JP2004212919A

JP2004212919A - Fixing device

Info

Publication number: JP2004212919A
Application number: JP2003053368A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Nanjo; 譲南條
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP3888977B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fixing device capable of reducing the warm-up time and the consumption power, while obtaining high heating efficiency. <P>SOLUTION: A heater layer comprising a magnetic metal layer 13 is provided on a fixing roller 11 which is a fixing member, a heater layer comprising a non-magnetic metal layer 24 is provided on a pressure belt 21 which is a pressure member, and an exciting coil 31 arranged in the neighborhood of a part, in contact with the fixing roller 11 and the pressure belt 21 inside the pressure belt 21. In order to strengthen the magnetic field by the exciting coil 31, ferrite 32 is arranged inside the pressure belt 21. The eddy current load of the non-magnetic metal layer 24 of the pressuring belt 21 is set to 5.7×10<SP>-3</SP>Ω or larger. The eddy current load of the magnetic metal layer 13 of the fixing roller 11 is set within the range of 3.0×10<SP>-4</SP>Ω to 2.0×10<SP>-2</SP>Ω. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱したローラ対のニップに、未定着トナー画像を担持した用紙を挿入して、未定着トナーを加熱、溶融し、用紙に定着する定着装置に関する。特に、誘電加熱方式により加熱する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置においては、ニップを形成するローラ対の少なくとも一方のローラに熱源を内蔵させ、この熱源によって加熱されたローラ対のニップに未定着トナー画像を担持した用紙を挿通することによって用紙にトナーを定着する熱ローラ定着方式が広く用いられている。
【０００３】
このような熱ローラ定着方式では、定着部材に内蔵されたハロゲンランプなどの熱源から、ローラ表面までの熱伝達の効率が低く、熱の損失が大きい。また、ローラ表面まで熱が伝達するのに長い時間が必要である。その結果、加熱効率が悪いために消費電力が多く、ローラ表面が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間に幾分も要するなどといった問題があった。
【０００４】
これを改善するために、励磁コイルと、非磁性金属で構成した定着ローラと、を用いた誘電加熱方式により、未定着トナー画像を溶融、定着させる定着装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２６８９５２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の定着装置では、発熱体の両側から挟むようにして励磁コイルを配置するため、用紙が挿通されるニップ部分以外の箇所に励磁コイルを配置しなければならない。その結果、加熱された部分がニップ部分に到着するまでに熱が逃げてしまい、励磁コイルが発熱体に伝えたエネルギーが十分に用紙に伝わらない。したがって、加熱効率が悪くなるとともに、消費電力も増大する。さらに、定着部材の温度変動により、安定した定着性を得ることが困難になる。
【０００７】
また一般的には、誘電加熱方式によって加熱する場合、発熱体として磁性金属を使用することが望ましいとされている。しかしながら、非磁性金属の厚さを薄くすることで、磁性金属よりも高い加熱効率が得られることが知られている。特許文献１記載のような定着装置は、この高い加熱効率が得られる非磁性金属を定着ローラに適用しているものの、本来加熱が非常に困難である非磁性金属の特性を十分に改善して利用しているとは言えない。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、誘電加熱方式により加熱する定着装置において、高い加熱効率が得られる構造を提案し、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能な定着装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、用紙上の未定着トナーを定着する定着部材と、この定着部材に当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧部材と、を備えた定着装置において、前記定着部材に、磁性金属からなる発熱層を設け、この定着部材の外側に励磁コイルが配置されるものとした。
【００１０】
この構成によれば、定着部材の外側に配置される単一の励磁コイルによって定着部材を直接加熱可能であり、この励磁コイルをニップ部分、或いはそれに近い場所に配置することが可能である。その結果、励磁コイルが発熱体に伝えるエネルギーを十分に用紙に伝えることができるので、高い加熱効率が得られるとともに、消費電力の低減を図ることができる。また、励磁コイルを加圧部材の内側に配置することも容易であり、これにより通紙中のニップ部分を加熱することができる。その結果、用紙に熱が奪われることによる定着部材の温度低下を低減することが可能となり、加熱効率を高めることができる。さらに、定着部材の温度変動が少ないので、安定した定着性を得ることが可能である。
【００１１】
また、前記加圧部材に、非磁性金属からなる発熱層を設け、この加圧部材内の、加圧部材と定着部材が当接する箇所の近傍に励磁コイルが配置されるものとした。
【００１２】
この構成によれば、磁束は非磁性金属層を通り抜けるので、その外側に磁性金属層があれば、その磁性金属層も発熱させることが可能である。その結果、一つの励磁コイルで二つの部材を同時に発熱させることができるので、高い加熱効率が得られる。また、定着部材と加圧部材を加熱する手段を単一のものにすることができ、部品点数の削減によるコストダウンや構造の簡素化を図ることが可能である。さらに、加圧部材も加熱できることで、加圧部材の温度変動が少なく、安定した定着性を得ることが可能である。
【００１３】
また、前記励磁コイルの近傍に、高透磁部材が配置されるものとした。
【００１４】
この構成によれば、励磁コイルから発生する磁束のほとんどが高透磁部材を通過するようになるので、磁界を強めることができるとともに、磁束の通る場所を把握し易くなる。その結果、定着部材及び加圧部材における発熱箇所をコントロールすることが可能である。また、高透磁部材によってインダクタンスを向上させることができるので、励磁コイルを小型化することができる。
【００１５】
また、前記高透磁部材が、フェライトであることとした。
【００１６】
この構成によれば、高透磁部材として広く用いられているフェライトを採用し、簡単な構成で、加熱効率を高めることが可能である。
【００１７】
また、前記加圧部材の非磁性金属層の渦電流負荷が、５．７×１０^−３Ω以上であることとした。
【００１８】
ここで、渦電流負荷とは、材料固有の電気抵抗率を、電磁誘導により渦電流が発生する深さで割った値であり、Ｒ＝ρ／ｚで表す（式中のＲは渦電流負荷、ρは電気抵抗率、ｚは渦電流が発生する深さを示す）。通常、渦電流が発生する深さｚは、磁界浸透深さδと同じであるので、ｚ＝δである。しかしながら、使用する金属層の厚さｄが、この磁界浸透深さδよりも薄い場合には、ｚ＝ｄとなる。したがって、渦電流負荷ＲはＲ＝ρ／ｄとなり、電気抵抗率ρと金属層の厚さｄで決定される。また、逆に、渦電流負荷Ｒが決定されている場合には、この渦電流負荷Ｒと電気抵抗率ρから金属層の厚さｄを導出することが可能である。
【００１９】
一般的には、誘電加熱方式によって加熱する場合、発熱体として磁性金属を使用することが望ましいとされているが、この構成によれば、加圧部材の表面を磁性金属で構成するよりも高い加熱効率を得ることができる。また、加圧部材の表面を構成する非磁性金属がどのような金属であっても、高い加熱効率が得られる。その結果、それらの金属における適切な層の厚さを決定することが可能であり、実際に製作するのが容易である。また、これ以外の数値に基づいて製作されたものより加熱性能が良い。
【００２０】
また、前記加圧部材の非磁性金属層が、銅で構成され、この銅の層を２．９μｍ以下の厚さで設けることとした。
【００２１】
このように、非磁性金属である銅の層の厚さを定めることによって、より高い加熱効率が得られる。その結果、加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００２２】
また、前記加圧部材の非磁性金属層が、アルミニウムで構成され、このアルミニウムの層を４．６μｍ以下の厚さで設けることとした。
【００２３】
このように、非磁性金属であるアルミニウムの層の厚さを定めることによって、より高い加熱効率が得られる。その結果、加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００２４】
また、前記加圧部材の非磁性金属層が、非磁性ステンレスで構成され、この非磁性ステンレスの層を１２５μｍ以下の厚さで設けることとした。
【００２５】
このように、非磁性金属である非磁性ステンレスの層の厚さを定めることによって、より高い加熱効率が得られる。その結果、加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００２６】
また、前記定着部材の磁性金属層の渦電流負荷が、３．０×１０^−４Ωから２．０×１０^−２Ωの範囲であることとした。
【００２７】
このように、定着部材の磁性金属層の渦電流負荷を限定することによって、さらに高い加熱効率が得られる。その結果、さらに加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００２８】
また、前記定着部材の磁性金属層が、ニッケルで構成され、このニッケルの層を３．５μｍ以上の厚さで設けることとした。
【００２９】
このように、磁性金属であるニッケルの層の厚さを定めることにより、加熱効率を高めることができる。その結果、さらに加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００３０】
また、前記定着部材の磁性金属層が、鉄で構成され、この鉄の層を５．０μｍ以上の厚さで設けることとした。
【００３１】
このように、磁性金属である鉄の層の厚さを定めることにより、加熱効率を高めることができる。その結果、さらに加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００３２】
また、前記定着部材の磁性金属層の厚みが、磁界浸透深さよりも大きいこととした。
【００３３】
定着部材の磁性金属層の厚みが磁界浸透深さよりも小さいと、励磁コイルから発生する磁束が磁性金属層を通過し、さらにその内側に漏洩してしまう。上記の構成によれば、磁束が定着部材を通過することがない。その結果、磁性金属層の内側への磁束の漏洩を防止することが可能である。これにより、定着部材の磁性金属層の内側に他の金属部材が存在する場合、この金属部材を不必要に加熱することがなく、加熱エネルギーの浪費を抑制することが可能となる。
【００３４】
また、前記ニッケルの層の厚さが、４３．７μｍ以上であることとした。
【００３５】
このように、ニッケルの層の厚さを限定することによって、さらに高い加熱効率が得られるとともに、ニッケルの層の内側への磁束の漏洩を防止することが可能である。その結果、加熱エネルギーの浪費を抑えた高い加熱効率の定着装置を提供することが可能である。
【００３６】
また、前記鉄の層の厚さが、４０．５μｍ以上であることとした。
【００３７】
このように、鉄の層の厚さを限定することによって、さらに高い加熱効率が得られるとともに、鉄の層の内側への磁束の漏洩を防止することが可能である。その結果、加熱エネルギーの浪費を抑えた高い加熱効率の定着装置を提供することが可能である。
【００３８】
また、前記定着部材の磁性金属層の内側に、断熱層を設けることとした。
【００３９】
この構成によれば、定着部材の低熱容量化を図ることができる。その結果、定着部材表面が定着に好適な温度に達するまでの時間を、より短くすることが可能である。また、消費電力の低減を図ることが可能である。
【００４０】
また、前記定着部材及び加圧部材の両方がローラで構成されることとした。
【００４１】
この構成によれば、定着装置を構成する主な部品が、定着ローラ及び加圧ローラのみになるので、構造の簡素化を図ることができ、装置をよりコンパクトにすることが可能である。さらに、部品点数の削減によるコストダウンが可能である。
【００４２】
また、前記定着部材及び加圧部材のうち、一方がローラ、他方がベルトで構成されることとした。
【００４３】
この構成によれば、定着部材及び加圧部材の両方がローラである場合と比較して、一方にベルトを使用することにより、低熱容量化を図ることができる。また、適切なニップ時間を設定することができる。その結果、定着部材表面が定着可能な温度に達するまでの時間を、より短くすることが可能である。また、安定した定着性を得ることが可能である。
【００４４】
また、前記定着部材及び加圧部材の両方がベルトで構成されることとした。
【００４５】
この構成によれば、定着部材及び加圧部材を、さらに低熱容量化させることができる。その結果、定着部材表面が定着可能な温度に達するまでの時間を、さらに短くすることが可能である。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
