(57)【要約】【課題】発熱層を有する筒状の回転体にクラック等が生じた場合においても、回転体の過昇温を抑制できるようにした像加熱装置の提供。【解決手段】記録材Ｐが担持する画像Ｔを加熱する像加熱装置であって、発熱層１ａを有する筒状の回転体１と、前記回転体の回転軸方向に磁場を形成する磁場発生手段３と、を有し、前記磁場発生手段に交流電流を流すことで前記回転体の周回方向に誘導電流を生じさせて、前記誘導電流により前記回転体が発熱する像加熱装置において、前記発熱層は、前記回転軸方向で電気的に分割した複数の分割発熱層１ａ１によって形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
2015118232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材が担持する画像を加熱する像加熱装置であって、
発熱層を有する筒状の回転体と、
前記回転体の回転軸方向に磁場を形成する磁場発生手段と、
を有し、前記磁場発生手段に交流電流を流すことで前記回転体の周回方向に誘導電流を生じさせて、前記誘導電流により前記回転体が発熱する像加熱装置において、
前記発熱層は、前記回転軸方向で電気的に分割した複数の分割発熱層によって形成されていることを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
記録材が担持する画像を加熱する像加熱装置であって、
発熱層を有する筒状の回転体と、
前記回転体の回転軸方向に磁場を形成する磁場発生手段と、
を有し、前記磁場発生手段に交流電流を流すことで前記回転体の周回方向に誘導電流を生じさせて、前記誘導電流により前記回転体が発熱する像加熱装置において、
前記発熱層は、前記回転軸方向で電気的に分割するとともに、前記回転体の厚み方向で電気的に分割した複数の分割発熱層によって形成されていることを特徴とする像加熱装置。
【請求項３】
前記磁場発生手段は、前記回転体の内部に配置され、螺旋軸が前記回転軸方向とほぼ平行である螺旋形状部を有し、前記螺旋形状部の中に、前記回転軸方向に磁場を誘導するための磁性体が配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の像加熱装置。
【請求項４】
前記磁場発生手段がコイルであり、前記磁性体がコアであることを特徴とする請求項３に記載の像加熱装置。
【請求項５】
前記回転体と前記記録材を搬送するためのニップ部を形成する対向部材を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の像加熱装置。
【請求項６】
前記回転体の内面に接触し前記回転体を介して前記対向部材と共に前記ニップ部を形成するニップ部形成部材を有することを特徴とする請求項５に記載の像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載する定着装置（定着器）として用いれば好適な像加熱装置に関し、特に電磁誘導加熱方式の像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式の複写機やプリンタに搭載する定着装置（定着器）として、電磁誘導加熱方式の定着装置が知られている。このタイプの定着装置は、未定着トナー画像を担持する記録材を電磁誘導発熱するスリーブや、筒状のフィルムで直接加熱することができるため、昇温速度が速くクイックスタート性に優れ、プリント待ち時間が短いというメリットがある。
【０００３】
特許文献１乃至３には、電磁誘導加熱方式として、磁界発生手段により発生した交番磁界を電磁誘導発熱回転体内部に供給し、その発熱回転体内部に発生する渦電流損によるジュール熱で記録材上のトナー画像を加熱する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１０２３８５号公報
【特許文献２】特開２００４−３４１１６４号公報
【特許文献３】特開２００６−３０１５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電磁誘導加熱方式の定着装置では、発熱回転体にクラック等の破損が発生すると、破損端部で発熱が集中して局所的に温度が上昇（過昇温）する場合があった（特許文献３の段落００２１参照）。この局所的な温度上昇（過昇温）は、画像ムラ、ホットオフセット等の画像弊害を引き起こす可能性がある。また、発熱回転体の周回方向に誘導電流が流れる構成のものは、周回方向と直交する方向にクラック等の破損が生じると、破損端に回り込む誘導電流の影響よって破損部端部の局所的な温度上昇はより顕著となる。そのため、発熱回転体の過昇温を抑制することが求められている。
【０００６】
本発明の目的は、発熱層を有する筒状の回転体にクラック等が生じた場合においても、回転体の過昇温を抑制できるようにした像加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の構成は、
