定着装置および画像形成装置
【課題】定着回転体における抵抗発熱層が局部的に加熱されることを防止することによって、定着回転体が異常高温になることを防止して、定着回転体を長寿命化する。
【解決手段】抵抗発熱層３１ｂが全周にわたって設けられた発熱ベルト３１の外周面に加圧ローラ３２が圧接されて定着ニップＮが形成されており、定着ニップＮの軸方向の両外側において抵抗発熱層３１ｂに給電するための電極部３１ｇがそれぞれ全周にわたって設けられている。各電極部３１ｇにおける定着ニップＮ側に位置する側縁に連続したそれぞれの端部領域と抵抗発熱層３１ｂの外周面および内周面とのそれぞれの間に、体積抵抗率が各電極部３１ｇよりも高い外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋが電流密度を調節する抵抗体層として設けられている。
【解決手段】抵抗発熱層３１ｂが全周にわたって設けられた発熱ベルト３１の外周面に加圧ローラ３２が圧接されて定着ニップＮが形成されており、定着ニップＮの軸方向の両外側において抵抗発熱層３１ｂに給電するための電極部３１ｇがそれぞれ全周にわたって設けられている。各電極部３１ｇにおける定着ニップＮ側に位置する側縁に連続したそれぞれの端部領域と抵抗発熱層３１ｂの外周面および内周面とのそれぞれの間に、体積抵抗率が各電極部３１ｇよりも高い外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋが電流密度を調節する抵抗体層として設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録シート上に形成された未定着画像を加熱して記録シートに定着させる定着装置、および、当該定着装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機等の電子写真方式の画像形成装置では、通常、画像データに対応したトナー画像を記録紙、ＯＨＰシート等の記録シートに転写した後に、定着装置で定着する構成になっている。定着装置は、記録シート上のトナー画像を加熱して記録シートに加圧することにより定着するが、加熱方式の一つに抵抗発熱式のものがある。
特許文献１には、通電によって発熱する抵抗発熱体を有する発熱ベルトを用いた定着装置が開示されている。この定着装置では、抵抗発熱体を備えた発熱ベルトの周回移動域内に弾性体ロールが設けられており、発熱ベルトが弾性体ロールと加圧ローラとによって挟まれた状態で周回移動する構成になっている。発熱ベルトと加圧ローラとの間には、記録シートが通過する定着ニップが形成されている。
【０００３】
発熱ベルトに設けられた抵抗発熱体には、発熱ベルトの周回移動方向とは直交する幅方向（軸方向）の両側の端部に交流電流が供給されるようになっている。抵抗発熱層は、交流電流が供給されることによってジュール熱を発生する。抵抗発熱層において発生した熱は、定着ニップを通過する記録シートに与えられる。これにより、記録シート上のトナー画像が定着される。
【０００４】
図８は、このような定着装置において使用される発熱ベルトの一般的な構成を示す横断面図である。発熱ベルト７０は、ポリイミド（ＰＩ）等によって構成された補強層７１を有しており、補強層７１の外周面に抵抗発熱体層７２が積層されている。抵抗発熱体層７２には、幅方向（軸方向）における両側の各端部を除いて、弾性層７３および離型層７４が順番に積層されている。抵抗発熱体７２は、例えば、カーボンナノ材料、フィラメント状金属粒子等が分散されたポリイミド樹脂によって構成されている。
【０００５】
抵抗発熱層７２における軸方向の各端部の外周面上には、抵抗発熱層７２に給電するための電極部７５が、全周にわたってそれぞれ積層されている。各電極部７５には、給電部材７６がそれぞれ圧接されており、それぞれの給電部材７６によって、各電極部７５を介して、抵抗発熱層７２に、例えば交流電流が供給される。これにより、抵抗発熱層７２の一方の端部に供給された電流が他方の端部にまで流れて、抵抗発熱層７２が発熱する。
【０００６】
このような発熱ベルト７０は、熱容量が小さいために昇温性能が高く、少ない発熱量によって短時間で高温になる。従って、消費電力を低減することができ、しかも、ウォーミングアップを短縮することができる。その結果、定着装置は、高速での定着動作を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１０９９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図８に示す発熱ベルト７０では、電極部７５が、体積抵抗率の小さな導電性材料によって構成されているのに対して、抵抗発熱体層７２が、電極部７５の体積抵抗率よりも大きくなっている。このために、一方の電極部７５に供給された電流は、抵抗値の低い部分を最短経路で流れようとする。これにより、当該電極部７５における軸方向の内側の端部（他方の電極部７５に近接した端部、図８においてＡで示す部分）付近で電流が集中する。
【０００９】
他方の電極部７５においても、同様に、抵抗発熱体層７２を流れる電流の上流側の端部（図８においてＢで示す部分）から集中的に電流が流入する。
抵抗発熱体層７２は昇温性能に優れているために、各電極部７５における軸方向の内側の端部（他方の電極部７５に近接した端部）が積層された抵抗発熱体層７２のそれぞれの部分に電流が集中すると、それぞれの部分が局部的に過熱された状態になる。
【００１０】
図９は、図８に示した発熱ベルト７０を、５０℃、１００℃、１５０℃のそれぞれの温度になるように加熱制御したウォームアップ時において、発熱ベルト７０の幅方向（軸方向）に沿った温度分布を示すグラフである。いずれの場合にも、抵抗発熱体層７２における各電極部７５では、軸方向の内側の端部（他方の電極部７５に近接した端部）の積層部分が制御温度よりも高温になっている。
【００１１】
このように、抵抗発熱体層７２において局部的に電流が集中すると、その電流集中部分が異常高温になり、発煙等が生じるおそれがある。また、抵抗発熱体層７２は、異常高温になった部分が、他の部分よりも劣化が促進されることによって、抵抗発熱体層７２を長期にわたって安定的に使用することができず、発熱ベルト７０の寿命が低下するおそれもある。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、抵抗発熱層に設けられた電極部の一部に電流が集中することを抑制することにより、抵抗発熱層が局部的に過熱されることを防止して、発熱ベルトを長期にわたって安定的に使用することができる定着装置を提供することにある。本発明の他の目的は、そのような定着装置を有する画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の定着装置は、電流が流れることによって発熱する抵抗発熱層が全周にわたって設けられた定着回転体と、当該定着回転体の外周面に圧接して定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、前記定着ニップの両側において前記抵抗発熱層に給電するための電極部が当該抵抗発熱層の全周にわたって積層状態でそれぞれ設けられており、前記各電極部と前記抵抗発熱層との層間に、少なくとも前記定着ニップに近い側縁から、当該層間内に進入した状態で抵抗体層が設けられており、当該抵抗体層体積抵抗率が前記電極部よりも高いことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る画像形成装置は、前記定着装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の定着装置では、電極部における定着ニップに近接した端部と、抵抗発熱層との間に、絶縁体でない抵抗体層が設けられていることから、電極部の当該端部に集中する電流の一部が、抵抗体層を通って抵抗発熱層に流れることになる。この場合、抵抗体層の体積抵抗率が電極部よりも高くなっているために、抵抗体層内を流れる電流が分散された状態で電極部から抵抗発熱層へ、または、抵抗発熱層から電極部へ流れる。
【００１６】
このように、電極部における定着ニップに近接した側縁部に連続した端部に集中する電流が、抵抗体層によって分散された状態で抵抗発熱層へ流れるために、抵抗発熱層において電流が局部的に集中することによって過熱されることを抑制することができ、抵抗発熱層での局部的な劣化の促進を緩和できる。その結果、発熱ベルトを長期にわたって安定的に使用することができ、定着装置を高寿命化することができる。
【００１７】
好ましくは、前記抵抗体層は、前記抵抗発熱層よりも低い体積抵抗率であることを特徴とする。
好ましくは、前記各電極部は、前記定着ニップとは遠い側の側縁を含む領域が、前記抵抗発熱層に直接接触していることを特徴とする。
好ましくは、前記抵抗体層は、前記各電極部と前記抵抗発熱層との層間から、前記定着ニップ側に延出していることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記抵抗体層は、前記抵抗発熱層における両側の各端面から離れるにつれて、厚さが順次増加していることを特徴とする。
好ましくは、前記抵抗体層は、前記抵抗発熱層上に積層されたフィルムであることを特徴とする。
好ましくは、前記定着ニップの両側における前記各電極部は、前記抵抗発熱層における外周面および内周面のそれぞれに積層されており、前記抵抗体層が、前記抵抗発熱層における外周面および内周面と、それぞれに積層された各電極層との間に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、前記各電極部は、前記抵抗発熱層における軸方向の両側の各端面に接していることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る定着装置を備える画像形成装置の一例であるタンデム型カラープリンタの構成を説明するための模式図である。
【図２】そのプリンタに設けられた定着装置における主要部の構成を説明するための模式的な斜視図である。
【図３】そのプリンタに設けられた定着装置における主要部の構成を説明するための模式的な横断面図である。
【図４】その定着装置に設けられた発熱ベルトの周回移動方向とは直交する方向である軸方向の一方の端部の横断面図である。
【図５】（ａ）は、その発熱ベルトに設けられた抵抗発熱層をモデル化してその発熱分布について数値解析を行った結果を示す模式図、（ｂ）は、比較例のモデル化された抵抗発熱層における発熱分布について数値解析を行った結果を示す模式図である。
【図６】図５（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示された発熱分布における単位面積当たりの最大発熱量を示すグラフである。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明の他の例における発熱ベルトの主要部の横断面図である。
【図８】従来の一般的な発熱ベルトの構成の一例を示す横断面図である。
【図９】図８に示す発熱ベルトを、５０℃、１００℃、１５０℃のそれぞれの温度になるように加熱制御したウォームアップ時における幅方向の温度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る定着装置および画像形成装置の実施の形態について説明する。
＜画像形成装置の概略構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置を備える画像形成装置の一例であるタンデム型カラープリンタ（以下、単に「プリンタ」という）の構成を説明するための模式図である。このカラープリンタは、ネットワーク（例えばＬＡＮ）を介して外部の端末装置等から入力される画像データ等に基づいて、周知の電子写真方式により、フルカラーあるいはモノクロの画像を記録用紙、ＯＨＰシート等の記録シートに形成する。
【００２２】
このプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーによるトナー画像を記録シート上に形成する画像形成部Ａと、画像形成部Ａの下側に配置された給紙部Ｂとを備えている。給紙部Ｂは、記録シートＳが内部に収容された給紙カセット２２を備えており、給紙カセット２２内の記録シートＳが画像形成部Ａに供給される
画像形成部Ａには、プリンタのほぼ中央部において一対のベルト周回ローラ２３および２４に水平状態で巻き掛けられて周回移動可能になった中間転写ベルト１８が設けられている。中間転写ベルト１８は、図示しないモータによって、矢印Ｘで示す方向に周回移動するようになっている。
【００２３】
中間転写ベルト１８の下方には、プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋが設けられている。プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、中間転写ベルト１８の周回移動方向に沿ってその順番で配置されており、それぞれが、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーによって中間転写ベルト１８上にトナー画像を形成する。各プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、画像形成部Ａに対して着脱可能になっている。
【００２４】
中間転写ベルト１８の上方には、中間転写ベルト１８を介して、各プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋのそれぞれの上方に位置するように、トナー収容部１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋが配置されている。各プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋには、トナー収容部１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋのそれぞれに収容されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の各色のトナーが供給される。
【００２５】
各プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、中間転写ベルト１８の下方において中間転写ベルト１８に対向した状態で回転可能に配置された感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋをそれぞれ有しており、それぞれの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に、トナー収容部１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋから供給されるＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのそれぞれのトナーを用いて画像を形成する。
【００２６】
各プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、使用されるトナーの色のみがそれぞれ異なっていること以外は、概略同様の構成になっている。このために、以下においては、主としてプロセスユニット１０Ｙの構成のみを説明して、他のプロセスユニット１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの構成の説明は省略する。
プロセスユニット１０Ｙに設けられた感光体ドラム１１Ｙは、矢印Ｚで示す方向に回転されるようになっている。また、プロセスユニット１０Ｙには、感光体ドラム１１Ｙの下方において、感光体ドラム１１Ｙの表面を一様に帯電する帯電器１２Ｙが設けられている。帯電器１２Ｙは、感光体ドラム１１Ｙに対向して配置されている。
【００２７】
プロセスユニット１０Ｙには、帯電器１２Ｙに対して感光体ドラム１１Ｙの回転方向下流側であって、感光体ドラム１１Ｙに対して垂直方向の下方に配置された露光装置１３Ｙと、露光装置１３Ｙによる感光体ドラム１１Ｙの表面の露光位置よりも、感光体ドラム１１Ｙの回転方向下流側に配置された現像器１４Ｙとが設けられている。
露光装置１３Ｙは、帯電器１２Ｙによって一様に帯電された感光体ドラム１１Ｙの表面にレーザ光を照射して静電潜像を形成する。現像器１４Ｙは、感光体ドラム１１Ｙの表面に形成された静電潜像を、Ｙ色のトナーによって現像する。
【００２８】
プロセスユニット１０Ｙの上方には、中間転写ベルト１８を挟んで感光体ドラム１１Ｙに対向する１次転写ローラ１５Ｙが設けられている。１次転写ローラ１５Ｙは、画像形成部Ａに取り付けられている。１次転写ローラ１５Ｙは、転写バイアス電圧が印加されることによって、感光体ドラム１１Ｙとの間に電界を形成するようになっている。
なお、他のプロセスユニット１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの上方にも、中間転写ベルト１８を挟んで各感光体ドラム１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに対向する１次転写ローラ１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋがそれぞれ設けられている。
【００２９】
感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に形成されたそれぞれのトナー画像は、１次転写ローラ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋと、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋとの間にそれぞれ形成される電界の作用によって、中間転写ベルト１８上に１次転写される。トナー画像が一次転写された感光体ドラム１１Ｙは、クリーニング部材１６Ｙによってクリーニングされる。
【００３０】
なお、フルカラー画像を形成する場合には、各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に形成されたそれぞれのトナー画像が中間転写ベルト１８上の同じ領域に多重転写されるように、各プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋのそれぞれの画像形成動作タイミングがずらされる。
これに対して、モノクロ画像を形成する場合には、選択された１つのプロセスユニット（例えばＫトナー用のプロセスユニット１０Ｋ）のみが動作されることにより、当該プロセスユニットの感光体ドラム（例えば感光体ドラム１１Ｋ）上にトナー画像が形成されて、形成されたトナー画像が、当該プロセスユニットに対向して配置された１次転写ローラ（例えば１次転写ローラ１５Ｋ）によって、中間転写ベルト１８における所定領域上に転写される。
【００３１】
トナー画像が形成された中間転写ベルト１８は、周回移動により、一方のベルト周回ローラ２３が巻き掛けられた端部（図１において右側の端部）へと搬送される。ベルト周回ローラ２３に巻き掛けられた中間転写ベルト１８には、シート搬送経路２１を挟んで２次転写ローラ１９が対向して配置されている。２次転写ローラ１９は、中間転写ベルト１８に圧接されており、両者の間に転写ニップが形成されている。２次転写ローラ１９には転写バイアス電圧が印加されるようになっており、転写バイアス電圧が印加されることにより、２次転写ローラ１９と中間転写ベルト１８との間に電界が形成される。
【００３２】
２次転写ローラ１９と中間転写ベルト１８とによって形成される転写ニップには、給紙部Ｂの給紙カセット２２からシート搬送経路２１に繰り出された記録シートＳが搬送される。中間転写ベルト１８上に転写されたトナー画像は、２次転写ローラ１９と中間転写ベルト１８との間に形成される電界の作用により、シート搬送経路２１を搬送される記録シートＳに２次転写される。
【００３３】
転写ニップを通過した記録シートＳは、２次転写ローラ１９の上方に配置された定着装置３０に搬送される。定着装置３０では、記録シートＳ上の未定着のトナー画像が加熱および加圧されることによって定着される。トナー画像が定着された記録シートＳは、排紙ローラ２４によって、トナー収容部１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋの上方に配置された排紙トレイ２３上に排出される。
【００３４】
＜定着装置の構成＞
図２は、定着装置３０における主要部の構成を説明するための模式的な斜視図、図３は、その模式的な横断面図である。なお、定着装置３０では、図１に示すように、記録シートは、下方から上方に向って通過するが、図２においては、記録シートの通過方向が、紙面の手前側から奥側になるように、図３においては、紙面の右側から左側になるように、定着装置３０をそれぞれ示している。
【００３５】
図２および図３に示すように、定着装置３０は、加圧部材としての加圧ローラ３２と、加圧ローラ３２に圧接された状態で回転（周回移動）可能に配置された発熱ベルト３１と、発熱ベルト３１の内周面に圧接されるように発熱ベルト３１の回転域（周回移動域）の内部に配置された定着ローラ３３とを備えている。発熱ベルト３１は、加圧ローラ３２に圧接されて回転するとともに、給電されることによって発熱する抵抗発熱層３１ｂ（図４参照）を備えている。発熱ベルト３１は、定着ローラ３３等とともに定着回転体を構成している。
【００３６】
発熱ベルト３１は、例えば、周回移動方向と直交する方向（軸方向）の長さが、加圧ローラ３２の外周面における軸方向長さよりも若干長く、また、加圧ローラ３２の直径よりも若干大きな直径を有する円筒形状になっている。発熱ベルト３１と加圧ローラ３２とは、それぞれの回転軸同士が平行な状態で、発熱ベルト３１の外周面と加圧ローラ３２の外周面とが相互に圧接されるように配置されている。発熱ベルト３１と加圧ローラ３２とは、相互に圧接されることによって、記録シートＳが通過する定着ニップＮを形成している。
【００３７】
図２に示すように、発熱ベルト３１は、周回移動方向に対して直交する軸方向の両側の各端部に、抵抗発熱層３１ｂ（図４参照）に電流を供給するための電極部３１ｇがそれぞれ設けられている。各電極部３１ｇは、発熱ベルト３１（抵抗発熱層３１ｂ）の端部において、発熱ベルト３１の端面を介して、外周面から内周面にわたって連続してそれぞれの全周を覆うように、発熱ベルト３１の周方向に沿って形成されており、各電極部３１ｇの外周側部分に、給電部材３７がそれぞれ導電状態で圧接されている。
【００３８】
各給電部材３７には、商用の交流電源３４から供給される交流電流が、ハーネスを介して供給されるようになっている。各給電部材３７は、例えば、カーボン粉と、銅粉等の粉体を混合して焼成した導電ブラシによって構成されている。各給電部材３７は、発熱ベルト３１が回転することによって、それぞれが圧接された各電極部３１ｇに摺接する。これにより、相互に圧接された給電部材３７および電極部３１ｇの導電状態が維持される。
【００３９】
なお、給電部材３７としては、導電ブラシに限るものではなく、電極部３１ｇとの摺接によって導電状態を維持できる構成になっていればよい。例えば、給電部材３７を、金属等の導電体で構成してもよく、また、絶縁体等の表面にＣｕ、Ｎｉ等をメッキした構成とすることも可能である。さらに、給電部材３７は、周回移動する電極部３１ｇに接触した状態で回転するローラ等のような回転体としてもよい。
【００４０】
なお、発熱ベルト３１における幅方向の中央部に対向して、発熱ベルト３１の外周面の温度を検出する温度センサ３６が設けられている。温度センサ３６によって検出される発熱ベルト３１の温度は、交流電源３４から各給電部材３７に供給される電流量を制御するために使用される。交流電源３４から各給電部材３７に供給される電流量を制御するための構成については省略している。
【００４１】
発熱ベルト３１の周回移動域内に設けられた定着ローラ３３は、軸心部に設けられた芯金３３ａと、芯金３３ａの外周面に積層された弾性層３３ｂとを有している。芯金３３ａの両側の各端部は、弾性層３３ｂの両側の端部からそれぞれ外側に突出した状態になっている。
芯金３３ａは、直径が１０〜３０ｍｍ程度のアルミニウム、鉄等の金属製の円柱体（中実体または中空体）によって構成されている。弾性層３３ｂは、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性に優れた弾性材料によって構成されている。弾性層の軸方向長さは、発熱ベルト３１の軸方向長さにほぼ等しくなっている。
【００４２】
加圧ローラ３２は、芯金３２ａと、芯金３２ａの外周面に積層された弾性層３２ｂと、弾性層３２ｂの外周面に積層された離型層３２ｃとを有しており、加圧ローラ３２の外径は、２０〜１００ｍｍ程度になっている。
加圧ローラ３２の芯金３２ａは、定着ローラ３３の芯金３３ａと平行であり、直径が１０〜３０ｍｍ程度のアルミニウム、鉄等の金属製の円柱体（中実体または中空体）によって形成されている。弾性層３２ｂは、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の高耐熱性の弾性体によって、１〜２０ｍｍ程度の厚さになっている。
【００４３】
離型層３２ｃは、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン（４フッ化）樹脂）、ＥＴＦＥ（４フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂）等のフッ素系チューブ、フッ素系コーティング等の記録シートに対する離型性を有する材料によって構成されており、例えば、５〜１００μｍ程度の厚さになっている。なお、離型層は、導電性であってもよい。
【００４４】
加圧ローラ３２は、図示しない付勢手段（例えば引っ張りバネ）によって、発熱ベルト３１に向って付勢されている。これにより、加圧ローラ３２の外周面が、発熱ベルト３１の外周面に圧接されて、発熱ベルト３１が定着ローラ３３に押し付けられている。発熱ベルト３１と加圧ローラ３２との圧接部には、記録シートＳが通過する定着ニップＮが形成されている。
【００４５】
加圧ローラ３２は、図示しないモータによって、図２に矢印Ｚで示す方向に回転駆動されるようになっている。発熱ベルト３１は、加圧ローラ３２と定着ローラ３３とに圧接されていることにより、加圧ローラ３２の回転に追従して、図２に矢印Ｙで示す方向に回転（周回移動）する。発熱ベルト３１に圧接された定着ローラ３３は、発熱ベルト３１の回転に追従して同じ方向に回転する。
【００４６】
なお、定着装置３０は、加圧ローラ３２を回転駆動させる構成に代えて、定着ローラ３３を回転駆動させる構成としてもよい。あるいは、加圧ローラ３２および定着ローラ３３の両方を回転駆動させる構成としてもよい。
図３に示すように、定着ニップＮに対して記録シートＳの搬送方向下流側（同図の左側）には、定着ニップＮを通過した記録シートＳを発熱ベルト３１から剥離するための分離爪３５が設けられている。
【００４７】
定着ニップＮには、加圧ローラ３２および発熱ベルト３１が回転された状態で、しかも、交流電源３４から供給される電流によって発熱ベルト３１が加熱された状態で、記録シートＳが搬送される。記録シートＳは、定着ニップＮを通過する間に、加熱状態になった発熱ベルト３１によって加圧および加熱されることにより、当該記録シートＳ上の未定着のトナー画像が定着される。定着ニップＮを通過した記録シートは、分離爪３５（図３参照）によって発熱ベルト３１から剥離される。
【００４８】
図４は、発熱ベルト３１の周回移動方向とは直交する方向である軸方向の一方の端部の横断面図である。発熱ベルト３１は、例えば、ポリイミド（ＰＩ）によって一定の厚さの円筒形状に構成された補強層３１ａと、補強層３１ａの外周面上に全周にわたって積層された抵抗発熱層３１ｂとを有している。抵抗発熱層３１ｂは、電流が流れることによってジュール熱を発熱する抵抗発熱材料によって構成されている。
【００４９】
抵抗発熱層３１ｂは、軸方向の両側の端部が、補強層３１ａにおける両側の端部から、それぞれ外側に突出するように、補強層３１ａよりも軸方向に長くなっている。抵抗発熱層３１ｂにおける補強層３１ａから延出したそれぞれの端部には、電極部３１ｇがそれぞれ設けられている。各電極部３１ｇは、それぞれ、定着ニップＮよりも軸方向の両側（外側）に配置されている。
【００５０】
抵抗発熱層３１ｂの外周面における両電極部３１ｇの間の領域には、弾性層３１ｃが積層されており、この弾性層３１ｃの外周面上に離型層３１ｄが積層されている。
各電極部３１ｇは、抵抗発熱層３１ｂのそれぞれの端部外周面を覆う電極外周部３１ｘと、抵抗発熱層３１のそれぞれの端部内周面を覆う電極内周部３１ｙと、電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙのそれぞれを、抵抗発熱層３１ｂの軸方向の各外側において連結する電極連結部３１ｚとを有している。電極連結部３１ｚは、抵抗発熱層３１ｂの軸方向の両外側に位置する端面に密着している。
【００５１】
各電極部３１ｇにおける電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙは、それぞれの軸方向長さが等しく、通常、１０〜１５ｍｍ程度になっている。電極外周部３１ｘには、図２に示すように、給電部材３７が圧接されている。電極外周部３１ｘ、電極内周部３１ｙ、電極連結部３１ｚは、同じ体積抵抗率を有する材料によって一体的に形成されている。
電極外周部３１ｘにおける定着ニップ側に位置する側縁に連続する環状の端部領域と、抵抗発熱層３１ｂの外周面との層間には、両者の間を流れる電流の密度を調整するために、電極外周部３１ｘの体積抵抗率よりも高く、抵抗発熱層３１ｂの体積抵抗率よりも低い体積抵抗率を有する外周側抵抗フィルム３１ｈが、電流密度を調整する抵抗体層として設けられている。
【００５２】
また、電極内周部３１ｙにおける定着ニップ側に位置する側縁に連続する環状の端部と、抵抗発熱層３１ｂの内周面との層間にも、電極外周部３１ｘの体積抵抗率よりも高く、抵抗発熱層３１ｂの体積抵抗率よりも低い体積抵抗率を有する内周側抵抗フィルム３１ｋが、電流密度を調整する抵抗体層として設けられている。
