(57)【要約】      （修正有）【課題】画像形成装置の省電力性を向上させる。【解決手段】定着装置５１のヒートローラ５２は、円筒形状で電気絶縁性の合成樹脂からなるベース体と、フィルム状のヒータ３３と、トナーに対して高い離型性を有する離型層と、を含む。ヒータ３３は、耐熱絶縁層と、複数本の線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て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。ベース体と離型層との間にヒータ３３が介在され、ベース体と、発熱体３５と、耐熱絶縁層と、伝熱層と、離型層とが、半径方向外方にこの順番で積層される。発熱体３５の電気抵抗値は温度依存性を有している。直流電源６５による電圧印加時の発熱体３５の消費電流を電流計７０が検出し、制御部６６は、検出値から演算された発熱体３５の温度に基づき、直流電源６５による発熱体３５への電圧印加の有無を切り換える。【選択図】図６
2008112051.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、
前記面状発熱体の発熱層を構成する材料は、その電気抵抗値が温度依存性を有するものであり、
前記発熱層に電圧を印加するための直流電源と、電圧が印加されたときの前記発熱層の消費電流又は消費電力を検出する電流計又は電力計と、検出された電流値又は電力値から前記発熱層の温度を算出する演算部と、この演算部で算出された温度に応答して前記直流電源から前記発熱層への電圧の印加をＯＮ／ＯＦＦ制御するための制御部と、を含む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、
円柱形状又は円筒形状を有し、電気絶縁性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、
を含み、
前記面状発熱体の発熱層を構成する材料は、その電気抵抗値が温度依存性を有するものであり、
前記発熱層に電圧を印加するための直流電源と、電圧が印加されたときの前記発熱層の消費電流又は消費電力を検出する電流計又は電力計と、検出された電流値又は電力値から前記発熱層の温度を算出する演算部と、この演算部で算出された温度に応答して前記直流電源から前記発熱層への電圧の印加をＯＮ／ＯＦＦ制御するための制御部と、を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置であって、
前記発熱層を構成する材料はニッケルであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の画像形成装置であって、
前記定着装置は、前記ヒートローラの表面の温度を検出するための温度センサを備え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、
前記温度センサは非接触式の温度センサであ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用いる画像形成装置の構成に関する。
【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、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。前記面状発熱体の発熱層を構成する材料は、その電気抵抗値が温度依存性を有するものである。前記発熱層に電圧を印加するための直流電源と、電圧が印加されたときの前記発熱層の消費電流又は消費電力を検出する電流計又は電力計と、検出された電流値又は電力値から前記発熱層の温度を算出する演算部と、この演算部で算出された温度に応答して前記直流電源から前記発熱層への電圧の印加をＯＮ／ＯＦＦ制御するための制御部と、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。また、発熱層の電気抵抗値が温度依存性を有することを利用して、発熱層の消費電流又は消費電力から温度を算出して得ることにより、温度センサ等の特別な構成が不要になり、構成を簡素化できる。更に、発熱層自体の消費電流又は消費電力から温度情報を得るので、ヒートローラの表面の汚れや傷等の悪影響を受けることがなく、正確な温度情報に基づいてヒートローラの表面温度を制御することができる。
【０００８】
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、円柱形状又は円筒形状を有し、電気絶縁性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。前記面状発熱体の発熱層を構成する材料は、その電気抵抗値が温度依存性を有するものである。前記発熱層に電圧を印加するための直流電源と、電圧が印加されたときの前記発熱層の消費電流又は消費電力を検出する電流計又は電力計と、検出された電流値又は電力値から前記発熱層の温度を算出する演算部と、この演算部で算出された温度に応答して前記直流電源から前記発熱層への電圧の印加をＯＮ／ＯＦＦ制御するための制御部と、を含む。
【０００９】
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。また、発熱層の電気抵抗値が温度依存性を有することを利用して、発熱層の消費電流又は消費電力から温度を算出して得ることにより、温度センサ等の特別な構成が不要になり、構成を簡素化できる。更に、発熱層自体の消費電流又は消費電力から温度情報を得るので、ヒートローラの表面の汚れや傷等の悪影響を受けることがなく、正確な温度情報に基づいてヒートローラの表面温度を制御することができる。
【００１０】
前記の画像形成装置においては、前記発熱層を構成する材料はニッケルであることが好ましい。
【００１１】
このように抵抗温度係数が大きいニッケルを採用する場合、電気抵抗値から温度を精度良く演算することができるので、ヒートローラを正確に温度制御することができる。
【００１２】
前記の画像形成装置においては、前記定着装置は、前記ヒートローラの表面の温度を検出するための温度センサを備えることが好ましい。
【００１３】
これにより、発熱層自体の電気抵抗から温度を求め、更に温度センサの検出値からも温度の情報を得ることができるので、ヒートローラの温度制御の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
前記の画像形成装置においては、前記温度センサは非接触式の温度センサであることが好ましい。
【００１５】
これにより、温度センサ及びヒートローラの耐久性を向上でき、部品寿命を延ばすことができる。
