【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱材を加熱処理する加熱装置および該加熱装置を定着装置として適用し、被加熱材としての記録媒体に形成された未定着トナー画像（以下、単にトナーとも称する）を該記録媒体に加熱定着する電子写真式の複写機、プリンタおよびファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の画像形成装置には、記録媒体である記録紙ないし転写紙などのシート上に直接的または間接的に形成されたトナー画像を該シートに加熱定着させる定着装置として加熱装置が設けられている。この加熱装置は、例えば、シート上のトナーを熱溶融させる加熱ローラとも指称される定着ローラと、当該定着ローラに圧接してシートを挟持する加圧ローラとを有している。
【０００３】
定着ローラは中空状に形成され、この定着ローラの中心軸上には、発熱体が保持手段により保持されている。発熱体は、例えば、ハロゲンランプなどの管状発熱ヒータにより構成され、所定の電圧が印加されることにより発熱するものである。このハロゲンランプは定着ローラの中心軸に位置しているため、ハロゲンランプから発せられた熱は定着ローラ内壁に均一に輻射され、定着ローラの外壁の温度分布は円周方向において均一となる。定着ローラの外壁は、その温度が定着に適した温度（例えば、１５０〜２００℃）になるまで加熱される。
【０００４】
この状態で定着ローラと加圧ローラは圧接しながら互いに逆方向へ回転し、トナーが付着したシートを挟持する。定着ローラと加圧ローラとの圧接部（以下、ニップ部ともいう）において、シート上のトナーは定着ローラの熱により溶解し、両ローラから作用する圧力によりシートに定着される。特にカラートナーを定着する定着装置においては、各色トナーを十分に融解混色し定着ローラに巻きつくことなく排紙する必要があるために、定着ローラおよび加圧ローラには肉厚の弾性層を設け、弾性層の変形によって十分なニップ幅と良好な排紙性能を得ている。
【０００５】
しかし、ハロゲンランプなどから構成される発熱体を備えた上記加熱装置を定着装置として適用した場合においては、定着ローラ内部に配置されたハロゲンランプからの輻射熱を利用して定着ローラ芯金の内面を加熱し、芯金から弾性層を経て定着ローラ表面に熱が伝えるているが、厚肉の弾性層は熱伝導性が悪く、定着ローラ芯金と弾性層の界面の温度は表面の温度に比べて高温になってしまう。芯金界面の弾性層が高温状態で連続使用されると、弾性体が硬化劣化や液状化を引き起こし寿命が短くなってしまう。さらにこれらの現象は、高速定着を行う定着装置においてはより顕著になる。
【０００６】
かかる要請に応える定着装置として、特開平１１−２８２２９３号公報に示されるように、定着ベルトと加熱ローラを用いたベルト定着装置が提案されている。図１７はこのベルト定着装置を示す断面図であり、薄肉低熱容量の定着ベルト１０１を図示しない熱源を内蔵した加熱ローラ１０２に巻きつける事で加熱し、加熱された定着ベルトは定着ローラ１０３と加圧ローラ１０４との圧接によって形成されたニップ部ＮでシートＰとともに該シート上のトナーを加熱溶融させて定着する。なお、１０５，１０６は定着ベルト１０１の張力を調整するためのローラと押圧ばね、１０７は加圧ローラ１０４に加圧力を付与するばねである。
【０００７】
このような構成においては、厚肉弾性層の内面から熱を伝えるのではなく、表面近傍の定着ベルト１０１が加熱された状態でニップ部Ｎに搬送されているので、定着ローラ弾性層１０３ａの硬化劣化や液状化現象を防止することが可能となる。また定着ローラ１０３および加圧ローラ弾性層１０４ａの厚み、硬度によってニップ形状を上凸形状とする事が可能であるために良好な排紙性を得ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような定着ベルトを用いた定着装置にあっても、毎分４０枚以上の高速定着を行う場合や厚紙を高速連続定着する場合には、定着ベルトの回転速度が高速化するために加熱ローラの巻き付け部を通過する時間が短く、定着に必要な熱量を供給する事が困難となる。
【０００９】
このような問題を解決するためには、定着ベルトと加熱ローラの接触時間を長くする必要がある。接触時間を長くするためには加熱ローラの外形を大きくし、加熱ローラの周長を大きくすれば良いが、外形を大きくすれば定着ベルトの外形も同様に大きくなり、放熱量の増加によるエネルギーロスや、本体内部の温度が異常昇温していまう。その他、大径ローラと大径ベルトを用いれば定着装置自身が大型化してしまうという課題があった。
【００１０】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ベルトを効率よく加熱することによって、被加熱媒体を適切に加熱することができる加熱装置および該加熱装置を定着装置と適用して高品質の画像形成を可能とした画像形成装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を有することを特徴とする加熱装置および画像形成装置である。
【００１２】
（１）複数のローラ間に掛け渡されて回転するベルトと、そのベルト内部に配置され、弾性層を有し、前記ベルトを懸架しているローラと、前記ベルト外部に配置され該ベルトを介して前記ローラを加圧し、ニップ部を形成する加圧部材と、前記ニップ部以外の領域で前記ベルトを加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とする加熱装置。
【００１３】
（２）複数のローラ間に掛け渡されて回転するベルトと、そのベルト内部に配置され、弾性層を有し、前記ベルトを懸架しているローラと、前記ベルト外部に配置され該ベルトを介して前記ローラを加圧し、ニップ部を形成する加圧部材と、内部に熱源を有し、前記ベルトを懸架している加熱ローラと、前記ベルトを前記加熱ローラ以外の部分で加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする加熱装置。
【００１４】
（３）（１）または（２）記載の加熱手段は、電気抵抗によって発熱する抵抗発熱体であって、この抵抗発熱体にベルトを摺動させて該ベルトを加熱する事を特徴とした加熱装置。
【００１５】
（４）（１）または（２）記載のベルトは、基層上に弾性層、あるいはトナー離型層を含む少なくとも２層以上の構成である事を特徴とする加熱装置。
【００１６】
（５）（４）記載の基層はポリイミド、ニッケル、ＳＵＳのいずれか、弾性層はシリコンゴム、フッ素ゴムのいずれかである弾性体からなることを特徴とする加熱装置。
【００１７】
（６）（１）または（２）記載の加熱手段は、輻射熱によってベルト内面を加熱する加熱源であり、ベルトは光を吸収する吸熱層を備えてる事を特徴とする加熱装置。
【００１８】
（７）（１）または（２）記載の加熱手段は、加圧部材がベルトをローラに加圧して形成したニップ部の上流域に加熱域を持つ事を特徴とする加熱装置。
【００１９】
（８）（１）または（２）記載の加熱手段は、電磁誘導加熱手段である事を特徴とした加熱装置。
【００２０】
（９）（８）記載の誘導加熱手段は、誘導コイルを備え誘導コイルに印加した交番電流によって誘導加熱を行う電磁誘導加熱部材である事を特徴とした加熱装置。
【００２１】
（１０）（８）記載のベルトは、少なくとも一部に導電層を含んでいることを特徴とした加熱装置。
【００２２】
（１１）（８）記載のベルトは、ニッケル、磁性ＳＵＳ、鉄、およびこれらの合金からなる金属層を含んでいる事を特徴とする加熱装置。
【００２３】
（１２）（８）記載のベルトは、基層の上にシリコンゴム、フツ素ゴム等の弾性体からなる弾性層を含んでいる事を特徴とする加熱装置。
【００２４】
（１３）（８）記載の誘導加熱手段によって加熱される領域は、加圧部材がベルトをローラに加圧して形成したニップ部以外の略平面部である事を特徴とする加熱装置。
【００２５】
（１４）記録媒体上の未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、前記記録媒体上に形成された未定着トナー画像を該記録媒体に加熱定着する定着手段とを有する画像形成装置において、前記定着手段として（１）から（１３）のうちのいずれか１項記載の加熱装置を適用することを特徴とする画像形成装置。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
