【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置においてトナー像の定着に用いられる加熱装置（定着装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置において、記録材上に形成された未定着トナー画像を定着する加熱装置（画像加熱定着装置）を例にして説明する。未定着トナー画像の加熱装置としては、従来から熱ローラ方式、フィルム加熱方式等の接触加熱方式が広く用いられている。近年では、加熱源として電磁誘導方式を用いた加熱装置も提案されている。
【０００３】
そして、装置電源投入から定着可能になるまでの待ち時間を短くする工夫がなされている。特許文献１においてはプロセス速度を遅くすることで定着性を確保する提案がなされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２４８８１０号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにプロセス速度を変更することは画像形成工程から全てを変更することが必要であり、画像安定性を維持するために作像系の条件をプロセス速度に合わせてそれぞれ持たせる必要があった。そこで、より簡便に定着性を確保したまま待ち時間を短縮する方法が求められる。
【０００５】
更に、定着フィルムを用いる加熱装置の場合、定着フィルムの内部に定着フィルムよりも熱容量の大きい支持部材を有するため、室温から定着可能温度まで定着フィルムの温度を上昇させる時間に対して支持部材の温度上昇が遅くなる。このため、定着フィルムが定着可能温度に達してすぐに被加熱材が定着ニップに連続して到達すると、定着フィルムの熱は被記録材と支持部材の両方に流れるため、定着フィルムの温度が低下し、定着不良を起こす可能性があった。この現象は、特に投入できる最大電力が限られている場合に発生し易く、最大電力を投入し続けても定着フィルムの温度が低下してしまう。
【０００６】
上記温度低下を防止するために支持部材の温度が十分上昇するまで予備加熱時間を長くすることで連続プリント時の温度低下を防止することが可能であるが、プリント枚数が少ない場合には、プリント開始時間が長くなってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、限られた電力の中で定着性を確保しつつ、プリントのジョブ長さに応じて適切な予備加熱時間を設定して待機時間の短縮を図ることができ、必要なときだけ予備加熱時間を延長することで消費電力の削減を図ることができる加熱装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、被加熱材と略等速で回動可能な加熱回転体と、前記加熱回転体と相互圧接してニップ部を形成する加圧部材を有し、前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送して前記被加熱材を加熱する加熱装置であって、前記被加熱材が前記ニップ部に到達する前に前記加熱回転体を予備加熱する加熱装置において、前記被加熱材の連続搬送枚数に応じて予備加熱時間を変更することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記連続搬送枚数が多いほど前記予備加熱時間を長くすることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記加熱回転体は可撓性を有する回転体であり、前記加熱回転体内部に支持部材を有し、前記支持部材の温度に応じて前記予備加熱時間の延長時間を適宜変更することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記加熱回転体の昇温速度に応じて前記予備加熱時間の延長時間を適宜変更することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
＜実施の形態１＞
（１）画像形成装置例
図８は画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は電子写真カラープリンタである。
【００１４】
図８において、１０１は有機感光体やアモルファスシリコン感光体で構成された感光体ドラム（像担持体）であり、矢示の反時計方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。そして、この感光体ドラム１０１は、その回転過程で帯電ローラ等の帯電装置１０２で所定の極性・電位の一様な帯電処理を受ける。
【００１５】
次いで、その帯電処理面にレーザ光学箱（レーザスキャナー）１１０から出力されるレーザ光１０３による画像情報の走査露光処理を受ける。レーザ光学箱１１０は、不図示の画像読み取り装置等の画像信号発生装置からの画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調（オン／オフ）したレーザ光１０３を出力して回転感光体ドラム１０１面に走査露光した画像情報に対応した静電潜像が形成される。１０９はレーザ光学箱１１０からの出力レーザ光を感光体ドラム１０１の露光位置に偏向させるミラーである。
【００１６】
フルカラー画像形成の場合は、目的のフルカラー画像の第１の色分解成分画像、例えばイエロー成分画像についての走査露光・潜像形成がなされ、その潜像が４色カラー現像装置１０４のうちのイエロー現像器１０４Ｙの作動でイエロートナー画像として現像される。そのイエロートナー画像は、感光体ドラム１０１と中間転写体ドラム１０５との接触部（或は近接部）である一次転写部Ｔ１において中間転写体ドラム１０５の面に転写される。
【００１７】
中間転写体ドラム１０５面に対するトナー画像転写後の回転感光体ドラム１０１面は、クリーナ１０７により転写残りトナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【００１８】
上記のような帯電・走査露光・現像・一次転写・清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画像の第２の色分解成分画像（例えばマゼンタ成分画像、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第３の色分解成分画像（例えばシアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作動）、第４の色分解成分画像（例えば黒成分画像、黒現像器１０４ＢＫが作動）の各色分解成分画像について順次実行され、中間転写体ドラム１０５面にイエロートナー画像・マゼンタトナー画像・シアントナー画像・黒トナー画像の都合４色のトナー画像が順次重ねて転写されて、目的のフルカラー画像に対応したカラートナー画像が合成形成される。
【００１９】
中間転写体ドラム１０５は、金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有するもので、感光体ドラム１０１に接触して或は近接して感光体ドラム１０１と略同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動され、中間転写体ドラム１０５の金属ドラムにバイアス電位を与えて感光体ドラム１０１との電位差で感光体ドラム１０１側のトナー画像を前記中間転写体ドラム１０５面側に転写させる。
【００２０】
上記回転中間転写体ドラム１０５面に合成形成されたカラートナー画像は、前記回転中間転写体ドラム１０５と転写ローラ１０６との接触ニップ部である二次転写部Ｔ２において、前記二次転写部Ｔ２に不図示の給紙部から所定のタイミングで送り込まれた、被加熱材としての記録材Ｐの面に転写されていく。転写ローラ１０６は記録材Ｐの背面からトナーと逆極性の電荷を供給することで中間転写体ドラム１０５面側から記録材Ｐ側へ合成カラートナー画像を順次に一括転写する。
【００２１】
二次転写部Ｔ２を通過した記録材Ｐは、中間転写体ドラム１０５の面から分離されて加熱装置１００へ導入され、未定着トナー画像の加熱定着処理を受けてカラー画像形成物として機外の不図示の排紙トレーに排出される。尚、加熱装置１００については次の（２）項で詳述する。
【００２２】
記録材Ｐに対するカラートナー画像転写後の回転中間転写体ドラム１０５は、クリーナ１０８により転写残りトナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。このクリーナ１０８は、常時は中間転写体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム１０５から記録材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写体ドラム１０５に接触状態に保持される。
【００２３】
又、転写ローラ１０６も常時は中間転写体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム１０５から記録材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写体ドラム１０５に記録材Ｐを介して接触状態に保持される。
【００２４】
本例の画像形成装置は、白黒画像等のモノカラー画像のプリントモードも実行できる。又、両面画像プリントモード、或は多重画像プリントモードも実行できる。
【００２５】
両面画像プリントモードの場合は、加熱装置１００を出た１面目画像プリント済みの記録材Ｐは、不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されて再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれて２面に対するトナー画像転写を受け、再度、加熱装置１００に導入されて２面に対するトナー画像の定着処理を受けることで両面画像プリントが出力される。
【００２６】
