(57)【要約】【課題】ヒータに必要な剛性を確保しつつ、ヒータ全体の熱容量を低減して、消費電力を低減することができるヒータ、また、低消費電力で、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる定着装置、さらに、この定着装置を備える画像形成装置を提供すること。【解決手段】本発明のヒータ９３は、通電により発熱する帯状または板状をなす発熱体９３Ａと、発熱体９３Ａ上に形成された絶縁層９３Ｂとを有し、発熱体９３Ａは、絶縁層９３Ｂを介して複数積層されてなる。本発明において、複数の発熱体９３Ａは、直列に接続されているのが好ましく、複数の発熱体９３Ａは、一体的に形成された１つの帯状部材で構成され、この帯状部材を折り畳むようにして積層されているのが好ましい。【選択図】図５
2007127732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱する帯状または板状をなす発熱体と、
前記発熱体上に形成された絶縁層とを有し、
前記発熱体は、前記絶縁層を介して複数積層されてなることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記複数の発熱体は、直列に接続されている請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
複数の前記発熱体は、一体的に形成された１つの帯状部材で構成され、この帯状部材を折り畳むようにして積層されている請求項２に記載のヒータ。
【請求項４】
前記帯状部材は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金を主材料として構成されている請求項３に記載のヒータ。
【請求項５】
前記絶縁層は、Ａｌ２Ｏ３を主材料として構成されている請求項４に記載のヒータ。
【請求項６】
複数の前記発熱体は、ローラの表面の近傍に配置され、前記ローラを加熱するものである請求項１ないし５のいずれかに記載のヒータ。
【請求項７】
各前記発熱体は、前記ローラの周面に沿うように湾曲している請求項６に記載のヒータ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載のヒータを備え、該ヒータからの熱により、未定着像を担持する記録媒体を加熱することにより、前記未定着像を前記記録媒体に定着させることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
互いに圧接しながら回転する１対のローラを備え、前記ヒータは、前記１対のローラのうちの少なくとも一方のローラを加熱するよう配設されており、前記１対のローラの間に前記記録媒体を通過させて加熱および加圧することにより、前記定着を行う請求項８に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記ヒータは、前記ローラの軸線方向に沿って延在している請求項９に記載の定着装置。
【請求項１１】
前記ヒータは、前記ローラの内周面に接触するように配置され、前記ローラの回転により前記ローラの内周面と摺接する請求項９または１０に記載の定着装置。
【請求項１２】
前記ヒータは、少なくとも前記ローラの内周面と摺接する部位に、摺動性向上のための被覆層が施されている請求項１１に記載の定着装置。
【請求項１３】
前記ヒータは、前記ローラの内周面に沿うように湾曲している請求項１１または１２に記載の定着装置。
【請求項１４】
帯電・露光・現像・転写・定着を含む一連の画像形成プロセスにより、画像を記録媒体に形成する画像形成装置であって、
請求項８ないし１３のいずれかに記載の定着装置を備え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、ヒータ、定着装置、および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を採用するプリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置には、トナーにより形成されたトナー像を未定着状態で担持する紙等の記録媒体を加熱および加圧することにより、前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着装置が備えられている(例えば、特許文献１参照。)。
例えば、特許文献１にかかる定着装置は、互いに圧接回転する１対のローラと、この１対のローラのうちの一方のローラを加熱するヒータとを有している。このような１対のローラ同士の圧接により形成されたニップに、記録媒体を通紙することにより、前記記録媒体を加熱および加圧して、前記記録媒体上に形成されたトナー像を前記記録媒体に定着させる。
【０００３】
また、特許文献１では、ヒータが、発熱に必要な抵抗値および発熱量を確保するために直線状または螺旋状をなすニッケル線やニクロム線で構成された発熱体と、これを支持する熱絶縁体や熱伝導体とを有している。このようなヒータは、発熱体自体の剛性が低いが、発熱体が熱絶縁体や熱導電体によって支持されているので、ヒータ全体に必要な剛性を確保することができる。
