(57)【要約】【課題】画像形成装置の定着装置において、ウォームアップタイムを短縮でき、省電力性に優れるとともに、定着後のトナーに適度の光沢を付与でき、光沢感のある画像を形成可能なヒートローラを提供する。【解決手段】  定着装置に用いられるヒートローラ５２は、電気絶縁性を有する合成樹脂からなり、円筒形状を有するベース体３１を備える。ベース体３１の外周上には耐熱絶縁層３４が形成されるとともに、この耐熱絶縁層３４上には、複数本の線からなるパターン形状を有するように発熱体３５が形成される。この発熱体３５は電圧の印加により発熱するように構成しており、前記耐熱絶縁層３４と発熱体３５とによってフィルム状ヒータ３３が構成される。フィルム状ヒータ３３の上には弾性層３８が積層され、更に、トナーに対して高い離型性を有する離型層３７が積層される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを記録媒体上に定着させるための定着装置に用いられるヒートローラにおいて、
電気絶縁性を有する合成樹脂からなり、円柱形状又は円筒形状を有するベース体と、
このベース体の外周上に積層される電気絶縁層と、この電気絶縁層上に複数本の線からなるパターン形状を有するように形成されるとともに電圧の印加により発熱する発熱層と、を含む面状発熱体と、
この面状発熱体上に積層される弾性層と、
この弾性体上に積層され、トナーに対して高い離型性を有する離型層と、
を含むことを特徴とするヒートローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートローラであって、
前記弾性層はシリコンゴム層であることを特徴とするヒートローラ。
【請求項３】
請求項２に記載のヒートローラであって、
前記シリコンゴム層は発泡シリコーン層であることを特徴とするヒートローラ。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載のヒートローラと、このヒートローラの外周面に弾接するプレスローラと、を含むことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項４に記載の定着装置であって、前記プレスローラがスポンジのプレスローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
電子写真方式により記録媒体上に未定着のトナー画像を形成するための画像形成部と、請求項４又は５に記載の定着装置と、を含む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、トナーを記録媒体上に定着させるための定着装置に用いられるヒートローラの構成に関する。更には、上記のヒートローラを用いる定着装置及び画像形成装置に関する。
【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を開示する。この特許文献１の定着装置はヒートローラ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、ヒートローラ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。
【特許文献１】特開２００５−２５７８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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ラは、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。
【０００４】
本願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、ウォームアップタイムを短縮でき、省電力化が可能なヒートローラ、定着装置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】
【０００５】
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。
【０００６】
本発明の第１の観点によれば、トナーを記録媒体上に定着させるための定着装置に用いられるヒートローラの以下の構成が提供される。即ち、電気絶縁性を有する合成樹脂からなり、円柱形状又は円筒形状を有するベース体と、このベース体の外周上に積層される電気絶縁層と、この電気絶縁層上に複数本の線からなるパターン形状を有するように形成されるとともに電圧の印加により発熱する発熱層と、を含む面状発熱体と、この面状発熱体上に積層される弾性層と、この弾性体上に積層され、トナーに対して高い離型性を有する離型層と、を含む。
【０００７】
