(57)【要約】【課題】省電力化が可能で、ウォームアップタイムを短縮できるヒートロールを提供する。【解決手段】画像形成装置に使用されるヒートロール９２は、絶縁パイプ８１と、抵抗発熱体層８２と、離型層８３と、を備える。絶縁パイプ８１は、電気絶縁性を有する。抵抗発熱体層８２は、絶縁パイプ８１の外周側に配置され、電圧の印加によって発熱する。抵抗発熱体層８２は、例えば、モリブデン珪化物、タングステン珪化物等で形成される。離型層８３は、抵抗発熱体層８２を被覆している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性を有する耐熱絶縁層と、
前記耐熱絶縁層の外周側に配置され、電圧の印加によって発熱する抵抗発熱体層と、
を備えることを特徴とするヒートロール。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートロールであって、
前記抵抗発熱体層は、耐酸化性、密着性及び硬度を有することを特徴とするヒートロール。
【請求項３】
請求項２に記載のヒートロールであって、
前記抵抗発熱体層はモリブデン珪化物又はその合金であることを特徴とするヒートロール。
【請求項４】
請求項２に記載のヒートロールであって、
前記抵抗発熱体層はタングステン珪化物又はその合金であることを特徴とするヒートロール。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載のヒートロールであって、
前記抵抗発熱体層が負の温度特性を有することを特徴とするヒートロール。
【請求項６】
請求項５に記載のヒートロールであって、
前記抵抗発熱体層はモリブデン原子と珪素原子を含んで構成されており、モリブデンに対する珪素の原子数比が２．２より大きく３．０以下であることを特徴とするヒートロール。
【請求項７】
請求項１から６までの何れか一項に記載のヒートロールであって、
前記耐熱絶縁層は、ポリイミド系耐熱樹脂、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、又はポリテトラフルオロエチレンで構成されることを特徴とするヒートロール。
【請求項８】
請求項１から７までの何れか一項に記載のヒートロールであって、
前記抵抗発熱体層が離型層によって被覆されていることを特徴とするヒートロール。
【請求項９】
請求項８に記載のヒートロールであって、
前記離型層は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又はポリテトラフルオロエチレンで構成されていることを特徴とするヒートロール。
【請求項１０】
請求項１から８までの何れか一項に記載のヒートロールであって、
前記耐熱絶縁層の内周側に配置された断熱層を備えることを特徴とするヒートロール。
【請求項１１】
請求項１０に記載のヒートロールであって、
前記断熱層は、発泡シリコン、ウレタンフォームにシリコンを含浸させた含浸体、アラミド系フェルト、アラミド系ブラシ、又は高強度中空セラミックスを含むことを特徴とするヒートロール。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載のヒートロールであって、
前記断熱層と前記耐熱絶縁層との間に、温度によって電気抵抗値が変化する測温抵抗部が配置されていることを特徴とするヒートロール。
【請求項１３】
請求項１２に記載のヒートロールであって、
前記測温抵抗部は、電気絶縁性を有するシート上に材料をパターニングすることで構成されていることを特徴とするヒートロール。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載のヒートロールであって、
前記測温抵抗部は面状に形成されるか、又は複数箇所に配置されることを特徴とするヒートロール。
【請求項１５】
請求項１から１４までの何れか一項に記載のヒートロールによって記録媒体にトナーを定着させる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、主要には、加熱装置に用いられるヒートロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、電子写真式の画像形成装置に用いられる熱ローラ定着式の定着装置（加熱装置）を開示する。この特許文献１の定着装置はヒートロールとプレスローラとを圧接してニップ部を形成し、このニップ部を通過する用紙（シート）を加熱及び加圧することで、トナーを用紙に定着させる構成になっている。特許文献１の構成では、ヒートロールは円筒状に構成されるとともに、その内部には熱源としてのハロゲンランプが配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５７８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に開示されるようなハロゲンランプ内蔵型のヒートロールは、ローラを内部から加熱する構成であるため、加熱を開始してからローラ表面が必要な温度に上昇するまでの時間が長くなってしまい、ウォームアップタイムの短縮という観点で改善の余地があった。また、熱源が円筒状のローラの内周側に配置されているためにローラ表面の効率的な加熱ができず、省エネルギーの観点からも改善の余地が残されていた。
【０００５】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、省電力化が可能で、ウォームアップタイムを短縮できるヒートロール及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及び効果】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００７】
