JP4194186B2 - Image heating device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁(磁気)誘導加熱方式の像加熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
便宜上、電子写真複写機・プリンタ・ファックス等の画像形成装置における画像加熱定着装置を例にして説明する。
【0003】
画像形成装置における画像加熱定着装置は、画像形成装置の作像部に於いて電子写真・静電記録・磁気記録などの適宜の画像形成プロセス手投により、加熱溶融性の樹脂等よりなるトナー(顕画剤)を用いて記録材の面に直接方式若しくは間接(転写)方式で形成したトナー画像を記録材面に固着画像として加熱定着処理をする装置である。
【0004】
従来、そのような画像加熱定着装置として、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の各種方式がある。
【0005】
a.熱ローラ方式
これは、ハロゲンランプ等の熱源を内蔵させて所定の定着温度に加熱・温調した定着ローラ(熱ローラ)と加圧ローラとの回転ローラ対からなり、該ローラ対の圧接ニップ部(定着ニップ部)に被加熱材としての、未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して挟持搬送させることで未定着のトナー画像を記録材面に加熱定着させる装置である。
【0006】
しかしながら、この装置は定着ローラの熱容量が大きくて、加熱に要する電力が大きい、ウェイトタイム(装置電源投入時からプリント出力可能状態になるまでの待ち時間)が長い等の問題があった。
【0007】
フルカラー画像装置用の定着装置の場合は、最大4層のトナー層を十分加熱溶融させる能力が要求されるために、定着ローラはその芯金を高い熱容量を有するものにし、またトナー層を包み込んで均一に溶融するため芯金外周にゴム弾性材を具備させ、該ゴム弾性層を介してトナー像の加熱を行っている。
【0008】
このように特に熱容量の大きな定着ローラを用いる装置の場合には、該定着ローラの温調とローラ表面の昇温とに遅延が発生するため、定着不良、光沢ムラ、オフセット等の問題が発生していた。
【0009】
b.フィルム加熱方式
これは、加熱体と、一方の面がこの加熱体と摺動し、他方の面が記録体と接して移動するフィルムを有し、加熱体の熱をフィルムを介して記録材に付与して未定着のトナー画像を記録材面に加熱定着処理する装置である(特開昭63−313182号公報、特開平2−157878号公報、特開平4−44075〜44083,204980〜204984号公報等)。
【0010】
このようなフィルム加熱方式の装置は、加熱体として低熱容量のセラミックヒータ等を、フィルムとして耐熱性で薄い低熱容量のものを用いることができて、熱容量の大きい定着ローラを用いる熱ローラ方式の装置に比べて格投に省電力化・ウェイトタイム短縮化が可能となり、クイックスタート性があり、また機内昇温を抑えることができる等の利点がある。
【0011】
c.電磁誘導加熱方式
これは加熱体として電磁誘導発熱体を用い、該電磁誘導発熱体に発生磁束の一部を周回する形状の電気導体(励磁コイル)と、磁性部材(磁性コア)として長手方向に分割された複数種の高透磁率部材とからなる磁束(磁場)発生手段で磁場を作用させて該電磁誘導発熱体に発生する渦電流にもとづくジュール発熱でトナー画像を被加熱材としての記録材面に加熱定着処理する装置である。
【0012】
特公平7−319312号公報には強磁性体の定着ローラを電磁誘導加熱する熱ローラ方式の装置が開示されており、発熱位置を定着ニップ部に近くすることができ、ハロゲンランプを熱源として用いた熱ローラ方式の装置よりも高効率の定着プロセスを実現している。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
電磁誘導加熱方式の像加熱装置においては、磁束発生手段の磁性部材として分割された高透磁率部材を使用しているため、その切れ目(間隙5mm以上)では磁場が不均一になり、電磁誘導発熱体の長尺方向に温度ムラが発生して、定着不良や光沢ムラという問題が発生していた。
【0014】
この問題を解決する方法として、分割されてない高透磁率部材を使用する方法が考えられるが、A3サイズ対応化等から300mm以上の高透磁率部材を安価に製造するのは困難であり、また高透磁率部材は非常に高温になるため、反りや欠けが生じ磁場分布を不均一にしてしまうという問題があった。
【0015】
したがって、低消費電力である、ウェイトタイムの短縮が可能である、加熱回転体の定着ニップ部長手方向の温度ムラが防止されて高速化・高耐久化が可能である、フルカラートナー画像に対して用いる事ができる、定着不良、光沢ムラ、オフセットが発生しない高いパフォーマンスを有する安価な電磁誘導加熱方式の加熱装置もしくは像加熱装置、また該加熱装置を具備した画像形成装置が要望されている。
【0016】
本発明はこのような要望に応え得る、電磁誘導加熱方式の像加熱装置を提供するものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする像加熱装置である。
電磁誘導により発生する渦電流で発熱する発熱層を有する筒状の発熱体と、長手方向が前記発熱体の母線と平行になるように配置されている磁性コアと、通電により発生する磁束の向きが前記発熱体の前記母線に対して垂直になるように前記磁性コアの長手周りに導線を複数ターン巻いた励磁コイルと、を有し、前記励磁コイルへの通電により発生し前記磁性コアによって導かれる磁束の作用により前記発熱層に渦電流が発生し、この渦電流の作用により発熱する前記発熱体の熱で記録材上のトナー像を加熱する像加熱装置において、
前記磁性コアは、前記母線の一端側から見た時の断面形状がT字型となっており、複数個の分割磁性コアが前記母線に対して平行に一列に並んでおり前記母線の一端側から見た時の前記T字の横辺部分を構成している第1列と、複数個の分割磁性コアが前記母線に対して平行に一列に並んでおり前記母線の一端側から見た時の前記T字の縦辺部分を構成している第2列と、を有し、前記第1列の複数個の分割磁性コア間の全ての隙間と前記第2列の複数個の分割磁性コア間の全ての隙間が10mm以下であり、前記第1列の全ての前記隙間と前記第2列の全ての前記隙間とが前記母線の方向において重なり合っていないか、重なり合っていてもその重なり距離が5mm以下となっていることを特徴とする像加熱装置。
本発明によれば、磁性コアのコストを抑えつつ発熱体の母線方向の温度分布ムラを抑えることができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
〈実施形態例1〉(図1〜図8)
(1)画像形成装置例
図1は画像形成装置の一例の概略構成を示す図である。本例の画像形成装置は電子写真フルカラープリンタである。
【0035】
11は有機感光体でできた電子写真感光体ドラム(像担持体)であり、矢印の時計方向に所定のプロセススピード(周速度)で回転駆動される。
【0036】
感光体ドラム11はその回転過程で帯電ローラなどの帯電装置12で所定の極性・電位の一様な帯電処理を受ける。
【0037】
次いで、その帯電処理面にレーザ光学箱(レーザスキャナ)13から出力されるレーザ光LBによる、画像情報の走査露光処理を受ける。レーザ光学箱13は不図示のコンピュータ等の画像信号発生装置からの画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調(オン/オフ)したレーザ光LBを出力して感光体ドラム面を走査露光するもので、この走査露光により感光体ドラム11面に走査露光した画像情報に対応した静電潜像が形成される。13aはレーザ光学箱13からの出力レーザ光を感光体ドラム11の露光位置に反射させるミラーである。
【0038】
フルカラー画像形成の場合は、フルカラー画像の第1の色分解成分画像、例えばイエロー成分画像についての走査露光・潜像形成がなされ、その潜像が4色現像装置14のうちのイエロー現像器14Yの作動でイエロートナー像として現像される。
【0039】
そのイエロートナー像は感光体ドラム11と中間転写体ドラム16との接触部(或いは近接部)である一次転写部T1において中間転写体ドラム16の面に転写される。
【0040】
中間転写体ドラム16面に対するトナー像転写後の感光体ドラム11面はクリーナ17により転写残りトナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【0041】
上記のような帯電・走査露光・現像・一次転写・清掃のプロセスサイクルが、フルカラー画像の、第2(例えばマゼンタ成分画像、マゼンタ現像器14Mが作動)、第3(例えばシアン成分画像、シアン現像器14Cが作動)、第4(例えば黒成分画像、黒現像器14BKが作動)の各色分解成分画像について順次に実行され、中間転写体ドラム16面にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像、黒トナー像の都合4色のトナー像が順次重ねて転写されて、フルカラー画像に対応したカラー画像が合成形成される。
【0042】
中間転写体ドラム16は金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有するもので、感光体ドラム11に接触して或いは近接して感光体ドラム11と略同じ周速度で矢印の反時計方向に回転駆動され、金属ドラムにバイアス電位を与えて感光体ドラム11との電位差で感光体ドラム11側のトナー像を該中間転写体ドラム16面側に転写させる。
【0043】
上記の中間転写体ドラム16面に合成されたカラートナー画像は、該中間転写体ドラム16と転写ローラ15との接触ニップ部である二次転写部T2において、該二次転写部T2に不図示の給紙部から所定のタイミングで送り出された被加熱材としての記録材(転写材)Pの面に転写されていく。
【0044】
転写ローラ15は記録材Pの背面からトナーと逆極性の電荷を供給することで中間転写体ドラム16面側から記録材P側へ合成カラートナー画像を順次に一括転写する。
