JP3553830B2

JP3553830B2 - Induction heating device

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Publication number: JP3553830B2
Application number: JP23608599A
Authority: JP
Inventors: 昌吾横田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-08-23
Also published as: JP2001060049A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾式電子写真機器における定着装置、湿式電子写真機器における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、およびリライタブルメデイア用消去装置等の加熱装置として使用される誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の複写機やプリンタの定着装置に誘導加熱を適用した構成が、例えば特開平８−１３７３０６号公報に開示されている。
【０００３】
この定着装置は、図１０に示すように、駆動ローラ１およびテンションローラ３ａに懸架された定着ベルト５と、加圧ローラ６とのニップ部に記録用紙を送り込んで定着を行う構成であり、定着ベルト５に誘導渦電流を生じさせる電磁誘導コイル５ａを定着ベルト５の内側に設けることにより誘導加熱装置として機能する。この例において電磁誘導コイル５ａは、定着ベルト５のうち駆動ローラ１とテンションローラ３ａとの間にあって記録用紙搬送路に近接する領域を昇温するように、向きと位置とが決められている。
【０００４】
さらに同公報には、図１１に示すように、テンションローラ３ｂの内部に電磁誘導コイル５ｄを設け、テンションローラ３ｂの熱伝導率を２００Ｗ／ｍ／Ｋ以上、比透磁率を１０以下とするように構成した誘導加熱装置も開示されている。この場合、定着ベルト５はテンションローラ３ｂの周面に沿って走行する間に昇温される。
【０００５】
上述の２例の誘導加熱装置によれば、トナー像が転写された記録紙はニップ部に到達する前に、昇温された定着ベルト５からの副射熱によって非接触で予備加熱されるため、ニップ部で定着ベルト５と加圧ローラ６とにより定着される際にはその設定温度を低くすることができる。従って、定着温度を上昇させることなく定着のスピードアップを図ることができる。また、前者の例の場合は電磁誘導コイル５ａが定着ベルトの内側に設けられており、後者の例の場合は電磁誘導コイル５ａがテンションローラの内部に設けられているため、誘導加熱装置の小型化が可能である。後者の例の場合はさらに、熱伝導率を大きく設定しているので、その軸方向、すなわち定着ベルト５の幅方向の温度分布の均一化を図ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の誘導加熱装置には、以下のような問題点がある。
【０００７】
１）定着ベルトの一部分のみを加熱するので、複数毎の記録媒体を連続処理する場合、定着ベルトの温度が低下し定着性が劣化する。これは、定着ベルトを加熱する電磁誘導コイルがニップ部以外に設けられているために発生するものである。すなわち、複数の記録媒体を連続処理する場合や厚い記録媒体を処理する際、定着ベルトの有する熱量だけでは、定着に必要な熱量が維持できなくなるためである。
【０００８】
２）テンションローラを熱伝導率の良い材料で構成すると、軸方向の温度分布の均一化は図れるが、熱容量が増加してしまう。すなわち、定着ベルトからテンションローラに熱が伝導するため、定着ベルトを所定の温度に設定するのに多くの時間を要するようになる。
【０００９】
３）熱容量の小さい定着ベルトを主に加熱するため、磁束密度の影響を受けやすく、定着ベルトに温度ムラが生じやすくなる。温度ムラが生じると、定着ベルトの周方向の長さ等が変化するので、定着ベルトの片寄り、蛇行、または波打ちが発生する原因となる。また、定着ベルトと電磁誘導コイルの間のギヤップが変動しやすく、変動した場合には定着ベルトに温度ムラが生じてしまう。
【００１０】
４）図１０ではコイルの芯の片側のみから出る磁束を加熱に利用しているため、加熱効率が低い。
【００１１】
５）図１１ではテンションローラの熱がコイルに伝わりやすく、コイルの温度が上昇するため、加熱効率が低下する。またコイルの線材として、耐熱グレードの高いものを使用する必要があり、コストアップにつながる。
【００１２】
本発明の目的は、温度変動を抑えるとともに、ウオームアップが速く、熱効率に優れ、低コストで安全性、信頼性の高い誘導加熱装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、変動磁界中で電流が誘導される第１導電層を有する第１加熱ローラと、
変動磁界中で電流が誘導される第２導電層を有する第２加熱ローラと、
変動磁界中で電流が誘導される第３導電層を有し、この第３導電層と第１加熱ローラの第１導電層と第２加熱ローラの第２導電層とに接触して懸架されるエンドレスベルトと、
エンドレスべルトの内側に配置され、変動磁界を発生して第１加熱ローラと第２加熱ローラとエンドレスベルトとにそれぞれ鎖交させる磁界発生手段と、
第１加熱ローラ上のエンドレスべルトに押圧して設けられ、エンドレスベルトとの間に被加熱材を挟んで搬送するための加圧ローラとを備え、次の構成（１）〜（３）より選ばれた少なくとも１つ、
（１）磁界発生手段を配置する位置によって、
（２）第１加熱ローラの内部に磁性部材を配置することによって、および
（３）第１導電層と第２導電層とで、体積抵抗率、層厚および比透磁率のうち少なくともいずれか１つを変えて構成することによって、
第１加熱ローラの方が第２加熱ローラよりも温度が高くなるように構成されることを特徴とする誘導加熱装置である。
【００１４】
本発明に従えば、第１加熱ローラと第２加熱ローラが磁界発生手段によって誘導加熱される。第１加熱ローラおよび第２加熱ローラにはエンドレスベルトが懸架されており、誘導加熱されたこれらの加熱ローラから、それに巻き付けられた部分のエンドレスベルトに内周面の第３導電層を通して熱が伝わるとともに、磁界発生手段により内周面の第３導電層が誘導加熱される。第１加熱ローラおよび第２加熱ローラは、通常、エンドレスベルトよりも熱容量が大きく、これらを予め加熱しておくことでエンドレスベルトから加熱ローラの方に熱が伝わることを抑えることができ、エンドレスベルトの温度が安定する。
【００１５】
また、このように温度が安定したエンドレスベルトと加圧ローラにより、搬送されてきた被加熱材を押圧し、エンドレスベルトの熱を被加熱材に伝える。この過程でエンドレスベルトの温度は一旦低下するが、再び両加熱ローラから熱を受け取って所定の温度に復帰する。このように、熱容量の大きい第１加熱ローラと第２加熱ローラを主に加熱しておいて、これらからもエンドレスベルトに熱が伝わるようにすることにより、複数枚の被加熱材を処理する時でも加熱ローラの温度を一定に保ったまま、すなわちエンドレスベルトの温度安定性を向上させて被加熱材を加熱することができる。また、磁界発生手段の全磁束をできる限り有効に利用するため、エンドレスベルトの温度が安定するまでの時間が短縮される。
【００１９】
次の構成（１）〜（３）より選ばれた少なくとも１つの構成によって、第１加熱ローラの方が第２加熱ローラよりも温度が高くなるように加熱することにより、エンドレスベルトの温度を概ね第１加熱ローラからの熱伝導で決定し、第２加熱ローラからはエンドレスベルトの温度低下を防止する程度の熱伝導を生じさせることができる。これにより、効率よく被加熱材の加熱を行うことができる。
【００２０】
（１）磁界発生手段を配置する位置によって、簡易に、第２加熱ローラよりも第１加熱ローラのほうの温度を高く設定することができる。
【００２１】
（２）第１加熱ローラの内部に磁性部材を備えることで第１加熱ローラに磁束が集中するので、簡易に、第２加熱ローラよりも第１加熱ローラの方の温度を高く設定することができる。
【００２３】
（３）第１導電層と第２導電層との間で、体積抵抗率、層厚および比透磁率のうち、少なくとも何れか一つを変えることにより、第２加熱ローラよりも第１加熱ローラの方の温度を高く設定することができる。
【００２４】
また本発明は、変動磁界中で電流が誘導される第１導電層を有する第１加熱ローラと、
変動磁界中で電流が誘導される第２導電層を有する第２加熱ローラと、
変動磁界中で電流が誘導される第３導電層を有し、この第３導電層と第１加熱ローラの第１導電層と第２加熱ローラの第２導電層とに接触して懸架されるエンドレスベルトと、
エンドレスべルトの内側に配置され、変動磁界を発生して第１加熱ローラと第２加熱ローラとエンドレスベルトとにそれぞれ鎖交させる磁界発生手段と、
第１加熱ローラ上のエンドレスべルトに押圧して設けられ、エンドレスベルトとの間に被加熱材を挟んで搬送するための加圧ローラとを備え、
磁界発生手段は、第１加熱ローラおよび第２加熱ローラの各々に磁束を鎖交させる磁気回路と、この磁気回路に磁束を発生させるように巻かれたコイルとで構成され、磁気回路の磁気抵抗を、第１加熱ローラと第２加熱ローラとで異ならせることにより、第１加熱ローラの方が第２加熱ローラよりも温度が高くなるように構成されることを特徴とする誘導加熱装置である。