外周側抵抗フィルム３１ｈは、一定の厚さになっており、抵抗発熱層３１ｂの端面から適当な間隔（２〜５ｍｍ程度）をあけた位置から、電極外周部３１ｘにおける定着ニップＮに近接した側縁（軸方向の内側の端面）３１ｓにまで、抵抗発熱層３１ｂの外周面上に密着状態で全周にわたって積層されている。外周側抵抗フィルム３１ｈは、全体にわたって一定の体積抵抗率になっている。
【００５３】
外周側抵抗フィルム３１ｈを覆う電極外周部３１ｘの外周面は、一定の外径の平坦面になっており、また、内周側抵抗フィルム３１ｋを覆う電極内周部３１ｙの内周面も、一定の内径の平坦面になっている。従って、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび電極外周部３１ｘのそれぞれは、電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙのそれぞれと、抵抗発熱層３１ｂとの層間に、定着ニップＮに近接した側縁から当該層間内にそれぞれ進入した状態になっている。
【００５４】
外周側抵抗フィルム３１ｈおよび電極外周部３１ｘのそれぞれは、定着ニップＮに近接した側縁が同一平面上に位置しており、従って、外周側抵抗フィルム３１ｈにおける定着ニップＮに近接した端部領域は、抵抗発熱層３１ｂの外周面に接触しない状態になっている。
内周側抵抗フィルム３１ｋも、同様に、一定の厚さであって、全体にわたって一定の体積抵抗率になっており、抵抗発熱層３１ｂの端面から適当な間隔（２〜５ｍｍ程度）をあけた位置から、電極内周部３１ｙにおける定着ニップＮに近接した側縁（軸方向の内側の端面）まで、抵抗発熱層３１ｂの外周面上に密着状態で積層されている。また、内周側抵抗フィルム３１ｋおよび電極内周部３１ｙのそれぞれは、定着ニップＮに近接した側縁が、同一平面上に位置している。内周側抵抗フィルム３１ｋは、全体にわたって一定の体積抵抗率になっている。
【００５５】
抵抗発熱層３１ｂは、耐熱性樹脂に、導電性フィラーおよび高イオン導電体粉末を一様に分散させて所定の円筒形状に成型されたものであり、全周にわたって一様な電気抵抗率に調整されている。
抵抗発熱層３１ｂを構成する耐熱性樹脂としては、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等が使用されるが、ＰＩが最も耐熱性に優れているために好ましい。なお、本実施形態では、ＰＩを用いている。
【００５６】
導電性フィラーとしては、電気抵抗率が低い（導電性が高い）金属材料の粉末と、電気抵抗率が高い（導電性が低い）炭素化合物粉末とを用いることが好ましい。高イオン導電体粉末としては、ヨウ化銀（ＡｇＩ）、ヨウ化銅（ＣｕＩ）等の無機化合物中の高イオン導電体粉末を用いることが好ましい。金属材料の粉末としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ等の金属材料の微粒子が好適である。炭素化合物粉末としては、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブが好適である。
【００５７】
高イオン導電体粉末は、抵抗発熱層３１ｂの機械的強度を低下させるおそれはないが、高イオン導電体粉末および高抵抗の炭素化合物粉末だけでは、抵抗発熱層３１ｂの電気抵抗率を、商用電源を用いた５００〜１５００Ｗ程度の電力の定着装置を所定の発熱量になるように調整することが容易でない。このために、低抵抗の金属粉末も用いられている。このように、金属粉末と、炭素化合物粉末と、高イオン導電体粉末とを用いることにより、機械的強度を低下させることなく、抵抗発熱層３１ｂを所定の電気抵抗率に容易に調整することができる。
【００５８】
なお、低抵抗の金属粉末、高抵抗の炭素化合物粉末、高イオン導電体粉末のそれぞれは、２種類以上の材料によって構成してもよい。
また、低抵抗の金属粉末、高抵抗の炭素繊維粉末、高イオン導電体粉末のそれぞれは、繊維状になっていることが好ましい。金属粉末、炭素繊維粉末、高イオン導電体粉末のそれぞれが繊維状になっていることによって、それぞれが接触する確率が高くなり、パーコレーションしやすくなるためである。
【００５９】
高抵抗フィラーを構成する炭素化合物粉末および高イオン導電体粉末のそれぞれは、温度が上昇すると体積抵抗率が低下する負の抵抗変化率（ＮＴＣ）を有する材料である。ＮＴＣを有する材料を用いることによって、抵抗発熱層３１ｂに負の抵抗変化率（ＮＴＣ）を付与することができる。
抵抗発熱層３１ｂがＮＴＣ特性を有していることによって、定着ニップＮを小サイズの記録シートＳが通過する際に、当該記録シートが通過しない通過領域（以下非通紙領域とする）における過昇温を抑制することができる。すなわち、小サイズの記録シートＳが定着ニップＮを通過する際に、非通紙領域の温度が上昇して所定温度に達すると、抵抗発熱層３１ｂがＮＴＣ特性を有していることから、非通紙領域における抵抗値が低下する。これにより、非通過領域の発熱量は、記録シートが通過する領域に比べて低下し、非通過領域における過昇温を抑制することができる。
【００６０】
高イオン導電体粉末としてヨウ化銀（ＡｇＩ）またはヨウ化銅（ＣｕＩ）を用いると、抵抗変化率が大きく変化して急激に抵抗値が低下する温度（相転移点）が存在するために、非通紙領域における過昇温を防止する効果は顕著になる。ＡｇＩの場合、相転移点は、通常１４７℃であるが、ＡｇＩの粒径に依存するために、粒径が小さいほど低温にすることができる。ＣｕＩの場合も同様である。
【００６１】
従って、定着温度に応じて、ＡｇＩまたはＣｕＩとして混合する材料の粒径を適宜選択することにより、所定の相転移点とすることができる。特に、材料の粒径が小さい場合には、硝酸銀（ＡｇＮＯ３）水溶液、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）水溶液および銀イオン伝導性の有機ポリマーであるＰＶＰ（Poly-N−vinyl-２-pyrrolidone）の水溶液を、常温および常圧下において混合、ろ過、乾燥するという簡便な方法によって、ＡｇＩまたはＣｕＩを合成することができる。また、溶液の濃度、混合手順を変更することによって、１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で、異なるサイズのナノ粒子とすることができる。
【００６２】
金属粉末の粒径は、０．０１〜１０μｍ程度が好ましく、このような粒径とすることにより、高抵抗である炭素化合物粉末および高イオン導電体粉末は、全体にわたって線状に絡み合い、全体として均一な電気抵抗率を有する抵抗発熱層３１ｂとすることができる。
耐熱性樹脂中に分散される導電性フィラーは、耐熱性樹脂に対して、低抵抗の金属粉末が、５０〜３００重量％、高抵抗の炭素化合物粉末および高イオン導電体粉末は、５〜１００重量％であることが好ましい。金属粉末、炭素化合物粉末、高イオン導電体粉末のそれぞれは、いずれも、３００重量％よりも多くなると、抵抗発熱層３１ｂの電気抵抗率が低下しすぎるおそれがあり、５０重量％よりも少なくなると、抵抗発熱層３１ｂの電気抵抗率が高くなりすぎるおそれがある。このように、３００重量％よりも多くなる場合および５０重量％よりも少なくなる場合のいずれにおいても、所定の体積抵抗率に調整することは容易ではないので、５０〜３００重量％とすることが好ましい。
【００６３】
抵抗発熱層３１ｂの厚さは、任意であるが、５〜１００μｍ程度が好ましい。
抵抗発熱層３１ｂの電気抵抗率は、抵抗発熱層３１ｂに供給される電力、印加される電圧、抵抗発熱層３１ｂの厚さ、定着ローラ３３の直径および軸方向長さ等に基づいて、任意に設定されるが、好ましくは、１．０×１０−６〜１．０×１０−２Ω・ｍ程度、より好ましくは、１．０×１０−５〜５．０×１０−３Ω・ｍ程度である。
【００６４】
なお、抵抗発熱層３１ｂの体積抵抗率を調整するために、金属合金、金属間化合物等の導電性粒子を適宜混入してもよい。また、抵抗発熱層３１ｂの機械的強度を向上させるために、ガラスファイバー、ウィスカ（金属の針状単結晶）、酸化チタン、チタン酸カリウム等を混入してもよい。
さらに、抵抗発熱層３１ｂの熱伝導率を向上させるために、窒化アルミニウム、アルミナ等を混入してもよい。
【００６５】
また、抵抗発熱層３１ｂを安定的に製造するために、イミド化剤、カップリング剤、界面活性剤、消泡剤等を混入してもよい。
抵抗発熱層３１ｂは、例えば、芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとを有機溶媒中で重合して得られるポリイミドワニスに導電性フィラーを均一に分散させた状態で、円柱形状の金型に塗布してイミド転化させることによって製造することができる。
【００６６】
発熱ベルト３１の弾性層３１ｃは、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の高耐熱性の弾性体によって構成されている。本実施形態では、弾性層３１ｃとしてシリコーン（Ｓｉ）ゴムを用いている。
発熱ベルト３１の離型層３１ｄは、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン（４フッ化）樹脂）、ＥＴＦＥ（４フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂）等のフッ素系チューブ、フッ素系コーティング等によって、離型性が付与されている。離型層３１ｄの厚さは、５〜１００μｍ程度が好ましい。フッ素系チューブとしては、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製の商品名「ＰＦＡ３５０−Ｊ」、「４５１ＨＰ−Ｊ」、「９５１ＨＰ Ｐｌｕｓ」等が好適である。
【００６７】
離型層３１ｄは、定着ニップＮを通過する際に接触した記録シートＳが容易に剥離されるような剥離性を有している。
この離型層３１ｄは、例えば、水との接触角が９０°以上、好ましくは１１０°以上であって、表面粗さＲａが０．０１〜５０μｍ程度が好ましい。離型層３１ｄは、導電性であってもよい。本実施形態では、離型層３１ｄとしてＰＦＡを用いている。
【００６８】
補強層３１ａ、抵抗発熱層３１ｂ、弾性層３１ｃおよび離型層３１ｄのそれぞれは、所定の厚さになっており、これらによって構成された発熱ベルト３１は、加圧ローラ３２が圧接されていない状態で、所定の直径の円筒形状を維持する剛性を有している。発熱ベルト３１は、加圧ローラ３２が圧接されることによる定着ローラ３３の変形に追従して、加圧ローラ３２の外周面に沿った状態に変形する。
【００６９】
なお、発熱ベルト３１は、上述したような４層構造に限るものではなく、抵抗発熱層３１ｂと離型層３１ｄとの２層構造であってもよい。また、いずれの場合にも、絶縁のためにＰＩ、ＰＰＳ等の樹脂層をさらに設ける構成であってもよい。なお、いずれの場合にも、抵抗発熱層３１ｂは、離型層３１ｄよりも内周側に位置していればよい。
各電極部３１ｇを構成する導電体は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、真鍮、リン青銅等の金属を、抵抗発熱層３１ｂに対して直接、化学メッキあるいは電気メッキすることによって形成することができる。この場合、抵抗発熱層３１ｂの両側の各端部領域における外周面および内周面の所定位置に、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋをそれぞれ配置した状態で化学メッキあるいは電気メッキが行われる。
【００７０】
なお、電極部３１ｇを金属のメッキによって形成する場合は、２種類の金属によってメッキすることが好ましい。例えば、抵抗発熱層３１ｂに対して、Ｃｕを、直接、化学メッキした後に、Ｃｕ上にＮｉを電気メッキすることによって電極部３１ｇを形成する。
また、電極部３１ｇは、このような構成に限定されず、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属箔を、導電性接着剤により、抵抗発熱層３１ｂ上と、外周側抵抗フィルム３１ｈ上および内周側抵抗フィルム３１ｋ上とに接着することによって形成してもよい。
【００７１】
さらには、抵抗発熱層３１ｂ上と、外周側抵抗フィルム３１ｈ上および内周側抵抗フィルム３１ｋ上に、導電性インク、導電性ペーストを塗布することによって電極部３１ｇを形成してもよい。また、導電性テープを、抵抗発熱層３１ｂと、外周側抵抗フィルム３１ｈ上および内周側抵抗フィルム３１ｋとにわたって貼り付けることによっても、電極部３１ｇを形成することもできる。
【００７２】
外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋは、体積抵抗率が、電極部３１ｇよりも大きくなっていればよいが、体積抵抗率が抵抗発熱層３１ｂよりも小さくなっていることが好ましい。外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋとしては、例えば、抵抗発熱体３１ｂと同様に、ＰＩ等に導電性フィラーを分散させて体積抵抗率を調整したフィルムを用いることができる。このようなフィルムは、体積抵抗率の調整が容易であるために、好適である。また、このようなフィルムに限らず、ＳＵＳ等の金属によって構成してもよい。
【００７３】
外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋの厚さは、特に限定されるものではない。外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋは、厚さが変化することによって体積抵抗率が変化するために、調整または管理しやすい厚さとすればよい。
さらには、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋに代えて、抵抗発熱層３１ｂの端部領域における外周面および内周面に一体に積層された抵抗体層を電流密度調整体として用いる構成としてもよい。
【００７４】
＜定着装置の動作＞
このような構成の定着装置では、一方の給電部材３７に電流が供給されると、当該給電部材３７に圧接された電極部３１ｇから抵抗発熱層３１ｂを通って他方の電極部３１ｇに電流が流れ、さらに電流は、当該他方の電極部３１ｇから、この電極部３１ｇに圧接された他方の給電部材３７へと流れる。抵抗発熱層３１ｂは、電流が流れることによって発熱する。
【００７５】
この場合、一方の電極部３１ｇが抵抗発熱層３１ｂの端部領域の外周面から内周面にわたって連続した形状になっているために、電極外周部３１ｘ、電極連結部３１ｚ、電極内周部３１ｙのそれぞれに電流が分散されて、それぞれから抵抗発熱層３１ｂへ、直接または外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれを介して、電流が流れる。
【００７６】
電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙのそれぞれにおける定着ニップＮに近接した側縁に連続する領域と抵抗発熱層３１ｂとの間に介在された外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋは、体積抵抗値が、電極部３１ｇの電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙのそれぞれよりも大きいために、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋ内において電流が分散された状態で抵抗発熱層３１ｂに流入する。
