定着装置
【課題】省スペース化に配慮しながらも、基材と面状発熱体との断熱性を高め、ヒートローラのウォームアップタイムの短縮化を図ることができる定着装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ヒートローラ１２を備えた定着装置１１であって、上記ヒートローラは、円筒形状でなる基材２１と、該基材の外表面に断熱層２６を介して貼り付けられて一体とされた面状発熱体２２とを備え、上記断熱層は、耐熱性材でなり且つその厚み内に空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層２６ａを含み、該線状微細空間は、上記基材の長手方向に沿い、且つその両端部間に亘り形成されていることを特徴とする。
【解決手段】ヒートローラ１２を備えた定着装置１１であって、上記ヒートローラは、円筒形状でなる基材２１と、該基材の外表面に断熱層２６を介して貼り付けられて一体とされた面状発熱体２２とを備え、上記断熱層は、耐熱性材でなり且つその厚み内に空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層２６ａを含み、該線状微細空間は、上記基材の長手方向に沿い、且つその両端部間に亘り形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートローラを備えた定着装置に関し、詳しくはトナー画像を記録媒体上に定着させる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、記録紙等の記録媒体に文字や図形等の画像情報を記録するための定着装置を用いた画像形成装置として、電子写真方式の複写機、ファクシミリ装置、プリンタ或いはこれらの機能を備えた所謂複合機等が知られている。このような画像形成装置には、感光体ドラムの周囲に、コロナ帯電方式の帯電器、ＬＥＤ等からなる露光器、現像器、転写ローラ（転写器）及び転写残トナーのクリーニング装置をこの順序で配したプロセス部と、その下流側の定着装置とより構成されるものがある。画像情報に基づく光学画像が露光器によって感光体ドラムの表面に照射され、感光体ドラムの表面に静電潜像が形成されると、この静電潜像は、バイアス印加された現像器で逐次現像されてトナー画像として感光体ドラムと転写ローラとの対合部に至る。転写ローラは、回転駆動されながら感光体ドラムと共に記録紙をニップ搬送し、この間に感光体ドラムの表面のトナー画像が記録紙に転写されるようになっている。そしてその後、定着装置に搬送されてきた記録紙は、ヒートローラとプレスローラとの対合部に至り、ニップ搬送される際に記録紙が加熱・加圧されることにより、トナー画像が記録紙上に定着されるようになっている。
【０００３】
上述のような定着装置における従来のヒートローラは、その基材としてアルミニウムやステンレス等の金属からなる円筒状のものが用いられ、中空の基材内に熱源となるハロゲンランプを挿入してヒートローラを加熱するようになっている。しかしながら、中空の基材内の空気層を介してヒートローラを内部から加熱する構造は、熱効率が悪いため、ヒートローラの表面がトナー画像の定着に必要な温度（概ね１８０℃）に達するまでの立ち上がり時間（ウォームアップタイム）が長い点が問題となっていた。
【０００４】
そこで下記特許文献１（図３参照）及び下記特許文献２には、ヒートローラの基材の外周面に断熱層、発熱層、離型層等を備え、発熱層として面状発熱体が用いられたものが開示されており、これらによれば、ヒートローラの表面を直接加熱することにより、上記ウォームアップタイムを短縮することができるとされている。
【特許文献１】特開２００１−３４３８５０号公報
【特許文献２】特開２００４−４６０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような面状発熱体は１８０℃以上の高温となるため、基材自体に耐熱性が求められるとともに、面状発熱体が発する熱が、基材に奪われることなく、ヒートローラの外表面より放熱されるよう、基材と面状発熱体との間に断熱層を介在させたものがよくみられる。
上記特許文献１及び２の定着装置もそのような構造となっており、上記特許文献１には、耐熱性フィルムを多層に重ね、各耐熱性フィルムに穴が形成されたものや多孔質の耐熱性樹脂フィルムを用いた断熱層が、上記特許文献２には、樹脂製の中空構造体や樹脂を発泡させた発泡部材を用いた断熱層が夫々開示されている。
【０００６】
これら特許文献１及び２は、断熱層に空気層を設けることにより断熱性を高めているが、長時間の使用によってはヒートローラの基材の温度が上昇することがある。この場合、ヒートローラの基材は、円筒状で構成されるため、温度上昇と共に拡径方向に膨張し易く、基材がこのように熱膨張すると、その表面に貼り付けられて一体とされた面状発熱体に、周方向に沿った面域方向の引張力が作用し、断線等が生じる懸念がある。
しかしながら、上記特許文献１や上記特許文献２に記載の断熱層は、空気層を設けて断熱性を高めるものであり、この空気層が基材の、特に拡径方向（周方向）の膨張を吸収する機能を奏することを意図したものではない。従って、面状発熱体の断線等の懸念はなお払拭されるものとは云えなかった。
一方で、基材と面状発熱体との間に設けられる断熱層を、断熱性を高めるために厚手のものとしたり、或いはクッション性を持たせるために弾性層を設けたものとすると、ヒートローラの外径が大となり、省スペース化の要請に応えられないものとなってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、省スペース化に配慮しながらも、基材と面状発熱体との断熱性を高め、ヒートローラのウォームアップタイムの短縮化を図ることができる定着装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の定着装置における上記ヒートローラは、円筒形状でなる基材と、該基材の外表面に断熱層を介して貼り付けられて一体とされた面状発熱体とを備え、上記断熱層は、耐熱性材でなり且つその厚み内に空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層を含み、該線状微細空間は、上記基材の長手方向に沿い、且つその両端部間に亘り形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明において、断熱層は、外径が１．０ｍｍ以下の耐熱性樹脂からなる多数の円筒状チューブを面域方向に並列させて一体としたシート体で形成され、前記線状微細空間は前記円筒状チューブの中空部からなるものとすることができる。また断熱層は、波形耐熱性樹脂シートと平板状耐熱性樹脂シートとを積層して一体とした厚さが１．０ｍｍ以下のシート体で形成され、前記線状微細空間は前記両シートによる積層空間からなるものとすることもできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の定着装置におけるヒートローラによれば、基材の外表面に断熱層を介して貼り付けられて一体とされた面状発熱体とを備え、断熱層は、耐熱性材でなり且つその厚み内に空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層を含んでいるので、該空気層を構成する多数の線状微細空間によって断熱効果が高まり、基材に面状発熱体が発する熱を奪われることなく、効果的にヒートローラの表面を加熱することができる。よって、ヒートローラの表面の温度を急速に上昇させることができ、ウォームアップタイムを顕著に短縮することができる。また、面状発熱体から基材への熱の伝導が、基材の長手方向に沿い且つその両端部間に亘り形成されている線状微細空間からなる空気層によって効果的に遮断され、基材の熱膨張を防止することができる。更に長時間の使用により、基材の温度が上昇し、基材が拡径方向（周方向）に多少膨張したとしても、空気層の線状微細空間が基材の長手方向に沿い、且つその両端部間に亘り形成されているので、これがクッションの役目を担って、基材の拡径方向（周方向）の膨張を吸収することができる。