本発明の第１の観点によれば、以下の構成のヒートロールが提供される。即ち、このヒートロールは、耐熱絶縁層と、抵抗発熱体層と、を備える。前記耐熱絶縁層は、電気絶縁性を有する。前記抵抗発熱体層は、前記耐熱絶縁層の外周側に配置され、電圧の印加によって発熱する。
【０００８】
この構成のヒートロールは、電圧の印加によって表面近傍だけが発熱する。従って、対象物を加熱するのに必要な電力を低減できるとともに、ウォームアップタイムを低減することができる。また、耐熱絶縁層が電気絶縁性を有しているので、抵抗発熱体層に電圧を印加しても、回路が耐熱絶縁層を介してショートすることがない。これにより、ヒートロールの構成を簡素化できる。
【０００９】
前記のヒートロールにおいては、前記抵抗発熱体層は、耐酸化性、密着性及び硬度を有することが好ましい。
【００１０】
これにより、高温時の抵抗劣化を抑制できるとともに、抵抗発熱体層の剥離を防止できる。従って、ヒートロールの長寿命化を実現できる。
【００１１】
前記のヒートロールにおいては、前記抵抗発熱体層がモリブデン珪化物又はその合金であるように構成することができる。
【００１２】
あるいは、前記のヒートロールにおいては、前記抵抗発熱体層がタングステン珪化物又はその合金であるように構成することもできる。
【００１３】
これにより、耐久性の高いヒートロールを提供することができる。
【００１４】
前記のヒートロールにおいては、前記抵抗発熱体層が負の温度特性を有することが好ましい。
【００１５】
この構成のヒートロールでは、抵抗発熱体層において局所的な温度低下が発生すると、その部分の電気抵抗が上昇して加熱が促進されるので、結果として温度ムラが是正される。この結果、ヒートロールの表面を均一に加熱することができる。
【００１６】
前記のヒートロールにおいては、前記抵抗発熱体層はモリブデン原子と珪素原子を含んで構成されており、モリブデンに対する珪素の原子数比が２．２より大きく３．０以下であることが好ましい。
【００１７】
これにより、負の温度特性を有する抵抗発熱体層を容易に実現することができる。また、モリブデンに対する珪素の原子数比を変更することで、目的や用途等に応じて様々な温度特性を有する抵抗発熱体層を提供することができる。
【００１８】
前記のヒートロールにおいては、前記耐熱絶縁層は、ポリイミド系耐熱樹脂、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、又はポリテトラフルオロエチレンで構成されることが好ましい。
【００１９】
これにより、良好な機械的強度と耐熱性を実現することができる。
【００２０】
前記のヒートロールにおいては、前記抵抗発熱体層が離型層によって被覆されていることが好ましい。
【００２１】
これにより、ヒートロールを例えば電子写真式の画像形成装置に用いた場合に、いわゆるトナーオフセットを防止することができる。
【００２２】
前記のヒートロールにおいては、前記離型層は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又はポリテトラフルオロエチレンで構成されていることが好ましい。
【００２３】
これにより、ヒートロールを例えば電子写真式の画像形成装置に用いた場合に、良好な画質を実現することができる。
【００２４】
前記のヒートロールにおいては、前記耐熱絶縁層の内周側に配置された断熱層を備えることが好ましい。
【００２５】
これにより、ヒートロールの機械的強度を更に向上させることができる。また、断熱層の断熱作用により、抵抗発熱体層からの熱がヒートロールの内部に逃げることを防止できる。
【００２６】
前記のヒートロールにおいては、前記断熱層は、発泡シリコン、ウレタンフォームにシリコンを含浸させた含浸体、アラミド系フェルト、アラミド系ブラシ、又は高強度中空セラミックスを含むことが好ましい。
【００２７】
これにより、簡素な構成で、ヒートロールの良好な機械的強度を実現できる。
【００２８】
前記のヒートロールにおいては、前記断熱層と前記耐熱絶縁層との間に、温度によって電気抵抗値が変化する測温抵抗部が配置されていることが好ましい。
【００２９】
これにより、測温抵抗部を抵抗発熱体層に近接させて配置できるので、精度の良い温度測定が可能になる。
【００３０】
前記のヒートロールにおいては、前記測温抵抗部は、電気絶縁性を有するシート上に材料をパターニングすることで構成されていることが好ましい。
【００３１】
これにより、測温抵抗部の簡素な構成を実現できる。
【００３２】
前記のヒートロールにおいては、前記測温抵抗部は面状に形成されるか、又は複数箇所に配置されることが好ましい。
【００３３】
これにより、抵抗発熱体層の温度を広範囲にわたって測定することができる。
【００３４】
本発明の第２の観点によれば、前記のヒートロールによって記録媒体にトナーを定着させる画像形成装置が提供される。
【００３５】
これにより、省エネルギー性に優れ、ウォームアップタイムも短縮できる画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係るコピーファクシミリ複合機の外観斜視図。
【図２】複合機の本体の内部を示す正面断面図。
【図３】複合機の定着部の構成を示す断面図。
【図４】第１実施形態のヒートロールを示す模式断面図。
【図５】（ａ）ヒートロールを示す模式的な断面図。（ｂ）抵抗発熱体層を抵抗体の直列接続回路として表したモデル図。
【図６】第２実施形態のヒートロールを示す模式断面図。
【図７】第３実施形態のヒートロールを示す模式断面図。
【図８】測温抵抗体付きのシートを絶縁パイプに取り付ける作業を示す概念図。
