【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に使用される定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置では、感光体を均一に帯電させ、その上に画像を露光して画像潜像を形成する。そして形成された画像潜像をトナーで現像して画像のトナー像を形成し、これを記録媒体に転写し、、或いは中間転写ベルトに転写した上でさらに記録媒体に転写し、記録媒体に転写されたトナー像を定着装置により加熱定着処理して画像形成が行われる。
【０００３】
この種の定着装置では、従来は内部に熱源を備えた加熱ローラと加圧ローラとから構成されるローラ定着装置が一般的であったが、このようなローラ定着装置では、実際に定着処理が行われる加熱ローラと加圧ローラとの接触部であるニップ部の幅を十分に確保するためには、ローラ径を大きくすると共に、ニップ部に十分な荷重を加える必要がある。
【０００４】
このためには、ローラの剛性を維持するためにローラの芯金に十分な厚みのあるものを使用することになるが、これが加熱ローラの熱容量を増大させるので短時間で定着可能な温度に上昇させることが困難であった。
【０００５】
この対策として、熱容量の小さい定着ベルトを使用する定着装置が提案されている。定着ベルトを加熱するためには内部にハロゲンランプ等の熱源を備えた金属ローラに定着ベルトを巻き掛け、金属ローラから定着ベルトに熱を伝達するもの、定着ベルトを直接誘導加熱するもの等がある。
【０００６】
また、加熱ローラに抵抗発熱層を設けるもの（特許文献１、特許文献２参照）や、加熱ローラに電磁誘導により発熱するニッケル材或いは磁性ステンレス材等からなる発熱層を設けて、電磁誘導加熱により発熱層を加熱するもの等も提案されている（特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−５２７７４号公報。
【０００８】
【特許文献２】
特開２０００−１８１２６０号公報。
【０００９】
【特許文献３】
特開２０００−２１４７１４号公報。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した定着ベルトに熱を伝達するもの、定着ベルトを直接誘導加熱するもの、或いは加熱ローラ自体に発熱層を設けて加熱する構成の加熱ローラ等においても、定着圧を加えるために定着ベルトに加圧ローラを接触させると、加圧ローラが定着ベルトから熱を奪ってしまうため、定着ベルト或いは加熱ローラの昇温特性を低下させてしまうという不都合があった。この発明は、上記課題を解決することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、少なくとも芯金の上に配置された断熱体層を介して発熱体層が積層配置された多層の積層構造を備えた加熱ローラと、少なくともベルト基材層の上に配置された断熱体層を介して弾性体層が積層配置された多層の積層構造を備えた加圧ベルトとを備えたことを特徴とする定着装置である。
【００１２】
そして、前記発熱体層は、抵抗発熱体層を備えたものとすることができ、また、前記発熱体層は、誘導加熱発熱体層を備えたものとすることもできる。
【００１３】
そして、前記発熱体層は、多層の積層構造を支持する基材層を兼ねるように構成することができる。
【００１４】
また、前記加圧ベルトは環状の加圧ベルトで、その内側に加圧ベルトを加熱ローラに押圧する押圧部材が配置されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を説明する。この発明の実施の形態の定着装置は加熱ローラと、加圧ベルトとから構成されるものである。まず、複数の実施の形態がある加熱ローラの構成を説明し、続いて加圧ベルトの構成、そして加熱ローラと加圧ベルトとで構成される定着装置について説明する。
【００１６】
図１は、この発明の第１の実施の形態の加熱ローラ１０の層構成を説明する断面図である。加熱ローラ１０は、円筒状の芯金１１の上に、断熱体層１２、抵抗発熱体層１３、基材層１４、弾性体層１７、および離型層１８の各層が、この順序で多層に積層された構成を備えている。
【００１７】
芯金１１は、必要とされる剛性を確保できる厚みを備えた鉄或いはアルミニウムから構成される円筒体である。断熱体層１２は、抵抗発熱体層１３で発熱した熱が芯金１１に伝達されることを防ぎ、熱が効率よく加熱ローラ１０の表面に伝達されるようにするものであり、また、抵抗発熱体層１３を芯金１１から電気的に絶縁する機能が要求されるから、シリコンゴムのスポンジが使用される。この他、発泡セラミック材なども利用することができる。
【００１８】
抵抗発熱体層１３は、電流の供給によりジュール熱を発生する層で、耐熱性が２００℃以上、好ましくは３００℃以上で、体積抵抗値が１０−３〜１０７ Ω・ｃｍ、好ましくは１０−１〜１０１ Ω・ｃｍの範囲のものである。
【００１９】
抵抗発熱体層１３を構成する材料は、導電性セラミック、導電性カーボン、金属粉体等の種々の導電性材料と、絶縁性セラミックや耐熱性樹脂等の絶縁性材料とをそれぞれ１乃至数種類混合し、若しくは化合して構成され、所定の体積抵抗値となるように導電性材料を調整する。
