特許 5686995 誘導加熱式カーボンナノチューブ定着器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5686995

(24)【登録日】2015年1月30日

(45)【発行日】2015年3月18日

(54)【発明の名称】誘導加熱式カーボンナノチューブ定着器

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/20 20060101AFI20150226BHJP

【ＦＩ】

   G03G15/20 515

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2010-158548(P2010-158548)

(22)【出願日】2010年7月13日

(65)【公開番号】特開2011-22575(P2011-22575A)

(43)【公開日】2011年2月3日

【審査請求日】2013年7月12日

(31)【優先権主張番号】12/505,850

(32)【優先日】2009年7月20日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】596170170

【氏名又は名称】ゼロックス コーポレイション

【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(72)【発明者】

【氏名】ジェラルド エイ ドーモト

(72)【発明者】

【氏名】ニコラス クラディアス

(72)【発明者】

【氏名】コック−イー ロー

(72)【発明者】

【氏名】ホン ザオ

【審査官】 山本 一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１３９４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２６９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２７９６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８２５０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｇ １５／２０

Ｈ０５Ｂ ６／１４

Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に整列した複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）を含むサセプタ層を備えた加熱要素と、前記加熱要素の近傍に配置され、電流を伝導するように構成された電気コイルと、を備え、受像基材上に付着したトナーを融解するように構成された誘導定着システムであって、
前記電気コイルに前記電流が印加されたとき前記サセプタ層の誘導加熱が起り、
前記サセプタ層の抵抗率／厚さが０．４ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍ乃至０．８ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍの範囲にある
ことを特徴とする誘導定着システム。

【請求項2】

前記加熱要素は定着器ベルトの一部分であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記加熱要素は、定着器ロール、加圧ロール、及び、剥離剤を前記定着器ロールに供給するドナーロールのうちの１つ又はそれ以上の外表面の一部分であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記電流は前記電気コイルに接続された電源により生成されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

従来の誘導加熱定着器システムにおいては、ニッケル、銅、銀、アルミニウムなどの金属が、加熱式定着器部材内のサセプタ層として用いられる。しかしこれらの金属は目標温度まで加熱するのに誘導コイルを流れる多量の電流を必要とする。さらに誘導コイル内の大電流は回路損失を生じ定着器システムの非効率性をもたらし得る。さらにまた、既存のサセプタ層の厚さと抵抗率の組合せによっては、最適な熱生成は達成されない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0002】

【特許文献1】米国特許第６，７２５，０１０号

【特許文献2】米国特許第７，３６９，８０２号

【特許文献3】米国特許第６，９８９，５１６号

【図面の簡単な説明】

【0003】

【図1】本教示による誘導加熱式定着器ベルトの例示的な方式及びシステムを示す。

【図2】本教示による誘導加熱式定着器ロールの例示的な方式及びシステムを示す。

【図3】本教示による例示的な励起ユニット及び誘導加熱要素の例示的な断面を示す。

【図4】本教示によるサセプタ層内の渦電流加熱を示すグラフである。

【図5】本教示によるサセプタ層内の渦電流加熱を示すグラフである。

【図6】本教示によるサセプタ層内の渦電流加熱を示すグラフである。

【図7】本教示によるサセプタ層内の渦電流加熱を示すグラフである。

【図8】本教示によるサセプタ層の抵抗率／厚さを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0004】

電子写真技術を採用する画像形成装置は一般に、静電潜像を潜像受容体の表面に形成し、帯電トナーを受容体の表面に接触させてトナー画像を形成することができる。このトナー画像は受像基材に転写することができ、そこで画像は熱及び／又は圧力により定着され、それにより画像が得られる。このような装置においては、互いに当接する定着器ロール及び加圧ロールを備えた定着システムを用いて、トナーを受像基材に定着させることができる。具体的には、定着器ロールと加圧ロールの間にニップを形成することができ、それにより、受像基材がニップに入ったときに熱及び圧力でトナーを定着させることができる。

【0005】

定着システムは、定着プロセス中に加熱することができる熱生成要素を有することができる。定着システムにおいて、熱生成要素をトナーの融解及び定着操作に十分高い温度まで加熱するのに要するウオームアップ時間を短くすることが、エネルギー節約及び画像化装置の使用中にユーザを待たせないことの見地から望ましい。さらに、定着システム内の電気的及び電子的ハードウェアのコストを削減することができ、システム設計を簡単にすることができ、ウオームアップ時間の短縮の結果としてシステム効率を向上させることができる。

