JP2005203273A - Heater, fixing device, and image recording device using it - Google Patents

Heater, fixing device, and image recording device using it Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heater capable of securing a stable induction heating state while extremely reducing a warmup time; and to provide a fixing device and an image recording device using it. <P>SOLUTION: This heater has a heating object member 20 wherein the thickness of a heat generation layer 20b is smaller than the depth of its superficial skin, and an excitation coil 1A electromagnetically induction-heating the heat generation layer 20b of the member 20. The heating device is characterized by that the excitation coil 1A is in noncontact to the surface of the member 20, is formed by winding a wire along the surface; and a magnetic path formation member 41 disposed in noncontact with the surface of the member 20 and by facing to the excitation coil 1A, formed so that its facing surface follows the surface shape of the member 20, and forming a magnetic path of a varying magnetic field H generated by the excitation coil 1A to shield the magnetic field is installed on the side opposite to the excitation coil 1A by interlaying the member 20. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば、電子写真方式を採用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の画像記録装置において、未定着トナー像を加熱・加圧定着するのに用いられる加熱装置及びこれを用いた定着装置、画像記録装置に係わり、特に被加熱部材として厚さの薄いベルト状部材を使用した加熱装置及びこれを用いた定着装置、画像記録装置に関する。   The present invention relates to a heating apparatus used for heating and pressure-fixing an unfixed toner image in an image recording apparatus such as a copying machine, a printer, or a facsimile employing an electrophotographic system, and a fixing apparatus using the same. In particular, the present invention relates to a heating device using a thin belt-like member as a member to be heated, a fixing device using the same, and an image recording device.

特開平11−316509号公報JP 11-316509 A 特開2000−321895号公報JP 2000-321895 A 特開2000−181258号公報JP 2000-181258 A 特開2000−29332号公報JP 2000-29332 A 特開平7−295411号公報JP-A-7-295411 特開平8−69190号公報JP-A-8-69190 特開平11−38827号公報JP 11-38827 A 特許第3426229号公報Japanese Patent No. 3426229 特開2001−343847号公報JP 2001-343847 A 特開2002−148983号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-148983

従来、例えば、電子写真方式を採用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の画像記録装置において、未定着トナー像を加熱・加圧定着するのに用いられる加熱装置とこれを用いた定着装置としては、少なくとも金属製のコアを有する加熱ロールの内部に、ハロゲンランプ等の加熱源を設けて、加熱ロールを内部から加熱するとともに、この加熱ロールに圧接するように加圧ロールを配設し、これら加熱ロールと加圧ロールとにより形成されたニップ部の間を、未定着トナー像が転写された記録材を通過させることにより、未定着トナー像を記録材上に熱及び圧力で定着させ、定着画像を得るように構成したものが、主に用いられている。   Conventionally, for example, in an image recording apparatus such as an electrophotographic copying machine, printer, or facsimile, a heating device used for heating and pressure-fixing an unfixed toner image and a fixing device using the same In addition, a heating source such as a halogen lamp is provided inside the heating roll having at least a metal core, the heating roll is heated from the inside, and the pressure roll is disposed so as to be in pressure contact with the heating roll. By passing the recording material on which the unfixed toner image is transferred between the nip formed by the heating roll and the pressure roll, the unfixed toner image is fixed on the recording material with heat and pressure, and then fixed. Those configured to obtain images are mainly used.

ここで、定着装置の加熱装置においては、省エネルギーの観点や、画像記録装置の使用時にユーザーを待たせない等の観点から、被加熱部材を瞬時に所定の温度に加熱して、待ち時間(ウォームアップタイム)をゼロとすることができる装置が求められているが、上述した加熱ロールをその内部に配設したハロゲンランプ等の加熱源によって加熱する方式では、以下の理由により達成することができない。   Here, in the heating device of the fixing device, the member to be heated is instantaneously heated to a predetermined temperature from the viewpoint of energy saving or not causing the user to wait when using the image recording device, and the waiting time (warm There is a demand for an apparatus that can reduce the (uptime) to zero, but the method of heating the heating roll with a heating source such as a halogen lamp disposed therein cannot be achieved for the following reason. .

すなわち、加熱部材である加熱ロールは、加圧ロール等の加圧部材が圧接されるものであるため、所定の剛性を保つ必要があり、ある厚さ以上の金属製のコアを有している。そのため、上記加熱ロールは、熱容量をあまり減少させることができず、かつ加熱源としてのハロゲンランプは、加熱ロールの内部に設けられており、内部から加熱ロールを加熱することになるので、加熱ロールの表面に熱が伝わるまで時間がかかる。従って、待ち時間が必然的に長くなってしまい、さらには、上記加熱ロールを加熱するハロゲンランプは、通常、ガラス管を有しているため、ハロゲンランプ自体もある程度の熱容量を有しており、ハロゲンランプ自身を温めるのに時間がかかってしまう。   That is, the heating roll as a heating member is a member to which a pressure member such as a pressure roll is pressed, so that it needs to maintain a predetermined rigidity and has a metal core having a certain thickness or more. . Therefore, the heating roll cannot reduce the heat capacity so much, and the halogen lamp as a heating source is provided inside the heating roll, and the heating roll is heated from the inside. It takes time to transfer heat to the surface of the. Accordingly, the waiting time is inevitably long, and furthermore, since the halogen lamp for heating the heating roll usually has a glass tube, the halogen lamp itself has a certain heat capacity, It takes time to warm the halogen lamp itself.

このような理由により、従来の定着装置では、ウォームアップに時間を要してしまい、待ち時間が長くなるという問題点を有していた。また、加熱源として、ハロゲンランプを使用すると、当該ハロゲンランプのON・OFF時に、通電電流が過渡的に流れる、いわゆる”フリッカー”現象が発生するという問題点も有していた。   For this reason, the conventional fixing device has a problem that it takes time to warm up and the waiting time becomes long. Further, when a halogen lamp is used as a heating source, there is a problem that a so-called “flicker” phenomenon occurs in which an energization current flows transiently when the halogen lamp is turned on / off.

そこで、近年、このような定着装置において使用される加熱手段として、ハロゲンランプの代わりに、誘導加熱方式を利用した加熱手段が検討されている。これは、導電性層を有する被加熱部材(発熱体)に、磁界発生手段によって発生させた磁界を作用させて、電磁誘導作用により被加熱部材の加熱を行うというものであり、フリッカー等の問題が無く、加熱対象のみを瞬時に加熱することができるので、待ち時間の短い定着装置を提供するために、非常に有効な加熱手段である。   Therefore, in recent years, as a heating unit used in such a fixing device, a heating unit using an induction heating method instead of a halogen lamp has been studied. This is to heat a heated member by electromagnetic induction by applying a magnetic field generated by a magnetic field generating means to a heated member (heating element) having a conductive layer. This is a very effective heating means in order to provide a fixing device with a short waiting time because only the object to be heated can be instantaneously heated.

また、上記ハロゲンランプ等の加熱手段は、加熱ロールの内部など360°周囲が覆われた状態でしか使用することができないのに対して、誘導加熱方式の場合には、磁界発生手段は、被加熱部材に磁界を作用させることができさえすれば、被加熱部材の内部に限らず、外部に設けても良く、定着装置の構成に応じて、任意の位置に配置することができる。すなわち、上記誘導加熱方式を採用した加熱手段の場合には、任意の位置に配置して、加熱したい部分だけに、磁界を作用させて、所望の部分だけを選択的にしかも瞬時に加熱することができるという利点を有している。   In addition, the heating means such as the halogen lamp can be used only in a state where the circumference of 360 ° such as the inside of the heating roll is covered, whereas in the case of the induction heating method, the magnetic field generating means is not covered. As long as a magnetic field can be applied to the heating member, it may be provided not only inside the member to be heated but also outside, and can be arranged at an arbitrary position according to the configuration of the fixing device. That is, in the case of a heating means adopting the above induction heating method, it is arranged at an arbitrary position, and a magnetic field is applied only to a portion to be heated to selectively heat only a desired portion. Has the advantage of being able to

このように、誘導加熱方式における磁界発生手段は、被加熱部材である加熱ロールに対して、任意の位置に配置することができるため、装置の設計の自由度を広げることができる。また、ハロゲンランプ等を加熱源として使用した定着装置と比較すると、加熱対象である加熱ロールのみを選択的に加熱するため、ウォームアップタイムを10〜30%程度短縮することができる。   As described above, the magnetic field generating means in the induction heating method can be arranged at an arbitrary position with respect to the heating roll as the member to be heated, so that the degree of freedom in designing the apparatus can be expanded. Further, as compared with a fixing device using a halogen lamp or the like as a heating source, only the heating roll to be heated is selectively heated, so that the warm-up time can be shortened by about 10 to 30%.

このような誘導加熱方式を採用した定着装置として、例えば、図25に示されるように、厚さ0.5〜2mm程度の剛体の鉄ロール300の内部又は外部に非接触でコイル310が配置され、そのコイルの形状により、ロールを周方向に亘って、全体的に加熱するか、周方向の一部を局部的に加熱している加熱装置が挙げられる。また、そのコイルの形状により、ロールを周方向にわたって全体的に誘導加熱する加熱装置もある(例えば、特許文献1参照)。また、別の事例として図26に示されるように、厚さ50μm程度のニッケルを発熱層としたベルト320を、ベルト内部に挿入されたコイル310により、ベルトの周方向の一部を誘導加熱している加熱装置もある(例えば、特許文献2参照)。さらに、別の事例として、導電性を有する加熱手段と、この加熱手段に圧接する圧接手段と、導電性線材によりコイル状に形成され、発生する磁場を前記加熱手段に作用させる磁界発生手段と、この磁界発生手段より発生する磁場を遮断する磁場遮断手段とからなり、磁界発生手段が加熱手段と磁場遮断手段との間に挟まれるように配置したものが提案されている(例えば、特許文献3参照)。さらに、導電性を有する加熱手段としての加熱ロールに対して、磁界発生手段をその外側または内側に配置した定着装置も提案されている(例えば、特許文献4参照)。さらにまた、定着部材としてエンドレスのフィルム状のベルトを用いた定着装置(例えば、特許文献5〜7参照)や、このような定着装置におけるコイルやコアの配置についても提案されている(例えば、特許文献8〜10参照)。   As a fixing device employing such an induction heating method, for example, as shown in FIG. 25, a coil 310 is disposed in a non-contact manner inside or outside a rigid iron roll 300 having a thickness of about 0.5 to 2 mm. Depending on the shape of the coil, there may be mentioned a heating device that heats the roll as a whole in the circumferential direction or locally heats a part in the circumferential direction. In addition, there is a heating device that totally heats the roll in the circumferential direction depending on the shape of the coil (for example, see Patent Document 1). As another example, as shown in FIG. 26, a belt 320 having a heat generation layer made of nickel having a thickness of about 50 μm is induction-heated by a coil 310 inserted inside the belt. There is also a heating device (see, for example, Patent Document 2). Furthermore, as another example, a heating means having conductivity, a pressure contact means that is in pressure contact with the heating means, a magnetic field generation means that is formed in a coil shape with a conductive wire and causes a generated magnetic field to act on the heating means, There has been proposed a magnetic field blocking means for blocking the magnetic field generated by the magnetic field generating means, and arranged so that the magnetic field generating means is sandwiched between the heating means and the magnetic field blocking means (for example, Patent Document 3). reference). Furthermore, a fixing device is also proposed in which a magnetic field generating means is disposed outside or inside a heating roll as a heating means having conductivity (see, for example, Patent Document 4). Furthermore, a fixing device using an endless film belt as a fixing member (see, for example, Patent Documents 5 to 7) and arrangement of coils and cores in such a fixing device have also been proposed (for example, patents). Reference 8-10).

これらの定着装置に用いられている加熱装置の発熱層は、いずれも磁性金属であり、その厚さは表皮深さと同等程度かそれ以上である。そして、いずれの定着装置においても、ウォームアップタイムを10sec以下で完了することは実現できていない。   The heating layers of the heating devices used in these fixing devices are all made of a magnetic metal, and the thickness thereof is equal to or greater than the skin depth. In any fixing device, it is not possible to complete the warm-up time in 10 seconds or less.

ここで、表皮深さとは電磁界が導体に進入できる深さをいい、具体的には、ある材質に入射した電磁界が1/e=0.37に減衰する距離をいう。   Here, the skin depth refers to the depth at which the electromagnetic field can enter the conductor, and specifically refers to the distance at which the electromagnetic field incident on a certain material attenuates to 1 / e = 0.37.

一般に、電磁誘導を利用した加熱装置は、従来から知られており、誘導加熱する発熱層の殆どは鉄やニッケル等の磁性金属が用いられている。そして、従来の磁性金属の発熱層厚さとしては、50μm〜2mm程度のものが採用されている。この厚さは、発熱層を誘導加熱する厚さ、すなわち表皮深さとほぼ同等程度かそれ以上である。このように、表皮深さと同等以上の発熱層厚さを有する場合には、電磁誘導による電磁界が発熱層の内部で収束し、発熱層のコイルと反対側から、磁束がほとんど漏れ出ることはない。この「磁束がほとんど漏れ出ない」従来の発熱層とは、表皮深さと同等以上の厚さを有している発熱層の場合を指す。   In general, a heating apparatus using electromagnetic induction has been conventionally known, and most of the heat generating layer that performs induction heating uses a magnetic metal such as iron or nickel. As a conventional heat generation layer thickness of the magnetic metal, a thickness of about 50 μm to 2 mm is adopted. This thickness is approximately equal to or greater than the thickness for induction heating of the heat generating layer, that is, the skin depth. In this way, when the heating layer thickness is equal to or greater than the skin depth, the electromagnetic field due to electromagnetic induction converges inside the heating layer, and the magnetic flux almost leaks from the opposite side of the heating layer coil. Absent. The conventional heat generating layer in which “the magnetic flux hardly leaks” refers to a heat generating layer having a thickness equal to or greater than the skin depth.

近年の省エネルギー化により、加熱装置は非加熱対象物を必要最小限な熱量で加熱できることが望ましい。ところが、例えば電子写真式の画像記録装置の定着装置においては、被加熱部材の熱容量が大きいため、必要な熱量以上の加熱を行っている。このため、所定の加熱ができる状態になるまでの時間(ウォームアップタイム)が長くなり、加熱装置使用上の利便性が悪いという問題がある。そこで、被加熱部材の発熱層の厚さを薄くして、熱容量を小さくし、さらに軽量化する等が考えられる。   Due to energy saving in recent years, it is desirable that the heating device can heat the non-heated object with a minimum amount of heat. However, in a fixing device of an electrophotographic image recording apparatus, for example, since the heat capacity of the member to be heated is large, heating exceeding a necessary amount of heat is performed. For this reason, there is a problem that the time (warm-up time) until a state where predetermined heating can be performed becomes long, and the convenience in using the heating device is poor. Therefore, it is conceivable to reduce the thickness of the heat generating layer of the member to be heated to reduce the heat capacity and further reduce the weight.

しかしながら、ウォームアップタイムを短縮するために熱容量を小さく、すなわち発熱層(金属)を薄くしていくと、発熱層の固有抵抗値が小さいものが必要となる。例えば鉄やニッケルなどの強磁性金属は固有抵抗値が高いため、10μm程度に薄層化すると電磁誘導加熱が汎用性の高い高周波電源では困難になる。10μm程度の厚さでも電磁誘導加熱が可能な金属を挙げると、AL,Cu,Agなどに代表される非磁性金属であるが、この厚さの非磁性発熱層を電磁誘導加熱すると、表皮深さより十分に薄いために発熱層のコイルと反対側に磁界が漏れ出て広がり、効率低下や周囲への電磁誘導による悪影響を及ぼす。本発明はこのような、表皮深さより薄い金属を、特に非磁性薄膜金属を安定して電磁誘導加熱が可能な技術を提供するものである。   However, in order to shorten the warm-up time, if the heat capacity is reduced, that is, if the heat generating layer (metal) is made thinner, the heat generating layer having a small specific resistance value is required. For example, a ferromagnetic metal such as iron or nickel has a high specific resistance value. Therefore, when the layer is thinned to about 10 μm, electromagnetic induction heating becomes difficult for a high-frequency power source having high versatility. Metals that can be heated by electromagnetic induction even with a thickness of about 10 μm are nonmagnetic metals typified by AL, Cu, Ag, etc. When the nonmagnetic heating layer of this thickness is heated by electromagnetic induction, the skin depth Since it is sufficiently thinner than that, the magnetic field leaks and spreads on the opposite side of the heat generating layer from the coil, which has a negative effect on efficiency and electromagnetic induction to the surroundings. The present invention provides a technique capable of performing electromagnetic induction heating stably for such a metal thinner than the skin depth, particularly a non-magnetic thin film metal.

また、電磁誘導加熱を利用した加熱装置は、電磁誘導加熱化に特有な機能部材が多いためコストが高くなるという課題もある。本発明では省エネルギー性と利便性に優れ、コストを低く抑えて軽量化する加熱装置を提供しようとするものである。   In addition, a heating device using electromagnetic induction heating has a problem that the cost increases because there are many functional members unique to electromagnetic induction heating. The present invention is intended to provide a heating apparatus that is excellent in energy saving and convenience, and that is reduced in cost while being reduced in weight.

さらに、従来の定着装置の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、例えば特許文献1〜4に開示された定着装置の場合には、誘導加熱方式を採用しているため、ハロゲンランプ等の加熱源を使用した場合に比べて、ウォームアップ時間が速まる。しかし、加熱ロール自体が、剛性を保つためにある厚さ以上の肉厚の金属コアを有しているため、ある程度の熱容量を持っており、これによりウォームアップタイム短縮に対しては限界があり、未定着トナー像を定着する準備が完了するウォームアップタイムを10秒以下にすることが困難であるという問題点を有している。   Further, the conventional fixing device has the following problems. That is, for example, in the case of the fixing devices disclosed in Patent Documents 1 to 4, since the induction heating method is employed, the warm-up time is faster than when a heating source such as a halogen lamp is used. However, since the heating roll itself has a metal core with a thickness greater than a certain thickness in order to maintain rigidity, it has a certain heat capacity, which limits the reduction in warm-up time. Further, there is a problem that it is difficult to set the warm-up time for completing preparation for fixing an unfixed toner image to 10 seconds or less.

