【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱材を加熱する加熱装置、該加熱装置を有しトナー像を記録材上に加熱定着する定着装置、及び該定着装置を有する電子写真方式の複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の複写機等の画像形成装置は、例えば、像担持体としての電子写真感光体面に電子写真プロセスでトナー像を形成・担持させ、該トナー像を記録材としてのシートに転写させ、加熱装置を有する定着装置によって該シート上に未定着トナー像を永久固着画像として加熱定着させ、このようなシートを画像形成物として出力する。トナーには樹脂、磁性体、着色料等からなる溶融定着性の顕画粉体が用いられる。
【０００３】
前記定着装置は、例えば、シート上のトナーを熱溶融させる加熱ローラとも指称される定着ローラと、該定着ローラに圧接してシートを挟持する加圧部材としての加圧ローラとを有する。
【０００４】
前記定着ローラは中空状に形成され、この定着ローラの中心軸上には、発熱体が保持手段により保持される。前記発熱体は、例えば、ハロゲンランプ等の管状発熱ヒータより構成され、所定の電圧が印加されることにより発熱する。前記ハロゲンランプは定着ローラの中心軸に位置するため、このハロゲンランプから発せられた熱は定着ローラ内壁に均一に輻射され、定着ローラの外壁の温度分布は円周方向で均一になる。
【０００５】
定着ローラの外壁は、その温度が定着に適した温度（例えば１５０〜２００℃）になるまで加熱される。この状態で定着ローラと加圧ローラは圧接しながら互いに逆方向へ回転し、トナーが付着したシートを挟持搬送する。定着ローラと加圧ローラとの圧接部（以下、ニップ部ともいう）において、シート上のトナーは定着ローラの熱により溶解し、両ローラから作用する圧力によりシートに定着される。
【０００６】
しかし、上述のハロゲンランプ等から構成される発熱体を備えた定着装置においては、ハロゲンランプからの輻射熱を利用して定着ローラを加熱するため、電源を投入した後、定着ローラの温度が定着に適した所定温度に達するまでの時間（以下、「ウォームアップタイム」という）に、比較的長時間を要していた。その間、使用者は複写機を使用することができず、長時間の待機を強いられる場合があるという問題があった。
【０００７】
その一方、ウォームアップタイムの短縮を図ってユーザの操作性を向上すべく多量の電力を定着ローラに印加したのでは、定着装置における消費電力が増大し、省エネルギー化に反する場合があるという問題が生じていた。
【０００８】
このため、複写機等の商品の価値を高めるためには、定着装置の省エネルギー化（低消費電力化）と、ユーザの操作性向上（クイックプリント）との両立を図ることが一層注目され重視されてきている。
【０００９】
かかる要請に応える装置として、特開昭５９−３３７８７号公報に示されるように、加熱源として高周波誘導を利用した誘導加熱方式の定着装置が提案されている。
【００１０】
この誘導加熱方式の定着装置は、金属導体からなる中空の発熱部材としての定着ローラの内部に励磁コイルが同心状に配置されており、この励磁コイルに高周波電流を流して生じた高周波磁界を、磁性体コアを用いて加熱部に向けて集中させることで、定着ローラに誘導渦電流を発生させ、定着ローラ自体の表皮抵抗によって定着ローラそのものをジュール発熱させる。
【００１１】
この誘導加熱方式の定着装置によれば、電気−熱変換効率がきわめて向上するため、ウォームアップタイムの短縮化が可能となる。
【００１２】
このような誘導加熱方式の定着装置にあっては、励磁コイルに発生させ磁性体コアにより収束させた磁束で、定着ローラ内面に設けた導電層に渦電流を発生させ、この渦電流によるジュール熱により定着ローラを発熱させている。そのため、励磁コイル及び磁性体コアと定着ローラの導電層の間隔をなるべく安定して配置することが要求されていた。ところが、コイル線の自重・剛性により、これらの部材を常に同じ位置に安定させることが難しかった。
【００１３】
そこで、定着ローラの回転軸方向を長手とし、定着ローラの内空を貫通し長手端部を支持された保持部材としての耐熱性剛体支持ステイを設け、この支持ステイの下面側に前記磁性体コアを保持させている。
【００１４】
一方、このような誘導加熱方式の定着装置にあっては、定着ローラの内面への熱放射のために、励磁コイル周辺の温度上昇が大きく、そのため励磁コイルの電気抵抗の上昇が発生し、必要電力が増加する場合があるという問題があった。また、樹脂からなる励磁コイルの被覆が熱により溶融し、励磁コイルの絶縁性が損なわれる場合があるという問題があった。さらに、磁性体コアがキュリー温度以上に昇温されると、発熱が停止する可能性があるという問題があった。
【００１５】
そこで、例えば特開昭５４−３９６４５号公報に開示されているように、励磁コイル及び磁性体コアの温度上昇を抑えるために、定着ローラ等の内部へ送風を行う送風手段等の冷却機構を設けるという提案がなされている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の誘導加熱方式の定着装置に冷却機構を設置する場合には、励磁コイル、磁性体コアばかりでなく定着ローラの内面までも送風により冷却されるため、定着能力を損なうことがあるという問題点があった。
【００１７】
また、励磁コイルと非磁性体との一体成形にて構成されたホルダーで磁性体コアを保持する場合、定着ローラとホルダー外表面との距離が近く、定着ローラの熱放射の影響を受けやすく、励磁コイル及び磁性体コアの昇温が発生する。
【００１８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、励磁コイル等の各部材の温度上昇を防止し、かつ良好な加熱性能を有する低コストでコンパクトな加熱装置、定着装置、画像形成装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の構成は、磁束発生手段と、前記磁束発生手段の発生磁束の作用により誘導加熱される中空ローラ形状の発熱部材と、前記発熱部材に圧接しニップ部を形成する加圧部材とを有し、被加熱材を前記ニップ部に供給し加熱する加熱装置において、前記発熱部材の内部を貫通し前記磁束発生手段を前記発熱部材の内部で保持するパイプ形状の保持部材と、前記保持部材の長手方向一側端又は両端から前記保持部材の内部へ送風を行う送風手段とを有する加熱装置である。