【００２０】
この実施の形態では、導電性材料として、Ｃ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｗ、Ｉｎ等のカーボンや金属材料の他、ＶＯ２ 、Ｒｕ２ Ｏ、ＴａＮ、ＳｉＣ、ＺｒＯ２ 、ＩｎＯ、Ｔａ２ Ｎ、ＺｒＮ、ＮｂＮ、ＶＮ、ＴｉＢ２ 、ＺｒＢ２ 、ＨｆＢ２ 、ＴａＢ２ 、ＭｏＢ２ 、ＣｒＢ２ 、Ｂ４ Ｃ、ＭｏＢ、ＺｒＣ、ＶＣ、ＴｉＣ等の化合物が挙げられる。
【００２１】
また、耐熱性樹脂としては、ポリイミド樹脂、ポリアラミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリエステル−イミド樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリ−ｐ−キシリレン樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂、或いはこれらの誘導体よりなる樹脂や種々の変性樹脂を挙げることができる。
【００２２】
さらに、抵抗値制御や結着のために使用される絶縁性材料としては、ＡｌＮ、ＳｉＮ４ 、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＭｇＯ、ＶＯ２ 、ＳｉＯ２ 、ＺｒＯ２ 、Ｂｉ２ Ｏ３ 、ＴｉＯ２ 、ＭｏＯ２ 、ＷＯ２ 、ＮｂＯ２ 、ＲｅＯ３ 等のセラミック材料や上記耐熱性樹脂が使用される。
【００２３】
抵抗発熱体層を構成する好ましい材料としては、例えば、カーボン分散ポリイミド樹脂、Ｎｉ粉体分散シリコーン樹脂、Ｔａ−ＳｉＯ２ 混合セラミック材、Ｒｕ−ＳｉＯ２ 材などが挙げられる。抵抗発熱体層の膜厚は通常２０μｍ以下、好ましくは１〜５μｍの範囲がよい。膜厚が２０μｍを越えると入力電力に対する発熱効率が低下してエネルギー消費が増大するという不都合が生じる。
【００２４】
基材層１４は、抵抗発熱体層１３、弾性体層１７、離型層１８を形成するベースとなる層である。基材層１４の材料は、抵抗発熱体層１３を絶縁する必要からポリイミド樹脂及びその変性化合物、ポリアラミド樹脂及びその変性化合物、若しくはシリコーン樹脂及びその変性化合物などのポリマー、或いはこれらのものを主成分とする材料を主体とする。
【００２５】
基材層１４の厚さは、必要とする熱伝導性や機械的強度などの条件を満たすために３０〜１００μｍの範囲内にあることが好ましい。また、基材層１４の体積抵抗値は１×１０５ Ω・ｃｍ以上、好ましくは１×１０８ Ω・ｃｍ以上、さらに１×１０１５Ω・ｃｍ以上であるものがよい。
【００２６】
弾性体層１７は、ゴム硬度の低い柔らかいものが好ましく、例えばＪＩＳ−Ａ硬度１〜７０度、好ましくは５〜４０度のシリコーンゴムなどが好適である。弾性体層１７の厚さは、好ましくは５０〜５００μｍ、さらに好ましくは１００〜３００μｍの範囲内である。
【００２７】
弾性体層１７の厚さが５０μｍより薄い場合は、定着ベルトに十分な弾性が付与されないため、トナーを包み込むように定着させることができず、従ってトナーを均一に溶融させることができないため、定着ムラや光沢ムラの原因になり、高い画像品質を得ることができない。また、熱容量が不足する場合があるので、トナー付着量が多いカラー画像の定着処理では、十分にトナーを溶融させることができず、定着不良の原因となる場合がある。
【００２８】
弾性体層１７の厚さが５００μｍより厚い場合は、定着ベルトの熱応答性が損なわれるので好ましくない。
【００２９】
弾性体層１７の体積抵抗値は１×１０５ Ω・ｃｍ以上、好ましくは１×１０８ Ω・ｃｍ以上、さらに１×１０１２・ｃｍ以上であるものがよい。弾性体層１７の熱伝導率は、表面への熱伝達を良好にするために、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるものがよい。ただし、画質よりも熱特性を優先する場合は弾性体層を設けなくともよい。
【００３０】
離型層１８は、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡ、或いはＦＥＰなどのフッ素樹脂が好適であり、或いはこれらの樹脂を２種以上混合したものも同様に使用することができる。離型層１８の厚さは、好ましくは５〜５０μｍ、さらに好ましくは１０〜３０μｍの範囲内である。
【００３１】
離型層１８の厚さが５μｍより薄い場合は耐久性が低下し、５０μｍより厚い場合は弾性体層１７を設けた効果がなくなり、共に好ましくない。
【００３２】
図２は、この発明の第２の実施の形態の加熱ローラ１０の層構成を説明する断面図である。第２の実施の形態の加熱ローラ１０は、図１に示す第１の実施の形態の基材層１４と抵抗発熱体層１３とを一体とした抵抗発熱基材層１５を設け、抵抗発熱体層１３と基材層１４を省いたものである。図１に示す第１の実施の形態のものと同一の層には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３３】
