JP2009175200A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fixing device which does not cause partial excessive temperature rise even when small-size paper is made to pass continuously, which has stable fixing performance and which is excellent in heat generation efficiency, and to provide an image forming apparatus. <P>SOLUTION: The fixing device 1 includes a heating roller 11, a pressure roller 12 and a magnetic flux generation part 13 applying magnetic flux to the heating roller 11. The heating roller 11 is a rotating body which includes a first conductive layer (main heating element layer 24), a second conductive layer (heat generation control layer 23) and a third conductive layer (core bar 21) in order from a side nearer to the magnetic flux generation part 13, wherein the first conductive layer is formed of a non-magnetic substance and has ≤40 μm thickness, and the first conductive layer and the second conductive layer are integrated by cladding. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は，コピー機，プリンタ等の画像形成装置およびそれに用いられる定着装置に関する。さらに詳細には，電磁誘導加熱を利用した定着装置および画像形成装置に関するものである。   The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine and a printer, and a fixing device used therefor. More specifically, the present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus using electromagnetic induction heating.

従来より，画像形成装置の定着装置等において，電磁誘導加熱方式によるものがある。電磁誘導加熱方式の定着装置は一般に，誘導発熱体と，その誘導発熱体に磁束を印加する励磁部とを有する。誘導発熱体は，例えば無端ベルト状の導電体，より望ましくは，磁性導電体である。励磁部は，例えば励磁コイルとコア等を有し，高周波の交番電圧が印加されることによって磁束を発生させるものである。その磁束によって誘導発熱体に渦電流を生じさせる。これにより，誘導発熱体は，電気抵抗によるジュール熱を発生する。   2. Description of the Related Art Conventionally, fixing devices for image forming apparatuses include an electromagnetic induction heating method. An electromagnetic induction heating type fixing device generally includes an induction heating element and an excitation unit that applies a magnetic flux to the induction heating element. The induction heating element is, for example, an endless belt-like conductor, and more preferably a magnetic conductor. The excitation unit has, for example, an excitation coil and a core, and generates magnetic flux when a high-frequency alternating voltage is applied. An eddy current is generated in the induction heating element by the magnetic flux. As a result, the induction heating element generates Joule heat due to electrical resistance.

画像形成装置には様々なサイズの用紙が通紙される。定着装置は，その幅方向（通紙方向に垂直な方向）のうち，実際に通紙された部分では用紙に熱を奪われて温度が低下するが，通紙されなかった部分は熱を奪われないのであまり温度が低下しない。すなわち，加熱ローラの幅のうち，用紙幅より外側の部分は用紙による温度低下が起きない。次回の用紙の定着のために，その状態から再び加熱されると，温度低下しなかった部分もさらに昇温する。そのため，比較的小サイズの用紙が連続して通紙された場合には，誘導発熱体のうちその用紙の通紙領域外の部分が過昇温するおそれがあった。   Various sizes of paper are passed through the image forming apparatus. In the fixing device, in the width direction (perpendicular to the paper passing direction), heat is taken away by the paper in the part where the paper is actually passed, but the heat is taken in the part where the paper is not passed. Because it is not broken, the temperature does not drop much. That is, in the width of the heating roller, the temperature outside the paper width does not decrease due to the paper. When the paper is heated again from that state for the next fixing of the paper, the temperature of the portion where the temperature has not decreased further increases. For this reason, when relatively small sized papers are continuously passed, there is a risk that the portion of the induction heating element outside the paper passing region will overheat.

これに対し，特許文献１には，定着温度よりやや高い温度をキュリー温度とした磁性材料によるパイプまたはフィルムを用いた定着装置が開示されている。さらに，そのパイプ等の外側に励磁部が，内側にそのパイプ等より電気抵抗率の低い非磁性材料が，それぞれ配置されている。この文献に記載の装置によれば，キュリー温度以上に昇温した部分では，そのパイプ等が非磁性体となる。そして，誘導電流が電気抵抗率の低い非磁性材料を流れるので，その部分の発熱量は小さくなるとされている。   On the other hand, Patent Document 1 discloses a fixing device using a pipe or film made of a magnetic material having a Curie temperature slightly higher than the fixing temperature. Further, an exciting part is arranged outside the pipe and the like, and a nonmagnetic material having a lower electrical resistivity than the pipe is arranged inside the pipe. According to the apparatus described in this document, the pipe or the like becomes a non-magnetic material in a portion where the temperature is raised above the Curie temperature. And since the induced current flows through a nonmagnetic material having a low electrical resistivity, the amount of heat generated in that portion is said to be small.

あるいは，特許文献２には，発熱体である定着ベルトが回転可能に保持され，その外側に励磁部が配置されている定着装置が開示されている。さらに，本文献の定着装置では，定着ベルトの内部に隙間を開けて対向コアが固定されている。この対向コアはキュリー点１９０℃のフェライトで形成されている。この文献によれば，定着ベルトの温度が上昇してキュリー点より高くなった箇所では，対向コアの透磁率が低下するので，発熱量が低下する。従って，過昇温が防止されているとされている。
特許第３９００６９２号公報 再公表特許ＷＯ２００４／０６３８１９号公報 Alternatively, Patent Document 2 discloses a fixing device in which a fixing belt, which is a heating element, is rotatably held, and an excitation unit is disposed outside the fixing belt. Further, in the fixing device of this document, the opposed core is fixed with a gap in the fixing belt. The opposed core is formed of ferrite having a Curie point of 190 ° C. According to this document, at the portion where the temperature of the fixing belt rises and becomes higher than the Curie point, the magnetic permeability of the opposed core is lowered, so the amount of heat generation is reduced. Therefore, it is said that overheating is prevented.
Japanese Patent No. 3900692 Republished patent WO2004 / 063819

しかしながら，前記した両文献に記載の定着装置には，以下のような問題点があった。例えば，特許文献１に記載の技術では，主な発熱体が定着温度よりやや高い温度をキュリー温度とした磁性材料のみである。そのため，過昇温を防止する機能を有する代わりに，通常の温度範囲における発熱効率が不十分であった。そのため，例えばウォームアップ時間が長いという問題点があった。   However, the fixing devices described in both documents have the following problems. For example, in the technique described in Patent Document 1, the main heating element is only a magnetic material whose Curie temperature is slightly higher than the fixing temperature. Therefore, instead of having the function of preventing overheating, the heat generation efficiency in the normal temperature range was insufficient. Therefore, for example, there is a problem that the warm-up time is long.

また，過昇温を効果的に防止するには，キュリー温度を設定した部材の温度が，定着ベルト等の表面温度に応じて感度よく変化する必要がある。しかし，特許文献２に記載の装置では，対向コアと定着ベルトとの間に間隔があいているので，これらの間での熱伝導にやや時間がかかる。そのため，対向コアがキュリー温度を超える前に，外側の定着ベルトのみが過昇温してしまうおそれがあった。   Also, in order to effectively prevent overheating, the temperature of the member set with the Curie temperature needs to change with high sensitivity according to the surface temperature of the fixing belt or the like. However, in the apparatus described in Patent Document 2, since there is a gap between the opposed core and the fixing belt, it takes some time to conduct heat between them. For this reason, only the outer fixing belt may overheat before the opposing core exceeds the Curie temperature.

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，小サイズの用紙を連続通紙した場合でも，部分的な過昇温が発生せず，安定した定着性能を有するとともに発熱効率のよい定着装置および画像形成装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. In other words, the problem is to provide a fixing device and an image forming apparatus that have stable fixing performance and high heat generation efficiency without causing partial overheating even when small-size paper is continuously fed. There is to do.

この課題の解決を目的としてなされた本発明の定着装置は，加熱ローラと，加圧ローラと，加熱ローラに磁束を印加する励磁コイルとを有する定着装置であって，加熱ローラが，励磁コイルに近い方から順に，第１導電層と第２導電層と第３導電層とを有し，第１導電層が非磁性体で形成されているとともに，その厚みが４０μｍ以下であり，第１導電層と第２導電層とがクラッド化により一体とされた回転体であるものである。   In order to solve this problem, the fixing device of the present invention is a fixing device having a heating roller, a pressure roller, and an excitation coil for applying a magnetic flux to the heating roller. The first conductive layer, the second conductive layer, and the third conductive layer are provided in this order from the closest side, and the first conductive layer is formed of a nonmagnetic material and has a thickness of 40 μm or less. This is a rotating body in which the layer and the second conductive layer are integrated by cladding.

本発明の定着装置によれば，第２導電層を磁性体とすることにより，第２導電層のキュリー温度より低温の範囲においては，磁性体である第２導電層と，非磁性体である第１導電層とが主に発熱する。この第２導電層のキュリー温度を，この装置の目標とする加熱温度よりやや高い温度とすれば，過昇温状態となった部分では第２導電層の透磁率が変化し，それによって磁束密度分布も変化する。一方，さほど高温状態とはなっていない部分では，磁束密度はほとんど変化しない。従って，低温部分はさらに昇温されるとともに，高温部分では発熱量が低下する。   According to the fixing device of the present invention, since the second conductive layer is made of a magnetic material, the second conductive layer that is a magnetic material and a non-magnetic material are used in a range lower than the Curie temperature of the second conductive layer. The first conductive layer mainly generates heat. If the Curie temperature of this second conductive layer is set to a temperature slightly higher than the target heating temperature of this apparatus, the permeability of the second conductive layer changes in the part where the overheated state has occurred, and thereby the magnetic flux density. The distribution also changes. On the other hand, the magnetic flux density hardly changes in the part that is not so hot. Therefore, the temperature is further increased in the low temperature portion, and the heat generation amount is reduced in the high temperature portion.

さらに第１導電層の厚みが４０μｍ以下であるので，非磁性材の第１導電層によって，十分な発熱量を得ることができる。第１導電層の厚さが薄いので，電流密度が大きく，第１導電層の発熱量は大きい。さらに，第１導電層と第２導電層とがクラッド化されているので，メッキの場合に比較して表皮深さが深く，過昇温部の発熱量をより抑制できる。なお，第１導電層としてはさらに，第２導電層より低抵抗であることが望ましい。そのような材質としては，銀，銅，アルミニウム，金が挙げられる。そのうち，アルミニウムと金は，クラッド化によってもパーマロイとの結合力が小さく，クラッド化後の塑性加工時に界面破壊がおきるおそれがある。従って，第１導電層の材質としては，銅または銀が適している。   Furthermore, since the thickness of the first conductive layer is 40 μm or less, a sufficient amount of heat can be obtained by the first conductive layer made of a nonmagnetic material. Since the thickness of the first conductive layer is thin, the current density is large and the heat generation amount of the first conductive layer is large. Furthermore, since the first conductive layer and the second conductive layer are clad, the skin depth is deeper than in the case of plating, and the amount of heat generated in the overheated portion can be further suppressed. The first conductive layer preferably further has a lower resistance than the second conductive layer. Such materials include silver, copper, aluminum and gold. Among them, aluminum and gold have a low bonding force with permalloy even after cladding, and there is a risk of interfacial failure during plastic processing after cladding. Therefore, copper or silver is suitable as the material for the first conductive layer.