【００２０】
本発明に係る第２の構成は、上記第１の構成において、前記保持部材の長手方向中央部に設けられ、前記保持部材内部から空気が排出される吹き抜け口を有する加熱装置である。
【００２１】
本発明に係る第３の構成は、上記第１又は第２の構成において、前記保持部材はアルミニウム合金からなる加熱装置である。
【００２２】
本発明に係る第４の構成は、上記第１から第３のいずれかの構成において、前記磁束発生手段は励磁コイル及び磁性体コアを有する加熱装置である。
【００２３】
本発明に係る第５の構成は、未定着トナー像を担持した記録材を前記ニップ部に供給し、該記録材上にトナー像を加熱定着する定着装置として上記第１から第４の構成の加熱装置を用いる定着装置である。
【００２４】
本発明に係る第６の構成は、上記第５の構成の定着装置を有する画像形成装置である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に沿って説明する。以下の説明において、本実施の形態における例示が本発明を限定することはないとしている。
【００２６】
（実施の形態１）
以下、本発明に係る実施の形態１について図１から図３を参照して説明する。各図に共通する部材には同一の符号を付する。
【００２７】
図１は、本実施の形態１に係る定着装置の縦段面図である。図２は、図１に示す定着装置の横断面図である。
【００２８】
図１及び図２において、定着装置１００は、誘導加熱される発熱部材としての定着ローラ１と、この定着ローラ１の下方に配置され記録材Ｐを定着ローラ１に押しつける加圧部材としての弾性加圧ローラ２と、定着ローラ１の内空に軸方向に沿って設置された磁束発生手段としての励磁コイル３・磁性体コア５（５ａ、５ｂ、５ｂ´、５ｃ、５ｃ´）とを有する。
【００２９】
前記定着ローラ１は、熱容量を低減した肉厚の薄い誘導発熱体製の円筒状ローラである。本実施の形態１においては、外径４０［ｍｍ］、厚さ０．７［ｍｍ］の鉄製のシリンダとしている。これを芯金としてその表面の離型性を高めるために例えばＰＴＦＥ１０〜５０［μｍ］やＰＦＡ１０〜５０［μｍ］の層を設けてもよい。
【００３０】
定着ローラ１の他の材料（誘導発熱体）として、例えば磁性ステンレスのような磁性材料（磁性金属）といった、比較的透磁率μが高く、適当な抵抗率ρを持つものを用いてもよい。さらに、非磁性材料でも、金属等の導電性のある材料は材料を薄膜にすること等により使用可能となる。
【００３１】
また、前記加圧ローラ２は、例えば、外径２０［ｍｍ］の鉄製の芯金の外周に、厚さ５［ｍｍ］、ゴム硬度が２０度（ＪＩＳ−Ａ［＝ＪＩＳ−Ｋ Ａ型試験機使用］）のシリコーンゴムの層と、定着ローラ１と同様に表面の離型性を高めるために例えばＰＴＦＥ１０〜５０［μｍ］やＰＦＡ１０〜５０［μｍ］の層とを設けた、外径３０［ｍｍ］の弾性ローラである。
【００３２】
前記定着ローラ１と前記加圧ローラ２は、互いに上下に圧接させて両者間に所定幅の定着ニップ部（加熱ニップ部）Ｎを形成させており、装置筐体の側板１１・１１´間にそれぞれ軸受１２・１２´、１３・１３´を介して回転自在に組み込まれている。加圧ローラ２は定着ローラ１の回転軸方向にバネ等を用いた図示しない機構によって加圧されている。加圧ローラ２は、例えば、約３０［Ｋｇ重］で荷重されており、その場合圧接ニップ部Ｎのニップ幅は約６［ｍｍ］になる。しかし都合によっては荷重を変化させてニップ幅を変えてもよい。
【００３３】
１４は定着ローラ１の一端側に一体的に設けた駆動ギアであり、定着ローラ１は不図示の駆動源の回転力を駆動ギア１４を介して伝達され、図２において矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ２は定着ニップ部Ｎにおける定着ローラ１との摩擦力で従動して回転する。
【００３４】
励磁コイル３は、定着ローラ１の回転軸方向を長手とし横断面外形形状が略半円形の横長コイルボビン４の半円胴面に、コイルボビン４の長手方向に電線を周回させており、外側形状を円筒状の定着ローラ１の内面に略対応させた横断面ほぼ半円状の横長舟形に巻回したものであり、円筒状定着ローラ１の内面の略下半面部に対応して位置する。
【００３５】
また、励磁コイル３は、高周波コンバーター２３に接続されて１００〜２０００［Ｗ］の高周波電力が供給されるため、巻き線（電線）として細い線を複数本リッツにしたものを用いており、被覆には耐熱温度２２０℃のポリアミドイミド被覆を使用した。
【００３６】
被覆材料としては、耐熱性が２００［℃］以上のものが好ましくポリアミドイミド以外には例えばポリイミド被覆等を使用しても良い。
【００３７】
磁性体コア５は、図３に示すように、磁性体の横長板状部材を横断面略Ｔ字型に組み合わせ、上記コイルボビン４の長手中央部に設けた縦溝穴の中にＴ字型の縦部となる磁性体の横長板状部材５ｂ・５ａ・５ｂ´を嵌入させ、また横部となる磁性体の横長板状部材５ｃ・５ｃ´をコイルボビン４の上面において、縦部となる磁性体の横長板状部材５ｂ・５ａ・５ｂ´の両脇にそれぞれ配置している。
【００３８】
Ｔ字型磁性体コア５の縦部５ｂ・５ａ・５ｂ´の下面が定着ニップ部Ｎに正対する。磁性体コア５は励磁コイル３より発生した交流磁束を効率よく定着ローラ１を構成している誘導発熱体に導く役目をする。
【００３９】
磁性体コア５の材料としては高透磁率かつ低損失のものを用いる。パーマロイのような合金の場合は、コア内の渦電流損失が高周波で大きくなるため積層構造にしてもよい。磁性体コア５は磁気回路の効率を上げるためと磁気遮蔽のために用いている。本実施の形態１では、トーキン製２５００Ｂを用いている。
【００４０】
励磁コイル３には、高周波コンバーター２３により例えば１０〜１００［ｋＨｚ］の交流電流が印加される。交流電流によって誘導された磁束は磁性体コア５の内部を外部に漏れることなく通り、突起部間で初めて磁性体コア５外部に漏れ、定着ローラ１の導電層（誘導発熱体）を貫き渦電流が流れて、定着ローラ１の導電層自体がジュール発熱する。
【００４１】
