(57)【要約】      （修正有）【課題】より高い断熱性を有する断熱材を提供する。【解決手段】中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように備えると共に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持できる固定手段を備えて成る断熱材。円筒形状の外層及びその内周側に位置する内層を有すると共に、それら外層と内層の間に断熱層を有してなる円筒又は円柱の断熱部材であって、断熱層が、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように有すると共に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持するように構成された断熱材によっても、解決される。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように備えると共に、
隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持できる固定手段を備えて成る断熱材。
【請求項２】
上記中空糸は、断面で見て仕切りを有していることを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
【請求項３】
上記固定手段が、隣接する中空糸の集合体の外周を囲み、上記集合体に当接する囲繞部材であることを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
【請求項４】
１〜１０ｋｇ／ｃｍ２で加圧した場合の熱伝導率が０．０８〜０．０９Ｗ／ｍＫであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の断熱材。
【請求項５】
中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように備える断熱材を使用する方法であって、上記断熱材は、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持できることを特徴とする断熱材の使用方法。
【請求項６】
中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように配置する第１の工程と、上記中空糸間にバインダーを充填する第２の工程と、を備えた断熱材の製造方法。
【請求項７】
上記第１の工程は、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように折り曲げるか、巻き付けて配置する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の断熱材の製造方法。
【請求項８】
隣接する中空糸の集合体の外周を囲繞部材で囲み、囲繞部材内周を上記集合体外周に当接させる第３の工程を更に備えることを特徴とする請求項６又は７記載の断熱材の製造方法。
【請求項９】
中空糸の内部空間を大気圧よりも減圧する工程と、中空糸の内部空間を減圧した状態で、上記内部空間を封止する工程と、を更に備えたことを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載の断熱材の製造方法。
【請求項１０】
隣接する中空糸の集合体の外周に導電部材を配置する工程を更に備えたことを特徴とする請求項６〜９の何れか一項に記載の断熱材の製造方法。
【請求項１１】
円筒形状の外層及びその内周側に位置する内層を有すると共に、それら外層と内層の間に断熱層を有してなる円筒又は円柱の断熱部材であって、上記断熱層が、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように有すると共に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持するように構成されたことを特徴とする断熱部材。
【請求項１２】
円筒形状の外層及び円柱形状内層を有する円柱部材であって、上記内層が、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように有すると共に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持するように構成されたことを特徴とする円柱断熱部材。
【請求項１３】
円筒形状の外層及びその内周側に位置する内層、更には上記外層と内層の間に断熱材を有してなる円筒又は円柱の断熱部材を製造する方法であって、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように備えると共に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持する断熱材を、内層の外周に円筒形状に配置する第１の工程と、外層を断熱材の外周に配置する第２の工程と、を備えてなることを特徴とする円筒又は円柱の断熱部材製造方法。