さらに本発明では，第２導電層が，パーマロイで形成されていることが望ましい。
このようなものであれば，第２導電層のキュリー温度を定着温度よりやや高い温度に調整することができる。 Furthermore, in the present invention, it is desirable that the second conductive layer is formed of permalloy.
With such a configuration, the Curie temperature of the second conductive layer can be adjusted to a temperature slightly higher than the fixing temperature.

さらに本発明では，励磁コイルに印加される交番電圧の周波数が，２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの範囲内であることが望ましい。
このようにすれば，発熱効率が高く，十分高い定着温度を得ることができる。もし，周波数を２０ｋＨｚ未満とすると，発熱効率が大きく低下してしまう。また，周波数を４０ｋＨｚより大きくすると，連続通紙時に電力供給が不足気味となり，定着不良が発生するおそれがあるので好ましくない。 Furthermore, in the present invention, it is desirable that the frequency of the alternating voltage applied to the exciting coil is in the range of 20 kHz to 40 kHz.
In this way, the heat generation efficiency is high and a sufficiently high fixing temperature can be obtained. If the frequency is less than 20 kHz, the heat generation efficiency is greatly reduced. On the other hand, if the frequency is higher than 40 kHz, it is not preferable because power supply becomes insufficient during continuous paper feeding and fixing failure may occur.

また本発明は，シートにトナー像を形成する画像形成部と，そのトナー像をシートに定着させる定着装置とを有する画像形成装置であって，定着装置が，加熱ローラと，加圧ローラと，加熱ローラに磁束を印加する励磁コイルとを有し，加熱ローラが，励磁コイルに近い方から順に，第１導電層と第２導電層と第３導電層とを有し，第１導電層が非磁性体で形成されているとともに，その厚みが４０μｍ以下であり，第１導電層と第２導電層とがクラッド化により一体とされた回転体である画像形成装置にも及ぶ。   The present invention also provides an image forming apparatus having an image forming unit that forms a toner image on a sheet, and a fixing device that fixes the toner image on the sheet. The fixing device includes a heating roller, a pressure roller, An excitation coil that applies magnetic flux to the heating roller, and the heating roller includes a first conductive layer, a second conductive layer, and a third conductive layer in order from the side closer to the excitation coil. It extends to an image forming apparatus which is formed of a non-magnetic material and has a thickness of 40 μm or less and is a rotating body in which the first conductive layer and the second conductive layer are integrated by cladding.

本発明の定着装置および画像形成装置によれば，小サイズの用紙を連続通紙した場合でも，部分的な過昇温が発生せず，安定した定着性能を有するとともに発熱効率がよい。   According to the fixing device and the image forming apparatus of the present invention, even when a small size sheet is continuously fed, a partial excessive temperature rise does not occur, the fixing performance is stable, and the heat generation efficiency is good.

「第１の形態」
以下，本発明を具体化した第１の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，電磁誘導加熱方式の定着装置を有する画像形成装置に本発明を適用したものである。 "First form"
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, the present invention is applied to an image forming apparatus having an electromagnetic induction heating type fixing device.

本形態の画像形成装置１００は，図１に概略構成を示すように，中間転写ベルト１０１を有する，いわゆるタンデム方式のカラープリンタである。中間転写ベルト１０１は，無端状ベルト部材であり，その図中両端部がローラ１０２，１０３によって支持されている。中間転写ベルト１０１の図中下部に沿って，イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ）の各色の画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋおよび画像濃度センサ１０５が配置されている。この画像濃度センサ１０５は，レジストセンサとしての機能をも有している。   The image forming apparatus 100 of the present embodiment is a so-called tandem color printer having an intermediate transfer belt 101 as schematically shown in FIG. The intermediate transfer belt 101 is an endless belt member, and both ends in the figure are supported by rollers 102 and 103. Along the lower portion of the intermediate transfer belt 101 in the drawing, yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) image forming units 104Y, 104M, 104C, and 104K and an image density sensor 105 are provided. Has been placed. The image density sensor 105 also has a function as a registration sensor.

各色の画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋはいずれも同様の構成である。それぞれ，感光体ドラム１０６とその周囲に配置された帯電装置１０７，露光装置１０８，現像装置１０９，クリーナ装置１１０を有している。また，中間転写ベルト１０１を挟んで感光体ドラム１０６に対向する位置に，１次転写装置１１１が配置されている。図１中では画像形成部１０４Ｙによって代表して示している。   The image forming units 104Y, 104M, 104C, and 104K for each color have the same configuration. Each includes a photosensitive drum 106 and a charging device 107, an exposure device 108, a developing device 109, and a cleaner device 110 arranged around the photosensitive drum 106. A primary transfer device 111 is disposed at a position facing the photosensitive drum 106 with the intermediate transfer belt 101 interposed therebetween. In FIG. 1, the image forming unit 104Y is representatively shown.

図１中で下方に示すのは，用紙Ｐを収容する給紙装置１１２である。給紙装置１１２の上部には，用紙Ｐを送り出す給紙ローラ１１３が設けられている。用紙Ｐは，給紙装置１１２から搬送経路１１４に沿って上方へ送られる。搬送経路１１４を挟んで，ローラ１０３と対面する位置に，２次転写装置１１５が配置されている。さらにその下流側（図中上方）には，定着装置１が配置されている。定着装置１は，加熱ローラ１１，加圧ローラ１２，磁束発生部１３を有している。定着装置１については，後に詳述する。定着装置１より搬送経路１１４のさらに下流側には，排紙ローラ１１６および排紙トレイ１１７が配置されている。   1 shows a paper feeding device 112 that accommodates the paper P. A paper feed roller 113 that feeds the paper P is provided above the paper feed device 112. The paper P is sent upward from the paper feeding device 112 along the transport path 114. A secondary transfer device 115 is disposed at a position facing the roller 103 with the conveyance path 114 interposed therebetween. Further, a fixing device 1 is disposed on the downstream side (upper side in the drawing). The fixing device 1 includes a heating roller 11, a pressure roller 12, and a magnetic flux generator 13. The fixing device 1 will be described in detail later. A paper discharge roller 116 and a paper discharge tray 117 are arranged further downstream of the conveyance path 114 from the fixing device 1.

次に，本形態の画像形成装置１００の動作を簡単に説明する。この画像形成装置１００は，画像形成の指示を受けると，その画像信号から各色の画像データを生成する。生成された各色の画像データは，対応する画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋにそれぞれ送出される。各色の画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋは，画像データに基づいて，それぞれの感光体ドラム１０６を帯電・露光して静電潜像を形成する。さらに，形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。   Next, the operation of the image forming apparatus 100 of this embodiment will be briefly described. When the image forming apparatus 100 receives an image formation instruction, the image forming apparatus 100 generates image data of each color from the image signal. The generated image data of each color is sent to the corresponding image forming units 104Y, 104M, 104C, and 104K. The image forming units 104Y, 104M, 104C, and 104K for each color form electrostatic latent images by charging and exposing the respective photosensitive drums 106 based on the image data. Further, the formed electrostatic latent image is developed to form a toner image.

形成されたトナー像は，順次，１次転写装置１１１によって中間転写ベルト１０１に転写され，重ね合わせられる。中間転写ベルト１０１に重ね合わせられたトナー像は，２次転写装置１１５によって用紙Ｐに転写される。トナー像を担持した用紙Ｐは，さらに搬送されて定着装置１に至り，定着装置１によって加熱されるとともに加圧される。これによりトナー像が用紙Ｐに定着される。トナー像が定着された用紙Ｐは，排紙ローラ１１６によって排紙トレイ１１７に排出される。   The formed toner images are sequentially transferred to the intermediate transfer belt 101 by the primary transfer device 111 and superimposed. The toner image superimposed on the intermediate transfer belt 101 is transferred onto the paper P by the secondary transfer device 115. The sheet P carrying the toner image is further conveyed and reaches the fixing device 1 where it is heated and pressurized by the fixing device 1. As a result, the toner image is fixed on the paper P. The paper P on which the toner image is fixed is discharged to a paper discharge tray 117 by a paper discharge roller 116.

本形態の定着装置１は，図２に概略構成を示すように，加熱ローラ１１，加圧ローラ１２，磁束発生部１３を有している。加熱ローラ１１と加圧ローラ１２とは互いに平行に配置され，いずれも回転可能に支持されている。加圧ローラ１２は，加熱ローラ１１へ向けて軸と垂直の方向に付勢される。これにより，加熱ローラ１１と加圧ローラ１２との間にニップが形成される。そして，ニップの出口（図中右側）の近傍には，定着後の用紙を加熱ローラ１１から分離するための分離爪１４が備えられている。なお，この図２は，図１の定着装置１を，右が下となるように９０度回転させて示したものである。   The fixing device 1 according to the present embodiment includes a heating roller 11, a pressure roller 12, and a magnetic flux generator 13, as schematically shown in FIG. The heating roller 11 and the pressure roller 12 are arranged in parallel to each other, and both are rotatably supported. The pressure roller 12 is urged toward the heating roller 11 in a direction perpendicular to the axis. As a result, a nip is formed between the heating roller 11 and the pressure roller 12. A separation claw 14 for separating the fixed sheet from the heating roller 11 is provided in the vicinity of the exit of the nip (right side in the figure). 2 shows the fixing device 1 of FIG. 1 rotated 90 degrees so that the right side is the bottom.

加熱ローラ１１は，図３に示すように，内側（図中下側）から芯金２１，断熱層２２，発熱制御層２３，主発熱体層２４，弾性層２５，離型層２６の６層構成になっている。このうち，芯金２１と断熱層２２とは互いに接着されてローラ状となっている。これらを合わせて定着ローラ２７という。また，発熱制御層２３，主発熱体層２４，弾性層２５，離型層２６は互いに接着されて，無端ベルト状になっている。これらを合わせて定着ベルト２８という。定着ローラ２７と定着ベルト２８とは接着されていない。定着ベルト２８の内部に定着ローラ２７が挿入されている。   As shown in FIG. 3, the heating roller 11 has six layers including a cored bar 21, a heat insulating layer 22, a heat generation control layer 23, a main heating element layer 24, an elastic layer 25, and a release layer 26 from the inside (lower side in the figure). It is configured. Among these, the metal core 21 and the heat insulating layer 22 are bonded to each other to form a roller shape. These are collectively referred to as a fixing roller 27. Further, the heat generation control layer 23, the main heating element layer 24, the elastic layer 25, and the release layer 26 are bonded together to form an endless belt. These are collectively referred to as a fixing belt 28. The fixing roller 27 and the fixing belt 28 are not bonded. A fixing roller 27 is inserted into the fixing belt 28.