【００２７】
実施例１．
図１は本発明の実施例１による定着ベルトを用いた定着装置を示すもので、この定着装置は図示しないカラー複写機の作像プロセスを担当する画像形成部に装備される。ここで、図示しないカラー複写機（以下、単に複写機と称する）は、原稿画像を原稿読み取り部で読み取り、原稿画像に応じたトナー像を画像形成部で形成した上で給紙部より供給された記録紙に転写し、定着し、画像形成部からの画像形成済の記録紙を排紙部に排紙するという概略構成を採る。
【００２８】
図１の定着ベルト１は、定着ローラ３と加熱ローラ２に巻き掛けられており、この定着ベルト１の基層は、ポリイミド、ニッケル、ＳＵＳ製の厚さ１００μｍの薄いフィルム状体で、表面上に２００μｍのシリコンゴム、フッ素ゴム等の弾性体からなる弾性層、あるいは離型層を有する少なくとも２層以上の構成で、良熱応答性と柔軟性と良離型性とを兼ね備えている。
【００２９】
加熱ローラ２は外径φ４０、厚み３ｔのアルミ製シリンダー２ａからなり、内部にハロゲンヒーター５を配置する。定着ローラ３はアルミ芯金３ａにスポンジや耐熱シリコーンゴム等の弾性層３ｂを５〜１０ｍｍ有するφ５０のローラで構成され、図示しない駆動モータにより駆動される。
【００３０】
加圧ローラ４は外形φ５０のローラであって、定着ローラ１と同様にアルミ製芯金４ａ上にシリコンゴムやスポンジ等の弾性層４ｂを２〜１０ｍｍを有し、最外層にはトナーの離型性がよく、オイルの親和性が良いシリコンゴム離型層４ｃを有する。
【００３１】
ニップ部Ｎは加圧ローラ４によって、定着ベルト１を定着ローラ３に５００Ｎ〜１０００Ｎの加圧加重で押圧し、定着ローラ３と加圧ローラ４の弾性層３ｂ、４ｂを変形させることによって形成される。この時、定着ローラ３の硬度よりも加圧ローラ４の硬度の方を高く設定する事によって、ニップの形状を上凸にする事ができ、良好な排紙性を得ることができる。ハロゲンヒータ５は加熱ローラ２の内部に配置され、加熱ローラ２を加熱することによって定着ベルト１を加熱する。
【００３２】
定着ベルト１の内面に配置された面状発熱体６は、図２で示すように基板６ａの一方側の面をフィルム摺動側の面として、その面の略中央部に面長手に沿ってＴＡ２ Ｎ・銀パラジウム等の電気抵抗材料を塗工（スクリーン印刷等）して具備させた面状の低熱容量の抵抗発熱体層６１を有する抵抗発熱体である。
【００３３】
また、この面状発熱体６は、ベルト接触摺動面側にガラス層６ｂを有し、発熱体６の定着ベルト１との滑性を向上させて、ベルト内面の削れ、抵抗発熱体層６１のパターン摩耗を防止すると共に、ベルトが破れた場合い該ベルトを介して生じる加圧ローラ４と抵抗発熱体層６１との直接接触による電気的短絡・漏電を防止する絶縁材層の役目をしている。
【００３４】
７は定着ニップ部の記録材出口側に定着ベルト１の表面に当接または近接して配置した記録材分離爪である。８は記録材をニップ部Ｎへ搬送する搬送ガイドである。９はオイル塗布機構であり、図示しないオイルタンクより離型オイルを定着ベルト１上に塗布する。１０は定着ベルト１を清掃するクリーニングウェブであり、オフセットトナーの清掃を行なう。１１は温度検知素子であり、この温度検知素子１１の出力信号をもとに定着ベルト１の表面温度を検知し、図示しない温度制御回路をへてハロゲンヒータ５および面状発熱体６の出力を制御する。
【００３５】
本発明では、加熱ローラ２以外に、定着ローラ３と加熱ローラ２の間の平面部を面状発熱体６１によって加熱する事が可能であるために、高速定着時に定着装置を大型化することなく、定着ベルト１の加熱時間を飛躍的に向上させることが可能となった。以下に面状発熱体６を使用せずに加熱ローラ２のみで加熱した場合とを比較した実験結果を示す。
【００３６】
表１は１分間の定着枚数をＡ４用紙３０枚〜５０枚の速度で連続定着した場合に、１８０℃温調していた定着ベルト１が温度低下した最低温度を示している。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表１の結果によると、面状発熱体有りの場合には、４０枚／分の高速定着時でも最低温度が１６９℃で、良好な定着性を得る事が出来たのに対し、面状発熱体ナシの場合には１５９℃まで低下してしまい、定着不良が発生してしまった。面状発熱体ナシでは定着枚数は３０〜３５枚／分が最大で、高速定着には適応が難しいことが判った。
【００３９】
この理由は以下のように考えられる。図３に示すように、加熱ローラ２に巻きつけている定着ベルト１と該加熱ローラの接触幅が約４０ｍｍ程度であり、この区間に受ける熱量のみで定着に必要とされる熱量すべてを補っている。高速定着時には定着ベルト１も高速で回転するので、加熱ローラ２と定着ベルト１が接している時間が短縮され、定着ベルト１に伝わる熱量は減少していくのに対し、定着で必要とされる熱量は定着枚数が増えるにしたがって増加していくからである。
【００４０】
図４に示すように、面状発熱体６を配置した本実施例１によれば、加熱ローラ２の巻きつけ部を過ぎたあとも面状発熱体６によって定着ベルト１が加熱されるので、実質加熱時間が増加し、高速定着時においても十分な熱量を与える事が可能となる
もし、面状発熱体６を用いず、加熱ローラ２の外径を増やすことで本発明加熱と同程度の加熱量を得る場合には、図５に示すように外径φ６０以上の加熱ローラ２を用いることとなり現実的ではない。
【００４１】
実施例２．
図６は本発明の実施例２として、高速かつ厚紙の定着にまで対応した定着装置として応用した場合を示すもので、基本的な部材と機能は実施例１と同じであるが、加圧ローラ４に対する定着ベルト１の当接長さを増大させる巻きつけローラ３１をニップ部の近傍に設け、定着ベルト１を加圧ローラ４に巻きつけることによってニップ部を広く取ることができる。本実施例２の構成においては、ニップ部幅が広がっているので高速定着、厚紙定着のように定着に多くの熱量を必要とする装置に有効的である。
【００４２】
また、拡大化されたニップで奪われた多量の熱量は、加熱ローラ２および該加熱ローラの上流と下流の両方に配置された面状発熱体６によって多量の熱を供給することができるので、連続定着時の温度低下を抑えられ、装置の小型化も可能となる。
【００４３】
このような特徴は、巻きつけローラ３１を用いた拡大ニップと、加熱ローラ２と面状発熱体６を用いた拡大された加熱幅の両方を兼ね備えることによって可能となっており、２５０ｇの厚紙を毎分５０枚（Ａ４幅）で連続定着する場合においても良好な定着性を維持する事が可能となる。
【００４４】
実施例３．
図７は本発明の実施例３を示す断面図であり、基本的な部材と機能は実施例２と同じであり、ニップ部に巻きつけローラ３１が存在し、定着ベルト１を巻きつけることによってニップ部を広く取ることができる。
【００４５】
しかし、本実施例３は面状発熱体６の変わりにハロゲンヒータ５と反射板５１が定着ベルト内部に配置したもので、ハロゲンヒータ５と反射板５１は図示しない定着フレームに固定され、定着ベルト１の内面を輻射加熱している。定着ベルト１の内面は黒塗りする事によって黒体化処理されており、ハロゲンヒータ５の輻射熱の９０％以上を吸収できるように施されている。
【００４６】
反射板５１は定着ベルト内のハロゲンヒータ５が定着ローラ３や巻きつけローラ３１等を照射して異常加熱することを防ぐと共に、ニップ部上流の定着ベルト１内面を局所的に集中加熱する役割をはたす。反射板５１の表面は金や銀などを蒸着し、９９．９％以上の赤外線を反射し、対向面の定着ベルト１を加熱する。
【００４７】
本実施例３によれば、ニップ部幅が広がっているので、高速定着、厚紙定着のように定着に多くの熱量を必要とする装置に有効的である。また、拡大化されたニップで奪われた多量の熱量は、加熱ローラおよび該加熱ローラの下流に配置されたハロゲンヒータ５と反射板５１によって多量の熱を供給することができるので、連続定着時の温度低下を抑えられ、装置の小型化も可能となる。
【００４８】
実施例４．
図８は本発明の実施例４を示すもので、基本的な部材と機能は実施例１と同じであり、定着ベルト５の近傍に配置された誘導加熱部材６は図９に示されるように誘導コイル６１と励磁コア６２とそれらを保持するコイルホルダー６３から構成される。誘導コイル６１は、長円状に扁平巻きされたリッツ線を用い、誘導コイル６１の中心と両脇に突起した横Ｅ型の励磁コア６２の中に配置され、図１０のようなユニットを形成する。
