(57)【要約】【課題】ローラ自身の軸方向の熱伝導性に頼ることなく，軸方向の温度不均一の解消を実現した定着装置およびそれを用いた画像形成装置を提供すること。【解決手段】加熱ローラの中空のパイプ状の外筒部材６１１の内部空間に，電磁波を放射することにより電磁波放射部材が配置されている定着装置において，外筒部材６１１の内面に，温度により形状を変える内筒部材６１２を配置した。そして，外筒部材６１１の内面には黒色塗膜６１３を設けた。これにより，外筒部材６１１の内面の電磁波反射率を，内筒部材６１２における電磁波放射部材の側の面の電磁波反射率より低くした。内筒部材６１２は，電磁波放射部材から見た，外筒部材６１１の内面Ｄと，内筒部材６１２における電磁波放射部材の側の面Ｃとのうち，外筒部材６１１の内面Ｄの占有率が，温度が低い場合に高くなり，温度が高い場合に低くなるように変形する。【選択図】図６
2009217039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部材と対向部材とを有し，トナー像が付与されたシート媒体を前記加熱部材と前記対向部材との間に通すことでシート媒体上のトナー像を定着させる定着装置において，
前記加熱部材を加熱する熱源である電磁波を放射する電磁波放射部材と，
前記電磁波放射部材からの電磁波を受けるとともに前記加熱部材へ熱を伝達する受熱部材と，
前記受熱部材と前記電磁波放射部材との間に配置され，温度により形状を変える熱変形部材とを有し，
前記受熱部材における前記電磁波放射部材の側の面と，前記熱変形部材における前記電磁波放射部材の側の面の電磁波反射率とが異なり，
前記熱変形部材は，前記電磁波放射部材から見た，前記受熱部材の表面と，前記熱変形部材の表面とのうち，電磁波反射率の低い方の面の占有率が，
温度が低い場合に高くなり，
温度が高い場合に低くなるように変形するものであることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置において，
前記加熱部材は，中空のパイプ状の加熱ローラであるとともにその内面が前記受熱部材を兼ねており，
前記電磁波放射部材は，前記加熱ローラの内部空間に配置されており，
前記熱変形部材は，前記加熱ローラの内面に配置されていることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項２に記載の定着装置において，
前記加熱ローラの軸方向内側から端部に至った電磁波を内側へ向けて反射する電磁波反射部材を有することを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の定着装置において，
前記熱変形部材は，
前記加熱ローラの内面に配置された円筒状の部材であるとともに，
温度により移動する複数の移動箇所と，前記移動箇所以外の非移動箇所とを有するものであり，
前記複数の移動箇所が，前記加熱ローラの長手方向に対して対称に配置されていることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載の定着装置において，前記熱変形部材は，
前記加熱ローラの内面に螺旋状に設けられたものであり，
前記加熱ローラの長手方向と平行な断面内における前記加熱ローラの内面に対する傾斜角が温度により変化するものであることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の定着装置において，
前記熱変形部材が，バイメタルまたは形状記憶合金により構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
像担持体上にトナー像を形成するとともに，そのトナー像をシート媒体上に転写する画像形成部と，定着部とを有し，前記定着部は，加熱部材と対向部材とを有し，トナー像が付与されたシート媒体を前記加熱部材と前記対向部材との間に通すことでシート媒体上のトナー像を定着させるものである画像形成装置において，
前記加熱部材を加熱する熱源である電磁波を放射する電磁波放射部材と，
前記電磁波放射部材からの電磁波を受けるとともに前記加熱部材へ熱を伝達する受熱部材と，
前記受熱部材と前記電磁波放射部材との間に配置され，温度により形状を変える熱変形部材とを有し，
前記受熱部材における前記電磁波放射部材の側の面と，前記熱変形部材における前記電磁波放射部材の側の面の電磁波反射率とが異なり，
前記熱変形部材は，前記電磁波放射部材から見た，前記受熱部材の表面と，前記熱変形部材の表面とのうち，電磁波反射率の低い方の面の占有率が，
温度が低い場合に高くなり，
