JP2020016825A

JP2020016825A - 定着装置

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Publication number: JP2020016825A
Application number: JP2018141078A
Authority: JP
Inventors: 健史宍道; Takeshi Shishido; 西田　聡; Satoshi Nishida; 聡西田; 敢竹田; Kan Takeda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-01-30
Also published as: US10663898B2; US20200033774A1; US20200237401A1

Abstract

【課題】熱容量の増加により定着装置の立ち上げ時間が長くなることを抑制しつつ、非通紙部昇温の発生を抑制できる定着装置を提供する。【解決手段】基板に加え、基板に形成された抵抗発熱体を有する加熱体と、加熱体を支持する支持部材と、加熱体に摺動可能に設けられたフィルムと、フィルムとニップ部を形成する加圧部材と、を備え、フィルムと加圧部材との間に記録材を搬送し、記録材を加圧しながら加熱する定着装置において、基板に比べて熱伝導率が高い第一の熱伝導性部材と、面内方向の熱伝導率が厚み方向の熱伝導率より高い熱伝導異方性を有する第二の熱伝導性部材と、をさらに備え、第一の熱伝導性部材は、加熱体に接触し、第二の熱伝導性部材は、第一の熱伝導性部材と支持部材との間において、第一の熱伝導性部材に接触する。【選択図】図１

Description

本発明は、プリンタ、複写機等の画像形成装置に用いられる定着装置に関するものである。

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、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、高速印字するほど非通紙部に蓄熱させ、定着装置の熱的破壊を引き起こす可能性が高くなることから、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）。また、熱伝導部材として、熱伝導異方性をもつグラファイトシートを用い、非通紙部昇温を効果的に抑制しつつ、加熱部材支持体への熱の逃げを抑制することで定着のための熱効率を高めた定着装置とすることが提案されている（特許文献２）。

特開平１１−８４９１９号公報特開２００３−３１７８９８号公報

近年、画像形成装置は、さらに高生産性が求められており、これに伴い、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、つまり熱伝導性部材の断面積によって決まる。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、熱伝導性部材として金属板を用いたときにあっては、金属板の厚みを増やした場合、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から発生する熱が金属板に奪われ、定着フィルム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。一方で、熱伝導性部材としてグラファイトシートのような熱伝導率に異方性を有する材料を用いたときにあっては、グラファイトシートの厚みを増やした場合、厚み方向の熱伝導率が低いため、熱輸送量が増加しないという課題があった。

そこで本発明は、熱容量の増加により定着装置の立ち上げ時間が長くなることを抑制しつつ、非通紙部昇温の発生を抑制できる定着装置を提供できるようにすることを目的とする。

そこで本発明の実施形態に係る定着装置では、基板に加え、基板に形成された抵抗発熱体を有する加熱体と、加熱体を支持する支持部材と、加熱体に摺動可能に設けられたフィルムと、フィルムとニップ部を形成する加圧部材と、を備え、フィルムと加圧部材との間に記録材を搬送し、記録材を加圧しながら加熱する定着装置において、基板に比べて熱伝導率が高い第一の熱伝導性部材と、面内方向の熱伝導率が厚み方向の熱伝導率より高い熱伝導異方性を有する第二の熱伝導性部材と、をさらに備え、第一の熱伝導性部材は、加熱体に接触し、第二の熱伝導性部材は、第一の熱伝導性部材と支持部材との間において、第一の熱伝導性部材に接触することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、熱容量の増加により定着装置の立ち上げ時間が長くなることを抑制しつつ、非通紙部昇温の発生を抑制できる定着装置を提供できる。

第１実施例における定着装置の概略断面図第１実施例における定着装置の概略正面図第１実施例におけるセラミックヒータの説明図第１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第１実施例における金属板５１及びグラファイトシート５２の構成と配置を説明するための図第１実施例におけるヒータ保持部材としての給電コネクタ及びヒータクリップの説明図非通紙部昇温発生時の定着フィルム３６の長手方向の温度分布第１実施例における定着立ち上げ時間と非通紙部昇温を示すグラフ第２実施例における金属板５１及びグラファイトシート５２の構成と配置を説明するための図第２実施例におけるサーミスタ４２の検知温度を示すグラフ

