JP4962201B2 - Fixing device, heat generating roller, and image forming apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真方式又は静電記録方式の複写機、ファクシミリ、プリンタなどの画像形成装置に用いられる定着装置、特に、トナーで形成されている未定着の画像を電磁誘導加熱方式によって紙その他の記録材に加熱定着する定着装置、並びに、この定着装置に用いられる発熱ローラおよびこの定着装置を用いた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device used in an image forming apparatus such as an electrophotographic or electrostatic recording type copying machine, a facsimile machine, or a printer. In particular, an unfixed image formed with toner is printed on paper or the like by an electromagnetic induction heating method. The present invention relates to a fixing device that heats and fixes the recording material, a heat generating roller used in the fixing device, and an image forming apparatus using the fixing device.
近年、複写機、ファクシミリ、プリンタなどに用いられる定着装置の、省エネルギーに関する取り組みが盛んに検討されている。そして、その有力な構成として、電磁誘導加熱方式を採用することが盛んに検討されている。電磁誘導加熱方式の定着装置においては、励磁コイルに交流電流が印加され、この励磁コイルの周囲に交番磁束が発生する。そして、発生した交番磁束が導電体と鎖交することによって誘導電流が発生し、この誘導電流により導電体で生じた熱が未定着画像の定着に用いられる。 In recent years, efforts for energy saving of fixing devices used in copying machines, facsimiles, printers, and the like have been actively studied. And as an influential configuration, it has been actively studied to adopt an electromagnetic induction heating method. In the electromagnetic induction heating type fixing device, an alternating current is applied to the exciting coil, and an alternating magnetic flux is generated around the exciting coil. An induced current is generated when the generated alternating magnetic flux is linked to the conductor, and heat generated in the conductor by the induced current is used for fixing an unfixed image.
図20は従来の定着装置の横断面模型図であり、その定着装置は、高熱伝導性非磁性金属の高剛性中空ローラ内面に強磁性金属でなる発熱層が形成されており、前記中空ローラに内包された励磁コイルにより、発熱層が加熱されるものである。そのような構成によって、加圧力アップに対して回転安定性を確保し、かつ、幅の狭い記録材の連続通紙時の非通紙部領域を所定温度に維持する。(例えば特許文献1参照)。 FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of a conventional fixing device. In the fixing device, a heat generating layer made of a ferromagnetic metal is formed on the inner surface of a high-rigidity hollow roller made of a highly heat-conductive nonmagnetic metal. The heat generating layer is heated by the included exciting coil. With such a configuration, rotational stability is secured against an increase in pressure, and a non-sheet passing portion region during continuous feeding of a narrow recording material is maintained at a predetermined temperature. (For example, refer to Patent Document 1).
また、図21は従来の定着装置の加熱ローラの構造を説明する図面であり、その定着装置は、第1の金属でなり、所定の用紙サイズに一致する長さを有する、中空の第1ローラと、第2の金属でなり、この第1ローラの外周に嵌合され、定着可能な最大用紙サイズより若干長い第2ローラと、前記第1および第2ローラの軸方向に延在して配置されたコイルと、このコイルに対し第1の周波数の電流又は第2の周波数の電流を選択的に印加する電流印加手段とを有し、用紙サイズに応じた電流周波数の電流を選択的に印加して、その電流周波数に対応した第1又は第2ローラを選択的に加熱し、過熱する範囲を切り替えるものである。(例えば特許文献2参照)。 FIG. 21 is a view for explaining the structure of a heating roller of a conventional fixing device. The fixing device is a hollow first roller made of a first metal and having a length corresponding to a predetermined paper size. And a second roller that is fitted to the outer periphery of the first roller and is slightly longer than the maximum sheet size that can be fixed, and extends in the axial direction of the first and second rollers. And a current application means for selectively applying a first frequency current or a second frequency current to the coil, and selectively applying a current frequency current corresponding to the paper size. Then, the first or second roller corresponding to the current frequency is selectively heated to switch overheating range. (For example, refer to Patent Document 2).
また、非通紙部領域過昇温の問題に対し、キュリー温度が所定温度に設定された整磁金属(感温磁性金属とも称す)を発熱体として用いて自己温度制御を行うことが考えられる。図22は感温磁性材料と非磁性導電体との2層でなる従来のヒートローラを示した図であり、そのヒートローラは、感温磁性材料の層が用紙通過領域の幅長以上でかつ誘導コイルの幅長より小さい幅を有し、通紙領域の端部においても磁界が弱まらず、均一な発熱が得られるものと考えられる。(例えば特許文献3参照)。
しかしながら、上記の従来の高熱伝導性非磁性金属の高剛性ローラ内面に強磁性金属でなる発熱層が形成された構成では、発熱層は熱容量が少ないものの、高熱伝導性非磁性金属は、肉厚が加圧力に耐えるべく設定されていることから、その熱容量が多く、ウォームアップ時間の短縮は望めない。さらに、高熱伝導性非磁性金属の高剛性中空ローラは、熱が伝導して両端部から支持部材等へ逃げるので、両端部の温度が低下して温度ムラを生じる。そして、それを解消すべく誘導コイルの発熱分布を調整補正すると、印加電力量が増加するといった課題があった。 However, in the configuration in which the heat generating layer made of ferromagnetic metal is formed on the inner surface of the conventional high heat conductive nonmagnetic metal high rigidity roller, the heat generating layer has a small heat capacity, but the high heat conductive nonmagnetic metal has a thick wall. Is set to withstand the applied pressure, its heat capacity is large and the warm-up time cannot be shortened. Further, the highly rigid hollow roller of high heat conductivity non-magnetic metal conducts heat and escapes from both end portions to the support member and the like, so that the temperature at both end portions decreases and temperature unevenness occurs. If the heat generation distribution of the induction coil is adjusted and corrected in order to solve this problem, there is a problem that the amount of applied power increases.
また、上記従来の2種類の長さのローラからその一つを2種類の周波数の電流で選択的に発熱させる構成では、電流印加手段が複雑で高価となり、かつ、対応できる記録材のサイズが限られる。さらに、熱容量も多く、ウォームアップの短縮は望めなく、かつ、磁力線が第2ローラを介して第1ローラを通過する部分と、介さずに第1ローラを通過する部分とでは第1ローラとコイルとの結合状態が異なり、均一な発熱が得られないといった課題があった。 Further, in the configuration in which one of the two conventional length rollers is selectively heated by currents of two frequencies, the current application means is complicated and expensive, and the size of the recording material that can be handled is large. Limited. Furthermore, the heat capacity is large, and it is not possible to shorten the warm-up, and the first roller and the coil in the part where the magnetic field lines pass through the first roller through the second roller and the part through which the first roller passes without passing through the second roller There is a problem that a uniform heat generation cannot be obtained due to a different bonding state.
また、上記従来の感温磁性金属と非磁性導電体との2層が図22に示したように構成されたヒートローラでは、感温磁性金属にて発生した熱が非磁性導電体によりその全体へ伝導するところ、感温磁性金属に接している非磁性導電体の領域が感温磁性金属の領域外にも広がっており、そしてさらにはその非磁性導電体の端部がベアリング及び駆動ギアに接してもいるゆえ、熱が非磁性導電体の端部へ流れかつ放出されるので、感温磁性金属両端部の温度が低下する。そして、そのような温度の局部低下を解消するためにコイルの発熱分布を補正することも考えられるが、その補正後において通紙領域全体について所定の温度を得ようとすると印加電力が増加することになる。さらに、非磁性導電層がヒートローラの全体に渡って形成されているのでその熱容量が大きく、ウォームアップの短縮も難しいといった課題があった。 Further, in the heat roller in which the two layers of the conventional temperature-sensitive magnetic metal and the nonmagnetic conductor are configured as shown in FIG. 22, the heat generated in the temperature-sensitive magnetic metal is entirely transmitted by the nonmagnetic conductor. The region of the nonmagnetic conductor that is in contact with the temperature-sensitive magnetic metal also extends outside the region of the temperature-sensitive magnetic metal, and the end of the nonmagnetic conductor is further connected to the bearing and the drive gear. Since they are in contact with each other, heat flows to and is released from the end portion of the nonmagnetic conductor, so that the temperature at both end portions of the temperature-sensitive magnetic metal decreases. In order to eliminate such a local decrease in temperature, it is conceivable to correct the heat generation distribution of the coil. However, if the predetermined temperature is obtained for the entire sheet passing area after the correction, the applied power increases. become. Furthermore, since the nonmagnetic conductive layer is formed over the entire heat roller, there is a problem that its heat capacity is large and it is difficult to shorten the warm-up.
本発明は、これらのような従来の課題を解決するものであり、整磁材料からなる発熱手段に、記録材の幅より広く、かつ整磁材料の幅より狭い非磁性導電層の薄層を設けた構成により、ウォームアップの短縮と端部への熱伝導による温度ムラの防止とを図り、更に幅の狭い記録材を連続通過させた場合の記録材非通過部分の過昇温を確実に防止し、印加電力低減を図った定着装置並びにこの定着装置に用いられる発熱ローラおよびこの定着装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the conventional problems such as those described above, and in the heat generating means made of a magnetic shunt material, a thin layer of a nonmagnetic conductive layer that is wider than the width of the recording material and narrower than the width of the magnetic shunt material. The provided structure shortens the warm-up and prevents temperature unevenness due to heat conduction to the edges, and ensures overheating of the non-passing part of the recording material when narrower recording material is continuously passed. An object of the present invention is to provide a fixing device that prevents the applied power and reduces the applied power, a heat generating roller used in the fixing device, and an image forming apparatus using the fixing device.
本発明は、上記目的を達成するために、面上に色材で画像が形成された記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置を、磁界を形成する励磁手段と、少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備え、前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有したものであり、ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、当該装置が定着する対象の前記記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、前記透磁性導電層の長さがその記録材の長さよりも長く形成されており、前記非磁性導電層の長さがその記録材の長さより長くかつ前記透磁性導電層の長さよりも短く形成されているものとする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a fixing device that heats and presses a recording material having an image formed of a color material on a surface to fix the color material on the recording material. And at least a part of the magnetic field formed by the excitation means, a heating means that generates heat by penetrating the magnetic field lines of the magnetic field, and the recording material and the heating means are brought into contact with each other. The heat generating means includes a magnetically permeable conductive layer and a nonmagnetic conductive layer, wherein the permeable conductive layer is magnetic at room temperature. However, the magnetically permeable material and the non-magnetic conductive layer are formed of an image of the recording material to be fixed by the apparatus. In at least one direction on the surface The length of the magnetically permeable conductive layer is formed longer than the length of the recording material, and the length of the nonmagnetic conductive layer is longer than the length of the recording material and shorter than the length of the magnetically permeable conductive layer. It is assumed that
また、面上に色材で画像が形成された記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置を、磁界を形成する励磁手段と、少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備え、前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有したものであり、ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、当該装置が定着する対象の前記記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、前記透磁性導電層の長さがその記録材の長さよりも長く形成されており、前記非磁性導電層の長さがその記録材の長さより長くかつ前記透磁性導電層の長さよりも短く、前記励磁手段の長さとほぼ等しく形成されているものとしてもよい。 A fixing device that heats and presses a recording material having an image formed of a color material on the surface to fix the color material on the recording material; an excitation means that forms a magnetic field; and at least a part of the excitation device A heating means for generating heat by penetrating the magnetic field lines of the magnetic field into the inside, and a pressurizing means for bringing the recording material and the heating means into contact with each other and applying pressure therebetween The heat generating means includes a magnetically permeable conductive layer and a nonmagnetic conductive layer, wherein the magnetically permeable conductive layer has magnetism at room temperature but becomes magnetic at a predetermined temperature or higher. The magnetically permeable conductive layer and the nonmagnetic conductive layer are in at least one direction on the surface on which the image of the recording material to be fixed by the device is formed. The length of the magnetically permeable conductive layer is It is formed longer than the length of the recording material, and the length of the nonmagnetic conductive layer is longer than the length of the recording material and shorter than the length of the magnetically permeable conductive layer, and is formed approximately equal to the length of the excitation means. It is good as it is.
また、面上に色材で画像が形成されておりかつ当該装置に対し相対移動する記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置を、磁界を形成する励磁手段と、少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、走行する前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備え、前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有したものであり、ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、少なくとも前記発熱手段に対し相対移動する前記記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、前記透磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅よりも広く形成されており、前記非磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅より広くかつ前記透磁性導電層の幅よりも狭く、前記励磁手段の幅とほぼ等しく形成されているものとしてもよい。 Further, an exciting means for forming a magnetic field is provided on a fixing device in which an image is formed of a color material on the surface and the recording material moving relative to the apparatus is heated and pressed to fix the color material on the recording material. And at least a portion of the heating means that is in the magnetic field formed by the excitation means and generates heat by penetrating the magnetic field lines of the magnetic field, and the traveling recording material and the heating means are brought into contact with each other. And a pressurizing means for applying a pressure therebetween, wherein the heat generating means includes a magnetically permeable conductive layer and a nonmagnetic conductive layer, wherein the permeable conductive layer is at room temperature. It is made of a magnetic shunt material that has magnetism but loses magnetism at a predetermined temperature or more, and the magnetically permeable conductive layer and the nonmagnetic conductive layer at least move relative to the heat generating means. Orthogonal to the direction of travel The width of the magnetically permeable conductive layer is formed wider than the sheet passing width of the recording material, and the width of the nonmagnetic conductive layer is wider than the sheet passing width of the recording material and the permeable conductive The width of the layer may be narrower than that of the excitation means.
また、励磁手段によって形成される磁界内に配設され、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱するローラであり、面上に色材で画像が形成されており当該ローラに接して移動する記録材をその色材がその記録材上に定着されるように加熱する発熱ローラを、透磁性導電層と非磁性導電層とを有し、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、移動する前記記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、前記透磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅よりも広く形成されており、前記非磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅より広くかつ前記透磁性導電層の幅よりも狭く、前記励磁手段の幅とほぼ等しく形成されているものとしてもよい。 In addition, the roller is disposed in a magnetic field formed by the excitation means and generates heat by penetrating the magnetic field lines of the magnetic field. An image is formed of a color material on the surface and moves in contact with the roller. A heating roller for heating the recording material so that the coloring material is fixed on the recording material has a permeable conductive layer and a nonmagnetic conductive layer, and the permeable conductive layer is magnetic at room temperature. It is made of a magnetic shunt material that loses magnetism at a predetermined temperature or more, and the magnetically permeable conductive layer and the nonmagnetic conductive layer are in a width direction that is perpendicular to the moving direction of the moving recording material. The width of the magnetically permeable conductive layer is formed wider than the paper passing width of the recording material, and the width of the nonmagnetic conductive layer is wider than the paper passing width of the recording material and smaller than the width of the magnetically permeable conductive layer. The shape is almost equal to the width of the excitation means Or as being.