一方、特許文献5〜7に開示された定着装置は、定着部材として導電性を有するフィルムを使用しており、フィルム自体の熱容量は、同等クラスの定着装置の定着ロールに対して1/2〜1/10程度まで小さくなっており、さらに、誘導加熱で直接フィルムを加熱することにより、20〜30秒程度で定着部材としてのフィルムを所望の温度にまで立ち上げることができる。   On the other hand, the fixing devices disclosed in Patent Documents 5 to 7 use a conductive film as a fixing member, and the heat capacity of the film itself is 1/2 to that of the fixing roll of an equivalent class fixing device. The film is reduced to about 1/10. Further, by directly heating the film by induction heating, the film as a fixing member can be raised to a desired temperature in about 20 to 30 seconds.

しかしながら、このように励磁コイルによって磁性体金属の発熱層を含む熱容量の小さい像加熱用フィルムを加熱した場合でも、未だウォームアップタイム短縮が十分に達成されていない。   However, even when the image heating film having a small heat capacity including the magnetic metal heat generating layer is heated by the exciting coil as described above, the warm-up time has not been sufficiently shortened.

同様に、特許文献8〜10に開示されたコイルやコアの配置を採用した定着装置においても、未だウォームアップタイム短縮が十分に達成されていない。   Similarly, in the fixing device adopting the arrangement of coils and cores disclosed in Patent Documents 8 to 10, the warm-up time has not been sufficiently shortened yet.

待機時間を極めて短くして、特に、ウォームアップタイム10秒以下を達成することは、実際に定着装置や画像記録装置を使用する際に、使用するときにだけ電力を投入すればよい、極めて使用上の利便性が高い装置を提供できることとなる。これは省エネルギーの観点からも重要な要素であり、使わないときに余熱を必要とせず、使うときにだけ、エネルギーを投入する加熱装置及びこれを用いた定着装置、画像記録装置を提供する意義は大きい。   Reducing the standby time, especially achieving a warm-up time of 10 seconds or less, requires only power to be used when actually using the fixing device or image recording device. It is possible to provide an apparatus that is highly convenient. This is an important element from the viewpoint of energy saving, and does not require residual heat when not in use, and the significance of providing a heating device that inputs energy only when it is used, a fixing device using the same, and an image recording device is used. large.

そこで、本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みて、ウォームアップタイムを極めて短くしつつ、安定した誘導加熱状態を確保することができる加熱装置及びこれを用いた定着装置、画像記録装置を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems of the prior art, the present invention provides a heating device capable of ensuring a stable induction heating state while extremely shortening the warm-up time, a fixing device using the same, and image recording An object is to provide an apparatus.

上記目的を達成するために、本発明の加熱装置は、導電性の発熱層を含む被加熱部材であって、該発熱層の厚さが、その表皮深さよりも薄い被加熱部材と、この被加熱部材の発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させて該発熱層を電磁誘導加熱する励磁コイルとを有する加熱装置において、前記励磁コイルは、前記被加熱部材の表面と非接触で、この表面に沿って線材を巻回させて形成されており、前記被加熱部材を挟んで前記励磁コイルの反対側には、被加熱部材の表面と非接触で励磁コイルに相対向して配置され、その対向面が被加熱部材の表面形状に倣うように形成され、かつ、励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する磁路形成部材が配設されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a heating device of the present invention is a heated member including a conductive heat generating layer, the heat generating layer having a thickness smaller than the skin depth thereof, In a heating device having an excitation coil that generates a varying magnetic field along the thickness direction of the heating layer of the heating member and electromagnetically heats the heating layer, the excitation coil is not in contact with the surface of the member to be heated. It is formed by winding a wire along this surface, and is disposed opposite to the exciting coil across the heated member and facing the exciting coil in a non-contact manner with the surface of the heated member A magnetic path forming member that is formed so that the opposite surface follows the surface shape of the member to be heated and that forms a magnetic path of the varying magnetic field generated by the exciting coil and shields the magnetic field is provided. It is characterized by being.

一般に、ウォームアップタイムを限りなく0に近づけて、10秒以下に短縮するためには、電磁誘導加熱される発熱層(金属)の熱容量を小さくすることが最も重要である。そのためには発熱に寄与する金属の層はトータルで30μm以下、望ましくは2〜20μmの範囲内であれば実現可能である。また、主に発熱する層が1層ある場合、その層は製造性(歩留りや層形成の均一性)やコストを考慮すると10μm前後が好適である。   In general, in order to reduce the warm-up time as close as possible to 0 and to 10 seconds or less, it is most important to reduce the heat capacity of the heat generating layer (metal) that is heated by electromagnetic induction. For this purpose, it is possible to realize a metal layer that contributes to heat generation within a total range of 30 μm or less, preferably 2 to 20 μm. Further, when there is one layer that mainly generates heat, the layer is preferably about 10 μm in view of manufacturability (yield and uniformity of layer formation) and cost.

例えば、発熱に寄与する層(金属層)は、製造上の理由または強度補強の理由などから複数存在することがある。電磁誘導作用により発熱する層はコストの観点から1つであることが望ましいが、上記理由等により発熱に寄与する層が複数存在する場合には各層のトータル厚さで30μm以下とすることが望ましい。本発明では、発熱に寄与する層が複数存在しても、全発熱量の5割以上の電磁誘導発熱量を得られる層を主に発熱する層として「主な発熱層」と呼び、発熱に寄与するすべての層を総称して単に「発熱層」と呼称する。   For example, there may be a plurality of layers (metal layers) that contribute to heat generation for manufacturing reasons or strength reinforcement reasons. The number of layers that generate heat due to electromagnetic induction is preferably one from the viewpoint of cost. However, when there are a plurality of layers that contribute to heat generation due to the above reasons, the total thickness of each layer is preferably 30 μm or less. . In the present invention, even if there are a plurality of layers that contribute to heat generation, a layer that can obtain an electromagnetic induction heat generation amount of 50% or more of the total heat generation amount is referred to as a “main heat generation layer” as a main heat generation layer. All the contributing layers are collectively referred to simply as “heat generation layer”.

発熱に寄与する主な発熱層を10μm程度に薄くした導体、すなわち金属または金属混合物を汎用性が高く低コストの高周波電源(例えば、電磁調理器等で用いられている準E級並列共振回路電源)で誘導加熱するためには、非磁性金属を用いる必要がある。磁性金属を薄膜化してゆくと、磁性金属は固有抵抗値が高いため誘導渦電流が流れにくくなり加熱が困難になる。流れにくい発熱層を誘導加熱しようとすれば、コイルに高電圧を印加しなくてはならず電源の高電圧化等の問題が生じるため実際に適応することが困難となる。すべての金属に交番電磁界を作用させれば電磁誘導による渦電流は流れるが、ジュール発熱による加熱装置を設計するためには、発熱しやすい条件を与えること重要である。これに対して、特にアルミや銅、銀などに代表される非磁性金属は固有抵抗値が低く、表皮深さより十分に薄くすることで誘導加熱に好適となる、具体的には例えば10μm程度に薄膜化することで加熱しやすくなる。   A high-frequency power source (eg, a quasi-E class parallel resonant circuit power source used in an electromagnetic cooker or the like) made of a conductor in which a main heat generating layer contributing to heat generation is thinned to about 10 μm, that is, a metal or a metal mixture, is versatile and low in cost. It is necessary to use a nonmagnetic metal in order to perform induction heating in step (1). When the magnetic metal is made thin, the magnetic metal has a high specific resistance value, so that an induced eddy current hardly flows and heating becomes difficult. If it is attempted to inductively heat the heat generating layer that is difficult to flow, it is necessary to apply a high voltage to the coil, and problems such as an increase in the voltage of the power source occur, making it difficult to actually adapt. Although an eddy current due to electromagnetic induction flows when an alternating electromagnetic field is applied to all metals, in order to design a heating device using Joule heat generation, it is important to give conditions that easily generate heat. In contrast, non-magnetic metals such as aluminum, copper, and silver have low specific resistance values, and are suitable for induction heating by being sufficiently thinner than the skin depth. Specifically, for example, about 10 μm. It becomes easy to heat by thinning.

例えば単一の発熱層として、非磁性金属の銅を例にとると、周波数が20k〜100kHzの周波数帯において、電磁界が銅層に浸入する表皮深さδは、下式により、μ=1,ρ=1.67×10−8Ωmで、200〜500μmとなり、発熱層の厚さは十分に表皮深さより小さい。

Figure 2005203273
For example, when a non-magnetic metal copper is taken as an example of a single heat generating layer, the skin depth δ at which the electromagnetic field penetrates into the copper layer in the frequency band of 20 to 100 kHz is expressed by the following equation: μ = 1 , Ρ = 1.67 × 10 −8 Ωm, which is 200 to 500 μm, and the thickness of the heat generating layer is sufficiently smaller than the skin depth.
Figure 2005203273

しかし、アルミや銅、銀などに代表される低固有抵抗値を有する非磁性金属は、発熱層が表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合、交番磁界発生手段である励磁コイルから発生する磁界と誘導渦電流による反作用磁界は、発熱層を挟んでコイルと反対側から漏れ出る。表1に磁路形成部材であるフェライトがある場合とない場合の磁束密度の違いを示すが、磁路形成部材がない場合には強磁界が発熱層周辺から発生していることがわかる。この磁界は、コイルによる磁界と発熱層に流れる渦電流による磁界によるもので、発熱層から漏れ出ている。

Figure 2005203273
However, non-magnetic metals having a low specific resistance value typified by aluminum, copper, silver, etc., are generated from an excitation coil that is an alternating magnetic field generating means when induction heating is performed on a metal whose heating layer is thinner than the skin depth δ. The reaction magnetic field due to the magnetic field and the induced eddy current leaks from the side opposite to the coil across the heating layer. Table 1 shows the difference in magnetic flux density with and without the magnetic path forming member, but it can be seen that when there is no magnetic path forming member, a strong magnetic field is generated around the heat generating layer. This magnetic field is generated by the magnetic field generated by the coil and the magnetic field generated by the eddy current flowing in the heat generating layer, and leaks from the heat generating layer.
Figure 2005203273

そこで、上述のように構成された本発明の加熱装置は、導電性の発熱層を含む被加熱部材であって、発熱層の厚さが、その表皮深さよりも薄い被加熱部材と、この被加熱部材の発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させて発熱層を電磁誘導加熱するための励磁コイルとを有する加熱装置の加熱形態において、少なくとも発熱層を、コイルと磁路形成部材である、例えばソフトフェライトなど(以下、フェライトと呼ぶことがある)で挟んで対向させた構成とすることで、交番磁界発生手段(励磁コイル)−発熱層−磁路形成部材で磁束路が形成できるため安定した誘導加熱状態を実現することができる。これにより、表皮深さより十分に薄い非磁性金属であっても安全で安定した誘導加熱状態を得ることが可能な加熱装置を提供することができる。   Therefore, the heating device of the present invention configured as described above is a heated member including a conductive heat generating layer, and the heated member having a heat generating layer whose thickness is thinner than the skin depth, In a heating mode of a heating device having an exciting coil for electromagnetically heating the heat generating layer by generating a variable magnetic field along the thickness direction of the heat generating layer of the heating member, at least the heat generating layer, the coil and the magnetic path forming member For example, a magnetic flux path is formed by alternating magnetic field generating means (excitation coil) -heating layer-magnetic path forming member with a structure sandwiched between, for example, soft ferrite (hereinafter sometimes referred to as ferrite). Therefore, a stable induction heating state can be realized. Accordingly, it is possible to provide a heating device that can obtain a safe and stable induction heating state even with a nonmagnetic metal that is sufficiently thinner than the skin depth.

ここで、前記被加熱部材は、無端ベルト形状であって、所定の方向に移動可能なように形成されており、その移動方向前後において、前記磁路形成部材の両端部は、相対向する励磁コイルの両端部を越えてそれぞれ延在していてもよい。   Here, the member to be heated has an endless belt shape and is formed so as to be movable in a predetermined direction, and both ends of the magnetic path forming member are opposed to each other before and after the moving direction. Each may extend beyond both ends of the coil.

この場合は、被加熱部材の所定の移動方向前後において、磁路形成部材の両端部が、相対向する励磁コイルの両端部を越えてそれぞれ延在しているので、磁路形成部材の幅が、コイルの幅(加熱幅)より大きくなり、発熱層が表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層を挟んで励磁コイルと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、漏洩の少ない磁束路を形成し、遮蔽効果を向上させることができる。   In this case, since both ends of the magnetic path forming member extend beyond both ends of the exciting coils facing each other before and after the predetermined moving direction of the heated member, the width of the magnetic path forming member is When the metal that is larger than the coil width (heating width) and the heat generating layer is thinner than the skin depth δ is induction-heated, magnetic flux leakage due to the reaction magnetic field that leaks from the opposite side of the exciting coil across the heat generating layer is more effective Therefore, a magnetic flux path with less leakage can be formed, and the shielding effect can be improved.

また、前記無端ベルト形状に形成された被加熱部材は、円筒状であってもよい。   The member to be heated formed in the endless belt shape may be cylindrical.

また、前記磁路形成部材は、ソフトフェライトで形成されていてもよい。   The magnetic path forming member may be formed of soft ferrite.

この場合は、磁束を収集し遮蔽するために好適な材質を用いた磁路形成部材を有する加熱装置を提供することができる。   In this case, a heating apparatus having a magnetic path forming member using a suitable material for collecting and shielding magnetic flux can be provided.

さらに、前記被加熱部材の発熱層は、主に発熱する層の厚さが2〜15μmの銅で形成されており、前記励磁コイルに印加される交流電流の周波数は20〜100kHzであってもよい。   Furthermore, the heat generating layer of the member to be heated is mainly formed of copper having a thickness of 2 to 15 μm, and the frequency of the alternating current applied to the exciting coil is 20 to 100 kHz. Good.

この場合は、銅層厚さと印加周波数との関係において、安定した加熱が可能となる加熱装置を提供することができる。   In this case, a heating device capable of stable heating can be provided in the relationship between the copper layer thickness and the applied frequency.

また、本発明の加熱装置は、導電性の発熱層を含む被加熱部材であって、該発熱層の厚さが、その表皮深さよりも薄い被加熱部材と、この被加熱部材の発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させて該発熱層を電磁誘導加熱するための励磁コイルとを有する加熱装置において、前記励磁コイルは、前記被加熱部材の表面と非接触で、この表面に沿って線材を巻回させて形成されており、前記励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する磁路形成部材とを備え、前記励磁コイル及び前記磁路形成部材は、前記被加熱部材の表面形状に倣うように形成されていると共に、前記被加熱部材と非接触で配置され、かつ、前記磁路形成部材は、前記励磁コイル及び前記被加熱部材を挟んで対向している部分を有していることを特徴とする。   The heating device of the present invention is a member to be heated including a conductive heat generating layer, and the member to be heated has a thickness that is thinner than the skin depth of the member to be heated, and the heat generating layer of the member to be heated. In a heating device having an exciting coil for electromagnetically heating the heat generating layer by generating a variable magnetic field along the thickness direction, the exciting coil is in non-contact with the surface of the heated member, And a magnetic path forming member that forms a magnetic path of a variable magnetic field generated by the exciting coil and shields the magnetic field, and formed the exciting coil and the magnetic path formed. The member is formed so as to follow the surface shape of the member to be heated, and is disposed in non-contact with the member to be heated, and the magnetic path forming member sandwiches the excitation coil and the member to be heated. It has a part that faces And wherein the door.

加熱装置の必要に応じて、さらなる安定した加熱状態を得ようとすれば、交番磁界発生手段(励磁コイル)の発熱層と反対側にさらに磁路形成部材を配置し、発熱層と交番磁界発生手段を挟んだ構成、すなわち磁路形成部材−交番磁界発生手段(励磁コイル)−発熱層−磁路形成部材という加熱構成にすることが望ましい。磁路形成部材で励磁コイルと発熱層とを挟み込むことで、励磁コイルと発熱層による電磁界に対する磁路を形成し、安全に安定した加熱が可能になる。   If it is necessary to obtain a more stable heating state as required by the heating device, a magnetic path forming member is further arranged on the side opposite to the heat generating layer of the alternating magnetic field generating means (excitation coil), and the heat generating layer and the alternating magnetic field are generated. It is desirable to adopt a heating configuration in which the means is sandwiched, that is, a magnetic path forming member-alternating magnetic field generating means (excitation coil) -heating layer-magnetic path forming member. By sandwiching the exciting coil and the heat generating layer with the magnetic path forming member, a magnetic path with respect to the electromagnetic field by the exciting coil and the heat generating layer is formed, and the stable heating can be performed safely.

そこで、上述のように構成された本発明の加熱装置においては、被加熱部材の表面形状に倣うように形成され、被加熱部材と非接触で配置された励磁コイル及び磁路形成部材を備え、さらに、磁路形成部材が、励磁コイル及び被加熱部材を挟んで対向している部分を有するように配置されているので、漏洩の少ない磁束路を形成し、励磁コイルから漏れ出る磁束を効果的に収集して、遮蔽効果を向上させることができる。   Therefore, in the heating device of the present invention configured as described above, an excitation coil and a magnetic path forming member are formed so as to follow the surface shape of the member to be heated, and arranged in non-contact with the member to be heated, Further, since the magnetic path forming member is arranged so as to have a portion facing each other with the exciting coil and the heated member sandwiched therebetween, a magnetic flux path with less leakage is formed, and the magnetic flux leaking from the exciting coil is effectively prevented. The shielding effect can be improved.

