(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部に空洞が形成されたチューブ形状を有する外部ローラと，前記外部ローラの内部に挿入されるヒートパイプと，前記ヒートパイプの外周面に巻き包まれる抵抗発熱コイルであって，前記抵抗発熱コイルは，電気的に電源と接続されており，前記抵抗発熱コイルがその外周面に巻き包まれている前記内部コイルは，前記外部ローラに挿入され，前記抵抗発熱コイルが前記ヒートパイプの外周面と前記外部ローラの前記内周面で接触することが可能な，前記抵抗発熱コイルと，を有する定着ローラ組立体であって，
前記抵抗発熱コイルの隣接する巻き線の間の空隙は，熱伝導性スペーサが充填されており，
前記熱伝導性スペーサは，前記ヒートパイプの前記外周面と前記外部ローラの前記内周面の双方に物理的に接触している，
ことを特徴とする定着ローラ組立体。
【請求項２】
前記ヒートパイプは，所定の圧力下で十分に変形する材料から形成され，かつ熱伝導性を有する，ことを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ組立体。
【請求項３】
前記抵抗発熱コイルは，
前記高圧が前記ヒートパイプに提供された際に，前記ヒートパイプの前記外周囲と，前記外部ローラの前記内周囲の双方に同時に接触する，ことを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ組立体。
【請求項４】
前記ヒートパイプは，前記外部ローラの内径よりも小さい外径を有し，
前記ヒートパイプは，前記外部ローラの内側に配置されると共に，前記外部ローラと同心であり，
前記抵抗発熱コイルは，前記ヒートパイプの外周面と，前記外部ローラの内周面との間に差し込まれている，
ことを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ組立体。
【請求項５】
前記ヒートパイプの内部空洞には，所定量の作動流体が充填されている，ことを特徴する請求項１に記載の定着ローラ組立体
【請求項６】
その内部に空洞が形成されたチューブ形状を有する外部ローラを準備する工程と，
前記外部ローラの内部に挿入されるヒートパイプを準備する工程と，
前記ヒートパイプの外周面に抵抗発熱コイルを巻き包む工程と，及び，
前記抵抗発熱コイルが前記ヒートパイプの外周面と前記外部ローラの前記内周面で接触することが可能なように，前記ヒートパイプを前記外部ローラに向かって膨張させるために，前記ヒートパイプの内部に高圧を提供する工程と，を有する，
ことを特徴とする定着ローラ組立体の製造方法。
【請求項７】
さらに，前記高圧を提供する工程の後に，前記ヒートパイプの内部に真空を形成するために前記ヒートパイプを排気する工程と，を含む，
ことを特徴とする請求項６に記載の定着ローラ組立体の製造方法。
【請求項８】
さらに，前記排気工程の後に，前記ヒートパイプの内部空洞に所定量の作動流体を注入する工程と，を含む，
ことを特徴とする請求項６に記載の定着ローラ組立体の製造方法。
【請求項９】
さらに，前記高圧を提供する工程の後に，前記ヒートパイプの内部空洞に所定量の作動流体を注入する工程とを，含む，
ことを特徴とする請求項６に記載の定着ローラ組立体の製造方法。
【請求項１０】
さらに，前記巻き包み工程の前に，前記ヒートパイプの前記外周面と前記外部ローラの前記内周面との間に，熱伝導性スペーサを挿入する工程を有し，
前記熱伝導性スペーサは，前記抵抗発熱コイルの巻き線の間の空隙を充填する，
ことを特徴とする請求項６に記載の定着ローラ組立体の製造方法。
【請求項１１】
さらに，前記ヒートパイプの前記外周面と前記外部ローラの前記内周面との間に，熱伝導性スペーサを挿入する工程を有し，
前記熱伝導性スペーサは，前記抵抗発熱コイルの巻き線の間の空隙を充填する，
ことを特徴とする請求項６に記載の定着ローラ組立体の製造方法。
【請求項１２】
前記スペーサ挿入工程の前に，あるいはその工程の途中に，
前記抵抗発熱コイルが，その外周囲に前記抵抗発熱体が巻き包まれた前記ヒートパイプが前記外部ローラ内部に適合することが可能なように，前記ヒートパイプの前記外周面に対して強固に押圧することを引き起こすように，前記抵抗発熱コイルの終端が引き離される，
ことを特徴とする請求項６に記載の定着ローラ組立体の製造方法。
【請求項１３】
前記スペーサ挿入工程の前に，あるいはその工程の途中に，
前記抵抗発熱コイルが，その外周囲に前記抵抗発熱体が巻き包まれた前記ヒートパイプが前記外部ローラ内部に適合することが可能なように，前記ヒートパイプの前記外周面に対して強固に押圧することを引き起こすように，前記抵抗発熱コイルの終端が引き離される，
ことを特徴とする請求項８に記載の定着ローラ組立体の製造方法。
【請求項１４】
内部表面と外部表面とを有し，実質的に円筒形状空洞の外部ローラと，；
前記外部ローラ内に配置される実質的に円筒状の内部チューブであって，前記内部チューブは，前記外部ローラと同心に形成され，前記内部チューブは，前記内部チューブに加圧ガスが充填された際に変形される材料により構成される，内部チューブと；及び，
前記内部チューブの外周表面に巻き包まれる抵抗発熱コイルと，
前記内部チューブの外周面と前記外部ローラの前記内周面との間に挿入される抵抗発熱コイルであって，前記抵抗発熱コイルの終端は電源と接続される，抵抗発熱コイルと，
前記外部ローラの前記内周面と前記内部チューブの外周面との間に挿入される熱伝導性スペーサとから構成され，
前記熱伝導性スペーサは，前記抵抗発熱コイルの巻き線の間のギャップに充填される，
ことを特徴とする定着ローラ。
【請求項１５】
前記内部チューブの内部空洞には，所定量の作動流体が充填されている，ことを特徴する請求項１４に記載の定着ローラ
【請求項１６】
前記抵抗発熱コイルの隣接する巻き線は，相互に離間した空間を有する，ことを特徴とする請求項１４に記載の定着ローラ
【請求項１７】
前記内部チューブは，熱伝導性材料により構成されている，ことを特徴とする請求項１４に記載の定着ローラ
【請求項１８】
前記外部ローラの前記外周面は，テフロンによりコーティングされている，ことを特徴とする請求項１４に記載の定着ローラ。
【請求項１９】
前記内部チューブの内部空洞は，全てのガスが排気され，所定量の作動流体が充填される，ことを特徴とする請求項１７に記載の定着ローラ。
【請求項２０】
前記内部ローラは，空洞である，ことを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ組立体
【請求項２１】
前記内部ローラは，その内部にガスを有することを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ組立体
【請求項２２】
前記高圧は，付加的なガス分子を前記内部ローラの前記内部に導入することにより提供され，前記高圧は，温度の上昇により達成されない，ことを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ組立体。
【請求項２３】
前記内部ローラは，銅材により形成されている，ことを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ組立体
【請求項２４】
前記高圧は，さらなるガス分子を前記内部ローラの前記内部に導入することにより達成され，前記内部ローラの前記内部の温度上昇により達成されない，
