JP2002008822A - 加熱部材および加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造の複雑化を招くことなく被加熱対象部材
と接触しない位置での異常な昇温を防止できる構成を備
えた加熱部材を得る。 【解決手段】 被加熱部材Ｐに接触して熱伝達を行う加
熱部材２であって、耐熱性のフィルムで構成され、該フ
ィルムには結晶化グラファイトからなるシート層からな
る基層２Ａが備えられていることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱部材および加
熱装置に関し、さらに詳しくは、被加熱部材に接触して
熱エネルギーを伝達可能な耐熱性フィルムおよびこれを
用いる加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】加熱装置を装備する装置の一つに複写機
やプリンタ或いはファクシミリ装置などの画像形成装置
に用いられる定着装置がある。画像形成装置において
は、感光体などの潜像担持体から記録紙などに転写され
た可視像を定着するための定着装置が装備されている。

【０００３】定着装置には、耐熱剛性等の安全性や信頼
性が得やすい熱ローラ方式からなる構成を備えたものが
ある。熱ローラ方式の定着装置は、内部にヒータなどの
熱源を備えた金属製の定着ローラとこれに圧接する弾性
層を表面に備えた加圧ローラとを組み合わせた構成を備
えている。定着装置では、両方のローラの圧接位置に形
成されるニップ部によって未定着画像を担持した記録材
を挟持搬送しながら未定着画像を熱により記録材に融着
させるようになっている。

【０００４】定着ローラとして用いられる金属製のロー
ラは、上述した機能を満足する反面、熱容量が大きいこ
とが起因して所定の表面温度が得られるまでの立ち上が
り時間が長くなり、所謂、待機時間が長くなるという不
具合がある。しかも、稼働時でない場合でも稼働時に切
り換えられた際の待機時での表面温度を所定値に維持す
るために予熱する必要があることから、消費電力の増加
という不具合もある。

【０００５】金属製のローラに代えて、熱容量が小さい
部材の一つであるフィルムを用いて上述した待機時間を
短縮するフィルム加熱方式が提案されている。この方式
に用いられる構成としては、１００μｍ以下の薄肉の耐
熱性フィルムを円筒状に形成し、このフィルムの内面側
に配置されたヒータとおよび外面側にヒータに対向配置
された加圧部材とを組み合わせた構成がある。

【０００６】ヒータはフィルムを介して対峙する加圧部
材と相互に圧接する圧接ニップ部を形成することがで
き、圧接ニップ部においてフィルムと加圧部材との間
に、被加熱部材、例えば、画像形成装置では、トナー像
が担持されている記録材を挟持しながら搬送する。これ
により、記録材の画像面がフィルムを介してヒータで加
熱され、未定着画像に熱エネルギーが与えられて、トナ
ーを軟化・溶融させて画像の定着が行われる。このよう
なフィルム加熱方式の加熱装置は、ヒータ体積を小さく
して低熱容量のものを用いることができるので、従来の
熱ローラ方式の加熱装置に比べて昇温時間の短縮化が可
能となり省エネルキー化ができる等の特徴がある。

【０００７】フィルム加熱方式のフィルムとしては、基
層フィルムと、この基層フィルムに形成した最外層とし
ての離形層からなる耐熱性の複合層フィルムとを重畳さ
せた構成が多用されている。

【０００８】基層フィルムはヒータに直接接触する層で
あり、耐熱性を有する樹脂例えぱＰＩ(ポリイミド)樹脂
が用いられる。最外層としては被加熱部材としての紙や
ＯＨＰなど記録材と接触する層であり、トナー離形層と
してＰＴＦＥやＰＦＡといったフッ素樹脂層のコート層
が用いられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】定着装置では、数種類
のサイズの異なる記録材を対象として加熱が行われる。
このため、例えぱ最大Ａ３版の縦送り（長手方向を搬送
方向とする）が可能な装置（通紙幅２９７ｍｍ）におい
て、Ａ４縦（幅２１０ｍｍ）や封筒（１０５ｍｍ）等の
幅が狭い記録材を通紙させると、上記圧接ニップ部にお
いて記録材の幅方向で記録材が位置しない非通紙部分が
発生してしまう。非通紙部分では、加熱体からの熱が記
録材に吸収されないため、記録材を連続的に通紙してい
くと徐々に温度が上昇していき、次のような間題を生じ
ていた。小サイズの記録材を連続的に通紙した直後には
非通紙部のフィルムや加圧ローラはともに高温になって
いる。この状態のときに、さらに大きなサイズの記録材
を通すと非通紙部であった高温部分ではトナーが過溶融
状態となり、いわゆるホットオフセットが発生したり、
加熱および加圧ローラーやフィルムの耐熱温度を越えて
装置を損傷させてしまうこともあった。このような不具
合を解消するために、従来では、例えば、特開平６−６
７５５６号公報に開示されているように、非通紙部分に
対応する熱放散部を設けたり、あるいは、通紙幅に応じ
て加熱領域を変換できる構成を用いて、通紙される記録
材のサイズに応じて非通紙部での温度が過剰に上昇して
しまうのを防止する構成が提案されている。

