des gebündelten Drahts 5 mm oder weniger beträgt.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anregungsspule aus einem Bündel aus Drähten zusammengesetzt ist, die eine isolierte Oberfläche aufweisen, sich in die Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements erstrecken, in Umfangsrichtung um die Umfangsrichtung des wärmeerzeugenden Elements gewickelt sind und wobei die sich in die Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements erstreckenden gebündelten Drähte an mindestens einer Stelle in engem Kontakt miteinander angeordnet sind.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, die ferner einen Kern (9, 124, 172) aus außen an der Anregungsspule (5, 123, 171) angeordnetem magnetischem Material umfasst.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Länge des Kerns (9, 32, 33) entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements (1, 144, 154) kürzer ist als die Länge des wärmeerzeugenden Elements in der Richtung seiner Drehachse.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Länge der Anregungsspule (5, 123, 171) an dem äußeren Umfangsabschnitt in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements (1, 144, 154) nicht kürzer ist als die Breite eines Aufzeichnungsmaterials, das die maximale Breite aller zu verwendenden Aufzeichnungsmaterialien aufweist; und wobei die Länge des Kerns in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements nicht kürzer ist als die Breite des Aufzeichnungsmaterials, das eine maximale Breite aller zu verwendenden Aufzeichnungsmaterialen aufweist.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Abstand zwischen der Endfläche des Kerns (9, 32, 33) und der Endfläche des wärmeerzeugenden Elements (1, 144, 154) in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements länger ist als der Abstand zwischen dem Kern und dem wärmeerzeugenden Element.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Kern (9, 32, 33) einander gegenüberliegende Abschnitte (F) gegenüber dem wärmeerzeugenden Element aufweist, ohne dass die Anregungsspule (5, 123, 171) zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte (T) aufweist, die durch die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei das wärmeerzeugende Element durch ein Trägerelement (3) aus magnetischem Material gestützt wird und ein Abstand zwischen dem Trägerelement (3) und dem Kern doppelt so groß oder größer ist als der Abstand zwischen dem Kern (9, 32, 33) und dem wärmeerzeugenden Element (1, 144, 154).
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Länge zwischen den äußersten Enden des magnetisch durchlässigen Abschnitts (T) entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements nicht länger ist als die Länge zwischen den äußersten Enden des gegenüberliegenden Abschnitts (F) entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei mindestens ein Teil des gegenüberliegenden Abschnitts (F) in engerem Kontakt mit dem wärmeerzeugenden Element angeordnet ist als der magnetisch durchlässige Abschnitt (T), wodurch ein angrenzender Abschnitt (N) gebildet wird.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei eine Vielzahl angrenzender Abschnitte (N) bereitgestellt ist und einer der Vielzahl benachbarter Abschnitte im Zentrum der Wicklung der Anregungsspule (5, 123, 171) angeordnet ist.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei mindestens ein Teil des Kerns (9, 32, 33) in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements (1, 144, 154) Lücken aufweist.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei der Kern einander gegenüberliegende Abschnitte (F) gegenüber dem wärmeerzeugenden Element aufweist, ohne dass die Anregungsspule zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte (T) aufweist, die durch die Anregungsspule (5, 123, 171) dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen, und die Lücken in dem magnetisch durchlässigen Abschnitt des Kerns ungleichmäßig in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements verteilt sind.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die Lücke in dem magnetisch durchlässigen Abschnitt (T) des Kerns (9, 32, 33) in dem Endabschnitt kleiner ist als in dem mittleren Abschnitt in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei der Kern (9, 32, 33) einander gegenüberliegende Abschnitte (F) gegenüber dem wärmeerzeugenden Element aufweist, ohne dass die Anregungsspule zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte (T) aufweist, die durch die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen, und die gegenüberliegenden Abschnitte des Kerns asymmetrisch in Bezug auf eine Mittellinie der Anregungsspule (5, 123, 171) in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements angeordnet sind.