【0006】

誘導加熱技術はウオームアップ時間を短縮するのに利用することができる。これらの技術において、熱生成要素に近接位置に磁場を生成するのに電気コイルを用いることができる。磁場は、導電性の熱生成要素中に引き起こされる渦電流と呼ばれる電流を生じることができる。この渦電流は熱を生成することができ、熱生成要素中に熱の形態で消散される電力は渦電流損失として知られる。熱生成要素は、渦電流損失を引き起こして熱を生成することができる導電性サセプタ層を含むことができる。小さな電気的出力で大きな渦電流損失を引き起こすことが望ましい。

【0007】

本発明の実施形態において、熱生成要素内の導電性サセプタ層は不織カーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）及び／又は他の炭素ベースの材料を含むことができる。不織ＣＮＴｓはシートを含むことができ、要素を目標温度まで加熱するのに要する電流を最少にし、システム設計を簡単にし、システム内の電気的及び電子的ハードウェアのコストを最少にすることができる。さらに、ＣＮＴｓから作られるテキスタイルは高抗張力及び高熱伝導性を有し、これにより、このテキスタイルが望ましいベルト材料になる。従って、サセプタ層としてＣＮＴ不織シートを用いるとより効率的な定着システムが可能になる。さらに本発明の実施形態において、サセプタ層は、熱生成量を最適化することができる抵抗率及び厚さの組合せを有することができる。最適の抵抗率及び厚さの組合せを実現するためには、サセプタ層はＣＮＴ材料に限定する必要はなく他の炭素ベース又は金属材料を含むことができることを理解されたい。

【0008】

本明細書で用いるとき、そして別に明記しない限り、用語「ナノチューブ」及び「ＣＮＴｓ」は、約１００ナノメートル又はそれ以下の少なくとも１つの短寸法、例えば幅又は直径を有する細長い材料（有機及び無機材料を含む）を指す。ナノチューブは不織シートとすることができ、整列させないか又は溶媒処理若しくは機械的引張りにより整列させることができる。ナノチューブは本質的に全て炭素から成るシートとすることができるが、デバイス製造プロセスの結果として少量の高分子材料を含むこともあり得る。

【0009】

様々な実施形態において、ナノチューブは内径及び外径を有することができる。例えば、内径は約０．５乃至約２０ナノメートルの範囲とし、一方外径は約１乃至約８０ナノメートルの範囲にすることができる。ナノチューブは、例えば約１乃至約１００００の範囲のアスペクト比を有することができる。さらに、ナノチューブの長さは約１００ｎｍ乃至約０．５ｃｍの範囲にすることができる。

【0010】

用語「ナノチューブ」及び「ＣＮＴｓ」はまた、単一壁カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴｓ）のような単一壁ナノチューブ、二重壁ナノチューブ、又は多重壁カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴｓ）のような多重壁ナノチューブを含むことができ、それらの種々の機能化及び誘導体化された小繊維がナノファイバなどを形成する。用語「ナノチューブ」及び「ＣＮＴｓ」はさらに、ＳＷＣＮＴｓ及び／又はＭＷＣＮＴｓを含んだカーボンナノチューブを含むことができる。さらに用語「ナノチューブ」及び「ＣＮＴｓ」は、上述の全ての可能なナノチューブ及びそれらの組合せから改良したナノチューブを含むことができる。ナノチューブの改良には物理的及び／又は化学的改良を含めることができる。

【0011】

ナノチューブは導電性材料又は半導体材料で形成することができる。実施形態においてナノチューブは、低及び／又は高純度乾燥紙形態で得ることができ、或は種々の溶媒中で購入することができる。他の実施形態においてナノチューブは、製造されたままの未精製状態で入手でき、その場合には後で精製プロセスを行うことができる。

【0012】

ナノチューブは非常に優れた望ましい機能、例えば、機械的、電気的（例えば導電率）、及び熱的（例えば熱伝導率）機能をコーティング組成物及びコーティングされた物品にもたらすことができる。さらにナノチューブは、様々な物理的及び／又は化学的改良により、制御された及び／又は強化された機械的、電気的又は熱的特性を有する改良／機能化されたナノチューブとすることができる。