【００１０】しかし、このような提案構造においては、
非通紙部での温度上昇を抑えるための特別な構造が必要
となるばかりでなく、通紙される記録材のサイズに応じ
て一々加熱源の対向位置を制御する必要があり、構造の
複雑化が避けられないという問題がある。

【００１１】本発明の目的は、上記従来の加熱部材およ
びこれを用いる加熱装置における問題に鑑み、構造の複
雑化を招くことなく被加熱対象部材と接触しない位置で
の異常な昇温を防止できる構成を備えた加熱部材および
加熱装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
被加熱部材に接触して熱伝達を行う加熱部材であって、
耐熱性のフィルムで構成され、該フィルムには結晶化グ
ラファイトからなるシート層が備えられていることを特
徴としている。

【００１３】請求項２記載の発明は、加熱源と、該加熱
源に一面が接触し他面が被加熱部材に接触しながら該被
加熱部材の搬送方向に移動可能な加熱部材であって、環
状に形成されて環状部の一部が上記被加熱部材に接触す
る耐熱性のフィルムで構成され、該フィルムは、厚さ方
向の少なくとも一部に結晶化グラファイトシート層が設
けられていることを特徴としている。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の加熱部材において、上記フィルムは、複数の結晶
化グラファイトシート層を備え、被加熱部材と接触する
面には離型層が設けられていることを特徴としている。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
うちの一つに記載の加熱部材において、上記フィルムに
は、上記加熱源が電気的抵抗発熱方式を用いる場合に、
該加熱源と接触する側の面に電気的絶縁層が設けられて
いることを特徴としている。

【００１６】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
うちの一つに記載の加熱部材において、上記フィルムに
おける上記被加熱部材と接触する側の面に位置する離型
層は、フッ素樹脂が用いられることを特徴としている。

【００１７】請求項６記載の発明は、移動してくる被加
熱部材を挟んで互いに対向する加熱源および加圧部材
と、上記加熱源に一面が、そして他面が上記加圧部材側
に位置する耐熱性のフィルムとを備え、該フィルムは環
状に形成されてその一部が上記加熱源と加圧部材との対
向位置を通過可能に設けられて該フィルムと上記加圧部
材との間に上記被加熱部材を挟持しながら搬送すること
ができる構成を備えた加熱装置において、上記フィルム
が結晶化グラファイトシート層を備えていることを特徴
としている。

【００１８】請求項７記載の発明は、請求項６記載の加
熱装置において、上記フィルムは、厚さ方向で少なくと
も１層の結晶化グラファイトシート層を備え、上記被加
熱部材に接触する側には離型層が設けられていることを
特徴としている。

【００１９】請求項８記載の発明は、請求項６または７
記載の加熱装置において、上記フィルムは、上記加熱源
に対向する側に電気的絶縁層が設けられていることを特
徴としている。

【００２０】請求項９記載の発明は、請求項７記載の加
熱装置において、上記離型層がフッ素樹脂で構成されて
いることを特徴としている。

【００２１】請求項１０記載の発明は、請求項６乃至９
のうちの一つに記載の加熱装置において、上記フィルム
が未定着画像を担持した記録材の定着に用いられること
を特徴としている。

【００２２】請求項１１記載の発明は、請求項６乃至９
のうちの一つに記載の加熱装置において、上記フィルム
が被加熱部材のしわ伸ばし用鏝として用いられることを
特徴としている。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図示実施例により、本発明
の実施の形態を説明する。図１および図２は、本発明実
施例による加熱部材が用いられる加熱装置の構成を示す
模式図であり、同図に示す加熱装置は、画像形成装置に
用いられる定着装置が該当している。なお、図１は側面
視的な模式図を示し、図２は図１の直角方向からみた正
面視的な模式図である。