【0045】
二次転写部T2を通過した記録材Pは中間転写体ドラム16の面から分離されて画像加熱定着装置(像加熱装置)10へと導入され、未定着トナー像の加熱定着処理を受けてカラー画像形成物として機外の不図示の排紙トレーに排出される。
【0046】
画像加熱定着装置10は本発明に従う電磁誘導加熱方式の装置である。この定着装置10については次の(2)項で詳述する。
【0047】
記録材Pに対するカラートナー像転写後の中間転写体ドラム16はクリーナ18により転写残りトナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【0048】
このクリーナ18は常時は中間転写体ドラム16に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム16から記録材Pに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写体ドラム16に接触状態に保持される。
【0049】
また、転写ローラ15も常時は中間転写体ドラム16に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム16から記録材Pに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写体ドラム16に接触状態に保持される。
【0050】
不図示の画像信号発生装置(コンピュータ)からの画像情報には、記録材Pに対する情報(紙サイズ、紙厚、特殊紙情報など)も付随させることができる。
【0051】
画像形成装置はこの情報に基づき給紙部(不図示)で適合する記録材Pを選択して前述の給紙動作を行うとともに、この記録材に関する情報を装置内の記憶装置101(図3)に記憶して画像加熱定着装置10の制御のパラメータとして用いる。
【0052】
(2)画像加熱定着装置10
図2は画像加熱定着装置10の横断面模型図、図3は磁束発生手段(磁束発生装置)の斜視図である。
【0053】
この定着装置10は加熱アセンブリ1と回転加圧部材としての加圧ローラ2を主体とする。
【0054】
加熱アセンブリ1は、円筒状フィルムガイド3、その内空に配設した磁束発生手段としての励磁コイル4と磁性コア(磁性部材、高透磁率部材)5、円筒状フィルムガイド3にルーズに外嵌した、誘導発熱体としての円筒状(シームレス)の定着フィルム(スリーブ)6等からなる。以下に説明するように、定着フィルム6は電磁誘導により発生する渦電流で発熱する発熱層を有する筒状の発熱体である。磁性コア5は長手方向が定着フィルム6の母線と平行になるように配置されている。励磁コイル4は通電により発生する磁束の向きが定着フィルム6の母線に対して垂直になるように磁性コア5の長手周りに導線を複数ターン巻いたものである。
【0055】
加圧ローラ2は、芯金2aと、該芯金の外周を被覆させた2mm厚のシリコーンゴム層2bからなる弾性ローラである。
【0056】
上記の加熱アセンブリ1と加圧ローラ2は互いに上下に圧接させて不図示の装置筐体に組み込んで、両者1・2間に所定幅の定着ニップ(加熱ニップ)部Nを形成させてあり、この定着ニップ部Nにおいて定着フィルム6の内面は円筒状フィルムガイド部材3の下面に密着している。
【0057】
加圧ローラ2は駆動手段Mにより図2において矢印の時計方向に回転駆動(加圧ローラ駆動式)され、この加圧ローラ2の回転駆動による該ローラ2と定着フィルム6の外面とに定着ニップ部Nにおける摩擦力で定着フィルム6に回転力が作用して、定着フィルム6は円筒状フィルムガイド部材3の外回りを、矢印の反時計方向に回転する。
【0058】
励磁コイル4は励磁回路40(図3)から供給される交番電流によって交番磁束を発生し、交番磁束は磁性コア5に導かれて定着フィルム6の後述する電磁誘導発熱層に渦電流を発生させる。定着フィルム6の電磁誘導発熱層に発生の渦電流は電磁誘導発熱層の固有抵抗によってジュール熱を発生させる。即ち、励磁コイル4に交番電流を供給することで、この通電により発生し磁性コア5によって導かれる磁束の作用により電磁誘導発熱層に渦電流が発生し、この渦電流の作用により定着フィルム6が電磁誘導発熱状態になる。この定着フィルム6の熱で記録材上のトナー像を加熱する。
【0059】
図4は交番磁束の発生の様子および磁路を模式的に表したものであり、Cは発生した磁束の一部を表す。磁路は磁性コア5(5a・5b)の横断面上となる。本例の装置においては円筒状定着フィルムの回転軸線に垂直な平面上となる。
【0060】
定着ニップ部Nの温度は不図示の温度検知手投を含む制御回路100により励磁回路40から励磁コイル4への供給交番電流が制御されることで所定の定着温度に温調制御される。
【0061】
而して、加圧ローラ2の回転による定着フィルム6の回転、励磁コイル4への交番電流の供給がなされて、定着ニップ部Nの温度が所定に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Nの回転定着フィルム6と加圧ローラ2との間に、被加熱材としての、未定着トナー像tを担持した記録材Pが導入されることで、記録材Pは定着フィルム6の外面に密着して該定着フィルム6と一緒に定着ニップ部Nを通過していき、該定着ニップ部通過過程で、電磁誘導加熱された定着フィルム6の発熱で記録材Pと未定着トナー像tが加熱されてトナー像の加熱定着がなされる。
【0062】
定着ニップ部Nを通った記録材Pは定着ニップ部Nの出口側で定着フィルム6の外面から分離されて搬送される。
【0063】
a.円筒状フィルムガイド部材3
加熱アセンブリ1において、円筒状フィルムガイド部材3は、磁束の通過を妨げない絶縁性・耐熱性部材であり、励磁コイル4と磁性コア5を支持するとともに、該部材3の外側を回転する定着フィルム6の内面をガイドして定着フィルム6の回転の安定性を確保する役目をする。
【0064】
b.励磁コイル4
本例の励磁コイル4は絶縁性被覆導線を用い、外側形状を円筒状フィルムガイド部材3の内面に略対応させた横長舟形に巻回成形してなるものであり、円筒状フィルムガイド部材3の内面略下半面部に外面を受けさせて円筒状フィルムガイド部材3内に挿入配設してある。
【0065】
励磁コイル4としては加熱に十分な交番磁束を発生するものでなければならないが、そのためには抵抗成分を低く、インダクタンス成分を高くとる必要がある。
【0066】
本例では芯線として細線を束ねた高周波用のφ1の絶縁被覆導線を用いて、定着ニップ部Nを周回するように12回巻回して励磁コイル4を構成した。
【0067】
該励磁コイル4には励磁回路40が接続されており、この励磁回路40は50KHzの交番電流を励磁コイル4へ供給できるようになっている。
【0068】
c.定着フィルム6
定着フィルム6は電磁誘導発熱層を含む円筒状部材であり、内径を円筒状フィルムガイド部材3の外径よりも少し大きくしてあり、円筒状フィルムガイド部材3にルーズに外嵌する。
【0069】
図5の(a)は該定着フィルム6の層構成模型図である。本例の定着フィルム6は、内側(円筒状フィルムガイド部材3側)の電磁誘導発熱層6aと、その外側の弾性層6bと、更にその外側の離型層(表層;加圧ローラ2側)6cの3層積層の複合層構成である。
【0070】
電磁誘導発熱層6aの熱が定着ニップ部Nに搬送される記録材Pに弾性層6b・離型層6cを介して伝熱されて記録材Pと該記録材上のトナー像tを加熱する。
【0071】
発熱層6aは交番磁束の作用による渦電流でジュール熱を生じる電磁誘導発熱性を有する材質層であり、ニッケルなど10-5〜10-10 Ω・cmの電気良導体である金属、金属化合物、有機導電体であればよく、より好ましくは透磁率が高い強磁性を示す鉄、コバルト等の純金属若しくはそれらの化合物を用いることができる。
【0072】
該発熱層6aは厚みを薄くすると十分な磁路が確保できなくなり、外部へ磁束が洩れて発熱体自身の発熱エネルギーは小さくなる場合があり、また厚くすると熱容量が大きくなり昇温に要する時間が長くなる傾向がある。従って厚みは発熱層6aに用いた材料の比熱、密度、透磁率、抵抗率の値によって適正値がある。実際上、加熱定着装置として動作させた場合に、10〜100μmの厚みの範囲で、定着フィルム6の表面温度として3deg/sec以上の昇温速度を得ることができた。
【0073】
弾性層6bはシリコーンゴム等のゴム層であり、本例に於いては最大4層のトナー層からなるカラートナー画像の定着を良好にするために設けてあり、トナー像を該層の弾性により包み込んで均一に溶融させる作用をする。
【0074】
該弾性層6bは硬度が高すぎると記録材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してしまう。そこで、弾性層6bの硬度としては60°(JIS−A;JIS−K(Aタイプ測定装置使用))以下、より好ましくは45°以下がよい。
【0075】
弾性層6bの熱伝導率λに関しては、6×10-4〜2×10-3[ca1/cm・sec・deg.]がよい。熱伝導率λが6×10-4[ca1/cm・sec・deg.]よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、定着フィルム表層における昇温速度が遅くなる。
【0076】
該弾性層6bの厚さは100〜300μmが好ましく、100μmよりも小さいとカラー画像形成装置のようにべ夕画像の割合が多い場合に斑点状の光沢ムラが発生しやすく、300μmを越えると表面と発熱層6aとの間に大きな熱勾配が発生して弾性層の熱劣化が発生しやすい。
【0077】
離型層6cは定着フィルム表面へのトナーの付着を防止するもので、PFA、PTFE、FEP等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる。
【0078】
離型層6cの厚さは20〜100μmが好ましく、20μmよりも小さいと塗膜の塗ムラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足するといった問題が発生する。また、離型層が100μmを超えると熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の離型層の場合は硬度が高くなりすぎ、弾性層6bの効果がなくなってしまう。
