WO2004100610A1

WO2004100610A1 - 加熱装置

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Publication number: WO2004100610A1
Application number: PCT/JP2004/006252
Authority: WO
Inventors: Toshiaki Kagawa; Hiroshi Kida; Takashi Yamanaka; Tetsunori Mitsuoka
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2004-11-18
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Abstract

熱反射板（２３８）や熱反射板（２３９）における熱反射板外側面からの対流による放熱量が面の向きに依存することを考慮して、定着装置（２３）における熱反射板（２３８）や熱反射板（２３９）を配置する。具体的には、熱反射板の外側面に関する鉛直上向きの投影面積Ｓｕ、水平方向の投影面積Ｓｈ、および鉛直下向きの投影面積Ｓｄとすると対流熱伝達率ηが η＝（Ｓｕ＋０．７７Ｓｈ＋０．５４Ｓｄ）／（Ｓｕ＋Ｓｈ＋Ｓｄ）で求められるため、対流熱伝達率ηが少なくとも０．９より小さくなるように熱反射板（２３８）や熱反射板（２３９）を配置する。

Description

技術分野

[0001] この発明は、搬送路上を搬送される被加熱材を加熱部材によって加熱する加熱装置に関し、特に、加熱部材から放出される輻射熱を反射する熱反射板を備えた加熱装置に関する。背景技術

明

[0002] 搬送路上を搬送される被加熱材を加熱する加熱装置の例として、電子写真方式の田

画像形成装置に備えられる定着装置、湿式電子写真方式の画像形成装置やインクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用の消去装置が挙げられる。ここでは、これら装置のうち、定着装置の構成を用いて従来の加熱装置の構成を説明する。

[0003] 定着装置は、一般的に用紙搬送路の両側に互いに圧接するように配置された加熱ローラおよび加圧ローラを備えている。加熱ローラと加圧ローラとが所定の圧力で圧接することにより、加熱ローラと加圧ローラとの間に定着ニップ部が形成される。この定着二ップ部を用紙が通過する際に用紙は加熱および加圧され、用紙に付着した未定着のトナー像が用紙面に定着する。トナー像を用紙面に定着するにあたって、カロ熱ローラおよび加圧ローラを常時高温に保つ必要があるため、加熱ローラおよびカロ圧ローラの保温性を高めることが重要になる。

[0004] 図 1は、従来の熱ローラ定着方式の定着装置の構成例を示している。熱ローラ定着方式において、断面半円弧状の金属からなり加熱ローラ 231から放出される輻射熱を反射する熱反射板 238を加熱ローラ 231の周囲の一部を覆うように配置することで、加熱ローラから放出される熱を低減させて保温性を高め、省エネルギ化を図った定着装置が用いられることがあった (例えば、特許文献 1参照）。

[0005] し力しながら、上述の特許文献 1の発明を含む従来技術では、熱反射板からの放熱が全く考慮されていない。具体的に図 1を用いて説明すると、熱反射板 238によつて加熱ローラ 231からの輻射熱を反射することだけに着眼しており、熱反射板 238における加熱ローラ 231との対向面の反対側の面（外側面）から生じる対流熱伝達による放熱を考慮していない。

[0006] このため、熱反射板 238の外側面からの放熱量が大きい場合には、加熱ローラ 23

1の保温性が低下する。特に、印刷速度 50枚 Z分以上、ニップ通過時間 23msec以下の高速機分野では、定着装置において熱量不足が発生し易いため、加熱ローラや加圧ローラの保温性を高めることが重要になる。

[0007] この発明の目的は、熱反射板における対流熱伝達による放熱を低減させて、加熱部材の保温性を向上させた加熱装置を提供することである。

特許文献 1 :特開平 9 - 101700号公報

発明の開示

[0008] (1)被加熱材が搬送される搬送路に接するように設けられ、前記被加熱材を加熱する加熱部材と、

前記加熱部材における前記搬送路の反対側に前記加熱部材に対向するように配置され、前記加熱部材から放出される輻射熱を反射する熱反射板と、を備え、前記熱反射板における前記加熱部材との対向面の反対側の面に関する鉛直上向きの投影面積、水平方向の投影面積、鉛直下向きの投影面積をそれぞれ Su、 Sh、 Sdとしたときに、

η = (Su + 0. 77Sh + 0. 54Sd) / (Su+ Sh+ Sd)

で表される対流熱伝達率 77が少なくとも 0. 9以下になるように、加熱部材周囲の所定位置に前記熱反射板が配置されることを特徴とする。

[0009] 本発明に係る加熱装置は、熱反射板からの放熱が少なくなるように、熱反射板を配置している。熱反射板からの放熱量は、熱反射板における加熱部材との対向面の反対側の面 (熱反射板外側面）の向きに依存する。熱反射板において、熱反射板外側面における上向きの面からの放熱量が最も大きぐ次いで横向き面からの放熱量が多ぐ下向きの面からの放熱量が最も小さい。具体的には、上向き面からの放熱量を 1. 00とした場合、横向き面では約 0. 77、下向き面では約 0. 54になることが本出願人によって解明されている。