【００２４】図１，２において加熱装置１は、加熱部材
２と加圧部材３と加熱源４とを備えている。加熱部材２
は、後で詳細を説明するが、環状とされた耐熱性および
画像に含まれるトナーとの離型性が良好なエンドレスフ
ィルムが用いられ、内部に配置されているガイド用ステ
ー５により後述する加圧部材３に当接することができ
る。

【００２５】加圧部材３は、加熱部材２に対向して接触
しており、搬送されてくる記録材Ｐを挟持して搬送する
部材である。このため、加圧部材３は、回転軸３Ａの外
周面に弾性層３Ｂが設けられており、加熱源４に相互に
圧接して被加熱部材である記録材Ｐを挟持するための圧
接ニップ部Ｎを構成するようになっている。加圧部材３
は、図示しない駆動モータにより回転軸３Ａが回転駆動
されることにより、図示矢印方向（反時計方向）に回転
することにより記録材Ｐを挟持しながら図示矢印方向
（図において右側から左側に向けて）に搬送する。

【００２６】加熱源４は、本実施例の場合、ガイド兼用
ステー５内に組み込まれており、高熱伝導率を有するセ
ラミックスなどからなる基板に図示しない発熱源として
の電気的抵抗体が設けられている。加熱源４は、加熱部
材２の一面に接触した状態で配置されている。加熱源４
には、図示されていないが、過熱防止を兼ねて温度管理
するための温度センサを設けられることが望ましい。加
熱装置１では、加熱部材２が加圧部材の回転に連動して
回転することができるので、記録材Ｐを圧接ニップ部Ｎ
において加熱部材２側に押しつけて挟持しながら搬送す
ることができる。

【００２７】加熱部材２は、図３に示す構成を備えてい
る。図３において加熱部材２は、厚さ方向で加熱源４に
接触する基層２Ａと記録材Ｐに接触する離型層２Ｂとを
備えている。基層２Ａは、高熱伝導性を確保するために
結晶化処理されたグラファイトシート層で構成され、こ
の結晶化グラファイトシート層が少なくとも１層設けら
れている。結晶化処理されたグラファイトシートは、従
来用いられていた分散グラファイトシートと異なり、金
属よりも高い熱伝導率を備えている。このため、ポリイ
ミド（ＰＩ）を用いたフィルムでは、非通紙部分の温度
が過剰に上昇する現象である非通紙部昇温を招く問題が
あったが、グラファイトシート層を形成することで記録
材Ｐの搬送方向と直角な方向に相当する記録材Ｐの幅方
向において温度を平均化することができる。なお、基層
２Ａは、１層とするだけでなく、基体としてポリイミド
（ＰＩ）を用いて結晶化グラファイトシート層を形成す
ることも可能である。

【００２８】離型層２Ｂは、加熱部材２の他面に位置し
て記録材Ｐ上の未定着画像に含まれているトナーＴに接
触した際のオフセット防止層であり、本実施例では、４
フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル
共重合体樹脂（ＰＦＡ），４フッ化エチレン樹脂（ＰＴ
ＥＦ），ＦＥＰなどのフッ素樹脂が用いられている。

【００２９】結晶化グラファイトシートの熱伝導率に関
しては、図１に示す結果が得られている（「化学便覧３
版より」）。図３に示す結果を得るための結晶化グラフ
ァイトシートの物性値に関しては、松下電器産業で商品
化されているＰＳＧグラファイトシート（商品名）を用
いた場合のものである。

【００３０】本実施例は以上のような構成であるから、
記録材Ｐが加熱装置１に搬送されると記録材Ｐ上の未定
着画像が加熱融着される。加熱定着に際しては、加熱源
４が画像形成装置内での記録材の搬送タイミングに応じ
て駆動され発熱する。加熱源４での発熱により加熱部材
２は、定着に必要な温度に設定されることになるが、金
属の場合と違って結晶化グラファイトシートを備えてい
ることにより所定の定着温度に達するまでの加熱時間が
短縮される。従って、加熱時間が長くなることが起因し
て非通紙部での温度が異常に上昇してしまうことが防が
れる。

【００３１】通紙部での温度が所定温度に達した時点で
加熱源４からの熱伝達が中断されるので、非通紙部では
それ以上の温度上昇がなく通紙部との間での熱伝達によ
って記録材Ｐの幅方向での温度差が緩和されて小さくさ
れる。この結果、今まで非通紙部であった箇所が通紙部
になった場合、つまり、小サイズの記録材から大きいサ
イズの記録材を定着するような場合には、通紙部に切り
替わった箇所での温度は今まで通りに通紙部である箇所
と比べて温度上昇はないので、その箇所を通過する記録
材Ｐにホットオフセットが発生するようなことがない。

