(57)【要約】【課題】  発熱抵抗体からなる発熱層を有する加熱部材であって、安全性が確保されるとともに加熱部材を構成する部材間で局部的な剥離が発生するのが防止されて、局部的な伝熱効率の低下が発生するのが防止され、表面の温度分布が設定温度に対してばらつきのない加熱部材を提供する。【解決手段】  加熱部材２０は、放熱部材２０１と、熱伝導部材２０２と、絶縁層２０３１と、発熱抵抗体２０３６からなる発熱部材２０３と、押圧部材２０４とを含む。そして、発熱抵抗体２０３６は、負の抵抗温度特性と正の抵抗温度特性との２つの抵抗温度特性を有し、正の抵抗温度特性を示すキュリー点が３００℃以上であり、負の抵抗温度特性から正の抵抗温度特性に変化する変曲温度以下における最大電気抵抗値Ｒｆが特性の式を満たす。【選択図】      図１
2011048203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向一方面が湾曲して形成される放熱部材と、
低い硬さおよび高い熱伝導性を有する材料からなり、前記放熱部材の厚み方向他方面に接触して設けられる熱伝導部材と、
前記熱伝導部材の厚み方向他方面に接触して設けられ、絶縁体からなる絶縁層と、
通電によって発熱する発熱抵抗体からなる発熱層と、前記発熱層を挟み込むようにして積層される電極部材とを有し、前記絶縁層の厚み方向他方面に接触して設けられる発熱部材と、
前記発熱部材を前記放熱部材に近接する方向に押圧して、前記発熱部材を前記放熱部材に固定する押圧部材とを含んで構成され、
前記発熱抵抗体は、負の抵抗温度特性と正の抵抗温度特性との２つの抵抗温度特性を有し、正の抵抗温度特性を示すキュリー点が３００℃以上であり、かつ負の抵抗温度特性から正の抵抗温度特性に変化する変曲温度以下における最大電気抵抗値Ｒｆが下記式（１）を満たすことを特徴とする加熱部材。
Ｒｆ＜（Ｖｆ２／Ｗｆ）                                            …（１）
（式中、Ｒｆは最大電気抵抗（Ω）を示し、Ｖｆは印加電圧（Ｖ）を示し、Ｗｆは所望電力（Ｗ）を示す。）
【請求項２】
前記発熱層は、複数の発熱抵抗体が前記放熱部材の長手方向に整列して形成され、
前記放熱部材の長手方向両端部に対応して設けられる発熱抵抗体の電気抵抗は、長手方向中央部に対応して設けられる発熱抵抗体の電気抵抗よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の加熱部材。
【請求項３】
前記発熱抵抗体は、チタン酸バリウムを含む半導電性セラミックスであることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱部材。
【請求項４】
前記放熱部材は、アルミニウム合金、マグネシウム合金および銅合金から選ばれる合金を用いて形成され、
前記発熱部材と前記押圧部材との間に弾性部材が設けられ、
前記押圧部材は、金属、耐熱性樹脂およびセラミックスから選ばれる材料を用いて形成されて、前記弾性部材に点接触して設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の加熱部材。
【請求項５】
前記押圧部材の長手方向両端部には、外部に接続されて前記押圧部材を固定可能に構成される固定アダプタが設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の加熱部材。
【請求項６】
前記放熱部材の厚み方向他方面には、耐熱性および高い熱輻射性を有する材料からなる内面コート層が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の加熱部材。
【請求項７】
前記放熱部材の厚み方向一方面には、耐熱性および低摩擦係数を有する材料からなる外面コート層が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の加熱部材。
【請求項８】
前記外面コート層は、フッ素を含有するＰＴＦＥ樹脂およびＰＦＡ樹脂の少なくともいずれか１つの材料からなることを特徴とする請求項７に記載の加熱部材。
【請求項９】
第１定着部材と、加熱手段と、第１定着部材と加熱部材との間に張架される回転可能な無端状ベルトと、前記無端状ベルトを介して前記第１定着部材に対向するように配置される第２定着部材とを備え、前記無端状ベルトと前記第２定着部材とが接触して形成される定着ニップ部において、記録紙上に担持されるトナー像を加熱して記録紙上に定着する定着装置であって、
前記加熱手段は、請求項１〜８のいずれか１つに記載の加熱部材であり、前記放熱部材の厚み方向一方面において前記無端状ベルトと接触して、前記無端状ベルトを加熱することを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項９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。
【請求項１１】
前記加熱部材の発熱抵抗体に対する投入電力が一定となるように制御する電力制御手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通電によって発熱する発熱抵抗体からなる発熱層を有する加熱部材、および該加熱部材を用いてトナー像を記録媒体に定着させる定着装置、ならびに該定着装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンターなどの電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、熱ローラ定着方式の定着装置が多用されている。熱ローラ定着方式の定着装置は、互いに圧接されたローラ対（定着ローラおよび加圧ローラ）を備え、このローラ対の両方あるいはいずれか一方の内部に配置されたハロゲンヒーターなどからなる加熱手段によってローラ対を所定の温度（定着温度）に加熱した後、未定着トナー像が形成された記録紙などの記録媒体をローラ対の圧接部（定着ニップ部）に給紙し、圧接部を通過させることで、熱と圧力とによって記録紙にトナー像の定着を行うようになっている。
【０００３】
ところで、カラー画像形成装置に備えられる定着装置においては、定着ローラ表層にシリコンゴムなどからなる弾性層を設けた弾性ローラを用いることが一般的である。定着ローラを弾性ローラとすることで、定着ローラ表面が、未定着トナー像の凸凹に対応して弾性変形し、トナー像面を覆い包むように接触するため、モノクロに比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー像に対して良好に加熱定着を行うことが可能となる。また、定着ローラとして弾性ローラを用いるカラー画像形成装置は、定着ニップ部での弾性層の歪開放効果によって、モノクロに比べてオフセットしやすいカラートナーに対して離型性を向上することができる。さらに、前記カラー画像形成装置は、定着ニップ部のニップ形状が上（定着ローラ側）に凸（所謂、逆ニップ形状）となることから、記録紙の剥離性能を向上させることができ、剥離爪などの剥離手段を用いずとも記録紙の剥離が可能となり（セルフストリッピング）、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。
【０００４】
また、高速化に対応したカラー画像形成装置とするためには、カラー画像形成装置に備えられる定着装置は、ニップ幅の広い定着ニップ部が形成されるように構成される必要がある。定着ニップ部のニップ幅を広くする方法としては、定着ローラの弾性層の層厚を厚くすることや、定着ローラ径を大きくするなどの方法が挙げられる。しかしながら、定着ローラが有する弾性層は、熱伝導性が非常に低いので、定着ローラ内部に加熱手段がある場合、定着ローラの表面温度が、プロセス速度の高速化に追従しなくなる問題が発生する。一方、定着ローラ径を大きくした場合、定着ローラの表面温度が定着温度に到達するまでのウォームアップ時間が長くなったり、消費電力が増大するといった問題が発生する。
【０００５】
このような問題を解決するカラー画像形成装置に備えられる定着装置として、特許文献１には、ベルト定着方式の定着装置が開示されている。ベルト定着方式の定着装置は、定着ローラと加熱ローラとの間に懸架される定着ベルトと、定着ベルトを介して定着ローラに対向するように配置される加圧ローラとを含んで構成され、加熱ローラの内部に配置される熱源により定着ベルトを加熱するようになっている。ベルト定着方式の定着装置では、定着ローラが定着ベルトを介して加圧ローラと圧接する圧接部分に、定着ニップ部が形成される。このようなベルト定着方式の定着装置は、熱容量が小さい定着ベルトを加熱するように構成されているので、定着ベルトの表面温度が定着温度に到達するまでのウォームアップ時間を短くすることができる。また、ベルト定着方式の定着装置は、定着ローラの内部にハロゲンランプなどの加熱手段を配置する必要がないので、スポンジゴムなどからなる低硬度の弾性層が厚く設けられた定着ローラを使用することができ、広いニップ幅の定着ニップ部が形成可能となる。
【０００６】
また特許文献２には、通電によって発熱する発熱抵抗体が全体として一定の形状の面を形成するように構成された面状発熱体を、定着ベルトを加熱する加熱部材として使用する構成である、面状発熱ベルト定着方式の定着装置が開示されている。面状発熱ベルト定着方式の定着装置は、定着ローラと面状発熱体からなる加熱部材との間に懸架される定着ベルトと、定着ベルトを介して定着ローラに対向するように配置される加圧ローラとを含んで構成され、定着ベルトと接触する加熱部材により定着ベルトを加熱するようになっている。このような面状発熱ベルト定着方式の定着装置は、定着ベルトを加熱する加熱部材の熱容量を小さく設計することができるとともに、発熱する面状発熱体自身が定着ベルトに直接接触して定着ベルトを加熱するように構成されているので、加熱ローラの内部に配置された熱源により間接的に定着ベルトを加熱するように構成された方式に比べて、熱応答速度が向上され、ウォームアップ時間のさらなる短縮や省エネ化が達成可能である。このように、面状発熱ベルト定着方式の定着装置は、加熱効率が高く、立ち上がりの速さが速いので、待機中の予備加熱の不要化、待ち時間の短縮化が可能となり、小型低速機だけでなく大型機、高速機の画像形成装置に備えられている。
【０００７】
ここで、特許文献２に開示される定着装置のように、定着ベルトを介して所定の定着温度を得る定着装置では、加熱部材の長手方向に関する有効発熱領域に対応する加熱部材の最大通紙領域の幅寸法よりも幅の狭い被加熱材としての記録紙を連続して通紙して加熱定着を続けた場合、加熱部材の長手方向に関する有効発熱領域のうち、記録紙が通過しない領域（非通紙部）の温度が著しく昇温する（非通紙部昇温）という問題が発生する。
【０００８】
この非通紙部昇温は、熱ローラ定着方式の定着装置でも発生するが、熱ローラ定着方式の定着装置では、定着ローラに含まれる芯金の厚みを増し、定着ローラの長手方向の熱伝導を良くすることで解決できる。面状発熱ベルト定着方式における非通紙部昇温を解消する方法として、記録紙のサイズに合わせて面状発熱体に複数の電極と発熱パターンとを設け、電極に対する通電を切り替えることで面状発熱体の非通紙部の発熱量を小さくする方法が考えられる。しかしながら、前記方法では面状発熱体の構成が複雑となり、また不定形状の記録紙には適応できない。