励磁コイル３には、励磁コイル３表面に当接するようにコイル温度センサ７が配置されている。コイル温度センサ７は、定着ローラ１の回転軸方向において、大サイズ記録紙（例えばＡ３サイズ）の用紙端部より中央側で、小サイズ記録紙（例えばＡ４縦送りサイズ）の用紙端部より端部側の位置に配置されている。コイル温度センサ７は、給紙制御回路２６に接続されており、検知温度に応じて所定の搬送間隔毎に給紙を実行する制御を行っている。
【００４２】
６は保持部材としての耐熱性剛体支持ステイであり、円筒状定着ローラ１の内空を貫通する横長形状のものとしている。この支持ステイ６の下面には、上記した励磁コイル３、コイルボビン４、及び磁性体コア５が固定されている。支持ステイ６に対する励磁コイル３、コイルボビン４、及び磁性体コア５の固定保持手段は適宜とする。本実施の形態１においては、例えば、励磁コイル３、コイルボビン４、磁性体コア５、支持ステイ６、及びコイル温度センサ７のアセンブリを熱収縮チューブで覆うことで、励磁コイル３、コイルボビン４、及び磁性体コア５を支持ステイ６に保持させるとよい。
【００４３】
そして、上記した励磁コイル３、コイルボビン４、磁性体コア５、支持ステイ６、及びコイル温度センサ７等からなる磁束発生手段アセンブリを、円筒状の定着ローラ１の内空に挿入し、支持ステイ６の長手両端部を装置筐体側の定置部材１５・１５´に固定支持させている。定着ローラ１の内空に挿入した磁束発生手段アセンブリは定着ローラ１の内面に対して非接触としている。
【００４４】
２１は温度センサであり、この温度センサ２１は定着ローラ１の表面に当接するように配置されている。この温度センサ２１の検出信号は制御回路２２に入力する。制御回路２２は、温度センサ２１から入力された検知温度情報に基づいて高周波コンバーター２３を制御して励磁コイル３への電力供給を増減することで、定着ローラ１の表面温度を所定の一定温度になるように自動制御している。
【００４５】
２４は記録材搬送ガイドであり、未定着のトナー像ｔを担持して搬送される記録材Ｐを、定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップ部Ｎへ案内する位置に配置されている。
【００４６】
２５は分離爪であり、定着ローラ１の表面に当接して配置され、記録材Ｐがニップ部Ｎ通過後に定着ローラ１に張り付いてしまった場合、強制的に分離してジャムを防止するためのものである。
【００４７】
上記した構成の定着装置１００によれば、励磁コイル３は高周波コンバーター２３から供給される交流電流によって交番磁束を発生し、交番磁束は磁性体コア５に導かれて定着ニップ部Ｎに作用し、定着ニップ部Ｎにおいて定着ローラ１を構成している誘導発熱体に渦電流を発生させる。その渦電流は誘導発熱体の固有抵抗によってジュール熱を発生させる。すなわち、励磁コイル３に交流電流を供給することで定着ローラ１が電磁誘導発熱状態になる。
【００４８】
定着ローラ１の表面温度は、温度センサ２１を含む制御回路２２により高周波コンバーター２３から励磁コイル３への電力供給が制御されることで所定の定着温度に温調制御される。
【００４９】
画像形成に際しては、定着ローラ１が回転駆動され、これに伴い加圧ローラ２が従動回転し、高周波コンバーター２３から励磁コイル３への交流電流の供給がなされて定着ローラ１は誘導加熱されて、定着ローラ１の表面温度が所定に立ち上がり温調される。そして、定着ニップ部Ｎの回転定着ローラ１と加圧ローラ２との間に、未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが導入されることで、記録材Ｐは定着ローラ１の表面に密着して定着ニップ部Ｎを通過していき、該定着ニップ部Ｎ通過過程で、定着ローラ１の熱で記録材Ｐと未定着トナー像ｔが加熱されてトナー像の加熱定着がなされる。
【００５０】
定着ニップ部Ｎを通った記録材Ｐは定着ニップ部Ｎの出口側で定着ローラ１から分離されて搬送される。
【００５１】
また、本実施の形態１においては、定着ローラ１は、表面の移動速度が２００［ｍｍ／ｓ］となるように設定されており、表面温度が１８０［℃］となるように温調制御が行われている。
【００５２】
また、連続した画像形成動作時には、例えば、Ａ４サイズ紙横送り時に１分間あたりの画像形成枚数である記録速度が４０［枚／分］となるように搬送間隔が１．５［秒］に設定されている。
【００５３】
以下に、本実施の形態１に特徴的な構成について説明する。
【００５４】
本実施の形態１においては、上記した支持ステイ６は、パイプ形状とし、長手方向一方端から送風手段としてのファン等（図示せず）によって送風を行い、支持ステイ６の内部を貫通する気流を風速２ｍ／ｓで発生させている。この構成を実施例１とする。
【００５５】
また、支持ステイ６を中実とし送風を行わなかったものを比較例１とする。
【００５６】
実施例１及び比較例１を用いたそれぞれの構成の定着装置において、定着ローラ１の温度を１８０℃に保ち、１０５ｇ／ｃｍ２紙を１０００枚通紙した場合の磁性体コア５及び励磁コイル３の昇温を測定した。この結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１に示すように、実施例１は比較例１と比して、励磁コイル３の温度で約３０℃、磁性体コア５の温度で約１５℃の昇温を防止することができる。
【００５９】
これは、支持ステイ６をパイプ形状にし、この内部に貫通する気流を発生させることで、支持ステイ６における熱の滞留を防ぎ、効率よく磁性体コア５及び励磁コイル３の放熱を促し、これら部材の昇温を防ぐことができるからである。
【００６０】
また、気流の風速を大きくすればするほど、効果は高くなるが、風速３ｍ／ｓにて効果が最大となり、それ以上にしても効果はほとんど変わらなかった。
【００６１】
上記したように、本実施の形態１によれば、定着ローラ１の内面からの輻射熱による励磁コイル３及び磁性体コア５の温度上昇を抑えることができる。これより、支持ステイ６等の部品に必要以上に高温での耐熱性に優れた樹脂等を用いなくてもよいので、装置を小型化できるとともにコスト低減が可能となる。さらに、定着ローラ１で発生した熱をニップ部Ｎ方向に効果的に伝達し、励磁コイル３の発熱による抵抗上昇も生じないため、装置の省電力化や迅速立ち上げを図ることができる。
【００６２】
