JP4715942B2 - Fixing apparatus, image forming apparatus, and magnetic field generating apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、定着装置、画像形成装置及び磁界生成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device, an image forming apparatus, and a magnetic field generation apparatus.
電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置に搭載する定着装置として、電磁誘導加熱方式を用いたものが知られている。例えば、特許文献1には、銅発熱層を有する定着ベルトと励磁コイルとを、2つの磁性部材で挿んで磁路形成し、銅発熱層を電磁誘導加熱する電磁誘導加熱方式の定着装置が記載されている。
As a fixing device mounted on an image forming apparatus such as a copying machine or a printer using an electrophotographic system, an apparatus using an electromagnetic induction heating system is known. For example,
ここで一般に、電磁誘導加熱方式の定着装置では、定着部材の導電層と交差する交流磁界を発生させる励磁コイルと、励磁コイルで発生した交流磁界の磁路を形成する磁心が接着剤等の剛性体により固定されている。定着装置を長期間使用すると、接着剤等の剛性体が剥離、或いは、フェライト製の磁心が破損し、磁界生成部材の位置ずれが生じる。
本発明の目的は、電磁誘導加熱方式の定着装置において、長期間の使用による磁界生成部材の位置ずれを防止することにある。
In general, in an electromagnetic induction heating type fixing device, an exciting coil that generates an alternating magnetic field that intersects the conductive layer of the fixing member and a magnetic core that forms a magnetic path of the alternating magnetic field generated by the exciting coil are rigid with an adhesive or the like. It is fixed by the body. When the fixing device is used for a long period of time, a rigid body such as an adhesive is peeled off or a ferrite magnetic core is damaged, and the magnetic field generating member is displaced.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to prevent misalignment of a magnetic field generating member due to long-term use in an electromagnetic induction heating type fixing device.
請求項1に係る発明は、導電層を有し、当該導電層が電磁誘導加熱されることにより記録材にトナーを定着する定着部材と、前記定着部材の前記導電層と交差する交流磁界を生成する磁界発生部材と、前記磁界発生部材にて発生した交流磁界の磁路を形成する磁路形成部材と、前記磁界発生部材を支持する支持部材と、前記磁界発生部材と前記磁路形成部材との間に設けられ且つ複数の当該磁路形成部材に接触するように配置され、当該磁界発生部材を前記支持部材に向けて押圧しながら弾性変形し当該磁界発生部材を当該支持部材上に固定するシート状弾性支持部材と、前記磁路形成部材を前記磁界発生部材側に向けて押圧する押圧部材と、を備えることを特徴とする定着装置である。
請求項2に係る発明は、前記磁路形成部材は、前記押圧部材により前記支持部材側に向けて加圧され、当該押圧部材と前記シート状弾性支持部材とにより挟まれるように押圧されることで固定されることを特徴とする請求項1に記載の定着装置である。
請求項3に係る発明は、前記シート状弾性支持部材は、前記磁路形成部材を介して前記押圧部材から受けた加圧力により生じる弾性力により前記磁界発生部材を前記支持部材に向けて押圧することを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置である。
請求項4に係る発明は、前記押圧部材の加圧力は、当該押圧部材から受けた加圧力により前記シート状弾性支持部材に生じる弾性力より大きいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の定着装置である。
請求項5に係る発明は、前記磁界発生部材にて発生した交流磁界を遮蔽するとともに、前記磁路形成部材と前記押圧部材を挟むように前記支持部材に取り付けられた遮蔽部材をさらに有し、当該磁路形成部材は当該押圧部材により当該支持部材側に加圧されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の定着装置である。
請求項6に係る発明は、前記押圧部材は、非磁性材料から構成されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の定着装置である。
請求項7に係る発明は、前記シート状弾性支持部材と前記押圧部材とは、ゴム状弾性体から構成されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の定着装置である。
The invention according to
In the invention according to claim 2, the magnetic path forming member is pressed toward the support member by the pressing member and is pressed so as to be sandwiched between the pressing member and the sheet-like elastic support member. The fixing device according to
In the invention according to claim 3, the sheet-like elastic support member presses the magnetic field generating member toward the support member by an elastic force generated by the applied pressure received from the pressing member through the magnetic path forming member. The fixing device according to
The invention according to claim 4 is characterized in that the pressing force of the pressing member is larger than the elastic force generated in the sheet-like elastic support member by the pressing force received from the pressing member. The fixing device according to
The invention according to claim 5 further includes a shielding member attached to the support member so as to shield the alternating magnetic field generated by the magnetic field generating member and sandwich the magnetic path forming member and the pressing member, 5. The fixing device according to
The invention according to claim 6 is the fixing device according to any one of
The invention according to claim 7 is the fixing device according to any one of
請求項8に係る発明は、トナー像を形成するトナー像形成部と、前記トナー像形成部により形成されたトナー像を記録材上に転写する転写部と、当該記録材に転写されたトナー像を当該記録材上に定着する定着ユニットと、を備え、前記定着ユニットは、導電層を有し、当該導電層が電磁誘導加熱されることにより記録材にトナーを定着する定着部材と、
前記定着部材の前記導電層と交差する交流磁界を生成する磁界発生部材と、前記磁界発生部材にて発生した交流磁界の磁路を形成する磁路形成部材と、前記磁界発生部材を支持する支持部材と、前記磁界発生部材と前記磁路形成部材との間に設けられ且つ複数の当該磁路形成部材に接触するように配置され、当該磁界発生部材を前記支持部材に向けて押圧しながら弾性変形し当該磁界発生部材を当該支持部材上に固定するシート状弾性支持部材と、前記磁路形成部材を前記磁界発生部材側に向けて押圧する押圧部材と、を有することを特徴とする画像形成装置である。
請求項9に係る発明は、前記定着部の前記磁路形成部材は、前記押圧部材と前記シート状弾性支持部材とにより挟まれるように押圧されることで固定され、且つ、当該シート状弾性支持部材は、当該押圧部材から受けた加圧力により生じる弾性力により前記磁界発生部材を前記支持部材に向けて押圧することを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置である。
The invention according to claim 8 is a toner image forming portion that forms a toner image, a transfer portion that transfers a toner image formed by the toner image forming portion onto a recording material, and a toner image that is transferred to the recording material. A fixing unit that fixes the toner onto the recording material, the fixing unit having a conductive layer, and the conductive layer is heated by electromagnetic induction,
A magnetic field generating member that generates an alternating magnetic field that intersects the conductive layer of the fixing member, a magnetic path forming member that forms a magnetic path of an alternating magnetic field generated by the magnetic field generating member, and a support that supports the magnetic field generating member A member, arranged between the magnetic field generating member and the magnetic path forming member and arranged to contact the plurality of magnetic path forming members, and elastic while pressing the magnetic field generating member toward the support member An image forming comprising: a sheet-like elastic supporting member that deforms and fixes the magnetic field generating member on the supporting member; and a pressing member that presses the magnetic path forming member toward the magnetic field generating member. Device.
According to a ninth aspect of the present invention, the magnetic path forming member of the fixing unit is fixed by being pressed so as to be sandwiched between the pressing member and the sheet-like elastic support member, and the sheet-like elastic support is provided. The image forming apparatus according to claim 8, wherein the member presses the magnetic field generating member toward the support member by an elastic force generated by the applied pressure received from the pressing member.
請求項10に係る発明は、導電層を有し当該導電層が電磁誘導加熱されることにより記録材にトナーを定着する定着部材の当該導電層と交差する交流磁界を生成する磁界発生部材と、前記磁界発生部材にて発生した交流磁界の磁路を形成する磁路形成部材と、前記磁界発生部材を支持する支持部材と、前記磁界発生部材と前記磁路形成部材との間に設けられ、且つ複数の当該磁路形成部材に接触するように配置され、当該磁界発生部材を前記支持部材に向けて押圧しながら弾性変形し当該磁界発生部材を当該支持部材上に固定するシート状弾性支持部材と、前記磁路形成部材を前記磁界発生部材側に向けて押圧する押圧部材と、を備えることを特徴とする磁界生成装置である。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a magnetic field generating member that has a conductive layer and generates an alternating magnetic field that intersects the conductive layer of the fixing member that fixes the toner to the recording material by electromagnetic induction heating. A magnetic path forming member that forms a magnetic path of an alternating magnetic field generated by the magnetic field generating member, a support member that supports the magnetic field generating member, and provided between the magnetic field generating member and the magnetic path forming member; And a sheet-like elastic support member that is arranged so as to be in contact with the plurality of magnetic path forming members and elastically deforms the magnetic field generating member while pressing the magnetic field generating member toward the supporting member and fixes the magnetic field generating member on the supporting member. And a pressing member that presses the magnetic path forming member toward the magnetic field generating member.
請求項1の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、電磁誘導加熱方式の定着装置において、長期間の使用による磁界生成部材の位置ずれが防止される。 According to the first aspect of the present invention, as compared with the case where the present invention is not adopted, the electromagnetic induction heating type fixing device prevents the magnetic field generating member from being displaced due to long-term use.
請求項2の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、磁路形成部材が2個の部材に確実に挟まれて固定される。 According to the invention of claim 2, the magnetic path forming member is securely sandwiched and fixed between the two members as compared with the case where the present invention is not adopted.
