(57)【要約】【課題】加熱された定着ローラと、加圧ローラとの間に、トナー像を担持した記録材を通過させて、そのトナー像を記録材上に定着する定着装置において、定着ローラのウォームアップ時間を短縮し、かつトナー像の定着性と、記録材の搬送性を高める。【解決手段】定着ローラ１６を、剛体より成る基材２３、その表面に設けた断熱層２５、さらにその表面に設けた発熱体３１、さらにその表面に設けた円筒状部材２６によって構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛体より成る円筒状の基材と、該基材の外側に配置された断熱層と、該断熱層の外側に設けられた円筒状部材とを具備して成る定着ローラ。
【請求項２】
前記断熱層と円筒状部材の間に配置された発熱体を具備する請求項１に記載の定着ローラ。
【請求項３】
前記基材は、その内部に輻射ヒータが配置される透明ガラス管より成り、前記断熱層は、前記透明ガラス管の外周面に疎らに配置されている請求項１に記載の定着ローラ。
【請求項４】
前記断熱層は、多層に重ねた耐熱性樹脂フィルムより成る請求項１乃至３のいずれかに記載の定着ローラ。
【請求項５】
前記断熱層は、多層に重ねた穴のあいた耐熱性樹脂フィルムより成る請求項１乃至３のいずれかに記載の定着ローラ。
【請求項６】
前記断熱層は、多孔質の耐熱性樹脂より成る請求項１乃至３のいずれかに記載の定着ローラ。
【請求項７】
前記円筒状部材は、厚さ０．３ｍｍ以下の金属より成る請求項１乃至６のいずれかに記載の定着ローラ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の定着ローラと、該定着ローラに圧接する加圧部材とを具備する定着装置。
【請求項９】
前記円筒状部材の代りに、当該円筒状部材を有さない定着ローラと他のローラとに巻き掛けられた無端状の定着ベルトを具備し、該定着ベルトを介して、円筒状部材を有さない定着ローラと前記加圧部材とが圧接している請求項８に記載の定着装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の定着装置と、該定着装置により定着されるトナー像を記録材上に形成する作像手段を具備する画像形成装置。
【請求項１１】
円筒状部材以外の定着ローラ部材を一体化したローラ体を構成すると共に、該円筒状部材を熱膨張させた後、その内部に、前記ローラ体を挿入し、次いで円筒状部材を冷却して、該円筒状部材とローラ体を一体化することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の定着ローラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着ローラ、該定着ローラを有する定着装置、及び該定着装置を有する画像形成装置、並びに定着ローラの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ、或いはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成される画像形成装置においては、記録材上にトナー像を形成し、そのトナー像を定着装置によって定着している。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などの定着装置が従来より知られている。このうちの熱定着方式の定着装置は、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、従来より広く採用されている定着方式である。かかる熱定着方式の定着装置でも最も一般的なものは、定着ローラとその定着ローラに圧接した加圧部材を有し、その定着ローラを加熱して当該定着ローラと加圧部材の間にトナー像を担持した記録材を通過させることにより当該トナー像を記録材上に定着する定着装置である。また定着ローラと他のローラとに無端状の定着ベルトを巻き掛けると共に、当該定着ベルトを介して加圧部材を圧接させ、その定着ベルトを加熱し、定着ローラと加圧部材の間に記録材を通過させて、当該記録材上のトナー像を定着する熱定着方式の定着装置も従来より周知である。
【０００３】
上述の熱定着方式の定着装置においては、トナー像の定着動作時に定着ローラ或いは定着ベルトがトナー像の定着に適した定着温度になっている必要がある。このため、画像形成装置の電源オン時には、定着ローラ又は定着ベルトが定着温度に達してから定着動作を開始しなければならない。定着ローラ又は定着ベルトがこのような定着温度に達するまでの時間は、一般にウォームアップ時間と称せられているが、従来の定着装置では、このウォームアップ時間が長くなり、ユーザに多大な不便をかけるおそれがあった。
【０００４】
そこで、定着ローラの厚みを薄くしてその熱容量を小さくし、短時間で定着ローラないしは定着ベルトを定着温度にまで加熱できるように構成することが考えられる。定着ローラを薄肉化すればする程、ウォームアップ時間を短縮でき、ユーザの待ち時間を短かくすることができる。
【０００５】
ところが、定着ローラの厚みを薄くすると、その剛性が低下し、加圧部材に直接又は定着ベルトを介して圧接した定着ローラの長手方向中央が撓んだり、弾性的に潰れ変形し、これによって定着ローラと加圧部材の間を搬送される記録材にしわが発生してその搬送性が低下したり、トナー像に対して所定の均一な圧力と定着に必要な熱量を与えることができなくなり、トナー像を確実に定着できなくなるおそれがある。このように、定着ローラを用いた定着装置においては、ウォームアップ時間を短かくし、かつ当該定着ローラ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が、従来は、このような要求を同時に満足させることは困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の第１の目的は、ウォームアップ時間を従来より短縮できると共に、剛性の低下を抑えることのできる定着ローラを提供することにある。
