JP2022138459A - 像加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録材の種類やサイズによらず、定着ムラの発生を抑制する技術を提供する。【解決手段】回転可能な筒状のフィルム２２と、基板２３１と、基板２３１上に形成された発熱抵抗体２３４と、を備え、フィルム２２の内周面に接触する第１の面と、第１の面と反対側の第２の面を有する、基板２３１の長手方向に延びたヒータ２３と、長手方向に延びる熱伝達部材２８と、を有する像加熱装置Ｆ１において、熱伝達部材２８は、ヒータ２３の第２の面に接触するヒータ接触部と、フィルム２２の内周面が移動する方向において、第１の面と隣接する位置において、フィルム２２の内周面に接触するフィルム接触部と、を有し、発熱抵抗体２３４は、ヒータの第２の面の側に形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の電子写真記録方式の画像形成装置に搭載する定着器、あるいは記録材上の定着済みトナー画像を再度加熱することにより画像の光沢度を向上させる光沢付与装置等の像加熱装置に関する。

従来、複写機やレーザービームプリンタ等の画像形成装置に搭載される像加熱装置として、筒状の定着フィルムと、定着フィルムの内面に接触するヒータで定着部材を構成し、定着フィルムを介してヒータと共にニップ部を形成する加圧ローラとを有する装置がある。このような像加熱装置では、熱源たるセラミックヒータの熱を、定着フィルムを介して記録材へ供給することで記録材上のトナー画像を加熱定着させている。そのため、ヒータから記録材上のトナー画像までの熱伝達は、定着フィルムの熱抵抗が小さいほど早く、効率よく達成される。それ故、近年のプリンタの高速化、省エネのための定着温度の低減、ファーストプリントアウトタイム（ＦＰＯＴ）短縮に対応するために、定着フィルムは高熱伝導化や薄膜化が進められている。

しかしながら、定着効率向上のために定着フィルムの熱抵抗を小さくすると、記録材にスジ状の濃淡差をもたらす定着ムラが発生しやすくなる。定着ムラは記録材上へ与えられる熱量が、記録材の場所によって差が生じ、トナーの溶融度合いが大きく変わることで発生する。伝達される熱量に差が生じる要因の１つとして、発熱体への電力供給の代表的な制御方式である波数制御や位相制御では、記録材がニップ部を通過する際に、発熱体の通電ＯＮ／ＯＦＦを周期的に行うことが挙げられる。すなわち記録材上には、通電（ＯＮ）状態にある発熱体を通過する領域と、通電されていない（ＯＦＦ）状態にある発熱体を通過する領域と、が存在することになり、定着フィルム、ひいては記録材上に温度差が生じる。そして定着フィルムの熱抵抗が小さい場合は、通電ＯＮ／ＯＦＦによる熱の変化の影響をより受けやすくなるため、定着ムラが顕在化しやすい。

さらに近年ではトナーの低融点化、低粘弾性化が進んでおり、温度に対してトナーの溶融度合がより大きく変化するため、定着ムラが発生しやすくなっている。特にカラーの画像形成装置のように複数のトナーを多重形成し定着させる場合は、定着ムラが光沢ムラとして視認されやすくなる。

この定着ムラ抑制を図る手法の１つとして、特許文献１では複数の発熱体を有する像加熱装置において、交流電源周波数と記録材の搬送速度から、定着ムラの出にくい最適な発熱体間隔を決定する方法が開示されている。つまり一本目の発熱体により加熱された部分がもう一度加熱されないように、また、一本目の発熱体で加熱されなかった部分を他の発熱体により加熱して、記録材に与える熱量が均一になるような構成としている。

特開平５－３３３７２６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、記録材の種類やサイズに応じて搬送速度を複数に切り替えて印字する場合には、定着ムラを低減することが困難である。