この構成では、抵抗発熱基材層１５が抵抗発熱体でもあるので、ポリイミドなどの絶縁性樹脂に導電性材料を分散させたもので抵抗発熱基材層１５を構成するもの、ポリイミドなどの絶縁性樹脂で構成した基材の表面にニッケル、ステンレス等の薄膜を接着して抵抗発熱基材層１５を構成するもの、或いはニッケル、ステンレス等の薄膜の両面にポリイミドなどの絶縁性樹脂で構成した被膜を設けて抵抗発熱基材層１５を構成するもの等がある。
【００３４】
図３は、この発明の第３の実施の形態の加熱ローラ１０の層構成を説明する断面図である。第３の実施の形態の加熱ローラ１０は、誘導加熱で発熱する誘導加熱基材層１６を設けたものである。図１に示す第１の実施の形態の基材層１４と抵抗発熱体層１３とに代えて誘導加熱基材層１６を設けたもので、図１に示す第１の実施の形態のものとは、誘導加熱基材層１６が相違するだけで、その他の層は変わらないので、図１に示す第１の実施の形態のものと同一の層には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３５】
誘導加熱基材層１６は、誘導加熱により発熱する層でもあるので、ポリイミドなどの絶縁性樹脂に誘導加熱により発熱する材料、例えばニッケル、ステンレス等の磁性材の粉体を分散させたもので誘導加熱基材層１６を構成するもの、ポリイミドなどの絶縁性樹脂で構成した基材の表面にニッケル、ステンレス等の誘導加熱により発熱する磁性材薄膜を接着して誘導加熱基材層１６を構成するもの、ニッケル、ステンレス等の誘導加熱により発熱する磁性材薄膜の両面にポリイミドなどの絶縁性樹脂で構成した被膜を設けて誘導加熱基材層１６を構成するもの等がある。
【００３６】
次に、加圧ベルトの構成を説明する。
【００３７】
図４は、この発明の実施の形態の加圧ベルトの構成を示す断面図である。加圧ベルト２０は、ベルト基材層２１、弾性体層２２、および離型層２３の各層が、この順序で多層に積層された構成を備えている。
【００３８】
ベルト基材層２１は、ポリイミド樹脂及びその変性化合物、ポリアラミド樹脂及びその変性化合物、若しくはシリコーン樹脂及びその変性化合物などのポリマー、或いはこれらのものを主成分とする材料を主体として構成される。
【００３９】
ベルト基材層２１の厚さは、必要な熱伝導性や機械的強度などの条件を満たすために３０〜１００μｍの範囲内にあることが好ましい。また、ベルト基材層２１の体積抵抗値は１×１０５ Ω・ｃｍ以上、好ましくは１×１０８ Ω・ｃｍ以上、さらに１×１０１５Ω・ｃｍ以上であるものがよい。
【００４０】
弾性体層２２は、ゴム硬度の低い柔らかいものが好ましく、例えばＪＩＳ−Ａ硬度１〜７０度、好ましくは５〜４０度のシリコーンゴムなどが好適である。弾性体層２２の厚さは、好ましくは５０〜５００μｍ、さらに好ましくは１００〜３００μｍの範囲内である。
【００４１】
また、弾性体層２２の体積抵抗値は１×１０５ Ω・ｃｍ以上、好ましくは１×１０８ Ω・ｃｍ以上、さらに１×１０１２Ω・ｃｍ以上であるものがよい。弾性体層２２の熱伝導率は表面への熱伝達を良好にするため、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるものがよい。ただし、画質よりも熱特性を優先する場合は弾性体層を設けなくともよい。
【００４２】
離型層２３は、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡ、或いはＦＥＰなどのフッ素樹脂が好適であり、或いはこれらの樹脂を２種以上混合したものも同様に使用することができる。離型層２３の厚さは、好ましくは５〜５０μｍ、さらに好ましくは１０〜３０μｍの範囲内である。
【００４３】
図５は、先に第２の実施の形態として説明した加熱ローラ１０と、加圧ベルト２０とで構成した定着装置３０の構成を説明する断面図である。加熱ローラ１０は抵抗発熱基材層１５を備えた層構成のものである。また、加圧ベルト２０は、加圧パッド２５により加熱ローラ１０に押圧される。
【００４４】
加圧パッド２５は、加熱ローラ１０から加圧ベルト２０を経由して加圧パッド２５が奪う熱量を小さくするため、加圧ベルト２０側は断熱性材料であることが望ましい。例えば、セラミック、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの耐熱樹脂、シリコンゴム等が挙げられる。
【００４５】
この構成の定着装置３０は、図示しない駆動装置により加熱ローラ１０を駆動し、加熱ローラ１０の回転により加圧ベルト２０が移動する。駆動時に加圧ベルト２０の滑りが大きいと画像乱れが発生するため、特に加圧ベルト２０の内側に加圧パッド２５を配置し、加圧ベルト２０の内面が加圧パッド２５の表面を摺動する構成の場合は、接触面の摩擦状態に留意する必要がある。加圧ベルト２０の内面の摩擦係数を低くするほか、加圧パッド２５の表面をＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂等の摩擦係数の小さい被膜で被覆したり、低摩擦係数の摺動シートを加圧ベルト２０と加圧パッド２５との接触面に挿入するなどの工夫が必要である。さらに、摩擦係数を低くする手段として、グリースやオイルを摺動面に塗布することも有効である。