【０００９】
また、定着装置では、加熱部材の温度制御を行う温度制御手段の誤動作および定着ベルトの回転異常により、加熱部材の温度暴走が生じるおそれがある。そのため、定着装置には、サーモスタット、またはサーモプロテクタなどの検知素子による安全回路が備えられている。しかしながら、温度制御手段および安全回路に異常が生じた場合には、加熱部材の温度暴走の危険がある。
【００１０】
このような問題を解決するため、特許文献３には、記録紙の搬送方向と交差する方向に沿って設けられるヒータであって、正の抵抗温度特性を有する発熱体と、この発熱体の長手方向に沿って設けられた給電電極とを含むヒータと、ヒータの温度を検知する温度検知部材とを備える加熱装置が開示されている。特許文献３に開示の加熱装置によれば、温度検知部材の検知温度に基づき発熱体への通電を制御することで、簡単、低コストな構成で、また記録紙が不定形状であった場合でも、非通紙部と通紙部との温度差を小さくすることができる。
【００１１】
また、特許文献４には、絶縁基板と、導電性物質が混合分散されたポリイミド樹脂から形成された発熱体と、電極と、耐熱絶縁層とを備える面状ヒータを用いた画像定着装置が開示されている。特許文献４に開示の画像定着装置によれば、前記面状ヒータが正の抵抗温度特性を有しているので、発熱体における非通紙部に対応する部分の過昇温を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−３０７４９６号公報
【特許文献２】特開２００２−３３３７８８号公報
【特許文献３】特開平６−２７８４０号公報
【特許文献４】特開２００６−２９４６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ここで、特許文献３に開示されるフィルム加熱方式の加熱装置に用いられる発熱体は、発熱体の温度がキュリー点である１８０℃以上になると急激に電気抵抗が上昇して自己温度制御機能を発揮するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient)特性を有しているので、発熱体における非通紙部に対応する部分の過昇温を防止できる。しかしながら、たとえば、チタン酸バリウムをベースとした半導体セラミックからなる発熱体は、室温からキュリー点近傍までの昇温途中では、電気抵抗が発熱体の温度上昇に伴い低下し、キュリー点を超えると、ＰＴＣ特性のために急激に電気抵抗が上昇する。そのため、発熱体自身の温度に応じて、発熱体に供給される電力が変動する。定着装置のウォームアップ時には発熱体の電流量を増加させるが、定着装置に割り当てられる最大電流値までの範囲内で使用するには、ウォームアップ時の最大電力は、発熱体の電気抵抗が最小になる時の電流値で規定され、ウォームアップ時に充分な電力が供給できない。また、発熱体から発生した熱は、記録紙を加熱するだけでなく、加圧ローラをも加熱する熱源となるので、発熱体はそれらよりも高い温度まで発熱する必要がある。しかし、ＰＴＣ特性を有する発熱体は、キュリー点付近で電気抵抗が急激に上昇するので、発熱体に供給される電力が低下してしまい、記録紙および加圧ローラに充分な熱を供給できない。
【００１４】
また、特許文献３のフィルム加熱方式の定着装置では、熱容量の小さいフィルムを介して発熱体からの熱が記録紙に付与されるので、ウォームアップ時間は非常に速いが、高速印字時に記録紙に熱が逐次奪われるので記録紙への熱供給が追いつかない。さらにＰＴＣ特性を有する発熱体は、キュリー点を超えると急激に電気抵抗が上昇して自己温度制御機能を発揮するので、温度追従性に問題が生じる。このようにＰＴＣ特性を有する発熱体を備える加熱部材において、ウォームアップ時に充分な電力が供給できず、キュリー点付近で発熱体に供給される電力が低下し、記録紙および加圧ローラに充分な熱を供給できず、温度追従性に問題が生じる。
【００１５】
さらに、特許文献４の画像定着装置に用いる面状ヒータは、ポリイミド樹脂のような有機樹脂中に導電性物質を分散充填させて発熱体を形成しているので、ＰＴＣ特性を発現する温度が画像の定着に使用する温度（たとえば２００℃）に近く、過昇温を抑制できたとしても、使用時の電力を確保できない。
【００１６】
また、加熱部材を構成する放熱部材、発熱体、絶縁層および固定部材は、熱膨張係数がそれぞれ異なる。つまり、加熱部材は、発熱体に電圧が印加されて発熱体が発熱したとき、放熱部材、発熱体、絶縁層および固定部材が、それぞれ異なった度合いで熱膨張することになる。しかし、発熱体を放熱部材に密着するよう強固に固定すると、熱膨張差を吸収緩和することができず、熱膨張の小さい部材の方向に曲がり、発熱体と放熱部材の間で、局部的に剥離または隙間ができてしまい、放熱部材の内側表面に対する伝熱効率が局部的に低下する。このように、放熱部材の内側表面に対する伝熱効率が局部的に低下すると、定着ベルト表面の温度分布が設定温度に対して不均一になり、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。また、前記局部的な伝熱効率の低下が発生すると、所望の定着温度を得るまでのウォームアップ時間を長くする必要がある。
【００１７】
したがって本発明の目的は、絶縁層および抵抗発熱体からなる発熱層が積層された発熱部材を有する加熱部材であって、加熱部材を構成する部材間で局部的な剥離が発生するのが防止されて、局部的な伝熱効率の低下が発生するのが防止され、表面の温度分布が設定温度に対してばらつきのない加熱部材を提供することである。また本発明の目的は、ベルト定着方式の定着装置であって、定着温度が設定温度に対してばらつくのを防止し、安全性を確保した上で、ウォームアップ時間が短く、消費電力の増大を防止することができる定着装置を提供することである。また本発明の目的は、定着温度が設定温度に対してばらつくのが防止されて均一な定着特性を有する定着装置を備えて、均一で高品位な画像を形成することができる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、厚み方向一方面が湾曲して形成される放熱部材と、
低い硬さおよび高い熱伝導性を有する材料からなり、前記放熱部材の厚み方向他方面に接触して設けられる熱伝導部材と、
前記熱伝導部材の厚み方向他方面に接触して設けられ、絶縁体からなる絶縁層と、
通電によって発熱する発熱抵抗体からなる発熱層と、前記発熱層を挟み込むようにして積層される電極部材とを有し、前記絶縁層の厚み方向他方面に接触して設けられる発熱部材と、
前記発熱部材を前記放熱部材に近接する方向に押圧して、前記発熱部材を前記放熱部材に固定する押圧部材とを含んで構成され、
前記発熱抵抗体は、負の抵抗温度特性と正の抵抗温度特性との２つの抵抗温度特性を有し、正の抵抗温度特性を示すキュリー点が３００℃以上であり、かつ負の抵抗温度特性から正の抵抗温度特性に変化する変曲温度以下における最大電気抵抗値Ｒｆが下記式（１）を満たすことを特徴とする加熱部材である。
Ｒｆ＜（Ｖｆ２／Ｗｆ）                                            …（１）
（式中、Ｒｆは最大電気抵抗（Ω）を示し、Ｖｆは印加電圧（Ｖ）を示し、Ｗｆは所望電力（Ｗ）を示す。）
【００１９】
また本発明は、前記発熱層は、複数の発熱抵抗体が前記放熱部材の長手方向に整列して形成され、
前記放熱部材の長手方向両端部に対応して設けられる発熱抵抗体の電気抵抗は、長手方向中央部に対応して設けられる発熱抵抗体の電気抵抗よりも低いことを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記発熱抵抗体は、チタン酸バリウムを含む半導電性セラミックスであることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記放熱部材は、アルミニウム合金、マグネシウム合金および銅合金から選ばれる合金を用いて形成され、
前記発熱部材と前記押圧部材との間に弾性部材が設けられ、
前記押圧部材は、金属、耐熱性樹脂およびセラミックスから選ばれる材料を用いて形成されて、前記弾性部材に点接触して設けられることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記押圧部材の長手方向両端部には、外部に接続されて前記押圧部材を固定可能に構成される固定アダプタが設けられることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記放熱部材の厚み方向他方面には、耐熱性および高い熱輻射性を有する材料からなる内面コート層が形成されていることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、前記放熱部材の厚み方向一方面には、耐熱性および低摩擦係数を有する材料からなる外面コート層が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、前記外面コート層は、フッ素を含有するＰＴＦＥ樹脂およびＰＦＡ樹脂の少なくともいずれか１つの材料からなることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、第１定着部材と、加熱手段と、第１定着部材と加熱部材との間に張架される回転可能な無端状ベルトと、前記無端状ベルトを介して前記第１定着部材に対向するように配置される第２定着部材とを備え、前記無端状ベルトと前記第２定着部材とが接触して形成される定着ニップ部において、記録紙上に担持されるトナー像を加熱して記録紙上に定着する定着装置であって、
前記加熱手段は、前記加熱部材であり、前記放熱部材の厚み方向一方面において前記無端状ベルトと接触して、前記無端状ベルトを加熱することを特徴とする定着装置である。
【００２７】
また本発明は、前記定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。
また本発明は、前記加熱部材の発熱抵抗体に対する投入電力が一定となるように制御する電力制御手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、加熱部材は、厚み方向一方面が湾曲して形成される放熱部材と、放熱部材の厚み方向他方面に接触して配置される熱伝導部材と、熱伝導部材の厚み方向他方面に接触して配置され、絶縁体からなる絶縁層と、絶縁層の厚み方向他方面に接触して配置される発熱部材と、発熱部材を放熱部材に近接する方向に押圧し、放熱部材に固定する押圧部材とを含んで構成される。ここで、加熱部材において、厚み方向一方面を「外面」と称し、厚み方向他方面を「内面」と称する。
【００２９】
本発明の加熱部材では、発熱部材は、押圧部材によって放熱部材に近接する方向に押圧されて、放熱部材に固定される。これによって、発熱部材は、放熱部材の内面に対する密着性が向上された状態で固定される。
【００３０】
また、放熱部材と発熱部材との間には、低い硬さおよび高い熱伝導性を有する材料からなる熱伝導部材が配置されているので、発熱部材から放熱部材への伝熱効率を低下させることなく、加熱部材を構成する各部材の熱膨張差を吸収緩和することができ、各部材間で局部的な剥離が発生するのを防止することができる。このように、本発明の加熱部材は、放熱部材の内面に対する発熱部材の密着性が高い状態で維持された上で、各部材間で局部的な剥離が発生するのが防止されるので、局部的な伝熱効率の低下が発生するのが防止され、表面の温度分布が設定温度に対してばらつくのを防止することができる。
