JP6270458B2 - 定着装置 - Google Patents
定着装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6270458B2 JP6270458B2 JP2013261520A JP2013261520A JP6270458B2 JP 6270458 B2 JP6270458 B2 JP 6270458B2 JP 2013261520 A JP2013261520 A JP 2013261520A JP 2013261520 A JP2013261520 A JP 2013261520A JP 6270458 B2 JP6270458 B2 JP 6270458B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive layer
- magnetic
- magnetic core
- coil
- fixing device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
- G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
- G03G15/20—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat
- G03G15/2003—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat
- G03G15/2014—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat using contact heat
- G03G15/206—Structural details or chemical composition of the pressure elements and layers thereof
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
- G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
- G03G15/20—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat
- G03G15/2003—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat
- G03G15/2014—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat using contact heat
- G03G15/2053—Structural details of heat elements, e.g. structure of roller or belt, eddy current, induction heating
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
- G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
- G03G15/20—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat
- G03G15/2003—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat
- G03G15/2014—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat using contact heat
- G03G15/2064—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat using contact heat combined with pressure
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
- G03G2215/00—Apparatus for electrophotographic processes
- G03G2215/20—Details of the fixing device or porcess
- G03G2215/2003—Structural features of the fixing device
- G03G2215/2016—Heating belt
- G03G2215/2035—Heating belt the fixing nip having a stationary belt support member opposing a pressure member
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Fixing For Electrophotography (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Description
1−1.加熱装置を備えた画像形成装置の概略説明
