JP2004227989A

JP2004227989A - 加熱装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2004227989A
Application number: JP2003016088A
Authority: JP
Inventors: Daigo Matsuura; 大悟松浦; Masayoshi Kachi; 正義可知; Kazuro Ono; 和朗小野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-24
Also published as: JP3754960B2

Abstract

【課題】加熱ベルト方式の加熱装置について、立ち上げ時間が短く、非通紙部の温度上昇によるベルトの熱劣化を防止するとともに、小サイズの被加熱材のスループットの低下を抑えることができる加熱装置を提供する。
【解決手段】加熱手段１で加熱されて移動する可撓性のベルト３と、ベルトを支持するバックアップ部材２と、ベルトを間に挟みバックアップ部材と圧接ニップ部Ｎを形成する加圧部材４を有し、圧接ニップ部のベルトと加圧部材との間に被加熱材１３を導入して挟持搬送させてベルトの熱で加熱する加熱装置において、バックアップ部材２が少なくとも弾性層２ｂと表面層２ｃを有し、ベルト３が少なくとも弾性層３ｂと基層３ａを有していて、バックアップ部材の表面層の熱伝導率をλｓ、厚さをｄｓ、ベルトの弾性層の熱伝導率をλｂ、厚さをｄｂ、としたとき、λｓ×ｄｓ＞λｂ×ｄｂ、の条件を満足することを特徴とする加熱装置。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
より詳しくは、加熱手段で加熱されて移動する可撓性のベルト（フィルム）と、上記ベルトを支持するバックアップ部材と、上記ベルトを間に挟み前記バックアップ部材と圧接ニップ部を形成する加圧部材を有し、上記圧接ニップ部の上記ベルトと上記加圧部材との間に被加熱材を導入して挟持搬送させて上記ベルトの熱で加熱する加熱ベルト方式の加熱装置、及び該加熱装置を定着装置として具備する画像形成装置に関する。
【０００３】
上記の加熱ベルト方式の加熱装置は、電子写真方式等の画像形成装置（複写機、ファクシミリ、プリンタ等）において、記録材上に形成された未定着トナー画像を加熱及び加圧し、トナー画像を記録材に定着させる定着装置、未定着画像を記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、定着画像を担持した記録材の表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置として用いられる。
【０００４】
また、像加熱装置の他にも、例えば紙幣等のシワ除去用の熱プレス装置、熱ラミネート装置、紙等の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状部材を加熱処理する加熱装置として用いることができる。
【０００５】
【従来の技術】
便宜上、複写機・プリンタ等の画像形成装置に具備させる、トナー画像を記録材に加熱、加圧して定着させる定着装置を例にして説明する。
【０００６】
複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置では画像記録方式として、高速性、画像品質、コスト面などで有利な電子写真方式が採用されている。
【０００７】
電子写真方式では、紙やＯＨＰ等のシート状媒体上に未定着トナー像を形成し、この未定着トナー像を熱と圧力でシート状媒体上に固定する定着工程を必要とし、この定着方式として安全性等の面からヒートローラ方式が現在最も多く採用されている。
【０００８】
１）ヒートローラ方式
ヒートローラ方式では、金属製の定着ローラに加圧ローラを対向圧接配置し、これら両ローラの相互圧接部であるニップ部を構成し、定着ローラ中心部にハロゲンヒータなどニップ部を加熱する第１の加熱手段を設け、この第１の加熱手段によって加熱される両ローラ間にシート状媒体を通過させて加熱、加圧して定着を行なう。
【０００９】
従来、定着ローラとしては、鉄やアルミニウムなどの金属ローラを主に使用しているが、これらの材料を用いたものでは、熱容量が大きいため約１８０°Ｃ前後の使用可能温度にまで昇温させるには数分から十数分など長い加熱時間を必要とし、所謂立ち上がり時間がかかる。
【００１０】
そこで、上記機器では画像形成を待つ待機時には、定着ローラの温度を定着可能な所定の定着温度よりやや低いレベルの一定の温度に保つことで立ち上がり時間を短縮していた。しかし、待機時においても一定レベルの温度を維持するため、常時エネルギーの消費を余儀なくされる。
【００１１】
近年に至り、環境保護意識の高まりから各国で省エネルギー規定などが制定され、省電力化のため上記したような待機時の消費エネルギーを削減する要請から、画像形成装置が未使用のときには消費電力を少なくすることが求められるようになった。
