JP4609146B2 - Heating device, manufacturing method thereof, fixing device using the same, and image forming apparatus - Google Patents
Heating device, manufacturing method thereof, fixing device using the same, and image forming apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP4609146B2 JP4609146B2 JP2005092636A JP2005092636A JP4609146B2 JP 4609146 B2 JP4609146 B2 JP 4609146B2 JP 2005092636 A JP2005092636 A JP 2005092636A JP 2005092636 A JP2005092636 A JP 2005092636A JP 4609146 B2 JP4609146 B2 JP 4609146B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heating
- magnetic path
- path forming
- heat
- forming member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は、例えば、電子写真方式を採用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の画像記録装置において、未定着トナー像を加熱・加圧定着する定着装置に用いられる加熱装置およびその製造方法、並びにこれを用いた定着装置、画像形成装置に関し、特に被加熱部材として厚さの薄いベルト状部材を加熱するための加熱装置およびその製造方法、並びにこれを用いた定着装置、画像形成装置に関する。 The present invention relates to, for example, a heating device used in a fixing device for heating and pressure-fixing an unfixed toner image in an image recording apparatus such as a copying machine, a printer, or a facsimile employing an electrophotographic method, a manufacturing method thereof, and The present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus using the same, and more particularly to a heating device for heating a thin belt-like member as a member to be heated, a manufacturing method thereof, and a fixing device and an image forming apparatus using the same.
従来、例えば、電子写真方式を採用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の画像記録装置において、未定着トナー像を加熱・加圧定着するのに用いられる定着装置としては、少なくとも金属製のコアを有する加熱ロールの内部に、ハロゲンランプ等の加熱源を設けて、加熱ロールを内部から加熱するとともに、この加熱ロールに圧接するように加圧ロールを配設し、これら加熱ロールと加圧ロールとにより形成されたニップ部の間を、未定着トナー像が転写された被記録材を通過させることにより、未定着トナー像を被記録材表面に熱および圧力で定着させ、定着画像を得るように構成したものが主に用いられている。 Conventionally, for example, in an image recording apparatus such as a copying machine, printer, or facsimile employing an electrophotographic system, at least a metal core is used as a fixing device used for heating and pressure-fixing an unfixed toner image. A heating source such as a halogen lamp is provided inside the heating roll, and the heating roll is heated from the inside, and a pressure roll is disposed so as to be in pressure contact with the heating roll. By passing the recording material onto which the unfixed toner image has been transferred between the nip portions formed by the above method, the unfixed toner image is fixed on the surface of the recording material with heat and pressure so as to obtain a fixed image. The composition is mainly used.
ここで、定着装置を加熱するための加熱装置としては、省エネルギーの観点や、画像記録装置の使用時にユーザーを待たせない等の観点から、被加熱部材を瞬時に所定の温度に加熱して、待ち時間(ウォームアップタイム)をゼロとすることができる物が要求されているが、上述した加熱ロールの内部に配設されたハロゲンランプ等の加熱源(加熱装置)では、以下の理由により達成することができない。 Here, as a heating device for heating the fixing device, the heated member is instantaneously heated to a predetermined temperature from the viewpoint of energy saving or not allowing the user to wait when using the image recording apparatus, The thing which can make waiting time (warm-up time) zero is demanded, but it is achieved by the following reasons in the heating source (heating device) such as the halogen lamp arranged in the heating roll described above. Can not do it.
すなわち、被加熱部材である加熱ロールは、加圧ロール等の加圧部材が圧接されるものであるため、所定の剛性を保つ必要があり、ある厚さ以上の金属製のコアを有している。そのため、上記加熱ロールは、熱容量をあまり減少させることができず、かつ加熱源としてのハロゲンランプは、加熱ロールの内部に設けられており、内部から加熱ロールを加熱することになるので、加熱ロールの表面に熱が伝わるまで時間がかかる。従って、待ち時間が必然的に長くなってしまう。さらには、上記加熱ロールを加熱するハロゲンランプは、通常、ガラス管を有しているため、ハロゲンランプ自体もある程度の熱容量を有しており、ハロゲンランプ自身を温めるのに時間がかかってしまう。 That is, the heating roll that is a member to be heated is a member to which a pressure member such as a pressure roll is pressed, so that it must maintain a predetermined rigidity and has a metal core having a certain thickness or more. Yes. Therefore, the heating roll cannot reduce the heat capacity so much, and the halogen lamp as a heating source is provided inside the heating roll, and the heating roll is heated from the inside. It takes time to transfer heat to the surface of the. Therefore, the waiting time is inevitably long. Furthermore, since the halogen lamp for heating the heating roll normally has a glass tube, the halogen lamp itself has a certain heat capacity, and it takes time to warm the halogen lamp itself.
このような理由により、従来の定着装置では、ウォームアップに時間を要してしまい、待ち時間が長くなるという問題点を有していた。また、加熱源として、ハロゲンランプを使用すると、当該ハロゲンランプのON−OFF時に、通電電流が過渡的に流れる、いわゆる"フリッカー"現象が発生するという問題点も有していた。 For this reason, the conventional fixing device has a problem that it takes time to warm up and the waiting time becomes long. Further, when a halogen lamp is used as a heating source, there is a problem that a so-called “flicker” phenomenon occurs in which an energized current flows transiently when the halogen lamp is turned on and off.
そこで、近年、このような定着装置において、ハロゲンランプの代わりに、誘導加熱方式を利用した加熱手段が検討されている。これは、導電性層(発熱層)を有する被加熱部材(発熱体)に、磁界発生手段によって発生させた磁界を作用させて、電磁誘導作用により被加熱部材を加熱するものであり、フリッカー等の問題が無く、加熱対象のみを瞬時に加熱することができるので、待ち時間の短い定着装置を提供するために、非常に有効な加熱手段である。 Therefore, in recent years, in such a fixing device, a heating means using an induction heating method instead of a halogen lamp has been studied. This is to heat a member to be heated by an electromagnetic induction effect by applying a magnetic field generated by a magnetic field generating means to a member to be heated (heating element) having a conductive layer (heat generating layer). This is a very effective heating means in order to provide a fixing device with a short waiting time.
また、上記ハロゲンランプ等の加熱手段は、加熱ロールの内部など360°周囲が覆われた状態でしか、高熱が外部に漏れてしまうため使用することができないのに対して、誘導加熱方式の場合には、被加熱部材に磁界を作用させることができさえすれば、被加熱部材の内部に限らず、磁界発生手段を外部に設けてもよく、定着装置の構成に応じて、任意の位置に配することができる。すなわち、上記誘導加熱方式を採用した加熱手段の場合には、任意の位置に配することで、加熱したい部分だけに磁界を作用させて、その部分だけを選択的にしかも瞬時に加熱することができるという利点を有している。 Also, the heating means such as the halogen lamp can be used only when the surroundings of 360 ° such as the inside of the heating roll are covered, because high heat leaks to the outside, whereas in the case of the induction heating method As long as a magnetic field can be applied to the member to be heated, not only the member to be heated but also a magnetic field generating means may be provided outside, and it can be placed at an arbitrary position depending on the configuration of the fixing device. Can be arranged. That is, in the case of a heating means adopting the induction heating method, by arranging it at an arbitrary position, a magnetic field is applied only to the part to be heated, and only that part can be selectively and instantaneously heated. It has the advantage of being able to.
このように、誘導加熱方式における磁界発生手段は、被加熱部材である加熱ロールに対して、任意の位置に配することができるため、装置設計の自由度を広げることができる。また、ハロゲンランプ等を加熱源として使用した定着装置と比較すると、加熱対象である加熱ロールのみを選択的に加熱するため、ウォームアップタイムを10〜30%程度短縮することができる。 Thus, the magnetic field generating means in the induction heating method can be arranged at an arbitrary position with respect to the heating roll as the member to be heated, so that the degree of freedom in designing the apparatus can be expanded. Further, as compared with a fixing device using a halogen lamp or the like as a heating source, only the heating roll to be heated is selectively heated, so that the warm-up time can be shortened by about 10 to 30%.
このような誘導加熱方式を採用した定着装置を、図36に例示する。ここで、図36は、誘導加熱方式を採用した従来の定着装置の一例を示す斜視図である。当該定着装置は、加圧ロール320と当接してニップ部を形成する、厚さ0.5〜2mm程度の剛体の鉄製の定着ロール300の内部に、非接触でコイル310が配置されてなる。当該定着装置における定着ロール300の断面図を図37に示す。
FIG. 36 illustrates a fixing device employing such an induction heating method. Here, FIG. 36 is a perspective view showing an example of a conventional fixing device adopting an induction heating method. In the fixing device, a
当該定着装置の変形例を、定着ロールおよびコイルのみ抜き出して図38に断面図にて示す。当該変形例では、鉄製の定着ロール300'の外部にコイル310'が配されている。
なお、上記コイルの形状により、定着ロールを周方向に亘って、全体的に加熱する加熱装置か、周方向の一部を局部的に加熱する加熱装置かが定まる。
As a modification of the fixing device, only the fixing roll and coil are extracted and shown in a sectional view in FIG. In the modification, a
Note that, depending on the shape of the coil, a heating device that heats the fixing roll in the circumferential direction as a whole or a heating device that locally heats a part in the circumferential direction is determined.
また、誘導加熱方式を採用した加熱装置のその他各種従来技術を列挙する。
電磁誘導するコイルの形状により、ロールを周方向にわたって全体的に誘導加熱する加熱装置(例えば、特許文献1参照)。
厚さ50μm程度のニッケルを発熱層としたベルトを、ベルト内部に挿入されたコイルにより、ベルトの周方向の一部を誘導加熱している加熱装置(例えば、特許文献2参照)。
In addition, various other conventional techniques of the heating apparatus adopting the induction heating method are listed.
A heating device that induction-heats the roll as a whole in the circumferential direction depending on the shape of the coil for electromagnetic induction (see, for example, Patent Document 1).
A heating device in which a belt having nickel as a heat generating layer having a thickness of about 50 μm is induction-heated by a coil inserted inside the belt (see, for example, Patent Document 2).
導電性を有する加熱手段と、この加熱手段に圧接する圧接手段と、導電性線材によりコイル状に形成され、発生する磁場を前記加熱手段に作用させる磁界発生手段と、この磁界発生手段より発生する磁場を遮断する磁場遮断手段とからなり、磁界発生手段が加熱手段と磁場遮断手段との間に挟まれるように配置したもの(例えば、特許文献3参照)。 Heating means having conductivity, pressure-contacting means that press-contacts the heating means, a magnetic-field generating means that is formed in a coil shape from a conductive wire and that causes the generated magnetic field to act on the heating means, and generated by the magnetic-field generating means It comprises a magnetic field blocking means for blocking a magnetic field, and is arranged such that the magnetic field generating means is sandwiched between the heating means and the magnetic field blocking means (for example, see Patent Document 3).
導電性を有する加熱手段としての加熱ロールに対して、磁界発生手段をその外側または内側に配置した定着装置(例えば、特許文献4参照)。
定着部材としてエンドレスのフィルム状のベルトを用いた定着装置(例えば、特許文献5〜7参照)。
なお、このような定着装置におけるコイルやコアの配置についても各種提案されている(例えば、特許文献8〜10参照)。
A fixing device in which a magnetic field generating unit is arranged outside or inside a heating roll as a heating unit having conductivity (see, for example, Patent Document 4).
A fixing device using an endless film belt as a fixing member (see, for example, Patent Documents 5 to 7).
Various arrangements of coils and cores in such a fixing device have been proposed (see, for example, Patent Documents 8 to 10).
これらの定着装置に用いられている加熱装置の発熱層は、いずれも磁性金属であり、その厚さは表皮深さと同等程度かそれ以上である。そして、いずれの定着装置においても、ウォームアップタイムを10sec以下で完了することは実現できていない。
ここで、「表皮深さ」とは電磁界が導体に進入できる深さをいい、具体的には、ある材質に入射した電磁界が1/e=0.37に減衰する距離をいう。
The heating layers of the heating devices used in these fixing devices are all made of a magnetic metal, and the thickness thereof is equal to or greater than the skin depth. In any fixing device, it is not possible to complete the warm-up time in 10 seconds or less.
Here, the “skin depth” refers to the depth at which the electromagnetic field can enter the conductor, and specifically refers to the distance at which the electromagnetic field incident on a certain material attenuates to 1 / e = 0.37.
一般に、電磁誘導作用を利用した加熱装置は、従来から知られており、誘導加熱する発熱層の殆どは鉄やニッケル等の磁性金属が用いられている。そして、従来の磁性金属の発熱層の厚さとしては、50μm〜2mm程度のものが採用されている。この厚さは、発熱層を誘導加熱する厚さ、すなわち表皮深さとほぼ同等程度かそれ以上である。このように、表皮深さと同等以上の発熱層厚さを有する場合には、電磁誘導による電磁界が発熱層の内部で収束し、発熱層のコイルと反対側から磁束が漏れ出すことはほとんどない。この「磁束がほとんど漏れ出さない」従来の発熱層とは、表皮深さと同等以上の厚さを有している発熱層の場合を指す。 In general, a heating apparatus using an electromagnetic induction action has been known, and a magnetic metal such as iron or nickel is used for most of the heat generating layer that performs induction heating. The thickness of the conventional magnetic metal heating layer is about 50 μm to 2 mm. This thickness is approximately equal to or greater than the thickness for induction heating of the heat generating layer, that is, the skin depth. Thus, when the heat generation layer thickness is equal to or greater than the skin depth, the electromagnetic field due to electromagnetic induction converges inside the heat generation layer, and the magnetic flux hardly leaks from the side opposite to the coil of the heat generation layer. . The conventional heat generating layer in which “the magnetic flux hardly leaks” refers to a heat generating layer having a thickness equal to or greater than the skin depth.
また一方で、電磁誘導を利用した加熱装置は、大きな電磁場を出すことから、人体暴露を防止する必要がある。例えば加熱構成上、磁路を形成するなどして、加熱設計(例えば、電磁気結合度を高める設計)と漏洩磁場防止を実施していたとしても、それのみでは多少の漏洩電磁場の生成の懸念があり、最終的な人体に対する暴露量をより少なくするための対策が望まれる。 On the other hand, a heating device using electromagnetic induction emits a large electromagnetic field, so it is necessary to prevent human exposure. For example, even if heating design (for example, a design that increases the degree of electromagnetic coupling) and leakage magnetic field prevention are implemented by forming a magnetic path in the heating configuration, there is a concern that some leakage electromagnetic field may be generated by that alone. Yes, measures to reduce the final exposure to the human body are desired.
ところで、近年の省エネルギー化により、加熱装置は非加熱対象物を必要最小限の熱量で加熱できることが望ましい。ところが、例えば電子写真式の画像記録装置の定着装置においては、被加熱部材の熱容量が大きいため、必要な熱量以上の加熱を行っている。このため、所定の加熱ができる状態になるまでの時間(ウォームアップタイム)が長くなり、加熱装置使用上の利便性が悪いという問題がある。
そこで、誘導加熱方式においても、被加熱部材の発熱層の厚さを薄くして、熱容量を小さくし、さらに軽量化する等が考えられる。
By the way, with recent energy savings, it is desirable that the heating device can heat the non-heated object with a minimum amount of heat. However, in a fixing device of an electrophotographic image recording apparatus, for example, since the heat capacity of the member to be heated is large, heating exceeding a necessary amount of heat is performed. For this reason, there is a problem that the time (warm-up time) until a state where predetermined heating can be performed becomes long, and the convenience in using the heating device is poor.
Therefore, in the induction heating method, it is conceivable to reduce the thickness of the heat generating layer of the member to be heated to reduce the heat capacity and further reduce the weight.
ウォームアップタイムを短縮するために熱容量を小さく、すなわち発熱層(金属)を薄くしていくと、発熱層の固有抵抗値が小さいものが必要となる。例えば鉄やニッケルなどの強磁性金属は固有抵抗値が高いため、10μm程度に薄層化すると電磁誘導加熱が汎用性の高い高周波電源では困難になる。10μm程度の厚さでも電磁誘導加熱が可能な金属を挙げると、アルミニウム、銅、銀などに代表される非磁性金属であるが、この程度の厚さの非磁性金属による発熱層を電磁誘導加熱すると、表皮深さより十分に薄いため、発熱層のコイルと反対側から磁界が漏れ出して広がり、効率低下や周囲への電磁誘導による悪影響を及ぼす懸念がある。 In order to shorten the warm-up time, if the heat capacity is reduced, that is, if the heat generating layer (metal) is made thinner, the heat generating layer having a small specific resistance value is required. For example, a ferromagnetic metal such as iron or nickel has a high specific resistance value. Therefore, when the layer is thinned to about 10 μm, electromagnetic induction heating becomes difficult for a high-frequency power source having high versatility. Metals that can be heated by electromagnetic induction even with a thickness of about 10 μm are nonmagnetic metals typified by aluminum, copper, silver and the like. Then, since it is sufficiently thinner than the skin depth, the magnetic field leaks and spreads from the side opposite to the coil of the heat generating layer, and there is a concern that the efficiency may be reduced and adversely affected by electromagnetic induction to the surroundings.
