JP3902139B2

JP3902139B2 - Electromagnetic induction heating device

Info

Publication number: JP3902139B2
Application number: JP2003001125A
Authority: JP
Inventors: 義和松井; 晃羽田野; 洋一小林
Original assignee: Toshiba Home Technology Corp
Current assignee: Toshiba Home Technology Corp
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2023-01-07
Also published as: JP2004214081A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機などの画像定着装置に用いられる電磁誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、乾式複写機における紙へのトナーの定着には、例えば特許文献１に開示されるように、発熱体である筒状金属発熱体の中空部若しくは周辺に磁束を発生させる加熱手段としてのコイルを配した電磁誘導加熱装置が用いられていた。
【０００３】
この種の電磁誘導加熱装置は、図１２に示すように、トナーを紙に定着させるための鉄やステンレスなどの磁性金属で作られた発熱体、すなわち筒状金属としてのローラ１と、このローラ１の中空部内若しくは周辺に配設される磁束発生用の平面コイル（以下、単にコイルという）３とを備えている。そして、この場合は巻枠２に巻装されたコイル３に高周波電流を流すことにより磁界が発生し、これによりローラ１に渦電流を発生させ、ジュール熱による発熱でトナーを高温で被加熱体である紙に定着させるようにしている。
【０００４】
また、上記ローラ１において発熱させたい部分は、ローラ１の全体ではなく、ローラ１の中央部だけでよい場合も多い。すなわちコピーする用紙のサイズには大小があり、例えば小さな用紙であるＡ４版にコピーする場合はローラ１の中央部だけを加熱すればよく、両端部まで加熱する必要はない。このように部分加熱を採用することにより複写機の消費電力の節約を図ることができる。そのため種々の紙サイズの複写要求に対応できるようローラ１の軸方向に対してコイル３，４，５を分割して通電する方法が採用されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−１４５９７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような分割したコイル３，４，５を採用した場合、幅広の紙をコピーする場合などローラ１の全体を加熱するためには、分割した中央のコイル３のみならず両端部にある外側のコイル４，５も通電する必要がある。かかる場合に中央コイル３と外側コイル４，５との隣接部分に、図１３に示すようなコイル隙間３１が発生してしまう。そのため磁束分布のムラが生じてローラ１の全体を均一に加熱することが出来ず、画像品質の低下を招いていた。
【０００７】
本発明は、かかる事情を考慮してなされたものであり、分割したコイルを採用した場合であっても、発熱体全体を均一に加熱できる電磁誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の電磁誘導加熱装置では、各コイルの端部が重なり合っているので、各コイルを交互に通電した場合であっても、各コイルの重なり合う部分に対向する発熱体は常に発熱し、結果的に発熱体の全体を均一に加熱することができる。コイルの平面形状を四角形にしたことにより、最も外側にあるコイルの外側端部を含めて、各コイルを一部重ね合わせた状態で隙間なく配置することができ、発熱体の全体をより均一に加熱することができる。一方、コイルの端部を半円形状にすることにより、最も外側にあるコイルの外側端部は若干の隙間が生じるが、それ以外の部分は、各コイルを一部重ね合わせることで、発熱体の略全体を均一に加熱することができる。また、各コイルの境界部に設けられた小径部において、中央にあるコイルを外側にあるコイルの表側になるように配置しており、中央にあるコイルだけで発熱体を加熱させようとする場合、この中央のコイルの全体が表側に露出しているので、外側にあるコイルに邪魔されることなく、発熱体を均一に加熱することができる。
【０００９】
【発明の実施形態】
以下、本発明における電磁誘導加熱装置の各実施例について、添付図面を参照しながら説明する。なお、これらの各実施例において、従来例と同一部分には同一符号を付し、その共通する箇所の説明は重複するため省略する。また、各実施例における電磁誘導加熱装置は、いずれも複写機などの画像定着装置に適用される。
【００１０】
図１は、本発明の第１実施例を示す装置の分解斜視図で、同図において、１はトナーを被発熱体である紙に定着させるための回動可能な筒状金属発熱体すなわちローラで、このローラ１は中空な円筒状で鉄やステンレスなどの磁性金属で構成される。ローラ１の中空部１ａ内には、紙との接触部に対向して磁束発生用の加熱手段たる分割コイル３，４，５が巻枠２に巻装される。ローラ１は、回転時に被加熱体である紙が通過して接触する通紙部すなわち接触部と、この接触部の軸方向両外端にあって、回転時に被加熱体である紙が接触しない非接触部としての端部（図示せず）とからなり、この端部が保持機構により保持されている。
【００１１】
巻枠２はローラ１の中空部１ａに挿入可能な寸法を有するもので、例えばプラスチック等の非磁性体材料で形成される。また、全体形状は円柱状またはローラ１と同様に中空円筒形状に形成される。本実施例では、巻枠２に巻付けるコイル３，４，５の平面形状が四角形になっている。すなわち各コイル３，４，５共に、隅部であるコーナを直角にして巻
かれており、各コイル３，４，５は巻枠２上に接するように隙間なく配置される。これにより、複数の平面形状を有する分割したコイル３，４，５が、巻枠２の表面に隙間なく巻付けられる。
