(57)【要約】【課題】  定着ローラの弾性層にバルーン、スポンジなどの低熱容量のゴム材を用いることなく、加圧ローラ全体を低熱容量化し、消費電力低減とファーストタイムの短縮を実現できる定着装置を提供すること。【解決手段】  加圧ローラの芯金を金属層と多孔質セラミック層からなる２層構造とする。多孔質セラミックはその内部気孔率が６０〜８０％の低熱容量部材である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱体と、それに圧接する加圧部材を有し、加熱体と加圧部材との圧接ニップ部に上流側の処理部から搬送された被加熱材を導入して挟持搬送させることにより加熱体の熱を被加熱材へ付与する加熱装置において、
加熱部材の芯金は、ベース芯金と中間芯金からなる２層構造を有し、ベース芯金は円柱形状の金属性で、中間芯金は中空の円筒形状でその材質がベース芯金よりも低熱容量の部材からなり、ベース芯金の外周面に中間芯金を具備することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項1に記載の加熱装置の芯金について、芯金はベース芯金と中間芯金との間に空気層を有し、芯金がベース芯金と空気層と中間芯金からなる3層構造で構成されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項1、2に記載の加熱装置の芯金について、芯金の中間芯金に具備している低熱容量の部材はその形状が中空の円筒形状を成し、その長手方向の長さは前記被加熱材であるＡ4記録材を挟持搬送させた場合に、記録材が低熱容量部材の両端部をはみ出すことがない程度の幅であることを特徴とした加熱装置。
【請求項４】
請求項1から3に記載の加熱装置の芯金について、芯金の中間芯金に具備している前記低熱容量の部材はその形状が中空の円筒形状を成し、その外径が長手方向の端部より中央部で大きいことを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項1から4に記載の加熱装置の芯金について、芯金の中間芯金に具備している前記低熱容量の部材は内部に気孔を有する多孔質セラミックスからなることを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
請求項1から5に記載の加熱装置の芯金について、芯金の中間芯金に具備している前記低熱容量の部材としてのセラミック材料は多孔質であり、その内部気孔率は25％以上90％以下で、嵩密度は0.2 g/cm3以上1.9g/cm3以下であることを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
請求項６に記載の加熱装置の芯金について、芯金の中間芯金に具備している前記低熱容量の部材としてのセラミック材料は多孔質であり、その内部気孔率は60％以上以下80％で、嵩密度は0.4 g/cm3以上1.0g/cm3以下であることを特徴とする加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未定着像を担持する記録媒体を上記定着体及び加圧体によって挟持搬送して加熱及び加圧することにより上記未定着像を上記記録媒体に定着させる定着装置及び定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を用いたプリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置において、記録材上に転写したトナー像を定着する定着装置としては、熱効率が良好な接触加熱方式のものが広く知られている。
【０００３】
特に近年では省エネルギー推進の観点から、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりが速いオンデマンド方式として、熱容量の小さい定着フィルムを介して加熱するフィルム加熱方式の定着装置、すなわちフィルム定着装置が注目されており、特開昭６３−３１３１８２号、特開平２−１５７８７８号、同４−４４０７５〜４４０８３号、同４−２０４９８０〜２０４９８４号などに提案されている。
【０００４】
ここで図13、図14を参照して、上記フィルム定着装置の概要を説明する。図13は従来の画像形成装置の概略構成断面図である。図14は画像形成装置に具備された上述フィルム加熱定着装置の概略構成断面図である。図15は従来の定着装置に具備された加圧ローラを示す長手横断面図、図16は従来の定着装置に具備された加圧ローラを示す短手横断面図である。
【０００５】
フィルム定着装置はステー1に支持された断熱性支持部材2に加熱ヒータ3を固定し、そのヒータ3の外側に耐熱性樹脂の円筒状の薄肉のフィルム（定着フィルム）4を配置し、耐熱性の弾性ローラからなる加圧ローラ5をフィルム4を介してヒータ3に圧接して、フィルム4と加圧ローラ5との間に所定の幅のニップ部Nを形成して構成されている。
【０００６】