【００３１】
また、発熱部材は、通電によって発熱する発熱抵抗体からなる発熱層と、発熱層を挟み込むようにして積層される電極部材とを有する。そして、発熱抵抗体は、負の抵抗温度特性と正の抵抗温度特性との２つの抵抗温度特性を有し、正の抵抗温度特性を示すキュリー点が３００℃以上であり、かつ、負の抵抗温度特性から正の抵抗温度特性に変化する変曲温度以下における最大電気抵抗値Ｒｆが式（１）を満たすので、温度上昇に伴い発熱抵抗体の電気抵抗が低下しても、２００℃程度の所望温度になるまで発熱抵抗体に所望の電力を供給することができる。そのため、加熱部材は、充分な熱供給能力を発揮することができる。
【００３２】
また本発明によれば、発熱層は、複数の発熱抵抗体が前記放熱部材の長手方向に整列して形成され、放熱部材の長手方向両端部に対応して設けられる発熱抵抗体の電気抵抗は、長手方向中央部に対応して設けられる発熱抵抗体の電気抵抗よりも低い。
【００３３】
これによって、放熱部材の長手方向端部の発熱抵抗体は、昇温時間が短く、かつ電力を大きく設定できるので、放熱部材の長手方向端部における放熱損失を補うことが可能となり、放熱部材の長手方向における温度分布を均一にすることができる。
【００３４】
また本発明によれば、発熱抵抗体はチタン酸バリウムを含む半導電性セラミックスから構成されているので、高耐熱性でありながら、汎用材料で高信頼性の加熱部材を構成することが可能である。
【００３５】
また本発明によれば、放熱部材は、アルミニウム合金、マグネシウム合金および銅合金から選ばれる合金を用いて形成される。前記材料で構成される放熱部材は、高い熱伝導性を有する部材となるので、加熱対象物を効率よく加熱することができる。また、押圧部材は、金属、耐熱性樹脂およびセラミックスから選ばれる材料を用いて形成され、発熱部材と押圧部材との間には弾性部材が設けられる。前記材料で構成される押圧部材は、高強度かつ高靭性を有する部材であり、さらに発熱部材と押圧部材との間に弾性部材が設けられているので、発熱部材を放熱部材に近接する方向に弾発的に押圧することができる。そのため、発熱部材は、放熱部材の内面に対する密着性が向上された状態で固定される。さらに、押圧部材は弾性部材に点接触して設けられるので、発熱抵抗体の昇温時に押圧部材への熱伝導が抑制され、また押圧部材の熱容量を低減できるので、放熱部材の昇温速度を速くすることができる。
【００３６】
また本発明によれば、前記押圧部材の長手方向両端部には、外部に接続されて前記押圧部材を固定可能に構成される固定アダプタが設けられるので、固定アダプタを装置外部に固定でき、押圧部材の発熱部材に対する配置位置を規制できる。このように、押圧部材の配置位置が規制されることによって、その規制による外力を、発熱部材を放熱部材に近接する方向に弾発的に押圧する押圧力として付与することができる。
【００３７】
また本発明によれば、放熱部材の内面には、耐熱性および高い熱輻射性を有する材料からなる内面コート層が形成されている。これによって、放熱部材と熱伝導部材との界面で腐食が発生するのを防止することができ、長期間にわたって、発熱部材から放熱部材への伝熱効率の低下を防止することができる。
【００３８】
また本発明によれば、放熱部材の外面には、耐熱性および低摩擦係数を有する材料からなる外面コート層が形成されている。たとえば、放熱部材の外面に無端状ベルトを接触させて、加熱部材を該無端状ベルトを加熱する部材として用いた場合、放熱部材と無端状ベルトとの間の摩擦力を低減することができ、無端状ベルトが摩耗するのを防止して、無端状ベルトの高い耐久性を確保することができる。また、放熱部材と無端状ベルトとの間の摩擦力が低減可能になると、無端状ベルトの回転をスムースにすることができ、加熱部材の無端状ベルトに対する伝熱効率が低下するのを防止することができる。さらに、放熱部材と無端状ベルトとの摩擦騒音を抑制し、無端状ベルトを回転させるための回転駆動モータの消費電力を抑制することができる。
【００３９】
また本発明によれば、放熱部材の外面に形成される外面コート層が、フッ素を含有するＰＴＦＥ樹脂およびＰＦＡ樹脂の少なくともいずれか１つの材料からなる。これによって、放熱部材と加熱対象物との間の摩擦力を低減することができる。
【００４０】
また本発明によれば、定着装置は、第１定着部材と、加熱手段と、第１定着部材と加熱手段との間に張架される無端状ベルトと、無端状ベルトを介して第１定着部材に対向するように配置される第２定着部材とを備え、無端状ベルトと第２定着部材とが接触して形成される定着ニップ部において、トナー像を加熱溶融させて記録紙上に定着させる。そして、本発明の定着装置は、加熱手段として、表面の温度分布が設定温度に対してばらつきのない本発明の前記加熱部材を備えているので、無端状ベルトの表面における温度分布が設定温度に対して均一となり、定着温度がばらつくのが防止されて、均一な定着特性を実現することができる。また、定着装置が備える本発明の前記加熱部材は、局部的な伝熱効率の低下が発生するのが防止されたものである。そのため、定着装置は、所望の定着温度を得るまでのウォームアップ時間が短く、消費電力の増大を防止することができる。
【００４１】
また本発明によれば、画像形成装置は、定着温度が設定温度に対してばらつくのが防止されて均一な定着特性を有し、通紙記録紙が不定形状であっても、加熱部材における通紙記録紙の非通紙部温度を効率的に低減できる。また、電力を有効に使用することによる利便性および省エネ性の両立が可能な画像形成装置を提供できる。
【００４２】
また本発明によれば、画像形成装置は、加熱部材の発熱抵抗体に対する投入電力が一定となるように制御する電力制御手段を有する。正の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体を用いた場合、発熱抵抗体の温度に応じた電力変動がある。電力制御手段は、発熱抵抗体に対する投入電力を所定の一定値で制御するので、ウォームアップおよびスリープ復帰時の電力を有効に供給することが可能となり、ウォームアップ時間およびスリープ復帰時間を早くすることができる。そのため、作業性が良好になるとともに、印字していないときには定着装置の電力を直ぐにオフすることができ、消費電力を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態である加熱部材２０の長手方向に垂直な断面を示す図である。
【図２】図１に示す発熱部材２０３の拡大断面図である。
【図３】発熱抵抗体２０３６の電気抵抗と温度との関係を示すグラフである。
【図４】図３に示すようなＰＴＣ特性を有する発熱抵抗体２０３６を用いたときの、発熱抵抗体２０３６の電力と温度との関係を示すグラフである。
【図５】図１に示す加熱部材２０の側面図である。
【図６】本発明の実施の一形態である定着装置１５の構成を示す図である。
【図７】定着ベルトが加熱部材に懸架される領域の近傍における定着装置１５の構成を示す図である。
【図８】図８（ａ）は加熱部材２０の長手方向端部の固定アダプタ２０５の構造を示す側面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す加熱部材２０を切断面線Ｓ２１−Ｓ２１から見た断面図である。
【図９】定着装置１５の電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の他の実施形態である定着装置１５０の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施の一形態である画像形成装置１００の構成を示す図である。
【図１２】キュリー点が２００℃である従来の発熱抵抗体の電気抵抗と温度との関係を示すグラフである。
【図１３】図１２に示すＰＴＣ特性を有する従来の発熱抵抗体を用いたときの、発熱抵抗体の温度と電力との関係を示すグラフである。
【図１４】図１２に示すＰＴＣ特性を有する従来の発熱抵抗体を用いて加熱部材を構成した場合の、発熱抵抗体の電力と加熱部材の温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
１、加熱部材
図１は、本発明の第１実施形態である加熱部材２０の長手方向に垂直な断面を示す図である。加熱部材２０は、厚み方向一方面が湾曲して形成される放熱部材２０１と、放熱部材２０１の厚み方向他方面に接触して配置される熱伝導部材２０２と、熱伝導部材２０２の厚み方向他方面に接触して配置される第１絶縁層２０３１と、第１絶縁層２０３１の厚み方向他方面に接触して配置される発熱部材２０３と、発熱部材２０３の厚み方向他方面に接触して配置される第２絶縁層２０３２と、第２絶縁層２０３２の厚み方向他方面に接触して配置される弾性部材２０３７と、発熱部材２０３を放熱部材２０１に近接する方向に押圧する押圧部材２０４とを含んで構成される。ここで、加熱部材において、厚み方向一方面を「外面」と称し、厚み方向他方面を「内面」と称する。加熱部材２０では、発熱部材２０３で発生した熱が、第１絶縁層２０３１および熱伝導部材２０２を介して放熱部材２０１に伝導し、放熱部材２０１の外面に接触する対象物を加熱する。本実施形態の加熱部材２０は、後述する定着装置に、好適に搭載することができる。加熱部材２０が加熱する加熱対象物として、定着装置に設けられる定着ベルトを例に挙げて、以下に説明する。
【００４５】
（放熱部材）
放熱部材２０１は、湾曲した外面を有する部材であり、本実施形態では、円筒体の一部を成す筒状に形成される。放熱部材２０１は、外面において定着ベルトに接触するように配置され、発熱部材２０３が発生させる熱を定着ベルトに伝導させる。放熱部材２０１を構成する材料は、特に制限されないが、高い熱伝導性を有する金属材料や合金材料であることが好ましく、その材料としては、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金などを挙げることができる。これらの材料で放熱部材２０１を構成することで、加熱対象物を効率よく加熱することができる。放熱部材２０１は、円筒体の周方向の一部を切り欠いて作製することができ、また板状部材を湾曲させて作製することもできる。
【００４６】
（熱伝導部材）
熱伝導部材２０２は、放熱部材２０１の内面に接触して設けられる。つまり、熱伝導部材２０２は、放熱部材２０１と後述する第１絶縁層２０３１との間に介在する。熱伝導部材２０２は、低い硬さおよび高い熱伝導性を有する材料からなる部材である。ここで、本発明における「硬さ」とは、ＪＩＳ  Ｋ２２０７に規格化されている、規定重量の針を試料中に垂直に進入させ、進入した長さにより算出される硬さのことである。
【００４７】
熱伝導部材２０２は、２５℃における硬さが３０以上３００以下であり、かつ熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料から形成されるのが好ましい。このような物性値を有する熱伝導部材２０２を、放熱部材２０１と発熱部材２０３との間に介在させることによって、発熱部材２０３から放熱部材２０１への伝熱効率を低下させることなく、加熱部材２０を構成する各部材の熱膨張差を吸収緩和することができ、各部材間で局部的な剥離が発生するのを防止することができる。
