JP2017049399A - 加熱回転体及びこれを用いた定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クラック発生時における異常発熱を、回転停止状態でも温度検知可能とすることで抑制できる加熱回転体及びこれを用いた定着装置を提供する。【解決手段】円筒状の基層と、前記基層よりも体積抵抗率が小さく、温度検知領域に複数本がかかるように、前記基層の上にらせん状に設けられる複数本の抵抗発熱体と、前記基層よりも体積抵抗率が小さく、前記複数本の抵抗発熱体と電気接続するように前記基層の長手方向の両端部において周方向に設けられる導電層と、を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、加熱回転体及びこれを用いた定着装置に関し、プリンタ、複写機等の画像形成装置に用いられる定着装置に好適なものである。

プリンタ、複写機等の画像形成装置の定着装置として、導電層を含むローラなどの加熱回転体に電力を給電して、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た定着装置がある。具体的に、特許文献１には、耐熱樹脂中にカーボンフィラーを分散させた抵抗発熱層を有し、その上に絶縁の弾性層及び離型層を被覆した定着部材が開示されている。この定着装置においては、加熱回転体の一部である抵抗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、弾性層や離型層からなる絶縁層の強度は十分ではないため、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、その傷が抵抗発熱層にまで及ぶ可能性がある。更には、ユーザーのジャム処理などにより、例えばピンセットやカッターなどで抵抗発熱層に傷をつけてしまう可能性がある。そのような場合、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してしまう可能性がある。

図１８は、従来の抵抗発熱層を有する定着部材を用いた定着装置において、抵抗発熱層にクラックＣが生じた時の、抵抗発熱層内を流れる電流がクラック端部付近に集中する様子を示した模式図である。加熱回転体としての定着フィルム１の長手方向の両端部の周りに導電層１ｂを設けて、そこに給電用の給電部材３ａ、３ｂを当接し、交流電源５０により通電を行うことによって定着フィルム１を発熱させる。

符号４は、回転駆動を行い、定着フィルムと対向し、定着フィルムと共にニップ部（定着ニップ部）を形成する加圧ローラを表す。また、符号Ｉ１〜Ｉ４はある時点における抵抗発熱層内を流れる電流を表す。導電層１ｂを設けることで、定着フィルム１の抵抗発熱層内を電流が長手方向に均一に流れ、均一に発熱させることができる。

しかし、抵抗発熱層にクラック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、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著しく高くなるため、定着フィルムに熱的なダメージを与えたり、画像不良を引き起こす場合がある。

このクラック発生時の異常発熱を防止するために、図１９に示すように、周方向に分割した複数の抵抗発熱体を形成し、周方向にクラックが発生しても、部分的に電流密度が集中しない構成を採ることが考えられる。図１９の抵抗発熱体１ｅは、絶縁の基層１ａ上に形成されている。

しかしながら、図１９に示す構成では、クラック発生時に回転停止状態での温度検知が困難になるという新たな課題が発生する。これは、周方向のクラックにより抵抗発熱体が途切れた場合、断線した抵抗発熱体が形成されている長手方向全域が発熱しなくなり、この領域では長手方向領域に設けられる温度検知素子による温度検知ができないためである。一方、クラックが発生していない箇所では昇温するため、回転停止状態における異常高温を直ちに検出できない。これについて、図２０でより具体的に説明する。

図２０は、複数の抵抗発熱体を形成した図１９に示す構成の定着フィルムにおいて、クラックが発生した状態を示す。図２０で灰色に塗りつぶした領域は、クラックＣにより抵抗発熱体が断線して、通電しても発熱しなくなった領域である。したがって、クラックＣが発生した箇所の長手方向領域に温度検知素子がある場合には、昇温を検知することができない。

本発明の目的は、クラック発生時における異常発熱を、回転停止状態でも温度検知可能とすることで抑制できる加熱回転体及びこれを用いた定着装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る加熱回転体は、円筒状の基層と、前記基層よりも体積抵抗率が小さく、温度検知領域に複数本がかかるように、前記基層の上にらせん状に設けられる複数本の抵抗発熱体と、前記基層よりも体積抵抗率が小さく、前記複数本の抵抗発熱体と電気接続するように前記基層の長手方向の両端部において周方向に設けられる導電層と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る定着装置は、上記加熱回転体を有することを特徴とする。