これにより、ローラ表面の近くに熱源即ち面状発熱体が配置されるので、ローラ表面の温度を急速に上昇させることができ、ウォームアップタイムを短縮できる。また、ベース体の外方に面状発熱体が配置されるので、ヒートローラの中心部の無駄な加熱を防止でき、省電力性に優れる。更には、面状発熱体の発熱層は複数の線からなるパターン形状を有しているので、発熱ムラを軽減できる。また、面状発熱体と離型層との間に弾性層が配置されているので、定着後のトナーに適度の光沢を付与でき、光沢感のある画像を形成することができる。
【０００８】
前記のヒートローラにおいては、前記弾性層はシリコンゴム層であることが好ましく、このシリコンゴム層は発泡シリコーン層であることが更に好ましい。
【０００９】
これにより、定着後のトナーに良好な光沢を付与できるので、一層の高画質化を図ることができる。
【００１０】
本発明の第２の観点によれば、前記ヒートローラと、このヒートローラの外周面に弾接するプレスローラと、を含む定着装置が提供される。
【００１１】
これにより、ウォームアップタイムが短く、省電力で、形成画像の画質に優れる画像形成装置を提供できる。
【００１２】
前記の定着装置においては、前記プレスローラがスポンジのプレスローラであることが好ましい。
【００１３】
これにより、ヒートローラの熱が逃げるのをスポンジの断熱効果によって防止できるので、一層の省電力化を図ることができる。また、ヒートローラとプレスローラとの間のニップ部の面積を広く確保できるので、記録媒体に対してトナーを確実に定着させることができる。
【００１４】
本発明の第３の観点によれば、電子写真方式により記録媒体上に未定着のトナー画像を形成するための画像形成部と、前記定着装置と、を含む画像形成装置が提供される。
【００１５】
これにより、ファーストプリントタイムを短縮できるとともに、省電力性に優れ、画質の良好な画像形成装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、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の外観斜視図、図２は複合機の本体内部の様子を示す正面断面図である。
【００１７】
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７５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７６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７７と、記録媒体としての用紙に画像を形成する画像形成部等を内蔵した本体７８と、前記用紙を順次供給する給紙カセット７９と、を備えている。この本体７８は、通信回線を介して画像データを伝送するための図略の送受信部等を備える。
【００１８】
コピーファクシミリ複合機７５の内部の様子が図２に示される。この図２に示すように、本体７８の上面には、読み取るべき原稿を載置するプラテンガラス８２が設けられる。本体７８の上方には原稿台カバー８３が設けられており、この原稿台カバー８３によって、原稿をプラテンガラス８２上に押圧して固定できるようになっている。
【００１９】
前記原稿台カバー８３には自動原稿供給装置（オートドキュメントフィーダ、ＡＤＦ）８４が配設されている。このＡＤＦ８４は、原稿台カバー８３の上部に設けられた原稿トレイ８５と、この原稿トレイの下方に設けられた排出トレイ８６と、を備える。
【００２０】
図２に示すように、前記原稿台カバー８３の内部には、原稿トレイ８５と排出トレイ８６とを繋ぐ湾曲状の原稿搬送経路８７が構成されている。この原稿搬送経路８７には、分離ローラ８８及び複数の搬送ローラ８９が配置されている。この構成で、原稿トレイ８５に重ねてセットされた原稿は、１枚ずつ分離されて湾曲状の前記原稿搬送経路８７に沿って搬送され、原稿読取位置を通過した後、排出トレイ８６へ排出される。
【００２１】
図２に示すように、本体７８の上部にはスキャナユニット９０が備えられる。このスキャナユニット９０は、前記プラテンガラス８２又は前記ＡＤＦ８４の原稿読取位置に対して光を照射する光源９１と、原稿からの反射光を反射させる反射ミラー９２，９３，９４と、反射光を収束させる集光レンズ９５と、この収束光を電気信号に変換して出力する電荷結合素子（ＣＣＤ）９６と、を備えている。
【００２２】
スキャナユニット９０の光源９１及び反射ミラー９２等は適宜移動可能に構成しており、プラテンガラス８２に載置された原稿を移動しつつ走査したり、あるいはＡＤＦ８４の前記原稿読取位置まで移動させて、原稿搬送経路８７を搬送される原稿を走査したりすることができる。
【００２３】
この原稿からの反射光はＣＣＤ９６へ導かれて結像し、ＣＣＤ９６は原稿に応じた電気信号を出力する。この信号は適宜の変換処理後に後述の画像形成部１１に送られて印刷されたり、前記送受信部によって他のファクシミリ装置へ通信回線を介して送信されたりする。
【００２４】
