(57)【要約】【課題】発熱体の過剰昇温の抑制と、回転体の破損の抑制を両立できる定着装置を提供すること。【解決手段】支持部材６と発熱体１が当接する対向回転体８と回転体２が発熱体１を介して当接する第１の領域１ｂの前記発熱体１の母線方向の長さ１ｂＬが回転体２の長さ２Ｌ以上であり、前記対向回転体８と前記回転体２が前記発熱体１を介して当接しない第２の領域１ｃの前記発熱体１の前記母線方向の長さ１ｃＬが前記回転体２の長さ２Ｌよりも短いことを特徴とする。【選択図】図１２
2017021106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層を有し固定された筒状の発熱体と、前記発熱体の外周面と少なくとも一部が接触した状態で回転可能に設置された筒状の回転体と、前記発熱体と対向して配置され、前記発熱体に対して圧接された状態で回転することで前記回転体が前記発熱体の外周を摺動する駆動力を前記回転体に与える対向回転体と、前記発熱体の内周面と接触して配置され、前記回転体と前記対向回転体の圧接形状を規定する支持部材と、前記発熱体の中空部に挿通され前記発熱体の母線方向に沿って配置された磁性芯材と、前記磁性芯材に対し、前記回転体の回転軸線に交差する方向に巻き線を施すことによって形成される励磁コイルと、前記励磁コイルへ交番電流を供給するインバータ回路と、を有し、前記発熱体が電磁誘導により発熱する定着装置であって、
前記対向回転体と前記回転体が前記発熱体を介して当接する第１の領域の前記発熱体の前記母線方向の長さが前記回転体の長さ以上であり、前記対向回転体と前記回転体が前記発熱体を介して当接しない第２の領域の少なくとも一部において前記発熱体の前記母線方向の長さが前記回転体の長さよりも短いことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記第２の領域は前記発熱体の周方向について前記第１の領域から最も離れた領域であり、前記第１の領域における前記発熱体の前記母線方向の長さを、前記第１の領域から前記第２の領域まで緩やかに短くすることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記第２の領域は前記発熱体の周方向について前記第１の領域から最も離れた領域であり、前記第１の領域における前記発熱体の前記母線方向の長さを、前記第１の領域から前記第２の領域まで段階的に短くすることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記対向回転体は前記回転体と接触してニップ部を形成し、前記ニップ部でトナー画像が形成された記録材を搬送しつつ加熱してトナー画像を記録材に定着することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プリンタや電子写真複写機などの画像形成装置に搭載する電磁誘導加熱方式の定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式のプリンタや複写機に搭載する電磁誘導加熱方式の定着装置として、加圧ローラと共にニップ部を形成する筒状のベルトを電磁誘導発熱させるベルト発熱タイプの装置が知られている。
【０００３】
特許文献１は、導電層を有するベルトの回転軸方向に磁界を発生させベルトの周回方向に電流を形成することでベルトを発熱させる定着装置を開示している。この定着装置は、熱容量の小さいベルトを電磁誘導加熱方式によって直接加熱するため高速立ち上げを実現できるというメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２６２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の発熱原理を応用した定着装置として、以下に示す構成が考えられる。固定された導電層を有する電磁誘導発熱タイプの筒状の発熱体の外周を筒状のベルトが加圧ローラからの摩擦力により回転され、ベルトと加圧ローラとで発熱体を挟んでニップ部を形成する。この定着装置では、ベルトの回転軸方向に磁界を発生させ、導電層を有する発熱体内に誘導起電力により発生する周回電流を流して発熱体外周全域にジュール熱を発生させ、ニップ部でベルトを介して記録材に熱を加えトナー画像を記録材上に定着させる。
【０００６】
ところが、このような構成の定着装置は、発熱体が発熱体の外周全域で発熱しているため、連続プリントを行った際に、記録材が通過しない非通過領域で発熱体の熱が記録材に奪われず、発熱体が過剰に昇温してしまう。
【０００７】
そこで、記録材が通過しない非通過領域での発熱体の過剰昇温を抑制するために、発熱体の母線方向の長さをベルトよりも短くすることが考えられる。しかしながら、発熱体端部の周縁部（エッジ）とベルトの内周面との摺動摩擦によって、発熱体端部の周縁部と接触するベルト内周面の接触部位が帯状に摩耗し、ベルトの破損に繋がるという可能性があった。
【０００８】
