JP7271134B2 - 像加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やＬＢＰ等、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置に使用される像加熱装置に関するものである。

電子写真方式で用いられる像加熱装置には、従来から熱ローラ方式、フィルム加熱方式などが知られている。フィルム加熱方式の像加熱装置は、熱ローラ方式の像加熱装置に比べ、熱容量の小さいフィルムを定着部材として用いている（特許文献１）。このため、定着部材を所定温度に立ち上げるまでの時間を短縮することができる。また立ち上がり時間が短いため、スタンバイ時に定着部材を暖めておく必要がなく消費電力を極力低く抑えることが可能である。

フィルム定着方式の像加熱装置においては、定着フィルムと加圧部材が圧接するように配置されている。また定着フィルム内部には、加圧部材に定着フィルムを密着させつつ、定着フィルムを加熱するための発熱部材が配置される。このため定着フィルムは、加圧部材で発熱部材に押し付けられることにより、加圧部材の回転に伴い、従動回転するようにされている。

加熱体は、アルミナ、窒化アルミ等のセラミックを基板として、基板上に抵抗発熱体を形成したセラミックヒータが一般的に用いられる。コンセントから供給された一次電流は、波数制御、位相制御などの電力制御が電源回路でなされ、抵抗発熱体に投入されることにより、抵抗発熱体を発熱させ、像加熱を行う。加熱体は、樹脂等からなるホルダに支持され、温度検知素子、安全素子等が接触するように配置されている。これにより、検知温度に基づいた投入電力制御、異常昇温時の電流遮断などが行われる。

セラミックヒータを用いた像加熱装置では、従来からの課題として、「安全素子に対応した位置での温度低下に伴う定着不良」がある。安全素子は熱応答性を良くするために、熱伝導の良い材質で作られている。しかしながら、像加熱装置が冷めた状態（コールド状態）から像加熱を行う場合には、安全素子自体が熱容量部材となり、セラミックヒータの熱を奪い、安全素子に対応した位置の定着フィルムの温度が低下し、定着不良が生じる場合がある。

この「安全素子に対応した位置での定着不良」を回避するためには、安全素子に対応する位置の温度を他よりも高くさせた発熱分布をした抵抗発熱体の構成が提案されている。この構成は、抵抗発熱体の形状を安全素子に対応する位置だけ変え、安全素子に対応する位置の発熱量を他よりも多くすることで安全素子に対応する位置の温度ダレ（温度が低くなること）を防止するものである。

一方、従来からの課題として、加熱定着装置、特にフィルム加熱方式の加熱定着装置では、最大サイズより幅の狭い転写材（以下、小サイズ紙）を通紙した時に、非通紙領域での温度上昇が大きくなる、いわゆる「非通紙部昇温」が発生することが知られている。そのため、小サイズ紙を通紙する場合は大サイズ紙よりも給紙間隔を広げて通紙を行い、定着フィルムや加圧ローラ等の加熱定着装置を構成する部品が耐熱温度を超えないように制御することによって装置が破壊するのを回避している。したがって、小サイズ紙の生産性は最大サイズ紙よりも落ちてしまう場合が多い。

この「非通紙部昇温」を低減する方法として様々な方法が提案されている。その１つの方法としてセラミックヒータ等の加熱体の裏面にアルミニウム（Ａｌ）等の熱伝導部材（アルミ板）を配置することによって、長手方向の熱伝導を向上させて低減する方法が知られている（特許文献２）。

特開平４－４４０７５号公報 特開平１１－８４９１９号公報

しかしながら、コールド状態から像加熱を行い始めて間もない時において、良好な定着性を実現するために安全素子に対応する位置における発熱量を局所的に高くすると、通紙を続けた状態では、安全素子に対応する位置では過昇温してしまう場合がある。この状態では、安全素子に対応する位置のトナーが溶けすぎてしまうことがあった。これにより、トナー画像の一部が定着フィルムに付着し、取り去られるホットオフセットが発生したり、安全素子に対応する位置とその他の部分でトナーの溶け方が異なってしまうことで光沢ムラが発生したりして画像の均一性が損なわれることがあった。

特に、加熱体の裏面に熱伝導部材を配置する構成では、熱伝導部材の均熱化作用により、従来の作用目的である小サイズ紙を通紙した際の非通紙部昇の温緩和効果に加え、安全素子に対応する位置での温度ムラも緩和する事ができる。しかし、発熱量を均一に設定した場合は、安全素子が熱容量部材となることで、安全素子位置の温度は周囲と比べ相対的に低くなり、定着不良やグロスムラが発生する場合がある。

従って、安全素子等の温度検知部材を具備する像加熱装置において、コールド状態から像加熱を行い始めて間もない時とホット状態で像加熱を行う時において、記録材への均一な熱の供給を両立させることが求められている。

上記の問題を解決するために、本発明に係る像加熱装置では、記録材と接触しつつ回転する筒状のフィルムと、前記フィルムの内部空間に配置され記録材の搬送方向と直交する方向に細長い基板と、前記基板の長手方向に亘って配置され記録材を加熱するための発熱抵抗体と、を有するヒータと、前記基板の前記発熱抵抗体が配置されている面とは反対の面に当接し、前記基板より熱伝導率の高い熱伝導部材と、前記フィルムを介して前記ヒータとともにニップ部を形成して回転可能な加圧部材と、前記熱伝導部材に当接して温度を検知する温度検知素子と、を有し、トナー像が形成された記録材を前記ニップ部で搬送しつつ加熱する像加熱装置であって、前記熱伝導部材における前記温度検知素子と当接する当接部では前記基板の長手方向における前記当接部以外の部分と比べて表面粗さが粗いことを特徴とする。