【０００７】
本発明の第２の目的は、上記定着ローラを有する定着装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の第３の目的は、上記定着装置を有する画像形成装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の第４の目的は、上記定着ローラの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記第１の目的を達成するため、剛体より成る円筒状の基材と、該基材の外側に配置された断熱層と、該断熱層の外側に設けられた円筒状部材とを具備して成る定着ローラを提案する（請求項１）。
【００１１】
その際、前記断熱層と円筒状部材の間に配置された発熱体を具備すると有利である（請求項２）。
【００１２】
また、上記請求項１に記載の定着ローラにおいて、前記基材は、その内部に輻射ヒータが配置される透明ガラス管より成り、前記断熱層は、前記透明ガラス管の外周面に疎らに配置されていると有利である（請求項３）。
【００１３】
さらに、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の定着ローラにおいて、前記断熱層は、多層に重ねた耐熱性樹脂フィルムより成ると有利である（請求項４）。
【００１４】
また、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の定着ローラにおいて、前記断熱層は、多層に重ねた穴のあいた耐熱性樹脂フィルムより成ると有利である（請求項５）。
【００１５】
さらに、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の定着ローラにおいて、前記断熱層は、多孔質の耐熱性樹脂より成ると有利である（請求項６）。
【００１６】
また、上記請求項１乃至６のいずれかに記載の定着ローラにおいて、前記円筒状部材は、厚さ０．３ｍｍ以下の金属より成ると有利である（請求項７）。
【００１７】
さらに、本発明は、上記第２の目的を達成するため、請求項１乃至７のいずれかに記載の定着ローラと、該定着ローラに圧接する加圧部材とを具備する定着装置を提案する（請求項８）。
【００１８】
また、上記請求項８に記載の定着装置において、前記円筒状部材の代りに、当該円筒状部材を有さない定着ローラと他のローラとに巻き掛けられた無端状の定着ベルトを具備し、該定着ベルトを介して、円筒状部材を有さない定着ローラと前記加圧部材とが圧接しているように構成することもできる（請求項９）。
【００１９】
さらに、本発明は、上記第３の目的を達成するため、請求項８又は９に記載の定着装置と、該定着装置により定着されるトナー像を記録材上に形成する作像手段を具備する画像形成装置を提案する（請求項１０）。
【００２０】
また、本発明は、上記第４の目的を達成するため、円筒状部材以外の定着ローラ部材を一体化したローラ体を構成すると共に、該円筒状部材を熱膨張させた後、その内部に、前記ローラ体を挿入し、次いで円筒状部材を冷却して、該円筒状部材とローラ体を一体化することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の定着ローラの製造方法を提案する（請求項１１）。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１及び２に係る発明によれば、定着ローラの基材と円筒状部材の間に断熱層が設けられているので、円筒状部材のウォームアップ時間を短縮でき、しかも円筒状の基材により定着ローラの剛性を高め、トナー像の定着性と、記録材の搬送性を高めることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、定着ローラの基材と円筒状部材の間に断熱層が設けられているので、円筒状部材のウォームアップ時間を短縮でき、しかも円筒状の基材により定着ローラの剛性を高め、トナー像の定着性と、記録材の搬送性を高めることができる。さらに基材が透明ガラス管より成り、かつ断熱層が疎らに配置されているので、基材内の輻射ヒータからの輻射熱を効率よく円筒状部材に伝えることができる。
【００２３】
請求項４に係る発明によれば、耐熱性樹脂フィルムの間に空気層ができるため、断熱層の断熱効果を高めることができる。
【００２４】
請求項５に係る発明によれば、穴のあいた耐熱性樹脂フィルムを複数重ねた断熱層を用いたので、その断熱層熱に多量の空気が存在し、これによって断熱層の断熱性をより高めることができる。
【００２５】
請求項６に係る発明によれば、断熱層が多孔質であるため、断熱層内に多量の空気が存在し、これによって断熱層の断熱性をより高めることができる。
【００２６】
請求項７に係る発明によれば、円筒状部材の熱容量を極めて小さくできるので、ウォームアップ時間をより確実に短縮させることができる。
【００２７】
請求項８及び９に係る発明によれば、ウォームアップ時間の短縮と、記録材の搬送性及びトナーの定着性を高めた定着装置を供することができる。
【００２８】
請求項１０に係る発明によれば、ウォームアップ時間の短縮と、記録材の搬送性及びトナーの定着性を高めた定着装置を備えた画像形成装置を供することができる。
【００２９】