【００４７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図である。図２は、図１に示す定着装置の電磁誘導部を示す概略部分斜視図である。定着装置１には、定着部１０と加圧部２０が備えられ、加圧部２０の加圧部材である加圧ベルト２１の内側には電磁誘導部３０が配置されている。また、用紙が進入してくる箇所には、用紙進入ガイド４０が設けられている。
【００４８】
定着部１０は、定着部材である定着ローラ１１で構成される。定着ローラ１１は直径が４０ｍｍで、耐熱樹脂等の芯材１２の表面に磁性金属層１３が設けられている。磁性金属層１３は、ニッケル等のメッキによって形成される。また、芯材１２が鉄等の金属管で構成されても良い。磁性金属層１３の外側には、厚さ２０μｍの離型層１４を設け、トナーの離型性を高める。離型層１４は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パー−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素系樹脂が用いられ、吹き付けによるコーティングやチューブを被せることによって設けられる。また、弾性層として、シリコンゴム層を離型層１４のすぐ内側に設けてもよい。
【００４９】
加圧部２０は、加圧部材である加圧ベルト２１と、主ローラ２２と、副ローラ２３で構成される。定着ローラ１１と当接する加圧ベルト２１は、ポリイミドフィルム（図示せず）に非磁性金属層２４としてＳＵＳ３０４が５０μｍの厚さのメッキで形成されている。そして、その外側に、弾性層２５である厚さ１００μｍのシリコンゴム層が設けられている。弾性層２５の外側には、５０μｍの厚さのＰＦＡチューブが離型層２６として被せられている。この加圧ベルト２１に、主ローラ２２及び副ローラ２３によって所定の張力が与えられ、加圧ベルト２１が定着ローラ１１と当接することで用紙を挿通させるニップを形成する。
【００５０】
ここで、上記定着ローラ１１及び加圧部２０の構成は、定着ローラ１１をベルトに代え、加圧部２０をローラのみにするといった構成でも良い。また、両方ともローラ、或いは両方ともベルトであるといった構成でも良い。いずれの場合においても、後述する励磁コイル３１を、加圧部材内の、加圧部材と定着部材とが当接する箇所の近傍に配置する。定着ローラ１１をベルトに代える場合は、ポリイミドフィルムに磁性金属層をメッキ、或いは圧延処理にて設け、その外側にＰＦＡ等のフッ素系樹脂のコーティングを施す。
【００５１】
電磁誘電部３０は、励磁コイル３１、フェライト３２、支持部材３３で構成される。励磁コイル３１は、直径０．１ｍｍのエナメル線３００本を寄り合わせたリッツ線が、主ローラ２２の軸線に沿う方向に巻かれたものである。このようにして巻かれた励磁コイル３１の内側に、磁界を強めるためのフェライト３２が備えられている。支持部材３３は、耐熱性樹脂で構成され、フェライト収納部３３ａを備えている。励磁コイル３１は、このフェライト収納部３３ａを囲むように巻かれている。励磁コイル３１には、定格電力１５００Ｗ、周波数２０〜５０ｋＨｚの高周波電源３４が接続されている。なお、フェライト３２は、高い透磁率を有する部材であれば、フェライト以外の部材で代替することが可能である。
【００５２】
この電磁誘電部３０は、定着ローラ１１と加圧ベルト２１が当接する箇所に磁束が通るように、その当接箇所に励磁コイル３１を近づけて加圧ベルト２１の内側に配置されている。
【００５３】
また、定着ローラ１１内の、定着ローラ１１と加圧ベルト２１が当接する箇所の近傍にはサーミスタ１５が備えられている。このサーミスタ１５により加熱部の温度を検知し、高周波電源３４の出力を制御して温度制御を行う。
【００５４】
なお、これまでに登場した寸法等の数値は、一つの好適例の例示であり、発明の範囲を限定するものではない。
【００５５】
図３は、図１に示す定着装置による加熱状態を示す模型的断面図である。定着装置１は、次のように加熱動作を行う。
【００５６】
励磁コイル３１に高周波電流を流すと磁界が発生する。発生した磁界の磁束Ｍは、そのほとんどが高透磁部材であるフェライト３２を通過するので、磁界を強くすることができる。発生した磁束Ｍが、加圧ベルト２１の非磁性金属層２４及び定着ローラ１１の磁性金属層１３を通過する時に、通過領域Ａ及びＢにおいて金属に渦電流が流れ、金属の電気抵抗により発熱する。特に通過領域Ａは、磁性金属層１３が存在することにより、通過領域Ｂよりも磁界が集中するので発熱量が大きい。この磁束Ｍは、加圧ベルト２１の非磁性金属層２４を通り抜け、定着ローラ１１の磁性金属層１３にまで達するので、両方の部材で同時に発熱する。
【００５７】
このように、定着ローラ１１だけでなく加圧ベルト２１も直接加熱することができるので、ニップを挿通する用紙の上下から熱の供給が可能で、定着ローラ１１の温度を低く設定することが可能である。これにより、余分な熱を供給することがないので、高い加熱効率が得られる。
【００５８】
また、通紙中においても加圧ベルト２１を加熱することができるので、通紙方向に対して長尺の用紙を通紙した場合でも用紙後端部における温度低下が少なく、安定した定着性が得られる。
【００５９】
図４は、加圧ベルトの非磁性金属層を構成する銅の厚さが発熱量に及ぼす影響を示すグラフである。グラフの横軸は、加圧ベルト２１の非磁性金属層２４を構成する銅の厚さを示し、縦軸は、定着ローラ１１の磁性金属層１３のみを加熱した時を１とした場合の、非磁性金属層２４、磁性金属層１３、及び双方を総合した発熱量を示す。ここでは磁性金属層１３に、ＳＵＳ４３０を用いている。
【００６０】
ここで、トナーの定着性を向上させるためには、トナーが直接接触する定着ローラ１１の表面温度が、加圧ベルト２１の表面温度よりも高いほうが好ましいことが分かっている。したがって、図４においてこの条件を満たしているのは、磁性金属層１３の発熱量が、非磁性金属層２４である銅の発熱量を上回っている、銅の厚さが２．９μｍ以下の時であることが分かる。さらに、この範囲においては、総発熱量が１．０を超えている。よって、磁性金属のみを用いて定着ローラ１１及び加圧ベルト２１を製作するよりも、非磁性金属と磁性金属とを組み合わせて用いるほうが加熱効率は向上する。銅の厚さをこの範囲に設定することで、加熱効率が最大１０％向上する。
【００６１】
図５は、加圧ベルトの非磁性金属層を構成するＳＵＳ３０４の厚さが発熱量に及ぼす影響を示すグラフである。グラフの構成は、前記図４の銅の場合と同様であり、磁性金属層１３も同様にＳＵＳ４３０を用いている。図５によると、ＳＵＳ３０４の厚さが１２５μｍ以下である時に、磁性金属層１３の発熱量が、非磁性金属層２４であるＳＵＳ３０４の発熱量を上回っており、総発熱量が１．０を超えているのが分かる。これらの効果についても、前記銅の場合と同様に、磁性金属のみを用いて定着ローラ１１及び加圧ベルト２１を製作するよりも、加熱効率が最大１０％向上する。このことを考慮に入れ、前記図１に示す定着装置１では、加圧ベルト２１の非磁性金属層２４であるＳＵＳ３０４の厚さを５０μｍとしている。
【００６２】
図６は、非磁性金属層の渦電流負荷と厚さとの関係、及び発熱量への影響を示す表である。表の左側の非磁性金属層条件の欄は、銅及びＳＵＳ３０４の渦電流負荷と層の厚さの関係を示している。表の右側は、磁性金属層のみを加熱した時を１とした場合の、非磁性金属層２４、磁性金属層１３、及び双方を総合した発熱量を示している。発熱量は、前記図４及び図５のグラフを数値化したものである。磁性金属層１３の発熱量が、非磁性金属層２４の発熱量を上回っている条件を判断すると、非磁性金属層２４の渦電流負荷は、５．７×１０^−３Ω以上であることが好ましいことが分かる。したがって、非磁性金属層２４の渦電流負荷がこの範囲であれば、前述の銅やＳＵＳ３０４以外の金属でも高い加熱効率が得られることになる。
【００６３】
すなわち、非磁性金属としてアルミニウムを用いた場合、アルミニウムの電気抵抗率が２．６６×１０^−８Ω・ｍであるので、これを上記渦電流負荷の値で割ると、高い加熱効率が得られる層の厚さは、４．６μｍ以下であることが好ましいことになる。
【００６４】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は、前記図１に示す第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、説明は省略するものとする。
【００６５】
定着装置１には、定着部１０と加圧部２０が備えられ、加圧部２０の加圧部材である加圧ベルト２１の内側には電磁誘導部３０が配置されている。また、用紙が進入してくる箇所には、用紙進入ガイド４０が設けられている。
【００６６】
定着部１０は、定着部材である定着ローラ１１で構成される。定着ローラ１１は直径が４０ｍｍで、耐熱樹脂等の芯材１２の表面に断熱層１６であるシリコンスポンジ層が設けられている。その外側には、磁性金属層１３としてニッケルが５０μｍの厚さのメッキで形成されている。磁性金属層１３の外側には、厚さ２０μｍのＰＦＡによる離型層１４を設け、トナーの離型性を高める。また、弾性層として、シリコンゴム層を離型層１４のすぐ内側に設けてもよい。
【００６７】
ここで、前記第１の実施形態と同様に、上記定着部１０及び加圧部２０の構成は、両方ともローラ、一方がローラで他方がベルト、両方ともベルト、のいずれの構成であっても良い。
【００６８】
このように、定着ローラ１１の磁性金属層１３の内側に断熱層１６を設けることによって、定着ローラ１１の低熱容量化を図ることができる。その結果、定着ローラ１１の表面が定着可能な温度に達するまでの時間を、より短くすることが可能である。
【００６９】
次に、定着部材の磁性金属層の厚さについて、図８を用いて説明する。図８は、定着部材と加圧部材を構成する金属の厚さと渦電流負荷の関係を示すグラフである。グラフの横軸は金属の厚さを示し、縦軸はその金属の渦電流負荷を示す。金属の種類としては、非磁性金属である銅、アルミニウム、ＳＵＳ３０４と、磁性金属である鉄、ニッケルを挙げている。
【００７０】
図中、領域Ｃは、誘電加熱方式によって容易に加熱可能な金属の渦電流負荷の範囲を示している。すなわち、定着部材と加圧部材を構成する金属の渦電流負荷が、３．０×１０^−４Ωから２．０×１０^−２Ωの範囲であれば、誘電加熱方式によって容易に加熱可能である。例えば磁性金属であるニッケルの場合、渦電流負荷が２．０×１０^−２Ω以下、つまり、その厚さが３．５μｍ以上であると加熱可能である。また、鉄の場合は、その厚さが５．０μｍ以上であると加熱可能である。
【００７１】
このようにして定着部材の磁性金属層の厚さを定めることによって、定着装置の加熱効率を高めることができる。その結果、さらに加熱性能が高い定着装置を提供することが可能である。
【００７２】
なお、非磁性金属である銅、アルミニウム、ＳＵＳ３０４の場合は、前記図４〜図６に示すように、渦電流負荷が２．４×１０^−３Ω以上、特に２．８×１０^−３Ωから８．０×１０^−３Ωの範囲であることが好ましいことが分かっている。
【００７３】
ここで、定着部材の磁性金属の磁界浸透深さについて考える。定着部材の磁性金属層の厚みが磁界浸透深さよりも小さいと、励磁コイルから発生する磁束が磁性金属層を通過し、さらにその内側に漏洩してしまう。これにより、定着部材の磁性金属層の内側に他の金属部材が存在する場合、この金属部材を不必要に加熱してしまい、加熱エネルギーを浪費するという問題が発生する。
【００７４】
したがって、定着部材の磁性金属層の厚みを、磁界浸透深さよりも大きくする必要がある。磁界浸透深さは、δ＝５０３√（ρ／ｆμ）で表される（式中のδは磁界浸透深さ、ρは電気抵抗率、ｆは周波数、μは比透磁率を示す）。磁性金属層としてニッケルを用いた場合、周波数ｆを３０ｋＨｚとして、ニッケルの電気抵抗率ρが６．８０×１０^−８Ω・ｍ、比透磁率μが３００であるので、磁界浸透深さδは４３．７μｍとなる。鉄を用いた場合も同様に、周波数ｆを３０ｋＨｚとして、鉄の電気抵抗率ρが９．７１×１０^−８Ω・ｍ、比透磁率μが５００であるので、磁界浸透深さδは４０．５μｍとなる。
【００７５】
このようにして、加圧部材の磁性金属層であるニッケルの層の厚さを４３．７μｍ以上に、また鉄の層の厚さを４０．５μｍ以上に限定することによって、さらに高い加熱効率が得られるとともに、磁性金属層の内側への磁束の漏洩を防止することが可能である。その結果、加熱エネルギーの浪費を抑えた高い加熱効率の定着装置を提供することが可能である。
【００７６】
上記のように本発明の実施形態を示したが、この他、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の上記構成によれば、定着部材の外側に配置される単一の励磁コイルによって定着部材を直接加熱可能であり、この励磁コイルをニップ部分、或いはそれに近い場所に配置することが可能である。その結果、励磁コイルが発熱体に伝えるエネルギーを十分に用紙に伝えることができるので、高い加熱効率が得られるとともに、消費電力の低減を図ることができる。また、励磁コイルを加圧部材の内側に配置することも容易であり、これにより通紙中のニップ部分を加熱することができる。その結果、用紙に熱が奪われることによる定着部材の温度低下を低減することが可能となり、加熱効率を高めることができる。さらに、定着部材の温度変動が少ないので、安定した定着性を得ることが可能である。
【００７８】
そして、磁束は非磁性金属層を通り抜けるので、その外側に磁性金属層があれば、その磁性金属層も発熱させることが可能である。その結果、一つの励磁コイルで二つの部材を同時に発熱させることができるので、高い加熱効率が得られる。また、定着部材と加圧部材を加熱する手段を単一のものにすることができ、部品点数の削減によるコストダウンや構造の簡素化を図ることが可能である。さらに、加圧部材も加熱できることで、加圧部材の温度変動が少なく、安定した定着性を得ることが可能である。
【００７９】
また、一般的には、誘電加熱方式によって加熱する場合、発熱体として磁性金属を使用することが望ましいとされているが、加圧部材の非磁性金属層の渦電流負荷を５．７×１０^−３Ω以上にすることによって、磁性金属を使用するよりも高い加熱効率を得ることができる。また、加圧部材の表面を構成する非磁性金属がどのような金属であっても、高い加熱効率が得られる。
【００８０】
さらに、定着部材の磁性金属層の厚さを限定することによって、さらに高い加熱効率が得られるとともに、磁性金属層の内側への磁束の漏洩を防止することが可能である。その結果、加熱エネルギーの浪費を抑えた高い加熱効率の定着装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図
