(57)【要約】【課題】加熱効率が高く、消費電力を低くできる定着部材を有する加熱定着装置を提供すること。【解決手段】加熱定着装置は、発熱源１０と、発熱源１０を中心軸とし、加熱圧着に適した温度に加熱される加熱ローラ２０’と、加熱ローラ２０’に圧接する加圧ローラ３０とによって構成されている。圧接された加熱ローラ２０’と加圧ローラ３０とは適当なニップ部４０を形成する。トナー像５０ａが形成された記録媒体５０はこのニップ部４０によって挟持され、この結果、トナー像５０ａは熱及び圧力によって記録媒体５０に加熱定着される。加熱ローラ２０’は、基材２１、弾性層２２、表面層２３及び選択吸収層２４よりなる。また、加圧ローラ３０は、基材３１及び弾性層３２よりなる。選択吸収層２４は、所定の赤外波長λPよりも短波長側の光を吸収し、他方、この赤外波長λPよりも長波長側の光を反射するように作用する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着部材の基材の内面に設けられ、所定の赤外波長より短波長側で小さくかつ該所定の赤外波長より長波長側で大きい反射率を有する選択吸収層を具備する加熱定着装置。
【請求項２】
前記所定の赤外波長は加熱された前記定着部材の温度における黒体輻射の長波長端部である請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項３】
前記所定の赤外波長は1μm以上5μm以下である請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項４】
前記選択吸収層の前記所定の赤外波長より長波長側での反射率は95％以上である請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項５】
前記選択吸収層は、
金属及び半導体の１つよりなる基層と、
該基層上に形成された吸収制御層と
を具備する請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項６】
前記基層の金属は、Au、Ag、Al、Cu、Ni、W、Ta、TaC、TiN、ZrN、HfN及びステンレスの１つである請求項５に記載の加熱定着装置。
【請求項７】
前記吸収制御層は、金属あるいはその合金、金属酸化物、金属窒化物、金属ホウ化物、金属珪化物、金属フッ化物、金属硫化物、金属リン化物、有機物、及び誘電体中に金属及び半導体の少なくとも１つを分散させたサーメットの単層あるいは積層体よりなる請求項５に記載の加熱定着装置。
【請求項８】
前記基層はアルミニウムよりなり、
前記吸収制御層は該アルミニウムの陽極酸化層よりなる請求項５に記載の加熱定着装置。
【請求項９】
前記基層はステンレスよりなり、
前記吸収制御層は該ステンレスの表面層よりなる請求項５に記載の加熱定着装置。
【請求項１０】
前記基層は金属よりなり、
前記吸収制御層は該金属の多孔質金属よりなる請求項５に記載の加熱定着装置。
【請求項１１】
前記吸収制御層はフォトニック結晶構造よりなる請求項５に記載の加熱定着装置。
【請求項１２】
前記吸収制御層は前記所定の赤外波長よりも短波長側の光を吸収するための吸収材を添加した白色散乱体層よりなる請求項５に記載の加熱定着装置。
【請求項１３】
前記選択吸収層は、さらに、前記吸収制御層上に設けられた反射防止層を具備する請求項５に記載の加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の電子写真装置に用いられる加熱定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、上述の電子写真装置においては、感光体ドラム等に形成されたトナー像を記録媒体に転写し、記録媒体に転写されたトナー像を加熱定着装置によって定着し、排出トレイに排出される。
【０００３】
図１１は従来の加熱定着装置を示す断面図である（参照：特許文献１の図１、特許文献２の図９）。
【０００４】
図１１において、加熱定着装置は、ハロゲンランプ等の発熱源１０と、発熱源１０を中心軸とし、加熱圧着に適した温度に加熱される加熱ローラ２０と、加熱ローラ２０に圧接する加圧ローラ３０とによって構成されている。圧接された加熱ローラ２０と加圧ローラ３０とは適当なニップ部４０を形成し、駆動手段（図示せず）によって回転駆動される。トナー像５０ａが形成された記録媒体５０はこのニップ部４０によって挟持され、この結果、トナー像５０ａは熱及び圧力によって記録媒体５０に加熱定着される。