【００４６】
図６は、先に第３の実施の形態形態として説明した加熱ローラ１０と、加圧ベルト２０とで構成した定着装置４０の構成を説明する断面図である。加熱ローラ１０は誘導加熱基材層１６を備えた層構成のものである。加熱ローラ１０の誘導加熱材に渦電流を発生させるための電磁誘導コイル２８は、加熱ローラ１０の外側に配置するものとする。また、加圧ベルト２０は、インナーローラ２７により加熱ローラ１０に押圧される。
【００４７】
インナーローラ２７は、加熱ローラ１０から加圧ベルト２０を経由してインナーローラ２７が奪う熱量を小さくするため、加圧ベルト２０側は断熱性材料であることが望ましい。例えば、鉄、アルミニウムなどで構成されたインナーローラ２７の表面を、セラミック、シリコンゴム等で被覆するのがよい。
【００４８】
図５に示す定着装置３０では抵抗発熱基材層１５を備えた加熱ローラ１０と加圧パッド２５とを組み合わせ、図６に示す定着装置４０では誘導加熱基材層１６を備えた加熱ローラ１０とインナーローラ２７とを組み合わせているが、定着装置はこの組み合わせに限られるものではなく、両者を入れ替えてもよいことは言うまでもない。
【００４９】
上記したこの発明の実施の形態には、以下に記載する発明も含まれる。
（１）請求項１記載の定着装置において、加熱ローラの発熱体層は、導電性材料と絶縁性材料との混合物又は化合物で構成されることを特徴とする定着装置。
（２）請求項１記載の定着装置において、加熱ローラの発熱体層は、絶縁性樹脂で構成した基材の表面に磁性材の薄膜を接着して構成されることを特徴とする定着装置。
（３）請求項１記載の定着装置において、加熱ローラの発熱体層は、磁性材の薄膜の両面に絶縁性樹脂被膜を設けて構成されることを特徴とする定着装置。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、この発明に係る定着装置は、少なくとも芯金の上に配置された断熱体層を介して発熱体層が積層配置された多層の積層構造を備えた加熱ローラと、少なくともベルト基材層の上に配置された断熱体層を介して弾性体層が積層配置された多層の積層構造を備えた加圧ベルトとを備えたことを特徴とするものである。
【００５１】
この構成により、加熱ローラの熱は芯金側には伝達されにくく、ローラ表面に効率よく伝達される。また、加熱ローラに接触する加圧ベルトもその内側に配置される押圧部材には伝達されにくいから、加熱ローラの昇温特性を低下させず、熱効率が高く、短時間で所定の定着可能温度に昇温させることができる定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の加熱ローラの層構成を説明する断面図。
【図２】第２の実施の形態の加熱ローラの層構成を説明する断面図。
【図３】第３の実施の形態の加熱ローラの層構成を説明する断面図。
【図４】加圧ベルトの構成を示す断面図。
【図５】定着装置の構成を説明する断面図（その１）。
【図６】定着装置の構成を説明する断面図（その２）。
【符号の説明】
１０ 加熱ローラ
１１ 芯金
１２ 断熱体層
１３ 抵抗発熱体層
１４ 基材層
１５ 抵抗発熱基材層
１６ 誘導加熱基材層
１７ 弾性体層
１８ 離型層
２０ 加圧ベルト
２１ ベルト基材層
２２ 弾性体層
２３ 離型層
２５ 加圧パッド
２７ インナーローラ
２８ 電磁誘導コイル
３０ 定着装置
４０ 定着装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing device used in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or a printer.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In an image forming apparatus such as a conventional electrophotographic copying machine or printer, a photosensitive member is uniformly charged, and an image is exposed thereon to form an image latent image. Then, the formed image latent image is developed with toner to form a toner image of the image, which is transferred to a recording medium, or transferred to an intermediate transfer belt and further transferred to a recording medium, and then transferred to the recording medium. The formed toner image is heated and fixed by a fixing device to form an image.
