(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する無端状ベルトである定着部材と、
前記定着部材の外周側に該定着部材を押圧可能に配置され、前記定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、
前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を加熱する抵抗体発熱部を有した面状発熱体と、を備え、
前記面状発熱体は２以上の発熱パターンを有し、発熱パターンは、当該定着装置の加熱対象物の性質に応じて選択的に制御され、
前記面状発熱体は、発熱パターンごとに異なる電力密度を有し、
前記電力密度は、前記面状発熱体の表面温度と前記定着部材の表面温度との差に基づいて設定されることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
回転する無端状ベルトである定着部材と、
前記定着部材の外周側に該定着部材を押圧可能に配置され、前記定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、
前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を加熱する抵抗体発熱部を有した面状発熱体と、を備え、
前記面状発熱体は２以上の発熱パターンを有し、発熱パターンは、当該定着装置の加熱対象物の性質に応じて選択的に制御され、
前記面状発熱体は、発熱パターンごとに異なる電力密度を有し、
前記電力密度は、前記面状発熱体の表面性状を変えることにより設定されることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
前記面状発熱体は、単層構成において２以上の発熱パターンを有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】
前記面状発熱体は、積層構成において各層が異なる発熱パターンを有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５】
各発熱パターンにおいて、前記抵抗体発熱部は、前記面状発熱体の長手方向において重畳しない位置に形成されることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記面状発熱体の表面温度と前記定着部材の表面温度との差を検知する温度検知手段を備え、
該温度検知手段は、発熱パターンごとに、前記面状発熱体の表面温度と前記定着部材の表面温度との差が最も大きくなる箇所での検知が可能に設けられることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の定着装置。
【請求項７】
前記面状発熱体の表面温度を検知する温度検知手段を備え、
該温度検知手段の検知結果に基づいて、前記面状発熱体の発熱が所定温度以下となるように前記抵抗体発熱部への電力供給を行う電力供給手段を備えることを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の定着装置。
【請求項８】
前記定着部材の内周側に該定着部材との間に前記面状発熱体を挟むように配置され、該面状発熱体を支持する発熱体支持部材と、
前記定着部材の内周側に前記発熱体支持部材の前記面状発熱体を支持する面とは反対側の面と離間して固設された支持部材と、
前記支持部材と、前記発熱体支持部材における前記面状発熱体を支持する面とは反対側の面との間に配置され、前記発熱体支持部材を前記定着部材側に押圧する弾性部材と、を備えたことを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の定着装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に装着される定着装置に関するもので、特に樹脂シート内に抵抗体発熱部を配し、容易に変形可能な面状発熱体を利用した定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置として、電子写真方式を利用した画像形成装置が種々考案されており公知技術となっている。その画像形成プロセスは、像担持体である感光ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により記録紙（用紙、記録媒体ともいう）に転写して画像を担持させ、圧力や熱等を用いる定着装置によって記録紙上のトナー画像を定着する過程により成立している。
【０００３】
この定着装置では、対向するローラもしくはベルトもしくはそれらの組み合わせにより構成された定着部材及び加圧部材が当接してニップ部を形成するように配置されており、該ニップ部に記録紙を挟みこみ、熱および圧力を加え、トナー像を熱で溶融すると同時に両部材間の圧力によって記録紙上に定着することを行っている。
【０００４】
このような定着装置における熱源としては、従来、定着部材、加圧部材、または加熱用の加熱ローラ等の内部に配したハロゲンヒータを利用するものが主流であった。
【０００５】
ハロゲンヒータは、ガラス管の中にタングステン線を配置したものであるが、ハロゲンヒータを用いる場合、定着ローラとの空間距離を確保する必要性のために、その径を定着ローラ径よりも遥かに小さくする必要がある。したがって、ハロゲンヒータはトナー定着面から離れたローラ中心部に配設する必要があり、ハロゲンヒータと定着ローラ内周面の間には厚い空気層が存在し、熱伝導率が悪くなるという問題があった。また、ガラス管自体が高い熱容量を持っており温度上昇の立ち上がりが遅いという問題があった。
【０００６】
近年、オフィス等における電力消費量の増大を抑制するため、各種ＯＡ機器の省電力化が要請され、定着装置を用いる画像形成装置においても、定着ローラ表面の昇温時間（所謂ウォームアップ時間）をハロゲンヒータ利用タイプのものよりも短縮することが望まれている。
【０００７】
このようなウォームアップ時間の短縮を図るために、定着装置の熱源として、ハロゲンヒータに替えて面状発熱体（面状ヒータ）を備えた定着装置が種々検討されている。
【０００８】
面状発熱体の耐熱温度はハロゲンヒータ等に比べて低いため、面状発熱体を用いた定着装置においては、必要以上の加熱を防ぐことが、面状発熱体の耐久性およびエネルギー効率を向上させる観点で特に重要となる。
【０００９】
この面状発熱体と被発熱体である定着部材との接触に関する従来技術として、例えば、特許文献１には、ポリマー中に、該ポリマーとの密着性を向上させる改質処理を施した炭素系物質を含んだ発熱体（発熱層）により、定着ローラを加熱する構成が開示されている。また、特許文献２には、定着ローラと面状ヒータ間のギャップを一定に維持することを目的として、面状ヒータを組み込んだローラ端部を支持する端部キャップを面状ヒータと同軸とした定着装置が開示されている。また、特許文献３では、ヒータパイプなどの熱均一化部材により定着ベルトの熱分布の偏りをなくす定着装置が開示されている。また、特許文献４には、面状ヒータを基材の周方向に長く構成し、大きな周長のベルトに接触させて放熱性を高めた定着装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、例えば、特許文献１は、面状ヒータ以外の構成であるポリマーのような柔らかい樹脂により、定着ローラとの接触状態を向上させており、構造が複雑になり、かつ高コストとなってしまうという問題がある。
【００１１】
また、特許文献２，３では、面状ヒータの電力が高いとギャップ（空気層）で熱の伝わりが遅くなり昇温性能が劣るという問題がある。また、面状ヒータが基材から浮いていると伝熱効率が低下して定着温度がばらついて定着性能が悪化し、高い印字品位を維持できなくなるという問題がある。さらに、局部的な異常発熱により面状ヒータ自身の破損、性能劣化に繋がるおそれがあるという問題がある。
【００１２】
また、特許文献４では、この点に対し、面状ヒータを周方向に長くし、大きな周長のベルトに接触するようにすることで放熱性を高め熱の伝達をよくしようとしているが、特許文献４に開示される構成では、装置が大きくなり熱容量も高くなってしまうので面状ヒータを用いるメリットが薄くなってしまう。
