JP2017010020A - 加熱回転体及び加熱装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】抵抗発熱層を備える加熱回転体において、クラック発生時における異常発熱を低減することが可能な加熱回転体および加熱装置を提供する。
【解決手段】定着装置で用いられる筒状のフィルム1であって、発熱層1aと、フィルム1の長手方向に関し、フィルム1の一方の端部と他方の端部とにそれぞれ発熱層1aと接触するように設けられた第1の導電層および第2の導電層と、を有し、第1の導電層と第2の導電層の体積抵抗値はいずれも発熱層1aより低く、長手方向に関し、発熱層1aの第1の導電層と第2の導電層の間の領域に第1の導電層と第2の導電層とのいずれにも接触しないように形成された低抵抗層1eを有し、低抵抗層1eは、発熱層1aよりも体積抵抗値が低く、発熱層1aの周方向に延びた層である。
【選択図】図1

Description

本発明は、プリンタ、複写機等の画像形成装置等に用いられる加熱装置及びこの加熱装置に用いられる加熱回転体に関するものである。
従来のプリンタ、複写機等の画像形成装置に用いられる加熱装置としては、たとえば、特開2013−97315号公報に記載のようなものが知られている。
すなわち、加熱回転体と、加熱回転体に給電するための給電部材と、加熱回転体と圧接し、ニップ部を形成する加圧部材と、を有し、加熱回転体に電力を給電しジュール発熱させることで、高速立ち上げ・省エネルギー化を図っている。加熱回転体は発熱層を有し、その上に絶縁層を被覆した構造となっており、発熱層に直接給電することによって発熱するので、ウォームアップ時間を短縮化することができる。
特開2013−97315号公報
しかしながら、従来の加熱回転体では、絶縁層が機外から侵入した異物や記録材との摺擦により傷がつき、その傷が発熱層にまで及ぶ可能性がある。さらには、ユーザー自身の無理なジャム処理などにより、例えばカッターなどで発熱層に傷をつけてしまう可能性もある。このように、発熱層に傷がつくと、傷の端部周辺で局所的に電流密度が高まり、その部分が異常発熱する可能性がある。
上記目的を達成するために、本発明であるフィルムは、
定着装置で用いられる筒状のフィルムであって、
発熱層と
前記フィルムの長手方向に関し、前記フィルムの一方の端部と他方の端部とにそれぞれ前記発熱層と接触するように設けられた第1の導電層と第2の導電層と、を有し、
前記第1の導電層と前記第2の導電層の体積抵抗値はいずれも前記発熱層より低く、
前記長手方向に関し、前記発熱層の前記第1の導電層と前記第2の導電層の間の領域に前記第1の導電層と前記第2の導電層とのいずれにも接触しないように形成された低抵抗層を有し、
前記低抵抗層は、前記発熱層よりも体積抵抗値が低く、前記発熱層の周方向に延びた層であることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明であるフィルムは、
定着装置で用いられる筒状のフィルムであって、
発熱層と
前記フィルムの長手方向に関し少なくとも前記フィルムの一方の端部と他方の端部を除いた発熱層の領域に形成され、前記長手方向に間隔を空けて互いに接触しないように形成された複数の低抵抗層と、を有し、
前記低抵抗層は、前記発熱層よりも体積抵抗値が低く、前記発熱層の周方向に延びた層であることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明である定着装置は、
画像を記録材に定着する定着装置であって、
加熱回転体を有し、
前記加熱回転体は、発熱層と、前記加熱回転体の長手方向に関し前記加熱回転体の一方の端部と他方の端部とにそれぞれ前記発熱層と接触するように設けられた第1の導電層及び第2の導電層と、を有し、
前記第1の導電層と前記第2の導電層の体積抵抗値はいずれも前記発熱層より低く、
前記第1の導電層と、前記第2の導電層と、にそれぞれ接触する給電部材を有し、
前記発熱層は、前記発熱層の前記給電部材間に流れる電流によって発熱し、
前記画像は、前記加熱回転体からの熱によって前記記録材に定着され、
前記加熱回転体は、前記長手方向に関し、前記発熱層の前記第1の導電層と前記第2の導電層の間の領域に、前記第1の導電層と前記第2の導電層とに接触しないように形成された低抵抗層を有し、
前記低抵抗層は、前記発熱層よりも体積抵抗値が低く、前記発熱層の周方向に延びた層であることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明である定着装置は、
画像を記録材に定着する定着装置であって、
発熱層を有する加熱回転体と、
前記加熱回転体の長手方向に関し前記加熱回転体の一方の端部と他方の端部にそれぞれ接触する給電部材と、を有し、
前記発熱層の前記給電部材間に流れる電流によって前記発熱層は発熱し、
前記加熱回転体とニップ部を形成する加圧部材を有し、
前記ニップ部で前記画像が形成された前記記録材を搬送しながら加熱し前記画像を前記記録材に定着し、
前記加熱回転体は、前記発熱層の前記記録材の搬送領域において、前記長手方向に間隔を空けて互いに接触しないように形成された複数の低抵抗層を有し、
前記複数の低抵抗層の各々は、前記発熱層よりも体積抵抗値が低く、前記発熱層の周方向に延びた層であることを特徴とする。