【0013】

本発明の実施形態においては、誘導技術を定着システムの任意の適切な部材に適用することができる。例えば、熱生成要素を、ロール型部材、例えば、定着器ロール、加圧ロール、又は定着器ロール及び加圧ロールのどちらか又は両方の代りとしてのエンドレスベルト（定着器ベルト）のような部材のいずれかに、加熱部材として付けることができる。さらに、例えば電気コイルを、定着器システムの部材のいずれか、例えば、定着器ロール、加圧ロール、及び／又は定着器ベルトなどの近傍に配置することができる。さらにまた、電気コイルは、磁場又は対応する渦電流損失を生成することが可能な任意の様式又は形態に構成することができる。例えば、誘導システムは、各々の開示全体が全体として引用により本明細書に組み入れられる特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に記載のシステム及び方法の何れかに従って構成することができる。

【0014】

図１は定着器ベルトシステム内の誘導加熱式定着器ベルトの例示的な方法及びシステムを示す。この例示的な定着器ベルトシステムは、例えばレーザプリンタのような静電画像化装置内に配置することができる。

【0015】

本発明の実施形態において、定着ステーション１００は、定着器ロール１０５、支持ロール１１０、加圧ロール１１２、及び基材移送機構１１５により構成することができる。定着器ロール１０５、支持ロール１１０及び加圧ロール１１２の上の矢印は、各ロールの回転方向を表すことができる。定着器ロール１０５は低い熱伝導率を有することができ、随意にシリコンゴムでコーティングすることができる。支持ロール１１０は、支持ロール１１０を温度上昇から保護するための断熱層１１４を有することができる。加熱ベルト１２５は、支持ロール１１０と定着器ロール１０５の間で所定の張力により回転浮遊させることができる。加熱ベルト１２５は支持ロール１１０及び定着器ロールと共に１１７で示した方向に回転することができる。リブ（図示せず）を支持ロール１１０及び定着器ロール１０５の両端に配置して加熱ベルト１２５がそれぞれのロールから外れないようにすることができる。加熱ベルト１２５は、本明細書で説明する実施形態による誘導的に熱を生成することができる熱生成要素１４２を含むことができる。実施形態において加熱ベルトは、本明細書の図３に記したように複数の層を含むことができる。

【0016】

加圧ロール１１２は加熱ベルト１２５を介して定着器ロールと圧力下で接触させることができ、その結果加熱ベルト１２５と加圧ベルトの間にニップ１０８を形成することができる。基材移送機構１１５は、転写されたトナー粉末画像を有する受像基材を矢印１２０で示す方向に沿ってニップ１０８を通過するように方向付けることができる。加熱ベルト１２５からの熱及びニップ１０８による圧力により、トナー粉末画像を融解させ受像基材に定着させることができる。

【0017】

定着ステーション１００は、支持ロール１１０及び加熱ベルト１２５の近傍に配置することができる励起ユニット１３８を、励起コイル１３５と共に形成することができるリアコア１３０を有するように構成することができる。リアコア１３０は、磁気的又は他の方法で結合することができる中央コア１４０とＵ型コア１４５を含むことができる。中央コア１４０は、励起コイル１３５の中心軸を通過することができ、Ｕ型コア１４５と共に、支持コイル１１０及び定着器ロール１０５の中心線上に配置することができる。リアコア１３０は、例えばフェライトのような高透磁率を有する材料で作成することができる。しかし、多少低い透磁率を有する材料も同様に用いることができる。さらにリアコア１３０は、定着ステーション１００の至る所で消散しないように電磁気層を遮蔽することができる。実施形態において、励起ユニット１３８は、中央コア１４０がない実施形態を含めて、本明細書で説明するように定着ステーション１００内で誘導加熱を可能にするような任意の様式で構成することができる。

