JPH08220912A - Fixing device by electromagnetic induction heating - Google Patents

Fixing device by electromagnetic induction heating

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JPH08220912A
JPH08220912A JP2940595A JP2940595A JPH08220912A JP H08220912 A JPH08220912 A JP H08220912A JP 2940595 A JP2940595 A JP 2940595A JP 2940595 A JP2940595 A JP 2940595A JP H08220912 A JPH08220912 A JP H08220912A
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JP
Japan
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roller
exciting coil
heating
fixing
magnetic
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JP2940595A
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Minoru Hayashizaki
実 林崎
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Abstract

PURPOSE: To solve such problems that it is difficult to control the temperature of the roller surface constant and also the heat efficiency is low because of not only heating a recording paper but also heating the whole roller, as for a system for heating the heating roller by a halogen heater arranged inside the heating roller. CONSTITUTION: As for a thermal fixing device for a printer using an electrophotographic copying process, and for fixing a toner image transferred to a print paper on the recording paper, the device is provided with an energizing coil 9, a roller 1 constituted of magnetic material, or metal and arranged so as to magnetically couple to the generated magnetic field of the energizing coil, a high frequency converter 12 for supplying a high frequency power to the energizing coil, and the device is also provided with a means 10 for always concentrating a magnetic flux on a part near the recording paper P irrespective of the rotation of the roller, and only the roller part required for fixing is heated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真プロセスにお
いて形成される現像材(トナー)像の熱定着装置に関す
るものであり、特に、加熱手段として、電磁誘導加熱を
用いた熱定着装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat fixing device for a developer (toner) image formed in an electrophotographic process, and more particularly to a heat fixing device using electromagnetic induction heating as a heating means.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電子写真プロセスを用いたプリン
タ装置の定着は、加熱ローラーとそれに圧接する加圧ロ
ーラーの一体構成により、両者間に未定着画像を支持し
た記録材を通過させて定着を行うものである。この構成
において通常熱源であるハロゲンヒーターの通電電力
は、ヒーターを発熱、発光させ、その熱は、輻射、対流
によって一般にアルミ金属で作られたローラーを加熱す
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, fixing of a printer apparatus using an electrophotographic process is performed by passing a recording material supporting an unfixed image between the heating roller and a pressure roller in pressure contact with the fixing roller. It is something to do. In this configuration, the electric power supplied to the halogen heater, which is usually a heat source, causes the heater to generate heat and emit light, and the heat heats the roller generally made of aluminum metal by radiation and convection.

【0003】このアルミ金属ローラーは、受けた熱をロ
ーラー全体に温度差のないよう伝導する働きを行う。こ
のようにして一様な温度分布となったローラーはその上
層にコートされた耐熱ゴムを介して、記録紙上の未定着
トナーを加熱、溶融させて記録紙媒体に染み込ませ定着
させるものである。
This aluminum metal roller serves to conduct the received heat to the entire roller without any temperature difference. The roller having a uniform temperature distribution in this way heats and melts the unfixed toner on the recording paper through the heat-resistant rubber coated on the upper layer, so that the unfixed toner is impregnated into the recording paper medium and fixed.

【0004】通常、熱源であるハロゲンヒーターはロー
ラー中央部の中空部に、ガラス封止した細長い棒状のハ
ロゲンヒーターを通し、ハロゲンヒーターには通常、交
流電源(ライン入力電源)にスイッチング制御素子を介
して電流を流し、ローラーを加熱する構成により加熱さ
れる。従って、定着ローラー温度制御は、ローラーに近
接させて配置した温度検出素子、一般に、サーミスタ感
熱素子により、ローラー温度を検出し、交流電源とハロ
ゲンヒーター間に設けられたスイッチング素子、例え
ば、トライアック等によつて、オン/オフ制御を行い、
目標の一定温度が得られるように制御している。
Usually, a halogen heater which is a heat source is a glass-sealed slender rod-shaped halogen heater which is passed through a hollow portion in the center of the roller. The halogen heater is usually connected to an AC power source (line input power source) through a switching control element. Current is applied to heat the roller. Therefore, the fixing roller temperature control detects the roller temperature by a temperature detecting element arranged in the vicinity of the roller, generally a thermistor thermosensitive element, and a switching element provided between the AC power source and the halogen heater, for example, a triac. Therefore, on / off control is performed,
It is controlled so that the target constant temperature can be obtained.

【0005】図15に加熱定着を行う像加熱定着装置を
示す。図15に示す装置においては、矢印方向から搬送
される、未定着の粉体トナー像を支持した記録材Pは、
搬送ベルト71に搬送されてセンサー72を通過する。
これにより、加熱口ーラー73と加圧ローラー74に接
続されているモータ75が駆動を始め、加熱ローラー7
3と加圧ローラー74が回転を始める。そして、記録材
Pは、加熱ローラー73と加圧ローラー74のニップ部
に搬送され、該ニップ部にて加熱及び加圧を受けて、排
出され、センサー76を通過する。その後、センサー7
6の信号がオンからオフに変化し、モータ75の駆動が
停止する。
FIG. 15 shows an image heating and fixing device for carrying out heating and fixing. In the apparatus shown in FIG. 15, the recording material P supporting the unfixed powder toner image, which is conveyed in the arrow direction, is
It is conveyed by the conveyor belt 71 and passes through the sensor 72.
As a result, the motor 75 connected to the heating roller 73 and the pressure roller 74 starts driving, and the heating roller 7
3 and the pressure roller 74 start rotating. Then, the recording material P is conveyed to the nip portion between the heating roller 73 and the pressure roller 74, is heated and pressurized in the nip portion, is discharged, and passes through the sensor 76. Then sensor 7
The signal 6 changes from on to off, and the driving of the motor 75 is stopped.

