(57)【要約】【課題】発熱部材と対向回転体とで形成されるニップ部以外の非ニップ部における発熱部材の過剰昇温を抑制できる定着装置を提供すること。【解決手段】固定された筒状の発熱体４０１の材質が、前記発熱体の外周面と少なくとも一部が接触する筒状の回転体４０２と前記回転体と対向して配置された対向回転体４０８とで形成されるニップ部Ｎと前記ニップ部以外の非ニップ部Ｎｎで異なり、前記ニップ部における材質の電気抵抗が前記非ニップ部よりも高いことを特徴とする。【選択図】図１
2017021103.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、
前記発熱体の材質が、前記回転体と前記対向回転体とで形成されるニップ部と前記ニップ部以外の非ニップ部で異なり、前記ニップ部における材質の電気抵抗が前記非ニップ部よりも高いことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記発熱体は、前記回転体の回転軸線に対して周回方向に導通された全周導通部と、前記非ニップ部で前記全周導通部と電気的に並列に積層された、前記全周導通部とは別の材質の並列導通部と、で構成され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】
前記全周導通部がステンレスで構成され、前記並列導通部が銅めっきで構成されることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
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、
前記発熱体は、前記発熱体の厚みが前記回転体と前記対向回転体とで形成されるニップ部よりも前記回転体の回転方向の上流側から徐々に変化し、前記ニップ部における電気抵抗が前記ニップ部以外の非ニップ部よりも高いことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
前記発熱体は、前記回転体の回転軸線に対して周回方向に導通された全周導通部で構成されることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記全周導通部がステンレスで構成されることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項７】
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６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、発熱体の外周面にベルトの内周面全域を接触させると、発熱体の外周面とベルトの内周面の摺動抵抗が大きくなり、記録材に対してベルトがスリップし画像不良を引き起こす可能性がある。ベルトにスリップを生じさせないためには、加圧ローラのベルトに対する当接圧を高くする必要があるが、加圧ローラの駆動トルクの増大を招いてしまう。
【０００７】
このような懸念を解消するためには、発熱体の外周長に対してベルトの内周長を長くし、ニップ部のみ発熱体とベルトを接触させ、ニップ部以外の非ニップ部では発熱体とベルトが離れている構成にすることが望ましい。
【０００８】
しかし、発熱体は発熱体の外周全域で発熱しているため、非ニップ部ではベルトに記録材が接触しないことから記録材に熱が奪われず、発熱体は過剰に昇温してしまう。発熱体が過剰昇温すると、発熱体に近接した定着装置内の他の構成部材を高温にさらすことになってしまう。そのため、高温時にも使用可能な材料を選択する必要性が生じ、結果的に定着装置のコストアップに繋がる可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、発熱部材と対向回転体とで形成されるニップ部以外の非ニップ部における発熱部材の過剰昇温を抑制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】
【００１０】
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、
前記発熱体の材質が、前記回転体と前記対向回転体とで形成されるニップ部と前記ニップ部以外の非ニップ部で異なり、前記ニップ部における材質の電気抵抗が前記非ニップ部よりも高いことを特徴とする。
【００１１】
また、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、
