JP2009251405A

JP2009251405A - ヒートローラ、該ヒートローラを備えた定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置

Info

Publication number: JP2009251405A
Application number: JP2008100988A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Oya; 一幸大矢
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】円筒形状の基材と、該基材の外周に設けられる面状発熱体との接着強度を高め得るヒートローラを提供する。また、上記ヒートローラを備えた定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】記録媒体に形成されたトナー画像を定着させるための定着装置４に用いられるヒートローラ４０であって、円筒形状の基材４０１と、接着層４０３を介して該基材の外周に固着された面状発熱体４０２とを備え、前記接着層は、該接着層内に強化繊維シート４３２を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写装置、ファクシミリ装置、プリンタ装置、或いはこれらの機能を備えた複合機等の画像形成装置、該画像形成装置に設置される定着装置、及び該定着装置に用いられるヒートローラに関する。

上記のような画像形成装置としては、用紙カセット等の用紙収容部から、１枚ずつ用紙等の記録媒体を繰出し、用紙搬送路の途中に設置された搬送（レジスト）ローラ対を経て、電子写真方式の画像記録部で画像記録を行うものが挙げられる。
上記画像記録部を構成する感光体ドラムと転写ローラとのニップ部に搬送及び供給された用紙には、感光体ドラムの表面に形成されたトナー画像が転写される。トナー画像が転写された用紙は、定着装置でトナー画像が定着されて、排出部に排出される。

上記画像形成装置に設置される定着装置としては、ヒートローラと、該ヒートローラに弾性的に接するプレスローラとを備えたものが挙げられる。このような定着装置は、ヒートローラとプレスローラとのニップ部において、用紙に転写されたトナー画像を加熱及び加圧することにより永久画像として定着させている。
上記ヒートローラとしては、アルミニウムなどの中空円筒からなり、その内部にハロゲンランプなどの発熱体を収容し、該ハロゲンランプによって中空円筒を加熱する構成とされたものが多用されている。
このようなハロゲンランプを収容したヒートローラでは、消費電力が比較的大きいという問題、及び電源投入後にヒートローラの外表面（外周面）が所定の温度（定着温度）となるまでのウォームアップタイムが長くなるという問題があった。

そこで、近時においては、中空円筒の基材の内周面或いは外周面に発熱体を配置したヒートローラが提案されている。
下記特許文献１では、中空の比較的薄いフィラメント巻円筒形チューブと、該チューブの外面に耐熱接着剤で固着された回路発熱体とを備えた瞬間加熱式定着ロールが提案されている。
上記瞬間加熱式定着ロールは、ガラス繊維、炭素黒鉛繊維または炭素硼素繊維等を巻線機を使用してマンドレル上に巻くことで上記フィラメント巻円筒形チューブを形成し、該チューブの外面に耐熱接着剤により上記回路発熱体を接着して形成されている。
また、上記フィラメント巻円筒形チューブを形成する際に、上記繊維を縦軸に対して約５０°の巻線角度で繊維を巻くことで、十分な機械的強度が得られる、と説明されている。
特公平６−５４２９号公報（第３図参照）

前記特許文献１で提案されている瞬間加熱式定着ローラでは、該定着ロールの基材として、中空の比較的薄いフィラメント巻円筒形チューブを採用することにより、熱容量が小さくなり、ウォームアップタイムの短縮化は図れるものと思われる。
しかしながら、前記チューブの外面に上記回路発熱体を接着する際に、該回路発熱体が面状（シート状）に形成された面状発熱体では、該面状発熱体を、基材となる上記チューブの外周面に巻くようにして接着剤で接着する必要がある。
このように接着剤によって面状の発熱体と基材とを接着すれば、面状発熱体と該接着剤によって形成される接着層との熱膨張率の違いから、上記のように接着された面状発熱体の合わせ目（端部同士の突合せ部、継ぎ目）が広がる恐れがあった。すなわち、接着層が面状発熱体に加熱されて膨張することにより、面状発熱体の合わせ目が広がる恐れがあった。
このように面状発熱体の合わせ目が広がった場合には、該合わせ目部分に段差が生じ、定着ムラ或いは定着不良が生じる恐れがあり、また、最終的には面状発熱体が基材から剥離してしまう恐れがあった。上記特許文献１に記載の定着ロールでは、これらの点についての考慮がなされておらず、更なる改善が望まれていた。

本発明は、前記問題を解決するために提案されたもので、その目的は、円筒形状の基材と該基材の外周に設けられる面状発熱体との接着強度を高め得るヒートローラを提供することにある。また、本発明は、上記ヒートローラを備えた定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明に係るヒートローラは、記録媒体に形成されたトナー画像を定着させるための定着装置に用いられるヒートローラであって、円筒形状の基材と、接着層を介して該基材の外周に固着された面状発熱体とを備え、前記接着層は、該接着層内に強化繊維シートを備えていることを特徴とする。

