(57)【要約】【課題】昇温速度に優れる加熱回転体、加熱回転体の製造方法、及びその加熱回転体を有する画像加熱装置を提供すること。【解決手段】回転軸方向の交番磁界によって発熱する筒状の加熱回転体１において、導電性を有する筒状の発熱層１ａと、前記発熱層と接する電極層１ｂと、を有し、前記電極層の体積抵抗率は前記発熱層よりも小さく、前記電極層は前記発熱層の母線方向に沿って螺旋形状に形成されていることを特徴とする。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸方向に印加される交番磁界によって発熱する筒状の加熱回転体において、
導電性を有する筒状の発熱層と、前記発熱層と接する電極層と、を有し、
前記電極層の体積抵抗率は前記発熱層よりも小さく、前記電極層は前記発熱層の母線方向に沿って螺旋形状に形成されていることを特徴とする加熱回転体。
【請求項２】
前記発熱層と前記電極層との接触抵抗は、前記電極層の最外間の前記発熱層の抵抗よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の加熱回転体。
【請求項３】
前記発熱層と前記電極層との接触抵抗は、前記母線方向で隣り合う電極層間の前記発熱層の抵抗よりも低いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加熱回転体。
【請求項４】
前記電極層は、金属材料によって形成され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加熱回転体。
【請求項５】
前記電極層は、導電ペーストからな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加熱回転体。
【請求項６】
前記電極層は、金属メッキによって形成され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加熱回転体。
【請求項７】
前記発熱層は、耐熱樹脂に導電材料が分散されることで構成さ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加熱回転体。
【請求項８】
前記加熱回転体は、前記発熱層よりも内側に基層を有し、前記発熱層は、弾性を有するゴムで構成され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加熱回転体。
【請求項９】
前記発熱層は、ゴムに導電材料が分散されることで構成さることを特徴とする請求項８に記載の加熱回転体。
【請求項１０】
前記電極層は、前記発熱層内に埋設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の加熱回転体。
【請求項１１】
円筒状の支持体の上に導電部材を塗装して硬化させ、その表面に螺旋形状に電極を形成し、その上にさらに導電部材を塗装することによって、筒状の導電部材層内に前記電極を埋設させることを特徴とする加熱回転体の製造方法。
【請求項１２】
円筒状の支持体の上に螺旋形状に電極を形成した後に、導電部材を塗装して硬化させて筒状の外層を形成し、
一旦、筒状の前記外層を円筒状の前記支持体から分離した後に、筒状の前記外層の内面に導電部材を塗装して硬化させることにより、筒状の導電部材層内に前記電極を埋設させることを特徴とする加熱回転体の製造方法。
【請求項１３】
筒状の加熱回転体と、前記加熱回転体の回転軸方向に交番磁界を印加する磁界発生手段と、を有し、前記交番磁界によって前記加熱回転体を発熱させ記録材が担持する画像を加熱する画像加熱装置において、
前記加熱回転体は、導電性を有する筒状の発熱層と、前記発熱層と接する電極層と、を有し、
前記電極層の体積抵抗率は前記発熱層よりも小さく、前記電極層は前記発熱層の母線方向に沿って螺旋形状に形成されていることを特徴とする画像加熱装置。
【請求項１４】
前記発熱層と前記電極層との接触抵抗は、前記電極層の最外間の前記発熱層の抵抗よりも低いことを特徴とする請求項１３に記載の画像加熱装置。
【請求項１５】
前記発熱層と前記電極層との接触抵抗は、前記母線方向で隣り合う電極層間の前記発熱層の抵抗よりも低いことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の画像加熱装置。
【請求項１６】
前記電極層は、金属材料によって形成されることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５の何れか一項に記載の画像加熱装置。
【請求項１７】
前記電極層は、導電ペーストからなることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５の何れか一項に記載の画像加熱装置。
【請求項１８】
前記電極層は、金属メッキによって形成されることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５の何れか一項に記載の画像加熱装置。
【請求項１９】
前記発熱層は、耐熱樹脂に導電材料が分散されることで構成さることを特徴とする請求項１３乃至請求項１８の何れか一項に記載の画像加熱装置。
【請求項２０】
前記加熱回転体は、前記発熱層よりも内側に基層を有し、前記発熱層は、弾性を有するゴムで構成されることを特徴とする請求項１３乃至請求項１８の何れか一項に記載の画像加熱装置。
【請求項２１】
前記発熱層は、ゴムに導電材料が分散されることで構成さることを特徴とする請求項１３乃至請求項２０の何れか一項に記載の画像加熱装置。
【請求項２２】
前記電極層は、前記発熱層内に埋設されていることを特徴とする請求項１３乃至請求項２１の何れか一項に記載の画像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機や電子写真プリンタ等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の筒状のフィルムとして用いて好適な加熱回転体、加熱回転体の製造方法、及びその加熱回転体を有する画像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機やプリンタは、未定着のトナー画像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー画像を記録材に定着する定着装置を搭載している。この定着装置として、電磁誘導加熱方式の装置が知られている。このタイプの定着装置は、記録材を加熱するための筒状のフィルム（加熱回転体）の温度上昇が速く、消費電力も低いという利点を有する。
【０００３】
特許文献１には、筒状の加熱回転体の内部に励磁コイルと磁性体コアを配置し、加熱回転体の軸方向に交番磁界を発生させ、加熱回転体の導電層の円周方向に発生する周回電流によって加熱回転体を発熱させる電磁誘導加熱方式の定着装置が開示されている。
【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では、加熱回転体の発熱層としての導電層に金属を採用している。金属は体積抵抗率が低いので、商用電源レベルの電圧値でも周回電流が十分流れ、温度上昇も速い。
【０００６】
一方、加熱回転体としてポリイミド等の樹脂フィルムが採用できれば、コストや可撓性の観点から望ましい。しかしながら、カーボンブラック等の導電剤を添加して導電性を付与しても、樹脂フィルムの体積抵抗率は１Ｅ−０４Ωｍ程度までしか下げる事が出来ない。その為、商用電源レベルの電圧では周回電流が僅かしか流れない為、昇温速度が遅く、樹脂フィルムを加熱回転体として採用することは困難だった。
【０００７】
本発明の目的は、昇温速度に優れる加熱回転体、加熱回転体の製造方法、及びその加熱回転体を有する画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】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る加熱回転体は、
回転軸方向に印加される交番磁界によって発熱する筒状の加熱回転体において、
導電性を有する筒状の発熱層と、前記発熱層と接する電極層と、を有し、
前記電極層の体積抵抗率は前記発熱層よりも小さく、前記電極層は前記発熱層の母線方向に沿って螺旋形状に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る加熱回転体の製造方法は、
