(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するとともに省電力性を向上させ得る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、円筒形状で電気絶縁性の合成樹脂からなるベース体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、を含む。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。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、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る。【選択図】図４
2008112047.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に用いられるヒートローラにおいて、
円柱形状又は円筒形状を有し、少なくともその外周面が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いる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、
前記ベース体は前記伝熱層よりも熱伝導率が小さくなるように構成されてい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、
前記ベース体は合成樹脂製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から請求項３までの何れか一項に記載のヒートローラであって、
前記発熱層は、第１領域と、この第１領域に対しヒートローラの軸方向で隣り合う第２領域と、を少なくとも含んでおり、
前記第１領域と前記第２領域とが電気的に非接触であることを特徴とするヒートローラ。
【請求項５】
請求項４に記載のヒートローラであって、
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る軸部と、
この軸部に設けられるとともに、前記発熱層の前記第１領域に電気的に接続される第１電極と、
この第１電極の外周側に配置されるとともに、前記発熱層の前記第２領域に電気的に接続される環状の第２電極と、
前記第１電極と第２電極との間に介在され、電気絶縁性を有する環状体と、
を更に含むことを特徴とするヒートローラ。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一項に記載のヒートローラであって、
前記ベース体の外周面と前記面状発熱体との間に介在される弾性体層を更に含むことを特徴とするヒートローラ。
【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ラであって、
前記ベース体の外周面と前記面状発熱体との間に介在される断熱層を更に含むことを特徴とするヒートローラ。
【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ラであって、
前記面状発熱体は細長いシート状に構成されるとともに、この面状発熱体が前記ベース体の外側に螺旋状に巻かれていることを特徴とするヒートローラ。
【請求項９】
請求項１から８までの何れか一項に記載のヒートローラであって、
前記面状発熱体はシート状に構成されるとともに、この面状発熱体が前記ベース体の外側に巻かれるとともに縁部同士が互いに溶融接合されていることを特徴とするヒートローラ。
【請求項１０】
請求項１から９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１１】
請求項１０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１２】
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１０又は１１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、円柱形状又は円筒形状を有し、少なくともその外周面が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。
【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。
【０００８】
前記のヒートローラにおいては、前記ベース体は前記伝熱層よりも熱伝導率が小さくなるように構成されていることが好ましい。
【０００９】
これにより、発熱層で発生した熱が内周側のベース体に逃げることを抑制できるので、ヒートローラの表面に接触する記録媒体を効率良く加熱でき、省電力を実現できる。
【００１０】
前記のヒートローラにおいては、前記ベース体は合成樹脂製であることが好ましい。
【００１１】
これにより、上記のような熱特性を有するベース体を容易に成形して製造することができる。また、電気絶縁性を持たせることも容易である。
【００１２】
前記のヒートローラにおいては、以下のように構成することが好ましい。即ち、前記発熱層は、第１領域と、この第１領域に対しヒートローラの軸方向で隣り合う第２領域と、を少なくとも含む。前記第１領域と前記第２領域とが電気的に非接触である。
【００１３】
これにより、必要な領域の発熱層だけを発熱させることもできるので、一層の省電力化を実現できる。
【００１４】
前記のヒートローラにおいては、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る軸部と、この軸部に設けられるとともに、前記発熱層の前記第１領域に電気的に接続される第１電極と、この第１電極の外周側に配置されるとともに、前記発熱層の前記第２領域に電気的に接続された環状の第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に介在され、電気絶縁性を有する環状体と、を更に含む。