【0018】

励起コイル１３５は様々なコイル密度を有することができ、励起回路１５０又は励起コイル１３５を通して電流を伝送することができる任意の電源から生成される電流を伝導することができる。励起回路１５０はＡＣ電源とすることができ、可変の電流及び周波数で動作することができる。例えば、励起回路１５０は、約２５キロヘルツ（ｋＨｚ）乃至約７００ｋＨｚの範囲の周波数又は任意のそれらの組合せにおいて、約０．５アンペア（Ａ）乃至約１０Ａの範囲の電流を出力することができる。しかし、励起回路１５０は種々異なる値の電流を出力できることを理解されたい。励起回路１５０が励起コイル１３５を通る電流を出力するとき、励起コイル１３５に近接する領域に磁場が生成される。この磁場は渦電流を引き起こすことができ、加熱ベルト１２５の熱生成要素１４２中に熱を生成することができる。従って、熱生成要素１４２は渦電流から生じた熱を、加熱ベルト１２５と励起コイル１３５の間になんらの物理的接触もなしに、放散させることができる。

【0019】

熱生成要素１４２からの熱は加熱ベルト１２５に放散させることができ、この加熱ベルト１２５は定着器ロール１０５、支持ロール１１０、及び加圧ロール１１２と共に回転し、転写されたトナー粉末画像を受像基材に定着させるのに十分な熱を供給することができる。より具体的には、加熱ベルト１２５は受像基材がニップ１０８にあるときに転写されたトナーを加熱してトナーを基材に付着させることができる。

【0020】

図２は、定着器ロールシステム内の誘導加熱式定着器ロールの例示的な方法及びシステムを示す。この例示的な定着器ロールシステムは、例えばレーザプリンタのような静電画像化装置内に配置することができる。

【0021】

本発明の実施形態において、定着ステーション２００は定着器ロール２０５、加圧ロール２１０、基材移送機構２１５を含むことができる。基材移送機構２１５は転写されたトナー粉末画像を有する受像基材を矢印２２０で示す方向に沿って、定着器ロール２０５と加圧ロール２１０の間のニップ２０８を通過するように方向付けることができる。定着器ロール２０５及び加圧ロール２１０の上の矢印は、各ロールの回転方向を示すことができ、定着器ロール２０５は加圧ロール２１０と共に回転することができる。加圧ロール２１０は圧力下で定着器ロール２０５と接触させることができ、その結果定着器ロールと加圧ロール２１０の間にニップ２０８を形成ですることができる。定着ステーション２００内で生成される熱及びニップ２０８からの圧力により、トナー粉末画像を融解させて受像基材に定着させることができる。

【0022】

定着システム２００は、ドナーロール２２５、計量ロール２３０、及びリザーバ２３５をさらに含むことができる。ドナーロール２２５及び計量ロール２３０は、矢印で示す方向に回転できるように取り付けることができる。ドナーロール２２５は定着器ロール２０５と共に回転するように配置することができ、計量ロール２３０はドナーロール２２５と共に回転するように配置することができる。リザーバ２３５は剥離剤を保持し、これを計量ロールに供給することができる。計量ロール２３０はドナーロール２２５の表面に剥離剤を供給することができる。ドナーロールが定着器ロール２０５と接触して回転するとき、ドナーロール２２５上の剥離剤の薄膜を定着器ロール２０５に移動させることができ、剥離剤の薄い部分がドナーロール２２５上に残り、定着器ロール２０５上の滞留トナー及び汚染物質の除去を促進する。

【0023】

定着器ロール２０５は、ドナーロール２２５から剥離剤を受け取ることができる外表面２３２を含むことができる。外表面２３２は、本明細書で説明する実施形態により誘導的に熱を生成できる熱生成要素２３４を含むことができる。実施形態において外表面２３２は、本明細書の図３で説明するように、複数の層を含むことができる。さらに、実施形態において外表面２３２は、定着ステーション２００内で誘導的に熱を生成するように、定着器ロール２０５、ドナーロール２２５、及び／又は加圧ロール２１０の如何なる組合せの上にも配置することができる。

【0024】

定着ステーション２００は、定着器ロール２０５の近傍に配置することができる励起ユニット２４０を、励起コイル２４２と共に形成することができるリアコア２４４を有するように構成することができる。実施形態において励起ユニット２４０は、定着器ロール２０５、ドナーロール２２５、及び／又は加圧ロール２１０の如何なる組合せに対しても近傍に配置することができる。リアコア２４４は、磁気的に又は他の方法により結合することができる、中央コア２４８及びＵ型コア２４６を備えることができる。中央コア２４８は励起コイル２４２の中心軸を通過することができ、Ｕ型コア２４６と共に、定着器ロール２０５の中心線上に配置することができる。リアコア２４４は、例えばフェライトのような高透磁率を有する材料で作成することができる。しかし、多少低い透磁率を有する材料も同様に用いることができる。さらに、リアコア２４４は、定着ステーション２００の至る所で消散しないように電磁気層を遮蔽することができる。実施形態において励起ユニット２４０は、中央コア２４８がない実施形態を含めて、本明細書で説明するように定着ステーション２００内で誘導加熱を可能にするような任意の様式で構成することができる。