【００２５】
本発明に従えば、第１加熱ローラと第２加熱ローラとの磁気抵抗を変えることにより、容易に、第２加熱ローラよりも第１加熱ローラの温度を高く設定することができる。
【００２６】
また本発明は、前記変動磁界中で電流が誘導される第４導電層を有し、エンドレスベルトに接触して設けられる第３加熱ローラをさらに備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、上記構成にすることにより、エンドレスベルトにテンションを付与したり、誘導加熱装置を画像形成装置のトナー定着装置として用いた場合にはエンドレスベルト上に残留しているトナーやインクのクリーニングを行うことが可能となる。
【００２８】
また本発明は、前記第３加熱ローラが磁界発生手段の磁界によって誘導加熱され、その温度がエンドレスベルトよりも高くなるように設定されていることを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、エンドレスベルトより第３加熱ローラの温度を高くすることにより、トナーやインクの除去をエンドレスベルトの温度低下を招くことなく効率よく行うことができる。
【００３０】
また本発明は、前記第１加熱ローラの第１導電層、第２加熱ローラの第２導電層およびエンドレスベルトの第３導電層の間に所定の摩擦係数を付与する表面処理が施されており、前記表面処理が施される領域は被加熱材がエンドレスベルトに接触する領域に相当する範囲外であることを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、第１加熱ローラ、第２加熱ローラおよびエンドレスベルトの導電層に表面処理を施して表面粗さを粗くするなどして、第１加熱ローラ、第２加熱ローラとエンドレスベルトとの摩擦係数を大きくし、安定して駆動することができる。また、表面処理を施す領域を被加熱材がエンドレスベルトに接触する領域に相当する範囲外としているので、被加熱材を圧接して加熱処理を行う際に圧力が不均一になる等の悪影響を及ぼすことがない。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態である誘導加熱装置４０の構成を示す図である。誘導加熱装置４０は、例えば電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として適用されるものであり、非導電性耐熱支持部材を基体とする第１加熱ローラとしての加熱ローラ５１、第２加熱ローラとしてのバックアップローラ５２、加圧ローラ５３、エンドレスベルト５４、磁界発生部材（磁界発生手段）５５および温度検知素子５６を備える。エンドレスベルト５４は、これよりも熱容量の大きい加熱ローラ５１およびバックアップローラ５２に懸架され、加熱ローラ５１により所定の張力が加えられている。なお、加熱ローラ５１が張力を与える代わりに、張力を与えるためのテンションローラを用いてもよい。加熱ローラ５１には、サーミスタ等からなる温度検知素子５６が当接されており、加熱ローラ５１の表面温度を検知するようになっている。また加圧ローラ５３は、ばねなどの弾性部材（不図示）によりエンドレスベルト５４を介して加熱ローラ５１に対し、例えば、荷重１００Ｎで圧接することにより、定着ニップ部Ｙ（定着ニップ幅４．５ｍｍ）を形成している。
【００３３】
さらに、加熱ローラ５１は図示しない駆動手段によって回転するよう構成されており、加熱ローラ５１の回転に従動してエンドレスベルト５４が回転し、更にエンドレスベルト５４の回転に従動して加圧ローラ５３およびバックアップローラ５２が回転する構成となっている。
【００３４】
上記の構成の誘導加熱装置４０において、磁界発生部材５５が、発生する高周波磁界によってまず熱容量の大きい加熱ローラ５１とバックアップローラ５２との両方を誘導加熱し、その熱を熱容量の小さいエンドレスベルト５４に伝えてエンドレスベルト５４の温度安定化を図るようにしている。
【００３５】
磁界発生部材５５は、エンドレスベルト５４の内側に挿入され、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）・ＰＩ（ポリイミド）等の耐熱樹脂からなるボビン部材５７と、ボビン部材に巻き付けられたコイル５９とからなり（図３参照）、加熱ローラ５１、バックアップローラ５２およびエンドレスベルト５４を加熱するようになっている。また、後述するテンションローラを用いた形態ではテンションローラの加熱も行うようになっている。
【００３６】
磁界発生部材５５が発生する磁界は、加熱ローラ５１およびバックアップローラ５２の軸に垂直な方向、あるいは両ローラ５１・５２の軸に平行な方向のどちらでもよい。磁界を両ローラ５１・５２の軸に垂直な方向とする場合には、例えば図１に示すように、高周波電流を流すコイルの中心軸が両ローラ５１・５２の軸に垂直な方向となるようにコイルを配置すればよい。このときコイル内にコア部材を設けてもよい。
【００３７】
図３および図４は、磁界発生部材５５の構成を例示する図である。図３（ａ）は、両ローラ５１・５２の軸に垂直な方向から見てコア部材５８を有する複数のコイル５９を両ローラ５１・５２の幅方向に一列に並べた構成（図１の磁界発生部材５５のＡ−Ａ’断面図）である。図３（ｂ）は、両ローラ５１・５２の幅方向で磁界の均一性を向上させるために、図３（ａ）の複数のコイル５９を千鳥状に並べた構成である。磁界を両ローラ５１・５２の軸方向とする場合には、図４に示すように、高周波電流を流すコイル５９と加熱ローラ５１・バックアップローラ５２との間で磁気回路の閉ループを構成するようにコア部材５８を設ければよい。コア部材５８は、例えば図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように２つのパーツ５８ａと５８ｂとを組み合わせたものからなる。図５（ｃ）は、図５（ｂ）の斜視図である。コア部材５８は、フェライト、フェライト焼結合金または珪素鋼等の透磁率の高い材料であればよく、図５（ｃ）のように積層状にしてもよい。
【００３８】
図１に戻って、加熱ローラ５１は、例えば、外径３０ｍｍで内径２９ｍｍの円筒形状をなし、ガラス、セラミックス、またはポリイミド等の非導電性耐熱支持部材６１を基体として、その上にニッケル等からなる第１導電層６２が形成されている。加熱ローラ５１は、例えば、少なくとも１層以上よりなる第１導電層６２のみで構成しても構わない。この場合、第１導電層６２としては、導電性の磁性材料である純鉄や、ＳＴＫＭ材、ＳＵＳ３０４、またはＳＵＳ４３０等が使用される。バックアップローラ５２も上記加熱ローラ５１と同様の構成であって、非導電性耐熱支持部材６３を基体として、その上に第２導電層６４が形成されている。
【００３９】
磁界発生部材５５によって、加熱ローラ５１がバックアップローラ５２よりも高い温度に加熱されるように以下の何れかの手段が講じられる。
【００４０】
第１番目として、磁界発生部材５５を図３のような構成とする場合、図１に示すように、磁界発生部材５５を加熱ローラ５１とバックアップローラ５２との中間位置よりも加熱ローラ５１側に近づけて配置し、磁束が加熱ロ―ラ５１の方をより多く貫くようにする方法がある。
【００４１】
第２番目として、磁界発生部材５５を両ローラ５１・５２の中心位置に配置する場合と中間位置よりも加熱ローラ５１側に近づけて配置した場合とを含めて、加熱ローラ５１の第１導電層６２の体積抵抗率をバックアップローラ５２の第２導電層６４の体積抵抗率よりも大きく設定する方法がある。体積抵抗率が上記の大小関係となるような材質として、第１導電層６２にニッケルクロム材やフェライトを用い、第２導電層６４にアルミニウム、銅、ニッケル、またはクロムなどの金属や、Ｓｉ−Ｆｅ合金（珪素鋼）、Ａｌ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金、またはＣｏ−Ｆｅ合金などの合金系を用いることができる。あるいは、第１導電層６２および第２導電層６４を共に珪素鋼で形成し、珪素の含有量を第１導電層６２の方が第２導電層６４よりも多くなるようにしてもよい。
【００４２】
第３番目として、第１導電層６２と第２導電層６４とを同じ材料で形成し、第１導電層６２の層厚を第２導電層６４の層厚よりも大きく設定する方法がある。このとき、第１導電層６２の層厚は表皮の深さδとほぼ同程度とし、第２導電層６４の層厚は表皮の深さδよりも小さくなるようにする。なお、表皮の深さδは、導電層の透磁率をμ、電気伝導度をσ、導電層内に誘起される誘導渦電流の角周波数をωとすると、
δ＝√（２／μσω）
で表される。導電層内に誘起される誘導渦電流は、導電層の表面近傍にのみ発生する。
【００４３】
第４番目として、図２に示すように、加熱ローラ５１内部に磁性部材６５を配置し、磁束密度がバックアップローラ５２よりも大きくなるようにする方法がある。バックアップローラ５２内にも磁性部材６６を配置することができるが、このとき加熱ローラ５１の磁性部材６５の透磁率をバックアップローラ５２の磁性部材６６の透磁率よりも大きくする。このような磁性部材の材質として、加熱ローラ５１の方にはパーマロイ、センダスト、またはミューメ夕ルなどを用い、バックアップローラ５２の方には純鉄または珪素鋼などを用いることができる。
【００４４】
一方、磁界発生部材５５を図４のような磁気回路を構成するものとする場合、磁気回路には以下の関係が成立している。
【００４５】
