JP2002158083A - Heating rotor, heating device, fixing device and image forming device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten warm-up time and reduce standby power consumption. SOLUTION: A heat storage layer 9 made of at least a layer of material of large thermal capacity, a heat insulation layer 10 made of material of low thermal conductivity fitted outside the heat storage layer 9, and a layer 11 set outside the insulation layer 10 and self-heating or getting supply of heat from outside are provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被加熱体を加熱す
る加熱用回転体、加熱装置、定着装置、及び複写機，プ
リンタ，ファクシミリ等の画像形成装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heating rotator for heating an object to be heated, a heating device, a fixing device, and an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile.

【０００２】[0002]

【従来の技術】複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画
像形成装置においては、電子写真方式等の作像プロセス
機構により、シート状の記録媒体上に未定着トナー像を
転写方式または直接方式で形成して担持させる。この未
定着トナー像のトナーは簡単にシート状の記録媒体から
剥がれ落ちるので、トナーに熱、あるいは圧力、あるい
は熱と圧力の両方を加えることにより、トナーをシート
状の記録媒体の表面に永久的に固着させることが必要と
なる。このトナーをシート状の記録媒体の表面に永久的
に固着させる工程は定着プロセスと呼ばれている。2. Description of the Related Art In an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile, an unfixed toner image is formed on a sheet-shaped recording medium by a transfer method or a direct method by an image forming process mechanism such as an electrophotographic method. To be carried. Since the toner of the unfixed toner image easily peels off from the sheet-shaped recording medium, the toner is permanently applied to the surface of the sheet-shaped recording medium by applying heat, pressure, or both heat and pressure to the toner. It is necessary to fix it. The step of permanently fixing the toner on the surface of the sheet-shaped recording medium is called a fixing process.

【０００３】シート状の記録媒体の例としては、Ａ４サ
イズやＡ３サイズなどにカットされた普通紙やＯＨＰシ
ートが一般的である。トナーをシート状の記録媒体の表
面に永久的に固着させる定着装置には色々な方式がある
が、熱と圧力の両方を加える定着方式が最も普及してお
り、その定着方式においてトナーに熱を加える加熱方式
として、従来から、熱ローラ定着方式、フィルム加熱定
着方式などの接触加熱定着方式が一般に用いられてい
る。As an example of a sheet-shaped recording medium, plain paper or an OHP sheet cut to A4 size or A3 size is generally used. There are various types of fixing devices for permanently fixing toner to the surface of a sheet-shaped recording medium, but a fixing method that applies both heat and pressure is most widespread, and heat is applied to the toner in the fixing method. Conventionally, as a heating method to be added, a contact heat fixing method such as a heat roller fixing method and a film heat fixing method has been generally used.

【０００４】熱ローラ定着方式およびフィルム加熱定着
方式の定着装置は、中空あるいは中実の円筒形状の回転
体と、この回転体に圧接してシート状の記録媒体を挟持
する加圧体（中空円筒形状あるいは中実円筒形状の場合
は加圧ローラと呼ぶ）とを有している。シート状の記録
媒体は上記回転体あるいは上記加圧体の回転運動に従動
して上記回転体と上記加圧体の間を搬送される。上記回
転体はそれに接して或いはその近傍に配置した発熱体に
より加熱されるか或いは自己発熱により加熱される。A fixing device of a heat roller fixing type and a film heating fixing type is a hollow or solid cylindrical rotating body and a pressing body (hollow cylindrical body) which presses against the rotating body to sandwich a sheet-shaped recording medium. Shape or a solid cylindrical shape is referred to as a pressure roller). The sheet-shaped recording medium is conveyed between the rotating body and the pressing body following the rotation of the rotating body or the pressing body. The rotating body is heated by a heating element disposed in contact with or in the vicinity of the rotating body, or is heated by self-heating.

【０００５】熱ローラ定着方式では、ハロゲンランプや
ニクロム線ヒータ等の棒管状発熱ヒータを、上記回転体
としての定着ローラ本体（ヒータを含めて定着ローラと
称する場合があるため、定着ローラからヒータを除いた
部分を定着ローラ本体と呼ぶことにする）の中心軸上に
配設して定着ローラ本体を加熱するのが一般的である。
また、フィルム加熱定着方式では、上記回転体としての
フィルムの回転方向に直交する方向に長手方向を一致さ
せて配置した細長い板状の発熱体をフィルムに当接させ
て加熱するのが一般的である。In the heat roller fixing method, a rod-shaped tubular heater such as a halogen lamp or a nichrome wire heater is sometimes referred to as a fixing roller main body (fixing roller including the heater) as the rotating body. Generally, the fixing roller body is heated by arranging it on the central axis of the fixing roller body.
Further, in the film heating and fixing method, it is general that a long and thin plate-shaped heating element arranged with its longitudinal direction coincident with the rotation direction of the film as the rotating body is brought into contact with the film and heated. is there.

【０００６】従来、上記熱ローラ定着方式の定着装置で
は、定着ローラ本体の加熱に時間を要し、電源を投入し
てから定着ローラ表面の温度が定着に適した温度に達す
るまでの時間（以下、ウォームアップタイムという）が
比較的長かった。そのウォームアップタイムの間には使
用者は画像形成装置を使用することができず、長時間の
待機を強いられるという問題があった。Conventionally, in the above-described fixing apparatus of the heat roller fixing method, it takes time to heat the fixing roller main body, and the time from when the power is turned on to when the temperature of the fixing roller surface reaches a temperature suitable for fixing (hereinafter, referred to as “fixing roller”) , Warm-up time) was relatively long. During the warm-up time, the user cannot use the image forming apparatus, and there is a problem that the user has to wait for a long time.

【０００７】また、待機時から使用可能状態に至るまで
の待ち時間を短くするために、待機中も定着ローラを比
較的高温に保つように発熱体に通電する必要があり、無
駄な電力を消費していた。多量の電力を定着ローラに投
入すれば、ウォームアップタイムは短縮できるが、定着
装置における消費電力が増大し、省エネルギーという観
点から望ましくない。消費電力を増やさずにウォームア
ップタイムを短縮することが、定着装置の省エネルギー
化（低消費電力化）と、ユーザの操作性（クイックプリ
ント）との両立を図るために望まれていた。Further, in order to shorten the waiting time from the standby to the ready state, it is necessary to energize the heating element so as to keep the fixing roller at a relatively high temperature even during the standby. Was. If a large amount of power is supplied to the fixing roller, the warm-up time can be reduced, but the power consumption of the fixing device increases, which is not desirable from the viewpoint of energy saving. It has been desired to shorten the warm-up time without increasing power consumption in order to achieve both energy saving (low power consumption) of the fixing device and user operability (quick print).

【０００８】一方、上記フィルム加熱定着方式の定着装
置は、ウォームアップタイムは短いものの、トナーへの
熱供給能力において高速な定着には対応できず、またフ
ィルムが蛇行したり破損たりし易いために記録媒体の搬
送の安定性および耐久性の点で熱ローラ定着方式に劣っ
ていた。On the other hand, the above-mentioned fixing device of the film heat fixing type has a short warm-up time, but cannot cope with high-speed fixing in the heat supply capability to the toner, and the film tends to meander or break. The heat roller fixing method was inferior in terms of the stability and durability of the conveyance of the recording medium.

【０００９】そこで、定着ローラ本体としての回転体の
外側表面近傍のみを発熱させ、あるいは加熱し、さらに
発熱層の内側に断熱層を形成して発生した熱が回転体の
内部に逃げないようにすることによって、ウォームアッ
プタイムを短縮した定着装置が特開平2-131275号公報、
特開平2-131276号公報、特開平3-27073号公報、特開平6
-75491号公報、特開平8-202194号公報、特開平8-335000
号公報、特開平9-152801号公報および特開平10-340023
号公報に記載されている。Therefore, heat is generated or heated only in the vicinity of the outer surface of the rotator as a fixing roller body, and a heat insulating layer is formed inside the heat generating layer so that the heat generated does not escape into the rotator. By doing so, a fixing device having a reduced warm-up time is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-131275,
JP-A-2-131276, JP-A-3-27073, JP-A-6
-75491, JP-A-8-202194, JP-A-8-335000
JP, JP-A-9-152801 and JP-A-10-340023
No., published in Japanese Unexamined Patent Publication No.

【００１０】また、回転体の加熱源として電磁誘導作用
による発熱現象を利用した誘導加熱方式の定着装置が提
案されている。これは、交番磁界中に導電体を置くと電
磁誘導により導電体中に渦電流が流れ、その渦電流によ
り発生するジュール熱により導電体が発熱する現象を利
用して回転体を加熱するものである。すなわち、回転体
の一部または全部を導電体で構成し、回転体の内部また
は外部に磁束生成コイルを配置し、この磁束生成コイル
に交流電流を流して生じた交番磁束を回転体内の導電体
に浸透させることによりその導電体に誘導渦電流を発生
させ、その渦電流と回転体内の導電体自体の抵抗によっ
て回転体内の導電体をジュール発熱させる。Further, there has been proposed an induction heating type fixing device utilizing a heat generation phenomenon by an electromagnetic induction effect as a heating source of a rotating body. In this method, when a conductor is placed in an alternating magnetic field, an eddy current flows in the conductor due to electromagnetic induction, and the rotating body is heated using the phenomenon that the conductor generates heat due to Joule heat generated by the eddy current. is there. That is, a part or all of the rotating body is formed of a conductor, a magnetic flux generating coil is arranged inside or outside the rotating body, and an alternating magnetic flux generated by passing an alternating current through the magnetic flux generating coil is used as a conductor in the rotating body. Induced eddy current is generated in the conductor by infiltrating the conductor, and the eddy current and the resistance of the conductor itself in the rotor cause Joule heat in the conductor in the rotor.

【００１１】この誘導加熱定着装置では、電気−熱変換
効率が大きく向上するため、ウォームアップタイムの短
縮が可能となる。また、ハロゲンランプ等のヒータで回
転体の表面を加熱する場合や発熱層自体をヒータで構成
する場合のような他の表面加熱方式に比べて被加熱材が
発火する危険が少ない。この誘導加熱定着装置におい
て、回転体に低熱伝導層（断熱層）を設け、さらにその
外側に誘導加熱される導電体からなる薄い発熱層を設け
ることにより、発熱層の熱が回転体内部に逃げるのを防
いでウォームアップタイムを短縮した定着装置が特開平
11-288190号公報に記載されている。In this induction heating fixing device, the electric-heat conversion efficiency is greatly improved, so that the warm-up time can be reduced. Further, there is less danger of the material to be heated being ignited as compared with other surface heating methods such as when the surface of the rotating body is heated by a heater such as a halogen lamp or when the heating layer itself is constituted by a heater. In this induction heating fixing device, a low heat conductive layer (heat insulating layer) is provided on the rotating body, and a thin heating layer made of a conductor to be induction heated is provided outside the rotating body, so that heat of the heating layer escapes to the inside of the rotating body. A fixing device that reduces the warm-up time by preventing
No. 11-288190.

【００１２】なお、導電体は、その磁性に着目した場
合、銅のような反磁性体、アルミニウムのような常磁性
体、鉄のような強磁性体の３種類に分けられる。通常、
強磁性体を単に磁性体と呼び、反磁性体と常磁性体を非
磁性体と呼んでいる。以下ではその呼び方に従う。磁性
体を誘導加熱する場合、上述の渦電流により発生するジ
ュール熱に加えてヒステリシス損による熱も発生する。
回転体には機械的強度を保てるだけの厚さが必要である
ため、回転体の厚さを減らすことには限界がある。その
ため、発熱層を回転体の外側表面近くに設け、断熱層で
その発熱層を回転体の内部と熱的に切り離すという上述
の従来例が、現在のところ熱ローラ定着方式のウォーム
アップタイムを短縮できる最上の方式である。When focusing on the magnetism, conductors are classified into three types: diamagnetic materials such as copper, paramagnetic materials such as aluminum, and ferromagnetic materials such as iron. Normal,
Ferromagnetic materials are simply called magnetic materials, and diamagnetic materials and paramagnetic materials are called nonmagnetic materials. In the following, we will follow the name. When the magnetic material is induction-heated, heat due to hysteresis loss is generated in addition to Joule heat generated by the eddy current described above.
Since the rotating body needs to have a thickness enough to maintain the mechanical strength, there is a limit to reducing the thickness of the rotating body. For this reason, the above-mentioned conventional example in which the heat generating layer is provided near the outer surface of the rotating body and the heat generating layer is thermally separated from the inside of the rotating body by the heat insulating layer reduces the warm-up time of the heat roller fixing method at present. This is the best method possible.