ことを特徴とする請求項６に記載の定着ローラ組立体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，電子写真画像形成装置の定着ローラー組立体に係り，より詳細には省力及び瞬間加熱が可能な電子写真画像形成装置の定着ローラー組立体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に，電子写真現象方式を利用する電子写真画像形成装置，例えば複写機，レーザービームプリンタ等は，感光ドラムに隣接している帯電ローラが回転しつつ感光ドラムの外周面上に形成された感光体を均一に帯電させる。感光体は，露光走査部（ＬＳＵ；Laser Scanning Unit）からのレーザービームにより与えられたパターンで露光される。そしてこの露光により，感光体の表面に所望の静電潜像が形成される。
【０００３】
現像器は感光体にトナーを供給し，感光体に形成された静電潜像を可視像の粉末状態のトナー画像に現像する。そして，感光ドラムに所定の圧力で接触される転写ローラと，トナー画像が形成された感光ドラムとの間に所定の転写電圧が印加される。この状態でこれらの間を記録媒体の用紙が通過すると，感光体に形成されているトナー画像が用紙に転写される。
【０００４】
定着ローラーを含む定着部は，トナー画像が転写された用紙を加熱して，粉末状態のトナー画像を一時的な溶融により用紙に融着させる。定着部の熱源としては，一般にハロゲンランプが使われる。ハロゲンランプは，定着ローラー内側に設けられた状態で，輻射熱により定着ローラーの表面を決められた温度に加熱する。
【０００５】
ハロゲンランプを熱源として使用する従来の電子写真形成装置の定着ローラーでは，定着ローラーの外面は熱をもたなければならない。従って，定着ローラーはハロゲンランプからの輻射熱により内側から加熱される。加圧ローラーは定着ローラーの下部に位置している。粉末状のトナー画像が載せられている記録用紙が定着ローラーと加圧ローラーとの間を通過するとき，記録用紙は加熱及び加圧され，定着ローラー及び加圧ローラーからの熱と力により融着される。
【０００６】
加熱の制御は，定着ローラーの表面温度を電気的信号で検出するサーミスタ（Thermistor）や，ハロゲンランプへの電源を遮断するサーモスタットが適用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の定着ローラー組立体の他の設計では，可撓性円筒状フィルムチューブの下部に位置する加熱板，及びこの加熱板の下部側に装着される加圧ローラーとを使用している。
【０００８】
前記フィルムチューブは別の回転装置により回転され，加熱プレートと加圧ローラーとの間で局部的に変形されつつ加熱される。このように，加熱プレートによりフィルムチューブを局部的に加熱する方式は，消費電力が少ないという長所はある。しかし，高速印刷には適用し難い短所を有する。
【０００９】
日本国特許出願昭５８-１６３８３６号(１９８３.９.１６；日付は出願日。以下同じ。)，同平３-１０７４３８号(１９９１.５.１３)，同平３-１３６４７８号(１９９１.６.７)，同平５-１３５６５６号(１９９３.６.７)，同平６-２９６６３３号(１９９４.１１.３０)，同平６-３１６４３５号(１９９４.１２.２０)，同平７-６５８７８号(１９９５.３.２４)，同平７-１０５７８０号(１９９５.４.２８)，同平７-２４４０２９号(１９９５.９.２２)，同平８-１１０７１２号(１９９６.５.１)，同平１０-２７２０２号(１９９８.２.９)，同平１０-８４１３７号(１９９８.３.３０)，及び同平１０-２０８６３５号(１９９８.７.８)は，いずれもヒートパイプを適用した定着ローラー組立体を開示する。
【００１０】
これらヒートパイプを適用した定着ローラー組立体は，瞬間加熱が可能なために消費電力を少なくする。また，待機状態と印刷動作との間を転換する際の遅延時間が短い。
【００１１】
また，日本国特許出願平５-１３５６５６号，同平１０-８４１３７号，同平６-２９６６３号，及び同平１０-２０８６３５号に開示された定着ローラー組立体は，定着領域を外れた定着ローラーの一側端部に設けられる相異なる形の熱源を使用する。これら定着ローラー組立体の熱源の配置構造は，定着ローラー組立体の全体の大型化及び構造の複雑化を招く。従って，これら定着ローラー組立体は，構造的な複雑性が改善される必要がある。
【００１２】
また，日本国特許出願昭５８-１６３８３６号，同平３-１０７４３８号，同平３-１３６４７８号，同平６-３１６４３５号，同平７-６５８７８号，同平７-１０５７８０号，及び同平７-２４４０２９号に開示された定着ローラー組立体は，定着ローラーの内部に設けられる熱源を有する。このため，前述したように装置全体の大型化はあまり問題にならない。しかし，定着ローラーに対して局部的なヒートパイプが複数設けられる構造を有する。このため，加工及び製造が非常に複雑な欠点を有する。またヒートパイプが局部的に配置されている構造を有するため，ヒートパイプの接触部分と非接触部分との間に温度偏差が生じる欠点を有する。
【００１３】
図２３は，一般の電子写真画像形成装置を示す斜視図である。装置は，用紙引出し部１，操作部２，コントロールボードカーバー３，上カーバー開きボタン４，用紙表示窓５，多用途給紙窓６，用紙カセット７，オプションカセット８，補助支持台９を備える。
【００１４】
また，図２４は，ハロゲンランプが熱源として適用された従来の電子写真画像形成装置の定着ローラー組立体の，概略的な縦断面図である。図２５は，図２４に示されたハロゲンランプを熱源として適用した，従来の電子写真画像形成装置の定着ローラー組立体，及び加圧ローラーの関係を示す縦断面図である。
【００１５】
図２４を参照すれば，従来の定着ローラー組立体１０は，円筒状の定着ローラー１１及びその内部中央に設けられるハロゲンランプなどの発熱部１２を具備する。定着ローラー１１の外面が熱を放出するように，定着ローラー１１は発熱部１２からの輻射熱により内部から外部に加熱される。
【００１６】
図２５を参照すれば，その表面にテフロンによるコーティング層１１ａが形成された定着ローラー１１の下部には，加圧ローラー１３が位置する。加圧ローラー１３は，スプリング装置１３ａにより弾力的に支持され，定着ローラー１１と加圧ローラー１３との間を通過する用紙１４を，定着ローラー１１に所定の圧力で加圧する。用紙１４には粉末状態のトナー画像１４ａが形成されており，定着ローラー１１と加圧ローラー１３との間を通過しながら所定の圧力及び熱により加圧，加熱される。すなわちトナー画像１４ａは，定着ローラー１１及び加圧ローラー１３による所定温度の熱及び圧力により，用紙１４に融着される。
【００１７】
定着ローラー１１の一側には，定着ローラー１１の表面温度を電気的信号で検出するサーミスタ１５及びハロゲンランプなどの発熱部１２に対する電源を遮断する，サーモスタット１６が設けられる。定着ローラー１１の表面温度が所定の臨界値を越えたとき，サーモスタット１６は発熱部１２に対する電源を遮断する。
【００１８】
サーミスタ１５は，定着ローラー１１の表面温度を検出してプリンタの制御部（図示せず）に伝送する。制御部は，検出温度によって発熱部１２のハロゲンランプに対する電源を制御して，定着ローラー１１の表面温度を所定の範囲内で維持する。サーモスタット１６は，サーミスタ１５及び制御部による定着ローラー１１の温度調節が失敗したとき，定着ローラー１１及び隣接要素を保護するための過熱防止手段としての役割を果たす。
