【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、レーザーピームプリンター等の定着装置および該定着装置を具備した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、被加熱材としての記録材に形成した画像を該記録材に加熱定着する加熱装置には、所定の温度に維持された加熱ローラと、弾性体層を介して前記加熱ローラに圧接する加圧ローラとによって、記録材を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ方式が多用されている。また、この他にもフラッシュ加熱方式、オープン加熱方式、熱板加熱方式等種々の方式、構成のものが知られており、実用されている。
【０００３】
特に、最近では、上記のような方式に代わって、図６に示すように固定支持された加熱体（ヒータ）２３と、この加熱体２３に対向圧接しつつ搬送される耐熱性のフィルム（以下、フィルムと称する）２２と、このフィルム２２を介して被加熱体としての記録材Ｐを加熱体２３に密着させる加圧体（以下、加圧ローラと称する）２８を有し、加熱体２３の熱をフィルム２２を介して記録材Ｐへ付与することで、この記録材面に形成担持されている未定着画像を該記録材面に加熱定着させる方式、構成の画像加熱定着方式（フィルム加熱方式の加熱装置）が提案されている。加熱体２３は、セラミック等の絶縁基板２５と、発熱体２４と、基盤保護ガラス２６とからなっている。
【０００４】
このようなフィルム加熱方式の加熱装置ないしは画像加熱定着装置においては、加熱体として低熱容量加熱体を用いることができる。このため、前記の接触加熱方式である熱ローラ方式、ベルト加熱方式等の装置に比べ省電力及びウェイトタイムの短縮化（クイックスタート）が可能になる。
【０００５】
図６は上記フィルム加熱方式の最大通紙幅がＡ３サイズである加熱装置の一例を示す概略構成図であり、この加熱装置は例えば、下記特許文献１〜１４等に開示された所謂テンションレスタイプの装置である。
【０００６】
このテンションレスタイプの装置は耐熱性のフィルム２２としてエンドレスベルト状もしくは円筒状のものを用い、このフィルム２２の周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とし、フィルム２２は加圧体２８の回転駆動力で従動回転する装置である。
エンドレスの耐熱性のフィルム２２は、加熱体２３（ヒータ）を含むフィルムガイド部材であるステー２１に外嵌させてある。このエンドレスのフィルム２２の内周長と加熱体２３を含むステー２１の外周長はフィルム２２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、したがってフィルム２２は周長が余裕を持って外嵌している。
【０００７】
また、上記フィルム２２は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰ等の単層フィルム、或いはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＦＥＫ，ＰＥＳ，ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できるもので、ポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いている。
【０００８】
加圧ローラ２８は加熱体２３との間にフィルム２２を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎ１を形成し、かつフィルム２２を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段であり、このフィルム駆動ローラ兼加圧ローラ２８は芯金２８ａとシリコンゴム等よりなる弾性体層２８ｂと最外層の離形層２８ｃからなり、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもって、フィルム２２を挟ませて加熱体２３の表面に圧接させて配設してある。この加圧ローラ２８の回転駆動による該ローラとフィルム２２外面との摩擦力でフィルム２２に回転力が作用する。
【０００９】
検温素子２７は加熱体２３の温度を検知して非図示のＣＰＵに供給し、このＣＰＵは検温素子２７の検知温度に基づいて検知温度が一定となるように交流電源から加熱体２３に供給される電力を調整する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平４−４４０７５号公報
【特許文献２】
特開平４−４４０７６号公報
【特許文献３】
特開平４−４４０７７号公報
【特許文献４】
特開平４−４４０７８号公報
【特許文献５】
特開平４−４４０７９号公報
【特許文献６】
特開平４−４４０８０号公報
【特許文献７】
特開平４−４４０８１号公報
【特許文献８】
特開平４−４４０８２号公報
【特許文献９】
特開平４−４４０８３号公報
【特許文献１０】
特開平４−２０４９８０号公報
【特許文献１１】
特開平４−２０４９８１号公報
【特許文献１２】
特開平４−２０４９８２号公報
【特許文献１３】
特開平４−２０４９８３号公報
【特許文献１４】
特開平４−２０４９８４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
定着器に求められる性能として、加熱体で発生した熱をいかに効率よく記録体に伝えるか、ということがある。実際、加熱体で発生した熱は記録体へ伝わる以外にステーへ伝わったり各部から外気へ放熱されたりしている。この定着以外に使われる熱が多くなると、定着の効率が下がるだけではなく、電源投入から定着が可能になるまでの立ち上がり時間が長くなる原因にもなる。また、ステーに伝わる熱が多くステーの温度が上昇すると劣化や変形などが起こることもある。
【００１２】
このため、フィルムの材質にも、従来のポリイミドなどの材料より熱伝導率や熱容量の高いＳＵＳを用いたものも使われている。しかし、熱特性がいい反面剛性が高いために加圧ローラの圧力だけでフィルムをヒータに押し付けることが難しく従来に比べヒータとフィルム間の接触幅が狭くなる傾向にある。このためヒータからの熱伝達量が少なくなってしまう。
【００１３】
従来、この問題の解決のために、ローラの径を大きくして曲率を大きくしたり、フィルムの剛性を下げるためにフィルムを薄くしたりする方法がとられている。しかし、フィルムの剛性の低下やコストの増大などの問題もある。
【００１４】