【００１３】[0013]

【発明が解決しようとする課題】加熱し易いものは冷め
易いという性質も併せ持っている。発熱層を回転体の外
側表面近くに設けて断熱層でその発熱層を回転体の内部
と熱的に切り離すという上述の従来例の場合、断熱層の
外側の発熱層は、電力投入を止めるとすぐに冷えてしま
う。したがって、使用後例えば５分間の間隔を置いて再
使用する場合でも、朝一番に使用する場合と同様に冷え
た状態から加熱を開始することになる。そのため、待機
状態から使用する場合でも電源オフ状態から使用する場
合とあまり大きく変らない時間だけ待たされることにな
り、使い勝手が悪く、それを避けるためには待機時の予
備加熱が欠かせなかった。What is easily heated also has the property of being easily cooled. In the case of the above-described conventional example in which the heating layer is provided near the outer surface of the rotating body and the heating layer is thermally separated from the inside of the rotating body by the heat insulating layer, the heating layer outside the heat insulating layer is turned off when the power supply is stopped. It cools off quickly. Therefore, even in the case of re-use at intervals of, for example, 5 minutes after use, heating is started from a cold state as in the case of use first in the morning. Therefore, even in the case of using from the standby state, the user has to wait for a time that is not so different from the case of using from the power-off state, which is inconvenient. In order to avoid this, preliminary heating during standby is indispensable.

【００１４】なお、発熱層を極端に薄くして発熱層の熱
容量を減らすことにより、立ち上げに要する時間を３秒
程度以下にすれば待機時における発熱層の予備加熱は必
要でなくなるが、そうすると、被加熱材に与えるのに十
分なだけの熱量を回転体が保持することができずに定着
不良を引き起こしてしまう。したがって、待機時に回転
体を予備加熱することを避けることはできず、そのため
の消費エネルギーは依然として大きかった。By reducing the heat capacity of the heat generating layer by making the heat generating layer extremely thin, the preheating of the heat generating layer during standby is not required if the time required for startup is about 3 seconds or less. In addition, the rotating body cannot hold a sufficient amount of heat to give to the material to be heated, which causes defective fixing. Therefore, it is unavoidable to preheat the rotating body during standby, and the energy consumption for that is still large.

【００１５】請求項１に係る発明は、ウォームアップタ
イムが短く、かつ待機時の消費電力が少ない加熱用回転
体を提供することを目的とする。請求項２に係る発明
は、ウォームアップタイムが短く、かつ待機時の消費電
力が少ない加熱装置を提供することを目的とする。請求
項３に係る発明は、ウォームアップタイムが短く、待機
時の消費電力が少ないだけでなく、さらに投入エネルギ
ーの熱への変換効率が高い加熱装置を提供することを目
的とする。It is an object of the present invention to provide a heating rotating body which has a short warm-up time and consumes less power during standby. It is an object of the invention according to claim 2 to provide a heating device having a short warm-up time and low power consumption during standby. It is an object of the invention according to claim 3 to provide a heating device that has a short warm-up time, consumes less power during standby, and has a high efficiency of converting input energy into heat.

【００１６】請求項４に係る発明は、ウォームアップタ
イムが短く、待機時の消費電力が少なくて投入エネルギ
ーの熱への変換効率が高い上に、余分なエネルギーを蓄
熱にまわして蓄熱効率を向上させることができる加熱装
置を提供することを目的とする。請求項５に係る発明
は、ウォームアップタイムが短く、待機時の消費電力を
一層少なくすることができる加熱装置を提供することを
目的とする。According to the present invention, the warm-up time is short, the power consumption during standby is small, the efficiency of converting input energy into heat is high, and the heat storage efficiency is improved by transferring excess energy to heat storage. It is an object of the present invention to provide a heating device that can perform the heating. An object of the invention according to claim 5 is to provide a heating device that has a short warm-up time and can further reduce power consumption during standby.

【００１７】請求項６に係る発明は、ウォームアップタ
イムが短くて待機時の消費電力が少なく、待機時の蓄熱
層の加熱効率が高くて待機時の投入エネルギーを減らす
ことができる加熱装置を提供することを目的とする。請
求項７に係る発明は、ウォームアップタイムが短く、か
つ待機時の消費電力が少ない定着装置を提供することを
目的とする。請求項８に係る発明は、ウォームアップタ
イムが短く、かつ待機時の消費電力が少ない画像形成装
置を提供することを目的とする。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a heating apparatus which has a short warm-up time, consumes little power during standby, has a high heating efficiency for the heat storage layer during standby, and can reduce the energy input during standby. The purpose is to do. It is an object of the present invention to provide a fixing device that has a short warm-up time and consumes less power during standby. An object of the invention according to claim 8 is to provide an image forming apparatus having a short warm-up time and low power consumption during standby.

【００１８】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、少なくとも１層の熱容量の
大きな材料からなる蓄熱層と、この蓄熱層の外側に設け
られ熱伝導率の低い材料からなる断熱層と、この断熱層
の外側に設けられ自己発熱する、或いは外部から熱の供
給を受ける層とを有するものである。請求項２に係る発
明は、請求項１記載の加熱用回転体を有し、この加熱用
回転体により被加熱体を加熱するものである。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 comprises at least one heat storage layer made of a material having a large heat capacity, and a heat storage layer provided outside the heat storage layer. It has a heat insulating layer made of a low material and a layer which is provided outside the heat insulating layer and generates heat by itself or receives supply of heat from the outside. According to a second aspect of the present invention, there is provided the heating rotary body according to the first aspect, and the heated body is heated by the heating rotary body.

【００１９】請求項３に係る発明は、熱容量の大きな磁
性体からなる蓄熱層、この蓄熱層の外側に設けられ非磁
性体でかつ熱伝導率の低い材料からなる断熱層、この断
熱層の外側に設けられ導電体からなる発熱層を有する加
熱用回転体と、この加熱用回転体の外側に配置され交番
電流により交番磁束を生成して該交番磁束により前記発
熱層を発熱させる磁束生成手段とを備え、前記加熱用回
転体により被加熱体を加熱するものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a heat storage layer made of a magnetic material having a large heat capacity, a heat insulating layer provided outside the heat storage layer and made of a non-magnetic material having a low thermal conductivity, and an outside of the heat insulating layer. A heating rotator having a heat generating layer made of a conductor provided in the radiator, and a magnetic flux generating means arranged outside the heating rotator to generate an alternating magnetic flux by an alternating current and generate heat in the heat generating layer by the alternating magnetic flux. And the heated object is heated by the heating rotating body.

【００２０】請求項４に係る発明は、請求項３記載の加
熱装置において、前記磁束生成手段に与える交番電流の
周波数を可変にしたものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the heating device of the third aspect, the frequency of the alternating current applied to the magnetic flux generating means is made variable.

【００２１】請求項５に係る発明は、請求項４記載の加
熱装置において、待機時の前記交番電流の周波数を立ち
上げ時の前記交番電流の周波数よりも低くしたものであ
る。請求項６に係る発明は、請求項３、４または５記載
の加熱装置において、前記発熱層を構成する材料の導電
率と透磁率との積の値が、前記蓄熱層を構成する磁性体
の導電率と透磁率との積の値に比べて小さいものであ
る。請求項７に係る発明は、請求項２〜６のいずれか１
つに記載の加熱装置を用いたものである。請求項８に係
る発明は、請求項７記載の定着装置を用いたものであ
る。According to a fifth aspect of the present invention, in the heating device according to the fourth aspect, the frequency of the alternating current during standby is lower than the frequency of the alternating current during startup. According to a sixth aspect of the present invention, in the heating device of the third, fourth or fifth aspect, a value of a product of a conductivity and a magnetic permeability of a material forming the heat generating layer is a value of a product of the magnetic material forming the heat storage layer. It is smaller than the value of the product of the conductivity and the magnetic permeability. The invention according to claim 7 is directed to any one of claims 2 to 6.
The heating device described in (1) is used. The invention according to claim 8 uses the fixing device according to claim 7.

【００２２】[0022]

【発明の実施の形態】ウォームアップタイムの短縮には
限界があって加熱用回転体の予備加熱が避けられないの
なら、加熱用回転体を冷えにくくして、少ないエネルギ
ーでも待機時の加熱用回転体の温度を維持することがで
きるようにする方向で消費エネルギーを減らせば良い。
具体的には、加熱用回転体の外側表面近傍に発熱層を設
け、その内側に断熱層を設け、さらに断熱層の内側に蓄
熱層を設けて熱を蓄積できるようにして、冷えにくくす
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS If there is a limit in shortening the warm-up time and pre-heating of the heating rotating body is unavoidable, it is difficult to cool the heating rotating body, and it is possible to use the heating rotating body for standby heating with less energy. Energy consumption may be reduced in such a direction that the temperature of the rotating body can be maintained.
Specifically, a heat generating layer is provided near the outer surface of the heating rotator, a heat insulating layer is provided inside the heat generating layer, and a heat storage layer is further provided inside the heat insulating layer so that heat can be accumulated, thereby making it difficult to cool.

【００２３】断熱層の厚さと熱伝導率が適切であれば、
１０秒程度の短い時間スケールでは、断熱層の断熱作用
が十分働いて発熱層の熱が加熱用回転体の内部に逃げ
ず、加熱用回転体の外側表面は急速に定着可能温度に達
することができる。したがって、蓄熱層を設けてもウォ
ームアップタイムの短縮効果は維持される。また、比較
的長い時間スケールでは、発熱層の熱が断熱層を通過し
て内部の蓄熱層に溜まっていく。蓄熱層に溜まった熱が
断熱層を通過して加熱用回転体から逃げるのも、同様に
比較的長い時間スケールで起こる。したがって、例えば
５分間使用した後では蓄熱層が十分に温まり、その熱が
５分間程度蓄熱層から発熱層に供給され続けて発熱層を
冷めにくくしているので、その間は加熱用回転体の予備
加熱に要するエネルギーが少なくて済む。If the thickness and thermal conductivity of the heat insulating layer are appropriate,
In a short time scale of about 10 seconds, the heat insulating layer works sufficiently to prevent the heat of the heat generating layer from escaping into the heating rotator, and the outer surface of the heating rotator rapidly reaches the fixing temperature. it can. Therefore, even if the heat storage layer is provided, the effect of shortening the warm-up time is maintained. On a relatively long time scale, heat of the heat generating layer passes through the heat insulating layer and accumulates in the internal heat storage layer. Similarly, the heat accumulated in the heat storage layer passes through the heat insulating layer and escapes from the heating rotator on a relatively long time scale. Therefore, for example, after using the heat storage layer for 5 minutes, the heat storage layer is sufficiently warmed, and the heat is continuously supplied from the heat storage layer to the heat generation layer for about 5 minutes to make it difficult to cool the heat generation layer. Less energy is required for heating.