【図９】図７のＡ−Ａ断面矢視図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るコピーファクシミリ複合機５０１の外観斜視図である。図２は、複合機５０１の本体の内部を示す正面断面図である。図３は、複合機５０１の定着部９１の構成を示す断面図である。図４は、第１実施形態のヒートロール９２を示す模式断面図である。
【００３８】
図１の外観斜視図に示すように、画像形成装置としてのコピーファクシミリ複合機５０１は、フラットベッドスキャナ及びオートドキュメントフィードスキャナとして機能する画像読取部５１１と、コピー部数やファクシミリ送信先等を指示するための操作パネル５１２と、記録媒体としての用紙（シート）に画像を形成する画像形成部等を内蔵した本体５１３と、前記用紙を順次供給する給紙カセット５１４と、を備えている。
【００３９】
コピーファクシミリ複合機５０１は、本体５１３の正面側（前記操作パネル５１２が設けられている側）にフロントカバー５２１を備えるとともに、一側の側面にジャムアクセスカバー５２２を備えている。これらフロントカバー５２１及びジャムアクセスカバー５２２は開閉可能に設けられており、例えばメンテナンス作業等を行う場合にはこれらのカバー５２１，５２２を開放することで、本体５１３の内部にアクセスすることができる。
【００４０】
図２には、コピーファクシミリ複合機５０１が備える本体５１３の内部の様子が示されている。この図２に示すように、複合機５０１は、用紙１００を供給する給紙カセット５１４を本体５１３の下部に備えている。この給紙カセット５１４は装置正面側（図２の紙面手前側）に引出し可能に構成されている。給紙カセット５１４の上方には画像形成部１１が配置され、更にその上には定着部（定着装置、加熱装置）９１及び排紙トレイ５１５が備えられている。
【００４１】
本体５１３の内部には、給紙カセット５１４から排紙トレイ５１５へ用紙１００を搬送するための搬送路５３１が形成されている。この搬送路５３１は、給紙カセット５１４の一端側から上方に向かって延びて画像形成部１１に至り、更に上方へ延びて定着部９１を通過した後、水平方向へ湾曲して排紙トレイ５１５上に至るように構成されている。なお、図２では示していないが、前記排紙トレイ５１５の上方に前記画像読取部５１１及び操作パネル５１２が配置されている。
【００４２】
給紙カセット５１４は上方開放状に形成されており、その底部には板状のフラッパ５３２が回動可能に設けられている。用紙１００は、このフラッパ５３２の上に複数枚重ねて積層される。フラッパ５３２には、当該フラッパ５３２を上方へ押し上げるための図示しない付勢バネが取り付けられている。更に、フラッパ５３２の上方には給紙ローラ２１が配置されている。以上の構成で、フラッパ５３２が上方へ付勢された状態で前記給紙ローラ２１が駆動されることで、給紙カセット５１４内の最上層の用紙１００が分離されてピックアップされ、前記搬送路５３１に向けて送り出される。
【００４３】
搬送路５３１において前記給紙ローラ２１のすぐ下流側には、分離ローラ２２が配置されている。この分離ローラ２２は、それに対向配置されるローラとの間に用紙１００をニップしつつ駆動されることで、用紙１００を１枚ずつ分離する。分離ローラ２２の下流側にはレジストローラ２３が配置されている。このレジストローラ２３は、それに対向配置されるローラとの間に用紙１００をニップしつつ駆動されることで、用紙１００の斜行を矯正しつつ下流側の画像形成部１１へ搬送する。
【００４４】
画像形成部１１は、図２に示すように、感光ドラム１２の周囲に、帯電器１３と、ＬＥＤヘッド１４と、現像器１５と、転写ローラ１６と、クリーナ１７と、を配置した構成になっている。
【００４５】
感光ドラム１２は、その表面に有機感光体による光導電膜が形成されるとともに、図示しない電動モータによって回転駆動されるように構成されている。帯電器１３は、いわゆるスコロトロン帯電器と呼ばれる非接触のコロナ帯電方式のものに構成され、この帯電器１３によって感光ドラム１２の表面が均一に、例えば負に帯電されるようになっている。
【００４６】
露光器としてのＬＥＤヘッド１４は、前記帯電器１３より下流側（感光ドラム１２の回転方向の下流側をいう。以下、現像器１５、転写ローラ１６及びクリーナ１７の説明において同じ。）に配置されており、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用紙幅方向に多数並べて備えた構成となっている。このＬＥＤヘッド１４の表面には、屈折率分布型レンズを多数並べたレンズアレイが配置される。そしてＬＥＤヘッド１４は、電話回線を介して受信したファクシミリ原稿の画像データ、又は、画像読取部５１１で読み取った画像データ等に対応して選択的に発光する。この結果、感光ドラム１２の表面が選択的に露光され、露光部分の電荷エネルギーが消失することで静電潜像が形成される。
【００４７】
現像器１５は前記ＬＥＤヘッド１４の下流側に配置されている。この現像器１５は、トナーとキャリアとを現像剤として用いる２成分現像方式に構成されている。具体的には、現像器１５は、合成樹脂製の現像剤容器３５と、この現像剤容器３５の内部に配置されたスクリュー形状の２つの撹拌部材３１，３２と、前記感光ドラム１２に対し僅かな隙間を形成しつつ近接配置されるとともに前記現像剤容器３５に支持される現像剤担持体３３と、この現像剤担持体３３の表面に近接して配置される規制ブレード３４と、を備えている。
【００４８】
