定着装置
【課題】本発明の課題は、多種多様な幅や厚みを有する被加熱体に応じて発熱部を制御することが可能である定着装置を提供することにある。
【解決手段】必要な回路に電力を供給する制御装置と、前記制御装置より供給される電力により発熱する発熱体を備えた定着装置であって、前記発熱体が少なくともポリイミドを含んでなる独立した複数の発熱部からなり、それぞれの発熱部に被加熱体の大きさに応じて制御装置より個別に備えられた発熱部の電極へ電力を供給されることで、被加熱体の大きさに応じて発熱する範囲を制御する。
【解決手段】必要な回路に電力を供給する制御装置と、前記制御装置より供給される電力により発熱する発熱体を備えた定着装置であって、前記発熱体が少なくともポリイミドを含んでなる独立した複数の発熱部からなり、それぞれの発熱部に被加熱体の大きさに応じて制御装置より個別に備えられた発熱部の電極へ電力を供給されることで、被加熱体の大きさに応じて発熱する範囲を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体が少なくともポリイミドを含んでなる独立した複数の発熱部からなり、それぞれの発熱部に被加熱体の大きさに応じて制御装置より個別に備えられた発熱部の電極へ電力を供給されることを特徴とする定着装置に関する。さらに詳しくは、被加熱体の大きさに応じて発熱する発熱部を制御することにより、発熱体の不要部分への電気供給が抑えられる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置、例えば複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリ、或いはこれ等の機能を備えたＭＦＰと呼ばれる複合機では、感光体上に形成された画像の静電潜像をトナーで現像し、これを記録媒体に転写した後、定着装置により定着処理して画像を固定し、画像の記録を行っている。
【０００３】
このような画像形成装置で使用する定着装置には、従来は、内面に熱源としてハロゲンランプを配置した金属ローラを使用するヒートローラ方式の定着装置が使用されてきた。
【０００４】
特許文献１では、ハロゲンランプは、電気エネルギを一旦光エネルギに変換し、さらに熱エネルギに変換するため、熱変換効率が低いため、ヒートローラの芯金の外周に電気エネルギを直接熱エネルギに変換可能な抵抗発熱体を形成する技術が提案されている。
【０００５】
さらに、特許文献２では、回転しない半円筒体の内面にシートヒーターを配置した半円筒体のヒートプレートを使用した定着装置が提案されている。これは、半円筒体のヒートプレートの外周面に定着ベルトを巻き掛けて加熱するように構成した定着ベルト方式の定着装置で、ヒートプレートの熱容量を低減できるのでエネルギの節減が可能となる。しかし、ヒートプレートと定着ローラとの間に定着ベルトが巻き掛けられ、定着ベルトに張力が加えられるから、ヒートプレートと定着ベルトとの間の摩擦力が大きくなり、定着ベルトの摺動性が悪くなるという不都合がある。
【０００６】
また、特許文献３にはヒーター発熱体に分岐電極を設けることにより一部のみを発熱させることのできるヒーターが開示されている。このヒーターは幅の広い被加熱体を通した場合にはヒーター全体が発熱し、幅の狭い被加熱体を通した場合にはヒーターの一部のみを発熱させることができ、被加熱体非通過部分の過昇温を防ぐ事ができ生産性を落とさず印刷する事が可能となり、更には部位毎に任意の電力を供給することができるため転写材の厚みの違いに対応することが可能である。しかし、開示されるヒーターでは、多種の幅の被加熱体に対応するために分岐数を多くするにはヒーターの面積を大きくせざるをえず、それはすなわち定着装置の大型化及びそれに伴う熱容量の増加を招き、電源投入後印刷可能な温度まで定着装置を加熱するのに必要な時間が長くなる。ゆえに常に印刷可能な状態にするには予めヒーターを予熱しておく必要があり多くの電力を消費し省エネ性の観点から好ましくない。ゆえに多く分割することは困難で現実的には３種類以上の被加熱体に対応するのが困難であることが考えられる。
【０００７】
また、特許文献４には温度上昇に伴い抵抗値が上昇する特性を有する発熱抵抗体を用いたヒーターが開示されている。このヒーターでは温度の上昇に伴う抵抗上昇によって電流が低減し発熱量が低下することで、被加熱体非通過部分の過昇温を防ぐことができる。しかし、多種の幅の被加熱体に対応することが可能であるが、一方ヒーター自体に特定の温度で働く温度制御機構があり、被加熱体の厚みに対応した温度制御が不可能である欠点がある。更には被加熱体の通過しない部分においても温度制御機構が働く温度までは発熱するため、被加熱体の通過しない部分も温めることとなり、無駄な電力を消費し省エネ性の観点から好ましくない。
【０００８】
さらに、特許文献５には並列に配した抵抗線のそれぞれに温度スイッチを設けたヒーターが開示されている。このヒーターでは温度の上昇によって温度スイッチが切れ電流が遮断されるためヒーターの過昇温を防ぐことができるが、特許文献４同様に被加熱体の通過しない部分においても温度制御機構が働く温度までは発熱するため、被加熱体の通過しない部分も温めることとなり、無駄な電力を消費し省エネ性の観点から好ましくない。
【０００９】
さらに、特許文献６では、発熱体に直接給電を制御するための給電スイッチを設けることで、必要な部分に電気を流す定着装置が開示されている。この定着装置を用いることで必要な部分に電気を供給し、発熱体を加熱することができるが、発熱部を複数設けて制御するためには、発熱体自体を大きくしなければならない問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０７−１４０８２８号公報
【特許文献２】特開２００１−３４３８４９号公報
【特許文献３】特開平３−１９４８７９号公報
【特許文献４】特開２０００−５８２３２号公報
【特許文献５】特開２００９−２４５７２９号公報
【特許文献６】特開平６−３３２３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記の背景に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、多種多様な幅や厚みを有する被加熱体に応じて発熱部を制御することが可能であ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】
【００１２】
本発明の第１局面に係る定着装置は、必要な回路に電力を供給する制御装置と、前記制御装置より供給される電力により発熱する発熱体を備えた定着装置であって、前記発熱体が少なくともポリイミドを含んでなる独立した複数の発熱部からなり、それぞれの発熱部に被加熱体の大きさに応じて制御装置より個別に備えられた発熱部の電極へ電力を供給される。本発明の定着装置に用いられる電力を供給する制御装置と発熱体は図１に示すように設けられる。以下、本発明の定着装置に備えられる電力を供給する制御装置と、独立した複数の発熱部からなる発熱体について詳述する。
【００１３】
（１）電力を供給する制御装置
本発明に用いられる電力を供給する制御装置は、被加熱体の大きさに応じて必要な回路に電力を供給する。被加熱体の大きさに関する情報は、手動で被加熱体の大きさに関する情報を入力しても良く、検知装置等で読み取っても良い。
【００１４】
（２）独立した複数の発熱部からなる発熱体
本発明に用いられる発熱体は、独立した複数の発熱部からなり、前記発熱部は少なくともポリイミドを含んでなる。発熱部がポリイミドを含んでなることにより、耐熱性に優れ、フレキシブル性を有することから、発熱体が湾曲した形状等でも使用することができる。
【００１５】
また、前述した発熱部が方形形状であることが好ましい。発熱部が方形形状であることが好ましい。方形形状であれば、発熱部の発熱を均一に制御しやすくなる。
【００１６】
また、発熱体の発熱部が発熱部の重心が直線状になるように配列されていることが好ましい。発熱部の重心が直線状になるように配列される事で、被加熱体に対して効率よく加熱することができる。ただし、被加熱体の形状などに応じて発熱部の重心が直線状になるように配置されなくてもよく、例えば発熱部の重心がジグザグ状に配列されても良い。
【００１７】
さらに、発熱部が発熱部の重心を軸にほぼ均等な角度ずつ周方向に回転しても良い。発熱部の重心を軸に均等な角度ずつ回転させることで、発熱部間にある隙間による定着ベルトの温度ばらつきを抑えることができる。
【００１８】
発熱部の重心を軸に発熱部を回転させる場合、発熱部の形状が同一形状であることが好ましい。発熱部の形状が同一形状であれば、均等に発熱部を設けることが出来るため、より発熱体を均一に発熱させることができる。また、均等に発熱部を設けられた場合は、発熱部がｄ≦ｓｉｎθ（ｌｃｏｓθ−ｗｓｉｎθ）且つ０°＜θ＜９０°、ｄ＞０を満たすように配置されていることが好ましい。前述したｄは隣り合う発熱部の距離を、θは発熱部の重心を軸に回転させた角度、ｌは方形の一方向に向かい合う辺の長さ、ｗは方形の残りの向かい合う辺の長さを示し、前記発熱部は隣り合う発熱部と接触しないことが好ましい。
【００１９】
本発明の第２局面に係る定着装置は、前述した発熱部の少なくとも一方の面上に絶縁層を設けたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の第３局面に係る定着装置は、前述した絶縁層の少なくとも一方の面に伝熱部材を設けたことを特徴とする。絶縁層の少なくとも一方の面に伝熱部材を設けることで熱伝導性が良いため、発熱体全体の温度を均一にすることができる。伝熱部材としては、ステンレス、アルミ、ニッケル、銅等の金属材、アルミナ、窒化アルミ、窒化硼素、窒化けい素等のセラミック材、黒鉛等が挙げられるが、熱伝導性の高い材料であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の第４曲面に係る定着装置は、前記発熱部がスクリーン印刷又はメタルマスクにより形成されていることを特徴とする。そのため、発熱部を形成する場合、少なくとも発熱部を形成するポリイミドがポリアミック酸（前駆体溶液）としてペースト状で塗布される。発熱部を形成する方法はスクリーン印刷又はメタルマスクに限定されるわけではなく、ペースト状のポリアミック酸を用いて発熱部を形成できれば良い。また、発熱部は塗布されたペースト状のポリアミック酸を焼成させて形成される。ただし、使用する溶媒やイミド化剤などの条件に応じて焼成しなくても良い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の定着装置を用いることで、被加熱体の大きさに応じて発熱する発熱部を制御することができ、発熱熱の不要部分への電気供給が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施に関わる定着装置の構成を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施に関わる定着装置の構成を説明する断面図である。
【図３】本発明の実施に関わる定着装置の構成を説明する断面図である。
【図４】本発明の実施に関わる発熱体の平面図である。
【図５】本発明の実施に関わる発熱体の平面図である。
【図６】本発明の実施に関わる発熱体の平面図である。
【図７】本発明の実施に関わる発熱体の平面図である。
【図８】本発明の実施に関わる発熱体の平面図である。
【図９】本発明の実施に関わる定着装置の制御方法の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下本発明に関わる定着装置に関して説明する。さらに詳しくは、独立した複数の発熱部を有することで、必要な発熱部のみを発熱させることができる発熱体及びそれを備えた定着装置に関して図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００２５】
