定着装置および画像形成装置
【課題】定着装置または画像形成装置において、加熱部材の表面における離型性の低下を抑制しつつ消費電力を抑える。
【解決手段】加熱ローラ２２では、ハロゲンヒータ３１３を内包するように、中空円筒状の芯金２２３が設けられている。芯金２２３の外周上には、弾性層２２２、低放射層２２５、離型層２２１が順に設けられている。ハロゲンヒータ３１３から放射される熱は、芯金２２３から弾性層２２２、低放射層２２５へと順に伝送される。加熱ローラ２２では、弾性層２２２の外側に、放射率の低い低放射層２２５が設けられていることから、低放射層２２５に到達した熱が効率良く離型層２２１に送られる。
【解決手段】加熱ローラ２２では、ハロゲンヒータ３１３を内包するように、中空円筒状の芯金２２３が設けられている。芯金２２３の外周上には、弾性層２２２、低放射層２２５、離型層２２１が順に設けられている。ハロゲンヒータ３１３から放射される熱は、芯金２２３から弾性層２２２、低放射層２２５へと順に伝送される。加熱ローラ２２では、弾性層２２２の外側に、放射率の低い低放射層２２５が設けられていることから、低放射層２２５に到達した熱が効率良く離型層２２１に送られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置に関し、特に、記録部材上に形成されたトナー像を定着させる定着装置および当該定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置等に設けられる定着装置では、トナー像を形成された記録部材が導入され、当該記録部材が定着部材と加熱部材により挟持される領域を通過することにより、当該トナー像が加熱されて記録部材へと定着する。
【０００３】
従来より、定着装置において、定着部材や加熱部材から放射される熱損失を少なくするため、たとえば、定着部材周辺を放射反射板で覆うなどの手段が講じられてきた。しかしながら、放射反射板を設けることにより、定着装置が大型化するという不都合が生じていた。
【０００４】
このような不都合を回避するべく、特許文献１では、加熱部材表面に離型層が設けられている。この離型層は、定着装置における定着温度に対応する赤外線の波長域の放射率が０．６５以下となるように、良好な熱伝導率を示す金属であるニッケルにＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）とＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）を混合した複合材料で構成される。このような材料によって離型層を構成することにより、加熱部材表面から放射される熱量を抑えることが意図されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−０８０９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたような技術によれば、離型層が複合材料によって構成されているため、通紙が繰り返されると、当該離型層の表面が磨耗することにより、当該離型層の表面において金属素地が現れ、加熱部材表面における離型性が低下する事態が想定される。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、定着装置または画像形成装置において、加熱部材の表面における離型性の低下を抑制しつつ消費電力を抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従った定着装置は、加熱源を内包する円筒形状を有し、記録部材を加熱することにより当該記録部材上のトナー像を定着させる加熱部材を備え、加熱部材は、円筒形状の最外層に形成された離型層と、加熱源と離型層の間に当該離型層に当接して設けられ、離型層を構成する材料よりも放射率の低い材料からなる低放射部材とを含み、離型層は、２〜１０μｍの波長において赤外線透過性を有する。
【０００９】
また、本発明の定着装置では、加熱部材は、加熱源と低放射部材の間に設けられた弾性層をさらに備えることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の定着装置では、低放射部材は、離型層の加熱源側の表面にメッキ、蒸着または溶射されることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の定着装置では、低放射部材は、離型層に対して、２〜１０μｍの波長において赤外線透過性を有する接着部材によって接着されていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の定着装置では、低放射部材によって芯金を構成し、離型層は、２〜１０μｍの波長において赤外線透過性を有する接着部材によって接着されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の定着装置では、芯金の表面粗さは、当該芯金の表面の最大高さが離型層の膜厚以下となるように構成されることが好ましい。
【００１４】
本発明に従った画像形成装置は、記録部材上に画像を形成する画像形成装置であって、上記したいずれかの定着装置を備える。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成によれば、離型層よりもヒータ側にかつ当該離型層に当接するように低放射部材が設けられ、さらに離型層が２〜１０μｍの波長域で赤外線透過性を有することにより、離型層表面における、記録用紙を加熱することによるトナー定着以外での無駄な熱の損失を抑えることができる。これにより、離型層を構成する材料の選択に際して、放射率の低減を考慮する必要性を低減することができるため、離型性を考慮する余地が広がる。