本形態では，定着ベルト２８と定着ローラ２７との間には，ほとんど隙間はない。そのため，実質的に，定着ベルト２８と定着ローラ２７とを合わせた全体で１つのローラ（加熱ローラ１１）と見ることができる。ここで，主発熱体層２４が第１導電層，発熱制御層２３が第２導電層にそれぞれ相当する。   In this embodiment, there is almost no gap between the fixing belt 28 and the fixing roller 27. Therefore, the entire fixing belt 28 and the fixing roller 27 can be regarded as one roller (heating roller 11). Here, the main heating element layer 24 corresponds to the first conductive layer, and the heat generation control layer 23 corresponds to the second conductive layer.

芯金２１は，加熱ローラ１１の全体を支持する支持体であり，十分な耐熱性と強度を有することが必要である。さらに本形態では，芯金２１は第３導電層としての機能を兼ねている。芯金２１は，非磁性材でも磁性材でも構わないが，どちらかというと非磁性材の方が望ましい。芯金２１の比透磁率は０．９９〜１０００，望ましくは０．９９〜１．１の範囲内とする。特に本形態では，芯金２１には，常温において発熱制御層２３と主発熱体層２４とのいずれよりも低透磁率である材料を用いる。ここで，本発明における「常温」とは，過昇温状態ではない温度範囲のことであり，本形態では発熱制御層２３のキュリー温度以下の温度範囲に相当する。   The cored bar 21 is a support that supports the entire heating roller 11 and needs to have sufficient heat resistance and strength. Furthermore, in this embodiment, the cored bar 21 also functions as a third conductive layer. The cored bar 21 may be a nonmagnetic material or a magnetic material, but a nonmagnetic material is more preferable. The relative permeability of the cored bar 21 is in the range of 0.99 to 1000, preferably 0.99 to 1.1. In particular, in this embodiment, the core metal 21 is made of a material having a lower magnetic permeability than the heat generation control layer 23 and the main heating element layer 24 at room temperature. Here, “normal temperature” in the present invention is a temperature range that is not in an excessively high temperature state, and corresponds to a temperature range equal to or lower than the Curie temperature of the heat generation control layer 23 in this embodiment.

また，芯金２１としては，電気抵抗率の低い材料を用いる。芯金２１の体積抵抗率は，１．０〜１０．０×１０-8Ωｍ，望ましくは１．０〜２．０×１０-8Ωｍの範囲内のものとする。特に本形態では，芯金２１には，高温において発熱制御層２３よりも低抵抗である材料を用いる。芯金２１としては，例えば，壁厚４ｍｍ程度で，外径１５〜２５ｍｍφの銅製パイプとするとよい。あるいは，上記の比透磁率及び体積抵抗率の範囲内であれば，鉄，ＳＵＳ，アルミ等の材質のものを用いることもできる。ここで，本発明における「高温」とは，過昇温状態である温度範囲のことであり，本形態では発熱制御層２３のキュリー温度を超えた温度範囲に相当する。 Further, as the core metal 21, a material having a low electrical resistivity is used. The volume resistivity of the cored bar 21 is 1.0 to 10.0 × 10 −8 Ωm, preferably 1.0 to 2.0 × 10 −8 Ωm. In particular, in this embodiment, the core metal 21 is made of a material having a lower resistance than the heat generation control layer 23 at a high temperature. For example, the core metal 21 may be a copper pipe having a wall thickness of about 4 mm and an outer diameter of 15 to 25 mmφ. Alternatively, materials such as iron, SUS, and aluminum can be used as long as they are within the ranges of the above-described relative permeability and volume resistivity. Here, “high temperature” in the present invention refers to a temperature range that is in an overheated state, and corresponds to a temperature range that exceeds the Curie temperature of the heat generation control layer 23 in this embodiment.

断熱層２２は，定着ベルト２８に発生した熱を芯金２１へ逃がさないためのものである。そのために，熱伝導率が低く，耐熱性および弾性を有する，ゴム材や樹脂材のスポンジ体（断熱構造体）のものが好ましい。このようなものとすれば，定着ベルト２８のたわみを許容し，ニップ幅を大きく保つことができる。また，加熱ローラ１１全体としての硬度を小さくして，定着性や通紙性等を良好なものとできる。また，断熱層２２として，ソリッド体とスポンジ体との２層構造のものを使用してもよい。   The heat insulating layer 22 is for preventing heat generated in the fixing belt 28 from escaping to the cored bar 21. Therefore, a sponge material (heat insulation structure) made of a rubber material or a resin material having low thermal conductivity, heat resistance and elasticity is preferable. With such a configuration, it is possible to allow the fixing belt 28 to bend and keep the nip width large. Further, the hardness of the heating roller 11 as a whole can be reduced, and the fixing property and paper passing property can be improved. Further, as the heat insulating layer 22, a two-layer structure of a solid body and a sponge body may be used.

また，例えば，断熱層２２として，シリコンスポンジ材を用いる場合は，厚さ１〜１０ｍｍさらに望ましくは２〜７ｍｍのものを使用するとよい。また，この断熱層２２の硬度は，アスカーＣ硬度で２０〜６０度，さらに望ましくは３０〜５０度の範囲内とする。なお，この加熱ローラ１１全体としてのローラ硬度は，アスカーＣ硬度で３０〜９０度程度が好ましい。   Further, for example, when a silicon sponge material is used as the heat insulating layer 22, one having a thickness of 1 to 10 mm, more preferably 2 to 7 mm may be used. The heat insulation layer 22 has an Asker C hardness of 20 to 60 degrees, more preferably 30 to 50 degrees. The roller hardness of the heating roller 11 as a whole is preferably about 30 to 90 degrees in terms of Asker C hardness.

発熱制御層２３としては，常温において，芯金２１よりも適度に体積抵抗率の大きい磁性体を用いる。さらに本形態では，定着温度と同程度の温度にキュリー点を有する材質を用いる。例えば，比透磁率は，５０〜２０００，望ましくは１００〜１０００の範囲内のものとする。また，キュリー温度より低温の温度範囲での体積抵抗率は，２〜２００×１０-8Ωｍ，望ましくは５〜１００×１０-8Ωｍの範囲内のものとする。なお，発熱制御層２３の厚さは，２０〜２００μｍ，望ましくは４０〜１００μｍの範囲内とすることが好ましい。 As the heat generation control layer 23, a magnetic material having a volume resistivity that is moderately larger than that of the cored bar 21 at room temperature is used. Furthermore, in this embodiment, a material having a Curie point at the same temperature as the fixing temperature is used. For example, the relative permeability is 50 to 2000, preferably 100 to 1000. The volume resistivity in the temperature range lower than the Curie temperature is in the range of 2 to 200 × 10 −8 Ωm, preferably 5 to 100 × 10 −8 Ωm. The thickness of the heat generation control layer 23 is preferably 20 to 200 μm, preferably 40 to 100 μm.

また，目標とする定着温度が約１８０℃（１７０〜１９０℃）の場合には，キュリー温度は，１５０〜２２０℃，望ましくは１８０〜２００℃の範囲内のものとする。本実施例では，キュリー温度が１９０℃のパーマロイを使用している。パーマロイでは，ニッケルの比率が高いほどキュリー温度の高いものを得ることができるので，パーマロイの成分比によって発熱制御層２３のキュリー温度を調整する。また，クロム，コバルト，モリブデン等を含む合金とすることによってもキュリー温度の調整が可能である。   When the target fixing temperature is about 180 ° C. (170 to 190 ° C.), the Curie temperature is 150 to 220 ° C., preferably 180 to 200 ° C. In this embodiment, a permalloy having a Curie temperature of 190 ° C. is used. In Permalloy, the higher the ratio of nickel, the higher the Curie temperature can be obtained. Therefore, the Curie temperature of the heat generation control layer 23 is adjusted by the component ratio of permalloy. The Curie temperature can also be adjusted by using an alloy containing chromium, cobalt, molybdenum, or the like.

主発熱体層２４は，磁束発生部１３によって発生される磁束を受けて誘導電流が誘起され，それによって発熱する層である。本形態では，この主発熱体層２４として非磁性材によるものを用いる。特に，銅，銀等の良好な導電性を有する材質で構成する。これらは，比透磁率は低いが，薄膜にすることにより，磁性材料を使用した場合よりさらに発熱効率のよい主発熱体層２４を得ることができる。主発熱体層２４の比透磁率は，１．０〜２．０の範囲内が望ましい。さらに，良好な発熱性を得るために，この主発熱体層２４をごく薄く形成する。主発熱体層２４の厚さは，５〜４０μｍの範囲内が好ましい。本形態では，厚さ１０μｍの銅で形成されている。   The main heating element layer 24 is a layer that receives the magnetic flux generated by the magnetic flux generator 13 and induces an induced current, thereby generating heat. In this embodiment, the main heating element layer 24 is made of a nonmagnetic material. In particular, it is made of a material having good conductivity such as copper or silver. Although these materials have a low relative magnetic permeability, the main heating element layer 24 having a higher heat generation efficiency can be obtained by using a thin film by using a thin film. The relative magnetic permeability of the main heating element layer 24 is preferably in the range of 1.0 to 2.0. Further, in order to obtain a good exothermic property, the main heating element layer 24 is formed very thin. The thickness of the main heating element layer 24 is preferably in the range of 5 to 40 μm. In this embodiment, it is made of copper having a thickness of 10 μm.

また，この主発熱体層２４の体積抵抗率は，常温においても高温においても，発熱制御層２３のものより小さいものとする。例えば，高温における主発熱体層２４の体積抵抗率は，１．０〜１０．０×１０-8Ωｍ，望ましくは１．０〜２．０×１０-8Ωｍの範囲内であることが望ましい。 Further, the volume resistivity of the main heating element layer 24 is assumed to be smaller than that of the heat generation control layer 23 both at room temperature and at high temperature. For example, the volume resistivity of the main heating element layer 24 at a high temperature is 1.0 to 10.0 × 10 −8 Ωm, preferably 1.0 to 2.0 × 10 −8 Ωm. .

また例えば，主発熱体層２４として，樹脂に銅，銀等の導電材の粒子を分散させたものとしてもよい。あるいは，樹脂材にこれらの導電材をコーティングしたものとしてもよい。主発熱体層２４として，樹脂ベースのものを用いれば，定着ベルト２８全体としての柔軟性がさらに大きくなり，用紙の分離性を向上させることができる。なお，このようなものでは，対外的な導電性は得られないかもしれないが，渦電流は通ることが可能である。本発明の導電層としてはこのようなものも含まれる。   For example, the main heating element layer 24 may be made by dispersing particles of conductive material such as copper or silver in a resin. Alternatively, a resin material may be coated with these conductive materials. If a resin-based material is used as the main heating element layer 24, the flexibility of the fixing belt 28 as a whole is further increased, and the paper separation property can be improved. In such a case, external conductivity may not be obtained, but eddy current can pass. Such a layer is also included in the conductive layer of the present invention.

