JP5311180B2 - Fixing apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は定着装置及び画像形成装置に関し、詳細には電磁誘導加熱方式で定着ローラを加熱し、その定着ローラの発熱で記録媒体に画像を定着させる定着装置に関する。 The present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus, and more particularly to a fixing device that heats a fixing roller by an electromagnetic induction heating method and fixes an image on a recording medium by heat generated by the fixing roller.
複写機、プリンタ、FAX等は、普通紙やOHP等の記録部材上に画像を形成する工程を有する。記録部材上に画像を形成する工程としては、様々な画像記録方式が実現されているが、その中でも高速性、画像品質、コストなどから、上記の機器に広く採用されているのが電子写真方式である。電子写真方式の複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置の現像、転写部に於いては、電子情報や光情報である画像情報から潜像を形成し、顔料を含む熱可塑性の樹脂等よりなるトナー(顕画剤)を用いて現像し、記録部材上に直接方式又は間接(転写)方式で転写してトナー画像とする。定着装置は、この記録部材上に転写されたトナー画像を記録部材上に永久固着画像として加熱定着処理をする装置である。このような定着装置の定着方式としては、高速性、安全性等の面からヒートローラ方式が現在最も多く採用されている。 A copying machine, a printer, a FAX, and the like have a process of forming an image on a recording member such as plain paper or OHP. Various image recording methods have been realized as a process of forming an image on a recording member. Among them, the electrophotographic method is widely adopted in the above-mentioned devices because of high speed, image quality, cost, etc. It is. In the development and transfer section of image forming apparatuses such as electrophotographic copying machines, printers, fax machines, etc., a latent image is formed from image information, which is electronic information or optical information, and a thermoplastic resin containing pigment is used. The toner (developer) is developed and transferred onto the recording member by a direct method or an indirect (transfer) method to obtain a toner image. The fixing device is a device that heat-fixes the toner image transferred onto the recording member as a permanently fixed image on the recording member. As a fixing method of such a fixing device, the heat roller method is currently most frequently used from the viewpoint of high speed and safety.
ヒートローラ方式とは、熱源により加熱される加熱ローラ(以下定着ローラと称す)と、これに対向配置される加圧ローラを圧接してニップ部と呼ばれる相互圧接部を形成し、両ローラ間にシート状の記録部材を通過させて、記録部材上のトナーを加熱定着する方式である。熱源にはハロゲンランプを使用し、ハロゲンランプを定着ローラに内蔵させ定着ローラを内部から加熱して、定着ローラ表面の温度を定着に適当な温度に加熱するものが一般的であった。しかしながら、ハロゲンランプを使用するヒートローラ方式は、定着ローラの小熱容量化(薄肉化)に限界があることと、ハロゲンヒータ自体の立ち上がりの遅さから立上時間が遅いという課題があった。 In the heat roller method, a heating roller heated by a heat source (hereinafter referred to as a fixing roller) and a pressure roller disposed opposite to the heating roller are pressed to form a mutual pressure contact portion called a nip portion. In this method, the sheet-like recording member is passed and the toner on the recording member is heated and fixed. Generally, a halogen lamp is used as a heat source, the halogen lamp is built in the fixing roller, the fixing roller is heated from the inside, and the surface temperature of the fixing roller is heated to an appropriate temperature for fixing. However, the heat roller system using a halogen lamp has a problem that there is a limit in reducing the heat capacity (thinning) of the fixing roller and that the start-up time is slow due to the slow start-up of the halogen heater itself.
そこで、近年では定着ローラを加熱する手段として、電磁誘導加熱方式の利用が検討されている。これは導電層を有する定着ローラに磁界発生手段によって発生させた交番磁界により渦電流を発生させて電磁誘導加熱を行うものである。この電磁誘導加熱方式は、加熱対象である定着ローラ表面層を直接加熱することができるため、ハロゲンヒータに比べて加熱の立ち上がりが速く、運転開始時の待ち時間が短くて済む。また、熱供給速度が速いので画像形成装置の高速運転にも追随できる。 Therefore, in recent years, the use of an electromagnetic induction heating method has been studied as a means for heating the fixing roller. In this method, electromagnetic induction heating is performed by generating an eddy current by an alternating magnetic field generated by a magnetic field generating means on a fixing roller having a conductive layer. Since this electromagnetic induction heating method can directly heat the surface layer of the fixing roller to be heated, the rise of heating is faster than the halogen heater, and the waiting time at the start of operation can be shortened. Further, since the heat supply rate is fast, it is possible to follow high-speed operation of the image forming apparatus.
例えば、特許文献1によれば、電磁誘導加熱方式による定着ローラを内側から外側に順に、支持層(芯金)、スポンジ層(発泡体層)、電磁誘導発熱性層、弾性層、離型層の5層から構成しており、これにより、発熱層で発生した熱量をスポンジ層により断熱して、定着ローラ表層側の弾性層及び離型層を迅速に加熱することができる。この構成により定着ローラ表面が定着に必要な温度に迅速に到達するとともに、紙等の記録媒体に熱が奪われても、熱の供給が迅速に行われるため、ハロゲンランプを使用するよりも高速運転が可能である。
For example, according to
電磁誘導加熱方式には、発熱部材である電磁誘導発熱性層が薄いため、ベルト加熱方式同様、定着ローラの長手方向の温度分布を制御することが難しいという課題がある。定着装置には、小サイズの記録媒体を連続的に定着する場合に、定着ローラの一部又は全部に過昇温が生じることがあった。一般的な画像形成装置は、幅方向のサイズが異なる数種類の記録媒体に対して、画像形成ができるように構成されている。ここで、幅方向サイズの異なる記録媒体とは、JIS寸法のA列やB列における種々の定形サイズの記録媒体の他に、不定形サイズの記録媒体も含まれる。また、同一サイズ(例えば、A4サイズ)の記録媒体であっても、長手方向を搬送方向にした場合と、短手方向(長手方向に直交する方向)を搬送方向にした場合とでは、幅方向サイズの異なる記録媒体を扱っていることになる。このような幅方向サイズの異なる記録媒体を定着装置で定着する場合には、記録媒体の幅方向サイズに応じて、定着部材の幅方向の熱分布が変動して、温度ムラが生じてしまう場合があった。例えば、幅方向サイズの小さな記録媒体を通紙して定着する場合には、その記録媒体の幅方向サイズに対応する定着ローラの位置(通紙領域)では熱が多く奪われて、その他の位置(非通紙領域)に比べて定着温度が低くなる。このような現象は、幅方向サイズの小さな記録媒体を連続的に通紙するような場合に、特に顕著になる。 The electromagnetic induction heating method has a problem that it is difficult to control the temperature distribution in the longitudinal direction of the fixing roller, like the belt heating method, because the electromagnetic induction heat generating layer as a heat generating member is thin. In the fixing device, when a small-sized recording medium is continuously fixed, an excessive temperature rise may occur in a part or all of the fixing roller. A general image forming apparatus is configured to form an image on several types of recording media having different sizes in the width direction. Here, the recording media having different sizes in the width direction include recording media of irregular sizes in addition to recording media of various regular sizes in the A and B rows of JIS dimensions. Even in the case of recording media of the same size (for example, A4 size), the width direction is different between when the longitudinal direction is the transport direction and when the short direction (the direction perpendicular to the longitudinal direction) is the transport direction. You are dealing with recording media of different sizes. When fixing such a recording medium having a different size in the width direction with the fixing device, the heat distribution in the width direction of the fixing member varies depending on the size in the width direction of the recording medium, resulting in temperature unevenness. was there. For example, when a recording medium having a small width direction size is passed and fixed, a large amount of heat is taken away at the position of the fixing roller (paper passing area) corresponding to the width direction size of the recording medium. The fixing temperature is lower than (non-sheet passing area). Such a phenomenon becomes particularly prominent when a recording medium having a small size in the width direction is continuously fed.
そこで、常に通紙領域となる定着ローラの幅方向中央部の定着温度を基準として定着ローラの幅方向全域の定着温度を制御しようとすると、定着ローラの幅方向中央部の定着温度は所望の温度に制御できるものの、幅方向両端部の定着温度が上昇(過昇温)してしまうことになる。このように、定着ローラの幅方向両端部の定着温度が上昇した状態で、幅方向サイズの大きな記録媒体を定着すると、温度上昇位置に対応した記録媒体上にホットオフセットが発生してしまう。さらに、幅方向両端部の定着温度が定着ローラの耐熱温度を超えた場合には、定着ローラに熱的破損が生じることも考えられる。これに対して、定着ローラの幅方向両端部の定着温度を基準として定着部材の幅方向全域の定着温度を制御しようとすると、定着ローラの幅方向両端部の定着温度は所望の温度に制御できるものの、幅方向中央部の定着温度が下降してしまうことになる。このように、定着部材の幅方向中央部の定着温度が下降した状態で記録媒体を定着すると、温度下降位置に対応した記録媒体上にコールドオフセットが発生してしまう。 Therefore, if it is attempted to control the fixing temperature in the entire width direction of the fixing roller with reference to the fixing temperature in the width direction central portion of the fixing roller, which is always a sheet passing area, the fixing temperature in the center portion in the width direction of the fixing roller is a desired temperature However, the fixing temperature at both ends in the width direction is increased (overheated). As described above, when a large recording medium in the width direction is fixed in a state where the fixing temperature at both ends in the width direction of the fixing roller is increased, a hot offset occurs on the recording medium corresponding to the temperature increase position. Furthermore, when the fixing temperature at both ends in the width direction exceeds the heat resistance temperature of the fixing roller, the fixing roller may be thermally damaged. On the other hand, if it is attempted to control the fixing temperature in the entire width direction of the fixing member based on the fixing temperature at both ends in the width direction of the fixing roller, the fixing temperature at both ends in the width direction of the fixing roller can be controlled to a desired temperature. However, the fixing temperature at the center in the width direction is lowered. As described above, when the recording medium is fixed in a state where the fixing temperature at the center portion in the width direction of the fixing member is lowered, a cold offset occurs on the recording medium corresponding to the temperature lowered position.
この課題に対して、従来のハロゲンヒータを加熱源としている定着装置では、配光分布を中央部と端部に分けた複数本のヒータを使用してそれぞれに制御することにより、定着ローラの温度制御を行ってきた。しかし、コイルから発生する磁束により対象を加熱する電磁誘導加熱方式では、ハロゲンヒータのように中央部を加熱するコイルと端部を加熱するコイルを別々に配置する方法では、装置のコスト高やコイル同士の干渉等多くの問題があり現実的には困難であった。 To solve this problem, in a fixing device using a conventional halogen heater as a heating source, the temperature of the fixing roller is controlled by using a plurality of heaters divided into a central portion and an end portion, respectively. Control has been done. However, in the electromagnetic induction heating method in which the object is heated by the magnetic flux generated from the coil, the method of separately arranging the coil for heating the center part and the coil for heating the end part, such as a halogen heater, increases the cost of the apparatus and the coil. There were many problems such as mutual interference, which was difficult in practice.