さらに、従来の定着装置の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、例えば特許文献1〜4に開示された定着装置の場合には、誘導加熱方式を採用しているため、ハロゲンランプ等の加熱源を使用した場合に比べて、ウォームアップ時間は速まる。しかし、加熱ロール自体が、剛性を保つためにある程度以上肉厚の金属コアを有しているため、ある程度の熱容量を持っており、これによりウォームアップタイム短縮に対しては限界があり、未定着トナー像を定着する準備が完了するウォームアップタイムを10秒以下にすることは、困難であった。
Further, the conventional fixing device has the following problems. That is, for example, in the case of the fixing devices disclosed in
一方、特許文献5〜7に開示された定着装置は、定着部材として導電性を有するフィルムを使用しており、フィルム自体の熱容量は、同等クラスの定着装置の定着ロールに対して1/2〜1/10程度まで小さくなっており、さらに、誘導加熱で直接フィルムを加熱することにより、20〜30秒程度で定着部材としてのフィルムを所望の温度にまで立ち上げることができる。 On the other hand, the fixing devices disclosed in Patent Documents 5 to 7 use a conductive film as a fixing member, and the heat capacity of the film itself is 1/2 to that of the fixing roll of an equivalent class fixing device. The film is reduced to about 1/10. Further, by directly heating the film by induction heating, the film as a fixing member can be raised to a desired temperature in about 20 to 30 seconds.
しかしながら、このように励磁コイルによって磁性体金属の発熱層を含む熱容量の小さい像加熱用フィルムを加熱した場合でも、未だウォームアップタイム短縮が十分に達成されていない。
同様に、特許文献8〜10に開示されたコイルやコアの配置を採用した定着装置においても、未だウォームアップタイム短縮が十分に達成されていない。
However, even when the image heating film having a small heat capacity including the magnetic metal heat generating layer is heated by the exciting coil as described above, the warm-up time has not been sufficiently shortened.
Similarly, in the fixing device adopting the arrangement of coils and cores disclosed in Patent Documents 8 to 10, the warm-up time has not been sufficiently shortened yet.
待機時間を極めて短くして、特に、ウォームアップタイム10秒以下を達成することは、実際に定着装置や画像記録装置を使用する際に、使用するときにだけ電力を投入すればよいという、極めて使用上の利便性が高い装置を提供できることとなる。これは省エネルギーの観点からも重要な要素であり、使わないときに予熱を必要とせず、使うときにだけ、エネルギーを投入する加熱装置およびこれを用いた定着装置、画像記録装置(画像形成装置)を提供する意義は大きい。 Reducing the waiting time, particularly achieving a warm-up time of 10 seconds or less, means that when the fixing device or the image recording device is actually used, it is only necessary to turn on the power. An apparatus with high convenience in use can be provided. This is an important element from the viewpoint of energy saving, and does not require preheating when not in use, and a heating device that inputs energy only when used, a fixing device using the same, and an image recording apparatus (image forming apparatus) The significance of providing is great.
さらに、漏洩電磁場による人体への暴露を少なくし、安全性の高い加熱装置およびこれを用いた画像記録装置を提供しなければならない。いくら性能が高くても、十分な安全性が確保されなければ意義が無い。また、電磁界を発生している限り、その周辺に人間が存在すれば理論的には暴露を0にすることはできないので、できる限り暴露を少なくする対策が望まれる。 Furthermore, it is necessary to provide a highly safe heating apparatus and an image recording apparatus using the same, which reduce exposure to the human body due to a leakage electromagnetic field. No matter how high the performance, it is meaningless unless sufficient safety is ensured. In addition, as long as an electromagnetic field is generated, the exposure cannot theoretically be reduced to zero if a person is present in the vicinity of the electromagnetic field. Therefore, a countermeasure for reducing the exposure as much as possible is desired.
ところで、誘導加熱方式による加熱装置では、加熱定着ベルトや定着ロールのような幅広の加熱回転体の表面を加熱しようとした場合、その幅方向(加熱回転体の回転軸方向)の位置により、特に中央部と端部とで加熱効率に差が生じることがあり、これをできるだけ均一化する何らかの手段をとることが必要になる場合がある。 By the way, in the heating device using the induction heating method, when trying to heat the surface of a wide heating rotator such as a heat fixing belt or a fixing roll, particularly depending on the position in the width direction (rotation axis direction of the heating rotator), There may be a difference in heating efficiency between the central portion and the end portion, and it may be necessary to take some means to make this as uniform as possible.
したがって、上記のような従来技術の問題点に鑑みて、本発明の第1の目的は、被加熱部材としての加熱回転体の幅方向(回転軸方向)で加熱効率が略均一で、略一定の温度分布となる加熱装置およびその製造方法を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、ウォームアップタイムを極めて短くしつつ、漏洩電磁場の人体への暴露が少なく安全でかつ機能性に優れ、小型化が可能で安定した誘導加熱状態を確保することができる加熱装置およびその製造方法を提供することにある。
さらに、本発明の第3の目的は、上記優れた特長を具備する加熱装置を用いた定着装置および画像形成装置を提供することにある。
Therefore, in view of the above-described problems of the prior art, the first object of the present invention is to make heating efficiency substantially uniform and substantially constant in the width direction (rotating axis direction) of the heating rotating body as the member to be heated. It is providing the heating apparatus used as temperature distribution, and its manufacturing method.
In addition, the second object of the present invention is to ensure a stable induction heating state with extremely short warm-up time, less leakage electromagnetic field exposure to the human body, excellent safety and functionality, miniaturization possible. It is in providing the heating apparatus which can be manufactured, and its manufacturing method.
Furthermore, a third object of the present invention is to provide a fixing device and an image forming apparatus using a heating device having the above-mentioned excellent features.
上記目的は、以下の本発明により達成される。すなわち本発明は、
<1> 少なくとも電磁誘導作用により発熱する発熱層を有する、無端状の加熱回転体を加熱するための加熱装置であって、
前記加熱回転体を誘導加熱するための励磁コイルが、前記加熱回転体の外周面または内周面の一部に沿うように配置され、
当該励磁コイル周辺から漏れ出る電磁場を遮蔽するための非磁性金属からなる漏洩電磁場遮蔽部材が、前記励磁コイルから生じる電磁場を囲い込むように配置され、
かつ、前記漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離が前記加熱回転体の回転軸方向のどの位置でも同一である場合の当該回転軸方向における温度分布において、高温になる部位について前記漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離を近付け、及び/または、低温になる部位について前記漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離を遠ざけることで、前記加熱回転体の回転軸方向における温度分布が略一定になるように、前記漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離が調整されて、前記漏洩電磁場遮蔽部材の形状が、前記加熱回転体の回転軸方向の位置により、当該漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離が異なるように形成されてなることを特徴とする加熱装置。
The above object is achieved by the present invention described below. That is, the present invention
<1> A heating device for heating an endless heating rotator having at least a heat generating layer that generates heat by electromagnetic induction,
An exciting coil for inductively heating the heating rotator is arranged along a part of the outer peripheral surface or the inner peripheral surface of the heating rotator,
A leakage electromagnetic field shielding member made of a non-magnetic metal for shielding an electromagnetic field leaking from around the excitation coil is disposed so as to surround the electromagnetic field generated from the excitation coil,
In addition, in the temperature distribution in the rotation axis direction when the distance between the leakage electromagnetic field shielding member and the excitation coil is the same at any position in the rotation axis direction of the heating rotator, the leakage electromagnetic field shielding is applied to a portion that becomes high in the temperature distribution in the rotation axis direction. The temperature distribution in the rotation axis direction of the heating rotator is substantially reduced by reducing the distance between the member and the excitation coil and / or increasing the distance between the leakage electromagnetic field shielding member and the excitation coil at a low temperature part. The distance between the leakage electromagnetic field shielding member and the excitation coil is adjusted to be constant, and the shape of the leakage electromagnetic field shielding member depends on the position of the heating rotator in the rotation axis direction. A heating device, wherein the heating device is formed so as to have a different distance from the exciting coil.
<2> 前記漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離が、前記励磁コイルの端部よりも中央部の方が離れていることを特徴とする<1>に記載の加熱装置。 < 2 > The heating apparatus according to <1 > , wherein a distance between the leakage electromagnetic field shielding member and the excitation coil is greater in a central portion than in an end portion of the excitation coil.
<3> 前記漏洩電磁場遮蔽部材が、板厚500μm以上2mm以下のアルミニウム板またはアルミニウム合金板からなることを特徴とする<1>または<2>のいずれかに記載の加熱装置。 < 3 > The heating apparatus according to either <1> or < 2 >, wherein the leakage electromagnetic field shielding member is made of an aluminum plate or an aluminum alloy plate having a thickness of 500 μm to 2 mm.
<4> 前記加熱回転体の発熱層の厚さが、その表皮深さよりも薄く、
前記励磁コイルが、前記発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させるべく、前記加熱回転体の表面と非接触で、かつ該表面に沿って線材を巻回させて形成されてなり、
前記加熱回転体を挟んで前記励磁コイルの反対側で対向し、かつ該加熱回転体の表面と非接触に、前記励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する(好ましくは、下記形状に形成された)磁路形成部材が配設されてなることを特徴とする<1>〜<3>のいずれかに記載の加熱装置。
・磁路形成部材の形状:磁路形成部材における前記励磁コイルとの対向面が前記加熱回転体の内周面形状または外周面形状に倣うように形成されてなる形状。
< 4 > The thickness of the heat generating layer of the heating rotator is thinner than the skin depth,
The excitation coil is formed by winding a wire along the surface in a non-contact manner with the surface of the heating rotator so as to generate a variable magnetic field along the thickness direction of the heat generating layer,
A magnetic path of a variable magnetic field generated by the exciting coil is formed so as to face the opposite side of the exciting coil across the heating rotating body and not in contact with the surface of the heating rotating body, thereby shielding the magnetic field. The heating apparatus according to any one of <1> to < 3 >, wherein a magnetic path forming member (preferably formed in the following shape) is provided.
-Shape of the magnetic path forming member: a shape formed so that the surface of the magnetic path forming member facing the excitation coil follows the inner peripheral surface shape or outer peripheral surface shape of the heating rotator.
<5> 前記加熱回転体が無端ベルト状であって、所定の方向に回転し、その回転方向前後において、前記磁路形成部材の両端部が、対向する前記励磁コイルの両端部を越えてそれぞれ延在していることを特徴とする<4>に記載の加熱装置。 < 5 > The heating rotator has an endless belt shape, and rotates in a predetermined direction. Before and after the rotation direction, both end portions of the magnetic path forming member extend beyond both end portions of the opposing excitation coils. The heating apparatus according to < 4 >, wherein the heating apparatus extends.
<6> 前記加熱回転体が、円筒状であることを特徴とする<5>に記載の加熱装置。 < 6 > The heating device according to < 5 >, wherein the heating rotator is cylindrical.
<7> 前記磁路形成部材が、ソフトフェライトで形成されてなることを特徴とする<4>〜<6>のいずれかに記載の加熱装置。 < 7 > The heating device according to any one of < 4 > to < 6 >, wherein the magnetic path forming member is formed of soft ferrite.
<8> 前記加熱回転体の発熱層が、主に発熱する層の厚さが2〜15μmの銅で形成されており、前記励磁コイルに印加される交流電流の周波数が20〜100kHzであることを特徴とする<4>〜<7>のいずれかに記載の加熱装置。 < 8 > The heating layer of the heating rotator is mainly formed of copper having a thickness of 2 to 15 μm, and the frequency of the alternating current applied to the exciting coil is 20 to 100 kHz. < 4 >-< 7 > characterized by these. The heating apparatus in any one of < 7 >.
<9> 前記励磁コイルおよび前記加熱回転体を挟んで、前記磁路形成部材に対向して、前記励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する第二の磁路形成部材が配置されてなることを特徴とする<4>〜<8>のいずれかに記載の加熱装置。 < 9 > A second magnet that forms a magnetic path of a variable magnetic field generated by the excitation coil and shields the magnetic field across the excitation coil and the heating rotator so as to face the magnetic path forming member. The heating apparatus according to any one of < 4 > to < 8 >, wherein a path forming member is disposed.
<10> 前記磁路形成部材および前記第二の磁路形成部材の少なくとも一方が、前記加熱回転体の回転軸方向に複数の小片部材が互いに所定の間隙を設けて配置された小片部材群で構成されてなることを特徴とする<9>に記載の加熱装置。 < 10 > At least one of the magnetic path forming member and the second magnetic path forming member is a small piece member group in which a plurality of small piece members are arranged with a predetermined gap therebetween in the rotation axis direction of the heating rotator. The heating apparatus according to < 9 >, wherein the heating apparatus is configured.
<11> 前記磁路形成部材および前記第二の磁路形成部材の両方が前記小片部材群で構成されてなり、前記磁路形成部材および前記第二の磁路形成部材を構成する小片部材群の各小片部材と、それに対向する前記磁路形成部材または前記第二の磁路形成部材を構成する小片部材群において互いに隣接する2つの小片部材が形成する各間隙と、が互いに相対向するように配置されていることを特徴とする<10>に記載の加熱装置。 < 11 > Both the magnetic path forming member and the second magnetic path forming member are constituted by the small piece member group, and the small piece member group constituting the magnetic path forming member and the second magnetic path forming member. Each small piece member and each gap formed by two small piece members adjacent to each other in the small piece member group constituting the magnetic path forming member or the second magnetic path forming member facing each other so as to face each other. < 10 > The heating apparatus according to < 10 >, wherein
<12> 前記磁路形成部材および前記第二の磁路形成部材の両方が前記小片部材群で構成されてなり、前記磁路形成部材の小片部材群と、前記第二の磁路形成部材の小片部材群とが、互いに、対向する相手側の小片部材群の各間隙を補完するように配置されてなることを特徴とする<10>に記載の加熱装置。 < 12 > Both the magnetic path forming member and the second magnetic path forming member are configured by the small piece member group, and the small piece member group of the magnetic path forming member and the second magnetic path forming member < 10 > The heating apparatus according to < 10 >, wherein the small piece member group is disposed so as to complement each gap between the opposing small piece member groups facing each other.
<13> 前記磁路形成部材および前記第二の磁路形成部材を構成する小片部材群における各小片部材が、前記加熱回転体の回転軸方向におけるその中心が対向する相手側の小片部材群の各間隙の前記同方向における中心と略一致するように、配置されていることを特徴とする<11>または<12>に記載の加熱装置。 < 13 > Each small piece member in the small piece member group constituting the magnetic path forming member and the second magnetic path forming member is a pair of small piece member groups on the opposite side whose centers in the rotation axis direction of the heating rotator face each other. The heating apparatus according to < 11 > or < 12 >, wherein the gaps are arranged so as to substantially coincide with the centers of the gaps in the same direction.
<14> 少なくとも発熱層および最表面の離型層を有する加熱定着ベルトと、該加熱定着ベルトと当接して、未定着トナー像を担持した被記録材が挿通され加熱加圧して定着するニップ部を形成する加圧部材と、前記加熱定着ベルトを加熱する加熱部材と、を含む定着装置であって、
前記加熱部材が、前記加熱定着ベルトを加熱回転体とする<1>〜<13>のいずれかに記載の加熱装置であることを特徴とする定着装置。
< 14 > A heat-fixing belt having at least a heat-generating layer and an outermost release layer, and a nip portion that is in contact with the heat-fixing belt and into which a recording material carrying an unfixed toner image is inserted and heated and pressed to fix it. A fixing device comprising: a pressure member that forms a heating member; and a heating member that heats the heating and fixing belt,
The fixing device, wherein the heating member is the heating device according to any one of <1> to < 13 >, wherein the heating fixing belt is a heating rotator.
<15> 少なくとも、被記録材表面に未定着トナー像を形成する画像形成手段と、加熱定着ベルトおよび加圧部材が当接して、表面に未定着トナー像が形成された前記被記録材が挿通されるニップ部が形成されてなる定着手段と、前記加熱定着ベルトを加熱する加熱部材と、を含む画像形成装置であって、
前記加熱定着ベルトが少なくとも発熱層および最表面の離型層を有し、かつ、
前記加熱部材が、前記加熱定着ベルトを加熱回転体とする<1>〜<13>のいずれかに記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
< 15 > At least the image forming means for forming an unfixed toner image on the surface of the recording material, the heat fixing belt and the pressure member are in contact with each other, and the recording material on which the unfixed toner image is formed is inserted. An image forming apparatus comprising: a fixing unit in which a nip portion is formed; and a heating member that heats the heating and fixing belt,
The heat-fixing belt has at least a heat generating layer and an outermost release layer, and
The image forming apparatus, wherein the heating member is the heating device according to any one of <1> to < 13 >, in which the heating fixing belt is a heating rotator.