多重画像プリントモードの場合は、加熱装置１００を出た１回目画像プリント済みの記録材Ｐは、不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されないで再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれて１回目画像プリント済みの面に２回目のトナー画像転写を受け、再度、加熱装置１００に導入されて２回目のトナー画像の定着処理を受けることで多重画像プリントが出力される。
【００２７】
（２）加熱装置１００
本例において加熱装置１００は電磁誘導加熱方式の装置である。図１は本例の加熱装置１００の要部の横断側面模型図、図２は要部の正面模型図である。
【００２８】
磁場発生手段は磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃ及び励磁コイル１８から成る。磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃは高透磁率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料が良く、より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのが良い。
【００２９】
励磁コイル１８には励磁回路を接続してある。この励磁回路は２０ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波をスイッチング電源で発生できるようになっている。
【００３０】
励磁コイル１８は、励磁回路から供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。
【００３１】
１６ａ，１６ｂは横断面略半円弧状樋型のフィルムガイド部材であり、開口側を互いに向かい合わせて略円柱体を構成し、外側に円筒状の電磁誘導性発熱フィルムである定着フィルム１０をルーズに外嵌させてある。フィルムガイド部材１６ａ，１６ｂの材質としては絶縁性に優れ、耐熱性が良いものが望ましい。例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂（ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂）、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂等を選択すると良い。
【００３２】
前記フィルムガイド部材１６ａは、磁場発生手段としての磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃと励磁コイル１８を内側に保持している。
【００３３】
又、フィルムガイド部材１６ａには、摺動部材４０がニップ部Ｎの加圧ローラ３０との対向面側で、定着フィルム１０の内側に配設してある。
【００３４】
２２はフィルムガイド部材１６ｂの内面平面部に当接させて配設した横長の加圧用剛性ステイである。
【００３５】
１９は磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃ及び励磁コイル１８と加圧用剛性ステイ２２の間を絶縁するための絶縁部材である。
【００３６】
フランジ部材２３ａ，２３ｂは、フィルムガイド部材１６ａ，１６ｂのアセンブリの左右両端部に外嵌し、前記左右位置を固定しつつ回転自在に取り付け、定着フィルム１０の回転時に前記定着フィルム１０の端部を受けて定着フィルムのフィルムガイド部材長手に沿う寄り移動を規制する役目を果たす。
【００３７】
加圧部材としての加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、前記芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させたシリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性・弾性材層３０ｂとで構成されている。更に、最外層に不図示の離型層としてフッ素樹脂を設けることもできる。芯金３０ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板金間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。
【００３８】
加圧用剛性ステイ２２の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材２９ａ，２９ｂとの間にそれぞれ加圧バネ２５ａ，２５ｂを縮設することで加圧用剛性ステイ２２に押し下げ力を作用させている。これによりフィルムガイド部材１６ａの下面の摺動部材４０と加圧ローラ３０とが定着フィルム１０を挟んで圧接して所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。
【００３９】
加圧ローラ３０は駆動手段Ｍにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ３０の回転駆動による前記加圧ローラ３０と定着フィルム１０の外面との摩擦力で定着フィルム１０に回転力が作用し、前記定着フィルム１０がその内面が定着ニップＮにおいて摺動部材４０の下面に密着して摺動しながら矢示の時計方向に加圧ローラ３０の回転周速度にほぼ対応した周速度をもってフィルムガイド部材１６ａ，１６ｂの外回りを回転状態になる。
【００４０】
この場合、定着ニップ部Ｎにおける摺動部材４０の下面と定着フィルム１０の内面との相互摺動摩擦力を低減化させるために定着ニップ部Ｎの摺動部材４０の下面と定着フィルム１０の内面との間に耐熱性グリス等の潤滑剤を介在させることができる。
【００４１】
定着フィルム１０の温度、即ち定着ニップ部Ｎの温度は、温度検知手段を含む温調系により励磁コイル１８に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。即ち、２８は定着フィルム１０の温度を検知するサーミスタ等の温度センサであり、本例においては、この温度センサ２８を定着フィルム内面の発熱域にフィルムガイド部材１６ａの外面に露呈させて配設してある。この温度センサ２８が定着フィルム１０の内面に接触して定着フィルム１０の温度を検知する。この温度センサ２８で測定した定着フィルム１０の温度情報が制御回路ＣＰＵに入力される。制御回路ＣＰＵは、その入力温度情報に基づいて励磁回路を制御して励磁コイル１８に対する電流供給を制御し、定着フィルム１０の温度、即ち定着ニップ部Ｎの温度を所定の温度に温調する。
【００４２】
而して、定着フィルム１０が回転し、励磁回路から励磁コイル１８への給電により上記のように定着フィルム１０の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温調された状態において、画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像ｔが形成された記録材Ｐが定着ニップ部Ｎの定着フィルム１０と加圧ローラ３０との間に画像面が上向き、即ち定着フィルム面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面が定着フィルム１０の外面に密着して定着フィルム１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この定着ニップ部Ｎを定着フィルム１０と一緒に記録材Ｐが挟持搬送されていく過程において定着フィルム１０の電磁誘導発熱で加熱されて記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。
【００４３】
記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎを通過すると定着フィルム１０の外面から分離して排出搬送されていく。記録材上の加熱定着トナー画像は、定着ニップ部通過後、冷却して永久固着像となる。
【００４４】
尚、定着フィルム１０の発熱域の対向位置に、暴走時の励磁コイル１８への給電を遮断するため温度検知素子であるサーモスイッチ５０を非接触で配設している。
【００４５】
Ａ）定着フィルム１０
図５は本例における定着フィルム１０の層構成模型図である。本例の定着フィルム１０は、電磁誘導発熱性の定着フィルム１０の基層となる金属フィルム等でできた発熱層１と、その外面に積層した弾性層２と、その外面に積層した離型層３の複合層構造のものである。発熱層１と弾性層２との間の接着、弾性層２と離型層３との間の接着のため、各層間にプライマー層（不図示）を設けても良い。略円筒形状である定着フィルム１０において発熱層１が内面側であり、離型層３が外面側である。
【００４６】
前述したように、発熱層１に交番磁束が作用することで前記発熱層１に渦電流が発生して前記発熱層１が発熱する。その熱が弾性層２・離型層３を介して定着フィルム１０を加熱し、前記定着ニップ部Ｎに通紙される被加熱材としての記録材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。
【００４７】
ａ．発熱層１
発熱層１はニッケル、鉄、強磁性ＳＵＳ、ニッケル−コバルト合金といった強磁性体の金属を用いると良い。
【００４８】
非磁性の金属でも良いが、より好ましくは磁束の吸収の良いニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバルト−ニッケル合金等の金属が良い。
【００４９】
その厚みは次の式で表される表皮深さより厚く且つ２００μｍ以下にすることが好ましい。表皮深さσ［ｍ］は、励磁回路の周波数ｆ［Ｈｚ］と比透磁率μｒと固有抵抗ρ［Ωｍ］で
σ＝５０３×（ρ／ｆμｒ）１／２
と表される。
【００５０】
これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になっており、逆に言うと殆どのエネルギーはこの深さまでで吸収されている（図６）。
【００５１】
発熱層１の厚さは好ましくは１〜１００μｍが良い。発熱層１の厚みが１μｍよりも小さいと殆どの電磁エネルギーが吸収し切れないため効率が悪くなる。又、発熱層が１００μｍを超えると剛性が高くなり過ぎ、又、屈曲性が悪くなり、回転体として使用するには現実的ではない。従って、発熱層１の厚みは１〜１００μｍが好ましい。