【請求項１４】
１〜１０ｋｇ／ｃｍ２で加圧した場合の熱伝導率が０．０８〜０．０９Ｗ／ｍＫである断熱層を備えた加熱加圧部材。
【請求項１５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の断熱材を、断熱層として有する部材であって、高温部への接触加圧を行うような断熱押圧部材。
【請求項１６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の断熱材を、断熱層として有する回転体形状であって、室温以上で回転接触加圧を行うような断熱押圧部材。
【請求項１７】
非使用時には圧力低減若しくは圧力解除を行うようになったことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の断熱押圧部材。
【請求項１８】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の断熱材を、定着部材、加圧部材、転写定着部材等の加熱部材の少なくとも一部に用いたことを特徴とする定着装置。
【請求項１９】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の断熱材を、定着部材、加圧部材、転写定着部材等の加熱部材の少なくとも一部に用いたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断熱材の構成及びその製造方法に関するものである。例えば、電子写真方式のプリンタ、ファクシミリ、複写機或いはこれらの少なくとも二つの機能を備えた複合機等として構成される画像形成装置に装着された定着装置や、定着ローラ、定着ベルト等の定着部材に適用され得るものである。本発明は更に、冷蔵庫、電気炉等、多くの工業製品にも応用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
可視像形成のためにトナーを用いる画像形成装置においては、トナー画像を転写紙等の記録材に定着するために定着装置が備えられている。定着装置としては、加熱定着方式、圧力定着方式或いは溶剤定着方式等が従来から知られている。このうちの熱定着方式は、ニップ部において記録材上のトナーに熱と圧力を加えてトナー像を記録材上に定着するものであり、従来から広く採用されている方式である。
【０００３】
ニップ部を形成する定着部材を用いた定着装置においては、ウォームアップ時間を短くし、且つ当該定着部材の剛性低下を防止するという２つの要求を同時に満足させなければならない。
【０００４】
このような点に関しては、断熱性の高い断熱層を用いることで、剛性の高い部材でありながら実効的な熱容量が小さく、昇温が速く熱エネルギー消費の少ない構成を得ることが可能である。このように断熱層を用いたものとして、芯金外周に断熱層を形成し、外部から輻射、伝熱により加熱するもの（例えば特許文献１）；断熱層外周に導電層を配置し、誘導電流又は直接電流により加熱するもの等がある。
【特許文献１】
特開２００２−４０８５５号公報
【０００５】
断熱性の良い部材として、熱伝導率の低い空気等の気体を内部に含んだ部材が一般的に考慮され、定着装置においては発泡シリコーンゴムがよく使用されている（例えば特許文献２）。
【特許文献２】
特開２０００−２０５６８１５号公報
【０００６】
剛性が高く、変形の小さい断熱材としては、多孔質セラミックス、多孔質樹脂（特許文献３）や中空粒子をバインダーに混合したもの（特許文献４）が挙げられる。
【特許文献３】
特開２００２−４０８５５号公報
【特許文献４】
特開２０００−２７５９９６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来技術に鑑み、より高い断熱性を有する断熱材を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように備えると共に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持できる固定手段を備えて成る断熱材によって、解決することができる。
【０００９】
上記中空糸は、断面で見て仕切りを有しているのが好適である。また上記固定手段が、隣接する中空糸の集合体の外周を囲み、上記集合体に当接する囲繞部材であるのも好ましい。１〜１０ｋｇ／ｃｍ２で加圧した場合の熱伝導率が０．０８〜０．０９Ｗ／ｍＫであれば一層効果的である。
【００１０】
中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように備える断熱材を使用する方法であって、上記断熱材は、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持できるようになっているのがよい。
【００１１】