請求項3の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、磁界発生部材がより確実に固定される。 According to the invention of claim 3, the magnetic field generating member is more reliably fixed as compared with the case where the present invention is not adopted.
請求項4の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、各部材の位置決めをより確実に行える。 According to the invention of claim 4, each member can be positioned more reliably than in the case where the present invention is not adopted.
請求項5の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、押圧部材を介しての加圧がより可能となる。 According to the fifth aspect of the present invention, pressurization via the pressing member is more possible than when the present invention is not adopted.
請求項6の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、電磁誘導加熱システムに影響を与えない。 According to invention of Claim 6, compared with the case where this invention is not employ | adopted, an electromagnetic induction heating system is not affected.
請求項7の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、電磁誘導加熱システムにおいて、励磁コイル等の磁界発生部材の振動が吸収される。 According to the seventh aspect of the present invention, the vibration of the magnetic field generating member such as the exciting coil is absorbed in the electromagnetic induction heating system as compared with the case where the present invention is not adopted.
請求項8の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、電磁誘導加熱方式の定着装置において、長期間の使用による磁界生成部材の位置ずれが防止される。 According to the eighth aspect of the present invention, as compared with the case where the present invention is not adopted, the electromagnetic induction heating type fixing device prevents the magnetic field generating member from being displaced due to long-term use.
請求項9の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、電磁誘導加熱方式の定着装置において、磁路形成部材と磁界発生部材がより確実に固定される。 According to the ninth aspect of the present invention, the magnetic path forming member and the magnetic field generating member are more reliably fixed in the electromagnetic induction heating type fixing device as compared with the case where the present invention is not adopted.
請求項10の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、電磁誘導加熱方式の磁界生成装置において、長期間の使用による磁界生成部材の位置ずれが防止される。 According to the tenth aspect of the present invention, as compared with the case where the present invention is not adopted, in the electromagnetic induction heating type magnetic field generating device, the magnetic field generating member is prevented from being displaced due to long-term use.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<画像形成装置の説明>
図1は本実施の形態の定着装置が適用される画像形成装置の構成例を示した図である。図1に示す画像形成装置1は、所謂タンデム型のカラープリンタであり、画像データに基づき画像形成を行う画像形成部10、画像形成装置1全体の動作を制御する制御部31を備えている。さらに、例えば、パーソナルコンピュータ(PC)3や画像読取装置(スキャナ)4等との通信を行って画像データを受信する通信部32、通信部32にて受信された画像データに対し、予め定めた画像処理を施す画像処理部33を備えている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
<Description of Image Forming Apparatus>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an image forming apparatus to which the fixing device of the present embodiment is applied. An
画像形成部10は、一定の間隔を置いて並列的に配置されるトナー像形成手段の一例である4つの画像形成ユニット11Y,11M,11C,11K(「画像形成ユニット11」とも総称する)を備えている。各画像形成ユニット11は、静電潜像を形成してトナー像を保持する像保持体の一例としての感光体ドラム12、感光体ドラム12の表面を予め定めた電位で一様に帯電する帯電器13、帯電器13によって帯電された感光体ドラム12を各色画像データに基づき露光するLED(Light Emitting Diode)プリントヘッド14、感光体ドラム12上に形成された静電潜像を現像する現像器15、転写後の感光体ドラム12表面を清掃するドラムクリーナ16を備えている。
画像形成ユニット11各々は、現像器15に収納されるトナーを除いて略同様に構成され、それぞれがイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)のトナー像を形成する。
The
Each of the image forming units 11 is configured in substantially the same manner except for the toner stored in the developing
また、画像形成部10は、各画像形成ユニット11の感光体ドラム12にて形成された各色トナー像が多重転写される中間転写ベルト20、各画像形成ユニット11にて形成された各色トナー像を中間転写ベルト20に順次転写(一次転写)する一次転写ロール21を備えている。さらに、中間転写ベルト20上に重畳して転写された各色トナー像を記録材(記録紙)である用紙Pに一括転写(二次転写)する二次転写ロール22、二次転写された各色トナー像を用紙P上に定着させる定着手段(定着装置)の一例としての定着ユニット60を備えている。なお、本実施の形態の画像形成装置1では、中間転写ベルト20、一次転写ロール21、および二次転写ロール22により転写手段が構成される。
The
本実施の形態の画像形成装置1では、制御部31による動作制御の下で、次のようなプロセスによる画像形成処理が行われる。すなわち、PC3やスキャナ4からの画像データは通信部32にて受信され、画像処理部33により予め定めた画像処理が施された後、各色毎の画像データとなって各画像形成ユニット11に送られる。そして、例えば、黒(K)色トナー像を形成する画像形成ユニット11Kでは、感光体ドラム12が矢印A方向に回転しながら帯電器13により予め定めた電位で一様に帯電され、画像処理部33から送信されたK色画像データに基づきLEDプリントヘッド14が感光体ドラム12を走査露光する。それにより、感光体ドラム12上にはK色画像に関する静電潜像が形成される。感光体ドラム12上に形成されたK色静電潜像は現像器15により現像され、感光体ドラム12上にK色トナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット11Y,11M,11Cにおいても、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色トナー像が形成される。
In the
各画像形成ユニット11の感光体ドラム12に形成された各色トナー像は、一次転写ロール21により矢印B方向に移動する中間転写ベルト20上に順次静電転写(一次転写)され、各色トナーが重畳された重畳トナー像が形成される。中間転写ベルト20上の重畳トナー像は、中間転写ベルト20の移動に伴って二次転写ロール22が配置された領域(二次転写部T)に搬送される。重畳トナー像が二次転写部Tに搬送されると、そのタイミングに合わせて用紙保持部40から用紙Pが二次転写部Tに供給される。そして、重畳トナー像は、二次転写部Tにて二次転写ロール22が形成する転写電界により、搬送されてきた用紙P上に一括して静電転写(二次転写)される。
Each color toner image formed on the
その後、重畳トナー像が静電転写された用紙Pは、定着ユニット60まで搬送される。定着ユニット60に搬送された用紙P上のトナー像は、定着ユニット60によって熱および圧力を受け、用紙P上に定着される。そして、定着画像が形成された用紙Pは、画像形成装置1の排出部に設けられた用紙積載部45に搬送される。
一方、一次転写後に感光体ドラム12に付着しているトナー(一次転写残トナー)、および二次転写後に中間転写ベルト20に付着しているトナー(二次転写残トナー)は、それぞれドラムクリーナ16、およびベルトクリーナ25によって除去される。
このようにして、画像形成装置1における画像形成処理が、プリント枚数分のサイクルだけ繰り返し実行される。
Thereafter, the sheet P on which the superimposed toner image is electrostatically transferred is conveyed to the fixing