弾性層２５は，トナー像に均一かつ柔軟に熱を伝えるためのものである。この弾性層２５が適度な弾性を有することにより，トナー像が押しつぶされたり不均一な溶融となることによる画像ノイズの発生を防止できる。そのために，弾性層２５には，耐熱性と弾性とを有するゴム材や樹脂材を用いる。その材料としては，例えば，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ーが適している。また，上記の材料に，熱伝導性や補強等を目的とした各種の充填材を混入したものでもよい。そのうち熱伝導性の向上のために充填される粒子の例としては，ダイヤモンド，銀，銅，アルミニウム，大理石，ガラス等が挙げられる。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，酸化ベリリウム等が好ましい。   The elastic layer 25 is for uniformly and flexibly transferring heat to the toner image. Since the elastic layer 25 has an appropriate elasticity, it is possible to prevent the occurrence of image noise due to the toner image being crushed or non-uniformly melted. Therefore, a rubber material or a resin material having heat resistance and elasticity is used for the elastic layer 25. As the material, for example, heat-resistant elastomers such as silicon rubber and fluorine rubber that can withstand use at the fixing temperature are suitable. Further, the above materials may be mixed with various fillers for the purpose of thermal conductivity and reinforcement. Among them, examples of particles filled for improving thermal conductivity include diamond, silver, copper, aluminum, marble, and glass. Practically, silica, alumina, magnesium oxide, boron nitride, beryllium oxide and the like are preferable.

この弾性層２５としては，厚さ１０〜８００μｍ，さらに望ましくは１００〜３００μｍの範囲内のものとする。弾性層２４の厚さが１０μｍ未満では厚さ方向の十分な弾力性を得ることが難しい。また，この厚さが８００μｍを超えていると，主発熱体層２４で発生した熱を加熱ローラ１１の外周面まで到達させることが難しく，熱効率が悪いので好ましくない。   The elastic layer 25 has a thickness in the range of 10 to 800 μm, more preferably in the range of 100 to 300 μm. If the thickness of the elastic layer 24 is less than 10 μm, it is difficult to obtain sufficient elasticity in the thickness direction. On the other hand, if the thickness exceeds 800 μm, it is difficult to cause the heat generated in the main heating element layer 24 to reach the outer peripheral surface of the heating roller 11, which is not preferable because the heat efficiency is poor.

弾性層２５の硬度は，ＪＩＳ硬度で１〜８０度，さらに望ましくは５〜３０度の範囲内のものとする。この範囲内の硬度であれば，弾性層２５の強度の低下や密着性の低下を防止しつつ，安定した定着性を確保できる。硬度がこの範囲内となるシリコンゴムとして，例えば，１成分系，２成分系，または３成分系以上のシリコンゴム，ＬＴＶ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖｕｌｃａｎｉｚａｂｌｅ：低温加硫）型，ＲＴＶ（Ｒｏｏｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖｕｌｃａｎｉｚａｂｌｅ：常温加硫）型，またはＨＴＶ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖｕｌｃａｎｉｚａｂｌｅ：高温加硫）型のシリコンゴム，縮合型または付加型のシリコンゴム等が使用できる。本形態では，ＪＩＳ硬度１０度で厚さ２００μｍのシリコンゴムを使用している。   The elastic layer 25 has a JIS hardness of 1 to 80 degrees, more preferably 5 to 30 degrees. If the hardness is within this range, it is possible to ensure a stable fixing property while preventing a decrease in the strength and adhesion of the elastic layer 25. Examples of silicon rubber having a hardness within this range include, for example, one-component, two-component, or three-component or more silicone rubber, LTV (Low Temperature Vulcanizable) type, RTV (Room Temperature Vulcanizable) Sulfur) type, HTV (High Temperature Vulcanizable) type silicon rubber, condensation type or addition type silicon rubber, or the like can be used. In this embodiment, silicon rubber having a JIS hardness of 10 degrees and a thickness of 200 μm is used.

離型層２６は，加熱ローラ１１の最外層をなし，加熱ローラ１１と用紙との離型性を高めるためのものである。この離型層２６としては，定着温度での使用に耐えられるとともにトナーに対する離型性に優れたものを使用する。例えば，シリコンゴムやフッ素ゴム，あるいはＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体），ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン），ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化エチレン共重合体），ＰＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）等のフッ素樹脂が好ましい。あるいは，これらを混合したものでもよい。   The release layer 26 is the outermost layer of the heating roller 11 and is for improving the release property between the heating roller 11 and the paper. As the release layer 26, a layer that can withstand use at a fixing temperature and has excellent release properties with respect to toner is used. For example, silicon rubber, fluorine rubber, PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkoxyethylene copolymer), PTFE (tetrafluoroethylene), FEP (tetrafluoroethylene / hexafluoroethylene copolymer), PFEP Fluorine resins such as (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer) are preferred. Alternatively, a mixture of these may be used.

離型層２６の厚さは５〜１００μｍ，さらに望ましくは１０〜５０μｍの範囲内のものとする。また，この離型層２６と弾性層２５との接着力を向上させるために，プライマー等による接着処理を行ってもよい。また，離型層２６の中に，必要に応じて，導電材，耐摩耗材，良熱伝導材等をフィラーとして添加してもよい。   The thickness of the release layer 26 is 5 to 100 μm, more preferably 10 to 50 μm. Further, in order to improve the adhesive force between the release layer 26 and the elastic layer 25, an adhesion treatment with a primer or the like may be performed. In addition, a conductive material, an abrasion resistant material, a good heat conductive material, or the like may be added as a filler to the release layer 26 as necessary.

本形態では，発熱制御層２３と主発熱体層２４とをそれぞれ圧延してから，重ねてクラッド化し，絞り加工，スピニング加工，ＤＩ加工（ドローイング・アイアニング加工）などの塑性加工により無端状のベルト層とする。その上に弾性層２５及び離型層２６を被覆することによって，定着ベルト２８を製造する。発熱制御層２３のみを塑性加工した後，主発熱体層２４はメッキ加工や塗布皮膜によって構成することもできるが，クラッド化することが望ましい。本形態では，主発熱体層２４が，銅または銀のごく薄い層で形成されているので，パーマロイとの結合力が大きく，クラッド化後の塑性加工は容易である。クラッド化を行うことにより，表皮深さがより深くなり，メッキ等に比較して過昇温部の発熱量を抑制する効果が大きいものとなる。また，クラッド化することにより，発熱制御層２３と主発熱体層２４とを一体としても適度な柔軟性を有する定着ベルト２８とすることができる。   In this embodiment, the heat generation control layer 23 and the main heating element layer 24 are rolled and then clad, and an endless belt is formed by plastic processing such as drawing, spinning, and DI (drawing / ironing). Layer. A fixing belt 28 is manufactured by coating the elastic layer 25 and the release layer 26 thereon. After plastic processing only the heat generation control layer 23, the main heating element layer 24 can be formed by plating or a coating film, but it is desirable to make it clad. In this embodiment, since the main heating element layer 24 is formed of a very thin layer of copper or silver, the bonding force with the permalloy is large, and plastic processing after cladding is easy. By performing the cladding, the skin depth becomes deeper and the effect of suppressing the heat generation amount of the overheated portion is greater than that of plating or the like. Further, by making the cladding, the fixing belt 28 having appropriate flexibility can be obtained even if the heat generation control layer 23 and the main heat generating layer 24 are integrated.

次に，加圧ローラ１２について説明する。加圧ローラ１２は，図４に示すように，芯金３１，断熱層３２，離型層３３を有している。芯金３１は，壁厚３ｍｍのアルミ製パイプである。強度が確保できれば，芯金３１に代えて，ＰＰＳのような耐熱性の材質によるモールドのパイプを用いてもよい。あるいは，鉄パイプを使用することも不可能ではないが，電磁誘導による影響を受けにくい非磁性のものがより好ましい。   Next, the pressure roller 12 will be described. As shown in FIG. 4, the pressure roller 12 includes a cored bar 31, a heat insulating layer 32, and a release layer 33. The cored bar 31 is an aluminum pipe having a wall thickness of 3 mm. If the strength can be ensured, a pipe of a mold made of a heat resistant material such as PPS may be used instead of the cored bar 31. Alternatively, it is not impossible to use an iron pipe, but a non-magnetic material that is not easily affected by electromagnetic induction is more preferable.

芯金３１の外周には，断熱層３２が設けられている。断熱層３２は，厚さ３〜１０ｍｍの範囲内のシリコンスポンジゴムの層である。１層の断熱層３２に代えて，シリコンゴムとシリコンスポンジとの２層構造としてもよい。   A heat insulating layer 32 is provided on the outer periphery of the cored bar 31. The heat insulation layer 32 is a silicon sponge rubber layer having a thickness in the range of 3 to 10 mm. Instead of the one heat insulating layer 32, a two-layer structure of silicon rubber and silicon sponge may be used.

加圧ローラ１２の最外周の離型層３３は，加熱ローラ１１の離型層２６と同様に，用紙に対するローラ表面の離型性を向上させるためのものである。この離型層３３は，ＰＴＦＥまたはＰＦＡ等のフッ素系樹脂による厚さ１０〜５０μｍの範囲内の層である。なお本形態では，加圧ローラ１２は，加熱ローラ１１に対して３００〜５００Ｎの荷重で加圧されており，定着装置１のニップ幅は約５〜１５ｍｍとなっている。本形態とは異なるニップ幅で使用したい場合には，加圧ローラ１２の荷重を変更して調整すればよい。   The release layer 33 on the outermost periphery of the pressure roller 12 is for improving the release property of the roller surface with respect to the paper, like the release layer 26 of the heating roller 11. The release layer 33 is a layer having a thickness of 10 to 50 μm made of a fluorine-based resin such as PTFE or PFA. In this embodiment, the pressure roller 12 is pressed against the heating roller 11 with a load of 300 to 500 N, and the nip width of the fixing device 1 is about 5 to 15 mm. If it is desired to use a nip width different from that of this embodiment, the load of the pressure roller 12 may be changed and adjusted.

次に，磁束発生部１３について説明する。磁束発生部１３は，加熱ローラ１１の外周に対面するとともに，加熱ローラ１１の長手方向に沿って，加熱ローラ１１に平行に配置されている。磁束発生部１３は，図２に示すように，励磁コイル４１と磁性体コア４２とコイルボビン４３とを有している。本形態ではさらに，高周波インバータ４４，サーミスタ４５，制御部４６を有している。   Next, the magnetic flux generator 13 will be described. The magnetic flux generator 13 faces the outer periphery of the heating roller 11 and is disposed in parallel to the heating roller 11 along the longitudinal direction of the heating roller 11. As shown in FIG. 2, the magnetic flux generator 13 has an exciting coil 41, a magnetic core 42, and a coil bobbin 43. In this embodiment, a high-frequency inverter 44, a thermistor 45, and a control unit 46 are further provided.