そこで、本発明の目的は、記録材の種類やサイズによらず、定着ムラの発生を抑制する技術を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の像加熱装置は、
回転可能な筒状のフィルムと、
基板と、前記基板上に形成された発熱抵抗体と、を備え、前記フィルムの内周面に接触する第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面を有する、前記基板の長手方向に延びたヒータと、
前記長手方向に延びる熱伝達部材と、を有する像加熱装置において、
前記熱伝達部材は、前記ヒータの前記第２の面に接触するヒータ接触部と、前記フィルムの内周面が移動する方向において、前記第１の面と隣接する位置で、前記フィルムの内周面に接触するフィルム接触部と、を有し、
前記発熱抵抗体は、前記ヒータの前記第２の面の側に形成されることを特徴とする。

本発明によれば、記録材の種類やサイズによらず、定着ムラの発生を抑制することが可能となる。

実施例に係る像加熱装置を備えた画像形成装置の断面模式図。 実施例に係る像加熱装置の構成を示す断面模式図。 実施例に係るヒータの断面模式図。 実施例に係る熱伝達部材を含む像加熱装置の一部を拡大した断面模式図。 実施例に係る熱伝達部材内の熱の移動方向を示す断面模式図。 実験１に係る比較例１の像加熱装置。 実験１に係る本実施例と比較例１の熱伝達経路を比較する断面模式図。

（実施例）
以下、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施例で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。本発明が適用可能な画像形成装置としては、電子写真方式や静電記録方式を利用したプリンタ、複写機などが挙げられ、ここではレーザプリンタに適用した場合について説明する。

（１）画像形成装置Ｐ
本発明に係る画像形成装置Ｐについて説明する。図１は、本実施例にて用いた電子写真記録技術を用いた画像形成装置Ｐの断面模式図である。画像形成装置Ｐは、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、３Ｍはマゼンタ（以下Ｍと略記）色、３Ｃはシアン（以下Ｃと略記）色、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、像担持体としての感光体ドラム４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋと、帯電手段としての帯電ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋと、を有している。さらに、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と、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が不図示の回転制御部（駆動制御手段）によってプリント指令に応じて、図１中の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ー光が照射されることで露光され、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トナー画像となる。以上の工程により、感光体ドラム４Ｙ表面にＹトナー画像が形成される。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、感光体ドラム４Ｍ表面にＭトナー画像が、感光体ドラム４Ｃ表面にＣトナー画像が、感光体ドラム４Ｋ表面にＫトナー画像が、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、により張架されている。駆動ローラ９ａは、不図示の回転制御部（駆動制御手段）によってプリント指令に応じて、図１中の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に沿って所定のプロセス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ローラ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにより、各色のトナー画像が順次重ね転写される。以上の工程により、中間転写ベルト９表面に４色のフルカラートナー画像が形成される。

一次転写後に感光体ドラム４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ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。上述した、感光体ドラム４、帯電ローラ５、現象装置７、一次転写ローラ１０、不図示のスキャナユニットが、記録材Ｓに未定着画像を形成する画像形成部を構成している。

一方、画像形成装置Ｐ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。そして、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表面からフルカラーのトナー画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。その後、記録材Ｓは、定着部（像加熱部）としての定着装置Ｆ１においてヒータの熱を利用して加熱、および加圧され、トナー画像が記録材Ｓ上に加熱定着される。そして記録材Ｓは、定着装置Ｆ１から画像形成装置Ｐ外部の排出トレイ１５へ排紙ローラ２９によって排出される。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。

上記の画像形成装置は、２色以上のカラートナーを、中間転写ベルトを介して記録材上に転写し、画像形成するタンデム方式等のカラーレーザプリンタを代表例に説明を行っている。しかし、本発明の適用はこれに限られるものではなく、単色のモノクロトナーを使用したモノクロレーザプリンタに適用することも可能である。

（２）定着装置Ｆ１
トナー画像の定着手段としての定着装置Ｆ１について説明する。以下の説明において、定着装置および定着装置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り、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。また記録材に関し、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は定着装置Ｆ１の断面模式図である。本実施例に示す定着装置Ｆ１は、加圧ローラ２１と、定着フィルム２２と、ヒータ２３と、ヒータホルダ２４と、剛性ステー２５などを有している、フィルム加熱方式、加圧ローラ駆動方式のいわゆるテンションレスタイプの装置である。加圧ローラ２１、定着フィルム２２、ヒータ２３、ヒータホルダ２４および、剛性ステー２５は、いずれも長手方向に細長い部材である。