撹拌部材３１，３２は回転駆動され、これによってトナーとキャリアとを均等に混合させつつ、２成分現像剤を現像剤容器３５内で循環させるように構成されている。また、現像剤担持体３３は非磁性体の材料で筒状に形成され、円柱状の磁気体３６の外側に回転可能に嵌合される。そして、内部の磁気体３６は、その磁気によって２成分現像剤を現像剤担持体３３の表面に吸着し、この状態で現像剤担持体３３を回転させることで、２成分現像剤は現像剤担持体３３の表面に保持されつつ感光ドラム１２側へ送られる。なお、現像剤担持体３３の表面の２成分現像剤の厚みは、前記規制ブレード３４によって均一となるよう規制される。
【００４９】
その後、感光ドラム１２と現像剤担持体３３との近接部分において、現像剤担持体３３の表面の２成分現像剤のうちトナーが、前記ＬＥＤヘッド１４による露光部に相当する部分においてのみ、感光ドラム１２の表面へ選択的に移動する。この結果、感光ドラム１２の表面上に、前記静電潜像に対応したトナー像が形成される。なお、２成分現像剤のうちキャリア、及び、感光ドラム１２側へ移動しなかった残りのトナーは、現像剤容器３５内に回収される。
【００５０】
転写ローラ１６は、前記現像器１５の下流側に配置されるとともに、感光ドラム１２から搬送路５３１を挟んで反対側に配置されている。また、この転写ローラ１６には電源からの所定の電圧が印加されている。従って、感光ドラム１２の表面に形成されたトナー像は、感光ドラム１２の回転によって転写ローラ１６側へ近づくように移動し、その電界吸引力によって用紙１００に転写される。
【００５１】
クリーナ１７は、前記転写ローラ１６の下流側に配置されており、転写ローラ１６の部分で用紙１００に転写されなかった残留トナーを除電するとともに、感光ドラム１２の表面から掻きとって貯留するように構成されている。
【００５２】
上記の画像形成部１１の構成のうち、少なくとも感光ドラム１２と、帯電器１３と、現像器１５と、クリーナ１７は、合成樹脂製のカートリッジに収容され、プロセスカートリッジ（プロセスユニット）５として構成される。この画像形成部１１においてトナー像が転写された用紙１００は、感光ドラム１２の回転によって、搬送路５３１の下流側の定着部９１へ送られる。
【００５３】
図２に示すように、定着部９１は、回転駆動されるヒートロール９２と、このヒートロール９２に対向して配置されるプレスローラ９３と、を備えている。プレスローラ９３は図略の付勢バネによってヒートロール９２に対して押し付けられている。この構成で、用紙１００がヒートロール９２とプレスローラ９３との間を通過すると、高温のヒートロール９２の熱及びプレスローラ９３による圧力によって、トナー像のトナーが融解して用紙１００に定着する。なお、定着部９１には、用紙１００がヒートロール９２に貼り付いたまま周囲に巻き付くことを防止するための分離爪９４が設けられている。
【００５４】
図２に示すように、定着部９１より下流側には搬送ローラ９５が設けられ、更に下流側には排紙ローラ９６が設けられる。この構成で、定着部９１から送られてきた用紙１００は、搬送ローラ９５とそれに対向配置される従動ローラとの間でニップされ、下流側に送られる。更に用紙１００は、排紙ローラ９６とそれに対向配置される従動ローラとの間でニップされて、前記排紙トレイ５１５上に排出される。
【００５５】
次に、定着部９１の詳細な構成を、拡大断面図である図３を参照して説明する。定着部９１は図３に示すように、前記ヒートロール９２及びプレスローラ９３を収容するハウジング５５を備える。このハウジング５５には、図示しないベアリングを介してヒートロール９２が回転可能に支持されるとともに、プレスローラ９３が軸受体５７を介して回転可能に支持される。
【００５６】
軸受体５７はハウジング５５に対してスライド可能に取り付けられており、軸受体５７とハウジング５５との間には付勢バネ５８が介在される。この付勢バネ５８のバネ力によって、プレスローラ９３がヒートロール９２に対して押し付けられる構成になっている。
【００５７】
次に、ヒートロール９２及びプレスローラ９３の詳細な構成について、図４を参照して説明する。図４は、第１実施形態のヒートロール９２を示す模式断面図である。図４に示すように、ヒートロール９２は、絶縁パイプ（耐熱絶縁層）８１と、抵抗発熱体層８２と、離型層８３と、を主要な構成として備えている。
【００５８】
絶縁パイプ８１は、電気絶縁性を有する合成樹脂（具体的にはポリイミド系の耐熱樹脂であって、例えば商品名「カプトン（登録商標）」と呼ばれるもの）によって、厚みが例えば０．０５ミリメートル程度である中空の円筒状に成形されている。ただし、絶縁パイプ８１の素材としては上記に限定されず、例えば、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、又はポリテトラフルオロエチレン等を用いても良い。また、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ガラス等強化ＰＰＳ、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ガラス等強化ＰＥＥＫ、トルロン（商品名、ポリアミド系）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）等を用いても良い。
【００５９】
抵抗発熱体層８２は、絶縁パイプ８１の外周面に一様な厚みで形成されている。この抵抗発熱体層８２は、厚みが例えば０．００３ミリメートル程度となるように薄膜状に形成されるものであり、その方法としては公知のスパッタリングを使用することが考えられる。この抵抗発熱体層８２の薄膜は、絶縁パイプ８１の外周面の全面に形成させる場合と、所定のパターンを形成するように一部のみに形成させる場合と、が考えられる。ただし、パターン化された抵抗発熱体層８２を形成する場合、薄膜を絶縁パイプ８１の外周面の全面にいったん形成させた後に、エッチングやリフトオフ法等の適宜の方法を用いて不要な部分を除去する方法で実現しても良い。