【0006】上記ニップ部での加熱は、加熱ローラー7
3に内包されたハロゲンヒーター77に電力を供給して
発熱させている。加圧ローラー表面に接触して設けられ
た温度検知素子であるサーミスタ78の抵抗値が、基準
値に対して、一定となるようにハロゲンヒーター77へ
の通電が制御される。これによつて加熱ローラー73は
定着に必要な温度を保ち、良好な定着が行えるように構
成してある。
The heating at the nip portion is performed by the heating roller 7
Electric power is supplied to the halogen heater 77 included in No. 3 to generate heat. The energization of the halogen heater 77 is controlled so that the resistance value of the thermistor 78, which is a temperature detecting element provided in contact with the surface of the pressure roller, is constant with respect to the reference value. As a result, the heating roller 73 is configured to maintain the temperature required for fixing and perform good fixing.

【0007】また、加熱ローラー73の温度を常に定着
に必要な温度に維持し続けると、消費電力が増大し、ま
た、ローラーが異常加熱を起こすこともあるので、上記
装置に於いては、ローラー停止時の温度が回転時よりも
低くなるように制御している。
Further, if the temperature of the heating roller 73 is always maintained at a temperature required for fixing, power consumption increases and abnormal heating of the roller may occur. The temperature at the time of stop is controlled to be lower than that at the time of rotation.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来の定着方式では、
加熱ローラーは、その中に配置されたハロゲンヒーター
によって加熱される為、ハロゲンヒーターの熱が加熱ロ
ーラーに伝わるまでに、輻射や対流、伝導といった伝熱
プロセスがあり、温度制御時の応答性が非常に悪い。さ
らに、ヒーターの制御方式は、交流電源とヒーター間に
設けられたスイッチング制御素子、例えばトライアック
等によって、オン/オフ制御の方式を採るが、このよう
な構成では、温度制御が非常に難しく、複雑なものにな
る。
In the conventional fixing system,
Since the heating roller is heated by the halogen heater placed inside it, there are heat transfer processes such as radiation, convection, and conduction before the heat of the halogen heater is transferred to the heating roller, and the responsiveness during temperature control is extremely high. Bad for Further, the heater control method uses an on / off control method by a switching control element provided between the AC power source and the heater, such as a triac, but with such a configuration, temperature control is very difficult and complicated. It becomes something.

【0009】従来のヒーター制御についての詳細を以下
に説明する。
Details of the conventional heater control will be described below.

【0010】まず、電源投入時、定着ローラーの温度が
目標温度よりも低いため、制御回路はスイッチング素子
をオンにし、最大電力を供給する。温度制御フィードバ
ックは、目標温度に対して、検出値が小さい場合はすべ
て、オン状態になるため、温度が上昇して、目標温度近
辺に到達した状態になっても制御回路はスイッチをオン
状態にホールドしたままなので、立ちあげ時と同じ、最
大電力を供給し続けるため、温度が目標温度に到達した
時点でスイッチをオフしたとしても、それまでに供給し
た電力のため、目標温度をはるかに越え、オーバーシュ
ートしてしまう。
First, when the power is turned on, since the temperature of the fixing roller is lower than the target temperature, the control circuit turns on the switching element to supply the maximum power. The temperature control feedback turns on when the detected value is smaller than the target temperature.Therefore, even if the temperature rises and reaches the vicinity of the target temperature, the control circuit turns on the switch. Since the power is still being held, the maximum power continues to be supplied, which is the same as when starting up.Even if the switch is turned off when the temperature reaches the target temperature, the target temperature is far exceeded because of the power supplied up to that point. , Overshoot.

【0011】このようなオーバーシュートは上記のよう
な簡素な制御手段を行った場合には、目標温度の約5%
程度は発生してしまう事が知られている。以上が従来の
定着方式における制御上の間題点であった。
Such overshoot is about 5% of the target temperature when the above simple control means is used.
It is known that the degree will occur. The above is the control point in the conventional fixing method.

【0012】従来の定着方式では、先にも述べたよう
に、ローラー内部、中心軸に配置されたハロゲンヒータ
ーによって、ローラーを内部から、円周面全体を加熱す
るものであった。この場合、紙を加熱する以外にローラ
ー面から逃げる熱が多く、定着時の熱効率が低下する。
In the conventional fixing method, as described above, the halogen heater arranged inside the roller and on the central axis heats the entire circumferential surface from the inside of the roller. In this case, much heat escapes from the roller surface in addition to heating the paper, and the thermal efficiency at the time of fixing is lowered.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、本発明の電磁誘導加熱による定着装置は、
電子写真プロセスを用いたプリンタ装置の、プリント紙
に転写されたトナ―像を記録紙に定着する熱定着装置に
於いて、励磁コイルと、励磁コイルの発生磁界に磁気的
に結合するように配置される磁性材あるいは金属により
構成されたローラーと、上記励磁コイルに高周波電力を
供給する高周波コンバーターを有し、ローラーの回転に
拘らず、常に記録紙に近い部分に磁束を集中させる手段
を有する事を特徴とする。概略的には、定着ローラーの
加熱器構成として磁性金属あるいは金属で構成されるロ
ーラーと磁界発生コイル、及び、高周波スイッチング手
段を有するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the fixing device by electromagnetic induction heating of the present invention comprises:
In a thermal fixing device for fixing a toner image transferred on a print paper to a recording paper of a printer device using an electrophotographic process, it is arranged so as to be magnetically coupled to an exciting coil and a magnetic field generated by the exciting coil. Roller having a magnetic material or metal and a high-frequency converter for supplying high-frequency power to the exciting coil, and means for always concentrating the magnetic flux near the recording paper regardless of the rotation of the roller. Is characterized by. In general, the fixing roller heater has a magnetic metal or a roller made of metal, a magnetic field generating coil, and a high-frequency switching means.