図1は本実施例の加熱装置を用いた画像形成装置100の概略構成図である。画像形成装置100は、電子写真方式のレーザービームプリンタである。101は像担持体としての感光体ドラムであり、矢示の時計方向に所定のプロセススピード(周速度)にて回転駆動する。感光体ドラム101はその回転過程で帯電ローラ102により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。103は画像露光手段としてのレーザービームスキャナである。スキャナ103は、不図示のコンピュータ等の外部機器から入力され、画像処理手段によって生成されたデジタル画像信号に対応してオン/オフ変調されたレーザー光Lを出力して、感光体ドラム101の帯電処理面を走査露光する。この走査露光により感光体ドラム101表面の露光明部の電荷が除電されて感光体ドラム101表面に画像信号に対応した静電潜像が形成される。104は現像装置であり、現像ローラ104aから感光体ドラム101表面に現像剤(トナー)が供給されて、感光体ドラム101表面の静電潜像は、可転写像であるトナー像として順次に現像される。105は給紙カセットであり、記録材Pを積載収納させてある。給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ106が駆動されて、給紙カセット105内の記録材Pは、一枚ずつ分離給紙される。そして、レジストローラ対107を介して、感光体ドラム101と接触して従動回転する転写ローラ108との当接ニップ部である転写部位108Tに、所定のタイミングで導入される。すなわち、感光体ドラム101上のトナー像の先端部と記録材Pの先端部とが、同時に転写部位108Tに到達するように、レジストローラ107で記録材Pの搬送が制御される。その後、記録材Pは転写部位108Tを挟持搬送され、その間、転写ローラ108には不図示の転写バイアス印加電源から所定に制御された転写電圧(転写バイアス)が印加される。転写ローラ108にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加され、転写部位108Tにおいて感光体ドラム101表面側のトナー像が記録材Pの表面に静電的に転写される。転写後の記録材Pは、感光体ドラム101表面から分離されて搬送ガイド109を通り加熱装置としての加熱装置Aに導入される。加熱装置Aでは、トナー画像の熱定着処理を受ける。一方、記録材Pに対するトナー像転写後の感光体ドラム101表面はクリーニング装置110で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。加熱装置Aを通った記録材Pは、排紙口111から排紙トレイ112上に排出される。
本実施例において、加熱装置Aは電磁誘導発熱方式の装置である。図2は本実施例の加熱装置Aの要部の斜視図であり、図3は図2に示すB−Bにおける断面図を示す。図2において、導電層(発熱層)を有する回転体としての1は定着スリーブであり、本斜視図では定着スリーブの内部を説明するため、長手方向の中央部における切断図を用いて図示している。定着スリーブ1は、基層としての導電層1aと、導電層1aの外側に形成された弾性層1bと、弾性層1bの外側に形成された離型層1cと、を有する回転体である。定着スリーブの直径は、10〜50mmである。導電層1aは、膜厚10〜50μmの金属で形成され、弾性層1bは、硬度が20度(JIS−A、1kg加重)のシリコーンゴムを0.1mm〜0.3mmの厚さで成形したものである。そして、弾性層1bの外側に表層1c(離型層)として10μm〜50μmの厚さのフッ素樹脂チューブを被覆している。
図4は加熱装置Aの正面図及びプリンタ制御部10のブロック図である。非接触型サーミスタなど検温素子11は、記録材Pが加熱装置Aに搬送される上流側で且つ長手方向の中央部に配置する。これにより、定着スリーブ1の温度が所定の目標温度に維持される。プリンタコントローラ10aはホストコンピュータ12との間で通信と画像データの受信、及び受け取った画像データをプリンタが印字可能な情報に展開すると共に、エンジン制御部10bとの間で信号のやり取り及びシリアル通信を行う。エンジン制御部10bはプリンタコントローラ10aとの間で信号のやり取りを行い、さらに、シリアル通信を介してプリンタエンジンの電力制御部10c、定着温度制御部10dの制御を行う。定着温度制御部10dは検温素子11によって検出された温度を基に加熱装置Aの温度制御を行う。電力調整手段としての電力制御部10dは励磁コイル6に印加する電圧を調整して高周波コンバータ13の電力の制御を行う。
図5は、励磁コイル6に矢印I1の向きに電流が増加している瞬間の磁界と誘導電流を示す図である。磁性コア7は、励磁コイル6にて生成された磁力線を内部に誘導し、磁路を形成する部材として機能する。そのため磁力線の大部分は、磁性コア7に誘導され磁性コア7内(磁路)を通り、閉磁路を形成する。ここで、この磁路を囲むように、定着スリーブ1を設置した。磁性コア7の内部には交番磁界が形成される。そして、導電層1aの周回方向には、ファラデーの法則に従って誘導起電力が発生する。ファラデーの法則とは、「導電層1aに生じる誘導起電力Eの大きさは、その導電層1aを垂直に貫く磁界Φの変化の割合に比例する」というものであり、誘導起電力は、以下の式(4−1)で表される。
N:コイル巻き数
ΔΦ/Δt:微小時間Δtでの回路を垂直に貫く磁束の変化
励磁コイル6にI1を流すと、磁性コア7の内部に交番磁界が形成され、導電層1aの長手方向全域に周回方向の誘導起電力が生じて周回電流I2が流れる。導電層1aは電気抵抗を有するので、この周回電流I2が流れることによりジュール発熱する。この電流I2を誘導する動作原理は、同心軸トランスの磁気結合と等価である。
