【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真応用製品である、複写機、レーザーピームプリンター等の定着装置に好適に用いることが可能な加熱装置および該加熱装置を具備した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、被加熱材としての記録材に形成した画像を該記録材に加熱定着する加熱装置には、所定の温度に維持された加熱ローラと、弾性体層を介して前記加熱ローラに圧接する加圧ローラとによって、記録材を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ方式が多用されている。また、この他にもフラッシュ加熱方式、オープン加熱方式、熱板加熱方式等種々の方式、構成のものが知られており、実用されている。
【０００３】
特に、最近では、上記ような方式に代わって、図３に示すように固定支持された加熱体（ヒータ）３３と、この加熱体３３に対向圧接しつつ搬送される耐熱性のフィルム（以下、フィルムと称する）３２と、このフィルム３２を介して被加熱体としての記録材Ｐを加熱体３３に密着させる加圧体（以下、加圧ローラと称する）３８を有し、加熱体３３の熱をフィルム３２を介して記録材Ｐへ付与することで、この記録材面に形成担持されている未定着画像を該記録材面に加熱定着させる方式、構成の画像加熱定着方式（フィルム加熱方式の加熱装置）が提案されている。加熱体３３は、３５のセラミック等の絶縁基板と、３４の発熱体と、３６の基盤保護ガラスとからなっている。
【０００４】
このようなフィルム加熱方式の加熱装置ないしは画像加熱定着装置においては、加熱体として低熱容量加熱体を用いることができる。このため、前記の接触加熱方式である熱ローラ方式、ベルト加熱方式等の装置に比べ省電力及びウェイトタイムの短縮化（クイックスタート）が可能になる。
【０００５】
図２は上記フィルム加熱方式の最大通紙幅がＡ３サイズである加熱装置の一例を示す概略構成図であり、この加熱装置は例えば、特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、同４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示された所謂テンションレスタイプの装置である。
【０００６】
このテンションレスタイプの装置は耐熱性のフィルム３２としてエンドレスベルト状もしくは円筒状のものを用い、このフィルム３２の周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とし、フィルム３２は加圧体３８の回転駆動力で従動回転する装置である。
【０００７】
エンドレスの耐熱性のフィルム３２は、加熱体３３（ヒータ）を含むフィルムガイド部材である支持部材３１に外嵌させてある。このエンドレスのフィルム３２の内周長と加熱体３３を含む支持部材３１の外周長はフィルム３２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、したがってフィルム３２は周長が余裕を持って外嵌している。
【０００８】
また、上記フィルム３２は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰ等の単層フィルム、或いはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＦＥＫ，ＰＥＳ，ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できるもので、ポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いている。
【０００９】
加圧ローラ３８は加熱体３３との間にフィルム３２を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎ１を形成し、かつフィルム３２を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段であり、このフィルム駆動ローラ兼加圧ローラ３８は芯金３８ａとシリコンゴム等よりなる弾性体層３８ｂと最外層の離形層３８ｃからなり、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもって、フィルム３２を挟ませて加熱体３３の表面に圧接させて配設してある。この加圧ローラ３８の回転駆動による該ローラとフィルム外面との摩擦力でフィルム３２に回転力が作用する。
【００１０】
検温素子３７は加熱体の温度を検知して非図示のＣＰＵに供給し、このＣＰＵは検温素子３７の検知温度に基づいて検知温度が一定となるように交流電源から加熱体３３に供給される電力を調整する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
定着器に求められる性能として、加熱体で発生した熱をいかに効率よく記録体に伝えるか、ということがある。実際、加熱体で発生した熱は記録体へ伝わる以外に支持部材へ伝わったり各部から外気へ放熱されたりしている。この定着以外に使われる熱が多くなると、定着の効率が下がるだけではなく、電源投入から定着が可能になるまでの立ち上り時間が長くなる原因にもなる。これらの問題の解決として従来は、加熱体とその支持部材である支持部材との間に熱伝導率の小さい部材の層を設けたり、支持部材に熱伝導率の低い材質を用いたりしてきた。
【００１２】
一方で、定着器には記録体の種類によって熱的条件の変化がある。例えば、Ａ４などの大きな紙が入る場合とはがきや封筒などの小さな紙が入る場合を考えると、用紙にかかわらず常に紙と接して熱を奪われる部分と小さな紙では熱が奪われない部分とができる。このときの温度差による熱歪みで加熱体が破壊されるという問題もある。この問題の解決には、加熱体と支持部材の間に金属などの熱伝導率のいい材質を挟んで温度分布を緩和するなどの対策が考えられている。
【００１３】
上記２つの問題と解決案は互いに逆の考えである。
【００１４】
本発明では発熱体の熱を無駄に支持部材に逃がすことなく記録体に伝達すること、かつ加熱体の温度分布を緩和する加熱装置を提供することを目的とする。
【００１５】
上記支持部材２１はポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ，ＰＰＳ、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等で構成できるもので、液晶ポリマーを用いている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の基本構成を図１に示す。
【００１７】