<16> 少なくとも電磁誘導作用により発熱する発熱層を有する、無端状の加熱回転体を加熱するための加熱装置の製造方法であって、
前記加熱回転体を誘導加熱するための励磁コイルを、前記加熱回転体の外周面または内周面の一部に沿うように配置し、
非磁性金属からなり、前記励磁コイル周辺から漏れ出る電磁場を遮蔽するための(好ましくは、下記形状に形成された)漏洩電磁場遮蔽部材を、前記励磁コイルから生じる電磁場を囲い込むように配置することを特徴とする加熱装置の製造方法。
・漏洩電磁場遮蔽部材の形状:前記加熱回転体の回転軸方向の位置により、当該漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離が、前記加熱回転体の回転軸方向における温度分布が略一定になるように調整された形状。
< 16 > A method for manufacturing a heating device for heating an endless heating rotator having a heat generating layer that generates heat by at least electromagnetic induction,
An exciting coil for inductively heating the heating rotator is arranged along a part of the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the heating rotator,
A leakage electromagnetic field shielding member (preferably formed in the following shape) made of a non-magnetic metal for shielding an electromagnetic field leaking from the periphery of the excitation coil is disposed so as to surround the electromagnetic field generated from the excitation coil. The manufacturing method of the heating apparatus characterized by these.
-Shape of the leakage electromagnetic field shielding member: The distance between the leakage electromagnetic field shielding member and the excitation coil is substantially constant in the temperature distribution in the rotation axis direction of the heating rotator depending on the position of the heating rotator in the rotation axis direction. Shape adjusted so that.
<17> 前記加熱回転体の発熱層の厚さが、その表皮深さよりも薄く、
前記励磁コイルが、前記発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させるべく、前記加熱回転体の表面と非接触で、かつ該表面に沿って線材を巻回させて形成されてなり、かつ、
前記加熱回転体を挟んで前記励磁コイルの反対側で対向し、かつ該加熱回転体の表面と非接触に、前記励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する下記形状に形成された磁路形成部材を配設する工程をさらに含むことを特徴とする<16>に記載の加熱装置の製造方法。
・磁路形成部材の形状:磁路形成部材における前記励磁コイルとの対向面が前記加熱回転体の内周面形状または外周面形状に倣うように形成されてなる形状。
< 17 > The thickness of the heat generating layer of the heating rotator is thinner than the skin depth,
The excitation coil is formed by winding a wire along the surface in a non-contact manner with the surface of the heating rotator so as to generate a variable magnetic field along the thickness direction of the heat generating layer, And,
A magnetic path of a variable magnetic field generated by the exciting coil is formed so as to face the opposite side of the exciting coil across the heating rotating body and not in contact with the surface of the heating rotating body, thereby shielding the magnetic field. The method for manufacturing a heating device according to < 16 >, further comprising a step of disposing a magnetic path forming member formed in the following shape.
-Shape of the magnetic path forming member: a shape formed so that the surface of the magnetic path forming member facing the excitation coil follows the inner peripheral surface shape or outer peripheral surface shape of the heating rotator.
本発明によれば、漏洩電磁場遮蔽部材の形状を、被加熱部材としての加熱回転体の回転軸方向の位置により、当該漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの間隙の大きさを適切に異ならせたことにより、加熱効率が略均一で、略一定の温度分布となる加熱装置およびその製造方法を提供することができる。据え付けることが必然である場合が多い漏洩電磁場遮蔽部材の形状を適切に調整・設計するだけで、被加熱対象物たる加熱回転体の回転軸方向の加熱温度分布を略均一なものとすることができる。 According to the present invention, the shape of the leakage electromagnetic field shielding member is appropriately changed in the size of the gap between the leakage electromagnetic field shielding member and the exciting coil according to the position in the rotation axis direction of the heating rotating body as the member to be heated. As a result, it is possible to provide a heating apparatus having substantially uniform heating efficiency and a substantially constant temperature distribution, and a method for manufacturing the same. By simply adjusting and designing the shape of the leakage electromagnetic field shielding member that is often required to be installed, the heating temperature distribution in the direction of the rotation axis of the heated rotating body that is the object to be heated can be made substantially uniform. it can.
また、本発明によれば、漏洩電磁場遮蔽部材を上記のように適切な形状としつつ、前記加熱回転体の発熱層の厚さをその表皮深さよりも薄くして、励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する磁路形成部材を配設することで、ウォームアップタイムを極めて短くしつつ、漏洩電磁場の人体への暴露が少なく安全でかつ機能性に優れ、小型化が可能で安定した誘導加熱状態を確保することができる加熱装置およびその製造方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、上記優れた特長を具備する加熱装置を用いた定着装置および画像形成装置を提供することができる。
Further, according to the present invention, the leakage electromagnetic field shielding member having an appropriate shape as described above, the thickness of the heating layer of the heating rotator is made thinner than the skin depth, and the fluctuation generated by the exciting coil is changed. By arranging the magnetic path forming member that forms the magnetic path of the magnetic field and shields the magnetic field, the warm-up time is extremely shortened, the exposure to the human body of the leaked electromagnetic field is small, and it is excellent in safety and functionality. It is possible to provide a heating device that can be miniaturized and can ensure a stable induction heating state and a method for manufacturing the same.
Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a fixing device and an image forming apparatus using the heating device having the above-described excellent features.
以下、本発明を好ましい実施形態を挙げて、図面に基づき詳細に説明する。
[加熱装置および定着装置]
<第1の実施形態>
図1は、本発明の例示的一態様である第1の実施形態の定着装置10の模式断面図である。本実施形態の定着装置には、本発明の加熱装置が含まれ、それには図1に示されるように、漏洩電磁場遮蔽部材6が装着されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings with preferred embodiments.
[Heating device and fixing device]
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a fixing
本実施形態の定着装置は、ウォームアップタイムの短縮化、および被記録材の剥離性能の確保を目的とし、トナー像を定着するための定着部材としては、熱容量の小さい柔軟(フレキシブル)なベルト状の部材を使用し、このベルト状部材の内部には、熱を奪う部材を極力配設しないように構成されている。すなわち、無端状のベルト部材(加熱定着ベルト)は、その内側に駆動ロール等の張架部材を設けずに、無張架で配置され、加圧部材に対向して配置されて定着ニップ部を形成するパッド部材(押圧部材)のみしか、基本的には設けない構成を採用している。また、加熱対象となるベルト状部材を直接加熱できるように、ベルト状部材内部に発熱層を設け、励磁コイルにより生成される変動磁界によってこの発熱層を誘導加熱させる方式を用いている。 The fixing device of this embodiment is intended to shorten the warm-up time and secure the separation performance of the recording material. As a fixing member for fixing a toner image, a flexible belt having a small heat capacity is used. These members are used, and the belt-shaped member is configured so that a member for removing heat is not disposed as much as possible. In other words, the endless belt member (heat fixing belt) is disposed without stretching members such as drive rolls on the inner side thereof, and is disposed so as to face the pressure member, and the fixing nip portion is provided. Only a pad member (pressing member) to be formed is basically provided. Further, a heating layer is provided inside the belt-like member so that the belt-like member to be heated can be directly heated, and this heating layer is induction-heated by a variable magnetic field generated by an exciting coil.
具体的には、図1に示されるように、発熱層を有する薄肉中空円筒状の加熱定着ベルト20と、この加熱定着ベルト20の図中下部外周面と圧接するように配設された加圧ロール23とを備え、この加圧ロール23と対向している加熱定着ベルト20の内側には、その内周面と当接する弾性部材24が、支持部材22により支持されて配設されていると共に、加圧ロール23との対向面と反対側(図中上部)の加熱定着ベルト20の内部には、加熱定着ベルト20の内周面と非接触で、この内周面の一部と対向するように励磁コイル1Aが設けられている。さらに、励磁コイル1Aと対向している加熱定着ベルト20の外部には、加熱定着ベルト20の外周面と非接触で、この外周面の一部と対向するようにフェライト製の磁路形成部材41が配設されている。
Specifically, as shown in FIG. 1, a thin hollow cylindrical
このように構成された定着装置10においては、加圧ロール23と、弾性部材24とで加熱定着ベルト20を挟持した状態に保持してニップ部1Yが形成され、このニップ部1Yに未定着トナー像25が転写された被記録材27を挿通させることにより、熱および圧力で未定着トナー像25が被記録材27上に定着され、定着画像が形成されるようになっている。そして、発熱層を有する薄肉の加熱定着ベルト20を、励磁コイル1Aにより生成される変動磁界によって電磁誘導加熱することにより、未定着トナー像を定着する際の加熱が行われるように構成されている。
In the fixing
次に、定着装置10の構成部材の詳細について、以下に説明する。
まず、加熱定着部材としての加熱定着ベルト(加熱回転体)20は、発熱層を有する無端状のベルトとして形成されている。詳細には、図2に示されるように、その内周面側から、耐熱性の高いシート状部材からなる基材層20aと、この基材層20aの外周面側に積層された単一の発熱層である発熱層20bと、最も上層となる離型層20cの少なくとも3層を備え、直径φ30mmの無端状ベルトとして形成されている。
Next, details of constituent members of the fixing
First, a heat fixing belt (heating rotator) 20 as a heat fixing member is formed as an endless belt having a heat generating layer. Specifically, as shown in FIG. 2, from the inner peripheral surface side, a
なお、図3に示されるように、発熱層20bと離型層20cとの間に、例えば、ゴム硬度35°(JIS−A)のシリコーンゴムからなる弾性層20dをさらに設けてもよい。また、本実施形態においては、図示しないが無端状の加熱定着ベルト20の両端部をエッジガイドに突き当てることにより、この加熱定着ベルト20の蛇行を規制して使用するように構成されている。
As shown in FIG. 3, an
加熱定着ベルト20の基材層20aは、例えば、厚さ10〜100μm、さらに好ましくは厚さ50〜100μm(例えば、75μm)の耐熱性の高いシートであり、例えばポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド等の耐熱性の高い合成樹脂から形成することができる。
The
また、発熱層20bは、励磁コイル1Aによって生成される磁界の電磁誘導作用により、誘導発熱する導電層であり、銅を2〜15μm程度の厚みで形成したものが用いられる。均一な層をめっきや蒸着などで形成しようとすれば、2μ未満であると製造上の歩留りの悪さや膜厚精度の確保、品質管理やコスト面で問題が発生する場合がある。また15μmを超えると、熱容量が大きくなり、10秒以下のウォームアップ達成に影響を及ぼし、発熱層の可撓性が低下することから、定着装置の剥離性能を得るために撓めることが困難となる場合があるため15μm以下とすることが望ましい。
The
さらに15μmを超える厚さになると、周波数20k〜100kHzにおける誘導加熱性能が低下する。このことは、表皮深さより十分に薄い厚さの金属層には層全体に渦電流が流れるが、厚さの増加により抵抗値が低くなるため、渦電流によるジュール発熱損が得にくくなることに起因する。つまり、ジュール発熱は渦電流の2乗値と渦電流が流れる主経路の抵抗値の乗算により決定されるため、抵抗値が低すぎれば、いくら大きな渦電流が流れても発熱しない状態に至るためである。 Further, when the thickness exceeds 15 μm, the induction heating performance at a frequency of 20 k to 100 kHz is lowered. This means that an eddy current flows through the entire metal layer with a thickness sufficiently thinner than the skin depth, but the resistance value decreases as the thickness increases, making it difficult to obtain Joule heat loss due to the eddy current. to cause. In other words, Joule heating is determined by multiplying the square value of the eddy current by the resistance value of the main path through which the eddy current flows. Therefore, if the resistance value is too low, no heat will be generated no matter how much eddy current flows. It is.
本実施形態では、図2、図3には図示していないが、銅層である発熱層20bの表面離型層側に、厚さがおよそ0.1〜5μm程度のニッケル層を設けた加熱定着ベルトでも実施した。ニッケル層は、加熱定着ベルトの強度の向上のために設けたもので、電磁誘導作用による発熱に寄与する層となるが、電磁誘導特性への影響が小さくなる(誘導状態におけるインダクタンスやレジスタンスの変化がおよそ10%以下となる)厚さで設けている。実際の一例として、10μmの銅層に5μmのニッケル層を設けた2つの発熱に寄与する層を有する加熱定着ベルトと単一の銅層10μmを有する加熱定着ベルトの電磁誘導特性を比較したところ、電磁誘導状態におけるインダクタンス、レジスタンスの変化は5%以下で、単一の銅層との差は非常に小さい。このような層を設けても、主に発熱する層は発熱層20bの銅層となるため、本発明の実施の上でほとんど問題は生じない。
In this embodiment, although not shown in FIGS. 2 and 3, heating is performed in which a nickel layer having a thickness of about 0.1 to 5 μm is provided on the surface release layer side of the
一般に、ウォームアップタイムを限りなく0に近づけて、10秒以下に短縮するためには、電磁誘導加熱される発熱層(金属)の熱容量を小さくすることが最も重要である。そのためには発熱に寄与する金属の層はトータルで30μm以下、望ましくは2〜20μmの範囲内であれば実現可能である。また、主に発熱する層が1層ある場合、その層は製造性(歩留りや層形成の均一性)やコストを考慮すると10μm前後が好適である。 In general, in order to reduce the warm-up time as close as possible to 0 and to 10 seconds or less, it is most important to reduce the heat capacity of the heat generating layer (metal) that is heated by electromagnetic induction. For this purpose, it is possible to realize a metal layer that contributes to heat generation within a total range of 30 μm or less, preferably 2 to 20 μm. Further, when there is one layer that mainly generates heat, the layer is preferably about 10 μm in view of manufacturability (yield and uniformity of layer formation) and cost.
例えば、発熱に寄与する層(金属層)は、製造上の理由または強度補強の理由などから複数存在することがある。電磁誘導作用により発熱する層はコストの観点から1つであることが望ましいが、上記理由等により発熱に寄与する層が複数存在する場合には各層のトータル厚さで30μm以下とすることが望ましい。本発明では、発熱に寄与する層が複数存在しても、全発熱量の5割以上の電磁誘導発熱量が得られる層を主に発熱する層として、単に「発熱層」と呼び、発熱に寄与するすべての層を総称して単に「発熱に寄与する層」と呼称する。 For example, there may be a plurality of layers (metal layers) that contribute to heat generation for manufacturing reasons or strength reinforcement reasons. The number of layers that generate heat due to electromagnetic induction is preferably one from the viewpoint of cost. However, when there are a plurality of layers that contribute to heat generation due to the above reasons, the total thickness of each layer is preferably 30 μm or less. . In the present invention, even if there are a plurality of layers that contribute to heat generation, a layer that can generate an electromagnetic induction heat generation amount that is 50% or more of the total heat generation amount is simply referred to as a “heat generation layer” as a layer that generates heat. All the contributing layers are collectively referred to simply as “layers contributing to heat generation”.
発熱層を10μm程度に薄くした導体、すなわち金属または金属混合物を汎用性が高く低コストの高周波電源(例えば、電磁調理器等で用いられている準E級並列共振回路電源)で誘導加熱するためには、非磁性金属を用いる必要がある。磁性金属は固有抵抗値が高いため、これを薄膜化してゆくと誘導渦電流が流れにくくなり加熱が困難になる。誘導渦電流が流れにくい発熱層を誘導加熱しようとすれば、コイルに高電圧を印加しなくてはならず電源の高電圧化等の問題が生じるため実際に適応することが困難となる。すべての金属に交番電磁界を作用させれば電磁誘導による渦電流は流れるが、ジュール発熱による加熱装置を設計するためには、発熱しやすい条件を与えること重要である。これに対して、特にアルミニウムや銅、銀などに代表される非磁性金属は固有抵抗値が低く、表皮深さより十分に薄くすることで誘導加熱に好適となる、具体的には例えば10μm程度に薄膜化することで加熱しやすくなる。 Inductive heating of a conductor having a heat generation layer as thin as about 10 μm, that is, a metal or a metal mixture, with a versatile and low-cost high-frequency power source (for example, a quasi-E class parallel resonant circuit power source used in an electromagnetic cooker) For this, it is necessary to use a nonmagnetic metal. Since magnetic metal has a high specific resistance value, when it is thinned, an induced eddy current hardly flows and heating becomes difficult. If it is attempted to inductively heat a heat generating layer in which an induced eddy current does not easily flow, it is necessary to apply a high voltage to the coil, which causes problems such as an increase in the voltage of the power source, making it difficult to actually adapt. Although an eddy current due to electromagnetic induction flows when an alternating electromagnetic field is applied to all metals, in order to design a heating device using Joule heat generation, it is important to give conditions that easily generate heat. In contrast, non-magnetic metals such as aluminum, copper, and silver have low specific resistance values, and are suitable for induction heating by being sufficiently thinner than the skin depth. Specifically, for example, about 10 μm. It becomes easy to heat by thinning.
例えば単一の発熱層として、非磁性金属の銅を例にとると、周波数が20k〜100kHzの周波数帯において、電磁界が銅層に浸入する表皮深さδは、下記(式1)により、μ=1,ρ=1.67×10-8Ωmで、200〜500μmとなり、発熱層の厚さは十分に表皮深さδより小さい。 For example, when the non-magnetic metal copper is taken as an example of a single heat generating layer, the skin depth δ at which the electromagnetic field penetrates into the copper layer in the frequency band of 20 to 100 kHz is expressed by the following (Equation 1): μ = 1, ρ = 1.67 × 10 −8 Ωm, which is 200 to 500 μm, and the thickness of the heat generating layer is sufficiently smaller than the skin depth δ.