なお、本実施の形態１では、定着装置について説明したが、本発明は被加熱材を加熱する加熱装置、該加熱装置を有する画像形成装置、及び上記定着装置を有する画像形成装置に適用することができる。
【００６３】
（実施の形態２）
以下、本発明に係る実施の形態２について説明する。
【００６４】
本実施の形態２は、上記した実施の形態１とほぼ同様の構成としているため、共通する部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００６５】
本実施の形態２においては、実施の形態１で示したパイプ形状の支持ステイ６に、さらに、その長手中央付近で、磁性体コア５及び励磁コイル３に対向する位置に、直径１０ｍｍの気流の噴出し口を設け、支持ステイ６の長手両端から送風手段としてのファン等によって風速２ｍ／ｓの気流を発生させた。この構成を実施例２とする。
【００６６】
実施例２及び実施の形態１で示した比較例１を用いたそれぞれの構成の定着装置において、定着ローラ１の温度を１８０℃に保ち、１０５ｇ／ｃｍ２紙を１０００枚通紙した場合の磁性体コア５及び励磁コイル３の昇温を測定した。この結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
【００６８】
表２に示すように、実施例２は比較例１と比して、励磁コイル３の温度で約４０℃、磁性体コア５の温度で２０℃の昇温を防止することができている。
【００６９】
これは、支持ステイ６の中央部に気流の噴出し口を設け、両端から気流を発生させることで、実施の形態１よりも、さらに支持ステイ６における熱の滞留を防ぎ、効率よく磁性体コア５及び励磁コイル３の放熱を促し、これら部材の昇温を防ぐことができるからである。また、噴出し口の大きさは、直径１ｍｍ〜１０ｍｍにおいて最も効果が高い。
【００７０】
上記したように、本実施の形態２によれば、上記した実施の形態１と同様の効果を得ることができるとともに、励磁コイル３等の部材の温度上昇をさらに防止することができる。
【００７１】
（実施の形態３）
以下、本発明に係る実施の形態３について説明する。
【００７２】
本実施の形態３は、上記した実施の形態１、２とほぼ同様の構成としているため、共通する部材には同一の符号を付し説明を省略している。
【００７３】
本実施の形態３においては、実施の形態１、２に示した支持ステイ６の材質を、熱伝導が良好で比熱が小さい材料、例えばアルミニウム合金等を使用している。
【００７４】
このような構成によれば、上記した実施の形態１、２と同様の効果とともに、さらに放熱を促進することが可能となる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誘電加熱方式の加熱装置において、磁性体コアや励磁コイルを保持する保持部材をパイプ形状とし、この内部に送風を行うことにより、定着性能を良好に維持しながら、励磁コイルの温度昇温を防止することができ、さらには装置本体を低コストでコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る定着装置の縦段面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る定着装置の横断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る定着装置に具備された磁性体コアの配置関係を示す斜視図である。
【符号の説明】
１・・定着ローラ
２・・加圧ローラ
３・・励磁コイル
４・・コイルボビン
５ａ、５ｂ、５ｂ´、５ｃ、５ｃ´・・磁性体コア
６・・支持ステイ
７・・コイル温度センサ
１１、１１´・・筐体側板
１２、１２´・・軸受
１３、１３´・・軸受
１４・・駆動ギア
１５、１５´・・定置部材
２１・・温度センサ
２２・・制御回路
２３・・高周波インバーター
２４・・記録材搬送ガイド
２５・・分離爪
２６・・給紙制御回路
１００・・定着装置
Ｐ・・記録材
ｔ・・未定着トナー像[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating device for heating a material to be heated, a fixing device having the heating device for heating and fixing a toner image on a recording material, and an electrophotographic copying machine, a printer, a facsimile, and the like having the fixing device. The present invention relates to an image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
An image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, for example, forms and carries a toner image on an electrophotographic photosensitive member surface as an image carrier by an electrophotographic process, and transfers the toner image to a sheet as a recording material. An unfixed toner image is heated and fixed on the sheet as a permanently fixed image by a fixing device having a heating device, and such a sheet is output as an image-formed product. For the toner, a visible powder having a melting and fixing property, which is made of a resin, a magnetic material, a coloring agent, or the like, is used.
