(57)【要約】      （修正有）【課題】熱反射板における対流熱伝達による放熱を低減させて熱効率の向上を図ることが可能な加熱装置を提供する。【解決手段】定着装置２３内で熱反射板２３８や熱反射板２３９を配置する場合に、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、熱反射板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を対流熱伝達率ηを求める式に代入し、η＝（Ｓｕ＋０．７７Ｓｈ＋０．５４Ｓｄ）／（Ｓｕ＋Ｓｈ＋Ｓｄ）で求められる対流熱伝達率ηがなるべく小さくなるように熱反射板２３８や熱反射板２３９を配置する。【選択図】図４
2004335408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱材が搬送される搬送路に沿って設けられ、前記被加熱材を加熱する加熱部材と、
前記加熱部材を挟んで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る熱反射板と、を備えた加熱装置において、
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を、
対流熱伝達率ηを求める式
η＝（Ｓｕ＋０．７７Ｓｈ＋０．５４Ｓｄ）／（Ｓｕ＋Ｓｈ＋Ｓｄ）
に代入した場合に、
対流熱伝達率ηの値が少なくとも０．９以下になるよう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。
【請求項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。
【請求項３】
前記搬送路は、前記被加熱材の搬送方向が水平方向に対し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または２に記載の加熱装置。
【請求項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１〜３のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項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（ｍ／ｓ）が、
０．３２≦Ｖ≦０．４９
であることを特徴とする請求項４に記載の加熱装置。
【請求項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、前記加圧ローラの周面の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または５に記載の加熱装置。
【請求項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４〜６のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項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１〜７のいずれかに記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、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を備えた加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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を挟んで両側に互いに圧接するように配置された定着ローラ対（加熱ローラおよび加圧ローラ）を備えており、加熱ローラと加圧ローラとの間に形成される定着ニップ部に用紙を通過させることにより、この用紙に付着した未定着のトナー像を用紙面に定着させる。
【０００４】
このような定着装置では、トナー像が付着した用紙の面に接する加熱ローラを所定の定着温度に加熱した後、定着ニップ部に用紙を通過させて熱と圧力により用紙上のトナー像を用紙に定着する熱ローラ定着方式が用いられることが多かった。
【０００５】
熱ローラ定着方式の定着装置の中には、図９に示すように熱ローラ定着方式において加熱ローラ２３１に対向するように、加熱ローラ２３１から放出される輻射熱を反射する半円弧状の金属からなる熱反射板２３８を配置することで、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。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１０１７００号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献１の発明を含む従来の熱反射板２３８では、熱反射板２３８からの放熱が全く考慮されていないという不都合があった。つまり、熱反射板２３８を加熱ローラ２３１に近接配置したことにより、熱反射板２３８によって加熱ローラ２３１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や対流熱伝達により熱反射板２３８が昇温した場合に、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抑えることができなかった。
【０００７】
このため、特許文献１を含む従来の熱反射板２３８の構成では、十分に断熱効果が得られているとは言えず、高速印刷が実行可能な画像形成装置では不都合を生じることがあった。例えば、印刷速度５０枚／分以上、ニップ通過時間２３ｍｓｅｃ以下の高速機分野では、定着装置における必要電力は中速機に比べて大きくなるにも関わらず、定着装置以外での装置における消費電力も増加し定着装置に割り当てられる電力は逆に中速機クラスよりも少なくなるため、定着装置での熱効率が悪いと定着装置において熱量不足が発生することがあった。
【０００８】
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熱効率の向上を図ることが可能な加熱装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は以下の構成を備えている。
【００１０】
（１）被加熱材が搬送される搬送路に沿って設けられ、前記被加熱材を加熱する加熱部材と、
前記加熱部材を挟んで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る熱反射板と、を備えた加熱装置において、
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を、
対流熱伝達率ηを求める式