On the other hand, the toner (primary transfer residual toner) adhering to the
In this way, the image forming process in the
<定着ユニットの構成の説明>
次に、本実施の形態の定着ユニット60について説明する。
図2および図3は本実施の形態が適用される定着ユニット60の構成を示す図であり、図2は正面図、図3は図2におけるXX断面図である。
図3に示すように、定着ユニット60は、交流磁界を生成する磁界生成部材の一例としてのIH(Induction Heating)ヒータ80、IHヒータ80により電磁誘導加熱されてトナー像を定着する定着部材の一例としての定着ベルト61、定着ベルト61に対向するように配置された加圧ロール62、定着ベルト61を介して加圧ロール62から押圧される押圧パッド63を備えている。
さらに、定着ユニット60は、押圧パッド63等の構成部材を支持するホルダ65、IHヒータ80にて生成された交流磁界を誘導して磁路を形成する磁路形成部材としての感温磁性部材64、感温磁性部材64を通過した磁力線を誘導する誘導部材66、定着ベルト61からの用紙Pの剥離を補助する剥離補助部材70を備えている。
<Description of fixing unit configuration>
Next, the fixing
2 and 3 are diagrams showing a configuration of the fixing
As shown in FIG. 3, the fixing
Further, the fixing
<定着ベルトの説明>
定着ベルト61は、原形が円筒形状の無端のベルト部材で構成され、例えば、原形(円筒形状)時の直径が30mm、幅方向長が370mmに形成されている。また、図4(定着ベルト61の断面層構成図)に示したように、定着ベルト61は、基材層611、基材層611の上に積層された導電発熱層612、トナー像の定着性を向上させる弾性層613、最上層に被覆された表面離型層614からなる多層構造のベルト部材である。
<Description of fixing belt>
The fixing
基材層611は、薄層の導電発熱層612を支持するとともに、定着ベルト61全体としての機械的強度を形成する耐熱性のシート状部材で構成される。また、基材層611は、IHヒータ80にて生成された交流磁界が感温磁性部材64まで作用するように、磁界を通過させる物性(比透磁率、固有抵抗)を有する材料、厚さで形成される。一方、基材層611自身は、磁界の作用により発熱しないか、または発熱し難く構成される。
具体的には、基材層611として、例えば、厚さ30μm〜200μm(好ましくは50〜150μm)の非磁性ステンレススチール等の非磁性金属や、厚さ60μm〜200μmの樹脂材料等が用いられる。
The
Specifically, as the
導電発熱層612は、導電層の一例であって、IHヒータ80にて生成される交流磁界によって電磁誘導加熱される電磁誘導発熱体層である。すなわち、導電発熱層612は、IHヒータ80からの交流磁界が厚さ方向に通過することにより、渦電流を発生させる層である。
通常、IHヒータ80に交流電流を供給する励磁回路(後段の図6も参照)の電源として、安価に製造できる汎用電源が使用される。そのため、IHヒータ80により生成される交流磁界の周波数は、一般に、汎用電源による20kHz〜100kHzとなる。それにより、導電発熱層612は、周波数20kHz〜100kHzの交流磁界が侵入し通過するように構成される。
The
In general, a general-purpose power source that can be manufactured at low cost is used as a power source for an excitation circuit that supplies an alternating current to the IH heater 80 (see also FIG. 6 below). Therefore, the frequency of the alternating magnetic field generated by the
導電発熱層612に交流磁界が侵入できる領域は、交流磁界が1/eに減衰する領域である「表皮深さ(δ)」として規定され、次の(1)式から導かれる。(1)式において、fは交流磁界の周波数(例えば、20kHz)、ρは固有抵抗値(Ω・m)、μrは比透磁率である。
そのため、導電発熱層612の厚さは、周波数20kHz〜100kHzの交流磁界が導電発熱層612を侵入し通過するように、(1)式で規定される導電発熱層612の表皮深さ(δ)よりも薄層に構成される。また、導電発熱層612を構成する材料として、例えば、Au,Ag,Al,Cu,Zn,Sn,Pb,Bi,Be,Sb等の金属や、これらの金属合金が用いられる。
The region where the alternating magnetic field can enter the
Therefore, the thickness of the conductive
具体的には、導電発熱層612として、厚さ2μm〜20μm、固有抵抗2.7×10−8Ω・m以下の例えばCu等の非磁性金属(比透磁率が概ね1の常磁性体)が用いられる。
また、定着ベルト61が定着設定温度まで加熱されるまでに要する時間(以下、「ウォームアップタイム」)を短縮する観点からも、導電発熱層612は、薄層に構成するのが好ましい。
Specifically, as the conductive
Further, from the viewpoint of shortening the time required for the fixing
弾性層613は、シリコーンゴム等の耐熱性の弾性体で構成される。定着対象となる用紙Pに保持されるトナー像は、粉体である各色トナーが積層して形成されている。そのため、ニップ部Nにおいてトナー像の全体に均一に熱を供給するには、用紙P上のトナー像の凹凸に倣って定着ベルト61表面が変形することが好ましい。そこで、弾性層613には、例えば厚みが100μm〜600μm、硬度が10°〜30°(JIS−A)のシリコーンゴムが好適である。
表面離型層614は、用紙P上に保持された未定着トナー像と直接接触するため、離型性の高い材料が使用される。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用いられる。表面離型層614の厚さが過度に薄いと、耐摩耗性の面で充分でなく、定着ベルト61の寿命を短くなる傾向がある。表面離型層614の厚さが過度に厚いと、定着ベルト61の熱容量が増大し、ウォームアップタイムが長くなる傾向がある。本実施の形態では、表面離型層614の厚さは、耐摩耗性と熱容量とのバランスを考慮し、1μm〜50μmが好適である。
The
Since the
<押圧パッドの説明>
押圧パッド63は、シリコーンゴム等やフッ素ゴム等の弾性体で構成され、加圧ロール62と対向する位置にてホルダ65に支持される。そして、定着ベルト61を介して加圧ロール62から押圧される状態で配置され、加圧ロール62との間でニップ部Nを形成する。
また、押圧パッド63は、ニップ部Nの入口側(用紙Pの搬送方向上流側)のプレニップ領域63aと、ニップ部Nの出口側(用紙Pの搬送方向下流側)の剥離ニップ領域63bとで異なるニップ圧が設定されている。すなわち、プレニップ領域63aでは、加圧ロール62側の面がほぼ加圧ロール62の外周面に倣う円弧形状に形成され、均一で幅の広いニップ部Nを形成する。また、剥離ニップ領域63bでは、剥離ニップ領域63bを通過する定着ベルト61の曲率半径が小さくなるように、加圧ロール62表面から局所的に大きなニップ圧で押圧されるように形成される。それにより、剥離ニップ領域63bを通過する用紙Pに定着ベルト61表面から離れる方向のカール(ダウンカール)を形成して、用紙Pに対する定着ベルト61表面からの剥離を促進させている。
<Description of pressing pad>
The
The
尚、本実施の形態では、押圧パッド63による剥離の補助手段として、ニップ部Nの下流側に、剥離補助部材70を配置している。剥離補助部材70は、剥離バッフル71が定着ベルト61の回転移動方向と対向する向き(所謂、カウンタ方向)に、定着ベルト61と近接する状態でホルダ72によって支持される。そして、押圧パッド63の出口にて用紙Pに形成されたカール部分を剥離バッフル71により支持し、用紙Pが定着ベルト61方向に向かうことを抑制する。
In the present embodiment, the
<感温磁性部材の説明>
感温磁性部材64は、定着ベルト61の内周面に倣った円弧形状で形成されている。感温磁性部材64は、定着ベルト61の内周面とは、予め定めた間隙(例えば、0.5mm〜1.5mm)を有するように近接させ、非接触で配置される。
感温磁性部材64を定着ベルト61と近接させて配置することにより、感温磁性部材64の温度が定着ベルト61の温度に対応して変化する。このため、感温磁性部材64の温度が定着ベルト61の温度と略同じ温度となる。
また、画像形成装置1のメインスイッチがオンされ、定着ベルト61が定着設定温度まで加熱される際、定着ベルト61の熱が感温磁性部材64に流入するのを抑制し、ウォームアップタイムが短縮する。
<Description of temperature-sensitive magnetic member>
The temperature-sensitive
By arranging the temperature-sensitive
Further, when the main switch of the
また、感温磁性部材64は、その磁気特性の透磁率が急変する温度である「透磁率変化開始温度」(後段参照)を有する材料により構成される。透磁率変化開始温度は、その磁気特性の透磁率が急変する温度である。本実施の形態では、感温磁性部材64を構成する材料の透磁率変化開始温度は、各色トナー像が溶融する定着設定温度以上であり、且つ、定着ベルト61の弾性層613や表面離型層614の耐熱温度よりも低い温度範囲内に設定される。すなわち、感温磁性部材64は、定着設定温度を含む温度領域において強磁性と非磁性(常磁性)との間を可逆的に変化する特性(「感温磁性」)を有する材料で構成される。そして、感温磁性部材64は、強磁性を呈する透磁率変化開始温度以下の温度範囲において磁路形成部材として機能し、IHヒータ80にて生成され定着ベルト61を透過した磁力線を内部に誘導して、感温磁性部材64の内部を通過する磁路を形成する。それにより、感温磁性部材64は、定着ベルト61とIHヒータ80の励磁コイル82(後段の図6参照)とを内部に包み込むような閉磁路を形成する。
一方、透磁率変化開始温度を超える温度範囲において、感温磁性部材64は、IHヒータ80にて生成され定着ベルト61を透過した磁力線を、感温磁性部材64の厚さ方向に横切るように透過させる。それにより、IHヒータ80にて生成され定着ベルト61を透過した磁力線は、感温磁性部材64を透過し、誘導部材66の内部を通過してIHヒータ80に戻る磁路を形成する。
尚、ここでの「透磁率変化開始温度」とは、透磁率(例えば、JIS C2531で測定される透磁率)が連続的に低下を開始する温度であり、例えば、感温磁性部材64等の部材を透過する磁束量(磁力線の数)が変化し始める温度点をいう。したがって、透磁率変化開始温度は、磁性が消失する温度であるキュリー点に近い温度となるが、キュリー点とは異なる概念を有するものである。
Further, the temperature-sensitive