円筒状の支持体の上に導電部材を塗装して硬化させ、その表面に螺旋形状に電極を形成し、その上にさらに導電部材を塗装することによって、筒状の導電部材層内に前記電極を埋設させることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る加熱回転体の製造方法は、
円筒状の支持体の上に螺旋形状に電極を形成した後に、導電部材を塗装して硬化させて筒状の外層を形成し、
一旦、筒状の前記外層を円筒状の前記支持体から分離した後に、筒状の前記外層の内面に導電部材を塗装して硬化させることにより、筒状の導電部材層内に前記電極を埋設させることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る画像加熱装置は、
筒状の加熱回転体と、前記加熱回転体の回転軸方向に交番磁界を印加する磁界発生手段と、を有し、前記交番磁界によって前記加熱回転体を発熱させ記録材が担持する画像を加熱する画像加熱装置において、
前記加熱回転体は、導電性を有する筒状の発熱層と、前記発熱層と接する電極層と、を有し、
前記電極層の体積抵抗率は前記発熱層よりも小さく、前記電極層は前記発熱層の母線方向に沿って螺旋形状に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明よれば、昇温速度に優れる加熱回転体、加熱回転体の製造方法、及びその加熱回転体を有する画像加熱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に係る定着装置の断面図
【図２】定着装置の正面図
【図３】発熱層の電磁誘導加熱を説明するための図
【図４】フィルムの構成を説明するための図
【図５】発熱層の電流と磁場を表わした模式図
【図６】直列共振回路、励磁コイル、発熱層の関係を説明するための回路図
【図７】励磁コイルと発熱層のトランスのモデル図
【図８】発熱層の形状と周回抵抗の計算方法を示す図
【図９】励磁コイルと電極層のトランスのモデル図
【図１０】発熱層の母線方向に発生する誘導起電力を示す図
【図１１】発熱層の形状と発熱層の母線方向の抵抗の計算方法を示す図
【図１２】実施例２のフィルムの電極層を切断した様子を示す概念図
【図１３】実施例２のフィルムの２本の電極層と、その２本の電極層間に挟まれた部分の発熱層の等価回路を示す図
【図１４】実施例２のフィルムの合成抵抗Ｒｃｆについて、繰り返し計算を行った結果を示す図
【図１５】実施例２の形態１、及び形態２について、電極層間の距離と、繰り返し計算で算出した合成抵抗Ｒｃｆと、の関係を示す図
【図１６】比較例のフィルムについて、電極層間の距離と、繰り返し計算で算出した合成抵抗Ｒｃｆと、の関係を示す図
【図１７】実施例３のフィルムについて、電極層間の距離と、繰り返し計算で算出した合成抵抗Ｒｃｆと、の関係を示す図
【図１８】画像形成装置の断面図
【図１９】実施例４のフィルムの構成を説明するための図
【図２０】実施例５のフィルムの構成を説明するための図
【図２１】実施例５に係るフィルムの製造工程を示した図
【図２２】ディッピングによって導電樹脂を塗布する方法を示した図
【図２３】スプレーコートによって導電樹脂を塗布する方法を示した図
【図２４】ディスペンサによって導電樹脂を塗布する方法を示した図
【図２５】実施例５に係るフィルムの製造工程を示した図
【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種々の構成を他の公知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１００
図１８を参照して、本発明に係る画像形成装置を説明する。図１８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。
【００１６】
画像形成装置１００において、記録材Ｐに未定着の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、を有する。更に画像形成部Ａは、感光ドラムをクリーニングするクリーナ１０９と、転写部材１０８と、を有する。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。
【００１７】
画像形成装置１００の本体１００Ａ内のカセット１０５に収納された記録紙等の記録材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ドラム１０１と転写部材１０８とで形成された転写ニップ部に搬送される。転写ニップ部でトナー画像が転写された記録材Ｐは搬送ガイド１１０を介して定着部（以下、定着装置と称する）Ｂに送られる。記録材Ｐに形成された未定着のトナー画像Ｔは定着装置Ｂによって記録材上に加熱定着される。定着装置Ｂを出た記録材Ｐはローラ１１１，１１２の回転によってトレイ１１３に排出される。
【００１８】
２．定着装置（画像加熱装置）Ｂ
定着装置Ｂは電磁誘導加熱方式の装置である。図１は実施例１に係る定着装置Ｂの概略構成を示す断面図である。図２は定着装置Ｂを記録材Ｐの搬送方向Ｘの上流側から見たときの正面図である。
【００１９】
加圧部材としての加圧ローラ８は、芯金８ａと、その芯金の外周面上にローラ状に成形被覆させた弾性層８ｂと、この弾性層の外周面上に設けられた離型層８ｃと、を有する。弾性層８ｂ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材質が好ましい。離型層８ｃとして、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱性のよい材質を選択することができる。記録材Ｐの搬送方向（以下、Ｘ軸方向と称する）に直交する方向（以下、Ｙ軸方向と称する）について、芯金８ａの両端部は定着装置Ｂの左右の側板（不図示）に軸受けを介して回転可能に保持されている。
【００２０】
Ｘ軸方向とＹ軸方向の双方に直交するＺ軸方向について、加圧ローラ８に対向させて筒状の加熱回転体としての筒状のフィルム１が配置されている。フィルム１の中空部に挿通されたフィルムガイド（以下、ガイドと称する）６上には、そのガイドを補強するための金属製のステイ５が配置されている。ガイド６は耐熱性を有するＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等を用いて作製してある。
【００２１】
Ｙ軸方向について、ステイ５の両端部には耐熱樹脂製のフランジ９ａ，９ｂが外嵌されている。フランジ９ａは規制部材１０ａにより左側のフレームに固定され、フランジ９ｂは規制部材１０ｂにより右側のフレームに固定されている。各フランジ９ａ，９ｂは、フィルム１の中空部に挿入された保持部（不図示）でフィルム端部の内周面（内面）を保持している。更に各フランジ９ａ，９ｂは、フィルム１の回転時にフィルム側の規制面９ａ１，９ｂ１でフィルムの端部を受けてフィルムの母線方向に沿う寄り移動を規制する。
【００２２】
Ｙ軸方向について、ステイ５の両端部と左右の側板側のバネ受け部材１２ａ，１２ｂとの間に、それぞれ、加圧バネ１１ａ，１１ｂ（図２を参照）を縮設することでステイに押し下げ力を作用させている。本実施例の定着装置Ｂでは総圧約１００Ｎ〜２５０Ｎ（約１０ｋｇｆ〜約２５ｋｇｆ）の押圧力をステイ５に与えている。その押圧力によりガイド６の加圧ローラ８側の平坦面に保持させた板状の摺動部材７がフィルム１を介して加圧ローラの外周面（表面）に加圧され、これにより加圧ローラはフィルムと共に所定幅のニップ部Ｎ（図１参照）を形成する。
【００２３】
加圧ローラ８は駆動手段としてのモータＭの駆動により矢印方向（図１参照）に回転される。フィルム１はフィルム内面が摺動部材７の加圧ローラ８側の摺動面７ａに摺動しながら加圧ローラの回転に追従して矢印方向に回転する。フィルム１の回転動作中に、フィルム１内面、及び摺動面７ａ相互の摺動摩擦力を低減するために、フィルム内面と摺動面との間に耐熱性グリスなどの潤滑剤を介在させることができる。Ｙ軸方向について、ガイド６の両端部には、フィルム１の回転時に当該フィルム１の端部を受けてフィルム１の寄り移動を規制する規制部材としてのフランジ９ａ，９ｂが外嵌されている。
【００２４】
図３は磁性コア２と励磁コイル３による発熱層１ａの電磁誘導加熱を説明するための図である。
【００２５】