しかしながら、前述したような特許文献１にかかるヒータは、発熱体を別部材で支持しなければならず、ヒータ全体の熱容量が大きくなってしまう。そのため、ヒータからローラへの熱伝導効率が低下し、その結果、消費電力の増大や、ウォーミングアップ時間の長時間化を招いてしまう。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０２４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ヒータに必要な剛性を確保しつつ、ヒータ全体の熱容量を低減して、消費電力を低減することができるヒータ、また、低消費電力で、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる定着装置、さらに、この定着装置を備える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】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のヒータは、通電により発熱する帯状または板状をなす発熱体と、
前記発熱体上に形成された絶縁層とを有し、
前記発熱体は、前記絶縁層を介して複数積層されてなることを特徴とする。
これにより、発熱体を別部材で支持することなく、ヒータ全体に必要な剛性を得ることができる。また、発熱体を別部材で支持する必要がないので、ヒータ全体の熱容量を低減して、消費電力を低減することができる。
【０００７】
本発明のヒータでは、前記複数の発熱体は、直列に接続されていることが好ましい。
これにより、発熱体に必要な抵抗値を確保しつつ、発熱体の横断面積を大きくして、ヒータ全体に必要な剛性を得ることができる。
本発明のヒータでは、複数の前記発熱体は、一体的に形成された１つの帯状部材で構成され、この帯状部材を折り畳むようにして積層されていることが好ましい。
これにより、高価な成膜装置を用いることなく、積層構造をなすヒータを得ることができる。その結果、ヒータの低コスト化を図ることができる。
【０００８】
本発明のヒータでは、前記帯状部材は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、より確実に、ヒータに必要な剛性を確保しつつ、ヒータ全体の熱容量を低減して、消費電力を低減することができる。
本発明のヒータでは、前記絶縁層は、Ａｌ２Ｏ３を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、基材を熱処理するだけで、比較的簡単に絶縁層を形成することができる。
【０００９】
本発明のヒータでは、複数の前記発熱体は、ローラの表面の近傍に配置され、前記ローラを加熱するものであることが好ましい。
これにより、ローラを迅速に加熱することができる。
本発明のヒータでは、各前記発熱体は、前記ローラの周面に沿うように湾曲していることが好ましい。
これにより、ヒータとローラとの接触面積を増大させて、ヒータからローラへの熱伝導効率をより向上させることができる。
【００１０】
本発明の定着装置は、本発明のヒータを備え、該ヒータからの熱により、未定着像を担持する記録媒体を加熱することにより、前記未定着像を前記記録媒体に定着させることを特徴とする。
これにより、低消費電力で、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる。
本発明の定着装置では、互いに圧接しながら回転する１対のローラを備え、前記ヒータは、前記１対のローラのうちの少なくとも一方のローラを加熱するよう配設されており、前記１対のローラの間に前記記録媒体を通過させて加熱および加圧することにより、前記定着を行うことが好ましい。
これにより、定着装置を比較的簡単かつ耐久性の高い構成としつつ、低消費電力で、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる。
【００１１】
本発明の定着装置では、前記ヒータは、前記ローラの軸線方向に沿って延在していることが好ましい。
これにより、ローラをその軸線方向（長手方向）の全域に亘って加熱することができる。
本発明の定着装置では、前記ヒータは、前記ローラの内周面に接触するように配置され、前記ローラの回転により前記ローラの内周面と摺接することが好ましい。
これにより、ローラがヒータにより直接的に加熱されるので、ローラを極めて迅速に所望の温度に昇温させることができる。その結果、ウォーミングアップ時間をより短縮することができる。特に、本発明のヒータは発熱体を別部材で覆わずに直接的にローラに接触させることができるので、ヒータからローラへの熱伝導効率が極めて高いものとなる。
【００１２】
本発明の定着装置では、前記ヒータは、少なくとも前記ローラの内周面と摺接する部位に、摺動性向上のための被覆層が施されていることが好ましい。