【００６０】
抵抗発熱体層８２の厚みは、薄膜堆積時間や、スパッタ源に投入する放電電力により調整することができる。また、スパッタリング処理時においては絶縁パイプ８１を一定の速度で回転させることで、均一な厚さの抵抗発熱体層８２を外周面に形成することができる。
【００６１】
なお、上述のように絶縁パイプは樹脂で構成されているので、熱による絶縁パイプの変形を防止するために、スパッタリングは低電力で行うことが好ましい。あるいは、絶縁パイプ自体を水冷等の方法で冷却しながらスパッタリングを行っても良い。また、前記ＰＢＩを絶縁パイプ８１の材料として用いる場合、当該ＰＢＩに抵抗発熱体層８２を良好に密着させるために、プラズマによる絶縁パイプ８１の温度上昇を２００℃以下に抑えることが好ましい。
【００６２】
更には、絶縁パイプ８１の厚みが薄い場合、スパッタリングによる薄膜堆積時に絶縁パイプ８１が変形することを防止すべく、当該絶縁パイプ８１の内部に金属、セラミックス等からなる芯材を挿入しておくことが好ましい。これにより、絶縁パイプ８１の形状を良好に保持することができる。
【００６３】
ヒートロール９２の軸方向の端部には図示しないロール電極がそれぞれ配置されており、当該ロール電極に抵抗発熱体層８２が電気的に接続されている。このロール電極は、例えば銀のスパッタ膜や銀ペーストで形成することが考えられる。この構成で、ヒートロール９２の一対のロール電極に電源からの電圧を印加することで、抵抗発熱体層８２を発熱させ、ヒートロール９２の表面を昇温させることができる。なお、絶縁パイプ８１は電気絶縁性を有しているので、当該絶縁パイプ８１の外周に抵抗発熱体層８２を直接形成して電圧を印加しても、回路がショートすることはない。
【００６４】
ここで、抵抗発熱体層８２とロール電極間の接触抵抗による接触部近傍の異常発熱の影響を軽減する観点から、前記ロール電極に対しては、直流ではなく交流電源を用いて通電するのが好ましい。
【００６５】
また、前記ロール電極に接触して電力を供給するための給電電極は、例えばバイメタルを用いることが好ましい。これにより、ヒートロール９２の温度が異常に上昇した場合でも、温度変化に伴ってバイメタルが変形することで給電電極がロール電極から離れるので、電力供給を自動的に遮断することができる。
【００６６】
この抵抗発熱体層８２の材料は、耐酸化性、絶縁パイプ８１に対する密着性、及び硬度を有することが好ましく、具体例としては、モリブデン珪化物、タングステン珪化物、タンタル珪化物、又はこれらを配合した金属珪化物とすることが好ましい。これにより、抵抗発熱体層８２を発熱させた場合における抵抗の劣化を抑制でき、また、絶縁パイプ８１からの抵抗発熱体層８２の剥離を防止することができる。ただし、抵抗発熱体層８２の材料としては、上記のほかにも、モリブデン、タングステン、タンタル、それらの合金、或いはそれぞれのゲルマニウム化合物を用いることもできる。また、ニクロム、カンタル（登録商標）、酸化スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛等によって抵抗発熱体層８２を形成する構成とすることもできる。
【００６７】
更には、抵抗発熱体層８２には、炭素、珪素、及びゲルマニウムのうち少なくとも１以上が添加されていることが好ましい。これにより、抵抗発熱体層８２の耐酸化性を更に向上させることができる。
【００６８】
また、抵抗発熱体層８２は、負の温度特性（即ち、高温になるに従って電気抵抗が減少する特性）を有することが好ましい。具体例としては、モリブデンと珪素で構成されたスパッタリングで得られた膜で、モリブデンに対する珪素の原子数比が２．２よりも大きく３．０以下であるものを用いると、負の温度特性を有する抵抗発熱体層を実現することができる。なお、発明者らの実験によれば、モリブデンに対する珪素の原子数比が２．２のときに温度係数が０となり、原子数比が２．２から３．０の範囲では温度係数が負の領域でほぼ直線的に変化し、３．０を上回ると温度係数が変化しなくなることが確認されている。従って、ヒートロール９２に要求される温度特性に応じて、珪素の原子数比を適宜選定すれば良い。
【００６９】
以下、本実施形態のように抵抗発熱体層８２が負の温度特性を有することによる効果について、詳細に説明する。抵抗発熱体層８２が負の温度特性を有している場合、抵抗発熱体層８２の温度が上がると電気抵抗値が低下するので供給電力が低下する一方、温度が下がると電気抵抗値が上昇するので供給電力が上昇することになる。従って、例えばヒートロール９２の表面温度が仮に局所的に低下したとしても、その部分における抵抗発熱体層８２の電気抵抗が上昇して強く発熱するようになるので、ヒートロール９２の表面温度ムラを抑制できる。この結果、ヒートロール９２で用紙１００を均一に加熱することができる。このように、抵抗発熱体層８２自体が温度調整機能を有しているので、温度調節のための制御回路を省略することができる。
【００７０】
図５（ａ）にはヒートロール９２の模式的な断面図が、図５（ｂ）には図５（ａ）の抵抗発熱体層８２のモデル回路が、それぞれ示されている。本実施形態のヒートロール９２では絶縁パイプ８１の外周面において抵抗発熱体層８２が一面に形成されており、その軸方向両端にロール電極が配置されている。従って、図５（ａ）の抵抗発熱体層８２をヒートロール９２の軸方向で３つに仮想的に分割することで、図５（ｂ）のように、３つの抵抗体Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が電気的に直列接続された回路モデルを考えることができる。そして、ヒートロール９２の表面温度が所定の温度まで均一に上昇していた状態では、電気回路モデルにおいて、抵抗体Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の電気抵抗値がそれぞれ４Ωであったとする。この場合、抵抗体Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は直列接続されているので、全体の抵抗値は１２Ωとなる。１００Ｖの電源を用いた場合、各抵抗体Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３には約８．３Ａの電流が流れるから、それぞれの抵抗体Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は約２７８Ｗずつの電力を消費することになる。