【0014】上記磁界発生コイルに高周波スイッチング
電流を流し、発生した高周波磁界を定着ローラー内部の
金属に磁気結合させ、磁気が及ぼす渦電流損によって磁
性金属を加熱、定着ローラーに熱伝達させる。
A high frequency switching current is passed through the magnetic field generating coil to magnetically couple the generated high frequency magnetic field to the metal inside the fixing roller, and the magnetic metal is heated by the eddy current loss caused by the magnetism and transferred to the fixing roller.

【0015】従って、温度の制御は磁束の量を制御する
事になり、電力制御をリニアに無段階可変可能な構成に
する事によって制御温度のリップルを極小にする。
Therefore, the temperature control is to control the amount of magnetic flux, and the ripple of the control temperature is minimized by making the power control linearly and continuously variable.

【0016】また、加熱体であるコアとコイルからなる
磁路のうち、磁気回路のオープンになる部分を、加熱ロ
ーラーの記録紙に近い部分に向け、磁束を集中させる構
造にし、発熱部を最適位置のみに制限する。
Further, in the magnetic path consisting of the core, which is the heating element, and the coil, the open portion of the magnetic circuit is directed to the portion of the heating roller near the recording paper so that the magnetic flux is concentrated to optimize the heat generating portion. Limit to position only.

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

(実施例1)図1は、本発明の特徴を最も良く示す誘導
加熱定着装置及びその近傍の概略断面図である。図1に
於いて、1は定着加熱ローラー、2は、定着加圧ローラ
ー、Pは未定着トナーが転写された後の、搬送行程にあ
る記録紙、4は記録紙を定着器に搬送する搬送ローラ
ー、5は、電子写真の像形成を行う感光体ドラム、6は
感光体ドラムに形成されたトナー像を記録紙に転写する
ための転写電極である。7は加熱ローラーと一体化され
て加熱ローラーと共に回転する回転軸受けであり、固定
された中心軸8とは回転自在に結合される。9は励磁コ
イル巻線、10はコアである。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an induction heating fixing device and its vicinity which best show the features of the present invention. In FIG. 1, 1 is a fixing heating roller, 2 is a fixing pressure roller, P is a recording paper in the conveying process after the unfixed toner is transferred, and 4 is a conveying for conveying the recording paper to a fixing device. The rollers 5 are photosensitive drums for forming an electrophotographic image, and 6 is a transfer electrode for transferring the toner image formed on the photosensitive drums to a recording paper. Reference numeral 7 denotes a rotary bearing that is integrated with the heating roller and rotates together with the heating roller, and is rotatably coupled to the fixed central shaft 8. Reference numeral 9 is an exciting coil winding, and 10 is a core.

【0018】励磁コイルの巻線は、図3に示すように、
断面E型の長尺のコア10の真中の足に導線を巻いたよ
うな構造である。11は、コア及びコイル(これを加熱
体と呼ぶ事にする)を中心軸8と結合させる継手であ
る。また、図2は、加熱ローラー部のみを示す図であ
り、同図における各部の符号は、図1に一致させてあ
る。図2において、12は加熱体に高周波電力を供給す
る、高周波コンバーターである。
The winding of the exciting coil is, as shown in FIG.
This is a structure in which a conductive wire is wound around the middle leg of the elongated core 10 having an E-shaped cross section. Reference numeral 11 denotes a joint that connects the core and the coil (which will be referred to as a heating body) with the central shaft 8. Further, FIG. 2 is a diagram showing only the heating roller portion, and the reference numerals of the respective portions in FIG. 2 are the same as those in FIG. In FIG. 2, reference numeral 12 is a high frequency converter for supplying high frequency power to the heating element.

【0019】図1において、電子写真装置の基本的動作
部分については周知の事であるとして、省略した。
In FIG. 1, the basic operation part of the electrophotographic apparatus is omitted because it is well known.

【0020】一連の電子写真プロセスでトナーにより形
成された画像は、高圧転写電極6により転写紙Pに吸引
されて転写される。この転写紙又は記録紙は、一定の電
子写真プロセススピードで搬送ローラーにより定着部に
搬送されており、定着ローラーの加熱ローラ1と、加圧
ローラ2で構成されるニップ部にガイドされ、熱と圧力
によって転写紙上のトナ一は溶融し、紙の繊維内に染み
込み、定着される。
An image formed by toner in a series of electrophotographic processes is attracted and transferred to the transfer paper P by the high voltage transfer electrode 6. This transfer paper or recording paper is conveyed to a fixing unit by a conveying roller at a constant electrophotographic process speed, and is guided by a nip portion composed of a heating roller 1 of the fixing roller and a pressure roller 2 to generate heat. The toner on the transfer paper is melted by the pressure, soaks into the fibers of the paper, and is fixed.

【0021】前述したように加熱ローラーの材料には磁
性材料(磁性金属)といった、比較的透磁率μが高く、
適当な抵抗率ρを持つものを用いている。例えば、磁性
ステンレスである。また、非磁性材料でも、金属などの
導電性のある材料は材料を薄膜にする事、あるいはコン
バータを高周波化する事により使用可能である。
As described above, the material of the heating roller has a relatively high magnetic permeability μ such as a magnetic material (magnetic metal),
A material having an appropriate resistivity ρ is used. For example, magnetic stainless steel. Further, even non-magnetic materials, conductive materials such as metals can be used by making the material into a thin film or by increasing the frequency of the converter.