ヒータ3はセラミック等の基板3aの表面に発熱抵抗体3bを設けており、発熱抵抗体3bに通電して加熱し、そのヒータ温度をヒータ3の背面に設置された温度検知手段のサーミスタ3cで検知し、検知温度に基づき通電量を制御することにより、ヒータ3が所定の定着温度に温度調節される。
【０００７】
加圧ローラ5は芯金5a上にシリコーンゴム等の耐熱性ゴムを形成した弾性層5bを設けており、弾性層5b上にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂から成る耐熱離型チューブ層5cで覆われている。
【０００８】
上記のフィルム定着装置に向かって、転写ニップ部から定着装置18に送られてきた記録材Ｐは、定着フィルム4と加圧ローラ5との定着ニップ部Nに挿入され、加圧ローラ5の回転により定着フィルム4の従動回転とともに搬送移動され、定着ニップ部Nを通過する間に、記録材Ｐ上に転写されている未定着トナー像が熱と圧縮力により溶融固定され、永久定着した画像に形成される。
【０００９】
このようなフィルム定着装置を用いたプリンター、複写機などの各画像形成装置は、加熱効率の高さや立ち上がりの速さにより、待機中の予備加熱の不要化や、ウエイトタイムの短縮化など、熱ローラ方式の加熱定着装置に比べて多くの利点を有している。
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献４】特開平４−４４０７６号公報
【特許文献５】特開平４−４４０７７号公報
【特許文献６】特開平４−４４０７８号公報
【特許文献７】特開平４−４４０７９号公報
【特許文献８】特開平４−４４０８０号公報
【特許文献９】特開平４−４４０８１号公報
【特許文献１０】特開平４−４４０８２号公報
【特許文献１１】特開平４−４４０８３号公報
【特許文献１２】特開平４−２０４９８０号公報
【特許文献１３】特開平４−２０４９８１号公報
【特許文献１４】特開平４−２０４９８２号公報
【特許文献１５】特開平４−２０４９８３号公報
【特許文献１６】特開平４−２０４９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の定着装置においても、さらなる消費電力の低減とファーストプリントタイムの短縮が求められている。上記問題を解決するため、近年、加圧ローラの弾性層として、シリコーンゴムを発泡して成るスポンジ弾性層やバルーン弾性層を用いた例がある。しかし、前記スポンジ弾性層やバルーン弾性層は、ローラの低熱容量化につながる一方で、従来のソリッド弾性層と比較して熱伝導性が悪いため、ローラの非通紙部領域で過剰昇温してしまう虞がある。そのため、とくに非通紙域の昇温の大きい小サイズ幅の記録材やA４幅の記録材でスループットダウンなどの回避策をとることになり、装置動作の性能を低下させることになる。
【００１１】
そこで、本発明は、定着ローラの弾性層にバルーン、スポンジなどの低熱容量のゴム材を用いることなく、定着ローラ全体を低熱容量化することができ、その結果、消費電力の低減とファーストプリントタイムの短縮を実現できる定着装置、及び、この定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は下記の構成を特徴とするフィルム加熱方式の加熱装置、及び、該加熱装置を像加熱装置もしくは加熱定着装置として具備した画像形成装置である。
【００１３】
（1）加熱体と、それに圧接する加圧部材を有し、加熱体と加圧部材との圧接ニップ部に上流側の処理部から搬送された被加熱材を導入して挟持搬送させることにより加熱体の熱を被加熱材へ付与する加熱装置において、加熱部材の芯金は、ベース芯金と中間芯金からなる２層構造を有し、ベース芯金は円柱形状でその材質が鉄、またはアルミニウムなどからなり、中間芯金は中空の円筒形状でその材質がベース芯金よりも低熱容量の部材からなり、ベース芯金の外周面に中間芯金を具備することを特徴とする加熱装置。
【００１４】
（2）請求項1に記載の加熱装置の芯金について、芯金はベース芯金と中間芯金との間に空気層を有し、芯金がベース芯金と空気層と中間芯金からなる3層構造で構成されていることを特徴とする加熱装置。
【００１５】
（3）請求項1、2に記載の加熱装置の芯金について、芯金の中間芯金に具備している低熱容量の部材はその形状が中空の円筒形状を成し、その長手方向の長さは前記被加熱材であるＡ4記録材を挟持搬送させた場合に、記録材が低熱容量部材の両端部をはみ出すことがない程度の幅であることを特徴とした加熱装置。
【００１６】
（4）請求項1から3に記載の加熱装置の芯金について、芯金の中間芯金に具備している前記低熱容量の部材はその形状が中空の円筒形状を成し、その外径が長手方向の短部より中央部で大きいことを特徴とする加熱装置。
【００１７】
（5）請求項1から4に記載の加熱装置の芯金について、芯金の中間芯金に具備している前記低熱容量の部材は内部に気孔を有する多孔質セラミックスからなることを特徴とする加熱装置。
【００１８】