また、上記の問題を解決するために、本発明に係る像加熱装置では、記録材と接触しつつ回転する筒状のフィルムと、前記フィルムの内部空間に配置され記録材の搬送方向と直交する方向に細長い基板と、前記基板の長手方向に亘って配置され記録材を加熱するための発熱抵抗体と、を有するヒータと、前記基板の前記発熱抵抗体が配置されている面とは反対の面に当接し、前記基板より熱伝導率の高い熱伝導部材と、前記フィルムを介して前記ヒータとともにニップ部を形成して回転可能な加圧部材と、前記熱伝導部材に当接して温度を検知する温度検知素子と、を有し、トナー像が形成された記録材を前記ニップ部で搬送しつつ加熱する像加熱装置であって、前記熱伝導部材における前記温度検知素子と当接する当接部では、記録材の搬送方向に直交し前記ヒータと前記熱伝導部材が重なる方向の厚みが前記基板の長手方向における前記当接部以外の部分の厚みよりも薄いことを特徴とする。

以上に説明したように、本発明によれば、コールド状態から像加熱を行い始めて間もない時とホット状態で像加熱を行う時の双方において定着器は、記録材に均一な熱供給が達成でき、局所的な温度ムラによる定着不良や画像不良の発生を防止することができる。

実施例１に係る画像形成装置を説明する図。 実施例１に係る加熱定着装置を説明する図。 実施例１に係る加熱体を説明する図。 実施例１に係る熱伝導部材を示す図。 実施例１に係るコールド状態から像加熱を行い始めて間もない時の実験結果を示す図。 実施例１に係るホット状態で像加熱を行った時の実験結果を示す図。 実施例２に係る熱伝導部材を示す図。 実施例２に係る比較実験サンプルを説明する。 実施例２に係る熱伝導部材の形状例を示す図。 実施例３に係る熱伝導部材を示す図。 実施例４に係る熱伝導部材を示す図。 実施例５に係る熱伝導部材を示す図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、本実施例における画像形成装置の概要を説明し、次いで、本実施例の特徴について説明する。なお、以下の装置構成の説明において、長手方向とは、記録材搬送路面において記録材搬送方向に直交する方向、つまり感光ドラム１の軸線方向である。短手方向とは記録材搬送方向と同方向である。

（画像形成装置本体構成）
本実施例において、記録材Ｐ上に未定着トナー像を形成する方法及び画像形成装置の一例を図１に示す概略図を用いて説明する。本実施例における画像形成装置５０は、記録材搬送ベルト９上に担持した記録材Ｐ上に、現像カートリッジ３０（Ｙ３０、３０Ｍ、Ｃ３０、Ｋ３０）を用い、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色のトナー像を順次転写し、一つの画像を形成する方式である。現像カートリッジＹ３０はイエロートナー、現像カートリッジＭ３０はマゼンタトナー、現像カートリッジＣ３０はシアントナー、そして現像カートリッジＫ３０はブラックトナーが格納されている。現像カートリッジＹ３０、３０Ｍ、Ｃ３０、Ｋ３０は、格納されたトナー色が異なるだけで、同様の構成とされている。そこで現像カートリッジＹ３０の構成を例にとり、現像カートリッジ３０の構成を説明する。

現像カートリッジＹ３０は、像担持体である感光ドラム１、帯電器２、レーザー光Ｌを感光ドラム１に照射する露光装置３、現像器５、感光ドラムクリーナー１６を備えている。感光ドラム１の周面には、感光ドラム１の回転方向（矢印Ｒ１方向）に沿って順に、帯電器２、露光装置３、現像器５、記録材搬送ベルト９を介して対向する転写ローラ１０、感光ドラムクリーナー１６が配置されている。

感光ドラム１は、その表面が帯電器２によってマイナス極性に帯電される（帯電）。表面が帯電された感光ドラム１は、露光手段３のレーザー光Ｌにより露光された部分の表面電位が高められ、その表面上に静電潜像が形成される（露光）。本実施例のトナーＴは、各色共にマイナス極性に帯電されている。現像カートリッジＹ３０の現像器５に入ったトナーＴ（イエロー）は、感光ドラム１上の静電潜像部にのみ付着し、感光ドラム１上にイエローのトナー像（現像剤像）が形成される（現像）。

一方、記録材搬送ベルト９は、二つの支持軸（駆動ローラ１２、テンションローラ１４）に支持され、図中矢印Ｒ４方向に回転する駆動ローラ１２によって、矢印Ｒ３方向に回転する。記録材Ｐは、給紙ローラ４によって給紙されると、プラス極性のバイアスが印加された吸着ローラ６によって帯電され、記録材搬送ベルト９上に静電吸着させられる。この結果、記録材Ｐは、記録材搬送ベルト９によって搬送される。記録材Ｐが転写ニップ部Ｎ１に搬送されると、記録材搬送ベルト９に従動回転する転写ローラ１０に不図示の電源からトナーの極性とは逆の極性の転写バイアスが印加され、感光ドラム１上のトナー像は、転写ニップ部Ｎ１において記録材Ｐ上に転写される（転写）。転写後の感光ドラム１は、弾性体ブレードを有する感光ドラムクリーナー１６によって表面の転写残トナーが除去される（クリーニング）。

このように帯電、露光、現像、転写、クリーニングの一連の画像形成プロセスにより、トナー像が形成される。この画像形成プロセスを、現像カートリッジ３０Ｙに続き、現像カートリッジＭ３０、現像カートリッジＣ３０、そして現像カートリッジＫ３０についても順次行い、記録材Ｐに４色のトナー像（現像剤像）を形成する。４色のトナー像を担持した記録材Ｐは、加熱装置１００に搬送され、表面のトナー像の加熱定着が行なわれる。