励磁コイル４１は，加熱ローラ１１の長手方向に沿って巻かれたコイルである。その横断面（図２参照）は，加熱ローラ１１の外周に倣ってやや湾曲した形状となっている。この励磁コイル４１には，高周波インバータ４４が接続され，２０〜４０ｋＨｚ，１００〜２０００Ｗの高周波電力が供給される。本形態では，この周波数を２０〜４０ｋＨｚとしたので，主発熱体層２４が非磁性体であっても発熱効率が高く，十分高い定着温度を得ることができる。この周波数を２０ｋＨｚ未満とすると，発熱効率が大きく低下してしまう。また，周波数を４０ｋＨｚより大きくすると，連続通紙時に電力供給が不足気味となるおそれがある。このような状態では，定着ベルト２８の温度が十分高くならず，定着不良が発生するおそれがあるので好ましくない。   The exciting coil 41 is a coil wound along the longitudinal direction of the heating roller 11. The cross section (see FIG. 2) has a slightly curved shape following the outer periphery of the heating roller 11. A high frequency inverter 44 is connected to the excitation coil 41, and high frequency power of 20 to 40 kHz and 100 to 2000 W is supplied. In this embodiment, since this frequency is set to 20 to 40 kHz, even if the main heating element layer 24 is a nonmagnetic material, the heat generation efficiency is high and a sufficiently high fixing temperature can be obtained. If this frequency is less than 20 kHz, the heat generation efficiency is greatly reduced. Also, if the frequency is higher than 40 kHz, there is a risk that the power supply will be insufficient during continuous paper feeding. In such a state, the temperature of the fixing belt 28 is not sufficiently high, and fixing failure may occur.

そのため，本形態では，励磁コイル４１の巻き線として，細い素線を数十〜数百本束ねてリッツ線としたものを使用している。この励磁コイル４１は通電時に自己発熱する。その場合でも絶縁性を保てるように，巻き線に耐熱性の樹脂が被覆されたものを使用している。さらに，例えばファン等によって，励磁コイル４１を空冷することが望ましい。なお，本形態の励磁コイル４１は，その長手方向に一繋がりのものであり，複数個に分断されているものではない。   Therefore, in this embodiment, the winding of the exciting coil 41 is a litz wire formed by bundling several tens to several hundreds of thin strands. The exciting coil 41 generates heat when energized. Even in such a case, the winding is coated with a heat-resistant resin so that insulation can be maintained. Furthermore, it is desirable to cool the exciting coil 41 with a fan or the like, for example. In addition, the exciting coil 41 of this form is connected in the longitudinal direction, and is not divided into a plurality.

磁性体コア４２は，磁気回路の効率を上げるためと，磁気遮蔽のためのものである。この磁性体コア４２は，メインコア４７，端部コア４８，裾コア４９を有している。メインコア４７は，その横断面が図２に示すようなアーチ形状のものである。本形態では，長さが約１０ｍｍのコア片を，加熱ローラ１１の軸方向に１３個配置したものとしている。なお，メインコア４７として，断面が略「Ｅ」字の形状で，中央部に加熱ローラ１１側へ突出した部分のあるものを使用しても良い。このようにすれば，さらに発熱効率を高めることができる。また，端部コア４８は，横断面が四角形状で長さが５〜１０ｍｍのコア片を，加熱ローラ１１の両端部に配置したものである。また，裾コア４９は，横断面が四角形状のものを，加熱ローラ１１の長手方向寸法に略対応した範囲に連続的に配置したものである。   The magnetic core 42 is for increasing the efficiency of the magnetic circuit and for magnetic shielding. The magnetic core 42 has a main core 47, an end core 48, and a bottom core 49. The main core 47 has an arch shape as shown in FIG. In this embodiment, 13 core pieces having a length of about 10 mm are arranged in the axial direction of the heating roller 11. As the main core 47, a main core 47 having a substantially “E” cross section and having a central portion protruding toward the heating roller 11 may be used. In this way, the heat generation efficiency can be further increased. The end core 48 is formed by arranging core pieces having a square cross section and a length of 5 to 10 mm at both ends of the heating roller 11. Further, the skirt core 49 has a rectangular cross section continuously arranged in a range substantially corresponding to the longitudinal dimension of the heating roller 11.

磁性体コア４２はいずれも，高透磁率でありかつ渦電流の損失が低い材質で形成されている。本形態の磁性体コア４２のキュリー温度は，１４０〜２２０℃，さらに望ましくは１６０〜２００℃の範囲内とすることが望ましい。本形態では高周波を用いるため，コア内における渦電流の損失が大きくなりがちである。また，パーマロイのような高透磁率の合金によるコアでは，さらに渦電流の損失が大きくなりがちである。そこで，このような材質を使用する場合は薄板を積層した構造のコアとすることが望ましい。なお，励磁コイル４１と磁性体コア４２とによる磁気回路部分の磁気遮蔽が，他の手段によって十分にできる場合には，コアなし（空芯）にしてもよい。さらに，磁性体コア４２として，樹脂材に磁性粉を分散させたものを用いることもできる。この素材は，透磁率はやや低いが，形状を自由に設定できるという利点がある。   Each of the magnetic cores 42 is made of a material having high magnetic permeability and low eddy current loss. The Curie temperature of the magnetic core 42 of this embodiment is preferably 140 to 220 ° C., more preferably 160 to 200 ° C. Since this embodiment uses high frequency, the loss of eddy current in the core tends to increase. In addition, eddy current loss tends to increase even more in cores made of high-permeability alloys such as Permalloy. Therefore, when such a material is used, it is desirable to use a core having a structure in which thin plates are laminated. In addition, when the magnetic shielding of the magnetic circuit part by the exciting coil 41 and the magnetic core 42 can be sufficiently performed by other means, the core may not be provided (air core). Furthermore, as the magnetic core 42, a resin material in which magnetic powder is dispersed can be used. Although this material has a slightly low magnetic permeability, it has the advantage that the shape can be set freely.

さらに本形態では，加熱ローラ１１の表面に当接して配置されたサーミスタ４５を有している。サーミスタ４５は，加熱ローラ１１のローラ軸方向について，どのサイズの用紙を通紙した場合でも用紙が通過する箇所に配置される。例えば，左寄せで通紙される画像形成装置であれば，加熱ローラ１１の左端部の近くである。また，加熱ローラ１１の回転方向について，定着ニップの入口よりやや上流側に配置されている。このサーミスタ４５によって，加熱ローラ１１の定着前の場所における表面温度が検出される。   Further, in this embodiment, the thermistor 45 is provided in contact with the surface of the heating roller 11. The thermistor 45 is disposed in the roller axial direction of the heating roller 11 at a position where the paper passes regardless of the size of paper. For example, in the case of an image forming apparatus that allows paper to be left-justified, it is near the left end of the heating roller 11. Further, the rotation direction of the heating roller 11 is disposed slightly upstream from the entrance of the fixing nip. The thermistor 45 detects the surface temperature of the heating roller 11 at the place before fixing.

そして，定着処理時には，サーミスタ４５によって検出された表面温度が適切な定着温度の範囲内となるように，制御部４６によって高周波インバータ４４が制御される。適切な定着温度は，トナーの種類等に応じてあらかじめ設定されており，例えば，１００〜２００℃程度である。なお，加熱ローラ１１の表面温度の検出は，サーミスタ４５に限らず，非接触式の温度センサによって行ってもよい。   During the fixing process, the high-frequency inverter 44 is controlled by the control unit 46 so that the surface temperature detected by the thermistor 45 is within an appropriate fixing temperature range. An appropriate fixing temperature is set in advance according to the type of toner, and is, for example, about 100 to 200 ° C. The detection of the surface temperature of the heating roller 11 is not limited to the thermistor 45 and may be performed by a non-contact temperature sensor.

次に，本形態の定着装置１による定着処理動作について説明する。本形態の定着装置１では，加圧ローラ１２が加熱ローラ１１に押し付けられ，これらの間にニップが形成されている。定着処理時には，図２中に矢印で示すように，加圧ローラ１２が図中時計回り方向に回転駆動される。これにより，加熱ローラ１１は，加圧ローラ１２との摩擦力によって，図中反時計回り方向に従動回転される。なお，この駆動と従動との関係は，逆でもよい。   Next, a fixing process operation by the fixing device 1 of the present embodiment will be described. In the fixing device 1 of the present embodiment, the pressure roller 12 is pressed against the heating roller 11, and a nip is formed between them. During the fixing process, the pressure roller 12 is driven to rotate in the clockwise direction in the drawing as indicated by an arrow in FIG. As a result, the heating roller 11 is driven to rotate counterclockwise in the figure by the frictional force with the pressure roller 12. Note that the relationship between the driving and the driven may be reversed.

磁束発生部１３においては，高周波インバータ４４によって，励磁コイル４１に高周波電力が供給される。これにより発生した磁束は，磁性体コア４２の内部を通る。そして，その磁束は，磁性体コア４２の突起部間で外部に出て，加熱ローラ１１に至る。発熱制御層２３がそのキュリー温度より低温の常温状態であれば，発熱制御層２３は透磁率の高い状態である。この状態では，発熱制御層２３のシールド効果により，磁束はその反対側（加熱ローラ１１のより内周側）へはほとんど漏れない。   In the magnetic flux generator 13, high frequency power is supplied to the exciting coil 41 by the high frequency inverter 44. The magnetic flux generated thereby passes through the inside of the magnetic core 42. Then, the magnetic flux exits between the protrusions of the magnetic core 42 and reaches the heating roller 11. If the heat generation control layer 23 is in a room temperature state lower than its Curie temperature, the heat generation control layer 23 is in a state of high magnetic permeability. In this state, due to the shielding effect of the heat generation control layer 23, the magnetic flux hardly leaks to the opposite side (the inner peripheral side of the heating roller 11).

すなわち，常温では，磁束のほとんどは，主発熱体層２４と発熱制御層２３との厚みの中を加熱ローラ１１の周方向に進み，磁束発生部１３へ戻る。このため，これらの層では磁束密度が非常に高い。従って，これらの層では発熱量が大きい。例えば，ウォームアップ時はこの状態であるので，主発熱体層２４と発熱制御層２３とがともに大きく発熱する。さらに本形態では，発熱に寄与する層（主発熱体層２４と発熱制御層２３）の熱容量が小さく，断熱層２２によって定着ベルト２８が断熱保持されていることから，短時間で昇温させることができる。   That is, at normal temperature, most of the magnetic flux travels in the circumferential direction of the heating roller 11 through the thickness of the main heating element layer 24 and the heat generation control layer 23 and returns to the magnetic flux generation unit 13. For this reason, the magnetic flux density is very high in these layers. Therefore, these layers generate a large amount of heat. For example, since this state is during warm-up, both the main heating element layer 24 and the heat generation control layer 23 generate a large amount of heat. Furthermore, in this embodiment, since the heat capacity of the layers (main heating element layer 24 and heat generation control layer 23) contributing to heat generation is small and the fixing belt 28 is insulated and held by the heat insulating layer 22, the temperature can be raised in a short time. Can do.