この図は定着装置をローラ軸方向に切った断面の形状を表わす。発熱体１３と支持部材１１の間に突起１６を複数設けて、この突起１６で両者が接する構成になっている。本発明を軸に垂直な断面から見た図２と、従来構造を同じく断面から見た図３を比較すると、図３の加熱体３３が支持部材３１と面で接しているのに対し、図１の加熱体１３は突起１６の先端のみで支えられており、接触面積が小さい構成であることが分かる。
【００１８】
本発明の構成では、加熱体１３で発生した熱はフィルム１２を通して記録体に伝わる分と突起１６を通して支持部材１１へ逃げる分に分かれる。このうち従来の突起がない構成（図３）だと加熱体３３から支持部材３１への熱流量は接触面積が大きい分多くの熱が流れるため、定着に利用される熱量は減ってしまう。一方突起１６を設けた図１の構成では、加熱体１３の熱は数箇所の突起の先端のみで接するため、支持部材側へ流れる熱量も減り、その分記録体へ伝わる熱の流れが増える。また立ち上り時においても、突起自体は熱容量が小さいため立ち上り時間にはほとんど影響しない。さらに支持部材１１に流れる熱も減るため、必要な温度に達するまでの時間が短縮できるようになる。
【００１９】
また、加熱体１３の温度分布に関しては、突起の形状、大きさ、材質、個数、密度、などを調節することにより、昇温が起こりやすい部分（紙のサイズなどによって熱の奪われ方が変わる部分）や温度差がつきやすい部分など加熱体の温度分布にあわせて支持部材へ逃がす熱を調節することが可能になる。
【００２０】
なお、さらに詳細に説明すれば、本発明は下記の構成によって前記課題を解決できた。
【００２１】
（１）絶縁基板上に形成された抵抗発熱体と該抵抗発熱体を覆うガラス保護層とからなる加熱部材と、薄肉フィルムを介してこの加熱部材から発生した熱で記録材を加熱し、該記録材上の未定着トナー像を定着固定する加熱定着装置において、絶縁基板を保持する保持材に突起を複数設けて、前記基板との接触面積を調整することを特徴とする加熱装置。
【００２２】
（２）前記（１）の加熱装置において、突起を保持材よりも熱伝導率のいい材質にし、その形状を変えることで基板側の接触面積は小さく、支持部材側の接触面積は大きくすることを特徴とする加熱装置。
【００２３】
（３）前記（１）の加熱装置において、突起の大きさを個々に変えることを特徴とする加熱装置。
【００２４】
（４）前記（１）の加熱装置において、突起を軸方向に不均等に配置することを特徴とする加熱装置。
【００２５】
（５）前記（１）ないし（４）いずれかの加熱装置において、突起の材質を個々に熱伝導率の違う部材にすることを特徴とする加熱装置。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は本発明における第一の実施例における加熱体および支持部材の長手方向の断面形状を示す図である（全体構成は前記図２と同じであるから図示を省略する）。図中１１はセラミック等の絶縁基板、１２は発熱体、１３は摺動保護ガラス層、１４は基盤中央部の熱容量を大きくするために付加するもので本実施例ではガラスを用いている。また１５は検温素子である。
【００２７】
本実施例では、加熱材と支持部材との接触部分に突起を２列に配置することで両者の接触面積を少なくすることにより、加熱体から支持部材へ伝わる熱を減らして、支持部材の温度上昇を抑え破壊を防ぎ、かつ記録体へ熱を伝える効率を上げることができる。
【００２８】
（実施例２）
実施例１で述べた突起の形状例を図４に示す。本例では、突起は加熱体から熱を奪いにくいように、加熱体との接触面積は小さくなるようにする。ただし、それでも突起には熱が伝わりその熱は支持部材へ逃げていく。このとき、支持部材へ逃げる熱が少ないと突起の温度が上昇してしまい、支持部材や加熱体が破壊することが考えられる。そこで、突起と支持部材の接触面は大きくとるようにして、突起の熱は支持部材へ拡散しやすいようにする。可能な限り支持部材との接触を広く取るために、図４（ｂ）のように複数の突起をつなげた構成も考えられる。
【００２９】
（実施例３）
上の実施例に加えて、加熱体突起の大きさや形状を個々に変えてやる。例えば図５のように、突起と加熱体の接触面積が大きくなるような突起形状にすれば伝熱量を増やすこともできる。もともと温度が上がりやすい端部や用紙の端部が通る周辺には接触面積の大きい突起を設け、逆に紙のサイズに関係なく常に通紙領域になる部分には接触面積の小さい突起を設けるようにする。
【００３０】
（実施例４）
実施例３と同じ効果で、図６のように、突起の大きさだけでなく配置する数（密度）を変えてやることで場所による熱の逃げを制御することができる。
【００３１】
（実施例５）
図７のように、突起の材質についても、支持部材や加熱体とは違う熱伝導率を持った材料にすることで熱の伝導効率を場所によってコントロールすることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、加熱体から支持部材への熱の流出を調整することができ、立ち上り時間の短縮および記録体への伝熱効率を上げることができる。それに加えて、加熱体の破損等の原因になる温度分布に関しても緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施例１の加熱体構成を示す図（軸方向断面図）
【図２】本発明における実施例１の加熱体構成を示す軸に垂直な断面図
【図３】従来のフィルム加熱方式の加熱装置を示す概略図
【図４】本発明における突起の形状を示す。（ａ）は単独の場合、（ｂ）は複数がつながった場合の形状を示す。
【図５】実施例３の構成を示す図
【図６】実施例４の構成を示す図
【図７】実施例５の構成を示す図
【符号の説明】
１１ 加熱体の支持部材
１２ フィルム
１３ 加熱体
１４ 加圧ローラの芯金
１５ 加圧ローラのゴム
１６ 突起
２１ 加熱体の支持部材
２２ フィルム
２３ 加熱体
２４ 発熱体
２５ 加熱体基板
２６ 過熱体のコート層
２７ サーミスタ
２８ 加圧ローラ
２９ 突起
４１ 加熱体との接触部分
４２ 支持部材との接触部分
５６，５７，５８ それぞれ大きさの違う突起
６６，６７，６８ それぞれ密度の違う突起
７６，７７，７８ それぞれ熱伝導率の違う材料の突起