【0079】
本例に使用した定着フィルム6は、ニッケルからなる厚み50μmの発熱層6aと、シリコーンゴムからなる厚み300μmの弾性層6bと、フッ素樹脂からなる厚み30μmの離型層6cからなる3層複合層フィルムである。
【0080】
また図5の(b)に示すように、定着フィルム6の上記層構成に於いて発熱層6aの内側に断熱層6dを設けた4層構成の定着フィルム6としても良い。
【0081】
断熱層6dはフッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、PFA樹脂、PTFE樹脂、FEP樹脂などの耐熱樹脂がよい。
【0082】
また、断熱層6dの厚さとしては10〜1000μmが好ましい。断熱層6dの厚さが10μmよりも小さい場合には断熱効果が得られず、また、耐久性も不足する。1000μmを超えると磁性コア5から発熱層6aの距離が大きくなり、磁束が十分に発熱層6aに到達しなくなる。
【0083】
断熱層6dを設けた場合、発熱層6aに発生した熱による励磁コイル4や磁性コア5の昇温を防止できるため、安定した加熱をすることができる。
【0084】
d.磁性コア5
磁性コア5は横長の分割されたフェライトコアであり、横長舟形の励磁コイル4の略中央部に位置させ円筒状フィルムガイド部材3に支持させて配設してある。この磁性コア5は励磁コイル4より発生した交番磁束を効率よく定着フィルム6へと導く役割をしている。
【0085】
本例では図6のように分割した2種類形状の磁性コア5a・5bの分割面が重ならないように配置した。即ち、分割した磁性コア5aの長手方向の端面と、同じく分割した磁性コア5bの長手方向の端面とが同一磁路上に位置しないように配置した。磁路は前記したように磁性コア5(5a・5b)の横断面上となる。本例の装置においては円筒状定着フィルムの回転軸線に垂直な平面上となる。
つまり、磁性コア5は、定着フィルム6の母線の一端側から見た時の断面形状がT字型となっており、複数個の分割磁性コア5aが定着フィルム6の母線に対して平行に一列に並んでおり前記母線の一端側から見た時の前記T字の横辺部分を構成している第1列5a・5a・・と、複数個の分割磁性コア5bが前記母線に対して平行に一列に並んでおり前記母線の一端側から見た時の前記T字の縦辺部分を構成している第2列5b・5b・・と、を有している。そして、後述するように、第1列5a・5a・・の複数個の分割磁性コア間の全ての隙間と第2列5b・5b・・の複数個の分割磁性コア間の全ての隙間が10mm以下であり、第1列5a・5a・・の全ての前記隙間と前記第2列5b・5b・・の全ての前記隙間とが前記母線の方向において重なり合っていないか、重なり合っていてもその重なり距離が5mm以下となっている。
【0086】
この構成により、励磁コイル4で発生した磁束が高透磁率部材である磁性コアを余すことなく通ることができるので、磁性コアのコストを抑えつつ発熱体の母線方向の温度分布ムラを抑えることができる。
【0087】
分割磁性コア間の間隙(分割磁性コアの端面間の間隙)としては、図6の間隙Oの距離dを変えて空回転温調(定着スピード:100mm/s、定着温度180℃)した場合の間隙O近辺の定着フィルム(スリーブ)6の長手温度分布を測定したところ、図7に示す様な結果が得られた。図7において、横軸は複数の分割磁性部材の配列を内包した誘導発熱体の長手方向である。
【0088】
これによるとd=5mmのとき間隙Oに当たる定着フィルム6の温度は設定温調温度どおり180℃を示し、d=10mmでは175℃、d=15mmでは170となり、温度低下している事が判る。これは励磁コイル4で発生した磁束が磁性コア5の間隙O部分では途切れてしまうので、定着フィルム6の電磁誘導発熱層6aにおいて磁束の当たらない部分が発熱しないためである。
【0089】
また、その時のべ夕画像(5mm×5mmの□)の定着性(Xerox4020/105g紙、LTRサイズ)を表1に示す。定着性評価では擦り試験による濃度低下率を採用した。
【0090】
【表1】

Figure 0004194186
【0091】
表1のようにd=15mmで濃度低下率が20%以上となり、良好な定着性を得ることができないが、d=10mmでは濃度低下率が8〜15%となり、実用レベルでは問題のない良好な定着性がえられる。
【0092】
従って、これらより磁性コア5の間隙を10mm以下とすることで、定着性を満足する温調温度を定着フィルム6に与えることが出来る。
【0093】
次に磁性コア5aと磁性コア5bの各々の間隙の重なり距離Lを図8に示すように間隙Oに意図的に設けて、空回転温調(定着スピード:100mm/s、定着温度180℃)した場合の間隙O近辺の定着フィルム(スリーブ)6の長手温度分布を測定したところ、図9に示す様な結果が得られた。図9において、横軸は複数の分割磁性部材の配列を内包した誘導発熱体の長手方向である。
【0094】
これによるとL=3mmのとき間隙Oに当たる定着フィルム6の温度は設定温調温度どおり180℃を示し、L=5mmでは175℃、L=7mmでは170となり、温度低下している事が判る。従って先ほどの距離dの温調温度で175℃以上で良好な定着性が得られているため、磁性コア5aと磁性コア5bの間隙重なり距離Lも5mm以内とすることで、定着性に影響ない温調温度を定着フィルム6に与えることが出来る。
【0095】
また、本例においては記録材に関する情報は外部の画像信号発生装置(コンピュータ等)から得る例を示したが、装置内に紙サイズ検知機構等のセンサーを設け、これにより検知された情報を記憶して、これを用いる事もできる。
【0096】
また、本例は4色カラー画像形成装置について説明してきたが、モノクロ画像形成装置に利用しても良い。
【0097】
この場合は定着フィルム6において弾性層6bを省略することができる。
【0098】
なお、図10は分割の磁性コア5aと5bの長手方向の端面が同一磁路上に配置されている形態の場合を示したものであり、この形態の場合は磁性コア5a・5bの切れ目では磁場が不均一になり、電磁誘導発熱体の長尺方向に温度ムラが発生して、定着不良や光沢ムラという問題が発生していた。
【0099】
〈実施形態例2〉(図11・図12)
図11は本実施形態例2における磁束発生手段4・5の斜視図、図12は磁性コア5の側面図である。
【0100】
本実施形態例の装置は前述実施形態例1の装置との対比において、図11・図12に示すように、磁束発生手段4・5の磁性コア5の形状及び配置が異なる点を除いて同じである。
【0101】
即ち、磁性コア5a、5bの形状を平行四辺形及び台形にして、磁性コア5a、5bの間隙が同一磁路上にないように配してあり、励磁コイル4により発生した交番磁束のほとんどが磁性コア5a、5b内を通過する構成となっている。
【0102】
つまり、分割の各磁性コア5a、5bの隣の磁性コアと対向する面が円筒状定着フィルム6の回転軸線に垂直な同一平面上にない形態のものである。
【0103】
このような形状の磁性コア5a、5bを配置することによっても実施形態例1と同様に定着フィルム6の電磁誘導発熱層6aにおける磁束を均一にすることができる構成となり、より高速な画像形成装置に向いている。
【0104】
〈実施形態例3〉(図13・図14)
図13は本実施形態例3における磁束発生手段4・5の斜視図、図14は磁性コア5の側面図である。
【0105】
本実施形態例の装置は前述実施形態例1の装置との対比において、図13・図14に示すように、磁束発生手段4・5の磁性コア5の形状及び配置が異なる点を除いて同じである。
【0106】
即ち、磁性コア5a、5bの形状を三角形にして、磁性コア5a、5bの間隙が同一磁路上にないように配してあり、励磁コイル4により発生した交番磁束のほとんどが磁性コア5a、5b内を通過する構成となっている。
【0107】
このような形状の磁性コア5a、5bを配置することによっても実施形態例1と同様に定着フィルム6の電磁誘導発熱層6aにおける磁束を均一にすることができる構成となり、より高速な画像形成装置に向いている。
【0108】
〈その他〉
a)磁性コア5の5aまたは5bの一方または両方の接続面を図15に示す(A)、(B)、(C)、(D)及び(E)のような形状にしても良い。
【0109】
これらの場合においても実施例形態1及び2と同様に定着フィルム6の電磁誘導発熱層6aにおける磁束を均一にすることができる構成となる。
【0110】
特に(A)の形状は鍵状になっているため磁性コア5が固定され、磁性コア5の間隙が広がることがないという効果もある。
【0111】
b)定着フィルム6はエンドレスベルト状のものを二つ以上の部材間に懸回張設して加圧ローラ或いは加圧ローラ以外の駆動手段で回転駆動する装置構成であっても良い。
【0112】
また、定着フィルム6は電磁誘導発熱層6aの無い耐熱性フィルム材にし、これを電磁誘導発熱体の面に摺動移動させ、電磁誘導発熱体は磁束発生手段4・5により電磁誘導発熱させて耐熱性フィルム材を介した該電磁誘導発熱体からの熱により被加熱材を加熱する装置構成にすることもできる。
【0113】
定着フィルム6または上記の耐熱性フィルム材は、ロール巻きにした長尺の有端フィルム材にし、これを繰り出し軸側から加熱部を経由させて巻き取り軸側へ所定の速度で走行させる装置構成にすることもできる。
【0114】
c)誘導発熱体に薄肉の磁性材料からなるローラを用いることもできる。
【0115】
この場合も薄肉であるが故発生しやすい非通紙部の過昇温を、本発明の効果により顕著に改善することができる。
【0116】
d)励磁コイル4等からなる磁束発生手段を定着フィルム6等の誘導発熱体の外周囲に配した装置であっても良い。
【0117】
e)本発明において、加熱装置には実施形態例の画像加熱定着装置に限られず、画像を担持した記録材を加熱してつや当の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する像加熱装置、その他、被加熱材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置など、広く被加熱材を加熱処理する手段・装置が含まれる。