【００１６】
したがって、定着装置または画像形成装置において、加熱部材の表面における離型性の低下を抑制しつつ消費電力を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に従う定着装置を備えた画像形成装置の構成を説明する図である。
【図２】図１の画像形成装置のブロック図である。
【図３】図１の定着装置の内部構成を説明する図である。
【図４】図１の定着装置の斜視図である。
【図５】図３の加熱ローラの部分破断斜視図である。
【図６】図５の加熱ローラの断面図である。
【図７】図５の加熱ローラの断面構造を模式的に示す図である。
【図８】図３の加熱ローラの第１の変形例の断面図である。
【図９】図８の加熱ローラの断面構造を模式的に示す図である。
【図１０】図３の加熱ローラの第２の変形例の断面構造を模式的に示す図である。
【図１１】黒体が放射する電磁波のスペクトルとＰＦＡの透過率のスペクトルとを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、各図において、同じ機能を奏する要素については、同一の参照符号を付し、その説明は繰返さない。
【００１９】
本実施の形態では、画像形成装置の一例として、カラー画像を形成するタンデム型のカラープリンタが示されている。なお、本発明に従った画像形成装置は、定着装置を備えていればよく、モノクロプリンタであっても良い。
【００２０】
［１．画像形成装置の全体構成］
図１は、本実施の形態に従う定着装置を備えた画像形成装置の構成を説明する図である。図１を参照して、画像形成装置１００は、装置本体部全体を覆うように外装カバー１０１を備え、装置本体部内でプリントされた記録部材が排出口１０８から搬出される。
【００２１】
画像形成装置１００では、画像形成のために例えばそれぞれが回転する４つの感光体１０４と、感光体１０４のそれぞれの転写位置にて形成されるトナー像を順次積層して転写する中間転写ベルト１０５と、中間転写ベルト１０５の移動面まわりに設定される転写位置に設けられた転写ローラ１０６とが示されている。
【００２２】
そして、当該転写位置に、給紙ローラ１０３を用いて、給紙カセット１０２に格納されている記録部材を搬送する。なお、給紙カセット１０２には図示しないが記録部材の有無を検出するセンサが設けられており、給紙カセット１０２がセットされていない場合や、記録部材が無くなった場合には、図示しない表示パネル等でユーザに通知される。
【００２３】
画像形成装置１００では、記録部材に印字する画像データに基づいて、感光体１０４に静電潜像が形成される。そして、感光体１０４に形成された静電潜像が現像によりトナーで顕像化され、中間転写ベルト１０５に順次に積層される。中間転写ベルト１０５上に静電転写され合成し終わったトナー像は、転写位置にて転写ローラ１０６からの静電的な吸引によって記録部材の上に静電的に一括して転写される。そして、転写後の転写紙（記録部材）を定着装置１１０に通し、これにより、熱と圧力を加えて転写紙上の画像を定着させる。当該工程により画像形成が完了する。その後、記録部材は、排出口１０８から排出される。
【００２４】
図２は、画像形成装置１００のブロック図である。
図２を参照して、画像形成装置１００は、当該画像形成装置１００の動作を全体的に制御する中央制御部１を含む。中央制御部１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む。
【００２５】
また、画像形成装置１００は、中央制御部１が実行するプログラム等のデータを含むＲＯＭ（Read Only Memory）３と、中央制御部１がプログラムを実行する際のワーキングエリアとなるＲＡＭ（Random Access Memory）２と、中央制御部１がプログラムを実行する際の設定値等の各種のデータを記憶するメモリ４と、画像形成装置１００の状態を表示する表示部および外部から情報を入力するためのボタン等の入力部とを含む操作部５と、ネットワーク９Ａを介して外部の機器との間で通信をする際のインターフェイスとなるネットワークＩ／Ｆ（インターフェイス）９とを含む。
【００２６】
また、画像形成装置１００では、感光体１０４への静電潜像の形成、中間転写ベルト１０５の回転、転写ローラ１０６の回転、給紙ローラ１０３の回転、給紙カセット１０２における記録部材の有無等のセンサの検出信号の処理など、画像形成動作において静電潜像を形成して現像し、給紙カセット１０２の記録部材に対してトナー像を転写し、定着装置１１０に記録部材を導入するまで処理、および、定着装置１１０を経た記録部材を排出口１０８から排出するまでの処理が、画像形成部６によって実行される。画像形成部６の動作は、中央制御部１によって制御される。
【００２７】
定着装置１１０は、当該定着装置１１０の動作を全体的に制御する定着装置制御部３１０を含む。定着装置１１０では、定着装置制御部３１０は、各種センサ３１５の検出出力に基づき、ハロゲンヒータ３１３（加熱源）および各種モータ３１４の動作を制御する。
【００２８】
［２．定着装置の構成］
図３は、本発明の実施の形態に従う定着装置１１０の内部構成を説明する図である。また、図４は、定着装置１１０の斜視図である。
【００２９】