これにより、ヒータをローラに接触させる構成としても、ヒータの耐久性の向上を図ることができる。特に、ローラの内周面ではなく、ヒータの接触部位にコーティングを行うため、比較的簡単に、ヒータの耐久性の向上を図ることができる。
【００１３】
本発明の定着装置では、前記ヒータは、前記ローラの内周面に沿うように湾曲していることが好ましい。
これにより、ヒータとローラとの接触面積を増大させて、ヒータからローラへの熱伝導効率をより向上させることができる。
本発明の画像形成装置は、帯電・露光・現像・転写・定着を含む一連の画像形成プロセスにより、画像を記録媒体に形成する画像形成装置であって、
本発明の定着装置を備えることを特徴とする。
これにより、低消費電力で、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のヒータ、定着装置、および画像形成装置の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
＜画像形成装置＞
まず、本発明の画像形成装置、すなわち本発明の定着装置を備える画像形成装置を簡単に説明する。
【００１５】
図１は、本発明にかかる画像形成装置の１実施形態を示す全体構成の模式的断面図である。
図１に示す本実施形態の画像形成装置１０は、主として露光・現像・転写・定着を含む一連の画像形成プロセスによって画像を記録媒体に記録するものである。このような画像形成装置１０は、図１に示すように、静電的な潜像を担持し図示矢印方向に回転する感光体２０を有し、その回転方向に沿って順次、帯電ユニット３０、露光ユニット４０、現像ユニット５０、一次転写ユニット６０、クリーニングユニット７５が配設されている。また、画像形成装置１０は、図１にて下部に、紙などの記録媒体Ｐを収容する給紙トレイ８２が設けられ、その給紙トレイ８２に対して記録媒体Ｐの搬送方向下流に、二次転写ユニット８０、定着装置９０が記録媒体Ｐの搬送方向に沿って順次配設されている。また、画像形成装置１０には、記録媒体の両面に画像を形成する場合に、定着装置９０によって一方の面に定着処理された記録媒体Ｐを表裏反転させて二次転写ユニット８０へ帰還させるための搬送部８８が設けられている。
【００１６】
感光体２０は、円筒状の導電性基材（図示せず）と、その外周面に形成された感光層（図示せず）とを有し、その軸線まわりに図１中矢印方向に回転可能となっている。
帯電ユニット３０は、コロナ帯電などにより感光体２０の表面を一様に帯電するための装置である。
露光ユニット４０は、図示しないパーソナルコンピュータなどのホストコンピュータから画像情報を受けこれに応じて、一様に帯電された感光体２０上に、レーザを照射することによって、静電的な潜像を形成する装置である。
【００１７】
現像ユニット５０は、ブラック現像装置５１と、マゼンタ現像装置５２と、シアン現像装置５３と、イエロー現像装置５４との４つの現像装置を有し、これらの現像装置を感光体２０上の潜像に対応して選択的に用いて、前記潜像をトナー像として可視化する装置である。ブラック現像装置５１はブラック（Ｋ）トナー、マゼンタ現像装置５２はマゼンタ（Ｍ）トナー、シアン現像装置５３はシアン（Ｃ）トナー、イエロー現像装置５４はイエロー（Ｙ）トナーを用いて現像を行う。
【００１８】
本実施形態におけるＹＭＣＫ現像ユニット５０は、前述の４つの現像装置５１、５２、５３、５４を選択的に感光体２０に対向するように、回転可能となっている。具体的には、このＹＭＣＫ現像ユニット５０は、軸５０ａを中心として回転可能な保持体５５の４つの保持部５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄにそれぞれ４つの現像装置５１、５２、５３、５４が保持されており、保持体５５の回転により、４つの現像装置５１、５２、５３、５４が相対位置関係を維持したまま、感光体２０に選択的に対向するようになっている。
【００１９】
中間転写体６１は、エンドレスベルト状の中間転写ベルト７０を有し、この中間転写ベルト７０は、一次転写ローラ６０、従動ローラ７２、駆動ローラ７１で張架されており、駆動ローラ７１の回転により、図１に示す矢印方向に、感光体２０とほぼ同じ周速度にて回転駆動される。
一次転写ローラ６０は、感光体２０に形成された単色のトナー像を中間転写ベルト７０に転写するための装置である。
【００２０】
中間転写ベルト７０上には、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのうちの少なくとも１色のトナー像が担持され、例えばフルカラー画像の形成時に、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの４色のトナー像が順次重ねて転写されて、フルカラーのトナー像が形成される。本実施形態では、駆動ローラ７１が、後述する二次転写ローラ８０のバックアップローラとしても機能する。また、一次転写ローラ６０、駆動ローラ７１、従動ローラ７２は、基体７３によって支持されている。
【００２１】