記録材が担持する画像を加熱する像加熱装置であって、
発熱層を有する筒状の回転体と、
前記回転体の回転軸方向に磁場を形成する磁場発生手段と、
を有し、前記磁場発生手段に交流電流を流すことで前記回転体の周回方向に誘導電流を生じさせて、前記誘導電流により前記回転体が発熱する像加熱装置において、
前記発熱層は、前記回転軸方向で電気的に分割した複数の分割発熱層によって形成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の他の構成は、
記録材が担持する画像を加熱する像加熱装置であって、
発熱層を有する筒状の回転体と、
前記回転体の回転軸方向に磁場を形成する磁場発生手段と、
を有し、前記磁場発生手段に交流電流を流すことで前記回転体の周回方向に誘導電流を生じさせて、前記誘導電流により前記回転体が発熱する像加熱装置において、
前記発熱層は、前記回転軸方向で電気的に分割するとともに、前記回転体の厚み方向で電気的に分割した複数の分割発熱層によって形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発熱層を有する筒状の回転体にクラック等が生じた場合においても、回転体の過昇温を抑制できるようにした像加熱装置の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係る定着装置のスリーブの断面図
【図２】実施例１に係る定着装置の断面図
【図３】スリーブと、磁性コアと、励磁コイルの位置関係を表わす斜視図
【図４】スリーブの発熱原理の説明図
【図５】スリーブの発熱層の破損の有無による電流の流れ方の説明図
【図６】実施例２に係る定着装置のフィルムの断面図
【図７】実施例３に係る定着装置のフィルムの断面図
【図８】実施例４に係る定着装置のフィルムの断面図
【図９】画像形成装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明の好適な実施形態は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は以下の実施例により限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において他の公知の構成に置き換えることは可能である。
【００１２】
（１）画像形成装置
図９を参照して、本発明に係る像加熱装置を定着装置として搭載する画像形成装置を説明する。図１は電子写真記録技術を用いた画像形成装置（本実施例ではモノクロプリンタ）１００の一例の概略構成を表わす断面図である。
【００１３】
画像形成装置１００において、記録材Ｐにトナー画像を形成する画像形成部Ａは、像担持体としての感光体ドラム１０１と、帯電部材１０２と、レーザスキャナ１０３と、現像器１０４と、を有している。更に画像形成部Ａは、感光体ドラムをクリーニングするクリーナ１１０と、転写部材１０８と、を有している。以上の画像形成部Ａの動作は周知であるので詳細な説明は割愛する。
【００１４】
画像形成装置本体１００Ａ内のカセット１０５に収納された記録材Ｐはローラ１０６の回転によって１枚ずつ繰り出される。その記録材Ｐはローラ１０７の回転によって感光体ドラム１０１と転写部材１０８とで形成された転写ニップ部１０８Ｔに搬送される。転写ニップ部１０８Ｔでトナー画像が転写された記録材Ｐは搬送ガイド１０９を介して定着装置（定着部）Ｂに送られ、トナー画像は定着装置で記録材に加熱定着される。定着装置Ｂを出た記録材Ｐはローラ１１１の回転によってトレイ１１２に排出される。
【００１５】
［実施例１］
（２）定着装置Ｂ
（２−１）概略構成
図２は本実施例に係る定着装置Ｂの短手方向の断面図である。ここで、短手方向の断面図とは、記録材Ｐの搬送方向と平行な方向で切断した断面図をいう。この短手方向の断面図については以下の説明においても同様とする。
【００１６】
本実施例に示す定着装置Ｂは、筒状の回転体としてのスリーブ１と、ニップ部形成部材９と、対向部材としての加圧ローラ７と、を有する。更に定着装置Ｂは、スリーブ１の内部に、磁性体としての磁性コア２と、磁場発生手段としての励磁コイル３と、を有する。
【００１７】
スリーブ１と、磁性コア２と、加圧ローラ７と、ニップ部形成部材９は、何れも、記録材Ｐの搬送方向ａと直交する方向（以下、長手方向と記す）に長い部材である。これらの各部材の長手方向の幅寸法（以下、長手幅と記す）は定着装置Ｂのニップ部Ｎに導入される最大幅の記録材よりも長い。
【００１８】
耐熱性樹脂等で作製されたニップ部形成部材９は、スリーブ１の内部に挿通され、スリーブ内面と接触する加圧ローラ７側の平面９ａ（図２参照）で加圧ローラ７と共にニップ部Ｎを形成するようになっている。
【００１９】
