JP2019194649A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着装置が用いられた画像形成装置のＦＰＯＴを悪化させずに、非通紙部昇温を抑制することができる定着装置を提供する。【解決手段】 回転可能な筒状のフィルムと、フィルムの内周面に接触する第１の面と、第１の面と反対側に第２の面と、を有するヒータと、ヒータを支持する支持部材と、フィルムを介してヒータとニップを形成する加圧部材と、を有し、ニップでトナー画像を加熱し、トナー画像を記録材に定着する定着装置において、さらに第２面に接する熱伝導部材と、熱伝導部材と支持部材の間に配置された、熱伝導部材に比べ熱伝導率が低い断熱部材と、を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、記録材上に画像を形成する機能を備えた、例えば複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる定着装置に関する。

従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置には、トナーを用いた電子写真方式が多く用いられている。これらの画像形成装置に用いられる定着装置として、セラミックの基板上に抵抗発熱体のパターンを設けたセラミックヒータを加熱体とし、加熱体によって加熱される回転可能な筒状の無端ベルトである定着フィルムを用いるものが知られる。即ち、記録材を筒状の定着フィルムと加圧ローラによって圧接し、圧接部（定着ニップ部）で画像を担持した記録材を加熱しながら挟持搬送させることで、トナー像を固着画像として定着するフィルム加熱方式の定着装置が知られている。

このようなフィルム加熱方式の定着装置の特徴として、セラミックヒータや、定着フィルムに低熱容量のものを用いることができることから、短時間でそれらの温度を定着可能な温度に上昇させることができる。このため、フィルム加熱方式の定着装置は、ウエイトタイムの短縮化（クイックスタート性：オンデマンドで作動）や省電力化が可能となるうえ、更に画像形成装置本体の装置内の昇温を抑えることができる等の利点を有する。

フィルム加熱方式の定着装置では、長手方向に関して、印字可能最大幅の記録材（最大サイズ紙）より幅の狭い記録材（小サイズ紙）を通紙した時に、非通紙領域での温度が徐々に上昇する現象（非通紙部昇温）が発生する。この非通紙部昇温は、高速印字するほど温度の上昇が大きくなるため、高生産性を得るための課題の一つとなっている。

この非通紙部昇温を抑制する方法の１つとして、セラミックヒータ等の加熱体裏面に熱伝導部材を接触配置することによって、長手方向の熱伝導性を向上させる方法が知られている（特許文献１）。

特開平１１−８４９１９号公報

しかしながら、加熱体の裏面に熱伝導部材を接触配置した定着装置の課題として、この定着装置が用いられた画像形成装置のＦＰＯＴ（Ｆｉｒｓｔ Ｐｒｉｎｔ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ）が長くなることが挙げられる。ＦＰＯＴとは、プリント信号をプリンタに送ってから、１枚目の記録材がプリンタから排出されるまでの時間のことである。ＦＰＯＴを短くするためには、定着装置内の部材を低熱容量化すればよいが、非通紙部昇温の効果を大きくするために熱伝導部材を厚くすると、その分、熱容量は大きくなり、定着装置全体の熱容量も大きくなってしまう。このため、ヒータの熱は熱伝導部材へ伝わりやすく、記録材への熱供給の効率が低下する。

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、ＦＰＯＴを悪化させずに、非通紙部昇温を抑制可能な定着装置を提供することを目的とする。

本発明に係る加熱装置は、回転可能な筒状のフィルムと、フィルムの内周面に接触する第１の面と、第１の面と反対側に第２の面と、を有するヒータと、ヒータを支持する支持部材と、フィルムを介してヒータとニップを形成する加圧部材と、を有する。そして定着装置は、ニップでトナー画像を加熱し、トナー画像を記録材に定着するものであって、さらに第２面に接する熱伝導部材と、熱伝導部材と支持部材の間に配置された、熱伝導部材に比べ熱伝導率が低い断熱部材と、を有する。

以上説明したように、本発明によれば、ＦＰＯＴを悪化させずに、非通紙部昇温を抑制することができる。

第１の実施例における定着装置の断面模式図である。 第１の実施例における定着装置の正面模式図である。 第１の実施例におけるセラミックヒータの説明図である。 第１の実施例におけるサーミスタおよび温度ヒューズの説明図である。 第１の実施例における熱伝導部材５１及び断熱シート１００の構成と配置の説明図である。 第１の実施例におけるヒータ保持部材としての給電コネクタおよびヒータクリップの説明図である。 第１の実施例における定着立上げ時間と非通紙部昇温の結果をまとめた図である。 第１の実施例における定着立上げ時間と非通紙部昇温を両立できる範囲を説明するための図である。 従来例を示す定着装置の断面模式図である。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

