(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、省電力性に優れるヒートローラを提供する。【解決手段】ヒートローラ５２は、円筒形状のベース体３１と、フィルム状ヒータ３３と、トナーに対して高い離型性を有する離型層３７と、を含む。フィルム状ヒータ３３は、耐熱絶縁層と、所定のパターン形状を有するように耐熱絶縁層の一側の面に形成されるとともに電圧の印加により発熱する発熱体３５と、前記耐熱絶縁層の他側の面に面状に形成される伝熱層と、を含む。ベース体３１と離型層３７との間にフィルム状ヒータ３３が介在されるとともに、ベース体３１と、発熱体３５と、前記耐熱絶縁層と、前記伝熱層と、離型層３７とが、半径方向外方にこの順番で積層される。ヒートローラ５２の軸部４４に対しては、接触圧が増加するにつれて抵抗値が低下する性質を有する材料の給電部を、５０ｇ〜５ｋｇ／ｃｍ2の圧力で接触させる。【選択図】図７
2008112052.tif 000002
【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を備えた画像形成装置において、
前記定着装置に用いられるヒートローラは、
円柱形状又は円筒形状を有し、電気絶縁性を有するベース体と、
電気絶縁層と、複数本の線からなるパターン形状を有するように前記電気絶縁層の一側の面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、前記電気絶縁層の他側の面に面状に形成される伝熱層と、を含む面状発熱体と、
前記トナーに対して高い離型性を有する離型層と、
を含み、
前記ベース体の外周面と前記離型層との間に前記面状発熱体が介在されるとともに、前記ベース体と、前記発熱層と、前記電気絶縁層と、前記伝熱層と、前記離型層とが、半径方向外方にこの順番で積層されており、
前記ヒートローラは、円板状のフランジ部と、このフランジ部に連続するとともに前記ベース体の軸方向端部に嵌挿される挿入部と、前記フランジ部に連続するとともに前記ベース体と同一軸線上に配置される軸部と、を更に含み、
前記フランジ部と、前記挿入部と、前記軸部とが、導電性を有する材料によって一体的に形成され、
前記定着装置は、前記発熱層に給電するための直流電源と、この直流電源に電気的に接続されるとともに前記軸部又は電極に弾性的に接触する給電部とを含み、
前記給電部の材料が、接触圧が増加するにつれて抵抗値が低下する性質を有するものであって、
前記給電部を前記軸部又は電極に、５０ｇ／ｃｍ2以上かつ５ｋｇ／ｃｍ2以下の圧力で接触させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
トナーを記録媒体上に定着させるための定着装置を備えた画像形成装置において、
前記定着装置に用いられるヒートローラは、
円柱形状又は軸方向端部が閉鎖された円筒形状を有し、電気絶縁性を有するベース体と、
電気絶縁層と、複数本の線からなるパターン形状を有するように前記電気絶縁層の一側の面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、前記電気絶縁層の他側の面に面状に形成される伝熱層と、を含む面状発熱体と、
前記トナーに対して高い離型性を有する離型層と、
を含み、
前記ベース体の外周面と前記離型層との間に前記面状発熱体が介在されるとともに、前記ベース体と、前記発熱層と、前記電気絶縁層と、前記伝熱層と、前記離型層とが、半径方向外方にこの順番で積層されており、
前記ヒートローラは、前記ベース体の軸方向端部に同一軸線上に固定的に取り付けられ、導電性を有する材料からなる軸部と、前記面状発熱体の前記発熱層と前記軸部とを電気的に接続するための導電体と、を更に含み、
前記定着装置は、前記発熱層に給電するための直流電源と、この直流電源に電気的に接続されるとともに前記軸部又は電極に弾性的に接触する給電部とを含み、
前記給電部の材料が、接触圧が増加するにつれて抵抗値が低下する性質を有するものであって、
前記給電部を前記軸部又は電極に、５０ｇ／ｃｍ2以上かつ５ｋｇ／ｃｍ2以下の圧力で接触させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の画像形成装置であって、前記給電部を前記軸部又は電極に、５０ｇ／ｃｍ2以上かつ１００ｇ／ｃｍ2以下の圧力で接触させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載の画像形成装置であって、
前記給電部は、
円筒体と、
前記円筒体内で移動自在に設置される可動端子と、
前記直流電源に電気的に接続される固定電極と、
前記固定電極と前記可動端子との間に介在される圧縮コイルバネと、
を含み、
前記可動端子は大径部と小径部とを有する段付き状に形成されるとともに、