これにより、基材の外表面に貼り付けられて一体とされた面状発熱体に対して面域方向の引張力が負荷されず、面状発熱体が導体パターンで形成されているものであっても、該導体パターンの断線を防止することができ、故障がなく、ヒートローラを安定して加熱可能な信頼性の高い定着装置を構成することができる。
【００１１】
また本発明の定着装置におけるヒートローラによれば、断熱層は、外径が１．０ｍｍ以下の耐熱性樹脂からなる多数の円筒状チューブを面域方向に並列させて一体としたシート体で形成されたもの、或いは波形耐熱性樹脂シートと平板状耐熱性樹脂シートとを積層して一体とした厚さが１．０ｍｍ以下のシート体で形成されたものとすることができるので、高い断熱性を発揮するものでありながら、ヒートローラの外径が大となることなく、省スペース化の要請に応えることができる。
更に線状微細空間は、円筒状チューブの中空部や波形耐熱性樹脂シートと平板状耐熱性樹脂シートとによる積層空間からなるので、該線状微細空間の存在が基材の熱膨張による変形等を吸収可能なものとし、上述のように面状発熱体の断線等を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の最良の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明の定着装置を備えた画像形成装置の一実施形態を示す概略的縦断面図、図２は同定着装置の要部の拡大図、図３は同定着装置におけるヒートローラの一部破断斜視図とＹ部の拡大図、図４は同ヒートローラの他の実施形態であって、図３のＹ部に相当する図である。
【００１３】
図１の画像形成装置Ｘは、電子写真方式の記録部を備えたプリンタを例に採って示しているが、これに限らず、画像読取装置を備えた複写機、ファクシミリ装置或いはこれらの機能を兼ね備えた所謂複合機等であっても良く、また、白黒の電子写真方式の記録部に限られず、各種カラー記録方式の記録部などを備えた各種装置にも本実施形態に係る定着装置の適用が可能である。
図において、画像形成装置Ｘの装置本体１は、記録紙（記録媒体）の給紙部２と、電子写真方式の画像記録部３と、印字後の記録紙の排出部４とが、この順序で高さ方向に層積されて構成されている。
【００１４】
記録紙の給紙部２は、多数枚の記録紙を堆積収納し得る抜差し可能な給紙カセット２ａと、該給紙カセット２ａの給紙方向前端部に設置された分離給紙ローラ２ｂと、該分離給紙ローラ２ｂの周面に弾接する分離パッド２ｃとよりなる。
尚、給紙カセット２ａの下に、更に同様のカセットを段積みして多段カセットとし、或いは、オプションカセット（不図示）を設置し得るよう構成することも可能である。また、上記分離パッド２ｃに代えリタードローラとすることも可能である。
【００１５】
画像記録部３は、感光体ドラム５の周囲に、コロナ帯電方式の帯電器（コロナ放電器）６、ＬＥＤ等からなる露光器７、現像器８、転写ローラ（転写器）９及び転写残トナーのクリーニング装置１０をこの順序で配したプロセス部と、その下流側の後記する定着装置１１とより構成される。これらプロセス部は、露光器７及び転写ローラ９を除き、感光体ドラム５、帯電器６及びクリーニング装置１０を一括したドラムユニット５０と、現像器ハウジング８１、攪拌搬送スクリュー８２、８３、供給パドル８４及び現像ローラ８５等を一括した現像器ユニット８０とよりなるプロセスユニットとされる。
【００１６】
図例の現像器ユニット８０は、２成分現像剤を用いる方式の現像器であって、樹脂成型された現像剤容器を兼ねる現像器ハウジング８１内にトナーとキャリアを収容し、２本の平行な攪拌・搬送スクリュー８２、８３で攪拌・搬送しながら、供給パドル８４によりバイアス印加された現像ローラ８５に現像剤を供給するよう構成されている。現像器ハウジング８１の外面には磁気センサー８６が付設され、現像器ハウジング８１内のトナー濃度（トナーとキャリアの混合比）が検出される。この現像器ユニット８０から離間した位置には、トナータンク１４及びトナーホッパー１５が設置され、磁気センサ８６により現像器ハウジング８１内のトナー濃度が低下したことが検出されると、トナーホッパー１５よりスクリューコンベア（パイプスクリュー）１６を介してトナーが現像器ハウジング８１内に補給される。トナーホッパー１５へのトナーの供給は、トナータンク１４によりなされる。
尚、本実施形態では、前記のように２成分現像剤を用いる方式の現像器を例示しているが、これに限られず、１成分方式にも適用可能である。
【００１７】
ドラムユニット５０及び現像器ユニット８０は、装置本体１に対してその前面側より、個々に或いは両者を何等かの結合手段で結合した状態で着脱可能に装着される。また、露光器７及び転写ローラ９を除く全てのプロセス部を一括してプロセスユニットとすることも可能である。更に、後記する廃トナータンク１７とトナータンク１４とが一体とされて構成されたトナーカートリッジ１８も装置本体１に対して、その前面側より着脱可能に装着される。これらプロセスユニット５０、８０及びトナーカートリッジ１８は、消耗品として適宜新品に交換される。ここで、装置本体１の前面側とは、図１における紙面手前側を言い、給紙カセット２ａも装置本体１に対して前面側より抜差し可能とされている。
【００１８】
定着装置１１の下流側には、切替ゲート４ｂ、排出ローラ対４ｃ及び排出トレイ４ｄが連設され、これらによって排出部４が構成される。上記プロセス部の上流側近傍には、レジストローラ対４ａが配設され、上記給紙カセット２ａから、分離給紙ローラ２ｂ及び分離パッド２ｃの作用により１枚ずつ分離繰出された記録紙（用紙）は、該レジストローラ対４ａによりレジストされて、前記感光体ドラム５と転写ローラ９との対合部に導入される。感光体ドラム５は図１の矢示方向に回転しながら、帯電器６によりその表面が一様にマイナス帯電され、画像情報に基づく光学画像が露光器７によって感光体ドラム５の表面に照射され、感光体ドラム５の表面には静電潜像が形成される。この静電潜像は、感光体ドラム５の表面の光導電体の特性により、光の照射部分の電位が変化し、その他の部位の電位が維持されて形成されるものである。
【００１９】
そして、この静電潜像は、バイアス印加された現像器８で逐次現像されてトナー画像として感光体ドラム５と転写ローラ９との対合部に至る。この現像の際、光の照射により電位が変化した部位には、現像器８との電位差によりトナーが感光体ドラム５に吸引されて黒部分となり、その他の部分にはトナーは吸引されず白部分となって、全体として、画像情報に基づく白黒のトナー画像が形成される。上記レジストローラ対４ａは、感光体ドラム５の表面のトナー画像に同期して記録紙がこの対合部に導入されるようレジスト制御されて回転駆動される。
【００２０】
転写ローラ９はバイアス印加されており、感光体ドラム５と対合され且つ矢示方向（感光体ドラム５とウイズ方向）に回転駆動されながら記録紙をニップ搬送し、この間感光体ドラム５の表面のトナー像が記録紙に転写される。感光体ドラム５の表面に残ったトナー等（紙粉を含むことがある）は、クリーニング装置１０で除去・回収される。トナー像が転写された記録紙は、定着装置１１に導入され、永久画像として定着された後、切替ゲート４ｂを押し上げ、排出ローラ対４ｃを経て排出トレイ４ｄ上に排出される。この一連の記録紙の給送は、給紙カセット２ａからの繰出し直後に略垂直（鉛直）に立ち上がり、排出ローラ対４ｃでは給紙カセット２ａからの繰出し方向とは略１８０度の方向にＵターンするような主給送パスＰに沿ってなされる。このようなレイアウト構成により、装置全体のコンパクト化が図られる。
前記クリーニング装置１０で除去回収された廃トナーは、スクリューコンベア１９を介して、トナーカートリッジ１８を構成する廃トナータンク１７に収容される。
【００２１】