（定着装置概要）
図１は定着装置１８の断面模式図、図２は定着装置１８の正面模式図である。以下の装置構成部材の説明において、長手方向（母線方向）とは、図中のＸ軸方向であり、幅方向とは記録材搬送方向であるＹ軸方向、高さ方向とはＺ軸方向である。また、面内方向とはＸ軸とＹ軸とで形成される面、厚み方向とはＺ軸方向を指す。

定着装置１８は、可撓性を有する回転体としての定着フィルム３６を含むフィルムアセンブリ３１、加圧部材としての加圧ローラ３２、を備える。このフィルムアセンブリ３１と加圧ローラ３２は装置フレーム３３の左右の側板３４間に上下で略並行に配設してある。

加圧ローラ３２は、芯金３２ａと、芯金３２ａの周りに同心一体にローラ状に形成した、シリコーンゴムやフッ素ゴム等からなる弾性層３２ｂからなる。さらにその上に、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（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）等の離型性層３２ｃを形成している。本実施例では、ステンレス鋼製の外径１１ｍｍの芯金３２ａ上に射出成形により厚み約３．５ｍｍのシリコーンゴム層３２ｂを形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブ３２ｃを被覆した加圧ローラ３２を用いた。加圧ローラ３２のローラ外径は１８ｍｍである。この加圧ローラ３２の硬度は、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度計で９．８Ｎの加重において、定着ニップＮの確保や耐久性等の観点から、４０°〜７０°の範囲が望ましい。本実施例においては、５４°にしている。加圧ローラ３２の長手ゴム面の長さは２２６ｍｍである。この加圧ローラ３２は図２に示すように、芯金３２ａの長手方向の両端で、それぞれ軸受部材３５を介して装置フレーム側板３４間に回転自由に支持させて配設してある。加圧ローラ芯金３２ａの一端部には、駆動ギアＧが固着されている。この駆動ギアＧに不図示の駆動機構部から回転力が伝達されて加圧ローラ３２が回転駆動される。

フィルムアセンブリ３１を図１に示す。フィルムアセンブリ３１は、回転可能な筒状の定着フィルム３６、セラミックヒータ（以下、ヒータ）３７、ヒータホルダ（支持部材）３８、断熱シート１００、熱伝導部材５１、加圧ステイ４０、左右の定着フランジ４１等を有する。

ヒータ３７は、定着フィルム３６を加熱する加熱体である。またヒータホルダ３８は、定着フィルム３６を内側からガイドすると共に、ヒータ３７を支持している。断熱シート１００は、ヒータ３７が定着フィルム３６と接触しない面に配置された断熱部材である。熱伝導部材５１は、断熱シート１００とヒータホルダ３８の間に配置された均熱部材である。フィルムアセンブリ３１は、左右の定着フランジ（規制部材）４１によって加圧ステイ４０、定着フィルム３６の長手方向へ移動を規制するようにして構成されている。

本実施例において定着フィルム３６は変形させない円筒状の状態で外径がφ１８ｍｍであり、厚み方向には多層構成となっている。定着フィルム３６の層構成としては、定着フィルム３６の強度を保つための基層と、表面への汚れ付着低減のための離型層からなる。基層の材質は、ヒータ３７の熱を受けるため耐熱性が必要であり、またヒータ３７と摺動するため強度も必要であるため、ステンレス鋼やニッケル等の金属や、ポリイミド等の耐熱性樹脂を用いると良い。本実施例では、定着フィルム３６の基層の材質としてポリイミド樹脂を用い、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て用いた。基層の厚さは薄いほどヒータ３７の熱を加圧ローラ３２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５０μｍとした。

定着フィルム３６の離型層の材質は、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）等のフッ素樹脂を用いると好ましい。本実施例では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。離型層は、チューブを被覆させたものでも良いが、表面を塗料でコートしたものでも良く、本実施例では、薄肉成型に優れるコートにより離型層を成型した。離型層は薄いほどヒータ３７の熱を定着フィルム３６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１０μｍとした。また、本実施例には使用していないが、基層と離型層の間に、弾性層を設けても良い。その場合、弾性層の材質としては、シリコーンゴムやフッ素ゴム等が用いられる。