【００２４】次に、加熱用回転体において発熱層の内側
に断熱層を設けてその内側に蓄熱層を設けることによ
り、ウォームアップタイムが短くかつ待機時の消費電力
が少ない加熱用回転体を実現できるということを詳しく
説明する。加熱用回転体の発熱層における単位時間当た
りの熱の発生量をＱと書く。また、単位時間当たりに断
熱層を通過して発熱層から蓄熱層に逃げる熱量をｑと書
く。また、単位時間当たりに離型層を通過して発熱層か
ら外部空気中に逃げる熱量をｐと書く。また、発熱層の
熱容量をＣと書く。また、発熱層内の温度の空間変化は
小さいので、近似的に発熱層内の温度が空間的に均一で
あると見なす。すると、発熱層の温度は単位時間当たり
次のV1だけ上昇する。 V1＝（Ｑ−ｑ−ｐ）／Ｃ・・・（１） 断熱層が無ければ、単位時間当たりに発熱層から蓄熱層
に逃げる熱量をｑ’と書くと、発熱層の温度は単位時間
当たり次のV2だけ上昇することになる。 V2＝（Ｑ−ｑ’−ｐ）／Ｃ・・・（２） これより、 V1／V2＝（Ｑ−ｑ−ｐ）／（Ｑ−ｑ’−ｐ）・・・（３） となる。ここでも発熱層内の温度が空間的に均一である
と見なした。蓄熱層が発熱層に比べて温度が低いとき
は、ｑ’はｑに比べて大幅に大きいので、（３）式は分
子が分母に比べて大幅に大きく、したがって断熱層が有
る場合の発熱層の温度上昇速度V1は断熱層が無い場合の
発熱層の温度上昇速度V2に比べて大幅に大きい。このよ
うに、断熱層を設けると、立ち上げ時の発熱層の温度上
昇速度が大幅にアップする。Next, by providing a heat insulating layer inside the heat generating layer in the heating rotary body and providing a heat storage layer inside the heat generating layer, a heating rotary body with a short warm-up time and low power consumption during standby is realized. Explain in detail what you can do. The amount of heat generated per unit time in the heating layer of the heating rotator is denoted by Q. The amount of heat that passes through the heat insulating layer and escapes from the heat generating layer to the heat storage layer per unit time is written as q. The amount of heat that passes through the release layer per unit time and escapes from the heat generating layer to the outside air is denoted by p. The heat capacity of the heat generating layer is written as C. In addition, since the spatial change of the temperature in the heat generating layer is small, it is considered that the temperature in the heat generating layer is approximately spatially uniform. Then, the temperature of the heating layer rises by the next V1 per unit time. V1 = (Q−q−p) / C (1) If there is no heat insulating layer, if the amount of heat escaping from the heat generating layer to the heat storage layer per unit time is written as q ′, then the temperature of the heat generating layer is per unit time It will rise by the next V2. V2 = (Q-q'-p) / C (2) From this, V1 / V2 = (Q-q-p) / (Q-q'-p) (3) Again, the temperature in the heating layer was considered to be spatially uniform. When the temperature of the heat storage layer is lower than the temperature of the heat generation layer, q ′ is significantly larger than q, and therefore, the equation (3) shows that the numerator is significantly larger than the denominator, and thus the heat generation layer in the case where the heat insulation layer is provided. The temperature rising speed V1 of the heating layer is significantly higher than the temperature rising speed V2 of the heat generating layer when there is no heat insulating layer. As described above, when the heat insulating layer is provided, the temperature rising speed of the heat generating layer at the time of startup is greatly increased.

【００２５】断熱層がある場合と断熱層が無い場合の立
ち上げ時の発熱層と蓄熱層の温度を示すと、図７に示す
ようになる。図7において、Ａは断熱層を設けた場合の
発熱層の温度、Ｂは断熱層を設けた場合の蓄熱層の温
度、Ｃは断熱層を設けない場合の発熱層の温度、Ｄは断
熱層を設けない場合の蓄熱層の温度である。時間が経つ
と、断熱層があっても無くても、蓄熱層は発熱層に近い
温度にまで加熱される。FIG. 7 shows the temperatures of the heat generating layer and the heat storage layer at the time of startup when there is a heat insulating layer and when there is no heat insulating layer. In FIG. 7, A is the temperature of the heat generating layer when the heat insulating layer is provided, B is the temperature of the heat storage layer when the heat insulating layer is provided, C is the temperature of the heat generating layer without the heat insulating layer, and D is the heat insulating layer. Is the temperature of the heat storage layer when no heat storage layer is provided. Over time, the heat storage layer is heated to a temperature close to the heat generating layer, with or without the heat insulating layer.

【００２６】次に、待機状態を考える。蓄熱層から断熱
層を通過して発熱層に逃げる単位時間当りの熱量をａと
書き、蓄熱層から芯金層に逃げる単位時間当りの熱量を
ｕと書き、蓄熱層の熱容量をＤと書く。蓄熱層内の温度
の空間変化は小さいので、近似的に蓄熱層内の温度が空
間的に均一であると見なせる。すると、蓄熱層の温度は
単位時間当たり次のV3だけ低下する。 V3＝（ａ＋ｕ）／Ｄ・・・（４） また、断熱層がないときに蓄熱層から発熱層に逃げる単
位時間当りの熱量をｂと書く。断熱層がないときでも、
蓄熱層から芯金層に逃げる単位時間当りの熱量は、断熱
層がある場合と断熱層がない場合とで、蓄熱層の温度が
同じときは同じである。したがって、断熱層がないとき
は、蓄熱層の温度は単位時間当たり次のV4だけ低下す
る。 V4＝（ｂ＋ｕ）／Ｄ・・・（５） これより、 V3／V4＝（ａ＋ｕ）／（ｂ＋ｕ）・・・（６） となる。ここでも蓄熱層内の温度が空間的に均一である
と見なした。ここに、ａはｂに比べて小さいので、断熱
層がある場合の蓄熱層の温度低下速度V3は断熱層がない
場合の蓄熱層の温度低下速度V4に比べて小さい。このよ
うに、断熱層を設けると、蓄熱層の温度は断熱層が無い
場合に比べて下がりにくい。Next, a standby state will be considered. The amount of heat per unit time that escapes from the heat storage layer to the heat generating layer through the heat insulating layer is written as a, the amount of heat that escapes from the heat storage layer to the core metal layer is written as u, and the heat capacity of the heat storage layer is written as D. Since the spatial change of the temperature in the heat storage layer is small, it can be considered that the temperature in the heat storage layer is approximately spatially uniform. Then, the temperature of the heat storage layer decreases by the next V3 per unit time. V3 = (a + u) / D (4) Also, the amount of heat per unit time that escapes from the heat storage layer to the heat generation layer when there is no heat insulation layer is written as b. Even when there is no insulation layer,
The amount of heat per unit time that escapes from the heat storage layer to the core metal layer is the same when the temperature of the heat storage layer is the same when the heat storage layer is provided and when the heat storage layer is not provided. Therefore, when there is no heat insulation layer, the temperature of the heat storage layer decreases by the next V4 per unit time. V4 = (b + u) / D (5) From this, V3 / V4 = (a + u) / (b + u) (6) Again, the temperature in the heat storage layer was considered to be spatially uniform. Here, since a is smaller than b, the temperature reduction speed V3 of the heat storage layer in the case where the heat insulating layer is provided is smaller than the temperature reduction speed V4 of the heat storage layer in the case where the heat insulating layer is not provided. As described above, when the heat insulating layer is provided, the temperature of the heat storage layer is less likely to decrease than when there is no heat insulating layer.

【００２７】次に、芯金層から回転体内部の空気に逃げ
る単位時間当りの熱量をｅと書く。また、芯金層の熱容
量をＧと書く。芯金層は近似的に蓄熱層と同じ温度であ
ると見なせるので、芯金層と蓄熱層の平均温度は単位時
間当たり次のV5だけ低下する。 V5＝（ａ＋ｅ）／（Ｄ＋Ｇ）・・・（７） 次に、断熱層があって蓄熱層が無い場合を考える。芯金
層から回転体内部の空気に逃げる単位時間当りの熱量を
ｅと書き、芯金層から断熱層に逃げる単位時間当りの熱
量をｆと書き、芯金層の熱容量をＧと書く。近似的に芯
金層内の温度が空間的に均一であると見なすと、芯金層
の温度は単位時間当たり次のV6だけ低下する。 V6＝（ｅ＋ｆ）／Ｇ・・・（８） 蓄熱層が有る場合と蓄熱層が無い場合とを、芯金層およ
び断熱層が両者で同じ温度のときで比較すると、そのと
きはｆがａに等しいので、 V6＝（ｅ＋ａ）／Ｇ・・・（９） となり、V6は蓄熱層の熱容量Ｄが大きいためV5よりもか
なり大きい。Next, the amount of heat per unit time that escapes from the core metal layer to the air inside the rotating body is written as e. Also, the heat capacity of the core metal layer is written as G. Since the core metal layer can be approximately regarded as having the same temperature as the heat storage layer, the average temperature of the core metal layer and the heat storage layer decreases by the next V5 per unit time. V5 = (a + e) / (D + G) (7) Next, consider the case where there is a heat insulation layer and no heat storage layer. The amount of heat per unit time escaping from the core layer to the air inside the rotating body is denoted by e, the amount of heat per unit time escaping from the core layer to the heat insulating layer is denoted by f, and the heat capacity of the core layer is denoted by G. Assuming that the temperature in the core metal layer is approximately spatially uniform, the temperature of the core metal layer decreases by the next V6 per unit time. V6 = (e + f) / G (8) Comparing the case where the heat storage layer is provided with the case where the heat storage layer is not provided when the core metal layer and the heat insulating layer are both at the same temperature, then f is a V6 = (e + a) / G (9), and V6 is considerably larger than V5 because the heat capacity D of the heat storage layer is large.

【００２８】すなわち、蓄熱層が無い場合は蓄熱層が有
る場合に比べて断熱層の内部の温度が速く低下する。逆
に言うと、蓄熱層を設けることにより断熱層の内部の温
度の低下速度を遅らせることができる。したがって、待
機時に加熱用回転体の温度を所定の温度に維持するため
に投入しなければならないエネルギーが少なくて済む。
このように、加熱用回転体において発熱層の内側に断熱
層を設けて更にその内側に蓄熱層を設けることにより、
ウォームアップタイムが短くかつ待機時の消費電力が少
ない加熱用回転体を実現できる。That is, when there is no heat storage layer, the temperature inside the heat insulating layer decreases faster than when there is a heat storage layer. Conversely, by providing the heat storage layer, the rate of decrease in the temperature inside the heat insulating layer can be slowed. Therefore, less energy needs to be input in order to maintain the temperature of the heating rotary body at a predetermined temperature during standby.
Thus, by providing the heat insulating layer inside the heat generating layer in the heating rotary body and further providing the heat storage layer inside the heat generating layer,
A heating rotating body having a short warm-up time and low power consumption during standby can be realized.

【００２９】図２は、本発明の実施形態１の概略構成を
示す横断面模型図である。この実施形態１は、加熱装置
の例であり、例えば画像形成装置に定着装置として用い
られる。図２において、１は加熱用回転体としての加熱
ローラである。この加熱ローラ１の外側表面に対向して
磁束生成手段としての磁束生成コイル２が設けられる。
この磁束生成コイル２は、加熱ローラ１の外側表面に接
近してニップ部以外の加熱ローラ１外側表面のうちのニ
ップ部入口に近い側のほぼ半分を取り囲むように配置し
てある。磁束生成コイル２はリッツ線からなる。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the first embodiment of the present invention. The first embodiment is an example of a heating device, and is used, for example, as a fixing device in an image forming apparatus. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a heating roller as a heating rotating body. A magnetic flux generating coil 2 as magnetic flux generating means is provided facing the outer surface of the heating roller 1.
The magnetic flux generating coil 2 is disposed so as to approach the outer surface of the heating roller 1 and surround substantially half of the outer surface of the heating roller 1 other than the nip portion on the side near the nip portion entrance. The magnetic flux generating coil 2 is made of a litz wire.

【００３０】磁束生成コイル２には非図示の電源により
交番電流が供給される。この交番電流により磁束生成コ
イル２が交番磁束を発生し、その交番磁束は加熱ローラ
１の発熱層に渦電流を発生させ、その渦電流により加熱
ローラ１の発熱層がジュール発熱する。加熱ローラ１に
は、加圧部材としての加圧ローラ３が非図示のバネによ
り圧接される。加圧ローラ３は、直径４０mmのアルミニ
ウムからなる円柱の回りに厚さ５mmのシリコーンゴム層
を設け、さらにその外側を厚さ５０μmのテフロン（登
録商標）キャップで覆ったものである。An alternating current is supplied to the magnetic flux generating coil 2 from a power supply (not shown). The alternating current causes the magnetic flux generating coil 2 to generate an alternating magnetic flux, and the alternating magnetic flux generates an eddy current in the heating layer of the heating roller 1, and the heating layer of the heating roller 1 generates Joule heat by the eddy current. A pressure roller 3 as a pressure member is pressed against the heating roller 1 by a spring (not shown). The pressure roller 3 is formed by providing a silicone rubber layer having a thickness of 5 mm around a cylinder made of aluminum having a diameter of 40 mm, and further covering the outside thereof with a Teflon (registered trademark) cap having a thickness of 50 μm.