図１にスリーブ１の断面図を示す。図１の（ａ）はスリーブ１の短手方向の断面図、（ｂ）はスリーブ１の長手方向の断面図、（ｃ）は（ｂ）の点線部分の拡大図である。
【００２０】
スリーブ１は、直径１０ｍｍ〜５０ｍｍの円筒形状である。スリーブ１の層構成は、基層となる導電性部材でできた発熱層１ａと、その発熱層の外面に形成した弾性層１ｂと、その弾性層の外面に形成した離型層（表層）１ｃからなる複合構造である。発熱層１ａの材料は、体積抵抗率の低い金属などが好適である。本実施例では、発熱層１ａの材料として、厚さ２０μｍ〜１００μｍのＳＵＳを用いた。本実施例の定着装置Ｂは、後述するように、スリーブ１を周回するように磁路を形成する構成であり、従来例のように磁束を発熱層内部に誘導するタイプのものではない。そのため、発熱層１ａとして、磁路とならない薄い磁性金属や、非磁性金属を用いることができる。
【００２１】
発熱層１ａは、図１の（ｂ）、（ｃ）に示すように、スリーブ１の回転軸方向Ｘａに電気的に分割した複数の分割発熱層によって形成されている。すなわち、長手幅１０ｍｍの分割発熱層としての円筒状部材１ａ１を、レーザー樹脂溶着加工などを用いて電気的に分割した状態で回転軸方向Ｘａに３０個連結して、長手幅３００ｍｍの円筒形状の発熱層１ａを形成した。
【００２２】
具体的には、長手幅１０ｍｍの円筒状部材１ａ１であるリング状のＳＵＳに対し、このリング状のＳＵＳの端部同士を耐熱樹脂／エラストマなどの絶縁性のインサート材（バインダ）を用いたレーザーによる突合せ溶接を施して分割部１ａ２を形成する。そして、分割部１ａ２を介してリング状のＳＵＳを、順次連結、接合していく。これにより、長手幅３００ｍｍの円筒形状の発熱層１ａを得た。ここで、スリーブ１の回転軸方向Ｘａで電気的に分割した構成とは、その回転軸方向にはほとんど電流が流れないようにした構成ということを意味する。
【００２３】
発熱層１ａの外面には、弾性層１ｂとして、硬度が２０度（ＪＩＳ−Ａ、１ｋｇ加重）のシリコーンゴムを０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの厚さで成形した。そしてこの弾性層１ｂの外面に、離型層１ｃとして、１０μｍ〜５０μｍの厚さのフッ素樹脂チューブを被覆した。
【００２４】
図３はスリーブ１と、磁性コア２と、励磁コイル３の位置関係を表わす斜視図である。
【００２５】
磁性コア２は、円柱形状をしており、不図示の固定手段でスリーブ１の短手方向（記録材Ｐの搬送方向と平行な方向）の断面形状のほぼ中央に配置されている。この磁性コア２は、励磁コイル３にて生成した交流磁界による磁力線（磁束）をスリーブ１内部（内面側）に誘導し、磁力線の通路（磁路）を形成する部材として機能する。
【００２６】
磁性コア２の材料は、ヒステリシス損が小さく、比透磁率の高い材料で形成することが望ましい。磁性コア２の材料として、例えば焼成フェライト、フェライト樹脂、アモルファス合金やパーマロイ等の高透磁率の酸化物や、合金材料で構成する強磁性体が好ましい。また、磁性コア２の直径は、スリーブ１の内部に収納可能な範囲で、極力断面積を大きくとることが望ましく、直径５ｍｍ〜４０ｍｍとした。磁性コア２の形状は円柱形状に限定されず、角柱形状なども選択できる。
【００２７】
本実施例では、磁性コア２はスリーブ１内部のみに配置して開磁路を形成する構成としたが、本実施例の変形例として、スリーブの外部にもスリーブを周回するように磁性コアを配設して閉磁路を形成する構成としてもよい。
【００２８】
励磁コイル３は、スリーブ１内部の磁性コア２に耐熱性のポリアミドイミドで被覆した直径１ｍｍ〜２ｍｍの銅線材の単一導線を巻数約１０巻〜３０巻で螺旋状に巻き回して螺旋軸３Ｘがスリーブの回転軸方向Ｘａとほぼ平行である螺旋形状部３Ｌを形成する。ここで、螺旋軸３Ｘとは螺旋形状部３Ｌの導線巻き回し中心をいう。本実施例では巻き数１８回で螺旋形状部３Ｌを構成している。すなわち、スリーブ１内部にて、スリーブの回転軸方向Ｘａと交差する方向に単一導線を磁性コア２に対し巻き回して螺旋形状部３Ｌを形成している。このため、その励磁コイル３に給電接点部３ａ，３ｂを介して高周波電流（交流電流）を流すと、スリーブ１の回転軸方向Ｘａと平行な方向に磁界（磁場）は発生する。
【００２９】
つまり、励磁コイル３は、スリーブ１の内部に配置され、螺旋軸３Ｘがスリーブの回転軸方向Ｘａとほぼ平行な螺旋形状部３Ｌを有し、この螺旋形状部の中に、スリーブの回転軸方向に磁場を誘導するための磁性コア２が配置される。
【００３０】
加圧ローラ７は、芯金７ａと、芯金の長手方向両側の軸部間の外面に形成した弾性層７ｂと、弾性層の外面に形成した離型層７ｃと、を有する外径３０ｍｍの部材である。
【００３１】
本実施例の定着装置Ｂは、ニップ部形成部材９の長手方向の両端部を定着装置Ｂのフレーム（不図示）に支持させると共に、そのフレームに加圧ローラ７の芯金７ａの軸部を軸受部材（不図示）を介して回転可能に支持させている。そして加圧ローラ７の長手方向両側の軸受部材を加圧バネなどの付勢部材（不図示）で加圧ローラの母線方向と直交する方向へ押圧することにより、加圧ローラをスリーブ１を介してニップ部形成部材９に加圧する。