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

（第１実施例）
第１実施例について、図１から図８を用いて説明する。図１は定着装置１８の主要部を示した概略断面図、図２は定着装置１８の一部を示した概略正面図である。以下の装置構成の説明において、長手方向（定着フィルム３６の母線方向）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を有する。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と、弾性層３２ｂの上に形成した、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性層３２ｃと、からなる。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の確保や耐久性などの観点から、４０°〜７０°の範囲となるようにすることが望ましい。本実施例においては、加圧ローラ３２の硬度を５４°としている。また加圧ローラ３２は、長手方向において、ローラ部のゴム面（ＰＦＡ樹脂チューブ３２ｃ）の長さは、２２６ｍｍとした。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３２の芯金３２ａの一端部には、芯金３２ａに固着した駆動ギアＧが設けられている。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は、図１に示すように、定着フィルム３６、定着フィルム３６を加熱する加熱体としてのセラミックヒータ（以下、ヒータ）３７、ヒータホルダ３８、加圧ステイ４０、左右の定着フランジ４１等を有する。

本実施例において、定着フィルム３６は、内面側から外面側に向かって、耐熱樹脂から成る基層、弾性層、離型層から構成される可撓性を有するものである。本実施例では基層として、円筒状に形成した厚み６０μｍのポリイミドを用いている。基層の上には、弾性層として厚み約１５０μｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に離型層として厚み１５μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆した。本実施例では、定着フィルム３６は内径１８ｍｍのものを用いている。

ヒータホルダ３８は、図１に示すように、定着フィルム３６を内側からガイドすると共に、ヒータ３７を支持する支持部材である。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。本実施形態ではヒータホルダ３８は、ヒータ３７を支持する長手方向に延びた溝状の支持部を有する形状とされ、剛性・耐熱性・断熱性を有する部材、具体的には液晶ポリマー等により形成されている。

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金属板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、金属板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抵抗発熱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抵抗発熱体への電力供給が制御される。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。

これにより、ヒータホルダ３８と加圧ステイ４０は、フィルム３６を内側からガイドすると共に、フィルム３６を介して加圧ローラ３２との間でニップ部を形成するニップ部形成部材として機能する。またフィルム３６の左右に配置されたフランジ４１は、フィルム３６の長手方向移動を規制する規制部材として機能する。

このフィルムアセンブリ３１を、図１のように、ヒータ３７側を下向きにして、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、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り、板厚１．６ｍｍのステンレス鋼を用いた。また定着フランジ４１としては、液晶ポリマー樹脂を用いた。

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の下面の扁平面に倣って撓むようにして摺動可能とされ、定着フィルム３６の内面がヒータ３７の下面の扁平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、ヒータホルダ３８、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。入り口ガイド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。

そして未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎの定着フィルム３６と加圧ローラ３２との間に挿入される。これにより、定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐのトナー画像担持側面が定着フィルム３６の外面に密着して定着フィルム３６と一緒に定着ニップ部Ｎを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・加圧されて溶融して定着される。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のアルミナの板状体である。ヒータ３７の抵抗発熱体３７ｂは、長手方向長さは２２２ｍｍとされている。抵抗発熱体３７ｂは、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、最大サイズの記録材Ｐの幅よりも長くされている。

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。

そこで、ヒータ３７の裏面に、ヒータ３７の基板３７ａの熱伝導率（本実施例ではアルミナのため、３２Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率の高い熱伝導性部材を配置する。これにより、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。記録媒体Ｐの外側に発生した熱も、熱伝導性部材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。

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。均熱効果を高めるためには、熱伝導性部材の厚み、ひいては断面積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、熱伝導性部材として金属板を用い、金属板の厚みを増やすと、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から発生する熱が金属板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。一方で、熱伝導性部材として熱伝導率に異方性を有するグラファイトシートを用い、グラファイトシートの厚みを増やした場合、厚み方向の熱伝導率が低いため、熱輸送量が増加しないという課題があった。これは、グラファイトが面内方向には非常に高い均熱効果を持つのに対し、厚み方向には熱伝導率が低く断熱材のように働くことによるものである。また、グラファイトシートは製造上、高い面内方向の熱伝導率を保ったまま厚みを増やしたものを作ることが難しいという課題もある。一般的に、グラファイトシートは厚みを厚くするのに伴い、製造可能な面内方向の熱伝導率が下がっていく。そのため、グラファイトシートの厚みを増やしても、非通紙部昇温の抑制効果を大幅に高めることは難しい。

