定着装置及びこれを備えた画像形成装置
【課題】ヒータの熱源が加熱ローラの回転中心方向に複数配置される構成であっても、加熱ローラの表面温度を中央部から両端部に至る全域において充分に均一化する。
【解決手段】定着装置１の加熱ローラ６は、加圧ローラ６に回転接触する円筒状のローラ本体１８と、このローラ本体１８の回転中心ＣＬに沿って配置されたヒータ２０とを備えている。ヒータ２０は、ローラ本体１８の内面２７に向けて放射する輻射エネルギーがローラ本体１８の回転中心ＣＬに沿って疎密分布を生じるようになっている。そして、ローラ本体１８のヒータ２０に対向する内面２７は、ヒータ２０から放射される輻射エネルギーが疎の部分に対応して第１エネルギー吸収体２５を配置し、ヒータ２０から放射される輻射エネルギーが密の部分に対応して第１エネルギー吸収体２５よりもエネルギー放射率が低い第２エネルギー吸収体を２６配置している。
【解決手段】定着装置１の加熱ローラ６は、加圧ローラ６に回転接触する円筒状のローラ本体１８と、このローラ本体１８の回転中心ＣＬに沿って配置されたヒータ２０とを備えている。ヒータ２０は、ローラ本体１８の内面２７に向けて放射する輻射エネルギーがローラ本体１８の回転中心ＣＬに沿って疎密分布を生じるようになっている。そして、ローラ本体１８のヒータ２０に対向する内面２７は、ヒータ２０から放射される輻射エネルギーが疎の部分に対応して第１エネルギー吸収体２５を配置し、ヒータ２０から放射される輻射エネルギーが密の部分に対応して第１エネルギー吸収体２５よりもエネルギー放射率が低い第２エネルギー吸収体を２６配置している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、静電複写方式の複写機，プリンタ，ファクシミリ装置及びこれらの複合機等の画像形成装置に使用される定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、静電複写方式の画像形成装置は、シート状の記録材（コピー用紙、プライスチックフィルム等）に感光体の表面のトナー像を転写デバイスで転写し、そのトナー像が転写された記録材を定着装置によって加熱・加圧してトナーを溶融させ、記録材にトナー像を定着させるようになっている。
【０００３】
このような画像形成装置に使用される定着装置は、加圧ローラと加熱ローラとを備え、加熱ローラに内蔵したヒータを通電制御することによりヒータの発熱量を調整し、加熱ローラの外表面温度を適温にすると共に、加圧ローラを加熱ローラ側に押圧して、加熱ローラと加熱ローラの回転接触部にニップを形成し、このニップによって記録材を加熱・加圧するようになっている。
【０００４】
このような画像形成装置の定着装置において、加熱ローラの表面温度が定着に最適な温度でなかったり、加熱ローラの表面温度が回転中心に沿った方向で不均一であると、定着不良が生じる。例えば、加熱ローラの表面温度が高すぎると定着オフセットが生じやすく、加熱ローラの表面温度が低すぎると未定着部分が生じやすく、加熱ローラの表面温度が回転中心に沿った方向で不均一であると定着ムラが生じやすい。
【０００５】
そこで、特許文献１のように、加熱ローラの中央部と両端部の表面温度の差を小さくするため、加熱ローラの両端部よりも温度が高くなる加熱ローラの中央部において、ヒータに対向する内周面に輻射線放射率の低い塗布材を塗布し、加熱ローラの中央部よりも温度が低くなる加熱ローラの両端部において、ヒータに対向する内周面に輻射線放射率の高い塗布材を塗布する技術が開発された。
【０００６】
また、特許文献２のように、加熱ローラの中央部と両端部の表面温度の差を小さくするため、加熱ローラの中央部の肉厚を加熱ローラの両端部の肉厚よりも厚くして、加熱ローラの中央部の熱容量を加熱ローラの両端部よりも大きくした技術が開発された。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２３４６１８号公報
【特許文献２】特開平１１−２４４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１５に示すように、加熱ローラ６が円筒状のローラ本体１８とその回転中心ＣＬに配置されたヒータ２０とで構成され、ヒータ２０がローラ本体１８の回転中心ＣＬに沿って複数の熱源（フィラメント）２３，２４を備え、そのフィラメント２３，２４の発光によって生じる配光分布（輻射エネルギー分布）がローラ本体１８の内面２７において図３に示すようになる場合には、特許文献１及び２の技術によって加熱ローラ６の外面２１全体の温度を充分に均一化することができなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、ヒータの熱源が加熱ローラの回転中心方向に複数配置される構成であっても、加熱ローラの表面温度を中央部から両端部に至る全域において充分に均一化し、良好な定着作業が実行されるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置に関するものである。この定着装置において、前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備えている。また、前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっている。そして、前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが疎の部分に対応して第１エネルギー吸収体を配置し、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが密の部分に対応して前記第１エネルギー吸収体よりもエネルギー放射率が低い第２エネルギー吸収体を配置した、ことを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る定着装置において、前記加熱ローラに特徴を有するものである。すなわち、前記ヒータは、前記ローラ本体の回転中心に沿って複数の熱源が間隔をあけて配置されている。そして、前記熱源に対向する前記ローラ本体の内面には前記第２エネルギー吸収体が配置され、前記第２エネルギー吸収体が配置されない前記ローラ本体の内面には前記第１エネルギー吸収体が配置されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明は、トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置に関するものである。この定着装置において、前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備えている。また、前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっている。そして、前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーの疎から密，密から疎への滑らかな変化に対応するように、エネルギー放射率が高から低，低から高に滑らかに変化するエネルギー吸収体を配置したことを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明は、トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置に関するものである。この定着装置において、前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備えている。また、前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっている。そして、前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが疎の部分に対応して他部よりも肉厚が薄い第１肉厚部を形成し、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが密の部分に対応して前記第１肉厚部よりも肉厚が厚い第２肉厚部を形成した、ことを特徴としている。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の発明に係る定着装置において、前記加熱ローラに特徴を有するものである。すなわち、前記ヒータは、前記ローラ本体の回転中心に沿って複数の熱源が間隔をあけて配置されている。そして、前記熱源に対向する前記ローラ本体の内面に前記第２肉厚部が形成され、前記第２肉厚部が形成されない前記ローラ本体の内面に前記第１肉厚部が形成されたことを特徴としている。
【００１５】