図２に示すように、本体７８の下部には、用紙１００を供給する給紙カセット７９が備えられる。この給紙カセット７９は装置正面側（図２の紙面手前側）に引出可能に構成されている。給紙カセット７９の上方には、画像形成部１１、定着装置５１、及び排紙トレイ８０が備えられている。
【００２５】
本体７８の内部には、給紙カセット７９から排紙トレイ８０へ用紙１００を搬送するための搬送路２４が形成されている。この搬送路２４は、給紙カセット７９の一端側から上方に向かって延びた後、水平方向に湾曲して画像形成部１１に至り、更に水平方向へ延びて定着装置５１を通過した後、排紙トレイ８０上に至るように構成されている。
【００２６】
給紙カセット７９の上方には給紙ローラ２１が配置されており、給紙カセット７９内に積層された最上層の用紙１００に前記給紙ローラ２１が接触するように構成されている。この状態で給紙ローラ２１が駆動されることで、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２４に向けて送り出される。
【００２７】
搬送路２４において前記給紙ローラ２１のすぐ下流側には、搬送ローラ２２，２３が配置されている。この搬送ローラ２２，２３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を下流側の画像形成部１１へ搬送する。
【００２８】
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、を配置した構成になっている。
【００２９】
感光ドラム１２は、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はブラシ帯電方式に構成され、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。
【００３０】
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、及び転写ローラ１６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。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や、画像読取部７６で読み取った画像データ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。
【００３１】
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、非磁性一成分トナーを収容するトナー容器２６を備えるとともに、トナーの撹拌のためにトナー容器２６の内部で回転駆動される撹拌ブレード２７を備えている。更に、現像器１５は、トナー容器２６の内部に配置される供給ローラ２８と、この供給ローラ２８に接触して配置される現像ローラ２９と、この現像ローラ２９の外周面に接触するように配置される規制ブレード３０と、を備えている。
【００３２】
この構成で、供給ローラ２８と現像ローラ２９とは、互いに周面を逆方向に擦るように回転駆動される。また、規制ブレード３０の先端は、回転駆動される現像ローラ２９の周面を擦ることになる。この結果、トナー容器２６内のトナーは摩擦帯電され、現像ローラ２９の表面に電位差によって付着する。現像ローラ２９の表面のトナーは、規制ブレード３０によって付着厚さが均一になるよう調整されるとともに、当該現像ローラ２９の回転によって感光ドラム１２側へ送られる。その後、感光ドラム１２と現像ローラ２９との近接部分において、感光ドラム１２の前記ＬＥＤヘッド１４による露光部に相当する部分においてのみ、現像ローラ２９の表面のトナーが選択的に感光ドラム１２の表面へ移動する。この結果、感光ドラム１２の表面上にトナー像が形成される。
【００３３】
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２４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。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２４の下流側の定着装置５１へ送られる。
【００３４】
定着装置５１は、回転駆動されるヒートローラ５２と、このヒートローラ５２に対向して配置されるプレスローラ５３と、を備えている。このプレスローラ５３は付勢バネによってヒートローラ５２に対して押し付けられている。なお、前記ヒートローラ５２及びプレスローラ５３の詳細な構成については後述する。
【００３５】
この構成で、用紙１００がヒートローラ５２とプレスローラ５３との間を通過すると、高温のヒートローラ５２の熱及びプレスローラ５３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、定着装置５１には、用紙１００がヒートローラ５２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５４が設けられている。
【００３６】