加圧回転体としての加圧ローラ２１は、定着フィルム２２の下方において定着フィルム２２と並列に配置され、芯金２１１の長手方向両端部を、不図示の軸受け部材を介して回転自由に保持させている。そして、加圧ローラ２１の芯金２１１と剛性ステー２５は、長手方向両端部において不図示の加圧スプリングにより加圧ローラ２１の外周面（表面）と定着フィルム２２の外周面（表面）が接触するように加圧されている。その加圧力により、加圧ローラ２１表面と定着フィルム２２表面を接触させ、その間に記録材Ｓを挟持搬送する所定幅の定着ニップ部ＮＦを形成している。

ヒータホルダ２４は、液晶ポリマーのような耐熱樹脂からなる、ヒータ２３を保持する部材である。またヒータホルダ２４は、案内部２４１を備え、定着フィルム２２の回転を案内するガイド機能も有している。

加圧ローラ２１は、プリント指令に応じて、不図示の回転制御部（駆動制御手段）により、プロセススピードで図２中の矢印方向へ回転される。回転可能に備えられた定着フィルム２２は、加圧ローラ２１に従動するように、ヒータホルダ２４の外周に沿うように、図２中の矢印方向に従動回転する。またその際、定着ニップ部ＮＦにおいて定着フィルム２２の内周面がヒータ２３と密着して摺動する。

未定着のトナー画像を担持した記録材Ｓは、入口ガイド２７を通って定着ニップ部ＮＦに給送され、加圧ローラ２１と定着フィルム２２により挟持搬送される。その搬送過程において、記録材Ｓは定着フィルム２２により熱と圧力が加えられ、未定着トナー画像が記録材Ｓの表面に加熱定着される。

（２－１）定着フィルム２２
定着フィルム２２は、円筒状の基層２２１と、その外側に離型層２２２を有する。基層２２１は、可撓性を有する耐熱性材料を主成分として形成される。可撓性を有する耐熱性材料とは例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳまたはＰＰＳなどの耐熱性樹脂、または、ＳＵＳ、ニッケルなどの金属である。基層２２１の外周には、フッ素樹脂などからなる、トナーに対する非粘着性を付加するための離型層２２２を有する。基層２２１と離型層２２２の間には必要に応じて各層を接着するための中間層を設けても良いが、中間層の材質および厚みは定着フィルム２２全体の熱伝導を大きく阻害しないことが望ましい。

ヒータ２３の熱を効率良く記録紙上のトナー画像へ伝えるために、定着フィルム２２は薄層、低熱容量であることが望ましい。定着フィルム２２の総厚みは１６０μｍ以下が望ましく、好ましくは１００μｍ以下である。

本実施例では、定着フィルム２２は、厚み５０μｍのポリイミドを主成分とする基層２２１と、厚み１５μｍのフッ素樹脂からなる離型層２２２と、で構成される。定着フィルム２２の外周長は５７ｍｍである。

（２－２）加圧ローラ２１
本実施例では、加圧ローラ２１は、丸軸状の芯金２１１と、芯金２１１の外周に芯金２１１と同心一体に形成されたシリコーンゴムから成る弾性層２１２と、弾性層２１２の周りには導電性のフッ素樹脂で形成される離型層２１３と、を有している。加圧ローラ２１の外周長は、５７ｍｍである。なお、弾性層２１２は、フッ素ゴム等の耐熱性ゴム、あるいはシリコーンゴム等を発泡して形成したものでも良い。また、離型層２１３は、絶縁性のフッ素樹脂でも良い。

（２－３）ヒータ２３
図３は本実施例のヒータ２３の断面模式図である。本実施例のヒータ２３は、長手方向に細長い基板２３１を有し、その基板２３１の定着フィルム２２接触面と反対側の面に基板長手方向に沿って、発熱抵抗体である発熱体２３４を形成具備させている。

