(57)【要約】【課題】定着動作時のウォームアップ時間を短縮することのできる定着装置を実現する。【解決手段】本発明の定着装置では、外部加熱装置８０により加熱される定着ローラ６０は、芯金６１とそれを覆う弾性層６２とを備え、さらに、芯金６１と弾性層６２との間に中空セラミックビーズ６６ａを含む断熱層６６を備える。【選択図】図１
2008216806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着部材と、加圧部材と、被加熱部材である該定着部材と該加圧部材との少なくとも一つを外部から加熱する外部加熱装置とを備え、上記定着部材と上記加圧部材とで記録材を挟持しながら搬送することで当該記録材上の未定着画像を当該記録材に定着させる定着装置において、
上記外部加熱装置により加熱される被加熱部材は、芯部材とそれを覆う弾性層とを備え、さらに、上記芯部材と上記弾性層との間に断熱層を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
上記断熱層は、外形１０〜１００μｍの中空ビーズを含有してい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】
上記断熱層は、弾性材料に上記中空ビーズを含有していることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
上記外部加熱装置は、少なくとも１本が内部に加熱源を有する複数の支持ローラと、該複数の支持ローラに回転可能に張架され、上記定着部材の周面に当接されるベルト部材とを備え、
上記内部に加熱源を有する支持ローラの芯金は、炭素繊維を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
上記定着部材または上記加圧部材の芯部材は、炭素繊維を含む金属からなることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項６】
上記内部に加熱源を有する支持ローラ以外の上記支持ローラは、炭素繊維を含む金属かからなることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項７】
上記外部加熱装置は、少なくとも１つに加熱源を有する複数の支持ローラと、該複数の支持ローラに回転可能に張架され、上記定着部材の周面に当接されるベルト部材とを備え、
上記ベルト部材が炭素繊維を含むことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置を備えてい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、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置、およびこれを備えた電子写真方式の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置は、一般的に、互いに圧接されたローラ対（定着ローラ及び加圧ローラ）からなる。このローラ対の両方或いはいずれか一方の内部に配置されたハロゲンヒータにより、ローラ対を所定の温度（定着温度）に加熱した後、未定着トナー画像が形成された記録紙を圧接部（定着ニップ部）に通過させて、熱と圧力によりトナー画像の定着を行う構成（熱ローラ定着方式を用いた構成）が多用されている。
【０００３】
特に、カラー用の定着装置においては、定着ローラ表層にシリコーンゴム等からなる弾性層を設けた弾性ローラを用いることが一般的である。
【０００４】
定着ローラを弾性ローラとすることで、定着ローラ表面が、未定着トナー画像の凹凸に対応して弾性変形し、トナー画像面を覆い包むように接触する。そのため、モノクロに比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー画像に対して良好に加熱定着を行うことが可能となる。また、定着ニップ部での弾性層の歪みを解放する効果があるため、モノクロに比べてオフセットしやすいカラートナーに対し離型性を向上することができる。さらに、定着ニップ部のニップ形状が上に凸（所謂、逆ニップ形状）となることから、記録紙の剥離性能が向上し、剥離爪等の剥離手段を用いずとも記録紙の剥離が可能となり（セルフストリップ）、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。
【０００５】
しかし、弾性層を具備させた定着ローラは、弾性層自体の熱伝導性が非常に劣る。そのため、定着ローラ内部に加熱手段を設けた場合、熱伝達効率が低下し、ウォームアップ時間が長くなったり、高速化した場合に定着ローラ温度が追従しなかったりするという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するものとして、定着ローラ表面に外部加熱装置を当接し、定着ローラを外部から加熱する構成（外部加熱定着方式）のものが知られている。特に、近年、外部加熱装置として、無端ベルトを用いた構成（外部ベルト加熱定着方式）が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００４−１９８６５９号公報（公開日：平成１６年０７月１５日）