【0022】界磁用コイルこ高周波電力を供給するため
の高周波コンバーター部分の詳細については、後に述べ
る。熱検出用の温度検出素子で、例えばサーミスタを使
用する。
Details of the high frequency converter portion for supplying the high frequency electric power to the field coil will be described later. A temperature detecting element for heat detection, for example, a thermistor is used.

【0023】上記のような装置構成において、装置動作
時に、後に詳細な動作説明を行う高周波コンバータ12
から高周波電流が供給されると、界磁コイル9は高周波
磁界を発生する。このコイルは高周波で使用されるた
め、細い線を数本リッツにしたものを用い、巻線に伝熱
した場合のため、被覆には耐熱性のものを使用した。ま
た、コア10は高透磁率かつ低損失の磁性材コアであり
フェライトやパーマロイといつた高透磁率、低損失のも
のを用いる。パーマロイのような合金の場合は、コア内
の渦電流損失が、高周波で大きくなるため、積層構造に
しても良い。コアは磁気回路の効率をあげるため、又、
磁気遮蔽の為に用いている。このコイルとコアの磁気回
路部分は、磁気シールドが十分にできる手段がある場合
は空心にしてもよい。上記のようにして発生した高周波
磁界は加熱ローラー1に印加される。
In the device configuration as described above, the high frequency converter 12 will be described later in detail when the device is in operation.
When a high-frequency current is supplied from the field coil 9, the field coil 9 generates a high-frequency magnetic field. Since this coil is used at high frequencies, a litz wire was used as the thin wire, and a heat resistant one was used for the coating in order to transfer heat to the winding. Further, the core 10 is a magnetic material core having high magnetic permeability and low loss, and is made of ferrite or permalloy having high magnetic permeability and low loss. In the case of an alloy such as Permalloy, the eddy current loss in the core increases at high frequencies, so a laminated structure may be used. The core increases the efficiency of the magnetic circuit,
It is used for magnetic shielding. The magnetic circuit portion of the coil and the core may be air-core if there is a means capable of providing a sufficient magnetic shield. The high frequency magnetic field generated as described above is applied to the heating roller 1.

【0024】加熱ローラーは、紙に接する部分のμ(こ
れは摩擦係数のμ)を適当なものにするために、ローラ
ー自体に加工を行うほか、ゴムなどをコーティングして
もよい。
The heating roller may be processed on the roller itself or coated with rubber or the like in order to make the μ of the portion in contact with the paper (this is the friction coefficient μ) appropriate.

【0025】前記磁界が加熱ローラーに印加されると、
加熱ローラーの金属(または磁性体)内では磁界による
渦電流が発生し、金属の抵抗により損失(ジュール損)
となって発熱する。高周波磁界であるから、ローラーは
界磁コイルに近い側の表面から加熱されていく。この熱
で記録材に付着したトナーを熱定着させる。
When the magnetic field is applied to the heating roller,
In the metal (or magnetic material) of the heating roller, an eddy current is generated by the magnetic field and the resistance of the metal causes loss (Joule loss).
And become feverish. Since it is a high frequency magnetic field, the roller is heated from the surface close to the field coil. This heat causes the toner attached to the recording material to be thermally fixed.

【0026】高周波コンバータが、スイッチング電力を
供給している様子を図4に示す。図4に於いて、ライン
から供給される商用交流は、両波整流器で整流され、界
磁コイルの一端に供給される。供給された電力を、スイ
ッチング素子(FET)により高周波スイッチングす
る。このスイッチングタイミングは、スイッチング損失
を避け、効率を良くするため、また、スイッチングノイ
ズを無くすために、FETのソース−ドレイン間の電圧
または電流が0となった時に同期させるようにする。こ
れはDC―DCコンバータにおいて、共振型スイッチン
グ動作とよばれている手法である。又、定着ローラは、
スイッチング電源におけるスイッチングトランスと同じ
等価回路で示す事ができる。その様子を図5において後
に詳細に説明する。
FIG. 4 shows how the high frequency converter supplies the switching power. In FIG. 4, the commercial alternating current supplied from the line is rectified by the double-wave rectifier and supplied to one end of the field coil. The supplied electric power is high-frequency switched by a switching element (FET). This switching timing is synchronized when the voltage or current between the source and drain of the FET becomes 0 in order to avoid switching loss, improve efficiency, and eliminate switching noise. This is a method called a resonance type switching operation in a DC-DC converter. Also, the fixing roller is
It can be shown by the same equivalent circuit as the switching transformer in the switching power supply. This will be described in detail later with reference to FIG.

【0027】図4において、206は制御ICで、動作
説明を行うために回路構成の一部を表した、加熱体金属
1は加熱励磁コイル100〜103により励磁加熱さ
れ、励磁された加熱体金属の発生温度はサーミスタにに
より電圧に変換される。従って、上記検出電圧を端子3
1(図5)に温度として入力される。
In FIG. 4, reference numeral 206 denotes a control IC, which represents a part of the circuit configuration for explaining the operation. The heating body metal 1 is excited and heated by the heating exciting coils 100 to 103, and the heated heating body metal is excited. The generated temperature of is converted into a voltage by a thermistor. Therefore, the above detection voltage is applied to the terminal 3
1 (FIG. 5) is entered as the temperature.

【0028】図5における符号31〜56は、図4にお
ける制御ICの説明である。即ち、温度検出手段204
からの温度情報(電圧値)を基準電圧31と比較し、ス
イッチ素子のオン時間(オンデューティ)を変化させる
ことで温度調整を行う。
Reference numerals 31 to 56 in FIG. 5 are descriptions of the control IC in FIG. That is, the temperature detecting means 204
The temperature information (voltage value) is compared with the reference voltage 31, and the ON time (ON duty) of the switch element is changed to adjust the temperature.