本実施例では、発熱体２３４のパターン形状は１本の発熱体を折り返し、記録材搬送方向において２本が並行して基板上に配置されるパターンとなっており、基板２３１は長手方向に発熱体に給電するための給電電極（不図示）が設けられている。そして、発熱体２３４を覆う耐熱性の保護コート層２３２と、定着フィルム２２と摺動接触する摺動コート層２３３と、を有している。ヒータ２３の摺動コート層２３３と定着フィルム２２の内面は直接、もしくはグリスなどを介して接触する。ヒータ２３は、保護コート層２３２から摺動コート層２３３まで、分割できない一体部品として形成されている。

基板２３１は、アルミナ（酸化アルミニウム）や、窒化アルミニウム、あるいは絶縁部材で被覆された金属などの熱伝導材からなる長手に長い板状部材であり、本実施例の基板２３１は、アルミナ（酸化アルミニウム）からなる厚み１ｍｍの部材である。保護コート層２３２は、ガラス、またはポリイミドやフッ素樹脂などの樹脂などの耐熱性材料からなり、発熱体２３４を保護し、また絶縁耐圧性を付与する。本実施例の保護コート層２３２は、厚み６０μmのガラスである。摺動コート層２３３は、ガラス、またはポリイミドや
フッ素樹脂などの樹脂などからなる、定着フィルム２２の内面との摺動性、耐摩耗性を付与するためのものである。本実施例の摺動コート層２３３は、厚み３０μmのガラスであ
る。発熱体２３４は、銀やパラジウムなどの電気抵抗材料を、厚み約数十μmでスクリー
ンに係る印刷などによって塗工して形成される。以後、図３にも示すように、ヒータ２３の定着フィルムに接触する摺動コート層２３３を有する面を表面、反対側の保護コート層２３２を有する面を裏面とする。

本実施例のヒータ２３は、基板２３１の裏面側に発熱体２３４を配置している。したがって、基板２３１と摺動コート層２３３を介して、発熱体２３４から定着フィルム２２に熱が伝わる経路が１つの熱伝達経路となっている。

（２－４）ヒータ駆動制御
ヒータ２３の温度は、ヒータ２３の裏面側に設けられている温度検知手段としてのサーミスタ２６によって検知される。サーミスタ２６によって検出された温度からヒータ２３に供給するべき電力を算出し、その供給する電力に対応した通電パターンに換算し、通電ＯＮ／ＯＦＦ信号を送出する。以上のような制御回路によって、ヒータ２３の温度は所定の温度に維持される。例えば、通常の定着モードであれば１９０℃に温調される。

（２－５）熱伝達部材２８
本実施例の熱伝達部材２８について説明する。図４は熱伝達部材を含む定着装置Ｆ１の断面を拡大した模式図である。熱伝達部材２８は、ヒータ２３とヒータホルダ２４の間に位置する、折り曲げられた板状部材であり、長手方向において通紙領域の全域にわたって
配置されている。つまり、熱伝達部材２８は、ヒータ２３とともに、ヒータホルダ２４によって保持されている。熱伝達部材２８は、まず記録材搬送方向における中心部のヒータ接触部２８ａで、保護コート層２３２の基板２３１との接触面と反対側の面と接触する。そして、ヒータ２３を覆うように折り曲げられ、ヒータ接触部２８ａから定着フィルム２２に向かって、ヒータ２３の外形に沿って延伸する（第１の部分）。さらに、その端部は、定着フィルム２２の内面に沿うように折り曲げられ、フィルム接触部２８ｂとして、定着フィルム２２と接触する（第２の部分）。本実施例では、フィルム接触部２８ｂは、定着ニップ部ＮＦに対して、搬送方向の上流側と下流側にそれぞれに接触する上流側接触部と下流側接触部を含む。つまり、ヒータ２３の発熱体２３４からの熱は、保護コート層２３２を介してヒータ接触部２８ａへと伝達され、さらに熱伝達部材２８内を通り、フィルム接触部２８ｂから定着フィルム２２へと伝達される。すなわち、定着装置Ｆ１には基板２３１と摺動コート層２３３を介する熱伝達経路（第１の熱伝達経路）とは別に、熱伝達部材２８を介して定着フィルム２２へと熱を伝達する経路（第２の熱伝達経路）が存在する。