前記圧縮コイルバネの一端が前記小径部の外周側に配置されるとともに前記大径部に接触し、圧縮コイルバネの他端が前記固定電極に接触していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像形成装置であって、
前記軸部又は電極に接触する側である前記可動端子の前記大径部には、前記軸部又は電極に対向する面に周方向に所定の間隔を空けて凹溝が形成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の画像形成装置であって、
前記可動端子の前記大径部には、前記軸部又は電極に対向する面の中央部に円形凹部が形成され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、トナーを記録媒体上に定着させるためのヒートローラを備える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。
【０００３】
この特許文献１の構成は、内部のハロゲンランプは回転せず、外側の円筒状のローラだけが回転する構成になっている。
【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】
【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。
【０００５】
また、ローラ表面にヒータを設置すると仮定した場合、ローラと一体的に回転するヒータに対して安定して給電を行うことが難しかった。例えば、接点部分に酸化膜が形成されて接触不良となり、定着ができなくなるなどの問題が起こっていた。特に高温高湿の環境（ＨＨ環境）では接点部分に錆が頻発し、スムーズな給電の妨げになっていた。
【０００６】
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、ヒートローラのウォームアップタイムを短縮でき、省電力化が可能で、かつヒータ部分に安定して電力を供給可能な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】
【０００７】
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。
【０００８】
本発明の第１の観点によれば、以下の構成の画像形成装置が提供される。即ち、トナーを記録媒体上に定着させるための定着装置を備える。前記定着装置に用いられるヒートローラは、円柱形状又は円筒形状を有し、電気絶縁性を有するベース体と、電気絶縁層と、複数本の線からなるパターン形状を有するように前記電気絶縁層の一側の面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、前記電気絶縁層の他側の面に面状に形成される伝熱層と、を含む面状発熱体と、前記トナーに対して高い離型性を有する離型層と、を含む。前記ベース体の外周面と前記離型層との間に前記面状発熱体が介在されるとともに、前記ベース体と、前記発熱層と、前記電気絶縁層と、前記伝熱層と、前記離型層とが、半径方向外方にこの順番で積層されている。前記ヒートローラは、円板状のフランジ部と、このフランジ部に連続するとともに前記ベース体の軸方向端部に嵌挿される挿入部と、前記フランジ部に連続するとともに前記ベース体と同一軸線上に配置される軸部と、を更に含む。前記フランジ部と、前記挿入部と、前記軸部とが、導電性を有する材料によって一体的に形成される。前記定着装置は、前記発熱層に給電するための直流電源と、この直流電源に電気的に接続されるとともに前記軸部又は電極に弾性的に接触する給電部とを含む。前記給電部の材料が、接触圧が増加するにつれて抵抗値が低下する性質を有するものに構成される。前記給電部を前記軸部又は電極に、５０ｇ／ｃｍ2以上かつ５ｋｇ／ｃｍ2以下の圧力で接触させる。
【０００９】
これにより、ヒートローラの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顕著に短縮できる。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、発熱層よりも外方に面状の伝熱層が配置されていることにより、ヒートローラの表面に接触する記録媒体を均一に加熱でき、均一なトナー定着を実現できる。更に、前記軸部とフランジ部とが電気的に導通しているので、前記発熱層に対する給電のための構成を簡素化できる。また、給電部が、接触圧が増加するにつれて抵抗値が低下する性質を有しているので、接触圧を５０ｇ／ｃｍ2以上に設定することでヒートローラに対する良好かつ安定的な給電を実現できる。更に、接触圧が５ｋｇ／ｃｍ2以下であるので、給電部や軸部又は電極の摩耗の過度の進行を防止できる。
【００１０】