図例の画像形成装置Ｘは、両面記録機能を更に備えており、上記主給送パスＰの切替ゲート４ｂの取付け位置から、前記レジストローラ対４ａの上流側で上記主給送パスＰに循環合流する反転給送パスＰ１に沿って、記録紙が搬送されてなされる。
尚、図において、符号１ａは、記録紙の手差機能を構成する手差給紙トレイであり、符号１ｂは、前記主給送パスＰ及び反転給送パスＰ１などで紙ジャムが発生した場合などに開閉されるジャムアクセスカバーである。
【００２２】
本実施形態に係る定着装置について図２に基づいて詳説する。
定着装置１１は、ドラムユニット５０（図１参照）の下流側に配設され、樹脂成型された定着装置ハウジング１１ａ内に、互いに圧接されたヒートローラ１２とプレスローラ１３とを備えている。
定着装置ハウジング１１ａの記録紙搬送方向上流側（紙面下方、以下、上流側とする場合がある）には、主給送パスＰに沿って搬送される記録紙を受入れる上流側開口１１ｂが開設され、記録紙搬送方向下流側（紙面上方、以下、下流側とする場合がある）には、トナー画像が定着された記録紙を排出部４に向けて排出する下流側開口１１ｃが開設されている。
装置本体１に装着された状態で定着装置１１は、図１に示すように、ヒートローラ１２とプレスローラ１３とのニップ部ｎが主給送パスＰに沿うように配置される。
【００２３】
また、定着装置ハウジング１１ａには、搬送される記録紙をヒートローラ１２から剥離するための剥離爪１１ｄと記録紙の搬送をガイドするガイドリブ１１ｅがローラ軸方向に沿って複数箇所に配設されている。
剥離爪１１ｄは、その基端部が軸支されて揺動自在に構成され、トーションバネなどにより常にヒートローラ１２の外表面に、その先端が当接するように付勢されている。
【００２４】
更に、定着装置ハウジング１１ａには、ヒートローラ１２の面状発熱体２２への給電を行うためのＡＣ電源（不図示）に接続されている電極板１１ｋ、ブラシ付勢手段１１ｊ、給電ブラシ１１ｉが設けられている。ブラシ付勢手段１１ｊは、圧縮コイルバネや板バネ等からなり、給電ブラシ１１ｉを所定の押圧力で、環状電極部材２４に向けて付勢している。
尚、電極板１１ｋ及びブラシ付勢手段１１ｊをりん青銅で形成し、給電ブラシ１１ｉを銅、黒鉛合金等で形成されたものとしてもよい。
【００２５】
環状電極部材２４は、リング状に形成された電極部材、即ち給電部であり、銅、黒鉛合金等からなり、電極板１１ｋ、ブラシ付勢手段１１ｊ、給電ブラシ１１ｉを介し、ＡＣ電源と電気的に接続されている。そして面状発熱体２２のヒータ層の導通部（不図示）に周着するように片側に１個ずつ、計２個の環状電極部材２４が配備される。尚、ここでは給電部として環状の電極部材を用いた例を示すが、これに限定されるものではなく、面状発熱体２２に給電を行えるものであればよい。
【００２６】
ヒートローラ１２の外表面には、サーモスタット等、表面温度を計測する温度センサ１１ｆが当接（摺接）或いは近接して配置されており、該温度センサ１１ｆにおいて計測された温度に基づいて、ヒートローラ１２の外表面が最適な温度に維持されるように後記する面状発熱体２２の発熱部の制御がなされる。
【００２７】
ヒートローラ１２は、両端に取り付けられたローラ軸部材２５を介して軸受（不図示）等で定着装置ハウジング１１ａ内に回転自在に支持されており、モータ等の駆動手段（不図示）により駆動されて、回転駆動がなされる。
ローラ軸部材２５は、基材２１の円心と同心とされた円柱状の軸部２５ａと、円板状フランジ部２５ｃとを備えており、これらが金属材若しくは樹脂材等により一体形成されている。ローラ軸部材２５は、基材２１の軸方向両端の開口部に嵌め合わされ、この際にフランジ部２５ｃと嵌め合わされるように基材２１の開口部には段部（不図示）が形成されている。図において、符号２５ｂは、ローラ軸部材２５に開設された空気抜き孔である。
このヒートローラ１２が図２の矢印方向へ回転駆動することにより、プレスローラ１３が従動回転し、ニップ部ｎに導入された記録紙がニップ搬送され、ニップ部ｎを記録紙が通過する間に、転写されたトナー画像が熱圧着により記録紙に定着される。そしてその後、排出部４側へとニップ搬送される。
【００２８】
プレスローラ１３は、鉄鋼材等の金属材料で形成されたプレスローラ軸１３ａと、該プレスローラ軸１３ａの外周面を覆う円筒状弾性部材１３ｂとからなる。円筒状弾性部材１３ｂは、シリコーン、ウレタン等のゴム体或いはスポンジ体からなり、プレスローラ軸１３ａに接着剤等を介して取り付けられている。
円筒状弾性部材１３ｂには、記録紙やトナーの剥離性を高めるための離型層として、例えば、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニル共重合体等のフッ素系樹脂チューブ１３ｃが外装されている。
尚、プレスローラ軸１３ａに適用される金属材料としては、ＳＵＭ２４ＬやＳ２０Ｃ等の鉄鋼材に、ニッケル鍍金を施したものとしてもよい。またフッ素系樹脂チューブ１３ｃの厚みは、３０μｍ〜５０μｍ程度のものが望ましい。
【００２９】
プレスローラ軸１３ａは、その両端が軸受体１１ｇにより回転自在に支持されている。該軸受体１１ｇは、定着装置ハウジング１１ａに対してスライド自在に設けられており、定着装置ハウジング１１ａに固定されたコイルバネ等からなるローラ付勢手段１１ｈにより付勢されている。
このローラ付勢手段１１ｈにより、プレスローラ１３は、ヒートローラ１２に向けて圧接され、ニップ部ｎが形成されている。
【００３０】
尚、ローラ付勢手段１１ｈは、定着装置ハウジング１１ａ内に固定された金属シャーシ（不図示）に固定支持されている。
また、ローラ付勢手段１１ｈとしては、コイルバネに限らず、プレスローラ１３をヒートローラ１２に対して付勢可能な付勢手段であればどのようなものでもよい。
さらに、図示していないが、定着装置１１では、ヒートローラ１２とプレスローラ１３とのニップを解除するニップ解除機構、ヒートローラ１２の表面に付着した紙粉やトナーを除去するクリーニングローラあるいはクリーニングブレードなどを備えている。
【００３１】
次に、本実施形態に係る定着装置が備えるヒートローラの一例について、図３に基づいて詳説する。尚、図３の一点鎖線拡大図は、Ｙ部の拡大図であり、図３は説明のため、ヒートローラ１２を一部破断し、環状給電部材２４、ローラ軸部材２５の図示は省略する。
ヒートローラ１２は、中空円筒からなる基材２１、基材２１の外周面に形成される断熱層２６、面状発熱体２２及び面状発熱体２２の外周面を覆う離型層２３とからなるローラ体２０と、上述の環状電極部材２４と、ローラ軸部材２５とから構成されている。
基材２１は、電気絶縁性を有する樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと略す）樹脂を中空円筒状に成型して構成されている。
ＰＰＳ樹脂は、耐熱性、強度、寸法安定性等に優れ、ヒートローラ１２の基材２１として好適であるが、その他、少なくとも外周面を電気絶縁性とした、耐熱性の他の樹脂材、金属材から構成されたものとしてもよい。
【００３２】
面状発熱体２２は、ヒータ層２２ａ、絶縁層２２ｂ、伝熱層２２ｃを半径方向外方にこの順に積層した３層構造とされている。
絶縁層２２ｂとしては、ポリイミドフィルムが挙げられ、伝熱層２２ｃとしては、銅箔が挙げられ、面状発熱体２２は、例えば、ポリイミドフィルムからなる絶縁層２２ｂの一方の面に、銅箔からなる伝熱層２２ｃを貼り付けられて、他方の面に、ステンレスやニッケルクロムからなる箔状の材料を、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂等の耐熱接着剤で加熱圧着させ、ウェットエッチング等の公知の方法により、複数の線を有するパターン形状に加工してヒータ層２２ａを形成することにより形成される。
前記のような構成により、面状発熱体２２は、可撓性を有したシート状のヒータとして、基材２１の外周面に後記する断熱層２６を介して、基材２１の外周面に巻き付けられる。
【００３３】