請求項６の発明は、トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置に関するものである。この定着装置において、前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備えている。また、前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっている。そして、前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーの疎から密，密から疎への滑らかな変化に対応するように、薄肉部分から厚肉部分，厚肉部分から薄肉部分へ滑らかに肉厚が変化することを特徴としている。
【００１６】
請求項７の発明は、感光体に形成されたトナー像を転写デバイスでシート状の記録材に転写し、この記録材に転写されたトナー像を前記請求項１乃至６のいずれかの発明の定着装置によって前記記録材に定着したことを特徴とする画像形成装置に関するものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明は、ローラ本体の内周面に向けて放射されるヒータの輻射エネルギーがローラ本体の回転中心に沿って疎密を生じていても、輻射エネルギーの疎の部分に比較的にエネルギー放射率が高い第１エネルギー吸収体を配置し、輻射エネルギーの密の部分に比較的にエネルギー放射率が低い第２エネルギー吸収体を配置するようになっているため、ローラ本体に供給されるエネルギーバランスがローラ本体の回転中心方向に沿って均一化する。その結果、本発明は、加熱ローラの回転中心方向に沿った表面温度が均一化する。
【００１８】
請求項２の発明は、ローラ本体の内周面の熱源に対向する箇所にエネルギー放射率が比較的に低い第２エネルギー吸収体を配置し、この第２エネルギー吸収体を配置しないローラ本体の内周面には第２エネルギー吸収体よりもエネルギー放射率が比較的に高い第１エネルギー吸収体を配置するようになっているため、ヒータからの輻射エネルギーがローラ本体全体に均一に供給される。その結果、本発明は、加熱ローラの回転中心方向に沿った表面温度が均一化する。
【００１９】
請求項３の発明は、ローラ本体の内周面に配置するエネルギー吸収体が、ヒータからの輻射エネルギーの疎から密，密から疎への滑らかな変化に対応して、エネルギー放射率を高から低，低から高に滑らかに変化するように形成されているため、ヒータからの輻射エネルギーがより一層均一にローラ本体に供給されることになる。
【００２０】
請求項４の発明は、ローラ本体の内周面に向けて放射されるヒータの輻射エネルギーがローラ本体の回転中心に沿って疎密を生じていても、輻射エネルギーの疎の部分に比較的に肉厚の薄い第１肉厚部を配置し、輻射エネルギーの密の部分に比較的に肉厚の厚い第２肉厚部を配置するようになっているため、ローラ本体に供給されるエネルギーバランスがローラ本体の回転中心方向に沿って均一化する。その結果、本発明は、加熱ローラの回転中心方向に沿った表面温度が均一化する。
【００２１】
請求項５の発明は、ローラ本体の内周面の熱源に対向する箇所に肉厚が比較的に厚い第２肉厚部を形成し、この第２肉厚部以外の部分に肉厚が比較的薄い第１肉厚部を形成するようになっているため、ヒータからの輻射エネルギーがローラ本体全体に均一に供給される。その結果、本発明は、加熱ローラの回転中心方向に沿った表面温度が均一化する。
【００２２】
請求項６の発明は、ローラ本体の肉厚が、ヒータからの輻射エネルギーの疎から密，密から疎への滑らかな変化に対応して、薄肉部分から厚肉部分，厚肉部分から薄肉部分に滑らかに変化するように形成されているため、ヒータからの輻射エネルギーがより一層均一にローラ本体に供給されることになる。
【００２３】
請求項７の発明は、記録材に転写されたトナー像が定着オフセット等の定着不良を生じることがなく、優れた印刷作業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づき詳述する。
【００２５】
［第１実施形態］
図１乃至図は、本発明の第１実施形態に係る定着装置１及びこれを備えた画像形成装置２を示すものである。
【００２６】
（画像形成装置の概略構成）
図１に示すように、本発明に係る定着装置１を使用した画像形成装置２は、給紙部３から送り出されたシート状の記録材Ｐに、感光体４の表面に形成されたトナー像を転写デバイス５によって転写する。そして、そのトナー像が転写された記録材Ｐは、本発明に係る定着装置１内に送り込まれ、その定着装置１の加熱ローラ６と加圧ローラ（加圧部材）７のニップ部Ｎで加熱・加圧されて、トナーが溶融固着することによりトナー像が記録材Ｐに定着する。その後、定着装置１から送り出された記録材Ｐは、排紙ローラ対８によって排紙トレイ１０上に排出される。なお、感光体４は、記録材Ｐを搬送路１１に沿って定着装置１側に送り出すように回転しており、転写後に表面が除電デバイス１２で除電され、表面に残留するトナーがクリーニングデバイス１３によって除去された後、表面が帯電デバイス１４によって一様に帯電させられ、その後に露光デバイス１５によって表面に静電潜像が形成され、現像デバイス１６によって表面にトナーが供給され、静電潜像がトナー像として顕在化され、そのトナー像が転写デバイス５によって記録材Ｐに転写されるようになっている。なお、加圧ローラ７を加圧部材として例示したが、これに限られるものでなく、複数のローラに巻き掛けられたベルトを加圧部材とし、その加圧部材としてのベルトと加熱ローラ６とで定着用のニップ部を形成してもよい。また、エンドレスベルトの内側が押圧部材によって加熱ローラ側に押圧され、回転する加熱ローラにエンドレスベルトが接触した状態で回動するように構成され、エンドレスベルトと加熱ローラの接触部が定着用のニップ部とされた構造のものでもよい。
【００２７】
（定着装置の構成）
本実施形態の定着装置１は、図１に模式的に示すように、加熱ローラ６と、この加熱ローラ６に所定のばね力で押し付けられる加圧ローラ７とを備えており、加熱ローラ６が図示しない駆動モータにより回転駆動され、加圧ローラ７が加熱ローラ６に従動して回転するようになっている。また、この定着装置１は、加熱ローラ６の外表面に対向するように温度センサ１７を配置し、その温度センサ１７によって加熱ローラ６の外表面の温度を検知するようになっている。
【００２８】
加熱ローラ６は、図２に詳細を示すように、円筒状のローラ本体１８と、このローラ本体１８の回転中心部に配置されたヒータ２０と、を備えている。また、この加熱ローラ６は、ヒータ２０への通電のオン・オフ制御が温度センサ１７の検知結果に基づいて行われるようになっており（図１参照）、その外表面の温度が１８０℃〜２００℃の定着温度に管理されるように工夫されている。しかし、温度センサ１７が設置される部分は加熱ローラ６の回転中心に沿った方向の一部であるため、加熱ローラ６の外面２１全体を定着に適した温度にするには温度センサ１７によるヒータ２０の通電制御のみでは不十分となる。そこで、本実施形態の加熱ローラ６は、以下の説明のように構成して、外面２１全体の温度を定着に適した温度範囲（１８０℃〜２００℃）内において均一化している。なお、加熱ローラ６は、その両端部が軸受け２２によって回転可能に支持されている。
【００２９】
加熱ローラ６を構成するローラ本体１８は、芯金材料として鉄（例えば、ＳＴＫＭ１２Ｃ）を円筒状に形成して使用し、その外面にＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ樹脂）がコーティングされている。なお、本実施形態において、ローラ本体１８は、例えば、その内径寸法を２０ｍｍとし、外径寸法を２０．６ｍｍとし、その軸方向長さ（回転中心ＣＬに沿った方向の長さ）を３００ｍｍとしている。
【００３０】
また、ローラ本体１８の回転中心ＣＬに配置されるヒータ２０は、ハロゲンヒータ（ハロゲンランプ）であり、熱源としてのフィラメント（発光部）２３，２４がローラ本体１８の回転中心に沿って所定の間隔で複数配置されている。なお、本実施形態において、例えば、ヒータ２０は電力１０００Ｗのハロゲンヒータが使用される。
【００３１】
ヒータ２０のフィラメント２３，２４は、回転中心ＣＬに沿った方向の長さが要求される設計条件に応じて異なるようになっており、同一長さのものと異なる長さのものとが適宜配置される。例えば、図２に示すヒータ２０のフィラメント２３，２４は、両端部のフィラメント２４が他部のフィラメント２３よりも長く形成されており、両端部以外のもの（フィラメント２３）が同一の長さに形成されている。また、図２に示すヒータ２０は、隣り合うフィラメント２３，２４とフィラメント２３，２３の回転中心ＣＬに沿った方向の中心間距離Ｗが等間隔となるように形成されている。なお、各フィラメント２３，２４の長さを同一長さとし、隣り合うフィラメント２３，２４の中心間距離Ｗを適宜変えるようにしてもよく、また、同一長さのフィラメント２３（２４）を等間隔で複数配置するようにしてもよい。
【００３２】
このようなヒータ２０の一つのフィラメント２３，２４は、その長さを２ｂとし、輝度をＢとし、一様な線状光源であると仮定した場合、フィラメント２３，２４（回転中心ＣＬ）から距離ａにある平行面の回転中心ＣＬに沿った方向の配光分布Ｅ（ｘ）は、次式のように表される。