【００４８】
もし、各部材間で局部的な剥離が発生し、放熱部材２０１と発熱部材２０３との間に隙間が開くと、空気層が介在することになり、熱伝導性が悪くなる。これに対して、放熱部材２０１と発熱部材２０３との間に熱伝導部材２０２を配置することによって、熱抵抗を増加させる空気層を除去し、熱伝導性を向上させることができる。
【００４９】
熱伝導部材２０２を構成する材料としては、さらに、高温環境下でも熱伝導性に優れ、経時変化が生じ難い材料であることが好ましく、耐熱シリコーングリス、耐熱シリコーン系ゲルシートなどを挙げることができる。また、熱伝導性をさらに向上させるために、金、銀、銅、白金、カーボン、グラファイトなどの粉末を前記材料に添加したものを用いてもよい。
【００５０】
（第１絶縁層）
第１絶縁層２０３１は、熱伝導部材２０２の内面に接触して設けられる。つまり、第１絶縁層２０３１は、熱伝導部材２０２と後述する発熱部材２０３との間に介在する。第１絶縁層２０３１は、耐熱性と電気絶縁性とを兼ね備えた材料によって形成される層である。耐熱性と電気絶縁性とを兼ね備えた材料としては、特に制限されないが、ポリイミド樹脂などの耐熱性ポリマー材料、アルミナなどのセラミックス材料、マイカなどの無機材料を挙げることができる。本実施形態では、第１絶縁層２０３１は、マイカからなる層である。
【００５１】
第１絶縁層２０３１は、発熱部材２０３と熱伝導部材２０２との間に介在して両者間の絶縁を確保する。このように、第１絶縁層２０３１が、通電によって発熱する後述する発熱層２０３３を有する発熱部材２０３を電気的に絶縁するので、安全な発熱部材２０３を有する加熱部材２０とすることができる。また、発熱層２０３３を電気的に絶縁可能になると、たとえば、アルミニウムやステンレスなどの低熱容量の金属材料を放熱部材２０１の構成材料として用いても、発熱層２０３３との電気的絶縁を確保することができ、放熱部材２０１の構成する材料の選択幅を広げることができる。
【００５２】
（発熱部材）
図２は、図１に示す発熱部材２０３の拡大断面図である。発熱部材２０３は、後述する第２絶縁層２０３２が内面に接触して、外面が熱伝導部材２０２の内面に接触するように設けられる。発熱部材２０３は、第２給電電極２０３５の表面上に、通電によってジュール発熱する発熱抵抗体２０３６からなる発熱層２０３３、第１給電電極２０３４が、この順で積層された積層構造を有し、第１給電電極２０３４が形成される側の面が第１絶縁層２０３１の内面と接触する側の面となり、第２給電電極２０３５が形成される側の面が第２絶縁層２０３２の外面と接触する側の面となる。
【００５３】
発熱層２０３３は、複数の発熱抵抗体２０３６が、放熱部材２０１の長手方向に複数に整列して形成される。本実施形態では、各発熱抵抗体２０３６は、チタン酸バリウムをベースに、キュリー点調整剤およびドープ剤を添加して焼成した半導体セラミックス発熱体であり、厚みが１ｍｍであり、幅が１０ｍｍであり、長さが２０ｍｍである。そしてこの発熱抵抗体２０３６を挟むように、発熱層２０３３の長手方向の外面および内面に第１給電電極２０３４、第２給電電極２０３５がサンドイッチ状に配置されている。発熱抵抗体２０３６がチタン酸バリウムを含む半導電性セラミックスから構成されていることによって、高耐熱性でありながら、汎用材料で高信頼性の加熱部材２０を構成することが可能である。仮に発熱抵抗体がポリイミド樹脂などの有機樹脂から構成されると、作製初期における発熱抵抗体の電気抵抗の調整は容易であるが、ポリイミド樹脂の熱的特性によって発熱抵抗体の電気抵抗が変化するので、昇温および冷却サイクルを繰り返すと、発熱抵抗体の電気抵抗の再現性が悪くなる。そのため、加熱部材２０の品質が確保できず、信頼性が低下する。本実施形態では、第１給電電極２０３４および第２給電電極２０３５は、厚みが０．２ｍｍであり、ニッケルおよび銀からなるステンレス（ＳＵＳ）給電電極である。
【００５４】
発熱抵抗体２０３６は、図３に示すような抵抗温度特性を有する。図３は、発熱抵抗体２０３６の電気抵抗と温度との関係を示すグラフである。発熱抵抗体２０３６は、負の抵抗温度（Negative Temperature Coefficient；ＮＴＣ)特性と、正の抵抗温度（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ）特性との２つの特性を有し、ＰＴＣ特性を示すキュリー点（温度ｄ）が３００℃以上である。
【００５５】
すなわち、発熱抵抗体２０３６は、通電されて発熱し、室温ａ（２５℃）からキュリー点ｄ近傍の温度ｃ（２８０℃）までの温度領域では、温度上昇に応じて電気抵抗が下降するＮＴＣ特性を示し、温度ｃよりも高い温度領域では、温度上昇に応じて急激に電気抵抗が上昇するＰＴＣ特性を示す。
【００５６】
そして、発熱抵抗体２０３６は、ＮＴＣ特性からＰＴＣ特性に変化する変曲温度となる温度ｃ以下の温度領域、すなわち、ＮＴＣ特性を示す室温ａから温度ｃまでの温度領域内で使用され、加熱対象物である定着ベルトが所定の設定温度ｂ（２００℃）となるように加熱する。なお、発熱抵抗体２０３６は、ＮＴＣ特性を示す温度領域内で使用されるとき、室温ａにおいて最大電気抵抗値Ｒｆを示す。
【００５７】
ここで、キュリー点が２００℃である従来の発熱抵抗体を備える加熱部材の問題点は以下のとおりである。
【００５８】
図１２は、キュリー点が２００℃である従来の発熱抵抗体の電気抵抗と温度との関係を示すグラフである。図１３は、図１２に示すＰＴＣ特性を有する従来の発熱抵抗体を用いたときの、発熱抵抗体の温度と電力との関係を示すグラフである。従来の発熱抵抗体は、室温からの温度上昇に伴い電力が増加し、発熱抵抗体の温度が温度ｅまで上昇すると、電力が急激に低下する。ウォームアップ時の電力は、定着装置の最大電流値で規定されるので、電力が最大となる最大電力ｆを発熱抵抗体の定格電力とすることになる。したがって、従来の発熱抵抗体は、温度の上昇に応じて電力が室温の電力ｇから最大電力ｆまで変動することになり、図１３中に斜線で示すような電力損失が発生することになり、効率が悪い。
【００５９】
図１４は、図１２に示すＰＴＣ特性を有する従来の発熱抵抗体を用いて加熱部材を構成した場合の、発熱抵抗体の電力と加熱部材の温度との関係を示すグラフである。図１４に示すように、ウォームアップ時において発熱抵抗体の最大電力ｆでの加熱部材の温度ｈが１００℃以下となり、所望の定着温度まで加熱部材の温度を上げるには、長時間を要することになる。これは、発熱抵抗体自身の温度がキュリー点以上に上がり、発熱抵抗体自身の自己温度抑制機能により熱供給能力が低下するためである。そのため、従来の発熱抵抗体では、図１４中に斜線で示すような電力損失が発生し、発熱抵抗体の自己温度制御機能と熱供給能力との両立に問題がある。
【００６０】
これに対して、本実施形態の加熱部材２０に備えられる発熱抵抗体２０３６は、前述したように、ＮＴＣ特性とＰＴＣ特性との２つの特性を有して、ＰＴＣ特性を示すキュリー点が３００℃以上であり、かつＮＴＣ特性を示す使用温度領域内における最大電気抵抗値Ｒｆが下記式（１）を満たすように構成されている。
Ｒｆ＜（Ｖｆ２／Ｗｆ）                                          …（１）
（式中、Ｒｆは最大電気抵抗（Ω）を示し、Ｖｆは印加電圧（Ｖ）を示し、Ｗｆは所望電力（Ｗ）を示す。）
【００６１】
発熱抵抗体２０３６のキュリー点は、発熱抵抗体２０３６の材料の組成および作製条件によって調整することができ、たとえば、チタン酸バリウムに添加するキュリー点調整剤の添加量によって調整することができる。キュリー点調整剤としては、ストロンチウムおよび鉛などが挙げられる。
【００６２】
また、発熱抵抗体２０３６の最大電気抵抗値Ｒｆは、発熱抵抗体２０３６の材料の組成および作製条件によって調整することができ、たとえば、チタン酸バリウムに添加するドープ剤の種類および添加量によって調整することができる。ドープ剤としては希土類金属、アンチモン、ニオブ、ビスマスおよびタングステンなどが挙げられる。これらの電気抵抗値が異なるドープ剤を適宜組み合わせることによって、発熱抵抗体２０３６の最大電気抵抗値Ｒｆが上記式（１）を満たすように調整する。
【００６３】
発熱抵抗体２０３６は、湿式混合、成形および焼成するという常法によって作製することができる。
【００６４】
図４は、図３に示すようなＰＴＣ特性を有する発熱抵抗体２０３６を用いたときの、発熱抵抗体２０３６の電力と温度との関係を示すグラフである。
【００６５】
発熱抵抗体２０３６が満たす前記式（１）における所望電力Ｗｆは、加熱対象物に応じて予め設定され、定着ベルトを設定温度ｂ（２００℃）で加熱して記録紙上のトナーを溶融させる場合には、たとえばウオームアップ時には１２００Ｗに設定し、通紙時には９７０Ｗに設定される。
【００６６】
発熱抵抗体２０３６に一定値の電圧が印加された場合、図４中のＣ１に示すように、発熱抵抗体２０３６は、ＮＴＣ特性を示す使用温度領域内では、最大電気抵抗値Ｒｆを示す室温ａにおける所望電力Ｗｆから変曲温度ｃにおける定格電力Ｗｍまで、温度上昇に応じて電力が上昇する。そして、ＰＴＣ特性を示す変曲温度ｃよりも高い温度領域内では、温度上昇に応じて電力が下降する。
【００６７】
このように、本実施形態の加熱部材２０に備えられる発熱抵抗体２０３６は、ＮＴＣ特性とＰＴＣ特性との２つの特性を有して、ＰＴＣ特性を示すキュリー点が３００℃以上であり、かつＮＴＣ特性を示す使用温度領域内における最大電気抵抗値Ｒｆが前記式（１）を満たすように構成されているので、温度上昇に伴い発熱抵抗体２０３６の電気抵抗が低下しても、２００℃程度の所望温度になるまで発熱抵抗体２０３６に所望の電力を供給することができる。そのため、加熱部材２０は、充分な熱供給能力を発揮することができる。
【００６８】
また、発熱抵抗体２０３６は、図４中のＣ２に示すように、ＮＴＣ特性を示す使用温度領域内において供給される電力が、所望電力Ｗｆで一定となるように制御されるのが好ましい。発熱抵抗体２０３６に対する供給電力が一定となるように制御する電力制御手段は、後述する画像形成装置に備えられている。
【００６９】
電力制御手段は、温度変化に応じて変動する発熱抵抗体２０３６の電気抵抗または電流値に基づいて、所望電力Ｗｆで一定となるように、発熱抵抗体２０３６に印加する印加電圧Ｖｆを可変制御するように構成されている。
【００７０】
これによって、ウォームアップおよびスリープ復帰時の電力を有効に供給することが可能となり、ウォームアップ時間およびスリープ復帰時間を早くすることができる。そのため、作業性が良好になるとともに、印字していないときには定着装置の電力を直ぐにオフすることができ、消費電力を削減することができる。
【００７１】
図２に戻って、放熱部材２０１の長手方向端部２０３６ｂにおける発熱抵抗体２０３６の電気抵抗は、長手方向中央部２０３６ａにおける発熱抵抗体２０３６の電気抵抗よりも同一温度での電気抵抗が低いことが好ましい。これによって、放熱部材２０１の長手方向端部２０３６ｂの発熱抵抗体２０３６の昇温時間が短く、また電力を大きく設定できるので、放熱部材２０１の長手方向端部２０３６ｂにおける発熱抵抗体２０３６からの放熱損失を補うことが可能となり、放熱部材２０１の長手方向における発熱部材２０３の温度分布を均一にすることができる。