本発明の目的は、発熱体の過剰昇温の抑制と、回転体の破損の抑制を両立できる定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、
導電層を有し固定された筒状の発熱体と、前記発熱体の外周面と少なくとも一部が接触した状態で回転可能に設置された筒状の回転体と、前記発熱体と対向して配置され、前記発熱体に対して圧接された状態で回転することで前記回転体が前記発熱体の外周を摺動する駆動力を前記回転体に与える対向回転体と、前記発熱体の内周面と接触して配置され、前記回転体と前記対向回転体の圧接形状を規定する支持部材と、前記発熱体の中空部に挿通され前記発熱体の母線方向に沿って配置された磁性芯材と、前記磁性芯材に対し、前記回転体の回転軸線に交差する方向に巻き線を施すことによって形成される励磁コイルと、前記励磁コイルへ交番電流を供給するインバータ回路と、を有し、前記発熱体が電磁誘導により発熱する定着装置であって、
前記対向回転体と前記回転体が前記発熱体を介して当接する第１の領域の前記発熱体の前記母線方向の長さが前記回転体の長さ以上であり、前記対向回転体と前記回転体が前記発熱体を介して当接しない第２の領域の少なくとも一部において前記発熱体の前記母線方向の長さが前記回転体の長さよりも短いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発熱体の過剰昇温の抑制と、回転体の破損の抑制を両立できる定着装置の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係る定着装置の概略構成を示す断面図
【図２】定着装置を記録材の搬送方向の上流側から見たときの正面図
【図３】定着ユニットの内部構造を示す斜視断面図と、発熱部材とベルトの層構成を示す断面図
【図４】磁性コアと励磁コイルによる発熱部材の電磁誘導加熱を説明するための図
【図５】励磁コイルの巻き方を示した図
【図６】比較例１に係る定着装置の発熱部材の長さを説明するための図
【図７】記録材を導入していないときの比較例１に係る定着装置の発熱部材の発熱分布を示す図
【図８】記録材を導入しているときの比較例１に係る定着装置のベルトの発熱分布を示す図
【図９】比較例２に係る定着装置の発熱部材の長さを説明するための図
【図１０】記録材を導入していないときの比較例２に係る定着装置の発熱部材の発熱分布を示す図
【図１１】記録材を導入しているときの比較例２に係る定着装置のベルトの発熱分布を示す図
【図１２】実施例１に係る定着装置の発熱部材の長さを説明するための図
【図１３】比較例の発熱部材の誘導起電力を説明するための図
【図１４】実施例１に係る定着装置の発熱部材の誘導起電力を説明するための図
【図１５】記録材を導入していないときの実施例１に係る定着装置の発熱部材の発熱分布を示す図
【図１６】記録材を導入しているときの実施例１に係る定着装置のベルトの発熱分布を示す図
【図１７】実施例２に係る定着装置の発熱部材の長さを説明するための図
【図１８】発熱部材の端部における傾斜角θが小さい場合の電流集中のイメージ図
【図１９】発熱部材の端部における傾斜角θが小さい場合の発熱部材の発熱分布を示す図
【図２０】実施例２に係る定着装置の発熱部材の第２の領域の発熱分布を示す図
【図２１】実施例３に係る定着装置の発熱部材の構成を説明するための図
【図２２】画像形成装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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構成に置き換えることは可能である。
【００１３】
［実施例１］
（１）画像形成装置１１１
図２２を参照して、本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置を説明する。図２２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）１１１の一例の概略構成を示す断面図である。
【００１４】
画像形成装置１１１において、記録材Ｓにトナー画像を形成する画像形成部ＩＦは、像担持体としての感光体ドラム１００と、帯電部材１０２と、レーザスキャナ１０３と、を有する。更に画像形成部ＩＦは、現像器１０４と、感光体ドラムの外周面（表面）をクリーニングするクリーナ１０１と、転写部材１０６と、を有する。感光体ドラム１００と、帯電部材１０２と、現像器１０４、クリーナ１０１は、画像形成装置本体１１１Ａに取り外し可能に装着されるカートリッジＣａとして一体的に構成されている。以上の画像形成部ＩＦの動作は周知であるので詳細な説明は割愛する。
【００１５】
画像形成装置本体１１１Ａ内のカセット１０５に収納された記録材Ｓは、ローラ１０８の回転によって１枚ずつ繰り出された後に、ローラ１０９の回転によって感光体ドラム１００と転写部材１０６とで形成された転写部に搬送される。転写部でトナー画像が転写（形成）された記録材Ｓは定着装置（定着部）Ｆに送られ、トナー画像は定着装置Ｆで記録材に加熱定着される。定着装置Ｆを出た記録材Ｓはローラ１１０の回転によってトレイ１０７に排出される。