ここで、前記磁路形成部材は、前記励磁コイル及び前記被加熱部材を挟んで互いに対向するように配置されている第一の磁路形成部材と、第二の磁路形成部材とを備え、該第一の磁路形成部材は、被加熱部材側に配置されていると共に、該第二の磁路形成部材は、励磁コイル側に配置されていてもよい。   Here, the magnetic path forming member includes a first magnetic path forming member and a second magnetic path forming member arranged so as to face each other with the excitation coil and the heated member interposed therebetween, The first magnetic path forming member may be disposed on the heated member side, and the second magnetic path forming member may be disposed on the exciting coil side.

この場合は、磁路形成部材が、被加熱部材側に配置されている第一の磁路形成部材と、励磁コイル側に配置されている第二の磁路形成部材とにより構成されているので、励磁コイルから漏れ出る磁束を収集し、遮蔽するための磁路形成部材をより効率的に利用することができる。   In this case, the magnetic path forming member is composed of the first magnetic path forming member arranged on the heated member side and the second magnetic path forming member arranged on the exciting coil side. The magnetic path forming member for collecting and shielding the magnetic flux leaking from the exciting coil can be used more efficiently.

また、前記被加熱部材は、無端ベルト形状であって、所定の方向に移動可能なように形成されており、その移動方向前後において、少なくとも被加熱部材側に配置された前記第一の磁路形成部材の両端部は、相対向する励磁コイルの両端部を越えてそれぞれ延在していてもよい。   The heated member has an endless belt shape and is formed so as to be movable in a predetermined direction, and the first magnetic path disposed at least on the heated member side before and after the moving direction. Both ends of the forming member may extend beyond both ends of the exciting coils facing each other.

この場合は、少なくとも被加熱部材側に配置された第一の磁路形成部材の周方向両端部が、被加熱部材の所定の移動方向前後において、相対向する励磁コイルの両端部を越えてそれぞれ延在していているので、発熱層が表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層を挟んで励磁コイルと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、遮蔽効果を向上させることができる。   In this case, at least both ends in the circumferential direction of the first magnetic path forming member arranged on the heated member side are respectively beyond both ends of the exciting coils facing each other before and after the predetermined moving direction of the heated member. Therefore, when induction heating is performed on a metal whose heat generation layer is thinner than the skin depth δ, magnetic flux leakage due to the reaction magnetic field that leaks from the opposite side of the excitation coil across the heat generation layer is more effectively prevented. , The shielding effect can be improved.

また、前記無端ベルト形状に形成された被加熱部材は、円筒状であってもよい。   The member to be heated formed in the endless belt shape may be cylindrical.

さらに、前記第一及び第二の磁路形成部材の少なくとも一方は、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されていてもよい。   Further, at least one of the first and second magnetic path forming members is composed of a plurality of small piece members arranged with a predetermined gap therebetween in a direction substantially perpendicular to the moving direction of the heated member. You may be comprised by the small piece member group.

この場合は、第一及び第二の磁路形成部材の少なくとも一方が、被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されているので、個々の磁路形成部材を小さくでき、これにより、個々の磁路形成部材の型成形が容易となり、その寸法精度が出し易くなる。また、高価な磁路形成部材の使用量が削減でき、軽量化及びコストダウンが可能な加熱装置を提供することができる。   In this case, at least one of the first and second magnetic path forming members is composed of a plurality of small piece members arranged with a predetermined gap therebetween in a direction substantially orthogonal to the moving direction of the heated member. Since it is composed of small piece member groups, the individual magnetic path forming members can be made smaller, thereby facilitating the molding of the individual magnetic path forming members and the dimensional accuracy thereof. In addition, it is possible to provide a heating device that can reduce the amount of expensive magnetic path forming members used and can be reduced in weight and cost.

さらにまた、前記第一及び第二の磁路形成部材のそれぞれは、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されており、前記第一又は第二の磁路形成部材を構成する小片部材群の各小片部材と、前記第二又は第一の磁路形成部材を構成する小片部材群において互いに隣接する2つの小片部材が形成する各間隙とが互いに相対向するように配置されていてもよい。   Further, each of the first and second magnetic path forming members is composed of a plurality of small piece members arranged with a predetermined gap therebetween in a direction substantially orthogonal to the moving direction of the heated member. In the small piece member group, the small piece member group constituting the first or second magnetic path forming member, and the small piece member group constituting the second or first magnetic path forming member. You may arrange | position so that each gap | interval which two small piece members adjacent to each other may mutually oppose.

この場合は、第一及び第二の磁路形成部材のそれぞれが、被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されており、前記第一又は第二の磁路形成部材を構成する小片部材群の各小片部材と、前記第二又は第一の磁路形成部材を構成する小片部材群において互いに隣接する2つの小片部材が形成する各間隙とが互いに相対向するように配置されているので、適切な磁路を形成して磁束の集中による温度ムラの発生を防止すると共に、高価な磁路形成部材の使用量を減少させつつ、その効果的な使用を可能とする加熱装置を提供することができる。   In this case, each of the first and second magnetic path forming members is a small piece composed of a plurality of small piece members arranged with a predetermined gap therebetween in a direction substantially perpendicular to the moving direction of the heated member. Each of the small piece members of the small piece member group constituting the first or second magnetic path forming member and the small piece member group constituting the second or first magnetic path forming member Since the gaps formed by two adjacent small piece members are arranged to face each other, an appropriate magnetic path is formed to prevent temperature unevenness due to magnetic flux concentration and an expensive magnetic path It is possible to provide a heating device that enables effective use of the forming member while reducing the amount of use of the forming member.

さらにまた、前記第一及び第二の磁路形成部材のそれぞれは、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されており、第一の磁路形成部材の小片部材群と、第二の磁路形成部材の小片部材群とは、互いに、対向する相手側の磁路形成部材の各間隙を補完するように配置されていてもよい。   Further, each of the first and second magnetic path forming members is composed of a plurality of small piece members arranged with a predetermined gap therebetween in a direction substantially orthogonal to the moving direction of the heated member. The small piece member group is composed of a small piece member group, and the small piece member group of the first magnetic path forming member and the small piece member group of the second magnetic path forming member are spaced from each other on the opposing magnetic path forming member. May be arranged so as to complement.

この場合も、第一及び第二の磁路形成部材の小片部材群のそれぞれが、互いに、対向する相手側の磁路形成部材の間隙を補完するように配置されているので、磁束の集中による温度ムラの発生を防止すると共に、高価な磁路形成部材の使用量を減少させつつ、その効果的な使用を可能とする加熱装置を提供することができる。   Also in this case, each of the small piece member groups of the first and second magnetic path forming members is arranged so as to complement the gap between the opposing magnetic path forming members facing each other. It is possible to provide a heating device that can prevent the occurrence of temperature unevenness and can effectively use the magnetic path forming member while reducing the amount of use of the expensive magnetic path forming member.

さらにまた、前記第一及び第二の磁路形成部材の小片部材群のそれぞれは、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向におけるその中心が、互いに、対向する相手側の磁路形成部材群の間隙の中心と略一致するように配置されていてもよい。   Still further, each of the small piece member groups of the first and second magnetic path forming members has a magnetic path on the opposite side whose centers in a direction substantially orthogonal to the moving direction of the heated member are opposed to each other. You may arrange | position so that it may correspond substantially with the center of the gap | interval of a formation member group.

この場合は、より効果的に磁束の集中による温度ムラの発生を防止し、磁路形成部材のより効果的な使用を可能とする加熱装置を提供することができる。   In this case, it is possible to provide a heating device that more effectively prevents the occurrence of temperature unevenness due to the concentration of magnetic flux and enables more effective use of the magnetic path forming member.

以上において、前記磁路形成部材は、ソフトフェライトで形成されていてもよい。   In the above, the magnetic path forming member may be formed of soft ferrite.

この場合は、磁束を収集し遮蔽するために好適な材質を用いた磁路形成部材を有する加熱装置を提供することができる。   In this case, a heating apparatus having a magnetic path forming member using a suitable material for collecting and shielding magnetic flux can be provided.

また、前記被加熱部材の発熱層は、主に発熱する層の厚さが2〜15μmの銅で形成されており、前記励磁コイルに印加される交流電流の周波数は20〜100kHzであってもよい。   The heating layer of the member to be heated is mainly made of copper having a thickness of 2 to 15 μm, and the frequency of the alternating current applied to the exciting coil is 20 to 100 kHz. Good.

この場合は、銅層厚さと印加周波数との関係において、安定した加熱が可能となる加熱装置を提供することができる。   In this case, a heating device capable of stable heating can be provided in the relationship between the copper layer thickness and the applied frequency.

また、本発明の定着装置は、上述の加熱装置を用いた定着装置であって、前記被加熱部材の少なくとも最表面に離型層を有する定着ベルトと、この定着ベルトを電磁誘導加熱する加熱部と、未定着トナー像を担持した記録材を、加圧部材と前記定着ベルトとの間で加熱加圧して、この未定着トナー像を定着するニップ部とを備えることを特徴とする。   The fixing device of the present invention is a fixing device using the above-described heating device, and includes a fixing belt having a release layer on at least the outermost surface of the member to be heated, and a heating unit that electromagnetically heats the fixing belt. And a nip portion for fixing the unfixed toner image by heating and pressurizing the recording material carrying the unfixed toner image between the pressure member and the fixing belt.

また、本発明の画像記録装置は、上述の定着装置と、記録材に未定着トナー像を形成する画像形成手段とを備えることを特徴とする。   An image recording apparatus of the present invention includes the above-described fixing device and an image forming unit that forms an unfixed toner image on a recording material.

この発明によれば、主な発熱層が非磁性体(金属)で、発熱層がその表皮深さより薄いものを加熱する加熱装置において、極めて短時間で加熱が可能となると共に、安定した誘導加熱状態が得られる加熱装置が実現でき、この加熱装置を定着装置、画像記録装置に適用することで、これらのウォームアップタイムを10秒以下にすることができる。さらに、加熱に必要な時にのみエネルギーを投入すればよい、省エネルギーでかつ利便性に富んだ加熱装置及びこれを用いた定着装置、画像記録装置を実現することができる。   According to the present invention, in a heating device that heats a main heat generating layer made of a non-magnetic material (metal) and a heat generating layer thinner than its skin depth, heating can be performed in a very short time and stable induction heating can be performed. A heating device capable of obtaining a state can be realized, and by applying this heating device to a fixing device and an image recording device, the warm-up time can be reduced to 10 seconds or less. Further, it is possible to realize a heating device that is energy-saving and convenient, and that only needs to input energy when it is necessary for heating, and a fixing device and an image recording device using the heating device.

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
<第一の実施形態>
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<First embodiment>

まず、本発明に係る加熱装置が適用される定着装置の第一の実施形態について、図1を参照して説明する。図1は、本発明に係る定着装置の第一の実施形態を示す模式的断面図である。   First, a first embodiment of a fixing device to which a heating device according to the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of a fixing device according to the present invention.

本発明に係る定着装置の第一の実施形態10は、ウォームアップタイムの短縮化、及び記録材の剥離性能の確保を目的とし、トナー像を定着するための定着部材としては、熱容量の小さい柔軟(フレキシブル)なベルト状の部材を使用し、このベルト状部材の内部には、熱を奪う部材を極力配設しないように構成されている。すなわち、無端状のベルト部材(加熱定着ベルト)は、その内側に駆動ロール等の張架部材を設けずに、無張架で配置され、加圧部材に対向して配置されて定着ニップ部を形成するパッド部材(押圧部材)のみしか、基本的には設けない構成を採用している。また、加熱対象となるベルト状部材を直接加熱できるように、ベルト状部材内部に発熱層を設け、励磁コイルにより生成される変動磁界によってこの発熱層を誘導加熱させる方式を用いている。   The first embodiment 10 of the fixing device according to the present invention aims at shortening the warm-up time and ensuring the separation performance of the recording material, and as a fixing member for fixing the toner image, a flexible material having a small heat capacity. A (flexible) belt-shaped member is used, and the belt-shaped member is configured so that a member for removing heat is not disposed as much as possible. In other words, the endless belt member (heat fixing belt) is disposed without stretching members such as drive rolls on the inner side thereof, and is disposed so as to face the pressure member, and the fixing nip portion is provided. Only a pad member (pressing member) to be formed is basically provided. Further, a heating layer is provided inside the belt-like member so that the belt-like member to be heated can be directly heated, and this heating layer is induction-heated by a variable magnetic field generated by an exciting coil.

具体的には、図1に示されるように、発熱層を有する薄肉中空円筒状の加熱定着ベルト20と、この加熱定着ベルト20の図中下部外表面と圧接するように配設された加圧ロール23とを備え、この加圧ロール23と対向している加熱定着ベルト20の内側には、その内表面と当接する弾性部材24が、支持部材22により支持されて配設されていると共に、加圧ロール23との対向面と反対側(図中上部)の加熱定着ベルト20の内部には、加熱定着ベルト20の内表面と非接触で、この内表面の一部と対向するように励磁コイル1Aが設けられている。さらに、励磁コイル1Aと対向している加熱定着ベルト20の外部には、加熱定着ベルト20の外表面と非接触で、この外表面の一部と対向するように磁路形成部材であるフェライト41が配設されている。   Specifically, as shown in FIG. 1, a thin hollow cylindrical heat-fixing belt 20 having a heat generating layer, and a pressure disposed so as to be in pressure contact with a lower outer surface of the heat-fixing belt 20 in the figure. An elastic member 24 that is in contact with the inner surface of the heat-fixing belt 20 that is provided with a roll 23 and faces the pressure roll 23 is supported by a support member 22 and disposed. Inside the heat fixing belt 20 opposite to the surface facing the pressure roll 23 (upper part in the drawing), excitation is performed so as to face a part of the inner surface without contacting the inner surface of the heat fixing belt 20. A coil 1A is provided. Further, outside the heat fixing belt 20 facing the exciting coil 1A, the ferrite 41, which is a magnetic path forming member, is not in contact with the outer surface of the heat fixing belt 20 and faces a part of the outer surface. Is arranged.

このように構成された定着装置10においては、加圧ロール23と、弾性部材24とで加熱定着ベルト20を挟持した状態に保持してニップ部1Yが形成され、このニップ部1Yに未定着トナー像25が転写された記録材27を通過させることにより、熱及び圧力で未定着トナー像25が記録材27上に定着され、定着画像が形成されるようになっている。そして、発熱層を有する薄肉の加熱定着ベルト20を、励磁コイル1Aにより生成される変動磁界によって電磁誘導加熱することにより、未定着トナー像を定着する際の加熱が行われるように構成されている。   In the fixing device 10 configured as described above, the nip portion 1Y is formed by holding the heat fixing belt 20 with the pressure roll 23 and the elastic member 24, and unfixed toner is formed in the nip portion 1Y. By passing the recording material 27 onto which the image 25 has been transferred, the unfixed toner image 25 is fixed on the recording material 27 by heat and pressure, and a fixed image is formed. The thin heating and fixing belt 20 having the heat generation layer is heated by electromagnetic induction heating with a fluctuating magnetic field generated by the exciting coil 1A, so that heating for fixing an unfixed toner image is performed. .

次に、定着装置10の構成部材の詳細について、以下に説明する。   Next, details of constituent members of the fixing device 10 will be described below.

まず、加熱定着部材としての加熱定着ベルト20は、発熱層を有する無端状のベルトとして形成されている。詳細には、図2に示されるように、その内側から、耐熱性の高いシート状部材からなる基材層20aと、この基材層20aの上に積層された単一の発熱層である発熱層20bと、最も上層となる表面離型層20cの少なくとも3層を備え、直径φ30mmの無端状ベルトとして形成されている。なお、図3に示されるように、発熱層20bと表面離型層20cとの間に、例えば、ゴム硬度35°のシリコンゴムからなる弾性層20dをさらに設けてもよい。また、本実施形態においては、図示しないが無端状の加熱定着ベルト20の両端部をエッジガイドに突き当てることにより、この加熱定着ベルト20の蛇行を規制して使用するように構成されている。   First, the heat fixing belt 20 as a heat fixing member is formed as an endless belt having a heat generating layer. Specifically, as shown in FIG. 2, the heat generation is a base layer 20a made of a sheet-like member having high heat resistance and a single heat generation layer laminated on the base layer 20a from the inside. At least three layers of the layer 20b and the uppermost surface release layer 20c are provided and formed as an endless belt having a diameter of 30 mm. As shown in FIG. 3, an elastic layer 20d made of, for example, silicon rubber having a rubber hardness of 35 ° may be further provided between the heat generating layer 20b and the surface release layer 20c. Further, in the present embodiment, although not shown, the end portions of the endless heat fixing belt 20 are abutted against the edge guides, whereby the meandering of the heat fixing belt 20 is regulated and used.

ここで、加熱定着ベルト20の基材層20aは、例えば、厚さ10〜100μm、さらに好ましくは厚さ50〜100μm(例えば、75μm)の耐熱性の高いシートであり、例えばポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド等の耐熱性の高い合成樹脂から形成することができる。   Here, the base material layer 20a of the heat fixing belt 20 is, for example, a sheet having a thickness of 10 to 100 μm, more preferably a thickness of 50 to 100 μm (for example, 75 μm) and a high heat resistance, such as polyester, polyethylene terephthalate, It can be formed from a synthetic resin having high heat resistance such as polyether sulfone, polyether ketone, polysulfone, polyimide, polyimide amide, polyamide.