【００５２】
ｂ．弾性層２
弾性層２は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性が良く、熱伝導率が良い材質である。
【００５３】
弾性層２の厚さは１０〜５００μｍが好ましい。この弾性層２は定着画像品質を保証するために必要な厚さである。カラー画像を印刷する場合、特に写真画像等では記録材Ｐ上で大きな面積に亘ってベタ画像が形成される。この場合、被加熱材の凹凸或はトナー層の凹凸に加熱面（離型層３）が追従できないと加熱ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で画像に光沢ムラが発生する。
【００５４】
伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低い。弾性層２の厚さとしては、１０μｍ以下では被加熱材或はトナー層の凹凸に追従し切れず画像光沢ムラが発生してしまう。又、弾性層２が１０００μｍ以上の場合には弾性層の熱抵抗が大きくなり、温度のレスポンスが低下する。より好ましくは、弾性層２の厚みは５０〜５００μｍが良い。
【００５５】
弾性層２の硬度は、硬度が高過ぎると記録材或はトナー層の凹凸に追従し切れず画像光沢ムラが発生してしまう。そこで、弾性層２の硬度としては６０゜以下（ＪＩＳ−Ａ：ＪＩＳ Ｋ Ａタイプの測定装置使用）、より好ましくは４５゜以下が良い。
【００５６】
弾性層２の熱伝導率λに関しては、０．２５〜０．８４［Ｗ／ｍ・℃］が良い。熱伝導率λが０．２５［Ｗ／ｍ・℃］よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、定着フィルムの表層（離型層３）における温度上昇が遅くなる。熱伝導率λが０．８４［Ｗ／ｍ・℃］よりも大きい場合には、硬度が高くなり過ぎたり、圧縮永久歪みが悪化したりする。よって、熱伝導率λは０．２５〜０．８４［Ｗ／ｍ・℃］が良い。よリ好ましくは０．３３〜０．６３［Ｗ／ｍ・℃］が良い。
【００５７】
ｃ．離型層３
離型層３はフッ素樹脂（ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ）、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の離型性且つ耐熱性の良い材料を選択することができる。
【００５８】
離型層３の厚さは１〜１００μｍが好ましい。離型層３の厚さが１μｍよりも小さいと塗膜の塗ムラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足するといった問題が発生する。又、離型層が１００μｍを超えると熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の離型層の場合は硬度が高くなり過ぎ、弾性層２の効果がなくなってしまう。
【００５９】
又、図７に示すように、発熱層１のフィルムガイド面側（発熱層１の弾性層２とは反対面側）に断熱層４を設けても良い。
【００６０】
断熱層４としては、フッ素樹脂（ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂）、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂等の耐熱樹脂が良い。
【００６１】
又、断熱層４の厚さとしては１０〜１０００μｍが好ましい。断熱層４の厚さが１０μｍよりも小さい場合には断熱効果が得られず、又、耐久性も不足する。一方、１０００μｍを超えると磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃ及び励磁コイル１８から発熱層１の距離が大きくなり、磁束が十分に発熱層１に吸収されなくなる。
【００６２】
断熱層４は、発熱層１に発生した熱が定着フィルムの内側に向かわないように断熱できるので、断熱層４が無い場合と比較して記録材Ｐ側への熱供給効率が良くなる。よって、消費電力を抑えることができる。
【００６３】
Ｂ）装置の予備加熱時間制御
次に、本発明の特徴である予備加熱時間制御について説明する。尚、加熱装置（定着装置）１００の構成として、定着フィルム１０：内径φ３５ｍｍ×長さ３７０ｍｍ（発熱層１：ニッケル電鋳５０μｍ、弾性層２：シリコーンゴム３００μｍ（ＪＩＳ−Ａ硬度５°）、離型層３：ＰＦＡ３０μｍ）、加圧ローラ３０：外径φ２５ｍｍ×３６０ｍｍ（芯金３０ａ：鉄φ１９ｍｍ、弾性層３０ａ：シリコーンゴム３ｍｍ、離型層：ＰＦＡ５０μｍ）、ニップ幅６．５〜７．０ｍｍ、加圧力２５Ｎのものを用いた。
【００６４】
上記構成の加熱装置において、装置電源ＯＮで電力を９００Ｗ投入したときに室温から定着可能温度１８０℃までのウォームアップ時間は３０秒であった。
【００６５】
定着フィルムから奪われる熱としては、被加熱材がニップ部を通過することによって被加熱材に奪われる熱、支持部材としてのフィルムガイド部材に奪われる熱、加圧ローラに奪われる熱、そして、定着フィルムの周囲への放熱による熱がある。特に、定着フィルムのように熱容量が小さい場合は、定着フィルムよりも熱容量が大きく常に接触しているフィルムガイド部材によって奪われる熱を無視することができない。
【００６６】
ここで、図３に定着フィルムとフィルムガイド部材の温度上昇を示す。定着フィルムが定着可能温度である１８０℃に達した時点でフィルムガイドの温度は７５℃である。このため、被加熱材が連続搬送される連続プリントにおいては、被加熱材に流れる熱とフィルムガイドに流れる熱が発生し、特にフィルムガイドが冷えた状態での連続プリントはフィルムガイド部材へ流れる熱が多いために定着フィルムの温度が低下する。
【００６７】
先ず、比較例として、定着フィルムの温度が定着可能温度に達するのと同時に被加熱材が定着ニップ部に突入した場合の定着性を示す。定着性は濃度低下率で表し、以下の方法で算出する。測定器はマクベス反射濃度計ＲＤ９１４を用い、紙上に定着されたハーフトーン画像を、面積５ｃｍ２ で、シルボン紙を５枚重ねたところに荷重０．４［Ｎ／ｃｍ２ ］で５往復擦った前後の濃度を測定する。本例では、ハーフトーン濃度として擦る前の濃度Ｄ１が約０．６のものを用いた。擦った後の濃度をＤ２とすると、濃度低下率は（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１により算出される。尚、良好な定着性として濃度低下率が１０％未満として以下の説明を行う。又、定着性の判断基準は装置の仕様によるものであり、必要とされる定着性は装置によって適宜決めることができる。
【００６８】
図４は定着性をプリント枚数に応じてグラフ化したものである。
【００６９】
図４に示すように、比較例においては５枚目までは良好な定着性が得られているが、６枚目から１８枚目の間で濃度低下率が１０％を超えていた。このとき、定着フィルムの温度は最下点で１６５℃まで低下していた。
【００７０】
次に、実験例１では定着可能温度に達してからの予備加熱時間を＋１５秒延長した。結果は１１枚目と１３枚目で濃度低下率が１０％を超えていた。このとき、定着フィルムの温度は最下点で１７０℃まで低下していた。実験例２では定着可能温度に達してからの予備加熱時間を＋３０秒延長した。結果は濃度低下率が１０％未満で良好な定着性が得られた。このとき、定着フィルムの温度は最下点で１７５℃まで低下していた。
【００７１】
以上から予備加熱時間を延長しないでも最初の連続５枚のプリントでは十分な定着性を確保することができることが分かる。又、予備加熱時間を１５秒延長することで連続１０枚のプリントまで十分な定着性を確保することができる。よって、本例では、電源ＯＮ直後で、加熱装置が定着可能温度に達する前にプリントのジョブが入った場合に、下表のようにプリントのジョブ長さ（連続プリント枚数の長さ）に応じて予備加熱延長時間を設定することで、短いプリントジョブに対しては定着性を確保したままプリントの待ち時間を最短にでき、ジョブが長くなるのに対応して予備加熱時間を長くすることで、長いプリントジョブに対しても定着性も確保することができる。
【００７２】
【表１】
尚、実験例に用いた条件の他に、加熱装置の定着条件や画像形成装置によって設定される条件に合わせて、本発明の連続プリント枚数と予備加熱時間は適宜設定可能である。
【００７３】
本例は、装置電源ＯＮ時の待ち時間短縮に特に効果があり、プリントがされた後や、十分なスタンバイ時間が経過した後等は本例のような動作を行わなくても良い。
【００７４】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
【００７５】
本実施の形態においては、実施の形態１と同様の部分については説明を省略するもとのとし、以下に、本実施の形態の特徴となる部分について説明する。
【００７６】
本実施の形態では、定着フィルムの支持部材であるフィルムガイド部材１６に不図示の温度検知素子を設けて、フィルムガイド部材１６の温度をモニターしている。フィルムガイド部材の温度を測定することでフィルムガイド部材に奪われる熱を予測するものである。フィルムガイド部材の温度が高ければ高いほど定着フィルムからフィルムガイド部材への熱流が減少するため、フィルムガイド部材の温度が分かれば連続プリント時の定着フィルムの温度降下量が予測できる。よって、連続プリント枚数に対して必要なフィルムガイド部材の温度を決定することで、定着可能温度に達してからの予備加熱の延長時間が自動的に決定される。
【００７７】
以下に、実験結果を示す。
【００７８】
加熱装置の構成は実施の形態１と同様である。表２に示すように、電源投入から定着可能温度１８０℃に達したとき（予備加熱延長時間０秒）のフィルムガイド部材の温度は７５℃であった。そして、連続プリント枚数に応じて濃度低下率が１０％未満になるようにフィルムガイド部材の温度を設定すると表２のような結果が得られた。ジョブ長さが６枚以上の場合に対して、実際に延長された予備加熱時間も合わせて表２に示す。
【００７９】
【表２】
本実施の形態のように、定着フィルムの温度低下の要因になる部材の温度を直接測定することで、フィルムガイド部材の温度に応じて予備加熱時間を延長することができる。よって、温度・湿度等の環境変動や電源電圧の変動等の外的要因に対しても安定した定着性を確保することが可能となる。