【００３２】
本実施例では、加圧ローラ７の長手方向両側の軸受部材を総圧約９８Ｎ〜１９６Ｎ（約１０ｋｇｆ〜約２０ｋｇｆ）の押圧力をもって加圧ローラの母線方向と直交する垂直方向へ加圧している。これにより、加圧ローラ７はスリーブ１を介してニップ部形成部材９の平面９ａに加圧され、加圧ローラの弾性層７ｂが潰れて弾性変形し、スリーブ１表面と加圧ローラ表面とで所定幅のニップ部Ｎを形成している。
【００３３】
（２−２）加熱定着処理動作
定着装置Ｂは、画像形成装置１００の画像形成動作が開始されると、所定のタイミングに合わせて、スリーブ１を電磁誘導加熱すると共に、加圧ローラ７をモータ（不図示）の回転駆動により矢印方向に回転する（図２参照）。スリーブ１は、スリーブ内面がニップ部形成部材９の平面９ａと接触しながら加圧ローラ７の回転に追従して矢印方向に回転する。高周波コンバータ５は、励磁コイル３に、給電接点部３ａ，３ｂを介して高周波電流を供給する。制御回路６（図３参照）は、スリーブ１の表面温度を検知する温度検知素子４によって検出された温度を基に高周波コンバータ５を制御する。これにより、スリーブ１を電磁誘導加熱してスリーブの表面温度を所定の目標温度（約１５０℃〜２００℃）に維持、調整する。
【００３４】
未定着トナー画像Ｔを担持する記録材Ｐはニップ部Ｎで挟持搬送されながら未定着トナー画像にスリーブ１の熱とニップ部の圧力が印加され、これによりトナー画像は記録材上に加熱定着される。
【００３５】
（３）スリーブ１の発熱原理
図４を参照して、スリーブ１の発熱原理を説明する。図４の（ａ）は発熱層１ａの短手方向の断面においてスリーブ１に流れる電流とスリーブに生成される磁場を表わした模式図である。図４の（ｂ）は発熱層１ａの長手方向においてスリーブ１に流れる電流を表わした模式図である。
【００３６】
図４では、スリーブ１の中心から、磁性コア２、励磁コイル３、発熱層１ａを同心円状に配置した例を示す（図４（ａ）参照）。図中奥行き方向に向かう矢印磁力線をＢｉｎ（○の中に×印）で、そして図中手前方向に向かう矢印磁力線をＢｏｕｔ（○の中に●印）で模擬している。
【００３７】
励磁コイル３の中に矢印Ｉの向きに電流が増加している瞬間は、磁路の中に図中奥行き方向に向かう矢印（○の中に×印）のように磁力線を形成する。すなわち、発熱層１ａの内側である磁性コア２の中を奥行き方向に向かう磁力線Ｂｉｎは８本であり、発熱層１ａの外側を手前方向に帰ってくる磁力線Ｂｏｕｔも８本である。実際に交番磁界を形成した時には、このように形成する磁力線を打ち消すように、発熱層１ａの周方向全域に誘導起電力がかかり、矢印Ｊのようにスリーブ１を周回する電流が流れる（以後、この電流を周回電流と呼ぶ）。
【００３８】
誘導起電力は、スリーブ１の発熱層１ａの周回方向にかかっているので、周回電流Ｊは発熱層１ａ内部を一様に流れる。そして磁性コア２より生じる磁力線は、高周波電流により生成消滅と方向反転を繰り返すため、周回電流Ｊは高周波電流と同期して生成消滅と方向反転を繰り返し流れる。発熱層１ａに電流が流れると、発熱層の材料（金属）がもつ電気抵抗により発熱層にジュール熱が生じる。
【００３９】
ジュール発熱は、一般的に「鉄損」と呼ばれ、発熱量Ｐｅは以下の式で表される。
【００４０】
【数１】
2015118232.tif 000003
【００４１】
Ｐｅ：  発熱量
ｔ：  スリーブ厚み
ｆ：  周波数
Ｂｍ：  最大磁束密度
ρ：  抵抗率
ｋｅ：  比例定数
磁性コア２より生じる磁力線は、スリーブ１の回転軸方向Ｘａ（図３参照）と平行に生じるため、周回電流Ｊは、スリーブの回転軸方向Ｘａと直交する周回方向に流れる。したがって、スリーブ１の回転軸方向Ｘａに電気的に分割した各分割発熱層１ａ１にそれぞれ周回電流Ｊが流れる。
【００４２】
上記のようにして発生する周回電流Ｊは、磁性コア２の内包する磁束と、発熱層１ａの抵抗値に依存し、発熱層自身の磁束密度とは関係しない。そのため、磁路とならない薄い磁性金属製の発熱層１ａ或いは非磁性金属製の発熱層１ａでも高い効率で発熱することが可能である。また、発熱層１ａの抵抗値が極端に変わらない範囲においては、発熱層の材料の厚みにも依存しない。更に、発熱層１ａとして金属材料以外の導電性樹脂等を用いた場合でも、発熱層を発熱させることは可能である。よって、本実施例のような周回電流Ｊを用いた方式は、従来の電磁誘導加熱方式より、発熱層１ａの材料、厚み、周波数に対する設計自由度を広げることが出来る。
【００４３】
つまり、本実施例のスリーブ１は、励磁コイル３に高周波電流を流すことで各分割発熱層１ａ１の周回方向に誘導電流を生じさせて、この誘導電流により発熱層１ａが発熱する。
【００４４】
（４）発熱層１ａの破損による過昇温（比較実験の結果）