（１）定着装置の説明
図１から図３には本発明に関わる定着装置の概略構成図の一例を示す。図１に示す定着装置は加圧ローラ１、定着フィルム２及び発熱体４により構成され、発熱体と定着フィルム２の間に伝熱部材３を有することが好ましい。発熱体４と伝熱部材３は積層されており伝熱部材３が定着フィルム２の内面に接し、加圧ローラ１と対向するように圧接して配置されている。加圧ローラ１は図示しない駆動手段により回転駆動し、定着フィルム２は固定されている伝熱部材３に対し摺動しながら回転する。加圧ローラ１は、たとえばその内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなっている。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適しており、離型層にはＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素系材料が適している。定着フィルム２は、ポリイミド等の耐熱性樹脂あるいはステンレス鋼やニッケル等の金属材料からなるシームレスな円筒状の基材の表面に離型層として耐熱性および離型性に優れたＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂が形成された構造となっている。また基材と離型層の間に弾性層としてシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料を形成しても良い。また基材の内面にＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂層を形成してもよい。これによって、伝熱部材３との摺動負荷を低減することができる。
【００２６】
プリントが開始されると被加熱体幅情報出力装置１６より出力された被加熱体の幅情報が電力供給装置１４に入力され、電力供給装置１４内で被加熱体の幅情報が処理されその結果を基に独立した複数の発熱部１０の所定の部位に電力供給線１５を通じて電力が供給され発熱部１０が発熱し伝熱部材３、定着フィルム２を通じて被加熱体５上の未定着トナー６を溶融し被加熱体に固着させ画像を固定化する。
【００２７】
次に、図２に示す定着装置は加圧ローラ１、定着ベルト８、定着ローラ７及び発熱体４により構成され、発熱体と定着ベルト８の間に伝熱部材３を有することが好ましい。定着ベルト８は定着ローラ７と積層された発熱体４と伝熱部材３との間に張架されており、加圧ローラ１が定着ベルト８を介して定着ローラ７と対向するように圧接して配置されている。加圧ローラ１および定着ローラ７は図示しない駆動手段により回転駆動し定着ベルト８を搬送駆動する。発熱体４より発生した熱は伝熱部材３を通じて定着ベルト８に伝達し、定着ベルト８は回転によって熱を定着ローラと加圧ローラとの間の定着部位に搬送し被加熱体５上の未定着トナー６を溶融し被加熱体に固着させ画像を固定化する。定着ローラ７は、たとえばその内側から順に芯金、弾性層が形成された２層構造からなっている。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適している。定着ベルト８は、ポリイミド等の耐熱性樹脂あるいはステンレス鋼やニッケル等の金属材料からなるシームレスな円筒状の基材の表面に弾性層としてシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料を形成し、離型層として耐熱性および離型性に優れたＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂が形成された構造となっている。また基材の内面にＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂層を形成してもよい。これによって、伝熱部材３との摺動負荷を低減することができる。
【００２８】
次に、図３に示す定着装置は加圧ローラ１、定着ローラ９及び発熱体４により構成され、発熱体と定着ローラ９の間に伝熱部材３を有することが好ましい。発熱体４と伝熱部材３は積層されており伝熱部材３が定着ローラ９の表面に圧接し、加圧ローラ１が定着ローラ９と対向するように圧接して配置されている。加圧ローラ１および定着ローラ９は図示しない駆動手段により回転駆動する。発熱体４、伝熱部材３と定着ローラ９との間には発熱体４、伝熱部材３を内包する形で自由に回転するシームレスベルトを介しても良い。これによって定着ローラ表面の磨耗を低減することができる。定着ローラ９は、たとえばその内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなっている。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適しており、離型層にはＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素系材料が適している。
【００２９】
（２）発熱体
図４から図８に本発明に関する発熱体の構成図の一例を示す。本発明の発熱体の独立した複数の発熱部１０は、少なくとも複数の発熱部１０が電気的に独立しており、個別に電力を投入して発熱を制御することができるように給電電極１１が配されている。また、発熱部の少なくとも一面に絶縁層１２が設けられても良く、さらに前記絶縁層１２の少なくとも一面に伝熱部材が設けられても良い。さらに、表面には定着フィルム、定着ベルト、定着ローラ等との摺動抵抗を低減するためにまた耐磨耗のために、ＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素系材料によるコーティングを行なっても良い。
【００３０】
発熱体４の厚みは０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、更には０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下がより好ましい。これ以上薄くなると発熱体に強度が確保できなくなり定着装置内で破損する虞がある。またこれ以上厚くなるとヒーター自体の熱容量が大きくなりすぎ電力投入後温度が上昇するのに時間がかかってしまう。
【００３１】
次に、図４から図６に発熱体の発熱部１０の形状と配置について説明する。個々の発熱部１０の形状は方形であることが好ましく長方形、正方形、菱形、平行四辺形、台形等が挙げられ、特に長方形または正方形であると発熱部内部の電流の流れが均一となり、均一な発熱分布を得られるためより好ましい。また複数の発熱部１０の配置についても特には限定しないが、発熱部が被加熱体の通過幅略全体に配されている。発熱部の重心が直線状に配列していると発熱部を効率的に配することができ発熱体の面積を小さくできるので好ましい。また独立した複数の発熱部の形状が同一形状であれば、均等に発熱部を設けることが出来るため、より発熱体を均一に発熱させることができる。
【００３２】
図７及び図８には、図４から図６に示した発熱部１０以外の形態を示す。図７及び図８に示す発熱体の均等に発熱部１０を設けられた場合は、発熱部１０がｄ≦ｓｉｎθ（ｌｃｏｓθ−ｗｓｉｎθ）且つ０°＜θ＜９０°、ｄ＞０を満たすように配置されていることが好ましい。前述したｄは隣り合う発熱部１０の距離を、θは発熱部１０の重心を軸に回転させた角度、ｌは方形の一方向に向かい合う辺の長さ、ｗは方形の残りの向かい合う辺の長さを示し、前記発熱部１０は隣り合う発熱部１０と接触しないことが好ましい。このように配置すると通過する被加熱部材５の通過方向に対して隣接する発熱部がオーバーラップするため均一な定着が可能となる。
【００３３】
前記の発熱部は、１０は少なくともポリイミドを含んでおりさらには導電材を含んでいることが特に好ましく、その他に絶縁材を含んでいても良く、発熱部１０はポリイミドまたはその前駆体からなる溶液及び、導電材を含んでなるペースト状組成物をスクリーン印刷、メタルマスク、又はその他の印刷手段により独立した発熱部１０のパターンに印刷され、然る後に乾燥、焼成、硬化などの手段により形成される。ここでポリイミドは芳香族ジアミン成分と芳香族テトラカルボン酸成分とを反応せしめ、熱的または化学的にイミド化してなるものである。
【００３４】
本発明の発熱部に用いられるポリイミドの芳香族ジアミン成分としては、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、１，４−ジアミノベンゼン、１，３−ジアミノベンゼン、２，２’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，４−ジアミノトルエン、３，４’ −ビフェニルジアミン、３，４’−ジアミノジフェニルスルホキシド、２，２−ビス（３−アミノフェニル）プロパン、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’ −ビフェニルジアミン、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、２，６−ジアミノトルエン、４，４’−ビフェニルジアミン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、３，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，２−（３−アミノフェニル）（４−アミノフェニル）プロパン、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、４，４’−ジアミノジフェニルスルホキシド、３，４’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホキシド、３，４’−ジアミノジフェニルスルホン、２，５−ジアミノトルエン、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，２−（３−アミノフェニル）（４−アミノフェニル）プロパン、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，２’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、３，４’−ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、３，３’−ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、４，４’−ジアミノジフェニルスルホキシド、３，４’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホキシド、３，４’−ジアミノジフェニルスルホン、２，５−ジアミノトルエン、３，３’−ヒドロキシ−４，４’−ジアミノビフェニル、１，３−ビス−（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス−（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス−（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、４，４’−ビス−（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４’−ビス−（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、ジアミノベンゾアニリド、メチレンジアニリン、２，２’ ，−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’，３，７−ジアミノ−ジメチルジベンゾチオフェン−５，５−ジオキシド、９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレンが挙げられ、これらは単独であるいは混合して用いることができ、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルまたは１，４−ジアミノベンゼンを用いると発熱部１０の耐熱性を高くすることができるので好ましい。