【0118】
f)加圧部材はローラ以外のも、例えばベルト部材などの回転体にすることができる。
【0119】
g)記録材に対するトナー像の形成原理・手段は任意である。
【0120】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電磁誘導加熱方式の像加熱装置において、磁性コアのコストを抑えつつ発熱体の母線方向の温度分布ムラを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態例1における画像形成装置の概略構成図
【図2】 画像加熱定着装置の横断面模型図
【図3】 磁束発生手段の斜視図
【図4】 交番磁束の発生の様子および磁路を模式的に表した図
【図5】 (a)及び(b)はそれぞれ定着フィルム(誘導発熱体フィルム)の層構成模型図
【図6】 (a)は磁性コアの形状と配置を示す側面図、(b)はその部分の拡大図
【図7】 実施形態例1の定着フィルム表面の長手温度分布を示す図
【図8】 磁性コアの間隙の配置を示す側面拡大図
【図9】 磁性コアの間隙の重なり距離による定着フィルム表面の長手温度分布を示す図
【図10】 分割の磁性コアの長手方向の端面が同一磁路上に配置されている形態の場合を示した図
【図11】 実施形態例2における磁束発生手段の斜視図
【図12】 磁性コアの形状と配置を示す側面図
【図13】 実施形態例3における磁束発生手段の斜視図
【図14】 磁性コアの形状と配置を示す側面図
【図15】 (A)、(B)、(C)、(D)及び(E)は磁性コアの分割面の形状と配置を示す横側面図
【符号の説明】
10・・加熱定着装置、1・・加熱アセンブリ、2・・加圧ローラ、3・・円筒状フィルムガイド部材、4・・励磁コイル、5・・磁性コア、6・・定着フィルム、C・・交番磁束、d・・磁性コアの間隙距離、L・・磁性コアの間隙重なり距離[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention, ElectricMagnetic (magnetic) induction heating methodStatue ofThe present invention relates to a heating device.
[0002]
[Prior art]
For convenience, an image heating and fixing device in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, and a fax machine will be described as an example.
[0003]
  The image heating and fixing device in the image forming apparatus is a toner made of a heat-meltable resin or the like by an appropriate image forming process such as electrophotography, electrostatic recording, and magnetic recording in an image forming unit of the image forming apparatus. The toner image formed by the direct method or the indirect (transfer) method on the surface of the recording material using the developer)HardIt is an apparatus that performs heat fixing processing as a received image.
[0004]
Conventionally, as such an image heating and fixing device, there are various methods such as a heat roller method, a film heating method, and an electromagnetic induction heating method.
[0005]
a. Heat roller method
This consists of a rotating roller pair of a fixing roller (heat roller) and a pressure roller that are heated and adjusted to a predetermined fixing temperature by incorporating a heat source such as a halogen lamp, and a pressure nip (fixing nip) of the roller pair. In this case, an unfixed toner image is heated and fixed on the surface of the recording material by introducing a recording material on which an unfixed toner image is formed and supported as a material to be heated and sandwiching and conveying the recording material.
[0006]
However, this apparatus has problems such as a large heat capacity of the fixing roller, a large amount of power required for heating, and a long wait time (waiting time from when the apparatus power is turned on until the print output is enabled).
[0007]
In the case of a fixing device for a full-color image device, since the ability to sufficiently heat and melt a maximum of four toner layers is required, the fixing roller has a core metal having a high heat capacity and encloses the toner layer. In order to melt uniformly, a rubber elastic material is provided on the outer periphery of the core metal, and the toner image is heated through the rubber elastic layer.
[0008]
In particular, in the case of an apparatus using a fixing roller having a large heat capacity, a delay occurs between the temperature adjustment of the fixing roller and the temperature increase of the roller surface, which causes problems such as fixing failure, uneven gloss, and offset. It was.
[0009]
b. Film heating method
This has a heating element and a film whose one surface slides on this heating element and the other surface moves in contact with the recording medium, and heat from the heating element is applied to the recording material through the film. This is a device that heat-fixes an unfixed toner image on the surface of a recording material (Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-313182, 2-157878, 4-44075-44083, 20420-204984, etc.) .
[0010]
Such a film heating type apparatus can use a low heat capacity ceramic heater or the like as a heating element, and a heat resistant thin thin heat capacity film as a heating element, and a heat roller type apparatus using a fixing roller having a large heat capacity. Compared to, there are advantages such as being able to save power and shortening the wait time, have quick start characteristics, and can suppress the temperature rise in the machine.