図５はスリーブ１の発熱層１ａの破損の有無による電流の流れ方の説明図である。図５の（ａ）は本実施例の発熱層１ａの場合の電流の流れ方の例を示している。図５の（ｂ）は比較のために発熱層１ａが長手方向で分割されていない場合の電流の流れ方の例を示している。
【００４５】
図５の（ａ）、（ｂ）において、破損の無い領域「Ｚ１」では、磁性コア２を貫く、スリーブ１の回転軸方向Ｘａと平行な方向の磁束によって発熱層１ａに誘導起電力が生じ、矢印で示したようにスリーブの周回方向に電流（周回電流Ｊ）が流れる。実際には交流電圧を印加するので、矢印の逆方向にも流れる。
【００４６】
破損領域「Ｚ２」では、周回方向に流れる電流が迂回し、破損部端部Ｃに電流が回り込むように流れる。図５の（ｂ）に示すように、比較例の発熱層１ａにおいては、破損部端部Ｃに電流が多く流れ、他の領域に比べ過昇温となる。
【００４７】
これに対し、図５の（ａ）に示すように、本実施例の発熱層１ａは、スリーブ１の回転軸方向Ｘａに電気的に分割した複数の分割発熱層１ａ１で構成されているため、破損部端部Ｃに回り込んで流れる電流は少なくなり、過昇温を抑制できる。
【００４８】
表１は、本実施例の発熱層１ａを有するスリーブ１を備えた定着装置Ｂの効果を確認するため、実際に加熱定着処理動作を行った際の、発熱層の破損部端部Ｃの温度を温度検知センサ（サーミスタ）で測定した結果を表している。具体的には、投入最大電力１０００Ｗ、回転速度２１０ｍｍ／ｓｅｃという条件下で、スリーブ１を室温（２３℃）から目標温度１６０℃まで加熱、昇温させる実験を行い、破損幅（長手方向の幅）を振った場合の破損部端部Ｃの温度を計測した結果である。表１において、実施例１は本実施例のスリーブ１を用いた場合である。実施例１のスリーブ１に対して、比較例１として、回転軸方向に連続した発熱層（分割されていない発熱層）を有するスリーブを用いた場合の例も示す。
【００４９】
【表１】
2015118232.tif 000004
表１に示したように、破損幅が大きくなるほど、破損部端部Ｃの温度が高くなり、比較例１では、破損幅が１４ｍｍとなると２７５℃に達する。すなわち、スリーブの破損幅が大きくなると、破損端に向かって回り込む電流が多くなり、破損部端部Ｃの発熱量が多くなって温度は２７５℃まで上昇する。
【００５０】
一方、実施例１では、破損幅８ｍｍのときの温度２４０℃が最も高い温度であり、比較例１に比べ回り込む電流が少なく、過昇温は抑制できるのが分かる。
【００５１】
上記実験においては、比較例１のように、過昇温が２６０℃以上となった場合、画像不良が顕著となるとともに、熱劣化によりスリーブの耐久性が著しく低下した。実施例１のように、過昇温が２４０℃以下である場合は、画像不良も軽微であり、また、熱劣化によるスリーブの耐久性も問題ないレベルであった。
【００５２】
発熱層１ａの各分割発熱層１ａ１の長手幅は、印加する電力や、制御温度、スリーブの径や、厚み、抵抗値などに応じて決まる。分割発熱層１ａ１の長手幅は、小さくすればするほど、破損時に回り込む電流を小さくできるため、過昇温の抑制効果を大きくできる。
【００５３】
また、１つの分割発熱層１ａ１の長手方向の中央部に破損部を想定する場合は、回り込み電流は破損部の両側に流れ込むため、破損幅の半分に相当する量がそれぞれの両端に流れ込むことになる。実施例１では、分割発熱層１ａ１の分割幅（長手幅）を一律に１０ｍｍとしたが、たとえば過昇温を２４０℃以下に抑制するためには、破損幅８ｍｍ以下の回り込み電流を想定すればよい。この場合、発熱層１ａの長手方向の両端部の分割発熱層１ａ１を長手幅８ｍｍに分割し、この両端部の分割発熱層間の中央部の分割発熱層を長手幅１６ｍｍ以下の間隔に分割しておけば所望の効果が得られる。
【００５４】
［実施例２］
本実施例では、実施例１のスリーブ１の代わりに、筒状のフィルム（筒状の回転体）１１を用いた定着装置Ｂを説明する。実施例１の定着装置Ｂと同じ構成の、磁性コア２、励磁コイル３、及び加圧ローラ７などの部材の説明は省略する。
【００５５】
図６に本実施例のフィルム１１の断面図を示す。図６の（ａ）はフィルム１１の短手方向の断面図、（ｂ）はフィルム１１の長手方向の断面図、（ｃ）は（ｂ）の点線部分の拡大図である。
【００５６】
フィルム１１は、直径１０〜１００ｍｍの円筒形状である。フィルム１１の層構成は、フィルムの内面側から基層１１ａ、発熱層１１ｂ、離型層１１ｃで構成される。本実施例では、フィルム１１の外径を３０ｍｍとした。
【００５７】
基層１１ａの材料は、非磁性の性質を持ち、体積電気抵抗率が高く、耐熱性に優れた物質が適している。例えば、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）等に代表される耐熱性樹脂、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）やＧＦＲＰ（ガラス繊維強化樹脂）等に代表される繊維強化樹脂等がある。基層１１ａの厚みは、耐熱性の樹脂を用いる場合は、フィルム１１の強度、フィルムのニップ部Ｎによる摺動性、及びフィルムの回転安定性の得られやすい厚さである２０〜２００μｍが適している。本実施例では、基層１１ａはＰＩ（ポリイミド）で形成し、厚さは６０μｍとした。