中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように配置する第１の工程と、上記中空糸間にバインダーを充填する第２の工程と、を備えることで断熱材を製造するのが好適である。上記第１の工程は、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように折り曲げるか、巻き付けて配置する工程を含んでいれば、一層好ましい。また隣接する中空糸の集合体の外周を囲繞部材で囲み、囲繞部材内周を上記集合体外周に当接させる第３の工程を更に備えているのもよい。また、中空糸の内部空間を大気圧よりも減圧する工程と、中空糸の内部空間を減圧した状態で、上記内部空間を封止する工程と、を更に備えているのもよい。隣接する中空糸の集合体の外周に導電部材を配置する工程を更に備えていれば、一層好都合である。
【００１２】
上記課題はまた、円筒形状の外層及びその内周側に位置する内層を有すると共に、それら外層と内層の間に断熱層を有してなる円筒又は円柱の断熱部材であって、上記断熱層が、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように有すると共に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持するように構成された断熱材によっても、解決される。同様に、円筒形状の外層及び円柱形状内層を有する円柱部材であって、上記内層が、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように有すると共に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持するように構成された円柱断熱部材によっても、上記課題が解決される。
【００１３】
円筒形状の外層及びその内周側に位置する内層、更には上記外層と内層の間に断熱材を有してなる円筒又は円柱の断熱部材を製造する方法であって、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように備えると共に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持する断熱材を、内層の外周に円筒形状に配置する第１の工程と、外層を断熱材の外周に配置する第２の工程と、を備えて円筒又は円柱の断熱部材を製造するのが好適である。
【００１４】
１〜１０ｋｇ／ｃｍ２で加圧した場合の熱伝導率が０．０８〜０．０９Ｗ／ｍＫである断熱層を備えた加熱加圧部材は、好都合である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
一般的に断熱材若しくは断熱層に関して考える場合、材質の点の他に、空気等の断熱気体或いは真空等の空間をいかに多く含むかことができるか、また気体の場合には、対流を起こさない微小な閉空間に収められるかが理想的な断熱材・断熱層のための条件となる。上記発泡シリコーンゴムやスポンジゴムが断熱材の一例であるが、完全な独立気泡の集合体とはならないため、内部で対流が発生してしまい、必ずしも高い断熱性を有さないという問題がある。また、これらの材料は加圧状態では気泡が圧縮され、ソリッドゴムに近い断熱性しか得られないという問題もある。
【００１６】
中空粒子を含有させた断熱材では、中空粒子は粒子の壁がゼロと考えても、その充填率が最大でも７４％（三次元における均一粒子の最密充填√２π／６）であり、必ずしも高い断熱性は得られない。また、中空粒子を材料中に混練する際、或いは加圧下で使用する際に粒子が破損し、高い断熱性が得られないという問題もある。
【００１７】
材質中に解放気泡や密閉気泡を含んだ中実繊維に対して直交して熱流がある場合の熱伝導率については次のような刊行物に記載がある。
【非特許文献１】
伝熱工学資料改訂第３版（昭和５１年第２刷発行、発行者：日本機械学会）第２６４頁
この非特許文献１には、繊維を伝熱方向と直交する方向に並べた場合の理論式が記載され、その式に基づいてポリイミド容積比率と熱伝導率の関係は図１のようになり、比較のため、閉鎖空間を有した中空糸の場合を合わせてプロットする。これより中空糸の熱伝導率の低さが理解されよう。
【００１８】
本発明に係る断熱材では、隣接する中空糸は折り曲げたり、芯材に巻き付ける（図２）ことによって外周同士が当接するようになる。例えば螺旋状に配置することで、このような態様を得ることができる。複数の中空糸を同方向に向くように並べたり（図３）、積層する（図４）ことで、隣接する中空糸の外周同士が当接する。中空糸の軸線方向に直交する向き（横断面）では、熱伝達の主たる経路となり得る中空糸間の接触面積が小さく、熱伝導が小さい。また微小な閉鎖空間内では対流が生じにくく、対流熱伝達も殆ど生じない。これらの事実によって中空糸を用いることで非常に断熱性に優れた断熱層を得ることができる。既述のように中空粒子での断熱層における閉空間中における空気の体積含有率が７４％（閉空間でない空間での空気存在が大きい）であるのに対して、図５から分かるように、中空糸繊維における空気体積含有率は９１％（π／２√３）となり、同じ壁厚の場合、中空糸の方がより多くの閉空間を含有することが可能である。