本発明によれば、クラック発生時における異常発熱を、回転停止状態でも温度検知可能とすることで抑制できる。

第１の実施形態における定着フィルムの正面模式図 第１の実施形態における定着フィルムの断面模式図 第１の実施形態における定着フィルムの長手方向の断面模式図 第１の実施形態における抵抗発熱体の拡大図 第１の実施形態における定着装置の模式図 第１の実施形態における温度検知素子(サーミスタ)の模式図 第１の実施形態における温度検知領域と発熱領域の関係図 第１の実施形態におけるクラック発生時の発熱領域を示す図 第１の実施形態におけるフィルム寄り発生時の温度検知領域を示す図 第２の実施形態における定着ローラの模式図 第２の実施形態における定着ローラの断面模式図 第２の実施形態における抵抗発熱体の拡大図 第２の実施形態における定着装置の模式図 第２の実施形態における温度検知素子(サーモパイル)の模式図 第２の実施形態における温度検知領域と発熱領域の関係図 第３の実施形態における温度検知領域と発熱領域の関係図 第３の実施形態におけるフィルム寄り発生時の温度検知領域を示す図 抵抗発熱層を備える加熱回転体を用いた従来の定着装置 複数の抵抗発熱体を備える従来の定着フィルム クラック発生時における複数の抵抗発熱体を備える従来の定着フィルムの発熱分布を示す図

以下、本発明に係る加熱回転体及びこれを用いた定着装置を実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の加熱回転体および定着装置の説明において、長手方向とは、加熱回転体表面の円筒形状の母線方向を指す。また、周方向とは、加熱回転体表面の円筒形状の円周方向を指す。また、厚み方向とは、加熱回転体表面の円筒形状の半径方向を指す。

《第１の実施形態》
（定着装置）
本発明の第１の実施形態に係る加熱回転体を用いた定着装置について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は長手方向中央部の断面図であり、図５（ｂ）は長手方向に交差する記録材搬送方向から見た模式図である。

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画像形成部で形成されたトナー像（トナー画像）をニップ部（定着ニップ部）で加熱定着するものである。図５（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、定着装置を通過することにより、トナー像Ｔが記録材上に加熱定着される。

本実施形態の定着装置は、加熱回転体としての筒状で可撓性の定着フィルム１と、定着フィルム１を保持するフィルムガイド２と、定着フィルム１を介して定着ニップ部（ニップ部）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。加圧ローラ４は、定着フィルムと対向し、定着フィルムと共にニップ部（定着ニップ部）を形成する対向部材として構成されている。

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の長手方向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、長手方向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の撓みを抑えた状態で、加圧ローラ４との間に長手方向に均一な所定の幅の定着ニップ部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（内周面）に当接している。温度検知素子６の検知温度に応じて、不図示のＣＰＵにより定着フィルム１への通電が制御される。

本実施形態では、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５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の定着ニップ部Ｎを形成する。

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から構成されている。加圧ローラ４の硬度は、定着性を満足する定着ニップ部Ｎの幅と耐久性を満足できるように、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度計で９．８Ｎの荷重において、４０°から７０°の範囲が好ましい。

本実施形態では、φ１１の鉄芯金にシリコーンゴム層を３．５ｔの厚みで形成し、その上に４０μｍの厚みの絶縁ＰＦＡチューブを被覆しており、硬度は５６°、外径はφ１８である。弾性層および離型層の長手長さは２４０ｍｍである。

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、定着フィルム１の長手方向両端部の導電層１ｂの外周面に当接する。給電部材３ａ、３ｂとしては、金などの細い線束で形成したブラシや板状のバネまたはパッドなどが用いられる。本実施形態では、給電部材３ａ、３ｂとしてカーボンチップとステンレスの板状のバネを用いる。そして、この板状のバネの付勢力で、カーボンチップを導電層１ｂの外周面の剥き出し部に押し当てて、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の抵抗発熱体１ｅへの給電を実現している。

本実施形態では、定着フィルム１の基層１ａの両端部に導電層１ｂを設けているために、定着フィルム１が回転していても常に抵抗発熱体１ｅに給電することができる。また、電流は給電部材３ａ、３ｂから導電層１ｂを経由して、導電層１ｂに電気接続される後述の抵抗発熱体１ｅ（図１）の周方向全体に均一に流れるため、同じ体積抵抗率を有する複数本の抵抗発熱体は全て均等に発熱する。

