JP2016224253A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部加熱方式の定着装置において、複数の小サイズ記録材を連続的に定着処理すると非通紙部昇温が生じるという課題がある。【解決手段】 ローラと、第１のフィルムと、基板と前記基板の上に形成された発熱抵抗体とを有し前記第１のフィルムの内面に接触し前記ローラと共に前記第１のフィルムを介して圧接部を形成するヒータと、を有する加熱ユニットと、第２のフィルムと、前記第２のフィルムの内面に接触し前記ローラと共に前記第２のフィルムを介してニップ部を形成するニップ部形成部材と、を有する加圧ユニットと、を備え、前記ニップ部トナー像が形成された記録材を搬送しながら加熱して前記トナー像を記録材に定着する定着装置において、前記ニップ部形成部材は前記第２のフィルムよりも熱伝導率が高く、前記ローラの母線方向において前記熱伝導部材の端部は、前記発熱抵抗体の端部と同じ位置もしくは前記発熱抵抗体の端部よりも外側にある。【選択図】 図７

Description

本発明は、電子写真方式の複写機、プリンター等の画像形成装置に搭載される定着装置に関する。

電子写真方式の複写機、プリンター等に搭載される定着装置として、外部加熱方式の装置が知られている（特許文献１）。この定着装置は、ローラと、ローラに接触する加熱ユニットと、ローラに接触してニップ部を形成する加圧ユニットと、を備える。ニップ部でトナー像が形成された記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着する。

ローラを用いて定着処理するので、記録材の凹凸に追従しやすく高グロスの画像を形成できるというメリットやローラの外表面を加熱するのでウォームアップ時間が短いなどのメリットがある。

特開２０１４−０２１２１０

しかしながら、外部加熱方式の定着装置においても複数の小サイズ記録材を連続的に定着処理すると非通紙部昇温が生じるという課題がある。

上記課題を解決するための本発明の実施態様の一つは、ローラと、筒状の第１のフィルムと、基板と前記基板の上に形成された発熱抵抗体とを有し前記第１のフィルムの内面に接触し前記ローラと共に前記第１のフィルムを介して圧接部を形成するヒータと、を有する加熱ユニットと、筒状の第２のフィルムと、前記第２のフィルムの内面に接触し前記ローラと共に前記第２のフィルムを介してニップ部を形成するニップ部形成部材と、を有する加圧ユニットと、を備え、前記ニップ部トナー像が形成された記録材を搬送しながら加熱して前記トナー像を記録材に定着する定着装置において、前記ニップ部形成部材は前記第２のフィルムよりも熱伝導率が高く、前記ローラの母線方向において前記熱伝導部材の端部は、前記発熱抵抗体の端部と同じ位置もしくは前記発熱抵抗体の端部よりも外側にあることを特徴とする。

外部加熱方式の定着装置において、非通紙部昇温を抑制することができる。

実施例１に係る画像形成装置の概略構成を表す断面図。 実施例１に係る定着装置の概略構成を表す断面図。 実施例１に係る定着装置の長手方向の概略構成を表す模式図。 実施例１に係るヒータの概略構成を表す断面図。 実施例１に係るヒータと通電制御系とを表す説明図。 加圧ユニット５０端部の概略構成を表す模式図。 実施例１に係る定着装置の発熱抵抗体、定着ローラ、高熱伝導部の長手位置を表す模式図。 実験１における加熱フィルム、定着ローラ、加圧フィルムの表面温度の測定位置を表す模式図。 実験１の実験結果を表したグラフ。 実験１の装置３における定着ローラ、加圧フィルムの表面温度の長手プロファイルを表したグラフ。 実験１の装置５における定着ローラ、加圧フィルムの表面温度の長手プロファイルを表したグラフ。 実験２の実験結果のグラフ。 実験２における装置１の温度プロファイルを表したグラフ。 実施例２に係る定着装置の基板、発熱抵抗体、定着ローラ、芯金、高熱伝導部、側板の長手方向の位置を表す模式図。

〔実施例１〕
（１）画像形成装置
本実施例に係る画像形成装置について説明する。図１は本実施例にて用いた画像形成装置Ｐを示したもので、記録材Ｓの搬送経路３と、この搬送経路３に対して略鉛直方向へ略直線状に配列された４つの画像形成ステーション３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋと、を備えている。４つの画像形成ステーション３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋのうち、３Ｙはイエロー（以下Ｙと略記）色の画像を形成する画像形成ステーションである。３Ｍはマゼンタ（以下Ｍと略記）色の画像を形成する画像形成ステーションである。３Ｃはシアン（以下Ｃと略記）色の画像を形成する画像形成ステーションである。３Ｋはブラック（以下Ｋと略記）色の画像を形成する画像形成ステーションである。

各画像形成ステーション３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光体ドラムと記す）４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋと、帯電手段としての帯電ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋを有している。また、各画像形成ステーション３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは、露光手段としての露光装置６と、現像手段としての現像装置７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋと、クリーニング手段としてのクリーニング装置８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋを有している。ビデオコントローラ３０は、ホストコンピュータなどの外部装置（不図示）から画像情報を受信すると、制御手段３１にプリント信号を送信し、画像形成動作が開始する。画像形成に際し、画像形成ステーション３Ｙでは感光体ドラム４Ｙが矢印方向に回転される。まず感光体ドラム４Ｙの外周面（表面）は帯電ローラ５Ｙにより一様に帯電され、その感光体ドラム４Ｙ表面の帯電面に露光装置６により画像データに応じたレーザ光が照射されることによって露光され静電潜像が形成される。その潜像は現像装置７ＹによりＹトナーを用いて顕像化されＹトナー像となる。これにより、感光体ドラム４Ｙ表面にＹトナー像が形成される。画像形成ステーション３Ｍ、３Ｃ、３Ｋにおいても同様の画像形成プロセスが行なわれる。これにより、感光体ドラム４Ｍ表面にＭトナー像が、感光体ドラム４Ｃ表面にＣトナー像が、感光体ドラム４Ｋ表面にＫトナー像が、それぞれ形成される。

