(57)【要約】【課題】  ベルトの部分的な昇温を抑制することを目的とする。【解決手段】  シート（Ｐ）上の画像（Ｔ）をニップ部（Ｎ）にて加熱する定着フィルム（１００）と、定着フィルムに通電してこれを発熱させる通電回路（７９）と、定着フィルムに当接してニップ部を形成する加圧ローラ（１１０）と、定着フィルムにその内面から当接して定着フィルムを前記ニップ部にて前記加圧ローラに当接させる弾性ローラであって、複数の空隙（１２４）と複数のフィラー粒子（１２３）とを含む弾性層（１２２）を備えた弾性ローラ（１２０）と、を有する定着装置（４０）において、弾性層は、弾性ローラの軸線方向における熱伝導率が弾性ローラの径方向における熱伝導率の６倍から９００倍である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート上の画像をニップ部にて加熱するエンドレス状のベルトと、
前記ベルトを発熱させる発熱手段と、
前記ベルトと当接して前記ニップ部を形成するニップ形成部材と、
前記ベルトにその内面から当接して前記ベルトを前記ニップ部にて前記ニップ形成部材に当接させる当接ローラであって、複数の空隙と複数のフィラー粒子を含む弾性層を備えた当接ローラと、を有し、
前記弾性層は、前記当接ローラの軸線方向における熱伝導率が前記当接ローラの径方向における熱伝導率の６倍から９００倍であることを特徴とする画像加熱装置。
【請求項２】
前記弾性層の熱伝導率は、前記当接ローラの径方向において０．０８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上且つ０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、且つ、前記当接ローラの軸線方向において０．４８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上且つ３６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
【請求項３】
前記弾性層中における前記空隙の体積の割合が２０％以上且つ７０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像加熱装置。
【請求項４】
前記弾性層中における前記複数のフィラー粒子の体積の割合が５％以上且つ４０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像加熱装置。
【請求項５】
前記ベルトの周方向において、前記ベルトと前記当接ローラとが接触する幅は前記ニップ部の幅よりも長いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
【請求項６】
前記ニップ形成部材を介して前記ベルトを回転駆動する駆動手段を有し、前記当接ローラは前記ベルトに対して従動回転することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
【請求項７】
前記ベルトは給電によって発熱する抵抗発熱層を備え、前記発熱手段は前記抵抗発熱層に給電する給電手段を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
【請求項８】
シート上の画像を加熱する加熱部材において、発熱する発熱層と、前記発熱層よりも前記加熱部材の厚み方向内側に設けられた弾性層であって複数の空隙と複数のフィラー粒子を含む弾性層と、を有し、
前記弾性層は、前記加熱部材の長手方向における熱伝導率が前記加熱部材の厚み方向における熱伝導率の６倍から９００倍であることを特徴とする加熱部材。
【請求項９】
前記弾性層の熱伝導率は、前記加熱部材の厚み方向において０．０８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上且つ０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であって、且つ、前記加熱部材の長手方向において０．４８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上且つ３６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする請求項８に記載の加熱部材。
【請求項１０】
前記弾性層中における前記空隙の体積の割合が２０％以上且つ７０％以下であることを特徴とする請求項８又は９に記載の加熱部材。
【請求項１１】
前記弾性層中における前記フィラー粒子の体積の割合が５％以上且つ４０％以下であることを特徴とする請求項８又は９に記載の加熱部材。
【請求項１２】
加熱ローラであることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項１３】
請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の加熱部材と、前記加熱部材の前記発熱層に給電してこれを発熱させる発熱手段と、を有し、
前記加熱部材によりシート上の画像を加熱することを特徴とする画像加熱装置。
【請求項１４】
シート上の画像をニップ部にて加熱するエンドレス状のベルトと、前記ベルトに当接して前記ニップ部を形成するニップ形成部材と、を備える画像加熱装置に用いられ、前記ベルトにその内面から当接して前記ベルトを前記ニップ部にて前記ニップ形成部材に当接させる当接ローラにおいて、
複数の空隙と複数のフィラー粒子を含む弾性層を有し、
前記弾性層は、前記当接ローラの軸線方向における熱伝導率が前記当接ローラの径方向における熱伝導率の６倍から９００倍であることを特徴とする当接ローラ。
【請求項１５】
前記弾性層の熱伝導率は、前記当接ローラの径方向において０．０８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上且つ０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、且つ、前記当接ローラの軸線方向において０．４８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上且つ３６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする請求項１４に記載の当接ローラ。
【請求項１６】
前記弾性層中における前記空隙の体積の割合が２０％以上且つ７０％以下であることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の当接ローラ。
【請求項１７】
前記弾性層中における前記複数のフィラー粒子の体積の割合が５％以上且つ４０％以下であることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の当接ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート上の画像を加熱するための加熱部材、ローラ、及びこれを備えた画像加熱装置に関する。この画像加熱装置は、例えば、複写機、プリンタ、ファックス、及びこれらの機能を複数備えた複合機等の画像形成装置に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置では、シート上に形成された画像を熱定着する手段として定着装置（画像加熱装置）が用いられている。また、近年では省エネルギーの観点から定着ベルト（加熱回転体）そのものに発熱体を設けた定着装置が提案されている。このような定着装置はその構成が低熱容量であるため、ウォーミングアップにかかる時間が短く、省電力で動作させることができる。
【０００３】