【００１９】
上記中空糸が断面で見て有し得る仕切りは、例えば図６で示されるようなものである。仕切りがあることによって、閉空間を小さくし、対流の発生を更に抑えることができ、仕切りの材質、厚みによって圧力がかかっても仕切りの剛性によって変形を小さくすることが可能である。上記固定部材は、図７のように、中空糸間に介在し中空糸同士のずれを阻止するバインダーである場合もあるが、図８のように、隣接する中空糸の集合体の外周を囲み、その集合体に当接する囲繞部材（袋）であってもよい。このような囲繞部材の場合、袋が大気圧で潰されることで繊維が固定され、全体の形状が維持される。特に袋自身の熱伝導が軽視できる比較的厚い断熱層に適している。１〜１０ｋｇ／ｃｍ２で加圧した場合の熱伝導率が０．０８〜０．０９Ｗ／ｍＫであれば好ましい。
【００２０】
上記のような断熱材の製造方法における、中空糸を隣接する中空糸の外周同士が当接するように配置する第１の工程と、上記中空糸間にバインダーを充填する第２の工程とは、その順番にしたがう以外に、同時に行うこともできるし、先にバインダーを付着させたプリプレグシートを作製して巻き付けるシートワインディング法、繊維を巻き付けながらバインダーを供給するフィラメントワインディング法とすることもできる。大量生産時にはシートワインディング法が優れている。
【００２１】
中空糸の内部空間を大気圧よりも減圧する工程と、中空糸の内部空間を減圧した状態で、上記内部空間を封止する工程と、を更に備える場合、封止は例えば端部熱プレスによる熱溶着にて実施される。
【００２２】
円筒形状の外層及びその内周側に位置する内層を有すると共に、それら外層と内層の間に断熱層を有してなる円筒又は円柱部材であって、上記断熱層が、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように有すると共に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持するように構成された円筒又は円柱の断熱部材であれば、中空糸をしっかりと巻き付けるだけで固定手段としてのバインダー等を必須とせずにすむ。円筒形状の外層及び円柱形状内層を有する円柱部材であって、上記内層が、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように有すると共に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持する円柱断熱部材も同じである。
【００２３】
上記した断熱材若しくは断熱部材を、定着部材、加圧部材、転写定着部材などの加熱部材の少なくともに一部に用いて定着装置や画像形成装置とするのが好適である。ここで転写定着部材とは、感光体や中間転写体から転写されたトナーを加熱した後、用紙に押圧して定着させる部材を意味する。
【００２４】
既述した特許文献１に開示された外部加熱方式等では、実際に表層の熱が、加熱が不要な内部や加圧ローラ等に逃げていくため、表層のみ加熱する理論的な計算よりも立ち上がり時間や温度低下からの復帰レスポンス等が遅れる。そのため、表層の下側に断熱層を設ける等、断熱材の利用が好まれる。加圧側に断熱材を用いても定着側の熱を吸収することなく、高速な昇温に寄与できる。定着、加圧ともベルトを内側から固定部材等で押圧する構成も知られているが、この固定部材に断熱層を用いることも有効である。しかしながら、従来よく知られた発泡シリコーンゴムでは、空気を含むため、熱伝導率が低く断熱性がよいが、ニップ内では圧縮され空気含有率が小さくなり、熱伝導率が変わり高くなってしまう。また圧縮変形するので高面圧をかけることができない；変形の繰り返しで経時的に劣化する等の問題がある。更に圧縮により回転半径が変化するので、記録材を一定速度で搬送する駆動ローラとしては不向きであるという欠点がある。従来よく知られた別の断熱材である多孔質セラミックスや多孔質樹脂等では、気孔を均一且つ安定した分布、形状、大きさで形成することが難しく、更に別の断熱材として知られた、耐熱繊維をバインダーで結合し、繊維間に空隙を有した繊維質成形体も、同様に均一且つ安定した成形をすることが難しい。本発明に係る断熱材若しくは断熱部材では、以上のような問題が解消できる。
【００２５】
上記した断熱材若しくは断熱部材を断熱層として有する部材であって、高温部への接触加圧を行う断熱押圧部材、上記した断熱材若しくは断熱部材を断熱層として有する回転体であって、室温以上で回転接触加圧を行う断熱押圧部材、更には非使用時には圧力低減若しくは解除を行うようになった押圧部材等が、本発明に係る断熱材若しくは断熱部材の適用として好適である。
【００２６】
