JP3807223B2

JP3807223B2 - Fixing device

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Publication number: JP3807223B2
Application number: JP2000344202A
Authority: JP
Inventors: 康隆内藤; 龍一郎前山; 和善伊藤; 秀明大原; 康博上原; 茂彦長谷波
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: JP2002148983A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式を採用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の画像形成装置において、未定着トナー像を加熱・加圧定着するのに用いられる定着装置に係わり、特に加熱部材としてベルト状部材を使用した定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記電子写真方式を採用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の画像形成装置において、未定着トナー像を加熱・加圧定着するのに用いられる定着装置としては、少なくとも金属製のコアを有する加熱ロールの内部に、ハロゲンランプ等の加熱源を設けて、加熱ロールを内部から加熱するとともに、前記加熱ロールに圧接するように加圧ロールを配設し、これら加熱ロールと加圧ロールとのニップ部間を、未定着トナー像が転写された記録媒体を通過させることにより、記録媒体上に未定着トナー像を熱及び圧力で定着させ、定着画像を得るように構成したものが、主に用いられている。
【０００３】
ところで、定着装置においては、省エネルギーの観点や、画像形成装置の使用時にユーザーを待たせない等の観点から、加熱部材を瞬時に所定の温度に加熱することができ、待ち時間（ウオームアップタイム）をゼロとした装置が求められているが、上述した加熱ロールをその内部に配設したハロゲンランプ等の加熱源によって加熱する方式では、以下の理由により達成することができない。
【０００４】
すなわち、加熱部材である加熱ロールは、加圧ロール等の加圧部材が圧接されるものであるため、所定以上の剛性を保つ必要があり、ある厚さ以上の金属製のコアを有している。そのため、上記加熱ロールは、熱容量をあまり減少させることができず、かつ加熱源としてのハロゲンランプは、加熱ロールの内部に設けられており、内部から加熱ロールを加熱することになるので、加熱ロールの表面に熱が伝わるまで時間がかかるため、待ち時間が必然的に長くなってしまう。さらに、上記加熱ロールを加熱するハロゲンランプは、通常、ガラス管を有しているため、ハロゲンランプ自体もある程度の熱容量を有しており、まずはハロゲンランプ自身を温めるのにも時間がかかってしまう。
【０００５】
以上の理由により、上記従来の定着装置では、ウオームアップに時間を要してしまい、待ち時間が長くなるという問題点を有している。また、加熱源として、ハロゲンランプを使用すると、当該ハロゲンランプのＯＮ・ＯＦＦ時に、通電電流が過渡的に流れる所謂”フリッカー”現象が発生するという問題点も有している。
【０００６】
そこで、近年、上記定着装置において使用される加熱手段として、ハロゲンランプの代わりに、誘導加熱方式を利用した加熱手段が検討されている。これは、導電性層を有する加熱部材に、磁界発生手段によって発生させた磁界を作用させて、電磁誘導作用により加熱部材の加熱を行うというものであり、フリッカー等の問題が無く、加熱対象のみを瞬時に加熱することができるので、待ち時間の短い定着装置を提供するために、非常に有効な加熱手段である。
【０００７】
また、上記ハロゲンランプ等の加熱手段は、加熱ロールの内部など３６０°周囲が覆われた状態でしか、使用することができないのに対して、誘導加熱方式の場合には、磁界発生手段は、加熱部材に磁界を作用させることができさえすれば、加熱部材の内部に限らず、外部に設けても良く、定着装置の構成に応じて、任意の位置に配置することができる。すなわち、上記誘導加熱方式を採用した加熱手段の場合には、任意の位置に配置して、加熱したい部分だけに、磁界を作用させて、所望の部分だけを選択的にしかも瞬時に加熱することができるという利点を有している。
【０００８】
上記誘導加熱方式を採用した定着装置としては、例えば、特開２０００−１８１２５８号公報や特開２０００−２９３３２号公報に開示されたものがある。
【０００９】
この特開２０００−１８１２５８号公報に係る定着装置は、導電性を有する加熱手段と、この加熱手段に圧接する圧接手段と、導電性線材によりコイル状に形成され、発生する磁場を前記加熱手段に作用させる磁場発生手段と、この磁場発生手段より発生する磁場を遮断する磁場遮断手段と、からなり、前記磁場発生手段が前記加熱手段と前記磁場遮断手段との間に挟まれるように配置したものである。
【００１０】
上記特開２０００−１８１２５８号公報に係る定着装置は、導電性を有する加熱手段としての加熱ロールに対して、磁場発生手段をその外側または内側に配置した例である。このように、磁場発生手段は、加熱部材である加熱ロールに対して、任意の位置に配置することができるため、装置の設計の自由度が広がる。また、ハロゲンランプ等を加熱源として使用した定着装置を比較すると、加熱対象である加熱ロールのみを選択的に加熱するため、ウオームアップが１０〜３０％程度速くなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記特開２０００−１８１２５８号公報や特開２０００−２９３３２号公報等に係る定着装置の場合には、誘導加熱方式を採用しているため、ハロゲンランプ等の加熱源を使用した場合に比べて、ウオームアップ時間が速まるものの、加熱ロール自体が、剛性を保つためにある厚さ以上の肉厚の金属コアを有しているため、ある程度の熱容量を持っており、ウオームアップ短縮に対しては限界があり、ウオームアップタイム０秒を達成することはできないという問題点を有している。
【００１２】
一方、特開平７−２９５４１１号公報や特開平８−６９１９０号公報、あるいは特開平１１−３８８２７号公報のように、定着部材としてエンドレスのフィルムを用いた定着装置も提案されている。
【００１３】
上記特開平７−２９５４１１号公報に係る像加熱装置は、金属フィルムを備えた像加熱用フィルムと、この像加熱用フィルムの一方の面側に設けられた励磁コイルと、この励磁コイルにより発生する磁束により前記像加熱用フィルムを発熱させ、この像加熱用フィルムの熱により記録材上に担持された未定着トナー像を加熱する像加熱装置において、前記像加熱用フィルムは、前記金属フィルムの前記励磁コイル側の面に低熱導電性樹脂層を、他方の面に離型性樹脂層を有するように構成したものである。
【００１４】
また、上記特開平８−６９１９０号公報に係る定着装置は、用紙搬送加熱部と、この用紙搬送加熱部に送り込まれる未定着トナーが付着した用紙を当該用紙搬送加熱部と共に所定の押圧力をもって挟持する加圧ローラ部とを備えた定着装置において、前記用紙搬送加熱部を、外部駆動されて移動するベルト状の耐熱性無端薄肉体を内側から保持すると共に、当該耐熱性無端薄肉体が前記加圧ローラ部に当接した状態を維持し且つその回転移動を案内する金属性支持体と、この金属性支持体に前記耐熱性無端薄肉体が介して対向装備された誘導加熱コイルとを備え、この誘導加熱コイルを前記加圧ローラ部の外部に装備するように構成したものである。
【００１５】
さらに、上記特開平１１−３８８２７号公報に係る定着装置は、導電性材料から構成され、回転駆動される第１の転接部材と、この第１の転接部材に対して加圧状態で転接され、この転接部間に現像剤像が形成されて被定着部材を介在して通過させる第２の転接部材と、上記第１の転接部材側に配設され、第１の転接部材の上記転接部を集中して誘導加熱し、転接部に介在される被定着材の現像剤像を定着像に換える誘導加熱手段を備えた定着装置において、予め、上記被定着材の種類に対応する上記誘導加熱手段の熱量データを記憶する記憶手段と、上記転接部に搬送される被定着材の種類を検出する検出手段と、この検出手段の検出信号を受けて検出された被検出材の種類に対応する熱量データを上記記憶手段から読み出し、この読み出した熱量データに応じて上記誘導加熱手段を制御する制御手段と、を具備するように構成したものである。
【００１６】
これらの定着装置は、定着部材として導電性を有するフィルムを使用しており、フィルム自体の熱容量は、同等クラスの定着装置の定着ロールに対して１／２〜１／１０程度まで小さくなっており、さらに、誘導加熱で直接フィルムを加熱することにより、瞬時に定着部材としてのフィルムを所望の温度にまで立ち上げることができる。
【００１７】
しかし、これらの提案に係る定着装置の場合には、それぞれ以下に示すような問題点を有している。
【００１８】
まず、上記特開平１１−３８８２７号公報に係る定着装置の場合には、第１の転接部材としての定着ベルトが停止していれば、定着ベルトそのものは瞬時に温まるものの、定着ベルトの内部で当該定着ベルトを張架している２本のローラがベルトの熱を奪ってしまうため、ベルトが定着に必要な温度に温まるまで、待ち時間が生じてしまうという問題点を有している。また、定着ニップ内でのベルトの形状は、２本のローラに張架された状態であるため、ほぼ直線状であり、ニップ内部とニップ出口部で、ベルトに急激な曲率の変化を持たせることが出来ず、カラ―画像でトナ―が多く転写された薄紙などでは、用紙がベルトから離れることができず、剥離不良が生じてしまうという問題点を有している。
【００１９】
しかも、上記特開平１１−３８８２７号公報に係る定着装置の場合には、２本のロールによって定着ベルトを張架しているので、定着ベルトの片寄りを制御する複雑な機構が必要になってしまうという問題点をも有している。
【００２０】
また、上記特開平７−２９５４１１号公報に係る像加熱装置の場合には、励磁コイルによって像加熱用フィルムを瞬時に加熱することができるものの、ガイド部材はＲ形状の剛体であるため、ガイド部材のＲ形状の曲率にベルトが追従できず、さらにはベルトの曲げ方向をニップ内部と外部とで反転させることができず、カラ―画像でトナ―が多く転写された薄紙などでは、用紙を像加熱用フィルムから剥離することができず、剥離不良が生じてしまうという問題点を有している。
【００２１】
さらに、上記特開平８−６９１９０号公報に係る定着装置の場合も上記と同様に、ベルト状の耐熱性無端薄肉体を張架するロールが無く、ベルト状の耐熱性無端薄肉体の内部で熱を奪う部材は、金属製支持体のみなので、ウオームアップを短縮することができる。しかし、金属製支持体の形状がベルト状の耐熱性無端薄肉体の曲率に沿った、Ｒ形状となっているため、カラ―画像でトナ―量が多く転写された薄紙などでは、剥離不良が生じてしまうという問題点を有している。
【００２２】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ウオームアップタイムを殆どゼロにすることができるとともに、カラ―画像でトナ―量が多く転写された薄紙などでも、良好な剥離性能が得られる定着装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の発明は、導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、
前記加熱ベルトの内部に、弾性層および剛性支持体を有する押圧部材を設け、当該押圧部材を加熱ベルトを介して表面に弾性層を有する加圧部材に押圧することにより、
前記ニップ部の形状を入口側では前記加熱ベルト側に凸形状となり、出口側では前記加圧部材側に凸形状にすることで、前記ニップ部の内部において、加熱ベルトの曲げ方向を反転させるように構成したものである。
【００２４】
上記ベルトの導電層を形成する材料としては、例えば、銅、鉄、アルミニウム、ニッケルなどの種々の材料を用いることができるが、その中でも銅は、導電率が高いため、薄層化することによって、単位面積あたりの抵抗値を所定の値に設定することができ、発熱効率を向上させることができる。