温度が高い場合に低くなるように変形するものであることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，トナーによりシート媒体に画像を形成する画像形成装置およびその定着装置に関する。さらに詳細には，加熱ローラにおける温度の低い箇所をより強く加熱することにより，加熱ローラの温度不均衡を軽減するようにした定着装置およびそれを用いた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の画像形成装置では，省エネルギー等の要請のためにウォーミングアップ時間の短縮が求められている。電力消費を抑えつつ短時間でウォーミングアップするには，定着器の熱容量を小さくする方策が一般的である。このため，定着器の加熱ローラの肉厚が薄くなってきている。肉厚を薄くすることによる問題の解決を図る技術として，特許文献１が挙げられる。特許文献１の技術では，加熱ローラのパイプに外側から押し当て加工を施すことにより，パイプの内面にリブを形成することとしている。これにより，薄肉化による強度不足を補い，耐久性能を確保しようとしている。
【特許文献１】特開２００４−１４１８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら薄肉化による問題は，ローラの強度だけではない。加熱ローラの肉厚が薄いということは，ローラ自身の軸方向の熱伝導パスが狭いということでもある。このため，軸方向の温度不均一が生じた場合に，その不均一が解消しにくいのである。例えば，小サイズのシートを多数枚連続的に通紙すると，紙幅の範囲内では温度が低下するが，範囲外では温度が高いままとなる。シートによる脱熱のためである。このような状況で，温度が低下した部分の温度を回復させるために加熱を行うと，範囲外では逆に過度に高温になってしまう。このことは，その後に大サイズ紙を通した際に，画像ムラや，定着器へのトナーの付着などといった弊害を引き起こす。さらには定着器の劣化を早めることに繋がる。前記した特許文献１の技術は，こうした問題に対する解決にはなっていない。
【０００４】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，ローラ自身の軸方向の熱伝導性に頼ることなく，軸方向の温度不均一の解消を実現した定着装置およびそれを用いた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】
【０００５】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の定着装置は，加熱部材と対向部材とを有し，トナー像が付与されたシート媒体を加熱部材と対向部材との間に通すことでシート媒体上のトナー像を定着させる装置であって，加熱部材を加熱する熱源である電磁波を放射する電磁波放射部材と，電磁波放射部材からの電磁波を受けるとともに加熱部材へ熱を伝達する受熱部材と，受熱部材と電磁波放射部材との間に配置され，温度により形状を変える熱変形部材とを有し，受熱部材における電磁波放射部材の側の面と，熱変形部材における電磁波放射部材の側の面の電磁波反射率とが異なり，熱変形部材は，電磁波放射部材から見た，受熱部材の表面と，熱変形部材の表面とのうち，電磁波反射率の低い方の面の占有率が，温度が低い場合に高くなり，温度が高い場合に低くなるように変形するものである。
【０００６】
本発明の定着装置では，受熱部材と電磁波放射部材との間に熱変形部材が配置されている。そして熱変形部材は，温度によって異なる形状をとるものである。このため，電磁波放射部材から見ると，受熱部材の表面が熱変形部材に遮られずに見える箇所と，熱変形部材に遮られて受熱部材の表面が見えない箇所とがあることになる。後者の箇所では，熱変形部材が電磁波放射部材に対面している。そして温度により，電磁波放射部材から見たこれら２種類の箇所の占有率が異なるのである。具体的には，温度が低い場合には，電磁波反射率の低い方の面が優勢である。一方温度が高い場合には，電磁波反射率の高い方の面が優勢である。
【０００７】
そして，熱変形部材の温度は，その背後にある受熱部材の温度とほぼ同じである。よって，受熱部材に温度不均一があれば，熱変形部材にも同様の温度不均一があることになる。このため，受熱部材における高温箇所では，電磁波放射部材から見て，電磁波反射率の高い方の面が多くを占めている。受熱部材における低温箇所では，電磁波放射部材から見て，電磁波反射率の低い方の面が多くを占めている。このため，電磁波放射部材からの電磁波による放射熱は，高温箇所では受熱部材に吸収されにくく，低温箇所では受熱部材に吸収されやすい。よって，低温箇所が優先的に加熱され，高温箇所はあまり加熱されない。これにより，自然に温度不均一が緩和される。