【0029】基本となる周期は、コンデンサ35への充
電時間(これは、トランジスタ40、41、43と抵抗
50、51により決定される)と、放電時間(トランジ
スタ42、44と抵抗52、55より決定される)で定
まる。電源投入直後(起動時)には、オン時間を0から
徐々に増加させていく、いわゆるソフトスタート機能を
持たせている。
The basic cycle is the charging time (determined by the transistors 40, 41 and 43 and the resistors 50 and 51) to the capacitor 35 and the discharging time (from the transistors 42 and 44 and the resistors 52 and 55). Will be determined). Immediately after the power is turned on (at the time of startup), a so-called soft start function is provided to gradually increase the on-time from 0.

【0030】そして上記のように検出電圧が端子31に
入力されると目標温度218と比較増幅されてコンバレ
ータ32により電圧入力に応じたパルス幅変調が行われ
る。このパルス幅変調は加熱界磁コイル100〜103
をスイッチングドライブしているFET201のゲート
をドライブしており、その供給電力(スイッチング波
形)を可変する。
When the detected voltage is input to the terminal 31 as described above, the detected voltage is compared and amplified with the target temperature 218 and the converter 32 performs pulse width modulation according to the voltage input. This pulse width modulation is applied to the heating field coils 100 to 103.
Is driving the gate of the FET 201 which is switching-driven, and the supply power (switching waveform) thereof is varied.

【0031】図6に各部の特徴的な波形を示す。同図に
おいて、250はACライン電圧を示す。これは、商用
交流の波形であり、280VP-P 、周波数は50ないし
60Hzである。図中251は前記ACライン電圧を整
流し、スイッチングを行った時の電圧波形である。コン
バータ装置のスイッチング周波数がACライン電圧より
も高いため、このような波形となる。
FIG. 6 shows characteristic waveforms of each part. In the figure, 250 indicates an AC line voltage. This is a commercial AC waveform, which is 280 V PP and a frequency of 50 to 60 Hz. In the figure, reference numeral 251 is a voltage waveform when the AC line voltage is rectified and switched. Since the switching frequency of the converter device is higher than the AC line voltage, such a waveform is obtained.

【0032】このスイッチング波形を、時間軸方向に拡
大して、1スイッチング周期分だけを取り出したものが
図の252、253である。この2つの波形を比較する
と分かるように、ライン電圧によってオン時間調節する
ことで、時間的な加熱ムラを防ぎ、温度リップルを抑え
て、一様な加熱を実現する。
252 and 253 in the figure are obtained by expanding the switching waveform in the time axis direction and extracting only one switching period. As can be seen by comparing these two waveforms, the on-time is adjusted by the line voltage to prevent temporal heating unevenness, suppress temperature ripples, and realize uniform heating.

【0033】このような装置で加熱を行うことで、図7
に示すような目標値に対して、温度リップルやオーバー
シュートのない加熱が実現できる。
By heating with such an apparatus, as shown in FIG.
It is possible to realize heating without temperature ripple and overshoot with respect to the target value as shown in.

【0034】以上のような構成によって、界磁コイルの
駆動波形(高周波)変調によって制御するように構成し
ているので対象温度の領域から見れば、リニアな温度制
御を達成したこととなる。
With the above-described structure, the control is performed by the drive waveform (high frequency) modulation of the field coil, so that the linear temperature control is achieved in the target temperature range.

【0035】ここに、リニアな制御を重要な機能と捉え
る理由としては、通常の定着装置は従来例でも述べた如
く、高電力のハロゲンヒータを、目標値温度に対して、
規定温度を越えたかどうかにより、ON/OFF制御
(商用交流の1/2周期単位の制御)することにより、
規定温度に導く構成をとっていた。例え、その温度の上
昇率やオーバーシュートを管理し、複雑にスイッチング
状態を変化させたとしても、加熱体が有する熱容量によ
る伝達要素によって定まる温度リップルは無くすことは
不可能である。従って、高周波レベルでのスイッチング
状態の波形制御による温度制御は上記問題解決として有
効に働く。
The reason why the linear control is regarded as an important function is that a normal fixing device uses a high-power halogen heater with respect to a target value temperature as described in the conventional example.
By performing ON / OFF control (control in 1/2 cycle units of commercial AC) depending on whether or not the specified temperature is exceeded,
It was configured to lead to the specified temperature. Even if the rate of temperature rise or overshoot is managed and the switching state is changed in a complicated manner, it is impossible to eliminate the temperature ripple determined by the transfer element due to the heat capacity of the heating element. Therefore, the temperature control by the waveform control of the switching state at the high frequency level works effectively as a solution to the above problem.

【0036】コイルの一端に人力された整流波リップル
電圧は、高周波スイッチング素子でスイッチング制御を
行うと、界磁巻線の励磁インダクタンスに電力を磁気と
して蓄積すると共に、負荷に相当する加熱体金属に磁気
結合し、磁気による電流が流れ、金属の有する抵抗損に
よりジュール熱を発生し加熱する。
When the rectified wave ripple voltage applied to one end of the coil is subjected to switching control by the high frequency switching element, electric power is stored as magnetic in the exciting inductance of the field winding and the heating metal corresponding to the load is also stored. Magnetically coupled, an electric current flows by magnetism, and Joule heat is generated and heated due to resistance loss of the metal.

【0037】以上説明したように、前記構成では、発熱
体が金属ドラム自身であるため、熱源からの熱伝達モデ
ルがきわめて単調な構成をしており、温度制御が簡単に
行える他に、磁性金属と磁束が交わる距離が短く、局所
的な加熱が可能であることから、ローラー全体を加熱す
る場合に比べて省電力になる事、磁路が短いため、磁気
漏れが少なく、効率が良い上に、環境への影響が少ない
事、磁気むらが少ないため、温度むらも少なくなり、定
着画像のむらを少なくする事が可能である。
As described above, in the above-mentioned structure, since the heating element is the metal drum itself, the heat transfer model from the heat source has a very monotonous structure, and besides the temperature control can be performed easily, the magnetic metal can be easily controlled. Since the distance where the magnetic flux intersects is short and local heating is possible, it saves power compared to heating the entire roller, and because the magnetic path is short, there is little magnetic leakage and efficiency is high. Since the environmental impact is small and the magnetic unevenness is small, the temperature unevenness is also small and it is possible to reduce the unevenness of the fixed image.

【0038】(実施例2)図8は、本発明の第2実施例
である電磁誘導加熱定着器の定着部周辺を示したもので
ある。図8において、1は定着加熱ローラー、2は定着
加圧ローラー、3は定着プロセスに入る直前の記録紙、
4は励磁コイル、5はコア、6は励磁コイルに高周波電
力を供給する高周波コンバーターである。各部の材料等
については本発明の実施例1に述べたものと同様のもの
を用いる。本実施例では、上記実施例と同様の原理を用
いた定着装置を、加熱体をローラー外部に置くことで実
現している。
(Embodiment 2) FIG. 8 shows the vicinity of a fixing portion of an electromagnetic induction heating fixing device according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 8, 1 is a fixing heating roller, 2 is a fixing pressure roller, 3 is a recording paper immediately before entering the fixing process,
Reference numeral 4 is an exciting coil, 5 is a core, and 6 is a high frequency converter for supplying high frequency power to the exciting coil. The same materials as those described in the first embodiment of the present invention are used for the material of each part. In this embodiment, the fixing device using the same principle as that of the above embodiment is realized by placing the heating body outside the roller.

【0039】図8は加熱体であるコイルとコアの磁気回
路部分を、ローラーの外側に記録紙を挟んで向かい側に
配置したものである。記録紙は、図の矢印方向に電子写
真プロセス速度で送られていく。図には示さないが、記
録紙はローラーと対向した加熱体(コア及びコイル)の
間を通さなくてもよい。(定着加熱ローラーと定着加圧
ローラーの間のみを通る。)このように、ローラー外側
にコア及びコイルを構成する事で、コア及びコイルの支
持部を簡潔にでき、さらに磁気回路への熱伝導を抑える
事、放熱効果を高くする事を実現した。
FIG. 8 shows a coil, which is a heating element, and a magnetic circuit portion of the core, which are arranged on the opposite side of the roller with the recording paper sandwiched therebetween. The recording paper is fed at the electrophotographic process speed in the direction of the arrow in the figure. Although not shown in the figure, the recording paper may not be passed between the heating element (core and coil) facing the roller. (It passes only between the fixing heating roller and the fixing pressure roller.) By thus constructing the core and coil on the outside of the roller, the core and coil supporting parts can be simplified, and heat conduction to the magnetic circuit can be further achieved. It has realized to suppress the heat dissipation and to enhance the heat dissipation effect.

【0040】(実施例З)図9は、本発明の第3実施例
である電磁誘導加熱定着器の加熱体(コア及びコイル)
の構造を示したものである。図9において、1はコイ
ル、2はコアである。図9のようにコイルを長軸方向に
分割して巻くことで、幅広の用紙等、紙のサイズに応じ
た加熱幅が得られる。図9の構造では、直流電流を流し
た時矢印方向の磁界が発生し、コイルにより発生する磁
界が同方向になるため、トルクが生じ、振動などの原因
となる。これを防ぐ構造が図10である。図10の構造
では、互いに隣り合ったコイルから発生する磁界は互い
違いの向きになるため、トルクを打ち消し合うことにな
る。
(Embodiment) FIG. 9 shows a heating body (core and coil) of an electromagnetic induction heating fixing device according to a third embodiment of the present invention.
It shows the structure of. In FIG. 9, 1 is a coil and 2 is a core. As shown in FIG. 9, the coil is divided in the major axis direction and wound to obtain a heating width corresponding to the size of the paper such as wide paper. In the structure of FIG. 9, a magnetic field in the direction of the arrow is generated when a direct current is applied, and the magnetic field generated by the coil is in the same direction, so that torque is generated, which causes vibration and the like. The structure for preventing this is shown in FIG. In the structure shown in FIG. 10, the magnetic fields generated by the coils adjacent to each other have different directions, and therefore the torques cancel each other out.

【0041】(実施例4)図11及び図12は、本発明
の第4実施例である電磁誘導加熱定着装置の加熱定着ロ
ーラー周辺の構造を示したものである。図11におい
て、1は定着加熱ローラー、2は励磁コイル、3Aは低
損失のコアであり、磁束を集中させるために用いられ
る。これは上記実施例1で述べたコアと同じ低損失材料
であるフェライトやパーマロイの積層構造を用いる。4
は発熱体となる損失のあるコアである。この構造の場
合、1の定着加熱ローラーは金属である必要はなく、ま
た、厚さも薄くてもよい。また、加熱体はローラー外部
に構成してもよい。図には不指示であるが、ローラーを
上記実施例1に挙げたと同じ高磁気損失のある、高透磁
率材料(磁性金属など)の厚板で構成し、これを図11
及び12の発熱体4の代わりにしてもよい。5は励磁コ
イルに高周波電力を供給する、高周波コンバーターであ
る。
(Embodiment 4) FIGS. 11 and 12 show a structure around a heat fixing roller of an electromagnetic induction heat fixing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 11, 1 is a fixing heating roller, 2 is an exciting coil, and 3A is a low-loss core, which is used to concentrate magnetic flux. This uses a laminated structure of ferrite or permalloy which is the same low loss material as the core described in the first embodiment. Four
Is a lossy core that becomes a heating element. In the case of this structure, the fixing heating roller 1 does not have to be made of metal, and may have a small thickness. The heating element may be arranged outside the roller. Although not shown in the figure, the roller is composed of a thick plate of a high magnetic permeability material (such as a magnetic metal) having the same high magnetic loss as in Example 1 above, and this is shown in FIG.
Alternatively, the heating elements 4 of 12 and 12 may be used instead. Reference numeral 5 is a high frequency converter for supplying high frequency power to the exciting coil.