また、発熱層20bは、励磁コイル1Aによって生成される磁界の電磁誘導作用により、誘導発熱する導電層であり、銅を2〜15μm程度の厚みで形成したものが用いられる。均一な層をめっきや蒸着などで形成しようとすれば、2μ以下であると製造上の歩留りの悪さや膜厚精度の確保、品質管理やコスト面で問題が発生する。また15μm以上であると、熱容量が大きくなり、10秒以下のウォームアップ達成に影響を及ぼし、発熱層の可撓性が悪化することから、定着装置の剥離性能を得るためにたわめることが困難となるため15μm以下が望ましい。さらに15μm以上の厚さになると、周波数20k〜100kHzにおける誘導加熱性能が悪化する。このことは、表皮深さより十分に薄い厚さの金属層には層全体に渦電流が流れるが、厚さ増加により抵抗値が低くなるため、渦電流によるジュール発熱損が得にくくなることに起因する。つまり、ジュール発熱は渦電流の2乗値と渦電流が流れる主経路の抵抗値の乗算により決定されるため、抵抗値が低すぎれば、いくら大きな渦電流が流れても発熱しない状態に至るためである。   The heat generating layer 20b is a conductive layer that generates heat by electromagnetic induction of a magnetic field generated by the exciting coil 1A, and is formed of copper with a thickness of about 2 to 15 μm. If a uniform layer is to be formed by plating, vapor deposition or the like, if it is 2 μm or less, there will be problems in terms of poor manufacturing yield, ensuring film thickness accuracy, quality control and cost. Further, if it is 15 μm or more, the heat capacity becomes large, which affects the achievement of warm-up for 10 seconds or less, and the flexibility of the heat generating layer deteriorates. Is less than 15 μm. Further, when the thickness is 15 μm or more, the induction heating performance at a frequency of 20 k to 100 kHz is deteriorated. This is because eddy current flows through the entire metal layer with a thickness sufficiently thinner than the skin depth, but the resistance value decreases as the thickness increases, making it difficult to obtain Joule heat loss due to eddy current. To do. In other words, Joule heating is determined by multiplying the square value of the eddy current by the resistance value of the main path through which the eddy current flows. Therefore, if the resistance value is too low, no heat will be generated no matter how much eddy current flows. It is.

また本実施の形態では、図2、図3には図示していないが、銅層である発熱層20bの表面離型層側に厚さがおよそ0.1〜5μm程度のニッケル層を設けた加熱定着ベルトでも実施した。ニッケル層は、加熱定着ベルトの強度の向上のために設けたもので、電磁誘導作用による発熱に寄与する層となるが、電磁誘導特性への影響が小さくなる(誘導状態におけるインダクタンスやレジスタンスの変化がおよそ10%以下となる)厚さで設けている。実際の一例として、10μmの銅層に5μmのニッケル層を設けた2つの発熱に寄与する層を有する加熱定着ベルトと単一の銅層10μmを有する加熱定着ベルトの電磁誘導特性を比較したところ、誘導状態におけるインダクタンス、レジスタンスの変化は5%以下で、単一の銅層との差は非常に小さい。このような層を設けても、主に発熱する層は発熱層20bの銅層となるため本発明の実施の形態上ほとんど問題はない。   In this embodiment, although not shown in FIGS. 2 and 3, a nickel layer having a thickness of about 0.1 to 5 μm is provided on the surface release layer side of the heat generating layer 20b which is a copper layer. The heat fixing belt was also used. The nickel layer is provided to improve the strength of the heat-fixing belt, and contributes to heat generation due to electromagnetic induction, but has a small effect on electromagnetic induction characteristics (changes in inductance and resistance in the induction state). Is approximately 10% or less). As an actual example, when comparing the electromagnetic induction characteristics of a heat-fixing belt having two layers contributing to heat generation in which a nickel layer of 5 μm is provided on a copper layer of 10 μm and a heat-fixing belt having a single copper layer of 10 μm, The change in inductance and resistance in the inductive state is 5% or less, and the difference from a single copper layer is very small. Even if such a layer is provided, the layer that generates heat mainly becomes the copper layer of the heat generating layer 20b, so there is almost no problem in the embodiment of the present invention.

ここで、銅層厚さと印加周波数との関係について、図4を参照してさらに説明する。図4は、周波数に対する力率相当量の変化を示した図であり、銅層厚さ2μ〜15μmにおける発熱のし易さを示す特性図である。   Here, the relationship between the copper layer thickness and the applied frequency will be further described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing the change of the power factor equivalent amount with respect to the frequency, and is a characteristic diagram showing the ease of heat generation when the copper layer thickness is 2 μm to 15 μm.

図4において、20k〜100kHzの周波数帯にわたって、力率相当量である発熱のファクターが0.5に達していれば安定した加熱が可能な状態であるが、図に示されるように、厚さが2μmの場合にはおよそ60kHz〜100kHzで、15μmではおよそ30kHz以下が適正であることがわかる。   In FIG. 4, stable heating is possible if the heat factor corresponding to the power factor reaches 0.5 over the frequency band of 20 k to 100 kHz, but the thickness is as shown in the figure. It can be seen that the frequency is about 60 kHz to 100 kHz in the case of 2 μm, and about 30 kHz or less in the case of 15 μm.

従って、コイルに印可する電流の周波数は、20kHzから100kHzであることが望ましい。20kHz以下では、発振ノイズ音が人の可聴領域内に入るために採用できず、また、100kHz以上であると、コイルに電流を印可する誘導加熱電源のスイッチングロスが大きくなり、周辺機器に影響を及ぼす放射ノイズが大きくなると共に、コイルの表皮抵抗が増大し、これらによる損失が顕在化するためである。   Therefore, the frequency of the current applied to the coil is desirably 20 kHz to 100 kHz. If it is 20 kHz or less, the oscillation noise sound cannot be adopted because it enters the human audible region, and if it is 100 kHz or more, the switching loss of the induction heating power source that applies current to the coil increases, affecting peripheral devices. This is because the radiation noise exerted increases, the skin resistance of the coil increases, and the loss due to these increases.

また、本実施形態では、パッド部材と加圧ロールとで形成されるニップ部の内部で、加熱定着ベルト20が当該ニップ部の形状に倣う必要がある。このため、フレキシブルなベルトである必要があり、発熱層20bは、可能な限り薄層にすることが好ましい。そこで、本実施形態においては、発熱層20bとして、導電率の高い銅を、発熱効率が高くなるように10μm程度の極薄い厚さで、上述のポリイミドからなる基材層20a上にめっきしたものが用いられている。   In the present embodiment, the heat fixing belt 20 needs to follow the shape of the nip portion inside the nip portion formed by the pad member and the pressure roll. For this reason, it is necessary to be a flexible belt, and the heat generating layer 20b is preferably as thin as possible. Therefore, in the present embodiment, as the heat generation layer 20b, copper having high conductivity is plated on the base material layer 20a made of the above-described polyimide with an extremely thin thickness of about 10 μm so as to increase the heat generation efficiency. Is used.

さらに、離型層20cは、記録材上に転写された未定着トナー像と、直接接する層であるため、離型性の良い材料を使用する必要がある。この離型層20cを構成する材料としては、例えば、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重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、シリコン共重合体、またはこれらの複合層等が挙げられる。この離型層20cは、これらの材料のうちから適宜選択されたものを、1〜50μmの厚さでベルトの最上層に設けたものである。また、離型層20cの厚さは、薄すぎると、耐磨耗性の面で耐久性が悪く、加熱定着ベルト20の寿命が短くなってしまい、逆に、厚すぎると、ベルトの熱容量が大きくなり、ウォームアップタイムが長くなってしまう。   Further, since the release layer 20c is a layer in direct contact with the unfixed toner image transferred onto the recording material, it is necessary to use a material having good release properties. Examples of the material constituting the release layer 20c include tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether polymer (PFA), polytetrafluoroethylene (PTFE), silicon copolymer, or a composite layer thereof. The release layer 20c is a layer appropriately selected from these materials and provided on the uppermost layer of the belt with a thickness of 1 to 50 μm. On the other hand, if the thickness of the release layer 20c is too thin, the durability is poor in terms of wear resistance, and the life of the heat fixing belt 20 is shortened. Conversely, if the thickness is too large, the heat capacity of the belt is reduced. Increases the warm-up time.

本実施形態においては、耐磨耗性と、ベルトの熱容量のバランスを考慮して、加熱定着ベルト20の離型層20cとして、厚さ20μmの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重合体(PFA)が使用されている。   In the present embodiment, a 20 μm thick tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether polymer (PFA) is used as the release layer 20 c of the heat-fixing belt 20 in consideration of the balance between wear resistance and the heat capacity of the belt. in use.

また、上記の如く構成された加熱定着ベルト20の内部には、例えば、シリコンゴム等から形成されたパッド(押圧部材)としての弾性部材24が設けられている。この実施形態では、弾性部材24として、ゴム硬度がJIS−Aで35°のシリコンゴムを、SUS・鉄等の金属や、耐熱性の高い合成樹脂等からなる剛性を持つ支持部材22に積層したものが用いられている。このシリコンゴムからなる弾性部材24は、例えば、均一な厚さのものが使用される。また、支持部材22は、図示しない定着装置のフレームに固定した状態で配置されているが、弾性部材24が所定の押圧力で加圧ロール23の表面に圧接するように、図示しないスプリング等の付勢手段によって、加圧ロール23の表面に向けて押圧してもよい。   Further, an elastic member 24 as a pad (pressing member) made of, for example, silicon rubber or the like is provided inside the heat fixing belt 20 configured as described above. In this embodiment, as the elastic member 24, a silicon rubber having a rubber hardness of 35 ° in JIS-A is laminated on a support member 22 having a rigidity made of a metal such as SUS / iron or a synthetic resin having high heat resistance. Things are used. As the elastic member 24 made of silicon rubber, for example, one having a uniform thickness is used. The support member 22 is arranged in a state of being fixed to a frame of a fixing device (not shown), but a spring or the like (not shown) is used so that the elastic member 24 is pressed against the surface of the pressure roll 23 with a predetermined pressing force. You may press toward the surface of the pressure roll 23 by a biasing means.

なお、本実施形態においては、加圧ロール23として、直径φ26mmの中実の鉄製ロールの表面に、離型層として、厚さ30μmの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重合体(PFA)を被覆したものが使用されている。そして、この加圧ロール23は、図示しない加圧手段により、加熱定着ベルト20を介して弾性部材24に押圧された状態で、図示しない駆動手段によって回転駆動されている。   In the present embodiment, the surface of a solid iron roll having a diameter of 26 mm as the pressure roll 23 is coated with a tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether polymer (PFA) having a thickness of 30 μm as the release layer. Things are used. The pressure roll 23 is rotationally driven by a driving unit (not shown) while being pressed against the elastic member 24 via the heat fixing belt 20 by a pressing unit (not shown).

また、加圧ロール23には、熱伝導性の良いアルミニウムやステンレス等の金属からなる不図示の金属ロールが、接離可能なように設けられてもよい。この金属ロールは、定着装置に通電が開始された朝一番などで、加熱定着ベルト20や加圧ロール23の温度が室温状態に冷えているときには、加圧ロール23から離れた位置に停止している。そして、上記定着装置において、例えば、小サイズ用紙を連続して定着処理した場合など、当該定着装置が使用されるに伴って、加熱定着ベルト20や加圧ロール23に、軸方向に沿った温度差が生じたときには、上記金属ロールを加圧ロール23と当接させるように構成してもよい。   The pressure roll 23 may be provided with a metal roll (not shown) made of a metal such as aluminum or stainless steel having good thermal conductivity so as to be able to contact and separate. This metal roll stops at a position away from the pressure roll 23 when the temperature of the heat fixing belt 20 or the pressure roll 23 is cooled to the room temperature, for example, in the morning when the energization of the fixing device is started. Yes. In the fixing device, when the fixing device is used, for example, when a small-size sheet is continuously fixed, the temperature along the axial direction is applied to the heat fixing belt 20 and the pressure roll 23. When the difference occurs, the metal roll may be configured to contact the pressure roll 23.

また、被加熱部材である加熱定着ベルト20は、加圧ロール23の回転に従動して、所定の方向に循環移動するものである。そこで、この実施形態では、加熱定着ベルト20と弾性部材24との間に、摺動性を良好とするため、耐摩擦性が強く、摺動性の良いシート材、例えばテフロン(登録商標)樹脂を含浸させたガラス繊維シート(中興化成工業:FGF400−4等)を介在させ、さらに潤滑剤として、シリコンオイルなどの離型剤を、加熱定着ベルト20の内面に塗布することで、摺動性を向上させるように構成されている。このようにすることで、実際の加熱時において、加圧ロール23の空回転時の駆動トルクを、約6kg・cmから約3kg・cmにまで低減することができる。従って、加熱定着ベルト20は、加圧ロール23と滑ることなく従動し、加圧ロール23の回転速度と等しい速度で循環移動することが可能となっている。   The heat fixing belt 20 as a member to be heated is circulated in a predetermined direction following the rotation of the pressure roll 23. Therefore, in this embodiment, a sheet material having high friction resistance and good slidability, for example, Teflon (registered trademark) resin, is used between the heat fixing belt 20 and the elastic member 24 to improve the slidability. By interposing a glass fiber sheet impregnated with (Nakako Kasei Kogyo: FGF400-4, etc.) and further applying a release agent such as silicon oil as a lubricant to the inner surface of the heat fixing belt 20, It is configured to improve. In this way, during actual heating, the driving torque during idling of the pressure roll 23 can be reduced from about 6 kg · cm to about 3 kg · cm. Therefore, the heat fixing belt 20 is driven without sliding with the pressure roll 23 and can circulate and move at a speed equal to the rotation speed of the pressure roll 23.

次に、図5に示されるように、励磁コイル1Aは、強磁性体からなる芯材を有する線状部材を巻回させて薄肉円筒状の加熱定着ベルト20の外表面に倣うように形成され、加熱定着ベルト20の回転方向(周方向)と直交する方向を長手方向としてコイル支持部材26により支持されている。そして、被加熱部材である加熱定着ベルト20の表面と0.5mm〜3mm程度のギャップを保持して、加熱定着ベルト20の表面と対向するように設置されている。ここで、励磁コイル1Aとしては、例えば、相互に絶縁された直径φ0.16mmの銅線材を90本束ねたリッツ線を直線状に、所定の本数だけ並列的に配置したものが用いられる。リッツ線の巻き方は、1つの巻き方に限定されるものではなく、例えば、渦巻き状に巻いてもよく、励磁コイル1Aに流す交流電流により生じる変動磁界Hが発熱層20bに対して図示したように作用すればよい。また、コイル支持部材26としては、耐熱性のある非磁性材料を用いるのが望ましく、例えば、セラミックス、耐熱ガラス、ポリカーボネート、LCP、ポリイミド、PPS等の耐熱性樹脂が用いられる。   Next, as shown in FIG. 5, the exciting coil 1A is formed so as to follow the outer surface of the thin cylindrical heating and fixing belt 20 by winding a linear member having a core material made of a ferromagnetic material. The coil support member 26 supports the heat fixing belt 20 with the direction orthogonal to the rotation direction (circumferential direction) as the longitudinal direction. The heat fixing belt 20 that is a member to be heated is disposed so as to face the surface of the heat fixing belt 20 while maintaining a gap of about 0.5 mm to 3 mm. Here, as the exciting coil 1A, for example, one in which a predetermined number of litz wires obtained by bundling 90 copper wires having a diameter of 0.16 mm that are insulated from each other in a straight line are arranged in parallel is used. The method of winding the litz wire is not limited to a single winding method. For example, the litz wire may be wound in a spiral shape, and the variable magnetic field H generated by the alternating current flowing through the exciting coil 1A is illustrated with respect to the heating layer 20b. It should work as follows. Further, it is desirable to use a heat-resistant nonmagnetic material as the coil support member 26, and for example, a heat-resistant resin such as ceramics, heat-resistant glass, polycarbonate, LCP, polyimide, PPS or the like is used.

この励磁コイル1Aに、励磁回路30を通じて所定の周波数の交流電流が印加されることにより、励磁コイル1Aの周囲には変動磁界Hが発生し、この変動磁界Hが、加熱定着ベルト20の発熱層20bを横切るときに、電磁誘導作用によって、この磁界Hの変化を妨げるように、加熱定着ベルト20の発熱層20bに渦電流Bが生じる。この渦電流Bが加熱定着ベルト20の発熱層20bを流れることにより、当該発熱層20bの抵抗に比例した電力(W=I2R)でジュール熱が発生し、被加熱部材(発熱体)である加熱定着ベルト20が加熱される。励磁コイル1Aに印加される交流電流の周波数は、例えば、20〜50kHzに設定されるが、この実施の形態では、交流電流の周波数が30kHzに設定されている。また、本実施形態においては、励磁回路30として、低コストの並列共振型の励磁回路電源を用いた場合でも極めて良好に電磁誘導加熱が可能であることが確認されている。このような並列共振型の高周波電源は電磁調理器などで実績があり、電磁誘導加熱用の電源としては安価に構成でき、実用性と汎用性が高いものである。 When an alternating current having a predetermined frequency is applied to the exciting coil 1A through the exciting circuit 30, a fluctuating magnetic field H is generated around the exciting coil 1A. When crossing 20b, an eddy current B is generated in the heat generating layer 20b of the heat-fixing belt 20 so as to prevent the change of the magnetic field H by electromagnetic induction. When this eddy current B flows through the heat generating layer 20b of the heat fixing belt 20, Joule heat is generated with electric power (W = I 2 R) proportional to the resistance of the heat generating layer 20b, and the member to be heated (heat generating body). A certain heat fixing belt 20 is heated. The frequency of the alternating current applied to the exciting coil 1A is set, for example, to 20 to 50 kHz. In this embodiment, the frequency of the alternating current is set to 30 kHz. In the present embodiment, it has been confirmed that electromagnetic induction heating can be performed extremely well even when a low-cost parallel resonance type excitation circuit power source is used as the excitation circuit 30. Such a parallel resonance type high-frequency power source has a track record in an electromagnetic cooker or the like, and can be constructed at a low cost as a power source for electromagnetic induction heating, and is highly practical and versatile.