【００１２】
しかし、従来の熱容量の大きい材料による定着装置の構成で待機時にエネルギー消費を少なくすると、定着ローラを所定の定着温度に立ち上げるまでに時間を費やし、待ち時間が長いため使用者の使い勝手が悪化してしまう。
【００１３】
このため、待機時におけるエネルギー消費を減らすとともに、画像形成時には定着ローラ温度を即座に所定の定着温度に上昇させることのできる定着装置として、ベルト定着方式（加熱ベルト方式）が注目されてきており、種々の提案がなされている。
【００１４】
２）ベルト定着方式
図７はベルト定着方式の定着装置の一例の概略構成を示す模式的断面図である。
【００１５】
この定着装置は、加熱部材としての加熱ローラ１と、弾性バックアップ部材としての定着ローラ２と、可撓性の移動部材としての無端状定着ベルト３と、回転弾性加圧部材としての加圧ローラ４とを有し、定着ベルト３は加熱ローラ１と定着ローラ２との両ローラ間に所定の張力で懸回張設してある。定着ローラ２と加圧ローラ４は定着ベルトを挟んで弾性に抗して対向圧接させて圧接ニップ部（以下、定着ニップ部と記す）Ｎを形成させている。５はハロゲンヒータからなる定着ベルト加熱用ヒータであり、加熱ローラ１内に挿入配設され、加熱ローラ１を加熱する。加熱ローラ１、定着ローラ２、定着ベルト３及び加圧ローラ４は図示しない回転駆動部により図示矢印方向に回転駆動される。そして、定着ニップ部の定着ベルト１と加圧ローラ４との間に被加熱材としての記録材１３を導入して挟持搬送させることで、定着ニップ部Ｎにおいて、記録材１３上に保持された未定着トナー画像１２を、ヒータ５で熱せられている加熱ローラ３で加熱された定着ベルト１の熱と、定着ニップ部Ｎの圧力により記録材１２上に加熱、加圧して定着させるものである。
【００１６】
このベルト定着方式では、立ち上げ時間短縮のため定着ベルトの熱容量を小さく抑えるため、ベルトの厚さを数１００μｍ程度と薄くする必要がある。その結果、定着ベルトの面方向の熱伝導が悪くなってしまい、定着ベルトの幅よりも狭い記録材（小サイズ紙）を連続通紙すると、記録材が通過しない部分（非通紙部）の熱が記録材に奪われずに、非通紙部の温度が上昇して行くという問題が生じる（非通紙部昇温）。
【００１７】
このため、例えば、封筒のような小サイズ紙の次に例えばＡ４サイズ紙をプリントする場合、小サイズ紙を通紙した後の非通紙部の温度がトナーのオフセット温度に達してしまうので、Ａ４サイズ紙が通紙されるとＡ４サイズ紙上のトナーが定着ベルトにオフセットし、良好な定着画像を得ることができないという課題が発生した。
【００１８】
さらに、定着ベルトの非通紙部温度が過度に上昇すると、定着ベルト表面に形成されている高離型性層（一般にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のテフロン（登録商標）樹脂又はＳｉゴム層）が熱劣化してしまうという問題が発生するので、定着装置のスループットを低下させて、１分間の通紙枚数を大幅に減らす必要があった。
【００１９】
従来は、この問題を解決するために、長手方向で発熱部の異なるヒータを２本備えた構成にしている。小サイズのときは中央部に発熱部があるヒータを使用し、大サイズのときは中央部に発熱量が少なく、端部に発熱部があるヒータと前記小サイズ用のヒータとを両方使用して定着させるものがある。しかし、この場合には装置構成が複雑になるという問題点がある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
この他に軸方向の熱伝導を良化し、非通紙部から通紙部への熱の流れを良くすることで、非通紙部の温度を下げる方法が提案されている。まず最初に、定着ベルト、定着ローラ、加熱ローラの熱伝導をあげることが考えられる。しかし、加熱ローラ、定着ベルトは立ち上げ時間短縮のために薄肉化する必要があるため、軸方向の熱伝導を改善するには限界がある。また、加圧ローラに対向する位置にある定着ローラの弾性層の熱伝導率を上げると、立ち上げ時に定着ローラ内部に熱を奪われるため、立ち上げ時間が遅くなってしまうという問題がある。
【００２１】
また、図７のように、加熱ローラ１と定着ローラ２に張架した定着ベルト３の長手方向のほぼ全長にわたって良熱伝導部材１１を当接させたものもある。この良熱伝導部材１１を当接させたことで、長手方向の温度差を均一化することができるため、定着ベルト３の熱劣化を防止し、かつ、スループットの低下を防止することが可能となる。
【００２２】
しかし、良熱伝導部材１１が定着ベルト３に接しているため、立ち上げ時に良熱伝導部材１１に熱を奪われ、立ち上げ時間が遅くなってしまう、構成が複雑になるという問題がある。
【００２３】
そこで、本発明では、加熱ベルト方式の加熱装置について、立ち上げ時間が短く、非通紙部の温度上昇によるベルトの熱劣化を防止するとともに、小サイズの被加熱材のスループットの低下を抑えることができる加熱装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は下記の構成を特徴とする加熱装置及び画像形成装置を要旨とする。