本発明の前記ヒートローラにおいては、前記強化繊維シート中の少なくとも一部の強化繊維を、ローラ周方向に配向するようにしてもよい。
また、本発明の前記ヒートローラにおいては、前記接着層を構成する接着剤を、シリコーン樹脂系接着剤とし、前記強化繊維を、ガラス繊維としてもよい。

また、前記目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、前記ヒートローラのうちのいずれかと、該ヒートローラに弾性的に接するプレスローラとを備えたことを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、記録媒体にトナー画像を形成するプロセス部と、前記定着装置とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る前記ヒートローラは、円筒形状の基材と、接着層を介して該基材の外周に固着された面状発熱体とを備えている。従って、熱源となる面状発熱体が、ヒートローラの外周面近くに配置されるので、ヒートローラの外周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短縮できる。
また、前記ヒートローラの前記接着層は、その層内に強化繊維シートを備えているので、接着剤のみにより接着層を形成したものと比べて、該接着層の熱膨張（線膨張）が緩和される。すなわち、通常の樹脂系接着剤が硬化して形成される接着層では、線膨張係数が比較的大きく、該接着層と面状発熱体との熱膨張率の差が大きくなるが、強化繊維シートを該接着層に介在させることで、接着層の熱膨張を緩和できる。
これにより、前記基材の外周に固着された前記面状発熱体の合わせ目が広がることを防止でき、該基材と該面状発熱体との接着強度を高めることができる。

前記ヒートローラにおいて、前記強化繊維シート中の少なくとも一部の強化繊維を、ローラ周方向に配向するようにすれば、前記接着層の周方向（拡径方向）への膨張を効果的に低減できる。これにより、前記面状発熱体の合わせ目が広がることをより効果的に低減できる。

前記ヒートローラにおいて、前記接着層を構成する接着剤を、シリコーン樹脂系接着剤とし、前記強化繊維を、ガラス繊維とすれば、シリコーン樹脂系接着剤を用いることにより、耐熱性及び絶縁性に優れた接着層となる。また、シリコーンの線膨張係数は、比較的大きいが、線膨張係数の比較的小さいガラス繊維からなる強化繊維シートを該接着層内に介在させることで、シリコーンの膨張を効果的に低減できる。これにより、前記面状発熱体の合わせ目が広がることをより効果的に低減できる。

本発明に係る前記定着装置は、前記ヒートローラのうちのいずれかと、該ヒートローラに弾性的に接するプレスローラとを備えている。従って、上記したように、前記面状発熱体の合わせ目が広がるようなことがないので、前記ヒートローラの面状発熱体と前記基材との接着強度を高めることができる。これにより、該面状発熱体の合わせ目が広がることによる定着ムラ或いは定着不良を防止できる。

本発明に係る前記画像形成装置は、記録媒体にトナー画像を形成するプロセス部と、前記定着装置とを備えているので、前記同様、定着ムラ等を防止できる画像形成装置となる。

以下に、本発明の最良の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の一例を示す概略縦断面図、図２は、同定着装置を模式的に示す概略縦断面図及び該定着装置が備えるヒートローラの一例を模式的に示す概略一部拡大縦断面図である。
図３は、同定着装置が備えるヒートローラに用いられる強化繊維シートの一例を模式的に示す概略拡大平面図、図４は、同ヒートローラを模式的に示す一部破断概略平面図である。
尚、以下の実施形態の説明において示す上流側及び下流側は、それぞれ用紙搬送路を搬送される用紙の搬送方向上流側及び搬送方向下流側として説明する。

図１の画像形成装置１は、クリーナレスシステムを採用した電子写真方式のプロセス部３と定着装置４とで構成される画像記録部を備えたいわゆる複合機を示している。すなわち、複写機能、ファクシミリ機能及びプリンタ機能を兼ね備えたものであるが、これに限らず、画像読取機能を備えた複写装置、ファクシミリ装置或いはプリンタ装置等の画像形成装置であっても良い。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を備えた画像形成装置としてもよい。
画像形成装置１の装置本体１０は、用紙を収容し、供給する用紙供給部２と、電子写真方式のプロセス部３と定着装置４とで構成された画像記録部及び記録後の記録済用紙の排出部５と、画像読取部８とが、この順序で高さ方向に積み重なるように構成されている。