図３よび図４を参照して、定着装置１１０は、その外郭を覆う筐体２８を含む。定着装置１１０では、筐体２８の上部側（記録部材（用紙）の搬送方向下流側）に搬出口２４が設けられ、反対側の下部側（記録部材の搬送方向上流側）に搬入口２６が設けられる。
【００３０】
搬入口２６には、ガイド部材４２が設けられている。なお、ガイド部材４２を駆動機構に駆動されるよう構成すれば、搬入口２６を開閉するシャッタとして機能させることも可能である。
【００３１】
筐体２８には、ハロゲンヒータ３１３を内蔵する加熱ローラ（加熱部材）２２と、加圧ローラ（加圧部材）２０とが設けられる。
【００３２】
筐体２８の下部側の搬入口２６から搬入された記録部材は、加熱ローラ２２および加圧ローラ２０により加熱および加圧される。これにより、記録部材上のトナー像が記録部材に定着する。その後、記録部材は、搬出口２４から定着装置１１０外へと送り出される。
【００３３】
定着装置１１０では、記録部材は、加熱ローラ２２と加圧ローラ２０により、ニップ領域を形成するように圧接される。当該ニップ領域は、記録部材の通紙時に記録部材以外の領域で隙間が生じないように形成される。
【００３４】
図２をさらに参照して、定着装置１１０では、加熱ローラ２２の表面温度を検出する図示せぬ温度センサ（後述する各種センサ３１５に含まれる。）が備えられている。定着装置制御部３１０は、当該温度センサによって検出される温度に基づいて、ハロゲンヒータ３１３のオン／オフを制御する。
【００３５】
また、定着装置制御部３１０は、定着装置１１０に記録部材が導入されるタイミングに応じて、加熱ローラ２２および加圧ローラ２０を回転させる図示せぬモータ（各種モータ３１４に含まれる）の駆動を制御する。
【００３６】
［３．加熱ローラの構成］
（１） 加熱ローラの全体的な構成
図５は、加熱ローラ２２の部分破断斜視図である。また、図６は、加熱ローラ２２の断面図である。また、図７は、加熱ローラ２２の断面構造を模式的に示す図である。
【００３７】
図５〜図７を参照して、加熱ローラ２２は、円柱状の外観形状を有している。当該円柱の内部には、ハロゲンヒータ３１３が設けられている。ハロゲンヒータ３１３の長手方向は、加熱ローラ２２の長手方向（両矢印Ｒ２）に沿っている。
【００３８】
加熱ローラ２２には、ハロゲンヒータ３１３を内包するように、中空円筒状の芯金２２３が設けられている。芯金２２３の外周上には、弾性層２２２、低放射層２２５、離型層２２１が順に設けられている。離型層２２１は、加熱ローラ２２の最外層を構成する。
【００３９】
芯金２２３は、アルミニウム等の、良好な熱伝導特性を有した材料からなる。弾性層２２２は、シリコンゴムやフッ素ゴム等の、耐熱性弾性ゴムからなる。
【００４０】
低放射層２２５は、アルミニウムや銅、銀などの、放射率の低い材料で構成されている。なお、低放射層２２５の放射率としては、鉄などが用いられた場合の０．３程度であれば好ましく、上記アルミニウムや銅、銀などのように０．１以下であればさらに好ましい。また、低放射層２２５の放射率は、その表面が平滑であるほど低くなることから、低放射層２２５の表面は鏡面仕上げされていることが好ましい。
【００４１】
離型層２２１は、赤外線の波長２〜１０μｍの波長域における透過率が高い材料によって構成されている。このような材料としては、たとえば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を挙げることができる。このような材料から構成されることにより、離型層２２１は、低放射層２２５から放射される熱を透過し、当該離型層２２１での熱吸収（放射）が抑制されて、熱伝導によるトナーの溶解のみにエネルギが消費され、放射による無駄なエネルギ放出の軽減を図ることができる。また、Lambert-Beerの法則から、薄ければ薄いほど透過率が高くなるため、その膜厚は３０μｍ以下とされることが好ましい。
【００４２】
なお、離型層２２１の上記波長域における透過率は、高いほど好ましいが、少なくとも上記波長域で赤外線透過性を有していれば良い。
【００４３】
低放射層２２５は、弾性層２２２または離型層２２１に、メッキ、蒸着または溶射などの手法によって被覆されることにより形成される。低放射層２２５が、このように形成されることにより、低放射層２２５の表面粗さを、平滑に形成することができる。
【００４４】
低放射層２２５が弾性層２２２に形成された場合、低放射層２２５を、加熱ローラ２２において安定して存在させるために、離型層２２１に接着させる必要が生じる。この接着の態様としては、たとえば低放射層２２５のほぼ全面を離型層２２１に接着させるための接着層を設けることができ、接着部材として離型層と同様２〜１０μｍの波長域で赤外線透過性を有する接着剤またはプライマを使用する。このような接着剤を用いることにより、接着層からの輻射を抑制することができる。
【００４５】
図７中の矢印は、ハロゲンヒータ３１３から放出される熱の移動経路を模式的に示している。
【００４６】
ハロゲンヒータ３１３から放射される熱（赤外線）は、芯金２２３から弾性層２２２、低放射層２２５へと順に熱伝導により伝送される。加熱ローラ２２では、低放射層２２５の外側に赤外線透過性を有する離型層２２１が設けられていることから、離型層２２１の透過率が高くなればなるほど当該離型層２２１からの輻射量は少なくなり、また、離型層２２１に対する低放射層２２５からの輻射量も少なくなる。これにより、ハロゲンヒータ３１３から芯金２２３に伝送された熱の、定着装置１１０に導入された記録用紙上のトナー溶融中以外（たとえば、空気中に放射される熱放射）による無駄な消費が抑制される。
【００４７】
（２） 離型層の波長特性