本発明は、上述の問題点に着目してなされたものであって、加熱部材とフィルムの接触面積を広げ、伝熱効率を上げることのできる定着装置および該定着装置を具備した画像形成装置の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下（１）〜（５）の構成を備える。
【００１６】
（１）絶縁基板上に形成された抵抗発熱体と該抵抗発熱体を覆うガラス保護層とからなる加熱部材と、薄肉フィルムを介してこの加熱部材から発生した熱で記録材を加熱し、該記録材上の未定着トナー像を定着固定する加熱定着装置において、板などの部材でフィルムの上部を抑えて、フィルムの断面形状を扁平にすることで加熱部材とフィルムの接触面積を広げるようにした定着装置。
【００１７】
（２）上記（１）の定着装置において、フィルムをローラなどフィルムにあわせて従動する構造で抑えるようにした定着装置。
【００１８】
（３）前記定着装置において、フィルムの外側回転方向前後にガイドを設けるようにした定着装置。
【００１９】
（４）前記定着装置において、フィルムの内側回転方向前後にガイドを設けるようにした定着装置。
【００２０】
（５）前記（１）乃至（４）に記載の定着装置を備えた画像形成装置。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を、実施例に基づいて図面を参照しながら説明する。
【００２２】
本発明の基本構成を図１に示す。
【００２３】
この図は定着装置をローラ軸に垂直な断面で切った形状を表わす。基本的な構成は図６とほぼ同じであるが、加熱体等は省略してある。フィルム１２の上部からフィルム１２に対してあまり摩擦などの影響を与えない部材１１でフィルム１２を抑えながら、加圧ローラ１５をヒータ１４に圧接させる（この図の例では平らな板を押し付けている）。
【００２４】
するとこの図のようにフィルム１２は部材１１と加圧ローラ１５に挟まれて扁平につぶされた形に変形する。これによってフィルム１２のニップ近辺の曲率は小さくなる。このためさらにヒータ１４と加圧ローラ１５間の圧力によってフィルム１２は平らにつぶされやすくなり、フィルム１２とヒータ１４の間の接触領域Ｎ２が広く取れるようになる。
【００２５】
図８に従来構成、図５に本発明のモデルをＦＥＭで解析したときのフィルムとヒータの間の接触反力の結果を示す。この結果の通り、従来の構成に比べてフィルム上部を押さえてフィルムを扁平にした場合、ヒータとフィルムが接触している幅はおよそ２倍に増加している。
【００２６】
なお、フィルム１２を押す部材１１は、フィルムの耐久性のことを考えて接触部分の摩擦係数が小さくかつ突起などのない滑らかな形状が適している。図１のような固定した形状以外にもローラなどフィルムに合わせて動くものも摩擦の低減に有効である。
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
図１は本発明における第一の実施例における定着装置の断面形状を示す図である。図中１１はフィルムを押さえる部材、１２はフィルム、１３はステ−、１４はヒータ、１５は加圧ローラを示す。
【００２８】
本実施例では、フィルム１２の上方（ニップの反対側）から接触面の摩擦係数が小さい平らな部材１１でフィルム１２を押さえて扁平にし、接触領域Ｎ２を稼いでいる。
【００２９】
（実施例２）
図２に実施例２の形状を示す。４１は押さえローラを示す。押さえローラ４１はフィルム４２に従動して動く。フィルム４２を押さえる部材をローラ４１にすることでフィルム４２との摩擦を抑え、かつフィルム４２の回転を滑らかにすることができる。
【００３０】
なお、同図において、４３はステー、４４はヒータ、４５は加圧ローラを示す。
【００３１】
（実施例３）
図３に実施例３の形状を示す。基本構成は図１と同じで、５６は前後の押さえ部材を示す。上からの押さえのみでフィルム５２が回転した場合、フィルム５２が押さえの部材５１から前後いずれかに外れてしまって違う形に変形し目指すヒータ５４とフィルム５２の接触域Ｎ２の増加という効果が得られない可能性がある。
【００３２】
そこで、フィルム５２の前後いずれかあるいは両側に上の押さえの部材５１と同様に摩擦係数の小さい部材５６を設けてフィルム５２の前後の移動を押さえて回転時もフィルム５２の形状が安定するようにする。
【００３３】
（実施例４）
図４に実施例４の形状を示す。基本構成は実施例４と同じで、６６はフィルム内側に設けた押さえの部材を示す。実施例４と同じく回転時のフィルム６２のずれを抑える目的で、フィルム６２内側の前後に摩擦係数の小さい部材６６を設ける。これがフィルム６２の前後の移動を抑え回転を安定させる。部材６６はフィルム６２に従動して回るローラ６１にすることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、ＳＵＳ等の剛性の高いフィルムでも、径を大きくしたり押し付け圧を強くしなくても、ヒータとの接触面積を増やし、その結果ヒータからフィルムへの伝熱効率を上げることができる。これにより、ヒータの熱を紙に効率よく伝えることができ、定着効率を上げることができる。
【００３５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施例１の加熱体構成を示す図（軸垂直方向断面図）
【図２】本発明における実施例２の加熱体構成を示す図（軸垂直方向断面図）
【図３】本発明における実施例３の加熱体構成を示す図（軸垂直方向断面図）
【図４】本発明における実施例４の加熱体構成を示す図（軸垂直方向断面図）
【図５】本発明の効果を示す解析結果を示す図
【図６】従来のフィルム加熱方式の加熱装置を示す概略図
【図７】従来の加熱装置でのフィルム接触状態の模式図
【図８】従来の構成での接触状態を示す解析結果を示す図
【符号の説明】
Ｐ 記録材
Ｎ１ 圧接ニップ部（定着ニップ部）
Ｎ２ フィルムとヒータの間の接触領域
１１ 部材
１２ フィルム
１３ ステー
１５ 加圧ローラ
２１ ステー（フィルムガイド部材）
２２ フィルム
２３ 加熱体〈ヒータ〉
２４ 発熱体
２５ 絶縁基板
２６ 基板保護ガラス
２７ 検温素子
２８ 加圧ローラ（加圧体）
２８ａ 芯金
２８ｂ 弾性体層
２８ｃ 離形層
４１ 押さえローラ
４２ フィルム
５１ 押さえの部材
５２ フィルム
５４ ヒータ
５６ 部材（前後の押さえ部材）
６２ フィルム