η＝（Ｓｕ＋０．７７Ｓｈ＋０．５４Ｓｄ）／（Ｓｕ＋Ｓｈ＋Ｓｄ）
に代入した場合に、
対流熱伝達率ηの値が少なくとも０．９以下になるように前記熱反射板が配置されることを特徴とする。
【００１１】
この構成においては、加熱装置内で所定の大きさの熱反射板を加熱部材に対向するように配置する場合に、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（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し、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く、次いで横向き面からの放熱量が多く、下向きの面からの放熱量が最も小さいという法則が考慮されている。
【００１２】
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となる点に基づい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、
η＝（Ｓｕ＋０．７７Ｓｈ＋０．５４Ｓｄ）／（Ｓｕ＋Ｓｈ＋Ｓｄ）
が用いられて、対流熱伝達率ηがなるべく小さくなるように熱反射板が加熱装置内に配置される。
【００１３】
したがって、加熱装置内において、ある熱反射板を加熱部材に対向するように配置する場合に、熱反射板の形状や配置位置における空間上の制限等を考慮して可能な範囲でこの熱反射板の配置角度等が調整され、対流熱伝達率ηの値が少なくとも０．９以下、さらに好ましくは対流熱伝達率ηの値が０．８以下になるように熱反射板が配置されるため、熱反射板からの対流による放熱が抑制され、加熱装置の熱効率の向上が図られる。
【００１４】
（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。
【００１５】
この構成においては、熱反射板が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ため、加熱装置の熱効率の向上が図られる。
【００１６】
（３）前記搬送路は、前記被加熱材の搬送方向が水平方向に対し傾斜するように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成においては、被加熱材を搬送する搬送路が、被加熱材の搬送方向が傾斜するように形成されている。したがって、例えば、被加熱材の搬送方向がほぼ垂直方向になるように傾斜すると搬送路に沿って配置され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ため、熱反射板外側面からの放熱を低減して加熱装置の熱効率の向上が図られる。
【００１８】
（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に対向するように配置されることを特徴とする。
【００１９】
この構成においては、加熱部材が、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構成されており、熱反射板は、少なくとも前記加熱ローラに対向するように配置されている。したがって、加熱ローラに対する熱反射板の角度の調整が行い易くなるため、上述の対流熱伝達率ηの調整が容易になる。
【００２０】
（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（ｍ／ｓ）が、
０．３２≦Ｖ≦０．４９
であることを特徴とする。
【００２１】
この構成においては、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であれば、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に形成される空間における空気を下向きに流そうとする力が作用し、特に、加熱ローラの周速Ｖ（ｍ／ｓ）が、上述の範囲内にあるときは、加熱された空気の上昇力と、加熱部材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。
【００２２】
したがって、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間で熱せられた空気が上昇して加熱ローラの近傍から放出されることが抑制され、加熱ローラ近傍における熱損失が低減される。
【００２３】
（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、前記加圧ローラの周面の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。
【００２４】
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るとともに、この外部熱供給ローラの周囲にも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ている。したがって、それぞれの熱反射板外側面からの放出を低減して加熱装置の熱効率の向上が図られる。特に、外部加熱ローラに対向するように配置される熱反射板について、熱反射板外側面における下向き面の占める割合が増加するため、熱反射板外側面からの放熱が最小限に抑制される。
【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、熱反射板が周方向に分割された複数の部材を任意を個数だけ並べて構成される。したがって、放熱しにくい下向き部や横向き部から放熱し易い上向き部への熱移動が遮断されるため、熱反射板外側面からの放熱が低減される。
【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、放熱しにくい下向き部や横向き部から放熱し易い上向き部への熱移動が抑制されるため、熱反射板外側面における放熱が抑制される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
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。
【００３０】
図１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（１６ａ、１６ｂ）を備えている。
【００３１】
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。
【００３２】
図２は、ディジタル複写機１の内部の構成の概略を示す断面図である。同図に示すように、上述の用紙供給装置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。本実施形態における定着装置２３は、画像形成装置１２内に用紙搬送路に沿って配置される。
【００３３】
図３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、用紙搬送路に沿って像担持体としての感光体ドラム２２が配置されている。感光体ドラム２２の周囲には、感光体ドラム２２の表面を均一に帯電させる帯電ユニット３１、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光走査ユニット２４、光走査ユニット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現像ユニット２５、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転写ユニット２６、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とするクリーニングユニット２７等の電子写真プロセス部を構成する装置が配置される。
【００３４】
用紙搬送路における感光体ドラム２２と転写ユニット２６との間の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において現像剤像の定着された用紙は、画像形成面を下に向けた状態（フェイスダウン）で画像記録装置１２上部の排紙トレイ１６ａへと排出されるか、または搬送部１７および後処理装置１４を経由した後に排紙トレイ１６ｂに排出される。なお、ク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。
【００３５】
さらに、光走査ユニット２４周辺の空隙部には、図示しない電子写真プロセス部をコントロールするプロセスコントロールユニット（ＰＣＵ）基板、装置外部からの画像データを受け入れるインターフェイス基板、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光走査ユニットにより画像として走査記録させるためのイメージコントロールユニット（ＩＣＵ）基板、および上述の各種基板等に対して電力を供給する電源ユニット等が配置される。
【００３６】
図４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。同図に示すように定着装置２３の近傍においては、用紙搬送路が用紙搬送方向が水平方向に対し傾斜するように形成されており、本実施形態では用紙搬送方向が垂直方向に傾斜している。また、定着装置２３は、用紙搬送路を挟んで両側に互いに対向するように配置される加熱ローラ２３１および加圧ローラ２３２を備えている。
【００３７】
加熱ローラ２３１は、その内部に熱源としてのハロゲンヒータ２３４およびハロゲンヒータ２３５を有している。一方、加圧ローラ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は熱源としてハロゲンヒータ２３６を有している。
【００３８】
ヒータランプ２３４〜２３６はハロゲンヒータからなり、加熱ローラ２３１および外部加熱ローラ２３３の内部に配置されており、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ことにより、所定の発熱分布でヒータランプ２３４〜２３６が発光し、赤外線が放射され、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。
【００３９】
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を備えるとともに、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を備えている。そして、上述の定着装置２３の各構成要素は定着カバー２３０（加熱側定着カバー２３０ａ、加圧側定着カバー２３０ｂ）内に収容される。
【００４０】
定着カバー２３０内において、加熱ローラ２３１に対向するように加熱ローラ２３１からの輻射熱を反射するための熱反射板２３８が設けられ、外部加熱ローラ２３３に対向するように外部加熱ローラ２３３からの輻射熱を反射するための熱反射板２３９が設けられている。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おり、熱反射板２３８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。なお、熱反射板２３８および熱反射板２３９の配置の詳細は後述することとし、ここでは、まず定着装置２３に設けられる各ローラの構成を説明する。
【００４１】
加熱ローラ２３１は、ヒータランプ２３４およびヒータランプ２３５により所定の温度（本実施形態では２００℃）に加熱されて、定着装置２３の定着ニップ部を通過する未定着トナー画像Ｔが転写された用紙Ｐを加熱する。加熱ローラ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。
【００４２】
離型層２３１ｂには、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）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２５μｍ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。
【００４３】
一方、加圧ローラ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を有するように構成されている。加圧ローラ２３２の耐熱弾性材層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。なお、本実施形態における加圧ローラ２３２としては、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５０μｍのＰＦＡチューブからなる離型層２３２ｃが設けられており、図示しないばね等の付勢部材の作用により加熱ローラ２３１に約７４５Ｎの力で圧接する。これにより、加熱ローラ２３１との間に幅が約６ｍｍの定着ニップ部Ｙが形成される。
【００４４】
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との間に加熱ニップ部Ｚ（本実施形態における加熱ニップ幅は１ｍｍ）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、例えばシリコンゴムやフッ素ゴム等のエラストマ、またはＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂が用いられる。
【００４５】
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２５μｍ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。
【００４６】
クリーニングローラ２３９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２３９は加圧ローラ２３２の回転方向における加熱ニップ部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２３９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。
【００４７】
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、それぞれサーミスタ２３７ａおよびサーミスタ２３７ｂが配設されており、加熱ローラ２３１および外部加熱ローラ２３３の表面温度を検出することが可能になっている。そして、サーミスタ２３７ａおよびサーミスタ２３７ｂにより検出された温度データに基づいて、図示しない制御回路は、各ローラ温度が所定の温度となるようヒータランプ２３４〜２３６への通電を制御する。
【００４８】
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ーモードとの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、加熱ローラ２３１、および加圧ローラ２３２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、外部加熱ローラが１９０℃、加熱ローラ２３１が２００℃、加圧ローラ２３２が１５０℃にそれぞれ設定されている。
【００４９】
コピーモードでは、加熱ローラ２３１の温度Ｔ１が２００℃、加圧ローラ２３２の温度Ｔ２が１３５℃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温度を１３５℃に保つのに必要とされる約１７０℃の温度に維持されるように制御される。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になっている。
【００５０】
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（θｐ  ）で示している。
【００５１】
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Ｐの通紙方向が水平方向（すなわち、θｐ  ＝０°または１８０°）となるよう、加熱ローラ２３１と加圧ローラ２３２を上下方向に配置するのが一般的であるが、ここでは、用紙Ｐの通紙方向が垂直方向（すなわちθｐ  ＝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位置する加熱ローラ２３１と加圧ローラ２３２とを水平方向に配置している。
【００５２】
定着装置２３では、ステンレス製からなる半円弧状の熱反射板２３８を加熱ローラ２３１の横方向に近接配置（ギャップ２ｍｍ）している。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半円弧状の熱反射板２３９を外部加熱ローラ２３３の下方向に近接配置（ギャップ２ｍｍ）している。
【００５３】
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２３１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昇温し、その結果、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生じる。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、ミハイ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。
【００５４】
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
０．７７×０．７≒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。
【００５５】
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、面の向きが極力、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。
【００５６】
式（１）：
η＝（Ｓｕ＋０．７７Ｓｈ＋０．５４Ｓｄ）／（Ｓｕ＋Ｓｈ＋Ｓｄ）ここでＳｕ、Ｓｈ、Ｓｄは、図５に示すように、熱反射板２３８の加熱ローラ２３１との対向面とは反対側の面（外側面）に関して、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。ここで、投影面積に着目したのは、ミハイエフの方法を利用して対流熱伝達率η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であるが、ここでは加熱ローラ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ことだからである。なお、水平方向の投影面積をＳｈを考える場合には、水平方向における左右両方向に対する投影面積を考慮する必要はなく、左右のいずれか一方に対する投影面積を考慮すればよい。
【００５７】
すなわち、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、η＝０．５４となって最小値を取ることから、この対流熱伝達率η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、この対流熱伝達率η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。
【００５８】
次に、熱反射板の大きさ、配置位置（向き）をパラメータとした各条件下での対流熱伝達率ηを上述の（１）式を用いて計算により求めた結果を図６（ａ）に示す。なお、図６（ｂ）に示すように、熱反射板の形状としてはごく一般的に用いられる円弧状（扇状）の形状とし、熱反射板の大きさとしては中心角θ、熱反射板の配置位置（向き）としては、水平方向を０°とし、そこから熱反射板２８３の周方向における中心位置まで反時計周りの角度ψで示した。
【００５９】
図６（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ψ＝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。
【００６０】
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」〜「本発明５」に示すように、
η≦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するため、従来の熱反射板の配置方法に比べて熱効率の向上を図ることが可能になる。
【００６１】
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く、本実施形態では、前述のように、用紙Ｐの搬送方向が鉛直上向きになるようにして、加熱ローラ２３１と加圧ローラ２３２が水平方向に並ぶようにしている。さらに、外部加熱ローラ２３３を加圧ローラ２３２下方に配置している。その結果、熱反射板２３８について加熱ローラ２３１に対し従来上向きに配置されていたものを横向きにすることができ、熱反射板２３９について外部加熱ローラ２３３に対し従来横向きに配置されていたものを下向きに配置することができる。このため、図６（ａ）に示すように、加熱ローラ２３１用の熱反射板２３８でη＝０．７７となり、外部加熱ローラ２３３用の熱反射板２３９でη＝０．６２となり、熱反射板２３８および熱反射板２３９からの放熱量を低減させている。
【００６２】
ここで、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を向くことから、この空隙部で加熱された空気は上昇して逃げようとする。ところが、本実施形態のように、用紙Ｐ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となるため、加熱ローラ２３１の回転による摩擦抵抗により加熱ローラ２３１と熱反射板２３８との間の空隙部の空気を下向きに流そうとする力を作用させることができる。その結果、この空隙部で熱せられた空気が上昇して加熱ローラ２３１の近傍から放出されることを抑制でき、定着装置２３における熱損失を低減することが可能になる。
【００６３】
上述の加熱ローラ２３１の回転による摩擦抵抗により加熱ローラ２３１と熱反射板２３８との間の空隙部の空気を下向きに流そうとすることについて、より詳細に検討した結果を以下に説明する。
【００６４】
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、ρは空気の密度であり、νは空気の動粘度であり、Ｖは空気の流速であり、ｌは平板の幅であるものとする。
【００６５】
式（２）：Ｆｆ＝Ｃｆ×Ａ×ρ×Ｖ２  ／２
式（３）：Ｒｅ＝Ｖ×ｌ／ν
ここで、境界層が層流の場合、
式（４−１）：Ｃｆ＝１．３２８／√Ｒｅ            （Ｒｅ＜１０５  ）
Ｒｅ≧１０５  では乱流境界層であり、
式（４−２）：Ｃｆ＝０．０７４／Ｒｅ１／５          （Ｒｅ＜５×１０６  ）
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、
加熱ローラ２３１の長さは、ｌ＝０．３２（ｍ）
ローラ直径は、Ｄ＝０．０４（ｍ）
Ａ＝π×Ｄ×ｌ／２（ｍ）
加熱ローラ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２３１と熱反射板の空隙部の空気温度は約１４０℃であることから、
ν＝２８．６×１０−６  ｍ２  ／ｓ
ρ＝０．８２７  ｋｇ／ｍ３  
さらに、  式（３）より、
Ｒｅ＝０．３６５×０．３２／２８．６×１０−６
＝４．０８×１０−８
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（４−１）より式（５）が導かれる。
【００６６】
式（５）：Ｆｆ＝（１．３２８／√Ｒｅ）×Ａ×ρＶ２  ／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７に示している。図７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＝８．１５Ｖ２  ＋３．１９Ｖ
で表される。
【００６７】
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Ｔ０とすると、空隙部の空気に作用する浮力Ｆｂは、
式（７）：Ｆｂ＝｛ρ（Ｔ０）―ρ（Ｔａ）｝  ・Ｖａ
で表される。なお、ここで、ρ（Ｔ０）はＴ０での空気密度であり、ρ（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。
【００６８】
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。
【００６９】
ここで、空隙部の空気温度Ｔａを１４０℃、周囲の空気温度Ｔ０を１１０℃とすると、
ρ（Ｔ０）＝０．９１６  ｋｇ／ｍ３  
ρ（Ｔａ）＝０．８２７  ｋｇ／ｍ３  
よって、Ｆｂ＝２．７１×１０−５  Ｎ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≦１．３Ｆｂ
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。
【００７０】
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、空隙部での空気が極力逃げないようにしている。
【００７１】
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、放熱量の大きい上向き部と、放熱量の小さい横向き部や下向き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、横向き部や下向き部から上向き部に向けて熱が移動しようとする。この熱伝導を極力抑制できれば、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。
【００７２】
具体的には、金属を用いる場合は、本実施形態のように、熱伝導率の低いステンレス材料を用いることが好ましい。更に、金属よりも熱伝導率の低い耐熱性樹脂材料を基材とし、その表面をメッキ処理することで熱反射性を持たせた構成のものも使用しても良い。
【００７３】
さらに、図８に示すように、熱反射板２３８を上向き部２３８ａ、横向き部２３８ｂ、下向き部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を分割しても、横向き部や下向き部から上向き部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。
【００７４】
上述のように本実施形態によれば、例えば、ニップ通過時間が約２３ｍｓｅｃ以下の所謂高速機でも定着装置２３における消費電力を削減させて、温度追従性を確保することが可能になる。