【００２５】
（１）加熱手段で加熱されて移動する可撓性のベルトと、上記ベルトを支持するバックアップ部材と、上記ベルトを間に挟み上記バックアップ部材と圧接ニップ部を形成する加圧部材を有し、上記圧接ニップ部の上記ベルトと上記加圧部材との間に被加熱材を導入して挟持搬送させて上記ベルトの熱で加熱する加熱装置において、
上記バックアップ部材が少なくとも弾性層と表面層を有し、上記ベルトが少なくとも弾性層と基層を有していて、上記バックアップ部材の表面層の熱伝導率をλｓ、厚さをｄｓ、上記ベルトの弾性層の熱伝導率をλｂ、厚さをｄｂ、としたとき、
λｓ×ｄｓ＞λｂ×ｄｂ
の条件を満足することを特徴とする加熱装置。
【００２６】
（２）前記（１）に記載の加熱装置において、上記ベルトの基層の熱伝導率が０．４２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする加熱装置。
【００２７】
（３）前記請求項１または２に記載の加熱装置において、上記ベルトの弾性層の熱伝導率をλｂ、上記バックアップ部材の弾性層の熱伝導率をλｇとしたとき、
λｂ＞λｇ
の条件を満足することを特徴とする加熱装置。
【００２８】
（４）前記（３）に記載の加熱装置において、上記バックアップ部材の弾性層がスポンジ層であることを特徴とする加熱装置。
【００２９】
（５）前記（１）から（４）の何れかの加熱装置において、上記被加熱材は画像を担持した記録材であることを特徴とする加熱装置。
【００３０】
（６）前記（１）から（４）の何れかの加熱装置において、上記被加熱材は加熱定着すべき未定着画像を担持した記録材であることを特徴とする加熱装置。
【００３１】
（７）定着ローラと、定着用熱源を有する加熱ローラと、該定着ローラと加熱ローラ間に張架された無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して設けられた加圧ローラを有し、画像を担持した記録材を上記定着ベルトと加圧ローラの間で挟持・搬送して定着を行う加熱装置において、
上記定着ローラが、少なくとも弾性層と表面層を有し、上記定着ベルトが少なくとも弾性層と基層を有していて、上記定着ローラ表面層の熱伝導率をλｓ、厚さをｄｓ、上記定着ベルト弾性層の熱伝導率をλｂ、厚さをｄｂ、としたとき、
λｓ×ｄｓ＞λｂ×ｄｂ
の条件を満足することを特徴とする加熱装置。
【００３２】
（８）前記（７）に記載の加熱装置において、上記定着ベルト基層の熱伝導率が０．４２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする加熱装置。
【００３３】
（９）前記（７）または（８）に記載の加熱装置において、上記定着ベルト弾性層の熱伝導率をλｂ、定着ローラ弾性層の熱伝導率をλｇとしたとき、
λｂ＞λｇ
の条件を満足することを特徴とする加熱装置。
【００３４】
（１０）前記（９）に記載の加熱装置において、上記定着ローラの弾性層がスポンジ層であることを特徴とする加熱装置。
【００３５】
（１１）記録材に未定着画像を形成担持させる作像手段と、記録材上の未定着画像を加熱定着させる定着装置を有する画像形成装置において、上記定着装置が前記（１）から（１０）の何れかに記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【００３６】
（作用）
１）バックアップ部材（＝定着ローラ、以下同じ）が少なくとも弾性層と表面層を有し、ベルト（＝定着ベルト、以下同じ）が少なくとも弾性層と基層を有していて、バックアップ部材の表面層の熱伝導率をλｓ、厚さをｄｓ、ベルトの弾性層の熱伝導率をλｂ、厚さをｄｂ、としたとき、
λｓ×ｄｓ＞λｂ×ｄｂ
の条件を満足する構成により、小サイズの被加熱材（＝記録材、以下同じ）を連続通紙した際に軸方向の温度差を均すことができるため、簡易な構成でベルト等の熱劣化を防止し、かつ、スループットの低下を防止することが可能となる。
【００３７】
２）ベルトの基層の熱伝導率が０．４２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることにより、ベルトの内面側に配したバックアップ部材表面層である高熱伝導層が効率的にベルト上の温度差を均すことができるため、連続通紙時の非通紙部昇温を抑え、ベルト等の熱劣化をさらに軽減できる。
【００３８】
３）ベルトの弾性層の熱伝導率をλｂ、バックアップ部材の弾性層の熱伝導率をλｇとしたとき、
λｂ＞λｇ
の条件を満足することにより、また、さらにはバックアップ部材の弾性層がスポンジ層であることにより、バックアップ部材の弾性層を伝わりバックアップ部材内部に熱が奪われにくくなるため、立ち上げ時間を遅らせてユーザの使い勝手を悪化させずに、非通紙部昇温を軽減し、ベルトの劣化などの問題を防ぐことができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
（１）画像形成装置例