【００１２】
なお、コイル３，４，５を四角形に巻く方法は種々存在するが、一例を挙げると、板などの面状冶具に放射状にガイドピンを設け、これに一旦導体を巻いた後、導体を取外して丸めながら巻枠２にセットすることで製作することができる。
【００１３】
図１は、巻枠２の軸方向から見て、巻枠２の周囲を１８０度毎に２枚のコイルで巻いた例を示しているが、例えば１２０度毎に３枚のコイルを巻いてもよい。このような四角形のコイル３，４，５であれば、中央部のコイル３と、その外側に配置されるコイル４，５との隣接部３ａ，４ａ，５ａは巻枠２の周囲にそって直線をなすことから、各コイルの隣接部３ａ，４ａ，５ａは隙間なく巻付けることが出来る。巻枠２に巻付けた後の様子を模式的に示したのが図２に示す平面図である。
【００１４】
次に、上記構成についてその作用を説明する。ローラ１全体を加熱する場合において、各コイル３，４，５に高周波電流を通電すると、このコイル３，４，５から磁界が発生する。その際、四角形の平面形状を有するコイル３，４，５を巻枠２の周囲に隙間なく巻付けているので、コイル３，４，５からは部分的なムラを生じることなく磁束が発生し、コイル３，４，５と対向するローラ１の表面を均一に加熱することができる。すなわち、コイル３，４，５に対向するローラ１が軸方向全体にわたって渦電流により発熱し、ローラ１と接触する紙全体にトナーが高温で定着するので、良好な画像品質が得られる。
【００１５】
以上のように本実施例では、巻枠２に巻装した加熱手段であるコイル３，４，５に高周波電流を供給して、発熱体であるローラ１を発熱させる電磁誘導加熱装置において、各コイル３，４，５の平面形状を四角形にして、複数のコイル３，４，５を巻枠２の表面に隙間なく巻いている。
【００１６】
このようにすると、各コイル３，４，５に高周波電流を通電したときに、コイル３，４，５から部分的なムラを生じることなく磁束が発生するので、ローラ１が均一に発熱する。したがって、分割したコイル３，４，５を採用した場合においても、ローラ１の全体を均一に加熱することが可能になる。
【００１７】
図３は本発明の第２実施例を示すものである。ローラ１や巻枠２の形状および配置は第１実施例と同一である。コイル３，４，５の形状と配置が第１実施例と異なる。本実施例では、中央のコイル３と、外側のコイル４，５の端部の平面形状がいずれも三角形状をなしている。なお、中央にあるコイル３の端部の三角をなす角度と、外側にあるコイル４，５の端部の三角をなす角度は、等しくする必要がある。その理由は、角度が異なればコイル３とコイル４，５との隣接部にコイルが巻付かない隙間が生じてしまうからである。
【００１８】
本実施例では、巻枠２の軸方向から見て、中央にあるコイル３と外側にあるコイル４，５を回転方向に９０度の角度を設けて配置している。このように配置することにより、隣接部が三角形である各コイル３，４，５を、巻枠２の表面全体に隙間なく巻付けることができる。図４は、巻枠２に巻装した後のコイル３，４の様子を示すために、模式的に展開したものである。
【００１９】
そして本実施例においても、ローラ１全体を加熱する場合において、各コイル３，４，５に高周波電流を通電すると、このコイル３，４，５から磁界が発生する。その際、三角形の隣接部を有するコイル３，４，５を巻枠２の周囲に隙間なく巻付けているので、コイル３，４，５からは部分的なムラを生じることなく磁束が発生し、コイル３，４，５と対向するローラ１の表面を均一に加熱することができる。すなわち、コイル３，４，５に対向するローラ１が軸方向全体にわたって渦電流により発熱し、ローラ１と接触する紙全体にトナーが高温で定着するので、良好な画像品質が得られる。
【００２０】
以上のように本実施例では、巻枠２に巻装したコイル３，４，５に高周波電流を供給して、発熱体であるローラ１を発熱させる電磁誘導加熱装置において、複数のコイル３，４，５を巻枠２の表面に隙間なく巻き、各コイル３，４，５の隣接部の平面形状を三角形にしているので、各コイル３，４，５に高周波電流を通電したときに、コイル３，４，５から部分的なムラを生じることなく磁束が発生し、ローラ１が均一に発熱する。したがって、分割したコイル３，４，５を採用した場合においても、ローラ１の全体を均一に加熱することが可能になる。
【００２１】
なお、本実施例における平面コイルの形状は端部の形状が三角形状を有していれば十分である。したがって、例えば中央コイル３の全体形状は亀甲形をしていても構わない。要するに中央にあるコイル３と外側にあるコイル４，５の隣接部が三角形状を有していればよい。
【００２２】
図５は本発明の第３実施例を示す中央のコイル３と外側にあるコイル４との隣接部の断面図を示したものである。本実施例は、巻枠２および各コイル３，４，５の配置が第１実施例や第２実施例と異なる。すなわち図５において、中央のコイル３と外側にあるコイル４，５が重なり合う境界部に位置して、巻枠２の両側外周にはコイル素線径に相当する深さ分だけ縮径された小径部２ａが形成されている。このような形状の巻枠２に最初に外側のコイル４を巻きつけ、このコイル４の端部を巻枠２の小径部２ａに巻装する。また、もう一つの外側のコイル５も、その端部を巻枠２の別に形成された小径部２ａに巻装する。
【００２３】
次に中央のコイル３を巻枠２に巻付けるのであるが、このコイル３が外側のコイル４と重なり合う部分、すなわち中央コイル３の端部を先に巻装した外側コイル４の表側に巻付ける。巻枠２の小径部２ａの縮径寸法がコイル線径に等しく設定されているので、巻付けた後の中央コイル３の状態は、図に示すようにコイル３，４，５の外面は全長にわたって面一にすることができる。図示していないが、中央のコイル３と外側のコイル５との境界部も同様の構成にする。
【００２４】