【００３３】
【数１】
そして、ヒータ２０としての配光分布Ｅ（ｘ）は、上述のような個々のフィラメント２３，２４の配光分布の合成からなっている。図３は、このような個々のフィラメント２３，２４の配光分布Ｅ（ｘ）１〜６と、これらのフィラメント２３，２４の配光分布Ｅ（ｘ）１〜６を合成してなるヒータ２０としての配光分布Ｅ（ｘ）を示している。この図３に示すように、各フィラメント２３，２４による輝点ムラ（リップル）が生じる。なお、図３（ａ）は、図３（ｂ）に示すヒータ２０の回転中心ＣＬに沿った方向に対応させて示す配光分布の図である。また、図３（ａ）の横軸は、ヒータ２０の回転中心ＣＬに沿った方向の中央を０とし、ヒータ２０の両端部を＋１５０，−１５０で示している。また、図３（ａ）の縦軸は、輻射エネルギー（Ｗ／ｍ２）を表している。
【００３４】
リップルは、ヒータ２０中心（回転中心ＣＬ）からの距離が近いほど大きくなる。図４は、このようなヒータ２０中心（回転中心ＣＬ）からの距離の違いによるリップルを比較して示すものである。この図４に示すように、ヒータ２０中心からの距離が１０ｍｍの配光分布Ｅ（ｘ）１０におけるリップルは、ヒータ２０中心からの距離が１５ｍｍの配光分布Ｅ（ｘ）１５におけるリップルに比較してはるかに大きくなっている。
【００３５】
したがって、定着装置１の消費エネルギーを低減し（省エネルギー化を図り）、定着装置１が通電後に定着可能温度に上昇するまでの時間（ウォームアップ時間）を短縮するために、本実施形態のように加熱ローラ６（ローラ本体１８）の内径寸法を小径化すると（例えば、２０ｍｍとすると）、リップルを小さくし、加熱ローラ６の外面２１の回転中心ＣＬに沿った方向（軸方向）における温度分布の均一化を図る必要がある。
【００３６】
そこで、本実施形態の加熱ローラ６は、ローラ本体１８の内面に照射されるヒータ２０からの輻射エネルギーに応じてエネルギー放射率の異なる塗料（第１、第２エネルギー吸収体）２５，２６を塗布するようになっている（図２参照）。なお、本実施形態において使用する塗料は、例えば、シリコーン系耐熱塗料（商品名：オキツモ）が使用される。そして、本実施形態の塗料は、含有するカーボン量を変えることにより、エネルギー放射率を調整できるようになっている塗料が使用される。
【００３７】
図５は、ヒータ２０が通電されて、フィラメント２３，２４が発光した場合のローラ本体１８の内面２７に照射される輻射エネルギー、ローラ本体１８の内面２７に塗布される塗料２５，２６の塗布領域、及び塗料２５，２６のエネルギー放射率の関係を示す図である（図２参照）。
【００３８】
この図５に示すローラ本体１８の内面２７における輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）は、図４に示すヒータ２０の配光分布Ｅ（ｘ）１０にほぼ対応するようになっている。この図５において、輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）は、両端の輻射エネルギー分布部分（第１分布曲線部分という）Ｅａ１，６を除く輻射エネルギー分布部分（第２分布曲線部分という）Ｅａ２〜５において、第２分布曲線部分Ｅａ２〜５の頂部の輻射エネルギー密度を９５％とすると、第２分布曲線部分Ｅａ２〜５の谷部の輻射エネルギー密度が８０％となり、この第２分布曲線部分Ｅａ２〜５の頂部と谷部の中間における平均の輻射エネルギー密度が８７．５％となる。そして、輻射エネルギー密度が８７．５％〜９５％の範囲を密部とし、輻射エネルギー密度が８０％〜８７．５％の範囲を疎部とした場合、エネルギー放射率が０．９５の塗料（第１エネルギー吸収体）２５を疎部に対応するようにローラ本体１８の内面２７に塗布し、エネルギー放射率が０．８０の塗料（第２エネルギー吸収体）２６を密部に対応するようにローラ本体１８の内面２７に塗布するようになっている（図２参照）。なお、第１分布曲線部分Ｅａ１，６は、輻射エネルギー密度が８７．５％である平均値よりも高密度の部分を密部とし、輻射エネルギー密度が８７．５％である平均値よりも低密度の部分を疎部とする。そして、第１エネルギー吸収体２５を第１分布曲線部分Ｅａ１，６の疎部に対応するようにローラ本体１８の内面２７に塗布し、第２エネルギー吸収体２６を第２分布曲線部分Ｅａ２〜５の密部に対応するようにローラ本体１８の内面２７に塗布するようになっている（図５，図２参照）。なお、図５において、ローラ内面のエネルギー分布は、ヒータ２０が１００％点灯したときの輻射エネルギー分布波形の最大値（ヒータ２０の消費電力から理論計算で求めた値）を１００％としている。そして、図５において示すローラ内面のエネルギー分布曲線は、ローラ内面のエネルギー分布の実測値と理論計算値である１００％輻射エネルギー値との比率で示している。また、図５において、放射率（ε）は、ある物体の放射能（Ｅ）の同温度の黒体放射能（ＥＢ）に対する比（ε＝Ｅ／ＥＢ）で表される。そして、放射率１．０とは、完全黒体（投射された輻射エネルギーが全部吸収する物体）の状態を表している。
【００３９】
このように加熱ローラ６を構成することにより、ヒータ２０から放射される輻射エネルギーが加熱ローラ６の回転中心方向に沿って均一に供給されることになるため、図６に示すように、加熱ローラ６の表面温度を定着可能な温度領域（１８０℃〜２００℃）にほぼ均一化させた状態で維持できる。これに対し、ローラ本体１８の内面２７に第１エネルギー吸収体２５のみを塗布した場合には、図７に示すように、加熱ローラ６の表面温度を定着可能な温度領域（１８０℃〜２００℃）に維持することができず、定着オフセットを生じる虞がある。
【００４０】
以上のように、本実施形態の定着装置１によれば、加熱ローラ６の表面温度を、回転中心に沿って、定着可能な温度領域（１８０℃〜２００℃の定着可能温度領域のうちの１８０℃〜１９０℃の狭い温度領域）内にほぼ一定に維持することができ、優れた定着作用を発揮する。
【００４１】
なお、本実施形態は、上述のように、第１エネルギー吸収体２５と第２エネルギー吸収体２６をローラ本体１８の内面２７に回転中心ＣＬに沿って交互に塗布するようになっているが、これに限られず、図８に示すように、輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）の頂部に対応する部分のエネルギー放射率が０．８０となり、輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）の谷部に対応する部分のエネルギー放射率が０．９５となるように、しかもエネルギー放射率が滑らかな曲線状となるように塗料を塗布するようにしてもよい。このように構成すれば、ヒータ２０からの輻射エネルギーがより一層均一にローラ本体１８に供給されることになる。ここで、エネルギー放射率は、ローラ本体１８の内面２７に塗布する塗料の塗膜厚さが厚いと高く、塗膜厚さが薄いと低くなる。そこで、ローラ軸方向に塗膜厚さを滑らかに変化させることにより、図８に示すように、エネルギー放射率をローラ軸方向に滑らかに変化させることができる。
【００４２】
［第２実施形態］
図９は、本発明の第２実施形態に係る加熱ローラ６を示すものである。すなわち、本実施形態の加熱ローラ６は、ローラ本体１８の内面２７に照射されるヒータ２０からの輻射エネルギーに応じてローラ本体１８の肉厚を変えるようになっている。
【００４３】
図１０は、ヒータ２０が通電されて、フィラメント２３，２４が発光した場合のローラ本体１８の内面２７に照射される輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）とローラ本体１８の肉厚との関係を示す図である。
【００４４】
この図１０に示すローラ本体１８の内面２７における輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）は、図５に示す輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）と同様である。また、図１０に示す輻射エネルギー密度の密部及び疎部も、図５に示す輻射エネルギー密度の密部及び疎部に対応している。
【００４５】
本実施形態の加熱ローラ６は、図９及び図１０に示すように、疎部に対応させてローラ本体１８の肉厚が薄い第１肉厚部（肉厚が０．３ｍｍの部分であって、ローラ本体内径が２０．０ｍｍの部分）３０を形成し、密部に対応させてローラ本体１８の肉厚が第１肉厚部３０よりも厚い第２肉厚部（肉厚が０．３５ｍｍであって、ローラ本体内径が１９．９ｍｍの部分）３１を形成し、輻射エネルギー密度の密部に対応する部分の熱容量を大きくし、輻射エネルギー密度の疎部に対応する部分の熱容量を他部よりも小さくしている。これによって、ヒータ２０からの輻射エネルギーがローラ本体１８の回転中心方向に沿って均一に供給されることになる。
【００４６】