【０００８】
本発明の定着装置において，加熱部材の典型例は，中空のパイプ状の加熱ローラである。この場合，加熱ローラの内面が受熱部材を兼ねることになる。そして，電磁波放射部材は加熱ローラの内部空間に配置され，熱変形部材は加熱ローラの内面に配置されることになる。
【０００９】
この場合の定着装置においてはさらに，加熱ローラの軸方向内側から端部に至った電磁波を内側へ向けて反射する電磁波反射部材を有することが望ましい。電磁波放射部材からの電磁波を熱エネルギーとして無駄なく有効に利用するためである。すなわち，加熱ローラの端部が開け放しになっていると，電磁波の一部がそこから漏れてしまう。漏れた電磁波は熱エネルギーとして有効に利用できないので無駄になる。加熱ローラの端部に至った電磁波を電磁波反射部材で反射することにより，より多くの電磁波を有効に利用できるのである。
【００１０】
この場合の定着装置においてはまた，熱変形部材が，加熱ローラの内面に配置された円筒状の部材であるとともに，温度により移動する複数の移動箇所と，移動箇所以外の非移動箇所とを有するものであるとよい。このようにすると，熱変形部材のうち移動箇所となっている部分が，温度により移動することになる。熱変形部材のうち移動箇所以外の部分は，常時加熱ローラの内面に密着している。このような熱変形部材では，非移動箇所の部分は，全体が繋がった円筒形状である。このため，加熱ローラの端部から熱変形部材を挿入することにより，加熱ローラの内面全体に容易に熱変形部材を設けることができる。
【００１１】
また，複数の変形箇所が，加熱ローラの長手方向に対して対称に配置されていることが好ましい。画像形成装置の定着装置では多くの場合，温度不均一は加熱ローラの軸方向に対して対称に起きるからである。その理由は，画像形成装置では通常，小サイズ用紙の場合には全幅の中央を通すからである。
【００１２】
この場合の定着装置における熱変形部材はあるいは，加熱ローラの内面に螺旋状に設けられたものであってもよい。この場合の熱変形部材は，加熱ローラの長手方向と平行な断面内における加熱ローラの内面に対する傾斜角が温度により変化するものとすればよい。このような熱変形部材では，全体が繋がった螺旋形状である。このため，加熱ローラの端部から熱変形部材を挿入することにより，加熱ローラの内面全体に容易に熱変形部材を設けることができる。
【００１３】
本発明の定着装置における熱変形部材の構成材料としては，バイメタルまたは形状記憶合金が挙げられる。これらは温度によりその形状を変えるので，熱変形部材として使用することができる。
【００１４】
また，本発明は，像担持体上にトナー像を形成するとともに，そのトナー像をシート媒体上に転写する画像形成部と，本発明の定着装置とを有する画像形成装置にも及ぶ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば，ローラ自身の軸方向の熱伝導性に頼ることなく，軸方向の温度不均一の解消を実現した定着装置およびそれを用いた画像形成装置が提供されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下，本発明を具体化した最良の形態に係る画像形成装置について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態の画像形成装置は，図１に示すように構成されている。図１の画像形成装置は，いわゆるタンデム型のフルカラープリンタである。
【００１７】
図１のフルカラープリンタは，排紙トレイ５８と，定着装置２２と，転写ベルト３０と，露光器１０と，給紙カセット４４とを有している。転写ベルト３０の下側には，４つの感光体ドラム４が配置されている。これらは，図中左から順に，イエロー，マゼンタ，シアン，ブラック，の各色用のものである。各感光体ドラム４の周囲には，帯電ローラ８，現像器１８，１次転写ローラ１４，クリーニングブレード１６が配置されている。このうち１次転写ローラ１４は，転写ベルト３０の内側に配置されている。転写ベルト３０の上側には，各色のトナーホッパ２０が設けられている。
【００１８】
転写ベルト３０の左端には，クリーニングブレード４２が設けられている。転写ベルト３０の右端には，２次転写ローラ４０が設けられている。給紙カセット４４の出口には，給紙ローラ５２が設けられている。給紙ローラ５２と２次転写ローラ４０との間には，搬送ローラ５４が配置されている。排紙トレイ５８の脇には，排紙ローラ５６が設けられている。