（6）請求項1から5に記載の加熱装置の芯金について、芯金の中間芯金に具備している前記低熱容量の部材としてのセラミック材料は多孔質であり、その内部気孔率は25〜90％で、嵩密度は0.2〜1.9g/cm3であることを特徴とする。より好ましくは、その内部気孔率は60〜80％で、嵩密度は0.4〜1.0g/cm3であることことを特徴とする加熱装置。
【発明の効果】
【００１９】
以上述べてきたように、本実施形態である加圧ローラの芯金は、ベース芯金と中間芯金の2層構造、もしくは、空気層を含めた３層構造からなり、該中間芯金は、その内部気孔率が60％で嵩密度が1.0g/cm3の多孔質セラミックスで構成されており、1層構造からなる従来の芯がねと比して、かなりの低熱容量化を実現できた。それゆえ、加圧ローラの断熱層をバルーン層やスポンジ層にすることなく、加圧ローラの熱容量を小さくすることが可能となり、その結果、定着装置としての加熱効率の向上と画像形成装置としてのファーストプリントタイムの短縮化を実現できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
[実施例１]
(1)  画像形成装置例
以下、添付図面に沿って本発明の実施例1の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明による画像形成装置の一例として、フィルム定着装置を具備した画像形成装置の概略構成を示す断面図であり、本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のプリンタである。
【００２２】
111は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）である。ＯＰＣ、アモルファスシリコン等の感光材料の層をアルミニウムやニッケル等のシリンダ状の基体上に形成して構成されている。そして、矢印の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。
【００２３】
感光ドラム111は回転過程において、まず、帯電装置としての帯電ローラ112によって所定の極性・電位に一様に帯電される。次に、露光装置としてのレーザースキャナ113による、目的の画像情報パターンに対応したレーザービーム走査露光Ｌを受ける。これにより回転感光ドラム111面に目的の画像情報パターンに対応した静電潜像が形成される。
【００２４】
レーザースキャナ113は不図示のホストコンピュータ等の外部装置から送られた目的の画像情報パターンの時系列電気デジタル画素信号に対応してＯＮ／ＯＦＦ制御（強度変調）したレーザー光Ｌを出力し、このレーザー光で回転感光ドラム111の一様帯電処理面を走査露光する。
【００２５】
回転感光ドラム111面に形成された静電潜像は現像装置114でトナー現像されて可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法等が用いられ、イメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多い。
【００２６】
回転感光ドラム111面に形成されたトナー像は、感光ドラム111と転写ローラ115とで形成される転写ニップ部において、該転写ニップ部に所定の制御タイミングにて給送された被記録材（転写材）Ｐに対して順次に転写される。転写ローラ115には不図示の電源から所定の転写バイアスが所定の制御タイミングにて印加され、感光ドラム111上のトナー像は転写バイアスの作用で被記録材Ｐに転写される。
【００２７】
本例の画像形成装置においては、給紙カセット121からのカセット給紙モードと、手差しトレイ127からの手差し給紙モードを選択して被記録材を給紙することができる。
【００２８】
カセット給紙モードの場合は、給紙カセット121内に積載収納させた被記録材Ｐが給紙ローラ122と不図示１枚分離部材とによって１枚分離給送され、シートパス123、第１センサ（後端検知センサ）124、レジストローラ125、第２センサ（レジストセンサ）126の経路を通って転写ニップ部に所定の制御タイミングにて給送される。
【００２９】
手差し給紙モードの場合は、手差しトレイ127から装置に差し入れた被記録材Ｐが給紙ローラ128で装置内に引き込まれ、シートパス129、第１センサ（後端検知センサ）124、レジストローラ125、第２センサ（レジストセンサ）126の経路を通って転写ニップ部に所定の制御タイミングにて給送される。
【００３０】
第１センサ124で被記録材サイズ検知がなされる。被記録材サイズ検知は第２センサ126で行っても良い。被記録材Ｐはレジストローラ125によって、感光ドラム111表面に形成されたトナー像と同期を取り転写ニップ部に供給される。
【００３１】
転写ニップ部にてトナー像の転写を受けてトナー像を保持した被記録材Ｐは回転感光ドラム111面から順次に分離されてシートパス117を通ってフィルム定着装置118へ搬送され、定着装置の定着ニップ部で加熱・加圧されて、トナー像が被記録材Ｐ上に定着され永久画像となり、排紙ローラ119で機外の排紙トレイ120へ排出される。