加熱ローラ２２の離型層２２１の材料としては、定着装置１１０においてトナーの定着のために加熱ローラ２２表面が制御される温度領域（約１５０〜２００℃。以下、定着制御温度ともいう。）に対応する波長域の赤外線の透過率が高いことにより、当該温度域についての熱の吸収および放射が抑制された材料が好ましい。離型層２２１まで到達した熱が、効率よく記録用紙上のトナーの溶解のみに消費され、無駄に放射されて定着装置１１０におけるエネルギ効率が低下することを回避するためである。
【００４８】
図１１には、０℃、５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃の各温度において黒体が放射する電磁波のスペクトルと、フッ素樹脂の一例であるＰＦＡの透過率のスペクトルとが示されている。
【００４９】
まず、各温度における黒体の放射スペクトルを参照すると、図１１に示された温度域では、各温度のスペクトルは２〜８μｍあたりでピークを持ち、そして、温度が上昇するにつれてピークの波長が短波長側にシフトすると共にピークの値が大きくなっている。特に、定着制御温度では、２〜１０μｍあたりの放射強度が大きい。そこで、離型層２２１に用いる材料としては、この波長域の透過率が高い材料が好ましいと言える。
【００５０】
ＰＦＡの透過率は、８μｍあたりで局所的に低い値を示してはいるが、定着制御温度において黒体の放射強度が高い波長域では概ね高い透過率を有しているといえる。したがって、ＰＦＡは、離型層２２１の材料として好ましいと言える。
【００５１】
［４．加熱ローラの第１の変形例］
図８は、加熱ローラ２２の第１の変形例である加熱ローラ２２Ｂの断面図である。また、図９は、加熱ローラ２２Ｂの断面構造を模式的に示す図である。
【００５２】
図８および図９を参照して、加熱ローラ２２Ｂは、加熱ローラ２２のように弾性層２２２が設けられるタイプとは異なるタイプの加熱ローラであり、芯金２２３の上に直接２〜１０μｍの波長域で赤外線透過性を有する離型層２２１が設けられるタイプの加熱ローラである。
【００５３】
加熱ローラ２２Ｂでは、芯金２２３が低輻射材で形成される。芯金２２３の離型層側の表面粗さは、一例として表面平均粗さＲａで０．５μｍ以下であるが、芯金２２３が離型層２２１の表面から現われないように、芯金２２３の最大高さ（Ｒｍａｘ）が離型層２２１の膜厚以下に形成されている。さらに、平滑な表面ほど放射率が低くなることから、芯金２２３の表面は、鏡面仕上げされていることが好ましい。また、離型層２２１と芯金２２３とは、接着剤で接着される。当該接着剤は、離型層２２１を構成する材料と同様に、２〜１０μｍの波長域で赤外線透過性を有する。
【００５４】
［５．加熱ローラの第２の変形例］
図１０は、加熱ローラ２２の第２の変形例である加熱ローラ２２Ｃの断面構造を模式的に示す図である。
【００５５】
加熱ローラ２２Ｃでは、加熱ローラ２２等と同様に、その中心部分にハロゲンヒータ３１３が内包されている。そして、加熱ローラ２２Ｃでは、ハロゲンヒータ３１３の外周を覆うように芯金２２３が設けられ、芯金２２３の外面には離型層２２１が設けられている。
【００５６】
加熱ローラ２２Ｃでは、芯金２２３の表面に、輻射率の増加が障害とならない程度に凹凸形状が設けられ、離型層２２１は、その芯金２２３の対向する面を当該凹凸形状に沿う形状とされている。加熱ローラ２２Ｃでは、芯金２２３と離型層２２１とが凹凸で噛み合わされることにより、離型層２２１が接着部材を用いて芯金２２３に接着されることがなくとも、離型層２２１を芯金２２３に固定することができる。
【００５７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１ 中央制御部、２０ 加圧ローラ、２２，２２Ａ，２２Ｂ 加熱ローラ、２４ 搬出口、２６ 搬入口、２８ 筐体、１００ 画像形成装置、１０１ 外装カバー、１０２ 給紙カセット、１０３ 給紙ローラ、１０４ 感光体、１０５ 中間転写ベルト、１０６ 転写ローラ、１０８ 排出口、１１０ 定着装置、 ２２１ 離型層、２２２ 弾性層、２２３ 芯金、２２５ 低放射層、３１３ ハロゲンヒータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置に関し、特に、記録部材上に形成されたトナー像を定着させる定着装置および当該定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置等に設けられる定着装置では、トナー像を形成された記録部材が導入され、当該記録部材が定着部材と加熱部材により挟持される領域を通過することにより、当該トナー像が加熱されて記録部材へと定着する。
【０００３】
従来より、定着装置において、定着部材や加熱部材から放射される熱損失を少なくするため、たとえば、定着部材周辺を放射反射板で覆うなどの手段が講じられてきた。しかしながら、放射反射板を設けることにより、定着装置が大型化するという不都合が生じていた。
【０００４】