【００１９】
上記のように，熱源としてハロゲンランプを適用する従来の定着ローラー組立体は，無駄な電力を多く消費する。特に，画像形成のために電源を投入したとき，かなり長時間のウォーミングアップを要する。すなわち，電源を投入した後，定着ローラー１１が所望の目標温度に到達するまで数十秒から数分の待機時間が必要である。従来の定着ローラー組立体においては，熱源からの輻射熱により定着ローラーが加熱されるために熱伝逹率が低い。特に，用紙が接触しているときの温度低下による温度偏差の補償が遅い。このため，定着ローラー１１の温度散布を均一に制御し難い。また，印刷の動作が停止した待機モードでも，定着ローラー１１の温度を一定に維持させるために，電力を熱源に一定の周期で印加しなければならない。このため，無駄な電力消耗が起きる。また，待機状態から画像出力のための動作モードに転換するのにも相当な時間がかかる。このため，速い画像出力を達成できない問題点がある。
【００２０】
図２６は，電子写真画像形成装置に適用される従来の定着ローラー組立体の概略の断面図である。可撓性の円筒状フィルムチューブ２１の内側下部に加熱プレート２２が設けられる。そして，加熱プレート２２の直下に，加圧ローラー２３が設けられている。フィルムチューブ２１は，別の回転装置により回転され，加熱プレート２２と加圧ローラー２３との間で，局部的に変形しつつ加熱される。このように，加熱プレート２２によりフィルムチューブ２１が局部的に加熱される方式に省力性はある。しかしこの局部的加熱方法は，高速印刷のためには不適切である。
【００２１】
本発明は，上記従来の電子写真画像形成装置の定着ローラーの問題点を解決するためになされたものであり，以下の事項を目的とする。
【００２２】
本発明の目的は，電子写真画像形成装置及びその製造方法を提供することにある。
【００２３】
また，本発明の他の目的は，改善された定着ローラー及びその製造方法を提供することにある。
【００２４】
また，本発明の他の目的は，定着ローラーの局部的な温度偏差がきわめて低減して全体的な熱的分布が改善された電子写真画像形成装置用定着ローラー組立体とその製造方法を提供することにある。
【００２５】
また，本発明の他の目的は，定着ローラー組立体の極大化を抑え，製造しやすい電子写真画像形成装置用定着ローラー組立体及びその製造方法を提供することにある。
【００２６】
また，本発明の他の目的は，短時間内に待機状態から印刷状態に進みうる定着ローラー及びその製造方法を提供することにある。
【００２７】
また，本発明の他の目的は，エネルギー効率が高い定着ローラー及びその製造方法を提供することにある。
【００２８】
また，本発明の他の目的は，短時間内に定着ローラーの温度を常温から動作温度に変化させうる組立体を具備し，感光体上に形成されたトナーによる静電潜像を融着する工程，定着ローラーを構成する工程，及び定着ローラーを提供することにある。
【００２９】
また，本発明の他の目的は，短時間内に定着ローラーの温度を常温から動作温度に変化させうる組立体を具備し，感光体上に形成されたトナーによる静電潜像を融着する工程，定着ローラーを構成する工程，及び定着ローラーを提供することにある。
【００３０】
さらに，本発明の他の目的は，定着ローラーの円筒状外面上の局部的な温度偏差を最小化して改善された熱平衡を有する定着ローラー組立体を設け，感光体上に形成されたトナーによる静電潜像を融着する工程，定着ローラーを構成する工程，及び定着ローラーを提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の電子写真画像形成装置の定着ローラー組立体は，軸方向に空洞を具備する管状の定着ローラーと，定着ローラーの内部に同軸上に位置し，両端が密封されて真空状態を維持できるチャンバを具備するヒートパイプと，空洞内部の円筒状表面と円筒状ヒートパイプの外面との間に同軸上に介在され，円筒状ヒートパイプの外面を螺旋状に巻き包む電気伝導性発熱コイルとを含むことを特徴とする。
【００３２】
ヒートパイプの内部空洞内には，所定量の作動流体が収容されている。ヒートパイプは管状の定着ローラーの内部空洞に同軸に設けられ，発熱部は定着ローラーの円筒状内面とヒートパイプとの間に位置してヒートパイプの円筒状外面を螺旋状に包む。
【００３３】
このような構成により，定着ローラーの局部的な温度偏差がきわめて低減して全体的な熱的分布が改善された電子写真画像形成装置用定着ローラー組立体が提供できる。
【００３４】
また，上記目的を達成するための本発明の電子写真画像形成装置の定着ローラー組立体の製造方法は，中央及び軸方向に内部空洞を有する管状の定着ローラーを形成する段階と，内部チャンバを有するヒートパイプを形成する段階と，円筒状ヒートパイプの外面を軸方向に沿って電気伝導性発熱コイルが螺旋状に巻き包むヒートパイプを内部空洞内に同軸上に位置させるためにヒートパイプを定着ローラーに挿入する段階と，内部チャンバを排気する段階と，内部チャンバを所定量の作動流体で部分的に充填する段階と，内部チャンバを密封する段階と，コイルを通じて電気的な連結を提供する段階とを含むことを特徴とする。
【００３５】
このような工程により，定着ローラーの局部的な温度偏差がきわめて低減して全体的な熱的分布が改善された電子写真画像形成装置用定着ローラー組立体が製造できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下，添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
【００３７】
（第１の実施形態）
図１は，本発明の定着ローラー組立体の第１の実施形態が適用された電子写真画像形成装置の定着部を示す図である。また，図２は，図１に示された第１の実施形態に係る定着ローラー組立体の構造を，概略的に示す部分斜視図である。そして，図２の円内は，図２の上部に示された抵抗加熱コイル２１３の一部分を拡大した断面図である。また，図３，図４，及び図５は，第１の実施形態の原理による定着ローラー組立体の，設置段階を順次示す図である。また，図６は，図１及び図２に示された第１の実施形態に係る定着ローラー組立体の内部構造を示す概略的横断面図である。
【００３８】
図１及び図２を参照すれば，定着部２００は，トナー画像２３１ａが形成された用紙２３１が排出される方向，すなわち，図面で時計回りに回転する定着ローラー組立体２１０と，定着ローラー組立体２１０と接触して逆時計回り回転する加圧ローラー２２０とを具備する。
【００３９】
定着ローラー組立体２１０は，表面にテフロンコーティング等による保護層２１１が形成された管状の定着ローラー２１２，及びこの内部空間に収容される発熱部２６０とを具備する。定着ローラー２１２の上部には，定着ローラー２１２の表面温度を検知するサーミスタ２３０が設けられている。
【００４０】
発熱部２６０は，外部電源供給装置（図示せず）から供給された電源を利用して熱を生じるように，定着ローラー２１２の内側に設けられている。発熱部２６０は，所定圧力を維持するように両端部はエンドキャップ２６４によって密閉されており，外側には発熱体２１３により巻かれている内部ヒートパイプ２６２を具備する。内部ヒートパイプ２６２は，所定体積比の作動流体２１４を収容する。
【００４１】