【００２５】
すなわち、上記導電層を有する薄肉の加熱ベルトは、磁界の強度及び周波数を一定とすれば、単位面積あたりの抵抗値によって発熱量が決まり、鉄やニッケルなどの比較的導電率が低い材料を用いた場合には、導電層の厚さをある程度（約５０〜７０μｍ）程度に厚く設定しないと、所定の抵抗値が得られない。このように、鉄やニッケルなどからなる導電層の厚さをある程度厚くすると、必然的に加熱ベルト自体の剛性が高くなり、当該加熱ベルトは、柔軟性（フレキシビリティ）を失うことになる。上記加熱ベルトは、剛性が高くなり、柔軟性（フレキシビリティ）を失うと、前記加熱ベルトの内部に、弾性層を有する押圧部材を設け、当該押圧部材を加熱ベルトを介して加圧部材に押圧することにより、定着のためのニップ部を形成する際に、加熱ベルトが加圧部材の表面形状に沿って変形し難くなる。その結果、加熱ベルトと加圧部材との間に形成されるニップ部の内部において、圧力が局所的に高くなったり、圧力分布が意に反して不均一となるため、ニップ部における用紙等の記録媒体の搬送不良や、ニップ部の出口における剥離不良などが発生する虞れがある。
【００２６】
更に説明すると、上記加熱ベルトの剛性については、例えば、当該加熱ベルトの基材として用いられるポリイミドの物性値（ヤング率Ｅ）は、各メーカ・各種類により異なるが、２〜６Ｇｐａ程度である。ちなみに、ニッケルのヤング率Ｅは、２０５Ｇｐａである。これに対して、銅の物性値（ヤング率Ｅ）は１２３Ｇｐａであるが、ポリイミド層の厚さが例えば７５μｍに対して、銅からなる導電性層の厚みは、５μｍ程度であるため、剛性（ＥＩ：Ｉは厚さの３乗で効く）に対しては、たかだか１〜２％の寄与であり、加熱ベルトの剛性は、基材であるポリイミド層などによって決まる。
【００２７】
また、上記加圧部材としては、例えば、加圧ロールが用いられるが、この加圧ロールは、金属製コアの外周に弾性体層を有しないものであっても、弾性体層を有するものであっても何れでも良い。
【００２８】
さらに、上記押圧部材としては、例えば、加熱ベルトの内部に固定して配置されるパッド部材が用いられ、このパッド部材は、シリコンゴム等からなる弾性層と、当該弾性層を支持する金属等からなる支持部材などから構成されたものが用いられる。また、上記押圧部材としては、加熱ベルトの内部に回転自在に配置され、加圧部材に圧接するロール状の押圧部材を用いても良い。このロール状の押圧部材は、例えば、加圧ロールが金属製コアの外周に弾性体層を有しないものである場合には、金属製コアの表面に弾性体層を有するものを用いるのが望ましく、加圧ロールが金属製コアの外周に弾性体層を有するものである場合には、金属製コアの表面に弾性体層を有するものであっても、弾性体層を有しないものであっても何れでも良い。
【００２９】
さらに、上記押圧部材として、例えば、シリコンゴム等からなる弾性層と、当該弾性層を支持する金属等からなる支持部材などから構成されたパッド部材を用いた場合には、弾性層と支持部材の厚みを一定に設定して、ニップ部内の圧力分布を対象に設定したり、ニップ部の出口側の弾性層の厚みを薄く設定するとともに、相対的にニップ部の出口側の弾性層の厚みを厚く設定することにより、ニップ部内の圧力分布を、前記加熱ベルトの移動方向に沿って当該ニップ部の出口側の圧力が大きくなるように非対称に設定することもできる。
【００３１】
また、請求項２に記載の発明は、前記ニップ部内の圧力分布が、当該ニップ部の入口と出口とで非対称であり、出口部の圧力が入口部に対して高くなるように非対称に設定するように構成したものである。
【００３３】
さらに、請求項３に記載の発明は、導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ベルトが、基材層、導電層、表面離型層の少なくとも３層からなる、可撓性を有するベルトからなるように構成したものである。
【００３５】
また、請求項４に記載の発明は、導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ベルトの両端に、当該加熱ベルトの端部をガイドするベルトガイド部材を設けるように構成したものである。
【００３６】
さらに、請求項５に記載の発明は、導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ベルトと押圧部材の間に潤滑剤を介在させるように構成したものである。
【００３７】
また更に、請求項６に記載の発明は、導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ベルトと押圧部材との間に、摺動性の良いシート材を介在させるように構成したものである。
【００３８】
さらに、請求項７に記載の発明は、導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加圧部材に、当該加圧部材の表面に接触する金属ロールを設けるように構成したものである。
【００３９】
又、請求項８に記載の発明は、導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加圧部材の非通紙部に、当該加圧部材の表面に接触する金属ロールを設け、当該金属ロールを加圧部材の表面に対して接離可能としたものである。
【００４０】
更に、請求項９に記載の発明は、導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ベルトの内部に、当該加熱ベルトと所定のギャップを介して強磁性体などからなる磁性コアを設けるように構成したものである。
【００４２】
【作用】
請求項１に記載の発明については、加熱ベルトの内部に、弾性層を有する押圧部材を設け、当該押圧部材を加熱ベルトを介して加圧部材に押圧することにより、定着のためのニップ部を形成するように構成したので、定着装置の加熱部材の熱容量が極めて小さくなり、ウオームアップタイムが短縮され、さらに、当該ニップ部において、十分な加熱及び加圧を行うことができ、良好な定着性を得ることができる。
【００４３】
また、加熱ベルトの内部に押圧部材を設け、加熱ベルトを挟んで押圧部材と加圧部材とで定着ニップ部を形成することで、ニップ部内部の加熱ベルトの曲率を、ニップ以外の部分と反転させることができる。
【００４４】
すなわち、ニップ部の内部では、記録媒体は加熱ベルトの方向と同様に加圧部材側に巻き付く方向であり、ニップ部の出口部では、加熱ベルトが急激に曲率を変えるため、記録媒体は、加熱ベルトの曲率の変化について行けず、加熱ベルトから離れる。よって、カラー画像でトナーが多く載った薄紙でも、剥離不良が生じることが無くなる。
【００４５】
また、上記押圧部材に弾性層を設けることで、トナーを包み込むように定着することが出来、画質が向上する。
【００４６】
請求項１に記載の発明については、例えば、押圧部材の加熱ベルトと接触する部分を、弾性層と、非弾性層（支持部材）との組み合わせとすることで、ニップ部の内部で、加熱ベルトの曲率を反転させることが可能となり、ニップ部の内部で加熱ベルトの曲率を急激に変化させることで、加熱ベルトと記録媒体を分離させやすくなり、かつ両面定着時に加圧部材側に記録媒体が巻く付くことを防止できるようになる。また、ニップ部の内部で溶融しているトナーに、ニップ部の出口で高い圧力を加えることが出来るので、トナーが用紙の繊維間に入り込み、定着性を向上させることができる。
【００４７】
さらに、請求項４に記載の発明については、加熱ベルトの両端部にエッジガイドを設けることで、加熱ベルトの蛇行や座屈等を防止することができるので、張架ロールを設ける必要が無くなり、すなわち，加熱ベルト内部の熱容量を小さくすることが出来、ウオームアップが短縮できる。
【００４８】
また、請求項５、６に記載の発明については、本定着装置では、加熱ベルトを張架しないので、駆動源は、加圧ロール側に持たせて、加熱ベルトはそれに対して従動する構成であり、加熱ベルトと押圧部材の間の摺動性が悪いと、押圧部材がブレーキとなり、加熱ベルトが所定の速度で移動しなくなり、画像ずれや紙しわなどのトラブルが生じる。そこで、加熱ベルトと押圧部材の間の摺動性を良くするために、加熱ベルト・押圧部材間に，潤滑剤を介在させたり、摺動性の良いシート部材を介在させたり、両者を同じに介在させたりすることで、加熱ベルトが、加圧部材の速度に対して遅れることがなくなり、上述のトラブルが防止できる。
【００４９】
また、請求項７、８に記載の発明については、例えば、小サイズの用紙を連続で通紙したときなど、非通紙部の温度が上昇してしまう。そこで、加圧部材に熱伝導性の良い金属のロールを接触させ、従動させることで、非通紙部領域の高温部の熱を奪い、軸方向で温度の低い部分に熱を移動させることが出来る。すなわち、小サイズの連続通紙時の非通紙部領域の温度上昇を抑え、軸方向の温度分布を均すことが出来る。また、リトラクトを可能にすることで、朝一番などの加圧部材が冷えているときや、最大サイズの用紙などのときは、加圧部材から離しておくことができるので、結果として、加圧部材側の熱容量を小さくすることができ、ウオームアップを短縮することができる。
【００５０】
さらに、請求項９に記載の発明については、加熱ベルトの内部に強磁性体からなるコアを設けることで、磁束を効率よく集めることができるようになり、電源の力率がアップする。よって、電源の周波数を下げることができ、電源の小型化・低コスト化につながる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００５２】
実施の形態１
まず、この実施の形態１に係る定着装置の構成と、当該定着装置を構成する部材について説明する。
【００５３】
この実施の形態に係る定着装置は、ウオームアップタイムの短縮化、及び記録媒体の剥離性能の確保を目的とし、定着部材としては、熱容量の小さい柔軟（フレキシブル）なベルト状の部材を使用し、このベルト状部材の内部には、熱を奪う部材を極力少なくする（極力部材を配設しない）ように構成されている。すなわち、上記ベルト状部材（加熱ベルト）の内部には、加圧部材に対向して、定着ニップ部を形成する弾性層を有するパッド部材（押圧部材）のみしか、基本的には設けない構成を採用している。また、加熱対象となるベルト状部材を直接加熱できるように、ベルト状部材に導電性層を持たせ、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱させる方式を用いている。
【００５４】
図１はこの発明の実施の形態１に係る定着装置を示す概略構成図である。
【００５５】
図１において、１は加熱定着部材としての加熱ベルトを示すものであり、この加熱ベルト１は、導電層を有する無端状のベルトから構成されている。上記加熱ベルト１は、図２に示すように、その内側から、耐熱性の高いシート状部材からなる基材層２と、当該基材層２の上に積層された導電層３と、最も上層となる表面離型層４の少なくとも３層を基本に備えている。この実施の形態では、加熱ベルト１として、シート状の基材層２と、導電層３と、表面離型層４の３層からなる直径φ３０ｍｍの無端状ベルトが使用されている。
【００５６】
上記加熱ベルト１の基材層２は、例えば、厚さ１０〜１００μｍ、更に好ましくは厚さ５０〜１００μｍ（例えば、７５μｍ）の耐熱性の高いシートであることが好ましく、例えばポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド等の耐熱性の高い合成樹脂からなるものが挙げられる。
【００５７】
また、この実施の形態では、図３に示すように、無端状のベルトからなる加熱ベルト１の両端部を、エッジガイド５に突き当てることによって、当該加熱ベルト１の蛇行を規制して使用するように構成されている。このエッジガイド５は、加熱ベルト１の内径よりも若干小さな外径を有する円筒状部６と、当該円筒状部６の端部に設けられたフランジ部７と、当該フランジ部７の外側に突設された円筒状あるいは円柱状の保持部８とから構成されている。上記エッジガイド５は、両フランジ部７の内壁面間の距離が、加熱ベルト１の軸方向に沿った長さよりも若干長くなるように、当該加熱ベルト１の両端部に固定した状態で配設されている。そのため、上記基材層２としては、加熱ベルト１の回転中に、ニップ部以外の部分では、直径φ３０ｍｍの円形状を保ち、当該加熱ベルト１の端部がエッジガイド５に突き当たった場合でも、この加熱ベルト１に座屈等が生じない程度の剛性を有する必要があり、例えば、厚さ５０μｍのポリイミド製のシートが使用されている。
