JP2017021105A

JP2017021105A - 定着装置

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Publication number: JP2017021105A
Application number: JP2015136937A
Authority: JP
Inventors: 亮輔濱本; Ryosuke Hamamoto; 静磨西村; Shizumaro Nishimura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2017-01-26

Abstract

【課題】発熱する筒状の発熱体の屈曲疲労による破損を抑制でき、更に発熱体の非ニップ部で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の外周面とすく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における前記発熱体の単位長さあたりの電気抵抗を、前記発熱体の前記ニップ部以外の非ニップ部Ｎｎにおける単位長さあたりの電気抵抗よりも高くする。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。特許文献２は、発熱層を有するベルトに対して垂直な方向に磁界を発生させ発熱層に渦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。

特許文献１、２の定着装置では、湾曲するベルトを直接加熱することができる。このため、セラミックヒータを用いた従来のオンデマンド定着装置よりも、湾曲形状などのニップ形状設計の自由度が高いという特徴がある。自由度の高さから、定着性に有利なニップ形状とすることができ、従来よりも低温定着の実現が可能となっている。

特開２０１４−２６２６７号公報特許第４６５０１６６号公報

ベルト発熱タイプの定着装置において、ベルト上に流れる電流の向きと垂直な方向にベルト破損が発生した場合、破損端部で発熱が集中し、局所的に温度が上昇するという課題がある（特許文献２の段落００２１参照）。局所的な温度上昇は、破損部分を本来流れる垂直な方向の電流量に比例して大きくなる。局所発熱により、画像ムラやホットオフセット等の画像弊害を引き起こす可能性があるため、電流の向きと垂直な方向へのベルト破損は回避する必要がある。

ところが、ベルト発熱タイプのベルトとして利用可能な金属ベルトやカーボン入りポリイミドベルトは屈曲疲労に弱い。このため、これらのベルトを用いて定着性に有利なように急峻な曲面をもつニップ形状とした場合に、ベルトの使用期間が長くなるに従ってベルトの母線方向（回転軸方向に平行な方向）に屈曲疲労が蓄積し、ベルトが母線方向で破損を起こす恐れがある。

特に、特許文献１のように、周回方向に電流を形成することで発熱するタイプのベルトは、屈曲疲労による破損の方向と電流の向きが垂直の関係となるため、特許文献２の装置に用いるベルトよりも屈曲疲労による破損に対して注意を要する。また、このタイプのベルトは、ベルトの周回方向全域が発熱することになるため、記録材と接触しない非ニップ部では記録材に熱が奪われないため過剰に昇温し、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った。

本発明の目的は、発熱する筒状の発熱体の屈曲疲労による破損を抑制でき、更に発熱体の非ニップ部で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。

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、
前記回転体と前記対向回転体とで形成されるニップ部における前記発熱体の単位長さあたりの電気抵抗が、前記発熱体の前記ニップ部以外の非ニップ部における単位長さあたりの電気抵抗よりも高いことを特徴とする。

本発明によれば、発熱する筒状の発熱体の屈曲疲労による破損を抑制でき、更に発熱体の非ニップ部での過剰昇温を抑制できる定着装置の提供を実現できる。

実施例１に係る定着装置の概略構成を示す断面図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励磁コイルの巻き方を示した図実施例２に係る定着装置の概略構成を示す断面図画像形成装置の断面図

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。

［実施例１］
（１）画像形成装置１１１
図７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７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。

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。

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。

（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。

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４０８ａ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＰｏｌｙｍｅｒ：液晶ポリマー）樹脂等の耐熱性の良いものが好ましい。

発熱部材４０１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。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４０１として厚み４０μｍに成型したＳＵＳを用いた。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（４）発熱部材４０１の破損抑制作用
本実施例の定着装置Ｆは、固定された発熱部材４０１の外周面に接触するベルト４０２がニップ部Ｎで加圧ローラ４０８から摩擦力を受けて回転する。発熱部材４０１は非回転であるために、回転に伴う屈曲疲労の影響を受けることがなくなる。その結果、湾曲形状などのニップ形状設計の自由度を保つことができ、更に屈曲疲労によって発熱部材（導電層）４０１が発熱部材４０１の母線方向で破損することを抑制できるため、従来のような局所発熱に伴う画像不良の発生を抑制することができる。

（５）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（図１参照）では、ベルト４０２は記録材Ｓと接触しないため、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。

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可能性を抑制するためである。

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Ｓ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。

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。

（６）発熱部材４０１の過剰昇温抑制のための構成
本実施例の定着装置Ｆでは、発熱部材４０１の径方向について、ニップ部Ｎに対応する発熱部材の第１の領域４０１ａでの単位長さ当たりの電気抵抗を、ニップ部Ｎ以外の非ニップ部Ｎｎに対応する発熱部材の第２の領域４０１ｂに比べ高くなるように設定する。つまり、発熱部材４０１のニップ部Ｎでの単位長さ当たりの電気抵抗を非ニップ部Ｎｎに比べ高くする。