【００３５】
また、本発明の芳香族テトラカルボン酸成分としては、３，４，３’，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ピロメリト酸、３，４，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、３，４，３’，４’−ジフェニルスルホキシドテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸、３，４，３’，４’−ジフェニルスルフィドテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ジフェニルメタンテトラカルボン酸、３，４，３’，４’−ジフェニル（２，２−イソプロピリデン)テトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ジフェニルスルホキシドテトラカルボン酸、３，４，３’，４’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸、３，４，３’，４’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ジフェニルスルホントラカルボン酸、２，３，３’，４’−ジフェニルスルフィドテトラカルボン酸、３，４，３’，４’−ジフェニルスルメタンテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ジフェニル（２，２−イソプロピリデン)テトラカルボン酸、４，４'‐（ヘキサフルオロイソプロピル）フタル酸、ビスフェノール酸およびそのエステル化合物、無水物などが挙げられ、これらは単独であるいは混合して用いることができ、３，４，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、ピロメリット酸を用いると発熱部１０の耐熱性を高くすることができるので好ましい。
【００３６】
本発明において有用な極性有機溶媒は、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、Ｎ−メチルカプローラクタム、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、１，２−ジメトキシエタン、ジグライム、トリグライム、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、γ−ブチローラクトン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、ジエトキシエタン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブなどが挙げられる。好ましい溶媒はＮ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドである。これらの溶媒を単独で又は混合物として、あるいはトルエン、キシレン、すなわち芳香族炭化水素などの他の溶媒と混合して用いることができる。
【００３７】
ここでポリイミド前駆体からなる溶液は熱的または化学的にイミド化してポリイミドとすることができるものであれば特に限定しないが、好ましくは上記芳香族ジアミン成分および芳香族テトラカルボン酸成分の二無水物を上記極性有機溶媒に溶解せしめて反応させ、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸の溶液としたものである。または、上記芳香族ジアミン成分および芳香族テトラカルボン酸成分のエステル化合物を上記極性有機溶媒に溶解させポリイミド前駆体溶液としたものである。
【００３８】
また、本発明の導電材として、導電性を有する導電フィラーを含んでいる事が望ましく、導電性を有する導電フィラーとしては、特に限定しないが大きさが０．０１から１００μｍで、球状、土塊状、鱗片状、繊維状、ウィスカー状、ストランド状、コイル状、樹枝状の形状のもので、ニッケル、銅、金、銀、白金、パラジウム、タングステン、モリブデン、亜鉛、アルミニウム、クロム、コバルト、ジルコニウム、錫、チタン、鉄、ニオブ、バナジウム、等の金属またはステンレス、ニクロム、ハンダ、黄銅、青銅などの合金、炭化タングステン、炭化タンタル、二ケイ化タングステン、ほう化タングステン、ほう化モリブデン、炭化モリブデン、二けい化モリブデン、炭化チタン、二ほう化チタン、二けい化チタン、窒化チタン、炭化クロム、二ほう化クロム、二けい化クロム、炭化ジルコニウム、二ほう化ジルコニウム、二けい化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、二ほう化ニオブ、二けい化ニオブ、ニほう化タンタル、二けい化タンタル、窒化タンタルなどの金属化合物、黒鉛、膨張黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、気相成長法炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル、グラフェン等の炭素組成物、またはガラス、黒鉛、セラミック等のコア材と、前記コア粒子を導電物質でコーティングした導電材よりなる群から選択される少なくとも１つのフィラーであるのが好ましい。
【００３９】
また、少なくともポリイミドを含んでなる発熱部１０には、絶縁部材がさらに含まれても良い。本発明の絶縁材として絶縁性フィラーを強度向上、熱伝導性向上、ペーストの流動性改善等の為に添加しても良く、特に限定しないが、好ましくは大きさが０．０１μｍから１００μｍで、球状、土塊状、鱗片状、繊維状、ストランド状、樹枝状の形状のもので、ガラス繊維、窒化硼素、アルミナ、酸化チタン、タルク、セピオライトなどが挙げられる。
【００４０】
また、発熱体の発熱部１０の少なくとも一方の面には絶縁層１２を配していることが好ましく、伝熱部材３を用いない場合または伝熱部材３が導電性である場合には必須である。絶縁層１２としては特に限定しないが耐熱性を有しフレキシブルであることが好ましく、より具体的にはポリイミドの皮膜またはフィルムであることが特に好ましい。発熱部のもう一方の面も絶縁層１３を配していることがさらに好ましい。
【００４１】
さらに、前記絶縁層１２の少なくとも一方の面には伝熱部材３が設けられても良い。伝熱部材３は発熱体４からの熱を効率よく定着フィルム２、定着ベルト８、定着ローラ９等に伝え、さらには発熱体４の急激な温度変化を抑え温度制御を行い易くする。材質は熱伝導の高いステンレス、アルミ、ニッケル、銅等の金属材、アルミナ、窒化アルミ、窒化硼素、窒化けい素等のセラミック材、黒鉛等が挙げられ、その厚みは０．１ｍｍから５ｍｍの範囲が好ましく、強度や熱容量の観点から０．２から２ｍｍの範囲がより好ましい。更に伝熱部材は発熱体を定着フィルム２、定着ベルト８、定着ローラ９等との摺動磨耗から保護する。また伝熱部材３を導電性部材とし、漏電遮断装置と接続することにより発熱体が破損した場合に速やかに漏電電流を検知し電力の供給を遮断することができるので安全性の向上をはかる事ができる。またを定着フィルム２、定着ベルト８、定着ローラ９等との摺動面に摺動抵抗を低減するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素系材料によるコーティングをおこなっても良い。
【００４２】
また、発熱部には電気を供給される給電電極１１が設けられており、前記給電電極１１は発熱部１０より導電性が高ければ特に限定することは無い。好ましい形態としては、ポリイミドまたはその前駆体からなる溶液及び、導電材を含んでなるペースト状組成物、又は有機溶剤に金属ナノ粒子、特に好ましくは銀ナノ粒子、金ナノ粒子、パラジウムナノ粒子、白金ナノ粒子を分散させた導電性インクをスクリーン印刷、メタルマスク、又はその他の印刷手段により給電電極のパターンに印刷され、然る後に乾燥、焼成、硬化などの手段により形成する。またはメッキ、スパッタリング、蒸着、金属箔の接着等によりニッケル、銅、金、銀等の金属膜を形成して給電電極１１としても良い。
【００４３】
（３）電力制御装置
次に、図９に示す本発明の定着装置の電力制御装置について説明する。被加熱体５の大きさ情報を取得し入力する被加熱体幅情報出力装置１６と、被加熱体５の大きさ情報を元にして被加熱体５が通過する部分に相当する位置にある発熱部に選択的に電力を供給することのできる電力供給装置１４と、電力供給装置１４より電力を送る電力供給線１５と独立した複数の発熱部１０を備える発熱体４と、を備える。電力供給線１５は独立した複数の発熱部１０に接続する給電電極１１に圧着や半田などでそれぞれ接続される。さらには図示しないが発熱体および、又は定着フィルム２、定着ベルト８、定着ローラ９等の表面に温度センサを設置し温度センサよりの温度情報を電力供給装置１４に入力する構成がより好ましい。
【００４４】
被加熱体幅情報出力装置１６は被加熱部材が供給され印刷が開始される時点において、被加熱体の大きさ情報を取得し、得られた被加熱体の大きさ情報を電力供給装置１４に出力する。被加熱体の大きさ情報を取得する方法については特に限定することは無いが、被加熱体導入部に配されたセンサによって検出する、またはユーザーが被加熱体の大きさ情報を入力する、またはこれらの組み合わせにより被加熱体の大きさ情報を取得する方法が挙げられる。
【００４５】
電力供給装置１４は、被加熱体幅情報出力装置１６よりの被加熱体５の大きさ情報を入力し、この情報を処理して被加熱体５の通過時点に於いて定着フィルム２、定着ベルト８、定着ローラ９等の被加熱体５の通過幅の温度が定着に適した温度となるように、電力供給線１５および給電電極１１を通じて発熱体４の各独立した発熱部１０に電力を供給する。または予め全ての発熱部１０に電力を供給し定着装置の温度を速やかに定着が開始できる温度まで予熱を行なっておくとウォームアップタイムを短縮できる。続いて被加熱体５の通過が継続している時点に於いては、被加熱体５が持ち出す熱量を補うだけの熱量を供給するように独立した複数の発熱部１０のうち被加熱体５が通過する部位の発熱部１０に追加の電力を供給する。この際に温度センサよりの温度情報を電力供給装置１４に入力し温度情報に基づき定着に適切な温度となるように電力供給を制御することにより、より精度の高い制御が可能となる。
【００４６】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００４７】
＜定着装置＞
定着装置としては、図２に示した定着装置を用いた。定着装置は加圧ローラ１、定着ベルト８、定着ローラ７及び発熱体４により構成され、発熱体と定着ベルト８の間に伝熱部材３を有する。定着ベルト８は定着ローラ７と積層された発熱体４と伝熱部材３との間に張架されており、加圧ローラ１が定着ベルト８を介して定着ローラ７と対向するように圧接して配置されている。
【００４８】
＜発熱体の作成＞
図４に使用した発熱体４の平面図を示した。発熱体４は軸線方向の全長が３６０ｍｍであって、各独立した発熱部１０の平面形状は軸線方向５ｍｍ、軸線方向に直行する方向に２０ｍｍである長方形であり、前述した発熱部１０は軸線方向に５８併設されており、隣接する発熱部の間には１ｍｍの間隙がある。各発熱部には独立して電力を供給できるように各個に電極１１が設けられている。発熱部１０および電極１１は絶縁層１２上に形成されている。発熱部１０のすべて、および電極１１の一部は絶縁層１３で覆われている。各発熱部１０の抵抗値は４８０Ωで１００Ｖの電圧で電力を供給した場合に２０．８Ｗの発熱量が得られる。
【００４９】