そこで、消磁用二次コイルを利用する方法が特許文献2〜4に提案されている。これは、電磁誘導加熱を行う励磁コイルのほかに「消磁用二次コイル」を非通紙領域に対応した位置に設置し、励磁コイルが発生する磁束変化によって発生する消磁用二次コイルの誘導起電力と誘導電流によって非通紙領域の磁束を低減することで過昇温を防止する方法である。発熱を抑制する時は、リレー及びFETやIGBT等のスイッチング回路によって消磁用二次コイル部を閉回路として電流を発生させる。発熱を抑制しない時には、スイッチング回路によって消磁コイル部を開として、コイルとして機能させないため消磁用磁束を発生させない。このスイッチの開閉によって発熱を制御する。
Therefore, methods using a degaussing secondary coil are proposed in
詳細に説明すると、加熱ローラの内部に、シートの幅方向に延在し3分割された磁性コアと、この磁性コアの周りで加熱ローラの内側に沿うように層状に巻回された励磁コイルを設けるとともに、励磁コイルの層に対して垂直な方向に延在する磁性コアの両端の周りをそれぞれ巻回する消磁コイル(キャンセルコイル)を設置する。最大幅のシート(記録部材)を定着するときは、スイッチング回路によって消磁コイルが開にされて機能しない。よって、最大幅のシートの全域について定着を良好に行うことができる。最大幅のシートよりも小さい幅のシートを定着するときは、スイッチング回路によって消磁コイルが閉じられる。その結果、シートの幅方向に関して加熱ローラの端部では、励磁コイルによる磁束変化が加熱ローラでの誘導電流(渦電流)だけでなく消磁コイルでの逆起電力(それに伴う電流)をも生じさせる。したがって、加熱ローラの端部の温度上昇が抑えられる。
しかしながら、上記特許文献2〜4のような、消磁コイルを利用したヒートローラ方式の誘導加熱定着によれば、励磁コイルと消磁コイルの磁束経路には空間があるため漏洩磁束は避けられないため十分な消磁効果を得ることができない。また、消磁効果を大きくするためには、消磁コイルの巻き数を増やしたり、消磁コイル自体を大きくしたりという方法があるが加熱装置が大きくなってしまう。更に、励磁コイルと消磁コイルの磁束路にコアを設置して磁気的な結合を高める方法があるが加熱装置の構造が複雑になってしまう。
However, according to the heat roller type induction heating and fixing using a demagnetizing coil as in
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を制御可能な電磁誘導加熱方式の定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, to provide a fixing device and an image forming apparatus of an electromagnetic induction heating can be controlled electromagnetic induction heating method to suppress effect of the heating member by the excitation coil Objective.
前記問題点を解決するために、画像形成装置において記録部材を狭持搬送しながら加熱部材を用いて前記記録部材に画像を加熱定着する、本発明の定着装置は、加熱部材に沿うように配置され交番磁束を生成して加熱部材を電磁誘導加熱する励磁コイルと、該励磁コイルにより生成した交番磁束の一部を周回し交番磁束を発生させる消磁コイルと、該消磁コイルに接続され、かつ異なる静電容量を有する複数のコンデンサのいずれかに切り替える静電容量切替手段とを有し、静電容量切替手段によって、コンデンサの静電容量Cが、
更に、静電容量切替手段によって、コンデンサの静電容量Cが、
(但し、fは励磁コイルの交番磁界の周波数、Lは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。)を満たすコンデンサに切り替える。よって、副誘導コイルに、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を持たせることで、非通紙部昇温を確実に防止できる。
Further, the capacitance C of the capacitor is changed by the capacitance switching means.
(Where f is the frequency of the alternating magnetic field of the exciting coil, L is the inductance of the degaussing coil, and π is the circular ratio). Therefore, by giving the sub induction coil the effect of suppressing the electromagnetic induction heating of the heating member by the exciting coil, it is possible to reliably prevent the temperature rise of the non-sheet passing portion.
また、静電容量切替手段によって、コンデンサの静電容量Cが、
(但し、fは励磁コイルの交番磁界の周波数、Lは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。)を満たすコンデンサに切り替える。よって、副誘導コイルに、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を持たせることで、非通紙部昇温を確実に防止できる。
Further, the capacitance C of the capacitor is changed by the capacitance switching means.
(Where f is the frequency of the alternating magnetic field of the exciting coil, L is the inductance of the degaussing coil, and π is the circular ratio). Therefore, by giving the sub induction coil the effect of suppressing the electromagnetic induction heating of the heating member by the exciting coil, it is possible to reliably prevent the temperature rise of the non-sheet passing portion.
また、記録部材の材質、記録部材の横幅又は記録部材上の画像領域幅に応じて、静電容量切替手段によってコンデンサのいずれかに切り替える。Further, according to the material of the recording member, the lateral width of the recording member, or the image area width on the recording member, the capacitance is switched to one of the capacitors by the electrostatic capacity switching means.
本発明の定着装置は、画像形成装置において記録部材を狭持搬送しながら加熱部材を用いて前記記録部材に画像を加熱定着する定着装置において、加熱部材に沿うように配置され交番磁束を生成して加熱部材を電磁誘導加熱する励磁コイルと、該励磁コイルにより生成した交番磁束の一部を周回し交番磁束を発生させる消磁コイルと、該消磁コイルに接続された可変コンデンサの静電容量を可変する静電容量可変手段とを有し、静電容量可変手段によって、可変コンデンサの静電容量Cを、
(但し、fは励磁コイルの交番磁界の周波数、Lは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。)を満たすように可変することに特徴がある。よって、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を制御可能な電磁誘導加熱方式の定着装置を提供することができる。
The fixing device of the present invention is arranged along the heating member to generate an alternating magnetic flux in the fixing device that heats and fixes the image on the recording member using the heating member while nipping and conveying the recording member in the image forming apparatus. The capacitance of the exciting coil that electromagnetically heats the heating member, the demagnetizing coil that circulates a part of the alternating magnetic flux generated by the exciting coil and generates the alternating magnetic flux, and the variable capacitor connected to the demagnetizing coil is variable. Electrostatic capacity variable means, and by the electrostatic capacity variable means, the electrostatic capacity C of the variable capacitor is
(Where f is the frequency of the alternating magnetic field of the exciting coil, L is the inductance of the degaussing coil, and π is the circular ratio). Therefore, it is possible to provide an electromagnetic induction heating type fixing device capable of controlling the effect of suppressing the electromagnetic induction heating of the heating member by the exciting coil.
また、静電容量可変手段によって、可変コンデンサの容量Cを、
(但し、fは励磁コイルの交番磁界の周波数、Lは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。)を満たすように可変する。よって、副誘導コイルに、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を持たせることで、非通紙部昇温を確実に防止できる。
Further, the capacitance C of the variable capacitor is changed by the capacitance changing means.
(Where f is the frequency of the alternating magnetic field of the exciting coil, L is the inductance of the degaussing coil, and π is the circular ratio). Therefore, by giving the sub induction coil the effect of suppressing the electromagnetic induction heating of the heating member by the exciting coil, it is possible to reliably prevent the temperature rise of the non-sheet passing portion.
更に、静電容量可変手段によって、可変コンデンサの容量Cを、
(但し、fは励磁コイルの交番磁界の周波数、Lは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。)を満たすように可変する。よって、副誘導コイルに、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を持たせることで、非通紙部昇温を確実に防止できる。
Furthermore, the capacitance C of the variable capacitor is changed by the capacitance changing means.
(Where f is the frequency of the alternating magnetic field of the exciting coil, L is the inductance of the degaussing coil, and π is the circular ratio). Therefore, by giving the sub induction coil the effect of suppressing the electromagnetic induction heating of the heating member by the exciting coil, it is possible to reliably prevent the temperature rise of the non-sheet passing portion.
また、記録部材の材質、記録部材の横幅又は記録部材上の画像領域幅に応じて、静電容量可変手段によって可変コンデンサの静電容量を可変する。よって、異なる横幅の記録部材が不連続に通紙されても、又は記録部材上の画像領域幅の画像が異なる記録部材が通紙されても、端部の過昇温を確実に防止でき、かつ記録部材の横幅又は記録部材上の画像領域幅に応じた定着温度分布を適切に制御できる。 Further, the capacitance of the variable capacitor is varied by the capacitance varying means according to the material of the recording member, the lateral width of the recording member, or the image area width on the recording member . Therefore, even when recording members having different widths are discontinuously passed, or even when recording members having different image area width images on the recording member are passed, it is possible to reliably prevent overheating of the end portion, In addition, it is possible to appropriately control the fixing temperature distribution according to the lateral width of the recording member or the image area width on the recording member.
更に、別の発明としての画像形成装置は、上記定着装置を備え、記録部材に画像形成することに特徴がある。よって、定着効率を向上でき、高画質な画像形成が可能となる。 Further, an image forming apparatus as another invention includes the above fixing device and is characterized in that an image is formed on a recording member. Therefore, fixing efficiency can be improved, and high-quality image formation is possible.
本発明の定着装置によれば、消磁コイルに接続されるコンデンサの静電容量を設定し、励磁コイル、消磁コイル及びコンデンサで構成する副誘導回路のインピーダンスが低くして消磁コイルに大きな電流を流すことにより、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を制御可能となる。 According to the fixing device of the present invention, the capacitance of the capacitor connected to the degaussing coil is set, the impedance of the auxiliary induction circuit composed of the exciting coil, the degaussing coil, and the capacitor is lowered, and a large current flows through the degaussing coil. Thus, the effect of suppressing the electromagnetic induction heating of the heating member by the exciting coil can be controlled.