[0003]
Conventionally, in this type of fixing device, a roller fixing device including a heating roller having a heat source therein and a pressure roller was generally used, but in such a roller fixing device, the fixing process is actually performed. In order to sufficiently secure the width of the nip portion, which is the contact portion between the heating roller and the pressure roller, it is necessary to increase the roller diameter and apply a sufficient load to the nip portion.
[0004]
In order to maintain the rigidity of the roller, the core of the roller must have a sufficient thickness to increase the heat capacity of the heating roller. It was difficult to make it.
[0005]
As a countermeasure, a fixing device using a fixing belt having a small heat capacity has been proposed. In order to heat the fixing belt, there are a type in which the fixing belt is wound around a metal roller having a heat source such as a halogen lamp therein, and heat is transmitted from the metal roller to the fixing belt, and a type in which the fixing belt is directly induction-heated. .
[0006]
In addition, a heating roller is provided with a resistance heating layer (see Patent Documents 1 and 2), and a heating roller is provided with a heating layer made of a nickel material or a magnetic stainless steel material which generates heat by electromagnetic induction. A device for heating a heat generating layer has also been proposed (see Patent Document 3).
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-11-52774.
[0008]
[Patent Document 2]
JP-A-2000-181260.
[0009]
[Patent Document 3]
JP-A-2000-214714.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, even in a device that transmits heat to the above-described fixing belt, a device that directly induces and heats the fixing belt, or a heating roller that has a configuration in which a heating layer is provided on a heating roller itself and heats the fixing belt, a fixing belt is used to apply a fixing pressure. When the pressure roller is brought into contact with the fixing roller, the pressure roller removes heat from the fixing belt, so that there is an inconvenience that the temperature rise characteristic of the fixing belt or the heating roller is reduced. An object of the present invention is to solve the above problems.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and the invention of claim 1 is a heating roller having a multilayer laminated structure in which heating elements are laminated at least via a heat insulating layer disposed on a cored bar. And a pressure belt having a multilayer laminated structure in which elastic layers are laminated and arranged via a heat insulating layer disposed at least on the belt base material layer. .
[0012]
The heating element layer may include a resistance heating element layer, and the heating element layer may include an induction heating element layer.
[0013]
Further, the heating element layer can be configured to also serve as a base layer that supports a multilayer laminated structure.
[0014]
The pressing belt is an annular pressing belt, and a pressing member for pressing the pressing belt against the heating roller is disposed inside the pressing belt.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. A fixing device according to an embodiment of the present invention includes a heating roller and a pressure belt. First, the configuration of a heating roller according to a plurality of embodiments will be described, followed by the configuration of a pressing belt, and a fixing device including a heating roller and a pressing belt.
[0016]
FIG. 1 is a sectional view illustrating a layer configuration of a heating roller 10 according to the first embodiment of the present invention. The heating roller 10 includes a cylindrical cored bar 11 and a plurality of layers of a heat insulating layer 12, a resistance heating layer 13, a base layer 14, an elastic layer 17, and a release layer 18 in this order. It has a stacked configuration.