【００７７】
この場合、電極部３１ｇと、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれにおける電流経路を考慮すると、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれでは、定着ニップＮから離れた端部から定着ニップＮに近接した端部にかけて、電流密度が順次増加する傾向になる。従って、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれを通って抵抗発熱層３１ｂに流れる電流の密度は、定着ニップＮに近接した端部領域において高く、定着ニップＮに近接した端部領域から離れるにつれて低下する。
【００７８】
これにより、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋによって抵抗発熱層３１ｂ内に流入する電流の密度も定着ニップＮに近接した端部において高く、定着ニップＮに近接した端部から離れるにつれて低下することになる。
その結果、抵抗発熱層３１ｂが局部的に過熱されることが確実に抑制されて、抵抗発熱層３１ｂが異常高温になることを防止することができ、発煙等が生じることを防止することができる。また、抵抗発熱層３１ｂにおいて局部的に劣化が促進されることも抑制されるために、抵抗発熱層３１ｂを長期にわたって安定的に使用することができ、発熱ベルト３１を高寿命化することができる。
【００７９】
また、電極部３１ｇが、電極外周部３１ｘ、電極連結部３１ｚ、電極内周部３１ｙに分散されることによっても、抵抗発熱層３１ｂに流れる電流が局部的に集中することをさらに緩和することができる。
なお、他方の電極部３１ｇにおいては、抵抗発熱層３１ｂから当該電極部３１ｇに電流が流入することになるために、電流の流れる方向が反対になること以外は、前述した一方の電極部３１ｇと同様になる。
【００８０】
本実施形態の発熱ベルト３１において、抵抗発熱層３１ｂをモデル化して、発熱分布について数値解析を行った。以下、その数値解析について説明する。数値解析のモデルとして、厚さ４０μｍ、幅（軸方向長さ）３４０ｍｍの抵抗発熱層３１ｂにおける両側の端部領域の外周面および内周面に、厚さが１５μｍ、幅（軸方向長さ）が１３ｍｍの外周側抵抗フィルム３１ｈ上および内周側抵抗フィルム３１ｋを、抵抗発熱層３１ｂにおける両側の端面から２ｍｍ離して積層して、電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙを外周側抵抗フィルム３１ｈ上および内周側抵抗フィルム３１ｋ上において５μｍの厚さになるように電極部３１ｇを形成した。
【００８１】
抵抗発熱層３１ｂの体積抵抗率を９．４×１０−５Ωｍ、電極部３１ｇの体積抵抗率を１．７２×１０−８Ωｍとし、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋの体積抵抗率をそれぞれの中間の値（１．０×１０−５Ωｍ）として、各電極部３１ｇ間に１００Ｖの交流電圧を印加したところ、図５（ａ）に示すように、抵抗発熱層３１ｂは、電極部３１ｇが設けられた端部では、抵抗発熱層３１ｂの軸方向の外側の端面近傍から離れるにつれて順次高温になる温度分布になっていることが確認された(図５（ａ）において、濃度が薄いほど高温になっている)。
【００８２】
このことから、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋでは、抵抗発熱層３１ｂの軸方向の外側の端面から離れるにつれて、順次、電流密度が減少していることは明らかである。
この場合の抵抗発熱層３１ｂにおける軸方向の両側の端部における単位面積当たりの最大発熱量は、電極部３１ｇにおける定着ニップＮに近接した端部に対応する部分において測定され、その測定値は、１.５６×１０９（Ｗ／ｍ３）であった。この最大発熱量を、図６のグラフに示す。
【００８３】
なお、比較のために、上記のモデルにおいて、抵抗発熱層３１ｂの各端部に、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋを設けることなく、電極部３１ｇを設けた構成として、同様の条件で交流電圧を印加したところ、図５（ｂ）に示すように、電極部３１ｇにおける電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙのそれぞれの定着ニップＮに近接した端部領域に対応する抵抗発熱層３１ｂの局部においてのみ高温状態になり、それぞれの部分において電流が集中していることが確認された。
【００８４】
また、この場合の抵抗発熱層３１ｂにおける単位面積当たりの最大発熱量を測定したところ、４.１７×１０９（Ｗ／ｍ３）であった。この最大発熱量を、図６のグラフに併記する。
＜変形例＞
図７（ａ）は、電極部３１ｇを導電性テープによって形成した場合の発熱ベルト３１の一方の端部の横断面図である。電極部３１ｇを構成する導電性テープは、抵抗発熱層３１ｂの端面、当該端面に連続した抵抗発熱層３１ｂの外周面および内周面、外周側抵抗フィルム３１ｈの外周面および内周側抵抗フィルム３１ｋの内周面を覆った状態で、外周側抵抗フィルム３１ｈの外周面および内周側抵抗フィルム３１ｋの内周面および抵抗発熱層３１ｂの外周面および内周面一部に、導電性接着剤によってそれぞれ接着されている。
【００８５】
その他の構成は、図４に示された構成と同様になっている。
このような構成によっても、電極部３１ｇから抵抗発熱層３１ｂに流れる電流が局部的に集中するおそれがなく、抵抗発熱層３１ｂが局部的に過熱されることを抑制することができる。従って、抵抗発熱層３１ｂが異常高温になることを防止することができ、しかも、抵抗発熱層３１ｂの劣化が促進されることを防止することができるために、発熱ベルト３１を長期にわたって安定的に使用することができる。
【００８６】
なお、図７（ａ）では、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれの定着ニップＮに近接した側縁は、電極部３１ｇにおける定着ニップＮに近接した側縁と同一平面上に位置する構成になっているが、このような構成に限るものではなく、例えば、図７（ｂ）に示すように、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれが、電極部３１ｇから、定着ニップＮ側に向って延出した構成であってもよい。
【００８７】
このような構成とすることによって、電極部３１ｇにおける電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙの定着ニップＮ側の端部に達した電流は、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋにおける定着ニップＮ側に向って突出した部分からも抵抗発熱層３１ｂ内に流入することになり、抵抗発熱層３１ｂにおいて集中的に電流が流れることを、さらに緩和することができる。なお、図４に示された構成においても、同様の構成とすることができる。
【００８８】
さらに、図７（ｃ）に示すように、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれを、抵抗発熱層３１ｂの外周面および内周面にそれぞれ積層された第１フィルム３１ｐおよび３１ｑと、第１フィルム３１ｐおよび３１ｑのそれぞれと電極部３１ｇにおける定着ニップＮ側の端部との間に介在された第２フィルム３１ｒおよび３１ｓとの積層構造としてもよい。なお、この場合も、第２フィルム３１ｒおよび３１ｓは、電極部３１ｇから、定着ニップＮ側に突出している。
【００８９】
このように、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれを、複数のフィルムの積層構造として、定着ニップＮ側から抵抗発熱層３１ｂの端部にかけて、段階的に枚数を減少させることにより、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれの抵抗が、抵抗発熱層３１ｂの端部において小さく、定着ニップＮ側の端部において大きくなる。
【００９０】
これにより、電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙ内を流れる電流は、抵抗発熱層３１ｂの端部において多く、定着ニップＮに近接した端部において低下する。その結果、電極部３１ｇにおける電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙの定着ニップＮ側の端部に到達する電流量をさらに低減することができ、抵抗発熱層３１ｂにおいて集中的に電流が流れることを、さらに確実に緩和することができる。
【００９１】
なお、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋを構成するフィルムを３枚以上のフィルムの積層構造としてもよい。
また、図４に示された構成においても、同様の構成とすることができる。
さらには、図７（ｄ）に示すように、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれを、抵抗発熱層３１ｂにおける端面側の端部が最も薄く、定着ニップＮ側になるにつれて順次厚くなる構成として、最も薄くなったそれぞれの端部を抵抗発熱層３１ｂにおける端面に近接させた状態としてもよい。
【００９２】
このような構成でも、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれの抵抗値が、抵抗発熱層３１ｂの端部において小さく、定着ニップＮに接近するにつれて連続的に増加しており、従って、電流密度が連続的に増加する。これにより、抵抗発熱層３１ｂにおいて集中的に電流が流れることを、さらに確実に緩和することができる。なお、図４に示された構成においても、同様の構成とすることができる。
【００９３】
＜他の変形例＞
上記の説明では、抵抗体層である外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋの体積抵抗値は、抵抗発熱層３１ｂよりも小さくする構成であったが、抵抗発熱層３１ｂの体積抵抗値よりもある程度大きくなっていてもよい。この場合にも、抵抗発熱層３１ｂが絶縁体でないために、各電極部３１ｇにおける定着ニップＮ側の端部に集中する電流が、抵抗発熱層３１ｂによって分散された状態で、抵抗発熱層３１ｂ内に流れることになり、抵抗発熱層３１ｂに対して局部的に電流が集中することを緩和させることは可能である。
【００９４】
また、上記の説明では、電極部３１ｇは、抵抗発熱層３１ｂにおける両側の各端面と、それぞれの端面に連続する抵抗発熱層３１ｂの外周面および内周面とをそれぞれ全周にわたって覆う構成であったが、このような構成に限らず、電極部３１ｇが、抵抗発熱層３１ｂの外周面および内周面のいずれか一方を全周にわたって覆うように構成して、電極部３１ｇが覆う抵抗発熱層３１ｂの外周面または内周面との間に、抵抗フィルム等の抵抗体層を設ける構成であってもよい。
【００９５】
さらに、定着ローラ３３の外周面に発熱ベルト３１を嵌合させる構成に限らず、定着ローラ３３の外周面に抵抗発熱層３１ｂを設ける構成として、抵抗発熱層３１ｂの軸方向の両側の端部における外周面にのみ電極部３１ｇを設ける構成としてもよい。
また、上記の説明では、定着装置３０の電源として、商用の交流電源を用いる構成であったが、直流電源を用いる構成であってもよい。
【００９６】
さらに、発熱ベルト３１に加圧手段としての加圧ローラ３２を圧接させて定着ニップＮを形成する構成であったが、定着ニップＮを形成するための加圧手段は、加圧ローラ３２に限らず、加圧ベルトを用いてもよい。また、加圧手段としては、加圧ローラ３２、加圧ベルト等のように回転している必要がなく、固定的に設けられた加圧部材等を用いてもよい。
【００９７】
さらに、本発明に係る画像形成装置は、タンデム型カラーデジタルプリンタに限るものではなく、モノクロ画像を形成するプリンタであってもよい。さらには、プリンタに限らず、複写機、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）、ＦＡＸ等（いずれの場合にも、カラー画像用、モノクロ画像用のいずれであってもよい）にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、電流が流れることによって発熱する抵抗発熱層が設けられた定着回転体が異常高温になることを防止して長寿命化する技術として有用である。
【符号の説明】
【００９９】
３０ 定着装置
３１ 発熱ベルト
３１ａ 補強層
３１ｂ 抵抗発熱層
３１ｃ 弾性層
３１ｄ 離型層
３１ｇ 電極部
３１ｈ 外周側抵抗フィルム
３１ｋ 内周側抵抗フィルム
３１ｐ、３１ｑ 第１フィルム
３１ｒ、３１ｓ 第２フィルム
３２ 加圧ローラ
３３ 定着ローラ
３４ 交流電源
３７ 給電部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録シート上に形成された未定着画像を加熱して記録シートに定着させる定着装置、および、当該定着装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機等の電子写真方式の画像形成装置では、通常、画像データに対応したトナー画像を記録紙、ＯＨＰシート等の記録シートに転写した後に、定着装置で定着する構成になっている。定着装置は、記録シート上のトナー画像を加熱して記録シートに加圧することにより定着するが、加熱方式の一つに抵抗発熱式のものがある。
特許文献１には、通電によって発熱する抵抗発熱体を有する発熱ベルトを用いた定着装置が開示されている。この定着装置では、抵抗発熱体を備えた発熱ベルトの周回移動域内に弾性体ロールが設けられており、発熱ベルトが弾性体ロールと加圧ローラとによって挟まれた状態で周回移動する構成になっている。発熱ベルトと加圧ローラとの間には、記録シートが通過する定着ニップが形成されている。
【０００３】
発熱ベルトに設けられた抵抗発熱体には、発熱ベルトの周回移動方向とは直交する幅方向（軸方向）の両側の端部に交流電流が供給されるようになっている。抵抗発熱層は、交流電流が供給されることによってジュール熱を発生する。抵抗発熱層において発生した熱は、定着ニップを通過する記録シートに与えられる。これにより、記録シート上のトナー画像が定着される。
【０００４】
図８は、このような定着装置において使用される発熱ベルトの一般的な構成を示す横断面図である。発熱ベルト７０は、ポリイミド（ＰＩ）等によって構成された補強層７１を有しており、補強層７１の外周面に抵抗発熱体層７２が積層されている。抵抗発熱体層７２には、幅方向（軸方向）における両側の各端部を除いて、弾性層７３および離型層７４が順番に積層されている。抵抗発熱体７２は、例えば、カーボンナノ材料、フィラメント状金属粒子等が分散されたポリイミド樹脂によって構成されている。