図１は本発明に従う加熱装置を定着装置として具備させた画像形成装置の一例の概略構成模型図である。本実施形態の画像形成装置は、電子写真プロセスを用いた、自動両面印字機能を有するタンデムタイプのフルカラープリンタである。
【００４０】
Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｂは図面上右から左に順に配列した第１〜第４の４つの画像形成ステーションである。
【００４１】
各画像形成ステーションＹ・Ｍ・Ｃ・Ｂは何れも、像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体３１、帯電装置３２、レーザースキャナやＬＥＤアレイ等の露光装置３３、現像装置３４、クリーニング装置３５等からなる電子写真プロセス機構である。感光体３１は矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。
【００４２】
第１の画像形成ステーションＹは感光体３１の面にフルカラー画像のイエロー成分のトナー画像を形成する。第２の画像形成ステーションＭは感光体３１の面にフルカラー画像のマゼンタ成分のトナー画像を形成する。第３の画像形成ステーションＣは感光体３１の面にフルカラー画像のシアン成分のトナー画像を形成する。そして第４の画像形成ステーションＢは感光体３１の面にブラックのトナー画像を形成する。各画像形成ステーションにおけるトナー画像の形成原理・プロセスは公知であるからその説明は省略する。
【００４３】
３６は複数の支持ローラ３７に懸架させて張設した転写ベルトであり、第１〜第４の画像形成ステーションＹ・Ｍ・Ｃ・Ｂの下側に、全画像形成ステーションに渡たらせて配設してある。転写ベルト３６は矢印の反時計方向に、感光体３１の周速度に対応した周速度で回動駆動される。
【００４４】
３８は転写電極ローラであり、第１〜第４の各画像形成ステーションＹ・Ｍ・Ｃ・Ｂにおいて、感光体３１の下面に対して転写ベルト３６を挟んで圧接して転写ニップ部を形成している。３９は各転写電極ローラ３８に対する転写バイアス印加電源であり、トナーの帯電極性とは逆極性の所定の電圧を転写バイアスとして所定の制御タイミングで印加する。
【００４５】
４０はシート給送路であり、不図示の給紙機構部から一枚分離給紙された記録材（転写材）Ｐを、転写ベルト３６の第１の画像形成ステーションＹ側の端部に給送する。４３は手差し給紙トレイであり、記録材Ｐはこのトレイ４３から手差し方式で給紙することも出来る。
【００４６】
転写ベルト３６は給送された記録材Ｐを静電的に吸着保持して、あるいはチャックで把持して第１から第４の画像形成ステーションＹ・Ｍ・Ｃ・Ｂの各転写ニップ部を順次に搬送する。これにより、同一の記録材Ｐの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、およびブラックトナー画像が順次に位置合わせ状態で重畳転写されてフルカラートナー画像が合成形成される。
【００４７】
第４の画像形成ステーションＢの転写ニップ部を搬送されて通過した記録材Ｐは転写ベルト３６から分離され、定着装置１０１に導入されて未定着のトナー画像の加熱定着処理を受ける。
【００４８】
モノクロプリントモードの場合はブラックトナー画像を形成する第４の画像形成ステーションＢだけが作動する。
【００４９】
片面プリントモードの場合には定着装置１０１を出た記録材Ｐはシートパスａに入って機外に排出される。
【００５０】
自動両面プリントモードの場合には定着装置１０１を出た第１面側プリント済みの記録材Ｐはフラッパ４１の切換えにより記録材再循環搬送機構側のシートパスｂ側に進路変更され、スイッチバックトパスｃに導入され、次いでスイッチバック搬送され、フラッパ４２の切換えによりシートパスｄ側に進路変更されて搬送されることで、表裏反転されて再び転写ベルト３６の第１の画像形成ステーションＹ側の端部に給送される。これにより記録材Ｐの第２面側に対するトナー画像の転写形成がなされ、定着装置１０１に再び導入されて第２面側に対するトナー画像の定着がなされ、定着装置１０１を出た記録材Ｐはシートパスａに入って機外に排出される。
【００５１】
（２）定着装置１０１
図２は本実施形態における加熱装置としての定着装置１０１の概略構成を示す模式的断面図である。
【００５２】
この定着装置１０１は前述した図７の定着装置と同様に、加熱ローラ１、定着ローラ２、定着ベルト３、加圧ローラ４、ハロゲンヒータからなる定着ベルト加熱用ヒータ５等からなるベルト定着方式の装置であり、定着ニップ部Ｎの定着ベルト１と加圧ローラ４との間に記録材１３を導入して挟持搬送させることで、定着ニップ部Ｎにおいて、記録材１３上に保持された未定着トナー画像１２を、ヒータ５で熱せられている加熱ローラ３で加熱された定着ベルト１の熱と、定着ニップ部Ｎの圧力により記録材１２上に加熱、加圧して定着させ、記録材１３を排出する。
【００５３】
記録材１３上のトナー画像１２のトナーとしては例えばポリエステル系のものが用いられ、記録材１３としては厚さ１００μｍ程度の普通紙が用いられる。