【００８０】
又、短時間の電源ＯＦＦやスリープからの復帰時においては、フィルムガイド部材の温度が分かっていることから定着可能温度に到達するまでにフィルムガイド部材の温度が十分上昇していれば、予備加熱時間を延長することなく長い連続プリント時の定着性を十分確保できる。
【００８１】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
【００８２】
本実施の形態においては、実施の形態１，２と同様の部分については説明を省略するもとのとし、以下に、本実施の形態の特徴となる部分についてのみ説明する。
【００８３】
本実施の形態においては、定着フィルムの昇温速度も連続プリントのジョブに対して予備加熱時間を延長する判断に用いるものである。定着フィルムの昇温速度の変動要因としては、第１に電源電圧の変動によるもの、第２に環境温度によるものが考えられる。例えば、２０℃環境で１００Ｖ入力の時に最大９００Ｗの電力が供給される場合の定着フィルムの昇温速度を標準とすると、標準の昇温速度よりも速い場合は、環境温度が高い場合か、電源電圧が高い場合か、或はその両方等が想定させる。この場合の変動は、共に定着性に有利な方向へ働くことが考えられる。例えば、環境温度が高い場合は、被加熱材の温度も高くなるため、被加熱材が奪う熱量が減少する。電源電圧が高い場合は、投入できる最大電力が増加しているため、定着フィルムに供給できる熱量が増加する。
【００８４】
逆に、定着フィルムの昇温速度が遅い場合は、環境温度が低い場合か、電源電圧が低い場合か、或はその両方等が想定させる。この場合の変動は、共に定着性に不利な方向へ働くことが考えられる。例えば、環境温度が低い場合は、被加熱材の温度も低くなるため、被加熱材が奪う熱量が増大する。電源電圧が低い場合は、投入できる最大電力が減少しているため、定着フィルムに供給できる熱量が減少する。
【００８５】
よって、定着フィルムの昇温速度が速い場合は連続プリントができる枚数を増やすことができ、昇温速度が遅い場合は連続プリントできる枚数を減らす必要がある。連続プリント枚数を変更する方法としては表１に示したようなテーブルを複数持ち、昇温速度に応じてテーブルを適宜選択する方法や換算係数を掛けて変換する方法がある。
【００８６】
何れにしても、定着フィルムの昇温速度をモニターすることで、装置を取り巻く環境変動に対しても、連続プリント枚数に応じて最適な予備加熱延長時間を設定することができる。
【００８７】
更に、実施の形態２で示したようにフィルムガイド部材の温度を測定し、その結果を組み合わせることができる。
【００８８】
これらの発明により、必要なときだけ予備加熱時間が延長されるため、短いジョブの連続プリントに対しては待ち時間を最短にでき、又、余分な加熱が行われないため、消費電力の削減にも役立てることができる。
【００８９】
＜その他の実施の形態＞
加熱装置としては、線状発熱体と、線状発熱体を保持し、定着フィルムの回転をガイドする支持部材を有し、線状発熱体はフィルムを介して加圧部材と圧接ニップを形成するフィルム加熱装置でも良い。
【００９０】
又、画像形成装置は、１感光体４色カラー画像形成装置について説明したが、４感光体４色カラー画像形成装置でも良い。
【００９１】
更に、４色カラー画像形成装置について説明したが、モノクロ、１パスマルチカラー画像形成装置に適用する場合は、定着フィルム１０は、弾性層２を省略し、発熱層１と離型層３だけで構成することもできる。
【００９２】
本発明に係る加熱装置は実施の形態で示した画像加熱定着装置としてばかりではなく、その他、例えば、画像を担持した記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、画像を担持した記録材を加熱して画像を仮定着する像加熱装置、シート状物を給紙して乾燥処理・ラミネート処理・熱プレスしわ取り処理する等の加熱装置等として広く使用できる。
【００９３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１記載の発明によれば、被加熱材と略等速で回動可能な加熱回転体と、前記加熱回転体と相互圧接してニップ部を形成する加圧部材を有し、前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送し前記被加熱材を加熱する加熱装置であって、前記被加熱材が前記ニップ部に到達する前に前記加熱回転体を予備加熱する加熱装置において、前記被加熱材の連続搬送枚数に応じて予備加熱時間を変更するようにしたため、被加熱材の連続搬送枚数に応じて、つまり、ジョブの長さに応じて予備加熱時間を変更することで、定着性を確保しつつジョブの長さに応じた予備加熱時間を設定することができる。
【００９４】
請求項２記載の発明によれば、前記連続搬送枚数が長いほど前記予備加熱時間を長くすることで、短いジョブのプリントには定着可能温度に達した時点で定着ニップへの突入を可能とし、ジョブが長くなるのに応じて定着可能温度に達してからの予備加熱時間を長くすることができる。
【００９５】
請求項３記載の発明によれば、前記加熱回転体は可撓性を有する回転体であり、前記加熱回転体内部に支持部材を有し、前記支持部材の温度に応じて前記予備加熱時間の延長時間を適宜変更するようにしたため、短いジョブの連続プリントには定着可能温度に達した時点で定着ニップへの突入を可能とし、ジョブが長くなるのに応じて支持部材が定着フィルムの温度低下を起こさない温度まで上昇させることで、定着可能温度に達してからの予備加熱時間を必要な時間だけ長くすることができ、連続プリント時の定着不良を防止することができる。
【００９６】
請求項４記載の発明によれば、前記加熱回転体の昇温速度に応じて前記予備回転時間の延長時間を適宜変更するようにしたため、前記加熱回転体の昇温速度から装置を取り巻く環境を予測し、ジョブの長さに対して予備回転時間の延長する長さを決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加熱装置要部の断面図である。
【図２】本発明に係る加熱装置要部の正面図である。
【図３】定着フィルムとフィルムガイド部材の温度上昇を示す図である。
【図４】予備加熱延長時間と連続プリントにおける定着性を示す図である。
【図５】電磁誘導発熱性の定着フィルムの層の断面図である。
【図６】発熱層深さと電磁波強度の関係を示す図である。
【図７】電磁誘導発熱性の定着フィルムの層構成を示す断面図である。
【図８】本発明に係る加熱装置を備える画像形成装置要部の断面図である。
【符号の説明】
１ 発熱層
２ 弾性層
３ 離型層
４ 断熱層
１０ 定着フィルム
１６ フィルムガイド部材
１７ 磁性コア
１８ 励磁コイル
２８ 温度検知素子（サーミスタ）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating device (fixing device) used for fixing a toner image in an electrophotographic image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
In an image forming apparatus such as an electrophotographic apparatus or an electrostatic recording apparatus, a heating device (image heating and fixing device) for fixing an unfixed toner image formed on a recording material will be described as an example. As a heating device for an unfixed toner image, a contact heating system such as a heat roller system or a film heating system has been widely used. In recent years, a heating device using an electromagnetic induction method as a heating source has been proposed.
[0003]
In addition, various measures have been taken to reduce the waiting time from when the power of the apparatus is turned on until the image can be fixed. Patent Document 1 proposes that the fixing speed is secured by reducing the process speed.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-248810
[Problems to be solved by the invention]
However, changing the process speed as described above requires changing everything from the image forming step, and in order to maintain image stability, it is necessary to have the conditions of the imaging system in accordance with the process speed, respectively. was there. Therefore, there is a need for a method of shortening the waiting time while ensuring the fixing property more easily.