発熱体４は絶縁層１２として厚み５０μmのポリイミドフィルム（ユーピレックス−Ｓ、宇部興産製）上に、導電性粒子として黒鉛粉末（ＧＲ−１５、日本黒鉛製）３２．４重量部を、ポリイミド前駆体溶液ＲＣ５０６３（アイ．エス．テイ製）２００重量部に添加した後３本ロールミルを３回通過させて作成したペーストをスクリーン印刷法にて図４の発熱部１０の形状に印刷した後、乾燥炉にて乾燥させた。次いで５０重量部のポリイミド前駆体溶液ＲＣ５０６３に銀粉（ＡｇＣ―Ａ、福田金属箔粉製）４７．１重量部を加え１５分間攪拌し、次いで、この銀粉含有ポリイミド前駆体溶液に２５重量部のＮ−メチル−ピロリドンに２−ジ−ｎ−ブチルアミノ−４，６−ジメルカプト−１，３，５−トリアジン０．０２２重量部を溶解させた溶液を加え８時間攪拌して得たペーストをスクリーン印刷法にて図４の電極部１１の形状に印刷して乾燥させた。次いでポリイミド前駆体溶液ＲＣ５０６３をスクリーン印刷法にて図４の絶縁層１３の形状に印刷して乾燥させた後テンターに固定して焼成炉にて６時間かけて４００℃まで温度を上げていき、４００℃で１５分間保持した後冷却して取り出し発熱体４を作成した。
【００５０】
伝熱部材３は軸線方向の全長が３６０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、半径１５ｍｍの半円筒形状でＳＵＳ３０４材よりなる。伝熱部材３の内面に前述した発熱体４を耐熱性接着剤（ＳＫＹＢＯＮＤ８００、アイ．エス．テイ製）で接着させた。発熱体４の各電極部１１にはそれぞれ電力供給装置１４より電力供給線１５を接続した。電力供給装置１４は被加熱体の幅情報を出力する被加熱体幅情報出力装置１６に接続した。被加熱体の幅情報を出力する被加熱体幅情報出力装置１６は被加熱体５の幅をセンサにより検出して電力供給装置１４に出力する。
【００５１】
＜制御＞
被加熱部材が供給され印刷が開始される時点において、被加熱体の大きさ情報が被加熱体導入部に配されたセンサによって検出され、被加熱体幅情報出力装置１６より電力供給装置１４に入力される。また発熱体４および定着ベルト８の表面には温度センサが設置されており、検知された温度情報は電力供給装置１４に入力される。電力供給装置１４は、印刷が開始される時点において、電力供給線１５および給電電極１１を通じて全ての発熱部１０に電力を供給し定着装置の温度を上げ、温度センサよりの温度情報に基づき速やかに定着が開始できる温度に制御する。続いて被加熱体５の通過が開始されると電力供給装置１４は、被加熱体５が持ち出す熱量を補うだけの熱量を供給するように独立した複数の発熱部１０のうち被加熱体５が通過する部位の発熱部１０に追加の電力を供給する。このとき温度センサよりの温度情報に基づき定着に適切な温度となるように電力供給を制御する。
【００５２】
以上のように構成された定着装置に対して、まず未定着のトナーを載せたＡ３サイズの用紙（用紙幅２９８ｍｍ）を１分間に３０枚連続通紙した。出力する被加熱体幅情報出力装置１６により得られた用紙サイズの情報が電力供給装置１４に送られ、その結果電力供給装置１４は全ての発熱部１０に電力を供給して発熱させた。その結果、良好な定着性能を得られた。この際の用紙１枚定着するのに要した消費電力量は約０．４５Ｗｈｒであった。
【００５３】
次いで、未定着のトナーを載せたＡ４サイズの用紙（用紙幅２１０ｍｍ）を１分間に４０枚連続通紙した。出力する被加熱体幅情報出力装置１６により得られた用紙サイズの情報が電力供給装置１４に送られ、その結電力供給装置１４は中央４０箇所の発熱部１０にのみ電力を供給して発熱させた。その結果、良好な定着性能を得られた。この際の用紙１枚定着するのに要した消費電力量は約０．２５Ｗｈｒであった。
【００５４】
次いで、未定着のトナーを載せた葉書（用紙幅１００ｍｍ）を１分間に４０枚連続通紙した。出力する被加熱体幅情報出力装置１６により得られた用紙サイズの情報が電力供給装置１４に送られ、その結果電力供給装置１４は中央２０箇所の発熱部１０にのみ電力を供給して発熱させた。その結果、良好な定着性能を得られた。この際の用紙１枚定着するのに要した消費電力量は約０．１３Ｗｈｒであった。
【００５５】
次いで、未定着のトナーを載せた名刺（用紙幅５５ｍｍ）を１分間に６０枚連続通紙した。被加熱体の幅情報を出力する被加熱体幅情報出力装置１６により得られた用紙サイズの情報が電力供給装置１４に送られ、その結果電力供給装置１４は中央１２箇所の発熱部１０にのみ電力を供給して発熱させた。その結果、良好な定着性能を得られた。この際の用紙１枚定着するのに要した消費電力量は約０．０５Ｗｈｒであった。
【実施例２】
【００５６】
発熱体４の平面形状を図７に示した形状とした以外は実施例１と同様に定着試験を行なった。発熱体４は軸線方向の全長が３６０ｍｍであって、各独立した発熱部１０の平面形状は略軸線方向に並行した辺の長さｗが５ｍｍ、略軸線方向に直行する方向の辺の長さｌが２０ｍｍである長方形であり、各発熱部１０の重心を軸として回転しておりその回転角θは１０°である。隣接する発熱部１０の間には１ｍｍの間隙ｄがあり、ｄ≦ｓｉｎθ（ｌ＊ｃｏｓθ−ｗ＊ｓｉｎθ）＝３．２７ｍｍを満たしている。いずれの用紙の場合においても良好な定着性能を得られ、特に画質が良好であった。
【実施例３】
【００５７】
発熱体４の平面形状を図７に示した形状とした以外は実施例１と同様に定着試験を行なった。発熱体４は軸線方向の全長が３６０ｍｍであって、各独立した発熱部１０の平面形状は略軸線方向に並行した辺の長さｗが３ｍｍ、略軸線方向に直行する方向の辺の長さｌが２０ｍｍである長方形であり、各発熱部１０の重心を軸として回転しておりその回転角θは４５°である。隣接する発熱部１０の間には３ｍｍの間隙ｄがあり、ｄ≦ｓｉｎθ（ｌ＊ｃｏｓθ−ｗ＊ｓｉｎθ）＝８．５ｍｍを満たしている。いずれの用紙の場合においても良好な定着性能を得られ、特に画質が良好であった。
【実施例４】
【００５８】
発熱体４の平面形状を図８に示した形状とした以外は実施例１と同様に定着試験を行なった。発熱体４は軸線方向の全長が３６０ｍｍであって、各独立した発熱部１０の平面形状は軸線方向に並行した辺の長さｗが２０ｍｍ、略軸線方向に直行する方向の辺の長さｌが２０ｍｍであり、各発熱部１０の略軸線方向に直行する方向の辺ｌが重心を軸として回転しておりその回転角θは１０°である。隣接する発熱部１０の間には１ｍｍの間隙ｄがあり、ｄ≦ｓｉｎθ（ｌ＊ｃｏｓθ−ｗ＊ｓｉｎθ）＝６．３ｍｍを満たしている。いずれの用紙の場合においても良好な定着性能を得られ、特に画質が良好であった。
【実施例５】
【００５９】
＜定着装置＞
図１に使用した定着装置を示した。定着装置は加圧ローラ１、定着フィルム２及び発熱体４により構成され、発熱体と定着フィルム２の間に伝熱部材３を有する。発熱体４と伝熱部材３は積層されており伝熱部材３が定着フィルム２の内面に接し、加圧ローラ１と対向するように圧接して配置されている。
【００６０】
この定着装置を用い実施例２に示した発熱体及び制御により定着試験を行なった。いずれの用紙の場合においても良好な定着性能を得られた、特に画質が良好であった。
【実施例６】
【００６１】
絶縁層１２として厚み５０μmのポリイミドフィルム（ユーピレックス−Ｓ、宇部興産製）上に、導電性粒子として気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ−Ｈ、昭和電工製）１２．１重量部を、ポリイミド前駆体溶液ＲＣ５０６３（アイ．エス．テイ製）２００重量部に添加した後３本ロールミルを３回通過させて作成したペーストをスクリーン印刷法にて図４の発熱部１０の形状に印刷した後、乾燥炉にて乾燥させ以降実施例１と同様に作成した発熱体を用いた以外は実施例１と同様に定着試験を行なった。いずれの用紙の場合においても良好な定着性能を得られた。
【実施例７】
【００６２】
絶縁層１２として厚み５０μmのポリイミドフィルム（ユーピレックス−Ｓ、宇部興産製）上に、導電性粒子として炭化タングステン（ＷＣ１０、アライドマテリアル製）１６４重量部を、ポリイミド前駆体溶液ＲＣ５０６３（アイ．エス．テイ製）２００重量部に添加した後３本ロールミルを３回通過させて作成した発熱ペーストをスクリーン印刷法にて図４の発熱部１０の形状に印刷した後、乾燥炉にて乾燥させ以降実施例１と同様に作成した発熱体を用いた以外は実施例１と同様に定着試験を行なった。いずれの用紙の場合においても良好な定着性能を得られた。
【００６３】
（比較例１）
発熱体の平面形状を軸方向に長さ３５０ｍｍ、軸方向に直交する方向の長さ２０ｍｍの長方形である発熱部を一つ備えた形状とした以外は実施例１の通り各種用紙に対する定着試験を行なった結果、Ａ３サイズの用紙に関しては良好な定着性能を得られたが、Ａ４サイズの用紙、葉書及び名刺に関しては、定着操作中に定着装置内部に高温になる部分が生じたため冷却するため定着操作をとめざるを得ず１分間に５枚程度しか定着させる事ができなかった。用紙１枚定着するのに要した消費電力量はＡ３サイズの用紙の場合約０．４５Ｗｈｒ、Ａ４サイズの用紙の場合約０．６Ｗｈｒ、葉書の場合約０．４Ｗｈｒ、名刺の場合約で０．４Ｗｈｒあった。葉書および名刺では過熱部の冷却に伴い通紙部も温度が下がり再度定着温度まで加熱する必要があったため消費電力量が増えた。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の定着装置は、電子写真複写機やレーザービームプリンター等に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１ 加圧ローラ
２ 定着フィルム
３ 伝熱部材
４ 発熱体
５ 被加熱体
６ 未定着トナー
７ 定着ローラ
８ 定着ベルト
９ 定着ローラ
１０ 発熱部
１１ 給電電極
１２ 絶縁層
１３ 絶縁層
１４ 電力供給装置
１５ 電力供給線
１６ 被加熱体幅情報出力装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体が少なくともポリイミドを含んでなる独立した複数の発熱部からなり、それぞれの発熱部に被加熱体の大きさに応じて制御装置より個別に備えられた発熱部の電極へ電力を供給されることを特徴とする定着装置に関する。さらに詳しくは、被加熱体の大きさに応じて発熱する発熱部を制御することにより、発熱体の不要部分への電気供給が抑えられる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置、例えば複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリ、或いはこれ等の機能を備えたＭＦＰと呼ばれる複合機では、感光体上に形成された画像の静電潜像をトナーで現像し、これを記録媒体に転写した後、定着装置により定着処理して画像を固定し、画像の記録を行っている。
【０００３】
このような画像形成装置で使用する定着装置には、従来は、内面に熱源としてハロゲンランプを配置した金属ローラを使用するヒートローラ方式の定着装置が使用されてきた。
【０００４】
特許文献１では、ハロゲンランプは、電気エネルギを一旦光エネルギに変換し、さらに熱エネルギに変換するため、熱変換効率が低いため、ヒートローラの芯金の外周に電気エネルギを直接熱エネルギに変換可能な抵抗発熱体を形成する技術が提案されている。
【０００５】
さらに、特許文献２では、回転しない半円筒体の内面にシートヒーターを配置した半円筒体のヒートプレートを使用した定着装置が提案されている。これは、半円筒体のヒートプレートの外周面に定着ベルトを巻き掛けて加熱するように構成した定着ベルト方式の定着装置で、ヒートプレートの熱容量を低減できるのでエネルギの節減が可能となる。しかし、ヒートプレートと定着ローラとの間に定着ベルトが巻き掛けられ、定着ベルトに張力が加えられるから、ヒートプレートと定着ベルトとの間の摩擦力が大きくなり、定着ベルトの摺動性が悪くなるという不都合がある。
【０００６】