本発明の実施の形態1に係る加熱回転体としての定着フィルムを示すもので、(a)は正面模式図、(b)は長手方向の拡大断面模式図。 図1の定着フィルムの断面模式図。 図1の定着フィルムを用いた加熱装置である定着装置を模式的に示すもので、(a)は断面図、(b)は斜視図。 通常時における定着フィルム内の電流の流れを表した図。 クラック発生時における定着フィルム内の電流の流れを表した図。 本発明の実施の形態2に係る加熱回転体としての定着ローラの模式図。 図5の定着ローラの断面模式図。 図6の定着ローラを用いた加熱装置である定着装置の模式図。 本発明の実施の形態3に係る加熱回転体としての定着フィルムの正面模式図。 本発明の実施の形態4に係る加熱回転体としての定着フィルムの模式図。 図10の定着フィルムの断面模式図。 実施の形態4の通常時における定着フィルム内の電流の流れを表した図。 実施の形態4のクラック発生時における定着フィルム内の電流の流れを表した図。 本発明の実施の形態5に係る加熱回転体としての定着フィルムの模式図。 図14の定着フィルムの断面模式図。 低抵抗層が無い場合のクラック発生時の定着フィルム内の電流の流れを表す参考図。
以下に、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
なお、以下の説明において、長手方向とは、加熱回転体表面の円筒形状の母線方向のことを表す。周方向とは、加熱回転体表面の回転方向であって、円筒形状の円周方向のことを表す。厚み方向とは、加熱回転体表面の円筒形状の半径方向のことを表すものとする。
[実施の形態1]
図1乃至図5は、本発明の実施の形態1に係る加熱回転体としての定着フィルム及び定着装置を示している。
まず、加熱回転体としての定着フィルムの構成を説明し、その後にその定着フィルムを用いた定着装置の説明を行う。
[定着フィルムの説明]
本発明の実施の形態1における定着フィルム1の構成について、図1、図2、および図3を用いて説明する。図1は正面方向からみた低抵抗層1eの配置を説明するための模式図である。図2(a)は、図1におけるD1の線における長手端部の断面図であり、図2(b)、図2(c)はそれぞれ図1におけるD2、D3の線における、定着フィルム1の長手中央部付近の低抵抗層1eを備えない部分と備えている部分の断面図である。図3は図1におけるD4の線における長手方向の断面図である。
図1に示すように、定着フィルム1は、可撓性の薄肉の円筒状部材で、円筒状の発熱層1aを有している。この発熱層1aの両端には、周方向にわたって形成された発熱層1aよりも体積抵抗率の小さい導電層1bを有し、さらに、発熱層上には、発熱層1aよりも体積抵抗率の小さい線状の低抵抗層1eを有する積層構造となっている。導電層1bは、定
着フィルムの長手方向において発熱層1aの一方の端部に設けられた第1の導電層と、他
方の端部に設けられた第2の導電層と、を有する。低抵抗層1eは、発熱層1aの長手方向に対して交差する方向、図示例では周方向に沿って直交方向に延びている。
発熱層1aは、定着フィルム1のねじれ強度、平滑性などの機械的特性を担うベース層で、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の樹脂でできている。また、カーボンや金属などから成る導電性フィラーが分散されており、導電層1bを通じて印加される交流電源印加により、発熱するように電気抵抗が調整されている。発熱層1aは、発熱層1aの給電部材3a、3b間(給電部材間)に流れる電流によって発熱する。
たとえば、外径φ18、長手長さ240mm、厚み60μmのポリイミドフィルムに導電性フィラーとしてカーボンが分散された発熱層1aが用いられている。発熱層1aの体積抵抗率は、0.03Ω・cm程度に設定される。
導電層1bは、定着フィルム1内面から発熱層1aに電力を供給するために、長手方向の両端部の所定幅、たとえば10mm程度の範囲に設けられている。この実施の形態では、発熱層1a表面に、給電用の導電層1bとして、周方向全域にわたって銀ペーストが形成されている。具体的な実施例としては、導電層1bには、体積抵抗率4×10−5Ω・cmの銀ペーストを用いた。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を塗布し、その後に焼成したものである。発熱層1aに導電層1bを形成したときの長手方向両端の導電層1b間の抵抗値は、たとえば、19.3Ω程度に設定される。
弾性層1cは、熱伝導フィラーを分散した所定厚のシリコーンゴムから構成されている。また、離型層1dは、フッ素樹脂、たとえば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)のコーティング処理を施して15μm程度の層厚に設定されている。弾性層1cと離型層1dは電気的に絶縁である。
また、本実施の形態の特徴として、給電用に設けられた長手方向端部の導電層1bとは別に、等電位面形成のための周方向に線状に延びる無端状(環状)の低抵抗層1eを長手に多数形成している。すなわち、線状の低抵抗層1eは周方向に1周つながっており、それぞれが独立したリング形状となっている。本実施の形態では、等電位面形成用の低抵抗層1eは導電層1bと同じ体積抵抗率4×10−5Ω・cmの銀ペーストで形成されている。発熱層1aの体積抵抗値に対する低抵抗層1eの体積抵抗値は、1/1000〜1/00(1/1000以
上1/100以下)の範囲が好ましい。
低抵抗層1eは、上記発熱層1aの変形を妨げないよう、可撓性を有する材質で100μm以下の厚みが望ましい。低抵抗層1eの幅については、導電性が確保されていれば、本実施例の効果を発揮できるが、パターン欠けやライン幅の安定性を考慮すると5μm以上が望ましい。つまり、低抵抗層1eの厚みは5μm以上100μm以下が望ましい。本実施の形態では、図1のように、端部の導電層1b間に、一定厚で一定幅の多数の低抵抗層1eを、一定間隔、一定ピッチで長手方向に配設している。前記低抵抗層1eは、導電層1bに
接触しないように設けられている。具体的な寸法としては、たとえば、間隔は0.4mm、幅は0.1mm、ピッチは0.5mm、で、厚み約10μmに設定される。
低抵抗層1eの形成された領域は、電流が周方向に無端状に延びる低抵抗層1eを通過するため、低抵抗層1eが形成されていない隣り合う低抵抗層1eの間の発熱層1aの領域に比べて発熱が小さくなる。そのため、あまりに低抵抗層1eの幅が広いと、定着フィルム1の表面において温度ムラになりやすい。そのため、低抵抗層1eの幅としては、0.1