二次転写ローラ８０は、中間転写ベルト７０上に形成された単色やフルカラーなどのトナー像を、紙、フィルム、布等の記録媒体Ｐに転写するための装置である。
定着装置９０は、前記トナー像の転写を受けた記録媒体Ｐを加熱および加圧することにより、前記トナー像を記録媒体Ｐに融着させて永久像として定着させるための装置である。この定着装置９０は、本発明のローラユニットを備えるものである。なお、定着装置９０については、後に詳述する。
【００２２】
クリーニングユニット７５は、一次転写ローラ６０と帯電ユニット３０との間で感光体２０の表面に当接するゴム製のクリーニングブレード７６を有し、一次転写ローラ６０によって中間転写ベルト７０上にトナー像が転写された後に、感光体２０上に残存するトナーをクリーニングブレード７６により掻き落として除去するための装置である。
搬送部８８は、定着装置９０によって一方の面に定着処理された記録媒体Ｐを挟持搬送する搬送ローラ対８８Ａ、８８Ｂと、搬送ローラ対８８Ａ、８８Ｂによって搬送される記録媒体Ｐを表裏反転しつつレジローラ８６へ向け案内する搬送路８８Ｃとを備えている。これにより、記録媒体の両面に画像形成する場合に、定着装置９０によって一方の面に定着処理された記録媒体Ｐを表裏反転して二次転写ローラ８０へ帰還させる。
【００２３】
次に、このように構成された画像形成装置１０の動作を説明する。
まず、図示しないホストコンピュータからの指令により、感光体２０、現像ユニット５０に設けられた現像ローラ（図示せず）、および中間転写ベルト７０が回転を開始する。そして、感光体２０は、回転しながら、帯電ユニット３０により順次帯電される。
感光体２０の帯電された領域は、感光体２０の回転に伴って露光位置に至り、露光ユニット４０によって、第１色目、例えばイエローＹの画像情報に応じた潜像が前記領域に形成される。
【００２４】
感光体２０上に形成された潜像は、感光体２０の回転に伴って現像位置に至り、イエロー現像装置５４によってイエロートナーで現像される。これにより、感光体２０上にイエロートナー像が形成される。このとき、ＹＭＣＫ現像ユニット５０は、イエロー現像装置５４が、前記現像位置にて感光体２０と対向している。
感光体２０上に形成されたイエロートナー像は、感光体２０の回転に伴って一次転写位置（すなわち、感光体２０と一次転写ローラ６０との対向部）に至り、一次転写ローラ６０によって、中間転写ベルト７０に転写（一次転写）される。このとき、一次転写ローラ６０には、トナーの帯電極性とは逆の極性の一次転写電圧（一次転写バイアス）が印加される。なお、この間、二次転写ローラ８０は、中間転写ベルト７０から離間している。
【００２５】
前述の処理と同様の処理が、第２色目、第３色目および第４色目について繰り返して実行されることにより、各画像信号に対応した各色のトナー像が、中間転写ベルト７０に重なり合って転写される。これにより、中間転写ベルト７０上にはフルカラートナー像が形成される。
一方、記録媒体Ｐは、給紙トレイ８２から、給紙ローラ８４、レジローラ８６によって二次転写ローラ８０へ搬送される。
【００２６】
中間転写ベルト７０上に形成されたフルカラートナー像は、中間転写ベルト７０の回転に伴って二次転写位置（すなわち、二次転写ローラ８０と駆動ローラ７１との対向部）に至り、二次転写ローラ８０によって記録媒体Ｐに転写（二次転写）される。このとき、二次転写ローラ８０は中間転写ベルト７０に押圧されるとともに二次転写電圧（二次転写バイアス）が印加される。
【００２７】
記録媒体Ｐに転写されたフルカラートナー像は、定着装置９０によって加熱および加圧されて記録媒体Ｐに融着される。その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対８７によって画像形成装置１０の外部へ排出される。
一方、感光体２０は一次転写位置を経過した後に、クリーニングユニット７５のクリーニングブレード７６によって、その表面に付着しているトナーが掻き落とされ、次の潜像を形成するための帯電に備える。掻き落とされたトナーは、クリーニングユニット７５内の残存トナー回収部に回収される。
【００２８】
記録媒体の両面に画像形成する場合には、定着装置９０によって一方の面に定着処理された記録媒体Ｐを一旦排紙ローラ対８７により挟持した後に、排紙ローラ対８７を反転駆動するとともに、搬送ローラ対８８Ａ、８８Ｂを駆動して、当該記録媒体Ｐを搬送路８８Ｃを通じて表裏反転して二次転写ローラ８０へ帰還させ、前述と同様の動作により、記録媒体Ｐの他方の面に画像を形成する。
【００２９】
＜定着装置＞
ここで、本発明のローラユニットを備える定着装置９０を図２ないし図４に基づいて詳細に説明する。
図２は、定着装置９０の好適な実施形態を示す模式的断面図、図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図、図４は、図２および図３に示す定着装置に備えられたヒータの拡大横断面図、図５は、図２および図３に示す定着装置に備えられたヒータの拡大縦断面図である。
【００３０】