[0005]
Further, in the case of a heating device using a fixing film, since the fixing film has a supporting member having a larger heat capacity than the fixing film inside, the temperature of the supporting member increases with respect to the time for raising the temperature of the fixing film from room temperature to a fixable temperature. The climb slows down. Therefore, when the material to be heated continuously reaches the fixing nip immediately after the temperature of the fixing film reaches the fixing temperature, the heat of the fixing film flows to both the recording material and the support member, and the temperature of the fixing film decreases. However, there is a possibility that fixing failure may occur. This phenomenon tends to occur particularly when the maximum power that can be supplied is limited, and the temperature of the fixing film decreases even when the maximum power is continuously supplied.
[0006]
It is possible to prevent the temperature from dropping during continuous printing by increasing the preheating time until the temperature of the support member rises sufficiently to prevent the above temperature drop. There was a problem that the start time was long.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and a purpose thereof is to set an appropriate preheating time according to the print job length while securing the fixing property with limited electric power. It is an object of the present invention to provide a heating device capable of reducing the standby time and reducing the power consumption by extending the preheating time only when necessary.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a heating rotator capable of rotating at substantially the same speed as the material to be heated, and a pressing member that forms a nip portion by mutually pressing the heating rotator. A heating device for heating the material to be heated by nipping and transporting the material to be heated in the nip portion, wherein the heating device preheats the heating rotary body before the material to be heated reaches the nip portion; The apparatus is characterized in that a preheating time is changed in accordance with the number of continuously conveyed materials to be heated.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the preheating time is set longer as the number of the continuously conveyed sheets increases.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the heating rotator is a rotator having flexibility, and has a support member inside the heating rotator, and the heating rotator has a function corresponding to a temperature of the support member. Thus, the extension time of the preheating time is appropriately changed.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the present invention, an extension time of the preheating time is appropriately changed according to a heating rate of the heating rotator.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0013]
<Embodiment 1>
(1) Example of image forming apparatus
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an example of the image forming apparatus. The image forming apparatus of this example is an electrophotographic color printer.
[0014]
In FIG. 8, reference numeral 101 denotes a photoconductor drum (image carrier) formed of an organic photoconductor or an amorphous silicon photoconductor, and is rotated at a predetermined process speed (peripheral speed) in a counterclockwise direction indicated by an arrow. The photosensitive drum 101 undergoes a uniform charging process of a predetermined polarity and potential by a charging device 102 such as a charging roller during the rotation process.
[0015]
Next, the charged surface is subjected to a scanning exposure process of image information by a laser beam 103 output from a laser optical box (laser scanner) 110. The laser optical box 110 outputs a laser beam 103 modulated (on / off) in accordance with a time-series electric digital pixel signal of image information from an image signal generating device such as an image reading device (not shown), and An electrostatic latent image corresponding to the image information scanned and exposed on the surface of the drum 101 is formed. A mirror 109 deflects the output laser light from the laser optical box 110 to the exposure position of the photosensitive drum 101.
[0016]
In the case of full-color image formation, scanning exposure / latent image formation is performed on a first color-separated component image of a target full-color image, for example, a yellow component image, and the latent image is developed by the yellow developing unit 104 of the four-color color developing device 104. Is developed as a yellow toner image by the operation of the container 104Y. The yellow toner image is transferred onto the surface of the intermediate transfer drum 105 at a primary transfer portion T1, which is a contact portion (or a close portion) between the photosensitive drum 101 and the intermediate transfer drum 105.
[0017]
After the transfer of the toner image to the surface of the intermediate transfer drum 105, the surface of the rotating photoconductor drum 101 is cleaned by the cleaner 107 after removing the adhered residue such as untransferred toner.
[0018]
The process cycle of charging, scanning exposure, development, primary transfer, and cleaning as described above is performed by the second color separation component image of the target full-color image (for example, the magenta component image, the magenta developing device 104M is activated), and the third color. The color separation component images (for example, the cyan component image and the cyan developing device 104C are activated) and the fourth color separation component image (for example, the black component image and the black developing device 104BK are activated) are sequentially executed for the color separation component images, and the intermediate transfer member is obtained. The four toner images of a yellow toner image, a magenta toner image, a cyan toner image, and a black toner image are sequentially transferred onto the surface of the drum 105 in a superimposed manner, and a color toner image corresponding to a target full-color image is synthesized and formed.
[0019]
The intermediate transfer drum 105 has a medium-resistance elastic layer and a high-resistance surface layer on a metal drum. The intermediate transfer drum 105 is in contact with or close to the photosensitive drum 101 and has an arrow at substantially the same peripheral speed as the photosensitive drum 101. Is rotated in the clockwise direction shown in the figure, a bias potential is applied to the metal drum of the intermediate transfer drum 105, and the toner image on the photosensitive drum 101 is transferred to the surface of the intermediate transfer drum 105 by a potential difference from the photosensitive drum 101. Let it.
[0020]
The color toner image synthesized and formed on the surface of the rotary intermediate transfer drum 105 is transferred to the secondary transfer portion T2 at a secondary transfer portion T2 which is a contact nip portion between the rotary intermediate transfer drum 105 and the transfer roller 106. The image is transferred onto a surface of a recording material P as a material to be heated, which is fed at a predetermined timing from a paper supply unit (not shown). The transfer roller 106 sequentially and collectively transfers the combined color toner images from the surface of the intermediate transfer drum 105 to the recording material P by supplying charges of the opposite polarity to the toner from the rear surface of the recording material P.
[0021]
The recording material P that has passed through the secondary transfer portion T2 is separated from the surface of the intermediate transfer drum 105, introduced into the heating device 100, subjected to a heat fixing process of an unfixed toner image, and is formed as a color image product outside the machine. The paper is discharged to a paper discharge tray (not shown). The heating device 100 will be described in detail in the following section (2).
[0022]
After the transfer of the color toner image to the recording material P, the rotating intermediate transfer drum 105 is cleaned by the cleaner 108 by removing the adhered residue such as untransferred toner and paper dust. The cleaner 108 is normally kept in a non-contact state with the intermediate transfer drum 105, and is kept in contact with the intermediate transfer drum 105 in the process of performing the secondary transfer of the color toner image from the intermediate transfer drum 105 to the recording material P. Is held.
[0023]
Further, the transfer roller 106 is always kept in a non-contact state with the intermediate transfer drum 105, and the transfer roller 106 records on the intermediate transfer drum 105 in the process of performing the secondary transfer of the color toner image from the intermediate transfer drum 105 to the recording material P. The contact state is maintained via the material P.
[0024]
The image forming apparatus of the present embodiment can also execute a print mode of a monocolor image such as a black and white image. Also, a double-sided image print mode or a multiple image print mode can be executed.
[0025]
In the case of the double-sided image print mode, the recording material P on which the first-side image has been printed out of the heating device 100 is turned upside down via a recirculation transport mechanism (not shown), and is again sent to the secondary transfer unit T2. The two-sided image print is output by receiving the toner image transfer to the surface and again introducing the toner image to the heating device 100 and subjecting the two surfaces to the toner image fixing process.
[0026]
In the case of the multiple image print mode, the recording material P on which the first image has been printed out of the heating device 100 is sent again to the secondary transfer unit T2 without being turned over via a recirculation transport mechanism (not shown). The second transfer of the toner image is performed on the surface on which the second image has been printed, and the multi-image print is output by being again introduced into the heating device 100 and subjected to the second fixing process of the toner image.
[0027]
(2) Heating device 100
In this example, the heating device 100 is an electromagnetic induction heating type device. FIG. 1 is a schematic cross-sectional side view of a main part of a heating device 100 of the present embodiment, and FIG. 2 is a front model view of a main part.
[0028]
The magnetic field generating means includes magnetic cores 17a, 17b, 17c and an exciting coil 18. The magnetic cores 17a, 17b, and 17c are members having high magnetic permeability, and are preferably made of a material used for a transformer core such as ferrite or permalloy. More preferably, ferrite that has a small loss even at 100 kHz or more is used.
[0029]
An excitation circuit is connected to the excitation coil 18. This excitation circuit can generate a high frequency of 20 kHz to 500 kHz by a switching power supply.