ローラ本体１８の第１肉厚部３０と第２肉厚部３１を形成する方法としては、ローラ本体１８の内面２７を切削加工して凹凸部を形成する他、図１４に示すように、ローラ本体１８の内面２７にリング状体３２を嵌合固着するようにしてもよい。この図１４に示すリング状体３２は、ローラ本体１４と同一材料か又はばね性を有する金属材料で形成されており、第２肉厚部３１に対応する部分がリング状部分３３であり、これらリング状部分３３が梁材３４によって接続されるようになっている。なお、リング状部分３３は、一部にスリット３５が形成されており、ローラ本体１８に内嵌されると、スリット３５を狭めるように縮径変形し、ローラ本体１８の内面２７に弾性力で密着固定されることになる。
【００４７】
本実施形態によれば、図１１に示すように、加熱ローラ６の表面温度を定着可能な温度領域（１８０℃〜２００℃の定着可能温度領域のうちの１８０℃〜１９０℃の狭い温度領域）にほぼ均一化させた状態で維持できるようになっている。これに対し、ローラ本体１８の肉厚を０．３ｍｍで一定にした場合には、図１２に示すように、加熱ローラ６の表面温度を定着可能な温度領域（１８０℃〜２００℃）に維持することができず、定着オフセットを生じる虞がある。
【００４８】
以上のように、本実施形態の定着装置１によれば、加熱ローラ６の表面温度を定着可能な温度領域（１８０℃〜２００℃の定着可能温度領域のうちの１８０℃〜１９０℃の狭い温度領域）内においてほぼ一定に維持することができ、優れた定着作用を発揮する。
【００４９】
なお、本実施形態は、上述のように、第１肉厚部３０と第２肉厚部３１を回転中心ＣＬに沿って交互に形成するようになっているが、これに限られず、図１３に示すように、輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）の頂部に対応する部分の肉厚を０．３５ｍｍとし、輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）の谷部に対応する部分の肉厚を０．３ｍｍとなるようにし、しかも肉厚の変化が滑らかな曲線状となるように肉厚を変えるようにしてもよい。このように構成すれば、ヒータ２０からの輻射エネルギーがより一層均一にローラ本体１８に供給されることになる。
【００５０】
なお、上述の各実施形態において示した数値は、発明の理解を容易にするための例示であり、これに限られず、設計条件に応じた最適な数値が採用される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る定着装置は、静電複写方式の複写機，プリンタ，ファクシミリ装置及びこれらの複合機に利用することにより、高品質の印刷が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る定着装置を使用する画像形成装置の概略構成図である。
【図２】加熱ローラの回転中心に沿って切断して示す断面図である。
【図３】加熱ローラに使用されるヒータ及びこのヒータによる配光分布を示す図であり、図３（ａ）は図３（ｂ）に示すヒータに対応させて示す配光分布の図である。
【図４】ヒータから加熱ローラ内面までの距離と配光分布との関係を示す図である。
【図５】加熱ローラ内面における輻射エネルギー分布と加熱ローラの内面に塗布される塗料との関係を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る定着装置を構成する加熱ローラの表面温度を示す図である。
【図７】加熱ローラ内面に同一種類の塗料のみを塗布した場合における加熱ローラ外表面の温度分布を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態の変形例を示す図であり、加熱ローラの内面の輻射エネルギー分布と加熱ローラ内面に塗布される塗料の放射率との関係を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る加熱ローラの回転中心に沿って切断して示す断面図である。
【図１０】加熱ローラ内面における輻射エネルギー分布と加熱ローラの肉厚との関係を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る定着装置を構成する加熱ローラの表面温度を示す図である。
【図１２】加熱ローラを同一の肉厚で形成した場合における加熱ローラ外表面の温度分布を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の変形例を示す図であり、加熱ローラの内面の輻射エネルギー分布と加熱ローラの肉厚との関係を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る定着装置を構成する加熱ローラの形成例を示す分解斜視図である。
【図１５】従来の加熱ローラを回転中心に沿って切断して示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１……定着装置、２……画像形成装置、４……感光体、５……転写デバイス、６……加熱ローラ、７……加圧ローラ（加圧部材）、１８……ローラ本体、２０……ヒータ、２５……塗料（第１エネルギー吸収体）、２６……塗料（第２エネルギー吸収体）、３０……第１肉厚部、３１……第２肉厚部、Ｎ……ニップ部、Ｐ……記録材
【技術分野】
【０００１】
この発明は、静電複写方式の複写機，プリンタ，ファクシミリ装置及びこれらの複合機等の画像形成装置に使用される定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、静電複写方式の画像形成装置は、シート状の記録材（コピー用紙、プライスチックフィルム等）に感光体の表面のトナー像を転写デバイスで転写し、そのトナー像が転写された記録材を定着装置によって加熱・加圧してトナーを溶融させ、記録材にトナー像を定着させるようになっている。
【０００３】
このような画像形成装置に使用される定着装置は、加圧ローラと加熱ローラとを備え、加熱ローラに内蔵したヒータを通電制御することによりヒータの発熱量を調整し、加熱ローラの外表面温度を適温にすると共に、加圧ローラを加熱ローラ側に押圧して、加熱ローラと加熱ローラの回転接触部にニップを形成し、このニップによって記録材を加熱・加圧するようになっている。
【０００４】
このような画像形成装置の定着装置において、加熱ローラの表面温度が定着に最適な温度でなかったり、加熱ローラの表面温度が回転中心に沿った方向で不均一であると、定着不良が生じる。例えば、加熱ローラの表面温度が高すぎると定着オフセットが生じやすく、加熱ローラの表面温度が低すぎると未定着部分が生じやすく、加熱ローラの表面温度が回転中心に沿った方向で不均一であると定着ムラが生じやすい。
【０００５】
そこで、特許文献１のように、加熱ローラの中央部と両端部の表面温度の差を小さくするため、加熱ローラの両端部よりも温度が高くなる加熱ローラの中央部において、ヒータに対向する内周面に輻射線放射率の低い塗布材を塗布し、加熱ローラの中央部よりも温度が低くなる加熱ローラの両端部において、ヒータに対向する内周面に輻射線放射率の高い塗布材を塗布する技術が開発された。
【０００６】
また、特許文献２のように、加熱ローラの中央部と両端部の表面温度の差を小さくするため、加熱ローラの中央部の肉厚を加熱ローラの両端部の肉厚よりも厚くして、加熱ローラの中央部の熱容量を加熱ローラの両端部よりも大きくした技術が開発された。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２３４６１８号公報
【特許文献２】特開平１１−２４４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１５に示すように、加熱ローラ６が円筒状のローラ本体１８とその回転中心ＣＬに配置されたヒータ２０とで構成され、ヒータ２０がローラ本体１８の回転中心ＣＬに沿って複数の熱源（フィラメント）２３，２４を備え、そのフィラメント２３，２４の発光によって生じる配光分布（輻射エネルギー分布）がローラ本体１８の内面２７において図３に示すようになる場合には、特許文献１及び２の技術によって加熱ローラ６の外面２１全体の温度を充分に均一化することができなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、ヒータの熱源が加熱ローラの回転中心方向に複数配置される構成であっても、加熱ローラの表面温度を中央部から両端部に至る全域において充分に均一化し、良好な定着作業が実行されるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置に関するものである。この定着装置において、前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備えている。また、前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっている。そして、前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが疎の部分に対応して第１エネルギー吸収体を配置し、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが密の部分に対応して前記第１エネルギー吸収体よりもエネルギー放射率が低い第２エネルギー吸収体を配置した、ことを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る定着装置において、前記加熱ローラに特徴を有するものである。すなわち、前記ヒータは、前記ローラ本体の回転中心に沿って複数の熱源が間隔をあけて配置されている。そして、前記熱源に対向する前記ローラ本体の内面には前記第２エネルギー吸収体が配置され、前記第２エネルギー吸収体が配置されない前記ローラ本体の内面には前記第１エネルギー吸収体が配置されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明は、トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置に関するものである。この定着装置において、前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備えている。また、前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっている。そして、前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーの疎から密，密から疎への滑らかな変化に対応するように、エネルギー放射率が高から低，低から高に滑らかに変化するエネルギー吸収体を配置したことを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明は、トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置に関するものである。この定着装置において、前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備えている。また、前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっている。そして、前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが疎の部分に対応して他部よりも肉厚が薄い第１肉厚部を形成し、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが密の部分に対応して前記第１肉厚部よりも肉厚が厚い第２肉厚部を形成した、ことを特徴としている。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の発明に係る定着装置において、前記加熱ローラに特徴を有するものである。すなわち、前記ヒータは、前記ローラ本体の回転中心に沿って複数の熱源が間隔をあけて配置されている。そして、前記熱源に対向する前記ローラ本体の内面に前記第２肉厚部が形成され、前記第２肉厚部が形成されない前記ローラ本体の内面に前記第１肉厚部が形成されたことを特徴としている。
【００１５】
請求項６の発明は、トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置に関するものである。この定着装置において、前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備えている。また、前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっている。そして、前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーの疎から密，密から疎への滑らかな変化に対応するように、薄肉部分から厚肉部分，厚肉部分から薄肉部分へ滑らかに肉厚が変化することを特徴としている。
【００１６】
請求項７の発明は、感光体に形成されたトナー像を転写デバイスでシート状の記録材に転写し、この記録材に転写されたトナー像を前記請求項１乃至６のいずれかの発明の定着装置によって前記記録材に定着したことを特徴とする画像形成装置に関するものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明は、ローラ本体の内周面に向けて放射されるヒータの輻射エネルギーがローラ本体の回転中心に沿って疎密を生じていても、輻射エネルギーの疎の部分に比較的にエネルギー放射率が高い第１エネルギー吸収体を配置し、輻射エネルギーの密の部分に比較的にエネルギー放射率が低い第２エネルギー吸収体を配置するようになっているため、ローラ本体に供給されるエネルギーバランスがローラ本体の回転中心方向に沿って均一化する。その結果、本発明は、加熱ローラの回転中心方向に沿った表面温度が均一化する。
【００１８】
請求項２の発明は、ローラ本体の内周面の熱源に対向する箇所にエネルギー放射率が比較的に低い第２エネルギー吸収体を配置し、この第２エネルギー吸収体を配置しないローラ本体の内周面には第２エネルギー吸収体よりもエネルギー放射率が比較的に高い第１エネルギー吸収体を配置するようになっているため、ヒータからの輻射エネルギーがローラ本体全体に均一に供給される。その結果、本発明は、加熱ローラの回転中心方向に沿った表面温度が均一化する。
【００１９】
請求項３の発明は、ローラ本体の内周面に配置するエネルギー吸収体が、ヒータからの輻射エネルギーの疎から密，密から疎への滑らかな変化に対応して、エネルギー放射率を高から低，低から高に滑らかに変化するように形成されているため、ヒータからの輻射エネルギーがより一層均一にローラ本体に供給されることになる。
【００２０】
請求項４の発明は、ローラ本体の内周面に向けて放射されるヒータの輻射エネルギーがローラ本体の回転中心に沿って疎密を生じていても、輻射エネルギーの疎の部分に比較的に肉厚の薄い第１肉厚部を配置し、輻射エネルギーの密の部分に比較的に肉厚の厚い第２肉厚部を配置するようになっているため、ローラ本体に供給されるエネルギーバランスがローラ本体の回転中心方向に沿って均一化する。その結果、本発明は、加熱ローラの回転中心方向に沿った表面温度が均一化する。
【００２１】
請求項５の発明は、ローラ本体の内周面の熱源に対向する箇所に肉厚が比較的に厚い第２肉厚部を形成し、この第２肉厚部以外の部分に肉厚が比較的薄い第１肉厚部を形成するようになっているため、ヒータからの輻射エネルギーがローラ本体全体に均一に供給される。その結果、本発明は、加熱ローラの回転中心方向に沿った表面温度が均一化する。
【００２２】
請求項６の発明は、ローラ本体の肉厚が、ヒータからの輻射エネルギーの疎から密，密から疎への滑らかな変化に対応して、薄肉部分から厚肉部分，厚肉部分から薄肉部分に滑らかに変化するように形成されているため、ヒータからの輻射エネルギーがより一層均一にローラ本体に供給されることになる。
【００２３】
請求項７の発明は、記録材に転写されたトナー像が定着オフセット等の定着不良を生じることがなく、優れた印刷作業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づき詳述する。
【００２５】
［第１実施形態］
図１乃至図は、本発明の第１実施形態に係る定着装置１及びこれを備えた画像形成装置２を示すものである。
【００２６】
（画像形成装置の概略構成）
図１に示すように、本発明に係る定着装置１を使用した画像形成装置２は、給紙部３から送り出されたシート状の記録材Ｐに、感光体４の表面に形成されたトナー像を転写デバイス５によって転写する。そして、そのトナー像が転写された記録材Ｐは、本発明に係る定着装置１内に送り込まれ、その定着装置１の加熱ローラ６と加圧ローラ（加圧部材）７のニップ部Ｎで加熱・加圧されて、トナーが溶融固着することによりトナー像が記録材Ｐに定着する。その後、定着装置１から送り出された記録材Ｐは、排紙ローラ対８によって排紙トレイ１０上に排出される。なお、感光体４は、記録材Ｐを搬送路１１に沿って定着装置１側に送り出すように回転しており、転写後に表面が除電デバイス１２で除電され、表面に残留するトナーがクリーニングデバイス１３によって除去された後、表面が帯電デバイス１４によって一様に帯電させられ、その後に露光デバイス１５によって表面に静電潜像が形成され、現像デバイス１６によって表面にトナーが供給され、静電潜像がトナー像として顕在化され、そのトナー像が転写デバイス５によって記録材Ｐに転写されるようになっている。なお、加圧ローラ７を加圧部材として例示したが、これに限られるものでなく、複数のローラに巻き掛けられたベルトを加圧部材とし、その加圧部材としてのベルトと加熱ローラ６とで定着用のニップ部を形成してもよい。また、エンドレスベルトの内側が押圧部材によって加熱ローラ側に押圧され、回転する加熱ローラにエンドレスベルトが接触した状態で回動するように構成され、エンドレスベルトと加熱ローラの接触部が定着用のニップ部とされた構造のものでもよい。