【図２】図１に示す定着装置の電磁誘導部を示す概略部分斜視図
【図３】図１に示す定着装置による加熱状態を示す模型的断面図
【図４】銅の厚さが発熱量に及ぼす影響を示すグラフ
【図５】ＳＵＳ３０４の厚さが発熱量に及ぼす影響を示すグラフ
【図６】非磁性金属層の渦電流負荷と厚さとの関係、及び発熱量への影響を示す表
【図７】本発明の第２の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図
【図８】金属の厚さと渦電流負荷の関係を示すグラフ
【符号の説明】
１定着装置
１０定着部
１１定着ローラ
１３磁性金属層
１６断熱層
２０加圧部
２１加圧ベルト
２４非磁性金属層
３０電磁誘導部
３１励磁コイル
３２フェライト[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing device that inserts a sheet carrying an unfixed toner image into a nip of a heated roller pair, heats and melts the unfixed toner, and fixes the unfixed toner on the sheet. In particular, it relates to a fixing device that heats by a dielectric heating method.
[0002]
[Prior art]
In an electrophotographic image forming apparatus, a heat source is incorporated in at least one of a pair of rollers forming a nip, and a sheet carrying an unfixed toner image is inserted into a nip of the pair of rollers heated by the heat source. A heat roller fixing method for fixing toner on paper by using the method is widely used.
[0003]
In such a heat roller fixing method, the efficiency of heat transfer from a heat source such as a halogen lamp incorporated in the fixing member to the roller surface is low, and heat loss is large. Further, it takes a long time for heat to be transmitted to the roller surface. As a result, there has been a problem that power consumption is high due to poor heating efficiency, and a certain amount of warm-up time is required until the roller surface reaches a temperature at which fixing can be performed.
[0004]
In order to improve this, a fixing device that fuses and fixes an unfixed toner image by a dielectric heating method using an excitation coil and a fixing roller made of a non-magnetic metal has been proposed (see Patent Document 1). ).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-268952
[Problems to be solved by the invention]
However, in the fixing device described in Patent Literature 1, since the excitation coil is disposed so as to be sandwiched from both sides of the heating element, the excitation coil must be disposed at a portion other than the nip portion where the paper is inserted. As a result, heat escapes before the heated portion reaches the nip portion, and the energy transmitted to the heating element by the excitation coil is not sufficiently transmitted to the sheet. Therefore, the heating efficiency is deteriorated and the power consumption is increased. Furthermore, it becomes difficult to obtain stable fixing properties due to temperature fluctuations of the fixing member.
[0007]
In general, when heating is performed by a dielectric heating method, it is desirable to use a magnetic metal as a heating element. However, it is known that by reducing the thickness of the nonmagnetic metal, higher heating efficiency can be obtained than with a magnetic metal. The fixing device as described in Patent Document 1 uses a non-magnetic metal capable of obtaining high heating efficiency for the fixing roller, but sufficiently improves the characteristics of the non-magnetic metal which is originally very difficult to heat. We cannot say that we use.
[0008]
The present invention has been made in view of the above points, and proposes a structure in which a high heating efficiency can be obtained in a fixing device that heats by a dielectric heating method, and can shorten a warm-up time and reduce power consumption. The purpose is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a fixing device including a fixing member that fixes unfixed toner on a sheet, and a pressure member that forms a nip that abuts the fixing member to insert the sheet. In the above, the heat generating layer made of a magnetic metal is provided on the fixing member, and the exciting coil is arranged outside the fixing member.
[0010]
According to this configuration, the fixing member can be directly heated by the single excitation coil disposed outside the fixing member, and the excitation coil can be disposed at the nip portion or a location close thereto. As a result, the energy transmitted by the exciting coil to the heating element can be sufficiently transmitted to the sheet, so that high heating efficiency can be obtained and power consumption can be reduced. Further, it is easy to arrange the exciting coil inside the pressing member, so that the nip portion during the sheet passing can be heated. As a result, it is possible to reduce a decrease in the temperature of the fixing member due to heat being taken off by the sheet, and it is possible to increase the heating efficiency. Further, since the temperature fluctuation of the fixing member is small, stable fixing property can be obtained.
[0011]
Further, a heat generating layer made of a non-magnetic metal is provided on the pressing member, and an exciting coil is disposed in the vicinity of a position where the pressing member and the fixing member come into contact with each other.
[0012]
According to this configuration, since the magnetic flux passes through the non-magnetic metal layer, if there is a magnetic metal layer outside the non-magnetic metal layer, the magnetic metal layer can also generate heat. As a result, two members can be heated simultaneously by one excitation coil, so that high heating efficiency can be obtained. In addition, a single unit for heating the fixing member and the pressing member can be used, so that the cost can be reduced and the structure can be simplified by reducing the number of parts. Further, since the pressing member can be heated, the temperature fluctuation of the pressing member is small and stable fixing property can be obtained.
[0013]
In addition, a high magnetic permeability member is arranged near the exciting coil.
[0014]
According to this configuration, most of the magnetic flux generated from the exciting coil passes through the highly permeable member, so that the magnetic field can be strengthened and the location where the magnetic flux passes can be easily grasped. As a result, it is possible to control the heat generation points in the fixing member and the pressing member. In addition, since the inductance can be improved by the high magnetic permeability member, the size of the excitation coil can be reduced.
[0015]
Further, the high magnetic permeability member is made of ferrite.
[0016]
According to this configuration, it is possible to use a ferrite widely used as a high magnetic permeability member, and to increase the heating efficiency with a simple configuration.
[0017]