【００３２】
一方、被記録材Ｐに対するトナー像転写後（被記録材分離後）に感光ドラム111上に残留する転写残留トナーはクリーニング装置116により感光ドラム111表面より除去され、清掃された感光ドラム111表面は繰り返して作像に供される。
(2) フィルム定着装置118
続いて、図2を参照して、本発明によるフィルム定着装置118について説明する。図2は、本発明によるフィルム定着装置の拡大模式図である。
【００３３】
このフィルム定着装置118は、大別して、フィルム加熱ユニット106と、このフィルム加熱ユニット106に相互圧接して定着ニップ部(搬送ニップ部)Nを形成する加圧ローラ105からなる。以下、フィルム加熱ユニット106の構成、続いて、加圧ローラ105の構成について説明する。
(3) フィルム加熱ユニット106
フィルム加熱ユニット106は、加熱体103と、該加熱体103を断熱支持するホルダー102と、円筒状の耐熱フィルム104と、該フィルム104を支持するための支持ステー101などからなる。
【００３４】
103は横長の低熱容量のプレート状加熱体であり、アルミナ（Al2O3）等のセラミック基板であるヒータ基板103a上に、発熱抵抗体103bとして、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材料を厚み１０〜３０μm、幅0.8〜３mmにスクリーン印刷等により塗工・焼成し、その上にオーバコート層103d（保護層）としてガラスやフッ素樹脂などをコートしてある。この加熱体103は加熱体を断熱支持するホルダー102の外側下面に長手に沿って設けた溝に嵌め込んで接着して固定支持させてある。
【００３５】
102は加熱体103を断熱支持するホルダーであり、300度近くの高温に耐える必要があるため、耐熱性の高い液晶ポリマー（ＬＣＰ）（熱変形温度３３５度品、商品名エコノールＥ、Ｅ５００８グレード、住友化学）を使用している。
【００３６】
101は鉄などの金属で構成されており加圧しフィルムを支持するための支持ステー（鉄ステ−）である。
【００３７】
104はホルダー102を支持するステー101に外嵌させた円筒状のフィルムであり、ステー101に対し周長に余裕をもってルーズに外嵌している。
【００３８】
耐熱フィルム104は、伝熱性を高めて熱容量を小さくし、クイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は100μm以下、好ましくは10〜５０μm程度の耐熱性のあるＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰの単層、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ，ＰＥＳ，ＰＰＳ等の外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等を混合コーティングした複合層フィルムからなる。
【００３９】
耐熱性フィルム104の両端部には、不図示のフィルム端部を受け止めるフランジ部材があり、該フランジ部材107は耐熱性、電気絶縁性で、高い加重に耐えられる剛性材料、例えば、液晶ポイマー、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等で構成される。
(4) 加圧ローラ105
続いて、本実施例における加圧ローラ105について説明する。加圧ローラ105は芯金105aと3.5ｍｍ厚のシリコーンゴムからなるソリッド弾性層105bと、50μm厚のＰＦＡチューブ層105cからなり、その直径は25ｍｍとしている。
【００４０】
加圧ローラ105は不図示のバネにより、総圧約15kgfで加圧されており、フィルム加熱ユニット106と相互圧接して幅10mmほどの定着ニップ部(搬送ニップ部)Nを形成している。
(5) 加圧ローラ105の芯金105a
次に、図3、図4を参照して、本実施例における加圧ローラ105の芯金105aについて説明する。図3は本実施例における加圧ローラ105の長手横断面形状、図4は本実施例における加圧ローラ105の短手横断面形状である。
【００４１】
本実施例における芯金105aは、長手方向の中央部に窪みをもつダンベル型をしたベース芯金105dと該中央部の窪みを覆うように肉付けされた円筒形状の中間芯がね105eからなる。
【００４２】
ベース芯金105dは、強度と熱伝導性に優れたアルミニウムまたは鉄で構成されており、長手両端部の芯金軸受け部107で不図示のバネによる15〜20kgfの加圧に耐えることができる。
【００４３】
中間芯金105eは、強度と断熱性に優れた多孔質セラミックで構成されており、内部に気孔を有し嵩容積が少ないことからベース芯金105dと比較して熱容量が小さい。
【００４４】