【特許文献２】特開２００５−１８９４２７号公報（公開日：平成１７年０７月１４日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記外部ベルト加熱定着方式では、定着ローラ内部からの加熱が無く、定着ローラの芯金が十分加熱されていないと、定着時において芯金に熱が奪われて定着不良が生じてしまう。これを防ぐために定着ローラ内部からの加熱も必要となる。この場合、内部加熱だけの構成に比べてウォームアップ時間は短くなるものの、劇的な短縮が難しい要因となっていた。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、外部加熱定着方式において、定着動作時のウォームアップ時間を短縮することの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】
【０００９】
本発明に係る定着装置は、上記課題を解決するために、定着部材と、加圧部材と、被加熱部材である該定着部材と該加圧部材との少なくとも一つを外部から加熱する外部加熱装置とを備え、上記定着部材と上記加圧部材とで記録材を挟持しながら搬送することで当該記録材上の未定着画像を当該記録材に定着させる定着装置において、上記外部加熱装置により加熱される被加熱部材は、芯部材とそれを覆う弾性層とを備え、さらに、上記芯部材と上記弾性層との間に断熱層を備えることを特徴としている。
【００１０】
上記構成によると、外部加熱装置により加熱される被加熱部材では、芯部材と弾性層との間に断熱層を備えているので、芯金に奪われる熱量が減る。
【００１１】
外部加熱装置により定着部材を加熱する従来の定着装置では、定着部材の芯部材まである程度加熱しないと、定着時に芯部材に熱が奪われて温度低下が生じ、その結果、定着不良が生じていた。しかし、上記構成によると、芯金に奪われる熱量が減り、芯部材を加熱する必要がなくなるので、定着動作時の、ウォームアップ時間を短縮できる。また、外部加熱装置により加熱される被加熱部材の芯部材に奪われる熱量が低減するので、消費電力が減る。また該被加熱部材の内部からは加熱しなくてもよくなり、その分のコストを減少させることができる。
【００１２】
断熱層としては、例えば、シリコーンゴム中に中空ビーズを含有したもの、シリコーンゴム中に気泡を有して断熱性を高めた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム中にフェノール樹脂を分散したもの等が挙げられる。
【００１３】
従来、定着ローラとして、芯部材の周りに弾性層として発泡性シリコーンゴムを形成した発泡ゴムローラを用いるものがある。しかし、シリコーンゴムに気泡や中空ビーズ等を混入すると一般的にゴムがもろくなり、耐久性が劣る。よって、従来の発泡ゴムローラでは、定着ローラのように荷重をかけて回転するといったストレスの大きい使われ方をすると、ローラのロングライフ化が難しくなる。
【００１４】
これに対して、本発明では、弾性層と芯金との間に上記した断熱層を備えている。そのため、変形のより大きなローラの外側に、弾性層（例えば、何も混入していないゴム）を用いるので、耐久性に優れており、従来の発泡ゴムローラに比べてライフを伸ばすことができる。また断熱層によって、従来の発泡ゴムローラと同様に、芯部材に奪われる熱を減らすことができる。
【００１５】
また、本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記断熱層は、外形１０〜１００μｍの中空ビーズを含有していてもよい。
【００１６】
上記構成によると、ビーズの中空（真空）部分で熱伝導が抑制される。よって、芯部材へ伝わる熱を効果的に減らすことができる。
【００１７】
ここで、断熱層に空気層が含まれていることが好ましい。それは次の理由からである。断熱層に空気層が含まれていると、断熱層に弾性力が備わる。そのため、断熱層が設けられた被加熱部材が定着部材であって、圧力をかけられて使用されても、断熱層のビーズを割れにくくすることができる。
【００１８】
また、中空ビーズは熱伝導率が低く、熱容量が小さい真空ビーズが好ましい。またガラスビーズよりもセラミックビーズの方が割れにくく、断熱層が設けられた被加熱部材が定着部材であって、圧力をかけられて使用されても、有効に用いることができる。
【００１９】
また、本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記断熱層は、弾性材料に上記中空ビーズを含有していてもよい。
【００２０】
上記構成によると、断熱層は弾性材料により弾性を有する。断熱層にある程度弾性をもたせると、本来の弾性層を薄くしても同等の定着ニップ幅（定着部材と加圧部材とにより記録紙を圧接する部分の幅）を得ることができる。そして、弾性層が薄くなると、外部加熱装置により加熱する被加熱部材の熱容量が小さくなり、さらに、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【００２１】
また、本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記外部加熱装置は、少なくとも１つに加熱源を有する複数の支持ローラと、該複数の支持ローラに回転可能に張架され、上記定着部材の周面に当接されるベルト部材とを備え、上記内部に加熱源を有する支持ローラの芯金は、炭素繊維を含んでいてもよい。
【００２２】