【００１３】
以上説明した従来技術では、上述した必要以上の加熱を防いで、面状発熱体の耐久性およびエネルギー効率を向上させるという課題を十分に解決可能な定着装置は開示されていなかった。
【００１４】
なお、従来のハロゲンヒータの場合、ガラス管の中にコイル状の発熱体とガスを封入してヒータとして使用しているが、例えば、用紙サイズに応じて、コイル状の発熱体を搭載すると何本ものガラス管を搭載しなければならず、ヒータユニットの大型化が不可避となる。また、大型化に伴い加熱する部分が増えて、無駄なエネルギーを使用することになる。この点は、セラミックヒータや誘導加熱による加熱方式においても同様に問題となる。
【００１５】
そこで本発明は、２以上の発熱パターンを有する面状発熱体を備え、発熱パターンを定着装置の加熱対象の性質に応じて選択的に制御することで、加熱対象に応じて必要以上の加熱を防ぎ、面状発熱体の耐久性を向上させることができるとともに、エネルギー効率を向上させることができる定着装置およびこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
かかる目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、回転する無端状ベルトである定着部材と、前記定着部材の外周側に該定着部材を押圧可能に配置され、前記定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を加熱する抵抗体発熱部を有した面状発熱体と、を備え、前記面状発熱体は２以上の発熱パターンを有し、発熱パターンは、当該定着装置の加熱対象物の性質に応じて選択的に制御され、前記面状発熱体は、発熱パターンごとに異なる電力密度を有し、前記電力密度は、前記面状発熱体の表面温度と前記定着部材の表面温度との差に基づいて設定されるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、加熱対象に応じて必要以上の加熱を防ぎ、面状発熱体の耐久性を向上させることができるとともに、エネルギー効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る定着装置の一実施形態の構成を示す断面図である。
【図３】定着スリーブにおける軸方向、周方向を示す概略図である。
【図４】発熱シートの基本構成を示す断面図である。
【図５】２以上の発熱パターンを有する発熱シートの斜視図（単層）である。
【図６】２以上の発熱パターンを有する発熱シートの斜視図（積層）である。
【図７】発熱体押圧機構部の構成を示す斜視図である。
【図８】発熱体押圧機構部の構成を示す上面図である。
【図９】図２に示す定着装置の離間時の構成を示す断面図である。
【図１０】定着装置の立ち上げ動作における定着スリーブと面状発熱体の接触力（面圧）の変化を示す図である。
【図１１】定着装置の立ち上げ動作における回転駆動に関する動トルクの変化を示す図である。
【図１２】面状発熱体を発熱体支持部材へ取り付けた状態を示す拡大構成図である。
【図１３】電力密度と、定着部材と面状発熱体との平均温度差との関係を示すグラフである。
【図１４】面状発熱体表面と定着部材表面に熱電対を取り付けた状態を示す模式図である。
【図１５】図１３に示すグラフにおける電力密度の設定例を示す説明図である。
【図１６】電力供給手段の回路構成の一例である。
【図１７】定着装置の他の実施形態の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る構成を図１から図１７に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
（画像形成装置）
図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す全体構成図である。図１に示すように、画像形成装置１は、タンデム型カラープリンタである。画像形成装置本体１の上方にあるボトル収容部１０１には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。
【００２１】
ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。その中間転写ユニット８５の中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。
【００２２】
各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。また、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５、現像部７６、クリーニング部７７、除電部（不図示）等が配設されている。そして、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）がおこなわれて、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像が形成されることになる。
【００２３】
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、不図示の駆動モータによって図１中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５の位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程）。
【００２４】
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光部３から発せられたレーザ光の照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程）。
【００２５】
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、現像装置７６との対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程）。
【００２６】
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト７８及び第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程）。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
【００２７】
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、クリーニング部７７との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程）。
【００２８】
最後に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。
【００２９】
その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト７８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。
【００３０】
ここで、中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４、中間転写クリーニング部８０、等で構成される。中間転写ベルト７８は、３つのローラ８２〜８４によって張架・支持されるとともに、１つのローラ８２の回転駆動によって図１中の矢印方向に無端移動される。
【００３１】
４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。
【００３２】
そして、中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。
【００３３】