[0011]
  c. Electromagnetic induction heating method
  This uses an electromagnetic induction heating element as a heating element, an electric conductor (excitation coil) shaped to circulate a part of the generated magnetic flux around the electromagnetic induction heating element, and a plurality of magnetic members (magnetic core) divided in the longitudinal direction. An eddy current generated in the electromagnetic induction heating element by applying a magnetic field by means of a magnetic flux (magnetic field) generating means comprising a kind of high permeability memberBased onThis is a device that heats and fixes a toner image on a recording material surface as a heated material by Joule heat generation.
[0012]
Japanese Examined Patent Publication No. 7-319312 discloses a heat roller type device that electromagnetically heats a ferromagnetic fixing roller. The heat generating position can be close to the fixing nip portion, and a halogen lamp is used as a heat source. It achieves a more efficient fixing process than the conventional heat roller system.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
  Electromagnetic induction heating methodStatue ofIn the heating device, a high permeability member divided as a magnetic member of the magnetic flux generating means is used, so that the magnetic field becomes non-uniform at the break (gap of 5 mm or more), and in the longitudinal direction of the electromagnetic induction heating element. Temperature unevenness has occurred, causing problems such as poor fixing and uneven gloss.
[0014]
As a method of solving this problem, a method of using a non-divided high permeability member can be considered, but it is difficult to inexpensively manufacture a high permeability member of 300 mm or more from the A3 size correspondence, Since the high magnetic permeability member becomes very high in temperature, there is a problem that warping and chipping occur and the magnetic field distribution becomes non-uniform.
[0015]
Therefore, it is possible to shorten the wait time with low power consumption, prevent the temperature unevenness in the longitudinal direction of the fixing nip of the heating rotator, and increase the speed and durability. There is a demand for an inexpensive electromagnetic induction heating type heating apparatus or image heating apparatus that can be used and having high performance that does not cause poor fixing, uneven gloss, and offset, and an image forming apparatus equipped with the heating apparatus.
[0016]
  The present invention can meet such a demand., ElectricMagnetic induction heating type image heating devicePlaceIt is to provide.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention is an image heating apparatus having the following configuration.
A cylindrical heating element having a heating layer that generates heat due to eddy currents generated by electromagnetic induction, a magnetic core arranged so that the longitudinal direction thereof is parallel to the generatrix of the heating element, and the direction of magnetic flux generated by energization An excitation coil having a plurality of turns wound around the length of the magnetic core so as to be perpendicular to the bus bar of the heating element, and is generated by energization of the excitation coil and is guided by the magnetic core. In the image heating apparatus, an eddy current is generated in the heat generating layer by the action of the magnetic flux, and the toner image on the recording material is heated by the heat of the heating element that generates heat by the action of the eddy current.
  The magnetic core isThe cross-sectional shape when viewed from one end side of the busbar is T-shaped,A plurality of divided magnetic cores are arranged in a line parallel to the bus bar.The side portion of the T-shape when viewed from one end of the busbarThe first column,MultipleThe divided magnetic cores are aligned in parallel to the bus bar.The vertical side portion of the T-shape when viewed from one end of the busbarA second row, and all gaps between the plurality of divided magnetic cores in the first row and all gaps between the plurality of divided magnetic cores in the second row are 10 mm or less, An image characterized in that all the gaps in the first row and all the gaps in the second row do not overlap in the direction of the generatrix, or even if they overlap, the overlap distance is 5 mm or less. Heating device.
  According to the present invention, it is possible to suppress uneven temperature distribution in the bus bar direction of the heating element while suppressing the cost of the magnetic core.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<Embodiment Example 1> (FIGS. 1 to 8)
(1) Example of image forming apparatus
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an example of an image forming apparatus. The image forming apparatus of this example is an electrophotographic full color printer.
[0035]
Reference numeral 11 denotes an electrophotographic photosensitive drum (image bearing member) made of an organic photosensitive member, which is rotationally driven in a clockwise direction indicated by an arrow at a predetermined process speed (peripheral speed).
[0036]
The photosensitive drum 11 is subjected to a uniform charging process with a predetermined polarity and potential by a charging device 12 such as a charging roller during the rotation process.
[0037]
  Next, a laser beam LB output from a laser optical box (laser scanner) 13 is applied to the charging surface., PaintingA scanning exposure process of image information is performed. The laser optical box 13 is supplied from an image signal generator such as a computer (not shown).PaintingA laser beam LB modulated (on / off) corresponding to a time-series electric digital pixel signal of image information is output to scan and expose the photosensitive drum surface. By this scanning exposure, the photosensitive drum 11 surface is scanned and exposed. ShiPaintingAn electrostatic latent image corresponding to the image information is formed. A mirror 13 a reflects the output laser beam from the laser optical box 13 to the exposure position of the photosensitive drum 11.
[0038]
  For full-color image formationTheThe first color separation component image of the color image, for example, the yellow component image, is subjected to scanning exposure and latent image formation, and the latent image is developed as a yellow toner image by the operation of the yellow developing device 14Y of the four-color developing device 14. Is done.
[0039]
The yellow toner image is transferred onto the surface of the intermediate transfer drum 16 at the primary transfer portion T1 which is a contact portion (or proximity portion) between the photosensitive drum 11 and the intermediate transfer drum 16.
[0040]
The surface of the photosensitive drum 11 after the transfer of the toner image to the surface of the intermediate transfer drum 16 is cleaned by the cleaner 17 after removal of adhered residues such as transfer residual toner.
[0041]
  The process cycle of charging, scanning exposure, development, primary transfer, and cleaning is as described above.TheSecond (for example, magenta component image, magenta developer 14M is activated), third (for example, cyan component image, cyan developer 14C is activated), and fourth (for example, black component image, black developer 14BK is activated) ) Are sequentially executed, and toner images of four colors, a yellow toner image, a magenta toner image, a cyan toner image, and a black toner image, are sequentially superimposed and transferred onto the surface of the intermediate transfer drum 16.TheA color image corresponding to the color image is synthesized and formed.
[0042]
The intermediate transfer drum 16 has a middle-resistance elastic layer and a high-resistance surface layer on a metal drum. The intermediate transfer drum 16 is in contact with or close to the photosensitive drum 11 at the same peripheral speed as that of the photosensitive drum 11. The toner image on the side of the photoconductor drum 11 is transferred to the surface of the intermediate transfer drum 16 by a potential difference from the photoconductor drum 11 by applying a bias potential to the metal drum.
[0043]
  The color toner image synthesized on the surface of the intermediate transfer drum 16 is not shown on the secondary transfer portion T2 in the secondary transfer portion T2 which is a contact nip portion between the intermediate transfer drum 16 and the transfer roller 15. Sent from the paper feeder at the specified timingAs a material to be heatedTransfer is performed on the surface of the recording material (transfer material) P.
[0044]
The transfer roller 15 supplies a charge having a polarity opposite to that of the toner from the back surface of the recording material P, thereby sequentially transferring the combined color toner images sequentially from the surface of the intermediate transfer drum 16 to the recording material P side.
[0045]
The recording material P that has passed through the secondary transfer portion T2 is separated from the surface of the intermediate transfer drum 16, introduced into an image heating and fixing device (image heating device) 10, and subjected to a heating and fixing process for an unfixed toner image. The sheet is discharged as an image formed product to a discharge tray (not shown) outside the apparatus.
[0046]
The image heating and fixing device 10 is an electromagnetic induction heating type device according to the present invention. The fixing device 10 will be described in detail in the next section (2).
[0047]
The intermediate transfer drum 16 after the color toner image has been transferred to the recording material P is cleaned by the cleaner 18 after removal of adhering residues such as transfer residual toner and paper dust.
[0048]
The cleaner 18 is always held in a non-contact state with the intermediate transfer drum 16, and is brought into contact with the intermediate transfer drum 16 during the secondary transfer of the color toner image from the intermediate transfer drum 16 to the recording material P. Retained.
[0049]
In addition, the transfer roller 15 is always held in a non-contact state with the intermediate transfer drum 16 and is in contact with the intermediate transfer drum 16 during the secondary transfer of the color toner image from the intermediate transfer drum 16 to the recording material P. Kept in a state.
[0050]
  From an image signal generator (computer) (not shown)PaintingInformation about the recording material P (paper size, paper thickness, special paper information, etc.) can be attached to the image information.