[0030]
The exciting coil 18 generates an alternating magnetic flux by an alternating current (high-frequency current) supplied from the exciting circuit.
[0031]
Reference numerals 16a and 16b denote film guide members having a substantially semi-arc-shaped trough-shaped cross section. The film guide members 16a and 16b form a substantially cylindrical body with their opening sides facing each other, and loosen the fixing film 10 which is a cylindrical electromagnetically inductive heating film on the outside. It is fitted outside. It is desirable that the material of the film guide members 16a and 16b be excellent in insulation and heat resistance. For example, a phenol resin, a fluororesin (PFA resin, PTFE resin, FEP resin), a polyimide resin, a polyamide resin, a polyamideimide resin, a PEEK resin, a PES resin, an LCP resin, or the like may be selected.
[0032]
The film guide member 16a holds magnetic cores 17a, 17b, 17c as magnetic field generating means and an exciting coil 18 inside.
[0033]
In the film guide member 16a, a sliding member 40 is disposed inside the fixing film 10 on the side of the nip portion N facing the pressure roller 30.
[0034]
Reference numeral 22 denotes a horizontally long pressing rigid stay which is disposed in contact with the inner surface flat portion of the film guide member 16b.
[0035]
Reference numeral 19 denotes an insulating member for insulating the magnetic cores 17a, 17b, 17c and the exciting coil 18 from the rigid pressurizing stay 22.
[0036]
The flange members 23a and 23b are externally fitted to the left and right ends of the assembly of the film guide members 16a and 16b, and are rotatably mounted while fixing the right and left positions. When the fixing film 10 rotates, the ends of the fixing film 10 are fixed. As a result, the fixing film plays a role of restricting the shifting of the fixing film along the length of the film guide member.
[0037]
The pressure roller 30 as a pressure member is composed of a core metal 30a and a heat-resistant and elastic material layer 30b of silicone rubber, fluorine rubber, fluorine resin, or the like formed and coated concentrically around the core metal in a roller shape. It is configured. Further, a fluorine resin may be provided as a release layer (not shown) on the outermost layer. Both ends of the metal core 30a are rotatably supported by bearings between a metal plate (not shown) of the apparatus.
[0038]
Pressing springs 25a and 25b are contracted between both ends of the pressing rigid stay 22 and the spring receiving members 29a and 29b on the apparatus chassis side, thereby applying a pressing force to the pressing rigid stay 22. As a result, the sliding member 40 on the lower surface of the film guide member 16a and the pressure roller 30 are pressed against each other with the fixing film 10 interposed therebetween to form a fixing nip portion N having a predetermined width.
[0039]
The pressure roller 30 is driven to rotate in the counterclockwise direction indicated by the arrow by the driving means M. A rotational force acts on the fixing film 10 by a frictional force between the pressing roller 30 and the outer surface of the fixing film 10 due to the rotational driving of the pressing roller 30, and the fixing film 10 has a sliding member at the inner surface of the fixing nip N. The film guide members 16a and 16b are rotated around the film guide members 16a and 16b in a clockwise direction indicated by an arrow at a peripheral speed substantially corresponding to the rotational peripheral speed of the pressure roller 30 while sliding in close contact with the lower surface of the film 40.
[0040]
In this case, in order to reduce the mutual sliding frictional force between the lower surface of the sliding member 40 and the inner surface of the fixing film 10 at the fixing nip N, the lower surface of the sliding member 40 of the fixing nip N and the inner surface of the fixing film 10 are reduced. A lubricant such as heat-resistant grease can be interposed therebetween.
[0041]
The temperature of the fixing film 10, that is, the temperature of the fixing nip portion N is controlled such that a predetermined temperature is maintained by controlling the current supply to the exciting coil 18 by a temperature control system including a temperature detecting unit. That is, reference numeral 28 denotes a temperature sensor such as a thermistor for detecting the temperature of the fixing film 10. In this embodiment, the temperature sensor 28 is disposed in a heat generating area on the inner surface of the fixing film so as to be exposed to the outer surface of the film guide member 16a. It is. The temperature sensor 28 contacts the inner surface of the fixing film 10 and detects the temperature of the fixing film 10. Temperature information of the fixing film 10 measured by the temperature sensor 28 is input to the control circuit CPU. The control circuit CPU controls the excitation circuit based on the input temperature information to control the current supply to the excitation coil 18, and regulates the temperature of the fixing film 10, that is, the temperature of the fixing nip N to a predetermined temperature.
[0042]
Thus, the fixing film 10 is rotated, and the electromagnetic induction heat of the fixing film 10 is generated by the power supply from the excitation circuit to the excitation coil 18 as described above, so that the fixing nip portion N rises to a predetermined temperature to control the temperature. In this state, the recording material P on which the unfixed toner image t conveyed from the image forming unit is formed has the image surface facing upward between the fixing film 10 and the pressure roller 30 in the fixing nip portion N, that is, the fixing film surface. At the fixing nip N, the image surface of the fixing nip N is brought into close contact with the outer surface of the fixing film 10, and the fixing nip N is conveyed together with the fixing film 10. In the process of nipping and transporting the recording material P together with the fixing film 10 through the fixing nip N, the unfixed toner image t on the recording material P is heated and fixed by heating by the electromagnetic induction heat of the fixing film 10.
[0043]
After passing through the fixing nip portion N, the recording material P is separated from the outer surface of the fixing film 10 and is discharged and conveyed. After passing through the fixing nip, the heat-fixed toner image on the recording material is cooled and becomes a permanent fixed image.
[0044]
A thermo switch 50 as a temperature detecting element is provided in a non-contact manner at a position facing the heat generating area of the fixing film 10 in order to cut off power supply to the exciting coil 18 at the time of runaway.
[0045]
A) Fixing film 10
FIG. 5 is a schematic diagram of the layer structure of the fixing film 10 in this example. The fixing film 10 of the present embodiment includes a heat generating layer 1 made of a metal film or the like serving as a base layer of the electromagnetically induced heat generating fixing film 10, an elastic layer 2 laminated on its outer surface, and a release layer 3 laminated on its outer surface. Of a composite layer structure. A primer layer (not shown) may be provided between each layer for adhesion between the heat generating layer 1 and the elastic layer 2 and adhesion between the elastic layer 2 and the release layer 3. In the substantially cylindrical fixing film 10, the heat generating layer 1 is on the inner surface side, and the release layer 3 is on the outer surface side.
[0046]
As described above, when the alternating magnetic flux acts on the heat generating layer 1, an eddy current is generated in the heat generating layer 1, and the heat generating layer 1 generates heat. The heat heats the fixing film 10 via the elastic layer 2 and the release layer 3, and heats the recording material P as a material to be passed through the fixing nip portion N to heat and fix the toner image. You.
[0047]
a. Heating layer 1
The heat generating layer 1 is preferably made of a ferromagnetic metal such as nickel, iron, ferromagnetic SUS, and nickel-cobalt alloy.
[0048]
A non-magnetic metal may be used, but more preferably a metal such as nickel, iron, magnetic stainless steel, and a cobalt-nickel alloy, which has good magnetic flux absorption.
[0049]
It is preferable that the thickness is larger than the skin depth represented by the following formula and 200 μm or less. The skin depth σ [m] is represented by the frequency f [Hz] of the excitation circuit, the relative permeability μr, and the specific resistance ρ [Ωm].
σ = 503 × (ρ / fμr)1/2
It is expressed as
[0050]
This indicates the depth of absorption of electromagnetic waves used in electromagnetic induction. At depths below this, the intensity of electromagnetic waves is less than 1 / e, and conversely, most energy is absorbed up to this depth. (FIG. 6).
[0051]
The thickness of the heat generating layer 1 is preferably 1 to 100 μm. If the thickness of the heat generating layer 1 is smaller than 1 μm, most of the electromagnetic energy cannot be absorbed, so that the efficiency is deteriorated. On the other hand, if the heat generating layer exceeds 100 μm, the rigidity becomes too high, and the bendability deteriorates, which is not practical for use as a rotating body. Therefore, the thickness of the heat generating layer 1 is preferably 1 to 100 μm.