請求項１１に係る発明によれば、容易に定着ローラを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。
【００３１】
図１は、画像形成装置の一例であるレーザプリンタの垂直断面図であり、ここに示した画像形成装置は、記録材上にトナー像を形成する作像手段３０と、記録材上のトナー像を定着する定着装置１４と、作像手段３０に記録材を給送する記録材給送装置７とを具備している。先ず作像手段３０の構成と作用を明らかにする。
【００３２】
図１に例示した作像手段３０は、画像形成装置本体１の内部に配置された像担持体の一例であるドラム状の感光体２を有し、プリント動作が行われるとき、感光体２は図１における反時計方向に回転駆動される。このとき、帯電装置３によって、感光体表面が所定の極性に均一に帯電され、その帯電面に、露光装置の一例であるレーザ書き込みユニット４から出射する光変調されたレーザ光Ｌが照射され、これによって感光体上に静電潜像が形成される。
【００３３】
上記静電潜像は、現像装置５によってトナー像として可視像化される。ここに示した現像装置５は、粉体状の現像剤Ｄを収容した現像ケース１８と、その現像剤を担持して搬送する現像ローラ６を有し、その担持された現像剤のトナーが感光体表面に静電的に移行して静電潜像がトナー像として可視像化される。
【００３４】
また、本例の作像手段３０は、感光体２上に形成されたトナー像を後述するように記録材上に転写する転写装置の一例である転写ローラ１１と、転写後の感光体表面に付着する転写残トナーを除去するクリーニング装置１２と、記録材を感光体から分離する分離爪１５とを有している。
【００３５】
次に、記録材給送装置７の構成と作用を説明する。
【００３６】
記録材給送装置７は、画像形成装置本体１の下部に配置されたカセット８と、給送ローラ９と、一対のレジストローラ１０とを有し、カセット８に収容された記録材Ｐが給送ローラ９の回転によって１枚ずつ送り出される。送り出された記録材Ｐは、その先端が一対のレジストローラ１０に突き当って、一旦、停止する。次いで、所定のタイミングでレジストローラ１０が回転を開始し、これにより、感光体２上に形成されたトナー像に整合するタイミングで、記録材が、転写ローラ１１と感光体２との間の領域の転写部に向けて送り出される（矢印Ａ方向）。記録材が転写部を通る時、感光体表面のトナー像が記録材表面に転写される。記録材Ｐとしては、紙、樹脂シート又は樹脂フィルムなどが使用される。
【００３７】
記録材Ｐに転写されずに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１２のクリーニング部材１３によって感光体表面から除去され、その表面が清掃される。記録材Ｐは、除電針１５より成る分離装置の作用で感光体２から分離される。
【００３８】
次に定着装置１４の概略を説明する。
【００３９】
図１に示した定着装置１４は、定着ローラ１６と、加圧部材の一例である加圧ローラ１７を有し、これらのローラ１６，１７は互いに圧接しながら図１に矢印で示した方向にそれぞれ回転する。除電針１５により感光体２から分離された記録材は、定着ローラ１６と加圧ローラ１７との間を通り、このとき記録材上のトナーが、定着ローラ１６から受ける熱の作用で溶融し、しかも定着ローラ１６と加圧ローラ１７から圧力を受ける。このようにして記録材上のトナー像が記録材上に定着される。定着装置１４を通過した記録材は、排紙ローラ対１９によって画像形成装置本体１の外装カバーにより構成された排紙トレイ２０上に排出される。
【００４０】
また、本例の定着装置１４は、定着ローラ１６の表面温度を検知する温度検知手段の一例であるサーミスタ２４を有し、このサーミスタ２４は定着ローラ１６の表面に当接している。定着ローラ１６はサーミスタ２４の温度検知結果に基づいて、トナー像の定着に適した定着温度に加熱される。
【００４１】
加圧ローラ１７は、定着ローラ１６に対して平行に位置し、金属製の剛体より成る芯金２１と、その外周面に固定された例えばシリコーンゴムより成る弾性体層２２を具備し、その弾性体層２２は、定着ローラ１６との圧接部において圧縮した状態に弾性変形し、これによって記録材搬送方向に所定の幅を持つニップＮが形成される。
【００４２】
以上、図１に示した画像形成装置の基本構成とその作用を説明したが、この画像形成装置の定着装置１４、特にその定着ローラ１６は、次に説明するように各種態様で構成される。
【００４３】
図２は、その第１の例の定着ローラ１６を示す拡大断面図である。ここに例示した定着ローラ１６は、剛体より成る円筒状の基材２３と、その基材２３の半径方向外側に配置された断熱層２５と、その断熱層２５の半径方向外側に設けられた円筒状部材２６とを具備し、図２に示した例では、基材２３の外周面に直に断熱層２５が固定され、その断熱層２５の外周面に直に円筒状部材２６が固定されていて、これらの要素２３，２５，２６が同心状に配置されている。
【００４４】
基材２３は、例えば硬質の樹脂又は金属、ガラス、或いはそれらの複合材料により構成され、その厚さは２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００４５】
また断熱層２５は、例えば、耐熱性に優れた樹脂により構成される。具体的には、特にポリイミドより成る断熱層２５が優れているが、そのほか、ポリイミドアミド、アラミド、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリベンゾイミダゾール、液晶ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、シリコーン、アルミナなどの有機、無機材料、或いはこれらの材料とポリイミドを含めた材料の複合材料などから断熱層２５を構成することができる。