On the other hand, in the temperature range exceeding the permeability change start temperature, the temperature-sensitive
The “permeability change start temperature” here is a temperature at which the magnetic permeability (for example, the magnetic permeability measured by JIS C2531) starts to decrease continuously. For example, the temperature-sensitive
感温磁性部材64に用いる材料としては、透磁率変化開始温度が、例えば、140℃(定着設定温度)〜240℃の範囲内に設定された、例えば、Fe−Ni合金(パーマロイ)等の二元系感温磁性合金やFe−Ni−Cr合金等の三元系の感温磁性合金等が用いられる。例えば、Fe−Niの二元系感温磁性合金においては、約Fe64%、Ni36%(原子数比)とすることで225℃前後に透磁率変化開始温度を設定することができる。このようなパーマロイや感温磁性合金等の金属合金等は、成型性や加工性に優れ、伝熱性も高く安価である等の理由から、感温磁性部材64に適する。その他の材料としては、Fe,Ni,Si,B,Nb,Cu,Zr,Co,Cr,V,Mn,Mo等からなる金属合金が用いられる。
また、感温磁性部材64は、IHヒータ80により生成された交流磁界(磁力線)に対する表皮深さδ(上記(1)式参照)よりも厚い厚さで形成される。具体的には、例えば、Fe−Ni合金を用いた場合には50μm〜300μm程度に設定される。なお、感温磁性部材64の構成や機能に関しては、後段でさらに詳述する。
As a material used for the temperature-sensitive
Further, the temperature-sensitive
<ホルダの説明>
押圧パッド63を支持するホルダ65は、押圧パッド63が加圧ロール62からの押圧力を受けた状態での撓み量が一定量以下となるように、剛性の高い材料で構成される。それにより、ニップ部Nにおける長手方向の圧力(ニップ圧N)の均一性を維持している。
さらに、本実施の形態の定着ユニット60では、電磁誘導を用いて定着ベルト61を加熱する構成を採用していることから、ホルダ65は、誘導磁界に影響を与えないか、または与え難い材料であり、かつ、誘導磁界から影響を受けないか、または受け難い材料で構成される。例えば、ガラス混入PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の耐熱性樹脂や、例えばAl,Cu,Ag等の非磁性金属材料等が用いられる。
<Description of holder>
The
Furthermore, since the fixing
<誘導部材の説明>
誘導部材66は、感温磁性部材64の内周面に倣った円弧形状で形成され、感温磁性部材64の内周面とは、予め定めた間隙(例えば、1.0mm〜5.0mm)を有するように非接触に配置される。また、誘導部材66は、例えば、Ag,Cu,Al等の固有抵抗値が比較的小さい非磁性金属で構成される。そして、感温磁性部材64が透磁率変化開始温度以上の温度に上昇した際に、IHヒータ80により生成された交流磁界(磁力線)を誘導し、定着ベルト61の導電発熱層612よりも渦電流Iが発生し易い状態を形成する。それにより、誘導部材66の厚さは、渦電流Iが流れ易いように、表皮深さδ(上記(1)式参照)よりも充分に厚い厚さ(例えば、1.0mm)で形成される。
<Description of induction member>
The
<定着ベルトの駆動機構の説明>
次に、定着ベルト61の駆動機構について説明する。
図2に示すように、ホルダ65(図3参照)の軸方向両端部には、定着ベルト61の両端部の断面形状を円形に維持しながら定着ベルト61を周方向に回転駆動するエンドキャップ部材67が固定されている。そして、定着ベルト61は、両端部からエンドキャップ部材67を介した回転駆動力を直接的に受けて、例えば140mm/sのプロセススピードで図3の矢印C方向に回転移動する。
ここで図5は、(a)がエンドキャップ部材67の側面図であり、(b)がZ方向から見たエンドキャップ部材67の平面図である。図5に示したように、エンドキャップ部材67は、定着ベルト61の両端部内側に嵌合される固定部67a、固定部67aより外径が大きく形成され、定着ベルト61に装着された際に定着ベルト61よりも半径方向に張り出すように形成されたフランジ部67d、回転駆動力が伝達されるギヤ部67b、ホルダ65の両端部に形成された支持部65aと結合部材166を介して回転自在に結合されたベアリング軸受部67cを備える。そして、上記図2に示したように、ホルダ65の両端部の支持部65aが定着ユニット60の筐体69の両端部に固定されることで、エンドキャップ部材67は、支持部65aに結合されたベアリング軸受部67cを介して回転自在に支持される。
エンドキャップ部材67を構成する材料としては、機械的強度や耐熱性の高い、所謂、エンジニアリングプラスチックスが用いられる。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、LCP樹脂等が適する。
<Description of Fixing Belt Drive Mechanism>
Next, a driving mechanism for the fixing
As shown in FIG. 2, end cap members that rotationally drive the fixing
5A is a side view of the
As a material constituting the
そして、図2に示すように、定着ユニット60では、駆動モータ90からの回転駆動力が伝達ギヤ91,92を介してシャフト93に伝達され、シャフト93に結合された伝達ギヤ94,95から両エンドキャップ部材67のギヤ部67b(図5参照)に伝達される。それによって、エンドキャップ部材67から定着ベルト61に回転駆動力が伝わり、エンドキャップ部材67と定着ベルト61とが一体となって回転駆動される。
このように、定着ベルト61が定着ベルト61の両端部から駆動力を直接受けて回転するので、定着ベルト61は安定して回転する。
As shown in FIG. 2, in the fixing
Thus, the fixing
ここで、定着ベルト61が両端部のエンドキャップ部材67から駆動力を直接受けて回転する場合には、一般に、0.1N・m〜0.5N・m程度のトルクが作用する。
本実施の形態の定着ベルト61では、基材層611を機械的強度の高い、例えば、非磁性ステンレススチール等で構成している。そのため、定着ベルト61全体に0.1N・m〜0.5N・m程度のねじりトルクが作用した場合でも、定着ベルト61には座屈等が生じ難い。
また、エンドキャップ部材67のフランジ部67dにより定着ベルト61の片寄りを抑えている。その際の定着ベルト61には、一般に、端部(フランジ部67d)側から軸方向に向けて1N〜5N程度の圧縮力が働く。本実施の形態では、定着ベルト61がこのような圧縮力を受けた場合においても、定着ベルト61の基材層611が非磁性ステンレススチール等で構成されていることから、座屈等の発生が抑制される。
上記のように、本実施の形態の定着ベルト61においては、定着ベルト61の両端部から駆動力を直接受けて回転するので、安定した回転が行われる。また、その際に、定着ベルト61の基材層611を機械的強度の高い例えば非磁性ステンレススチール等で構成することで、ねじりトルクや圧縮力に対して座屈等が発生し難い構成を実現している。さらには、基材層611および導電発熱層612を薄層に形成して、定着ベルト61全体としての柔軟性・フレキシブル性を確保しているので、ニップ部Nに倣った変形と形状復元とが行われる。
Here, when the fixing
In the fixing
Further, the
As described above, the fixing
図3に戻り、加圧ロール62は、定着ベルト61に対向するように配置され、定着ベルト61に従動して図3の矢印D方向に、例えば140mm/sのプロセススピードで回転する。そして、加圧ロール62と押圧パッド63とにより定着ベルト61を挟持した状態でニップ部Nを形成し、このニップ部Nに未定着トナー像を保持した用紙Pを通過させることで、熱および圧力を加えて未定着トナー像を用紙Pに定着する。
加圧ロール62は、例えば直径18mmの中実のアルミニウム製コア(円柱状芯金)621と、コア621の外周面に被覆された例えば厚さ5mmのシリコーンスポンジ等の耐熱性弾性体層622と、さらに例えば厚さ50μmのカーボン配合のPFA等の耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層623とが積層されて構成される。そして、押圧バネ68(図2参照)により例えば25kgfの荷重で定着ベルト61を介して押圧パッド63を押圧している。
Returning to FIG. 3, the
The
<IHヒータの説明>
続いて、定着ベルト61の導電発熱層612に交流磁界を作用させて電磁誘導加熱するIHヒータ80について説明する。
図6は、本実施の形態におけるIHヒータ80の構成を説明する断面図である。図6に示したように、IHヒータ80は、例えば、耐熱性樹脂等の非磁性体から構成される支持部材としての支持体81、交流磁界を生成する磁界発生部材としての励磁コイル82を備えている。また、励磁コイル82を支持体81上に固定する弾性体で構成されたシート状弾性支持部材83、励磁コイル82にて生成された交流磁界の磁路を形成する磁路形成部材としての磁心84を備えている。さらに、磁心84を支持体81側に加圧する押圧部材86、磁心84のカバー材としての磁心ホールド87、支持体81に取り付けることにより押圧部材86を加圧しつつ磁界を遮蔽する遮蔽部材としてのシールド85、励磁コイル82に交流電流を供給する励磁回路88を備えている。後述するように、シート状弾性支持部材83は、励磁コイル82と磁心84との間に設けられ且つ複数の磁心84に接触するように、定着ベルト61の軸方向に連続したシート状に形成されて配置されている。
<Description of IH heater>
Next, the
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
支持体81は、断面が定着ベルト61の表面形状に沿って湾曲した形状で形成され、励磁コイル82を支持する上部面(支持面)81aが定着ベルト61表面と予め定めた間隙(例えば、0.5mm〜2mm)を保つように形成されている。また、支持体81を構成する材料としては、例えば、耐熱ガラス、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の耐熱性樹脂、またはこれらにガラス繊維を混合した耐熱性樹脂等の耐熱性のある非磁性材料が用いられる。
励磁コイル82は、相互に絶縁された、例えば、直径0.17mmの銅線材を、例えば、90本束ねたリッツ線が、長円形状や楕円形状、長方形状等の中空きの閉ループ状に巻かれて構成される。そして、励磁コイル82に励磁回路88から予め定めた周波数の交流電流が供給されることにより、励磁コイル82の周囲には、閉ループ状に巻かれたリッツ線を中心とする交流磁界が生成される。励磁回路88から励磁コイル82に供給される交流電流の周波数は、一般に、上記した汎用電源により生成される20kHz〜100kHzが用いられる。