画像形成ステーション３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋの配列方向に沿って設けられているエンドレスの中間転写ベルト９は、駆動ローラ９ａと、従動ローラ９ｂと、従動ローラ９ｃとに張架されている。駆動ローラ９ａは、図１中矢印方向に回転する。これにより、中間転写ベルト９は、各画像形成ステーション３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに沿って１００ｍｍ／ｓｅｃのスピードで回転移動される。この中間転写ベルト９の外周面（表面）には、中間転写ベルト９を挟んで感光体ドラム４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋと対向配置されている一次転写手段１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにより、各色のトナー像が順次重ね転写される。これによって、中間転写ベルト９表面に４色のフルカラートナー像が形成される。

一次転写後に感光体ドラム４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋの表面に残った転写残トナーは、クリーニング装置８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋに設けられている不図示のクリーニングブレードにより除去される。これにより感光体ドラム４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは次の画像形成に備える。

一方、画像形成装置Ｐの下部に設けられた給送カセット１１に積載収納されている記録材Ｓは、給送ローラ１２によって給送カセット１１から一枚ずつ分離給送され、レジストローラ対１３に給送される。レジストローラ対１３は、給送された記録材Ｓを、中間転写ベルト９と二次転写ローラ１４との間の転写ニップ部に送り出す。二次転写ローラ１４は、中間転写ベルト９を挟んで従動ローラ９ｂと対向するように配置される。二次転写ローラ１４には、記録材Ｓが転写ニップ部を通過する際に不図示の高圧電源からバイアスが印加される。これにより転写ニップ部を通過する記録材Ｓに中間転写ベルト９の表面からフルカラーのトナー像が二次転写される。そのトナーを担持した記録材Ｓは定着装置Ｆ１に搬送される。その記録材Ｓは、定着装置Ｆ１において加熱及び加圧され、そのトナー像が記録材Ｓ上に加熱定着される。そしてその記録材Ｓは、定着装置Ｆ１から画像形成装置（プリンター）Ｐの外部の排出トレイ１５へ排出される。

二次転写後に中間転写ベルト９表面に残った転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置１６により除去される。これにより中間転写ベルト９は次の画像形成に備える。

（２）定着装置
定着装置について説明する。以下の説明において、定着装置及びこれを構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。また、短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。幅とは短手方向の寸法である。記録材に関し、長手幅とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向の寸法である。図２は本実施例に係る定着装置Ｆ１の断面構成を模式的に表す図である。図３は本実施例に係る定着装置Ｆ１の長手概略構成を模式的に表す図である。図４は本実施例に係る定着装置Ｆ１に用いられるセラミックヒータ１５の概略構成を模式的に表す断面図である。図５はセラミックヒータ１５と通電制御系とを表す説明図である。 本実施例に示す定着装置Ｆ１は、外部加熱方式の定着装置である。定着装置Ｆ１は、定着ローラ３０と、加熱ユニット１０と、バックアップ部材としての加圧ユニット５０と、を有している。定着ローラ３０は、鉄、ＳＵＳ、アルミニウム等の金属材料で形成された芯金３０Ａを有している。そしてこの芯金３０Ａの外側にシリコーンゴムなどを主成分とする弾性層３０Ｂが形成され、この弾性層３０Ｂの外側にＰＴＦＥ、ＰＦＡ又はＦＥＰなどを主成分とする離型層３０Ｃが形成されている。

本実施例の定着ローラ３０の弾性層３０Ｂは、複層構成となっており、芯金３０Ａの外側に、熱伝導率が低い断熱弾性層３０Ｄ（第１の弾性層）が形成される。その断熱弾性層３０Ｄの外側に、少なくとも１層の、断熱弾性層３０Ｄよりも熱伝導率が高い高熱伝導弾性層３０Ｅ（第２の弾性層）が形成されている。

高熱伝導弾性層３０Ｅは、以下の方法により形成される。例えば、シリコーンゴム、あるいはフッ素ゴムなどに、粉末状の高熱伝導フィラーを１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％混入させた層を断熱弾性層３０Ｄの上に形成し、高熱伝導のソリッドゴム層とする。粉末状の高熱伝導フィラーは、熱伝導率が少なくとも１０．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料から成るものである。たとえば、ＡｌＮ、グラファイト、アルミナ等の金属酸化物、カーボンナノチューブ、ダイアモンド、アルミ、チタン合金、銅合金等の金属、チッ化ホウ素、チッ化珪素、結晶性シリカ等の粉末状のフィラーである。尚、高熱伝導性を得られるものであれば、フィラーの材料の種類は問わず、また、フ
ィラーの形状はどのような形状のものであっても良い。

断熱弾性層３０Ｄは、以下の方法により形成される。例えば、シリコーンゴムなどに、マイクロバルーンなどの中空フィラーなどを配合したバルーンゴム層、または、吸水性ポリマーが含有されたシリコーンゴム層、シリコーンゴムを水素発泡させたスポンジゴム層とする。熱容量、熱伝導性が低ければソリッドゴム層でも良い。断熱弾性層３０Ｄの体積熱容量は、高熱伝導層３０Ｅ以下が望ましい。