【０００５】
抵抗発熱層７２における軸方向の各端部の外周面上には、抵抗発熱層７２に給電するための電極部７５が、全周にわたってそれぞれ積層されている。各電極部７５には、給電部材７６がそれぞれ圧接されており、それぞれの給電部材７６によって、各電極部７５を介して、抵抗発熱層７２に、例えば交流電流が供給される。これにより、抵抗発熱層７２の一方の端部に供給された電流が他方の端部にまで流れて、抵抗発熱層７２が発熱する。
【０００６】
このような発熱ベルト７０は、熱容量が小さいために昇温性能が高く、少ない発熱量によって短時間で高温になる。従って、消費電力を低減することができ、しかも、ウォーミングアップを短縮することができる。その結果、定着装置は、高速での定着動作を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１０９９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図８に示す発熱ベルト７０では、電極部７５が、体積抵抗率の小さな導電性材料によって構成されているのに対して、抵抗発熱体層７２が、電極部７５の体積抵抗率よりも大きくなっている。このために、一方の電極部７５に供給された電流は、抵抗値の低い部分を最短経路で流れようとする。これにより、当該電極部７５における軸方向の内側の端部（他方の電極部７５に近接した端部、図８においてＡで示す部分）付近で電流が集中する。
【０００９】
他方の電極部７５においても、同様に、抵抗発熱体層７２を流れる電流の上流側の端部（図８においてＢで示す部分）から集中的に電流が流入する。
抵抗発熱体層７２は昇温性能に優れているために、各電極部７５における軸方向の内側の端部（他方の電極部７５に近接した端部）が積層された抵抗発熱体層７２のそれぞれの部分に電流が集中すると、それぞれの部分が局部的に過熱された状態になる。
【００１０】
図９は、図８に示した発熱ベルト７０を、５０℃、１００℃、１５０℃のそれぞれの温度になるように加熱制御したウォームアップ時において、発熱ベルト７０の幅方向（軸方向）に沿った温度分布を示すグラフである。いずれの場合にも、抵抗発熱体層７２における各電極部７５では、軸方向の内側の端部（他方の電極部７５に近接した端部）の積層部分が制御温度よりも高温になっている。
【００１１】
このように、抵抗発熱体層７２において局部的に電流が集中すると、その電流集中部分が異常高温になり、発煙等が生じるおそれがある。また、抵抗発熱体層７２は、異常高温になった部分が、他の部分よりも劣化が促進されることによって、抵抗発熱体層７２を長期にわたって安定的に使用することができず、発熱ベルト７０の寿命が低下するおそれもある。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、抵抗発熱層に設けられた電極部の一部に電流が集中することを抑制することにより、抵抗発熱層が局部的に過熱されることを防止して、発熱ベルトを長期にわたって安定的に使用することができる定着装置を提供することにある。本発明の他の目的は、そのような定着装置を有する画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の定着装置は、電流が流れることによって発熱する抵抗発熱層が全周にわたって設けられた定着回転体と、当該定着回転体の外周面に圧接して定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、前記定着ニップの両側において前記抵抗発熱層に給電するための電極部が当該抵抗発熱層の全周にわたって積層状態でそれぞれ設けられており、前記各電極部と前記抵抗発熱層との層間に、少なくとも前記定着ニップに近い側縁から、当該層間内に進入した状態で抵抗体層が設けられており、当該抵抗体層体積抵抗率が前記電極部よりも高いことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る画像形成装置は、前記定着装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の定着装置では、電極部における定着ニップに近接した端部と、抵抗発熱層との間に、絶縁体でない抵抗体層が設けられていることから、電極部の当該端部に集中する電流の一部が、抵抗体層を通って抵抗発熱層に流れることになる。この場合、抵抗体層の体積抵抗率が電極部よりも高くなっているために、抵抗体層内を流れる電流が分散された状態で電極部から抵抗発熱層へ、または、抵抗発熱層から電極部へ流れる。
【００１６】
このように、電極部における定着ニップに近接した側縁部に連続した端部に集中する電流が、抵抗体層によって分散された状態で抵抗発熱層へ流れるために、抵抗発熱層において電流が局部的に集中することによって過熱されることを抑制することができ、抵抗発熱層での局部的な劣化の促進を緩和できる。その結果、発熱ベルトを長期にわたって安定的に使用することができ、定着装置を高寿命化することができる。
【００１７】
好ましくは、前記抵抗体層は、前記抵抗発熱層よりも低い体積抵抗率であることを特徴とする。
好ましくは、前記各電極部は、前記定着ニップとは遠い側の側縁を含む領域が、前記抵抗発熱層に直接接触していることを特徴とする。
好ましくは、前記抵抗体層は、前記各電極部と前記抵抗発熱層との層間から、前記定着ニップ側に延出していることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記抵抗体層は、前記抵抗発熱層における両側の各端面から離れるにつれて、厚さが順次増加していることを特徴とする。
好ましくは、前記抵抗体層は、前記抵抗発熱層上に積層されたフィルムであることを特徴とする。
好ましくは、前記定着ニップの両側における前記各電極部は、前記抵抗発熱層における外周面および内周面のそれぞれに積層されており、前記抵抗体層が、前記抵抗発熱層における外周面および内周面と、それぞれに積層された各電極層との間に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、前記各電極部は、前記抵抗発熱層における軸方向の両側の各端面に接していることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る定着装置を備える画像形成装置の一例であるタンデム型カラープリンタの構成を説明するための模式図である。
【図２】そのプリンタに設けられた定着装置における主要部の構成を説明するための模式的な斜視図である。
【図３】そのプリンタに設けられた定着装置における主要部の構成を説明するための模式的な横断面図である。
【図４】その定着装置に設けられた発熱ベルトの周回移動方向とは直交する方向である軸方向の一方の端部の横断面図である。
【図５】（ａ）は、その発熱ベルトに設けられた抵抗発熱層をモデル化してその発熱分布について数値解析を行った結果を示す模式図、（ｂ）は、比較例のモデル化された抵抗発熱層における発熱分布について数値解析を行った結果を示す模式図である。
【図６】図５（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示された発熱分布における単位面積当たりの最大発熱量を示すグラフである。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明の他の例における発熱ベルトの主要部の横断面図である。
【図８】従来の一般的な発熱ベルトの構成の一例を示す横断面図である。
【図９】図８に示す発熱ベルトを、５０℃、１００℃、１５０℃のそれぞれの温度になるように加熱制御したウォームアップ時における幅方向の温度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る定着装置および画像形成装置の実施の形態について説明する。
＜画像形成装置の概略構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置を備える画像形成装置の一例であるタンデム型カラープリンタ（以下、単に「プリンタ」という）の構成を説明するための模式図である。このカラープリンタは、ネットワーク（例えばＬＡＮ）を介して外部の端末装置等から入力される画像データ等に基づいて、周知の電子写真方式により、フルカラーあるいはモノクロの画像を記録用紙、ＯＨＰシート等の記録シートに形成する。
【００２２】
このプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーによるトナー画像を記録シート上に形成する画像形成部Ａと、画像形成部Ａの下側に配置された給紙部Ｂとを備えている。給紙部Ｂは、記録シートＳが内部に収容された給紙カセット２２を備えており、給紙カセット２２内の記録シートＳが画像形成部Ａに供給される
画像形成部Ａには、プリンタのほぼ中央部において一対のベルト周回ローラ２３および２４に水平状態で巻き掛けられて周回移動可能になった中間転写ベルト１８が設けられている。中間転写ベルト１８は、図示しないモータによって、矢印Ｘで示す方向に周回移動するようになっている。
【００２３】
中間転写ベルト１８の下方には、プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋが設けられている。プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、中間転写ベルト１８の周回移動方向に沿ってその順番で配置されており、それぞれが、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーによって中間転写ベルト１８上にトナー画像を形成する。各プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、画像形成部Ａに対して着脱可能になっている。
【００２４】
中間転写ベルト１８の上方には、中間転写ベルト１８を介して、各プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋのそれぞれの上方に位置するように、トナー収容部１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋが配置されている。各プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋには、トナー収容部１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋのそれぞれに収容されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の各色のトナーが供給される。
【００２５】
各プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、中間転写ベルト１８の下方において中間転写ベルト１８に対向した状態で回転可能に配置された感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋをそれぞれ有しており、それぞれの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に、トナー収容部１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋから供給されるＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのそれぞれのトナーを用いて画像を形成する。
【００２６】
各プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、使用されるトナーの色のみがそれぞれ異なっていること以外は、概略同様の構成になっている。このために、以下においては、主としてプロセスユニット１０Ｙの構成のみを説明して、他のプロセスユニット１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの構成の説明は省略する。
プロセスユニット１０Ｙに設けられた感光体ドラム１１Ｙは、矢印Ｚで示す方向に回転されるようになっている。また、プロセスユニット１０Ｙには、感光体ドラム１１Ｙの下方において、感光体ドラム１１Ｙの表面を一様に帯電する帯電器１２Ｙが設けられている。帯電器１２Ｙは、感光体ドラム１１Ｙに対向して配置されている。
【００２７】
プロセスユニット１０Ｙには、帯電器１２Ｙに対して感光体ドラム１１Ｙの回転方向下流側であって、感光体ドラム１１Ｙに対して垂直方向の下方に配置された露光装置１３Ｙと、露光装置１３Ｙによる感光体ドラム１１Ｙの表面の露光位置よりも、感光体ドラム１１Ｙの回転方向下流側に配置された現像器１４Ｙとが設けられている。
露光装置１３Ｙは、帯電器１２Ｙによって一様に帯電された感光体ドラム１１Ｙの表面にレーザ光を照射して静電潜像を形成する。現像器１４Ｙは、感光体ドラム１１Ｙの表面に形成された静電潜像を、Ｙ色のトナーによって現像する。
【００２８】
プロセスユニット１０Ｙの上方には、中間転写ベルト１８を挟んで感光体ドラム１１Ｙに対向する１次転写ローラ１５Ｙが設けられている。１次転写ローラ１５Ｙは、画像形成部Ａに取り付けられている。１次転写ローラ１５Ｙは、転写バイアス電圧が印加されることによって、感光体ドラム１１Ｙとの間に電界を形成するようになっている。
なお、他のプロセスユニット１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの上方にも、中間転写ベルト１８を挟んで各感光体ドラム１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに対向する１次転写ローラ１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋがそれぞれ設けられている。
【００２９】
感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に形成されたそれぞれのトナー画像は、１次転写ローラ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋと、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋとの間にそれぞれ形成される電界の作用によって、中間転写ベルト１８上に１次転写される。トナー画像が一次転写された感光体ドラム１１Ｙは、クリーニング部材１６Ｙによってクリーニングされる。
【００３０】
なお、フルカラー画像を形成する場合には、各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に形成されたそれぞれのトナー画像が中間転写ベルト１８上の同じ領域に多重転写されるように、各プロセスユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋのそれぞれの画像形成動作タイミングがずらされる。