以上5mm以下にすることが望ましい。また、低抵抗層間の間隔は、発熱層1aの周長(本
実施の形態では57mm)よりも小さくすることが望ましい。さらに、低抵抗層1eの間隔は狭ければ狭いほど本実施の作用効果は発揮しやすいが、通常の発熱領域が狭くなる。そのため、低抵抗層1eの塗布ばらつきによる抵抗の変動や、隣接する低抵抗層1eが繋がってしまう可能性が大きくなる。例えば、隣接する低抵抗層1eの一部が繋がってしまうと、その間の発熱層1a内を流れる電流が少なくなるため、そこで発熱しなくなってしまい、発熱ムラとなる可能性がある。低抵抗層1eの間隔の具体的な寸法としては、上記バランスをとって、0.2mm以上が好ましい。つまり、隣り合う低抵抗層1eの間隔は、0.2mm以上であって発熱層1aの周長以下であることが望ましい。
尚、本実施の形態において、発熱層1aに導電層1b、および低抵抗層1eを形成したときの長手方向両端部の実抵抗値が、18.0Ωの場合、発熱層1aに導電層1bのみを形成したときの長手両端部の実抵抗値は、19.3Ωであった。低抵抗層1eを設けたことで、定着フィルム1の総抵抗は1.3Ω低下している。
また、本実施の形態では、給電用の導電層1bと等電位面形成用の導電リング1eを同じ面に設けたが、例えば給電用の導電層1bは内面、等電位形成用の低抵抗層1eは外面にするなど、別々の面に設けてもよい。また本実施の形態では銀ペーストを印刷して作成したが、金属メッキやスパッタなど他の手段によって低抵抗層1eを形成してもよい。
[定着装置の説明]
次に、本発明の実施の形態1における加熱装置たる定着装置の構成について、図3を用いて説明する。図3(a)は長手中央部の断面図であり、図3(b)は長手方向からみた模式図である。
定着装置は、一般的な電子写真方式の画像形成方法により記録材上に形成されたトナー像Tを加熱定着するためのものである。すなわち、定着装置は、加熱回転体としての筒状の定着フィルム1と、定着フィルム1の内周面を保持するフィルムガイド2と、フィルムガイド2との間に、定着フィルム1を介してニップNを形成する加圧部材としての加圧ロー
ラ4により構成されている。そして、図3(a)左側より、トナー像Tを担持した記録材Pが、不図示の搬送手段により搬送され、ニップNによって挟持搬送され、加圧加熱されることにより、トナー像Tが記録材Pに加熱定着される。
フィルムガイド2は、液晶ポリマー、PPS、PEEK等の耐熱性樹脂により形成され、長手方向両端部が装置フレームに保持された定着ステー5と係合する。そして、加圧手段としての加圧バネ(不図示)が、定着ステー5の長手両端部を加圧することによって、フィルムガイド2は加圧ローラ4側に加圧される。定着ステー5は長手両端に受けた加圧力をフィルムガイド2の長手方向に対して均一に伝えるため、鉄、ステーンレス、ジンコート鋼板等の剛性のある材料を使用し、断面形状をコの字型にすることで剛性を高めている。これにより、フィルムガイド2のたわみを抑えた状態で、加圧ローラ4長手方向に均一な所定の幅の定着ニップNが形成される。また、フィルムガイド2には、温度検知素子6が設置されており、定着フィルム1内面に当接している。温度検知素子6の検知温度に応じて定着フィルム1への通電が制御される。
なお、定着フィルム1の低抵抗層1eは、少なくとも通紙可能な最少幅の記録材Pの通紙域に設けられることが望ましい。
本実施の形態では、フィルムガイド2の材質として液晶ポリマーを用い、定着ステー7の材質としては、ジンコート鋼板を用いている。加圧ローラ4に印加される加圧力は160Nで、このとき約6mmの定着ニップNが形成される。
加圧ローラ4は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金4aと、シリコーンゴム等の材質の弾性層4b、PFA等の材質の離型層4cと、を備えた構成となっている。加圧ローラ4の硬度は、定着性を満足する定着ニップN幅と耐久性を満足できるようにアスカーC型硬度計を用い、1kgf荷重において、40度から70度程度が好ましい。
具体的には、φ11の鉄の芯金4aに弾性層4bとしてシリコーンゴム層を3.5tの厚みで形成し、その上に、離型層4cとして、40μmの厚みの絶縁PFAチューブを被覆している。表面の硬度は56度であり、外径はφ18である。弾性層4bおよび離型層4cの長手長さは240mmである。
また、給電部材3a、3bは、交流電源50よりACケーブル7で配線されており、定着ニップN内部の両端部で加圧ローラ4方向に押し当てて配設されている。本実施の形態では給電部材3a、3bとして銅含有量が60%程度である金属黒鉛のカーボンブラシを用いている。このカーボンブラシにACケーブル7を介して交流電源50より交流電圧を印加することで、定着フィルム1の発熱層1a端部への給電を実現している。給電部材3a、3bは、搬送方向幅6mmで加圧ローラ4のゴムに押圧し、定着ニップN両端部の6mm位置まで侵入させている。
本実施の形態では、定着フィルム1の発熱層1aの両端部に導電層1b、1bを設けているために、定着フィルム1の周方向の発熱ムラを抑制することができる。これは、定着フィルム1の発熱層1aの厚み方向の抵抗値は、長手方向の抵抗値に対して極めて小さいため電流は給電部材3a、3bから発熱層1aを厚み方向に通過した後、導電層1bを経由して発熱層1aの周方向全体に均一に流れるためである。発熱層1aの厚み方向の抵抗値は、数mΩとなるため、ここでの発熱は問題にならない。また、導電層1bを形成した定着フィルム1の外周面側ではなく、内周面側から給電を行うため、給電部材3a、3bによる導電層1bの削れが発生せず、耐久を通して安定した給電を行うことができる。
そして、加圧ローラ4の駆動ギアGに、不図示の駆動機構部から回転力が伝達され、加圧ローラ4が、図3において、反時計回り方向に所定の速度で回転駆動される。この加圧ローラ4の回転駆動に伴って定着ニップ部Nにおける加圧ローラ4と定着フィルム1との摩擦力で、定着フィルム1に回転力が作用する。これにより、定着フィルム1の内面がフィ