[0010] 本発明では、このことを考慮して考案された熱反射板における対流熱伝達率 ηを求める式、

77 = (Su + 0. 77Sh + 0. 54Sd) / (Su+ Sh+ Sd)

を利用して、対流熱伝達率 77がなるベく小さくなるように熱反射板を加熱部材周囲の所定の位置に配置してレ、る。

[0011] したがって、熱反射板における対流熱伝達による放熱を低減させて、加熱部材の保温性を向上させることができる。本出願人の実験によれば、対流熱伝達率 ηが少なくとも 0. 9以下であれば、加熱部材の保温性が高まっている。

[0012] (2)前記熱反射板は、内部に熱源を有する加熱部材に対向するように配置されることを特徴とする。

[0013] この構成においては、内部に熱源を有する加熱部材の外周の一部を覆うように熱反射板が配置されている。したがって、内部に熱源を有しない加熱部材の周囲に熱反射板を配置する場合に比較して、加熱部材から放出される輻射熱がより効果的に反射される。このため、熱反射板を効率的に利用することができる。

[0014] (3)前記搬送路は、水平方向に対して前記被加熱材の搬送方向に傾斜するように形成されてレヽることを特徴とする。

[0015] この構成においては、被加熱材を搬送する搬送路が水平面に対して傾斜するように形成されている。例えば、前記搬送路は、水平方向に対して 90度程度傾斜させると、被加熱材の搬送方向がほぼ垂直方向に近づき、搬送路に接する加熱部材に対向して配置される熱反射板の熱反射板外側面における上向き面の割合が減少する。このため、搬送路が水平方向に形成されるときよりも熱反射板外側面からの放熱が低減し、加熱部材の保温性が向上する。

[0016] (4)前記加熱部材は、前記搬送路の両側に互いに圧接するように配置される加熱口ーラおよび加圧ローラであり、

前記熱反射板は、少なくとも前記加熱ローラの周面を覆うように配置されることを特徴とする。

[0017] この構成においては、内部に熱源を有する加熱ローラと、加熱ローラに圧接するように配置される加圧ローラと、によって加熱部材が構成される。このとき、少なくとも加熱ローラから放出される輻射熱を反射するように熱反射板を配置すれば、加熱部材の保温性は高められる。

[0018] 通常、加熱ローラにおける搬送路の反対側には熱反射板を配置する空間を形成し易い。このため。熱反射板の角度の調整が行い易くなり、熱反射板による保温効果を高め易くなる。

[0019] (5)前記熱反射板に対向するように配置される前記加熱ローラの周速 Vを 0.32 (m/ s)≤V≤0. 49 (m/s)の範囲内の速度に調整する速度調整部をさらに備えたことを特徴とする。

[0020] この構成においては、加熱ローラの周面の近傍における熱損失を考慮して加熱口一ラの周速が調整される。例えば、熱反射板設置側における加熱ローラの回転方向が下向きの場合、加熱ローラの回転によって加熱ローラと熱反射板との間の空気が押し下げられる。加熱ローラの周速 Vを 0.32 (m/s)≤V≤0. 49 (m/s)の範囲内にしていると、加熱された空気の上昇力と、加熱ローラの回転により空気を下向きに流そうとする力がほぼ等しくなる。

[0021] したがって、加熱ローラの周囲に位置する高温の空気力加熱ローラの近傍から放出されにくくなり、加熱ローラの保温性が向上する。

[0022] (6)前記加圧ローラに圧接しつつ前記加圧ローラを加熱する外部熱供給ローラと、前記外部熱供給ローラに対向するように配置され前記外部熱供給ローラ加熱部材から放出される輻射熱を反射する熱反射板と、をさらに備え、

前記外部熱供給ローラが、前記加圧ローラ周面における下側半分の範囲内に当接するように配置されることを特徴とする。

[0023] この構成においては、加圧ローラが加熱ローラとの圧接部以外に外部熱供給ローラからも熱の供給を受け、外部熱供給ローラの周囲には外部熱供給ローラからの輻射熱の放出を防止する熱反射板が配置される。

[0024] したがって、加圧ローラを高温に保ち易くなり、加圧ローラに接する加圧ローラの保温性が向上する。また、外部加熱ローラに対向するように配置される熱反射板は、熱反射板外側面における下向き面の占める割合を増加させ易ぐこの熱反射板外側面力の放熱量を抑えることができる。