そして、図５（ａ）において、加圧ローラ４の駆動ギアに不図示の駆動機構部から回転力が伝達されて、加圧ローラ４が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に密着して摺動しながら、フィルムガイド２の外回りを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の回転による定着フィルム１の回転がなされ、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によって温度制御された状態になる。そして、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。

図６は、本実施形態における温度検知素子であるサーミスタ６を示したものである。図６（ａ）はサーミスタ６を正面から見た模式図、図６（ｂ）はサーミスタ６を側面から見た断面模式図である。図６において、６ａは感温素子（温度検知素子、サーミスタ素子）であり、導電性金属板でできたアーム６ｂと電気的に接続されている。アーム６ｂの一部を含めた感温素子６ａの周囲は、絶縁耐熱フィルム６ｃにより囲まれている。また、アーム６ｂは、樹脂により形成されたハウジング６ｄ内の配線（不図示）を通り、外部引き出し線６ｅと電気的に接続されている。

本実施形態では、絶縁耐熱フィルム６ｃとして東レ・デュポン社製のカプトン（登録商標）のタイプ１００ＭＴを使用した。カプトン１００ＭＴは、厚み２５μmの絶縁性および耐熱性に優れたポリイミドシートであり、本実施形態では片面に粘着剤層を形成し２枚重ねて使用している。絶縁耐熱フィルム６ｃの粘着剤層が向かい合うようにＡ-Ａ’部にて二つに折り返し、感温素子６ａおよびアーム６ｂの一部を包むように貼り合わせた後、Ｂ-Ｂ’部にてアーム６ｂごと折り曲げている。

ハウジング６ｄはフィルムガイド２（図５（ａ））に固定されており、定着ステー５（図５（ａ））に設けられた切り欠き部よりアーム６ｂを突き出させ、感温部が定着フィルム１内面に接するように設置されている。定着フィルム１内面の動きが不安定になった状態においても、アーム６ｂが揺動することにより、感温部が定着フィルム１内面に常に接する状態に保たれる。本構成において、定着フィルム１内面に接触する絶縁耐熱フィルム６ｃの長手方向の幅Ｌ、周方向の幅Ｍがサーミスタ６の温度検知領域であり、本実施形態ではＬ＝１２ｍｍ、Ｍ＝５ｍｍとしている。

（定着フィルム）
以下、本実施形態の定着フィルム１の構成について、図１、図２、および図３を用いて詳細に説明する。本実施形態における定着フィルム１は、絶縁もしくは高抵抗の円筒状の基層に複数本（３本）の抵抗発熱体をらせん状に形成し、長手方向両端部は周方向にわたって導電層を形成することを特徴としている。

図１（ａ）は、正面方向（記録材搬送方向）から見た抵抗発熱体１ｅの配置を説明するための模式図、図１（ｂ）は円筒状の基層にらせん状に巻きつけられる抵抗発熱体の展開図である。図１（ｂ）に示すように、３本の抵抗発熱体（後述するｈ１、ｈ２、ｈ３）は互いに平行で等間隔（同一ピッチ）に直線状に設けられ、第１巻き分（第１周長）から第２４巻き分（第２４周長）まで周方向に延びている。そして、第１巻き分（第１周長）だけ筒状に巻きつけられると、周方向で元の位置（長手方向では長手方向にずれた位置）となる。

また、図２（ａ）は、図１のＤ１の線における長手方向端部の断面図であり、図２（ｂ）は図１のＤ２の線における長手方向中央部の断面図である。図３は、図１のＤ３の線における長手方向の断面図である。

本実施形態の定着フィルム１に関し、基層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。本実施形態では、外径φ１８、長手長さ２４０ｍｍ、厚み６０μｍのポリイミドの基層１ａを用いた。

基層１ａは絶縁であり、定着フィルム１外面から抵抗発熱体１ｅに給電するために、長手方向両端部で長手方向１０ｍｍの基層１ａ表面には、給電用の導電層１ｂとして、周方向全域に渡って銀ペーストが形成されている。本実施形態では、給電用の導電層１ｂとして、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後に焼成したものである。

図１に示す抵抗発熱体１ｅは、基層１ａ上に形成され、長手方向両端部が導電層１ｂと電気的に繋がっている（電気接続されている）。本実施形態では、抵抗発熱体１ｅとして、体積抵抗率６×１０^−５Ω・ｃｍの銀ペーストをスクリーン印刷で形成している。