【００２７】
（定着装置の構成）
本実施形態の定着装置１は、図１に模式的に示すように、加熱ローラ６と、この加熱ローラ６に所定のばね力で押し付けられる加圧ローラ７とを備えており、加熱ローラ６が図示しない駆動モータにより回転駆動され、加圧ローラ７が加熱ローラ６に従動して回転するようになっている。また、この定着装置１は、加熱ローラ６の外表面に対向するように温度センサ１７を配置し、その温度センサ１７によって加熱ローラ６の外表面の温度を検知するようになっている。
【００２８】
加熱ローラ６は、図２に詳細を示すように、円筒状のローラ本体１８と、このローラ本体１８の回転中心部に配置されたヒータ２０と、を備えている。また、この加熱ローラ６は、ヒータ２０への通電のオン・オフ制御が温度センサ１７の検知結果に基づいて行われるようになっており（図１参照）、その外表面の温度が１８０℃〜２００℃の定着温度に管理されるように工夫されている。しかし、温度センサ１７が設置される部分は加熱ローラ６の回転中心に沿った方向の一部であるため、加熱ローラ６の外面２１全体を定着に適した温度にするには温度センサ１７によるヒータ２０の通電制御のみでは不十分となる。そこで、本実施形態の加熱ローラ６は、以下の説明のように構成して、外面２１全体の温度を定着に適した温度範囲（１８０℃〜２００℃）内において均一化している。なお、加熱ローラ６は、その両端部が軸受け２２によって回転可能に支持されている。
【００２９】
加熱ローラ６を構成するローラ本体１８は、芯金材料として鉄（例えば、ＳＴＫＭ１２Ｃ）を円筒状に形成して使用し、その外面にＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ樹脂）がコーティングされている。なお、本実施形態において、ローラ本体１８は、例えば、その内径寸法を２０ｍｍとし、外径寸法を２０．６ｍｍとし、その軸方向長さ（回転中心ＣＬに沿った方向の長さ）を３００ｍｍとしている。
【００３０】
また、ローラ本体１８の回転中心ＣＬに配置されるヒータ２０は、ハロゲンヒータ（ハロゲンランプ）であり、熱源としてのフィラメント（発光部）２３，２４がローラ本体１８の回転中心に沿って所定の間隔で複数配置されている。なお、本実施形態において、例えば、ヒータ２０は電力１０００Ｗのハロゲンヒータが使用される。
【００３１】
ヒータ２０のフィラメント２３，２４は、回転中心ＣＬに沿った方向の長さが要求される設計条件に応じて異なるようになっており、同一長さのものと異なる長さのものとが適宜配置される。例えば、図２に示すヒータ２０のフィラメント２３，２４は、両端部のフィラメント２４が他部のフィラメント２３よりも長く形成されており、両端部以外のもの（フィラメント２３）が同一の長さに形成されている。また、図２に示すヒータ２０は、隣り合うフィラメント２３，２４とフィラメント２３，２３の回転中心ＣＬに沿った方向の中心間距離Ｗが等間隔となるように形成されている。なお、各フィラメント２３，２４の長さを同一長さとし、隣り合うフィラメント２３，２４の中心間距離Ｗを適宜変えるようにしてもよく、また、同一長さのフィラメント２３（２４）を等間隔で複数配置するようにしてもよい。
【００３２】
このようなヒータ２０の一つのフィラメント２３，２４は、その長さを２ｂとし、輝度をＢとし、一様な線状光源であると仮定した場合、フィラメント２３，２４（回転中心ＣＬ）から距離ａにある平行面の回転中心ＣＬに沿った方向の配光分布Ｅ（ｘ）は、次式のように表される。
【００３３】
【数１】
そして、ヒータ２０としての配光分布Ｅ（ｘ）は、上述のような個々のフィラメント２３，２４の配光分布の合成からなっている。図３は、このような個々のフィラメント２３，２４の配光分布Ｅ（ｘ）１〜６と、これらのフィラメント２３，２４の配光分布Ｅ（ｘ）１〜６を合成してなるヒータ２０としての配光分布Ｅ（ｘ）を示している。この図３に示すように、各フィラメント２３，２４による輝点ムラ（リップル）が生じる。なお、図３（ａ）は、図３（ｂ）に示すヒータ２０の回転中心ＣＬに沿った方向に対応させて示す配光分布の図である。また、図３（ａ）の横軸は、ヒータ２０の回転中心ＣＬに沿った方向の中央を０とし、ヒータ２０の両端部を＋１５０，−１５０で示している。また、図３（ａ）の縦軸は、輻射エネルギー（Ｗ／ｍ２）を表している。
【００３４】
リップルは、ヒータ２０中心（回転中心ＣＬ）からの距離が近いほど大きくなる。図４は、このようなヒータ２０中心（回転中心ＣＬ）からの距離の違いによるリップルを比較して示すものである。この図４に示すように、ヒータ２０中心からの距離が１０ｍｍの配光分布Ｅ（ｘ）１０におけるリップルは、ヒータ２０中心からの距離が１５ｍｍの配光分布Ｅ（ｘ）１５におけるリップルに比較してはるかに大きくなっている。
【００３５】
したがって、定着装置１の消費エネルギーを低減し（省エネルギー化を図り）、定着装置１が通電後に定着可能温度に上昇するまでの時間（ウォームアップ時間）を短縮するために、本実施形態のように加熱ローラ６（ローラ本体１８）の内径寸法を小径化すると（例えば、２０ｍｍとすると）、リップルを小さくし、加熱ローラ６の外面２１の回転中心ＣＬに沿った方向（軸方向）における温度分布の均一化を図る必要がある。
【００３６】
そこで、本実施形態の加熱ローラ６は、ローラ本体１８の内面に照射されるヒータ２０からの輻射エネルギーに応じてエネルギー放射率の異なる塗料（第１、第２エネルギー吸収体）２５，２６を塗布するようになっている（図２参照）。なお、本実施形態において使用する塗料は、例えば、シリコーン系耐熱塗料（商品名：オキツモ）が使用される。そして、本実施形態の塗料は、含有するカーボン量を変えることにより、エネルギー放射率を調整できるようになっている塗料が使用される。
【００３７】
図５は、ヒータ２０が通電されて、フィラメント２３，２４が発光した場合のローラ本体１８の内面２７に照射される輻射エネルギー、ローラ本体１８の内面２７に塗布される塗料２５，２６の塗布領域、及び塗料２５，２６のエネルギー放射率の関係を示す図である（図２参照）。
【００３８】
この図５に示すローラ本体１８の内面２７における輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）は、図４に示すヒータ２０の配光分布Ｅ（ｘ）１０にほぼ対応するようになっている。この図５において、輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）は、両端の輻射エネルギー分布部分（第１分布曲線部分という）Ｅａ１，６を除く輻射エネルギー分布部分（第２分布曲線部分という）Ｅａ２〜５において、第２分布曲線部分Ｅａ２〜５の頂部の輻射エネルギー密度を９５％とすると、第２分布曲線部分Ｅａ２〜５の谷部の輻射エネルギー密度が８０％となり、この第２分布曲線部分Ｅａ２〜５の頂部と谷部の中間における平均の輻射エネルギー密度が８７．５％となる。そして、輻射エネルギー密度が８７．５％〜９５％の範囲を密部とし、輻射エネルギー密度が８０％〜８７．５％の範囲を疎部とした場合、エネルギー放射率が０．９５の塗料（第１エネルギー吸収体）２５を疎部に対応するようにローラ本体１８の内面２７に塗布し、エネルギー放射率が０．８０の塗料（第２エネルギー吸収体）２６を密部に対応するようにローラ本体１８の内面２７に塗布するようになっている（図２参照）。なお、第１分布曲線部分Ｅａ１，６は、輻射エネルギー密度が８７．５％である平均値よりも高密度の部分を密部とし、輻射エネルギー密度が８７．５％である平均値よりも低密度の部分を疎部とする。そして、第１エネルギー吸収体２５を第１分布曲線部分Ｅａ１，６の疎部に対応するようにローラ本体１８の内面２７に塗布し、第２エネルギー吸収体２６を第２分布曲線部分Ｅａ２〜５の密部に対応するようにローラ本体１８の内面２７に塗布するようになっている（図５，図２参照）。なお、図５において、ローラ内面のエネルギー分布は、ヒータ２０が１００％点灯したときの輻射エネルギー分布波形の最大値（ヒータ２０の消費電力から理論計算で求めた値）を１００％としている。そして、図５において示すローラ内面のエネルギー分布曲線は、ローラ内面のエネルギー分布の実測値と理論計算値である１００％輻射エネルギー値との比率で示している。また、図５において、放射率（ε）は、ある物体の放射能（Ｅ）の同温度の黒体放射能（ＥＢ）に対する比（ε＝Ｅ／ＥＢ）で表される。そして、放射率１．０とは、完全黒体（投射された輻射エネルギーが全部吸収する物体）の状態を表している。
【００３９】