[0051]
Based on this information, the image forming apparatus selects a suitable recording material P by a paper feeding unit (not shown) and performs the above-described paper feeding operation, and stores information relating to this recording material in the storage device 101 (FIG. 3) in the apparatus. And used as a control parameter for the image heating and fixing apparatus 10.
[0052]
(2) Image heating and fixing device 10
2 is a schematic cross-sectional view of the image heating and fixing apparatus 10, and FIG. 3 is a perspective view of magnetic flux generation means (magnetic flux generation apparatus).
[0053]
The fixing device 10 mainly includes a heating assembly 1 and a pressure roller 2 as a rotary pressure member.
[0054]
  The heating assembly 1 includes a cylindrical film guide 3, an exciting coil 4 and magnetic core (magnetic member, high magnetic permeability member) 5 as magnetic flux generating means disposed in the inner space thereof, and a cylindrical film guide 3 loosely fitted outside. And a cylindrical (seamless) fixing film (sleeve) 6 as an induction heating element.As described below, the fixing film 6 is a cylindrical heating element having a heat generating layer that generates heat due to eddy current generated by electromagnetic induction. The magnetic core 5 is arranged so that its longitudinal direction is parallel to the generatrix of the fixing film 6. The exciting coil 4 is obtained by winding a plurality of turns around the length of the magnetic core 5 so that the direction of magnetic flux generated by energization is perpendicular to the bus of the fixing film 6.
[0055]
The pressure roller 2 is an elastic roller composed of a core metal 2a and a 2 mm-thick silicone rubber layer 2b covering the outer periphery of the core metal.
[0056]
The heating assembly 1 and the pressure roller 2 are brought into pressure contact with each other and assembled in an apparatus housing (not shown), and a fixing nip (heating nip) portion N having a predetermined width is formed between the two 1 and 2. In the fixing nip portion N, the inner surface of the fixing film 6 is in close contact with the lower surface of the cylindrical film guide member 3.
[0057]
The pressure roller 2 is rotationally driven in the clockwise direction indicated by the arrow in FIG. 2 by the driving means M (pressure roller drive type), and a fixing nip is formed between the roller 2 and the outer surface of the fixing film 6 by the rotational driving of the pressure roller 2. A rotational force acts on the fixing film 6 by the frictional force in the portion N, and the fixing film 6 rotates in the counterclockwise direction of the arrow around the outer periphery of the cylindrical film guide member 3.
[0058]
  The exciting coil 4 generates an alternating magnetic flux by an alternating current supplied from an exciting circuit 40 (FIG. 3), and the alternating magnetic flux is guided to the magnetic core 5 to generate an eddy current in an electromagnetic induction heat generating layer to be described later of the fixing film 6. . The eddy current generated in the electromagnetic induction heat generating layer of the fixing film 6 generates Joule heat by the specific resistance of the electromagnetic induction heat generating layer. That is, by supplying an alternating current to the exciting coil 4,An eddy current is generated in the electromagnetic induction heating layer by the action of the magnetic flux generated by this energization and guided by the magnetic core 5, and the action of this eddy current causesThe fixing film 6 enters an electromagnetic induction heat generation state.The toner image on the recording material is heated by the heat of the fixing film 6.
[0059]
FIG. 4 schematically shows the state of generation of the alternating magnetic flux and the magnetic path, and C represents a part of the generated magnetic flux. The magnetic path is on the cross section of the magnetic core 5 (5a, 5b). In the apparatus of this example, it is on a plane perpendicular to the rotation axis of the cylindrical fixing film.
[0060]
The temperature of the fixing nip portion N is controlled to a predetermined fixing temperature by controlling the alternating current supplied from the exciting circuit 40 to the exciting coil 4 by a control circuit 100 including a temperature detection hand-drawn (not shown).
[0061]
Thus, in the state where the fixing film 6 is rotated by the rotation of the pressure roller 2 and the alternating current is supplied to the exciting coil 4 and the temperature of the fixing nip portion N rises to a predetermined temperature and is adjusted in temperature. A recording material P carrying an unfixed toner image t as a material to be heated is introduced between the N rotation fixing film 6 and the pressure roller 2 so that the recording material P is placed on the outer surface of the fixing film 6. The recording material P and the unfixed toner image t are heated by the heat generated by the electromagnetic induction heating of the fixing film 6 in the process of passing through the fixing nip N together with the fixing film 6. Then, the toner image is heat-fixed.
[0062]
The recording material P that has passed through the fixing nip N is separated from the outer surface of the fixing film 6 on the exit side of the fixing nip N and conveyed.
[0063]
a. Cylindrical film guide member 3
In the heating assembly 1, the cylindrical film guide member 3 is an insulating and heat resistant member that does not prevent the passage of magnetic flux, supports the exciting coil 4 and the magnetic core 5, and rotates on the outside of the member 3. 6 serves to guide the inner surface of the fixing film 6 to ensure the rotation stability of the fixing film 6.
[0064]
b. Excitation coil 4
The exciting coil 4 of the present example is formed by winding an outer long boat shape in which the outer shape substantially corresponds to the inner surface of the cylindrical film guide member 3 using an insulating coated conductor. The substantially lower half surface of the inner surface receives the outer surface and is inserted into the cylindrical film guide member 3.
[0065]
The exciting coil 4 must generate an alternating magnetic flux sufficient for heating. For this purpose, it is necessary to make the resistance component low and the inductance component high.
[0066]
In this example, the exciting coil 4 is configured by winding 12 turns so as to go around the fixing nip portion N using a high-frequency φ1 insulation-coated conductive wire in which fine wires are bundled as a core wire.
[0067]
An excitation circuit 40 is connected to the excitation coil 4, and the excitation circuit 40 can supply an alternating current of 50 KHz to the excitation coil 4.
[0068]
c. Fixing film 6
The fixing film 6 is a cylindrical member including an electromagnetic induction heat generating layer, has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the cylindrical film guide member 3, and is loosely fitted on the cylindrical film guide member 3.
[0069]
FIG. 5A is a layer configuration model diagram of the fixing film 6. The fixing film 6 of this example includes an electromagnetic induction heating layer 6a on the inner side (cylindrical film guide member 3 side), an elastic layer 6b on the outer side, and a release layer on the outer side (surface layer; on the pressure roller 2 side). 6c is a three-layer composite layer structure.
[0070]
The heat of the electromagnetic induction heat generating layer 6a is transferred to the recording material P conveyed to the fixing nip N through the elastic layer 6b and the release layer 6c to heat the recording material P and the toner image t on the recording material. .
[0071]
The heat generating layer 6a is a material layer having electromagnetic induction heat generating property that generates Joule heat by an eddy current caused by the action of an alternating magnetic flux.-Five-10-Ten Any metal, metal compound, or organic conductor that is a good electrical conductor of Ω · cm may be used. More preferably, a pure metal such as iron or cobalt that exhibits high permeability and ferromagnetism or a compound thereof can be used.
[0072]
If the thickness of the heat generating layer 6a is reduced, a sufficient magnetic path cannot be secured, the magnetic flux leaks to the outside, and the heat generating energy of the heating element itself may be reduced. Tend to be longer. Accordingly, the thickness has an appropriate value depending on the specific heat, density, magnetic permeability, and resistivity of the material used for the heat generating layer 6a. In practice, when operated as a heat fixing device, a temperature increase rate of 3 deg / sec or more could be obtained as the surface temperature of the fixing film 6 within a thickness range of 10 to 100 μm.
[0073]
The elastic layer 6b is a rubber layer such as silicone rubber. In this example, the elastic layer 6b is provided to improve the fixing of a color toner image composed of a maximum of four toner layers. Wraps and melts uniformly.
[0074]
If the elastic layer 6b has an excessively high hardness, the unevenness of the recording material or the toner layer cannot be fully tracked, resulting in uneven image gloss. Therefore, the hardness of the elastic layer 6b is preferably 60 ° (JIS-A; JIS-K (using A type measuring device)) or less, more preferably 45 ° or less.
[0075]
Regarding the thermal conductivity λ of the elastic layer 6b, it is 6 × 10.-Four~ 2x10-3[Ca1 / cm · sec · deg. ] Is good. Thermal conductivity λ is 6 × 10-Four[Ca1 / cm · sec · deg. Smaller than], the thermal resistance is large, and the temperature rising rate on the surface of the fixing film is slow.