上記構成によると、上記内部に加熱源を有する支持ローラの芯金は炭素繊維を含んでいるため、比重が下がり、熱容量が小さくなり、ウォームアップ時間が短縮できる。さらに熱伝導率がのみのものより向上するので、軸方向の熱均一化作用が生じ、小サイズ紙通紙時に問題となる端部昇温を低減できる。
【００２３】
また、本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記定着部材または上記加圧部材の芯部材は、炭素繊維を含む金属からなっていてもよい。
【００２４】
上記構成によると、上記定着部材または上記加圧部材の芯部材は、炭素繊維を含むことで比重が下がり、熱容量が小さくなる。よって、ウォームアップ時間を短縮できる。さらに熱伝導率が金属のみのものより向上するので、上記定着部材または上記加圧部材の芯部材の内部に加熱源がある場合、熱を均一化させやすくするので、小サイズ記録材の通紙時に問題となる端部昇温を低減できる。
【００２５】
また、本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記内部に加熱源を有する支持ローラ以外の上記支持ローラは、炭素繊維を含む金属からなっていてもよい。
【００２６】
上記構成によると、内部に加熱源を有する支持ローラ以外の支持ローラは、炭素繊維を含む金属から形成されているため、金属以上の熱伝導性が得られる。よって、当接する被加熱部材の記録紙搬送方向に直行する方向（被加熱部材がローラ形状であれは、その軸方向）の表面温度を効率よく均一化することができる。
【００２７】
また、本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記外部加熱装置は、少なくとも１つに加熱源を有する複数の支持ローラと、該複数の支持ローラに回転可能に張架され、上記定着部材の周面に当接されるベルト部材とを備え、上記ベルト部材が炭素繊維を含んでいてもよい。
【００２８】
上記構成によると、ベルト部材が炭素繊維を含んでいるので、ベルト部材の熱伝導性が向上し、ベルト加熱終了時のオーバーシュートを緩和することができる。さらに支持ローラの軸方向の熱均一化作用によって、小サイズ記録材の通紙時に問題となる端部昇温が低減できる。ここで、オーバーシュートとは、熱源から、支持ローラ、ベルト、被加熱部材に至る温度勾配によって、定着終了後のベルト停止時にベルト及び被加熱部材が一気に加熱される現象であり、被加熱部材が局所的な熱ダメージを受けてしまう。本発明の上記構成によると、ベルト部材の熱伝導性をよくすることができるので、オーバーシュートの熱をベルト面方向に分散でき、上記熱ダメージを解消することができる。
【００２９】
ここで、外部加熱装置により加熱される被加熱部材に接する部材に、上記した本発明の構成のように、炭素繊維を含むものを用いるのが好ましい理由について説明する。以下では、上記被加熱部材が定着部材である場合を例に取って説明する。
【００３０】
定着動作では幅の異なる記録材（例えば、Ａ４、Ｂ５、ハガキサイズなど）を、定着部材と加圧部材との間を通す。記録材が通る部分は記録材に熱が奪われて温度が下がるが、記録材が通らない部分は温度が上昇する。その結果、定着部材の軸方向には温度ムラが生じる。温度ムラが生じると、サイズの大きな記録材を通したときに光沢ムラが発生する。
【００３１】
従来は、定着部材の芯部材を通して軸方向に熱が移動して、温度ムラが緩和されていた。しかし、本発明のように断熱層を備えた定着部材では、そのような芯部材による熱移動の作用が小さいので、温度ムラが生じると解消しにくくなる場合もある。そこで、定着部材の表面に熱移動が容易な部材（炭素繊維を含む部材）を接することで、表面での温度ムラを解消することができる。
【００３２】
定着部材表面の温度の高い部分の熱ほど、定着部材に接する部材に多く移り、定着部材表面の温度ムラが緩和される。定着部材に接する部材に生じる温度ムラは、定着部材に接する部材の熱伝導が高ければ、軸方向に素早く均一化させることができる。こうして、定着部材の表面の温度を均一化させることができる。定着部材よりも温度が低い部材ほど、この作用は大きいので、定着部材より温度が低い部材である加圧部材の熱伝導性を向上させることが好ましい。よって、本発明のように、加圧部材の芯部材を、炭素繊維を含む金属とすると、熱伝導性が向上するために好ましい。
【００３３】
他方、定着部材よりも温度が高くなる部材の熱伝導性を高くすると、別の作用で定着部材表面の温度を均一化することができる。小サイズの記録材の定着において、ベルト部材や支持ローラの中央部は記録材に熱を奪われて温度が低下する。このときベルト部材や支持ローラの長手方向で温度ムラが生じる。上記した本発明の構成のように、ベルト部材や支持ローラが炭素繊維を含んでいると、ベルト部材や支持ローラの長手方向の熱伝導率が高くなり、温度が高い端部から温度が低い中央部へ熱が移動し、ベルトや支持ローラの温度ムラが解消される。よって、定着部材端部の温度上昇が緩和される。
【００３４】
本発明に係る画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記の何れかに記載の定着装置を備えたことを特徴としている。この場合においても上述した効果と略同一の効果を奏し、ウォームアップ時間を短縮し、すばやく画像を形成することができる。
【発明の効果】
【００３５】
以上のように、本発明の定着装置は、上記外部加熱装置により加熱される被加熱部材は、芯部材とそれを覆う弾性層とを備え、さらに、上記芯部材と上記弾性層との間に断熱層を備える。