画像読取部８は、ＡＤＦ（オートドキュメントフィーダ）読取部８１及びＦＢＳ部（フラットベットスキャナ部）８２を備えた画像読取走査部８０と、該画像読取走査部８０の上に開閉自在に設置される原稿押え板８３と、ＡＤＦ機構部８６とよりなる。画像読取走査部８０内には、光源、ミラー、レンズ及びＣＣＤを搭載した走査キャリッジ８４が設置され、該走査キャリッジ８４は、ＦＢＳ部８２では往復移動可能に、ＡＤＦ読取部８１では固定状態となるよう、その移動の制御がなされる。また、原稿押え板８３の上面には、ＡＤＦ原稿をＡＤＦ機構部８６へ供給するための供給トレイ８５と、ＡＤＦ機構部８６からのＡＤＦ原稿を排出するための排出トレイ８７とが設けられている。
上記画像読取部８は、原稿画像の複写或いはファクシミリ送信の際に使用される。
また、上記画像読取部８は、装置本体１０に対してヒンジピン１４を支点として開閉自在とされ、把持部１３をして、その開閉がなされる。この画像読取部８を開放することで、後記する画像記録部のプロセスユニットの着脱が可能とされている。

用紙供給部２は、多数枚の用紙を堆積状態で収納し得る用紙収容部を構成する用紙カセット２０と、該用紙カセット２０の用紙搬送方向前端部に設置されたセパレートローラ２２と、該セパレートローラ２２の周面に弾性的に接する分離パッド２１とを備えている。
この用紙カセット２０は、装置本体１０に対して、抜差し可能とされている。また、用紙カセット２０は、圧縮コイルバネ等によって常時上向きに弾力が付与された押上板２３と、用紙の後端を規制し、搬送方向に向けて弾力が付与されるとともに用紙サイズに合わせて位置調整可能とされたエンドガイド２４とを備えている。
上記用紙供給部２では、用紙カセット２０に収納され堆積された用紙は、その前端部が、セパレートローラ２２の周面に押し当てられる。セパレートローラ２２が回転すると、該セパレートローラ２２と分離パッド２１との協働作用によって、堆積された用紙がその最上層部より一枚ずつ分離され、後記する用紙搬送路６に向けて繰出される。
尚、用紙供給部２は、図示した分離パッド方式のものに限られず、半月ローラと分離爪とを備えた分離爪方式或いはリタードローラ方式の供給部としてもよい。

画像記録部は、感光体ドラム３０の周囲に、プラス（或いはマイナス）帯電方式の帯電器３１、露光器３２、現像器３３、転写ローラ３４及びメモリ除去部材３５をこの順序で配したプロセス部３と、後記する定着装置４とより構成される。
上記プロセス部３のうち露光器３２及び転写ローラ３４以外は、プロセスユニットとしてユニット化されている。該プロセスユニットは、上記画像読取部８を上方に向けて開放し、ヒンジピン１２を支点として開閉自在とされたメンテナンス用扉１１を上方に向けて開放させることで、装置本体１０に対して上方に取出し可能とされている。
尚、感光体ドラム３０、帯電器３１及びメモリ除去部材３５からなるドラムユニットと、現像器３３からなる現像器ユニットとの２つのユニットに分割して、これら各ユニットを個々に装置本体１０に対して着脱可能とされた構成としてもよい。また、装置本体１０の側部に開閉扉を設けて、装置本体１０に対して水平方向へ取出し可能な構成としてもよい。
また、上記帯電器３１は、感光体ドラム３０の周面に接するブラシローラからなるブラシ帯電器としているが、スコロトロン帯電器としても良い。
また、上記露光器３２は、多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を走査方向（感光体ドラム３０の軸方向）に沿って配列したＬＥＤヘッドアレイとしているが、光源としてレーザー光を使用するレーザー露光器としてもよい。

上記現像器３３は、本実施形態では、一成分現像剤を用いる方式の現像器を例示している。この現像器３３は、樹脂成型され、非磁性一成分トナーを収容するトナー容器を兼ねるケーシング３３０、その内部に設けられたトナーを攪拌するアジテータ３３１、その下流側に設けられた供給ローラ３３２、現像ローラ３３３及び規制ブレード３３４を備えている。供給ローラ３３２と現像ローラ３３３とは、互いに押し当て状態で擦れ合うように同一方向に回転され、それぞれバイアス印加電源（不図示）に電気的に接続され、異なるバイアス電圧が印加される。
上記現像器３３では、アジテータ３３１で攪拌されたトナーが供給ローラ３３２を介して現像ローラ３３３に供給される。そのトナーは、両ローラ３３２，３３３の摩擦作用及び電位差により帯電されるとともに、規制ブレード３３４によって、現像ローラ３３３の表面に均一に薄層を形成するように供給される。
尚、現像器３３としては、一成分現像剤を用いる方式のものに限らず、二成分方式、その他の方式のものも採用可能である。また、現像器と離間した位置に別途、トナーカートリッジを配置し、該トナーカートリッジから現像器にトナーが供給される構成とされた現像器としてもよい。