特許文献１の記載の定着装置では、抵抗発熱体層を備えた発熱ベルト（加熱回転体）の内側に弾性体ロールを配置している。このような構成により、発熱ベルトを介して弾性体ロールと加圧ロールによるニップ部を形成可能としている。また、特許文献１には、弾性体ロールに発泡体を用いる構成が開示されている。この構成により、抵抗発熱体層の熱量を効率よく画像定着に用いることが可能となり、ウォーミングアップにかかる時間を短くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０９９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の定着装置には次のような問題があった。それは、弾性体ロールに発砲体を用いた場合に、弾性ロールの径方向の熱伝導率だけでなく軸線方向の熱伝導率をも低下させてしまうという問題である。つまり、この定着装置は、発熱ベルトの幅よりも狭いサイズのシートを用いて連続して定着プロセスを行うと、発熱ベルトの、シートの幅よりも幅方向外側の領域が昇温してしまう虞がある。そのため、弾性体ロールの軸線方向の熱伝導率を向上させて均熱効果を高め、昇温を低減する構成とすることが望ましい。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、ベルトの部分的な昇温を抑制することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、加熱部材の部分的な昇温を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明は、画像加熱装置において、シート上の画像をニップ部にて加熱するエンドレス状のベルトと、ベルトを発熱させる発熱手段と、ベルトと当接してニップ部を形成するニップ形成部材と、ベルトにその内面から当接してベルトをニップ部にてニップ形成部材に当接させる当接ローラであって複数の空隙と複数のフィラー粒子を含む弾性層を備えた当接ローラとを有し、弾性層は当接ローラの軸線方向における熱伝導率が当接ローラの径方向における熱伝導率の６倍から９００倍であることを特徴とするものである。
【０００９】
第２発明は、シート上の画像を加熱する加熱部材において、発熱する発熱層と、発熱層よりも加熱部材の厚み方向内側に設けられた弾性層であって複数の空隙と複数のフィラー粒子を含む弾性層と、を有し、弾性層は加熱部材の長手方向における熱伝導率が加熱部材の厚み方向における熱伝導率の６倍から９００倍であることを特徴とするものである。
【００１０】
第３発明は、シート上の画像をニップ部にて加熱するエンドレス状のベルトとベルトに当接してニップ部を形成するニップ形成部材とを備える画像加熱装置に用いられベルトにその内面から当接してベルトをニップ部にてニップ形成部材に当接させる当接ローラにおいて、複数の空隙と複数のフィラー粒子を含む弾性層を有し、弾性層は当接ローラの軸線方向における熱伝導率が当接ローラの径方向における熱伝導率の６倍から９００倍であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ベルトの部分的な昇温を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、加熱部材の部分的な昇温を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の画像形成装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施例１における定着装置の構成を示す断面図である。
【図３】実施例１における定着装置への通電内容を示す説明図である。
【図４】定着フィルムの層構成を示す断面図である。
【図５】弾性ローラの構成を示す説明図である。
【図６】弾性ローラの周方向に沿った弾性層の断面図である。
【図７】弾性ローラの軸線方向に沿った弾性層の断面図である。
【図８】直径Ｄと長さＬの関係を示した説明図である。
【図９】弾性層の熱伝導率の評価方法の説明図である。
【図１０】実施例１と比較例１の立ち上がり時間の測定結果を示すグラフである。
【図１１】実施例１と比較例１の非通過部の温度を測定したグラフである。
【図１２】定着フィルムとシートの位置関係の説明図である。
【図１３】実施例２における定着装置の構成を示す断面図である。
【図１４】実施例３における定着装置の構成を示す断面図である。
【図１５】定着ローラの層構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施の形態について、実施例を挙げて詳細に説明する。なお、以下の実施例では、本発明を適用することのできる画像形成装置について、電子写真プロセスを利用したタンデム型のフルカラーレーザビームプリンタを例に挙げて説明する。
【実施例１】
【００１５】
［画像形成装置］
まず、画像形成装置の構成について図２を参照して説明する。図２は、本実施例における画像形成装置の一例である、フルカラーレーザビームプリンタの構成を示す断面図である。以降、このフルカラーレーザビームプリンタを単にプリンタ１と呼ぶ。
【００１６】
図１は、プリンタ１の構成を示すシートＰの搬送方向に沿った断面図である。なお、ここでいうシートＰとは、トナーの画像Ｔが形成されるものである。シートＰの具体例として、普通紙、樹脂製のシート状のもの、厚紙、オーバーヘッドプロジェクター用フィルムなどがある。
【００１７】
図１に示すように、プリンタ１は、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色のトナーの画像Ｔを形成可能な画像形成部１０を備えている。画像形成部１０は図の左側から順にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの各色に対応した４つの感光ドラム１１を備えている。４つずつある感光ドラム１１及びその周囲の構成は、扱う現像剤（以下、トナーと称する）の色が異なる点以外は同様に構成されている。従って以降の説明においてはＢｋ色に対応した感光ドラム１１回りの構成を例に説明し、他の色の同様の構成については同一の符号を用いて記載し、その説明を省略する。
【００１８】
電子写真感光体としての感光ドラム１１は不図示の駆動源（モータ）によって矢印方向（図１中の反時計回り方向）に回転駆動する。感光ドラム１１の周囲には、その回転方向に沿って順に、感光ドラム１１、帯電器１２、レーザスキャナ１３、現像器１４、クリーナ１５、一次転写ブレード１７が配置されている。
【００１９】
電子写真感光体としての感光ドラム１１は、帯電器１２によってその表面をあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、画像情報に応じた静電潜像を形成される。この潜像は、現像器１４によって現像されて、黒色のトナーの画像になる。このとき他の色についても同様の工程がおこなわれる。そして、各感光ドラム１１上の画像Ｔは、一次転写ブレード１７によって、像担持体である中間転写ベルト３１に順次一次転写される。一次転写後、感光ドラム１１に転写されず残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。こうして、感光ドラム１１の表面は清浄になり、次の画像形成が可能な状態となる。
【００２０】
一方、給送カセット２０又はマルチ給送トレイ２５に置かれたシートＰは、給送機構（不図示）によって１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、シートＰを一旦停止させて、シートＰが搬送方向に対して斜行している場合はその向きを真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナーの画像Ｔと同期を取って、シートＰを中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。転写ベルト上のカラーの画像Ｔは、転写体である例えば転写ローラ３５によってシートＰに転写される。その後、シートＰは定着装置４０に向かって送り込まれる。そして、シート上の画像Ｔは、定着装置４０によって加熱、加圧されることでシートＰに定着される。
【００２１】
シートＰの片面だけに画像Ｔを形成する場合、切り換えフラッパ６１の切り換えにより、排出ローラ６３を介してシートＰはプリンタ１外に排出される。シートＰの排出先は、プリンタ１の側面に配置されている排出トレイ６４か、プリンタ１の上面に配置されている排出トレイ６５のどちらかである。切り換えフラッパ６１が破線の位置にある場合には、シートＰはフェイスアップ（画像Ｔが上側）で排出トレイ６４上に排出される。切り換えフラッパ６１が実線の位置にある場合には、シートＰは、フェイスダウン（画像Ｔが下側）で排出トレイ６５に排出される。