磁性芯材としての磁性コア（以下、コアと称する）２はＹ軸方向の長さＬａの円柱形状をしており、不図示の固定手段によりフィルム１の中空部を貫通して配置されている。つまり、コア２はフィルム１の中空部に挿通されフィルムの母線方向に沿って配置されている。そのコア２は、磁界発生手段としての励磁コイル（以下、コイルと称する）３にて生成された交流磁界による磁力線（磁束）をフィルム１内部に誘導し、磁力線の通路（磁路）を形成する部材として機能する。
【００２６】
コア２の材質は、ヒステリシス損が小さく、比透磁率の高い材料で形成されることが望ましい。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質で構成される強磁性体である。また、好ましくは、筒形状部材であるフィルム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よい。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】
コイル３は、通常の単一導線をフィルム１の中空部において、コア２に巻数約１０巻〜４０巻で螺旋状に巻き回して形成される。本実施例ではコイル３を巻き数１８回で構成している。コイル３はフィルム１の内部にてフィルムの回転軸線１ｏに交差する方向に巻き回されている。このため、コイル３に高周波コンバータ１３と給電接点部３ａ，３ｂを介して高周波電流を流すと、周期的に極性が反転する交番磁界をフィルム１の回転軸方向に発生させることが出来る。
【００２８】
制御回路１４は、Ｙ軸方向について、フィルム１の記録材Ｐが通過する通過領域（２３０ｍｍ）の中央に配設された温度検知素子４によって検出された温度を基に高周波コンバータ１３を制御する。これによりフィルム１を電磁誘導加熱してフィルムの表面温度を所定の目標温度（約１５０℃〜２００℃）に維持する。
【００２９】
未定着のトナー画像Ｔを担持する記録材Ｐ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は記録材上に定着される。
【００３０】
３．フィルムの構成と製造方法
図４において、（ａ）はフィルム１の発熱層１ａと、その発熱層の外周に形成された電極層１ｂを示す斜視図、（ｂ）はフィルム１の層構成を説明するための図である。
【００３１】
フィルム１は、図４の（ｂ）に示すように、筒状の発熱層１ａと、電極層１ｂと、弾性層１ｃと、離型層１ｄの複合構造の筒形回転体である。つまり、フィルム１は、導電性部材で作製された筒状の発熱層１ａの外周面（表面）に螺旋状に形成された電極層１ｂを有する。ここで、電極層１ｂは発熱層１ａ表面に接している。更にその発熱層１ａ表面に電極層１ｂを覆うように弾性層１ｃを積層し、その弾性層１ｃの外周面（表面）に離型層１ｄを積層したものとなっている。
【００３２】
図４の（ａ）、（ｂ）を参照しながらフィルム１の詳細な構成と製造方法を説明する。      
【００３３】
まず、発熱層１ａは、カーボンブラックや金属粉末等の導電粒子が添加分散されたポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ等の耐熱樹脂であり、厚さ３０μｍ〜１００μｍの筒状に成型したものである。本実施例では、ポリイミド樹脂を型成型することにより、内径３０ｍｍ、長手長さ２４０ｍｍ、厚み５０μｍの円筒状に成型することにより発熱層１ａを製造した。
【００３４】
次に、電極層１ｂは、発熱層１ａよりも体積抵抗率が小さい材質で形成された導電ワイヤーを発熱層１ａの表面に螺旋状に形成することによって作成される。ここで、導電ワイヤーは、鉄、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、タングステン、これらを含むＳＵＳ３０４、ニクロム等の合金、または、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、カーボンナノチューブ樹脂等の導電性樹脂から成る。
【００３５】
ここで、後述する発熱原理に最適な電極層１ｂの螺旋ピッチ間隔について説明する。電極層１ｂの螺旋ピッチ間隔は、発熱層１ａに使用する導電性部材の体積抵抗率によって変わってくる。また、電極層１ｂの導電性部材の直径（層厚み）が大き過ぎると、その凹凸形状が弾性層１ｃに吸収されきれずフィルム１の硬度ムラとなり、その硬度ムラによる圧ムラが画像ムラとして現れることがある。故に、電極層１ｂの導電性部材の直径（層厚み）としては２００μｍ以下で、なるべく小さい方が望ましい。
【００３６】
本実施例では、電極層１ｂの形成時に発熱層１ａが変形しないように発熱層の中空部に中子を挿入し、Ｙ軸方向について、その発熱層１ａ表面の一端部側に直径５０μｍのＳＵＳ３０４から成る導電ワイヤーの巻始めの端部を耐熱接着剤で接着した。そして軸回し法により等間隔で導電ワイヤーを発熱層１ａの母線方向に沿って発熱層表面に巻き回すことによって螺旋形状の電極層１ｂを作成した。導電ワイヤーの巻終わりの端部も発熱層１ａ表面の他端部側に耐熱接着剤で接着した。
【００３７】
次いで、図４の（ａ）に示す状態の発熱層１ａ表面に電極層１ｂを覆うように発熱層の母線方向に沿って弾性層１ｃを形成した。弾性層１ｃは図２に示す通過領域（２３０ｍｍ）全域に形成してある。本実施例では、弾性層１ｃはスプレーコート法により硬度が２０度（ＪＩＳ−Ａ、９．８Ｎ（１ｋｇｆ）荷重）のシリコーンゴムを厚み３００μｍ（電極層１ｂが無い箇所は３５０μｍ）で形成した。この弾性層１ｃは、電極層１ｂの圧ムラと熱ムラを抑制する役割を担っている。電極層１ｂの直径と螺旋ピッチによって、最適な弾性層１ｃの厚みは異なってくる。ここで、厚みとはＺ軸方向の寸法である。
【００３８】
そして、弾性層１ｃ表面に発熱層１ａの母線方向に沿って離型層１ｄとして厚み３０μｍのフッ素樹脂チューブを熱収縮法により被覆した。この離型層１ｄは、トナーや紙粉の付着により、フィルム１表面が汚れるのを防ぐ役割を担っている。
【００３９】
４．フィルム１の発熱原理
まず、電極層１ｂが存在しない場合、つまり従来方式での発熱原理から説明する。
【００４０】
図５において、（ａ）は発熱層１ａの電流と磁場を表わした模式図、（ｂ）は発熱層１ａの電流と磁場を表わした母線方向の模式図である。
【００４１】
図５の（ａ）は発熱層１ａの中心からコア２とコイル３と発熱層を同心円状に配置したものである。図中、Ｙ軸方向について、紙面奥行き方向に向かう矢印磁力線をＢｉｎ（○の中に×印）で模擬し、紙面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。
【００４２】
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、磁路の中に紙面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の内側であるコア２の中を紙面奥行き方向に向かう磁力線Ｂｉｎと、発熱層の外側を紙面手前方向に帰ってくる磁力線Ｂｏｕｔは同数である。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のように発熱層１ａを周回する電流が流れる（以後、この電流を周回電流Ｊと呼ぶ）。
【００４３】
誘導起電力は発熱層１ａの周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、発熱層の電気抵抗によりジュール熱が生じる。
【００４４】
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（１）で表される。
【００４５】
【数１】
2017167507.tif 000003
【００４６】
なお、コア２より生じる磁力線はフィルム１の回転軸と平行に生じるため、周回電流Ｊはフィルムの回転軸と直交する方向に流れる。
【００４７】
上記のようにして発生する周回電流Ｊは、フィルム１に内包する磁束と、発熱層１ａの抵抗値に依存する。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、材料の厚みにも依存しない。更に、発熱層１ａに金属材料以外の導電性樹脂等を用いた場合でも発熱させることは原理的には可能である。よって、本実施例のような周回電流Ｊを用いた方式は、うず電流を利用した電磁誘導加熱方式より、発熱層１ａの材質、厚み、周波数に対する設計自由度を広げることが出来る。
【００４８】
この誘導加熱が行われる系におけるフィルム１以外の発熱としては、銅損による１次側コイル巻線の発熱と、鉄損によるコア２の発熱もある。１次側コイル巻線とコア２の発熱はフィルム１の発熱に直接寄与しないため、これらの発熱を極力抑える一方、フィルムを効率良く発熱するよう、銅損や鉄損が発生しづらい材料が選択される。