ヒートローラ１２の最外周となる離型層２３は、トナーや紙粉の付着を低減するためのもので、例えば厚みを３０μｍ程度とすることが望ましい。離型層２３の材料としては、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニル共重合体等のフッ素系樹脂が用いられる。
【００３４】
基材２１と面状発熱体２２との間には、断熱層２６が介在し、面状発熱体２２が発する熱が基材２１に奪われないよう構成されている。
断熱層２６は、テフロン（登録商標）系、フッ素系の耐熱性樹脂材や上述のＰＰＳ樹脂等の耐熱性樹脂材が用いられ、その厚み内に空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層２６ａを含んで形成されている。耐熱性樹脂材として弾性を備えた材料を用いれば、後記するシート体２６ｃのクッション性を一層向上させることができ、好適である。
【００３５】
この実施形態に示す断熱層２６は、断面が略円形の円筒状チューブ２６ｂを多数本、並列に連ね、相互に溶着等によって一体としたシート体２６ｃで形成されており、円筒状チューブ２６ｂの中空部が、線状微細空間からなる空気層２６ａとなって、その中空部に空気が滞留するよう構成されている。即ち、円筒状チューブ２６ｂが基材２１の長手方向に沿い、且つその両端部に亘って連続して並べられることにより、多数の線状微細空間からなる空気層２６ａを含んだ断熱層２６が構成される。ここに形成される線状微細空間は、円筒状チューブ２６ｂの中空部からなるので、単に平板状のシート体からなる断熱層と比べて、基材２１の熱膨張による変形等を吸収可能な弾性を備えたものとすることができる。
断熱層２６は、基材２１の外表面に巻き付けられ、接着剤により貼り付けられて一体とされる。このとき、接着剤として、エポキシ系等の耐熱性接着剤を用いれば、より一層断熱効果を高めることができる。
またシート体２６ｃで構成される断熱層２６のチューブ２６ｂの外径ｄは、ヒートローラ１２の外径が大とならないよう、省スペース化の要請に応えるため、１．０ｍｍ以下とする。
【００３６】
これによれば、断熱層２６に形成される空気層２６ａによって、面状発熱体２２が発する熱が遮断され、断熱効果が高まり、基材２１に面状発熱体２２が発する熱を奪われることなく、効果的にヒートローラ１２の表面を加熱することができる。よって、ヒートローラ１２の表面の温度を急速に上昇させることができ、ウォームアップタイムを顕著に短縮することができる。
また、面状発熱体２２から基材２１への熱の伝導が、線状微細空間からなる空気層２６ａによって効果的に遮断され、基材２１の熱膨張を防止することができる。更に長時間の使用により、基材２１の温度が上昇し、基材２１が拡径方向に多少膨張したとしても、空気層２６ａの線状微細空間が基材２１の長手方向に沿い、且つその両端部間に亘り形成されているので、これがクッションの役目を担って、基材２１の拡径方向（周方向）の膨張を吸収することができる。
これにより基材２１に貼り付けられて一体とされた面状発熱体２２に対して、その面域方向への引張力が負荷されないので、ヒータ層２２ａに形成される導体パターン、特に各線パターンを繋ぐ導通部（不図示）の断線を防止することができる。よって、故障がなく、ヒートローラ１２を安定して加熱可能な信頼性の高い定着装置１１を構成することができる。
【００３７】
尚、断熱層２６の構成はこれに限定されるものではなく、空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層２６ａを含んでいるものであればよい。例えば、図３に示す円筒状チューブ２６ｂを面域方向に複数並列させたシート体２６ｃの上下を平板状耐熱樹脂シートで挟んで構成したシート体としてもよい。これによれば、断熱層２６の外表面及び内表面がともに、平板状となるので、基材２１や面状発熱体２２との貼着性がよいものとすることができる。
【００３８】
次に、他の実施形態について図４に基づいて詳説する。上述の実施形態と共通する部分には共通の符号を付し、共通する部分の説明は割愛する。
この実施形態では、断熱層２６は、波形の耐熱性樹脂シート２６ｅと平板状の耐熱性樹脂シートとを積層して一体としたシート体２６ｃで形成されたものを示している。詳しくは、ここに示す断熱層２６は、所謂ダンボール構造からなり、２枚の平板状耐熱性樹脂シート２６ｄの間に挟まれた波形の耐熱性樹脂シート２６ｅによって形成される積層空間が、線状微細空間からなる空気層２６ａとなって、ここに空気が滞留し、断熱層２６として構成される。そして、２枚の平板状耐熱性樹脂シート２６ｄの間に挟まれた波形の耐熱性樹脂シート２６ｅの山部、谷部が基材２１の長手方向に沿い、その両端部に亘って形成されているので、単に平板状のシート体からなる断熱層と比べて、基材２１の熱膨張による変形等を吸収可能な弾性を備えたものとすることができる。
シート体２６ｃで構成される断熱層２６の厚さは、ヒートローラ１２の外径が大とならないよう、省スペース化の要請に応えるため、１．０ｍｍ以下とする。
【００３９】
これによれば、断熱層２６に形成される空気層２６ａによって、面状発熱体２２が発する熱が遮断され、断熱効果が高まり、基材２１に面状発熱体２２が発する熱を奪われることなく、効果的にヒートローラ１２の表面を加熱することができる。よって、ヒートローラ１２の表面の温度を急速に上昇させることができ、ウォームアップタイムを顕著に短縮することができる。
また、面状発熱体２２から基材２１への熱の伝導が、線状微細空間からなる空気層２６ａによって効果的に遮断され、基材２１の熱膨張を防止することができる。更に長時間の使用により、基材２１の温度が上昇し、基材２１が拡径方向に多少膨張したとしても、空気層２６ａの線状微細空間が基材の長手方向に沿い、且つその両端部間に亘り形成されているので、これがクッションの役目を担って、基材２１の拡径方向（周方向）の膨張を吸収することができる。
これにより基材２１に貼り付けられて一体とされた面状発熱体２２に対して、その面域方向への引張力が負荷されないので、ヒータ層２２ａに形成される導体パターン、特に各線パターンを繋ぐ導通部（不図示）の断線を防止することができる。よって、故障がなく、ヒートローラ１２を安定して加熱可能な信頼性の高い定着装置１１を構成することができる。
尚、断熱層２６の構成はこれに限定されるものではなく、空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層２６ａを含んでいるものであればよい点は上述と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の定着装置を備えた画像形成装置の一実施形態を示す概略的縦断面図である。
【図２】同定着装置の要部の拡大図である。
【図３】同定着装置におけるヒートローラの一部破断斜視図とＹ部の拡大図である。
【図４】同ヒートローラの他の実施形態であって、図３のＹ部に相当する図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ｘ 画像形成装置
１１ 定着装置
１２ ヒートローラ
２１ 基材
２２ 面状発熱体
２６ 断熱層
２６ａ 空気層
２６ｂ 円筒状チューブ
２６ｃ シート体
２６ｄ 平板状耐熱性樹脂シート
２６ｅ 波形耐熱性樹脂シート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートローラを備えた定着装置に関し、詳しくはトナー画像を記録媒体上に定着させる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、記録紙等の記録媒体に文字や図形等の画像情報を記録するための定着装置を用いた画像形成装置として、電子写真方式の複写機、ファクシミリ装置、プリンタ或いはこれらの機能を備えた所謂複合機等が知られている。このような画像形成装置には、感光体ドラムの周囲に、コロナ帯電方式の帯電器、ＬＥＤ等からなる露光器、現像器、転写ローラ（転写器）及び転写残トナーのクリーニング装置をこの順序で配したプロセス部と、その下流側の定着装置とより構成されるものがある。画像情報に基づく光学画像が露光器によって感光体ドラムの表面に照射され、感光体ドラムの表面に静電潜像が形成されると、この静電潜像は、バイアス印加された現像器で逐次現像されてトナー画像として感光体ドラムと転写ローラとの対合部に至る。転写ローラは、回転駆動されながら感光体ドラムと共に記録紙をニップ搬送し、この間に感光体ドラムの表面のトナー画像が記録紙に転写されるようになっている。そしてその後、定着装置に搬送されてきた記録紙は、ヒートローラとプレスローラとの対合部に至り、ニップ搬送される際に記録紙が加熱・加圧されることにより、トナー画像が記録紙上に定着されるようになっている。