【００３２】本実施例によれば、非通紙部が生じる場合
とそれが生じない場合とを対象としたときに、非通紙部
での温度上昇が加熱部材の特性により抑制されるので、
各サイズ毎に加熱範囲を切り換えるような構成が不要と
なる。

【００３３】次に、本発明の実施形態に関する別実施例
について説明する。図５は、加熱部材２の要部を示す模
式図であり、同図に示す実施例は、加熱部材２の基層２
Ａ、離型層２Ｂに加えて絶縁層２Ｃを設けた点が特徴で
ある。加熱部材２は、一面が加熱源４に接触し、他の面
が記録材Ｐに接触するようになっており、加熱源の抵抗
発熱体とはここからの熱伝達を受ける結晶化グラファイ
トシート層が対向している。このため、導電性を有する
加熱源の抵抗発熱体と結晶化グラファイトシート層との
間には、電気的絶縁層２Ｃが設けられて結晶化グラファ
イトシート層からなる基層２Ａに通電できないようにな
っている。加熱源４特価熱部材２の結晶化グラファイト
シート層との間の電気的絶縁は、加熱部材２側に設けら
れた絶縁層２Ｃに代えて、加熱源の表面で加熱部材２と
接触する側にガラスの被覆層を設けるようにしてもよ
く、また、両者を組みあわせることも可能である。

【００３４】本実施例は以上のような構成であるから、
加熱源４の抵抗発熱体に通電された際には、加熱部材２
に向けた漏洩電流が発生しない。このため、加熱部材２
での自己発熱が防止されて加熱源４による温度制御が可
能となるとともに、消費電力の増加や焼損などの不具合
が防止できる。

【００３５】上記実施例に示した加熱装置１は、画像形
成装置の定着装置として用いられるだけでなく、熱を利
用して紙幣などのしわを伸ばすことができる装置に適用
することもでき、この場合には、紙幣を挟持できる加熱
部材２がしわ伸ばしのための鏝として機能することにな
る。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、金属に比
べて熱伝導率の高い結晶化グラファイトシート層を加熱
部材に備えたので、昇温時間を短縮して非通紙部での温
度が異常に上昇してしまうのを防止することができる。
これにより、被加熱部材の移動方向と直角な方向での温
度分布を均一化させて非通紙部が通紙部に切り替わった
際の過熱を防ぐことが可能となる。しかも、非通紙部が
通紙部に切り替わることに応じて加熱状態を変更するよ
うな構成が不要であるので、構造の複雑化を招くことな
く加熱部材の異常な温度上昇を防止することが可能とな
る。

【００３７】請求項２記載の発明によれば、加熱源と被
加熱部材との間に位置する加熱部材の厚さ方向の少なく
とも一部に結晶化グラファイトシート層が設けられてい
るので、加熱源からの昇温時間を短縮して被加熱部材の
移動方向と直角な方向で部分的な過熱状態を防止して温
度分布を均一化することができる。これにより、一部が
過熱によって過熱部材の寿命が短くなるのを防止するこ
とが可能となる。

【００３８】請求項３および５記載の発明によれば、複
数の結晶化グラファイトシート層に加えて離型層を備え
ているので、加熱部材と被加熱部材との付着が防止でき
る。これにより、加熱部材と被加熱部材との遊離性が向
上されて加熱部材への負荷が軽減されるので、加熱部材
の寿命を延ばすことが可能となる。

【００３９】請求項４記載の発明によれば、加熱源に接
触する加熱部材の面には電気的絶縁層が設けられている
ので、加熱源として抵抗発熱体が用いられた場合に加熱
部材への漏電が防止できる。これにより、加熱部材での
異常な自己発熱が阻止されて設定された温度分布を維持
することが可能となる。

【００４０】請求項６乃至９記載の発明によれば、被加
熱部材を挟持搬送可能な構成において、加熱源に一面が
接触し被加熱部材に他の面が接触する加熱部材に結晶化
グラファイトシート層を設けてあるので、加熱源による
昇温時間を短縮して加熱のための待機時間を短縮するこ
とができる。しかも、短時間で昇温が得られることにな
るので、加熱部材の一部が異常に過熱してしまうことが
なく、安全な装置を得ることが可能となる。

【００４１】請求項１０記載の発明によれば、加熱部材
に結晶化グラファイトシート層を設けて昇温時間を短縮
できるので、画像形成時間を短縮することができる。し
かも、加熱部材は短時間で所定の定着温度に達するの
で、記録材の幅方向で非通紙部の異常な温度上昇を招く
ことがなく、定着装置の熱的損傷を低減することが可能
となる。