前述の第１実施例のように、コイル３，４，５の間で隙間が発生しないように、これらの各コイル３，４，５の平面状を四角形にして配置すると、ローラ１の温度ムラは改善されるが、分割した複数の各コイル３，４，５の境界付近では負荷がかかると（例えば複写機において大量の紙が短時間に複写された場合等）、ローラ１の表面温度が低下することがある。このような温度低下は複写品質の低下をもたらす。しかし本実施例では、中央のコイル３と外側のコイル４，５に高周波電流を通電すると、対向する発熱体１を全面にわたって発熱させることができるが、とりわけ各コイル３，４，５はその一部が重なり合っているので、分割したコイル３，４，５を交互に通電しても、その重なり合う部分に対向するローラ１は常に発熱することとなり、ローラ１の全体をさらに均一に加熱することが可能になる。
【００２５】
なお本実施例において、巻枠２の小径部２ａに外側のコイル４，５の端部を先に巻付け、その後で中央のコイル３を巻付けて、中央のコイル３の端部が外側のコイル４，５の端部の表側になるようにすると、より一層好ましい効果が期待できる。例えばコピーする用紙が小さいＡ４Ｒ版である場合には、分割コイルの全てに通電する必要はなく、中央のコイル３にのみ通電すれば足りるが、中央のコイル３の端部を外側にあるコイル４，５の端部の表側に配置することにより、かかる場合においてもローラ１の通紙部をムラなく加熱することができる。
【００２６】
以上のように本実施例では、巻枠２に巻装したコイル３，４，５に高周波電流を供給して、発熱体であるローラ１を発熱させる電磁誘導加熱装置において、巻枠２の表面に複数のコイル３，４またはコイル３，５をその一部が重なるように巻枠２の軸方向に対して並べて３つ以上になるように配置している。
【００２７】
このようにすると、分割したコイル３，４，５の端部が重なり合っているので、コイル３，４，５を交互に通電した場合であっても、コイル３，４，５の重なり合う部分に対向するローラ１は常に発熱し、結果的に分割したコイル３，４，５を採用した場合であっても、ローラ１の全体を均一に加熱することができる。
【００２８】
またその場合、コイル３，４，５の平面形状を四角形にするのが望ましい。こうすれば、最も外側にあるコイル３，５の外側端部を含めて、分割したコイル３，４，５を一部重ね合わせた状態で隙間なく配置することができ、ローラ１の全体をより均一に加熱することができる。
【００２９】
また、各コイル３，４，５の端部が半円形状であってもよい。すなわち、最も外側にあるコイル３，５の外側端部は若干の隙間が生じるが、それ以外の部分は、分割したコイル３，４，５を一部重ね合わせることで、ローラ１の略全体を均一に加熱することができる。
【００３０】
さらに本実施例では、各コイル３，４，５が重なり合う境界部に位置する巻枠２の表面に所定深さ分縮径された小径部２ａを設け、この小径部２ａで中央にあるコイル３を外側にあるコイル４，５の端部の上から重ねるように配置することにより前記各コイル３，４，５の外面を面一としている。このようにすると、中央にあるコイル３だけでローラ１を加熱させようとする場合、コイル３の全体が表側に露出しているので、外側にあるコイル４，５に邪魔されることなく、ローラ１を均一に加熱することができる。
【００３１】
なお、この実施例においても、巻枠２の軸方向から見て、中央にあるコイル３と外側にあるコイル４，５を回転方向に９０度の角度を設けて配置してよい。
【００３２】
次に、本発明の第４実施例を図６〜図１１に基づき説明する。図６は、電気的構成を示す回路構成図であり、前述のようにトナーを定着させる被加熱負荷としてのローラ１と、このローラ１を電磁誘導加熱するコイル３を備えている他に、ここでは商用交流電源を直流に変換するブリッジダイオードや平滑用チョークコイルおよびコンデンサからなる直流電源１１と、コイル３に並列に接続される共振回路としての共振コンデンサ１２と、共振コンデンサ１２の容量を可変にする静電容量可変手段１３と、共振回路の電流をオンオフするフライホィールダイオード１７を内蔵したスイッチング素子１４と、入力電力を検出して後述するインバータ制御装置１６にフィードバックする入力電力検知手段１５と、入力電力設定手段を含む前記スイッチング素子１４を制御するためのインバータ制御装置１６などから構成されている。
【００３３】
図６に示すインバータ回路は、シングルエンド形式のものであり、入力電力設定手段により設定された入力電力になるように、入力電力検知手段１５により検知された入力電力をインバータ制御装置１６にフィードバックし、スイッチング素子１４であるＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のオン時間を調整している。スイッチング素子１４のオンタイミングは、スイッチング損失を最小にするためにＩＧＢＴのコレクタ電圧に基づいて発生するようになっており、コレクタ電圧の最下点でオンを行なう。
【００３４】
図７は、スイッチング素子１４であるＩＧＢＴのコレクタ電圧と駆動信号との関係を示したものである。ＩＧＢＴのコレクタ電圧の振幅は、ＩＧＢＴのオン時間と、コイル３のインダクタンスと、共振コンデンサ１２の静電容量によって決まる。低入力電力時には、ＩＧＢＴのオン時間を短くする必要があるため、加熱コイル３のインダクタンスと共振コンデンサ１２の静電容量が固定値であると、ＩＧＢＴのコレクタ電圧の振幅が小さくなる。その結果、コレクタ電圧の最下点が高くなり、ＩＧＢＴのオン時に短絡が発生してしまう。参考までに、従来例としてこの状態を図８に示す。
【００３５】
従来の電磁誘導による複写機等の画像定着用加熱装置は、加熱効率を上げる必要性からコイルをローラの中空部に配置することが多く、コイルの大きさはローラの大きさによる制約を受ける。そのため、インバータの発振状態を調整するために、コイルのインダクタンスを大きくしたい場合でも、巻数を増やしたりコイルの径を大きくするには限界があった。
【００３６】