その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト７８は、２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ８２が、２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト７８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。
【００３４】
その後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。こうして、中間転写ベルト７８上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。
【００３５】
ここで、２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐは、装置本体１の下方に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７やレジストローラ対９８等を経由して搬送されたものである。
【００３６】
詳しくは、給紙部１２には、転写紙等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ９７が図１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対９８のローラ間に向けて給送される。
【００３７】
レジストローラ対９８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対９８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対９８が回転駆動されて、記録媒体Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。
【００３８】
その後、２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着装置２０の位置に搬送される。そして、この位置で、定着スリーブ２１及び加圧ローラ３１による熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。
【００３９】
その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対９９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対９９によって装置外に排出された被転写Ｐは、出力画像として、スタック部１００上に順次スタックされる。こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
【００４０】
（定着装置）
【００４１】
図２は、本発明に係る定着装置の一実施形態を示す断面図である。図２に示すように、本実施形態に係る定着装置２０は、回転する無端状ベルトである定着部材（定着スリーブ２１）と、定着部材の外周側に該定着部材を押圧可能に配置され、定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材（加圧ローラ３１）と、定着部材の内周側に配置され、該定着部材を加熱する抵抗体発熱部（抵抗発熱層２２ｂ）を有した面状発熱体（面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ））と、を備え、面状発熱体は２以上の発熱パターン（発熱パターン２２ｐ）を有し、発熱パターンは、当該定着装置の加熱対象物の性質に応じて選択的に制御されるものである。なお、図２は、定着装置２０の装置立ち上げ後など装置内の所定部材（発熱体支持部材３２ａなど）が熱膨張している時（熱膨張時）の状態を示している。なお、定着装置２０の構成は以下に説明する例に限られるものではない。
【００４２】
定着スリーブ（定着部材、定着ベルト）２１は、軸方向が通紙される記録媒体Ｐの幅に対応する長さを有し、可撓性を有するパイプ形状の無端状ベルトであり、例えば厚さが３０〜５０μｍの金属材料からなる基材上に少なくとも離型層を形成したものであって、外径が３０ｍｍになっている。また、定着スリーブ２１の内周面には、当接部材２６との間の摺動抵抗を低減させるために、グリースや潤滑オイルなどの潤滑剤が塗布されている。
【００４３】
以降、図３（ａ）に示すように、定着スリーブ２１のパイプ長手方向を軸方向と、図３（ｂ）に示すように、定着スリーブ２１のパイプ円周方向を周方向と称する。
【００４４】
定着スリーブ２１の基材を形成する材料としては、鉄、コバルト、ニッケル、又はこれらの合金等の伝熱性のよい金属材料を用いることができる。
【００４５】
定着スリーブ２１の離型層は、層厚が１０〜５０μｍであって、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等の材料で形成されている。離型層は、記録媒体Ｐ上のトナー像（トナー）Ｔが直接的に接する定着スリーブ２１表面のトナー離型性を高めるためのものである。
【００４６】
加圧ローラ３１は、アルミニウム、銅等の金属材料からなる芯金上に、シリコーンゴム（ソリッドゴム）等の耐熱性弾性層、離型層が順次形成されたものであって、外径が３０ｍｍになっている。弾性層は、肉厚が２ｍｍとなるように形成されている。離型層は、ＰＦＡチューブを被覆したものであって、厚さが５０μｍになるように形成されている。また、芯金内には必要に応じてハロゲンヒータなどの発熱体を内蔵してもよい。また、加圧ローラ３１は、加圧手段（不図示）により定着スリーブ２１を介して当接部材２６に圧接され、その圧接部は定着スリーブ２１側が凹んだニップ部を形成している。そして、このニップ部に、記録媒体Ｐが搬送されることになる。
【００４７】
また、加圧ローラ３１は、定着スリーブ２１に圧接した状態で不図示の駆動機構により駆動回転され（図２において時計回り方向に回転）、この加圧ローラ３１の回転に伴って定着スリーブ２１が従動回転することになる（図２において反時計回り方向に回転）。
【００４８】
当接部材２６は、定着スリーブ２１の軸方向に長さを有し、少なくとも定着スリーブ２１を介して加圧ローラ３１と圧接する部分がフッ素系ゴムなどの耐熱性を有する弾性体からなるものであり、コア保持部材２８により定着スリーブ２１の内周側の所定位置に保持された状態で固定されている。また、当接部分２６の定着スリーブ２１の内周面と接する部分はテフロン（登録商標）シートなどの摺動性及び耐磨耗性の優れた材料からなるものとするとよい。
【００４９】
コア保持部材（支持部材）２８は、金属などの板材が板金加工されてなり、定着スリーブ２１の軸方向の長さに対応する長さを有し断面がＨ型形状の剛性部材であり、定着スリーブ２１の内周側の略中心部分に配置されるものである。
【００５０】
また、コア保持部材２８は、定着スリーブ２１の内周側に配置される種々の部材を所定位置に保持するものであり、例えばコア保持部材２８のＨ型の一方（加圧ローラ３１に対向する側）のくぼんだ部分に当接部材２６を収納保持し、当接部材２６が加圧ローラ３１により加圧されても大きく変形しないようにニップ部とは反対面側から支持している。また、コア保持部材２８は、当接部材２６を該コア保持部材２８から加圧ローラ３１側に少し突出するように保持しており、ニップ部でコア保持部材２８が定着スリーブ２１に接触しないように配置されている。
【００５１】
また、コア保持部材２８のＨ型の他方（加圧ローラ３１側とは反対側）のくぼんだ部分に、発熱体押圧機構部３２としての発熱体支持部材３２ａ、弾性部材３２ｂが配置されている。
【００５２】
また、コア保持部材２８と発熱体支持部材３２ａにおける面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持する面とは反対側の面との間であって、発熱体支持部材３２ａにおける面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持する面とは反対側の面に、発熱体支持部材３２ａとともに移動可能に固設されるプレート形状のストッパ部材３２ｔを備える。また、図２に示すように、弾性部材３２ｂを支持する弾性部材ホルダ３２ｈを備えることも好ましい。なお、弾性部材ホルダ３２ｈおよびストッパ部材３２ｔも発熱体押圧機構部３２を構成するものである。