【００４６】
円筒状部材２６は、厚みの薄い樹脂又は金属により構成され、特に、厚さが０．３ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以下の金属より成る熱容量の特に小なる円筒状部材２６を用いることが有利である。円筒状部材２６の外周面には、記録材Ｐ上のトナーが移行し難くなるように、例えばフッ素系の樹脂から成る離型層２９が形成されているが、かかる離型層２９を省略することもできる。
【００４７】
上述の定着ローラ１６は、適宜な加熱手段により加熱され、例えば図２に示すように、ヒータ２７を内設した加熱ローラ２８を定着ローラ１６の外周面に当接させ、定着ローラ１６の回転に伴って、ヒータ２７により加熱された加熱ローラ２８を図２に矢印で示す方向に回転させ、これによって定着ローラ１６の表面をトナー像の定着に適した温度に加熱することができる。定着ローラ１６の外部からの輻射、対流、或いは誘導加熱手段により、定着ローラ１６を加熱することもできる。
【００４８】
上述した定着ローラ１６によれば、画像形成装置の電源オンに伴って定着ローラ１６と加熱ローラ２８が回転を開始し、ヒータ２７への通電によってその熱が加熱ローラ２８を介して定着ローラ１６の円筒状部材２６に伝えられ、これが加熱されるが、この円筒状部材２６は熱容量が小さく、しかもその内側には断熱層２５が存在するので、円筒状部材２６の熱が基材２３に伝わり難い。このため、極めて短時間で、円筒状部材２６をトナー像の定着に適した温度にまで昇温させることができ、ウォームアップ時間を確実に短縮することができる。
【００４９】
しかも、定着ローラ１６と加圧ローラ１７が図１に矢印で示した方向に回転してこれらのローラ１６，１７の間に記録材が通されてトナー像の定着動作が行われるとき、定着ローラ１６はその中心側に剛体より成る基材２３と、断熱層２５を有しているので、定着ローラ１６は大きな剛性を示す。特に、基材２３は、内部が中空な円筒状に形成されているので、同じ量の材料を用いて製造した中実の軸より成る基材を採用した場合に比べ、その剛性を著しく高めることができる。
【００５０】
上述のように定着ローラ１６の剛性を高めることができるので、加圧ローラ１７により加圧された定着ローラ１６の長手方向中央部が弾性的に大きく撓んだり、大きく潰れ変形することはなく、トナー像の定着に必要なニップＮ（図１）を確保でき、記録材上のトナーに対して定着に必要とされる均一な圧力と熱量を付与することができる。これによって、トナー像を確実に記録材上に定着でき（定着性の向上）、しかも定着ローラ１６と加圧ローラ１７に挟持されて搬送される記録材にしわが発生する不具合を防止できる（記録材の搬送性の向上）。
【００５１】
図３に示した第２の例の定着ローラ１６は、断熱層２５と円筒状部材２６の間に配置された発熱体３１を有し、その発熱体３１の円筒状部材２６の側の表面には、例えばポリイミドフィルムなどの電気的に絶縁性を示す絶縁層３３が積層されている。その他の構成は図２に示した定着ローラと変りはない。発熱体３１は、例えば、金属製のシートないしはフィルムより成る抵抗体によって構成され、かかる発熱体３１への通電によって発熱体３１を発熱させ、これにより定着ローラ１６の円筒状部材２６を加熱する。この構成によっても、その外側の円筒状部材２６の熱容量が小さく、しかも断熱層２５によって円筒状部材２６の熱が基材２３の側に伝わり難くなり、さらに基材２３と断熱層２５とによって定着ローラ１６の大きな剛性が確保されるので、図２に示した定着ローラと全く同様に、ウォームアップ時間を短縮でき、しかも定着性の向上と、記録材の搬送性の向上、すなわち記録材へのしわの発生を防止することができる。
【００５２】
図４に模式的に示した第３の例の定着ローラ１６は、基材２３が透明ガラス管より成り、その内部に、例えばハロゲンヒータより成る輻射ヒータ３２が配置される。透明ガラス管より成る基材２３のまわりには、先に例示した材料より成る断熱層２５が設けられているが、この例の断熱層２５は、透明ガラス管より成る基材２３の外周面に疎らに配置されている。
【００５３】
図５は、図４に示した円筒状部材２６を除去して断熱層２５を露出させたときの定着ローラの側面図であるが、ここに示した例では、断熱層２５がテープ状に形成され、かかるテープ状の断熱層２５が透明ガラス管より成る円筒状の基材２３の表面に、隙間Ｇをあけてらせん状に巻き付けられている。断熱層２５が透明ガラス管の外周面に隙間Ｇをあけて疎らに配置されているのである。かかる断熱層２５のまわりに、先の例の場合と同じく構成された円筒状部材２６が固定されている。図４に示した定着ローラ１６の他の構成は図１に示した定着ローラと変りはなく、発熱体が設けられていない点も、図１に示した定着ローラと相違はない。
【００５４】
上述の第３の定着ローラ１６においては、輻射ヒータ３２への通電によりそのヒータ３２で発生した輻射熱が、透明ガラス管より成る基材２３を透過し、さらにテープ状の断熱層２５の間の隙間Ｇを通って円筒状部材２６に達し、ここで吸収され、これによって円筒状部材２６が加熱される。この構成によっても、画像形成装置の電源オンに伴う輻射ヒータ３２への通電によって、熱容量の小さな円筒状部材２６を加熱し、しかも断熱層２５の作用によって、円筒状部材２６の熱を基材２３の側へ伝え難くすることができるので、円筒状部材２６を早期に定着温度にまで昇温させ、ウォームアップ時間の短縮を図ることができる。断熱層２５は、基材２３上に隙間Ｇをあけて疎らに位置しているので、輻射ヒータ３２からの輻射熱が断熱層２５に吸収され難く、しかもその隙間Ｇを通して効率よく円筒状部材２６に到達し、さらに円筒状部材２６の熱を、断熱層２５によって基材２３の側へ伝わり難くすることができるのである。また、透明ガラス管より成る円筒状の基材２３と、断熱層２５とによって定着ローラ１６の剛性を高めることができ、これによって先に示した例の場合と同様に、トナー像の定着性を高め、しかも記録材にしわを生ぜしめることなく、これを搬送でき、記録材の搬送性を高めることができる。