図6は高周波コンバータ13の具体例の一つである直列共振回路と、励磁コイルと導電層1aとの関係を説明する図である。商用電源、整流回路、高周波スイッチング回路、共振回路、理想変圧器、導電層1aの部分に分かれている。商用電源から得られる商用交流電圧(例えば、AC100Vまたは200V、50/60Hz)は、整流回路によって脈流電圧に変換され、高周波スイッチング回路に供給される。そして、脈流に変換された電圧Vaは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタなどのスイッチング素子によって高周波電流(例えば20.5kHz〜100kHz)として共振回路に供給される。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、以後、IGBT(insulated gate bipolar transistor)と記す。このIGBTは、その駆動(オン状態とオフ状態の切り替え)がドライブ回路によって制御される。共振回路において共振コンデンサCRと励磁コイルLRは、直列共振回路を構成している。直列回路共振回路においては、出力周波数が共振周波数fRと一致しているときに、インピーダンスが最小となり、電流が最も多く流れる。直列共振回路の共振周波数fRは、以下の式(5−1)によって得られる。
図7は、励磁コイルと発熱体のトランスのモデル図である。励磁コイルへの印加電圧VFHA、と円筒形発熱体に発生する熱量(円筒形発熱体の発熱に使用される電力PSLV)との関係は、トランスの変圧比の式から概算することが出来る。1次巻き線側(励磁コイル)にVFHAの高周波電圧を発生させ、その結果磁性コアFを介して2次巻き線側(発熱体)に誘導起電力VSLVがかかり、抵抗RSLVによって熱として消費され、熱量(=電力)PSLVが発生する。ここで、2次側コイルの巻き数は1回と考えることが出来、1次側のコイル(励磁コイル)の巻き数をNCOILとおくと、変圧比の式から、VFHA、VSLV、NCOILの間には、以下の式(6−1)の関係が成り立つ。
隣接した金属同士は、必ず静電容量を発生させる。このうち、設計者の意図していない部分で発生した静電容量を寄生容量(ストレー容量、浮遊容量)と呼ぶ。本実施例の加熱装置においても、励磁コイルの巻き数が多くなった場合、図9(a)にて点線で示すように、隣接するコイル線の金属同士がコンデンサの電極板のように振る舞い、電荷を蓄積してしまう。このコイル巻線間の寄生容量は、図9(b)に示すように、コイルに並列して、ΣCs(各線間の寄生容量Csの合計)の大きさのコンデンサが接続されているような振る舞いをし、これらの容量に蓄電や放電をするための不所望な電流が流れてしまう。低周波(例えば50〜60Hz)の場合、電圧変化が比較的低速で行われるなら、この不所望な電流は無視できる。しかし、電圧変化が高速で起こる場合(例えば20.5kHz〜100kHz)はこの充電量も大きくなり、発振してノイズの原因となる。この寄生容量の大きさに最も寄与するパラメータは、コイル間隔である。
コイル間隔1mm以上を達成するための条件について詳述する。まず、商用電源の入力電圧、加熱装置の最大電力は、製品の仕様によって決定するものである。その制約条件の中、寄生容量を小さく抑えて、ノイズの出ない加熱装置を実現するためには、スリーブの周回抵抗をコントロールする必要がある。
NCOIL:コイル巻き数
tCOIL:コイル線幅
その上でd=1mmを代入したものが式(8−5)のNの最大値N(MAX)となる。
となる。
以下、本実施例の加熱装置と従来の加熱装置との比較実験の結果について述べる。
本比較例は実施例1に対して、円筒形発熱体の周回抵抗が低い構成である。
材料は鉄、直径は6cm、厚みは5mm、長手長さは230mmである。この時周回抵抗は以下の表7のようになる。
実施例2では、円筒形回転体の中空部に挿通された磁性コアが、開磁路を形成する構成について説明する。その場合、前記円筒形回転体の長手方向全体にほぼ均一な強い磁路を形成する必要がある。装置構成を図12に示す。磁性コア7は、円筒形回転体としての定着スリーブ1の中空部に挿通され、連続した磁路を定着スリーブ1の長手全体に渡って形成している。材質は、比透磁率1800の焼成フェライトを用い、断面積は直径14mm、長手長さは定着スリーブと同じ長さとする。
1−4において、導電層1aの周回方向には、ファラデーの法則に従って誘導起電力が発生していることを説明した。ファラデーの法則とは、「導電層1aに生じる誘導起電力Eの大きさは、その導電層1aを垂直に貫く磁界Φの変化の割合に比例する」というものであった。従って設計指針としては、効率よく定着スリーブ導電層1aに誘導起電力を発生させるために、「定着スリーブ導電層1aの中を磁力線の垂直成分がより多く通過している状態」を設計する。従って図13のうち(a)は望ましい状態であり、(b)は望ましくない状態である。なぜなら、磁力線が円筒形回転体の材料内部を通っており、この場合、従来の特許文献2のように、発熱回転体内部に発生する渦電流で加熱する方法に該当する。このような磁力線形状は、円筒形回転体の比透磁率が大きい場合、円筒形回転体の断面積が大きい場合、磁性コアの断面積が小さい場合、磁性コアの比透磁率が小さい場合、磁性コアが長手方向に分割してギャップを形成している場合、等に生じる。
Pe:渦電流損によって生じる発熱量
t:定着ローラ厚み
f:周波数
Bm:最大磁束密度
ρ:抵抗率
ke:比例定数
鉄損は厚みtの2乗に比例するため、定着ローラ導電層1a厚みを小さくすると厚みの2乗に比例して減少してしまう。式(11−1)に示すように、発熱量Peは「Bm:材料内部の最大磁束密度」の2乗に比例するため、構成物としては鉄、コバルト、ニッケルとそれらの合金等の強磁性体を選択することが好ましい。逆に弱磁性体や反磁性体を用いると発熱効率が低下してしまう。そして、厚みtの2乗にも比例するため、厚さを200μm以下に薄くすると発熱効率が低下してしまう、抵抗率ρの高い材料も不利である、という問題がある。従って、「1−8:スリーブ周回抵抗に求められる条件」の具体的な数値例として示した表6の設計を実現することは困難である。そして、表皮電流で発熱している機構のため、「1−6:トランスモデルによる電力の算出方法」で説明した、図8(b)で示す、周回抵抗の計算は適用されない。電流は、スリーブ材料全体を通るのではなく、材料の表皮部分に集中するためである。よって抵抗値は、はるかに大きくなる傾向があり、かつコイル巻き数も少なくすることは容易である。一方、スリーブを薄くすることは出来ない。