[0052]
b. Elastic layer 2
The elastic layer 2 is made of silicone rubber, fluorine rubber, fluorosilicone rubber, or the like, and has good heat resistance and good thermal conductivity.
[0053]
The thickness of the elastic layer 2 is preferably from 10 to 500 μm. The elastic layer 2 has a thickness necessary to guarantee the quality of a fixed image. When a color image is printed, a solid image is formed over a large area on the recording material P, especially for a photographic image or the like. In this case, if the heating surface (the release layer 3) cannot follow the unevenness of the material to be heated or the unevenness of the toner layer, uneven heating will occur, and uneven gloss will occur in the image in portions where the amount of heat transfer is large and small.
[0054]
The glossiness is high in a portion having a large amount of heat transfer, and low in a portion having a small amount of heat transfer. When the thickness of the elastic layer 2 is 10 μm or less, the elastic layer 2 cannot follow irregularities of the material to be heated or the toner layer and cannot produce uneven image gloss. On the other hand, when the thickness of the elastic layer 2 is 1000 μm or more, the thermal resistance of the elastic layer increases, and the temperature response decreases. More preferably, the thickness of the elastic layer 2 is preferably 50 to 500 μm.
[0055]
If the hardness of the elastic layer 2 is too high, the elasticity of the elastic layer 2 cannot follow the unevenness of the recording material or the toner layer, and the image gloss unevenness occurs. Therefore, the hardness of the elastic layer 2 is preferably 60 ° or less (using a JIS KA type measuring device), more preferably 45 ° or less.
[0056]
The thermal conductivity λ of the elastic layer 2 is preferably 0.25 to 0.84 [W / m · ° C.]. When the thermal conductivity λ is smaller than 0.25 [W / m · ° C.], the thermal resistance is large, and the temperature rise in the surface layer (release layer 3) of the fixing film becomes slow. When the thermal conductivity λ is larger than 0.84 [W / m · ° C.], the hardness becomes too high or the compression set becomes worse. Therefore, the thermal conductivity λ is preferably 0.25 to 0.84 [W / m · ° C.]. It is more preferably 0.33 to 0.63 [W / m · ° C.].
[0057]
c. Release layer 3
The release layer 3 can be made of a material having good releasability and heat resistance, such as fluororesin (PFA, PTFE, FEP), silicone resin, fluorosilicone rubber, fluororubber, silicone rubber, and the like.
[0058]
The thickness of the release layer 3 is preferably 1 to 100 μm. If the thickness of the release layer 3 is less than 1 μm, there arises a problem that a portion having poor releasability is formed due to coating unevenness of the coating film and durability is insufficient. In addition, if the release layer exceeds 100 μm, there is a problem that heat conduction is deteriorated. Particularly, in the case of a resin release layer, the hardness becomes too high, and the effect of the elastic layer 2 is lost.
[0059]
Further, as shown in FIG. 7, a heat insulating layer 4 may be provided on the film guide surface side of the heat generating layer 1 (on the side opposite to the elastic layer 2 of the heat generating layer 1).
[0060]
The heat insulating layer 4 is preferably made of a heat-resistant resin such as a fluororesin (PFA resin, PTFE resin, FEP resin), a polyimide resin, a polyamide resin, a polyamideimide resin, a PEEK resin, a PES resin, and a PPS resin.
[0061]
Further, the thickness of the heat insulating layer 4 is preferably from 10 to 1000 μm. When the thickness of the heat insulating layer 4 is smaller than 10 μm, the heat insulating effect cannot be obtained, and the durability is insufficient. On the other hand, when the thickness exceeds 1000 μm, the distance between the heat generating layer 1 and the magnetic cores 17a, 17b, 17c and the exciting coil 18 increases, and the magnetic flux cannot be sufficiently absorbed by the heat generating layer 1.
[0062]
Since the heat insulating layer 4 can insulate heat generated in the heat generating layer 1 from going to the inside of the fixing film, the efficiency of heat supply to the recording material P side is improved as compared with the case where the heat insulating layer 4 is not provided. Therefore, power consumption can be reduced.
[0063]
B) Preheating time control of the device
Next, the preheating time control which is a feature of the present invention will be described. The heating device (fixing device) 100 includes a fixing film 10 having an inner diameter of 35 mm and a length of 370 mm (heating layer 1: nickel electroformed 50 μm, elastic layer 2: silicone rubber 300 μm (JIS-A hardness 5 °), separation Mold layer 3: PFA 30 μm), pressure roller 30: outer diameter φ25 mm × 360 mm (core bar 30a: iron φ19 mm, elastic layer 30a: silicone rubber 3 mm, release layer: PFA 50 μm), nip width 6.5 to 7.0 mm, The one with a pressure of 25N was used.
[0064]
In the heating device having the above configuration, the warm-up time from room temperature to the fixable temperature of 180 ° C. when the power was turned on and the power was turned on at 900 W was 30 seconds.
[0065]
As the heat deprived from the fixing film, the heat deprived by the heated material by passing through the nip portion, the heat deprived by the film guide member as the support member, the heat deprived by the pressure roller, and There is heat due to heat radiation around the fixing film. In particular, when the heat capacity is small like a fixing film, the heat taken by the film guide member which has a larger heat capacity than the fixing film and is always in contact cannot be ignored.
[0066]
Here, FIG. 3 shows the temperature rise of the fixing film and the film guide member. The temperature of the film guide is 75 ° C. when the temperature of the fixing film reaches 180 ° C., which is the fixing temperature. Therefore, in continuous printing in which the material to be heated is continuously transported, heat flowing through the material to be heated and heat flowing through the film guide are generated. , The temperature of the fixing film decreases.
[0067]
First, as a comparative example, the fixing property when the material to be heated enters the fixing nip at the same time when the temperature of the fixing film reaches the fixing-possible temperature will be described. The fixability is represented by a density decrease rate and is calculated by the following method. Using a Macbeth reflection densitometer RD914, a halftone image fixed on paper was measured with an area of 5 cm.2 Then, a load of 0.4 [N / cm] is applied where five sheets of silbon paper are stacked.2 ] And the density before and after rubbing five times is measured. In this example, a halftone density D1 of about 0.6 before rubbing was used. Assuming that the density after rubbing is D2, the density reduction rate is calculated by (D1-D2) / D1. Note that the following description will be made on the assumption that the density reduction rate is less than 10% as good fixability. Further, the criterion for determining the fixing property depends on the specifications of the apparatus, and the required fixing property can be appropriately determined depending on the apparatus.
[0068]
FIG. 4 is a graph showing the fixability according to the number of prints.
[0069]
As shown in FIG. 4, in the comparative example, good fixability was obtained up to the fifth sheet, but the density reduction rate exceeded 10% between the sixth sheet and the eighteenth sheet. At this time, the temperature of the fixing film had dropped to 165 ° C. at the lowest point.
[0070]
Next, in Experimental Example 1, the preheating time after reaching the fixing temperature was extended by +15 seconds. As a result, the density reduction rate of the eleventh and thirteenth sheets exceeded 10%. At this time, the temperature of the fixing film had dropped to 170 ° C. at the lowest point. In Experimental Example 2, the preheating time after reaching the fixable temperature was extended by +30 seconds. As a result, good fixability was obtained when the density reduction rate was less than 10%. At this time, the temperature of the fixing film had dropped to 175 ° C. at the lowest point.
[0071]
From the above, it can be seen that sufficient fixability can be secured in the first five consecutive prints without extending the preheating time. Further, by extending the preheating time by 15 seconds, it is possible to secure sufficient fixability for up to ten continuous prints. Therefore, in this example, if a print job is entered immediately after the power is turned on and before the heating device reaches the fixing-possible temperature, the print job length (the number of continuous prints) is determined according to the table below. By setting the preheating extension time, the waiting time for printing can be minimized for short print jobs while maintaining the fixability, and the preheating time can be increased for longer jobs. Also, the fixing property can be ensured even for a long print job.