Ｐ 紙[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating device that can be suitably used for a fixing device such as a copying machine or a laser beam printer, which is an electrophotographic application product, and an image forming apparatus including the heating device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, a heating device that heats and fixes an image formed on a recording material as a material to be heated to the recording material includes a heating roller that is maintained at a predetermined temperature and a pressure roller that is in contact with the heating roller via an elastic layer. A heat roller system in which a recording material is heated while being nipped and conveyed by a pressure roller is often used. In addition, various other systems and configurations such as a flash heating system, an open heating system, and a hot plate heating system are known and are in practical use.
[0003]
In particular, recently, instead of the above-mentioned method, a heating body (heater) 33 fixed and supported as shown in FIG. 3 and a heat-resistant film (hereinafter, referred to as “heater”) conveyed while being pressed against and opposed to the heating body 33 And a pressure member (hereinafter, referred to as a pressure roller) 38 for bringing a recording material P as a member to be heated into close contact with the heating member 33 via the film 32. Is applied to the recording material P via the film 32, so that an unfixed image formed and carried on the recording material surface is heated and fixed on the recording material surface, and an image heat fixing method having a configuration (film heating method Heating device) has been proposed. The heating element 33 includes an insulating substrate 35 such as a ceramic, a heating element 34 and a base protection glass 36.
[0004]
In such a film heating type heating apparatus or image heating and fixing apparatus, a low heat capacity heating body can be used as the heating body. For this reason, it is possible to save power and shorten the wait time (quick start) as compared with the above-described devices such as the heat roller method and the belt heating method which are the contact heating method.
[0005]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a heating apparatus in which the maximum paper passing width of the film heating system is A3 size. This heating apparatus is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-44075 to 44083 and 4-20498 to 204984. This is a so-called tensionless type device disclosed in Japanese Patent Publication No.
[0006]
In this tensionless type device, an endless belt or a cylindrical film is used as the heat-resistant film 32. At least a part of the circumference of the film 32 is always tension-free (in a state where tension is not applied). This is a device that is driven to rotate by the rotational driving force of the pressing body 38.
[0007]
The endless heat-resistant film 32 is externally fitted to a support member 31 which is a film guide member including a heating element 33 (heater). The inner peripheral length of the endless film 32 and the outer peripheral length of the support member 31 including the heating element 33 are larger than that of the film 32 by, for example, about 3 mm. I have.