【００１５】
これにより、ヒートローラの軸方向端部の軸部の周囲に２つの領域に対する給電部をコンパクトに配置することができる。従って、給電のための構成を簡素化でき、定着装置及び画像形成装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１６】
前記のヒートローラにおいては、前記ベース体の外周面と前記面状発熱体との間に介在される弾性体層を更に含むことが好ましい。
【００１７】
これにより、発熱層のパターンが有る部分と無い部分との段差を弾性体層がその弾性によって吸収するので、ヒートローラの表面に凹凸ができるのを防止できる。従って、トナーの定着ムラを回避できる。
【００１８】
前記のヒートローラにおいては、前記ベース体の外周面と前記面状発熱体との間に介在される断熱層を更に含むことが好ましい。
【００１９】
これにより、発熱層の発生する熱がベース体側に逃げるのを断熱層によって防止でき、記録媒体を一層効率良く加熱できる。この結果、省電力性を向上させることができる。
【００２０】
前記のヒートローラにおいては、前記面状発熱体は細長いシート状に構成されるとともに、この面状発熱体が前記ベース体の外側に螺旋状に巻かれていることが好ましい。
【００２１】
これにより、面状発熱体の縁部同士の継ぎ目の凹凸を小さくできる。従って、表面の凹凸が小さく定着ムラの少ないヒートローラを提供できる。
【００２２】
前記のヒートローラにおいては、前記面状発熱体はシート状に構成されるとともに、この面状発熱体が前記ベース体の外側に巻かれるとともに縁部同士が互いに溶融接合されていることが好ましい。
【００２３】
これにより、継ぎ目の部分で面状発熱体の縁部同士を確実に接合することができる。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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】
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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）。
【００７０】
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。
【００７１】
上記のようにフィルム状ヒータ３３を巻き付けた後、フィルム状ヒータ３３の縁部同士（継ぎ目３９の部分）を、例えば半田接合等の方法を用いて溶融接合する。これにより、フィルム状ヒータ３３がベース体３１上で位置ズレしないように確実に固定できる。なお、図７に示すように、フィルム状ヒータ３３の縁部をその断面形状が斜めとなるように加工し、縁部同士が斜めに合わさるように溶融接合すると、接合部分の強度を増すことができ、継ぎ目３９の部分の凹凸（段差）も小さくできる点で好ましい。
【００７２】
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。
【００７３】
こうして製造されたヒートローラ５２は、図８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、当該軸部４４の外周面に適宜の端子を弾接させて接触給電を行う。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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
また、前記ベース体３１は伝熱層３６よりも熱伝導率が小さくなるように構成されているので、発熱体３５の熱が内周側のベース体３１へ逃げることを抑制でき、ヒートローラ５２の表面を効率良く加熱できる。更には、ベース体３１は合成樹脂製であるので、上記のような熱特性及び電気絶縁性を有するベース体３１を容易に成形して製造することができる。
【００７７】
また、本実施形態のヒートローラ５２においては、ベース体３１の外周とフィルム状ヒータ３３との間に接着層３８が介在されている。そして、この接着層３８はシリコーンあるいはポリイミドからなり、適度の弾性を有するように構成されている。言い換えれば、前記接着層３８が弾性体層としての役割を果たしている。
【００７８】
これにより、発熱体３５のパターンが有る部分と無い部分でのフィルム状ヒータ３３の厚みの差を、接着層３８の弾性によって吸収でき、ヒートローラ５２の表面に凹凸ができることを防止できる。この結果、用紙１００がヒートローラ５２の表面に均一に接触するので、トナーを均一に定着することができる。
【００７９】
また、前記フィルム状ヒータ３３は図６に示すように細長い形状に構成されるとともに、このフィルム状ヒータ３３がベース体３１の外側に螺旋状に巻かれるようにして取り付けられている。
【００８０】
これにより、継ぎ目３９の部分の凹凸（段差）を小さくすることができ、ローラ表面の凹凸が小さく定着ムラの少ないヒートローラ５２を提供することができる。
【００８１】
また、前記フィルム状ヒータ３３の縁部同士が互いに半田によって溶融接合されている。
【００８２】
これにより、継ぎ目３９の部分でフィルム状ヒータ３３の縁部同士を確実に接合することができる。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
次に、第１変形例のヒートローラ５２ａについて図９を参照して説明する。この第１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。これは、後述の第２変形例においても同様である。