このような不都合を回避するべく、特許文献１では、加熱部材表面に離型層が設けられている。この離型層は、定着装置における定着温度に対応する赤外線の波長域の放射率が０．６５以下となるように、良好な熱伝導率を示す金属であるニッケルにＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）とＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）を混合した複合材料で構成される。このような材料によって離型層を構成することにより、加熱部材表面から放射される熱量を抑えることが意図されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−０８０９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたような技術によれば、離型層が複合材料によって構成されているため、通紙が繰り返されると、当該離型層の表面が磨耗することにより、当該離型層の表面において金属素地が現れ、加熱部材表面における離型性が低下する事態が想定される。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、定着装置または画像形成装置において、加熱部材の表面における離型性の低下を抑制しつつ消費電力を抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従った定着装置は、加熱源を内包する円筒形状を有し、記録部材を加熱することにより当該記録部材上のトナー像を定着させる加熱部材を備え、加熱部材は、円筒形状の最外層に形成された離型層と、加熱源と離型層の間に当該離型層に当接して設けられ、離型層を構成する材料よりも放射率の低い材料からなる低放射部材とを含み、離型層は、２〜１０μｍの波長において赤外線透過性を有する。
【０００９】
また、本発明の定着装置では、加熱部材は、加熱源と低放射部材の間に設けられた弾性層をさらに備えることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の定着装置では、低放射部材は、離型層の加熱源側の表面にメッキ、蒸着または溶射されることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の定着装置では、低放射部材は、離型層に対して、２〜１０μｍの波長において赤外線透過性を有する接着部材によって接着されていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の定着装置では、低放射部材によって芯金を構成し、離型層は、２〜１０μｍの波長において赤外線透過性を有する接着部材によって接着されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の定着装置では、芯金の表面粗さは、当該芯金の表面の最大高さが離型層の膜厚以下となるように構成されることが好ましい。
【００１４】
本発明に従った画像形成装置は、記録部材上に画像を形成する画像形成装置であって、上記したいずれかの定着装置を備える。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成によれば、離型層よりもヒータ側にかつ当該離型層に当接するように低放射部材が設けられ、さらに離型層が２〜１０μｍの波長域で赤外線透過性を有することにより、離型層表面における、記録用紙を加熱することによるトナー定着以外での無駄な熱の損失を抑えることができる。これにより、離型層を構成する材料の選択に際して、放射率の低減を考慮する必要性を低減することができるため、離型性を考慮する余地が広がる。
【００１６】
したがって、定着装置または画像形成装置において、加熱部材の表面における離型性の低下を抑制しつつ消費電力を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に従う定着装置を備えた画像形成装置の構成を説明する図である。
【図２】図１の画像形成装置のブロック図である。
【図３】図１の定着装置の内部構成を説明する図である。
【図４】図１の定着装置の斜視図である。
【図５】図３の加熱ローラの部分破断斜視図である。
【図６】図５の加熱ローラの断面図である。
【図７】図５の加熱ローラの断面構造を模式的に示す図である。
【図８】図３の加熱ローラの第１の変形例の断面図である。
【図９】図８の加熱ローラの断面構造を模式的に示す図である。
【図１０】図３の加熱ローラの第２の変形例の断面構造を模式的に示す図である。
【図１１】黒体が放射する電磁波のスペクトルとＰＦＡの透過率のスペクトルとを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、各図において、同じ機能を奏する要素については、同一の参照符号を付し、その説明は繰返さない。
【００１９】
本実施の形態では、画像形成装置の一例として、カラー画像を形成するタンデム型のカラープリンタが示されている。なお、本発明に従った画像形成装置は、定着装置を備えていればよく、モノクロプリンタであっても良い。
【００２０】
［１．画像形成装置の全体構成］
図１は、本実施の形態に従う定着装置を備えた画像形成装置の構成を説明する図である。図１を参照して、画像形成装置１００は、装置本体部全体を覆うように外装カバー１０１を備え、装置本体部内でプリントされた記録部材が排出口１０８から搬出される。
【００２１】
画像形成装置１００では、画像形成のために例えばそれぞれが回転する４つの感光体１０４と、感光体１０４のそれぞれの転写位置にて形成されるトナー像を順次積層して転写する中間転写ベルト１０５と、中間転写ベルト１０５の移動面まわりに設定される転写位置に設けられた転写ローラ１０６とが示されている。
【００２２】
そして、当該転写位置に、給紙ローラ１０３を用いて、給紙カセット１０２に格納されている記録部材を搬送する。なお、給紙カセット１０２には図示しないが記録部材の有無を検出するセンサが設けられており、給紙カセット１０２がセットされていない場合や、記録部材が無くなった場合には、図示しない表示パネル等でユーザに通知される。