▲１▼長さＬ、断面積Ｓおよび総巻数Ｎの単純な磁気回路に電流Ｉを流した時
磁界の強さＨ＝ＮＩ／Ｌ磁束密度Ｂ＝μＮＩ／Ｌ
であり、磁束Φは、
Φ＝ＢＳ＝μＳＮＩ／Ｌ＝ＮＩ／｛（１／μ）（Ｌ／Ｓ）｝
と表される。また、磁束Φ、起磁力Ｖｍ、磁気抵抗Ｒｍとの間には、電流に対するオームの法則と同様に下記の関係式が成り立つ。
→ Φ＝Ｖｍ／Ｒｍ
Ｖｍ＝ＮＩ … 起磁力
Ｒｍ＝（１／μ）（Ｌ／Ｓ） … 磁気抵抗
▲２▼磁気抵抗の合成
直列合成磁気抵抗Ｒ＝ΣＲｍｉ
並列合成磁気抵抗（１／Ｒ）＝Σ（１／Ｒｍｉ）
▲３▼キルヒホッフの法則
磁気回路の結合点で流入する磁束の代数和は０
Φ＝ΣΦｉ
▲４▼任意の閉磁路で各部の磁気抵抗と磁束との積の和は起磁力の総和に等しい
ΣＶｍｉ＝ΣＲｍｊΦｊ
【００４６】
従って、この場合に加熱ローラ５１をバックアップローラ５２よりも高い温度に加熱するには、上記第２番目および第３番目の方法に加え、第５番目として、加熱ローラ５１内の軸方向の磁束をバックアップローラ５２内の軸方向の磁束よりも多くする方法が挙げられる。例えば、加熱ローラ５１のコア部材をバックアップローラ５２のコア部材よりも透磁率の大きいものとすればよい。このようなコア部材の材質として、加熱ローラ５１の方にはパーマロイ、センダスト・ミューメタルなどを用い、バックアップローラ５２の方には純鉄・珪素鋼などを用いることができる。
【００４７】
また、図４の切断面線Ｂ−Ｂ’から見た図である図６に示すように、両ローラのコア部材の材料には同じものを用い、加熱ローラ５１のコア部材をバックアップローラ５２のコア部材よりも断面積の大きい（Ｓ１＞Ｓ３）ものとしてもよい。
【００４８】
次に、エンドレスベルト５４について説明する。エンドレスベルト５４は、加熱ローラ５１とバックアップローラ５２とに懸架されており、図１に示すように、厚さ４０μｍ程度の電鋳による金属の無端状ベルトからなる第３導電層６７の外周面に、厚さ５０μｍ程度の離型層６８を被覆形成したものである。第３導電層６７に使用される材料としては、前述した第１導電層６２、第２導電層６４と同じもの、またはステンレスなどを用いることができる。離型層６８の材料には、シリコーンゴムやフッ素ゴム、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとぺルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）、またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂を用いることができる。エンドレスベルト５４は加熱ローラ５１およびバックアップローラ５２と接触することによる熱伝導により加熱されると共に、第３導電層６７を有していることにより、磁界発生部材５５からの磁束によってもある程度誘導加熱される。
【００４９】
前述したように、加熱ローラ５１およびバックアップローラ５２も磁界発生部材５５により誘導加熱されており、よって、複数の被加熱材Ｍを連続して処理する場合や厚い被加熱材Ｍを処理する際の定着ニップ部Ｙでの温度低下の防止をより一層図ることができる。
【００５０】
加圧ローラ５３は、直径１５ｍｍのアルミニウム製の芯材に厚さ７．５ｍｍのシリコーンゴムからなる弾性体層を設けた構成である。この加圧ローラ５３は、図１に示すように、搬送されてきた記録媒体としての被加熱材Ｍを定着ニップ部Ｙで、加熱ローラ５１に接触しているエンドレスベルト５４に押圧してエンドレスベルト５４の熱を被加熱材Ｍに伝える。
【００５１】
次に上記のように構成された本実施形態の誘導加熱装置が定着装置として適用された場合の定着動作について説明する。まず、ウォームアップ時において、コイルに接続された電源装置（図示せず）がＯＮとなり、コイルが励磁され、加熱ローラ５１・バックアップローラ５２およびエンドレスベルト５４の各導電層６２・６４・６７に交流渦電流が誘起され、ジュール熱により発熱する。この時の発熱量は約８００Ｗである。また電源装置による通電が開始すると同時に、加熱ローラ５１が回転駆動することにより、エンドレスベルト５４およびバックアップローラ５２、加圧ローラ５３が従動回転する。加熱ローラ５１の表面温度は温度検知素子５６によって常時検知され、加熱ローラ５１の表面温度が所定の温度（本実施形態では１７０℃）に達するとウォームアップが完了し、電源装置によるコイルへの通電がＯＮ−ＯＦＦ制御に切り替わり、加熱ローラ５１の表面温度が所定の温度に維持される。次に末定着トナー像が転写された被加熱材Ｍ（記録媒体）が定着ニップ部Ｙに搬送され、加熱ローラ５１の熱および加圧ローラ５３の圧力によりトナー像は溶融定着され、被加熱材Ｍ上に固定され堅牢な画像となる。
【００５２】
また、図１および図２の構成に加えて、図７に示すように、エンドレスベルト５４に接してテンションを付与するとともにエンドレスベルト５４上の残留トナーをクリーニングするテンションローラ７０（第３加熱ローラ）を設けることもできる。テンションローラ７０は、たとえば図７（ａ）に示すように、非導電性耐熱支持部材７１上に第４導電層７２を設け、その上に多孔質層７３を形成したものである。第４導電層７２には、前述した第１導電層６２・第２導電層６４と同じ材料を用いることができる。多孔質層７３は、フェルトなどで形成される。テンションローラ７０は、磁界発生部材５５からの磁束が所定量以上届く範囲に配置され、テンションローラ７０の第４導電層７２がエンドレスベルト５４より高い温度となるように磁界発生部材５５で誘導加熱される。また、テンションローラ７０の非導電性耐熱支持部材７１内に第２の磁界発生部材を設けてもよい。
【００５３】
さらに、図７（ｂ）に示すように、テンションローラ７４にクリーニングベルト７５を接触させて設ける構成も可能である。エンドレスベルト５４からあまり熱を奪わないようにするため、クリーニングベルト７５は網目状のものや多孔質層のものが好ましい。
【００５４】
以上のようなテンションローラ７０・７４は、エンドレスベルト５４に従動させて回転させてもよく、別途駆動手段を設けてもよい。また、このように構成することで得られるクリーニング性能を生かして、ベルト状の誘導加熱装置だけでなく、ローラ状の誘導加熱装置に対してもクリーナーとして使用しても有効である。
【００５５】
なお、本実施形態の定着装置は、上述したように加熱ローラ５１の第１導電層６２およびバックアップローラ５２の第２導電層６４が、エンドレスベルト５４の第３導電層６７に接触する構成であるため、これらの導電層が前述の材料で形成されたときに互いに滑りやすくなるような場合には、以下のようにすればよい。たとえば、図８に示すように、加熱ローラ５１、バックアップローラ５２およびエンドレスベルト５４の幅は、通常記録媒体の幅よりも大きくなるように設定されているので、これらローラ５１・５２およびエンドレスベルト５４において画像形成に用いられる有効画像形成領域の外側の表面（導電層）に互いの摩擦係数が大きくなるような表面処理を施す。この表面処理は、上記ローラ５１・５２およびエンドレスベルト５４の表面粗さを大きくする方法でもよいし、シリコーンゴムを薄くスプレー塗布する方法でもよい。これらの処理は、上記第１〜第３導電層の内、少なくとも１つ以上に施されていればよい。
【００５６】
以上に述べた誘導加熱装置４０は、定着装置に限らず、湿式電子写真機器における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置等の加熱装置としても用いることができる。
【００５７】
最後に、本実施形態の定着装置を用いたカラー画像形成装置の構成とその動作説明を行う。
【００５８】
図９は、本発明が適用されるカラー画像形成装置の構成を示す図である。この画像形成装置は、４色の可視像形成ユニット１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂを記録媒体搬送路に沿って配列した所謂タンデム式のプリンタである。具体的には、供給トレイ２０と定着装置４０とを繋ぐ記録紙Ｐ（被加熱材）の搬送路に沿って４組の可視像形成ユニット１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂを配設し、無端状の搬送ベルト３３の記録紙搬送手段３０によって搬送される記録紙Ｐに各色トナーを多重転写した後、定着装置４０によってこれを定着してフルカラー画像を形成するものである。上記記録紙搬送手段３０は、一対の駆動ローラ３１およびアイドリングローラ３２によって架張され、所定の周速度（本実施形態では１３４ｍｍ／ｓ）に制御されて回動する無端状の搬送ベルト３３を有し、この搬送ベルト３３上に記録紙Ｐを静電吸着させて搬送する。各可視像形成ユニット１０は、感光体ドラム１１の周囲に帯電ローラ１２、レーザ光照射手段１３、現像器１４、転写ローラ１５およびクリーナー１６を備えており、各ユニット１０の現像器１４には、イエロ（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｂ）の各トナーが収容されている。
【００５９】