【００７２】
（第２絶縁層）
第２絶縁層２０３２は、発熱部材２０３の内面に接触して設けられる。つまり、第２絶縁層２０３２は、発熱部材２０３と後述する弾性部材２０３７との間に介在し、発熱部材２０３と弾性部材２０３７との間に介在して両者間の絶縁を確保する。第２絶縁層２０３２は、前述の第１絶縁層２０３１と同様の構成であるが、各絶縁層は同一の材料によって形成されてもよく、それぞれ別の材料によって形成されてもよい。
【００７３】
（弾性部材）
弾性部材２０３７は、第２絶縁層２０３２の内面に接触して設けられる。つまり、弾性部材２０３７は、第２絶縁層２０３２と後述する押圧部材２０４との間に介在する。弾性部材２０３７を構成する材料は、特に制限されないが、たとえば厚さ２ｍｍのフッ素ゴムが挙げられる。
【００７４】
（押圧部材）
押圧部材２０４は、外面において弾性部材２０３７の内面に接触し、弾性部材２０３７を介して発熱部材２０３を放熱部材２０１に近接する方向に押圧して、発熱部材２０３を放熱部材２０１に固定する。
【００７５】
押圧部材２０４を構成する材料は、特に制限されないが、ステンレス鋼などの金属、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの耐熱性樹脂、セラミックスなどを挙げることができる。前記材料で構成される押圧部材２０４は、高強度かつ高靭性を有する部材であり、発熱部材２０３と押圧部材２０４との間には弾性部材２０３７が設けられているので、発熱部材２０３を放熱部材２０１に近接する方向に弾発的に押圧することができる。そのため、発熱部材２０３は、放熱部材２０１の内面に対する密着性が向上された状態で固定される。
【００７６】
図５は、図１に示す加熱部材２０の側面図である。図５に示すように、弾性部材２０３７と接触する押圧部材２０４の面には凸部２０４ａが形成されており、凸部２０４ａは弾性部材２０３７に対して点接触するようにされている。これによって、発熱抵抗体２０３６の昇温時に押圧部材２０４への熱伝導が抑制され、また押圧部材２０４の熱容量を低減できるので、放熱部材２０１の昇温速度が速くなる。
【００７７】
以上のように、本実施形態の加熱部材２０は、放熱部材２０１と、放熱部材２０１の内面に接触して配置される熱伝導部材２０２と、熱伝導部材２０２の内面に接触して配置され、絶縁体からなる第１絶縁層２０３１と、第１絶縁層２０３１の内面に接触して配置される発熱部材２０３と、発熱部材２０３の内面に接触して配置され、絶縁体からなる第２絶縁層２０３２と、第２絶縁層２０３２の内面に接触して配置される弾性部材２０３７と、発熱部材２０３を放熱部材２０１に近接する方向に押圧する押圧部材２０４とを含んで構成される。そして、発熱部材２０３は、押圧部材２０４によって放熱部材２０１に近接する方向に押圧されて放熱部材２０１に固定されているので、発熱部材２０３は、放熱部材２０１に対する密着性が向上された状態で固定される。さらに、放熱部材２０１と発熱部材２０３との間には、低い硬さおよび高熱伝導性を有する材料からなる熱伝導部材２０２が配置されているので、発熱部材２０３から放熱部材２０１への伝熱効率を低下させることなく、加熱部材２０を構成する各部材の熱膨張差を吸収緩和することができ、各部材間で局部的な剥離が発生するのを防止することができる。
【００７８】
このように、本実施形態の加熱部材２０は、放熱部材２０１に対する発熱部材２０３の密着性が高い状態で維持された上で、各部材間で局部的な剥離が発生するのが防止されるので、局部的な伝熱効率の低下が発生するのが防止され、表面の温度分布が設定温度に対してばらつきのない加熱部材２０となる。そのため、加熱部材２０は、設定温度に到達するまでのウォームアップ時間の短縮や表面の温度分布均一性を短時間のうちに確保することができ、高速印字においても充分な熱量を放熱部材２０１から加熱対象物である定着ベルトに供給することができる。
【００７９】
（内面コート層および外面コート層）
また、放熱部材２０１において、内面に内面コート層が形成され、外面に外面コート層が形成されていてもよい。
【００８０】
内面コート層は、耐熱性および高い熱輻射性を有する材料（たとえば、広い波長域において放射率が０．９〜１．０であり、かつ耐熱性を有する材料）からなる。放熱部材２０１の内面に耐熱性および高い熱輻射性を有する材料からなる内面コート層が形成されることによって、発熱部材２０３で発生する熱を高効率で吸収および放熱して、加熱対象物である定着ベルトに対して高効率で熱を伝達することができる。
【００８１】
耐熱性および高い熱輻射性を有する材料としては、シリコーン系樹脂などを挙げることができる。そして、内面コート層は、たとえば、前記材料が溶媒に溶解または分散された液状物を、放熱部材２０１の内面にスプレー塗布することによって形成することができる。具体的には、内面コート層は、シリコーン系樹脂からなる材料である、オキツモ株式会社製のＢ−６００を、放熱部材２０１の内面にスプレー塗布することによって形成することができる。以上のように、熱伝導部材２０２と接触する放熱部材２０１の内面に内面コート層を形成することによって、放熱部材２０１と熱伝導部材２０２との界面で腐食が発生するのを防止することができ、長期間にわたって、発熱部材２０３から放熱部材３０１への伝熱効率の低下を防止することができる。
【００８２】
外面コート層は、耐熱性および低摩擦係数を有する材料からなる。耐熱性および低摩擦係数を有する材料としては、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂を挙げることができ、これらのフッ素樹脂を１種で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。
【００８３】
以上のように、加熱対象物である定着ベルトが接触する放熱部材２０１の外面に外面コート層を形成することによって、放熱部材２０１と定着ベルトとの間の摩擦力を低減することができ、定着ベルトが摩耗するのを防止して、定着ベルトの高い耐久性を確保することができるとともに、定着ベルトを回転駆動させる定着ローラおよび加圧ローラへの負荷も低減して各ローラの高い耐久性を確保し、低電力で回転駆動させることができる。また、放熱部材２０１と定着ベルトとの間の摩擦力が低減可能になると、定着ベルトの回転をスムースにすることができ、加熱部材２０の定着ベルトに対する伝熱効率が低下するのを防止することができる。
【００８４】
２、定着装置
図６は、本発明の実施の一形態である定着装置１５の構成を示す図である。また、図７は、定着ベルトが加熱部材に懸架される領域の近傍における定着装置１５の構成を示す図である。定着装置１５は、後述する画像形成装置１００に備えられる装置であって、記録紙である記録紙３２上に担持されるトナー像３１を加熱加圧して、記録紙３２上に定着する装置である。そして、定着装置１５は、前述した本実施形態の加熱部材２０を備える。
【００８５】
定着装置１５は、第１定着部材である定着ローラ１５ａと、第２定着部材である加圧ローラ１５ｂと、無端状ベルトである定着ベルト２５と、加熱部材２０とを含んで構成される。定着装置１５においては、定着ベルト２５が定着ローラ１５ａと加熱部材２０との間に張架され、加圧ローラ１５ｂが定着ベルト２５を介して定着ローラ１５ａに対向するように配置されている。そして、定着ローラ１５ａと加熱部材２０とは、定着ローラ１５ａの軸線方向において、略平行となるように配置されている。つまり、定着ローラ１５ａの軸線と、加熱部材２０の軸線とは、略平行である。これによって、定着ローラ１５ａと加熱部材２０との間に張架される定着ベルト２５が摺動するとき、蛇行するのを防止して、定着ベルト２５の耐久性を高く維持することができる。
【００８６】
定着装置１５は、加熱部材２０が定着ベルト２５と接触して定着ベルト２５を加熱し、定着ベルト２５と加圧ローラ１５ｂとで形成する定着ニップ部１５ｃを、所定の定着速度および複写速度で記録紙である記録紙３２が通過したとき、記録紙３２上に担持されている未定着のトナー像３１を記録紙３２上に加熱加圧して定着する装置である。
【００８７】
なお、未定着のトナー像３１は、たとえば、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）などの現像剤（トナー）によって形成される。また、定着速度とは所謂プロセス速度であり、複写速度とは１分あたりのコピー枚数のことである。また、記録紙３２が定着ニップ部１５ｃを通過するときには、定着ベルト２５は、記録紙３２のトナー像担持面とは反対側の面に当接するようになっている。
【００８８】
（定着ローラ）
定着ローラ１５ａは、定着ベルト２５を介して加圧ローラ１５ｂに圧接することで定着ニップ部１５ｃを形成するとともに、駆動モータ（駆動手段）１１３により回転軸線まわりに回転方向Ａ方向に回転駆動することによって、定着ベルト２５を搬送する。定着ローラ１５ａは、直径が３０ｍｍで、その内側から順に芯金、弾性層が形成された２層構造からなり、芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅などの金属あるいはそれらの合金などが用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。なお、本実施の形態では、定着ローラ１５ａが定着ベルト２５を介して加圧ローラ１５ｂに圧接するときの力は、２１６Ｎ程度である。
【００８９】
（加圧ローラ）
加圧ローラ１５ｂは、定着ベルト２５を介して定着ローラ１５ａに対向しかつ圧接し、回転軸線まわりに回転自在に設けられている。加圧ローラ１５ｂは、定着ローラ１５ａの回転に従動して回転方向Ｂ方向に回転する。加圧ローラ１５ｂは、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、銅などの金属あるいはそれらの合金などが用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴムなど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などのフッ素樹脂が適している。加圧ローラ１５ｂは、たとえば、ローラ直径が３０ｍｍで、芯金に直径２４ｍｍ（肉厚２ｍｍ）の鉄（ＳＴＫＭ）パイプ、弾性層に厚みが３ｍｍのシリコンソリッドゴム、離型層に厚みが３０μｍのＰＦＡチューブからなるローラを用いることができる。
【００９０】
また、加圧ローラ１５ｂの内部には、加圧ローラ１５ｂを加熱するヒータランプ２６（たとえば、定格電力４００Ｗ）が配置されている。後述する装置制御手段１１１が電源回路１１１１からヒータランプ２６に電力を供給（通電）させることによって、ヒータランプ２６が発光し、ヒータランプ２６から赤外線が放射される。これによって、加圧ローラ１５ｂの内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ１５ｂ全体が加熱される。なお、上述したヒータランプ２６は、加圧ローラ１５ｂの内面より加熱するものであるが、これとは別に外周面加熱用のローラにて、加圧ローラ１５ｂの表面より加熱する方法も構成可能である。
【００９１】
（定着ベルト）