[0008]
The film 32 has a film thickness of 100 μm or less, preferably 50 μm or less and 20 μm or more, and is a heat-resistant single-layer film of PTFE, PFA, FEP, or the like, in order to reduce the heat capacity and improve the quick start property. Polyimide, polyamide imide, PFEK, PES, PPS, etc. can be used as a composite layer film in which the outer peripheral surface is coated with PTFE, PFA, FEP, etc., and the outer peripheral surface of the polyimide film is coated with PTFE. .
[0009]
The pressure roller 38 is a film outer surface contact driving means for forming a pressure contact nip portion (fixing nip portion) N1 with the heating member 33 sandwiching the film 32 and rotating the film 32. The pressure roller 38 is composed of a cored bar 38a, an elastic layer 38b made of silicon rubber or the like, and an outermost release layer 38c. The pressure roller 38 sandwiches the film 32 with a predetermined pressing force by bearing means and biasing means (not shown). It is disposed so as to be in pressure contact with the surface of the heating element 33. The rotational force acts on the film 32 by the frictional force between the roller and the outer surface of the film due to the rotational drive of the pressure roller 38.
[0010]
The temperature detecting element 37 detects the temperature of the heating element and supplies it to a CPU (not shown). The CPU supplies the heating element 33 from the AC power supply based on the temperature detected by the temperature detecting element 37 so that the detected temperature becomes constant. Adjust power.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
One of the performances required of the fixing device is how to efficiently transmit the heat generated by the heating element to the recording medium. In fact, the heat generated by the heating element is transmitted to the supporting member and is radiated from each part to the outside air in addition to the recording medium. When more heat is used besides the fixing, not only the efficiency of the fixing is lowered, but also the rise time from when the power is turned on to when the fixing is enabled becomes longer. Conventionally, as a solution to these problems, a layer of a member having a low thermal conductivity has been provided between the heating element and a supporting member as a supporting member, or a material having a low thermal conductivity has been used for the supporting member.
[0012]
On the other hand, the thermal conditions of the fixing device vary depending on the type of the recording medium. For example, considering the case where large paper such as A4 enters, and the case where small paper such as a postcard or an envelope enters, there are two parts: the part that always comes into contact with the paper and loses heat regardless of the paper, and the part that does not lose heat with small paper. Can be. There is also a problem that the heating element is destroyed by thermal distortion due to the temperature difference at this time. In order to solve this problem, measures such as relaxing the temperature distribution by sandwiching a material having good thermal conductivity, such as metal, between the heating element and the support member have been considered.
[0013]
The above two problems and solutions are opposite ideas.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a heating device that transmits heat of a heating element to a recording medium without wastefully escaping to a support member, and that reduces a temperature distribution of the heating element.
[0015]
The support member 21 can be made of a high heat-resistant resin such as polyimide, polyamide imide, PEEK, PPS, or a liquid crystal polymer, or a composite material of these resins with ceramics, metal, glass, or the like. I have.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 shows a basic configuration of the present invention for solving the above problems.
[0017]
This figure shows the shape of a cross section of the fixing device cut in the roller axis direction. A plurality of projections 16 are provided between the heating element 13 and the support member 11, and the projections 16 contact each other. A comparison between FIG. 2 as viewed from a cross section perpendicular to the axis of the present invention and FIG. 3 as viewed from the same cross section of the conventional structure shows that the heating element 33 in FIG. It can be seen that the first heating element 13 is supported only by the tip of the projection 16 and has a small contact area.
[0018]
In the configuration of the present invention, the heat generated by the heating member 13 is divided into a portion that is transmitted to the recording member through the film 12 and a portion that escapes to the support member 11 through the protrusion 16. In the conventional configuration having no projection (FIG. 3), the heat flow from the heating element 33 to the support member 31 increases because the larger the contact area, the more the heat used for fixing is reduced. On the other hand, in the configuration of FIG. 1 in which the projections 16 are provided, since the heat of the heating body 13 comes into contact only at the tips of several projections, the amount of heat flowing toward the support member also decreases, and the flow of heat transmitted to the recording medium increases accordingly. Also, at the time of rising, the protrusion itself has little heat capacity, and thus has little effect on the rising time. Further, since the heat flowing through the support member 11 is also reduced, the time required to reach the required temperature can be reduced.