【００５８】
また、上記導電層３は、後述の磁界発生手段によって生じる磁界の電磁誘導作用により、誘導発熱する層であり、鉄・コバルト・ニッケル・銅・クロム等の金属層を１〜５０μｍ程度の厚みで形成したものが用いられる。ただし、この実施の形態では、後述するパッドと加圧ロールとで形成されるニップ部の内部で、加熱ベルト１が当該ニップ部の形状に倣う必要があるため、フレキシブルなベルトである必要があり、金属層３は、可能な限り薄層にすることが好ましい。
【００５９】
この実施の形態では、導電層３として、導電率の高い銅を、発熱効率が高くなるように５μｍ程度の極薄い厚さで、上述のポリイミドからなる基材層２上に蒸着させたものが用いられている。
【００６０】
さらに、上記表面離型層４は、記録媒体９上に転写された未定着トナー像１０と、直接接する層であるため、離型性の良い材料を使用する必要がある。この表面離型層４を構成する材料としては、例えば、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン共重合体、またはこれらの複合層等が挙げられる。上記表面離型層４は、これらの材料のうちから適宜選択されたものを、１〜５０μｍの厚さでベルトの最上層に設けたものである。この表面離型層４の厚さは、薄すぎると、耐磨耗性の面で耐久性が悪く、加熱ベルト１の寿命が短くなってしまい、逆に、厚すぎると、ベルトの熱容量が大きくなってしまう、つまりウオームアップが長くなってしまうため、望ましくない。
【００６１】
この実施の形態では、耐磨耗性と、ベルトの熱容量のバランスを考慮して、加熱ベルト１の表面離型層４として、厚さ１０μｍのテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体（ＰＦＡ）が使用されている。
【００６２】
また、上記の如く構成される加熱ベルト１の内部には、例えば、シリコンゴム等の弾性層１１を有する押圧部材としてのパッド部材１２が設けられている。この実施の形態では、パッド部材１２として、ゴム硬度がＪＩＳ−Ａで３５°のシリコンゴム１１を、ＳＵＳ・鉄等の金属や、耐熱性の高い合成樹脂等からなる剛性を持つ支持部材１３に積層したものが用いられている。上記シリコンゴムからなる弾性層１１は、例えば、均一な厚さのものが使用される。また、上記パッド部材１２の支持部材１３は、図示しない定着装置のフレームに固定した状態で配置されているが、弾性層１１が所定の押圧力で後述する加圧ロールの表面に圧接するように、図示しないスプリング等の付勢手段によって、加圧ロールの表面に向けて押圧してもよい。
【００６３】
そして、上記定着装置は、パッド部材１２と加熱ベルト１を介して対向する部分に、加圧部材１４が設けられている。この加圧部材１４は、当該加圧部材１４とパッド部材１２とで加熱ベルト１を挟持した状態に保持してニップ部１５を形成し、当該ニップ部１５を未定着トナー像１０が転写された記録媒体９を通過させることにより、熱及び圧力で未定着トナー像１０を記録媒体９上に定着して、定着画像を形成するようになっている。
【００６４】
上記加圧部材１４として、この実施の形態では、直径φ２６ｍｍの中実の鉄製ロール１６の表面に、離型層１７として、厚さ３０μｍのテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体（ＰＦＡ）を被覆した加圧ロールが使用されている。
【００６５】
また、上記加圧ロール１４には、図１に示すように、熱伝導性の良いアルミニウムやステンレス等の金属からなる金属ロール１８が、離接可能に設けられている。この金属ロール１８は、定着装置に通電が開始された朝一番などで、加熱ベルト１や加圧ロール１４の温度が冷えているときには、加圧ロール１４から離れた位置に停止している。そして、上記定着装置において、例えば、小サイズ用紙を連続して定着処理した場合など、当該定着装置が使用されるに連れて、加熱ベルト１や加圧ロール１４に軸方向に沿った温度差が生じたときには、上記金属ロール１８を加圧ロール１４と当接させるように構成されている。なお、上記金属ロール１８は、加圧ロール１４に当接した際に、当該加圧ロール１４と従動するようになっている。この実施の形態では、金属ロール１８として、直径φ１０ｍｍのアルミニウム製の中実ロールが使用されている。
【００６６】
この実施の形態では、上記加圧ロール１４は、図示しない加圧手段により、加熱ベルト１を介してパッド部材１２に押圧された状態で、図示しない駆動手段によって回転駆動されている。
【００６７】
加熱部材である加熱ベルト１は、加圧ロール１４の回転に従動して、循環移動するものである。そこで、この実施の形態では、加熱ベルト１とパッド部材１２の間に、摺動性を良好とするため、耐摩擦性が強く、摺動性の良いシート材、例えばテフロン樹脂を含浸させたガラス繊維シート（中興化成工業：ＦＧＦ４００−４等）を介在させ、さらに潤滑剤として、シリコンオイルなどの離型剤を、加熱ベルト１の内面に塗布することで、摺動性を向上させるように構成されている。このようにすることで、実際の加熱時において、加圧ロール１４の空回転時の駆動トルクが、約６ｋｇ・ｃｍから約３ｋｇ・ｃｍにまで低減することができる。従って、上記加熱ベルト１は、加圧ロール１４と滑ること無く従動し、加圧ロール１４の回転速度と等しい速度で循環移動することが可能となっている。
【００６８】
また、上記加熱ベルト１は、上述したように、その軸方向の両端部において、図３に示すように、エッジガイド５により、軸方向の動きが規制されており、当該加熱ベルト１に蛇行などが発生するのが防止されている。
【００６９】
ところで、この実施の形態では、導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱するように構成されている。
【００７０】
上記磁界発生手段２０は、加熱ベルト１の回転方向と直交する方向を長手方向とする横長に形成された部材であり、被加熱部材である加熱ベルト１と０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度のギャップを保持して、加熱ベルト１の外側に設置されている。この磁界発生手段２０は、本実施例では、励磁コイル２１と、当該励磁コイル２１を保持するコイル支持部材２２と、励磁コイル２１の中心部に設けられる強磁性体からなる芯材２３と、励磁コイル２１に対して加熱ベルト１の反対側に設けられる磁場遮蔽手段２４とで形成されている。
【００７１】
上記励磁コイル２１としては、例えば、相互に絶縁された直径φ０．５ｍｍの銅線材を１６本束ねたリッツ線を直線状に、所定の本数だけ並列的に配置したものが用いられる。
【００７２】
この励磁コイル２１には、図４に示すように、励磁回路２５によって、所定の周波数の交流電流を印加することにより、当該励磁コイル２１の周囲には変動磁界Ｈが発生し、この変動磁界Ｈが、加熱ベルト１の導電層３を横切るときに、電磁誘導作用によって、その磁界Ｈの変化を妨げる磁界を生じるように、加熱ベルト１の導電層３に渦電流Ｂが生じる。上記励磁コイル２１に印加する交流電流の周波数は、例えば、１０〜５０ｋＨｚに設定されるが、この実施の形態では、交流電流の周波数が３０ｋＨｚに設定されている。すると、この渦電流Ｂが加熱ベルト１の導電層３を流れることにより、当該導電層３の抵抗に比例した電力（Ｗ＝ＩＲ²）でジュール熱が発生し、加熱部材である加熱ベルト１を加熱するものである。
【００７３】
上記コイル支持部材２２としては、耐熱性のある非磁性材料を用いるのが望ましく、例えば、耐熱ガラスや、ポリカーボネート等の耐熱性樹脂が用いられる。
【００７４】
また、上記磁界遮蔽手段２４としては、鉄、コバルト、ニッケル、フェライト等の磁性材料が用いられる。この磁界遮蔽手段２４は、励磁コイル２１で発生した磁束を集めて、磁路を形成するものであり、効率の良い加熱を可能とすると同時に、磁束が定着装置外に漏れて、周辺部材が不本位に加熱されるのを防止するためのものである。
【００７５】
また、上記励磁コイル２１の中心部には、強磁性体であるフェライト等からなる芯材２３が設けられている。このように構成することで、励磁コイル２１で発生する磁束を効率よく集めることが出来、加熱効率を上昇させることができる。そのため、励磁コイル２１に交流電流を印加する高周波電源の周波数を下げたり、励磁コイル２１の巻き数を減少させたりすることが可能となり、電源の小型化、励磁コイル２１の小型化、コストダウンを可能とすることができる。
【００７６】
以上の構成において、この実施の形態に係る定着装置では、次のように、ウオームアップタイムを殆どゼロにすることができるとともに、良好な定着性を得ることができ、しかも剥離不良が生じるのを確実に防止することが可能となっている。
【００７７】
すなわち、この実施の形態に係る定着装置では、図１に示すように、加圧ロール１４が１００ｍｍ／ｓのプロセススピードで、図示しない駆動源により回転駆動される。また、加熱ベルト１は、上記加圧ロール１４に圧接しており、当該加圧ロール１４の移動速度と等しい１００ｍｍ／ｓの速度で循環移動するようになっている。
【００７８】
そして、上記定着装置では、図１に示すように、図示しない転写装置により、未定着トナー１０が転写された記録媒体９が、加熱ベルト１と加圧ロール１４との間に形成されたニップ部１５を通過し、当該ニップ部１５内を記録媒体９が通過する間に、加熱ベルト１と加圧ロール１４とによって加熱及び加圧されることにより、トナー像１０が記録媒体９上に定着されるようになっている。
【００７９】
その際、上記定着装置では、加熱ベルト１の温度が、励磁コイル２１に流す高周波電流の周波数などにより、定着動作時は、ニップ部１５の入口において、１８０℃〜２００℃程度に制御される。
【００８０】
この実施の形態に係る定着装置では、画像形成信号が入力されると同時に、加圧ロール１４が回転を開始すると共に、励磁コイル２１に高周波電流が通電される。上記励磁コイル２１には、例えば、有効電力として７００Ｗの電力が投入されると、加熱ベルト１の温度は、誘導加熱作用によって、室温から約２秒で定着可能温度に達する。すなわち、記録用紙９が給紙トレイから、定着装置まで移動するのに要する時間内にウオームアップが完了してしまうことになる。よって、上記定着装置においては、ユーザーを待たせること無く、定着処理が可能となる。
【００８１】
いま、上記定着装置のニップ部１５に、６０ｇｍｓ程度の薄紙に、カラーのベタ画像などトナーが多量に転写された記録媒体９が進入した場合には、トナーと加熱ベルト１表面の離型層４との間で、引き付け合う力が強くなり、加熱ベルト１の表面から記録媒体９を剥離するのが難しくなるのが通常である。しかし、この実施の形態の構成では、加熱ベルト１の形状がニップ部１５の外では凸形状であるのに対して、ニップ部１５の内部では凹形状となっている。すなわち、ニップ部１５の内部では記録媒体９の方向は、加圧ロール１４側に巻き付く方向であり、かつニップ部１５の出口部では、加熱ベルト１の方向が凹形状から凸形状に急激に変化するため、記録媒体９は、当該記録媒体９自体のこし（剛性）により、加熱ベルト１の急激な形状の変化についていくことができず、加熱ベルト１から自然に剥離される。そのため、この実施の形態に係る定着装置では、記録媒体９の剥離不良の問題が生じるのを確実に防止することができる。
【００８２】
また、小サイズの記録媒体９を連続して定着した場合には、非通紙領域の加熱ベルト１、パッド部材１２及び加圧ロール１４などの温度が上昇してしまうが、加圧ロール１４側に設けた金属ロール１８を、当該加圧ロール１４の表面に当接させることにより、加圧ロール１４の高温部の熱を金属ロール１８によって吸収することができ、その熱を低温部に移動させるので、軸方向での温度分布は小さくなる方向に移動し、加圧ロール１４の温度および加熱ベルト１の温度は、ある温度以上の高温になるのを防止することができる。