定着ローラー２１２，及び保護層２１１の表面温度を検知するためのサーミスター２３０が，保護層２１１に物理的に直接接触し，定着ローラー２１２の上側に設けられている。定着ローラー２１２，及び保護層２１１の表面温度が激しく上昇する場合に電源供給部の電源を遮断して過熱を防止するサーモスタット２４０が，定着ローラーの上側に設けられている。
【００４２】
発熱体２１３は，外部電源供給装置から電源を供給されて熱を生じる。望ましくは，定着ローラー２１２の内側に接触し，内部ヒートパイプ２６２の外側に接触するように螺旋状の抵抗発熱コイルにする。
【００４３】
定着ローラー２１２の内部空洞２４２によって形成される内部空間には，発熱部２６０が位置している。発熱体２１３は，定着ローラー２１２の内側面に直接物理的に接触しながら，内部空洞２４２に沿って設けられた螺旋状の発熱コイルが巻かれる。
【００４４】
発熱体２１３は，鉄-クロム合金（Fe-Cr）または，ニッケル-クロム合金（Ni-Cr）などの電気的抵抗物質により形成された発熱線２１３ａ，及びこれを保護する酸化マグネシウム（MgO）による電気的絶縁物質で形成された絶縁性被覆層２１３ｂとを含む。発熱部２１３の絶縁性被覆層２１３ｂは，後述する作動流体２１４内で温度変化や経時変化から発熱線２１３ａが変形したり特性が変化するのを防止する。
【００４５】
ステンレススチールのように比較的不活性な物質により形成された外部被覆層２１３ｂは，絶縁層２１３ｃの周りに保護膜を形成する。
【００４６】
発熱線２１３ａの両端は，定着ローラー２１２の両端で電気的に連結されるように，絶縁性被覆層２１３ｂでは被覆されていない。
【００４７】
絶縁性被覆層２１３ｂの両端は，酸化マグネシウムで形成された絶縁層２１３ｃが，空気に露出されることを防止するために封印部２１３ｄで仕上げられる。封印部２１３ｄは，耐熱性，耐食性，及び耐久性が向上するようにジルコニアセラミック（ZrO2）よりなることが望ましい。発熱体２１３の抵抗は，ＡＣ電源２２０Ｖに対して２５ないし４０Ωの範囲内の値を有し，ＡＣ電源１１０Ｖに対して５ないし２０Ωの範囲内の値を有することが望ましい。
【００４８】
図３，図４，及び図５に示したように，定着ローラー２１２の内部円筒状表面２４６の半径方向に対向する内部壁間の距離は，ｄ1である。このとき，発熱体２１３の外面は，ｄ2の直径を有する。図３に示されたように，発熱体２１３は，ヒートパイプ２６２の軸方向にその外面に巻き包まれるように設けられている。発熱体２１３の平均外径は，ｄ1よりやや小さいｄ2である。図４に示されたように，発熱体２１３を縮径するように発熱体２１３の同軸的に相反した方向から電極２１５に力Ｆが加わる。このとき，発熱体２１３を具備した発熱部２６２は，定着ローラー２１２の内部空洞２４２に挿入される。
【００４９】
図５に示されたように，力Ｆを除去したとき，発熱体２１３の各ループの外面は，定着ローラー２１２内部の周辺表面と物理的かつ熱的に直接接触する。力Ｆの除去は，円筒状の外径ｄ1が定着ローラー２１２の内径と同一であるとみなされる。発熱体２１３の隣接したループ間のピッチｘ1，ｘ2は，相異なっていてもよい。より重要なことは，発熱体２１３の外面の大部分またはあらゆる外面が，定着ローラー２１２の内面と物理的かつ熱的に直接接触する状態にあることである。
【００５０】
図４及び図５に示されたように，まず発熱部２６０は，転写ローラ２１２の内部空洞２４２に設けられた後，発熱体２１３の内面がヒートパイプ２６２の外面と物理的に直接接触する。これと同時に，定着ローラー２１２の内面２４６に物理的または熱的に直接接触するまでヒートパイプ２６２の内部に空気圧力を加えて，ヒートパイプ２６２の円筒状壁を半径方向に拡張させる。その後，ヒートパイプ２６２の内部空洞に所定量の作動流体２１４を充填し，ヒートパイプ２６２は所定圧力で密封する。
【００５１】
ヒートパイプ２６２の密封された内部空間には，作動流体２１４が収容される。作動流体２１４は，ヒートパイプ２６２の内部空洞２６８に対して５％〜５０％，望ましくは５％〜１５％の体積を占めるようにする。作動流体２１４は，ヒートパイプの原理に基づき，発熱体２１３から生じうる定着ローラー２１２表面の局部的な表面温度偏差を防止する。そして，従来の組立体に比べて，短時間内に定着ローラー２１２及びヒートパイプ２６２の全体を均一に加熱する熱的媒体の役割を果たす。作動流体２１４が占める体積が５％未満の場合には，作動流体は十分に気化されず，そして気化直後に液化されてしまう「ドライアウト現象」が生じる可能性が高くなる。
【００５２】
ヒートパイプ２６２は，ＳＵＳ３０４などのステンレススチール，または銅合金で形成できる。ここで銅合金とは，銅を主成分とする合金をいい，純銅も含む。ヒートパイプ２６２がステンレススチールである場合，作動流体として水，すなわち蒸留水を除外した公知の大部分の作動流体が使用できる。作用流体として水に代えて最も好ましいのは，３Ｍ社のＦＣ−４０である。一方，ヒートパイプ２６２が銅合金で形成される場合，ほとんどの公知の作動流体が適用できる。銅合金のヒートパイプ２６２の場合，水，すなわち蒸留水が最も好まれる作動流体である。
【００５３】
図６を参照すれば，ヒートパイプ２６２の両端には，ヒートパイプ２６２の内部空洞を密閉して真空気密内部空洞２６８を形成するエンドキャップ２６４が結合されている。発熱体２１３の軸上の両端部は，軸方向にヒートパイプ２６２を通過してさらに延びる電極２１５を形成し，発熱体２１３に電流を提供するスリップリング（図示せず）などの電気的接触部に結合される。非導電性ブッシング及びギア接続用キャップが定着ローラー２１２の外部円筒状表面に装着できる。電極２１５は，発熱部２６０の発熱体２１３の両端リード部分に電気的に連結される。発熱体２１３と電極２１５との連結構造が具体的に示されていないが，このような構造は容易に具現可能である。
【００５４】
前記のような構造を有する定着ローラー組立体２１０は，別に設けられた回転装置によって回転する。この目的のために，付加的な部品が設けることができる。例えば，ギア接続用キャップは，定着ローラー組立体２１０を回転させるのに必要な平ギアを結合するための付加的部品である。
【００５５】
第１の実施形態の原理によって構成された電子写真画像形成装置の定着部２００において，電源供給部からの電極２１５を通じて発熱体２１３に電流が供給されれば，発熱体２１３の斜線コイルを通じて電流が流れ，発熱体２１３に熱が生じる。この熱により，定着ローラー２１２は内側から外側に向かって加熱される。これと同時に，ヒートパイプ２６２の内部に収容された作動流体２１４は，熱により気化される。発熱体２１３で生じた熱が定着ローラー２１２の円筒状壁面に伝達され，これと同時に，気化された作動流体２１４により定着ローラー２１２の胴体が均一に加熱される。従って，定着ローラー２１２の表面温度が定着に必要な目標温度まで，短時間に到達する。
【００５６】
銅合金またはステンレススチールにより形成された穿孔層あるいは金属スクリーンよって毛細管としての役割をするウィック２４４を円筒状内に形成し，ヒートパイプ２６２の内部内面２６６に沿って位置することができる。ヒートパイプ２６２を構成する材料として使うことができる物質を表２に記載する。また，前述したＦＣ−４０や，水（蒸留水），または他に後述される表３に記載するような物質などが作動流体２１４として使うことができる。作動流体として水（蒸留水）が使われる場合，低コストで環境にやさしい利点がある。
【００５７】