【００４９】
図６は高周波コンバータ１３の具体例の一つである直列共振回路と、コイル３と発熱層１ａとの関係を説明するための回路図である。この回路図では、商用電源２０、整流回路２１、高周波スイッチング回路２２、共振回路２４、理想変圧器２５、発熱層１ａに分かれている。
【００５０】
商用電源２０から得られる商用交流電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖまたは２００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）は、整流回路２１によって脈流電圧に変換され、高周波スイッチング回路２２に供給される。
【００５１】
そして、脈流に変換された電圧Ｖａは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタなどのスイッチング素子によって高周波電流（例えば２０．５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ）として共振回路に供給される。ここで、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを以降「ＩＧＢＴ」と称す。「ＩＧＢＴ」はＩｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒのことである。このＩＧＢＴは、その駆動（オン状態とオフ状態の切り替え）がドライブ回路２３によって制御される。
【００５２】
共振回路２４において共振コンデンサＣＲと励磁コイルＬＲは、直列共振回路を構成している。この高周波コンバータ１３において、高周波スイッチング回路２２に供給される実効値電圧Ｖａと、共振回路２４に供給される実効値電圧ＶＦＨＡの関係は、刊行物１、又は刊行物２の記載によれば、以下の式（２）で表すことが出来る。
【００５３】
【数２】
2017167507.tif 000004
【００５４】
ここで、刊行物１は、
2017167507.tif 000005
【００５５】
である。刊行物２は、
2017167507.tif 000006
【００５６】
である。
【００５７】
なお、商用電源２０の電圧の最大値をＶｍで表すと、以下の式（３）となる。
【００５８】
【数３】
2017167507.tif 000007
【００５９】
となる。
【００６０】
５．トランスモデルによる電力の算出方法
図７はコイル３と発熱層１ａのトランスのモデル図である。コイル３への印加電圧ＶＦＨＡ、と発熱層１ａに発生する熱量（＝電力）ＰＳＬＶとの関係は、トランスの変圧比の式から概算することが出来る。１次巻き線側（コイル３）にＶＦＨＡの高周波電圧を発生させ、その結果コアＦを介して２次巻き線側（発熱層１ａ）に誘導起電力ＶＳＬＶがかかり、抵抗ＲＳＬＶによって熱として消費され、熱量（＝電力）ＰＳＬＶが発生する。
【００６１】
螺旋形状の電極層１ｂが存在しない場合、発熱層１ａのみが２次側コイルとなる。この場合、２次側コイルの巻き数は１回と考えることが出来るので、１次側コイル（コイル３）の巻き数をＮＣＯＩＬとおくと、変圧比の式から、ＶＦＨＡ、ＶＳＬＶａ、ＮＣＯＩＬの間には、以下の式（４）の関係が成り立つ。
【００６２】
【数４】
2017167507.tif 000008
【００６３】
（４）の式を変形して、以下（５）の式が得られる。
【００６４】
【数５】
2017167507.tif 000009
【００６５】
更に発熱層１ａに発生する熱量（＝電力）はＰＳＬＶａ、発熱層の周回抵抗をＲＳＬＶａで表すと、式（５）を用いて、以下の式（６）の関係が得られる。
【００６６】
【数６】
2017167507.tif 000010
【００６７】
発熱層１ａの周回抵抗ＲＳＬＶａは発熱層の周回方向に電流が流れた際の電気抵抗である。
【００６８】
図８の（ａ）に発熱層１ａの形状と周回抵抗ＲＳＬＶａの計算方法を示す。発熱層１ａは、Ｙ軸方向の長さＬＳＬＶ［ｍ］、直径ｄＳＬＶ［ｍ］、厚みｔＳＬＶ［ｍ］、体積抵抗率ρＳＬＶ［Ωｍ］とすると、（ｂ）に示すように円筒を切り開いて矢印Ｒ方向に電流を流す際の電気抵抗は、以下の数式（７）となる。
【００６９】
【数７】
2017167507.tif 000011
【００７０】
商用電源１００Ｖの場合での発生熱量を計算する。各数値を表１に示す。
【００７１】
【表１】
2017167507.tif 000012
【００７２】
上記条件において、発熱層１ａとして、ＳＵＳ３０４を採用した場合と、カーボンブラックを添加して導電性を付与したポリイミドを採用した場合の発生熱量を計算する。ＳＵＳ３０４の体積抵抗率は約７．０Ｅ−０７Ωｍである。この体積抵抗率の値から計算される発生熱量を表２に示す。
【００７３】
【表２】
2017167507.tif 000013
【００７４】
１００Ｖ商用電源の定格を満足しつつ、定着性を確保するのに十分な熱量が得られる値となっている。実際、発熱層１ａとしてＳＵＳ３０４を採用したフィルムを使用して発熱の確認を行ったところ、十分な速度で急速発熱することが確認できた。
【００７５】
一方、カーボンの体積抵抗率は約１．０Ｅ−０５Ωｍなので、カーボンを分散させて導電性を付与したポリイミドの体積抵抗率は、それより低くなることは無い。実際、カーボンブラックを分散させて導電性を付与したポリイミドの体積抵抗率は約５．０Ｅ−０４Ωｍであった。この導電性ポリイミドの体積抵抗率の値から計算される発生熱量を表３に示す。
【００７６】
【表３】
2017167507.tif 000014
【００７７】
周回抵抗が高すぎる為、周回電流ほとんど流れず、定着装置Ｂとして必要な熱量が得られない値となっている。実際、発熱層１ａとして導電性ポリイミドを採用したフィルムを使用して発熱の確認を行なったところ、ほとんど発熱しない結果となった。
【００７８】
次に、本実施例におけるフィルム１の構成を採用した場合の発熱原理を説明し、発生熱量の見積り値と実験結果を説明する。
【００７９】
本実施例に示すフィルム１の特徴は、発熱層１ａの上に螺旋形状の電極層１ｂを形成している点にある。発熱層１ａとしては、先に説明した体積抵抗率が約５．０Ｅ−０４Ωｍの導電性ポリイミドを採用した。そして、螺旋形状の電極層１ｂとして、直径５０μｍ、体積抵抗率が約７．０Ｅ−０７ΩｍのＳＵＳ３０４を採用した。
【００８０】
発熱層１ａは先に説明したように、周回電流Ｊが発生するものの、ほんの僅かである為、それ自体での周回電流による熱はほとんど発生しない。一方、電極層１ｂは閉ループを形成していないため、電極層自体にも周回電流Ｊは流れない為、ほとんど熱量は発生しない。
【００８１】
しかしながら、電極層１ｂの体積抵抗率は金属並みに低く、螺旋形状をしている為に、電極層の両端には十分な誘導起電力ＶＳＬＶｂが発生する。つまり、螺旋形状の電極層１ｂが存在する場合、電極層も２次側コイルとなる。図９はコイル３と電極層１ｂのトランスのモデル図である。２次側コイルの巻き数は電極層１ｂの螺旋巻数となり、変圧比の式から、ＶＦＨＡ、ＶＳＬＶｂ、ＮＣＯＩＬの間には、以下の式（８）の関係が成り立つ。
【００８２】
【数８】
2017167507.tif 000015
【００８３】
（８）の式を変形して、以下（９）の式が得られる。
【００８４】
【数９】
2017167507.tif 000016
【００８５】
形成される電位差は、電極層１ｂの螺旋の巻数に比例する。つまり、巻数を多くすればするほど、電極層１ｂで形成される発熱層１ａの母線方向の電位差が大きくなる。すると、図１０の示すように、発熱層１ａの母線方向に発生する誘導起電力ＶＳＬＶｂの電位差によって、発熱層の導電性ポリイミドに発熱層の母線方向の電流Ｌが流れ、熱量が発生するレベルとなる。
【００８６】
従来方式では電流が流れる方向が発熱層１ａの周回方向であったが、本実施例の方式では発熱層１ａの母線方向となるのが特徴である。そして、発熱層１ａの体積抵抗率が大きくても、電極層１ｂの螺旋巻数を多くすることで誘導起電力ＶＳＬＶｂを大きくすることが可能となる。つまり、ある程度高い体積抵抗率の材料でも、十分な発生熱量を得ることが可能となる。
【００８７】
発熱層１ａの母線方向に流れる電流によって発生する発熱層の熱量（＝電力）をＰＳＬＶｂ、発熱層の母線方向の抵抗をＲＳＬＶｂで表すと、式（９）を用いて、以下の式（１０）の関係が得られる。
【００８８】
【数１０】
2017167507.tif 000017
【００８９】