[0019]
Further, with respect to the temperature distribution of the heating element 13, by adjusting the shape, size, material, number, density, etc. of the projections, a portion where the temperature is likely to rise (the manner in which heat is deprived depending on the size of the paper, etc. varies). It is possible to adjust the heat released to the support member in accordance with the temperature distribution of the heating body, such as a portion) and a portion where a temperature difference is likely to be generated.
[0020]
In addition, if it explains in more detail, this invention could solve the said subject by the following structures.
[0021]
(1) A heating member including a resistance heating element formed on an insulating substrate and a glass protective layer covering the resistance heating element, and a recording material is heated by heat generated from the heating member via a thin film. A heating device for fixing an unfixed toner image on a recording material, wherein a plurality of protrusions are provided on a holding material for holding the insulating substrate, and a contact area with the substrate is adjusted.
[0022]
(2) In the heating device of the above (1), the contact area on the substrate side is reduced and the contact area on the support member side is increased by changing the shape of the protrusion to a material having better thermal conductivity than the holding material and changing the shape. A heating device.
[0023]
(3) The heating device according to (1), wherein the size of each protrusion is individually changed.
[0024]
(4) The heating device according to (1), wherein the protrusions are unevenly arranged in the axial direction.
[0025]
(5) The heating device according to any one of (1) to (4), wherein the protrusions are made of members having different thermal conductivity.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Example 1)
FIG. 1 is a view showing a longitudinal cross-sectional shape of a heating element and a support member in a first embodiment of the present invention (the overall configuration is the same as that of FIG. 2 and is not shown). In the figure, 11 is an insulating substrate such as ceramic, 12 is a heating element, 13 is a sliding protection glass layer, and 14 is added to increase the heat capacity of the central portion of the base. In this embodiment, glass is used. Reference numeral 15 denotes a temperature detecting element.
[0027]
In this embodiment, the contact area between the heating member and the support member is arranged in two rows to reduce the contact area between the two members, thereby reducing the heat transferred from the heating body to the support member and reducing the temperature of the support member. The rise can be suppressed to prevent destruction, and the efficiency of transmitting heat to the recording medium can be increased.
[0028]
(Example 2)
FIG. 4 shows an example of the shape of the protrusion described in the first embodiment. In the present example, the contact area with the heating element is set to be small so that the projection hardly removes heat from the heating element. However, heat is still transmitted to the projections and escapes to the support member. At this time, if the amount of heat escaping to the support member is small, the temperature of the projection increases, and the support member and the heating body may be broken. Therefore, the contact surface between the projection and the support member is made large so that the heat of the projection is easily diffused to the support member. In order to make the contact with the support member as wide as possible, a configuration in which a plurality of projections are connected as shown in FIG.
[0029]
(Example 3)
In addition to the above embodiments, the size and shape of the heating element projections are individually changed. For example, as shown in FIG. 5, the heat transfer amount can be increased by forming a protrusion shape that increases the contact area between the protrusion and the heating element. Originally, a projection with a large contact area is provided around the edge where the temperature tends to rise or the edge of the paper passes, and a projection with a small contact area is provided at the part that always becomes the paper passing area regardless of the paper size. To
[0030]
(Example 4)
With the same effect as in the third embodiment, as shown in FIG. 6, by changing not only the size of the protrusion but also the number (density) of arrangement, it is possible to control the escape of heat depending on the place.
[0031]
(Example 5)
As shown in FIG. 7, as for the material of the projections, a material having a different thermal conductivity from that of the support member or the heating element can control the heat conduction efficiency depending on the location.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the outflow of heat from the heating body to the support member can be adjusted, so that the rise time can be reduced and the efficiency of heat transfer to the recording medium can be increased. In addition, it is possible to reduce the temperature distribution that may cause damage to the heating element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram (a sectional view in the axial direction) illustrating a configuration of a heating body according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to an axis showing a configuration of a heating element according to a first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic view showing a conventional film heating type heating device. FIG. . (A) shows the shape when it is single, and (b) shows the shape when a plurality is connected.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a third embodiment; FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a fourth embodiment; FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a fifth embodiment;
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Support member 12 of a heating body Film 13 Heating body 14 Metal core of a pressure roller 15 Rubber 16 of a pressure roller Projection 21 Support member 22 of a heating body Film 23 Heating body 24 Heating body 25 Heating body substrate 26 Coating layer of a superheating body 27 Thermistor 28 Pressure roller 29 Protrusion 41 Contact part 42 with heating element Contact part 56, 57, 58 with support member Protrusions 66, 67, 68 of different sizes, respectively Protrusions 76, 77, 78 of different densities, respectively Projection P made of material with different conductivity