定着ローラー２１２の温度がトナー画像の定着に必要な目標温度に到達すれば，トナー画像は用紙に転写される。このとき，トナー画像が定着される用紙が定着ローラー２１２から熱を吸収する。このため，気化された作動流体は，ヒートパイプ２６２の内部空洞２６８で再び液状に変わる。液化された作動流体は連続して発熱部２６０により加熱されて気化され，これにより定着ローラー２１２の温度は所定温度に維持される。
【００５８】
正常なトナー画像の定着温度が１６０〜１８０℃である場合，第１の実施形態に係る定着ローラー組立体は，約１０秒以内に目標温度に到達する。そして，定着ローラー２１２の表面温度は，サーミスタ２３０により検知される定着ローラー２１２の表面温度に対応して，発熱体２１３に断続的な電流供給により所定の温度範囲内で維持される。もしサーミスタ２３０及び制御部による定着温度調節が失敗して定着ローラー２１２の表面温度が急上昇しても，定着ローラー２１２の円筒状表面に近接して設けられたサーモスタット２４０が定着ローラー２１２の温度を検知し，過熱防止のために発熱体２１３に対する電源供給が遮断される。このような電源供給動作は，目標温度によって可変である。また電源供給動作は，周期的なオン／オフ制御，またはデューティサイクル比などの制御技術により制御可能である。
【００５９】
上述した構造の第１の実施形態の定着ローラー組立体は，次のような段階を通じて製造できる。
ａ）  定着ローラーのための物質として金属パイプを備える段階と，
ｂ）  ヒートパイプのための構造として金属チューブを備える段階と，
ｃ）  金属パイプ及び金属チューブの露出面を蒸留水や揮発性液体で洗浄する段階と，
ｄ）  螺旋状の抵抗発熱コイルの露出面を蒸留水や揮発性液体で洗浄する段階と，
ｅ）  外径が金属パイプの内径と同一か，あるいは内径よりやや大きくなるように螺旋状の発熱コイルで管状のヒートパイプを巻き包む段階と，
ｆ）  選択的に，前記ヒートパイプ内部の円筒状表面に円柱状に形成されたウィックを挿入する段階と，
ｇ）  ヒートパイプを螺旋状に巻き包む抵抗発熱コイルの両端リードをヒートパイプの外側に取り出した状態で作動流体注入に必要な部分を除外した部分をエンドキャップにより密封する段階と，
ｈ）  前記金属パイプの内部に同軸で螺旋状の発熱コイルより巻き包まれたヒートパイプを挿入する段階と，
ｉ）  螺旋状に巻かれた発熱コイルが前記定着ローラー内部の円筒状表面及び円筒状ヒートパイプの外面と直接物理的かつ熱的に接触され，前記定着ローラー内部の円筒状表面と円筒状ヒートパイプの外面との間の半径方向の空気層が最小になるまで前記ヒートパイプを半径方向に膨脹させるために高圧の不活性ガスを前記ヒートパイプ内に注入して膨脹させる段階と，
ｊ）  金属パイプの内部空洞に真空を形成するために金属パイプの内部空間からガスを排出するように金属パイプを加熱，冷却，排出させることによってヒートパイプの内部空間から不要なガスを除去する段階と，
ｋ）  作動流体注入部を通じて５〜５０Vol％の作動流体（ＦＣ−４０または蒸留水）を，前記ヒートパイプの内部空洞に注入する段階と，
ｌ）  前記ヒートパイプの作動流体注入部を密封する段階と，
ｍ）  前記定着ローラーの表面に保護層を形成させるために前記金属パイプ表面にテフロンなどをスプレー法などでコーティングした後に，乾燥，研磨する段階と，
ｎ）  軸受として非導電性ブッシングを定着ローラーの一側端部に挿入する段階と，
ｏ）  金属製，耐熱性プラスチック類，エポキシ類などで製造されたギア装着用キャップを金属パイプにより形成された定着ローラーの一端部に設ける段階とである。
【００６０】
定着ローラー組立体の製造でウィックが使われる場合，ウィックを挿入した後に金属パイプの両端にエンドキャップ２６４を熔接するときは，ヒートパイプの酸化防止のために金属パイプ内部空洞２６８にアルゴンガスが作動流体注入部分を通じて注入される。作動流体が注入される前に，内部空洞２６８から不要なガスが内部空洞２６８から除去され，ヒートパイプの内部は真空化される。そして，真空状態でヒートパイプ内部のあらゆるガスが排出されるように加熱及び冷却されることによって，実質的にヒートパイプ内面に付着されたガスなどの異物を除去する。
【００６１】
例えば，内部空洞２６８をパージする工程で，ヒートパイプは４０気圧の内部圧力下で２５０℃まで加熱しなければならない。常温で，内部空洞２６８は絶対圧力，すなわち内部空洞２６８には，いかなる分子もほとんど存在しないようにする。
【００６２】
図７，図８は，図６に示された第１の実施形態の熱的動作モードを説明する図である。発熱体２１３の各巻取部は，矢印Ｋで表示される熱伝導によって定着ローラー２１２，またはヒートパイプ２６２を直接加熱し，そして矢印Ｌで表示される発熱体２１３の隣接する巻取部間の空気層Ａを間接的に加熱する。また，発熱体２１３の各巻取部の半径方向位置に依存して，巻取部は矢印Ｍで表示される輻射熱によって，作動流体２１４または定着ローラー２１２を間接的に加熱する。発熱体２１３の隣接する二つの巻取部の半径方向に測定した温度Ｔ1，Ｔ3は，図８に示されたように，転移時間ｔ1とｔ2に対して実質的に同じ温度上昇，及び温度分布を提供する。発熱体２１３の隣接する二つの巻取部間の空気層Ａ内で測定された温度Ｔ2は，最初はＴ1とＴ3の温度分布によるが，結果的には転移時間ｔ1に対して温度が低く測定される。しかし，停止期間のｔ2中にはＴ1，Ｔ2，そしてＴ3は，実質的に同一である。
【００６３】
（第２の実施形態）
図９，図１０，図１１，及び図１２は，本発明の第２の実施形態を説明する図である。図９，図１０，図１１，及び図１２を参照すれば，螺旋状の抵抗発熱コイル２１３の隣接する離隔空間（空気層）Ａ（図７参照）には，発熱体２１３及びヒートパイプ２６２から定着ローラー２１２に熱を伝達するために，媒介部またはスペーサ２１３’がヒートパイプ２６２と定着ローラー２１２との間に設けられる。媒介部２１３’の高さｔ1は，発熱体２１３の高さｔ2と同一か，あるいは媒介部２１３’の高さｔ1と発熱体２１３の高さｔ2との差だけ空間部Ｅを形成するように，さらに大きいことが望ましい。空間部Ｅは空気で充填されているので，発熱体２１３で生じた熱は，空気を媒介体として輻射熱として定着ローラー２１２に伝達される。
【００６４】
空気層Ａを充填してヒートパイプ２６２から定着ローラー２１２に熱を伝逹する媒介部２１３’を使用することによって，発熱コイルだけで熱を伝達するのに比べて熱伝達能力が向上する。そして，定着ローラー２１２全体の温度が定着目標温度に均一に向上する。従って，媒介部２１３’は，熱伝導性に優れた材料を使用し，特に，１０系列のアルミニウム合金を使用することが望ましい。ここで，アルミニウム合金とは，アルミニウムを主成分とする合金で，純アルミニウムも含む。
【００６５】
ヒートパイプ２６２は管状よりなり，その両端は密閉されている。ヒートパイプ２６２の内部空洞２６８には，作動流体２１４が所定量収容されている。ヒートパイプ２６２の内面には，網状のウィック構造が設けられることが望ましい。これは，発熱体２１３から生じた熱が，ヒートパイプ２６２の内面全体に短時間内に均一に伝わるようにするためである。もちろん，ヒートパイプ２６２の内面全体に均一に熱を伝達できる多様な変更例が可能である。
【００６６】