2−2−1.導電層の外側を通る磁束の割合と電力の変換効率との関係
ところで、図13(a)の磁性コア7はループを形成しておらず端部を有する形状である。図13(c)のような磁性コア7が導電層1aの外でループを形成している定着装置における磁力線は、磁性コアに誘導されて導電層の内側から外側に出て内側に戻る。しかしながら、本実施例のように磁性コア7が定着スリーブ1(導電層1a)の外部でループを形成しない構成の場合、磁性コア7の端部から出た磁力線を誘導するものはない。磁性コア7の一端を出た磁力線が磁性コアの他端に戻る経路(NからS)は、導電層の外側を通る外側ルートと、導電層の内側を通る内側ルートと、のいずれも通る可能性がある。以後、導電層の外側を通って磁性コア7のNからSに向かうルートを外側ルート、導電層の内側を通って磁性コア7のNからSに向かうルートを内側ルートと呼ぶ。
そこで、定着装置における外側ルートを通る磁力線の割合を磁力線の通り易さをパーミアンスという指標を用いて表す。まず、一般的な磁気回路の考え方について説明する。磁力線が通る磁路の回路を電気回路に対して磁気回路という。磁気回路において磁束を計算する際、電気回路の電流の計算に準じて行うことができる。磁気回路は、電気回路に関するオームの法則が適用可能である。電気回路の電流に対応する磁束をΦと、起電力に対応する起磁力をVと、電気抵抗に対応する磁気抵抗をRと、すると、次の式(501)を満たす。
しかし、ここでは原理をより理解しやすく説明するために磁気抵抗Rの逆数であるパーミアンスPを用いて説明する。パーミアンスPを用いると、上式(501)は次の式(502)ように表せる。
更に、このパーミアンスPは、磁路の長さをBと、磁路の断面積をSと、磁路の透磁率をμと、すると下記の式(503)のように表せる。
で表される。パーミアンスPは、断面積S及び透磁率μに比例し、磁路の長さBに反比例する。
また、φc、φa_in、φs、φa_outはそれぞれ以下の式(505)〜(508)で表される。
φs=Ps×Vm ・・・(506)
φa_in=Pa_in×Vm ・・・(507)
φa_out=Pa_out・Vm ・・・(508)
よって、式(504)に(505)〜(508)を代入するとPa_outは次の式(509)示すように表される。
=(Pa_in+Ps+Pa_out)×Vm
∴Pa_out=Pc−Pa_in−Ps ・・・(509)
図15(b)より、磁性コア7の断面積をSc、導電層1aの内側の断面積をSa_in、導電層1a自身の断面積をSs、とすると、は以下のように、「透磁率×断面積」で表すことができ、単位は[H・m]である。
Pa_in=μ0・Sa_in=μ0・π・((a2)2−(a1)2) ・・・(511)
Ps=μ2・Ss=μ2・π・((a3)2−(a2)2) ・・・(512)
これらの(510)〜(512)を式(509)に代入すると、Pa_outは式(513)で表せる。
=μ1・Sc−μ0・Sa_in−μ2・Ss
=π・μ1・(a1)2
−π・μ0・((a2)2−(a1)2)
−π・μ2・((a3)2−(a2)2) ・・・(513)
上記の式(513)を使用することによって導電層1aの外側を通る磁力線の割合であるPa_out/Pcを計算することができる。
Pa_in=1.3×10−10+7.3×10−10[H・m]
Ps=4.1×10−12[H・m]
これらの値を用いて、次の式(514)からPa_out/Pc計算することができる。
尚、磁性コア7を長手方向で複数に分割し、分割した各磁性コア同士の間に空隙(ギャップ)を設ける場合もある。この場合、この空隙が空気又は比透磁率が1.0とみなせるものや磁性コアの比透磁率よりもずっと小さいもので満たされている場合、磁性コア7全体の磁気抵抗Rは大きくなり磁力線を誘導する機能が大幅に低下することになる。
(Rm_g1+Rm_g2+・・・・・+Rm_g9)・・・(515)
本構成の場合は、磁性コアの形状と材質、ギャップ幅は一様であるので、Rm_cの足し合わせた合計をΣRm_c、Rm_gの足し合わせた合計をΣRm_gとすると、次の式(516)〜(518)のように表せる。
Rm_c=Lc/(μc・Sc)・・・(517)
Rm_g=Lg/(μg・Sg)・・・(518)
式(516)に式(517)及び式(518)を代入して、長手全体の磁気抵抗Rm_allは次の式(519)のように表せる。
=(Lc/(μc・Sc))×10+(Lg/(μg・Sg))×9・・・(519)
ここで、単位長さ当たりの磁気抵抗Rmは、Lcの足し合わせた合計をΣLc、Lgの足し合わせた合計をΣLgとすると次の式(520)となる。
=Rm_all/(L×10+Lg×9)・・・(520)
以上から、単位長さあたりのパーミアンスPmは、以下の式(521)ように求められる。
=(ΣLc+ΣLg)/[{ΣLc/(μc+Sc)}+{ΣLg/(μg+Sg)}]
・・・(521)
ギャップLgを大きくすることは、磁性コア7の磁気抵抗の増加(パーミアンスの低下)につながる。本実施例の定着装置を構成する上で、発熱原理上、磁性コア7の磁気抵抗が小さく(パーミアンスが大きく)なるように設計することが望ましいため、ギャップを設けることはあまり望ましくない。しかし、磁性コア7の破損防止のために磁性コア7を複数に分割してギャップを設ける場合がある。