また、特許文献３にはヒーター発熱体に分岐電極を設けることにより一部のみを発熱させることのできるヒーターが開示されている。このヒーターは幅の広い被加熱体を通した場合にはヒーター全体が発熱し、幅の狭い被加熱体を通した場合にはヒーターの一部のみを発熱させることができ、被加熱体非通過部分の過昇温を防ぐ事ができ生産性を落とさず印刷する事が可能となり、更には部位毎に任意の電力を供給することができるため転写材の厚みの違いに対応することが可能である。しかし、開示されるヒーターでは、多種の幅の被加熱体に対応するために分岐数を多くするにはヒーターの面積を大きくせざるをえず、それはすなわち定着装置の大型化及びそれに伴う熱容量の増加を招き、電源投入後印刷可能な温度まで定着装置を加熱するのに必要な時間が長くなる。ゆえに常に印刷可能な状態にするには予めヒーターを予熱しておく必要があり多くの電力を消費し省エネ性の観点から好ましくない。ゆえに多く分割することは困難で現実的には３種類以上の被加熱体に対応するのが困難であることが考えられる。
【０００７】
また、特許文献４には温度上昇に伴い抵抗値が上昇する特性を有する発熱抵抗体を用いたヒーターが開示されている。このヒーターでは温度の上昇に伴う抵抗上昇によって電流が低減し発熱量が低下することで、被加熱体非通過部分の過昇温を防ぐことができる。しかし、多種の幅の被加熱体に対応することが可能であるが、一方ヒーター自体に特定の温度で働く温度制御機構があり、被加熱体の厚みに対応した温度制御が不可能である欠点がある。更には被加熱体の通過しない部分においても温度制御機構が働く温度までは発熱するため、被加熱体の通過しない部分も温めることとなり、無駄な電力を消費し省エネ性の観点から好ましくない。
【０００８】
さらに、特許文献５には並列に配した抵抗線のそれぞれに温度スイッチを設けたヒーターが開示されている。このヒーターでは温度の上昇によって温度スイッチが切れ電流が遮断されるためヒーターの過昇温を防ぐことができるが、特許文献４同様に被加熱体の通過しない部分においても温度制御機構が働く温度までは発熱するため、被加熱体の通過しない部分も温めることとなり、無駄な電力を消費し省エネ性の観点から好ましくない。
【０００９】
さらに、特許文献６では、発熱体に直接給電を制御するための給電スイッチを設けることで、必要な部分に電気を流す定着装置が開示されている。この定着装置を用いることで必要な部分に電気を供給し、発熱体を加熱することができるが、発熱部を複数設けて制御するためには、発熱体自体を大きくしなければならない問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０７−１４０８２８号公報
【特許文献２】特開２００１−３４３８４９号公報
【特許文献３】特開平３−１９４８７９号公報
【特許文献４】特開２０００−５８２３２号公報
【特許文献５】特開２００９−２４５７２９号公報
【特許文献６】特開平６−３３２３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記の背景に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、多種多様な幅や厚みを有する被加熱体に応じて発熱部を制御することが可能であ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】
【００１２】
本発明の第１局面に係る定着装置は、必要な回路に電力を供給する制御装置と、前記制御装置より供給される電力により発熱する発熱体を備えた定着装置であって、前記発熱体が少なくともポリイミドを含んでなる独立した複数の発熱部からなり、それぞれの発熱部に被加熱体の大きさに応じて制御装置より個別に備えられた発熱部の電極へ電力を供給される。本発明の定着装置に用いられる電力を供給する制御装置と発熱体は図１に示すように設けられる。以下、本発明の定着装置に備えられる電力を供給する制御装置と、独立した複数の発熱部からなる発熱体について詳述する。
【００１３】
（１）電力を供給する制御装置
本発明に用いられる電力を供給する制御装置は、被加熱体の大きさに応じて必要な回路に電力を供給する。被加熱体の大きさに関する情報は、手動で被加熱体の大きさに関する情報を入力しても良く、検知装置等で読み取っても良い。
【００１４】
（２）独立した複数の発熱部からなる発熱体
本発明に用いられる発熱体は、独立した複数の発熱部からなり、前記発熱部は少なくともポリイミドを含んでなる。発熱部がポリイミドを含んでなることにより、耐熱性に優れ、フレキシブル性を有することから、発熱体が湾曲した形状等でも使用することができる。
【００１５】
また、前述した発熱部が方形形状であることが好ましい。発熱部が方形形状であることが好ましい。方形形状であれば、発熱部の発熱を均一に制御しやすくなる。
【００１６】
また、発熱体の発熱部が発熱部の重心が直線状になるように配列されていることが好ましい。発熱部の重心が直線状になるように配列される事で、被加熱体に対して効率よく加熱することができる。ただし、被加熱体の形状などに応じて発熱部の重心が直線状になるように配置されなくてもよく、例えば発熱部の重心がジグザグ状に配列されても良い。
【００１７】
さらに、発熱部が発熱部の重心を軸にほぼ均等な角度ずつ周方向に回転しても良い。発熱部の重心を軸に均等な角度ずつ回転させることで、発熱部間にある隙間による定着ベルトの温度ばらつきを抑えることができる。
【００１８】
発熱部の重心を軸に発熱部を回転させる場合、発熱部の形状が同一形状であることが好ましい。発熱部の形状が同一形状であれば、均等に発熱部を設けることが出来るため、より発熱体を均一に発熱させることができる。また、均等に発熱部を設けられた場合は、発熱部がｄ≦ｓｉｎθ（ｌｃｏｓθ−ｗｓｉｎθ）且つ０°＜θ＜９０°、ｄ＞０を満たすように配置されていることが好ましい。前述したｄは隣り合う発熱部の距離を、θは発熱部の重心を軸に回転させた角度、ｌは方形の一方向に向かい合う辺の長さ、ｗは方形の残りの向かい合う辺の長さを示し、前記発熱部は隣り合う発熱部と接触しないことが好ましい。
【００１９】
本発明の第２局面に係る定着装置は、前述した発熱部の少なくとも一方の面上に絶縁層を設けたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の第３局面に係る定着装置は、前述した絶縁層の少なくとも一方の面に伝熱部材を設けたことを特徴とする。絶縁層の少なくとも一方の面に伝熱部材を設けることで熱伝導性が良いため、発熱体全体の温度を均一にすることができる。伝熱部材としては、ステンレス、アルミ、ニッケル、銅等の金属材、アルミナ、窒化アルミ、窒化硼素、窒化けい素等のセラミック材、黒鉛等が挙げられるが、熱伝導性の高い材料であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の第４曲面に係る定着装置は、前記発熱部がスクリーン印刷又はメタルマスクにより形成されていることを特徴とする。そのため、発熱部を形成する場合、少なくとも発熱部を形成するポリイミドがポリアミック酸（前駆体溶液）としてペースト状で塗布される。発熱部を形成する方法はスクリーン印刷又はメタルマスクに限定されるわけではなく、ペースト状のポリアミック酸を用いて発熱部を形成できれば良い。また、発熱部は塗布されたペースト状のポリアミック酸を焼成させて形成される。ただし、使用する溶媒やイミド化剤などの条件に応じて焼成しなくても良い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の定着装置を用いることで、被加熱体の大きさに応じて発熱する発熱部を制御することができ、発熱熱の不要部分への電気供給が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施に関わる定着装置の構成を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施に関わる定着装置の構成を説明する断面図である。
【図３】本発明の実施に関わる定着装置の構成を説明する断面図である。
【図４】本発明の実施に関わる発熱体の平面図である。
【図５】本発明の実施に関わる発熱体の平面図である。
【図６】本発明の実施に関わる発熱体の平面図である。
【図７】本発明の実施に関わる発熱体の平面図である。
【図８】本発明の実施に関わる発熱体の平面図である。
【図９】本発明の実施に関わる定着装置の制御方法の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下本発明に関わる定着装置に関して説明する。さらに詳しくは、独立した複数の発熱部を有することで、必要な発熱部のみを発熱させることができる発熱体及びそれを備えた定着装置に関して図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００２５】
（１）定着装置の説明
図１から図３には本発明に関わる定着装置の概略構成図の一例を示す。図１に示す定着装置は加圧ローラ１、定着フィルム２及び発熱体４により構成され、発熱体と定着フィルム２の間に伝熱部材３を有することが好ましい。発熱体４と伝熱部材３は積層されており伝熱部材３が定着フィルム２の内面に接し、加圧ローラ１と対向するように圧接して配置されている。加圧ローラ１は図示しない駆動手段により回転駆動し、定着フィルム２は固定されている伝熱部材３に対し摺動しながら回転する。加圧ローラ１は、たとえばその内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなっている。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適しており、離型層にはＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素系材料が適している。定着フィルム２は、ポリイミド等の耐熱性樹脂あるいはステンレス鋼やニッケル等の金属材料からなるシームレスな円筒状の基材の表面に離型層として耐熱性および離型性に優れたＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂が形成された構造となっている。また基材と離型層の間に弾性層としてシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料を形成しても良い。また基材の内面にＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂層を形成してもよい。これによって、伝熱部材３との摺動負荷を低減することができる。
【００２６】
プリントが開始されると被加熱体幅情報出力装置１６より出力された被加熱体の幅情報が電力供給装置１４に入力され、電力供給装置１４内で被加熱体の幅情報が処理されその結果を基に独立した複数の発熱部１０の所定の部位に電力供給線１５を通じて電力が供給され発熱部１０が発熱し伝熱部材３、定着フィルム２を通じて被加熱体５上の未定着トナー６を溶融し被加熱体に固着させ画像を固定化する。
【００２７】
次に、図２に示す定着装置は加圧ローラ１、定着ベルト８、定着ローラ７及び発熱体４により構成され、発熱体と定着ベルト８の間に伝熱部材３を有することが好ましい。定着ベルト８は定着ローラ７と積層された発熱体４と伝熱部材３との間に張架されており、加圧ローラ１が定着ベルト８を介して定着ローラ７と対向するように圧接して配置されている。加圧ローラ１および定着ローラ７は図示しない駆動手段により回転駆動し定着ベルト８を搬送駆動する。発熱体４より発生した熱は伝熱部材３を通じて定着ベルト８に伝達し、定着ベルト８は回転によって熱を定着ローラと加圧ローラとの間の定着部位に搬送し被加熱体５上の未定着トナー６を溶融し被加熱体に固着させ画像を固定化する。定着ローラ７は、たとえばその内側から順に芯金、弾性層が形成された２層構造からなっている。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適している。定着ベルト８は、ポリイミド等の耐熱性樹脂あるいはステンレス鋼やニッケル等の金属材料からなるシームレスな円筒状の基材の表面に弾性層としてシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料を形成し、離型層として耐熱性および離型性に優れたＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂が形成された構造となっている。また基材の内面にＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂層を形成してもよい。これによって、伝熱部材３との摺動負荷を低減することができる。