【０００３】
上述のような定着装置における従来のヒートローラは、その基材としてアルミニウムやステンレス等の金属からなる円筒状のものが用いられ、中空の基材内に熱源となるハロゲンランプを挿入してヒートローラを加熱するようになっている。しかしながら、中空の基材内の空気層を介してヒートローラを内部から加熱する構造は、熱効率が悪いため、ヒートローラの表面がトナー画像の定着に必要な温度（概ね１８０℃）に達するまでの立ち上がり時間（ウォームアップタイム）が長い点が問題となっていた。
【０００４】
そこで下記特許文献１（図３参照）及び下記特許文献２には、ヒートローラの基材の外周面に断熱層、発熱層、離型層等を備え、発熱層として面状発熱体が用いられたものが開示されており、これらによれば、ヒートローラの表面を直接加熱することにより、上記ウォームアップタイムを短縮することができるとされている。
【特許文献１】特開２００１−３４３８５０号公報
【特許文献２】特開２００４−４６０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような面状発熱体は１８０℃以上の高温となるため、基材自体に耐熱性が求められるとともに、面状発熱体が発する熱が、基材に奪われることなく、ヒートローラの外表面より放熱されるよう、基材と面状発熱体との間に断熱層を介在させたものがよくみられる。
上記特許文献１及び２の定着装置もそのような構造となっており、上記特許文献１には、耐熱性フィルムを多層に重ね、各耐熱性フィルムに穴が形成されたものや多孔質の耐熱性樹脂フィルムを用いた断熱層が、上記特許文献２には、樹脂製の中空構造体や樹脂を発泡させた発泡部材を用いた断熱層が夫々開示されている。
【０００６】
これら特許文献１及び２は、断熱層に空気層を設けることにより断熱性を高めているが、長時間の使用によってはヒートローラの基材の温度が上昇することがある。この場合、ヒートローラの基材は、円筒状で構成されるため、温度上昇と共に拡径方向に膨張し易く、基材がこのように熱膨張すると、その表面に貼り付けられて一体とされた面状発熱体に、周方向に沿った面域方向の引張力が作用し、断線等が生じる懸念がある。
しかしながら、上記特許文献１や上記特許文献２に記載の断熱層は、空気層を設けて断熱性を高めるものであり、この空気層が基材の、特に拡径方向（周方向）の膨張を吸収する機能を奏することを意図したものではない。従って、面状発熱体の断線等の懸念はなお払拭されるものとは云えなかった。
一方で、基材と面状発熱体との間に設けられる断熱層を、断熱性を高めるために厚手のものとしたり、或いはクッション性を持たせるために弾性層を設けたものとすると、ヒートローラの外径が大となり、省スペース化の要請に応えられないものとなってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、省スペース化に配慮しながらも、基材と面状発熱体との断熱性を高め、ヒートローラのウォームアップタイムの短縮化を図ることができる定着装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の定着装置における上記ヒートローラは、円筒形状でなる基材と、該基材の外表面に断熱層を介して貼り付けられて一体とされた面状発熱体とを備え、上記断熱層は、耐熱性材でなり且つその厚み内に空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層を含み、該線状微細空間は、上記基材の長手方向に沿い、且つその両端部間に亘り形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明において、断熱層は、外径が１．０ｍｍ以下の耐熱性樹脂からなる多数の円筒状チューブを面域方向に並列させて一体としたシート体で形成され、前記線状微細空間は前記円筒状チューブの中空部からなるものとすることができる。また断熱層は、波形耐熱性樹脂シートと平板状耐熱性樹脂シートとを積層して一体とした厚さが１．０ｍｍ以下のシート体で形成され、前記線状微細空間は前記両シートによる積層空間からなるものとすることもできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の定着装置におけるヒートローラによれば、基材の外表面に断熱層を介して貼り付けられて一体とされた面状発熱体とを備え、断熱層は、耐熱性材でなり且つその厚み内に空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層を含んでいるので、該空気層を構成する多数の線状微細空間によって断熱効果が高まり、基材に面状発熱体が発する熱を奪われることなく、効果的にヒートローラの表面を加熱することができる。よって、ヒートローラの表面の温度を急速に上昇させることができ、ウォームアップタイムを顕著に短縮することができる。また、面状発熱体から基材への熱の伝導が、基材の長手方向に沿い且つその両端部間に亘り形成されている線状微細空間からなる空気層によって効果的に遮断され、基材の熱膨張を防止することができる。更に長時間の使用により、基材の温度が上昇し、基材が拡径方向（周方向）に多少膨張したとしても、空気層の線状微細空間が基材の長手方向に沿い、且つその両端部間に亘り形成されているので、これがクッションの役目を担って、基材の拡径方向（周方向）の膨張を吸収することができる。
これにより、基材の外表面に貼り付けられて一体とされた面状発熱体に対して面域方向の引張力が負荷されず、面状発熱体が導体パターンで形成されているものであっても、該導体パターンの断線を防止することができ、故障がなく、ヒートローラを安定して加熱可能な信頼性の高い定着装置を構成することができる。
【００１１】
また本発明の定着装置におけるヒートローラによれば、断熱層は、外径が１．０ｍｍ以下の耐熱性樹脂からなる多数の円筒状チューブを面域方向に並列させて一体としたシート体で形成されたもの、或いは波形耐熱性樹脂シートと平板状耐熱性樹脂シートとを積層して一体とした厚さが１．０ｍｍ以下のシート体で形成されたものとすることができるので、高い断熱性を発揮するものでありながら、ヒートローラの外径が大となることなく、省スペース化の要請に応えることができる。
更に線状微細空間は、円筒状チューブの中空部や波形耐熱性樹脂シートと平板状耐熱性樹脂シートとによる積層空間からなるので、該線状微細空間の存在が基材の熱膨張による変形等を吸収可能なものとし、上述のように面状発熱体の断線等を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の最良の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明の定着装置を備えた画像形成装置の一実施形態を示す概略的縦断面図、図２は同定着装置の要部の拡大図、図３は同定着装置におけるヒートローラの一部破断斜視図とＹ部の拡大図、図４は同ヒートローラの他の実施形態であって、図３のＹ部に相当する図である。
【００１３】
図１の画像形成装置Ｘは、電子写真方式の記録部を備えたプリンタを例に採って示しているが、これに限らず、画像読取装置を備えた複写機、ファクシミリ装置或いはこれらの機能を兼ね備えた所謂複合機等であっても良く、また、白黒の電子写真方式の記録部に限られず、各種カラー記録方式の記録部などを備えた各種装置にも本実施形態に係る定着装置の適用が可能である。