前記発熱体は、前記発熱体の厚みが前記回転体と前記対向回転体とで形成される前記ニップ部よりも前記回転体の回転方向の上流側から徐々に変化し、前記ニップ部における電気抵抗が前記ニップ部以外の前記非ニップ部よりも高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発熱部材と対向回転体とで形成されるニップ部以外の非ニップ部における発熱部材の過剰昇温を抑制できる定着装置の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】定着装置の概略構成を示す断面図と、発熱部材の電気抵抗を変える構成を説明するための図
【図７】発熱部材の簡易回路モデル
【図８】実施例２に係る定着装置の概略構成を示す断面図と、発熱部材の電気抵抗を変える構成を説明するための図
【図９】発熱部材の全周導通層と並列導通層の分断部を示す斜視図
【図１０】円筒発熱部材モデルでのニップ部上流側の発熱量比を示すグラフ
【図１１】ベルトを発熱部材に対して摺動回転させた際のベルトのニップ部上流側の温度勾配を示すグラフ
【図１２】実施例３に係る定着装置の概略構成を示す断面図と、発熱部材の電気抵抗を変える構成を説明するための図
【図１３】円筒発熱部材モデルでのニップ部上流側の発熱量比を示すグラフ
【図１４】画像形成装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
［実施例１］
（１）画像形成装置１１１
図１４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１４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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
（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４０７の内部構造を示す斜視断面図、（ｂ）は発熱部材４０１とベルト４０２の層構成を示す断面図である。
【００１９】
本実施例の定着装置Ｆは、定着ユニット４０７と、対向回転体としての加圧ローラ４０８と、を有する。図１に示すように、加圧ローラ４０８は、芯金４０８ａと、芯金４０８８ａの外周面上にローラ状に設けられた弾性層４０８ｂと、弾性層４０８ｂの外周面上に設けられた離型層４０８ｃと、を有する。弾性層４０８ｂ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。
【００２０】
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４０８の芯金４０８ａ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４０５の両端部と、フレーム側のバネ受け部材４１８ａ，４１８ｂとの間に、それぞれ、加圧バネ４１７ａ，４１７ｂを縮設することでステイ４０５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のようにニップ形成部材４０６の加圧ローラ４０８とは反対側の上面４０６ａに保持させたステイ４０５に総圧約２５０Ｎ（約２５ｋｇｆ）の押圧力を与えている。
【００２１】
耐熱性樹脂ＰＰＳ等で構成されたニップ形成部材４０６の加圧ローラ４０８側の下面４０６ｂには、記録材Ｓの搬送方向ａについて、下面４０６ｂの中央に、加圧ローラ４０８とは反対側に窪む湾曲面４０６ｂ１（図1参照）が設けられている。また、下面４０６ｂの湾曲面４０６ｂ１の両側には、加圧ローラ４０８側に膨らむ弧状の曲面４０６ｂ２が設けられている。
【００２２】
ステイ４０５を保持したニップ形成部材４０６の外周には、筒状の発熱体としての発熱部材４０１が設けられている。そして、この発熱部材４０１の外周には、発熱部材４０１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４０２が設けられている。ベルト４０２は、ベルト４０２の内周長が発熱部材４０１の外周長に対して長く、ベルト４０２の内周面の少なくとも一部が発熱部材４０１の外周面と接触するように形成してある。
【００２３】
ステイ４０５に押圧力を与えると、ニップ形成部材４０６の湾曲面４０６ｂ１と加圧ローラ４０８の外周面の一部とが、発熱部材４０１の外周面とベルト４０２の内周面とを圧接する。これにより、ベルト４０２の内周面と加圧ローラ４０８の外周面とで湾曲面４０６ｂ１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。
【００２４】
また、記録材Ｓの搬送方向ａについて、ニップ形成部材４０６の湾曲面４０６ｂ１の上流側と下流側の曲面４０６ｂ２が発熱部材４０１の内周面を押圧して発熱部材４０１の外周面をベルト４０２の内周面に圧接する。これにより、発熱部材４０１とベルト４０２とで曲面４０６ｂ２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。
【００２５】