式（１０）からも分かるように、抵抗ＲＳＬＶｂが高くても、ＮＳＬＶｂを大きくすることで熱量を大きくすることが可能となっている。
【００９０】
図１１の（ａ）に、発熱層１ａの形状と発熱層の母線方向の抵抗ＲＳＬＶｂの計算方法を示す。発熱層１ａは、発熱層の母線方向の長さＬＳＬＶ［ｍ］、直径ｄＳＬＶ［ｍ］、厚みｔＳＬＶ［ｍ］、体積抵抗率ρＳＬＶ［Ωｍ］とする。すると、図１１の（ｂ）に示すように円筒を切り開いて矢印Ｌ方向（発熱層の母線方向）に電流を流す際の電気抵抗は、以下の数式（１１）となる。
【００９１】
【数１１】
2017167507.tif 000018
【００９２】
ここで、発熱層１ａの体積抵抗率が約５．０Ｅ−０４Ωｍが場合の計算例を示す。
【００９３】
【表４】
2017167507.tif 000019
【００９４】
電極層１ｂの螺旋巻数を５５巻とすることで、従来方式において発熱層１ａにステンレス鋼を採用した場合と同等レベルの熱量が得られる見積となる。実際、発熱層１ａとして体積抵抗率が約５．０Ｅ−０４Ωｍの導電性ポリイミドを採用し、電極層１ｂとして５５巻のＳＵＳ３０４ワイヤーを螺旋形状に巻いて形成したフィルム１で発熱の確認を行なった。すると、十分な速度でフィルム１全体が昇温することが確認できた。
【００９５】
ここまでの説明は、商用電源電圧が１００Ｖの場合を想定した計算と実験結果であった。例えば２００Ｖの場合、１次側コイルの電圧ＶＦＨＡは２００／１００倍、すなわち２倍となる。この場合、電極層１ｂの螺旋巻数を５５／２＝２７．５巻とする事で、１００Ｖ向けと２００Ｖ向けで１次側コイルの構成を変更することなく、ほぼ同一の発生熱量を得ることができる。つまり、フィルム１を交換するだけで、コア２等の部品を交換することなく、同一温調制御で対応可能となる。
【００９６】
［実施例２］
定着装置Ｂの他の例を説明する。本実施例に示す定着装置Ｂは実施例１の定着装置Ｂとはフィルム１の構成が異なっている。
【００９７】
フィルム１の電極層１ｂとして円筒形状の金属ワイヤーを採用した場合、金属ワイヤーの電極の直径を小さくしていくと、発熱をしにくくなくなるという課題がある。発熱しにくくなるのは、実施例１で説明した通り、電極層１ｂで形成される発熱層１ａの母線方向の電位差で発熱層に電流を流すことで発熱させている為、電極層と発熱層との接触抵抗が増大することで、発熱層の抵抗と接触抵抗の合計が大きくなることに起因する。
【００９８】
本実施例ではポリイミド樹脂を型成型することにより、内径２４ｍｍ、発熱層の母線方向の長さ２４０ｍｍ、厚み５０μｍの円筒状に発熱層１ａを製造した。そして、形態１として、電極層１ｂに、直径５０μｍのタングステン線を採用した場合を示す。更に、形態２として、電極層１ｂに、金メッキを施した直径６０μｍのタングステン線を採用した場合を示す。また、比較例として、電極層１ｂに、直径２０μｍのＳＵＳ３０４線を採用した場合を示す。
【００９９】
次に、発熱層１ａであるフィルム抵抗、及び、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗を推定する検証方法について説明する。
【０１００】
螺旋一巻分の電極層１ｂの抵抗と、発熱層１ａの母線方向で隣り合う電極層間の抵抗を測定することで推定する。ここで、フィルム抵抗をＲｆ、螺旋一巻き分の電極層１ｂの抵抗をＲｗ、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗をＲｃとする。また、螺旋一巻き分の電極層１ｂの抵抗Ｒｗと、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃと、フィルム抵抗Ｒｆと、の合成抵抗をＲｗｃｆとする。電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃと、フィルム抵抗Ｒｆと、の合成抵抗をＲｃｆとする。
【０１０１】
測定方法について説明する。
【０１０２】
図１２の（ａ）は測定する時の電極層１ｂを切断した様子を示す概念図である。図１２の（ｂ）は測定する時の電極層１ｂを展開し、その電極層を拡大した概念図である。
【０１０３】
測定方法としては、まず、図１２の（ａ）に示す様に電極層１ｂを発熱層１ａの母線方向の直線ｌ１−ｌ２に沿って切断する。電極層１ｂ一巻毎に抵抗が測定できるようにする。次に、合成抵抗Ｒｗｃｆは、図１２の（ｂ）に示す測定点Ｃ１と測定点Ｃ２間の抵抗を測定することで切断した２つの電極層１ｂ，１ｂ間の抵抗を求める。また、別途、切断した螺旋一巻き分の電極層１ｂの抵抗Ｒｗを求める。
【０１０４】
次に、合成抵抗Ｒｃｆの値の算出の方法について説明する。
【０１０５】
図１３の（ａ）に、電極層１ａを展開した概念図を示す。図１３の（ｂ）に、２本の電極層１ｂと、その２本の電極層間に挟まれた部分の発熱層１ａの等価回路を示す。
【０１０６】
図１３の（ａ）のように、電極層１ｂは、Ｒ１２、Ｒ１５、・・・、Ｒｎ１ｎ２のようにｎ分割されている。分割された各抵抗は、螺旋一巻き分の電極層１ｂの抵抗Ｒｗをｎで割った値である。発熱層１ａは、Ｒ２３、Ｒ１４、Ｒ５６、・・・、Ｒｎ２ｎ３、Ｒｎ１ｎ４のようにｎ＋１分割されている。分割された各抵抗は、合成抵抗Ｒｗｃｆにｎ＋１を掛けた値となる。等価回路のｎを増やしていく繰り返し計算を行うことで合成抵抗Ｒｃｆを算出できる。
【０１０７】
まず、図１３の（ｂ）に、ｎを１とした時即ち電極層１ｂを１分割、発熱層１ａを２分割して考えた時の電極層と発熱層の等価回路を示す。Ｒ１２、及びＲ３４が電極層１ｂの抵抗を表す。Ｒ２３、及びＲ１４が発熱層１ａの抵抗を表す。この時の電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃと、フィルム抵抗Ｒｆと、の合成抵抗をＲ１ｃｆとする。この合成抵抗Ｒ１ｃｆは、Ｒ１２とＲ２３とＲ３４の直列接続とＲ１４の並列接続の合成抵抗Ｒ１２３４である。合成抵抗Ｒ１２３４は、以下の数式（１２）となる。
【０１０８】
【数１２】
2017167507.tif 000020
【０１０９】
Ｒ１２とＲ３４は抵抗Ｒｗである。Ｒ２３とＲ１４は合成抵抗Ｒ１ｃｆ×２である。合成抵抗Ｒ１２３４は合成抵抗Ｒｗｃｆであるので、測定したＲｗｃｆとＲｗを代入することで、合成抵抗Ｒ１ｃｆを算出する。
【０１１０】
図１３の（ｃ）に、ｎを２とした時即ち電極層１ｂを２分割、発熱層１ａを３分割して考えた時の電極層と発熱層の等価回路を示す。Ｒ１２、Ｒ３４、Ｒ１５、及びＲ４６が電極層１ｂの抵抗を表す。Ｒ２３、Ｒ１４、及びＲ５６が発熱層１ａの抵抗を表す。この時の電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗と、フィルム抵抗Ｒｆと、の合成抵抗をＲ２ｃｆとする。Ｒ１２とＲ２３とＲ３４の直列接続とＲ１４の並列接続の合成抵抗がＲ１２３４である。さらに、合成抵抗Ｒ１５２３４６は、Ｒ１５とＲ１２３４とＲ４６の直列接続とＲ５６の並列接続の合成抵抗である。合成抵抗Ｒ１５２３４６は、以下の数式（１３）となる。
【０１１１】
【数１３】
2017167507.tif 000021
【０１１２】
Ｒ１２、Ｒ３４、Ｒ１５、Ｒ４６はＲｗ／２であり、Ｒ２３、Ｒ１４、及びＲ５６はＲｃｆ×３である。合成抵抗Ｒ１５２３４６はＲｗｃｆであるので、測定したＲｗｃｆとＲｗを代入することで、Ｒ２ｃｆを算出する。
【０１１３】
上述の様に計算することで、電極層１ｂをｎ分割、発熱層１ａをｎ＋１分割の計算が可能である。
【０１１４】
本実施例の形態１において、発熱層１ａの母線方向について、隣り合う電極層１ｂで電極層間が２ｍｍ離れた場合（測定点Ｃ１と測定点Ｃ２間）の抵抗測定を行ったところ、Ｒｗ＝２Ω、Ｒｗｃｆ＝４Ωであった。尚、抵抗測定はＦｌｕｋｅ社製１８９デジタルマルチメーターを用いて行った。
【０１１５】
図１４に、合成抵抗Ｒｃｆについてｎ＝５０まで繰り返し計算を行った結果を示す。
【０１１６】
図１４に示す通り、本実施例では、ｎ＝３０程度の繰り返し計算で合成抵抗Ｒｃｆは値２．８Ωで収束している。電極層間の距離を変え、同様の抵抗測定を複数の電極層１ｂで行う。本実施例において、電極層間が４ｍｍ離れた場合（測定点Ｃ１と測定点Ｃ３間）の抵抗測定を行ったところ、Ｒｗｃｆ＝４．４Ωであった。ｎ＝３０の繰り返し計算でＲｃｆは３．２Ωであった。
【０１１７】
図１５に、本実施例の形態１、及び形態２について、電極層間の距離と、繰り返し計算で算出した合成抵抗Ｒｃｆと、の関係を示す。
【０１１８】