Further, the eddy current load of the non-magnetic metal layer of the pressing member is 5.7 × 10 ⁻³ Ω or more.
[0018]
Here, the eddy current load is a value obtained by dividing an electric resistivity specific to a material by a depth at which an eddy current is generated by electromagnetic induction, and is represented by R = ρ / z (where R is an eddy current load. , Ρ is the electrical resistivity, and z is the depth at which the eddy current occurs). Usually, the depth z at which the eddy current occurs is the same as the magnetic field penetration depth δ, and therefore z = δ. However, when the thickness d of the metal layer used is smaller than the magnetic field penetration depth δ, z = d. Therefore, the eddy current load R is R = ρ / d, and is determined by the electric resistivity ρ and the thickness d of the metal layer. Conversely, when the eddy current load R is determined, the thickness d of the metal layer can be derived from the eddy current load R and the electric resistivity ρ.
[0019]
In general, when heating by a dielectric heating method, it is considered desirable to use a magnetic metal as the heating element. However, according to this configuration, the surface of the pressing member is higher than that of a magnetic metal. Heating efficiency can be obtained. Also, high heating efficiency can be obtained regardless of what kind of metal the non-magnetic metal constituting the surface of the pressing member is. As a result, it is possible to determine the appropriate layer thickness for those metals and it is easier to actually fabricate. Further, the heating performance is better than those manufactured based on other numerical values.
[0020]
Further, the non-magnetic metal layer of the pressing member is made of copper, and this copper layer is provided with a thickness of 2.9 μm or less.
[0021]
Thus, higher heating efficiency can be obtained by determining the thickness of the copper layer which is a nonmagnetic metal. As a result, it is possible to provide a fixing device having high heating performance.
[0022]
Further, the non-magnetic metal layer of the pressure member is made of aluminum, and this aluminum layer is provided with a thickness of 4.6 μm or less.
[0023]
Thus, higher heating efficiency can be obtained by determining the thickness of the aluminum layer which is a nonmagnetic metal. As a result, it is possible to provide a fixing device having high heating performance.
[0024]
Further, the non-magnetic metal layer of the pressing member is made of non-magnetic stainless steel, and the non-magnetic stainless steel layer is provided with a thickness of 125 μm or less.
[0025]
Thus, higher heating efficiency can be obtained by determining the thickness of the nonmagnetic stainless steel layer which is a nonmagnetic metal. As a result, it is possible to provide a fixing device having high heating performance.
[0026]
The eddy current load of the magnetic metal layer of the fixing member is in a range of 3.0 × 10 ⁻⁴ Ω to 2.0 × 10 ⁻² Ω.
[0027]
As described above, by limiting the eddy current load of the magnetic metal layer of the fixing member, higher heating efficiency can be obtained. As a result, it is possible to provide a fixing device having higher heating performance.
[0028]
Further, the magnetic metal layer of the fixing member is made of nickel, and the nickel layer is provided with a thickness of 3.5 μm or more.
[0029]
As described above, the heating efficiency can be increased by determining the thickness of the layer of nickel as the magnetic metal. As a result, it is possible to provide a fixing device having higher heating performance.
[0030]
Further, the magnetic metal layer of the fixing member is made of iron, and the iron layer is provided with a thickness of 5.0 μm or more.
[0031]
Thus, the heating efficiency can be increased by determining the thickness of the iron metal layer. As a result, it is possible to provide a fixing device having higher heating performance.
[0032]
Further, the thickness of the magnetic metal layer of the fixing member is larger than the magnetic field penetration depth.
[0033]
If the thickness of the magnetic metal layer of the fixing member is smaller than the magnetic field penetration depth, the magnetic flux generated from the exciting coil passes through the magnetic metal layer and leaks further inside. According to the above configuration, the magnetic flux does not pass through the fixing member. As a result, it is possible to prevent the leakage of the magnetic flux to the inside of the magnetic metal layer. Accordingly, when another metal member is present inside the magnetic metal layer of the fixing member, it is possible to suppress unnecessary heating of the metal member without unnecessary heating.
[0034]
The thickness of the nickel layer is 43.7 μm or more.
[0035]
By limiting the thickness of the nickel layer in this manner, higher heating efficiency can be obtained, and leakage of magnetic flux to the inside of the nickel layer can be prevented. As a result, it is possible to provide a fixing device having high heating efficiency while suppressing waste of heating energy.
[0036]
In addition, the thickness of the iron layer is 40.5 μm or more.
[0037]
By thus limiting the thickness of the iron layer, it is possible to obtain higher heating efficiency and to prevent leakage of magnetic flux to the inside of the iron layer. As a result, it is possible to provide a fixing device having high heating efficiency while suppressing waste of heating energy.
[0038]
Further, a heat insulating layer is provided inside the magnetic metal layer of the fixing member.
[0039]
According to this configuration, the heat capacity of the fixing member can be reduced. As a result, the time required for the surface of the fixing member to reach a temperature suitable for fixing can be shortened. Further, power consumption can be reduced.
[0040]
Further, both the fixing member and the pressing member are constituted by rollers.
[0041]
According to this configuration, the main components constituting the fixing device are only the fixing roller and the pressure roller, so that the structure can be simplified and the device can be made more compact. Further, cost can be reduced by reducing the number of parts.
[0042]
Further, one of the fixing member and the pressing member is constituted by a roller, and the other is constituted by a belt.
[0043]