図２に示すように、定着装置５１より下流側には排紙ローラ２５が設けられる。この構成で、定着装置５１から送られてきた用紙１００は、排紙ローラ２５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８０上に排出される。
【００３７】
次に、前記定着装置５１の詳細な構成を説明する。定着装置５１の拡大断面図が図３に示され、この図３に示すように、この定着装置５１は、前記ヒートローラ５２及びプレスローラ５３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、ベアリング５６を介してヒートローラ５２が回転自在に支持されるとともに、プレスローラ５３が軸受体５７を介して回転自在に支持される。
【００３８】
軸受体５７はハウジング５５に対してスライド自在に設けられており、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５３がヒートローラ５２に対して押し付けられ、両者が弾接する構成になっている。
【００３９】
次に、ヒートローラ５２及びプレスローラ５３の詳細な構成を図４を参照して説明する。図４は図３のＡで示した領域（ニップ部）の拡大断面図である。ヒートローラ５２は、ベース体（耐熱担持体）３１と、フィルム状ヒータ（面状発熱体）３３と、弾性層３８と、離型層３７と、を主要な構成として備えている。
【００４０】
ベース体３１は円筒形状を有しており、このベース体３１の外側にフィルム状ヒータ３３が配置されている。このフィルム状ヒータ３３は、耐熱絶縁層３４と、発熱体（発熱層）３５と、を備えて構成されている。
【００４１】
フィルム状ヒータ３３の発熱体３５は、例えばステンレスや、ニッケルクロム等のニッケル合金や、ニッケル等で構成することができる。この発熱体３５は、幅の細い複数の線を平行に等間隔で並べたパターン形状に構成されている（ヒータパターン）。発熱体３５の厚みは、例えば０．１μｍ以上１００μｍ以下とするのが好ましく、３０μｍ程度となるように形成することが更に好ましい。ヒータパターンを作成する方法としては、具体的には、スパッタリング、蒸着、金属箔のエッチング、パターン印刷、ブラスト等を使用することができる。
【００４２】
フィルム状ヒータ３３の耐熱絶縁層３４の厚みは、例えば１μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上７０μｍ以下とするのが良い。耐熱絶縁層３４の材料としては、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂等が好ましいが、これらに限定されない。
【００４３】
弾性層３８は適宜の弾性を有する層であり、本実施形態ではシリコンゴム層、具体的には発泡シリコーン層とされている。この弾性層３８の厚みは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００４４】
ヒートローラ５２の最外周には離型層３７が配置される。この離型層３７は、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）、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等のフッ素樹脂よりなり、厚みとしては例えば３０μｍ程度となるように形成する。
【００４５】
フィルム状ヒータ３３は、例えば以下の方法で形成することができる。即ち、基材としてのポリイミドフィルム（耐熱絶縁層３４に相当）の一側の面に、厚み２５μｍのステンレス箔を、ポリイミド、シリコーン等の耐熱接着剤で加熱圧着させる。この耐熱接着剤は、スクリーン印刷等の公知の方法で付与することができる。次に、上記ステンレス箔を、ウェットエッチング等の公知の方法で、複数の線を有するパターン形状に加工する。この結果、ステンレス箔からなるヒータパターン形状の発熱体（発熱層）３５が形成され、良好な可撓性を備えたフィルム状ヒータ３３が得られる。
【００４６】
なお、前記発熱体３５の形成方法としては、当該箔状の材料をウェットエッチング、ドライエッチング、ブラスト等の方法で予め所定のヒータパターン形状に加工してから、ポリイミドフィルムに貼り付けてもよい。また、ワイヤ状の材料を予めヒータパターン形状に加工したものを別途ポリイミド、シリコーン等の耐熱接着剤でポリイミドフィルムに貼り付けても良い。更に、スパッタリングや蒸着等の薄膜プロセスを用いて箔体を形成しても良いし、薄膜プロセスによってヒータパターンを直接形成しても良い。
【００４７】
次に、電気絶縁性を有する樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を円筒状に成形したベース体３１を用意する。そして、前記の手順によって得られたフィルム状ヒータ３３を、その耐熱絶縁層３４側の面がベース体３１の外周面に対向するように配置し、シリコーン、ポリイミド等の耐熱接着剤で加熱圧着させる。前記耐熱接着剤は、スクリーン印刷等の公知の方法で付与することができる。
