(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱源により加熱される加熱部材と、この加熱部材を加圧して相互圧接部を形成するための加圧部材を備え、この相互圧接部に被加熱部材を搬送して被加熱部材に熱エネルギーを供給する加熱装置において、
前記加圧部材がローラ形状であり、フィルム状シートからなる結晶化グラファイト層を有し、前記フィルム状シートは独立した複数のシートからなり、該複数のシートが、前記ローラ形状の円周方向および軸方向にそれぞれ間隔をあけて複数配置されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の加熱装置において、前記加圧部材は弾性層を有し、この弾性層の上に前記グラファイト層が形成されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項１記載の加熱装置において、前記加圧部材はローラ状をなし、前記結晶化グラファイト層がシームレスな円筒体からなることを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項１記載の加熱装置において、前記結晶化グラファイト層は前記フィルム状シートを重ねた複数層からなることを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項１記載の加熱装置において、前記フィルム状シートの端面突き合わせ部が当該加圧部材の回転軸に対して傾いていることを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の加熱装置において、前記加熱部材は、肉厚が０．８ｍｍ以下のパイプ状薄肉ローラであることを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載の加熱装置において、前記加圧部材は、最外層に離型層を有していることを特徴とする加熱装置。
【請求項８】
画像を形成担持させた被加熱部材を加熱定着する定着装置を具備した画像形成装置において、請求項１乃至７の何れかに記載の加熱装置を前記定着装置として用いていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置において定着装置として使用される加熱装置、ラミネート装置においてシート状被加熱部材を加熱する加熱装置、その他熱源を有する加熱部材により被加熱部材に熱エネルギーを付与する加熱装置及び定着装置として用いられる加熱装置を具備した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、転写紙やＯＨＰシート等のシート状媒体からなる被加熱部材に形成したトナー像を定着させる定着装置としては、安全性、信頼性などの面から熱ローラ方式の加熱装置が多く用いられている。
【０００３】
この熱ローラ方式の加熱装置は、内部にヒータを備えた肉厚２ｍｍ以上の金属製の加熱ローラに、ゴムなどの弾性層を備えた加圧ローラを圧接させた構成を基本的な構成としている。
【０００４】
定着に際しては、加熱ローラに加圧ローラを圧接させることによりできる定着ニップ部に被加熱部材を送り込んでこれらローラ間で挟持搬送、通過させることにより、該被加熱部材を加熱、加圧してシート状媒体へトナー像を定着させる。
【０００５】
しかし、このような熱ローラ方式の加熱装置では、ローラの熱容量が大きいためにローラ表面を定着温度まで上げるのには数分の時間を要していた。このため、画像出力動作を速やかに実行するため画像形成装置を使用していないときにもローラ表面をある程度の温度に保っていなければならず、所謂待機時予熱に伴なう省エネルギー上の問題及び待機予熱を行なうための構成上の煩雑さ等の問題があった。
【０００６】
そこで、これら問題を解決するため、従来の構成よりもローラ肉厚を薄くして熱容量を小さくした薄肉ローラ方式が実用化されてきている。この薄肉ローラ方式の加熱装置では、加熱ローラを１ｍｍ以下の薄肉の金属ローラにしている。
【０００７】
また、定着装置以外の加熱装置として、板状の加熱体と加圧ローラの間に、紙と共に耐熱フィルムを通してフィルム越しに紙を加熱するように構成したラミネート処理用の加熱装置も商品化されている。
【０００８】
これら定着装置やラミネート処理用の加熱装置において、加熱ローラの体積を小さくして低熱容量とすることで、従来の熱ローラ方式の加熱装置に比べて昇温時間の短縮化を図ることが可能となり、待機時予熱を行わないことで省エネルギー化ができる等の特徴がある。
【０００９】
通常、定着装置やラミネート装置として用いられる加熱装置では、数種類のサイズの異なる被加熱部材が用いられる。このとき、例えば最大Ａ３サイズの縦送りが可能な装置（通紙幅２９７ｍｍ）において、Ａ４サイズの縦送り（通紙幅２１０ｍｍ）やはがき（通紙幅１０５ｍｍ）等の通紙幅が狭い被加熱部材を通紙させると加熱ローラには非通紙部分が発生してしまう。
【００１０】
通紙幅が狭い小サイズ被加熱部材を連続的に通紙していくと、非通紙部分では加熱体による発熱が被加熱部材によって吸収されないために温度が徐々に上昇していく。このため、次のような問題を生じていた。
【００１１】
小サイズ被加熱部材を連続的に通紙した直後には、非通紙部に対応する加熱ローラや板状ヒータ等の加熱部材及び加圧ローラは共に高温になる。このとき、より大きなサイズの被加熱部材を通すと小サイズの被加熱部材を通紙した時に非通紙部であった高温領域と接した部分ではトナーやラミネートシートが過溶融状態となり、電子写真方式の画像形成装置ではトナー樹脂が加熱部材に転写されるいわゆるホットオフセットが発生したり、加熱ローラ及び加圧ローラ−やラミネートフィルムの耐熱温度を越えて装置を破壊してしまうことがあった。
【００１２】
このような非通紙部の異常な昇温に対する対応策として、
▲１▼加熱ローラ方式の構成として、非通紙部の昇温を防止するために加熱ローラ内に軸方向に複数のヒータを配して、通紙される被加熱部材のサイズに応じてヒータを切り替えて非通紙部を発熱させないようにして使用するものがある。
【００１３】
例えば、Ａ３サイズとＡ４サイズの被記録部材が通紙されるときに、Ａ３サイズ分の約３００ｍｍの幅を加熱するＡ３用のヒータと、Ａ４サイズ分の約２１０ｍｍの幅を加熱するＡ４用のヒータとを切り替えて加熱温度を調節し、非通紙部のローラを加熱しないように構成する。
▲２▼記録材をフィルムに密着させてフィルムと共に加熱位置を移動通過させて加熱体からフィルムを介して記録材に熱エネルギーを与えるフィルム加熱方式でも同様に、例えば、特開平５−５３４６１号公報に開示されるように発熱体の発熱長さを複数切り替えられるようにして非通紙部の装置温度が過昇温することのないようにしている。
▲３▼また、特開平６−１８６８７５号公報には、定着装置に搬送される記録材の幅が小さい場合、定着枚数が所定枚数に達したとき、定着の速度を低速に切り換えて定着を行なう。これにより、定着装置が記録材を挟持せずに駆動される時間が長くなり、定着装置の温度が均一化することになり非通紙部昇温が抑えられて、定着不良が防止される。
▲４▼また、特開平５−３０７３３３号公報によれば、グラファイトの熱伝導率が高いことを利用し、熱ローラについてグラファイト線を巻回し、燒結している。
【００１４】
しかしながら、上記▲１▼▲２▼のヒータを複数設けてこれらを切り替えるという方法ではヒータ制御が複雑化するし、また、コストの上昇を招く。上記▲３▼の定着速度を切り替える方法では、定着速度を低速にするのであるから画像形成の生産性が低下してしまう。上記▲４▼の方法では、ローラ長手方向の熱伝導性が不十分であり、また、ローラ撓みに対しては剛性が低下するなどのおそれがある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、簡単な構成により被加熱部材の通過部と非通過部との温度差を小さくして上記非通過部の異常昇温及び異常昇温に伴う諸問題を解消し、また、加熱装置が定着装置として使用される場合には被加熱部材における温度差による画像光沢むら等の定着むらを解消することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、以下の構成とした。
（１）．加熱源により加熱される加熱部材と、この加熱部材を加圧して相互圧接部を形成するための加圧部材を備え、この相互圧接部に被加熱部材を搬送して被加熱部材に熱エネルギーを供給する加熱装置において、前記加圧部材がローラ形状であり、フィルム状シートからなる結晶化グラファイト層を有し、前記フィルム状シートは独立した複数のシートからなり、該複数のシートが、前記ローラ形状の円周方向および軸方向にそれぞれ間隔をあけて複数配置されていることとした（請求項１）。
（２）．（１）記載の加熱装置において、前記加圧部材に弾性層を設け、この弾性層の上に前記グラファイト層を形成した（請求項２）。
（３）．（１）記載の加熱装置において、前記加圧部材はローラ状をなし、前記結晶化グラファイト層がシームレスな円筒体からなることとした（請求項３）。
（４）．（３）記載の加熱装置において、前記結晶化グラファイト層は前記フィルム状シートを重ねた複数層からなることとした（請求項４）。
（５）．（１）記載の加熱装置において、前記フィルム状シートの端面突き合わせ部を当該加圧部材の回転軸に対して傾けた（請求項５）。
（６）．（１）乃至（５）の何れかに記載の加熱装置において、前記加熱部材は、肉厚が０．８ｍｍ以下のパイプ状薄肉ローラとした（請求項６）。
（７）．（１）乃至（６）の何れかに記載の加熱装置において、前記加圧部材は、最外層に離型層を有していることとした（請求項７）。
（８）．画像を形成担持させた被加熱部材を加熱定着する定着装置を具備した画像形成装置において、（１）乃至（７）の何れかに記載の加熱装置を前記定着装置として用いていることとした（請求項８）。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の加熱装置は、トナー画像を担持させた紙やＯＨＰ等のシート状媒体からなる被加熱部材を加熱定着する定着装置に適用することができるほか、シート状被加熱部材を加熱するラミネート装置、紙幣のしわ延ばし装置等に適用することができるが、以下では、定着装置を例にとり説明する。
［１］請求項１、２、３、６、７に対応する例定着装置として用いられている加熱装置について図１（ａ）、図１（ｂ）を参照しつつ説明する。図１において、加熱装置１０は、主に加熱部材としての加熱ローラ１と加圧部材としての加圧ローラ２からなる。
【００１８】
加熱ローラ１の内部には加熱源としての加熱部材４が設けられている。加熱部材４としてはハロゲンヒータが使用されている。
【００１９】
加熱ローラ１と加圧ローラ２は図示しない不動部材に軸支されて回転自在であり、駆動力伝達部材としてのギヤ３Ｇを加熱ローラ１と一体的に設けたギヤ３Ｇ'に噛み合わせて外部から回転駆動力を与え、加熱ローラ１を回転させるようにしている。
【００２０】
図示しないばね等の付勢部材を使用して加熱ローラ１に対して加圧ローラ２を押付ける向きの付勢力が加圧ローラの軸受部に作用するように構成されていて、加圧部材２は加熱部材１を加圧している。
【００２１】
加圧ローラ２が加熱ローラ１を加圧している部位を相互圧接部（以下、ニップ部という）Ｎといい、一定の領域を占めている。
【００２２】
加熱ローラ１に回転駆動力が与えられることにより加圧ローラ２はニップ部を介してつれ回りされる。或いは、加圧ローラ２側にもギヤを設けて加熱ローラ１側のギヤ３と噛み合わせて、ニップ部Ｎにおける両ローラの線速度が常に等しくなるように構成される。
【００２３】
後述する画像形成装置の画像形成部でシート状媒体からなる被加熱部材Ｐの上面には未定着のトナー画像Ｔが担持される。未定着トナー画像Ｔを担持した被加熱部材Ｐは定着装置としての加熱装置１０へ向けて搬送されてきて、回転している加熱ローラ１と加圧ローラ２のニップ部Ｎで狭持搬送され、この挟持搬送の過程で該被加熱部材Ｐが加熱されて、未定着画像Ｔが定着される。
【００２４】
この定着の過程を詳しくみると、ニップ部Ｎで加熱ローラ１と加圧ローラ２との間に被加熱部材Ｐが進入すると、被加熱部材Ｐの未定着トナー画像面は加熱ローラ１の最外面に密着して、被加熱部材Ｐの搬送速度とほぼ同一速度で回転するため、画像が乱されることなくニップ部Ｎで圧力を受けつつ通過する。
【００２５】
加熱体４は所定のタイミングで通電及び加熱されるので、トナー画像Ｔは定着ニップ部Ｎで熱エネルギーを供給されて加熱され軟化、溶融する。その後、被加熱部材Ｐは排紙されるが、排紙時にはトナー画像Ｔのトナーが冷却固化し被加熱部材Ｐに完全に定着される。
【００２６】
加熱ローラ１は薄肉のパイプ状に構成されていて材質にもよるが熱容量が小さいので、昇温開始からトナーの融点（または被加熱部材Ｐへの定着可能温度）に達するまで短時間で昇温させることができる。
【００２７】
例えば、画像形成装置において、省エネ上の規制としてＺＥＳＭ規格があり、この規格におさめるようにするためには、加熱装置の立ち上げ時間を１０ｓｅｃ以内に抑えることが要求される。
【００２８】
加熱装置への供給電力を１２００Ｗとして、加熱ローラ１の外径が５０ｍｍのとき、肉厚を、材質が鉄では０．３ｍｍ以下、アルミニウムでは０．５ｍｍ以下、ガラスでは０．５ｍｍ以下、セラミックでは０．３ｍｍ以下とするとき、昇温開始から１０ｓｅｃ以内の時間で、加熱ローラの温度を定着に必要な１８０°Ｃまで立ち上げることができる。
【００２９】
また、加熱装置への供給電力を１２００Ｗとして、加熱ローラ１の外径が３０ｍｍのとき、肉厚を、材質が鉄では０．５ｍｍ以下、アルミニウムでは０．８ｍｍ以下、ガラスでは０．８ｍｍ以下、セラミックでは０．５ｍｍ以下とするとき、昇温開始から１０ｓｅｃ以内の時間で、加熱ローラの温度を定着に必要な１８０°Ｃまで立ち上げることができる。そのほか、材質としては、耐熱性樹脂等を全体に使用し、あるいは部分的に使用した構成とすることもできる。いずれにしても、加熱ローラの肉厚は、上記条件のもと少なくとも０．８ｍｍ以下の肉厚でＺＥＳＭ規格を満足して十分な昇温効果を得る。
【００３０】
加熱ローラ１の最外面を形成する最外層にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる離型層を形成し、パイプ状の内面には加熱体４からの熱を効率よく吸収できるように黒化処理が施されるが、立ち上げ時間には影響がない。
【００３１】
よって、定着動作を行わない待機時でも加熱ローラ１を予め昇温させておくような所謂待機時昇温の必要がなく、省エネルギーを図り、定着装置ひいては画像形成装置の機内昇温を安全範囲におさめることができる。
【００３２】
離型層を形成することで加熱ローラ１が被加熱部材Ｐと剥がれやすくなる。特に画像形成装置として用いられる本例の加熱装置１０では、加熱ローラ１が被加熱部材としての紙やＯＨＰなど被加熱部材Ｐと接触する最外層に離型層を設けることで、トナーＴとの離型性を向上し、ホットオフセットを防止する。なお、離型を心配しなくてよい加熱装置においては当然のことながら離型層を形成しない構成でもよい。
【００３３】
加熱体４は、加熱ローラ１を加熱してローラ表面温度を所定の温度まで上昇させる。本例では、加熱体４としてハロゲンヒータを使用しているが、特にハロゲンヒータでなければならないという制約はなく、加熱源として加熱ローラ１の表面及び内部に発熱体層を形成して加熱体４に代えることもできるし、或いは、誘導加熱のようにローラ自体を加熱源として発熱させる構成でもかまわない。
【００３４】
加圧ローラ２について説明する。加圧ローラ２の基本構成は、中心部に軸芯ローラ２０１を有し、そのまわりにニップ部Ｎの幅を確保するための弾性層２０２を有し、弾性層２０２の外側に結晶化処理をされた結晶化グラファイト層２０３を形成している。
【００３５】
軸芯ローラ２０１としては、一般的に、強度及びコストの点からＳＴＫＭやＳＵＳ等の鉄やアルミニウムの合金等が使用される。弾性層２０２としてはシリコン系のゴムやフッ素系の耐熱性の高い材料を形成してニップ部Ｎを十分に確保することができるようになっている。
【００３６】
結晶化処理をされた結晶化グラファイト層２０３は、シート状に形成された結晶化グラファイトをローラ表面に接着層を介して貼りつけて形成することができる。或いはシームレスな円筒体状に形成したものを被せてもよい。結晶化処理されたグラファイト層２０３は、従来の分散グラファイトシートと異なり、銅よりも高い熱伝導性を有する特徴がある。
【００３７】
図１の例のように結晶化グラファイト層２０３をシームレスな円筒体で構成したときには、シートを丸めて構成する場合のように伝熱が遮断される端面突き合わせ部ができず、端面突き合わせ部で熱移動が妨げられることがないので、加圧ローラ２を介して加熱ローラ１の全体に均等に熱が移動し加熱ローラ1および加圧ローラ２の何れも温度むらが小さくなり、温度ムラの小さい加熱装置を実現することが可能となる。
【００３８】
表１に一例として、結晶化グラファイトシート、Ｆｅ、Ａｌのおおよその熱伝導率を数値で示す。但し、結晶化グラファイトシートの物性値は松下電器産業株式会社で商品化されているＰＧＳグラファイトシートの値、Ｆｅ、Ａｌの物性値については「理科年表」による。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１に示したとおり、結晶化グラファイトシートは鉄やアルミニウムに比べて熱伝導性がきわめて高い。従来の熱伝導率の低いシリコンゴムを用いた加圧ローラでは非通紙部の温度が上昇しても通紙部へ熱が移動しにくいため、非通紙部昇温が発生しやすい問題があったが、本例のように結晶化グラファイト層２０３を形成することで加圧ローラについて、軸方向への熱の移動がスムーズになり、ニップ部Ｎを介して加熱ローラ１についても通紙部と非通紙部間での温度差を平均化することが可能となる。また、金属より柔軟性が高いため、ニップ部の幅を確保しやすい。
【００４１】
前記したように主としてＺＥＳＭ規格の要請から加熱ローラ１の肉厚を０．８ｍｍ以下の薄い肉厚とし、画像形成装置の立ち上げ時間を１０ｓｅｃ以下にしたときに、被加熱部材Ｐにより熱が奪われない非通紙部について通紙部に比べて温度が上昇してしまう所謂非通紙部昇温の問題が生ずるが、本例のように加熱ローラと、結晶化グラファイト層を有する加圧ローラと組み合わせることで、ＺＥＳＭ規格を満足しつつ、非通紙部の異常昇温の問題を解消することができる。
【００４２】
通紙速度が低速な装置では、伝熱の時間が確保されるため一般的に非通紙部昇温の問題は生じにくいが、加熱ローラ１の肉厚が０．８ｍｍ以下と薄くなり、熱容量が小さくなると低速機でも非通紙部昇温は問題化する。しかし、本例のように、加圧ローラ２に結晶化グラファイト層２０３を形成することで、低速機における非通紙部昇温の問題も解消することができる。
【００４３】
ここで、結晶化グラファイトをシームレスな円筒状に形成して弾性層２０４の外側に被せた構成とした場合には、結晶化グラファイトシート層が筒状で連続した状態となっていて、シート状のものを巻き付ける場合のように端面同士を突き合わせた端面突き合わせ部ができない。端面突き合わせ部では、その部分で熱移動が妨げられるが、シームレスな円筒状ではそのようなことがないので、加熱ローラ２の周面全体に均等に熱が移動し、温度むらの小さい加熱装置を実現することが可能となる。
【００４４】
なお、結晶化グラファイト層２０３は図１及び図２（ａ）に示すように必ず加圧ローラ２の最外面に形成しなければならないわけではなく、図２（ｂ）に示すように結晶化グラファイト層２０３のさらに外側の外層部を離型層２０４で覆う構成とすることもできる。
【００４５】
また、図２（ｃ）に示すように、結晶化グラファイト層２０３の上にさらに弾性層２０２'を形成すれば、ニップ部を確保するのが容易となるが、その反面、弾性層のために、結晶化グラファイト層２０３まで熱が移動しにくく非通紙部の温度が低減し難くなる。
【００４６】
本例では、一般的には熱伝導率の悪い弾性層２０３の上に結晶化グラファイト層２０３を形成し、弾性層によりニップ部を確保すると共に、結晶化グラファイト層の良好な熱伝導により非通紙部の異常昇温を防止した。
【００４７】
図２（ｂ）に示す例では、外径約２０ｍｍの軸芯２０１の外側に厚さ約５ｍｍのシリコンゴムからなる弾性層２０２を形成し、さらに結晶化グラファイトシートを弾性層２０２上に巻き付けて結晶化グラファイト層２０３を形成し、この上からさらにＰＦＡ（フッ素樹脂）チューブで離型層２０４を形成している。
【００４８】
離型層２０４としては、ＰＴＦＥやＰＦＡといったフッ素樹脂系のコート層やシリコンゴム層等を用いる。このように、加圧ローラ２の最外層に離型層２０４を形成することで、加圧ローラ２からの被加熱部材Ｐの分離が良好となる。
【００４９】
加圧ローラ２と組み合わせて使用される加熱部材としては、加熱ローラ１のようにローラ形状に限らず、例えば図３に示すようにエンドレスベルト状に構成したフィルム１２を加熱部材とすることもできる。
【００５０】
フィルム１２を支持ローラ１３、１４及び矩形ブロック状の加熱体４のまわりに巻き回し、加熱体４にフィルム１２を介して加圧ローラ２を圧接させ。このフィルム１２と加圧ローラ４との相互圧接部（ニップ部）Ｎに通紙を行なうようにして加熱装置１０'を構成する。
【００５１】
この加熱装置１０'では、支持ローラ１３、１４の何れかを駆動ローラとしてフィルム１２を矢印の向きに回転させ、ニップ部４に被加熱部材Ｐ供給して、図１の例と同様、被加熱部材Ｐを定着することができる。この加熱装置１０'はフィルム定着方式の定着装置を構成する。この加熱装置１０'においても、加圧ローラについて本発明が適用される。
【００５２】
上記加熱ローラ１及び加圧ローラ２からなる加熱装置１０に実際に被加熱部材ＰとしてＡ４サイズの用紙を通紙することによりニップ部Ｎにおける非通紙部昇温の改善の程度を以下の通り確認した。
【００５３】
被加熱部材Ｐである用紙の紙送り速度を約１２０ｍｍ／ｓｅｃとし、Ａ４サイズの用紙の狭い幅（２１０ｍｍ）方向を加圧ローラ２の軸方向と平行に設定してセンタ基準で搬送する方法とした。この場合、ニップ部Ｎにおける加圧ローラ２の軸方向での長さを２１０ｍｍよりも十分に大きくし、通紙部と非通紙部ができるようにし、加熱ローラ１の温度は、通紙部に対応した位置で１８０°Ｃとなるように加熱体４の温度を制御した。
【００５４】
この条件のもとで、従来技術のように結晶化グラファイト層を設けない加熱ローラを使用した場合と、結晶化グラファイト層を設けた加熱ローラとで、それぞれ、用紙を５０枚通紙した時点での通紙部と非通紙部に対応する加熱ローラ１の温度を比較した。
【００５５】
従来技術のように結晶化グラファイト層を設けない加熱ローラを使用した場合には、非通紙部では熱が吸収されないため温度が上昇し、加熱ローラの非通紙部温度に対応する温度は約２４０°Ｃまで上昇していた。このグラファイト層を形成しない実験では、トナー画像Ｔを形成せず白紙を用いたが、仮に未定着像が形成された用紙を非通紙部に通したとすれば、２３０°Ｃを越えているから、ホットオフセットを生じたはずである。
【００５６】
これに対して、表面に結晶化グラファイト層２０３を形成した加熱ローラ２を使用した場合には、加熱ローラ２の非通紙部に対応する温度は約２２０°Ｃであり、上記、従来技術における場合と比べて約２０°Ｃも温度が低減された。２２０°Ｃはオフセットしない温度領域であり、本発明によりオフセットしない領域にまで温度が低減されたことになる。
【００５７】
本例のように、加熱ローラ２に結晶化グラファイト層２０３を設けたことにより、結晶化グラファイトの熱伝導率がよいため被加熱部材Ｐに対する加熱部（ニップ部Ｎ）の温度むらを低減することができた。
【００５８】
つまり、通紙部と非通紙部の温度差が緩和され、非通紙部昇温等の問題の解決を図ることができ、また、温度むらによる定着画像の画像劣化を防止して高品質な画像を得ることができた。
【００５９】
本発明のように構成せず、加圧ローラ長手方向の温度を平均化するために熱伝導度の高い金属を用いた場合には、金属の熱容量が大きいため加圧ローラ温度が上がらず定着ローラの温度も上がりにくい。このため、昇温時間が増大する。
【００６０】
この点、熱容量が小さく熱伝導率の高い結晶化グラファイト層を形成することで、昇温時間が短く非通紙部昇温の問題がない加熱装置を構成し、定着装置として用いることができた。
［２］請求項４に対応する例
例１．図１（ａ）、（ｂ）に示したように加圧ローラ２の結晶化グラファイトシート層２０３をシームレスな円筒状に形成したときには、端面突き合わせ部を生じないので伝熱特性は高いが、シームレスな円筒状に形成する工程自身が困難である上、基体ローラ内面にきちんと接合させるため高い成型精度が必要であり、コストの上昇が避けられない。また、ローラ径と結晶化グラファイトシートの径とに差があると結晶化グラファイトシートがローラから浮いてしまうことがある。
【００６１】
そこで、本例では図４に示すように、一枚のフィルム状の結晶化グラファイトシート２０３−１を用い、このシートを弾性層２０３の外径に沿わせて丸め、両端部を突き合わせる構成とする。図中、矢印で示した部位は端面突き合わせ部を示し、これら端面の間隔は開いていてもよい。また、端面同士を突き当たる構成でもよい。但し、一方の端面部を他方の端面部に重ねると段差ができてしまい被加熱体に対して何らかのむらを与えてしまうので避ける。
【００６２】
或いは、図５に示すように、２つのフィルム状の結晶化グラファイトシート２０３−１Ａ、２０３−１Ｂを用い、これらのシートを弾性層２０３の外径に沿わせて丸め、互いの端部を突き合わせる構成とすることもできる。
【００６３】
図中、矢印で示した部位は端面突き合わせ部を示し、これら端面同士の間隔は弾性層２０３の熱膨張の影響を考慮して少しあけておくのが好ましい。また、端面同士を突き当てた構成でもよい。但し、この場合も一方の端面部を他方の端面部に重ねる構成は段差ができてしまい、被加熱体に対して物理的なむらや、熱的なむらを与えてしまうので避ける。上記図４、図５の何れの例の場合も、弾性層２０３との接触面部は接着材で貼り付ける。
【００６４】
本例によれば、非通紙部の異常昇温が発生しにくい構成において、結晶化グラファイト層の形成を容易に行なうことができ、シームレスなシートを使用する場合に発生した上記の諸問題、加圧ローラに対する高い成型精度、コストの上昇、ローラ径とシームレスシート径との径差に起因して結晶化グラファイトシートがローラから浮く、等の問題を解消することができる。また、熱膨張率の大きな弾性体を用いたときでも外径の変化に対して追従が可能であり破れなどの問題を解決できる。
例２．
上記図４、図５等に示した例のように、結晶化グラファイトのシートを１枚或いは２枚、弾性層２０２の外周に巻き付けて端面を突き合わせる構成だと、加圧ローラ２の熱膨張の大きさによっては一個所の端面突き合わせ部だけでは外周の寸法変化を吸収できず、他の部分にまで影響が及んで繰り返し昇温と温度低下を繰り返すとシートの位置がずれてきたりシートが破壊されるおそれがある。また、これまでの結晶化グラファイト層２０３の形成は、弾性体２０２からなるローラのほぼ全面を覆う形で結晶化グラファイトのシートを使用していたが、シートの使用量が多くなるのでコストがやや高くなっていた。
【００６５】
このため、繰り返し昇温と温度低下に耐え、シートの使用量も節約でき低コストな加圧ローラを実現するため、独立した複数のフィルム状結晶化グラファイトのシートを加圧ローラの周面上、間隔をあけて複数配置することとした。
【００６６】
図６に示す例では、短冊状の結晶化グラファイトシート２０３−３Ａ、２０３−３Ｂ、２０３−３Ｃ等を加圧ローラ２の軸方向にその長手方向を沿わせて、かつ、円周方向に間隔ｄ＝約１０ｍｍの間隔をあけて円周面全体に貼り付けている。図示していないが、加圧ローラ２の裏面側にも短冊状の結晶化グラファイトシートが貼り付けられている。
【００６７】
図６に示すように、加圧ローラ２の周面であって、加熱ローラ１から結晶化グラファイトシートがない部分に供給される熱は小さい矢印で示すように一旦、加圧ローラ２の円周方向にグラファイトシートに移動した後、大きい矢印で示すように該加圧ローラ２の軸方向（長手方向）に移動する。このため、軸方向での温度分布が均一化され、非通紙部昇温を低減することができる。
【００６８】
図７に示す例では、見かけ上、図６における各結晶化グラファイトシート２０３―３Ａは結晶化グラファイトシート２０３−３Ａ１と２０３−３Ａ２に、結晶化グラファイトシート２０３―３Ｂは結晶化グラファイトシート２０３−３Ｂ１と２０３−３Ｂ２に、結晶化グラファイトシート２０３―３Ｃは結晶化グラファイトシート２０３−３Ｃ１と２０３−３Ｃ２に、それぞれ中央から分割されたような構成になっている。
【００６９】
画像形成装置において、所謂センタ基準の定着装置では、図７に示したように、被加熱部材Ｐは加圧ローラ２の中央部を通過するので、通紙幅の両端部は非通紙部となり昇温の危険性がある。しかし、本例のように非通紙部に結晶化グラファイトシートが及ぶ配置としているので、非通紙部と通紙部とで熱の伝導が速やかになされ、非通紙部の異常昇温の問題は生じない。図６の例においても同様である。
【００７０】
特に図７に示した構成では、加圧ローラ２の軸方向で各結晶化グラファイトシートを複数の部分に分ける構成とすることで、加圧ローラ２の軸方向での熱膨張を吸収でき、さらに結晶化グラファイトシートの使用面積を低減し、コスト低減が可能となる。図７における矢印は熱の流れの向きを示す。
例３．
加熱ローラ２に設ける結晶化グラファイト層は上記フィルム状シートを重ねた複数層からなる構成とすることができる。図２（ｄ）はその例を示したもので、弾性層２０２の外側に２層にわたり結晶化グラファイトシート２０３−１、２０３−１'を設け、その外側を離型層２０４で覆っている。或いは３層以上とすることも可能である。複数層に設けるには、例えば、図４に示した構成のシートを或いは、図５に示したシートを多層に構成する。或いは、以下に説明する結晶化グラファイトシートの例について複数層設ける構成とすることもできる。
【００７１】
被加熱部材が高速で送られる高速な機種では非通紙部の温度上昇も大きくなり、結晶化グラファイト層が１層だけでは温度上昇の低減効果が追いつきにくい。そのような場合でも図２（ｄ）に示すように２層或いは多層とすることにより、グラファイト層の断面積が増えるため、少なくとも加熱ローラ２の軸方向での熱流量を増やすことができ、非通紙部における異常昇温の問題を解消することができる。
［３］請求項５
前記図４で説明した例では、フィルム状結晶化グラファイトシート２０３−１の端面突き合わせ部１５が加圧ローラ２の回転軸Ｏ―Ｏと平行であった。本例では、図８に示すように、フィルム状結晶化グラファイトシート２０３−１の端面突き合わせ部１６が加圧ローラ２の回転軸Ｏ−Ｏに対して傾けてある。つまり、端面突き合わせ部をローラに巻き回した如き態様とする。
【００７２】
図４に示した例では、単純に結晶化グラファイトシート２０３−１を丸めて両端部を突き合わせている。このように加圧ローラ２を構成した場合、端面突き合わせ部１５が加熱ローラ１に接触する前後で温度分布が大きく変化して、定着むらを生ずる可能性がある。
【００７３】
定着むらの原因は次のように考えられる。図９（ａ）には、図４に示したように端面突き合わせ部１５が回転軸Ｏ―Ｏと平行であるときの加圧ローラを模視的に示している。図９（ａ）において、加圧ローラ２は矢印の向きに回転していて、端面付き合わせ部１５が回転方向上、ハッチングで示すニップ部Ｎの少し上流側の位置にある。ニップ部Ｎの入口側端部（回転方向上流側端部）の軸方向ラインを符号１７で示す。
【００７４】
端面突き合わせ部１５では、シートの連続性がが断絶しているため、熱伝導性が悪い。このため、ニップ部からの熱は端面突き合わせ部１５で伝熱が遮断される。このため、端面突き合わせ部１５とライン１７との間の領域で、白抜きの矢印で示すようにニップ部からの熱エネルギーが蓄積され、この領域での温度が図９（ｂ）に符号（１７〜１５）で示すように高いレベルになる。
【００７５】
これに対して、端面突き合わせ部１５の近傍であって、該端面突き合わせ部１５よりも回転方向上流の位置では、端面突き合わせ部１５でニップ部からの熱が遮断されているため、細い矢印で示すように小さい熱エネルギーが分散放熱されるにすぎず、温度は、図９（ｂ）に符号（１５〜）で示すように低いレベルに留まる。
【００７６】
このように、端面突き合わせ部１５とライン１７との間の領域での温度との温度差はΔ２である。つまり、端面突き合わせ部１５を境として回転方向上流側と下流側とではΔ２の温度差がある。このような温度差をほぼ維持しながら、加圧ローラ２は回転していくものと考えられる。
【００７７】
従って、加圧ローラ２の回転が進み、端面突き合わせ部１５がニップ部を通過するとき、この端面突き合わせ部１５を境として存在するΔ２の温度差が被加熱部材Ｐに反映され、定着むらを生ずるものと考えられる。
【００７８】
これに対して、図８に示すように、端面突き合わせ部１６を加圧ローラ２の回転軸Ｏ−Ｏに対して傾けた構成とした場合には、同じ条件でも定着むらは生じない。定着むらが生じない理由は次のように考えられる。
【００７９】
図１０（ａ）には、図８に示したように端面突き合わせ部１６が回転軸Ｏ―Ｏに対して傾いているときの加圧ローラ２を模視的に示している。図１０（ａ）において、加圧ローラ２は矢印の向きに回転していて、端面付き合わせ部１６の中央部が回転方向上、ハッチングで示すニップ部Ｎと交差した位置にある。ニップ部Ｎの入口側端部（回転方向上流側端部）よりも僅かに上流側の加圧ローラ上での軸方向ラインを符号１７'で示す。
【００８０】
端面突き合わせ部１６では、シートの連続性が断絶しているため熱伝導性が悪いことは、図９（ａ）における場合と同じである。しかし、端面突き合わせ部１６が回転軸Ｏ―Ｏに対して傾いていることにより、ライン１７'上での温度分布は図１０（ｂ）に符号（１７'）で示すようになる。
【００８１】
温度分布（１７'）では、端面突き合わせ部１６とライン１７'との交差点Ｑよりも僅かに左寄りの部位で温度のピークＹが現われ、ライン１７'上、ピークＹに対応する部位より右側領域での温度との温度差はΔ１となる。つまり、ライン１７'上、ピークＹに対応する部位より右側では、図１０（ａ）に白抜きの大きい矢印で示すように大きな熱流でニップ部の熱エネルギーは拡散するのに対し、ピークＹに対応する部位ではニップ部から端面突き合わせ部１６までの距離が小さいためにニップ部の熱エネルギーが蓄えられて温度上昇し、ピークＹをなしている。
【００８２】
ライン１７'上、ピークＹの部位から左へいくに従い、端面突き合わせ部１６までの距離が開くため、温度は低下する。およそこのような理由で、符号（１７'）の温度分布となる。
【００８３】
ライン１７'よりも僅かに回転方向上流側の部位における軸方向ラインを符号１８で示す。このライン１８は加圧ローラ２の回転が進むことにより、やがてニップ部に至るラインである。このライン１８と端面突き合わせ部１６との交差点を符号Ｒで示す。
【００８４】
ライン１８上での温度分布は、図１０（ｂ）に符号（１８）で示すように交差点Ｒに対応した位置で低下している。
【００８５】
図１０（ａ）において、加圧ローラ２上でニップ部Ｎから十分に離れた部位の任意の軸方向ラインを符号１９で示す。このライン１９上における温度分布は図１０（ｂ）に符号（１９）で示すように、低いレベルでの一定の温度分布となる。
【００８６】
図１０（ａ）に示す加圧ローラ２の回転が進むにつれて、交差点Ｑは左方に移動していく。そして、この移動に伴ない、図１０（ｂ）で示す温度分布も同じ波形を保持したまま左方に移動していく。時間を遡れば、同じ温度分布は右方にも存在していたことになる。
【００８７】
例えば、加圧ローラ２の回転が進み、交差点Ｒがニップ部の直前位置にきたときの温度分布は図１０（ｃ）に符号（２０）で示すようになる。同じことを別の表現をすれば、図１０（ａ）における交差点Ｒに対応する位置での温度分布を図１０（ｂ）に符号３０で示せば、温度分布３０図１１の（イ）に相当し、加圧ローラ２の回転が進行することにより図１１の（イ）、（ロ）、（ハ）の順で変位して図１０（ｃ）に符号３１で示すような分布になる。
【００８８】
ここで、回転軸Ｏ―Ｏに対して傾いた端面突き合わせ部１６である加圧ローラ２について、この端面突き合わせ部１６がニップ部を通過する際における温度変化の最大値はΔ１である。そして、このΔ１の大きさは、図９における加圧ローラ２について端面突き合わせ部１５がニップ部を通過する際における温度変化Δ２よりも常に小さい。それは、図９における加圧ローラ２の構成では、端面突き合わせ部１５が一時にニップ部を通過する構成による。
【００８９】
このように、端面突き合わせ部１６が回転軸Ｏ―Ｏに対して傾いた構成では、加圧ローラ２の表面部の温度分布は、温度差が小さく、定着むらを生じさせない。
【００９０】
定着装置以外に使用する加熱装置においても、被加熱部材に対する温度変化が小さい本例の構成の方が有利であることは勿論である。
［６］請求項８に対応する例
画像を形成担持させた被加熱部材を加熱定着する定着装置を具備した画像形成装置の例を説明する。
【００９１】
図１２は、デジタル式の画像形成装置の主要部断面示す。図１２において、符号４１は回転体からなる像担持体の一例であってドラム状をした感光体を示している。この感光体４１のまわりには、矢印で示す時計回りの向きの回転方向順に、帯電ローラからなる帯電装置２、露光手段の一部を構成するミラー３、現像ローラ４４ａを具備した現像手段４４、被加熱部材（記録媒体）Ｐとしての転写紙を保持して搬送する転写搬送ベルト４５、感光体４１の周面に摺接するブレード４６ａを具備したクリーニング手段４６などが配置されている。感光体４１上であって帯電装置４２と現像ローラ４４ａとの間の位置にはミラー４３を介して露光光Ｌｂが走査されるようになっている。この露光光Ｌｂの照射位置を露光部１５０と称する。
【００９２】
転写搬送ベルト４５は無端状のベルトであって、２つの支持ローラ４５ａ、４５ｂに支持されている。これら支持ローラ４５ａ、４５ｂにより支持された転写搬送ベルト４５の中間の位置には感光体４１の下面が接している。この接している部位が転写部４７であり、この転写部４７における転写搬送ベルト４５の裏側には転写バイアスを印加する転写手段としての転写ローラ４８が設けられている。
【００９３】
転写搬送ベルト４５は矢印で示すように反時計回りの向きに回転駆動されるようになっている。該転写搬送ベルト４５の上側ベルト部の上流端のさらに上流側の位置には一対のレジストローラ４９が設けられている。このレジストローラ４９に向けて、図示しない搬送ガイドに案内されて図示しない給紙トレイに収納された被加熱部材Ｐが給紙コロ１１０から送り出されるようになっている。転写搬送ベルト４５の上側ベルト部の下流端のさらに下流の位置には、定着装置１０が配置されている。
【００９４】
転写搬送ベルト４５の上側ベルト部の上流端部において該転写搬送ベルト４５を支持している支持ローラ４５ａの上方には、該転写搬送ベルト４５に当接するようにして吸着手段としてのブラシローラ２００が矢印で示す時計回りの向きに回転駆動されるようにして設けられている。
【００９５】
ブラシローラ２００が回転すると、ブラシは転写搬送ベルト４５に摺接する。このブラシローラ２００には図示しないバイアス印加手段により、被加熱部材Ｐを転写搬送ベルト４５に吸着する極性のバイアス電流を印加するための電位が与えられるようになっている。
【００９６】
この画像形成装置において、画像形成は次のようにして行われる。
感光体４１が回転を始め、この回転中に感光体４１が暗中において帯電装置４２により均一に帯電され、露光光Ｌｂが露光部１５０に照射、走査されて作成すべき画像に対応した潜像が形成される。この潜像は感光体４１の回転により現像装置４４に至り、ここでトナーにより可視像化されてトナー像が形成される。
【００９７】
一方、給紙コロ１１０により給紙トレイ上の被加熱部材Ｐの送給が開始され、破線で示す搬送経路を経て一対のレジストローラ４９の位置で一旦停止し、感光体４１上のトナー像と転写部７で合致するように送り出しのタイミングを待つ。かかる好適なタイミングが到来するとレジストローラ４９に停止していた被加熱部材Ｐはレジストローラ４９から送り出される。
【００９８】
レジストローラ４９から送り出された被加熱部材Ｐは転写搬送ベルト４５とブラシローラ２００との間にくわえられ、バイアスによる静電気力およびブラシの弾性力により押されて転写搬送ベルト４５に吸着され、転写搬送ベルト４５の移動と共に転写部４７に向けて搬送される。
【００９９】
感光体４１上のトナー像と被加熱部材Ｐとは、転写部４７で合致し、転写ローラ４８により転写搬送ベルト４５に印加されたバイアスと感光体４１との電位差から形成される電界により、トナー像は被加熱部材Ｐ上に転写される。
【０１００】
こうして感光体４１まわりの画像形成部でトナー像を担持した被加熱部材Ｐは転写搬送ベルト４５と共に搬送され、やがて該転写搬送ベルト４５の上側部の下流端部で転写搬送ベルト４５から分離されて定着装置１０に向けて送り出される。被加熱部材Ｐ上のトナー像は定着装置１０を通過する間に当該被加熱部材Ｐに定着されて図示省略の排紙部に排紙される。
【０１０１】
一方、転写部４７で転写されずに感光体４１上に残った残留トナーは感光体４１の回転と共にクリーニング装置４６に至り、該クリーニング装置４６を通過する間に清掃されて次の画像形成に備えられる。
【０１０２】
本例のように、加熱装置１０を定着装置に適用することで、加熱ローラの温度ムラが少なくなり、連続通紙時にも非通紙部昇温を低減し、ホットオフセットが発生しにくく画像品質の高い定着装置を提供することが可能となる。
【０１０３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、フィルム状シートからなる結晶グラファイト層を、ローラ形状をした加圧部材の円周方向及び軸方向に間隔をあけて複数配置したので該加圧部材の軸方向での温度分布が均一化され非通紙部昇温を低減できると共に、加圧部材の軸方向での熱膨張を吸収することができる。
【０１０４】
請求項２記載の発明では、弾性層によりニップ部を容易に形成し、結晶化グラファイト層の良好な熱伝導による非通紙部の異常昇温を防止することができた。
【０１０５】
請求項３記載の発明では、結晶化グラファイト層がシームレスな円筒体からなるので、シート状のものを巻き付ける場合のように伝熱を遮断する端面突き合わせ部ができず、端面突き合わせ部で熱移動が妨げられることがないので、加圧部材を介して加熱部材の全体に均等に熱が移動し温度むらの小さい加熱装置を実現することが可能となる。また、均一にシートが形成されているため、ローラ面全体に均等に熱が移動でき温度むらの小さい加熱装置を実現することが可能である。
【０１０８】
請求項４記載の発明では、被加熱部材を高速で送る高速加熱装置の場合には非通紙部の温度上昇も大きくなるが、その場合でも、結晶化グラファイト層の断面積が増えるため、熱流量を増やすことができ、非通紙部における異常昇温の問題を解消することができる。
【０１０９】
請求項５記載の発明では、端面突き合わせ部がニップ部を通過する際の温度変化が小さくなるので、被加熱部材に対する加熱が一定であり、良好な加熱効果が得られる。定着装置として使用する場合には、定着むらを生じない。
【０１１０】
請求項６記載の発明では、立ち上げ時間を短縮できる肉厚の薄い加熱ローラであっても、非通紙部昇温の問題を解消できる。請求項９記載の発明では、加圧部材からの被加熱部材の分離が良好となる。
【０１１１】
請求項８記載の発明では、加熱装置を定着装置に適用することで、加熱ローラの温度ムラが少なくなり、連続通紙時にも非通紙部昇温を低減し、ホットオフセットが発生しにくく画像品質の高い定着装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は定着装置の断面図、図１（ｂ）は定着装置の正面図である。
【図２】図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）はそれぞれ加圧ローラの断面図である。
【図３】図３は加熱部材をフィルム状に構成したときの定着装置の断面図である。
【図４】シート状に形成した結晶化グラファイトの斜視図である。
【図５】シート状に形成した結晶化グラファイトの斜視図である。
【図６】加圧ローラの斜視図である。
【図７】加圧ローラの斜視図である。
【図８】シート状に形成した結晶化グラファイトの斜視図である。
【図９】図９（ａ）は加熱ローラの斜視図、図９（ｂ）は加熱ローラの温度分布図である。
【図１０】図１０（ａ）は加熱ローラの斜視図、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）はそれぞれ加熱ローラの温度分布図である。
【図１１】加熱ローラの温度分布の時間経過による変化を示した図である。
【図１２】画像形成装置の構成図である。
【符号の説明】
１  （加熱部材としての）加熱ローラ
２  （加圧部材としての）加圧ローラ
【図１】
0004166914.tif 000003
【図２】
0004166914.tif 000004
【図３】
0004166914.tif 000005
【図４】
0004166914.tif 000006
【図５】
0004166914.tif 000007
【図６】
0004166914.tif 000008
【図７】
0004166914.tif 000009
【図８】
0004166914.tif 000010
【図９】
0004166914.tif 000011
【図１０】
0004166914.tif 000012
【図１１】
0004166914.tif 000013
【図１２】
0004166914.tif 000014