各可視像形成ユニット１０は、以下の工程によりトナー画像を記録紙Ｐ上に形成する。すなわち、感光体ドラム１１表面を帯電ローラ１２で一様に帯電した後、レーザ光照射手段１３により感光体ドラム１１表面を画像情報に応じてレーザ露光し静電潜像を形成する。その後、現像器１４により感光体ドラム１１上の静電潜像に対しトナー像を現像し、この顕像化されたトナー画像をトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された転写ローラ１５により記録紙搬送手段３０によって搬送される記録紙Ｐに順次転写するようになっている。その後、記録紙Ｐは駆動ローラ３１の曲率により搬送ベルト３３から剥離された後、定着装置４０に搬送される。定着装置４０では、前述したように所定の温度に保たれたエンドレスベルト５４および加圧ローラ５３によって適度な温度と圧力が与えられて、トナーは溶解し記録紙Ｐに固定され堅牢な画像となる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第１加熱ローラに第１導電層を設け、第２加熱ローラに第２導電層を設けることによって、エンドレスベルトの温度を安定させることができ、被加熱材を安定して加熱できる。
【００６２】
また、第１加熱ローラの方が第２加熱ローラよりも温度が高くなるように加熱することにより、エンドレスベルトの温度を概ね第１加熱ローラからの熱伝導で決定し、第２加熱ローラからはエンドレスベルトの温度低下を防止する程度の熱伝導を生じさせることができる。これにより、効率よく被加熱材の加熱を行うことができる。
【００６３】
また、エンドレスベルトにテンションを付与したり、誘導加熱装置を画像形成装置のトナー定着装置として用いた場合にはエンドレスベルト上に残留しているトナーやインクのクリーニングを行うことが可能となる。
【００６４】
また、エンドレスベルトより第３加熱ローラの温度を高くすることにより、トナーやインクの除去をエンドレスベルトの温度低下を招くことなく効率よく行うことができる。
【００６５】
また、第１加熱ローラ、第２加熱ローラとエンドレスベルトとの摩擦係数を大きくし、安定して駆動することができ、表面処理を施す領域を被加熱材がエンドレスベルトに接触する領域に相当する範囲外としているので、被加熱材を圧接して加熱処理を行う際に圧力が不均一になる等の悪影響を及ぼすことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である誘導加熱装置の構成を示す図である。
【図２】図１の誘導加熱装置に磁性部材を備えた構成を示す図である。
【図３】磁界発生部材の構成を例示する図である。
【図４】磁界発生部材の別の構成を例示する図である。
【図５】コア部材の構成を例示する図である。
【図６】図４の磁界発生部材を切断面線Ｂ−Ｂ’から見た図である。
【図７】本発明の誘導加熱装置にテンションローラを備えた構成を示す図である。
【図８】本発明の誘電加熱装置において、加熱ローラ・バックアップローラ・エンドレスベルトの導電層に表面処理を施す領域を説明する図である。
【図９】本発明が適用されるカラー画像形成装置の構成を示す図である。
【図１０】従来の誘導加熱装置を示す図である。
【図１１】従来の誘導加熱装置の別の構成を示す図である。
【符号の説明】
４０誘導加熱装置
５１加熱ローラ（第１加熱ローラ）
５２バックアップローラ（第２加熱ローラ）
５３加圧ローラ
５４エンドレスベルト
５５磁界発生部材（磁界発生手段）
５６温度検知素子
５７ボビン部材
５８コア部材
５９コイル
６１・６３・７１非導電性耐熱支持部材
６２第１導電層
６４第２導電層
６５、６６磁性部材
６７第３導電層
６８離型層
７０、７４テンションローラ（第３加熱ローラ）
７２第４導電層
７３多孔質層
７５クリーニングベルト
Ｍ被加熱材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an induction heating device used as a heating device such as a fixing device in a dry electrophotographic device, a drying device in a wet electrophotographic device, a drying device in an ink jet printer, and a rewritable media erasing device.
[0002]
[Prior art]
A configuration in which induction heating is applied to a fixing device of an electrophotographic copying machine or a printer is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-137306.
[0003]
As shown in FIG. 10, the fixing device is configured to send recording paper to a nip portion between a fixing belt 5 suspended by a driving roller 1 and a tension roller 3a and a pressure roller 6 to perform fixing. By providing an electromagnetic induction coil 5a for generating an induced eddy current in the belt 5 inside the fixing belt 5, it functions as an induction heating device. In this example, the direction and the position of the electromagnetic induction coil 5a are determined so as to raise the temperature of a region of the fixing belt 5 between the drive roller 1 and the tension roller 3a and close to the recording paper conveyance path.
[0004]
Further, in the publication, as shown in FIG. 11, an electromagnetic induction coil 5d is provided inside the tension roller 3b, and the thermal conductivity of the tension roller 3b is set to 200 W / m / K or more and the relative magnetic permeability is set to 10 or less. Is also disclosed. In this case, the temperature of the fixing belt 5 is increased while traveling along the peripheral surface of the tension roller 3b.
[0005]
According to the above-described two examples of the induction heating device, the recording paper on which the toner image has been transferred is preheated in a non-contact manner by the auxiliary heating from the heated fixing belt 5 before reaching the nip portion. When the fixing is performed by the fixing belt 5 and the pressure roller 6 at the nip portion, the set temperature can be lowered. Therefore, the fixing speed can be increased without increasing the fixing temperature. In the former case, the electromagnetic induction coil 5a is provided inside the fixing belt, and in the latter case, the electromagnetic induction coil 5a is provided inside the tension roller. Is possible. In the latter case, the thermal conductivity is set higher, so that the temperature distribution in the axial direction, that is, in the width direction of the fixing belt 5 can be made uniform.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional induction heating device has the following problems.