本発明は、上記の構成により、発熱手段の熱容量が少ない。そして、その発熱手段は、キュリー温度以下の場合には、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層に浸透して、急速に発熱する。一方、例えば、幅の狭い記録材を連続通過させ、温度がキュリー温度を超えた場合にその領域では、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層を貫通して非磁性導電層に浸透し、誘導電流を誘導する。そして、この誘導電流が、励磁手段による磁界を打ち消す方向に作用する反発磁界を発生させ、励磁手段からの磁束を大幅に減衰させる。その結果、磁束密度が低下するので、発熱量が低下し、過昇温が抑制されるという作用を有する。 In the present invention, the heat capacity of the heat generating means is small due to the above configuration. When the heating means is below the Curie temperature, the lines of magnetic force from the excitation means penetrate into the magnetically permeable conductive layer and generate heat rapidly. On the other hand, for example, when a recording material having a narrow width is continuously passed and the temperature exceeds the Curie temperature, the magnetic field lines from the excitation means penetrate the magnetically permeable conductive layer and penetrate into the nonmagnetic conductive layer in that region. Induces current. This induced current generates a repulsive magnetic field that acts in a direction that cancels the magnetic field generated by the exciting means, and greatly attenuates the magnetic flux from the exciting means. As a result, since the magnetic flux density is reduced, the amount of heat generation is reduced, and the excessive temperature rise is suppressed.
このようなところ、本発明に係る発熱手段は、記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向(例えば、記録材が発熱手段に対し相対移動する場合のその移動方向に直交した方向である幅方向)について、熱伝導率が比較的高い非磁性導電層の長さが記録材の長さより僅かに長いものとして、非磁性導電層を発熱手段の端部にかからないものにできるので、一般に発熱手段の端部に設けられる支持受け部を通して定着装置の支持体等へ熱が流出することを防止できる。加えて、本発明に係る非磁性導電層は、厚みが薄くてもよいこととも相まって、熱容量の増加が少なく、よってウォームアップ時間の増加を抑えることができる。 As described above, the heating means according to the present invention has at least one direction on the surface on which the image of the recording material is formed (for example, a direction orthogonal to the moving direction when the recording material moves relative to the heating means The width of the nonmagnetic conductive layer having a relatively high thermal conductivity is slightly longer than the length of the recording material, so that the nonmagnetic conductive layer does not cover the end of the heating means. Generally, it is possible to prevent heat from flowing out to the support of the fixing device through a support receiving portion provided at the end of the heat generating means. In addition, the nonmagnetic conductive layer according to the present invention can be coupled with the fact that the thickness may be thin, so that the increase in heat capacity is small, and thus the increase in warm-up time can be suppressed.
また、熱が殆ど、記録材と接触する領域からその先へは伝導せず、熱伝導率の低い透磁性導電層を僅かに伝導して発熱手段の端部へ流出するだけなので、記録材と接触する範囲において温度ムラを軽減することができ、さらに、これにより励磁手段による発熱分布の補正を不要にし、定着装置への印加電力を低減することもできる。 In addition, since most of the heat is not conducted from the area in contact with the recording material to the end, it is only conducted slightly through the magnetically permeable conductive layer having low thermal conductivity and flows out to the end of the heating means. It is possible to reduce the temperature unevenness in the contact area, and further, it is possible to eliminate the correction of the heat generation distribution by the excitation means and to reduce the power applied to the fixing device.
これらのように、本発明は、ウォームアップ時の迅速な立ち上げと、例えば連続通紙時の、記録材幅外(発熱手段が記録材と接触する領域の外)の過昇温の抑制とを両立させて共に実現することができ、例えばゴム材の劣化や軸受部材の損傷なども有効に防止でき、さらに、発熱手段端部からの熱流出を防止して、温度ムラの軽減の他、印加電力の低減も実現することができるという効果を奏する。 As described above, the present invention provides quick start-up during warm-up, and suppression of excessive temperature rise outside the recording material width (outside the area where the heating means contacts the recording material), for example, during continuous paper feeding. Both, for example, can effectively prevent deterioration of the rubber material and damage to the bearing member, and further prevent the heat outflow from the end of the heating means to reduce temperature unevenness, There is an effect that the applied power can be reduced.
本発明の実施の第1の形態は、面上に色材で画像が形成された記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置である。その定着装置は、磁界を形成する励磁手段と、少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備える。そして、前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有する。ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、当該装置が定着する対象の前記記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、前記透磁性導電層の長さがその記録材の長さよりも長く形成されており、前記非磁性導電層の長さがその記録材の長さより長くかつ前記透磁性導電層の長さよりも短く形成されている。 The first embodiment of the present invention is a fixing device that heats and presses a recording material on which an image is formed with a color material and fixes the color material on the recording material. The fixing device includes an exciting unit that forms a magnetic field, a heating unit that is at least partially in the magnetic field formed by the exciting unit, and that generates heat by penetrating the magnetic field lines of the magnetic field, and the recording material. And pressurizing means for bringing the heat generating means into contact with each other and applying pressure therebetween. The heat generating means includes a magnetically permeable conductive layer and a nonmagnetic conductive layer. Here, the magnetically permeable conductive layer is made of a magnetic shunt material that has magnetism at room temperature but loses magnetism at a predetermined temperature or higher, and the magnetically permeable conductive layer and the nonmagnetic conductive layer include the device. The length of the magnetically permeable conductive layer is longer than the length of the recording material in at least one direction on the surface of the recording material on which the image is fixed, and the nonmagnetic conductive layer Is longer than the length of the recording material and shorter than the length of the magnetically permeable conductive layer.
このような定着装置の発熱手段は、熱容量が少ない。そして、キュリー温度以下の場合には、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層に浸透して、急速に発熱する。一方、温度がキュリー温度を超えた場合にその領域では、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層を貫通して非磁性導電層に浸透し、誘導電流を誘導する。そして、この誘導電流が、励磁手段による磁界を打ち消す方向に作用する反発磁界を発生させ、励磁手段からの磁束を大幅に減衰させる。その結果、磁束密度が低下するので、発熱量が低下し、過昇温が抑制されるという作用を有する。 Such heat generating means of the fixing device has a small heat capacity. When the temperature is equal to or lower than the Curie temperature, the magnetic lines of force from the excitation means penetrate into the magnetically permeable conductive layer and generate heat rapidly. On the other hand, when the temperature exceeds the Curie temperature, in that region, the magnetic field lines from the excitation means penetrate the magnetically permeable conductive layer and penetrate the nonmagnetic conductive layer to induce an induced current. This induced current generates a repulsive magnetic field that acts in a direction that cancels the magnetic field generated by the exciting means, and greatly attenuates the magnetic flux from the exciting means. As a result, since the magnetic flux density is reduced, the amount of heat generation is reduced, and the excessive temperature rise is suppressed.
このようなところ、本形態の発熱手段は、記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、熱伝導率が比較的高い非磁性導電層を発熱手段の端部にかからないものにできるので、一般に発熱手段の端部に設けられる支持受け部を通して定着装置の支持体等へ熱が流出することを防止できる。加えて、非磁性導電層の厚みが0.015mm程度に薄くてもよいこととも相まって、熱容量の増加が少なく、よってウォームアップ時間の増加を抑えることができる。 Thus, the heat generating means of this embodiment is such that a nonmagnetic conductive layer having a relatively high thermal conductivity is not applied to the end of the heat generating means in at least one direction on the surface of the recording material on which the image is formed. Therefore, heat can be prevented from flowing out to the support of the fixing device or the like through a support receiving portion that is generally provided at the end of the heat generating means. In addition, coupled with the fact that the thickness of the nonmagnetic conductive layer may be as thin as about 0.015 mm, the increase in heat capacity is small, and thus the increase in warm-up time can be suppressed.
また、熱が殆ど、記録材と接触する領域からその先へは伝導せず、熱伝導率の低い透磁性導電層を僅かに伝導して発熱手段の端部へ流出するだけなので、記録材と接触する範囲において温度ムラを軽減することができ、さらに、これにより励磁手段による発熱分布の補正を不要にし、定着装置への印加電力を低減することもできる。 In addition, since most of the heat is not conducted from the area in contact with the recording material to the end, it is only conducted slightly through the magnetically permeable conductive layer having low thermal conductivity and flows out to the end of the heating means. It is possible to reduce the temperature unevenness in the contact area, and further, it is possible to eliminate the correction of the heat generation distribution by the excitation means and to reduce the power applied to the fixing device.
これらのように、本形態は、ウォームアップ時の迅速な立ち上げと、発熱手段が記録材と接触する領域の外の過昇温の抑制とを両立させて共に実現することができ、さらに、発熱手段端部からの熱流出を防止して、温度ムラの軽減の他、印加電力の低減も実現することができる。 As described above, the present embodiment can realize both the rapid start-up at the time of warm-up and the suppression of the excessive temperature rise outside the area where the heat generating means is in contact with the recording material. It is possible to prevent heat from flowing out from the end of the heat generating means, and to reduce applied power in addition to reducing temperature unevenness.
本発明の実施の第2の形態は、面上に色材で画像が形成された記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置である。その定着装置は、磁界を形成する励磁手段と、少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備える。そして、前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有する。ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、当該装置が定着する対象の前記記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、前記透磁性導電層の長さがその記録材の長さよりも長く形成されており、前記非磁性導電層の長さがその記録材の長さより長くかつ前記透磁性導電層の長さよりも短く、前記励磁手段の長さとほぼ等しく形成されている。 The second embodiment of the present invention is a fixing device that heats and presses a recording material having an image formed of a color material on the surface to fix the color material on the recording material. The fixing device includes an exciting unit that forms a magnetic field, a heating unit that is at least partially in the magnetic field formed by the exciting unit, and that generates heat by penetrating the magnetic field lines of the magnetic field, and the recording material. And pressurizing means for bringing the heat generating means into contact with each other and applying pressure therebetween. The heat generating means includes a magnetically permeable conductive layer and a nonmagnetic conductive layer. Here, the magnetically permeable conductive layer is made of a magnetic shunt material that has magnetism at room temperature but loses magnetism at a predetermined temperature or higher, and the magnetically permeable conductive layer and the nonmagnetic conductive layer include the device. The length of the magnetically permeable conductive layer is longer than the length of the recording material in at least one direction on the surface of the recording material on which the image is fixed, and the nonmagnetic conductive layer Is longer than the length of the recording material and shorter than the length of the magnetically permeable conductive layer, and is substantially equal to the length of the excitation means.
このような定着装置の発熱手段は、熱容量が、第1の形態における発熱手段にもまして最適化されており、少ない。そして、キュリー温度以下の場合には、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層に浸透して、急速に発熱する。一方、温度がキュリー温度を超えた場合にその領域では、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層を貫通して非磁性導電層に浸透し、誘導電流を誘導する。そして、この誘導電流が、励磁手段による磁界を打ち消す方向に作用する反発磁界を発生させ、励磁手段からの磁束を大幅に減衰させる。その結果、磁束密度が低下するので、発熱量が低下し、過昇温が抑制されるという作用を有する。 The heat generating means of such a fixing device has a smaller heat capacity than the heat generating means in the first embodiment and is less in heat capacity. When the temperature is equal to or lower than the Curie temperature, the magnetic lines of force from the excitation means penetrate into the magnetically permeable conductive layer and generate heat rapidly. On the other hand, when the temperature exceeds the Curie temperature, in that region, the magnetic field lines from the excitation means penetrate the magnetically permeable conductive layer and penetrate the nonmagnetic conductive layer to induce an induced current. This induced current generates a repulsive magnetic field that acts in a direction that cancels the magnetic field generated by the exciting means, and greatly attenuates the magnetic flux from the exciting means. As a result, since the magnetic flux density is reduced, the amount of heat generation is reduced, and the excessive temperature rise is suppressed.
このようなところ、本形態の発熱手段は、記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、熱伝導率が比較的高い非磁性導電層の長さが励磁手段の長さとほぼ等しく記録材の長さより僅かに長いだけゆえ、非磁性導電層を発熱手段の端部にかからないものにできるので、一般に発熱手段の端部に設けられる支持受け部を通して定着装置の支持体等へ熱が流出することを防止できる。加えて、非磁性導電層の厚みが0.015mm程度に薄くてもよいこととも相まって、熱容量の増加が、第1の形態における発熱手段にもまして最適化されており、少なく、よってウォームアップ時間の増加を第1の形態における発熱手段にもまして最適にして抑えることができる。 As described above, in the heat generating means of this embodiment, the length of the nonmagnetic conductive layer having a relatively high thermal conductivity is substantially equal to the length of the excitation means in at least one direction on the surface of the recording material on which the image is formed. Since the nonmagnetic conductive layer can be made not to cover the end of the heating means because it is just slightly longer than the length of the recording material, heat is generally applied to the fixing device support through a support receiving portion provided at the end of the heating means. Can be prevented from leaking. In addition, coupled with the fact that the thickness of the nonmagnetic conductive layer may be as thin as about 0.015 mm, the increase in heat capacity is optimized over the heat generating means in the first embodiment, and thus the warm-up time is small. This increase can be suppressed more optimally than the heat generating means in the first embodiment.
また、熱が殆ど、記録材と接触する領域からその先へは伝導せず、熱伝導率の低い透磁性導電層を僅かに伝導して発熱手段の端部へ流出するだけなので、記録材と接触する範囲において温度ムラを軽減することができ、さらに、これにより励磁手段による発熱分布の補正を不要にし、定着装置への印加電力を低減することもできる。 In addition, since most of the heat is not conducted from the area in contact with the recording material to the end, it is only conducted slightly through the magnetically permeable conductive layer having low thermal conductivity and flows out to the end of the heating means. It is possible to reduce the temperature unevenness in the contact area, and further, it is possible to eliminate the correction of the heat generation distribution by the excitation means and to reduce the power applied to the fixing device.
これらのように、本形態は、ウォームアップ時の迅速な立ち上げと、発熱手段が記録材と接触する領域の外の過昇温の抑制とを両立させて共に実現することができ、さらに、発熱手段端部からの熱流出を防止して、温度ムラの軽減の他、印加電力の低減も、第1の形態における発熱手段にもまして最適に実現することができる。 As described above, the present embodiment can realize both the rapid start-up at the time of warm-up and the suppression of the excessive temperature rise outside the area where the heat generating means is in contact with the recording material. Besides preventing the heat from flowing out from the end of the heat generating means and reducing the temperature unevenness, the applied power can be reduced more optimally than the heat generating means in the first embodiment.