The
The
磁心84は、磁路形成手段として機能する。磁心84の材料としては、例えば、ソフトフェライト、フェライト樹脂、非晶質合金(アモルファス合金)、パーマロイ、感温磁性合金等の高透磁率の酸化物や合金材料で構成される強磁性体が挙げられる。
磁心84は、磁力線の通路(磁路)を形成する。この磁力線の通路(磁路)は、励磁コイル82にて生成された交流磁界による磁力線(磁束)を内部に誘導し、磁心84から定着ベルト61を横切って感温磁性部材64方向に向かい、感温磁性部材64の中を通過して磁心84に戻る。
すなわち、励磁コイル82にて生成された交流磁界が磁心84の内部と感温磁性部材64の内部とを通過するように構成し、磁力線が定着ベルト61と励磁コイル82とを内部に包み込むような閉磁路を形成する。それにより、励磁コイル82にて生成された交流磁界の磁力線が定着ベルト61の磁心84と対向する領域に集中される。
ここで、磁心84は磁路形成による損失が小さい材料が望ましい。具体的には、磁心84は渦電流損を小さくする形態(スリット等による電流経路遮断や分断化、薄板束ね等)での使用が望ましく、ヒステリシス損の小さい材料で形成されることが望ましい。
また、定着ベルト61の回転方向に沿った磁心84の長さは、感温磁性部材64の定着ベルト61の回転方向に沿った長さよりも小さく構成される。それにより、磁力線のIHヒータ80周辺への漏洩が減り、力率が向上する。さらに、定着ユニットを構成する金属製部材への電磁誘導を抑え、定着ベルト61(導電発熱層612)での発熱効率を高める。
The
The
That is, the AC magnetic field generated by the
Here, the
Further, the length of the
<定着ベルトが発熱する状態の説明>
引き続いて、IHヒータ80により生成された交流磁界によって定着ベルト61が発熱する状態を説明する。
まず、上記したように、感温磁性部材64の透磁率変化開始温度は、各色トナー像を定着する定着設定温度以上であって定着ベルト61の耐熱温度以下となる温度範囲内(例えば、140℃〜240℃)に設定されている。そして、定着ベルト61の温度が透磁率変化開始温度以下の状態にある場合には、定着ベルト61に近接する感温磁性部材64の温度も定着ベルト61の温度に対応して、透磁率変化開始温度以下となる。そのため、感温磁性部材64は強磁性を呈するので、IHヒータ80により生成された交流磁界の磁力線Hは、定着ベルト61を透過した後、感温磁性部材64の内部を広がり方向に沿って通過する磁路を形成する。ここでの「広がり方向」とは、感温磁性部材64の厚さ方向と直交する方向を意味する。
<Description of the state in which the fixing belt generates heat>
Subsequently, a state in which the fixing
First, as described above, the magnetic permeability change start temperature of the temperature-sensitive
図7は、定着ベルト61の温度が透磁率変化開始温度以下の温度範囲にある場合の磁力線(H)の状態を説明する図である。図7に示したように、定着ベルト61の温度が透磁率変化開始温度以下の温度範囲にある場合には、IHヒータ80により生成された交流磁界の磁力線Hは、定着ベルト61を透過し、感温磁性部材64の内部を広がり方向(厚さ方向と直交する方向)に沿って通過する磁路を形成する。そのため、定着ベルト61の導電発熱層612を横切る領域での単位面積あたりの磁力線Hの数(磁束密度)は多くなる。
FIG. 7 is a diagram for explaining the state of the lines of magnetic force (H) when the temperature of the fixing
すなわち、IHヒータ80の磁心84から磁力線Hが放射されて定着ベルト61の導電発熱層612を横切る領域R1,R2を通過した後、磁力線Hは強磁性体である感温磁性部材64の内部に誘導される。そのため、定着ベルト61の導電発熱層612を厚さ方向に横切る磁力線Hは感温磁性部材64の内部に進入するように集中し、領域R1,R2での磁束密度は高くなる。また、感温磁性部材64の内部を広がり方向に沿って通過した磁力線Hが再び磁心84に戻るに際しても、導電発熱層612を厚さ方向に横切る領域R3では、感温磁性部材64内の磁位の低い部分から集中して磁心84に向けて発生する。そのため、定着ベルト61の導電発熱層612を厚さ方向に横切る磁力線Hは、感温磁性部材64から集中して磁心84に向かうこととなり、領域R3での磁束密度も高くなる。
That is, after the magnetic field lines H are radiated from the
磁力線Hが厚さ方向に横切る定着ベルト61の導電発熱層612では、単位面積当たりの磁力線Hの数(磁束密度)の変化量に比例した渦電流Iが発生する。それにより、図8に示したように、磁束密度の変化量が大きい領域R1,R2および領域R3では、大きな渦電流Iが発生する。導電発熱層612に生じた渦電流Iは、導電発熱層612の固有抵抗値Rと渦電流Iの二乗の積であるジュール熱W(W=I2R)を発生させる。それにより、大きな渦電流Iが発生した導電発熱層612では、大きなジュール熱Wが発生する。
このように、定着ベルト61の温度が透磁率変化開始温度以下の温度範囲にある場合には、磁力線Hが導電発熱層612を横切る領域R1,R2や領域R3において大きな熱が発生する。それにより、定着ベルト61は加熱される。
In the
As described above, when the temperature of the fixing
ところで、本実施の形態の定着ユニット60では、定着ベルト61の内周面側において定着ベルト61に近接させて感温磁性部材64を配置している。それにより、励磁コイル82にて生成された磁力線Hを内部に誘導する磁心84と、定着ベルト61を厚さ方向に横切って透過した磁力線Hを内部に誘導する感温磁性部材64とが近接した構成を実現している。そのため、IHヒータ80(励磁コイル82)により生成された交流磁界は、磁路が短いループを形成するので、磁路内での磁束密度や磁気結合度は高まる。それにより、定着ベルト61の温度が透磁率変化開始温度以下の温度範囲にある場合、定着ベルト61にはさらに効率的に熱が発生する。
By the way, in the fixing
<定着ベルトの非通紙部の昇温を抑制する機能の説明>
次に、定着ベルト61の非通紙部の昇温を抑制する機能について説明する。
ここでまず、定着ユニット60に小サイズの用紙P(小サイズ紙P1)を連続して通紙した場合について述べる。図8は、小サイズ紙P1を連続して通紙した際の、定着ベルト61の幅方向の温度分布の概略を示した図である。図8においては、画像形成装置1にて使用される用紙Pの最大サイズ幅(例えば、A3横幅)である最大通紙領域をFf、最大サイズ用紙Pよりも横幅の小さな小サイズ紙P1(例えば、A4縦送り)が通過する領域(小サイズ紙通紙領域)をFs、小サイズ紙P1が通過しない非通紙領域をFbとする。なお、画像形成装置1では中央位置基準で通紙が行われるものとする。
<Description of function for suppressing temperature rise of non-sheet passing portion of fixing belt>
Next, the function of suppressing the temperature rise at the non-sheet passing portion of the fixing
First, a case where small-size paper P (small-size paper P1) is continuously passed through the fixing
図8に示したように、小サイズ紙P1が連続して通紙された場合に、小サイズ紙P1が通過する小サイズ紙通紙領域Fsでは定着のための熱が消費される。そのため、制御部31(図1参照)による定着設定温度での温度調整制御が行われ、小サイズ紙通紙領域Fsでの定着ベルト61の温度は定着設定温度の近傍範囲内に維持される。その一方で、非通紙領域Fbにおいても、小サイズ紙通紙領域Fsと同様の温度調整制御が行われる。しかし、非通紙領域Fbでは定着のための熱が消費されない。そのために、非通紙領域Fbの温度は、定着設定温度よりも高い温度に上昇し易い。そして、その状態で小サイズ紙P1の連続通紙を続けると、非通紙領域Fbの温度が例えば定着ベルト61の弾性層613や表面離型層614の耐熱温度よりも上昇して、定着ベルト61を損傷させる場合がある。
As shown in FIG. 8, when the small size paper P1 is continuously passed, heat for fixing is consumed in the small size paper passing area Fs through which the small size paper P1 passes. Therefore, the temperature adjustment control at the fixing set temperature is performed by the control unit 31 (see FIG. 1), and the temperature of the fixing
そこで、上記したように、本実施の形態の定着ユニット60では、感温磁性部材64は、定着設定温度以上であって、例えば定着ベルト61の弾性層613や表面離型層614の耐熱温度以下の温度範囲内に透磁率変化開始温度が設定された例えばFe−Ni合金等で構成されている。すなわち、図8に示したように、感温磁性部材64の透磁率変化開始温度Tcuは、定着設定温度Tf以上であって、例えば弾性層613や表面離型層614の耐熱温度Tlim以下の温度領域に設定されている。
Therefore, as described above, in the fixing
それにより、小サイズ紙P1が連続通紙されると、定着ベルト61の非通紙領域Fbでの温度は、感温磁性部材64の透磁率変化開始温度を超える。それによって、定着ベルト61に近接する感温磁性部材64の非通紙領域Fbでの温度も定着ベルト61の温度に対応して、定着ベルト61と同様に透磁率変化開始温度を超える。そのため、非通紙領域Fbでの感温磁性部材64は比透磁率が1に近づき、強磁性体としての性質が消失する。感温磁性部材64の比透磁率が低下して1に近づくことで、非通紙領域Fbでの磁力線Hは感温磁性部材64の内部に誘導されず、感温磁性部材64を透過するようになる。そのため、定着ベルト61の非通紙領域Fbでは、導電発熱層612を通過した後の磁力線Hは拡散し、導電発熱層612を横切る磁力線Hの磁束密度は低下する。それにより、導電発熱層612で発生する渦電流Iは減少して、定着ベルト61での発熱量(ジュール熱W)は低減される。その結果、非通紙領域Fbでの過剰な温度上昇は抑えられ、定着ベルト61の損傷が抑制される。
このように、感温磁性部材64は、定着ベルト61の温度を検知する検知部としての機能と、検知した定着ベルト61の温度に応じて定着ベルト61の過度の温度上昇を抑制する昇温抑制部としての機能とを併せ持っている。
Accordingly, when the small size paper P1 is continuously passed, the temperature in the non-sheet passing region Fb of the fixing