図1は本発明の定着装置の構成を示す断面図である。図2は本発明の定着装置のコイルの配置を示す図である。なお、図1は本発明の定着装置の定着ローラの軸に垂直な断面を示しており、図2における定着ローラ2の端部に近い磁性コア5bの存在している部分の断面図である。また、図2では、説明の都合上、磁性コア5のうち、磁性コア5a,5cは省略して、コイルの巻き線の無い位置に配置されている磁性コア5b,5dのみを図示してある。また、定着ローラ2は、コイルの真下にあり、コイルと重ねて示すべきであるが見難いので、下方にずらして示している。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the fixing device of the present invention. FIG. 2 is a view showing the arrangement of the coils of the fixing device of the present invention. FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the axis of the fixing roller of the fixing device of the present invention, and is a cross sectional view of a portion where the
図1に示すように、本発明の定着装置10は、後述する励磁コイル3により発生した磁束の周回路上に配置された消磁コイルに相当する副誘導コイル1と、加熱部材である定着ローラ2と、磁界発生手段である励磁コイル3と、定着ローラ2とニップ領域を形成する加圧ローラ4と、励磁コイル3に交番電流を印加することにより発生した磁界を外部に漏らさないようにする磁性コア5とを含んで構成されている。
As shown in FIG. 1, a fixing
本発明の定着装置10においては、図2に示すように、定着ローラ2は外径40mmで、長さが320mmとし、最大でA3サイズ(幅:297mm)の用紙を加熱定着できる。励磁コイル3により発生した磁界が定着ローラ2の表面層である発熱層21を誘導加熱する。記録部材6は定着ローラ2と加圧ローラ4とで構成するニップ領域を通過することにより加圧されながら、定着ローラ2から熱を与えられ記録部材6上のトナーが記録部材6に加熱定着される。A4サイズ(幅:210mm)の用紙など定着ローラ2の幅より狭い幅の用紙を加熱定着するときは、図2に示すように、A4サイズの用紙の中央部を定着ローラ2の中央部に合わせて使用するようになっている。
In the fixing
また、励磁コイル3は、表面を絶縁した外径0.15mmの銅製の線材を90本束ねた線束からなっており、図2に示すように、定着ローラ2の回転軸方向に延伸、定着ローラ2に沿うように10回周回している。この励磁コイル3は、図示していないが、磁界発生のための交番電流を供給する電源に接続されている。励磁コイル3には、図2からもわかるように、線束が定着ローラ2の回転軸方向と平行かつ直線になっている直線部と、定着ローラ2の端部に臨む付近で半円状に曲がっている湾曲部が存在する。直線部と湾曲部では発生する磁界の強さが異なるため、励磁コイル3の直線方向の長さは、直線部が定着ローラ2の長さと略一致するか少し長めとして湾曲部の影響を小さくしている。これは定着ローラ2の回転軸方向の発熱を均一にするためである。
Further, the
更に、副誘導コイル1は、励磁コイル3に使用している線束と同一の線束を使用し、図1,2に示すように、定着ローラ2の両端部付近に臨むように配置されている。本発明では、定着ローラ2の中心から軸方向に沿っておよそ105mmより端部側を囲むように励磁コイル3に沿って磁性コア5bを囲むように配置されている。これは、追って詳しく説明するが、A4サイズの用紙を定着する際に、副誘導コイル1が効率的に定着ローラ2の端部の非通紙領域を消磁するためである。副誘導コイル1は、それぞれ定着ローラ2表面に沿うように励磁コイル3より少ない6回周回している。副誘導コイル1は、励磁コイル3同様、発熱層21を臨む位置に配置されており、励磁コイル3の周回部内側、かつ定着ローラ2側に設置して加熱装置全体の大きさを小さくしてある。なお、副誘導コイル1は、図1に示す構成の一例の他に、図3の(a)に示すように励磁コイル3と発熱層21との間に、もしくは図3の(b)に示すように励磁コイル3と磁性コア5aとの間に積層させるように形成しても良いが、副誘導コイル、励磁コイルの形状、配置によってのみから鑑み、副誘導コイルの消磁性能は、図3の(a)に示す構成や配置、図3の(b)に示す構成や配置、図1に示す構成や配置、の順に高くが、本実施の形態では後述する副誘導コイルに接続するコンデンサにより消磁性能を向上させることが可能となるため、副誘導コイルが励磁コイルにより生成した交番磁束の一部を周回する位置にあれば、どのような構成であっても良い。
Further, the
また、磁性コア5は、図1及び図2に示すように、定着ローラ2の発熱層21のおよそ半周面に対向するように励磁コイル3の背後に配置される第1の磁性コア5aと、第1の磁性コア5aから副誘導コイル1の中央部に伸びている第2の磁性コア5bと、励磁コイル3のみの中央部に伸びている第3の磁性コア5dと、第1の磁性コア5aの端部で励磁コイル3を囲むように配置されている第4の磁性コア5cとからなっている。これらの磁性コア5a,5b,5c,5dは、磁束を効率よく定着ローラ2の発熱層21に到達させるためのものであり、強磁性体で電気抵抗率の高い素材からなるものが望ましく、具体的な素材としてはフェライトやパーマロイ等が挙げられる。なお、図1では明確に示していないが、磁性コア5aは、湾曲した板状対でもよく、湾曲した棒状体が複数本簀の子状に配置された形状でもよい。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the
図4は本発明の定着装置における副誘導回路を示す回路図である。同図に示す本発明の定着装置における誘導用回路は、副誘導コイル1、スイッチ11及び副誘導コイル1の交番磁束の発生方向を切り替える静電容量切替手段12を含んで構成されている。本発明の定着装置では、スイッチ11としてメカニカルリレーを用いているが、この他、トライアック、FET及びIGBTなどを利用することもでき、外部磁界の変動に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子を設置し、任意のタイミングでの磁気印加もしくは励磁コイルの発生磁界により副誘導コイルの電流を変化させる構成など、副誘導回路の開閉を切り替えることができればどのようなものでもよい。静電容量切替手段12は、副誘導コイル1の交番磁束の発生方向を切り替えるために、後述するように異なる静電容量の複数のコンデンサのいずれかに切り替えたり、可変コンデンサの静電容量を可変して、励磁コイル3によって発生する起電力による誘導電流の大きさや、交番電流の位相の波形や、副誘導回路における励磁コイル3の交番電流との共振挙動を調整するものである。本発明の定着装置における静電容量切替手段12の一例としては、図5に示すように、異なる所定の静電容量を有する2つのコンデンサ12−1,12−2と、いずれかのコンデンサ12−1,12−2を切り替えるスイッチ12−3とを具備している。また、静電容量切替手段12の他の例としては、図6に示すように、可変コンデンサ12−4で構成され、当該可変コンデンサ12−4の静電容量を可変する。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a sub induction circuit in the fixing device of the present invention. The induction circuit in the fixing device of the present invention shown in FIG. 1 includes a
また、本実施の形態の定着装置10における加熱部材である定着ローラ2は、図1及び図2に示すように、回転軸方向の長さが320mm、外径40mmで、発熱部材の表面に形成された離型層、発熱部材本体である導電性の発熱層21、弾性層22、芯金層23から構成されている。各層の位置関係は図1に示すように、離型層、発熱層21、弾性層22、芯金層23の順になっており、ハロゲンランプのヒートローラとは異なっている。なお、図1では離型層は発熱層21と一体のものとして示している。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the fixing
そして、発熱層21は、交番磁界により渦電流が発生しやすく電磁誘導加熱に適した良電導性、良伝熱性の金属部材で構成される。電磁誘導加熱に適した金属としては一般的には高抵抗のものが知られているが、低抵抗であっても良伝熱性の金属部材を薄層化することにより、発熱層21の実質的な抵抗値を任意に設定することができ発熱量を調整することができる。本実施の形態では発熱層21には、10μmの厚さの銅を50μmの厚さの非磁性ステンレス層にメッキ処理した構成を使用した。発熱層21は良電導性、良伝熱性であれば良いので、銀,アルミニウム,マグネシウム等、もしくは磁性体であるニッケルや磁性ステンレス等の他の金属層を用いても良い。
The
また、定着ローラ2の最外層である発熱層21表面には、図1には明示していないが、記録部材上のトナーが付着しないように離型層が形成されている。離型層はPTFE、PFA、FEP等のフッ素樹脂、これらの樹脂の混合物、又は、これらの樹脂を耐熱性樹脂に分散させたものを用いればよい。離型層の層厚は、5〜50μm(好ましくは、10〜30μm)に形成される。これにより、定着ローラ2上を通過する記録部材やトナー離型性が向上する。
A release layer is formed on the surface of the
更に、弾性層22にはフッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム等の弾性体を使用する。弾性層22により、ニップ領域の幅を増やし、その硬度の調整で排紙方向を制御し、記録部材の分離性能を向上できる。弾性層22はスポンジゴムにすることで定着ローラ2の内側への伝熱を抑止して発熱層21の熱を断熱保持し、定着ローラ2の表層を迅速に加熱して定着に必要な温度まで迅速に到達させ、記録部材6に熱が奪われても熱供給をスムーズに行う。本実施の形態では弾性層22には厚さ7mmの発泡シリコンゴムを使用した。
Further, the
また、芯金層23は、定着ローラ2全体の支持体であり、ニップ領域を形成するための荷重に対する剛性を確保するため、鉄やアルミなどの金属を使用する。また、非磁性ステンレスやセラミック等の非磁性、又は絶縁性の材料で芯金層を構成し、誘導加熱に影響を与えない構成とすることも可能で好ましい。本実施の形態では外径22mmで厚さ2.0mmの非磁性ステンレスであるSUS304を使用し、誘導加熱のエネルギーを損失無く発熱層に集中させられる。
The cored
次に、このような構成を有する本実施の形態の定着装置の動作について以下に説明する。励磁コイル3に10kHz〜1MHz程度の高周波交番電流を流すことで、励磁コイル3のループ内に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。これにより発熱層21に生じる渦電流でジュール熱が発生し、発熱層21の表面が加熱される。定着ローラ2は、図1中の矢印方向に駆動され回転する。同時に加圧ローラ4もニップ部において定着ローラ2と圧接しながら回転する。このニップ部にトナー像が未定着のまま付着している記録部材6が搬送されてきて、ニップ部で圧接されながら定着ローラ2の反対側に搬送されていく。この際、定着ローラ2の発熱層21の表面の熱により、搬送される記録部材6上のトナーを加熱圧着して、トナー像を記録部材6上に定着する。
Next, the operation of the fixing device of this embodiment having such a configuration will be described below. By passing a high-frequency alternating current of about 10 kHz to 1 MHz through the
そして、定着ローラ2の表層部の発熱層21で発生した熱は弾性層22により断熱保持されるため、薄層である表層部の温度は迅速に昇温して、定着装置の立上特性が非常に良好となる。立上特性は定着ローラ2がトナーを定着するのに必要な温度までの昇温時間の短さを言い、昇温時間が短いほどユーザにとって使いやすい画像形成装置となる。本実施の形態では立上に必要な定着設定温度は、170℃であり、1200Wの加熱電力を投入した際の立上時間は10秒であった。
Since the heat generated in the
次に、副誘導コイルにより定着ローラ非通紙部の過昇温を抑制するメカニズムについて説明する。図7は図1の誘導加熱に関する部分を抜き出した加熱調節原理を説明する図である。図7の(a)は、副誘導コイル1を含む副誘導回路がオープン状態、すなわちスイッチ11が開である場合の磁束Aの様子を矢印で表す。励磁コイル3により発生する磁束Aは、磁性コア5を経路として発熱層21を通り、再び磁性コア5に戻る。この時、磁束Aは発熱層21を通過する磁気回路を形成する。そのため発熱層21に誘導電流が流れて発熱層21はジュール熱により発熱する。このとき副誘導コイル1を含む副誘導回路は電気的にオープンであるため、起電力は発生するがこれによる電流が流れず、励磁コイル3の磁束を打ち消すことがないため、副誘導コイル1がない領域と同じ加熱を行っていることになる。