【００２２】
シートＰの両面に画像Ｔを形成する場合、既に定着装置４０によって画像Ｔを定着されているシートＰは、まず、実線の位置にいるフラッパ６１によって上方へ案内される。そしてその後端が反転ポイントＲに達したとき、搬送路７３によってスイッチバック搬送されることで表裏反転する。その後、シートＰは、両面搬送路７０を経てレジストローラ対２３に送り込まれ、片面の画像形成と同様の処理を施される。つまり、シートＰは、画像Ｔが定着済みの面とは反対の面に新たな画像Ｔを形成されて、排出トレイ６４または排出トレイ６５上に排出される。なお、フラッパ６１、搬送路７３等で構成される構成は、反転手段の一例である。
【００２３】
［定着装置］
次に、プリンタ１に用いられる画像加熱装置としての定着装置４０の構成について、図を用いて詳細に説明する。図２は、定着装置４０の構成を示す断面図である。図３は、定着装置への通電構成を説明するための説明図である。なお、図３において、弾性ローラ１２０の図示を省略している。
【００２４】
本実施例では、図２に示すように、ベルトとしての定着フィルム１００と加圧ローラ１１０との間にニップ部Ｎを形成し、シートＰ上の画像Ｔをニップ部Ｎで熱定着するフィルム定着方式の定着装置４０を用いる。フィルム定着方式の定着装置４０は、その構成の熱容量が小さいため昇温性能にすぐれており、省エネルギーで動作する点を特徴する。さらには、本実施例では、定着フィルム１００を加圧ローラ１１０に向けて押圧する押圧部材としてスポンジ状の弾性層１２２を有する弾性ローラ１２０を用いている。そのため、定着フィルム１００の熱が弾性ローラ１２０の径の中心方向（芯金１２１方向）に移動しにくい。つまり、定着フィルム１００の熱を効率よく画像Ｔの熱定着に用いることができる。このように、本実施例では定着フィルム１００（加熱部材）の熱が定着フィルム１００の径方向内側へと移動するのを抑制することを目的の一つとする。したがって、本実施例は定着フィルム１００のように発熱する加熱部材を用いた定着装置４０に適用される。以下、定着装置４０の構成について説明する。
【００２５】
加熱フィルム（加熱部材）としての定着フィルム１００は、発熱層１０２への通電により電気抵抗による発熱をして、シートＰ上の画像Ｔをニップ部Ｎにて加熱する円筒状（エンドレス状）のフィルム（ベルト）である。本実施例における定着フィルム１００の外径は約φ３０ｍｍであり、幅方向（図２中の奥手前方向）の長さは約３００ｍｍである。定着フィルム１００の内部には、弾性ローラ１２０を定着フィルム１００の内面に接触するように配置している。定着フィルム１００の層構成については詳細を後述する。
【００２６】
ニップ形成部材としての加圧ローラ１１０は、定着フィルム１００との間でニップ部Ｎを形成するローラ部材である。加圧ローラ１１０は、金属製の芯金１１１の上に弾性層１１２が、弾性層１１２の上に離型層１１３が順に積層された多層構造となっている。芯金１１１の材料の例としてはＳＵＳ（ステンレス鋼）、ＳＵＭ（硫黄及び硫黄複合快削鋼鋼材）、Ａｌ（アルミニウム）等が挙げられる。弾性層１１２の例としては弾性ソリッドゴム層、弾性スポンジゴム層、あるいは弾性気泡ゴム層等が挙げられる。離型層１１３の材料の例としては次のようなフッ素樹脂材料が挙げられる。フッ素樹脂材とは、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）・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）・ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）である。
【００２７】
本実施例の加圧ローラ１１０は、外径が約φ３０ｍｍであり、幅方向の長さが約３００ｍｍの円筒形状のローラである。詳細には、ステンレス製の芯金１１１上に、厚み約３ｍｍの絶縁性のシリコーンゴムの弾性層１１２を設け、弾性層の表層にＰＦＡの離型層１１３を設けている。
【００２８】
また、芯金１１１はモータＭ（駆動手段）に機械的に接続されており、モータＭが通電を受けて駆動するのにともない加圧ローラ１１０が図中矢印方向（反時計回り方向）に回転する。そして、回転する加圧ローラ１１０は、ニップ部Ｎでの摩擦により定着フィルム１００を図中矢印方向（時計回り方向）に従動回転させる。また、定着フィルム１００の回転に伴い、定着フィルム１００の内面に接触する弾性ローラ１２０が、定着フィルム１００の内面との摩擦により図中矢印方向（時計回り方向）に従動回転する。
【００２９】
当接ローラとしての弾性ローラ１２０は、定着フィルム１００をその内面から加圧ローラ１１０に向かって押圧するローラである。弾性ローラ１２０は、芯金１２１の外側に弾性層１２２が設けられた構成であり、その外径は、定着フィルム１００の内径よりも若干小さく設けられているため、定着フィルム１００の内周に挿入可能となっている。なお、弾性層１２２の柔軟性によっては、定着フィルム１００の内径よりも若干大きな径の弾性ローラ１２０を圧縮した状態で定着フィルム１００の内周に挿入してもよい。このように構成することで、定着フィルム１００と全内周面と弾性ローラ１２０の全外周面が接触し、定着フィルムと弾性ローラの位置関係がずれにくくなる。本実施例では、定着フィルム１００の幅方向の両端にフランジ（不図示）を設けることで、定着フィルム１００が弾性ローラ１２０の軸線方向に寄り移動することを規制している。
【００３０】
本実施例の弾性ローラ１２０は、定着フィルム１００の内部に挿入する構成となっており、弾性ローラ１２０と定着フィルム１００の位置関係が接着剤等によって固定されていない。そのため、弾性ローラ１２０が強い外力を受ける等して、芯金１２１と定着フィルム１００とで周速度差を生じる場合であっても、弾性ローラ１２０と定着フィルム１００が摺動可能であるから、弾性層１２２がねじれてしまうことが無い。
【００３１】
芯金１２１は、鉄やアルミニウム等の金属を材料とした軸状の部材である。本実施例ではステンレス製の芯金を用いた。芯金１２１の軸線方向の両端部は、回転軸受け（不図示）を介して加圧機構（不図示）に回転可能に保持されている。そして、加圧機構が芯金１２１の両端部を加圧ローラ１１０に向けて加圧することで、弾性ローラ１２０は定着フィルム１００を介して加圧ローラ１１０を所定の押圧力で押圧する。そして、加圧ローラ１１０が押圧されて弾性層１１２が変形することで所定幅の定着ニップＮが形成される。本実施例に於ける加圧機構（不図示）による加圧力は一端側が約１５６．８Ｎ、総加圧力が約３１３．６Ｎ（約３２ｋｇｆ）である。
【００３２】
図６は、弾性ローラ１２０の周方向断面に沿った弾性層１２２の断面図である。図７は、弾性ローラ１２０の軸線方向に沿った弾性層１２２の断面図である。
【００３３】
弾性層１２２はシリコーンゴムのベースポリマー１２６をベースとして構成されている。弾性層１２２の厚みはニップ部Ｎを所望の幅に形成できれば特に限定されないが、２ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。本実施例ではニップ部Ｎの幅（図２の左右矢印方向の幅）が約５ｍｍとなるよう弾性層１２２の厚みを約３ｍｍとした。図６及び図７に示すように、弾性層１２２には、複数の空隙１２４が設けられており、針状フィラー１２３（フィラー粒子）が添加されている。弾性層１２２のこの構成によって弾性ローラ１２０は、その長手方向において熱伝導率が高く、その径方向において熱伝導率が低い構成となっている。弾性層１２２の詳細については後述する。
【００３４】
ところで、定着フィルム１００に部材が当接する場合、前記部材は定着フィルム１００との接触面積が大きいほど定着フィルム１００と熱交換を行うことができる。したがって、定着フィルム１００の非通過部の昇温を抑制することを目的とする場合、前記部材は定着フィルム１００と、より多く当接することが望ましい。
【００３５】
そこで本実施例では、弾性ローラ１２０と定着フィルム１００の接触面積を、ニップ部Ｎにおける定着フィルム１００と加圧ローラ１１０の接触面積よりも広くなるように構成している。言い換えると、定着フィルム１００とのその周方向における接触長さは、加圧ローラ１１０よりも弾性ローラ１２０の方が長くなるように構成されている。