作動流体２１４は，発熱体２１３で生じた熱を伝達して気化され，その熱を前記定着ローラー２１２に伝達して定着ローラー２１２の軸方向の表面の温度偏差を防止する。そして，短時間内に定着ローラー２１２の全体が加熱されるための熱的媒体の役割を果たす。これら機能のために作動流体２１４は，ヒートパイプ２６２の容積に対し５ないし５０％の体積比を有し，内部空洞２６８の容積に対し５ないし１５％体積比を有することが望ましい。作動流体２１４の体積比が５％未満の場合には，ドライアウト現象が生じる可能性が非常に高い。従って，作動流体２１４が，内部空洞２６８の体積容量の５％以上にすることが望ましい。
【００６７】
作動流体２１４は，ヒートパイプ２６２の材料によって選択的に使われる。すなわち，ヒートパイプ２６２の材料がステンレススチールである場合は，作動流体２１４として水，すなわち，蒸留水を使用することは望ましくない。蒸留水を除外した現在公知の大部分の作動流体を使用でき，その中でもＦＣ−４０（３Ｍ社製）が最も望ましい。
【００６８】
図１１及び図１２は，図９に示された第２の実施形態の熱的動作モードを説明する。半径方向に配置されて隣接して巻かれた発熱体２１３は，矢印Ｋ方向に熱を伝達してヒートパイプ２６２，または定着ローラー２１２を加熱でき，熱伝導によって作動流体２１４を加熱する。また，発熱体２１３は，隣接して設けられている媒介部２１３’を矢印Ｌ方向に直接加熱する。
【００６９】
媒介部２１３’は熱伝導によって直接的に定着ローラー２１２を加熱する。また，半径方向に配置されて巻かれた発熱体２１３は，矢印Ｍ方向に定着ローラー２１３，及び作動流体２１４を間接的に加熱する。発熱体２１３の各巻取部の間に位置する媒介部２１３’のそれぞれの半径方向に定着ローラー２１２上に，テフロンコーティング保護層２１１の表面を測定した温度Ｔ4，Ｔ5は，図１２に示された転移時間区間，及び停止時間区間中にいずれも同一である。結果的に，媒介部は，定着ローラーの軸方向にその表面温度をほとんど均一にする。発熱体２１３の各巻取部の直径は，略同一にすべきである。そして，媒介部２１３’の半径方向横断面の直径よりはやや小さなことが望ましい。
【００７０】
定着ローラー２１２が６０系列アルミニウム合金により形成されれば，媒介部２１３’は，１０系列アルミニウム合金により形成できる。１０系列アルミニウム合金は容易に変形できるため，媒介部２１３’は柔軟な性質を有する。ヒートパイプ２６２が銅合金またはアルミニウム合金により形成されれば，高圧の空気によって膨脹するときにヒートパイプ２６２は変形される。そして，１０系列のアルミニウム合金により製造された媒介部２１３’の半径方向内面，及び外面が，ヒートパイプ２６２の外径，及び６０系列アルミニウム合金により形成された定着ローラー２１２の内径に同時に物理的かつ熱的に直接接触するまで，媒介部２１３’は変形される。しかし，６０系列アルミニウム合金により形成された定着ローラーは変形されない。５０系列アルミニウム合金の硬度は，６０系列アルミニウム合金の硬度より大きい。また，５０系列と６０系列アルミニウム合金の硬度は，１０系列アルミニウム合金の硬度よりも大きい。なお，５０系列，６０系列，及び１０系列のアルミニウム合金の熱伝逹特徴は本質的に同一であり，電気伝導度も本質的に同一である。
【００７１】
上記のような構造を有する第２の実施形態に係る定着ローラー組立体は，次の段階を通じて製造できる。
ａ）  定着ローラーのための物質として金属パイプを備える段階と，
ｂ）  ヒートパイプのための構造として金属チューブを備える段階と，
ｃ）  金属パイプ及び金属チューブの露出面を蒸留水や揮発性液体で洗浄する段階と，
ｄ）  螺旋状の抵抗発熱コイルの露出面を蒸留水や揮発性液体で洗浄する段階と，
ｅ）  選択的に，前記ヒートパイプ内部の円筒状表面に円柱状に形成されたウィックを挿入する段階と，
ｆ）  円筒状ヒートパイプの外面と定着ローラー内部の円筒状表面との間に介在されるように螺旋状発熱コイルと前記螺旋状発熱コイルのそれぞれの巻取部を分離する，例えば，１０系列のアルミニウム合金などの熱伝導性材料よりなる媒介部を，前記ヒートパイプの円筒状外径を巻き包む段階と，
ｇ）  ヒートパイプを螺旋状に巻き包む抵抗発熱コイルの両端リードをヒートパイプの外側に取り出した状態で作動流体注入に必要な部分を除外した部分をエンドキャップにより密封する段階と，
ｈ）  前記金属パイプの内部に同軸で螺旋状の発熱コイルより巻き包まれたヒートパイプを挿入する段階と，
ｉ）  螺旋状に巻かれた発熱コイルが前記定着ローラー内部の円筒状表面及び円筒状ヒートパイプの外面と直接物理的かつ熱的に接触されるまで前記ヒートパイプを半径方向に膨脹させるために高圧の不活性ガスを前記ヒートパイプ内に注入して膨脹させる段階と，
ｊ）  金属パイプの内部空洞に真空を形成するために金属パイプの内部空間からガスを排出するように金属パイプを加熱，冷却，排出させることによってヒートパイプの内部空洞から不要なガスを除去する段階と，
ｋ）  作動流体注入部を通じて５〜５０Vol％の作動流体（ＦＣ−４０または蒸留水）を前記ヒートパイプの内部空洞に注入する段階と，
ｌ）  前記ヒートパイプの作動流体注入部を密封する段階と，
ｍ）  前記定着ローラーの表面に保護層を形成させるために前記金属パイプ表面にテフロンなどをスプレー法などでコーティングした後に，乾燥，研磨する段階と，
ｎ）  軸受として非導電性ブッシングを定着ローラーの一側端部に挿入する段階と，
ｏ）  金属製，耐熱性プラスチック類，エポキシ類などで製造されたギア装着用キャップを金属パイプにより形成された定着ローラーの一端部に設ける段階とである。
【００７２】
以下は，第１，第２の実施形態に係る定着ローラー組立体の動作の理解のための，ヒートパイプについての説明である。
【００７３】
ヒートパイプは，作動流体の相変化過程に必要な潜熱を利用して，発熱密度が高い所から低い所に熱を伝達する器具である。ヒートパイプは流体の相変化特性を用いるために，その熱伝導係数は公知のいかなる金属よりも高い。実際に常温範囲で作動するヒートパイプの場合，非常に高い熱伝導係数（ｋ＝４００Ｗ／ｍＫ）を有する銀や銅の数百倍に相当する。
【００７４】
図１３は，温度上昇とヒートパイプ作動期間の関数として作動流体の相変化を示すグラフである。また，表１は，ヒートパイプといくつかの熱伝逹物質の有効熱伝導度を示す。
【００７５】
【表１】
0003648479.tif 000002
【００７６】
１ｋｇの水を２５℃から２６℃に上昇させるのに，４.１８ｋＪのエネルギーが必要である。水を温度変化なしに液体から気体（蒸気）に相変化させる場合，２,４４２ｋＪのエネルギーが必要である。ヒートパイプは約５８４倍大きい潜熱を，液体−気体間の相変化を通じて移送する。常温範囲で作動するヒートパイプの場合，良質の熱伝導体として知らされた銀や銅の数百倍に相当する熱伝導性能を有する。高温で作動する作動流体として液体金属を使用するヒートパイプの熱伝導度は，１０8Ｗ／ｍＫに達する。
【００７７】
図１４は，ヒートパイプの内部に毛細管構造を備えるウィックを適用したヒートパイプの内部構造と，液体−気体，及び気体−液体相変化による熱伝達過程を示す図である。抵抗性発熱コイル（図示せず）とウィックが円筒状に配置され，ヒートチューブの内面に接して直接装着される。表２に，作動流体別に推奨／非推奨ヒートパイプの材料を示す。
【００７８】
【表２】
0003648479.tif 000003
【００７９】
また，表３は，作動温度帯域別に使われる作動流体の種類を示すものである。
【００８０】
【表３】
0003648479.tif 000004
【００８１】
作動流体の選定時に考慮されねばならない事項は，１)使われるヒートパイプの物質との適合性，２)作動流体のヒートパイプ内で適切な作動温度，そして，３)作動流体の熱伝導度，である。