つまり、ベルト４０２は、発熱部材４０１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。
【００２６】
発熱部材４０１はニップ形成部材４０６に固定され、回転不可能である。加圧ローラ４０８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４０８の回転に追従してベルト４０２はベルト４０２の内周面がニップ部Ｎ及び圧接部Ｃで発熱部材４０１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４０１と対向して配置された加圧ローラ４０８は、発熱部材４０１に対してベルト４０２を圧接させた状態で回転することでベルト４０２が発熱部材４０１の外周を摺動する駆動力をベルト４０２に与える。
【００２７】
ベルト４０２の回転時にベルト４０２の内周面と発熱部材４０１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４０１の外周面、又はベルト４０２の内周面にグリスを塗布することが望ましい。
【００２８】
図２に示すように、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４０６の両端部にはフランジ部材４１２ａ，４１２ｂが外嵌されている。フランジ部材４１２ａ，４１２ｂは、それぞれ、規制部材４１３ａ，４１３ｂによりステイ４０５に固定されている。各フランジ部材４１２ａ，４１２ｂは、ベルト４０２の回転時にベルト４０２の端部を受けて、ベルト４０２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４１２ａ，４１２ｂ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。
【００２９】
発熱部材４０１は、発熱部材４０１の材質が、ニップ部Ｎとニップ部以外の非ニップ部Ｎｎ（図１参照）とで異なり、ニップ部Ｎにおける材質の電気抵抗が非ニップ部Ｎｎよりも高くなっている。つまり、発熱部材４０１は、発熱部材４０１の径方向において、ニップ部Ｎに対応する第１の領域４０１Ｎと、非ニップ部Ｎｎに対応する第２の領域４０１Ｎｎで材質が異なっている。
【００３０】
この発熱部材４０１は、例えばスピニング加工された筒状のステンレスと、このステンレスの内周面の第２の領域４０１Ｎｎにメッキ接合された銅の２層で構成され、後述する電磁誘導の作用によって発熱する。後述のように周回方向に電流を流し発熱する発熱部材４０１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ため、筒状のステンレスは周回方向に接続部分がないシームレスである必要がある。発熱部材４０１の第１の領域４０１Ｎと、第２の領域４０１Ｎｎで電気抵抗を変えるための具体的な構成ついては後述する。
【００３１】
加圧ローラ４０８と共にニップ部Ｎを形成するベルト４０２は、筒状に成型された基層４０２ａと、その基層４０２ａの外周面上に積層した離型層４０２ｂ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４０２ａとして用いており、その基層４０２ａの外周面上に厚み２０μｍのフッ素樹脂を離型層４０２ｂとして塗布して用いている。
【００３２】
発熱部材４０１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４０１が発熱し、この発熱部材４０１の熱がベルト４０２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。
【００３３】
発熱部材４０１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４０３と励磁コイル４０４による発熱部材４０１の電磁誘導加熱を説明するための図である。
【００３４】
磁性芯材としての磁性コア４０３は、不図示の固定手段で発熱部材４０１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４０３は、発熱部材４０１の中空部に挿通され発熱部材４０１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４０３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。
【００３５】
図５は励磁コイル４０４の巻き方を示した図である。励磁コイル４０４は、通常の単一導線を発熱部材４０１の中空部において、磁性コア４０３に螺旋状に巻き回して発熱部材４０１の母線方向と略平行な螺旋形成部４０４ｃ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４０３の長さは３４０ｍｍである。本実施例では、長さ３４０ｍｍの磁性コア４０３に対し、励磁コイル４０４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４０４はベルト４０２の回転軸線Ａに交差する方向に巻き回されている。