このように発生した熱は，主発熱体層２４に接着されている弾性層２５を介して，加熱ローラ１１の表面へ伝達される。そして，加熱ローラ１１の表面が適切な定着温度となるように，制御部４６によって高周波インバータ４４が制御される。トナー像を担持する用紙Ｐは，トナー像の載っている面を加熱ローラ１１の側に向けた状態で，加熱ローラ１１と加圧ローラ１２との間のニップに挿入される。そして，加熱ローラ１１と加圧ローラ１２との間のニップを，図２中左から右へ通過する間に，トナーが溶融されて用紙Ｐに定着される。   The heat generated in this way is transmitted to the surface of the heating roller 11 via the elastic layer 25 bonded to the main heating element layer 24. The high frequency inverter 44 is controlled by the control unit 46 so that the surface of the heating roller 11 has an appropriate fixing temperature. The paper P carrying the toner image is inserted into the nip between the heating roller 11 and the pressure roller 12 with the surface on which the toner image is placed facing the heating roller 11 side. Then, the toner is melted and fixed to the paper P while passing through the nip between the heating roller 11 and the pressure roller 12 from the left to the right in FIG.

ニップを通過した用紙Ｐは，加熱ローラ１１から分離されて後段へと搬送される。用紙Ｐが，ニップを通過した後も加熱ローラ１１に張り付いたままであれば，分離爪１４によって加熱ローラ１１から強制的に分離される。これにより，用紙Ｐが定着装置１でジャムになることが防止されている。なお，分離爪１４の先端部は，加熱ローラ１１の表面に接触していてもしていなくてもよい。   The paper P that has passed through the nip is separated from the heating roller 11 and conveyed to the subsequent stage. If the sheet P remains stuck to the heating roller 11 even after passing through the nip, it is forcibly separated from the heating roller 11 by the separation claw 14. This prevents the paper P from jamming in the fixing device 1. Note that the tip of the separation claw 14 may or may not be in contact with the surface of the heating roller 11.

用紙Ｐの定着処理により，用紙Ｐ及びトナーによって加熱ローラ１１の表面から熱が奪われる。そのため，ローラの軸方向について用紙Ｐの通紙された範囲では，加熱ローラ１１の表面温度が下がる。サーミスタ４５は，用紙Ｐが通紙される箇所で温度を検出する。制御部４６は，サーミスタ４５の検出結果を受けて，高周波インバータ４４を制御する。すなわち，次回の用紙Ｐが定着ニップまで搬送されてくるまでに適切な定着温度の範囲内となるように，制御部４６は，高周波インバータ４４から励磁コイル４１に供給される高周波電力を増減する。   Due to the fixing process of the paper P, heat is removed from the surface of the heating roller 11 by the paper P and the toner. Therefore, the surface temperature of the heating roller 11 decreases in the range where the paper P is passed in the axial direction of the roller. The thermistor 45 detects the temperature where the paper P is passed. The control unit 46 receives the detection result of the thermistor 45 and controls the high frequency inverter 44. That is, the control unit 46 increases or decreases the high-frequency power supplied from the high-frequency inverter 44 to the exciting coil 41 so that the next sheet P is within the appropriate fixing temperature range before being conveyed to the fixing nip.

この定着装置１によって，比較的用紙幅の小さい用紙Ｐを連続して定着処理すると，通紙範囲外においては次第に熱が溜まる。そのため，加熱ローラ１１の軸方向のうち，通紙範囲外においては発熱制御層２３の温度が特に上昇し，その部分の温度がキュリー温度を超える場合がある。発熱制御層２３の温度がキュリー温度を超えた箇所では，発熱制御層２３の透磁率が大きく低下する。これにより，発熱制御層２３によるシールド効果が弱くなる。すなわち，通紙範囲外の高温となった部分では，発熱制御層２３の透磁率が大きく低下して，磁束の大部分が主発熱体層２４と発熱制御層２３とを貫通してさらに内周側へ漏れる。これにより，主発熱体層２４と発熱制御層２３とを通る磁束密度が大きく減少するので，これらによる発熱量も大きく低下する。   When the fixing device 1 continuously fixes the paper P having a relatively small paper width, heat gradually accumulates outside the paper passing range. Therefore, in the axial direction of the heating roller 11, the temperature of the heat generation control layer 23 particularly rises outside the sheet passing range, and the temperature of that portion may exceed the Curie temperature. Where the temperature of the heat generation control layer 23 exceeds the Curie temperature, the magnetic permeability of the heat generation control layer 23 is greatly reduced. Thereby, the shielding effect by the heat generation control layer 23 is weakened. That is, in the portion where the temperature is higher than the sheet passing range, the magnetic permeability of the heat generation control layer 23 is greatly reduced, and most of the magnetic flux passes through the main heating element layer 24 and the heat generation control layer 23 to further increase the inner circumference. Leak to the side. As a result, the magnetic flux density passing through the main heating element layer 24 and the heat generation control layer 23 is greatly reduced, and the amount of heat generated by these is also greatly reduced.

さらに本形態では，芯金２１が第３導電層として機能する。高温箇所において主発熱体層２４と発熱制御層２３とを貫いて漏れた磁束は，第３導電層である芯金２１に掛かる。芯金２１は，例えば銅製パイプであり低抵抗であるので，渦電流が容易に流れる。そのため，芯金２１に掛かっている磁束による渦電流の大部分は，芯金２１中に発生する。芯金２１は低抵抗であるので，渦電流が流れてもほとんど発熱しない。また，芯金２１に発生する渦電流による逆起電力が，磁束を打ち消す方向に働く。そのため，主発熱体層２４と発熱制御層２３との磁束密度がさらに低下する。従って，発熱量がさらに低下する。これにより，高温箇所では，加熱ローラ１１の半径方向のいずれの箇所でもほとんど発熱しない状態となる。   Furthermore, in this embodiment, the cored bar 21 functions as the third conductive layer. The magnetic flux leaking through the main heating element layer 24 and the heat generation control layer 23 at a high temperature is applied to the core metal 21 which is the third conductive layer. The cored bar 21 is, for example, a copper pipe and has a low resistance, so that an eddy current flows easily. Therefore, most of the eddy current due to the magnetic flux applied to the core metal 21 is generated in the core metal 21. Since the core metal 21 has a low resistance, it hardly generates heat even when an eddy current flows. Further, the counter electromotive force due to the eddy current generated in the cored bar 21 works in the direction to cancel the magnetic flux. Therefore, the magnetic flux density between the main heating element layer 24 and the heat generation control layer 23 further decreases. Accordingly, the heat generation amount is further reduced. Thereby, in a high temperature location, it will be in the state which hardly generates heat in any location of the radial direction of the heating roller 11.

従って，過昇温となった箇所では，発熱制御層２３の透磁率が変化するとともに，発熱量が大きく低下する。一方，通紙範囲内の高温となっていない部分では発熱量はほとんど変わらない。これは，この範囲においては，発熱制御層２３の透磁率が低下せず，磁束密度の分布が常温状態からほとんど変化しないことによる。このように，芯金２１が第３導電層として機能することにより，発熱制御層２３の透磁率の分布が変化した際に，主発熱体層２４と発熱制御層２３との発熱量をさらに低下させることができる。さらに，本形態では第３導電層である芯金２１の厚さが他の層に比較して大きいので，第３導電層の発熱量をより抑制でき，定着装置の全体として熱効率のよいものとできる。   Accordingly, at the location where the temperature has risen excessively, the permeability of the heat generation control layer 23 changes and the amount of heat generation is greatly reduced. On the other hand, the calorific value hardly changes in the portion where the temperature is not high within the paper passing range. This is because in this range, the magnetic permeability of the heat generation control layer 23 does not decrease, and the magnetic flux density distribution hardly changes from the normal temperature state. As described above, when the core bar 21 functions as the third conductive layer, when the magnetic permeability distribution of the heat generation control layer 23 changes, the heat generation amount of the main heating element layer 24 and the heat generation control layer 23 is further reduced. Can be made. Further, in this embodiment, the thickness of the core bar 21 which is the third conductive layer is larger than that of the other layers, so that the heat generation amount of the third conductive layer can be further suppressed, and the overall fixing device has high thermal efficiency. it can.

さらに本形態では，主発熱体層２４と発熱制御層２３とが積層されているので，表面温度の変化が発熱制御層２３に素早く伝わる。従って，加熱ローラ１１の一部において，その表面温度が，定着に適した温度を超えて高くなるとすぐに，その部分の発熱量が大きく低下するので，過昇温状態が続くことはない。このような効果が得られるように，発熱制御層２３のキュリー温度が選択されている。また，本形態では，第３導電層として芯金２１を使用しているので，第３導電層をも定着ベルトに積層した場合に比較して，定着ベルト２８の熱容量は大きくない。従って，短時間でのウォームアップが可能である。   Further, in this embodiment, since the main heating element layer 24 and the heat generation control layer 23 are laminated, the change in surface temperature is quickly transmitted to the heat generation control layer 23. Therefore, as soon as the surface temperature of a part of the heating roller 11 becomes higher than the temperature suitable for fixing, the amount of heat generated at that part is greatly reduced, so that the excessive temperature rise state does not continue. The Curie temperature of the heat generation control layer 23 is selected so as to obtain such an effect. Further, in this embodiment, since the core metal 21 is used as the third conductive layer, the heat capacity of the fixing belt 28 is not large compared to the case where the third conductive layer is also laminated on the fixing belt. Therefore, it is possible to warm up in a short time.

次に，本形態の定着装置による効果を確認するために行った様々な実験の結果について説明する。まず，第１の実験として，加熱ローラに導電体ではない材質の回転軸を用いた点の他は本形態と同じ構成の画像形成装置を比較例とし，本形態の実施例との比較実験を行った。具体的には，比較例の回転軸としてセラミック製のパイプを使用した。   Next, the results of various experiments conducted to confirm the effect of the fixing device of this embodiment will be described. First, as a first experiment, an image forming apparatus having the same configuration as that of the present embodiment is used as a comparative example except that a rotating shaft made of a material that is not a conductor is used for the heating roller, and a comparative experiment with the embodiment of the present embodiment is performed. went. Specifically, a ceramic pipe was used as the rotating shaft of the comparative example.

この実験では，発熱制御層２３がキュリー温度を超えたときの前後での発熱量の変化の度合いを，前の発熱量に対する後の発熱量の割合によって発熱率として求めた。その結果を図５に示す。ここでは，全導電層による合計の発熱量で比較した。比較例では，発熱率６５％程度までしか低下しなかったのに比較して，実施例では，３０％以下となった。このことから，第３導電層を有することによって，キュリー温度を超えたときの発熱量の低下の割合を大きくすることができることが分かった。   In this experiment, the degree of change in the amount of heat generation before and after the heat generation control layer 23 exceeded the Curie temperature was determined as the heat generation rate by the ratio of the subsequent heat generation amount to the previous heat generation amount. The result is shown in FIG. Here, the total heat generation by all conductive layers was compared. In the comparative example, the heat generation rate decreased only to about 65%, but in the example, it was 30% or less. From this, it was found that by having the third conductive layer, the rate of decrease in the amount of heat generated when the Curie temperature was exceeded can be increased.