中間芯金105eは、その長手方向の長さをA4汎用紙の横幅290mm以下とすることで、A4汎用紙を連続通紙した場合のローラ非通紙部域の熱を、熱伝導の高いベース芯金105dを介して長手方向に拡散することができる。
(6)  多孔質セラミックの製法
次に、上述した多孔質セラミックの製法について説明する。
【００４５】
多孔質セラミックスは、耐熱性繊維、耐水性粒状有機物、結合材、水を加えて混合することで均一な可塑性混合物を成型し、常温又は加熱下にて乾燥した後に400〜1000℃付近まで高温で焼成して製造される。以下に製法、及び材料の詳細について述べる。
【００４６】
耐熱性繊維としては、ロックウール、アルミノシリケート質繊維、アルミナ繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等を使用することができる。用いる耐熱性繊維の太さは製品の繊維間空隙の大きさに影響し、大きな空隙のものを得るにはやや太い、たとえば繊維径が約２〜１５μmのものを用いるのが有利である。必要ならば、耐熱性繊維に対して約３００重量％までの充填材、たとえば蛙目粘土、木節粘土、カオリン、ベントナイト、アルミナ、シリカ等を併用して製品の繊維間空隙の量を調整することができる。充填材を配合することにより、またその配合量を増やすほど、繊維間空隙を少なくすることができる。しかし、充填材配合量が耐熱性繊維に対して３００重量％をこえると、内部気孔率が低下して空隙が少なくなるため、断熱体としての効果が十分に得られない。逆に50％以下では、空隙が多すぎて、十分な強度を維持するのが困難となる。
【００４７】
耐水性粒状有機物は、製品中に気孔を生じさせるために使用する。この材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、アクリル樹脂等、各種合成樹脂からなるものが適当であり、発泡樹脂粒子を用いることもできる。このほか、木材等耐水性天然有機物の粉砕物、カーボン粉等を用いることもできる。なお、この材料が耐水性であることは、原料混合物が水と混合、成形されて乾燥されるまで粒状を維持させるために必要である。
【００４８】
耐水性粒状有機物の粒径は少なくとも０.０５mmあることが必要で、あまりに微細では、前述した断熱材として役立つ気孔を形成することができない。また、２mmをこえる粒径の粒状物は、過大な気孔を生じさせ製品の物性と均一性を悪くするとともに、強度も低下させる。耐水性粒状有機物の配合比率は、製品中に形成される気孔の総量を左右する。
【００４９】
結合剤としては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸ソーダ等の有機質結合剤のほか、コロイダルシリカ、アルミナゾル、けい酸ソーダ、けい酸リチウム、ガラスフリット等の無機質結合剤を用いることができる。
【００５０】
有機質結合剤は、原料混合物を成形して乾燥しただけの段階で強度を発現してその後の取り扱いを容易にするほか、ほとんどのものは原料混合物の粘度を高めて成形を容易にする作用もする。一方、無機結合剤は原料混合物を成形し１０００℃に達するような高温で焼成したときも焼失することなく結合力を維持する。したがって、本発明においては有機結合剤と無機結合剤の両方を併用するのが有利であり、最終製品の強度および硬度を必要な水準のものとするのに必要な量の無機結合剤に、原料混合物の成形性と焼成前の成形体強度を確保するという観点から補助的に有機結合剤を併用することが望ましい。
【００５１】
上述の原料に適量の水を加えて混合し、均一な可塑性混合物とするが、結合剤および水の配合量も、製品の繊維間微細空隙の大きさと量を左右する。原料の好適配合比は結合剤の種類、成形後の加熱温度および必要とされる製品特性等によって異なるが、１５０〜４００℃に加熱して製品を得る場合、原料の好適配合比はおおむね次の範囲にある。
【００５２】
耐熱性繊維（充填材を使用する場合は充填材との合計量）  １００重量部
チタン酸バリウム                                １０〜１００重量部
耐水性粒状有機物                                １０〜３００重量部
結合剤                                            ２〜１００重量部
水            適量（通常、上記原料合計量に対し２０〜２００重量％）
得られた可塑性混合物は、棒状、円筒状、板状等、製品の使途に応じて所定の形状に成形することができる。成形法に制限はなく、押出成形、プレス成形等、任意の成形法を製品形状に応じて選ぶことができる。次いで常温または加熱下に乾燥して成形体を硬化させるとともに水分を除く。繊維間の微細な連通空隙はこの段階で形成される。さらに約１５０〜４００℃に昇温して粒状有機物を燃焼または分解・ガス化させることにより消失させると、その後に気孔が残る。
【００５３】