[0007]
1) Since only a part of the fixing belt is heated, when a plurality of recording media are continuously processed, the temperature of the fixing belt decreases and the fixing property deteriorates. This occurs because an electromagnetic induction coil for heating the fixing belt is provided in a portion other than the nip portion. That is, when a plurality of recording media are continuously processed or when a thick recording medium is processed, the amount of heat required for fixing cannot be maintained only by the amount of heat of the fixing belt.
[0008]
2) When the tension roller is made of a material having good thermal conductivity, the temperature distribution in the axial direction can be made uniform, but the heat capacity increases. That is, since heat is conducted from the fixing belt to the tension roller, much time is required to set the fixing belt to a predetermined temperature.
[0009]
3) Since the fixing belt having a small heat capacity is mainly heated, the fixing belt is easily affected by the magnetic flux density, and the fixing belt tends to be uneven in temperature. When the temperature unevenness occurs, the length of the fixing belt in the circumferential direction changes, which causes the fixing belt to be shifted, meandering, or waving. Also, the gap between the fixing belt and the electromagnetic induction coil is apt to fluctuate, and if fluctuated, temperature fluctuations occur in the fixing belt.
[0010]
4) In FIG. 10, the heating efficiency is low because the magnetic flux emitted from only one side of the core of the coil is used for heating.
[0011]
5) In FIG. 11, since the heat of the tension roller is easily transmitted to the coil, and the temperature of the coil increases, the heating efficiency decreases. In addition, it is necessary to use a coil having a high heat-resistant grade as a wire material, which leads to an increase in cost.
[0012]
An object of the present invention is to provide an induction heating apparatus which suppresses temperature fluctuation, warms up quickly, is excellent in thermal efficiency, is low in cost, and is safe and reliable.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a first heating roller having a first conductive layer in which current is induced in a fluctuating magnetic field,
A second heating roller having a second conductive layer in which current is induced in a fluctuating magnetic field;
A third conductive layer in which a current is induced in a fluctuating magnetic field, the third conductive layer being in contact with and suspended from the first conductive layer of the first heating roller and the second conductive layer of the second heating roller; Endless belt,
Magnetic field generating means arranged inside the endless belt to generate a fluctuating magnetic field to link the first heating roller, the second heating roller, and the endless belt with each other;
A pressure roller for pressing the material to be heated between the endless belt and the endless belt and conveying the material to be heated between the belt and the endless belt; At least one selected,
(1) Depending on the position where the magnetic field generating means is arranged,
(2) by disposing a magnetic member inside the first heating roller; and
(3) By changing at least one of the volume resistivity, the layer thickness and the relative magnetic permeability between the first conductive layer and the second conductive layer,
An induction heating apparatus characterized in that the first heating roller is configured to have a higher temperature than the second heating roller.
[0014]
According to the present invention, the first heating roller and the second heating roller are induction-heated by the magnetic field generating means. Endless belts are suspended from the first heating roller and the second heating roller, and heat is transmitted from the induction-heated heating rollers to the endless belt wound therearound through the third conductive layer on the inner peripheral surface. At the same time, the third conductive layer on the inner peripheral surface is induction heated by the magnetic field generating means. The first heating roller and the second heating roller generally have a larger heat capacity than the endless belt, and by pre-heating them, it is possible to suppress the transfer of heat from the endless belt to the heating roller. Temperature stabilizes.
[0015]
Further, the conveyed material to be heated is pressed by the endless belt and the pressure roller whose temperature is stabilized in this way, and the heat of the endless belt is transmitted to the material to be heated. In this process, the temperature of the endless belt temporarily decreases, but receives heat from both heating rollers again and returns to a predetermined temperature. As described above, the first heating roller and the second heating roller having a large heat capacity are mainly heated, and the heat is transmitted to the endless belt also from the first heating roller and the second heating roller. However, the material to be heated can be heated while keeping the temperature of the heating roller constant, that is, by improving the temperature stability of the endless belt. Further, since the entire magnetic flux of the magnetic field generating means is used as effectively as possible, the time until the temperature of the endless belt is stabilized is reduced.
[0019]
By heating at least one of the following configurations (1) to (3) so that the first heating roller has a higher temperature than the second heating roller, the temperature of the endless belt is substantially reduced. It is determined by the heat conduction from the first heating roller, and heat conduction can be generated from the second heating roller to such an extent that the temperature of the endless belt is prevented from lowering. Thereby, the material to be heated can be efficiently heated.
[0020]
(1) The temperature of the first heating roller can be easily set higher than that of the second heating roller depending on the position where the magnetic field generating means is arranged.
[0021]
(2) Since the magnetic flux is concentrated on the first heating roller by providing the magnetic member inside the first heating roller, it is possible to easily set the temperature of the first heating roller higher than that of the second heating roller. it can.
[0023]
(3) By changing at least one of the volume resistivity, the layer thickness, and the relative magnetic permeability between the first conductive layer and the second conductive layer, the first heating roller is more than the second heating roller. Temperature can be set higher.
[0024]
The present invention also provides a first heating roller having a first conductive layer in which a current is induced in a fluctuating magnetic field,
A second heating roller having a second conductive layer in which current is induced in a fluctuating magnetic field;
A third conductive layer in which a current is induced in a fluctuating magnetic field, the third conductive layer being in contact with and suspended from the first conductive layer of the first heating roller and the second conductive layer of the second heating roller; Endless belt,
Magnetic field generating means arranged inside the endless belt to generate a fluctuating magnetic field to link the first heating roller, the second heating roller, and the endless belt with each other;
A pressure roller provided for pressing the endless belt on the first heating roller and for conveying the material to be heated sandwiched between the belt and the endless belt;
The magnetic field generating means includes a magnetic circuit for linking a magnetic flux to each of the first heating roller and the second heating roller, and a coil wound so as to generate a magnetic flux in the magnetic circuit. Is different between the first heating roller and the second heating roller, so that the temperature of the first heating roller is higher than that of the second heating roller. .
[0025]
According to the present invention, the temperature of the first heating roller can be easily set higher than that of the second heating roller by changing the magnetic resistance of the first heating roller and the second heating roller.
[0026]
The present invention is further characterized in that it further comprises a third heating roller having a fourth conductive layer in which a current is induced in the fluctuating magnetic field, and provided in contact with an endless belt.
[0027]
According to the present invention, by employing the above-described configuration, when the tension is applied to the endless belt or when the induction heating device is used as a toner fixing device of the image forming apparatus, the toner or ink remaining on the endless belt is Cleaning can be performed.
[0028]
Further, the present invention is characterized in that the third heating roller is induction-heated by the magnetic field of the magnetic field generating means, and the temperature thereof is set to be higher than that of the endless belt.
[0029]
According to the present invention, by setting the temperature of the third heating roller higher than that of the endless belt, it is possible to efficiently remove toner and ink without lowering the temperature of the endless belt.
[0030]
In the present invention, a surface treatment for imparting a predetermined coefficient of friction between the first conductive layer of the first heating roller, the second conductive layer of the second heating roller, and the third conductive layer of the endless belt is performed. The area to be subjected to the surface treatment is outside the range corresponding to the area where the material to be heated contacts the endless belt.