しかし、アルミや銅、銀などに代表される低固有抵抗値を有する非磁性金属は、発熱層が表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合、交番磁界発生手段である励磁コイルから発生する磁界と誘導渦電流による反作用磁界は、発熱層を挟んで励磁コイルと反対側から漏れ出る。表1に磁路形成部材であるフェライトがある場合とない場合の磁束密度の違いを示すが、磁路形成部材がない場合には強磁界が発熱層周辺から発生していることがわかる。この磁界は、コイルによる磁界と発熱層に流れる渦電流による磁界によるもので、発熱層から漏れ出ている。 However, non-magnetic metals having a low specific resistance value typified by aluminum, copper, silver, etc., are generated from an excitation coil that is an alternating magnetic field generating means when induction heating is performed on a metal whose heating layer is thinner than the skin depth δ. The reaction magnetic field due to the magnetic field and the induced eddy current leaks from the side opposite to the exciting coil across the heat generation layer. Table 1 shows the difference in magnetic flux density with and without the magnetic path forming member, but it can be seen that when there is no magnetic path forming member, a strong magnetic field is generated around the heat generating layer. This magnetic field is generated by the magnetic field generated by the coil and the magnetic field generated by the eddy current flowing in the heat generating layer, and leaks from the heat generating layer.
そこで、本実施形態の定着装置に使用される本発明の加熱装置は、導電性の発熱層20bを含み、発熱層20bの厚さがその表皮深さよりも薄い加熱定着ベルト20を被加熱部材とし、この被加熱部材の発熱層20bの厚さ方向に沿って変動磁界を発生させて発熱層20bを電磁誘導加熱するための励磁コイル1Aを有し、発熱層20bを含む加熱定着ベルト20を、励磁コイル1Aと磁路形成部材41とで挟んで対向させた構成としている。当該構成とすることで、励磁コイル1A−発熱層20b−磁路形成部材41で磁束路が形成できるため安定した誘導加熱状態を実現することができる。これにより、表皮深さより十分に薄い非磁性金属であっても安全で安定した誘導加熱状態を得ることが可能な加熱装置を提供することができる。
Accordingly, the heating device of the present invention used in the fixing device of the present embodiment includes the heat-fixing
ここで、銅層(発熱層)の厚さと印加周波数との関係について、図4を参照してさらに説明する。図4は、周波数に対する力率相当量の変化を示した図であり、銅層厚さ2μ〜15μmにおける発熱のし易さを示す特性図である。
図4において、20k〜100kHzの周波数帯にわたって、力率相当量である発熱のファクターが0.5に達していれば安定した加熱が可能な状態であるが、図に示されるように、厚さが2μmの場合にはおよそ60kHz〜100kHzで、15μmではおよそ30kHz以下が適正であることがわかる。
Here, the relationship between the thickness of the copper layer (heat generation layer) and the applied frequency will be further described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing the change of the power factor equivalent amount with respect to the frequency, and is a characteristic diagram showing the ease of heat generation when the copper layer thickness is 2 μm to 15 μm.
In FIG. 4, stable heating is possible if the heat factor corresponding to the power factor reaches 0.5 over the frequency band of 20 k to 100 kHz, but the thickness is as shown in the figure. It can be seen that the frequency is about 60 kHz to 100 kHz in the case of 2 μm, and about 30 kHz or less in the case of 15 μm.
従って、コイルに印加する電流の周波数は、20kHz〜100kHzであることが望ましい。20kHz未満では、発振ノイズ音が人の可聴領域内に入るために採用できず、また、100kHzを超えると、コイルに電流を印加する誘導加熱電源のスイッチングロスが大きくなり、周辺機器に影響を及ぼす放射ノイズが大きくなると共に、コイルの表皮抵抗が増大し、これらによる損失が顕在化するためである。 Therefore, the frequency of the current applied to the coil is desirably 20 kHz to 100 kHz. If it is less than 20 kHz, the oscillation noise sound cannot be adopted because it falls within the human audible region, and if it exceeds 100 kHz, the switching loss of the induction heating power source that applies current to the coil increases, affecting peripheral devices. This is because the radiation noise increases and the skin resistance of the coil increases and the loss due to these increases.
また、本実施形態では、パッド部材と加圧ロールとで形成されるニップ部の内部で、加熱定着ベルト20が当該ニップ部の形状に倣う必要がある。このため、フレキシブルなベルトである必要があり、発熱層20bは、可能な限り薄層にすることが好ましい。そこで、本実施形態においては、発熱層20bとして、導電率の高い銅を、発熱効率が高くなるように10μm程度の極薄い厚さで、上述のポリイミドからなる基材層20a外周面にめっきしたものが用いられている。
In the present embodiment, the
さらに、離型層20cは、被記録材27表面に転写された未定着トナー像25と、直接接する層であるため、離型性の良い材料を使用することが望ましい。この離型層20cを構成する材料としては、例えば、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、シリコーン共重合体、またはこれらの複合層等が挙げられる。この離型層20cは、これらの材料のうちから適宜選択されたものを、1〜50μmの厚さでベルトの最上層として設けたものである。また、離型層20cの厚さは、薄すぎると、耐磨耗性の面で耐久性が悪く、加熱定着ベルト20の寿命が短くなってしまい、逆に、厚すぎると、ベルトの熱容量が大きくなり、ウォームアップタイムが長くなってしまう。
本実施形態においては、耐磨耗性と、ベルトの熱容量のバランスを考慮して、加熱定着ベルト20の離型層20cとして、厚さ20μmのテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体(PFA)が使用されている。
Further, since the
In the present embodiment, a 20 μm thick tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether polymer (PFA) is used as the
また、上記の如く構成された加熱定着ベルト20の内部には、例えば、シリコーンゴム等から形成されたパッド(押圧部材)としての弾性部材24が設けられている。本実施形態では、弾性部材24として、ゴム硬度がJIS−Aで35°のシリコーンゴムを、ステンレス(SUS)や鉄等の金属や、耐熱性の高い合成樹脂等からなる剛性を持つ支持部材22に積層したものが用いられている。
An
このシリコーンゴムからなる弾性部材24は、例えば、均一な厚さのものが使用される。また、支持部材22は、図示しない定着装置のフレームに固定した状態で配置されているが、弾性部材24が所定の押圧力で加圧ロール23の表面に圧接するように、図示しないスプリング等の付勢手段によって、加圧ロール23の表面に向けて押圧してもよい。
For example, the
なお、本実施形態においては、加圧ロール23として、直径φ26mmの中実の鉄製ロールの表面に、離型層として、厚さ30μmのテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体(PFA)を被覆したものが使用されている。そして、この加圧ロール23は、図示しない加圧手段により、加熱定着ベルト20を介して弾性部材24に押圧された状態で、図示しない駆動手段によって回転駆動されている。
In the present embodiment, the surface of a solid iron roll having a diameter of 26 mm as the
また、加圧ロール23には、熱伝導性の良いアルミニウムやステンレス等の金属からなる不図示の金属ロールが、接離可能なように設けられてもよい。この金属ロールは、定着装置に通電が開始された朝一番などで、加熱定着ベルト20や加圧ロール23の温度が室温状態に冷えているときには、加圧ロール23から離れた位置に停止している。そして、上記定着装置において、例えば、小サイズ用紙を連続して定着処理した場合など、当該定着装置が使用されるに伴って、加熱定着ベルト20や加圧ロール23に、軸方向に沿った温度差が生じたときには、上記金属ロールを加圧ロール23と当接させるように構成してもよい。
The
また、被加熱部材である加熱定着ベルト20は、加圧ロール23の回転に従動して、所定の方向に循環移動するものである。そこで、本実施形態では、加熱定着ベルト20と弾性部材24との間に、摺動性を良好とするため、耐摩擦性が強く、摺動性の良いシート材、例えばテフロン(登録商標)樹脂を含浸させたガラス繊維シート(中興化成工業:FGF400−4等)を介在させ、さらに潤滑剤として、シリコンオイルなどの離型剤を、加熱定着ベルト20の内面に塗布することで、摺動性を向上させるように構成されている。このようにすることで、実際の加熱時において、加圧ロール23の空回転時の駆動トルクを、約6kg・cmから約3kg・cmにまで低減することができる。従って、加熱定着ベルト20は、加圧ロール23と滑ることなく従動し、加圧ロール23の回転速度と等しい速度で従動回転する。
The
本実施形態の定着装置で使用する加熱定着ベルトの加熱原理を説明するための説明図を図5に示す。図5において、加熱定着ベルトの内周面は、上方を向いている。
図5に示されるように、励磁コイル1Aは、強磁性体からなる芯材を有する線状部材を巻回させて薄肉円筒状の加熱定着ベルト20の内周面に倣うように形成され、加熱定着ベルト20の回転方向(周方向)と直交する方向を長手方向としてコイル支持部材18により支持されている。そして、被加熱部材である加熱定着ベルト20の表面と0.5mm〜3mm程度のギャップを保持して、加熱定着ベルト20の表面と対向するように設置されている。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the heating principle of the heat fixing belt used in the fixing device of this embodiment. In FIG. 5, the inner peripheral surface of the heat fixing belt faces upward.
As shown in FIG. 5, the
ここで、励磁コイル1Aとしては、例えば、相互に絶縁された直径φ0.16mmの銅線材を90本束ねたリッツ線を直線状に、所定の本数だけ並列的に配置したものが用いられる。リッツ線の巻き方は、1つの巻き方に限定されるものではなく、例えば、渦巻き状に巻いてもよく、励磁コイル1Aに流す交流電流により生じる変動磁界Hが発熱層20bに対して図示したように作用すればよい。また、コイル支持部材18としては、耐熱性のある非磁性材料を用いるのが望ましく、例えば、セラミックス、耐熱ガラス、ポリカーボネート、LCP、ポリイミド、PPS等の耐熱性樹脂が用いられる。
Here, as the
この励磁コイル1Aに、励磁回路30を通じて所定の周波数の交流電流が印加されることにより、励磁コイル1Aの周囲には変動磁界Hが発生し、この変動磁界Hが、加熱定着ベルト20の発熱層20bを横切るときに、電磁誘導作用によって、この磁界Hの変化を妨げるように、加熱定着ベルト20の発熱層20bに渦電流Bが生じる。この渦電流Bが加熱定着ベルト20の発熱層20bを流れることにより、当該発熱層20bの抵抗に比例した電力(W=I2R)でジュール熱が発生し、被加熱部材(加熱回転体)である加熱定着ベルト20が加熱される。
When an alternating current having a predetermined frequency is applied to the
励磁コイル1Aに印加される交流電流の周波数は、例えば、20〜50kHzに設定されるが、本実施形態では、交流電流の周波数が30kHzに設定されている。また、本実施形態においては、励磁回路30として、低コストの並列共振型の励磁回路電源を用いた場合でも極めて良好に電磁誘導加熱が可能であることが確認されている。このような並列共振型の高周波電源は電磁調理器などで実績があり、電磁誘導加熱用の電源としては安価に構成でき、実用性と汎用性が高いものである。
The frequency of the alternating current applied to the
また、磁路形成部材41としては、鉄、コバルト、ニッケル、フェライト等の磁性材料を用いることができるが、最も望ましいのはソフトフェライトである。ソフトフェライトは強磁性を有しており、透磁率が高く、電気抵抗値が非常に高いため、電磁誘導作用による渦電流Bが流れにくい。また交番磁界によるヒステリシス損も小さく、発熱層20bの励磁コイル1Aと反対側の磁路を形成するには最も適している。この磁路形成部材41は、励磁コイル1Aにより生成された磁界および渦電流による反作用磁界の磁束密度が高い周辺の磁束を集めて、磁路を形成するものであり、効率の良い加熱を可能とすると同時に、磁束が定着装置10の外部に漏れて、周辺部材が不本意に加熱されるのを防止するためのものである。
Further, as the magnetic
磁路形成部材41の周方向両端部41eは、励磁コイル1Aの周方向両端部1Ae間と対向している領域を超えて、さらに、周方向に延在しているようになっている。すなわち、加熱定着ベルト20の移動方向前後(周方向)において、磁路形成部材41の両端部41eは、相対向する励磁コイル1Aの両端部1Aeを越えてそれぞれ延在している。
Both
図6に、励磁コイル1Aの両端部と、相対向する磁路形成部材の両端部との好適な位置関係を説明するための模式説明図を示す。
図6に模式的に示されるように、磁路形成部材41の幅m2と、励磁コイル1Aのコイル幅m1との関係は、m2>m1となるように設定されている。これは、m2がm1よりも短いと、磁路形成が十分に行われず、効率低下や周辺部材への誘導を引き起こす虞が生じるためである(勿論、本発明では漏洩電磁場遮蔽部材が配置されているため、後者の問題は生じない。)。下記表2に、m1<m2とm1>m2の場合における加熱領域周辺の磁束密度の測定結果を示す。下記表2に示されるように、m1<m2であると漏れ磁束が少なくて、良好な遮蔽効果を得られることがわかる。
FIG. 6 is a schematic explanatory diagram for explaining a preferable positional relationship between both end portions of the
As schematically shown in FIG. 6, the relationship between the width m2 of the magnetic
このように磁路形成部材41の両端部41eが、励磁コイル1Aに対向している領域を越えて、さらに加熱定着ベルト20の周方向に延在しているので、磁路形成部材41の幅が、励磁コイル1Aの幅(加熱幅)よりも大きくなり、発熱層20bが表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層20bを挟んで励磁コイル1Aと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、漏洩の少ない磁束路を形成し、遮蔽効果を向上させることができる。
As described above, since both
本実施形態では、漏洩電磁場による人体への暴露を十分に少なくするため、励磁コイル1Aから生じる電磁場を囲い込むように、本発明に特徴的な漏洩電磁場遮蔽部材6が配されている。漏洩電磁場遮蔽部材6は、好ましくは金属の連続体である。連続体であれば、電磁界が進入できる深さ以上にそれを突き抜けることができない。電磁界が進入できる深さは上記(式1)で示した数式で表されるので、部材の厚さを上記(式1)の表皮深さδ以上にすれば電磁界が漏れることはない(ほとんど0に近い)。
In the present embodiment, the leakage electromagnetic field shielding member 6 characteristic of the present invention is disposed so as to surround the electromagnetic field generated from the
この漏洩電磁場遮蔽部材6により、漏洩した電磁場を吸収(誘導)させる。ただし、金属材料に誘導させることになるので、金属内には渦電流が発生することになるが、抵抗の十分小さい材料であれば損失も少なく問題のないレベルにすることが可能である。 The leaked electromagnetic field shielding member 6 absorbs (induces) the leaked electromagnetic field. However, since it is induced in a metal material, an eddy current is generated in the metal. However, if the material has a sufficiently low resistance, the loss can be reduced to a level with no problem.
漏洩電磁場遮蔽部材6に用いる金属材料としては、非磁性体でなければならない。磁性体なら高抵抗である必要があり高抵抗なら発熱してしまう危険性はないが、電磁界を変えてしまうため設計が敏感になる。漏洩電磁場遮蔽部材6に用いる金属材料として、磁性体であるソフトフェライトも特性上は適切ということができるが、連続体で作ることが困難であり、また重量が嵩み、さらに高コスト化するなどの問題があるため、磁性体を選択することは事実上難しい。 The metal material used for the leakage electromagnetic field shielding member 6 must be a non-magnetic material. Magnetic materials need to have high resistance, and if they are high resistance, there is no danger of heat generation, but the design becomes sensitive because the electromagnetic field is changed. As a metal material used for the leakage electromagnetic field shielding member 6, it can be said that soft ferrite, which is a magnetic material, is also suitable in terms of characteristics, but it is difficult to make a continuous material, is heavy, and further increases in cost. Therefore, it is practically difficult to select a magnetic material.
したがって、本発明において漏洩電磁場遮蔽部材に用いる非磁性金属としては、固有抵抗の小さい、銀や銅、アルミニウム、あるいはこれらを多く含む合金が好適である。特に、低コストで低比重化を実現できるアルミニウムは最適で、漏洩電磁場遮蔽部材に適切な材料として望ましいといえる。本実施形態においても、漏洩電磁場遮蔽部材6の材料としてアルミニウムを用いている。 Therefore, as the nonmagnetic metal used for the leakage electromagnetic field shielding member in the present invention, silver, copper, aluminum, or an alloy containing a large amount thereof having a low specific resistance is preferable. In particular, aluminum that can realize low specific gravity at low cost is optimal, and can be said to be desirable as a suitable material for a leakage electromagnetic field shielding member. Also in this embodiment, aluminum is used as the material of the leakage electromagnetic field shielding member 6.
本発明において、漏洩電磁場遮蔽部材の板厚としては、500μm以上2mm以下であることが好ましく、800μm以上1.8mm以下であることがより好ましく、1mmできれば1.5mmという板厚を選択すると市販品が活用できるので低コスト化できる。板厚が500μm未満であると、漏洩電磁場の遮蔽効率が劣る場合があり、一方板厚が2mmを越えると、材料が無駄なばかりでなく、装置全体の重量が大きくなり、かつ大型化してしまうため、好ましくない。 In the present invention, the plate thickness of the leakage electromagnetic field shielding member is preferably 500 μm or more and 2 mm or less, more preferably 800 μm or more and 1.8 mm or less, and a commercial product when a plate thickness of 1.5 mm is selected if possible. Can be used to reduce costs. If the plate thickness is less than 500 μm, the shielding efficiency of the leakage electromagnetic field may be inferior. On the other hand, if the plate thickness exceeds 2 mm, not only is the material wasted, but the overall weight of the device is increased and the size is increased. Therefore, it is not preferable.