なお、加熱して粒状有機物を消失させる工程では有機結合剤も一部炭化または燃焼するのが避けられないが、それは最小限度に抑えることが望ましく、したがって、結合剤として有機質のものだけを用いた場合は加熱処理が制約されることが多い。一方、無機結合剤を主たる結合剤とし有機結合剤を補助的に使用した場合は、有機結合剤が全部焼失してしまっても十分な製品強度が得られるので、４００℃以上１０００℃付近までの高温で焼成して粒状有機物を容易に且つ完全に消失させると共に無機結合剤を完全に硬化させ、その特性を十分に発揮させることができる。
【００５４】
なお、４００℃以上１０００℃付近までの高温で焼成による粒状有機物の急激な消失による亀裂の発生等を防ぐため、高温での焼成に先立ち１５０〜４００℃での予備加熱を行う場合もある。この場合の原料の好適配合比はおおむね以下の範囲にある。
【００５５】
耐熱性繊維（充填材を使用する場合は充填材との合計量）  １００重量部
チタン酸バリウム                                １０〜１００重量部
耐水性粒状有機物                                １０〜３００重量部
結合剤                                          ５０〜３００重量部
水            適量（通常、上記原料合計量に対し２０〜２００重量％）
以上の製法により、中空の円筒形状で、機械的強度、耐久性にすぐれた、多孔質のセラミック材料が得られる。
(6) 加圧ローラ105の芯金105aの製法
次に、図5、図6を参照して、ベース芯金105dと中間芯金105eの2層構造から成る、芯金105dの製法について説明する。
【００５６】
本実施例における芯金105aの製法は大きく2種類あり、図5に示す製法(1)は、多孔質セラミックスからなる中間芯金105eを焼成成型した後に、該中間芯金105eの両端部の隙間からダンベル型のベース芯金105dを挿入する方法である。
【００５７】
製法(1)において、ダンベル型のベース芯金105dは、長手中央部で2つに分割されており、その分割された2つの部材は互いの先端部で接合できる構成となっており、その先端の形状は、一方がボルト形状を成し、他方が袋ナット形状を成す。
【００５８】
分割された2つのベース芯金105dは、すでに焼成した後の中間芯金105eの両端部から円筒内部に挿入し、接合部をねじで固定する。接合部の固定方式としては圧入方式でも良い。
【００５９】
なお、中間芯金105eの内壁には接着剤が付着しており、ベース芯金を挿入後、所定の温度で加熱すると中間芯金105eとベース芯金105dが接着し、芯金105aが製造される。
【００６０】
続いて、図6に示す製法(2)は、ベース芯金105dの窪みに粘土状の可塑性混合物を肉付けした後、一括焼成する方法である。
【００６１】
製法(2)において、ベース芯金105dの窪みに肉付けされた粘土状の該可塑性混合物は、研磨などの手段でその表面性を良くし、その後400〜1000℃で焼成する。先の多孔質セラミックの製造方法で述べたが、可塑性混合物を400〜1000℃で焼成すると、該可塑性混合物は内部に気孔を有する多孔質のセラミック材料となる。
【００６２】
従って、ベース芯金105dと粘土状の可塑性混合物を一括焼成することで、製法(1)のように中間芯金105eを分割することなく、芯金105aを製造することができる。ただし、ベース芯金105dの融点が、アルミニウムの場合650℃、鉄の場合1500℃であるため、本例における焼成温度は500℃程度とする。
(7)  多孔質セラミックスの特徴
次に、本実施例の中間芯金105eで用いる、多孔質セラミックの特徴について説明する。
【００６３】
該多孔質セラミックスの内部気孔率は通常25〜90％、好ましくは60〜80％である。内部気孔率が25％未満では、気孔が少なすぎて熱容量を十分に小さくできないため、加熱装置の立ち上がり時間短縮に十分な効果を得ることができず、90％を超える場合は、固体を形成する物質の量が少ないため、十分な強度を維持するのが困難である。従って、本例で用いる多孔質セラミックの内部気孔率は60％とする。
【００６４】
該多孔質セラミック層の内部気孔の内、直径が200μm以上の細孔の平均径は200〜2000μmであり、水銀ポロシメータにより測定した微細孔の気孔平均径は5〜100μmである。
【００６５】
該多孔質セラミックの嵩密度は、通常0.2〜1.9g/cm3であり、好ましくは0.4〜1.0g/cm3である。嵩密度が1.9g/cm3を超える場合は、重量がありすぎて熱容量を十分に小さくできないため、加熱装置の立ち上がり時間短縮に十分な効果を得ることができず、0.2g/cm3未満の場合には固体としての強度が十分でない。本例で用いる多孔質セラミックの嵩密度は1.0g/cm3とする。
【００６６】