ここで、図１の抵抗発熱体１ｅの拡大図である図４を用いて、より詳しく抵抗発熱体を説明する。図１に示す抵抗発熱体１ｅは、図４において夫々らせん状に形成（体積抵抗率６×１０^−５Ω・ｃｍの銀ペーストを用いたスクリーン印刷で形成）した３本の抵抗発熱体ｈ１、ｈ２、ｈ３と表わされている。夫々らせん状に形成した３本の抵抗発熱体ｈ１、ｈ２、ｈ３は、厚み約１０μｍの線状で同じ体積抵抗率を有し、周方向に対する角度θは９°であり、長手方向に２４回巻いたらせん形状となっている。

そして、１本の抵抗発熱体の全長はおよそ１３７０ｍｍ、夫々の抵抗発熱体の長手方向の幅Ｗは１．５ｍｍ、夫々の長手方向の間隔ｄは１．５ｍｍ、抵抗発熱体のピッチ（Ｗ＋ｄ）は３ｍｍ、発熱領域ピッチ（３Ｗ＋２ｄ）は７．５ｍｍとしている。この状態で、基層１ａに導電層１ｂを形成したときの長手方向における両導電層１ｂの間の抵抗値は、１９．３Ωとなる。

図２、図３に示す弾性層１ｃは、熱伝導フィラーを分散した厚み１７０μｍのシリコーンゴムから成る。また、離型層１ｄは、ＰＦＡのコーティング処理を施して１５μｍ程度のＰＦＡ層としている。離型層１ｄとその内側の弾性層１ｃとは電気的に絶縁であり、図３に示すように定着フィルム１の抵抗発熱体形成部を長手方向において被覆する。一方、長手方向両端部では
弾性層１ｃと離型層１ｄを設けず、導電層１ｂの外周面は剥き出しになっている。

なお、本実施形態では、銀ペーストを印刷して導電層１ｂおよび抵抗発熱体１ｅ（ｈ１、ｈ２、ｈ３）を作成したが、金属メッキやスパッタなど他の手段によって導電層１ｂおよび抵抗発熱体１ｅ（ｈ１、ｈ２、ｈ３）を形成してもよい。

（本実施形態の作用）
図７は、本実施形態におけるサーミスタの温度検知領域と抵抗発熱体の発熱領域ピッチの関係を示した図である。長手方向におけるサーミスタ６の温度検知領域Ｌは１２ｍｍ、長手方向における抵抗発熱体１ｅの発熱領域ピッチは７．５ｍｍであり、温度検知領域の方が大きい。

ここで、定着フィルム１にクラックＣが発生した場合を考える。図８は、図１の定着フィルム１にクラックＣが発生して、抵抗発熱体３本のうち２本が断線した状態を表した正面模式図である。図８で、灰色に塗りつぶした領域は抵抗発熱体の断線により、通電しても発熱しなくなった領域である。

クラックＣが発生して、例えば、図７の抵抗発熱体ｈ１、ｈ２が断線し、ｈ３のみ発熱している状態でも、ｈ３は温度検知領域内に存在しているため、回転停止状態であっても昇温を検知することが可能である。抵抗発熱体ｈ３は温度検知領域における長手方向中央部に位置していないが、抵抗発熱体ｈ３による発熱は、定着フィルム内面に接しているサーミスタ６の絶縁耐熱フィルム６ｃを介して、感温素子６ａに伝熱する。

このとき、サーミスタ６で検知される昇温速度が通常時より遅くなるため、抵抗発熱体のいずれかが断線していると判断することができる。１本の抵抗発熱体のみ断線した場合も、同様の判断ができるのは言うまでもない。また、もし３本とも断線した場合には、定着フィルム全域が発熱しなくなるため、所定時間経過してもサーミスタ６の検知温度が上昇しない場合には、抵抗発熱体の全てが断線していると判断することができる。

さらに、定着フィルム１が左右（長手方向）に寄った場合でも、抵抗発熱体の発熱領域よりサーミスタ６の温度検知領域が広く、サーミスタ６は定着装置内で動かないフィルムガイド２に固定されているため、必ず温度検知領域内に全ての抵抗発熱体が含まれる。図９（ａ）は定着フィルム１が図中右側に寄った場合、図９（ｂ）は定着フィルム１が図中左側に寄った場合のサーミスタ６の温度検知領域と抵抗発熱体の発熱領域の関係を示した図である。

