(57)【要約】【課題】熱効率が高い状態を安定して維持することができる定着装置および画像形成装置を提供すること。【解決手段】定着装置１９は、定着ローラ２１と、定着ローラ２１に圧接される加圧ローラとを備え、定着ローラ２１と加圧ローラとの間に、未定着像を担持した記録媒体を通過させることにより、該記録媒体に未定着像を定着させるものである。定着ローラ２１は、少なくとも外周部が絶縁性を有するローラ本体２１０と、ローラ本体２１０の外周側に設けられた弾性層２１４と、ローラ本体２１０と弾性層２１４との間に設けられ、通電により発熱する発熱層２１３とを備えている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ローラと、該定着ローラに圧接される加圧ローラとを備え、前記定着ローラと前記加圧ローラとの間に、未定着像を担持した記録媒体を通過させることにより、該記録媒体に前記未定着像を定着させる定着装置であって、
前記定着ローラは、
少なくとも外周部が絶縁性を有するローラ本体と、
前記ローラ本体の外周側に設けられた弾性層と、
前記ローラ本体と前記弾性層との間に設けられ、通電により発熱する発熱層とを備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記発熱層の回転軸方向の両端部には、それぞれ、該発熱層に通電する電極部が設けられている請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記電極部は、ブラシ電極を備える請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記発熱層は、自己温度調節機能を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記発熱層は、インジウムティンオキサイドを主材料として構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記発熱層の厚さは、０．０１〜３．０μｍである請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置。
【請求項７】
前記弾性層の外表面は、樹脂材料で構成された樹脂層で覆われている請求項１ないし６のいずれかに記載の定着装置。
【請求項８】
前記樹脂材料は、フッ素系のものである請求項７に記載の定着装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、コピー、ファクシミリ等ようなの画像形成装置には、トナーにより形成されたトナー像を未定着状態で担持する記録用紙（記録媒体）を加熱および加圧することにより、前記トナー像を記録用紙に定着させる定着装置が備えられているものがある。
従来、このような定着装置としては、加熱手段を内蔵した定着ローラと加圧ローラとからなる一対のローラのニップ部に、トナー像が転写された用紙を通過させて、定着ローラ（加熱手段）による加熱と２つのローラによる加圧とにより、トナー像を用紙に融着させる定着装置が広く用いられている。
【０００３】
加熱手段としては、ハロゲンヒータで加熱するよう構成されたものがある（例えば、特許文献１（図５）参照）。また、他の構成の加熱手段としては、励磁コイルから発生する高周波磁界によりトナー像に渦電流を発生させて、当該トナー像自体に熱を発生させるよう構成されたものがある（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、特許文献１の図５に記載の加熱手段は、定着ローラの回転軸とほぼ同位置に設置されているとともに、空気を媒体としてローラ本体を加熱するため、熱のロスが生じる、すなわち、熱効率が低いという問題があった。また、この加熱手段では、クイックヒートを行なうことができないという問題や、加熱に有効な赤外線よりも加熱に寄与しない可視光を多く照射するため、消費電力が高いという問題もあった。
また、特許文献２に記載の加熱手段は、クイックヒートは可能となり、さらに消費電力も抑えることができるが、励磁コイル自体も加熱されることとなり、トナー像の温度が不安定になる、すなわち、熱効率が不安定となるという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５１２３９号公報