According to this configuration, the heat capacity can be reduced by using a belt for one of the fixing member and the pressing member as compared with the case where both of the fixing member and the pressing member are rollers. Also, an appropriate nip time can be set. As a result, the time required for the fixing member surface to reach a fixing temperature can be further reduced. In addition, stable fixing properties can be obtained.
[0044]
Further, both the fixing member and the pressing member are constituted by belts.
[0045]
According to this configuration, the heat capacity of the fixing member and the pressure member can be further reduced. As a result, it is possible to further shorten the time required for the surface of the fixing member to reach a temperature at which fixing can be performed.
[0046]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0047]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a fixing device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic partial perspective view showing an electromagnetic induction unit of the fixing device shown in FIG. The fixing device 1 includes a fixing unit 10 and a pressing unit 20, and an electromagnetic induction unit 30 is disposed inside a pressing belt 21 which is a pressing member of the pressing unit 20. A paper entry guide 40 is provided at a position where the paper enters.
[0048]
The fixing unit 10 includes a fixing roller 11 as a fixing member. The fixing roller 11 has a diameter of 40 mm, and a magnetic metal layer 13 is provided on a surface of a core material 12 such as a heat-resistant resin. The magnetic metal layer 13 is formed by plating nickel or the like. Further, the core 12 may be formed of a metal tube such as iron. A release layer 14 having a thickness of 20 μm is provided on the outer side of the magnetic metal layer 13 to enhance the toner release property. The release layer 14 is made of a fluorine-based resin such as PFA (tetrafluoroethylene-per-fluoroalkylvinyl ether copolymer), and is provided by spraying a coating or covering a tube. Further, a silicon rubber layer may be provided immediately inside the release layer 14 as the elastic layer.
[0049]
The pressing unit 20 includes a pressing belt 21 as a pressing member, a main roller 22, and a sub-roller 23. The pressure belt 21 in contact with the fixing roller 11 is formed by plating SUS304 with a thickness of 50 μm as a nonmagnetic metal layer 24 on a polyimide film (not shown). A 100 μm-thick silicon rubber layer serving as the elastic layer 25 is provided on the outer side. A 50 μm-thick PFA tube is covered as a release layer 26 on the outside of the elastic layer 25. A predetermined tension is applied to the pressure belt 21 by the main roller 22 and the sub roller 23, and the pressure belt 21 contacts the fixing roller 11 to form a nip through which a sheet is inserted.
[0050]
Here, the configuration of the fixing roller 11 and the pressing unit 20 may be a configuration in which the fixing roller 11 is replaced with a belt and the pressing unit 20 is only a roller. Further, both may be rollers or both may be belts. In any case, an excitation coil 31 described later is arranged in the pressing member in the vicinity of a position where the pressing member and the fixing member come into contact with each other. When the fixing roller 11 is replaced by a belt, a magnetic metal layer is provided on the polyimide film by plating or rolling, and the outside thereof is coated with a fluorine-based resin such as PFA.
[0051]
The electromagnetic dielectric unit 30 includes an exciting coil 31, a ferrite 32, and a support member 33. The exciting coil 31 is formed by winding a litz wire made up of 300 enamel wires having a diameter of 0.1 mm in a direction along the axis of the main roller 22. A ferrite 32 for strengthening the magnetic field is provided inside the exciting coil 31 wound in this manner. The support member 33 is made of a heat-resistant resin, and has a ferrite housing portion 33a. The exciting coil 31 is wound so as to surround the ferrite housing portion 33a. The excitation coil 31 is connected to a high-frequency power supply 34 having a rated power of 1500 W and a frequency of 20 to 50 kHz. Note that the ferrite 32 can be replaced with a member other than ferrite as long as the member has a high magnetic permeability.
[0052]
The electromagnetic dielectric unit 30 is disposed inside the pressure belt 21 with the excitation coil 31 close to the contact point so that the magnetic flux passes through the contact point between the fixing roller 11 and the pressure belt 21.
[0053]
In addition, a thermistor 15 is provided in the fixing roller 11 near a position where the fixing roller 11 and the pressure belt 21 are in contact with each other. The temperature of the heating unit is detected by the thermistor 15 and the output of the high frequency power supply 34 is controlled to perform temperature control.
[0054]
It should be noted that the numerical values such as dimensions appearing so far are only examples of one preferred example, and do not limit the scope of the invention.
[0055]
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a heating state by the fixing device shown in FIG. The fixing device 1 performs a heating operation as follows.
[0056]
When a high-frequency current flows through the exciting coil 31, a magnetic field is generated. Most of the generated magnetic flux M passes through the ferrite 32 which is a highly permeable member, so that the magnetic field can be strengthened. When the generated magnetic flux M passes through the nonmagnetic metal layer 24 of the pressure belt 21 and the magnetic metal layer 13 of the fixing roller 11, an eddy current flows through the metal in the passing areas A and B, and heat is generated by the electric resistance of the metal. . In particular, the passing area A generates a larger amount of heat because the presence of the magnetic metal layer 13 causes the magnetic field to concentrate more than the passing area B. The magnetic flux M passes through the non-magnetic metal layer 24 of the pressure belt 21 and reaches the magnetic metal layer 13 of the fixing roller 11, so that both members generate heat simultaneously.
[0057]
In this manner, not only the fixing roller 11 but also the pressure belt 21 can be directly heated, so that heat can be supplied from above and below the paper passing through the nip, and the temperature of the fixing roller 11 can be set low. It is. Thereby, since no extra heat is supplied, high heating efficiency can be obtained.
[0058]