[0076]
The thickness of the elastic layer 6b is preferably 100 to 300 μm. If the thickness is less than 100 μm, spot-like gloss unevenness is likely to occur when the ratio of evening images is large as in a color image forming apparatus. A large thermal gradient is generated between the heat generating layer 6a and the heat generating layer 6a, and the elastic layer is likely to be thermally deteriorated.
[0077]
The release layer 6c prevents toner from adhering to the surface of the fixing film, and has good release properties and heat resistance such as fluorine resin such as PFA, PTFE, FEP, silicone resin, silicone rubber, fluorine rubber, and silicone rubber. The material can be selected.
[0078]
The thickness of the release layer 6c is preferably 20 to 100 [mu] m. If the thickness is less than 20 [mu] m, there arises a problem that a poorly releasable part is formed due to coating unevenness of the coating film or the durability is insufficient. Further, when the release layer exceeds 100 μm, there is a problem that heat conduction is deteriorated. In particular, in the case of a resin release layer, the hardness becomes too high and the effect of the elastic layer 6b is lost.
[0079]
The fixing film 6 used in this example is a three-layer composite layer composed of a heat-generating layer 6a made of nickel having a thickness of 50 μm, an elastic layer 6b made of silicone rubber having a thickness of 300 μm, and a release layer 6c made of fluororesin having a thickness of 30 μm. It is a film.
[0080]
Further, as shown in FIG. 5B, the fixing film 6 may be a four-layer fixing film 6 in which a heat insulating layer 6d is provided inside the heat generating layer 6a in the above layer structure.
[0081]
The heat insulating layer 6d is preferably a heat-resistant resin such as a fluororesin, polyimide resin, polyamide resin, polyamideimide resin, PEEK resin, PES resin, PPS resin, PFA resin, PTFE resin, or FEP resin.
[0082]
The thickness of the heat insulating layer 6d is preferably 10 to 1000 μm. When the thickness of the heat insulating layer 6d is smaller than 10 μm, the heat insulating effect cannot be obtained and the durability is insufficient. If it exceeds 1000 μm, the distance from the magnetic core 5 to the heat generating layer 6a increases, and the magnetic flux does not sufficiently reach the heat generating layer 6a.
[0083]
When the heat insulating layer 6d is provided, it is possible to prevent the exciting coil 4 and the magnetic core 5 from being heated by heat generated in the heat generating layer 6a, so that stable heating can be performed.
[0084]
d. Magnetic core 5
The magnetic core 5 is a horizontally long divided ferrite core, and is disposed at a substantially central portion of the horizontally long boat-shaped exciting coil 4 and supported by the cylindrical film guide member 3. The magnetic core 5 serves to efficiently guide the alternating magnetic flux generated from the exciting coil 4 to the fixing film 6.
[0085]
  In this example, the divided surfaces of the two types of magnetic cores 5a and 5b divided as shown in FIG. 6 are arranged so as not to overlap. In other words, the end face in the longitudinal direction of the divided magnetic core 5a and the end face in the longitudinal direction of the similarly divided magnetic core 5b are arranged so as not to be located on the same magnetic path. As described above, the magnetic path is on the cross section of the magnetic core 5 (5a, 5b). In the apparatus of this example, it is on a plane perpendicular to the rotation axis of the cylindrical fixing film.
  That is, the magnetic core 5 isThe cross-sectional shape when viewed from one end of the bus of the fixing film 6 is T-shaped,A plurality of divided magnetic cores 5a are arranged in a line parallel to the bus of the fixing film 6.The side portion of the T-shape when viewed from one end of the busbarThe first row 5a, 5a, and so on, DoubleSeveral divided magnetic cores 5b are arranged in a line parallel to the bus.The vertical side portion of the T-shape when viewed from one end of the busbarAnd the second row 5b, 5b,. As described later, all the gaps between the plurality of divided magnetic cores in the first row 5a, 5a,... And all the gaps between the plurality of divided magnetic cores in the second row 5b, 5b,. .., And all the gaps in the first row 5 a, 5 a, and all the gaps in the second row 5 b, 5 b,. The distance is 5 mm or less.
[0086]
  With this configuration,Since the magnetic flux generated by the exciting coil 4 can pass through the magnetic core, which is a high permeability member,While suppressing the cost of the magnetic core, it is possible to suppress uneven temperature distribution in the direction of the bus of the heating element.
[0087]
The gap between the split magnetic cores (the gap between the end faces of the split magnetic cores) is obtained when the idling temperature is adjusted (fixing speed: 100 mm / s, fixing temperature 180 ° C.) by changing the distance d of the gap O in FIG. When the longitudinal temperature distribution of the fixing film (sleeve) 6 near the gap O was measured, the result as shown in FIG. 7 was obtained. In FIG. 7, the horizontal axis is the longitudinal direction of the induction heating element including an array of a plurality of divided magnetic members.
[0088]
  According to this, it hits the gap O when d = 5 mm.RudeThe temperature of the film 6 shows 180 ° C. according to the set temperature control temperature, 175 ° C. when d = 10 mm, and 170 when d = 15 mm. This is because the magnetic flux generated in the exciting coil 4 is interrupted in the gap O portion of the magnetic core 5, so that the portion of the fixing film 6 where the magnetic flux does not hit does not generate heat.
[0089]
Table 1 shows the fixability (Xerox 4020/105 g paper, LTR size) of the evening image (5 mm × 5 mm square) at that time. In the fixability evaluation, the density reduction rate by the rubbing test was adopted.
[0090]
[Table 1]
Figure 0004194186
[0091]
As shown in Table 1, when d = 15 mm, the density reduction rate is 20% or more, and good fixability cannot be obtained. However, when d = 10 mm, the density reduction rate is 8-15%, and there is no problem at a practical level. Fixability is obtained.
[0092]
Therefore, by setting the gap between the magnetic cores 5 to 10 mm or less, a temperature adjustment temperature satisfying the fixing property can be given to the fixing film 6.
[0093]
Next, an overlap distance L between the gaps of the magnetic core 5a and the magnetic core 5b is intentionally provided in the gap O as shown in FIG. 8 to adjust the idling temperature (fixing speed: 100 mm / s, fixing temperature 180 ° C.). When the longitudinal temperature distribution of the fixing film (sleeve) 6 near the gap O was measured, the result as shown in FIG. 9 was obtained. In FIG. 9, the horizontal axis is the longitudinal direction of the induction heating element including an array of a plurality of divided magnetic members.
[0094]
  According to this, it hits the gap O when L = 3mmRudeThe temperature of the film 6 shows 180 ° C. as the set temperature control temperature, 175 ° C. when L = 5 mm, and 170 when L = 7 mm. Accordingly, good fixability is obtained at a temperature control temperature of 175 ° C. or more at the temperature d of the previous distance d. Therefore, the gap overlap distance L between the magnetic core 5a and the magnetic core 5b is also within 5 mm, so that the fixability is not affected. The temperature control temperature can be given to the fixing film 6.
[0095]
In this example, the information about the recording material is obtained from an external image signal generation device (computer or the like). However, a sensor such as a paper size detection mechanism is provided in the device to store the detected information. And this can be used.
[0096]
In this example, the four-color image forming apparatus has been described, but the present invention may be used for a monochrome image forming apparatus.
[0097]
In this case, the elastic layer 6 b can be omitted in the fixing film 6.
[0098]
FIG. 10 shows a case in which the longitudinal end faces of the divided magnetic cores 5a and 5b are arranged on the same magnetic path. In this case, the magnetic field at the break of the magnetic cores 5a and 5b is shown. Becomes uneven, temperature unevenness occurs in the longitudinal direction of the electromagnetic induction heating element, and problems such as poor fixing and gloss unevenness occur.
[0099]
<Embodiment 2> (FIGS. 11 and 12)
FIG. 11 is a perspective view of the magnetic flux generating means 4 and 5 in the second embodiment, and FIG. 12 is a side view of the magnetic core 5.
[0100]
The apparatus of the present embodiment is the same as the apparatus of the first embodiment except that the shape and arrangement of the magnetic cores 5 of the magnetic flux generating means 4 and 5 are different as shown in FIGS. It is.
[0101]
That is, the magnetic cores 5a and 5b are parallelograms and trapezoids so that the gaps between the magnetic cores 5a and 5b are not on the same magnetic path, and most of the alternating magnetic flux generated by the exciting coil 4 is magnetic. The structure passes through the cores 5a and 5b.