[0017]
The core metal 11 is a cylindrical body made of iron or aluminum having a thickness that can secure required rigidity. The heat insulating layer 12 prevents the heat generated by the resistance heating element layer 13 from being transmitted to the metal core 11 so that the heat is efficiently transmitted to the surface of the heating roller 10. Since a function of electrically insulating the heating element layer 13 from the core metal 11 is required, a sponge made of silicon rubber is used. In addition, a foamed ceramic material or the like can be used.
[0018]
The resistance heating element layer 13 is a layer that generates Joule heat by supplying a current, has a heat resistance of 200 ° C. or more, preferably 300 ° C. or more, and has a volume resistance of 10 −3 to 10 7 Ω · cm, preferably 10 It is in the range of -1 to 10 1 Ω · cm.
[0019]
The material constituting the resistance heating element layer 13 is a mixture of various conductive materials such as conductive ceramics, conductive carbon, and metal powder, and one to several kinds of insulating materials such as insulating ceramics and heat-resistant resins. The conductive material is adjusted so as to have a predetermined volume resistance value.
[0020]
In this embodiment, as the conductive material, carbon such as C, Ni, Au, Ag, Fe, Al, Ti, Pd, Ta, Cu, Co, Cr, Pt, Mo, Ru, Rh, W, In, etc. In addition to metal materials, VO2, Ru2O, TaN, SiC, ZrO2, InO, Ta2N, ZrN, NbN, VN, TiB2, ZrB2, HfB2, TaB2, MoB2, CrB2, B4C, MoB, ZrC, VC, etc. The compound of.
[0021]
Further, as the heat-resistant resin, polyimide resin, polyaramid resin, polysulfone resin, polyimideamide resin, polyester-imide resin, polyphenylene oxide resin, poly-p-xylylene resin, polybenzimidazole resin, or a resin composed of these derivatives or Various modified resins can be mentioned.
[0022]
Further, as an insulating material used for resistance control and binding, ceramics such as AlN, SiN4, Al2O3, MgO, VO2, SiO2, ZrO2, Bi2O3, TiO2, MoO2, WO2, NbO2, ReO3, etc. A material or the above-mentioned heat-resistant resin is used.
[0023]
Preferred materials for forming the resistance heating element layer include, for example, carbon-dispersed polyimide resin, Ni powder-dispersed silicone resin, Ta-SiO2 mixed ceramic material, and Ru-SiO2 material. The thickness of the resistance heating element layer is usually 20 μm or less, preferably 1 to 5 μm. If the film thickness exceeds 20 μm, there is a disadvantage that the heat generation efficiency with respect to the input power is reduced and the energy consumption is increased.
[0024]
The base material layer 14 is a base layer on which the resistance heating element layer 13, the elastic body layer 17, and the release layer 18 are formed. Since the material of the base layer 14 is required to insulate the resistance heating element layer 13, a polymer such as a polyimide resin and a modified compound thereof, a polyaramid resin and a modified compound thereof, or a polymer such as a silicone resin and a modified compound thereof, or a material containing these as a main component Material.
[0025]
The thickness of the base material layer 14 is preferably in the range of 30 to 100 μm in order to satisfy the required conditions such as thermal conductivity and mechanical strength. The volume resistivity of the base material layer 14 is 1 × 10 5 Ω · cm or more, preferably 1 × 10 8 Ω · cm or more, and more preferably 1 × 10 15 Ω · cm or more.
[0026]
The elastic layer 17 is preferably a soft material having a low rubber hardness, for example, silicone rubber having a JIS-A hardness of 1 to 70 degrees, preferably 5 to 40 degrees. The thickness of the elastic layer 17 is preferably in the range of 50 to 500 μm, more preferably 100 to 300 μm.
[0027]
If the thickness of the elastic layer 17 is less than 50 μm, sufficient elasticity is not provided to the fixing belt, so that the toner cannot be fixed so as to envelop the toner, and thus the toner cannot be uniformly melted. It causes unevenness and gloss unevenness, and high image quality cannot be obtained. Further, since the heat capacity may be insufficient, the toner may not be sufficiently melted in the fixing process of a color image with a large toner adhesion amount, which may cause a fixing failure.
[0028]
If the thickness of the elastic layer 17 is greater than 500 μm, the thermal responsiveness of the fixing belt is impaired, which is not preferable.
[0029]
The volume resistivity of the elastic layer 17 is 1 × 10 5 Ω · cm or more, preferably 1 × 10 8 Ω · cm or more, and more preferably 1 × 10 12 · cm or more. The thermal conductivity of the elastic layer 17 is 0.1 W / m · K or more, preferably 0.2 W / m · K or more, and more preferably 0.3 W / m in order to improve the heat transfer to the surface.・ K or more is good. However, when priority is given to thermal characteristics over image quality, the elastic layer need not be provided.