（加熱装置概要）
次いで、本実施例の加熱装置１００について説明する。図２は本実施例における加熱装置１００の横断面図および分解斜視図である。

加熱体（ヒータ）１１３は、加熱体保持部材（ヒータホルダー）１１９に保持されている。ヒータホルダー１１９に保持されたヒータ１１３は、周囲に可撓性を有する無端状の可撓性の回転体（定着フィルム）１１２が設けられた構成となっている。加圧ローラ１１０は、ヒータ１１３に対向する位置に設けられ、加圧ローラ１１０とヒータ１１３で定着フィルム１１２を挟むように構成される。このようにして、ヒータ１１３は、定着フィルム１１２の内面に接触し、内面ニップＮｋを形成し、定着フィルム１１２を内側から加熱可能とされている。また定着フィルム１１２と加圧ローラ１１０とで定着ニップＮを形成されている。定着フィルム１１２は、ヒータ１１３の周りを回転可能とされており、加圧ローラ１１０が図中矢印Ｒ１方向に駆動されると、定着ニップＮで加圧ローラ１１０から動力をもらい、矢印Ｒ２方向に従動回転する。未定着トナー像Ｔが転写された記録材Ｐが、図中矢印Ａ１方向から定着ニップＮに搬送されると、加熱・加圧され、記録材Ｐにトナー像Ｔが定着される。

（定着フィルム）
ヒータ１１３を保持したヒータホルダー１１９は強度を持たせるために鉄製のステー１２０でヒータ１１３とは反対側から支えられている。この周囲に可撓性を有する無端状の定着フィルム１１２が設けられた構成となっている。本実施例の定着フィルム１１２は、外力が加わっていない状態では、外径がφ２０ｍｍの円筒形状である。定着フィルム１１２は、フィルムの強度を保つための基層１２５と、弾性層１２６と、汚れの付着を低減するための離型層１２７と、が厚み方向において順に積層された多層構造を有する。基層１２５は、ヒータ１１３の熱を受けるため耐熱性が必要となるほか、さらにヒータ１１３と摺動させられるため強度も必要となる。このため基層１２５は、ＳＵＳ（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｕｓｅｄ Ｓｔｅｅｌ：ステンレス鋼）やニッケルなどの金属、またはポリイミドなどの耐熱性樹脂を材料として用いると良い。

本実施例では、基層１２５をポリイミド樹脂からなる基材に、熱伝導率と強度を向上させるためカーボン系のフィラーを添加したものを用いた。基層１２５の厚さは、薄いほどヒータ１１３の熱を定着ローラ１１０表面に伝達しやすいが強度が低下するため１５μｍ～１００μｍ程度が好ましく、本実施例では６０μｍとした。なお本実施例では、基層１２５は、塗工成型で薄肉のフィルムが安価に成型できることから樹脂を用いた。しかしながら、金属は樹脂に比べると強度があるため薄肉化でき、また熱伝導率も高い。このため、ヒータ１１３の熱を定着フィルム１１２表面へ伝達しやすい構成とするため、基層１２５を金属からなるものとしてもよい。

弾性層１２６はシリコーンゴム等から成り、この層が弾性変形し、記録材Ｐに形成されたトナー像への追随性を向上させる。このようにして、トナーへ熱を加え、均一に溶融させることで定着むらやグロスムラを抑制し、定着された画像を高画質とすることができる。本実施例では、弾性層１２６として１８０μｍのシリコーンゴム層を設けた。しかしながら立ち上がり性能等を重視し、弾性層１２６を設けない構成とし、基層１２５に直接、離型層１２７を形成した構成としてもよい。

離型層１２７は、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂からなるものとすることが好ましい。本実施例では離型層１２７として、フッ素樹脂の中でも離型性と耐熱性に優れるＰＦＡを用いた。離型層１２７は、チューブを積層したものでも良いが、表面に塗料を塗布したものでも良い。本実施例では、薄肉成型に優れることから塗料を塗布して離型層１２７を成型した。離型層１２７は、薄いほどヒータ１１３の熱を定着フィルム１１２表面に伝達しやすいが、薄すぎると耐久性が悪化するため、５μｍ～３０μｍ程度が好ましく、本実施例では１５μｍとした。

（加圧ローラ）
本実施例の加圧ローラ１１０は外径φ２０ｍｍであり、φ１３ｍｍの鉄製の芯金１１７にソリッドゴムによる厚さ３．５ｍｍの弾性層１１６が形成されている。弾性層１１６の上には、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）からなる離型層１１８が形成されている。離型層１１８は定着フィルム１１２の離型層１２７同様、チューブを積層させたものでも表面に塗料を塗布したものでも良いが、本実施例では、耐久性に優れるチューブを使用した。離型層１１８は、ＰＦＡの他に、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂や、離型性の良いフッ素ゴムやシリコーンゴムからなるものとしても良い。加圧ローラ１１０は、硬度が低いほど軽圧で定着ニップＮの幅が得られるが、硬度が低すぎると耐久性が悪化する。このため、本実施例における加圧ローラ１１０は、Ａｓｋｅｒ－Ｃ硬度（４．９Ｎ荷重）で５０°の硬度とした。加圧ローラ１１０は、１８０Ｎの加圧力でヒータ１１３を付勢する構成とされ、不図示の回転手段により、図中矢印Ｒ１方向に、表面移動速度１８４．３ｍｍ／ｓｅｃで回転するようにされている。

（ヒータ）
ヒータ（加熱体）１１３を図３に示す。ヒータ１１３は、アルミナの基板１１３ａと、基板１１３ａの表面に形成された発熱抵抗体１１３ｂと、発熱抵抗体１１３ｂの上に形成された発熱体保護層１１３ｄと、を有する。本実施例では基板１１３ａは、記録材Ｐの搬送方向となる短手方向の幅Ｗｈが７ｍｍ、この短手方向と直交する長手方向の幅が２７０ｍｍである長方形の形状を有する厚さ１ｍｍのアルミナを用いた。また発熱抵抗体１１３ｂは、基板１１３ａの表面に、１０μｍのＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）をスクリーン印刷により塗工し、形成した。そして発熱体保護層１１３ｄは、６０μｍの厚さのガラスで発熱抵抗体１１３ｂを覆うように形成している。