つまり、コイルのインダクタンスが小さいと、インバータ回路によりコイルと共振コンデンサとにより共振状態を起こして発振させたときに、発振電圧の振幅が小さくなり、振幅が小さくなる低入力電力時になると、スイッチング素子に加わる電圧がゼロまで至らず、電圧の最下点でスイッチング素子をオンさせても短絡時の電圧が大きく、スイッチング素子の損失が増大して温度上昇により素子が破壊してしまうことがあった。また、スイッチング素子のオン時間を変えることで発振の振幅を大きくして短絡状態を発生させないようにすると、今度は入力電力が大きくなり、必要とする低入力電力での制御ができなくなる場合もあった。さらに、低入力電力状態にあわせて発振電圧の振幅が大きくなるように共振コンデンサの容量を小さく設定すると、入力電力が大きいときに発振電圧の振幅がスイッチング素子の定格電圧を超えてしまい、スイッチング素子が破壊してしまうこともあった。
【００３７】
この点、図６に示す本実施例のインバータ回路では、入力電力設定手段１５により設定された電力が所定の電力以下である場合には、共振コンデンサ１２に接続された静電容量可変手段１３により共振コンデンサ１２の静電容量を減少させるように制御を行なう。これによりＩＧＢＴのコレクタ電圧の発振振幅は大きくなり、図９に示すように短絡時の電圧を小さくすることができる。また、設定電力が所定の電力を超えていたら、静電容量可変手段１３により共振コンデンサ１２の静電容量を増加させるように制御を行なうことで、ＩＧＢＴのコレクタ電圧の発振振幅は小さくなり、ＩＢＧＴのコレクタ電圧を定格電圧以下で動作させることができるようになる。以上のように共振コンデンサ１２の静電容量可変手段１３を設けることにより、高入力電力時においてもスイッチング素子１４に負担をかけることなく、また低入力電力時のスイッチング素子１４の短絡電圧を軽減するようにしている。したがって、ローラ１の中空部内に設置することに伴う寸法上の制約から加熱コイル３のインダクタンスを大きくできない場合であっても、低入力電力から高入力電力まで広範囲にわたって入力電力制御を実現できるようにしている。
【００３８】
図１０および図１１は、共振コンデンサ１２および静電容量可変手段１３の具体例をそれぞれ示すものである。図１０は、第１の共振コンデンサ２１と第２の共振コンデンサ２２で前記共振コンデンサ１２を構成し、第１の共振コンデンサ２１と並列に、第２の共振コンデンサ２２とリレー２３の接点２３Ｂとの直列回路を接続したものである。低入力電力時には、リレー２３の接点２３Ｂを開いて共振コンデンサ１２の静電容量を小さくする一方で、高入力電力時には、リレー２３のコイル２３Ａに電流を供給し、その接点２３Ｂを閉じることで、共振コンデンサ１２の静電容量を大きくするものである。
【００３９】
図１１は、第１の共振コンデンサ２４と第２の共振コンデンサ２５で前記共振コンデンサ１２を構成し、第１の共振コンデンサ２４と直列に第２の共振コンデンサ２５を接続すると共に、第２の共振コンデンサ２５の両端間にリレー２６の接点２６Ｂを接続したものである。この場合、高入力電力時には、リレー２６のコイル２６Ａに電流を供給し、その接点２６Ｂを閉じたときには、第２の共振コンデンサ２５が短絡されて共振コンデンサ１２の静電容量が増加し、低入力電力時には、リレー２６の接点２６Ａを開いて共振コンデンサ１２の静電容量を小さくするものである。これらの例では静電容量可変手段１３としてリレー２３，２６を用いたが、機械的接点を持たない半導体スイッチング素子を用いて構成してもよい。
【００４０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の請求項１の電磁誘導加熱装置によれば、分割した各コイルを一部重ね合わせた状態で隙間なく配置することができ、発熱体の全体をより均一に加熱することができる。また、中央の加熱手段だけで加熱を行なう場合でも、外側にある加熱手段に邪魔されることなく、発熱体を均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施例によるコイル隣接部の平面図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す装置の分解斜視図である。
【図４】本発明の第２実施例によるコイル隣接部の平面図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す要部の断面図である。
【図６】本発明の第４実施例を示す電磁誘導加熱装置の電気的構成図である。
【図７】ＩＧＢＴのコレクタ電圧波形と駆動信号波形を示す図である。
【図８】従来例におけるＩＧＢＴのコレクタ電圧波形と駆動信号波形を示す図である。
【図９】本実施例におけるＩＧＢＴの駆動信号波形とコレクタ電圧波形を示す図である。
【図１０】同上、共振コンデンサおよび静電容量可変手段の具体例を示す回路図である。
【図１１】同上、共振コンデンサおよび静電容量可変手段の別な具体例を示す回路図である。
【図１２】従来例を示す分割コイルの斜視図である。
【図１３】同上コイル隣接部の形状を示す平面図である。
【符号の説明】
１ローラ（発熱体）
２ａ小径部
３，４，５コイル（加熱手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic induction heating device used for an image fixing device such as a copying machine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for fixing toner onto paper in a dry copying machine, for example, as disclosed in Patent Document 1, a coil as a heating means for generating magnetic flux in the hollow portion or the periphery of a cylindrical metal heating element as a heating element The electromagnetic induction heating device which arranged was used.