[0030]
The release layer 18 is preferably made of a fluororesin such as PTFE, PFA, or FEP, or a mixture of two or more of these resins can be used. The thickness of the release layer 18 is preferably in the range of 5 to 50 μm, more preferably 10 to 30 μm.
[0031]
If the thickness of the release layer 18 is less than 5 μm, the durability is reduced. If the thickness is more than 50 μm, the effect of providing the elastic layer 17 is lost, and both are not preferable.
[0032]
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a layer configuration of the heating roller 10 according to the second embodiment of the present invention. The heating roller 10 of the second embodiment is provided with a resistance heating base layer 15 in which the base layer 14 and the resistance heating layer 13 of the first embodiment shown in FIG. The layer 13 and the base layer 14 are omitted. The same layers as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
[0033]
In this configuration, since the resistance heating base layer 15 is also a resistance heating element, the resistance heating base layer 15 is formed by dispersing a conductive material in an insulating resin such as polyimide. A thin film made of a resin such as nickel or stainless steel is adhered to the surface of a base made of a resin to form the resistance heating base material layer 15, or a film made of an insulating resin such as polyimide on both surfaces of a thin film made of a nickel or stainless steel Are provided to form the resistance heating base layer 15.
[0034]
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a layer configuration of the heating roller 10 according to the third embodiment of the present invention. The heating roller 10 according to the third embodiment has an induction heating base material layer 16 that generates heat by induction heating. An induction heating base material layer 16 is provided in place of the base material layer 14 and the resistance heating element layer 13 of the first embodiment shown in FIG. 1, and is different from that of the first embodiment shown in FIG. Since only the induction heating base material layer 16 is different and the other layers are not changed, the same layers as those of the first embodiment shown in FIG. Omitted.
[0035]
Since the induction heating base layer 16 is also a layer that generates heat by induction heating, it is formed by dispersing a material that generates heat by induction heating, for example, a powder of a magnetic material such as nickel or stainless steel in an insulating resin such as polyimide. What constitutes the heating base material layer 16, the induction heating base material layer 16 is formed by bonding a magnetic material thin film such as nickel or stainless steel which generates heat by induction heating to the surface of a base material made of an insulating resin such as polyimide. And a method of forming an induction heating base material layer 16 by providing a coating made of an insulating resin such as polyimide on both surfaces of a thin magnetic material such as nickel or stainless steel which generates heat by induction heating.
[0036]
Next, the configuration of the pressure belt will be described.
[0037]
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the pressure belt according to the embodiment of the present invention. The pressure belt 20 has a configuration in which each layer of a belt base material layer 21, an elastic body layer 22, and a release layer 23 is stacked in multiple layers in this order.
[0038]
The belt base material layer 21 is mainly composed of a polymer such as a polyimide resin and its modified compound, a polyaramid resin and its modified compound, or a silicone resin and its modified compound, or a material mainly composed of these.
[0039]
The thickness of the belt base material layer 21 is preferably in the range of 30 to 100 μm in order to satisfy necessary conditions such as thermal conductivity and mechanical strength. The belt substrate layer 21 has a volume resistivity of 1 × 10 5 Ω · cm or more, preferably 1 × 10 8 Ω · cm or more, and more preferably 1 × 10 15 Ω · cm or more.
[0040]
The elastic layer 22 is preferably a soft material having a low rubber hardness, for example, silicone rubber having a JIS-A hardness of 1 to 70 degrees, preferably 5 to 40 degrees. The thickness of the elastic layer 22 is preferably in the range of 50 to 500 μm, more preferably 100 to 300 μm.
[0041]
The volume resistance of the elastic layer 22 is 1 × 10 5 Ω · cm or more, preferably 1 × 10 8 Ω · cm or more, and more preferably 1 × 10 12 Ω · cm or more. The thermal conductivity of the elastic layer 22 is 0.1 W / m · K or more, preferably 0.2 W / m · K or more, and more preferably 0.3 W / m · K in order to improve the heat transfer to the surface. The above is preferable. However, when priority is given to thermal characteristics over image quality, the elastic layer need not be provided.
[0042]
The release layer 23 is preferably made of, for example, a fluororesin such as PTFE, PFA, or FEP, or a mixture of two or more of these resins can be used. The thickness of the release layer 23 is preferably in the range of 5 to 50 μm, more preferably 10 to 30 μm.