熱伝達部材２８は、アルミニウムや銅などの高い熱伝導率を有する材料からなる長手方向に長い板状部材である。本実施例の熱伝達部材２８は、厚み０．３ｍｍのアルミニウムからなる。熱伝達部材２８のフィルム接触部２８ｂは、上下流ともに０．５ｍｍの長さで、ヒータ２３と隣接する位置で定着フィルム２２と接触している。

（３）ヒータから定着フィルムへの熱伝達経路
本実施例におけるヒータ２３から定着フィルム２２への熱伝達経路について説明する。上述に述べた構成により、本実施例ではヒータ２３から定着フィルム２２への主たる熱伝達経路を２つ備えている。１つ目は、ヒータ内の発熱体２３４から基板２３１、摺動コート層２３３を経由して定着フィルム２２に到達する経路（第１の熱伝達経路）である。２つ目は、発熱体２３４から保護コート層２３２、熱伝達部材２８を経由して定着フィルム２２に到達する経路（第２の熱伝達経路）である。

図５を用いて、熱伝達部材内の熱の移動方向、および定着装置の構成について、より詳細に説明する。本構成のように熱伝達の経路を複数に分け、ヒータ２３から熱伝達部材２８を経由して定着フィルム２２へと熱を伝達する経路を機能させるためには、ヒータ接触部２８ａの温度がフィルム接触部２８ｂの温度よりも高い状態となる必要がある。そのためには、基板２３１に対してヒータ２３の裏面側、すなわちヒータ接触部２８ａに近い側に発熱体２３４が存在する裏面発熱構成が有効である。

図５（ａ）に、本実施例で採用した裏面発熱構成の像加熱装置Ｆ１の断面図模式図を示す。発熱体２３４はヒータ２３の裏面側に位置しており、発熱体２３４と熱伝達部材２８の間の熱抵抗は、発熱体２３４と定着フィルム２２の間の熱抵抗より小さい。この場合、発熱体２３４から保護コート層２３２を経由してヒータ接触部２８ａに伝達される熱は、発熱体２３４から基板２３１、摺動コート層２３３、定着フィルム２２を経由してフィルム接触部２８ｂに伝達される熱より高くなる。すなわち、熱伝達部材内の温度分布は、ヒータ接触部２８ａの温度の方が、フィルム接触部２８ｂの温度よりも高くなる。つまり、熱の流れは図５（ａ）中の矢印で示すように、ヒータ接触部２８ａからフィルム接触部２８ｂ領域に移動する方向となり、フィルム接触部２８ｂにおいて定着フィルム２２は加熱される。

一方で、表面発熱構成では熱伝達部材２８が熱伝達経路として意図した通りに機能しない場合がある。図５（ｂ）に、比較例としての表面発熱構成の像加熱装置の断面模式図を示す。表面発熱構成では、発熱体２３４が基板２３１に対してヒータ２３の表面側、すなわち定着フィルム２２の内面側に配置される。すると、発熱体２３４と熱伝達部材２８の
間の熱抵抗が、発熱体２３４と定着フィルム２２の間の熱抵抗より大きくなりうる。この場合、発熱体２３４から基板２３１を経由してヒータ接触部２８ａに伝達される熱は、発熱体２３４から摺動コート層２３３、定着フィルム２２を経由してフィルム接触部２８ｂに伝達される熱より小さくなる。この場合、熱伝達部材内の温度分布は、フィルム接触部２８ｂの温度がヒータ接触部２８ａの温度よりも高くなり、熱の流れがフィルム接触部２８ｂからヒータ接触部２８ａに移動する方向になる。したがって、表面発熱構成では、ヒータ２３から熱伝達部材２８を経由した定着フィルム２２への熱伝達経路は機能しない可能性が高くなる。そのため、本実施例では裏面発熱構成にすることによって、熱伝達部材２８を経由した熱伝達をより確実に、さらに効果的に機能するようにしている。なお、熱の移動方向は各構成部品の材質や形状、相対位置によって左右されるため、表面発熱構成では、熱伝達経路を複数に分けることが不可能であると限定されるわけではない。