また、再び図1を参照して、磁路形成部材41としては、鉄、コバルト、ニッケル、フェライト等の磁性材料を用いることができるが、最も望ましいのはソフトフェライトである。ソフトフェライトは強磁性を有しており、透磁率が高く、電気抵抗値が非常に高いため、電磁誘導作用による渦電流Bが流れにくい。また交番磁界によるヒステリシス損も小さく、発熱層20bのコイル1Aと反対側の磁路を形成するには最も適している。この磁路形成部材41は、励磁コイル1Aにより生成された磁界及び渦電流による反作用磁界の磁束密度が高い周辺の磁束を集めて、磁路を形成するものであり、効率の良い加熱を可能とすると同時に、磁束が定着装置10の外部に漏れて、周辺部材が不本意に加熱されるのを防止するためのものである。   Referring to FIG. 1 again, as the magnetic path forming member 41, a magnetic material such as iron, cobalt, nickel, or ferrite can be used, but the most desirable is soft ferrite. Soft ferrite has ferromagnetism, high magnetic permeability, and very high electric resistance, so that eddy current B due to electromagnetic induction does not flow easily. In addition, the hysteresis loss due to the alternating magnetic field is small, which is most suitable for forming a magnetic path on the opposite side of the coil 1A of the heat generating layer 20b. This magnetic path forming member 41 collects the magnetic flux generated by the exciting coil 1A and the surrounding magnetic flux with a high magnetic flux density of the reaction magnetic field due to the eddy current to form a magnetic path, enabling efficient heating. At the same time, the magnetic flux leaks to the outside of the fixing device 10 to prevent the peripheral members from being unintentionally heated.

ここで、磁路形成部材41の周方向両端部41eは、励磁コイル1Aの周方向両端部1Ae間と対向している領域を超えて、さらに、周方向に延在しているようになっている。すなわち、加熱定着ベルト20の移動方向前後(周方向)において、磁路形成部材41の両端部41eは、相対向する励磁コイル1Aの両端部1Aeを越えてそれぞれ延在している。   Here, both end portions 41e in the circumferential direction of the magnetic path forming member 41 extend in the circumferential direction beyond the region facing between the end portions 1Ae in the circumferential direction of the exciting coil 1A. Yes. That is, both ends 41e of the magnetic path forming member 41 extend beyond both ends 1Ae of the exciting coil 1A facing each other before and after the moving direction of the heat fixing belt 20 (circumferential direction).

具体的には、図6に模式的に示されるように、磁路形成部材41のフェライト幅m2と、励磁コイル1Aのコイル幅m1との関係は、m2>m1となるように設定されている。これは、m2がm1よりも短いと、磁路形成が十分に行われず、効率低下や周辺部材への誘導を引き起こす虞が生じるためである。表2に、m1<m2とm1>m2の場合における加熱領域周辺の磁束密度の測定結果を示す。表2に示されるように、m1<m2であると漏れ磁束が少なくて、良好な遮蔽効果を得られることがわかる。

Figure 2005203273
Specifically, as schematically shown in FIG. 6, the relationship between the ferrite width m2 of the magnetic path forming member 41 and the coil width m1 of the exciting coil 1A is set to satisfy m2> m1. . This is because if m2 is shorter than m1, the magnetic path is not sufficiently formed, and there is a possibility that efficiency may be reduced and guidance to peripheral members may be caused. Table 2 shows the measurement results of the magnetic flux density around the heating region in the case of m1 <m2 and m1> m2. As shown in Table 2, it can be seen that when m1 <m2, the leakage magnetic flux is small and a good shielding effect can be obtained.
Figure 2005203273

このように磁路形成部材41の両端部41eが、励磁コイル1Aに対向している領域を越えて、さらに加熱定着ベルト20の周方向に延在しているので、磁路形成部材41の幅が、励磁コイル1Aの幅(加熱幅)よりも大きくなり、発熱層20bが表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層20bを挟んで励磁コイル1Aと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、漏洩の少ない磁束路を形成し、遮蔽効果を向上させることができる。   As described above, since both end portions 41e of the magnetic path forming member 41 extend beyond the region facing the exciting coil 1A and further in the circumferential direction of the heat fixing belt 20, the width of the magnetic path forming member 41 is increased. Is larger than the width (heating width) of the exciting coil 1A, and when the heat generating layer 20b induction heats a metal thinner than the skin depth δ, the reaction leaks from the opposite side of the exciting coil 1A across the heat generating layer 20b. Magnetic flux leakage due to a magnetic field can be more effectively prevented, a magnetic flux path with less leakage can be formed, and the shielding effect can be improved.

以上、本発明に係る定着装置の第一の実施形態について説明してきたが、加熱定着ベルト20に対する励磁コイル1Aと、磁路形成部材41との配置関係は、上述に限定されるものではない。例えば、図7は本発明に係る定着装置の第一の実施形態の変形例10Aを示す図である。本変形例における定着装置10Aは、磁路形成部材40が加熱定着ベルトの内側に配置され、励磁コイル1Aが加熱定着ベルト20の外側に配置されたものであり、先の定着装置10とは、励磁コイル1Aと、磁路形成部材41との配置関係を逆にしたものである。このように構成した場合でも、上述と同様の効果が得られ、併せて、励磁コイル1Aの放熱性を向上させることができる。
<第二の実施形態>
The first embodiment of the fixing device according to the present invention has been described above. However, the positional relationship between the exciting coil 1A and the magnetic path forming member 41 with respect to the heat fixing belt 20 is not limited to the above. For example, FIG. 7 is a view showing a modification 10A of the first embodiment of the fixing device according to the present invention. The fixing device 10A in the present modification is one in which the magnetic path forming member 40 is disposed inside the heat-fixing belt and the exciting coil 1A is disposed outside the heat-fixing belt 20. The arrangement relationship between the exciting coil 1A and the magnetic path forming member 41 is reversed. Even in such a configuration, the same effect as described above can be obtained, and at the same time, the heat dissipation of the exciting coil 1A can be improved.
<Second Embodiment>

次に、本発明に係る定着装置の第二の実施形態について図8を参照して説明する。   Next, a second embodiment of the fixing device according to the present invention will be described with reference to FIG.

本発明に係る定着装置の第二の実施形態は、図8に示されるように、2つの磁路形成部材55及び57を、励磁コイル1A及び加熱定着ベルト20を挟んで互いに対向するように配置構成したものである。簡単のため、第一の実施形態と同様の機能を有する部材には同様の符号を付し、その説明は省略する。   In the second embodiment of the fixing device according to the present invention, as shown in FIG. 8, the two magnetic path forming members 55 and 57 are arranged so as to face each other with the exciting coil 1A and the heat fixing belt 20 interposed therebetween. It is composed. For simplicity, members having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

第二の実施形態に係る定着装置50は、励磁コイル1Aで発生する磁束をさらに効率よく収集し、その加熱効率を上昇させることを目的としたものである。   The fixing device 50 according to the second embodiment is intended to collect magnetic flux generated by the exciting coil 1A more efficiently and to increase the heating efficiency.

具体的には、図8に示されるように、発熱層20bを有する薄肉中空円筒状の加熱定着ベルト20と、この加熱定着ベルト20の図中下部外表面と圧接するように配設された加圧ロール23とを備え、加熱定着ベルト20の中心部には、支持部材22が配設されている。そして、この支持部材22は、加圧ロール23と対向している加熱定着ベルト20の内表面(図中下部)と当接してニップ部を形成する弾性部材24を支持していると共に、その反対側(図中上部)において、加熱定着ベルト20の内表面の曲面形状に倣うように形成された略半円筒形の第一の磁路形成部材であるフェライト55を支持している。さらに、このフェライト55の上部には、例えば、中空の渦巻き状に形成された励磁コイル1Aを介して、加熱定着ベルト20の内表面の曲面形状に倣うように形成された略半円筒形のコイル支持部材26が加熱定着ベルト20の内表面と非接触で、この内表面の一部と対向するように配置されている。このコイル支持部材26は、その中央部のフェライト55と対向する側に、突起部26Aを有し、この突起部26Aに励磁コイル1Aの中空部を配置することにより、励磁コイル1Aをフェライト55との間で挟み込み、この励磁コイル1Aを保持するようになっている。また、励磁コイル1Aと対向している加熱定着ベルト20の外部には、加熱定着ベルト20の外表面と非接触で、この外表面の一部と対向するように配設された第二の磁路形成部材であるフェライト57が設けられている。   Specifically, as shown in FIG. 8, a thin-walled hollow cylindrical heat-fixing belt 20 having a heat generating layer 20b, and a press-fit member disposed so as to be in pressure contact with the lower outer surface of the heat-fixing belt 20 in the figure. A pressure roll 23 is provided, and a support member 22 is disposed at the center of the heat fixing belt 20. The support member 22 supports the elastic member 24 that forms a nip by contacting the inner surface (lower part in the figure) of the heat fixing belt 20 facing the pressure roll 23 and vice versa. On the side (upper part in the figure), a ferrite 55 which is a substantially semi-cylindrical first magnetic path forming member formed so as to follow the curved surface shape of the inner surface of the heat fixing belt 20 is supported. Further, a substantially semi-cylindrical coil formed on the upper portion of the ferrite 55 so as to follow the curved surface shape of the inner surface of the heat-fixing belt 20 through an exciting coil 1A formed in a hollow spiral shape, for example. The support member 26 is disposed so as not to contact the inner surface of the heat fixing belt 20 and to face a part of the inner surface. The coil support member 26 has a protrusion 26A on the side facing the ferrite 55 at the center, and the excitation coil 1A is connected to the ferrite 55 by disposing a hollow portion of the excitation coil 1A on the protrusion 26A. The exciting coil 1A is held. Further, a second magnet disposed outside the heat-fixing belt 20 facing the exciting coil 1A so as to face a part of the outer surface without contacting the outer surface of the heat-fixing belt 20. A ferrite 57 which is a path forming member is provided.

このように構成した定着装置50の場合には、励磁コイル1A及び加熱定着ベルト20を挟み込んでいる磁路形成部材が、加熱定着ベルト20の内側に配置されている第一の磁路形成部材55と、励磁コイル1Aの外側に配置されている第二の磁路形成部材57とにより構成されているので、励磁コイル1Aから漏れ出る磁束をより効果的に収集し、遮蔽するための磁路形成部材をより効率的に利用することができる。   In the case of the fixing device 50 configured as described above, the magnetic path forming member sandwiching the exciting coil 1 </ b> A and the heat fixing belt 20 is the first magnetic path forming member 55 disposed inside the heat fixing belt 20. And the second magnetic path forming member 57 disposed outside the exciting coil 1A, the magnetic path forming for collecting and shielding the magnetic flux leaking from the exciting coil 1A more effectively. The member can be used more efficiently.

また、加熱定着ベルト20側に配置されたフェライト57の周方向両端部57eは、励磁コイル1Aに対向している領域を越えて、さらにその周方向に延在するように形成されている。   Further, both end portions 57e in the circumferential direction of the ferrite 57 disposed on the heat fixing belt 20 side are formed so as to extend further in the circumferential direction beyond the region facing the exciting coil 1A.

この場合は、少なくとも加熱定着ベルト20側に配置された第二の磁路形成部材であるフェライト57の周方向両端部57eが、対向している励磁コイル1Aの両端部1Aeを越えてそれぞれその周方向に延在しているので、先の形態と同様に、発熱層20bが表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層20bを挟んで励磁コイル1Aと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、遮蔽効果を向上させることができる。   In this case, at least the circumferential ends 57e of the ferrite 57, which is the second magnetic path forming member disposed at least on the heat fixing belt 20 side, exceed the opposite ends 1Ae of the exciting coil 1A facing each other. Since it extends in the direction, as in the previous embodiment, when the heat generating layer 20b induction heats a metal thinner than the skin depth δ, the reaction leaks from the opposite side of the exciting coil 1A across the heat generating layer 20b. Magnetic flux leakage due to a magnetic field can be more effectively prevented, and the shielding effect can be improved.

また、このようにフェライト55とフェライト57とを、励磁コイル1A及び加熱定着ベルト20を挟んで対向配置することにより、励磁コイル1Aに交流電流を印加する高周波電源の周波数を下げたり、励磁コイル1Aの巻き数を減少させたりすることが可能となり、さらに、電源の小型化、励磁コイル1Aの小型化を通じて、コストダウンを実現することができる。   Further, by arranging the ferrite 55 and the ferrite 57 so as to face each other with the exciting coil 1A and the heat fixing belt 20 interposed therebetween, the frequency of the high frequency power source for applying an alternating current to the exciting coil 1A can be lowered, or the exciting coil 1A. The number of turns can be reduced, and further, cost reduction can be realized through downsizing the power source and downsizing the exciting coil 1A.

なお、本実施形態においては、磁路形成部材を第一及び第二の磁路形成部材55,57により形成しているが、磁路形成部材は、励磁コイル1A及び加熱定着ベルト20を挟んで対向している部分を有すればよく、例えば、加熱定着ベルト20の側面を覆うようにコ字状に一体に形成してもよい。   In the present embodiment, the magnetic path forming member is formed by the first and second magnetic path forming members 55 and 57, but the magnetic path forming member sandwiches the exciting coil 1A and the heat fixing belt 20. What is necessary is just to have the part which has opposed, for example, you may form integrally in U shape so that the side surface of the heat fixing belt 20 may be covered.

また、より遮蔽効果を向上させるために、励磁コイル1A側に配置されたフェライト55の周方向両端部55eを、励磁コイル1Aに対向している領域を越えて、さらにその周方向に延在するように形成してもよい。   In order to further improve the shielding effect, both circumferential ends 55e of the ferrite 55 arranged on the exciting coil 1A side extend further in the circumferential direction beyond the region facing the exciting coil 1A. You may form as follows.

さらに、図9の変形例50Aに示されるように、励磁コイル1Aは、加熱定着ベルト20の外側に配置してもよい。この場合も、上述と同様な効果が得られると共に、励磁コイル1Aの放熱性を向上させることができる。
<第三の実施形態>
Further, as shown in a modified example 50A in FIG. 9, the exciting coil 1A may be disposed outside the heat-fixing belt 20. In this case, the same effect as described above can be obtained, and the heat dissipation of the exciting coil 1A can be improved.
<Third embodiment>

次に、本発明に係る定着装置の第三の実施形態について図10〜図13を参照して説明する。   Next, a third embodiment of the fixing device according to the present invention will be described with reference to FIGS.

第三の実施形態は、第二の実施形態をより安価に構成し、コスト低減を考慮した実用性の高い加熱装置及びこれを用いた定着装置を提供することを目的としたものである。この実施の形態に係る定着装置70は、第二の実施形態で示した定着装置50の構成と磁路形成部材の形態が異なり、本実施形態においては、磁路形成部材の使用量をより少なくすることで、より安価でかつ軽量な加熱装置及びこれを用いた定着装置を提供している。   The third embodiment is intended to provide a highly practical heating device and a fixing device using the same, in which the second embodiment is configured at a lower cost and considering cost reduction. The fixing device 70 according to this embodiment is different from the configuration of the fixing device 50 shown in the second embodiment in the form of the magnetic path forming member. In this embodiment, the amount of the magnetic path forming member used is smaller. Thus, a cheaper and lighter heating device and a fixing device using the same are provided.

図10は第三の実施形態に係る定着装置70の模式的な側面図であり、図11はH−H’線に沿った断面図である。なお、簡明化のため、図11に記載の加熱定着ベルト20よりも上部の部材(励磁コイル支持部材26、励磁コイル1A、磁路形成部材77)は、図10においては、上方に分離して図示されている。   FIG. 10 is a schematic side view of the fixing device 70 according to the third embodiment, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line H-H ′. For simplification, the members (excitation coil support member 26, excitation coil 1A, magnetic path forming member 77) above the heat fixing belt 20 shown in FIG. 11 are separated upward in FIG. It is shown in the figure.

本実施の形態においては、磁路形成部材以外の構成はほぼ第二の実施形態と共通しているためその説明は省略し、以下に磁路形成部材及びその周辺構成部材を中心に説明する。   In this embodiment, since the configuration other than the magnetic path forming member is substantially the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted, and the magnetic path forming member and its peripheral constituent members will be mainly described below.

図10及び図11に示されるように、励磁コイル1Aは、相互に絶縁された直径φ0.16mmの絶縁被覆された素線(銅線材)を90本束ねたリッツ線を中空の渦巻き状に11ターン巻いてプレス成型してコイリングされており、この励磁コイル1Aの中空部1Acが励磁コイル支持部材26の凸部26Aに配置され、励磁コイル支持部材26の表面の曲面形状に倣って、湾曲した形状が保持されている。また、励磁コイル1Aの図中上面にはコイルの湾曲形状に略沿った形で、励磁コイル1Aを覆うように磁路形成部材77が配置されており、これらの磁路形成部材77、励磁コイル1A及び励磁コイル支持部材26は、周回移動する加熱定着ベルト20の外表面と非接触で、この外表面に対向して配置されている。   As shown in FIGS. 10 and 11, the exciting coil 1 </ b> A has a hollow spiral shape in which 90 litz wires, each of which is a bundle of 90 insulated wires (copper wires) having a diameter of φ0.16 mm, which are mutually insulated, are bundled. The coil 1 </ b> A is coiled by being wound and press-molded. The hollow portion 1 </ b> Ac of the exciting coil 1 </ b> A is disposed on the convex portion 26 </ b> A of the exciting coil support member 26, and is curved following the curved surface shape of the surface of the exciting coil support member 26. The shape is retained. In addition, a magnetic path forming member 77 is disposed on the upper surface of the exciting coil 1A so as to substantially cover the curved shape of the coil so as to cover the exciting coil 1A. 1A and the exciting coil support member 26 are disposed in contact with the outer surface of the heat-fixing belt 20 that moves around and is not in contact with the outer surface.

また、加熱定着ベルト20の内側には磁路形成部材75がベルトの内表面に略沿って、この内表面と非接触で対向配置されており、この磁路形成部材75と磁路形成部材77とが、励磁コイル1A及び加熱定着ベルト20とを挟んで対向した構成になっている。   Further, a magnetic path forming member 75 is disposed inside the heat fixing belt 20 along the inner surface of the belt so as to face the inner surface in a non-contact manner. The magnetic path forming member 75 and the magnetic path forming member 77 are disposed. Are opposed to each other with the exciting coil 1A and the heat fixing belt 20 interposed therebetween.