先に示した計算方法によって、分割コア間の空隙を設けた構成について計算事例を示す。図17に示すように、磁性コアc1〜c10は全て、比透磁率が1800、飽和磁束密度が500mTのフェライトであり、直径11mm、長さB=20mmの円柱形状をしており、G=0.5mmの隙間を設け、等間隔に11個配置しているものとする。円筒体としての定着ローラは直径40mm、厚さ0.5mmのニッケル(比透磁率600)によって形成したものを使用している。単位長さ当たりの磁気パーミアンスは、上記方法で計算することが出来、以下表11のようになる。
次に、本実施例の定着装置で必要な電力の変換効率について述べる。例えば、電力の変換効率が80%である場合、残り20%の電力は導電層以外のコイルやコア等で熱エネルギーに変換されて消費される。電力の変換効率が低い場合は、磁性コアやコイル等の発熱すべきでないものが発熱し、それらを冷却するための対策を講じる必要性がある場合がある。
励磁コイルに供給して導電層以外で消費される電力は、前励磁コイルの抵抗による損失、磁性コア材料の磁気特性による損失などがある。
この回路に流れる電流は、R1により損失する。即ちR1はコイル及び磁性コアによる損失を表している。
Mは励磁コイルと導電層の相互インダクタンスを表す。
式(527)から式(528)を導出できる。
効率(電力の変換効率)は、抵抗R2の消費電力/(抵抗R1の消費電力+抵抗R2の消費電力)で表されるから式(529)のように表せる。
本構成は、磁性コアの断面積が26.5mm2(5.75mm×4.5mm)で、導電層の直径が143.2mmであり、外側ルートを通る磁束の割合は64%である。この装置のインピーダンスアナライザによって求めた電力の変換効率は54.4%であった。電力の変換効率は定着装置に投入した電力のうち、導電層の発熱に寄与した分を示すパラメータである。従って、最大1000W出力可能な定着装置として設計しても約450Wが損失となり、その損失はコイル及び磁性コアの発熱となる。
本構成は、磁性コアの断面積はP1と同じで、導電層の直径が127.3mmであり、外側ルートを通る磁束の割合は71.2%である。この装置のインピーダンスアナライザによって求めた電力の変換効率は70.8%である。定着装置のスペックによっては、コイル及びコアの昇温が課題になる場合がある。本構成の定着装置を60枚/分の印字動作ができる高スペックな装置にすると、導電層の回転速度は330mm/secとなり、導電層の温度を180℃に維持する必要がある。導電層の温度を180℃に維持しようとすると、磁性コアの温度は20秒間で240℃を超える場合がある。磁性コアとして用いるフェライトのキュリー温度は通常200℃〜250℃程度であるから、フェライトがキュリー温度を超えて磁性コアの透磁率は急激に減少し、磁性コアで磁力線を適切に誘導することができなくなる場合がある。その結果、周回電流を誘導して導電層を発熱させることが難しくなる場合がある。
本構成は、磁性コアの断面積はP1と同じであり、導電層の直径が63.7mmの場合である。この装置のインピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は83.9%である。磁性コア及びコイル等に定常的に熱量が発生するものの、冷却手段が必要なレベルではない。本構成の定着装置を60枚/分の印字動作ができる高スペックな装置にすると導電層の回転速度は330mm/secとなり導電層の表面温度を180℃に維持する場合があるものの、磁性コア(フェライト)の温度は220℃以上に上昇することはない。従って、本構成において、定着装置を前述した高スペックする場合は、キュリー温度が220℃以上のフェライトを用いることが望ましい。
本構成は、磁性コアの断面積がP1と同じであり、円筒体の直径が47.7mmの場合である。この装置でインピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は94.7%である。本構成の定着装置を60枚/分の印字動作ができる高スペックな装置(導電層の回転速度は330mm/sec)で導電層の表面温度を180℃に維持する場合であっても、励磁コイルやコイル等は、180℃以上に達することはない。従って、磁性コアやコイル等を冷却する冷却手段及び特別な耐熱設計は不要である。
導電層の外側ルートを通過する磁束の割合が72%以上であることは、導電層のパーミアンスと導電層の内側(導電層と磁性コアの間の領域)のパーミアンスとの和が磁性コアのパーミアンスの28%以下であることと等価である。従って、本実施例の特徴的な構成の一つは、磁性コアのパーミアンスをPc、導電層の内側のパーミアンスをPa、導電層のパーミアンスPsとした時に、次の式(529)を満足することである。
また、パーミアンスの関係式を磁気抵抗に置き換えて表現すると下記の式(530)になる。
Rs:導電層の磁気抵抗
Ra:導電層と磁性コアとの間の領域の磁気抵抗
Rsa:RsとRaの合成磁気抵抗
上記のパーミアンスもしくは磁気抵抗の関係式を、定着装置の記録材の最大搬送領域全域で、円筒形回転体の母線方向に直交する方向の断面において満足することが望ましい。
同様に、本実施例のレンジR2の定着装置は導電層の外側ルートを通過する磁束の割合が92%以上である(表3の数値は91.7%以上であるが測定誤差等を考慮して92%とする)。導電層の外側ルートを通過する磁束の割合が92%以上であることは、導電層のパーミアンスと導電層の内側(導電層と磁性コアの間の領域)のパーミアンスとの和が磁性コアのパーミアンスの8%以下であることと等価である。よって、パーミアンスの関係式は以下の式(532)になる。