[0003]
The fixing device includes, for example, a fixing roller also referred to as a heating roller that thermally fuses toner on a sheet, and a pressing roller as a pressing member that presses against the fixing roller to sandwich the sheet.
[0004]
The fixing roller is formed in a hollow shape, and a heating element is held on a central axis of the fixing roller by holding means. The heating element is formed of, for example, a tubular heating heater such as a halogen lamp, and generates heat when a predetermined voltage is applied. Since the halogen lamp is located at the center axis of the fixing roller, the heat generated from the halogen lamp is uniformly radiated to the inner wall of the fixing roller, and the temperature distribution of the outer wall of the fixing roller becomes uniform in the circumferential direction.
[0005]
The outer wall of the fixing roller is heated until its temperature reaches a temperature suitable for fixing (for example, 150 to 200 ° C.). In this state, the fixing roller and the pressure roller rotate in mutually opposite directions while being pressed against each other, and pinch and convey the sheet to which the toner has adhered. At a pressure contact portion (hereinafter, also referred to as a nip portion) between the fixing roller and the pressure roller, the toner on the sheet is melted by the heat of the fixing roller, and is fixed to the sheet by the pressure applied from both rollers.
[0006]
However, in a fixing device provided with a heating element composed of the above-described halogen lamp or the like, since the fixing roller is heated by using radiant heat from the halogen lamp, the temperature of the fixing roller is set to be fixed after the power is turned on. It took a relatively long time to reach a suitable predetermined temperature (hereinafter, referred to as "warm-up time"). During that time, the user cannot use the copier, and there is a problem that the user may be forced to wait for a long time.
[0007]
On the other hand, if a large amount of power is applied to the fixing roller in order to shorten the warm-up time and improve the operability of the user, the power consumption of the fixing device increases, which may be against energy saving. Had occurred.
[0008]
For this reason, in order to increase the value of products such as copying machines, attention and emphasis has been placed on achieving both energy saving (low power consumption) of the fixing device and improvement of user operability (quick print) of the fixing device. Is coming.
[0009]
As a device that meets such a demand, an induction heating type fixing device utilizing high frequency induction as a heating source has been proposed as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-33787.
[0010]
In the induction heating type fixing device, an exciting coil is concentrically arranged inside a fixing roller as a hollow heating member made of a metal conductor, and a high-frequency magnetic field generated by flowing a high-frequency current through the exciting coil is By concentrating toward the heating unit using the magnetic core, an induced eddy current is generated in the fixing roller, and the fixing roller itself generates Joule heat by the skin resistance of the fixing roller itself.
[0011]
According to the fixing device of the induction heating system, the electric-heat conversion efficiency is extremely improved, so that the warm-up time can be reduced.
[0012]
In such an induction heating type fixing device, an eddy current is generated in a conductive layer provided on the inner surface of the fixing roller by a magnetic flux generated in an exciting coil and converged by a magnetic core, and the Joule heat caused by the eddy current is generated. Causes the fixing roller to generate heat. Therefore, it has been required to arrange the spacing between the exciting coil and the magnetic core and the conductive layer of the fixing roller as stably as possible. However, it was difficult to always stabilize these members at the same position due to the weight and rigidity of the coil wire.
[0013]
In view of this, a heat-resistant rigid support stay is provided as a holding member having a longitudinal axis in the rotation axis direction of the fixing roller and penetrating the inner space of the fixing roller and having a longitudinal end supported thereon. Is held.
[0014]
On the other hand, in such an induction heating type fixing device, the temperature rise around the exciting coil is large due to heat radiation to the inner surface of the fixing roller, so that the electrical resistance of the exciting coil rises, which is necessary. There is a problem that the power may increase. Further, there is a problem that the coating of the exciting coil made of resin is melted by heat, and the insulating property of the exciting coil may be impaired. Further, when the temperature of the magnetic core is raised to the Curie temperature or higher, there is a problem that heat generation may be stopped.
[0015]
Therefore, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-39645, a cooling mechanism such as a blowing means for blowing air into a fixing roller or the like is provided in order to suppress a temperature rise of the exciting coil and the magnetic core. The proposal has been made.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a cooling mechanism is installed in the above-described conventional induction heating type fixing device, not only the exciting coil and the magnetic core but also the inner surface of the fixing roller is cooled by blowing air, so that the fixing ability may be impaired. There was a problem.
[0017]
In addition, when the magnetic core is held by the holder formed by integrally molding the excitation coil and the non-magnetic material, the distance between the fixing roller and the outer surface of the holder is short, and the fixing roller is easily affected by heat radiation. The temperature of the exciting coil and the magnetic core increases.