【００３６】
この励磁コイル４０４に給電接点部４０４ａ，４０４ｂを介してインバータ回路としての高周波コンバータ４１６から高周波電流（交番電流）を供給し、磁性コア４０３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４０１の周回方向に誘導電流が流れ、発熱部材４０１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４０１を発熱させる。このとき発熱部材４０１は発熱部材４０１の外周全域で発熱する。
【００３７】
（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４０９，４１０，４１１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４０２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４０２の中央に配設された検温素子４０９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４０９の検出温度に基づきベルト４０２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。
【００３８】
ベルト４０２の両端部に配設された検温素子４１０，４１１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。
【００３９】
図４に、プリンタ制御部４４０のブロック図を示す。プリンタ制御部４４０において、プリンタコントローラ４４１は後述するホストコンピュータ４４２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４４１はエンジン制御部４４３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４４３はプリンタコントローラ４４１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４４４、周波数制御部４４５、電力制御部４４６の制御を行う。
【００４０】
定着温度制御部４４４は検温素子４０９，４１０，４１１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４４５は高周波コンバータ４１６の駆動周波数の制御を行い、電力制御部４４６は励磁コイル４０４に印加する電圧を調整して高周波コンバータ４１６の電力の制御を行う。
【００４１】
このようなプリンタ制御部４４０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４４２はプリンタコントローラ４４１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。
【００４２】
（４）発熱部材４０１の過剰昇温
外周全域で発熱する発熱部材４０１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４０２とが接触するニップ部Ｎでは、発熱部材４０１の熱がベルト４０２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４０２は記録材Ｓに接触しないため、発熱部材４０１の熱が記録材Ｓに奪われず、発熱部材４０１は過剰に昇温してしまう。
【００４３】
本実施例に示す定着装置Ｆは、発熱部材４０１の外周面とベルト４０２の内周面との摺動抵抗の低減化を図るために、発熱部材４０１にベルト４０２の少なくとも一部を接触させベルト４０２を回転動作させる構成としている。これは、発熱部材４０１の外周面にベルト４０２の内周面全域を接触させると、発熱部材４０１の外周面とベルト４０２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４０２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。
【００４４】
しかし、本実施例の定着装置Ｆのように発熱部材４０１とベルト４０２が接触しない非接触領域Ｃｎ（図１参照）を作ると、発熱部材４０１とベルト４０２の接触時に比べ発熱部材４０１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４０１とベルト４０２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４０１の熱はベルト４０２や記録材Ｓに奪われるが、非接触領域Ｃｎでは発熱部材４０１の熱はベルト４０２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４０１は過剰に昇温してしまう。