【００５４】
７と８は温調用の温度検出素子としてのサーミスタであり、サーミスタ７は加熱ローラ１で加熱される定着ベルト３の表面温度を検知し、サーミスタ８は加圧ローラ４の表面温度を検知する。本実施形態の定着装置においては、サーミスタ７により検知された定着ベルト３の表面温度及びサーミスタ８により検知された加圧ローラ４の表面温度に基づいて、図示しない温度制御手段としての制御回路でハロゲンヒータ５を随時フィードバック制御することによって、定着ベルト３の表面温度及び加圧ローラ４の表面温度を所定の略一定の温度にそれぞれ保持するように設定されている。
【００５５】
具体的には、サーミスタ７により検知される定着ベルト３の加熱部分の表面温度は約１８０℃に設定されている。一方、加圧ローラ４の表面温度は加圧ローラ４の定着ベルト３との接触、回転により１６０℃程度になっている。
【００５６】
６は定着ニップ部入口側の記録材ガイド板であり、定着ニップ部Ｎの定着ベルト３と加圧ローラ４との間にトナー画像１２を担持した記録材１３を導入・案内するために定着ニップ部に近接した記録材搬送方向上流側に設けられている。７は定着ニップ部出口側の記録材ガイド板である。
【００５７】
加熱ローラ１は定着ベルト３のテンションローラとしても機能する従動ローラとしてあり、定着ベルト３を所定の張力で張架すべく、加熱ローラ１の軸部の両端に不図示の加圧バネが一対配設されて加熱ローラ１を加圧している。
【００５８】
また、加圧ローラ４を定着ベルト３を挟ませて定着ローラ２に所定の付勢力で押圧すべく、加圧ローラ４の軸部の両端に不図示の加圧バネが一対配設されて加圧ローラ４を加圧している。この加圧バネにより、加圧ローラ４が、定着ベルト３を介して定着ローラ２を押圧する向きに付勢され、１０ｍｍ程度のニップを形成している。ニップの面圧は１５Ｎ／ｃｍ^２程度に設定されている。
【００５９】
１）加熱ローラ１
加熱ローラ１は、装置の立ち上がり時間を短縮するために、小径かつ薄肉の金属パイプを使用して低容量化してある。この金属パイプは、例えばアルミニウム、鉄あるいはステンレススチール等で構成されたものが用いられるが、本実施形態では、加熱ローラ１としては、直径３０ｍｍ、厚さ３ｍｍのアルミニウム製のものを用いている。
【００６０】
２）定着ローラ２
定着ローラ２は金属製の芯金２ａ上に、弾性層２ｂ、表面層に高熱伝導層２ｃを設けたものであり、芯金２ａの直径が３２ｍｍ、弾性層２ｂの厚さが４ｍｍ、定着ローラ２の外周の直径が４０ｍｍである。芯金２ａは、アルミニウム製のものである。
【００６１】
表面層である高熱伝導層２ｃとしては、高熱伝導性シリコーンゴムや金属薄膜を使用することができる。
【００６２】
表面層２ｃとしての高熱伝導性シリコーンゴム層の熱伝導率を上げる方法としては、シリコーンゴムに良熱伝導性の粒子（アルミナ、窒化アルミ、石英等）を分散させる事が考えられる。しかし、充填材を加えるにつれシリコーンゴム層の熱伝導率は増していくが、逆にゴム自体の硬度も高くなり加熱装置としてはニップが取れにくくなり、定着能力の低下を招き好ましくない。好ましくは高熱伝導性シリコーンゴム層２ｃの硬度及び厚みはローラ硬度が最高でも５０°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ）以下になるような組み合わせである事が望ましい。
【００６３】
また、表面層２ｃとしての金属薄膜層としては、入手の容易性の点から、アルミニウムが好適に使用される。また、より熱伝導率の高い金属（金、銀、銅、鉄等）を用いるのがより好ましい。金属薄膜層の形成には金属箔のチューブを用いて各層間をプライマーで接着したものあるいは、金属箔のチューブの被覆をする代わりに弾性層の表面に蒸着によって金属薄膜層を形成してもよい。十分な定着性を確保するためのニップ幅を得るためには、金属薄膜層の厚みは１０μｍ以下である事が望ましい。
【００６４】
耐熱性弾性層２ｂとしては、シリコーンゴムなどの弾性体や、さらに該弾性体の素材をスポンジ状にしたものが好適に使用される。特に高熱伝導性層２ｃとして金属薄膜層を用いる場合には、スポンジ状の弾性体を用いることにより、ローラの硬度に対する影響を少なくする事ができ十分なニップ幅を得る事ができる。弾性層２ｂの熱伝導率は０．２１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であればよいが、より小さいほうが昇温防止や立ち上げ時間短縮に寄与できる。
【００６５】
３）定着ベルト３
図３に本実施形態における定着ベルト３の層構成を示す模式的断面図を示す。定着ベルト３は、ニッケル、ポリイミド等の耐熱性樹脂、炭素鋼、あるいはステンレス鋼棟により形成された薄肉の無端状のベルト基層３ａ上に、フッ素系樹脂やシリコーンゴム等の耐熱弾性層３ｂを設け、離型層３ｃとして厚さ５０μｍのＰＦＡチューブで被覆された構成となっている。
【００６６】