【００５５】
輻射ヒータ３２としては、ガラス中の透過性に優れた短波長の発光分布の光を発生するヒータを用い、その色温度が２７００Ｋ以上であることが好ましい。
【００５６】
なお、図３乃至図５に示した第２及び第３の例の定着ローラ１６の場合には、その定着ローラ１６の円筒状部材２６を定着温度にまで昇温させるウォームアップ（立上り）時に、当該定着ローラ１６を停止させたままにしてもよいし、これを回転させるようにしてもよい。
【００５７】
上述した各例の定着ローラ１６の断熱層２５としては、先に例示した材料より成る単層のフィルムないしはシートを用いてもよいが、図６に模式的に拡大して示すように、厚さｔが例えば５０μｍ程の耐熱性フィルム３４を多層に重ねたものを用いると有利である。フィルム３４としては、例えば先に例示した樹脂より成るフィルムを用いることができる。このように、断熱層２５が、多層に重ねた耐熱性樹脂フィルム３４より成ると、そのフィルム間に微小な空気層ＡＧが形成され、これによって弾熱性を格段と向上させることができる。
【００５８】
また、図７に模式的に拡大して示すように、例えば先に例示した樹脂より成る耐熱性フィルム３６を多層に重ね、その各フィルム３６に穴３５を形成した断熱層２５を用いることもできる。このように、多層に重ねた穴３５のあいた耐熱性樹脂フィルム３６より成る断熱層２５を用いると、その各フィルム３６の接触面積が減少し、しかも断熱層２５の内部により多くの空気が存在するので、断熱性をより一層向上させ、定着ローラ１６のフォームアップ時間をより一層短縮させることができる。
【００５９】
さらに、図８に模式的に拡大して示すように、例えばポリイミド粉末を焼結して内部に多数の空隙を形成したシート状の断熱層２５を用いることもできる。このように、多孔質の耐熱性樹脂より成る断熱層２５を用いると、その内部により一層多くの空気を存在させることができ、その断熱性をより確実に高めることができる。
【００６０】
図１に示した定着装置１４は、上述の例の定着ローラ１６と、その定着ローラ１６に圧接する加圧部材の一例である加圧ローラ１７を有しているが、かかる加圧ローラ１７の代りに、例えば、複数のローラに巻き掛けられて駆動される加圧ベルトより成る加圧部材を用い、その加圧ベルトを定着ローラ１６に圧接させ、当該定着ローラ１６と加圧ベルトの間に記録材を通し、このときその記録材上のトナー像を熱と圧力の作用により定着するように構成することもできる。
【００６１】
また、以上説明した各構成の定着ローラ１６から円筒状部材２６を省き、その円筒状部材を有さない定着ローラと他のローラとに定着ベルトを巻き掛けて定着装置を構成することもできる。
【００６２】
図９は、図２に示した定着ローラ１６から円筒状部材２６を除去して成る定着ローラ１６と、他のローラ３７とに、例えば、厚さが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下の無端状の金属製の定着ベルト３８を巻き掛け、その定着ベルト３８を介して、加圧部材の一例である加圧ローラ１７を定着ローラ１６に圧接させた定着装置１４の例を示している。定着ローラ１６とローラ３７の間の定着ベルト内空間に、例えばハロゲンヒータより成るヒータ４１が配置され、このヒータ４１への通電によって定着ローラ１６と定着ベルト３８が加熱される。定着ベルト３８の表面に、例えばフッ素系樹脂より成る離型層３９を形成し、定着ベルト３８の表面にトナーが付着するオフセットを防止するように構成することが好ましい。このように、円筒状部材の代りに、当該円筒状部材を有さない定着ローラ１６と他のローラ３７とに巻き掛けられた無端状の定着ベルト３８を具備し、該定着ベルト３８を介して、円筒状部材を有さない定着ローラ１６と加圧部材とが圧接するように、定着装置１４を構成するのである。かかる定着装置１４によっても、そのウォームアップ時に、定着ローラ１６と、ローラ３７と、定着ベルト３８と、加圧ローラ１７を回転させつつ、ヒータ４１への通電によって定着ローラ１６と定着ベルト３８を加熱するとき、これらを早期に定着温度にまで昇温させ、ウォームアップ時間の短縮を図ることができる。しかも剛性の大なる基材２３によって、定着ローラ１６の全体の剛性を高め、定着動作時のトナー像の定着性と、記録材の搬送性を高めることができる。
【００６３】
また、ローラ３７も、剛性の大なる円筒状の基材２３Ａと、その外周面に固定された断熱層２５Ａを有していると、定着ベルト３８の熱がローラ３７に移行し難くなり、定着ベルト３８のウォームアップ時間をより一層短縮することが可能となる。
【００６４】
図３乃至図５に示した定着ローラ１６から円筒状部材２６を除去して成る定着ローラに、定着ベルトを巻き掛けて、図９に示した定着装置１４と同様な定着装置を構成することもでき、かかる定着装置によっても上述した作用効果を奏することができる。この場合には、図９に示したヒータ４１を省略することもできる。
【００６５】
また図１に示した画像形成装置は、以上説明した各定着ローラ１６ないしはその定着ローラ１６を有する定着装置１４と、該定着装置１４により定着されるトナー像を記録材Ｐ上に形成する作像手段３０を具備する画像形成装置の一例を示すものであるが、作像手段として、図１に示したもの以外の各種形式の作像手段を採用することもできる。