（４）効果確認
本実施例の効果を確認するために、本実施例の定着装置Ｆ１を搭載した画像形成装置を用いて定着可能な最低温調温度（サーミスタ温度）を確認した上で、そのサーミスタ温度でプリントした。そのときの定着ムラを確認するとともに、伝熱シミュレーションを用いて定着フィルム表面の温度リップルを計算した。温度リップルとは、定着フィルム表面の最大温度と最小温度の差のことである。すなわち定着フィルムの、通電（ＯＮ）状態にある発熱体を通過し加熱される領域と、通電されていない（ＯＦＦ）状態にある発熱体を通過し加熱されない領域との温度差になる。

比較例として熱伝達部材を用いていない定着装置Ｆ２、定着装置Ｆ３についても同様に確認した。定着装置Ｆ１の基板厚み１．０ｍｍに対して、定着装置Ｆ２の基板厚みは同じ１．０ｍｍ、定着装置Ｆ３の基板厚みはより厚い１．２ｍｍである。図６に比較例１として、定着装置Ｆ２の断面模式図を示す。定着装置Ｆ２は熱伝達部材を有しないため、ヒータから定着フィルムへの主たる熱伝達経路は、基板と摺動コート層を経由する経路、１つのみである。また、比較例２としての定着装置Ｆ３は、ヒータの基板厚み以外は定着装置Ｆ２と同じ構成である。

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。実験は、環境温度２３℃、湿度５０％の環境に画像形成装置を設置して行った。実験には、一般的なＬＢＰ印刷用紙、坪量８０ｇ／ｍ^２、ＬＴＲ（幅２１６ｍｍ縦２７９ｍｍ）サイズ紙を用いた。評価に用いた画像は、余白部としてページ先端、後端、右端、左端に５ｍｍの余白を設け、ページ全体にトナーを載せたベタ画像で、Ｍトナー、Ｃトナーの２色のトナーを重ね、合わせて２００％の画像濃度となるように形成している。発熱体への通電制御は波数制御であり、１３半波を制御周期とし通電パターンに従ってＯＮ／ＯＦＦを行い複数段階の電力調整を行っている。

また、定着フィルム表面の温度リップルは伝熱シミュレーションを用いて計算した。定着装置全体をモデル化し、波数制御の３０％点灯通電パターンを用いて伝熱解析を実施することで、定着フィルムの表面温度を計算している。熱伝達部材であるアルミニウムの熱伝導率は２３７［Ｗ／ｍＫ］、比熱は９０５［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］、質量密度は２．７Ｅ＋０６［ｋｇ／ｍ＾３］としている。ヒータの構成部品のうち、基板であるアルミナの熱伝導率は２５．６［Ｗ／ｍＫ］、比熱は７７１［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］、質量密度は３．４Ｅ＋０３［ｋｇ／ｍ＾３］としている。また、保護コート層と摺動コート層であるガラスの熱伝導率は１．４１［Ｗ／ｍＫ］、比熱は４６５［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］、質量密度は４．９Ｅ＋０３［ｋｇ／ｍ＾３］としている。さらに、ヒータと定着フィルムの接触距離を３．１ｍｍ、熱伝達部材と定着フィルムの接触距離を記録材搬送方向の上下流合計で１．０ｍｍとして計算している。結果を下記の表１に示す。

本実施例の定着装置Ｆ１では定着ムラは発生せず、定着可能なサーミスタ温度は１９０℃であった。一方、比較例１の定着装置Ｆ２では定着可能温度は変わらなかったものの定着ムラが発生した。定着フィルム表面の温度リップルを計算した伝熱シミュレーション結果では、定着装置Ｆ１の温度リップルは２．３℃、定着装置Ｆ２の温度リップルは５．４℃で、定着装置Ｆ１の温度リップルの方が低い結果となった。

図７は本実施例と比較例１の熱伝達経路を比較した断面模式図である。図７（ａ）に示すように、本実施例においては発熱体２３４から供給される熱が２つの経路に分散されている。つまり、発熱体２３４からの熱は２つの熱伝達経路に分かれて定着フィルム２２へと伝達されるため、各々の経路を通過する単位時間当たりの熱量が減ると同時に、定着フィルム２２へと伝達される熱の位置やタイミングにも差が生じる。すなわち、本結果は定着フィルム２２、ひいては記録材に対しての発熱体２３４からの通電パターンの影響が和らいだことにより、温度リップルが低くなり、定着ムラの発生が抑制されたと考えられる。