【００１９】
上記の構成により，給紙カセット４４から給紙された紙に画像が形成されて排紙トレイ５８上に排出されるようになっている。すなわち，４つの感光体ドラム４上にそれぞれの色のトナー像が形成される。これら４色のトナー像が，転写ベルト３０上に重ね合わせられる。そして，この重ねトナー像が２次転写ローラ４０により紙上に転写されるのである。紙上に担持されたトナー像は，定着装置２２を通過する時に，紙上に定着される。
【００２０】
定着装置２２についてさらに説明する。定着装置２２は，図２，図３に示すように，２つのローラを接触させた構造のものである。一方が加熱ローラ６であり，もう一方が加圧ローラ７である。図３に示すように，これら２つのローラは互いに順方向に回って，図３中の白抜き矢印のように紙を通過させる。
【００２１】
これら２つのローラのうち加熱ローラ６は，中空の円筒状の部材であり，中心にヒートランプ２２３が配置されている。ヒートランプ２２３が電磁波（主として赤外線）を放射することにより，加熱ローラ６が内面側から加熱されるようになっている。一方，加圧ローラ７は，芯金２２４（例えばステンレス鋼製）の周囲に弾性層２２５（例えばシリコーンゴム製）を形成して円柱形状としたものである。加熱ローラ６，加圧ローラ７ともに，外周面には，ごく薄いフッ素樹脂層が設けられている。トナーの付着を防止するためである。
【００２２】
加熱ローラ６についてさらに説明する。ここでは，本形態の画像形成装置における加熱ローラ６として，３通りの形態を説明する。
【００２３】
［第１の形態］
図４に示す第１の形態の加熱ローラ６１は，外筒部材６１１と内筒部材６１２とを重ね合わせた２層構造となっている。外筒部材６１１は，金属製のパイプ状の部材であり，その外面には前述のフッ素樹脂コートが施されている。内筒部材６１２は，外筒部材６１１の内面に密着しているパイプ状の部材である。その材質は，形状記憶合金またはバイメタルである。すなわち内筒部材６１２は，温度により変形する熱変形部材である。
【００２４】
外筒部材６１１には，ウォームアップ時間の短縮のため，熱伝導率が高いことと，熱容量が小さいこととが求められる。また，軽量であることや，加圧ローラ７との押圧により変形しない程度の剛性が求められる。このうち熱伝導率や軽量性の観点から，例えばアルミが適している。むろんアルミ以外であっても，上記の特性に合うものなら何でもよい。また，熱容量と軽量性の観点から，肉厚が薄い方がよい。ただし，あまりに薄いと剛性が不足してしまう。このため，必要な剛性が確保できる範囲内で，可能な限り薄い方がよい。ここにおいて，外筒部材６１１の幅方向または円周方向の熱伝導効率を考慮して肉厚を確保する必要はない。
【００２５】
図４中の破線で囲んだ部分Ｐを拡大して図５に示す。図５は，外筒部材６１１および内筒部材６１２を内面側から見た様子を示している。なお，図５では外筒部材６１１と内筒部材６１２とを少し離して描いているが，実際には前述のように密着している。また，図５では外筒部材６１１および内筒部材６１２を平板状に描いているが，実際には弧状に湾曲している。
【００２６】
外筒部材６１１の内面は，黒色の塗料で全面塗りつぶされている。一方，内筒部材６１２の内面は，金属光沢のある面である。このため，両部材の内面同士を比較すると，電磁波の反射率が異なっている。すなわち，外筒部材６１１の内面の電磁波反射率は低く，内筒部材６１２の内面の電磁波反射率は高い。逆にいえば，外筒部材６１１の内面の電磁波吸収率は高く，内筒部材６１２の内面の電磁波吸収率は低い。
【００２７】
内筒部材６１２には，四辺形の一辺を欠いた形状のスリット９１が随所に形成されている。これにより，三方が切り欠かれた移動箇所９２が随所に形成されている。内筒部材６１２のうち移動箇所９２以外の筒状箇所９３は，全体にわたって繋がっている。移動箇所９２は，その一辺のみで筒状箇所９３と繋がっている。
【００２８】
かかる形状の内筒部材６１２は，前述のように形状記憶合金またはバイメタルでできている。このため，温度により次のように変形する。まず常温での状態を説明する。図６に，外筒部材６１１および内筒部材６１２の常温での，軸方向と平行な断面図を示す。図６中，上方が加熱ローラ６１としての内面側であり，下方が外面側である。
【００２９】
図６に示すように常温では，内筒部材６１２の移動箇所９２が上方，すなわち内向きに立った状態となっている。つまり移動箇所９２は，外筒部材６１１の内面（図６中の上側の面）から離れている。その箇所では，外筒部材６１１の内面の黒色塗膜６１３が露出している。一方，筒状箇所９３は，前述の通り外筒部材６１１の内面に密着している。その箇所では，外筒部材６１１は内筒部材６１２に覆われており露出していない。