定着ベルト２５は、加熱部材２０によって所定の温度に加熱され、定着ニップ部１５ｃを通過する未定着のトナー像３１が形成された記録紙３２を加熱する。定着ベルト２５は、無端状のベルトで、加熱部材２０と定着ローラ１５ａとによって懸架され、定着ローラ１５ａに所定の角度で巻きかかっている。定着ベルト２５は、定着ローラ１５ａの回転時には、定着ローラ１５ａに従動して回転方向Ａ方向に回転するようになっている。定着ベルト２５は、ポリイミドなどの耐熱性樹脂あるいはステンレスやニッケルなどの金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に、弾性層として耐熱性および弾性に優れたエラストマー材料（たとえばシリコンゴム）が形成され、さらにその表面に離型層として耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料（たとえばＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素樹脂）が形成された３層構造となっている。また、基材のポリイミドにフッ素樹脂を内添してもよい。これによって、加熱部材２０との摺動負荷を低減することができる。
【００９２】
（加熱部材）
定着装置１５に備えられる加熱部材２０は、放熱部材２０１の外面において定着ベルト２５に接触して、定着ベルト２５を所定の温度に加熱する。
【００９３】
加熱部材２０の軸線方向両端部に設けられるフレーム固定部には、各端部に対応して２つの固定アダプタ２０５が設けられており、加熱部材２０は、固定アダプタ２０５を介して定着装置１５のサイドフレーム１１０に固定されている。図８（ａ）は、加熱部材２０の長手方向端部の固定アダプタ２０５の構造を示す側面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す加熱部材２０を切断面線Ｓ２１−Ｓ２１から見た断面図である。このように、加熱部材２０が固定アダプタ２０５を介して給電コネクタ２０５ａおよびビス２０５ｂでサイドフレーム１１０に固定されているので、加熱部材２０自身が定着ベルト２５との摩擦力で回転してしまうのが防止される。そのため、加熱部材２０が有する発熱部材２０３に高電流が供給されても、安全性を充分に確保することができる。さらに、押圧部材２０４が固定アダプタ２０５を介してサイドフレーム１１０に固定されているので、押圧部材２０４の発熱部材２０３に対する配置位置が規制される。このように、押圧部材２０４の配置位置が規制されることによって、その規制による外力（定着ベルト２５と押圧部材２０４との間に作用するベルトテンション）を、発熱部材２０３を放熱部材２０１に近接する方向に弾発的に押圧する押圧力として付与することができる。固定アダプタ２０５は、たとえば、アルミニウムなどの金属からなる。
【００９４】
また、定着装置１５は、定着ベルト２５が回転摺動するときに蛇行するのを防止する蛇行防止用カラーが、押圧部材２０４の両端部に配設されるように構成されてもよい。蛇行防止用カラーとしては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）からなるカラーを用いることができるが、これに限定されるものではなく、押圧部材２０４と独立で回転できる構成のものであればよい。このように、蛇行防止用カラーが独自に回転自在であるので、定着ベルト２５が蛇行防止用カラーに当接しても負荷がかかることなく摺動せず、定着ベルト２５がわれてしまうのを防止して、定着ベルト２５の耐久性を高く維持することができる。なお、定着ベルト２５の回転状態によっては、押圧部材２０４に蛇行防止用カラーを設置せず、定着ローラ１５ａのみに蛇行防止用カラーを設置することもできる。
【００９５】
（温度検知手段）
また、定着装置１５においては、温度検知手段として、加熱部材２０に接触する定着ベルト２５の周面近傍には発熱体側サーミスタ２４ａ、加圧ローラ１５ｂの周面近傍には加圧ローラ側サーミスタ２４ｂが配設されており、それぞれの表面温度を検出するようになっている。本実施の形態における発熱体側サーミスタ２４ａは、非接触式の温度検知手段であり、赤外線検知型の温度センサである。接触式の温度検知手段を定着ベルト２５に接触して配置する構成では、定着ベルト２５と接触する界面において、接触式温度検知手段が、定着ベルト２５の表面離型層を摩耗させる場合がある。このようにして定着ベルト２５の表面離型層が損傷、劣化した場合には、トナー像３１に対する定着性に影響を及ぼし、記録紙３２上に劣悪な定着画像が形成されてしまう。また、定着ベルト２５の周面近傍には、定着ベルト２５の異常昇温を検知して、所定の温度以上になると電源回路１１１１を切断するサーモスタットまたはサーマルプロテクタ２４ｃが配設されている。
【００９６】
次に、定着装置１５における電気的制御を説明する。図９は、定着装置１５の電気的構成を示すブロック図である。定着装置１５では、発熱体側サーミスタ２４ａおよび加圧ローラ側サーミスタ２４ｂによって検出された温度データ、サーマルプロテクタ２４ｃによって検出された定着ベルト２５の異常昇温データに基づいて、温度制御手段としての制御回路１１１２が、定着ベルト２５、加圧ローラ１５ｂの表面温度を所定の温度にするように、電源回路１１１１を介して、加熱部材２０が有する発熱部材２０３およびヒータランプ２６への通電を制御する。また、制御回路１１１２は、駆動モータ１１３を制御して、定着ローラ１５ａを回転軸線まわりに回転させて、定着ベルト２５を回転させる。そして、制御回路１１１２および電源回路１１１１は、定着装置１５の全動作を制御する装置制御手段１１１によって統括的に制御される。
【００９７】
具体的には、装置制御手段１１１は、画像形成指示の入力を受けると、電源回路１１１１に電力供給を指示する制御信号を出力する。ここで、画像形成指示は、後述する画像形成装置１００の鉛直方向上面に設けられる操作パネルまたは画像形成装置１００に接続されるコンピュータなどの外部機器から入力される指示であり、この画像形成指示が入力されることによって、定着装置１５は定着処理動作を開始する。
【００９８】
装置制御手段１１１から制御信号が入力された電源回路１１１１は、電力制御手段２０６を介して、加熱部材２０の発熱部材２０３に電力を供給して定着ベルト２５を加熱させ、ヒータランプ２６に電力を供給して加圧ローラ１５ｂを加熱させる。ここで、電力制御手段２０６は、加熱部材２０の発熱部材２０３が有する発熱抵抗体２０３６に対する投入電力を、所定の一定値に制御する電力制御手段を兼ねる。発熱体側サーミスタ２４ａが検出した定着ベルト２５の表面温度データに関する信号、加圧ローラ側サーミスタ２４ｂが検出した加圧ローラ１５ｂの表面温度データに関する信号、サーマルプロテクタ２４ｃが検出した定着ベルト２５の異常昇温データに関する信号が制御回路１１１２に入力される。
【００９９】
装置制御手段１１１に制御された制御回路１１１２は、入力された信号に基づいて、定着ベルト２５、加圧ローラ１５ｂの表面温度が所定の温度（定着温度）となるように、電源回路１１１１からの加熱部材２０およびヒータランプ２６に対する供給電力を制御する。具体的には、電源回路１１１１に制御された電力制御手段２０６は、発熱体側サーミスタ２４ａによって検出された温度データに基づいて、または該温度データと電力算出部が算出した電力算出値とに基づいて、加熱部材２０に対する供給電力を制御する。また、電源回路１１１１は、加圧ローラ側サーミスタ２４ｂによって検出された温度データに基づいて、ヒータランプ２６に対する供給電力を制御する。
【０１００】
制御回路１１１２は、入力された信号に基づいて、定着ベルト２５および加圧ローラ１５ｂの表面温度が所定の定着温度になったと判断すると、駆動モータ１１３を制御して、定着ローラ１５ａを回転軸線まわりに回転させて、定着ベルト２５を回転させる。このように定着ベルト２５が回転すると、定着ベルト２５と加圧ローラ１５ｂとの間に形成される定着ニップ部１５ｃに、未定着のトナー像３１が形成される記録紙３２が搬送される。このとき、記録紙３２は、未定着のトナー像３１を担持した面を定着ベルト２５側に向けて搬送される。そして、記録紙３２上の未定着のトナー像３１が定着ベルト２５の外周面に密着したまま挟持搬送されていくことにより、定着ベルト２５から熱が付与され、また加圧力を受けて記録紙３２の表面に定着される。
【０１０１】
以上のように構成される定着装置１５は、表面の温度分布が設定温度に対してばらつきのない本実施形態の加熱部材２０を備えているので、定着ベルト２５の表面における温度分布が設定温度に対して均一となり、定着温度がばらつくのが防止されて、均一な定着特性を有する定着装置となる。また、定着装置１５が備える本実施形態の加熱部材２０は、局部的な伝熱効率の低下が発生するのが防止されたものなので、定着装置１５は、所望の定着温度を得るまでのウォームアップ時間が短く、消費電力の増大が防止された定着装置となる。
【０１０２】
なお、本実施形態では、定着装置１５は、加圧ローラ１５ｂが定着ベルト２５を介して定着ローラ１５ａと圧接する圧接部にて定着ニップ部１５ｃが形成されるように構成したが、加圧ローラ１５ｂが定着ベルト２５を介して加熱部材２０と圧接する圧接部にて定着ニップ部が形成されるように構成してもよい。
【０１０３】
図１０は、本発明の他の実施形態である定着装置１５０の構成を示す図である。図１０の定着装置１５０は図６で示した定着装置１５の定着ローラ１５ａを定着パッド１５０ａに置き換えたものであり、その他の構成は定着装置１５と同様である。定着パッド１５０ａは、シリコンゴムなどの弾性体からなる弾性層１５０ｃと定着ベルト２５とのすべり摩擦力を低減させる表層１５０ｄと、芯金１５０ｂとから構成され、定着ベルト２５を介して加圧ローラ１５ｂに対向配置されている。
【０１０４】
図１１は、本発明の実施の一形態である画像形成装置１００の構成を示す図である。画像形成装置１００は、読み取った原稿の画像データやネットワーク等を介して送信された画像データに基づいて記録紙３２に対して多色および単色の画像を形成する装置である。そして、画像形成装置１００は、前述した本実施形態の定着装置１５，１５０のいずれかの定着装置を備える。画像形成装置１００が定着装置１５を備えた場合について、以下に説明する。
【０１０５】
画像形成装置１００は、露光ユニット１０、感光体ドラム１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）、現像装置１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）、帯電ローラ１０３（１０３ａ〜１０３ｄ）、クリーニングユニット１０４（１０４ａ〜１０４ｄ）、中間転写ベルト１１、一次転写ローラ１３（１３ａ〜１３ｄ）、二次転写ローラ１４、定着装置１５、用紙搬送路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、用紙カセット１６、手差し給紙トレイ１７および排紙トレイ１８を備えている。
【０１０６】