【００５３】
また、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）へは、電源３０から給電線２５を介して電力供給がなされている。
【００５４】
[面状発熱体の基本構成]
次に、定着装置２０が備える面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）について詳細に説明する。先ず、図４を参照して、面状発熱体２２の基本的な構成例を説明する。
【００５５】
面状発熱体２２は、図４に示すように、絶縁性を有する基層２２ａ上に、耐熱性樹脂中に導電性粒子が分散されてなる抵抗発熱層２２ｂと、該抵抗発熱層２２ｂに電力を供給する電極層２２ｃと、が形成され、定着スリーブ２１の軸方向、周方向に対応して所定の幅及び長さをもち可撓性を示す発熱シート２２ｓを有する。また、基層２２ａ上には、抵抗発熱層２２ｂと隣接する別の給電系統の電極層２２ｃとの間や発熱シート２２ｓの縁部分と外部との間を絶縁する絶縁層２２ｄが設けられている。なお、面状発熱体２２は、発熱シート２２ｓの端部で電極層２２ｃに接続され、電源３０から給電線２５を介して供給される電力を該電極層２２ｃに供給する端子部（図１２の端子部２２ｔ）を備える。
【００５６】
また、発熱シート２２ｓの厚さは０．１〜１ｍｍ程度であり、少なくとも発熱体支持部材３２ａの曲面に沿って密着させることができる程度の可撓性を有している。
【００５７】
ここで、基層２２ａは、ＰＥＴまたはポリイミド樹脂などのある程度の耐熱性を有する樹脂からなる薄膜の弾性体フィルムであり、このうちポリイミド樹脂からなるフィルム部材であることが好ましい。これにより、耐熱性と、絶縁性と、ある程度の柔軟性（可撓性）を備える。
【００５８】
抵抗発熱層２２ｂは、ポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂中にカーボン粒子や金属粒子などの導電性粒子が均一に分散してなる導電性を有する薄膜であり、通電されると内部抵抗によりジュール熱として発熱する構成となっている。このような抵抗発熱層２２ｂは、ポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂の前駆体中にカーボン粒子や金属粒子などの導電性粒子を分散させた塗料を基層２２ａ上に塗布して成膜するとよい。
【００５９】
また、抵抗発熱層２２ｂは、基層２２ａ上にまずカーボン粒子や金属粒子からなる薄膜の導電層が形成され、ついでその導電層上にポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂からなる絶縁性薄膜を積層して一体化したものであってもよい。
【００６０】
なお、抵抗発熱層２２ｂに使用するカーボン粒子は、通常のカーボンブラック粉末でもよいが、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイルの少なくともいずれかからなるカーボンナノ粒子であってもよい。
【００６１】
また、金属粒子は、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉなどからなる粒子であり、その形状は粒状であってもよいし、フィラメント状であってもよい。
【００６２】
絶縁層２２ｄは、ポリイミド樹脂などの基層２２ａと同じ耐熱性樹脂からなる絶縁材料を塗布により形成するとよい。
【００６３】
電極層２２ｃは、導電性インクやＡｇなどの導電性ペーストなどを塗布して形成したものでもよいし、金属箔や金属網などを接着して形成したものであってもよい。
【００６４】
面状発熱体２２を構成する発熱シート２２ｓは、厚みの薄いシートであることから熱容量が小さく、急速な加熱が可能であり、その発熱量は抵抗発熱層２２ｂの体積抵抗率によって任意に設定できる。すなわち、抵抗発熱層２２ｂを構成する導電性粒子の構成材料、形状、大きさ、分散量などにより発熱量を調整することが可能であり、例えば単位面積当りの発熱量３５Ｗ／ｃｍ２で、総電力１２００Ｗ程度の出力が得られる面状発熱体２２の実現が可能である。この場合、発熱シート２２ｓは、例えば幅（軸方向）２０ｃｍ、長さ（周方向）２ｃｍ程度のサイズとなる。
【００６５】
また、面状発熱体２２としてステンレスなどの金属フィラメントからなるものを用いた場合、フィラメントの存在により面状発熱体２２の表面には凹凸が生じていることから、定着スリーブ２１の内周面と摺動させると、表面が容易に磨耗してしまうが、発熱シート２２ｓは前述のように表面に凹凸がなく平坦であることから、定着スリーブ２１の内周面との摺動に対して優れた耐久性を示す。また、発熱シート２２ｓの抵抗発熱層２２ｂ表面にフッ素系樹脂をコーティングすると、定着スリーブ２１の内周面との接触に対する耐久性がさらに向上するので好ましい。また、面状発熱体２２の表面保護、および軸方向の温度分布を均一にする目的で面状発熱体２２に金属のカバーを取り付けても良い。
【００６６】
[複数の発熱パターンを有する面状発熱体]
本実施形態に係る定着装置２０の面状発熱体２２は２以上の発熱パターンを有し、加熱対象物の性質に応じて発熱パターンが選択されて加熱制御がされるものである。なお、いずれの発熱パターンが選択されるかは、例えば、定着装置または画像形成装置の不図示の制御部が加熱対象物の性質（例えば、用紙サイズ）を検知、または設定された情報等に基づいて判断し、該判断結果に基づいて、いずれの発熱パターンでの加熱制御を行うかを決定し、給電制御を行うものである。
【００６７】
図５に単層構造からなる２以上の発熱パターン（発熱パターン２２ｐ１，２２ｐ２，２２ｐ３）を有する面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）の斜視図を示す。なお、絶縁層２２ｄ、各電極層２２ｃ１〜３の端子部の図示は省略している。図５に示す面状発熱体２２は、基層２２ａ上に３つの抵抗発熱層２２ｂ１〜３および電極層２２ｃ１〜３からなる発熱パターン２２ｐ１〜３を有している。各抵抗発熱層２２ｂ１〜３は、電極層２２ｃ１〜３および端子部を介して電源３０に接続されている。
【００６８】
各抵抗発熱層２２ｂ１〜３は、軸方向に互いに異なる加熱範囲を有するように設けられており、抵抗発熱層２２ｂ１は、軸方向の中央部から所定位置までの範囲に、抵抗発熱層２２ｂ２は、軸方向における抵抗発熱層２２ｂ１の外側から所定位置までの範囲に、抵抗発熱層２２ｂ３は、軸方向における抵抗発熱層２２ｂ２の外側から所定位置までの範囲に、それぞれ形成されている。
【００６９】
なお、図６に示すように、２以上の発熱パターン（発熱パターン２２ｐ１〜３）を有する発熱シートを複層構造からなるものとし、各層に１つの発熱パターン２２ｐを有するようにしても良い。この場合、基層２２ａ１〜３は、高熱伝導絶縁層（熱伝達強化層）としている。
【００７０】
このように、面状発熱体２２を構成することにより、加熱対象に応じて発熱パターン２２ｐ１〜３を選択的に制御することが可能となる。よって、例えば、用紙サイズが小さい場合は発熱パターン２２ｐ１を加熱制御し、用紙サイズが大きくなるにつれて、発熱パターン２２ｐ２，２２ｐ３を順に併せて加熱制御することが可能となる。
【００７１】
すなわち、加熱対象に応じて複数の発熱パターン２２ｐを選択的に制御することで、加熱対象物の性質に応じた面状発熱体２２の加熱制御が可能となり、必要以上に大きい発熱パターンで加熱することがなくなるため、無駄なエネルギー消費を抑えることができる。また、面状発熱体２２の耐久性も向上させることができる。
【００７２】
なお、図５、図６の例では、各発熱パターン２２ｐにおいて、抵抗発熱層２２ｂが軸方向において重畳しない位置に形成されている例を示したが、これに限られるものではなく、抵抗発熱層２２ｂが軸方向において重畳する形状や、抵抗発熱層２２ｂが軸方向において並列される形状であっても良い。
【００７３】
また、本実施形態では、発熱パターンの選択基準となる加熱対象物の性質としては、用紙サイズを例にしたが、これに限られるものではなく、用紙の材質、用紙の厚みなどに応じて発熱パターンを制御するようにしても良い。