【００７１】
次に、図５（ａ）の鎖線に示すように、幅の小さい用紙１００がヒートロール９２の軸方向中央部分だけに接触することで、中央部分の抵抗体Ｒ２の部分だけ、抵抗発熱体層８２の温度が局所的に低下したとする。そして、この結果、抵抗体Ｒ２の電気抵抗値が４．４Ωに上昇したとする（抵抗体Ｒ１，Ｒ３の電気抵抗値は４Ωのままとする）。全体の抵抗値は１２．４Ωとなるので、１００Ｖの電源を用いると各抵抗体Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３には約８．１Ａの電流が流れるから、抵抗体Ｒ２は約２８６Ｗの電力を消費し、抵抗体Ｒ１，Ｒ３は約２６０Ｗの電力を消費することになる。
【００７２】
このように、抵抗発熱体層８２が用紙１００と接触する部分（抵抗体Ｒ２に相当する部分）では供給電力が３％程度増大する一方、それ以外の部分（抵抗体Ｒ１，Ｒ３に相当する部分）では供給電力が逆に６．３％程度減少する。従って、全体として省電力化を図ることができる。
【００７３】
離型層８３は、抵抗発熱体層８２の表面を被覆するようにして、抵抗発熱体層８２の外周に配置されている。この離型層８３は、例えば、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、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂で、厚みが例えば０．０３ミリメートル程度となるように構成されることが好ましい。このようにトナーに対して離型性の高い材料（表面エネルギーが低く分子間凝集力の小さい材料）を離型層８３として用いることで、トナーのヒートロール９２表面への付着を効果的に防止し、形成される画像の画質を向上させることができる。
【００７４】
以上に示すように、本実施形態のコピーファクシミリ複合機５０１が備える定着部９１は、ヒートロール９２を備える。そして、ヒートロール９２は、絶縁パイプ８１と、抵抗発熱体層８２と、を備える。絶縁パイプ８１は、電気絶縁性を有する。抵抗発熱体層８２は、絶縁パイプ８１の外周側に配置され、電圧の印加によって発熱する。
【００７５】
この構成のヒートロール９２は、電圧の印加によって表面近傍だけが発熱することになる。従って、用紙１００を加熱するのに必要な電力を低減できるとともに、ウォームアップタイムを低減することができる。これにより、複合機５０１の省エネルギー性、及びファーストプリントタイムの短縮に貢献できる。また、絶縁パイプ８１が電気絶縁性を有しているので、抵抗発熱体層８２に電圧を印加しても、回路が絶縁パイプ８１を介してショートすることがない。これにより、ヒートロール９２の構成を簡素化できる。
【００７６】
また、本実施形態のヒートロール９２においては、抵抗発熱体層８２は、耐酸化性、密着性及び硬度を有しており、具体的には、モリブデン珪化物、タングステン珪化物、又はその合金で構成されている。
【００７７】
これにより、高温時の抵抗劣化を抑制できるとともに、抵抗発熱体層８２の剥離を防止できる。従って、耐久性に優れたヒートロール９２を提供することができる。
【００７８】
また、本実施形態のヒートロール９２においては、抵抗発熱体層８２が負の温度特性を有するように構成されている。
【００７９】
この構成により、抵抗発熱体層８２において局所的な温度低下が発生しても、その部分の電気抵抗が上昇して加熱が促進されるので、結果として温度ムラが是正される。この結果、ヒートロール９２の表面を均一に加熱することができる。
【００８０】
また、本実施形態のヒートロール９２においては、抵抗発熱体層８２はモリブデン原子と珪素原子を含んで構成されており、モリブデンに対する珪素の原子数比が２．２より大きく３．０以下となっている。
【００８１】
これにより、負の温度特性を有する抵抗発熱体層８２を容易に実現することができる。また、モリブデンに対する珪素の原子数比を変更することで、使用する用紙１００の厚み等に応じて様々な温度特性を有する抵抗発熱体層８２を提供することができる。
【００８２】
また、本実施形態のヒートロール９２において、絶縁パイプ８１は、ポリイミド系耐熱樹脂で構成されている。
【００８３】
これにより、良好な機械的強度と耐熱性を実現することができる。
【００８４】
また、本実施形態のヒートロール９２において、抵抗発熱体層８２は離型層８３によって被覆されている。
【００８５】
これにより、定着部９１において、いわゆるトナーオフセットを防止することができる。
【００８６】
また、本実施形態のヒートロール９２において、離型層８３は、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又はポリテトラフルオロエチレンで構成されている。
【００８７】
これにより、良好なトナー定着が実現されるので、複合機５０１で形成される画像の画質を向上させることができる。
【００８８】