【0025】

励起コイル２４２は様々なコイル密度を有することができ、励起回路２５０又は励起コイル２４２を通して電流を伝送することができる任意の電源から生成される電流を伝導することができる。励起回路２５０はＡＣ電源とすることができ、可変の電流及び周波数で動作することができる。例えば、励起回路２５０は、約２５キロヘルツ乃至約７００ｋＨｚの範囲の周波数又は任意のそれらの組合せにおいて、約０．５Ａ乃至約１０Ａの範囲の電流を出力することができる。しかし、励起回路２５０は種々異なる値の電流を出力できることを理解されたい。励起回路２５０が励起コイル２４２を通る電流を出力するとき、励起コイル２４２に近接する領域に磁場が生成される。この磁場は渦電流を引き起こすことができ、外層２３２の熱生成要素２３４中に熱を生成することができる。従って、熱生成要素２３４は渦電流から生じた熱を、外層２３２と励起コイル２４２の間になんらの物理的接触もなしに、放散させることができる。

【0026】

熱生成要素２３４からの熱は外層２３２に放散することができ、この外層２３２は定着器ロール２０５及び加圧ロール２１０と共に回転し、転写されたトナー粉末画像を受像基材に定着させるのに十分な熱を供給することができる。より具体的には、外表面２３２は受像基材がニップ２０８にあるときに転写されたトナーを加熱してトナーを基材に付着させるようにすることができる。

【0027】

図３は、本明細書で説明するシステム及び方法による、例示的な励起ユニット３０２及び誘導加熱要素３００の例示的な断面を示す。励起ユニット３０２は、本明細書で説明するように、中央コア１４０、Ｕ型コア１４５、及び励起コイル１３５を備えることができる。さらに励起コイル１３５は、本明細書で説明するシステム及び方法により、様々な厚さ及び密度のコイルを含むことができる。実施形態において励起ユニット３０２は、電流及びそれによる磁気フラックスを生成することができる任意の要素とすることができる。誘導加熱要素３００は、図１に関して説明したように加熱ベルト１２５、又は図２に関して説明したように外表面２３２、又は定着システム内に熱を放散することができる任意の他の要素とすることができる。誘導加熱要素３００は、励起ユニット３０２から近接距離３０４に配置することができる。近接距離３０４は約１０μｍ乃至約１００μｍの範囲にすることができる。誘導加熱要素３００は単に例示的なものであり、本明細書で示し説明するように、種々異なる組合せ、材料、及び構成層の厚さを含むことができる。

【0028】

図３に示すように、誘導加熱要素３００は、剥離層３０５及びシリコーン層３１０を含むことができる。剥離層３０５は、誘導加熱要素３００の外層とすることができ、図１に示すようにニップ１０８において、受像基材と接触することができる。実施形態において剥離層３０５は、トナー定着段階中に、トナーが剥離層３０５に付着しないようにする材料を含むことができる。実施形態において剥離層３０５は、図２に関連して説明したように、トナー剥離剤を受け取りトナーの滞留をさらに防ぐことができる。剥離層３０５は約１０μｍ乃至約５０μｍの範囲の厚さ、又は他の値の厚さを有することができる。シリコーン層３１０は剥離層３０５を支持することができ、約１００μｍ乃至約３ｍｍの範囲の厚さ、又は他の値の厚さを有することができる。

【0029】

誘導加熱要素３００は、第１のサセプタ層３１５及び第２のサセプタ層３２０をさらに含むことができる。実施形態において誘導加熱要素３００は、単一のサセプタ層を含むことができる。サセプタ層３１５及び３２０は、導電性材料とすることができ、電磁エネルギーを吸収してそのエネルギーを熱に変換することができる。具体的には、励起ユニット３０２内の電流により生成される磁場が存在すると、サセプタ層３１５及び３２０は、渦電流を誘起して渦電流による熱を放散することができ、サセプタ層３１５及び３２０内の熱の放散により渦電流損失が生じ得る。サセプタ層３１５及び３２０内の放散熱は、誘導加熱要素３００の他の層の各々又はいずれかを加熱することができる。