【００４５】
発熱部材４０１に過剰昇温が発生すると、ベルト４０２やニップ形成部材４０６などの部材が高温にさらされる。そのためこれらの部材に関し、高温時にも使用可能な材料を選択する必要性が生じ、結果的に定着装置Ｆのコストアップに繋がる可能性があった。
【００４６】
（５）発熱部材４０１の過剰昇温抑制のための構成
発熱部材４０１のニップ部Ｎに対応する第１の領域４０１Ｎと、非ニップ部４０１Ｎｎに対応する第２の領域４０１Ｎｎで電気抵抗を変える構成について、図６を用いて説明する。図６は定着装置Ｆの概略構成を示す断面図と、発熱部材４０１の電気抵抗を変える構成を説明するための図である。
【００４７】
発熱部材４０１は、ベルト４０２の回転軸線に対して周回方向に導通された筒状の全周導通部としての全周導通層４０１ａを有する。更に、全周導通層４０１ａの内周面における第２の領域４０１Ｎｎに、全周導通層４０１ｂと電気的に並列に積層された並列導通部としての並列導通層４０１ｂを有する。全周導通層４０１ａは、例えばスピニング加工された筒状のステンレスで構成されている。並列導通層４０１ｂは、ステンレスに比べて電気抵抗率の低い銅を上記の第２の領域４０１Ｎｎで全周導通層４０１ａの内周面にメッキ接合したものである。
【００４８】
つまり、発熱部材４０１は全周導通層４０１ａと並列導通層４０１ｂの２層構造であり、並列導通層４０１ｂは全周導通層４０１ａとは別の材質である。
【００４９】
本実施例において、全周導通層４０１ａを構成するステンレスや、並列導通層４０１ｂを構成する銅などの材料は比較的安価で入手しやすく、かつそれぞれ電気抵抗率が大きく異なるため採用した。
【００５０】
全周導通層４０１ａと並列導通層４０１ｂにおける発熱量の比を、図７に示した簡易的な回路モデルを用いて説明する。電磁誘導により発熱部材４０１の内部には周回電流がＩ１［Ａ］流れるとする。ニップ部Ｎでは、周回電流はすべて全周導通層４０１ａ内を流れるため、全周導通層４０１ａのニップ部Ｎでの電気抵抗をＲ１［Ω］とした場合の発熱量Ｗ１は、オームの法則から
Ｗ１＝Ｉ１２×Ｒ１  ［Ｗ］
で表わされる。
【００５１】
一方、ニップ部以外の非ニップ部Ｎｎでは、周回電流は全周導通層４０１ａと並列導通層４０１ｂに分流して流れる。非ニップ部Ｎｎで全周導通層４０１ａと並列導通層４０１ｂ内に流れる電流値を、それぞれ、Ｉ２，Ｉ３とした場合、以下の式が成り立つ。
【００５２】
Ｉ１＝Ｉ２＋Ｉ３
全周導通層４０１ａ、並列導通層４０１ｂの電流値の比は、全周導通層４０１ａと並列導通層４０１ｂの抵抗の比で決まる。全周導通層４０１ａの非ニップ部Ｎｎでの電気抵抗をＲ２［Ω］、並列導通層４０１ｂの非ニップ部Ｎｎでの電気抵抗をＲ３［Ω］とした場合、電流値Ｉ２とＩ３はそれぞれ以下の式で表わされる。
【００５３】
【数１】
2017021103.tif 000003
【００５４】
よって全周導通層４０１ａと並列導通層４０１ｂの非ニップ部Ｎｎでの発熱量Ｗ２［Ｗ］、およびＷ３［Ｗ］は、
【００５５】
【数２】
2017021103.tif 000004
【００５６】
と表わされる。全周導通層４０１ａと並列導通層４０１ｂの非ニップ部Ｎｎでの発熱量は、発熱量Ｗ２とＷ３の和になる。よって全周導通層４０１ａのニップ部Ｎでの発熱量と、全周導通層４０１ａと並列導通層４０１ｂの非ニップ部Ｎｎでの発熱量の比は、Ｗ１：（Ｗ２＋Ｗ３）で表わすことができる。
【００５７】
ここで一例として、全周導通層４０１ａのニップ部Ｎでの発熱量と、全周導通層４０１ａと並列導通層４０１ｂの非ニップ部Ｎｎでの発熱量の比を計算する。発熱部材４０１を円筒モデルとして、その内径をＤ＝３０ｍｍ、記録材Ｓの搬送方向と直交する方向Ｘの長さをＬ＝２４０ｍｍとする。また、周方向について、ニップ部Ｎを発熱部材４０１のθ＝１００°の領域とし、非ニップ部Ｎｎを発熱部材４０１の３６０°−θ＝２６０°の領域とする。
【００５８】
ステンレスで構成される全周導通層４０１ａと、銅で構成される並列導通層４０１ｂの厚みはどちらもｔ＝５０μｍとし、電気抵抗率はステンレスがρＳＵＳ＝７．２×１０−７［Ωｍ］、銅がρＣｕ＝１．６８×１０−８［Ωｍ］とする。
【００５９】
まずニップ部Ｎにおける全周導通層４０１ａの電気抵抗Ｒ１を算出する。電気抵抗Ｒ１は、ステンレスの電気抵抗率ρＳＵＳを用いて以下の式で求めることができる。
【００６０】
【数３】
2017021103.tif 000005
【００６１】
同様に、非ニップ部Ｎｎにおける全周導通層４０１ａの電気抵抗をＲ２と並列導通層４０１ｂの電気抵抗をＲ３は以下のようになる。