Next, a mechanism for suppressing the excessive temperature rise of the fixing roller non-sheet passing portion by the auxiliary induction coil will be described. FIG. 7 is a diagram for explaining a heating control principle in which a portion related to induction heating in FIG. 1 is extracted. (A) of FIG. 7 represents the state of the magnetic flux A when the sub induction circuit including the
図7の(b)は副誘導コイルがショートの状態、すなわちスイッチ11が閉である場合の磁束の様子を表す。励磁コイル3により発生する磁束Aは、副誘導コイル1から発生する逆向きの磁束Bにより打ち消されて、その分弱い磁束となる。励磁コイル3から発生した磁束は大部分が副誘導コイル1を貫くため、誘導用二次コイル部には逆起電力が発生するとともにスイッチ11が閉のため電流が流れて、励磁コイル3の磁束Aを打ち消す方向に発生した磁束Bにより、発熱層21を誘導加熱する磁束は非常に弱いものとなる。このため、発熱層21の副誘導コイル1を臨む位置には、磁束に見合った弱い誘導電流が流れて、発熱層21のジュール熱による発熱は小さいものとなる。この場合、詳しくは後述するが、励磁コイル3を含む励磁回路に配置されている誘導電流調整装置であるコンデンサ12により発熱層21のジュール熱による発熱は調整できる。
FIG. 7B shows the state of the magnetic flux when the sub induction coil is short-circuited, that is, when the switch 11 is closed. The magnetic flux A generated by the
定着装置に導入する記録部材の幅がA3サイズの場合は、図7の(a)のように副誘導コイル1を作動させないで、定着ローラ2の端部まで十分発熱させ、A3サイズの記録部材による吸熱に対応させ、A4サイズの場合は図7の(b)に示すように副誘導回路を閉として副誘導コイル1を作動さて、定着ローラ2の端部は発熱を抑えるようにすればよい。
When the width of the recording member to be introduced into the fixing device is A3 size, the
更に、図8を用いて詳細に説明する。図8の(a)は、副誘導コイル1のない加熱ローラ中央部分の断面における磁束を示しており、励磁コイル3が常に作動している。図8の(a)では励磁コイル3により7本の磁束A(実線の磁束)が発生し、発熱層21に渦電流を誘導しジュール熱を生じている。一方、図8の(b)〜(d)においては、副誘導コイル1が作動して、励磁コイル3により発生した7本の磁束Aのうち3本の磁束が、副誘導コイル1により発生した3本の磁束(点線の磁束)で消去されている。このため、この領域の発熱層21は、4本の磁束Aに相当する渦電流を誘導しジュール熱を生じているだけである。
Furthermore, it demonstrates in detail using FIG. FIG. 8A shows the magnetic flux in the cross section of the central portion of the heating roller without the
次に、図5の副誘導コイルに接続するコンデンサの静電容量について説明する。図5の副誘導コイル1に接続するコンデンサの静電容量により、副誘導コイル1の発熱抑制効果は大きく変化する。ここで、図9に、以下に示す発熱抑制効果ηを求める算出式に基づく誘導加熱シミュレーションにより計算したコンデンサの容量が発熱抑制効果に与える影響を示す。図9の(a),(b)は同じ結果を示しているが縦軸、横軸のスケールが異なる。横軸はコンデンサの静電容量であり、縦軸は、発熱抑制効果η(={(コンデンサを接続した際の発熱抑制率)/(コンデンサを接続しなかった際の発熱抑制率)}×100[%])を表わしている。すなわち、発熱抑制効果ηとは、コンデンサを接続しなかった場合の副誘導コイル1の発熱抑制率を100とし、各静電容量を持つコンデンサを接続した場合の発熱抑制率の大きさを表したものである。また、発熱抑制率とは、以下の式で表される値で、副誘導コイル1が開(off)の状態から閉(on)の状態になることにより、低下する発熱量の割合を示す値である。Qoffは副誘導コイル1が開の状態の発熱量、Qonは副誘導コイル1が閉の状態の発熱量である。
Next, the capacitance of the capacitor connected to the sub induction coil in FIG. 5 will be described. The heat generation suppression effect of the
図9からわかるように、縦軸の値が100%以上である、すなわち副誘導コイル1の発熱抑制効果が向上するコンデンサの静電容量と、縦軸の値が100%未満である、すなわち副誘導コイル1の発熱抑制効果が減少するコンデンサの静電容量と、縦軸の値が負の値である、すなわち副誘導コイル1が加熱部材の発熱を促進させるコンデンサの静電容量が存在する。
As can be seen from FIG. 9, the value of the vertical axis is 100% or more, that is, the capacitance of the capacitor that improves the heat generation suppression effect of the
また、図9の(a)を見ると、コンデンサの静電容量が1μFよりも小さい範囲では、発熱抑制効果ηがほぼ0%であり、コンデンサ12を接続することで、副誘導コイル1が本来有していた発熱抑制効果が失われていることがわかる。更に、コンデンサの静電容量が1μFより大きく可変されると徐々に発熱抑制効果ηが負の値になり、副誘導コイル1が加熱部材の発熱を促進していることがわかる。そして、副誘導コイル1による加熱部材の発熱の促進は4.8μFでピークとなり、徐々に低下していくが、コンデンサの静電容量が6.6μFまで可変されると、発熱が促進される。また、副誘導コイル1の発熱抑制効果ηが100%以上になるコンデンサの静電容量は、図9の(b)よりコンデンサの静電容量が8.0μF以上である場合である。発熱抑制効果は8.0μFの時に110%、コンデンサの静電容量が10.0μFで約130%とピークとなり、そこからコンデンサの静電容量が大きく可変されると徐々に発熱抑制効果は100%に近づいていく。
9A, when the capacitance of the capacitor is smaller than 1 μF, the heat generation suppression effect η is almost 0%. By connecting the
この結果により、副誘導コイル1に接続するコンデンサを適切な静電容量を有するコンデンサに切り換えることにより、あるいは副誘導コイル1に接続する可変コンデンサの静電容量を可変設定することにより、副誘導コイル1の発熱抑制効果は大きく変化し、副誘導コイル1により加熱部材の発熱を抑制するためには適切な静電容量を設定しなければならないことがわかる。このように、副誘導コイル1が発熱を抑制するコンデンサの静電容量は、副誘導コイル1のインダクタンスと関係がある。また、副誘導コイル1にコンデンサを接続すると発熱抑制効果が向上する原因の一つは、副誘導回路のインピーダンスが小さくなることにある。
As a result, by switching the capacitor connected to the
図4〜図6に示す副誘導回路の等価回路より、副誘導回路のインピーダンスは、次の式で表される。 From the equivalent circuit of the sub induction circuit shown in FIGS. 4 to 6, the impedance of the sub induction circuit is expressed by the following equation.
但し、Rは直流抵抗成分(副誘導コイルの導線の抵抗)、Lは副誘導コイル1のインダクタンス、Cはコンデンサの静電容量、fは交番電流の周波数、XLは誘導リアクタンス、XCは容量リアクタンスである。
Here, R is the DC resistance component (resistance of the conductors of the auxiliary inductive coil), L is the inductance of the
従って、|XL−XC|<XLとなるコンデンサを接続することにより、副誘導回路のインピーダンスが低くなり、副誘導コイル1に大きな電流を流すことができる。すなわち、コンデンサの静電容量Cは少なくとも
Therefore, | X L -X C | By connecting the <capacitor serving as X L, the impedance of the secondary induction circuit becomes low, it is possible to supply a large current to the
になるように設定しなければならない。本実施の形態の副誘導コイル1のインダクタンスは、定着装置に組み付け、励磁コイル3を電気的にオープンにした状態で測定したところ、8.5μHであることから、コンデンサの静電容量を少なくとも2.38μF以上に設定することで副誘導コイルに流れる電流を大きくすることができる。
Must be set to be The inductance of the
従って、図7の(a)において、コンデンサの静電容量Cが、 Therefore, in FIG. 7A, the capacitance C of the capacitor is
により算出され、2.38μFよりも小さい範囲では、副誘導回路のインピーダンスがコンデンサを接続していない時よりも大きいので、発熱抑制効果ηが向上しない。 In the range smaller than 2.38 μF, since the impedance of the sub induction circuit is larger than that when no capacitor is connected, the heat generation suppression effect η is not improved.
しかしながら、図9の(a)よりわかるように、C>2.38μFであっても、発熱抑制効果が向上せず、加熱部材の発熱を促進するコンデンサの静電容量の領域が存在する。これは、励磁コイルの電流と副誘導コイルの電流の位相差が原因であると考えられる。 However, as can be seen from FIG. 9A, even if C> 2.38 μF, the heat generation suppression effect is not improved, and there is a capacitance region of the capacitor that promotes heat generation of the heating member. This is considered to be caused by the phase difference between the current of the exciting coil and the current of the auxiliary induction coil.
図10は励磁コイル及び副誘導コイルにおける交番電流・交番電圧のベクトル図である。図10の(a)は副誘導コイルにコンデンサが接続していない場合の励磁コイル及び副誘導コイルにおける交番電流・交番電圧のベクトル図であり、図10の(b)は副誘導コイルにコンデンサを接続した場合の励磁コイル及び副誘導コイルにおける交番電流・交番電圧のベクトル図である。 FIG. 10 is a vector diagram of alternating current / alternating voltage in the exciting coil and the auxiliary induction coil. (A) of FIG. 10 is a vector diagram of alternating current / alternating voltage in the exciting coil and the auxiliary induction coil when no capacitor is connected to the auxiliary induction coil, and (b) of FIG. 10 is a capacitor in the auxiliary induction coil. It is a vector diagram of an alternating current and an alternating voltage in an exciting coil and a sub induction coil when connected.