耐熱弾性層３ｂは、良好な定着性及び熱応答性を得るために、例えばシリコーンゴム層の場合には、ゴム硬度２５〜６５度（ＪＩＳＡ硬度計）、厚さが１００〜３００μｍの範囲が望ましい。
【００６７】
４）加圧ローラ４
加圧ローラ４は、直径８ｍｍの鉄製の芯金４ａの外周面に、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度で５０度の、外径３０ｍｍのスポンジ層（耐熱弾性層）４ｂを設け、さらにその外周面を厚さ５０μｍのＰＦＡチューブ（表層、離型層）４ｃで被覆して構成した。
【００６８】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００６９】
〈実施例１〉
本実施例では、上述したベルト定着方式の定着装置１０１において、定着ローラ２と定着ベルト３をそれぞれ下記の仕様のものとした。
【００７０】
▲１▼．定着ローラ２
外径３２ｍｍの芯金２ａ上に、耐熱性弾性層２ｂとして幅３２０ｍｍ、厚さ約４ｍｍ、熱伝導率０．２１Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴム層を被覆したものに、面方向の熱抵抗が少なくなるように、表面層２ｃとして、熱伝導率λｓ＝０．５Ｗ／ｍ・Ｋの高熱伝導性シリコーンゴム層（酸化マグネシウム分散シリコーンゴム）を厚さｄｓ＝２００μｍにコーティングした。
【００７１】
▲２▼．定着ベルト３
基層３ａとして、内径６０ｍｍ、厚さ５０μｍのポリイミドフィルム（熱伝導率０．３Ｗ／ｍ・Ｋ）を用い、弾性層３ｂとして熱伝導率λｂ＝０．２１Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さｄｓ＝２００μｍのシリコーンゴム層を用い、表層３ｃにはＰＦＡチューブ３０μｍを被覆したものを用いた。
【００７２】
上記において、
定着ローラ２の表面層２ｃの熱伝導率λｓ＝０．５Ｗ／ｍ・Ｋ
定着ローラ２の表面層２ｃの厚さｄｓ＝２００μｍ
定着ベルト３の弾性層３ｂの熱伝導率λｂ＝０．２１Ｗ／ｍ・Ｋ
定着ベルト３の弾性層３ｂの厚さｄｓ＝２００μｍ
の間には
λｓ×ｄｓ＞λｂ×ｄｂ
の関係が成り立っている。
【００７３】
このように構成されたときの定着ベルト３の温度上昇の測定についての実験を図２に示す加熱装置を用いて行った。このときの温度測定箇所について、図４を用いて説明する。ａは通紙部測定点、ｂは非通紙部測定点であり、各測定点での温度測定は熱電対を定着ベルト３にパッドで押し当てて行った。被加熱材である記録材の搬送基準は中央基準であり、通紙部測定点ａは定着ベルト３の長手中央部に設定し、非通紙部測定点ｂは、中央基準でＡ４サイズ紙を縦送りしたときに通紙領域に入らないように通紙中央部から右側１２７ｍｍのところに設定した。
【００７４】
実験は、加熱ローラ１で加熱される定着ベルト３の加熱部分の表面温度を１８０℃に制御して定着ベルト３を回転させた状態から、プロセススピード２００ｍｍ／ｓｅｃ、１分間の通紙枚数３０枚でＡ４サイズ紙（秤量１０５ｇ）を縦送りに連続通紙した場合の通紙部の定着ベルト温度を測定した。
【００７５】
図５からわかるように連続通紙約１００枚以降で非通紙部温度２１５℃で安定した。この結果を表１に示す。またこの時の立ち上げ時間も同様に表１に示す。実際には、加熱ローラ１の端部の断熱ブッシュやベアリングに用いるグリースの耐熱性が懸念されるので、非通紙部温度は２１０℃以下になるのが望ましい。
【００７６】
〈比較例１〉
次に実施例１において定着ローラ２として表面層である高熱伝導層２ｃを除いた定着ローラを用い、実施例１と同様に、定着ローラ２の非通紙部温度上昇の測定を行った。その結果について図６に示す。
【００７７】
図６からわかるように連続通紙枚数が約５０枚で定着ベルト３の非通紙部温度が２２０℃を越えてしまった。このとき、加熱ローラ１の端部の断熱ブッシュやベアリングに用いるグリースの耐熱性が懸念されるため、非通紙部温度２２５℃になった時点で測定を終了した。
【００７８】
実施例１と比較例１の結果からわかるように、実施例１においては定着ベルト３の内面に配した定着ローラ表面層である高熱伝導層２ｃが定着ベルト非通紙部に蓄積された熱をならす効果があるため、非通紙部の昇温を低減することが可能である。この結果と立ち上げ時間について表１に示す。
【００７９】
表１から、比較例１が９０秒であったのに対して、実施例１のベルト定着装置では１０８秒と立ち上げ時間が遅くなっている。これは定着ローラ表面層を高熱伝導層２ｃにしたため、定着ローラ表面層から内部へ熱が逃げてしまうために、立ち上げ時間が遅くなってしまったと考えられる。
【００８０】
〈比較例２〉
次に実施例１において定着ローラ２として、表面層である高熱伝導層２ｃを、酸化マグネシウム分散量を減らした熱伝導率λｓ＝０．３Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴム層で、厚さｄｓ＝１００μｍのコーティング層にしたものにし、実施例１と同様に、定着ローラ２の非通紙部温度の測定と立ち上げ時間の測定を行った。
【００８１】