【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、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。
【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。
【００４１】
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。
【００４２】
フィルム状ヒータ３３の発熱体３５は、例えばニッケルや、ステンレスや、ニッケルクロム等のニッケル合金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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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のニッケル箔を、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、上記ニッケル箔を、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、ニッケル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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。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。
【００５０】
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。
【００５１】
更に、前記フィルム状ヒータ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。
【００５２】
ただし、図５に示すような変形例のヒートローラ５２ｘとすることもできる。このヒートローラ５２ｘは、円筒形状のベース体３１と、フィルム状ヒータ１３３と、弾性層３９と、離型層３７と、を主要な構成として備えている。
【００５３】
本変形例において、フィルム状ヒータ１３３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。具体的には、耐熱絶縁層３４の一側の面に、図４で説明したヒートローラ５２と同様にヒータパターン形状を有する発熱体３５が形成されている。ただし、前記のヒートローラ５２において備えられていた伝熱層３６が、本変形例では備えられていない。
【００５４】
弾性層３９は適宜の弾性を有する層であり、図５の例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３９の厚みは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００５５】
そして、ヒートローラ５２ｘの最外周には離型層３７が配置される。この離型層３７は、図４で説明したヒートローラ５２と同様に、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とすることができる。
【００５６】
このヒートローラ５２ｘは、図４で説明したヒートローラ５２と比較して、前記弾性層３９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。
【００５７】
なお、定着装置５１において前記ヒートローラ５２（５２ｘ）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。
【００５８】
次に、コピーファクシミリ複合機７５の電気的構成を、図６のブロック図を参照して説明する。この複合機７５は、直流電源６５と、各部の制御を行う制御部６６と、各種演算を行う演算部６７と、を備えている。制御部６６は直流電源６５に接続されており、定着装置５１のヒートローラ５２は、直流電源６５からの電力供給を受けて発熱する。
【００５９】
上記の制御部６６、演算部６７等は、複合機７５が備えるＣＰＵ（演算手段）、ＲＯＭ、ＲＡＭ（記憶手段）等のハードウェアと、上記ＲＯＭ等に記憶された制御ソフトウェアとが組み合わされることにより構築される。
【００６０】
図６に示すように、直流電源６５とフィルム状ヒータ３３との間には電流計７０が接続されている。この電流計７０は、フィルム状ヒータ３３に電圧（発熱体３５を発熱させるための大きな電圧でも良いし、小さなモニタリング電圧でも良い）を印加したときの、フィルム状ヒータ３３に流れる電流を測定できるようになっている。電流計７０が検出した電流値の信号は演算部６７に送られる。
【００６１】
演算部６７は、前記フィルム状ヒータ３３の発熱体３５の材料がニッケルによりなり、その電気抵抗値が温度依存性を有していることを利用して、フィルム状ヒータ３３の温度を算出する。本実施形態のフィルム状ヒータ３３の温度と電気抵抗値との関係が図７のグラフに示され、室温（２５℃）においては電気抵抗値は約１５Ωを示すが、温度が上昇するにつれて抵抗値も上昇し、１８０℃では約２８Ωを示すことが判る。
【００６２】
前記演算部６７は上記の点に鑑み、フィルム状ヒータ３３への印加電圧を、電流計７０の測定した電流値で除することにより、発熱体３５の電気抵抗値を計算する。そして、得られた電気抵抗値を図７のグラフに当て嵌めることにより、発熱体３５、ひいてはフィルム状ヒータ３３の温度を計測することができる。
【００６３】
そして、制御部６６は、演算部６７が計算した温度の情報と、所定の定着目標温度とを比較する。この定着目標温度とは、用紙１００にトナーを定着させるために必要十分な温度として予め定められた値であり、例えば１８０℃とされる。そして、演算部６７が求めた温度が定着目標温度を下回っていた場合は、制御部６６は、直流電源６５がフィルム状ヒータ３３に所定の電圧を印加するよう制御する。一方、演算部６７が求めた温度が定着目標温度以上だった場合は、制御部６６は、直流電源６５のフィルム状ヒータ３３への電圧の印加を停止するよう制御する。以上のようにＯＮ／ＯＦＦ制御することで、フィルム状ヒータ３３の温度を前記定着目標温度に維持し、定着装置５１でニップされる用紙１００にトナーを良好に定着させることができる。
【００６４】
以上の構成とすることにより、ヒートローラ５２の表面の温度を測定する特別な構成（サーミスタ等）を定着装置５１に設けることなく、ヒートローラ５２の温度制御を行うことができる。従って、定着装置５１の構成を簡素化でき、製造コストを低減できる。また、サーミスタ等をヒートローラ５２の表面に対向させる構成とは異なり、発熱体３５自体の温度抵抗から温度を演算する構成であるため、ヒートローラ５２の表面の傷や異物、汚れ等の影響を受けずに、正確にヒートローラ５２の表面温度を求めることができる。