【００６６】
円筒状部材２６を有する前述の定着ローラ１６は適宜な方法で製造することができるが、次のようにして簡単に定着ローラ１６を製造することもできる。
【００６７】
図１０の（ａ）に示すように、円筒状部材２６を用意し、この円筒状部材２６を図１０の（ｂ）に示すように加熱して膨張させ（膨張方向を矢印で示す）、その径を拡大させる。一方、円筒状部材２６以外の定着ローラの部材を一体化してローラ体４０を構成し、図１０の（ｃ）に示すように、膨張した円筒状部材２６の内部にローラ体４０を挿入し、次いで図１０の（ｄ）に示すように円筒状部材２６を冷却してその径を縮小させ（収縮方向を矢印で示す）、円筒状部材２６とローラ体４０を一体化する。定着ローラ１６を構成する各部材を接着剤によって固定してもよい。また円筒状部材２６の表面の離型層２９は、円筒状部材２６をローラ体４０に一体化する前に形成してもよいし、一体化後に形成してもよい。
【００６８】
上述した各例の定着ローラ１６及び定着ベルト３８を加熱する手段としては、図示した例に限らず、外部からの熱伝導、輻射、対流、外部と内部の少なくとも一方からの誘導加熱手段などを適宜採用することができる。
【実施例】
【００６９】
次に定着装置のより具体的な実施例と比較例を説明する。
【００７０】
各実施例と比較例に用いた定着ローラ１６の円筒状部材２６は、外径５０ｍｍ、長さ３６５ｍｍであり、その表面にＰＦＡ樹脂より成る離型層２９を積層した。円筒状部材２６は全てアルミニウム製で、その厚さは後述するとおりである。定着ローラ１６に圧接する加圧ローラ１７は、芯金２１上にシリコーンゴム製の弾性体層２２を設けたものであり、その長手方向各端部を１２０Ｎの力で加圧して、当該加圧ローラ１７を定着ローラ１６に圧接させ、両ローラ１６，１７の接触部、すなわちニップＮの幅を約９ｍｍとした。かかる定着ローラ１６の表面の目標温度を１６０℃とし、その表面温度が１６０℃となるように、当該定着ローラをウォームアップすると共に、定着動作時には定着ローラ１６の表面温度が１６０℃となるように温度制御し、紙より成る記録材を３３０ｍｍ／秒の速さで回転する定着ローラ１６と加圧ローラ１７の間に通し、記録材上のトナー像を定着した。このようにして、１２００Ｗ投入時のウォームアップ時間と、記録材の搬送性及びトナー像の定着性を評価した結果が表１である。
【００７１】
表１の各実施例と比較例における定着ローラ１６のより具体的な構成と、その加熱方式は次のとおりである。
（１）実施例１−１（図３参照）
円筒状部材２６：厚さ０．２ｍｍのアルミニウム製。
加熱方式：円筒状部材２６の内周面に２５μｍ厚さのポリイミドフィルムより成る絶縁層３３を配置し、その内側にステンレス鋼製の発熱体３１を配置し、この発熱体３１の通電により、当該発熱体３１を発熱させた。断熱層２５の外周面にテープ状の発熱体３１を、定着ローラ１６の軸線方向に間隔をあけてらせん状に巻回して取り付けた。
断熱層２５：０．２ｍｍの厚さのポリイミド成形品。
基材２３：肉厚２ｍｍのアルミニウム製。
（２）実施例１−２（図３参照）
円筒状部材２６：実施例１−１と同じ。
加熱方式：実施例１−１と同じ。
断熱層２５：５０μｍの厚さのポリイミドフィルムを４層に重ね合せたもの（図６参照）。
基材２３：実施例１−１と同じ。
（３）実施例１−３（図３参照）
円筒状部材２６：実施例１−１と同じ。
加熱方式：実施例１−１と同じ。
断熱層２５：５０μｍの厚さのポリイミドフィルムに面積率５０％の穴をあけ、そのフィルムを４層に重ね合せたもの（図７参照）。
基材２３：実施例１−１と同じ。
（４）実施例１−４（図３参照）
円筒状部材２６：実施例１−１と同じ。
加熱方式：実施例１−１と同じ。
断熱層２５：ポリイミド粉末を、空隙率６０％、厚さ０．２ｍｍに焼結したもの（図８参照）。
基材２３：実施例１−１と同じ。
（５）比較例１−１
円筒状部材２６：実施例１−１と同じ。
加熱方式：実施例１−１と同じ。
断熱層：無し
基材：無し
（６）比較例１−２
円筒状部材２６：厚さ２ｍｍのアルミニウム製。
加熱方式：実施例１−１と同じ。
断熱層：無し
基材：無し
（７）比較例１−３
円筒状部材２６：厚さ１．５ｍｍのアルミニウム製。
加熱方式：実施例１−１と同じ。
断熱層：無し
基材：無し
（８）実施例２（図４及び図５参照）
円筒状部材２６：厚さ０．２ｍｍのアルミニウム製。
加熱方式：基材２３内の中央に配置したハロゲンヒータ３２に通電。
断熱層２５：幅５ｍｍ、厚さ５０μｍのポリイミドフィルムを４層重ね合せたものを、１５ｍｍの隙間Ｇをあけて基材２３の外周面にらせん状に巻回。
基材２３：肉厚２ｍｍの透明ガラス管。
（９）比較例２−１
円筒状部材２６：実施例２と同じ。
加熱方式：実施例２と同じ。
断熱層：無し
基材：無し
（１０）比較例２−２
円筒状部材２６：厚さ２ｍｍのアルミニウム製。
加熱方式：実施例２と同じ。
断熱層：無し
基材：無し
（１１）比較例２−３
円筒状部材２６：厚さ１．５ｍｍのアルミニウム製。
加熱方式：実施例２と同じ。
断熱層：無し
基材：無し
（１２）実施例３（図９参照）
定着ベルト：厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼製。
加熱方式：定着ベルト３８の内側に配置したハロゲンヒータ４１に通電。
断熱層２５：ポリイミド粉末を空隙率６０％、厚さ０．２ｍｍに焼結したもの（図８参照）。
基材２３：厚さ２ｍｍのアルミニウム製。
【００７２】
【表１】
2007128109.tif 000003
【００７３】