本実施例に示す定着装置Ｆでは、発熱部材４０１に電気抵抗の変化を持たせるため、発熱部材４０１を全周導電層のみの１層構成とし、その発熱部材４０１のニップ部Ｎでの厚みｔ_１を非ニップ部Ｎｎでの厚みｔ_２よりも薄くした（図１参照）。薄くする手法としては様々な方法が考えられ、特に限定はない。ここでは、圧延処理により厚みを変更している。このような構成にしたときの利点について、ニップ部Ｎ、非ニップ部Ｎｎでの発熱部材４０１の発熱量から考えていく。

発熱部材４０１のニップ部Ｎでの電気抵抗をＲ_１[Ω]、流れる電流をＩ_１[Ａ]とした場合のニップ部Ｎでの発熱量Ｗ_１は、オームの法則から
Ｗ_１＝Ｉ_１ ^２×Ｒ_１ [Ｗ]
で表わされる。本実施例の定着装置Ｆを搭載する画像形成装置では、記録材Ｓに形成された未定着のトナー画像Ｔを定着するためにニップ部Ｎの発熱量Ｗ_１はある一定量以上にする必要がある。

本実施例では、発熱部材４０１をステンレスで構成される全周導電層のみの１層構成とする。このような全周導電層のみの１層構成の場合、非ニップ部Ｎｎでもニップ部Ｎと同様の電流Ｉ_１が流れる。よって、発熱部材４０１の非ニップ部Ｎｎでの電気抵抗をＲ_２とすると、非ニップ部Ｎｎでの発熱量Ｗ_２は、オームの法則から
Ｗ_２＝Ｉ_１ ^２×Ｒ_２ [Ｗ]
である。

次いで、ニップ部Ｎ、非ニップ部Ｎｎでの発熱部材４０１の電気抵抗について考える。発熱部材４０１を円筒モデルとして、その内径をＤ、記録材Ｓの搬送方向ａと直交する方向Ｘの長さをＬ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の領域とし、非ニップ部Ｎｎを発熱部材４０１の３６０°−θの領域とする。

本実施例においては、ステンレスの厚みはニップ部Ｎと非ニップ部Ｎｎで異なり、ニップ部Ｎでは厚みｔ_１、非ニップ部Ｎｎでは厚みｔ_２とする。ステンレスの電気抵抗率ρ_ＳＵＳとすると、ニップ部Ｎ、非ニップ部Ｎｎでの発熱部材４０１の電気抵抗Ｒ_１、Ｒ_２と発熱量Ｗ_１、Ｗ_２は、

となる。

上記の式において、電流値は両式とも共通であり、ニップ部Ｎ、非ニップ部Ｎｎでの厚みｔ_１、ｔ_２と発熱量Ｗ_１、Ｗ_２は反比例の関係にある。ここからニップ部Ｎでは発熱部材４０１の厚みを薄く抵抗値を大きくし、必要電流値を小さく必要発熱量を稼ぐことが望ましいことがわかる。これは、必要電流値が小さくて済むと非ニップ部Ｎｎでの発熱量Ｗ_２も厚みを変えない時に比べ相対的に小さくでき過剰昇温が抑制されるためである。また、非ニップ部Ｎｎでの厚み自体は厚くすることが望ましいこともわかる。非ニップ部Ｎｎでの抵抗値が小さくなり発熱量が減り過剰昇温が相対的に抑制されるためである。

つまり、ニップ部Ｎ、非ニップ部Ｎｎでの厚み関係として、ニップ部Ｎでの厚みを非ニップ部Ｎｎに比べ薄くし抵抗値を変えることで、厚みを共通にするよりも、相対的に非ニップ部Ｎｎにおける発熱部材４０１の昇温を抑制することが可能であることがわかる。

一例として、ニップ部Ｎでの厚みを薄くした場合と変えなかった場合の非ニップ部Ｎｎでの発熱量を比較のため計算する。ここでは、発熱部材４０１のニップ部Ｎでの厚みｔ_１=３０μｍ、非ニップ部Ｎｎでの厚みｔ_２=１００μｍのものを用いた場合と、ニップ部Ｎ、非ニップ部Ｎｎともに厚みｔ＝１００μｍのものを用いた場合を比較する。

ニップ部Ｎでの厚みは部分的に圧延することで薄くした。厚みを薄くしたときにニップ部Ｎで発熱量Ｗ_１を発熱するために必要な電流量をＩ、その時の非ニップ部Ｎｎの発熱量をＷ、厚みが同じときに必要な電流量をＩ´、非ニップ部Ｎｎの発熱量をＷ´とすると、