また、本発明の実施の第3の定着装置は、面上に色材で画像が形成されておりかつ当該装置に対し相対移動する記録材を加熱加圧してその色材をその記録材上に定着する定着装置である。この定着装置は、磁界を形成する励磁手段と、少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、走行する前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備える。そして、前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有する。ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、少なくとも前記発熱手段に対し相対移動する前記記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、前記透磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅よりも広く形成されており、前記非磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅より広くかつ前記透磁性導電層の幅よりも狭く、前記励磁手段の幅とほぼ等しく形成されている。 In the third fixing device according to the present invention, a recording material on which a color material is formed and a recording material that moves relative to the device is heated and pressed to place the coloring material on the recording material. A fixing device for fixing. The fixing device includes: an excitation unit that forms a magnetic field; and a heating unit that is at least partially in the magnetic field formed by the excitation unit and generates heat by penetrating the magnetic field lines of the magnetic field. And pressurizing means for bringing the recording material and the heat generating means into contact with each other and applying pressure therebetween. The heat generating means includes a magnetically permeable conductive layer and a nonmagnetic conductive layer. Here, the magnetically permeable conductive layer is made of a magnetic shunt material that has magnetism at room temperature but loses magnetism at a predetermined temperature or higher, and the magnetically permeable conductive layer and the nonmagnetic conductive layer are at least the In the width direction, which is a direction perpendicular to the moving direction of the recording material that moves relative to the heat generating means, the width of the magnetically permeable conductive layer is formed wider than the sheet passing width of the recording material. The width of the layer is wider than the sheet passing width of the recording material and narrower than the width of the magnetically permeable conductive layer, and is formed substantially equal to the width of the excitation means.
このような定着装置の発熱手段は、熱容量が少ない。そして、キュリー温度以下の場合には、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層に浸透して、急速に発熱する。一方、幅の狭い記録材を連続通紙させて記録材幅外の温度がキュリー温度を超えた場合にその記録材幅外の領域では、励磁手段からの磁力線が透磁性導電層を貫通して非磁性導電層に浸透し、誘導電流を誘導する。そして、この誘導電流が、励磁手段による磁界を打ち消す方向に作用する反発磁界を発生させ、励磁手段からの磁束を大幅に減衰させる。その結果、磁束密度が低下するので、発熱量が低下し、過昇温が抑制されるという作用を有する。 Such heat generating means of the fixing device has a small heat capacity. When the temperature is equal to or lower than the Curie temperature, the magnetic lines of force from the excitation means penetrate into the magnetically permeable conductive layer and generate heat rapidly. On the other hand, when a recording material with a narrow width is continuously passed and the temperature outside the recording material exceeds the Curie temperature, the magnetic field lines from the excitation means penetrate the permeable conductive layer in the region outside the recording material width. It penetrates into the nonmagnetic conductive layer and induces an induced current. This induced current generates a repulsive magnetic field that acts in a direction to cancel the magnetic field generated by the exciting means, and greatly attenuates the magnetic flux from the exciting means. As a result, since the magnetic flux density is reduced, the amount of heat generation is reduced, and the excessive temperature rise is suppressed.
このようなところ、本形態の発熱手段は、少なくとも発熱手段に対し相対移動する記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、熱伝導率が比較的高い非磁性導電層の幅が励磁手段の幅とほぼ等しく記録材の通紙幅より僅かに広いだけゆえ、非磁性導電層を発熱手段の支持受け部にかからないものにできるので、支持受け部を通して定着装置の支持体等へ熱が流出することを防止できる。加えて、非磁性導電層の厚みが0.015mm程度に薄くてもよいこととも相まって、熱容量の増加が少なく、よってウォームアップ時間の増加を抑えることができる。 Thus, the heat generating means of this embodiment has a width of the nonmagnetic conductive layer having a relatively high thermal conductivity in the width direction, which is a direction orthogonal to the moving direction of the recording material that moves relative to the heat generating means. Since the nonmagnetic conductive layer is not applied to the support receiving portion of the heat generating means because it is substantially equal to the width of the excitation means and slightly wider than the sheet passing width of the recording material, heat can be applied to the support of the fixing device through the support receiving portion. It can prevent outflow. In addition, coupled with the fact that the thickness of the nonmagnetic conductive layer may be as thin as about 0.015 mm, the increase in heat capacity is small, and thus the increase in warm-up time can be suppressed.
また、熱が殆ど、記録材幅外へ伝導せず、熱伝導率の低い透磁性導電層を僅かに伝導して端部へ流出するだけなので、記録材と接触する通紙領域において温度ムラを軽減することができ、さらに、これにより励磁手段による発熱分布の補正を不要にし、定着装置への印加電力を低減することもできる。 Also, since most of the heat is not conducted outside the width of the recording material, it is conducted only slightly through the magnetically permeable conductive layer having a low thermal conductivity and flows out to the end portion. Further, it is possible to eliminate the correction of the heat generation distribution by the excitation means, and to reduce the power applied to the fixing device.
これらのように、本形態は、ウォームアップ時の迅速な立ち上げと、連続通紙時の記録材幅外の過昇温の抑制とを両立させて共に実現することができ、さらに、発熱手段端部からの熱流出を防止して、温度ムラの軽減の他、印加電力の低減も実現することができる。 As described above, the present embodiment can achieve both the rapid start-up at the time of warm-up and the suppression of the excessive temperature rise outside the recording material width at the time of continuous paper feeding. It is possible to prevent heat from flowing out from the end portion and reduce applied power in addition to reducing temperature unevenness.
本発明の実施の第4の形態は、上記第3の形態において、発熱手段を、自身の内部にある軸の周りに回転できる円柱形状の発熱ローラとした定着装置である。そして、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、前記円柱の周部分において、当該発熱ローラの回転に伴ってそれらが一体的に回転するように、かつ、非磁性導電層が前記励磁手段との間に透磁性導電層を挟む側に形成されている。 The fourth embodiment of the present invention is a fixing device according to the third embodiment, wherein the heat generating means is a cylindrical heat generating roller that can rotate around an axis inside itself. The magnetically permeable conductive layer and the nonmagnetic conductive layer are integrally rotated with the rotation of the heat generating roller in the peripheral portion of the cylinder, and the nonmagnetic conductive layer is the excitation means. Between the magnetically permeable conductive layers.
このような定着装置は、ウォームアップ時の迅速な立ち上げと、発熱手段が記録材と接触する領域の外の過昇温の抑制とを両立させて共に実現することができ、ゴム材の劣化や軸受部材の損傷なども有効に防止でき、さらに、発熱手段端部からの熱流出を防止して、温度ムラの軽減及び印加電力の低減も実現することができることに加えて、ローラが円柱状なので、小さな加圧力で広いニップの形成が可能で、負荷のいっそうの低減が可能である。 Such a fixing device can realize both rapid start-up at the time of warm-up and suppression of excessive temperature rise outside the area where the heating means contacts the recording material. In addition to being able to effectively prevent damage to the bearing member and the bearing member, and further preventing heat from flowing out from the end of the heat generating means, reducing temperature unevenness and reducing applied power, the roller is cylindrical Therefore, a wide nip can be formed with a small applied pressure, and the load can be further reduced.
本発明の実施の第5の形態は、上記第3の形態において、発熱手段を、自身の内部にある軸の周りに回転できる中空円筒形状の発熱ローラとした定着装置である。そして、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、前記円柱の周部分において、当該発熱ローラの回転に伴ってそれらが一体的に回転するように、かつ、非磁性導電層が前記励磁手段との間に透磁性導電層を挟む側に形成されている。 The fifth embodiment of the present invention is a fixing device according to the third embodiment, wherein the heat generating means is a hollow cylindrical heat generating roller that can rotate around an axis inside itself. The magnetically permeable conductive layer and the nonmagnetic conductive layer are integrally rotated with the rotation of the heat generating roller in the peripheral portion of the cylinder, and the nonmagnetic conductive layer is the excitation means. Between the magnetically permeable conductive layers.
このような定着装置は、ウォームアップ時の迅速な立ち上げと、発熱手段が記録材と接触する領域の外の過昇温の抑制とを両立させて共に実現することができ、ゴム材の劣化や軸受部材の損傷なども有効に防止でき、さらに、発熱手段端部からの熱流出を防止して、温度ムラの軽減及び印加電力の低減も実現することができることに加えて、ローラが円筒状なので、小さな加圧力で広いニップの形成が可能で、負荷の低減が可能であり、さらに、ローラを中空とした低熱容量化により、迅速な立ち上がりが実現でき、負荷のよりいっそうの低減も可能である。 Such a fixing device can realize both rapid start-up at the time of warm-up and suppression of excessive temperature rise outside the area where the heating means contacts the recording material. In addition to being able to effectively prevent damage to the bearings and bearing members, and further preventing heat from flowing out from the end of the heating means, reducing temperature unevenness and reducing applied power, the roller is cylindrical Therefore, it is possible to form a wide nip with a small applied pressure, and the load can be reduced.Furthermore, a low heat capacity with a hollow roller can realize a quick start-up and further reduce the load. is there.
本発明の実施の第6の形態は、上記第3の形態において、透磁性導電層を、その層面が前記幅方向において励磁手段と対向し合っていることを特徴としたものである。 The sixth embodiment of the present invention is characterized in that, in the third embodiment, the magnetically permeable conductive layer has a layer surface facing the exciting means in the width direction.
このような定着装置は、そのような対向し合った配置ゆえ、磁力線が減衰することなく透磁性導電層に浸透できるので、キュリー温度以下の状態において、効率的な発熱が可能である。 Since such a fixing device is disposed so as to face each other, it can penetrate the magnetically permeable conductive layer without attenuation of the magnetic lines of force, so that efficient heat generation is possible at a temperature equal to or lower than the Curie temperature.
本発明の実施の第7の形態は、上記第3の形態において、非磁性導電層を、前記透磁性導電層と密着していることを特徴としたものである。 The seventh embodiment of the present invention is characterized in that, in the third embodiment, a nonmagnetic conductive layer is in close contact with the magnetically permeable conductive layer.
このような定着装置は、それらの層が密着し合っているので、透磁性導電層で発熱した熱が非磁性導電層へ効率よく伝導し、さらに非磁性導電層の高い熱伝導性により、温度ムラの軽減が可能であり、従って、キュリー温度を越えた場合に、非磁性導電層に誘導電流が流れることによる発熱も透磁性導電層へ伝導するので、薄肉の非磁性導電層でありながら過昇温が防止可能である。 In such a fixing device, since these layers are in close contact with each other, the heat generated in the magnetically permeable conductive layer is efficiently conducted to the nonmagnetic conductive layer, and the high thermal conductivity of the nonmagnetic conductive layer further increases the temperature. Unevenness can be reduced. Therefore, when the Curie temperature is exceeded, the heat generated by the induced current flowing in the nonmagnetic conductive layer is also conducted to the magnetically permeable conductive layer. Temperature rise can be prevented.
本発明の実施の第8の形態は、上記第3の形態において、非磁性導電層を、肉厚が前記透磁性導電層の肉厚より薄く形成されていることを特徴としたものである。 The eighth embodiment of the present invention is characterized in that, in the third embodiment, the nonmagnetic conductive layer is formed with a thickness smaller than that of the magnetically permeable conductive layer.
このような定着装置は、層厚が、非磁性導電層に比べ透磁性導電層の方が肉厚なので、磁力線が殆ど透磁性導電層内に浸透して非磁性導電層へは浸透せず、キュリー温度以下の場合に、効率の良い発熱が可能である。 In such a fixing device, the layer thickness is thicker in the permeable conductive layer than in the nonmagnetic conductive layer, so that the magnetic lines of force almost penetrate into the permeable conductive layer and do not penetrate into the nonmagnetic conductive layer. Efficient heat generation is possible when the temperature is equal to or lower than the Curie temperature.
本発明の実施の第9の形態は、上記第3の形態において、非磁性導電層を、固有抵抗値が透磁性導電層の固有抵抗値より小さいことを特徴としたものである。 The ninth embodiment of the present invention is characterized in that, in the third embodiment, the nonmagnetic conductive layer has a specific resistance value smaller than a specific resistance value of the magnetically permeable conductive layer.
このような定着装置は、キュリー温度を超えた場合に、非磁性導電層に磁力線が浸透して、反発磁界が発生するときの非磁性導電層での発熱を、透磁性導電層での発熱よりも低減することが可能である。 In such a fixing device, when the magnetic field line penetrates into the nonmagnetic conductive layer and the repulsive magnetic field is generated when the Curie temperature is exceeded, the heat generation in the nonmagnetic conductive layer is caused by the heat generation in the magnetically permeable conductive layer. Can also be reduced.
本発明の実施の第10の形態は、上記第3の形態において、透磁性導電層を、肉厚が0.2ないし1.0mmに形成されていることを特徴としたものである。 A tenth embodiment of the present invention is characterized in that, in the third embodiment, the magnetically permeable conductive layer is formed with a thickness of 0.2 to 1.0 mm.
このような定着装置は、層内に入った磁力線がキュリー温度以下において層を貫通して層外へ出ることなく、かつ低熱容量なので、ウォームアップ時間の短縮が可能である。 Such a fixing device can reduce the warm-up time because the magnetic field lines entering the layer do not pass through the layer below the Curie temperature and go out of the layer and have a low heat capacity.
本発明の実施の第11の形態は、上記第3の形態において、非磁性導電層は、肉厚が0.015mmないし0.060mmに形成されていることを特徴としたものである。 An eleventh embodiment of the present invention is characterized in that, in the third embodiment, the nonmagnetic conductive layer is formed with a thickness of 0.015 mm to 0.060 mm.
このような定着装置は、そのような薄い非磁性導電層であっても過昇温を抑制可能にして印加電力を抑えた上で、非磁性導電層を加えることに伴う熱容量の増加を、非磁性導電層が薄いので、軽微にできる。 Such a fixing device can suppress an excessive temperature rise even in such a thin non-magnetic conductive layer, suppresses the applied power, and increases the heat capacity accompanying the addition of the non-magnetic conductive layer. Since the magnetic conductive layer is thin, it can be made light.
本発明の実施の第12の形態は、上記第3の形態において、非磁性導電層は、固有抵抗が、7×10-8Ω・m以下であることを特徴としたものである。 A twelfth embodiment of the present invention is characterized in that, in the third embodiment, the nonmagnetic conductive layer has a specific resistance of 7 × 10 −8 Ω · m or less.
