(57)【要約】    【課題】  定着ローラと面状ヒータの間のギャップを一定に維持できるようにする。    【解決手段】  ローラに内蔵される熱源が容易に変形可能な樹脂シート内に抵抗体を配して成る面状ヒータから構成されるような定着装置において、円筒状に形成された面状ヒータ(30)の端部領域を軸受(45)を介して支持する端部キャップ(46)が、上記面状ヒータを内蔵するローラ(21)の端部領域も面状ヒータと同軸上に支持するように構成する。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本のローラが当接してニップ部を形成し、それらローラの少なくとも一方に熱源が内蔵され、上記ニップ部に通紙することで定着処理を行う定着装置にして、上記熱源は容易に変形可能な樹脂シート内に抵抗体を配して成る面状ヒータから構成されるような定着装置において、
円筒状に形成された面状ヒータの端部領域を軸受を介して支持する端部キャップが、上記面状ヒータを内蔵するローラの端部領域も面状ヒータと同軸上に支持することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
端部キャップが、面状ヒータと内蔵ローラの各端部を遮蔽することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
端部キャップが、高耐熱性で低熱伝導の樹脂もしくはセラミックで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
面状ヒータを内蔵するローラの外部に、当該ローラを加熱する別のヒータを配することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
面状ヒータが保持ローラを被覆していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項６】
面状ヒータと保持ローラの間に真空断熱材が介在することを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
ローラ長手方向において面状ヒータの発熱分布を中央領域と端部領域とで異ならせ得るように調整可能とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の定着装置を有した画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に装着される定着装置に関するもので、特に樹脂シート内に抵抗体を配し、容易に変形可能な面状発熱体を利用した定着装置に関するものである。この定着装置は、電子写真方式、インクジェット等、湿式プロセスの画像形成装置における用紙乾燥・加熱に応用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平０９−１１４２９７号公報
【０００３】
画像形成装置では、画像を定着するのに定着ローラと加圧ローラとから成る定着装置を用いている。この定着装置においては、トナー像が形成された用紙を、熱源を有した定着ローラと、この定着ローラに相対する加圧ローラとの間に通過させて、トナー像を熱で溶融すると同時に両ローラ間の圧力によって用紙上に定着する。従来では、その熱源として定着ローラの内部に配したハロゲンヒータを利用するものが主流であった。ハロゲンヒータは、ガラス管の中にタングステン線を配置したものであるが、定着ローラとの空間距離を確保する必要性のために、その径が定着ローラ径よりも遥かに小さく、したがってハロゲンヒータはトナー定着面から離れたローラ中心部にあって、ハロゲンヒータと定着ローラ内周面の間には厚い空気層が存在しており、熱伝導率が非常に悪く、温度上昇の立ち上がりが遅いという問題があった。
【０００４】
近年、オフィスにおける電力消費量の増大を抑制するため、各種ＯＡ機器の省電力化が要請され、定着装置を用いる画像形成装置においても、定着ローラ表面の昇温時間、所謂ウォームアップ時間をハロゲンヒータ利用タイプのものよりも短縮することが望まれている。
【０００５】
給電が容易で熱伝導の効率が良く省電力化が可能且つコスト的にも安価でトナー定着速度を早くすることが可能な定着装置として、特許文献１には、枠体に両端固定支持されると共に円筒形に曲げが可能な厚みの耐熱性且つ電気絶縁性を有する樹脂材の間に曲げ可能な薄いヒータエレメントを挟着又は埋設した面状ヒータを内面に貼り付けた薄肉円筒の内管と、当該内管の外側に回転可能に装嵌軸承した外管とを備える二重管構成が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された構成では、外管が軸受を介して回転可能に枠体に支持され、面状ヒータを内面に貼り付けた内管はその両端が別の箇所で枠体に支持されているため、それら両管の取り付けに際して、加熱されるべき外管と面状ヒータの距離を一定にすることが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、以上のような従来の問題に照らし、定着ローラと面状ヒータの間のギャップを一定に維持できる定着装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、本発明にしたがって、ローラに内蔵される熱源が容易に変形可能な樹脂シート内に抵抗体を配して成る面状ヒータから構成されるような定着装置において、円筒状に形成された面状ヒータの端部領域を軸受を介して支持する端部キャップが、上記面状ヒータを内蔵するローラの端部領域も面状ヒータと同軸上に支持ように構成することで解決する。