In addition, since the pressure belt 21 can be heated even during the paper passing, even when the paper that is long in the paper passing direction is passed, the temperature drop at the rear end of the paper is small, and stable fixing property is obtained. can get.
[0059]
FIG. 4 is a graph showing the effect of the thickness of copper constituting the nonmagnetic metal layer of the pressure belt on the amount of heat generated. The horizontal axis of the graph indicates the thickness of copper constituting the non-magnetic metal layer 24 of the pressure belt 21, and the vertical axis indicates the case where only the magnetic metal layer 13 of the fixing roller 11 is heated to 1, The figure shows the calorific value of the non-magnetic metal layer 24, the magnetic metal layer 13, and both. Here, SUS430 is used for the magnetic metal layer 13.
[0060]
Here, it has been found that it is preferable that the surface temperature of the fixing roller 11 with which the toner comes into direct contact is higher than the surface temperature of the pressure belt 21 in order to improve the fixing property of the toner. Therefore, this condition is satisfied in FIG. 4 when the calorific value of the magnetic metal layer 13 exceeds the calorific value of copper, which is the nonmagnetic metal layer 24, and the thickness of the copper is 2.9 μm or less. It turns out that it is. Further, in this range, the total calorific value exceeds 1.0. Therefore, the heating efficiency is improved by using a combination of a non-magnetic metal and a magnetic metal, rather than manufacturing the fixing roller 11 and the pressure belt 21 using only the magnetic metal. By setting the copper thickness in this range, the heating efficiency is improved by up to 10%.
[0061]
FIG. 5 is a graph showing the effect of the thickness of the SUS 304 forming the nonmagnetic metal layer of the pressure belt on the amount of heat generated. The configuration of the graph is the same as that of the case of copper in FIG. 4, and the magnetic metal layer 13 also uses SUS430. According to FIG. 5, when the thickness of the SUS 304 is 125 μm or less, the calorific value of the magnetic metal layer 13 exceeds the calorific value of the SUS 304 which is the non-magnetic metal layer 24, and the total calorific value exceeds 1.0. You can see that As for these effects, as in the case of copper, the heating efficiency is improved by up to 10% as compared with the case where the fixing roller 11 and the pressure belt 21 are manufactured using only the magnetic metal. Taking this into consideration, in the fixing device 1 shown in FIG. 1, the thickness of the SUS 304, which is the non-magnetic metal layer 24 of the pressure belt 21, is set to 50 μm.
[0062]
FIG. 6 is a table showing the relationship between the eddy current load and the thickness of the non-magnetic metal layer, and the effect on the calorific value. The column of nonmagnetic metal layer conditions on the left side of the table shows the relationship between the eddy current load of copper and SUS304 and the layer thickness. The right side of the table shows the calorific value of the non-magnetic metal layer 24, the magnetic metal layer 13, and both when the heating of only the magnetic metal layer is set to 1. The calorific value is obtained by digitizing the graphs of FIGS. 4 and 5. When judging the condition that the calorific value of the magnetic metal layer 13 exceeds the calorific value of the non-magnetic metal layer 24, the eddy current load of the non-magnetic metal layer 24 may be 5.7 × 10 ⁻³ Ω or more. It turns out to be favorable. Therefore, if the eddy current load of the nonmagnetic metal layer 24 is within this range, high heating efficiency can be obtained even with a metal other than the above-described copper and SUS304.
[0063]
That is, when aluminum is used as the non-magnetic metal, since the electrical resistivity of aluminum is 2.66 × 10 ⁻⁸ Ω · m, a high heating efficiency can be obtained by dividing this by the value of the eddy current load. Preferably, the thickness of the layer is less than 4.6 μm.
[0064]
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a fixing device according to the second embodiment of the present invention. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, the same reference numerals are given to the same components as those of the first embodiment, and the description will be omitted. It shall be omitted.
[0065]
The fixing device 1 includes a fixing unit 10 and a pressing unit 20, and an electromagnetic induction unit 30 is disposed inside a pressing belt 21 which is a pressing member of the pressing unit 20. A paper entry guide 40 is provided at a position where the paper enters.
[0066]
The fixing unit 10 includes a fixing roller 11 as a fixing member. The fixing roller 11 has a diameter of 40 mm, and a silicon sponge layer serving as a heat insulating layer 16 is provided on a surface of a core material 12 such as a heat-resistant resin. On the outside, nickel is formed as a magnetic metal layer 13 by plating with a thickness of 50 μm. A release layer 14 made of PFA having a thickness of 20 μm is provided outside the magnetic metal layer 13 to enhance the releasability of the toner. Further, a silicon rubber layer may be provided immediately inside the release layer 14 as the elastic layer.
[0067]
Here, similarly to the first embodiment, the configuration of the fixing unit 10 and the pressing unit 20 may be either a roller, one of which is a roller and the other is a belt, and both of which are a belt. good.
[0068]
By providing the heat insulating layer 16 inside the magnetic metal layer 13 of the fixing roller 11, the heat capacity of the fixing roller 11 can be reduced. As a result, the time required for the surface of the fixing roller 11 to reach a fixing temperature can be further reduced.
[0069]
Next, the thickness of the magnetic metal layer of the fixing member will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the thickness of the metal constituting the fixing member and the pressing member and the eddy current load. The horizontal axis of the graph indicates the thickness of the metal, and the vertical axis indicates the eddy current load of the metal. Examples of the type of metal include copper, aluminum, and SUS304, which are nonmagnetic metals, and iron and nickel, which are magnetic metals.
[0070]