比較例２では、比較例１よりは非通紙部昇温が良化したものの、連続通紙枚数が約１００枚で定着ベルト３の非通紙部温度が２２０℃を越えてしまった。また、立ち上げ時間は９４秒であった。この結果を表１に示す。
【００８２】
表１からもわかるように、定着ローラ表面層２ｃの熱伝導率及び厚さ、定着ベルト弾性層３ｂの熱伝導率及び厚さをそれぞれλｓ及びｄｓ、λｂ及びｄｂとすると
λｓ×ｄｓ＞λｂ×ｄｂ
の条件を満たすことで、定着ローラ表面層である高熱伝導層２ｃが定着ベルト３上の温度差を均すため非通紙部昇温を抑制できる。
【００８３】
〈実施例２〉
実施例１において用いた定着ベルト３の基層３ａの高熱伝導率化のために、基層３ａのポリイミドにフィラーとしてＢＮ（窒化ホウ素）２５ｖｏｌ％を添加し、熱伝導率を０．４２Ｗ／ｍ・Ｋまで向上させた同様の構成の定着ベルト３を用い、実施例１と同様の実験を行った。
【００８４】
連続通紙枚数１００枚以降で定着ベルト３の非通紙部の温度が２０６℃で安定し、加熱ローラ１端部の断熱ブッシュやベアリングに用いるグリースに影響が少ない非通紙部温度を２１０℃以下に抑えることができた。
【００８５】
これは、定着ベルト基層３ａの熱伝導率を０．４２Ｗ／ｍ・Ｋまで上げることで、定着ベルト３の弾性層３ｂの熱を効果的に定着ローラ２の表面層である高熱伝導層２ｃへ伝えることができるので、小サイズ紙を連続通紙したときに定着ローラ２の表面層である高熱伝導層２ｃがより効果的に軸方向の温度差を均すことができる。また、立ち上げ時間は１１０秒であった。この結果を表１に示す。
【００８６】
〈実施例３〉
表１の結果から、比較例１と比べ実施例１及び２では、立ち上げ時間が遅くなってしまった。これは定着ローラ２の表面層２ｃを高熱伝導層にしたため、定着ローラ２の表面層２ｃから内部へ熱が逃げてしまうために、立ち上げ時間が遅くなってしまったと考えられる。
【００８７】
そこで、定着ローラ２として芯金２ａ上にシリコーンゴムの代わりに幅３２０ｍｍ、厚さ約４ｍｍ、熱伝導率約０．０８Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴムスポンジ層を被覆し、その表面層２ｃに高熱伝導性のシリコーンゴムの代わりに膜厚約５μｍのアルミニウムの金属薄膜層を形成する以外は同様の定着ローラを用い実施例１と同様の実験を行った。
【００８８】
このように高熱伝導層２ｃに金属を使用する場合でも耐熱性弾性層２ｂをスポンジにし金属薄膜層を十分に薄膜にする事により、ローラの硬度に対する影響を少なくする事ができ十分なニップ幅を得る事ができる。
【００８９】
このとき、Ａｌの熱伝導率は約２００Ｗ／ｍ・Ｋなので、定着ローラ２の表面層２ｃの熱伝導率及び厚さ、定着ベルト３の弾性層３ｂの熱伝導率及び厚さをそれぞれλｓ及びｄｓ、λｂ及びｄｂとすると
λｓ×ｄｓ＞λｂ×ｄｂ
となり、本発明の条件を満足している。
【００９０】
上記構成の定着ローラ２を用いて実施例１で行った実験と同じ条件で定着ローラの非通紙部の温度上昇について同様に実験を行った結果連続通紙枚数１００枚以降で定着ベルト３の非通紙部の温度が２０８℃で安定し、非通紙部の温度上昇を低減することができた。この結果を表１に示す。また、実施例３の構成での立ち上げ時間を表１に示した。この結果から、実施例３の立ち上げ時間は９１秒であり、比較例１の立ち上げ時間９０秒とほぼ同等に改善された。実施例１の構成では、定着ローラ２の弾性層２ｂの熱伝導率λｇを定着ベルト３の弾性層３ｂの熱伝導率λｂが等しかったのに対して、実施例３の構成では、定着ローラ２の弾性層２ｂの熱伝導率λｇを定着ベルト３の弾性層３ｂの熱伝導率λｂより小さくすることで、定着ベルト３の立ち上げ時に定着ローラ内部に熱が奪われにくくなるためである。したがって、実施例３の構成により、立ち上げ時間を遅らせて、ユーザの使い勝手を悪化させずに、小サイズ紙の連続通紙による非通紙部の昇温をおさえ、定着ベルトの劣化などの問題を防ぐことができる。
【００９１】
【表１】

【００９２】
〈その他〉
１）本発明は、実施形態で説明した定着装置に限定されるものではなく、他の形態のベルト定着装置にも適用することができる。
【００９３】
２）可撓性の移動部材である定着ベルト３は、実施形態例の無端状の形態に限られず、ロール巻きにした長尺の有端部材にし、これを繰り出し軸側から巻取り軸側に走行移動させる装置構成にすることも出来る。
【００９４】
３）可撓性の移動部材である定着ベルト３の加熱構成は、実施形態例の加熱ローラ３以外の、任意の内部加熱手段あるいは外部加熱手段によるものにすることが出来る。また、例えば、定着ベルト３に電磁誘導発熱性層を具備させて、この定着ベルト３に交番磁界を作用させることでベルト自体を誘導発熱させる装置構成にすることもできる。
【００９５】
４）可撓性の移動部材である定着ベルト３の弾性バックアップ部材としての定着ローラ３は、定着ベルト３の裏面が密着して滑らかに摺動移動する非回転の固定部材にした装置構成にすることもできる。
【００９６】
５）回転弾性加圧部材としての加圧ローラ４は、回動ベルト体にした装置構成にすることもできる。