【００３６】
本実施例では、加圧機構による押圧力を受けて弾性変形した状態の弾性ローラ１２０が、定着フィルム１００の内周面の約５０％に接触するように構成している。つまり、弾性ローラ１２０は、定着フィルム１００とのその周方向における接触長さが約４５ｍｍとなるように配置されている。つまり、弾性ローラ１２０と定着フィルム１００の接触長さは、ニップ部Ｎにおける定着フィルム１００と加圧ローラ１１０の接触長さ（約５ｍｍ）の約９倍である。しかしながら、定着フィルム１００と弾性ローラ１２０の接触長さは、上述した値のみには限られない。加圧ローラ１１０よりも定着フィルム１００との接触長さが大きくなれば、弾性ローラ１２０の寸法及び配置は適宜設計可能である。例えば、定着フィルム１００の全内周に弾性ローラ１２０が当接するように、定着フィルム１００の内径と弾性ローラ１２０の外径を同径にしてよい。
【００３７】
したがって、仮に加圧ローラ１１０と弾性ローラ１２０に同一の部材が用いた場合であっても、弾性ローラ１２０は加圧ローラ１１０よりも効率的に定着フィルム１００の非通過部昇温を抑制することができる。
【００３８】
サーミスタ１１８は非接触の温度検知手段であり、定着フィルム１００の表面の温度を検出している。そして、検知した表面温度に応じた出力を制御回路１５０等に送信している。制御回路１５０については後述する。
【００３９】
給電部材８１（８１ａ、８１ｂ）は、定着フィルム１００と接触することで電気的な接続を行う一対の部材である。図３に示すように、給電部材８１ａは定着フィルム１００の幅方向一端側において定着フィルム１００の電極１０５ａに当接している。給電部材８１ｂは定着フィルム１００の幅方向他端側において、電極１０５ｂに当接している。
【００４０】
本実施例における給電部材８１は、ステンレス製の板ばね形状の部材であり、定着フィルム１００の外周面に向かって押圧された状態で配置されている。そして、給電部材８１は回転する定着フィルム１００に摺動しながら接触する。なお、給電部材８１の形状は板バネ形状のみには限られない。例えば、摺動しながら接触するブラシ形状であってもよく、また、定着フィルム１００に従動回転するコロ形状であってもよい。
【００４１】
図３に示すように、電極１０５（１０５ａ、１０５ｂ）は、給電部材８１と接触することで電気的に接続する定着フィルム１００の導電部位である。電極１０５ａは給電部材８１ａと接触して電気的に接続する。電極１０５ｂは給電部材８１ｂと接触して電気的に接続する。電極１０５は、定着フィルム１００の幅方向（加圧ローラ１１０の軸線方向と略平行な方向）における両端部において定着フィルム１００の全周にわたって設けられている。電極１０５をこのような形状にすることで、給電部材８１が回転する定着フィルム１００に対して常に電気的に接続する。
【００４２】
発熱手段（給電手段）としての通電回路７９は、給電部材８１及び電極１０５を介して定着フィルム１００に電力を供給する回路である。通電回路７９と電気的に接続された給電部材８１は電極１０５と接触することで、定着フィルム１００に通電する。定着フィルム１００に電力を供給する方法は交流電圧を印加するものと、直流電圧を印加するものと、これらを重畳したものと、がある。本実施例では、実効値が約１００Ｖの交流電圧を印加することで定着フィルム１００に給電している。
【００４３】
図３に示すように、定着装置４０は、制御回路１５０によって、その通電内容を制御されている。制御回路１５０はサーミスタ１１８、通電回路７９、モータＭと接続されており、各種実行指示に対応する信号を出力することでこれらを制御する。
【００４４】
制御回路１５０は、各種制御に伴う演算を行うＣＰＵと、各種プログラムを記憶したＲＯＭ等の不揮発媒体を備えた回路である。このＲＯＭにはプログラムが記憶されており、ＣＰＵがこれを読みだして実行することで、各種制御を実行する。なお、制御回路１５０としては、同様の機能を果たせばＡＳＩＣ等の集積回路などでもよい。
【００４５】
制御回路１５０はサーミスタ１１８からの出力を所定の周期でサンプリングしており、こうして得られた定着フィルム１００の温度情報を通電回路７９への通電制御に反映させる。尚、本実施例の定着装置での上記制御は、シートＰに画像を定着するための温度を鑑みて、サーミスタ１１８の検知温度が一定となるように制御している。
【００４６】
また、制御回路１５０はモータＭの回転制御を行っている。制御回路１５０は、モータＭを介して加圧ローラ１１０と定着フィルム１００を所定の速度で回転させることで、定着処理にともないニップ部Ｎにて狭持搬送されるシートＰが、所定のプロセススピードとなるように調整している。
【００４７】
［定着フィルム層構成］
次に、定着フィルム１００の構成について図面を用いて詳細に説明する。図４は定着フィルム１００の層構成を示す断面図である。図４において、矢印方向が定着フィルム１００の内面側である。本実施例における定着フィルム１００は、内面側から外面側へ順に、基層１０１、発熱層１０２、離型層１０４を備えた３層複合構造である。また、定着フィルム１００の幅方向端部には、発熱層１０２の代わりに電極１０５が設けられている。
【００４８】
基層１０１は定着フィルム１００のベースとなる層で、耐熱性の材料が使用される。熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、基層１０１の厚さとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上がよい。耐熱性材料としては例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の樹脂ベルト、更にはＳＵＳ、ニッケルなどの金属ベルトを使用できる。
【００４９】
本実施例では、厚さが約３０μｍ、直径が約３０ｍｍの円筒状ポリイミドベルトを用いた。尚、基層２０ａとして導電性を有する材料を用いる場合は、基層１０１と発熱層１０２との間にポリイミドなどを用いた絶縁層を設けるとよい。
【００５０】
離型層１０４はシートＰの剥離製を向上させるための層である。離型層１０４としては必要な厚さ、機械的及び電気的強度に応じてＰＦＡチューブとＰＦＡコートを使い分けることが出来る。本実施例では厚さ約２０μｍのＰＦＡチューブを用いた。また、離型層１０４はシリコーン樹脂から成る接着剤により発熱層１０２と接着されている。
【００５１】
抵抗発熱層である発熱層１０２は、導電粒子としてのカーボンを含有したポリイミド樹脂を均一な厚さで基層１０１上に塗布した抵抗発熱体である。発熱層１０２の総抵抗値は約１０．０Ωである。従って、電圧が約１００Ｖの交流電源を通電する際に発生する電力は約１０００Ｗである。尚、この抵抗値は定着装置として必要な発熱量によって適宜決定すればよく、カーボンの混合比率により適宜調整することができる。
【００５２】
更に、定着フィルム１００の両端部には電極１０５が形成されており、電極１０５は発熱層１０２の両端に電気的に接続されている。本実施例では、電極１０５に、銀・パラジウムを含んだ導電特性を有する材料を用いている。
【００５３】
［弾性層］
次に、本実施例の特徴的な構成である弾性ローラ１２０の弾性層１２２について説明する。本実施例の定着装置４０では、定着フィルム１００の内面に弾性ローラ１２０を設けることで、定着フィルム１００の幅方向の熱移動（均熱効果）を向上させている。つまり、定着フィルム１００の熱が、弾性ローラ１２０を介して定着フィルムの幅方向に移動可能となっている。このような構成により、定着フィルム１００の幅よりも狭いサイズのシートＰを用いて連続して定着プロセスを行ったときに生じる非通過部の昇温を低減している。ここでいう非通過部昇温とは、定着フィルム１００の、シートＰと接触しない（外側の）領域が定着プロセスの実効に伴い異常に昇温してしまう現象である。
【００５４】
本実施例では、上述した構成において弾性ローラ１２０の弾性層１２２を特徴的な構成とすることで、より良好な効果を奏する定着装置４０を提供可能としている。その特徴的な構成とは、弾性層１２２中に複数の空隙を形成し、針状フィラー１２３を添加することによって行われている。このような構成の弾性層１２２を備えた弾性ローラ１２０を用いることにより、定着装置４０は、定着プロセスの立ち上がり時間と非通過部昇温の抑制効果を良好なものとしている。次に、弾性層１２２の構成について、図を用いて詳細に説明する。