In the figure, a region C indicates a range of a metal eddy current load that can be easily heated by the dielectric heating method. That is, if the eddy current load of the metal constituting the fixing member and the pressing member is in the range of 3.0 × 10 ⁻⁴ Ω to 2.0 × 10 ⁻² Ω, heating can be easily performed by the dielectric heating method. is there. For example, in the case of nickel, which is a magnetic metal, heating can be performed if the eddy current load is 2.0 × 10 ⁻² Ω or less, that is, the thickness is 3.5 μm or more. In the case of iron, heating is possible if the thickness is 5.0 μm or more.
[0071]
By determining the thickness of the magnetic metal layer of the fixing member in this manner, the heating efficiency of the fixing device can be increased. As a result, it is possible to provide a fixing device having higher heating performance.
[0072]
In the case of copper, aluminum, or SUS304, which is a nonmagnetic metal, the eddy current load is 2.4 × 10 ⁻³ Ω or more, particularly 2.8 × 10 ⁻³ Ω, as shown in FIGS. To 8.0 × 10 ⁻³ Ω.
[0073]
Here, the penetration depth of the magnetic field of the magnetic metal of the fixing member will be considered. If the thickness of the magnetic metal layer of the fixing member is smaller than the magnetic field penetration depth, the magnetic flux generated from the exciting coil passes through the magnetic metal layer and leaks further inside. Thus, when another metal member exists inside the magnetic metal layer of the fixing member, the metal member is unnecessarily heated, and a problem occurs that heating energy is wasted.
[0074]
Therefore, it is necessary to make the thickness of the magnetic metal layer of the fixing member larger than the magnetic field penetration depth. The magnetic field penetration depth is represented by δ = 503√ (ρ / fμ) (where δ is the magnetic field penetration depth, ρ is the electrical resistivity, f is the frequency, and μ is the relative magnetic permeability). When nickel is used as the magnetic metal layer, since the electrical resistivity ρ of nickel is 6.80 × 10 ⁻⁸ Ω · m and the relative permeability μ is 300 at a frequency f of 30 kHz, the magnetic field penetration depth δ is 43.7 μm. Similarly, when iron is used, the frequency f is 30 kHz, the electric resistivity ρ of iron is 9.71 × 10 ⁻⁸ Ω · m, and the relative permeability μ is 500. 0.5 μm.
[0075]
By limiting the thickness of the nickel layer, which is the magnetic metal layer of the pressing member, to 43.7 μm or more and the thickness of the iron layer to 40.5 μm or more, higher heating efficiency can be obtained. While being obtained, it is possible to prevent the leakage of magnetic flux to the inside of the magnetic metal layer. As a result, it is possible to provide a fixing device having high heating efficiency while suppressing waste of heating energy.
[0076]
Although the embodiment of the present invention has been described above, other various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[0077]
【The invention's effect】
According to the above configuration of the present invention, the fixing member can be directly heated by the single excitation coil disposed outside the fixing member, and the excitation coil can be disposed at the nip portion or a place close thereto. is there. As a result, the energy transmitted by the exciting coil to the heating element can be sufficiently transmitted to the sheet, so that high heating efficiency can be obtained and power consumption can be reduced. Further, it is easy to arrange the exciting coil inside the pressing member, so that the nip portion during the sheet passing can be heated. As a result, it is possible to reduce a decrease in the temperature of the fixing member due to heat being taken off by the sheet, and it is possible to increase the heating efficiency. Further, since the temperature fluctuation of the fixing member is small, stable fixing property can be obtained.
[0078]
Since the magnetic flux passes through the non-magnetic metal layer, if there is a magnetic metal layer outside the non-magnetic metal layer, the magnetic metal layer can also generate heat. As a result, two members can be heated simultaneously by one excitation coil, so that high heating efficiency can be obtained. In addition, a single unit for heating the fixing member and the pressing member can be used, so that the cost can be reduced and the structure can be simplified by reducing the number of parts. Further, since the pressing member can be heated, the temperature fluctuation of the pressing member is small and stable fixing property can be obtained.
[0079]
In general, when heating by a dielectric heating method, it is considered desirable to use a magnetic metal as the heating element. However, the eddy current load of the non-magnetic metal layer of the pressing member is reduced to 5.7 × 10 ^By setting the resistance to ⁻³ Ω or more, higher heating efficiency can be obtained than when a magnetic metal is used. Also, high heating efficiency can be obtained regardless of what kind of metal the non-magnetic metal constituting the surface of the pressing member is.
[0080]
Further, by limiting the thickness of the magnetic metal layer of the fixing member, higher heating efficiency can be obtained, and leakage of magnetic flux to the inside of the magnetic metal layer can be prevented. As a result, it is possible to provide a fixing device having high heating efficiency while suppressing waste of heating energy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a fixing device according to a first embodiment of the present invention; FIG. 2 is a schematic partial perspective view showing an electromagnetic induction portion of the fixing device shown in FIG. 1; FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a heating state of the fixing device. FIG. 4 is a graph showing an influence of a thickness of copper on a calorific value. FIG. 5 is a graph showing an influence of a thickness of SUS304 on a calorific value. FIG. 7 is a table showing a relationship between an eddy current load and a thickness of a magnetic metal layer and an influence on a calorific value. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a fixing device according to a second embodiment of the present invention. Graph showing the relationship between thickness and eddy current load [Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 fixing device 10 fixing unit 11 fixing roller 13 magnetic metal layer 16 heat insulating layer 20 pressing unit 21 pressing belt 24 nonmagnetic metal layer 30 electromagnetic induction unit 31 excitation coil 32 ferrite