【００９７】
６）本発明の加熱装置は、実施形態例の定着装置としての使用に限られず、未定着画像を記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、あるいは定着画像を担持した記録材の表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置としても有効であることは勿論である。
【００９８】
また、像加熱装置の他にも、例えば紙幣のシワ除去用の熱プレス装置、熱ラミネート装置、紙の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状部材を加熱処理する加熱手段として用いても有効であることは勿論である。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、加熱ベルト方式の加熱装置について、立ち上げ時間が短く、非通紙部の温度上昇によるベルトの熱劣化を防止するとともに、小サイズの被加熱材のスループットの低下を抑えることができる加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の一例の概略構成図。
【図２】実施形態のベルト定着装置の構成を示す模式的断面図。
【図３】定着ベルトの層構成を示す模式的断面図。
【図４】定着ベルト温度測定の通紙部と非通紙部の測定点の説明図。
【図５】実施例１のベルト定着装置を用いたときの通紙枚数による通紙部と非通紙部の温度変化を示すグラフ。
【図６】比較例１のベルト定着装置を用いたときの通紙枚数による通紙部と非通紙部の温度変化を示すグラフ。
【図７】従来方式のベルト定着装置の構成を示す模式的断面図。
【符号の説明】
１加熱ローラ
２定着ローラ
２ｂ定着ローラ弾性層
２ｃ高熱伝導層（表面層）
３定着ベルト
３ａ基層
３ｂ定着ベルト弾性層
４加圧ローラ
１３記録材

Claims

加熱手段で加熱されて移動する可撓性のベルトと、上記ベルトを支持するバックアップ部材と、上記ベルトを間に挟み上記バックアップ部材と圧接ニップ部を形成する加圧部材を有し、上記圧接ニップ部の上記ベルトと上記加圧部材との間に被加熱材を導入して挟持搬送させて上記ベルトの熱で加熱する加熱装置において、
上記バックアップ部材が少なくとも弾性層と表面層を有し、上記ベルトが少なくとも弾性層と基層を有していて、上記バックアップ部材の表面層の熱伝導率をλｓ、厚さをｄｓ、上記ベルトの弾性層の熱伝導率をλｂ、厚さをｄｂ、としたとき、
λｓ×ｄｓ＞λｂ×ｄｂ
の条件を満足することを特徴とする加熱装置。
請求項１に記載の加熱装置において、上記ベルトの基層の熱伝導率が０．４２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする加熱装置。
請求項１または２に記載の加熱装置において、上記ベルトの弾性層の熱伝導率をλｂ、上記バックアップ部材の弾性層の熱伝導率をλｇとしたとき、
λｂ＞λｇ
の条件を満足することを特徴とする加熱装置。
請求項３に記載の加熱装置において、上記バックアップ部材の弾性層がスポンジ層であることを特徴とする加熱装置。
請求項１から４の何れかの加熱装置において、上記被加熱材は画像を担持した記録材であることを特徴とする加熱装置。
請求項１から４の何れかの加熱装置において、上記被加熱材は加熱定着すべき未定着画像を担持した記録材であることを特徴とする加熱装置。
定着ローラと、定着用熱源を有する加熱ローラと、該定着ローラと加熱ローラ間に張架された無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して設けられた加圧ローラを有し、画像を担持した記録材を上記定着ベルトと加圧ローラの間で挟持・搬送して定着を行う加熱装置において、
上記定着ローラが、少なくとも弾性層と表面層を有し、上記定着ベルトが少なくとも弾性層と基層を有していて、上記定着ローラ表面層の熱伝導率をλｓ、厚さをｄｓ、上記定着ベルト弾性層の熱伝導率をλｂ、厚さをｄｂ、としたとき、
λｓ×ｄｓ＞λｂ×ｄｂ
の条件を満足することを特徴とする加熱装置。
請求項７に記載の加熱装置において、上記定着ベルト基層の熱伝導率が０．４２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする加熱装置。
請求項７または８に記載の加熱装置において、上記定着ベルト弾性層の熱伝導率をλｂ、定着ローラ弾性層の熱伝導率をλｇとしたとき、
λｂ＞λｇ
の条件を満足することを特徴とする加熱装置。
請求項９に記載の加熱装置において、上記定着ローラの弾性層がスポンジ層であることを特徴とする加熱装置。
記録材に未定着画像を形成担持させる作像手段と、記録材上の未定着画像を加熱定着させる定着装置を有する画像形成装置において、上記定着装置が請求項１から１０の何れかに記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。