図において、画像形成装置Ｘの装置本体１は、記録紙（記録媒体）の給紙部２と、電子写真方式の画像記録部３と、印字後の記録紙の排出部４とが、この順序で高さ方向に層積されて構成されている。
【００１４】
記録紙の給紙部２は、多数枚の記録紙を堆積収納し得る抜差し可能な給紙カセット２ａと、該給紙カセット２ａの給紙方向前端部に設置された分離給紙ローラ２ｂと、該分離給紙ローラ２ｂの周面に弾接する分離パッド２ｃとよりなる。
尚、給紙カセット２ａの下に、更に同様のカセットを段積みして多段カセットとし、或いは、オプションカセット（不図示）を設置し得るよう構成することも可能である。また、上記分離パッド２ｃに代えリタードローラとすることも可能である。
【００１５】
画像記録部３は、感光体ドラム５の周囲に、コロナ帯電方式の帯電器（コロナ放電器）６、ＬＥＤ等からなる露光器７、現像器８、転写ローラ（転写器）９及び転写残トナーのクリーニング装置１０をこの順序で配したプロセス部と、その下流側の後記する定着装置１１とより構成される。これらプロセス部は、露光器７及び転写ローラ９を除き、感光体ドラム５、帯電器６及びクリーニング装置１０を一括したドラムユニット５０と、現像器ハウジング８１、攪拌搬送スクリュー８２、８３、供給パドル８４及び現像ローラ８５等を一括した現像器ユニット８０とよりなるプロセスユニットとされる。
【００１６】
図例の現像器ユニット８０は、２成分現像剤を用いる方式の現像器であって、樹脂成型された現像剤容器を兼ねる現像器ハウジング８１内にトナーとキャリアを収容し、２本の平行な攪拌・搬送スクリュー８２、８３で攪拌・搬送しながら、供給パドル８４によりバイアス印加された現像ローラ８５に現像剤を供給するよう構成されている。現像器ハウジング８１の外面には磁気センサー８６が付設され、現像器ハウジング８１内のトナー濃度（トナーとキャリアの混合比）が検出される。この現像器ユニット８０から離間した位置には、トナータンク１４及びトナーホッパー１５が設置され、磁気センサ８６により現像器ハウジング８１内のトナー濃度が低下したことが検出されると、トナーホッパー１５よりスクリューコンベア（パイプスクリュー）１６を介してトナーが現像器ハウジング８１内に補給される。トナーホッパー１５へのトナーの供給は、トナータンク１４によりなされる。
尚、本実施形態では、前記のように２成分現像剤を用いる方式の現像器を例示しているが、これに限られず、１成分方式にも適用可能である。
【００１７】
ドラムユニット５０及び現像器ユニット８０は、装置本体１に対してその前面側より、個々に或いは両者を何等かの結合手段で結合した状態で着脱可能に装着される。また、露光器７及び転写ローラ９を除く全てのプロセス部を一括してプロセスユニットとすることも可能である。更に、後記する廃トナータンク１７とトナータンク１４とが一体とされて構成されたトナーカートリッジ１８も装置本体１に対して、その前面側より着脱可能に装着される。これらプロセスユニット５０、８０及びトナーカートリッジ１８は、消耗品として適宜新品に交換される。ここで、装置本体１の前面側とは、図１における紙面手前側を言い、給紙カセット２ａも装置本体１に対して前面側より抜差し可能とされている。
【００１８】
定着装置１１の下流側には、切替ゲート４ｂ、排出ローラ対４ｃ及び排出トレイ４ｄが連設され、これらによって排出部４が構成される。上記プロセス部の上流側近傍には、レジストローラ対４ａが配設され、上記給紙カセット２ａから、分離給紙ローラ２ｂ及び分離パッド２ｃの作用により１枚ずつ分離繰出された記録紙（用紙）は、該レジストローラ対４ａによりレジストされて、前記感光体ドラム５と転写ローラ９との対合部に導入される。感光体ドラム５は図１の矢示方向に回転しながら、帯電器６によりその表面が一様にマイナス帯電され、画像情報に基づく光学画像が露光器７によって感光体ドラム５の表面に照射され、感光体ドラム５の表面には静電潜像が形成される。この静電潜像は、感光体ドラム５の表面の光導電体の特性により、光の照射部分の電位が変化し、その他の部位の電位が維持されて形成されるものである。
【００１９】
そして、この静電潜像は、バイアス印加された現像器８で逐次現像されてトナー画像として感光体ドラム５と転写ローラ９との対合部に至る。この現像の際、光の照射により電位が変化した部位には、現像器８との電位差によりトナーが感光体ドラム５に吸引されて黒部分となり、その他の部分にはトナーは吸引されず白部分となって、全体として、画像情報に基づく白黒のトナー画像が形成される。上記レジストローラ対４ａは、感光体ドラム５の表面のトナー画像に同期して記録紙がこの対合部に導入されるようレジスト制御されて回転駆動される。
【００２０】
転写ローラ９はバイアス印加されており、感光体ドラム５と対合され且つ矢示方向（感光体ドラム５とウイズ方向）に回転駆動されながら記録紙をニップ搬送し、この間感光体ドラム５の表面のトナー像が記録紙に転写される。感光体ドラム５の表面に残ったトナー等（紙粉を含むことがある）は、クリーニング装置１０で除去・回収される。トナー像が転写された記録紙は、定着装置１１に導入され、永久画像として定着された後、切替ゲート４ｂを押し上げ、排出ローラ対４ｃを経て排出トレイ４ｄ上に排出される。この一連の記録紙の給送は、給紙カセット２ａからの繰出し直後に略垂直（鉛直）に立ち上がり、排出ローラ対４ｃでは給紙カセット２ａからの繰出し方向とは略１８０度の方向にＵターンするような主給送パスＰに沿ってなされる。このようなレイアウト構成により、装置全体のコンパクト化が図られる。
前記クリーニング装置１０で除去回収された廃トナーは、スクリューコンベア１９を介して、トナーカートリッジ１８を構成する廃トナータンク１７に収容される。
【００２１】
図例の画像形成装置Ｘは、両面記録機能を更に備えており、上記主給送パスＰの切替ゲート４ｂの取付け位置から、前記レジストローラ対４ａの上流側で上記主給送パスＰに循環合流する反転給送パスＰ１に沿って、記録紙が搬送されてなされる。
尚、図において、符号１ａは、記録紙の手差機能を構成する手差給紙トレイであり、符号１ｂは、前記主給送パスＰ及び反転給送パスＰ１などで紙ジャムが発生した場合などに開閉されるジャムアクセスカバーである。
【００２２】
本実施形態に係る定着装置について図２に基づいて詳説する。
定着装置１１は、ドラムユニット５０（図１参照）の下流側に配設され、樹脂成型された定着装置ハウジング１１ａ内に、互いに圧接されたヒートローラ１２とプレスローラ１３とを備えている。
定着装置ハウジング１１ａの記録紙搬送方向上流側（紙面下方、以下、上流側とする場合がある）には、主給送パスＰに沿って搬送される記録紙を受入れる上流側開口１１ｂが開設され、記録紙搬送方向下流側（紙面上方、以下、下流側とする場合がある）には、トナー画像が定着された記録紙を排出部４に向けて排出する下流側開口１１ｃが開設されている。
装置本体１に装着された状態で定着装置１１は、図１に示すように、ヒートローラ１２とプレスローラ１３とのニップ部ｎが主給送パスＰに沿うように配置される。
【００２３】
また、定着装置ハウジング１１ａには、搬送される記録紙をヒートローラ１２から剥離するための剥離爪１１ｄと記録紙の搬送をガイドするガイドリブ１１ｅがローラ軸方向に沿って複数箇所に配設されている。
剥離爪１１ｄは、その基端部が軸支されて揺動自在に構成され、トーションバネなどにより常にヒートローラ１２の外表面に、その先端が当接するように付勢されている。
【００２４】
更に、定着装置ハウジング１１ａには、ヒートローラ１２の面状発熱体２２への給電を行うためのＡＣ電源（不図示）に接続されている電極板１１ｋ、ブラシ付勢手段１１ｊ、給電ブラシ１１ｉが設けられている。ブラシ付勢手段１１ｊは、圧縮コイルバネや板バネ等からなり、給電ブラシ１１ｉを所定の押圧力で、環状電極部材２４に向けて付勢している。
尚、電極板１１ｋ及びブラシ付勢手段１１ｊをりん青銅で形成し、給電ブラシ１１ｉを銅、黒鉛合金等で形成されたものとしてもよい。