本発明の第２の観点によれば、以下の構成の画像形成装置が提供される。即ち、トナーを記録媒体上に定着させるための定着装置を備える。前記定着装置に用いられるヒートローラは、円柱形状又は軸方向端部が閉鎖された円筒形状を有し、電気絶縁性を有するベース体と、電気絶縁層と、複数本の線からなるパターン形状を有するように前記電気絶縁層の一側の面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、前記電気絶縁層の他側の面に面状に形成される伝熱層と、を含む面状発熱体と、前記トナーに対して高い離型性を有する離型層と、を含む。前記ベース体の外周面と前記離型層との間に前記面状発熱体が介在されるとともに、前記ベース体と、前記発熱層と、前記電気絶縁層と、前記伝熱層と、前記離型層とが、半径方向外方にこの順番で積層されている。前記ヒートローラは、前記ベース体の軸方向端部に同一軸線上に固定的に取り付けられ、導電性を有する材料からなる軸部と、前記面状発熱体の前記発熱層と前記軸部とを電気的に接続するための導電体と、を更に含む。前記定着装置は、前記発熱層に給電するための直流電源と、この直流電源に電気的に接続されるとともに前記軸部又は電極に弾性的に接触する給電部とを含む。前記給電部の材料が、接触圧が増加するにつれて抵抗値が低下する性質を有するものに構成される。前記給電部を前記軸部又は電極に、５０ｇ／ｃｍ2以上かつ５ｋｇ／ｃｍ2以下の圧力で接触させる。
【００１１】
これにより、ヒート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顕著に短縮できる。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、発熱層よりも外方に面状の伝熱層が配置されていることにより、ヒートローラの表面に接触する記録媒体を均一に加熱でき、均一なトナー定着を実現できる。更に、前記発熱層と軸部とが導電体を介して電気的に接続されるので、前記発熱層に対する給電のための構成を簡素化できる。また、前記軸部の熱容量は小さいので、前記発熱体で発生した熱が軸端側に逃げにくくなる。従って、ヒートローラの加熱の均一性を確保できるとともに、省電力化に寄与できる。また、給電部が、接触圧が増加するにつれて抵抗値が低下する性質を有しているので、接触圧を５ｇ／ｃｍ2以上に設定することでヒートローラに対する良好かつ安定的な給電を実現できる。更に、接触圧が５ｋｇ／ｃｍ2以下であるので、給電部や軸部又は電極の摩耗の過度の進行を防止できる。
【００１２】
前記の画像形成装置においては、前記給電部を前記軸部又は電極に、５０ｇ／ｃｍ2以上かつ１００ｇ／ｃｍ2以下の圧力で接触させることが好ましい。
【００１３】
これにより、給電部や軸部又は電極の摩耗を一層良好に抑制することができる。
【００１４】
前記の画像形成装置においては、以下のように構成することが好ましい。即ち、前記給電部は、円筒体と、前記円筒体内で移動自在に設置される可動端子と、前記直流電源に電気的に接続される固定電極と、前記固定電極と前記可動端子との間に介在される圧縮コイルバネと、を含む。前記可動端子は大径部と小径部とを有する段付き状に形成される。前記圧縮コイルバネの一端が前記小径部の外周側に配置されるとともに前記大径部に接触し、圧縮コイルバネの他端が前記固定電極に接触している。
【００１５】
これにより、可動端子を軸部又は電極に対して押圧する簡素な給電部の構成が実現され、画像形成装置の製造コストを低減することができる。
【００１６】
前記の画像形成装置においては、前記軸部又は電極に接触する側である前記大径部には、前記軸部又は電極に対向する面に周方向に所定の間隔を空けて凹溝が形成されていることが好ましい。
【００１７】
これにより、可動端子と軸部又は電極との間で異物が発生したとしても、当該異物を凹溝を介してスムーズに排出できる。従って、ヒートローラへの給電の安定性を確保できる。
【００１８】
前記の画像形成装置においては、前記可動端子の前記大径部には、前記軸部又は電極に対向する面の中央部に円形凹部が形成されていることが好ましい。
【００１９】
これにより、可動端子と軸部又は電極とは、相対周速度が大きい外周部分で接触することになる。従って、両者の間の電気的抵抗を低減でき、ヒートローラに対する確実な給電が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、耐熱断熱層３２と、フィルム状ヒータ（面状発熱体）３３と、離型層３７と、を主要な構成として備えている。
【００４４】
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。このベース体３１の熱伝導率は、フィルム状ヒータ３３の熱伝導率（後述の伝熱層３６の熱伝導率）より小さく、また、ベース体３１の熱容量はフィルム状ヒータ３３の熱容量（伝熱層３６の熱容量）よりも大きくなっている。