[0025] (7)前記熱反射板が周方向に分割された複数の部材によって構成されることを特徴とする。

[0026] この構成においては、周方向に分割された複数の部材を任意の個数だけ並べて円弧状の断面を有する熱反射板が構成される。熱反射板を周方向において連続させないことで、熱反射板における下側や横側の熱が、熱反射板における上側に逃げにくくなり、熱反射板における温度低下が生じにくくなる。

[0027] (8)前記熱反射板が低熱伝導性材料で構成されることを特徴とする。

[0028] この構成においては、熱反射板が部材内部で熱伝導がされにくい素材によって形成される。したがって、熱反射板における下側や横側の熱が、熱反射板の内部を伝つて上側に逃げにくくなる。この結果、熱反射板の保温性が向上し、加熱部材の保温性が向上する。

図面の簡単な説明

[0029] [図 1]従来の熱反射板の配置の一例を示す図である。

[図 2]本発明の加熱装置が適用されるディジタル複写機の構成を示す斜視図である

[図 3]本発明の加熱装置が適用されるディジタル複写機の内部構成の概略を示す図である。

[図 4]本発明の加熱装置が適用される画像形成装置の構成を示す図である。

[図 5]本発明の加熱装置としての定着装置の構成を示す図である。

[図 6]熱反射板の各投影面積を説明した図である。

[図 7]熱反射板の構成、配置位置、および対流熱伝達率 ηを示す図である。

[図 8]定着速度 V、摩擦抵抗 Ff、および空気の浮力 Fbの関係を示す図である。

[図 9]周方向に分割された複数の部材からなる熱反射板の構成を示す図である。発明を実施するための最良の形態

[0030] 以下、図を用いて本発明の加熱装置をディジタル複写機 1における定着装置に適用した実施の一形態を説明する。

[0031] 図 2は、本発明の加熱装置が適用されるディジタル複写機 1の斜視図である。同図に示すように、ディジタル複写機 1は、原稿読取装置 11、画像形成装置 12、用紙供給装置 13、後処理装置 14、外部用紙供給装置 15、搬送部 17、および排紙部 16 (1 6a、 16b)を備えている。

[0032] 原稿読取装置 11は、原稿の画像を読み取り、読み取った画像データを画像形成装置 12に供給する。画像形成装置 12は、入力される画像データに基づいて電子写真方式の画像形成処理を行う。用紙供給装置 13は、画像形成装置 12に対して画像形成処理がされる用紙を供給する。搬送部 17は、画像形成装置 12によって画像形成処理がされた用紙を後処理装置 14へと搬送する。後処理装置 14は、入力される画像形成ジョブの内容に基づいて用紙に対してステープル処理やソート処理等の後処理を行う。外部用紙供給装置 15は、大量の用紙を収容可能な用紙収容部を備えており、用紙供給装置 13と同様に画像形成装置 12に対して給紙を行う。排紙部 16 ( 16a、 16b)は、画像形成処理が行われてディジタル複写機 1の外部に排出される用紙を収容する。

[0033] 図 3は、ディジタル複写機 1内部の概略構成を示す図である。用紙供給装置 13における各用紙収容部および外部用紙供給装置 15から画像形成装置 12、搬送部 17 、後処理装置 14を経由して排紙トレイ 16bまでの間に用紙搬送路が形成されている。本発明の加熱装置を構成する定着装置 23は、画像形成装置 12内において用紙搬送路に接するように配置される。

[0034] 図 4は、画像形成装置 12の構成を示す図である。同図に示すように、用紙搬送路に接するように像担持体としての感光体ドラム 22が配置される。感光体ドラム 22の周囲には、帯電ユニット 31、光走査ユニット 24、現像ユニット 25、転写ユニット 26、タリ一二ングユニット 27が配置される。

[0035] 帯電ユニット 31は、感光体ドラム 22の表面を均一に帯電させる。光走査ユニット 24 は、均一に帯電された感光体ドラム 22の表面を露光して静電潜像を形成する。現像ユニット 25は、光走查ユニット 24によって書き込まれた静電潜像を現像剤により顕像化して現像剤像を形成する。転写ユニット 26は、感光体ドラム 22の表面に形成された現像剤像を用紙に転写する。クリーニングユニット 27は、感光体ドラム 22表面に残留した現像剤を除去して感光体ドラム 22に新たな画像を記録することを可能にする。

[0036] 用紙搬送路における感光体ドラム 22と転写ユニット 26との間に位置する画像形成位置の下流側には、用紙に付着した未定着の現像剤像を用紙に定着させる定着装置 23が配置される。定着装置 23において現像剤像が定着された用紙は、画像形成面が下に向いた状態で排紙トレイ 16aまたは排紙トレイ 16bに排出される。タリーニングユニット 27により除去された残留現像剤は回収され、現像ユニット 25の現像剤供給部 25aに戻されて再利用される。

[0037] 光走查ユニット 24の周囲に形成された空間には、プロセスコントロールユニット（PC U)基板、インターフェイス基板、イメージコントロールユニット（ICU)基板、および電源ユニットが配置される。