【００７４】
[発熱体押圧機構部]
次に、定着装置２０が備える発熱体押圧機構部３２について詳細に説明する。発熱体押圧機構部３２は、発熱体支持部材３２ａ、弾性部材３２ｂ、弾性部材ホルダ３２ｈおよびストッパ部材３２ｔにより構成される。図７に発熱体押圧機構部３２の斜視図を、図８に発熱体押圧機構部３２の上面図を示す。なお、図７及び図８では、弾性部材ホルダ３２ｈの図示は省略している。また、ストッパ部材３２ｔを有さず、弾性部材３２ｂのみで発熱体支持部材３２ａを支持するようにしても良い。
【００７５】
発熱体押圧機構部３２において、発熱体支持部材３２ａは、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を定着スリーブ２１の内周面と当接させて配置するために該面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持するものである。そのため、発熱体支持部材３２ａにおいて面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持する面は、断面形状を円形とした定着スリーブ２１の内周面に沿った所定の弧の長さの外周面を有している。
【００７６】
また、発熱体支持部材３２ａは、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）の発熱に耐えるだけの耐熱性と、回転走行する定着スリーブ２１が面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）に接触した際に変形することなく面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持するだけの強度と、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）の熱をコア保持部材２８側に伝えずに、定着スリーブ２１側に伝えるようにする断熱性と、を有することが好ましく、例えばポリイミド樹脂の発泡成形体などの耐熱樹脂発泡体からなることが好ましい。例としては、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＥＫ（ポリエーテルケトン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）樹脂等である。
【００７７】
なお、発熱体支持部材３２ａは、耐熱樹脂発泡体３２ａ１と、該耐熱樹脂発泡体３２ａ１よりも熱膨張率の大きな耐熱ゴム部材３２ａ２とからなることも好ましい。これにより、発熱体支持部材３２ａとして、線膨張率の高い耐熱ゴム部材３２ａ２を用いることで、後述する熱膨張時の定着スリーブ２１と面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）の押し付け力を大きくすることができる。
【００７８】
また、耐熱樹脂発泡体３２ａ１が、例えば、ポリイミドからなるときには、耐熱ゴム部材３２ａ２はシリコーンゴムからなることが好適である。例えば、発熱体支持部材３２ａを構成する耐熱ゴム部材３２ａ２をシリコーンゴムからなるものとした場合、その線膨張係数は２．５×１０−４〜４．０×１０−４／℃であることから、耐熱ゴム部材３２ａ２の厚みを１０ｍｍとすると１００ｄｅｇの温度上昇で最大０．４ｍｍの熱膨張が発生することになる。
【００７９】
また、発熱体支持部材３２ａにおける面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持する面とは反対側の面は、対向するコア保持部材２８の面と略平行な平面となっている。
【００８０】
弾性部材３２ｂは、スプリングバネや板バネなどからなり、発熱体支持部材３２ａとコア保持部材２８の間でコア保持部材２８に支持されるとともに発熱体支持部材３２ａに接触した状態にあり、少なくとも発熱体支持部材３２ａの軸方向２箇所（図７、図８では両端部）を定着スリーブ２１側に押圧するように配置されている。
【００８１】
ストッパ部材３２ｔは、発熱体支持部材３２ａとコア保持部材２８の間に、その板面が発熱体支持部材３２ａにおける面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持する面とは反対側の面と平行となるように定着装置２０の側板２０ｆでその両端が固設されている（図８）。なお、コア保持部材２８も側板２０ｆに固設されている。また、ストッパ部材３２ｔには、弾性部材３２ｂと接触しないように、弾性部材３２ｂを通す貫通孔を有する。
【００８２】
このような発熱体押圧機構部３２における発熱体支持部材３２ａとストッパ部材３２ｔの配置関係は、定着装置２０が２０℃程度の室温状態にある冷間時には、発熱体支持部材３２ａにおける面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持する面とは反対側の面とストッパ部材３２ｔとは離間した状態にあり（図９）、装置立ち上げに伴って発熱体支持部材３２ａが熱膨張すると該発熱体支持部材３２ａにおける面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持する面とは反対側の面とストッパ部材３２ｔとが接触する（図２に示す状態）、配置関係とする。
【００８３】
例えば、冷間時の発熱体支持部材３２ａにおける面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持する面とは反対側の面とストッパ部材３２ｔとのギャップを０．１〜０．５ｍｍとするとよい。
【００８４】
このような発熱体支持部材３２ａとストッパ部材３２ｔの配置関係としておくと、定着装置における立ち上げ動作において、定着スリーブ２１と面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）の接触力（面圧）及び定着装置２０の回転駆動に関する動トルクはつぎのようになる。図１０及び図１１に示すグラフを参照しつつ説明する。
【００８５】
すなわち、装置立ち上げ開始時である冷間時には、発熱体支持部材３２ａは熱膨張しておらず、発熱体支持部材３２ａとストッパ部材３２ｔとは離間した状態にあることから（図９）、発熱体支持部材３２ａは弾性部材３２ｂの小さい弾性力のみで押圧されるようになり、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）は比較的低い面圧で定着スリーブ２１の内周面と当接することになる（図１０の経過時間０のとき）。
【００８６】
このとき、定着スリーブ２１の内周面に塗布されている潤滑剤も冷えた状態にあり粘性が高く摺動抵抗が大きいため、定着装置２０の回転駆動に関する動トルクも大きい状態にある。ただし、本実施形態では、弾性部材３２ｂは比較的弾性力の小さいもの（弱バネ）を使用しているため、定着装置２０の回転駆動を行うことのできる許容範囲内（許容限界未満）の動トルクとなっている（図１１の経過時間０のとき）。
【００８７】
ちなみに、弾性部材３２ｂのみで装置立ち上げ後において定着スリーブ２１と面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）の間で十分な接触力（面圧）を確保しようとした場合、弾性力の大きいもの（強バネ）を使用する必要があるが、この場合には冷間時に定着装置２０の回転駆動に関する動トルクが許容限界を超えてしまい不適である（図１０の「強バネのみ」の経過時間０のときを参照。）。
【００８８】