ルムガイド2に密着し、摺動しながらフィルムガイド2の外回りを、図中、反時計回り方向に加圧ローラ4の回転に従動して回転状態になる。
加圧ローラ4の回転により、定着フィルム1が回転し、定着フィルム1に対する通電がなされて定着フィルム1の温度が所定の温度に立ち上がって温度検知素子6によって検知された温度情報に基づいて温調された状態になる。未定着状態であるトナー像Tを載せた記録材Pが導入され、定着ニップ部Nにおいて、記録材Pのトナー画像担持面が、定着フィルム1と一緒に定着ニップ部Nを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、定着フィルム1の熱により記録材Pが加熱され、記録材P上の未定着トナー画像Tが記録材P上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Nを通過した記録材Pは定着フィルム1の面から曲率分離して排出し、不図示の排紙ローラ対により搬送される。
[実施の形態1の作用]
図4は、本実施の形態1における定着フィルム1内の電流の流れを示した概略図である。図4(a)は定着フィルム1の長手中央部における正面模式図、図4(b)は図4(a)の定着フィルム1の、線D5における厚み方向の断面模式図である。図4では発熱層1aおよび低抵抗層1eのみ記載し、その他の部分は省略している。
クラックCが発生していない通常時は、図4(a)のように長手方向に電流Iが流れる。図4(a)のような通常時においては、発熱層1aの厚みや抵抗率にばらつきが無ければ、低抵抗層1e内を周方向に流れる電流はほぼ存在しない。厚み方向には、電流Iは図4(b)のように、低抵抗層1eが形成された部分では、発熱層1aの表面付近を流れる電流は低抵抗層1e内を主に流れ、低抵抗層1eが形成されていない部分では、発熱層1a内を均一に流れる。低抵抗層1e中を流れる電流は、低抵抗層1eの抵抗が小さいため、発熱にはほぼ寄与しない。発熱への寄与が大きいのは、低抵抗層1eがない部分の発熱層1aである。
ここで定着フィルム1にクラックCが入った場合を考える。図5(a)は図4(a)の定着フィルム1にクラックCが入った状態を表した正面模式図、図5(b)は図5(a)の定着フィルム1の、線D6における厚み方向の断面模式図である。
このような場合、低抵抗層1eが無いと、電流Iの流れがクラックCによって遮られるため、電流Iがクラック部Cを回り込み、クラックCの端付近で異常発熱を引き起こす。
図10は、低抵抗層1eが無い場合に、発熱層1aに傷によるクラックCが生じた時の、電流がクラック端部付近に集中する様子を示した参考図である。
符号I1〜I4は、ある時点における、発熱層1a内を流れる電流を表す。導電層1bを設けることで、通常時においては、定着フィルム101の発熱層1a内を電流が長手方向に均一に流れることで、均一な発熱をすることができる。
しかし、図10に示すように、発熱層1aに傷によるクラックCが生じると、クラックCにより電流I2、I3の進行が遮られる。そして、電流I2、I3がクラック部Cの端部周辺に回り込むため、端部周辺の領域A、領域Bにおける電流密度が一点に集中して高まり、そこで局所的な異常発熱を起こす。
このような異常発熱をした部分は通常の部分より温度が大幅に高くなるため、定着フィルム1に熱的なダメージを与えたり、画像不良を引き起こしたりする可能性が高まる。
これに対して、本実施の形態1では、多数の同電位面形成用の低抵抗層1eが形成されているため、図5(a)に示したように、たとえクラックCが入ったとしても、低抵抗層1e内を通って電流Iが迂回する。その結果、参考例のように発熱層1a内での電流Iの回り込みが発生せず、低抵抗層1e間の発熱層1aにおいて、電流Iの向きが低抵抗層1eのエッジと垂直な方向、すなわち長手方向になる。低抵抗層1eは発熱層1aに比べて抵抗が十分に低いため、低抵抗層1e内を通過する電流による低抵抗層1eの発熱量はごく
僅かであり問題にならない。
図5(b)のように厚み方向で考えると、クラックCの手前の低抵抗層1eに到達した電流は、低抵抗層1e内を図5(b)中の紙面垂直方向に流れ、クラックCを迂回した後、次の低抵抗層1eに流れ込み、通常時と同様の電流パスに戻る。以上のメカニズムで、クラックCによる発熱層内1a内での局所的な電流集中を低減させることができる。
低抵抗層1eは、円周方向に繋がっている方が望ましいが、一部途切れていても、本発明の効果を発揮することは可能である。つまり、定着フィルム1の長手方向に流れる電流に対して直交方向、周方向に延びた線状の低抵抗層1eを設けた方が好ましいが、電流を横切る方向であれば電流に対して直交方向に限らず、傾いていても効果を発揮することができる。電流は長手方向両端部に設けられた導電層1b、1b間を流れる。
また、本実施の形態においては、記録材Pの通紙可能な定着フィルム1の長手方向の全領域について、低抵抗層1eを形成している。低抵抗層1eは、発熱層1aの記録材Pの搬送領域において、定着フィルム1の長手方向に間隔を空けて複数設けられている。そのため、仮に、記録材Pと共に定着装置に突入してくる異物やステープルなどによって、発熱層1aの長手方向のどの場所にクラックが入ったとしても異常発熱を低減させることができる。
以上説明したように、本実施の形態1は、発熱層1a上に、発熱層1a内を流れる電流を横切るように発熱層1aよりも抵抗の低い低抵抗層1eを複数形成したものである。このような構成とすることで、発熱層1aにクラックが入ったときに、局所的な電流の集中を低減させ、その結果、異常発熱を低減させることができる。
尚、本実施例では、導電層を設けたがこの構成に限定されない。定着フィルムの長手方向に関し、少なくとも発熱層の一方の端部と他方の端部を除いた発熱層の領域に低抵抗層が形成されていれば良い。