図９の点線は、図７で示した定着フィルム１が記録材搬送中心位置にある場合の温度検知領域を示している。定着フィルム１は、片側最大で２ｍｍ動く場合があるが、左右いずれに寄った場合でもサーミスタ６の温度検知領域の中に、３本の抵抗発熱体ｈ１〜ｈ３が含まれている。したがって、定着フィルム１が片側に寄って記録材搬送中心位置からずれている状態においても、抵抗発熱体断線時の昇温を検知することが可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、抵抗発熱体をらせん状に複数本形成し、温度検知素子の温度検知領域に複数本の抵抗発熱体がかかる（存在する）ようにすることで、複数本の抵抗発熱体の一部が断線した場合でも温度検知が可能となる。しかも、回転停止状態でも異常高温を検出することができる。また、定着フィルムが長手方向に寄った場合でも、回転停止状態で温度検知領域内の抵抗発熱体の温度を検知することが可能である。

《第２の実施形態》
以下、本発明の第２の実施形態について、図１０乃至図１５を用いて説明する。第１の実施形態では加熱回転体として定着フィルム１を用いたが、本実施形態では加熱回転体として定着ローラを用いる。

（定着装置）
図１３（ａ）は本実施形態における定着装置の主要部の断面模式図、図１３（ｂ）は定着装置の正面模式図である。本実施形態の定着装置は、加熱回転体としての定着ローラ１０と、定着ローラ１０と共に定着ニップ部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は不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部Ｎが形成される。また、定着ローラ１０の表面外側には、非接触の温度検知素子８が設置されており、定着ローラ１０の温度を検出している。そして、温度検知素子８の検知温度に応じて、不図示のＣＰＵにより定着ローラ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、定着ニップ部Ｎの対向部の長手方向両端部で定着ローラ１０方向に押し当てられている。本実施形態では、給電部材３ａ、３ｂとして、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、定着ローラ１０の後述する抵抗発熱体１０ｇ（図１０）への給電を行っている。給電部材３ａ、３ｂは、長手方向の幅６ｍｍ、搬送方向の幅６ｍｍで定着ローラ１０の導電層１０ｄに各４Ｎの加圧力で押圧している。

そして、定着ローラ１０に取り付けられた駆動ギアＧ（図１３（ｂ））に不図示の駆動機構部から回転力が伝達されて、定着ローラ１０が反時計回り方向（図１３（ａ））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ると、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８によって温度制御された状態になる。そして、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ローラ１０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、定着ローラ１０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。

本実施形態では、定着ローラ表面にダメージを与えず、応答性や精度が良い温度検知素子８として、サーモパイル等の非接触式温度センサが用いられる。図１４は、本実施形態における温度検知素子８としてサーモパイルを用いる場合のサーモパイルの構造を示したものである。

動作原理は、赤外線透過窓たるレンズ８ａを透過した赤外線により、内部の感熱素子の温度を変化させ、温度に応じた出力を得るものである。温度検知素子８としてサーモパイルを用いる場合は、感熱素子が積層熱電対８ｂとなる。被測定物８ｃと積層熱電対８ｂ間の赤外線の放射により、積層熱電対８ｂの温接点の温度が変化し、積層熱電対８ｂの冷接点との温度差に応じた電圧が生じる。冷接点の温度は、別の感熱素子、例えばサーミスタ８ｄを用いて測定し、冷接点の温度に、冷接点-温接点間の温度差を加えることで、被測定物８ｃの温度を得ることができる。

温度検知素子８としてのサーモパイルは、不図示の定着フレームに長手方向中央部で固定されており、定着ローラ１０の表面と一定のギャップを保つように設置されている。図１４の点線は本サーモパイルの視野角を示しており、図中に示したスポット径Ｓ（直径）が温度検知領域であり、本実施形態では、Ｓ＝２０ｍｍである。

（定着ローラ）
以下、本実施形態の定着ローラ１０について、詳しく説明する。図１０（ａ）は定着ローラ１０の正面模式図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）における線Ｄ４の断面模式図である。また、図１１（ａ）は図１０（ａ）における線Ｄ５の断面模式図、図１１（ｂ）は図１０（ａ）における線Ｄ６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スポンジゴム層１０ｂ、その上に耐熱樹脂層１０ｃ、耐熱樹脂層１０ｃの両端部１０ｍｍの外面に形成された給電用の導電層１０ｄを有している。また、耐熱樹脂層１０ｃの上に抵抗発熱体１０ｇを有し、抵抗発熱体１０ｇの長手方向両端部は、導電層１０ｄと電気的に繋がっている（電気接続されている）。そして、長手方向両端部を除いて、耐熱樹脂層１０ｃの上には、離型層１０ｆおよびその内側に弾性層１０ｅが長手方向に設けられている。