図１５に示す様に電極層間の距離（隣り合う電極層間の距離を１とする）をｘ軸、繰り返し計算で算出した合成抵抗Ｒｃｆをｙ軸にとる。すると、電極層間のフィルム抵抗Ｒｆが傾きとなり、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃがｙ切片の０．５倍となることから、Ｒｆ及び、Ｒｃを推定することが出来る。
【０１１９】
上述の手法で算出した隣り合う電極層間のフィルム抵抗Ｒｆは０．４Ω、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃは１．２Ωであった。また、発熱層１ａの母線方向で最も外側の電極層間のフィルム抵抗を最外間電極のフィルム抵抗とすると、算出した隣り合う電極層間のフィルム抵抗から４６Ωとなる。隣り合う電極層間のフィルム抵抗Ｒｆは、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃよりも低い値であった。最外間電極のフィルム抵抗は、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗よりも高い値であった。
【０１２０】
また、本実施例の形態２においては、隣り合う電極層１ｂで電極層間２ｍｍ離れた場合の抵抗測定を行ったところ、Ｒｗ＝１．５Ω、Ｒｗｃｆ＝１．６Ωであったので、ｎ＝３０程度の繰り返し計算でＲｃｆの値を求めたところＲｃｆ＝０．９Ωであった。電極層間の距離を変え、電極層間が４ｍｍ離れた場合の抵抗測定を行ったところ、Ｒｗｃｆ＝２．１Ωであった。ｎ＝３０程度の繰り返し計算でＲｃｆの値を求めたところＲｃｆ＝１．３Ωであった。
【０１２１】
図１５に示す様に電極層間の距離をｘ軸、繰り返し計算で算出した合成抵抗Ｒｃｆをｙ軸にとると、電極層間のフィルム抵抗Ｒｆが傾きとなり、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃがｙ切片の０．５倍となる。このことから、算出した本実施例の隣り合う電極層間のフィルム抵抗Ｒｆは０．４Ω、最外間電極のフィルム抵抗は４６Ω、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃは０．２５Ωであった。隣り合う電極層間のフィルム抵抗Ｒｆ、及び最外間電極のフィルム抵抗は、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗よりも高い値であった。
【０１２２】
比較例においても同様の測定を行った。比較例は、隣り合う電極層１ｂで電極層間２ｍｍ離れた場合の抵抗測定を行ったところ、Ｒｗ＝２００Ω、Ｒｗｃｆ＝５００Ωであったので、ｎ＝３０程度の繰り返し計算でＲｃｆの値を求めたところＲｃｆ＝３７８Ωであった。電極層間の距離を変え、電極層間が４ｍｍ離れた場合の抵抗測定を行ったところ、Ｒｗｃｆ＝５０１Ωであった。ｎ＝３０程度の繰り返し計算でＲｃｆの値を求めたところＲｃｆ＝３７９Ωであった。
【０１２３】
図１６に、比較例のフィルムについて、電極層間の距離と、繰り返し計算で算出した合成抵抗Ｒｃｆと、の関係を示す。
【０１２４】
図１６に示す様に電極層間の距離をｘ軸、繰り返し計算で算出した合成抵抗Ｒｃｆをｙ軸にとると、電極層間のフィルム抵抗Ｒｆが傾きとなり、接触抵抗Ｒｃがｙ切片の０．５倍となる。このことから、算出した比較例の隣り合う電極層間のフィルム抵抗Ｒｆは１Ω、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃは１８９Ωであった。隣り合う電極層間のフィルム抵抗Ｒｆは、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃよりも低い値であった。
【０１２５】
実施例１に示す商用電源レベルの電源で発熱検証をしたところ、本実施例の形態１及び、本実施例の形態２で発熱が得られた。また、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃが低い本実施例の形態２が形態１よりも発熱が得られた。比較例は、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃが高い為、発熱が得られなかった。
【０１２６】
本実施例のフィルム構成の場合、隣り合う電極層間のフィルム抵抗Ｒｆは１．０Ｅ−０１〜１．０Ｅ＋０３Ωであることが望ましい。電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃは低いことがよく、より０Ωに近づけることが望ましい。
【０１２７】
発熱層１ａを発熱させるためには、フィルム抵抗Ｒｆは電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃよりも高いことがよい。望ましくは、発熱層１ａの母線方向で隣り合う電極層間のフィルム抵抗Ｒｆは電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃよりも高いことがよい。つまり、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃは、発熱層１ａの母線方向で隣り合う電極層間のフィルム抵抗Ｒｆよりも低いことがよい。発熱層１ａと電極層１ｂとの接触抵抗Ｒｃを、発熱層の抵抗よりも低くすることで、発熱層の発熱を確保することが可能となる。
［実施例３］
定着装置Ｂの他の例を説明する。本実施例に示す定着装置Ｂは実施例１の定着装置Ｂとはフィルム１の構成が異なっている。
【０１２８】
本実施例の定着装置Ｂは、フィルム１の電極層１ｂを導電ワイヤーから導電ペーストに変更したことを特徴としている。円筒形状の導電ワイヤーに対し、導電ペーストとすることで、発熱層１ａと電極層１ｂとの接触面積を広くすることが可能となり、発熱層１ａと電極層１ｂとの接触抵抗を低くすることが出来る。
【０１２９】
電極層１ｂは、銀、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ等がフィラーとして含まれる導電ペーストを発熱層１ａに塗布して作成することができる。本実施例では、導電ペーストとして体積抵抗率５．０Ｅ−０７Ωｍの銀ペーストをスクリーン印刷で形成している。銀ペーストは、銀の微粒子をポリイミド樹脂中に溶剤を用いて分散させたものであり、塗布後に焼成している。導電ペーストは、幅２００μｍ、厚み１０μｍで螺旋形状に形成した。
【０１３０】
本実施例において実施例２と同様の抵抗測定を行った。隣り合う電極層１ｂで電極層間が２ｍｍ離れた場合の抵抗測定を行った。すると、螺旋一巻き分の電極層１ｂの抵抗Ｒｗ＝２．６Ω、螺旋一巻き分の電極層１ｂの抵抗Ｒｗと、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃと、フィルム抵抗Ｒｆと、の合成抵抗Ｒｗｃｆ＝１．７Ωであった。そして、ｎ＝３０程度の繰り返し計算で電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗Ｒｃと、フィルム抵抗Ｒｆと、の合成抵抗Ｒｃｆの値を求めたところＲｃｆ＝０．６Ωであった。
【０１３１】
電極層間の距離を変え、電極層間が４ｍｍ離れた場合の抵抗測定を行ったところ、合成抵抗Ｒｗｃｆ＝２．３Ωであった。ｎ＝３０程度の繰り返し計算で合成抵抗Ｒｃｆの値を求めたところＲｃｆ＝１．０Ωであった。
【０１３２】
図１７に、本実施例のフィルム１について、電極層間の距離と、繰り返し計算で算出した合成抵抗Ｒｃｆと、の関係を示す。
【０１３３】
図１７に示す様に電極層間の距離をｘ軸、繰り返し計算で算出した合成抵抗Ｒｃｆをｙ軸にとると、電極層間のフィルム抵抗Ｒｆが傾きとなり、発熱層１ａと電極層１ｂとの接触抵抗Ｒｃがｙ切片の０．５倍となる。このことから、算出した本実施例の隣り合う電極層間のフィルム抵抗Ｒｆは０．４Ω、電極層１ｂと発熱層１ａとの接触抵抗は０．１Ωであった。実施例１に示す商用電源レベルの電源で発熱検証をしたところ、発熱が得られた。
【０１３４】
以上、説明した様に、電極層１ｂを導電ワイヤーから導電ペーストとすることで、発熱層１ａと電極層１ｂとの接触面積を広くすることが可能となり、発熱層と電極層との接触抵抗Ｒｃを低くすることができる。
【０１３５】
本実施例では、電極層を導電ペーストのスクリーン印刷を説明したが、発熱層１ａと電極層１ｂとの接触面積を広くすることが可能な他の方法でもよい。発熱層１ａと電極層１ｂとの接触抵抗を低くする方法として、発熱層１ａの電極層１ｂを形成する部分にメッキ可能な下処理を行い、無電解メッキによる金属メッキで電極層１ｂを形成しても行ってもよい。