本実施形態に用いた漏洩電磁場遮蔽部材6の斜視図を図7に、平面図を図8に、それぞれ示す。図7および図8に示されるように漏洩電磁場遮蔽部材6は、直方体形状の一面が開口して断面形状が大略コの字型をした部材であり、向かい合う面双方の長手方向中央部が外方向(図面上左右方向)に張り出した形状をしている。なお、当該張り出した部位を張出部6aと称する。
FIG. 7 is a perspective view of the leakage electromagnetic field shielding member 6 used in this embodiment, and FIG. 8 is a plan view thereof. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, the leakage electromagnetic field shielding member 6 is a member having one surface of a rectangular parallelepiped and an approximately U-shaped cross section. It has a shape protruding in the left-right direction on the drawing. The overhanging portion is referred to as an
張出部6aは、張り出しの無い部位(長手方向両端部)に比して、励磁コイル1Aからの距離が離れた状態となる。漏洩電磁場遮蔽部材6は、励磁コイル1Aにより形成される電磁場の軌跡に影響を与えるため、当該電磁場により発熱層20bに生ずる誘導電流にも影響を与える。したがって、漏洩電磁場遮蔽部材6を適切な形状とすることで、加熱定着ベルト20の回転軸方向における温度分布を略一定とすることができることを見出したのが、本発明の要旨である。
The overhanging
本実施形態の場合、張出部6aを適切に設けることで、漏洩電磁場遮蔽部材6と励磁コイル1Aとの距離が、励磁コイル1Aの端部よりも中央部の方が離れた状態になっている。このような形状に漏洩電磁場遮蔽部材6を形成することで、加熱定着ベルト20の回転軸方向における温度分布を略一定とすることができる。
かかる本発明の作用・効果の検証については、第4の実施形態の項に譲ることとする。
In the case of the present embodiment, by properly providing the overhanging
Such verification of the operation and effect of the present invention will be left to the section of the fourth embodiment.
以上、本発明の定着装置の例示的一態様である第1の実施形態について説明してきたが、本発明において、加熱定着ベルト20に対する励磁コイル1Aと磁路形成部材41との配置関係は、本実施形態のものに限定されるものではない。図9に、本実施形態の変形例の定着装置10'の模式断面図を示す。本変形例は、励磁コイルと磁路形成部材との配置関係が第1の実施形態と異なるのみであり、漏洩電磁場遮蔽部材6を含む他の部材の構成は第1の実施形態と同様である。そのため、図9においては、第1の実施形態と同一の機能の部材には図1と同一の符号を付している。
As described above, the first embodiment, which is an exemplary aspect of the fixing device of the present invention, has been described. In the present invention, the arrangement relationship between the
本変形例の定着装置10'は、磁路形成部材41'が加熱定着ベルト20の内周面側に配置され、励磁コイル1A'が加熱定着ベルト20の外周面側に配置されたものである。すなわち、第1の実施形態の定着装置10とは、励磁コイルと磁路形成部材との配置関係を、加熱定着ベルト20を基準にして逆にした(入れ替えた)ものである。このように構成した場合でも、第1の実施形態と同様の効果が得られ、併せて、励磁コイル1A'の放熱性を向上させることができる。
In the fixing
<第2の実施形態>
図10は、本発明の例示的一態様である第2の実施形態の定着装置50の模式断面図である。本実施形態の定着装置においては、加熱装置に相当する構成が第1の実施形態と異なるのみであり、その他の構成は第1の実施形態の定着装置と同様である。したがって、図10においては、第1の実施形態と同一の機能を示す部材には図1と同一の符号を付して、その詳細な説明は一部省略している。すなわち、以下の説明において触れていない部分については、第1の実施形態と同様の構成である。
<Second Embodiment>
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the fixing
本実施形態の定着装置には、本発明の加熱装置が含まれ、それには図10に示されるように、漏洩電磁場遮蔽部材16が装着されている。また、本実施形態では、加熱定着ベルト(加熱回転体)20を挟んで励磁コイル11Aと対向配置されている第一磁路形成部材(磁路形成部材)57のほか、その第一磁路形成部材57と、励磁コイル11Aおよび加熱定着ベルト20を挟んで対向配置された第二磁路形成部材(第2の磁路形成部材)55が備えられている。
The fixing device of the present embodiment includes the heating device of the present invention, and a leakage electromagnetic
第2の実施形態の定着装置50は、第1の実施形態に比べて、励磁コイル11Aで発生する磁束をさらに効率良く収集し、その加熱効率を上昇させることを目的としたものである。
具体的には、図10に示されるように、発熱層を有する薄肉中空円筒状の加熱定着ベルト20と、この加熱定着ベルト20の図中下部外周面と圧接するように配設された加圧ロール23とを備え、加熱定着ベルト20の中心部には、支持部材22が配設されている。
The fixing
Specifically, as shown in FIG. 10, a thin hollow cylindrical heat-fixing
そして、この支持部材22は、加圧ロール23と対向している加熱定着ベルト20の内周面(加熱定着ベルト20の内周の図中下部)と当接してニップ部を形成する弾性部材24を支持すると共に、その反対側(加熱定着ベルト20の内周の図中上部)において、加熱定着ベルト20の内周面の曲面形状に倣うように形成された略半円筒形でフェライト製の第二磁路形成部材55を支持する。
The
さらに、この第二磁路形成部材55の図中上部には、例えば、中空の渦巻き状に形成された励磁コイル11Aを介して、加熱定着ベルト20の内周面の曲面形状に倣うように形成された略半円筒形のコイル支持部材28が、加熱定着ベルト20の内周面と非接触で、この内周面の一部と対向するように配置されている。このコイル支持部材28は、その中央部の第二磁路形成部材55と対向する側に、突起部28Aを有し、この突起部28Aに励磁コイル11Aの中空部を配置することにより、励磁コイル11Aを第二磁路形成部材55との間で挟み込み、この励磁コイル11Aを保持するようになっている。
また、励磁コイル11Aと対向している加熱定着ベルト20の外部には、加熱定着ベルト20の外周面と非接触で、この外周面の一部と対向するように配設された第一磁路形成部材57が設けられている。
Furthermore, the upper part of the second magnetic
A first magnetic path disposed outside the
このように構成した定着装置50の場合には、励磁コイル11Aおよび加熱定着ベルト20を挟んで、加熱定着ベルト20の内側に配置されている第二磁路形成部材55と、励磁コイル11Aの外側に配置されている第一磁路形成部材57との2つの磁路形成部材を具備するので、励磁コイル11Aから漏れ出る磁束をより効果的に収集し、遮蔽することができる。
In the case of the fixing
また、加熱定着ベルト20の外側に配置された第一磁路形成部材57の周方向両端部57eは、励磁コイル11Aに対向している領域を越えて、さらにその周方向に延在するように形成されている。
Further, both
この場合、加熱定着ベルト20の外側に配置された第一磁路形成部材57の周方向両端部57eが、対向している励磁コイル11Aの両端部11Aeを越えてそれぞれその周方向に延在しているので、第1の実施形態と同様に、発熱層20bが表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層20bを挟んで励磁コイル11Aと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、遮蔽効果を向上させることができる。
In this case, both
また、このように第一磁路形成部材57と第二磁路形成部材55とを励磁コイル11Aおよび加熱定着ベルト20を挟んで対向配置することにより、励磁コイル11Aに交流電流を印加する高周波電源の周波数を下げたり、励磁コイル11Aの巻き数を減少させたりすることが可能となり、さらに、電源の小型化、励磁コイル11Aの小型化を通じて、コストダウンを実現することができる。
In addition, the first magnetic
本実施形態に用いた漏洩電磁場遮蔽部材16の斜視図を図11に、平面図を図12に、それぞれ示す。図11および図12に示されるように漏洩電磁場遮蔽部材16は、直方体形状の一面が開口して断面形状が大略コの字型をした部材であり、開口部に対向する面の長手方向中央部が外方向(図面上上方向)に張り出した形状をしている。なお、当該張り出した部位を張出部16aと称する。
FIG. 11 is a perspective view of the leakage electromagnetic
張出部16aは、張り出しの無い部位(長手方向両端部)に比して、励磁コイル11Aからの距離が離れた状態となる。すなわち、張出部16aを適切に設けることで、漏洩電磁場遮蔽部材16と励磁コイル11Aとの距離が、励磁コイル11Aの端部よりも中央部の方が離れた状態になっている。このような形状に漏洩電磁場遮蔽部材16を形成することで、加熱定着ベルト20の回転軸方向における温度分布を略一定とすることができる。
かかる本発明の作用・効果の検証については、第4の実施形態の項に譲ることとする。
The overhanging
Such verification of the operation and effect of the present invention will be left to the section of the fourth embodiment.
なお、本実施形態においては、第一磁路形成部材57および第二磁路形成部材55の2つの構成部材で磁路形成部材を形成しているが、磁路形成部材は、励磁コイル11Aおよび加熱定着ベルト20を挟んで対向している部分を有すればよく、コイル11Aが作る磁界と発熱層20bが作る磁界の磁路を挟み込むように配置すればよい。
In this embodiment, the magnetic path forming member is formed by the two constituent members of the first magnetic
本実施形態において、遮蔽効果を向上させるために、励磁コイル11A側に配置された第二磁路形成部材55の周方向両端部55eは、励磁コイル11Aに対向している領域を越えて、さらにその周方向に延在するように形成されている。
In the present embodiment, in order to improve the shielding effect, both
以上、本発明の定着装置の例示的一態様である第2の実施形態について説明してきたが、本発明において、加熱定着ベルト20に対する励磁コイル11Aの配置関係は、本実施形態のものに限定されるものではない。図13に、本実施形態の変形例の定着装置50'の模式断面図を示す。本変形例は、励磁コイルおよび磁路形成部材の配置関係が第2の実施形態と異なるのみであり、漏洩電磁場遮蔽部材16を含む他の部材の構成は第2の実施形態と同様である。そのため、図13においては、第2の実施形態と同一の機能の部材には図9と同一の符号を付している。
The second embodiment, which is an exemplary aspect of the fixing device of the present invention, has been described above. However, in the present invention, the arrangement relationship of the
本変形例の定着装置50'は、励磁コイル11A'およびコイル支持部材28'が加熱定着ベルト20の外周面側に配置され、磁路形成部材はそのまま励磁コイル11A'および加熱定着ベルト20を挟んで対向配置されている。このように構成した場合でも、第2の実施形態と同様の効果が得られ、併せて、励磁コイル11A'の放熱性を向上させることができる。
In the fixing
なお、本発明においては、加熱回転体を挟んで励磁コイルの反対側で対向配置されるのが「磁路形成部材」で、その磁路形成部材に対向し、前記励磁コイルおよび前記加熱回転体を挟んで配置されるのが「第2の磁路形成部材」と概念分けしている。そのため、図13における相対向する磁路形成部材について、図9の符号番号と入れ替えて、加熱定着ベルト20の内周面側に配置されるものを第一磁路形成部材(磁路形成部材)57'と、外周面側に配置されるものを第二磁路形成部材(第2の磁路形成部材)55'としている。
In the present invention, it is the “magnetic path forming member” that is disposed opposite to the excitation coil across the heating rotator, facing the magnetic path forming member, and the excitation coil and the heating rotator. It is conceptually divided as a “second magnetic path forming member” to be arranged with the pin in between. Therefore, the magnetic path forming members opposed to each other in FIG. 13 are replaced with the reference numerals in FIG. 9 and the ones arranged on the inner peripheral surface side of the
<第3の実施形態>
図14は、本発明の例示的一態様である第3の実施形態の定着装置70の模式断面図である。本実施形態の定着装置においては、加熱装置に相当する構成が第1の実施形態と異なるのみであり、その他の構成は第2の実施形態の定着装置と同様である。したがって、図14においては、第1ないし第2の実施形態と同一の機能を示す部材には図1ないし図10と同一の符号を付して、その詳細な説明は一部省略している。すなわち、以下の説明において触れていない部分については、第1ないし第2の実施形態と同様の構成である。
<Third Embodiment>
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a fixing
本実施形態の定着装置には、本発明の加熱装置が含まれ、それには図14に示されるように、漏洩電磁場遮蔽部材26が装着されている。
本実施形態の定着装置は、第2の実施形態の定着装置をより安価に構成し、コスト低減を考慮した実用性の高い加熱装置およびこれを用いた定着装置を提供することを目的としたものである。本実施形態の定着装置70は、第2の実施形態の定着装置50と磁路形成部材の形態が異なっており、本実施形態においては、磁路形成部材の使用量をより少なくすることで、より安価でかつ軽量な加熱装置およびこれを用いた定着装置を提供している。
The fixing device of the present embodiment includes the heating device of the present invention, and a leakage electromagnetic
The fixing device according to the present embodiment is configured to provide a heating device with high practicality in consideration of cost reduction, and a fixing device using the same, in which the fixing device according to the second embodiment is configured at a lower cost. It is. The fixing
本実施形態の定着装置は、図14に示されるように、発熱層を有する薄肉中空円筒状の加熱定着ベルト20と、この加熱定着ベルト20の図中下部外周面と圧接するように配設された加圧ロール23とを備え、加熱定着ベルト20の中心部には、支持部材22が配設されている。
As shown in FIG. 14, the fixing device of the present embodiment is disposed so as to be in pressure contact with a thin hollow cylindrical
そして、この支持部材22は、加圧ロール23と対向している加熱定着ベルト20の内周面(加熱定着ベルト20の内周の図中下部)と当接してニップ部を形成する弾性部材24を支持すると共に、その反対側(加熱定着ベルト20の内周の図中上部)において、加熱定着ベルト20の内周面の曲面形状に倣うように形成された略半円筒形でフェライト製の第一磁路形成部材(磁路形成部材)77を支持する。
The
また、第一磁路形成部材77と対向している加熱定着ベルト20の外部には、加熱定着ベルト20の外周面の曲面形状に倣うように略半円筒形に形成され、中空の渦巻き状に形成された励磁コイル21Aを保持するコイル支持部材38が、加熱定着ベルト20の外周面と非接触で設けられている。さらにこの励磁コイル21Aを保持するコイル支持部材38を取り囲むようにして、第一磁路形成部材77と、励磁コイル21Aおよび加熱定着ベルト20を挟んで対向配置された第二磁路形成部材(第2の磁路形成部材)75が備えられている。
Further, outside the
図15(a)は、本実施形態に係る定着装置70における加熱定着ベルト20の図中上部に位置する、加熱装置に相当する部位(漏洩電磁場遮蔽部材26を除く)のみを抜き出した側面図であり、当該図におけるH−H'線に沿った断面とその延長にある全構成部材を図示した断面図が、図14に相当する。また、図15(b)は、図15(a)における励磁コイル21Aのみを抜き出した平面図である。
本実施形態においては、磁路形成部材以外の構成はほぼ第2の実施形態と共通しているためその説明は省略し、以下に磁路形成部材およびその周辺構成部材を中心に説明する。
FIG. 15A is a side view in which only a portion corresponding to the heating device (excluding the leakage electromagnetic field shielding member 26) located in the upper part of the
In this embodiment, since the configuration other than the magnetic path forming member is substantially the same as that of the second embodiment, the description thereof is omitted, and the magnetic path forming member and its peripheral constituent members will be mainly described below.