本実施例の画像形成装置では、最大記録材幅をレターサイズとしている。そこでレターサイズの長手方向の幅２１６ｍｍを十分加熱できるように、発熱抵抗体の長手方向の幅は、レターサイズより左右３ｍｍずつ長い２２２ｍｍとしている。また発熱抵抗体１１３ｂは、立ち上がり性能を満足させるため、抵抗値を１３．８Ωとした。なお本実施例における発熱抵抗体１１３ｂは、全域において均一な発熱をするように構成されており、部分的に抵抗値を変え局所的に発熱量を変えるということは行っていない。

（熱伝導部材）
熱伝導部材１５０は、ヒータ１１３が定着フィルム１１２と接触面と反対側の面に接触するように構成されている。つまり、熱伝導部材１５０はアルミナの基板１１３ａと接し、定着フィルム１１２は発熱体保護層１１３ｄと接触するように構成されている。熱伝導部材１５０は、基板１１３ａに用いられるアルミナに比べて熱伝導率が良いものであればよく、本実施例ではアルミニウムを用いたが銅や銀であっても良い。一部品から成る一体構成でも良いし、設計上の都合により分割された多体構成であっても良い。熱伝導部材１５０は、折り曲げられることで形成された位置決め部を有する。熱伝導部材１５０は、ヒータホルダー１１９に位置決め部が嵌め込まれた状態とされた後、熱伝導部材１５０上からさらにヒータ１１３を取り付けることで、ヒータホルダー１１９に取り付けられる。つまり、ヒータ１１３の長手中央部は熱伝導部材１５０を介してヒータホルダー１１９に支持され、ヒータ１１３の長手端部はヒータホルダー１１９に接触して支持される。本実施例では、一体構造の熱伝導部材１５０に３か所の位置決め部を設け、位置決め部をヒータホルダー１１９に嵌め込むことで熱伝導部材１５０をヒータホルダー１１９に取り付けた。また本実施例では熱伝導部材１５０は、厚みを０．３ｍｍ、短手方向における幅を７．０ｍｍ、長手方向における長さを２２２ｍｍのものを用い、発熱抵抗体層の真裏に配置した。本実施例の安全素子１４０まわりの詳細な構造については後述する。

（ヒータホルダー）
ヒータホルダー（加熱体保持部材）１１９について説明する。ヒータ１１３は、ヒータホルダー１１９に設けた溝穴に嵌め込まれ、保持されている。ヒータホルダー１１９は、ヒータ１１３の熱を奪い難いように低熱容量の材料が好ましく、本実施例では耐熱性樹脂である液晶ポリマー（ＬＣＰ）を用いた。ヒータホルダー１１９は、強度を持たせるため、ヒータ１１３とは反対側から鉄製のステー１２０で支えられている。ステー１２０は長手方向両端部から加圧バネ１１４によって図２（Ａ）中の矢印Ａ２方向に加圧されるようになっている。

（安全素子および制御）
ヒータ１１３の背面には熱伝導部材１５０を介し、発熱抵抗体１１３ｂの発熱に応じて昇温した基板１１３ａの温度を検知するための温度検知素子１１５が配置されている。この温度検知素子１１５の信号に応じて、長手方向端部にある不図示の電極部から発熱抵抗体１１３ｂに流す電流を適切に制御することで、ヒータ１１３の温度を調整している。一方、ヒータ１１３の背面には熱伝導部材１５０を介し安全素子（温度検知素子）１４０も配置されている。これは万一、温度検知素子１１５が故障した場合、ヒータ１１３に通電され続け、異常昇温した場合にヒータの割れによる発火を防止するためである。本実施例の安全素子１４０はサーモスイッチであり、ヒータ１１３に通電する導線に直列に接続されている。安全素子１４０の温度（ヒータ１１３の背面温度）が２７０℃に到達するとバイメタルの変形によりヒータ１１３への通電が遮断される構造となっている。温度検知素子１１５が故障しても、ヒータ１１３背面の温度が２７０℃になると安全素子１４０が通電を遮断する。これによりヒータ１１３の加熱が止まり、ヒータ割れによる発火を防止できる。

温度検知素子１１５により温度調整されながら発熱するヒータ１１３から供給された熱は、定着フィルム１１２の内面から表面に伝わり、加圧ローラ１１０との定着ニップＮに伝わる。未定着トナー像Ｔが転写された記録材Ｐが定着ニップＮに搬送されると、ヒータ１１３から供給された熱は、未定着トナー像Ｔと記録材Ｐに伝わり、記録材Ｐにトナー像Ｔが定着される。尚、本実施例では定着装置の最大通紙可能幅は２１６ｍｍであり、ＬＴＲサイズの記録材Ｐが定着可能とされている。

（本実施例における熱伝導部材および作用メカニズム）
本実施例における熱伝導部材１５０の形状概略図を図４に示す。図４（Ａ）は本実施例と安全素子１４０およびヒータ１１３の位置関係を示す概略斜視図である。