この定着ローラ３０は、芯金３０Ａの長手方向の両端部が装置フレーム（不図示）の長手方向の両側の側板７１に軸受７２を介して回転可能に支持されている。側板７１は、鉄などの高剛性の材料からなる板材である。

加圧ユニット５０は、加圧回転体としての筒状の加圧フィルム（第２のフィルム）５１と、加圧フィルム５１を介して定着ローラ３０と共にニップ部を形成するニップ部形成部材５３、を有する。加熱ユニット５０は、更にニップ部形成部材５３を支持する支持部材としての加圧フィルムガイド５２を有している。加圧フィルムガイド５２は、所定の耐熱性材料を用いて横断面が略凹字形状になるように形成されている。そして加圧フィルムガイド５２の長手方向の両端部が装置フレームの長手方向の両側の側板７１に支持されている。そして、この加圧フィルムガイド５２及びニップ部形成部材５３に加圧フィルム５１をルーズに外嵌させている。加圧フィルム５１と、加圧フィルムガイド５２、ニップ部形成部材５３は、何れも長手方向に長い部材である。加圧フィルム５１は、加圧フィルム５１の内周長が加圧フィルムガイド５２の外周長より所定長くなるように形成され、加圧フィルムガイド５２に無張力にてルーズに外嵌されている。加圧フィルム５１の層構成として、ポリイミドを主成分とする無端帯状のフィルム基層の外周面を、ＰＦＡを主成分とする無端帯状の表面層により被覆するという二層構造が採用されている。この加圧ユニット５０は定着ローラ３０の図２における下方で定着ローラ３０と並列に配置されている。図６は、加圧フィルムガイド５２の端部の模式図である。

加圧フィルムガイド５２の端部に設けられた溝部で、側板７１に挟持され、定着ローラ方向へ平行移動可能に支持される。加圧フィルムガイド５２の長手方向の両端部を加圧バネ（不図示）によって定着ローラ３０の母線方向と直交する方向へ付勢する。そして、加圧フィルムガイド５２に支持されたニップ部形成部材５３で加圧フィルム５１を定着ローラ３０表面に接触させる。これにより定着ローラ３０の弾性層３０Ｂがニップ部形成部材５３と対応する位置で潰れて弾性変形し、定着ローラ３０表面と加圧フィルム５１の外周面（表面）とで所定幅の定着ニップ部Ｎ１が形成される。このようにして、定着ローラ３０は加圧フィルム５１と共に定着ニップ部Ｎ１を形成する。

加熱ユニット１０は、加熱源としてのセラミックヒータ（以下、ヒータと記す）１５と、加熱部材としての筒状の加熱フィルム（第１のフィルム）１６と、加熱フィルムガイド１９と、を有している。加熱フィルムガイド１９は、所定の耐熱性材料を用いて横断面略凹字形状に形成されている。そして加熱フィルムガイド１９の長手方向の両端部が装置フレームの長手方向両側の支持部材としての側板７１に支持されている。加熱フィルムガイド１９の側板７１による支持方法は、加圧フィルムガイド５２と同様である。ヒータ１５は加熱フィルムガイド１９の長手方向に沿って加熱フィルムガイド１９に支持され、ヒータ１５を支持させた加熱フィルムガイド１９に加熱フィルム１６をルーズに外嵌させている。ヒータ１５と、加熱フィルム１６と、加熱フィルムガイド１９は、何れも長手方向に長い部材である。

ヒータ１５は、アルミナ、窒化アルミ等のセラミックを主成分とする薄板状の基板１５Ａを有している。この基板１５Ａの加熱フィルム１６側の基板面には、銀、パラジウム等を主成分とした発熱抵抗体１５Ｂが基板１５Ａの長手方向に沿って設けられている。また、この基板面には、ガラス又はフッ素樹脂、ポリイミド等の耐熱樹脂を主成分とする保護層１５Ｃが発熱抵抗体１５Ｂを覆うように設けられている。

加熱フィルム１６は、加熱フィルム１６の内周長が加熱フィルムガイド１９の外周長より所定長だけ長くなるように形成され、加熱フィルムガイド１９に無張力にてルーズに外嵌されている。加熱フィルム１６の層構成として、ポリイミドを主成分とする無端帯状のフィルム基層の外周面を、ＰＦＡを主成分とする無端帯状の表面層により被覆するという二層構造が採用されている。この加熱ユニット１０は定着ローラ３０の図２における上方で定着ローラ３０と並列に配置されている。

加熱フィルムガイド１９の長手方向の両端部を加圧バネ（不図示）によって定着ローラ３０の母線方向と直交する方向へ付勢する。そして、ヒータ１５の保護層１５Ｃと加熱フィルムガイド１９の外表面で加熱フィルム１６を定着ローラ３０の外周面に接触させる。これにより定着ローラ３０の弾性層３０Ｂがヒータ１５の保護層１５Ｃの外表面と対応する位置で潰れて弾性変形し、定着ローラ３０の表面と加熱フィルム１６の外周面（表面）とで所定幅の加熱ニップ部Ｎ２（圧接部）が形成される。このようにして、定着ローラ３０は加熱フィルムガイド１９およびヒータ１５と共に加熱フィルム１６を介して加熱ニップ部Ｎ２を形成する。