ここで、本実施形態における耐熱樹脂層１０ｃは、第１の実施形態における基層１ａに相当している。そして、本実施形態では、基層としての耐熱樹脂層１０ｃの内側に芯金１０ａ、ゴム層としてのスポンジゴム層１０ｂを有している。

本実施形態では、ステンレス鋼製の外径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。耐熱樹脂層１０ｃとしては、第１の実施形態１の定着フィルム１で用いた基層１ａと同一の絶縁のポリイミドを用いた。また、給電用の導電層１０ｄも第１の実施形態と同じ材料で同じ厚みとした。

弾性層１０ｅおよび離型層１０ｆも第１の実施形態と同じ材料で同じ厚みとし、定着ローラ１０の外周面端部から抵抗発熱体１０ｇに給電を行うため、長手端部１０ｍｍの領域は弾性層１０ｅおよび離型層１０ｆを形成していない。この導電層１０ｄ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。

図１２は、図１０（ａ）の正面からみた抵抗発熱体１０ｇの拡大図である。本実施形態では、抵抗発熱体１０ｇとして、夫々らせん状に形成（体積抵抗率３．５×１０^−４Ω・ｃｍの銀ペーストを用いたスクリーン印刷で形成）した６本の抵抗発熱体ｈ１〜ｈ６を用いる。
夫々らせん状に形成した３本の抵抗発熱体ｈ１〜ｈ６は、厚み約１０μｍの線状で同じ体積抵抗率を有し、周方向に対する角度θは２１°であり、長手方向に１０回巻いたらせん形状となっている。

そして、１本の抵抗発熱体の全長はおよそ６１０ｍｍ、夫々の抵抗発熱体の長手方向の幅Ｗは１．８ｍｍ、夫々の長手方向の間隔ｄは１．８ｍｍ、抵抗発熱体のピッチ（Ｗ＋ｄ）は３．６ｍｍ、発熱領域ピッチ（６Ｗ＋５ｄ）は１９．８ｍｍとしている。この状態で、基層１ａに導電層１ｂを形成したときの長手方向における両導電層１０ｄの間の抵抗値は、２０Ωとなる。

本実施形態における定着ローラ１０の外径は約１８ｍｍであり、定着ローラ１０の硬度は、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度計で５．９Ｎの荷重において、定着ニップ部Ｎの確保や耐久性などの観点から、３０°〜７０°の範囲が望ましい。本実施形態においては、５２°にしている。また、第１の実施形態の基層１ａと同様、耐熱樹脂層１０ｃの長手方向長さは２４０ｍｍとしている。

（本実施形態の作用）
図１５は、本実施形態における温度検知素子８としてのサーモパイルの温度検知領域と抵抗発熱体の発熱領域ピッチの関係を示した図である。長手方向におけるサーモパイル８の温度検知領域Ｓは２４ｍｍ、抵抗発熱体１０ｇの発熱領域は１９．８ｍｍであり、温度検知領域の方が大きい。

定着ローラ１０にクラックＣが発生して、例えば、抵抗発熱体ｈ１〜ｈ５が断線し、ｈ６のみ発熱している状態でも、図１５に示したように、温度検知領域内に存在しているため、回転停止状態であっても昇温を検知することが可能である。このとき、第１の実施形態と同様に、通常状態よりも昇温速度が遅くなるため、抵抗発熱体のいずれかが断線していると判断することができる。１本の抵抗発熱体のみ断線した場合も、同様の判断ができるのは言うまでもない。

もし６本とも断線した場合には、定着ローラ１０全域が発熱しなくなるため、所定時間経過してもサーモパイルの検知温度が上昇しない場合には、抵抗発熱体の全てが断線していると判断することができる。

さらに、定着ローラ１０が左右に寄った場合においても、抵抗発熱体の発熱領域よりもサーモパイルの温度検知領域が広く、サーモパイルは定着装置内で定着フレームに固定しているため、必ず温度検知領域内に全ての抵抗発熱体が含まれている。定着ローラは、片側最大で２ｍｍ動く場合があるが、左右いずれに寄った場合でもサーミスタの温度検知領域の中に、６本の抵抗発熱体ｈ１〜ｈ６が含まれている。したがって、定着ローラが片側に寄って記録材搬送中心位置からずれている状態においても、抵抗発熱体断線時の昇温を検知することが可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、抵抗発熱体をらせん状に複数本形成し、温度検知素子の温度検知領域内に複数本の抵抗発熱体を存在させることにより、複数本の抵抗発熱体の一部が断線した場合でも温度検知が可能となる。しかも、回転停止状態でも異常高温を検出することができる。また、定着ローラが長手方向に寄った場合でも、回転停止状態で温度検知領域内の抵抗発熱体の温度を検知することが可能である。