中空糸を構成する繊維材料としては、ガラスや樹脂が考えられ、特にポリイミド、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダソール等の吸湿性のものが好ましい。ガラスの熱伝導率は０．５５〜０．７５Ｗ／ｍＫで、樹脂では０．１２〜０．２５Ｗ／ｍＫである。ガラス繊維では変形し難いが、樹脂繊維の場合には壁厚を薄くすることで柔軟性をもたせることができるので、用途に応じて必要な弾性を与えることが可能である。樹脂繊維層全体ではＪＩＳ−Ａゴム硬度が６０〜９０Ｈｓ程度である。
【００２７】
中空糸内の密閉空間は、空気よりも熱伝導率の小さな気体で満たされていれば、好ましい。例えばキセノン（０℃常圧での熱伝導率：０．００５２Ｗ／ｍＫ）、クリプトン（０．００８７Ｗ／ｍＫ）、アルゴン（０．０１６３Ｗ／ｍＫ）、二酸化炭素（０．０１４５Ｗ／ｍＫ）である（空気の熱伝導率は０．０２４１Ｗ／ｍＫ）。そして上記密閉空間は１Ｐａ以下に減圧されていてもよく、０．１Ｐａ以下が望ましい。
【００２８】
中空糸の厚みは例えば外径２３０μｍ、内径１５０μｍ、したがって壁厚は４０μｍ程度のものが想定される。長さは例えば１０００ｍである。このような中空糸は断面で見て仕切りを有していてもよく、その仕切りは厚みを無視できる程度のものである。
【００２９】
固定手段としてのバインダーは、例えばシリコーンゴムやシリコーン樹脂からなり、その熱伝導率が０．２４Ｗ／ｍｋであり、ＪＩＳ−Ａゴム硬度６０〜９０Ｈｓ程度である。バインダーで固定された中空糸の集合体の熱伝導率は、０．０８〜０．０９Ｗ／ｍＫになり、これは１〜１０ｋｇ／ｃｍ２で加圧しても変化がない。ちなみに従来のシリコーンスポンジ構成での断熱材の熱伝導率は、１ｋｇ／ｃｍ２加圧時で０．０９Ｗ／ｍｋであったものが３ｋｇ／ｃｍ２加圧時に０．１１Ｗ／ｍＫ、１０ｋｇ／ｃｍ２加圧時に０．２３Ｗ／ｍＫとなり、高加圧時にはスポンジは圧縮され、ソリッドゴムと同等になった。これを図９に示す。
【００３０】
バインダーで固定した中空糸集合体の硬度はＪＩＳ−Ａゴム硬度６０〜９０Ｈｓ程度であり、従来のシリコーンスポンジ構成の断熱材硬度であるＪＩＳ−Ａゴム硬度５〜３０Ｈｓ程度よりも硬い。
【００３１】
隣接する中空糸の集合体の外周を囲み、上記集合体に当接する囲繞部材が固定手段である場合、それはポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド等の樹脂からなるフィルムであり、中空糸集合体を囲んだ内部空間、即ち、中空糸と囲繞部材の間の空間を減圧することも好ましく、その場合には、気密性を維持するため当該樹脂にアルミコーティングを行うようにするのがよい。フィルムの厚みは例えば０．１〜０．３ｍｍである。フィルムで囲繞した中空糸集合体の熱伝導率は０．０６Ｗ／ｍＫであり、フィルムで囲繞した中空糸集合体の硬度もＪＩＳ−Ａゴム硬度６０〜９０Ｈｓ程度である。
【００３２】
隣接する中空糸の集合体の外周に発熱部材や導電部材を有していてもよい。導電部材は硫化銅処理や銀めっきにより得ることができ、導電部材は中空糸に直接接合されていてもよいし、金属箔やメッシュ等が密着する状態でもよい。その際、導電層の厚みは０．１〜３０μｍであるのが好都合である。
【００３３】
中空糸の内部空間を減圧した状態で内部空間を封止する場合、中空糸繊維自体を封止する場合と中空糸集合体を囲んだ囲繞部材を封止する場合の描写を図１０に示す。また以上の断熱部材製造方法の工程を図１１に段階的に図示する。この工程の途中に、必要ならば、外径を研削、研磨する工程を入れることができる。またバインダーの硬化は熱に拠ることが時間短縮となる。導電シートは最外周の中空糸シートに導電処理加工したものであってもよい。中空糸層を発熱体直下に有することで、発熱体界面で水分が急激に蒸発しても中空糸内から当該水分を放出することが可能である。
【００３４】
円筒又は円柱の断熱部材にあっては、隣接する中空糸が螺旋状に巻かれる以外に、円筒形状の軸方向にほぼ直交したり、平行になっていてもよい。断熱層は、外層の面及び内層の面に囲まれて当接されることにより、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持することができるが、断熱層の外周に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持するために、囲繞部材を備えたり、中空糸間にバインダーを備えていていれば一層効果的である。
【００３５】
例えば外層材質はシリコーンゴムやフッ素樹脂であり、内層材質は金属やガラスやセラミックスである。そして、断熱層外周よりも外側に、発熱部材や導電部材を備えていてもよい。このような円筒又は円柱の断熱部材を画像形成装置に適用する場合、定着部材としての使用が考えられる。
【００３６】