励磁コイル21Aは、相互に絶縁された直径φ0.16mmの絶縁被覆された素線(銅線材)を90本束ねたリッツ線を中空の渦巻き状に11ターン巻いてプレス成型してコイリングされたものである。この励磁コイル21Aの中空部1Acがコイル支持部材38の凸部38Aに配置され、コイル支持部材38の表面の曲面形状に倣って、湾曲した形状が保持されている。
The
また、励磁コイル21Aの図中上面には、励磁コイル21Aの湾曲形状に略沿った形で、励磁コイル21Aを覆うように第二磁路形成部材75が配置されており、これらの第二磁路形成部材75、励磁コイル21Aおよびコイル支持部材38は、周回移動する加熱定着ベルト20の外周面と非接触で、この外周面に対向して配置されている。
A second magnetic
また、加熱定着ベルト20の内側には第一磁路形成部材77が、加熱定着ベルト20の内周面に略沿って、この内周面と非接触で対向配置されており、この第一磁路形成部材77と第二磁路形成部材75とが、励磁コイル21Aおよび加熱定着ベルト20を挟んで対向した構成になっている。
A first magnetic
さらに、第一磁路形成部材77は、非磁性絶縁部材または非磁性金属部材(樹脂またはアルミ・銅など)の支持部材22により支持されており、この支持部材22は、併せて定着ニップを形成する弾性部材24からの荷重を受けてこれをも支持している。
Further, the first magnetic
ここで、支持部材22は、定着ニップの加圧荷重を支持するため、剛性が高く、耐熱性、耐クリープ性の高い部材であることが必要であり、樹脂材料では形成が困難なため金属部材で形成されることが望ましい。本実施形態においては、コストや製造の容易性、剛性を考慮してアルミニウムが使用されている。金属部材として非磁性金属である、アルミや銅などを使用する理由として、支持部材22は、励磁コイル21A及び加熱定着ベルト20内の発熱層20bの渦電流(図5における渦電流B)が作る磁界が作用しやすい位置にあり、磁性金属であると、この磁界の作用により発熱してしまうため、表皮深さの大きい非磁性金属を採用することにより渦電流損を極めて小さくすることができる。
Here, since the supporting
ここで、励磁コイル21A側に配置されている第二磁路形成部材75は、図14および図15に示されるように、励磁コイル21Aを覆うような連続体で構成されている。これに対して、加熱定着ベルト20の内周側に配置されている第一磁路形成部材77は複数の小片弓形部材77Aに分割され、加熱定着ベルト20の回転方向と略直交する方向(加熱定着ベルト20の回転軸方向)に16mmの間隔をあけて13個配置されている。
Here, the 2nd magnetic
第一磁路形成部材77の小片弓形部材77Aは、厚さ3mmでゆるやかな曲率を有した弓形の形状をしており、励磁コイル21Aの長手方向(加熱定着ベルト20の回転軸方向)に沿った幅は10mmである。この小片弓形部材77Aは、支持部材22上に載置され、加熱定着ベルト20の内周面と非接触で、この内周面に略沿って、励磁コイル21Aの対向面に対応するように配置されている。このように配置された第一磁路形成部材77により、例えば、図15のH−H'断面における磁路は、図16の破線で示されるように形成される。ここで、図16は、本実施形態の定着装置における励磁コイル21Aにより生ずる磁路を表す励磁コイル21A周辺の模式断面図である。
A small
なお、第一磁路形成部材77の小片弓形部材77Aを間隔を空けて配置したのは、加熱定着ベルト20の回転軸方向に均等に磁束を作用させて磁路を形成するためである。第一磁路形成部材77を構成する第一磁路形成部材77の使用量は、より少ない個数で周辺金属部材への電磁誘導を防止できるように適宜設計すればよい。
The reason why the small
以下に、この第一磁路形成部材77における第一磁路形成部材77の使用量について、図17を参照して検討する。図17は、第一磁路形成部材77における、第一磁路形成部材77の使用量に対する支持部材22への誘導度を示すグラフである。支持部材22はアルミニウム製であり、図17のグラフでいう支持部材22の金属への誘導度とは、小さいほど励磁コイル21Aの電磁誘導作用を受け、誘導度が1であれば電磁誘導作用の影響をほとんど受けていないということを示す特性である。
Below, the usage-amount of the 1st magnetic
また、第一磁路形成部材の使用量とは、励磁コイル21Aのコイル全長に対する、それと同方向の小片弓形部材77Aの長さの合計の割合のことを言い、例えば使用量100%の場合、励磁コイル21Aのコイル長に対して支持部材22の表面をコイル長と同じ長さ分だけ小片弓形部材77Aにより覆った状態を示している。
Further, the usage amount of the first magnetic path forming member refers to the total ratio of the length of the
本実施形態の場合には、コイル長は350mmで、第一磁路形成部材77の小片弓形部材77Aは幅10mmのものを合計13個使用しているので、第一磁路形成部材77の使用量は、10×13mm/350mm×100≒37%となっている。
In the case of this embodiment, the coil length is 350 mm, and a total of 13 pieces of
図中の点線の誘導度(0.9)以下の場合には、支持部材22への誘導作用により、無効電力が増えて電源の効率低下を招く可能性のある領域であり、第一磁路形成部材77の使用量が30%以上であれば、これを超え、問題ないことがわかる。また、使用量が30%以上であれば、漏洩磁界も小さく、支持部材22以外の金属製の構成部材への誘導もほとんど無くすことができる。
従って、このように第一磁路形成部材77の使用量を減らした第3の実施形態においても、安定した加熱状態を得ることができる加熱装置およびこれを用いた定着装置を提供することができる。
In the case where the inductive degree (0.9) of the dotted line in the figure is less than or equal to 0.9, the inductive action to the
Therefore, also in the third embodiment in which the amount of the first magnetic
さらに、本実施形態においては、少なくとも加熱定着ベルト20側に配置されている第一磁路形成部材77は、複数個の小片弓形部材77Aを、加熱定着ベルト20の回転軸方向に亘って互いに間隙を設けて配置された小片部材群により形成されているので、個々の小片弓形部材77Aを小さくでき、これにより、個々の小片弓形部材77Aの型成形が容易となり、その寸法精度が出し易くなる。また、高価な磁路形成部材であるフェライトの使用量が削減でき、軽量化およびコストダウンが可能な加熱装置およびこれを用いた定着装置を提供することができる。
Further, in the present embodiment, at least the first magnetic
なお、第2の実施形態と同様に、加熱定着ベルト20の内周側に配置された第一磁路形成部材77の周方向両端部77eを、励磁コイル21Aに対向している領域を越えてさらにその周方向に延在するように形成することにより、発熱層20bが表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層20bを挟んで励磁コイル21Aと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、遮蔽効果を向上させることができる。
As in the second embodiment, both circumferential ends 77e of the first magnetic
さらに、励磁コイル21Aは、加熱定着ベルト20の内側に配置してもよいし、加熱定着ベルト20の外側に配置された第一磁路形成部材77を小片弓形部材群で構成して、加熱定着ベルト20の内側に配置された第二磁路形成部材75を連続体で構成してもよい。
Further, the
本実施形態に用いた漏洩電磁場遮蔽部材26の斜視図を図18に、平面図を図19に、それぞれ示す。図18および図19に示されるように漏洩電磁場遮蔽部材26は、直方体形状の一面が開口して断面形状が大略コの字型をした部材であり、向かい合う面双方の長手方向中央部が外方向(図面上左右方向)に張り出した形状をしている。なお、当該張り出した部位を張出部26aと称する。
A perspective view of the leakage electromagnetic
張出部26aは、張り出しの無い部位(長手方向両端部)に比して、励磁コイル21Aからの距離が離れた状態となる。すなわち、張出部26aを適切に設けることで、漏洩電磁場遮蔽部材26と励磁コイル21Aとの距離が、励磁コイル21Aの端部よりも中央部の方が離れた状態になっている。このような形状に漏洩電磁場遮蔽部材26を形成することで、加熱定着ベルト20の回転軸方向における温度分布を略一定とすることができる。
かかる本発明の作用・効果の検証については、第4の実施形態の項に譲ることとする。
The overhanging
Such verification of the operation and effect of the present invention will be left to the section of the fourth embodiment.
<第4の実施形態>
図20は、本発明の例示的一態様である第4の実施形態の定着装置90の模式断面図である。本実施形態の定着装置は、その全体構成が第3の実施形態の定着装置と近似しており、断面図にすると略同一となる。したがって、図20においては、第1ないし第3の実施形態と同一の機能を示す部材には図1ないし図14と同一の符号を付して、その詳細な説明は一部省略している。すなわち、以下の説明において触れていない部分については、第1ないし第3の実施形態と同様の構成である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of a fixing
本実施形態は、第3の実施形態の定着装置を、さらに安価に構成し、コスト低減を考慮した実用性の高い加熱装置およびこれを用いた定着装置を提供することを目的としたものである。本実施形態に係る定着装置は、第3の実施形態で示した定着装置70の構成と磁路形成部材の形態が異なり、本実施形態においては、磁路形成部材の使用量をより少なくすることで、より安価でかつ軽量な加熱装置およびこれを用いた定着装置を提供している。
The present embodiment is intended to provide a heating device having a high practicality in consideration of cost reduction, and a fixing device using the same, in which the fixing device of the third embodiment is configured at a lower cost. . The fixing device according to this embodiment is different from the configuration of the fixing
図21は、本実施形態に係る定着装置90における加熱定着ベルト20の図中上部に位置する、加熱装置に相当する部位(漏洩電磁場遮蔽部材26を除く)のみを抜き出した側面図であり、図15(a)と同様の箇所を同様の向きから眺めた図である。また、図22は図21のJ−J'断面図であり、図23は図21のK−K'断面図である。また、図24(a)は、本実施形態における磁路形成部材の配置関係を示す後述の「千鳥配置」なる呼称の意味を視覚的に説明するために、磁路形成部材群の位置関係を模式的に示す側面図である。また、図24(b)は、図24(a)における励磁コイル21Aのみを抜き出した平面図である。
本実施形態においては、磁路形成部材以外の構成はほぼ第三の実施形態と共通しているためその説明は省略し、以下に磁路形成部材及びその周辺構成部材を中心に説明する。
FIG. 21 is a side view in which only a portion corresponding to the heating device (excluding the leakage electromagnetic field shielding member 26) located in the upper part of the heating and fixing
In this embodiment, since the configuration other than the magnetic path forming member is substantially the same as that of the third embodiment, the description thereof will be omitted, and the magnetic path forming member and its peripheral constituent members will be mainly described below.
図20に示されるように、本実施形態においては、互いに対向するように配置された第一磁路形成部材(磁路形成部材)97および第二磁路形成部材(第2の磁路形成部材)95は、それぞれ複数の小片弓形部材97Aおよび95Aに分割され、加熱定着ベルト20の回転軸方向に16mmの間隔をあけて、励磁コイル21A側に配置された第二磁路形成部材95については14個、加熱定着ベルトの内周面側に配置された第一磁路形成部材97については13個それぞれ配置されている。
As shown in FIG. 20, in the present embodiment, a first magnetic path forming member (magnetic path forming member) 97 and a second magnetic path forming member (second magnetic path forming member) arranged to face each other. ) 95 is divided into a plurality of small piece
第一磁路形成部材97と第二磁路形成部材95との互いの位置関係は、図21および図24(a)に示されるように、いわゆる「千鳥配置」となっており、対向する互いの小片弓形部材95A,97Aの間隙97As,95Asが、加熱定着ベルト20に対して非対称で、第一磁路形成部材97を形成している小片弓形部材97Aの間隙97Asを、第二磁路形成部材95を形成している小片弓形部材95Aが略補間するような位置関係で配置されている。言い換えれば、小片弓形部材95Aおよび小片弓形部材97Aのそれぞれは、互いに、対向する相手側の第一磁路形成部材97および第二磁路形成部材95における各小片弓形部材97Aおよび95Aの間隙97Asおよび95Asに対応するように配置されている。
The positional relationship between the first magnetic
さらに具体的には、図24(a)に示されるように、小片弓形部材95Aおよび小片弓形部材97Aのそれぞれの中心位置95Ac,97Acが、対向する相手側の第一磁路形成部材97および第二磁路形成部材95における各小片弓形部材97Aおよび95Aの間隙97As,95Asの中心と略一致するように配置されている。
More specifically, as shown in FIG. 24A, the center positions 95Ac and 97Ac of the small piece
このように第一磁路形成部材97および第二磁路形成部材95を複数の小片弓形部材97Aおよび95Aに分割して、互いに間隙を設けて配置した場合には、磁界の漏洩による周囲部材への電磁誘導の影響が考えられる。
そこで、小片弓形部材95A,97Aの個数を変えて間隙を設けて配置した場合の周囲部材への電磁誘導の影響についての検証結果を以下に説明する。
As described above, when the first magnetic
Therefore, the verification results on the influence of electromagnetic induction on the surrounding members when the number of the
まず、励磁コイル21A側に配置された第二磁路形成部材95の小片弓形部材97Aの個数による特性変化について、図25および図26を参照して説明する。
図25および図26は、励磁コイル21Aに一定の交流電流を与えた場合に、励磁コイル21Aから5〜10mmの距離に励磁コイル21Aと同等の大きさの金属部材を近づけたときの、電磁誘導状態におけるインダクタンス値やレジスタンス値、電流と電圧との位相差等の変化情報から、周囲金属部材への電磁誘導の影響度を調査した結果を示すものである。正しくは、図25は、コイル長を覆う割合に対する、周囲金属への誘導度を示す代表的特性として、磁路形成部材の使用量に対する、金属部材を近づけたときの誘導状態のインダクタンス値の変化を示すグラフであり、図26は、レジスタンス値の変化を示すグラフである。
First, a characteristic change depending on the number of small
25 and 26 show electromagnetic induction when a metal member having a size equivalent to that of the
例えば本実施形態では、コイル長350mmに対して、第二磁路形成部材95については幅10mmの小片弓形部材95Aを14個、間隙を与えて励磁コイル21Aをカバーしているので、10mm×14個/350mm=40%の磁路形成部材使用量(図中では、横軸のshare area 40%に相当)ということになる。
For example, in the present embodiment, with respect to the coil length of 350 mm, the second magnetic
なお、励磁コイル21Aに近づけた金属はアルミニウムと鉄である。これらの金属部材を近づけたとき、図25および図26に示されるように、少なくとも磁路形成部材を40%以上使用していれば、励磁コイル21Aに印加する交流周波数成分における電磁界の周囲への影響は無視できるレベルであることがわかる。
The metals close to the
次に、第二磁路形成部材95の使用量を40%とし、同じように第一磁路形成部材97の周囲部材への電磁誘導の影響度を調査した結果を図27に示す。第一磁路形成部材97の周囲部材への電磁誘導の影響度は、これを保持する支持部材22をアルミニウムや鉄などの金属とし、励磁コイル21Aの磁界や発熱層20bの渦電流Bが作る磁界H(図5を参照)の支持部材22金属への作用を調査した。
Next, FIG. 27 shows the result of investigating the degree of influence of electromagnetic induction on the surrounding members of the first magnetic
図27のグラフでいう支持部材22金属への誘導度とは、小さいほど電磁誘導作用を受け、誘導度が1であれば電磁誘導作用の影響をほとんど受けないということを示す特性である。これは図25および図26で示した代表的特性とほぼ同じで、金属部材を近づけたときの誘導状態のインダクタンス値とレジスタンス値の変化の割合を示している。誘導度は、既述の通り0.9以上であれば誘導に対する影響は無視できるレベルである。
図27に示されるよう、第一磁路形成部材97は35%前後の使用量であれば、誘導度が0.9以上となり、周囲部材への電磁誘導の影響を非常に少なくできることがわかった。
The inductivity to the
As shown in FIG. 27, when the first magnetic
上述の検証結果より、第一磁路形成部材97と第二磁路形成部材95とを適切な使用量でそれぞれ間隙を与えて配置すればよいことがわかるが、さらに、加熱定着ベルト20の回転軸方向の発熱分布をも考慮する必要がある。例えば、第一磁路形成部材97と第二磁路形成部材95とが加熱定着ベルト20の回転軸方向に対して同じ位置関係に(小片弓形部材95Aおよび97Aのそれぞれが互いに対向するように)配置される場合には、第一磁路形成部材97および第二磁路形成部材95を加熱定着ベルトに対して正射影した部分(小片弓形部材97Aおよび95Aのそれぞれが互いに対向する部分)に磁束が集中し、この部分が過剰に加熱されて、温度差(シマシマ状の温度ムラ)が生じてしまう。このような加熱装置を定着装置に適用した場合に、上記温度差が生じれば定着するトナー像の発色むらなどの問題が起こり望ましくない。
From the above-described verification results, it can be seen that the first magnetic
そこで、図24に示すように、小片弓形部材97Aおよび95Aの配置関係を、加熱定着ベルト20の回転軸方向に対して同じ位置関係にならないように配置し、特に図に示すようにお互いの間隙97Asおよび95Asを補完するように配置した、いわゆる「千鳥配置」にすることが望ましい。図24に示すように第一磁路形成部材97および第二磁路形成部材95を千鳥配置にした場合には、コイルの磁界が均等に加熱定着ベルト20の発熱層20bに作用し、加熱定着ベルト20の温度差を小さくすることができ、これにより、定着画像の発色むらなどの問題を引き起こすことなく、安定して加熱することが可能となる。
Therefore, as shown in FIG. 24, the
また、第一磁路形成部材97および第二磁路形成部材95における小片弓形部材97Aおよび95Aが、お互いの間隙95Asおよび97Asを補完するように配置されていれば、例えば図28に示す模式図のように、お互いの位置が一部重なるように配置されていてもよい。ここで、図28は、図21に示される対向する磁路形成部材について、その一方(第一磁路形成部材97)の小片弓形部材(97A)の使用量を増やして配置した例を示す模式側面図である。図28は、第一磁路形成部材97を形成する小片弓形部材97Aの使用量を、本実施形態のかかる図21に示される場合よりも増やして配置した例であるが、第二磁路形成部材95を形成する小片弓形部材95Aの使用量を増やして配置してもよい。
Further, if the
このように、磁路形成部材を第一磁路形成部材97Aおよび第二磁路形成部材95Aのように小片に分けて間隙を設けて配置した場合には、上述のようにお互いの位置関係を考慮することで適切な磁路が形成され、磁束の集中による温度ムラの発生が防止されると共に、高価でかつ重量物である磁路形成部材の使用量が減少でき、その効果的な使用が可能となる加熱装置およびこれを適用した定着装置を提供することができる。
As described above, when the magnetic path forming member is divided into small pieces and arranged as in the first magnetic
また、図23に示されるように、加熱定着ベルト20の内周側に配置された第一磁路形成部材97の周方向両端部97eを、励磁コイル21Aに対向している領域を越えて、さらにその周方向に延在するように形成することにより、第2ないし第3の実施形態と同様に、発熱層20bが表皮深さδより薄い金属を誘導加熱する場合に、発熱層20bを挟んで励磁コイル21Aと反対側から漏れ出る反作用磁界による磁束漏れをより効果的に防止し、遮蔽効果を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 23, the
本実施形態に用いた漏洩電磁場遮蔽部材26は、第3の実施形態で用いたものと同一であり、図18および図19に示される通りである。そのため、第3の実施形態と同様、本実施形態においても漏洩電磁場遮蔽部材26を適切な形状に形成することで、加熱定着ベルト20の回転軸方向における温度分布を略一定とすることができるという、本発明に特有の卓越した作用並びに効果が奏される。
The leakage electromagnetic
特に本実施形態では、励磁コイル21Aの外側に配される第二磁路形成部材95が、連続体状ではなく、小片弓形部材95Aが一定間隔を開けて断続的に配された状態なので、隙間が存在し、少ないながらも電磁場が外部に漏洩する。今漏洩電磁場は、先の検証でも明らかな通り、加熱装置としての特性に影響を与えるものではなく、また、他の金属部材に影響を与えるものでは無い程度ではあるが、人体への電磁場の影響が叫ばれている昨今では、その漏洩は極力低減することが望まれる。
In particular, in the present embodiment, the second magnetic
漏洩電磁場を低減させるには、一般に漏洩電磁場遮蔽部材を設けることが行われているが、本実施形態においても漏洩電磁場遮蔽部材26により漏洩電磁場を効果的に遮蔽している。しかも、当該漏洩電磁場遮蔽部材26は、本発明に特徴的なものであり、漏洩電磁場遮蔽効果に加えて、加熱回転体たる加熱定着ベルト20の軸方向の温度分布を均一化するという卓越した効果が奏される。
In order to reduce the leakage electromagnetic field, a leakage electromagnetic field shielding member is generally provided. However, also in this embodiment, the leakage electromagnetic field is effectively shielded by the leakage electromagnetic
(本発明の作用・効果についての検証)
かかる本発明の作用・効果について検証する。
まず、本実施形態の定着装置において、漏洩電磁場遮蔽部材26を取り外した状態で、1分間定着装置を稼動させた上で、加熱定着ベルト20の回転軸方向の温度分布を測定した。結果を図29にグラフにて示す。図29のグラフからわかるように、漏洩電磁場遮蔽部材26の取り付けられていない状態の定着装置では、最大用紙幅の全域にわたってフラットな発熱温度であり、理想的な温度分布と言える。
(Verification of action and effect of the present invention)
The operation and effect of the present invention will be verified.