【００４９】
励磁コア６２はフェライト、パーマロイといった高透磁率で残留磁速密度の低いものを用いるので、誘導コイル６１や励磁コア６２での損失を抑えられ、効率的に定着ベルト１を加熱する事ができる。
【００５０】
コイルホルダー６３は非磁性、非導電性耐熱材料であるＰＰＳ，ＰＥＥＫ、フェノール樹脂等の耐熱性樹脂によって形成され、図示しない定着ユニットフレームに定着ベルト１に接触しないように固定されている。
【００５１】
図１１は、電磁誘導加熱式定着装置の原理を説明する図である。誘導コイル６１に高周波（数ＫＨｚ〜百ＫＨｚ）の電流を流すと、「アンペアの右ねじの法則」にしたがって定着ベルト１の走行方向に対して垂直な磁束Ａが生じる。この磁束Ａを受けて定着ベルト１には「レンツの法則」にしたがって磁束Ａと逆方向に磁束が生じるような渦状の誘導電流が発生する。
【００５２】
この誘導電流は、定着ベルト１の固有抵抗によりジュール熱に変換されるので定着ベルト１が発熱する。図１１に示す構成では、特にコイル６１の側面近傍に磁束が集中し、図のように局所的な発熱分布を持つ。電磁誘導により発生する電流は、その材料に応じて板厚方向に分布を持ち、磁束の浸透深さδは、（Ｋμｆ）１／２の逆数に比例する。ここで、Ｋは導電率、μは比透磁率、ｆは周波数である。つまり高周波になるほど誘導電流は表面に集まる。
【００５３】
したがって、発熱部の厚みを磁束の浸透深さに近い値に設定すれば、発生した磁束をその厚み内で有効に殆んど使用できるので、周波数に応じて誘導渦電流を発生させる部材を最適な厚さに設定することが望ましい。
【００５４】
誘導加熱部材６は、図８で示すように加熱ローラ２と定着ローラ３によって張られたニップ部上流の略平面部を加熱するように、定着ベルト１の外部に配置される。定着ベルト１の外部に誘導加熱部材６を配置することによって、誘導コイル６１や励磁コア６２の温度上昇を抑える事が可能となる。誘導コイル６１や励磁コア６２の温度が上昇すると、誘導コイル６１の電気抵抗値の上昇や、励磁コア６２の透磁率の低下による熱損失が大きくなるので、大電力を印加する高速機の定着装置に不向きである。なお、ハロゲンヒータ５および誘導加熱部材６の発熱量は温度検知素子１１の出力信号に基づき図示していない温度制御回路によって行なう。
【００５５】
本実施例４では、加熱ローラ２以外に、定着ローラ３と加熱ローラ２の間の平面部を誘導加熱部材６によって加熱する事が可能であるために、高速定着時に定着装置を大型化することなく定着ベルト１の加熱時間を飛躍的に向上させることが可能となった。
【００５６】
以下に誘導加熱部材６を使用せずに加熱ローラ２のみで加熱した場合とを比較した実験結果を示す。
【００５７】
表２は１分間の定着枚数をＡ４用紙３０枚〜５０枚の速度で連続定着した場合に、１８０°Ｃ温調していた定着ベルト１が温度低下した最低温度を示している。
【００５８】
【表２】
【００５９】
表２の結果によると、誘導加熱有りの場合には、５０枚／分の高速定着時でも最低温度が１７１゜Ｃで、良好な定着性を得る事が出来たのに対し、誘導加熱ナシの場合には１５５°Ｃまで低下してしまい、定着不良が発生してしまった。誘導加熱ナシでは定着枚数は３０〜４０枚／分が最大で、高速定着には適応が難しいことが判った。
【００６０】
この理由は以下のように考えられる。図１２に示すように、加熱ローラ２に巻きつけている定着ベルト１と加熱ローラ２の接触幅が約４０ｍｍ程度であり、この区間に受ける熱量のみで定着に必要とされる熱量すべてを補っている。高速定着時には定着ベルト１も高速で回転するので、加熱ローラ２と定着ベルト１が接している時間が短縮され、定着ベルト１に伝わる熱量は減少していくのに対し、定着で必要とされる熱量は定着枚数が増えるにしたがって増加していくからである。
【００６１】
図１３に示すように、誘導加熱部材６を配置した本実施例４によれば、加熱ローラ２の巻きつけ部を過ぎたあとも誘導加熱部材６によってベルト自身が発熱、加熱されるので、実質加熱時間が約２倍に増加し、高速定着時においても十分な熱量を与える事が可能となる
もし、誘導加熱を用いず、加熱ローラ２の外径を増やすことで本発明加熱と同程度の加熱量を得る場合には、図１４のように外径φ８０以上の加熱ローラを用いることとなり現実的ではない。
【００６２】
また、本発明のように誘導加熱部材６を用いて加熱ロ−ラ以外の部分を非接触加熱する事によって、定着ベルト１を傷つけることなく熱損失の少ない効率的な加熱が可能となる。
【００６３】
実施例５．
図１５は本発明の実施例５として、ファックスやプリンター等の白黒低中速機の定着装置として適用した場合を示すもので、定着ベルト１は実施例１と同様の基層に弾性層を付けずに、表面にトナー離型性を高めるために例えばＰＴＦＥやＰＦＡ等のフッ素樹脂１０〜５０μｍ厚の層を設けている。
【００６４】
断熱スポンジ層をもつ定着ローラ３は実施例１と同じ役割を示すが、外径３０φの小径ローラを用いている。加圧部材には加圧ローラの変わりに加圧パッド４１を用いている。加圧パッド４１の表面は断熱耐熱フェルト等で定着ローラ３に接していて、定着ベルト１の熱が奪われにくい構成となっている。
【００６５】
その他、加熱ローラ５、誘導加熱部材６、分離爪７、温度検知素子１１は実施例１と同様じ目的で配置している。
【００６６】
本実施例５の構成においては、定着装置全体を低熱容量化した事、および誘導加熱部材６による効率的な加熱、および定着ベルト１として金属ベルトを用いて熱抵抗を低下させた事によって、立ち上げ時間（ウオームアップタイム）の短縮と、装置の小型化、良定着性を満足することができる。
【００６７】
実施例６．
図１６は本発明の実施例６として、高速かつ厚紙の定着にまで対応した定着装置として応用した場合を示すもので、基本的な部材である加熱ローラ２、定着ローラ３、加圧ローラ４、ハロゲンビータ５、誘導加熱部材６、分離爪７、搬送ガイド８、オイル塗布機構９、クリーニングウェブ１０、温度検知素子１１は実施例４と同様じ目的で配置する。
【００６８】
定着ベルト１は、実施例４と同じものを更に大径化して使用し、ニップ部に巻きつけローラ３１を配置し、定着ベルト１を加圧ローラ４に巻きつけることによってニップ部を広くしている。
【００６９】
本実施例６の構成においては、ニップ幅が広がっているので、高速定着、厚紙定着のように定着に多くの熱量を必要とする系に有効的である。また、拡大化されたニップで奪われた多量の熱量は、加熱ローラ２および誘導加熱部材６によって多量の熱を供給することができるので、連続定着時の温度低下に抑えられ、装置の小型化か可能となる。
【００７０】
このような特徴は、巻きつけローラ３１を用いた拡大ニップと、加熱ローラ２と誘導加熱部材６を用いた拡大加熱幅の両方を兼ね備えることによって可能となっており、２５０ｇの厚紙を毎分５０枚（Ａ４幅）で連続定着する場合においても良好な定着性を維持する事が可能となる。
【００７１】
なお、以上の実施例では、本発明の加熱装置を、定着ベルトを用いた定着装置として適用した場合について説明したが、本発明の加熱装置は例えば、画像担持した被記録材を加熱して表面性（艶など）を改質する装置、仮定着処理する装置など、他の被加熱体を加熱処理する装置として広く適用できる。
【００７２】
実施例７．
図１７は本発明の加熱装置を定着装置として適用した画像形成装置の一例の概略構成を示したもので、本例の画像形成装置は原稿台往復動型・回転ドラム型・転写式・プロセスカートリッジ着脱方式の電子写真複写装置である。
【００７３】
図１７において、７０は装置機筺、７１はその装置機筺７０の上面板７２上に配設したガラス板等の透明板部材よりなる往復動型の原稿載置台であり、機筺上面板７１上を図面上右方ａ、左方ａ´に夫々所定の速度で往復移動駆動される。
【００７４】
Ｇは原稿であり、複写すべき画像面側を下向きにして原稿載置台７１の上面に所定の載置基準に従って載置し、その上に原稿圧着板７３をかぶせて押え込むことによりセットされる。
【００７５】
７４は機筺上面板７２面に原稿載置台７１の往復移動方向とは直角の方向（紙面に垂直の方向）を長手として開口された原稿照明部としてのスリット開口部である。
【００７６】
原稿載置台７１上に載置セットした原稿Ｇの下向き画像面は、原稿載置台７１の右方ａへの往動移動過程で右辺側から左辺側にかけて順次にスリット開口部７４の位置を通過していき、その通過過程でランプ７５の光Ｌをスリット開口部７４、透明な原稿載置台７１を通して受けて照明走査され、その照明走査光の原稿面反射光が像素子アレイ７６によって感光ドラム７７面に結像露光される。