【００８３】
さらに、この実施の形態１の定着装置は、ニップ部１５の加熱部材１側に、厚さ６５μｍの加熱ベルト１を挟んで、弾性層１１を有するため、定着時にトナーを包み込んで定着する効果が得られ、良好なカラー画質が得られる。
また、より良好なカラー画質を得るために、加熱ベルトの導電層と離型層との間に数１０μｍのシリコンゴムなどの弾性層を設けても良いが、ウオームアップタイムが長くなってしまうことは避けられない。
【００８４】
実施の形態２
図５はこの発明の実施の形態２を示すものであり、前記実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態２では、ニップ部内の圧力分布が、当該ニップ部の入口と出口とで非対称であり、出口部の圧力が入口部に対して高くなるように非対称に設定するように構成されている。
【００８５】
また、この実施の形態２では、押圧部材によって加熱ベルトを加圧部材に押圧することにより、前記ニップ部の内部において、加熱ベルトの曲げ方向を反転させるように構成されている。
【００８６】
さらに、この実施の形態３では、加熱ベルトの内部に、当該加熱ベルトと所定のギャップを介して強磁性体などからなる磁性コアを設けるように構成されている。
【００８７】
すなわち、この実施の形態２では、基本的な部分は、前記実施の形態１と同じであるので、異なる部分についてのみ説明する。
【００８８】
磁界発生手段２０は、直径φ０．５ｍｍの互いに絶縁された導線を１６本束ねたリッツ線からなる励磁コイル２１と、励磁コイル２１を覆っている断面形状がＥ型の、フェライト等の強磁性体からなる磁性コア３０からなり、加熱ベルト１と０．５〜２．０ｍｍ程度のギャップを介して設けられている。
【００８９】
また、加熱ベルト１の内部に当該加熱ベルト１と１ｍｍ〜４ｍｍ程度のギャップを持って、第２の磁性コア３１を設ける。この構成とすることで磁束の漏れが減り、効率の良い加熱が可能となる。よって、電源周波数を下げることができ、電源の小型化・低コスト化が可能となる。
【００９０】
さらに、加熱ベルト１の内部に設けたパッド部材１２は、弾性層１１の部分と、剛性を持った支持部材１３とからなっている。例えば、弾性層１１としては、ゴム硬度３５°のシリコンゴムを使用し、弾性層１１と隣接して、記録媒体９の走行方向下流側に剛性を持ったパッド部３２を使用する。剛性を持ったパッド部３２としては、例えば、アルミなどの熱伝導性の良い金属を使用したり、逆に熱を奪いにくい耐熱性の樹脂等を使用したりしても良い。前者は、軸方向の温度分布を良化させる効果を有するし、後者は、加熱ベルト１から熱を奪いにくいので、ウオームアップ短縮の妨げにならない。
【００９１】
加圧部材１４には、厚さ０．１〜２ｍｍ程度の弾性層３３が設けられている。この時、定着ニップ部１５の形状は、入口側の弾性層１１からなるパッド部では上側に凸形状となり、出口側の剛性パッド部３２では下側に凸形状になる。
パッド部材１２をこのように２段構成とすることで、ニップ部１５内で加熱ベルト１の曲げ方向を変化させることができ、さらにニップ部１５内の圧力分布は、図６に示すように、入口側に対して、出口側が高くなった非対称となっており、この高い圧力がニップ部１５を出た瞬間に、一気に開放されるので、記録媒体９の加熱ベルト１からの剥離がいっそう容易になる。
【００９２】
さらに、両面定着時においても、ニップ部１５内の出口側で高い圧力をかけ、加圧ロール１４側の弾性層３３を歪ませることができるので、加圧ロール１４側への用紙９の巻き付きが防止できる。
【００９３】
また、ニップ部１５の出口側で高い圧力をかけるので、ニップ部１５内で溶融したトナーが、用紙９の繊維間に入り込み、定着性が上がる。
【００９４】
その他の構成及び作用は、前記実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００９５】
実施の形態３
図７はこの発明の実施の形態３を示すものであり、前記実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態３では、導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ベルトの内部に、弾性層を有する内部加圧ロールを設け、当該内部加圧ロールを加熱ベルトを介して外部加圧ロールに押圧することにより、前記内部加圧ロール側を凹形状に変形させた定着のためのニップ部を形成するように構成したものである。
【００９６】
すなわち、この実施の形態３では、電磁誘導作用を利用したベルト方式の定着装置において、剥離手段を使用しないセルフストリッピングを実現するための定着装置を提案するものである。
【００９７】
加熱部材である加熱ベルト１は、ベルトの内側から順に、ポリイミドなどからなる基材層２（厚さ数１０μｍ）、銅などからなる導電層３（厚さ数μｍ）、そして、そして一番外側にはフッ素樹脂などからなる離型層４（厚さ数μｍ）が形成されている。上記導電性層３と離型層４の間に、シリコンゴムやフッ素ゴムなどからなる弾性層（厚さ数１０μｍ）を設けるように構成しても良い。
【００９８】
また、この定着装置では、上述したように、導電層３が厚さ数μｍの薄層で形成されている点が特徴となっている。上記導電層３の厚さを非常に薄くすることで、加熱ベルト１を自在に変形させることができるので、図７に示すように、当該加熱ベルト１の内部に配設された押圧部材としての内部加圧ロール４０を、凹形状に変形させて、ニップ部１５を形成することが可能となる。このニップ部１５の構成によると、ニップ部１５における内部加圧ロール４０の歪みを、当該ニップ部１５の出口Ｂで回復させることで、用紙を剥離する方式であるセルフストリッピング方式が採用できるようになり、剥離爪を用いることによるトナー画像の傷つきを防ぐことができる。しかし、このようなニップ部１５の形成を、厚さ数１０μｍの金属製の導電層を有する加熱ベルトで実現しょうとすると、ニップ部１５の入口部分Ａとニップ部１５の出口部分Ｂで、金属製の導電層が折れた状態となるため、クラックが生じてしまい、使用不可能となる。その結果、厚さ数１０μｍの金属製の導電層を有する加熱ベルトでは、セルフストリッピング方式を採用することができず、剥離爪を設置しなければならない。
【００９９】
上記のようなニップ部１５を形成するためには、内部加圧ロール４０の表面材質としてフッ素ゴムなどの弾性材料を用い、外部加圧ロール１４の表面材質としてフッ素樹脂などの内部加圧ロール４０よりも硬い材質を用いれば良い。
【０１００】
また、上記加熱ベルト１をニップ部１５以外では、周辺部材とできるだけ接触させないようにすることで、周辺部材によって熱を加熱ベルトから奪われないようにしている。本発明では、発熱部材として非常に薄肉の加熱ベルト１を用いているため、大きい熱容量を持つ内部加熱ロール４０と加熱ベルト１を接触させないようにしなくてはならない。そのため、図７に示したように、加熱ベルト１と内部加熱ロール４０との間に、ベルト支持部材４１が配置されている。ここで、加熱ベルト１は、ベルト支持部材４１によって張架されているのではなく、できるだけ両者が接触しない状態になっている。ベルト支持部材４１の材質としては、熱容量が小さく耐熱性もあり、強度的にも問題のない液晶ポリマーやフェノール樹脂などが用いられる。
【０１０１】
なお、コイル・アセンブリ２０は、図示しないホルダに支持され、加熱ベルト１との間に所定寸法の隙間を隔てて定着装置のフレームに固定されている。
【０１０２】
また、外部加圧部材１４は、熱伝導性の良いアルミニウムなどの金属ロール１８を当接させることで、軸方向の温度を均一に保つことができる。
【０１０３】
その他の構成及び作用は、前記実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明してきた様に、この発明によれば、加熱部材として導電層を有する薄肉の無端ベルトを無張架で使用し、ベルト内部には張架ロールなどを設けず、ニップを形成するのに、熱容量の小さいパッドを使用するので、ベルト内部の熱容量を可能な限り小さくでき、また誘導加熱で被加熱体であるベルト自体を直接加熱できるので、ウオームアップタイムを可能な限り０秒に近づけることができる。
【０１０５】
また、弾性層を有するパッドで、定着ニップを形成しており、かつフレキシブルなベルトを使用しているので、ベルトはニップ内ではパッドの形状に倣い、すなわち、ニップ内部とニップ以外の部分とで、曲率を変化させたり、ニップ内部においても、曲率を変化させたりできるので、トナーが大量に載った薄い記録材の剥離も容易になる。さらに、弾性層の効果により、トナーを包み込むように定着できるので、画質が良化する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の実施の形態１に係る定着装置を示す構成図である。
【図２】図２はこの発明の実施の形態１に係る定着装置で使用する加熱ベルトを示す断面構成図である。
【図３】図３は加熱ベルトの支持構造を示す構成図である。
【図４】図４は加熱ベルトの加熱原理を示す説明図である。
【図５】図５はこの発明の実施の形態２に係る定着装置を示す構成図である。
【図６】図６はこの発明の実施の形態２に係る定着装置のニップ部における圧力分布を示すグラフである。
【図７】図７はこの発明の実施の形態３に係る定着装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１：加熱ベルト、２：基材層、３：導電層、４：表面離型層、５：エッジガイド、１２：パッド部材、１４：加圧ロール、２０：磁界発生手段。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fixing device used to heat and pressure-fix an unfixed toner image in an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, or a facsimile employing an electrophotographic method, and in particular, a belt-like member as a heating member The present invention relates to a fixing device using a member.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, or a facsimile that employs the above-described electrophotographic method, a fixing device that is used for heating and pressure-fixing an unfixed toner image has at least a metal core. A heating source such as a halogen lamp is provided inside the heating roll, the heating roll is heated from the inside, and a pressure roll is disposed so as to be in pressure contact with the heating roll. It is mainly configured to pass a recording medium on which an unfixed toner image is transferred between the nip portions, thereby fixing the unfixed toner image on the recording medium with heat and pressure, thereby obtaining a fixed image. It is used.