[0038] PCU基板は、図示しない電子写真プロセス部をコントロールする。インターフェイス基板は、装置外部からの画像データを受け入れる。 ICU基板は、インターフェイス基板から受け入れられた画像データおよび原稿画像読取装置 11が読み取った画像データに対して所定の画像処理を施し、画像処理後のデータを光走查ユニットに出力する。電源ユニットは、上述の各種基板を含む装置の各部に電力を供給する。

[0039] 図 5は、本実施形態における定着装置 23の構成を示す図である。定着装置 23は、用紙搬送路の両側に互いに圧接するように配置された加熱ローラ 231および加圧口ーラ 232を備えている。

[0040] 加熱ローラ 231および加圧ローラ 232の間を通る用紙搬送路は、水平方向に対し傾斜するように形成されている。本実施形態では、定着装置 23の内部において、用紙搬送路が水平面対してほぼ 90度傾斜している。加熱ローラ 231は、その内部に熱源としてのヒータランプ 234, 235を有している。一方、カロ圧ローラ 232は、外部熱供給装置としての外部加熱ローラ 233によって加熱される。外部加熱ローラ 233は熱源としてヒータランプ 236を内部に有している。

[0041] ヒータランプ 234— 236はハロゲンヒータからなっており、図示しない制御回路からヒータランプ 234 236に対する通電がされる。通電を受けたヒータランプ 234 23 6は所定の発熱分布で発光し、ヒータランプ 234 236から赤外線が放射されて加熱ローラ 231および外部加熱ローラ 233の内周面が加熱される。

[0042] また、定着装置 23は、加熱ローラ 231および外部加熱ローラ 233の表面温度をそれぞれ検出するための温度センサ 237aおよび 237bと、加圧ローラ 232の表面を清掃するためのクリーニングローラ 240と、を備えている。 [0043] 上述した定着装置 23の各部は、加熱側定着カバー 230aおよび加圧側定着カバ一 230bからなる定着カバー 230によって覆われる。

[0044] 定着カバー 230内において、加熱ローラ 231の周面に対向するように半円弧状の断面を有する熱反射板 238が配設される。熱反射板 238は、加熱ローラ 231からの輻射熱を反射する。

[0045] また、外部加熱ローラ 233の周面に対向するように半円弧状の断面を有する熱反射板 239が配設される。熱反射板 239は、外部加熱ローラ 233からの輻射熱を反射する。

[0046] 図に示すように、熱反射板 238は、加熱ローラ 231を挟んで用紙搬送路の反対側に配置されている。また、熱反射板 239は、外部加熱ローラ 233を挟んで加圧ローラ 232の反対側に配置されている。本発明は、熱反射板 238および熱反射板 239の配置に特徴を有するものであり、その詳細は後述する。

[0047] カロ熱ローラ 231は、ヒータランプ 234およびヒータランプ 235により、その外周面が所定の温度になるように加熱される。本実施形態では加熱ローラ 231の表面が 200 °Cになるように設定される。加熱ローラ 231は、未定着トナー画像 Tが転写された状態で定着装置 23の定着二ップ部を通過する用紙 Pを加熱する。

[0048] カロ熱ローラ 231は、その本体である芯金 231aと、用紙 P上のトナー Tがオフセットするのを防止するために芯金 231aの外周表面に形成された離型層 231bとを備えている。芯金 231aには、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。なお、本実施形態の芯金 231aとしては、直径 40mm 、肉厚 1 · 3mmの鉄（STKM)製芯金を使用している。離型層 231bには、 PFA (テトラフルォロエチレンとペルフルォロアルキルビュルエーテルとの共重合体）や PTFE ( ポリテトラフルォロエチレン)等のフッ素樹脂、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が適している。なお、本実施形態の離型層 231bとしては、 PFAと PTFEをブレンドしたものを厚さ 25 x mに塗布焼成して形成した。また、本実施の形態では、ヒータランプ 234およびヒータランプ 235の定格出力はトータルで 850Wである。

[0049] 一方、カロ圧ローラ 232は、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム等の芯金 232aの外周表面に、シリコーンゴム等の耐熱弾性材層 232bを形成するように構成されている。加圧ローラ 232の耐熱弹性材層 232bの表面には、加熱ローラ 231の場合と同様のフッ素樹脂による離型層 232cが形成されてもよい。本実施形態における加圧ローラ 232 は直径 40mmで、ステンレス製芯金 232a上に厚さ 6mmのシリコーンゴムからなる耐熱弾性体層 232bと、さらにその表面に厚さ 50 μ mの PFAチューブからなる離型層 2 32cが設けられている。カロ圧ローラ 232は、図示しないばね等の付勢部材力加熱口ーラ 231の方向に力を加えられており、加熱ローラ 231に約 745Nの力で圧接する。この圧接力により、加熱ローラ 231と加熱ローラ 231との間に幅約 6mmの定着ニップ部 Yが形成される。