[0072]
[Table 1]
In addition to the conditions used in the experimental examples, the number of continuous prints and the preheating time of the present invention can be appropriately set in accordance with the fixing conditions of the heating device and the conditions set by the image forming apparatus.
[0073]
This embodiment is particularly effective in reducing the waiting time when the power of the apparatus is turned on, and the operation as in this embodiment may not be performed after printing or after a sufficient standby time has elapsed.
[0074]
<Embodiment 2>
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0075]
In the present embodiment, the description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted, and the characteristic parts of the present embodiment will be described below.
[0076]
In this embodiment, the temperature of the film guide member 16 is monitored by providing a temperature detecting element (not shown) on the film guide member 16 which is a support member for the fixing film. By measuring the temperature of the film guide member, the heat taken by the film guide member is predicted. The higher the temperature of the film guide member, the lower the heat flow from the fixing film to the film guide member. Therefore, if the temperature of the film guide member is known, the amount of temperature drop of the fixing film during continuous printing can be predicted. Therefore, by determining the temperature of the film guide member necessary for the number of continuous prints, the extension time of the preheating after the temperature reaches the fixable temperature is automatically determined.
[0077]
The experimental results are shown below.
[0078]
The configuration of the heating device is the same as in the first embodiment. As shown in Table 2, the temperature of the film guide member when the fixing temperature reached 180 ° C. after the power was turned on (extended preheating time: 0 second) was 75 ° C. When the temperature of the film guide member was set so that the density reduction rate was less than 10% according to the number of continuous prints, the results shown in Table 2 were obtained. Table 2 also shows the actually extended preheating time when the job length is six or more.
[0079]
[Table 2]
As in the present embodiment, by directly measuring the temperature of a member that causes a decrease in the temperature of the fixing film, the preheating time can be extended according to the temperature of the film guide member. Therefore, it is possible to secure stable fixability against external factors such as environmental fluctuations such as temperature and humidity and power supply voltage fluctuations.
[0080]
In addition, when the power is turned off for a short time or when returning from sleep, if the temperature of the film guide member has risen sufficiently before reaching the fixing temperature because the temperature of the film guide member is known, preheating is performed. The fixing property at the time of long continuous printing can be sufficiently secured without extending the time.
[0081]
<Embodiment 3>
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0082]
In the present embodiment, the description of the same parts as those in the first and second embodiments will be omitted, and only the characteristic parts of the present embodiment will be described below.
[0083]
In this embodiment, the rate of temperature rise of the fixing film is also used to determine whether to extend the preheating time for a continuous print job. Factors that cause the rate of temperature rise of the fixing film can be considered firstly due to fluctuations in the power supply voltage and secondly due to environmental temperatures. For example, assuming that the heating rate of the fixing film is standard when the maximum power of 900 W is supplied when inputting 100 V in a 20 ° C. environment, if the heating rate is faster than the standard heating rate, the environmental temperature is high or the power supply is It is assumed that the voltage is high or both. It is conceivable that both variations in this case work in a direction advantageous to the fixing property. For example, when the ambient temperature is high, the temperature of the material to be heated also increases, so that the amount of heat taken by the material to be heated decreases. When the power supply voltage is high, the maximum power that can be supplied increases, so that the amount of heat that can be supplied to the fixing film increases.
[0084]
Conversely, when the temperature rise rate of the fixing film is low, it is assumed that the environmental temperature is low, the power supply voltage is low, or both. It is conceivable that both variations in this case act in a direction disadvantageous to the fixing property. For example, when the environmental temperature is low, the temperature of the material to be heated is also low, so that the amount of heat taken by the material to be heated increases. When the power supply voltage is low, since the maximum power that can be supplied is reduced, the amount of heat that can be supplied to the fixing film is reduced.
[0085]
Therefore, when the heating rate of the fixing film is high, the number of sheets that can be continuously printed can be increased, and when the heating rate is low, the number of sheets that can be continuously printed needs to be reduced. As a method of changing the number of continuous prints, there is a method of having a plurality of tables as shown in Table 1 and appropriately selecting a table in accordance with a heating rate or a method of performing conversion by multiplying by a conversion coefficient.
[0086]
In any case, by monitoring the rate of temperature rise of the fixing film, it is possible to set an optimum preheating extension time in accordance with the number of continuous prints, even with environmental fluctuations surrounding the apparatus.
[0087]
Further, as described in the second embodiment, the temperature of the film guide member can be measured, and the results can be combined.
[0088]
According to these inventions, the pre-heating time is extended only when necessary, so that the waiting time can be minimized for continuous printing of a short job. In addition, since no extra heating is performed, power consumption can be reduced. Can also help.
[0089]
<Other embodiments>
The heating device includes a linear heating element and a support member that holds the linear heating element and guides the rotation of the fixing film, and the linear heating element forms a pressure nip with a pressing member via the film. A film heating device may be used.
[0090]
Also, the image forming apparatus has been described as a one-photoconductor four-color image forming apparatus, but may be a four-photoconductor four-color image forming apparatus.
[0091]
Furthermore, the four-color image forming apparatus has been described. However, when the present invention is applied to a monochrome and one-pass multi-color image forming apparatus, the fixing film 10 omits the elastic layer 2 and uses only the heat generating layer 1 and the release layer 3. It can also be configured.
[0092]
The heating device according to the present invention is not limited to the image heating and fixing device described in the embodiment, but also includes, for example, an image heating device that heats a recording material carrying an image to improve surface properties such as gloss, It can be widely used as an image heating device that heats a recording material carried thereon and tentatively attaches an image, a heating device that feeds a sheet material and performs a drying process, a laminating process, and a hot press wrinkle removing process.
[0093]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the first aspect of the invention, the heating rotator that can rotate at substantially the same speed as the material to be heated, and the nip portion are formed by mutual pressure contact with the heating rotator. A heating device having a pressurizing member, for holding and heating the material to be heated in the nip portion and heating the material to be heated, wherein the heating rotator is preliminarily set before the material to be heated reaches the nip portion. In the heating device for heating, the preheating time is changed in accordance with the number of continuous transports of the material to be heated. , It is possible to set the preheating time according to the length of the job while securing the fixing property.
[0094]
According to the second aspect of the present invention, by increasing the preliminary heating time as the number of consecutively conveyed sheets increases, it becomes possible to rush into a fixing nip when a print of a short job reaches a fixable temperature, As the job becomes longer, the preheating time after the fixing temperature is reached can be lengthened.
[0095]
According to the invention described in claim 3, the heating rotator is a rotator having flexibility, has a support member inside the heating rotator, and sets the preheating time according to the temperature of the support member. Since the extension time is changed as needed, continuous printing of short jobs can enter the fixing nip when the fusing temperature is reached, and as the job becomes longer, the temperature of the fixing film decreases as the supporting member decreases. By raising the temperature to a temperature at which no fixing occurs, the preheating time after the temperature reaches the fixable temperature can be lengthened by a necessary time, and the fixing failure at the time of continuous printing can be prevented.
[0096]
According to the invention as set forth in claim 4, since the extension time of the preliminary rotation time is appropriately changed in accordance with the heating rate of the heating rotator, the environment surrounding the apparatus is determined from the heating rate of the heating rotator. It is possible to predict and determine the length of extension of the preliminary rotation time with respect to the length of the job.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a heating device according to the present invention.
FIG. 2 is a front view of a main part of a heating device according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a temperature rise of a fixing film and a film guide member.
FIG. 4 is a diagram illustrating a preheating extension time and a fixing property in continuous printing.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a layer of a fixing film that generates heat by electromagnetic induction.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a heating layer depth and electromagnetic wave intensity.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a layer configuration of a fixing film having electromagnetic induction heat generation.
FIG. 8 is a sectional view of a main part of an image forming apparatus provided with a heating device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Heating layer
2 Elastic layer
3 Release layer
4 Thermal insulation layer
10 Fixing film
16 Film guide member
17 Magnetic core
18 Excitation coil
28 Temperature sensing element (Thermistor)