これに対して、モノクロ画像を形成する場合には、選択された１つのプロセスユニット（例えばＫトナー用のプロセスユニット１０Ｋ）のみが動作されることにより、当該プロセスユニットの感光体ドラム（例えば感光体ドラム１１Ｋ）上にトナー画像が形成されて、形成されたトナー画像が、当該プロセスユニットに対向して配置された１次転写ローラ（例えば１次転写ローラ１５Ｋ）によって、中間転写ベルト１８における所定領域上に転写される。
【００３１】
トナー画像が形成された中間転写ベルト１８は、周回移動により、一方のベルト周回ローラ２３が巻き掛けられた端部（図１において右側の端部）へと搬送される。ベルト周回ローラ２３に巻き掛けられた中間転写ベルト１８には、シート搬送経路２１を挟んで２次転写ローラ１９が対向して配置されている。２次転写ローラ１９は、中間転写ベルト１８に圧接されており、両者の間に転写ニップが形成されている。２次転写ローラ１９には転写バイアス電圧が印加されるようになっており、転写バイアス電圧が印加されることにより、２次転写ローラ１９と中間転写ベルト１８との間に電界が形成される。
【００３２】
２次転写ローラ１９と中間転写ベルト１８とによって形成される転写ニップには、給紙部Ｂの給紙カセット２２からシート搬送経路２１に繰り出された記録シートＳが搬送される。中間転写ベルト１８上に転写されたトナー画像は、２次転写ローラ１９と中間転写ベルト１８との間に形成される電界の作用により、シート搬送経路２１を搬送される記録シートＳに２次転写される。
【００３３】
転写ニップを通過した記録シートＳは、２次転写ローラ１９の上方に配置された定着装置３０に搬送される。定着装置３０では、記録シートＳ上の未定着のトナー画像が加熱および加圧されることによって定着される。トナー画像が定着された記録シートＳは、排紙ローラ２４によって、トナー収容部１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋの上方に配置された排紙トレイ２３上に排出される。
【００３４】
＜定着装置の構成＞
図２は、定着装置３０における主要部の構成を説明するための模式的な斜視図、図３は、その模式的な横断面図である。なお、定着装置３０では、図１に示すように、記録シートは、下方から上方に向って通過するが、図２においては、記録シートの通過方向が、紙面の手前側から奥側になるように、図３においては、紙面の右側から左側になるように、定着装置３０をそれぞれ示している。
【００３５】
図２および図３に示すように、定着装置３０は、加圧部材としての加圧ローラ３２と、加圧ローラ３２に圧接された状態で回転（周回移動）可能に配置された発熱ベルト３１と、発熱ベルト３１の内周面に圧接されるように発熱ベルト３１の回転域（周回移動域）の内部に配置された定着ローラ３３とを備えている。発熱ベルト３１は、加圧ローラ３２に圧接されて回転するとともに、給電されることによって発熱する抵抗発熱層３１ｂ（図４参照）を備えている。発熱ベルト３１は、定着ローラ３３等とともに定着回転体を構成している。
【００３６】
発熱ベルト３１は、例えば、周回移動方向と直交する方向（軸方向）の長さが、加圧ローラ３２の外周面における軸方向長さよりも若干長く、また、加圧ローラ３２の直径よりも若干大きな直径を有する円筒形状になっている。発熱ベルト３１と加圧ローラ３２とは、それぞれの回転軸同士が平行な状態で、発熱ベルト３１の外周面と加圧ローラ３２の外周面とが相互に圧接されるように配置されている。発熱ベルト３１と加圧ローラ３２とは、相互に圧接されることによって、記録シートＳが通過する定着ニップＮを形成している。
【００３７】
図２に示すように、発熱ベルト３１は、周回移動方向に対して直交する軸方向の両側の各端部に、抵抗発熱層３１ｂ（図４参照）に電流を供給するための電極部３１ｇがそれぞれ設けられている。各電極部３１ｇは、発熱ベルト３１（抵抗発熱層３１ｂ）の端部において、発熱ベルト３１の端面を介して、外周面から内周面にわたって連続してそれぞれの全周を覆うように、発熱ベルト３１の周方向に沿って形成されており、各電極部３１ｇの外周側部分に、給電部材３７がそれぞれ導電状態で圧接されている。
【００３８】
各給電部材３７には、商用の交流電源３４から供給される交流電流が、ハーネスを介して供給されるようになっている。各給電部材３７は、例えば、カーボン粉と、銅粉等の粉体を混合して焼成した導電ブラシによって構成されている。各給電部材３７は、発熱ベルト３１が回転することによって、それぞれが圧接された各電極部３１ｇに摺接する。これにより、相互に圧接された給電部材３７および電極部３１ｇの導電状態が維持される。
【００３９】
なお、給電部材３７としては、導電ブラシに限るものではなく、電極部３１ｇとの摺接によって導電状態を維持できる構成になっていればよい。例えば、給電部材３７を、金属等の導電体で構成してもよく、また、絶縁体等の表面にＣｕ、Ｎｉ等をメッキした構成とすることも可能である。さらに、給電部材３７は、周回移動する電極部３１ｇに接触した状態で回転するローラ等のような回転体としてもよい。
【００４０】
なお、発熱ベルト３１における幅方向の中央部に対向して、発熱ベルト３１の外周面の温度を検出する温度センサ３６が設けられている。温度センサ３６によって検出される発熱ベルト３１の温度は、交流電源３４から各給電部材３７に供給される電流量を制御するために使用される。交流電源３４から各給電部材３７に供給される電流量を制御するための構成については省略している。
【００４１】
発熱ベルト３１の周回移動域内に設けられた定着ローラ３３は、軸心部に設けられた芯金３３ａと、芯金３３ａの外周面に積層された弾性層３３ｂとを有している。芯金３３ａの両側の各端部は、弾性層３３ｂの両側の端部からそれぞれ外側に突出した状態になっている。
芯金３３ａは、直径が１０〜３０ｍｍ程度のアルミニウム、鉄等の金属製の円柱体（中実体または中空体）によって構成されている。弾性層３３ｂは、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性に優れた弾性材料によって構成されている。弾性層の軸方向長さは、発熱ベルト３１の軸方向長さにほぼ等しくなっている。
【００４２】
加圧ローラ３２は、芯金３２ａと、芯金３２ａの外周面に積層された弾性層３２ｂと、弾性層３２ｂの外周面に積層された離型層３２ｃとを有しており、加圧ローラ３２の外径は、２０〜１００ｍｍ程度になっている。
加圧ローラ３２の芯金３２ａは、定着ローラ３３の芯金３３ａと平行であり、直径が１０〜３０ｍｍ程度のアルミニウム、鉄等の金属製の円柱体（中実体または中空体）によって形成されている。弾性層３２ｂは、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の高耐熱性の弾性体によって、１〜２０ｍｍ程度の厚さになっている。
【００４３】
離型層３２ｃは、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン（４フッ化）樹脂）、ＥＴＦＥ（４フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂）等のフッ素系チューブ、フッ素系コーティング等の記録シートに対する離型性を有する材料によって構成されており、例えば、５〜１００μｍ程度の厚さになっている。なお、離型層は、導電性であってもよい。
【００４４】
加圧ローラ３２は、図示しない付勢手段（例えば引っ張りバネ）によって、発熱ベルト３１に向って付勢されている。これにより、加圧ローラ３２の外周面が、発熱ベルト３１の外周面に圧接されて、発熱ベルト３１が定着ローラ３３に押し付けられている。発熱ベルト３１と加圧ローラ３２との圧接部には、記録シートＳが通過する定着ニップＮが形成されている。
【００４５】
加圧ローラ３２は、図示しないモータによって、図２に矢印Ｚで示す方向に回転駆動されるようになっている。発熱ベルト３１は、加圧ローラ３２と定着ローラ３３とに圧接されていることにより、加圧ローラ３２の回転に追従して、図２に矢印Ｙで示す方向に回転（周回移動）する。発熱ベルト３１に圧接された定着ローラ３３は、発熱ベルト３１の回転に追従して同じ方向に回転する。
【００４６】
なお、定着装置３０は、加圧ローラ３２を回転駆動させる構成に代えて、定着ローラ３３を回転駆動させる構成としてもよい。あるいは、加圧ローラ３２および定着ローラ３３の両方を回転駆動させる構成としてもよい。
図３に示すように、定着ニップＮに対して記録シートＳの搬送方向下流側（同図の左側）には、定着ニップＮを通過した記録シートＳを発熱ベルト３１から剥離するための分離爪３５が設けられている。
【００４７】
定着ニップＮには、加圧ローラ３２および発熱ベルト３１が回転された状態で、しかも、交流電源３４から供給される電流によって発熱ベルト３１が加熱された状態で、記録シートＳが搬送される。記録シートＳは、定着ニップＮを通過する間に、加熱状態になった発熱ベルト３１によって加圧および加熱されることにより、当該記録シートＳ上の未定着のトナー画像が定着される。定着ニップＮを通過した記録シートは、分離爪３５（図３参照）によって発熱ベルト３１から剥離される。
【００４８】
図４は、発熱ベルト３１の周回移動方向とは直交する方向である軸方向の一方の端部の横断面図である。発熱ベルト３１は、例えば、ポリイミド（ＰＩ）によって一定の厚さの円筒形状に構成された補強層３１ａと、補強層３１ａの外周面上に全周にわたって積層された抵抗発熱層３１ｂとを有している。抵抗発熱層３１ｂは、電流が流れることによってジュール熱を発熱する抵抗発熱材料によって構成されている。
【００４９】
抵抗発熱層３１ｂは、軸方向の両側の端部が、補強層３１ａにおける両側の端部から、それぞれ外側に突出するように、補強層３１ａよりも軸方向に長くなっている。抵抗発熱層３１ｂにおける補強層３１ａから延出したそれぞれの端部には、電極部３１ｇがそれぞれ設けられている。各電極部３１ｇは、それぞれ、定着ニップＮよりも軸方向の両側（外側）に配置されている。
【００５０】
抵抗発熱層３１ｂの外周面における両電極部３１ｇの間の領域には、弾性層３１ｃが積層されており、この弾性層３１ｃの外周面上に離型層３１ｄが積層されている。
各電極部３１ｇは、抵抗発熱層３１ｂのそれぞれの端部外周面を覆う電極外周部３１ｘと、抵抗発熱層３１のそれぞれの端部内周面を覆う電極内周部３１ｙと、電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙのそれぞれを、抵抗発熱層３１ｂの軸方向の各外側において連結する電極連結部３１ｚとを有している。電極連結部３１ｚは、抵抗発熱層３１ｂの軸方向の両外側に位置する端面に密着している。
【００５１】
各電極部３１ｇにおける電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙは、それぞれの軸方向長さが等しく、通常、１０〜１５ｍｍ程度になっている。電極外周部３１ｘには、図２に示すように、給電部材３７が圧接されている。電極外周部３１ｘ、電極内周部３１ｙ、電極連結部３１ｚは、同じ体積抵抗率を有する材料によって一体的に形成されている。
電極外周部３１ｘにおける定着ニップ側に位置する側縁に連続する環状の端部領域と、抵抗発熱層３１ｂの外周面との層間には、両者の間を流れる電流の密度を調整するために、電極外周部３１ｘの体積抵抗率よりも高く、抵抗発熱層３１ｂの体積抵抗率よりも低い体積抵抗率を有する外周側抵抗フィルム３１ｈが、電流密度を調整する抵抗体層として設けられている。
【００５２】
また、電極内周部３１ｙにおける定着ニップ側に位置する側縁に連続する環状の端部と、抵抗発熱層３１ｂの内周面との層間にも、電極外周部３１ｘの体積抵抗率よりも高く、抵抗発熱層３１ｂの体積抵抗率よりも低い体積抵抗率を有する内周側抵抗フィルム３１ｋが、電流密度を調整する抵抗体層として設けられている。
外周側抵抗フィルム３１ｈは、一定の厚さになっており、抵抗発熱層３１ｂの端面から適当な間隔（２〜５ｍｍ程度）をあけた位置から、電極外周部３１ｘにおける定着ニップＮに近接した側縁（軸方向の内側の端面）３１ｓにまで、抵抗発熱層３１ｂの外周面上に密着状態で全周にわたって積層されている。外周側抵抗フィルム３１ｈは、全体にわたって一定の体積抵抗率になっている。
【００５３】
外周側抵抗フィルム３１ｈを覆う電極外周部３１ｘの外周面は、一定の外径の平坦面になっており、また、内周側抵抗フィルム３１ｋを覆う電極内周部３１ｙの内周面も、一定の内径の平坦面になっている。従って、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび電極外周部３１ｘのそれぞれは、電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙのそれぞれと、抵抗発熱層３１ｂとの層間に、定着ニップＮに近接した側縁から当該層間内にそれぞれ進入した状態になっている。
【００５４】
外周側抵抗フィルム３１ｈおよび電極外周部３１ｘのそれぞれは、定着ニップＮに近接した側縁が同一平面上に位置しており、従って、外周側抵抗フィルム３１ｈにおける定着ニップＮに近接した端部領域は、抵抗発熱層３１ｂの外周面に接触しない状態になっている。
内周側抵抗フィルム３１ｋも、同様に、一定の厚さであって、全体にわたって一定の体積抵抗率になっており、抵抗発熱層３１ｂの端面から適当な間隔（２〜５ｍｍ程度）をあけた位置から、電極内周部３１ｙにおける定着ニップＮに近接した側縁（軸方向の内側の端面）まで、抵抗発熱層３１ｂの外周面上に密着状態で積層されている。また、内周側抵抗フィルム３１ｋおよび電極内周部３１ｙのそれぞれは、定着ニップＮに近接した側縁が、同一平面上に位置している。内周側抵抗フィルム３１ｋは、全体にわたって一定の体積抵抗率になっている。
【００５５】
抵抗発熱層３１ｂは、耐熱性樹脂に、導電性フィラーおよび高イオン導電体粉末を一様に分散させて所定の円筒形状に成型されたものであり、全周にわたって一様な電気抵抗率に調整されている。
抵抗発熱層３１ｂを構成する耐熱性樹脂としては、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等が使用されるが、ＰＩが最も耐熱性に優れているために好ましい。なお、本実施形態では、ＰＩを用いている。
【００５６】
導電性フィラーとしては、電気抵抗率が低い（導電性が高い）金属材料の粉末と、電気抵抗率が高い（導電性が低い）炭素化合物粉末とを用いることが好ましい。高イオン導電体粉末としては、ヨウ化銀（ＡｇＩ）、ヨウ化銅（ＣｕＩ）等の無機化合物中の高イオン導電体粉末を用いることが好ましい。金属材料の粉末としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ等の金属材料の微粒子が好適である。炭素化合物粉末としては、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブが好適である。
【００５７】