【００３１】加熱ローラ１は、図示していない駆動手段
により矢印４の方向に回転駆動され、その回転に連れて
加圧ローラ３が従動回転する。この加熱ローラ１と加圧
ローラ３の圧接部には未定着トナー像を担持したシート
状の記録媒体５が搬送され、この記録媒体５が加熱ロー
ラ１と加圧ローラ３の圧接部を通過している間に、熱と
圧力によりトナー像が記録媒体５に定着される。The heating roller 1 is driven to rotate in the direction of arrow 4 by driving means (not shown), and the pressure roller 3 is driven to rotate with the rotation. A sheet-shaped recording medium 5 carrying an unfixed toner image is conveyed to a pressure contact portion between the heating roller 1 and the pressure roller 3, and the recording medium 5 passes through a pressure contact portion between the heating roller 1 and the pressure roller 3. During this time, the toner image is fixed to the recording medium 5 by heat and pressure.

【００３２】加熱ローラ１には温度センサ６が取り付け
てあり、この温度センサ６は加熱ローラ１の表面温度を
検知する。非図示の温度制御機構は、温度センサ６から
の検知信号により磁束生成コイル２を加熱ローラ１の表
面温度が所定の温度（定着可能温度）になるように制御
する。加熱ローラ１に付着した未定着トナーや紙粉等は
クリーニング部材（非図示）により除去される。加熱ロ
ーラ１と加圧ローラ３の圧接部の出口の外側には、該圧
接部を通過して出てきたシート状の記録媒体５を加熱ロ
ーラ１から分離させるための分離爪（非図示）が設けて
ある。A temperature sensor 6 is attached to the heating roller 1, and the temperature sensor 6 detects the surface temperature of the heating roller 1. A temperature control mechanism (not shown) controls the magnetic flux generating coil 2 based on a detection signal from the temperature sensor 6 so that the surface temperature of the heating roller 1 becomes a predetermined temperature (fixable temperature). Unfixed toner, paper dust and the like attached to the heating roller 1 are removed by a cleaning member (not shown). A separation claw (not shown) for separating the sheet-shaped recording medium 5 that has passed through the pressure contact portion from the heating roller 1 is provided outside the exit of the pressure contact portion between the heating roller 1 and the pressure roller 3. It is provided.

【００３３】加熱ローラ１は、図１に示すように、外径
４０mm厚さ０．３mmのアルミニウムからなる中空ローラ
７を芯金層となし、その外側に厚さ０．１mmのポリイミ
ド樹脂からなる断熱層８を設け、さらにその外側に蓄熱
層として厚さ０．８mmの銅からなる層９を設け、さらに
その外側に断熱層として厚さ０．２mmのポリイミド樹脂
からなる層１０を設け、さらにその外側に発熱層として
厚さ０．１mmのＳＵＳからなる層１１を設け、さらにそ
の外側に離型層として厚さ１５μmのテフロンからなる
層１２を設けたものである。なお、各層７〜１２の厚さ
には大きな差があり、各層７〜１２を正確な比率で図示
すると薄い層が見えなくなるため、図１では各層７〜１
２は実際の厚さとは異なった厚さで描いてある。As shown in FIG. 1, the heating roller 1 has a hollow roller 7 made of aluminum having an outer diameter of 40 mm and a thickness of 0.3 mm as a core metal layer, and a polyimide resin having a thickness of 0.1 mm on the outside thereof. A heat insulating layer 8 is provided, a 0.8 mm thick copper layer 9 is provided as a heat storage layer on the outside thereof, and a 0.2 mm thick polyimide resin layer 10 is further provided on the outside thereof as a heat insulating layer. A layer 11 made of SUS having a thickness of 0.1 mm is provided on the outside thereof as a heat generating layer, and a layer 12 made of Teflon having a thickness of 15 μm is provided outside the layer on the outside thereof. It should be noted that there is a large difference in the thickness of each of the layers 7 to 12, and when each of the layers 7 to 12 is illustrated at an accurate ratio, a thin layer becomes invisible.
2 is drawn with a thickness different from the actual thickness.

【００３４】発熱層１１は、磁束生成コイル２が生成し
た交番磁束により生じた渦電流と自身の抵抗とでジュー
ル発熱する。また、ＳＵＳは磁性体であるので、発熱層
１１はヒステリシス損によっても発熱する。ポリイミド
樹脂からなる２つの層８、１０のうちの外側の層１０
は、発熱層１１に生じた熱のうち単位時間当りに蓄熱層
９に伝わる量を減らす働きをする。この層１０があるた
めに、数十秒程度の短い時間に発熱層１１から蓄熱層９
に伝わる熱量は少ない。しかしながら、長い時間の間に
は大量の熱が発熱層１１から蓄熱層９に伝わる。また、
このポリイミド樹脂の層１０は発熱層１１が発熱してい
ないときに蓄熱層９から発熱層１１を経由して加熱ロー
ラ１の外部へ逃げる熱の流れを邪魔する働きをする。こ
の層１０があるせいで、蓄熱層９の熱が大量に失われる
のには長い時間がかかる。The heat generating layer 11 generates Joule heat by the eddy current generated by the alternating magnetic flux generated by the magnetic flux generating coil 2 and its own resistance. Further, since SUS is a magnetic material, the heat generating layer 11 also generates heat due to hysteresis loss. Outer layer 10 of two layers 8, 10 made of polyimide resin
Serves to reduce the amount of heat generated in the heat generating layer 11 which is transmitted to the heat storage layer 9 per unit time. Due to the presence of this layer 10, the heat generation layer 11 to the heat storage
The amount of heat that is transmitted to is small. However, a large amount of heat is transmitted from the heat generating layer 11 to the heat storage layer 9 for a long time. Also,
The polyimide resin layer 10 functions to obstruct the flow of heat escaping from the heat storage layer 9 to the outside of the heating roller 1 via the heat generation layer 11 when the heat generation layer 11 is not generating heat. Due to the presence of this layer 10, it takes a long time for the heat storage layer 9 to lose a large amount of heat.

【００３５】ポリイミド樹脂からなる２つの層８、１０
のうちの内側の層８は、蓄熱層９の熱が芯金層７を経由
して加熱ローラ１の取り付け部材などへ逃げるのを阻害
する働きをする。蓄熱層９には断熱層８、１０に比べて
熱伝導率の高い材料を用いているので、断熱層８、１０
を通過して蓄熱層９に入った熱は蓄熱層９全体に広がっ
て保持され、したがって、熱伝導率の低い材料を蓄熱層
９に用いた場合よりも熱の吸収保持性能が高い。なお、
加熱ローラ１の取り付け部材に断熱部材を用いたことな
どにより芯金層７から加熱ローラ１の外部に逃げる熱量
が少ない場合は、ポリイミド樹脂からなる２つの層８、
１０のうちの内側の層８はなくてもかまわない。Two layers 8, 10 made of polyimide resin
The inner layer 8 functions to prevent the heat of the heat storage layer 9 from escaping to the mounting member of the heating roller 1 via the metal core layer 7. Since the heat storage layer 9 is made of a material having a higher thermal conductivity than the heat insulating layers 8 and 10,
The heat that has entered the heat storage layer 9 after passing through the heat storage layer 9 is spread and held throughout the heat storage layer 9, and thus has higher heat absorption and retention performance than when a material having a low thermal conductivity is used for the heat storage layer 9. In addition,
When the amount of heat escaping from the core metal layer 7 to the outside of the heating roller 1 is small due to the use of a heat insulating member as a mounting member for the heating roller 1, for example, two layers 8 made of polyimide resin are used.
The inner layer 8 out of 10 may be omitted.

【００３６】加熱ローラ１を回転させながら磁束生成コ
イル２に電源から１５００Wで３０kHzの交番電流を供給
したところ、加熱ローラ１の外側表面が室温から出発し
て１５秒で１９０℃に達した。また、加熱ローラ１の外
側表面を１９０℃に保つように上記温度制御機構により
磁束生成コイル２を制御しながら加熱ローラ１を３０分
間加熱し続けた後に加熱ローラ１の加熱を止めたとこ
ろ、加熱ローラ１の外側表面が１２０℃にまで低下する
のに要した時間は、約１分だった。When the heating roller 1 was rotated and an alternating current of 1500 kHz was supplied from the power supply to the magnetic flux generating coil 2 at 1500 W, the outer surface of the heating roller 1 reached 190 ° C. in 15 seconds starting from room temperature. When the heating roller 1 was continuously heated for 30 minutes while controlling the magnetic flux generating coil 2 by the temperature control mechanism so as to keep the outer surface of the heating roller 1 at 190 ° C., the heating of the heating roller 1 was stopped. The time required for the outer surface of roller 1 to drop to 120 ° C. was about 1 minute.

【００３７】比較のために、外径４０mm、厚さ０．３mm
のアルミニウムからなる中空ローラを芯金層となし、そ
の外側に厚さ０．２ mmのポリイミド樹脂からなる層を
設け、さらにその外側に発熱層として厚さ０．１ mmの
ＳＵＳからなる層を設け、さらにその外側に離型層とし
て厚さ１５μmのテフロンからなる層を設けた比較用加
熱ローラを本実施形態において加熱ローラ１の代りに用
いて、同じ条件で測定したところ、加熱ローラ１の外側
表面が１９０℃に達するのに要した時間は同じく１５秒
であった。一方、比較用加熱ローラの外側表面が１２０
℃にまで低下するのに要した時間は、約４０秒であっ
た。このように、発熱層１１の内側に断熱層１０を挟ん
で蓄熱層９を設けたことにより、ウォームアップタイム
をほとんど長くすることなく加熱ローラ１を冷却しにく
くすることができた。For comparison, an outer diameter of 40 mm and a thickness of 0.3 mm
A hollow roller made of aluminum is used as a core metal layer, and a layer made of a polyimide resin having a thickness of 0.2 mm is provided on the outside thereof, and a heating layer having a thickness of 0.1 mm is further provided on the outside thereof.
A comparative heating roller provided with a layer made of SUS and further provided with a layer made of Teflon having a thickness of 15 μm as a release layer on the outside thereof was used in place of the heating roller 1 in the present embodiment, and the measurement was performed under the same conditions. The time required for the outer surface of the heating roller 1 to reach 190 ° C. was also 15 seconds. On the other hand, the outer surface of the comparative heating roller is 120
The time required to decrease to ° C. was about 40 seconds. Thus, by providing the heat storage layer 9 with the heat insulating layer 10 sandwiched inside the heat generating layer 11, it was possible to make it difficult to cool the heating roller 1 without substantially increasing the warm-up time.

【００３８】ところで、本実施形態では、誘導加熱によ
り発熱層１１を発熱させたが、断熱層１０と蓄熱層９の
効果は発熱方式には依存しない。すなわち、電流を流す
ことによって自己発熱するニッケルクロム合金などの電
気抵抗体で発熱層１１を構成した場合でも、本発明は有
効である。また、発熱層１１を自己発熱させずに、外部
に置いたハロゲンランプやニクロム線ヒータなどの赤外
線を放射するヒータによって加熱する場合でも、本発明
は有効である。また、発熱層１１を自己発熱させずに、
サーマルヘッドなどの高温物体を接触させることによっ
て加熱する場合でも、本発明は有効である。In the present embodiment, the heat generating layer 11 generates heat by induction heating, but the effects of the heat insulating layer 10 and the heat storage layer 9 do not depend on the heat generation method. That is, the present invention is effective even when the heat generating layer 11 is formed of an electric resistor, such as a nickel-chromium alloy, which generates heat by flowing an electric current. The present invention is also effective when the heating layer 11 is heated by a heater that emits infrared rays, such as a halogen lamp or a nichrome wire heater, which is placed outside, without generating heat. Also, without causing the heating layer 11 to generate heat by itself,
The present invention is effective even when heating is performed by contacting a high-temperature object such as a thermal head.

【００３９】また、誘導加熱により発熱層１１を発熱さ
せる場合、発熱層１１はＳＵＳに限るものではなく、磁
性金属であれば何でも用いることができ、たとえば、
鋼、鉄、ニッケル、コバルト、あるいはそれらの合金が
使える。また、発熱層１１には効率は落ちるが非磁性の
導電体を用いてもよい。In the case where the heat generating layer 11 generates heat by induction heating, the heat generating layer 11 is not limited to SUS, but may be any magnetic metal.
Steel, iron, nickel, cobalt or their alloys can be used. In addition, a non-magnetic conductor may be used for the heat generating layer 11 although the efficiency is reduced.