【００５５】
図６及び図７に示すように、本実施例の弾性ローラ１２０の弾性層１２２には、針状フィラー１２３（フィラー粒子）が添加されている。図６によれば、針状フィラー１２３の直径Ｄの断面が主として観察することができる。図７によれば、針状フィラー１２３の長さＬの部分が主として観察することができる。図８は直径Ｄと長さＬの関係を示した説明図である。
【００５６】
針状フィラー１２３はその長さＬ方向において熱伝導パスとなり長さＬ方向の熱伝導率を増加させることができる。したがって、弾性ローラ１２０の軸線方向に沿って針状フィラー１２３を配向することで、弾性ローラ１２０の軸方向の熱伝導率を高めることができる。
【００５７】
また、図６及び図７において空隙１２４を観察することができる。この空隙１２４は、弾性層１２２をベースポリマー１２６にて形成する際に、吸水性ポリマーに水を含ませた含水材料を添加し、後に脱水することによって形成される隙間（空洞）である。空隙１２４は弾性層１２２を低熱伝導性にするとともに、見かけ密度を低下させることにより、容積比熱を低減することができる。なお、見かけ密度とは、空隙を含んだ体積を基にした密度である。
【００５８】
このようにして、空隙１２４によって弾性層１２２を低熱容量化して、針状フィラー１２３によって弾性層１２２の軸方向の熱伝導率を高めることで、弾性層１２２は軸線方向では高熱伝導性であり、径方向では低熱伝導性となっている。
【００５９】
本実施例の弾性層１２２は、以下に記した特徴を有しているために、非通過部昇温を抑制しつつ、立ち上がり時間短縮を実現することができる。
【００６０】
本実施例の弾性層１２２は、弾性ローラ１２０の軸線方向の熱伝導率λ１と弾性ローラ１２０の厚み方向（弾性ローラ１２０の径方向）の熱伝導率λ２の比であるλ１／λ２が６以上９００以下である。つまり、λ１はλ２の６倍から９００倍である。以降、比λ１／λ２を熱伝導率比αと記す。熱伝導率比αは、この範囲において高ければ高いほど、幅方向に熱を均一にしつつ、厚み方向への熱の逃げを抑制する。そのため、弾性ローラ１２０は非通過部昇温の抑制と立ち上がり時間の迅速化とを両立することができる。
【００６１】
なお、熱伝導率比αが６未満だと非通過部昇温の抑制の効果が十分に得られない場合がある。また、熱伝導率比αを９００倍よりも大きくしようとすると、弾性層１２２における針状フィラー１２３や空隙１２４の割合が増えて加工成形が困難である。
【００６２】
なお、熱伝導率比αは以下のようにして求められる。まず、図５に示すように、弾性層１２２の任意の部位として、領域Ｆの範囲をサンプル１２５として剃刀で切りだす。次に、後述する方法によって軸方向の熱伝導率λ１と厚み方向の熱伝導率λ２を各々５回測定する。そして測定結果の平均値を用いてその比を算出することで熱伝導率比αを求めることができる。
【００６３】
図９を用いて、弾性層１２２の幅方向熱伝導率λ１及び厚み方向熱伝導率λ２の測定について説明する。図９は、熱伝導率の評価方法の説明図である。弾性層１２２から周方向（１５ｍｍ）×幅方向（１５ｍｍ）となるように切り出したサンプル１２５を複数重ね合わせることで、図９に記載するような厚み約１５ｍｍの熱伝導率の評価用試料を作成する。このとき、積み重ねたサンプル１２５が動かないように固定することが好ましい。ここでは、厚さ約０．０７ｍｍ、幅約１０ｍｍのテープＴＡで被測定試料を固定した。また、精度のよい計測を行うために、被測定面の平面度を揃えるために剃刀にて被測定面及び被測定面裏面をカットする。こうして作成した被測定試料を２セット用意する。
【００６４】
幅方向熱伝導率λ１を測定する際は、図９に示すように、被測定試料の軸方向に直行する面でセンサＳを挟みこみ、測定を行う。厚み方向熱伝導率λ２の測定する際は、上記と同様の方法で被測定試料の向きを変えて測定する。上述した測定はホットディスク法熱物性測定装置ＴＰＡ−５０１（京都電子工業株式会社製）を使用した異方熱伝導率測定である。
【００６５】
このときの、弾性層１２２の厚み方向（弾性ローラ径方向）の熱伝導率は０．０８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが望ましい。より好ましくは、０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、さらに好ましくは０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。本実施例の構成で厚み方向の熱伝導率を０．０８Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも低くしようとした場合、弾性層１２２における針状フィラー１２３や空隙１２４の割合が増えて加工成形が困難である。
【００６６】
また、弾性層１２２の厚み方向の熱伝導率が０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも高い場合では、立ち上がり時間の短縮の効果が十分に得られない。弾性層１２２の厚み方向の熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である場合、空隙のないソリッドタイプのシリコーンゴムと同程度に低い熱伝導率となる。そのため、針状フィラー１２３を添加したことによる弾性層１２２の厚み方向の高熱伝導化の影響が無視出来る程度となる。また、弾性層１２２の厚み方向の熱伝導率が０．１１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である場合、定着部材として一般的に用いられる種々のソリッドゴム材料と比べても顕著な低熱伝導性を有する。
【００６７】
また、弾性層１２２の幅方向（弾性ローラ軸線方向）の熱伝導率は０．４８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上３６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが望ましい。
【００６８】
次に、弾性層１２２の構成要素である、ベースポリマー１２６、針状フィラー１２３、空隙１２４について詳細に説明する。
【００６９】
［ベースポリマー］
弾性層１２２のベースポリマー１２６は付加硬化型液状シリコーンゴムを架橋硬化することで得られる。付加硬化型液状シリコーンゴムとは、ビニル基等の不飽和結合を有するオルガノポリシロキサン（甲）と、Ｓｉ−Ｈ結合（ヒドリド）を有するオルガノポリシロキサン（乙）とを有する未架橋シリコーンゴムである。
【００７０】
付加硬化型液状のシリコーンゴムは加熱等によりビニル基等の不飽和結合に対してＳｉ−Ｈが付加反応することで架橋硬化が進行する。このとき反応を促進する触媒として（甲）には白金化合物を含有するのが一般的である。この付加硬化型液状シリコーンゴムは、本発明の目的を損なわない範囲でその流動性を調節できる。
【００７１】
［針状フィラー］
針状フィラー１２３としては、図８で示す様に、直径Ｄに対する長さＬの比が大きい、すなわちアスペクト比が高い材料を使用することができる。なお、針状フィラー底面の形状は円状でも角状でも構わず、配向する材料で有れば適用可能である。
【００７２】
上述した条件を満たす材料の例としては、ピッチ系炭素繊維が挙げられる。特に、熱伝導率λが５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるピッチ系炭素繊維を用いることが、本実施例においては望ましい。また、ピッチ系炭素繊維が針状であることにより、本実施例においては望ましい。針状のピッチ系炭素繊維の具体的な形状として、図８において直径Ｄが５〜１１μｍ（平均直径）でありかつ長さＬ（平均長さ）が５０μｍ以上１０００μｍ以下程度のものが例示でき、工業的に入手容易である。
【００７３】
針状フィラー１２３の材料のその他の例としては、チタン酸カリウム、ウォラストナイト、セピオライト、針状酸化スズ、針状水酸化マグネシウムなどが挙げられる。
【００７４】