[0003]
By the way, in the fixing device, the heating member can be instantaneously heated to a predetermined temperature from the viewpoint of saving energy and not causing the user to wait when using the image forming apparatus. However, the method of heating the above-described heating roll with a heating source such as a halogen lamp disposed therein cannot be achieved for the following reason.
[0004]
That is, the heating roll as a heating member is a member to which a pressure member such as a pressure roll is pressed, so that it needs to maintain a predetermined rigidity or more, and has a metal core having a certain thickness or more. Yes. Therefore, the heating roll cannot reduce the heat capacity so much, and the halogen lamp as a heating source is provided inside the heating roll, and the heating roll is heated from the inside. Since it takes time until the heat is transmitted to the surface, the waiting time is inevitably long. Furthermore, since the halogen lamp for heating the heating roll usually has a glass tube, the halogen lamp itself has a certain heat capacity, and it takes time to warm the halogen lamp itself. .
[0005]
For the above reasons, the conventional fixing device has a problem that it takes time to warm up and the waiting time becomes long. Further, when a halogen lamp is used as a heating source, there is a problem that a so-called “flicker” phenomenon in which an energization current flows transiently when the halogen lamp is turned on / off.
[0006]
Therefore, in recent years, as a heating unit used in the fixing device, a heating unit using an induction heating method instead of a halogen lamp has been studied. This is to heat the heating member by electromagnetic induction by applying the magnetic field generated by the magnetic field generating means to the heating member having the conductive layer. Therefore, it is a very effective heating means for providing a fixing device with a short waiting time.
[0007]
In addition, the heating means such as the halogen lamp can be used only in a state where the circumference of 360 ° such as the inside of the heating roll is covered, whereas in the case of the induction heating method, the magnetic field generating means is As long as a magnetic field can be applied to the heating member, the heating member is not limited to the inside of the heating member but may be provided outside, and can be arranged at an arbitrary position according to the configuration of the fixing device. That is, in the case of a heating means adopting the above induction heating method, it is arranged at an arbitrary position, and a magnetic field is applied only to a portion to be heated to selectively heat only a desired portion. Has the advantage of being able to
[0008]
Examples of the fixing device that employs the induction heating method include those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2000-181258 and 2000-29332.
[0009]
The fixing device according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-181258 includes a conductive heating unit, a press-contact unit that presses the heating unit, and a coil formed of a conductive wire, and generates a generated magnetic field in the heating unit. A magnetic field generating means to be applied, and a magnetic field blocking means for cutting off the magnetic field generated by the magnetic field generating means, wherein the magnetic field generating means is disposed so as to be sandwiched between the heating means and the magnetic field blocking means It is.
[0010]
The fixing device according to Japanese Patent Laid-Open No. 2000-181258 is an example in which a magnetic field generating unit is arranged outside or inside a heating roll as a conductive heating unit. Thus, since the magnetic field generating means can be arranged at an arbitrary position with respect to the heating roll as a heating member, the degree of freedom in designing the apparatus is expanded. In comparison with a fixing device using a halogen lamp or the like as a heating source, only the heating roll to be heated is selectively heated, so that the warm-up is about 10 to 30% faster.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional technique has the following problems. That is, in the case of the fixing device according to the above Japanese Patent Laid-Open No. 2000-181258, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-29332, etc., since the induction heating method is adopted, compared with the case where a heating source such as a halogen lamp is used. Although the warm-up time is accelerated, the heating roll itself has a metal core with a thickness greater than a certain thickness to maintain rigidity, so it has a certain heat capacity, and shortens the warm-up. Has a problem that the warm-up time of 0 seconds cannot be achieved.
[0012]
On the other hand, a fixing device using an endless film as a fixing member has been proposed as disclosed in JP-A-7-295411, JP-A-8-69190, or JP-A-11-38827.
[0013]
An image heating apparatus according to the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-295411 is generated by an image heating film provided with a metal film, an excitation coil provided on one surface side of the image heating film, and the excitation coil. In the image heating apparatus that heats the image heating film by magnetic flux and heats the unfixed toner image carried on the recording material by the heat of the image heating film, the image heating film is the metal film. A low thermal conductive resin layer is formed on the surface on the exciting coil side, and a release resin layer is formed on the other surface.
[0014]
Further, the fixing device according to the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-69190 sandwiches a sheet carrying and heating unit and a sheet to which unfixed toner fed to the sheet carrying and heating unit is adhered with a predetermined pressing force together with the sheet carrying and heating unit. In the fixing device including the pressure roller section, the sheet conveyance heating section holds the belt-like heat-resistant endless thin body that is driven by an external drive from the inside, and the heat-resistant endless thin body is A metallic support that maintains contact with the pressure roller portion and guides its rotational movement, and an induction heating coil that is mounted on the metallic support with the heat-resistant endless thin body opposed thereto, This induction heating coil is configured to be provided outside the pressure roller unit.
[0015]
Further, the fixing device according to the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-38827 is composed of a conductive material, and is rotated in a pressurized state with respect to the first rolling contact member that is rotationally driven. A second rolling contact member formed between the rolling contact portions and having a developer image formed therebetween and passing through a member to be fixed; and disposed on the first rolling contact member side. In a fixing device having induction heating means for concentrating and inductively heating the rolling contact portion of the contact member and replacing the developer image of the fixing material interposed in the rolling contact portion with a fixed image, the fixing material in advance Is detected by receiving a detection signal from the detection means, a storage means for storing the calorific value data of the induction heating means corresponding to the type, a detection means for detecting the type of the material to be fixed conveyed to the rolling contact portion, and The amount of heat data corresponding to the type of the detected material is read from the storage means, and the read Depending on the amount of heat data is obtained by configured to include a control means for controlling the induction heating means.
[0016]
These fixing devices use a conductive film as a fixing member, and the heat capacity of the film itself is reduced to about 1/2 to 1/10 of the fixing roll of an equivalent class fixing device. Furthermore, by directly heating the film by induction heating, the film as the fixing member can be instantaneously raised to a desired temperature.
[0017]
However, the fixing devices according to these proposals have the following problems.
[0018]
First, in the case of the fixing device according to the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-38827, if the fixing belt as the first rolling contact member is stopped, the fixing belt itself warms up instantaneously, but within the fixing belt. Since the two rollers stretching the fixing belt take away the heat of the belt, there is a problem that a waiting time occurs until the belt is heated to a temperature necessary for fixing. In addition, since the belt shape in the fixing nip is stretched between two rollers, it is almost linear, and the belt has a sudden change in curvature at the inside of the nip and at the nip outlet. However, in the case of thin paper or the like on which a large amount of toner is transferred with a color image, the paper cannot be separated from the belt, and there is a problem that a peeling failure occurs.
[0019]
Moreover, in the case of the fixing device according to the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-38827, the fixing belt is stretched by two rolls, so that a complicated mechanism for controlling the deviation of the fixing belt is required. It also has the problem that it ends up.
[0020]
Further, in the case of the image heating apparatus according to the above-mentioned JP-A-7-295411, although the image heating film can be instantaneously heated by the exciting coil, the guide member is an R-shaped rigid body. The belt cannot follow the curvature of the R shape, and the bending direction of the belt cannot be reversed between the inside and outside of the nip. It has a problem that it cannot be peeled off from the heating film, resulting in poor peeling.
[0021]
Further, in the case of the fixing device according to the above-mentioned JP-A-8-69190, similarly to the above, there is no roll for stretching the belt-like heat-resistant endless thin body, and heat is generated inside the belt-like heat-resistant endless thin body. Since the only member that takes away the metal is a metal support, the warm-up can be shortened. However, because the metal support has an R shape that conforms to the curvature of the belt-like heat-resistant endless thin body, stripping failure is not possible with thin paper that has been transferred with a large amount of toner on the color image. It has the problem that it occurs.
[0022]
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the object of the present invention is to reduce the warm-up time to almost zero and toner amount with a color image. It is an object of the present invention to provide a fixing device capable of obtaining good peeling performance even with thin paper to which a large amount of toner is transferred.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to the first aspect of the present invention, a thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and is at a nip portion between a pressing member provided opposite to the heating belt. In a fixing device for fixing an unfixed toner image on a recording medium,
By providing a pressing member having an elastic layer and a rigid support inside the heating belt, and pressing the pressing member to a pressure member having an elastic layer on the surface via the heating belt,
The shape of the nip is Heating belt side On the exit side Pressure member side By forming a convex shape, the bending direction of the heating belt is reversed inside the nip portion.
[0024]
As a material for forming the conductive layer of the belt, for example, various materials such as copper, iron, aluminum, and nickel can be used. Among them, copper has high conductivity, and therefore, by thinning the layer. The resistance value per unit area can be set to a predetermined value, and the heat generation efficiency can be improved.
[0025]
That is, for a thin heating belt having the conductive layer, if the strength and frequency of the magnetic field are constant, the amount of heat generated is determined by the resistance value per unit area, and a material with relatively low conductivity such as iron or nickel is used. In such a case, a predetermined resistance value cannot be obtained unless the thickness of the conductive layer is set to a certain level (about 50 to 70 μm). Thus, when the thickness of the conductive layer made of iron, nickel, or the like is increased to some extent, the heating belt itself inevitably increases in rigidity, and the heating belt loses flexibility. When the heating belt becomes rigid and loses flexibility, a pressing member having an elastic layer is provided inside the heating belt, and the pressing member is pressed against the pressing member via the heating belt. This makes it difficult for the heating belt to deform along the surface shape of the pressure member when forming the nip portion for fixing. As a result, the pressure locally increases inside the nip formed between the heating belt and the pressure member, or the pressure distribution becomes unexpectedly uneven. There is a possibility that a conveyance failure of the recording medium or a separation failure at the exit of the nip portion may occur.
[0026]
More specifically, regarding the rigidity of the heating belt, for example, the physical property value (Young's modulus E) of the polyimide used as the base material of the heating belt is about 2 to 6 Gpa, although it varies depending on each manufacturer and each type. Incidentally, the Young's modulus E of nickel is 205 Gpa. In contrast, although the physical property value of copper (Young's modulus E) is 123 Gpa, the thickness of the conductive layer made of copper is about 5 μm while the thickness of the polyimide layer is, for example, 75 μm. (EI: I works as the cube of the thickness), and contributes at most 1 to 2%, and the rigidity of the heating belt is determined by the polyimide layer as the base material.