【特許文献２】特開２００３−５５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、熱効率が高い状態を安定して維持することができる定着装置および画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の定着装置は、定着ローラと、該定着ローラに圧接される加圧ローラとを備え、前記定着ローラと前記加圧ローラとの間に、未定着像を担持した記録媒体を通過させることにより、該記録媒体に前記未定着像を定着させる定着装置であって、
前記定着ローラは、
少なくとも外周部が絶縁性を有するローラ本体と、
前記ローラ本体の外周側に設けられた弾性層と、
前記ローラ本体と前記弾性層との間に設けられ、通電により発熱する発熱層とを備えることを特徴とする。
これにより、熱効率が高い状態を安定して維持することが可能な定着装置を提供することができる。
【０００７】
本発明の定着装置では、前記発熱層の回転軸方向の両端部には、それぞれ、該発熱層に通電する電極部が設けられていることが好ましい。
これにより、定着ローラが回転しているか否かによらず、発熱層に確実に通電を行なうことができる。
本発明の定着装置では、前記電極部は、ブラシ電極を備えることが好ましい。
これにより、定着ローラが回転しているか否かによらず、発熱層に確実に通電を行なうことができる。
【０００８】
本発明の定着装置では、前記発熱層は、自己温度調節機能を有することが好ましい。
これにより、例えばサーモスタット等の温度制御装置等を介することなく温度調節を行なうことができる。
本発明の定着装置では、前記発熱層は、インジウムティンオキサイドを主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、例えばサーモスタット等の温度制御装置等を介することなく温度調節を行なうことができる。
【０００９】
本発明の定着装置では、前記発熱層の厚さは、０．０１〜３．０μｍであることが好ましい。
厚さが前記下限値よりも薄い（小さい）場合、均一な膜形成が難しく、膜欠陥を生じるおそれがある。また、厚さが前記上限値よりも厚い（大きい）場合、熱サイクルによりクラックが生じるおそれがある。
【００１０】
本発明の定着装置では、前記弾性層の外表面は、樹脂材料で構成された樹脂層で覆われていることが好ましい。
これにより、未定着像が定着ローラ（樹脂層）に付着するのを防止することができる。
本発明の定着装置では、前記樹脂材料は、フッ素系のものであることが好ましい。
これにより、未定着像が定着ローラ（樹脂層）に付着するのを防止することができる。
本発明の画像形成装置は、本発明の定着装置を備えたことを特徴とする。
これにより、熱効率が高い状態を安定して維持することが可能な画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の定着装置および画像形成装置の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
［画像形成装置］
まず、本発明の画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本発明の定着装置を備えた本発明の画像形成装置の全体構成図である。
【００１２】
画像形成装置１の装置本体２内には、感光体ドラムで構成される像担持体３が配設されている。この像担持体３は、図示しない駆動手段によって図示矢印方向に回転駆動される。像担持体３の周囲には、その回転方向に沿って、像担持体３を一様に帯電するための帯電装置４と、像担持体３上に静電潜像を形成するための露光装置５と、静電潜像を現像するためのロータリー現像装置６と、像担持体３上に形成された単色のトナー像を一次転写するための中間転写装置７とが配設されている。
【００１３】
ロータリー現像装置６は、イエロー用現像装置６Ｙ、マゼンタ用現像装置６Ｍ、シアン用現像装置６Ｃおよびブラック用現像装置６Ｋが支持フレーム８に装着され、支持フレーム８は図示しない駆動モータにより回転駆動される構成になっている。これらの複数の現像装置６Ｙ、６Ｃ、６Ｍ、６Ｋは、像担持体３の１回転毎に選択的に一つの現像装置の現像ローラ６ａが像担持体３に対向するように回転移動するようにされている。なお、各現像装置６Ｙ、６Ｃ、６Ｍ、６Ｋには各色のトナーが収納されたトナー収納部が形成されている。
【００１４】
中間転写装置７は、駆動ローラ９および従動ローラ１０と、両ローラにより図示矢印方向に駆動される中間転写ベルト１１と、中間転写ベルト１１の裏面で像担持体３に対向して配設された一次転写ローラ１２と、中間転写ベルト１１上の残留トナーを除去する転写ベルトクリーナ１３と、駆動ローラ９に対向して配設され、中間転写ベルト１１に形成された４色フルカラー像を記録媒体（紙等）上に転写するための二次転写ローラ１４とを有している。