【００８９】
この変形例では、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。
【００９０】
この第１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。
【００９１】
また、第２変形例のヒートローラ５２ｂが図１０に示され、このヒートローラ５２ｂは、フィルム状ヒータ１３３において、発熱体３５のヒータパターンをローラ軸方向に分割した構成となっている。具体的には、軸方向中央側の所定の幅の領域（第１領域）Ａ１と、残りの領域（第２領域）Ａ２とで、発熱体３５のヒータパターンを２分割している。分割されたそれぞれの領域Ａ１，Ａ２のヒータパターン同士は、電気的に非接触となるよう配置される。
【００９２】
また、ベース体１３１の両軸端には軸部４４が固定され、この軸部４４はベース体１３１と同一軸線上に配置される。この第２変形例においては、軸部４４は電気絶縁性の材料、例えば合成樹脂により構成される。
【００９３】
この軸部４４の外側（外周面上）には、環状の第１電極４６が設けられている。更に、この第１電極４６の外側には同じく環状の第２電極４７が設けられ、第１電極４６の環状部と第２電極４７の環状部との間には環状の絶縁筒体（環状体）４８が介在される。この絶縁筒体４８は電気絶縁性を有する材料から構成されている。
【００９４】
更に、前記第１領域Ａ１における発熱体３５のヒータパターンと第１電極４６とが導電体４９を介して電気的に接続され、また、第２領域Ａ２におけるヒータパターンと第２電極４７とが導電体５０を介して電気的に接続される。
【００９５】
この第２変形例のヒートローラ５２ｂは、第１電極４６と第２電極４７のそれぞれへの給電の有無を切り換えることで、フィルム状ヒータ１３３が発熱する領域を制御することができる。具体例としては、用紙１００の幅が第１領域Ａ１の幅を上回るときは、第１電極４６と第２電極４７の両方に給電して、フィルム状ヒータ１３３の２つの領域Ａ１，Ａ２の両方を発熱させる。一方、用紙１００の幅が第１領域Ａ１の幅と同じかそれを下回るときは、第１電極４６だけに給電して第１領域Ａ１だけを発熱させ、省電力を実現することができる。
【００９６】
以上に説明したように、第２変形例のヒートローラ５２ｂは、前記フィルム状ヒータ１３３の発熱体３５において、第１領域Ａ１と、この第１領域Ａ１に対しヒートローラ５２ｂの軸方向で隣り合う第２領域Ａ２と、を含んでいる。そして、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とが電気的に非接触となるように構成されている。
【００９７】
これにより、ヒートローラ５２ｂの発熱領域を状況に応じて切り換えることができる。従って、用紙１００が通過しない領域を発熱させないような制御により、省電力を実現することができる。
【００９８】
また、このヒートローラ５２ｂは、ベース体１３１の軸方向端部に同一軸線上に軸部４４を固定的に取り付け、この軸部４４に第１電極４６を設けるとともに、この第１電極４６を前記発熱体３５の第１領域Ａ１と電気的に接続している。また、第１電極４６の外周側に環状の第２電極４７を配置して、この第２電極４７を前記発熱体３５の第２領域Ａ２と電気的に接続している。更に、第１電極４６と第２電極４７との間には、電気絶縁性を有する絶縁筒体４８が配置される。
【００９９】
これにより、発熱体３５の２つの領域に対する給電のための電極を、軸部４４の周囲のコンパクトな領域に配置することができる。従って、給電のための構造を簡素化でき、定着装置５１及びコピーファクシミリ複合機７５を小型化できる。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
図１０の第２変形例において、軸部４４を導電性を有する材料で構成し、この軸部４４と第１領域Ａ１とを導電体４９で電気的に接続する構成に変更することができる。この場合、軸部４４自体が第１電極となるので、環状の第１電極４６を省略して構成を簡素化することができる。
【０１０６】
また、図１０の第２変形例において、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２の配置は、幅の小さい用紙がヒートローラ５２ｂのどの部分を通過するかに応じて任意に変更することができる。また、ヒータパターンを３つ以上に分割することもできる。
【０１０７】
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】
【０１０８】
【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】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断面拡大図。
【図８】本実施形態のヒートローラを示す断面拡大図。
【図９】ヒートローラの第１変形例を示す断面拡大図。
【図１０】ヒートローラの第２変形例を示す断面拡大図。
【符号の説明】
【０１０９】
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）
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】
2008112047.tif 000003
【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】
2008112047.tif 000009
【図８】
2008112047.tif 000010
【図９】
2008112047.tif 000011
【図１０】
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