さらに、磁路形成部材75は非磁性絶縁部材または非磁性金属部材(樹脂またはアルミ・銅など)の支持部材22により支持されており、この支持部材22は、併せて定着ニップを形成する弾性部材24からの荷重を受けて支持している。ここで、支持部材22は、定着ニップの加圧荷重を支持するため、剛性が高く、耐熱性、耐クリープ性の高い部材であることが必要であり、樹脂材料では形成が困難なため金属部材で形成されることが望ましい。本実施形態においては、コストや製造の容易性、剛性を考慮してアルミが使用されている。金属部材として非磁性金属である、アルミや銅などを使用する理由として、支持部材22は、励磁コイル1A及び加熱定着ベルト20内の発熱層20bの渦電流Bが作る磁界が作用しやすい位置にあり、磁性金属であると、この磁界の作用により発熱してしまうため、表皮深さの大きい非磁性金属を採用することにより渦電流損を極めて小さくすることができる。   Further, the magnetic path forming member 75 is supported by a nonmagnetic insulating member or a nonmagnetic metal member (resin, aluminum, copper, or the like) support member 22, and this support member 22 is also an elastic member that forms a fixing nip. The load from 24 is supported. Here, since the supporting member 22 supports the pressing load of the fixing nip, the supporting member 22 needs to be a member having high rigidity, high heat resistance, and high creep resistance, and is difficult to form with a resin material. It is desirable to be formed by. In the present embodiment, aluminum is used in consideration of cost, ease of manufacture, and rigidity. The reason for using aluminum or copper, which is a nonmagnetic metal, as the metal member is that the support member 22 is located at a position where the magnetic field generated by the eddy current B of the heating layer 20b in the heating coil 20 and the exciting coil 1A is likely to act. In the case of a magnetic metal, heat is generated by the action of this magnetic field. Therefore, by using a nonmagnetic metal having a large skin depth, eddy current loss can be extremely reduced.

ここで、励磁コイル1A側に配置されている磁路形成部材77は図10及び図11に示されるように、コイル1Aを覆うような連続体で構成されている。これに対して、加熱定着ベルト20側に配置されている磁路形成部材75は複数の小片弓形部材75Aに分割され、加熱定着ベルト20の移動方向と略直交する回転軸方向に16mmの間隔をあけて13個配置されている。磁路形成部材群75の小片75Aは厚さ3mmでゆるやかな曲率を有した弓形形状をしており、励磁コイル1Aの長手方向に沿った幅は10mmである。支持部材22上この小片弓形部材75Aは、支持部材22上に載置され、加熱定着ベルト20の内表面と非接触で、この内表面に略沿って、励磁コイル1Aの対向面に対応するように配置されている。このように配置された磁路形成部材75により、例えば、図10のH−H’断面における磁路は、図12の破線で示されるように形成される。   Here, as shown in FIGS. 10 and 11, the magnetic path forming member 77 arranged on the exciting coil 1A side is formed of a continuous body that covers the coil 1A. On the other hand, the magnetic path forming member 75 arranged on the heat fixing belt 20 side is divided into a plurality of small piece arcuate members 75A, and has an interval of 16 mm in the rotation axis direction substantially orthogonal to the moving direction of the heat fixing belt 20. There are 13 open. The small piece 75A of the magnetic path forming member group 75 has an arcuate shape with a thickness of 3 mm and a gentle curvature, and the width along the longitudinal direction of the exciting coil 1A is 10 mm. The small arcuate member 75A on the support member 22 is placed on the support member 22 and is in non-contact with the inner surface of the heat-fixing belt 20, and substantially corresponds to the opposing surface of the exciting coil 1A along the inner surface. Is arranged. With the magnetic path forming member 75 arranged in this way, for example, the magnetic path in the H-H ′ cross section of FIG. 10 is formed as shown by a broken line in FIG. 12.

ここで、磁路形成部材75の小片弓形部材75Aを間隔を空けて配置したのは、加熱定着ベルト20の回転軸方向に均等に磁束を作用させて磁路を形成するためである。磁路形成部材75を構成する小片75Aの使用量は、少ない個数で周辺金属部材への電磁誘導を防止できればよい。   Here, the reason why the small bow members 75A of the magnetic path forming member 75 are arranged at intervals is to form a magnetic path by applying a magnetic flux evenly in the direction of the rotation axis of the heat fixing belt 20. The usage amount of the small pieces 75A constituting the magnetic path forming member 75 is only required to be able to prevent electromagnetic induction to the peripheral metal member with a small number.

以下に、この磁路形成部材75の使用量について、図13を参照して検討する。図13は、磁路形成部材75Aの使用量に対する支持部材22への誘導度を示す図である。支持部材22はアルミ製であり、この図でいう支持部材金属22への誘導度とは、小さいほど励磁コイル1Aの電磁誘導作用を受け、誘導度が1であれば電磁誘導作用の影響をほとんど受けていないということを示す特性である。また、磁路形成部材の使用量とは、例えば100%の場合、コイル長に対して支持部材22の表面をコイル長と同じ長さ分だけ覆ったときの状態を示している。   Below, the usage-amount of this magnetic path formation member 75 is examined with reference to FIG. FIG. 13 is a diagram showing the degree of induction to the support member 22 with respect to the usage amount of the magnetic path forming member 75A. The support member 22 is made of aluminum, and the inductivity to the support member metal 22 referred to in this figure is affected by the electromagnetic induction action of the exciting coil 1A. This is a characteristic indicating that it has not been received. Moreover, the usage-amount of a magnetic path formation member has shown the state when the surface of the supporting member 22 is covered by the same length as a coil length with respect to a coil length, for example.

本実施形態の場合には、コイル長は350mmで、磁路形成部材75の小片弓形部材75Aは幅10mmのものを合計13個使用しているので、磁路形成部材75の使用量は、10×13mm/350mm×100≒37%となる。   In the case of the present embodiment, the coil length is 350 mm, and a total of 13 small arch members 75A of the magnetic path forming member 75 having a width of 10 mm are used. Therefore, the usage amount of the magnetic path forming member 75 is 10 × 13 mm / 350 mm × 100≈37%.

図中の点線の誘導度(0.9)以下の場合には、支持部材22への誘導作用により、無効電力が増えて電源の効率低下を招く領域であり、磁路形成部材75の使用量が30%以上であれば、問題ないことがわかる。また、使用量が30%以上であれば、漏洩磁界も小さく、支持部材22以外の金属製の構成部材への誘導もほとんどなくすことができる。   In the case where the inductive degree (0.9) of the dotted line in the figure is less than or equal to 0.9, this is a region where reactive power increases due to the inductive action on the support member 22 and causes a reduction in power supply efficiency. If it is 30% or more, it turns out that there is no problem. Further, if the usage amount is 30% or more, the leakage magnetic field is small, and induction to a metallic component other than the support member 22 can be almost eliminated.

従って、このように磁路形成部材75の使用量を減らした第三の実施形態においても、安定した加熱状態を得ることができる加熱装置及びこれを用いた定着装置を提供することができる。   Therefore, also in the third embodiment in which the amount of magnetic path forming member 75 used is reduced in this way, it is possible to provide a heating device that can obtain a stable heating state and a fixing device using the same.

さらに、本実施形態においては、少なくとも加熱定着ベルト20側に配置されている磁路形成部材75は、複数個の小片部材75Aを、加熱定着ベルト20の回転軸方向に亘って、互いに間隙を設けて配置された小片部材群により形成されているので、個々の磁路形成部材75Aを小さくでき、これにより、個々の磁路形成部材75Aの型成形が容易となり、その寸法精度が出し易くなる。また、高価な磁路形成部材であるフェライトの使用量が削減でき、軽量化及びコストダウンが可能な加熱装置及びこれを用いた定着装置を提供することができる。   Further, in the present embodiment, at least the magnetic path forming member 75 disposed on the heat fixing belt 20 side is provided with a plurality of small piece members 75 </ b> A with a gap between them in the direction of the rotation axis of the heat fixing belt 20. Therefore, the individual magnetic path forming members 75A can be made small, thereby facilitating the molding of the individual magnetic path forming members 75A and increasing the dimensional accuracy thereof. In addition, it is possible to provide a heating device that can reduce the amount of ferrite used as an expensive magnetic path forming member, reduce the weight, and reduce the cost, and a fixing device using the heating device.

なお、先の実施形態と同様に、加熱定着ベルト20側に配置されたフェライト75の周方向両端部75eを、励磁コイル1Aに対向している領域を越えて、さらにその周方向に延在するように形成することにより、発熱層20bが表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層20bを挟んで励磁コイル1Aと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、遮蔽効果を向上させることができる。   As in the previous embodiment, both circumferential ends 75e of the ferrite 75 disposed on the heat fixing belt 20 side extend further in the circumferential direction beyond a region facing the exciting coil 1A. Thus, when the heat generating layer 20b induction heats a metal having a skin depth less than δ, magnetic flux leakage due to the reaction magnetic field leaking from the side opposite to the exciting coil 1A across the heat generating layer 20b is more effectively performed. It is possible to prevent and improve the shielding effect.

さらに、励磁コイル1Aは、加熱定着ベルト20の外側に配置してもよいし、加熱定着ベルト20の外側に配置された磁路形成部材77を小片弓形部材群で構成して、加熱定着ベルト20の内側に配置された磁路形成部材75を連続体で構成してもよい。
<第四の実施形態>
Further, the exciting coil 1A may be disposed outside the heat fixing belt 20, or the magnetic path forming member 77 disposed outside the heat fixing belt 20 is formed of a small piece arcuate member group so that the heat fixing belt 20 is provided. The magnetic path forming member 75 disposed on the inner side may be formed of a continuous body.
<Fourth embodiment>

次に、本発明に係る定着装置の第四の実施形態について図14〜図17を参照して説明する。   Next, a fourth embodiment of the fixing device according to the present invention will be described with reference to FIGS.

第四の実施形態は、第三の実施形態を、さらにより安価に構成し、コスト低減を考慮した実用性の高い加熱装置及びこれを用いた定着装置を提供することを目的としたものである。この実施の形態に係る定着装置90は、第三の実施形態で示した定着装置70の構成と磁路形成部材の形態が異なり、本実施形態においては、磁路形成部材の使用量をより少なくすることで、より安価でかつ軽量な加熱装置及びこれを用いた定着装置を提供している。   The fourth embodiment is intended to provide a highly practical heating device and a fixing device using the same, in which the third embodiment is configured at a lower cost and considering cost reduction. . The fixing device 90 according to this embodiment is different from the configuration of the fixing device 70 shown in the third embodiment in the form of the magnetic path forming member. In this embodiment, the amount of the magnetic path forming member used is smaller. Thus, a cheaper and lighter heating device and a fixing device using the same are provided.

図14は第四の実施形態に係る定着装置90の模式的な側面図であり、図15はJ−J’線に沿った断面図であり、図16はK−K’線に沿った断面図である。また、図17は、第四の実施形態における「千鳥配置」なる呼称の意味を視覚的に説明するために、磁路形成部材群の位置関係を模式的に示す側面図である。ここで、この図17においては、簡明化のため、図15及び図16に記載の加熱定着ベルト20よりも上部の部材(励磁コイル支持部材26、励磁コイル1A、磁路形成部材97)は、図17においては、上方に分離して図示されている。   FIG. 14 is a schematic side view of a fixing device 90 according to the fourth embodiment, FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line JJ ′, and FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line KK ′. FIG. FIG. 17 is a side view schematically showing the positional relationship between the magnetic path forming member groups in order to visually explain the meaning of the designation “staggered arrangement” in the fourth embodiment. Here, in FIG. 17, for simplification, members (excitation coil support member 26, excitation coil 1A, magnetic path forming member 97) above the heat fixing belt 20 shown in FIGS. In FIG. 17, it is shown separated upward.

本実施の形態においては、磁路形成部材以外の構成はほぼ第三の実施形態と共通しているためその説明は省略し、以下に磁路形成部材及びその周辺構成部材を中心に説明する。   In this embodiment, since the configuration other than the magnetic path forming member is substantially the same as that of the third embodiment, the description thereof will be omitted, and the magnetic path forming member and its peripheral constituent members will be mainly described below.

図14に示すように、本実施形態においては、互いに対向するように配置された磁路形成部材95及び磁路形成部材97は、それぞれ複数の小片弓形部材95A及び97Aに分割され、加熱定着ベルト20の回転軸方向に16mmの間隔をあけて、励磁コイル1A側に配置された磁路形成部材97については14個、加熱定着ベルト側に配置された磁路形成部材95については13個それぞれ配置されている。   As shown in FIG. 14, in the present embodiment, the magnetic path forming member 95 and the magnetic path forming member 97 arranged so as to face each other are divided into a plurality of small piece arcuate members 95A and 97A, respectively. There are 14 magnetic path forming members 97 arranged on the exciting coil 1A side and 13 magnetic path forming members 95 arranged on the heating and fixing belt side with an interval of 16 mm in the direction of the rotation axis of 20 respectively. Has been.

磁路形成部材95と磁路形成部材97との互いの位置関係は、図14及び図17に示されるように、いわゆる「千鳥配置」となっており、対向する互いの磁路形成部材群95A,97Aの間隙95As,97Asが、加熱定着ベルト20に対して非対称で、磁路形成部材95を形成している小片弓形部材95Aの間隙95Asを、磁路形成部材97を形成している小片弓形部材97Aが略補間するような位置関係で配置されている。言い換えれば、小片弓形部材95A及び小片弓形部材97Aのそれぞれは、互いに、対向する相手側のフェライト97及び95の間隙97As,95Asに対応するように配置されている。   The mutual positional relationship between the magnetic path forming member 95 and the magnetic path forming member 97 is a so-called “staggered arrangement” as shown in FIGS. 14 and 17, and the opposing magnetic path forming member group 95 </ b> A. 97A, the gaps 95As, 97As are asymmetric with respect to the heat-fixing belt 20, and the gap 95As of the small arch member 95A forming the magnetic path forming member 95 is the small arch shape forming the magnetic path forming member 97. The members 97A are arranged in a positional relationship such that they are substantially interpolated. In other words, each of the small piece arcuate member 95A and the small piece arcuate member 97A is disposed so as to correspond to the gaps 97As and 95As of the opposing ferrites 97 and 95 facing each other.

さらに具体的には、図17に示されるように、小片弓形部材95A及び小片弓形部材97Aのそれぞれの中心位置95Ac,97Acが、対向する相手側のフェライト97A及び95Aの間隙97As,95Asの中心と略一致するように配置されている。   More specifically, as shown in FIG. 17, the center positions 95Ac and 97Ac of the small piece arcuate member 95A and the small piece arcuate member 97A correspond to the centers of the gaps 97As and 95As of the opposing mating ferrites 97A and 95A. It arrange | positions so that it may correspond substantially.

このように磁路形成部材95及び97を複数の小片弓形部材95A及び97Aに分割して、互いに間隙を設けて配置した場合には、磁界の漏洩による周囲部材への電磁誘導の影響が考えられる。   In this way, when the magnetic path forming members 95 and 97 are divided into a plurality of small piece arcuate members 95A and 97A and arranged with a gap therebetween, the influence of electromagnetic induction on the surrounding members due to leakage of the magnetic field can be considered. .

そこで、小片弓形部材95A,97Aの個数を変えて間隙を設けて配置した場合の周囲部材への電磁誘導の影響についての検証結果を以下に説明する。   Therefore, the verification results on the influence of electromagnetic induction on the surrounding members when the number of the small bow members 95A and 97A is changed to provide a gap will be described below.

まず、励磁コイル1A側に配置された磁路形成部材97の小片弓形部材97Aの個数による特性変化について、図18を参照して説明する。図18は、励磁コイル1Aに一定の交流電流を与えた場合の、励磁コイル1Aから5〜10mmの距離にコイル1Aと同等の大きさの鉄やアルミ等の金属部材を近づけたときの、誘導状態におけるインダクタンス値やレジスタンス値、電流と電圧との位相差等の変化情報から、周囲金属部材への電磁誘導の影響度を調査した結果を示すものである。図18においては、コイル長を覆う割合に対する、周囲金属への誘導度を示す代表的特性として、磁路形成部材使用量に対する、金属部材を近づけたときの誘導状態のインダクタンス値(a)とレジスタンス値(b)の変化が示されている。例えば本実施形態では、コイル長350mmに対して、幅10mmの小片弓形部材97Aを14個、間隙を与えてコイル1Aをカバーしているので、10mm×14個/350mm=40%の磁路形成部材使用量(図中では横軸のshare area 40%に相当)ということになる。ここで、近づけた金属はアルミと鉄である。これらの金属を近づけたとき、図18(a),(b)に示されるように、少なくとも磁路形成部材を40%以上使用していれば、コイルに印加する交流周波数成分における電磁界の周囲への影響は無視できるレベルであることがわかった。   First, a characteristic change depending on the number of small piece bow members 97A of the magnetic path forming member 97 disposed on the exciting coil 1A side will be described with reference to FIG. FIG. 18 shows the induction when a metal member such as iron or aluminum having the same size as that of the coil 1A is brought close to the distance of 5 to 10 mm from the excitation coil 1A when a constant alternating current is applied to the excitation coil 1A. It shows the result of investigating the influence of electromagnetic induction on surrounding metal members from change information such as the inductance value, resistance value, and phase difference between current and voltage. In FIG. 18, as a representative characteristic indicating the degree of induction to the surrounding metal with respect to the ratio of covering the coil length, the inductance value (a) in the induction state when the metal member is brought close to the usage amount of the magnetic path forming member and the resistance The change in value (b) is shown. For example, in the present embodiment, 14 small piece bow members 97A each having a width of 10 mm and a coil 1A are covered with a gap of 350 mm with respect to the coil length of 350 mm, so that 10 mm × 14 pieces / 350 mm = 40% magnetic path formation. This is the amount of material used (corresponding to 40% share area 40% on the horizontal axis in the figure). Here, the close metals are aluminum and iron. When these metals are brought close to each other, as shown in FIGS. 18A and 18B, if at least 40% or more of the magnetic path forming member is used, the surroundings of the electromagnetic field in the AC frequency component applied to the coil It was found that the impact on the level was negligible.