そこで本実施例では、ヒータ３７とヒータホルダ３８の間に第一の熱伝導性部材としての金属板５１と第二の熱伝導性部材としてのグラファイトシート５２を配置している。本構成によれば、グラファイトシート５２の厚み方向の熱伝導率の低さにより定着装置１８の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金属板５１の熱輸送量により非通紙部昇温の抑制と両立させることが可能となる。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６を用いて、金属板５１及びグラファイトシート５２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）の長手方向の模式断面図であり、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、ヒータホルダ３８に金属板５１、グラファイトシート５２、ヒータ３７が順に重ねられている。ヒータホルダ３８に重ねられたヒータ３７等は、ヒータ３７の長手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によって挟み込まれようにして一体とされている。サーミスタ４２及び温度ヒューズ４３は、ヒータホルダ３８の貫通穴から金属板５１の裏面に接触するようにして配置されている。

本実施例では第一の熱伝導性部材としての金属板５１は、ヒータ３７の基板３７ａに比べ熱導電率が高く、熱伝導性に異方性はない純アルミニウムが用いられ、その熱伝導率は２３６Ｗ／ｍ・Ｋであった。また第二の熱伝導性部材としてのグラファイトシート５２は、面内方向の熱伝導率が金属板５１の熱導電率より高く、厚み方向の熱伝導率が金属板５１の熱導電率より低いものが用いられる。グラファイトシート５２は、ポリイミドシートを非酸化雰囲気化で焼成する方法等により作製される。グラファイトは、炭素からなる六角板結晶を層状に結合し、層と層の間をファンデルワールス力で結合された構造となっている。この構造により、シート面と平行な方向（面内方向）の熱伝導率は非常に高く、シートの面に対して垂直な方向（厚み方向）の熱伝導率は低い熱伝導異方性を有する。グラファイトの熱伝導率は製法やシート厚み等によって異なるが、面内方向の熱伝導率は３００〜１５００Ｗ／ｍ・Ｋ、厚み方向の熱伝導率は２〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。本実施例で用いたグラファイトシート５２は、面内方向の熱伝導率は１５００Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚み方向の熱伝導率は３Ｗ／ｍ・Ｋであった。なお、グラファイトシート５２は、非通紙部昇温を抑制する観点から面内方向の熱伝導率を３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、また定着装置１８の高速立ち上げを実現する観点から厚み方向の熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものを用いることが好ましい。

本実施例では、金属板５１として、厚み０．３ｍｍの純アルミニウム板を用いており、グラファイトシート５２として、厚み０．０４ｍｍのグラファイトシートを用いた。なお、グラファイトシート５２は、高い面内方向の熱伝導率を確保するため、金属板５１よりも薄いものを用いることが好ましく、１００μｍ以下とすることが好ましい。いずれも長手方向長さは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。

図６（ａ）に示すように、給電コネクタ４６は、凹形状を有する樹脂からなるハウジング部４６ａとコンタクト端子４６ｂによって形成される。給電コネクタ４６は、金属板５１をヒータ３７とヒータホルダ３８の間に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。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・トライアックに接続されている。

図６（ｂ）に示すように、ヒータクリップ４７は、Ｕ字型に曲げられた金属板から形成され、そのバネ性によって金属板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、金属板５１、グラファイトシート５２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。

次に、表１、図７及び図８を用いて、本発明の効果について説明する。表１は本実施例の構成と比較例の構成を示したものである。比較例１は、熱伝導性部材を用いず、ヒータ３７とヒータホルダ３８が直接接している構成である。比較例２は、金属板５１のみを用い、グラファイトシート５２を用いない構成である。比較例３は、金属板５１の厚みを０．５ｍｍとし、グラファイトシート５２を用いない構成である。比較例４は、グラファイトシート５２のみを用い、金属板５１を用いない構成である。比較例５は、グラファイトシート５２の厚みを０．０６ｍｍとし、金属板５１を用いない構成である。比較例５に用いているグラファイトシート５２の面内方向の熱伝導率は１３００Ｗ／ｍ・Ｋとなっている。

上述の構成において、定着立ち上げ時間と非通紙部昇温温度を測定した。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。非通紙部昇温温度は、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、定着フィルム３６の最高到達温度である。記録材Ｐは、キヤノン製高白色用紙ＧＦ−Ｃ０８１（坪量８１．４ｇ／ｍ^２）、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。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。