【００２８】
次に、図３に示す定着装置は加圧ローラ１、定着ローラ９及び発熱体４により構成され、発熱体と定着ローラ９の間に伝熱部材３を有することが好ましい。発熱体４と伝熱部材３は積層されており伝熱部材３が定着ローラ９の表面に圧接し、加圧ローラ１が定着ローラ９と対向するように圧接して配置されている。加圧ローラ１および定着ローラ９は図示しない駆動手段により回転駆動する。発熱体４、伝熱部材３と定着ローラ９との間には発熱体４、伝熱部材３を内包する形で自由に回転するシームレスベルトを介しても良い。これによって定着ローラ表面の磨耗を低減することができる。定着ローラ９は、たとえばその内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなっている。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適しており、離型層にはＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素系材料が適している。
【００２９】
（２）発熱体
図４から図８に本発明に関する発熱体の構成図の一例を示す。本発明の発熱体の独立した複数の発熱部１０は、少なくとも複数の発熱部１０が電気的に独立しており、個別に電力を投入して発熱を制御することができるように給電電極１１が配されている。また、発熱部の少なくとも一面に絶縁層１２が設けられても良く、さらに前記絶縁層１２の少なくとも一面に伝熱部材が設けられても良い。さらに、表面には定着フィルム、定着ベルト、定着ローラ等との摺動抵抗を低減するためにまた耐磨耗のために、ＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素系材料によるコーティングを行なっても良い。
【００３０】
発熱体４の厚みは０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、更には０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下がより好ましい。これ以上薄くなると発熱体に強度が確保できなくなり定着装置内で破損する虞がある。またこれ以上厚くなるとヒーター自体の熱容量が大きくなりすぎ電力投入後温度が上昇するのに時間がかかってしまう。
【００３１】
次に、図４から図６に発熱体の発熱部１０の形状と配置について説明する。個々の発熱部１０の形状は方形であることが好ましく長方形、正方形、菱形、平行四辺形、台形等が挙げられ、特に長方形または正方形であると発熱部内部の電流の流れが均一となり、均一な発熱分布を得られるためより好ましい。また複数の発熱部１０の配置についても特には限定しないが、発熱部が被加熱体の通過幅略全体に配されている。発熱部の重心が直線状に配列していると発熱部を効率的に配することができ発熱体の面積を小さくできるので好ましい。また独立した複数の発熱部の形状が同一形状であれば、均等に発熱部を設けることが出来るため、より発熱体を均一に発熱させることができる。
【００３２】
図７及び図８には、図４から図６に示した発熱部１０以外の形態を示す。図７及び図８に示す発熱体の均等に発熱部１０を設けられた場合は、発熱部１０がｄ≦ｓｉｎθ（ｌｃｏｓθ−ｗｓｉｎθ）且つ０°＜θ＜９０°、ｄ＞０を満たすように配置されていることが好ましい。前述したｄは隣り合う発熱部１０の距離を、θは発熱部１０の重心を軸に回転させた角度、ｌは方形の一方向に向かい合う辺の長さ、ｗは方形の残りの向かい合う辺の長さを示し、前記発熱部１０は隣り合う発熱部１０と接触しないことが好ましい。このように配置すると通過する被加熱部材５の通過方向に対して隣接する発熱部がオーバーラップするため均一な定着が可能となる。
【００３３】
前記の発熱部は、１０は少なくともポリイミドを含んでおりさらには導電材を含んでいることが特に好ましく、その他に絶縁材を含んでいても良く、発熱部１０はポリイミドまたはその前駆体からなる溶液及び、導電材を含んでなるペースト状組成物をスクリーン印刷、メタルマスク、又はその他の印刷手段により独立した発熱部１０のパターンに印刷され、然る後に乾燥、焼成、硬化などの手段により形成される。ここでポリイミドは芳香族ジアミン成分と芳香族テトラカルボン酸成分とを反応せしめ、熱的または化学的にイミド化してなるものである。
【００３４】
本発明の発熱部に用いられるポリイミドの芳香族ジアミン成分としては、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、１，４−ジアミノベンゼン、１，３−ジアミノベンゼン、２，２’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，４−ジアミノトルエン、３，４’ −ビフェニルジアミン、３，４’−ジアミノジフェニルスルホキシド、２，２−ビス（３−アミノフェニル）プロパン、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’ −ビフェニルジアミン、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、２，６−ジアミノトルエン、４，４’−ビフェニルジアミン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、３，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，２−（３−アミノフェニル）（４−アミノフェニル）プロパン、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、４，４’−ジアミノジフェニルスルホキシド、３，４’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホキシド、３，４’−ジアミノジフェニルスルホン、２，５−ジアミノトルエン、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，２−（３−アミノフェニル）（４−アミノフェニル）プロパン、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，２’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、３，４’−ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、３，３’−ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、４，４’−ジアミノジフェニルスルホキシド、３，４’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホキシド、３，４’−ジアミノジフェニルスルホン、２，５−ジアミノトルエン、３，３’−ヒドロキシ−４，４’−ジアミノビフェニル、１，３−ビス−（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス−（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス−（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、４，４’−ビス−（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４’−ビス−（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、ジアミノベンゾアニリド、メチレンジアニリン、２，２’ ，−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’，３，７−ジアミノ−ジメチルジベンゾチオフェン−５，５−ジオキシド、９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレンが挙げられ、これらは単独であるいは混合して用いることができ、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルまたは１，４−ジアミノベンゼンを用いると発熱部１０の耐熱性を高くすることができるので好ましい。
【００３５】
また、本発明の芳香族テトラカルボン酸成分としては、３，４，３’，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ピロメリト酸、３，４，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、３，４，３’，４’−ジフェニルスルホキシドテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸、３，４，３’，４’−ジフェニルスルフィドテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ジフェニルメタンテトラカルボン酸、３，４，３’，４’−ジフェニル（２，２−イソプロピリデン)テトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ジフェニルスルホキシドテトラカルボン酸、３，４，３’，４’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸、３，４，３’，４’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ジフェニルスルホントラカルボン酸、２，３，３’，４’−ジフェニルスルフィドテトラカルボン酸、３，４，３’，４’−ジフェニルスルメタンテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ジフェニル（２，２−イソプロピリデン)テトラカルボン酸、４，４'‐（ヘキサフルオロイソプロピル）フタル酸、ビスフェノール酸およびそのエステル化合物、無水物などが挙げられ、これらは単独であるいは混合して用いることができ、３，４，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、ピロメリット酸を用いると発熱部１０の耐熱性を高くすることができるので好ましい。
【００３６】
本発明において有用な極性有機溶媒は、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、Ｎ−メチルカプローラクタム、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、１，２−ジメトキシエタン、ジグライム、トリグライム、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、γ−ブチローラクトン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、ジエトキシエタン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブなどが挙げられる。好ましい溶媒はＮ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドである。これらの溶媒を単独で又は混合物として、あるいはトルエン、キシレン、すなわち芳香族炭化水素などの他の溶媒と混合して用いることができる。