次に、磁路成部材97の使用量を40%とし、同じように磁路形成部材95の周囲部材への電磁誘導の影響度を調査した結果を図19に示す。磁路形成部材95の周囲部材への電磁誘導の影響度は、これを保持する支持部材22をアルミや鉄などの金属とし、励磁コイル1Aの磁界や発熱層20bの渦電流Bが作る磁界Hの支持金属22への作用を調査した。この図でいう支持部材金属22への誘導度とは、小さいほど電磁誘導作用を受け、誘導度が1であれば電磁誘導作用の影響をほとんど受けていないということを示す特性である。これは図18で示した代表的特性とほぼ同じで、金属部材を近づけたときの誘導状態のインダクタンス値とレジスタンス値の変化の割合を示している。ここで、誘導度は、0.9以上であれば、誘導に対する影響は無視できるレベルである。図19に示されるよう、磁路形成部材95は35%前後の使用量であれば、誘導度が0.9以上となり、周囲部材への電磁誘導の影響を非常に少なくできることがわかった。   Next, FIG. 19 shows the result of investigating the influence of electromagnetic induction on the surrounding members of the magnetic path forming member 95 in the same manner with the usage amount of the magnetic path forming member 97 being 40%. The degree of influence of electromagnetic induction on the surrounding members of the magnetic path forming member 95 is such that the support member 22 that holds the magnetic induction is made of a metal such as aluminum or iron, and the magnetic field H generated by the magnetic field of the exciting coil 1A or the eddy current B of the heating layer 20b. The effect on the support metal 22 was investigated. The degree of induction to the support member metal 22 in this figure is a characteristic indicating that the smaller the degree of induction, the less the influence of the electromagnetic induction action is received. This is almost the same as the typical characteristic shown in FIG. 18, and shows the ratio of change in the inductance value and resistance value in the inductive state when the metal member is brought closer. Here, if the degree of induction is 0.9 or more, the influence on the induction can be ignored. As shown in FIG. 19, when the magnetic path forming member 95 is used at about 35%, the induction degree becomes 0.9 or more, and it has been found that the influence of electromagnetic induction on the surrounding members can be extremely reduced.

上述の検証結果より、磁路形成部材95と磁路形成部材97とを適切な使用量でそれぞれ間隙を与えて配置してもよいことがわかるが、さらに、加熱定着ベルト20の回転軸方向の発熱分布をも考慮する必要がある。例えば、図20に示されるように、磁路形成部材95と磁路形成部材97とが加熱定着ベルト20の回転軸方向に対して同じ位置関係に(小片弓形部材95A及び97Aのそれぞれが互いに対向するように)配置される場合には、磁路形成部材95及び97を加熱定着ベルトに対して正射影した部分(小片弓形部材95A及び97Aのそれぞれが互いに対向する部分)に磁束が集中し、この部分が過剰に加熱されて、温度差(温度ムラ)が生じてしまう。   From the above-described verification results, it can be seen that the magnetic path forming member 95 and the magnetic path forming member 97 may be disposed with appropriate gaps in appropriate amounts. It is also necessary to consider the heat generation distribution. For example, as shown in FIG. 20, the magnetic path forming member 95 and the magnetic path forming member 97 are in the same positional relationship with respect to the rotation axis direction of the heat fixing belt 20 (the small bow members 95A and 97A are opposed to each other). When the magnetic path forming members 95 and 97 are orthogonally projected onto the heat-fixing belt, the magnetic flux concentrates on the portions (portions where the small bow members 95A and 97A face each other), This portion is heated excessively, resulting in a temperature difference (temperature unevenness).

本実施形態の加熱装置を定着装置に適用した場合に、このような温度差が生じれば定着するトナー像の発色むらなどの問題が起こり望ましくない。そこで、図21に示すように、磁路形成部材95Aと磁路形成部材97Aの配置関係を、加熱定着ベルト20の回転軸方向に対して同じ位置関係にならないように配置し、特に図に示すようにお互いの間隙95As,97Asを補完するように配置した、いわゆる「千鳥配置」にすることが望ましい。図21のように配置した場合には、図22の模式図に示されるように、コイルの磁界が均等に加熱定着ベルト20の発熱層20bに作用し、加熱定着ベルト20の温度差を小さくすることができ、これにより、定着画像の発色むらなどの問題を引き起こすことなく、安定して加熱することが可能となる。   When the heating device of the present embodiment is applied to a fixing device, if such a temperature difference occurs, problems such as uneven coloring of a toner image to be fixed occur, which is not desirable. Therefore, as shown in FIG. 21, the arrangement relationship between the magnetic path forming member 95A and the magnetic path forming member 97A is arranged so as not to have the same positional relationship with respect to the rotation axis direction of the heat fixing belt 20, and particularly shown in the drawing. Thus, it is desirable to adopt a so-called “staggered arrangement” in which the gaps 95As and 97As are arranged to complement each other. In the case of the arrangement as shown in FIG. 21, as shown in the schematic diagram of FIG. 22, the magnetic field of the coil acts on the heat generating layer 20b of the heat fixing belt 20 evenly, and the temperature difference of the heat fixing belt 20 is reduced. This makes it possible to stably heat the image without causing problems such as uneven coloring of the fixed image.

また、磁路形成部材95Aと磁路形成部材97Aとが、お互いの間隙95As,97Asを補完するように配置されていれば、例えば図23に示す模式図のように、お互いの位置が一部重なるように配置されていてもよい。図23は、磁路形成部材95を形成する小片弓形部材95Aの使用量を図21の場合よりも増やして配置した例であるが、磁路形成部材97を形成する小片弓形部材97Aの使用量を増やして配置してもよい。   Further, if the magnetic path forming member 95A and the magnetic path forming member 97A are arranged so as to complement the gaps 95As and 97As of each other, the positions of the mutual portions are partially as shown in the schematic diagram shown in FIG. 23, for example. You may arrange | position so that it may overlap. FIG. 23 shows an example in which the amount of use of the small piece arcuate member 95A that forms the magnetic path forming member 95 is increased as compared with the case of FIG. 21, but the amount of use of the small piece arcuate member 97A that forms the magnetic path forming member 97 is shown. You may arrange with increasing.

このように、磁路形成部材を磁路形成部材95Aと磁路形成部材97Aのように小片に分けて間隙を設けて配置した場合には、上述のようにお互いの位置関係を考慮することで適切な磁路が形成され、磁束の集中による温度ムラの発生が防止されると共に、高価な磁路形成部材の使用量が減少でき、その効果的な使用が可能となる加熱装置及びこれを適用した定着装置を提供することができる。   As described above, when the magnetic path forming member is divided into small pieces such as the magnetic path forming member 95A and the magnetic path forming member 97A and provided with a gap, the mutual positional relationship is considered as described above. A heating device capable of forming an appropriate magnetic path, preventing occurrence of temperature unevenness due to concentration of magnetic flux, reducing the amount of expensive magnetic path forming members, and enabling its effective use, and application thereof The fixing device can be provided.

また、図16に示されるように、加熱定着ベルト20側に配置されたフェライト95の周方向両端部95eを、励磁コイル1Aに対向している領域を越えて、さらにその周方向に延在するように形成することにより、先の実施形態と同様に、発熱層20bが表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層20bを挟んで励磁コイル1Aと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、遮蔽効果を向上させることができる。   Further, as shown in FIG. 16, both end portions 95e in the circumferential direction of the ferrite 95 disposed on the heat fixing belt 20 side extend further in the circumferential direction beyond the region facing the exciting coil 1A. Thus, as in the previous embodiment, when the heat generating layer 20b induction heats a metal thinner than the skin depth δ, the reaction magnetic field leaks from the side opposite to the exciting coil 1A across the heat generating layer 20b. Can effectively prevent the leakage of magnetic flux and improve the shielding effect.

以上説明してきた本発明に係る加熱装置を適用した定着装置のいずれの実施形態においても、次のように、ウォームアップタイムを10秒以下の殆どゼロと同等にすることができると共に、良好な定着性を得ることができ、しかも剥離不良が生じるのを確実に防止することが可能となっている。   In any of the embodiments of the fixing device to which the heating device according to the present invention described above is applied, the warm-up time can be made equal to almost zero of 10 seconds or less and good fixing can be performed as follows. In addition, it is possible to reliably prevent the occurrence of defective peeling.

すなわち、これらの実施形態に係る定着装置では、例えば、図1に示されるように、加圧ロール23が100mm/sのプロセススピードで、駆動源により回転駆動される。また、加熱定着ベルト20は、上記加圧ロール23に圧接しており、当該加圧ロール23の移動速度と等しい100mm/sの速度で循環移動するようになっている。   That is, in the fixing device according to these embodiments, for example, as illustrated in FIG. 1, the pressure roll 23 is rotationally driven by a driving source at a process speed of 100 mm / s. The heat fixing belt 20 is in pressure contact with the pressure roll 23 and is circulated and moved at a speed of 100 mm / s, which is equal to the movement speed of the pressure roll 23.

そして、上記定着装置では、図示しない転写装置により、未定着トナー像25が転写された記録材27が、加熱定着ベルト20と加圧ロール23との間に形成されたニップ部1Yを通過し、当該ニップ部1Y内を記録材27が通過する間に、加熱定着ベルト20と加圧ロール23とによって加熱及び加圧されることにより、トナー像25が記録材上に定着されるようになっている。   In the fixing device, the recording material 27 onto which the unfixed toner image 25 is transferred by a transfer device (not shown) passes through the nip portion 1Y formed between the heat fixing belt 20 and the pressure roll 23, While the recording material 27 passes through the nip portion 1Y, the toner image 25 is fixed on the recording material by being heated and pressed by the heat fixing belt 20 and the pressure roll 23. Yes.

その際、上記定着装置では、加熱定着ベルト20の温度が、励磁コイル1Aに流す高周波電流の周波数などにより、定着動作時は、ニップ部1Yの入口において、160℃〜200℃程度に制御される。   At that time, in the fixing device, the temperature of the heat fixing belt 20 is controlled to about 160 ° C. to 200 ° C. at the entrance of the nip portion 1Y during the fixing operation by the frequency of the high frequency current flowing through the exciting coil 1A. .

このような定着装置では、画像形成信号が入力されると同時に、加圧ロール23が回転を開始すると共に、励磁コイル1Aに高周波電流が通電される。上記励磁コイル1Aには、例えば、有効電力として1000Wの電力が投入されると、加熱定着ベルト20の温度は、誘導加熱作用によって、室温から約8秒以下で定着可能温度に達する。すなわち、記録材27が給紙トレイから、定着装置まで移動するのに要する時間内にウォームアップが完了してしまうことになる。従って、上記定着装置においては、ユーザーを待たせること無く、定着処理が可能となる。   In such a fixing device, simultaneously with the input of the image forming signal, the pressure roll 23 starts to rotate and a high-frequency current is applied to the exciting coil 1A. For example, when 1000 W of electric power is applied to the exciting coil 1A, the temperature of the heat-fixing belt 20 reaches the fixable temperature in about 8 seconds or less from room temperature by induction heating action. That is, the warm-up is completed within the time required for the recording material 27 to move from the paper feed tray to the fixing device. Accordingly, the fixing device can perform the fixing process without causing the user to wait.

また、上記定着装置のニップ部1Yに、60gms程度の薄紙に、カラーのベタ画像などトナーが多量に転写された記録材27が進入した場合には、トナーと加熱定着ベルト20表面の離型層との間で、引き付け合う力が強くなり、加熱定着ベルト20の表面から記録材を剥離するのが難しくなるのが通常である。しかし、本発明に係る定着装置においては、加熱定着ベルト20の形状がニップ部1Yの外では凸形状であるのに対して、ニップ部1Yの内部では凹形状となるように形成されている。すなわち、ニップ部1Yの内部では記録材27の方向は、加圧ロール23側に巻き付く方向であり、かつ、ニップ部1Yの出口部では、加熱定着ベルト20の方向が凹形状から凸形状に急激に変化するため、記録材27は、当該記録材自体のこし(剛性)により、加熱定着ベルト20の急激な形状の変化についていくことができず、加熱定着ベルト20から自然に剥離される。これにより、記録材27の剥離不良の問題が生じるのを確実に防止することができる。   Further, when the recording material 27 having a large amount of toner such as a color solid image entered into a thin paper of about 60 gms enters the nip portion 1Y of the fixing device, the toner and the release layer on the surface of the heat fixing belt 20 are transferred. In general, the attracting force increases, and it becomes difficult to peel off the recording material from the surface of the heat fixing belt 20. However, in the fixing device according to the present invention, the heat fixing belt 20 is formed to have a concave shape inside the nip portion 1Y, while the heat fixing belt 20 has a convex shape outside the nip portion 1Y. That is, in the nip portion 1Y, the direction of the recording material 27 is a direction wound around the pressure roll 23, and the direction of the heat fixing belt 20 is changed from a concave shape to a convex shape at the outlet portion of the nip portion 1Y. Since the recording material 27 changes abruptly, the recording material 27 can not keep up with the rapid shape change of the heat fixing belt 20 due to the stiffness (rigidity) of the recording material itself, and is naturally separated from the heat fixing belt 20. Thereby, it is possible to reliably prevent the problem of the peeling failure of the recording material 27.

さらに、小サイズの記録材27を連続して定着した場合には、非通紙領域の加熱定着ベルト20、弾性部材24及び加圧ロール23などの温度が上昇してしまうが、加圧ロール23側に設けた金属ロール28(図11参照)を、当該加圧ロール23の表面に当接させることにより、加圧ロール23の高温部の熱を金属ロール28によって吸収することができ、その熱を低温部に移動させるので、軸方向での温度分布が小さくなり、加圧ロール23の温度及び加熱定着ベルト20の温度が、所定の温度以上の高温になるのを防止することができる。   Further, when the small size recording material 27 is continuously fixed, the temperature of the heat fixing belt 20, the elastic member 24, the pressure roll 23, etc. in the non-sheet passing area rises. By bringing the metal roll 28 (see FIG. 11) provided on the side into contact with the surface of the pressure roll 23, the heat of the high temperature portion of the pressure roll 23 can be absorbed by the metal roll 28, and the heat Therefore, the temperature distribution in the axial direction becomes small, and the temperature of the pressure roll 23 and the temperature of the heat fixing belt 20 can be prevented from becoming higher than a predetermined temperature.

なお、以上の実施形態における加熱定着ベルト20は、薄肉円筒状に形成されたものであったが、当然にベルト形状は、円筒状に限定されるものではなく、例えば、複数のローラ間に亘ってベルトを張架して加熱定着ベルトを形成してもよい。   Although the heat fixing belt 20 in the above embodiment is formed in a thin cylindrical shape, the belt shape is naturally not limited to a cylindrical shape. For example, the heat fixing belt 20 extends between a plurality of rollers. A heat fixing belt may be formed by stretching the belt.

次に、本発明が適用される画像記録装置の一実施形態について、図24を参照して説明する。図24は、本発明の一実施形態に係る画像記録装置100の概略構成を示す図である。   Next, an embodiment of an image recording apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 24 is a diagram showing a schematic configuration of the image recording apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

図24に示されるように、この画像記録装置100は、例えば、図中矢印方向に回転する感光体ドラム121と、この感光体ドラム121を予め帯電するコロトロン等の帯電器122と、各色成分画像情報に基づいて感光体ドラム121上に各色成分に対応した静電潜像を書き込む不図示のレーザ走査装置(ROS)などの画像書込装置(本例では同装置からのビームに符号を付す)123と、イエロ(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の各色に対応した現像器241〜244が回転ホルダ245に搭載されたロータリー型現像装置124とを備え、感光体ドラム121上にイエロ、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分毎の静電潜像を形成し、ロータリー型現像装置124における各現像器241〜244の対応する色トナーにて各静電潜像を可視像化した後、中間転写ベルト130に順次一次転写し、中間転写ベルト130上の各色成分トナー像の重ね転写像を記録材P上に二次転写し、定着装置160にて定着するようにしたものである。   As shown in FIG. 24, the image recording apparatus 100 includes, for example, a photosensitive drum 121 that rotates in the direction of an arrow in the figure, a charger 122 such as a corotron that precharges the photosensitive drum 121, and each color component image. An image writing device such as a laser scanning device (ROS) (not shown) that writes an electrostatic latent image corresponding to each color component on the photosensitive drum 121 based on the information (in this example, a beam is attached to the beam from the device). And a rotary type developing device 124 in which developing units 241 to 244 corresponding to the respective colors of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) are mounted on a rotary holder 245, and An electrostatic latent image for each color component of yellow, magenta, cyan, and black is formed on the body drum 121, and the corresponding developing devices 241 to 244 in the rotary developing device 124 After each electrostatic latent image is visualized with a color toner, the image is sequentially primary-transferred onto the intermediate transfer belt 130, and the superimposed transfer image of each color component toner image on the intermediate transfer belt 130 is secondarily transferred onto the recording material P. The image is transferred and fixed by the fixing device 160.

ここで、記録材Pは、記録材トレイ150からフィードロール151にて所定の搬送経路へ向けて搬送され、搬送経路中のレジストレーションロール(レジストロール)152で一旦位置決め停止された後に、所定のタイミングで二次転写位置140へと搬送され、この記録材Pは二次転写後に搬送ベルト153へと導かれ、この搬送ベルト153にて定着装置160へと搬送されるようになっている。なお、二次転写工程が終了した時点では、感光体ドラム121上の残留トナーはドラムクリーナ125にて清掃され、中間転写ベルト130上の残留トナーはベルトクリーナ141にて清掃される。   Here, the recording material P is transported from the recording material tray 150 to a predetermined transport path by the feed roll 151, and once stopped by a registration roll (registration roll) 152 in the transport path, the recording material P is then transported to a predetermined transport path. The recording material P is conveyed to the secondary transfer position 140 at the timing, and is guided to the conveyance belt 153 after the secondary transfer, and is conveyed to the fixing device 160 by the conveyance belt 153. When the secondary transfer process is completed, residual toner on the photosensitive drum 121 is cleaned by the drum cleaner 125, and residual toner on the intermediate transfer belt 130 is cleaned by the belt cleaner 141.