ヒータホルダ３８は図１に示すように、横断面略半円状樋型で、剛性・耐熱性・断熱性を有する部材であり、液晶ポリマー等により形成されている。このヒータホルダ３８は、ヒータホルダ３８に外嵌した定着フィルム３６の回転ガイドの役目、ヒータ３７を断熱保持する役目、さらには加圧ローラ３２に対する加圧対向部材としての役目もしている。

ヒータ３７は、図３のように、アルミナ、窒化アルミ等のセラミックよりなる基板３７ａ上に、銀・パラジウム合金等による抵抗発熱体３７ｂをスクリーン印刷等によって形成し、さらに抵抗発熱体３７ｂに銀等による電極３７ｃを接続してなる。本実施例においては、二本の抵抗発熱体３７ｂが直列に接続され、抵抗値は１８Ωである。抵抗発熱体上にはさらにガラスコート３７ｄを施すことにより、抵抗発熱体を保護し、定着フィルム３６との摺動性を確保している。このヒータ３７はヒータホルダ３８の下面部に長手に沿って配設されている。

図４は、ヒータホルダ３８に安全素子、温度検知素子が装着された状態を上面から見た図である。ヒータホルダ３８には貫通穴が設けられ、温度検知素子たるサーミスタ４２、安全素子たる温度ヒューズ４３がそれぞれ貫通穴から熱伝導部材５１の裏面に接触配置される。サーミスタ４２は、筐体に、ヒータへの接触状態を安定させるためのセラミックペーパー等を介して、サーミスタ素子を配し、さらにポリイミドテープ等の絶縁物が被覆されている。温度ヒューズ４３は、ヒータが異常昇温した際に、ヒータの異常発熱を感知し、一次回路を遮断する過熱保護部品である。温度ヒューズ４３は、円筒状の金属筐体内に、所定の温度で溶融するヒューズエレメントが搭載されており、異常昇温時に、ヒューズエレメントが溶断することによって回路を遮断する。本実施例における温度ヒューズ４３の大きさは、金属筐体のヒータ３７に接触する部分の長さが約１０ｍｍ、金属筐体の幅が約４ｍｍである。温度ヒューズ４３は、熱伝導部材５１裏面に、熱伝導グリスを介して設置され、温度ヒューズ４３がヒータ３７に対して浮くことによる、動作不良を防止している。

ヒータ３７はヒータ端部の給電部から発熱抵抗体に電力が供給されることにより迅速に昇温する。そしてヒータ温度がサーミスタ４２により検知され、不図示の制御部により所定の温度に温調維持されるように給電部から発熱抵抗体への電力供給が制御される。

加圧ステイ４０は横断面下向きにＵ字型の断面をもつ、横長の剛性部材である。本実施例では板厚１．６ｍｍのステンレス鋼を用いている。

そして、図２に示すように、下面にヒータ３７を取り付けたヒータホルダ３８の外側に定着フィルム３６を被せ、ヒータホルダ３８の内側に加圧ステイ４０を挿入する。その加圧ステイ４０の左右の外方延長腕部にそれぞれ左右の定着フランジ４１を嵌着する。こうしてフィルムアセンブリ３１が組み立てられる。

このフィルムアセンブリ３１を、図１のように、ヒータ３７側を下向にして、加圧ローラ３２の上側に略並行に配列して、装置フレーム３３の左右の側板３４間に配設する。左右の定着フランジ４１はそれぞれに設けた縦溝部４１ａを装置フレーム３３の左右の側板３４にそれぞれ設けた縦ガイドスリット３４ａの縦縁部３４ｂに係合させてある。本実施例では、定着フランジ４１の材料として、液晶ポリマー樹脂を用いている。