【００６２】
【数４】
2017021103.tif 000006
【００６３】
これらの抵抗を用いて、非ニップ部Ｎｎにおける全周導通層４０１ａと並列導通層４０１ｂにそれぞれ流れる電流値Ｉ２とＩ３をＩ１を用いて表わすと、
【００６４】
【数５】
2017021103.tif 000007
【００６５】
と表わすことができる。
【００６６】
これらの電流値と電気抵抗から、ニップ部Ｎにおける全周導通層４０１ａの発熱量Ｗ１、非ニップ部Ｎにおける全周導通層４０１ａの発熱量Ｗ２、非ニップ部Ｎにおける並列導通層４０１ｂの発熱量Ｗ３を、Ｉ１を用いて表わすと、
【００６７】
【数６】
2017021103.tif 000008
【００６８】
となる。
【００６９】
ニップ部Ｎにおける全周導通層４０１ａの発熱量と、非ニップ部Ｎにおける全周導通層４０１ａと並列導通層４０１ｂの総発熱量の比は、Ｗ１：（Ｗ２＋Ｗ３）で表わすことができる。そのため、Ｗ１に対して（Ｗ２＋Ｗ３）の発熱量はおよそ０．０６倍となり、非ニップ部Ｎにおける発熱部材４０１の発熱を大幅に抑えることが可能となる。
【００７０】
本実施例の定着装置Ｆは、発熱部材４０１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４０１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４０１の非ニップ部Ｎｎでの過剰昇温を抑制でき、発熱部材４０１のベルト４０２との非接触領域Ｃｎでの過剰昇温も抑制できる。
【００７１】
［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の定着装置Ｆと異なる構成のみを説明する。図８は本実施例に係る定着装置Ｆの概略構成を示す断面図と、発熱部材４０１の電気抵抗を変える構成を説明するための図である。
【００７２】
実施例１の定着装置Ｆと異なる点は、記録材Ｓの搬送方向ａについて、並列導通層４０１ｂのニップ部Ｎの上流側が全周導通層４０１ａの周回方向で部分的に分断され不連続に全周導通層４０１ａとメッキ接合されている点にある。
【００７３】
図９に、並列導通層４０１ｂの全周導通層４０１ａとのメッキ接合の分断部の斜視図を示す。並列導通層４０１ｂは、全周導通層４０１ａの周回方向において、並列導通層４０１ｂのニップ部Ｎの上流側が記録材Ｓの搬送方向ａと直交する方向Ｘに沿って分断されている。本実施例では、発熱部材４０１の回転方向について、全周導通層４０１ａのニップ部Ｎの上流側に、全周導通層４０１ａの周回方向でピッチＰの異なる分断部４０１ｂ１を３箇所設けている。
【００７４】
このような分断部４０１ｂ１を設けると、発熱時に電気抵抗の低い並列導通層４０１ｂを優先的に流れていた周回電流が、並列導通層４０１ｂの分断部４０１ｂ１間で全周導通層４０１ａに流れる。これによって並列導通層４０１ｂが全周導通層４０１ａに接合された部分と接合されていない部分とで発熱量の差が生じ、ある発熱パターンを意図的に作り出すことができる。
【００７５】
簡易化のため発熱部材４０１を円筒モデルとして、全周導通層４０１ａの内周面にメッキ接合させた分断部４０１ｂ１を３箇所設け、発熱部材４０１に周回電流を流した際の、発熱部材の断面における周回方向の発熱量を測定したデータを図１０に示す。図１０は円筒発熱部材モデルでのニップ部Ｎ上流側の発熱量比を示すグラフである。図１０において、θは発熱部材４０１の周回方向の角度を示し、発熱量比はニップ部Ｎにおける発熱量に対する比率を示している。発熱量は発熱部材４０１とベルト４０２の圧接部Ｃ（図１参照）における発熱部材４０１の外周面での測定値である。
【００７６】
図１０に示すように、発熱量が大きいニップ部Ｎに対して並列導通層４０１ｂ、及び分断部４０１ｂ１のみ発熱が抑えられており、分断部４０１ｂ１を設けた領域においてはパルス状の発熱パターンとなっていることが分かる。
【００７７】
このような発熱パターンを作りだした上で、ベルト４０２を発熱部材４０１に対して摺動回転させた際のベルト４０２の外周面の温度を測定したデータを図１１に示す。図１１はベルト４０２を発熱部材４０１に対して摺動回転させた際のベルト４０２のニップ部Ｎ上流側の温度勾配を示すグラフである。図１１において、θは発熱部材４０１の周回方向の角度を示し、温度比はニップ部Ｎにおける温度に対する比率を示している。
【００７８】
図１１に示すように、ニップ部Ｎの上流側から徐々にベルト４０２の表面温度が上昇している。実施例１の定着装置Ｆではニップ部Ｎでのみ発熱部材４０１からベルト４０２に熱を伝達していた。これに対して、本実施例の定着装置Ｆでは発熱部材４０１に図１１のような発熱パターンを作ってニップ部Ｎの上流側から徐々に熱をベルト４０２に伝える。これによってベルト４０２のプレヒートが可能となるため、トナー画像Ｔの定着性が良化するといった新たなメリットを得ることが可能となる。