次に，第２の実験として，上記と同じ実施例と比較例について，発熱効率を比較した。ここでの発熱効率とは，定着装置全体の発熱量のうち，有効な発熱である第１〜第３導電層の全体による発熱量が占める割合のことである。インバーターの電源損失を除いて算出した。これ以外の発熱，つまり無駄な発熱としては，コイルのジュール発熱や，周辺板金等の誘導発熱等がある。第２の実験の結果を図６に示す。この図に示すように，実施例においても，比較例においても，発熱効率は約９７％であり，大差ない。すなわち，芯金２１として第３導電層として機能するものを用いても，発熱効率を低下させることにはならないことが確認できた。   Next, as a second experiment, the heat generation efficiency was compared for the same example and comparative example as described above. Here, the heat generation efficiency is the ratio of the heat generation amount of the entire first to third conductive layers, which is effective heat generation, out of the heat generation amount of the entire fixing device. Calculated excluding inverter power loss. Other heat generation, that is, useless heat generation includes Joule heat generation of coils and induction heat generation of peripheral sheet metal. The result of the second experiment is shown in FIG. As shown in this figure, the heat generation efficiency is about 97% in both the example and the comparative example, which is not very different. In other words, it was confirmed that even when the core metal 21 that functions as the third conductive layer was used, the heat generation efficiency was not lowered.

さらに，第３の実験として，発明者らは，主発熱体層２４（第１導電層）と芯金２１（第３導電層）とに，磁性材を用いた場合と非磁性材を用いた場合とで，過昇温時の発熱率に与える影響を調べた。この実験では，主発熱体層２４と芯金２１とに，磁性材ではニッケルを使用し，非磁性材では銅を使用した。ここでの発熱率とは，発熱制御層２３がキュリー温度を超えたときの前後での主発熱体層２４の発熱量の変化の度合いを前の発熱量に対する後の発熱量の割合として求めたものである。この実験では，第１の実験の場合とは異なり，主発熱体層２４のみによる発熱量を比較した。この実験の結果を図７に示す。これからわかるように，主発熱体層２４と芯金２１とに，ともに銅を用いることにより，過昇温の抑制効果が大きいことが分かった。なお，主発熱体層２４と芯金２１とを，銅に代えて，銀，アルミ等によって構成しても，同様の結果が得られた。   Further, as a third experiment, the inventors used a magnetic material and a non-magnetic material for the main heating element layer 24 (first conductive layer) and the cored bar 21 (third conductive layer). In some cases, the effect on the heat generation rate during overheating was investigated. In this experiment, nickel was used for the magnetic material and copper was used for the nonmagnetic material for the main heating element layer 24 and the cored bar 21. Here, the heat generation rate was obtained by determining the degree of change in the heat generation amount of the main heating element layer 24 before and after the heat generation control layer 23 exceeded the Curie temperature as the ratio of the subsequent heat generation amount to the previous heat generation amount. Is. In this experiment, unlike the first experiment, the amount of heat generated by only the main heating element layer 24 was compared. The result of this experiment is shown in FIG. As can be seen, it was found that the use of copper for the main heating element layer 24 and the cored bar 21 has a great effect of suppressing overheating. Similar results were obtained even when the main heating element layer 24 and the cored bar 21 were made of silver, aluminum or the like instead of copper.

次に，第４の実験として，主発熱体層２４の厚さを変更し，過昇温部の発熱率および常温での総発熱量を求めた。この実験では，参考のために，主発熱体層２４として銅を用いた場合と，ニッケルを用いた場合との両方について実験を行った。ここでの発熱率は，第３の実験と同様のものである。また，総発熱量は，１００Ｖの電力を投入して発熱させた場合のものである。   Next, as a fourth experiment, the thickness of the main heating element layer 24 was changed, and the heat generation rate of the overheated portion and the total heat generation at room temperature were obtained. In this experiment, for the purpose of reference, an experiment was conducted for both the case where copper was used as the main heating element layer 24 and the case where nickel was used. The heat generation rate here is the same as in the third experiment. Further, the total heat generation amount is the value when heat is generated by applying 100V power.

この実験の結果を，図８と図９とに示す。図８に示すように，主発熱体層２４として銅を用いた場合でも，ニッケルを用いた場合でも，厚さが増すとともに発熱率も上昇する。この発熱率が高いことは，過昇温時にも発熱量があまり低下しないことを意味する。つまり，主発熱体層２４としては，より薄いものを用いることが望ましいことが分かった。ただし，現実的には５μｍより薄く製造することは困難であった。   The results of this experiment are shown in FIGS. As shown in FIG. 8, even when copper is used as the main heating element layer 24 or when nickel is used, the heating rate increases as the thickness increases. A high heat generation rate means that the amount of generated heat does not decrease much even when the temperature rises excessively. That is, it has been found that it is desirable to use a thinner main heating element layer 24. However, in reality, it has been difficult to manufacture thinner than 5 μm.

一方，図９に示すように，主発熱体層２４として銅を用いた場合は，その厚みが増すにつれて総発熱量が減少する。常温時には総発熱量が大きい方が好ましい。これは，総発熱量が大きければそれだけ，印加する高周波電力の大きさを変更することにより制御できる発熱量の範囲が広いことを意味するからである。約４０μｍ以下の厚さの銅を主発熱体層２４として用いれば，発熱量を制御可能な電力の十分な範囲が得られることが分かった。従って，主発熱体層２４として銅を用いた場合，その厚みは５〜４０μｍの範囲内が好ましいことが分かった。なお，銅以外の非磁性材を用いた場合についても，ほぼ同様の結果が得られた。   On the other hand, as shown in FIG. 9, when copper is used for the main heating element layer 24, the total heat generation amount decreases as the thickness increases. It is preferable that the total calorific value is large at room temperature. This is because the larger the total heat generation amount, the wider the range of the heat generation amount that can be controlled by changing the magnitude of the applied high frequency power. It has been found that if copper having a thickness of about 40 μm or less is used as the main heating element layer 24, a sufficient range of electric power capable of controlling the amount of heat generation can be obtained. Therefore, it was found that when copper is used as the main heating element layer 24, the thickness is preferably in the range of 5 to 40 μm. Similar results were obtained when non-magnetic materials other than copper were used.

次に，第５の実験として磁束発生部１３に印加する高周波電力の周波数を変更し，それぞれの発熱効率および総発熱量を測定した。本実験では，主発熱体層２４として厚さ１０μｍの銅を用い，発熱制御層２３としてパーマロイを，芯金２１として銅製のパイプを用いた。ここで，発熱効率は，第２の実験のものと同じである。また，総発熱量は，第４の実験のものと同じである。その結果を図１０と図１１とに示す。   Next, as a fifth experiment, the frequency of the high-frequency power applied to the magnetic flux generator 13 was changed, and the heat generation efficiency and the total heat generation amount were measured. In this experiment, copper having a thickness of 10 μm was used as the main heating element layer 24, permalloy was used as the heat generation control layer 23, and a copper pipe was used as the core metal 21. Here, the heat generation efficiency is the same as that in the second experiment. The total calorific value is the same as that in the fourth experiment. The results are shown in FIG. 10 and FIG.

図１０に示すように，発熱効率の点からは，高周波電力の周波数が２０ｋＨｚ以上であることが望ましい。周波数が２０ｋＨｚより小さいと，発熱効率が低く，不要な箇所での発熱量が大きくなった。また，総発熱量の点からは，図１１に示すように，周波数が４０ｋＨｚ以下であることが望ましい。周波数が４０ｋＨｚより大きい場合には，総発熱量が小さく，連続通紙時に電力供給不足となって十分な定着温度が得られないおそれがある。従って，本形態では，高周波電力の周波数は，２０〜４０ｋＨｚの範囲内であることが望ましい。   As shown in FIG. 10, it is desirable that the frequency of the high frequency power is 20 kHz or more from the viewpoint of heat generation efficiency. When the frequency was less than 20 kHz, the heat generation efficiency was low, and the amount of heat generated at unnecessary locations was large. From the point of total calorific value, the frequency is preferably 40 kHz or less as shown in FIG. When the frequency is higher than 40 kHz, the total heat generation amount is small, and there is a possibility that a sufficient fixing temperature cannot be obtained due to insufficient power supply during continuous paper feeding. Therefore, in this embodiment, the frequency of the high-frequency power is preferably in the range of 20 to 40 kHz.

さらに，第６の実験として，発明者らは，主発熱体層２４（第１導電層）と発熱制御層２３（第２導電層）とをクラッド化した場合と，主発熱体層２４を発熱制御層２３にメッキすることにより形成した場合とで，過昇温部の発熱率の違いを調べた。ここでの発熱率は，第３の実験と同様のものである。なお，主発熱体層２４は厚さ１０μｍの銅製とした。この実験の結果を図１２に示す。   Furthermore, as a sixth experiment, the inventors have clad the main heating element layer 24 (first conductive layer) and the heat generation control layer 23 (second conductive layer), and the main heating element layer 24 generates heat. The difference in the heat generation rate of the overheated portion was examined when the control layer 23 was formed by plating. The heat generation rate here is the same as in the third experiment. The main heating element layer 24 was made of copper having a thickness of 10 μm. The results of this experiment are shown in FIG.

図１２に示すように，主発熱体層２４と発熱制御層２３とをクラッド化することにより，過昇温部の発熱率は約３％程度まで下げることができた。メッキの場合では，約１３％であった。従って，クラッド化により発熱量をさらに大きく下げることができることが確認された。   As shown in FIG. 12, by heating the main heating element layer 24 and the heat generation control layer 23, the heat generation rate of the overheated portion could be lowered to about 3%. In the case of plating, it was about 13%. Therefore, it was confirmed that the amount of heat generated can be further reduced by cladding.