【００２３】
画像形成装置１００では、記録部材に印字する画像データに基づいて、感光体１０４に静電潜像が形成される。そして、感光体１０４に形成された静電潜像が現像によりトナーで顕像化され、中間転写ベルト１０５に順次に積層される。中間転写ベルト１０５上に静電転写され合成し終わったトナー像は、転写位置にて転写ローラ１０６からの静電的な吸引によって記録部材の上に静電的に一括して転写される。そして、転写後の転写紙（記録部材）を定着装置１１０に通し、これにより、熱と圧力を加えて転写紙上の画像を定着させる。当該工程により画像形成が完了する。その後、記録部材は、排出口１０８から排出される。
【００２４】
図２は、画像形成装置１００のブロック図である。
図２を参照して、画像形成装置１００は、当該画像形成装置１００の動作を全体的に制御する中央制御部１を含む。中央制御部１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む。
【００２５】
また、画像形成装置１００は、中央制御部１が実行するプログラム等のデータを含むＲＯＭ（Read Only Memory）３と、中央制御部１がプログラムを実行する際のワーキングエリアとなるＲＡＭ（Random Access Memory）２と、中央制御部１がプログラムを実行する際の設定値等の各種のデータを記憶するメモリ４と、画像形成装置１００の状態を表示する表示部および外部から情報を入力するためのボタン等の入力部とを含む操作部５と、ネットワーク９Ａを介して外部の機器との間で通信をする際のインターフェイスとなるネットワークＩ／Ｆ（インターフェイス）９とを含む。
【００２６】
また、画像形成装置１００では、感光体１０４への静電潜像の形成、中間転写ベルト１０５の回転、転写ローラ１０６の回転、給紙ローラ１０３の回転、給紙カセット１０２における記録部材の有無等のセンサの検出信号の処理など、画像形成動作において静電潜像を形成して現像し、給紙カセット１０２の記録部材に対してトナー像を転写し、定着装置１１０に記録部材を導入するまで処理、および、定着装置１１０を経た記録部材を排出口１０８から排出するまでの処理が、画像形成部６によって実行される。画像形成部６の動作は、中央制御部１によって制御される。
【００２７】
定着装置１１０は、当該定着装置１１０の動作を全体的に制御する定着装置制御部３１０を含む。定着装置１１０では、定着装置制御部３１０は、各種センサ３１５の検出出力に基づき、ハロゲンヒータ３１３（加熱源）および各種モータ３１４の動作を制御する。
【００２８】
［２．定着装置の構成］
図３は、本発明の実施の形態に従う定着装置１１０の内部構成を説明する図である。また、図４は、定着装置１１０の斜視図である。
【００２９】
図３よび図４を参照して、定着装置１１０は、その外郭を覆う筐体２８を含む。定着装置１１０では、筐体２８の上部側（記録部材（用紙）の搬送方向下流側）に搬出口２４が設けられ、反対側の下部側（記録部材の搬送方向上流側）に搬入口２６が設けられる。
【００３０】
搬入口２６には、ガイド部材４２が設けられている。なお、ガイド部材４２を駆動機構に駆動されるよう構成すれば、搬入口２６を開閉するシャッタとして機能させることも可能である。
【００３１】
筐体２８には、ハロゲンヒータ３１３を内蔵する加熱ローラ（加熱部材）２２と、加圧ローラ（加圧部材）２０とが設けられる。
【００３２】
筐体２８の下部側の搬入口２６から搬入された記録部材は、加熱ローラ２２および加圧ローラ２０により加熱および加圧される。これにより、記録部材上のトナー像が記録部材に定着する。その後、記録部材は、搬出口２４から定着装置１１０外へと送り出される。
【００３３】
定着装置１１０では、記録部材は、加熱ローラ２２と加圧ローラ２０により、ニップ領域を形成するように圧接される。当該ニップ領域は、記録部材の通紙時に記録部材以外の領域で隙間が生じないように形成される。
【００３４】
図２をさらに参照して、定着装置１１０では、加熱ローラ２２の表面温度を検出する図示せぬ温度センサ（後述する各種センサ３１５に含まれる。）が備えられている。定着装置制御部３１０は、当該温度センサによって検出される温度に基づいて、ハロゲンヒータ３１３のオン／オフを制御する。
【００３５】
また、定着装置制御部３１０は、定着装置１１０に記録部材が導入されるタイミングに応じて、加熱ローラ２２および加圧ローラ２０を回転させる図示せぬモータ（各種モータ３１４に含まれる）の駆動を制御する。
【００３６】
［３．加熱ローラの構成］
（１） 加熱ローラの全体的な構成
図５は、加熱ローラ２２の部分破断斜視図である。また、図６は、加熱ローラ２２の断面図である。また、図７は、加熱ローラ２２の断面構造を模式的に示す図である。
【００３７】
図５〜図７を参照して、加熱ローラ２２は、円柱状の外観形状を有している。当該円柱の内部には、ハロゲンヒータ３１３が設けられている。ハロゲンヒータ３１３の長手方向は、加熱ローラ２２の長手方向（両矢印Ｒ２）に沿っている。
【００３８】
加熱ローラ２２には、ハロゲンヒータ３１３を内包するように、中空円筒状の芯金２２３が設けられている。芯金２２３の外周上には、弾性層２２２、低放射層２２５、離型層２２１が順に設けられている。離型層２２１は、加熱ローラ２２の最外層を構成する。
【００３９】
芯金２２３は、アルミニウム等の、良好な熱伝導特性を有した材料からなる。弾性層２２２は、シリコンゴムやフッ素ゴム等の、耐熱性弾性ゴムからなる。
【００４０】