６６ 部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing device such as a copying machine and a laser beam printer, and an image forming apparatus provided with the fixing device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, a heating device that heats and fixes an image formed on a recording material as a material to be heated to the recording material includes a heating roller that is maintained at a predetermined temperature and a pressure roller that is in contact with the heating roller via an elastic layer. A heat roller system in which a recording material is heated while being nipped and conveyed by a pressure roller is often used. In addition, various other systems and configurations such as a flash heating system, an open heating system, and a hot plate heating system are known and are in practical use.
[0003]
In particular, recently, instead of the above-described method, a heating member (heater) 23 fixed and supported as shown in FIG. , A film) 22 and a pressure member (hereinafter, referred to as a pressure roller) 28 for bringing a recording material P as a member to be heated into close contact with the heater 23 via the film 22. By applying heat to the recording material P via the film 22, an unfixed image formed and carried on the recording material surface is heated and fixed to the recording material surface, and an image heating and fixing method having a configuration (film heating method) Heating device) has been proposed. The heating element 23 includes an insulating substrate 25 such as a ceramic, a heating element 24, and a base protection glass 26.
[0004]
In such a film heating type heating apparatus or image heating and fixing apparatus, a low heat capacity heating body can be used as the heating body. For this reason, it is possible to save power and shorten the wait time (quick start) as compared with the above-described devices such as the heat roller method and the belt heating method which are the contact heating method.
[0005]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of a heating device in which the maximum paper passing width of the film heating method is A3 size. This heating device is, for example, a so-called tensionless type disclosed in Patent Documents 1 to 14 below. Device.
[0006]
In this tensionless type device, an endless belt-like or cylindrical one is used as the heat-resistant film 22, and at least a part of the circumference of the film 22 is always tension-free (in a state where tension is not applied). This is a device that is driven to rotate by the rotational driving force of the pressing body 28.
The endless heat-resistant film 22 is fitted around a stay 21 which is a film guide member including a heating element 23 (heater). The inner peripheral length of the endless film 22 and the outer peripheral length of the stay 21 including the heating element 23 are larger than that of the film 22 by, for example, about 3 mm. Therefore, the film 22 has an outer periphery with a margin. .