【００４５】
ベース体３１の外側に配置されるフィルム状ヒータ３３は、耐熱絶縁層３４と、発熱体（発熱層）３５と、伝熱層（均熱層）３６と、を備えて構成されている。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
フィルム状ヒータ３３の伝熱層３６は、例えば１μｍ以上５０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上３０μｍ以下の厚みを有するように構成する。この伝熱層３６は、ベース体３１、発熱体３５、耐熱絶縁層３４、及び後述の耐熱断熱層３２の何れよりも高い熱伝導率を有するものを用いて形成することが好ましい。また、伝熱層３６の熱伝導率は、例えば１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とするのが好ましい。伝熱層３６の材料としては、例えば銅やアルミニウム等の金属、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックスが考えられる。
【００４９】
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。
【００５０】
また、前記フィルム状ヒータ３３とベース体３１との間には耐熱断熱層３２が介在される。この耐熱断熱層３２は、例えば０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚みを有するように構成する。耐熱断熱層３２の材料としては、前記発熱体３５、耐熱絶縁層３４、伝熱層３６及びベース体３１の何れよりも低い熱伝導率を有するものが好ましく、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ることが考えられる。
【００５１】
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の一側の面に銅箔を貼り合わせたものを用意する。このポリイミドフィルムは耐熱絶縁層３４に相当し、銅箔が伝熱層３６に相当する。そして、ポリイミドフィルムの銅箔と反対側の面に、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。
【００５２】
なお、伝熱層３６の形成方法としては、単独のポリイミドフィルムに銅箔を別途ポリイミド、シリコーン等の耐熱接着剤で貼り付けても良い。また、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。
【００５３】
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、図５に示すように、ベース体３１の軸方向両端の開口に、それぞれ軸部品４１を装着する。この軸部品４１は、円板状のフランジ部４２と、このフランジ部４２の一側の面から突設されたリング状の挿入部４３と、このフランジ部４２の一側の面から突設された円柱状の軸部４４と、を備えている。
【００５４】
この軸部品４１は電気導電性を有する材料で一体的に構成されており、例えば、真鍮、銅、亜鉛、ステンレス、あるいはこれらの合金等を用いて構成することができる。そして、前記挿入部４３をベース体３１の筒孔に挿入して嵌着することで、ベース体３１の両軸端に軸部品４１を固定することができる。
【００５５】
次に、アルミナ−シリカを主成分とするセラミック質のマットを、ポリイミド、シリコーン等の耐熱接着剤で、ベース体３１の外周面に加熱圧着させる。これにより、ベース体３１の表面に耐熱断熱層３２が形成される。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。
【００５６】
その後、前記の手順によって得られたフィルム状ヒータ３３を、その発熱体３５側の面がベース体３１の外周面（前記耐熱断熱層３２）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。この結果、前記フィルム状ヒータ３３とベース体３１との間（フィルム状ヒータ３３と耐熱断熱層３２との間）に接着層３８が介在される。
【００５７】
なお本実施形態では、図５に示すように、前記フィルム状ヒータ３３を細長いシート状に形成するとともに、その長手方向がベース体３１の周方向に対して斜めとなるように螺旋状に巻いて配置している。このように螺旋巻きに構成することで、フィルム状ヒータ３３の継ぎ目３９の部分の段差を目立たなくでき、ヒートローラ５２の表面の凹凸を防止して均一なトナー定着を実現できる。
【００５８】
また、螺旋巻きにすることで、フィルム状ヒータ３３内部の発熱体３５のパターン（ヒータパターン）を、継ぎ目３９を跨いで綺麗に配置することが容易である。従って、この点でも均熱性に優れ、トナーの定着ムラが少ないヒートローラ５２を提供できる。