【００４８】
その後、前記フィルム状ヒータ３３の外周面に、０．５ｍｍ程度の厚みの発泡シリコーン層を形成し、弾性層３８とする。更に、この弾性層３８の外周面にテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニル共重合体等のフッ素樹脂層を形成し、離型層３７とする。以上の工程によりヒートローラ５２を製造することができる。
【００４９】
以上に示すように、本実施形態のヒートローラ５２は、電気絶縁性を有する合成樹脂からなり、円柱形状又は円筒形状を有するベース体３１と、このベース体３１の外周上に積層される耐熱絶縁層３４と、を備える。また、耐熱絶縁層３４上には、複数本の線からなるパターン形状を有するように発熱体３５が形成され、前記耐熱絶縁層３４と発熱体３５とによりフィルム状ヒータ３３が構成される。更に、前記フィルム状ヒータ３３上に弾性層３８が積層され、弾性層３８の上には更に、トナーに対して高い離型性を有する離型層３７が積層される。
【００５０】
これにより、ローラ表面の近くに熱源即ちフィルム状ヒータ３３が配置されるので、特許文献１のハロゲンランプ内蔵型のヒートローラに比べてローラ表面の温度を急速に上昇させることができ、ウォームアップタイムを顕著に短縮できる。また、ベース体３１の外方にフィルム状ヒータ３３が配置されるので、ヒートローラ５２の中心部の無駄な加熱を防いで電力を節約することができる。更に、前記弾性層３８により定着トナーに光沢を生じさせることができるので、光沢感及び高級感のある画像を得ることができる。この効果は、特に写真などを画像形成する場合に有効である。
【００５１】
また、本実施形態のヒートローラ５２においては、前記弾性層３８はシリコンゴム層（具体的には発泡シリコーン層）として構成されている。これにより、定着トナーに良好な光沢を付与することができる。
【００５２】
次に、定着装置５１において前記ヒートローラ５２に弾接されるプレスローラ５３の構成を説明する。図４に示すように、このプレスローラ５３は、ステンレス等の金属で形成したローラ軸６１と、このローラ軸６１の周囲に固定された円柱状のスポンジ体６２と、このスポンジ体６２の外周面に配置された離型層６３と、を備える。
【００５３】
このようにスポンジのプレスローラ５３とすることで、前記スポンジ体６２の内部に含まれる空気の断熱作用により、ヒートローラ５２の熱がプレスローラ５３側に逃げることを抑制できる。特に本実施形態では、熱容量の小さなフィルム状ヒータ３３によって用紙１００を加熱することとしており、ヒートローラ５２の表面の温度が低下しやすいので、上記のような断熱効果が有用である。更には、ヒートローラ５２とのニップ部においてプレスローラ５３のスポンジ体６２が弾性変形するので、当該ニップ部における用紙１００とヒートローラ５２との接触面積を広く確保できる。従って、定着装置５１を通過する用紙１００にトナーを良好に定着させることができる。
【００５４】
以上に本発明の好適な実施形態及び変形例を説明したが、上記の構成は更に以下のように変更することができる。
【００５５】
ベース体３１は、中空の円筒状に形成することに代えて、円柱状に形成することができる。また、ベース体３１の材料としては、ＰＰＳに限定されず、ガラスエポキシ等の耐熱樹脂や、アルミナ、ムライト、ジルコニア、ガラスセラミックス等の無機材料を採用することができる。
【００５６】
例えば、ベース体３１とフィルム状ヒータ３３との間に耐熱断熱層を設置することができる。この耐熱断熱層の構成としては、例えば、セラミックファイバーを主成分とするマット、ガラスファイバー、発泡樹脂、多孔質セラミックス等を用いたものが考えられる。
【００５７】
本発明のヒートローラ及び定着装置は、コピーファクシミリ複合機に限らず、コピー、ファクシミリ、プリンタ等、様々な電子写真式の画像形成装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【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】複合機の本体内部の様子を示す正面断面図。
【図３】定着装置の様子を示す断面拡大図。
【図４】図３のＡの部分を詳細に示す断面拡大図。
【符号の説明】
【００５９】
３１  ベース体
３３  フィルム状ヒータ（面状発熱体）
３４  耐熱絶縁層（電気絶縁層）
３５  発熱体（発熱層）
３７  離型層
３８  弾性層
５１  定着装置
５２  ヒートローラ
５３  プレスローラ
７５  コピーファクシミリ複合機（画像形成装置）
１００  用紙（記録媒体）
【図１】
2008112050.tif 000003
【図２】
2008112050.tif 000004
【図３】
2008112050.tif 000005
【図４】
2008112050.tif 000006