そして、図２のように、左右の定着フランジ４１の加圧部４１ｂと加圧アーム４４との間に加圧バネ４５を縮設する。これにより、左右の定着フランジ４１、加圧ステイ４０、ヒータホルダ３８を介してヒータ３７が定着フィルム３６を挟んで加圧ローラ３２の上面に対して所定の押圧力で加圧される。本実施例では、定着フィルム３６と加圧ローラ３２の押圧が総圧で１６０Ｎとなるように加圧バネ４５の圧を設定している。この加圧により、ヒータ３７が定着フィルム３６の弾性と加圧ローラ３２の弾性に抗して定着フィルム３６を挟んで加圧ローラ３２の上面に対して圧接し、６ｍｍ程度の定着ニップ部Ｎが形成される。定着ニップ部Ｎにおいては定着フィルム３６がヒータ３７と加圧ローラ３２との間に挟まれてヒータ３７の下面の扁平面（第１の面）に倣って撓み、定着フィルム３６の内面がヒータ３７の下面の扁平面（第１の面）に密着した状態になる。

そして、加圧ローラ３２の駆動ギアＧに不図示の駆動機構部から回転力が伝達されて加圧ローラ３２が図１において時計方向に所定の速度で回転駆動される。この加圧ローラ３２の回転駆動に伴って定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ３２と定着フィルム３６との摩擦力で定着フィルム３６に回転力が作用する。これにより、定着フィルム３６の内面がヒータ３７の下面に密着して摺動しながらヒータホルダ３８の外回りを図２において反時計方向に加圧ローラ３２の回転に従動して回転状態になる。なお、定着フィルム３６の内周面には耐熱性を持つグリスが塗布されており、これによりヒータ３７およびヒータホルダ３８と定着フィルム３６内周面との摺動性が確保されている。

加圧ローラ３２の回転による定着フィルム３６の回転がなされ、ヒータ３７に対する通電がなされてヒータ温度が所定の温度に立ち上がって温調された状態において、記録材Ｐが導入される。入口ガイド３０は、未定着状態であるトナー像ｔを載せた記録材Ｐが、定着ニップ部Ｎに正確にガイドされるよう、記録材Ｐを導く役割を果たしている。

定着ニップ部Ｎの定着フィルム３６と加圧ローラ３２との間に未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐが進入すると、記録材Ｐのトナー画像担持側面が定着フィルム３６の外面に密着した状態で定着フィルム３６と一緒に挟持搬送されていく。この挟持搬送過程においてヒータ３７で加熱された定着フィルム３６の熱により記録材Ｐが加熱され、記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着フィルム３６の面から曲率分離して排出し、不図示の排紙ローラ対により搬送される。

ヒータ３７の基板３７ａは長手方向長さが２６０ｍｍ、幅方向長さが５．８ｍｍ、厚みが１．０ｍｍのアルミナの直方体である。ヒータ３７上の抵抗発熱体３７ｂの長手方向長さは２２２ｍｍである。本実施例に係る定着装置を搭載した画像形成装置で使用可能な最大サイズの記録材Ｐ（本実施例では幅２１６ｍｍ）を用いた場合においても、記録材Ｐ上のトナーを均一に定着可能とするために、記録材Ｐの幅よりも長くなるように設けられている。

したがって、記録材Ｐの幅よりも外側の領域では、ヒータ３７から供給された熱は記録材Ｐ及びその上のトナーに吸収されず、定着フィルム３６、ヒータ３７、ヒータホルダ３８等の構成部材に蓄積していく。記録材Ｐが紙である場合、記録材Ｐの外側の領域（以下、非通紙部）で過昇温しやすいため、この現象を「非通紙部昇温」という。各部材の使用温度には上限があり、これを超えて使用すると部材が破損する等の問題があるため、一定温度以下で使用する必要がある。抵抗発熱体３７ｂの長さに対して記録材Ｐの幅が小さい時ほどこの「非通紙部昇温」は顕著であり、一定温度以下になるように記録材Ｐの間隔を空けて出力速度を低下させる等の対策が必要となる。また、「非通紙部昇温」が発生すると、通紙部と非通紙部の温度差により、ヒータ３７に熱ストレスが加わり、ヒータ３７の破損を招く可能性もある。

（断熱シートと熱伝導部材の配置について）
ここで、ヒータ３７の裏面に、ヒータ３７の基材の熱伝導率よりも熱伝導率の高い熱伝導部材５１を配置することで、高温になった非通紙部の熱が相対的に温度の低い通紙部に移動して長手の温度ムラを均一化する均熱効果が得られる。具体的には、アルミナで形成したヒータ３７の基材の熱伝導率３２Ｗ／ｍ・Ｋよりも高い熱伝導率を有する熱伝導部材５１を用いた。これによって記録媒体Ｐの外側に発生した熱も、熱伝導部材５１を介して通紙部に移動し記録媒体Ｐに伝達されるため、熱をより効率よく利用し、「非通紙部昇温」を抑制することが可能となる。