次に、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）に通電を開始すると、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）の発熱は接触している定着スリーブ２１を加熱すると同時に、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）と接触する発熱体支持部材３２ａも加熱されて熱膨張を開始する。このとき、発熱体支持部材３２ａにおける面状発熱体２２を支持する面は所定の張力で張られた定着スリーブ２１と当接支持された状態にあるため、発熱体支持部材３２ａは面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持する面とは反対側に（すなわち弾性部材３２ｂの押圧に対向する方向に）熱膨張し、弾性部材３２ｂが発熱体支持部材３２ａにより圧縮されるのに伴って面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）と定着スリーブ２１の内周面との面圧（接触力）は徐々に増加することになる（図１０の経過時間ａまで）。
【００８９】
一方、定着装置２０の回転駆動に関する動トルクに関しては、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）と定着スリーブ２１の内周面との面圧（接触力）が増加するに伴い両者の摺動抵抗は増加するが、定着スリーブ２１の加熱に伴って潤滑剤も加熱されて粘性が低下するため、動トルクは徐々に低下することになる（図１１の経過時間ａまで）。ここまでは、弾性力の小さい弾性部材３２ｂのみを作用させて定着スリーブ２１に面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を押し付けている場合（弱バネのみ）と同様な動トルクの挙動を示す。
【００９０】
さらに、発熱体支持部材３２ａが熱膨張すると、図２のように発熱体支持部材３２ａとストッパ部材３２ｔが接触するようになる。ここでストッパ部材３２ｔは側板２０ｆに固設されていることから、発熱体支持部材３２ａはそれ以上面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持する面とは反対側（弾性部材３２ｂの押圧に対向する方向）に膨張することができないため、以降の熱膨張分はそのまま面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）の定着スリーブ２１への押し付け力増加につながる（図１０の経過時間ａ以降）。すなわち、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）の発熱により定着スリーブ２１及び発熱体支持部材３２ａがある程度まで加熱されると、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）は弾性部材３２ｂで与える面圧よりも高い面圧で定着スリーブ２１の内周面と当接することになり、最終的には発熱体支持部材３２ａの温度が飽和したところで面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）と定着スリーブ２１の内周面との面圧（接触力）も飽和し、「強バネのみ」と同等の面圧（接触力）が得られるようになる。
【００９１】
このとき、発熱体支持部材３２ａがストッパ部材３２ｔに接触した後は面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）と定着スリーブ２１の内周面との面圧（接触力）増加の勾配が大きくなるため動トルク低下が鈍化するが、定着スリーブ２１の内周面にある潤滑剤は十分に加熱されて粘性が低くなっているため、動トルク全体としては低い値に抑えられており、低い動トルクでの定着装置２０の回転駆動を行うことが可能である（図１１の経過時間ａ以降）。
【００９２】
以上説明したように、発熱体支持部材３２ａが熱膨張すると、ストッパ部材３２ｔとコア保持部材２８が接触するようになるが、ここでコア保持部材２８は側板２０ｆに固設されていることから、ストッパ部材３２ｔと一体となった発熱体支持部材３２ａはそれ以上面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持する面とは反対側（弾性部材３２ｂの押圧に対向する方向）に膨張することができないため、以降の熱膨張分はそのまま面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）の定着スリーブ２１への押し付け力増加につながるようになる。
【００９３】
したがって、面状発熱体２２を支持する発熱体支持部材３２ａの熱膨張と弾性部材３２ｂの弾性力を利用することで、潤滑剤の温まり方に対応させて定着スリーブ２１への面状発熱体２２の押し付け力を変化させるので、特別な加圧力変更機構を有することなしに、定着装置２０の回転駆動における低トルク化と定着スリーブ２１への面状発熱体２２の押し付け力の適正化とを両立することができる。
【００９４】
なお、図１２に示すように、面状発熱体２２の発熱体支持部材３２ａ側の面に、さらに、高い断熱性を有する弾性体３３を設けることも好ましい。これにより、弾性体３３の弾性力を利用して密着力を高め、面状発熱体２２の伝熱面方向以外への熱損失を減少させることができ、熱伝導が良くなり良好な昇温性能を得られエネルギー効率の高い小型の熱源を用いることが可能となる。なお、高い断熱性を有する弾性体３３としては、例えば、耐熱温度が２００℃以上あるシリコンスポンジや、フッ素系の高耐熱スポンジ等を用いることが好ましい。
【００９５】
また、電源３０からの給電線２５の端子部２５ｔと、面状発熱体２２の端子部２２ｔとを、導電性弾性体２４を介して接続することが好ましい。
【００９６】
[面状発熱体の伝熱制御]
面状発熱体２２が、抵抗発熱層２２ｂの発熱により設計された面状発熱体自身の耐熱温度を超えてしまうと、破損、性能劣化、焼損等のおそれが生じる。そこで、本実施形態に係る定着装置２０は、面状発熱体２２から定着スリーブ２１への伝熱制御を適切に行うことにより、面状発熱体２２の発熱が、所定温度（例えば、２２０℃）以下に設定される面状発熱体２２の耐熱温度内に収束するものである。換言すれば、面状発熱体２２自身の発熱により面状発熱体２２が破損もしくは性能劣化しない温度範囲に制御するものである。
【００９７】
複数の発熱パターン２２ｐを有する面状発熱体２２の伝熱制御について説明する。各発熱パターン２２ｐにおける面状発熱体２２の電力密度（Ｗ／ｃｍ２）をどのような値にするかについて説明する。
【００９８】
一般的に、伝熱における熱伝導率の寄与は、次式（１）に示すように伝熱面積（接触面積）と温度勾配の比例係数として表される。
単位時間あたりの伝熱量（Ｗ）
＝熱伝導率（Ｗ／（ｍ・ｋ））×温度勾配（ｋ／ｍ）×伝熱面積（ｍ２）・・・（１）
【００９９】
また、伝熱における熱容量の寄与は、次式（２）に示すように伝熱されるものどうしの温度差に対する比例係数として表される。
伝熱量（Ｊ）＝熱容量（Ｊ／ｋ）×温度差（ｋ）・・・（２）
【０１００】
先ず、定着スリーブ２１の構成により、定着スリーブ２１への伝熱を向上させることで面状発熱体２２の発熱制御を行うことができる。面状発熱体２２のように比較的大きな電力を扱う場合、与えられた電力を消費するためには加熱対象となる定着スリーブ２１には、熱伝導率や熱容量の高い材質を用い、面状発熱体２２自身の温度と加熱対象物との温度を極力同じ温度に近づけることが理想である。このため、定着スリーブ２１を、熱伝導率および／または熱容量の高い材質により構成することが好ましい。
【０１０１】
なお、熱伝導率や熱容量の大きな材質として、金属系ではＣｕやＡｌ等を用いることができる。また、ＮｉやＳＵＳを基材とした金属ベルトを用いることが好ましい。また、樹脂系の材料としては絶縁性の熱伝導強化層を持つポリイミド、ポリイミドアミドなどの耐熱性樹脂に、窒化アルミなどの絶縁性で高熱伝導性の充填材を添加したカプトンＭＴ等を用いることができる。
【０１０２】
このように、適切な熱伝導率と熱容量を有する定着スリーブ２１を面状発熱体２２に接触させる構成とすることにより、高い電力を有する面状発熱体２２においても面状発熱体２２自身が破損もしくは性能劣化しない温度範囲に制御されて、伝熱効率がよく、信頼性の高い定着装置２０を構成できる。
【０１０３】
また、定着スリーブ２１の材質の選択と併せて、または、これに替えて、面状発熱体２２自身の出力を制御して、上記（１），（２）式における伝熱量を減らす、すなわち、面状発熱体２２の総電力は同じにしたまま、単位面積あたりの電力量（電力密度）を減らしてやることにより、面状発熱体自身の温度と加熱対象物との温度を極力同じ温度に近づけるものである。