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について、図6乃至図8を参照して説明する。本実施の形態2は、加熱回転体として定着ローラを用いたものである。
本実施の形態においても、定着ローラの構成を説明し、その後にその定着ローラを用いた定着装置の説明を行う。
[定着ローラの説明]
図6(a)は定着ローラの正面模式図、図6(b)は図6(a)における線D7の断面模式図である。また、図7(a)は図6(a)における線D8の断面模式図、図7(b)は図6(a)における線D9の断面模式図、図7(c)は図6(a)における線D10の断面模式図である。
定着ローラ10は、回転軸となる芯金10aと、芯金10aの周りに同心一体にローラ状に形成した、弾性層としてのスポンジゴム層10bと、その上に設けられる導電性フィラーを添加して導電性を付与した樹脂等からなる発熱層10cを有している。さらに、発熱層10cの両端部内面には、所定幅の給電用の導電層10dが形成されている。この導電層10dの幅は、たとえば、10mm程度に設定される。発熱層10c上には、弾性層10eおよび離型層10fが設けられている。また、発熱層10c上に給電用に設けられた端部の導電層10dとは別に、等電位面形成のための周方向に延びる線状の低抵抗層10gが長手にわたって多数形成されている。
具体例として、たとえばステーンレス鋼製の外径11mmの芯金10aを用い、スポンジゴム層10bとして、ソリッドシリコーンゴムに樹脂バルーンと連泡剤を内包させ、連泡剤を気化させることにより樹脂バルーン同士を繋げた連泡スポンジゴムを用いた。発熱層
10cとしては実施の形態1の定着フィルム1で用いた発熱層1aと同一のものを用いた。給電用の導電層10dも実施の形態1と同じ材料で同じ厚みとしたが、定着ローラ10の場合は外周面から給電を行うため、発熱層10cの内面に形成している。弾性層10eおよび離型層10fも実施の形態1と同じ材料で同じ厚みだが、定着ローラ10の外周面端部から発熱層10cに給電を行うため、長手端部10mmの領域は形成していない。この発熱層10cが露出している領域が、給電部材によって給電される接点領域である。低抵抗層10gも、実施の形態1と同一材料のものを用い、同一厚み、同一幅、同一間隔で、導電層10d間の発熱層10c上に形成した。
本実施の形態における定着ローラ10の外径は、例えば約18mmとし、定着ローラ10の硬度は、ASKER−C硬度計で5.9Nの加重において、定着ニップNの確保や耐久性などの観点から、30°〜70°の範囲が望ましく、具体的には52°に設定した。また、実施の形態1と同様、発熱層10cの長さは、240mmとしている。
[定着装置の説明]
図8(a)は、本実施の形態2における定着装置の主要部の断面模式図、図8(b)は定着装置の正面模式図である。
本実施形態2の定着装置は、加熱回転体としての円筒状の定着ローラ10と、定着ローラ10と共に定着ニップNを形成する加圧部材としての加圧ローラ4により構成されている。
定着ローラ10と加圧ローラ4は付図示の加圧手段によって加圧され、加圧ローラ4の長手方向に均一な所定の幅の定着ニップNが形成される。また、定着ローラ10表面には、非接触の温度検知素子6が設置されており、定着ローラ10の温度を検出している。温度検知素子6の検知温度に応じて定着ローラ10への通電が制御される。
給電部材3a、3bは、交流電源50よりACケーブル7で配線されており、定着ニップNの対向部の両端部で定着ローラ10方向に押し当てて配設されている。本実施の形態では給電部材3a、3bとして、実施の形態1と同様、金属黒鉛のカーボンブラシを用いた。このカーボンブラシにACケーブル7を介して交流電源50より交流電圧を印加することで、定着フィルム1の発熱層1a端部への給電をしている。
具体的には、給電部材3a、3bは、長手方向幅6mm、搬送方向幅6mmで定着ローラ10の発熱層1cに各4Nの加圧力で押圧した。
そして、定着ローラ10に取り付けられた駆動ギアGに、不図示の駆動機構部から回転力が伝達され、定着ローラ10が、図8(a)において、反時計回り方向に所定の速度で回転駆動される。この定着ローラ10の回転駆動に伴って定着ニップ部Nにおける定着ローラ10と加圧ローラ4との摩擦力で加圧ローラ4に回転力が作用する。これにより、加圧ローラ4が従動して回転状態になる。
定着ローラ10に対する通電がなされて定着ローラ10の温度が所定の温度に立ち上がって温度検知素子6によって温調された状態になる。未定着状態であるトナー像Tを載せた記録材Pが導入され、定着ニップ部Nにおいて記録材Pのトナー画像担持面が定着フィルム1と一緒に定着ニップ部Nを挟持搬送され、定着動作が行われる。定着ニップ部Nを通過した記録材Pは定着フィルム1の面から曲率分離して排出し、不図示の排紙ローラ対により搬送される。
[実施の形態2の作用]
本実施の形態2においても、発熱層10c上に、発熱層10c内を流れる電流を横切るように発熱層10cよりも抵抗の低い線状の低抵抗層10gを多数形成している。この構成により、実施の形態1と同様のメカニズムによって、発熱層10cにクラックCが入ったときに、局所的な電流の集中を低減させ、その結果、異常発熱を低減させることができる
また、本実施の形態2では、発熱層10cがフィルム形状であった実施の形態1と異なり、発熱層10cはスポンジゴム層10bに接着されてバックアップされている。そのため、たとえ傷によって発熱層10cが傷ついたとしても、その後の使用によって、傷が進展してしまう可能性を低減させることができる。その結果、異常発熱が起こる可能性をさらに低減させることができる。
なお、本実施の形態では加圧部材として加圧ローラ4を用いたが、加圧部材として、例えば従動する加圧フィルムを用いた、加圧フィルムユニットなどを用いてもよい。
[実施の形態3]
次に、本発明の実施の形態3について、図9を用いて説明する。