円筒形状の外層及びその内周側に位置する内層、更には上記外層と内層の間に断熱材を有してなる円筒又は円柱の断熱部材を製造する方法では、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように備えると共に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持する断熱材を、内層の外周に円筒形状に配置する第１の工程と、外層を断熱材の外周に配置する第２の工程と、を備えてなっている。第１の工程と第２の工程の間に、断熱材表面に発熱部材或いは導電部材を配置する工程を含んでいてもよい。このような断熱部材の製造方法の工程を図１２に段階的に図示する。
【００３７】
【実施例】
本発明の詳細を、図に示す例に基づいて説明する。図１３は、本発明を適用するタンデム方式のデジタルカラープリンタを示すものであり、画像形成装置全体としての構成は基本的には従来のものと同じである。
【００３８】
このカラープリンタは、画像スキャナ、自動原稿供給装置ＡＤＦ、ソータ及びその他を組み付けて構成され得るもの（複合機能を有するデジタルカラー複写機となる）であるが、説明・描写の簡略化のため、画像スキャナ等については省略する。このカラープリンタにおいて、転写搬送ベルトユニットの転写ベルト１０のベルト走行辺に沿って４個の作像ユニットが配置され、当該作像ユニットはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像を形成するように構成されている（各色の違いを図中、ａ，ｂ，ｃ，ｄで表す）。転写ベルト１０は、駆動ローラ９、テンションローラ１３ａ及び従動ローラ１３ｂで支持されたエンドレスベルトであり、テンションローラ１３ａが不図示のバネでベルト１０を押し下げるので、ベルト１０の張力はほぼ一定に維持される。
【００３９】
各作像ユニットは、像担持体としての感光体ドラム６を有しており、各色の画像データが書き込みユニット（マルチビーム書き込み）５に送られると、感光体ドラム６が不図示の駆動装置によって時計方向へ回転させられ、帯電手段によって一様に帯電された部分にユニット毎、その色の画像情報に応じたレーザ光が露光される。この露光により形成された静電潜像は、現像器７により現像されトナー像となり、転写ベルト１０に対向する位置へ至る。
【００４０】
他方、給紙部８からは用紙が給紙され、給紙された用紙はレジストローラにより上記したトナー像と同期して転写ベルト１０上に搬送され、転写器１１の作用によってそのトナー像が転写する。
【００４１】
フルカラープリントの場合、用紙には、第一の作像ユニットで形成されたイエロートナー像が転写され、その間に第二の作像ユニットではマゼンタ成分色の潜像が形成され、現像器７にてマゼンタトナーによるマゼンタトナー像が得られると、先の第一の作像ユニットで転写が終了した用紙にそのマゼンタトナー像が転写されてイエロートナー像と重ね合わされる。以下、シアントナー像、ブラックトナー像についても同様に画像形成が行われ、用紙に４色のトナー像が重ね合わされる。そして、４色のトナー像が重ね合わされた用紙は転写ベルト１０から分離されて定着装置１２へ搬送される。なお、転写が終了したそれぞれの感光体はクリーニング手段によって残留トナーが除去され、引き続き行われる次の画像形成に備えられる。
【００４２】
モノクロタイプの画像形成装置は例えば図１４に示され、基本構成は従来公知のものと同じである。作像ユニットの感光体ドラム６が時計方向に回転して、帯電手段２により、感光体表面が所定の極性に帯電され、その帯電面に、書き込みユニット５から出射したビームＬが照射され、静電潜像が形成される。この静電潜像は現像器７によってトナー像として可視像化され、そのトナー像は、給送部８から送り出された用紙上に、転写装置３の作用により転写される。トナー像を転写された用紙は定着装置１２を通って、トナー像を定着させられる。一方、トナー像転写後の感光体表面に付着する転写残トナーはクリーニング装置４により除去される。
【００４３】
これら画像形成装置に装着される定着装置１２の主要詳細を図１５に示す。不図示の加圧手段によって加圧ローラ２０と圧接状態にある定着ローラ２１は本図において時計回りに回転し、定着されるべきトナー画像を有した用紙をこれら定着ローラ２１と加圧ローラ２０とで挟圧して図の左方向に搬送するようになっている。定着ローラ２１の周囲には、オイル塗布ローラ、サーミスタ、温度ヒューズ、分離爪が配設されているが、簡略化のため図示していない。定着ローラ内部には加熱手段としてハロゲンヒータ２２が設置され、定着ローラが設定温度になるように制御されている。定着ローラ２１は例えばφ３０ｍｍの金属芯金２３表面に離型層２４としてｔ＝１０μｍのテフロン層をコーティングして成っている。加圧ローラ２０は例えば外径φ３０ｍあり、ワインダーを用いて中空糸を金属芯金２５上にコイル状のｔ＝２ｍｍの層になるよう巻き付けている。図１６に、その巻き付けイメージを概略的に示す。実際には、図１７に示すように、互いに当接するように密に且つ積層させて巻く。中空糸を密に巻き付けることで剛性の高い中空糸層２６が形成できる。中空糸層２６の上には弾性層２７としてｔ＝１ｍｍのシリコーンゴム層が形成され、表層はｔ＝１５μｍのＰＦＡチューブが離型層２８として被覆されている。弾性層２７は硬い定着ローラ２１との圧接でニップを形成するために設けられているが、圧接相手に弾性層がある場合や、ベルトの支持ローラとして使用する場合は、この弾性層は必須ではない。