図７は、非通紙部昇温発生時の定着フィルム３６の長手方向の温度分布を示している。ヒータの抵抗発熱体３７ｂの内側且つＡ４サイズの外側の両端部で非通紙部昇温が発生しており、最高温度はＡ点もしくはＢ点の高い方を測定している。本実施例においては、定着フィルム３６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、定着フィルム３６の温度を測定している。

図８は、実施例及び比較例１〜５の定着立ち上げ時間と非通紙部昇温を示すグラフである。定着立ち上げ時間は短いほど望ましく、非通紙部昇温は低いほど望ましいため、グラフ中で左下方向に進むほど望ましい構成であると言える。

熱伝導性部材を用いない比較例１は、定着立ち上げ時間は最も短いものの、非通紙部昇温温度が最も高くなっている。厚み０．３ｍｍの金属板５１のみ入れた比較例２は、比較例１に対して非通紙部昇温は良化しているものの、定着立ち上げ時間が長くなっている。金属板５１の厚みを０．５ｍｍにした比較例ではさらにその傾向が進んでおり、金属板５１の断面積による影響は、非通紙部昇温と定着立ち上げ時間が相反するものとなっている。これは、金属板５１の断面積を増やすことによる熱輸送量の増加による非通紙部昇温の良化と、熱輸送量の増加による定着立ち上げ時間の悪化を示している。

厚み０．０４ｍｍのグラファイトシート５２のみ入れた比較例４は、グラファイトの面内方向の高い熱伝導率と厚み方向の低い熱伝導率により、比較例２と同等の非通紙部昇温でありながら、定着立ち上げ時間は短くなっている。しかしながら、厚みを０．０６ｍｍに増やした比較例５でも結果は比較例４とほぼ変わらない。これは、グラファイトシート５２の厚みを増やしても、厚み方向の低い熱伝導率により、立ち上げ時に奪われる熱が小さいと共に、非通紙部昇温時の均熱効果の増加も小さいためである。

本実施例は、グラファイトシート５２と金属板５１を併用することで、定着立ち上げ時にはグラファイトシート５２の厚み方向の低い熱伝導率により立ち上げ時間を短くできる。一方で、非通紙部昇温時にはグラファイトシート５２の面内方向の高い熱伝導率と、金属板５１の熱輸送量によって非通紙部昇温を抑制できる。これは、定着立ち上げにおける伝熱は比較的短時間での現象であるためグラファイトシート５２が断熱的に振舞うのに対し、非通紙部昇温は比較的長時間での現象であり、徐々に熱がグラファイトシート５２を介して金属板５１に伝わるためである。そのため、本実施例の構成では、課題となる２つの現象が発生する時間の違いとグラファイトシート５２の熱伝導異方性を活用することで、定着立ち上げと非通紙部昇温の抑制を比較例に比べてより高いレベルで実現できる。

以上説明したように、本実施例によれば、定着装置の高速立ち上げと非通紙部昇温の抑制を両立することができる。

（第２実施例）
第２実施例について、図９及び図１０を用いて説明する。

本実施例は、第１実施例とは、第二の熱伝導性部材であるグラファイトシート５２を長手方向の端部のみに設けているという点で異なる。なお、装置の大部分の構成と動作は前述した第１実施例と同一であるため、ここでは第１実施例と異なる点についてのみ説明する。

第１実施例ではヒータの発熱体３７ｂの全域にわたってグラファイトシート５２を配置していた。つまり、温度検知素子であるサーミスタ４２は、金属板５１の裏面（ヒータ３７とは反対側）に接触して配置され、金属板５１とグラファイトシート５２を介してヒータ３７の温度を測定する構成とされていた。グラファイトシート５２は、厚み方向の熱伝導率が低いため、ヒータ３７の温度変化に対してサーミスタ４２の検知温度の応答が遅くなってしまうという課題があった。

そこで本実施例においては、図９に示すようにグラファイトシート５２を長手方向の端部のみに設け、サーミスタ４２は金属板５１のみを介してヒータ３７の温度を測定するようにしている。本実施例ではグラファイトシート５２の長手方向の長さを４０ｍｍずつとした。