以上詳細に説明したように，本形態の画像形成装置によれば，加熱ローラ１１に，第１導電層（主発熱体層２４）と第２導電層（発熱制御層２３）と第３導電層（芯金２１）とを有している。従って，部分的に高温となり，定着ベルト２８の表面温度が発熱制御層２３のキュリー温度を超えた場合には，その箇所の発熱制御層２３の透磁率が大きく低下する。さらに，主発熱体層２４が非磁性材によるものであり，主発熱体層２４と発熱制御層２３とをクラッド化により形成しているので，メッキで形成した場合に比較してさらに大きく発熱量を減少させることができた。従って，その部分の磁束密度が大きく低下し，発熱量が減少するので，過昇温が防止されている。すなわち，小サイズの用紙を連続通紙した場合でも，部分的な過昇温が発生せず，安定した定着性能を有するとともに発熱効率のよい定着装置および画像形成装置となっている。また，主発熱体層２４を銅または銀のごく薄い層としたので，クラッド化後の塑性加工は容易である。   As described above in detail, according to the image forming apparatus of this embodiment, the heating roller 11 is provided with the first conductive layer (main heating element layer 24), the second conductive layer (heat generation control layer 23), and the third conductive layer. (Core metal 21). Therefore, when the temperature becomes partially high and the surface temperature of the fixing belt 28 exceeds the Curie temperature of the heat generation control layer 23, the magnetic permeability of the heat generation control layer 23 at that location is greatly reduced. Further, the main heating element layer 24 is made of a non-magnetic material, and the main heating element layer 24 and the heat generation control layer 23 are formed by cladding, so that the heat generation amount is larger than that when formed by plating. Could be reduced. Accordingly, the magnetic flux density in that portion is greatly reduced and the amount of heat generation is reduced, so that an excessive temperature rise is prevented. That is, even when a small size sheet is continuously fed, a partial overheating does not occur, and the fixing device and the image forming apparatus have stable fixing performance and high heat generation efficiency. In addition, since the main heating element layer 24 is a very thin layer of copper or silver, the plastic working after cladding is easy.

「第２の形態」
次に，本発明を具体化した第２の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，第１の形態に比較して，加熱ローラ１１の構成がやや異なるのみであり，同一の部材については，同一の符号を付し，説明を省略する。 "Second form"
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, the configuration of the heating roller 11 is slightly different from that of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本形態の定着装置２の加熱ローラ５１は，図１３に示すように，定着ローラ２７の外径が，定着ベルト５２の内径よりかなり小径に形成されているものである。この定着ローラ２７は，第１の形態におけるものと径が異なるのみで，同一の層構成である。また定着ローラ２７は，定着ベルト５２を挟んで，加圧ローラ１２に圧接されている。   As shown in FIG. 13, the heating roller 51 of the fixing device 2 of the present embodiment has an outer diameter of the fixing roller 27 that is considerably smaller than an inner diameter of the fixing belt 52. The fixing roller 27 has the same layer structure except that the diameter is different from that in the first embodiment. The fixing roller 27 is in pressure contact with the pressure roller 12 with the fixing belt 52 interposed therebetween.

本形態では，定着ローラ２７が小径であることから，その図１３中上部において，定着ローラ２７と定着ベルト５２との間に空間Ｓがある。この空間Ｓ内に，摺接部材６３が固定されて配置されている。摺接部材６３は，図示の横面形状が扇形で，図中奥行き方向に加熱ローラ５１とほぼ同等の長さを有するものである。また，その図中上面は，定着ベルト５２の内側の面に接触している。すなわち，定着ベルト５２は，定着ローラ２７と摺接部材６３とに架け渡されている。   In this embodiment, since the fixing roller 27 has a small diameter, there is a space S between the fixing roller 27 and the fixing belt 52 in the upper part in FIG. In this space S, the sliding contact member 63 is fixed and arranged. The slidable contact member 63 has a fan-shaped horizontal surface shape and has a length substantially equal to that of the heating roller 51 in the depth direction in the figure. Further, the upper surface in the drawing is in contact with the inner surface of the fixing belt 52. That is, the fixing belt 52 is stretched between the fixing roller 27 and the sliding contact member 63.

本形態の定着ベルト５２は，第１の形態の定着ベルト２８と同じ層構成である。摺接部材６３は，補助発熱層として機能する。すなわち，本形態では，摺接部材６３が第３導電層に相当する。この摺接部材６３の材質は，第１の形態の芯金２１と同じく，体積抵抗率の低い導電性金属材料，例えば銅とすればよい。本形態では，摺接部材６３の図１３中上面は，定着ベルト５２の内周側に沿って湾曲した曲面となっている。すなわち，摺接部材６３は，均一の厚さの円筒面の一部の形状である。そして，その図中上面は，ほぼ全域にわたって，定着ベルト５２の内周面に常時接触している。また，摺接部材６３の図中下面は，定着ローラ２７に接触していない。   The fixing belt 52 of this embodiment has the same layer configuration as that of the fixing belt 28 of the first embodiment. The sliding contact member 63 functions as an auxiliary heat generating layer. That is, in this embodiment, the sliding contact member 63 corresponds to the third conductive layer. The material of the slidable contact member 63 may be a conductive metal material having a low volume resistivity, such as copper, like the core metal 21 of the first embodiment. In the present embodiment, the upper surface of the sliding contact member 63 in FIG. 13 is a curved surface curved along the inner peripheral side of the fixing belt 52. That is, the sliding contact member 63 has a shape of a part of a cylindrical surface having a uniform thickness. The upper surface in the figure is always in contact with the inner peripheral surface of the fixing belt 52 over almost the entire area. Further, the lower surface of the sliding contact member 63 in the drawing is not in contact with the fixing roller 27.

本形態では，定着ローラ２７の外径を小さいものとしたので，定着ベルト５２と定着ローラ２７との接触面積が小さい。従って，定着ベルト５２から定着ローラ２７へ逃げる熱の量も小さい。さらに，摺接部材６３は全周でなく１箇所のみに設けられているので，摺接部材６３へ逃げる熱の量も小さい。なお，補助発熱層をも定着ベルトに含まれるものとしてもよい。すなわち，補助発熱層，発熱制御層，主発熱体層，弾性層，離型層のすべてが含まれるものとすることもできる。この場合は，摺接部材はなくてもよい。   In this embodiment, since the outer diameter of the fixing roller 27 is small, the contact area between the fixing belt 52 and the fixing roller 27 is small. Therefore, the amount of heat that escapes from the fixing belt 52 to the fixing roller 27 is also small. Furthermore, since the slidable contact member 63 is provided only at one place rather than the entire circumference, the amount of heat escaping to the slidable contact member 63 is also small. An auxiliary heat generating layer may also be included in the fixing belt. That is, the auxiliary heating layer, the heating control layer, the main heating element layer, the elastic layer, and the release layer can all be included. In this case, there may be no sliding contact member.

以上詳細に説明したように，本形態の画像形成装置によっても，第１の形態と同様に，小サイズの用紙を連続通紙した場合でも，部分的な過昇温が発生せず，安定した定着性能を有するとともに発熱効率のよい画像形成装置となっている。   As described in detail above, even with the image forming apparatus of this embodiment, as in the first embodiment, even when small-size paper is continuously fed, a partial overheating does not occur and the image forming apparatus is stable. The image forming apparatus has fixing performance and high heat generation efficiency.

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，本形態ではカラープリンタとしたが，１色の画像形成部のみを有する単色プリンタに本発明を適用することもできる。その場合には，加熱ローラ１１として弾性層２５の無いものとしてもよい。 In addition, this form is only a mere illustration and does not limit this invention at all. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof.
For example, although the present embodiment uses a color printer, the present invention can also be applied to a single-color printer having only one color image forming unit. In that case, the heating roller 11 may not have the elastic layer 25.

本形態に係る画像形成装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to the present embodiment. 第１の形態に係る定着装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fixing device according to a first embodiment. 定着ローラの層構成を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a layer configuration of a fixing roller. 加圧ローラの層構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the layer structure of a pressure roller. キュリー温度到達の前後での発熱率の変化を示すグラフ図である。It is a graph which shows the change of the heating rate before and after reaching Curie temperature. キュリー温度到達の前後での発熱効率の変化を示すグラフ図である。It is a graph which shows the change of the heat generation efficiency before and after reaching Curie temperature. 第１導電層と第３導電層との材質と発熱率との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the material and heat rate of a 1st conductive layer and a 3rd conductive layer. 第１導電層の厚さとキュリー温度到達の前後での発熱率の変化との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the thickness of a 1st conductive layer, and the change of the heat rate before and after reaching Curie temperature. 第１導電層の厚さと総発熱量との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the thickness of a 1st conductive layer, and total calorific value. 高周波電力の周波数と発熱効率との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the frequency of high frequency electric power, and heat generation efficiency. 高周波電力の周波数と総発熱量との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the frequency of high frequency electric power, and total calorific value. クラッド化とめっきとによる過昇温部の発熱率の違いを示すグラフ図である。It is a graph which shows the difference in the heating rate of the overheating part by clad formation and plating. 第２の形態に係る定着装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fixing device which concerns on a 2nd form.

符号の説明Explanation of symbols

１ 定着装置
１１ 加熱ローラ
１２ 加圧ローラ
１３ 磁束発生部
２１ 芯金
２３ 発熱制御層
２４ 主発熱体層
１００ 画像形成装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixing device 11 Heating roller 12 Pressure roller 13 Magnetic flux generating part 21 Core metal 23 Heat generation control layer 24 Main heating element layer 100 Image forming apparatus

Claims (4)

加熱ローラと，加圧ローラと，前記加熱ローラに磁束を印加する励磁コイルとを有する定着装置において，
前記加熱ローラが，前記励磁コイルに近い方から順に，第１導電層と第２導電層と第３導電層とを有し，
前記第１導電層が非磁性体で形成されているとともに，その厚みが４０μｍ以下であり，
前記第１導電層と前記第２導電層とがクラッド化により一体とされた回転体であることを特徴とする定着装置。 In a fixing device having a heating roller, a pressure roller, and an exciting coil for applying a magnetic flux to the heating roller,
The heating roller has a first conductive layer, a second conductive layer, and a third conductive layer in order from the side closer to the excitation coil,
The first conductive layer is made of a non-magnetic material and has a thickness of 40 μm or less.
A fixing device comprising: a rotating body in which the first conductive layer and the second conductive layer are integrated by cladding. 請求項１に記載の定着装置において，
前記第２導電層が，パーマロイで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, wherein the second conductive layer is made of permalloy. 請求項１または請求項２に記載の定着装置において，
前記励磁コイルに印加される交番電圧の周波数が，２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの範囲内であることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1 or 2,
The fixing device according to claim 1, wherein the frequency of the alternating voltage applied to the exciting coil is in a range of 20 kHz to 40 kHz. シートにトナー像を形成する画像形成部と，そのトナー像をシートに定着させる定着装置とを有する画像形成装置において，
前記定着装置が，加熱ローラと，加圧ローラと，前記加熱ローラに磁束を印加する励磁コイルとを有し，
前記加熱ローラが，前記励磁コイルに近い方から順に，第１導電層と第２導電層と第３導電層とを有し，
前記第１導電層が非磁性体で形成されているとともに，その厚みが４０μｍ以下であり，
前記第１導電層と前記第２導電層とがクラッド化により一体とされた回転体であることを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus having an image forming unit for forming a toner image on a sheet and a fixing device for fixing the toner image on the sheet,
The fixing device includes a heating roller, a pressure roller, and an exciting coil that applies a magnetic flux to the heating roller;
The heating roller has a first conductive layer, a second conductive layer, and a third conductive layer in order from the side closer to the excitation coil,
The first conductive layer is made of a non-magnetic material and has a thickness of 40 μm or less.
An image forming apparatus comprising: a rotating body in which the first conductive layer and the second conductive layer are integrated by cladding.
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