【０１３６】
［実施例４］
定着装置Ｂの他の例を説明する。本実施例に示す定着装置Ｂは実施例３の定着装置Ｂとフィルム１の構成が異なっている。
【０１３７】
フィルムの弾性層を発熱層とすることで、フィルム表面の温度をより速く昇温させることができる為、定着装置の立上げ開始からプリント可能となるまでの時間をより速くすることを特徴としている。
【０１３８】
本実施例のフィルムの構成について説明する。
【０１３９】
図１９において、（ａ）はフィルム３０の基層３０ａと、その発熱層の外周に形成された電極層３０ｂを示す斜視図、（ｂ）はフィルム１の層構成を説明するための図である。
【０１４０】
フィルム３０は、図１９の（ｂ）に示すように、筒状の基層３０ａと、電極層３０ｂと、発熱層を兼ねた弾性層３０ｃと、離型層３０ｄの複合構造の筒形回転体である。つまり、フィルム３０は、筒状の基層３０ａの外周面（表面）に螺旋状に形成された電極層３０ｂを有する。ここで、電極層３０ｂは基層３０ａ表面に接している。更にその基層３０ａ表面に電極層３０ｂを覆うように発熱層を兼ねた弾性層３０ｃを積層し、その発熱層を兼ねた弾性層３０ｃの外周面（表面）に離型層３０ｄを積層したものとなっている。
【０１４１】
以下に、このフィルム３０の詳細な構成について述べる。
【０１４２】
まず、基層３０ａは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ等の耐熱樹脂であり、厚さ３０μｍ〜１００μｍの筒状に成型したものである。本実施例では、ポリイミド樹脂を型成型することにより、内径２５ｍｍ、長手長さ２４０ｍｍ、厚み５０μｍの円筒状に成型することにより基層３０ａを製造した。尚、本実施例では、基層３０ａのポリイミド樹脂にカーボンブラックや金属粉末等の導電粒子は添加分散していない。
【０１４３】
次に、電極層３０ｂは、銀、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ等がフィラーとして含まれる導電ペースト（導電部材）を基層３０ａに塗布して作成することができる。本実施例では、導電ペーストとして体積抵抗率５．０Ｅ−０７Ωｍの銀ペーストをスクリーン印刷で形成している。銀ペーストは、銀の微粒子をポリイミド樹脂中に溶剤を用いて分散させたものであり、塗布後に焼成している。導電ペーストは、幅２００μｍ、厚み１０μｍで螺旋形状に形成した。
【０１４４】
次いで、図１９の（ａ）に示す状態の基層３０ａ表面に電極層３０ｂを覆うように基層の母線方向に沿って発熱層を兼ねた弾性層３０ｃを形成した。発熱層を兼ねた弾性層３０ｃは、カーボンブラック、カーボンファイバー、金属粉末等の導電材料が添加分散されたシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムである。導電材料を添加分散させることで導電性が付与され発熱層として機能する。
【０１４５】
尚、本実施例では、発熱層を兼ねた弾性層３０ｃとして、導電材料（導電部材）である導電粒子としてカーボンブラックを添加分散し体積抵抗率は約３．０Ｅ−０３Ωｍに調整されたシリコーンゴムを厚み３００μｍで形成した。本構成では、シリコーンゴムが電極を覆うので、シリコーンゴムと電極の接触面積が広く、接触抵抗を低く抑えることが出来る。
【０１４６】
そして、発熱層を兼ねた弾性層３０ｃ表面に基層３０ａの母線方向に沿って離型層３０ｄとして厚み３０μｍのフッ素樹脂チューブを熱収縮法により被覆した。この離型層３０ｄは、トナーや紙粉の付着により、フィルム３０表面が汚れるのを防ぐ役割を担っている。
【０１４７】
実施例３の発熱層１ａは、体積抵抗率は約５．０Ｅ−０３Ωｍ、厚み５０μｍのポリイミド樹脂で形成したのに対し、本実施例では、発熱層を兼ねた弾性層３０ｃとして、体積抵抗率を約３．０Ｅ−０３Ωｍ、厚み３００μｍで形成している。実施例３と本実施例は、数式（１１）から求められる発熱層の母線方向の抵抗ＲＳＬＶｂが略等しく、本実施例でも実施例３と略同等の発熱性能を得ることが出来る。
【０１４８】
本実施例では、基層に導電性がなく、基層が発熱しない場合について説明した。しかし、基層のポリイミド樹脂にカーボンブラックやカーボンファイバー、金属粉末等の導電材料は添加分散し導電性を付与してもよい。すなわち、基層のポリイミド樹脂及び発熱層のシリコーンゴムの両方を発熱させてもよい。
【０１４９】
以上、本実施例では、より表面側の弾性層を発熱層とすることで、フィルム表面の温度をより速く昇温させることができ、定着装置の立上げ開始からプリント可能となるまでの時間をより速くすることが出来る。また、定着装置の立上げ開始からプリント可能となるまでに必要な電力を低く抑えることが出来る。
【０１５０】
［実施例５］
定着装置Ｂの他の例を説明する。
【０１５１】
本実施例に示す定着装置Ｂは実施例１の定着装置Ｂとフィルム１の構成が異なっている。
【０１５２】
実施例１で説明した樹脂フィルム表面に金属線を巻き付ける方法は、金属線と樹脂フィルムの接触が不安定となり、発熱ムラが生じる場合がある。加熱回転体と、それに接触する加圧ローラで挟持してニップを形成し、ニップ部に記録材を搬送しながら定着をおこなう為、加熱回転体の変形による繰り返し屈曲の影響を受けやすい装置においても、耐久を通して安定した発熱させることを特徴としている。
【０１５３】
本実施例のフィルムの構成について説明する。
【０１５４】
図２０において、（ａ）はフィルム４０の発熱層４０ａと、電極層４０ｂを示す斜視図、（ｂ）はフィルム１の層構成を説明するための図、（ｃ）はフィルム長手方向の断面の一部を示した図である。
【０１５５】
本実施例のフィルム４０は、発熱層４０ａからなる筒状の回転体とその表面に離型層４０ｃを備えた複層フィルムであり、発熱層４０ａ内に電極層４０ｂを螺旋状に内包している。内包することで、発熱層４０ａと電極層４０ｂの接触面積が広くなり、接触抵抗を低くすることが出来る。
【０１５６】
以下に、このフィルム４０の詳細な構成について述べる。
【０１５７】
本実施例のフィルム４０の発熱層４０ａは、ポリイミド樹脂にカーボンブラックおよびカーボンファイバーを分散して体積抵抗率を約５．０Ｅ−０４Ωｍとしたものである。フィルムの大きさが、内径３０ｍｍ、長手長さ２４０ｍｍ、厚み８０μｍの円筒状フィルムである。発熱層４０ａとしては、他にカーボンブラックや金属粉末等の導電粒子が添加、分散されたポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ等の耐熱樹脂を用いることができる。
【０１５８】
電極層４０ｂは、直径φ５０μｍ、体積抵抗率が約７．０Ｅ−０７ΩｍのＳＵＳ３０４ワイヤーを使用し、後述する製造方法によって発熱層４０ａ内に螺旋状に電極を形成している。また、電極の両端部は隣接する電極と短絡されておらず、閉ループとなっていない。
【０１５９】
電極層４０ｂとしては、この他に発熱層４０ａよりも体積抵抗率が小さい、鉄、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、タングステン、これらを含むＳＵＳ３０４、ニクロム等の合金である金属ワイヤーを用いることができる。もしくはＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、カーボンナノチューブ樹脂等の導電性樹脂から成る導電ワイヤーを用いることができる。また、電極層４０ｂはワイヤーである必要はなく、銀、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ等がフィラーとして含まれる導電ペーストを発熱層表面に形成し、その上にさらに発熱層を形成したサンドイッチ構造とすることもできる。
【０１６０】
このように発熱層４０ａ内に電極を埋め込む（埋設させる）ことで、電極と導電樹脂との接触抵抗を低くする事ができると同時に、フィルム回転による繰り返し屈曲を受けても電極が導電樹脂から浮き上がることがないため安定した発熱が可能になる。
【０１６１】
次に、フィルムの製造方法について説明する。
【０１６２】
図２０で説明した発熱層４０ａ内に電極層４０ｂを内包した円筒状フィルムは、次のような方法で製造することができる。
【０１６３】
図２１は、フィルム製造工程の流れを説明した工程フローである。
【０１６４】
まず、表面が洗浄された円柱状の支持体に、ポリイミドワニスを塗装する（５０）。
【０１６５】