【００３６】
上記構成によると、外部加熱装置により加熱される被加熱部材では、芯部材と弾性層との間に断熱層を備えているので、芯金に奪われる熱量が減り、芯部材を加熱する必要がなくなるので、定着動作において、ウォームアップ時間を短縮できる。また、外部加熱装置により加熱される被加熱部材の芯部材に奪われる熱量が低減するので、消費電力が減る。また該被加熱部材の内部からは加熱しなくてもよくなり、その分のコストを減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の一実施形態について説明する。まず、図２を参照して本実施形態の定着装置が備えられている画像形成装置１について説明する。図２は、画像形成装置１の内部構造を示した模式図である。画像形成装置１は、乾式電子写真方式のカラー画像形成装置であり、ネットワークを介して接続される各端末装置から送信される画像データまたはスキャナによって読み取られた画像データに基づいて、用紙（記録材、転写媒体、記録紙）Ｐに対してカラー画像またはモノクロ画像を形成するプリンタである。
【００３８】
画像形成装置１は、乾式電子写真方式かつ４連タンデム方式のカラープリンタであって、１次転写部５０、２次転写部３６、用紙搬送部３０、定着装置４０、供給トレイ２０を備えている。
【００３９】
１次転写部５０は、黄色画像転写部５０Ｙ、マゼンタ画像転写部５０Ｍ、シアン画像転写部５０Ｃ、黒画像転写部５０Ｂの各１次転写部から構成される。
【００４０】
各１次転写部５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、感光体ドラム５１を備えており、さらに、帯電器５２、現像ユニット５４、１次転写ローラ５５およびクリーニング装置５６を、感光体ドラムの周囲に沿って配置している。また、ＬＳＵ（レーザビームスキャナユニット）５３の筐体は、各１次転写部で共通となっている。
【００４１】
１次転写部５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの感光体ドラム５１は、感光性材料を表面に有するドラム形状の転写ローラであり、矢印Ｆ方向に回転駆動する。帯電器５２は、感光体ドラム５１の表面を一様（均一）に帯電するためのものである。
【００４２】
ＬＳＵ５３は、レーザユニット５３１、集光レンズ５３２、ミラー５３３を備えている。ＬＳＵ５３には、それぞれ画像データにおける黄色成分、マゼンタ成分、シアン成分および黒色成分に対応する画素信号が入力されるようになっている。そして、この入力された画像信号に基づいて、レーザユニット５３１から各ビームが出射され、集光レンズ５３２によって集光され、ミラー５３３にて折り返されて、帯電された感光体ドラム５１を露光し、静電潜像を生成するようになっている。
【００４３】
１次転写部５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの現像ユニット５４は、現像ローラ５７を有しており、それぞれ黄色、マゼンタ、シアン、黒色のトナー（現像剤）を備えている。そして、これらのトナーによって、感光体ドラム５１上に生成された静電潜像を現像し、トナー像（顕像）を生成する機能を有している。なお、上記の現像剤としては、例えば、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）等の現像剤を用いることができる。
【００４４】
１次転写部５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの１次転写ローラ５５は、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加されており、このバイアス電圧を１次転写ベルト３３に与えることによって感光体ドラム５１上のトナー像を１次転写ベルト３３に転写するためのものである。
【００４５】
１次転写部５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂのクリーニング装置５６は、用紙Ｐへの画像転写後に感光体ドラム５１上に残留しているトナーを除去するものである。以上のような、１次転写ベルト３３に対するトナー像の転写は、４色について４回繰り返される。なお、１次転写ベルト３３に付着した余分なトナーは、クリーニング装置５９により取り除かれるようになっている。
【００４６】
１次転写ベルト３３上に形成されたトナー像は、２次転写ベルト３４上に静電吸着された用紙Ｐに転写される。２次転写部３６の２次転写ローラ３５は、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加されており、このバイアス電圧を２次転写ベルト３４上の用紙Ｐに与えることによって、１次転写ベルト３３上のトナー像を用紙Ｐに転写するためのものである。
【００４７】
用紙Ｐは用紙搬送部３０及び２次転写部３６において、モノクロ画像形成時（モノクロモード）３５５ｍｍ／ｓ、カラー画像形成時（カラーモード）１７５ｍｍ／ｓ）に制御されて搬送されるようになっている。
【００４８】
そして２次転写部３６でトナー像が転写された用紙Ｐは、定着装置４０に搬送される。なお、２次転写によって用紙Ｐに転写された後のトナー像は、用紙Ｐに対して未定着の状態である。
【００４９】