従来、均熱部材として、図９に示すように熱伝導部材５１を用いたものが提案されてきた。近年、画像形成装置に高速化に伴い、非通紙部に蓄積する熱が増加し、より高い均熱効果が求められるようになっている。熱伝導性部材の長手方向の熱輸送量は熱伝導率と断面積の積によって決まる。したがって、均熱効果を高めるためには、熱伝導性部材の厚みを増やして熱輸送量を増やすことが有効である。

しかしながら、金属板のような材料で厚みを増やすと、熱容量もそれに比例して増加する。熱伝導性部材の熱容量が増加すると、定着装置の立ち上げ時にヒータ３７から発生する熱が熱伝導部材５１に奪われ、定着フィルム３６が定着可能な温度に上昇するのに必要な時間が長くなってしまう。

そこで本実施例では、ヒータ３７と熱伝導部材５１の間に断熱シート１００を配置している。本構成によれば、断熱シート１００の熱抵抗値を高くし、かつ熱容量を低くすることにより高速立ち上げを実現しつつ、非通紙部昇温時には断面積の大きい熱伝導部材５１の熱輸送量により非通紙部昇温の抑制を両立している。

以下、本実施例の構成と効果について詳細に説明する。図５及び図６を用いて、熱伝導部材５１及び断熱シート１００の構成と配置について説明する。図５はフィルムアセンブリ３１の一部（定着フィルム３６、加圧ステイ４０、定着フランジ４１は不図示）の長手方向の断面模式図であり、図６はヒータ保持部材としての給電コネクタ４６及びヒータクリップ４７の説明図である。

図５に示すように、ヒータ３７の下面の扁平面（第１の面）と反対側の面（第２の面）に熱伝導部材５１が接触し、熱伝導部材５１上に断熱シート１００、さらにこの断熱シート１００上にヒータホルダ３８が配置されている。このように本実施例では、ヒータホルダ３８の長手方向における端部に設けられた保持部材としての給電コネクタ４６及びヒータクリップ４７によって、ヒータ３７、熱伝導部材５１、断熱シート１００、そしてヒータホルダ３８の積層構造とされている。サーミスタ４２及び温度ヒューズ４３はヒータホルダ３８の貫通穴から熱伝導部材５１の裏面に接触配置されている。本実施例ではサーミスタ４２及び温度ヒューズは熱伝導部材５１に接触させているが、応答性向上の観点等で定着フィルム３６に接触させる構成にしても良い。

本実施例では、熱伝導部材５１と断熱シート１００の長手方向長さはいずれも２２２ｍｍ、幅方向長さは５．８ｍｍである。長手方向長さをヒータの抵抗発熱体３７ｂの長さと等しくすることで、過不足なく温度を均一化する効果が得られる。本実施例で試作した熱伝導部材５１と断熱シート１００の熱伝導率と厚さに関して詳細は後述する。

図６（ａ）に示すように、ヒータホルダ３８の長手方向の一端においては、Ｕの字型に曲げられた金属板から形成されたヒータクリップ４７が設けられている。ヒータクリップ４７は、そのバネ性によって熱伝導部材５１及びヒータ３７の端をヒータホルダ３８に対して保持している。またヒータクリップ４７に押えられているヒータ３７の端部はヒータ摺動面内方向には移動が可能である。これにより、ヒータ３７の熱膨張により、ヒータ３７に不必要な応力がかかることを防止している。

したがって、ヒータホルダ３８、熱伝導部材５１、断熱シート１００及びヒータ３７は熱膨張の差や押圧力による撓みを吸収するため、互いに固定はされておらず、保持部材のバネ性と、加圧ローラ３２による押圧力によって接触性を確保している。