また、弾性層１２２中の針状フィラー１２３の含有量は５％以上（５体積％以上）かつ４０％以下（４０体積％以下）であること事が好ましい。なぜならば、この含有量が５体積％を下回ると、弾性層１２２の、弾性ローラ１２０の軸線方向の熱伝導率が低く、期待する非通過部昇温を抑制する効果が得られないからである。また、この含有量上限の４０体積％を上回ると、弾性層１２２が固くなって弾性変形をしづらくなり、ニップ部Ｎに所望の定着ニップ幅を得ることが困難となる。
【００７５】
なお、上記の針状フィラー１２３の含有量、平均長さ、熱伝導率は以下のようにして求めることができる。
【００７６】
弾性層中の針状フィラー１２３の含有量（体積％）の測定方法は次のとおりである。まず弾性層１２２の任意の部分を切り出し、その２５℃環境下における体積を、液浸比重測定装置（ＳＧＭ−６、メトラートレド株式会社製）により測定する（以下、この体積をＶａｌｌと記す）。次に、体積測定を行った評価サンプルを熱重量測定装置（商品名：ＴＧＡ８５１ｅ／ＳＤＴＡ、メトラートレド株式会社製）を用いて窒素ガス雰囲気下で７００℃・１時間加熱することでシリコーンゴム成分を分解・除去する。こうして針状フィラー１２３を取り出すことで、針状フィラー１２３の重量を求める。
【００７７】
なお、弾性層１２２中に針状フィラー１２３以外に無機フィラーが入っていた場合、この分解後の残留物は、針状フィラーと無機フィラーが混在している状態となる。
【００７８】
その場合、針状フィラーと無機フィラーが混在させた状態で２５℃環境下における体積を乾式自動密度計（商品名：アキュピック１３３０−１、株式会社島津製作所製）により測定する（以下、この体積をＶａと記す）。その後、空気雰囲気下で７００℃・１時間加熱することにより、針状フィラー１２３が熱分解除去する。残った無機フィラーの２５℃環境下における体積を乾式自動密度計（商品名：アキュピック１３３０−１、株式会社島津製作所製）を用いて測定する（以下、この体積をＶｂと記す）。これらの値を基に、次の式から針状フィラー１２３の重量が求めることができる。
針状フィラーの体積（体積％）＝｛（Ｖａ−Ｖｂ）／Ｖａｌｌ｝×１００
針状フィラー１２３の平均長さは、シリコーンゴム成分加熱除去後に残った針状フィラー１２３を顕微鏡で観察する一般的な方法により計測することができる。
【００７９】
針状フィラー１２３の熱伝導率は、熱拡散率と定圧比熱と密度から次の式で求めることができる。
熱伝導率＝熱拡散率×定圧比熱×密度
なお、熱拡散率は、レーザーフラッシュ法熱定数測定装置（商品名：ＴＣ−７０００、アルバック理工株式会社製）により測定する。定圧比熱は、示差走査熱量測定装置（商品名：ＤＳＣ８２３ｅ、メトラートレド株式会社製）により測定する。密度は、乾式自動密度計（商品名：アキュピック１３３０−１、株式会社島津製作所製）により測定する。
【００８０】
また、本実施例の針状フィラー１２３の計測値としては、計５個の切断サンプルの平均値によって求めた含有量、平均長さ、熱伝導率を採用している。
【００８１】
［空隙］
本実施例の空隙１２４の形成には、吸水性ポリマーに水を含ませた含水材料を用いて空隙を形成する方式（特開２００２−１１４８６０公報に記載）を用いている。これは、発泡剤や、中空粒子等の空隙形成手段では針状フィラー１２３の配向阻害を起こす場合があるためである。
【００８２】
弾性層１２２の幅方向の熱伝導率は、針状フィラー１２３の配向状態に大きく影響されるため、針状フィラー１２３の配向が阻害されると、非通過部昇温を抑制する効果が低減するため、好ましくない。一方、含水材料を用いて空隙を形成する方式では、針状フィラーの配向阻害を低減することができる。また、上記中空粒子を用いる空隙形成手段のような硬い殻がない為、含水ゲル分散状態時においてその径が小さい。そのため、ベースポリマー１２６が流動している状態時において、針状フィラー１２３の配向を阻害するような影響が少ない。なお、強度や画質への影響の観点から、空隙１２４の径は２０μｍを下回ることが好ましい。
【００８３】
弾性層１２２の空隙率は２０％以上（２０体積％以上）、７０％以下（７０体積％以下）が好適である。２０体積％を下回る場合では、期待する立ち上がり時間短縮効果を得ることが困難である。７０体積％よりも多くの空隙を形成しようとする場合は、弾性層１２２の成型が困難である。なお、空隙率が高い方が立ち上がり時間短縮できるため、より好ましい空隙率は３５体積％以上、７０体積％以下である。
【００８４】
弾性層１２２の表面からの深さ約５００μｍまでの領域の空隙率は次のように求める事ができる。まず、カミソリを用いて、弾性層の表面から深さ約５００μｍまでの領域を任意の面で切断して評価サンプルとして取得する。そして、このサンプルの２５℃環境下における体積を、液浸比重測定装置（ＳＧＭ−６、メトラートレド株式会社製）により測定する（上記Ｖａｌｌ）。
【００８５】
次に、体積測定を行った評価サンプルを熱重量測定装置（商品名：ＴＧＡ８５１ｅ／ＳＤＴＡ、メトラートレド株式会社製）を用いて窒素ガス雰囲気下で７００℃・１時間加熱する。そうすることで、シリコーンゴム成分を分解・除去する（以下、この時の重量減少をМｐと記す）。こうして針状フィラー１２３を取り出すことで、針状フィラー１２３の重量を求める。
【００８６】
なお、弾性層１２２中に針状フィラー以外に無機フィラーが入っていた場合、この分解後の残留物は、針状フィラーと無機フィラーが混在している状態である。その場合、針状フィラー１２３と無機フィラーを混在させた状態で２５℃環境下における体積を乾式自動密度計（商品名：アキュピック１３３０−１、株式会社島津製作所製）により測定する（上記Ｖａｌｌ）。これらの値を基に、次の式から空隙率を求めることができる。なお、シリコーンポリマーの密度は約０．９７ｇ／ｃｍ３として計算した（以下、この密度をρｐと記す）。
空隙率（体積％）＝［｛（Ｖａｌｌ−（Мｐ×ρｐ＋Ｖａ）｝／Ｖａｌｌ］×１００
なお、本実施例の空隙量の計測では、計５個の評価サンプルについての平均値を採用している。
【００８７】
［立ち上がり時間測定］
次に本実施例の立ち上がり時間の速さについてその効果の検証をおこなう。ここでの検証は、図３に示す定着装置４０において、本実施例と比較例１とで弾性ローラ１２０の構成を変えて行なった対照実験である。
【００８８】
本実施例の弾性ローラ１２０は、針状フィラー１２３の含有量を約１０体積％とし、弾性層１２２の空隙率を約４５体積％とした。比較例１の弾性ローラ１２０としては、針状フィラー１２３を添加しない空隙率が４５体積％の発泡性断熱ローラを用いた。
【００８９】
この二つの条件下において、加圧ローラ１１０が駆動している状態で電力１１００Ｗを投入し、定着フィルム１００の表面の温度上昇の様子を計測して図１０に示す。図１０は、本実施例と比較例の立ち上がり時間の測定結果を示すグラフである。図１０のグラフは、縦軸が定着フィルム１００の表面温度（℃）であり、横軸が経過時間（ｓ）である。なお、このときの室温は約２３℃であり、電力ＯＮ時を経過時間０秒としている。
【００９０】
図１０のグラフにおける実線は本実施例における立ち上がり温度曲線を示しており、破線は比較例１における立ち上がり温度曲線を示している。図１０のグラフにおいて、本実施例と比較例１の立ち上がり温度曲線の様子を比較すると、ほぼ同一の立ち上がり特性を示していることがわかる。なお、時間が経過するにつれて比較例１のほうがやや優位な特性を示すが、許容の範囲である。なぜならば、実使用時の定着フィルム１００の目標温度は１５０℃であり、そこまでにかかる立ち上がり時間で比較するとどちらも７秒程度となるからである。
【００９１】
［非通過部昇温測定］
次に本実施例の非通過部昇温の抑制効果の検証をおこなう。ここでの検証は、図３に示す定着装置４０において、本実施例と比較例１とで弾性ローラ１２０の構成を変えて行う対照実験である。図１１は、本実施例と比較例において、定着フィルム１００の非通過部の温度を測定したグラフである。図１２は、定着フィルム１００とシートＰの位置関係の説明図である。
【００９２】
本実施例の弾性ローラ１２０は、針状フィラー１２３の含有量を１０体積％とし、弾性層１２２の空隙率を４５体積％とした。比較例１の弾性ローラ１２０としては、針状フィラー１２３を添加しない空隙率が４５体積％の発泡性断熱ローラを用いた。
【００９３】