このような定着装置は、キュリー温度を超えた場合の非磁性導電層での発熱を抑えたものにすることが可能である。 Such a fixing device can suppress heat generation in the nonmagnetic conductive layer when the Curie temperature is exceeded.
本発明の実施の第13の形態は、上記第3の形態において、非磁性導電層を、幅方向について、幅が、記録材の通紙幅よりも広い励磁手段の幅よりもさらに僅かに広く形成されていることを特徴としたものである。 In the thirteenth embodiment of the present invention, in the third embodiment, the nonmagnetic conductive layer is formed slightly wider in the width direction than the width of the excitation means wider than the sheet passing width of the recording material. It is characterized by being.
このような定着装置は、発熱手段における記録材の通過しない部分の温度が上昇してキュリー温度を超え、磁力線が透磁性導電層を透過するようになった場合でも、非磁性導電層が形成された範囲の方が励磁手段より大きいので、確実に非磁性導電層で磁束を低減させて過昇温を抑制するゆえ、加圧ローラの端部が異常に高温となって破損することがなく、温度ムラの低減および過昇温の抑制が可能である。 In such a fixing device, the nonmagnetic conductive layer is formed even when the temperature of the portion where the recording material does not pass in the heat generating unit exceeds the Curie temperature and the lines of magnetic force pass through the magnetically permeable conductive layer. Since the range is larger than the excitation means, the non-magnetic conductive layer surely reduces the magnetic flux and suppresses the excessive temperature rise, so the end of the pressure roller is not abnormally hot and broken. It is possible to reduce temperature unevenness and suppress excessive temperature rise.
本発明の実施の第14の形態は、上記第3の形態において、加圧手段は、加圧ローラを含んだものであり、非磁性導電層を、幅方向について、幅が、記録材の通紙幅よりも広い加圧ローラの幅とほぼ等しく又はそれよりもさらに僅かに広く形成されていることを特徴としたものである。 In a fourteenth embodiment of the present invention, in the above third embodiment, the pressing means includes a pressing roller, and the width of the nonmagnetic conductive layer in the width direction is determined by the passage of the recording material. It is characterized in that it is formed to be approximately equal to or slightly wider than the width of the pressure roller wider than the paper width.
このような定着装置は、発熱手段における記録材の通過しない部分の温度が上昇してキュリー温度を超え、磁力線が透磁性導電層を透過するようになった場合でも、非磁性導電層で確実に磁束を低減させて過昇温を抑制するので、加圧ローラの端部が異常に高温となって破損することがない。さらに、非磁性導電層の端部が加圧ローラと圧接して加圧ローラに損傷を与えることもない。 Such a fixing device reliably uses a nonmagnetic conductive layer even when the temperature of the portion where the recording material does not pass in the heat generating unit rises and exceeds the Curie temperature and the magnetic lines of force pass through the magnetically permeable conductive layer. Since excessive temperature rise is suppressed by reducing the magnetic flux, the end of the pressure roller does not become abnormally hot and breaks. Further, the end portion of the nonmagnetic conductive layer does not come into pressure contact with the pressure roller and does not damage the pressure roller.
本発明の実施の第15の形態は、上記第3の形態において、非磁性導電層を、その材質が銅であり、かつ肉厚が0.015mmないし0.060mmに形成されていることを特徴としたものである。 A fifteenth embodiment of the present invention is characterized in that, in the third embodiment, the nonmagnetic conductive layer is made of copper and has a thickness of 0.015 mm to 0.060 mm. It is what.
このような定着装置は、そのような薄い非磁性導電層であっても過昇温を防止可能にし、かつ、材質が銅であり、その小さな固有抵抗のゆえ、キュリー温度を超えた場合の発熱が小さいので、印加電力を抑えた上で、非磁性導電層を加えることに伴う熱容量の増加を、非磁性導電層が薄いので、軽微にでき、迅速なウォームアップが可能である。 Such a fixing device can prevent overheating even with such a thin nonmagnetic conductive layer, and is made of copper, and because of its small specific resistance, it generates heat when the Curie temperature is exceeded. Therefore, since the nonmagnetic conductive layer is thin, the increase in heat capacity associated with the addition of the nonmagnetic conductive layer can be minimized and the warm-up can be performed quickly.
本発明の実施の第16の形態は、上記第3の形態において、非磁性導電層を、その材質がアルミニウムであり、かつ肉厚が0.025mmないし0.060mmに形成されていることを特徴としたものである。 A sixteenth embodiment of the present invention is characterized in that, in the third embodiment, the nonmagnetic conductive layer is made of aluminum and has a thickness of 0.025 mm to 0.060 mm. It is what.
このような定着装置は、過昇温の抑制と印加電力の低減が安価に達成可能である。 In such a fixing device, suppression of excessive temperature rise and reduction of applied power can be achieved at low cost.
本発明の実施の第17の形態は、上記第3の形態において、非磁性導電層を、その材質が亜鉛であり、かつ肉厚が0.055mmないし0.060mmに形成されていることを特徴としたものである。 A seventeenth embodiment of the present invention is characterized in that, in the third embodiment, the nonmagnetic conductive layer is made of zinc and has a thickness of 0.055 mm to 0.060 mm. It is what.
このような定着装置は、過昇温の抑制と印加電力の低減が安価に達成可能である。 In such a fixing device, suppression of excessive temperature rise and reduction of applied power can be achieved at low cost.
本発明の実施の第18の形態は、上記第3の形態において、発熱手段は、さらに保護膜を非磁性導電層の表面上に有したものであり、ここで、保護層を、幅が非磁性導電層の幅とほぼ等しく形成されていることを特徴としたものである。 In an eighteenth embodiment of the present invention, in the above third embodiment, the heat generating means further has a protective film on the surface of the nonmagnetic conductive layer. The magnetic conductive layer is formed to be substantially equal to the width.
このような定着装置は、非磁性導電層および保護層を形成する際のマスキングが同一でよく、作業性が良好でコストダウンが可能である。 In such a fixing device, the masking for forming the nonmagnetic conductive layer and the protective layer may be the same, the workability is good, and the cost can be reduced.
本発明の実施の第19の形態は、上記第3の形態において、発熱手段は、さらに保護膜を非磁性導電層の表面上に有したものであり、ここで、保護層を、幅が透磁性導電層の幅とほぼ等しく形成されていることを特徴としたものである。 According to a nineteenth embodiment of the present invention, in the third embodiment, the heat generating means further includes a protective film on the surface of the nonmagnetic conductive layer. Here, the protective layer has a width that is transparent. The magnetic conductive layer is formed to be substantially equal to the width.
このような定着装置は、保護層のマスキングが不要で、透磁性導電層全幅の酸化防止が可能である。 Such a fixing device does not require masking of the protective layer and can prevent oxidation of the entire width of the magnetically permeable conductive layer.
本発明の実施の第20の形態は、上記第5の形態において、励磁手段を、発熱ローラの中空内部に配置されていることを特徴としたものである。 A twentieth embodiment of the present invention is characterized in that, in the fifth embodiment, the excitation means is disposed inside the hollow of the heat generating roller.
このような定着装置は、小型化が可能であり、さらに、励磁手段が発熱ローラの周外面側には存しないことで、発熱ローラの表面に付着し又は残留した不要なトナーを除去するクリーニング手段や記録材の分離手段の配置が容易である。 Such a fixing device can be reduced in size, and further, a cleaning unit that removes unnecessary toner adhering to or remaining on the surface of the heat generation roller because the excitation unit does not exist on the outer peripheral surface side of the heat generation roller. In addition, the recording material separating means can be easily arranged.
本発明の実施の第21の形態は、上記第4又は5の形態において、励磁手段を、加熱ローラの外部に配置されていることを特徴としたものである。 A twenty-first embodiment of the present invention is characterized in that, in the fourth or fifth embodiment, the excitation means is arranged outside the heating roller.
このような定着装置は、励磁コイルの発熱防止が容易であり、その消耗部品の交換やメンテナンスも容易である。 Such a fixing device can easily prevent the exciting coil from generating heat, and its consumable parts can be easily replaced and maintained.
本発明の実施の第22の形態は、上記第1から第21の形態の何れか一における定着装置を備えた画像形成装置である。 A twenty-second embodiment of the present invention is an image forming apparatus including the fixing device according to any one of the first to twenty-first embodiments.
このような画像形成装置は、ウォームアップが早く、温度ムラが小さく、幅の狭い記録材を連続通紙させた場合の非通紙部分の過昇温を防止し、印加電力の低減が可能である。 Such an image forming apparatus has a fast warm-up, small temperature unevenness, and prevents excessive temperature rise in a non-sheet passing portion when a narrow width recording material is continuously passed, and can reduce applied power. is there.
本発明の実施の第23の形態は、励磁手段によって形成される磁界内に配設され、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱するローラであり、面上に色材で画像が形成されており当該ローラに接して移動する記録材をその色材がその記録材上に定着されるように加熱する発熱ローラである。その発熱ローラは、透磁性導電層と非磁性導電層とを有する。そして、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、移動する前記記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、前記透磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅よりも広く形成されており、前記非磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅より広くかつ前記透磁性導電層の幅よりも狭く、前記励磁手段の幅とほぼ等しく形成されている。 A twenty-third embodiment of the present invention is a roller that is arranged in a magnetic field formed by excitation means and generates heat by penetrating the magnetic field lines of the magnetic field, and an image is formed on the surface with a coloring material. The heat generating roller heats the recording material that moves in contact with the roller so that the color material is fixed on the recording material. The heat generating roller has a magnetically permeable conductive layer and a nonmagnetic conductive layer. The magnetically permeable conductive layer is made of a magnetic shunt material that has magnetism at room temperature but loses magnetism at a predetermined temperature or more, and the permeable conductive layer and the nonmagnetic conductive layer move. With respect to the width direction that is a direction perpendicular to the moving direction of the recording material, the width of the magnetically permeable conductive layer is formed wider than the sheet passing width of the recording material, and the width of the nonmagnetic conductive layer is the width of the recording material. It is wider than the sheet passing width and narrower than the width of the magnetically permeable conductive layer, and is substantially equal to the width of the excitation means.
このような発熱ローラは、ウォームアップが早く、温度ムラが小さく、定着装置において幅の狭い記録材を連続通紙させた場合の非通紙部分の過昇温を防止し、印加電力の低減が可能である。 Such a heating roller has a fast warm-up, small temperature unevenness, and prevents an excessive temperature rise in a non-sheet passing portion when a narrow width recording material is continuously passed through the fixing device, thereby reducing applied power. Is possible.
以下に、本発明に係る定着装置、画像形成装置および発熱ローラの実施例について図面を用いて詳細に説明する。なお、この実施例に本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a fixing device, an image forming apparatus, and a heat generating roller according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to this Example.