図６（ｂ）に示すように、ヒータホルダ３８の長手方向の他端においては、凹形状の樹脂からなるハウジング部４６ａとコンタクト端子４６ｂを備えた給電コネクタ４６が設けられている。ハウジング部４６ａとコンタクト端子４６ｂで熱伝導部材５１、ヒータ３７、そしてヒータホルダ３８を挟んで保持すると共に、コンタクト端子４６ｂがヒータ３７の電極３７ｃと接触し、電気的に接続されるように構成される。尚、本実施例では給電コネクタ４６をヒータ保持部材として用いたが、ヒータに給電する役割と、ヒータ保持部材としての役割を分け、別体で構成してもよい。コンタクト端子４６ｂは束線４８に接続されており、束線４８は不図示のＡＣ電源・トライアック（ゲート制御式半導体スイッチ）に接続されている。

本実施例では断熱シート１００は、断熱性の高いポリイミドフィルムであるカプトン（登録商標、東レ・デュポン社）を用い、熱伝導率は０．１６［Ｗ／ｍＫ］とした。また、断熱シート１００の比熱及び密度はそれぞれ１．１６［ｋＪ／ｋｇＫ］、２０００［ｋｇ／ｍ^３］とした。また熱伝導部材５１は、純アルミニウムを用い、熱伝導率は２３７［Ｗ／ｍＫ］とした。また、比熱及び密度はそれぞれ０．９０５［ｋＪ／ｋｇＫ］、２６８８［ｋｇ／ｍ^３］とした。なお、これに限らず、断熱シート１００は高速立上げを可能とするため、熱伝導率が２［Ｗ／ｍＫ］以下となるものであればよく、熱伝導部材５１は非通紙部昇温を抑制するため、熱伝導率が８０［Ｗ／ｍＫ］以上となるものであればよい。

断熱シート１００及び熱伝導部材５１の熱抵抗［Ｋ／Ｗ］は、各部材の厚さを熱伝導率と面方向の面積の積で除算したものであり、面方向の単位面積あたりの熱容量［Ｊ／Ｋｍ^２］は比熱と密度と厚さの積算により求められる。

本実施例では、厚み方向の熱抵抗に関しては断熱シート１００が熱伝導部材５１よりも高く、面方向の熱容量に関しては熱伝導部材５１が断熱シート１００よりも高い関係とする点が特徴的な箇所となっている。

上記関係を満足することで、立ち上げ時にはヒータ３７より発生した熱が断熱シート１００の高い熱抵抗により熱伝導部材５１に熱が奪われるのを防止できるため、熱伝導部材５１の熱容量を高くすることができる。非通紙部昇温が発生する連続プリント時は、断熱シート１００の熱容量が低いため、熱伝導部材５１に熱が伝わるようになり、熱輸送量により非通紙部昇温を抑制することが可能になる。

次に、図７を用いて、本発明の効果について説明する。本実施例の作用効果を検証するために、表１の範囲で断熱シート１００と熱伝導部材５１の厚さを振り、断熱シート１００の熱抵抗と熱伝導部材５１の熱容量を変化させて、定着立ち上げ時間と非通紙部昇温温度を測定した。また比較例として、図９に示すようなヒータ３７の裏面に熱伝導部材５１のみが配置された構成を用い、本実施例に係る構成との対比を行った。なお、定着立ち上げ時間は、常温状態からヒータ３７の通電及び加圧ローラ３２の回転を開始してから、記録材Ｐ上のトナー像ｔを定着可能になるまでの時間である。また非通紙部昇温は、Ａ４サイズの紙を通紙速度３０枚／分で２００枚連続通紙した時の加圧ローラ３２の表面温度の最大値である。非通紙部昇温の計測においては、評価紙としてＡ４サイズで坪量１２８ｇ／ｍ^２の厚紙を用い、温度の測定にはフリアーシステムズ社製の赤外線サーモグラフィを使用した。なおＡ４サイズの幅は２１０ｍｍであるため、発熱体幅２２２ｍｍに対し１２ｍｍ（片側６ｍｍ）短くなっているため、非通紙部昇温はヒータの抵抗発熱体３７ｂの内側で、且つＡ４サイズの外側の両端部で非通紙部昇温が発生する。本実施例においては、加圧ローラ３２の弾性層に用いているシリコーンゴムが最も早く使用可能上限温度に到達するため、加圧ローラ３２の温度を測定した。

この結果、比較例では、定着立上げ時間は６．０秒、非通紙部昇温発生時の加圧ローラ３２の最大温度は２３０℃であった。この比較例の結果を基準として、断熱シート１００と熱伝導部材５１の厚みを振った組み合わせにおける、立ち上がり時間と非通紙部昇温の評価結果をまとめ、図７に示す。断熱シート１００の厚さが０．０３［ｍｍ］、熱抵抗が１．５［Ｋ／Ｗ］の場合は、熱伝導部材５１が０．３〜１０［ｍｍ］の範囲で立上げ時間と非通紙部昇温が比較例の構成より良化する構成が見られなかった。