図２及び図５を参照して、定着装置Ｆ１の加熱定着動作を説明する。制御部としてのＣＣＰＵ２３は、プリント指令に応じて実行される画像形成シーケンスに従い駆動源としての駆動モータ（不図示）を回転駆動する。この駆動モータの出力軸の回転は所定のギア列（不図示）を介して定着ローラ３０の芯金３０Ａに伝達される。これにより定着ローラ３０は矢印方向へ所定の周速度（プロセススピード）で回転する。定着ローラ３０の回転駆動は、定着ニップ部Ｎ１において定着ローラ３０表面と加圧フィルム５１表面との間に生じる摩擦力によって加圧フィルム５１に伝達される。これにより加圧フィルム５１は加圧フィルム５１の内周面（内面）が加圧フィルムホルダ５２に接触しながら定着ローラ３０の回転に追従して矢印方向へ回転する。また、定着ローラ３０の回転駆動は加熱ニップ部Ｎ２において定着ローラ３０表面と加熱フィルム１６表面との間に生じる摩擦力によって加熱フィルム１６に伝達される。これにより加熱フィルム１６は加熱フィルム１６の内周面（内面）がヒータ１５の保護層１５Ｃの外表面と接触しながら定着ローラ３０の回転に追従して矢印方向へ回転する。また、ＣＰＵ２３は、画像形成シーケンスに従い通電制御部としてのトライアック２０をオンする。トライアック２０はＡＣ電源２１から印加される電力を制御しヒータ１５の発熱抵抗体１５Ｂへの通電を開始する。この通電により発熱抵抗体１５Ｂが発熱してヒータ１５は急速に昇温し加熱フィルム１６を加熱する。ヒータ１５の温度は基板１５Ａの加熱フィルムガイド１９側の基板面に設けられた温度検知部材としてのサーミスタ１８により検知される。ＣＰＵ２３は、サーミスタ１８からの出力信号（温度検知信号）をＡ／Ｄ変換回路２２を介して取り込み、この出力信号に基づいてヒータ１５を所定の定着温度（目標温度）に維持するようにトライアック２０を制御する。これによりヒータ１５は所定の温度に温調される。

回転動作している定着ローラ３０表面は、加熱ニップ部Ｎ２でヒータ１５上の発熱抵抗体１５Ｂにより加熱フィルム１６を介して加熱される。これにより定着ローラ３０表面には記録材Ｓが担持する未定着のトナー像Ｔを定着ニップ部Ｎ１で加熱定着するために必要十分な熱量が与えられる。駆動モータを回転駆動し、かつヒータ１５を温調している状態において、未定着のトナー像Ｔを担持した記録材Ｓがトナー像担持面を上向きにして定着ニップ部Ｎ１に導入される。この記録材Ｓは定着ニップ部Ｎ１で定着ローラ３０表面と加圧フィルム５１表面とにより挟持されその状態に搬送（挟持搬送）される。この搬送過程においてトナー像Ｔが定着ローラ３０表面で加熱されて溶融すると共にこの溶融したトナー像Ｔに定着ニップ部Ｎ１によるニップ圧が印加され、これによりトナー像Ｔは記録材Ｓの面上に加熱定着される。

図７は、本実施例に係る定着装置Ｆ１の発熱抵抗体１５Ｂ、定着ローラ３０、ニップ部形成部材５３に設けられた高熱伝導部５３Ａの長手寸法を模式的に表す図である。本実施例では、ニップ部形成部材５３は、ヒータ１５及び定着部材３０（弾性層３０Ｂ）よりも熱伝導率が高い高熱伝導部５３Ａを備える。そして、高熱伝導部５３Ａの長手方向の長さは、発熱抵抗体１５Ｂの長さよりも長い。つまり、高熱伝導部５３Ａの長手方向の端部は、発熱抵抗体１５Ｂの端部よりも外側にある。高熱伝導部５３Ａは、例えば、アルミニウム、銅などの金属や、アルミナ、窒化アルミニウムなどのセラミック部材、グラファイトなどの炭素系材料、カーボンファイバーなど高熱伝導フィラーを配合したモールド部品などを主材料としている。また、本実施例は、長手方向において、高熱伝導部５３Ａの端部は、定着ローラ３０の弾性層３０Ｂの端部よりも外側にある。更に、長手方向に関し発熱抵抗体１５Ｂの端部は、定着ローラ３０の弾性層３０Ｂの端部よりも内側にある。更に、発熱抵抗体１５Ｂは、定着ニップ部Ｎ１で搬送可能な最大サイズの記録材Ｓ（以後、最大サイズ記録材と呼ぶ）のトナー印字可能領域（画像形成領域）のよりも広くなるよう構成されるのが望ましい。定着ローラ３０の長手幅は、発熱抵抗体１５Ｂよりも広くなるように構成されるのが望ましい。

尚、ニップ部形成部材５３は、高熱伝導な材料のみで構成し、全体を高熱伝導部５３Ａとしても良いし、高熱伝導部５３Ａと熱伝導率が低い他の部材と組み合わせて構成しても良い。また、高熱伝導部５３Ａの長手方向の端部は、発熱抵抗体１５Ｂの端部と同じ位置であっても良い。