上記転写ローラ３４は、感光体ドラム３０に接し、且つ矢印方向（感光体ドラム３０とウイズ方向）に回転駆動されながら用紙をニップして搬送する。
上記メモリ除去部材３５は、感光体ドラム３０に残留するトナーを掻き乱す導電性ブラシからなり、その先端が感光体ドラム３０の表面に擦れ合うように接している。
上記プロセス部３の上流側近傍には、レジストローラ対６２が設置されており、また、上記プロセス部３の下流側近傍には、後記する定着装置４が設置されている。

上記排出部５は、定着装置４の下流側に設置された排出ローラ対５０と、排出された記録済用紙を積載する排出トレイ５１とを備えている。
上記排出ローラ対５０を回転させることで、定着装置４でトナー画像が定着された記録済用紙は、装置本体１０の側壁に設けられた排出口１５から該排出口１５の下方かつ排出方向前方に向けて延びるように設けられた排出トレイ５１に向けて排出される。

上記構成とされた画像記録部においては、用紙カセット２０から、上記のように１枚ずつ分離され繰出された用紙は、上記レジストローラ対６２によりレジストされて、前記感光体ドラム３０と転写ローラ３４とのニップ部に導入される。感光体ドラム３０は、図１の矢印方向に回転しながら、帯電器３１によりその表面が一様にプラス（或いはマイナス）帯電され、画像情報に基づく光学画像が露光器３２によって感光体ドラム３０の表面に照射され、感光体ドラム３０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３０の表面の光導電体の特性に基づき、光の照射部分と非照射部分との間に生じる電位差により形成されるものである。
上記静電潜像は、現像器３３で逐次現像されてトナー画像とされ、このトナー画像は感光体ドラム３０の回転に伴い、転写ローラ３４とのニップ部に至る。上記レジストローラ対６２は、感光体ドラム３０の表面のトナー画像の移動に同期して用紙が上記ニップ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。
転写ローラ３４は、上記のように回転駆動されながら用紙をニップして搬送し、この間感光体ドラム３０の表面のトナー像が用紙に転写される。トナー像が転写された記録済用紙は、後記する定着装置４に導入され、加熱、加圧されて永久画像として定着された後、排出部５に至る。
転写ローラ３４を経た感光体ドラム３０の表面に付着、残留した残留トナーは、所定のバイアス電位が印加されたメモリ除去部材３５によって掻き乱され、感光体ドラム３０の表面上に分散される。分散された残留トナーは、その後の露光工程での静電潜像の形成に影響を及ぼすことなく現像器３３に回収される。尚、メモリ除去部材３５に代え、帯電器３２に残留トナーのメモリ除去機能を持たせるようにしても良い。

上記一連の用紙の搬送は、用紙カセット２０からの繰出し直後に、搬送ローラ対６１が設置された湾曲路で、用紙カセット２０の繰出し方向とは略１８０度の方向にＵターンするように形成された、いわゆるＵパスの用紙搬送路６に沿ってなされる。このように用紙をＵターンさせて搬送する用紙搬送路６とすることで、装置本体１０の高さを低く抑えることができる。また、搬送される用紙は、上記画像記録部において、その上面に画像記録がなされるので、例えば、下面に画像記録するようにしたものと比べて、画質不良を低減することができる。
尚、図１において、符号６０は、多段カセット方式としてのオプションカセット(不図示)を前記用紙カセット２０の下に設置した場合に、そのオプションカセットからの用紙を搬送するための搬送路であり、該搬送路６０は、用紙搬送路６の一部を構成する。
また、図１において、符号７０は、装置本体１０の側部に開閉自在に設けられた手差供給トレイであり、該手差供給トレイ７０にセットされた用紙は、搬送ローラ対７１によって手差パス７を搬送され、用紙搬送路６に合流し、上記同様に画像記録がなされる。

次に、本実施形態に係る定着装置及び該定着装置が備えるヒートローラの一例について図２〜図４に基づいて説明する。
定着装置４は、プロセス部３（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４２内に、互いに押し当て状態とされたヒートローラ４０とプレスローラ４１とを備えている。
定着装置ハウジング４２の上流側壁（図２における紙面右方）には、上記用紙搬送路６に沿って搬送されるトナー画像が転写された用紙を受入れる上流側開口４２１が設けられている。また、定着装置ハウジング４２の下流側壁（図２における紙面左方）には、トナー画像が定着された記録済用紙を排出部５に向けて排出する下流側開口４２２が設けられている。
装置本体１０に装着された状態で定着装置４は、図１に示すように、ヒートローラ４０とプレスローラ４１とのニップ部が用紙搬送路６に沿うように配置される。