実施例３においては、定着ローラ１６と定着ベルト３８のウォームアップ時に、定着ローラ１６と定着ベルト３８を共に回転させ、他の場合は、ウォームアップ時に定着ローラ１６を停止させた。表１中の「○」は記録材にしわが発生せず、記録材の搬送性が良好であったこと、及びトナー像の定着性が良好であったことを示し、「×」はそうでなかったことを示す。
【００７４】
表１から判るように、基材２３の無い比較例の場合、円筒状部材２６の肉厚が２ｍｍよりも小さなときは、記録材の搬送性を満たすことができない。これは、定着ローラ１６の剛性不足により、定着ローラ１６の長手方向中央部が撓み、或いは潰れ変形し、記録材の搬送性が悪化したためである。特に、比較例１−１及び２−１では、円筒状部材２６の厚みが０．２ｍｍと極く薄いため、定着ローラ１６が完全に変形し、全ての記録材にしわが発生した。しかもトナー像の定着性を満足させることもできない。これは、定着ローラ１６の変形により、トナー像の定着に必要なニップＮ（図１）が得られないためである。
【００７５】
一方、比較例１−２及び２−２では、円筒状部材２６の厚さが２ｍｍと厚いため、記録材の搬送性とトナー像の定着性は満足するものの、実施例に比べて大幅に長いウォームアップ時間が必要である。このような定着ローラ１６を用いた場合には、電源はオンされているが、プリント動作が行われていない待機時に、定着ローラ１６を定着温度よりも低い待機温度に予熱しておく必要があるが、かかる予熱を行えば、定着装置の非使用時にも大きなエネルギーを消費する不具合を免れない。
【００７６】
実施例１−１，１−２及び１−３においては、発熱体３１からの熱伝動によって円筒状部材２６を加熱し、断熱層２５によって、円筒状部材２６の熱が基材２３へ伝わることを防止できるので、ウォームアップ時間を短縮できる。但し、断熱層２５にも多少の熱が伝わるので、比較例１−１よりもややウォームアップ時間が長いが、比較例１−２及び１−３に比べてウォームアップ時間を大幅に短縮できた。
【００７７】
また、実施例２では、輻射ヒータ３２の輻射熱が透明ガラス管を透過するので、実施例１−１，１−２及び１−３に比べてウォームアップ時間が若干長くなるが、比較例２−２及び２−３に比べて大幅に短縮されている。
【００７８】
いずれの実施例においても、ウォームアップ時間が１０秒以下となっているが、このようにウォームアップ時間を１０秒以下にできれば、通常、ユーザに対してほとんど不便を感じさせない。従って、電源オン状態での定着装置の非使用時に定着ローラを予熱しておかなくともよく、或いは従来よりも低い予熱温度で定着ローラを待機させておくことができ、これによって消費エネルギーを効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】画像形成装置の一例を示す概略垂直断面図である。
【図２】定着ローラの一例を示す横断面図である。
【図３】定着ローラの他の例を示す横断面図である。
【図４】定着ローラのさらに他の例を示す横断面図である。
【図５】図４に示した定着ローラの円筒状部材を除去して断熱層を露出させた状態の側面図である。
【図６】断熱層の模式的な拡大断面図である。
【図７】他の断熱層の模式的な拡大断面図である。
【図８】さらに他の断熱層の模式的な拡大断面図である。
【図９】定着ローラと他のローラに定着ベルトを巻き掛けた定着装置を示す断面図である。
【図１０】定着ローラの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１４  定着装置
１６  定着ローラ
２３  基材
２５  断熱層
２６  円筒状部材
３０  作像手段
３１  発熱体
３４  耐熱性樹脂フィルム
３６  耐熱性樹脂フィルム
３７  ローラ
３８  定着ベルト
４０  ローラ体
ＡＧ  空気層
Ｐ  記録材
【図１】
2007128109.tif 000004
【図２】
2007128109.tif 000005
【図３】
2007128109.tif 000006
【図４】
2007128109.tif 000007
【図５】
2007128109.tif 000008
【図６】
2007128109.tif 000009
【図７】
2007128109.tif 000010
【図８】
2007128109.tif 000011
【図９】
2007128109.tif 000012
【図１０】
2007128109.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月21日(2007.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛体より成る円筒状の基材と、該基材の外側に配置された断熱層と、該断熱層の外側に設けられた円筒状部材とを具備して成る定着ローラ。
【請求項２】
前記断熱層と円筒状部材の間に配置された発熱体を具備する請求項１に記載の定着ローラ。
【請求項３】
前記断熱層は、多層に重ねた耐熱性樹脂フィルムより成る請求項１又は２に記載の定着ローラ。
【請求項４】
前記断熱層は、多層に重ねた穴のあいた耐熱性樹脂フィルムより成る請求項１又は２に記載の定着ローラ。
【請求項５】
前記断熱層は、多孔質の耐熱性樹脂より成る請求項１又は２に記載の定着ローラ。
【請求項６】
前記円筒状部材は、厚さ０．３ｍｍ以下の金属より成る請求項１乃至５のいずれかに記載の定着ローラ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の定着ローラと、該定着ローラに圧接する加圧部材とを具備する定着装置。
【請求項８】