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
Example 1
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an image forming apparatus according to
同図に示すように、この画像形成装置の画像形成装置本体100には、電子写真感光体(以下、「感光ドラム」という)101が回転自在に配設されている。
As shown in the figure, an electrophotographic photosensitive member (hereinafter referred to as “photosensitive drum”) 101 is rotatably disposed in an image forming apparatus
図1において、感光ドラム101は、矢印の方向に所定の周速度で回転駆動されながら、その表面が帯電器102によってマイナスの所定の暗電位V0に一様に帯電される。
In FIG. 1, the surface of the
レーザービームスキャナ103は、図示しない画像読取装置やコンピュータ等のホスト装置から入力される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザービーム104を出力する。
The
一様に帯電された感光ドラム101の表面は、レーザービーム104によって走査露光される。これにより、感光ドラム101の露光部分は電位絶対値が低下して明電位VLとなり、感光ドラム101の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器105のマイナスに帯電したトナーによって反転現像され、顕像(トナー像)化される。
The uniformly charged surface of the
現像器105は、回転駆動される現像ローラ106を備えている。
The developing
現像ローラ106は、感光ドラム101と対向して配置されており、その外周面にはトナーの薄層が形成される。現像ローラ106には、その絶対値が感光ドラム101の暗電位V0よりも小さく、明電位VLよりも大きい現像バイアス電圧が印加されている。これにより、現像ローラ106上のトナーが、感光ドラム101の明電位VLの部分にのみ転写されて、静電潜像が顕像化され、感光ドラム101上に未定着トナー像(以下、「トナー像」という)111が形成される。
The developing
一方、給紙部107からは、記録材としての記録紙109が給送ローラ108によって一枚ずつ給送される。
On the other hand, a
給送された記録紙109は、一対のレジストローラ110を経て、感光ドラム101と転写ローラ112とのニップに、感光ドラム101の回転と同期した適切なタイミングで送られる。これにより、感光ドラム101上のトナー像111が、転写バイアスが印加された転写ローラ112により、記録紙109に転写される。
The fed
このようにしてトナー像111が形成担持された記録紙109は、記録紙ガイド114により案内されて感光ドラム101から分離された後、加熱定着装置(以下、「定着装置」という)200の定着部位に向けて搬送される。そして、この定着部位に搬送された記録紙109に、定着装置200によってトナー像111が加熱定着される。
The
トナー像111が加熱定着された記録紙109は、定着装置200を通過した後、画像形成装置本体100の外部に配設された排紙トレイ115上に排出される。
The
記録紙109が分離された後の感光ドラム101は、その表面の転写残トナー等の残留物がクリーニング装置113によって除去され、繰り返し次の画像形成に供される。
The
図2および図3は本発明の実施例1に係る定着装置の構成を示す断面模型図である。これらの図で示すように、定着装置200は、発熱手段210、加圧手段220、温度センサ230、および励磁手段240を有している。
2 and 3 are schematic cross-sectional views illustrating the configuration of the fixing device according to the first embodiment of the present invention. As shown in these drawings, the fixing
発熱手段210は、少なくとも発熱ローラ211を含んでおり、発熱ローラ211は、直径が例えば40mmの円筒形状のローラで、断熱ブッシュ212を介して軸受213に支持され、トナー像が形勢担持された記録紙109を矢印方向へ搬送するように、回転する。
The heat generating means 210 includes at least a
また発熱ローラ211は、少なくとも透磁性導電層(非磁性導電層との対比において高透磁性導電層とも呼ぶ)214と非磁性(本発明において非磁性とは透磁率が透磁性導電層のそれとは明らかな差をもって低いことをいう)導電層215が積層されて構成されている。より具体的には、図4は発熱ローラの表層部分を拡大した断面模型図であり、その図4に示すように、発熱ローラ211の中心軸に近い方から順に、高透磁性導電層214、非磁性導電層215、保護層216、および離型層217が積層されている。
The
高透磁性導電層214は、キュリー温度が所定の温度となるように設定された、整磁材料からなっており、例えば直径が40mm、肉厚が0.6mm、全長が385mmの中空円筒形状に成形されている。発熱ローラ211の熱容量を考慮すると、高透磁性導電層214を薄くして熱容量を小さくし、発熱ローラ211の温度を速やかに上昇させるのが望ましい。しかし、キュリー温度以下において、高透磁性導電層214の厚みが表皮深さより薄いと、磁力線(磁束)は高透磁性導電層214を貫通し、非磁性導電層215に浸透し、後述するように発熱量が減少し、昇温速度の低下等を招き、好ましくない。このため、高透磁性導電層214は、この層を形成する整磁金属の表皮深さよりも厚くしておくことが望ましい。具体的には、高透磁性導電層214の肉厚は、0.2mmから1mmであることが好ましい。
The highly permeable
高透磁性導電層214を形成する整磁材料としては、例えば鉄とニッケルの合金または鉄とニッケルとクロムの合金などが用いられる。そして、これらの各金属の配合を調整することにより、整磁材料のキュリー温度を所定の温度に設定することができる。本実施例においては、高透磁性導電層214を形成する整磁材料のキュリー温度を、トナーの定着温度に近い210℃に設定してあるものとする。したがって、高透磁性導電層214は、温度が210℃以下では強磁性体としての特性を示すが、温度が210℃を超えると非磁性体としての特性を示す。この場合、整磁材料の固有抵抗は81.5×10-8Ωmであった。なお、キュリー温度は210℃に限らず、他の温度に設定してもよい。
As the magnetic shunt material for forming the high magnetic permeability
非磁性導電層215は、例えば固有抵抗が1.68×10-8Ωmの銅などの非磁性材料からなっており、高透磁性導電層214の外周面にめっき、メタライジング等により、本装置において使用可能な最大サイズの記録材(最大記録材という。本実施例ではA3判紙)の通紙幅(本装置にて通紙されるときに、その走行方向に直交した方向線上の、記録材が通る範囲の長さ[幅]。最大幅とも、単に幅とも呼ぶ。なお、「最大記録材幅」は、最大記録材の通紙幅の意であり、本実施例ではA3判紙の短辺)より少し大きい320mmの範囲に亘って加工が施された、肉厚が例えば0.015mmの層である。
The nonmagnetic
なお、非磁性導電層215の材料としては、固有抵抗が7×10-8Ωm以下のものが望ましく、銅の他には固有抵抗が2.7×10-8Ωmのアルミニウム、6.1×10-8Ωmの亜鉛、1.62×10-8Ωmの銀および2.3×10-8Ωm金などでもよい。
The material of the nonmagnetic
また、非磁性導電層215の肉厚は0.015mmから0.06mm程度が望ましい。非磁性導電層215の肉厚については別途詳細に記載する。
The thickness of the nonmagnetic
保護層216は、非磁性導電層215の外周面にめっき、メタライジング等により非磁性層215と等しい幅で形成された、肉厚が例えば2μmのニッケル層である。保護層216は、非磁性導電層215の表面を覆うことにより、非磁性導電層215の酸化を防止し、耐久性を向上するとともに、離型層217の密着性が向上し剥離を防止する。
The
なお、保護層216としては、ニッケルの代わりに、クロムや亜鉛などを用いた肉厚が3μm程度の薄膜を形成してもよい。保護層216の肉厚が1μm以下となると、酸化防止層としての働きが不十分になる場合がある一方、10μmを超えると、熱容量が大きくなりウォームアップに時間がかかってしまい、また、記録材通過時に定着温度維持するための印加電力が増加し好ましくない。
As the
非磁性導電層215及び保護層216は、ともに同一幅で形成されており、それらの形成作業時においては、高透磁性導電層14の両端部には形成されないようにマスキングすることが必要となる。本実施例では、形成幅が同一のためマスキングは共通で使用することが可能で、作業性が良好となり、加工コストの低減化が図られている。
The non-magnetic
離型層217は、例えばPTFE、PFA、またはFEPなどのフッ素樹脂からなっており、保護層216の外表面に非磁性導電層214の幅と同じ320mmの範囲に亘って形成された、肉厚が例えば20μmの層である。
The
なお、保護層216と離型層217との間にシリコーンゴム層を設けて、発熱ローラ211に弾力性を持たせてもよい。また、非磁性導電層215より広い範囲に亘って形成してもよい。
Note that a silicone rubber layer may be provided between the
再度図2および図3を参照して、加圧手段220は、加圧ローラ221を、両端を図示しない軸受にて回転可能に支持するとともに、図示しない付勢手段により発熱ローラ211に圧接して記録紙109が通過するニップを形成する。
Referring to FIGS. 2 and 3 again, the
加圧ローラ221は、発熱ローラ211の回転に従動して、記録紙109を矢印方向へ搬送するように中心軸周りに回転(図では時計回り)する。ここでは、加圧ローラ221が発熱ローラ211の回転に従動するものとしたが、加圧ローラ221を回転させて発熱ローラ211を従動させてもよい。
The
また、加圧ローラ221は、例えば硬度JISA10度のシリコーンゴムなどの熱伝導性が小さい弾性層222と芯金223よりなっており、弾性層の外径は30mm、長さは315mmに成形されており、小さな付勢力で所定のニップが形成される構成となっている。
The
なお、弾性層222の材料としては、例えばフッ素ゴムおよびフッ素樹脂などの耐熱性樹脂や他のゴムあるいはスポンジなどの発泡性樹脂を単独あるいは積層して用いてもよい。また、耐摩耗性や離型性を高めるために、PTFE、PFA、またはFEPなどの樹脂やゴムを単独又は混合して弾性層222の外周面を被覆することが望ましい。
In addition, as a material of the
弾性層の長さは最大記録材幅より大きく、前記非磁性導電層215の幅と同等又は小さいことが望ましい。
The length of the elastic layer is preferably larger than the maximum recording material width and equal to or smaller than the width of the nonmagnetic
励磁手段240は少なくとも図示しない電源と励磁コイルユニット241を含んでおり、励磁コイルユニット241は絶縁性保持部材242にコイル243が螺旋状に捲回されて発熱ローラ211内部に所定間隔を保って保持されている。コイル243は細い線材を束ねたリッツ線が好適である。
The excitation means 240 includes at least a power source (not shown) and an
励磁コイルユニット241は、図示しない電源から高周波電流が供給されることにより、発熱ローラ211を誘導加熱する。励磁コイルユニット241は、非磁性導電層215より僅かに狭い315mmの範囲を加熱可能に構成されている。なお、励磁コイル241には絶縁性保持部材242の他に磁気回路の結合を高めるフェライト等からなるコア部材を用いてもよい。また、前記励磁コイル241のように磁束が発熱ローラ211の全周に亘るものや、発熱ローラ211の内面に対向する状態でリッツ線を発熱ローラ211の一端から他端に向かって捲回される構成のもの、あるいは、発熱ローラ211の内面の約180度の範囲に亘って対向するように捲回される構成のものでもよい。
The
絶縁性保持部材242は、コイル243を保持すると共に、絶縁性を確保するものであり、本実施例の場合は、中空の軸となっており、連続動作時に中空内部に空気の流れを生じさせて、コイル243の発熱を低減することが可能な構成となっている。絶縁性保持部材242の形状は、中空の軸に限らず、中実の軸あるいは円弧状等コイル243の形状に合わせた形状でもよい。
The insulating holding
温度センサ230は、発熱ローラ211の外周面に当接して設けられ、発熱ローラ211の温度を検知する。温度センサ230によって発熱ローラ211の温度が検知されると、例えば図示しない制御部によって給送ローラ108による記録紙109の給送開始が指示されたり、図示しない電源から励磁手段240への交流電流の供給が制御されたりする。より具体的には、温度センサ230によって発熱ローラ211の温度がトナー像111の定着に適した温度になったことが検知された場合は、図示しない制御部によって給送ローラ108の動作開始が指示され、印字が開始される。また、温度センサ230によって発熱ローラ211の温度が所定の閾値よりも高くなったことが検知された場合は、図示しない電源から励磁コイルユニット241への交流電流の供給が制御される。
The
次いで、上記のように構成された定着装置の動作について説明する。 Next, the operation of the fixing device configured as described above will be described.
図5は発熱ローラ内を流れる誘導電流を説明するための図であり、図中のハッチングで示した部分に誘導電流が流れることを示している。 FIG. 5 is a diagram for explaining the induced current flowing in the heat generating roller, and shows that the induced current flows through the hatched portion in the drawing.
まず、発熱ローラ211の温度がキュリー温度以下である場合について説明する。
First, the case where the temperature of the
画像形成装置100の電源切断時やスリープ状態時には、通常、定着装置200の発熱ローラ211は、その温度が室温程度にまで低下し続け、本実施例のキュリー温度である210℃よりも大幅に低温となっている。そして、印字を行うために電源が投入されたりスリープ状態から復帰したりする際には、トナー像111の定着に適した温度にまで発熱ローラ211が昇温される。
When the power of the
すなわち、図示しない電源から励磁手段240に電圧が印加され、交流電流が流れる。この交流電流の周波数は、20〜100kHzであることが望ましい。本実施例においては、この周波数を20〜60kHzとした。励磁コイル241に交流電流が流れることにより、励磁コイル241により発生した磁束は、高透磁性導電層214と鎖交し、表皮効果によって高透磁性導電層214の内周面付近、図5(a)のハッチングで示した部分に誘導電流を誘導し、ジュール熱によって高透磁性導電層214が発熱する。
That is, a voltage is applied to the excitation means 240 from a power source (not shown), and an alternating current flows. The frequency of this alternating current is desirably 20 to 100 kHz. In this embodiment, this frequency is set to 20 to 60 kHz. When an alternating current flows through the
発熱ローラ211全体が昇温してトナー像111の定着に適した定着温度にまで加熱されると、温度センサ230によって発熱ローラ211の温度が検知され制御回路によって昇温を停止し、定着温度を保つように制御される。本実施例では定着温度を180℃に設定(定着設定温度)し、励磁手段240に約1200Wの電力を投入することで最大記録材幅(A3)の全幅を常温25℃から約24.5秒で定着温度まで昇温させることができた。
When the
次に連続して記録材を通過させる場合の動作を説明する。 Next, the operation when the recording material is continuously passed will be described.
図6はサイズの異なる記録紙109を毎秒440mmの速度(A4判紙では毎分63枚、A3判紙では毎分42枚)で連続通紙させた場合の発熱ローラ幅方向の温度分布を示した図である。
FIG. 6 shows the temperature distribution in the width direction of the heat generating roller when continuously passing through the
最大記録材幅(本実施例ではA3サイズ)を連続通過させた場合は図6に破線で示したようにA3幅全体がほぼ均一な180℃に保たれる。これは発熱ローラ211の幅全体に亘って記録材が接触し、通過幅全面から熱を奪うためである。
When the maximum recording material width (A3 size in this embodiment) is continuously passed, the entire A3 width is maintained at substantially uniform 180 ° C. as indicated by the broken line in FIG. This is because the recording material contacts over the entire width of the
一方、サイズの小さいA4縦を連続通紙させると、温度分布は図6に実線で示したようになる。 On the other hand, when the small A4 portrait is continuously fed, the temperature distribution is as shown by the solid line in FIG.
すなわち、記録紙109の接触するA4縦幅内は180℃の一定温度に制御されるが、A4幅の外側は記録紙109が接触することは無く熱を奪われない。ここで、励磁手段240による電力は記録材幅より僅かに広い範囲に投入されているので、その結果、発熱ローラ211は、A4縦幅の外側では急激に温度が上昇し、キュリー温度に近づいていく。
That is, the inside of the A4 vertical width where the
しかし、発熱ローラ211は、温度がキュリー温度に近づくと、その部分の透磁率が急激に低下して磁性を無くし、その結果励磁コイル241の発生する磁束は高透磁性導電層214を貫通し、外周面に形成されている非磁性導電層215に浸透する。図5(b)のハッチングで示した部分は、この状態における、励磁コイル241の発生する磁束により誘起される誘導電流の流れる部分を示し、図5(b)は高透磁性導電層214のみならず、非磁性導電層215においても誘導電流が流れることを示している。そして、この誘導電流により磁束を打ち消す方向に反発磁界が発生し、励磁コイル241による磁束を大幅に減衰させる。その結果、発熱ローラ211は、非磁性導電層215の固有抵抗は1.68×10-8Ω・mと高透磁性導電層214の固有抵抗81.5×10-8Ω・mより格段に小さいことと相まって、A4縦幅外の発熱が大幅に低減され、それ以上の温度上昇は無く過昇温が防止される。
However, when the temperature of the
本実施例では、毎分63枚の連続出力時に図6の実線で示したように205℃に抑えることができ、記録材の通過する間隔を長くしたり、連続通過させる枚数を制限することなく連続出力が可能になった。 In the present embodiment, the continuous output of 63 sheets per minute can be suppressed to 205 ° C. as indicated by the solid line in FIG. 6, without increasing the interval of passing the recording material or limiting the number of sheets to be continuously passed. Continuous output is now possible.
ここで、本実施例では、非磁性導電層215の形成範囲は320mmと最大記録材幅より大きく、また励磁コイルユニット241の加熱可能範囲315mmよりも大きく、加圧ローラ221の弾性層222の全長315mmより大きい。
Here, in this embodiment, the nonmagnetic
したがって、発熱ローラ211の記録材の通過しない部分の温度が上昇し、キュリー温度を超えて磁束が高透磁性導電層214透過した場合に、非磁性導電層215の形成された範囲の方が加熱可能範囲つまり磁束の発生範囲より大きいので、確実に非磁性導電層215で磁束を低減させて過昇温を抑制できる結果、加圧ローラ221の端部が異常な高温となって破損することがない。さらに、非磁性導電層215より加圧ローラ221の弾性層222の方が短いので、非磁性導電層215の端部が加圧ローラ221の弾性層222と圧接して弾性層222を傷つけることがない。
Therefore, when the temperature of the portion of the
なお、本実施例では A4縦サイズの記録材通過のみを示したが、記録材のサイズはこれに限定されることは無くあらゆるサイズでこの原理は働き、自動的に記録材幅外の過昇温が抑えられることは言うまでもない。 In this embodiment, only the passage of the A4 vertical size recording material is shown. However, the size of the recording material is not limited to this, and this principle works at any size, and the excessive rise outside the recording material width automatically occurs. Needless to say, the temperature can be reduced.