また、定着装置ハウジング４２には、搬送される用紙をヒートローラ４０から剥離するための剥離爪４３と用紙の搬送をガイドするガイドリブ４２０とがローラ軸方向に沿って複数箇所に形成されている。
剥離爪４３は、その基端部が揺動自在に支持されており、ヒートローラ４０の外周面に、その先端が接触するようにトーションバネなどにより常に弾力が付与されている。
また、定着装置ハウジング４２には、ヒートローラ４０の表面温度を計測するサーミスタ等の温度センサ４４が設けられている。この温度センサ４４から出力された計測温度に基づいて、ヒートローラ４０の外周面が所定の定着温度に維持されるように、後記する面状発熱体４０２への通電（ＯＮ／ＯＦＦ）の制御がなされる。
尚、図示を省略しているが、定着装置ハウジング４２には、後記するヒートローラ４０の面状発熱体４０２への給電を行うための給電部が設けられている。

ヒートローラ４０は、大略的に、基材４０１と、接着層４０３を介して基材４０１の外周に固着された面状発熱体４０２と、該面状発熱体４０２の外周に形成された離型層４０４とを備えている。
上記基材４０１は、中空円筒形状とされたアルミニウムパイプからなる。
尚、基材４０１は、上記アルミニウムパイプに限らず、他の金属材からなるものとしてもよい。または、電気絶縁性及び耐熱性を有する合成樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の合成樹脂を中空円筒状或いは中実円筒状に形成した基材４０１としてもよい。

上記面状発熱体４０２は、発熱体１４２、耐熱絶縁層２４２及び伝熱層３４２を径方向外方にこの順に積層した三層構造とされている。
上記伝熱層３４２としては、高い熱伝導率を有する銅箔が挙げられ、１０μｍ〜３０μｍ程度の厚さとされている。尚、この伝熱層３４２としては、他のアルミニウム等の金属材としてもよく、或いは、窒化アルミニウム又は炭化ケイ素等のセラミックスとしてもよい。
上記耐熱絶縁層２４２としては、電気絶縁性及び耐熱性を有する耐熱接着剤からなるものが挙げられ、例えば、ポリイミド系の接着剤により形成するようにしてもよい。該耐熱絶縁層２４２は、上記伝熱層３４２と発熱体１４２とを電気的に絶縁可能な程度の厚さとすればよく、例えば、１０μｍ〜７０μｍ程度の厚さとされている。
上記発熱体１４２は、ステンレス或いはニッケルクロム等からなり、該発熱体１４２は、複数の線状に形成されたヒータパターンとされている。該発熱体１４２は、１０μｍ〜７０μｍ程度の厚さとされている。

上記面状発熱体４０２は、例えば、伝熱層３４２となる上記銅箔の一方の面に、所定の厚さで上記耐熱絶縁層２４２を形成する。次いで、該耐熱絶縁層２４２にステンレス或いはニッケルクロム等からなる箔状の材料を、加熱及び加圧により固着させる。次いで、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パターンを形成し、上記発熱体１４２を形成するようにしてもよい。
このような構成により、面状発熱体４０２は、可撓性を有したシート状のヒータとなり、基材４０１の外周面に後記する接着層４０３を介して固着される。
尚、図示を省略しているが、面状発熱体４０２のローラ軸方向両端部には、前記給電部と導通される電極部が設けられている。
また、上記発熱体１４２を構成するヒータパターンの形成は、上記例に限らず、スパッタリング或いは蒸着、パターン印刷、ブラスト等により形成するようにしてもよい。

上記接着層４０３は、後記する接着剤の硬化により形成された硬化接着剤層４３１と、該硬化接着剤層４３１中に介在された強化繊維シート４３２とにより形成されている。また、上記面状発熱体４０２の端部同士が対向する部位（合わせ目部位、継ぎ目部位）には、所定の隙間が形成されており、該隙間には、接着剤が充填されて硬化した充填部４３３が形成されている。
上記接着層４０３の厚さ（上記充填部４３３を除く）は、２００μｍ〜５００μｍ程度とされている。該接着層４０３は、上記面状発熱体４０２と基材４０１とを電気的に絶縁するとともに、断熱層として機能し、この接着層４０３の厚さは、上記面状発熱体４０２と基材４０１との電気絶縁性及び断熱性を阻害することがない厚さとすればよい。
上記硬化接着剤層４３１を形成する接着剤は、本実施形態では、高い耐熱性を有するとともに、熱伝導率の低い熱硬化型のシリコーン系接着剤としている。このようなシリコーンの線膨張係数は、比較的大きく、２００（×１０^-６／℃）程度である。
尚、上記接着剤としては、所定の定着温度に耐えられる耐熱性を有するとともに、低熱伝導率の他の接着剤からなるものとしてもよく、例えば、熱硬化型のエポキシ系、アクリル系等の接着剤により形成するようにしてもよい。