【０１０４】
なお、熱伝導率とは、あくまで１つの物質内での温度勾配を表す係数であるため、複数の伝熱経路をもつ場合は、熱伝達係数として実験的に求めた比例係数を用いるのが一般的である。そこで、熱伝達係数を求めた結果として、図１４に示すように、面状発熱体２２の表面（発熱体支持部材３２ａ側）と定着スリーブ２１の表面に熱電対２９を取り付け、電力計とデータロガーにより電力と温度のプロファイルを測定した結果（電力密度と定着スリーブ２１と面状発熱体２２との平均温度差との関係を示すグラフ）を図１３に示す。
【０１０５】
図１３において、総電力はすべて約１０００Ｗで共通とした。図１３に示すように、電力密度が大きくなるほど面状発熱体２２の表面と定着スリーブ２１の表面との平均温度差は大きくなる。すなわち、総電力が同じでも伝熱面積を大きくすれば熱の伝わりがよくなり温度差が無くなっていくといえ、電力密度が小さいほど温度差が小さいので面状発熱体２２を耐熱温度以下に制御することが容易となる。
【０１０６】
また、電力密度は、面状発熱体２２（抵抗発熱層２２ｂなど）の表面性状（表面粗さ）を変えることにより所望の値とすることができる。すなわち、面状発熱体２２の表面性状を変えることにより、定着スリーブ２１との接触面積（伝熱面積）を異なるものとすることができる。具体的には、接触面積が大きくなるほど熱の伝わりを良くすることができる。
【０１０７】
また、電力密度は、上述のように、抵抗発熱層２２ｂの体積抵抗率によって任意に設定できる。すなわち、抵抗発熱層２２ｂを構成する導電性粒子の構成材料、形状、大きさ、分散量などにより所望の値となるようにすることができる。
【０１０８】
このように実験的に温度勾配を調べ、面状発熱体２２の発熱パターン２２ｐごとに所望の電力密度となるように、面状発熱体２２の抵抗発熱層２２ｂ等のレイアウトを決定するものである。なお、この際、定着スリーブ２１との接触面積以上の電力密度を設定するようなレイアウトは行わないが、面状発熱体２２の端部側で生じる温度垂れのように温度分布が狙いの状態にならない場合はこの限りではない。
【０１０９】
なお、本実施形態では、電力密度の設定に際し、面状発熱体２２側から伝熱方向に、ポリイミド（厚さ７０μｍ）、シリコーンゴム（厚さ２００μｍ、熱伝導率０．３〜０．４Ｗ／（ｍ・ｋ））、ＰＦＡ（厚さ約２０μｍ）の順に層構造を有する定着スリーブ２１を用いた。
【０１１０】
設定する電力密度の算出例を図１５に示す。図１５は、面状発熱体の耐熱温度（ヒータ耐熱温度ｔ１）と定着スリーブ２１の表面温度の設定上限（ベルト表面温度設定上限ｔ２）から温度差Δｔを求め、電力密度を算出した例を示している。
【０１１１】
また、例えば、抵抗発熱層２２ｂに印加する電圧を１００Ｖとし、面状発熱体２２の出力を１２００Ｗとすると、抵抗発熱層２２ｂの抵抗値を変えることで設定した所望の電力密度とすることができる。この時、例えば、図１６に示すように、インバータ３５を用いた回路構成として、電圧を可変とすることができる。なお、電力供給手段４０の回路構成は特に限られるものではなく、詳細な説明は省略する。
【０１１２】
また、面状発熱体２２の温度制御の基準となる温度センサ（温度検知手段）３４の配置位置に関し、面状発熱体２２は、各発熱パターン２２ｐにおいて、加圧される応力および応力状態による変形量と、定着スリーブ２１の形状、もしくは表面性状等により温度差が生じる位置での検知が可能となるように配置することが好ましい。
【０１１３】
当該位置は、例えば、面状発熱体２２と定着スリーブ２１が最も離間し、一番温度の高くなることが想定される位置であるので当該位置に温度センサ３４を配置して、当該位置での温度検知結果に基づいて、面状発熱体２２を耐熱温度以下に制御することで耐熱温度を超えた場合のヒータ破損や性能劣化が防止できる。また、同様の理由により、温度センサ３４を電力密度が最も高い部分、熱伝導率、熱容量が最も低い部分に配置することも好ましい。
【０１１４】
以上説明した本実施形態に係る定着装置２０によれば、加熱対象物の性質（例えば、用紙サイズ）に応じて複数の発熱パターン２２ｐを選択的に制御することで、加熱対象に応じた面状発熱体２２の加熱制御が可能となり、必要以上に大きい発熱パターンで加熱することがなくなるため、面状発熱体２２の耐久性を向上させることができるとともに、熱容量を小さくし省電力化を図りエネルギー効率を向上させることができる。また、定着装置２０の小型化を図ることもできる。
【０１１５】
また、各発熱パターン２２ｐの電力密度を、面状発熱体２２の表面温度と定着スリーブ２１の表面温度との差、総電力、伝熱面積、面状発熱体２２の表面性状（表面粗さ）等に基づいて設定し、面状発熱体２２と定着部材２１との間の伝熱を適切に制御して、面状発熱体２２の抵抗発熱層２２ｂによる発熱を、ハロゲンヒータ等に比べて低い面状発熱体２２の耐熱温度内に収束させることができる。よって、熱容量を小さくすることで昇温時間が短く、省電力でエネルギー効率の高い小型の定着装置を構成することができる。
【０１１６】
[定着装置の動作]
以上説明した定着装置２０（図２）の動作の一例を説明する。先ず、画像形成装置が出力信号を受ける、例えば、ユーザの操作パネルの操作あるいはパソコンからの通信などにより画像形成装置に印刷要求があると、定着装置２０において、加圧脱圧手段により加圧ローラ３１が定着スリーブ２１を介して当接部材２６を押圧し、ニップ部を形成する。
【０１１７】
次いで、不図示の駆動装置によって、加圧ローラ３１が図２の時計回り方向に回転駆動されると、定着スリーブ２１も連れ回りして反時計回り方向に回転する。このとき、定着スリーブ２１の内周面と発熱シート２２ｓとは、弾性部材３２ｂの弾性力により当接している。
【０１１８】
そして、それと同期して外部電源または内部の蓄電装置（電源３０）から給電線２５を通じて面状発熱体２２に電力が供給され、発熱シート２２ｓが発熱し、定着スリーブ２１は該発熱シート２２ｓから軸方向全幅において効率的に熱が伝達され、急速に加熱される。なお、駆動装置の動作と面状発熱体２２による加熱は同時刻に同時に開始する必要はなく、適宜時間差を設けて開始しても良い。この時、いずれの発熱パターン２２ｐを用いるかについての選択制御も併せてなされる。
【０１１９】
このとき、ニップ部上流側であって、定着スリーブ２１に対して接触又は非接触に配置された温度検知手段（不図示）で検知される温度により、ニップ部が所定の温度となるように、面状発熱体２２による加熱制御が行われており、定着に必要な温度まで昇温された後、保持され、記録媒体Ｐの通紙が開始される。
【０１２０】
このように、定着装置２０によれば、定着スリーブ２１及び面状発熱体２２の熱容量が小さいため、省エネを図りつつウォームアップ時間やファーストプリント時間を短くすることができる。また、面状発熱体２２における発熱シート２２ｓは樹脂ベースのシートであるため、加圧ローラ３１の回転、振動に起因する応力が発熱シート２２ｓに繰り返し作用して、発熱シート２２ｓの屈曲が繰り返し行われても疲労破壊することがなく、長時間の運転が可能である。またさらに、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を支持する発熱体支持部材３２ａの熱膨張と弾性部材３２ｂの弾性力を利用することで、潤滑剤の温まり方に対応させて定着スリーブ２１への面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）の押し付け力を変化させるので、特別な加圧力変更機構を有することなしに、定着装置２０の回転駆動における低トルク化と定着スリーブ２１への面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）の押し付け力の適正化とを両立することができる。またその結果、定着スリーブ２１は、軸方向で均一に加熱されるので、軸方向で良好な定着性及び均一な画像光沢を得ることが可能となる。
【０１２１】