図１０は、ヒータ３７を加熱した際における、本実施例と実施例１のサーミスタ４２の検知温度と、熱電対によって測定したヒータ３７の裏面温度と、を示したグラフである。このグラフにより、本来温度を測定したいヒータ３７の温度（裏面温度）に対し、サーミスタ４２の検知温度が近いか否かにより、ヒータ３７の温度変化を高い応答性で計測できているか否か、を比較することができる。測定の結果、本実施例は実施例１に比べて検知温度がヒータ３７の裏面温度に近く、より高い応答性で計測できていることが分かった。したがって、本実施例の構成とするより、より高い応答性で計測できることで、ヒータ３７の温度変化のオーバーシュートを抑制したり、より精密な温度制御を行ったりすることが可能となる。

また本実施例では、端部のみに配置したグラファイトシート５２の内側はＡ４サイズよりも内側に位置させることで、Ａ４サイズの通紙時においては、実施例１と同等の非通紙部昇温の抑制効果を発揮できる。

なお、ヒータ３７の中央部がグラファイトシート５２を介さずに、直接金属板５１に接触することで、立ち上げ時の中央部における金属板５１への熱の逃げは大きくなる。しかし、トナー像ｔの定着可能温度は、端部のトナーが定着されるかによって決まる。これは、端部において放熱や周辺部材への伝熱により、定着フィルム３６の温度が中央部に比べて端部が低くなっているためである。そのため、定着フィルム３６の中央部の温度が端部の温度より高い状態においては、定着立ち上げ時間には影響せず、本実施例においては、第１実施例と同等の定着立ち上げ時間であった。

以上説明したように、本実施例によれば、ヒータ３７の温度を第１実施例に比べ、より高い応答性で検知できるという利点がある。ただし、端部に配置したグラファイトシート５２よりも幅の短い小サイズ紙に対しては、第１実施例の方が非通紙部昇温抑制効果において有利である。

以上、第１実施例及び第２実施例において、第一の熱伝導性部材の材質としてアルミニウムを用いて説明したが、例えば銅等の別の金属を用いても良い。また、第二の熱伝導性部材の材質としてグラファイトシートを用いて説明したが、同様の熱伝導率異方性を有する部材であれば他の材質を用いてもよい。

１８定着装置
３１フィルムアセンブリ
３２加圧ローラ
３３装置フレーム
３６定着フィルム
３７ヒータ
３８ヒータホルダ
４０加圧ステイ
４２サーミスタ
４３温度ヒューズ
４６給電コネクタ
４７ヒータクリップ
５１金属板
５２グラファイトシート

Claims

基板に加え、前記基板に形成された抵抗発熱体を有する加熱体と、
前記加熱体を支持する支持部材と、
前記加熱体に摺動可能に設けられたフィルムと、
前記フィルムとニップ部を形成する加圧部材と、
を備え、前記フィルムと前記加圧部材との間に記録材を搬送し、前記記録材を加圧しながら加熱する定着装置において、
前記基板に比べて熱伝導率が高い第一の熱伝導性部材と、
面内方向の熱伝導率が厚み方向の熱伝導率より高い熱伝導異方性を有する第二の熱伝導性部材と、をさらに備え、
前記第一の熱伝導性部材は、前記加熱体に接触し、
前記第二の熱伝導性部材は、前記第一の熱伝導性部材と前記支持部材との間において、前記第一の熱伝導性部材に接触する
ことを特徴とする定着装置。
前記第二の熱伝導性部材の面内方向の熱伝導率は、前記第一の熱伝導性部材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。
前記第二の熱伝導性部材の厚み方向の熱伝導率は、前記第一の熱伝導性部材の熱伝導率よりも低いことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
前記第二の熱伝導性部材の面内方向の熱伝導率は、３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
前記第二の熱伝導性部材の厚み方向の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置。
前記第二の熱伝導性部材の材質はグラファイトであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置。
前記第一の熱伝導性部材の材質は金属であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置。
前記第二の熱伝導性部材の厚みは、前記第一の熱伝導性部材の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の定着装置。
前記第二の熱伝導性部材の厚みは、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の定着装置。
前記第二の熱伝導性部材は、長手方向の端部にのみ配置されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の定着装置。
前記加熱体の温度を検知する温度検知手段を有し、前記温度検知手段は前記第一の熱伝導性部材に接触するようにして配置されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の定着装置。