【０００９】
端部キャップが、面状ヒータと内蔵ローラの各端部を遮蔽していれば、一層好適である。当該キャップは、高耐熱性で低熱伝導の樹脂、例えばＰＩ、ＰＰＳ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＬＣＰ、ＰＥＥＫもしくはセラミックで構成されていれば好ましい。面状ヒータを内蔵するローラの外部に、当該ローラを加熱する別のヒータを配しても好都合である。面状ヒータが保持ローラを被覆しているのも好ましい。その際、面状ヒータと保持ローラの間に真空断熱材が介在していれば、なお良い。ローラ長手方向において面状ヒータの発熱分布を中央領域と端部領域とで異ならせることができるように調整可能とするのがよい。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、ローラと面状ヒータのギャップが一定に維持され、周方向にローラの温度が安定する。
【００１１】
端部キャップが面状ヒータと内蔵ローラの各端部を遮蔽すれば、面状ヒータと内蔵ローラの間のギャップ空間内に気流が生じる事態を防ぐことができ、加熱されたローラの温度を軸方向で安定させることができる。端部キャップが、高耐熱性で低熱伝導の樹脂もしくはセラミックで構成されていれば、ローラの熱が端部キャップを伝わって放熱する事態を軽減することができる。
【００１２】
面状ヒータを内蔵するローラの外部に、当該ローラを加熱する別のヒータを配すれば、ローラを急速に加熱することができる。面状ヒータが保持ローラを被覆していれば、加熱されるべきローラと面状ヒータの間隔を周方向に均一且つ一定に保ち易く、ローラと面状ヒータが円弧で相対する領域では、ローラを周方向で均一に加熱できる。面状ヒータと保持ローラの間に真空断熱材が介在すれば、面状ヒータから発せられる熱が保持ローラに伝熱することを防ぐことができ、加熱されるべきローラを効率良く加熱することができる。ローラ長手方向において面状ヒータの発熱分布を中央領域と端部領域とで異ならせるようにすることで、電源オン時における急速立ち上げの際の端部からの放熱や連続画像形成の際の用紙による奪熱の問題に適切に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の詳細を、図に示された例に基づいて説明する。
電子写真式の画像形成装置であるレーザープリンタ（以下、プリンタという）に適用した例として述べる。図１は、本プリンタの概略的な全体構成を示すものである。このプリンタは、潜像担持体としての感光体ドラム１を有している。感光体ドラム１は、図中矢印Ａ方向に回転駆動されながら、当該ドラム１に接触する帯電手段としての帯電ローラ２により、その表面を一様に帯電される。その後、画像情報に基づいて潜像形成手段としての光書込ユニット３により走査露光されて、ドラム表面に静電潜像が形成される。なお、帯電手段および潜像形成手段としては、帯電ローラ２、光書込ユニット３とは異なるものを用いることもできる。感光体ドラム上に形成された静電潜像は、現像装置４により現像され、感光体ドラム上にトナー像が形成される。感光体ドラム上に形成されたトナー像は、転写ローラ５を備えた転写手段としての転写ユニットにより、給紙カセット６から給紙ローラ７及びレジストローラ対８を経て搬送される転写材としての用紙９上に転写される。転写終了後の用紙９は、定着手段としての定着ユニット１０によりトナー像が定着され、排紙ローラ１１を介して機外空間部１２に排出される。機外空間部１２には、用紙９を積載収容する排紙トレイ１３が配置されている。なお、転写されずに感光体ドラム上に残留した転写残トナーは、クリーニング手段としてのクリーニングユニット１４により感光体ドラム１の表面から除去される。また感光体ドラム上の残留電荷は、除電手段としての除電ランプ１５で除去される。
【００１４】
図２に示すように、定着ユニット１０は、不図示の装置筐体（図１に概略的に示す）内に、定着回転体である定着ローラ２１と加圧ローラ２２を配置している。定着ローラ２１の周面には、表面温度検知のためのサーミスタ２３、用紙分離のための分離爪２４が配置されており、定着ローラ２１の内部には熱源たる面状ヒータ３０が配置されている。面状ヒータ３０とこれを外周面に配する保持ローラ３１については後述する。加圧ローラ２２にはクリーニングローラ２５が当接している。定着ローラ２１は、熱良導体から成る材質の中空円筒とその表面に離型層で構成されており、当該定着ローラ２１に圧接しながら連動して回転する加圧ローラ２２は、芯金２６の表面に弾性体層を有して構成されている。定着ローラ２１と加圧ローラ２２の間（ニップ部）を用紙が通過する際、用紙表面に担持されたトナー像が定着ローラ２１と接触するよう位置配置されている。
【００１５】