次に、第２実施形態のヒートロールについて説明する。図６は、第２実施形態のヒートロール９２ｘを示す模式断面図である。なお、第２実施形態（及び後述の第３実施形態）の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の構成には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【００８９】
本実施形態のヒートロール９２ｘにおいては、前述の第１実施形態のヒートロール９２と異なり、絶縁パイプ８１の内周側に適宜の厚みの断熱層８４が設けられている（図６を参照）。この断熱層８４の厚みは、例えば２ミリメートルとすることが考えられる。
【００９０】
この断熱層８４は一定の弾性を有しており、例えば、発泡シリコン、ウレタンフォームにシリコンを含浸させた含浸体、アラミドイミドのフェルト、又はアラミドイミドのブラシ等で構成されている。この断熱層８４は単独で設置されても良いが、例えば金属製の筒の外周面に固定された状態で設置することもできる。
【００９１】
また、断熱層８４が弾性を有しないように構成しても良く、この場合の断熱層８４としては、例えば高強度中空セラミックス（中空の微小球体を含むセラミックス）を用いることが考えられる。この断熱層８４により、ヒートロール９２ｘの機械的強度を効果的に向上させるとともに、そのロールとしての形状を安定的に保持することができる。
【００９２】
以上に説明したように、本実施形態のヒートロール９２ｘは、絶縁パイプ８１の内周側に配置された断熱層８４を備えている。
【００９３】
これにより、ヒートロール９２ｘの機械的強度を更に向上させることができる。また、断熱層８４の断熱作用により、抵抗発熱体層８２からの熱がヒートロール９２ｘの内部に逃げることを防止できるので、省エネルギー性に優れる。
【００９４】
また、本実施形態のヒートロール９２ｘにおいて、断熱層８４は、発泡シリコン、ウレタンフォームにシリコンを含浸させた含浸体、アラミド系フェルト、アラミド系ブラシ、又は高強度中空セラミックスを含んで構成されている。
【００９５】
これにより、簡素な構成で、ヒートロール９２ｘの良好な機械的強度を実現できる。
【００９６】
次に、第３実施形態のヒートロールについて説明する。図７は、第３実施形態のヒートロール９２ｙを示す模式断面図である。図８は、測温抵抗体８５付きのシート８６を絶縁パイプ８１に取り付ける作業を示す概念図である。図９は、図７のＡ−Ａ断面矢視図である。
【００９７】
本実施形態のヒートロール９２ｙにおいては、前述の第２実施形態のヒートロール９２ｘと同様に、絶縁パイプ８１の内周側に断熱層８４が備えられている。そして、断熱層８４と絶縁パイプ８１との間に挟まれるようにして、複数の測温抵抗体（測温抵抗部）８５が配置されている。
【００９８】
この測温抵抗体８５は面状に形成されており、具体的には、金属材料（例えば白金、ニッケル、タングステン、モリブデン等）からなる薄膜を、電気絶縁性及び可撓性を有するシート状の基材の表面に所定のパターンに従って形成することで実現することができる。なお、上記の金属材料としては、耐酸化特性に優れており抵抗温度係数が大きいもの、具体的には白金、ニッケル等を用いることが好ましい。また、測温抵抗体が配置されるシート状の基材は、絶縁パイプ８１と同一の材料であっても良いし、異なる材料であっても良いが、例えばポリイミドシートを採用することができる。
【００９９】
また、シート状の基材の表面にパターンを形成する方法としては、スパッタリング法や真空蒸着法を用いることが考えられる。このパターンを形成するときの厚みは、得たい抵抗値に応じて適宜調整すべきであるが、例えば０．１μｍ〜１μｍ程度とすることができる。
【０１００】
次に、図８（ａ）の太線矢印に示すように、上記のようにして得られた測温抵抗体８５付きのシート（基材）８６を円筒状に丸めて絶縁パイプ８１の内部に挿入し、シート８６が図８（ｂ）に示すように絶縁パイプ８１の内周面に密着するように配置する。これにより、絶縁パイプ８１をシート８６が内側から支える形となるので、ヒートロールの機械的強度を増大させることができる。また、温度測定のために局部的に熱が奪われることが防止され、少量の熱負荷で温度を測定することができる。なお、図８（ａ）では測温抵抗体８５が内周側となるようにシート８６を丸めているが、測温抵抗体８５が外周側となるようにシート８６を丸めて絶縁パイプ８１に挿入しても良い。
【０１０１】
また、図８（ａ）では説明の便宜のため測温抵抗体８５を１つしか図示していないが、本実施形態では、図９に示すように、測温抵抗体８５がヒートロール９２ｙの軸方向に複数配置されている。これにより、抵抗発熱体層８２が配置されている領域の温度を広い範囲で測定できるので、例えば、ヒートロール９２ｙの表面における温度分布の傾向を得ることができる。ただし、測温抵抗体８５の数及び配置は任意であって、測温抵抗体を例えば周方向に複数配置するように構成することもできる。また、単一の広い面状の測温抵抗体を配置するように構成することもできる。
【０１０２】
なお、本実施形態では、前記断熱層８４が弾性を有するように構成されている。これにより、断熱層８４の弾性力によって測温抵抗体８５が絶縁パイプ８１の内周面に押し付けられて良好に密着するので、応答速度及び測定精度を向上させることができる。
【０１０３】
以上に説明したように、本実施形態のヒートロール９２ｙにおいては、断熱層８４と絶縁パイプ８１との間に、温度によって電気抵抗値が変化する測温抵抗体８５が配置されている。
【０１０４】
これにより、測温抵抗体８５を抵抗発熱体層８２に近接させて配置できるので、精度の良い温度測定が可能になる。
【０１０５】
また、本実施形態のヒートロール９２ｙにおいて、測温抵抗体８５は、電気絶縁性を有するシート８６上に材料をパターニングすることで構成されている。