また、記録材幅外の温度は連続通過の速度、記録材の通過間隔、記録材の厚みに影響される。これは励磁コイル241全体に投入される電力がこれらの条件によって大きく左右されるからである。しかし、ほとんどの場合キュリー温度以下に過昇温を抑制することが出来、ゴム材の寿命の低下や、軸受の損傷を発生することもなく信頼性の高い定着器を実現できる。
The temperature outside the recording material width is affected by the speed of continuous passage, the recording material passage interval, and the thickness of the recording material. This is because the electric power supplied to the entire
次に本実施例に用いた発熱ローラ211の磁気特性とウォームアップ時間、幅の狭い記録材を連続通過させた時の過昇温の関係を詳細に説明する。
Next, the relationship between the magnetic characteristics of the
図7は本実施例に用いた整磁材料からなる発熱ローラ211の加工直後の比透磁率の温度特性を示したものである。なお、比透磁率の温度特性は45A/m、30kHz交流磁場の条件下での測定値を示す。
FIG. 7 shows the temperature characteristics of the relative permeability immediately after the processing of the
発熱ローラ211は厚み約1mmの板材からなる整磁材料をロール状に曲げて溶接し、端部をカップ状に加工し、これをスピニング加工により薄肉化し、直径40mm、厚み0.6mm、長さ385mmのローラ形状としたものである。加工法としてはもちろんこれに限定されるものではなく、ロール状に曲げて溶接後しごきにより管材を薄肉化するアイアニング加工や、引抜加工によって一次仕上げ後、機械加工により外形を仕上げて薄肉円筒体にする方法などがある。いずれにしても肉厚の薄い管材にする場合、整磁材料に塑性加工を施し、強い機械的ストレスを掛けることでその磁気特性が大きく変化してしまう。
The
図7はこのスピニング加工を施した直後の特性であり、比透磁率は、Tsで示す168℃近辺から低下を初めキュリー温度Tc=222℃でほぼ非磁性となる。なお、比透磁率が半減する値Thは204℃であった。Tsは、整磁材料の比透磁率が低下し始める温度を意味する。 FIG. 7 shows the characteristics immediately after the spinning process, and the relative magnetic permeability starts to decrease from around 168 ° C. indicated by Ts and becomes almost non-magnetic at the Curie temperature Tc = 222 ° C. The value Th at which the relative permeability is halved was 204 ° C. Ts means a temperature at which the relative permeability of the magnetic shunt material starts to decrease.
次に、この加工直後の発熱ローラ210を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下800℃で1時間保持した後200℃以下に徐冷するアニール処理を施したものが図8にその特性を示す本発明の発熱ローラ211である。図7と比較して解るようにアニール処理後は透磁率の変化が急峻になり半減値Thは205℃でアニール前とほぼ同じであるがキュリー温度Tcは210℃、比透磁率の低下し始める温度Tsは195℃となった。
Next, FIG. 8 shows the characteristics of the heat-generating
ここで、前記非磁性導電層215は本アニール処理後に形成し、その後保護層216および離型層217を形成する。
Here, the nonmagnetic
このアニール処理前後の発熱ローラ211を用いた時のウォームアップ時間の比較を図9に示す。図9においては本発明のアニール処理後の発熱ローラ211を用いた場合のウォームアップ時間は実線で、アニール前の発熱ローラ211を用いた場合を破線で示してある。実線で示した本発明の発熱ローラ211では前述したように24.5秒で180℃に到達したが、破線で示すアニール処理前の発熱ローラ211では160℃近辺から昇温カーブが緩やかになり180℃に到達するまでに約32秒を要した。これはアニール処理前の発熱ローラ211では、前記Ts(168℃)が定着設定温度(180℃)よりも低い値となっており、168℃近辺の早い段階で磁気特性の変化が現れるため強い磁場のもとでは早い段階から高透磁性導電層214を貫通する磁束が増加し始め、非磁性導電層215に磁界が浸透し、誘導電流が流れることによる反発磁界により磁束密度が低下し、高透磁性導電層と励磁手段の磁気結合が弱まり発熱効率が低下するものと考えられる。
FIG. 9 shows a comparison of warm-up time when the
次に、この両者を用いてA4縦サイズの記録材を連続通過させた結果、同一の条件下でアニール処理後の発熱ローラ211を用いた場合、記録材紙幅外の過昇温は205℃以下であったが、アニール処理前の発熱ローラ211を用いた場合は230℃近くまで上昇した。これは記録材通過領域内の温調が180℃であり、この時すでに発熱ローラ210の全域で貫通する磁束の割合が増加しており、A4縦幅相当部分の発熱効率が低下して結果として温調に必要な電力が増大したことと、通紙部と非通紙部の磁気的結合の差がつきにくくなったものと考えられる。
Next, as a result of continuously passing the A4 vertical size recording material using both of these, when the
以上のことから比透磁率の低下し始める温度Tsは、定着設定温度よりもできるだけ高い温度に設定することが望ましいが、これに合わせてキュリー温度を高く設定すると記録材幅外の過昇温が高くなり過ぎ好ましくない。キュリー温度としては加圧ローラ221に用いられるシリコーンゴム材の耐熱温度を考慮して220℃以下のできるだけ低い温度であることが望ましい。
From the above, it is desirable to set the temperature Ts at which the relative permeability starts to decrease as high as possible than the fixing set temperature. However, if the Curie temperature is set to be high according to this, an excessive temperature rise outside the recording material width will occur. Too high and not preferable. The Curie temperature is desirably as low as possible at 220 ° C. or lower in consideration of the heat resistant temperature of the silicone rubber material used for the
本発明者らは、非磁性導電層214の厚みを変えた発熱ローラ211でA4縦方向およびA4横方向の記録材を連続通紙させて、発熱ローラ211軸方向の温度分布、定着温度に昇温するまでのウォームアップ時間、並びに平均印加電力の比較検討を行った。
The inventors continuously pass the recording material in the A4 vertical direction and the A4 horizontal direction with the
ここで、図10は前記の非磁性導電層215の厚みを変えて、A4縦方向の記録材を連続500枚連続通過させた場合の発熱ローラ211の軸方向温度分布を示し、図11は、同様に非磁性導電層215の厚みを変えた場合、180℃に昇温するまでのウォームアップ時間を示し、図12は、A4横方向およびA4縦方向の記録材を各々500枚連続で通過させた場合の平均印加電力を示す。
Here, FIG. 10 shows the axial temperature distribution of the
図10から判るように、非磁性導電層215のない場合は、記録材非通過部分の温度は240℃を越えているが、非磁性導電層215の厚みが0.015mmから0.08mmの場合は205℃でほぼ飽和している。本発明者らは、非磁性導電層215の厚みが、0.08mm、0.03mm、0.015mmの3種類について実験を行い、非通過部分の温度はいずれも205℃付近で飽和しており、0.015mmの厚みがあれば、非通過部分の過昇温の抑制に大きな効果があることを見出した。
As can be seen from FIG. 10, when the nonmagnetic
一般に非磁性導電層215は電磁誘導により発熱しにくいとされていたが、その肉厚を適切な厚みにすることにより抵抗が大きくなり、発熱することが知られている。また、本実施例のように非磁性導電層215により磁束を制限したり、あるいは遮蔽したりする場合にはその厚みはある程度の厚みがないと非磁性導電層215が発熱し記録材非通過部分の温度が高くなりすぎたり、あるいは励磁コイル241付近の温度が高くなりすぎて励磁コイル241の絶縁層の絶縁性が損なわれる等の弊害があるとされていた。
In general, the nonmagnetic
本発明者らは本実施例において、非磁性導電層215の肉厚が0.015mmあれば記録材非通過部分の過昇温が起こらないことを見出した。非磁性導電層215の肉厚は薄いほど抵抗が大きくなり、発熱しやすくなるが、高透磁性導電層214と密着しており、ある程度は高透磁性導電層214に熱が移動し、また大気中に放出し、印可する電力による発熱とバランスしているものと推察される。
In the present embodiment, the present inventors have found that if the thickness of the nonmagnetic
非磁性導電層215の厚みと昇温に要する時間の関係は、図11に示すように、非磁性導電層215の厚みの増加と共に昇温時間は長くなり、非磁性導電層215の厚みが0.06mmの場合、非磁性導電層214がない場合に比較して約1.5秒長くなっているが、室温から約25.5秒で定着温度に昇温しており、実使用上の影響は軽微である。
As shown in FIG. 11, the relationship between the thickness of the nonmagnetic
図12は、記録材を500枚連続で通過させた場合の平均印加電力と非磁性導電層の厚みの関係を示す。 FIG. 12 shows the relationship between the average applied power and the thickness of the nonmagnetic conductive layer when 500 recording materials are passed continuously.
図12において、破線はA4横方向通紙、実線はA4縦方向通紙時の平均印加電力と非磁性導電層の厚みの関係を示し、A4横方向通紙の場合、非磁性導電層215の厚みが0.03mmの場合、非磁性導電層215がない場合と比較して、約9W増加しており、非磁性導電層215の厚みが0.06mmの場合は約20W、0.08mmの場合は約27.6W増加している。また、A4縦方向通紙の場合の平均印加電力は、非磁性導電層215の厚みが0.03mmの場合、非磁性導電層215がない場合と比較して約31W低下している。非磁性導電層215の厚みが0.06mmの場合、非磁性導電層がない場合とほぼ同じで、非磁性導電層215の厚みが0.08mmの場合は約27W非磁性導電層215がない場合と比較して増加している。これは、A4横方向の場合は非磁性導電層215の厚さ分熱容量が増加し、温度を維持する電力が増加しており、A4縦方向の場合は、非磁性導電層215のない場合、記録材非通過部分が240℃を越える温度となっており、その昇温に電力を消費しているためと思われる。非磁性導電層215の厚みが0.03mmの場合は、熱容量は増加しているが、記録材非通過部分の温度は205℃で平衡しており、その結果電力が低減されているものと推察される。また、非磁性導電層215の厚みが0.08mmの場合は、記録材非通過部分が205℃で平衡して電力を軽減させている分を、熱容量の増加による負荷増加の影響が上回り、電力が増加しているものと推察される。
In FIG. 12, the broken line indicates the relationship between the average applied power and the thickness of the nonmagnetic conductive layer when the A4 paper is passed in the A4 horizontal direction, and the solid line indicates the thickness of the nonmagnetic
非磁性導電層215の厚みを0.015mmから0.060mmに設定することにより、小サイズの記録材を通過させる場合、非磁性導電層215がない場合と同等又は少ない電力で定着温度に発熱ローラを維持することが可能で、しかも小サイズの記録材が通過しない領域の過昇温が防止できる。非磁性導電層215の厚みが0.06mmより厚いと、非通過部分の過昇温は防止できるが、印加電力が増加する。
By setting the thickness of the nonmagnetic
本実施例では、A4横方向とA4縦方向の記録材について記載したが、他の記録材についても印加電力の増減量に差は現れるが、同様の傾向となることは言うまでもない。 In the present embodiment, the recording materials in the A4 horizontal direction and the A4 vertical direction have been described. However, although there is a difference in the increase / decrease amount of the applied power for other recording materials, it goes without saying that the same tendency is observed.
次に、図13はA4横方向連続通過時の発熱ローラ211の軸方向温度分布を示し、実線は前記の非磁性導電層214の厚みを0.03mmとし、その長さを320mmとした場合、破線は高透磁性導電層214の発熱ローラ211の全長に亘って形成した場合の温度分布を示す。図13から判るように、非磁性導電層214を発熱ローラ210の全長に亘って形成した場合、両端部の温度が低下しており、通過する最大記録材の幅より僅かに大きい320mmの範囲に非磁性導電層214を形成した場合は、記録材のほぼ全幅に亘って均一な温度分布を示している。
Next, FIG. 13 shows the axial temperature distribution of the
前記発熱ローラ211は、キュリー温度が210℃に調整された整磁金属で構成されており、その熱伝導率は13W/m・Kと小さく、非磁性導電層215として形成した銅の熱伝導率は398W/m・Kと大きい。全長に亘って非磁性導電層215を形成した場合は、前記励磁コイル241による発熱部分以外の、発熱ローラ211両端部に向かって非磁性導電層215を通って熱が移動し、軸受213等を通じて熱が流出し、記録材幅内の両端部において温度ムラが発生している。非磁性導電層215を320mmの範囲に形成した場合は、非磁性導電層215の範囲外は、熱伝導率の小さい整磁材料を通じて熱が移動するのみであり、端部からの熱流出は極端に小さくなり、温度ムラは発生しなかった。
The
非磁性導電層215の幅を最大記録材の幅と等しく形成すると、記録材相当幅の端部において、記録材の通過位置の変動や、励磁コイル241による磁界発生幅変動があった場合、非磁性導電層215により低減することができず、温度ムラが発生する場合があり、非磁性導電層215の幅は、最大記録材より僅かに大きいことが望ましい。
If the width of the nonmagnetic
発熱ローラ211の全幅に非磁性導電層215を形成した場合、温度ムラがないように励磁コイル241の発生磁束分布を調整することは可能であるが、その場合は非磁性導電層215を最大記録材幅より僅かに大きく形成した場合に比べて、印加電力が増加する。
When the nonmagnetic
また、励磁コイル241による発生磁界のバラツキによる温度ムラについても、熱伝導率の大きな非磁性導電層214を形成することにより低減可能である。
Further, temperature unevenness due to variations in the magnetic field generated by the
非磁性導電層214を形成された範囲は、励磁コイル241の発生磁束にムラがあってもその高熱伝導性により、温度ムラが軽減されることは言うまでもない。
Needless to say, in the range where the nonmagnetic
非磁性導電層214について、銅を使用した場合について説明したが、銅に限定されるものではなく、熱伝導率が237W/m・Kのアルミニウム、114.3W/m・Kの亜鉛、87.9W/m・Kのニッケル、294W/m・Kの金、418W/m・Kの銀等でも同様の効果は得られる。それぞれの金属において、固有抵抗、熱伝導率が異なり、前述の効果が得られる厚みは異なる。本発明者らの実験では、銅の場合は0.015mmから0.060mm、アルミニウムの場合は0.025mmから0.060mm、亜鉛の場合は0.055mmから0.060mの場合に、同様な効果が得られることが判った。
The case where copper is used for the nonmagnetic
以上のように、キュリー温度を所定の温度に設定された整磁材料からなる高透磁性導電層214からなる発熱ローラ211に最大記録材より僅かに広い範囲に非磁性導電層215の薄膜を形成することにより、迅速な立ち上がりが可能で、記録材幅外の過昇温を防止しつつ、温度ムラの防止及び端部への熱流出を防止し、印加電力が低減できるものである。
As described above, a thin film of the nonmagnetic
また、励磁手段240が発熱ローラ211の内部に配置されており、発熱ローラ211表面に付着残留したトナーを除去するクリーニング手段や記録材の分離手段の配置が容易であり、小型化が可能な定着装置が実現できる。
Further, the
(実施例2)
本発明の実施例2の特徴は、発熱ローラ211の外部に励磁手段240を配置し、キュリー温度を設定した整磁材料からなる高透磁性導電層214の内面に非磁性導電層215を形成し、励磁手段240の発熱防止と発熱ローラ211の保守性を改善することである。
(Example 2)
A feature of the second embodiment of the present invention is that an
本実施例に係る画像形成装置の概略構成は、実施例1(図)と同様であるため、その説明を省略する。本実施例においては、定着装置の構成のみが実施例1と異なっている。 Since the schematic configuration of the image forming apparatus according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment (FIG.), The description thereof is omitted. In this embodiment, only the configuration of the fixing device is different from that of the first embodiment.