【００５８】
基層１１ａの外面に形成された発熱層１１ｂの材料は、例えば、金、銀、銅、鉄、白金、スズ、ＳＵＳ、チタン、アルミニウム、ニッケル等の体積電気抵抗率の低い金属が適している。本実施例では、発熱層１１ｂの材料は銀を用い、厚みは５μｍとした。また、発熱層１１ｂは、フィルム１１の回転軸方向Ｘｂに電気的に分割した複数の分割発熱層１１ｂ１によって形成されている。
【００５９】
以下に発熱層１１ｂの形成方法の一例を説明する。上記金属の微粒子とポリイミド前駆体溶液を含む塗料を作製し、その塗料をブレードやスクリーン印刷等の手段により基層１１ａの外面に塗布して塗膜を形成する。塗布の際には、基層１１ａの長手方向にはあらかじめ一般的なマスキング処理などによる手法にて、発熱層１１ｂを長手幅が１０ｍｍ間隔となるように電気的に分割する分割部１１ｂ２を形成する。その後、上記塗膜を３００℃〜５００℃程度まで徐々に加熱して乾燥しイミド化を進行させ、基層１１ａと強固に接着するとともに、フィルム１１の回転軸方向Ｘｂに電気的に分割した複数の分割発熱層１１ｂ１からなる発熱層１１ｂを形成する。
【００６０】
発熱層１１ｂの外面にはフィルム１１表面へのトナーの付着、及び画像不良の発生を防止する事を目的として離型層１１ｃを形成する。離型層１１ｃは非粘着性に優れた材料が適しており、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＥＣＴＦＥ等が適している。ここで、ＰＴＦＥとはポリテトラフルオロエチレン樹脂である。ＰＦＡと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エーテル樹脂である。ＦＥＰとはテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン樹脂である。ＥＴＦＥとはテトラフルオロエチレン・エチレン樹脂である。ＥＣＴＦＥとはクロロトリフルオエチレン・エチレン樹脂である。本実施例では、離型層１１ｃとして、厚さ１５μｍのＰＦＡを用いた。
【００６１】
フィルム１１の発熱原理は実施例１と同様である。フィルム１１の回転軸方向Ｘｂと平行な方向に発生する磁束に対し、発熱層１１ｂの各分割発熱層１１ｂ１に周回電流Ｊが流れることにより発熱層はジュール発熱する。
【００６２】
本実施例では、フィルム１１が基層１１ａを有する構成であるため、金属層である発熱層１１ｂをより薄くすることができる。したがって、フィルム１１の熱容量を小さくすることができ、より昇温速度が速くクイックスタート性に優れ、プリント待ち時間短縮に有利な構成をとることが可能となる。
【００６３】
発熱層１１ｂの厚みは、発熱層の周回方向の抵抗（周回抵抗Ｒ）や、印加する電力などによって適切な範囲がある。
周回抵抗Ｒは、
Ｒ＝（ρ×フィルムの発熱層の直径）／（フィルムの発熱層の厚み×フィルムの発熱層の長手幅）
という計算式で算出できる。
周回抵抗Ｒが高すぎると発熱層１１ｂに周回電流Ｊが流れず発熱層は発熱しない。一方、周回抵抗Ｒが低すぎると抵抗が小さいため発熱層は発熱量が小さくなり必要な熱量を発生できない。
【００６４】
表２に、発熱層１１ｂに用いる各物質の体積電気抵抗率ρ、及び比重を示す。本実施例の場合、発熱層１１ｂの周回抵抗Ｒは０．１［ｍΩ］〜５０［ｍΩ］とするのが好ましい。したがって、発熱層１１ｂの材料として、金や銀、銅、アルミニウムを用いる場合は、発熱層の厚みは０．１μｍ〜５０μｍ、黄銅を用いる場合は０．５μｍ〜１５０μｍが適している。鉄や白金、スズを用いる場合は１μｍ〜１００μｍ、ＳＵＳやニッケル、チタンを用いる場合は５μｍ〜２００μｍが適している。
【００６５】
【表２】
2015118232.tif 000005
本実施例においても、本実施例のフィルム１１を備えた定着装置Ｂの効果を確認するため、実施例１と同様に、フィルムの発熱層１１ｂの破損による過昇温を確認した。
【００６６】
表３は、実施例１と同様の実験を行い、破損幅（長手方向の幅）を振った場合の破損部端部Ｃの温度を計測した時の結果である。表３において、実施例２は本実施例のフィルム１１を用いた場合である。比較例２として、実施例２と同等の発熱層を回転軸方向に連続して形成したフィルムを作成して比較した。
【００６７】
【表３】
2015118232.tif 000006
表３に示したように、比較例２は、破損幅が大きくなるほど破損部端部Ｃの温度が高くなり、破損幅が１４ｍｍとなると２７０℃に達する。
【００６８】
一方、実施例２では、破損幅が１４ｍｍとなると２００℃であり、過昇温を抑制できるのが分かる。
【００６９】