Claims

A fixing device comprising: a fixing member that fixes unfixed toner on a sheet; and a pressure member that forms a nip that abuts the fixing member to insert the sheet.
A fixing device, wherein a heating layer made of a magnetic metal is provided on the fixing member, and an exciting coil is disposed outside the fixing member.

2. A heating layer comprising a non-magnetic metal is provided on the pressing member, and an exciting coil is disposed in the pressing member in the vicinity of a position where the pressing member and the fixing member come into contact with each other. 3. The fixing device according to claim 1.

The fixing device according to claim 1, wherein a high-permeability member is disposed near the excitation coil.

The fixing device according to claim 3, wherein the high magnetic permeability member is ferrite.

The fixing device according to claim 2, wherein an eddy current load of the nonmagnetic metal layer of the pressing member is 5.7 × 10 ⁻³ Ω or more.

5. The fixing device according to claim 2, wherein the nonmagnetic metal layer of the pressing member is made of copper, and the copper layer is provided with a thickness of 2.9 [mu] m or less. apparatus.

5. The fixing device according to claim 2, wherein the non-magnetic metal layer of the pressure member is made of aluminum, and the aluminum layer is provided with a thickness of 4.6 [mu] m or less. apparatus.

5. The non-magnetic metal layer of the pressure member is made of non-magnetic stainless steel, and the non-magnetic stainless steel layer is provided with a thickness of 125 [mu] m or less. Fixing device.

The eddy current load of the magnetic metal layer of the fixing member is in a range of 3.0 × 10 ⁻⁴ Ω to 2.0 × 10 ⁻² Ω. The fixing device as described in the above.

9. The fixing device according to claim 1, wherein the magnetic metal layer of the fixing member is made of nickel, and the nickel layer is provided with a thickness of 3.5 [mu] m or more.

9. The fixing device according to claim 1, wherein the magnetic metal layer of the fixing member is made of iron, and the iron layer is provided with a thickness of 5.0 [mu] m or more.

The fixing device according to claim 1, wherein a thickness of the magnetic metal layer of the fixing member is larger than a magnetic field penetration depth.

11. The fixing device according to claim 10, wherein the thickness of the nickel layer is 43.7 [mu] m or more.

The fixing device according to claim 11, wherein the thickness of the iron layer is 40.5 μm or more.

15. The fixing device according to claim 1, wherein a heat insulating layer is provided inside the magnetic metal layer of the fixing member.

16. The fixing device according to claim 1, wherein both the fixing member and the pressing member are configured by rollers.

16. The fixing device according to claim 1, wherein one of the fixing member and the pressing member is configured by a roller, and the other is configured by a belt.

The fixing device according to claim 1, wherein both the fixing member and the pressing member are configured by a belt.