【００３７】
ここでポリイミド前駆体からなる溶液は熱的または化学的にイミド化してポリイミドとすることができるものであれば特に限定しないが、好ましくは上記芳香族ジアミン成分および芳香族テトラカルボン酸成分の二無水物を上記極性有機溶媒に溶解せしめて反応させ、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸の溶液としたものである。または、上記芳香族ジアミン成分および芳香族テトラカルボン酸成分のエステル化合物を上記極性有機溶媒に溶解させポリイミド前駆体溶液としたものである。
【００３８】
また、本発明の導電材として、導電性を有する導電フィラーを含んでいる事が望ましく、導電性を有する導電フィラーとしては、特に限定しないが大きさが０．０１から１００μｍで、球状、土塊状、鱗片状、繊維状、ウィスカー状、ストランド状、コイル状、樹枝状の形状のもので、ニッケル、銅、金、銀、白金、パラジウム、タングステン、モリブデン、亜鉛、アルミニウム、クロム、コバルト、ジルコニウム、錫、チタン、鉄、ニオブ、バナジウム、等の金属またはステンレス、ニクロム、ハンダ、黄銅、青銅などの合金、炭化タングステン、炭化タンタル、二ケイ化タングステン、ほう化タングステン、ほう化モリブデン、炭化モリブデン、二けい化モリブデン、炭化チタン、二ほう化チタン、二けい化チタン、窒化チタン、炭化クロム、二ほう化クロム、二けい化クロム、炭化ジルコニウム、二ほう化ジルコニウム、二けい化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、二ほう化ニオブ、二けい化ニオブ、ニほう化タンタル、二けい化タンタル、窒化タンタルなどの金属化合物、黒鉛、膨張黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、気相成長法炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル、グラフェン等の炭素組成物、またはガラス、黒鉛、セラミック等のコア材と、前記コア粒子を導電物質でコーティングした導電材よりなる群から選択される少なくとも１つのフィラーであるのが好ましい。
【００３９】
また、少なくともポリイミドを含んでなる発熱部１０には、絶縁部材がさらに含まれても良い。本発明の絶縁材として絶縁性フィラーを強度向上、熱伝導性向上、ペーストの流動性改善等の為に添加しても良く、特に限定しないが、好ましくは大きさが０．０１μｍから１００μｍで、球状、土塊状、鱗片状、繊維状、ストランド状、樹枝状の形状のもので、ガラス繊維、窒化硼素、アルミナ、酸化チタン、タルク、セピオライトなどが挙げられる。
【００４０】
また、発熱体の発熱部１０の少なくとも一方の面には絶縁層１２を配していることが好ましく、伝熱部材３を用いない場合または伝熱部材３が導電性である場合には必須である。絶縁層１２としては特に限定しないが耐熱性を有しフレキシブルであることが好ましく、より具体的にはポリイミドの皮膜またはフィルムであることが特に好ましい。発熱部のもう一方の面も絶縁層１３を配していることがさらに好ましい。
【００４１】
さらに、前記絶縁層１２の少なくとも一方の面には伝熱部材３が設けられても良い。伝熱部材３は発熱体４からの熱を効率よく定着フィルム２、定着ベルト８、定着ローラ９等に伝え、さらには発熱体４の急激な温度変化を抑え温度制御を行い易くする。材質は熱伝導の高いステンレス、アルミ、ニッケル、銅等の金属材、アルミナ、窒化アルミ、窒化硼素、窒化けい素等のセラミック材、黒鉛等が挙げられ、その厚みは０．１ｍｍから５ｍｍの範囲が好ましく、強度や熱容量の観点から０．２から２ｍｍの範囲がより好ましい。更に伝熱部材は発熱体を定着フィルム２、定着ベルト８、定着ローラ９等との摺動磨耗から保護する。また伝熱部材３を導電性部材とし、漏電遮断装置と接続することにより発熱体が破損した場合に速やかに漏電電流を検知し電力の供給を遮断することができるので安全性の向上をはかる事ができる。またを定着フィルム２、定着ベルト８、定着ローラ９等との摺動面に摺動抵抗を低減するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素系材料によるコーティングをおこなっても良い。
【００４２】
また、発熱部には電気を供給される給電電極１１が設けられており、前記給電電極１１は発熱部１０より導電性が高ければ特に限定することは無い。好ましい形態としては、ポリイミドまたはその前駆体からなる溶液及び、導電材を含んでなるペースト状組成物、又は有機溶剤に金属ナノ粒子、特に好ましくは銀ナノ粒子、金ナノ粒子、パラジウムナノ粒子、白金ナノ粒子を分散させた導電性インクをスクリーン印刷、メタルマスク、又はその他の印刷手段により給電電極のパターンに印刷され、然る後に乾燥、焼成、硬化などの手段により形成する。またはメッキ、スパッタリング、蒸着、金属箔の接着等によりニッケル、銅、金、銀等の金属膜を形成して給電電極１１としても良い。
【００４３】
（３）電力制御装置
次に、図９に示す本発明の定着装置の電力制御装置について説明する。被加熱体５の大きさ情報を取得し入力する被加熱体幅情報出力装置１６と、被加熱体５の大きさ情報を元にして被加熱体５が通過する部分に相当する位置にある発熱部に選択的に電力を供給することのできる電力供給装置１４と、電力供給装置１４より電力を送る電力供給線１５と独立した複数の発熱部１０を備える発熱体４と、を備える。電力供給線１５は独立した複数の発熱部１０に接続する給電電極１１に圧着や半田などでそれぞれ接続される。さらには図示しないが発熱体および、又は定着フィルム２、定着ベルト８、定着ローラ９等の表面に温度センサを設置し温度センサよりの温度情報を電力供給装置１４に入力する構成がより好ましい。
【００４４】
被加熱体幅情報出力装置１６は被加熱部材が供給され印刷が開始される時点において、被加熱体の大きさ情報を取得し、得られた被加熱体の大きさ情報を電力供給装置１４に出力する。被加熱体の大きさ情報を取得する方法については特に限定することは無いが、被加熱体導入部に配されたセンサによって検出する、またはユーザーが被加熱体の大きさ情報を入力する、またはこれらの組み合わせにより被加熱体の大きさ情報を取得する方法が挙げられる。
【００４５】
電力供給装置１４は、被加熱体幅情報出力装置１６よりの被加熱体５の大きさ情報を入力し、この情報を処理して被加熱体５の通過時点に於いて定着フィルム２、定着ベルト８、定着ローラ９等の被加熱体５の通過幅の温度が定着に適した温度となるように、電力供給線１５および給電電極１１を通じて発熱体４の各独立した発熱部１０に電力を供給する。または予め全ての発熱部１０に電力を供給し定着装置の温度を速やかに定着が開始できる温度まで予熱を行なっておくとウォームアップタイムを短縮できる。続いて被加熱体５の通過が継続している時点に於いては、被加熱体５が持ち出す熱量を補うだけの熱量を供給するように独立した複数の発熱部１０のうち被加熱体５が通過する部位の発熱部１０に追加の電力を供給する。この際に温度センサよりの温度情報を電力供給装置１４に入力し温度情報に基づき定着に適切な温度となるように電力供給を制御することにより、より精度の高い制御が可能となる。
【００４６】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００４７】
＜定着装置＞
定着装置としては、図２に示した定着装置を用いた。定着装置は加圧ローラ１、定着ベルト８、定着ローラ７及び発熱体４により構成され、発熱体と定着ベルト８の間に伝熱部材３を有する。定着ベルト８は定着ローラ７と積層された発熱体４と伝熱部材３との間に張架されており、加圧ローラ１が定着ベルト８を介して定着ローラ７と対向するように圧接して配置されている。
【００４８】
＜発熱体の作成＞
図４に使用した発熱体４の平面図を示した。発熱体４は軸線方向の全長が３６０ｍｍであって、各独立した発熱部１０の平面形状は軸線方向５ｍｍ、軸線方向に直行する方向に２０ｍｍである長方形であり、前述した発熱部１０は軸線方向に５８併設されており、隣接する発熱部の間には１ｍｍの間隙がある。各発熱部には独立して電力を供給できるように各個に電極１１が設けられている。発熱部１０および電極１１は絶縁層１２上に形成されている。発熱部１０のすべて、および電極１１の一部は絶縁層１３で覆われている。各発熱部１０の抵抗値は４８０Ωで１００Ｖの電圧で電力を供給した場合に２０．８Ｗの発熱量が得られる。
【００４９】
発熱体４は絶縁層１２として厚み５０μmのポリイミドフィルム（ユーピレックス−Ｓ、宇部興産製）上に、導電性粒子として黒鉛粉末（ＧＲ−１５、日本黒鉛製）３２．４重量部を、ポリイミド前駆体溶液ＲＣ５０６３（アイ．エス．テイ製）２００重量部に添加した後３本ロールミルを３回通過させて作成したペーストをスクリーン印刷法にて図４の発熱部１０の形状に印刷した後、乾燥炉にて乾燥させた。次いで５０重量部のポリイミド前駆体溶液ＲＣ５０６３に銀粉（ＡｇＣ―Ａ、福田金属箔粉製）４７．１重量部を加え１５分間攪拌し、次いで、この銀粉含有ポリイミド前駆体溶液に２５重量部のＮ−メチル−ピロリドンに２−ジ−ｎ−ブチルアミノ−４，６−ジメルカプト−１，３，５−トリアジン０．０２２重量部を溶解させた溶液を加え８時間攪拌して得たペーストをスクリーン印刷法にて図４の電極部１１の形状に印刷して乾燥させた。次いでポリイミド前駆体溶液ＲＣ５０６３をスクリーン印刷法にて図４の絶縁層１３の形状に印刷して乾燥させた後テンターに固定して焼成炉にて６時間かけて４００℃まで温度を上げていき、４００℃で１５分間保持した後冷却して取り出し発熱体４を作成した。
【００５０】
伝熱部材３は軸線方向の全長が３６０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、半径１５ｍｍの半円筒形状でＳＵＳ３０４材よりなる。伝熱部材３の内面に前述した発熱体４を耐熱性接着剤（ＳＫＹＢＯＮＤ８００、アイ．エス．テイ製）で接着させた。発熱体４の各電極部１１にはそれぞれ電力供給装置１４より電力供給線１５を接続した。電力供給装置１４は被加熱体の幅情報を出力する被加熱体幅情報出力装置１６に接続した。被加熱体の幅情報を出力する被加熱体幅情報出力装置１６は被加熱体５の幅をセンサにより検出して電力供給装置１４に出力する。
【００５１】
＜制御＞
被加熱部材が供給され印刷が開始される時点において、被加熱体の大きさ情報が被加熱体導入部に配されたセンサによって検出され、被加熱体幅情報出力装置１６より電力供給装置１４に入力される。また発熱体４および定着ベルト８の表面には温度センサが設置されており、検知された温度情報は電力供給装置１４に入力される。電力供給装置１４は、印刷が開始される時点において、電力供給線１５および給電電極１１を通じて全ての発熱部１０に電力を供給し定着装置の温度を上げ、温度センサよりの温度情報に基づき速やかに定着が開始できる温度に制御する。続いて被加熱体５の通過が開始されると電力供給装置１４は、被加熱体５が持ち出す熱量を補うだけの熱量を供給するように独立した複数の発熱部１０のうち被加熱体５が通過する部位の発熱部１０に追加の電力を供給する。このとき温度センサよりの温度情報に基づき定着に適切な温度となるように電力供給を制御する。
【００５２】
以上のように構成された定着装置に対して、まず未定着のトナーを載せたＡ３サイズの用紙（用紙幅２９８ｍｍ）を１分間に３０枚連続通紙した。出力する被加熱体幅情報出力装置１６により得られた用紙サイズの情報が電力供給装置１４に送られ、その結果電力供給装置１４は全ての発熱部１０に電力を供給して発熱させた。その結果、良好な定着性能を得られた。この際の用紙１枚定着するのに要した消費電力量は約０．４５Ｗｈｒであった。
【００５３】