【００３０】
このため常温では，ヒートランプ２２３からの電磁波Ｌが黒色塗膜６１３に照射されない領域Ｃと，照射される領域Ｄとが存在する。領域Ｃの部分の電磁波Ｌの大部分は，内筒部材６１２の金属光沢面に反射されてしまい，外筒部材６１１の加熱にあまり寄与しない。これに対し，領域Ｄの部分の電磁波Ｌの大部分は，黒色塗膜６１３に吸収され，外筒部材６１１の加熱に大きく寄与する。すなわち本形態では，外筒部材６１１が，加熱部材と受熱部材とを兼ねている。
【００３１】
図６の常温の状態では，内筒部材６１２の内面に対して領域Ｄの面積が占める占有率，すなわち，
（領域Ｄの面積）／｛（領域Ｃの面積）＋（領域Ｄの面積）｝
の値がある程度高い。そして，前述のように領域Ｄは，電磁波の反射率が低く，かつ，ヒートランプ２２３からの電磁波Ｌが照射される領域である。この領域が広いため，ヒートランプ２２３の照射により，外筒部材６１１の温度は上昇する。
【００３２】
次に，高温での状態を説明する。図７に，外筒部材６１１および内筒部材６１２の高温での，軸方向と平行な断面図を示す。図７に示すように高温では，移動箇所９２が外筒部材６１１の内面に沿って寝た状態となっている。このため，外筒部材６１１の内面のほとんどが領域Ｃとなっており，領域Ｄはごくわずかしかない。すなわち領域Ｄの占有率が低い。したがって，ヒートランプ２２３を照射しても外筒部材６１１の温度はあまり上昇しない。つまり，図５に示した内筒部材６１２は，高温時の形状を模したものである。
【００３３】
つまり，図６の常温の状態でヒートランプ２２３による加熱を開始すると，温度が上昇してやがて図７の状態になる。この状態になると，それ以上はあまり昇温しないのである。また，通紙による脱熱等のために温度が低下すると，図６の状態に戻る。そうなると再び昇温に転ずることになる。具体的には，常温で図６の状態となるとともに，定着装置２２としての適温より少し低い温度で図７の状態となるように，内筒部材６１２の特性を設定しておけばよい。
【００３４】
このことによる利点の１つとして，制御不要であることが挙げられる。つまり，上記の内筒部材６１２の変形は，何らかの制御手段による制御の結果として起こるのではなく，内筒部材６１２自体が温度に感応して自然に起こるものである。このため，画像形成装置の制御系に余分な制御プログラムを用意する必要がない。
【００３５】
もう１つの利点として，変形の局所性が挙げられる。すなわち，加熱ローラ６１の温度は，均一とは限らない。小サイズの用紙を通紙すると温度が不均一となる。用紙幅の範囲内では，用紙による脱熱のために温度が低下するからである。つまり，用紙幅の範囲内では比較的低温で，その範囲外では比較的高温になるのである。このような場合に内筒部材６１２の移動箇所９２は，その場所における温度に応じて，図６と図７とのいずれかの状態をとるのである。これにより，低温の箇所は昇温し，高温の箇所はそれ以上昇温しないこととなる。すなわち，内筒部材６１２の存在は，加熱ローラ６１の温度を均一化させる方向に作用する。しかもこの効果は，通紙する用紙のサイズに関わらず得られる。また，用紙が通過する幅方向内での位置にも関わらず得られる。さらに，外筒部材６１１の面内方向の熱伝導に頼ることなく得られている。
【００３６】
加熱ローラ６１についてさらに説明する。図２，図４は，あたかも加熱ローラ６，６１の端部が開放されているかのように描かれている。しかし実際には，図８に示すように，加熱ローラ６１の端部には反射板６５，６５が設けられている。反射板６５は，金属製の円板である。反射板６５は，加熱ローラ６１の内部から端部に達した電磁波を内部に向けて反射するための部材である。つまり，ヒートランプ２２３から発射された電磁波のうち，内筒部材６１２で反射された部分の進行方向には，幅方向の成分が含まれている。そのため，電磁波の一部が加熱ローラ６１の端部に達するのである。
【００３７】
もし反射板９５がないと，端部に達した電磁波はそのまま外部に漏れ出てしまう。漏れ出た電磁波は加熱ローラ６１の加熱に寄与しないので無駄になる。しかし，反射板６５が設けられていることにより，そのような電磁波は再び加熱ローラ６１の内部に向かうことになる。そして，黒色塗膜６１３に当たった時点でその場所の加熱に寄与することになる。このため，ヒートランプ２２３から発射された電磁波のほとんどは，最終的には加熱ローラ６１の加熱に利用される。
【００３８】