高イオン導電体粉末は、抵抗発熱層３１ｂの機械的強度を低下させるおそれはないが、高イオン導電体粉末および高抵抗の炭素化合物粉末だけでは、抵抗発熱層３１ｂの電気抵抗率を、商用電源を用いた５００〜１５００Ｗ程度の電力の定着装置を所定の発熱量になるように調整することが容易でない。このために、低抵抗の金属粉末も用いられている。このように、金属粉末と、炭素化合物粉末と、高イオン導電体粉末とを用いることにより、機械的強度を低下させることなく、抵抗発熱層３１ｂを所定の電気抵抗率に容易に調整することができる。
【００５８】
なお、低抵抗の金属粉末、高抵抗の炭素化合物粉末、高イオン導電体粉末のそれぞれは、２種類以上の材料によって構成してもよい。
また、低抵抗の金属粉末、高抵抗の炭素繊維粉末、高イオン導電体粉末のそれぞれは、繊維状になっていることが好ましい。金属粉末、炭素繊維粉末、高イオン導電体粉末のそれぞれが繊維状になっていることによって、それぞれが接触する確率が高くなり、パーコレーションしやすくなるためである。
【００５９】
高抵抗フィラーを構成する炭素化合物粉末および高イオン導電体粉末のそれぞれは、温度が上昇すると体積抵抗率が低下する負の抵抗変化率（ＮＴＣ）を有する材料である。ＮＴＣを有する材料を用いることによって、抵抗発熱層３１ｂに負の抵抗変化率（ＮＴＣ）を付与することができる。
抵抗発熱層３１ｂがＮＴＣ特性を有していることによって、定着ニップＮを小サイズの記録シートＳが通過する際に、当該記録シートが通過しない通過領域（以下非通紙領域とする）における過昇温を抑制することができる。すなわち、小サイズの記録シートＳが定着ニップＮを通過する際に、非通紙領域の温度が上昇して所定温度に達すると、抵抗発熱層３１ｂがＮＴＣ特性を有していることから、非通紙領域における抵抗値が低下する。これにより、非通過領域の発熱量は、記録シートが通過する領域に比べて低下し、非通過領域における過昇温を抑制することができる。
【００６０】
高イオン導電体粉末としてヨウ化銀（ＡｇＩ）またはヨウ化銅（ＣｕＩ）を用いると、抵抗変化率が大きく変化して急激に抵抗値が低下する温度（相転移点）が存在するために、非通紙領域における過昇温を防止する効果は顕著になる。ＡｇＩの場合、相転移点は、通常１４７℃であるが、ＡｇＩの粒径に依存するために、粒径が小さいほど低温にすることができる。ＣｕＩの場合も同様である。
【００６１】
従って、定着温度に応じて、ＡｇＩまたはＣｕＩとして混合する材料の粒径を適宜選択することにより、所定の相転移点とすることができる。特に、材料の粒径が小さい場合には、硝酸銀（ＡｇＮＯ３）水溶液、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）水溶液および銀イオン伝導性の有機ポリマーであるＰＶＰ（Poly-N−vinyl-２-pyrrolidone）の水溶液を、常温および常圧下において混合、ろ過、乾燥するという簡便な方法によって、ＡｇＩまたはＣｕＩを合成することができる。また、溶液の濃度、混合手順を変更することによって、１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で、異なるサイズのナノ粒子とすることができる。
【００６２】
金属粉末の粒径は、０．０１〜１０μｍ程度が好ましく、このような粒径とすることにより、高抵抗である炭素化合物粉末および高イオン導電体粉末は、全体にわたって線状に絡み合い、全体として均一な電気抵抗率を有する抵抗発熱層３１ｂとすることができる。
耐熱性樹脂中に分散される導電性フィラーは、耐熱性樹脂に対して、低抵抗の金属粉末が、５０〜３００重量％、高抵抗の炭素化合物粉末および高イオン導電体粉末は、５〜１００重量％であることが好ましい。金属粉末、炭素化合物粉末、高イオン導電体粉末のそれぞれは、いずれも、３００重量％よりも多くなると、抵抗発熱層３１ｂの電気抵抗率が低下しすぎるおそれがあり、５０重量％よりも少なくなると、抵抗発熱層３１ｂの電気抵抗率が高くなりすぎるおそれがある。このように、３００重量％よりも多くなる場合および５０重量％よりも少なくなる場合のいずれにおいても、所定の体積抵抗率に調整することは容易ではないので、５０〜３００重量％とすることが好ましい。
【００６３】
抵抗発熱層３１ｂの厚さは、任意であるが、５〜１００μｍ程度が好ましい。
抵抗発熱層３１ｂの電気抵抗率は、抵抗発熱層３１ｂに供給される電力、印加される電圧、抵抗発熱層３１ｂの厚さ、定着ローラ３３の直径および軸方向長さ等に基づいて、任意に設定されるが、好ましくは、１．０×１０−６〜１．０×１０−２Ω・ｍ程度、より好ましくは、１．０×１０−５〜５．０×１０−３Ω・ｍ程度である。
【００６４】
なお、抵抗発熱層３１ｂの体積抵抗率を調整するために、金属合金、金属間化合物等の導電性粒子を適宜混入してもよい。また、抵抗発熱層３１ｂの機械的強度を向上させるために、ガラスファイバー、ウィスカ（金属の針状単結晶）、酸化チタン、チタン酸カリウム等を混入してもよい。
さらに、抵抗発熱層３１ｂの熱伝導率を向上させるために、窒化アルミニウム、アルミナ等を混入してもよい。
【００６５】
また、抵抗発熱層３１ｂを安定的に製造するために、イミド化剤、カップリング剤、界面活性剤、消泡剤等を混入してもよい。
抵抗発熱層３１ｂは、例えば、芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとを有機溶媒中で重合して得られるポリイミドワニスに導電性フィラーを均一に分散させた状態で、円柱形状の金型に塗布してイミド転化させることによって製造することができる。
【００６６】
発熱ベルト３１の弾性層３１ｃは、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の高耐熱性の弾性体によって構成されている。本実施形態では、弾性層３１ｃとしてシリコーン（Ｓｉ）ゴムを用いている。
発熱ベルト３１の離型層３１ｄは、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン（４フッ化）樹脂）、ＥＴＦＥ（４フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂）等のフッ素系チューブ、フッ素系コーティング等によって、離型性が付与されている。離型層３１ｄの厚さは、５〜１００μｍ程度が好ましい。フッ素系チューブとしては、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製の商品名「ＰＦＡ３５０−Ｊ」、「４５１ＨＰ−Ｊ」、「９５１ＨＰ Ｐｌｕｓ」等が好適である。
【００６７】
離型層３１ｄは、定着ニップＮを通過する際に接触した記録シートＳが容易に剥離されるような剥離性を有している。
この離型層３１ｄは、例えば、水との接触角が９０°以上、好ましくは１１０°以上であって、表面粗さＲａが０．０１〜５０μｍ程度が好ましい。離型層３１ｄは、導電性であってもよい。本実施形態では、離型層３１ｄとしてＰＦＡを用いている。
【００６８】
補強層３１ａ、抵抗発熱層３１ｂ、弾性層３１ｃおよび離型層３１ｄのそれぞれは、所定の厚さになっており、これらによって構成された発熱ベルト３１は、加圧ローラ３２が圧接されていない状態で、所定の直径の円筒形状を維持する剛性を有している。発熱ベルト３１は、加圧ローラ３２が圧接されることによる定着ローラ３３の変形に追従して、加圧ローラ３２の外周面に沿った状態に変形する。
【００６９】
なお、発熱ベルト３１は、上述したような４層構造に限るものではなく、抵抗発熱層３１ｂと離型層３１ｄとの２層構造であってもよい。また、いずれの場合にも、絶縁のためにＰＩ、ＰＰＳ等の樹脂層をさらに設ける構成であってもよい。なお、いずれの場合にも、抵抗発熱層３１ｂは、離型層３１ｄよりも内周側に位置していればよい。
各電極部３１ｇを構成する導電体は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、真鍮、リン青銅等の金属を、抵抗発熱層３１ｂに対して直接、化学メッキあるいは電気メッキすることによって形成することができる。この場合、抵抗発熱層３１ｂの両側の各端部領域における外周面および内周面の所定位置に、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋをそれぞれ配置した状態で化学メッキあるいは電気メッキが行われる。
【００７０】
なお、電極部３１ｇを金属のメッキによって形成する場合は、２種類の金属によってメッキすることが好ましい。例えば、抵抗発熱層３１ｂに対して、Ｃｕを、直接、化学メッキした後に、Ｃｕ上にＮｉを電気メッキすることによって電極部３１ｇを形成する。
また、電極部３１ｇは、このような構成に限定されず、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属箔を、導電性接着剤により、抵抗発熱層３１ｂ上と、外周側抵抗フィルム３１ｈ上および内周側抵抗フィルム３１ｋ上とに接着することによって形成してもよい。
【００７１】
さらには、抵抗発熱層３１ｂ上と、外周側抵抗フィルム３１ｈ上および内周側抵抗フィルム３１ｋ上に、導電性インク、導電性ペーストを塗布することによって電極部３１ｇを形成してもよい。また、導電性テープを、抵抗発熱層３１ｂと、外周側抵抗フィルム３１ｈ上および内周側抵抗フィルム３１ｋとにわたって貼り付けることによっても、電極部３１ｇを形成することもできる。
【００７２】
外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋは、体積抵抗率が、電極部３１ｇよりも大きくなっていればよいが、体積抵抗率が抵抗発熱層３１ｂよりも小さくなっていることが好ましい。外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋとしては、例えば、抵抗発熱体３１ｂと同様に、ＰＩ等に導電性フィラーを分散させて体積抵抗率を調整したフィルムを用いることができる。このようなフィルムは、体積抵抗率の調整が容易であるために、好適である。また、このようなフィルムに限らず、ＳＵＳ等の金属によって構成してもよい。
【００７３】
外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋの厚さは、特に限定されるものではない。外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋは、厚さが変化することによって体積抵抗率が変化するために、調整または管理しやすい厚さとすればよい。
さらには、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋに代えて、抵抗発熱層３１ｂの端部領域における外周面および内周面に一体に積層された抵抗体層を電流密度調整体として用いる構成としてもよい。
【００７４】
＜定着装置の動作＞
このような構成の定着装置では、一方の給電部材３７に電流が供給されると、当該給電部材３７に圧接された電極部３１ｇから抵抗発熱層３１ｂを通って他方の電極部３１ｇに電流が流れ、さらに電流は、当該他方の電極部３１ｇから、この電極部３１ｇに圧接された他方の給電部材３７へと流れる。抵抗発熱層３１ｂは、電流が流れることによって発熱する。
【００７５】
この場合、一方の電極部３１ｇが抵抗発熱層３１ｂの端部領域の外周面から内周面にわたって連続した形状になっているために、電極外周部３１ｘ、電極連結部３１ｚ、電極内周部３１ｙのそれぞれに電流が分散されて、それぞれから抵抗発熱層３１ｂへ、直接または外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれを介して、電流が流れる。
【００７６】
電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙのそれぞれにおける定着ニップＮに近接した側縁に連続する領域と抵抗発熱層３１ｂとの間に介在された外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋは、体積抵抗値が、電極部３１ｇの電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙのそれぞれよりも大きいために、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋ内において電流が分散された状態で抵抗発熱層３１ｂに流入する。
【００７７】
この場合、電極部３１ｇと、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれにおける電流経路を考慮すると、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれでは、定着ニップＮから離れた端部から定着ニップＮに近接した端部にかけて、電流密度が順次増加する傾向になる。従って、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれを通って抵抗発熱層３１ｂに流れる電流の密度は、定着ニップＮに近接した端部領域において高く、定着ニップＮに近接した端部領域から離れるにつれて低下する。
【００７８】
これにより、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋによって抵抗発熱層３１ｂ内に流入する電流の密度も定着ニップＮに近接した端部において高く、定着ニップＮに近接した端部から離れるにつれて低下することになる。
その結果、抵抗発熱層３１ｂが局部的に過熱されることが確実に抑制されて、抵抗発熱層３１ｂが異常高温になることを防止することができ、発煙等が生じることを防止することができる。また、抵抗発熱層３１ｂにおいて局部的に劣化が促進されることも抑制されるために、抵抗発熱層３１ｂを長期にわたって安定的に使用することができ、発熱ベルト３１を高寿命化することができる。
【００７９】
また、電極部３１ｇが、電極外周部３１ｘ、電極連結部３１ｚ、電極内周部３１ｙに分散されることによっても、抵抗発熱層３１ｂに流れる電流が局部的に集中することをさらに緩和することができる。
なお、他方の電極部３１ｇにおいては、抵抗発熱層３１ｂから当該電極部３１ｇに電流が流入することになるために、電流の流れる方向が反対になること以外は、前述した一方の電極部３１ｇと同様になる。
【００８０】
本実施形態の発熱ベルト３１において、抵抗発熱層３１ｂをモデル化して、発熱分布について数値解析を行った。以下、その数値解析について説明する。数値解析のモデルとして、厚さ４０μｍ、幅（軸方向長さ）３４０ｍｍの抵抗発熱層３１ｂにおける両側の端部領域の外周面および内周面に、厚さが１５μｍ、幅（軸方向長さ）が１３ｍｍの外周側抵抗フィルム３１ｈ上および内周側抵抗フィルム３１ｋを、抵抗発熱層３１ｂにおける両側の端面から２ｍｍ離して積層して、電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙを外周側抵抗フィルム３１ｈ上および内周側抵抗フィルム３１ｋ上において５μｍの厚さになるように電極部３１ｇを形成した。
【００８１】
抵抗発熱層３１ｂの体積抵抗率を９．４×１０−５Ωｍ、電極部３１ｇの体積抵抗率を１．７２×１０−８Ωｍとし、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋの体積抵抗率をそれぞれの中間の値（１．０×１０−５Ωｍ）として、各電極部３１ｇ間に１００Ｖの交流電圧を印加したところ、図５（ａ）に示すように、抵抗発熱層３１ｂは、電極部３１ｇが設けられた端部では、抵抗発熱層３１ｂの軸方向の外側の端面近傍から離れるにつれて順次高温になる温度分布になっていることが確認された(図５（ａ）において、濃度が薄いほど高温になっている)。