上記実験において、過昇温が２６０℃以上となった場合、画像不良が顕著となるとともに、熱劣化によりフィルムの耐久性が著しく低下した。実施例２のように、過昇温が２４０℃以下である場合は、画像不良も軽微であり、また、熱劣化によるフィルムの耐久性も問題ないレベルであった。
【００７０】
（その他の効果）
本実施例の定着装置Ｂの、その他の効果としては、以下に示すように、「非通紙部の温度上昇を軽減する効果」や、「漏れ磁束による発熱を抑制する効果」がある。
【００７１】
１）「非通紙部の温度上昇を軽減する効果」について
一般に、たとえば小サイズの記録材Ｐをニップ部Ｎに連続して導入した場合、ニップ部において記録材が通過しない非通過領域は記録材に熱が奪われないため熱がこもり温度が高くなる（非通過部昇温）。フィルムの長手方向の熱伝導が低い場合は、非通過領域と記録材が通過する通過領域との温度差が解消されにくい。そのため、小サイズの記録材をニップ部に連続して導入した直後に、大サイズの記録材Ｐをニップ部Ｎに導入すると、温度差が原因となって画像不良となってしまう場合がある。しかしながら、本実施例の定着装置Ｂにおいては、上記したような非通過領域の温度上昇を軽減できるという効果がある。
【００７２】
以下に原理を説明する。本実施例のフィルム１１の発熱層１１ｂに用いた金属材料は、温度上昇により抵抗値が大きくなるＰＣＴ特性を示すため、温度上昇とともに、電流が流れにくくなる。また、本実施例の定着装置Ｂは、フィルム１１の回転軸方向Ｘｂと平行な方向に磁路を形成し発熱層１１ｂの周回電流によってフィルムが発熱する構成である。そのため、フィルム１１の長手方向で温度差が生じる場合においては、フィルムの比較的温度の低い部分に周回電流が多く流れ、温度の高くなった部分には周回電流が流れにくくなり、温度の高くなった部分の発熱量は減少する。
【００７３】
すなわち、温度差に応じて発熱量が調整され、自動的に温度ムラを抑制できる（自己温度差抑制効果）。小サイズの記録材Ｐをニップ部Ｎに連続して導入する場合は、非通過領域の温度上昇に応じて発熱量が減少するため、非通過領域の温度上昇を軽減することができる。
【００７４】
２）「漏れ磁束による発熱を抑制する効果」について
一般に、磁性コア２で閉磁路を形成する構成の場合は、フィルム１１の長手方向の端部の磁束を回転軸方向Ｘｂに平行に維持しやすい。これに対し、磁性コア２で開磁路を形成する構成の場合は、特にフィルム１１の長手端部においては磁束を回転軸方向Ｘｂに平行に維持することが難しく、発熱層１１ｂの厚さ方向に貫く磁束（漏れ磁束）が発生する場合がある。この漏れ磁束は、発熱層１１ｂの厚み方向に発生するため、その部分で磁束を打ち消すように磁束に対して同心円状に渦電流が流れ、発熱する。このような発熱は、周回電流Ｊと異なり、先に示したような自己温度差抑制効果は見られないため、小サイズの記録材Ｐをニップ部Ｎに連続して導入する場合、非通過部昇温が問題となってしまう。
【００７５】
しかしながら、本実施例のフィルム１１のように、発熱層１１ｂを長手幅の小さい複数の分割発熱層１１ｂ１によって構成すると、同心円状に流れる渦電流は半径を小さいものに抑制できるので、渦電流の発生自体を軽減することができる。その結果、漏れ磁束による発熱を軽減できるという効果が得られる。
【００７６】
［実施例３］
本実施例では、実施例２のフィルム１１の発熱層１１ｂの代わりに、周囲を絶縁処理した金属薄層を積層して形成した発熱層１２ｂを用いた筒状のフィルム（筒状の回転体）１２を備える定着装置Ｂを説明する。実施例１の定着装置Ｂと同じ構成の、磁性コア２、励磁コイル３、及び加圧ローラ７などの部材の説明は省略する。
【００７７】
図７に本実施例のフィルム１２の断面図を示す。図７の（ａ）はフィルム１２の短手方向の断面図、（ｂ）はフィルム１２の長手方向の断面図、（ｃ）は（ｂ）の点線部分の拡大図である。
【００７８】
本実施例のフィルム１２は、基層１２ａと、この基層の外面に形成された発熱層１２ｂと、この発熱層の外面に形成された離型層１２ｃと、を有する。基層１２ａ、離型層１２ｃは、それぞれ、実施例２と同様のものである。
【００７９】
発熱層１２ｂは、フィルム１２の回転軸方向Ｘｃに電気的に分割した分割発熱層としての複数の金属薄層１２ｂ１によって形成されている。すなわち、発熱層１２ｂは、図７の（ｃ）に示すように、周囲を絶縁コートしたリング状の金属薄層１２ｂ１を、基層１２ａの外面上に隣り合う金属薄層１２ｂ１の一部と重ね合わせるように順次重ねて形成することで得られる。リング状の金属薄層１２ｂ１は、長手幅１０ｍｍ、厚さ５μｍのテーパ状の金属箔で形成されている。重ね合わせの際には、二層の金属薄層１２ｂ１で構成される発熱層１２ｂのトータル厚みがフィルム１２の長手方向で等しくなるようにする。
【００８０】
図７の（ｃ）では、便宜上、二層の重ね合わせた金属薄層１２ｂ１の段差を大きく示してあるが、実際には薄い金属薄層で構成するため、フィルム１２の発熱層１２ｂの上記段差の凹凸は小さい。