[0031]
According to the present invention, the first heating roller, the second heating roller, the endless belt, and the like are subjected to a surface treatment to reduce the surface roughness of the conductive layers of the first heating roller, the second heating roller, and the endless belt. Can be increased, and the driving can be stably performed. In addition, since the area to be subjected to the surface treatment is outside the range corresponding to the area where the material to be heated comes into contact with the endless belt, adverse effects such as non-uniform pressure when the material to be heated is pressed and heated are performed. Has no effect.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an induction heating device 40 according to one embodiment of the present invention. The induction heating device 40 is applied, for example, as a fixing device used in an electrophotographic image forming apparatus, and includes a heating roller 51 as a first heating roller having a nonconductive heat-resistant support member as a base, and a second heating roller. A backup roller 52 as a roller, a pressure roller 53, an endless belt 54, a magnetic field generating member (magnetic field generating means) 55, and a temperature detecting element 56 are provided. The endless belt 54 is suspended around a heating roller 51 and a backup roller 52 having a larger heat capacity than this, and a predetermined tension is applied by the heating roller 51. Instead of applying a tension to the heating roller 51, a tension roller for applying a tension may be used. The heating roller 51 is in contact with a temperature detecting element 56 made of a thermistor or the like, and detects the surface temperature of the heating roller 51. Further, the pressing roller 53 is pressed against the heating roller 51 by an elastic member such as a spring (not shown) via an endless belt 54 with a load of 100 N, for example, so that the fixing nip portion Y (the fixing nip width is 4.5 mm). ) Is formed.
[0033]
Further, the heating roller 51 is configured to rotate by a driving unit (not shown), and the endless belt 54 rotates according to the rotation of the heating roller 51, and further, the pressing roller 53 and the pressure roller 53 follow the rotation of the endless belt 54. The configuration is such that the backup roller 52 rotates.
[0034]
In the induction heating device 40 having the above configuration, the magnetic field generating member 55 first heats both the heating roller 51 and the backup roller 52 having a large heat capacity by the generated high-frequency magnetic field, and transfers the heat to the endless belt 54 having a small heat capacity. In this way, the temperature of the endless belt 54 is stabilized.
[0035]
The magnetic field generating member 55 is inserted inside the endless belt 54, and includes a bobbin member 57 made of a heat-resistant resin such as PPS (polyphenyl sulfide) and PI (polyimide), and a coil 59 wound around the bobbin member (FIG. 3), the heating roller 51, the backup roller 52, and the endless belt 54 are heated. In the embodiment using a tension roller described later, the tension roller is also heated.
[0036]
The magnetic field generated by the magnetic field generating member 55 may be either a direction perpendicular to the axis of the heating roller 51 and the backup roller 52 or a direction parallel to the axis of the rollers 51 and 52. When the magnetic field is set in a direction perpendicular to the axes of the rollers 51 and 52, for example, as shown in FIG. 1, the center axis of the coil through which the high-frequency current flows is set in a direction perpendicular to the axes of the rollers 51 and 52. The coil may be arranged at the position. At this time, a core member may be provided in the coil.
[0037]
3 and 4 are diagrams illustrating the configuration of the magnetic field generating member 55. FIG. 3A shows a configuration in which a plurality of coils 59 having a core member 58 are arranged in a line in the width direction of both rollers 51 and 52 when viewed from a direction perpendicular to the axis of both rollers 51 and 52 (the magnetic field shown in FIG. 1). FIG. 10 is a cross-sectional view of the generation member 55 taken along the line AA ′. FIG. 3B shows a configuration in which a plurality of coils 59 of FIG. 3A are arranged in a staggered manner in order to improve the uniformity of the magnetic field in the width direction of both rollers 51 and 52. When the magnetic field is set in the axial direction of the rollers 51 and 52, as shown in FIG. 4, a closed loop of a magnetic circuit is formed between the coil 59 for supplying a high-frequency current and the heating roller 51 and the backup roller 52. What is necessary is just to provide the core member 58. The core member 58 is made of a combination of two parts 58a and 58b, for example, as shown in FIGS. 5A and 5B. FIG. 5C is a perspective view of FIG. 5B. The core member 58 may be made of a material having a high magnetic permeability such as ferrite, a ferrite sintered alloy, or silicon steel, and may be formed in a laminated shape as shown in FIG.
[0038]
Returning to FIG. 1, for example, the heating roller 51 has a cylindrical shape with an outer diameter of 30 mm and an inner diameter of 29 mm, and a non-conductive heat-resistant support member 61 such as glass, ceramics, or polyimide as a base, and nickel or the like thereon. A first conductive layer 62 is formed. The heating roller 51 may be composed of, for example, only the first conductive layer 62 composed of at least one layer. In this case, as the first conductive layer 62, pure iron which is a conductive magnetic material, STKM material, SUS304, SUS430, or the like is used. The backup roller 52 has the same configuration as that of the heating roller 51, and has a non-conductive heat-resistant support member 63 as a base and a second conductive layer 64 formed thereon.
[0039]
One of the following measures is taken so that the heating roller 51 is heated to a higher temperature than the backup roller 52 by the magnetic field generating member 55.
[0040]
First, when the magnetic field generating member 55 is configured as shown in FIG. 3, as shown in FIG. 1, the magnetic field generating member 55 is located closer to the heating roller 51 than the intermediate position between the heating roller 51 and the backup roller 52. There is a method in which the magnetic flux penetrates the heating roller 51 more so as to be close to each other.
[0041]
Second, the first conductive layer of the heating roller 51 includes the case where the magnetic field generating member 55 is arranged at the center position of the rollers 51 and 52 and the case where the magnetic field generating member 55 is arranged closer to the heating roller 51 side than the intermediate position. There is a method of setting the volume resistivity of 62 to be larger than the volume resistivity of the second conductive layer 64 of the backup roller 52. As a material whose volume resistivity has the above-mentioned magnitude relationship, a nickel-chromium material or ferrite is used for the first conductive layer 62, and a metal such as aluminum, copper, nickel, or chromium, or Si- An alloy system such as an Fe alloy (silicon steel), an Al—Fe alloy, a Ni—Fe alloy, or a Co—Fe alloy can be used. Alternatively, both first conductive layer 62 and second conductive layer 64 may be formed of silicon steel, and the content of silicon may be greater in first conductive layer 62 than in second conductive layer 64.
[0042]
Third, there is a method in which the first conductive layer 62 and the second conductive layer 64 are formed of the same material, and the thickness of the first conductive layer 62 is set to be larger than the thickness of the second conductive layer 64. At this time, the layer thickness of the first conductive layer 62 is substantially the same as the skin depth δ, and the layer thickness of the second conductive layer 64 is smaller than the skin depth δ. The depth δ of the skin is defined as μ of the magnetic permeability of the conductive layer, σ of the electric conductivity, and ω of the angular frequency of the induced eddy current induced in the conductive layer.
δ = √ (2 / μσω)
It is represented by The induced eddy current induced in the conductive layer occurs only near the surface of the conductive layer.
[0043]
Fourth, as shown in FIG. 2, there is a method in which a magnetic member 65 is disposed inside the heating roller 51 so that the magnetic flux density is higher than that of the backup roller 52. The magnetic member 66 can also be arranged in the backup roller 52. At this time, the magnetic permeability of the magnetic member 65 of the heating roller 51 is made larger than the magnetic permeability of the magnetic member 66 of the backup roller 52. As a material of such a magnetic member, permalloy, sendust, mummle, or the like can be used for the heating roller 51, and pure iron or silicon steel can be used for the backup roller 52.
[0044]
On the other hand, when the magnetic field generating member 55 forms a magnetic circuit as shown in FIG. 4, the following relationship is established with the magnetic circuit.
[0045]
{Circle around (1)} When a current I is applied to a simple magnetic circuit having a length L, a cross-sectional area S and a total number of turns N
Magnetic field strength H = NI / L Magnetic flux density B = μNI / L
And the magnetic flux Φ is
Φ = BS = μSNI / L = NI / {(1 / μ) (L / S)}
It is expressed as The following relational expression holds between the magnetic flux Φ, the magnetomotive force Vm, and the magnetic resistance Rm, as in Ohm's law for the current.
→ Φ = Vm / Rm
Vm = NI ... magnetomotive force
Rm = (1 / μ) (L / S)… Magnetoresistance
(2) Synthesis of magnetic resistance
Series combined magnetic resistance R = ΣRmi
Parallel combined magnetic resistance (1 / R) = Σ (1 / Rmi)
(3) Kirchhoff's law
The algebraic sum of the magnetic flux flowing in at the connection point of the magnetic circuit is 0
Φ = ΣΦi
(4) The sum of the product of the magnetic resistance and magnetic flux of each part in any closed magnetic circuit is equal to the sum of the magnetomotive forces
ΣVmi = ΣRmjΦj
[0046]
Therefore, in this case, in order to heat the heating roller 51 to a temperature higher than that of the backup roller 52, in addition to the second and third methods described above, fifthly, the axial magnetic flux in the heating roller 51 is reduced. There is a method of increasing the magnetic flux in the backup roller 52 in the axial direction. For example, the core member of the heating roller 51 may have a higher magnetic permeability than the core member of the backup roller 52. As a material of such a core member, permalloy, sendust / mu metal, or the like can be used for the heating roller 51, and pure iron, silicon steel, or the like can be used for the backup roller 52.