つまり，本形態の加熱ローラで幅方向に部分的に移動箇所９２が立った箇所（図６）と寝た箇所（図７）とがあるということは，平均的に見た昇温速度にはあまり影響しない。幅方向の温度不均一を減少させるに止まる。このことは，内筒部材６１２の存在によりウォームアップ時間が長くなっているわけではないことを意味する。したがって，反射板６５が設けられていることにより，ヒートランプ２２３の出力がその分少なくて済み，省エネに繋がる。また，前述のように外筒部材６１１が薄いものでよいので，このこともウォームアップ時間の短縮に貢献している。
【００３９】
上記より反射板６５には，電磁波の反射率が高いことが求められる。例えばアルミやステンレス鋼を用いれよい。内側の面に鏡面研磨を施しておくとさらによい。なお，図８に見られるように，反射板６５と加熱ローラ６１の端部との間は，密閉されていなくてもかまわない。むしろ，通気性のためある程度の隙間があった方がよい。加熱ローラ６１の内部の空気が，加熱により膨張するからである。この通気性を確保できる程度の隙間であれば，そこからの電磁波の漏れはさほど大きいものではない。
【００４０】
図８からはまた，移動箇所９２の向きが，右半分と左半分とで逆向きになっていることが分かる。つまり，複数の移動箇所９２が，加熱ローラ６１の長手方向に対して対称に配置されているのである。これにより，反射された電磁波Ｌの分布も加熱ローラ６１の長手方向に対して対称である。このようにする理由は，加熱ローラ６１の温度不均一は加熱ローラの軸方向に対して対称に起きることにある。画像形成装置では多く，小サイズ用紙の場合には通紙幅全体の中央を通すからである。
【００４１】
内筒部材６１２の材質は前述のように，形状記憶合金またはバイメタルである。形状記憶合金を用いる場合には，移動箇所９２の状態は，図６の状態と図７の状態との２値となり，中間の状態を安定的にとることはない。バイメタルを用いる場合には，温度によっては中間の状態を安定的にとることがある。バイメタルの場合でも，中間の状態をとらないようにすることができる。そのためには，内筒部材６１２を作成後に塑性変形させることにより，熱変形中に飛び移り座屈が生じるようにしておけばよい。中間の状態をとらないようにする理由としては，例えば，ある温度に達するまでは長手方向端部付近の昇温を優先したいことが挙げられる。
【００４２】
なお，バイメタルの場合には当然，熱膨張率の大きい方の金属（例えばニッケル−銅合金やステンレス鋼など）を内側に配置し，熱膨張率の小さい方の金属（例えばインバー合金等）を外側に配置する。このような２層構造は，圧延やクラッド，電鋳などの公知の手法で作成できる。このバイメタルは，厚すぎると変形に支障がある一方，薄すぎると変形時の歪みに耐えられない。よってバイメタルは，反復的な変形が可能な程度に薄く，かつ，変形に伴う歪みに耐える程度に厚ければよい。また，内筒部材６１２の全体をバイメタルで形成して差し支えない。筒状箇所９３の部分は，全体が円筒形状であることと，外面全体が外筒部材６１１に密着していることとによる制約のために変形できないからである。つまり，内筒部材６１２のうち，実際に変形可能なのは移動箇所９２の部分だけなのである。
【００４３】
内筒部材６１２におけるスリット９１は，打ち抜きや部分エッチング等により形成できる。その形状は，四辺形の一辺を欠いた形状に限らず，温度による移動箇所９２の動きを許容する形状であれば何でもよい。スリット９１により区画される移動箇所９２のサイズは，なるべく小さい方がよい。また，移動箇所９２の個数はなるべく多い方がよい。移動箇所９２の配置による温度分布が外筒部材６１１に目立って現れないようにするためである。
【００４４】
また，内筒部材６１２は一般的に，平板状の素材にスリット９１を形成した後，丸めて円筒状にする。その継ぎ目は溶着してもよいが，外筒部材６１１に接着する場合には溶着の必要はない。継ぎ目の幅も小さい方がよい（例えば１ｍｍ以下）。なお，継ぎ目のないものも作成可能である。例えば，電鋳により最初から円筒形状のバイメタルを作成し，これにエッチングによりスリット９１を形成すればよい。なお，この電鋳とエッチングによる手法を用いれば，外筒部材６１１の内面に直接にバイメタルの内筒部材６１２を形成することも可能である。その場合には，圧入による組み付けの必要もない。
【００４５】
本形態の加熱ローラ６１は，外筒部材６１１に内筒部材６１２を組み付けて製造される。つまり，外筒部材６１１の内側に内筒部材６１２を挿入するのである。その際，外筒部材６１１を加熱しておいていわゆる焼き嵌めを行えば，容易に組み付けができる。図６と図７とから明らかなように，いずれにしろ移動箇所９２は外向きになることはないので，組み付けに支障はない。また，内筒部材６１２は，筒状箇所９３により全体が繋がった一体ものであるため，組み付けの作業は簡単である。ただし，内筒部材６１２を幅方向に２分割して両端からそれぞれ挿入することとしてもよい。