【０００５】
加熱ローラ２０は、基材２１、弾性層２２及び表面層２３よりなる。また、加圧ローラ３０は、基材３１及び弾性層３２よりなる。基材２１、３１はアルミニウム等の金属あるいはポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂よりなり、弾性層２２、３２はゴム、シリコーン樹脂等よりなり、表面層２３は低付着性のフッ素樹脂等よりなる。
【０００６】
また、無端状の加熱ベルトを設けると共に、加熱ベルトを介して圧接される一対の回転部材を設け、これにより、ニップ部を長くし、加熱定着時間を長くすることも知られている（参照：特許文献１）。この場合、加熱ベルトと他の部材との接触面積を少なくすることにより、発熱源によって加熱された加熱ベルトの熱が他の部材に奪われるのを抑制している。
【０００７】
さらに、加熱ローラの内面に波状に加工された金属板を設けて加熱ローラの内周面の面積を大きくし、これにより、発熱源から放射される光の吸収効率を向上させている（参照：特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２４６０８４号公報（特許第３７５５５１６号公報）
【特許文献２】特開平８−１０６２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の従来の加熱定着装置においては、発熱源から放射される光の波長領域と、加熱ローラ、加熱ベルト、波状金属板等の定着部材の吸収光の波長領域とは必ずしも一致していなく、この結果、定着部材が発熱源から放射される光を効率よく吸収できず、従って、定着部材の加熱効率が低く、消費電力が大きいという課題がある。
【００１０】
また、定着部材からの放射による放熱が生じ、この結果、定着部材の温度低下を招く。このため、定着部材の温度を一定温度に保持するためには、上述の温度低下分を補償するための発熱源の余分のエネルギーを必要とし、つまり、トナー加熱定着以外の無駄なエネルギーを必要とし、この結果、やはり、加熱効率が低く、消費電力が大きいという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の課題を解決するために、本発明に係る加熱定着装置は、定着部材の基材の内面に設けられ、所定の赤外波長より短波長側で小さくかつ所定の赤外波長より長波長側で大きい反射率を有する選択吸収層を具備するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、選択吸収層により発熱源からの放射光を効率よく吸収できると共に、所定の赤外波長より長波長側の光の放射は抑制されて放射放熱による温度低下を抑制できるので、加熱効率を向上でき、従って、消費電力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る加熱定着装置の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１の発熱源の放射スペクトル分布図である。
【図３】図１の加熱ローラの第１の例を示す部分拡大断面図である。
【図４】図１の加熱ローラの第２の例を示す部分拡大断面図である。
【図５】図３の選択吸収層に対する実施例１を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は反射率特性を示す。
【図６】図３の選択吸収層に対する実施例２を示す断面図である。
【図７】図３の選択吸収層に対する実施例３を示す断面図である。
【図８】図３の選択吸収層に対する実施例４を示す断面図である。
【図９】図３の選択吸収層に対する実施例５を示す断面図である。
【図１０】図４の選択吸収層に対する実施例６を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は反射率特性を示す。
【図１１】従来の加熱定着装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明に係る加熱定着装置の実施の形態を示す断面図である。図１の加熱ローラ２０’においては、図１１の加熱ローラ２０の基材２１の内面に選択吸収層２４を付加してある。