[0047]
Also, as shown in FIG. 6, which is a view as seen from the section line BB ′ in FIG. 4, the same material is used for the core members of both rollers, and the core member of the heating roller 51 is The cross section may be larger than the core member (S1> S3).
[0048]
Next, the endless belt 54 will be described. The endless belt 54 is suspended between the heating roller 51 and the backup roller 52 and, as shown in FIG. 1, is provided on an outer peripheral surface of a third conductive layer 67 made of an electroformed metal endless belt having a thickness of about 40 μm. And a release layer 68 having a thickness of about 50 μm. As the material used for the third conductive layer 67, the same material as the first conductive layer 62 and the second conductive layer 64 described above, stainless steel, or the like can be used. As a material of the release layer 68, a fluorocarbon resin such as silicone rubber, fluororubber, PFA (copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoroalkylvinylether), or PTFE (polytetrafluoroethylene) can be used. . The endless belt 54 is heated by heat conduction due to contact with the heating roller 51 and the backup roller 52, and is also heated to some extent by magnetic flux from the magnetic field generating member 55 by having the third conductive layer 67. You.
[0049]
As described above, the heating roller 51 and the backup roller 52 are also induction-heated by the magnetic field generating member 55, and therefore, when processing a plurality of materials to be heated M continuously or when processing a thick material to be heated M. It is possible to further prevent the temperature from decreasing at the fixing nip portion Y.
[0050]
The pressure roller 53 has a configuration in which an elastic layer made of silicone rubber having a thickness of 7.5 mm is provided on a core member made of aluminum having a diameter of 15 mm. As shown in FIG. 1, the pressure roller 53 presses the conveyed recording medium M as a recording medium to an endless belt 54 that is in contact with the heating roller 51 at a fixing nip Y. The heat of 54 is transmitted to the material to be heated M.
[0051]
Next, a fixing operation in a case where the induction heating device of the present embodiment configured as described above is applied as a fixing device will be described. First, at the time of warm-up, a power supply device (not shown) connected to the coil is turned on, the coil is excited, and the heating roller 51, the backup roller 52, and the conductive layers 62, 64, and 67 of the endless belt 54 are connected to each other. An eddy current is induced, and heat is generated by Joule heat. The calorific value at this time is about 800 W. The heating roller 51 is driven to rotate simultaneously with the start of energization by the power supply device, so that the endless belt 54, the backup roller 52, and the pressure roller 53 are driven to rotate. The surface temperature of the heating roller 51 is constantly detected by the temperature detecting element 56, and when the surface temperature of the heating roller 51 reaches a predetermined temperature (170 ° C. in the present embodiment), the warm-up is completed, and power is supplied to the coil by the power supply device. Is switched to ON-OFF control, and the surface temperature of the heating roller 51 is maintained at a predetermined temperature. Next, the heated material M (recording medium) to which the final fixed toner image has been transferred is conveyed to the fixing nip Y, and the toner image is fused and fixed by the heat of the heating roller 51 and the pressure of the pressure roller 53. The image is fixed on M and becomes a robust image.
[0052]
Further, in addition to the configuration shown in FIGS. 1 and 2, as shown in FIG. 7, a tension roller 70 (third heating roller) for applying tension in contact with the endless belt 54 and cleaning residual toner on the endless belt 54 is provided. Can also be provided. The tension roller 70 has a structure in which a fourth conductive layer 72 is provided on a non-conductive heat-resistant support member 71 and a porous layer 73 is formed thereon, as shown in FIG. 7A, for example. For the fourth conductive layer 72, the same material as the first conductive layer 62 and the second conductive layer 64 described above can be used. The porous layer 73 is formed of felt or the like. The tension roller 70 is disposed in a range where the magnetic flux from the magnetic field generating member 55 reaches a predetermined amount or more, and is induction-heated by the magnetic field generating member 55 so that the fourth conductive layer 72 of the tension roller 70 has a higher temperature than the endless belt 54. You. Further, a second magnetic field generating member may be provided in the non-conductive heat-resistant supporting member 71 of the tension roller 70.
[0053]
Further, as shown in FIG. 7B, a configuration in which a cleaning belt 75 is provided in contact with the tension roller 74 is also possible. In order not to take too much heat from the endless belt 54, the cleaning belt 75 is preferably a mesh-like one or a porous one.
[0054]
The tension rollers 70 and 74 described above may be rotated by being driven by the endless belt 54, or a separate drive unit may be provided. In addition, taking advantage of the cleaning performance obtained by such a configuration, it is effective to use not only a belt-shaped induction heating device but also a roller-shaped induction heating device as a cleaner.
[0055]
The fixing device of the present embodiment has a configuration in which the first conductive layer 62 of the heating roller 51 and the second conductive layer 64 of the backup roller 52 are in contact with the third conductive layer 67 of the endless belt 54 as described above. Therefore, in a case where these conductive layers are easily slipped from each other when formed of the above-described material, the following may be performed. For example, as shown in FIG. 8, the widths of the heating roller 51, the backup roller 52, and the endless belt 54 are set to be larger than the width of the normal recording medium. In (2), the surface (conductive layer) outside the effective image forming area used for image formation is subjected to a surface treatment so that the mutual friction coefficient increases. This surface treatment may be a method of increasing the surface roughness of the rollers 51 and 52 and the endless belt 54, or a method of spray-coating a thin silicone rubber. These processes may be performed on at least one of the first to third conductive layers.
[0056]
The induction heating device 40 described above can be used not only as a fixing device but also as a heating device such as a drying device in a wet electrophotographic device, a drying device in an ink jet printer, and a rewritable media erasing device.
[0057]
Finally, the configuration and operation of the color image forming apparatus using the fixing device of the present embodiment will be described.
[0058]
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a color image forming apparatus to which the present invention is applied. This image forming apparatus is a so-called tandem type printer in which four color visible image forming units 10Y, 10M, 10C, and 10B are arranged along a recording medium conveyance path. More specifically, four sets of visible image forming units 10Y, 10M, 10C, and 10B are arranged along the conveyance path of the recording paper P (the material to be heated) that connects the supply tray 20 and the fixing device 40, and is endlessly provided. The toner of each color is multi-transferred onto the recording paper P conveyed by the recording paper conveying means 30 of the convey belt 33, and is fixed by a fixing device 40 to form a full-color image. The recording paper transport means 30 has an endless transport belt 33 that is stretched by a pair of drive rollers 31 and an idling roller 32 and that rotates while being controlled at a predetermined peripheral speed (134 mm / s in the present embodiment). Then, the recording paper P is electrostatically attracted onto the transport belt 33 and transported. Each visible image forming unit 10 includes a charging roller 12, a laser beam irradiating unit 13, a developing unit 14, a transfer roller 15 and a cleaner 16 around a photosensitive drum 11. , Yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (B) toners.
[0059]
Each visible image forming unit 10 forms a toner image on the recording paper P by the following steps. That is, after the surface of the photoconductor drum 11 is uniformly charged by the charging roller 12, the surface of the photoconductor drum 11 is laser-exposed by the laser beam irradiating means 13 in accordance with image information to form an electrostatic latent image. Thereafter, a toner image is developed with respect to the electrostatic latent image on the photosensitive drum 11 by the developing device 14, and the visualized toner image is recorded by the transfer roller 15 to which a bias voltage having a polarity opposite to that of the toner is applied. The image is sequentially transferred onto the recording paper P conveyed by the paper conveying means 30. After that, the recording paper P is separated from the transport belt 33 by the curvature of the drive roller 31, and then transported to the fixing device 40. In the fixing device 40, an appropriate temperature and pressure are given by the endless belt 54 and the pressure roller 53 maintained at a predetermined temperature as described above, and the toner is melted and fixed on the recording paper P to form a robust image. .