図14および15は本実施例に係る定着装置の構成を示す断面模型図である。これらの図において、実施例1に係る定着装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。 14 and 15 are cross-sectional model views showing the configuration of the fixing device according to this embodiment. In these drawings, the same parts as those of the fixing device according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
発熱ローラ211は直径が例えば34mmの円筒形状のローラで、トナー像が形成担持された記録材109を矢印方向へ搬送するように中心軸周りに回転(図では反時計回り)する。
The
また発熱ローラ211は主に高透磁性導電層214と非磁性導電層215が積層されて形成されているが、非磁性導電層215が高透磁性導電層214で形成されたローラの内面に形成されている点が、実施例1と異なっている。
The
高透磁性導電層214はキュリー温度が210℃に設定された整磁金属よりなり、直径34mm、肉厚0.3mm、全長385mmの中空円筒形状に成形されている。
The highly permeable
非磁性導電体215は肉厚が例えば0.03mmの銅からなり、高透磁性導電層214からなる中空円筒の内面にメッキにより形成されている。その幅は最大記録材より僅かに広い320mmの範囲に亘って形成されている。
The
保護層216は例えば肉厚3μmのニッケルよりなり、非磁性導電層215の表面(この場合は内面側)に非磁性導電層215と同一範囲に亘って形成されている。
The
励磁手段240は少なくとも発熱ローラ211の外部に配置された励磁コイルユニット241と、図示しない電源を含んでいる。
The exciting means 240 includes at least an
励磁コイルユニット241はコイル243とコア部材244とを含んでおり、発熱ローラ211の約半周にリッツ線を周回させて形成されており、図示しない電源により交流電流が流れることにより、周囲に磁界を発生させる。
The
コア部材244は例えばフェライトやパーマロイなどの透磁率および固有抵抗が高い磁性材料によって形成され、コイル243を覆うように配置される。コア部材244はコイル243によって発生する磁束のうち発熱ローラ211とは反対側に発生する磁束の通路となる。
The
励磁コイルユニット241による磁界は非磁性導電層214の幅より僅かに狭い315mmの範囲に亘って発生可能に構成されている。
The magnetic field generated by the
なお、本実施例に係る励磁コイルユニット241は発熱ローラ211の外部から発熱ローラ211を励磁するため、消耗品である発熱ローラ211などの部品の交換やメンテナンスの作業効率が良好である。
In addition, since the
次いで上記のように構成された定着装置の発熱の原理について説明する。 Next, the heat generation principle of the fixing device configured as described above will be described.
本実施例においても発熱ローラ211の温度がキュリー温度以下である場合は、励磁手段240に交流電流が流れることにより、励磁コイルユニット241の周囲に磁束が発生する。発生した磁束は、高透磁性導電層214と鎖交し、表皮効果により高透磁性導電層214の表面に誘導電流を誘導し、ジュール熱によって高透磁性導電層213の表面を発熱させる。
Also in this embodiment, when the temperature of the
一方、発熱ローラ211の温度が上昇し、キュリー温度を超えた場合は、高透磁性導電層214が非磁性となって磁束がこの層を貫通する。高透磁性導電層214を貫通した磁束は、非磁性導電層215に浸透し、誘導電流を誘導し、この誘導電流が磁束を打ち消す方向に作用して反発磁界を発生させ、その結果、励磁コイル241による磁束を大幅に減衰させ、磁束密度が低下して発熱量が低下する。よって最大記録材幅より小さなサイズの記録材を通過させても、非通過部分が異常に高温になることはない。また、非磁性導電層215は最大記録材幅より僅かに広く形成され、誘導コイルユニット241による磁束発生幅は最大記録材幅より広く、非磁性導電層215より僅かに狭く形成されており、非磁性導電層215の熱伝導率は大きいため、最大記録材幅内の温度ムラが低減される一方、高透磁性導電層214である整磁材料の低熱伝導性により、端部への熱流出は僅かとなり、最大記録材幅より僅かに広い範囲を効率的に加熱できるため、印加電力の更なる低減が可能である。
On the other hand, when the temperature of the
(実施例3)
本発明の実施例3の特徴は、内部に配置した励磁手段240と、発熱ローラ211に代わり固定した発熱手段250と、発熱手段250に対し定着ベルト260を挟んで加圧し、ニップを形成する加圧手段220とを有したベルト方式の定着装置において、幅の狭い記録材通過時の非通過部過昇温の防止と、印加電力低減を図ることである。
(Example 3)
The feature of the third embodiment of the present invention is that the exciting means 240 disposed inside, the heat generating means 250 fixed in place of the
本実施例に係る画像形成装置の概略構成は、実施例1(図1)と同様であるため、その説明を省略する。本実施例においては、定着装置の構成のみが実施例1と異なっている。 Since the schematic configuration of the image forming apparatus according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), description thereof is omitted. In this embodiment, only the configuration of the fixing device is different from that of the first embodiment.
図16は本実施例に係る定着装置の構成を示す断模型図である。この図において、実施例1に係る定着装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the fixing device according to the present exemplary embodiment. In this figure, the same parts as those of the fixing device according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
発熱手段250は少なくとも円弧状に成形され、定着ベルトと接触し熱を伝える発熱板251を含んでいる。発熱板251は、定着ベルト260の全周の約3分の1の長さで接触可能に成形されている。発熱板251はキュリー温度を設定された整磁材料からなる高透磁性導電層252と、高透磁性導電層252を挟んでコイルと対向する側(この場合は外側)に形成された非磁性導電層253よりなっている。高透磁性導電層252の肉厚は例えば0.6mmに成形されている。非磁性導電層253は例えば、肉厚0.03mmのアルミニウムが最大記録材幅より僅かに大きい320mmの範囲に形成され、所定の位置に固定されている。
The heat generating means 250 is formed in at least an arc shape, and includes a
非磁性導電層253の外側にはニッケルからなる保護層254が形成されている。保護層254は非磁性導電層253の酸化を防止し、ベルトとの接触による発熱手段250の摩耗を防止し、摩擦係数を小さくしてベルトの蛇行や片寄りを防止する。ニッケルの代わりに、クロム、亜鉛、またはフッ素系樹脂を単体あるいは積層してもよい。
A
定着ベルト260は発熱手段250と案内部材270により案内され、発熱手段250と加圧手段220の圧接部でニップを形成し、加圧手段220により回転を伝えられる。定着ベルト260は直径45mm、厚さ80μmの耐熱性があるポリイミド樹脂を基材とし、基材の表面に肉厚150μmのシリコーンゴム層と肉厚30μmのフッ素樹脂からなる離型層が被覆されて形成されている。なお、定着ベルト260の寸法や材質は上記に限定されるものではなく、基材としてはポリイミド樹脂の他にフッ素樹脂やPPS樹脂などを用いてもよいし、薄い金属を用いてもよい。また離型層としてPTFE、PFA、FEPおよびフッ素ゴムなどの離型性が良好な樹脂やゴムを単独または混合して用いてもよい。
The fixing
励磁手段240は少なくとも定着ベルト260の内部に配置された励磁コイルユニット241と、図示しない電源を含んでいる。励磁コイルユニット241はコイル243とコア部材244を含んでおり、定着ベルト260の約3部の1周にリッツ線を周回させて形成され、前記発熱板251と所定の間隔となるよう保持され、図示しない電源により交流電流が流れることにより、周囲に磁束を発生させて磁界を形成する。コア部材244は例えばフェライトやパーマロイなどの透磁率および比抵抗が高い磁性材料によって形成され、コイル243に対向するように略T字形をなしている。コア部材244はコイル243によって発生する磁束のうち発熱手段250とは反対側に発生する磁束の通路となる。
The exciting means 240 includes at least an
次いで、上記のように構成された定着装置の動作について説明する。 Next, the operation of the fixing device configured as described above will be described.
本実施例においても発熱手段250がキュリー温度以下にある場合は、励磁手段240に交流電流が流れることにより、励磁コイルユニット241の周りに磁束が発生する。発生した磁束は発熱板251の高透磁性導電層252と鎖交し、表皮効果により、高透磁性導電層252の励磁コイルユニット241と対向した表面付近を発熱させる。発熱手段250に発生した熱は定着ベルト260を介して加圧手段220とのニップ部に伝わる。
Also in this embodiment, when the heat generating means 250 is below the Curie temperature, a magnetic flux is generated around the
一方幅の狭い記録材を連続通過させると、記録材の非通過部分は温度が上昇しキュリー温度を超える。その場合、発熱板250の高透磁性導電層252が非磁性となって磁束がこの層を貫通する。高透磁性導電層252を貫通した磁束は、非磁性導電層253に浸透し、誘導電流を誘導し、この誘導電流は磁束を打ち消す方向に作用して反発磁界を発生し、その結果、磁束密度が低下して発熱量が低下する。よって全幅より小さなサイズの記録材を通過させても、非通過部分が異常に高温になることはない。また、非磁性導電層は最大記録材幅より僅かに広く形成されてあり、非磁性導電層を通じて端部へ熱が流出することがなく、温度ムラがなく、印加電力が低減できる。本実施例では、発熱板の熱容量が小さく、ウォームアップ時間の短縮、印加電力の低減が可能である。
On the other hand, when a narrow recording material is continuously passed, the temperature of the non-passing portion of the recording material rises and exceeds the Curie temperature. In that case, the highly permeable
(実施例4)
本発明の実施例4の特徴は、励磁手段240を外部に配置し、加圧ローラ221が定着ローラ280に対して定着ベルト260を挟んで加圧してニップを形成する点が実施例3と異なるのみで、固定した発熱手段250と、発熱手段250で発生した熱を定着ベルト260により加圧手段220との接触部に伝達するベルト方式の定着装置において、小サイズ記録材通過時の非通過部過昇温の防止と、印加電力低減を図るものである。
Example 4
The fourth embodiment of the present invention is different from the third embodiment in that the
本実施例に係る画像形成装置の概略構成は、実施例1(図1)と同様であるため、その説明を省略する。本実施例においては、定着装置の構成のみが実施例1と異なっている。 Since the schematic configuration of the image forming apparatus according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), description thereof is omitted. In this embodiment, only the configuration of the fixing device is different from that of the first embodiment.
図17は本実施例に係る定着装置の構成を示す断面図である。これらの図において、実施例3に係る定着装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the fixing device according to the present exemplary embodiment. In these drawings, the same parts as those of the fixing device according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
定着ベルト260は発熱手段250と定着ローラ280に張架された無端状のベルトで、発熱手段250で発生した熱を定着ローラ280および加圧手段220によって形成されるニップ部へ伝達する。
The fixing
定着ローラ280は直径が例えば30mmの円筒形状のローラで、定着ベルト260を介して加圧手段220に圧接し記録材が通過するニップ部を形成する。そして、定着ローラ280は加圧手段220の回転による定着ベルト260の移送に従動して記録材を搬送するように中心軸周りに回転する。定着ローラ280は例えば硬度JIS−A10度のシリコーンゴムなど熱伝導性が小さい材料によって成形されている。なお、定着ローラ280はシリコーンゴムを発泡させたものを用いてもよい。
The fixing
発熱手段250は少なくとも例えば円弧状に形成された発熱板251を有しており、発熱板251はキュリー温度を設定された整磁材料からなる高透磁性導電層252と、高透磁性導電層252を挟んで励磁コイルユニット241と対向する側(この場合は内側)に形成された非磁性層253よりなっており、所定位置に保持されている。高透磁性導電層252の肉厚は例えば0.6mmに形成されている。非磁性導電層253は例えば、肉厚30μmのアルミニウムが最大記録材幅より僅かに大きい320mmの範囲に形成されている。
The heat generating means 250 has at least a
非磁性導電層253の外側にはニッケルからなる保護層254が形成されているが、この保護層は254実施例1に係る保護層216と同様である。
A
励磁手段240は少なくとも定着ベルト260の外部に配置された励磁コイルユニット241と、図示しない電源を含んでいる。励磁コイルユニット241はコイル243とコア部材244を含んでおり、発熱手段250の略160度の範囲にリッツ線を周回させて形成されており、図示しない電源により交流電流が流れることにより、周囲に磁界を発生させる。コア部材244は例えばフェライトやパーマロイなどの透磁率および比抵抗が高い磁性材料によって形成され、コイル243を覆うように配置される。コア部材244はコイル243によって発生する磁束のうち発熱手段250とは反対側に発生する磁束の通路となる。
The exciting means 240 includes at least an
なお、本実施例に係る励磁コイルユニット241は定着ベルト260の外部から発熱板251を励磁するため、消耗品である定着ベルト260などの部品の交換やメンテナンスの作業効率が良好である。また、本実施例に係る構成は、発熱部とニップ部が分離されており、それぞれ最適な設定が可能な構成となっている。
In addition, since the
次いで、上記のように構成された定着装置の動作について説明する。 Next, the operation of the fixing device configured as described above will be described.