As described above, the temperature-sensitive
感温磁性部材64を通過した後の磁力線Hは、誘導部材66(図3参照)に到達してこの内部に誘導される。磁束が誘導部材66に到達してその内部に誘導されるようになると、導電発熱層612より渦電流Iの流れ易い誘導部材66の方に多くの渦電流Iが流れる。そのため、導電発熱層612で流れる渦電流量はさらに抑制され、非通紙領域Fbでの温度上昇は抑えられる。
The lines of magnetic force H after passing through the temperature-sensitive
その際に、誘導部材66が励磁コイル82からの磁力線Hの殆どを誘導して定着ユニット60からの磁力線Hの漏洩を抑えるように、誘導部材66の厚さ、材料、および形状が選定される。具体的には、誘導部材66を表皮深さδが充分に厚い材料で構成すればよい。それにより、誘導部材66に渦電流Iが流れても発熱量も極力小さくなる。本実施の形態では、誘導部材66を感温磁性部材64に沿う略円形形状の厚さ1mmのAl(アルミニウム)で構成し、感温磁性部材64とは非接触(平均的な距離を例えば4mm)に配置している。その他の材料としては、AgやCuが好適である。
At this time, the thickness, material, and shape of the
ところで、その後、定着ベルト61の非通紙領域Fbでの温度が感温磁性部材64の透磁率変化開始温度よりも低くなると、感温磁性部材64の非通紙領域Fbでの温度も透磁率変化開始温度よりも低くなる。それにより、感温磁性部材64は再び強磁性に変化して磁力線Hが感温磁性部材64の内部に誘導されるので、導電発熱層612に渦電流Iが多く流れるようになる。そのため、定着ベルト61が再び加熱されるようになる。
By the way, when the temperature in the non-sheet-passing region Fb of the fixing
図9は、非通紙領域Fbでの定着ベルト61の温度が透磁率変化開始温度を超えた温度範囲にある場合の磁力線Hの状態を説明する図である。図9に示したように、定着ベルト61の温度が非通紙領域Fbにて透磁率変化開始温度を超えた温度範囲にある場合には、非通紙領域Fbの感温磁性部材64は比透磁率が低下する。そのため、IHヒータ80により生成された交流磁界の磁力線Hは感温磁性部材64を容易に透過するように変化する。それにより、IHヒータ80(励磁コイル82)により生成された交流磁界の磁力線Hは、磁心84から定着ベルト61側に向けて拡散するように放射され、誘導部材66に到達するようになる。
FIG. 9 is a diagram illustrating the state of the lines of magnetic force H when the temperature of the fixing
すなわち、IHヒータ80の磁心84から磁力線Hが放射されて定着ベルト61の導電発熱層612を横切る領域R1,R2では、磁力線Hが感温磁性部材64に誘導され難いため、放射状に拡散する。それにより、定着ベルト61の導電発熱層612を厚さ方向に横切る磁力線Hの磁束密度(単位面積当たりの磁力線Hの数)が減少する。また、磁力線Hが再び磁心84に戻る際に導電発熱層612を厚さ方向に横切る領域R3でも、拡散した広い領域から磁力線Hが磁心84に戻ることとなるため、定着ベルト61の導電発熱層612を厚さ方向に横切る磁力線Hの磁束密度が減少する。
そのため、定着ベルト61の温度が透磁率変化開始温度を超える温度範囲にある場合には、領域R1,R2や領域R3において導電発熱層612を厚さ方向に横切る磁力線Hの磁束密度が減少することとなる。それにより、磁力線Hが厚さ方向に横切る導電発熱層612に発生する渦電流Iは減り、定着ベルト61に発生するジュール熱Wは減少する。それにより、定着ベルト61の温度は低下する。
That is, in the regions R1 and R2 where the magnetic force lines H are radiated from the
Therefore, when the temperature of the fixing
このように、非通紙領域Fbでの定着ベルト61の温度が透磁率変化開始温度以上の温度範囲にある場合において、非通紙領域Fbでの感温磁性部材64の内部に磁力線Hが誘導され難くなり、励磁コイル82により生成された交流磁界の磁力線Hは、定着ベルト61の導電発熱層612を厚さ方向を拡散しながら横切る。そのため、励磁コイル82により生成された交流磁界の磁路は長いループを形成することとなり、定着ベルト61の導電発熱層612を通過する磁路での磁束密度は減少する。
それにより、例えば小サイズ紙P1が連続通紙されて、温度が上昇した非通紙領域Fbでは、定着ベルト61の導電発熱層612に発生する渦電流Iが減って、定着ベルト61の非通紙領域Fbでの発熱量(ジュール熱W)は低減する。その結果、非通紙領域Fbでの過剰な温度上昇は抑えられる。
As described above, when the temperature of the fixing
Thereby, for example, in the non-sheet passing region Fb where the small size paper P1 is continuously passed and the temperature rises, the eddy current I generated in the conductive
<感温磁性部材の昇温を抑制する構成の説明>
感温磁性部材64が上記した非通紙領域Fbでの過剰な温度上昇を抑える機能を果たすには、感温磁性部材64の長手方向の領域毎の温度がそれに対向する定着ベルト61の長手方向の領域毎の温度に対応して変化し、上記した定着ベルト61の温度を検知する検出部としての機能を果たす必要がある。
そのために、感温磁性部材64自身に関しては、磁力線Hによって誘導加熱され難い構成が採用される。すなわち、定着ベルト61の温度が透磁率変化開始温度以下であり、感温磁性部材64が強磁性を呈する状態であっても、IHヒータ80からの磁力線Hの中には、感温磁性部材64を厚さ方向に横切る磁力線Hは存在する。それにより、感温磁性部材64内部には弱い渦電流Iが発生しており、感温磁性部材64自身においても若干の発熱が生じる。そのため、例えば、大量の画像形成が連続して行われた場合等には、感温磁性部材64に自己発熱した熱が蓄積され、通紙領域(図8参照)でも感温磁性部材の温度が上昇傾向を呈する。このように渦電流損による自己発熱が大きいと温度が上昇して、意図せず透磁率変化開始温度まで到達してしまい、通紙領域と非通紙領域の磁気特性に差がなくなって昇温抑制効果が効かなくなってしてしまうことがある。そこで、感温磁性部材64の温度と定着ベルト61の温度との対応関係が維持され、感温磁性部材64が定着ベルト61の温度を検知する検知部として精度良く機能するために、感温磁性部材64自身に発生するジュール熱Wを抑える必要がある。
<Description of the configuration for suppressing the temperature rise of the temperature-sensitive magnetic member>
In order for the temperature-sensitive
Therefore, regarding the temperature-sensitive
そこで、まず第1として、感温磁性部材64は、磁力線Hによって誘導加熱され難い物性(固有抵抗値および透磁率)を持った材料が選定される。
また、第2として、感温磁性部材64の厚さは、少なくとも透磁率変化開始温度以下の温度範囲にて磁力線Hが感温磁性部材64の厚さ方向に横切り難いように、強磁性を呈する状態での表皮深さδよりも厚く形成される。
Therefore, first, for the temperature-sensitive
Second, the thickness of the temperature-sensitive
さらに、第3として、感温磁性部材64には、磁力線Hによって発生する渦電流Iの流れを分断する複数のスリット64sが形成される。誘導加熱され難いように感温磁性部材64の材料や厚さを選定しても、感温磁性部材64内部に発生する渦電流Iを0とすることは困難である。そこで、感温磁性部材64に発生した渦電流Iの流れを複数のスリット64sにより分断することで、渦電流Iを減少させて、感温磁性部材64に発生するもジュール熱Wを低く抑えている。
Third, the temperature-sensitive
図10は、感温磁性部材64に形成されるスリットを示した図である。図10(a)は、感温磁性部材64がホルダ65に設置された状態の側面図であり、(b)は、(a)の上方(z方向)から見た平面図である。図10に示したように、感温磁性部材64では、磁力線Hによって発生する渦電流Iの流れる方向に直交して複数のスリット64sが形成される。そのため、スリット64sが無い場合には感温磁性部材64の長手方向の全体に亘って大きな渦となって流れる渦電流I(図10(b)破線)が、スリット64sにより分断される。それにより、スリット64sを形成した場合には、感温磁性部材64内を流れる渦電流I(図10(a)実線)は、スリット64sとスリット64sとの間の領域内での小さな渦となり、全体としての渦電流Iの電流量は低減される。その結果、感温磁性部材64での発熱量(ジュール熱W)は減少し、発熱し難い構成が実現する。したがって、複数のスリット64sは、渦電流Iを分断する渦電流分断部として機能する。
FIG. 10 is a view showing slits formed in the temperature-sensitive
なお、図10に例示した感温磁性部材64では、スリット64sを渦電流Iの流れる方向に直交して形成したが、渦電流Iの流れを分断する構成であれば、例えば渦電流Iの流れる方向に対して傾斜したスリットを形成してもよい。また、図10に示したようなスリット64sを感温磁性部材64の幅方向の全域に亘って形成する構成の他に、感温磁性部材64の幅方向の一部に形成してもよい。また、感温磁性部材64に発生する熱量に応じて、スリットの数、位置、傾斜角等を設定してもよい。
また、スリットの傾斜角が最大となった状態として、感温磁性部材64がスリット部で小片に分割された状態となる小片分割群となってもよく、このような形態であっても本発明の効果は同様に得られる。
In the temperature-sensitive
Moreover, as a state where the inclination angle of the slit is maximized, the temperature-sensitive
さらに、第4として、感温磁性部材64には、感温磁性部材64にて発生した熱を感温磁性部材64の内側方向(誘導部材66方向)に向けて放熱(伝熱)させる伝熱手段の一例としての放熱経路が形成されている。この場合に、上記した感温磁性部材64の機能から、感温磁性部材64の温度は定着ベルト61の温度と略同じ温度で維持されることが望ましい。そのことから、放熱経路としては、感温磁性部材64と感温磁性部材64の内部に配置された他の部材(例えば誘導部材66)とが非接触状態が維持されるように構成される。すなわち、放熱経路の一部に空気層を介在させることで、放熱経路を介した感温磁性部材64からの熱の流出が過度になることを抑えている。それにより、例えば大量の画像形成が連続して行われた場合等のような感温磁性部材64にて発生した熱が蓄積される状況が生じた場合において、定着ベルト61の温度を超える発熱分の熱量を感温磁性部材64から放熱しやすくするように放熱経路を機能させる。