[0050] 外部加熱ローラ 233は、内部に加熱源としてのヒータランプ 236を有し、用紙搬送路における定着ニップ部の上流側に設けられている。また、外部加熱ローラ 233は、加圧ローラ 232に対し、所定の押圧力をもって圧接しており、加圧ローラ 232との間に幅約 lmmの加熱二ップ部 Zが形成されている。外部加熱ローラ 233の構成としては、アルミニウムや鉄系材料等からなる中空円筒状の金属製芯材 233aの上に、耐熱離型層 233bとして耐熱性と離型性に優れた合成樹脂材料が用いられる。この合成樹脂材料の例として、シリコーンゴムやフッ素ゴム等のエラストマ、 PFAや PTFE等のフッ素樹脂が挙げられる。

[0051] なお、本実施形態では、芯材 233aとして直径 15mmで肉厚 0. 5mmのアルミ製円筒シャフトを用いる。また、耐熱離型層 233bを構成する耐熱離型材としては、 PFAと PTFEをブレンドしたものを 25 μ ΐηの厚さに塗布焼成したものを用いる。また、ヒータランプ 236の定格出力は 300Wである。

[0052] クリーニングローラ 240は、加圧ローラ 232に付着したトナーや紙粉等を事前に除去し、外部加熱ローラ 233の汚れを防止する。すなわち、クリーニングローラ 240は加圧ローラ 232の回転方向における加熱二ップ部 Zの上流側に設けられて、所定の押圧力をもって圧接し、加圧ローラ 232の回転に従動して回転するよう軸支されている。クリーニングローラ 240は、アルミニウムや鉄系材料等からなる円筒状の金属製芯材によって構成されており、本実施形態では、ステンレス系材料を使用している。

[0053] 上述のように、加熱ローラ 231および外部加熱ローラ 233の周面には、それぞれサ一ミスタ 237a， 237b力 S酉己設されており、サーミスタ 237a, 237bによってカロ熱ローラ 2 31および外部加熱ローラ 233の表面温度が検出される。サーミスタ 237a, 237bの検出結果に基づいて、図示しない制御回路がヒータランプ 234— 236への通電量を制御する。

[0054] 本実施形態において、定着装置 23の駆動制御方法はウォームアップモードとコピ一モードとの 2種類に大別される。ウォームアップモードでは、駆動モータを ONして、ローラを周速（定着速度） 365mm/sで回転駆動すると同時に、ヒータランプ 234 236への通電を行い、外部加熱ローラ 233、カロ熱ローラ 231、および加圧ローラ 232 の表面温度が所定の設定温度に達するまで加熱が行われる。ここでは、外部加熱口ーラの表面温度が 190°C、加熱ローラ 231の表面温度が 200°C、加圧ローラ 232の表面温度が 150°Cにそれぞれ設定されている。

[0055] コピーモードでは、加熱ローラ 231の表面温度 T1が 200°C、加圧ローラ 232の表面温度 T2が 135°Cを維持するようヒータランプ 234 236へ通電が制御される。外部加熱ローラ 233用のヒータランプ 236は、加圧ローラ 232の表面温度を 135°Cに保つのに必要とされる約 170°Cの温度に設定される。そして、未定着トナー画像 Tが形成された用紙 Pがコピー速度 65枚/分で定着ニップ部に搬送されトナー画像の定着が行われる。なお、この時のニップ通過時間は 16.4msecになる。

[0056] 次に、本発明の特徴となる画像形成装置 12における定着装置 23の配置方法を説明する。定着装置 23の配置方向として、定着装置 23における加熱ローラ 231および加圧ローラ 232の間を搬送される用紙 Pの搬送方向を用いて表している。すなわち、用紙 Pの搬送方向の角度 (傾斜角度）は、一点鎖線 Hで示す水平方向からの反時計回りの角度（θ ρ )で示している。

[0057] 従来、高速機に用いられる定着装置の配置方向としては、用紙 Ρの通紙方向が水平方向（すなわち、 θ ρ = 0° または 180° )となるよう、カロ熱ローラ 231とカロ圧ローラ 2 32を上下方向に配置するのが一般的である力 S、ここでは、用紙 Pの通紙方向が垂直方向（すなわち θ ρ = 90° )となるように用紙搬送路が形成されており、用紙搬送路を挟んで両側に加熱ローラ 231と加圧ローラ 232とが水平方向に並んで配置される。

[0058] 定着装置 23では、ステンレス製からなる断面半円弧状の熱反射板 238を加熱ローラ 231の横側に配設している。このとき、加熱ローラ 231の周面と熱反射板 238の間には約 2mmの間隙が形成される。

[0059] また、外部加熱ローラ 233は加圧ローラ 232の下方に配置し、ステンレス製からなる断面半円弧状の熱反射板 239を外部加熱ローラ 233の下方に配置している。上述と同様に、外部加熱ローラ 233の周面と熱反射板 239の間にも約 2mmの間隙が形成される。

[0060] ここで、熱反射板 238は加熱ローラ 231に近接配置されているため、加熱ローラ 23 1からの輻射熱をほぼ完全に反射できたとしても、空気を介した熱伝導または対流熱伝達により熱反射板 238が昇温する。熱反射板 238の温度が高くなると、加熱ローラ 231との対向面とは反対側の面（外側面）からの対流熱伝達による放熱が目立つようになる。

[0061] ここで、対流熱伝達による放熱量は放熱面の向きに依存し、例えば、無限空間における自然対流熱伝達による熱伝達係数は、ミノ、ィエフの方法によれば、垂直平板に対し、水平平板の上側面で 30%増し、水平平板の下側面で 30%減となることが知られている。

[0062] すなわち、上向き面（水平平板の上向き面）からの放熱量を 1とした場合、

横向き面 (垂直平板)では

1/1. 3 = 0. 77

下向き面（水平平板の下向き面）では

0. 77 X 0. 7 = 0. 54

となり、横向き面、下向き面では、上向き面に比べて放熱量は小さくなる。

[0063] そこで、本実施形態では、熱反射板 238および熱反射板 239の外側面に関して、面の向きが横向きまたは下向きになるよう配置することで熱反射板 238および熱反射板 239からの対流熱伝達による放熱を抑制している。ここで、熱反射板 238および熱反射板 239における外側面に関する鉛直上向きの投影面積を Su、水平方向の投影面積を Sh、鉛直下向きの投影面積を Sdとした場合に、本発明では放熱性の度合いを簡易的に表す指標としての対流熱伝達率 ηを次式によって算出している。

[0064] 式（1) :

対流熱伝達率 η = (Su+ 0. 77Sh + 0. 54Sd) / (Su + Sh + Sd)

この式で、 Su、 Sh、 Sdは、図 6に示すように、熱反射板 238のカロ熱ローラ 231との対向面とは反対側の面 (外側面）に係る、鉛直上向きの投影面積、水平方向の投影面積、鉛直下向きの投影面積をそれぞれ示している。このように、本発明では、鉛直上方向、水平方向、鉛直下方向の投影面積に着目している。

[0065] ミノ、イエフの方法を利用して対流熱伝達率を算出する場合、実際問題となるパラメータは、上向き面における代表長さ Lu、横向き面における代表長さ Lh、下向き面における代表長さ Ldである。ところ力加熱ローラ 231の軸方向に平行な方向の長さが均一であるため、代表長さまたは投影面積のいずれを考慮しても実質上は同じである。なお、水平方向の投影面積 Shを考える場合には、水平方向における左方向の投影面積と右方向の投影面積との和を考慮する必要はなぐ左右のいずれか一方に対する投影面積を考慮すればょレ、。

[0066] 熱反射板 238が完全に上向きの場合、 η = 1となって最大値を取り、熱反射板 238 が完全に下向きの場合、 77 = 0. 54となって最小値を取る。このように、対流熱伝達率 77によって、熱反射板 238の対流熱伝達による放熱度合いを簡易的に表すことができる。この対流熱伝達率 77の値が極力小さくなるよう熱反射板 238の形状や配置を設定すれば、対流熱伝達による放熱量を更に低減することが可能になる。

[0067] 次に、熱反射板の大きさ、配置位置をパラメータとした各条件下での対流熱伝達率

77を上述の式（1 )を用いて計算により求めた結果を図 7 (a)に示す。なお、図 7 (b)に示すように、熱反射板の形状は、一般的に用レ、られる円弧状 (扇状)である。熱反射板の大きさは、中心角 Θを用いて表している。熱反射板の配置位置は、熱反射板 23 8の周方向における中心位置および熱反射板 238の断面を構成する円弧の中心を結んだ線の水平面に対する傾斜角度 φを用いて表している。

[0068] 図 7 (a)および (b)に示すように、従来のように、熱反射板 238を加熱ローラ 231の上方（すなわち = 90° )に設けた場合、すなわち熱反射板 238を加熱ローラ 231 の上面に対向するように配置した場合は、「従来例 1」および「従来例 2」に示すように、対流熱伝達率 ηの値が η > 0. 9になってしまう。

[0069] 一方、熱反射板 238を加熱ローラ 231に対し横向き、または下向きに配置した場合、すなわち熱反射板 238を加熱ローラ 231の側面または下面に対向するように配置した場合、「本発明 1」一「本発明 5」に示すように、

?7≤0. 9

となり、熱反射板 238または熱反射板 239の外側面からの放熱量が減少し、加熱口ーラ 231の保温性が向上する。

[0070] したがって、熱反射板 238および熱反射板 239は横向き、または下向きとなるよう配置するのが断熱性の観点から好ましい。本実施形態では、定着装置 23内において搬送方向が鉛直上向きになるよう用紙搬送路を形成している。このため、用紙搬送路を挟んで加熱ローラ 231と加圧ローラ 232が水平方向に並ぶ。また、外部加熱ローラ

233を加圧ローラ 232下方に配置している。

[0071] この結果、加熱ローラ 231に対し水平方向から熱反射板 238を適用することができる。熱反射板 239については、外部加熱ローラ 233に対し、下方向から熱反射板 23

9を適用することができる。

[0072] 図 7 (a)に示すように、加熱ローラ 231用の熱反射板 238は η = 0 · 77となり、外部加熱ローラ 233用の熱反射板 239は r? = 0. 62となる。このため、熱反射板 238および熱反射板 239からの放熱量を低減して、加熱ローラ 231および外部加熱ローラ 23

3の保温性を高めることができる。

[0073] 熱反射板 238を横向きに配置した場合、熱反射板 238と加熱ローラ 231との間の空隙部が上方に開放され、空隙部に位置する高温の空気が上昇して空隙部から逃げようとする。

[0074] そこで、本実施形態では、 PCU基板によって加熱ローラ 231の回転速度を調整することで、空隙部に位置する高温の空気を逃がさなレ、ようにしてレ、る。

[0075] 用紙 Ρの搬送方向が上向きとなるよう定着装置 23を配置した場合、加熱ローラ 231 の熱反射板 238を設置した側における回転方向が下向きになる。下方向に回転する加熱ローラ 231の周面からの摩擦抵抗が、空隙部の高温空気を下向きに流そうとする力として作用する。加熱ローラ 231周囲の高温の空気を逃がさないようにすることで加熱ローラ 231の保温性が向上する。これについて、より詳細に検討した結果を以下に説明する。 [0076] 一様な空気の流れの中に置かれた平板による摩擦抵抗 Ffは、式（2)—（4)で表される。ただし、下記の式において、 Cfは摩擦抵抗係数であり、 Reはレイノルズ数であり、 Aは平板面積であり、 pは空気の密度であり、 Vは空気の動粘度であり、 Vは空気の流速であり、 1は平板の幅であるものとする。

[0077] 式（2) :Ff = Cf XAX p XV²Z2

式（3)： Re=VXl/ V

ここで、境界層が層流の場合、

式（4— 1) :Cf=l.328Z Re (Reく 10"

Re≥10⁵では乱流境界層であり、

式（4—2) :Cf = 0. 074ZRe^1/5 (Re<5X10⁶)

式（4— 3)： Cf = 0. 455/(logRe)²-⁵⁸

(Re>10⁷)

ここで、本実施形態で熱反射板 238に覆われた半円筒形状の加熱ローラ 231を平面展開すれば、

カロ熱ローラ 231の長さは、 1=0. 32 (m)

ローラ直径は、 D = 0. 04 (m)

Α= π XDXl/2(m)

カロ熱ローラ 231の周速は、 V=0. 365 (m)

と置きかえることで、上述の式（2)—（4)を適用することができる。ここで、加熱ローラ 2 31と熱反射板の空隙部の空気温度は約 140°Cであることから、

V =28.6X10— ⁶ m² /s

p =0.827kg/m³

さらに、式（3)より、

Re = 0. 365X0. 32/28. 6X10— ⁶

=4. 08X10—⁸

であり、 Re<10⁵であることから層流境界層であり、式（2)および式 (4一 1)より式（5) 力力れる。

[0078] 式（5)： Ff= (1. 328/^TRe) XAX pV^Z /2 ここで、加熱ローラ 231の周速 Vを 0. 25—0. 50 (m/s)の間で変化させた時の加熱ローラ 231による摩擦抵抗 Ffを式 (4)により求めた結果を図 8に示している。図 8に示すように加熱ローラ 231の周速 Vと摩擦抵抗 Ffの関係は、式（6)で示す近似式式（6)： Ff = 8. 1 5V² + 3. 1 9V

で表される。

[0079] 次に、上述の空隙部にて加熱された空気の浮力を簡易的に求めてみる。空隙部での空気の温度を Ta、周囲の空気温度を TOとすると、空隙部の空気に作用する浮力 Fbは、

式（7)： Fb ={ p (T0) - p (Ta) } - Va

で表される。なお、ここで、 p (TO)は TOでの空気密度であり、 p (Ta)は、 Taでの空気密度であり、 Vaは、空隙部での空気体積である。

[0080] したがって、 Ff = Fb,となるように、加熱ローラ 231の周速を設定すれば、熱反射板 238を横向きに配置しても、空隙部において加熱された空気が上昇することによる熱損失を極力抑えることが可能になる。