ポリイミドワニスは、予めポリイミド前駆体の有機溶媒溶液にカーボンブラックやカーボンファイバーなどの導電剤を添加して分散させたものである。このときポリイミドワニス内に添加する導電剤の量は、ポリイミドワニスの全固形分に対して１０重量％以上添加すれば体積抵抗率が１．０Ｅ−０５Ωｍより小さくなり、励磁コイルに印加する電圧をあまり大きくせずとも十分な発熱が可能である。
【０１６６】
そして、ポリイミドワニスを塗装した支持体を加熱オーブンに入れて乾燥・加熱処理する（５１）。
【０１６７】
この乾燥・加熱処理によってポリイミドワニスの溶媒が揮発するとともにイミド化反応が起こり、樹脂の架橋が促進されて塗膜が形成される。乾燥・加熱処理の条件は、使用するポリイミドワニスの種類や形成する塗膜厚みによっても変わるが、まず１００〜１５０℃の範囲で数十分間加熱し、次いで、２００〜４００℃まで数時間かけて段階的に昇温させたほうがフィルムの膨れが少なく寸法が安定する。
【０１６８】
その後、円柱状の支持体ごと一旦冷却して加熱オーブンから取り出す。
【０１６９】
このようにして形成されたフィルム塗膜の側面片端部に、直径５０μｍのＳＵＳ３０４から成る金属ワイヤーの端部を耐熱接着剤で接着した。その後、軸回し法により等間隔で金属ワイヤーをフィルム塗膜上に巻き回すことによって、螺旋形状の電極層４０ｂを作成する（５２）。ワイヤーを巻き終わった終点側も、耐熱接着剤で接着してワイヤーを固定しておく。
【０１７０】
次に、ワイヤーが巻かれた支持体に、再びポリイミドワニスを塗装する（５３）。
【０１７１】
その後、加熱オーブンに入れて乾燥・加熱処理することで金属ワイヤーを覆うように導電樹脂の被覆をおこなうことができる（５４）。
【０１７２】
最後に、円柱状の支持体を冷却したのちに加熱オーブンから取り出し、フィルムが所望の長さとなるように端部を切断し、フィルムを支持体から抜き取る（５５）。
【０１７３】
ここで、樹脂の塗装方法について説明する。
【０１７４】
図２２は、樹脂の塗装方法として、被塗装物を有機溶媒溶液内にディッピングをおこなって形成する方法（ディッピング法と呼ぶ）を示している。
【０１７５】
溶液槽５７内に、調合されたポリイミドワニス５８を貯めておき、被塗装物５９をポリイミドワニス５８に漬けた後、所定の速度で被塗装物５９を引き上げることで被塗装物５９表面に所望の厚みの塗膜を形成する。
【０１７６】
この方法は、前述の塗装工程（５０）と塗装工程（５３）において、同一の材料で被塗装物５９に塗装する場合に適しており、被塗装物のマスキングをおこなう必要がないので容易に樹脂層の形成が可能である。
【０１７７】
前述の塗装工程（５０）と塗装工程（５３）において、必ずしも同一の材料を用いる必要はない。例えば別の溶液層をもう一つ設け、ワイヤー巻線後の塗装工程（５３）では、ポリイミドワニスの粘度が大きい有機溶媒溶液内に被塗装物のディッピングをおこなって、フィルム表面におけるワイヤー部の凹凸を低減することができる。さらに、フィルムの内面となる塗装工程（５０）において、導電剤の添加量を抑えたポリイミドワニスを用意し、表面側となる塗装工程（５３）のみ体積抵抗率が小さくなるようにしても良い。これによって、導電樹脂フィルム内面の摺動性を向上させることができる。
【０１７８】
また、その他の樹脂塗装方法として、図２３に示すような被塗装物５９を回転させながら、スプレーガン６０で樹脂を吹き付ける方法（スプレーコート法と呼ぶ）が選択できる。或いは、図２４に示すように、ポリイミドワニスの定量吐き出しが可能なディスペンサ６１を用いて、回転している被塗装物５９の上からポリイミドワニスを螺旋状に塗装をおこなう方法（ディスペンサ法と呼ぶ）が選択できる。
【０１７９】
その他のフィルム製造工程として、図２５のフィルム製造工程フローに示すように、始めに円柱状の支持体に金属ワイヤーを巻く方法でも良い。
【０１８０】
すなわち、円柱状の支持体に、軸回し法により等間隔で金属ワイヤーを支持体上に巻き回すことによって、螺旋形状の電極１ｂを作成する（７０）。
【０１８１】
そして、円柱状の支持体に、ポリイミドワニス（導電部材）を塗装する（７１）。
【０１８２】
引き続き、これを加熱オーブンに入れて乾燥・加熱処理する（７２）。
【０１８３】
円柱状の支持体を加熱オーブンから取り出し、作成されたフィルム（外層）を一旦支持体から抜き取る（７３）。
【０１８４】
次に、フィルム内面をポリイミドワニス（導電部材）で塗装する（７４）。
【０１８５】
その後、再度、加熱オーブンに入れて乾燥・加熱処理することで金属ワイヤーを覆うように導電樹脂の被覆をおこなう（７５）。
【０１８６】
最後に、円柱状の支持体を冷却したのちに加熱オーブンから取り出し、所望の長さとなるように端部を切断した後に、フィルムを支持体から抜き取る（７６）。
【０１８７】
ここで、フィルム内面をポリイミドワニスで塗装する方法としては、前述のスプレーコート法やディスペンサ法が選択できる。
【０１８８】
以上、発熱層４０ａ内に電極層４０ｂを内包したフィルム４０の発熱層４０ａまでの製造方法について説明してきた。
【０１８９】
フィルム４０としては、引き続き、発熱層４０ａの表面にＰＴＦＥや、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂をコーティングし、乾燥・焼成することで、トナーや紙粉に対する離型性を付与したフィルムとする。ここで、ＰＴＦＥはポリテトラフルオロエチレンである。ＰＦＡはポリ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である。ＦＥＰはポリ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。
【０１９０】
また、本実施例では、フィルムとして発熱層の上に離型層を被覆した２層構成のフィルムについて説明したが、発熱層の上にプライマおよび弾性層を被覆し、さらにその上に離型層を形成した、弾性層を備えるフィルムとしても用いることができる。フィルムと離型層の間に弾性層を形成することで凹凸の大きい紙への追従性が向上し、より鮮明な定着画像が得られるようになる。
【０１９１】
また、本実施例では、発熱層として導電樹脂で説明したが、実施例４で示した様な弾性層を兼ねた発熱層の場合にも応用できる。
【０１９２】
以上、説明したように、本実施例では、発熱層内に電極層を螺旋状に内包することで、発熱層と電極層の接触を安定的に保ち、耐久を通して安定した発熱させることが出来る。
【０１９３】
［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ために当該画像を加熱する画像加熱装置としても使用できる。
【符号の説明】
【０１９４】
１  フィルム、１ａ  発熱層、１ｂ  電極層、Ｐ  記録材、Ｔ  トナー画像
【図１】
2017167507.tif 000022
【図２】
2017167507.tif 000023
【図３】
2017167507.tif 000024
【図４】
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【図５】
2017167507.tif 000026
【図６】
2017167507.tif 000027
【図７】
2017167507.tif 000028
【図８】
2017167507.tif 000029
【図９】
2017167507.tif 000030
【図１０】
2017167507.tif 000031
【図１１】
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【図１２】
2017167507.tif 000033
【図１３】
2017167507.tif 000034
【図１４】
2017167507.tif 000035
【図１５】
2017167507.tif 000036
【図１６】
2017167507.tif 000037
【図１７】
2017167507.tif 000038
【図１８】
2017167507.tif 000039
【図１９】
2017167507.tif 000040
【図２０】
2017167507.tif 000041
【図２１】
2017167507.tif 000042
【図２２】
2017167507.tif 000043
【図２３】
2017167507.tif 000044
【図２４】
2017167507.tif 000045
【図２５】
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