この二つの条件下において、シートＰとしてのＡ４Ｒサイズの普通紙（８０ｇ／ｍｍ２）を３０ＰＰＭの速度で２００枚連続通過した時の非通過部昇温の様子を計測して図１１に示す。図１１のグラフは縦軸が定着ベルト（定着フィルム）の表面温度（℃）であり、横軸が経過時間（ｓ）である。なお、このときの通過部温度は本実施例と比較例１において同じ温度となるように制御されている。図中の実線が本実施例の結果を示しており、破線は比較例１の結果を示している。
【００９４】
これによれば、本実施例の非通過部の温度は比較例１の非通過部の温度よりも約１０℃低い。したがって、弾性ローラ１２０に針状フィラー１２３を１０体積％だけ含有させることで、１０℃分の改善効果があることが確認できる。
【００９５】
なお、本実施例ではＡ４ＲサイズのシートＰを例に検証したが、ハガキ、Ａ５、Ｂ４、Ａ４、などの種々の幅サイズのシートＰにおいても同様の効果を得ることができた。また、本実施例ではシートＰとして普通紙を例に検証したが、厚紙、薄紙、その他シートにおいても同様の効果を得ることができた。
【００９６】
なお、通過部温度とはシートＰが通過する中心付近の温度であり、非通過部温度とはシートＰが通過しない定着フィルム１００の両端域の温度のことである。より詳細には、約３００ｍｍ幅の定着フィルム１００において、Ａ４ＲサイズのシートＰが通過する中央約２１０ｍｍの領域が通過部（通過領域）である。また、定着フィルム１００において、Ａ４ＲサイズのシートＰが通過しない領域が非通過部（通過領域）である。また、図１２中のポイントＡは通過領域の中央に位置し、ここで計測される温度が通過域温度に対応している。図１２中のポイントＢとＣは両端にある非通過領域のそれぞれの中央部に位置し、これらの位置で計測される温度の平均値が非通過部温度に対応している。
【００９７】
以上、本実施例の立ち上がり時間の速さ効果と非通過部昇温の抑制効果についての検証をおこなった。
【００９８】
表１は上記の検証結果に、空隙がないソリッドタイプのシリコーンゴムで成形された弾性ローラ１２０を用いた場合の比較例２の検証結果を加えて、その特性を比較した表である。
【００９９】
【表１】
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【０１００】
表１によれば、本実施例は、立ち上がり時間の速さの効果と非通過部昇温の抑制効果がともに良好な結果を示している。一方で、比較例１は非通過部昇温の抑制効果に難があり、比較例２は立ち上がり時間の速さの効果に難がある。
【０１０１】
表１によれば、本実施例は、立ち上がり時間の速さ効果と非通過部昇温の抑制効果がともに良好な結果を示している。
【０１０２】
したがって、本実施例によれば、小サイズのシートＰを連続して定着処理した際に生じる定着フィルム１００の非通過部の昇温を低減することができる。本実施例によれば、定着フィルム１００の迅速な立ち上がり特性を維持することができる。本実施例によれば、定着フィルム１００の迅速な立ち上がり特性と非通過部の昇温の低減を両立することができる。
【実施例２】
【０１０３】
次に実施例２について説明する。実施例１では、通電による発熱する定着フィルム１００の内面に弾性ローラ１２０を配置する構成を説明した。実施例２では、電磁誘導により発熱する定着ベルト２００の内面に弾性ローラ１２０を配置した構成の例を説明する。
【０１０４】
図１３は本実施例で用いた定着装置４０の基本構成である。実施例２では、弾性ローラ１２０および加圧ローラ１１０を含む定着装置の基本的な構成は実施例１と同じである。本実施例では、定着ベルト２００の構成およびそれを発熱させるための構成が異なっている。以下の説明では、実施例１と同様の構成については同様の記号を付し、その説明を省略する。
【０１０５】
加熱フィルム（加熱部材）としての定着ベルト２００は金属層を有する無端状（エンドレス状）のベルト（フィルム）である。加圧ローラ１１０は定着ベルト２００の外周と接するように配設されたローラである。弾性ローラ１２０は、定着ベルト２００の内側に配置され、定着ベルト２００を介して加圧ローラ１１０を押圧し、ニップ部Ｎを形成するローラである。
【０１０６】
本実施例の定着装置４０は、ニップ部ＮにおいてシートＰを挟持搬送する。そして、シートＰに熱と圧力を加えてシートＰ上の画像ＴをシートＰに熱定着させている。
【０１０７】
定着ベルト２００は、金属層（不図示）とその外周に設けられた弾性層（不図示）とその外周に設けられた離型層（不図示）とからなるベルトである。前記金属層の厚みは、励磁コイル２２０に流す高周波電流の周波数と前記金属層の透磁率・導電率に応じて調整して良く、５〜２００μｍ程度の間で設定すると良い。前記金属層としては、ニッケルや鉄合金、銅、銀などが挙げられ、本実施例の前記金属層は直径が約３０ｍｍで厚みが約４０μｍのニッケル材料である。また、前記弾性層はゴムによる層などが挙げられ、本実施例では厚みは約３００μｍで、ＪＩＳ−Ａで約２０度の硬度を持ち、熱伝導率は約０．８Ｗ／ｍＫである耐熱性シリコーンゴムである。また、前記離型層としてはフッ素樹脂層が挙げられ、本実施例の離型層としては厚み約３０μｍのＰＦＡの層である。
【０１０８】
図１３に示すように、励磁コイル２２０は、定着ベルト２００の外周面に対向するように配置され、定着ベルト２００の幅方向に沿って巻かれた電線である。
【０１０９】
定着ベルト２００を発熱させる発熱装置としての励磁コイル２２０には、２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加されており、励磁コイル２２０はこの高周波電流に応じた磁界を発生させている。
【０１１０】
磁性コア２１０はコイル６より発生した交流磁束を効率よく定着ベルト２００に導く役割をする。磁性コア２１０の材質として、高透磁率で残留磁束密度の低いものを用いると良い。本実施例の磁性コア２１０にはフェライトを用いた。
【０１１１】
サーミスタ１１８は温度センサであり、定着ベルト２００の表面温度を検出している。そして検出した結果を制御回路１５０に送信している。
【０１１２】
ＩＨ電源２５０は、定着ベルト２００が回転している状態において、励磁コイル２２０に２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加する。
【０１１３】
加圧ローラ１１０はモータＭに機械的に接続されている。制御回路１５０による通電を受けてモータＭが駆動すると、加圧ローラ１１０は図中矢印方向（反時計回り方向）に回転駆動する。そして、回転する加圧ローラ１１０は、ニップ部Ｎでの摩擦により定着フィルム１００を図中矢印方向（時計回り方向）に従動回転させる。また定着フィルム１００の回転に伴い、定着フィルム１００の内面に接触する弾性ローラ１２０が、定着フィルム１００の内面との摩擦により図中矢印方向（時計回り方向）に従動回転する。
【０１１４】
制御回路１５０は、モータＭと、ＩＨ電源２５０と、サーミスタ１１８との間で信号をやり取り可能に接続されている。
【０１１５】
制御回路１５０はサーミスタ１１８からの出力を定期的にサンプリングしており、サーミスタ１１８が検知した定着ベルト２００の温度に基づき、ＩＨ電源を制御している。詳細には、サーミスタ１１８の検知する温度が、定着処理に用いる目標温度（本実施例では１５０℃）に維持されるように、ＩＨ電源２５０の実効電圧を調整している。
【０１１６】
ＩＨ電源２５０の実効電圧が低下すると、励磁コイル２２０に流れる電流が減少し、励磁コイル２２０から発生する磁束が減少する。励磁コイル２２０から発生する磁束が低下すると、定着ベルト２００の発熱量が低下する。ＩＨ電源２５０の実効電圧が上昇すると、励磁コイル２２０に流れる電流が増加し、励磁コイル２２０から発生する磁束が増加する。
【０１１７】
このようにして、定着ベルト２００の温度は制御回路１５０によって制御される。
【０１１８】
制御回路１５０は、画像形成時にモータＭの通電内容を制御することによって、定着ベルト２００と、加圧ローラ１１０と、弾性ローラ１２０とを所定の速度で回転駆動させる。これにより、定着処理時のシートＰが所定のプロセススピードで定着ベルト２００と加圧ローラ１１０とで挟持搬送される。
【０１１９】
上述した実施例２の定着装置４０において、実施例１と同様の検証を行った結果、実施例１と同様の効果を確認することができた。
【０１２０】