定着装置４０は、用紙Ｐに転写された未定着のトナー像を当該用紙Ｐに熱圧着させるものである。具体的に、定着装置４０には定着ローラ（定着部材）６０と加圧ローラ（定着部材）７０とが備えられている。そして、２次転写部３６から所定の定着速度（プロセス速度；例えば、モノクロモード３５５ｍｍ／ｓ、カラーモード１７５ｍｍ／ｓ）および複写速度（１分あたりのコピー枚数；例えばＡ４横送りでモノクロモード７０枚/分、カラーモード４０枚／分）で搬送されてきた用紙Ｐは、定着ローラ６０と加圧ローラ７０との間に形成されている定着ニップ部（定着ローラ６０と加圧ローラとの当接部）Ｎに送り込まれる。さらに、定着ローラ６０と加圧ローラ７０とが用紙Ｐを挟持しながら搬送する。このとき、用紙Ｐ上のトナー像（未定着画像）は定着ローラ６０の周面の熱によって溶融し、定着ローラ６０と加圧ローラ７０とによって加圧されて、用紙Ｐに固定された堅牢な画像として定着する。なお、定着装置４０は、
そして、定着装置４０によってトナー像の定着処理が行われた後の用紙Ｐは、搬送ローラ４１にて搬送され、画像形成装置１の外部の排紙トレイ（不図示）に排出される。これにより、画像形成処理が終了する。
【００５０】
さらに、定着装置４０は、後述する外部加熱装置８０と、定着ローラ６０表面の残トナーを取り除くためのクリーニングウェブ４３が備えられている。クリーニングウェブ４３は、バックアップローラ４４によって定着ローラ６０に圧接している。また、定着装置４０は、定着ローラ６０、加圧ローラ７０、外部加熱装置８０、クリーニングウェブ４３を囲んで覆い、定着装置内部の熱が外部に伝わりにくくし外部を熱から保護するための定着カバー４２を備えている。また、外部加熱装置８０の周りには、外部加熱装置８０を支持するための外部加熱フレーム（外部加熱カバー）８７が備えられている。なお、この外部加熱フレーム８７は、外部加熱装置８０で発生する輻射熱からクリーニングウェブ４３を保護する役割も果たす。なお、定着装置４０の具体的構成については後で詳細に説明する。
【００５１】
また、画像形成装置１は、用紙Ｐに対して各１次転写部５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂが画像転写を行ってカラー画像（多色画像）を形成するカラーモード（多色モード）と、黒画像転写部５０Ｂのみが画像転写を行ってモノクロ画像（単色画像）を形成するモノクロモード（単色モード）とを実行できる。具体的に説明すると、画像形成装置１に備えられている制御部（制御用集積回路基板またはコンピュータ，不図示）は、利用者からの入力指示に応じて、カラーモードまたはモノクロモードのうちのいずれかのモードを選択し、選択したモードに応じた画像形成を実行するように各１次転写部５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂを制御するようになっている。
【００５２】
さらに、上記制御部は、カラーモード時においては、例えば、搬送速度３５５ｍｍ／Ｓ（プロセス速度ともいう）で用紙Ｐを搬送し、モノクロモード時においては、例えば、搬送速度１７５ｍｍ／Ｓで用紙Ｐを搬送するように画像形成装置１の用紙搬送手段（用紙搬送部３０，定着ローラ６０，加圧ローラ７０等）を制御する。
【００５３】
次に図１を用いて定着装置４０について具体的に説明する。図１に示すように、定着装置４０は、上述した定着ローラ（定着部材）６０および加圧ローラ（定着部材）７０の他、外部加熱装置８０を備えている。なお、ここでは図１で示した、定着ローラ６０の表面をクリーニングするためのクリーニングウェブ４３は図示していない。
【００５４】
定着ローラ６０は、図１に示されるＧ方向に回転するローラであり、金属製の中空円筒形状の芯金６１、この芯金６１の外周面を覆う断熱層６６、断熱層６６の外周面を覆う弾性層６２、弾性層６２を覆って形成される表層６３から構成される。
【００５５】
芯金６１は、本実施形態では、厚さ２ｍｍの鉄（Ｆｅ）からなっており、筒状の形状をしている。ただし、芯金６１の素材は、鉄に限定されるものではなく、例えば、アルミニウムやステンレス等からなるものであってもよい。また、厚さも上記に限定されない。断熱層６６は、本実施形態では、熱伝導率０．０３Ｗ／ｍ・Ｋで厚さ１ｍｍである。この断熱層６６の詳細については、後述する。弾性層６２は、本実施形態では、厚さ３ｍｍであって、耐熱性を有するシリコーンゴム（ＪＩＳ−Ａ硬度２０度）からなるものとするが、これに限定されない。また、表層６３は、本実施形態では、厚さ５０μｍのＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）チューブからなる。なお、表層６３の材料としては、耐熱性、耐久性に優れ、トナーとの離型性が優れているものであればよく、ＰＦＡの他、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系材料を使用してもよい。このような構成の定着ローラ６０の外形は、φ５０ｍｍとなっており、定着ローラ６０の表面硬度は７０度（アスカーＣ硬度）である。
【００５６】