画像形成装置１００は、ブラック（Ｋ）およびカラー画像を色分解して得られる減法混色の３原色であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色の各色相に対応した画像データを用いて、各色相に対応した画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて画像形成を行う。各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、同様の構成であり、たとえば、ブラック（Ｋ）の画像形成部Ｐａは、感光体ドラム１０１ａ、現像装置１０２ａ、帯電ローラ１０３ａ、一次転写ローラ１３ａおよびクリーニングユニット１０４ａ等から構成される。この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、中間転写ベルト１１の移動方向（副走査方向）に一列に配列されている。
【０１０７】
帯電ローラ１０３は、感光体ドラム１０１の表面を所定の電位に均一に帯電させる接触方式の帯電器である。帯電ローラ１０３に代えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、または、帯電ワイヤを用いた非接触方式の帯電器を用いることもできる。
【０１０８】
露光ユニット１０は、図示しない半導体レーザ、ポリゴンミラー４、第１反射ミラー、第２反射ミラー８等を備えており、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色相の画像データによって変調されたレーザビーム等の光ビームのそれぞれを感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに照射する。各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色相の画像データによる静電潜像を形成する。
【０１０９】
現像装置１０２は、静電潜像が形成された感光体ドラム１０１の表面に現像剤であるトナーを供給し、静電潜像をトナー像に現像する。現像装置１０２ａ〜１０２ｄのそれぞれは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色相のトナーを収納しており、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに形成された各色相の静電潜像を、各色相のトナー像に顕像化する。クリーニングユニット１０４は、現像・画像転写後における感光体ドラム１０１上の表面に残留したトナーを除去・回収する。
【０１１０】
中間転写ベルト１１は、感光体ドラム１０１の上方に配置されており、駆動ローラ１１ａと従動ローラ１１ｂとの間に張架されてループ状の移動経路を形成している。中間転写ベルト１１の外周面は、感光体ドラム１０１ｄ、感光体ドラム１０１ｃ、感光体ドラム１０１ｂおよび感光体ドラム１０１ａにこの順に対向する。この中間転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置に、一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄが配置されている。中間転写ベルト１１が感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置のそれぞれが一次転写位置である。また、中間転写ベルト１１は、厚さ１００〜１５０μｍ程度のフィルムで形成されている。
【０１１１】
一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄには、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写するために、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写バイアスが定電圧制御によって印加される。これによって、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに形成された各色相のトナー像は、中間転写ベルト１１の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト１１の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。
【０１１２】
ただし、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の色相の一部のみの画像データが入力された場合には、４つの感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのうち、入力された画像データの色相に対応する一部の感光体ドラム１０１のみにおいて静電潜像およびトナー像の形成が行われる。たとえば、モノクロ画像形成時には、ブラックの色相に対応した感光体ドラム１０１ａのみにおいて静電潜像の形成およびトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト１１の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。
【０１１３】
各一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄは、直径８〜１０ｍｍのステンレスなどの金属を基材とする軸の表面を導電性の弾性材（たとえばＥＰＤＭ、発泡ウレタン等）によって被覆して構成されており、導電性の弾性材によって中間転写ベルト１１に均一に高電圧を印加する。
【０１１４】
各一次転写位置において中間転写ベルト１１の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト１１の回転によって、二次転写ローラ１４との対向位置である二次転写位置に搬送される。二次転写ローラ１４は、画像形成時において、内周面が駆動ローラ１１ａの周面に接触する中間転写ベルト１１の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。用紙カセット１６または手差し給紙トレイ１７から給紙された記録紙３２が、二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間を通過する際に、二次転写ローラ１４にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト１１の外周面から記録紙３２の表面にトナー像が転写される。
【０１１５】
なお、感光体ドラム１０１から中間転写ベルト１１に付着したトナーのうち、記録紙３２上に転写されずに中間転写ベルト１１上に残存したトナーは、次工程での混色を防止するために、転写クリーニングユニット１２によって回収される。
【０１１６】
トナー像が転写された記録紙３２は、前述した本発明の定着装置１５に導かれ、定着ニップ部を通過して加熱および加圧を受ける。これによって、トナー像が、記録紙３２の表面に堅牢に定着する。トナー像が定着した記録紙３２は、排紙ローラ１８ａによって排紙トレイ１８上に排出される。
【０１１７】
また、画像形成装置１００には、用紙カセット１６に収納されている記録紙３２を、二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間および定着装置１５を経由して、排紙トレイ１８に送るための略垂直方向に延びる用紙搬送路Ｐ１が設けられている。用紙搬送路Ｐ１には、用紙カセット１６内の記録紙３２を一枚ずつ用紙搬送路Ｐ１内に繰り出すピックアップローラ１６ａ、繰り出された記録紙３２を上方に向けて搬送する搬送ローラ１６ｂ、搬送されてきた記録紙３２を所定のタイミングで二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導くレジストローラ１９、記録紙３２を排紙トレイ１８に排出する排紙ローラ１８ａが配置されている。
【０１１８】
また、画像形成装置１００の内部には、手差し給紙トレイ１７からレジストローラ１９に至る間に、ピックアップローラ１７ａおよび搬送ローラ１６ｂを配置した用紙搬送路Ｐ２が形成されている。さらに、排紙ローラ１８ａから用紙搬送路Ｐ１におけるレジストローラ１９の上流側に至る間には、用紙搬送路Ｐ３が形成されている。
【０１１９】
排紙ローラ１８ａは、正逆両方向に回転自在にされており、記録紙３２の片面に画像を形成する片面画像形成時、および、記録紙３２の両面に画像を形成する両面画像形成における第２面画像形成時に正転方向に駆動されて記録紙３２を排紙トレイ１８に排出する。一方、両面画像形成における第１面画像形成時には、排紙ローラ１８ａは、用紙の後端が定着装置１５を通過するまで正転方向に駆動された後、記録紙３２の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて記録紙３２を用紙搬送路Ｐ３内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された記録紙３２は、表裏面および前後端を反転した状態で用紙搬送路Ｐ１に導かれる。
【０１２０】
レジストローラ１９は、用紙カセット１６または手差し給紙トレイ１７から給紙され、または、用紙搬送路Ｐ３を経由して搬送された記録紙３２を、中間転写ベルト１１の回転に同期したタイミングで二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導く。このため、レジストローラ１９は、感光体ドラム１０１や中間転写ベルト１１の動作開始時には回転を停止しており、中間転写ベルト１１の回転に先立って給紙または搬送された記録紙３２は、前端をレジストローラ１９に当接させた状態で用紙搬送路Ｐ１内における移動を停止する。この後、レジストローラ１９は、二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１とが圧接する位置で、記録紙３２の前端部と中間転写ベルト１１上に形成されたトナー像の前端部とが対向するタイミングで回転を開始する。
【０１２１】
なお、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの全てにおいて画像形成が行われるフルカラー画像形成時には、一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄが中間転写ベルト１１を感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの全てに圧接させる。一方、画像形成部Ｐａのみにおいて画像形成が行われるモノクロ画像形成時には、一次転写ローラ１３ａのみを中間転写ベルト１１を感光体ドラム１０１ａに圧接させる。
【０１２２】
以上のように構成される画像形成装置１００は、定着温度が設定温度に対してばらつくのが防止されて均一な定着特性を有する定着装置１５を備えているので、均一で高品位な画像を記録紙３２上に形成することができる。
【０１２３】
（実施例）
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０１２４】
（実施例１）
実施例１において使用した定着装置は、前述した定着装置１５である。この定着装置１５を複写機（商品名：ＭＸ−４５００Ｎ、シャープ株式会社製）に搭載した。実施例１における詳細条件は、以下のようにした。
【０１２５】
＜定着ローラ＞
直径が３０ｍｍで、芯金が直径１５ｍｍのステンレス鋼、弾性層が厚さ５ｍｍのシリコンスポンジゴムであるものを使用した。