定着装置９０は、図２に示すように、互いに圧接回転する１対のローラである定着ローラ９１および加圧ローラ９２と、定着ローラ９１を加熱するヒータ９３と、定着ローラ９１の温度を検知するための温度検知体９４とを有している。
この定着装置９０は、定着ローラ９１および加圧ローラ９２の圧接により形成されるニップ部Ｎに対し、図２にて下方から、未定着像を担持する記録媒体がニップ部Ｎへ搬送され、前記記録媒体を加熱および加圧することにより、前記未定着像を前記記録媒体に定着させる。本実施形態では、ニップ部Ｎに搬送される記録媒体は定着ローラ９１側に未定着像を担持している。
【００３１】
定着ローラ９１は、円筒状をなし、その軸線まわりに回転可能に設けられた回転体である。
また、定着ローラ９１は、図２および図３に示すように、円柱状をなす金属製の基部（芯金）９１Ａと、基部９１Ａの外周面を覆う弾性層９１Ｂと、弾性層９１Ｂの外周面を覆う離型層（図示せず）とを有している。
【００３２】
基部９１Ａは、円筒状をなし、例えば鉄やアルミニウム合金などの金属で構成されている。
このような基部９１Ａの厚さは、特に限定されないが、基部９１Ａに必要な強度を確保しつつ、熱容量をできるだけ小さくすることが好ましい。具体的には、基部９１Ａの厚さは、基部９１Ａの構成材料などによっても異なるが、０．１〜３ｍｍであるのが好ましく、０．２〜１ｍｍであるのがより好ましい。これにより、定着ローラ９１の耐久性を優れたものとしつつ、ウォーミングアップ時間をより確実に短縮することができる。
このような基部９１Ａの両端部のそれぞれには、円筒状のフランジ９６が嵌入されている。これにより、基部９１Ａが肉薄であっても基部９１Ａに必要な剛性を確保しつつ、基部９１Ａを軸受９７を介して回転自在に支持することができる。
一方、基部９１Ａの外周面には、これを覆うように弾性層９１Ｂが形成されている。
【００３３】
弾性層９１Ｂの構成材料としては、特に限定されないが、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムのような各種ゴム材料（特に加硫処理したもの）や、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマーが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。これらの中でも、弾性層９１Ｂの構成材料としては、例えば、Ｓｉゴム、ＥＰＤＭ、フッ素ゴムなどを好適に用いることができる。
【００３４】
また、弾性層９１Ｂの厚さは、後述する加圧ローラ９１の弾性層９２Ｂの厚さより小さいのが好ましい。より具体的には、弾性層９１Ｂの厚さとしては、特に限定されないが、例えば、０．１〜３ｍｍであるのが好ましく、０．５〜１．５ｍｍであるのがより好ましい。これにより、図２に示すように、加圧ローラ９２側が凹湾曲面をなすようなニップ部Ｎを確実に形成しつつ、定着ローラ９１の外表面と記録媒体上のトナー像との密着性を向上させて、良好な定着性を実現することができる。
このような弾性層９１Ｂの外周面を覆うように離型層（図示せず）が形成されている。
この離型層の厚さは、１０〜８０μｍであるのが好ましく、２０〜５０μｍであるのがより好ましい。これにより、離型層に必要な強度を保ちつつ、弾性層９１Ｂの弾性を十分に発揮させることができる。
【００３５】
また、離型層の構成材料としては、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡなどを好適に用いることができる。
以上のような定着ローラ９１の内部空間には、定着ローラ９１の内周面（すなわち基部９１Ａの内周面）に摺動可能にヒータ９３が固定配置されている。なお、ヒータ９３については、後に詳述する。
【００３６】
一方、定着ローラ９１の外周面には、定着ローラ９１の温度を検知するためのサーミスタなどの温度検知体９４が接触または近接して設けられている。このような温度検知体９４によって検知された温度に基づき、通電回路９５により、定着ローラ９１の外表面が目標温度となるように、前述したヒータ９３の駆動が制御される。
加圧ローラ９２は、円筒状または円柱状をなし、その軸線まわりに回転可能となっているとともに、前述したような定着ローラ９１に圧接している。
【００３７】
また、加圧ローラ９２は、図２および図３に示すように、円柱状をなす金属製の基部（芯金）９２Ａと、基部９２Ａの外周面を覆う弾性層９２Ｂと、弾性層９２Ｂの外周面を覆う離型層９２Ｃとを有している。
弾性層９２Ｂの構成材料としては、例えば、Ｓｉゴム、ＥＰＤＭ、フッ素ゴムなどを好適に用いることができる。
【００３８】
また、弾性層９２Ｂの厚さは、０．３〜１０ｍｍであるのが好ましく、０．６〜８ｍｍであるのがより好ましい。これにより、弾性層９２Ｂの耐久性を優れたものとしつつ、ニップ部Ｎの幅を十分なものとすることができる。
また、離型層９２Ｃの厚さは、１０〜８０μｍであるのが好ましく、２０〜５０μｍであるのがより好ましい。これにより、離型層９２Ｃに必要な強度を保ちつつ、弾性層９２Ｂの弾性を十分に発揮させることができる。