先ず、励磁コイルに流れる電流Imainは励磁コイルに印加される電圧、すなわち高周波電源の電圧Vmainに対して位相が約90°遅れている。実際には、コイル自身や加熱部材の抵抗成分により90°よりも、少し小さい位相の遅れとなる。そして、副誘導コイルに発生する逆起電力は、励磁コイルの磁束を打ち消す方向に発生するので、副誘導コイルに発生する電圧VsubはVmainから180°位相が遅れ、副誘導コイルに流れる電流IsubはVsubより90°、Imainからは180°それぞれ位相が遅れることになる。コンデンサの静電容量Cが、 First, the phase of the current Imain flowing through the exciting coil is delayed by about 90 ° with respect to the voltage applied to the exciting coil, that is, the voltage Vmain of the high frequency power source. In practice, the phase delay is slightly smaller than 90 ° due to the resistance components of the coil itself and the heating member. And since the counter electromotive force generated in the auxiliary induction coil is generated in the direction to cancel the magnetic flux of the exciting coil, the voltage Vsub generated in the auxiliary induction coil is 180 degrees out of phase from Vmain, and the current Isub flowing in the auxiliary induction coil is The phase is delayed by 90 ° from Vsub and 180 ° from Imain. The capacitance C of the capacitor is
を満たすように、副誘導コイル1に接続するコンデンサを適切な静電容量を有するコンデンサに切り換えることにより、あるいは副誘導コイル1に接続する可変コンデンサの静電容量を可変設定することにより、副誘導コイルに流れる電流は、コンデンサを接続していない場合より大きくなる。一方でコンデンサは電流の位相を起電圧の位相に対して進める効果も有している。
By switching the capacitor connected to the
従って、図10の(b)に示すように、副誘導コイルに接続するコンデンサの静電容量により、副誘導コイルの電流はIsubA、IsubBのように、コンデンサを接続していない状態の副誘導コイルの電流Isubよりも位相が進むことになる。 Therefore, as shown in FIG. 10 (b), due to the capacitance of the capacitor connected to the sub-induction coil, the current of the sub-induction coil is not connected to the capacitor as in IsubA and IsubB. The phase advances from the current Isub.
副誘導コイルの電流にIsubAのような電流が流れた場合、たとえコンデンサを接続していない状態の副誘導コイルの電流Isubよりも大きい電流が流れたとしても、電流の向きがImainを打ち消す方向を向いていないため、発熱は抑制されない。Isubよりも大きい電流が流れ、なおかつ励磁コイルの電流Imainを打ち消す方向である、例えばIsubBのような電流が流れることにより、初めて発熱抑制効果が向上する。 When a current such as IsubA flows in the current of the secondary induction coil, the direction of the current cancels Imain even if a current larger than the current Isub of the secondary induction coil without the capacitor connected flows. Since it is not suitable, heat generation is not suppressed. When a current larger than Isub flows and a current such as IsubB flows in a direction that cancels the current Imain of the exciting coil, the heat generation suppressing effect is improved for the first time.
図9の(a)において1μF〜6.6μFまで加熱部材の発熱が促進しているのは、前述した位相差の現象により、副誘導コイルに流れる電流の向きが励磁コイルに流れる電流を打ち消す方向を向いていないためである。 In FIG. 9 (a), the heat generation of the heating member is promoted from 1 μF to 6.6 μF because the direction of the current flowing in the auxiliary induction coil cancels the current flowing in the exciting coil due to the phase difference phenomenon described above. It is because it is not facing.
また、副誘導コイル1による加熱部材の発熱の促進が4.8μFでピークとなっているのは、副誘導コイル1のインダクタンスLとコンデンサの静電容量Cにより算出される共振数波数f0が、励磁コイルの交番磁界の周波数fである25kHzとなっていることが原因である。
Further, the acceleration of heat generation of the heating member by the
共振周波数f0は次の式で表される。 The resonance frequency f 0 is expressed by the following equation.
従って、励磁コイルの交番磁界の周波数f=共振数波数f0となるコンデンサの静電容量Cは、 Therefore, the capacitance C of the capacitor where the frequency f of the alternating magnetic field of the exciting coil = resonance number wave number f 0 is
となり、副誘導コイルのインダクタンスL=8.5μH、励磁コイルの交番磁界の周波数f=25kHzを代入すると4.77μFとなる。 If the inductance L of the auxiliary induction coil is 8.5 μH and the frequency f of the alternating magnetic field of the exciting coil is f = 25 kHz, 4.77 μF is obtained.
本実施の形態の副誘導回路の静電容量切替手段で静電容量が4.77μFであるコンデンサに切り換え、あるいは静電容量を4.77μFに可変コンデンサの静電容量を可変設定すると、副誘導回路のインピーダンスZは、 When the capacitance switching means of the sub-induction circuit of the present embodiment is switched to a capacitor having a capacitance of 4.77 μF, or the capacitance of the variable capacitor is variably set to 4.77 μF, the sub-induction The impedance Z of the circuit is
が最も小さくなり、副誘導コイルに流れる電流は最大となる。しかしながら、前述した位相差の現象により、副誘導コイルに流れる電流の向きが励磁コイルに流れる電流を打ち消す方向を向いていないため、加熱が促進されていることが図9からわかる。 Becomes the smallest, and the current flowing through the auxiliary induction coil becomes the maximum. However, it can be seen from FIG. 9 that heating is promoted because the direction of the current flowing through the auxiliary induction coil is not directed to cancel the current flowing through the exciting coil due to the phenomenon of the phase difference described above.
従って、副誘導コイルの発熱抑制効果を向上させるためには、少なくとも、副誘導コイルに接続するコンデンサの静電容量は、コンデンサの静電容量と副誘導コイルのインダクタンスLにより算出される共振周波数f0が励磁コイルの交番磁界の周波数fよりも低くなる、下記の式(1)を満たすコンデンサの静電容量に設定する必要がある。 Therefore, in order to improve the heat generation suppressing effect of the auxiliary induction coil, at least the capacitance of the capacitor connected to the auxiliary induction coil is equal to the resonance frequency f calculated by the capacitance of the capacitor and the inductance L of the auxiliary induction coil. It is necessary to set the capacitance of the capacitor satisfying the following formula (1), where 0 is lower than the frequency f of the alternating magnetic field of the exciting coil.
但し、fは励磁コイルの交番磁界の周波数(Hz)、Lは副誘導コイルのインダクタンス(H)、πは円周率である。 However, f is the frequency (Hz) of the alternating magnetic field of the exciting coil, L is the inductance (H) of the auxiliary induction coil, and π is the circumference.
また、より好ましくは More preferably
を満たすコンデンサの静電容量に設定することである。 It is to set to the capacitance of the capacitor that satisfies the above.
また、コンデンサの静電容量の上限であるが容量リアクタンスの式 The capacitance reactance equation is the upper limit of the capacitance of the capacitor.
からもわかるようにコンデンサの静電容量が大きくなると誘導回路に与える影響が小さくなり、コンデンサを副誘導コイルに接続する意味が無くなる。 As can be seen from the above, when the capacitance of the capacitor increases, the effect on the induction circuit is reduced, and the meaning of connecting the capacitor to the auxiliary induction coil is lost.
そこで、本実施の形態では、図9の(b)に示すように、コンデンサの容量が100μFを越えたところで、コンデンサを接続している効果が失われ、発熱抑制効果は100%となる。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 9B, when the capacitance of the capacitor exceeds 100 μF, the effect of connecting the capacitor is lost, and the heat generation suppressing effect is 100%.
従って、コンデンサの静電容量Cは、 Therefore, the capacitance C of the capacitor is
を満たすコンデンサの静電容量に設定することがより好ましい It is more preferable to set the capacitance of the capacitor to satisfy
これにより、副誘導コイルの形状、巻数等の幾何学形状を変更することなく消磁性能を向上させることができる。本実施の形態では上記式(2)に従いコンデンサの静電容量を10μFとした。 As a result, the demagnetization performance can be improved without changing the shape of the auxiliary induction coil, the geometric shape such as the number of turns. In the present embodiment, the capacitance of the capacitor is set to 10 μF according to the above formula (2).