上記のパーミアンスの関係式を磁気抵抗の関係式に変換すると以下の式(533)ようになる。
上記のパーミアンスの関係式(534)を磁気抵抗の関係式に変換すると以下の式(535)になる。
ここで、導電層と磁性コアとの間の領域の単位長さ当たりの磁気抵抗raは、フィルムガイドrfの単位長さ当たりの磁気抵抗と導電層の内側の磁気抵抗rairの単位長さ当たりの磁気抵抗との合成磁気抵抗である。従って、下記の式(536)を用いて計算できる。
rs1=5.3×1011[1/(H・m)]
また、領域3は領域1と同じであるから下記のようになる。
ra3=2.7×109[1/(H・m)]
rs3=5.3×1011[1/(H・m)]
次に、領域2における各部品の単位長さ当たりの磁気抵抗を下記の表15に示す。
導電層と磁性コアの間の領域の単位長さ当たりの磁気抵抗raは、フィルムガイドrfの単位長さ当たりの磁気抵抗と、サーミスタrtの単位長さ当たりの磁気抵抗と、導電層の内側の空気rairの単位長さ当たりの磁気抵抗と、の合成磁気抵抗である。従って下記の
式(537)で計算できる。
rs2=5.3×1011[1/(H・m)]
領域3の計算方法は領域1と同じであるので省略する。
従って、記録材の最大搬送領域の一端から他端までの区間におけるコアの磁気抵抗Rc[H]は下記の式(539)ように計算できる。
また、記録材の最大搬送領域の一端から他端までの区間における導電層と磁性コアとの間の領域の合成磁気抵抗Ra[H]は、下記の式(540)ように計算できる。
記録材の最大搬送領域の一端から他端までの区間における導電層の合成磁気抵抗Rs[H]は次の式(541)のようになる。記録材の最大搬送領域は、画像が通過する最大領域であっても良い。
上記の計算を、それぞれの領域において行ったものを以下表16に示す。
Ra=5.8×1011[1/H]
Rs=1.1×1014[1/H]
RsとRaの合成磁気抵抗Rsaは以下の式(542)で計算できる。
実施例2の構成は実施例1の構成に比べ、閉磁路を形成する必要がない分、少ない部品で構成でき、装置全体をコンパクトに設計できるというメリットがある。また、コア体積を小さく設計できるため、コア損失を少なく出来るというメリットがある。
1a 導電層
2 加圧ローラ
6 励磁コイル
7 磁性コア
10c プリンタエンジンの電力制御部
10d 定着温度制御部
11 検温素子
13 高周波コンバータ
240 検温素子
A 加熱装置
P 記録材
Claims (6)
- 導電層を有する回転体と、
前記回転体の内部に配置され、螺旋軸が前記回転体の母線方向に対して略平行となる螺旋形状部を形成するように巻かれ、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するための励磁コイルと、
前記螺旋形状部の内部に配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するための磁性コアと、前記励磁コイルへ交番電流を供給するインバータ回路と、
を備え、前記回転体からの熱により記録材に形成されたトナー画像を記録材に定着する定着装置において、
前記磁性コアは、前記回転体の外部でループを形成しない形状であり、
前記母線方向に関し前記画像が通過する最大領域の一端から他端までの区間において、前記磁性コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記磁性コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の28%以下であり、
前記交番電流の周波数は20.5kHz〜100kHzの範囲であって、前記励磁コイルが巻かれた間隔は、1mm以上であることを特徴とする定着装置。 - 前記母線方向に関し前記画像が通過する最大領域の一端から他端までの区間において、前記磁性コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記磁性コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の8%以下であることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記母線方向に関し前記画像が通過する最大領域の一端から他端までの区間において、前記磁性コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記磁性コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の5%以下であることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 導電層を有する回転体と、
前記回転体の内部に配置され、螺旋軸が前記回転体の母線方向に対して略平行となる螺旋形状部を形成するように巻かれ、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するための励磁コイルと、
前記螺旋形状部の内部に配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するための磁性コアと、前記励磁コイルへ交番電流を供給するインバータ回路と、
を備え、前記回転体からの熱により記録材に形成されたトナー画像を記録材に定着する定着装置において、
前記磁性コアは、前記回転体の外部でループを形成しない形状であり、
前記母線方向に関し前記画像が通過する最大領域の一端から他端までの区間において、前記磁性コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記磁性コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の28%以下であり、