[0043]
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a fixing device 30 including the heating roller 10 and the pressure belt 20 described above as the second embodiment. The heating roller 10 has a layer configuration including a resistance heating base material layer 15. The pressure belt 20 is pressed against the heating roller 10 by the pressure pad 25.
[0044]
The pressure pad 25 is preferably made of a heat insulating material on the pressure belt 20 side in order to reduce the amount of heat taken by the pressure pad 25 from the heating roller 10 via the pressure belt 20. For example, ceramic, heat-resistant resin such as polyphenylene sulfide (PPS), silicon rubber, and the like can be used.
[0045]
In the fixing device 30 having this configuration, the heating roller 10 is driven by a driving device (not shown), and the pressure belt 20 is moved by the rotation of the heating roller 10. If the pressure belt 20 slides too much during driving, an image is disturbed. In particular, the pressure pad 25 is disposed inside the pressure belt 20, and the inner surface of the pressure belt 20 slides on the surface of the pressure pad 25. In such a configuration, it is necessary to pay attention to the frictional state of the contact surface. In addition to lowering the friction coefficient of the inner surface of the pressure belt 20, the surface of the pressure pad 25 is coated with a film having a low friction coefficient such as a fluororesin such as PFA or PTFE, or a sliding sheet having a low friction coefficient is pressed. A device such as insertion into the contact surface between the belt 20 and the pressure pad 25 is required. Further, as a means for reducing the friction coefficient, it is also effective to apply grease or oil to the sliding surface.
[0046]
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a fixing device 40 including the heating roller 10 and the pressure belt 20 described above as the third embodiment. The heating roller 10 has a layer configuration including an induction heating base material layer 16. An electromagnetic induction coil 28 for generating an eddy current in the induction heating material of the heating roller 10 is arranged outside the heating roller 10. The pressure belt 20 is pressed against the heating roller 10 by the inner roller 27.
[0047]
The inner roller 27 is preferably made of a heat insulating material on the side of the pressure belt 20 in order to reduce the amount of heat taken by the inner roller 27 from the heating roller 10 via the pressure belt 20. For example, the surface of the inner roller 27 made of iron, aluminum, or the like is preferably covered with ceramic, silicon rubber, or the like.
[0048]
In the fixing device 30 shown in FIG. 5, the heating roller 10 having the resistance heating base material layer 15 and the pressure pad 25 are combined, and in the fixing device 40 shown in FIG. Although the inner roller 27 and the inner roller 27 are combined, the fixing device is not limited to this combination, and it is needless to say that both may be interchanged.
[0049]
The above-described embodiments of the present invention also include the following inventions.
(1) The fixing device according to claim 1, wherein the heating element layer of the heating roller is made of a mixture or a compound of a conductive material and an insulating material.
(2) The fixing device according to (1), wherein the heating element layer of the heating roller is formed by bonding a thin film of a magnetic material to a surface of a base made of an insulating resin.
(3) The fixing device according to (1), wherein the heating element layer of the heating roller is formed by providing an insulating resin film on both surfaces of a thin film of a magnetic material.
[0050]
【The invention's effect】
As described in detail above, the fixing device according to the present invention includes a heating roller having a multilayered structure in which a heating element layer is stacked and disposed via a heat insulating layer disposed on at least a metal core; And a pressure belt having a multilayered structure in which elastic layers are stacked and arranged via a heat insulating layer arranged on the belt base material layer.
[0051]
With this configuration, the heat of the heating roller is hardly transmitted to the core metal side, and is efficiently transmitted to the roller surface. In addition, since the pressure belt in contact with the heating roller is also difficult to be transmitted to the pressing member disposed inside the heating roller, the heating efficiency of the heating roller is not reduced, the heat efficiency is high, and a predetermined fixing temperature can be achieved in a short time. A fixing device capable of increasing the temperature can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view illustrating a layer configuration of a heating roller according to a first embodiment.
FIG. 2 is a sectional view illustrating a layer configuration of a heating roller according to a second embodiment.
FIG. 3 is a sectional view illustrating a layer configuration of a heating roller according to a third embodiment.
FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of a pressure belt.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a fixing device (part 1).
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a fixing device (part 2).
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 10 heating roller 11 core metal 12 heat insulating body layer 13 resistance heating element layer 14 base layer 15 resistance heating base layer 16 induction heating base layer 17 elastic body layer 18 release layer 20 pressure belt 21 belt base layer 22 elasticity Body layer 23 Release layer 25 Pressure pad 27 Inner roller 28 Electromagnetic induction coil 30 Fixing device 40 Fixing device