[0003]
As shown in FIG. 12, this type of electromagnetic induction heating device includes a heating element made of a magnetic metal such as iron or stainless steel for fixing toner onto paper, that is, a roller 1 as a cylindrical metal, and this roller. 1 is provided with a planar coil (hereinafter simply referred to as a coil) 3 for generating magnetic flux, which is disposed in or around the hollow portion. In this case, a magnetic field is generated by applying a high-frequency current to the coil 3 wound around the winding frame 2, thereby generating an eddy current in the roller 1, and the toner is heated at a high temperature by the heat generated by Joule heat. I am trying to fix it on the paper.
[0004]
Further, in many cases, the portion of the roller 1 that is desired to generate heat is not the entire roller 1 but only the central portion of the roller 1. That is, the size of the paper to be copied is large or small. For example, when copying on the A4 size plate, which is a small paper, it is only necessary to heat the central portion of the roller 1, and it is not necessary to heat to both ends. By adopting partial heating in this way, it is possible to save power consumption of the copying machine. Therefore, a method is adopted in which the coils 3, 4 and 5 are divided and energized with respect to the axial direction of the roller 1 so as to be able to respond to copying requests of various paper sizes.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-58-145976 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
When such divided coils 3, 4, and 5 are employed, in order to heat the entire roller 1, such as when copying wide paper, not only the divided central coil 3 but also the outer side at both ends. The coils 4 and 5 also need to be energized. In such a case, a coil gap 31 as shown in FIG. 13 is generated in an adjacent portion between the central coil 3 and the outer coils 4 and 5. For this reason, the magnetic flux distribution is uneven, and the entire roller 1 cannot be heated uniformly, resulting in a reduction in image quality.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an electromagnetic induction heating device that can uniformly heat the entire heating element even when a divided coil is employed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the electromagnetic induction heating device according to the first aspect of the present invention, since the ends of the coils overlap each other, even when the coils are alternately energized, the heating elements facing the overlapping portions of the coils always generate heat. As a result, the entire heating element can be uniformly heated. By making the planar shape of the coil quadrangular, it is possible to arrange each coil with some overlap, including the outer end of the outermost coil, and to make the entire heating element more uniform Can be heated. On the other hand, by making the end of the coil a semicircular shape, a slight gap is generated at the outer end of the outermost coil. Can be heated uniformly. In addition, in the small diameter part provided at the boundary part of each coil, the coil in the center is arranged to be the front side of the coil on the outside, and the heating element is heated only by the coil in the center Since the entire central coil is exposed on the front side, the heating element can be uniformly heated without being obstructed by the outer coil.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the electromagnetic induction heating device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In each of these embodiments, the same parts as those in the conventional example are denoted by the same reference numerals, and the description of the common parts is omitted because it is duplicated. The electromagnetic induction heating device in each embodiment is applied to an image fixing device such as a copying machine.
[0010]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an apparatus showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a rotatable cylindrical metal heating element, that is, a roller, for fixing toner on paper as a heating target. The roller 1 is a hollow cylinder and is made of a magnetic metal such as iron or stainless steel. In the hollow portion 1 a of the roller 1, divided coils 3, 4, and 5 serving as heating means for generating magnetic flux are wound around the winding frame 2 so as to face the contact portion with the paper. The roller 1 is at a paper passing portion, that is, a contact portion through which the paper to be heated passes and contacts when rotating, and the axially outer ends of the contact portion, and the paper as the heated body does not contact at the time of rotation. It consists of an end portion (not shown) as a non-contact portion, and this end portion is held by a holding mechanism.
[0011]
The winding frame 2 has a size that can be inserted into the hollow portion 1a of the roller 1, and is formed of a non-magnetic material such as plastic. Further, the overall shape is formed in a cylindrical shape or a hollow cylindrical shape like the roller 1. In this embodiment, the planar shapes of the coils 3, 4, 5 wound around the winding frame 2 are square. That is, each of the coils 3, 4, 5 is wound with a corner that is a corner at a right angle, and the coils 3, 4, 5 are arranged with no gap so as to be in contact with the winding frame 2. Thus, the divided coils 3, 4, 5 having a plurality of planar shapes are wound around the surface of the winding frame 2 without a gap.
[0012]
There are various methods for winding the coils 3, 4, and 5 in a square shape. For example, radial guide pins are provided on a planar jig such as a plate, and the conductor is temporarily wound around the plate, and then the conductor is removed. It can be manufactured by setting it on the reel 2 while rolling it.
[0013]
FIG. 1 shows an example in which the periphery of the winding frame 2 is wound with two coils every 180 degrees as viewed from the axial direction of the winding frame 2. For example, three coils are wound every 120 degrees. Also good. With such rectangular coils 3, 4, 5, the adjacent portions 3 a, 4 a, 5 a of the central coil 3 and the coils 4, 5 arranged outside thereof are along the periphery of the winding frame 2. Since it forms a straight line, the adjacent portions 3a, 4a, 5a of each coil can be wound without a gap. FIG. 2 is a plan view schematically showing a state after being wound around the reel 2.