【００４４】
中空糸は、既述のように、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダソール、更にはポリベンゾビスオキサゾール、ポリフェニレンサルファイト、アラミド、アルミナ、ガラス、セラミックス、金属等、中空構造により断熱効果を高くできるものであれば限定されるものではないが、本例では耐熱性、材料自体の熱伝導率、強度を考慮してポリイミドを採用している。ポリイミド中空糸は図１８に示すような単純なチューブであり、例えば外径φ２３０μｍ、内径φ１５０μｍであって、この中空糸を密に巻き付けることで中空糸内部の空隙と中空糸間の空隙を合わせて４８％の空隙率を達成している。
【００４５】
本構成の定着ローラ２１と加圧ローラ２０を面圧３ｋｇ／ｃｍ２になるように圧接させたところ、中空糸層２６はほとんど変形せず、均一なニップを形成できた。本発明では中空糸の肉厚は４０μｍのものを用いているが、肉厚は薄いほど空隙率が大きくなり、断熱性能が高くなる。一方、剛性は肉厚が薄くなると弱くなるので、中空糸層２６にかける荷重とその荷重での中空糸層の変形量の許容範囲内で肉厚をできるだけ薄くするのが望ましい。
【００４６】
図１９は他の例の定着装置（第２実施例）を示す。定着ローラ３１と加圧ローラ３０は同じ構成を有し、図２０に概略的に示すように、金属芯金２５上に中空糸を布状に編んだシートを巻き付けて、ｔ＝２ｍｍの中空糸層３２を形成している。中空糸層の上には弾性層２７としてｔ＝０．３ｍｍのシリコーンゴム層が形成され、表層はｔ＝２０μｍのＰＦＡチューブが被覆されている。定着ローラ上方には加熱手段としてハロゲンヒータ２２が設置され、輻射熱が定着ローラ側に反射するように反射板３４で覆われている。中空糸層は布状に編まれているため最初の実施例ほど密にはならず、中空糸間の空隙は多くなる。空隙が多いため剛性が少し弱くなり、最初の実施例と同じ荷重をかけると中空糸層の変形はやや大きくなる。この変形を利用してニップを形成することで、最初の実施例より薄い弾性層の厚さで同等のニップを形成させることができる。弾性層たる中空糸層３２は、図２１に示すように、中空糸をランダムな方向に積層し、それをバインダーで接合して得たものであってもよい。
【００４７】
図２２はベルトを用いた例の定着装置（第３実施例）の断面を示す。定着ベルト４１はポリイミド中空糸をエンドレスに編んだベルトを基体として用いて、その上に弾性層としてシリコーンゴム層ｔ＝０．２ｍｍ、離型層としてＰＦＡコート層ｔ＝１０μｍを形成させている。定着ベルト４１は第１懸架部材４２、駆動ローラ４３、支持ローラ４４に張架され、第１懸架部材４２、駆動ローラ４３は定着ベルト４１を加圧ローラ４０に部分的に巻き付けるように定着ベルト４１を介して加圧ローラに圧接している。熱源としてニップ上流にハロゲンヒータ２２を設け、反射板３４を利用して、定着ベルト４１を表層側から加熱しているが、ベルト基体には中空糸層を用いているので断熱性が高く、第１懸架部材４２、駆動ローラ４３、支持ローラ４４へ熱があまり逃げないようになっている。
【００４８】
このような定着ベルト４１を巻き付けニップを形成する構成の定着装置では、ベルト懸架部材や加圧ローラに大きな荷重をかけなくても幅広いニップを形成できる。これら駆動ローラ４３や加圧ローラ４０では、適当な長さの中空糸とバインダーを混合し、成型することで断熱層たる中空糸層を得ている。高荷重が不要なため金属芯金なしでバインダーで接合した中空糸層自体をローラ芯材として使用することができる。金属芯金が不要なので軽量化が可能になる。バインダーとしてはゴム、耐熱性樹脂、セラミックス、セメントなどを使用できるが、本例ではシリコーンゴムを使用した。バインダーの種類、バインダーと中空糸の混合比を調整することで中空糸層の剛性を調整することができる。
【００４９】
図２３は誘導加熱を用いた例の定着装置である（第４実施例）。定着ローラ５１は耐熱性樹脂ローラ又はガラスローラ５２を芯材とし、その上に、図２４に示すように、例えば中空糸がローラ軸方向と平行に積層され、断熱層５３を形成させている。この断熱層は、図１６のように中空糸を螺旋状に巻き付けたり、図２０のように中空糸シートで構成することも当然ながら可能である。中空糸層５３の上には第一の弾性層としてシリコーンゴム層０．２ｍｍ、発熱体としてＰＦＡチューブ２０μｍを硫化銅により導電化した導電層５４、更に第二の弾性層としてｔ＝０．２ｍｍのシリコーンゴム層が形成され、表層はｔ＝２０μｍのＰＦＡチューブが被覆されている。導電層５４はニッケルスリーブｔ＝４０μｍなどや、銀を主体とした１０μｍ程度の層などを単独又は組み合わせで用いることができる。定着ローラ５１の中には誘導コイル５５が配置されている。中空糸層の空隙には、不図示のファンによって軸線方向の一方の端部から他方の端部へ空気が流れるように送風している。誘導コイル５５は温度が上がると効率が悪くなる。中空糸層は断熱性が良いのでニッケルスリーブで発熱した熱はあまりコイル側には伝わらないが、中空糸層に空気を流し熱を除去することで、その遮熱効果を更に向上させる。