低放射層２２５は、アルミニウムや銅、銀などの、放射率の低い材料で構成されている。なお、低放射層２２５の放射率としては、鉄などが用いられた場合の０．３程度であれば好ましく、上記アルミニウムや銅、銀などのように０．１以下であればさらに好ましい。また、低放射層２２５の放射率は、その表面が平滑であるほど低くなることから、低放射層２２５の表面は鏡面仕上げされていることが好ましい。
【００４１】
離型層２２１は、赤外線の波長２〜１０μｍの波長域における透過率が高い材料によって構成されている。このような材料としては、たとえば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を挙げることができる。このような材料から構成されることにより、離型層２２１は、低放射層２２５から放射される熱を透過し、当該離型層２２１での熱吸収（放射）が抑制されて、熱伝導によるトナーの溶解のみにエネルギが消費され、放射による無駄なエネルギ放出の軽減を図ることができる。また、Lambert-Beerの法則から、薄ければ薄いほど透過率が高くなるため、その膜厚は３０μｍ以下とされることが好ましい。
【００４２】
なお、離型層２２１の上記波長域における透過率は、高いほど好ましいが、少なくとも上記波長域で赤外線透過性を有していれば良い。
【００４３】
低放射層２２５は、弾性層２２２または離型層２２１に、メッキ、蒸着または溶射などの手法によって被覆されることにより形成される。低放射層２２５が、このように形成されることにより、低放射層２２５の表面粗さを、平滑に形成することができる。
【００４４】
低放射層２２５が弾性層２２２に形成された場合、低放射層２２５を、加熱ローラ２２において安定して存在させるために、離型層２２１に接着させる必要が生じる。この接着の態様としては、たとえば低放射層２２５のほぼ全面を離型層２２１に接着させるための接着層を設けることができ、接着部材として離型層と同様２〜１０μｍの波長域で赤外線透過性を有する接着剤またはプライマを使用する。このような接着剤を用いることにより、接着層からの輻射を抑制することができる。
【００４５】
図７中の矢印は、ハロゲンヒータ３１３から放出される熱の移動経路を模式的に示している。
【００４６】
ハロゲンヒータ３１３から放射される熱（赤外線）は、芯金２２３から弾性層２２２、低放射層２２５へと順に熱伝導により伝送される。加熱ローラ２２では、低放射層２２５の外側に赤外線透過性を有する離型層２２１が設けられていることから、離型層２２１の透過率が高くなればなるほど当該離型層２２１からの輻射量は少なくなり、また、離型層２２１に対する低放射層２２５からの輻射量も少なくなる。これにより、ハロゲンヒータ３１３から芯金２２３に伝送された熱の、定着装置１１０に導入された記録用紙上のトナー溶融中以外（たとえば、空気中に放射される熱放射）による無駄な消費が抑制される。
【００４７】
（２） 離型層の波長特性
加熱ローラ２２の離型層２２１の材料としては、定着装置１１０においてトナーの定着のために加熱ローラ２２表面が制御される温度領域（約１５０〜２００℃。以下、定着制御温度ともいう。）に対応する波長域の赤外線の透過率が高いことにより、当該温度域についての熱の吸収および放射が抑制された材料が好ましい。離型層２２１まで到達した熱が、効率よく記録用紙上のトナーの溶解のみに消費され、無駄に放射されて定着装置１１０におけるエネルギ効率が低下することを回避するためである。
【００４８】
図１１には、０℃、５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃の各温度において黒体が放射する電磁波のスペクトルと、フッ素樹脂の一例であるＰＦＡの透過率のスペクトルとが示されている。
【００４９】
まず、各温度における黒体の放射スペクトルを参照すると、図１１に示された温度域では、各温度のスペクトルは２〜８μｍあたりでピークを持ち、そして、温度が上昇するにつれてピークの波長が短波長側にシフトすると共にピークの値が大きくなっている。特に、定着制御温度では、２〜１０μｍあたりの放射強度が大きい。そこで、離型層２２１に用いる材料としては、この波長域の透過率が高い材料が好ましいと言える。
【００５０】
ＰＦＡの透過率は、８μｍあたりで局所的に低い値を示してはいるが、定着制御温度において黒体の放射強度が高い波長域では概ね高い透過率を有しているといえる。したがって、ＰＦＡは、離型層２２１の材料として好ましいと言える。
【００５１】
［４．加熱ローラの第１の変形例］
図８は、加熱ローラ２２の第１の変形例である加熱ローラ２２Ｂの断面図である。また、図９は、加熱ローラ２２Ｂの断面構造を模式的に示す図である。
【００５２】
図８および図９を参照して、加熱ローラ２２Ｂは、加熱ローラ２２のように弾性層２２２が設けられるタイプとは異なるタイプの加熱ローラであり、芯金２２３の上に直接２〜１０μｍの波長域で赤外線透過性を有する離型層２２１が設けられるタイプの加熱ローラである。
【００５３】
加熱ローラ２２Ｂでは、芯金２２３が低輻射材で形成される。芯金２２３の離型層側の表面粗さは、一例として表面平均粗さＲａで０．５μｍ以下であるが、芯金２２３が離型層２２１の表面から現われないように、芯金２２３の最大高さ（Ｒｍａｘ）が離型層２２１の膜厚以下に形成されている。さらに、平滑な表面ほど放射率が低くなることから、芯金２２３の表面は、鏡面仕上げされていることが好ましい。また、離型層２２１と芯金２２３とは、接着剤で接着される。当該接着剤は、離型層２２１を構成する材料と同様に、２〜１０μｍの波長域で赤外線透過性を有する。