本実施の形態3では、同電位面形成用の低抵抗層1eを多数形成するのは実施の形態1と同様であるが、本実施の形態においては、低抵抗層1eの幅は同一で、その間隔を長手で異ならせることで、その発熱分布を長手方向で異ならせている。その他の構成については実施の形態1と同様のため、省略する。
給電用の導電層1bが形成された領域では、ほぼすべての電流が導電層1bを通過するため、導電層1bのある領域はほぼ発熱しない。そのため、温調して時間が経過すると、定着フィルム1端部に熱が流れてしまい、長手中央部の温度に対し、長手方向両端部の領域Eの温度が低下してしまう温度ダレが発生することがある。この現象を防止するためには、領域Eの発熱密度を上げることで対応可能である。発熱密度を変えるためには発熱層1aの厚みや、体積抵抗率を領域Eの部分のみ変えるなどの手段が考えられるが、定着フィルム10の強度に影響を及ぼすことや製造が困難になるなどの弊害が懸念される。
本実施の形態3においては、導電層1bの形成された領域の内側の領域Eのみ、低抵抗層1eを形成する間隔を大きくしている。具体的には、10mmの領域Eの低抵抗層1eのみ、その幅は0.1mmのまま、間隔を0.4mmから0.9mmに変更している。実施の形態1で述べたように、低抵抗層1eの体積抵抗率は発熱層1aより低い。そのため、低抵抗層1eが形成された領域は、低抵抗層1eが形成されていない領域と比べて抵抗が低くなり、発熱密度が低下する。幅0.1mmで間隔0.9mmの低抵抗層1eを長手全域に形成すると、定着フィルム1の総抵抗値は18.7Ωとなった。実施の形態1で述べたように、幅0.1mmで間隔0.4mmの低抵抗層1eを長手全域に形成すると18.0Ωの抵抗値である。部分的に低抵抗層1eの間隔を0.9mmに広げた領域Eの場合、その部分の抵抗値が4%程度他の部分に比べて高くなるため、それに応じて発熱量を増やすことができる。
尚、本実施の形態3では低抵抗層1eの塗布間隔を変えて抵抗調整を行ったが、低抵抗層1eの塗布幅、すなわち、低抵抗層の幅を変えることでも抵抗調整を行うことができる。その場合、低抵抗層1eの幅が狭い部分は相対的に発熱量が大きくなり、低抵抗層1eの幅が広い部分は発熱量が相対的に小さくなる。また、低抵抗層間の間隔と幅の両方を変えてもよく、要するに、低抵抗層1eの幅と低抵抗層間の間隔のうち、少なくともいずれか一方を部分的に異ならせることにより、長手方向のは熱分布を調整することができる。以上説明したように、本実施の形態3では実施の形態1の効果に加え、低抵抗層1eの塗布間隔や塗布幅を変えることで抵抗を調整することができるため、容易に発熱分布の調整が可能となる。
[実施の形態4]
次に、本発明の実施の形態4における定着フィルム20の構成について、図10および図11を用いて説明する。図10(a)は正面方向からみた低抵抗層20eの配置を説明す
るための模式図である。図11(a)は、図10(a)におけるD11の線における長手端部の断面図である。また、図11(b)、図11(c)はそれぞれ図10(a)におけるD12、D13の線における定着フィルム20の長手中央部付近の低抵抗層20eを外面に備えた部分と備えない部分の断面図である。図10(b)は図10(a)におけるD14の線における長手方向の断面図である。本実施の形態4では、同電位面形成用の低抵抗層20eを発熱層20aの外面に多数形成するのは実施の形態1と同様である。しかし、本実施の形態においては、低抵抗層を内面にも形成しており、内面の低抵抗層20fは、外面の低抵抗層20eが存在していない部分の真裏に形成されている。
発熱層20aは実施の形態1よりも抵抗が高い材料を用いており、ポリイミドにカーボンを分散させて体積抵抗率を0.07Ω・cm程度に調整し、厚みを75μmとした。低抵抗層20e、20fの材料は、実施の形態1と同じく、体積抵抗率4×10−5Ω・cmの銀ペーストを用いている。また、低抵抗層20e、20fについて、いずれも厚みは約10μm、間隔と幅は0.3mmでピッチは0.6mmであり、外面の低抵抗層20eと内面の低抵抗層20fは0.3mm位相をずらして形成されている。導電層20b、弾性層20c、離型層20dの構成については実施の形態1と同様のため、説明を省略する。
尚、本実施の形態において、発熱層20aに導電層20b、および低抵抗層20e、20fを形成したときの長手方向両端部の実抵抗値は17.8Ωである。発熱層20aに導電層20bのみを形成したときの長手両端部の実抵抗値は36Ωであるため、低抵抗層20e、20fを発熱層20aの両面に設けたことで、定着フィルム20の総抵抗は約半分になっている。
また、本実施の形態では、外面の低抵抗層20eと内面の低抵抗層20fは同じ銀ペーストを用いて形成したが、発熱層20aよりも体積抵抗率が小さければ、外面と内面でそれぞれ異なる材料を用いてもよい。
図12は、本実施の形態4における定着フィルム20内の電流の流れを示した概略図である。図12(a)は定着フィルム20の長手中央部における正面模式図、図12(b)は図12(a)の定着フィルム20の線D15における厚み方向の断面模式図である。図12では発熱層20aおよび低抵抗層20e、20fのみ記載し、その他の部分は省略している。複数の低抵抗層20e、20fは、定着フィルム20の長手方向に関し、発熱層20aの外側と内側とに交互に設けられている。
クラックが発生していない通常時は、電流Iは図12(b)に示したように、発熱層20aの厚み方向と低抵抗層20e内もしくは20f内の長手方向を交互に流れている。本実施例においては、低抵抗層20e、20fの体積抵抗率が最も低い。また、発熱層20aの同一面での低抵抗層20e、20f同士の間隔a1、a2はいずれも0.3mm、発熱層20aの逆の面との低抵抗層20e-20fの最短距離は発熱層20aの厚み分の75
μmである。そのため、電流は発熱層20aの厚み方向に流れることで発熱層20aが発熱している。低抵抗層20e、20f中を流れる電流は、低抵抗層20e、20fの抵抗が小さいため、発熱には寄与していない。本実施の形態のように、発熱層20aの同一面での低抵抗層20e、20f同士の間隔が発熱層20aの逆の面との低抵抗層20e-2