装置本体２の底部には給紙カセット１５が配設され、給紙カセット１５内の記録媒体は、ピックアップローラ１６、記録媒体搬送路１７、二次転写ローラ１４、定着装置１９を経て排紙トレイ２０に搬送されるように構成されている。
【００１５】
次に、上記のような構成の画像形成装置の作用について説明する。
図示しないコンピュータからの画像形成信号が入力されると、像担持体３、現像装置６の現像ローラ６ａおよび中間転写ベルト１１が回転駆動し、先ず、像担持体３の外周面が帯電装置４によって一様に帯電され、一様に帯電された像担持体３の外周面に、露光装置５によって第１色目（例えばイエロー）の画像情報に応じた選択的な露光がなされ、イエローの静電潜像が形成される。
【００１６】
像担持体３上に形成された潜像位置には、イエロー用現像装置６Ｙが回動してその現像ローラ６ａが当接し、これによってイエローの静電潜像のトナー像が像担持体３上に形成され、次に、像担持体３上に形成されたトナー像は一次転写ローラ１２により中間転写ベルト１１上に転写される。このとき、二次転写ローラ１４は中間転写ベルト１１から離間されている。
【００１７】
上記の処理が画像形成信号の第２色目、第３色目、第４色目に対応して、像担持体３と中間転写ベルト１１の１回転による潜像形成、現像、転写が繰り返され、画像形成信号の内容に応じた４色のトナー像が中間転写ベルト１１上において重ねられて転写される。そして、このフルカラー画像が二次転写ローラ１４に達するタイミングで、記録媒体が搬送路１７から二次転写ローラ１４に供給され、このとき、二次転写ローラ１４が中間転写ベルト１１に押圧されるとともに二次転写電圧が印加され、中間転写ベルト１１上のフルカラートナー像（未定着像）が記録媒体上に転写される。そして、当該トナー像を担持した記録媒体を、定着ローラ２１と加圧ローラ２２との間、すなわち、定着装置１９を通過させることにより、トナー像が加熱加圧され記録媒体に定着される。中間転写ベルト１１上に残留しているトナーは転写ベルトクリーナ１３によって除去される。
【００１８】
なお、両面印刷の場合には、定着装置１９を出た記録媒体は、その後端が先端となるようにスイッチバックされ、両面印刷用搬送路２３を経て、二次転写ローラ１４に供給され、中間転写ベルト１１上のフルカラートナー像が記録媒体上に転写され、再び定着装置１９により加熱加圧され定着される。
定着装置１９は、熱源を有する定着ローラ２１とこれに圧接される加圧ローラ２２とを有し、定着ローラ２１と加圧ローラ２２の軸を結ぶ線は水平線からθの角度を有するように配置されている。なお、０°≦θ≦３０°である。
【００１９】
［定着装置］
以下、本発明の定着装置について、詳細に説明する。
図２〜図４は、図１の定着装置１９の詳細を示し、図２は、本発明の定着装置の一部破断面を示す斜視図であり、図３は、図２の定着装置の平面図であり、図４は、図２に示す加圧ローラおよび定着ローラの取付状態を示す側面図であり、図５は、図２に示す加圧ローラの断面図であり、図６は、図２に示す定着ローラの断面図である。
【００２０】
図２および図３において、ハウジング２４内には定着ローラ２１が回動自在に装着され、定着ローラ２１の一端には駆動ギヤ２８が連結されている。そして、定着ローラ２１に対向して加圧ローラ２２が回動自在に装着されている。加圧ローラ２２の軸方向長さは定着ローラ２１のそれよりも短く、その空いたスペースに軸受２５が設けられ、加圧ローラ２２の両端は軸受２５により支持されている。軸受２５には加圧レバー２６が回動可能に設けられ、加圧レバー２６の一端とハウジング２４間には加圧スプリング２７が配設され、これにより加圧ローラ２２と定着ローラ２１が加圧されるように構成されている。
【００２１】
ハウジング２４の両側面には、支持軸２９、３０が設けられており、この支持軸２９、３０にそれぞれ、定着ローラ２１側の剥離部材３１と、加圧ローラ２２側の剥離部材３２とが回動自在に装着されている。これにより、定着ローラ２１と加圧ローラ２２との軸方向でニップ部Ｎ（図４参照）の記録媒体搬送方向下流側に剥離部材３１、３２が配設されることになる。
【００２２】
図５に示すように、加圧ローラ２２は、金属製の筒体２２１と、筒体２２１に固定された回転軸２２２と、回転軸２２２を軸支持する軸受２５と、筒体２２１の外周に設けられたシリコンゴム等で構成された弾性層２２３と、弾性層２２３の表面に被覆された表層２２４とを有している。
表層２２４は、例えば、フッ素ゴム、フッ素樹脂（例えばパーテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ））等から構成される。このよう材料で構成された表層２２４を設けることにより、トナーが加圧ローラ２２（表層２２４）に付着するのを防止することができる。