【００７５】
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く、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。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００７７】
（１）加熱装置内で所定の大きさの熱反射板を加熱部材に対向するように配置する場合に、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し、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く、次いで横向き面からの放熱量が多く、下向きの面からの放熱量が最も小さいという法則が考慮されている。
【００７８】
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となる点に基づい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、
η＝（Ｓｕ＋０．７７Ｓｈ＋０．５４Ｓｄ）／（Ｓｕ＋Ｓｈ＋Ｓｄ）
を用いつつ、対流熱伝達率ηがなるべく小さくなるように熱反射板が加熱装置内に配置している。
【００７９】
これにより、加熱装置内において、ある熱反射板を加熱部材に対向するように配置する場合に、熱反射板の形状や配置位置における空間上の制限等を考慮して可能な範囲でこの熱反射板の配置角度等を調整し、対流熱伝達率ηの値が少なくとも０．９以下、さらに好ましくは対流熱伝達率ηの値が０．８以下になるように熱反射板を配置することで、熱反射板からの対流による放熱を抑制して、加熱装置の熱効率の向上を図ることが可能になる。
【００８０】
（２）熱反射板を内部に熱源を有する加熱部材に対向するように配置したことにより、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をより効果的に反射して、加熱装置の熱効率の向上を図ることが可能になる。
【００８１】
（３）被加熱材を搬送する搬送路を、被加熱材の搬送方向が傾斜するように形成したことにより、例えば、被加熱材の搬送方向がほぼ垂直方向になるように傾斜させると、搬送路に沿って配置され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を減少させて、熱反射板外側面からの放熱を低減して加熱装置の熱効率の向上を図ることが可能になる。
【００８２】
（４）加熱部材を、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構成し、熱反射板を、少なくとも前記加熱ローラに対向するように配置したことにより、加熱ローラに対する熱反射板の角度の調整を行い易くして、上述の対流熱伝達率ηの調整を容易化させることが可能になる。
【００８３】
（５）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であれば、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に形成される空間における空気を下向きに流そうとする力が作用し、特に、加熱ローラの周速Ｖ（ｍ／ｓ）を、０．３２≦Ｖ≦０．４９の範囲内にすることで加熱された空気の上昇力と、加熱部材の回転により空気を下向きに流そうとする力をほぼ等しくできる。
【００８４】
これにより、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間で熱せられた空気が上昇して加熱ローラの近傍から放出されることを抑制して、加熱ローラ近傍における熱損失を低減させることが可能になる。
【００８５】
（６）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るようにするとともに、この外部熱供給ローラの周囲にも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を配置したことにより、それぞれの熱反射板外側面からの放出を低減して加熱装置の熱効率の向上を図ることが可能になる。特に、外部加熱ローラに対向するように配置される熱反射板について、熱反射板外側面における下向き面の占める割合が増加するため、熱反射板外側面からの放熱を最小限に抑制することが可能になる。
【００８６】
（７）熱反射板を周方向に分割された複数の部材を任意を個数だけ並べて構成したことにより、放熱しにくい下向き部や横向き部から放熱し易い上向き部への熱移動を遮断でき、熱反射板外側面からの放熱を低減することが可能になる。
【００８７】
（８）熱反射板を部材内部で熱伝導がされにくい素材によって形成したことにより、放熱しにくい下向き部や横向き部から放熱し易い上向き部への熱移動を抑制でき、熱反射板外側面における放熱を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２】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３】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４】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５】熱反射板の各投影面積を説明した図である。
【図６】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７】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８】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。
【図９】従来の熱反射板の配置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１−ディジタル複写機
１２−画像形成装置
２３−定着装置
２３１−加熱ローラ
２３２−加圧ローラ
２３３−外部加熱ローラ
２３８−熱反射板
２３９−熱反射板
【図１】
2004335408.tif 000003
【図２】
2004335408.tif 000004
【図３】
2004335408.tif 000005
【図４】
2004335408.tif 000006
【図５】
2004335408.tif 000007
【図６】
2004335408.tif 000008
【図７】
2004335408.tif 000009
【図８】
2004335408.tif 000010
【図９】
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