【００４０】また、断熱層８、１０は、熱伝導率の小さ
い材料であればよく、ポリイミド樹脂に限らず、発泡ガ
ラス、低熱伝導性セラミックス、発泡シリコーンゴムな
どが使える。ただし、誘導加熱により発熱層１１を発熱
させる場合には、断熱層８、１０は非磁性体であること
が望ましい。The heat insulating layers 8 and 10 may be made of any material having a low thermal conductivity, and are not limited to polyimide resin, and may be foamed glass, low heat conductive ceramics, foamed silicone rubber, or the like. However, when the heat generation layer 11 is caused to generate heat by induction heating, the heat insulation layers 8 and 10 are desirably non-magnetic.

【００４１】また、蓄熱層９は、熱容量が大きくかつ熱
伝導率が高い材料なら、銅に限るものではない。たとえ
ば、ＳＵＳ、鋼、鉄、ニッケル、クロム、あるいはそれ
らの合金が蓄熱層９に使える。また、蓄熱層９は、熱伝
導率が多少小さい材料でも使えないわけではなく、たと
えばセラミックスやガラスなどを使用しても、効果はあ
る。The heat storage layer 9 is not limited to copper as long as it has a large heat capacity and a high thermal conductivity. For example, SUS, steel, iron, nickel, chromium, or an alloy thereof can be used for the heat storage layer 9. In addition, the heat storage layer 9 cannot be used even with a material having a small thermal conductivity. For example, even if ceramics or glass is used, there is an effect.

【００４２】発熱層１１と蓄熱層９を隔てる断熱層１０
の厚さは、本実施形態の０．２mmに限るものではない
が、あまりに厚いと蓄熱層９と発熱層１１の間に大きな
温度差が生じるため、蓄熱層９が高温に保たれていても
加熱ローラ１の表面が冷えてしまうことが起きるので、
好ましくない。また、断熱層１０の厚さがあまりに薄い
と、断熱効果が少なくなって発熱層１１のみを集中的に
加熱できなくなり、そのためウォームアップタイムが長
くなってしまうため、好ましくない。従って、一般的に
いって、断熱層１０の厚さは０．０５mm程度から１０mm
程度までが好ましい。Heat insulation layer 10 separating heat generation layer 11 and heat storage layer 9
Is not limited to 0.2 mm in the present embodiment, but if it is too thick, a large temperature difference occurs between the heat storage layer 9 and the heat generation layer 11, so that even if the heat storage layer 9 is kept at a high temperature, Since the surface of the heating roller 1 may be cooled,
Not preferred. On the other hand, if the thickness of the heat insulating layer 10 is too small, the heat insulating effect is reduced and only the heat generating layer 11 cannot be heated intensively, which increases the warm-up time, which is not preferable. Therefore, generally speaking, the thickness of the heat insulating layer 10 is about 0.05 mm to 10 mm.
Up to a degree is preferred.

【００４３】蓄熱層９の厚さは、本実施形態の０．８ m
mに限るものではないが、あまりに厚いと蓄熱層９の温
度が上がりにくいので、好ましくない。また、蓄熱層９
の厚さがあまりに薄いと、蓄熱できる熱の量が少なくな
って保温効果がほとんど無くなってしまう。このため、
一般的にいって、蓄熱層９の厚さは０．２mm程度から１
０mm程度までが好ましい。The thickness of the heat storage layer 9 is 0.8 m in this embodiment.
The temperature is not limited to m, but if it is too thick, the temperature of the heat storage layer 9 hardly rises, which is not preferable. The heat storage layer 9
If the thickness is too small, the amount of heat that can be stored becomes small, and the heat retention effect is almost lost. For this reason,
Generally speaking, the thickness of the heat storage layer 9 is about 0.2 mm to 1 mm.
It is preferably up to about 0 mm.

【００４４】この実施形態１の加熱用回転体としての加
熱ローラ１によれば、少なくとも１層の熱容量の大きな
材料からなる蓄熱層９と、この蓄熱層９の外側に設けら
れ熱伝導率の低い材料からなる断熱層１０と、この断熱
層１０の外側に設けられ自己発熱する、或いは外部から
熱の供給を受ける層１１とを有するので、断熱層に囲ま
れた蓄熱層による保温効果により、待機時の予備加熱に
必要なエネルギーを減らすことができ、待機時の消費電
力が少なくなる。また、層１１と蓄熱層とを断熱層で隔
てたので、層１１に生じた熱が蓄熱層に逃げにくく、蓄
熱層を設けたことによるウォームアップタイムの増加を
わずかなものにとどめることができ、ウォームアップタ
イムが短い。なお、ここでは、加熱装置においても、電
源投入後に動作可能温度に立ち上がるまでの立ち上がり
時間をウォームアップタイムという。According to the heating roller 1 as the heating rotator of the first embodiment, at least one heat storage layer 9 made of a material having a large heat capacity and the heat storage layer 9 provided outside the heat storage layer 9 and having a low heat conductivity. It has a heat insulating layer 10 made of a material, and a layer 11 provided outside the heat insulating layer 10 and generating heat or receiving heat from the outside. Energy required for preliminary heating at the time can be reduced, and power consumption during standby can be reduced. Further, since the layer 11 and the heat storage layer are separated by the heat insulating layer, the heat generated in the layer 11 is difficult to escape to the heat storage layer, and the increase in the warm-up time due to the provision of the heat storage layer can be suppressed to a small amount. , Short warm-up time. Here, also in the heating device, a rising time from when the power is turned on to when the heating device reaches an operable temperature is referred to as a warm-up time.

【００４５】また、この実施形態１の加熱装置によれ
ば、上記構成の加熱ロラ１により被加熱体としてのシー
ト状記録媒体５を加熱するので、断熱層に囲まれた蓄熱
層による保温効果により、待機時の予備加熱に必要なエ
ネルギーを減らすことができ、待機時の消費電力が少な
くなる。また、層１１と蓄熱層とを断熱層で隔てたの
で、層１１に生じた熱が蓄熱層に逃げにくく、蓄熱層を
設けたことによるウォームアップタイムの増加をわずか
なものにとどめることができ、ウォームアップタイムが
短い。According to the heating device of the first embodiment, since the sheet-like recording medium 5 as the object to be heated is heated by the heating roller 1 having the above-described structure, the heat storage effect of the heat storage layer surrounded by the heat insulating layer is achieved. In addition, energy required for preliminary heating during standby can be reduced, and power consumption during standby can be reduced. Further, since the layer 11 and the heat storage layer are separated by the heat insulating layer, the heat generated in the layer 11 is difficult to escape to the heat storage layer, and the increase in the warm-up time due to the provision of the heat storage layer can be suppressed to a small amount. , Short warm-up time.

【００４６】次に、本発明の実施形態２について説明す
る。この実施形態２は、上記実施形態１と加熱用回転体
としての加熱ローラ１の層構成と外径が異なっている他
は実施形態１と同じである。実施形態２では、加熱ロー
ラ１は、図３に示すように、外径４０mm、厚さ０．３mm
のアルミニウムからなる中空ローラ１３を芯金層とな
し、その外側に蓄熱層として厚さ０．２ mmの ＳＵＳか
らなる層１４を設け、さらにその外側に断熱層として厚
さ２mmのポリイミド樹脂からなる層１５を設け、さらに
その外側に発熱層として厚さ０．１mmのＳＵＳからなる
層１６を設け、さらにその外側に離型層として厚さ１５
μmのテフロンからなる層１７を設けたものである。な
お、図３では各層１３〜１７は、見やすいように実際の
厚さとは異なった厚さで描いてある。Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is the same as the first embodiment except that the layer configuration and the outer diameter of the heating roller 1 as the heating rotator are different from the first embodiment. In the second embodiment, the heating roller 1 has an outer diameter of 40 mm and a thickness of 0.3 mm as shown in FIG.
A hollow roller 13 made of aluminum is used as a core metal layer, a layer 14 made of SUS having a thickness of 0.2 mm is provided on the outside thereof as a heat storage layer, and a heat insulating layer made of a polyimide resin having a thickness of 2 mm is provided on the outside thereof. A layer 15 made of SUS having a thickness of 0.1 mm is further provided outside as a heat generating layer, and a layer 15 having a thickness of
A layer 17 made of Teflon having a thickness of μm is provided. In FIG. 3, each of the layers 13 to 17 is drawn with a thickness different from the actual thickness for easy viewing.

【００４７】この実施形態２において、上記磁束生成コ
イル２に１００Vで３０kHzの交番電圧を印加した。発熱
量を直接測定することは困難であるので、有限要素法に
よる調和磁場解析により発熱量を算出した。その結果、
断熱層１５の外側に位置している発熱層１６において投
入電力の約80％に相当する量の熱が発生し、また蓄熱層
１４において投入電力の約17％に相当する量の熱が発生
していることが分かった。合計では投入電力の約97％に
相当する量の熱が発熱層１６及び蓄熱層１４で発生して
いる。In the second embodiment, an alternating voltage of 100 V and 30 kHz was applied to the magnetic flux generating coil 2. Since it is difficult to measure the calorific value directly, the calorific value was calculated by the harmonic magnetic field analysis by the finite element method. as a result,
The heat generation layer 16 located outside the heat insulating layer 15 generates heat equivalent to about 80% of the input power, and the heat storage layer 14 generates heat equivalent to about 17% of the input power. I knew it was. In total, heat corresponding to about 97% of the input power is generated in the heat generation layer 16 and the heat storage layer 14.

【００４８】比較例として、実施形態２の蓄熱層である
内側から第２番目の層であるＳＵＳ層１４を無くし、そ
の代りに芯金層１３の厚さを０．５mmにした以外は実施
形態２と同じ構成の比較用加熱装置で同じ電圧を印加し
たところ、断熱層１５の外側に位置している発熱層１６
において投入電力の約９０％に相当する量の熱が発生
し、また芯金層において投入電力の約４％に相当する量
の熱が発生していることが分かった。合計では投入電力
の約９４％に相当する量の熱が発熱層１６及び芯金層で
発生している。As a comparative example, the second embodiment is the same as the second embodiment except that the SUS layer 14, which is the second layer from the inside, which is the heat storage layer, is eliminated, and the thickness of the metal core layer 13 is changed to 0.5 mm instead. When the same voltage was applied by the comparative heating device having the same configuration as that of the heat-generating layer 16 located outside the heat-insulating layer 15,
In this case, it was found that an amount of heat corresponding to about 90% of the input power was generated, and that an amount of heat corresponding to about 4% of the input power was generated in the core metal layer. In total, heat corresponding to about 94% of the input power is generated in the heat generating layer 16 and the core metal layer.

【００４９】この結果から分かるように、加熱ローラ１
において、断熱層１５の内側の蓄熱層１４を磁性体によ
り構成すると、断熱層１５の外側に位置している発熱層
１６を突き抜けて蓄熱層１４に達した磁束も発熱に寄与
し、投入電力に対する加熱ローラ１の発熱効率が向上す
る。また、断熱層１５によるウォームアップタイムの短
縮効果と蓄熱層１４による保温効果については、本実施
形態でも実施形態１と同様に機能している。As can be seen from these results, the heating roller 1
When the heat storage layer 14 inside the heat insulating layer 15 is made of a magnetic material, the magnetic flux that has penetrated the heat generating layer 16 located outside the heat insulating layer 15 and reached the heat storage layer 14 also contributes to heat generation, and The heat generation efficiency of the heating roller 1 is improved. The effect of reducing the warm-up time by the heat insulating layer 15 and the effect of keeping the heat by the heat storage layer 14 also function in the present embodiment in the same manner as in the first embodiment.