【００１６】
（２）定着装置Ｆ
図１、図２、図３を参照して、本実施例に係る定着装置Ｆを説明する。本実施例に示す定着装置Ｆは電磁誘導加熱方式の装置である。図１は本実施例に係る定着装置Ｆの概略構成を示す断面図である。図２は定着装置Ｆを記録材Ｓの搬送方向ａの上流側から見たときの正面図である。図３の（ａ）は定着ユニット７の内部構造を示す斜視断面図、（ｂ）は発熱部材１とベルト２の層構成を示す断面図である。
【００１７】
本実施例の定着装置Ｆは、定着ユニット７と、対向回転体としての加圧ローラ８と、を有する。図１に示すように、加圧ローラ８は、芯金８ａと、芯金８ａの外周面上にローラ状に設けられた弾性層８ｂと、弾性層８ｂの外周面上に設けられた離型層８ｃと、を有する。弾性層８ｂの材質は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよいものが好ましい。
【００１８】
記録材Ｓの搬送方向ａと直交する方向Ｘ（図２参照）について、加圧ローラ８の芯金８ａの両端部は定着装置Ｆのフレーム（不図示）に軸受けを介して回転自由に保持されている。また、ステイ５の両端部と、フレーム側のバネ受け部材１８ａ，１８ｂとの間に、それぞれ、加圧バネ１７ａ，１７ｂを縮設することでステイ５に押し下げ力を作用させている。本実施例の定着装置Ｆでは、図１のように支持部材としてのニップ形成部材６の加圧ローラ８とは反対側の上面６ａに保持させたステイ５に総圧約２５０Ｎ（約２５ｋｇｆ）の押圧力を与えている。
【００１９】
耐熱性樹脂ＰＰＳ等で構成されたニップ形成部材６の加圧ローラ８側の下面６ｂには、記録材Ｓの搬送方向ａについて、下面６ｂの中央に、加圧ローラ８とは反対側に窪む湾曲面６ｂ１（図1参照）が設けられている。また、下面６ｂの湾曲面６ｂ１の両側には、加圧ローラ８側に膨らむ弧状の曲面６ｂ２が設けられている。
【００２０】
ステイ５を保持したニップ形成部材６の外周には、筒状の発熱体としての発熱部材１が設けられている。そして、この発熱部材１の外周には、発熱部材１の外周面と少なくとも一部が接触した状態で回転可能に設置された筒状の回転体としてのベルト２が設けられている。ベルト２は、ベルト２の内周長が発熱部材１の外周長に対して長く、ベルト２の内周面の少なくとも一部が発熱部材１の外周面と接触するように形成してある。
【００２１】
ステイ５に押圧力を与えると、ニップ形成部材６の湾曲面６ｂ１と加圧ローラ８の外周面の一部とが、発熱部材１の外周面とベルト２の内周面とを圧接する。これにより、ベルト２の内周面と加圧ローラ８の外周面とで湾曲面６ｂ１の形状に応じた急峻な曲面を持つ湾曲形状のニップ部Ｎ（図１参照）が形成される。
【００２２】
また、記録材Ｓの搬送方向ａについて、ニップ形成部材６の湾曲面６ｂ１の上流側と下流側の曲面６ｂ２が発熱部材１の内周面を押圧して発熱部材１の外周面をベルト２の内周面に圧接する。これにより、発熱部材１とベルト２とで曲面６ｂ２の形状に応じた弧状の圧接部Ｃ（図１参照）がニップ部Ｎの上流側と下流側に形成される。
【００２３】
つまり、ベルト２は、発熱部材１の外周面と少なくとも一部（ニップ部Ｎ及び圧接部Ｃ）が接触した状態で回転可能に設置されている。ニップ形成部材６は、発熱部材１の内周面と接触して配置され、ベルト２と加圧ローラ８の圧接形状を規定する。図１において、Ｃｎは発熱部材１とベルト２が接触しない非接触領域、Ｎｎはニップ部Ｎ以外の非ニップ部である。
【００２４】
発熱部材１はニップ形成部材６に固定され、回転不可能である。加圧ローラ８はモータ（不図示）により矢印方向に回転駆動し、この加圧ローラ８の回転に追従してベルト２はベルト２の内周面がニップ部Ｎ及び圧接部Ｃで発熱部材１の外周面に摺動しながら矢印方向に回転する。つまり、発熱部材１と対向して配置された加圧ローラ８は、発熱部材１に対してベルト２を圧接させた状態で回転することでベルト２が発熱部材１の外周を摺動する駆動力をベルト２に与える。
【００２５】
ベルト２の回転時にベルト２の内周面と発熱部材１の外周面に発生する摺動抵抗を低減するために、発熱部材１の外周面、又はベルト２の内周面にグリスを塗布することが望ましい。
【００２６】
記録材Ｓの搬送方向ａと直交する方向Ｘについて、ニップ形成部材６の両端部にはフランジ部材１２ａ，１２ｂが外嵌されている。フランジ部材１２ａ，１２ｂは、それぞれ、規制部材１３ａ，１３ｂによりステイ５に固定されている。各フランジ部材１２ａ，１２ｂは、ベルト２の回転時にベルト２の端部を受けて、ベルト２の母線方向（方向Ｘと平行な方向）に沿う寄り移動を規制する役目をする。フランジ部材１２ａ，１２ｂの材質としては、ＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒ：液晶ポリマー）樹脂等の耐熱性の良いものが好ましい。