[0027]
In addition, as the pressure member, for example, a pressure roll is used. This pressure roll has an elastic layer even if it does not have an elastic layer on the outer periphery of the metal core. Either may be present.
[0028]
Furthermore, as the pressing member, for example, a pad member fixed and arranged inside the heating belt is used. The pad member is made of an elastic layer made of silicon rubber or the like and a metal or the like that supports the elastic layer. What is comprised from the supporting member which becomes is used. Further, as the pressing member, a roll-shaped pressing member that is rotatably disposed inside the heating belt and press-contacts the pressing member may be used. For example, when the pressure roll has no elastic layer on the outer periphery of the metal core, it is desirable to use a roll-shaped pressing member having an elastic layer on the surface of the metal core. In the case where the pressure roll has an elastic layer on the outer periphery of the metal core, even if the pressure roll has an elastic layer on the surface of the metal core, it does not have an elastic layer. Either may be sufficient.
[0029]
Furthermore, as the pressing member, for example, when a pad member composed of an elastic layer made of silicon rubber or the like and a support member made of metal or the like that supports the elastic layer is used, the elastic layer and the support member Set the thickness to be constant and set the pressure distribution in the nip part as the target, or set the elastic layer thickness on the outlet side of the nip part to be thin, and relatively reduce the thickness of the elastic layer on the outlet side of the nip part. By setting it thick, the pressure distribution in the nip portion can be set asymmetrically so that the pressure on the outlet side of the nip portion increases along the moving direction of the heating belt.
[0031]
Claim 2 The invention described in the above is configured such that the pressure distribution in the nip portion is asymmetric at the inlet and outlet of the nip portion, and the pressure at the outlet portion is set asymmetrically so as to be higher than the inlet portion. It is.
[0033]
further, Claim 3 In the invention described in (1), a thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and is formed on a recording medium at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. In the fixing device for fixing an unfixed toner image, the heating belt is constituted by a flexible belt including at least three layers of a base material layer, a conductive layer, and a surface release layer.
[0035]
Also, Claim 4 In the invention described in (1), a thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and is formed on a recording medium at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. In the fixing device for fixing an unfixed toner image, belt guide members for guiding the end portions of the heating belt are provided at both ends of the heating belt.
[0036]
further, Claim 5 In the invention described in (1), a thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and is formed on a recording medium at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. In the fixing device for fixing an unfixed toner image, a lubricant is interposed between the heating belt and the pressing member.
[0037]
Furthermore, Claim 6 In the invention described in (1), a thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and is formed on a recording medium at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. In the fixing device for fixing the unfixed toner image, a sheet material having good sliding property is interposed between the heating belt and the pressing member.
[0038]
further, Claim 7 In the invention described in (1), a thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and is formed on a recording medium at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. In the fixing device for fixing an unfixed toner image, the pressure member is provided with a metal roll that contacts the surface of the pressure member.
[0039]
or, Claim 8 In the invention described in (1), a thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and is formed on a recording medium at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. In the fixing device for fixing an unfixed toner image, a metal roll that contacts the surface of the pressure member is provided in a non-sheet passing portion of the pressure member, and the metal roll is brought into contact with and separated from the surface of the pressure member. It is possible.
[0040]
Furthermore, Claim 9 In the invention described in (1), a thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and is formed on a recording medium at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. In the fixing device for fixing an unfixed toner image, a magnetic core made of a ferromagnetic material or the like is provided inside the heating belt via a predetermined gap from the heating belt.
[0042]
[Action]
Claim 1 In the invention described in the above, a pressing member having an elastic layer is provided inside the heating belt, and the pressing member is pressed against the pressing member via the heating belt so as to form a nip portion for fixing. As a result, the heat capacity of the heating member of the fixing device becomes extremely small, the warm-up time is shortened, and furthermore, sufficient heating and pressurization can be performed in the nip portion to obtain good fixability. Can do.
[0043]
In addition, a pressing member is provided inside the heating belt, and the fixing nip is formed by the pressing member and the pressure member across the heating belt, so that the curvature of the heating belt inside the nip is reversed from that other than the nip. Can be made.
[0044]
That is, in the inside of the nip portion, the recording medium is wound around the pressure member side in the same way as the direction of the heating belt, and at the exit portion of the nip portion, the heating belt changes its curvature rapidly, Can't go about the change in curvature of the heating belt and leaves the heating belt. Therefore, even a thin paper on which a large amount of toner is mounted in a color image does not cause a peeling failure.
[0045]
Further, by providing an elastic layer on the pressing member, it is possible to fix the toner so as to enclose it, and the image quality is improved.
[0046]
Claim 1 For example, the portion of the pressing member that contacts the heating belt is a combination of an elastic layer and a non-elastic layer (support member), so that the curvature of the heating belt can be adjusted inside the nip portion. It becomes possible to invert, and by making the curvature of the heating belt suddenly change inside the nip part, it becomes easy to separate the heating belt and the recording medium, and the recording medium is wrapped around the pressure member side during double-sided fixing. Can be prevented. In addition, since a high pressure can be applied to the toner melted in the nip portion at the exit of the nip portion, the toner can enter between the fibers of the paper and fixability can be improved.
[0047]
further, Claim 4 In the invention described in (2), by providing edge guides at both ends of the heating belt, it is possible to prevent the heating belt from meandering and buckling. The heat capacity can be reduced and the warm-up can be shortened.
[0048]
Also, Claims 5 and 6 In the fixing device, since the heating belt is not stretched in the fixing device, the driving source is provided on the pressure roll side, and the heating belt is driven by the heating belt and the pressing member. If the slidability is poor, the pressing member serves as a brake, and the heating belt does not move at a predetermined speed, causing problems such as image misalignment and paper wrinkles. Therefore, in order to improve the slidability between the heating belt and the pressing member, a lubricant is interposed between the heating belt and the pressing member, or a sheet member having good slidability is interposed. By interposing it, the heating belt will not be delayed with respect to the speed of the pressure member, and the above-mentioned trouble can be prevented.
[0049]
Also, Claims 7 and 8 For example, when the small-size paper is continuously fed, the temperature of the non-sheet passing portion is increased. Therefore, by bringing a metal roll with good thermal conductivity into contact with the pressurizing member and following it, heat from the high temperature part of the non-sheet passing part region can be taken away and heat can be moved to a part where the temperature is low in the axial direction. I can do it. That is, it is possible to suppress the temperature rise in the non-sheet passing portion region during small size continuous sheet feeding and to equalize the temperature distribution in the axial direction. In addition, by enabling the retract, when the pressure member such as the first in the morning is cold or when the maximum size paper, etc., it can be kept away from the pressure member. The heat capacity on the member side can be reduced, and warm-up can be shortened.
[0050]
further, Claim 9 In the invention described in (1), by providing a core made of a ferromagnetic material inside the heating belt, magnetic flux can be collected efficiently, and the power factor of the power source is increased. Therefore, the frequency of the power source can be lowered, leading to a reduction in size and cost of the power source.
[0051]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below based on the illustrated embodiments.
[0052]
Embodiment 1
First, the configuration of the fixing device according to the first embodiment and members constituting the fixing device will be described.
[0053]
The fixing device according to this embodiment is for the purpose of shortening the warm-up time and ensuring the separation performance of the recording medium, and as the fixing member, a flexible (flexible) belt-shaped member having a small heat capacity is used. The belt-shaped member is configured so that the number of members that remove heat is minimized (no member is provided as much as possible). That is, the belt-like member (heating belt) is basically provided with only a pad member (pressing member) having an elastic layer that forms a fixing nip portion facing the pressure member. Adopted. In addition, the belt-like member is provided with a conductive layer so that the belt-like member to be heated can be directly heated, and induction heating is performed by the magnetic field generated by the magnetic field generating means.
[0054]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fixing device according to Embodiment 1 of the present invention.
[0055]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a heating belt as a heat fixing member. The heating belt 1 is composed of an endless belt having a conductive layer. As shown in FIG. 2, the heating belt 1 includes, from the inside, a base material layer 2 made of a sheet-like member having high heat resistance, a conductive layer 3 laminated on the base material layer 2, and an uppermost layer. Basically, at least three surface release layers 4 are provided. In this embodiment, as the heating belt 1, an endless belt having a diameter of 30 mm and comprising three layers of a sheet-like base material layer 2, a conductive layer 3, and a surface release layer 4 is used.
[0056]
The substrate layer 2 of the heating belt 1 is preferably a sheet having a high heat resistance of, for example, a thickness of 10 to 100 μm, more preferably a thickness of 50 to 100 μm (for example, 75 μm), such as polyester, polyethylene terephthalate, Examples thereof include those made of a synthetic resin having high heat resistance such as polyether sulfone, polyether ketone, polysulfone, polyimide, polyimide amide, and polyamide.
[0057]
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the both ends of the heating belt 1 made of an endless belt are abutted against the edge guide 5, whereby the meandering of the heating belt 1 is regulated and used. It is configured as follows. The edge guide 5 has a cylindrical portion 6 having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the heating belt 1, a flange portion 7 provided at an end portion of the cylindrical portion 6, and an outer side of the flange portion 7. A cylindrical or columnar holding portion 8 is provided. The edge guide 5 is disposed in a state of being fixed to both end portions of the heating belt 1 so that the distance between the inner wall surfaces of the flange portions 7 is slightly longer than the length along the axial direction of the heating belt 1. Has been. Therefore, as the base material layer 2, during rotation of the heating belt 1, in a portion other than the nip portion, a circular shape with a diameter of 30 mm is maintained, and even when the end of the heating belt 1 hits the edge guide 5, The heating belt 1 needs to have a rigidity that does not cause buckling or the like. For example, a polyimide sheet having a thickness of 50 μm is used.
[0058]
In addition, the conductive layer 3 is a layer that generates heat by electromagnetic induction of a magnetic field generated by a magnetic field generating means, which will be described later. A metal layer of iron, cobalt, nickel, copper, chromium, or the like has a thickness of about 1 to 50 μm. What was formed is used. However, in this embodiment, since the heating belt 1 needs to follow the shape of the nip portion inside a nip portion formed by a pad and a pressure roll, which will be described later, it must be a flexible belt. The metal layer 3 is preferably as thin as possible.
[0059]
In this embodiment, the conductive layer 3 is formed by depositing copper having high conductivity on the base material layer 2 made of the above polyimide with an extremely thin thickness of about 5 μm so as to increase the heat generation efficiency. It is used.