なお、回転軸２２２は、図示のように、中空体で構成されているのに限定されず、中実体で構成されていてもよい。
【００２３】
図６に示すように、定着ローラ２１は、ローラ本体２１０と、ローラ本体２１０（絶縁層２１２）の外周面（表面）に設けられた発熱層（面状ヒータ）２１３と、発熱層２１３の外周面に設けられた弾性層２１４と、弾性層２１４の外周面を被覆する表層２１５と、ローラ本体２１０（筒体２１１）に固定された回転軸２１６とを有し、これらが一体で回転する。
【００２４】
ローラ本体２１０は、金属製の筒体２１１と、筒体２１１の外周面の全周に渡って（沿って）設けられた絶縁層２１２とで構成されている。
絶縁層２１２は、例えば、ポリイミド等の耐熱性樹脂、ＳｉＯ２等から構成することができる。また、絶縁層２１２の厚さは、特に限定されないが、例えば、１．０〜１００μｍであることが好ましく、３０〜５０μｍであることがより好ましい。
【００２５】
発熱層２１３は、絶縁層２１２の表面の全周に渡って形成されている。この発熱層２１３は、通電により発熱することができる。
発熱層２１３を構成する主材料としては、特に限定されないが、例えば、インジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）、カーボン系材料、チタン酸バリウム系セラミック（ＢａＴｉＯ３）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金等が挙げられる。
【００２６】
上述したような材料の中でも、ＩＴＯ、カーボン系材料、ＢａＴｉＯ３等、自己温度調節機能（ＰＴＣ）を有する材料が好ましい。自己温度調節機能を有する材料を用いることにより、例えばサーモスタット等の温度制御装置等を介することなく温度調節が可能である。また、温度制御装置を省略することができ、よって、定着装置１９の小型化、省電力化を図ることが可能になる。
【００２７】
また、自己温度調節機能を有する材料は、電圧を印加すると、ジュール熱により、当該材料自体の温度が上昇するが、一旦所定温度に到達すると電気抵抗が急激に高くなり、すなわち、電流が抑えられ、前記所定温度を維持することができる。このように、自己温度調節機能を有する材料は、所定温度以上に発熱することが防止され、安全性にも優れている。
【００２８】
発熱層２１３の厚さｔは、特に限定されないが、例えば、０．０１〜３．０μｍであるのが好ましく、０．０５〜１．０μｍであるのがより好ましい。厚さｔが前記下限値よりも薄い（小さい）場合、均一な膜形成が難しく、膜欠陥を生じるおそれがある。また、厚さｔが前記上限値よりも厚い（大きい）場合、熱サイクルによりクラックが生じる恐れがある。また、発熱層２１３の形成方法としては、特に限定されず、例えば、スプレー熱分解法、スパッタリング、ディッピング法等を用いることができる。
【００２９】
また、発熱層２１３の回転軸方向の両端部には、それぞれ、該発熱層２１３に通電する電極部としてのブラシ電極２１７が設けられている（図３参照）。これにより、定着ローラ２１が回転しているか否かによらず、発熱層２１３に確実に通電を行なうことができる。
図６に示すように、弾性層２１４は、発熱層２１３の表面の全周に渡って形成されている。
【００３０】
弾性層２１４の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムのような各種ゴム材料（特に加硫処理したもの）や、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマーが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００３１】
また、弾性層２１４の厚さは、加圧ローラ２２の弾性層２２３の厚さより小さいのが好ましい。これにより、図４に示すように、加圧ローラ２２側が凹状をなすようなニップ部Ｎを確実に形成することができる。
また、弾性層２１４の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、例えば、０．１〜３ｍｍであるのが好ましく、０．５〜１．５ｍｍであるのがより好ましい。
【００３２】
弾性層２１４の表面（外表面）は、その全周に沿って形成された表層（樹脂層）２１５で覆われている。
この表層２１５は、樹脂材料で構成されており、その材料としては、特に限定されないが、例えば、フッ素系のもの（例えばパーテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ））等が挙げられる。これにより、トナーが定着ローラ２１（表層２１５）に付着するのを防止することができる。