【００５０】このように、実施形態２によれば、熱容量
の大きな磁性体からなる蓄熱層１４、この蓄熱層１４の
外側に設けられ非磁性体でかつ熱伝導率の低い材料から
なる断熱層１５、この断熱層１５の外側に設けられ導電
体からなる発熱層１６を有する加熱用回転体としての加
熱ローラ１と、この加熱ローラ１の外側に配置され交番
電流により交番磁束を生成して該交番磁束により発熱層
１６を発熱させる磁束生成手段としての磁束生成コイル
２とを備え、加熱ローラ１により被加熱体としてのシー
ト状記録媒体５を加熱するので、実施形態１と同様にウ
ォームアップタイムが短く、待機時の消費電力が少な
く、さらに発熱層を発熱させる手段として熱変換効率が
高い方式である誘導加熱方式を採用し、しかも、蓄熱層
として磁性体を用いて、発熱層を突き抜けた磁束も蓄熱
層において発熱に活用でき、投入電力の熱への変換効率
が非常に高い。また、誘導加熱方式を採用しているの
で、加熱ローラを外側からヒータで加熱する方式や加熱
ローラの外側表面近くの層を発熱抵抗体で構成する方式
に比べて、発火の危険性が少ない。As described above, according to the second embodiment, the heat storage layer 14 made of a magnetic material having a large heat capacity, and the heat insulating layer 15 provided outside the heat storage layer 14 and made of a nonmagnetic material having a low thermal conductivity. A heating roller 1 as a heating rotator provided outside the heat insulating layer 15 and having a heat generating layer 16 made of a conductive material; and an alternating magnetic flux generated by an alternating current arranged outside the heating roller 1 to generate the alternating magnetic flux. A magnetic flux generating coil 2 is provided as a magnetic flux generating means for generating heat in the heat generating layer 16 by the magnetic flux, and the heating roller 1 heats the sheet-shaped recording medium 5 as the object to be heated. It is short, consumes less power during standby, and adopts an induction heating method, which has a high heat conversion efficiency, as a means to generate heat in the heating layer, and uses a magnetic material as the heat storage layer. , The magnetic flux penetrates the heating layer can also be utilized for heating the heat storage layer, a very high conversion efficiency to heat the applied power. Further, since the induction heating method is employed, there is less danger of ignition as compared with a method in which the heating roller is heated from outside by a heater or a method in which a layer near the outer surface of the heating roller is formed of a heating resistor.

【００５１】次に、本発明の実施形態３について説明す
る。この実施形態３は、上記実施形態２と加熱用回転体
としての加熱ローラ１の層構成と外径が異なり、磁束生
成コイル２に供給する交番電流の周波数が異なっている
点と以下に述べる点の他は、実施形態２と同じである。
本実施形態では、加熱ローラ１は、図４に示すように、
厚さ０．４mmのＳＵＳからなる中空ローラ１８を芯金層
となし、その外側に断熱層として厚さ２mmのポリイミド
樹脂からなる層１９を設け、さらにその外側に発熱層と
して厚さ０．１mmの ＳＵＳからなる層２０を設け、さ
らにその外側に離型層として厚さ１５μmのテフロンか
らなる層２１を設けたものである。芯金層１８は蓄熱層
の役割を兼ねている。なお、図４では、各層１８〜２０
は、見やすいように実際の厚さとは異なった厚さで描い
てある。Next, a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment differs from the second embodiment in that the layer configuration and the outer diameter of the heating roller 1 as a heating rotator are different, the frequency of the alternating current supplied to the magnetic flux generating coil 2 is different, and the following points are described. Are the same as those of the second embodiment.
In the present embodiment, the heating roller 1 is, as shown in FIG.
A hollow roller 18 made of SUS having a thickness of 0.4 mm is used as a core metal layer, and a layer 19 made of a polyimide resin having a thickness of 2 mm is provided on the outside thereof as a heat insulating layer. Is provided, and a layer 21 made of Teflon having a thickness of 15 μm is provided as a release layer on the outside thereof. The core metal layer 18 also functions as a heat storage layer. In addition, in FIG.
Is drawn with a thickness different from the actual thickness for easy viewing.

【００５２】透磁率がμ、導電率がσである物体を周波
数がω／２πである振動磁場の中に置くと、磁場および
振動磁場によって誘起される電場は、物体の内部に行く
にしたがって弱くなる。磁場および電場が物体の表面か
らどの程度の深さまで侵入するかの目安を示す量とし
て、次の式で表されるδが広く使われている。 δ＝√（２／σμω）・・・（１０） このδは、一般に表皮厚さ、あるいは表皮深さ、あるい
は侵入深さと呼ばれている。物体のδより深いところで
は、磁場および電場は、物体表面でのそれらの値の１／
ｅ以下になる。この侵入深さδは、（１０）式から分か
るように、振動磁場の周波数が高くなれば短くなり、振
動磁場の周波数が低くなれば長くなる。振動磁場の周波
数が３０kHzの場合、ＳＵＳではこの侵入深さδが約
０．１mmである。また、磁束生成コイル２に与える交番
電流の周波数と磁束生成コイル２が生成する振動磁場の
周波数は等しい。When an object having a magnetic permeability of μ and an electric conductivity of σ is placed in an oscillating magnetic field having a frequency of ω / 2π, the magnetic field and the electric field induced by the oscillating magnetic field become weaker as going into the object. Become. Δ represented by the following formula is widely used as a measure of the depth of a magnetic field and an electric field penetrating from the surface of an object. δ = √ (2 / σμω) (10) This δ is generally called a skin thickness, a skin depth, or a penetration depth. Deeper than the δ of the object, the magnetic and electric fields are 1 / th of their values at the surface of the object.
e or less. The penetration depth δ becomes shorter as the frequency of the oscillating magnetic field increases, and becomes longer as the frequency of the oscillating magnetic field decreases, as can be seen from Expression (10). When the frequency of the oscillating magnetic field is 30 kHz, the penetration depth δ is about 0.1 mm in SUS. The frequency of the alternating current applied to the magnetic flux generating coil 2 is equal to the frequency of the oscillating magnetic field generated by the magnetic flux generating coil 2.

【００５３】このように、磁束生成コイル２に与える交
番電流の周波数を高くすると、加熱ローラ１における磁
束の侵入深さが短くなって発熱層２０を突き抜ける磁束
の量が減るため、主に発熱層２０のみを加熱することが
できる。また、磁束生成コイル２に与える交番電流の周
波数を低くすると、加熱ローラ１における磁束の侵入深
さが長くなって発熱層２０と断熱層１９を突き抜けて蓄
熱層１８に達する磁束の量が増えるため、蓄熱層１８も
ある程度発熱する。As described above, when the frequency of the alternating current applied to the magnetic flux generating coil 2 is increased, the penetration depth of the magnetic flux into the heating roller 1 is shortened and the amount of the magnetic flux penetrating through the heating layer 20 is reduced. Only 20 can be heated. Further, when the frequency of the alternating current applied to the magnetic flux generating coil 2 is reduced, the penetration depth of the magnetic flux into the heating roller 1 increases, and the amount of the magnetic flux penetrating through the heat generation layer 20 and the heat insulation layer 19 and reaching the heat storage layer 18 increases. The heat storage layer 18 also generates heat to some extent.

【００５４】そこで、磁束生成コイル２に交番電流を与
える電源は交番電流の周波数を可変できるものを用い、
ウォームアップ時には、図示しない制御手段はその電源
を制御して交番電流の周波数を高い周波数に可変するこ
とで、電源から磁束生成コイル２に与える交番電流の周
波数を高くする。これにより、主に発熱層２０のみを加
熱して、加熱ローラ１の外側表面を急速に定着可能温度
に達せしめることができる。また、待機時には、制御手
段は電源を制御して交番電流の周波数を低い周波数に可
変することで、電源から磁束生成コイル２に与える交番
電流の周波数を短くする。これにより、断熱層１９に囲
まれた蓄熱層１８の加熱比率を高めることができるの
で、待機時に投入したエネルギーが加熱ローラ１の外部
に放熱されにくく、蓄熱層１８の保温効果が長続きする
ので、待機時の投入エネルギーを減らすことができる。Therefore, a power supply for supplying an alternating current to the magnetic flux generating coil 2 is one that can vary the frequency of the alternating current.
During warm-up, control means (not shown) controls the power supply to vary the frequency of the alternating current to a higher frequency, thereby increasing the frequency of the alternating current supplied from the power supply to the magnetic flux generating coil 2. Thereby, mainly the heating layer 20 alone is heated, and the outer surface of the heating roller 1 can quickly reach the fixable temperature. During standby, the control means controls the power supply to vary the frequency of the alternating current to a lower frequency, thereby shortening the frequency of the alternating current supplied from the power supply to the magnetic flux generating coil 2. As a result, the heating ratio of the heat storage layer 18 surrounded by the heat insulating layer 19 can be increased, so that the energy input during standby is less likely to be dissipated to the outside of the heating roller 1 and the heat storage effect of the heat storage layer 18 lasts longer. Energy input during standby can be reduced.

【００５５】本実施形態では、ウォームアップ時には、
磁束生成コイル２に３０kHzの交番電流を印加し、待機
持には、磁束生成コイル２に１kHzの交番電流を印加し
た。発熱量を直接測定することは困難であるので、有限
要素法による調和磁場解析により発熱量を算出した。そ
の結果、磁束生成コイル２に３０kHzの交番電流を印加
したときには、断熱層１９の外側に位置している発熱層
２０における発熱量と蓄熱層１８における発熱量の比率
は、４．９対１であった。また、磁束生成コイル２に１
kHzの交番電流を印加したときには、断熱層１９の外側
に位置している発熱層２０における発熱量と蓄熱層１８
における発熱量の比率は、１．２対１であった。In this embodiment, at the time of warm-up,
An alternating current of 30 kHz was applied to the magnetic flux generating coil 2, and a 1 kHz alternating current was applied to the magnetic flux generating coil 2 during standby. Since it is difficult to measure the calorific value directly, the calorific value was calculated by the harmonic magnetic field analysis by the finite element method. As a result, when an alternating current of 30 kHz is applied to the magnetic flux generating coil 2, the ratio of the heat generation amount in the heat generation layer 20 located outside the heat insulation layer 19 to the heat generation amount in the heat storage layer 18 is 4.9 to 1. there were. Also, the magnetic flux generating coil 2 has 1
When an alternating current of kHz is applied, the amount of heat generated in the heat generating layer 20 located outside the heat insulating layer 19 and the heat storage layer 18
Was 1.2 to 1.

【００５６】なお、待機時にのみ磁束生成コイル２に印
加する交番電流の周波数を下げるのでなく、被加熱材５
を加熱しているときでも、加熱ローラ１の外側表面の温
度が十分な温度（定着可能な所定の温度）に達している
ときは、制御手段は電源を制御して交番電流の周波数を
低い周波数に可変することで、交番電流の周波数を下げ
ることにより蓄熱層１８の加熱比率を上げる。それによ
り、不要なエネルギーを蓄熱に回すことができる。It is to be noted that the frequency of the alternating current applied to the magnetic flux generating coil 2 is not lowered only during standby,
When the temperature of the outer surface of the heating roller 1 has reached a sufficient temperature (a predetermined temperature at which fixing can be performed), the control unit controls the power supply to reduce the frequency of the alternating current to a low , The heating ratio of the heat storage layer 18 is increased by lowering the frequency of the alternating current. As a result, unnecessary energy can be transferred to heat storage.

【００５７】この実施形態３によれば、磁束生成手段と
しての磁束生成コイル２に与える交番電流の周波数を可
変にしたので、実施形態２と同様にウォームアップタイ
ムが短く、待機時の消費電力が少なくて投入エネルギー
の熱への変換効率が高い上に、発熱層の温度が十分に高
いときには磁束生成コイルに与える交番電流の周波数を
低くして蓄熱層の加熱比率を高めることができ、余分な
エネルギーを蓄熱にまわして蓄熱効率を向上させること
ができ、エネルギーの無駄を減らすことができる。According to the third embodiment, since the frequency of the alternating current applied to the magnetic flux generating coil 2 as the magnetic flux generating means is made variable, the warm-up time is short and the power consumption during standby is reduced as in the second embodiment. The conversion efficiency of the input energy to heat is small and high, and when the temperature of the heat generating layer is sufficiently high, the frequency of the alternating current given to the magnetic flux generating coil can be lowered to increase the heating ratio of the heat storage layer, and By transferring energy to heat storage, heat storage efficiency can be improved, and waste of energy can be reduced.