図３に定着ローラ６０の断熱層６６の詳細を示す。断熱層６６はシリコーンゴムからなるバインダー６６ｂに中空セラミックビーズ（中空ビーズ）６６ａを混合させて形成している。中空セラミックビーズ６６ａの内部は真空になっており、熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋとなっており、シリコーンゴムの１／１０である。従来の外部加熱装置を用いた定着装置では、芯金６１を加熱しないと、定着時に、用紙Ｐに加えて芯金６１に奪われる熱によって定着不良が生じていた。しかし、本実施形態のように、断熱層６６を設けることで、芯金６１に奪われる熱量が減り、その結果、定着動作時のウォームアップ時間を短縮できる。ここで、断熱層６６の厚さとウォームアップ時間の関係を図４に示す。図４により、断熱層６６が１ｍｍあれば、ウォームアップ時間は約半分にすることができることがわかる。
【００５７】
また、シリコーンゴムからなるバインダー６６ｂに中空セラミックビーズ６６ａを混ぜることによって、断熱層６６が弾性を有し弾性層の役目を果たす。よって、定着ニップ部Ｎが増し、定着温度を下げることができる。断熱層として弾性が無くてもよい場合には、中空セラミックビーズ６６ａのバインダー６６ｂを自由に選ぶことができる。
【００５８】
また、断熱層６６は、アクリルシリコーン樹脂をバインダーとして、中空セラミックビーズと空気層とが入っていてもよい。断熱層に空気層が含まれていると、断熱層に弾性力が備わる。そのため、断熱層が設けられた被加熱部材が定着部材であって、圧力をかけられて使用されても、断熱層のビーズを割れにくくすることができる。
【００５９】
また、中空ビーズは熱伝導率が低く、熱容量が小さい真空ビーズが好ましい。またガラスビーズよりもセラミックビーズの方が割れにくく、断熱層が設けられた被加熱部材が定着部材であって、圧力をかけられて使用されても、有効に用いることができる。
【００６０】
本実施形態では、断熱層６６は、シリコーンゴム中に中空ビーズを含有したものとしたが、例えば、シリコーンゴム中に気泡を有して断熱性を高めた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム中にフェノール樹脂を分散したもの、であってもよい。
【００６１】
加圧ローラ７０は、図１に示すＨ方向に回転するローラであり、金属製の中空円筒形状の芯金７１、この芯金７１の外周面を覆う熱伝導層７６、さらにその外周面を覆う弾性層７２、弾性層７２を覆って形成される表層７３を備えている。
【００６２】
芯金７１は、本実施形態では、厚さ２ｍｍのアルミニウムからなる。ただし、芯金７１の素材は、アルミニウムに限定されるものではなく、鉄やステンレスからなるものであってもよく、また厚さの数値も上記に限定されない。
【００６３】
熱伝導層７６は、本実施形態では、シリコーンゴムとカーボン繊維の複合材からなり、厚さは２ｍｍである。この熱伝導層７６により、加圧ローラ７０の軸方向の熱伝導性が向上し、軸方向の温度ムラを解消することができる。上記カーボン繊維としてはピッチ系のカーボン繊維（繊維径７μｍ）を用い、熱伝導率は軸方向でシリコーンゴムのみの場合（熱伝導層を設けずに、芯金の上に弾性層を被服させた場合）の１０倍程度に向上させることが可能である。
【００６４】
弾性層７２は、本実施形態では、厚さ３ｍｍであって、耐熱性を有するシリコーンゴムからなる。表層７３は、本実施形態では、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブからなる。なお、表層７３の材料としては、耐熱性、耐久性に優れ、トナーとの離型性が優れるものであればよく、ＰＦＡの他、ＰＴＦＥ等のフッ素系材料を使用してもよい。このような構成の加圧ローラ７０の外径は、φ５０ｍｍであって、加圧ローラ７０の表面硬度は７０度（アスカーＣ硬度）である。
【００６５】
なお、加圧ローラ７０など加重がかかるローラの芯金７１に、金属（Ａｌなど）に炭素繊維が含まれるものを用いると、軸方向の熱均一化に加え、比重が小さいために、熱容量の低減により定着動作時のウォームアップ時間の短縮を図ることができる。
【００６６】
そして、加圧ローラ７０は、図示していない弾性部材（バネ）によって、定着ローラ６０に所定の荷重で圧接される。これにより、定着ローラ６０周面と加圧ローラ７０周面との間に定着ニップ部Ｎ（定着ローラ６０と加圧ローラ７０とが当接する部分）が形成される。また、加圧ローラ７０は、定着ローラ６０の回転に従動して定着ローラ６０とは逆方向（定着ニップ部における両ローラ表面の移動方向は同じ）に回転する。なお、本実施形態では、加圧ローラ７０は定着ローラ６０に従動回転する構成としているが、これに限らず、定着ローラ６０とは異なる回転駆動手段によって回転駆動される構成であってもよい。
【００６７】
また、芯金７１の内部には、電力供給によって熱輻射を行うヒータランプ（ハロゲンランプ）７４が設置されている。ヒータランプ７４は加圧ローラ７０の熱源であり、ヒータランプ７４に電力供給が行われると加圧ローラ７０表面が所定の温度に加熱されるようになっている。本実施形態では、加圧ローラ７０は、ヒータランプ７４を１本内蔵しているが、これに限らず、例えば、用紙サイズに応じて最適な温度分布を形成できるように、回転軸方向に発熱分布を分散した複数のヒータランプを用いてもよい。
【００６８】
ここで、加圧ローラ７０表面の温度は、当該周面の温度を検出するサーミスタ（図示せず）により、測定できるようになっている。このサーミスタは、例えば、加圧ローラ７０の長手方向中央部に接触するように配置してもよいし、加圧ローラ７０の長手方向端部（非通紙領域）に設置してもよい。また、ヒータランプを２本設置するなどして中央部と端部で発熱量が異なる場合等には、中央部と端部の両方に設置してもよい。