【００２５】
環状電極部材２４は、リング状に形成された電極部材、即ち給電部であり、銅、黒鉛合金等からなり、電極板１１ｋ、ブラシ付勢手段１１ｊ、給電ブラシ１１ｉを介し、ＡＣ電源と電気的に接続されている。そして面状発熱体２２のヒータ層の導通部（不図示）に周着するように片側に１個ずつ、計２個の環状電極部材２４が配備される。尚、ここでは給電部として環状の電極部材を用いた例を示すが、これに限定されるものではなく、面状発熱体２２に給電を行えるものであればよい。
【００２６】
ヒートローラ１２の外表面には、サーモスタット等、表面温度を計測する温度センサ１１ｆが当接（摺接）或いは近接して配置されており、該温度センサ１１ｆにおいて計測された温度に基づいて、ヒートローラ１２の外表面が最適な温度に維持されるように後記する面状発熱体２２の発熱部の制御がなされる。
【００２７】
ヒートローラ１２は、両端に取り付けられたローラ軸部材２５を介して軸受（不図示）等で定着装置ハウジング１１ａ内に回転自在に支持されており、モータ等の駆動手段（不図示）により駆動されて、回転駆動がなされる。
ローラ軸部材２５は、基材２１の円心と同心とされた円柱状の軸部２５ａと、円板状フランジ部２５ｃとを備えており、これらが金属材若しくは樹脂材等により一体形成されている。ローラ軸部材２５は、基材２１の軸方向両端の開口部に嵌め合わされ、この際にフランジ部２５ｃと嵌め合わされるように基材２１の開口部には段部（不図示）が形成されている。図において、符号２５ｂは、ローラ軸部材２５に開設された空気抜き孔である。
このヒートローラ１２が図２の矢印方向へ回転駆動することにより、プレスローラ１３が従動回転し、ニップ部ｎに導入された記録紙がニップ搬送され、ニップ部ｎを記録紙が通過する間に、転写されたトナー画像が熱圧着により記録紙に定着される。そしてその後、排出部４側へとニップ搬送される。
【００２８】
プレスローラ１３は、鉄鋼材等の金属材料で形成されたプレスローラ軸１３ａと、該プレスローラ軸１３ａの外周面を覆う円筒状弾性部材１３ｂとからなる。円筒状弾性部材１３ｂは、シリコーン、ウレタン等のゴム体或いはスポンジ体からなり、プレスローラ軸１３ａに接着剤等を介して取り付けられている。
円筒状弾性部材１３ｂには、記録紙やトナーの剥離性を高めるための離型層として、例えば、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニル共重合体等のフッ素系樹脂チューブ１３ｃが外装されている。
尚、プレスローラ軸１３ａに適用される金属材料としては、ＳＵＭ２４ＬやＳ２０Ｃ等の鉄鋼材に、ニッケル鍍金を施したものとしてもよい。またフッ素系樹脂チューブ１３ｃの厚みは、３０μｍ〜５０μｍ程度のものが望ましい。
【００２９】
プレスローラ軸１３ａは、その両端が軸受体１１ｇにより回転自在に支持されている。該軸受体１１ｇは、定着装置ハウジング１１ａに対してスライド自在に設けられており、定着装置ハウジング１１ａに固定されたコイルバネ等からなるローラ付勢手段１１ｈにより付勢されている。
このローラ付勢手段１１ｈにより、プレスローラ１３は、ヒートローラ１２に向けて圧接され、ニップ部ｎが形成されている。
【００３０】
尚、ローラ付勢手段１１ｈは、定着装置ハウジング１１ａ内に固定された金属シャーシ（不図示）に固定支持されている。
また、ローラ付勢手段１１ｈとしては、コイルバネに限らず、プレスローラ１３をヒートローラ１２に対して付勢可能な付勢手段であればどのようなものでもよい。
さらに、図示していないが、定着装置１１では、ヒートローラ１２とプレスローラ１３とのニップを解除するニップ解除機構、ヒートローラ１２の表面に付着した紙粉やトナーを除去するクリーニングローラあるいはクリーニングブレードなどを備えている。
【００３１】
次に、本実施形態に係る定着装置が備えるヒートローラの一例について、図３に基づいて詳説する。尚、図３の一点鎖線拡大図は、Ｙ部の拡大図であり、図３は説明のため、ヒートローラ１２を一部破断し、環状給電部材２４、ローラ軸部材２５の図示は省略する。
ヒートローラ１２は、中空円筒からなる基材２１、基材２１の外周面に形成される断熱層２６、面状発熱体２２及び面状発熱体２２の外周面を覆う離型層２３とからなるローラ体２０と、上述の環状電極部材２４と、ローラ軸部材２５とから構成されている。
基材２１は、電気絶縁性を有する樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと略す）樹脂を中空円筒状に成型して構成されている。
ＰＰＳ樹脂は、耐熱性、強度、寸法安定性等に優れ、ヒートローラ１２の基材２１として好適であるが、その他、少なくとも外周面を電気絶縁性とした、耐熱性の他の樹脂材、金属材から構成されたものとしてもよい。
【００３２】
面状発熱体２２は、ヒータ層２２ａ、絶縁層２２ｂ、伝熱層２２ｃを半径方向外方にこの順に積層した３層構造とされている。
絶縁層２２ｂとしては、ポリイミドフィルムが挙げられ、伝熱層２２ｃとしては、銅箔が挙げられ、面状発熱体２２は、例えば、ポリイミドフィルムからなる絶縁層２２ｂの一方の面に、銅箔からなる伝熱層２２ｃを貼り付けられて、他方の面に、ステンレスやニッケルクロムからなる箔状の材料を、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂等の耐熱接着剤で加熱圧着させ、ウェットエッチング等の公知の方法により、複数の線を有するパターン形状に加工してヒータ層２２ａを形成することにより形成される。
前記のような構成により、面状発熱体２２は、可撓性を有したシート状のヒータとして、基材２１の外周面に後記する断熱層２６を介して、基材２１の外周面に巻き付けられる。
【００３３】
ヒートローラ１２の最外周となる離型層２３は、トナーや紙粉の付着を低減するためのもので、例えば厚みを３０μｍ程度とすることが望ましい。離型層２３の材料としては、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニル共重合体等のフッ素系樹脂が用いられる。
【００３４】
基材２１と面状発熱体２２との間には、断熱層２６が介在し、面状発熱体２２が発する熱が基材２１に奪われないよう構成されている。
断熱層２６は、テフロン（登録商標）系、フッ素系の耐熱性樹脂材や上述のＰＰＳ樹脂等の耐熱性樹脂材が用いられ、その厚み内に空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層２６ａを含んで形成されている。耐熱性樹脂材として弾性を備えた材料を用いれば、後記するシート体２６ｃのクッション性を一層向上させることができ、好適である。
【００３５】
この実施形態に示す断熱層２６は、断面が略円形の円筒状チューブ２６ｂを多数本、並列に連ね、相互に溶着等によって一体としたシート体２６ｃで形成されており、円筒状チューブ２６ｂの中空部が、線状微細空間からなる空気層２６ａとなって、その中空部に空気が滞留するよう構成されている。即ち、円筒状チューブ２６ｂが基材２１の長手方向に沿い、且つその両端部に亘って連続して並べられることにより、多数の線状微細空間からなる空気層２６ａを含んだ断熱層２６が構成される。ここに形成される線状微細空間は、円筒状チューブ２６ｂの中空部からなるので、単に平板状のシート体からなる断熱層と比べて、基材２１の熱膨張による変形等を吸収可能な弾性を備えたものとすることができる。
断熱層２６は、基材２１の外表面に巻き付けられ、接着剤により貼り付けられて一体とされる。このとき、接着剤として、エポキシ系等の耐熱性接着剤を用いれば、より一層断熱効果を高めることができる。
またシート体２６ｃで構成される断熱層２６のチューブ２６ｂの外径ｄは、ヒートローラ１２の外径が大とならないよう、省スペース化の要請に応えるため、１．０ｍｍ以下とする。
【００３６】