【００７７】
感光ドラム７７は例えば酸化亜鉛感光層・有機半導体感光層等の感光層が被覆処理され、中心支軸７８を中心に所定の周速度で矢示ｂの時計方向に回転駆動され、その回転過程で帯電器７９により正極性又は負極性の一様な帯電処理を受け、その一様帯電面に前記の原稿画像の結像露光（スリット露光）を受けることにより、感光ドラム７７面には結像露光した原稿画像に対応した静電潜像が順次に形成される。
【００７８】
この静電潜像は現像器８０により加熱で軟化溶融する樹脂等より成るトナーにて順次に顕像化され、この顕像化されたトナー画像が転写部としての転写放電器８１の配設部位へ移行する。
【００７９】
Ｓは被記録材としての転写材シートＰを積載収納したカセットであり、このカセット内のシートが給送ローラ８２の回転により１枚宛繰出し給送され、次いでレジストローラ８３により、感光ドラム７７上のトナー画像形成部の先端が転写放電器８１の部位に到達したとき転写材シートＰの先端も転写放電器８１と感光ドラム７７との間位置に丁度到達して両者一致するようにタイミングどりされて同期給送される。そして、その給送シートの面に対して転写放電器８１により感光ドラム７７側のトナー画像が順次に転写される。
【００８０】
転写部でトナー画像転写を受けたシートは、不図示の分離手段で感光ドラム７７面から順次に分離され、搬送装置１１４によって像加熱装置（加熱定着装置）９０に導かれて担持している未定着トナー画像の加熱定着を受け、画像形成物（コピー）として排出ローラ８６を通って排紙トレイ８７上に排出される。
【００８１】
画像転写後の感光ドラム７７の面は、クリーニング装置８８により転写残りトナー等の付着汚染物の除去を受けて繰り返して画像形成に使用される。ＰＣは装置本体７０内のカートリッジ着脱部８９に着脱されるプロセスカートリッジであり、本例の場合は、像担持体としての感光ドラム７７、帯電器７９、現像器８０、クリーニング装置８８の４つのプロセス機器を包含させて一括して装置本体７０に対して着脱交換自在としてある。
【００８２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、複数のローラ間に掛け渡されて回転するベルトと、そのベルト内部に配置され、弾性層を有し、前記ベルトを懸架しているローラと、前記ベルト外部に配置され該ベルトを介して前記ローラを加圧し、ニップ部を形成する加圧部材と、前記ニップ部以外の領域で前記ベルトを加熱する加熱手段とを備えるように構成したので、ベルトを効率よく加熱することができる。
【００８３】
本発明によれば、ベルトを加熱ローラ以外の部分で加熱する加熱手段を備えるように構成したので、高速出力や厚紙定着など熱量を多く必要とする場合にも良好な加熱処理が得られる。
【００８４】
本発明によれば、加熱手段として、電気抵抗によって発熱する抵抗発熱体を用いて該抵抗発熱体をベルトに摺動させることによって加熱するように構成したので、熱応答性の良い加熱が可能となる。
【００８５】
本発明によれば、ベルトは基層上に弾性層、あるいはトナー離型層を含む少なくとも２層以上で構成したので、ニップ部の形成は容易であるとともにローラから記録材の剥離を容易化することができる。
【００８６】
本発明によれば、ベルトは、ポリイミド、ニッケル、ＳＵＳ等の基層上にシリコンゴム、フッ素ゴム等の弾性体からなる弾性層、あるいはトナー離型層を含む少なくとも２層以上で構成したので、ローラにベルトを巻きつけることによって、良好な離型性能や定着性能を得ることができる。
【００８７】
本発明によれば、加熱手段は、輻射熱によってベルト内面を輻射加熱する加熱源であり、ベルトには光を吸収する吸熱層を備えるように構成したので、高速出力や厚紙定着など熱量を多く必要とする場合にも良好な加熱性が得られる。
【００８８】
本発明によれば、加熱手段として、加圧ローラがベルトをローラに加圧して形成したニップ部の上流域に加熱域を持つように構成したので、熱応答性の良い加熱が可能となる。
【００８９】
本発明によれば、加熱手段として、誘導加熱手段を備えるように構成したので、高速出力や厚紙定着など熱量を多く必要とする場合にも良好な加熱性を得られる。
【００９０】
本発明によれば、誘導加熱手段は、誘導コイルを備え該誘導コイルに印加した交番電流によって誘導加熱を行う電磁誘導加熱部材であるので、非接触で効率の良い加熱が可能となる。
【００９１】
本発明によれば、ベルトは、少なくとも一部に導電層としてニッケル、磁性ＳＵＳ、鉄、およびこれらの合金からなる金属層を含んでいるので、電磁誘導方式の加熱を用いてベルト自身を加熱する事が可能となり、熱損失の少なく、熱応答性の良い効率的な加熱が可能となる。
【００９２】
本発明によれば、ベルトは、基層の上にシリコンゴム、フッ素ゴム等の弾性体からなる弾性層を含んでいるので、フルカラートナーを用いたカラー画像形成装置における定着装置であっても、光沢ムラや画像不良の無い、良好な画像を得ることが可能となる。
【００９３】
本発明によれば、誘導加熱手段によって加熱されるベルトの領域は、加圧部材がベルトをローラに加圧して形成したニップ部以外の略平面部であるので、誘導加熱部材の配置に自由度があり、誘導コイルや励磁コアの昇温を抑えつつ、高出力の電力を印加することが可能となる。
【００９４】
本発明によれば、画像形成装置の定着手段として（１）から（１３）のうちのいずれか１項記載の加熱装置を適用するように構成したので、フルカラートナーを用いたカラー画像形成装置における定着装置であっても、光沢ムラや画像不良の無い、高品質な画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１によるベルト定着装置を示す概要図である。
【図２】面状発熱体の断面図である。
【図３】比較対照の定着ベルトの加熱領域を示す説明図である。
【図４】本発明における定着ベルトの加熱領域を示す説明図である。
【図５】比較対照例において所望の加熱を得る場合の加熱ローラの説明図である。
【図６】本発明の実施例２によるベルト定着装置を示す概要図である。
【図７】本発明の実施例３によるベルト定着装置を示す概要図である。
【図８】本発明の実施例４によるベルト定着装置を示す概要図である。
【図９】誘導加熱部材の分解説明図である。
【図１０】誘導加熱部材の組み立て構成図である。
【図１１】電磁誘導加熱式定着装置の原理説明図である。
【図１２】比較対照の定着ベルトの加熱領域を示す説明図である。
【図１３】本発明における定着ベルトの加熱領域を示す説明図である。
【図１４】比較対照例において所望の加熱を得る場合の加熱ローラの説明図である。
【図１５】本発明の実施例５によるベルト定着装置を示す概要図である。
【図１６】本発明の実施例６によるベルト定着装置を示す概要図である。
【図１７】本発明の加熱装置を定着装置として適用した画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図１８】従来のベルト定着装置を示す概要図である。
【符号の説明】
１：定着ベルト
２：加熱ローラ
３：定着ローラ
４：加圧ローラ
５：ハロゲンヒータ
６：面状発熱体、誘導加熱部材（加熱手段）
７：分離爪
８：搬送ガイド
９：オイル塗布機構
１０：クローニングウェッブ
１１：温度検知素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention applies a heating device that heats a material to be heated, and applies the heating device as a fixing device to record an unfixed toner image (hereinafter, also simply referred to as toner) formed on a recording medium as the material to be heated. The present invention relates to an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer and a facsimile which heats and fixes on a medium.