[0018]
The present invention has been made in view of such problems of the related art, and an object of the present invention is to prevent a temperature rise of each member such as an exciting coil and to provide a low-cost and good heating performance. An object of the present invention is to provide a compact heating device, fixing device, and image forming device.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
A first configuration according to the present invention includes a magnetic flux generating unit, a hollow roller-shaped heating member that is induction-heated by the action of the magnetic flux generated by the magnetic flux generating unit, and a pressurizing member that presses against the heating member to form a nip portion. A heating device that supplies a material to be heated to the nip portion and heats the material, wherein a pipe-shaped holding member that penetrates the inside of the heating member and holds the magnetic flux generating means inside the heating member, A heating device for blowing air from one end or both ends in the longitudinal direction of the holding member to the inside of the holding member.
[0020]
A second configuration according to the present invention is the heating device according to the first configuration, wherein the heating device is provided at a central portion in the longitudinal direction of the holding member, and has a blow-out opening through which air is discharged from the inside of the holding member.
[0021]
A third configuration according to the present invention is the heating device according to the first or second configuration, wherein the holding member is made of an aluminum alloy.
[0022]
A fourth configuration according to the present invention is the heating device according to any one of the first to third configurations, wherein the magnetic flux generating unit has an excitation coil and a magnetic core.
[0023]
A fifth configuration according to the present invention is a fixing device that supplies a recording material carrying an unfixed toner image to the nip portion and heats and fixes the toner image on the recording material. This is a fixing device using a heating device.
[0024]
A sixth configuration according to the invention is an image forming apparatus including the fixing device according to the fifth configuration.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, it is assumed that the exemplification in the present embodiment does not limit the present invention.
[0026]
(Embodiment 1)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Members common to the drawings are denoted by the same reference numerals.
[0027]
FIG. 1 is a vertical sectional view of the fixing device according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the fixing device shown in FIG.
[0028]
1 and 2, a fixing device 100 includes a fixing roller 1 as a heat generating member to be heated by induction, and an elastic pressing member as a pressing member disposed below the fixing roller 1 and pressing a recording material P against the fixing roller 1. It has a pressure roller 2 and an excitation coil 3 and a magnetic core 5 (5a, 5b, 5b ', 5c', 5c ') as magnetic flux generating means installed in the inner space of the fixing roller 1 along the axial direction.
[0029]
The fixing roller 1 is a cylindrical roller made of a thin induction heating element having a reduced heat capacity. In the first embodiment, an iron cylinder having an outer diameter of 40 [mm] and a thickness of 0.7 [mm] is used. Using this as a core metal, for example, a layer of PTFE 10 to 50 [μm] or PFA 10 to 50 [μm] may be provided in order to enhance the releasability of the surface.
[0030]
As another material (induction heating element) of the fixing roller 1, for example, a magnetic material (magnetic metal) such as magnetic stainless steel having a relatively high magnetic permeability μ and an appropriate resistivity ρ may be used. Further, among nonmagnetic materials, conductive materials such as metals can be used by thinning the material.
[0031]
The pressure roller 2 has, for example, a thickness of 5 [mm] and a rubber hardness of 20 degrees (JIS-A [= JIS-KA type test) on the outer circumference of an iron core having an outer diameter of 20 [mm]. Using a silicone rubber layer) and a layer of, for example, PTFE 10 to 50 [μm] or PFA 10 to 50 [μm] in order to enhance the surface releasability similarly to the fixing roller 1. [Mm] elastic roller.
[0032]
The fixing roller 1 and the pressure roller 2 are vertically pressed against each other to form a fixing nip portion (heating nip portion) N having a predetermined width therebetween, and between the side plates 11 and 11 ′ of the apparatus housing. They are rotatably mounted via bearings 12 ・ 12 ′ and 13 ・ 13 ′, respectively. The pressure roller 2 is pressed in the rotation axis direction of the fixing roller 1 by a mechanism (not shown) using a spring or the like. The pressure roller 2 is loaded with, for example, about 30 [kg weight], and in this case, the nip width of the press-contact nip portion N is about 6 [mm]. However, depending on circumstances, the nip width may be changed by changing the load.
[0033]
Reference numeral 14 denotes a driving gear integrally provided on one end side of the fixing roller 1. The fixing roller 1 transmits a rotational force of a driving source (not shown) via the driving gear 14, and is fixed in a clockwise direction indicated by an arrow in FIG. It is driven to rotate at a peripheral speed of. The pressure roller 2 rotates following the frictional force between the pressure roller 2 and the fixing roller 1 in the fixing nip portion N.
[0034]
The exciting coil 3 has a semicircular body surface of a horizontally long coil bobbin 4 having a substantially semicircular cross-sectional shape with the longitudinal direction of the rotation axis of the fixing roller 1 as a longitudinal direction, and an electric wire circling in the longitudinal direction of the coil bobbin 4. The cylindrical fixing roller 1 is wound in a horizontally long boat shape having a substantially semicircular cross section substantially corresponding to the inner surface of the cylindrical fixing roller 1, and is positioned corresponding to a substantially lower half surface portion of the inner surface of the cylindrical fixing roller 1.
[0035]
The exciting coil 3 is connected to the high-frequency converter 23 and supplied with high-frequency power of 100 to 2,000 [W]. Used was a polyamide-imide coating having a heat-resistant temperature of 220 ° C.
[0036]
As the coating material, a material having a heat resistance of 200 [° C.] or more is preferable, and a polyimide coating, for example, may be used other than the polyamideimide.
[0037]
As shown in FIG. 3, the magnetic core 5 is formed by combining a horizontally long plate-shaped member made of a magnetic material into a substantially T-shaped cross section, and forming a T-shaped hole in a vertical slot formed in the longitudinal center of the coil bobbin 4. The horizontally long plate-like members 5b, 5a, 5b 'of the magnetic material serving as the vertical portion are fitted, and the horizontally long plate-like members 5c, 5c' of the magnetic material serving as the horizontal portion are placed on the upper surface of the coil bobbin 4 to be the magnetic material serving as the vertical portion. Are disposed on both sides of the horizontally long plate-like members 5b, 5a, 5b '.