次に、本発明の定着装置における副誘導コイルの制御について説明する。図1及び図2で説明したように、本実施の形態では、A4サイズ紙を通紙した場合の非通紙領域に対応する加熱ローラの両端の位置に1組の副誘導コイルを配置している。本実施の形態で処理できる記録用紙の最大幅はA3サイズであるため、A3サイズの記録用紙を通紙する際には、A3サイズの記録用紙通紙を示す信号を受けた制御部(図示せず)からの制御信号に基づいて副誘導コイル1を開状態とし、定着ローラ2の全領域を加熱する。A4サイズの記録用紙を通紙する際には、A4サイズの記録用紙通紙を示す信号を受けた制御部(図示せず)からの制御信号に基づいて、A4サイズ両端に相当する位置から定着ローラ2の端部にかけて配置されている副誘導コイル1を閉状態として、定着ローラ2の非通紙領域の発熱量を低減させる。このように小サイズ紙を通紙した際の定着ローラ2の両端部の非通紙領域に対向する位置に、副誘導コイル1の組を配置して、副誘導回路の開閉動作を行うことにより、異なるサイズの記録用紙を通紙したときでも、定着ローラ2の回転軸方向の温度分布を適切に制御することができる。なお、記録用紙上の画像領域幅が異なる画像が形成された記録用紙についても適用できる。
Next, the control of the auxiliary induction coil in the fixing device of the present invention will be described. As described with reference to FIGS. 1 and 2, in this embodiment, a set of auxiliary induction coils is arranged at the positions of both ends of the heating roller corresponding to the non-sheet passing area when A4 size paper is passed. Yes. Since the maximum width of the recording paper that can be processed in the present embodiment is A3 size, when passing the A3 size recording paper, a control unit (not shown) that has received a signal indicating the passing of the A3 size recording paper. The
定着装置は定着ローラ2の表面の温度検出手段(図示せず)を備え、検出温度に従って励磁コイル3への電力投入及び副誘導コイル1の開閉や電流量を制御することができる。温度検出手段にはサーミスタでもよいが誘導加熱の影響を受けないようにサーモパイルや赤外線温度センサなど非接触のものを用いることが望ましい。また、温度検出手段は、定着ローラ2の回転軸方向に沿って複数点の測定ができることが好ましい。特に、想定される記録部材の種類により、通紙領域と非通紙領域となる位置の温度を測定できるようにしておくことが好ましい。副誘導電流を段階的又は連続的に調整できる副誘導電流調整装置を備えていれば、検出温度に対応して副誘導コイル1の電流値を調整でき、さらに精密な温度調節が可能となる。
The fixing device includes a temperature detecting means (not shown) on the surface of the fixing
図11は第1の実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布を示す図である。同図に示すように、大サイズ(例えばA3サイズ)の記録用紙を通紙する際の発熱量は、定着ローラ2の回転軸方向に対して端から端までほぼ同じである。一方、小サイズ(例えばA4サイズ)の記録用紙を通紙する際は、定着ローラ2のA4用紙の通紙領域はA3用紙の通紙時とほぼ同じ発熱量であるが、定着ローラ2の両端部の非通紙領域は発熱量が落ちている。
FIG. 11 is a diagram illustrating a heat generation amount distribution of the fixing roller in the fixing device according to the first embodiment. As shown in the figure, the amount of heat generated when passing a large size (for example, A3 size) recording sheet is substantially the same from end to end with respect to the rotation axis direction of the fixing
図12は本実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布を示す図である。同図に示す発熱量分布は、本実施の形態の定着装置において小サイズ(例えばA4サイズ)の用紙を通紙した際の、本実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布と、コンデンサを接続していない副誘導コイルを備えた定着装置における定着ローラの発熱量分布とを比較したものである。コンデンサを接続していない副誘導コイルを備えた定着装置としては、本実施の形態の副誘導コイルと同じ線束の周回数3回の副誘導コイルを備えた定着装置と、周回数6回の副誘導コイルを備えた定着装置を使用した。同図からわかるように、コンデンサを接続していない周回数3回の副誘導コイルを備えた定着装置の定着ローラの発熱量分布は、本実施の形態と比較して、両端部の非通紙領域の発熱量が高い。これは副誘導コイルの発熱抑制効果が本実施の形態より低いことを表している。コンデンサを接続していない周回数6回の副誘導コイルを備えた定着装置の定着ローラの発熱量分布は、本実施の形態より少し多く両端部の非通紙領域の発熱を抑制しているが、線束の周回数を倍にしているため、副誘導コイルのサイズが本実施の形態よりも大きくなってしまう。 FIG. 12 is a diagram showing a heat generation amount distribution of the fixing roller in the fixing device of the present embodiment. The calorific value distribution shown in the figure is the distribution of the calorific value of the fixing roller in the fixing device of the present embodiment and the condenser when a small size (for example, A4 size) paper is passed through the fixing device of the present embodiment. 3 is a comparison of the calorific value distribution of the fixing roller in a fixing device including a sub induction coil not connected to the fixing roller. As the fixing device provided with the auxiliary induction coil not connected with the capacitor, the fixing device provided with the auxiliary induction coil having the same wire bundle as the auxiliary induction coil of the present embodiment and having the circulation number of 3 times, and the auxiliary device having the rotation number of 6 times. A fixing device with an induction coil was used. As can be seen from the figure, the calorific value distribution of the fixing roller of the fixing device provided with the auxiliary induction coil having the number of turns of three times without connecting the capacitor is not compared with the present embodiment. The amount of heat generated in the area is high. This indicates that the heat generation suppressing effect of the auxiliary induction coil is lower than that of the present embodiment. Although the calorific value distribution of the fixing roller of the fixing device having the auxiliary induction coil having six turns without a capacitor connected is slightly larger than that of the present embodiment, the heat generation in the non-sheet passing regions at both ends is suppressed. Since the number of turns of the wire bundle is doubled, the size of the auxiliary induction coil becomes larger than that of the present embodiment.
図13は本実施の形態の定着装置においてA4サイズの用紙を連続通紙した際の定着ローラの表面の温度変化を示す図である。なお、同図には比較のためコンデンサを接続していない周回数3回の副誘導コイルを備えた定着装置の定着ローラの表面の温度変化も示している。また、本実施の形態では定着ローラの非通紙領域の温度が第1の設定温度以上になった時に、副誘導コイルを閉状態にし、第2の設定温度以下になった時に副誘導コイルを開状態にする制御を行っている。本実施の形態では第2の設定温度を定着設定温度である170℃とし、第1の設定温度を定着設定温度よりも20℃高い190℃とした。破線は、通紙領域である定着ローラのほぼ中央部の温度である。通紙開始前も、通紙開始後も定着設定温度である170℃を維持するように制御されている。ここで、点線の「副誘導コイル無し」は、副誘導コイルを開にしたままで副誘導コイルがない状態を想定した、非通紙領域である加熱ローラの端部の温度である。吸熱する用紙が搬送されてこないため、時間と共に定着ローラの表面温度が上がり、この場合、通紙開始100秒後にはほぼ220℃になってしまった。また、一点鎖線の「副誘導コイル3巻・コンデンサ無し」は、通紙開始後、定着ローラの端部の温度が190℃を超えたところで、コンデンサを接続していない副誘導コイルを閉状態にして定着ローラの端部の発熱量を抑制した場合である。この場合は、定着ローラの端部の表面温度は、「副誘導コイル無し」と比較すると緩やかに上昇していく。これは副誘導コイルの周回数が3回と少ないため発熱抑制効果が十分でないことが原因である。時間と共に定着ローラの表面温度が上がり、図示していないが通紙開始1200秒後にはほぼ200℃を超えてしまった。更に、「本実施の形態」として示した実線は、通紙開始後、定着ローラの端部の温度が190℃を超えたところで、本実施の形態の副誘導コイルを閉状態にして定着ローラの端部の発熱量を抑制させた場合である。この場合は、定着ローラの端部の表面温度は、副誘導コイルが閉状態になると直ちに下がりだし、20秒後にはほぼ定常値になって安定した。 FIG. 13 is a diagram showing a temperature change of the surface of the fixing roller when A4 size paper is continuously fed in the fixing device of the present embodiment. For comparison, the figure also shows the temperature change of the surface of the fixing roller of the fixing device provided with the auxiliary induction coil having three turns without a capacitor. In this embodiment, when the temperature of the non-sheet passing area of the fixing roller becomes equal to or higher than the first set temperature, the auxiliary induction coil is closed, and when the temperature is equal to or lower than the second set temperature, the auxiliary induction coil is turned off. Control to make it open. In this embodiment, the second set temperature is set to 170 ° C., which is the fixing set temperature, and the first set temperature is set to 190 ° C., which is 20 ° C. higher than the set fixing temperature. A broken line is a temperature at a substantially central portion of the fixing roller which is a sheet passing area. Control is performed so that the fixing set temperature of 170 ° C. is maintained before and after the start of paper feeding. Here, the “no auxiliary induction coil” indicated by the dotted line is the temperature at the end of the heating roller, which is a non-sheet passing region, assuming that the auxiliary induction coil is left open and there is no auxiliary induction coil. Since the sheet that absorbs heat is not conveyed, the surface temperature of the fixing roller increases with time, and in this case, the temperature becomes approximately 220 ° C. after 100 seconds from the start of sheet passing. In addition, the alternate long and short dash line “3 turns of auxiliary induction coil and no capacitor” indicates that when the temperature at the end of the fixing roller exceeds 190 ° C. after the start of paper feeding, the secondary induction coil not connected to the capacitor is closed. This is a case where the amount of heat generated at the end of the fixing roller is suppressed. In this case, the surface temperature of the end portion of the fixing roller gradually increases as compared with “no auxiliary induction coil”. This is because the effect of suppressing heat generation is not sufficient because the number of turns of the auxiliary induction coil is as small as three. The surface temperature of the fixing roller increased with time, and although not shown, the temperature exceeded approximately 200 ° C. after 1200 seconds from the start of paper feeding. Further, the solid line shown as “this embodiment” indicates that after the start of sheet passing, when the temperature of the end of the fixing roller exceeds 190 ° C., the auxiliary induction coil of this embodiment is closed and the fixing roller This is a case where the amount of heat generated at the end is suppressed. In this case, the surface temperature of the end portion of the fixing roller started to decrease immediately after the auxiliary induction coil was closed, and became a steady value and stabilized after 20 seconds.
このように、従来の副誘導コイルが作動しない定着装置、またコンデンサを接続していない周回数3回の副誘導コイルでは記録用紙に熱が奪われない非通領域の温度が昇温しつづけて部材が破損してしまうおそれがある。本発明の定着装置では、端部温度が第2の設定温度である190℃に達した時点で、副誘導コイルを閉状態にして発熱を十分に抑制するため、定着ローラの温度が均一に保たれることがわかる。なお、実際の画像形成装置においては、非通紙領域の温度が下がりすぎて170℃を下回れば、副誘導コイルを開としたりして170℃以上に保っておくことが好ましい。このようにしておけば、通紙領域への影響がほとんどない。また、いつでもA3サイズの用紙に切り替えて通紙できる。このように、副誘導コイルに、上記式(1)より好ましくは、上記式(2)を満たす静電容量を有するコンデンサに切り換え、あるいは静電容量を上記式(2)を満たす静電容量に可変コンデンサの静電容量を可変設定することにより、励磁コイルと副誘導コイルの磁束路に磁性コアを設置して結合を高めたり、副誘導コイルの周回数を増やして形状を大きくしたりすること無く副誘導コイルの発熱抑制効果を向上させることができ、コンパクトでサイズの異なる記録部材をそれぞれ連続的に通紙しても良好な定着操作が可能である定着装置を提供することができる。 As described above, in the conventional fixing device in which the auxiliary induction coil does not operate, or in the auxiliary induction coil having three turns without a capacitor, the temperature of the non-passing area where the heat is not taken away by the recording paper continues to rise. The member may be damaged. In the fixing device of the present invention, when the end temperature reaches the second set temperature of 190 ° C., the auxiliary induction coil is closed to sufficiently suppress heat generation, so that the temperature of the fixing roller is kept uniform. You can see that In an actual image forming apparatus, if the temperature of the non-sheet passing region is too low and falls below 170 ° C., it is preferable to keep the auxiliary induction coil open or above 170 ° C. In this way, there is almost no influence on the paper passing area. It is also possible to switch to A3 size paper at any time. As described above, the sub induction coil is switched to a capacitor having a capacitance satisfying the above formula (2), or the capacitance is changed to a capacitance satisfying the above formula (2), more preferably from the above formula (1). By variably setting the capacitance of the variable capacitor, a magnetic core is installed in the magnetic flux path of the exciting coil and the auxiliary induction coil to increase the coupling, or the number of turns of the auxiliary induction coil is increased to increase the shape. Therefore, it is possible to provide a fixing device that can improve the heat generation suppressing effect of the auxiliary induction coil and can perform a good fixing operation even if the recording members having different sizes are continuously passed through.