なお、本実施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。

《第３の実施形態》
本実施形態では、第１の実施形態の定着装置において、定着フィルムにらせん状に形成する抵抗発熱体を第２の実施形態のように６本に増やし、温度検知素子としてサーミスタを２つ長手方向に離間させて用いる。その他の構成については、第１の実施形態と同様のため省略する。

複数の抵抗発熱体を備える構成において、長手方向両端部の導電層間の抵抗が同じ場合には、抵抗発熱体の本数が多いほど、抵抗発熱体１本当たりの電流量を減らすことができる。このため、抵抗発熱体が途中まで切れるようなクラックが発生した場合の異常発熱抑制効果が大きくなる。すなわち、３本の抵抗発熱体を形成した第１の実施形態の定着フィルムよりも、６本の抵抗発熱体を形成した本実施形態方が異常発熱量は少ない。

ここで、第２の実施形態のような６本の抵抗発熱体構成を用いようとする場合、長手方向の発熱領域ピッチが１９．８ｍｍとなり、第１の実施形態で用いた内接サーミスタの長手方向の温度検知領域１２ｍｍの中に、全ての発熱体を存在させることができない。そこで、本実施形態では、第１の実施形態で用いたサーミスタを長手方向に２箇所離間させて設置して、それぞれ３本ずつの抵抗発熱体の温度を検知する構成とした。

図１６は、本実施形態の定着フィルム１の正面方向からみた抵抗発熱体の配置と、２つのサーミスタ１１、１２の温度検知領域を示す図である。抵抗発熱体ｈ１、ｈ２、ｈ３の発熱領域がサーミスタ１１の温度検知領域内、抵抗発熱体ｈ４、ｈ５、ｈ６の発熱領域が、サーミスタ１２の温度検知領域内に入るように設置している。

抵抗発熱体ｈ１、ｈ２、ｈ３の長手方向の発熱領域ピッチは９ｍｍ、サーミスタ１１の長手方向の温度検知領域は１２ｍｍである。同様に、抵抗発熱体ｈ４、ｈ５、ｈ６の長手方向の発熱領域ピッチは９ｍｍ、サーミスタ１２の長手方向の温度検知領域は１２ｍｍである。定着フィルムが寄った場合でも、２つのサーミスタの位置と間隔は変化しないため、全ての抵抗発熱体がサーミスタ１１，１２のいずれかの温度検知領域内に存在する。

図１７（ａ）は、抵抗発熱体１本分、定着フィルム１が図中の右側に寄った場合、図１７（ｂ）は、抵抗発熱体１本分、定着フィルム１が図中の左側に寄った場合の温度検知領域を実線で示している。図１７の点線は、定着フィルムが中心位置の場合の温度検知領域を示している。

図１７（ａ）は、サーミスタ１１で抵抗発熱体ｈ６、ｈ１、ｈ２の温度を検知しており、サーミスタ１２で抵抗発熱体ｈ３、ｈ４、ｈ５の温度を検知している。図１７（ｂ）は、サーミスタ１１で抵抗発熱体ｈ２、ｈ３、ｈ４の温度を検知しており、サーミスタ１２で抵抗発熱体ｈ５、ｈ６、ｈ１の温度を検知している。すなわち、いずれの場合でも、全ての抵抗発熱体がサーミスタ１１，１２のいずれかの温度検知領域内に存在している。

なお、本実施形態ではサーミスタを２つ長手方向に離間させて用いる場合を示したが、３つ以上長手方向に離間させて用いても良い。また、サーモパイルを複数用いる構成であれば、温度検知領域を広く設定できるため、抵抗発熱体の本数をさらに増やしても全ての抵抗発熱体の温度を検知することが可能である。

以上説明したように、本実施形態では複数設けられる温度検知素子を用いることにより、抵抗発熱体の本数を多く形成することができる。これにより、抵抗発熱体１本当たりの電流量を減らすことができるため、クラックが発生した場合の異常発熱抑制効果がより大きくなる。また、定着フィルムが寄った場合でも回転停止状態で全ての抵抗発熱体の温度を検知することが可能である。