【００６５】
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、前記フィルム状ヒータ３３の発熱体３５を構成する材料としては、その電気抵抗値が温度依存性を有するニッケルが用いられている。そして、前記複合機７５は、発熱体３５に電圧を印加するための直流電源６５と、電圧が印加された発熱体３５に流れる電流値を検出する電流計７０と、この電流計７０で検出した電流値から前記発熱体３５の温度を算出する演算部６７と、この演算部６７で算出された温度に応答して直流電源６５から発熱体３５への電圧の印加をＯＮ／ＯＦＦ制御するための制御部６６と、を含む。
【００６６】
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、発熱体３５の電気抵抗値が温度依存性を有することを利用して、発熱体３５の消費電流から温度を算出して得ることにより、温度センサ等の特別な構成が不要になり、構成を簡素化できる。更に、発熱体３５自体の消費電流から温度情報を得るので、ヒートローラ５２の表面の汚れや傷等の悪影響を受けることがなく、正確な温度情報に基づいてヒートローラ５２の表面温度を制御することができる。。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
次に、更に温度センサを設ける変形例について、図８を参照して説明する。なお、図６と同一又は類似する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
この図８の変形例では、ヒートローラ５２の表面に対向するように例えばサーミスタからなる温度センサ６８を設けて、ヒートローラ５２の表面温度を測定できるように構成されている。そして、温度センサ６８が検出した温度の信号は温度計回路６９に送られ、温度計回路は演算部６７に、ヒートローラ５２の表面温度の信号を出力する。
【００７２】
この図８の構成において、ヒートローラ５２の温度制御は図６の場合と同様に、電流計７０の検出した検出値から発熱体３５の電気抵抗値を求め、それから温度を演算することにより行う。一方、演算部６７で演算された温度の値は随時、温度センサ６８の検出値と比較され、両者が大きく乖離しているときは、制御部６６はフィルム状ヒータ３３に異常が発生したものと判断し、印刷処理を中止する制御を行う。
【００７３】
以上に示すように、この変形例の複合機においては、定着装置５１は、ヒートローラ５２の表面の温度を検出するための温度センサ６８を備える。これにより、温度の取得方法として２通りの方法が確保されるので、フィルム状ヒータ３３の温度制御の信頼性を向上させることができる。
【００７４】
なお、前記温度センサ６８はヒートローラ５２の表面に接触しない非接触式のものに構成すると、耐久性を向上でき、ヒートローラ５２及び温度センサ６８の寿命を延ばすことができる点で好ましい。
【００７５】
また、図８の構成では、上記のような異常検知に限らず、例えば平均値シフト制御を行う場合でも有用である。
【００７６】
なお、図６及び図８では図４の構成のヒートローラ５２を例に説明したが、図６及び図８の構成は図５で説明したヒートローラ５２ｘにも同様に適用できることはいうまでもない。
【００７７】
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。
【００７８】
前記発熱体３５の材料としては、その電気抵抗値が温度依存性を有するものであれば任意のものを採用することができ、ニッケルに代えて、例えばステンレス、ニッケルクロム合金を用いることができる。ただしニッケルは、抵抗温度係数がステンレス、ニッケルクロム合金に比べて大きいので、その電気抵抗値から温度を精度良く算出できる点で有利である。
【００７９】
電流計７０の代わりに、電流値を測定して電力を算出する電力計を取り付けても良い。この場合、演算部６７は、計測された電力から公知の式を用いて発熱体３５の電気抵抗値を算出することになる。
【００８０】
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。
【００８１】
また、ベース体３１を熱伝導率が高い材料で構成することも可能で、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣ等の材料や、アルミニウム等の金属を用いることもできる。ただし、省電力の観点からは、熱伝導率の低い材料でベース体３１を構成することが好ましい。また、上記のような熱伝導率が高い材料でベース体３１を構成する場合は、その外周面に耐熱断熱層３２を形成することが極めて好ましい。
【００８２】
また、ベース体３１は全体が電気絶縁性を有する場合に限定されず、その外周面だけが電気絶縁性を有していても良い。例えば、ベース体３１をアルミニウムで構成する場合、その外周面に適宜の電気絶縁層を形成して、当該電気絶縁層の外側に前記フィルム状ヒータ３３を配置することが考えられる。
【００８３】
本発明の構成は、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】
【００８４】
【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】ヒートローラの変形例を示す断面拡大図。
【図６】コピーファクシミリ複合機の電気的構成を示すブロック図。
【図７】発熱体の電気抵抗の温度依存特性を示すグラフ図。
【図８】複合機の変形例を示すブロック図。
【符号の説明】
【００８５】
２４  搬送路
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
３９  弾性層
５１  定着装置
５２  ヒートローラ
５３  プレスローラ
６５  直流電源
６６  制御部
６７  演算部
６８  温度センサ
７０  電流計
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】
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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】
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【図８】
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