[0002]
[Prior art]
In this type of image forming apparatus, a heating device is provided as a fixing device that heats and fixes a toner image formed directly or indirectly on a sheet such as recording paper or transfer paper as a recording medium to the sheet. I have. The heating device includes, for example, a fixing roller also referred to as a heating roller that thermally fuses toner on a sheet, and a pressure roller that presses against the fixing roller to sandwich the sheet.
[0003]
The fixing roller is formed in a hollow shape, and a heating element is held on a central axis of the fixing roller by holding means. The heating element is formed of, for example, a tubular heating heater such as a halogen lamp, and generates heat when a predetermined voltage is applied. Since the halogen lamp is located at the center axis of the fixing roller, heat generated from the halogen lamp is uniformly radiated to the inner wall of the fixing roller, and the temperature distribution of the outer wall of the fixing roller becomes uniform in the circumferential direction. The outer wall of the fixing roller is heated until its temperature reaches a temperature suitable for fixing (for example, 150 to 200 ° C.).
[0004]
In this state, the fixing roller and the pressure roller rotate in opposite directions to each other while being pressed against each other, and pinch the sheet to which the toner has adhered. At a pressure contact portion (hereinafter, also referred to as a nip portion) between the fixing roller and the pressure roller, the toner on the sheet is melted by the heat of the fixing roller, and is fixed to the sheet by the pressure applied from both rollers. In particular, in a fixing device for fixing color toner, it is necessary to sufficiently melt and mix each color toner and discharge the paper without winding it around the fixing roller.Therefore, the fixing roller and the pressure roller are provided with a thick elastic layer. In addition, a sufficient nip width and good paper discharge performance are obtained by the deformation of the elastic layer.
[0005]
However, when the above-described heating device having a heating element composed of a halogen lamp or the like is applied as a fixing device, the inner surface of the fixing roller core metal is radiated using the radiant heat from the halogen lamp disposed inside the fixing roller. Heat is transferred from the core to the fixing roller surface via the elastic layer, but the thick elastic layer has poor thermal conductivity, and the temperature at the interface between the fixing roller core and the elastic layer is lower than the surface temperature. And it gets hot. If the elastic layer at the interface of the core metal is continuously used in a high temperature state, the elastic body causes deterioration due to hardening or liquefaction, and the life is shortened. Further, these phenomena become more remarkable in a fixing device that performs high-speed fixing.
[0006]
As a fixing device responding to such a request, a belt fixing device using a fixing belt and a heating roller has been proposed as disclosed in JP-A-11-282293. FIG. 17 is a cross-sectional view showing this belt fixing device. The fixing belt 101 having a small thickness and a low heat capacity is heated by being wound around a heating roller 102 having a built-in heat source (not shown). The toner on the sheet and the sheet P are heated and melted together with the sheet P in the nip portion N formed by the pressure contact with the pressure roller 104 to fix the toner. Reference numerals 105 and 106 denote rollers and a pressing spring for adjusting the tension of the fixing belt 101, and reference numeral 107 denotes a spring for applying a pressing force to the pressing roller 104.
[0007]
In such a configuration, the fixing belt 101 near the surface is conveyed to the nip portion N in a heated state instead of transmitting heat from the inner surface of the thick elastic layer. Deterioration and liquefaction can be prevented. Further, since the nip shape can be made to be an upward convex shape depending on the thickness and hardness of the fixing roller 103 and the pressure roller elastic layer 104a, it is possible to obtain a good paper discharge property.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, even in a fixing device using such a fixing belt, when performing high-speed fixing of 40 sheets or more per minute or high-speed continuous fixing of thick paper, the rotation speed of the fixing belt is increased. The time required to pass through the winding portion of the heating roller is short, and it is difficult to supply the heat required for fixing.
[0009]
In order to solve such a problem, it is necessary to lengthen the contact time between the fixing belt and the heating roller. To extend the contact time, it is necessary to increase the outer shape of the heating roller and the circumference of the heating roller.However, if the outer shape is increased, the outer shape of the fixing belt is also increased, and energy loss due to an increase in heat dissipation Also, the temperature inside the main unit is abnormally high. Another problem is that the use of a large-diameter roller and a large-diameter belt increases the size of the fixing device itself.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and a heating device capable of appropriately heating a medium to be heated by efficiently heating a belt, and applying the heating device to a fixing device. To obtain an image forming apparatus capable of forming high-quality images.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a heating device and an image forming apparatus having the following configurations.
[0012]
(1) a belt that is wound around and rotates between a plurality of rollers, a roller that is disposed inside the belt and that has an elastic layer, and that suspends the belt; A heating member that presses the roller to form a nip portion and heats the belt in a region other than the nip portion.
[0013]
(2) a belt that is wound around and rotates between a plurality of rollers, a roller that is disposed inside the belt and has an elastic layer, and that suspends the belt, and a belt that is disposed outside the belt and is disposed outside the belt. A pressure member that presses the roller to form a nip portion, a heating roller having a heat source therein, and suspending the belt, and a heating unit that heats the belt at a portion other than the heating roller. A heating device, comprising:
[0014]
(3) The heating means described in (1) or (2) is a resistance heating element that generates heat by electric resistance, and heats the belt by sliding a belt over the resistance heating element. apparatus.
[0015]
(4) The heating device according to (1) or (2), wherein the belt has at least two layers including an elastic layer or a toner release layer on the base layer.
[0016]
(5) The heating device according to (4), wherein the base layer is made of any one of polyimide, nickel, and SUS, and the elastic layer is made of an elastic body made of one of silicon rubber and fluorine rubber.
[0017]
(6) The heating device according to (1) or (2), wherein the heating unit is a heating source that heats the inner surface of the belt by radiant heat, and the belt includes a heat absorbing layer that absorbs light.
[0018]
(7) The heating device according to (1) or (2), wherein the heating unit has a heating region in an upstream region of a nip formed by pressing a belt against a roller.
[0019]
(8) A heating device according to (1) or (2), wherein the heating means is an electromagnetic induction heating means.
[0020]
(9) The heating device according to (8), wherein the induction heating means is an electromagnetic induction heating member having an induction coil and performing induction heating by an alternating current applied to the induction coil.
[0021]
(10) The heating device according to (8), wherein the belt includes a conductive layer at least in part.
[0022]
(11) The heating device according to (8), wherein the belt includes a metal layer made of nickel, magnetic SUS, iron, or an alloy thereof.
[0023]
(12) The heating device according to (8), wherein the belt includes an elastic layer made of an elastic material such as silicon rubber or fluorine rubber on the base layer.
[0024]
(13) The heating device according to (8), wherein the area heated by the induction heating means is a substantially flat portion other than a nip portion formed by pressing the belt against the roller by the pressing member.