【００６９】
なお、本実施形態では、定着ローラ６０のゴム硬度（７０度）より加圧ローラ７０のゴム硬度（８０度）を高くしているが、これは、加圧ローラ７０と定着ローラ６０との間に形成される定着ニップ部Ｎを逆ニップ形状（加圧ローラ７０の形状は殆ど変わらず定着ローラ６０が若干凹む形態）にするためである。このようにして得られた定着ニップ部Ｎのニップ幅（定着ローラ６０の周方向に沿った幅）は、本実施形態では８ｍｍである。
【００７０】
ここで、加圧ローラ７０と定着ローラ６０との間の定着ニップ部Ｎを逆ニップ形状にしている理由を説明する。定着ニップ部Ｎが逆ニップ形状であると、定着ニップ部Ｎを通過した用紙Ｐは、加圧ローラ７０周面に沿った方向に排出されるため、用紙Ｐが定着ニップ部Ｎから排出される際に、自己剥離（剥離爪などの強制剥離補助手段を必要とせず紙のこしで剥離）し易くなるからである。なお、定着ローラ６０の表面硬度より加圧ローラ７０の表面硬度が低いと、定着ローラ６０と加圧ローラ７０との間の定着ニップ部Ｎは、定着ローラ６０の形状が殆ど変わらず加圧ローラ７０が若干凹む形態になり、定着ニップ部Ｎを通過した用紙Ｐは定着ローラ６０周面に沿った方向に排出される。そのため、自己剥離が生じにくい。
【００７１】
外部加熱装置８０は、第１支持ローラ（外部加熱ローラ）８１、第２支持ローラ（熱伝導ローラ）８２、外部加熱ベルト（ベルト部材）８３を備えている。なお、以下の説明において、第１支持ローラと第２支持ローラとを区別しない場合には、単に支持ローラと称する。外部加熱ベルト８３は、裏面（内周面）側が各支持ローラ８１・８２の周面に当接するように各支持ローラ８１・８２に張架されている。外部加熱ベルトは、定着ローラ６０に対して定着ニップ部Ｎの上流側に設けられており、支持ローラ８１・８２により、所定の押圧力で定着ローラ６０に圧接される。これにより、定着ローラ６０との間に加熱ニップ部ｎ（外部加熱ベルト８３と定着ローラ６０との当接部）が形成される。
【００７２】
また、外部加熱ベルト８３は、回転する定着ローラ６０の周面に当接することにより、定着ローラ６０に従動回転するようになっている。これにより、各支持ローラ８１・８２は、定着ローラ６０の回転方向と逆方向（図１のＫ方向）に回転する。つまり、定着ローラ６０の回転駆動装置（図示せず）により定着ローラ６０を回転駆動させると、外部加熱ベルト８３と定着ローラ６０とが接している部分での摩擦力によって外部加熱ベルト８３が定着ローラ６０に従動して移動し、支持ローラ８１・８２および外部加熱ベルト８３が回転するようになっている。
【００７３】
外部加熱ベルト８３は、例えば、φ３０ｍｍ、厚み０．１ｍｍのポリイミド製無端ベルトである。なお、ポリイミドからなる基材の表面に、離型層としてＰＴＦＥとＰＦＡがブレンドされたフッ素樹脂がコーティングされていてもよい。外部加熱ベルト８３の離型層の材料としては、耐熱性、耐久性に優れ、トナーとの離型性に優れていればよく、例えば、ＰＴＦＥあるいはＰＦＡを単独で使用してもよい。ただし、外部加熱ベルト８３の構成は、これに限定されるものではなく、ニッケル、ステンレス、鉄などの金属製のベルト部材を用いてもよい。さらに、外部加熱ベルト８３を高温脱酸素雰囲気で焼成したカーボングラファイトとすることで、熱伝導率を上記したポリイミドからなるベルトの１００倍以上にすることが出来、定着ローラ６０の軸方向の温度均一化がさらに容易になる。
【００７４】
第１支持ローラ８１は、内部に加熱源としてヒータランプ８４を有する外部加熱ローラである。第１支持ローラ８１は、例えばφ１６ｍｍであり、肉厚１ｍｍのアルミニウム製の芯金８６の表面に、離型層としてＰＴＦＥとＰＦＡがブレンドされたフッ素樹脂が例えば２０μｍ厚でコーティングされている。この離型層の材料としては、耐熱性、耐久性に優れ、トナーとの離型性に優れていればよく、例えば、ＰＦＡやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系材料を使用することができる。
【００７５】
第２支持ローラ８２は、熱伝導ローラであり、例えばφ１６ｍｍである。第２支持ローラ８２はアルミニウムとカーボン繊維との複合材かならなる。第２支持ローラ８２に、カーボン繊維とアルミニウムとを９００℃以上で高温焼成した高熱伝導材料を用いていることで、熱伝導率をアルミニウムのもみのものの３倍以上にすることが可能である。これによって、第２支持ローラ軸方向の温度ムラを解消することが出来、定着ローラ６０表面温度を定着ローラ６０軸方向に均一化することができる。この効果を図５に示す。図５は、定着ローラに断熱層を設けず、加圧ローラに熱伝導層を設けず、第２支持ローラは第１支持ローラと同じく芯金の内部に熱源を有するように構成された、従来の定着装置（従来例）と、本実施形態の定着装置（実施例）とについて、定着ローラの表層温度を比較した結果を示すグラフである。Ａ３幅の定着ローラ６０にＡ４縦用紙を定着したとき、用紙Ｐが通過しない部分は、用紙Ｐに熱が奪われないので温度が上昇（端部昇温）するのがわかる。本実施形態の定着装置では、熱伝導層７６及び第２支持ローラ（熱伝導ローラ）を導入しているため、熱の均一化を図ることができ、図５からわかるように、端部昇温を抑えることができる。
【００７６】