First, in the fixing device of this embodiment, the temperature distribution in the rotation axis direction of the
しかし、従来の漏洩電磁場遮蔽部材をそのまま取り付けると、励磁コイル21Aから生ずる電磁場に影響を与えることから、この温度分布が崩れることが、本発明者らの研究の結果わかった。本実施形態の定着装置において、漏洩電磁場遮蔽部材26に代えて、長手方向に何ら張り出しの無いストレート状の従来例の漏洩電磁場遮蔽部材を用いて上記同様の試験を行った結果を図31にグラフにて示す。なお、比較に用いた従来例の漏洩電磁場遮蔽部材(26’)は、図30に斜視図にて示される形状のものである。
However, as a result of the present inventors' study, it has been found that if the conventional leakage electromagnetic field shielding member is attached as it is, the electromagnetic field generated from the
図31のグラフからわかるように、従来例の漏洩電磁場遮蔽部材26’を取り付けた場合、加熱定着ベルト20の回転軸方向の端部で温度上昇が起こり、温度分布の均一性が損なわれている。この状態のまま定着装置の可動を続けると、被記録材のニップ部への挿通時の先端辺における、両端部が過加熱により定着不良を起こしたり、中央部が熱不足により未定着状態になったり等の虞がある。
As can be seen from the graph of FIG. 31, when the leakage electromagnetic
次に、本発明に特徴的な形状の漏洩電磁場遮蔽部材26を取り付けた第4の実施形態の定着装置についても上記同様の試験を行った。結果を図32にグラフにて示す。図32のグラフからわかるように、予め加熱定着ベルト20の回転軸方向における温度分布が略一定になるように、励磁コイル21Aとの距離が調整されている漏洩電磁場遮蔽部材26を用いることで、最大用紙幅の全域にわたってフラットな発熱温度であり、理想的な温度分布となっている。
Next, the same test as described above was performed on the fixing device according to the fourth embodiment to which the leakage electromagnetic
以上説明してきた本発明の加熱装置を適用した定着装置のいずれの実施形態においても、次のように、ウォームアップタイムを10秒以下、すなわち殆どゼロと同等にすることができると共に、良好な定着性を得ることができ、しかも剥離不良が生じるのを確実に防止することが可能となっている。 In any of the embodiments of the fixing device to which the heating device of the present invention described above is applied, the warm-up time can be made equal to 10 seconds or less, that is, almost equal to zero, and good fixing can be achieved. In addition, it is possible to reliably prevent the occurrence of defective peeling.
すなわち、これらの実施形態に係る定着装置では、例えば、第1の実施形態の定着装置の場合、加圧ロール23が140mm/sのプロセススピード(回転速度)で、駆動源により回転駆動される。また、加熱定着ベルト20は、加圧ロール23に圧接しており、当該加圧ロール23のプロセススピードと等しい140mm/sの速度で従動回転するようになっている。
That is, in the fixing device according to these embodiments, for example, in the case of the fixing device of the first embodiment, the
そして、上記各実施形態の定着装置では、図示しない転写装置により、未定着トナー像25が転写された被記録材27が、加熱定着ベルト20と加圧ロール23との間に形成されたニップ部1Yを通過し、当該ニップ部1Y内を被記録材27が通過する間に、加熱定着ベルト20と加圧ロール23とによって加熱および加圧されることにより、未定着トナー像25が被記録材表面に定着されるようになっている。
その際、上記各実施形態の定着装置では、加熱定着ベルト20の温度が、励磁コイル1A,11A,21Aに流す高周波電流の周波数などにより、定着動作時は、ニップ部1Yの入口において、160℃〜200℃程度に制御される。
In the fixing device of each of the above embodiments, the
At that time, in the fixing device of each of the above embodiments, the temperature of the
このような定着装置では、画像形成信号が入力されると同時に、加圧ロール23が回転を開始すると共に、励磁コイル1A,11A,21Aに高周波電流が通電される。第1の実施形態の定着装置では、励磁コイル1Aには、例えば、有効電力として1000Wの電力が投入されると、加熱定着ベルト20の温度は、誘導加熱作用によって、室温から約8秒以下で定着可能温度に達する。すなわち、被記録材27が給紙トレイ(不図示)から、定着装置10まで移動するのに要する時間内にウォームアップが完了してしまうことになる。従って、第1の実施形態の定着装置においては、ユーザーを待たせること無く、定着処理が可能となる。これは、第2〜第4の実施形態の定着装置においても同様である。
In such a fixing device, at the same time as the image forming signal is input, the
また、一般に定着装置のニップ部に、60g/m2程度の薄紙に、カラーのベタ画像などトナーが多量に転写された被記録材が進入した場合には、トナーと加熱定着ベルト表面の離型層との間で、引き付け合う力が強くなり、加熱定着ベルトの表面から被記録材を剥離するのが難しくなるのが通常である。しかし、上記各実施形態の定着装置においては、加熱定着ベルト20の形状がニップ部1Yの外では凸形状であるのに対して、ニップ部1Yの内部では凹形状となるように形成されている。
In general, when a recording material onto which a large amount of toner such as a color solid image has entered a thin paper of about 60 g / m 2 enters the nip portion of the fixing device, the release of the toner and the surface of the heat fixing belt is released. Usually, the attractive force between the layers becomes strong, and it becomes difficult to peel off the recording material from the surface of the heat fixing belt. However, in the fixing device of each of the embodiments described above, the
すなわち、ニップ部1Yの内部では被記録材27の方向は、加圧ロール23側に巻き付く方向であり、かつ、ニップ部1Yの出口部では、加熱定着ベルト20の方向が凹形状から凸形状に急激に変化するため、被記録材27は、当該被記録材自体のコシ(剛性)により、加熱定着ベルト20の急激な形状の変化についていくことができず、加熱定着ベルト20から自然に剥離される。これにより、被記録材27の剥離不良の問題が生じるのを確実に防止することができる。
That is, the direction of the
なお、以上の実施形態における加熱定着ベルト20は、薄肉円筒状に形成されたものであったが、当然にベルト形状は、円筒状に限定されるものではなく、例えば、複数のローラ間に亘ってベルトを張架して加熱定着ベルトを形成してもよい。
Although the
[加熱装置の製造方法]
本発明の加熱装置の製造方法は、上記の如き本発明の加熱装置を製造する方法である。図1および図2を参照して、上記第1の実施形態の定着装置に含まれる加熱装置を例に挙げれば、本発明の加熱装置の製造方法は、
少なくとも電磁誘導作用により発熱する発熱層20bを有する、無端状の加熱定着ロール(加熱回転体)20を加熱するための加熱装置の製造方法であって、
(A)加熱定着ベルト20を誘導加熱するための励磁コイル1Aを、加熱定着ベルト20の内周面(本発明においては、外周面でも構わない。)の一部に沿うように配置し、
(B)非磁性金属からなり、励磁コイル1A周辺から漏れ出る電磁場を遮蔽するための下記形状の漏洩電磁場遮蔽部材6を、励磁コイル1Aから生じる電磁場を囲い込むように配置することを特徴とする。
・漏洩電磁場遮蔽部材6の形状:加熱定着ベルト20の回転軸方向(図1における奥行方向)の位置により、漏洩電磁場遮蔽部材6と励磁コイル1Aとの距離が、加熱定着ベルト20の回転軸方向における温度分布が略一定になるように調整された形状。
[Method of manufacturing heating apparatus]
The manufacturing method of the heating device of the present invention is a method of manufacturing the heating device of the present invention as described above. With reference to FIG. 1 and FIG. 2, if the heating device included in the fixing device of the first embodiment is taken as an example, the manufacturing method of the heating device of the present invention is:
A method of manufacturing a heating device for heating an endless heat fixing roll (heating rotator) 20 having at least a
(A) The
(B) A leakage electromagnetic field shielding member 6 made of a nonmagnetic metal and configured to shield an electromagnetic field leaking from the periphery of the
The shape of the leakage electromagnetic field shielding member 6: The distance between the leakage electromagnetic field shielding member 6 and the
また、本発明の加熱装置の製造方法においては、
加熱定着ベルト20の発熱層20bの厚さをその表皮深さよりも薄くして、励磁コイル1Aを、発熱層20bの厚さ方向に沿って変動磁界を発生させるべく、加熱定着ベルト20の表面と非接触で、かつ該表面に沿って線材を巻回させて形成されてなるものとした上で、
(C)加熱定着ベルト20を挟んで励磁コイル1Aの反対側で対向し、かつ加熱定着ベルト20の表面と非接触に、励磁コイル1Aと発熱層20bに流れる渦電流により生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する、下記形状に形成された磁路形成部材41を配設する工程をさらに含んでも構わない。
・磁路形成部材41の形状:磁路形成部材41における励磁コイル1Aとの対向面が加熱定着ベルト20の外周面形状(励磁コイルを外周面側に配置した場合には、内周面形状)に倣うように形成されてなる形状。
In the manufacturing method of the heating device of the present invention,
The thickness of the
(C) The fluctuation magnetic field generated by the eddy current flowing in the
The shape of the magnetic path forming member 41: The surface of the magnetic
上記(A)、(B)および(C)の各工程は、特にその順番は問われることなく、作業性等を勘案して適宜選択すればよい。また、その他の工程を含んでも勿論構わない。他の工程としては、例えば、第2〜第4の実施形態で挙げられた第2磁路形成部材(第2の磁路形成部材)55,75,95を配設する工程等が挙げられる。 The steps (A), (B), and (C) are not particularly limited in their order, and may be appropriately selected in consideration of workability and the like. Of course, other steps may be included. Examples of other steps include a step of disposing the second magnetic path forming members (second magnetic path forming members) 55, 75, and 95 mentioned in the second to fourth embodiments.
漏洩電磁場遮蔽部材6の形状を予め、加熱定着ロール(加熱回転体)20の回転軸方向(図1における奥行方向)の位置により、漏洩電磁場遮蔽部材6と励磁コイル1Aとの距離が、加熱定着ベルト20の回転軸方向における温度分布が略一定になるように調整しておくことで、加熱定着ベルト20の軸方向で温度分布が均一な加熱装置を製造することができる。
The shape of the leakage electromagnetic field shielding member 6 is preliminarily determined according to the position of the heating fixing roll (heating rotator) 20 in the rotation axis direction (depth direction in FIG. 1), and the distance between the leakage electromagnetic field shielding member 6 and the
具体的に設計する漏洩電磁場遮蔽部材の形状は、本発明においては、図7および図8に示される漏洩電磁場遮蔽部材6に限定されない。例えば、上記の第1〜第4の実施形態ないしその変形例で例示した形状のもの(前記漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離が、前記励磁コイルの端部よりも中央部の方が離れている形状)が挙げられるが、これらにも限定されるものではなく、使用する励磁コイルの特性や部材の配置等各種条件によっては、端部と中央部の関係が逆になっても構わないし、前記加熱回転体の回転軸方向の中央部を中心として、必ずしも左右対称にならなくても構わない。その都度、温度分布が略一定になるように適宜漏洩電磁場遮蔽部材の形状を調整する点が、本発明において肝心である。 The shape of the leakage electromagnetic field shielding member specifically designed is not limited to the leakage electromagnetic field shielding member 6 shown in FIGS. 7 and 8 in the present invention. For example, the shape illustrated in the first to fourth embodiments or the modifications thereof (the distance between the leakage electromagnetic field shielding member and the excitation coil is greater in the center than in the end of the excitation coil. However, the relationship between the end portion and the center portion may be reversed depending on various conditions such as the characteristics of the exciting coil to be used and the arrangement of the members. Or it does not necessarily need to be left-right symmetric about the center part of the rotation axis direction of the heating rotating body. The point that the shape of the leakage electromagnetic field shielding member is appropriately adjusted so that the temperature distribution becomes substantially constant each time is important in the present invention.
第4の実施形態の定着装置から、励磁コイル21Aの幅方向(加熱定着ベルト20の回転軸方向)の長さ(励磁コイル長L1)をより短くした励磁コイル(励磁コイル長L2)に付け替え、かつ漏洩電磁場遮蔽部材26を取り外した定着装置について、第4の実施形態で説明した「本発明の作用・効果についての検証」と同様の検証試験を行った。結果は、図33のグラフに示す通りである。図33のグラフからわかるように、加熱定着ベルト20の軸方向両端部において十分な発熱温度が得られず、有効発熱幅が最大用紙幅に達していない。
The fixing device of the fourth embodiment is replaced with an excitation coil (excitation coil length L2) having a shorter length (excitation coil length L1) in the width direction of the
このような状態の定着装置に対して漏洩電磁場遮蔽部材を配設するに際し、本発明の製造方法では、加熱定着ベルト20の回転軸方向の位置により、当該漏洩電磁場遮蔽部材と励磁コイル21Aとの距離が、加熱定着ベルト20の回転軸方向における温度分布が略一定になるように、予め調整して設計する。結果、長手方向に何ら張り出しの無いストレート状の図30に示される漏洩電磁場遮蔽部材26’を選択することも考えられる。この場合も勿論、使用する励磁コイルの特性や部材の配置等各種条件に応じて漏洩電磁場遮蔽部材の形状を調整したのであり、本発明の製造方法の概念に含まれるものである。
When the leakage electromagnetic field shielding member is disposed in the fixing device in such a state, according to the manufacturing method of the present invention, the leakage electromagnetic field shielding member and the
実際に、第4の実施形態の定着装置から、励磁コイル21Aの幅方向(加熱定着ベルト20の回転軸方向)の長さ(励磁コイル長L1)をより短くした励磁コイル(励磁コイル長L2)に付け替え、かつ漏洩電磁場遮蔽部材26を漏洩電磁場遮蔽部材26'に付け替えた定着装置について、上記と同様の検証試験を行った。結果は、図34のグラフに示す通りである。図34のグラフからわかるように、加熱定着ベルト20の軸方向両端部において不足していた発熱温度が増加し、最大用紙幅の全域にわたってフラットな発熱温度であり、理想的な温度分布となっている。
Actually, an excitation coil (excitation coil length L2) in which the length (excitation coil length L1) in the width direction of the
本発明の製造方法においては、本発明に特徴的な(B)漏洩電磁場遮蔽部材の形状調整の工程以外の(A)および(C)の工程や、その他諸々の工程については、従来公知の技術に則して、あらゆる製造方法を採用することができ、本発明においては何ら制限されるものではない。 In the manufacturing method of the present invention, the (A) and (C) processes other than the process of adjusting the shape of the leakage electromagnetic field shielding member (B) characteristic of the present invention and various other processes are conventionally known techniques. Accordingly, any manufacturing method can be adopted, and the present invention is not limited in any way.