【0030】

本発明の実施形態において、第１のサセプタ層３１５及び第２のサセプタ層３２０は、各々、カーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）及び／又は炭素ベースの材料を含むことができる。ＣＮＴｓを用いると、サセプタ層３１５及び３２０を加熱するのに要する励起ユニット３０２内のコイル電流を最少にすることができ、そして高電流に付随する電流損失を最少にすることができる。さらに、ＣＮＴｓは高引張強度及び高熱伝導率を有し、それによりＣＮＴｓは、定着器ベルトの寿命を長くするため、及び誘導加熱システムの効率を向上させるためのそれぞれの、望ましい材料となり得る。実施形態においてサセプタ層３１５及び３２０は各々、約１０μｍ乃至約１００μｍの範囲の厚さ、又は他の値の厚さを有することができる。さらに実施形態において、第１のサセプタ層３１５及び第２のサセプタ層３２０は各々、約０．０００１ｏｈｍ・ｃｍ乃至約０．００２ｏｈｍ・ｃｍの範囲の抵抗率を有することができる。従って、サセプタ層３１５及び３２０は、約０．０２５ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍ乃至約２．０ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍの範囲の抵抗率／厚さを有することができる。本明細書で開示する値の範囲は、例えば、配置、配列、並びに、サセプタ層３１５及び３２０及び対応する要素の幾何学的形状に応じて変更できることを認識されたい。

【0031】

誘導加熱要素３００は、ベース層３２５及び電磁層３３０をさらに含むことができる。ベース層３２５はサセプタ層３１５及び３２０を支持することができ、約３０μｍ乃至約１５０μｍの範囲の厚さ、又は他の値の厚さを有することができる。電磁層３３０は電磁波からシステム内の要素を遮蔽することができ、約２０μｍ乃至約５０μｍの範囲の厚さ、又は他の値の厚さにすることができる。さらに電磁層３３０は、図１に示した加熱ベルト１２５の一部分として支持ロール１１０及び定着器ロール１０５に接触することができる。さらに、定着器ロール誘導加熱システムの実施形態において電磁層３３０は、図２に示した外表面２３２の一部分とすることができ、定着器ロール２０５に接触することができる。

【0032】

図４は、厚さが等しい種々の材料のスセプタ層内の渦電流加熱を示すグラフである。図４に含めたテストケース１〜８の測定値は、周波数４００ｋＨｚで５Ａの電流を誘導コイルに印加して取得した。各々のテストケース１〜８に対して、図３に関して説明した２つのサセプタ層の渦電流加熱を、ワット／メートル（Ｗ／ｍ）単位で測定した。初めの３つ（テストケース１、２、及び３）並びに最後の２つ（テストケース７及び８）のテストケースにおいては、通常の金属材料をサセプタ層として使用した。具体的には、テストケース１では両方のサセプタ層としてニッケルを用い、テストケース２では両方のサセプタ層として銅を用い、テストケース３では両方のサセプタ層として銀を用い、テストケース７ではニッケルのサセプタ層の上に銅のサセプタ層を用い、テストケース８では銅のサセプタ層の上にニッケルのサセプタ層を用いた。

【0033】

テストケース４、５、及び６においては、ＣＮＴｓをサセプタ層として用いた。具体的には、テストケース４では両方のサセプタ層として０．０００１ｏｈｍ・ｃｍの抵抗率を有する軸方向に導電性のＣＮＴｓを用い、テストケース５では両方のサセプタ層として０．０００２５ｏｈｍ・ｃｍの抵抗率を有する軸方向に整列させたＣＮＴｓを用い、テストケース６では両方のサセプタ層として０．０００８ｏｈｍ・ｃｍの抵抗率を有する整列させないＣＮＴｓを用いた。