【００５９】
ただし、図６のような巻き方に限定されず、フィルム状ヒータ３３をベース体３１の周方向に平行となるように巻くこともできる（いわゆる平行巻き）。
【００６０】
なお、図６に示すように前記発熱体３５のパターンの端部には接触部４０が設けられており、フィルム状ヒータ３３を前記ベース体３１の外周に巻き付けたときに、この接触部４０が前記軸部品４１のフランジ部４２の外周面に接触するように構成している。このため、フィルム状ヒータ３３をベース体３１の周囲に巻き付けると、軸部品４１（軸部４４）と発熱体３５とが電気的に接続されることになる。
【００６１】
上記のようにフィルム状ヒータ３３を巻き付けた後、当該フィルム状ヒータ３３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。
【００６２】
なお、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は、図４に示すように、ステンレス等の金属で形成したローラ軸６１の周囲に円柱状のスポンジ体６２を固定し、このスポンジ体６２の外周面に離型層６３を配置して構成されている。
【００６３】
上記の工程を経て製造されたヒートローラ５２は、図７に示すように軸部４４の部分を前記ベアリング５６で軸支するとともに、軸部４４の端面に給電部４７の可動端子６７を接触させて給電を行う。また、ヒートローラ５２の一側の軸端に位置する軸部４４には図示しない歯車を固定し、この歯車と図略の電動モータの出力軸とを、適宜の駆動伝達機構を介して連結する。この構成において、フィルム状ヒータ３３の発熱体３５に所定の電圧を印加しつつ電動モータを駆動させることで、プレスローラ５３とヒートローラ５２との間のニップ部において用紙１００を前記排紙トレイ８０側へ搬送しつつ加熱及び加圧することができる。
【００６４】
次に、前記給電部４７の詳細な構成を説明する。即ち、この給電部４７は前記定着装置５１のハウジング５５に設置され、前記ヒートローラ５２の軸端に軸方向で対向するように設けられている。この給電部４７には直流電源４６が接続されており、前記給電部４７（具体的には可動端子６７）が前記軸部４４の端面に接触することにより、前記発熱体３５に給電を行う構成になっている。
【００６５】
前記給電部４７は円筒体６６を備えるとともに、この円筒体６６内には可動端子６７が移動自在に設置されている。円筒体６６の一端には固定電極６８が取り付けられ、この固定電極６８は前記直流電源４６に電気的に接続される。また、前記固定電極６８と可動端子６７との間には圧縮コイルバネ６９を設置しており、この圧縮コイルバネ６９は可動端子６７を軸部４４の端面に押圧している。そして、このときの押圧力が５０ｇ／ｃｍ2以上かつ５ｋｇ／ｃｍ2以下となるように、付勢バネ６９のバネ力が調整されている。
【００６６】
この可動端子６７は、他の部材との接触圧が増加するにつれて電気抵抗値が低下する性質の材料を用いて形成されている。厳密に言えば、接触圧Ｐと相対速度Ｖの積であるＰＶ値が増加するにつれて電気抵抗値が低下する性質の材料である。そのような材料としては例えば銅とカーボンとの焼結合金等を用いることができるが、これに限定されない。
【００６７】
前記可動端子６７は、大径部６７ａと小径部６７ｂとを有する段付き状に形成されており、前記大径部６７ａを前記軸部４４の端面に接触させている。この圧縮コイルバネ６９の一端は、前記小径部６７ｂの外周側に配置されるとともに前記大径部６７ａに接触している。一方、圧縮コイルバネ６９の他端は、前記固定電極６８に接触させている。
【００６８】
また、図８に示すように、前記大径部６７ａの軸部４４に対向する面には、周方向に９０°ずつ間隔を空けて凹溝７０が形成されるとともに、その中央部には円形凹部７１が形成されている。
【００６９】
以上の構成において、実際に用紙１００のトナー像を定着させるときは、図略のモータによりヒートローラ５２を回転させつつ、前記給電部４７によりフィルム状ヒータ３３（発熱体３５）に電圧を印加してヒートローラ５２の表面を加熱させる。
【００７０】
このとき、可動端子６７と軸部４４とは互いに押圧されながら相対回転することになるが、上記のように５０ｇ／ｃｍ2以上の接触圧となるように圧縮コイルバネ６９のバネ力が調整されているので、接点の電気抵抗値を小さくでき、ヒートローラ５２への確実な給電が実現される。図９のグラフ（ａ）には接触圧と接点の電気抵抗との関係が示され、５０ｇ／ｃｍ2以上の接触圧であれば電気抵抗が０．１Ω以下になることが判っている。
【００７１】
一方、図９のグラフ（ｂ）には接触圧と摩耗量との関係が示され、接触圧がある値を上回ると摩耗量が急激に大きくなる傾向を示す。本実施形態では、所定の限界値に対応する接触圧として５ｋｇ／ｃｍ2以下となるように圧縮コイルバネ６９のバネ力等を定めているので、可動端子６７の摩耗の進行も許容範囲にとどめることができる。なお、前記接触圧を１００ｇ／ｃｍ2以下とすれば、摩耗の進行をより顕著に抑制できる。