前記円筒状部材の代りに、当該円筒状部材を有さない定着ローラと他のローラとに巻き掛けられた無端状の定着ベルトを具備し、該定着ベルトを介して、円筒状部材を有さない定着ローラと前記加圧部材とが圧接している請求項７に記載の定着装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の定着装置と、該定着装置により定着されるトナー像を記録材上に形成する作像手段を具備する画像形成装置。
【請求項１０】
円筒状部材以外の定着ローラ部材を一体化したローラ体を構成すると共に、該円筒状部材を熱膨張させた後、その内部に、前記ローラ体を挿入し、次いで円筒状部材を冷却して、該円筒状部材とローラ体を一体化することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の定着ローラの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
さらに、上記請求項１又は２に記載の定着ローラにおいて、前記断熱層は、多層に重ねた耐熱性樹脂フィルムより成ると有利である（請求項３）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、上記請求項１又は２に記載の定着ローラにおいて、前記断熱層は、多層に重ねた穴のあいた耐熱性樹脂フィルムより成ると有利である（請求項４）。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
さらに、上記請求項１又は２に記載の定着ローラにおいて、前記断熱層は、多孔質の耐熱性樹脂より成ると有利である（請求項５）。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の定着ローラにおいて、前記円筒状部材は、厚さ０．３ｍｍ以下の金属より成ると有利である（請求項６）。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
さらに、本発明は、上記第２の目的を達成するため、請求項１乃至６のいずれかに記載の定着ローラと、該定着ローラに圧接する加圧部材とを具備する定着装置を提案する（請求項７）。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、上記請求項７に記載の定着装置において、前記円筒状部材の代りに、当該円筒状部材を有さない定着ローラと他のローラとに巻き掛けられた無端状の定着ベルトを具備し、該定着ベルトを介して、円筒状部材を有さない定着ローラと前記加圧部材とが圧接しているように構成することもできる（請求項８）。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
さらに、本発明は、上記第３の目的を達成するため、請求項７又は８に記載の定着装置と、該定着装置により定着されるトナー像を記録材上に形成する作像手段を具備する画像形成装置を提案する（請求項９）。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、本発明は、上記第４の目的を達成するため、円筒状部材以外の定着ローラ部材を一体化したローラ体を構成すると共に、該円筒状部材を熱膨張させた後、その内部に、前記ローラ体を挿入し、次いで円筒状部材を冷却して、該円筒状部材とローラ体を一体化することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の定着ローラの製造方法を提案する（請求項１０）。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
請求項３に係る発明によれば、耐熱性樹脂フィルムの間に空気層ができるため、断熱層の断熱効果を高めることができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
請求項４に係る発明によれば、穴のあいた耐熱性樹脂フィルムを複数重ねた断熱層を用いたので、その断熱層熱に多量の空気が存在し、これによって断熱層の断熱性をより高めることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
請求項５に係る発明によれば、断熱層が多孔質であるため、断熱層内に多量の空気が存在し、これによって断熱層の断熱性をより高めることができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
請求項６に係る発明によれば、円筒状部材の熱容量を極めて小さくできるので、ウォームアップ時間をより確実に短縮させることができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
請求項７及び８に係る発明によれば、ウォームアップ時間の短縮と、記録材の搬送性及びトナーの定着性を高めた定着装置を供することができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
請求項９に係る発明によれば、ウォームアップ時間の短縮と、記録材の搬送性及びトナーの定着性を高めた定着装置を備えた画像形成装置を供することができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
請求項１０に係る発明によれば、容易に定着ローラを製造することができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
１４  定着装置
１６  定着ローラ
２３  基材
２５  断熱層
２６  円筒状部材
３０  作像手段
３１  発熱体
３４  耐熱性樹脂フィルム
３６  耐熱性樹脂フィルム
３７  ローラ
３８  定着ベルト
４０  ローラ体
Ｐ  記録材