[画像形成装置]
以下に、本発明の加熱装置が適用される本発明の画像記録装置の例示的一態様としての実施形態について、図35を参照して説明する。図35は、本発明の画像記録装置の例示的一態様である画像記録装置100の概略構成図である。
[Image forming apparatus]
Hereinafter, an exemplary embodiment of the image recording apparatus of the present invention to which the heating apparatus of the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 35 is a schematic configuration diagram of an
図35に示されるように、この画像記録装置100は、例えば、矢印F方向に回転する感光体ドラム121と、この感光体ドラム121を予め帯電するコロトロン等の帯電器122と、各色成分画像情報に基づいて感光体ドラム121表面に各色成分に対応した静電潜像を書き込む不図示のレーザ走査装置(ROS)などの画像書込装置(本例では同装置からのビームに符号を付す)123と、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)およびブラック(K)の各色に対応した現像器241〜244が回転ホルダ245に搭載されたロータリー型現像装置124とを備え、感光体ドラム121表面にイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)およびブラック(K)の各色成分毎の静電潜像を形成し、ロータリー型現像装置124における各現像器241〜244の対応する色トナーにて各静電潜像を可視像化した後、中間転写ベルト130に順次一次転写し、中間転写ベルト130外周面の各色成分トナー像の重ね転写像を被記録材P表面に二次転写し、定着装置160にて定着するようにしたものである。
As shown in FIG. 35, the
ここで、被記録材Pは、被記録材トレイ150からフィードロール151にて所定の搬送経路へ向けて搬送され、搬送経路中のレジストレーションロール(レジストロール)152で一旦位置決め停止された後に、所定のタイミングで二次転写位置140へと搬送され、ここで、中間転写ベルト130外周面に形成された転写像(未定着トナー像)が被記録材P表面に二次転写される。
Here, the recording material P is transported from the
二次転写後に、被記録材Pは搬送ベルト153へと導かれ、この搬送ベルト153にて定着装置160へと搬送されるようになっている。なお、二次転写工程が終了した時点では、感光体ドラム121表面の残留トナーはドラムクリーナ125にて清掃され、中間転写ベルト130外周面の残留トナーはベルトクリーナ141にて清掃される。
After the secondary transfer, the recording material P is guided to the
このように構成された画像記録装置100において、本実施形態では、定着装置160として、本発明の加熱装置を含む本発明の定着装置を用いる。本発明の加熱装置ないし定着装置を用いることで、被記録材Pの搬送方向に対して垂直方向の温度が、定着装置のニップ部において略均一となリ、安定して高画質の定着画像を得ることができる。また、ウォームアップタイムが短く、かつ、安定して加熱定着が可能な画像記録装置を提供することができる。
In the
なお、本発明が適用可能な画像記録装置は、上述のロータリー型に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内で種々の画像記録装置に適用可能である。例えば、いわゆるタンデム型の画像記録装置に適用しても同様の作用効果を得ることができる。 The image recording apparatus to which the present invention is applicable is not limited to the rotary type described above, and can be applied to various image recording apparatuses within the scope of the object of the present invention. For example, the same effects can be obtained even when applied to a so-called tandem type image recording apparatus.
以上説明してきたように、本発明の加熱装置を定着装置に備えることにより、ウォームアップタイムを10秒以下にすることが可能な省エネルギーの定着装置を設計することが可能となる。また、低コスト化を実現できる実用性の高い加熱装置の設計も可能とする。このような加熱装置ないし定着装置を備えることにより、搬送方向と垂直方向での定着温度のばらつきが解消され、安定性や安全性に優れ、ウォームアップタイムの極めて短い画像記録装置を提供することができる。 As described above, by providing the fixing device with the heating device of the present invention, it is possible to design an energy-saving fixing device that can reduce the warm-up time to 10 seconds or less. In addition, it is possible to design a highly practical heating apparatus that can realize cost reduction. By providing such a heating device or a fixing device, it is possible to provide an image recording apparatus that eliminates variations in fixing temperature in the direction perpendicular to the conveyance direction, has excellent stability and safety, and has an extremely short warm-up time. it can.
また、本発明の加熱装置の製造方法によれば、据え付けることが必然である場合が多い漏洩電磁場遮蔽部材の形状を適切に調整・設計するだけで、被加熱対象物たる加熱回転体の回転軸方向の加熱温度分布を略均一なものとすることができる。 In addition, according to the method for manufacturing a heating device of the present invention, the rotating shaft of the heating rotating body that is the object to be heated can be obtained simply by appropriately adjusting and designing the shape of the leakage electromagnetic field shielding member that is often required to be installed. The heating temperature distribution in the direction can be made substantially uniform.
1A,11A,21A:励磁コイル、 6,16,26:漏洩電磁場遮蔽部材、 10,50,70,90,160:定着装置、 18,28,38:コイル支持部材、 20:加熱定着ベルト(加熱回転体)、 22:支持部材、 23:加圧ロール、 24:弾性部材、 25:未定着トナー像、 27:被記録材、 30:励磁回路、 41:磁路形成部材、 55,75,95:第二磁路形成部材(第2の磁路形成部材)、 57,77,97:第一磁路形成部材(磁路形成部材)、 100:画像記録装置、 121:感光体ドラム、 122:帯電器、 124:ロータリー型現像装置、 125:ドラムクリーナ、 130:中間転写ベルト、 140:二次転写位置、 141:ベルトクリーナ、 150:被記録材トレイ、 151:フィードロール、 153:搬送ベルト、 241:現像器、 245:回転ホルダ、 300:定着ロール、 310:コイル、 320:加圧ロール 1A, 11A, 21A: Excitation coil, 6, 16, 26: Leakage electromagnetic field shielding member, 10, 50, 70, 90, 160: Fixing device, 18, 28, 38: Coil support member, 20: Heat fixing belt (heating Rotating body), 22: support member, 23: pressure roll, 24: elastic member, 25: unfixed toner image, 27: recording material, 30: excitation circuit, 41: magnetic path forming member, 55, 75, 95 : Second magnetic path forming member (second magnetic path forming member), 57, 77, 97: first magnetic path forming member (magnetic path forming member), 100: image recording device, 121: photosensitive drum, 122: Charger: 124: rotary developing device; 125: drum cleaner; 130: intermediate transfer belt; 140: secondary transfer position; 141: belt cleaner; 150: recording material tray; 153: Conveyor belt, 241: Developer, 245: Rotating holder, 300: Fixing roll, 310: Coil, 320: Pressure roll
Claims (17)
前記加熱回転体を誘導加熱するための励磁コイルが、前記加熱回転体の外周面または内周面の一部に沿うように配置され、
当該励磁コイル周辺から漏れ出る電磁場を遮蔽するための非磁性金属からなる漏洩電磁場遮蔽部材が、前記励磁コイルから生じる電磁場を囲い込むように配置され、
かつ、前記漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離が前記加熱回転体の回転軸方向のどの位置でも同一である場合の当該回転軸方向における温度分布において、高温になる部位について前記漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離を近付け、及び/または、低温になる部位について前記漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離を遠ざけることで、前記加熱回転体の回転軸方向における温度分布が略一定になるように、前記漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離が調整されて、前記漏洩電磁場遮蔽部材の形状が、前記加熱回転体の回転軸方向の位置により、当該漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離が異なるように形成されてなることを特徴とする加熱装置。 A heating device for heating an endless heating rotating body having a heat generating layer that generates heat by at least electromagnetic induction,
An exciting coil for inductively heating the heating rotator is arranged along a part of the outer peripheral surface or the inner peripheral surface of the heating rotator,
A leakage electromagnetic field shielding member made of a non-magnetic metal for shielding an electromagnetic field leaking from around the excitation coil is disposed so as to surround the electromagnetic field generated from the excitation coil,
In addition, in the temperature distribution in the rotation axis direction when the distance between the leakage electromagnetic field shielding member and the excitation coil is the same at any position in the rotation axis direction of the heating rotator, the leakage electromagnetic field shielding is applied to a portion that becomes high in the temperature distribution in the rotation axis direction. The temperature distribution in the rotation axis direction of the heating rotator is substantially reduced by reducing the distance between the member and the excitation coil and / or increasing the distance between the leakage electromagnetic field shielding member and the excitation coil at a low temperature part. The distance between the leakage electromagnetic field shielding member and the excitation coil is adjusted to be constant, and the shape of the leakage electromagnetic field shielding member depends on the position of the heating rotator in the rotation axis direction. A heating device, wherein the heating device is formed so as to have a different distance from the exciting coil.
前記励磁コイルが、前記発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させるべく、前記加熱回転体の表面と非接触で、かつ該表面に沿って線材を巻回させて形成されてなり、
前記加熱回転体を挟んで前記励磁コイルの反対側で対向し、かつ該加熱回転体の表面と非接触に、前記励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する磁路形成部材が配設されてなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の加熱装置。 The thickness of the heat generating layer of the heating rotator is thinner than the skin depth,
The excitation coil is formed by winding a wire along the surface in a non-contact manner with the surface of the heating rotator so as to generate a variable magnetic field along the thickness direction of the heat generating layer,
A magnetic path of a variable magnetic field generated by the exciting coil is formed so as to face the opposite side of the exciting coil across the heating rotating body and not in contact with the surface of the heating rotating body, thereby shielding the magnetic field. The heating device according to any one of claims 1 to 3, wherein a magnetic path forming member is provided.
前記加熱部材が、前記加熱定着ベルトを加熱回転体とする請求項1〜13のいずれかに記載の加熱装置であることを特徴とする定着装置。 A heat-fixing belt having at least a heat generating layer and an outermost release layer, and a nip portion that is in contact with the heat-fixing belt and in which a recording material carrying an unfixed toner image is inserted and heated and pressed to fix are formed. A fixing device including a pressure member and a heating member for heating the heat fixing belt,
A fixing device wherein the heating member, wherein said a heating apparatus according to any one of claims 1 to 13, the heating fixing belt and the heating rotating body.
前記加熱定着ベルトが少なくとも発熱層および最表面の離型層を有し、かつ、
前記加熱部材が、前記加熱定着ベルトを加熱回転体とする請求項1〜13のいずれかに記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。 At least an image forming means for forming an unfixed toner image on the surface of the recording material, and a nip through which the recording material on which the unfixed toner image is formed is inserted by contacting the heat fixing belt and the pressure member. An image forming apparatus comprising: a fixing unit having a portion formed thereon; and a heating member that heats the heating and fixing belt.
The heat-fixing belt has at least a heat generating layer and an outermost release layer, and
The image forming apparatus wherein the heating member is a heating apparatus according to any one of claims 1 to 13, heating rotator the heating fixing belt.
前記加熱回転体を誘導加熱するための励磁コイルを、前記加熱回転体の外周面または内周面の一部に沿うように配置し、
非磁性金属からなり、前記励磁コイル周辺から漏れ出る電磁場を遮蔽するための下記形状の漏洩電磁場遮蔽部材を、前記励磁コイルから生じる電磁場を囲い込むように配置することを特徴とする加熱装置の製造方法。
・漏洩電磁場遮蔽部材の形状:任意の形状の漏洩電磁場遮蔽部材を設けた場合に、前記加熱回転体の回転軸方向における温度分布において、高温になる部位について当該漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離を近付け、及び/または、低温になる部位について当該漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離を遠ざけることで、前記加熱回転体の回転軸方向の位置により、当該漏洩電磁場遮蔽部材と前記励磁コイルとの距離が、前記加熱回転体の回転軸方向における温度分布が略一定になるように調整された形状。 A method of manufacturing a heating device for heating an endless heating rotator having at least a heat generating layer that generates heat by electromagnetic induction action,
An exciting coil for inductively heating the heating rotator is arranged along a part of the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the heating rotator,
A heating apparatus comprising: a non-magnetic metal, and a leakage electromagnetic field shielding member having a shape described below for shielding an electromagnetic field leaking from around the excitation coil so as to surround the electromagnetic field generated from the excitation coil. Method.
-Shape of the leakage electromagnetic field shielding member: When a leakage electromagnetic field shielding member having an arbitrary shape is provided, the leakage electromagnetic field shielding member and the excitation coil in a temperature distribution in the temperature distribution in the rotation axis direction of the heating rotator Of the leakage electromagnetic field shielding member and the excitation coil with respect to a part that becomes low in temperature, the distance between the exciting electromagnetic coil and the excitation coil is increased. A shape in which the distance from the excitation coil is adjusted so that the temperature distribution in the rotation axis direction of the heating rotator is substantially constant.
前記励磁コイルが、前記発熱層の厚さ方向に沿って変動磁界を発生させるべく、前記加熱回転体の表面と非接触で、かつ該表面に沿って線材を巻回させて形成されてなり、かつ、
前記加熱回転体を挟んで前記励磁コイルの反対側で対向し、かつ該加熱回転体の表面と非接触に、前記励磁コイルにより生成された変動磁界の磁路を形成してその磁場を遮蔽する下記形状に形成された磁路形成部材を配設する工程をさらに含むことを特徴とする請求項16に記載の加熱装置の製造方法。
・磁路形成部材の形状:磁路形成部材における前記励磁コイルとの対向面が前記加熱回転体の内周面形状または外周面形状に倣うように形成されてなる形状。 The thickness of the heat generating layer of the heating rotator is thinner than the skin depth,
The excitation coil is formed by winding a wire along the surface in a non-contact manner with the surface of the heating rotator so as to generate a variable magnetic field along the thickness direction of the heat generating layer, And,
A magnetic path of a variable magnetic field generated by the exciting coil is formed so as to face the opposite side of the exciting coil across the heating rotating body and not in contact with the surface of the heating rotating body, thereby shielding the magnetic field. The method for manufacturing a heating device according to claim 16 , further comprising a step of disposing a magnetic path forming member formed in the following shape.
-Shape of the magnetic path forming member: a shape formed so that the surface of the magnetic path forming member facing the excitation coil follows the inner peripheral surface shape or outer peripheral surface shape of the heating rotator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005092636A JP4609146B2 (en) | 2005-03-28 | 2005-03-28 | Heating device, manufacturing method thereof, fixing device using the same, and image forming apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005092636A JP4609146B2 (en) | 2005-03-28 | 2005-03-28 | Heating device, manufacturing method thereof, fixing device using the same, and image forming apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006276257A JP2006276257A (en) | 2006-10-12 |
JP4609146B2 true JP4609146B2 (en) | 2011-01-12 |
Family
ID=37211113
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005092636A Expired - Fee Related JP4609146B2 (en) | 2005-03-28 | 2005-03-28 | Heating device, manufacturing method thereof, fixing device using the same, and image forming apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4609146B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008249850A (en) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Fuji Xerox Co Ltd | Fixing apparatus and image forming apparatus |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000181258A (en) * | 1998-12-18 | 2000-06-30 | Toshiba Corp | Fixing apparatus |
JP2003338365A (en) * | 2002-03-11 | 2003-11-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Heat generating device and fixing device by use of electromagnetic induction |
JP2006267180A (en) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Konica Minolta Business Technologies Inc | Fixing device and image forming apparatus |
-
2005
- 2005-03-28 JP JP2005092636A patent/JP4609146B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000181258A (en) * | 1998-12-18 | 2000-06-30 | Toshiba Corp | Fixing apparatus |
JP2003338365A (en) * | 2002-03-11 | 2003-11-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Heat generating device and fixing device by use of electromagnetic induction |
JP2006267180A (en) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Konica Minolta Business Technologies Inc | Fixing device and image forming apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006276257A (en) | 2006-10-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4756918B2 (en) | Image heating device | |
JP5673053B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP5585839B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
US7965970B2 (en) | Fixing device and image forming apparatus | |
JP5569159B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP4756967B2 (en) | Image heating device | |
JP4277694B2 (en) | Fixing device and image forming apparatus using the same | |
JP4888509B2 (en) | Image forming apparatus, fixing apparatus, and program | |
JPH0816006A (en) | Heating apparatus and image forming apparatus | |
JP4781457B2 (en) | Image heating apparatus and image forming apparatus having the same | |
JPH0816007A (en) | Heating apparatus and image forming apparatus | |
JP4277693B2 (en) | Fixing device and image forming apparatus using the same | |
JP4609146B2 (en) | Heating device, manufacturing method thereof, fixing device using the same, and image forming apparatus | |
JP5765135B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP2012203346A (en) | Fixing device, image forming apparatus and fixing endless belt | |
JP2010224370A (en) | Fixing device and image forming apparatus | |
JP5439897B2 (en) | Image forming apparatus, fixing apparatus, and program | |
JP2007286559A (en) | Heating device and image forming apparatus | |
JPH0830126A (en) | Heating device and image forming device | |
JP2012194429A (en) | Fixing device, image formation apparatus, and program | |
JP2010224032A (en) | Fixing unit and image forming apparatus | |
JP5699676B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JPH0844227A (en) | Heating device and image forming device | |
JP5644054B2 (en) | Fixing device and image forming apparatus | |
JP5532651B2 (en) | Fixing device and image forming apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080221 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100622 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100820 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100914 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100927 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131022 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4609146 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |