JP2007286546A - Fixing device - Google Patents
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- Fixing For Electrophotography (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
Description
この発明は定着装置に関し、より詳しくは、電磁誘導加熱方式の定着装置に関する。このような定着装置は、例えば電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置の構成要素として用いられる。 The present invention relates to a fixing device, and more particularly to an electromagnetic induction heating type fixing device. Such a fixing device is used as a component of an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, or a facsimile machine.
従来、電磁誘導加熱方式の定着装置としては、例えば特許文献1(特許第3426229号明細書)、特許文献2(特許第3519401号明細書)に記載のように、ニップ部を作るように互いに圧接された定着ローラおよび加圧ローラと、その定着ローラに沿って配置された励磁コイルと、定着ローラの軸方向に沿って互いに間隔を有して配列された磁性体コアと、それらの磁性体コアのうち一対の磁性体コア同士の間の隙間に設けられた温度センサとを備えたものが知られている。動作時には、インバータ回路によって励磁コイルに交流電流を流して、励磁コイルによる電磁誘導によって定着ローラの磁性材料層(例えば鉄・クロム・ニッケル合金層。以下「発熱層」という。)を加熱する。そして、トナー像が付着されたシート(記録紙)を上記ニップ部を通して搬送して、上記定着ローラの発熱によってトナー像を溶融して記録紙に定着させる。定着ローラの温度制御は、上記定着ローラの表面温度を上記温度センサで検出し、上記定着ローラの表面温度が所定の目標温度になるように、上記インバータ回路によって上記励磁コイルへの電力供給を増減させることによって行われている(フィードバック制御)。なお、上記定着ローラの発熱層の厚さは、熱容量を小さくして昇温特性を高めるために、例えば100μm程度の薄厚に設定されている。
しかしながら、定着ローラの熱容量を小さい構成にすると、上記温度センサを設けた影響が無視できなくなり、定着ローラ表面のうち温度センサに対向する部分の温度が、局所的に低下する場合がある。このため、その部分の光沢度が低下したり、剥離強度が低下したりするなど、画像品質への悪影響が生じるという問題がある。 However, if the heat capacity of the fixing roller is made small, the influence of the temperature sensor cannot be ignored, and the temperature of the portion of the fixing roller surface facing the temperature sensor may be locally reduced. For this reason, there is a problem in that the image quality is adversely affected, for example, the glossiness of the portion is lowered or the peel strength is lowered.
そこで、この発明の課題は、定着部材を電磁誘導によって加熱する電磁誘導方式の定着装置であって、上記定着部材の外周面のうち温度センサに対向する部分の局所的温度低下を解消でき、それにより上記定着部材の温度分布を均一に維持できるものを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is an electromagnetic induction type fixing device that heats a fixing member by electromagnetic induction, and can eliminate a local temperature decrease in a portion of the outer peripheral surface of the fixing member that faces the temperature sensor. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a fixing member that can maintain a uniform temperature distribution.
上記課題を解決するため、この発明の定着装置は、
搬送されるシートが外周面に圧接される定着部材と、
上記定着部材の外周面に沿って配置され、上記搬送されるシートの幅方向に関して細長い形状に巻回された導線からなり、上記定着部材の発熱層を誘導加熱するためのコイルと、
上記コイルに関して上記定着部材とは反対側の位置に、上記コイルを覆うように配置された磁性体コアとを備え、
上記コイルが発生する磁束は上記定着部材の発熱層と上記磁性体コアとが作る磁気回路を通るようになっており、
上記磁性体コアは、
それぞれ上記定着部材の周方向に沿って細長い形状をもち、かつ上記シートの幅方向に沿って互いに間隔を有して配列された複数のメインコアと、
上記複数のメインコアのうち互いに隣り合う一対のメインコアの長手方向端部に、それらの長手方向端部から上記定着部材の外周面へ向かって突起した形状をもち、かつ互いに隣り合う長手方向端部同士にまたがって設けられた裾コアと
を含み、
上記一対のメインコアの間の隙間に、上記定着部材の表面温度を検出する温度センサが設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the fixing device of the present invention is:
A fixing member in which the conveyed sheet is pressed against the outer peripheral surface;
A coil that is disposed along the outer peripheral surface of the fixing member and is wound in an elongated shape with respect to the width direction of the conveyed sheet, and a coil for induction heating the heat generation layer of the fixing member;
A magnetic core disposed so as to cover the coil at a position opposite to the fixing member with respect to the coil;
Magnetic flux generated by the coil passes through a magnetic circuit formed by the heating layer of the fixing member and the magnetic core,
The magnetic core is
A plurality of main cores each having an elongated shape along the circumferential direction of the fixing member and arranged at intervals along the width direction of the sheet;
The longitudinal ends of a pair of main cores adjacent to each other among the plurality of main cores have shapes protruding from the longitudinal ends toward the outer peripheral surface of the fixing member, and are adjacent to each other in the longitudinal direction. Including the hem core provided across the parts,
A temperature sensor for detecting a surface temperature of the fixing member is provided in a gap between the pair of main cores.
この発明の定着装置では、上記コイルが発生する磁束の流れが、上記裾コアの存在によって改善されると思われる。その結果、上記定着部材の外周面のうち温度センサに対向する部分の局所的温度低下を解消でき、上記定着部材の温度分布が均一に維持される。 In the fixing device according to the present invention, it is considered that the flow of magnetic flux generated by the coil is improved by the presence of the bottom core. As a result, it is possible to eliminate a local temperature drop in the outer peripheral surface of the fixing member facing the temperature sensor, and the temperature distribution of the fixing member is maintained uniformly.
一実施形態の定着装置では、上記裾コアは、上記一対のメインコアの長手方向端部に連続して一体に形成されていることを特徴とする。 In the fixing device according to an embodiment, the skirt core is formed integrally with the end portions in the longitudinal direction of the pair of main cores.
この一実施形態の定着装置では、上記コイルが発生する磁束の流れが、上記裾コアの存在によってさらに改善されると思われる。その結果、上記定着部材の外周面のうち温度センサに対向する部分の局所的温度低下を解消でき、上記定着部材の温度分布が均一に維持される。 In the fixing device according to this embodiment, it is considered that the flow of magnetic flux generated by the coil is further improved by the presence of the bottom core. As a result, it is possible to eliminate a local temperature drop in the outer peripheral surface of the fixing member facing the temperature sensor, and the temperature distribution of the fixing member is maintained uniformly.
上記定着ローラの外周面に圧接されてニップ部を形成する加圧ローラを備えるのが望ましい。この場合、上記ニップ部を通してシートを円滑に搬送でき、定着される画像の質を高めることができる。 It is desirable to provide a pressure roller that is pressed against the outer peripheral surface of the fixing roller to form a nip portion. In this case, the sheet can be smoothly conveyed through the nip portion, and the quality of the fixed image can be improved.
また、上記複数のメインコアのうち上記シートの幅方向に関して端部に配置されたメインコアの長手方向端部にそれぞれ設けられ、その長手方向端部から上記定着部材の外周面へ向かって突起した形状をもつ裾コアを備え、上記複数のメインコアのうち上記シートの幅方向に関して中央部に配置されたメインコアの長手方向端部(上記一対のメインコアの長手方向端部を除く。)には上記裾コアが設けられていないのが望ましい。その理由は、既述のように、上記定着部材の熱容量を小さくすると、上記シートの幅方向に関して上記定着部材の端部から外への放熱によって、そのままでは定着部材の中央部に比して端部の温度低下が大きくなる傾向が生ずるからである。そこで、上記複数のメインコアのうち上記シートの幅方向に関して端部に配置されたメインコアの長手方向端部にそれぞれ、上記裾コアを設ける。これにより、上記シートの幅方向に関して中央部よりも端部で上記磁気回路を通る磁束密度が高まって上記定着部材の発熱がさらに大きくなる。したがって、上記シートの幅方向に関して上記定着部材の端部から外への放熱による温度低下が相殺されて、上記定着部材の温度分布がより均一に維持される。 Further, each of the plurality of main cores is provided at a longitudinal end portion of the main core disposed at an end portion with respect to the width direction of the sheet, and projects from the longitudinal end portion toward the outer peripheral surface of the fixing member. A hem core having a shape is provided, and a longitudinal end portion of the main core (excluding the longitudinal end portions of the pair of main cores) disposed in the central portion in the width direction of the seat among the plurality of main cores. It is desirable that the skirt core is not provided. As described above, when the heat capacity of the fixing member is reduced, as described above, heat is released from the end of the fixing member to the outside in the width direction of the sheet. This is because the temperature drop of the part tends to increase. Therefore, the hem cores are respectively provided at the longitudinal end portions of the main cores arranged at the end portions in the width direction of the sheet among the plurality of main cores. As a result, the density of magnetic flux passing through the magnetic circuit is increased at the end portion of the sheet in the width direction, and the heat generation of the fixing member is further increased. Accordingly, the temperature drop due to heat radiation from the end of the fixing member to the outside in the width direction of the sheet is offset, and the temperature distribution of the fixing member is more uniformly maintained.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
図1は一実施形態の電磁誘導加熱方式の定着装置の断面構成を示し、図3はその定着装置を図1において右側から見たところを示している(なお、図1は図3における中央部Aで温度センサ50が設けられた部分の断面に相当する。)。このような定着装置は、カラーレーザプリンタ用などに好適に用いられる。
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of an electromagnetic induction heating type fixing device according to an embodiment, and FIG. 3 shows the fixing device viewed from the right side in FIG. 1 (FIG. 1 shows a central portion in FIG. 3). A corresponds to the cross section of the portion where the
図1に示すように、この定着装置は、概略、定着部材としての定着ローラ1と、加圧部材としての加圧ローラ2と、ホルダとしてのコイルボビン33と、励磁コイル31と、磁性体コア40と、高周波インバータ4と、制御回路5とを備えている。50は温度センサ、90はシートとしての用紙である。
As shown in FIG. 1, this fixing device generally includes a fixing roller 1 as a fixing member, a pressure roller 2 as a pressure member, a
定着ローラ1と加圧ローラ2は、それぞれ図1の紙面に対して垂直に延びる円筒状の部材であり、左右に互いに平行に配置され、それぞれ両端が不図示の軸受部材に回転自在に支持されている。加圧ローラ2は、バネなどを用いた不図示の加圧機構によって定着ローラ1へ向かって付勢されている。これにより、定着ローラ1の下部と加圧ローラ2の上部とが所定の加圧力(後述)で圧接されて、ニップ部を形成している。加圧ローラ2は、不図示の駆動機構により図中に矢印bで示す反時計回り方向に所定の周速度で回転駆動される。定着ローラ1は、ニップ部での加圧ローラ2との摩擦力によって加圧ローラ2の回転に従動して、図中に矢印aで示す時計回り方向に回転する。なお、定着ローラ1を回転駆動させて加圧ローラ2を従動回転させてもよい。 The fixing roller 1 and the pressure roller 2 are cylindrical members that extend perpendicularly to the paper surface of FIG. 1 and are arranged in parallel to each other on the left and right, and both ends are rotatably supported by bearing members (not shown). ing. The pressure roller 2 is urged toward the fixing roller 1 by a pressure mechanism (not shown) using a spring or the like. As a result, the lower portion of the fixing roller 1 and the upper portion of the pressure roller 2 are pressed against each other with a predetermined pressure (described later) to form a nip portion. The pressure roller 2 is rotationally driven at a predetermined peripheral speed in a counterclockwise direction indicated by an arrow b in the drawing by a drive mechanism (not shown). The fixing roller 1 is rotated in the clockwise direction indicated by an arrow a in the drawing, following the rotation of the pressure roller 2 by the frictional force with the pressure roller 2 at the nip portion. Note that the fixing roller 1 may be driven to rotate and the pressure roller 2 may be driven to rotate.
図2Aに示すように、定着ローラ1は、中心側から外周面1a側へ向かって順に設けられた、支持層としての芯金11と、断熱層12と、発熱層13と、弾性層14と、離型層15との5層構成になっている。定着ローラ1の硬度は、例えばASKER−C硬度で30度〜90度である。
As shown in FIG. 2A, the fixing roller 1 includes a
支持層としての芯金11は、この例では、厚さ3mmのアルミニウムからなっている。芯金11の材料は、強度が確保できれば、例えば鉄、ステンレスのような金属やPPS(ポリフェニレンサルファイド)のような耐熱性樹脂の中実ローラもしくはパイプであっても良い。ただし、芯金11が発熱するのを防ぐために、電磁誘導加熱の影響が少ない非磁性材料を用いるのが望ましい。
In this example, the
断熱層12は、主に、発熱層13を断熱状態にするために設けられている。この断熱層12の材料としては、耐熱性・弾性を有するゴム材や樹脂材のスポンジ体(断熱構造体)が用いられる。これにより、断熱層12は、断熱の役割だけでなく、発熱層13のたわみを許容してニップ幅を増やし、定着ローラ1の硬度を小さくして排紙性・用紙分離性能を向上させる役目を果たす。例えば、断熱層12がシリコンスポンジ材からなる場合は、厚さが2mm〜10mm、望ましくは3mm〜7mm、硬度がアスカーゴム硬度計で20度〜60度、望ましくは30度〜50度に設定される。なお、断熱層12は、耐久性を向上させるために、下層にソリッドゴム層、上層にスポンジゴム層体を設けた2層構造としてもよい。そのような2層構造は、特に高荷重や高速回転で使用するような比較的過酷な条件で定着装置を使用する場合、ニップ幅確保にために断熱層の厚みを厚く設定する場合や柔らかいスポンジ層を用いるような場合に、ゴムの破断を防ぐことができて有効である。
The
発熱層13は、励磁コイル31からの磁束による電磁誘導によって発熱するために設けられている。この例では、発熱層13は、厚さ40μmの無端状のニッケル電鋳ベルト層からなっている。発熱層13の厚さは10μm〜100μmであるのが望ましく、20μm〜50μmであるのがより望ましい。発熱層13の厚さを100μm以下、より望ましくは50μm以下としている理由は、発熱層13の熱容量を小さくして昇温速度を高めるためである。発熱層13の材料としては、例えば磁性ステンレスのような磁性材料(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を持つ物を用いてもよい。さらに非磁性材料であっても、金属などの導電性のある材料は、薄膜にすることなどにより、発熱層13の材料として使用可能である。なお、発熱層13の構成は、電磁誘導によって発熱する粒子を樹脂に分散させたものとしても良い。この構成により、分離性を良くすることが可能となる。
The
弾性層14は、厚み方向の弾力性によって、用紙と定着ローラ表面との密着性(カラー画像に対応するために重要である。)を高めるために設けられている。この例では、弾性層14は、耐熱性・弾性を有するゴム材や樹脂材であり、具体的には、定着温度での使用に耐えられるシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性エラストマからなっている。弾性層14に、熱伝導性、補強等を目的として各種充填剤を混入してもかまわない。充填剤として用いられる熱伝導性粒子としては、ダイヤモンド、銀、銅、アルミニウム、大理石、ガラス等があるが、実用的にはシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ベリリウムが挙げられる。
The
弾性層14の厚みは、例えば厚さ10μm〜800μmが好ましく、100μm〜300μmがより好ましい。弾性層14の厚さが10μm未満であると、目的である厚み方向の弾力性を得ることが難しくなる。一方、800μmを超える厚さになると、発熱層で発生した熱が定着フィルム外周面に達し難くなり、熱効率が悪化する傾向が生ずる。
The thickness of the
弾性層14がシリコンゴムからなる場合、その硬度はJIS硬度で1度〜80度、望ましくは5度〜30度であることが好ましい。このJIS硬度範囲であれば、弾性層の強度の低下、密着性の不良を防止しつつ、トナーの定着性の不良を防止できる。このシリコンゴムとしては具体的には、1成分系、2成分系又は3成分系以上のシリコンゴム、LTV(Low Temperature Vulcanization)型、RTV(Room Temperature Vulcanization)型又はHTV(High Temperature Vulcanization)型のシリコンゴム、縮合型又は付加型のシリコンゴム等を使用できる。この例では、弾性層14の材料として、JIS硬度10度、厚さ200μmのシリコンゴムを用いた。
When the
最外層の離型層15は、外周面1aの離型性を高めるために設けられている。この離型層15の材料は、定着温度での使用に耐えられる上にトナーに対する離型性を有することを要し、例えばシリコンゴム、フッ素ゴムや、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、PFEP(パーフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)等のフッ素樹脂が好ましく用いられる。離型層15の厚さは、5μm〜100μmが好ましく、10μm〜50μmがより好ましい。また、層間接着力を向上させるためにプライマ等による接着処理を行ってもよい。なお、離型層14の中に必要に応じて、導電材、耐摩耗材、良熱伝導材をフィラとして添加することもできる。
The
図2Bに示すように、加圧ローラ2は、中心側から外周面2a側へ向かって順に設けられた、厚さ3mmのアルミニウムからなる芯金21と、厚さ3mm〜10mmのシリコンスポンジゴムからなる断熱層22と、PTFEやPFA等の厚さ10μm〜50μmのフッ素系樹脂からなる離型層25との3層構成からなっている。
As shown in FIG. 2B, the pressure roller 2 is composed of a
芯金21の材料は、強度が確保できれば、例えば鉄、ステンレスのような金属やPPS(ポリフェニレンサルファイド)のような耐熱性樹脂の中実ローラもしくはパイプであっても良い。ただし、芯金21が発熱するのを防ぐために、電磁誘導加熱の影響が少ない非磁性材料を用いるのが望ましい。
The material of the
シリコンスポンジゴムからなる断熱層22の厚さは、3mm〜10mmの範囲で使用条件に合わせて適宜変更可能である。シリコンスポンジゴムの代わりにソリッドゴム層を用いることも可能であるが、定着ローラ1からニップ部を通して伝達される熱を逃がさないように低熱伝導率の素材が望ましい。なお、断熱層22は、耐久性を向上させるために、定着ローラ1の断熱層12と同様に、下層にソリッドゴム層、上層にスポンジゴム層体を設けた2層構造としてもよい。
The thickness of the
最外層の離型層25は、外周面2aの離型性を高めるために設けられている。
The
この加圧ローラ2は、図1に示す定着ローラ1に対して300N〜500Nの加圧力で圧接されて、ニップ部を形成している。この場合のニップ幅は約5mm〜15mmになる。都合によっては荷重を変化させてニップ幅を変えてもよい。 The pressure roller 2 is pressed against the fixing roller 1 shown in FIG. 1 with a pressure of 300 N to 500 N to form a nip portion. In this case, the nip width is about 5 mm to 15 mm. Depending on circumstances, the nip width may be changed by changing the load.
図1に示すように、定着ローラ1の右半分を覆うように、台形状の断面をもつコイルボビン33が配置されている。このコイルボビン33は、上下対称の斜面部33b,33bと、それらの斜面部33b,33bを連結する連結部33aとからなっている。また、このコイルボビン33の斜面部33b,33bに沿って励磁コイル31が層状に配置されるとともに、コイルボビン33に沿って励磁コイル31を覆うように磁性体コア40が配置されている。
As shown in FIG. 1, a
図3に示すように、コイルボビン33および励磁コイル31は、定着ローラ1の長手方向(軸方向)Xの寸法に略対応した長さ寸法を有する長尺部材である(なお、X方向は、図1中に示す用紙90の幅方向に相当する。)。
As shown in FIG. 3, the
コイルボビン33は、励磁コイル31および磁性体コア40を支持するために設けられている。このコイルボビン33は、非磁性材料からなるのが望ましく、この例では厚さ1mm〜3mmの耐熱性の樹脂(例えばポリイミド)からなる。
The
励磁コイル31は、高周波インバータ4から電力供給を受けて磁束を発生させるために設けられている。励磁コイル31は、導線束を長円形状に複数回巻回して形成されている。この導線束は、定着ローラ1の長手方向Xに沿って延びる往路部分31aおよび復路部分31bと、定着ローラ1の両端1c,1dのところで、往路部分31aと復路部分31bとをつなぐ湾曲部分31c,31dとを有する。なお、1本の導線束は、通電効率を高めるために素線(直径0.18mm〜0.20mm程度の銅線であってエナメルで絶縁被覆されたもの)を百数十本程度束ねて形成された直径数mm程度の公知の撚り線である。これにより、高周波インバータ4から駆動周波数10kHz〜100kHz、電力100W〜2000Wの電力を受けることができる。なお、この例では、巻き線に伝熱した場合を考え、耐熱性の樹脂で被覆したものを使用した。
The
磁性体コア40は、磁気回路の効率を上げるためと磁気遮蔽のために設けられている。この例では、磁性体コア40は、X方向に沿って互いに間隔を有して配列された複数のメインコア40A,40A,…と、裾コア41A,41Bとを含んでいる。
The
X方向に関して中央部(両端を除く部分)Aに配置されたメインコア40AはX方向に沿って粗なピッチで配列される一方、X方向に関して端部Bに配置されたメインコア40AはX方向に沿って密なピッチで配列されている。各メインコア40Aは、互いに等しい幅(X方向寸法)で、それぞれ定着ローラ1の周方向に沿って細長い形状をもつ。この例では、各メインコア40Aが有する形状は、図1中に示すように、或る曲率をもつ中央部40Aaと、その中央部40Aaの両端にそれぞれ連なる直線部40Ab,40Abとからなる山形になっている。
The
また、図3中に示すように、複数のメインコア40A,40A,…のうちX方向に関して中央部Aで互いに隣り合う一対のメインコアの間の隙間に、温度センサ50が介挿されている。それらの一対のメインコア40A,40Aの長手方向端部には、互いに隣り合う長手方向端部同士にまたがって、上下一対の裾コア41A,41Aが設けられている。また、X方向に関して両側の端部Bに配置されたメインコア40A,40A,…の長手方向端部には、各端部B内でX方向に関して延在する態様で、上下一対の裾コア41B,41Bが設けられている。X方向に関して中央部Aに配置されたメインコア40A,40A,…の長手方向端部には、上記温度センサ50の両側の一対のメインコア40A,40Aのところを例外として、裾コアが設けられていない。
3, a
図1中に示すように、各裾コア41A,41A(各裾コア41B,41Bも同様)は、メインコア40Aの長手方向端部から定着ローラ1の外周面1aの外周面へ向かって突起した形状をもつ。
As shown in FIG. 1, each
これらの裾コア41A,41Bは、接着剤を介してコイルボビン33の斜面部33b,33bに接着されて、各メインコア40Aの長手方向端部とともに、定着ローラ1の外周面1aに対して等距離に配置されている。各メインコア40Aとそれらの裾コア41A,41Bとは、1mm程度の隙間で接着剤を介して接着され、磁気的に結合している。尚、各メインコアと裾コアの隙間はこれに限定されるものではなく、磁気的な結合を保ちうる適切な範囲に設定すればよい。また、各メインコアと裾コアを隙間のないように接着するか一体で形成するとさらに磁気的な結合を強固にすることができるので、誘導発熱の発熱効率を上げることができる。
These
この磁性体コア40の材料としては、高透磁率かつ低損失の磁性材料を用いる。通常フェライトコアが用いられるが、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よい。また、樹脂材に磁性粉を分散させたものを用いると、透磁率は比較的低いが、形状を自由に設定することができる。
As the material of the
温度センサ50は、例えば非接触の赤外線温度センサであり、定着ローラ1の外周面1aに対向近接するように配置されて、その対向する外周面1aの表面温度を検出する。なお、温度センサ50には接触型サーミスタを用いてもかまわないし、また、安全確保の為のサーモスタットその他のものを用いても良い。温度センサ50の外装は、コイル31が発生する磁束に極力影響を与えないように、非磁性材料(この例ではアルミニウム)からなっている。
The
X方向に関して裾コア41A(または41B)が設けられている部分では、図1に示すように、励磁コイル31が発生した磁束3は、上下対称に、メインコア40Aの中央部40Aaから直線部40Ab、裾コア41A(または41B)、定着ローラ1の発熱層13を通り、メインコア40Aの中央部40Aaに戻る磁気回路を通る。X方向に関して裾コアが設けられていない部分では、励磁コイル31が発生した磁束3は、上下対称に、メインコア40Aの中央部40Aaから直線部40Ab、定着ローラ1の発熱層13を通り、メインコア40Aの中央部40Aaに戻る磁気回路を通る。いずれも、磁束3が磁気回路を通る向きは、励磁コイル31に対する交番電流に応じて順、逆になる。これにより、定着ローラ1の発熱層13に渦電流が流れて、発熱層13自体が発熱(ジュール発熱)する。定着ローラ1の発熱層13直下は断熱層12(図2参照)によって断熱されていることから、発熱層13の発熱によって弾性層14および離型層15が迅速に加熱されて、定着ローラ1の外周面1aの温度(これを「定着ローラ表面温度」と呼ぶ。)が上昇する。
In the portion where the
定着ローラ1の加熱と温調制御は制御回路5によって行われる。温度センサ50からの定着ローラ表面温度を表す検出信号が制御回路5に入力される。制御回路5は、温度センサ50の検出信号をもとに高周波インバータ4を制御して、定着ローラ表面温度が所定の一定温度になるように高周波インバータ4から励磁コイル31への電力供給を増減させる。
The control circuit 5 performs heating and temperature control of the fixing roller 1. A detection signal representing the fixing roller surface temperature from the
定着動作時には、加圧ローラ2が回転駆動され、これに従動して定着ローラ1も回転する。これとともに、励磁コイル31の発生した磁束による電磁誘導によって定着ローラ1の発熱層13が発熱して定着ローラ1の表面温度が所定の一定温度になるように自動制御される。この状態で、不図示の搬送機構によって、定着ローラ1と加圧ローラ2とが作るニップ部に、未定着トナー像91が片面に形成されたシートとしての用紙90が下方から送り込まれる。この場合、用紙90の未定着トナー像91が形成された面が定着ローラ1に接する。定着ローラ1と加圧ローラ2とが作るニップ部に送り込まれた用紙90は、ニップ部を通るときに定着ローラ1によって加熱される。これにより、未定着トナー像91が用紙90に定着される。ニップ部を通った用紙90は定着ローラ1から分離して上方へ排出される。なお、用紙90に代えて、OHPシートなどを用いても良い。
During the fixing operation, the pressure roller 2 is rotationally driven, and the fixing roller 1 is also rotated following this. At the same time, the
さて、電磁誘導加熱方式の定着装置では、定着ローラ1の軸方向(X方向)端部から外への放熱によって、中央部Aに比して端部Bの温度低下(いわゆる「温度だれ」)が生じる傾向がある。 Now, in the electromagnetic induction heating type fixing device, the temperature of the end B is lowered as compared to the center A (so-called “temperature dripping”) due to heat radiation from the end in the axial direction (X direction) of the fixing roller 1. Tend to occur.
しかしながら、この実施形態では、上述のように、X方向に関して中央部(両端を除く部分)Aに配置された列中央部メインコア40AはX方向に沿って粗なピッチで配列される一方、X方向に関して端部Bに配置された列端部メインコア40BはX方向に沿って密なピッチで配列されている。この結果、X方向に関して中央部Aよりも端部Bで上記磁気回路を通る磁束密度が高まって定着ローラ1の発熱が大きくなる。したがって、X方向に関して定着ローラ1の端部から外への放熱による温度低下を相殺でき、定着ローラ1の温度分布を改善できる。
However, in this embodiment, as described above, the row center portion
また、この実施形態では、X方向に関して中央部Aでは概ね裾コアを省略し(ただし、上記温度センサ50のところの裾コア41Aは例外である。)、X方向に関して端部Bのみに裾コア41Bを設けている。この結果、X方向に関して中央部Aよりも端部Bで上記磁気回路を通る磁束密度が高まって定着ローラ1の発熱が大きくなる。したがって、X方向に関して定着ローラ1の端部から外への放熱による温度低下を相殺でき、定着ローラ1の温度分布をより改善できる。
In this embodiment, the skirt core is generally omitted in the central portion A with respect to the X direction (however, the
また、仮に図5A上段に示すように定着ローラ1の外周面近傍に温度センサが存在しない場合は、励磁コイル31の巻き線に沿った発熱層13の部分に渦電流が多く発生し渦電流の合成電流Iが図のように流れる。この場合、図5A下段に示すように定着ローラ1の軸方向Xに関して定着ローラ1の表面温度(T)の分布が比較的均一になる。
5A, if there is no temperature sensor in the vicinity of the outer peripheral surface of the fixing roller 1, a large amount of eddy current is generated in the portion of the
これに対して、図5B上段に示すように定着ローラ1の外周面近傍に温度センサ50を設けた場合は、図5B下段に示すように定着ローラ1の外周面のうち温度センサ50に対向する部分の温度TDが、局所的に低下する場合がある(従来例に関して指摘した問題)。この理由は、温度センサ50(の外装)に磁束の流れが誘導された結果、温度センサ50の直下の発熱層13の部分に多くの渦電流が発生し、渦電流の合成電流Iは温度センサ50の近傍をバイパスする形となる。この結果、渦電流の合成電流Iの電流経路が2つのループに分断され、分断部に電流の流れが小さい部分が生じる為であると推測される。
On the other hand, when the
そこで、本実施形態では、図5C上段に示すように、X方向に関して上記温度センサ50の位置に対応して裾コア41A,41Aを設けている。これにより、励磁コイル31が発生する磁束の流れが裾コア41A,41Aの存在によって改善されると推測される。そして、図5C下段に示すように、温度センサ50のところをバイパスする電流が解消され、裾コア41A,41Aを通る電流IPの経路が生じて、励磁コイル31の巻き線に沿った交番電流Iが流れると推測される。その結果、定着ローラ1の外周面1aのうち温度センサ50に対向する部分の局所的温度低下を解消でき、定着ローラ1の温度分布が均一に維持される。
Therefore, in the present embodiment, as shown in the upper part of FIG. 5C, the
図4中に、本実施形態における定着ローラ1の温度分布を実線D2で示している。また、図4中に、参考例(上記温度センサ50の位置に対応した裾コア41A,41Aが設けられていないもの)における定着ローラ1の温度分布を破線D1で示している(図4中には上記ニップ部に通される最大サイズの用紙90の幅(最大通紙領域)WMAXを併せて示している。)。この結果から分かるように、本実施形態では、定着ローラ1の外周面1aのうち温度センサ50に対向する部分の局所的温度低下TDを解消でき、定着ローラ1の温度分布が均一に維持される。
In FIG. 4, the temperature distribution of the fixing roller 1 in the present embodiment is indicated by a solid line D2. Further, in FIG. 4, the temperature distribution of the fixing roller 1 in the reference example (the one in which the
なお、X方向に関して端部Bに配置されたメインコア40Aの長手方向端部と対応する裾コア41Bとを連続的に一体に形成して、端部Bでの上記磁気回路を通る磁束密度をさらに高めるようにしても良い。この結果、X方向に関して中央部Aよりも端部Bで上記磁気回路を通る磁束密度が高まって定着ローラ1の発熱が大きくなる。したがって、X方向に関して定着ローラ1の端部から外への放熱による温度低下を相殺でき、定着ローラ1の温度分布をより均一に維持できる。
It should be noted that the longitudinal end of the
また、上記温度センサ50の両側の一対のメインコア40A,40Aの長手方向端部とそれらに対応した裾コア41A,41Aとを連続的に一体に形成して、X方向に関して温度センサ50のところでの上記磁気回路を通る磁束密度をさらに高めるようにしても良い。その結果、定着ローラ1の外周面1aのうち温度センサ50に対向する部分の局所的温度低下TDをさらに解消でき、定着ローラ1の温度分布がさらに均一に維持される。
Further, the longitudinal ends of the pair of
なお、図3中に示すように、X方向に関して励磁コイル31の端部に重ねて消磁コイル34を設けても良い。この消磁コイル34は、X方向に関して、最大サイズの用紙90が通る(接触する)が、それよりも小さい幅をもつ用紙(小サイズ用紙)が通らない(接触しない)領域(端部)に配置されている。最大サイズの用紙90に定着を行う場合は、この消磁コイル34は開放されて、機能しない。一方、小サイズ用紙に定着を行う場合は、この消磁コイル34は閉じられて、この消磁コイル34が配置された領域で励磁コイル31による磁束の変化を妨げる。これにより、小サイズ用紙に定着を行う場合に、定着ローラ1の端部の温度が中央部に比して高くなるのを防止する。
In addition, as shown in FIG. 3, you may provide the
以上の実施形態では、定着部材は定着ローラ1、加圧部材は加圧ローラ2であるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、定着部材は無端状の定着ベルトの形態を取ることもできる。この発明は、その場合も同様に適用され、同様の作用効果を奏する。 In the above embodiment, the fixing member is the fixing roller 1 and the pressure member is the pressure roller 2. However, the present invention is not limited to this. For example, the fixing member can take the form of an endless fixing belt. The present invention is similarly applied in that case, and has the same effect.
1 定着ローラ
2 加圧ローラ
13 発熱層
40 磁性体コア
40A メインコア
41A,41B 裾コア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixing roller 2
Claims (2)
上記定着部材の外周面に沿って配置され、上記搬送されるシートの幅方向に関して細長い形状に巻回された導線からなり、上記定着部材の発熱層を誘導加熱するためのコイルと、
上記コイルに関して上記定着部材とは反対側の位置に、上記コイルを覆うように配置された磁性体コアとを備え、
上記コイルが発生する磁束は上記定着部材の発熱層と上記磁性体コアとが作る磁気回路を通るようになっており、
上記磁性体コアは、
それぞれ上記定着部材の周方向に沿って細長い形状をもち、かつ上記シートの幅方向に沿って互いに間隔を有して配列された複数のメインコアと、
上記複数のメインコアのうち互いに隣り合う一対のメインコアの長手方向端部に、それらの長手方向端部から上記定着部材の外周面へ向かって突起した形状をもち、かつ互いに隣り合う長手方向端部同士にまたがって設けられた裾コアと
を含み、
上記一対のメインコアの間の隙間に、上記定着部材の表面温度を検出する温度センサが設けられていることを特徴とする定着装置。 A fixing member in which the conveyed sheet is pressed against the outer peripheral surface;
A coil that is disposed along the outer peripheral surface of the fixing member and is wound in an elongated shape with respect to the width direction of the conveyed sheet, and a coil for induction heating the heat generation layer of the fixing member;
A magnetic core disposed so as to cover the coil at a position opposite to the fixing member with respect to the coil;
Magnetic flux generated by the coil passes through a magnetic circuit formed by the heating layer of the fixing member and the magnetic core,
The magnetic core is
A plurality of main cores each having an elongated shape along the circumferential direction of the fixing member and arranged at intervals along the width direction of the sheet;
The longitudinal ends of a pair of main cores adjacent to each other among the plurality of main cores have shapes protruding from the longitudinal ends toward the outer peripheral surface of the fixing member, and are adjacent to each other in the longitudinal direction. Including the hem core provided across the parts,
A fixing device, wherein a temperature sensor for detecting a surface temperature of the fixing member is provided in a gap between the pair of main cores.
上記裾コアは、上記一対のメインコアの長手方向端部に連続して一体に形成されていることを特徴とする定着装置。
The fixing device according to claim 1,
The fixing device according to claim 1, wherein the bottom core is integrally formed continuously with the longitudinal ends of the pair of main cores.
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