[0014]
Next, the effect | action is demonstrated about the said structure. In heating the entire roller 1, if a high frequency current is passed through the coils 3, 4, 5, a magnetic field is generated from the coils 3, 4, 5. At that time, since the coils 3, 4 and 5 having a rectangular planar shape are wound around the winding frame 2 without a gap, magnetic flux is generated from the coils 3, 4 and 5 without causing partial unevenness. The surface of the roller 1 facing the coils 3, 4 and 5 can be heated uniformly. That is, the roller 1 facing the coils 3, 4, and 5 generates heat due to eddy current over the entire axial direction, and the toner is fixed on the entire paper in contact with the roller 1 at a high temperature, so that good image quality can be obtained.
[0015]
As described above, in this embodiment, in the electromagnetic induction heating apparatus that supplies high-frequency current to the coils 3, 4, and 5 that are heating means wound around the winding frame 2 and generates heat from the roller 1 that is a heating element, The planar shape of the coils 3, 4, 5 is a square, and a plurality of coils 3, 4, 5 are wound around the surface of the winding frame 2 without a gap.
[0016]
In this way, when a high frequency current is applied to the coils 3, 4, 5, magnetic flux is generated from the coils 3, 4, 5 without causing partial unevenness, so that the roller 1 generates heat uniformly. Therefore, even when the divided coils 3, 4, 5 are employed, the entire roller 1 can be heated uniformly.
[0017]
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. The shape and arrangement of the roller 1 and the winding frame 2 are the same as those in the first embodiment. The shape and arrangement of the coils 3, 4 and 5 are different from those of the first embodiment. In the present embodiment, the planar shapes of the end portions of the central coil 3 and the outer coils 4 and 5 are all triangular. The angle forming the triangle at the end of the coil 3 at the center and the angle forming the triangle at the ends of the coils 4 and 5 at the outside need to be equal. The reason is that if the angles are different, a gap where the coil is not wound is formed in the adjacent portion between the coil 3 and the coils 4 and 5.
[0018]
In this embodiment, when viewed from the axial direction of the winding frame 2, the coil 3 at the center and the coils 4 and 5 at the outside are disposed at an angle of 90 degrees in the rotational direction. By arranging in this way, the coils 3, 4, 5 whose adjacent portions are triangular can be wound around the entire surface of the winding frame 2 without a gap. FIG. 4 is a schematic development in order to show the state of the coils 3 and 4 after being wound around the winding frame 2.
[0019]
Also in the present embodiment, when the entire roller 1 is heated, a magnetic field is generated from the coils 3, 4, 5 when a high frequency current is passed through the coils 3, 4, 5. At that time, since the coils 3, 4 and 5 having triangular adjacent portions are wound around the winding frame 2 without a gap, magnetic flux is generated from the coils 3, 4 and 5 without causing partial unevenness. The surface of the roller 1 facing the coils 3, 4 and 5 can be heated uniformly. That is, the roller 1 facing the coils 3, 4, and 5 generates heat due to eddy current over the entire axial direction, and the toner is fixed on the entire paper in contact with the roller 1 at a high temperature, so that good image quality can be obtained.
[0020]
As described above, in this embodiment, in the electromagnetic induction heating apparatus that supplies the high-frequency current to the coils 3, 4, 5 wound around the winding frame 2 and generates heat from the roller 1 that is a heating element, 4 and 5 are wound around the surface of the winding frame 2 without gaps, and the planar shape of the adjacent portions of the coils 3, 4 and 5 is triangular, so when a high frequency current is passed through the coils 3, 4 and 5, Magnetic flux is generated from the coils 3, 4, 5 without partial unevenness, and the roller 1 generates heat uniformly. Therefore, even when the divided coils 3, 4, 5 are employed, the entire roller 1 can be heated uniformly.
[0021]
In addition, the shape of the planar coil in a present Example is enough if the shape of an edge part has a triangular shape. Therefore, for example, the overall shape of the central coil 3 may be a tortoiseshell shape. In short, the adjacent part of the coil 3 at the center and the coils 4 and 5 at the outer side need only have a triangular shape.
[0022]
FIG. 5 shows a cross-sectional view of the adjacent portion between the central coil 3 and the outer coil 4 showing a third embodiment of the present invention. This embodiment differs from the first and second embodiments in the arrangement of the winding frame 2 and the coils 3, 4, and 5. That is, in FIG. 5, a small diameter is located at the boundary where the central coil 3 and the outer coils 4 and 5 overlap, and the outer circumference on both sides of the winding frame 2 is reduced by a depth corresponding to the coil wire diameter. Part 2a is formed. The outer coil 4 is first wound around the winding frame 2 having such a shape, and the end of the coil 4 is wound around the small diameter portion 2 a of the winding frame 2. The other outer coil 5 also has its end wound around a small diameter portion 2 a formed separately from the winding frame 2.
[0023]
Next, the central coil 3 is wound around the winding frame 2, and the coil 3 is wound on the front side of the outer coil 4 where the coil 3 overlaps with the outer coil 4, that is, the end of the central coil 3 is wound first. . Since the reduced diameter of the small-diameter portion 2a of the winding frame 2 is set equal to the coil wire diameter, the state of the central coil 3 after winding is as follows. Can be level over. Although not shown, the boundary portion between the central coil 3 and the outer coil 5 has the same configuration.