【００７９】
本実施例の定着装置Ｆは、並列導通層４０１ｂにおける分断部４０１ｂ１のピッチＰを変更することで所定の発熱パターンを作ることが可能である。一例として、非ニップ部Ｎｎにおいて、発熱部材４０１の過剰昇温によってベルト４０２やニップ形成部材４０６などの部材に影響を及ぼさない温度勾配となるような発熱パターンにすることが望ましい。
【００８０】
本実施例の定着装置Ｆにおいても、発熱部材４０１のニップ部Ｎｎにおける材質の電気抵抗が非ニップ部Ｎｎよりも高いことから、実施例１の定着装置Ｆと同様な効果を得ることができる。更に、発熱部材４０１の並列導通層４０１ｂのニップ部Ｎの上流側に分断部４０１ｂ１を設けることでニップ部Ｎの上流側から徐々にベルト４０２の温度を上昇させるプレヒート領域を備えることが可能となるため、トナー画像Ｔの定着性を良化させることができる。
【００８１】
［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の定着装置Ｆと異なる構成のみを説明する。図１２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。
【００８２】
実施例１の定着装置Ｆと異なる点は、第１に、発熱部材４０１がステンレスで構成される全周導通層４０１ａのみの１層構成となって点である。第２に、その全周導通層４０１ａの厚みがニップ部Ｎよりもベルト４０２の回転方向の上流側から徐々に変化している点である。つまり、その全周導通層４０１ａの厚みがニップ部Ｎよりもベルト４０２の回転方向の上流側からニップ部Ｎに向けて徐々に薄くなっている点である。
【００８３】
実施例１で述べたとおり、発熱量は発熱部材４０１内に流れる電流値と、発熱部材４０１の電気抵抗から算出される。電気抵抗Ｒは発熱部材４０１の内径Ｄ、長さＬ、厚みｔ、ステンレスの電気抵抗率ρＳＵＳを用いて以下の式で表わされる。
【００８４】
【数７】
2017021103.tif 000009
【００８５】
発熱部材４０１の厚みｔがニップ部Ｎに向けて徐々に薄くなることで、上記の式から発熱部材４０１の電気抵抗Ｒが徐々に大きくなることが分かる。よって発熱量もニップ部Ｎに向けて徐々に大きくなる。
【００８６】
実際に、円筒モデルでの全周導通層４０１ａの厚みｔをニップ部Ｎに向けて徐々に薄くした発熱部材４０１に周回電流を流した際の、発熱部材４０１の断面における周回方向の発熱量を測定したデータを図１３に示す。図１３は円筒発熱部材モデルでのニップ部Ｎ上流側の発熱量比を示すグラフである。図１０と同様、θは発熱部材４０１の周回方向の角度を示し、発熱量比はニップ部Ｎにおける発熱量に対する比率を示している。発熱量は発熱部材４０１とベルト４０２の圧接部Ｃ（図１参照）における発熱部材４０１の外周面での測定値である。
【００８７】
図１３に示すように、発熱量は発熱部材４０１の厚みが薄くなるほど大きくなっていることが分かる。よって本実施例の定着装置Ｆにおいても、実施例２と同様、ニップ部Ｎの上流側から徐々に熱をベルト４０２に伝えることでベルト４０２のプレヒートが可能となり、トナー画像Ｔの定着性の良化という効果が得られる。
【００８８】
本実施例の定着装置Ｆにおいても、発熱部材４０１のニップ部Ｎｎにおける材質の電気抵抗が非ニップ部Ｎｎよりも高いことから、実施例１の定着装置Ｆと同様な効果を得ることができる。更に、ニップ部Ｎの上流側から発熱部材４０１の厚みを徐々に薄くすることで発熱部材４０１の熱を徐々にベルト４０２に伝えるプレヒート領域を備えることが可能となるため、トナー画像Ｔの定着性を良化させることができる。
【符号の説明】
【００８９】
４０１  発熱部材、４０１ａ  全周導通層、４０１ｂ  並列導通層、４０２  ベルト、
４０３  磁性コア、４０４  励磁コイル、４０８  加圧ローラ、
４１６  高周波コンバータ、Ｎ  ニップ部、Ｎｎ  非ニップ部
【図１】
2017021103.tif 000010
【図２】
2017021103.tif 000011
【図３】
2017021103.tif 000012
【図４】
2017021103.tif 000013
【図５】
2017021103.tif 000014
【図６】
2017021103.tif 000015
【図７】
2017021103.tif 000016
【図８】
2017021103.tif 000017
【図９】
2017021103.tif 000018
【図１０】
2017021103.tif 000019
【図１１】
2017021103.tif 000020
【図１２】
2017021103.tif 000021
【図１３】
2017021103.tif 000022
【図１４】
2017021103.tif 000023