一般に熱伝導部材１５０の安全素子１４０が当接する当接部Ｒでは、局所的に熱容量が大きくなり、コールド状態から像加熱を行い始めて間もない時には当接部Ｒにおいては、温度上昇が鈍くなる。この結果、当接部Ｒは、熱伝導部材１５０の安全素子１４０が設けられていない部分に比べて温度が低くなってしまう。そこで従来技術においては、安全素子１４０に対応する部分の発熱抵抗体１１３ｂの抵抗値を大きくし、局所的に発熱量を増やした構成としていた。これにより、コールド状態から像加熱を行い始めて間もない時に、熱伝導部材１５０の安全素子１４０が設けられていない部分と同様に、当接部Ｒにおいても温度上昇するようにしていた。つまり、安全素子１４０の熱容量の増加によって鈍る温度上昇のスピードを補完すべく、安全素子１４０に対応する部分の発熱抵抗体１１３ｂの発熱量を増やした構成とし、記録材Ｐへ供給される熱量が長手方向において均一となるようにしている。

この従来技術では、コールド状態からホット状態に至るまで安全素子１４０に対応する部分おいて、発熱抵抗体１１３ｂの発熱量は常に周囲よりも大きくなる。一方で、安全素子１４０がヒータ１１３から奪う熱量は、コールド状態像加熱を行い始めて間もない時においては大きいが、ホット状態で像加熱を行う時においては小さくなってしまう。その為、安全素子１４０の熱容量を踏まえ、コールド状態から像加熱を行い始めて間もない時に、当接部Ｒにおいても熱伝導部材１５０の安全素子１４０が設けられていない部分と同様に温度上昇するように、発熱抵抗体１１３ｂの発熱量を設定していた。しかしながらこの場合にあっては、ホット状態で像加熱を行う時には安全素子１４０に対応する部分の熱供給が過剰になってしまっていた。その結果、記録材Ｐ上では部分的なホットオフセットやグロスムラという画像不良が引き起こされる場合があった。

そこで本実施例では、発熱抵抗体１１３ｂの発熱分布は、安全素子１４０の当接部Ｒにおいても周囲と変わらない長手方向において均一な発熱とする一方、熱伝導部材１５０の短手方向の幅を局所的に変えている。これにより、ヒータ１１３の裏面から流出する熱量を長手方向で均一化することで、コールド状態から像加熱を行い始めて間もない時とホット状態で像加熱を行う時の両方において、画像不良の発生を抑制することができる。

具体的には、本実施例では、熱伝導部材１５０の安全素子１４０が当接する当接部Ｒの短手方向の幅を部分的に狭くしている。具体的には、熱伝導部材１５０の安全素子１４０に接触する当接部Ｒの近傍に位置する矩形部分を切り取ることで長手方向の供給熱量を均一化した。安全素子１４０は、熱伝導部材１５０に接触して熱の授受を行うアルミキャップの大きさが長手方向８．０ｍｍ、短手方向５．５ｍｍのものを用いた。このため理論上、この熱伝導部材１５０の短手方向の幅を削減する領域の長手方向における長さは、安全素子１４０の接触領域、つまりアルミキャップの幅に一致する８ｍｍが適切である。しかし各種公差踏まえ、長手方向において安全素子１４０に対応する部分を含むよう、安全素子１４０に比べ２ｍｍ大きい１０．０ｍｍ（Ｌ１）の長さに渡って、熱伝導部材１５０の端部を１．５ｍｍ（Ｗ１）だけ切り欠いた構成としている（図４（Ｂ））。搬送方向の下流側の端部から安全素子１４０が配置される部位に対応する部分を打ち抜き、短手方向の幅を短くしている。

このように熱伝導部材１５０は、従来に比べ、熱伝導部材１５０の短手方向の幅を狭くし、安全素子１４０との接触面積を少なくさせられる。これにより、熱伝導部材１５０は、ヒータ１１３から奪う熱量が、安全素子１４０との当接部Ｒと、安全素子１４０と接触しない部分と、で同程度となるようにしている。

一方、ヒータ１１３は、熱伝導部材１５０の存在しない部分を有する。このためヒータ１１３は、熱伝導部材１５０の存在しない部分では熱の逃げ場がないことから、周囲と比べて熱が蓄積される。この結果、ヒータ１１３に熱伝導部材１５０の存在しない部分を当接部Ｒの近傍に設けることで、熱容量が大きくなる熱伝導部材１５０の当接部Ｒに、熱伝導部材１５０の安全素子１４０が設けられていない部分に比べ、多くの熱量を供給することができる。一方、ホット状態の時においては、熱伝導部材１５０は、ヒータ１１３から供給される熱量と、ヒータホルダー１１９へ逃げる熱量がつり合い、定常状態となる。安全素子１４０は、熱伝導部材１５０が十分昇温され、定常状態になると、局所的に熱を奪うということはなくなる。なお、抵抗発熱体１１３ｂは、部分的に抵抗を変えることなく、長手方向において均一な抵抗値とし、発熱量を一定とすることにより、ヒータ１１３の表面・熱伝導部材１５０の双方が均一な温度分布で定常化する。このように、コールド状態から像加熱を行い始めて間もない時とホット状態で像加熱を行う時の双方において、記録材Ｐに対し、長手方向全域で均一な熱量供給が達成できる。

なお本実施例では、熱伝導部材１５０は、従来に比べ、熱容量を大きくする安全素子１４０との接触面積を少なくするものの、熱伝導率が高い熱伝導部材１５０を介してヒータ１１３の裏面に接触させている。このため、ヒータ１１３に直接、安全素子１４０を接触させた際に生じる、長手方向におけるヒータ１１３の裏面から流出する熱量分布の乱れを抑制することができる。つまり熱伝導部材１５０は、熱容量が大きくなる安全素子１４０の当接部Ｒと、安全素子１４０と接触しない部分と、で奪う熱量が均一となるようにならし、緩衝することができ、ひいては記録材Ｐに対し、長手方向全域で均一な熱量供給が達成できる。