（変形例）
上述した実施形態では、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、らせん状に複数本設けられる抵抗発熱体は、長手方向に等間隔（同一ピッチ）に設けられたが、長手方向に非等間隔（非同一ピッチ）に設けられるものであっても良い。温度検知部材の温度検知領域に複数本がかかるように設けられれば良い。また、複数本設けられる抵抗発熱体は、３本以上がより好ましいが、２本であっても良い。

（変形例２）
上述した実施形態では基層を絶縁としたが、基層を高抵抗として、抵抗発熱体、導電層を基層よりも体積抵抗率が小さいものとして構成しても良い。

（変形例３）
上述した第１、第３の実施形態では、温度検知領域を長手方向としたが、温度検知領域を長手方向に交差する任意の方向としても良い。そして、第３の実施形態では、温度検知部材が互いに任意の方向に離間して複数設けられ、複数の抵抗発熱体の夫々が、温度検知部材のいずれかの温度検知領域にかかる（存在する）構成とすれば良い。

（変形例４）
上述した実施形態では、未定着トナー像をシートに定着する定着装置を例に説明したが、本発明は、これに限らず、画像の光沢を向上させるべく、シートに仮定着されたトナー像を加熱加圧する装置（この場合も定着装置と呼ぶ）にも同様に適用可能である。

（変形例５）
上述した実施形態では、記録材として記録紙を説明したが、本発明における記録材は紙に限定されるものではない。一般に、記録材とは、画像形成装置によってトナー像が形成されるシート状の部材であり、例えば、定型或いは不定型の普通紙、厚紙、薄紙、封筒、葉書、シール、樹脂シート、ＯＨＰシート、光沢紙等が含まれる。なお、上述した実施形態では、便宜上、記録材（シート）Ｐの扱いを通紙、排紙、給紙、通紙部、非通紙部などの用語を用いて説明したが、これによって本発明における記録材が紙に限定されるものではない。

（変形例６）
上述した実施形態では、加圧体として定着回転体と共に回転する加圧用回転体を示したが、本発明はこれに限られず、加圧体として固定された平板状の加圧パッドに適用可能である。

１・・定着フィルム、１ａ・・基層、１ｂ・・導電層、１ｅ・・抵抗発熱体、１０・・定着ローラ、１０ｃ・・耐熱樹脂層（基層）、１０ｄ・・導電層、１０ｇ・・抵抗発熱体

Claims (11)

1. 円筒状の基層と、
   前記基層よりも体積抵抗率が小さく、温度検知領域に複数本がかかるように、前記基層の上にらせん状に設けられる複数本の抵抗発熱体と、
   前記基層よりも体積抵抗率が小さく、前記複数本の抵抗発熱体と電気接続するように前記基層の長手方向の両端部において周方向に設けられる導電層と、
   を有することを特徴とする加熱回転体。
2. 前記複数本の抵抗発熱体は、３本以上であって同一ピッチで設けられることを特徴とする請求項１に記載の加熱回転体。
3. 可撓性を有する定着フィルムであることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱回転体。
4. 回転軸となる芯金と、前記芯金の上に形成されるゴム層と、を前記基層の内側に有する定着ローラであることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱回転体。
5. 前記複数本の抵抗発熱体の外側に離型層を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加熱回転体。
6. 前記離型層の内側に弾性層を有することを特徴とする請求項５に記載の加熱回転体。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加熱回転体と、
   前記加熱回転体に給電するための給電部材と、
   前記加熱回転体と対向し、前記加熱回転体と共にニップ部を形成する対向部材と、
   前記温度検知領域で前記加熱回転体の温度を検知する温度検知部材と、
   を有することを特徴とする定着装置。
8. 前記加熱回転体は可撓性を有する定着フィルムであり、
   前記温度検知部材は前記定着フィルムの内周面に接触することを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
9. 前記回転体は、回転軸となる芯金と、前記芯金の上に形成されるゴム層と、を前記基層の内側に有する定着ローラであり、
   前記温度検知部材は前記定着ローラの外側に前記定着ローラと非接触で設けられることを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
10. 前記温度検知部材が互いに離間して複数設けられることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の定着装置。
11. 前記抵抗発熱体の夫々が、前記温度検知部材のいずれかの温度検知領域にかかることを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。