[0024]
If the planar shape of each of the coils 3, 4, 5 is arranged in a quadrangular shape so that no gap is generated between the coils 3, 4, 5 as in the first embodiment described above, the temperature unevenness of the roller 1 is arranged. However, when a load is applied in the vicinity of the boundary between the divided coils 3, 4, and 5 (for example, when a large amount of paper is copied in a copying machine in a short time), the surface temperature of the roller 1 is increased. May decrease. Such a decrease in temperature results in a decrease in copy quality. However, in this embodiment, when a high frequency current is applied to the central coil 3 and the outer coils 4 and 5, the opposing heating element 1 can generate heat over the entire surface. Since the portions overlap each other, even if the divided coils 3, 4, 5 are alternately energized, the roller 1 facing the overlapping portions always generates heat, and the entire roller 1 can be heated more uniformly. It becomes possible.
[0025]
In this embodiment, the end portions of the outer coils 4 and 5 are wound around the small diameter portion 2a of the winding frame 2 first, and then the center coil 3 is wound, so that the end portion of the center coil 3 is outside. If it is on the front side of the end portions of the coils 4 and 5, a more preferable effect can be expected. For example, when the paper to be copied is a small A4R plate, it is not necessary to energize all of the divided coils, and it is sufficient to energize only the central coil 3, but the end of the central coil 3 is located outside the coil 4. , 5 on the front side of the end portion of the roller 1, the paper passing portion of the roller 1 can be heated evenly in such a case.
[0026]
As described above, in this embodiment, in the electromagnetic induction heating device that supplies heat to the coils 3, 4, and 5 wound around the winding frame 2 to generate heat from the roller 1 that is a heating element, the surface of the winding frame 2 The plurality of coils 3 and 4 or the coils 3 and 5 are arranged so as to be three or more side by side with respect to the axial direction of the winding frame 2 so as to partially overlap each other.
[0027]
In this case, since the end portions of the divided coils 3, 4, 5 are overlapped, even when the coils 3, 4, 5 are alternately energized, they face the overlapping portions of the coils 3, 4, 5. The roller 1 to be heated always generates heat, and as a result, even when the divided coils 3, 4, 5 are employed, the entire roller 1 can be heated uniformly.
[0028]
In that case, it is desirable that the planar shape of the coils 3, 4, 5 be a square. In this way, the divided coils 3, 4, 5 including the outer end portions of the outermost coils 3, 5 can be arranged with no gap in a partially overlapped state, and the entire roller 1 can be more It can be heated uniformly.
[0029]
Moreover, the semicircle shape may be sufficient as the edge part of each coil 3,4,5. That is, a slight gap is generated at the outer end portions of the outermost coils 3 and 5, but the other portions are substantially overlapped by partially overlapping the divided coils 3, 4, and 5. It can be heated uniformly.
[0030]
Furthermore, in this embodiment, a small diameter portion 2a having a diameter reduced by a predetermined depth is provided on the surface of the winding frame 2 located at a boundary portion where the coils 3, 4 and 5 overlap each other, and the coil 3 located in the center by the small diameter portion 2a. Is arranged so as to overlap the end portions of the coils 4 and 5 on the outer side so that the outer surfaces of the coils 3, 4 and 5 are flush with each other. In this case, when the roller 1 is heated only by the coil 3 at the center, the entire coil 3 is exposed on the front side, so that the roller is not obstructed by the coils 4 and 5 on the outside. 1 can be heated uniformly.
[0031]
Also in this embodiment, when viewed from the axial direction of the winding frame 2, the coil 3 at the center and the coils 4 and 5 at the outside may be arranged at an angle of 90 degrees in the rotation direction.
[0032]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing an electrical configuration. In addition to the roller 1 as a heating load for fixing the toner and the coil 3 for electromagnetically heating the roller 1 as described above, Then, a DC power source 11 composed of a bridge diode for converting commercial AC power to DC, a smoothing choke coil and a capacitor, a resonant capacitor 12 as a resonant circuit connected in parallel to the coil 3, and the capacitance of the resonant capacitor 12 are variable. Capacitance varying means 13 for switching, a switching element 14 incorporating a flywheel diode 17 for turning on and off the current of the resonance circuit, input power detecting means 15 for detecting input power and feeding it back to an inverter control device 16 described later, An inverter control device 16 for controlling the switching element 14 including input power setting means It is constructed from.
[0033]
The inverter circuit shown in FIG. 6 is of a single end type, and feeds back the input power detected by the input power detection means 15 to the inverter control device 16 so that the input power is set by the input power setting means. The ON time of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) that is the switching element 14 is adjusted. The on-timing of the switching element 14 is generated based on the collector voltage of the IGBT in order to minimize the switching loss, and is turned on at the lowest point of the collector voltage.
[0034]
FIG. 7 shows the relationship between the collector voltage of the IGBT that is the switching element 14 and the drive signal. The amplitude of the IGBT collector voltage is determined by the on-time of the IGBT, the inductance of the coil 3, and the capacitance of the resonant capacitor 12. When the input power is low, it is necessary to shorten the on-time of the IGBT. Therefore, if the inductance of the heating coil 3 and the capacitance of the resonant capacitor 12 are fixed values, the amplitude of the collector voltage of the IGBT becomes small. As a result, the lowest point of the collector voltage becomes high, and a short circuit occurs when the IGBT is turned on. For reference, this state is shown in FIG. 8 as a conventional example.