（本実施例の効果）
本実施例の効果を確認するために、従来例と比較実験を行った。従来例では、熱伝導部材１５０の安全素子１４０が当接する当接部Ｒの発熱量を熱伝導部材１５０の安全素子１４０が当接しない部分の発熱量に比べて１０６％と高くした加熱体を用いた。そして熱伝導部材１５０は、長手方向において、短手方向が同一の幅（短手幅、削減量０．０ｍｍに相当）で、ヒータ１１３とヒータホルダー１１９、もしくはヒータ１１３と安全素子１４０の間に位置するように構成した。一方、本実施例では、熱伝導部材１５０の安全素子１４０が当接する当接部Ｒの発熱量を熱伝導部材１５０の安全素子１４０が当接しない部分の発熱量と同じ均一発熱の加熱体を用いた。そして熱伝導部材１５０は、安全素子１４０が当接する当接部Ｒにおいて、熱伝導部材１５０の安全素子１４０が当接しない部分を基準として、短手幅の削減量（Ｌ１）を０．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．０ｍｍと水準を振った試作品を用いた構成を用意した。コールド状態から像加熱を行い始めて間もない時の表面温度分布および通紙初期におけるグロスムラ、ホット状態で像加熱を行う時における表面温度分布およびグロスムラを比較評価した。以下に詳細を説明する。

（コールド状態から像加熱を行い始めて間もない時の比較評価）
フィルム加熱方式の定着装置では加熱体で発生させた熱は定着フィルム１１２を介し記録材Ｐへ伝えられる。安全素子１４０を当接すると、その当接位置において安全素子１４０の熱容量により、ヒータホルダーとの差分だけ熱の流れに変化が生じ、局所的な温度ムラとなる。本実施例の効果を見るため、画像形成装置が室温に定常化した状態から動作を開始させ、安全素子１４０に対応する部分における定着フィルム１１２の表面温度分布を測定し比較した。また、グロスムラの発生有無を見るために、記録材Ｐの印字領域全面にベタ黒画像を出力する事により、グロスムラ評価を行った。実験環境は室温１５℃、湿度１０％、定着フィルム１１２の立ち上がり昇温挙動をフィラーシステムズ社製のサーモグラフィーカメラを用いて撮影し、安全素子１４０に対応する部分の温度分布を測定した。記録材ＰとしてＨｅｗｌｅｔｔ－Ｐａｃｋａｒｄ社製の光沢紙であるＰｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ Ｐａｐｅｒ １３０ｇを用い、全面ベタ画像を印刷し、目視評価を行った。

図５は発熱体の通電開始から３．５秒の時点では、通紙前の定着フィルム１１２の表面温度分布である。従来例は安全素子１４０の熱容量を補う為に該当部の発熱量を調整した結果１０６％としていることからほぼ均一な温度分布が達成できている。一方、発熱体の発熱量を均一化し、熱伝導部材１５０の短手方向の幅の削減幅を振った場合は、その振り幅に応じて温度分布にも傾向性が見られる事がわかる。先ず、削減幅０ｍｍ、つまり削減していない構成においては安全素子１４０に対応する部分の温度が局所的に６℃程度低くなっているのが観測された。これに対し、削減幅１．５ｍｍの構成においてはほぼ均一な温度分布になっており、削減幅３．０ｍｍの構成では安全素子１４０に対応する部分の温度が局所的に３℃程度高くなるという結果であった。この事から、熱伝導部材１５０において安全素子１４０に対応する部分の短手方向の幅を局所的に狭くすることで、加熱体裏面から逃げる熱量を制御する事ができ、定着フィルム１１２の表面温度分布を均一に出来る事が実験的にも示された。

表１はコールド状態から像加熱を行い始めて間もない時におけるグロスムラの評価結果である。従来例はグロスムラに問題は見られずＯＫ、本提案手法の削減幅０ｍｍでは安全素子１４０に対応した部分のグロスが低くＮＧ、削減幅１．５ｍｍでは問題なくＯＫ、削減幅３．０ｍｍでは安全素子１４０に対応した部分のグロスが高くＮＧとなった。コールド状態から像加熱を行い始めて間もない時における安全素子１４０に対応した部分と他の部分との温度分布の均一性と相関のある結果となった。

（ホット状態の時の比較評価）
ホット状態の時における従来手法と本提案手法との比較実験も行った。先述のコールド状態から印刷を連続１００枚継続して行い、十分に昇温された、ホット状態になった１００枚時点での定着フィルム１１２の表面温度分布比較およびグロスムラ評価を行っている。温度分布の測定結果を図５、グロスムラの評価結果を表２に示す。

図６は発熱体の通電開始から１４３秒の時点では、１００枚目の通紙直前の定着フィルム１１２の表面温度分布である。従来例ではコールド状態から像加熱を行い始めて間もない時に安全素子１４０に奪われる熱量を補えるようにヒータ１１３の安全素子１４０に対応した部分の発熱量を１０６％とし、他の部分に比べて昇温スピードが遅くなることを抑制していた。一方、この影響でホット状態の時では、安全素子１４０に熱が奪われることがないため、安全素子１４０に対応した部分は他の部分に比べて供給される熱量が大きくなり、他の部分に比べて局所的に８℃温度が高くなっていた。一方、発熱体の発熱量を均一化し、熱伝導部材１５０の短手方向の幅の削減幅を振った場合は、発熱体の発熱量は均一であり、系全体が十分に昇温し熱的に飽和していることから、ほぼ均一な温度分布となっていることが確認できた。

表２はホット状態の時におけるグロスムラの評価結果である。従来例は安全素子１４０に対応した部分のグロスが高くＮＧ、本提案手法の削減幅０ｍｍ、１．５ｍｍ、３．０ｍｍでは問題なくＯＫとなった。ホット状態の時における安全素子１４０に対応した部分と他の部分との温度分布の均一性と相関のある結果となった。

安全素子１４０は様々なものが存在するが、その熱容量に合わせて熱伝導部材１５０の当接部Ｒにおける短手方向の幅を適切に設計する事で対応可能である。本実施例においては、短手方向の幅の削減量は１．５ｍｍが適当であった。