Fourthly, the heat-sensitive
<IHヒータでの励磁コイル及び磁心の固定方法の説明>
次に、図6に戻り、本実施の形態のIHヒータ80における励磁コイル82および磁心84の支持体81への固定方法について述べる。
図6に示すように、本実施の形態のIHヒータ80では、励磁コイル82は、磁心84と励磁コイル82との間に設けられ、シート状弾性支持部材83により支持体81の支持面81aに向けて押圧されることで、支持面81aに密着するように固定される。ここで、シート状弾性支持部材83は、後述するように、定着ベルト61の軸方向に連続的に形成されたシート形状を有し、複数の磁心84に接触するように配置されている。すなわち、シート状弾性支持部材83は、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のヤング率が低いシート状弾性体で構成されている。そして、シート状弾性支持部材83は、励磁コイル82を支持体81の支持面81aに向けて押圧するように配置される。それにより、シート状弾性支持部材83は、支持面81aに向けて励磁コイル82を密着させ固定する。この場合に、支持面81aは定着ベルト61表面と予め定めた間隙(設計値)を保つように形成/設定されている。そのため、励磁コイル82は、励磁コイル82全体が定着ベルト61表面と予め定めた間隙を保つように設定される。
<Description of fixing method of exciting coil and magnetic core in IH heater>
Next, returning to FIG. 6, a method for fixing the
As shown in FIG. 6, in the
また、定着ベルト61の幅方向に沿って複数配置された磁心84の各々は、励磁コイル82側の内周面が定着ベルト61の移動方向に向けて円弧形状(内周側円弧面)に形成されている。また、磁心84の内周側円弧面(後段、図11の84b)は、定着ベルト61の移動方向に関して励磁コイル82が配置される領域全体を覆う(ラップする)ように形成されている。そして、磁心84の各々は、支持面81a上に長手方向中心軸に沿って平行に配置された一対の磁心支持部81b1,81b2(後段、図11参照)に磁心84の内周側円弧面が支持されることで、磁心84と支持面81aとの間隙が一定に保たれるように設定される。さらに、その際に、磁心84は、支持面81aの定着ベルト61移動方向両側部に配置された磁心規制部81cの間で、定着ベルト61移動方向に沿って移動自在に支持される。
そして、磁心84の各々は、内周側円弧面が一対の磁心支持部81b1,81b2に支持された後、シールド85の下部面に設けられたスポンジ状の押圧部材86により、磁心ホールド87を介し上部側から支持体81側に向けて加圧される。それにより、各磁心84は、上部面の押圧部材86と下部面のシート状弾性支持部材83とにより挟まれるように押圧されることで、IHヒータ80内部で固定される。
Further, each of the plurality of
Each of the
図11は、本実施の形態におけるIHヒータ80の積層構造を説明する図である。図11に示したように、励磁コイル82は、位置設定部材の一例としての支持体81の支持面81a上にて、励磁コイル82の閉ループ中空部82aが支持面81aの長手方向中心軸(axis)に沿って平行に配置された位置設定部の一例としての一対の磁心支持部(凸状部)81b1,81b2を囲むように設置される。支持面81aは、略円形状の軌道を描きながら回転移動する定着ベルト61との間隙が規定値(設計値)に設定された位置設定面として形成されている。それにより、励磁コイル82が支持面81a上に密着して配置されることで、励磁コイル82と定着ベルト61との間隙が設計値に設定されることとなる。
FIG. 11 is a diagram for explaining the laminated structure of the
そのために、本実施の形態のIHヒータ80では、支持体81の支持面81a上に配置される励磁コイル82が、支持体81の長手方向に形成されたシート状弾性支持部材83により支持面81a側に向けて押圧されるように構成される。
具体的には、磁心84は、励磁コイル82の上部に配置される際に、磁心84の内周側円弧面84bが支持面81a上に設けられた一対の磁心支持部81b1,81b2によって支持される。それにより、磁心84と支持面81aとの間隙が予め定めた間隙に設定される。そしてこの場合に、磁心84と励磁コイル82との間に配置されるシート状弾性支持部材83の厚さは、磁心支持部81b1,81b2に内周側円弧面84bが支持された際の磁心84と支持面81aとの間隙よりも厚く形成されている。
また、磁心84は、シールド85が支持体81に取り付けられることで、シールド85の下部面に設けられた押圧部材86により支持体81側に加圧される。それにより、シート状弾性支持部材83は磁心ホールド87及び磁心84を介して押圧部材86から支持体81側に加圧力を受けて弾性変形(圧縮)され、それにより生じる弾性力により励磁コイル82を支持面81aに向けて押圧する。それによって、励磁コイル82は支持面81aに密着され固定される。そして、支持面81aは定着ベルト61表面と予め定めた間隙(設計値)を保つように形成/設定されているため、励磁コイル82と定着ベルト61との距離が設計値に設定される。
ここで、本実施の形態では、押圧部材86の加圧力をシート状弾性支持部材83による弾性力より大きくすることが好ましい。これにより、磁心84と励磁コイル82の固定による位置決めを確実に行うことができる。なお、押圧部材86としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性体の他に、バネ等の弾性部材を用いてもよい。
Therefore, in the
Specifically, when the
Further, the
Here, in the present embodiment, the pressing force of the pressing
一般に、励磁コイル82にて交流磁界が生成されると、励磁コイル82近傍に配置された磁心84や定着ベルト61の内周面側に配置された感温磁性部材64等との間で相互に磁力が作用することにより、励磁コイル82自身に振動(磁歪)が発生する。そのため、支持体81に対し、例えば、接着剤等の所謂剛性体(ヤング率が高い材質)を用いて励磁コイル82を固定すると、長期に亘る累積使用による励磁コイル82の振動が要因となって、励磁コイル82を固定する接着剤等の剛性体と励磁コイル82との間に剥離が生じ易くなる。励磁コイル82が接着剤等から剥離すると、励磁コイル82の支持面81a上での位置がずれたり、或いは、励磁コイル82に変形が生じたりする。そうなると、励磁コイル82の定着ベルト61との距離が当初の設計値から外れ、磁心84を経て定着ベルト61を通過する磁力線の密度(磁束密度)に、定着ベルト61表面での部分的なばらつきが生じる。その結果、定着ベルト61で発生する渦電流Iの大きさに不均一が生じ、定着ベルト61表面での発熱量が長手方向にばらついて、定着ムラが生じる場合がある。
In general, when an alternating magnetic field is generated by the
また、接着剤等の剛性体を用いて励磁コイル82を支持体81に固定する場合には、接着剤等が固化するまでの間、励磁コイル82の全面を支持体81との位置ずれが生じないように固定しておく必要がある。ところが、励磁コイル82は、例えば、リッツ線を閉ループ状に束ねて接着されたものであるため、変形が生じ易い。そのため、接着剤等が固化するまでの間に励磁コイル82が変形や位置ずれを起こし、励磁コイル82の支持体81に対する位置精度が低下する場合がある。励磁コイル82の支持体81に対する位置精度が低下すると、上記と同様に、定着ベルト61表面での発熱量に部分的なばらつきが生じる。
Further, when the
そこで、本実施の形態のIHヒータ80では、シールド85の下部面に押圧部材86を設け、磁心84と励磁コイル82の間に、支持体81の長手方向にシート状に形成されたシート状弾性支持部材83を配置し、シールド85を支持体81に取り付けている。これにより、押圧部材86とシート状弾性支持部材83が支持体81側に加圧される。それにより、押圧部材86支持体81側に加圧力を受けて弾性変形(圧縮)され、さらに、シート状弾性支持部材83は磁心ホールド87及び磁心84を介して押圧部材86から支持体81側に加圧力を受けて弾性変形(圧縮)される。そして、それにより生じる弾性力により、シート状弾性支持部材83が、励磁コイル82を支持体81に対して押圧することで支持面81aに密着するように支持する構成を採用している。ゴム状弾性体で構成されたシート状弾性支持部材83は、励磁コイル82の振動を吸収しながら、励磁コイル82の振動に合わせてシート状弾性支持部材83自身が弾性変形する。それにより、定着ユニット60の長期に亘る累積使用によって励磁コイル82の振動の累積数が多大となっても、シート状弾性支持部材83と励磁コイル82との間は剥離せず、支持体81と励磁コイル82との間を初期に設定された両者の位置関係に維持する。
また、押圧部材86及びシート状弾性支持部材83は、製造時に厚さ(設定値)が予め定めた寸法精度に収まるように管理できる。それにより、磁心84と励磁コイル82を支持面81a上に支持する押圧力が長手方向に亘って略均等となるように設定することは容易である。さらに、本実施の形態におけるIHヒータ80では、励磁コイル82の長手方向に沿って分割して設けられた複数の磁心84が、シート状弾性支持部材83を長手方向に亘って均一に押圧する。それにより、励磁コイル82と支持面81aとの密着性が長手方向に亘って高められる。
以上に加えて、IHヒータ80の製造時には、接着剤等が固化するまでの時間を要さず、短時間で励磁コイル82が取り付けられる。
Therefore, in the
Further, the pressing
In addition to the above, when the
一般に、磁心84を構成するフェライトは、成型後の熱処理によって形状にばらつきが生じ易く、寸法精度を高めることが難しい材質である。そのため、成型および熱処理された磁心84の形状に基づいて磁心84と励磁コイル82との位置を設定しようとすると、両者間の位置精度は低下する。そして、磁心84と励磁コイル82との位置関係にばらつきが生じることにより、IHヒータ80から出力される交流磁界は大きな影響を受ける。実験によれば、例えば、磁心84と励磁コイル82との間隙が0.5mm変動すると、励磁コイル82と励磁回路88とで構成される電気回路の抵抗やインダクタンスは10%程度変化する。そのため、磁心84と励磁コイル82との位置精度が低下すると、例えば、長手方向中心軸axisを中心とする上流側領域と下流側領域とにおいて磁心84内部を通る磁力線の分布が変動し、定着ベルト61表面での発熱量に部分的なばらつきが生じる。
その場合に、特に、磁心84の内周側円弧面84bの曲率にばらつきが生じ易い。そこで、本実施の形態では、磁心84の内周側円弧面84bの曲率にばらつきが生じた場合であっても、一対の磁心支持部81b1,81b2と内周側円弧面84bとを用いた上記の支持構成により、磁心84の内周側円弧面84bと励磁コイル82を支持する支持面81aとの間隙が、長手方向中心軸axisを中心とした上流側領域と下流側領域とにおいて略対称となるように構成している。