となり、厚みが同じときに比べ非ニップ部Ｎｎでの発熱量を約１／３に抑えることが可能となる。

本実施例の定着装置Ｆは、固定された発熱部材４０１の外周面と接触するベルト４０２がニップ部Ｎで加圧ローラ４０８からの摩擦力を受けて回転する。発熱部材４０１は非回転であるために、回転に伴う屈曲疲労の影響を受けることがなくなる。その結果、湾曲形状などのニップ形状設計の自由度を保つことができ、更に屈曲疲労によって発熱部材（導電層）４０１が発熱部材４０１の母線方向で破損することを抑制できる。

更に、発熱部材４０１のニップ部Ｎでの厚みを非ニップ部Ｎｎに比べ薄くすることで、発熱部材４０１の非ニップ部Ｎｎでの発熱を抑えることができる。そのため、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。

［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６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。

本実施例に示す定着装置Ｆは、発熱部材４０１のニップ部Ｎでの単位長さ当たりの電気抵抗を非ニップ部Ｎに比べ高くなるように設定するが、発熱部材４０１に電気抵抗の変化を持たせるための手段が異なる。

本実施例の定着装置Ｆでは、発熱部材４０１の径方向について、発熱部材のニップ部Ｎに対応する第１の領域４０１ａと、ニップ部Ｎ以外の非ニップ部Ｎｎに対応する第２の領域４０１ｂとで発熱部材の材質を変える。そして、その第１の領域における材質の電気抵抗は第２の領域に比べて高い。つまり、発熱部材４０１のニップ部Ｎでの材質の電気抵抗が非ニップ部Ｎｎよりも高い。異なる材質を接合するには様々な方法が考えられ、特に限定はない。以下の例では、発熱部材４０１として、ステンレスと銅をろう付けしたものを用いている。

実施例１でも示したように、全周導通層のみの１層構成とした発熱部材４０１のニップ部Ｎでの電気抵抗をＲ_１[Ω]とした場合の発熱量Ｗ_１は、オームの法則から
Ｗ_１＝Ｉ_１ ^２×Ｒ_１ [Ｗ]
で表わされる。

一方、実施例１と同様に、発熱部材４０１の非ニップ部Ｎｎでもニップ部Ｎと同様の電流Ｉ_１が流れる。よって、非ニップ部Ｎｎの電気抵抗をＲ_２とすると、非ニップ部Ｎｎの発熱量Ｗ_２は、オームの法則から
Ｗ_２＝Ｉ_１ ^２×Ｒ_２ [Ｗ]
となる。

よって、ニップ部Ｎに対する非ニップ部Ｎｎの発熱量の比率は、

となる。ここから、発熱部材４０１のニップ部Ｎにおける材質の電気抵抗Ｒ_１を非ニップ部Ｎｎの電気抵抗Ｒ_２よりも高くすることで、発熱部材４０１の非ニップ部Ｎｎでの発熱を抑えられることがわかる。

一例として、発熱部材４０１の材質を変えたときのニップ部Ｎと非ニップ部Ｎｎの発熱量の比率を計算する。ここでは、発熱部材４０１として、厚みｔ＝５０μｍ、ニップ部Ｎにステンレス、非ニップ部Ｎｎに銅を選び、両者をろう付けしたものを用いる。電気抵抗率はステンレスがρ_α＝７．２×１０^−７[Ωｍ]、銅がρ_β＝１．６８×１０^−８[Ωｍ]である。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ａと直交する方向の長さＬ＝２４０ｍｍ、ニップ部Ｎを発熱部材４０１のθ＝１００°の領域、非ニップ部Ｎｎを発熱部材４０１の３６０−θの領域とする。

すると、ニップ部Ｎでの電気抵抗Ｒ_１と、非ニップ部の電気抵抗Ｒ_２は、

と表され、ニップ部Ｎに対する非ニップ部Ｎｎの発熱量の比率は、およそ０．０６倍となり、発熱部材４０１の非ニップ部Ｎｎでの発熱を大幅に抑えることが可能となる。

本実施例の定着装置Ｆは、発熱部材４０１が非回転であるために、回転に伴う屈曲疲労の影響を受けることがなくなる。よって、実施例１と同様の効果を得ることができる。

更に、発熱部材４０１の材質をニップ部Ｎと非ニップ部Ｎｎで変え、ニップ部Ｎにおける材質の電気抵抗を非ニップ部Ｎｎよりも高くすることで、発熱部材４０１の非ニップ部Ｎｎでの発熱を抑えることができる。よって、実施例１と同様の効果を得ることができる。

４０１発熱部材、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

Claims

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、
前記回転体と前記対向回転体とで形成されるニップ部における前記発熱体の単位長さあたりの電気抵抗が、前記発熱体の前記ニップ部以外の非ニップ部における単位長さあたりの電気抵抗よりも高いことを特徴とする定着装置。
前記発熱体の前記ニップ部での厚みが、前記非ニップ部よりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記発熱体の材質が、前記ニップ部と前記非ニップ部とで異なり、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請求項１記載の定着装置。
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。