一方で、図７（ｂ）に示すように発熱体２３４から定着フィルム２２への熱伝達経路が１つしかない比較例１では、熱が１つの経路に集中したため、発熱体２３４からの通電パターンの影響が強く出て、定着ムラが発生したと考えられる。

また、比較例２として、ヒータ２３の基板２３１の厚みを１．２ｍｍとした定着装置Ｆ３では、画像に定着ムラは発生しなかったものの、定着可能なサーミスタ温度が高くなった。定着ムラが発生しなかった要因として、基板２３１の厚みが厚くなった分、熱が基板内で拡散しやすくなったためだと考えられる。現に、伝熱シミュレーションの結果では定着フィルム表面の温度リップルが２．８℃になっており、厚みを厚くした分、発熱体２３４からの通電パターンの影響が緩和されて定着ムラが見えなくなったことが示唆されている。

一方で、定着可能なサーミスタ温度が高くなった要因としては、基板２３１の厚みが厚くなった分、基板２３１の熱抵抗が大きくなったためであると考えられる。すなわち、発熱体２３４から定着フィルム２２までの熱伝達経路の熱抵抗が大きくなった分、定着フィルム表面温度を狙いの温度にするために、ヒータ裏に配置されたサーミスタ温度を本実施例よりも高く設定しなければならなくなっている。反面、本実施例においては熱伝達部材２８を経由する熱伝達経路を設けることで、表面発熱構成と同程度のサーミスタ温度で定着可能となっており、定着効率も高いことがわかる。

また、本来であれば、定着ムラは発熱体への通電ＯＮ／ＯＦＦの周期が長くなると見えやすい傾向にあるため、位相制御に比べて周期が比較的長い波数制御は定着ムラが顕在化しやすい。しかし、本構成によれば、波数制御であっても定着ムラの発生を抑制でき、ノイズフィルターを必要とし、よりコストが高く、かつ基板サイズが大きくなる位相制御方式を採用する必要がない。

以上のように、熱伝達部材２８を備え、ヒータ２３から定着フィルム２２への熱伝達経路を複数設けることで、記録材の種類やサイズによらず、電気基板の大型化することなく定着ムラを防止することができる。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。以下に、その変形例の一例を示す。

（変形例１）
上述した実施例において、熱伝達部材の定着フィルムへ接触する部分を記録材搬送方向に対して定着ニップ部の上下流側付近の両方に設けたが、上流側付近のみ、下流側付近のみ、もしくは定着フィルムの定着ニップ部以外の領域でも同様の作用効果が得られる。

（変形例２）
上述した実施例においてヒータの発熱体は１本の発熱体を折り返し、記録材搬送方向において２本が並行して配置されるパターンとなっているが、他のパターンでもよい。例えば、長手方向に１本の折り返さない通電発熱体をもつパターンや、３本以上の複数の発熱体を並列に併せ持つパターンでもよく、また、ヒータ長手方向に対して発熱量の異なるパターンを配置していた場合でも同様の作用効果が得られる。

（変形例３）
上述した実施例において、ヒータの発熱体は基板の裏面側のみに配置された裏面発熱のヒータ構成としているが、表面と裏面の両面に発熱体が配置されているヒータ構成、もしくは発熱体が基板で挟まれるヒータ構成のような場合でも、同様の作用効果が得られる。ただし、ヒータから定着フィルムへの熱伝達において、熱伝達部材を経由しての熱伝達が行われるように、発熱体の発熱比率、基板の熱伝導率、熱容量を設定する必要がある。そうすることで、熱伝達部材内の温度分布として、ヒータ接触部の温度の方がフィルム接触部の温度よりも高くなり、意図した熱伝達が行われる。

（変形例４）
上述した実施例において、熱伝達部材は一体部品として、長手方向で通紙領域の全域にわたって配置されているが、長手方向に複数配置するような場合でも、同様の作用効果が得られる。またヒータ接触面について保護コート層の裏面側ではなく、側面側に接触させる構成や、記録材の幅方向においてフィルム接触部をヒータと隣接する位置にも設ける構成とすることも考えられる。こういった場合には、ヒータ接触部は、ヒータにおける定着フィルムとの接触面以外の領域で接触するなど、その接触範囲は適宜構成してよい。