（異常加熱時の安全素子動作）
安全素子１４０は、加熱定着装置が不測の事態において、暴走状態となり異常加熱に陥った場合において、通電を遮断し安全に動作停止させるために実装されている。通電を確実かつ安全に遮断するためには、暴走状態において、加熱体が破損する前に、安全素子１４０が動作することが条件となる。この条件評価に関するもっとも厳しい評価条件は、定着装置が停止状態において、設計上の最大投入電力を投入し、加熱体が破壊する前に安全素子１４０が動作し通電遮断できるか否かの判定である。本実施例に対して、この評価を行ったところ、適切に通電遮断できることが確認できた。

以上から、本実施例は安全素子１４０が局所的に存在する構成において、コールド状態からホット状態に至るまで均一な温度分布を達成し、グロスムラのない良好な画像を、安全素子１４０としての機能を損なわず実現できることが実験的にも確認できた。

また、本発明は安全素子１４０に限らず、局所的に存在する部材による画像ムラを解消させることができる。

本発明の実施例２を以下に説明する。

図７は本実施例における熱伝導部材１５０の安全素子１４０との当接部Ｒの形状を示すものである。実施例１では、熱伝導部材１５０の安全素子１４０に接触する当接部Ｒの近傍に位置する矩形部分を切り取ることで長手方向の供給熱量を均一化していた。長手方向に関して、安全素子１４０の熱の授受を行うアルミキャップの幅が８ｍｍであるのに対し、熱伝導部材１５０の切り欠かれる領域の長さは１０ｍｍに設定した。理論上、この熱伝導部材１５０の切り欠かれる領域の長さは、安全素子１４０の接触領域、つまりアルミキャップの長手方向の幅に一致する８ｍｍが適切であるものの、組み付け時等の各種公差を踏まえ、２ｍｍ大きくした。アルミキャップの幅と熱伝導部材１５０の切り欠かれる領域の幅の差が大きくなった場合は、当然ながら熱収支の関係から長手方向の温度分布に影響が出てしまう。そこで本実施例は、図８に示すように長手方向において外方へ向かうに連れて、熱伝導部材１５０の短手方向の長さが連続的に大きくなるように変化した形状とした。具体的には、熱伝導部材１５０は、安全素子１４０側が上底、切り欠かれる端面側が下底となる台形形状の領域が切り欠かれたものを用いた。切り欠かれた台形形状の領域は、実施例１と同様、短手方向の高さＷ１は１．５ｍｍとする一方、長手方向に延びる下底の長さＬ１は１４ｍｍとした。これにより熱伝導部材１５０は、短手幅が連続的に変化するように削減した構成とすることで、不要に切欠き部を大きくすることなく、各種公差による影響を小さくしつつ、安全素子１４０との当接部Ｒにおける熱収支を均一化することができる。

尚、本実施例においては、短手方向の幅を線形に変化させたが、図９に示すように曲線で変化させても良い。

本発明の実施例３を以下に説明する。

図１０は本実施例における熱伝導部材１５０の安全素子１４０に対応した当接部Ｒの形状を示すものである。実施例３で示したように、熱伝導部材１５０と安全素子１４０における熱伝導率を調整することで目的である記録材Ｐへの均一な熱供給が可能である。本実施例では熱伝導部材１５０は、短手方向の幅は変化させず、表面状態も変化させないが、安全素子１４０に対応した当接部Ｒに穴Ｈを設けている。これにより、熱伝導部材１５０と安全素子１４０との間の熱伝導率を調節し、温度分布の均一性を達成する。

安全素子１４０の当接部Ｒは短手方向５．５ｍｍ、長手方向８ｍｍであり、これに対し、熱伝導部材１５０に短手方向１．５ｍｍ、長手方向１０ｍｍの穴Ｈを短手方向中央部に領域表面にレーザー加工によって作成した。これにより、熱伝導部材１５０と安全素子１４０との接触面積が減少し、熱伝導部材１５０から安全素子１４０への熱伝導率を低減することができる。その結果、実施例１同様、ヒータ１１３から熱伝導部材１５０を介し、ヒータホルダー１１９および安全素子１４０に流れる熱量を均一化することができ、定着フィルム１１２および記録材Ｐへ供給する熱量を均一化することができる。

本実施例では長方形の穴を１つ設けたが、複数の穴を形成することで熱伝導率を調整しても良い。

本発明の実施例４を以下に説明する。

図１１は本実施例における熱伝導部材１５０の安全素子１４０に対応した当接部Ｒの表面状態を示すものである。これまでに述べてきたように、ヒータ１１３で生成した熱を定着フィルム１１２および記録材Ｐへ均一に伝えるにあたり、コールド状態から像加熱を行い始めて間もない時に安全素子１４０が奪う熱量を調整することができる。実施例１および２では、ヒータ１１３の裏面からヒータホルダーおよび安全素子１４０に熱が移る過程で中間体となる熱伝導部材１５０の短手方向の幅を調整することで実現した。本実施例では、熱伝導部材１５０の短手方向の幅は変化させず、安全素子１４０に対応した当接部Ｒにおける熱伝導部材１５０の表面粗さを調節することで温度分布の均一性を達成する。