[0060]
Further, since the surface release layer 4 is a layer in direct contact with the unfixed toner image 10 transferred onto the recording medium 9, it is necessary to use a material having good release properties. Examples of the material constituting the surface release layer 4 include tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether polymer (PFA), polytetrafluoroethylene (PTFE), silicon copolymer, or a composite layer thereof. . The surface release layer 4 is a layer appropriately selected from these materials and provided on the uppermost layer of the belt with a thickness of 1 to 50 μm. If the thickness of the surface release layer 4 is too thin, the durability is poor in terms of wear resistance, and the life of the heating belt 1 is shortened. Conversely, if the thickness is too thick, the heat capacity of the belt is large. This is not desirable because it increases the warm-up.
[0061]
In this embodiment, in consideration of the balance between wear resistance and the heat capacity of the belt, a tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether polymer (PFA) having a thickness of 10 μm is used as the surface release layer 4 of the heating belt 1. in use.
[0062]
In addition, a pad member 12 as a pressing member having an elastic layer 11 such as silicon rubber is provided inside the heating belt 1 configured as described above. In this embodiment, as the pad member 12, silicon rubber 11 having a rubber hardness of 35 ° in JIS-A is used as a support member 13 having rigidity made of a metal such as SUS / iron or a synthetic resin having high heat resistance. Laminated ones are used. The elastic layer 11 made of silicon rubber has a uniform thickness, for example. The support member 13 of the pad member 12 is arranged in a state of being fixed to a frame of a fixing device (not shown), but the elastic layer 11 is pressed against the surface of a pressure roll described later with a predetermined pressing force. The pressing roll may be pressed toward the surface of the pressure roll by a biasing means such as a spring (not shown).
[0063]
In the fixing device, a pressure member 14 is provided at a portion facing the pad member 12 with the heating belt 1 interposed therebetween. The pressure member 14 is held in a state where the heating belt 1 is sandwiched between the pressure member 14 and the pad member 12 to form a nip portion 15, and the unfixed toner image 10 is transferred to the nip portion 15. By passing the recording medium 9, the unfixed toner image 10 is fixed on the recording medium 9 with heat and pressure to form a fixed image.
[0064]
In this embodiment, as the pressure member 14, a surface of a solid iron roll 16 having a diameter of 26 mm is coated with a 30 μm-thick tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether polymer (PFA) as a release layer 17. Pressure rolls are used.
[0065]
Further, as shown in FIG. 1, the pressure roll 14 is provided with a metal roll 18 made of a metal such as aluminum or stainless steel having good thermal conductivity so as to be able to be separated from and brought into contact therewith. The metal roll 18 stops at a position away from the pressure roll 14 when the temperature of the heating belt 1 or the pressure roll 14 is cold, such as in the morning when the energization of the fixing device is started. In the fixing device, for example, when a small-size sheet is continuously fixed, as the fixing device is used, the heating belt 1 and the pressure roll 14 have a temperature difference along the axial direction. When it occurs, the metal roll 18 is configured to contact the pressure roll 14. The metal roll 18 follows the pressure roll 14 when the metal roll 18 contacts the pressure roll 14. In this embodiment, a solid aluminum roll having a diameter of 10 mm is used as the metal roll 18.
[0066]
In this embodiment, the pressure roll 14 is rotationally driven by a driving means (not shown) while being pressed against the pad member 12 via the heating belt 1 by a pressing means (not shown).
[0067]
The heating belt 1 as a heating member is circulated and moved in accordance with the rotation of the pressure roll 14. Therefore, in this embodiment, a sheet material having high friction resistance and good slidability, for example, glass impregnated with Teflon resin, is provided between the heating belt 1 and the pad member 12 to provide good slidability. It is configured to improve slidability by interposing a fiber sheet (Chuko Kasei Kogyo: FGF400-4 etc.) and further applying a release agent such as silicone oil as a lubricant to the inner surface of the heating belt 1. Has been. In this way, during actual heating, the driving torque during idling of the pressure roll 14 can be reduced from about 6 kg · cm to about 3 kg · cm. Therefore, the heating belt 1 is driven without sliding with the pressure roll 14 and can circulate at a speed equal to the rotation speed of the pressure roll 14.
[0068]
Further, as described above, the axial movement of the heating belt 1 is regulated by the edge guides 5 at both ends in the axial direction as described above, and the heating belt 1 is meandering. Is prevented from occurring.
[0069]
By the way, in this embodiment, a thin heating belt having a conductive layer is configured to be induction heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means.
[0070]
The magnetic field generating means 20 is a horizontally long member having a longitudinal direction in a direction orthogonal to the rotation direction of the heating belt 1, and holds a gap of about 0.5 mm to 2 mm with the heating belt 1 as a member to be heated. And it is installed outside the heating belt 1. In this embodiment, the magnetic field generating means 20 includes an exciting coil 21, a coil support member 22 for holding the exciting coil 21, a core member 23 made of a ferromagnetic material provided at the center of the exciting coil 21, and an exciting coil. It is formed by magnetic field shielding means 24 provided on the opposite side of the heating belt 1 with respect to the coil 21.
[0071]
As the exciting coil 21, for example, a coil in which a predetermined number of litz wires in which 16 copper wires having a diameter of 0.5 mm that are insulated from each other are bundled in a straight line is arranged in parallel is used.
[0072]
As shown in FIG. 4, by applying an alternating current having a predetermined frequency to the exciting coil 21 by the exciting circuit 25, a varying magnetic field H is generated around the exciting coil 21. However, an eddy current B is generated in the conductive layer 3 of the heating belt 1 so that when the conductive layer 3 of the heating belt 1 is traversed, a magnetic field that prevents the change of the magnetic field H is generated by electromagnetic induction. The frequency of the alternating current applied to the exciting coil 21 is set to, for example, 10 to 50 kHz. In this embodiment, the frequency of the alternating current is set to 30 kHz. Then, when this eddy current B flows through the conductive layer 3 of the heating belt 1, power proportional to the resistance of the conductive layer 3 (W = IR ² ) Generates Joule heat and heats the heating belt 1 as a heating member.
[0073]
As the coil support member 22, it is desirable to use a heat-resistant non-magnetic material. For example, heat-resistant glass or heat-resistant resin such as polycarbonate is used.
[0074]
The magnetic field shielding means 24 is made of a magnetic material such as iron, cobalt, nickel, or ferrite. The magnetic field shielding unit 24 collects the magnetic flux generated by the exciting coil 21 to form a magnetic path. The magnetic shielding unit 24 enables efficient heating, and at the same time, the magnetic flux leaks to the outside of the fixing device, and the peripheral members are unaffected. It is for preventing it from being heated to the standard.
[0075]
In addition, a core material 23 made of ferrite, which is a ferromagnetic material, is provided at the center of the exciting coil 21. By comprising in this way, the magnetic flux which generate | occur | produces with the exciting coil 21 can be collected efficiently, and heating efficiency can be raised. For this reason, it is possible to reduce the frequency of the high frequency power source that applies an alternating current to the exciting coil 21 or to reduce the number of turns of the exciting coil 21, thereby reducing the size of the power source, the exciting coil 21, and the cost. Can be possible.
[0076]
In the above configuration, in the fixing device according to this embodiment, the warm-up time can be made almost zero, good fixability can be obtained, and defective peeling occurs. It can be reliably prevented.
[0077]
That is, in the fixing device according to this embodiment, as shown in FIG. 1, the pressure roll 14 is rotationally driven by a driving source (not shown) at a process speed of 100 mm / s. The heating belt 1 is in pressure contact with the pressure roll 14 and circulates and moves at a speed of 100 mm / s equal to the movement speed of the pressure roll 14.
[0078]
In the fixing device, as shown in FIG. 1, a recording medium 9 onto which the unfixed toner 10 is transferred by a transfer device (not shown) is formed in a nip portion formed between the heating belt 1 and the pressure roll 14. The toner image 10 is fixed on the recording medium 9 by being heated and pressurized by the heating belt 1 and the pressure roll 14 while the recording medium 9 passes through the nip portion 15 and passes through the nip portion 15. It has become so.
[0079]
At that time, in the fixing device, the temperature of the heating belt 1 is controlled to about 180 ° C. to 200 ° C. at the entrance of the nip portion 15 during the fixing operation by the frequency of the high-frequency current flowing through the exciting coil 21.
[0080]
In the fixing device according to this embodiment, simultaneously with the input of the image forming signal, the pressure roll 14 starts to rotate and the excitation coil 21 is energized with a high frequency current. When, for example, 700 W of electric power is applied to the exciting coil 21, the temperature of the heating belt 1 reaches the fixing possible temperature from room temperature in about 2 seconds by induction heating action. That is, the warm-up is completed within the time required for the recording paper 9 to move from the paper feed tray to the fixing device. Therefore, the fixing device can perform the fixing process without causing the user to wait.
[0081]
When the recording medium 9 having a large amount of toner, such as a color solid image, enters the nip portion 15 of the fixing device onto a thin paper of about 60 gms, the toner and the release layer 4 on the surface of the heating belt 1 are entered. In general, the attracting force increases, and it becomes difficult to peel the recording medium 9 from the surface of the heating belt 1. However, in the configuration of this embodiment, the shape of the heating belt 1 is a convex shape outside the nip portion 15, whereas it is a concave shape inside the nip portion 15. That is, the direction of the recording medium 9 in the nip portion 15 is a direction in which the recording medium 9 is wound around the pressure roll 14 side, and the direction of the heating belt 1 is suddenly changed from a concave shape to a convex shape at the outlet portion of the nip portion 15. Because of the change, the recording medium 9 cannot keep up with the rapid shape change of the heating belt 1 due to the strain (rigidity) of the recording medium 9 itself, and is naturally peeled from the heating belt 1. Therefore, in the fixing device according to this embodiment, it is possible to reliably prevent the problem of the peeling failure of the recording medium 9 from occurring.
[0082]
Further, when the small-sized recording medium 9 is continuously fixed, the temperature of the heating belt 1, the pad member 12, the pressure roll 14, etc. in the non-sheet passing area rises. By bringing the metal roll 18 provided on the surface into contact with the surface of the pressure roll 14, the heat of the high temperature portion of the pressure roll 14 can be absorbed by the metal roll 18, and the heat is moved to the low temperature portion. Therefore, the temperature distribution in the axial direction moves in the direction of decreasing, and the temperature of the pressure roll 14 and the temperature of the heating belt 1 can be prevented from becoming higher than a certain temperature.
[0083]
Furthermore, since the fixing device of the first embodiment has the elastic layer 11 with the heating belt 1 having a thickness of 65 μm sandwiched between the heating member 1 side of the nip portion 15, the effect of fixing the toner by wrapping the toner at the time of fixing. And good color image quality is obtained.
In order to obtain better color image quality, an elastic layer such as silicon rubber of several tens of μm may be provided between the conductive layer and the release layer of the heating belt, but the warm-up time will be prolonged. Is inevitable.
[0084]
Embodiment 2
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same parts as those in the first embodiment. In the second embodiment, the pressure distribution in the nip portion is shown in FIG. The inlet and the outlet of the nip portion are asymmetric, and the outlet portion is set to be asymmetric so that the pressure at the outlet portion is higher than the inlet portion.
[0085]
Moreover, in this Embodiment 2, it is comprised so that the bending direction of a heating belt may be reversed inside the said nip part by pressing a heating belt to a pressurization member with a press member.