図14は本発明の第2の実施の形態に係る定着装置のコイルの配置を示す断面図である。なお、同図における定着ローラ2の端部に近い磁性コア5bの存在している部分の断面図である。同図において図2と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。本実施の形態は、第1の実施の形態と、定着ローラの回転軸方向における副誘導コイルの配置構成と、副誘導コイルに接続するコンデンサの容量が異なるだけで、その他の構成は第1の実施の形態と定着装置と同一である。従って、本発明の定着装置の定着ローラの軸に垂直な断面での断面図は図1と同じである。同図に示すように、副誘導コイル1は、定着ローラ2の中央部付近に臨むように配置されている。本実施の形態では、定着ローラ2の中心から軸方向に沿って両側に105mmの範囲を囲むように励磁コイル3に沿って磁性コア5dを囲むように配置されている。これは、詳しくは後述するが、A4サイズの用紙を定着する際に、副誘導コイル1が効率的に定着ローラ2の通紙領域の加熱を促進するためである。また、副誘導コイル1に接続するコンデンサの静電容量は、副誘導コイル1を閉状態にすることにより、定着ローラ2の副誘導コイル1が対向する範囲の加熱が促進される静電容量に設定している。具体的には、図9の(a)で説明したように本実施の形態においては副誘導コイルのインダクタンスLとコンデンサの静電容量Cにより算出される共振数波数f0が、励磁コイルの交番磁界の周波数fである25kHzとなる時に副誘導コイル1による加熱部材の発熱の促進がピークとなるので、コンデンサの静電容量Cは、
FIG. 14 is a sectional view showing the coil arrangement of the fixing device according to the second embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of a portion where the
の近傍の静電容量が好ましい。よって、本実施の形態の副誘導コイルのインダクタンスL=10μH、励磁コイルの交番磁界の周波数f=25kHzを代入すると、4.05μFの近傍の静電容量が好ましい。近傍の静電容量とは図9の(a)より以下の式(3)を満たすように設定されるコンデンサの静電容量を示している。 A capacitance in the vicinity of is preferable. Therefore, if the inductance L = 10 μH of the sub induction coil of this embodiment and the frequency f = 25 kHz of the alternating magnetic field of the exciting coil are substituted, a capacitance in the vicinity of 4.05 μF is preferable. The nearby electrostatic capacity indicates the electrostatic capacity of the capacitor set so as to satisfy the following expression (3) from FIG.
但し、fは励磁コイルの交番磁界の周波数(Hz)、Lは副誘導コイルのインダクタンス(H)、πは円周率である。本実施の形態ではコンデンサの静電容量を3μFとした。 However, f is the frequency (Hz) of the alternating magnetic field of the exciting coil, L is the inductance (H) of the auxiliary induction coil, and π is the circumference. In this embodiment, the capacitance of the capacitor is 3 μF.
次に、副誘導コイルにより定着ローラの通紙部の昇温を促進するメカニズムについて説明する。
図15は第2の実施の形態の定着装置における加熱促進原理の説明図である。同図において図1及び図4と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図15の(a)は、副誘導コイル1を含む副誘導回路がオープン状態、すなわちスイッチ11が開である場合の磁束Aの様子を矢印で表す。励磁コイル3により発生する磁束Aは、磁性コア5を経路として発熱層21を通り、再び磁性コア5に戻る。この時、磁束Aは発熱層21を通過する磁気回路を形成する。そのため発熱層21に誘導電流が流れて発熱層21はジュール熱により発熱する。このとき副誘導コイル1を含む副誘導回路は電気的にオープンであるため、起電力は発生するがこれによる電流が流れず、励磁コイル3の磁束に影響を与えないため、副誘導コイル1がない領域と同じ加熱を行っていることになる。
Next, a mechanism for promoting the temperature rise of the sheet passing portion of the fixing roller by the auxiliary induction coil will be described.
FIG. 15 is an explanatory diagram of the heating promotion principle in the fixing device according to the second embodiment. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 4 denote the same components. (A) of FIG. 15 represents the state of the magnetic flux A when the auxiliary induction circuit including the
図15の(b)は副誘導コイルがショートの状態、すなわちスイッチ11が閉である場合の磁束の様子を表す。励磁コイル3により発生する磁束Aは、副誘導コイル1から発生する同じ向きの磁束Bと重なり合って、より強い磁束となる。励磁コイル3から発生した磁束は大部分が副誘導コイルを貫くため、副誘導コイルには逆起電力が発生するとともにスイッチ11が閉のため電流が流れる。その際、副誘導コイル1に接続されているコンデンサの影響により、本来磁束Aを打ち消す方向に発生する磁束Bが、励磁コイル3の磁束Aと同じ方向に発生するため、発熱層21を誘導加熱する磁束は非常に強いものとなる。このため、発熱層21の副誘導コイル1を臨む位置には、磁束に見合った強い誘導電流が流れて、発熱層21のジュール熱による発熱は大きいものとなる。
FIG. 15B shows the state of the magnetic flux when the auxiliary induction coil is short-circuited, that is, when the switch 11 is closed. The magnetic flux A generated by the
次に、本発明の加熱装置における副誘導コイルの制御について説明する。図14で説明したように、本実施の形態では、A4サイズの用紙を通紙した場合の通紙領域に対応する定着ローラの位置に1組の副誘導コイルを配置している。本実施の形態で処理できる記録用紙の最大幅はA3サイズであるため、A3サイズの記録用紙を通紙する際には、A3サイズの記録用紙通紙を示す信号を受けた制御部(図示せず)からの制御信号に基づいて副誘導コイルを開状態とし、定着ローラ2の全領域を加熱する。一方、A4サイズの記録用紙を通紙する際には、A4サイズの記録用紙通紙を示す信号を受けた制御部(図示せず)からの制御信号に基づいて、A4サイズの用紙に相当する位置に配置されている副誘導コイル1を閉状態として、定着ローラ2のA4通紙領域の発熱量を増加させる。
Next, control of the sub induction coil in the heating device of the present invention will be described. As described with reference to FIG. 14, in this embodiment, a set of auxiliary induction coils is arranged at the position of the fixing roller corresponding to the sheet passing area when A4 size paper is passed. Since the maximum width of the recording paper that can be processed in the present embodiment is A3 size, when passing the A3 size recording paper, a control unit (not shown) that has received a signal indicating the passing of the A3 size recording paper. The auxiliary induction coil is opened based on the control signal from (1), and the entire area of the fixing
このように定着ローラ2の小サイズ紙の通紙領域に臨む位置に、副誘導コイル1を配置して、副誘導回路の開閉動作を行うことにより、異なるサイズの記録用紙を通紙したときでも、定着ローラの回転軸方向の温度分布を適切に制御することができる。なお、記録用紙上の画像領域幅が異なる画像が形成された記録用紙についても適用できる。
Thus, even when a recording paper of a different size is passed by disposing the
図16は本実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布を示す図である。同図からわかるように、大サイズ(例えばA3サイズ)の記録用紙を通紙する際の発熱量は、定着ローラの回転軸方向に対して端から端までほぼ同じである。一方、小サイズ(例えばA4サイズ)の記録用紙を通紙する際は、定着ローラのA4サイズの用紙の通紙領域はA3サイズの用紙の通紙時とほぼ同じ発熱量であるが、定着ローラの両端部は発熱量が落ちている。これは、副誘導コイルによる発熱促進効果によるものである。 FIG. 16 is a diagram showing a heat generation amount distribution of the fixing roller in the fixing device of the present embodiment. As can be seen from the figure, the amount of heat generated when passing a large size (for example, A3 size) recording sheet is substantially the same from end to end with respect to the rotation axis direction of the fixing roller. On the other hand, when a small size (for example, A4 size) recording paper is passed, the A4 size paper passing area of the fixing roller generates almost the same amount of heat as the A3 size paper passing, but the fixing roller The calorific value has fallen at both ends. This is due to the heat generation promoting effect of the auxiliary induction coil.
詳しく説明すると、大サイズ(例えばA3サイズ)の記録用紙を通紙する際の発熱量、すなわち副誘導コイルが開状態のときの発熱量は、定着ローラの回転軸方向に対して端から端まで均一になるように設計されている。副誘導コイルを閉状態すると、副誘導コイルが配置されている位置の定着ローラは発熱量が増大する。従って、小サイズ(例えばA4サイズ)の記録用紙を通紙する領域の発熱量を、大サイズ(例えばA3サイズ)の記録用紙を通紙する際の発熱量と等しくなるよう制御することにより、必然的に、副誘導コイルが配置されていない位置の定着ローラの発熱量は、大サイズ(例えばA3サイズ)の記録用紙を通紙する際の発熱量より減少することになる。 More specifically, the amount of heat generated when passing a large size (for example, A3 size) recording sheet, that is, the amount of heat generated when the auxiliary induction coil is open, is from end to end with respect to the rotation axis direction of the fixing roller. Designed to be uniform. When the auxiliary induction coil is closed, the heat generation amount of the fixing roller at the position where the auxiliary induction coil is disposed increases. Therefore, by controlling the amount of heat generated in a region through which a small size (for example, A4 size) recording paper is passed to be equal to the amount of heat generated when a large size (for example, A3 size) recording paper is passed through, it is inevitable. In particular, the heat generation amount of the fixing roller at the position where the sub induction coil is not disposed is smaller than the heat generation amount when passing a large size (for example, A3 size) recording paper.