[0060]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the temperature of the endless belt can be stabilized by providing the first conductive layer on the first heating roller and providing the second conductive layer on the second heating roller. Can be stably heated.
[0062]
Further, by heating the first heating roller so that the temperature is higher than that of the second heating roller, the temperature of the endless belt is substantially determined by the heat conduction from the first heating roller. Heat conduction can be generated to such an extent that the temperature of the endless belt is prevented from lowering. Thereby, the material to be heated can be efficiently heated.
[0063]
Further, when tension is applied to the endless belt or when the induction heating device is used as a toner fixing device of an image forming apparatus, it becomes possible to clean toner and ink remaining on the endless belt.
[0064]
Further, by making the temperature of the third heating roller higher than that of the endless belt, it is possible to efficiently remove toner and ink without lowering the temperature of the endless belt.
[0065]
Further, the coefficient of friction between the first heating roller and the second heating roller and the endless belt can be increased and the endless belt can be driven stably, and the area where the surface treatment is performed corresponds to the area where the material to be heated contacts the endless belt. Since it is out of the range, there is no adverse effect such as non-uniform pressure when the material to be heated is pressed and heated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an induction heating device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration in which a magnetic member is provided in the induction heating device of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a magnetic field generating member.
FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration of the magnetic field generating member.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a core member.
FIG. 6 is a view of the magnetic field generating member of FIG. 4 as viewed from a section line BB ′.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration in which a tension roller is provided in the induction heating device of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an area where a surface treatment is performed on a conductive layer of a heating roller, a backup roller, and an endless belt in the dielectric heating apparatus of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a color image forming apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 10 is a diagram showing a conventional induction heating device.
FIG. 11 is a diagram showing another configuration of a conventional induction heating device.
[Explanation of symbols]
40 Induction heating device
51 Heating roller (first heating roller)
52 Backup roller (second heating roller)
53 Pressure roller
54 Endless belt
55 Magnetic field generating member (magnetic field generating means)
56 Temperature detection element
57 bobbin members
58 core members
59 coils
61 ・ 63 ・ 71 Non-conductive heat-resistant support member
62 first conductive layer
64 Second conductive layer
65, 66 Magnetic member
67 Third conductive layer
68 Release layer
70, 74 tension roller (third heating roller)
72 fourth conductive layer
73 porous layer
75 Cleaning belt
M Material to be heated

Claims

変動磁界中で電流が誘導される第１導電層を有する第１加熱ローラと、
変動磁界中で電流が誘導される第２導電層を有する第２加熱ローラと、
変動磁界中で電流が誘導される第３導電層を有し、この第３導電層と第１加熱ローラの第１導電層と第２加熱ローラの第２導電層とに接触して懸架されるエンドレスベルトと、
エンドレスべルトの内側に配置され、変動磁界を発生して第１加熱ローラと第２加熱ローラとエンドレスベルトとにそれぞれ鎖交させる磁界発生手段と、
第１加熱ローラ上のエンドレスべルトに押圧して設けられ、エンドレスベルトとの間に被加熱材を挟んで搬送するための加圧ローラとを備え、次の構成（１）〜（３）より選ばれた少なくとも１つ、
（１）磁界発生手段を配置する位置によって、
（２）第１加熱ローラの内部に磁性部材を配置することによって、および
（３）第１導電層と第２導電層とで、体積抵抗率、層厚および比透磁率のうち少なくともいずれか１つを変えて構成することによって、
第１加熱ローラの方が第２加熱ローラよりも温度が高くなるように構成されることを特徴とする誘導加熱装置。A first heating roller having a first conductive layer in which current is induced in a fluctuating magnetic field;
A second heating roller having a second conductive layer in which current is induced in a fluctuating magnetic field;
A third conductive layer in which a current is induced in a fluctuating magnetic field, the third conductive layer being in contact with and suspended from the first conductive layer of the first heating roller and the second conductive layer of the second heating roller; Endless belt,
Magnetic field generating means arranged inside the endless belt to generate a fluctuating magnetic field to link the first heating roller, the second heating roller, and the endless belt with each other;
A pressure roller for pressing the material to be heated between the endless belt and the endless belt and conveying the material to be heated between the belt and the endless belt; At least one selected,
(1) Depending on the position where the magnetic field generating means is arranged,
(2) By disposing a magnetic member inside the first heating roller, and (3) at least one of volume resistivity, layer thickness, and relative magnetic permeability between the first conductive layer and the second conductive layer. By changing the configuration,
An induction heating device, wherein the first heating roller is configured to have a higher temperature than the second heating roller.

変動磁界中で電流が誘導される第１導電層を有する第１加熱ローラと、
変動磁界中で電流が誘導される第２導電層を有する第２加熱ローラと、
変動磁界中で電流が誘導される第３導電層を有し、この第３導電層と第１加熱ローラの第１導電層と第２加熱ローラの第２導電層とに接触して懸架されるエンドレスベルトと、
エンドレスべルトの内側に配置され、変動磁界を発生して第１加熱ローラと第２加熱ローラとエンドレスベルトとにそれぞれ鎖交させる磁界発生手段と、
第１加熱ローラ上のエンドレスべルトに押圧して設けられ、エンドレスベルトとの間に被加熱材を挟んで搬送するための加圧ローラとを備え、
磁界発生手段は、第１加熱ローラおよび第２加熱ローラの各々に磁束を鎖交させる磁気回路と、この磁気回路に磁束を発生させるように巻かれたコイルとで構成され、磁気回路の磁気抵抗を、第１加熱ローラと第２加熱ローラとで異ならせることにより、第１加熱ローラの方が第２加熱ローラよりも温度が高くなるように構成されることを特徴とする誘導加熱装置。A first heating roller having a first conductive layer in which current is induced in a fluctuating magnetic field;
A second heating roller having a second conductive layer in which current is induced in a fluctuating magnetic field;
A third conductive layer in which a current is induced in a fluctuating magnetic field, the third conductive layer being in contact with and suspended from the first conductive layer of the first heating roller and the second conductive layer of the second heating roller; Endless belt,
Magnetic field generating means arranged inside the endless belt to generate a fluctuating magnetic field to link the first heating roller, the second heating roller, and the endless belt with each other;
A pressure roller provided for pressing the endless belt on the first heating roller and for conveying the material to be heated sandwiched between the belt and the endless belt;
The magnetic field generating means includes a magnetic circuit for linking a magnetic flux to each of the first heating roller and the second heating roller, and a coil wound so as to generate a magnetic flux in the magnetic circuit. Is different between the first heating roller and the second heating roller, so that the temperature of the first heating roller is higher than that of the second heating roller.

前記変動磁界中で電流が誘導される第４導電層を有し、エンドレスベルトに接触して設けられる第３加熱ローラをさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の誘導加熱装置。The induction heating device according to claim 1, further comprising a third heating roller having a fourth conductive layer through which a current is induced in the fluctuating magnetic field, and provided in contact with an endless belt.

前記第３加熱ローラが磁界発生手段の磁界によって誘導加熱され、その温度がエンドレスベルトよりも高くなるように設定されていることを特徴とする請求項３記載の誘導加熱装置。4. The induction heating device according to claim 3, wherein the third heating roller is induction-heated by a magnetic field of a magnetic field generating means, and the temperature thereof is set to be higher than that of the endless belt.

前記第１加熱ローラの第１導電層、第２加熱ローラの第２導電層およびエンドレスベルトの第３導電層の間に所定の摩擦係数を付与する表面処理が施されており、前記表面処理が施される領域は被加熱材がエンドレスベルトに接触する領域に相当する範囲外であることを特徴とする請求項１または２記載の誘導加熱装置。A surface treatment for giving a predetermined coefficient of friction is performed between the first conductive layer of the first heating roller, the second conductive layer of the second heating roller, and the third conductive layer of the endless belt, and the surface treatment is performed. 3. The induction heating apparatus according to claim 1, wherein the area to be applied is outside a range corresponding to an area where the material to be heated contacts the endless belt.