また、離型層９２Ｃの構成材料としては、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡなどを好適に用いることができる。
【００３９】
＜ヒータ＞
ここで、ヒータ９３を詳細に説明する。
ヒータ９３は、図４および図５に示すように、帯状または板状をなす複数の発熱体９３Ａと、この発熱体９３Ａ上に形成された絶縁層９３Ｂを有し、発熱体９３Ａが絶縁層９３Ｂを介して複数積層されてなる。これにより、発熱体９３Ａを別部材で支持することなく、ヒータ９３全体に必要な剛性を得ることができる。また、発熱体９３Ａを別部材で支持する必要がないので、ヒータ９３全体の熱容量を低減して、消費電力を低減することができる。
【００４０】
このようなヒータ９３では、１つの層を構成する発熱体９３Ａと、その両側に形成された２つの絶縁層９３Ｂとが組となって一体的に形成（接合）されており、各組は接着層９３Ｃを介して接合されている。また、ヒータ９３の定着ローラ９１の基部９１Ａの内周面９１Ａ１と接触する側の面には、摩擦抵抗を低減するための被覆層（コーティング）９３Ｄが形成されている。
【００４１】
以下、ヒータ９３を構成する各部を順次詳細に説明する。
複数の発熱体９３Ａは、図５に示すように、一体的に形成された１つの帯状部材で構成され、この帯状部材を折り畳むようにして積層されている。これにより、高価な成膜装置を用いることなく、積層構造をなすヒータ９３を得ることができる。その結果、ヒータ９３の低コスト化を図ることができる。
【００４２】
発熱体９３Ａ（帯状部材）の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、インジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）、カーボン系材料、チタン酸バリウム系セラミック（ＢａＴｉＯ３）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金）、Ｎｉ−Ｃｒ（Ｎｉ−Ｃｒ合金）等が挙げられる。
これらの中でも、発熱体９３Ａの構成材料としては、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌが好ましい。すなわち、発熱体９３Ａは、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌを主材料として構成されているのが好ましい。これにより、より確実に、ヒータ９３に必要な剛性を確保しつつ、ヒータ９３全体の熱容量を低減して、消費電力を低減することができる。
この場合、絶縁層９３Ｂは、Ａｌ２Ｏ３を主材料として構成されているのが好ましい。これにより、発熱体９３Ａを構成する帯状部材を熱処理するだけで、比較的簡単に絶縁層９３Ｂを形成することができる。
【００４３】
例えば、Ａｌ２Ｏ３を主材料として構成された絶縁層９３Ｂを形成するに際しては、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌを主材料として構成された帯状部材を大気中で１０００℃で２時間熱処理することにより、前記帯状部材の表面にＡｌ２Ｏ３を析出させて、絶縁層９３Ｂを形成する。このとき、前述した熱処理により、帯状部材の外表面全域にＡｌ２Ｏ３の層が形成されるが、この層のうち、発熱体９３Ａへの通電に必要な部分を除去する。その後、帯状部材を折り畳むようにして、ヒータ９３を得ることができる。
【００４４】
また、発熱体９３Ａの構成材料として、ＩＴＯ、カーボン系材料、ＢａＴｉＯ３等、自己温度調節機能（ＰＴＣ）を有する材料を用いると、例えばサーモスタット等の温度制御装置等を介することなく温度調節が可能である。また、温度制御装置を省略することができ、よって、定着装置９０の小型化、省電力化を図ることが可能になる。
また、自己温度調節機能を有する材料は、電圧を印加すると、ジュール熱により、当該材料自体の温度が上昇するが、一旦所定温度に到達すると電気抵抗が急激に高くなり、すなわち、電流が抑えられ、前記所定温度を維持することができる。このように、自己温度調節機能を有する材料は、所定温度以上に発熱することが防止され、安全性にも優れている。
【００４５】
また、発熱体９３Ａの厚さは、発熱体９３Ａの構成材料や発熱体９３Ａに必要な発熱量などによって適宜選択され、特に限定されないが、例えば、０．０１〜５００μｍであるのが好ましく、１〜１００μｍであるのがより好ましく、２０〜７０μｍであるのがさらに好ましい。
また、発熱体９３Ａの幅は、発熱体９３Ａの構成材料や発熱体９３Ａに必要な発熱量などによって適宜選択され、特に限定されないが、例えば、１〜１００ｍｍであるのが好ましく、５〜５０ｍｍであるのがより好ましく、５〜３０ｍｍであるのがさらに好ましい。
【００４６】
このような発熱体９３Ａを構成する帯状部材の外表面に、絶縁層９３Ｂが形成されている。
絶縁層９３Ｂの構成材料としては、前述したようなＡｌ２Ｏ３のほか、発熱体９３Ａの発熱に耐え得るとともに絶縁性を有していれば、特に限定されず、各種無機材料や各種有機材料を用いることができる。