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei der Kern einander gegenüberliegende Abschnitte (F) gegenüber dem wärmeerzeugenden Element aufweist, ohne dass die Anregungsspule zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte (T) aufweist, die durch die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen, und die Lücke in dem gegenüberliegenden Abschnitt des Kerns (9, 32, 33) kleiner ist als die Lücke in dem magnetisch durchlässigen Abschnitt des Kerns in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei der Kern einander gegenüberliegende Abschnitte (F) gegenüber dem wärmeerzeugenden Element aufweist, ohne dass die Anregungsspule zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte (T) aufweist, die durch die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen, und die gegenüberliegenden Abschnitte des Kerns durchgängig in der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements bereitgestellt sind.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das wärmeerzeugende Element in der Form eines Rohrs (1) gebildet ist und die Querschnittsfläche der Oberfläche der Innenseite des wärmeerzeugenden Elements rechtwinklig zu seiner Drehachse kleiner ist als die maximale Querschnittsfläche des Kerns und der Anregungsspule.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei ein Teil des Kerns (9) geteilt ist, wodurch ein beweglicher Abschnitt (32) gebildet wird, und der bewegliche Abschnitt beweglich mit Bezug auf den verbleibenden Abschnitt (33) des Kerns gehalten wird.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 21, wobei der bewegliche Abschnitt (32) außerhalb des Gebiets angeordnet ist, in dem ein zu verwendendes Aufzeichnungsmaterial (8) durchläuft, und wobei sich der bewegliche Abschnitt (32) mit Bezug auf den verbleibenden Abschnitt (33) des Kerns bewegen kann.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend ein Abschirmungselement (29) aus leitendem Material, das mindestens einen Teil einer Hinterfläche der Anregungsspule bedeckt.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend ein Kühlmittel (28) zum Kühlen der Anregungsspule durch Luftstrom.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend ein wärmeisolierendes Element (34) zum Abschirmen von Wärmeleitung zwischen der Anregungsspule (5, 123, 171) und dem wärmeerzeugenden Element (1, 144, 154).
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 25, ferner umfassend einen außerhalb der Anregungsspule angeordneten Kern (9, 124, 172) aus magnetischem Material, wobei die Länge der Anregungsspule (5, 123, 171) entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements kürzer ist als die Länge des wärmeisolierenden Elements entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements und länger ist als die Länge des Kerns entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend eine Befestigungswalze (35) und einen Befestigungsriemen (31, 120, 150), der durch die Befestigungswalze und das wärmeerzeugende Element auf gehängt ist.
Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Anspruch 27, ferner umfassend einen außerhalb der Anregungsspule angeordneten Kern (9, 124, 172) aus magnetischem Material, wobei der Kern einander gegenüberliegende Abschnitte (F) gegenüber dem wärmeerzeugenden Element aufweist, ohne dass die Anregungsspule zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt und dem wärmeerzeugenden Element angeordnet wäre, und magnetisch durchlässige Abschnitte (T) aufweist, die durch die Anregungsspule dem wärmeerzeugenden Element gegenüberliegen, und die Länge zwischen den äußersten Enden des gegenüberliegenden Abschnitts entlang der Richtung der Drehachse des wärmeerzeugenden Elements nicht länger ist als die Breite des Befestigungsriemens.
Bildererwärmungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei die Anregungsspule (5, 123, 171) mit einem Wechselstrom einer Frequenz 25 kHz bis 50 kHz beaufschlagt wird.
Bildformungsapparat, der Folgendes umfasst: Bildformungsmittel zum Formen eines unfixierten Bilds auf einem Aufzeichnungsmaterial (8, 115, 186) und Übertragen des unfixierten Bilds darauf; und Fixiervorrichtung (22) zum Fixieren des unfixierten Bilds auf dem Aufzeichnungsmaterial, wobei die Bilderwärmungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29 als die Fixierungsvorrichtung verwendet wird.