【００４６】
なお本形態では，内筒部材６１２は，電磁波Ｌを受けることによる発熱をあまりしない。このため，組み付け上の観点はともかく，内筒部材６１２と外筒部材６１１との間の熱伝達という観点からは，内筒部材６１２と外筒部材６１１とが密着している必要はない。よって，内筒部材６１２と外筒部材６１１とを接着することは，必須ではない。接着する場合でも，むろん，移動箇所９２の部分は接着してはならない。
【００４７】
［第２の形態］
図９に示す第２の形態の加熱ローラ６２は，２層構造のローラである点で第１の形態と共通する。違いは，常温での形状と高温での形状との関係が逆であることである。すなわち，常温時に図１０に示すように内筒部材６２２の移動箇所９４が筒状箇所９５とともに平坦となり，高温時に図１１に示すように内筒部材６２２の移動箇所９４が立つのである。このために黒色塗膜６２３が，外筒部材６２１の内面ではなく，内筒部材６２２の内面に設けられている。すなわち，外筒部材６２１の内面は金属光沢面である。
【００４８】
その他の点は第１の形態の場合と同じである。ただし，内筒部材６２２をバイメタルで形成する場合，熱膨張率の小さい方の金属が内側となる。図９中の破線で囲んだ部分Ｑを拡大して図１２に示す。本形態においては，内筒部材６２２の加工が，第１の形態のものより容易である。常温で図１０の平坦な形状だからである。
【００４９】
本形態では，電磁波Ｌを受けることによる発熱は，主として内筒部材６２２により行われる。よって，内筒部材６２２から外筒部材６２１への熱伝達が重要である。このため，組み付け上の観点ばかりでなく，内筒部材６２２と外筒部材６２１との間の熱伝達という観点からも，内筒部材６２２と外筒部材６２１とが密着している必要がある。
【００５０】
さらに，内筒部材６２２と外筒部材６２１とが接着されていれば，内筒部材６２２と外筒部材６２１との間の熱伝達効率がよりよい。両者の間の隙間から空気が追い出されて接着剤により充填されるからである。むろんその場合でも，移動箇所９４の部分は接着してはならない。接着剤の代わりにグリス等により隙間を充填してもよい。グリスの場合には，移動箇所９４の部分にも塗布してよい。接着剤やグリスとしては，耐熱性が要求されることはもちろん，熱伝導率のなるべく高いものを使った方がよい。
【００５１】
［第３の形態］
第３の形態に係る加熱ローラ６３の内部を図１３に示す。図１３は，加熱ローラ６３を軸方向と平行に切断したものを，切断面と平行な方向から見た図である。図１３に見る本形態の加熱ローラ６３は，外筒部材６３１の内側に内部部材６３２を設けたものである点で，第１および第２の形態と共通する。ただし，内部部材６３２は，第１および第２の形態の内筒部材６１２，６２２と異なり，筒状ではなく，螺旋状である。つまり，加熱ローラ６３に組み付ける前の内部部材６３２のみの状態を見ると，ほぼ，弦巻ばねのような形状である。
【００５２】
図１３中の破線で囲んだ部分Ｒを拡大して図１４に示す。図１４は，外筒部材６３１および内部部材６３２の軸方向と平行な断面図を示す。図１４は常温での状態を示している。図１４に示されるように，外筒部材６３１の内面には，黒色塗膜６３３が設けられている。この点では第１の形態と共通する。内部部材６３２は，形状記憶合金またはバイメタルでできている点で，第１および第２の形態の内筒部材６１２，６２２と共通する。本形態の内部部材６３２は，Ｖ字状の断面形状のものである。内部部材６３２におけるＶ字の頂点の箇所が，外筒部材６３１の内面に接している。その他の点は第１の形態の場合と同じである。
【００５３】
図１４に示す常温の状態では，内部部材６３２のＶ字の開き角はごく小さい。このため，ヒートランプ２２３からの電磁波Ｌが黒色塗膜６３３に照射されない領域Ｃが狭く，電磁波Ｌが黒色塗膜６３３に照射される領域Ｄが広い。このため加熱効率が高い。高温では，図１５に示されるように，内部部材６３２の熱変形によりそのＶ字の開き角が大きくなる。このため，図１４の常温状態と比較して，領域Ｃが広く領域Ｄが狭い。このため加熱効率が低い。これにより，第１および第２の形態の場合と同様の効果が得られる。本形態で内部部材６３２としてバイメタルを用いる場合には，第１の形態の場合と同様に，熱膨張率の大きい方の金属を内側に配置し，熱膨張率の小さい方の金属を外側に配置する。
【００５４】
