(57)【要約】【課題】反射部材における反射面の面内温度の上昇を抑制しつつ、面方向温度勾配を低減することで、反射面の変形を抑えることができる定着装置を提供する。【解決手段】発熱体と、前記発熱体を取り囲んで、画像を担持した記録材の搬送方向に回動される無端ベルト部材と、前記発熱体からの輻射熱を前記無端ベルト部材の内面に向けて反射する反射層、および均熱層を基層の上に設けた反射部材と、前記無端ベルト部材と密着するバックアップ部材と、前記無端ベルト部材の前記バックアップ部材とは反対側に設けられ、前記無端ベルト部材との間で前記記録材を挟持するニップ部を形成する加圧部材と、を有する。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と、
前記発熱体を取り囲んで、画像を担持した記録材の搬送方向に回動される無端ベルト部材と、
前記発熱体からの輻射熱を前記無端ベルト部材の内面に向けて反射する反射層、および均熱層を基層の上に設けた反射部材と、
前記無端ベルト部材と密着するバックアップ部材と、
前記無端ベルト部材の前記バックアップ部材とは反対側に設けられ、前記無端ベルト部材との間で前記記録材を挟持するニップ部を形成する加圧部材と、
を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記均熱層の熱伝導率は、前記基層の熱伝導率より大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記均熱層の厚さは、２００μｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記均熱層の熱伝導率は、６００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項２または３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記均熱層の熱伝導率は、１５００Ｗ／ｍＫであることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記反射部材は、前記発熱体を中心とした折り曲げ平面として設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記反射部材は、前記発熱体を中心とした円筒面の一部として設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記発熱体は、ハロゲンヒータもしくはカーボンヒータであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項９】
前記無端ベルト部材は、テンションレスに設けられることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記無端ベルト部材は、複数のローラに張架して設けられることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート上のトナー像を定着する定着装置に関する。この定着装置は、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはそれらの複合機等に代表される、電子写真プロセスや静電記録プロセス等を採用した画像形成装置において使用され得る。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、円筒状の定着フィルムと、定着フィルム内に配置されるヒータと、定着フィルムを介して加圧ローラとの間にニップ部を形成するニップ板と、ニップ板を支持するステイとを備えたものが知られている。ここで、ヒータからの輻射熱を定着フィルムやニップ板に向けて反射するために、ヒータの背面側に反射板が設けられている。このように構成された定着装置では、ヒータからの輻射熱によって、定着フィルムを加熱することができるようになっている。
【０００３】
しかし、このような反射板は反射率が１００％ではないため、少しずつ蓄熱して温度が上昇していく。そして、反射板の温度が上昇すると、反射率が落ち熱効率が下がることがある。この対策のため、特許文献１では、反射板の一部がステイの外側まで幅方向（記録材の搬送方向）に延びた延出部を持ち、この延出部を通して放熱することで反射板の温度が上がり過ぎないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５３１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、熱放出はするが反射面内の温度勾配を低減できないため、熱応力起因の反射面の変形を抑えることができない。反射面の変形が生ずると、定着フィルムを均一加熱することができなくなり、また反射部材の寿命が短くなる。
熱効率が低下してしまうことになる。
【０００６】
本発明の目的は、反射部材における反射面の面内温度の上昇を抑制しつつ、面方向温度勾配を低減することで、反射面の変形を抑えることができる定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、発熱体と、前記発熱体を取り囲んで、画像を担持した記録材の搬送方向に回動される無端ベルト部材と、前記発熱体からの輻射熱を前記無端ベルト部材の内面に向けて反射する反射層、および均熱層を基層の上に設けた反射部材と、前記無端ベルト部材と密着するバックアップ部材と、前記無端ベルト部材の前記バックアップ部材とは反対側に設けられ、前記無端ベルト部材との間で前記記録材を挟持するニップ部を形成する加圧部材と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、反射部材における反射面の面内温度の上昇を抑制しつつ、面方向温度勾配を低減することで、反射面の変形を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る定着装置の概略図、（ｂ）は変形例の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の概略図である。
【図３】第１の実施形態の効果確認実験の概略図である。
【図４】第１の実施形態の効果確認実験結果である。
【図５】第１の実施形態の効果確認実験結果である。
【図６】第１の実施形態の効果確認実験結果である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る定着装置の概略図である。
【図８】第２の実施形態の効果確認実験の概略図である。
【図９】第２の実施形態の効果確認実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１１】
《第１の実施形態》
（画像形成装置）
本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置について、図２を用いて説明する。図２は、画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタにつき、シートの搬送方向に沿った断面を示す。以下、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。また、シートは、トナー像が形成されるものであり、具体例としては、普通紙、普通紙の代用品である樹脂製シート、厚紙、オーバーヘッドプロジェクター用などがある。
【００１２】
図２に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１４によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１６によって、像担持体である例えば中間転写ベルト１７に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。
【００１３】
一方、シートＰは、給紙カセット１８、又はマルチ給紙トレイ１９から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２０に送り込まれる。レジストローラ対２０は、シートＰを一旦受け止めて、シートが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２０は、中間転写ベルト１７上のトナー像と同期を取って、シートを中間転写ベルト１７と二次転写ローラ２１との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ２１によってシートＰに転写される。その後、シートのトナー像は、シートが定着装置２００によって、加熱加圧されることでシートに定着される。
【００１４】
（定着装置）
図１（ａ）に示す本実施形態では、テンションレスに設けられた無端ベルトを用いるテンションレスタイプのベルト加熱方式の定着装置を用いて説明を行う。しかし、図１（ｂ）に示すように、複数のローラー３００ａ、３００ｂで無端ベルトを張架する方式の定着装置に対しても適用可能である。図１（ａ）に示すように、定着装置２００は、ベルト方式の画像加熱装置であり、加圧ローラ２０５、定着ベルト２０２を有している。定着装置またはこれを構成している部材について、長手または長手方向とは、シート搬送方向に直交する方向である。
【００１５】
１）加熱体
図１（ａ）、図１（ｂ）で、２０１は加熱体としてのとしてのハロゲンヒータやカーボンヒータ（以下、ヒータと記す）であり、その両端部が定着装置２００の側板に固定されている。そして、装置本体の電源部により出力制御されたヒーター２０１の輻射熱が、反射部材としての反射板２０３によって反射することで定着ベルト２０２に到達し、定着ベルト２０２が加熱される。
【００１６】
２）定着ベルト
定着ベルト２０２は、熱を伝達する円筒状（エンドレス）で耐熱性かつ可撓性の無端ベルト部材であり、バックアップ部材としての加圧パッド２０４を介しルーズに外嵌されている。この定着ベルト２０２は、ヒーター２０１を取り囲んで、画像を担持した記録材の搬送方向に回動される。そして、定着ベルト２０２は、以下に述べる離型層（表層）、弾性層、基層、内面コート層の４層複合構造を有している。
【００１７】
離型層（表層）は、厚さ１００μｍ以下、好ましくは２０〜７０μｍのフッ素樹脂材料を使用できる。フッ素樹脂層としては、例えばＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡなどが挙げられる。本実施形態では、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いた。弾性層は、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、厚さとしては１０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下のゴム材料を使用できる。例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ３００μｍのシリコーンゴムを用いた。
【００１８】
基層も弾性層と同様にクイックスタート性を向上させるために、厚さとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性材料を使用できる。例えば、ＳＵＳ、ニッケルなどの金属フィルムを使用できる。本実施形態では、厚さが３０μｍ、直径が２５ｍｍの円筒状ニッケル金属フィルムを用いた。
【００１９】
内面コート層は、加圧パッドと接しているため耐熱性を持つ樹脂層やセラミックス、金属などを使用できる。例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン／六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）が用いられる。あるいは、四フッ化エチレン／パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）などのエンジニアリングプラスティックや、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などが用いられる。
【００２０】
３）バックアップ部材
２０４はバックアップ部材としての加圧パッドであり、加圧ローラ２０５に圧接して定着ニップ部Ｎを形成する部材であり、円筒状定着ベルト２０２の回転ガイド部材でもある。
【００２１】
４）加圧部材
２０５は加圧部材としての耐熱性かつ弾性の加圧ローラであり、定着ベルト２０２に関し加圧パッド２０４の反対側に設けられる。加圧ローラ２０５は、芯金と、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴム、あるいはシリコーンゴムの発泡体からなる弾性層からなり、芯金の両端部を回転自由に軸受け支持させて配設している。
【００２２】
加圧ローラ２０５は、不図示の駆動手段により、矢印の反時計方向に所定の回転周速度にて回転駆動される。この加圧ローラ２０５の回転駆動による加圧ローラ２０５と定着ベルト２０２との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により、円筒状の定着ベルト２０２に回転力が作用する。そして、定着ベルト２０２が加圧パッド２０４の下向き面に密着して、摺動しながら矢印の時計方向に従動回転される。
【００２３】
なお、この加圧ローラ２０５は、上述したヒーター２０１、定着ベルト２０２に対して並行に配置される。そして、不図示の押付部材で押圧されることで、ローラ弾性層の弾性に抗して加圧ローラ２０５の上面が、定着ベルト２０２を介して加圧パッド２０４の下面と圧接され、加熱部としての所定幅の定着ニップ部Ｎが形成されている。
【００２４】
５）サーミスタ
２０６は接触式温度計（サーミスタ）であり、ヒーター２０１によって加熱された定着ベルト２０２の温度を計測し、その検出結果を不図示の温度制御手段に渡す構成となっている。
【００２５】
６）定着動作
加圧ローラ２０５が回転駆動されると、それに伴って円筒状の定着ベルト２０２が従動回転状態になり、またヒーター２０１に通電がなされて定着ベルト２０２が昇温して所定の温度に立ち上がる。そして、温調された状態において、定着ニップ部Ｎの定着ベルト２０２と加圧ローラ２０５との間に、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐが導入される。
【００２６】
すると、定着ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐのトナー像担持側面が定着ベルト２０２の外面に密着し、定着ベルト２０２と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。そして、この挟持搬送過程において、ヒーター２０１で加熱された定着ベルト２０２の熱により記録材Ｐが加熱され、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。その後、定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは、定着ベルト２０２の面から曲率分離されて排出搬送される。
【００２７】
７）反射部材
本実施形態では、反射部材としての反射板２０３は、ヒータ２０１の中心から各３面の中心までの距離が等距離となるように、３面の折り曲げ平面として設けられる。そして、反射板２０３は、ヒーター２０１からの輻射熱をベルト２０２の裏面に反射しベルトを加熱する。ベルト２０２の長手方向に均一に加熱するために、反射板２０３の各面はヒーター２０１と共にベルト２０２に対して並行に設置される。
【００２８】
反射板２０３は、ヒーター２０１側から順に反射層２０３a、均熱層２０３ｂ、基層２０３ｃの３層構造を有している。ここで、均熱層２０３ｂの熱伝導率は、基層２０３cの熱伝導率より大きく、６００Ｗ／ｍＫ以上とされる（本実施形態では１５００Ｗ/ｍＫ）。また、均熱層２０３ｂの厚さは２００μｍ以上とされる（本実施形態では４００μｍ）。均熱層に使用する部材としては、例えばGRAF TECH社製のヒートスプレッダー（商品名）を用いることができる。
【００２９】
均熱層２０３ｂがその上に設けられる基層２０３ｃには、５００μｍのアルミニウム板が用いられる。そして、均熱層２０３ｂの上に金メッキやアルミニウム蒸着を施して反射層２０３aが作成される。
【００３０】
（均熱層の効果）
以下、均熱層の効果について図３から図５を用いて説明する。図３は、上記均熱層を持った反射板の温度分布を測定する実験の模式図である。３０１はハロゲンヒーター、３０２は上記定着装置２００内の反射板２０３と同等の構成の反射板であり、３０２aが反射層、３０２ｂが均熱層、３０２ｃが基層である。ハロゲンヒーター３０１を点灯させ、反射板の温度が定常状態になったときの均熱層３０２ｂと基層３０２ｃの境界面における温度を図３に示した矢印方向の温度分布として測定した。
【００３１】
図４は、均熱層３０２ｂがある場合と、ない場合における温度分布を示している。均熱層Ａは熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ、厚さ４００μｍの均熱層を用いた場合であり、均熱層Ｂは熱伝導率６００Ｗ／ｍＫ、厚さ４００μｍの均熱層を用いた場合である。均熱層３０２ｂの熱伝導率が大きくなるに従って、反射板面内の温度差が小さくなり、面内の平均温度も下がっていることが分かる。面内温度の均一性が高くなるため、面全体から放熱され、反射板の温度上昇が抑えられている。ここで、同じ熱エネルギーを内包する場合でも、広く均熱化し、放熱面積が増えた方が冷却効率が高いことを以下に示す。