【００３３】
なお、表層２１５の厚さとしては、特に限定されず、例えば、１〜１００μｍであるのが好ましく、３０〜８０μｍであるのがより好ましい。
以上のように、定着装置１９では、発熱層２１３が定着ローラ２１の最外表面の近傍に位置しているため、熱効率を低下させずに発熱層２１３からの熱を記録媒体に確実に伝えることができる、すなわち、熱効率が高い状態を安定して維持することができる。
【００３４】
また、定着装置１９では、発熱層２１３が定着ローラ２１の最外表面の近傍に位置しているため、当該表面を迅速に加熱することができる、すなわち、クイックヒートが可能となる。定着装置１９では、１枚の紙（記録媒体）に印刷をする場合、通常、印刷開始から印刷終了までの時間を１５秒とすることができる。
また、発熱層２１３の全体としての形状が筒状をなしていることにより、定着ローラ２１の最外表面における温度ムラが生じるのを防止する、すなわち、温度分布を均一にすることができる。これにより、記録媒体に未定着像を安定して定着させることができる、すなわち、印字品質を向上させることができる。
【００３５】
また、定着装置１９では、従来のように熱源（加熱手段）としてハロゲンヒータを用いた場合よりも消費電力を抑えることができる。定着装置１９では、通常、消費電力を２００〜３００Ｗ程度とすることができる。
また、例えばはがきのような小型の用紙が定着装置１９を通過した場合であっても、発熱層２１３が自己温度制御機能を有する材料で構成されているため、定着ローラ２１の中心軸方向の端部が過剰に熱せられるのが防止される。これにより、定着ローラ２１の温度調整によるスタンバイ時間を省略することができ、よって、連続通紙（連続印刷）を行なうことができる。
【００３６】
なお、ローラ本体２１０は、金属製の筒体２１１と絶縁層２１２とで構成されたものであるのに限定されず、例えば、全体として絶縁性材料で構成されたものであってもよい。
また、回転軸２１６は、図示のように、中空体で構成されているのに限定されず、中実体で構成されていてもよい。
また、発熱層２１３の電極部は、ブラシ電極２１７で構成されているのに限定されず、例えば、ベアリング電極またはローラ電極で構成されていてもよい。例えばベアリング電極は、ブラシ電極２１７よりも耐久性が高い傾向がある。
以上、本発明の定着装置および画像形成装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、定着装置および画像形成装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の定着装置を備えた本発明の画像形成装置の全体構成図である。
【図２】本発明の定着装置の一部破断面を示す斜視図である。
【図３】図２の定着装置の平面図である。
【図４】図２に示す加圧ローラおよび定着ローラの取付状態を示す側面図である。
【図５】図２に示す加圧ローラの断面図である。
【図６】図２に示す定着ローラの断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１……画像形成装置  ２……装置本体  ３……像担持体  ４……帯電装置  ５……露光装置  ６……ロータリー現像装置  ６Ｙ……イエロー用現像装置  ６Ｍ……マゼンタ用現像装置  ６Ｃ……シアン用現像装置  ６Ｋ……ブラック用現像装置  ６ａ……現像ローラ  ７……中間転写装置  ８……支持フレーム  ９……駆動ローラ  １０……従動ローラ  １１……中間転写ベルト  １２……一次転写ローラ  １３……転写ベルトクリーナ  １４……二次転写ローラ  １５……給紙カセット  １６……ピックアップローラ  １７……記録媒体搬送路  １９……定着装置  ２０……排紙トレイ  ２１……定着ローラ  ２１０……ローラ本体  ２１１……筒体  ２１２……絶縁層  ２１３……発熱層（面状ヒータ）  ２１４……弾性層  ２１５……表層  ２１６……回転軸  ２１７……ブラシ電極  ２２……加圧ローラ  ２２１……筒体  ２２２……回転軸  ２２３……弾性層  ２２４……表層  ２３……両面印刷用搬送路  ２４……ハウジング  ２５……軸受  ２６……加圧レバー  ２７……加圧スプリング  ２８……駆動ギヤ  ２９、３０……支持軸  ３１、３２……剥離部材  Ｎ……ニップ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006309073.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006309073.tif 000008