【０１２６】
＜加圧ローラ＞
直径が３０ｍｍでシリコンソリッドゴムからなり、芯金直径２４ｍｍ（肉厚２ｍｍ）、離型層には厚さ３０μｍのＰＦＡチューブ、内部に定格電力４００Ｗのヒータランプを配置したものを使用した。
【０１２７】
＜定着ベルト＞
ベルト基材に厚さ７０μｍのポリイミド、弾性層に厚さ１５０μｍのシリコンゴム、離型層に厚さ３０μｍのＰＴＦＥコートが形成されたベルトを使用した。
【０１２８】
＜蛇行防止用カラー＞
内径２０ｍｍ、直径３２ｍｍ、幅７ｍｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）カラーを、定着ローラの端部に定着ベルト端部と接するように配置した。
【０１２９】
＜加熱部材＞
実施例１において使用した加熱部材は、前述した加熱部材２０である。
【０１３０】
［放熱部材］
長手方向の長さが３３５ｍｍで、肉厚が２．５ｍｍのアルミニウムからなる略円筒体の内面に発熱体が配置できるよう深さ３ｍｍ、幅１２ｍｍの溝を形成した。略円筒体の外面にＰＴＦＥおよびＰＦＡの混合材料を厚みが１５μｍになるよう塗布して外面コート層を形成した。次に、略円筒体の内面に、シリコーン系樹脂からなる材料（商品名：Ｂ−６００、オキツモ株式会社製）をスプレー塗布し、その後１８０℃で２０分間焼き付けて、厚みが３５μｍの内面コート層を形成した。このようにして、外面コート層および内面コート層が形成された放熱部材Ａを作製した。
【０１３１】
［押圧部材］
長手方向の長さが３７０ｍｍで、肉厚が１．０ｍｍのステンレスからなる板状物の、加熱部材軸方向と直行する方向端部において、ピッチ１０ｍｍ、高さ３ｍｍの凸凹に切り欠きを形成し、コの字状に折り曲げた。さらに定着装置フレームに固定するための固定アダプタに装着可能になるように板状物の長手方向端部を折り曲げ加工し、放熱部材Ａを作製した。
【０１３２】
［熱伝導部材］
絶縁性の熱伝導部材Ａを構成する材料としては、絶縁性シリコーン系グリス放熱剤Ａである、サンハヤト株式会社製の放熱性シリコーンＳＣＨ−３０（耐熱性３００℃、熱伝導率０．８４Ｗ／ｍ・Ｋ、２５℃において粘性グリス）を用いた。
【０１３３】
導電性で熱伝導部材Ｂを構成する材料として、パーフロロポリエーテル系の導電性グリスＢである、東レダウコーニング社製のモリコートＨＰ−８００（体積抵抗率４×１０２Ω／ｃｍ、熱伝導率１．０Ｗ／ｍ・Ｋ、２５℃において粘性グリス）を用いた。
【０１３４】
［発熱抵抗体および加熱部材Ａ］
実施例１において使用した発熱抵抗体は、１００重量部のチタン酸バリウムをベースにして、キュリー点調整剤およびドープ剤を配合し、湿式混合、成形および焼成するという常法によって得られたもので、厚み１ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、キュリー点３００℃、室温時における電気抵抗７．２５Ωの半導体セラミックス発熱体であり、図３に示すように約２８０℃以上の温度において温度が高くなると急激に電気抵抗が上がるＰＴＣ特性を有している。この半導体セラミックス発熱体には、ニッケルおよび銀からなる給電電極が幅１０ｍｍと長さ２０ｍｍからなる表面に形成されている。
【０１３５】
ここで、本実施例で使用するトナーは定着に必要なウオームアップ時の電力は１２００Ｗであることから、この電力以上の電力を供給できるよう前記式（１）に示す電気抵抗値とした。
【０１３６】
この発熱抵抗体を１０個、長手方向に配列し、両表面に導電性で良熱伝導性のパーフロロポリエーテル系の導電性グリースＢを塗布し、半導体セラミックスの上下に厚み０．２ｍｍのステンレスからなる給電電極、さらにその外両側に厚み３０ｕｍのマイカシート（絶縁層）、放熱部材との間に絶縁性シリコーングリス放熱剤Ａを塗布した。押圧部材とマイカシートとの間に厚み２ｍｍのフッ素ゴム（弾性部材）を入れて、押圧部材Ａを用いて放熱部材に押圧するように、放熱部材Ａを固定アダプタに挿入し、押圧部材の両端を固定アダプタにビス止めして、加熱部材Ａを作製した。実施例１の加熱部材Ａは、絶縁抵抗が１００ＭΩ以上を示し、耐電圧はＡＣ１５００Ｖ／１分間で問題なかった。
【０１３７】
＜サーミスタ＞
発熱抵抗体側サーミスタとして非接触赤外線方式のセンサを、定着ベルトの幅手方向中央部および一方端部にそれぞれ１台設置し、加圧ローラ側サーミスタとして接触式サーミスタを、加圧ローラ表面に接触するように設置した。
【０１３８】
＜装置制御手段＞
装置制御手段は、発熱体側サーミスタによって検出された温度に基づいて、放熱部材の長手方向中央部、両端部の３つの領域に対応する発熱抵抗体に対する給電を制御し、全発熱抵抗体に対する投入電力が１２００Ｗで一定となるようにした。なお、発熱抵抗体に対する投入電力を制御しない場合、理論的には１３８０〜４２００Ｗの電力となり、定着装置の最大電流値が１５Ａであることから、定着装置が成立しない。また、装置制御手段は、通紙のときに、加圧ローラ側サーミスタによって検出された温度に基づいて、加圧ローラのヒータランプに対する給電を制御するようにした。
【０１３９】
＜安全装置＞
定着ベルトの外周面の近傍にサーマルプロテクタを配置し、定着ベルト表面温度が異常高温になると電源回路を切断するようにした。
【０１４０】
＜定着条件＞
定着ニップ部長さ：８．５ｍｍ（定着ニップ部の記録紙搬送方向の長さ）
定着速度：２２０ｍｍ／ｓｅｃ
加熱ニップ部長さ：４４ｍｍ（定着ベルトと加熱部材との記録紙搬送方向の接触長さ）
加熱ニップ部幅：３３０ｍｍ（定着ローラの軸線方向に対応する長さ）
【０１４１】
＜複写機の稼動による評価＞
まず、前述のようにして作製した加熱部材Ａの発熱部材Ａに１００Ｖ電源および装置制御手段を接続し、発熱部材Ａの２５℃における電気抵抗値、すなわち全発熱抵抗体の電気抵抗値を測定したところ、７．２５Ωであった。次に、複写機におけるウォームアップ時間、５０枚の連続通紙した場合の温度ばらつき、小サイズ紙を通紙した場合の加熱部材の端部の昇温を測定した。
【０１４２】
１００Ｖの電圧を加熱部材Ａの発熱抵抗体全体に印加したとき、電力制御機能が働き、１２００Ｗを維持することが確認でき、定着ローラ上の定着ベルト表面温度全体が１８０℃に到達するまでの時間（ウォームアップ時間）は、定着ベルトの幅手方向中央部および両端部ともに、目標である２０．０秒以下の１９．０秒であった。またウォームアップ完了直後における記録紙上の定着画像の定着性に問題はなかった。
【０１４３】
また、加熱部材Ａに対する供給電力として、長手方向中央部に対応する発熱抵抗体に７３０Ｗ、両端部を４７０Ｗ（中央部に比較して電力密度を５％アップ）に設定し、中央部と両端部との通電を区別して制御することで、Ａ４サイズの連続通紙での画像濃度むらはほとんどなく、高品質の画像が得られた。さらに、Ｂ５小サイズ紙を通紙したときの加熱部材Ａの長手方向両端部における温度を、発熱体側サーミスタで測定したところ、過昇温は観られず、消費電力の増大も効率よく抑制できた。
【０１４４】
また、加熱部材Ａは、定着ベルトと接触する放熱部材Ａの外面に外面コート層が形成されているので、放熱部材Ａと定着ベルトとの間の摩擦力が大きくなるのが抑制され、定着ベルトの摺動が摩擦抵抗のないスムースなものであり、定着ベルトの蛇行もなかった。さらに、定着ベルト表面の温度検知に非接触式のサーミスタを使用したため、定着ベルトの表面の損傷もなく、ベルトライフは２００Ｋ枚の印字を確保できた。
【０１４５】
また、加熱部材Ａ表面の温度分布は、連続通紙中においても設定温度に対してばらつくことはなく、定着ベルトに対する伝熱効率の低下が発生することはなかった。さらに、２００Ｋ枚印字後においても、加熱部材Ａを構成する各部材間で局部的な剥離は発生しておらず、安全性に問題はなく、ウォームアップ時間および発熱抵抗体の電気抵抗値も初期と同じであった。
【０１４６】
定着装置に通電した状態で定着ベルトの回転をストップした時の、定着ベルト表面の温度を確認したところ、２８０℃で飽和して、加熱部材および定着ベルトからの発煙は確認されなかった。
【０１４７】
したがって、長期間にわたって信頼性と安全性を確保し、加熱部材Ａの寿命を維持するだけでなく、省エネ仕様の定着装置を備えた複写機となった。
【０１４８】
（比較例１）
発熱部材を以下のような構成にしたこと以外は実施例１と同様にした。
【０１４９】
＜発熱抵抗体および加熱部材Ｂ＞
比較例１において使用した発熱抵抗体は、１００重量部のチタン酸バリウムをベースにして、キュリー点調整剤およびドープ剤を配合し、湿式混合、成形および焼成するという常法によって得られたもので、厚み１ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、キュリー点２６０℃、室温抵抗１５０Ωの半導体セラミックス発熱体で、約２４０℃以上の温度において温度が高くなると急激に電気抵抗が上がるＰＴＣ特性を有している。この半導体セラミックス発熱体には、実施例１と同様にニッケルおよび銀からなる通電電極が幅１０ｍｍと長さ２０ｍｍからなる表面に形成されている。
【０１５０】
なお、本比較例においては実施例１と同様に定着に必要な電力は１２００Ｗである。この発熱抵抗体を１０個、長手方向に配列し、その半導体セラミックスの上下に厚み０．２ｍｍのステンレスからなる給電電極、さらにその外両側に厚み３０ｕｍのマイカシートを設けた。押圧部材とマイカシートとの間に厚み２ｍｍのフッ素ゴムを入れて、押圧部材Ａを用いて放熱部材に押圧するように、放熱部材Ａを固定アダプタに挿入し、押圧部材の両端をアダプタにビス止めして、加熱部材Ｂを作製した。比較例１の加熱部材Ｂは、絶縁抵抗が１００ＭΩ以上を示し、耐電圧はＡＣ１５００Ｖ／１分間で問題なかった。
【０１５１】
＜複写機の稼動による評価＞
まず、前述のようにして作製した加熱部材Ｂの発熱部材Ｂに１００Ｖ電源および装置制御手段を接続し、加熱部材Ｂの２５℃における電気抵抗を測定したところ、全体の電気抵抗が１５．０Ωであった。次に、複写機におけるウォームアップ時間、５０枚の連続通紙した場合の温度ばらつき、小サイズ紙を通紙した場合の端部昇温を測定した。
【０１５２】
１００Ｖの電圧を加熱部材Ｂの全体に印加したとき、定着ローラ上の定着ベルト表面温度全体が１８０℃に到達するまでの時間（ウォームアップ時間）は、３２．５ｓｅｃであり、目標とする２０．０ｓｅｃ以下のウォームアップ時間を安定に達成することができなかった。ウォームアップ完了直後における記録紙上の定着画像の定着性は一部定着不良が発生した。
【０１５３】
そして、連続通紙でも画像濃度むらが発生し、高品質の画像を得ることは出来なかった。
【０１５４】
小サイズ紙を通紙したときの加熱部材Ｂの軸線方向両端部の温度を、発熱体側サーミスタで測定したところ、過昇温は観られなかったが、電力不足のため、定着性は良くなかった。
【符号の説明】
【０１５５】
１５，１５０  定着装置
１５ａ  定着ローラ
１５ｂ  加圧ローラ
２０  加熱部材
２５  定着ベルト
１００  画像形成装置
２０１  放熱部材
２０２  熱伝導部材
２０３  発熱部材
２０４  押圧部材
２０５  固定アダプタ
２０３３  発熱層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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