前記交番電流の周波数は20.5kHz〜100kHzの範囲であって、
前記導電層の前記母線方向の長さをLSLV[m]、直径をdSLV[m]、厚みをtSLV[m]、体積抵抗率をρSLV[Ωm]とした時に前記導電層の周方向の抵抗RSLV [Ω]は式(1)で表し、
前記励磁コイルの線幅をtCOIL [mm]、前記螺旋形状部と前記磁性コアが前記母線方向でオーバラップする長さをLCOIL [mm]、前記インバータ回路に供給される商用電源の実効値電圧をVe [V]、導電層に発生させられる電力をPSLV [W]、とした時に式(2)の条件が成り立つことを特徴とする定着装置。
- 前記母線方向に関し前記画像が通過する最大領域の一端から他端までの区間において、前記磁性コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記磁性コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の8%以下であることを特徴とする請求項4に記載の定着装置。
- 前記母線方向に関し前記画像が通過する最大領域の一端から他端までの区間において、前記磁性コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記磁性コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の5%以下であることを特徴とする請求項4に記載の定着装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013261520A JP6270458B2 (ja) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | 定着装置 |
US14/571,855 US9618884B2 (en) | 2013-12-18 | 2014-12-16 | Image heating apparatus |
US15/451,116 US20170176897A1 (en) | 2013-12-18 | 2017-03-06 | Image heating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013261520A JP6270458B2 (ja) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | 定着装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015118260A JP2015118260A (ja) | 2015-06-25 |
JP6270458B2 true JP6270458B2 (ja) | 2018-01-31 |
Family
ID=53368306
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013261520A Active JP6270458B2 (ja) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | 定着装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US9618884B2 (ja) |
JP (1) | JP6270458B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6366265B2 (ja) * | 2013-12-18 | 2018-08-01 | キヤノン株式会社 | 定着装置 |
JP6529356B2 (ja) * | 2015-06-18 | 2019-06-12 | キヤノン株式会社 | 定着装置 |
JP2019139093A (ja) * | 2018-02-13 | 2019-08-22 | 株式会社東芝 | 加熱装置及び定着装置 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1074010A (ja) * | 1996-09-02 | 1998-03-17 | Canon Inc | 加熱装置及び画像形成装置 |
JPH10123861A (ja) | 1996-10-23 | 1998-05-15 | Minolta Co Ltd | 誘導加熱定着装置 |
JPH10319748A (ja) * | 1997-05-23 | 1998-12-04 | Minolta Co Ltd | 誘導加熱定着装置 |
JP2000035724A (ja) | 1998-07-17 | 2000-02-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 像加熱装置および画像形成装置 |
JP2000029332A (ja) * | 1998-07-13 | 2000-01-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 熱ローラー装置 |
JP4098886B2 (ja) | 1998-07-22 | 2008-06-11 | パナソニック コミュニケーションズ株式会社 | 定着装置 |
JP3527442B2 (ja) | 1999-10-27 | 2004-05-17 | 松下電器産業株式会社 | 像加熱装置および画像形成装置 |