【００１５】
選択吸収層２４は、所定の赤外波長λPよりも短波長側の光を吸収し、他方、この赤外波長λPよりも長波長側の光を反射するように作用する。
【００１６】
すなわち、加熱ローラ２０’を効率よく加熱するためには、発熱源１０から放射された光を効率よく加熱ローラ２０’に吸収させる必要があり、従って、この点からは、理想的には、加熱ローラ２０’の選択吸収層２４が発熱源１０からの放射された光をすべて吸収することが好ましい。
【００１７】
他方、加熱ローラ２０’は発熱源１０によってたとえば200℃程度に加熱され、この結果、加熱ローラ２０’は自身の放射により放熱する。従って、この放射による放熱により加熱ローラ２０’は冷却される。この冷却を抑制するために、加熱ローラ２０’の選択吸収層２４が所定の赤外波長λPよりも長波長側の光を放射しにくく、つまり、反射するように作用する必要がある。この場合、放射率ε(λ)、反射率R(λ)は、キルヒホッフの法則：
ε(λ) = 1 - R(λ)
に従う。従って、選択吸収層２４においては、所定の赤外波長λPよりも長波長側（λ＞λP）で、放射率ε(λ)を小さくし、つまり、反射率R(λ)を大きくする。
【００１８】
上述の所定の赤外波長λPとは、加熱ローラ２０’の加熱温度が200℃とすれば、200℃の黒体輻射スペクトルの長波長端部約1〜5μmである。尚、200℃の黒体輻射スペクトルはピーク波長6.13μmを有し、波長2μmより長波長側で全エネルギーの99.97％を含み、波長4μmより長波長側で全エネルギーの91.51％を含む。つまり、λP=2μmもしくは4μmとすれば、十分小さい放射率ε(λ)を維持できる。他方、発熱源１０がハロゲンランプの場合、その放射スペクトルは、図２に示すように、温度2000〜2600Kの黒体輻射スペクトルであり、赤外波長2μmよりも短波長側で強い。従って、たとえば、λP=2μmとすれば、選択吸収層２４は発熱源１０から放射される光を効率よく吸収できる。
【００１９】
図３は図１の加熱ローラ２０’の第１の例を示す部分拡大断面図である。図３に示すように、選択吸収層２４は基層２４ａ及び吸収制御層２４ｂよりなる。
【００２０】
基層２４ａは、少なくとも所定の赤外波長λPよりも長波長側で反射率が高い材料、たとえば、Au、Ag、Al、Cu、Ni、W、Ta、TaC、TiN、ZrN、HfN、ステンレス等の金属、あるいは半導体により構成される。尚、基材２１が基層２４ａと同一材料を含んでいれば、基材２１が基層２４ａの作用をする。
【００２１】
吸収制御層２４ｂは、金属あるいはその合金、金属酸化物、金属窒化物、金属ホウ化物、金属珪化物、金属フッ化物、金属硫化物、金属リン化物、有機物、及び酸化物や窒化物等の誘電体中に金属あるいは半導体の微粒子を含んだサーメットにより構成される。この場合、これらの材料の単層または２層以上の積層体でもよい。積層体には、複数種類のサーメットも含まれる。さらに、吸収制御層２４ｂは、白色散乱体層でもよい。白色散乱体層には、所定の赤外波長λPよりも短波長側の光を吸収するための吸収材が添加されている。
【００２２】
図４は図１の加熱ローラ２０’の第２の例を示す部分拡大断面図である。図４の選択吸収層２４においては、図３の吸収制御層２４ｂ上に反射防止層２４ｃを付加してある。これにより、所定の赤外波長λPよりも短波長側での光の反射率がさらに低くなる。
【実施例】
【００２３】
次に、加熱ローラ２０’の選択吸収層２４の実施例を説明する。
【００２４】
図３の選択吸収層２４に対する実施例１は、図５の（Ａ）に示すごとく、基層２４ａを厚さ約100nmのNiにより構成し、吸収制御層２４ｂを厚さ約80nmのCr2O3/Crサーメット層２４ｂ−１及び厚さ約40nmのCr2O3層２４ｂ−２により構成する。この場合の選択吸収層２４の反射スペクトル分布は、図５の（Ｂ）に示すごとく、赤外波長λP=2μmよりも短波長側の光に対して小さい反射率を示し、他方、赤外波長λP=2μmよりも長波長側の光に対して大きい反射率95％以上を示す。
【００２５】