【００２７】
発熱部材１は、例えばスピニング加工された筒状のＳＵＳからなり、ＳＵＳが導電層として発熱する。また、後述のように周回方向に電流を流し発熱する発熱部材１は周回方向への抵抗値ムラがあると発熱ムラが生じてしまう。このため、導電層は周回方向で接続部分がないシームレスな筒状である必要がある。本実施例では、発熱部材１として厚み４０μｍに成型したＳＵＳを用いた。
【００２８】
加圧ローラ８と共にニップ部Ｎを形成するベルト２は、筒状に成型された基層２ａと、その基層２ａの外周面上に積層した離型層２ｂの複合構造の部材である（図３（ｂ）参照）。本実施例では厚み７０μｍのポリイミド樹脂を基層２ａとして用いており、その基層２ａの外周面上に厚み２０μｍのフッ素樹脂を離型層２ｂとして塗布して用いている。
【００２９】
発熱部材１に対し、交番磁束を作用させ、周回方向への誘導電流を発生させることで発熱部材１が発熱し、この発熱部材１の熱がベルト２へ伝わる。未定着のトナー画像Ｔが形成された記録材Ｓはニップ部Ｎで搬送されつつ加熱され、これによりトナー画像Ｔは記録材Ｓ上に定着される。
【００３０】
発熱部材１に対し、交番磁束を作用させ、誘導電流を発生させる原理と構成について詳述する。図４は磁性コア３と励磁コイル４による発熱部材１の電磁誘導加熱を説明するための図である。
【００３１】
磁性芯材としての磁性コア３は、不図示の固定手段で発熱部材１の中空部に貫通して配置させ、磁極ＮＰ，ＳＰを持つ直線状の開磁路を形成している。つまり、磁性コア３は、発熱部材１の中空部に挿通され発熱部材１の母線方向（方向Ｘと平行な方向）に沿って配置されている。磁性コア３の材質は、ヒステリシス損が小さく比透磁率の高い材料、例えば、焼成フェライト、フェライト樹脂、非晶質合金（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される強磁性体が好ましい。本実施例においては、比透磁率１８００の焼成フェライトを用いる。形状は直径１２ｍｍの円柱形状をしている。
【００３２】
図５は励磁コイル４の巻き方を示した図である。励磁コイル４は、通常の単一導線を発熱部材１の中空部において、磁性コア３に螺旋状に巻き回して発熱部材１の母線方向と略平行な螺旋形成部４ｃを形成している。記録材Ｓの搬送方向ａと直交する方向Ｘについて、磁性コア３の長さは３４０ｍｍである。本実施例では、長さ３４０ｍｍの磁性コア３に対し、励磁コイル４は巻間隔が均等に２０ｍｍピッチで１８回巻きつけている。この励磁コイル４はベルト２の回転軸線Ａに交差する方向に巻き回されている。
【００３３】
この励磁コイル４に給電接点部４ａ，４ｂを介してインバータ回路としての高周波コンバータ１６から高周波電流（交番電流）を供給し、磁性コア３の記録材Ｓの搬送方向ａと直交する方向Ｘに交番磁束を発生させる。この交番磁束により発熱部材１の周回方向に誘導電流が流れ、発熱部材１自身の電気抵抗によってジュール熱を発生させることで、発熱部材１を発熱させる。このとき発熱部材１は発熱部材１の外周全域で発熱する。
【００３４】
（３）制御
図１、図２に示すように、非接触型サーミスタによって構成される検温素子９，１０，１１は、記録材Ｓの搬送方向ａに関し、ニップ部Ｎの上流側でベルト２に対向させて配設してある。記録材Ｓの搬送方向ａと直交する方向Ｘに関し、ベルト２の中央に配設された検温素子９は、大サイズ記録材と小サイズ記録材が必ず通過するベルト中央部の温度を検知する。この検温素子９の検出温度に基づきベルト２は表面の温度が所定の定着温度（目標温度）に維持・調整される。
【００３５】
ベルト２の両端部に配設された検温素子１０，１１では、大サイズ記録材が通過し小サイズ記録材が通過しないベルト端部の昇温具合を検知することができる。
【００３６】
図４に、プリンタ制御部４０のブロック図を示す。プリンタ制御部４０において、プリンタコントローラ４１は後述するホストコンピュータ４２との間で通信と画像データの受信、及び受け取った画像データをプリンタが印字可能な情報に展開する。更にプリンタコントローラ４１はエンジン制御部４３との間で信号のやり取り及びシリアル通信を行う。エンジン制御部４３はプリンタコントローラ４１との間で信号のやり取りを行い、更にシリアル通信を介して定着温度制御部４４、周波数制御部４５、電力制御部４６の制御を行う。
【００３７】
定着温度制御部４４は検温素子９，１０，１１によって検出された温度を基に定着装置Ｆの温度制御を行うと共に、定着装置Ｆの異常温度の検出等を行う。周波数制御部４５は高周波コンバータ１６の駆動周波数の制御を行い、電力制御部４６は励磁コイル４に印加する電圧を調整して高周波コンバータ１６の電力の制御を行う。
【００３８】
このようなプリンタ制御部４０を有するプリンタシステムにおいて、ホストコンピュータ４２はプリンタコントローラ４１に画像データを転送し、ユーザからの要求に応じて記録材サイズなどの様々なプリント条件を設定する。
【００３９】