上記強化繊維シート４３２は、該硬化接着剤層４３１中において、基材４０１の外周に沿うように、周方向の略全周に亘って介在されるとともに、軸方向の略全長に亘って介在されている。
上記強化繊維シート４３２は、本実施形態では、図３に示すように、直交する二方向（縦横）にガラス繊維を編み込んで形成された、いわゆる平織のガラスクロスとしている。このようなガラスクロスは、ガラス繊維を束にして糸状にしたもの（ストランド）を編み込んだものとしてもよい。或いはストランドに撚りをかけたヤーンを編み込んだものとしてもよい。
このガラスクロス４３２は、比較的目が粗く目抜平織状に編み込まれており、ネット状（メッシュ状）に形成されている。このように目抜平織状とされたガラスクロス４３２の平面視における空隙率（隙間率）は、１０％以上、９０％以下とすることが好ましく、より好ましくは、３０％以上、７０％以下としてもよい。上記空隙率が小さくなると、後記するように接着剤に浸漬させ、該接着剤を絡める際に、ガラスクロス４３２へ十分に接着剤が絡まない傾向があり、また、上記空隙率が大きくなると、接着層４０３全体としての熱膨張の低減が効果的になされない傾向がある。

また、本実施形態では、上記のように縦横に編み込まれたガラスクロス４３２を、図４に示すように、ガラス繊維の方向がそれぞれ周方向及び軸方向に沿って配置されるようガラスクロス４３２を介在させている。すなわち、ガラスクロス４３２中の少なくとも一部のガラス繊維をローラ周方向に沿うように配向させている。
尚、強化繊維シート４３２を構成する強化繊維としては、本実施形態では、線膨張係数が８．５（×１０^-６／℃）程度と比較的小さいガラス繊維としているが、これに限られず、高い引張強度を有し、線膨張係数が上記接着剤よりも低いものとしてもよい。例えば、炭素繊維、アラミド繊維、テキサリウム繊維、セラミックス繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、バサルト繊維（鉱物繊維）、ケナフ繊維、窒化硼素繊維等としてもよい。これら強化繊維は、一種あるいは二種以上を組み合わせて使用してもよい。

また、本実施形態では、強化繊維を平織したクロスシートを例示しているが、これに限らず、綾織、朱子織、多軸配向編等により編み込み形成されたものとしてもよい。
さらに、上記のように、編み込んで形成したクロスシートに限らず、例えば、ストランドを所定の長さに切断して、ランダム方向に分散させて積層し、結合剤等によってマット状に形成した異方向性（多方向性）のマットシートとしてもよく、或いは、不織布としてもよい。このような異方向性のマットシートとする場合は、長繊維の強化繊維とすることが好ましい。または、強化繊維のフィラメント或いはストランドを一方向或いは直交する二方向等に方向を揃えて積層して結合剤等でマット状に形成した一方向性或いは二方向性のマットシートとしてもよい。このような一方向性或いは二方向性のマットシートは、その強化繊維の繊維方向がローラ周方向に沿うように配置するようにしてもよい。
さらにまた、上記強化繊維の繊維径、各シートの厚さ、接着層４０３中の接着剤の量等は、該強化繊維の物性及び接着剤の物性に応じて適宜設定可能である。これらは、例えば、上記面状発熱体４０２の伝熱層３４２の線膨張係数に応じて、該伝熱層３４２と、接着層４０３との線膨張係数が同程度となるように調整してもよい。すなわち、銅の線膨張係数１６．８或いはアルミニウムの線膨張係数２３．６等と、接着層４０３の線膨張係数とが略等しくなるよう、接着層４０３中の強化繊維の量等を設定するようにしてもよい。