【００８１】
本実施例の定着装置Ｂは、フィルム１２の発熱層１２ｂが回転軸方向Ｘｃで電気的に分割した複数の発熱薄層１２ｂ１を有する構成であるため、発熱層にクラック等の破損部が生じた場合においても、過昇温を抑制できる。また、発熱層１２ｂは発熱層の厚みがフィルム１２の長手方向で等しくなるように構成されている。そのため、フィルム１２の長手方向の発熱ムラを抑制できる。
【００８２】
フィルム１２の回転軸方向Ｘｃで電気的に分割した各発熱薄層１２ｂ１の分割部１２ｂ２（図７の（ｃ）参照）は、導電部でないため電流は流れず、発熱もしない。このため、局所的にみるとこの部分で発熱ムラが生じる。弾性層を有するフィルムのように基層内面からフィルム表面までの厚みが厚い場合は、熱拡散の効果により、フィルム表面側での温度ムラは小さくなるため問題とならない。しかしながら、弾性層を有しない場合や熱拡散の効果が小さいフィルムの場合、また、分割部の幅が広く発熱ムラ自体が大きいフィルムの場合などには、フィルム表面において温度ムラが問題となってしまう。
【００８３】
本実施例のフィルム１２は、フィルムの回転軸方向Ｘｃで発熱層１２ｂの各発熱薄層１２ｂ１の分割部１２ｂ２をオフセットさせて形成することができ、発熱層の厚さを同等となるように構成できる。そのため、上記のような発熱ムラの影響を小さくでき、温度ムラの小さい均一な発熱を得ることが可能となる。
【００８４】
［実施例４］
本実施例では、実施例２のフィルム１１の発熱層１１ｂの代わりに、薄い三層の金属箔を積層して形成した発熱層１３ｂを用いた筒状のフィルム（筒状の回転体）１２を備える定着装置Ｂを説明する。実施例１の定着装置Ｂと同じ構成の、磁性コア２、励磁コイル３、及び加圧ローラ７などの部材の説明は省略する。
【００８５】
図８に本実施例のフィルム１３の断面図を示す。図８の（ａ）はフィルム１３の短手方向の断面図、（ｂ）はフィルム１３の長手方向の断面図、（ｃ）は（ｂ）の点線部分の拡大図である。
【００８６】
本実施例のフィルム１３は、基層１３ａと、この基層の外面に形成された発熱層１３ｂと、この発熱層の外面に形成された離型層１３ｃと、を有する。基層１３ａ、離型層１３ｃは、それぞれ、実施例２と同様のものである。
【００８７】
発熱層１３ｂは、フィルム１３の回転軸方向Ｘｄに電気的に分割した複数の分割発熱層１３ｂ１によって形成されている。この発熱層１３ｂは、図８の（ｃ）に示すように、基層１３ａの外面上にペースト状の金属層を、マスキング処理、絶縁処理を駆使しながら順次塗布することで三層の膜を形成する。すなわち、まず、基層１３ａの長手方向に長手幅１０ｍｍ間隔に厚さ２μｍの金属層を形成し、その後、その金属層の絶縁処理をして分割部１３ｂ２を形成する。次いで、長手幅１０ｍｍ間隔に厚さ２μｍの金属層（二層目）を分割部１３ｂ２が一層目とずれた部分に来るようにして形成する。さらに同様にして、長手幅１０ｍｍ間隔に厚さ２μｍの金属層（三層目）を分割部１３ｂ２が二層目とずれた部分に来るようにして形成する。
【００８８】
本実施例の定着装置Ｂにおいても、フィルム１３の発熱層１３ｂが回転軸方向Ｘｄで電気的に分割した複数の分割発熱層１３ｂ１を有する構成であるため、発熱層にクラック等の破損部が生じた場合においても、過昇温を抑制できる。また、発熱層１３ｂを薄い三層の金属箔を積層して形成するので、フィルム１２の長手方向でトータルとしての発熱層の厚みの差を小さくできるため、発熱ムラを抑制できる。
【００８９】
［他の実施例］
本発明に係る画像加熱装置は実施例のような定着装置としての使用に限られない。記録材に一旦定着された画像（定着済み画像）或いは仮定着された画像（半定着画像）の光沢度などを改質する画像改質装置としても有効に使用できる。
【００９０】
対向部材は加圧ローラ７に限られずエンドレスベルトであってもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１：スリーブ、１ａ：発熱層、１ａ１：分割発熱層、２：磁性コア、３：励磁コイル、３Ｌ：螺旋形状部、３Ｘ：螺旋軸、７：加圧ローラ、９：ニップ部形成部材、１１，１２，１３：フィルム、１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ：発熱層、１１ｂ１，１２ｂ１，１３ｂ１：分割発熱層、Ｂ：定着装置、Ｐ：記録材、Ｔ：未定着トナー画像
【図１】
2015118232.tif 000007
【図２】
2015118232.tif 000008
【図３】
2015118232.tif 000009
【図４】
2015118232.tif 000010
【図５】
2015118232.tif 000011
【図６】
2015118232.tif 000012
【図７】
2015118232.tif 000013
【図８】
2015118232.tif 000014
【図９】
2015118232.tif 000015