（４）発熱部材１の過剰昇温、及びベルト２の破損について
＜比較例１＞
以下、本実施例においては、定着装置Ｆに導入される記録材Ｓの最大サイズがＬＥＴＴＥＲサイズの縦送りである画像形成装置１１１を例にして、発熱部材１の過剰昇温、及びベルト２の破損について説明する。
【００４０】
図６は比較例１に係る定着装置Ｆ１の発熱部材１の長さを説明するための図である。説明の都合上、ニップ形成部材６を実線にて表している。比較例１に示す定着装置Ｆ１は、発熱部材１の母線方向（方向Ｘと平行な方向）について、発熱部材１とベルト２を同じ長さにしている。この構成を除いて、本実施例の定着装置Ｆと同じ構成としてある。
【００４１】
ベルト２は加圧ローラ８の回転に追従して回転するため、ベルト２と加圧ローラ８は常に接触する領域が必要である。その関係から、発熱部材１の母線方向について、ベルト２と加圧ローラ８の長さはＬＥＴＴＥＲサイズ幅（２１５．９ｍｍ）よりも長くなっている。
【００４２】
図６において、１ａは発熱部材１の左右の端部（エッジ）である。１ｂは加圧ローラ８とベルト２が発熱部材１を介して当接する第１の領域であり、発熱部材１がニップ部Ｎを形成している領域に相当する。１ｃは加圧ローラ８とベルト２が発熱部材１を介して当接しない第２の領域であり、発熱部材１の周方向について第１の領域１ｂから最も離れた領域である。ここで、第１の領域１ｂにおける発熱部材１の母線方向の長さを１ｂＬ、第２の領域１ｃにおける発熱部材１の母線方向の長さを１ｃＬ、２Ｌを加圧ローラ８の母線方向の長さとすると、１ｂＬ＝１ｃＬ＝２Ｌである。
【００４３】
図７は記録材Ｓを導入していないときの比較例１の定着装置Ｆ１における発熱部材１の母線方向の発熱分布を示している。実線Ｈ１は、ニップ部ＮにＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓを導入していない状態で発熱させた場合の発熱部材１における第１の領域１ｂの発熱分布である。この領域１ｂでは、図７のようにＬＥＴＴＥＲサイズ幅よりも広い範囲で発熱していることが分かる。
【００４４】
図８は記録材Ｓを搬送しているときの比較例１の定着装置Ｆ１におけるベルト２の母線方向の発熱分布を示している。記録材Ｓのニップ部Ｎにおける搬送速度を２６０ｍｍ／ｓｅｃとし、ベルト２の表面温度を１９５℃に設定した。図８に示すデータは坪量７５ｇ／ｍ２のＬＴＲ−Ｐサイズ紙で行い、スループットは４０ｐｐｍで１００枚通過した状態の結果である。以後、特に断わりのない限り非通過部昇温のデータは上記条件のものとする。
【００４５】
また、図７に示す発熱部材１の発熱分布はサーモグラフィーカメラを用いて測定しているため、記録材通過中の発熱部材１の発熱分布はベルト２に遮られて測定ができない。図８で記録材通過時の発熱分布を発熱部材１ではなくベルト２で示しているのは、上記理由に由来する。図８に示すベルト２の発熱分布はサーモグラフィーカメラを用いて測定したものである。２ｃはベルト２の左右の端部である。
【００４６】
実線Ｈ２は、ベルト２について、発熱部材１の第１の領域１ｂに相当する部位の発熱分布である。図８のように、ＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓが通過しない非通過領域は、記録材Ｓが通過する通過領域よりも過剰に昇温（非通過部昇温）していることが分かる。
【００４７】
＜比較例２＞
図９は比較例２に係る定着装置Ｆ２の発熱部材１の長さを説明するための図である。比較例２に示す定着装置Ｆ２は、図９に示すように、発熱部材１の母線方向について、発熱部材１の長さをＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓの幅と同等にし、ベルト２の長さを比較例１と同じ長さにすることで非通過領域の過剰昇温を抑制する構成である。つまり、発熱部材１に関し、第１の領域１ｂにおける母線方向の長さ１ｂＬと第２の領域１ｃにおける母線方向の長さ１ｃＬは、記録材Ｓの幅と等しい。この構成を除いて、本実施例の定着装置Ｆと同じ構成としてある。
【００４８】
図１０は記録材Ｓを導入していないときの比較例２の定着装置Ｆ２における発熱部材１の母線方向の発熱分布を示している。
【００４９】
実線Ｈ３はニップ部ＮにＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓを導入していない状態で発熱させた場合の発熱部材１における第１の領域１ｂの発熱分布である。この領域１ｂでは、図１０のようにＬＥＴＴＥＲサイズ幅と同等の範囲で発熱していることが分かる。
【００５０】
図１１は記録材Ｓを搬送しているときの比較例２の定着装置Ｆ２におけるベルト２の母線方向の発熱分布を示している。記録材Ｓのニップ部Ｎにおける搬送速度を２６０ｍｍ／ｓｅｃとし、ベルト２の表面温度を１９５℃に設定した。図１１に示すデータは坪量７５ｇ／ｍ２のＬＴＲ−Ｐサイズ紙で行い、スループットは４０ｐｐｍで１００枚通過した状態の結果である。また、図１１に示すベルト２の発熱分布はサーモグラフィーカメラを用いて測定したものである。