【００５０】
ローラ芯材は樹脂に限られず、ガラスも耐熱性と剛性の点から適していた。金属や、樹脂、ガラス、金属の複合材料から構成させることもできる。また、導電層としてニッケルスリーブではなく、最外層の中空糸に導電性ポリマーを形成したもの、メッキしたもの、カーボンを含有したもの、これらを組み合わせたもののいずれであっても素早い立ち上がり特性を示した。導電層５４を備える代わりに、断熱層５３の最外層に導電処理を施し、誘導コイル５５からの誘導電流を受けることで、導電層を発熱させることもできる。
【００５１】
図２５は固定加圧部材を用いた例のベルト定着装置である（第５実施例）。定着ベルト６１の内部にハロゲンヒータ２２を配置し、定着ベルトを直接加熱する。定着ベルト内部の固定加圧部材が定着ベルト６１を介して加圧ローラ４０と圧接してニップを形成しているが、撓みがなく均一にニップを形成するためには加圧フレーム６２は剛性の高い金属フレームである必要があり、熱容量は大きい。この加圧フレーム６２は加熱には関係ないので、できるだけ加熱したくない。そのためハロゲンヒータ２２からの輻射熱が伝わらないようにハロゲンヒータ２２との間には反射板６４が設けられ、ニップで定着ベルト６１から伝わり得る熱は中空糸を積層した断熱材６３を介することで遮断する。
【００５２】
各実施例はトナーを紙上に転写した後、加熱定着させる通常の定着プロセスで示したが、トナーを定着部材上に転写した後、昇温したトナーを紙に定着させる転写定着プロセスにおいても同様に有効であった。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、中空糸を、隣接する中空糸の外周同士が当接するように備えると共に、隣接する中空糸の外周同士を離間させる方向に働く外力が加わった場合に、隣接する中空糸の外周同士が当接する状態を維持できる固定手段を備えるので、断熱性に優れた断熱層を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】繊維を伝熱方向と直交する方向に並べた場合のポリイミド容積比率と熱伝導率の関係を示すグラフである。
【図２】中空糸を芯材に巻き付ける様子を示す図である。
【図３】複数の中空糸を同方向に向くように並べる様子を概念的に示す図である。
【図４】複数の中空糸を積層する様子を概念的に示す図である。
【図５】中空粒子と中空糸での閉空間中における空気の体積含有率を示すグラフである。
【図６】中空糸の仕切りを示す二つの例である。
【図７】固定部材が、中空糸間に介在し中空糸同士のずれを阻止するバインダーである場合の例である。
【図８】固定部材が、囲繞部材である場合の例である。
【図９】スポンジ、ソリッドゴム及び中空糸集合体での加圧圧力に対する熱伝導率の変化を示すグラフである。
【図１０】中空糸の内部空間を減圧した状態で内部空間を封止する場合の中空糸繊維事態を封止する例と囲繞部材を封止する例をそれぞれ描写する図である。
【図１１】断熱部材製造方法の工程を段階的に示す図である。
【図１２】別の断熱部材製造方法の工程を段階的に示す図である。
【図１３】本発明に係るカラー画像形成装置の全体構成図である。
【図１４】本発明に係るモノクロ画像形成装置の全体構成図である。
【図１５】本発明に係る定着装置の概略主要図である。
【図１６】中空糸の巻き付けの一例を示す概略図である。
【図１７】ローラ断面の部分図である。
【図１８】中空糸の外見を示す斜視図である。
【図１９】別の定着装置の構成例である。
【図２０】芯金に中空糸シートを装着する例を示す概略図である。
【図２１】短繊維中空糸を芯金周りに配する例を示す概略図である。
【図２２】別の定着装置の構成例である。
【図２３】更に別の定着装置の構成例である。
【図２４】芯金軸線方向に沿って中空糸を配する例を示す概略図である。
【図２５】別の定着装置の構成例である。
【符号の説明】
２０  加圧ローラ
２１  定着ローラ
２２  ハロゲンヒータ
２３、２５  芯金
２４、２８  離型層
２６  断熱層（中空糸層）
２７  弾性層
【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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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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