【0034】

図４に示すように、通常の金属材料のテストケース（テストケース１、２、３、７、及び８）においては、サセプタ層の渦電流加熱は約１００Ｗ／ｍ乃至約２００Ｗ／ｍの範囲であった。対照的に、ＣＮＴ材料のテストケース（テストケース４、５、及び６）においては、サセプタ層の渦電流加熱は約１，２５０Ｗ／ｍ乃至約２，３５０Ｗ／ｍの範囲であり、最高のケースは軸方向に整列させたＣＮＴｓ（テストケース５）であった。全体の結果は、同じ印加電流に対して、ＣＮＴｓのサセプタ層が通常の金属のサセプタ層より大きな渦電流加熱を生成したことを示す。従って、同量のエネルギー出力に対してより多くの熱が生成され、このことがより効率的な全体システムをもたらすことができる。

【0035】

図５は、軸方向に整列させた種々の厚さのＣＮＴｓのサセプタ層内の、種々の印加周波数による渦電流加熱を示すグラフである。図５に含めた測定値は、種々の周波数で５Ａの電流を誘導コイルに印加し、対応するサセプタ層内に渦電流を引き起こしたときに取得されたものである。３つのテストケース、即ち、厚さ１０μｍのＣＮＴサセプタ層、厚さ２０μｍのＣＮＴサセプタ層、及び厚さ４０μｍのＣＮＴサセプタ層、を示した。さらに、各テストケースに対して印加電流の周波数を変化させた。具体的には、５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、及び４００ｋＨｚの周波数の電流を各々のテストケースに対して印加した。

【0036】

図５に示すように、各々のテストケースにおいて渦電流加熱は印加周波数の増加と共に増加した。さらに図５に示すように、それぞれのＣＮＴサセプタ層の厚さは、周波数４００ｋＨｚでの４０μｍ厚のＣＮＴサセプタ層の場合を除いて、種々の印加周波数にわたって渦電流加熱には実質的に影響しなかった。従って、一般にＣＮＴサセプタ層の厚さは、特に印加周波数が５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、及び２００ｋＨｚの場合には、印加周波数と結果の渦電流加熱との間の実質的に直線的関係には、実質的には影響を及ぼさなかった。

【0037】

図６は、種々の印加電流にわたるＣＮＴサセプタ層内の渦電流加熱を示すグラフである。図６に含めた測定値は、種々の周波数で種々の電流を誘導コイルに印加して厚さ２０μｍの軸方向整列ＣＮＴサセプタ層内に渦電流を引き起こしたときに取得した。異なる周波数の４つのテストケースを実施した。具体的には、印加周波数が、それぞれ、５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、及び４００ｋＨｚである場合の４つのテストケースを実施した。さらに、各テストケースに対して、誘導コイルに印加する電流を変化させた。具体的には、１．０Ａ、２．０Ａ、３．０Ａ、４．０Ａ、及び５．０Ａの電流を、各テストケースに対して印加した。

【0038】

図６に示すように、渦電流加熱は、各テストケースにおいて印加電流が増加するにつれて増加した。さらに、図６に示すように、測定された渦電流加熱は、テストケースの印加周波数が増加するにつれて増加した。具体的には、印加電流５Ａで５０ｋＨｚのテストケースにおいて測定された渦電流加熱は１３８Ｗ／ｍであり、一方印加電流５Ａで４００ｋＨｚのテストケースにおいて測定された渦電流加熱は２３２２Ｗ／ｍであった。またさらに、図６に示すように、各テストケースにおいて測定された渦電流加熱は、電流が１．０Ａから５．０Ａまで増加するにつれて大幅に増加した。図６に示した結果は、図４のグラフと組み合せて、ＣＮＴサセプタ層を用いたケースは、通常のサセプタ層のものと近似的に等しい渦電流加熱を、より低い周波数及び／又は印加電流において達成できることを示す。具体的には、ニッケルのサセプタ層は誘導コイルに４００ｋＨｚで５Ａを印加したとき、約２００Ｗ／ｍの渦電流を達成したが、一方ＣＮＴのサセプタ層は、誘導コイルに２００ｋＨｚで２Ａを印加したとき、２１１．９３Ｗ／ｍの渦電流を達成した。従って、ＣＮＴサセプタ層を用いる定着システムは、従来のサセプタ層を用いた定着システムよりも、少ない電気的出力及びコストによってより効率的となり得る。