[0086]
Furthermore, in Embodiment 3, a magnetic core made of a ferromagnetic material or the like is provided inside the heating belt via a predetermined gap from the heating belt.
[0087]
That is, in the second embodiment, the basic parts are the same as those in the first embodiment, and only different parts will be described.
[0088]
The magnetic field generating means 20 includes an exciting coil 21 composed of 16 litz insulated wires having a diameter of 0.5 mm and a ferromagnetic material such as ferrite having an E-shaped cross-section covering the exciting coil 21. The magnetic core 30 is formed from the heating belt 1 through a gap of about 0.5 to 2.0 mm.
[0089]
A second magnetic core 31 is provided inside the heating belt 1 with a gap of about 1 mm to 4 mm from the heating belt 1. With this configuration, leakage of magnetic flux is reduced and efficient heating is possible. Therefore, the power supply frequency can be lowered, and the power supply can be reduced in size and cost.
[0090]
Further, the pad member 12 provided inside the heating belt 1 includes a portion of the elastic layer 11 and a support member 13 having rigidity. For example, silicon rubber having a rubber hardness of 35 ° is used as the elastic layer 11, and a pad portion 32 having rigidity is used on the downstream side in the running direction of the recording medium 9 adjacent to the elastic layer 11. As the pad portion 32 having rigidity, for example, a metal having good thermal conductivity such as aluminum may be used, or a heat-resistant resin or the like that hardly takes heat away may be used. The former has the effect of improving the temperature distribution in the axial direction, and the latter does not hinder the warm-up reduction because it is difficult to remove heat from the heating belt 1.
[0091]
The pressure member 14 is provided with an elastic layer 33 having a thickness of about 0.1 to 2 mm. At this time, the fixing nip portion 15 has a convex shape on the upper side in the pad portion made of the elastic layer 11 on the inlet side and a convex shape on the lower side in the rigid pad portion 32 on the outlet side.
By making the pad member 12 in this two-stage configuration, the bending direction of the heating belt 1 can be changed in the nip portion 15, and the pressure distribution in the nip portion 15 is as shown in FIG. Since the outlet side is asymmetric with respect to the inlet side, the high pressure is released at a stroke when the high pressure exits the nip 15, so that the recording medium 9 can be more easily separated from the heating belt 1. Become.
[0092]
Furthermore, even during double-sided fixing, a high pressure can be applied on the exit side in the nip portion 15 to distort the elastic layer 33 on the pressure roll 14 side, so that the paper 9 is wound around the pressure roll 14 side. Can be prevented.
[0093]
Further, since a high pressure is applied on the outlet side of the nip portion 15, the toner melted in the nip portion 15 enters between the fibers of the paper 9 and the fixability is improved.
[0094]
Since other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
[0095]
Embodiment 3
FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same parts as those in the first embodiment. In the third embodiment, a thin wall having a conductive layer is shown. In the fixing device for inductively heating the heating belt with a magnetic field generated by a magnetic field generating unit and fixing an unfixed toner image on a recording medium at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt, An internal pressure roll having an elastic layer is provided inside the heating belt, and the internal pressure roll side is deformed into a concave shape by pressing the internal pressure roll against the external pressure roll via the heating belt. A nip portion for fixing is formed.
[0096]
That is, the third embodiment proposes a fixing device for realizing self-stripping without using a peeling means in a belt-type fixing device using electromagnetic induction.
[0097]
A heating belt 1 that is a heating member includes, in order from the inside of the belt, a base material layer 2 (thickness of several 10 μm) made of polyimide, a conductive layer 3 (thickness of several μm) made of copper, and the outermost layer. Is formed with a release layer 4 (thickness of several μm) made of fluororesin or the like. An elastic layer (thickness: 10 μm) made of silicon rubber, fluorine rubber, or the like may be provided between the conductive layer 3 and the release layer 4.
[0098]
Further, this fixing device is characterized in that the conductive layer 3 is formed as a thin layer having a thickness of several μm as described above. By making the thickness of the conductive layer 3 very thin, the heating belt 1 can be freely deformed. Therefore, as shown in FIG. 7, as a pressing member disposed in the heating belt 1 It is possible to form the nip portion 15 by deforming the internal pressure roll 40 into a concave shape. According to the configuration of the nip portion 15, it is possible to adopt a self-stripping method that is a method of peeling the paper by recovering the distortion of the internal pressure roll 40 in the nip portion 15 at the outlet B of the nip portion 15. Thus, the toner image can be prevented from being damaged by using the peeling nail. However, if such a formation of the nip portion 15 is to be realized by a heating belt having a metal conductive layer having a thickness of several tens of μm, a metal is formed between the inlet portion A of the nip portion 15 and the outlet portion B of the nip portion 15. Since the manufactured conductive layer is in a broken state, a crack is generated and the conductive layer cannot be used. As a result, in a heating belt having a metal conductive layer with a thickness of several tens of μm, the self-stripping method cannot be adopted, and a peeling claw must be installed.
[0099]
In order to form the nip portion 15 as described above, an elastic material such as fluoro rubber is used as the surface material of the internal pressure roll 40, and the internal pressure roll 40 such as fluorine resin is used as the surface material of the external pressure roll 14. A harder material may be used.
[0100]
Further, by preventing the heating belt 1 from contacting the peripheral member as much as possible except at the nip portion 15, the peripheral member prevents heat from being taken away from the heating belt. In the present invention, since the very thin heating belt 1 is used as the heat generating member, it is necessary to prevent the internal heating roll 40 having a large heat capacity and the heating belt 1 from contacting each other. Therefore, as shown in FIG. 7, a belt support member 41 is disposed between the heating belt 1 and the internal heating roll 40. Here, the heating belt 1 is not stretched by the belt support member 41, but is in a state where the two do not contact each other as much as possible. As a material of the belt support member 41, a liquid crystal polymer, a phenol resin, or the like having a small heat capacity and heat resistance and having no problem in strength is used.
[0101]
The coil assembly 20 is supported by a holder (not shown), and is fixed to the frame of the fixing device with a gap of a predetermined dimension between the coil assembly 20 and the heating belt 1.
[0102]
Further, the external pressure member 14 can keep the axial temperature uniform by bringing a metal roll 18 such as aluminum having good thermal conductivity into contact therewith.
[0103]
Since other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
[0104]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a thin endless belt having a conductive layer as a heating member is used without a tension, and a tension roll or the like is not provided inside the belt to form a nip. Because the pad with a small heat capacity is used, the heat capacity inside the belt can be made as small as possible, and the belt itself that is the object to be heated can be directly heated by induction heating, so that the warm-up time is as close to 0 seconds as possible. Can do.
[0105]
In addition, since a fixing nip is formed with a pad having an elastic layer and a flexible belt is used, the belt follows the shape of the pad within the nip, that is, between the inside of the nip and a portion other than the nip. Since the curvature can be changed and the curvature can be changed even inside the nip, it is easy to peel off a thin recording material on which a large amount of toner is placed. Furthermore, the effect of the elastic layer can fix the toner so as to wrap it, so that the image quality is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a fixing device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram showing a heating belt used in the fixing device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a support structure of a heating belt.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the heating principle of the heating belt.
FIG. 5 is a block diagram showing a fixing device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a pressure distribution in a nip portion of a fixing device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a fixing device according to Embodiment 3 of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: heating belt, 2: base material layer, 3: conductive layer, 4: surface release layer, 5: edge guide, 12: pad member, 14: pressure roll, 20: magnetic field generating means.

Claims

導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、
前記加熱ベルトの内部に、弾性層および剛性支持体を有する押圧部材を設け、当該押圧部材を加熱ベルトを介して表面に弾性層を有する加圧部材に押圧することにより、
前記ニップ部の形状を入口側では前記加熱ベルト側に凸形状となり、出口側では前記加圧部材側に凸形状にすることで、前記ニップ部の内部において、加熱ベルトの曲げ方向を反転させたことを特徴とする定着装置。A thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and an unfixed toner image on a recording medium is fixed at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. In the fixing device that
By providing a pressing member having an elastic layer and a rigid support inside the heating belt, and pressing the pressing member to a pressure member having an elastic layer on the surface via the heating belt,
The bending direction of the heating belt is reversed inside the nip portion by making the nip shape convex on the heating belt side on the inlet side and convex on the pressure member side on the outlet side. A fixing device.

前記ニップ部内の圧力分布が、当該ニップ部の入口と出口とで非対称であり、出口部の圧力が入口部に対して高くなっていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。The fixing device according to claim 1, wherein the pressure distribution in the nip portion is asymmetric between the inlet and the outlet of the nip portion, and the pressure of the outlet portion is higher than the inlet portion.

導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ベルトが、基材層、導電層、表面離型層の少なくとも３層からなる、可撓性を有するベルトからなることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。A thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and an unfixed toner image on a recording medium is fixed at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. 2. The fixing device according to claim 1 , wherein the heating belt includes a flexible belt including at least three layers of a base material layer, a conductive layer, and a surface release layer.

導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ベルトの両端に、当該加熱ベルトの端部をガイドするベルトガイド部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。A thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and an unfixed toner image on a recording medium is fixed at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. 2. The fixing device according to claim 1, wherein a belt guide member for guiding an end of the heating belt is provided at both ends of the heating belt.

導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ベルトと押圧部材の間に潤滑剤を介在させることを特徴とする請求項１記載の定着装置。A thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and an unfixed toner image on a recording medium is fixed at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. The fixing device according to claim 1, wherein a lubricant is interposed between the heating belt and the pressing member.

導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ベルトと押圧部材との間に、摺動性の良いシート材を介在させたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。A thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and an unfixed toner image on a recording medium is fixed at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. The fixing device according to claim 1, wherein a sheet material having good sliding property is interposed between the heating belt and the pressing member.

導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加圧部材に、当該加圧部材の表面に接触する金属ロールを設けたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。A thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and an unfixed toner image on a recording medium is fixed at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. The fixing device according to claim 1, wherein a metal roll that contacts a surface of the pressure member is provided on the pressure member.

導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加圧部材の非通紙部に、当該加圧部材の表面に接触する金属ロールを設け、当該金属ロールを加圧部材の表面に対して接離可能としたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。A thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and an unfixed toner image on a recording medium is fixed at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. In the fixing apparatus, a non-sheet passing portion of the pressure member is provided with a metal roll that contacts the surface of the pressure member, and the metal roll can be brought into contact with and separated from the surface of the pressure member. The fixing device according to claim 1.

導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ベルトの内部に、当該加熱ベルトと所定のギャップを介して強磁性体などからなる磁性コアを設けたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。A thin heating belt having a conductive layer is induction-heated by a magnetic field generated by a magnetic field generating means, and an unfixed toner image on a recording medium is fixed at a nip portion with a pressure member provided opposite to the heating belt. The fixing device according to claim 1, wherein a magnetic core made of a ferromagnetic material or the like is provided inside the heating belt via a predetermined gap from the heating belt.