（変形例５）
上述した実施例において、熱伝達部材は金属の板状部材が折り曲げられたものとしたが、金属以外の材料であってもよいし、熱伝達部材としての所望の構造は、折り曲げ加工に限らず、削り出し加工や型成形によって製造してもよい。

（変形例６）
上述した実施例において、熱伝達部材のフィルム接触部とヒータホルダの案内部は、定着フィルムの内面に対して、特に連続した面になるような構造とはしていない。しかしフィルム接触部は、案内部の案内面と面一となるように構成し、案内部との間で一体的なフィルム案内面を形成するように構成してもよいし、単にヒータホルダの案内部の案内面の一部を覆うように構成してもよい。また、ヒータホルダの案内部の案内面をすべて覆うよ
うに構成することで、フィルムを案内するヒータホルダの役目を代替してもよい。すなわち、フィルム接触部は、定着フィルムに熱を伝える機能だけでなく、定着フィルムの内面を案内し、回転移動を阻害しない機能も必要となる。

２１…加圧ローラ、２２…定着フィルム、２３…ヒータ、２４…ヒータホルダ、２８…熱伝達部材、２８ａ…ヒータ接触部、２８ｂ…フィルム接触部

Claims (12)

1. 回転可能な筒状のフィルムと、
   基板と、前記基板上に形成された発熱抵抗体と、を備え、前記フィルムの内周面に接触する第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面を有する、前記基板の長手方向に延びたヒータと、
   前記長手方向に延びる熱伝達部材と、を備える像加熱装置において、
   前記熱伝達部材は、前記ヒータの前記第２の面に接触するヒータ接触部と、前記フィルムの内周面が移動する方向において、前記第１の面と隣接する位置で、前記フィルムの内周面に接触するフィルム接触部と、を有し、
   前記発熱抵抗体は、前記ヒータの前記第２の面の側に形成されることを特徴とする像加熱装置。
2. 前記ヒータ接触部は、前記ヒータにおける前記フィルムとの接触面と反対側の面と接触することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 前記熱伝達部材は、前記ヒータ接触部を含み、前記ヒータの外形に沿って延びる第１の部分と、前記フィルム接触部を含み、前記フィルムの内周面に沿って延びる第２の部分と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
4. 前記熱伝達部材は、板状部材であり、前記第１の部分と前記第２の部分は、曲げ加工によって形成されることを特徴とする請求項３に記載の像加熱装置。
5. 前記ヒータを保持し、回転する前記フィルムの内面を案内する案内部を有するヒータホルダを備え、
   前記第２の部分は、前記案内部とともに、前記フィルムの内周面を案内する案内面を形成することを特徴とする請求項３又は４に記載の像加熱装置。
6. 前記フィルム接触部は、前記ヒータに対して、記録材の搬送方向の上流側で前記フィルムの内周面に接触する上流側接触部を含むことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の像加熱装置。
7. 前記フィルム接触部は、前記ヒータに対して、記録材の搬送方向の下流側で前記フィルムの内周面に接触する下流側接触部を含むことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の像加熱装置。
8. 前記熱伝達部材は前記ヒータの基板よりも高い熱伝導率を有することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の像加熱装置。
9. 前記熱伝達部材は、記録材の搬送方向と直交する幅方向において、前記記録材より長いことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の像加熱装置。
10. 前記フィルムは筒状のフィルムであり、総厚みが１６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の像加熱装置。
11. 前記フィルムの外周面に接触し、前記フィルムとの間にニップ部を形成するローラを備え、
    前記ヒータと前記ローラで前記フィルムを挟持しており、記録材上に形成された画像は前記ニップ部で前記フィルムを介して加熱される請求項１～１０のいずれか１項に記載の像加熱装置。
12. 記録材に画像を形成する画像形成部と、
    記録材に形成された画像を記録材に定着する定着部と、
    を有する画像形成装置において、
    前記定着部が請求項１～１１のいずれか１項に記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
    

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