[0035]
In a conventional image fixing heating apparatus such as a copying machine using electromagnetic induction, a coil is often disposed in a hollow portion of a roller because of the necessity of increasing heating efficiency, and the size of the coil is restricted by the size of the roller. Therefore, even when it is desired to increase the coil inductance in order to adjust the oscillation state of the inverter, there is a limit to increasing the number of turns or increasing the coil diameter.
[0036]
In other words, if the inductance of the coil is small, when the inverter circuit causes a resonance state between the coil and the resonance capacitor and oscillates, the amplitude of the oscillation voltage becomes small, and when the input power becomes small, the switching element becomes The applied voltage does not reach zero, and even when the switching element is turned on at the lowest point of the voltage, the voltage at the time of the short circuit is large, the loss of the switching element increases, and the element may be destroyed due to the temperature rise. Also, if the on-time of the switching element is changed to increase the oscillation amplitude so as not to cause a short-circuit condition, the input power will increase this time and it may not be possible to control with the required low input power. It was. Furthermore, if the capacitance of the resonant capacitor is set small so that the amplitude of the oscillation voltage increases in accordance with the low input power state, the amplitude of the oscillation voltage exceeds the rated voltage of the switching element when the input power is large. Could be destroyed.
[0037]
In this regard, in the inverter circuit of this embodiment shown in FIG. 6, when the power set by the input power setting means 15 is not more than a predetermined power, the capacitance varying means 13 connected to the resonance capacitor 12 is used. Control is performed so as to reduce the capacitance of the resonant capacitor 12. Thereby, the oscillation amplitude of the collector voltage of the IGBT is increased, and the voltage at the time of short circuit can be reduced as shown in FIG. Also, if the set power exceeds a predetermined power, the oscillation of the collector voltage of the IGBT is reduced by controlling the capacitance varying means 13 so as to increase the capacitance of the resonant capacitor 12, and the IGBT is reduced. The collector voltage can be operated below the rated voltage. By providing the capacitance variable means 13 of the resonant capacitor 12 as described above, the switching element 14 is not burdened even at high input power, and the short-circuit voltage of the switching element 14 at low input power is reduced. I am doing so. Therefore, even when the inductance of the heating coil 3 cannot be increased due to dimensional constraints associated with the installation in the hollow portion of the roller 1, it is possible to realize input power control over a wide range from low input power to high input power. ing.
[0038]
10 and 11 show specific examples of the resonance capacitor 12 and the capacitance varying means 13, respectively. In FIG. 10, the first resonant capacitor 21 and the second resonant capacitor 22 constitute the resonant capacitor 12, and the second resonant capacitor 22 and the contact 23 </ b> B of the relay 23 are connected in parallel with the first resonant capacitor 21. A series circuit is connected. At the time of low input power, the contact 23B of the relay 23 is opened to reduce the capacitance of the resonant capacitor 12, while at the time of high input power, current is supplied to the coil 23A of the relay 23 and the contact 23B is closed, The capacitance of the resonance capacitor 12 is increased.
[0039]
In FIG. 11, the first resonance capacitor 24 and the second resonance capacitor 25 constitute the resonance capacitor 12, the second resonance capacitor 25 is connected in series with the first resonance capacitor 24, and the second resonance capacitor 24 is connected. A contact 26B of a relay 26 is connected between both ends of the capacitor 25. In this case, when the input power is high, a current is supplied to the coil 26A of the relay 26, and when the contact 26B is closed, the second resonance capacitor 25 is short-circuited and the capacitance of the resonance capacitor 12 increases, resulting in a low input. At the time of electric power, the contact 26A of the relay 26 is opened to reduce the capacitance of the resonant capacitor 12. In these examples, the relays 23 and 26 are used as the capacitance varying means 13, but a semiconductor switching element having no mechanical contact may be used.
[0040]
In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation implementation is possible in the range of the summary of this invention.
[0041]
【The invention's effect】
According to the electromagnetic induction heating apparatus of the first aspect of the present invention, the divided coils can be arranged with no gap in a partially overlapped state, and the entire heating element can be heated more uniformly. Further, even when heating is performed only by the central heating means, the heating element can be uniformly heated without being obstructed by the heating means on the outside.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an apparatus showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a coil adjacent portion according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an exploded perspective view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of a coil adjacent portion according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an essential part showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an electrical configuration diagram of an electromagnetic induction heating device showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a collector voltage waveform and a drive signal waveform of an IGBT.
FIG. 8 is a diagram showing a collector voltage waveform and a drive signal waveform of an IGBT in a conventional example.
FIG. 9 is a diagram showing an IGBT drive signal waveform and a collector voltage waveform in the present example.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a specific example of the resonance capacitor and the capacitance changing means.
FIG. 11 is a circuit diagram showing another specific example of the resonance capacitor and the capacitance varying means.
FIG. 12 is a perspective view of a split coil showing a conventional example.
FIG. 13 is a plan view showing the shape of the adjacent coil portion.
[Explanation of symbols]
1 Roller (heating element)
2a Small diameter part 3, 4, 5 Coil (heating means)

Claims

In the electromagnetic induction heating device for generating a heating element by supplying an electric current, a plurality of three or more coils are arranged side by side with respect to the axial direction of the reel so as to partially overlap the surface of the reel, The coil has a quadrangular shape or a semicircular end, and a small-diameter portion reduced in diameter by a predetermined depth is provided on the surface of the winding frame located at the boundary where the coils overlap. An electromagnetic induction heating device, wherein the coil at the center is arranged so as to overlap the end of the coil at the outside.