【００４７】
また、絶縁層９３Ｂの形成方法としては、例えば、スプレー熱分解法、スパッタリング、ディッピング法等を用いることもできる。
なお、絶縁層９３Ｂは、隣接する２つの層の発熱体９３Ａ同士の短絡や、発熱体９３Ａと定着ローラ９１の基部９１Ａとの接触を防止することができれば、発熱体９３Ａの全体を覆っていなくてもよい。
【００４８】
接着層９３Ｃの構成材料は、発熱体９３Ａの発熱に耐え得るとともに前述したような積層構造を保持することができるものであれば、特に限定されないが、セラミックス系接着剤やガラス系接着剤を好適に用いることができる。このような接着剤を用いると、ヒータ９３の熱容量の増大を抑制しつつ、前述したような積層構造を簡単に製造することができる。
なお、接着層９３Ｃがなくても前述した積層構造を保持できる場合には、接着層９３Ｃは、省略してもよい。また、絶縁層９３Ｂが接着層を兼ねていてもよい。
【００４９】
前述したようなヒータ９３において、図５に示すように、複数の発熱体９３Ａを構成する帯状部材は、その両端に通電回路９５が接続されていて、電圧が印加される。すなわち、複数の発熱体９３Ａは、直列に接続されている。これにより、発熱体９３Ａに必要な抵抗値を確保しつつ、発熱体９３Ａの横断面積を大きくして、ヒータ９３全体に必要な剛性を得ることができる。
【００５０】
被覆層９３Ｄは、定着ローラ９１の内表面に最も近い層（図４および図５にて最下層）の絶縁層９３Ｂの表面に形成されている。すなわち、ヒータ９３は、少なくとも定着ローラ９１の内周面と摺接する部位に、摺動性向上のための被覆層９３Ｄ（コーティング）が施されている。これにより、ヒータ９３を定着ローラ９１に接触させる構成としても、ヒータ９３の耐久性の向上を図ることができる。特に、定着ローラ９１の内周面ではなく、ヒータ９３の接触部位にコーティングを行うため、比較的簡単に、ヒータ９３の耐久性の向上を図ることができる。
【００５１】
被覆層９３Ｄの構成材料としては、前述した機能を発揮することができるものであれば、特に限定されないが、耐熱性、摺動性、熱伝導性などの特性に優れたものを好適に用いることができる。例えば、被覆層９３Ｄの構成材料としては、窒化ホウ素、ウンモ、アルミナなどを用いることができ、前述した特性から、特に、窒化ホウ素が好ましい。
なお、被覆層９３Ｄを省略してもよい。また、定着ローラ９１の内周面に摺動性向上のための処理を施してもよい。
以上説明したようなヒータ９３は、定着ローラ９１の軸線方向に沿って延びている。これにより、定着ローラ９１をその軸線方向（長手方向）の全域に亘って加熱することができる。
【００５２】
また、ヒータ９３は、定着ローラ９１の内周面に接触するように配置され、定着ローラ９１の回転により定着ローラ９１の内周面と摺接するので、定着ローラ９１がヒータ９３により直接的に加熱されるので、定着ローラ９１を極めて迅速に所望の温度に昇温させることができる。その結果、ウォーミングアップ時間をより短縮することができる。特に、本発明のヒータ９３は発熱体９３Ａを別部材で覆わずに直接的に定着ローラ９１に接触させることができるので、ヒータ９３から定着ローラ９１への熱伝導効率が極めて高いものとなる。
【００５３】
また、ヒータ９３は、図４に示すように、その幅方向にニップ部Ｎ側を凸とするように湾曲している。すなわち、ヒータ９３は、定着ローラ９１の内周面に沿うように湾曲している。これにより、ヒータ９３と定着ローラ９１との接触面積を増大させて、ヒータ９３から定着ローラ９１への熱伝導効率をより向上させることができる。
この場合、ヒータ９３の湾曲面の曲率半径は、定着ローラ９１の内周面の曲率半径とほぼ同等か、または、定着ローラ９１の内周面の曲率半径よりも若干小さいのが好ましい。より具体的には、ヒータ９３の湾曲面の曲率半径をＡとし、定着ローラ９１の内周面の曲率半径をＢとしたときに、Ａ／Ｂは、０．９〜１．１であるのが好ましく、０．９〜１．０であるのがより好ましい。これにより、ヒータ９３と定着ローラ９１との接触面積を増大させるとともに、別途ヒータ９３を加工することなくヒータ９３の角部と定着ローラ９１との接触による損傷を防止することができる。
【００５４】
以上説明したようなヒータ９３を備える定着装置９０や画像形成装置１０においては、低消費電力で、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる。
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の画像形成装置を構成する各部は、同様の機能を発揮する任意のものと置換、または、その他の構成を追加することもできる。
【００５５】
例えば、前述した実施形態では、複数の発熱体９３Ａが１つの帯状部材で構成されているものについて説明したが、各層の発熱体９３Ａが別部材で構成されていてもよい。この場合、ヒータ９３の長手方向での端部で発熱体９３Ａ同士を電気的に接続する。また、発熱体９３Ａの構成材料、積層数、抵抗値などによっては、複数の発熱体９３Ａを並列に接続するように構成してもよい。