[0038]
The lower surfaces of the vertical portions 5b, 5a, 5b 'of the T-shaped magnetic core 5 face the fixing nip portion N. The magnetic core 5 serves to efficiently guide the AC magnetic flux generated from the exciting coil 3 to the induction heating element constituting the fixing roller 1.
[0039]
A material having high magnetic permeability and low loss is used as the material of the magnetic core 5. In the case of an alloy such as permalloy, the eddy current loss in the core increases at high frequencies, so that a laminated structure may be used. The magnetic core 5 is used to increase the efficiency of the magnetic circuit and to shield the magnetic field. In the first embodiment, 2500B made by Tokin is used.
[0040]
An alternating current of, for example, 10 to 100 [kHz] is applied to the exciting coil 3 by the high-frequency converter 23. The magnetic flux induced by the alternating current passes through the inside of the magnetic core 5 without leaking to the outside, leaks to the outside of the magnetic core 5 for the first time between the protrusions, penetrates the conductive layer (induction heating element) of the fixing roller 1 and eddy current. Flows, and the conductive layer itself of the fixing roller 1 generates Joule heat.
[0041]
A coil temperature sensor 7 is arranged on the exciting coil 3 so as to contact the surface of the exciting coil 3. The coil temperature sensor 7 is located at a position closer to the center than the paper end of the large-size recording paper (for example, A3 size) and the end of the small-size recording paper (for example, A4 vertical feed size) in the rotation axis direction of the fixing roller 1. It is arranged at the position on the part side. The coil temperature sensor 7 is connected to the paper feed control circuit 26, and performs control for executing paper feed at predetermined transport intervals according to the detected temperature.
[0042]
Reference numeral 6 denotes a heat-resistant rigid support stay as a holding member, which has a horizontally long shape penetrating the inside of the cylindrical fixing roller 1. The excitation coil 3, the coil bobbin 4, and the magnetic core 5 are fixed to the lower surface of the support stay 6. The means for fixing and holding the excitation coil 3, the coil bobbin 4, and the magnetic core 5 with respect to the support stay 6 is appropriate. In the first embodiment, for example, the excitation coil 3, the coil bobbin 4, the coil bobbin 4, and the assembly of the magnetic core 5, the support stay 6, and the coil temperature sensor 7 are covered with a heat-shrinkable tube. It is preferable that the magnetic core 5 be held by the support stay 6.
[0043]
Then, the above-described magnetic flux generating means assembly including the excitation coil 3, the coil bobbin 4, the magnetic core 5, the support stay 6, and the coil temperature sensor 7 is inserted into the inner space of the cylindrical fixing roller 1, and the support stay 6 is inserted. Are fixedly supported by stationary members 15, 15 'on the device housing side. The magnetic flux generating means assembly inserted into the inside of the fixing roller 1 is not in contact with the inner surface of the fixing roller 1.
[0044]
Reference numeral 21 denotes a temperature sensor, and the temperature sensor 21 is disposed so as to contact the surface of the fixing roller 1. The detection signal of the temperature sensor 21 is input to the control circuit 22. The control circuit 22 controls the high-frequency converter 23 based on the detected temperature information input from the temperature sensor 21 to increase or decrease the power supply to the exciting coil 3 so that the surface temperature of the fixing roller 1 becomes a predetermined constant temperature. It is automatically controlled to become.
[0045]
Reference numeral 24 denotes a recording material transport guide, which is arranged at a position for guiding the recording material P, which carries the unfixed toner image t and is transported, to a nip portion N between the fixing roller 1 and the pressure roller 2.
[0046]
Reference numeral 25 denotes a separation claw, which is disposed in contact with the surface of the fixing roller 1 and forcibly separates the recording material P to prevent a jam when the recording material P adheres to the fixing roller 1 after passing through the nip portion N. belongs to.
[0047]
According to the fixing device 100 having the above-described configuration, the exciting coil 3 generates an alternating magnetic flux by the alternating current supplied from the high-frequency converter 23, and the alternating magnetic flux is guided to the magnetic core 5 and acts on the fixing nip portion N. An eddy current is generated in the induction heating element constituting the fixing roller 1 in the fixing nip portion N. The eddy current generates Joule heat due to the specific resistance of the induction heating element. That is, by supplying an alternating current to the exciting coil 3, the fixing roller 1 is brought into an electromagnetic induction heating state.
[0048]
The surface temperature of the fixing roller 1 is controlled to a predetermined fixing temperature by controlling the power supply from the high-frequency converter 23 to the excitation coil 3 by the control circuit 22 including the temperature sensor 21.
[0049]
At the time of image formation, the fixing roller 1 is driven to rotate, the pressure roller 2 is driven to rotate accordingly, and an alternating current is supplied from the high-frequency converter 23 to the exciting coil 3 so that the fixing roller 1 is induction-heated. The surface temperature of the fixing roller 1 rises to a predetermined temperature and is adjusted. Then, the recording material P carrying the unfixed toner image t is introduced between the rotary fixing roller 1 and the pressure roller 2 in the fixing nip portion N, so that the recording material P adheres to the surface of the fixing roller 1. The recording material P and the unfixed toner image t are heated by the heat of the fixing roller 1 during the passage of the fixing nip N, and the toner image is heated and fixed.
[0050]
The recording material P that has passed through the fixing nip N is separated from the fixing roller 1 at the exit side of the fixing nip N and conveyed.