上記離型層４０４は、トナー或いは紙粉の付着を低減するためのもので、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からなり、面状発熱体４０２の外周面に接着剤等で固着、或いは塗布形成されている。この離型層４０４の厚みは、３０μｍ〜５０μｍ程度としてもよい。
上記構成とされたヒートローラ４０の両端部には、ローラ軸部材（不図示）が設けられており、定着装置ハウジング４２内に設けられた軸受（不図示）等で回転自在に支持されている。また、該ローラ軸部材の一端には、ギア等が固着されており、該ギア等に対して、装置本体１０に設けられたモータ等の駆動手段（不図示）による駆動が伝達されて、ヒートローラ４０の回転駆動がなされる。
このヒートローラ４０の回転駆動により、後記するプレスローラ４１が従動回転して、ニップ部に導入された用紙がニップ搬送される。該ニップ部を用紙が通過する間に、転写されたトナー画像が加熱及び加圧により用紙に定着され、記録済用紙として排出部５に向けて搬送される。

上記プレスローラ４１は、鉄鋼材等の金属材で形成されたプレスローラ軸４１０と、該プレスローラ軸４１０に外装された円筒状弾性部材４１１と、離型層４１２とからなる。
円筒状弾性部材４１１は、シリコーン、ウレタン等のゴム体あるいはスポンジ体からなり、プレスローラ軸４１０に接着剤等で固着されている。
上記離型層４１２は、円筒状弾性部材４１１の外周面に形成されており、用紙、トナー或いは紙粉の剥離性を高めるための例えば、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等からなる。
尚、プレスローラ軸に適用される金属材料としては、ＳＵＭ２４ＬやＳ２０Ｃなど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、離型層４１２の厚みは、３０μｍ〜５０μｍ程度としてもよい。

プレスローラ軸４１０は、その両端が軸受体４２３により回転自在に支持されている。該軸受体４２３は、定着装置ハウジング４２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４２に固定されたコイルバネ等からなる弾性部材４２４の弾力によってヒートローラ４０側に向けて押されている。
この弾性部材４２４により、プレスローラ４１は、ヒートローラ４０に向けて押し当て状態とされ、該プレスローラ４１が上記ヒートローラ４０に弾性的に接することで、ニップ部が形成される。

尚、弾性部材４２４は、定着装置ハウジング４２内に固定された金属シャーシ（不図示）に、その基端部が固定支持されている。
また、弾性部材４２４としては、コイルバネに限らず、プレスローラ４１をヒートローラ４０に対して押し当て可能な押部材であればどのようなものでもよい。
さらに、図示を省略しているが、定着装置４は、ヒートローラ４０とプレスローラ４１とのニップ状態（接触状態）を解除するニップ解除機構を備えている。また、ヒートローラ４０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。

次に、前記構成とされたヒートローラ４０の形成工程の一例について説明する。
まず、上記基材４０１の外径及び軸方向長さに合わせて上記ガラスクロス４３２をカットする。該ガラスクロス４３２を、液体状のシリコーン系接着剤に浸漬して、該ガラスクロス４３２の繊維間に該接着剤を絡ませるようにして、該ガラスクロス４３２の表裏に接着剤膜を形成する。この際、ガラスクロス４３２及び接着剤膜中の空気を取り除くことが好ましい。
次いで、上記のように、表裏に接着剤膜が形成されたガラスクロス４３２を、上記基材４０１の外周に巻きつける。これら接着剤及びガラスクロス４３２の外周に、上記面状発熱体４０２の裏面側（上記発熱体１４２側）をガラスクロス４３２側に向けて巻きつけ、面状発熱体４０２の端部同士の突合せ部位に形成された隙間に接着剤を充填し、接着剤を加熱して完全に硬化させる。

次いで、上記したように面状発熱体４０２の表面側（上記伝熱層３４２側）に離型層４０４を形成する。
上記工程により、図２に示すように、基材４０１と面状発熱体４０２との間にガラスクロス４３２を硬化接着剤層４３１中に介在させた接着層４０３が形成される。また、面状発熱体４０２の端部同士の突合せ部位に形成された隙間には、上記充填部４３３が形成される。
尚、上記接着層４０３の形成は、一例に過ぎず、他の工程により形成するようにしてもよい。例えば、ガラスクロス４３２を、予めガラスクロス４３２に上記接着剤を絡ませるとともに表裏に接着剤膜を形成して、該接着剤を半硬化させた、いわゆるプリプレグシートとしてもよい。
或いは、上記のようにガラスクロス４３２を、上記接着剤に浸漬して繊維間に接着剤を絡ませるとともに、基材４０１の外周及び／又は面状発熱体４０２の裏面にも接着剤を塗布してこれらを接着するようにしてもよい。
また、上記充填部４３３は、本実施形態では、上記接着層４０３を形成する接着剤と同様の接着剤により形成されているが、例えば、熱伝導率の高い耐熱接着剤により形成するようにしてもよい。これにより、ヒートローラ４０の外周における均熱化が図れる。