【００５８】また、実施形態３によれば、待機時の磁束
生成コイル２に与える交番電流の周波数を立ち上げ時の
磁束生成コイル２に与える交番電流の周波数よりも低く
したので、ウォームアップタイムが短く、待機時の消費
電力を実施形態２よりも更に少なくすることができる。
すなわち、ウォームアップ時には、磁束生成コイル２に
与える交番電流の周波数を高くして磁束の侵入深さを短
くすることにより、発熱層２０を突き抜ける磁束の量を
減らして主に発熱層２０のみを加熱して、加熱ローラ１
の外側表面を急速に定着可能温度に達せしめることがで
きる。また、待機時には、磁束生成コイル２に与える交
番電流の周波数を短くして磁束の侵入深さを長くするこ
とにより、磁束が発熱層２０と断熱層１９を突き抜けて
蓄熱層１８に達するようにして、蓄熱層１８の加熱比率
を高めることができる。このため、待機時に投入したエ
ネルギーが加熱ローラの外部に放熱されにくく、したが
って蓄熱層の保温効果が長続きするので、待機時の投入
エネルギーを減らすことができる。Further, according to the third embodiment, the frequency of the alternating current applied to the magnetic flux generating coil 2 during standby is lower than the frequency of the alternating current applied to the magnetic flux generating coil 2 during startup, so that the warm-up time is reduced. It is short, and the power consumption during standby can be further reduced as compared with the second embodiment.
That is, during warm-up, the frequency of the alternating current applied to the magnetic flux generating coil 2 is increased to shorten the depth of penetration of the magnetic flux, thereby reducing the amount of magnetic flux penetrating the heating layer 20 and heating only the heating layer 20 mainly. And heating roller 1
Can rapidly reach the fusing temperature. During standby, the frequency of the alternating current applied to the magnetic flux generating coil 2 is shortened to increase the depth of penetration of the magnetic flux, so that the magnetic flux penetrates the heat generation layer 20 and the heat insulation layer 19 and reaches the heat storage layer 18. In addition, the heating ratio of the heat storage layer 18 can be increased. For this reason, the energy input during standby is less likely to be dissipated to the outside of the heating roller, and the effect of keeping the heat of the heat storage layer lasts longer, so that the input energy during standby can be reduced.

【００５９】次に、本発明の実施形態４について説明す
る。この実施形態４は、上記実施形態３と加熱用回転体
としての加熱ローラ１の層構成と外径が異なり、磁束生
成コイル２に供給する交番電流の周波数が異なっている
点と以下に述べる点の他は、実施形態３と同じである。
本実施形態では、加熱ローラ１は、図５に示すように、
厚さ０．４mmのＳＵＳからなる中空ローラ２２を芯金層
となし、その外側に断熱層として厚さ２mmのポリイミド
樹脂からなる層２３を設け、さらにその外側に発熱層と
して厚さ０．２mmの 銅からなる層２４を設け、さらに
その外側に離型層として厚さ１５μmのテフロンからな
る層２５を設けたものである。芯金層２２は蓄熱層の役
割を兼ねている。なお、図５では、各層２２〜２５は、
見やすいように実際の厚さとは異なった厚さで描いてあ
る。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The fourth embodiment differs from the third embodiment in that the layer configuration and the outer diameter of the heating roller 1 as a heating rotator are different and the frequency of the alternating current supplied to the magnetic flux generating coil 2 is different from the third embodiment. Other than the above is the same as the third embodiment.
In the present embodiment, the heating roller 1 is, as shown in FIG.
A hollow roller 22 made of SUS having a thickness of 0.4 mm is used as a core metal layer, and a layer 23 made of a polyimide resin having a thickness of 2 mm is provided on the outside thereof as a heat insulating layer. A layer 24 made of copper is provided, and a layer 25 made of Teflon having a thickness of 15 μm is provided outside the layer 24 as a release layer. The core metal layer 22 also functions as a heat storage layer. In FIG. 5, each of the layers 22 to 25 includes:
It is drawn with a different thickness from the actual thickness for easy viewing.

【００６０】実施形態３では加熱ローラ１の発熱層２０
は厚さ０．１mmの ＳＵＳからなる層であったが、本実
施形態では加熱ローラ１の発熱層２４は厚さ０．２mmの
銅からなる層であり、本実施形態と実施形態３とにおけ
る加熱ローラ１の層構成は、その点で異なっている。銅
の場合、上述の（１０）式で表される侵入深さδは、振
動磁場の周波数が３０kHzの場合には約０．４mmであ
る。したがって、振動磁場の周波数が３０kHzの場合
は、磁束が本実施形態では加熱ローラ１の発熱層２４を
かなりの割合で突き抜ける。また、銅は、非磁性体であ
るので、ヒステリシス損による発熱が生じない。このた
め、磁束生成コイル２に周波数３０kHzの交番電流を印
加した場合は、発熱層２４での発熱量は少なく、ＳＵＳ
からなる蓄熱層２２での発熱量が多い。しかし、磁束生
成コイル２に印加する交番電流の周波数を１００kHzま
で上げると、磁束の侵入深さが発熱層２４の厚さに近く
なり、発熱層２４での発熱量の蓄熱層２２での発熱量に
対する比率が大きくなる。In the third embodiment, the heating layer 20 of the heating roller 1
Is a layer made of SUS having a thickness of 0.1 mm. In the present embodiment, the heating layer 24 of the heating roller 1 is a layer made of copper having a thickness of 0.2 mm. The layer configuration of the heating roller 1 is different in that point. In the case of copper, the penetration depth δ represented by the above equation (10) is about 0.4 mm when the frequency of the oscillating magnetic field is 30 kHz. Therefore, when the frequency of the oscillating magnetic field is 30 kHz, the magnetic flux penetrates the heating layer 24 of the heating roller 1 at a considerable rate in the present embodiment. Further, since copper is a non-magnetic material, heat does not occur due to hysteresis loss. Therefore, when an alternating current having a frequency of 30 kHz is applied to the magnetic flux generating coil 2, the amount of heat generated in the heat generating layer 24 is small, and the SUS
The heat generation amount in the heat storage layer 22 made of is large. However, when the frequency of the alternating current applied to the magnetic flux generating coil 2 is increased to 100 kHz, the penetration depth of the magnetic flux becomes closer to the thickness of the heat generating layer 24, and the heat generated by the heat generating layer 24 is generated by the heat storage layer 22. To the ratio becomes larger.

【００６１】実施形態３の構成で待機時における蓄熱層
１８での発熱量の割合を実施形態３の場合よりも高める
には、待機時における交番電流の周波数を１kHzよりも
さらに下げて、たとえば０．１ kHzにする必要がある。
しかし、交番電流の周波数をそこまで下げると、投入電
力のうち磁束生成コイル２自身の発熱として消費される
エネルギーの割合が非常に大きくなるという問題、すな
わち発熱効率が大きく下がってしまうという問題が生じ
る。本実施形態の場合は、待機時における蓄熱層２４で
の発熱量の割合を高めるのに交番電流の周波数をそこま
で下げる必要が無いので、そのような問題は生じない。In order to increase the ratio of the amount of heat generated in the heat storage layer 18 at the time of standby in the configuration of the third embodiment as compared with the case of the third embodiment, the frequency of the alternating current at the time of standby is further reduced from 1 kHz, for example, to 0 It is necessary to be 1 kHz.
However, if the frequency of the alternating current is reduced to that level, the problem that the ratio of the energy consumed as heat generated by the magnetic flux generating coil 2 itself to the input power becomes very large, that is, the problem that the heat generation efficiency is greatly reduced occurs. . In the case of the present embodiment, such a problem does not occur because it is not necessary to lower the frequency of the alternating current to increase the ratio of the amount of heat generated in the heat storage layer 24 during standby.

【００６２】本実施形態では、ウォームアップ時には、
制御手段は電源を制御して交番電流の周波数を高い周波
数に可変することで、磁束生成コイル２に１００kHzの
交番電流を印加し、待機持には、制御手段は電源を制御
して交番電流の周波数を低い周波数に可変することで、
磁束生成コイル２に３０kHzの交番電流を印加した。発
熱量を直接測定することは困難であるので、有限要素法
による調和磁場解析により発熱量を算出した。その結
果、磁束生成コイル２に１００kHzの交番電流を印加し
たときには、断熱層２３の外側に位置している発熱層２
４における発熱量と蓄熱層２２における発熱量の比率
は、２．０対１であった。また、磁束生成コイル２に３
０kHzの交番電流を印加したときには、断熱層２３の外
側に位置している発熱層２４における発熱量と蓄熱層２
２における発熱量の比率は、1対２．７であった。この
ように、待機持には、ほとんど蓄熱層２２にのみ発熱さ
せることができた。In this embodiment, at the time of warm-up,
The control means controls the power supply to vary the frequency of the alternating current to a high frequency, so that an alternating current of 100 kHz is applied to the magnetic flux generating coil 2. By changing the frequency to a lower frequency,
An alternating current of 30 kHz was applied to the magnetic flux generating coil 2. Since it is difficult to measure the calorific value directly, the calorific value was calculated by the harmonic magnetic field analysis by the finite element method. As a result, when an alternating current of 100 kHz is applied to the magnetic flux generating coil 2, the heat generating layer 2 located outside the heat insulating layer 23
The ratio of the calorific value in No. 4 to the calorific value in the heat storage layer 22 was 2.0 to 1. In addition, 3
When an alternating current of 0 kHz is applied, the amount of heat generated in the heat generating layer 24 located outside the heat insulating layer 23 and the heat storage layer 2
The ratio of the calorific value in No. 2 was 1: 2.7. As described above, almost all of the heat storage layer 22 was allowed to generate heat during standby.

【００６３】この実施形態４によれば、発熱層２４を構
成する材料の導電率と透磁率との積の値が、蓄熱層２２
を構成する磁性体の導電率と透磁率との積の値に比べて
小さい（発熱層２４を構成する材料の侵入深さδが、蓄
熱層２２を構成する磁性体の侵入深さδに比べて大き
い）ので、実施形態１と同様にウォームアップタイムが
短くて待機時の消費電力が少なく、さらに磁束生成コイ
ル２に与える交番電流の周波数が比較的高くても磁束が
発熱層２４と断熱層２３を突き抜けて蓄熱層２２に達
し、蓄熱層の加熱比率を高めることができる。つまり、
発熱効率を大きく下げることなく、待機時に断熱層に囲
まれた蓄熱層の加熱比率を実施形態３の場合よりもさら
に高めることができる。それにより、待機時の投入エネ
ルギーを実施形態３の場合よりもさらに減らすことがで
きる。According to the fourth embodiment, the value of the product of the electric conductivity and the magnetic permeability of the material forming the heat generating layer 24 is
(The penetration depth δ of the material forming the heat generating layer 24 is smaller than the penetration depth δ of the magnetic material forming the heat storage layer 22). Therefore, as in the first embodiment, the warm-up time is short, the power consumption during standby is small, and even when the frequency of the alternating current applied to the magnetic flux generating coil 2 is relatively high, the magnetic flux is generated by the heat generating layer 24 and the heat insulating layer. The heat storage layer 22 penetrates through the heat storage layer 23 and the heating rate of the heat storage layer can be increased. That is,
The heating ratio of the heat storage layer surrounded by the heat insulating layer during standby can be further increased than in the case of the third embodiment without greatly lowering the heat generation efficiency. Thereby, the input energy at the time of standby can be further reduced as compared with the case of the third embodiment.

【００６４】なお、上記実施形態２、３において、実施
形態４と同様に発熱層を構成する材料の導電率と透磁率
との積の値が、蓄熱層を構成する磁性体の導電率と透磁
率との積の値に比べて小さい（発熱層を構成する材料の
侵入深さδが、蓄熱層を構成する磁性体の侵入深さδに
比べて大きい）構成とし、実施形態４と同様な効果を得
るようにしてもよい。In the second and third embodiments, similarly to the fourth embodiment, the value of the product of the conductivity and the magnetic permeability of the material forming the heat generating layer is different from the conductivity of the magnetic material forming the heat storage layer. The configuration is smaller than the product of the magnetic susceptibility (the penetration depth δ of the material forming the heat generating layer is larger than the penetration depth δ of the magnetic material forming the heat storage layer), and is the same as in the fourth embodiment. The effect may be obtained.