[0007]
The film 22 has a film thickness of 100 μm or less, preferably 50 μm or less and 20 μm or more, and is a heat-resistant single-layer film of PTFE, PFA, FEP, or the like, in order to reduce the heat capacity and improve the quick start property. Polyimide, polyamide imide, PFEK, PES, PPS, etc. can be used as a composite layer film in which the outer peripheral surface is coated with PTFE, PFA, FEP, etc., and the outer peripheral surface of the polyimide film is coated with PTFE. .
[0008]
The pressure roller 28 is a film outer surface contact driving means for forming a pressure contact nip portion (fixing nip portion) N1 with the film 22 sandwiched between the heating roller 23 and the film 22 and driving the film 22 to rotate. The pressure roller 28 is composed of a core metal 28a, an elastic layer 28b made of silicon rubber or the like, and an outermost release layer 28c. The pressure roller 28 sandwiches the film 22 with a predetermined pressing force by a bearing means and an urging means (not shown). And is arranged so as to be pressed against the surface of the heating element 23. The rotational force acts on the film 22 by the frictional force between the roller and the outer surface of the film 22 due to the rotational drive of the pressure roller 28.
[0009]
The temperature detecting element 27 detects the temperature of the heating element 23 and supplies it to a CPU (not shown). The CPU supplies the heating element 23 from an AC power source based on the temperature detected by the temperature detecting element 27 so that the detected temperature becomes constant. Adjust the power to be used.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-4-44075 [Patent Document 2]
JP-A-4-44076 [Patent Document 3]
JP-A-4-44077 [Patent Document 4]
JP-A-4-44078 [Patent Document 5]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-44079 [Patent Document 6]
JP-A-4-44080 [Patent Document 7]
JP-A-4-44081 [Patent Document 8]
JP-A-4-44082 [Patent Document 9]
JP-A-4-44083 [Patent Document 10]
JP-A-4-204980 [Patent Document 11]
JP-A-4-204981 [Patent Document 12]
JP-A-4-204982 [Patent Document 13]
JP-A-4-204983 [Patent Document 14]
JP-A-4-204984
[Problems to be solved by the invention]
One of the performances required of the fixing device is how to efficiently transmit the heat generated by the heating element to the recording medium. Actually, the heat generated in the heating element is transmitted to the stay and is radiated from each part to the outside air in addition to the recording medium. When more heat is used besides the fixing, not only the efficiency of the fixing is lowered, but also the rise time from when the power is turned on to when the fixing is possible becomes longer. In addition, a large amount of heat is transmitted to the stay, and when the temperature of the stay increases, deterioration or deformation may occur.
[0012]
For this reason, a film made of SUS having higher thermal conductivity and heat capacity than a conventional material such as polyimide is also used as the material of the film. However, since the film has good thermal characteristics but has high rigidity, it is difficult to press the film against the heater only by the pressure of the pressure roller, and the contact width between the heater and the film tends to be narrower than in the related art. Therefore, the amount of heat transfer from the heater is reduced.
[0013]
Conventionally, to solve this problem, a method has been adopted in which the radius of the roller is increased to increase the curvature, or the film is thinned in order to reduce the rigidity of the film. However, there are also problems such as a decrease in film rigidity and an increase in cost.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a fixing device capable of increasing a contact area between a heating member and a film and increasing heat transfer efficiency, and an image forming apparatus including the fixing device. With the goal.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configurations (1) to (5) in order to solve the above problems.
[0016]
(1) A heating member including a resistance heating element formed on an insulating substrate and a glass protective layer covering the resistance heating element, and a recording material is heated by heat generated from the heating member via a thin film. In a heat fixing device that fixes and fixes an unfixed toner image on a recording material, the upper part of the film is suppressed by a member such as a plate, so that the contact area between the heating member and the film is increased by flattening the cross-sectional shape of the film. Fixing device.
[0017]
(2) The fixing device according to the above (1), wherein the film is suppressed by a structure such as a roller that follows the film along with the film.
[0018]
(3) In the fixing device, a guide is provided before and after the film in the outer rotational direction.
[0019]
(4) In the fixing device, a guide is provided before and after the inside rotation direction of the film.
[0020]
(5) An image forming apparatus including the fixing device according to any one of (1) to (4).
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 shows the basic configuration of the present invention.
[0023]
This figure shows a shape in which the fixing device is cut in a cross section perpendicular to the roller axis. The basic configuration is almost the same as FIG. 6, but the heating element and the like are omitted. The pressure roller 15 is pressed against the heater 14 while pressing the film 12 from above the film 12 with the member 11 which does not exert much influence on the film 12 (in this example, a flat plate is pressed). ).