In general, the ferrite constituting the
In that case, in particular, the curvature of the inner
以上説明したように、本実施の形態の画像形成装置1に備えられる定着ユニット60では、励磁コイル82と磁心84とを、押圧部材86と支持体81の長手方向にシート状に形成されたシート状弾性支持部材83とで固定している。そして、押圧部材86の圧力により支持部材81に対して位置決めを行っている。また、押圧部材86の圧力をシート状弾性支持部材83による反力より大きくすることにより、固定による位置決めを確実にしている。
これにより、従来、接着剤等を用いて励磁コイル82と磁心84とを固定した場合に比べ、接着剤の剥がれ等に起因する磁心84の割れ、剥がれ等の問題が解消され、長期間の使用による励磁コイル82と磁心84の位置ずれが防止される。また、接着設備が不要となり製造コストが低減する。
As described above, in the fixing
As a result, compared to the conventional case where the
なお、本実施の形態では、感温磁性部材64を定着ベルト61とは非接触で配置し、感温磁性部材64自体は発熱し難い構成とした定着ユニット60について説明したが、本実施の形態のIHヒータ80は、感温磁性部材64を定着ベルト61と接触させて配置し、感温磁性部材64自体も発熱する構成の定着ユニット60についても適用できる。
In the present embodiment, the fixing
1…画像形成装置、60…定着装置(定着ユニット)、61…定着ベルト、62…加圧ロール、64…感温磁性部材、66…誘導部材、80…IHヒータ、81…支持体、82…励磁コイル、83…シート状弾性支持部材、84…磁心、86…押圧部材、611…基材層、612…導電発熱層
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記定着部材の前記導電層と交差する交流磁界を生成する磁界発生部材と、
前記磁界発生部材にて発生した交流磁界の磁路を形成する磁路形成部材と、
前記磁界発生部材を支持する支持部材と、
前記磁界発生部材と前記磁路形成部材との間に設けられ且つ複数の当該磁路形成部材に接触するように配置され、当該磁界発生部材を前記支持部材に向けて押圧しながら弾性変形し当該磁界発生部材を当該支持部材上に固定するシート状弾性支持部材と、
前記磁路形成部材を前記磁界発生部材側に向けて押圧する押圧部材と、
を備えることを特徴とする定着装置。 A fixing member having a conductive layer and fixing the toner to the recording material by electromagnetic induction heating of the conductive layer;
A magnetic field generating member that generates an alternating magnetic field that intersects the conductive layer of the fixing member;
A magnetic path forming member that forms a magnetic path of an alternating magnetic field generated by the magnetic field generating member;
A support member for supporting the magnetic field generating member;
It is provided between the magnetic field generating member and the magnetic path forming member and is disposed so as to contact the plurality of magnetic path forming members, and elastically deforms while pressing the magnetic field generating member toward the support member. A sheet-like elastic support member for fixing the magnetic field generating member on the support member;
A pressing member that presses the magnetic path forming member toward the magnetic field generating member;
A fixing device comprising:
前記トナー像形成部により形成されたトナー像を記録材上に転写する転写部と、
当該記録材に転写されたトナー像を当該記録材上に定着する定着ユニットと、を備え、
前記定着ユニットは、
導電層を有し、当該導電層が電磁誘導加熱されることにより記録材にトナーを定着する定着部材と、
前記定着部材の前記導電層と交差する交流磁界を生成する磁界発生部材と、
前記磁界発生部材にて発生した交流磁界の磁路を形成する磁路形成部材と、
前記磁界発生部材を支持する支持部材と、
前記磁界発生部材と前記磁路形成部材との間に設けられ且つ複数の当該磁路形成部材に接触するように配置され、当該磁界発生部材を前記支持部材に向けて押圧しながら弾性変形し当該磁界発生部材を当該支持部材上に固定するシート状弾性支持部材と、
前記磁路形成部材を前記磁界発生部材側に向けて押圧する押圧部材と、
を有することを特徴とする画像形成装置。 A toner image forming unit for forming a toner image;
A transfer unit that transfers the toner image formed by the toner image forming unit onto a recording material;
A fixing unit for fixing the toner image transferred to the recording material on the recording material,
The fixing unit includes:
A fixing member having a conductive layer and fixing the toner to the recording material by electromagnetic induction heating of the conductive layer;
A magnetic field generating member that generates an alternating magnetic field that intersects the conductive layer of the fixing member;
A magnetic path forming member that forms a magnetic path of an alternating magnetic field generated by the magnetic field generating member;
A support member for supporting the magnetic field generating member;
It is provided between the magnetic field generating member and the magnetic path forming member and is disposed so as to contact the plurality of magnetic path forming members, and elastically deforms while pressing the magnetic field generating member toward the support member. A sheet-like elastic support member for fixing the magnetic field generating member on the support member;
A pressing member that presses the magnetic path forming member toward the magnetic field generating member;
An image forming apparatus comprising:
前記磁界発生部材にて発生した交流磁界の磁路を形成する磁路形成部材と、
前記磁界発生部材を支持する支持部材と、
前記磁界発生部材と前記磁路形成部材との間に設けられ、且つ複数の当該磁路形成部材に接触するように配置され、当該磁界発生部材を前記支持部材に向けて押圧しながら弾性変形し当該磁界発生部材を当該支持部材上に固定するシート状弾性支持部材と、
前記磁路形成部材を前記磁界発生部材側に向けて押圧する押圧部材と、
を備えることを特徴とする磁界生成装置。 A magnetic field generating member that generates an alternating magnetic field that intersects the conductive layer of the fixing member that has a conductive layer and is heated by electromagnetic induction to fix the toner on the recording material;
A magnetic path forming member that forms a magnetic path of an alternating magnetic field generated by the magnetic field generating member;
A support member for supporting the magnetic field generating member;
Provided between the magnetic field generating member and the magnetic path forming member, and disposed so as to contact the plurality of magnetic path forming members, and elastically deform while pressing the magnetic field generating member toward the support member. A sheet-like elastic support member for fixing the magnetic field generating member on the support member;
A pressing member that presses the magnetic path forming member toward the magnetic field generating member;
A magnetic field generation apparatus comprising:
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