図５の（Ａ）のCr2O3/Crサーメット層２４ｂ−１は、基層２４ａ上に、金属Crと誘電体Cr2O3とを同時にスパッタリングすることにより形成される。たとえば、加熱ローラ２０’のように、円筒状の基材２１内に金属Cr及び誘電体Cr2O3の各ターゲット棒を挿入し、これらターゲット棒と被成膜面との間に高周波電圧を印加して各ターゲット棒をスパッタリングすることにより形成される。さらに、基材２１がポリイミド樹脂のような高温処理が困難な材料を用いる場合には、Cr2O3/Crサーメット層２４ｂ−１は低温でも密着が達成されるイオンプレーティング法によって成膜される。
【００２６】
図３の選択吸収層２４に対する実施例２は、図６に示すごとく、基層２４ａをAlにより構成し、Al基層２４ａを陽極酸化して吸収制御層２４ｂをAl陽極酸化層により構成する。Al陽極酸化層２４ｂは多孔質構造となり、この多孔質構造の孔径及び孔深さを陽極酸化条件で調整すれば、この場合も、選択吸収層２４の反射スペクトル分布は、赤外波長λP=2μmよりも短波長側の光に対して小さい反射率を示し、他方、赤外波長λP=2μmよりも長波長側の光に対して大きい反射率を示す。
【００２７】
図３の選択吸収層２４に対する実施例３は、図７に示すごとく、基層２４ａをステンレスにより構成し、ステンレスの基層２４ａをパルス印加等により電気化学的処理もしくは加熱処理して吸収制御層２４ｂをステンレス表面層により構成する。この電気化学処理の雰囲気、加熱処理の加熱温度を調整すれば、この場合も、選択吸収層２４の反射スペクトル分布は、赤外波長λP=2μmよりも短波長側の光に対して小さい反射率を示し、他方、赤外波長λP=2μmよりも長波長側の光に対して大きい反射率を示す。
【００２８】
図３の選択吸収層２４に対する実施例４は、図８に示すごとく、基層２４ａを金属により構成し、金属の基層２４ａをArイオン照射して吸収制御層２４ｂを多孔質金属層により構成する。この多孔質金属層の孔径及び孔深さをArイオンのエネルギー等で調整すれば、この場合も、選択吸収層２４の反射スペクトル分布は、赤外波長λP=2μmよりも短波長側の光に対して小さい反射率を示し、他方、赤外波長λP=2μmよりも長波長側の光に対して大きい反射率を示す。尚、実施例４においては、Arイオン照射法の代りに、発泡法、ガス注入法、溶融法、めっき法、焼結法等を用いることができる。
【００２９】
図３の選択吸収層２４に対する実施例５は、図９に示すごとく、基層２４ａを金属（あるいは半導体）層により構成し、吸収制御層２４ｂを基層２４ａ上に形成したフォトニック結晶構造により構成する。フォトニック結晶構造は高屈折率材料と低屈折率材料とを周期的に積層したもので、このフォトニック結晶構造の周期及び／または厚さを調整すれば、この場合も、選択吸収層２４の反射スペクトル分布は、赤外波長λP=2μmよりも短波長側の光に対して小さい反射率を示し、他方、赤外波長λP=2μmよりも長波長側の光に対して大きい反射率を示す。
【００３０】
図４の選択吸収層２４に対する実施例６は、図１０の（Ａ）に示すごとく、基層２４ａを厚さ約100nmのNiにより構成し、吸収制御層２４ｂを厚さ約80nmのCr2O3/Crサーメット層２４ｂ−１及び厚さ約35nmのCr2O3層２４ｂ−２により構成し、反射防止層２４ｃを厚さ約80nmのCaF2で構成する。この場合の選択吸収層２４の反射スペクトル分布は、図１０の（Ｂ）に示すごとく、赤外波長λP=2μmよりも短波長側の光に対してさらに小さい反射率を示す。
【００３１】
上述の実施の形態においては、選択吸収層を定着部材としての加熱ローラに設けているが、本発明は定着部材としての加熱ベルト、板状金属板にも適用でき、つまり、選択吸収層を加熱ベルト、板状金属板に設けることもできる。
【００３２】
また、本発明は上述の実施の形態の目的の範囲内のいかなる変更にも適用し得る。
【符号の説明】
【００３３】
１０：発熱源
２０、２０’：加熱ローラ
２１：基材
２２：弾性層
２３：表面層
２４：選択吸収層
２４ａ：基層
２４ｂ、２４ｂ−１、２４ｂ−２：吸収制御層
２４ｃ：反射防止層
３０：加圧ローラ
３１：基材
３２：弾性層
４０：ニップ部
５０：記録媒体 
５０ａ：トナー像
【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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