本実施例における定着装置Ｆ１は、最大サイズ記録材での記録材端部の定着性の悪化を抑制しつつ小サイズ記録材の連続通紙における非通紙部昇温を抑制する事ができる。この非通紙部昇温について説明する。小サイズ記録材が定着装置Ｆ１に通紙された場合、定着装置Ｆ１の長手方向の領域は、記録材Ｓが通過する通紙部と、記録材Ｓが通過しまい非通紙部と、の２つに分けられる。非通紙部では、発熱抵抗体１５Ｂから定着ローラ３０表面に伝えられた熱が、記録材Ｓに与えられず、余った熱は加圧フィルム５１と、定着ローラ３０表面の温度を上昇させる。各部材の通紙部と非通紙部の温度差は、記録材Ｓが通紙される定着ニップＮ１に直接接する定着ローラ３０や加圧ユニット５０で最も大きくなる。本実施例の定着装置Ｆ１は、最も温度差が生じる加圧ユニット５０内の定着ニップＮ１近傍に、高熱伝導部５３Ａを備える。この高熱伝導部５３Ａによって、定着ニップＮ１近傍の長手方向の熱伝導を向上させる。更に、本実施例においては、長手方向に関し高熱伝導部５３Ａの長さを発熱抵抗体１５Ｂのよりも長くしている。この構成によって、非通紙部に伝熱された熱は高熱伝導部５３Ａ介して通紙部に伝わり、その熱が加圧フィルム５１を介して記録材Ｓの裏面に伝わりトナー像を加熱するために有効利用される。

（実験１）
本実施例における画像形成装置および定着装置Ｆ１で、非通紙部昇温に対する効果を確認する実験を行った。ニップ部形成部材５３の高熱伝導部５３Ａの長手方向の幅を２１６ｍｍから２３２ｍｍまで、４ｍｍ間隔で変えた装置１から装置５を用意し、実験１に使用した。ニップ部形成部材５３の中央部に、高熱伝導部５３Ａを備え、両端部には、低熱伝導部５３Ｂを継ぎ足して、長手方向の長さが合計２３２ｍｍであるニップ部形成部材５３と、長手方向の全域（２３２ｍｍ）が高熱伝導部５３Ａであるニップ部形成部材と、を用いている。ニップ部形成部材５３の厚みは１．０ｍｍ、短手幅９．０ｍｍである。高熱伝導部５３Ａは、アルミニウムＡ１０００製で、熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫである。低熱伝導部５３Ｂは、ＰＰＳ樹脂製で、熱伝導率０．２Ｗ／ｍＫである。定着ローラ３０は、断熱弾性層３０Ｄの熱伝導率０．１５Ｗ／ｍＫ、高熱伝導弾性層３０Ｅの熱伝導率１．５Ｗ／ｍＫ、外径φ２０ｍｍ、長手幅は２２６ｍｍである。ヒータ１５は、基板１５Ａがアルミナ製で、熱伝導率２５Ｗ／ｍＫ、短手幅７．０ｍｍ、厚み１．０ｍｍである。発熱抵抗体１５Ｂの長さを２２４ｍｍとした。発熱抵抗体１５Ｂ、定着ローラ３０、高熱伝導部５３Ａは記録材Ｓの搬送基準に対して左右で対称形状になるように構成されている。実験を行った定着装置Ｆ１の各部材の長手幅を、表１に示す。

ヒータ１５と、ニップ部形成部材５３の熱伝導率は、レーザーフラッシュ法熱物性測定装置ＬＦＡ−５０２（京都電子工業製）により熱拡散率と比熱を測定し、電子天秤精密比重計（アズワン）で密度を測定し、熱拡散率と比熱と比重より計算した。定着ローラの熱伝導率は、ＱＴＭ−５００（京都電子工業株式会社）を用いた。実験に用いた画像形成装置のプロセススピードは１００ｍｍ／ｓで、先行する記録材Ｓと次の記録材Ｓの間隔（紙間）は３０ｍｍである。ヒータ１５の温調温度は２００℃である。実験には、一般的なＬＢＰ印刷用紙、坪量８０ｇ／ｍ^２、Ａ４（幅２１０ｍｍ縦２９７ｍｍ）サイズ紙を用いた。ＬＢＰ印刷用紙にＥ文字を印字率５％で形成した画像で、１００毎連続でプリントを行い、１００枚目プリント直後の加熱フィルム１６、定着ローラ３０、加圧フィルム５１の表面温度をサーモビューアで確認した。

図８は、加熱フィルム１６、定着ローラ３０、加圧フィルム５１の表面温度の測定位置を表した模式図である。加熱フィルム１６、定着ローラ３０、加圧フィルム５１の表面温度として、図７におけるＸｈ、Ｘｆ、Ｘｐ軸上の温度を測定した。実験結果をまとめたグラフを図９に示す。縦軸は、非通紙部での定着ローラ３０表面温度で、Ｘｆ軸上で測定した温度の中での最高温度である。横軸は、高熱伝導部５３Ａの長手幅である。

高熱伝導部５３Ａの長手方向の長さが、発熱抵抗体１５Ｂの長さ（２２４ｍｍ）よりも長い装置１〜３の結果と比較して、発熱抵抗体１５Ｂの長さよりも短い装置４、５の結果は、非通紙部の定着ローラ３０表面の最高温度が高くなった。シリコーンゴムを主成分とする定着ローラ３０の弾性層３０Ｂの連続使用可能温度は２３０℃である。この温度を超えると、シリコーンゴムが劣化する可能性がある。比較例の装置４、５では、非通紙部の定着ローラ３０表面の温度が２３０℃を超えた。