このように加熱ローラ６を構成することにより、ヒータ２０から放射される輻射エネルギーが加熱ローラ６の回転中心方向に沿って均一に供給されることになるため、図６に示すように、加熱ローラ６の表面温度を定着可能な温度領域（１８０℃〜２００℃）にほぼ均一化させた状態で維持できる。これに対し、ローラ本体１８の内面２７に第１エネルギー吸収体２５のみを塗布した場合には、図７に示すように、加熱ローラ６の表面温度を定着可能な温度領域（１８０℃〜２００℃）に維持することができず、定着オフセットを生じる虞がある。
【００４０】
以上のように、本実施形態の定着装置１によれば、加熱ローラ６の表面温度を、回転中心に沿って、定着可能な温度領域（１８０℃〜２００℃の定着可能温度領域のうちの１８０℃〜１９０℃の狭い温度領域）内にほぼ一定に維持することができ、優れた定着作用を発揮する。
【００４１】
なお、本実施形態は、上述のように、第１エネルギー吸収体２５と第２エネルギー吸収体２６をローラ本体１８の内面２７に回転中心ＣＬに沿って交互に塗布するようになっているが、これに限られず、図８に示すように、輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）の頂部に対応する部分のエネルギー放射率が０．８０となり、輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）の谷部に対応する部分のエネルギー放射率が０．９５となるように、しかもエネルギー放射率が滑らかな曲線状となるように塗料を塗布するようにしてもよい。このように構成すれば、ヒータ２０からの輻射エネルギーがより一層均一にローラ本体１８に供給されることになる。ここで、エネルギー放射率は、ローラ本体１８の内面２７に塗布する塗料の塗膜厚さが厚いと高く、塗膜厚さが薄いと低くなる。そこで、ローラ軸方向に塗膜厚さを滑らかに変化させることにより、図８に示すように、エネルギー放射率をローラ軸方向に滑らかに変化させることができる。
【００４２】
［第２実施形態］
図９は、本発明の第２実施形態に係る加熱ローラ６を示すものである。すなわち、本実施形態の加熱ローラ６は、ローラ本体１８の内面２７に照射されるヒータ２０からの輻射エネルギーに応じてローラ本体１８の肉厚を変えるようになっている。
【００４３】
図１０は、ヒータ２０が通電されて、フィラメント２３，２４が発光した場合のローラ本体１８の内面２７に照射される輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）とローラ本体１８の肉厚との関係を示す図である。
【００４４】
この図１０に示すローラ本体１８の内面２７における輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）は、図５に示す輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）と同様である。また、図１０に示す輻射エネルギー密度の密部及び疎部も、図５に示す輻射エネルギー密度の密部及び疎部に対応している。
【００４５】
本実施形態の加熱ローラ６は、図９及び図１０に示すように、疎部に対応させてローラ本体１８の肉厚が薄い第１肉厚部（肉厚が０．３ｍｍの部分であって、ローラ本体内径が２０．０ｍｍの部分）３０を形成し、密部に対応させてローラ本体１８の肉厚が第１肉厚部３０よりも厚い第２肉厚部（肉厚が０．３５ｍｍであって、ローラ本体内径が１９．９ｍｍの部分）３１を形成し、輻射エネルギー密度の密部に対応する部分の熱容量を大きくし、輻射エネルギー密度の疎部に対応する部分の熱容量を他部よりも小さくしている。これによって、ヒータ２０からの輻射エネルギーがローラ本体１８の回転中心方向に沿って均一に供給されることになる。
【００４６】
ローラ本体１８の第１肉厚部３０と第２肉厚部３１を形成する方法としては、ローラ本体１８の内面２７を切削加工して凹凸部を形成する他、図１４に示すように、ローラ本体１８の内面２７にリング状体３２を嵌合固着するようにしてもよい。この図１４に示すリング状体３２は、ローラ本体１４と同一材料か又はばね性を有する金属材料で形成されており、第２肉厚部３１に対応する部分がリング状部分３３であり、これらリング状部分３３が梁材３４によって接続されるようになっている。なお、リング状部分３３は、一部にスリット３５が形成されており、ローラ本体１８に内嵌されると、スリット３５を狭めるように縮径変形し、ローラ本体１８の内面２７に弾性力で密着固定されることになる。
【００４７】
本実施形態によれば、図１１に示すように、加熱ローラ６の表面温度を定着可能な温度領域（１８０℃〜２００℃の定着可能温度領域のうちの１８０℃〜１９０℃の狭い温度領域）にほぼ均一化させた状態で維持できるようになっている。これに対し、ローラ本体１８の肉厚を０．３ｍｍで一定にした場合には、図１２に示すように、加熱ローラ６の表面温度を定着可能な温度領域（１８０℃〜２００℃）に維持することができず、定着オフセットを生じる虞がある。
【００４８】
以上のように、本実施形態の定着装置１によれば、加熱ローラ６の表面温度を定着可能な温度領域（１８０℃〜２００℃の定着可能温度領域のうちの１８０℃〜１９０℃の狭い温度領域）内においてほぼ一定に維持することができ、優れた定着作用を発揮する。
【００４９】
なお、本実施形態は、上述のように、第１肉厚部３０と第２肉厚部３１を回転中心ＣＬに沿って交互に形成するようになっているが、これに限られず、図１３に示すように、輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）の頂部に対応する部分の肉厚を０．３５ｍｍとし、輻射エネルギー分布Ｅａ（ｘ）の谷部に対応する部分の肉厚を０．３ｍｍとなるようにし、しかも肉厚の変化が滑らかな曲線状となるように肉厚を変えるようにしてもよい。このように構成すれば、ヒータ２０からの輻射エネルギーがより一層均一にローラ本体１８に供給されることになる。
【００５０】
なお、上述の各実施形態において示した数値は、発明の理解を容易にするための例示であり、これに限られず、設計条件に応じた最適な数値が採用される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る定着装置は、静電複写方式の複写機，プリンタ，ファクシミリ装置及びこれらの複合機に利用することにより、高品質の印刷が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る定着装置を使用する画像形成装置の概略構成図である。
【図２】加熱ローラの回転中心に沿って切断して示す断面図である。
【図３】加熱ローラに使用されるヒータ及びこのヒータによる配光分布を示す図であり、図３（ａ）は図３（ｂ）に示すヒータに対応させて示す配光分布の図である。
【図４】ヒータから加熱ローラ内面までの距離と配光分布との関係を示す図である。
【図５】加熱ローラ内面における輻射エネルギー分布と加熱ローラの内面に塗布される塗料との関係を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る定着装置を構成する加熱ローラの表面温度を示す図である。
【図７】加熱ローラ内面に同一種類の塗料のみを塗布した場合における加熱ローラ外表面の温度分布を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態の変形例を示す図であり、加熱ローラの内面の輻射エネルギー分布と加熱ローラ内面に塗布される塗料の放射率との関係を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る加熱ローラの回転中心に沿って切断して示す断面図である。
【図１０】加熱ローラ内面における輻射エネルギー分布と加熱ローラの肉厚との関係を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る定着装置を構成する加熱ローラの表面温度を示す図である。
【図１２】加熱ローラを同一の肉厚で形成した場合における加熱ローラ外表面の温度分布を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の変形例を示す図であり、加熱ローラの内面の輻射エネルギー分布と加熱ローラの肉厚との関係を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る定着装置を構成する加熱ローラの形成例を示す分解斜視図である。
【図１５】従来の加熱ローラを回転中心に沿って切断して示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１……定着装置、２……画像形成装置、４……感光体、５……転写デバイス、６……加熱ローラ、７……加圧ローラ（加圧部材）、１８……ローラ本体、２０……ヒータ、２５……塗料（第１エネルギー吸収体）、２６……塗料（第２エネルギー吸収体）、３０……第１肉厚部、３１……第２肉厚部、Ｎ……ニップ部、Ｐ……記録材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置において、