また、断熱シート１００の厚さが０．３［ｍｍ］、熱抵抗が１４．６［Ｋ／Ｗ］の場合は、断熱シート１００の断熱性能が高すぎたため、熱伝導部材５１の厚みを１０［ｍｍ］にしても非通紙部昇温抑制に対して改善効果は確認されなかった。

一方で、断熱シート１００の厚さが０．０５〜０．２５［ｍｍ］の範囲内であれば熱伝導部材５１の厚みを最適化することで、立ち上げ時間と非通紙部昇温に対して良好な結果を得ることができた。

そこで、図８に実験により得られた端部定着性を満足する立上げ性能を充足するラインと非通紙部昇温の許容ラインを示す。図８では、断熱シート１００の厚み方向の熱抵抗Ｘ［Ｋ／Ｗ］を横軸、熱伝導部材５１の面方向の単位面積あたりの熱容量の対数Ｙ［l
ｏｇ１０（Ｊ／Ｋ・ｍ^２）］を縦軸とした。

図８に示すように、実験の結果、必要な立上げ性能を得るには熱伝導部材５１の面方向の単位面積あたりの熱容量の対数であるＹ［lｏｇ１０（Ｊ／Ｋ・ｍ^２）］を２．５５Ｘ＋２．６より大きくする必要があることが分かった。これは断熱シート１００の熱抵抗に対して、熱伝導部材５１の熱容量が立上げ性能許容ラインより高くなった場合は、熱伝導部材５１にヒータ３７の熱が奪われやすく立上げ性能を満足しないためと考えられる。一方で、非通紙部昇温を十分に抑制できるようにするためには、熱伝導部材５１の面方向の単位面積あたりの熱容量の対数であるＹ［lｏｇ１０（Ｊ／Ｋ・ｍ^２）］を０．０９Ｘ＋２．８５未満とすればよいことが分かった。これは断熱シート１００の熱抵抗に対して熱伝導部材５１の熱容量が非通紙部昇温許容ラインより低くなると、熱伝導部材５１の熱輸送による非通紙部の昇温抑制効果が得られず非通紙部昇温を十分に抑制することができないためと考えられる。したがって、立ち上げ性能と非通紙部昇温性能を満足するためには断熱シート１００の熱抵抗に対して熱伝導部材５１の面方向の単位面積当たりの熱容量を以下の条件を満たす必要があることが分かった。

０．０９Ｘ＋２．８５＜Ｙ＜２．５５Ｘ＋２．６［lｏｇ１０（Ｊ／Ｋ・ｍ^２）］・・・式Ａ
なお、Ｘ［Ｋ／Ｗ］は、非通紙部昇温による不具合が生じない範囲とするため、熱抵抗を２．０［Ｋ／Ｗ］より大きくし、立ち上げ時間の上限値を超えない範囲とするため、１２．５［Ｋ／Ｗ］未満としている。

そして、表２に断熱シート１００の材料と熱伝導率を異ならせた場合における、立上げ時間と非通紙部昇温の測定結果を示す。断熱シート１００としてカプトンの他、ユーピレックス（登録商標、宇部興産株式会社）、ポリイミドに窒化ホウ素・カーボンファイバー等の熱伝導フィラーを混ぜたものを用いた。ユーピレックスは、カプトンと同じポリイミドを主材料としたものであり、熱伝導率が０．２９［Ｗ／ｍＫ］である。ポリイミドに窒化ホウ素・カーボンファイバー等の熱伝導フィラーを混ぜたものは、熱伝導フィラーの量を適宜調整し、熱伝導率を２．０［Ｗ／ｍＫ］としたものを用いた。なお、断熱シート１００の厚みを変えて熱抵抗を揃えて測定を実施した。なお、熱伝導部材５１は、３ｍｍの純アルミニウムを用い、熱伝導率を２３７［Ｗ／ｍＫ］、熱容量を３．８６［lｏｇ１０（Ｊ／Ｋ・ｍ^２）］として各断熱シート１００の評価を行った。断熱シート１００の熱抵抗が同じ場合は、カプトン以外の断熱部材を用いても立上げ時間と非通紙部昇温は同じ値となり、本実施例と同様の効果を得ることができた。