次いで、未定着のトナーを載せたＡ４サイズの用紙（用紙幅２１０ｍｍ）を１分間に４０枚連続通紙した。出力する被加熱体幅情報出力装置１６により得られた用紙サイズの情報が電力供給装置１４に送られ、その結電力供給装置１４は中央４０箇所の発熱部１０にのみ電力を供給して発熱させた。その結果、良好な定着性能を得られた。この際の用紙１枚定着するのに要した消費電力量は約０．２５Ｗｈｒであった。
【００５４】
次いで、未定着のトナーを載せた葉書（用紙幅１００ｍｍ）を１分間に４０枚連続通紙した。出力する被加熱体幅情報出力装置１６により得られた用紙サイズの情報が電力供給装置１４に送られ、その結果電力供給装置１４は中央２０箇所の発熱部１０にのみ電力を供給して発熱させた。その結果、良好な定着性能を得られた。この際の用紙１枚定着するのに要した消費電力量は約０．１３Ｗｈｒであった。
【００５５】
次いで、未定着のトナーを載せた名刺（用紙幅５５ｍｍ）を１分間に６０枚連続通紙した。被加熱体の幅情報を出力する被加熱体幅情報出力装置１６により得られた用紙サイズの情報が電力供給装置１４に送られ、その結果電力供給装置１４は中央１２箇所の発熱部１０にのみ電力を供給して発熱させた。その結果、良好な定着性能を得られた。この際の用紙１枚定着するのに要した消費電力量は約０．０５Ｗｈｒであった。
【実施例２】
【００５６】
発熱体４の平面形状を図７に示した形状とした以外は実施例１と同様に定着試験を行なった。発熱体４は軸線方向の全長が３６０ｍｍであって、各独立した発熱部１０の平面形状は略軸線方向に並行した辺の長さｗが５ｍｍ、略軸線方向に直行する方向の辺の長さｌが２０ｍｍである長方形であり、各発熱部１０の重心を軸として回転しておりその回転角θは１０°である。隣接する発熱部１０の間には１ｍｍの間隙ｄがあり、ｄ≦ｓｉｎθ（ｌ＊ｃｏｓθ−ｗ＊ｓｉｎθ）＝３．２７ｍｍを満たしている。いずれの用紙の場合においても良好な定着性能を得られ、特に画質が良好であった。
【実施例３】
【００５７】
発熱体４の平面形状を図７に示した形状とした以外は実施例１と同様に定着試験を行なった。発熱体４は軸線方向の全長が３６０ｍｍであって、各独立した発熱部１０の平面形状は略軸線方向に並行した辺の長さｗが３ｍｍ、略軸線方向に直行する方向の辺の長さｌが２０ｍｍである長方形であり、各発熱部１０の重心を軸として回転しておりその回転角θは４５°である。隣接する発熱部１０の間には３ｍｍの間隙ｄがあり、ｄ≦ｓｉｎθ（ｌ＊ｃｏｓθ−ｗ＊ｓｉｎθ）＝８．５ｍｍを満たしている。いずれの用紙の場合においても良好な定着性能を得られ、特に画質が良好であった。
【実施例４】
【００５８】
発熱体４の平面形状を図８に示した形状とした以外は実施例１と同様に定着試験を行なった。発熱体４は軸線方向の全長が３６０ｍｍであって、各独立した発熱部１０の平面形状は軸線方向に並行した辺の長さｗが２０ｍｍ、略軸線方向に直行する方向の辺の長さｌが２０ｍｍであり、各発熱部１０の略軸線方向に直行する方向の辺ｌが重心を軸として回転しておりその回転角θは１０°である。隣接する発熱部１０の間には１ｍｍの間隙ｄがあり、ｄ≦ｓｉｎθ（ｌ＊ｃｏｓθ−ｗ＊ｓｉｎθ）＝６．３ｍｍを満たしている。いずれの用紙の場合においても良好な定着性能を得られ、特に画質が良好であった。
【実施例５】
【００５９】
＜定着装置＞
図１に使用した定着装置を示した。定着装置は加圧ローラ１、定着フィルム２及び発熱体４により構成され、発熱体と定着フィルム２の間に伝熱部材３を有する。発熱体４と伝熱部材３は積層されており伝熱部材３が定着フィルム２の内面に接し、加圧ローラ１と対向するように圧接して配置されている。
【００６０】
この定着装置を用い実施例２に示した発熱体及び制御により定着試験を行なった。いずれの用紙の場合においても良好な定着性能を得られた、特に画質が良好であった。
【実施例６】
【００６１】
絶縁層１２として厚み５０μmのポリイミドフィルム（ユーピレックス−Ｓ、宇部興産製）上に、導電性粒子として気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ−Ｈ、昭和電工製）１２．１重量部を、ポリイミド前駆体溶液ＲＣ５０６３（アイ．エス．テイ製）２００重量部に添加した後３本ロールミルを３回通過させて作成したペーストをスクリーン印刷法にて図４の発熱部１０の形状に印刷した後、乾燥炉にて乾燥させ以降実施例１と同様に作成した発熱体を用いた以外は実施例１と同様に定着試験を行なった。いずれの用紙の場合においても良好な定着性能を得られた。
【実施例７】
【００６２】
絶縁層１２として厚み５０μmのポリイミドフィルム（ユーピレックス−Ｓ、宇部興産製）上に、導電性粒子として炭化タングステン（ＷＣ１０、アライドマテリアル製）１６４重量部を、ポリイミド前駆体溶液ＲＣ５０６３（アイ．エス．テイ製）２００重量部に添加した後３本ロールミルを３回通過させて作成した発熱ペーストをスクリーン印刷法にて図４の発熱部１０の形状に印刷した後、乾燥炉にて乾燥させ以降実施例１と同様に作成した発熱体を用いた以外は実施例１と同様に定着試験を行なった。いずれの用紙の場合においても良好な定着性能を得られた。
【００６３】
（比較例１）
発熱体の平面形状を軸方向に長さ３５０ｍｍ、軸方向に直交する方向の長さ２０ｍｍの長方形である発熱部を一つ備えた形状とした以外は実施例１の通り各種用紙に対する定着試験を行なった結果、Ａ３サイズの用紙に関しては良好な定着性能を得られたが、Ａ４サイズの用紙、葉書及び名刺に関しては、定着操作中に定着装置内部に高温になる部分が生じたため冷却するため定着操作をとめざるを得ず１分間に５枚程度しか定着させる事ができなかった。用紙１枚定着するのに要した消費電力量はＡ３サイズの用紙の場合約０．４５Ｗｈｒ、Ａ４サイズの用紙の場合約０．６Ｗｈｒ、葉書の場合約０．４Ｗｈｒ、名刺の場合約で０．４Ｗｈｒあった。葉書および名刺では過熱部の冷却に伴い通紙部も温度が下がり再度定着温度まで加熱する必要があったため消費電力量が増えた。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の定着装置は、電子写真複写機やレーザービームプリンター等に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１ 加圧ローラ
２ 定着フィルム
３ 伝熱部材
４ 発熱体
５ 被加熱体
６ 未定着トナー
７ 定着ローラ
８ 定着ベルト
９ 定着ローラ
１０ 発熱部
１１ 給電電極
１２ 絶縁層
１３ 絶縁層
１４ 電力供給装置
１５ 電力供給線
１６ 被加熱体幅情報出力装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
必要な回路に電力を供給する制御装置と、前記制御装置より供給される電力により発熱する発熱体を備えた定着装置であって、
前記発熱体が少なくともポリイミドを含んでなる独立した複数の発熱部からなり、それぞれの発熱部に被加熱体の大きさに応じて制御装置より個別に備えられた発熱部の電極へ電力を供給されることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記独立した複数の発熱部が方形状であ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】
前記発熱部がそれぞれの発熱部の重心が直線状に配列してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記発熱部が重心を軸にほぼ均等な角度ずつ同方向へ回転させたことを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記独立した複数の発熱部が同一形状であ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】
前記発熱部がｄ≦ｓｉｎθ（ｌｃｏｓθ−ｗｓｉｎθ）を満たすことを特徴とする請求項５に記載の定着装置。（０°＜θ＜９０°、ｄ＞０）
ｄ：隣り合う発熱部との距離
θ：重心を軸に回転させた角度
ｌ：方形の一方向に向かい合う辺の長さ
ｗ：方形の残りの向かい合う辺の長さ
【請求項７】
前記発熱部の少なくとも一方の面上に絶縁層を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の定着装置。
【請求項８】
前記絶縁層の少なくとも一方の面上に伝熱部材を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の定着装置。
【請求項９】
前記伝熱部材がステンレス、アルミ、ニッケル、銅、アルミナ、窒化アルミ、窒化硼素、窒化けい素、黒鉛から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記発熱部がスクリーン印刷又はメタルマスクにより形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１】
必要な回路に電力を供給する制御装置と、前記制御装置より供給される電力により発熱する発熱体を備えた定着装置であって、
前記発熱体が少なくともポリイミドを含んでなる独立した複数の発熱部からなり、それぞれの発熱部に被加熱体の大きさに応じて制御装置より個別に備えられた発熱部の電極へ電力を供給されることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記独立した複数の発熱部が方形状であ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】
前記発熱部がそれぞれの発熱部の重心が直線状に配列してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記発熱部が重心を軸にほぼ均等な角度ずつ同方向へ回転させたことを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記独立した複数の発熱部が同一形状であ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】
前記発熱部がｄ≦ｓｉｎθ（ｌｃｏｓθ−ｗｓｉｎθ）を満たすことを特徴とする請求項５に記載の定着装置。（０°＜θ＜９０°、ｄ＞０）
ｄ：隣り合う発熱部との距離
θ：重心を軸に回転させた角度
ｌ：方形の一方向に向かい合う辺の長さ
ｗ：方形の残りの向かい合う辺の長さ
【請求項７】
前記発熱部の少なくとも一方の面上に絶縁層を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の定着装置。
【請求項８】
前記絶縁層の少なくとも一方の面上に伝熱部材を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の定着装置。
【請求項９】
前記伝熱部材がステンレス、アルミ、ニッケル、銅、アルミナ、窒化アルミ、窒化硼素、窒化けい素、黒鉛から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記発熱部がスクリーン印刷又はメタルマスクにより形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の定着装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２５２１９０（Ｐ２０１２−２５２１９０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２５２１３（Ｐ２０１１−１２５２１３）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（３９１０５９３９９）株式会社アイ．エス．テイ (102)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（３９１０５９３９９）株式会社アイ．エス．テイ (102)
【Ｆターム（参考）】
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