[0025]
(14) An image forming apparatus comprising: an image forming unit that forms an unfixed toner image on a recording medium; and a fixing unit that heats and fixes the unfixed toner image formed on the recording medium to the recording medium. An image forming apparatus, wherein the heating device according to any one of (1) to (13) is applied as a fixing unit.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
[0027]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a fixing device using a fixing belt according to a first embodiment of the present invention. The fixing device is provided in an image forming section which is responsible for an image forming process of a color copying machine (not shown). Here, a color copying machine (hereinafter simply referred to as a copying machine) not shown reads a document image by a document reading unit, forms a toner image corresponding to the document image by an image forming unit, and is supplied from a paper feeding unit. The recording paper is transferred to the recording paper, fixed, and the image-formed recording paper from the image forming unit is discharged to a paper discharge unit.
[0028]
The fixing belt 1 shown in FIG. 1 is wound around a fixing roller 3 and a heating roller 2. The base layer of the fixing belt 1 is a thin film of polyimide, nickel, or SUS having a thickness of 100 μm. It has good thermal responsiveness, flexibility and good releasability, with at least two layers having an elastic layer made of an elastic material such as silicon rubber or fluorine rubber of 200 μm or a release layer.
[0029]
The heating roller 2 is composed of an aluminum cylinder 2a having an outer diameter of φ40 and a thickness of 3t, and a halogen heater 5 is disposed inside. The fixing roller 3 is constituted by a φ50 roller having an elastic layer 3b of sponge or heat-resistant silicone rubber on an aluminum cored bar 3a of 5 to 10 mm, and is driven by a drive motor (not shown).
[0030]
The pressure roller 4 is a roller having an outer diameter of 50. Like the fixing roller 1, the pressure roller 4 has an elastic layer 4b of silicon rubber or sponge on an aluminum cored bar 4a of 2 to 10 mm. The silicone rubber release layer 4c has good moldability and good oil affinity.
[0031]
The nip portion N is formed by pressing the fixing belt 1 against the fixing roller 3 with a pressing load of 500 N to 1000 N by the pressing roller 4 to deform the elastic layers 3 b and 4 b of the fixing roller 3 and the pressing roller 4. You. At this time, by setting the hardness of the pressure roller 4 to be higher than the hardness of the fixing roller 3, the shape of the nip can be made upwardly convex, and good paper discharge performance can be obtained. The halogen heater 5 is arranged inside the heating roller 2, and heats the fixing belt 1 by heating the heating roller 2.
[0032]
As shown in FIG. 2, the planar heating element 6 disposed on the inner surface of the fixing belt 1 has a surface on one side of the substrate 6a as a surface on the film sliding side and a substantially central portion of the surface along the surface length. This is a resistance heating element having a planar low heat capacity resistance heating element layer 61 provided by coating (screen printing or the like) an electric resistance material such as TA2N / silver palladium.
[0033]
Further, the sheet heating element 6 has a glass layer 6b on the side of the belt contact sliding surface to improve the smoothness of the heating element 6 with the fixing belt 1 so that the inner surface of the belt is scraped and the resistance heating element layer 61 is removed. And also functions as an insulating material layer for preventing electrical short-circuit and electric leakage due to direct contact between the pressure roller 4 and the resistance heating element layer 61 generated through the belt when the belt is torn. ing.
[0034]
Reference numeral 7 denotes a recording material separating claw disposed at or near the surface of the fixing belt 1 on the recording material exit side of the fixing nip portion. Reference numeral 8 denotes a conveyance guide for conveying the recording material to the nip portion N. Reference numeral 9 denotes an oil application mechanism that applies release oil to the fixing belt 1 from an oil tank (not shown). Reference numeral 10 denotes a cleaning web for cleaning the fixing belt 1, which cleans the offset toner. Reference numeral 11 denotes a temperature detecting element which detects the surface temperature of the fixing belt 1 based on the output signal of the temperature detecting element 11 and outputs the output of the halogen heater 5 and the sheet heating element 6 to a temperature control circuit (not shown). Control.
[0035]
In the present invention, in addition to the heating roller 2, the flat portion between the fixing roller 3 and the heating roller 2 can be heated by the sheet heating element 61, so that the fixing device is not enlarged during high-speed fixing. Thus, the heating time of the fixing belt 1 can be remarkably improved. The following shows experimental results in comparison with the case where heating is performed only by the heating roller 2 without using the planar heating element 6.
[0036]
Table 1 shows the minimum temperature at which the temperature of the fixing belt 1 whose temperature has been controlled at 180 ° C. has dropped when the number of sheets fixed for one minute is continuously fixed at a speed of 30 to 50 A4 sheets.
[0037]
[Table 1]
[0038]
According to the results in Table 1, when the sheet heating element was used, the minimum temperature was 169 ° C. even at the time of high-speed fixing at 40 sheets / min, and good fixing property was obtained. In the case of no body, the temperature dropped to 159 ° C., and fixing failure occurred. The maximum number of sheets to be fixed is 30 to 35 sheets / minute in the case of the sheet heating element pear, and it is found that adaptation to high-speed fixing is difficult.
[0039]
The reason is considered as follows. As shown in FIG. 3, the contact width between the fixing belt 1 wound around the heating roller 2 and the heating roller is about 40 mm, and only the amount of heat received in this section compensates for all the amount of heat required for fixing. I have. At the time of high-speed fixing, the fixing belt 1 also rotates at a high speed, so that the time during which the heating roller 2 and the fixing belt 1 are in contact with each other is shortened, and the amount of heat transmitted to the fixing belt 1 is reduced. This is because the amount of heat increases as the number of fixed images increases.
[0040]
As shown in FIG. 4, according to the first embodiment in which the sheet heating element 6 is arranged, the fixing belt 1 is heated by the sheet heating element 6 even after passing the winding portion of the heating roller 2. Effective heating time increases, and sufficient heat can be given even during high-speed fixing
If the same heating amount as the heating of the present invention is obtained by increasing the outer diameter of the heating roller 2 without using the planar heating element 6, as shown in FIG. Is not realistic.
[0041]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention in which the present invention is applied to a fixing device capable of fixing high-speed and thick paper. The basic members and functions are the same as those of the first embodiment. By providing a winding roller 31 near the nip portion for increasing the length of contact of the fixing belt 1 with the fixing belt 4, the nip portion can be widened by winding the fixing belt 1 around the pressing roller 4. The configuration of the second embodiment is effective for an apparatus requiring a large amount of heat for fixing such as high-speed fixing and thick paper fixing because the nip portion width is widened.
[0042]
In addition, a large amount of heat taken by the enlarged nip can be supplied by the heating roller 2 and the planar heating elements 6 arranged both upstream and downstream of the heating roller. Temperature drop during continuous fixing can be suppressed, and the size of the apparatus can be reduced.
[0043]
Such a feature is made possible by having both the enlarged nip using the winding roller 31 and the enlarged heating width using the heating roller 2 and the planar heating element 6. Even when the image is continuously fixed at 50 sheets (A4 width) per minute, good fixing performance can be maintained.
[0044]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a third embodiment of the present invention. The basic members and functions are the same as those of the second embodiment. The nip can be widened.
[0045]
However, in the third embodiment, the halogen heater 5 and the reflection plate 51 are disposed inside the fixing belt instead of the sheet heating element 6, and the halogen heater 5 and the reflection plate 51 are fixed to a fixing frame (not shown). 1 is radiantly heated. The inner surface of the fixing belt 1 is blackened by being painted black so that 90% or more of the radiant heat of the halogen heater 5 can be absorbed.
[0046]
The reflection plate 51 serves to prevent the halogen heater 5 in the fixing belt from irradiating the fixing roller 3 and the winding roller 31 and the like, thereby causing abnormal heating, and to locally heat the inner surface of the fixing belt 1 upstream of the nip portion. Add up The surface of the reflecting plate 51 is formed by depositing gold, silver, or the like, reflects 99.9% or more of infrared rays, and heats the fixing belt 1 on the opposing surface.