【００４２】請求項１１記載の発明によれば、しわ伸ば
しのための鏝として機能する加熱部材は、結晶化グラフ
ァイトシート層を備えることで昇温時間が短縮できるの
で、加熱部材の一部が加熱時間の長期化により異常な高
温となるのを防止することができる。これにより、しわ
伸ばしに寄与しない部分での熱的な損傷を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に関する一実施例による加熱
装置の構成を説明するための側面視的な模式図である。

【図２】図１に示した加熱装置の正面視的な模式図であ
る。

【図３】図１に示した加熱装置に用いられる加熱部材の
熱的な特性を示す表図である。

【図４】図１に示した加熱装置に用いられる加熱部材の
構成を説明するための部分的な図である。

【図５】本発明の実施形態に関する別実施例による加熱
部材の構成を示す部分的な図である。

【符号の説明】

１ 加熱装置 ２ 加熱部材 ２Ａ 基層 ２Ｂ 離型層 ２Ｃ 絶縁層 ３ 加圧部材 ４ 加熱源 ５ ガイド兼用ステー Ｐ 被加熱部材に相当する記録材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H033 AA24 BA11 BE03 3K058 AA12 BA18 CE13 CE19 DA04 GA06 4F100 AA37B AD11B AK17C AT00A BA03 BA07 BA10A BA10C DA20 GB41 JA11B JJ01 JJ03A JL14C

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加熱部材に接触して熱伝達を行う加熱部
   材であって、 耐熱性のフィルムで構成され、該フィルムには結晶化グ
   ラファイトからなるシート層が備えられていることを特
   徴とする加熱部材。
2. 【請求項２】加熱源と、該加熱源に一面が接触し他面が
   被加熱部材に接触しながら該被加熱部材の搬送方向に移
   動可能な加熱部材であって、 環状に形成されて環状部の一部が上記被加熱部材に接触
   する耐熱性のフィルムで構成され、該フィルムは、厚さ
   方向の少なくとも一部に結晶化グラファイトシート層が
   設けられていることを特徴とする加熱部材。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の加熱部材におい
   て、 上記フィルムは、複数の結晶化グラファイトシート層を
   備え、被加熱部材と接触する面には離型層が設けられて
   いることを特徴とする加熱部材。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のうちの一つに記載の加熱
   部材において、 上記フィルムには、上記加熱源が電気的抵抗発熱方式を
   用いる場合に、該加熱源と接触する側の面に電気的絶縁
   層が設けられていることを特徴とする加熱部材。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のうちの一つに記載の加熱
   部材において、 上記フィルムにおける上記被加熱部材と接触する側の面
   に位置する離型層は、フッ素樹脂が用いられることを特
   徴とする加熱部材。
6. 【請求項６】移動してくる被加熱部材を挟んで互いに対
   向する加熱源および加圧部材と、上記加熱源に一面が、
   そして他面が上記加圧部材側に位置する耐熱性のフィル
   ムとを備え、該フィルムは環状に形成されてその一部が
   上記加熱源と加圧部材との対向位置を通過可能に設けら
   れて該フィルムと上記加圧部材との間に上記被加熱部材
   を挟持しながら搬送することができる構成を備えた加熱
   装置において、 上記フィルムが結晶化グラファイトシート層を備えてい
   ることを特徴とする加熱装置。
7. 【請求項７】請求項６記載の加熱装置において、 上記フィルムは、厚さ方向で少なくとも１層の結晶化グ
   ラファイトシート層を備え、上記被加熱部材に接触する
   側には離型層が設けられていることを特徴とする加熱装
   置。
8. 【請求項８】請求項６または７記載の加熱装置におい
   て、 上記フィルムは、上記加熱源に対向する側に電気的絶縁
   層が設けられていることを特徴とする加熱装置。
9. 【請求項９】請求項７記載の加熱装置において、 上記離型層がフッ素樹脂で構成されていることを特徴と
   する加熱装置。
10. 【請求項１０】請求項６乃至９のうちの一つに記載の加
    熱装置において、 上記フィルムが未定着画像を担持した記録材の定着に用
    いられることを特徴とする加熱装置。
11. 【請求項１１】請求項６乃至９のうちの一つに記載の加
    熱装置において、 上記フィルムが被加熱部材のしわ伸ばし用鏝として用い
    られることを特徴とする加熱装置。