【００３２】
先ず雰囲気への熱伝達による放熱量Ｑ１は、以下のように表わされる。
Ｑ１＝ｑ・Ｓ＝Ｓ・ｈ（Ｔ−Ｔ０）  （１）
ｑ：熱流速
Ｓ：放熱面積
ｈ：熱伝達係数
Ｔ：放熱面温度
Ｔ０：雰囲気温度
上記（１）式が、仮に均熱化されない状態のある温度Ｔの部分からの放熱量だとする。ここで、仮に３倍の放熱面積に同じだけのエネルギーが広がる場合を考える。それ以外は同条件だとすると、３倍の面積であるから３倍の体積の反射板に熱エネルギーが分散されるため、放熱面温度はＴ/３となる。このときの放熱量Ｑ２は、以下のように表わされる。
Ｑ２＝３Ｓ・ｈ・（Ｔ／３−Ｔ０）
＝Ｓ・ｈ・Ｔ−３Ｓ・ｈ・Ｔ０  （２）
（２）式から（１）式を差し引くと、結果は以下のように表わされる。
Ｑ２−Ｑ１＝２Ｓ・ｈ・Ｔ０
即ち、同じ熱エネルギーを内包する場合でも、広く均熱化し、放熱面積が増えた方が冷却効率が高いことが分かる。
【００３３】
図５の温度偏差は、面内温度の平均値からの偏差である。均熱層を設けることで温度偏差が小さくなっており、温度勾配が低減され熱応力を抑制できていることが分かる。図６は、熱伝導率６００Ｗ／ｍＫの均熱層の厚さを変えたときの反射層中央の温度をプロットしたグラフである。横軸は均熱層厚さ、縦軸が反射層中央部の温度を示している。均熱層厚さ２００μｍ以上では、２００μｍ未満よりも反射板温度上昇の抑制効果が高いことが分かる。
【００３４】
均熱層が２００μｍ未満では、反射層３０２aと均熱層３０２ｂの間の接触熱抵抗に対して反射板面内方向への伝熱効果が小さく、実質的に効果が小さくなってしまうためであると考えられる。
【００３５】
以上のことから、より好ましい形態として、均熱層３０２ｂが熱伝導率６００W/mK以上、厚みが２００μｍ以上の場合に、反射板の面内温度差が小さくなり、熱応力を抑制することができると共に、温度差に起因する反射板の変形が抑制できる。
【００３６】
《第２の実施形態》
本実施形態は、第１の実施形態よりも更に反射板の面内温度差が小さくなるように、反射板形状を工夫したものである。図７は、本実施形態に係る定着装置の断面図である。ヒーター２０１の中心から反射層６００aまでの距離が、反射板の反射面内のどこでも等距離になるように、反射板６００は湾曲している。即ち、反射板は、発熱体であるヒータ２０１を中心とした円筒面の一部として設けられる。ヒーター２０１から届く熱量は反射板面内のどこも一様であるため、温度差が生じにくい形状であり、第１の実施形態よりも面内温度差が小さくなる。
【００３７】
ここで、図７の反射板６００が、ヒーター２０１から受けとる熱量は一様であるが、自然対流があるために、雰囲気中への熱伝達は部分的に異なり、面内温度は理想的に一様な温度分布にはならず、部分的に温度差が出てくる。なお、反射板６００は、第１の実施形態と同様に反射層６００aと均熱層６００ｂ、基層６００ｃを順に備える。
【００３８】
（均熱層の効果）
本実施形態につき、均熱層の効果について、図８から図９を用いて説明する。図８は、上記均熱層を持った反射板の温度分布を測定する実験の模式図である。７０１はハロゲンヒーター、７００は図７に示した反射板６００と同等の構成の反射板であり、順に反射層７０１aが、均熱層７０１ｂ、基層７０１ｃを有する。反射板７００、ヒーター７０１は、不図示の支持部材で、ヒーター７０１の輻射熱の放射面と反射層７００aが等距離になるように固定されている。
【００３９】
ここで、ハロゲンヒーター７０１を点灯させ、反射板の温度が定常状態になったときの均熱層７００ｂと基層７００ｃの境界面における温度を、図８に示した矢印方向の温度分布として測定した。図９は、均熱層７００ｂがある場合とない場合における温度分布を示している。Ｃは熱伝導率１５００Ｗ／ｍＫ、厚さ２００μｍの均熱層を用いた場合である。Ｄは熱伝導率６００Ｗ／ｍＫ、厚さ２００μｍの均熱層を用いた場合である。Ｅは熱伝導率６００Ｗ／ｍＫ、厚さ４００μｍの均熱層を用いた場合である。
【００４０】
Ｃ、Ｄから、均熱層７００ｂの熱伝導率が大きくなるに従って、反射板面内の温度がほぼ一様に下がっていることが分かる。また、図９中のＥは熱伝導率は６００Ｗ／ｍＫだが、厚みが４００μｍあるためにＣとほぼ同等の温度分布になっており、均熱層の厚みが大きくなると温度が下がることが分かる。
【００４１】
このように定常状態における温度が下がっていることから、定着装置内での実際の運用においても反射板温度上昇が抑えられ、熱応力の発生が抑えられることが分かる。以上のことから、図７、８に示したような温度差がより生まれにくい形状の反射板においても、熱伝導率６００Ｗ／ｍＫ以上、厚みが２００μｍ以上の場合に、反射板の面内温度上昇による熱応力を抑制することができ、反射板の変形が抑制できる。
【００４２】
（変形例）
以上、本発明に係る定着装置として、シート（記録材）上に形成された未定着トナー像を加熱して定着する装置を例に説明したが、次のような装置にも同様に適用することが可能である。例えば、記録材に仮定着されたトナー像を加熱し再定着することにより画像のグロス（光沢度）を増大させる装置（この場合も定着装置と呼ぶことにする）にも本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
２０１・・ヒーター（発熱体）、２０２・・定着ベルト（無端ベルト部材）、２０３・・反射板（反射部材）、２０３ａ・・反射層、２０３ｂ・・均熱層、２０３ｃ・・基層、２０４・・加圧パッド（バックアップ部材）、２０５・・加圧ローラ（加圧部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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