【００５６】
また、前述した実施形態では発熱体９３Ａが７層積層した例を説明したが、本発明は、これに限定されない。すなわち、発熱体の積層数は、ヒータ９３に必要な強度を得られるものであれば、任意であり、６以下であっても、８以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、各層の発熱体９３Ａがすべて同じ長さであるものについて説明したが、各層の発熱体９３Ａの長さは異なっていてもよい。この場合、例えば、定着ローラの長手方向において、全域に形成された発熱体と、中央部のみに形成された発熱体とを組み合わせて、中央部の配熱分布を端部よりも高く設定することができる。
【００５７】
また、前述した実施形態では、１本のヒータ９３で定着ローラ９１の長手方向全域を過熱するように構成したものを説明したが、本発明のヒータは、定着ローラ９１の長手方向での一部を加熱するものであればよい。この場合、本発明のヒータ９３を複数組み合わせて用いてもよいし、本発明のヒータと本発明以外のヒータと組み合わせて用いてもよい。
また、前述した実施形態では、ヒータ９３がニップ部Ｎ近傍のみで定着ローラ９１に接触して定着ローラ９１を加熱するものについて説明したが、ヒータ９３が定着ローラ９１の周方向における他の部位に接触して定着ローラ９１を加熱するようにしてもよい。また、ヒータが定着ローラ９１の周方向全域に亘って接触するようにして、加熱を行ってもよい。
【００５８】
また、前述した実施形態では、ヒータ９３が定着ローラ９１の内周面に接触しているものについて説明したが、ヒータ９３が定着ローラ９１の外周面に接触して、ヒータ９３により定着ローラ９１を加熱するようにしてもよい。また、ヒータ９３と定着ローラ９１とを非接触とし、定着ローラ９１の内側から定着ローラ９１を加熱するようにしてもよい。
また、前述した実施形態における定着装置の定着ローラに代えて無端ベルト状あるいはフィルム状の部材を用いてもよい。
【００５９】
また、前述した実施形態では、本発明のヒータを定着装置の定着ローラを加熱するためのヒータに適用した例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明のヒータを用いて加圧ローラ９２を加熱してもよいし、また、画像形成装置内に備えられた各種ローラのうち加熱を必要とするものであれば、本発明のヒータを用いて加熱して、消費電力を低減することができる。
【００６０】
また、本発明のヒータは、電子写真方式を採用する画像形成装置に備えられたローラを加熱する用途に限らず、例えば、リライタブルカードへのデータ印刷などの熱転写記録方式の装置に備えられたローラを加熱する用途に用いてもよいし、また、ローラを加熱する用途でなく、インクジェット記録方式の装置に搭載し、ラインヘッドを搭載したインクジェットプリンタの印刷後の紙を加熱する用途に用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明にかかる画像形成装置の１実施形態を示す全体構成の模式的断面図である。
【図２】図１に示す画像形成装置に備えられた定着装置の好適な実施形態を示す模式的断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２および図３に示す定着装置に備えられたヒータの拡大横断面図である。
【図５】図２および図３に示す定着装置に備えられたヒータの拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０‥‥‥画像形成装置  ２０‥‥‥感光体  ３０‥‥‥帯電ユニット  ４０‥‥‥露光ユニット  ５０‥‥‥現像ユニット  ５０ａ‥‥‥軸  ５１‥‥‥ブラック現像装置  ５２‥‥‥マゼンタ現像装置  ５３‥‥‥シアン現像装置  ５４‥‥‥イエロー現像装置  ５５‥‥‥保持体  ５５ａ〜５５ｄ‥‥‥保持部  ６０‥‥‥一次転写ローラ  ６１‥‥‥中間転写体  ７０‥‥‥中間転写ベルト  ７１‥‥‥駆動ローラ  ７２‥‥‥従動ローラ  ７３‥‥‥基体  ７５‥‥‥クリーニングユニット  ７６‥‥‥クリーニングブレード  ８０‥‥‥二次転写ローラ  ８２‥‥‥給紙トレイ  ８４‥‥‥給紙ローラ  ８６‥‥‥レジローラ  ８７‥‥‥排紙ローラ対  ８８‥‥‥搬送部  ８８Ａ、８８Ｂ‥‥‥搬送ローラ対  ８８Ｃ‥‥‥搬送路  ９０‥‥‥定着装置  ９１‥‥‥定着ローラ  ９１Ａ‥‥‥基部  ９１Ｂ‥‥‥弾性層  ９２‥‥‥加圧ローラ  ９２Ａ‥‥‥基部  ９２Ｂ‥‥‥弾性層  ９２Ｃ‥‥‥離型層  ９３‥‥‥ヒータ  ９３Ａ‥‥‥発熱体  ９３Ｂ‥‥‥絶縁層  ９３Ｃ‥‥‥接着層  ９３Ｄ‥‥‥被覆層  ９４‥‥‥温度検知体  ９５‥‥‥通電回路  ９６‥‥‥フランジ  ９７‥‥‥軸受  Ｐ‥‥‥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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