本形態の加熱ローラ６３も，外筒部材６３１に内部部材６３２を組み付けて製造される。ここで，内部部材６３２の自由状態での外径を，外筒部材６３１の内径よりわずかに大きくしておくとよい。こうしておくことで，組み付け後における両部材の密着性がよい。また，本形態における内部部材６３２は，全体として１繋がりであるため，組み付けの作業は簡単である。ただし，内部部材６３２を幅方向に２分割して両端からそれぞれ挿入することとしてもよい。
【００５５】
本形態においても第２の形態のように，常温時と高温時との形状を入れ替えた形態を考えることができる。その場合には黒色塗膜６３３を，外筒部材６３１の内面ではなく，内部部材６３２の内面，すなわちＶ字の谷間の面に形成しておく。また，内部部材６３２をバイメタルで構成する場合の両金属の配置は逆向きとなる。
【００５６】
以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，定着装置の加熱ローラを，外筒部材と，内側の部材（内筒部材または内部部材）との２層構造としている。そして，内側の部材を，温度により形状を変える形状記憶合金またはバイメタルで構成している。さらに，外筒部材と内側の部材とのいずれか一方の内面に黒色塗膜を設けている。これにより，ヒートランプから見た黒色塗膜の面積が，常温では広く，高温では狭くなるようにしている。したがって本実施の形態の加熱ローラでは，常温付近の箇所が強く加熱される一方，高温になっている箇所はあまり加熱されない。こうして，温度不均一が自然に緩和される定着装置およびそれを用いた画像形成装置が実現されている。
【００５７】
本実施の形態ではまた，加熱ローラの端部に反射板を設けている。これにより，黒色塗膜に吸収されずに加熱ローラの端部に至った電磁波が，再び軸方向の内側へ向けて反射されるようにしている。したがって本実施の形態では，ヒートランプからの電磁波をほとんど無駄にすることなく加熱に利用できる。このため，ウォームアップ時間等が犠牲になることはない。
【００５８】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，加熱ローラにも弾性層を有するものであっても，本発明の適用が可能である。また，図２に示したようなローラ対型の定着装置に限らず，定着ベルトを有するものや定着パッドを有するもの等，加熱部材と受熱部材が別部材となっている形式の定着装置にも適用できる。また，図１に示したようなフルカラープリンタに限らず，モノクロプリンタや，コピー機やファクス機であっても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施の形態に係る画像形成装置の構造を示す断面図である。
【図２】実施の形態に係る画像形成装置の定着装置を示す斜視図である。
【図３】実施の形態に係る画像形成装置の定着装置を示す断面図である。
【図４】第１の形態の加熱ローラを示す斜視図である。
【図５】第１の形態の加熱ローラの一部を拡大して示す模式図である。
【図６】常温での第１の形態の加熱ローラの一部を拡大して示す断面図である。
【図７】高温での第１の形態の加熱ローラの一部を拡大して示す断面図である。
【図８】第１の形態の加熱ローラの断面図である。
【図９】第２の形態の加熱ローラを示す斜視図である。
【図１０】常温での第２の形態の加熱ローラの一部を拡大して示す断面図である。
【図１１】高温での第２の形態の加熱ローラの一部を拡大して示す断面図である。
【図１２】第２の形態の加熱ローラの一部を拡大して示す模式図である。
【図１３】第３の形態の加熱ローラの内部構造を示す断面図である。
【図１４】常温での第３の形態の加熱ローラの一部を拡大して示す断面図である。
【図１５】高温での第３の形態の加熱ローラの一部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
２２                    定着装置
４                      感光体ドラム
６，６１，６２，６３    加熱ローラ
６１１，６２１，６３１  外筒部材
６１２，６２２，６３２  内筒部材，内部部材
６１３，６２３，６３３  黒色塗膜
６５                    反射板
７                      加圧ローラ
９２，９４              移動箇所
９３，９５              筒状箇所
【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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