【００８２】
このことから、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋでは、抵抗発熱層３１ｂの軸方向の外側の端面から離れるにつれて、順次、電流密度が減少していることは明らかである。
この場合の抵抗発熱層３１ｂにおける軸方向の両側の端部における単位面積当たりの最大発熱量は、電極部３１ｇにおける定着ニップＮに近接した端部に対応する部分において測定され、その測定値は、１.５６×１０９（Ｗ／ｍ３）であった。この最大発熱量を、図６のグラフに示す。
【００８３】
なお、比較のために、上記のモデルにおいて、抵抗発熱層３１ｂの各端部に、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋを設けることなく、電極部３１ｇを設けた構成として、同様の条件で交流電圧を印加したところ、図５（ｂ）に示すように、電極部３１ｇにおける電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙのそれぞれの定着ニップＮに近接した端部領域に対応する抵抗発熱層３１ｂの局部においてのみ高温状態になり、それぞれの部分において電流が集中していることが確認された。
【００８４】
また、この場合の抵抗発熱層３１ｂにおける単位面積当たりの最大発熱量を測定したところ、４.１７×１０９（Ｗ／ｍ３）であった。この最大発熱量を、図６のグラフに併記する。
＜変形例＞
図７（ａ）は、電極部３１ｇを導電性テープによって形成した場合の発熱ベルト３１の一方の端部の横断面図である。電極部３１ｇを構成する導電性テープは、抵抗発熱層３１ｂの端面、当該端面に連続した抵抗発熱層３１ｂの外周面および内周面、外周側抵抗フィルム３１ｈの外周面および内周側抵抗フィルム３１ｋの内周面を覆った状態で、外周側抵抗フィルム３１ｈの外周面および内周側抵抗フィルム３１ｋの内周面および抵抗発熱層３１ｂの外周面および内周面一部に、導電性接着剤によってそれぞれ接着されている。
【００８５】
その他の構成は、図４に示された構成と同様になっている。
このような構成によっても、電極部３１ｇから抵抗発熱層３１ｂに流れる電流が局部的に集中するおそれがなく、抵抗発熱層３１ｂが局部的に過熱されることを抑制することができる。従って、抵抗発熱層３１ｂが異常高温になることを防止することができ、しかも、抵抗発熱層３１ｂの劣化が促進されることを防止することができるために、発熱ベルト３１を長期にわたって安定的に使用することができる。
【００８６】
なお、図７（ａ）では、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれの定着ニップＮに近接した側縁は、電極部３１ｇにおける定着ニップＮに近接した側縁と同一平面上に位置する構成になっているが、このような構成に限るものではなく、例えば、図７（ｂ）に示すように、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれが、電極部３１ｇから、定着ニップＮ側に向って延出した構成であってもよい。
【００８７】
このような構成とすることによって、電極部３１ｇにおける電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙの定着ニップＮ側の端部に達した電流は、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋにおける定着ニップＮ側に向って突出した部分からも抵抗発熱層３１ｂ内に流入することになり、抵抗発熱層３１ｂにおいて集中的に電流が流れることを、さらに緩和することができる。なお、図４に示された構成においても、同様の構成とすることができる。
【００８８】
さらに、図７（ｃ）に示すように、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれを、抵抗発熱層３１ｂの外周面および内周面にそれぞれ積層された第１フィルム３１ｐおよび３１ｑと、第１フィルム３１ｐおよび３１ｑのそれぞれと電極部３１ｇにおける定着ニップＮ側の端部との間に介在された第２フィルム３１ｒおよび３１ｓとの積層構造としてもよい。なお、この場合も、第２フィルム３１ｒおよび３１ｓは、電極部３１ｇから、定着ニップＮ側に突出している。
【００８９】
このように、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれを、複数のフィルムの積層構造として、定着ニップＮ側から抵抗発熱層３１ｂの端部にかけて、段階的に枚数を減少させることにより、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれの抵抗が、抵抗発熱層３１ｂの端部において小さく、定着ニップＮ側の端部において大きくなる。
【００９０】
これにより、電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙ内を流れる電流は、抵抗発熱層３１ｂの端部において多く、定着ニップＮに近接した端部において低下する。その結果、電極部３１ｇにおける電極外周部３１ｘおよび電極内周部３１ｙの定着ニップＮ側の端部に到達する電流量をさらに低減することができ、抵抗発熱層３１ｂにおいて集中的に電流が流れることを、さらに確実に緩和することができる。
【００９１】
なお、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋを構成するフィルムを３枚以上のフィルムの積層構造としてもよい。
また、図４に示された構成においても、同様の構成とすることができる。
さらには、図７（ｄ）に示すように、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれを、抵抗発熱層３１ｂにおける端面側の端部が最も薄く、定着ニップＮ側になるにつれて順次厚くなる構成として、最も薄くなったそれぞれの端部を抵抗発熱層３１ｂにおける端面に近接させた状態としてもよい。
【００９２】
このような構成でも、外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋのそれぞれの抵抗値が、抵抗発熱層３１ｂの端部において小さく、定着ニップＮに接近するにつれて連続的に増加しており、従って、電流密度が連続的に増加する。これにより、抵抗発熱層３１ｂにおいて集中的に電流が流れることを、さらに確実に緩和することができる。なお、図４に示された構成においても、同様の構成とすることができる。
【００９３】
＜他の変形例＞
上記の説明では、抵抗体層である外周側抵抗フィルム３１ｈおよび内周側抵抗フィルム３１ｋの体積抵抗値は、抵抗発熱層３１ｂよりも小さくする構成であったが、抵抗発熱層３１ｂの体積抵抗値よりもある程度大きくなっていてもよい。この場合にも、抵抗発熱層３１ｂが絶縁体でないために、各電極部３１ｇにおける定着ニップＮ側の端部に集中する電流が、抵抗発熱層３１ｂによって分散された状態で、抵抗発熱層３１ｂ内に流れることになり、抵抗発熱層３１ｂに対して局部的に電流が集中することを緩和させることは可能である。
【００９４】
また、上記の説明では、電極部３１ｇは、抵抗発熱層３１ｂにおける両側の各端面と、それぞれの端面に連続する抵抗発熱層３１ｂの外周面および内周面とをそれぞれ全周にわたって覆う構成であったが、このような構成に限らず、電極部３１ｇが、抵抗発熱層３１ｂの外周面および内周面のいずれか一方を全周にわたって覆うように構成して、電極部３１ｇが覆う抵抗発熱層３１ｂの外周面または内周面との間に、抵抗フィルム等の抵抗体層を設ける構成であってもよい。
【００９５】
さらに、定着ローラ３３の外周面に発熱ベルト３１を嵌合させる構成に限らず、定着ローラ３３の外周面に抵抗発熱層３１ｂを設ける構成として、抵抗発熱層３１ｂの軸方向の両側の端部における外周面にのみ電極部３１ｇを設ける構成としてもよい。
また、上記の説明では、定着装置３０の電源として、商用の交流電源を用いる構成であったが、直流電源を用いる構成であってもよい。
【００９６】
さらに、発熱ベルト３１に加圧手段としての加圧ローラ３２を圧接させて定着ニップＮを形成する構成であったが、定着ニップＮを形成するための加圧手段は、加圧ローラ３２に限らず、加圧ベルトを用いてもよい。また、加圧手段としては、加圧ローラ３２、加圧ベルト等のように回転している必要がなく、固定的に設けられた加圧部材等を用いてもよい。
【００９７】
さらに、本発明に係る画像形成装置は、タンデム型カラーデジタルプリンタに限るものではなく、モノクロ画像を形成するプリンタであってもよい。さらには、プリンタに限らず、複写機、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）、ＦＡＸ等（いずれの場合にも、カラー画像用、モノクロ画像用のいずれであってもよい）にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、電流が流れることによって発熱する抵抗発熱層が設けられた定着回転体が異常高温になることを防止して長寿命化する技術として有用である。
【符号の説明】
【００９９】
３０ 定着装置
３１ 発熱ベルト
３１ａ 補強層
３１ｂ 抵抗発熱層
３１ｃ 弾性層
３１ｄ 離型層
３１ｇ 電極部
３１ｈ 外周側抵抗フィルム
３１ｋ 内周側抵抗フィルム
３１ｐ、３１ｑ 第１フィルム
３１ｒ、３１ｓ 第２フィルム
３２ 加圧ローラ
３３ 定着ローラ
３４ 交流電源
３７ 給電部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流れることによって発熱する抵抗発熱層が全周にわたって設けられた定着回転体と、
当該定着回転体の外周面に圧接して定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、
前記定着ニップの両側において前記抵抗発熱層に給電するための電極部が当該抵抗発熱層の全周にわたって積層状態でそれぞれ設けられており、
前記各電極部と前記抵抗発熱層との層間に、少なくとも前記定着ニップに近い側縁から、当該層間内に進入した状態で抵抗体層が設けられており、
当該抵抗体層体積抵抗率が前記電極部よりも高いことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記抵抗体層は、前記抵抗発熱層よりも低い体積抵抗率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】
前記各電極部は、前記定着ニップとは遠い側の側縁を含む領域が、前記抵抗発熱層に直接接触していることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記抵抗体層は、前記各電極部と前記抵抗発熱層との層間から、前記定着ニップ側に延出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記抵抗体層は、前記抵抗発熱層における両側の各端面から離れるにつれて、厚さが順次増加していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記抵抗体層は、前記抵抗発熱層上に積層されたフィルムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記定着ニップの両側における前記各電極部は、前記抵抗発熱層における外周面および内周面のそれぞれに積層されており、前記抵抗体層が、前記抵抗発熱層における外周面および内周面と、それぞれに積層された各電極層との間に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記各電極部は、前記抵抗発熱層における軸方向の両側の各端面に接していることを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
電流が流れることによって発熱する抵抗発熱層が全周にわたって設けられた定着回転体と、
当該定着回転体の外周面に圧接して定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、
前記定着ニップの両側において前記抵抗発熱層に給電するための電極部が当該抵抗発熱層の全周にわたって積層状態でそれぞれ設けられており、
前記各電極部と前記抵抗発熱層との層間に、少なくとも前記定着ニップに近い側縁から、当該層間内に進入した状態で抵抗体層が設けられており、
当該抵抗体層体積抵抗率が前記電極部よりも高いことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記抵抗体層は、前記抵抗発熱層よりも低い体積抵抗率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】
前記各電極部は、前記定着ニップとは遠い側の側縁を含む領域が、前記抵抗発熱層に直接接触していることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記抵抗体層は、前記各電極部と前記抵抗発熱層との層間から、前記定着ニップ側に延出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記抵抗体層は、前記抵抗発熱層における両側の各端面から離れるにつれて、厚さが順次増加していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記抵抗体層は、前記抵抗発熱層上に積層されたフィルムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記定着ニップの両側における前記各電極部は、前記抵抗発熱層における外周面および内周面のそれぞれに積層されており、前記抵抗体層が、前記抵抗発熱層における外周面および内周面と、それぞれに積層された各電極層との間に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記各電極部は、前記抵抗発熱層における軸方向の両側の各端面に接していることを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１０３４０１（Ｐ２０１２−１０３４０１Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５０７０４（Ｐ２０１０−２５０７０４）
【出願日】平成２２年１１月９日（２０１０．１１．９）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月９日（２０１０．１１．９）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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