【０１０６】
これにより、測温抵抗体８５の簡素な構成を実現できる。
【０１０７】
また、本実施形態のヒートロール９２ｙにおいて、測温抵抗体８５は面状に形成されており、当該ヒートロール９２ｙの複数箇所に配置されている。
【０１０８】
これにより、抵抗発熱体層８２の温度を広範囲にわたって測定することができる。
【０１０９】
なお、可撓性を有するシート状の基材に測温抵抗体８５を形成する代わりに、円筒状の基材に測温抵抗体を形成し、この円筒状の基材を絶縁パイプの内部に挿入するようにしても良い。また、測温抵抗体を、絶縁パイプ８１において前記抵抗発熱体層８２が形成されている側と反対側の面に直接形成しても良い。
【０１１０】
次に、上記の技術思想をより具体化した実施例について説明する。本実施例では、カプトン（登録商標、ポリイミド）を用いて円筒状に成形した絶縁パイプを用意した。この絶縁パイプの外径は２４ミリメートル、長さは約６０ミリメートルであった。
【０１１１】
次に、上記絶縁パイプの外周面に、発熱体をスパッタリングにより成膜した。この成膜工程は以下のように行った。即ち、二珪化タングステン（ＷＳｉ2）のみ、或いは二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）粉末と珪素の粉末を、モリブデンと珪素の原子数比が１：Ｘ（二珪化モリブデン粉末と珪素粉末の比は１：２−Ｘ）となるように計量し、メノウ乳鉢で乾式混合した。次に、この混合物を無酸素銅製の皿状のターゲットホルダに２５ＭＰａで加圧し、容量結合型平行平板型マグネトロンスパッタリング装置及び高周波電源を組み合わせたＲＦマグネトロンスパッタリング装置にセットした。
【０１１２】
次に、絶縁パイプを、イオン交換水、メタノール、アセトン、トリクロロエチレン、アセトン、メタノール、イオン交換水、更にイオン交換水の順で各５分間、超音波洗浄器で洗浄した。
【０１１３】
続いて、ターゲットから約１００ミリメートルの位置に回転可能に配置され、その軸線がターゲット面に対して平行に配置されたステンレス製回転軸に、絶縁パイプを固定した。そして、回転速度約１ｒｐｍで絶縁パイプをステンレス製回転軸とともに回転させながら、ＲＦマグネトロンスパッタリングを行った。スパッタリングは、放電周波数が１３．５６ＭＨｚ、放電電力が１５０Ｗ、放電時圧力が０．２７Ｐａ、アルゴン流量が６００ｍｌ／分の条件下で、２．５時間行った。これにより、絶縁パイプの表面に厚さ約１００μｍの発熱体（抵抗発熱層）が成膜された。
【０１１４】
その後、ロール電極を銀ペーストを用いて形成した。続いて、厚さ３０μｍのＰＦＡを３００℃でロールの表面にコートし、離型層を作成した。その後、筒状の絶縁パイプの内部に、フェルトを外周面に植え付けた金属パイプ（フェルトコア）を挿入した。
【０１１５】
以上の手順で作成されたヒートロールについて、発熱試験を行った。この試験の結果、本実施例のヒートロールは、電力密度５．４Ｗ／ｃｍ2の条件で通電すると、外周面の温度が１．２秒の間に２００℃まで高速に昇温できることが判った。
【０１１６】
次に、前記第３実施形態で説明した測温抵抗体を実際に作成し、その温度応答性について調べた。
【０１１７】
ヒートロールは、外径２４ミリメートル、長さ約６５ミリメートルのものを使用した。ヒートロールの外周面に抵抗発熱体層を配置し、当該抵抗発熱体の表面は、厚さ約３０μｍのフッ素樹脂系の熱収縮円筒フィルムによって被覆した。
【０１１８】
測温抵抗体は、可撓性のあるポリイミドシートの表面に、白金を厚さ５０μｍで所定のパターンに従ってスパッタリングすることで形成した。このポリイミドシートを円筒状に丸めてヒートロールの絶縁パイプの内部に差し込み、更に、断熱層としての弾性フェルトを外周面に巻き付けた金属パイプを差し込むことにより、弾性フェルトの弾性力によって測温抵抗体を絶縁パイプの内周面に密着させた。
【０１１９】
こうして得られたヒートロールのロール電極に対して７Ａの直流定電流を通電するとともに、その表面温度の変化を、前記測温抵抗体と、赤外線放射温度計によって計測した。すると、測温抵抗体は、応答速度１００ミリ秒以下の赤外線放射温度計に対しても遜色ない応答速度を有していることが判った。
【０１２０】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【０１２１】
薄膜状の抵抗発熱体層８２を形成する方法としては、上記のスパッタリングのほか、真空蒸着、ＰＶＤ、ＣＶＤ、溶射法、スプレー法、印刷法、ディップコーティング法等を用いることもできる。
【０１２２】
上記で示した絶縁パイプ８１、抵抗発熱体層８２、離型層８３、断熱層８４等の厚みは例示であって、実際はヒートロールの寸法、用途等に応じて適宜変更することができる。
【０１２３】
上記実施形態では、ヒートロールは電子写真式の画像形成装置における定着部に適用されているが、本発明のヒートロールは画像形成装置に限定されず、他の様々な装置に適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
８１  絶縁パイプ（耐熱絶縁層）
８２  抵抗発熱体層
８３  離型層
８４  断熱層
８５  測温抵抗体
９２，９２ｘ，９２ｙ  ヒートロール
５０１  コピーファクシミリ複合機（画像形成装置）
【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】
2011137973.tif 000009
【図８】
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【図９】
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