[0047]
According to the third embodiment, since the nip portion width is widened, it is effective for an apparatus requiring a large amount of heat for fixing, such as high-speed fixing and thick paper fixing. Further, since a large amount of heat taken by the enlarged nip can be supplied by the heating roller and the halogen heater 5 and the reflection plate 51 disposed downstream of the heating roller, a large amount of heat can be supplied during continuous fixing. Temperature can be suppressed, and the size of the apparatus can be reduced.
[0048]
Embodiment 4. FIG.
FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention. The basic members and functions are the same as those of the first embodiment, and an induction heating member 6 arranged near the fixing belt 5 is provided as shown in FIG. It comprises an induction coil 61, an excitation core 62 and a coil holder 63 for holding them. The induction coil 61 uses a litz wire that is flat-wound in an elliptical shape, and is disposed in the center of the induction coil 61 and in a horizontal E-shaped excitation core 62 that protrudes on both sides to form a unit as shown in FIG. I do.
[0049]
Since the exciting core 62 is made of ferrite or permalloy having a high magnetic permeability and a low residual magnetic velocity density, loss in the induction coil 61 and the exciting core 62 can be suppressed, and the fixing belt 1 can be efficiently heated.
[0050]
The coil holder 63 is formed of a heat-resistant resin such as PPS, PEEK, or phenol resin, which is a non-magnetic, non-conductive heat-resistant material, and is fixed to a fixing unit frame (not shown) so as not to contact the fixing belt 1.
[0051]
FIG. 11 is a diagram illustrating the principle of the electromagnetic induction heating type fixing device. When a high-frequency current (several KHz to hundreds KHz) is passed through the induction coil 61, a magnetic flux A perpendicular to the running direction of the fixing belt 1 is generated according to the "ampere right-hand screw rule". In response to the magnetic flux A, a vortex-induced current is generated in the fixing belt 1 such that a magnetic flux is generated in a direction opposite to the magnetic flux A in accordance with “Lenz's law”.
[0052]
This induced current is converted into Joule heat by the specific resistance of the fixing belt 1, so that the fixing belt 1 generates heat. In the configuration shown in FIG. 11, the magnetic flux concentrates particularly near the side surface of the coil 61, and has a local heat distribution as shown in the figure. The current generated by electromagnetic induction has a distribution in the thickness direction according to the material, and the penetration depth δ of the magnetic flux is proportional to the reciprocal of (Kμf)）. Here, K is conductivity, μ is relative magnetic permeability, and f is frequency. In other words, the higher the frequency, the more the induced current collects on the surface.
[0053]
Therefore, if the thickness of the heat generating part is set to a value close to the penetration depth of the magnetic flux, most of the generated magnetic flux can be effectively used within the thickness, so the member that generates the induced eddy current according to the frequency is optimized. It is desirable to set the thickness to an appropriate value.
[0054]
The induction heating member 6 is disposed outside the fixing belt 1 so as to heat a substantially flat portion upstream of the nip portion stretched by the heating roller 2 and the fixing roller 3 as shown in FIG. By arranging the induction heating member 6 outside the fixing belt 1, it is possible to suppress the temperature rise of the induction coil 61 and the excitation core 62. When the temperature of the induction coil 61 or the excitation core 62 rises, the electric resistance of the induction coil 61 increases, and the heat loss due to the decrease in the magnetic permeability of the excitation core 62 increases. Not suitable for The amount of heat generated by the halogen heater 5 and the induction heating member 6 is determined by a temperature control circuit (not shown) based on the output signal of the temperature detecting element 11.
[0055]
In the fourth embodiment, in addition to the heating roller 2, a flat portion between the fixing roller 3 and the heating roller 2 can be heated by the induction heating member 6, so that the size of the fixing device during high-speed fixing can be increased. Thus, the heating time of the fixing belt 1 can be remarkably improved.
[0056]
The following is an experimental result comparing the case where heating is performed only by the heating roller 2 without using the induction heating member 6.
[0057]
Table 2 shows the minimum temperature at which the temperature of the fixing belt 1 whose temperature was controlled at 180 ° C. was lowered when the number of sheets fixed for one minute was continuously fixed at a speed of 30 to 50 A4 sheets.
[0058]
[Table 2]
[0059]
According to the results shown in Table 2, when induction heating was performed, the minimum temperature was 171 ° C. even at the time of high-speed fixing at 50 sheets / min. In this case, the temperature dropped to 155 ° C., and fixing failure occurred. In the case of the induction heating pear, the maximum number of sheets to be fixed is 30 to 40 sheets / min.
[0060]
The reason is considered as follows. As shown in FIG. 12, the contact width between the fixing belt 1 wound around the heating roller 2 and the heating roller 2 is about 40 mm, and only the amount of heat received in this section compensates for all the amount of heat required for fixing. I have. At the time of high-speed fixing, the fixing belt 1 also rotates at a high speed, so that the time during which the heating roller 2 and the fixing belt 1 are in contact with each other is shortened, and the amount of heat transmitted to the fixing belt 1 is reduced. This is because the amount of heat increases as the number of fixed images increases.
[0061]
As shown in FIG. 13, according to the fourth embodiment in which the induction heating member 6 is disposed, the belt itself is heated and heated by the induction heating member 6 even after passing the winding portion of the heating roller 2, so that substantially The heating time is increased about twice, and sufficient heat can be given even at the time of high-speed fixing.
If the same amount of heat as that of the present invention is obtained by increasing the outer diameter of the heating roller 2 without using induction heating, a heating roller having an outer diameter of φ80 or more is used as shown in FIG. Not a target.
[0062]
Further, by heating the portions other than the heating roller in a non-contact manner by using the induction heating member 6 as in the present invention, it is possible to perform efficient heating with little heat loss without damaging the fixing belt 1.
[0063]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 15 shows a case where the fixing belt 1 is applied as a fixing device of a black-and-white low-to-medium-speed machine such as a facsimile or a printer as a fifth embodiment of the present invention. Further, a layer having a thickness of 10 to 50 μm, for example, a fluororesin such as PTFE or PFA is provided on the surface to enhance the toner releasability.
[0064]
The fixing roller 3 having an adiabatic sponge layer has the same role as in the first embodiment, but uses a small-diameter roller having an outer diameter of 30φ. As the pressing member, a pressing pad 41 is used instead of the pressing roller. The surface of the pressure pad 41 is in contact with the fixing roller 3 with a heat-insulating heat-resistant felt or the like, so that the heat of the fixing belt 1 is not easily taken away.
[0065]
In addition, the heating roller 5, the induction heating member 6, the separation claw 7, and the temperature detecting element 11 are arranged for the same purpose as in the first embodiment.
[0066]
In the configuration of the fifth embodiment, the heat capacity of the entire fixing device is reduced, the heating is efficiently performed by the induction heating member 6, and the thermal resistance is reduced by using the metal belt as the fixing belt 1. Shortening of the warm-up time (warm-up time), miniaturization of the apparatus, and satisfactory fixability can be satisfied.
[0067]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 16 shows a sixth embodiment of the present invention in which the present invention is applied to a fixing device capable of fixing a high-speed and thick paper, and includes heating roller 2, fixing roller 3, pressure roller 4, The halogen beater 5, the induction heating member 6, the separation claw 7, the conveyance guide 8, the oil application mechanism 9, the cleaning web 10, and the temperature detecting element 11 are arranged for the same purpose as in the fourth embodiment.
[0068]
The fixing belt 1 is the same as that used in the fourth embodiment with a larger diameter. A wrapping roller 31 is disposed around the nip portion, and the nip portion is widened by wrapping the fixing belt 1 around the pressure roller 4. I have.
[0069]
Since the nip width is wide in the configuration of the sixth embodiment, it is effective for a system requiring a large amount of heat for fixing, such as high-speed fixing and thick paper fixing. Further, since a large amount of heat taken by the enlarged nip can be supplied by the heating roller 2 and the induction heating member 6, the temperature can be suppressed from lowering during continuous fixing, and the size of the apparatus can be reduced. Is possible.
[0070]
Such a feature is made possible by providing both the enlarged nip using the winding roller 31 and the enlarged heating width using the heating roller 2 and the induction heating member 6. Even in the case of continuous fixing on sheets (A4 width), good fixability can be maintained.