以上のように、本実施形態に係る定着装置４が備えるヒートローラ４０は、円筒形状の基材４０１と、接着層４０３を介して該基材４０１の外周に固着された面状発熱体４０２とを備えている。従って、熱源となる面状発熱体４０２が、ヒートローラ４０の外周面近くに配置されるので、ヒートローラ４０の外周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短縮できる。
また、ヒートローラ４０の接着層４０３は、硬化接着剤層４３１と、該硬化接着剤層４３１中に介在させたガラスクロス４３２とにより形成されているので、接着剤のみにより接着層を形成したものと比べて、該接着層４０３の熱膨張（線膨張）が緩和される。すなわち、例えば、シリコーン樹脂系接着剤が硬化して形成される接着層では、線膨張係数が上記したように比較的大きく、該接着層と面状発熱体４０２との熱膨張率の差が大きくなる。本実施形態のように、ガラスクロス４３２を接着層４０３に介在させることで、接着層４０３の線膨張係数を小さくでき、よって、接着層４０３の熱膨張を緩和できる。
これにより、基材４０１の外周に固着された面状発熱体４０２の合わせ目が広がることを防止でき、該基材４０１と該面状発熱体４０２との接着強度を高めることができる。

また、本実施形態では、縦横に編み込まれたガラスクロス４３２を、上記したように、ガラス繊維の方向がそれぞれ周方向及び軸方向に沿って配置されるように接着層４０３内にガラスクロス４３２を介在させている。従って、接着層４０３の周方向（拡径方向）への膨張を効果的に低減できる。これにより、面状発熱体４０２の合わせ目が広がることをより効果的に低減できる。
さらに、本実施形態では、上記ヒートローラ４０の基材４０１を、中空円筒形状のアルミニウムパイプとしている。従って、例えば、基材を合成樹脂材等で形成した場合と比べて、面状発熱体４０２からの熱が該基材４０１へ伝わり易くなるが、該基材４０１の剛性を高めることができる。このように基材４０１の剛性が高められることで、定着装置４に設置されてプレスローラ４１からの分布荷重を受けた場合にも撓むようなことがなく、よって、定着ムラ或いは定着不良を低減できる。
また、本実施形態では、上記接着層４０３を、熱伝導率の低い熱硬化型のシリコーン系接着剤よりなる硬化接着剤層４３１と、断熱性の高いガラスクロス４３２とにより形成している。これにより、該接着層４０３が断熱層となり、上記のように、基材４０１をアルミニウムパイプとした場合にも面状発熱体４０２から基材４０１への熱伝導を低減できる。従って、ウォームアップタイムを効果的に短縮できる。

さらにまた、本実施形態に係る定着装置４によれば、上記ヒートローラ４０を備えているので、上記したように、面状発熱体４０２の合わせ目が広がるようなことがない。従って、ヒートローラ４０の面状発熱体４０２と基材４０１との接着強度を高めることができる。これにより、面状発熱体４０２の合わせ目が広がることによる定着ムラ或いは定着不良を防止できる。
また、ヒートローラ４０に形成された上記接着層４０３により、面状発熱体４０２が発する熱が基材４０１に伝わり難くなる。従って、ヒートローラ４０の外周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効果的に短縮できる定着装置４となる。

本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略縦断面図である。同画像形成装置が備える定着装置を模式的に示す概略縦断面図、及び概略一部拡大縦断面図である。同定着装置が備えるヒートローラに用いられる強化繊維シートの一例を模式的に示す概略拡大平面図である。同ヒートローラを模式的に示す一部破断概略平面図である。

符号の説明

１画像形成装置
３プロセス部
４定着装置
４０ヒートローラ
４０１基材
４０２面状発熱体
４０３接着層
４３２ガラスクロス（強化繊維シート）
４１プレスローラ

Claims

記録媒体に形成されたトナー画像を定着させるための定着装置に用いられるヒートローラであって、
円筒形状の基材と、接着層を介して該基材の外周に固着された面状発熱体とを備え、
前記接着層は、該接着層内に強化繊維シートを備えていることを特徴とするヒートローラ。
請求項１において、
前記強化繊維シート中の少なくとも一部の強化繊維は、ローラ周方向に配向されていることを特徴とするヒートローラ。
請求項１または２において、
前記接着層を構成する接着剤は、シリコーン樹脂系接着剤とされ、前記強化繊維は、ガラス繊維とされていることを特徴とするヒートローラ。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートローラと、該ヒートローラに弾性的に接するプレスローラとを備えたことを特徴とする定着装置。
記録媒体にトナー画像を形成するプロセス部と、請求項４に記載の定着装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。