したがって、本実施例によれば、小サイズのシートＰを連続して定着処理した際に生じる定着ベルト２００の非通過部の昇温を低減することができる。本実施例によれば、定着ベルト２００の迅速な立ち上がり特性を維持することができる。本実施例によれば、定着ベルト２００の迅速な立ち上がり特性と非通過部の昇温の低減を両立することができる。
【実施例３】
【０１２１】
次に実施例３の定着装置４０について説明する。図１４は、実施例３における定着装置４０の構成を示す断面図である。図１５は、定着ローラ３００の層構成を示す断面図である。実施例１では、発熱層１０２を有する定着フィルム１００の内周面に弾性層１２２を有する弾性ローラ１２０を当接させる定着装置４０について説明した。実施例３では、発熱層１０２と弾性層１２２を備える定着ローラ３００を用いる定着装置４０について説明する。実施例３は、上述した構成により、実施例１において定着フィルム１００が軸線方向に寄り移動してしまう課題について解決することができる。なお、実施例３の定着装置４０は、実施例１の定着装置４０の基本構成と同様に構成されている。そのため、実施例１と同様の構成については同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１２２】
加熱部材（加熱ローラ）としての定着ローラ３００は、発熱層１０２への通電により電気抵抗による発熱をして、シートＰ上の画像Ｔをニップ部Ｎにて加熱するローラ（加熱部材）である。本実施例における定着フィルム１００の外径は約φ３０ｍｍであり、後述する芯金１２１を除いた幅方向（図２中の奥手前方向、回転軸線方向）の長さは約３００ｍｍである。本実施例の定着ローラ３００は、加圧ローラ１１０の駆動回転に従動回転する構成となっている。しかしながら、モータＭから直接的に駆動を伝達される構成としてもよい。
【０１２３】
本実施例の定着ローラ３００は、回転中心から外周に向けて順に芯金１２１、弾性層１２２、基層１０１、発熱層１０２、離型層１０４を備えた多層複合構造である。また、定着ローラ３００の幅方向両端部においては、発熱層１０２が設けられておらず、電極１０５ａ、１０５ｂが設けられている。
【０１２４】
芯金１２１は、ステンレスを材料とする軸状の部材である。芯金１２１の軸線方向の両端部は、回転軸受け（不図示）を介して加圧機構（不図示）に回転可能に保持されている。そして、加圧機構（不図示）が芯金１２１の両端部を加圧ローラ１１０に向けて加圧することで、弾性ローラ１２０は定着フィルム１００を介して加圧ローラ１１０を押圧する。
【０１２５】
弾性層１２２は、芯金１２１上に設けられた、シリコーンゴムのベースポリマー１２６をベースとして構成される層である。本実施例では弾性層の厚みを約３ｍｍとした。弾性層１２２は、ベースポリマー１２６内に空隙１２４と針状フィラー１２３を含有している。そのため、その長手方向において熱伝導率が高く、その径方向において熱伝導率が低い構成となっている。
【０１２６】
基層１０１は、発熱層１０２、電極１０５ａ、電極１０５ｂを支持するためのベースとなる層で、耐熱性の材料が使用される。本実施例の基層１０１は、ポリイミドを材料とする厚さ約３０μｍの層である。基層１０１の内周面側は、耐熱性の接着剤によって弾性層１２２に接着されている。本実施例ではシリコーン樹脂からなる接着剤を用いた。
【０１２７】
なお、本実施例では、層１０１の内周全面に弾性層１２２を接着しているが、基層の一部（例えば、幅方向の端部）のみを接着する構成であってもよい。
【０１２８】
離型層１０４はシートＰの剥離製を向上させるための層である。本実施例では厚さ約２０μｍのＰＦＡチューブを用いた。また、離型層１０４はシリコーン樹脂から成る接着剤により発熱層１０２に接着されている。
【０１２９】
抵抗発熱層である発熱層１０２は、通電によって発熱する抵抗発熱体である。発熱層１０２は、導電粒子としてのカーボンを含有したポリイミド樹脂を均一な厚さで基層１０１上に塗布することで形成される。
【０１３０】
電極１０５（１０５ａ、１０５ｂ）は、給電部材８１と接触することで電気的に接続する定着フィルム１００の導電部位である。電極１０５は発熱層１０２の両端に接続されている。
【０１３１】
上述した定着ローラ３００を用いる定着装置４０において、実施例１と同様の検証を行った結果、実施例１と同様の効果を確認することができた。
【０１３２】
したがって、本実施例によれば、小サイズのシートＰを連続して定着処理した際に生じる定着ローラ３００の非通過部の昇温を低減することができる。本実施例によれば、定着ローラ３００の迅速な立ち上がり特性を維持することができる。本実施例によれば、定着ローラ３００の迅速な立ち上がり特性と非通過部の昇温の低減を両立することができる。
【０１３３】
また、本実施例によれば、上述したように、実施例１において定着フィルム１００が軸線方向に寄り移動してしまう課題について解決することができる。そのため、この課題を解決する点においては実施例３の構成が好ましい。
【０１３４】
しかしながら、実施例３では弾性層１２２と基層１０１を接着剤で接着しているため、加熱部材の熱容量が増加してしまう虞がある。また、実施例３では弾性層１２２と基層１０１を接着剤で接着しているため、弾性層１２２に応力集中が発生して弾性層１２２に負荷がかかり耐久性が低下する虞がある。そのため低熱量と耐久性の観点では実施例１の構成が好ましい。
【０１３５】
なお、本実施例では芯金１２１と弾性層１２２を一体に設けているが、定着装置４０はこの構成には限られない。例えば、芯金１２１と弾性層１２２を別体として設けてもよい。つまり、芯金１２１と弾性層１２２を接着しない構成としてもよい。このとき、定着装置４０は、弾性層１２２、基層１０１、発熱層１０２、離型層１０４、電極１０５からなる中空状のローラを、芯金１２１が加圧ローラ１１０に向けて押圧する構成となる。さらには、弾性層１２２の内周面にポリイミドなどからなる摺動層を設けて、摺動層と摺動するパッド部材を芯金１２１の代わりに押圧部材として用いてもよい。
【０１３６】
（その他の実施例）
以上、本発明を適用することができる実施例について説明したが、本発明を適用できる範囲において、実施例に記載の構成を適宜変更してもよい。
【０１３７】
複数の弾性ローラ１２０に架け渡された定着フィルム１００を備えたベルトユニットであってもよい。しかしながら、低熱容量化の観点から、実施例１のように一つの弾性ローラ１２０によってその内面を支持された構成が望ましい。
【０１３８】
定着フィルム１００とニップ部Ｎを形成するものは、加圧ローラ１１０のようなローラ形状の部材のみには限られない。例えば、複数の支持ローラに支持された加圧ベルトであってもよい。
【０１３９】
加熱フィルムは、定着フィルム１００のように加圧ローラ１１０に従動回転するものに限られない。例えば、モータＭによって駆動回転する弾性ローラ１２０に従動回転する構成であってもよい。また、加圧ローラ１１０と弾性ローラ１２０が各々回転する構成であってもよい。
【０１４０】
プリンタ１を例に説明した画像形成装置は、フルカラーの画像を形成する画像形成装置に限られず、モノクロの画像を形成する画像形成装置でもよい。また画像形成装置は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。
【０１４１】
以上の説明における画像加熱装置は、未定着のトナーの画像ＴをシートＰに定着する装置のみには限られない。例えば、半定着済みの画像ＴをシートＰに定着させる装置や、定着済みの画像に対して加熱処理を施す装置であってもよい。したがって、画像加熱装置としての定着装置４０は、例えば、画像の光沢や表面性を調節する表面加熱装置であってもよい。
【符号の説明】
【０１４２】
４０  定着装置（画像加熱装置）
７９  通電回路（発熱手段）
１００  定着フィルム（ベルト）
１１０  加圧ローラ（ニップ形成部材）
１２０  弾性ローラ（当接ローラ）
１２２  弾性層
１２３  針状フィラー
１２４  空隙
１５０  制御回路
Ｐ  シート
Ｔ  画像
Ｎ  ニップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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