【0042】この構成は、構造がシンプルであり、低コ
ストになる。又、磁気回路設計に自由度が大きく、磁気
漏れも少なくすること、均一に加熱することが可能であ
る。 (実施例5)図13は、本発明の第5実施例である電磁
誘導加熱定着装置の加熱定着ローラー周辺の構造を示し
たものである。図において、1は定着加熱ローラー、2
は励磁コイル、3Bは励磁コイルを固定するためのボビ
ンである。4は、励磁コイルに高周波電源を供給するた
めの高周波コンバータである。図13において、1の定
着加熱ローラーは、高透磁率でかつ、体積抵抗率の大き
いものを用いる。この構造では、磁気漏れが多いため、
シールドを施す他に、磁路を短くするため、ローラー径
を小さくし、ローラーの厚さを大きくすることで、効率
低下を防いでいる。この構造での磁界の方向は、図のよ
うになる。これにより、ローラー全体を一様に加熱する
ことが可能である。
This structure has a simple structure and is low in cost. Further, the magnetic circuit can be designed with a high degree of freedom, magnetic leakage can be reduced, and heating can be performed uniformly. (Embodiment 5) FIG. 13 shows a structure around a heat fixing roller of an electromagnetic induction heat fixing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a fixing heating roller and 2 is a fixing heating roller.
Is an exciting coil, and 3B is a bobbin for fixing the exciting coil. Reference numeral 4 is a high frequency converter for supplying a high frequency power to the exciting coil. In FIG. 13, the fixing heating roller 1 has a high magnetic permeability and a large volume resistivity. With this structure, there are many magnetic leaks,
In addition to providing a shield, the diameter of the roller is made smaller and the thickness of the roller is made larger in order to shorten the magnetic path, thus preventing a decrease in efficiency. The direction of the magnetic field in this structure is as shown in the figure. This makes it possible to uniformly heat the entire roller.

【0043】(実施例6)図14は、本発明の第6実施
例である電磁誘導加熱定着装置の加熱定着ローラー周辺
の構造を示したものである。図において、1は定着加熱
ローラー、2は励磁コイル、3Cはコアである。このコ
アは、前述の実施例1で示したように、損失が少ないフ
ェライトやパーマロイの積層構造でドラム形に構成す
る。また、発熱体であるローラー部分は実施例1で示し
たローラーと同じ、高透磁率、高磁気損失の材料で構成
する。この構成において、磁界は、図の矢印の方向に発
生する。この構成は、、ローラー全体が一様に加熱可能
であり、磁気漏れを非常に小さくすることが可能であ
る。
(Sixth Embodiment) FIG. 14 shows a structure around a heat fixing roller of an electromagnetic induction heat fixing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a fixing heating roller, 2 is an exciting coil, and 3C is a core. As shown in the first embodiment, this core is formed in a drum shape with a laminated structure of ferrite and permalloy having a small loss. Further, the roller portion, which is a heating element, is made of the same material as the roller shown in Example 1, which has high magnetic permeability and high magnetic loss. In this configuration, the magnetic field is generated in the direction of the arrow in the figure. With this configuration, the entire roller can be heated uniformly, and the magnetic leakage can be made very small.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、発
熱体がドラム自身であるうえ、加熱ローラーの記録紙に
近い部分に磁束を集中させる構造にすることにより、加
熱定着時の効率を上げ、良い結果を得ることを実現し
た。また、磁束むらをなくす構造にする事で温度むらの
無い一様な加熱を行う事を実現した。
As described above, according to the present invention, the heating element is the drum itself, and the magnetic flux is concentrated on the portion of the heating roller near the recording paper, whereby the efficiency at the time of heat fixing is improved. I realized that I got a good result. In addition, the structure that eliminates the magnetic flux unevenness achieves uniform heating without temperature unevenness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による定着装置の第1の実施例を示す図FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a fixing device according to the present invention.

【図2】本発明による定着装置の第1の実施例の加熱ロ
ーラ部を示す図
FIG. 2 is a diagram showing a heating roller portion of the first embodiment of the fixing device according to the present invention.

【図3】本発明による定着装置の第1の実施例のコア部
を示す図
FIG. 3 is a diagram showing a core portion of a first embodiment of a fixing device according to the present invention.

【図4】本発明による定着装置の第1の実施例の加熱回
路を示す図
FIG. 4 is a diagram showing a heating circuit of the first embodiment of the fixing device according to the present invention.

【図5】本発明による定着装置の第1の実施例の制御I
Cの詳細を示す図
FIG. 5 is a control I of the first embodiment of the fixing device according to the present invention.
Diagram showing details of C

【図6】本発明による定着装置の第1の実施例の電圧波
形を示す図
FIG. 6 is a diagram showing voltage waveforms of the first embodiment of the fixing device according to the present invention.

【図7】本発明による定着装置の第1の実施例の温度制
御状態を示す図
FIG. 7 is a diagram showing a temperature control state of the first embodiment of the fixing device according to the present invention.