[0081] ここで、空隙部の空気温度 Taを 140°C、周囲の空気温度 TOを 1 10°Cとすると、

よって、 Fb = 2. 71 X 10— ⁵Nになる。ここで Ff Fbを満足する具体的な条件として、例えば、

式（8) : 0. 7Fb≤Ff≤l . 3Fb

に示すように、上下 30 %を最適範囲とし、式（8)を満たす加熱ローラ 231周速 Vを式 (6)より求めると、

式（9) : 0.32 (m/s)≤V≤0. 49 (m/s)

となる。

[0082] そこで、本実施形態では、上述のように、 V = 0. 365 (m/s)に設定することで、空隙部から高温の空気が逃げることを抑えている。

[0083] 次に、熱反射板 238の最適構成について説明する。本実施形態のように、円弧状の熱反射板 238を横向きに配置した場合、放熱量の大きい上部と、放熱量の小さい中間部や下部との間で温度勾配が生じるため、熱反射板 238内を伝って中間部や下部から上部に向けて熱が移動しょうとする。この熱伝導を極力抑制すれば、熱反射板 238全体の対流熱伝達による放熱量を抑制することができることから、熱反射板 238を構成する材料としては、低熱伝導性の材料を用いることが好ましい。

[0084] 具体的には、金属を用いる場合は、本実施形態のように、熱伝導率の低レ、ステンレス材料を用いることが好ましい。また、金属よりも熱伝導率の低い耐熱性樹脂材料を基材とし、その表面をメツキ処理することで熱反射性を持たせた構成であっても良い

[0085] さらに、図 9に示すように、熱反射板 238を上部 238a、中間部 238b、下部 238cのように分割することも可能である。このように、熱反射板 238を周方向で複数の部分に分割すれば、中間部 238bや下部 238cから上部 238aへの熱移動を遮断できるため、熱反射板 238全体の対流熱伝導による放熱量を低減することができる。

[0086] 上述のように本実施形態によれば、ニップ通過時間が約 23msec以下の高速機でも、定着装置 23において定着不良が発生しにくくなる。

[0087] なお、上述の実施形態では、本発明の加熱装置を電子写真方式の画像形成装置に備えられる定着装置として使用しているが、本発明の加熱装置の適用範囲は定着装置に限定されるものではなぐ例えば、湿式電子写真方式の画像形成装置やインクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用の消去装置に適用することが可能である。

[0088] 最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなぐ特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

請求の範囲

[1] 被加熱材が搬送される搬送路に接するように設けられ、前記被加熱材を加熱する加熱部材と、

前記加熱部材における前記搬送路の反対側に前記加熱部材に対向するように配置され、前記加熱部材から放出される輻射熱を反射する熱反射板と、を備え、前記熱反射板における前記加熱部材との対向面の反対側の面に関する鉛直上向きの投影面積、水平方向の投影面積、鉛直下向きの投影面積をそれぞれ Su、 Sh、

Sdとしたときに、

77 = (Su + 0. 77Sh+ 0. 54Sd) / (Su + Sh + Sd)

で表される対流熱伝達率 77が少なくとも 0. 9以下になるように、加熱部材周囲の所定位置に前記熱反射板が配置されることを特徴とする加熱装置。

[2] 前記熱反射板は、内部に熱源を有する加熱部材に対向するように配置されることを特徴とする請求項 1に記載の加熱装置。

[3] 前記搬送路は、水平方向に対して前記被加熱材の搬送方向に傾斜するように形成されていることを特徴とする請求項 1に記載の加熱装置。

[4] 前記加熱部材は、前記搬送路の両側に互いに圧接するように配置される加熱ローラおよび加圧ローラであり、

前記熱反射板は、少なくとも前記加熱ローラの周面を覆うように配置されることを特徴とする請求項 1に記載の加熱装置。

[5] 前記熱反射板に対向するように配置される前記加熱ローラの周速 Vを 0.32 (mZs)

≤V≤0. 49 (mZs)の範囲内の速度に調整する速度調整部をさらに備えたことを特徴とする請求項 4に記載の加熱装置。

[6] 前記加圧ローラに圧接しつつ前記加圧ローラを加熱する外部熱供給ローラと、前記外部熱供給ローラに対向するように配置され前記外部熱供給ローラ加熱部材から放出される輻射熱を反射する熱反射板と、をさらに備え、

前記外部熱供給ローラが、前記加圧ローラ周面における下側半分の範囲内に当接するように配置されることを特徴とする請求項 4に記載の加熱装置。

[7] 前記熱反射板が周方向に分割された複数の部材によって構成されることを特徴とする請求項 4に記載の加熱装置。

[8] 前記熱反射板が低熱伝導性材料で構成されることを特徴とする請求項 4に記載の加熱装置。