[0071]
In the above embodiment, the case where the heating device of the present invention is applied as a fixing device using a fixing belt has been described. It can be widely applied as a device for heat-treating another object to be heated, such as a device for modifying the properties (such as gloss) and a device for performing a hypothetical deposition process.
[0072]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 17 shows a schematic configuration of an example of an image forming apparatus to which the heating device of the present invention is applied as a fixing device. The image forming apparatus of this example is a document table reciprocating type, a rotating drum type, a transfer type, and a process cartridge. This is a detachable electrophotographic copying apparatus.
[0073]
In FIG. 17, reference numeral 70 denotes an apparatus housing, and 71 denotes a reciprocating original placing table made of a transparent plate member such as a glass plate disposed on an upper plate 72 of the apparatus housing 70. It is reciprocally driven at a predetermined speed on the upper side to the right side a and the left side a ′ in the drawing.
[0074]
G is an original, which is set by placing the original with the image side to be copied facing downward on the upper surface of the original mounting table 71 in accordance with a predetermined mounting standard, and placing the original pressing plate 73 over it and pressing it down. .
[0075]
Reference numeral 74 denotes a slit opening serving as a document illuminating unit which is opened on the surface of the machine housing upper plate 72 with a direction perpendicular to the reciprocating movement direction of the document placing table 71 (a direction perpendicular to the paper surface) as a longitudinal direction.
[0076]
The downward image surface of the document G placed and set on the document table 71 passes through the position of the slit opening 74 sequentially from the right side to the left side during the forward movement of the document table 71 to the right side a. In the course of the passage, the light L of the lamp 75 is received through the slit opening 74 and the transparent document table 71 for illumination scanning, and the illumination scanning light reflected on the document surface is reflected by the image element array 76 on the surface of the photosensitive drum 77. Is imagewise exposed.
[0077]
The photosensitive drum 77 is coated with a photosensitive layer such as a zinc oxide photosensitive layer or an organic semiconductor photosensitive layer, and is driven to rotate clockwise as indicated by an arrow b around a center support shaft 78 at a predetermined peripheral speed. A uniform charging process of positive or negative polarity is performed by the charger 79, and the uniformly charged surface is subjected to the image forming exposure (slit exposure) of the original image. The electrostatic latent images corresponding to the original images are sequentially formed.
[0078]
The electrostatic latent image is sequentially visualized by a toner made of a resin or the like which is softened and melted by heating by a developing device 80, and the visualized toner image is transferred to a portion where a transfer discharge device 81 as a transfer portion is provided. Move to.
[0079]
S denotes a cassette in which transfer material sheets P as recording materials are stacked and stored, and the sheets in the cassette are fed one by one by the rotation of the feed roller 82, and then are transferred onto the photosensitive drum 77 by the registration roller 83. When the leading end of the toner image forming section reaches the position of the transfer discharger 81, the leading end of the transfer material sheet P also reaches the position between the transfer discharger 81 and the photosensitive drum 77 and is timed so that they coincide with each other. Are fed synchronously. Then, the toner image on the photosensitive drum 77 side is sequentially transferred to the surface of the feed sheet by the transfer discharger 81.
[0080]
The sheet to which the toner image has been transferred by the transfer unit is sequentially separated from the surface of the photosensitive drum 77 by a separation unit (not shown), and is guided to the image heating device (heating and fixing device) 90 by the transport device 114 and is carried. The toner image is heated and fixed, and is discharged onto a discharge tray 87 through a discharge roller 86 as an image formed product (copy).
[0081]
The surface of the photosensitive drum 77 after the image transfer is subjected to removal of contaminants such as untransferred toner by the cleaning device 88 and is repeatedly used for image formation. The PC is a process cartridge which is attached to and detached from the cartridge attaching / detaching portion 89 in the apparatus main body 70. In this example, the PC is a photosensitive drum 77 as an image carrier, a charger 79, a developing device 80, and a cleaning device 88. The device is included so that it can be attached to and detached from the device main body 70 in a lump.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a belt that is stretched across a plurality of rollers and rotates, a roller that is disposed inside the belt, has an elastic layer, and suspends the belt, The belt is configured to include a pressing member that is disposed outside the belt and presses the roller through the belt to form a nip portion, and a heating unit that heats the belt in a region other than the nip portion. Can be efficiently heated.
[0083]
According to the present invention, since the heating means for heating the belt at a portion other than the heating roller is provided, a good heat treatment can be obtained even when a large amount of heat is required such as high-speed output and thick paper fixing.
[0084]
According to the present invention, since the heating unit is configured to heat by sliding the resistance heating element on the belt using a resistance heating element that generates heat by electric resistance, it is possible to perform heating with good thermal response. Become.
[0085]
According to the present invention, the belt is composed of at least two layers including the elastic layer or the toner release layer on the base layer, so that the nip portion can be easily formed and the recording material can be easily separated from the roller. Can be.
[0086]
According to the present invention, the belt is composed of at least two layers including an elastic layer made of an elastic material such as silicon rubber and fluorine rubber on a base layer of polyimide, nickel, SUS or the like, or at least two layers including a toner release layer. By winding the belt around, good release performance and fixing performance can be obtained.
[0087]
According to the present invention, the heating unit is a heating source that radiates and heats the inner surface of the belt by radiant heat, and the belt is configured to have a heat absorbing layer that absorbs light. In this case, good heating properties can be obtained.
[0088]
According to the present invention, as the heating means, the pressure roller is configured to have a heating area upstream of the nip formed by pressing the belt against the roller, so that heating with good thermal response can be performed.
[0089]
According to the present invention, since the induction heating means is provided as the heating means, good heating properties can be obtained even when a large amount of heat is required such as high-speed output and fixing of thick paper.
[0090]
According to the present invention, since the induction heating means is an electromagnetic induction heating member having an induction coil and performing induction heating by an alternating current applied to the induction coil, efficient non-contact heating is possible.
[0091]
According to the present invention, since the belt at least partially includes a metal layer made of nickel, magnetic SUS, iron, and an alloy thereof as a conductive layer, the belt itself is heated using electromagnetic induction heating. This allows efficient heating with little heat loss and good thermal responsiveness.
[0092]
According to the present invention, since the belt includes an elastic layer made of an elastic material such as silicon rubber or fluorine rubber on the base layer, even if it is a fixing device in a color image forming apparatus using a full-color toner, the belt has a gloss. It is possible to obtain a good image without unevenness and image defects.
[0093]
According to the present invention, the region of the belt heated by the induction heating means is a substantially flat portion other than the nip portion formed by the pressing member pressing the belt against the roller. Therefore, it is possible to apply high-output power while suppressing the temperature rise of the induction coil and the exciting core.
[0094]
According to the present invention, since the heating device according to any one of (1) to (13) is applied as a fixing unit of the image forming apparatus, the fixing unit in the color image forming apparatus using the full-color toner is used. Even with a fixing device, it is possible to obtain a high-quality image without gloss unevenness or image defects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a belt fixing device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a sheet heating element.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a heating area of a fixing belt as a comparative example.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a heating region of the fixing belt according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a heating roller when desired heating is obtained in a comparative example.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a belt fixing device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a belt fixing device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a belt fixing device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an exploded explanatory view of the induction heating member.
FIG. 10 is an assembly configuration diagram of an induction heating member.
FIG. 11 is a diagram illustrating the principle of an electromagnetic induction heating type fixing device.
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a heating region of a fixing belt as a comparative example.
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a heating region of the fixing belt according to the present invention.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a heating roller when desired heating is obtained in a comparative example.
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a belt fixing device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a belt fixing device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an image forming apparatus in which the heating device of the present invention is applied as a fixing device.
FIG. 18 is a schematic view showing a conventional belt fixing device.
[Explanation of symbols]
1: Fixing belt
2: Heating roller
3: Fixing roller
4: Pressure roller
5: Halogen heater
6: planar heating element, induction heating member (heating means)
7: Separating claw
8: Transport guide
9: Oil application mechanism
10: Cloning web
11: Temperature detection element