このように構成した画像記録装置100において、加熱部や定着部に本発明に係る加熱装置及び定着装置を適用することにより、ウォームアップタイムが短く、かつ、安定して加熱定着が可能な画像記録装置を提供することができる。   In the image recording apparatus 100 configured as described above, by applying the heating device and the fixing device according to the present invention to the heating unit and the fixing unit, an image recording that has a short warm-up time and can be stably fixed by heating. An apparatus can be provided.

なお、本発明が適用可能な画像記録装置は、上述のロータリー型に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内で種々の画像記録装置に適用可能である。例えば、いわゆるタンデム型の画像記録装置に適用しても同様の作用効果を得ることができる。   The image recording apparatus to which the present invention is applicable is not limited to the rotary type described above, and can be applied to various image recording apparatuses within the scope of the object of the present invention. For example, the same effects can be obtained even when applied to a so-called tandem type image recording apparatus.

以上説明してきたように、本発明の加熱装置を定着装置に備えることにより、ウォームアップタイムを10秒以下にすることが可能な省エネルギーの定着装置を設計することが可能となる。また、低コスト化を実現できる実用性の高い加熱装置の設計も可能とする。また、このような加熱装置及び定着装置を備えることにより、安定性や安全性に優れ、ウォームアップタイムの極めて短い画像記録装置を提供することができる。   As described above, by providing the fixing device with the heating device of the present invention, it is possible to design an energy-saving fixing device that can reduce the warm-up time to 10 seconds or less. In addition, it is possible to design a highly practical heating apparatus that can realize cost reduction. Further, by providing such a heating device and a fixing device, it is possible to provide an image recording apparatus that is excellent in stability and safety and has an extremely short warm-up time.

本発明に係る加熱装置及び定着装置の第一の実施形態を示す模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of a heating device and a fixing device according to the present invention. 定着ベルトの構成を示す模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a fixing belt. 定着ベルトの別の構成を示す模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing another configuration of the fixing belt. 加熱装置への印加周波数と発熱との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the applied frequency to a heating apparatus, and heat_generation | fever. 発熱装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a heat generating apparatus. 励磁コイルの幅と磁路形成部材の幅との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the width | variety of an exciting coil and the width | variety of a magnetic path formation member. 本発明に係る加熱装置及び定着装置の第一の実施形態の変形例を示す模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the first embodiment of the heating device and the fixing device according to the present invention. 本発明に係る加熱装置及び定着装置の第二の実施形態を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing a second embodiment of a heating device and a fixing device concerning the present invention. 本発明に係る加熱装置及び定着装置の第二の実施形態の変形例を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing a modification of a second embodiment of a heating device and a fixing device according to the present invention. 本発明に係る加熱装置及び定着装置の第三の実施形態を示す模式的側面図である。It is a typical side view which shows 3rd embodiment of the heating apparatus and fixing device which concern on this invention. 図10のH−H’線に沿った模式的断面図である。It is typical sectional drawing along the H-H 'line | wire of FIG. 磁路の形成状態を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the formation state of a magnetic path. 磁路形成部材の使用量と支持部材への誘導度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the usage-amount of a magnetic path formation member, and the induction | guidance | derivation degree to a supporting member. 本発明に係る加熱装置及び定着装置の第四の実施形態を示す模式的側面図である。FIG. 6 is a schematic side view showing a fourth embodiment of a heating device and a fixing device according to the present invention. 図14のJ−J’線に沿った模式的断面図である。FIG. 15 is a schematic cross-sectional view taken along line J-J ′ in FIG. 14. 図14のK−K’線に沿った模式的断面図である。It is typical sectional drawing along the K-K 'line | wire of FIG. 構成要素の配置関係を示す模式的側面図である。It is a typical side view which shows the arrangement | positioning relationship of a component. 磁路形成部材の使用量に対する、金属部材を近づけたときの誘導状態のインダクタンス値(a)とレジスタンス値(b)の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the inductance value (a) of an induction | guidance | derivation state, and resistance value (b) when a metal member is brought close to the usage-amount of a magnetic path formation member. 磁路形成部材の使用量と支持部材への誘導度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the usage-amount of a magnetic path formation member, and the induction | guidance | derivation degree to a supporting member. 対向している磁路形成部材の小片弓形部材のそれぞれを、加熱定着ベルトの回転軸方向に対して同じ位置関係に配置した場合における、周囲金属部材への電磁誘導の影響度を示す側面模式図である。Side surface schematic diagram showing the degree of influence of electromagnetic induction on the surrounding metal members when each of the small piece arcuate members of the magnetic path forming members facing each other is arranged in the same positional relationship with respect to the rotation axis direction of the heat fixing belt It is. 対向している磁路形成部材の小片弓形部材のそれぞれを、加熱定着ベルトの回転軸方向に対して千鳥配置した場合における、周囲金属部材への電磁誘導の影響度を示す側面模式図である。It is a side surface schematic diagram which shows the influence degree of the electromagnetic induction to a surrounding metal member when each of the small piece arch-shaped members of the opposing magnetic path forming member is staggered with respect to the rotation axis direction of the heat fixing belt. 「千鳥配置」した場合に、励磁コイルによる磁界が均等に加熱定着ベルトの発熱層に作用する様子を示す側面模式図である。FIG. 6 is a schematic side view showing a state in which the magnetic field generated by the exciting coil acts on the heat generating layer of the heat-fixing belt evenly in the “staggered arrangement”. 対向している磁路形成部材の一方の小片弓形部材の使用量を増やして配置した例を示す模式的側面図である。It is a typical side view which shows the example which increased and used the usage-amount of one small piece bow-shaped member of the opposing magnetic path formation member. 本発明に係る画像記録装置の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of an image recording apparatus according to the present invention. 従来の電磁誘導加熱装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional electromagnetic induction heating apparatus. 従来の電磁誘導加熱装置の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the conventional electromagnetic induction heating apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1A:励磁コイル、1Y:ニップ部、1Ae:周方向両端部、1Ac:中空部、10,10A:定着装置、20:加熱定着ベルト、20a:基材層、20b:発熱層、20c:離型層、20d: 弾性層、22:支持部材、23:加圧ロール、24:弾性部材、25:トナー像、26:励磁コイル支持部材、26A:凸部、27:記録材、28:金属ロール、30:励磁回路、40: 磁路形成部材、41:磁路形成部材、41e:周方向両端部、50:定着装置、55:磁路形成部材、55e:周方向両端部、57:磁路形成部材、57e:周方向両端部、70:定着装置、75:磁路形成部材、75A:小片弓形部材75e:周方向両端部、77:磁路形成部材、90:定着装置、95,97:磁路形成部材、95A,97A:小片弓形部材、95Ac,97Ac:中心位置、97As,95As:間隙、100:画像記録装置、121:感光体ドラム、122: 帯電器、124:ロータリー型現像装置、125:ドラムクリーナ、130:中間転写ベルト、140:二次転写位置、141:ベルトクリーナ、150:記録材トレイ、151:フィードロール、153:搬送ベルト、160:定着装置、241-244:各現像器、245:回転ホルダ、m1:コイル幅、m2:フェライト幅 1A: exciting coil, 1Y: nip portion, 1Ae: circumferential end portions, 1Ac: hollow portion, 10, 10A: fixing device, 20: heat fixing belt, 20a: base material layer, 20b: heating layer, 20c: release Layer, 20d: elastic layer, 22: support member, 23: pressure roll, 24: elastic member, 25: toner image, 26: excitation coil support member, 26A: convex portion, 27: recording material, 28: metal roll, 30: Excitation circuit, 40: Magnetic path forming member, 41: Magnetic path forming member, 41e: Both ends in the circumferential direction, 50: Fixing device, 55: Magnetic path forming member, 55e: Both ends in the circumferential direction, 57: Magnetic path forming Member, 57e: both ends in the circumferential direction, 70: fixing device, 75: magnetic path forming member, 75A: small piece bow member 75e: both ends in the circumferential direction, 77: magnetic path forming member, 90: fixing device, 95, 97: magnetic Road forming member, 95A, 97A: Small bow Member, 95Ac, 97Ac: center position, 97As, 95As: gap, 100: image recording device, 121: photosensitive drum, 122: charger, 124: rotary developing device, 125: drum cleaner, 130: intermediate transfer belt, 140: Secondary transfer position, 141: Belt cleaner, 150: Recording material tray, 151: Feed roll, 153: Conveyor belt, 160: Fixing device, 241-244: Each developer, 245: Rotating holder, m1: Coil width , M2: ferrite width

Claims (17)

導電性の発熱層を含む被加熱部材であって、該発熱層の厚さが、その表皮深さよりも薄い被加熱部材と、この被加熱部材の発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させて該発熱層を電磁誘導加熱する励磁コイルとを有する加熱装置において、
前記励磁コイルは、前記被加熱部材の表面と非接触で、この表面に沿って線材を巻回させて形成されており、
前記被加熱部材を挟んで前記励磁コイルの反対側には、被加熱部材の表面と非接触で励磁コイルに相対向して配置され、その対向面が被加熱部材の表面形状に倣うように形成され、かつ、励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する磁路形成部材が配設されていることを特徴とする加熱装置。
A member to be heated including a conductive heat generating layer, wherein the heat generating layer has a thickness less than the skin depth, and a variable magnetic field is applied along the thickness direction of the heat generating layer of the member to be heated. In a heating device having an exciting coil that generates and electromagnetically heats the heat generation layer,
The excitation coil is formed by winding a wire along the surface in a non-contact manner with the surface of the heated member,
On the opposite side of the excitation coil across the heated member, it is arranged so as to face the excitation coil in a non-contact manner with the surface of the heated member, and the opposite surface is formed to follow the surface shape of the heated member. And a magnetic path forming member that forms a magnetic path of a varying magnetic field generated by the exciting coil and shields the magnetic field.
前記被加熱部材は、無端ベルト形状であって、所定の方向に移動可能なように形成されており、その移動方向前後において、前記磁路形成部材の両端部は、相対向する励磁コイルの両端部を越えてそれぞれ延在していることを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。   The heated member has an endless belt shape and is formed so as to be movable in a predetermined direction. Before and after the moving direction, both ends of the magnetic path forming member are opposite ends of the exciting coils facing each other. The heating device according to claim 1, wherein the heating device extends beyond the portion. 前記無端ベルト形状に形成された被加熱部材は、円筒状であることを特徴とする請求項2に記載の加熱装置。   The heating apparatus according to claim 2, wherein the member to be heated formed in the endless belt shape is cylindrical. 前記磁路形成部材は、ソフトフェライトで形成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の加熱装置。   The heating device according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic path forming member is formed of soft ferrite. 前記被加熱部材の発熱層は、主に発熱する層の厚さが2〜15μmの銅で形成されており、前記励磁コイルに印加される交流電流の周波数は20〜100kHzであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の加熱装置。   The heat generating layer of the member to be heated is mainly formed of copper having a thickness of 2 to 15 μm, and the frequency of the alternating current applied to the exciting coil is 20 to 100 kHz. The heating apparatus according to any one of claims 1 to 4. 導電性の発熱層を含む被加熱部材であって、該発熱層の厚さが、その表皮深さよりも薄い被加熱部材と、この被加熱部材の発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させて該発熱層を電磁誘導加熱するための励磁コイルとを有する加熱装置において、
前記励磁コイルは、前記被加熱部材の表面と非接触で、この表面に沿って線材を巻回させて形成されており、
前記励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する磁路形成部材と
を備え、
前記励磁コイル及び前記磁路形成部材は、前記被加熱部材の表面形状に倣うように形成されていると共に、前記被加熱部材と非接触で配置され、かつ、前記磁路形成部材は、前記励磁コイル及び前記被加熱部材を挟んで対向している部分を有していることを特徴とする加熱装置。
A member to be heated including a conductive heat generating layer, wherein the heat generating layer has a thickness less than the skin depth, and a variable magnetic field is applied along the thickness direction of the heat generating layer of the member to be heated. In a heating device having an exciting coil for generating and electromagnetically heating the heat generating layer,
The excitation coil is formed by winding a wire along the surface in a non-contact manner with the surface of the heated member,
A magnetic path forming member that forms a magnetic path of a varying magnetic field generated by the excitation coil and shields the magnetic field;
The exciting coil and the magnetic path forming member are formed so as to follow the surface shape of the heated member, and are arranged in non-contact with the heated member, and the magnetic path forming member is formed of the exciting member. A heating apparatus comprising a coil and a portion facing each other with the member to be heated interposed therebetween.
前記磁路形成部材は、前記励磁コイル及び前記被加熱部材を挟んで互いに対向するように配置されている第一の磁路形成部材と、第二の磁路形成部材とを備え、該第一の磁路形成部材は、被加熱部材側に配置されていると共に、該第二の磁路形成部材は、励磁コイル側に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の加熱装置。   The magnetic path forming member includes a first magnetic path forming member and a second magnetic path forming member disposed so as to face each other with the exciting coil and the heated member interposed therebetween, The heating apparatus according to claim 6, wherein the magnetic path forming member is disposed on the heated member side, and the second magnetic path forming member is disposed on the exciting coil side. 前記被加熱部材は、無端ベルト形状であって、所定の方向に移動可能なように形成されており、その移動方向前後において、少なくとも被加熱部材側に配置された前記第一の磁路形成部材の両端部は、相対向する励磁コイルの両端部を越えてそれぞれ延在していることを特徴とする請求項7に記載の加熱装置。   The heated member has an endless belt shape and is formed so as to be movable in a predetermined direction, and the first magnetic path forming member disposed at least on the heated member side before and after the moving direction. The both ends of each extend beyond the both ends of the exciting coil which mutually opposes, The heating apparatus of Claim 7 characterized by the above-mentioned. 前記無端ベルト形状に形成された被加熱部材は、円筒状であることを特徴とする請求項8に記載の加熱装置。   The heating device according to claim 8, wherein the member to be heated formed in the endless belt shape is cylindrical. 前記第一及び第二の磁路形成部材の少なくとも一方は、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されていることを特徴とする請求項7ないし9のいずれかに記載の加熱装置。   At least one of the first and second magnetic path forming members is a small piece member composed of a plurality of small piece members arranged with a predetermined gap therebetween in a direction substantially orthogonal to the moving direction of the heated member. The heating device according to any one of claims 7 to 9, wherein the heating device is constituted by a group. 前記第一及び第二の磁路形成部材のそれぞれは、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されており、前記第一又は第二の磁路形成部材を構成する小片部材群の各小片部材と、前記第二又は第一の磁路形成部材を構成する小片部材群において互いに隣接する2つの小片部材が形成する各間隙とが互いに相対向するように配置されていることを特徴とする請求項10に記載の加熱装置。   Each of the first and second magnetic path forming members is a small piece member group consisting of a plurality of small piece members arranged with a predetermined gap therebetween in a direction substantially orthogonal to the moving direction of the heated member. The small piece members of the small piece member group constituting the first or second magnetic path forming member and the small piece member group constituting the second or first magnetic path forming member are adjacent to each other. The heating apparatus according to claim 10, wherein the gaps formed by the two small piece members are arranged so as to face each other. 前記第一及び第二の磁路形成部材のそれぞれは、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向に、互いに所定の間隙を設けて配置された複数の小片部材からなる小片部材群で構成されており、第一の磁路形成部材の小片部材群と、第二の磁路形成部材の小片部材群とは、互いに、対向する相手側の磁路形成部材の各間隙を補完するように配置されていることを特徴とする請求項10に記載の加熱装置。   Each of the first and second magnetic path forming members is a small piece member group consisting of a plurality of small piece members arranged with a predetermined gap therebetween in a direction substantially orthogonal to the moving direction of the heated member. The small piece member group of the first magnetic path forming member and the small piece member group of the second magnetic path forming member complement each gap of the opposing magnetic path forming member facing each other. The heating device according to claim 10, wherein the heating device is arranged as described above. 前記第一及び第二の磁路形成部材の小片部材群のそれぞれは、前記被加熱部材の移動方向に対して略直交する方向におけるその中心が、互いに、対向する相手側の磁路形成部材群の間隙の中心と略一致するように配置されていることを特徴とする請求項10ないし12のいずれかに記載の加熱装置。   Each of the small piece member groups of the first and second magnetic path forming members is a counterpart magnetic path forming member group whose centers in a direction substantially orthogonal to the moving direction of the heated member are opposed to each other. The heating device according to claim 10, wherein the heating device is disposed so as to substantially coincide with a center of the gap. 前記磁路形成部材は、ソフトフェライトで形成されていることを特徴とする請求項6ないし13のいずれかに記載の加熱装置。   The heating device according to any one of claims 6 to 13, wherein the magnetic path forming member is formed of soft ferrite. 前記被加熱部材の発熱層は、主に発熱する層の厚さが2〜15μmの銅で形成されており、前記励磁コイルに印加される交流電流の周波数は20〜100kHzであることを特徴とする請求項6ないし14のいずれかに記載の加熱装置。   The heat generating layer of the member to be heated is mainly formed of copper having a thickness of 2 to 15 μm, and the frequency of the alternating current applied to the exciting coil is 20 to 100 kHz. The heating device according to any one of claims 6 to 14. 前記請求項1ないし15のいずれかに記載の加熱装置を用いた定着装置であって、
前記被加熱部材の少なくとも最表面に離型層を有する定着ベルトと、
この定着ベルトを電磁誘導加熱する加熱部と、
未定着トナー像を担持した記録材を、加圧部材と前記定着ベルトとの間で加熱加圧して、この未定着トナー像を定着するニップ部と
を備えることを特徴とする定着装置。
A fixing device using the heating device according to any one of claims 1 to 15,
A fixing belt having a release layer on at least the outermost surface of the heated member;
A heating section for electromagnetically heating the fixing belt;
A fixing device comprising: a nip portion that heats and presses a recording material carrying an unfixed toner image between a pressure member and the fixing belt and fixes the unfixed toner image.
前記請求項16に記載の定着装置と、記録材に未定着トナー像を形成する画像形成手段とを備えることを特徴とする画像記録装置。   17. An image recording apparatus comprising: the fixing device according to claim 16; and an image forming unit that forms an unfixed toner image on a recording material.
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