また、各支持ローラ８１・８２は、定着ローラ６０の周面に所定の荷重で押圧される。これにより、外部加熱ベルト８３表面は定着ローラ６０周面に接触し、外部加熱ベルト８３表面と定着ローラ６０周面との間に加熱ニップ部ｎが形成される。
【００７７】
外部加熱ベルト８３における第１支持ローラ８１との接触部の外面には、この外部加熱ベルト８３の表面温度を検出するサーミスタ（図示せず）が接触している。また、第１支持ローラ８１内部には、電力供給によって発熱するヒータランプ（ハロゲンランプ）８４が設けられている。ヒータランプ８４は外部加熱ベルト８３の熱源であり、ヒータランプ８４に電力供給が行われると、ヒータランプ８４から熱が輻射され、第１支持ローラ８１を介して外部加熱ベルト８３が所定の温度に加熱される。そして、外部加熱ベルト８３は、定着ローラ６０の外部から定着ローラ６０周面に接触しているため、この接触箇所を介して定着ローラ６０周面を加熱することができる。本実施形態では、上記のような２本の薄肉小径の支持ローラ８１・８２と薄膜の外部加熱ベルト８３とを用いているため、外部加熱ベルト８３の温度を早く昇温させることができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、外部加熱装置８０の支持ローラは２本あり、そのうちの片方に加熱源が設けられているが、外部加熱装置８０の支持ローラの数は限定されず、その中の少なくとも１つに加熱源を有していればよい。
【００７９】
なお、上記外部加熱装置８０が、加圧ローラ７０を加熱するように設けられていてもよく、この場合、ヒータランプ７４がなければ、芯金７１と弾性層７２との間には、熱伝導層７６の代わりに断熱層が形成されていればよい。また、この場合、定着ローラ６０の芯金６１には、金属（Ａｌなど）に炭素繊維が含まれるものを用いると、熱伝導性が向上するため、好ましい。
【００８０】
さらに、図示しないが、定着装置４０は、定着ローラ６０を回転駆動する回転駆動装置、ヒータランプ７４・８４に接続し、これらヒータランプ７４・８４に加熱のための電力を供給する加熱電力供給部を備えている。また、加圧ローラ７０や外部加熱装置８０の表面温度を測定するサーミスタの温度検出結果や画像形成モード等に基づいて、上記加熱電力供給部からヒータランプ７４・８４への供給電力を切り替えることで、ヒータランプ７４・８４の発熱量を制御し、外部加熱ベルト８３、定着ローラ６０、加圧ローラ７０の温度を所定の温度となるよう制御する、温度制御部等を備えている。
【００８１】
さらに、外部加熱装置８０に備えられる支持ローラ８１・８２と定着ローラ６０との相対位置を変化させ、外部加熱ベルト８３と定着ローラ６０との接触幅（加熱ニップ幅）を変化させて、外部加熱装置８０から定着ローラ６０への熱供給量を調整する外部加熱装置移動装置を備えていてもよい。
【００８２】
また、本実施形態では１次転写ベルトと２次転写ベルトとを用いる画像形成装置について説明したが、画像形成装置の構成はこれに限るものではない。本発明は、電子写真方式の画像形成装置であれば適用でき、例えば、搬送ベルトを用いて用紙を搬送する構成であってもよく、感光体から用紙Ｐに転写する構成であってもよい。また、単色画像を形成するものであっても、多色画像を形成するものであってもよい。
【００８３】
また、上記各実施形態では、ローラ形状の定着部材（定着ローラ）および加圧部材（加圧ローラ）を用いているが、これに限るものではない。
【００８４】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態において開示された各技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、例えば、プリンタ、複写機、ファクシミリ、ＭＦＰ（Multi Function Printer）等の電子写真方式の画像形成装置に備えられる定着装置に、また、その画像形成装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる定着装置の構成を示す図である。
【図２】上記定着装置を備えた画像形成装置の構成を示す図である。
【図３】上記定着装置の定着ローラの構成を示す図である。
【図４】上記定着ローラの断熱層の厚みとウォームアップ時間との関係を示す図である。
【図５】本実施形態の定着装置と従来の定着装置とにおいて、定着ローラの表層温度を比較したグラフを示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１        画像形成装置
４０      定着装置
６０      定着ローラ（定着部材、被加熱部材）
６１      芯金（芯部材）
６２      弾性層
６３      表層
６６      断熱層
６６ａ    中空セラミックビーズ
６６ｂ    バインダー
７０      加圧ローラ（加圧部材、被加熱部材）
７１      芯金（芯部材）
７２      弾性層
７６      熱伝導層
８０      外部加熱装置
８１      第１支持ローラ（支持ローラ）
８１      第２支持ローラ（支持ローラ）
８３      外部加熱ベルト（ベルト部材）
【図１】
2008216806.tif 000003
【図２】
2008216806.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008216806.tif 000006
【図５】
2008216806.tif 000007