JP3846255B2 (ja) * | 2001-10-23 | 2006-11-15 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 画像形成装置 |
JP3962598B2 (ja) * | 2002-02-04 | 2007-08-22 | キヤノン株式会社 | 誘導加熱装置 |
JP2004079824A (ja) | 2002-08-20 | 2004-03-11 | Fuji Xerox Co Ltd | 磁心および磁場遮蔽部材、並びにこれらを用いた励磁コイル、トランス、電気機器、および電子写真装置 |
JP2004288437A (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Fuji Xerox Co Ltd | 励磁コイル、磁心および画像形成装置 |
JP2005166524A (ja) * | 2003-12-04 | 2005-06-23 | Fuji Xerox Co Ltd | 励磁コイル及びこれを用いた電磁誘導加熱装置、定着装置、画像形成装置 |
KR100538246B1 (ko) * | 2004-01-05 | 2005-12-21 | 삼성전자주식회사 | 화상형성장치의 정착장치 |
JP4930026B2 (ja) * | 2006-12-13 | 2012-05-09 | 富士ゼロックス株式会社 | 積層体、無端状ベルト、定着装置及び画像形成装置 |
JP6223003B2 (ja) | 2012-06-19 | 2017-11-01 | キヤノン株式会社 | 定着装置 |
-
2013
- 2013-12-18 JP JP2013261520A patent/JP6270458B2/ja active Active
-
2014
- 2014-12-16 US US14/571,855 patent/US9618884B2/en active Active
-
2017
- 2017-03-06 US US15/451,116 patent/US20170176897A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015118260A (ja) | 2015-06-25 |
US20170176897A1 (en) | 2017-06-22 |
US9618884B2 (en) | 2017-04-11 |
US20150168895A1 (en) | 2015-06-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101761491B1 (ko) | 정착 장치 | |
JP6366264B2 (ja) | 像加熱装置及び画像形成装置 | |
JP6351251B2 (ja) | 定着装置、及びその定着装置を備える画像形成装置 | |
JP6366399B2 (ja) | 加熱定着装置 | |
JP6218589B2 (ja) | 定着装置、及びその定着装置を備える画像形成装置 | |
JP6504782B2 (ja) | 像加熱装置及び画像形成装置 | |
JP6272000B2 (ja) | 定着装置 | |
JP6270458B2 (ja) | 定着装置 | |
JP6261324B2 (ja) | 像加熱装置 | |
JP5311180B2 (ja) | 定着装置及び画像形成装置 | |
JP6272001B2 (ja) | 定着装置 | |
JP2017097144A (ja) | 定着装置および加熱回転体 | |
US9436140B2 (en) | Fixing device controlling frequency of AC current caused to flow through helical coil causing electroconductive layer of rotatable member to generate heat through electromagnetic induction | |
JP6381336B2 (ja) | 像加熱装置及び画像形成装置 | |
JP6391339B2 (ja) | 定着装置 | |
JP6452775B2 (ja) | 定着装置 | |
JP2017049525A (ja) | 定着装置、及びその定着装置を有する画像形成装置 | |
JP2015118254A (ja) | 像加熱装置 | |
JP2015118259A (ja) | 定着装置 | |
JP6463021B2 (ja) | 定着装置 | |
JP2017072779A (ja) | 定着装置 | |
JP2016212212A (ja) | 定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161213 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170809 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170822 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171005 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171128 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171226 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6270458 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |