JP2009271434A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費エネルギーの低減と、小幅の被加熱材が通過しない非通過領域の温度上昇低減を両立することができる加熱装置を提供する。
【解決手段】被加熱材を加熱手段と加圧ローラ３０間の圧接ニップ部を通過させて熱エネルギーを付与する加熱装置において、加圧ローラ３０は、円筒状の芯軸部３１と、芯軸部３１の外面に積層された弾性部３２と、芯軸部３１の軸端部に接合される放熱部３３とを備え、放熱部３３は、圧接ニップ部Ｎを最大幅サイズの被加熱材が通過する最大幅サイズ通過領域Ｎ０の通過方向と直交する方向の端部から最大幅サイズ通過領域Ｎ０の内側部分に一部重なるオーバーラップ領域Ａと、弾性部３２の外側の空間に露出する端部露出領域Ｂとを有する構成となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば、複写機，レーザービームプリンタ等の記録材に形成された未定着画像を加熱定着する定着器や画像が記録された記録材に光沢を付与する光沢付与器等に好適な加熱装置に関する。

従来の加熱装置として、例えば画像の加熱定着等のための像加熱装置には、所定の温度に維持された加熱ローラと、前記加熱ローラに圧接する加圧ローラとによって被加熱材としての記録材を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ方式が多用されている。また、このほかにもフラッシュ加熱方式、オープン加熱方式、熱板加熱方式等種々の方式、構成のものが知られており、実用されている。

最近では、このような方式に代わって、ヒータと、ヒータの支持体と、ヒータに接触して摺動する耐熱性の定着フィルムと、定着フィルムを介して記録材をヒータに密着させる加圧部材とを有する像加熱装置が考案されている。これは、ヒータの熱エネルギーを定着フィルムを介して記録材へ付与することで記録材面に形成担持されている未定着画像を記録材面に加熱定着させるものである（例えば、特許文献１，２参照）。

この像加熱装置のヒータとしては、セラミックス基板上に発熱体を形成し、給電により発熱体を発熱させ、記録材を加熱する構成が一般的である。加熱部材の温度は加熱部材に当接あるいは接着されたサーミスタ等の検温素子で検知され、その検知温度を基に所定の温度になるようにＣＰＵで温度制御している。

このようなフィルム加熱方式の像加熱装置においては、加熱部材として低熱容量のヒータを用いることができる。このため、従来の接触加熱方式である熱ローラ方式、ベルト加熱方式等の装置に比べ省電力及びウェイトタイムの短縮化（クイックスタート）が可能になる。
特開平４−４４０７５号公報 特開平４−２０４９８０号公報

しかしながら、近年の像加熱装置は処理能力の高速化が進むことで、像加熱装置は一定時間に多くの記録材を加熱する必要があり、記録材に与える熱エネルギーは増大している。また、高速化に伴い像加熱装置が大型化し、像加熱装置を必要温度まで温度上昇させると共に、一定温度の維持するために必要なエネルギーも増大している。このような状況に鑑み、像加熱装置において消費するエネルギーを低減させる必要がある。

一方、高速化に伴い、記録材の非通過領域の温度が上昇する課題がより顕著になってきている。ヒータの発熱領域は、使用可能な最大幅の記録材の最大幅サイズ通過領域に対応して設定されているが、最大幅の記録材が常に使用されるわけではなく、最大幅より小幅の記録材が頻繁に使用される。小幅の記録材が使用された場合、ヒータの発熱領域の端の部分に、記録材の非通過領域が発生する。記録材の通過領域においては、ヒータから発生した熱エネルギーは記録材によって消費されるが、非通過領域においては、記録材による熱エネルギーの消費がない。

そのため、ヒータから発生した熱エネルギーは徐々に蓄積し、圧接ニップ部のうち記録
材の非通過領域の部材の温度上昇が発生する。近年の像加熱装置の高速化により、一定時間における記録材の供給が増大することから、圧接ニップ部に面するヒータの発熱領域のうち小幅の記録材の非通過領域に面する部分の温度上昇は大きくなる傾向にある。

このような記録材の非通過領域の温度上昇は、その領域で使用される部材の耐熱性を向上させる必要が生じ、また、高温状態における部材の性能の安定性を向上させる必要があるといった課題がある。そのため、記録材の非通過領域の温度を低下させる対策が望まれている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、消費エネルギーの低減と、最大幅サイズの被加熱材より小幅の被加熱材の非通過領域の温度上昇低減を両立することができる加熱装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本出願に係る発明は、加熱手段と、該加熱手段との間に圧接ニップ部を形成する加圧手段とを有し、被加熱材を圧接ニップ部を通過させて熱エネルギーを付与する加熱装置において、前記加圧手段は、円筒状の芯軸部と、該芯軸部の外面に積層されたゴム状弾性を有する弾性部と、前記芯軸部の軸端部に接合される放熱部とを備え、前記芯軸部に接合される放熱部は、前記圧接ニップ部を最大幅サイズの被加熱材が通過する最大幅サイズ通過領域の通過方向と直交する方向の端部から最大幅サイズ通過領域の内側部分に一部重なる領域と、弾性部の外側の空間に露出する端部露出領域とを有する構成となっていることを特徴とする。

本発明によれば、加圧手段の熱容量を低減することで消費エネルギーの低減を図ることができると共に、最大幅サイズ通過領域のうち、被加熱材の非通過領域の温度上昇低減を図ることができる。

以下にこの発明を実施するための最良の形態を、図示の実施例に基づいて詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図２は、本発明の実施例１に係る加熱装置としての加熱定着装置の基本構成を示す概略構成図である。

＜基本構成＞
すなわち、この加熱定着装置１は、加熱手段としてのフィルム加熱機構２０と、フィルム加熱機構２０と圧接ニップ部Ｎを形成する加圧手段としての加圧ローラ３０とを有している。そして、被加熱材としての記録材をフィルム加熱機構２０と加圧ローラ３０との間の圧接ニップ部Ｎを通過させて熱エネルギーを付与するものである。

フィルム加熱機構２０と加圧ローラ３０は、圧接ニップ部Ｎを通過する記録材の通過方向と直交方向に互いに平行に延びており、記録材の通過方向よりも直交方向に長くなっている。以下、この明細書で加熱定着装置１の長手方向は、記録材Ｐの通過方向と直交方向と同義である。

フィルム加熱機構２０は、可撓性スリーブとしての定着フィルム２１と、定着フィルム
２１に接触するヒータ２２とを有し、加圧ローラ３０は定着フィルム２１を介してヒータ２２との間に圧接ニップ部Ｎを形成する。定着フィルム２１は、加圧ローラ３０と連れ回りし、ヒータ２２と摺動する構成となっている。

この加熱定着装置１は、テンションレスのフィルム加熱方式であり、定着フィルム２１に、エンドレスベルト状もしくは円筒状の耐熱性フィルムが用いられている。定着フィルム２１の周長は、少なくとも一部が常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）の状態となるように設定され、加圧ローラ３０の回転駆動力で回転駆動するように構成されている。

定着フィルム２１は、ヒータ保持部材兼フィルムガイド部材としてのステー２３に外嵌されている。エンドレスの定着フィルム２１の内周長と、ヒータ２２を含むステー２３の外周長は、定着フィルム２１の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてある。定着フィルム２１は、ステー２３に対して周長に余裕を持って外嵌している。

定着フィルム２１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、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下４０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層フィルムが使用できる。また、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。

このフィルムは、モノクロ機では、ポリイミド製スリーブにフッ素樹脂層を積層した積層フィルム、カラー機ではポリイミド製スリーブにゴム層を介してフッ素樹脂層をコーティングした積層フィルムが好適である。

また、フィルムの代わりに、ステンレス製スリーブを用いてもよい。モノクロ機では、ステンレス製スリーブにフッ素樹脂層を積層した積層体、カラー機ではステンレス製スリーブにゴム層を介してフッ素樹脂層を積層した積層体を用いることができる。

本実施例では膜厚約５０μｍのポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いた。定着フィルム２１の外径は１８ｍｍとした。

ヒータ２２はセラミックヒータであり、ステー２３の下面にステー２３の長手方向に沿って配設され、ステー２３によって保持されている。

ステー２３は、耐熱性・剛性部材である。ステー２３の材質は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等で構成できる。本実施例では液晶ポリマーが用いられている。

加圧ローラ３０は、ヒータ２２との間に定着フィルム２１を挟んで圧接ニップ部Ｎを形成し、かつ定着フィルム２１の外面に接触して定着フィルム２１を回転駆動させるものである。加圧ローラ３０の構成は、所定の肉厚を備えた中空円筒状の金属製の芯軸部３１と、芯軸部３１の外面に形成されたゴム状弾性体を備えた弾性部３２とを有している。

弾性部３２の最外層にはフッ素系樹脂等の離形層が設けられ、不図示の軸受手段，付勢手段等により所定の押圧力をもって、定着フィルム２１を挟んでヒータ２２の表面に圧接されるように構成される。

本実施例では、芯軸部３１は所定の肉厚の円筒形ＳＵＳ製のスリーブを、弾性部３２は
シリコーンゴムを、離形層は厚さ約５０μｍのＰＦＡのチューブを用いた。加圧ローラ３０の外径は２０ｍｍ、弾性体層の厚さは３ｍｍとした。

加圧ローラ３０は、不図示の駆動系により、矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ３０の回転駆動により、圧接ニップ部Ｎにおける加圧ローラ３０と定着フィルム２１のフィルム外面との摩擦力で、定着フィルム２１に回転力が作用する。定着フィルム２１は、その内面側が圧接ニップ部Ｎにおいてヒータ２２の表面に密着し、摺動しながらステー２３の外回りを、矢印に示すように、加圧ローラ３０の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転状態になる。

＜ヒータの構成＞
次に、図１を参照し、一部図２を参照しながら、ヒータ２２の構成をより詳細に説明する。
図１は、加圧ローラ３０と、ヒータ２２の長手方向配置図である。ヒータ２２はフィルム摺動面の発熱体２４を形成した面の構成を示し、加圧ローラ３０は長手方向の断面構成を示している。
ヒータ２２は記録材Ｐの圧接ニップ部Ｎの通過方向に対して直交方向を長手方向とする細長の耐熱性，絶縁性，良熱伝導性の基板２５を有している。この基板２５の表面（フィルム摺動面）側に、基板２長手に沿って形成具備された発熱体２４を備えている。発熱体２４は抵抗発熱体であり、この発熱体２４の長手領域がヒータ２２の発熱領域となる。また、発熱体２４を形成したヒータ２２表面を保護する耐熱性オーバーコート層、発熱体２４の長手方向端部に配設される給電用電極２７，２８等を備えており、全体に低熱容量のヒータとなっている。

本実施例のヒータ２２は、銀，パラジウム，ガラス粉末（無機結着剤），有機結着剤を混練して調合したペーストを、スクリーン印刷により、基板２５上に線帯状に形成して得たものである。

発熱体２４の材料としては、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）以外にＲｕＯ２、Ｔａ２Ｎ等の電気抵抗材料を用いても良い。発熱体２４の抵抗値は常温で１８Ωとした。

基板２５は耐熱性・絶縁性を有するもので、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックス材料が用いられる。本実施例では幅７ｍｍ・長さ２７０ｍｍ・厚さ１ｍｍのアルミナ基板を使用している。給電用電極２７，２８は銀パラジウムのスクリーン印刷パターンを用いた。

図２において、２６はヒータ２２の温度を検知するために設けられた検温素子である。本実施例では、検温素子２６としてヒータ２２から分離した外部当接型のサーミスタを用いている。この検温素子２６は、例えば支持体上に断熱層を設け、その上にチップサーミスタの素子を固定し、素子を下側（ヒータ２２裏面側）に向けて所定の加圧力によりヒータ２２裏面に当接するような構成をとる。本実施例では、支持体として高耐熱性の液晶ポリマーを、断熱層としてセラミックスペーパーを積層したものを用いた。外部当接型サーミスタよりなる検温素子２６は記録材の最小通過域内に設けられており、不図示のＣＰＵに通じている。

このヒータ２２をオーバーコート層を形成具備させた表面側を下向きに露呈させ、ステー２３の下面側に保持させて固定配設してある。以上の構成をとることにより、ヒータ２２全体を熱ローラ方式に比べて低熱容量にすることができ、クイックスタートが可能になる。

ヒータ２２は、発熱体２４の長手端部の給電用電極２７，２８に対する給電により、発熱体２４が長手全長にわたって発熱することで昇温する。その昇温が検温素子２６で検知され、検温素子２６の出力をＡ／Ｄ変換しＣＰＵに取り込む。取り込んだ情報に基づいてトライアックにより発熱体２４に通電する電力を位相制御あるいは波数制御等により制御し、ヒータ２２の温度制御がなされる。

すなわち、外部当接型サーミスタからなる検温素子２６の検知温度が所定の設定温度より低いとヒータ２２が昇温するように、設定温度より高いと降温するように通電を制御することで、ヒータ２２は定着時一定温度に保たれる。なお、本実施例では位相制御により出力を０〜１００％まで５％刻みの２１段階で変化させている。

ヒータ２２の温度が所定に立ち上がり、かつ加圧ローラ３０の回転による定着フィルム２１の回転周速度が定常化した状態において、定着フィルム２１を挟んでヒータ２２と加圧ローラ３０とで形成される圧接ニップ部Ｎに記録材Ｐが導入される。記録材Ｐには転写部においてトナーの未定着画像が形成されている。

そして、記録材Ｐが定着フィルム２１と一緒に圧接ニップ部Ｎを挟持搬送されることにより、ヒータ２２の熱エネルギーが定着フィルム２１を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着顕画像（トナー画像）が記録材Ｐ面に加熱定着される。圧接ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは、定着フィルム２１の面から分離されて搬送される。

続いて、本実施例の特徴部分について、図１を参照して説明する。
＜加圧ローラ３０の構成＞
本実施例１で用いた加圧ローラ３０は、円筒状の芯軸部３１と、芯軸部３１の外面に積層されたゴム状弾性体を有する弾性部３２と、芯軸部３１の軸端部に接合された放熱部としての端部フランジ部材３３とを備えた構成となっている。この端部フランジ部材３３は、図示例では中実円筒状の軸として記載されているが、このような軸部材である必要はない。

具体例としては、弾性部３２は、たとえばスポンジシリコーンゴム弾性体、芯軸部３１は外径１４ｍｍ、厚さ２ｍｍ、内径１０ｍｍの中空円筒状のＳＵＳ材が用いられる。放熱部である端部フランジ部材３３は、たとえば外径１０ｍｍのアルミニウム材で構成される。

＜加熱定着装置の長手方向位置関係＞
図３に、本実施例の加熱定着装置の長手方向の断面図を示している。また、図９には、本発明の特徴部分を模式的に示した図である。
ヒータ２２は、長手幅Ｌ１（２７０ｍｍ）のアルミナの基板２５上に、発熱体２４が長手幅Ｌ２（２１６ｍｍ）にわたり形成されている。発熱体２４の長手幅Ｌ２は、本実施例の加熱定着装置に使用される最大幅の記録材Ｐ０が圧接ニップ部Ｎを通過する最大幅サイズ通過領域Ｎ０の範囲と同じである。発熱体２４の長手方向全面が発熱領域２４Ａであり、最大幅（Ｗ０ ）の記録材Ｐ０の最大幅サイズ通過領域Ｎ０の範囲が発熱領域２４Ａとなっている。

すなわち、最大幅サイズ通過領域Ｎ０と発熱領域２４Ａの、記録材通過方向と直交する方向である装置長手方向の幅および位置は同じである。この例では、最大幅の記録材Ｐ０はＬＴＲサイズで、最大幅サイズ通過領域Ｎ０は、ＬＴＲサイズの幅２１６ｍｍと同等である。

加圧ローラ３０は、長手幅Ｌ３（２４０ｍｍ）の円筒状の芯軸部３１と同じ長手幅で形
成された弾性部３２で形成され、ヒータ２２の発熱体２４と加圧ローラ３０は、図中の中央基準線Ｘに対して長手方向左右均等に配置されている。よって、加圧ローラ３０の弾性部３２の両端部は、ヒータ２２の発熱体２４の長手端部に対して左右共に１０ｍｍ長くなるように配置されている。

放熱部である端部フランジ部材３３は円柱形状で、一端が芯軸部３１の内周に密に嵌合されている。この嵌合部分は発熱体２４の長手方向端部を越えて、発熱体長手領域２４Ａと一部重なるオーバーラップ領域Ａを有している。このオーバーラップ領域Ａは、発熱体２４と長手方向で共有する領域である。

また、端部フランジ部材３３は、弾性部３２の長手方向端部３２ｅに対して外側に所定量突出しており、弾性部３２の外側の空間に露出する端部露出領域Ｂを有する。本実施例１においては、たとえば、オーバーラップ領域Ａは幅３ｍｍ、端部露出領域Ｂは幅１５ｍｍに設定される。

次に、記録材Ｐの通紙位置との関係を、図１および図９を用いてさらに説明する。
図１は、ヒータ２２と、加圧体である加圧ローラ３０と、最大幅の記録材Ｐ０と小幅（Ｗ１ ）の記録材Ｐ１の通過位置の長手方向の位置関係を表した図である。最大幅と小幅の記録材としては、たとえばＬＴＲサイズとＡ４サイズの組合せが代表的である。

記録材の搬送位置、ヒータ２２の発熱体２４、加圧ローラの弾性部３２は、図中の中央基準線Ｘに対し長手方向が左右均等に配置されている。よって、加熱定着装置の最大幅の記録材Ｐ０（たとえば、ＬＴＲサイズの記録材で長手幅２１６ｍｍ）を通紙した場合、発熱体２４の長手幅領域の範囲全域が記録材Ｐ０の最大幅サイズ通過領域Ｎ０となる。

端部フランジ部材３３は、圧接ニップ部Ｎを通過する最大幅の記録材Ｐ０の最大幅サイズ通過領域Ｎ０の通過方向と直交方向の端部から、最大幅サイズ通過領域Ｎ０の内側部分と一部重なる領域を有している。最大幅サイズ通過領域Ｎ０と発熱領域２４Ａの装置長手方向の幅および位置は同じである。したがって、この最大幅サイズ通過領域Ｎ０の内側部分と一部重なる領域は、ヒータ２２の発熱体２４とのオーバーラップ領域Ａと同じである。

もっとも、最大幅サイズ通過領域Ｎ０とヒータ２２の発熱体２４の長手幅Ｌ２とが一致していなくてもよく、たとえば、発熱体２４の長手幅Ｌ２が最大幅サイズ通過領域Ｎ０より大きくてもよい。

これに対して、小幅の記録材Ｐ１（たとえば、Ａ４サイズの記録材で長手幅２１０ｍｍ）を通紙した場合は、図９に示すようになる。すなわち、圧接ニップ部Ｎを通過する小幅の記録材Ｐ１の小幅サイズ通過領域Ｎ１の通過方向と直交方向の両端部に、最大幅サイズ通過領域Ｎ０を通過しない非通過領域Ｎ２が生じる。ＬＴＲサイズとＡ４サイズの場合、左右各３ｍｍの領域が非通過領域Ｎ２となる。
本実施例では、加圧ローラ３０の端部フランジ部材３３のオーバーラップ領域Ａが、小幅の記録材Ｐ１を通紙した場合に、最大幅サイズ通過領域Ｎ０のうち、小幅の記録材Ｐ１が通過しない非通過領域Ｎ２に対応するように配置されている。

＜非通紙部の加圧ローラ表面温度測定＞
上述したように、最大幅のＬＴＲサイズ等の記録材Ｐ０より小幅のＡ４サイズ等の記録材Ｐ１を通紙した場合、ヒータ２２の発熱体２４の長手方向端部は非通過領域Ｎ２となり加圧ローラ３０の表面温度が上昇する。

次に、本実施例１の構成である加圧ローラ３０を用いた加熱定着装置と、比較例１として図７に示す加圧ローラを用いた加熱定着装置において、Ａ４サイズの記録材を通紙した場合の非通過領域における加圧ローラ表面温度の比較を示す。

比較例１として示した図７の加圧ローラの構成を以下に説明する。
この比較例１は、加圧ローラ４００は、芯軸部４０１と弾性部４０２は、図１で示した加圧ローラ３０と同様の材料及び構成である。
端部フランジ部材４０３は、ヒータ２２の発熱体２４の長手幅Ｌ２より外側の位置にて芯軸部４０１と接合され、発熱体２４の長手幅領域に相当した加圧ローラ４００の芯軸部４０１は全域にわたり中空な構成である。

図４に非通紙部の温度測定結果を示す。測定条件は以下のとおりである。
プロセススピード１５０ｍｍ／ｓ、ヒータは１９５℃で温度制御し、記録材としてＡ４サイズ（幅２１０ｍｍ）坪量１２８ｇの紙を、２５ｐｐｍの間隔で１００枚連続通紙した。非通紙領域の温度測定は、図１中の、オーバーラップ領域Ａの長手方向中間位置Ａ０に相当する加圧ローラ３０表面の温度である。

図７に示すように、比較例１の加圧ローラ４００においては、加圧ローラ表面温度が２２７℃に達する。
それに対し、本実施例１の加圧ローラ３０においては、加圧ローラ表面温度は２１６℃であり、比較例１の加圧ローラに比べて非通過領域の加圧ローラ表面温度が低い。すなわち、本実施例１の加圧ローラ３０の構成において、非通過領域の温度上昇を抑えることが可能である。
以上のように、Ａ４サイズの記録材を通紙した場合、非通過領域の発熱体２４から発生した熱は、記録材に奪われないためにヒータ２２及び加圧ローラ３０に蓄積する。

本実施例の加圧ローラ３０においては、蓄積された熱は、弾性部３２から芯軸部３１を通して、オーバーラップ領域Ａから端部フランジ部材３３に伝達される。端部フランジ部材３３に伝達された熱は、長手端部方向に伝達され、弾性部３２から露出した端部露出領域Ｂから外部の空気に放熱される。

比較例１の加圧ローラ４００においては、非通紙部において発生した熱は、弾性部４０２から芯軸部４０１に伝達されるが、芯軸部４０１は厚みが薄いため熱容量が少なく、また断面積が少ないために長手方向の熱の伝達が少ない。よって、非通過領域Ｎ２の加圧ローラ４００の弾性部４０２の熱は蓄積し、加圧ローラ４００の温度が上昇する。

以上のように、本実施例１の加圧ローラ３０によれば、非通過領域Ｎ２に蓄積される熱エネルギーを減少させ、加圧ローラ３０温度を低下させることが可能である。

＜消費電力＞

次に、本実施例１の構成である図１に示した加圧ローラ３０を用いた加熱定着装置と、比較例１の加圧ローラ４００と、さらに、図８に示す比較例２に係る加圧ローラ５００を用い、ＬＴＲサイズの記録材を連続的に通紙した場合の消費電力の比較を示す。

まず、比較例２として示した、図８の加圧ローラ５００の構成を説明する。
加圧ローラ５００については、弾性部５０２は、図１で示した加圧ローラ３０の弾性部３２と同様の材料及び構成であるが、芯軸部４０１が中実構成となっている。芯軸部４０１はアルミニウム製で外径１４ｍｍである。

表１に消費電力の測定結果を示している。
測定条件は、以下のとおりである。プロセススピード１５０ｍｍ／ｓ、ヒータは１９５℃で温度制御し、記録材はＬＴＲサイズ（幅２１６ｍｍ）坪量７５ｇの紙を、２５ｐｐｍの間隔で、１００枚連続通紙した時の平均消費電力を測定した。

本実施例１の加圧ローラ３０においては、図８の中実な芯軸部５０１を用いた加圧ローラ５００に比べて、芯軸部３１を低熱容量にすることで通紙時の消費電力を低減することができる。また、図７で示した、発熱体長手幅全体が中空の加圧ローラ４００の場合と、ほぼ同等の消費電力となった。

以上のように、本実施例１の加熱定着装置は、加圧ローラ３０の芯軸部３１を円筒状の中空構成とすることで低熱容量化され、加熱定着装置の消費電力を低減することができた。

次に、本発明の実施例２について、図５を参照して説明する。
本実施例２では、実施例１に比較して、加圧ローラの構成が異なるだけであり、実施例１と共通の構成部分については同一の符号を付して説明を省略するものとする。
＜加圧ローラ２３０構成＞

図５は、本実施例２における、フィルム加熱機構２０のヒータ２２と、加圧部材としての加圧ローラ２３０の長手位置関係を表わした図である。ヒータ２２は、フィルム摺動面の発熱体２４を形成した面の構成であり、加圧ローラ２３０は長手方向の断面構成を示した図である。

本実施例２の加圧ローラ２３０も、円筒状の芯軸部３１と、芯軸部３１の外面に積層されたゴム状弾性体を有する弾性部３２と、芯軸部３１の軸端部に接合された放熱部としての端部フランジ部材２３３とを備えた構成となっている。この実施例２では、端部フランジ部材２３３が、円筒部２３４の中途部に断面積を拡大させた放熱つば部２３５が設けられている

芯軸部３１と弾性部３２は、実施例１と全く同一で、放熱部である端部フランジ部材２３３はアルミ材製で、円筒部２３４の外径は１０ｍｍであり。放熱つば部２３５の幅Ｃは、端部フランジ部材２３３の芯軸部３１との接合部に比べ、断面積が大きく、放熱つば部２３５は外径１８ｍｍ、幅Ｃが５ｍｍである。
また、端部フランジ部材２３３は、弾性部３２の長手方向端部３２ｅに対して外側に突出し、弾性部３２の外側の空間に露出する端部露出領域Ｂを有する。本実施例２においても、オーバーラップ領域Ａは幅３ｍｍ、端部露出領域Ｂは幅１５ｍｍに設定される。この端部露出領域Ｂに、接合領域に対して断面積が大きい部分として上記放熱つば部２３５が設けられている。

＜非通紙部の加圧ローラ表面温度測定＞
上述したように、Ａ４サイズの記録材を通紙した場合、ヒータ２２の発熱体２４の長手領域端部２４ｅは非通過領域となり、加圧ローラ２３０の表面温度が上昇する。

次に、本実施例２の構成である加圧ローラ２３０を用いた加熱定着装置と、図７に示した比較例１の加圧ローラ４００、図１に示した実施例１の加圧ローラ３０を用いた加熱定着装置について、非通過領域の加圧ローラ表面温度の比較を示す。記録材としては、Ａ４サイズの記録材を通紙した。

図６に、非通過領域の温度測定結果を示す。測定条件は以下のとおりである。
プロセススピード１５０ｍｍ／ｓ、ヒータ２２は１９５℃で温度制御し、記録材ＰはＡ４サイズ（幅２１０ｍｍ）、坪量１２８ｇの紙を、２５ｐｐｍの間隔で１００枚連続通紙した。非通過領域の温度測定は、図５中のオーバーラップ領域Ａの長手方向中間位置Ａ０に相当する加圧ローラ２３０表面の温度である。

図６に示すように、比較例１の加圧ローラ４００においては、加圧ローラ表面温度が２２７℃に達する。それに対し、本実施例１の加圧ローラ３０においては、加圧ローラ表面温度は２１６℃である。また、本実施例２の加圧ローラ２３０においては、加圧ローラ表面温度は２０３℃である。

以上のように、本実施例２の加圧ローラ２３０においては、比較例１の加圧ローラ４００、実施例１の加圧ローラ３０に比べて、非通過領域の加圧ローラ表面温度が低い。すなわち、本実施例２の加圧ローラ２３０の構成において、非通過領域の温度上昇を抑えることが可能である。

本実施例２の加圧ローラ２３０においても、蓄積された熱は弾性部３２から芯軸部３１を通して、オーバーラップ領域Ａの端部フランジ部材２３３に伝達される。また、端部フランジ部材２３３に伝達された熱は長手端部方向に伝達され、弾性部３２から露出した端部フランジ部材３３の端部露出領域Ｂから外部の空気に放熱される。

本実施例２の加圧ローラ２３０においては、放熱つば部２３５が、端部フランジ部材２３３の芯軸部３１との接合領域に比べ、断面積が大きい構成である。よって、放熱つば部２３５における放熱は大きく、非通過領域の温度低下をより高めることができる。

以上のように、本実施例２の構成の加熱定着装置にあっては、加圧ローラ２３０の芯軸部３１を円筒状の中空な構成とすることで低熱容量化し、加熱定着装置の消費電力を低減することができる。
また、放熱部である端部フランジ部材２３３は、ヒータ２２の発熱体２４と長手方向で共有する領域であるオーバーラップ領域Ａを有し、また、弾性部３２の外部に露出した端部露出領域Ｂを有する構成である。よって、Ａ４サイズの記録材を通紙した場合の非通過領域の熱エネルギーを端部フランジ部材２３３に伝達させると共に、弾性部３２から露出した端部フランジ部材２３３の端部露出領域Ｂから外部の空気に放熱することができる。

特に、放熱つば部２３５は、端部フランジ部材２３３のオーバーラップ領域Ａに比べて断面積が大きい構成であるため、放熱つば部２３５における放熱効率が高く、非通過領域の温度低下をより高めることができる。よって、非通過領域の温度上昇を低減することができる。

端部フランジ部材２３３の放熱つば部２３５の形状は、本実施例では円板状のもの用い
たが、放熱面積を大きくできる形状であれば、フィン形状などの形状が有効であることはいうまでもない。

<その他の実施例>
なお、上記実施例１，２では、オーバーラップ領域の装置長手方向の位置および幅および非通過領域Ｎ２に一致させているが、必ずしも一致させておく必要はなく、中間的な位置としてもよい。場合によって、オーバーラップ領域が非通過領域Ｎ２よりも大きくてもよい。

また、最大幅サイズと小幅サイズの二種類の記録材を加熱する場合を例にとって説明したが、幅サイズが３種類以上の記録材を加熱する場合にも適用できる。その場合には、最大幅サイズより小さいサイズの記録材のうち、もっとも使用頻度の高い記録材の非通過領域に合わせてもよいし、最小幅サイズのものに合わせてもよい。場合によっては、最大幅サイズと最小幅サイズの中間的な位置に合わせてもよい。

また、上記各実施例では、記録材を中央基準で搬送する場合について説明したが、本発明は、記録材を圧接ニップ部の通過方向に対して直交方向の一方の端部を基準にして通紙するような片側基準で搬送する場合についても当然適用可能である。その場合には、小幅サイズの記録材が通過しない非通過領域は、片側のみとなるので、加圧ローラの芯軸部に接合される放熱部のオーバーラップ領域は片側にのみ設ければよい。

さらに、上記各実施例では、熱源がセラミックヒータのフィルム加熱機構を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、熱源としてハロゲンヒータ方式の加熱定着装置、あるいは誘導加熱タイプの加熱定着装置についても適用可能である。