【００５４】
［５．加熱ローラの第２の変形例］
図１０は、加熱ローラ２２の第２の変形例である加熱ローラ２２Ｃの断面構造を模式的に示す図である。
【００５５】
加熱ローラ２２Ｃでは、加熱ローラ２２等と同様に、その中心部分にハロゲンヒータ３１３が内包されている。そして、加熱ローラ２２Ｃでは、ハロゲンヒータ３１３の外周を覆うように芯金２２３が設けられ、芯金２２３の外面には離型層２２１が設けられている。
【００５６】
加熱ローラ２２Ｃでは、芯金２２３の表面に、輻射率の増加が障害とならない程度に凹凸形状が設けられ、離型層２２１は、その芯金２２３の対向する面を当該凹凸形状に沿う形状とされている。加熱ローラ２２Ｃでは、芯金２２３と離型層２２１とが凹凸で噛み合わされることにより、離型層２２１が接着部材を用いて芯金２２３に接着されることがなくとも、離型層２２１を芯金２２３に固定することができる。
【００５７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１ 中央制御部、２０ 加圧ローラ、２２，２２Ａ，２２Ｂ 加熱ローラ、２４ 搬出口、２６ 搬入口、２８ 筐体、１００ 画像形成装置、１０１ 外装カバー、１０２ 給紙カセット、１０３ 給紙ローラ、１０４ 感光体、１０５ 中間転写ベルト、１０６ 転写ローラ、１０８ 排出口、１１０ 定着装置、 ２２１ 離型層、２２２ 弾性層、２２３ 芯金、２２５ 低放射層、３１３ ハロゲンヒータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱源を内包する円筒形状を有し、記録部材を加熱することにより当該記録部材上のトナー像を定着させる加熱部材を備え、
前記加熱部材は、
前記円筒形状の最外層に形成された離型層と、
前記加熱源と前記離型層の間に当該離型層に当接して設けられ、前記離型層を構成する材料よりも放射率の低い材料からなる低放射部材とを含み、
前記離型層は、２〜１０μｍの波長において赤外線透過性を有する、定着装置。
【請求項２】
前記加熱部材は、前記加熱源と前記低放射部材の間に設けられた弾性層をさらに備える、請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記低放射部材は、前記離型層の前記加熱源側の表面にメッキ、蒸着または溶射される、請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記低放射部材は、前記離型層に対して、２〜１０μｍの波長において赤外線透過性を有する接着部材によって接着されている、請求項２に記載の定着装置。
【請求項５】
前記低放射部材によって芯金を構成し、
前記離型層は、２〜１０μｍの波長において赤外線透過性を有する接着部材によって接着されている、請求項１に記載の定着装置。
【請求項６】
前記芯金の表面粗さは、当該芯金の表面の最大高さが前記離型層の膜厚以下となるように構成される、請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
記録部材上に画像を形成する画像形成装置であって、
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の定着装置を備える、画像形成装置。
【請求項１】
加熱源を内包する円筒形状を有し、記録部材を加熱することにより当該記録部材上のトナー像を定着させる加熱部材を備え、
前記加熱部材は、
前記円筒形状の最外層に形成された離型層と、
前記加熱源と前記離型層の間に当該離型層に当接して設けられ、前記離型層を構成する材料よりも放射率の低い材料からなる低放射部材とを含み、
前記離型層は、２〜１０μｍの波長において赤外線透過性を有する、定着装置。
【請求項２】
前記加熱部材は、前記加熱源と前記低放射部材の間に設けられた弾性層をさらに備える、請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記低放射部材は、前記離型層の前記加熱源側の表面にメッキ、蒸着または溶射される、請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記低放射部材は、前記離型層に対して、２〜１０μｍの波長において赤外線透過性を有する接着部材によって接着されている、請求項２に記載の定着装置。
【請求項５】
前記低放射部材によって芯金を構成し、
前記離型層は、２〜１０μｍの波長において赤外線透過性を有する接着部材によって接着されている、請求項１に記載の定着装置。
【請求項６】
前記芯金の表面粗さは、当該芯金の表面の最大高さが前記離型層の膜厚以下となるように構成される、請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
記録部材上に画像を形成する画像形成装置であって、
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の定着装置を備える、画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２４８１８７（Ｐ２０１１−２４８１８７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２２６３８（Ｐ２０１０−１２２６３８）
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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