[0051]
In the first embodiment, the fixing roller 1 is set so that the surface moving speed is 200 [mm / s], and the temperature control is performed so that the surface temperature becomes 180 [° C.]. Is being done.
[0052]
In a continuous image forming operation, for example, the transport interval is set to 1.5 [seconds] so that the recording speed, which is the number of image formations per minute, is 40 [sheets / minute] when the A4 size paper is fed horizontally. Have been.
[0053]
Hereinafter, a configuration characteristic of the first embodiment will be described.
[0054]
In the first embodiment, the support stay 6 is formed in a pipe shape and blows air from one end in the longitudinal direction by a fan or the like (not shown) as a blower, so that the airflow passing through the inside of the support stay 6 is reduced. It is generated at a wind speed of 2 m / s. This configuration is referred to as a first embodiment.
[0055]
Further, a case where the supporting stay 6 was solid and the air was not blown was taken as Comparative Example 1.
[0056]
In the fixing device of each configuration using Example 1 and Comparative Example 1, the temperature of the fixing roller 1 was maintained at 180 ° C., and the magnetic material core 5 and the exciting coil 3 when 1,000 sheets of 105 g / cm 2 paper were passed. Was measured. Table 1 shows the results.
[0057]
[Table 1]
[0058]
As shown in Table 1, the first embodiment can prevent the temperature of the exciting coil 3 from rising by about 30 ° C. and the temperature of the magnetic core 5 by about 15 ° C. from the comparative example 1.
[0059]
This is because the support stay 6 is formed in a pipe shape and an air flow penetrating the inside thereof is generated, thereby preventing heat from staying in the support stay 6 and efficiently promoting heat radiation of the magnetic core 5 and the exciting coil 3. This is because it is possible to prevent the temperature from rising.
[0060]
The effect increased as the wind speed of the air flow increased, but the effect was maximized at a wind speed of 3 m / s.
[0061]
As described above, according to the first embodiment, it is possible to suppress the temperature rise of the excitation coil 3 and the magnetic core 5 due to the radiant heat from the inner surface of the fixing roller 1. Thus, it is not necessary to use a resin or the like having excellent heat resistance at a high temperature more than necessary for components such as the support stay 6, so that the size of the apparatus can be reduced and the cost can be reduced. Further, the heat generated by the fixing roller 1 is effectively transmitted in the direction of the nip N, and the resistance does not increase due to the heat generated by the exciting coil 3, so that power saving and quick startup of the apparatus can be achieved.
[0062]
Although the fixing device has been described in the first embodiment, the present invention is applicable to a heating device for heating a material to be heated, an image forming apparatus having the heating device, and an image forming apparatus having the fixing device. Can be.
[0063]
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment according to the present invention will be described.
[0064]
Since the second embodiment has substantially the same configuration as the first embodiment, common members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0065]
In the second embodiment, the pipe-shaped support stay 6 shown in the first embodiment is further provided with an airflow having a diameter of 10 mm near the longitudinal center thereof at a position facing the magnetic core 5 and the exciting coil 3. An outlet was provided, and an airflow having a wind speed of 2 m / s was generated from both longitudinal ends of the support stay 6 by a fan or the like as a blowing means. This configuration is referred to as a second embodiment.
[0066]
In the fixing device of each configuration using Comparative Example 1 shown in Example 2 and Embodiment 1, the temperature of the fixing roller 1 was maintained at 180 ° C., and the magnetic properties when 1,000 sheets of 105 g / cm 2 paper were passed. The temperature rise of the body core 5 and the exciting coil 3 was measured. Table 2 shows the results.
[0067]
[Table 2]
[0068]
As shown in Table 2, Example 2 can prevent the temperature of the exciting coil 3 from rising by about 40 ° C. and the temperature of the magnetic core 5 by 20 ° C. as compared with Comparative Example 1.
[0069]
This is because an airflow outlet is provided at the center of the support stay 6 and airflow is generated from both ends, thereby further preventing heat from staying in the support stay 6 as compared with the first embodiment, and making the magnetic material core more efficient. This is because the heat radiation of the excitation coil 5 and the exciting coil 3 can be promoted, and the temperature rise of these members can be prevented. The size of the ejection port is most effective when the diameter is 1 mm to 10 mm.
[0070]
As described above, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the temperature rise of members such as the exciting coil 3 can be further prevented.
[0071]
(Embodiment 3)
Hereinafter, a third embodiment according to the present invention will be described.
[0072]
Since the third embodiment has substantially the same configuration as the first and second embodiments, common members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0073]
In the third embodiment, as the material of the support stay 6 shown in the first and second embodiments, a material having good heat conduction and a small specific heat, for example, an aluminum alloy is used.
[0074]
According to such a configuration, it is possible to further promote heat dissipation, together with the same effects as those of the first and second embodiments.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the heating device of the dielectric heating method, the holding member for holding the magnetic core and the exciting coil is formed in a pipe shape, and the inside is blown to improve the fixing performance. While maintaining the temperature, it is possible to prevent the temperature of the exciting coil from rising, and furthermore, it is possible to reduce the size of the apparatus main body at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vertical sectional view of a fixing device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the fixing device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing an arrangement relationship of a magnetic core provided in the fixing device according to the first embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
1. Fixing roller 2, Pressure roller 3, Exciting coil 4, Coil bobbin 5a, 5b, 5b ', 5c, 5c', Magnetic core 6, Support stay 7, Coil temperature sensors 11, 11 ... Housing side plates 12, 12 '... Bearings 13, 13'... Bearings... Drive gears 15, 15 '... Stationary members... • Recording material transport guide 25 • Separation claw 26 • Feed control circuit 100 • Fixing device P • Recording material t • Unfixed toner image