安全素子１４０は、短手方向５．５ｍｍ、長手方向８ｍｍの大きさを有する。そこで本実施例では、熱伝導部材１５０は、安全素子１４０との当接部Ｒを含む短手方向６ｍｍ、長手方向１０ｍｍの領域表面にショットブラスト加工によって粗し処理を施し、粗面領域Ｕを設けた。粗し処理前の表面状態は、Ｒａ ０．３μｍ、Ｒｚ ２．０μｍであったのに対し、粗し処理後の粗面領域Ｕは、Ｒａ ５．０μｍ、Ｒｚ ３０．０μｍとした。このように熱伝導部材１５０の当接部Ｒを含む粗面領域Ｕは、熱伝導部材１５０のヒータ１１３と接触する領域に比べ、表面粗さが粗くされる。これにより、熱伝導部材１５０と安全素子１４０との接触面積が減少し、熱伝導部材１５０から安全素子１４０への熱伝導率を低減することができる。その結果、実施例１同様、ヒータ１１３から熱伝導部材１５０を介し、ヒータホルダー１１９および安全素子１４０に流れる熱量を均一化することができ、定着フィルム１１２および記録材Ｐへ供給する熱量を均一化することができる。

本実施例では粗面領域Ｕに粗し処理を行ったが、その他の加工により表面形状を局所的に変化させることで熱伝導率を調整しても良い。また、本実施例のように少なくとも当接部Ｒに対応する領域に粗し処理を施して粗面領域Ｕを形成すればよく、当接部Ｒを含む単一の面全体に粗し処理を施し、粗面領域Ｕとしてもよい。

本発明の実施例５を以下に説明する。

図１２は本実施例における熱伝導部材１５０の安全素子１４０に対応する当接部Ｒの形状を示すものである。実施例１～４は安全素子１４０の存在によりコールド状態から像加熱を行い始めて間もない時に長手方向における昇温スピードの差が発生することに対し接触面積を調整することで均一化を行っている。これに対し、本実施例は、中間体である熱伝導部材１５０の厚みを安全素子１４０との当接部Ｒにおいて変化させ熱容量を均一化することで、定着フィルム１１２および記録材Ｐへ供給する熱量を均一化する。

安全素子１４０は、熱伝導部材１５０と短手方向の長さが５．５ｍｍ、長手方向の長さが８ｍｍの面で接触する。そこで熱伝導部材１５０は、安全素子１４０との当接部Ｒを含む短手方向７ｍｍ、長手方向１０ｍｍの領域には切削研磨加工を施し、０．２ｍｍ削ることで局所的に０．１ｍｍの厚みｔ’とした薄肉部Ｓを形成し、厚みｔが０．３ｍｍの他の部分に比べて薄くした。このように、安全素子１４０に対応する薄肉部Ｕでは、安全素子１４０の熱の授受を行うアルミキャップの厚さの厚さ分、肉厚を薄くすることで、薄肉部Ｕの厚さにアルミキャップの厚さを加えた厚さを、熱伝導部材１５０の他の領域の厚さと同様とする。この結果、長手方向において、安全素子１４０の存在する領域における熱伝導部材１５０と安全素子１４０の合計の熱容量と、存在しない領域における熱伝導部材１５０の熱容量と、の差を小さくすることができる。その結果、実施例１同様、ヒータ１１３から熱伝導部材１５０を介し、ヒータホルダー１１９および安全素子１４０に流れる熱量を均一化することができ、定着フィルム１１２および記録材Ｐへ供給する熱量を均一化することができる。

１ 感光ドラム
２ 帯電器
３ 露光装置
４ 給紙ローラ
５ 現像器
６ 吸着ローラ
９ 搬送ベルト
１０ 転写ローラ
１２ 駆動ローラ
１４ テンションローラ
１６ クリーナー
３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋ 現像カートリッジ
１００ 加熱装置
１１０ 加圧ローラ
１１１ 導電ゴム輪
１１２ 定着フィルム
１１３ 加熱体
１１４ 加圧バネ
１１５ 温度検知素子
１１９ ヒータホルダー
１２０ ステー
１４０ 安全素子
１５０ 熱伝導部材
Ｌ レーザー光
Ｐ 記録材
Ｔ トナー像
Ｎ 定着ニップ

Claims (3)

1. 記録材と接触しつつ回転する筒状のフィルムと、
   前記フィルムの内部空間に配置され記録材の搬送方向と直交する方向に細長い基板と、前記基板の長手方向に亘って配置され記録材を加熱するための発熱抵抗体と、を有するヒータと、
   前記基板の前記発熱抵抗体が配置されている面とは反対の面に当接し、前記基板より熱伝導率の高い熱伝導部材と、
   前記フィルムを介して前記ヒータとともにニップ部を形成して回転可能な加圧部材と、
   前記熱伝導部材に当接して温度を検知する温度検知素子と、
   を有し、トナー像が形成された記録材を前記ニップ部で搬送しつつ加熱する像加熱装置であって、
   前記熱伝導部材における前記温度検知素子と当接する当接部では前記基板の長手方向における前記当接部以外の部分と比べて表面粗さが粗いことを特徴とする像加熱装置。
2. 記録材と接触しつつ回転する筒状のフィルムと、
   前記フィルムの内部空間に配置され記録材の搬送方向と直交する方向に細長い基板と、前記基板の長手方向に亘って配置され記録材を加熱するための発熱抵抗体と、を有するヒータと、
   前記基板の前記発熱抵抗体が配置されている面とは反対の面に当接し、前記基板より熱伝導率の高い熱伝導部材と、
   前記フィルムを介して前記ヒータとともにニップ部を形成して回転可能な加圧部材と、
   前記熱伝導部材に当接して温度を検知する温度検知素子と、
   を有し、トナー像が形成された記録材を前記ニップ部で搬送しつつ加熱する像加熱装置であって、
   前記熱伝導部材における前記温度検知素子と当接する当接部では、記録材の搬送方向に直交し前記ヒータと前記熱伝導部材が重なる方向の厚みが前記基板の長手方向における前記当接部以外の部分の厚みよりも薄いことを特徴とする像加熱装置。
3. 前記温度検知素子は、異常昇温を検知した場合に前記発熱抵抗体に供給する電力を遮断する安全素子であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の像加熱装置。

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