装置３における、１００枚目プリント直後の定着ローラ３０、加圧フィルム５１の表面温度の長手プロファイルを図１０に示す。縦軸は、定着ローラ３０、加圧フィルム５１の表面温度である。横軸は、定着ローラ３０、加圧フィルム５１の長手方向の位置である。非通紙部では、加圧フィルム５１と、定着ローラ３０表面の温度が高い。発熱抵抗体１５Ｂから定着ローラ３０表面に伝えられた熱が、記録材Ｓに与えられないためである。装置３では、加圧フィルム５１の表面温度の高い領域が、記録材Ｓの非通紙部から通紙部にわたって広がっている。発熱抵抗体１５Ｂから定着ローラ３０の非通紙部に伝えられた熱が、加圧フィルム５１内部にあるニップ部形成部材５３の高熱伝導部５３Ａに吸収され、高熱伝導部材５３Ａの高い熱伝導によって通紙部まで拡散していることがわかる。この効果で、非通紙部の定着ローラ３０の温度は、装置４、５に比べて低くなっている。

次に、装置５における、１００枚目プリント直後の定着ローラ３０、加圧フィルム５１の表面温度の長手プロファイルを図１１に示す。縦軸は、定着ローラ３０、加圧フィルム５１の表面温度である。横軸は、定着ローラ３０、加圧フィルム５１の長手方向の位置である。

装置５は、非通紙部で、高熱伝導部５３Ａが無い領域での定着ローラ３０と加圧フィルム５１の表面温度が高くなり、定着ローラ３０の表面温度が連続で使用できる上限温度２３０℃を超えた。発熱抵抗体１５Ｂの長さが高熱伝導部５３Ａよりも長いため、発熱抵抗体１５Ｂから定着ローラ３０の非通紙部に伝えられた熱の一部が、高熱伝導部５３Ａに吸収されないためである。

（実験２）
加熱ユニット１０、加圧ユニット５０、定着ローラ３０は、装置フレームの側板７１へ支持されている。各部材端部から側板７１へ熱が逃げる為、各部材端部の温度は、中央部に比べて低下しやすい。加圧ユニット５０内に高熱伝導部材５３Ａを設けることによる定着装置の長手方向の端部における定着性へ影響を確認した。実験１と同様の画像形成装置で、定着装置の長手方向の端部の定着性を確認した。装置１〜３は、実施例としての画像形成装置である。装置４、５は、比較例としての画像形成装置である。実験には、一般的なＬＢＰ印刷用紙、坪量７５ｇ／ｍ^２、ＬＴＲ（幅２１６ｍｍ縦２７９ｍｍ）サイズ紙を用いた。定着性の評価画像は、マゼンタトナー印字量５０％のハーフトーン全面画像を記録材端部からの余白設定を５ｍｍで形成した。トナー画像域の幅は２０６ｍｍである。定着装置の長手方向の端部の定着性が悪化しやすい条件として、１０枚連続でプリントし、定着装置が暖まった後に、５分間待機した後、１枚プリントした画像で評価した。プリント後、待機し、再度プリントする間欠プリント時に、定着装置の長手方向の端部の温度が低下しやすく、定着性が不足しやすい。定着装置Ｆ１が加熱定着動作を行い、待機状態に入ると、加熱定着動作時に温度が上昇した各部材の温度が低下し始める。その際、長手方向に関し各部材の端部の方が中央部よりも温度が下がりやすいため、各部材の中央部と端部との間で温度差が生じる。この温度差が大きい状態でプリントを行うと、定着装置中央部に比べて、端部の定着性が低下する。

プリントしたハーフトーン画像の濃度を、Ｘｒｉｔｅ（Ｘｒｉｔｅ社５００ ｓｅｒｉｅｓ）で測定し、３００ｇの荷重をかけたシルボン紙で５往復して擦り、擦る前と擦った後の濃度の低下率を測定する試験を行った。評価位置は、記録材の先端より１５０ｍｍの位置で、記録材左端部より１０ｍｍ内側の位置と、記録材右端部より１０ｍｍ内側の位置の値の平均値である。

定着性能が低いと、濃度低下率が高くなり、ユーザーがプリント画像を指で触ったり、プリント紙を束ねたりする際に、画像欠損につながる可能性がある。目標は２５％以下である。実験２の実験結果のグラフを図１２に示す。グラフの縦軸は、濃度低下率である。横軸は、横軸は、高熱伝導部５３Ａの長手方向の幅である。記録材の中央部に比べて、記録材の端部の濃度低下率は高くなった。

ニップ部形成部材５３の高熱伝導部５３Ａの長手方向の長さが長い方が、記録材の端部の濃度低下率は若干高くなった。ただし、高熱伝導部５３Ａの長手方向の長さの濃度低下率への影響は小さく、装置１〜５で目標の濃度低下率を満足する事ができた。装置１で、定着装置Ｆ１に、定着性評価用の記録材Ｓが通紙される直前の加熱フィルム１６、定着ローラ３０、加圧フィルム５１の表面温度をサーモビューアで観察した。

実験２における装置１の温度プロファイルを図１３に示す。縦軸は、加熱フィルム１６、定着ローラ３０、加圧フィルム５１の表面温度である。横軸は、加熱フィルム１６、定着ローラ３０、加圧フィルム５１の長手方向位置である。