[0024]
Then, as shown in this figure, the film 12 is deformed into a flattened shape sandwiched between the member 11 and the pressure roller 15. This reduces the curvature of the film 12 near the nip. Therefore, the film 12 is easily crushed flat by the pressure between the heater 14 and the pressure roller 15, and the contact area N2 between the film 12 and the heater 14 can be made wider.
[0025]
FIG. 8 shows the results of the contact reaction force between the film and the heater when the model of the present invention is analyzed by FEM. As a result, when the film is flattened by pressing the upper portion of the film as compared with the conventional configuration, the width of the contact between the heater and the film is approximately doubled.
[0026]
The member 11 that presses the film 12 is preferably a smooth shape having a small coefficient of friction at the contact portion and having no protrusions in consideration of the durability of the film. In addition to the fixed shape as shown in FIG. 1, a roller or the like that moves in accordance with the film is also effective in reducing friction.
[0027]
【Example】
(Example 1)
FIG. 1 is a diagram showing a sectional shape of a fixing device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 11 denotes a member for holding a film, 12 denotes a film, 13 denotes a stay, 14 denotes a heater, and 15 denotes a pressure roller.
[0028]
In the present embodiment, the film 12 is pressed and flattened from above the film 12 (the opposite side of the nip) by the flat member 11 having a small coefficient of friction of the contact surface, thereby obtaining the contact area N2.
[0029]
(Example 2)
FIG. 2 shows the shape of the second embodiment. Reference numeral 41 denotes a pressing roller. The pressing roller 41 moves following the film 42. By using the roller 41 as a member for holding the film 42, the friction with the film 42 can be suppressed and the rotation of the film 42 can be made smooth.
[0030]
In the figure, reference numeral 43 denotes a stay, 44 denotes a heater, and 45 denotes a pressure roller.
[0031]
(Example 3)
FIG. 3 shows the shape of the third embodiment. The basic configuration is the same as that of FIG. 1, and reference numeral 56 denotes front and rear pressing members. When the film 52 is rotated only by pressing from above, the film 52 comes off from the pressing member 51 in any of the front and rear directions and is deformed into a different shape, so that the effect of increasing the contact area N2 between the heater 54 and the film 52 is obtained. May not be possible.
[0032]
Therefore, a member 56 having a small coefficient of friction is provided on one of the front and rear sides or both sides of the film 52 in the same manner as the upper holding member 51 so as to suppress the movement of the film 52 back and forth so that the shape of the film 52 is stable even during rotation. I do.
[0033]
(Example 4)
FIG. 4 shows the shape of the fourth embodiment. The basic configuration is the same as that of the fourth embodiment. Reference numeral 66 denotes a holding member provided inside the film. As in the fourth embodiment, members 66 having a small friction coefficient are provided before and after the inside of the film 62 in order to suppress the displacement of the film 62 during rotation. This suppresses the forward and backward movement of the film 62 and stabilizes the rotation. The member 66 can be a roller 61 that rotates following the film 62.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even with a highly rigid film such as SUS, the contact area with the heater is increased without increasing the diameter or increasing the pressing pressure, and as a result, the transmission from the heater to the film is increased. Thermal efficiency can be increased. Thereby, the heat of the heater can be efficiently transmitted to the paper, and the fixing efficiency can be increased.
[0035]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a heating body according to a first embodiment of the present invention (a cross-sectional view in a direction perpendicular to an axis).
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a heating element according to a second embodiment of the present invention (a cross-sectional view in the direction perpendicular to the axis).
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a heating element according to a third embodiment of the present invention (a cross-sectional view in the direction perpendicular to the axis).
FIG. 4 is a view showing a configuration of a heating body according to a fourth embodiment of the present invention (a sectional view in the direction perpendicular to the axis).
FIG. 5 is a diagram showing an analysis result showing the effect of the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram showing a conventional film heating type heating device. FIG. 7 is a schematic diagram of a film contact state in the conventional heating device. FIG. 11 is a diagram showing an analysis result showing a contact state in a conventional configuration.
P Recording material N1 Pressure nip (fixing nip)
N2 Contact area 11 between film and heater 11 Member 12 Film 13 Stay 15 Pressure roller 21 Stay (film guide member)
22 film 23 heating element <heater>
24 Heating Element 25 Insulating Substrate 26 Substrate Protective Glass 27 Temperature Sensor 28 Pressure Roller (Pressure)
28a Core 28b Elastic layer 28c Release layer 41 Pressing roller 42 Film 51 Pressing member 52 Film 54 Heater 56 Member (front and rear pressing members)
62 film 66 members