【0039】

図７は、種々の厚さ及び抵抗率のサセプタ層内での渦電流加熱を示すグラフである。図７に示すテストケースの測定値は、誘導コイルに１ＭＨｚの周波数で５Ａの電流を印加したときに取得した。各テストケースに対して、図３に関連して説明したサセプタ層の、単位長さ当たりの渦電流加熱（Ｗ／ｍ）を算出した。

【0040】

テストケースにおけるサセプタ層は様々な抵抗率及び厚さを有した。図７のＸ軸は、各テストケースに対する抵抗率／厚さを、ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍ単位で示す。例えば、サセプタ層が２０μｍの厚さ及び０．００１ｏｈｍ・ｃｍの抵抗率を有する場合、このサセプタ層は５．００Ｅ−０１又は０．５ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍの抵抗率／厚さを有する。幾つかのテストケースにおいては、複数のＣＮＴ（ＣＮＴｓ）をサセプタ層として用いた。類似の抵抗率／厚さにおいてサセプタ層の最適の渦電流加熱は、本明細書で論じた最適の抵抗率／厚さの比を有する他の材料、例えば、他の炭素ベースの又は従来の金属材料又は任意の他の材料のサセプタ層を用いて達成できることを認識されたい。

【0041】

図７に示すように、種々のサセプタ層の組合せを用いて抵抗率／厚さを約０．０ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍから約２．０ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍまで変化させた。さらに、図７に示すように、渦電流加熱はサセプタ層の抵抗率／厚さが約０．０ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍから約０．４ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍまで増加するにつれて急速に増加し、抵抗率／厚さが約０．５ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍのときに渦電流加熱は約６７００Ｗ／ｍのピークに達した。さらに、図７に示すように、抵抗率／厚さが約０．５ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍから約２．０ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍまで増加するにつれて、渦電流加熱は約３３００Ｗ／ｍまで徐々に減少した。全体の結果は、１ＭＨｚの印加周波数において、サセプタ層の抵抗率／厚さが約０．４ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍ乃至約０．８ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍの範囲にあるとき、サセプタ層が最適の渦電流加熱を有したことを示す。

【0042】

図８は、最大の渦電流加熱が達成されたサセプタ層の抵抗率／厚さを電源周波数の関数として示すグラフである。図８に示したテストケースにおける測定値は、様々な周波数の電流を誘導コイルに印加したときに取得した。さらに、テストケースにおけるサセプタ層は様々な抵抗率及び厚さを有した。

【0043】

図８に示した各々のテストケースに対して、印加周波数（Ｘ軸、ｋＨｚ単位）と抵抗率／厚さ（Ｙ軸、ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍ単位）の組合せを当てはめて、図３に関連して説明したサセプタ層の単位長さ当たりの最大渦電流加熱（Ｗ／ｍ）を決定した。例えば、図８に示すように、４００ｋＨｚの印加周波数において０．２ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍの抵抗率／厚さを有するサセプタ層により、サセプタ層内の最大渦電流加熱が達成された。更なる例として、図８に示すように、１０００ｋＨｚの印加周波数において０．５ｏｈｍ・ｃｍ／ｃｍの抵抗率／厚さを有するサセプタ層により、サセプタ層内の最大渦電流加熱が達成された。全体の結果は、サセプタ層の最適の抵抗率／厚さの比は印加周波数に依存することを示す。より具体的には、印加周波数と最適の抵抗率／厚さの比との組合せにより、直線的に最大渦電流加熱が達成される。

【符号の説明】

【0044】

１００、２００：定着ステーション
１０５、２０５：定着器ロール
１０８、２０８：ニップ
１１０：支持ロール
１１２、２１０：加圧ロール
１１４：断熱層
１１５、２１５：基材移送機構
１２０、２２０：矢印
１２５：加熱ベルト
１３０、２４４：リアコア
１３５、２４２：励起コイル
１３８、２４０、３０２：励起ユニット
１４０、２４８：中央コア
１４２、２３４：熱生成要素
１４５、２４６：Ｕ型コア
１５０、２５０：励起回路
２２５：ドナーロール
２３０：計量ロール
２３２：外表面（外層）
２３５：リザーバ
３００：誘導加熱要素
３０４：近接距離
３０５：剥離層
３１０：シリコ-ン層
３１５：第１のサセプタ層
３２０：第２のサセプタ層
３２５：ベース層
３３０：電磁層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】