以上述べてきたように、本実施形態である加圧ローラ105の芯金105aは、ベース芯金105dと中間芯金105eの2層構造からなり、その中間芯金105eは、その内部気孔率が60％で嵩密度が1.0g/cm3の多孔質セラミックで構成されているため、1層構造からなる従来の芯金5aと比較して加圧ローラ105の熱容量を小さくすることができる。それゆえ、加圧ローラ105の断熱層105-cをバルーン層やスポンジ層にすることなく、加圧ローラ105の熱容量を小さくすることが可能となり、その結果、定着装置としての加熱効率の向上と画像形成装置としてのファーストプリントタイムの短縮化を実現できる。
(8)評価
具体的には、加圧ローラ105の外表面が常温25℃から200℃に達するまでの昇温時間を測定した。
【００６７】
本評価は加熱ヒータ103の通電抵抗発熱体103bへ印加する電力を800Wと固定し、加圧ローラ105の回転速度は200mm/secとした。
【００６８】
また、加圧ローラ105としてはベース芯金105dと中間芯金105eの2層構造からなる芯金105aの上に、弾性層として厚み3.5mmのシリコーンゴム層105bを形成したソリッドタイプのものを使用した。
【００６９】
表層には30μmの厚さのPFAチューブ105ｃを形成した。
【００７０】
ベース芯金105dの材質はアルミニウム、中間芯金105eの材質は多孔質セラミックで、その内部気孔率は60％、嵩密度は1.0g/cm3のものを使用した。
【００７１】
比較例として、加圧ローラ5は、アルミ芯金5aの上に弾性層として厚み3.5mmのシリコーンゴム層5bを形成したソリッドタイプのものと、弾性層としてシリコーンゴム中に中空フィラーを分散させたバルーンタイプのものを使用した。シリコーンゴムは信越化学工業(株)製の液状シリコーンゴムで材料硬度がAsker-C硬度測定の1000g荷重で61°のものである。中空フィラーはアクリロニトリルと塩化ビニリデンの共重合体からなる樹脂製の中空体である。各加圧ローラの表層には30μmの厚さのPFAチューブ5ｃを形成した。表1に比較結果を示す。表中の昇温時間は25℃から200℃に到達するまでの時間である。
【００７２】
【表１】
2008139667.tif 000003
【００７３】
各昇温時間は本実施例が4.5sec、比較例2のバルーンタイプが4.6sec、比較例1のソリッドタイプが6.9secであった。本実施例の昇温時間は、比較例1のソリッドタイプより明らかに速い。しかも、ソリッドタイプのローラでありながら、比較例2のバルーンタイプとほぼ同等であることがわかる。
【００７４】
前述のように、比較例2のバルーンタイプはソリッドタイプよりも熱伝導性が劣るため、ローラの非通紙領域で過剰昇温を引き起こす虞がある。一方で、本実施例はソリッドタイプのため前述過剰昇温は起こらない。従って、本実施例は非通紙領域で過剰昇温を引き起こすことなく、バルーンタイプとほぼ同等の昇温時間を達成できる。
【００７５】
次に、中間芯金105eの材質である多孔質セラミックの内部気孔率と嵩密度を変えて昇温時間を測定した。測定条件は上記と同じである。表2に比較結果を示す。
【００７６】
【表２】
2008139667.tif 000004
【００７７】
中間芯金105eの多孔質セラミックは、内部気孔率が高く、嵩密度が小さいほど昇温スピードが速い。とくに、内部気孔率が60％以上、嵩密度が1.0g/cm3以下の場合で、比較例2のバルーンタイプより昇温スピードに優れていることがわかる。
【００７８】
また、表2に記載の多孔質セラミックの強度に関して、○は許容範囲内、△は許容範囲外を示す。ここでの許容範囲内とは、芯金両端部に20kgfの加圧した場合、破損することなく、また、性能上問題なく使用できることを示す。中間芯金105eの多孔質セラミックは、内部気孔率が80％以下、嵩密度が0.4g/cm3以上であることが好ましい。
【００７９】
以上の結果をまとめると、中間芯金105eの材質である多孔質セラミックはその内部気孔率が60〜80％、嵩密度が0.4〜1.0g/cm3であることが好ましい。
【００８０】
以上述べてきたように、本実施形態である加圧ローラ105の芯金105aは、ベース芯金105dと中間芯金105eの2層構造からなる。その中間芯金105eは、その内部気孔率が60％、嵩密度が1.0g/cm3の多孔質セラミックで構成されており、1層構造からなる従来の芯金5aと比較して加圧ローラ105の熱容量を小さくすることができる。それゆえ、加圧ローラ105の断熱層105cをバルーン層やスポンジ層にすることなく、加圧ローラ105の熱容量を小さくすることが可能となり、その結果、定着装置としての加熱効率の向上と画像形成装置としてのファーストプリントタイムの短縮化を実現できる。
【００８１】
[実施例2]
図7、図8、図9を参照して、本実施例について説明する。図7は本実施例におけるフィルム加熱装置の断面図であり、図8は本実施例における加圧ローラの長手横断面図であり、図9は本実施例における加圧ローラの短手横断面図である。
【００８２】
実施例１は、芯金105aをベース芯金105dと中間芯金105eからなる2層構造とし、その中間芯金105eの材質を多孔質セラミックとすることで、定着装置としての加熱効率を高め、画像形成装置のファーストプリントタイムを短縮することができた。