【００５１】
実線Ｈ４は、ベルト２について、発熱部材１の第１の領域１ｂに相当する部位の発熱分布である。図１１のように、ＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓが通過する通過領域のみが発熱し非通過部昇温が発生していないことが分かる。
【００５２】
しかし、比較例２の構成では、ベルト２は発熱部材１よりも長い。このため、発熱部材１の端部１ａの周縁部（エッジ）とベルト２の内周面との摺動摩擦によって、その周縁部と接触するベルト２内周面の接触部位が帯状に摩耗し、ベルト２の破損に繋がる可能性がある。
【００５３】
（５）発熱部材１の過剰昇温、及びベルト２の破損を抑制するための構成
図１２は本実施例の定着装置Ｆの発熱部材１の長さを説明するための図である。本実施例の定着装置Ｆでは、記録材Ｓの非通過領域での発熱部材１の過剰昇温の抑制と、ベルト２の破損の抑制を両立するために、以下のような構成とした。第１の領域１ｂにおける発熱部材１の長さ１ｂＬをベルト２の長さ２Ｌ以上とし、第２の領域１ｃにおける発熱部材１の長さ１ｃＬをベルト２の長さ２Ｌよりも短くした。図１２では第１の領域１ｂにおける発熱部材１の母線方向の長さ１Ｌ１はベルト２と同じになっている。
【００５４】
そして、第１の領域１ｂにおける発熱部材１の長さ１ｂＬを、第１の領域１ｂから第２の領域１ｃまで緩やかに短くしている。つまり、発熱部材１の端部１ａは、第１の領域１ｂから第２の領域１ｃに向けて緩やかに傾斜している。これは非通過領域に在る発熱部材１の端部１ａの形状を変化させることで非通過領域における発熱部材１の誘導起電力を下げることを目的としている。
【００５５】
次にそのメカニズムについて説明する。図１３は比較例の発熱部材１Ａの誘導起電力を説明するための図である。比較例の発熱部材１Ａは、発熱部材１Ａの母線方向の長さが均一になっている。この場合、発熱部材１Ａの端部に発生する誘導起電力Ｖ０はファラデーの法則から次式で表せられる（特開２０１４−２６２６７号公報  段落［００３０］参照）。
【００５６】
【数１】
2017021106.tif 000003
【００５７】
ここで、Ｎは磁性コア３に巻きつけられる励磁コイル４の巻き数であり（本実施例では１８巻き）、Φは発熱部材１Ａ内を水平方向に流れる磁束であり、ｔは時間を示している。
【００５８】
図１４は本実施例の発熱部材１の誘導起電力を説明するための図である。この場合、発熱部材１の端部１ａに発生する誘導起電力Ｖ１は同様にファラデーの法則から次式で表せられる。
【００５９】
【数２】
2017021106.tif 000004
【００６０】
ここで、θは発熱部材１の端部１ａにおける傾斜角を示している。
【００６１】
発熱部材１の端部１ａは傾斜をもっているため、誘導起電力に寄与する電流回路の磁束は、発熱部材１内を水平方向に流れる磁束Φから角度θによって成分分解することで得られる。傾斜角θが小さければ小さいほど誘導起電力Ｖ１は小さくなり、ジュール熱が抑えられることで端部１ａの発熱が抑えられる。
【００６２】
本実施例では、発熱部材１の直径を２４ｍｍ、第１の領域１ｂにおける発熱部材１の母線方向の長さを２５０ｍｍ、第２の領域１ｃにおける発熱部材１の母線方向の長さを２３０ｍｍとする。すると、傾斜角θは約７０°であり、誘導起電力は約０．９３Ｖ０となる。
【００６３】
図１５は記録材Ｓを導入していないときの本実施例の定着装置Ｆにおける発熱部材１の母線方向の発熱分布を示している。
【００６４】
実線Ｈ５は、図７の実線Ｈ１、図１０の実線Ｈ３と同様、ニップ部ＮにＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓを導入していない状態で発熱部材１を発熱させた場合の第１の領域１ｂの発熱分布である。点線Ｈ６は、ニップ部ＮにＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓを導入していない状態で発熱部材１を発熱させた場合の第２の領域１ｃの発熱分布である。
【００６５】
実線Ｈ５では、発熱部材１の端部１ａからＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓの端部位置まで緩やかに発熱しているのが分かる。点線Ｈ６では、ＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓの端部から一様に発熱しているのがわかる。
【００６６】
図１６は記録材Ｓを搬送しているときの本実施例の定着装置Ｆにおけるベルト２の母線方向の発熱分布を示している。実線Ｈ７は、ベルト２について、発熱部材１の第１の領域１ｂに相当する部位の発熱分布である。実線Ｈ７では、図８の実線Ｈ２で見られた過剰な非通過部昇温が抑制できている。
【００６７】