[0102]
That is, the surface facing the adjacent magnetic core of each of the divided magnetic cores 5 a and 5 b is not on the same plane perpendicular to the rotation axis of the cylindrical fixing film 6.
[0103]
By arranging the magnetic cores 5a and 5b having such a shape, the magnetic flux in the electromagnetic induction heat generating layer 6a of the fixing film 6 can be made uniform as in the first embodiment, and a higher-speed image forming apparatus. Suitable for.
[0104]
<Embodiment 3> (FIGS. 13 and 14)
FIG. 13 is a perspective view of the magnetic flux generation means 4 and 5 in the third embodiment, and FIG. 14 is a side view of the magnetic core 5.
[0105]
The apparatus of the present embodiment is the same as the apparatus of the first embodiment except that the shape and arrangement of the magnetic cores 5 of the magnetic flux generating means 4 and 5 are different as shown in FIGS. It is.
[0106]
That is, the magnetic cores 5a and 5b are triangular in shape so that the gaps between the magnetic cores 5a and 5b are not on the same magnetic path, and most of the alternating magnetic flux generated by the exciting coil 4 is magnetic cores 5a and 5b. It is configured to pass through.
[0107]
By arranging the magnetic cores 5a and 5b having such a shape, the magnetic flux in the electromagnetic induction heat generating layer 6a of the fixing film 6 can be made uniform as in the first embodiment, and a higher-speed image forming apparatus. Suitable for.
[0108]
<Others>
a) One or both of the connection surfaces of 5a or 5b of the magnetic core 5 may be shaped as shown in (A), (B), (C), (D) and (E) in FIG.
[0109]
In these cases, the magnetic flux in the electromagnetic induction heat generating layer 6a of the fixing film 6 can be made uniform as in the first and second embodiments.
[0110]
In particular, since the shape of (A) is key-shaped, the magnetic core 5 is fixed, and the gap between the magnetic cores 5 does not widen.
[0111]
b) The fixing film 6 may have an apparatus configuration in which an endless belt-shaped belt is suspended between two or more members and is rotationally driven by a pressure roller or a driving means other than the pressure roller.
[0112]
The fixing film 6 is made of a heat-resistant film material without the electromagnetic induction heating layer 6a, and is slid on the surface of the electromagnetic induction heating element. The electromagnetic induction heating element is heated by electromagnetic induction by the magnetic flux generating means 4 and 5. It can also be set as the apparatus structure which heats a to-be-heated material with the heat from this electromagnetic induction heat generating body through a heat resistant film material.
[0113]
The fixing film 6 or the above heat-resistant film material is a long end film material wound in a roll, and this device travels at a predetermined speed from the feeding shaft side to the winding shaft side via the heating unit. It can also be.
[0114]
c) A roller made of a thin magnetic material may be used for the induction heating element.
[0115]
In this case as well, the excessive temperature rise of the non-sheet passing portion which is thin and easily occurs can be remarkably improved by the effect of the present invention.
[0116]
d) A device in which magnetic flux generating means including the exciting coil 4 or the like is arranged around the outer periphery of the induction heating element such as the fixing film 6 may be used.
[0117]
e) In the present invention, the heating device is not limited to the image heating and fixing device of the embodiment, but an image heating device that heats a recording material carrying an image to modify the surface property of the gloss, and an image heating device that is assumed In addition, there are widely included means / devices for heat-treating the material to be heated, such as a heating / drying device for the material to be heated, and a heating laminating device.
[0118]
f) The pressure member can be a rotating body such as a belt member other than the roller.
[0119]
g) The principle and means for forming the toner image on the recording material are arbitrary.
[0120]
【The invention's effect】
  As explained above, according to the present invention,In the image heating apparatus of the electromagnetic induction heating method, temperature distribution unevenness in the bus bar direction of the heating element can be suppressed while suppressing the cost of the magnetic core.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to a first exemplary embodiment.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an image heating and fixing device.
FIG. 3 is a perspective view of magnetic flux generation means.
FIG. 4 is a diagram schematically showing an alternating magnetic flux generation state and a magnetic path.
FIGS. 5A and 5B are model diagrams of the layer structure of a fixing film (induction heating element film), respectively.
6A is a side view showing the shape and arrangement of a magnetic core, and FIG. 6B is an enlarged view of the portion.
FIG. 7 is a graph showing the longitudinal temperature distribution on the surface of the fixing film of Embodiment 1
FIG. 8 is an enlarged side view showing the arrangement of gaps in the magnetic core.
FIG. 9 is a graph showing the longitudinal temperature distribution on the surface of the fixing film according to the overlapping distance of the gaps of the magnetic core.
FIG. 10 is a diagram showing a case in which the longitudinal end faces of the divided magnetic cores are arranged on the same magnetic path
FIG. 11 is a perspective view of magnetic flux generation means in the second embodiment.
FIG. 12 is a side view showing the shape and arrangement of a magnetic core.
FIG. 13 is a perspective view of magnetic flux generation means in Embodiment 3;
FIG. 14 is a side view showing the shape and arrangement of a magnetic core.
15 (A), (B), (C), (D) and (E) are lateral side views showing the shape and arrangement of the split surfaces of the magnetic core.
[Explanation of symbols]
10 .... Heat fixing device, 1 .... Heat assembly, 2 .... Pressure roller, 3 .... Cylindrical film guide member, 4 .... Excitation coil, 5 .... Magnetic core, 6 .... Fusing film, C .. Alternating magnetic flux, d ·· Magnetic core gap distance, L · · Magnetic core gap overlap distance

Claims (1)

電磁誘導により発生する渦電流で発熱する発熱層を有する筒状の発熱体と、長手方向が前記発熱体の母線と平行になるように配置されている磁性コアと、通電により発生する磁束の向きが前記発熱体の前記母線に対して垂直になるように前記磁性コアの長手周りに導線を複数ターン巻いた励磁コイルと、を有し、前記励磁コイルへの通電により発生し前記磁性コアによって導かれる磁束の作用により前記発熱層に渦電流が発生し、この渦電流の作用により発熱する前記発熱体の熱で記録材上のトナー像を加熱する像加熱装置において、
前記磁性コアは、前記母線の一端側から見た時の断面形状がT字型となっており、複数個の分割磁性コアが前記母線に対して平行に一列に並んでおり前記母線の一端側から見た時の前記T字の横辺部分を構成している第1列と、複数個の分割磁性コアが前記母線に対して平行に一列に並んでおり前記母線の一端側から見た時の前記T字の縦辺部分を構成している第2列と、を有し、前記第1列の複数個の分割磁性コア間の全ての隙間と前記第2列の複数個の分割磁性コア間の全ての隙間が10mm以下であり、前記第1列の全ての前記隙間と前記第2列の全ての前記隙間とが前記母線の方向において重なり合っていないか、重なり合っていてもその重なり距離が5mm以下となっていることを特徴とする像加熱装置。
A cylindrical heating element having a heating layer that generates heat due to eddy currents generated by electromagnetic induction, a magnetic core arranged so that the longitudinal direction thereof is parallel to the generatrix of the heating element, and the direction of magnetic flux generated by energization An excitation coil having a plurality of turns wound around the length of the magnetic core so as to be perpendicular to the bus bar of the heating element, and is generated by energization of the excitation coil and is guided by the magnetic core. In the image heating apparatus, an eddy current is generated in the heat generating layer by the action of the magnetic flux, and the toner image on the recording material is heated by the heat of the heating element that generates heat by the action of the eddy current.
The magnetic core has a T-shaped cross-sectional shape when viewed from one end side of the bus bar, and a plurality of divided magnetic cores are arranged in a line in parallel to the bus bar, and one end side of the bus bar When viewed from one end side of the bus, the first row constituting the horizontal portion of the T-shape when viewed from the side, and a plurality of divided magnetic cores are aligned in parallel to the bus A second row constituting a vertical side portion of the T-shape, and all gaps between the plurality of divided magnetic cores in the first row and the plurality of divided magnetic cores in the second row All the gaps between them are 10 mm or less, and all the gaps in the first row and all the gaps in the second row do not overlap in the direction of the generatrix or even if they overlap, the overlap distance is An image heating apparatus characterized by being 5 mm or less.
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