続いて、表３に熱伝導部材５１の金属の材料として、純アルミニウム以外の鉄や銅を用いた場合の立上げ時間と非通紙部昇温の測定結果を示す。鉄は、熱伝導率が８０［Ｗ／ｍＫ］、比熱及び密度がそれぞれ０．４４２［ｋＪ／ｋｇＫ］、７８７０［ｋｇ／ｍ^３］である。また銅は、熱伝導率が３９８［Ｗ／ｍＫ］、比熱及び密度がそれぞれ０．３８６［ｋＪ／ｋｇＫ］、８８８０［ｋｇ／ｍ^３］である。このため、本実施形態では、熱伝導部材５１の厚みを変えて熱容量を揃えて測定を実施した。なお、断熱シート１００は厚み１５０［μｍ］のカプトンを用い、熱伝導率を０．１６［Ｗ／ｍＫ］、熱抵抗を７．３［Ｋ／Ｗ］として、熱伝導部材５１の評価を行った。

熱伝導部材５１の熱容量が同じ場合は、純アルミニウム以外の金属を用いても立上げ時間と非通紙部昇温は同じ値となり、本実施例と同様の効果を得ることができた。

なお、本実施例では断熱シート１００として、ポリイミドを主材料としたものを用いて説明を行った。しかしながら断熱シート１００として、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（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）等の熱伝導率が低く、熱抵抗の高い材料を用いても良い。

また、熱伝導部材５１の材料に関しても、純アルミニウム、鉄、銅を用いて説明を行ったが、上記の金属に限定されるものではなく、熱容量が式Ａの範囲では、金、銀、ニッケル、真鍮等の熱伝導率と熱容量が高いその他の金属を用いても良い。また、式Ａの範囲内であれば金属以外のシリコーンゴムやカーボン・グラファイト等の材料を用いても同様の効果が得られる。

１８ 定着装置
３０ 入口ガイド
３１ フィルムアセンブリ
３２ 加圧ローラ
３３ 装置フレーム
３４ フレーム側板
３５ 軸受部材
３６ 定着フィルム
３７ ヒータ
３８ ヒータホルダ
４０ 加圧ステイ
４１ 定着フランジ
４２ サーミスタ
４３ 温度ヒューズ
４４ 加圧アーム
４５ 加圧バネ
４６ 給電コネクタ
４７ ヒータクリップ
５１ 熱伝導部材
１００ 断熱シート

Claims (9)

1. 回転可能な筒状のフィルムと、
   前記フィルムの内周面に接触する第１の面と、前記第１の面と反対側に第２の面と、を有するヒータと、
   前記ヒータを支持する支持部材と、
   前記フィルムを介して前記ヒータとニップを形成する加圧部材と、
   を有し、前記ニップでトナー画像を加熱し、前記トナー画像を記録材に定着する定着装置において、
   さらに前記第２の面に接する熱伝導部材と、前記熱伝導部材と前記支持部材の間に配置された、前記熱伝導部材に比べ熱伝導率が低い断熱部材と、を有することを特徴とする定着装置。
2. 前記断熱部材の厚み方向の熱抵抗が、前記熱伝導部材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. 前記熱伝導部材が前記断熱部材に接触する面の単位面積あたりの熱容量が、前記断熱部材より大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記断熱部材の厚み方向の熱伝導率は、２［Ｗ／ｍＫ］以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記断熱部材は、ポリイミドを主材料としたものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記熱伝導部材の厚み方向の熱伝導率は、８０［Ｗ／ｍＫ］以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記熱伝導部材は、金属を主材料としたものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記断熱部材の厚み方向の熱抵抗Ｘは、２．０［Ｋ／Ｗ］より大きく１２．５［Ｋ／Ｗ］未満とすることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 前記熱伝導部材の前記熱伝導部材に接触する面の単位面積あたりの熱容量の対数をＹ［lｏｇ１０（Ｊ／Ｋ・ｍ^２）］とした場合に、
   ０．０９Ｘ＋２．８５＜Ｙ＜２．５５Ｘ＋２．６［lｏｇ１０（Ｊ／Ｋ・ｍ^２）］とした条件を満たすことを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
   

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