また、本実施例の定着装置Ｆは、ベルト２を回転させた際にベルト２の内周面が発熱部材１の端部１ａの外周面全域を摺動するため、発熱部材１の端部１ａとベルト２の内周面との摺動摩擦によるベルト２内周面での帯状摩耗の発生を抑制できる。これによりベルト２の破損を抑制できる。
【００６８】
［実施例２］
定着装置Ｆの他の例を説明する。本実施例では、実施例１と異なる構成のみを説明する。図１７は本実施例に係る定着装置Ｆの発熱部材１の長さを説明するための図である。本実施例に示す定着装置Ｆは、図１７のように発熱部材１における第１の領域１ｂから第２の領域１ｃまで発熱部材１の母線方向の長さを段階的に短くする構成としてある。
【００６９】
ベルト２は加圧ローラ８の回転に追従して回転するため、ベルト２の回転抵抗が高いとベルト２と加圧ローラ８の接触領域を広げてベルト２の回転駆動力を上げなければならない。その場合、ベルト２について記録材Ｓが通過しない非通過領域が広がるため、発熱部材１の端部１ａにおける傾斜角θをより小さくすることで非通過部昇温を抑制する必要がある。
【００７０】
しかし、傾斜角θを小さくし過ぎると、発熱部材１の第２の領域１ｃの端部に第１の領域１ｂの非通過領域から流れる電流が集中することで局所発熱を起こし、非通過部昇温が更にひどくなる場合がある。
【００７１】
図１８は発熱部材１の端部１ａにおける傾斜角θが小さい場合の電流集中のイメージ図である。図１９は発熱部材１の端部１ａにおける傾斜角θが小さい場合の局所発熱の様子を示した発熱部材１の第２の領域１ｃの母線方向の発熱分布を示している。
【００７２】
Ｈ８は、図７の実線Ｈ１、図１０の実線Ｈ３、図１５の実線Ｈ５と同様、ニップ部ＮにＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓを導入していない状態で発熱部材１を発熱させた場合の第１の領域１ｂの発熱分布である。点線Ｈ９は、図１５の点線Ｈ６と同様、ニップ部ＮにＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓを導入していない状態で発熱部材１を発熱させた場合の第２の領域１ｃの発熱分布である。
【００７３】
実線Ｈ８では、発熱部材１の端部１ａからＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓの端部位置まで緩やかに発熱しているのが分かる。点線Ｈ９では、ＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓの端部で局所的に温度が上昇しているのが分かる。
【００７４】
そこで、図１７のように発熱部材１における第１の領域１ｂから第２の領域１ｃまで発熱部材１の母線方向の長さを段階的に短くすることで、非通過領域における誘導起電力を更に弱め、非通過部昇温を抑制しながらベルト２の摩耗による破損を防ぐ。
【００７５】
図２０に、発熱部材１の第２の領域１ｃの母線方向の発熱分布を示した。実線Ｈ１０は、図７の実線Ｈ１、図１０の実線Ｈ３、図１５の実線Ｈ５、図１９のＨ８と同様、ニップ部ＮにＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓを導入していない状態で発熱部材１を発熱させた場合の第１の領域１ｂの発熱分布である。点線Ｈ１１は、図１５の点線Ｈ６、図１９のＨ９と同様、ニップ部ＮにＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓを導入していない状態で発熱部材１を発熱させた場合の第２の領域１ｃの発熱分布である。
【００７６】
実線Ｈ１０では、発熱部材１の端部１ａからＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓの端部位置まで緩やかに発熱しているのが分かる。点線Ｈ１１では、ＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓの端部で局所的な温度上昇（非通過部昇温）が抑制されているのが分かる。
【００７７】
また、本実施例の定着装置Ｆも、ベルト２を回転させた際にベルト２の内周面が発熱部材１の端部１ａの外周面全域を摺動するため、実施例１の定着装置Ｆと同様、ベルト２の破損を抑制できる。
【００７８】
［実施例３］
定着装置Ｆの他の例を説明する。本実施例では、実施例１と異なる構成のみを説明する。本実施例の定着装置Ｆは、発熱部材１の電気抵抗をニップ部Ｎと非ニップ部Ｎｎ（図１参照）で変え、ニップ部Ｎにおける発熱部材１の電気抵抗を非ニップ部Ｎｎよりも高くする構成とする。これにより非ニップ部Ｎｎでの発熱部材１の発熱を抑えることができ、発熱部材１とベルト２との非接触領域Ｃｎ（図１参照）における発熱部材１の過剰昇温の抑制が可能となる。
【００７９】