また、本発明の加熱装置は、実施例１，２に記載の加熱定着装置に限らず、画像が形成された記録材を加熱して光沢を付与するような光沢付与器、あるいは、画像とは関係なく、被加熱材を圧接ニップ部を通して加熱するような装置に広く適用することができる。

本発明の実施例１に係る加熱定着装置の加圧ローラの長手方向配置図。 本発明の実施例１に係る加熱定着装置の概略構成図。 本発明の実施例１に係る加熱定着装置の長手方向断面図。 本発明の実施例１に係る加圧ローラの通紙枚数と温度の関係を表わす図。 （Ａ）は本発明の実施例２に係る加圧ローラの長手方向配置図、（Ｂ）は端部フランジ部材の正面図、（Ｃ）は（Ｂ）の側面図。 本発明の実施例２に係る加圧ローラの通紙枚数と温度の関係を示す図。 比較例１に係る加熱定着装置の加圧ローラの長手方向配置図。 比較例２に係る加熱定着装置の加圧ローラの長手方向配置図。 本発明の特徴部分を模式的に示した図。

符号の説明

２０ フィルム加熱機構
２１ 定着フィルム
２２ ヒータ
２３ ステー
２４ 発熱体
２４Ａ 発熱領域
２４Ａ 発熱体長手領域
２４ｅ 長手領域端部
２５ 基板
２６ 検温素子
２７，２８ 給電用電極
３０ 加圧ローラ
３１ 芯軸部
３２ 弾性部
３２ｅ 長手方向端部
３３ 端部フランジ部材（放熱部）

２３０ 加圧ローラ
２３３ 端部フランジ部材
２３４ 円筒部
２３５ 放熱つば部

４００ 加圧ローラ
４０１ 芯軸部
４０２ 弾性部
４０３ 端部フランジ部材

５００ 加圧ローラ
５０１ 芯軸部
５０２ 弾性部

Ａ 接合領域
Ａ０ 長手位置
Ｂ 端部露出領域
Ｃ 幅
Ｌ１ 長手幅（基板２５）
Ｌ２ 長手幅（発熱体２４）
Ｌ３ 長手幅（弾性体）
Ｎ 圧接ニップ部
Ｎ０ 最大幅サイズ通過領域
Ｎ１ 小幅サイズ通過領域
Ｎ２ 非通過領域
Ｐ 記録材
Ｐ０ 記録材（最大幅）
Ｐ１ 記録材（小幅）
Ｒ０ 最大幅サイズ通過領域
Ｘ 中央基準線

Claims (5)

1. 加熱手段と、該加熱手段との間に圧接ニップ部を形成する加圧手段とを有し、被加熱材を圧接ニップ部を通過させて熱エネルギーを付与する加熱装置において、
   前記加圧手段は、円筒状の芯軸部と、該芯軸部の外面に積層されたゴム状弾性を有する弾性部と、前記芯軸部の軸端部に接合される放熱部とを備え、
   前記芯軸部に接合される放熱部は、前記圧接ニップ部を最大幅サイズの被加熱材が通過する最大幅サイズ通過領域の通過方向と直交する方向の端部から最大幅サイズ通過領域の内側部分に一部重なる領域と、弾性部の外側の空間に露出する端部露出領域とを有する構成となっていることを特徴とする加熱装置。
2. 前記加熱手段の被加熱材の通過方向と直交する方向の発熱領域が前記最大幅サイズ通過領域に対応している請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記加熱手段は、可撓性スリーブと、該可撓性スリーブに接触するヒータとを有し、前記加圧手段は可撓性スリーブを介してヒータとの間に圧接ニップ部を形成するもので、
   前記ヒータは、基板と、該基板上に圧接ニップ部に沿って設けられる発熱体とを備え、
   前記加熱手段の発熱領域は発熱体の被加熱材の通過方向と直交する方向の発熱体長手領域であり、前記加圧部材の放熱部の最大幅サイズ通過領域の内側部分と一部重なる領域は、発熱体長手領域の内側に位置する領域である請求項２に記載の加熱装置。
4. 放熱部の端部露出領域は、芯軸部との接合領域に対して断面積が大きい部分を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の加熱装置。
5. 前記加圧部材の放熱部の最大幅サイズ通過領域の内側部分と一部重なる領域は、最大幅サイズ通過領域のうち、最大幅より小幅の被加熱材が通過しない非通過領域に対応している請求項１乃至４のいずれかの項に記載の加熱装置。

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