これによれば、断熱層２６に形成される空気層２６ａによって、面状発熱体２２が発する熱が遮断され、断熱効果が高まり、基材２１に面状発熱体２２が発する熱を奪われることなく、効果的にヒートローラ１２の表面を加熱することができる。よって、ヒートローラ１２の表面の温度を急速に上昇させることができ、ウォームアップタイムを顕著に短縮することができる。
また、面状発熱体２２から基材２１への熱の伝導が、線状微細空間からなる空気層２６ａによって効果的に遮断され、基材２１の熱膨張を防止することができる。更に長時間の使用により、基材２１の温度が上昇し、基材２１が拡径方向に多少膨張したとしても、空気層２６ａの線状微細空間が基材２１の長手方向に沿い、且つその両端部間に亘り形成されているので、これがクッションの役目を担って、基材２１の拡径方向（周方向）の膨張を吸収することができる。
これにより基材２１に貼り付けられて一体とされた面状発熱体２２に対して、その面域方向への引張力が負荷されないので、ヒータ層２２ａに形成される導体パターン、特に各線パターンを繋ぐ導通部（不図示）の断線を防止することができる。よって、故障がなく、ヒートローラ１２を安定して加熱可能な信頼性の高い定着装置１１を構成することができる。
【００３７】
尚、断熱層２６の構成はこれに限定されるものではなく、空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層２６ａを含んでいるものであればよい。例えば、図３に示す円筒状チューブ２６ｂを面域方向に複数並列させたシート体２６ｃの上下を平板状耐熱樹脂シートで挟んで構成したシート体としてもよい。これによれば、断熱層２６の外表面及び内表面がともに、平板状となるので、基材２１や面状発熱体２２との貼着性がよいものとすることができる。
【００３８】
次に、他の実施形態について図４に基づいて詳説する。上述の実施形態と共通する部分には共通の符号を付し、共通する部分の説明は割愛する。
この実施形態では、断熱層２６は、波形の耐熱性樹脂シート２６ｅと平板状の耐熱性樹脂シートとを積層して一体としたシート体２６ｃで形成されたものを示している。詳しくは、ここに示す断熱層２６は、所謂ダンボール構造からなり、２枚の平板状耐熱性樹脂シート２６ｄの間に挟まれた波形の耐熱性樹脂シート２６ｅによって形成される積層空間が、線状微細空間からなる空気層２６ａとなって、ここに空気が滞留し、断熱層２６として構成される。そして、２枚の平板状耐熱性樹脂シート２６ｄの間に挟まれた波形の耐熱性樹脂シート２６ｅの山部、谷部が基材２１の長手方向に沿い、その両端部に亘って形成されているので、単に平板状のシート体からなる断熱層と比べて、基材２１の熱膨張による変形等を吸収可能な弾性を備えたものとすることができる。
シート体２６ｃで構成される断熱層２６の厚さは、ヒートローラ１２の外径が大とならないよう、省スペース化の要請に応えるため、１．０ｍｍ以下とする。
【００３９】
これによれば、断熱層２６に形成される空気層２６ａによって、面状発熱体２２が発する熱が遮断され、断熱効果が高まり、基材２１に面状発熱体２２が発する熱を奪われることなく、効果的にヒートローラ１２の表面を加熱することができる。よって、ヒートローラ１２の表面の温度を急速に上昇させることができ、ウォームアップタイムを顕著に短縮することができる。
また、面状発熱体２２から基材２１への熱の伝導が、線状微細空間からなる空気層２６ａによって効果的に遮断され、基材２１の熱膨張を防止することができる。更に長時間の使用により、基材２１の温度が上昇し、基材２１が拡径方向に多少膨張したとしても、空気層２６ａの線状微細空間が基材の長手方向に沿い、且つその両端部間に亘り形成されているので、これがクッションの役目を担って、基材２１の拡径方向（周方向）の膨張を吸収することができる。
これにより基材２１に貼り付けられて一体とされた面状発熱体２２に対して、その面域方向への引張力が負荷されないので、ヒータ層２２ａに形成される導体パターン、特に各線パターンを繋ぐ導通部（不図示）の断線を防止することができる。よって、故障がなく、ヒートローラ１２を安定して加熱可能な信頼性の高い定着装置１１を構成することができる。
尚、断熱層２６の構成はこれに限定されるものではなく、空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層２６ａを含んでいるものであればよい点は上述と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の定着装置を備えた画像形成装置の一実施形態を示す概略的縦断面図である。
【図２】同定着装置の要部の拡大図である。
【図３】同定着装置におけるヒートローラの一部破断斜視図とＹ部の拡大図である。
【図４】同ヒートローラの他の実施形態であって、図３のＹ部に相当する図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ｘ 画像形成装置
１１ 定着装置
１２ ヒートローラ
２１ 基材
２２ 面状発熱体
２６ 断熱層
２６ａ 空気層
２６ｂ 円筒状チューブ
２６ｃ シート体
２６ｄ 平板状耐熱性樹脂シート
２６ｅ 波形耐熱性樹脂シート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートローラを備えた定着装置であって、
上記ヒートローラは、円筒形状でなる基材と、該基材の外表面に断熱層を介して貼り付けられて一体とされた面状発熱体とを備え、
上記断熱層は、耐熱性材でなり且つその厚み内に空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層を含み、該線状微細空間は、上記基材の長手方向に沿い、且つその両端部間に亘り形成されてい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、
前記断熱層は、外径が１．０ｍｍ以下の耐熱性樹脂からなる多数の円筒状チューブを面域方向に並列させて一体としたシート体で形成され、前記線状微細空間は前記円筒状チューブの中空部からなることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１に記載の定着装置において、
前記断熱層は、波形耐熱性樹脂シートと平板状耐熱性樹脂シートとを積層して一体とした厚さが１．０ｍｍ以下のシート体で形成され、前記線状微細空間は前記両シートによる積層空間からなることを特徴とする定着装置。
【請求項１】
ヒートローラを備えた定着装置であって、
上記ヒートローラは、円筒形状でなる基材と、該基材の外表面に断熱層を介して貼り付けられて一体とされた面状発熱体とを備え、
上記断熱層は、耐熱性材でなり且つその厚み内に空気が滞留する多数の線状微細空間からなる空気層を含み、該線状微細空間は、上記基材の長手方向に沿い、且つその両端部間に亘り形成されてい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、
前記断熱層は、外径が１．０ｍｍ以下の耐熱性樹脂からなる多数の円筒状チューブを面域方向に並列させて一体としたシート体で形成され、前記線状微細空間は前記円筒状チューブの中空部からなることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１に記載の定着装置において、
前記断熱層は、波形耐熱性樹脂シートと平板状耐熱性樹脂シートとを積層して一体とした厚さが１．０ｍｍ以下のシート体で形成され、前記線状微細空間は前記両シートによる積層空間からなることを特徴とする定着装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２８７０２４（Ｐ２００８−２８７０２４Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３２１０５（Ｐ２００７−１３２１０５）
【出願日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
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