本実施例においても発熱手段がキュリー温度以下にある場合は、励磁手段240に交流電流が流れることにより、励磁コイルユニット241の周りに磁束が発生する。発生した磁束は表皮効果により、発熱板251を構成する高透磁性導電層252の励磁コイルユニット241と対向した表面付近を発熱させる。発熱手段250に発生した熱は定着ベルト260を介して加圧手段220とのニップ部へ伝達される。
Also in this embodiment, when the heat generating means is below the Curie temperature, an alternating current flows through the
一方、小サイズの記録材を連続通過させると、記録材の非通過部分は温度が上昇し、キュリー温度を超える。その場合、高透磁性導電層252が非磁性となって磁束がこの層を貫通する。高透磁性導電層252を貫通した磁束は、非磁性導電体253に浸透して誘導電流を誘導し、この誘導電流は磁束を打ち消す方向に作用して反発磁界を発生し、その結果磁束密度が低下して発熱量が低下する。よって、全幅より小さなサイズの記録材を通過させても、非通過部分が異常に高温になることはない。また、非磁性導電層253は最大記録材幅より僅かに広く形成されてあり、非磁性導電層253を通じた端部への熱流出はごく僅かで、温度ムラがなく、印加電力が低減できる。本実施例では、発熱板の熱容量が小さく、ウォームアップ時間の短縮、印加電力の低減が可能である。
On the other hand, when a small-sized recording material is continuously passed, the temperature of the non-passing portion of the recording material rises and exceeds the Curie temperature. In that case, the highly permeable
(実施例5)
本発明の実施例5の特徴は、発熱ローラ211の発熱層の肉厚を薄くし、軸および断熱支持層にて発熱層を支持する構成とした点が実施例2と異なるのみで、小サイズ記録材通過時の非通過部過昇温の防止と、印加電力低減を図るものである。
(Example 5)
The feature of the fifth embodiment of the present invention is that the thickness of the heat generating layer of the
本実施例に係る画像形成装置の概略構成は、実施例1(図1)と同様であるため、その説明を省略する。本実施例においては、定着装置の構成のみが実施例1と異なっている。 Since the schematic configuration of the image forming apparatus according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), description thereof is omitted. In this embodiment, only the configuration of the fixing device is different from that of the first embodiment.
図18および19は本実施例に係る定着装置の構成を示す断面図である。これらの図において、実施例2に係る定着装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。 18 and 19 are cross-sectional views showing the configuration of the fixing device according to this embodiment. In these drawings, the same portions as those of the fixing device according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
発熱手段210は、内側から順に回転自在に支持された軸262と、断熱支持層263と、発熱層261を備えた発熱ローラ270よりなり、発生した熱を加圧手段220の圧接によって形成されるニップ部へ伝達する。
The
発熱層261は、少なくともキュリー温度を設定された整磁材料からなる高透磁性導電層264と、非磁性導電層265と保護層266、および離型層267を含んでいる。高透磁性導電層264は、例えば直径は34mm、肉厚は0.2mmの薄肉円筒状に成形されている。
The
非磁性導電層265は高透磁性導電層264の内面に、銅を肉厚0.015mmで320mmの範囲に亘ってメッキにて形成されている。
The nonmagnetic
保護層266は非磁性導電層265の内面に320mmの範囲に亘って形成されている。
The
離型層276は高透磁性導電層264の外周面に全幅に亘って形成されている。また高透磁性導電層264と離型層276の間にシリコーンゴム等の弾性層を設けてもよい。
The release layer 276 is formed over the entire width of the outer peripheral surface of the highly permeable
断熱支持層263はシリコーンスポンジよりなり、上記軸262と発熱層261の間に配置され、加圧手段220の圧接により発熱層261が撓んで破壊することのないように支持し、幅広いニップを形成させている。なお、断熱支持層263はシリコーンスポンジに限らず、フッ素ゴム等の樹脂でもよい。
The heat insulating support layer 263 is made of silicone sponge and is disposed between the
次いで、上記のように構成された定着装置の動作について説明する。 Next, the operation of the fixing device configured as described above will be described.
本実施例においても発熱手段210がキュリー温度以下にある場合は、励磁手段240に交流電流が流れることにより、励磁コイルユニット241の周りに磁束が発生する。発生した磁束は表皮効果により、発熱層261の高透磁性導電層264のコイルと対向した表面付近を発熱させる。
Also in the present embodiment, when the heat generating means 210 is at or below the Curie temperature, an alternating current flows through the
一方幅の狭い記録材を連続通過させると、記録材の通過部分は温度が上昇しキュリー温度を超える。その場合、高透磁性導電層264が非磁性となって磁束がこの層を貫通する。高透磁性導電層264を貫通した磁束は、非磁性導電層265に浸透して誘導電流を誘導し、この誘導電流が磁束を打ち消す方向に作用して反発磁界を発生させ、その結果磁束密度が低下して発熱量が低下する。よって全幅より小さなサイズの記録材を通過させても、非通過部分が異常に高温になることはない。また、非磁性導電層265は最大記録材幅より僅かに広く形成されてあり、非磁性導電層を通じて端部へ熱が流出することがなく、温度ムラがなく、印加電力の低減が実現できる。
On the other hand, when a narrow recording material is continuously passed, the temperature of the passing portion of the recording material rises and exceeds the Curie temperature. In that case, the highly permeable
また、発熱手段210が薄肉の発熱ローラ211を、軸262と断熱支持層262とで保持し、一体的に回転するため、加圧手段220の小さい加圧力で広いニップの形成が可能であり、摩擦負荷の低減が実現できる。
Further, since the heat generating means 210 holds the thin
以上のように、本発明にかかる定着装置は、ウォームアップ時に迅速な立ち上がりが実現できるとともに、連続通紙時の用紙幅外の過昇温の抑制を両立させることができ、ゴム材の劣化や軸受部材の損傷なども有効に防止でき、さらに、温度ムラを軽減し、印加電力を低減することが可能であり、電磁誘導加熱方式によって未定着画像を記録材に加熱定着する定着装置などに有用である。 As described above, the fixing device according to the present invention can realize a rapid start-up at the time of warm-up and can simultaneously suppress the excessive temperature rise outside the paper width during continuous paper feeding, It can effectively prevent damage to the bearing member, reduce temperature unevenness, reduce applied power, and is useful for fixing devices that heat and fix unfixed images on recording materials by electromagnetic induction heating. It is.
200 定着装置
210 発熱手段
211、270 発熱ローラ
214 高透磁性導電層
215 非磁性導電層
220 加圧手段
221 加圧ローラ
230 温度センサ
240 励磁手段
241 励磁コイルユニット
251 発熱板
260 定着ベルト
200 Fixing device
210 Heating means 211, 270
Claims (23)
磁界を形成する励磁手段と、
少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、
前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備え、
前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有したものであり、
ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、
また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、当該装置が定着する対象の前記記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、前記透磁性導電層の長さがその記録材の長さよりも長く形成されており、前記非磁性導電層の長さがその記録材の長さより長くかつ前記透磁性導電層の長さよりも短く形成されていることを特徴とする定着装置。 A fixing device that heats and presses a recording material on which an image is formed with a color material and fixes the color material on the recording material,
Excitation means for forming a magnetic field;
At least part of the heat generation means that is in the magnetic field formed by the excitation means and generates heat by penetrating the magnetic field lines of the magnetic field;
A pressure means for bringing the recording material and the heat generating means into contact with each other and applying a pressure therebetween, and
The heat generating means has a magnetically permeable conductive layer and a nonmagnetic conductive layer,
Here, the magnetically permeable conductive layer is made of a magnetic shunt material that has magnetism at room temperature but loses magnetism when a predetermined temperature or higher is reached.
The permeable conductive layer and the non-magnetic conductive layer have a length of the permeable conductive layer in at least one direction on the surface on which the image of the recording material to be fixed by the apparatus is formed. The fixing device is formed longer than the length of the recording material, and the length of the nonmagnetic conductive layer is longer than the length of the recording material and shorter than the length of the magnetically permeable conductive layer. .
磁界を形成する励磁手段と、
少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、
前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備え、
前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有したものであり、
ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、
また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、当該装置が定着する対象の前記記録材の画像が形成された面上の少なくとも一の方向について、前記透磁性導電層の長さがその記録材の長さよりも長く形成されており、前記非磁性導電層の長さがその記録材の長さより長くかつ前記透磁性導電層の長さよりも短く、前記励磁手段の長さとほぼ等しく形成されていることを特徴とする定着装置。 A fixing device that heats and presses a recording material on which an image is formed with a color material and fixes the color material on the recording material,
Excitation means for forming a magnetic field;
At least part of the heat generation means that is in the magnetic field formed by the excitation means and generates heat by penetrating the magnetic field lines of the magnetic field;
A pressure means for bringing the recording material and the heat generating means into contact with each other and applying a pressure therebetween, and
The heat generating means has a magnetically permeable conductive layer and a nonmagnetic conductive layer,
Here, the magnetically permeable conductive layer is made of a magnetic shunt material that has magnetism at room temperature but loses magnetism when a predetermined temperature or higher is reached.
The permeable conductive layer and the non-magnetic conductive layer have a length of the permeable conductive layer in at least one direction on the surface on which the image of the recording material to be fixed by the apparatus is formed. It is formed longer than the length of the recording material, and the length of the nonmagnetic conductive layer is longer than the length of the recording material and shorter than the length of the magnetically permeable conductive layer, and is formed approximately equal to the length of the excitation means. A fixing device.
磁界を形成する励磁手段と、
少なくとも一部が、前記励磁手段によって形成された磁界内にあって、その磁界の磁力線を内部に浸透させて発熱する発熱手段と、
走行する前記記録材と前記発熱手段とを互いに接触させてそれらの間に圧力を与える加圧手段とを含み備え、
前記発熱手段は、透磁性導電層と非磁性導電層とを有したものであり、
ここで、前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、
また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、少なくとも前記発熱手段に対し相対移動する前記記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、前記透磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅よりも広く形成されており、前記非磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅より広くかつ前記透磁性導電層の幅よりも狭く、前記励磁手段の幅とほぼ等しく形成されていることを特徴とする定着装置。 A fixing device in which an image is formed on a surface with a color material and a recording material that moves relative to the apparatus is heated and pressed to fix the color material on the recording material,
Excitation means for forming a magnetic field;
At least part of the heat generation means that is in the magnetic field formed by the excitation means and generates heat by penetrating the magnetic field lines of the magnetic field;
Including a pressurizing means for bringing the traveling recording material and the heat generating means into contact with each other and applying a pressure therebetween,
The heat generating means has a magnetically permeable conductive layer and a nonmagnetic conductive layer,
Here, the magnetically permeable conductive layer is made of a magnetic shunt material that has magnetism at room temperature but loses magnetism when a predetermined temperature or higher is reached.
The permeable conductive layer and the nonmagnetic conductive layer have at least a width of the permeable conductive layer in a width direction which is a direction perpendicular to the moving direction of the recording material moving relative to the heat generating means. It is formed wider than the sheet passing width of the recording material, and the width of the non-magnetic conductive layer is wider than the sheet passing width of the recording material and smaller than the width of the magnetically permeable conductive layer, and is substantially equal to the width of the excitation means. A fixing device characterized in that the fixing device is provided.
そして、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、前記円柱の周部分において、当該発熱ローラの回転に伴ってそれらが一体的に回転するように、かつ、非磁性導電層が前記励磁手段との間に透磁性導電層を挟む側に形成されたことを特徴とする請求項3記載の定着装置。 The heating means is a cylindrical heating roller that can rotate,
The magnetically permeable conductive layer and the nonmagnetic conductive layer are integrally rotated with the rotation of the heat generating roller in the peripheral portion of the cylinder, and the nonmagnetic conductive layer is the excitation means. The fixing device according to claim 3, wherein the fixing device is formed on a side where the magnetically permeable conductive layer is sandwiched between the fixing device and the fixing device.
そして、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、前記円筒の周部分において、当該発熱ローラの回転に伴ってそれらが一体的に回転するように、かつ、非磁性導電層が前記励磁手段との間に透磁性導電層を挟む側に形成されたことを特徴とする請求項3記載の定着装置。 The heating means is a hollow cylindrical heating roller that can rotate,
The magnetically permeable conductive layer and the nonmagnetic conductive layer are integrally rotated with the rotation of the heat generating roller in the circumferential portion of the cylinder, and the nonmagnetic conductive layer is the excitation means. The fixing device according to claim 3, wherein the fixing device is formed on a side where the magnetically permeable conductive layer is sandwiched between the fixing device and the fixing device.
前記非磁性導電層は、前記幅方向について、幅が、前記記録材の通紙幅よりも広い前記加圧ローラの幅とほぼ等しく又はそれよりもさらに僅かに広く形成されていることを特徴とする請求項3記載の定着装置。 The pressure means includes a pressure roller,
The non-magnetic conductive layer is characterized in that, in the width direction, the width is substantially equal to or slightly wider than the width of the pressure roller wider than the sheet passing width of the recording material. The fixing device according to claim 3.
ここで、前記保護層は、幅が前記非磁性導電層の幅とほぼ等しく形成されていることを特徴とする請求項3記載の定着装置。 The heating means further has a protective film on the surface of the nonmagnetic conductive layer,
4. The fixing device according to claim 3, wherein the protective layer has a width substantially equal to a width of the nonmagnetic conductive layer.
ここで、前記保護層は、幅が前記透磁性導電層の幅とほぼ等しく形成されていることを特徴とする請求項3記載の定着装置。 The heating means further has a protective film on the surface of the nonmagnetic conductive layer,
4. The fixing device according to claim 3, wherein the protective layer has a width substantially equal to a width of the magnetically permeable conductive layer.
透磁性導電層と非磁性導電層とを有し、
前記透磁性導電層は、常温では磁性を有するも所定の温度以上になると磁性が無くなる整磁材料からなっており、
また、前記透磁性導電層及び前記非磁性導電層は、移動する前記記録材のその移動方向に直交した方向である幅方向について、前記透磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅よりも広く形成されており、前記非磁性導電層の幅がその記録材の通紙幅より広くかつ前記透磁性導電層の幅よりも狭く、前記励磁手段の幅とほぼ等しく形成されていることを特徴とする発熱ローラ。 A recording medium that is disposed in a magnetic field formed by excitation means and generates heat by penetrating the magnetic field lines of the magnetic field, and an image is formed with a color material on the surface and moves in contact with the roller A heating roller that heats the coloring material to be fixed on the recording material,
A magnetically permeable conductive layer and a nonmagnetic conductive layer;
The magnetically permeable conductive layer is made of a magnetic shunt material that has magnetism at room temperature but loses magnetism at a predetermined temperature or higher,
The magnetically permeable conductive layer and the nonmagnetic conductive layer have a width direction that is a direction perpendicular to the moving direction of the moving recording material, and the width of the permeable conductive layer is larger than the sheet passing width of the recording material. The width of the nonmagnetic conductive layer is wider than the sheet passing width of the recording material and narrower than the width of the magnetically permeable conductive layer, and is substantially equal to the width of the excitation means. Heating roller.
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