【００６５】次に、本発明の実施形態５について説明す
る。この実施形態５は、実施形態１乃至実施形態４のい
ずれか１つの加熱装置を定着装置に用いた画像形成装置
の例である。図６は実施形態５の構成を示す。この実施
形態５の画像形成装置は、像担持体として円筒状に形成
された光導電性の感光体２６を有している。この感光体
２６の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ２７、現
像装置２８、転写手段としての転写ローラ２９、クリー
ニング装置３０、除電装置３１が配備されている。ま
た、この実施形態６の画像形成装置は、露光手段として
の光走査装置３２と定着装置３３を備えている。帯電手
段としては、コロナチャージャを用いることもできる。
帯電ローラ２７及び転写ローラ２９は電源からバイアス
が印加され、光走査装置３２は帯電ローラ２７と現像装
置２８との間の感光体２６の表面で光走査による露光を
行う。Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The fifth embodiment is an example of an image forming apparatus using the heating device according to any one of the first to fourth embodiments as a fixing device. FIG. 6 shows a configuration of the fifth embodiment. The image forming apparatus according to the fifth embodiment includes a photoconductive photoconductor 26 formed in a cylindrical shape as an image carrier. Around the photoreceptor 26, a charging roller 27 as a charging unit, a developing device 28, a transfer roller 29 as a transfer unit, a cleaning device 30, and a charge removing device 31 are provided. The image forming apparatus according to the sixth embodiment includes an optical scanning device 32 as an exposure unit and a fixing device 33. As the charging means, a corona charger can be used.
A bias is applied to the charging roller 27 and the transfer roller 29 from a power supply, and the optical scanning device 32 performs exposure by optical scanning on the surface of the photoconductor 26 between the charging roller 27 and the developing device 28.

【００６６】画像形成を実行する際には、感光体２６
は、駆動部により回転駆動されて図６の時計回りに回転
し、その表面が帯電ローラ２７により均一に帯電された
後に光走査装置３２による露光で静電潜像が形成され
る。この静電潜像は現像装置２８により反転現像され、
感光体２６の表面にトナー画像が形成される。このトナ
ー画像は、感光体２６上のトナー画像が転写位置へ移動
するのとタイミングを合わせて非図示の給紙装置により
転写部へ送り込まれた記録媒体３４と重ね合わされて、
転写ローラ２９の作用により記録媒体３４へ静電転写さ
れる。トナー画像が転写された記録媒体３４は、定着装
置３３でトナー画像が定着された後、装置外部へ排出さ
れる。ここで、定着装置３３としては、実施形態１乃至
実施形態４のいずれかの加熱装置が用いられる。トナー
画像が転写された後、感光体２６の表面は、クリーニン
グ装置３０によりクリーニングされて残留トナーや紙粉
などが除去され、さらに除電装置３１により除電され
る。When performing image formation, the photosensitive member 26
Is rotated clockwise in FIG. 6 by a driving unit, and its surface is uniformly charged by the charging roller 27, and then an electrostatic latent image is formed by exposure by the optical scanning device 32. This electrostatic latent image is reversely developed by the developing device 28,
A toner image is formed on the surface of the photoconductor 26. This toner image is superimposed on the recording medium 34 sent to the transfer unit by a sheet feeding device (not shown) at the same timing as the toner image on the photoconductor 26 moves to the transfer position,
The image is electrostatically transferred to the recording medium 34 by the operation of the transfer roller 29. The recording medium 34 onto which the toner image has been transferred is discharged outside the apparatus after the toner image is fixed by the fixing device 33. Here, as the fixing device 33, any one of the heating devices according to the first to fourth embodiments is used. After the transfer of the toner image, the surface of the photoreceptor 26 is cleaned by the cleaning device 30 to remove residual toner, paper dust, and the like.

【００６７】この実施形態５の定着装置３３によれば、
実施形態１乃至実施形態４のいずれかの加熱装置を用い
たので、ウォームアップタイムが短く、かつ待機時の消
費電力が少ない定着装置を実現できる。また、実施形態
５の画像形成装置によれば、定着装置３３として実施形
態１乃至実施形態４のいずれかの加熱装置を用いたの
で、ウォームアップタイムが短く、かつ待機時の消費電
力が少ない画像形成装置を実現できる。According to the fixing device 33 of the fifth embodiment,
Since the heating device according to any one of the first to fourth embodiments is used, a fixing device with a short warm-up time and low power consumption during standby can be realized. Further, according to the image forming apparatus of the fifth embodiment, since the heating device of any one of the first to fourth embodiments is used as the fixing device 33, an image having a short warm-up time and low power consumption during standby is used. A forming apparatus can be realized.

【００６８】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、画像形成装置の定着装置としての用途
のほかに、シート状の被加熱体の乾燥用あるいは表面改
質用等様々な用途に用いても構わない。また、加熱用回
転体の蓄熱層等の各層は２層以上にしてもよい。The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be used not only as a fixing device for an image forming apparatus, but also for drying a sheet-shaped object to be heated or for surface modification. It may be used for purposes. Each layer such as a heat storage layer of the heating rotator may be two or more layers.

【００６９】[0069]

【発明の効果】以上のように請求項１に係る発明によれ
ば、ウォームアップタイムが短く、かつ待機時の消費電
力が少ない加熱用回転体を実現できる。請求項２に係る
発明によれば、ウォームアップタイムが短く、かつ待機
時の消費電力が少ない加熱装置を実現できる。請求項３
に係る発明によれば、ウォームアップタイムが短く、待
機時の消費電力が少ないだけでなく、さらに投入エネル
ギーの熱への変換効率が高くなる。As described above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to realize a heating rotator having a short warm-up time and low power consumption during standby. According to the second aspect of the present invention, it is possible to realize a heating device having a short warm-up time and low power consumption during standby. Claim 3
According to the present invention, not only the warm-up time is short, the power consumption during standby is small, but also the efficiency of converting the input energy into heat is increased.

【００７０】請求項４に係る発明によれば、ウォームア
ップタイムが短く、待機時の消費電力が少なくて投入エ
ネルギーの熱への変換効率が高い上に、余分なエネルギ
ーを蓄熱にまわして蓄熱効率を向上させることができ、
エネルギーの無駄を減らすことができる。請求項５に係
る発明によれば、ウォームアップタイムが短く、待機時
の消費電力を一層少なくすることができる。According to the fourth aspect of the present invention, the warm-up time is short, the power consumption during standby is small, the conversion efficiency of the input energy into heat is high, and the excess energy is transferred to the heat storage to reduce the heat storage efficiency. Can be improved,
Energy waste can be reduced. According to the invention according to claim 5, the warm-up time is short, and the power consumption during standby can be further reduced.

【００７１】請求項６に係る発明によれば、ウォームア
ップタイムが短くて待機時の消費電力が少なく、待機時
の蓄熱層の加熱効率が高くて待機時の投入エネルギーを
減らすことができる。請求項７に係る発明によれば、ウ
ォームアップタイムが短く、かつ待機時の消費電力が少
ない定着装置を実現できる。請求項８に係る発明によれ
ば、ウォームアップタイムが短く、かつ待機時の消費電
力が少ない画像形成装置を実現できる。According to the invention of claim 6, the warm-up time is short, the power consumption during standby is small, the heating efficiency of the heat storage layer during standby is high, and the energy input during standby can be reduced. According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to realize a fixing device having a short warm-up time and low power consumption during standby. According to the eighth aspect of the present invention, an image forming apparatus having a short warm-up time and low power consumption during standby can be realized.

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

【図１】本発明の実施形態１における加熱ローラの概略
構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a heating roller according to Embodiment 1 of the present invention.

【図２】同実施形態１の概略構成を示す横断面模型図で
ある。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the first embodiment.

【図３】本発明の実施形態２における加熱ローラの概略
構成を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view illustrating a schematic configuration of a heating roller according to a second embodiment of the present invention.

【図４】本発明の実施形態３における加熱ローラの概略
構成を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a heating roller according to a third embodiment of the present invention.

【図５】本発明の実施形態４における加熱ローラの概略
構成を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view illustrating a schematic configuration of a heating roller according to a fourth embodiment of the present invention.

【図６】本発明の実施形態５の構成を示す概略図であ
る。FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a fifth embodiment of the present invention.

【図７】加熱ローラにおいて断熱層がある場合と断熱層
が無い場合の立ち上げ時の発熱層と蓄熱層の温度を示す
特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing the temperatures of the heat generating layer and the heat storage layer at the time of startup when the heat roller has the heat insulating layer and when the heat roller does not have the heat insulating layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 加熱ローラ ２ 磁束生成コイル ３ 加圧ローラ ９、１４、１８、２２ 蓄熱層 １０、１５、１９、２３ 断熱層 １１、１６、２０、２４ 発熱層 ２６ 感光体 ２７ 帯電ローラ ２８ 現像装置 ２９ 転写ローラ ３２ 光走査装置 ３３ 定着装置 REFERENCE SIGNS LIST 1 heating roller 2 magnetic flux generating coil 3 pressure roller 9, 14, 18, 22 heat storage layer 10, 15, 19, 23 heat insulating layer 11, 16, 20, 24 heat generating layer 26 photoconductor 27 charging roller 28 developing device 29 transfer roller 32 optical scanning device 33 fixing device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 6/06 ３９３ Ｈ０５Ｂ 6/06 ３９３ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H05B 6/06 393 H05B 6/06 393

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】少なくとも１層の熱容量の大きな材料から
なる蓄熱層と、この蓄熱層の外側に設けられ熱伝導率の
低い材料からなる断熱層と、この断熱層の外側に設けら
れ自己発熱する、或いは外部から熱の供給を受ける層と
を有することを特徴とする加熱用回転体。At least one heat storage layer made of a material having a large heat capacity, a heat insulation layer provided outside the heat storage layer and made of a material having a low thermal conductivity, and provided outside the heat insulation layer and self-heating. Or a layer for receiving heat supply from the outside. 【請求項２】請求項１記載の加熱用回転体を有し、この
加熱用回転体により被加熱体を加熱することを特徴とす
る加熱装置。2. A heating device comprising the heating rotator according to claim 1, wherein the object to be heated is heated by the heating rotator. 【請求項３】熱容量の大きな磁性体からなる蓄熱層、こ
の蓄熱層の外側に設けられ非磁性体でかつ熱伝導率の低
い材料からなる断熱層、この断熱層の外側に設けられ導
電体からなる発熱層を有する加熱用回転体と、この加熱
用回転体の外側に配置され交番電流により交番磁束を生
成して該交番磁束により前記発熱層を発熱させる磁束生
成手段とを備え、前記加熱用回転体により被加熱体を加
熱することを特徴とする加熱装置。3. A heat storage layer made of a magnetic material having a large heat capacity, a heat insulating layer provided outside the heat storage layer and made of a nonmagnetic material having a low thermal conductivity, and a heat insulating layer provided outside the heat insulating layer. A heating rotator having a heat generating layer, and magnetic flux generating means arranged outside the heating rotator to generate an alternating magnetic flux by an alternating current and to generate heat in the heat generating layer by the alternating magnetic flux. A heating device for heating an object to be heated by a rotating body. 【請求項４】請求項３記載の加熱装置において、前記磁
束生成手段に与える交番電流の周波数を可変にしたこと
を特徴とする加熱装置。4. A heating device according to claim 3, wherein the frequency of the alternating current applied to said magnetic flux generating means is variable. 【請求項５】請求項４記載の加熱装置において、待機時
の前記交番電流の周波数を立ち上げ時の前記交番電流の
周波数よりも低くしたことを特徴とする加熱装置。5. The heating device according to claim 4, wherein the frequency of said alternating current during standby is lower than the frequency of said alternating current during startup. 【請求項６】請求項３、４または５記載の加熱装置にお
いて、前記発熱層を構成する材料の導電率と透磁率との
積の値が、前記蓄熱層を構成する磁性体の導電率と透磁
率との積の値に比べて小さいことを特徴とする加熱装
置。6. The heating apparatus according to claim 3, wherein the value of the product of the electric conductivity of the material forming the heat generating layer and the magnetic permeability is equal to the electric conductivity of the magnetic material forming the heat storage layer. A heating device characterized in that the heating device is smaller than a value of a product of the permeability and the product. 【請求項７】請求項２〜６のいずれか１つに記載の加熱
装置を用いたことを特徴とする定着装置。7. A fixing device using the heating device according to claim 2. Description: 【請求項８】請求項７記載の定着装置を用いたことを特
徴とする画像形成装置。8. An image forming apparatus using the fixing device according to claim 7.