各部材の表面温度は、長手方向における中央部よりも端部の方が下がっている。中央部と、端部と、表面温度の差は、加圧フィルム５１、定着ローラ３０に比べて、加熱フィルム１６が大きい。加熱ユニット１０及び内部のヒータ１５、定着ローラ３０、加圧ユニット５０及び内部のニップ部形成部材５３は、長手方向端部で側板７１に支持されている。実験２における５分間待機時に、各部材端部から側板７１など周辺部品へ熱が逃げ、各部材端部の温度が低下する。加熱フィルム１６の長手端部の温度が最も低下していることから、加熱ユニット１０から、側板７１へ最も熱が逃げている事がわかる。

物体間の伝熱量は、熱伝導率と温度差に比例する。加熱ユニット１０内の発熱抵抗体１５Ｂを備えたヒータ１５が、最も高い温度となる部材であるため、ヒータ１５および加熱ユニット１０から側板７１に対して最も多くの熱が逃げている。ヒータ１５よりも、高熱伝導部材５３Ａが長手方向の熱伝導率が高いが、高熱伝導部材５３Ａの温度は低い為、側板７１へ逃げていく熱量は少ない。高熱伝導部材５３Ａの長手方向の幅を広くする事で側板７１へ熱が逃げやすくなるが、影響は小さい。

本実験により、本実施例の定着装置Ｆ１は、最大サイズ記録材での記録材の端部の定着性を悪化させる事なく、小サイズ記録材の連続通紙における非通紙部昇温を良化させる事ができることがわかった。

以上、説明したように、本実施例における定着装置Ｆ１は、最大サイズ記録材での記録材端部の定着性の悪化を抑制しつつ、小サイズ記録材の連続通紙における非通紙部昇温を良化させる事ができる。

〔実施例２〕
（１）本実施の形態の詳細説明
本実施例が適用される画像形成装置の基本構成は、実施例１のものと同じであるため、実施例１のものと同一もしくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付し、詳しい説明は省略する。

（実施例２の課題）
定着装置Ｆ１の長手方向の端部は中央部よりも装置の外部に近く放熱量が多いので温度が低下しやすく記録材の端部における定着性が悪化する場合がある。長手方向に関し記録材の搬送基準又は発熱抵抗体１５Ｂの中央に対して、定着装置Ｆ１の側板７１などの位置が非対称であると、端部における熱の逃げる量も両端部で異なる。一方の端部の定着性が他方の端部よりも悪化しやすくなり、定着不良や光沢ムラが発生する場合がある。尚、ここで言う記録材の搬送基準は、記録材を装置で搬送するときに記録材の幅方向の中央を合わせる基準位置である。

記録材Ｓは、定着装置Ｆ１の長手方向の中央を搬送基準に設定することが望ましく、ヒータ１５の発熱抵抗体１５Ｂも、定着装置Ｆ１の長手方向における発熱領域の中央に対して対称に設けることが望ましい。しかしながら、それは装置のレイアウトの制約から難しい場合がある。

図１４は、本実施例の定着装置Ｆ１の各部材の長手位置を説明する概略模式図である。

ただし、加熱フィルムガイド１９、加圧フィルムガイド５２、定着ローラ軸受７１などは省略している。本実施例の定着装置Ｆ１においては、加熱ユニット１０、加圧ユニット５０、定着ローラ３０は、装置フレームの側板７１（支持部）において支持されている。

本実施例の定着装置Ｆ１は、ヒータ１５及び定着部材３０よりも熱伝導率が高い高熱伝導部５３Ａが設けられたニップ部形成部材５３を用いる。また、搬送基準から加圧ユニット１０の長手方向の一端の支持部（第１の支持部）である側板７１までの距離が、搬送基準から加圧ユニット１０の他端の支持部（第２の支持部）である側板７１までの距離よりも長い定着装置である。高熱伝導部５３は、搬送基準から側板７１までの距離が長い側の方が短い側よりも搬送基準から熱伝導部５３Ａの端部までの長さが長い。つまり、高熱伝導部５３Ａは、搬送基準に対して左右で非対称な形状である。

また、本実施例の定着装置Ｆ１において、ヒータ１５も、長手方向に関し搬送基準に対して左右で非対称な形状である。ヒータ１５は、長手方向において、搬送基準から側板７１までの距離が長い側の方が短い側よりも、搬送基準からヒータ１５の端部までの長さが長い構成である。

また、本実施例の定着装置Ｆ１において、定着ローラ３０は、芯金３０Ａの長手方向の両端部が側板７１に軸受７２を介して、支持されている。芯金３０Ａの一端に駆動源（非図示）からの駆動を定着ローラ３０に伝達するための駆動部材（非図示）が設けられる。芯金３０Ａは、長手方向において、搬送基準から端部までの長さが左右で異なる。長手方向に関し搬送基準から側板７１までの距離が長い側の方が短い側よりも、搬送基準から芯金３０Ａの端部までの長さが長い構成である。一般的に、物体間の熱伝導は、温度差と熱伝導率に比例し、距離に反比例する。加圧ユニット１０を含む各定着部材を両端部で支持する側板７１と、記録材の端部までの距離が左右で異なる定着装置Ｆ１においては、定着装置Ｆ１の端部における加圧ユニット１０から側板７１への逃げる熱量が異なる。よって、記録材Ｓの端部における定着性に左右差が生じる場合がある。