【００８２】
ヒートパイプを応用した定着ローラーの材質がステンレススチール（ＳＵＳ）または銅（Ｃｕ）である場合，ヒートパイプの物質との適合性及び作動温度を考慮すると，選定できる作動流体は制限される。ＦＣ−４０は，１６５℃で１気圧，またはそれ以下の飽和圧力を有するので，相対的に適した材料である。
【００８３】
ＦＣ−４０は，無毒性，不燃性，及び大部分の金属に対する反応性を有しない。また，ＦＣ−４０は，オゾン層を破壊しない。作動流体としてのＦＣ−４０について，その熱力学的特性によって飽和温度と圧力との関係が，経験的に数式１で表現できる。
【００８４】
【数１】
0003648479.tif 000005
【００８５】
ここで，Ｔは，℃で測定された温度である。
【００８６】
図１５は，作動流体としてＦＣ−４０，及び水の飽和温度に対する飽和圧力の変化を示すグラフである。また，表４は，図１３から得られた，特定圧力下でＦＣ−４０が示す飽和圧力の値である。
【００８７】
【表４】
0003648479.tif 000006
【００８８】
ヒートパイプの動作の安全性面からみて，ヒートパイプ耐圧によるパイプ材質とエンドキャップの厚さは，圧力容器の安全性を評価するＡＳＭＥ（American Society of Mechanical Engineers）コードによって決定できる。例えば，円筒状ヒートパイプ壁面の厚さがその直径の１０％以内の円形管のの場合，パイプ壁と半球形のエンドキャップで各々生じる最大応力は，各々次の数式２，数式３のように表現される。
【００８９】
【数２】
0003648479.tif 000007
【００９０】
【数３】
0003648479.tif 000008
【００９１】
ここで，ΔＰ：管内外部間の圧力差
ｄ０：管の外径
ｔ1：管の厚さ
ｔ2：エンドキャップの厚さ
である。
【００９２】
ＡＳＭＥコードによれば，任意温度での最大許容応力は，その温度の最大極限引張強度の０.２５倍である。ヒートパイプ作動温度範囲内で蒸気圧が作動流体の飽和蒸気圧と同じであれば，圧力差ΔＰは飽和蒸気圧と大気圧との差になる。
【００９３】
図１６は，アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），３０４ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）よりなるヒートパイプで製造された他の３つの定着ローラーの，温度変化の関数として極限引張強度の変化を示すグラフであって，約０℃〜５００℃の温度範囲で得られたグラフである。
【００９４】
図１７は，アルミニウム，銅，及びＳＵＳ３０４ステンレススチールより製造された，ヒートパイプのための作動流体としてＦＣ−４０が使われたとき，温度変化に関するヒートパイプ壁に作用する最大許容応力と最大応力の変化を示すグラフである。
【００９５】
図１８は，作動流体として蒸留水が使われたとき，約０℃〜３００℃の温度範囲で温度変化に関して銅ヒートパイプ壁に作用する最大応力の変化を示すグラフである。
【００９６】
図１７に示したように，３０４ステンレススチールの最大許容応力は，銅やアルミニウムの最大許容応力に比べて非常に大きい。３０４ステンレススチールの場合，約４００℃の作動温度まで作動流体の漏れがなく，安全である。
【００９７】
図１９，図２０は，作動流体として各々ＦＣ−４０と蒸留水が適用されたとき，１５０℃から５００度の温度範囲で，パイプの壁厚さ（Ｔ）の変化に依存して銅ヒートパイプ壁面に作用する最大応力の変化を示すグラフである。図１９及び図２０に示されたように，作動流体として蒸留水が適用されるヒートパイプの厚さを各々１.０ｍｍから１.８ｍｍに，そして作動流体としてＦＣ−４０が適用されるヒートパイプの厚さを各々０.８ｍｍら１.５ｍｍに増加させても，約１６５℃より大きくて２００℃より低い作動領域では，ヒートパイプに作用する最大応力はあまり変わらない。
【００９８】
図２１及び図２２は，前述した定着ローラー組立体の第１の実施形態に係る０〜８５秒の間に，定着ローラーの中央部分で測定された０℃〜４００℃の温度変化のグラフである。定着ローラー組立体は銅合金より製作され，作動流体としては蒸留水を含む。定着ローラーの厚さは１.０ｍｍ，外径が１７.８５ｍｍ，長さは２５８ｍｍである。また実験時に定着ローラーを４７ｒｐｍで回転させ，定着ローラーの内面に接触する螺旋状抵抗発熱体の抵抗は３２Ω，そして電圧は２００Ｖ，瞬間最大消費電力を約１.５ｋＷににした。螺旋状抵抗発熱コイルは定着ローラー内部の円筒状表面に直接接触するようにした。
【００９９】
図２１は，定着ローラーの内部空間の容積に対して１０％体積比で収容された蒸留水を作動流体として適用した場合に得られた結果を示すものである。また，図２２は，定着ローラーの内部空間の容積に対して３０％体積比で収容された蒸留水を作動流体として適用した場合に得られた結果を示すものである。
【０１００】
図２１を参照すれば，常温の約２２℃から約１７５℃の作動温度まで，定着ローラーの温度が上昇するのに約８〜１２秒がかかり，２００℃まで上昇するのに１４秒未満であった。図２２を参照すれば，常温の約２２℃から約１７５℃まで，定着ローラーの温度が上昇するのに約１３秒がかかり，２００℃まで上昇するのに約２２秒しかかからなかった。
【０１０１】
図２１及び図２２の結果を比較してみれば，定着ローラーの内部に収容される作動流体の体積比によって温度上昇速度に差が出ることがわかる。多様な条件下で行われた実験結果によれば，定着ローラーの内部空間に対する作動流体の体積比が５〜５０％範囲内で使用が可能であり，５〜１５％で非常に速い温度上昇速度を得ることができた。
【０１０２】
前記の温度上昇率の観点から従来の画像形成装置と比較すれば，待機状態で第１，第２の実施形態（以下，「本実施形態」という）に係る定着ローラー組立体に，継続的な電力供給は要らない。画像形成が始まる時期に始めて電力が供給されても，本実施形態により構成された定着ローラー組立体は，従来の定着ローラーに比べて非常に速い速度で画像形成，特にトナー画像の定着が可能である。
【０１０３】
作動流体が占める体積比が５０％体積比より高い場合には，目標温度までの温度上昇速度が順次遅くなる。反面，作動流体が占める体積比が５％未満であれば，作動流体の不充分な供給によってドライアウト現象が生じたり，あるいは生じる可能性が非常に高くて，ヒートパイプとしての機能が弱まるか，または失われる。
【０１０４】
本実施形態の原理によって構成された定着ローラー組立体は，発熱部に高周波電圧ばかりでなく，一般常用電源と同じ５０〜７０Ｈｚ範囲の９０〜２４０Ｖの電圧も印加されうる。
【０１０５】
前述したように，本実施形態により構成された定着ローラー組立体は，熱伝導性に優れた金属性定着ローラーの胴体内に発熱コイルと作動流体を含み，定着ローラーの表面を瞬間的に用紙に転写されているトナー画像を定着させうる目標定着温度まで加熱させることができる。
【０１０６】
従来のハロゲンランプタイプ，または直接表面加熱方式（Ｐｄ，Ｒｕ，Carbon系などの発熱体使用）と比較すれば，本実施形態の定着ローラー組立体は，低電力量でさらに短時間内に目標定着温度に到達でき，定着ローラー表面温度を均一に維持できる。
【０１０７】