0fの最短距離(すなわち発熱層20aの厚み)よりも大きければ、電流は発熱層20aの厚み方向に流れる。この関係を満足していれば、低抵抗層20eと20fは発熱層20aの厚み方向において、図12(c)の矢印で示すようなオーバーラップ領域があってもよい。
ここで、定着フィルム20にクラックCが入った場合を考える。図13(a)は図12(a)の定着フィルム20にクラックCが入った状態を表した正面模式図である。また、図13(b)は図13(a)の定着フィルム20の線D16におけるクラック発生部の厚み
方向の断面模式図である。図13(c)は図13(a)の定着フィルム20の線D17におけるクラックが発生していない部分の厚み方向の断面模式図である。
本実施例では、発熱層のどの部分にも外面もしくは内面に低抵抗層が存在するため、発熱層のどの部分でクラックCが発生しても、図13(c)で丸で囲んだ部分のように定着フィルム20の長手方向で低抵抗層を流れる電流パスが必ず存在している。実施の形態1乃至3においては、図5のように低抵抗層1e間で発熱層にクラックが発生した場合、同じ周方向でクラックが発生していない発熱層の電流密度は周方向に迂回した電流分だけ大きくなる。そのため、異常発熱に至ることはないもののクラック長が長いほどクラックが発生していない部分の発熱量は増大していた。本実施例においては、図13(b)で周方向に迂回した電流も必ず低抵抗層を流れ、発熱量はごく僅かであるため、クラックが発生していない部分の発熱量の増大を抑えることが可能である。
以上説明したように、本実施の形態4は、発熱層20aの両面に発熱層20aよりも抵抗が低い低抵抗層20eと20fを複数設け、発熱層20aのいずれの箇所においても、発熱層の外面もしくは内面に低抵抗層が存在するようにしたものである。このような構成とすることで、発熱層20aにクラックが入ったときに、局所的な電流の集中を低減させ、異常発熱を防止することができる。
[実施の形態5]
次に、本発明の実施の形態5における定着フィルム30の構成について、図14および図15を用いて説明する。図14(a)は正面方向からみた低抵抗層30eの配置を説明するための模式図である。図15(a)は、図14(a)におけるD18の線における長手端部の断面図である。図15(b)、図15(c)はそれぞれ図14(a)におけるD19、D20の線における定着フィルム30の長手中央部付近の低抵抗層30eを外面に備えた部分と備えない部分の断面図である。図14(b)は図14(a)におけるD21の線における長手方向の断面図である。本実施の形態5では、実施の形態4の定着フィルムの内面に高抵抗層30gを設けた構成となっている。
高抵抗層30gは発熱層30aよりも抵抗が高い材料を用いており、ポリイミドに微量のカーボンを分散させて体積抵抗率を0.3Ω・cm程度に調整し、厚みを50μmとした。次に、高抵抗層30gの上に導電層30bおよび低抵抗層30fを形成し、さらに発熱層30aを85μmの厚みで形成している。発熱層30aは実施の形態4の発熱層20aと同じ材料を用いており、図14(b)のt1の距離が発熱層30aの厚みを示している。そして、発熱層30aを焼成した後に、発熱層30aの上に低抵抗層30eを形成することで、本実施の形態の層構成を得ることができる。導電層30b、弾性層30c、離型層30dの構成については実施の形態4と同様のため、説明を省略する。
発熱層30a上の低抵抗層30eと高抵抗層30g上の低抵抗層30fの材料は、実施の形態4と同じく、体積抵抗率4×10−5Ω・cmの銀ペーストを用いている。また、発熱層30a上の低抵抗層30eと高抵抗層30g上の低抵抗層30fについて、厚みは約10μm、間隔と幅は0.3mmでピッチは0.6mmであり、低抵抗層30eと30fは0.3mm位相をずらして形成されている。本実施の形態の層構成において、発熱層30aの厚み方向における低抵抗層30eと30fの間隔t2は75μmとなる。同一面の低抵抗層間(30e-30e間、30f-30f間)は0.3mm、厚み方向の低抵抗層間(30e-30f間)は75μmで実施の形態4と同じ距離であり、つまり実施の形態4
と同じ抵抗値になっている。
また、本実施の形態では、発熱層30a上の低抵抗層30eと高抵抗層30g上の低抵抗層30fは同じ銀ペーストを用いて形成したが、発熱層30aよりも体積抵抗率が小さけ
れば、それぞれ異なる材料を用いてもよい。
実施の形態4において、定着フィルム内面に低抵抗層を形成した場合、定着フィルム内面は、図3で示したフィルムガイド2や温度検知素子6と摺擦するため、低抵抗層の摩耗が発生する可能性がある。もし低抵抗層の摩耗が進行して部分的に低抵抗層が消失してしまった場合には、本発明の効果を得ることができなくなる。そこで、本実施の形態5のように、定着フィルム内面に保護層としての高抵抗層を設けることで、低抵抗層の摩耗を防止することができる。
以上述べてきた実施の形態4と5は、実施の形態2で説明した定着ローラにも適用することができる。また、実施の形態4と5では、低抵抗層の幅と間隔は内周面と外周面で同一としたが、実施の形態3で一例を示したように、部分的に異なっていてもよい。発熱層の厚み方向において、発熱層のいずれの箇所でも外面もしくは内面の一方に低抵抗層が存在していれば、実施の形態4と5の発明の効果を得ることができる。
1…定着フィルム、1a…発熱層、1e…低抵抗層

Claims (25)

  1. 定着装置で用いられる筒状のフィルムであって、
    発熱層と
    前記フィルムの長手方向に関し、前記フィルムの一方の端部と他方の端部とにそれぞれ前記発熱層と接触するように設けられた第1の導電層と第2の導電層と、を有し、
    前記第1の導電層と前記第2の導電層の体積抵抗値はいずれも前記発熱層より低く、