本実施例の定着装置Ｆ１は、搬送基準から側板７１までの距離が長い側の方が短い側よりも、搬送基準から高熱伝導部材５３Ａの端部までの長さが長い構成である。つまり、本実施例は、搬送基準から側板７１（第１の支持部）までの距離が搬送基準から側板７１（第２の支持部）までの距離よりも長い。更に、搬送基準から高熱伝導部５３Ａ（ニップ部形成部材５３）の側板７１（第１の支持部）に近い側の端部までの距離は、搬送基準から高熱伝導部５３Ａ（ニップ部形成部材）の側板７１（第２の支持部）に近い側の端部までの距離よりも長い。長手方向に関し高熱伝導部５３Ａの端部から側板７１までの距離が長い場合、記録材Ｓの端部から側板７１までのルートの平均的な熱伝導率が高くなる。従って、加圧ユニット５０から側板７１へ伝わる熱量が増える。長手方向に関し記録材の端部から側板７１までの距離が長く、記録材の熱が側板７１に伝わりにくい側の高熱伝導部５３Ａを延長することで、加圧ユニット５０から側板７１へ伝わる熱量を左右で均等に近づけることができる。

（実験３）
本実施例にて用いた画像形成装置および定着装置Ｆ１で、定着装置の長手方向の端部の定着性を確認した。実験を行った定着装置Ｆ１の各部材の長手方向の記録材Ｓの搬送基準からの距離を、表２に示す。

実験３に用いたニップ部形成部材５３の高熱伝導部５３ＡはアルミニウムＡ１０００製で形成され、熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ、厚み１．０ｍｍ、短手方向の幅９．０ｍｍである。定着ローラ３０は、断熱弾性層３０Ｄの熱伝導率０．１５Ｗ／ｍＫ、高熱伝導弾性層３０Ｅの熱伝導率１．５Ｗ／ｍＫ、外径φ２０ｍｍである。ヒータ１５は基板１５Ａがアルミナ製で、熱伝導率２５Ｗ／ｍＫ、短手幅７．０ｍｍ、厚み１．０ｍｍである。

実験に用いた画像形成装置のプロセススピードは１００ｍｍ／ｓで、先行する記録材Ｓと次の記録材Ｓの間隔（紙間）は３０ｍｍである。ヒータ１５の温調温度は２００℃である。実験には、一般的なＬＢＰ印刷用紙、坪量７５ｇ／ｍ^２、ＬＴＲ（幅２１６ｍｍ縦２７９ｍｍ）サイズ紙を用いた。定着性の評価画像は、マゼンタトナー印字量５０％のハーフトーン全面画像を記録材端部からの余白設定を５ｍｍで形成した。トナー画像域の幅は２０６ｍｍである。画像の長手方向の端部の定着性が悪化しやすい条件として、１０枚連続でプリントし、定着装置が暖まった後に、５分間待機した後、１枚プリントした画像で評価した。プリントしたハーフトーン画像の濃度を、Ｘｒｉｔｅ（Ｘｒｉｔｅ社５００ ｓｅｒｉｅｓ）で測定し、３００ｇの荷重をかけたシルボン紙で５往復して擦り、擦る前と擦った後の濃度の低下率を測定する実験を行った。評価位置は、記録材の搬送方向において記録材の搬送方向の先端より１５０ｍｍの位置で、記録材の搬送方向に直交する方向において記録材の駆動側、非駆動側の端部から１０ｍｍの位置である。実験結果は、記録材の非駆動側の端部が１４．４％で、駆動側の端部が１４．８％であり、記録材の両端部の定着性を同等にする事ができた。

以上、本実施例によると、本実施例の定着装置は、加圧ユニット５０の左右の端部から加熱ユニットの支持部へ伝わる熱量を均等に近づけることで、記録材の端部における定着性の悪化を抑制することができる。

Claims (8)

1. ローラと、
   筒状の第１のフィルムと、基板と前記基板の上に形成された発熱抵抗体とを有し前記第１のフィルムの内面に接触し前記ローラと共に前記第１のフィルムを介して圧接部を形成するヒータと、を有する加熱ユニットと、
   筒状の第２のフィルムと、前記第２のフィルムの内面に接触し前記ローラと共に前記第２のフィルムを介してニップ部を形成するニップ部形成部材と、を有する加圧ユニットと、
   を備え、前記ニップ部でトナー像が形成された記録材を搬送しながら加熱して前記トナー像を記録材に定着する定着装置において、
   前記ニップ部形成部材は前記第２のフィルムよりも熱伝導率が高く、前記ローラの母線方向において前記熱伝導部材の端部は、前記発熱抵抗体の端部と同じ位置もしくは前記発熱抵抗体の端部よりも外側にあることを特徴とする定着装置。
2. 前記ニップ部形成部材の熱伝導率は、前記基板の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記第２のフィルムは樹脂で形成され、前記ニップ部形成部材は、金属で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記ローラは、芯金と、前記芯金の外側に形成された弾性層と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記母線方向において、前記ニップ部形成部材の端部は、前記弾性層の端部よりも外側にあることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記母線方向において、前記発熱抵抗体の端部は、前記弾性層の端部よりも内側にあることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
7. 前記弾性層は、第１のゴム層と、前記第１のゴム層の外側に形成され前記第１のゴム層よりも熱伝導率の高い第２のゴム層と、を有することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記母線方向において、前記ローラの一端を支持する第１の支持部と、前記ローラの他端を支持する第２の支持部と、を有し、
   前記ニップ部における記録材の搬送基準から前記第１の支持部までの距離は、前記搬送基準から前記第２の支持部までの距離よりも長く、
   前記搬送基準から前記ニップ部形成部材の前記第１の支持部に近い側の端部までの距離は、前記搬送基準から前記ニップ部形成部材の前記第２の支持部に近い側の端部までの距離よりも長いことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置。

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