また，本実施形態に係る定着ローラー組立体は，ウォーミングアップとスタンバイが不要で，本実施形態に係る定着ローラー組立体を装着したプリンタ，複写機，ファクシミリなどでは印刷作業命令を待つ間に定着ローラーに電源が供給されなくて済む。従って，画像形成装置において，全体的に低消耗電力を維持する低消費電力を実現できる。
【０１０８】
また，本実施形態に係る定着ローラー組立体は，ヒートパイプの原理を利用することによって定着ローラーの長手方向への温度分布が均一に調節でき，トナー定着特性を最適に向上できる。
【０１０９】
また，本実施形態に係る定着ローラー組立体は，大量生産が可能で安全な動作を保障する。定着ローラー組立体の部品は，他の商業的部品と互換できる。定着ローラー組立体は，その品質面で管理が容易で高速用プリンタに適用できる拡張性を有する。
【０１１０】
以上示したように，本実施形態に係る定着ローラー組立体及びその製造方法の利点は次の通りである。
【０１１１】
第１に，製作が簡単で自動化できる。
第２に，ヒートパイプの軸方向または長手方向に表面温度偏差が非常に小さい(±１℃以内)。
第３に，高速用プリンタに容易に適用できる。
【０１１２】
第４に，ヒートローラー装置の構成要素の加熱源と，ヒートパイプを別の部品に分離するために，製作性，安全性，部品の互換性，量産性面において非常に有利であり，品質管理が容易である。
第５に，密閉されたヒートパイプ容器内で作動流体が蒸発と凝縮を反復するために，温度が高くなる場合圧力が増加でき（ＦＣ−４０：１６５℃で１気圧以下)，爆発や大変形のおそれが非常に少ない。
【０１１３】
以上，添付図面を参照しながら本発明の電子写真画像形成装置の定着ローラー組立体及びその製造方法の好適な実施形態について説明したが，本発明はこれらの例に限定されない。いわゆる当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明により，ヒートパイプ原理を適用することで，熱的分布が改善され，しかも省力及び瞬間加熱が可能な電子写真画像形成装置の定着ローラー組立体，及び，その製造方法が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，第１の実施形態に係る定着ローラー組立体が適用された電子写真画像形成装置の定着部の概略的縦断面図である。
【図２】図２は，第１の実施形態に係る定着ローラー組立体の構造を，概略的に示す部分斜視図である。
【図３】図３は，第１の実施形態に係る定着ローラー組立体の設置段階を示す側面図である。
【図４】図４は，第１の実施形態に係る定着ローラー組立体の設置段階を示す側面図である。
【図５】図５は，第１の実施形態に係る定着ローラー組立体の設置段階を示す側面図である。
【図６】図６は，第１の実施形態に係る定着ローラー組立体の内部構造を示す概略的横断面図である。
【図７】図７は，第１の実施形態の熱的動作モードを説明する細部横断面図である。
【図８】図８は，第１の実施形態の熱的動作モードを説明するための，作動時間に対する温度変化を示すグラフである。
【図９】図９は，第２の実施形態に係る定着ローラー組立体の横断面図である。
【図１０】図１０は，第２の実施形態に係る定着ローラー組立体の，図９のＸ部分の細部縦断面図である。
【図１１】図１１は，第２の実施形態の熱的動作モードを説明する細部横断面図である。
【図１２】図１２は，第２の実施形態の熱的動作モードを説明するための，作動時間に対する温度変化を示すグラフである。
【図１３】図１３は，温度上昇とヒートパイプ作動期間の関数として作動流体の相変化を示すグラフである。
【図１４】図１４は，ヒートパイプの内部構造と，液体−気体，及び気体−液体相変化による熱伝達過程を示す図である。
【図１５】図１５は，作動流体としてＦＣ−４０，及び蒸留水の飽和温度に対する飽和圧力の変化を示すグラフである。
【図１６】図１６は，各種ヒートパイプで製造された定着ローラーの，温度変化の関数として極限引張強度の変化を示すグラフである。
【図１７】図１７は，各種ヒートパイプに作動流体としてＦＣ−４０が使われたときに，温度変化に関するヒートパイプ壁に作用する最大許容応力と最大応力の変化を示すグラフである。
【図１８】図１８は，銅のヒートパイプに作動流体として蒸留水が使われたときに，温度変化に関するヒートパイプ壁に作用する最大許容応力と最大応力の変化を示すグラフである。
【図１９】図１９は，作動流体としてＦＣ−４０が使われたとき，１５０〜５００℃の温度範囲で，パイプの壁厚さ（Ｔ）の変化に依存して銅ヒートパイプ壁面に作用する最大応力の変化を示すグラフである。
【図２０】図２０は，作動流体として蒸留水が使われたとき，１２０〜３５０℃の温度範囲で，パイプの壁厚さ（Ｔ）の変化に依存して銅ヒートパイプ壁面に作用する最大応力の変化を示すグラフである。
【図２１】図２１は，第１の実施形態に係る定着ローラー組立体の，１０％体積比で収容された蒸留水を作動流体として適用した場合の，０〜８５秒の間に定着ローラーの中央部分で測定された温度変化を示すグラフである。
【図２２】図２２は，第１の実施形態に係る定着ローラー組立体の，３０％体積比で収容された蒸留水を作動流体として適用した場合の，０〜６５秒の間に定着ローラーの中央部分で測定された温度変化を示すグラフである。
【図２３】図２３は，一般的な電子写真画像形成装置の概略的斜視図である。
【図２４】図２４は，従来の定着ローラー組立体の概略的断面図である。
【図２５】図２５は，従来の定着ローラー組立体が適用された電子写真画像形成装置の定着部の構造の概略図である。
【図２６】図２６は，従来の他の定着ローラー組立体が適用された電子写真画像形成装置の定着部の構造の概略図である。
【符号の説明】
１      用紙引出し部
２      操作部
３      コントロールボードカーバー
４      上カーバー開きボタン
５      用紙表示窓
６      多用途給紙窓
７      用紙カセット
８      オプションカセット
９      補助支持台
１０      従来の定着ローラー組立体
１１      従来の定着ローラー
１１ａ    テフロンによるコーティング層
１２      発熱部
１３，２３      加圧ローラー
１３ａ    スプリング装置
１４      用紙
１４ａ    トナー画像
１５      サーミスタ
１６      サーモスタット
２１      円筒状フィルムチューブ
２２      加熱プレート
２００      定着部
２１０      定着ローラー組立体
２１１      保護層
２１２      定着ローラー
２１３      発熱体
２１３ａ    発熱線
２１３ｂ    絶縁性被覆層
２１３ｃ    絶縁層
２１３ｄ    封印部
２１３’    媒介部またはスペーサ
２１４      作動流体
２１５      電極
２２０      加圧ローラー
２３０      サーミスタ
２３１ａ    トナー画像
２３１      用紙
２４０      サーモスタット
２４２      内部空洞
２４４      ウィック
２４６      内部円筒状表面（内面）
２６０      発熱部
２６２      内部ヒートパイプ
２６４      エンドキャップ
２６６      内部内面
２６８      内部空洞
Ａ      空気層
Ｅ      空間部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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