図17は本実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布を示す図である。同図に示す発熱量分布は、本実施の形態の定着装置にA4サイズ用紙を連続通紙した際の加熱ローラ表面の温度変化を示している。本実施の形態では定着ローラの非通紙領域の温度が第1の設定温度以上になった時に、副誘導コイルを閉状態にし、第2の設定温度以下になった時に副誘導コイルを開状態にする制御を行っている。本実施の形態では第2の設定温度を定着設定温度である170℃とし、第1の設定温度を定着設定温度よりも20℃高い190℃とした。破線は、通紙領域である定着ローラのほぼ中央部の温度である。通紙開始前も、通紙開始後も定着設定温度である170℃を維持するように制御されている。ここで、点線の「副誘導コイル無し」は、副誘導コイルを開にしたままで副誘導コイルがない状態を想定した、非通紙領域である定着ローラの端部の温度である。吸熱する用紙が搬送されてこないため、時間と共に定着ローラの表面の温度が上がり、この場合、通紙開始100秒後にはほぼ220℃になってしまった。また、「本実施の形態」として示した実線は、通紙開始後、定着ローラの端部の温度が190℃を超えたところで、本実施の形態の副誘導コイルを閉状態にして定着ローラの通紙領域の発熱量を増大させた場合である。この場合は、非通紙領域と比較して通紙領域の発熱量が増大するため、副誘導コイルが開の状態の時よりも少ない投入電力で、通紙領域を定着設定温度である170℃に維持することができる。従って、定着ローラの端部の表面温度は、副誘導コイルが閉状態になると直ちに下がりだし、20秒後にはほぼ定常値になって安定した。本発明の定着装置では、端部温度が第2の設定温度である190℃に達した時点で、副誘導コイルを閉状態にすることにより定着ローラの温度が均一に保たれることがわかる。 FIG. 17 is a diagram showing a heat generation amount distribution of the fixing roller in the fixing device of the present embodiment. The calorific value distribution shown in the figure shows the temperature change of the surface of the heating roller when A4 size paper is continuously passed through the fixing device of the present embodiment. In the present embodiment, when the temperature of the non-sheet passing area of the fixing roller becomes equal to or higher than the first set temperature, the auxiliary induction coil is closed, and when the temperature is equal to or lower than the second set temperature, the auxiliary induction coil is opened. Control is done. In this embodiment, the second set temperature is set to 170 ° C., which is the fixing set temperature, and the first set temperature is set to 190 ° C., which is 20 ° C. higher than the set fixing temperature. A broken line is a temperature at a substantially central portion of the fixing roller which is a sheet passing area. Control is performed so that the fixing set temperature of 170 ° C. is maintained before and after the start of paper feeding. Here, the “no auxiliary induction coil” indicated by the dotted line is the temperature at the end of the fixing roller, which is a non-sheet-passing region, assuming that the auxiliary induction coil is left open and there is no auxiliary induction coil. Since the heat-absorbing paper is not conveyed, the temperature of the surface of the fixing roller increases with time, and in this case, the temperature becomes approximately 220 ° C. 100 seconds after the start of paper feeding. Also, the solid line shown as “this embodiment” indicates that after the start of paper feeding, when the temperature at the end of the fixing roller exceeds 190 ° C., the auxiliary induction coil of this embodiment is closed and the fixing roller This is a case where the heat generation amount in the paper passing area is increased. In this case, since the amount of heat generated in the sheet passing area is increased as compared with the non-sheet passing area, the sheet passing area is set to a fixing set temperature of 170 ° C. with less input power than when the sub induction coil is open. Can be maintained. Therefore, the surface temperature of the end portion of the fixing roller starts to decrease immediately after the sub induction coil is closed, and becomes a steady value and stabilizes after 20 seconds. In the fixing device of the present invention, it is understood that the temperature of the fixing roller is kept uniform by closing the auxiliary induction coil when the end temperature reaches 190 ° C. which is the second set temperature.
図18は本発明の第3の実施の形態に係る定着装置のコイルの配置を示す断面図である。なお、同図における定着ローラ2の端部に近い磁性コア5bの存在している部分の断面図である。同図において図2及び図14と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、副誘導コイル1−1は定着ローラ2の中央部付近に、また副誘導コイル1−2,1−3は励磁コイル3により発生した磁束の周回路上に、それぞれ配置されている。本実施の形態では、定着ローラ2の中心から軸方向に沿って両側に105mmの範囲を囲むように励磁コイル3に沿って磁性コア5dを囲むように配置されている。A4サイズの用紙を定着する際、副誘導コイル1−1は、効率的に定着ローラ2の通紙領域の加熱を促進するための加熱促進用副誘導コイルである。ここで、副誘導コイル1−1に接続するコンデンサの静電容量は、副誘導コイル1−1を閉状態にすることにより、定着ローラ2の副誘導コイル1が対向する範囲の加熱が促進される静電容量に設定されている。更に、副誘導コイル1−2,1−3は、定着ローラ2の副誘導コイル1−2,1−3が対向する範囲の加熱を促進し、あるいは抑制するための加熱促進・抑制兼用副誘導コイルである。ここで、副誘導コイル1−2,1−3に接続するコンデンサの静電容量は、副誘導コイル1−2,1−3をそれぞれ閉状態にすることにより、定着ローラ2の副誘導コイル1−2,1−3が対向する範囲の加熱が促進される静電容量、あるいは抑制される静電容量に可変されている。従って、小サイズ(例えばA4サイズ)の記録用紙を定着する際は、加熱促進用である副誘導コイル1−1を閉状態にし、かつ定着ローラ2の副誘導コイル1−2,1−3が対向する範囲の加熱が抑制される静電容量に可変された加熱促進・抑制兼用の副誘導コイル1−2,1−3を閉状態にする。また、大サイズ(例えばA3サイズ)の記録用紙を定着する際は、加熱促進用である副誘導コイル1−1を閉状態にし、かつ定着ローラ2の副誘導コイル1−2,1−3が対向する範囲の加熱が促進される静電容量に可変された加熱促進・抑制兼用の副誘導コイル1−2,1−3を閉状態にする。このように、加熱促進用の副誘導コイルと、そして加熱促進・抑制兼用副誘導コイルを加熱促進用又は加熱抑制用のいずれかとして用いることにより、記録部材の横幅に応じた適切な定着温度の制御を行うことができる。なお、記録部材の材質や記録部材上の画像形成領域幅に応じても適用可能である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing the coil arrangement of the fixing device according to the third embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of a portion where the
図19は別の発明の画像形成装置の構成を示す断面図である。同図において、図1と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。本発明の画像形成装置は、その全体が上部と下部とから構成されている。上部には図示しない原稿読み取り装置を有し、その下方に作像ユニットを有し、更に下部には、記録部材6が載置された用紙給紙部40を有している。作像ユニットは、像担持体の一例であるドラム状の感光体41を有している。この感光体41の周りには、矢印方向の順に、帯電装置42、露光手段のミラー43、現像装置44、転写部において記録部材6としての転写紙に顕像画像を転写する転写装置45、感光体41の周面に摺接するブレード46aを有したクリーニング装置46などが配置されている。感光体41上には帯電装置42と現像装置44との間にミラー43を介して露光Lbが走査されるようになっている。転写装置45の搬送経路上流側にはレジストローラ47が設けられている。このレジストローラ47に向けて、搬送ガイドに案内されて用紙給紙部40の給紙トレイに収納された記録部材6が送り出される。転写装置45の下流には、本発明の定着装置10が配置されている。定着装置10でトナー像が定着された記録部材6は、排紙トレイに排出される。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a configuration of an image forming apparatus according to another invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. The entire image forming apparatus of the present invention is composed of an upper part and a lower part. A document reading device (not shown) is provided at the upper part, an image forming unit is provided below the document reading apparatus, and a
この画像形成装置において、画像形成は次のようにして行われる。感光体41が回転を始め、この回転中に感光体41が暗中において帯電装置42により均一に帯電され、露光Lbが露光部に照射、走査されて作成すべき画像に対応した潜像が形成される。この潜像は感光体41の回転により現像装置44に移動してきて、ここでトナーにより顕像化されてトナー像が形成される。一方、給紙トレイ上の記録部材6が、破線で示す搬送経路を経てレジストローラ47の位置に給紙され、ここで一旦停止し、感光体41上のトナー像と転写部で画像位置が合致するように送り出しのタイミングを待つ。その後、記録部材6は、感光体41の動きに同期してレジストローラ47から送り出され、転写部に向けて搬送される。感光体41上のトナー像は、転写部で転写装置45による電界により記録部材6上に転写される。トナー像を転写された記録部材6は、定着装置10に向けて送り出され、トナー像が定着装置10を通過する間にトナー像が定着されて排紙部に排紙される。また、この画像形成装置は自動両面装置48へ排紙された記録部材6は自動両面装置48でスイッチバック反転され、レジストローラ47の手前の搬送経路に搬送されることで、記録部材6の両面に画像形成をすることができる。一方、転写部で転写されずに感光体41上に残った残留トナーは感光体41の回転と共にクリーニング装置46に至り、クリーニング装置46を通過する間に清掃されて次の画像形成に備えられる。
In this image forming apparatus, image formation is performed as follows. The photoconductor 41 starts to rotate, and during this rotation, the
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It cannot be overemphasized that various deformation | transformation and substitution are possible if it is description in a claim.
1,1−1,1−2,1−3;副誘導コイル、2;定着ローラ、
3;励磁コイル、4;加圧ローラ、5;磁性コア、
6;記録部材、10;定着装置、11,12−3;スイッチ、
12;静電容量切替手段、12−1,12−2;コンデンサ、
12−4;可変コンデンサ、21;発熱層、22;弾性層、
23;芯金層。
1, 1-1, 1-2, 1-3; auxiliary induction coil, 2; fixing roller,
3; excitation coil, 4; pressure roller, 5; magnetic core,
6; recording member, 10; fixing device, 11, 12-3; switch,
12; Capacitance switching means, 12-1, 12-2; Capacitor,
12-4; variable capacitor, 21; heating layer, 22; elastic layer,
23: Core metal layer.
Claims (11)
前記加熱部材に沿うように配置され交番磁束を生成して前記加熱部材を電磁誘導加熱する励磁コイルと、
該励磁コイルにより生成した交番磁束の一部を周回し交番磁束を発生させる消磁コイルと、
該消磁コイルに接続され、かつ異なる静電容量を有する複数のコンデンサのいずれかに切り替える静電容量切替手段とを有し、
前記静電容量切替手段によって、前記コンデンサの静電容量Cが、
An exciting coil arranged along the heating member to generate an alternating magnetic flux and electromagnetically heat the heating member;
A degaussing coil that circulates a part of the alternating magnetic flux generated by the exciting coil and generates the alternating magnetic flux;
Capacitance switching means connected to the demagnetizing coil and switching to any of a plurality of capacitors having different capacitances;
The capacitance C of the capacitor is changed by the capacitance switching means.
前記加熱部材に沿うように配置され交番磁束を生成して前記加熱部材を電磁誘導加熱する励磁コイルと、
該励磁コイルにより生成した交番磁束の一部を周回し交番磁束を発生させる消磁コイルと、
該消磁コイルに接続された可変コンデンサの静電容量を可変する静電容量可変手段とを有し、
前記静電容量可変手段によって、前記可変コンデンサの静電容量Cを、
An exciting coil arranged along the heating member to generate an alternating magnetic flux and electromagnetically heat the heating member;
A degaussing coil that circulates a part of the alternating magnetic flux generated by the exciting coil and generates the alternating magnetic flux;
A capacitance varying means for varying the capacitance of the variable capacitor connected to the demagnetizing coil;
The capacitance C of the variable capacitor is changed by the capacitance changing means.
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