    前記長手方向に関し、前記発熱層の前記第1の導電層と前記第2の導電層の間の領域に前記第1の導電層と前記第2の導電層とのいずれにも接触しないように形成された低抵抗層を有し、
    前記低抵抗層は、前記発熱層よりも体積抵抗値が低く、前記発熱層の周方向に延びた層であることを特徴とするフィルム。
  2. 前記低抵抗層は、環状の層であることを特徴とする請求項1に記載のフィルム。
  3. 前記導電層は、前記発熱層の周方向に延びる環状の層であることを特徴とする請求項1に記載のフィルム。
  4. 前記低抵抗層は、間隔を空けて複数設けられていることを特徴とする請求項1に記載のフィルム。
  5. 前記発熱層の体積抵抗値に対する前記低抵抗層の体積抵抗値は、1/1000以上1/100以下
    であることを特徴とする請求項1に記載のフィルム。
  6. 前記低抵抗層の厚みは、5μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のフィルム。
  7. 隣り合う前記低抵抗層の間隔は、0.2mm以上であって前記発熱層の周長以下であること
    を特徴とする請求項4に記載のフィルム。
  8. 前記低抵抗層の幅は、0.1以上5mm以下であることを特徴とする請求項1に記載のフィルム。
  9. 複数の前記低抵抗層は、前記長手方向に関し、前記発熱層の外側と内側とに交互に設けられていることを特徴とする請求項4に記載のフィルム。
  10. 前記導電層は、前記発熱層の外側に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のフィルム。
  11. 前記導電層は、前記低抵抗層と同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項1に記載のフィルム。
  12. 複数の前記低抵抗層が設けられた間隔は、前記長手方向に関し、前記発熱層の中央部と端部とで異なることを特徴とする請求項4に記載のフィルム。
  13. 定着装置で用いられる筒状のフィルムであって、
    発熱層と
    前記フィルムの長手方向に関し少なくとも前記フィルムの一方の端部と他方の端部を除いた発熱層の領域に形成され、前記長手方向に間隔を空けて互いに接触しないように形成された複数の低抵抗層と、を有し、
    前記低抵抗層は、前記発熱層よりも体積抵抗値が低く、前記発熱層の周方向に延びた層であることを特徴とするフィルム。
  14. 前記低抵抗層は、環状の層であることを特徴とする請求項13に記載のフィルム。
  15. 前記低抵抗層は、前記発熱層の周方向に延びる環状の層であることを特徴とする請求項13に記載のフィルム。
  16. 前記低抵抗層は、間隔を空けて複数設けられていることを特徴とする請求項13に記載のフィルム。
  17. 前記発熱層の体積抵抗値に対する前記低抵抗層の体積抵抗値は、1/1000以上1/100以下
    であることを特徴とする請求項13に記載のフィルム。
  18. 前記低抵抗層の厚みは、5μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項13に記載のフィルム。
  19. 隣り合う前記低抵抗層の間隔は、0.2mm以上であって前記発熱層の周長以下であること
    を特徴とする請求項16に記載のフィルム。
  20. 前記低抵抗層の幅は、0.1以上5mm以下であることを特徴とする請求項13に記載のフィルム。
  21. 複数の前記低抵抗層は、前記長手方向に関し、前記発熱層の外側と内側とに交互に設けられていることを特徴とする請求項16に記載のフィルム。
  22. 前記低抵抗層は、前記発熱層の外側に設けられていることを特徴とする請求項13に記載のフィルム。
  23. 複数の前記低抵抗層が設けられた間隔は、前記長手方向に関し、前記発熱層の中央部と端部とで異なることを特徴とする請求項16に記載のフィルム。
  24. 画像を記録材に定着する定着装置であって、
    加熱回転体を有し、
    前記加熱回転体は、発熱層と、前記加熱回転体の長手方向に関し前記加熱回転体の一方の端部と他方の端部とにそれぞれ前記発熱層と接触するように設けられた第1の導電層及び第2の導電層と、を有し、
    前記第1の導電層と前記第2の導電層の体積抵抗値はいずれも前記発熱層より低く、
    前記第1の導電層と、前記第2の導電層と、にそれぞれ接触する給電部材を有し、
    前記発熱層は、前記発熱層の前記給電部材間に流れる電流によって発熱し、
    前記画像は、前記加熱回転体からの熱によって前記記録材に定着され、
    前記加熱回転体は、前記長手方向に関し、前記発熱層の前記第1の導電層と前記第2の導電層の間の領域に、前記第1の導電層と前記第2の導電層とに接触しないように形成された低抵抗層を有し、
    前記低抵抗層は、前記発熱層よりも体積抵抗値が低く、前記発熱層の周方向に延びた層であることを特徴とする定着装置。
  25. 画像を記録材に定着する定着装置であって、
    発熱層を有する加熱回転体と、
    前記加熱回転体の長手方向に関し前記加熱回転体の一方の端部と他方の端部にそれぞれ
    接触する給電部材と、を有し、
    前記発熱層の前記給電部材間に流れる電流によって前記発熱層は発熱し、
    前記加熱回転体とニップ部を形成する加圧部材を有し、
    前記ニップ部で前記画像が形成された前記記録材を搬送しながら加熱し前記画像を前記記録材に定着し、
    前記加熱回転体は、前記発熱層の前記記録材の搬送領域において、前記長手方向に間隔を空けて互いに接触しないように形成された複数の低抵抗層を有し、
    前記複数の低抵抗層の各々は、前記発熱層よりも体積抵抗値が低く、前記発熱層の周方向に延びた層であることを特徴とする定着装置。
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