【００８３】
本実施例では、実施例１と同様、芯金205aを2層構造とすることに加え、中間芯金205dの長手形状をクラウン形状にすることを特徴としており、その他の構成については第１の実施例と同一なので、同一の構成部分には同一の符号を付し、再度の説明を省略する。
【００８４】
図8に示すように、本実施例は中間芯金205eにおける低熱容量化に加え、その形状をクラウン形状とすることで、弾性層205cの肉厚が長手中央部ほど薄くなる構成となり、不図示のバネにより、加圧ローラ205とフィルム加熱ユニット106とが相互圧接して得られるニップNの幅が長手中央部ほど短い中細の形状となる。
【００８５】
ニップNの長手形状を中細とすることで、フィルム加熱ユニット106から加圧ローラ205に伝わる熱量の長手方向の配分を長手端部ほど多めにすることができる。
【００８６】
その結果、放熱による温度低下の大きい長手端部ほど、より多くの熱量を補うことができ、加圧ローラの温度を長手方向でより均一にすることができる。
【００８７】
なお、本実施例における中間芯金205eのクラウン量は、そのクラウン量を長手端部と長手中央部の厚み量の差と定義するならば、およそ100μm〜1000μm程度であり、クラウン形状は押出成型やプレス成型等、任意の成型法を選択、併用することで容易に製造することができる。
【００８８】
上述のように、本実施例において中間芯金205eの長手形状をクラウン形状とすることで、不図示のバネにより、加圧ローラ205とフィルム加熱ユニット106とが相互圧接して得られるニップNの長手形状を長手中央部ほど短い中細の形状とすることができ、フィルム加熱ユニット106から加圧ローラ205に伝わる熱量を長手端部ほど多めに配分することができるため、加圧ローラ205の温度が長手方向でより均一となり、定着性を長手方向で均一にすることができる。
【００８９】
[実施例3]
図10、図11、図12を参照して、本実施例について説明する。図10は本実施例におけるフィルム加熱装置の断面図であり、図11は本実施例における加圧ローラの長手横断面図であり、図12は本実施例における加圧ローラの短手横断面図である。
【００９０】
本実施例においては、図11に示すように、実施例１の構成に加え、ベース芯金305dと中間芯金305eの間に空気層305fを介在させることで、3層構造の芯金305aとしている。中間芯金305eは多孔質セラミックからなり、その内部気孔率が60％、嵩密度が1.0g/cm3である。本実施例の構成は、中間芯金305eの強度上、とくに加圧力が15kgf以下の場合が好ましい。その他の構成については実施例１の形態と同一なので、同一の構成部分は同一の符号を付して、再度の説明は省略する。
【００９１】
この構成は、実施例１の形態から多孔質セラミックからなる中間芯金305e部分を減らし、代わりに空気層305fを設けることで、さらなる低熱容量化を実現できる。
【００９２】
具体的には、このような構成により、芯金305の熱容量がさらに小さくなり、実施例1と同様の評価を行ったところ、実施例1よりもさらに短い時間で200℃に達した。
【００９３】
なお、本実施例においては、実施例２と同様、中間芯金305eの形状をクラウン形状としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】実施例1の画像形成装置を示す概略断面構成図
【図２】実施例1のフィルム加熱方式の定着装置を示す断面図
【図３】実施例1の定着装置に具備された加圧ローラを示す長手横断面図
【図４】実施例1の定着装置に具備された加圧ローラを示す短手横断面図
【図５】本発明における芯金の製造方法(1)に関する概略説明図
【図６】本発明における芯金の製造方法(2)に関する概略説明図
【図７】実施例2のフィルム加熱方式の定着装置を示す断面図
【図８】実施例2の定着装置に具備された加圧ローラを示す長手横断面図
【図９】実施例2の定着装置に具備された加圧ローラを示す短手横断面図
【図１０】実施例3のフィルム加熱方式の定着装置を示す断面図
【図１１】実施例3の定着装置に具備された加圧ローラを示す長手横断面図
【図１２】実施例3の定着装置に具備された加圧ローラを示す短手横断面図
【図１３】従来の画像形成装置を示す概略断面構成図
【図１４】従来のフィルム加熱方式の定着装置を示す断面図
【図１５】従来の定着装置に具備された加圧ローラを示す長手横断面図
【図１６】従来の定着装置に具備された加圧ローラを示す短手横断面図
【図１】
2008139667.tif 000005
【図２】
2008139667.tif 000006
【図３】
2008139667.tif 000007
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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