【００７２】
また、可動端子６７と軸部４４とが接触する部分においては、削り滓等の異物が発生することがある。しかしながら、そのような異物は直ちに凹溝７０を介してスムーズに排出されるので、可動端子６７と軸部４４との電気的接続を安定的に確保できる。更には、可動端子６７の中央部には円形凹部７１が形成されているので、回転軸心近傍の相対周速度が低い部分ではなく、外周部の相対周速度が大きい部分で可動端子６７と軸部４４とが接触することになる。従って、両者の間の電気的抵抗を小さくでき、ヒートローラ５２への確実な給電が実現される。
【００７３】
以上に示すように、本実施形態のヒートローラ５２は、円筒形状を有し電気絶縁性を有するベース体３１と、フィルム状ヒータ３３と、トナーに対して高い離型性を有する離型層３７と、を備える。前記フィルム状ヒータ３３は、耐熱絶縁層３４と、複数本の線からなるパターン形状を有するように耐熱絶縁層３４の一側の面に形成されるとともに電圧の印加により発熱する発熱体３５と、前記耐熱絶縁層３４の他側の面に面状に形成される伝熱層３６と、を含む。そして、ベース体３１の外周面と離型層３７との間にフィルム状ヒータ３３が介在されるとともに、ベース体３１と、発熱体３５と、耐熱絶縁層３４と、伝熱層３６と、離型層３７とが、半径方向外方にこの順番で積層されている。またヒートローラ５２は、円板状のフランジ部４２と、このフランジ部４２に連続するとともに前記ベース体３１の軸方向端部に嵌挿される挿入部４３と、前記フランジ部４２に連続するとともにベース体３１と同一軸線上に配置される軸部４４と、を備える。そして、前記フランジ部４２と、前記挿入部４３と、前記軸部４４とが、導電性を有する材料によって一体的な軸部品４１として構成されている。そして、前記定着装置５１は、発熱体３５に給電するための直流電源４６と、この直流電源４６に電気的に接続されるとともに前記軸部４４に男性的に接触する給電部４７を備える。そして、前記給電部４７の材料（可動端子６７の材料）が、その接触圧が増加するにつれて抵抗値が低下する性質を有するものに構成する。そして、前記給電部４７を前記軸部４４に、５０ｇ／ｃｍ2以上かつ５ｋｇ／ｃｍ2以下（好ましくは１００ｇ／ｃｍ2以下）の圧力で接触させている。
【００７４】
以上の構成により、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、発熱体３５よりも半径方向外方に伝熱層３６が配置されていることにより、ヒートローラ５２の表面に接触する用紙１００を均一に加熱でき、均一なトナー定着を実現して画質の向上に寄与できる。更に、軸部４４とフランジ部４２とが電気的に導通しているので、発熱体３５とフランジ部４２との間を電気的に接続すれば軸部４４を通じた給電が可能になる。また、給電部４７と軸部４４との接触圧を５０ｇ／ｃｍ2以上にすることで、ヒートローラ５２に対する良好かつ安定的な給電を実現できる。また、接触圧が５ｋｇ／ｃｍ2以下であるので、給電部４７や軸部４４の摩耗の過度の進行を防止できる。なお、接触圧を１００ｇ／ｃｍ2以下とすることで、給電部４７や軸部４４の摩耗を一層良好に抑制できる。
【００７５】
また、定着装置５１の前記給電部４７は、円筒体６６と、この円筒体６６内で移動自在に設置される可動端子６７と、直流電源４６に電気的に接続される固定電極６８と、固定電極６８と可動端子６７との間に介在される圧縮コイルバネ６９と、を含む。そして、前記可動端子６７は大径部６７ａと小径部６７ｂとを有する段付き状に形成される。更に、前記圧縮コイルバネ６９の一端が前記小径部６７ｂの外周側に配置されるとともに前記大径部６７ａに接触し、圧縮コイルバネ６９の他端が前記固定電極６８に接触している。
【００７６】
これにより、可動端子６７を軸部４４に対して押圧する簡素な給電部４７の構成を実現できる。従って、定着装置５１及びコピーファクシミリ複合機７５の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００７７】
更に、前記可動端子６７の前記軸部４４に接触する側である大径部６７ａには、軸部４４に対向する面に周方向に所定の間隔を空けて凹溝が形成されている。
【００７８】
これにより、可動端子６７と軸部４４との間で削り滓等の異物が発生しても、その異物を凹溝７０を介してスムーズに排出できる。従って、ヒートローラ５２への給電の安定性を確保できる。
【００７９】
また、前記可動端子６７の大径部６７ａには、軸部４４に対向する面の中央に円形凹部が形成されている。
【００８０】