前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備え、
前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっており、
前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが疎の部分に対応して第１エネルギー吸収体を配置し、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが密の部分に対応して前記第１エネルギー吸収体よりもエネルギー放射率が低い第２エネルギー吸収体を配置した、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記ヒータは、前記ローラ本体の回転中心に沿って複数の熱源が間隔をあけて配置され、
前記熱源に対向する前記ローラ本体の内面には前記第２エネルギー吸収体が配置され、前記第２エネルギー吸収体が配置されない前記ローラ本体の内面には前記第１エネルギー吸収体が配置された、
ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置において、
前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備え、
前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっており、
前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーの疎から密，密から疎への滑らかな変化に対応するように、エネルギー放射率が高から低，低から高に滑らかに変化するエネルギー吸収体を配置した、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置において、
前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備え、
前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっており、
前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが疎の部分に対応して他部よりも肉厚が薄い第１肉厚部を形成し、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが密の部分に対応して前記第１肉厚部よりも肉厚が厚い第２肉厚部を形成した、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
前記ヒータは、前記ローラ本体の回転中心に沿って複数の熱源が間隔をあけて配置され、
前記熱源に対向する前記ローラ本体の内面には前記第２肉厚部が形成され、前記第２肉厚部が形成されない前記ローラ本体の内面には前記第１肉厚部が形成された、
ことを特徴とする請求項４記載の定着装置。
【請求項６】
トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置において、
前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備え、
前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっており、
前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーの疎から密，密から疎への滑らかな変化に対応するように、薄肉部分から厚肉部分，厚肉部分から薄肉部分へ滑らかに肉厚が変化する、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項７】
感光体に形成されたトナー像を転写デバイスでシート状の記録材に転写し、この記録材に転写されたトナー像を前記請求項１乃至６のいずれかに記載の定着装置によって前記記録材に定着したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置において、
前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備え、
前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっており、
前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが疎の部分に対応して第１エネルギー吸収体を配置し、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが密の部分に対応して前記第１エネルギー吸収体よりもエネルギー放射率が低い第２エネルギー吸収体を配置した、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記ヒータは、前記ローラ本体の回転中心に沿って複数の熱源が間隔をあけて配置され、
前記熱源に対向する前記ローラ本体の内面には前記第２エネルギー吸収体が配置され、前記第２エネルギー吸収体が配置されない前記ローラ本体の内面には前記第１エネルギー吸収体が配置された、
ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置において、
前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備え、
前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっており、
前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーの疎から密，密から疎への滑らかな変化に対応するように、エネルギー放射率が高から低，低から高に滑らかに変化するエネルギー吸収体を配置した、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置において、
前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備え、
前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっており、
前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが疎の部分に対応して他部よりも肉厚が薄い第１肉厚部を形成し、前記ヒータから放射される輻射エネルギーが密の部分に対応して前記第１肉厚部よりも肉厚が厚い第２肉厚部を形成した、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
前記ヒータは、前記ローラ本体の回転中心に沿って複数の熱源が間隔をあけて配置され、
前記熱源に対向する前記ローラ本体の内面には前記第２肉厚部が形成され、前記第２肉厚部が形成されない前記ローラ本体の内面には前記第１肉厚部が形成された、
ことを特徴とする請求項４記載の定着装置。
【請求項６】
トナー像が転写されたシート状の記録材を、回転する加熱ローラと加圧部材のニップ部で加熱・加圧し、前記記録材にトナー像を定着させる定着装置において、
前記加熱ローラは、前記加圧部材に回転接触する円筒状のローラ本体と、このローラ本体の回転中心に沿って配置されたヒータとを備え、
前記ヒータは、前記ローラ本体の内面に向けて放射する輻射エネルギーが前記ローラ本体の回転中心に沿って疎密分布を生じるようになっており、
前記ローラ本体の前記ヒータに対向する内面側は、前記ヒータから放射される輻射エネルギーの疎から密，密から疎への滑らかな変化に対応するように、薄肉部分から厚肉部分，厚肉部分から薄肉部分へ滑らかに肉厚が変化する、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項７】
感光体に形成されたトナー像を転写デバイスでシート状の記録材に転写し、この記録材に転写されたトナー像を前記請求項１乃至６のいずれかに記載の定着装置によって前記記録材に定着したことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−３３７５２１（Ｐ２００６−３３７５２１Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５９６０１（Ｐ２００５−１５９６０１）
【出願日】平成１７年５月３１日（２００５．５．３１）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月３１日（２００５．５．３１）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
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