定着ユニット構成の別の例を図３及び図４に示す。図２におけると同じ部材に付いては同じ参照番号を付し、説明を省略する。図３に示す構成では、外部加熱用ハロゲンヒータ３２が併設されている。図４に示す構成では、外部加熱用面状ヒータ３３が併設されている。これら図には分離爪が示されていないが、単に図示が省略されているにすぎず、実際には存在している。
【００１６】
以下、定着ローラ２１に内蔵される面状ヒータ３０とその保持ローラ３１について例示的に説明する。なお外部加熱用面状ヒータ３３も内蔵面状ヒータ３０と構成自体は同じである。面状ヒータ３０は、図５に示すように、薄い２枚の樹脂シート４１の間に抵抗体たる導線４２を一筆書き状に連続して密に挟み、導線４２の両端はリード線４３として給電可能となっている。樹脂シートには、耐熱性樹脂であるポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイド、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を使用する。
【００１７】
樹脂もしくは金属で成る保持ローラ３１の外周に面状ヒータ３０を巻き付け、図６に示すように、定着ヒータ２１の内部に配置する。定着ローラ内部に収容された保持ローラ３１の両端は軸受４５を介してキャップ４６で嵌合されている。キャップ４６は、保持ローラ３１と同軸に定着ローラ２１にも嵌合し、不図示の枠体に支持されている。このようにすることで、定着ローラ内部を塞ぐことができ、気流によって定着ローラ軸方向で温度分布差が生じる事態を防止できる。また軸受４５を介して保持ローラ３１をキャップ４６で保持することによって、定着ローラ２１と保持ローラ３１を同軸保持しつつ、定着ローラ２１のみを回転させ保持ローラ３１を固定保持することが可能で、面状ヒータ３０への給電の点でも安定する。キャップ４６の材質を熱伝導率の低い樹脂もしくはセラミック材料とすることで、定着ローラ２１の熱が端部の軸受やギアに逃げる事態を抑制できる。これによって定着ローラ２１が冷えた状態から急速加熱する際の端部温度低下を防ぐことができる。高温部材と接するため、キャップ４６の樹脂材料は高耐熱性が必要であり、用いる樹脂材料としては耐熱温度の高いＰＩ、ＰＰＳ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＬＣＰ、ＰＥＫ、ＰＥＥＫ等が適当である。
【００１８】
面状ヒータ３０の厚みを含めて保持ローラ３１の径を定着ローラ２１の内周面に十分近くなるように設定することで、定着ローラ３１と面状ヒータ３０の空隙を狭くでき、間の空気層が薄くなって、効率良く定着ローラ２１を加熱できる。保持ローラ３１と面状ヒータ３０の間に真空断熱材を介在させてもよい。真空断熱材を介在させることで、特に保持ローラ３１が金属で成る場合には、保持ローラ３１への熱の逃げを防ぐことができる。
【００１９】
上述のように、保持ローラ３１上にシート状の面状ヒータ３０を被覆させて構成してもよいが、面状ヒータ３０を予め筒状に形成してもよく、その筒状ヒータを保持ローラに嵌合させて定着ローラ内部に配置するか、形状保持強度の点で問題がなければ保持ローラと嵌合させることなく単独で定着ローラ内部に配置してもよい。
【００２０】
装置が冷えた状態から急速加熱する場合に特に端部のギアや軸受からの放熱が大きく、定着ローラの温度分布差がローラ軸方向で生じることがあるが、これに対処するために面状ヒータの導線（抵抗体）の配置に変化をつけて、配光分布を持たせるようにしてもよい。面状ヒータではシート上に導線を配するため、ガラス管ヒータに比べて導線配置の自由度が格段に高い。１枚の樹脂シートの端部領域と中央領域の夫々の導線を独立させて回路を形成し、温度分布に差が生じないように制御することも可能である。例えば、図７に示すように、異なる抵抗値の導線４２’，４２”各々を筒状樹脂シート４８に埋設し、ローラ長手方向の端部領域と中央領域に配し、端部と中央で異なる配光分布をもたせることが考えられる。この場合、端部領域と中央領域の各ヒータを同軸で配置できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るレーザープリンタの概略構成図である。
【図２】本発明に係る定着装置の主要部の概略構成図である。
【図３】外部加熱用ハロゲンヒータを併設した定着装置の主要部概略構成図である。
【図４】外部加熱用面状ヒータを併設した定着装置の主要部概略構成図である。
【図５】面状ヒータの概略斜視図である。
【図６】定着ヒータの主要構成部の部分断面図であり、図６（ａ）は長手方向の断面、図６（ｂ）は横断面である。
【図７】配光分布付き筒状ヒータの構成例を示す図で、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は横断面図、図７（ｃ）は配光分布を表す。
【符号の説明】
【００２２】
２１  定着ローラ
３０  面状ヒータ
３１  保持ローラ
４３  リード線
４５  軸受
４６  キャップ
【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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