ここで、発熱部材１とベルト２との非接触領域Ｃｎが過剰昇温する理由を説明する。外周全域で発熱する発熱部材１は、未定着のトナー画像Ｔが形成された記録材Ｓとベルト２とが接触するニップ部Ｎでは、発熱部材１の熱がベルト２を介して記録材Ｓに奪われるため、過剰に昇温することはない。しかし、ニップ部以外の非ニップ部Ｎｎでは、ベルト２は記録材Ｓに接触しないため、発熱部材１の熱が記録材Ｓに奪われず、発熱部材１は過剰に昇温してしまう。
【００８０】
実施例１に示す定着装置Ｆは、発熱部材１の外周面とベルト２の内周面との摺動抵抗の低減化を図るために、発熱部材１にベルト２の少なくとも一部を接触させベルト２を回転動作させる構成としている。これは、発熱部材１の外周面にベルト２の内周面全域を接触させると、発熱部材１の外周面とベルト２の内周面との摺動抵抗が大きくなり、記録材Ｓに対してベルト２がスリップし画像不良を引き起こすことを抑制するためである。
【００８１】
しかし、実施例１の定着装置Ｆのように発熱部材１とベルト２が接触しない非接触領域Ｃｎを作ると、発熱部材１とベルト２の接触時に比べ発熱部材１の非接触領域Ｃｎでの熱容量は小さくなる。これは、発熱部材１とベルト２の接触領域であるニップ部Ｎ及び圧接部Ｃでは発熱部材１の熱はベルト２や記録材Ｓに奪われるが、非接触領域Ｃｎでは発熱部材１の熱はベルト２や記録材Ｓに奪われないためである。このため非接触領域Ｃｎでは、さらに発熱部材１は過剰に昇温してしまう。
【００８２】
そこで、本実施例の定着装置Ｆは、発熱部材１について、ニップ部Ｎを形成している部位の電気抵抗を非ニップ部Ｎｎを形成している部位よりも高くする。図２１は本実施例に係る定着装置Ｆの発熱部材１の構成を説明するための図である。
【００８３】
発熱部材１は、ニップ部Ｎを形成している第１の発熱部材１ｄと、非ニップ部Ｎｎを形成している第２の発熱部材１ｅと、を有する。そして、第１の発熱部材１ｄと第２の発熱部材１ｅでそれぞれ材質を変え、第１の発熱部材１ｄにおける材質の電気抵抗を第２の発熱部材１ｅよりも高くする。本実施例では、第１の発熱部材１ｄの材質にステンレスを用い、第２の発熱部材１ｅの材質に銅を用いている。異なる材質を接合するには様々な方法が考えられるが、ステンレスと銅をろう付けしたものを用いている。
【００８４】
本実施例の定着装置Ｆは、発熱部材１のニップ部Ｎにおける材質の電気抵抗が非ニップ部Ｎｎよりも高いため、発熱部材１のニップ部Ｎでの発熱量に対して非ニップ部Ｎｎでの発熱量を抑えることができる。よって、発熱部材１の非ニップ部Ｎｎでの過剰昇温を抑制でき、発熱部材１のベルト２との非接触領域Ｃｎでの過剰昇温も抑制できる。
【００８５】
上記２体化構成の発熱部材１を用いる定着装置Ｆの場合、発熱部材１における第１の発熱部材１ｄの母線方向の長さ１ｂＬをベルト２の長さ２Ｌと同じにし、発熱部材１における第２の発熱部材１ｅの母線方向の長さ１ｃＬをベルト２よりも短くする。これにより実施例１、実施例２の定着装置Ｆと同じ効果を得ることが可能となる。つまり、ニップ部ＮにＬＥＴＴＥＲサイズの記録材Ｓを導入していない状態での非通過領域における局所的な温度上昇（非通過部昇温）を抑制できる。
【００８６】
また、本実施例の定着装置Ｆも、ベルト２を回転させた際にベルト２の内周面が発熱部材１の第１の発熱部材１ｄにおける端部１ａの外周面全域を摺動するため、実施例１の定着装置Ｆと同様、ベルト２の破損を抑制できる。
【符号の説明】
【００８７】
１  発熱部材、１ｂ  第１の領域、１ｃ  第２の領域、
１ｂＬ  第１の領域の発熱部材の母線方向の長さ、
１ｃＬ  第２の領域の発熱部材の母線方向の長さ、２  ベルト、３  磁性コア、
４  励磁コイル、６  ニップ形成部材、８  加圧ローラ、１６  高周波コンバータ、
Ｎ  ニップ部、Ｎｎ  非ニップ部
【図１】
2017021106.tif 000005
【図２】
2017021106.tif 000006
【図３】
2017021106.tif 000007
【図４】
2017021106.tif 000008
【図５】
2017021106.tif 000009
【図６】
2017021106.tif 000010
【図７】
2017021106.tif 000011
【図８】
2017021106.tif 000012
【図９】
2017021106.tif 000013
【図１０】
2017021106.tif 000014
【図１１】
2017021106.tif 000015
【図１２】
2017021106.tif 000016
【図１３】
2017021106.tif 000017
【図１４】
2017021106.tif 000018
【図１５】
2017021106.tif 000019
【図１６】
2017021106.tif 000020
【図１７】
2017021106.tif 000021
【図１８】
2017021106.tif 000022
【図１９】
2017021106.tif 000023
【図２０】
2017021106.tif 000024
【図２１】
2017021106.tif 000025
【図２２】
2017021106.tif 000026