【図8】本発明第2の実施例を示す図FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明第3の実施例を示す図FIG. 9 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明第3の実施例の変形例を示す図FIG. 10 is a diagram showing a modification of the third embodiment of the present invention.

【図11】本発明第4の実施例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図12】本発明第4の実施例の変形を示す図FIG. 12 is a diagram showing a modification of the fourth embodiment of the present invention.

【図13】本発明第5の実施例を示す図FIG. 13 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

【図14】本発明第6の実施例を示す図FIG. 14 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention.

【図15】従来の加熱定着装置の一例を示す図FIG. 15 is a diagram showing an example of a conventional heat fixing device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…加熱ローラー 2…加圧ローラ
ー 3、10…コア 8…軸 9…コイル 12…高周波コ
ンバータ 15…感光ドラム
1 ... Heating roller 2 ... Pressure roller 3, 10 ... Core 8 ... Shaft 9 ... Coil 12 ... High frequency converter 15 ... Photosensitive drum

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子写真プロセスを用いたプリンタ装置
の、プリント紙に転写されたトナ―像を記録紙に定着す
る熱定着装置に於いて、励磁コイルと、励磁コイルの発
生磁界に磁気的に結合するように配置される磁性材ある
いは金属により構成されたローラーと、上記励磁コイル
に高周波電力を供給する高周波コンバーターを有し、ロ
ーラーの回転に拘らず、常に記録紙に近い部分に磁束を
集中させる手段を有する事を特徴とする電磁誘導加熱に
よる定着装置。
1. A thermal fixing device for fixing a toner image transferred on a print paper to a recording paper of a printer device using an electrophotographic process, wherein an exciting coil and a magnetic field generated by the exciting coil are magnetically It has a roller made of magnetic material or metal arranged so as to couple with it, and a high-frequency converter that supplies high-frequency power to the above-mentioned exciting coil, and regardless of the rotation of the roller, the magnetic flux is always concentrated near the recording paper. A fixing device by means of electromagnetic induction heating, characterized in that it has means for making it possible.
【請求項2】 上記磁束を集中させる手段として、励磁
コイルの線輪に内抱する磁路断面積よりも、加熱金属に
集中的に磁束を誘導させるべく設けられた磁路断面積の
方が大きくなるよう構成したことを特徴とする請求項1
記載の電磁誘導加熱による定着装置。
2. As a means for concentrating the magnetic flux, a magnetic path cross-sectional area provided so as to intensively induce the magnetic flux in the heating metal is more preferable than a magnetic path cross-sectional area contained in the coil of the exciting coil. 2. The structure according to claim 1, wherein the structure is large.
A fixing device by the electromagnetic induction heating described.
【請求項3】 電子写真プロセスを用いたプリンタ装置
の、プリント紙に転写されたトナ―像を記録紙に定着す
る熱定着装置に於いて、励磁コイルと、励磁コイルの発
生磁界に磁気的に結合するように配置される磁性材ある
いは金属により構成されたローラーと、上記励磁コイル
に高周波電力を供給する高周波コンバーターを有し、ロ
ーラーの円周方向に磁路を構成した事を特徴とする電磁
誘導加熱による定着装置。
3. A thermal fixing device for fixing a toner image transferred on a print paper to a recording paper of a printer device using an electrophotographic process, wherein an exciting coil and a magnetic field generated by the exciting coil are magnetically applied. An electromagnetic wave characterized by having a roller made of a magnetic material or a metal arranged so as to couple with each other, and a high frequency converter for supplying high frequency power to the exciting coil, and forming a magnetic path in the circumferential direction of the roller. Fixing device by induction heating.
【請求項4】 電子写真プロセスを用いたプリンタ装置
の、プリント紙に転写されたトナー像を記録紙に定着す
る熱定着装置に於いて、励磁コイルと、励磁コイルの発
生磁界に磁気的に結合するように配置される磁性材ある
いは金属により構成されたローラーと、上記励磁コイル
に高周波電力を供給する高周波コンバーターを有し、ロ
ーラーに対し、磁界が垂直方向に交わる事を特徴とする
電磁誘導加熱による定着装置。
4. An exciting coil and a magnetic field generated by the exciting coil in a thermal fixing device for fixing a toner image transferred on a print paper to a recording paper in a printer using an electrophotographic process. Electromagnetic induction heating characterized by having a roller made of a magnetic material or a metal arranged as described above, and a high-frequency converter for supplying high-frequency power to the exciting coil, and the magnetic field intersects the roller in a vertical direction. Fixing device by.
【請求項5】 電子写真プロセスを用いたプリンタ装置
の、プリント紙に転写されたトナー像を記録紙に定着す
る熱定着装置に於いて、励磁コイルと、励磁コイルの発
生磁界に磁気的に結合するように配置される磁性材ある
いは金属により構成されたローラーと、上記励磁コイル
に高周波電力を供給する高周波コンバーターを有し、磁
界がローラーの軸方向となる事を特徴とする電磁誘導加
熱による定着装置。
5. An exciting coil and a magnetic field generated by the exciting coil in a thermal fixing device for fixing a toner image transferred on a print paper to a recording paper in a printer using an electrophotographic process. Fixing by electromagnetic induction heating, characterized in that it has a roller made of magnetic material or metal arranged so that a magnetic field is in the axial direction of the roller, and a high-frequency converter that supplies high-frequency power to the exciting coil. apparatus.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007184120A (en) * 2006-01-05 2007-07-19 Totoku Electric Co Ltd Heating roll device
JP2007184121A (en) * 2006-01-05 2007-07-19 Totoku Electric Co Ltd Heating roll device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007184120A (en) * 2006-01-05 2007-07-19 Totoku Electric Co Ltd Heating roll device
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