また、画像形成装置への出力信号がない場合、通常は消費電力を抑えるために加圧ローラ３１及び定着スリーブ２１は非回転で、面状発熱体２２は通電を停止されているが、すぐに再出力を開始したい（復帰させたい）場合は、加圧ローラ３１及び定着スリーブ２１が非回転の状態でも面状発熱体２２に通電しておくことが可能である。この場合は、面状発熱体２２に定着スリーブ２１全体を保温させておく程度の通電を行う。
【０１２２】
なお、図２に示す構成のように、コア保持部材２８は当接部材２６を保持しており、加圧ローラ３１の押圧方向に、当接部材２６、コア保持部材２８、弾性部材３２ｂ、発熱体支持部材３２ａ、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）がこの順番で配列されていることが好適である。定着スリーブ２１に対して、当接部材２６と発熱体支持部材３２ａで反対方向の力をかけることで、発熱体支持部材３２ａと定着スリーブ２１の間のテンションを効率的に付与することができるためである。
【０１２３】
また、本実施形態に係る定着装置は、簡単な構成で内周面に潤滑剤が塗布された定着部材に対して面状発熱体を潤滑剤の温まり方に応じて加圧力を変化させて当接させ、定着部材を効率的かつ均一に加熱することができ、熱伝導が良く、良好な昇温性能を得ることができる。
【０１２４】
さらに、面状発熱体を支持する発熱体支持部材の熱膨張と弾性部材の弾性力を利用することで、潤滑剤の温まり方に対応させて定着部材への面状発熱体の押し付け力を変化させるので、特別な加圧力変更機構を有することなしに、定着装置の回転駆動における低トルク化と定着部材への面状発熱体の押し付け力の適正化とを両立することができる。
【０１２５】
また、当該定着装置を備えた画像形成装置（図１）によれば、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短く、軸方向で良好な定着性及び均一な画像光沢を得ることが可能となる。
【０１２６】
（定着装置の他の構成例）
ところで、図２に示す定着装置２０では、回転時はニップ部で加圧ローラ３１に引っ張られることから、ニップ部の上流側の定着スリーブ２１は張力が付与された張り側となり、ニップ部の下流側では定着スリーブ２１に張力は作用しておらず弛んだ状態となっており、この状態のまま装置の高速化を図ろうとすると、ニップ部の下流側の定着スリーブ２１の弛む程度がひどくなり、定着スリーブ２１の回転走行安定性に支障が出て場合がある。また、定着スリーブ２１が撓んだ状態で発熱体支持部材３２ａに進入してくると、発熱シート２２ｓとの当接状態も不安定になりかねない。
【０１２７】
そこで、図１７に示すように、定着装置２０において、定着スリーブ２１の内周側であって少なくともニップ部下流側で、該定着スリーブ２１の回転状態を支持する回転支持部材２７を備えることも好ましい。
【０１２８】
回転支持部材２７は、例えば厚さ０．１〜１ｍｍの鉄、ステンレス等の薄肉金属からなるパイプ形状のものであり、その外径が定着スリーブ２１の内径よりも直径で０．５〜１ｍｍ程度小さいものとなっている。また、回転支持部材２７のパイプ円周上において、ニップ部に対応する箇所に凹部を有し、該凹部がコア保持部材２８の凹部に嵌め込まれるとともに、回転支持部材２７の凹部にさらに当接部材２６が嵌め込まれている。
【０１２９】
また、回転支持部材２７のニップ部とは円周中心を挟んで反対側は、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）を露出させて定着スリーブ２１に当接させる開口部を有している。さらに、回転支持部材２７の内部には、発熱体押圧機構部３２を構成する発熱体支持部材３２ａ、ストッパ部材３２ｔ、弾性部材３２ｂ、弾性部材ホルダ３２ｈが図２と同様に配置されている。
【０１３０】
したがって、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）は、発熱体支持部材３２ａに支持されて、定着スリーブ２１の内周面と接触して配置され、定着スリーブ２１を効率的に加熱することが可能である。
【０１３１】
なお、パイプ形状の回転支持部材２７のそのパイプ周面が軸方向に切断されてできた端部は、コア保持部材２８にニップ部の周方向前後で拘持されることにより、回転支持部材２７は保持されている。また、回転支持部材２７の軸方向両端は定着装置２０のフレームを構成する側板２０ｆで保持されている。
【０１３２】
以上の構成のように、回転支持部材２７により定着スリーブ２１の回転走行安定性が確保できるだけでなく、定着スリーブ２１を剛性の高い金属製の回転支持部材２７で支持できるので組立上のハンドリングが容易となる。
【０１３３】
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
１  画像形成装置
３  露光部
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ  作像部
５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ  感光体ドラム
１２  給紙部
２０  定着装置
２０ｆ  側板
２１  定着スリーブ
２２  面状発熱体
２２ａ，２２ａ１〜３  基層
２２ｂ，２２ｂ１〜３  抵抗発熱層
２２ｃ，２２ｃ１〜３  電極層
２２ｄ  絶縁層
２２ｐ，２２ｐ１〜３  発熱パターン
２２ｓ  発熱シート
２２ｔ  端子部（面状発熱体側）
２４  導電性弾性体
２５  給電線
２５ｔ  端子部（電源側）
２６  当接部材
２７  回転支持部材
２８  コア保持部材（支持部材）
２９  熱電対
３０  電源
３１  加圧ローラ
３２  発熱体押圧機構部
３２ａ  発熱体支持部材
３２ａ１  耐熱樹脂発泡体
３２ａ２  耐熱ゴム部材
３２ｂ  弾性部材
３２ｈ  弾性部材ホルダ
３２ｔ  ストッパ部材
３３  弾性体
３４  温度センサ
３５  インバータ
３６  スイッチング素子
３７  ＰＷＭ回路
３８  制御回路
３９  整流回路
４０  電力供給手段
７５  帯電部
７６  現像部
７７  クリーニング部
７８  中間転写ベルト
７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋ  第１転写バイアスローラ
８０  中間転写クリーニング部
８２  ２次転写バックアップローラ
８３  クリーニングバックアップローラ
８４  テンションローラ
８５  中間転写ユニット
８９  ２次転写ローラ
９７  給紙ローラ
９８  レジストローラ対
９９  排紙ローラ対
１００  スタック部
１０１  ボトル収容部
１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋ  トナーボトル
Ｐ  記録媒体
Ｔ  トナー
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３５】
【特許文献１】特開２００７−１５６３６３号公報
【特許文献２】特開２００６−２２７４９５号公報
【特許文献３】特開２００９−１８６７８４号公報
【特許文献４】特開２０１０−１１７５９８号公報
【図１】
0005978655.tif 000002
【図２】
0005978655.tif 000003
【図４】
0005978655.tif 000004
【図５】
0005978655.tif 000005
【図６】
0005978655.tif 000006
【図７】
0005978655.tif 000007
【図８】
0005978655.tif 000008
【図９】
0005978655.tif 000009
【図１０】
0005978655.tif 000010
【図１１】
0005978655.tif 000011
【図１２】
0005978655.tif 000012
【図１４】
0005978655.tif 000013
【図１６】
0005978655.tif 000014
【図１７】
0005978655.tif 000015
【図３】
0005978655.tif 000016
【図１３】
0005978655.tif 000017
【図１５】
0005978655.tif 000018