これにより、可動端子６７と軸部４４とは、相対周速度が大きい外周部分で接触することになる。従って、両者の間の電気的抵抗を低減でき、ヒートローラ５２に対する確実な給電が可能になる。
【００８１】
なお、上記のヒートローラ５２の構成の効果は、本願の発明者が行った次の実験によって裏付けられている。
【００８２】
即ち、ポリフェニレンサルファイド樹脂を使用して円筒状に成形したベース体３１の外周面に、耐熱断熱層３２としてガラスファイバーからなる不織布を積層し、その周囲にフィルム状ヒータ３３を螺旋状に巻き付けた構成のヒートローラ５２を用意した。前記フィルム状ヒータ３３においては、発熱体３５としてニッケルクロム合金を用い、耐熱絶縁層３４としてポリイミドフィルムを用い、伝熱層３６として銅箔を用いた。
【００８３】
この構成のヒートローラ５２に所定の電圧を印加し、ウォームアップ時間として、ヒートローラの表面が室温から１８０℃に上昇するまでの時間を計測した。すると、特許文献１のハロゲンヒータ内蔵型のヒートローラに比べて、本実施形態のヒートローラ５２はウォームアップ時間が約１／７に短縮されることが判った。具体的には、従来型のヒートローラのウォームアップ時間が３０秒程度だったのに対し、上記の構成のヒートローラ５２のウォームアップ時間は４秒弱であった。なお、発熱体３５としてステンレスを用いた場合でも、上記と概ね同様の良好な結果が得られた。
【００８４】
次に、変形例のヒートローラ５２ａについて図１０を参照して説明する。この変形例では、前記の実施形態と同一又は類似する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８５】
本変形例では、ベース体１３１は、その軸方向両端が閉鎖された円筒状に形成されている。そして、このベース体１３１の両軸端には軸部４４がそれぞれ固定され、この軸部４４は導電性材料から構成されるとともに、前記ベース体１３１と同一軸線上に配置される。そして、軸部４４と、前記フィルム状ヒータ３３の前記接触部４０とが、導電体４５によって電気的に接続されている。この変形例では、その他の構成（例えば給電部４７等の構成）は、前述の実施形態（図７）と同様である。
【００８６】
この変形例のヒートローラ５２ａは、前述の実施形態の軸部品４１のような大きな一体物（熱容量の大きなもの）を軸端に有さない構成となっている。従って、フィルム状ヒータ３３の熱が軸端側に逃げることを抑制できるので、効率的な加熱による均一な定着及び省電力化を実現できる。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
発熱体（発熱層）３５のパターンは、図６に図示したパターンに代えて、他の任意のパターンに変更することができる。
【００９０】
給電部４７を軸部４４に接触させる構成に代えて、ヒートローラに形成されている適宜の電極に接触する構成に変更することができる。
【００９１】
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】
【００９２】
【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。
【図５】ベース体の端部に軸部品を取り付ける様子を示す説明図。
【図６】ベース体の周囲にフィルム状ヒータを巻き付ける様子を示す斜視図。
【図７】本実施形態のヒートローラと給電のための構成を示す断面拡大図。
【図８】給電部の可動端子の形状を示す要部斜視図。
【図９】本実施形態の可動端子において、接触圧と接点の抵抗値との関係及び接触圧と摩耗量との関係を示すグラフ図。
【図１０】変形例のヒートローラと給電のための構成を示す断面拡大図。
【符号の説明】
【００９３】
３１  ベース体
３２  耐熱断熱層（断熱層）
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）
３６  伝熱層
３７  離型層
３８  接着層（弾性体層）
４１  軸部品
４２  フランジ部
４３  挿入部
４４  軸部
４６  直流電源
４７  給電部
５１  定着装置
５２  ヒートローラ
５３  プレスローラ
６７  可動端子
６９  圧縮コイルバネ
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】
2008112052.tif 000003
【図２】
2008112052.tif 000004
【図３】
2008112052.tif 000005
【図４】
2008112052.tif 000006
【図５】
2008112052.tif 000007
【図６】
2008112052.tif 000008
【図７】
2008112052.tif 000009
【図８】
2008112052.tif 000010
【図９】
2008112052.tif 000011
【図１０】
2008112052.tif 000012