(57)【要約】【課題】所定の温度に安定して維持することができるヒータユニット、定着装置、および画像形成装置を提供すること。【解決手段】本発明のヒータユニット１は、互いに対向する１対の電極１２、１３と、１対の電極１２、１３間に介挿され、通電により発熱する板状の発熱体１１と、発熱体１１をその厚さ方向に貫通し、発熱体１１よりも高い熱伝導性を有する少なくとも１つの伝熱部材１４とを有し、伝熱部材１４の熱伝導により、発熱体１１の厚さ方向での温度分布の均一化を図るように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する１対の電極と、
前記１対の電極間に介挿され、通電により発熱する板状の発熱体と、
前記発熱体をその厚さ方向に貫通し、前記発熱体よりも高い熱伝導性を有する少なくとも１つの伝熱部材とを有し、
前記伝熱部材の熱伝導により、前記発熱体の厚さ方向での温度分布の均一化を図るように構成されていることを特徴とするヒータユニット。
【請求項２】
前記発熱体は、ＰＴＣ特性を有する請求項１に記載のヒータユニット。
【請求項３】
前記伝熱部材は、絶縁性を有する請求項１または２に記載のヒータユニット。
【請求項４】
前記伝熱部材は、セラミックを主材料として構成されている請求項３に記載のヒータユニット。
【請求項５】
前記伝熱部材は、複数設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載のヒータユニット。
【請求項６】
前記複数の伝熱部材は、前記発熱体の面方向に均一に分散するように配列されている請求項５に記載のヒータユニット。
【請求項７】
前記伝熱部材と前記発熱体との間に充填され、前記発熱体よりも熱伝導性が高く、かつ、絶縁性を有する無機粉末を主材料として構成された充填材を有する請求項１ないし６のいずれかに記載のヒータユニット。
【請求項８】
前記伝熱部材が前記各電極を貫通するように構成されている請求項１ないし７のいずれかに記載のヒータユニット。
【請求項９】
前記各電極の前記発熱体と反対側の面に接合された支持基材を有する請求項８に記載のヒータユニット。
【請求項１０】
未定着像を担持する記録媒体を加熱するヒータユニットと、前記記録媒体を加圧する加圧ローラとを有し、前記ヒータユニットが前記記録媒体を加熱するとともに、前記加圧ローラが前記記録媒体を加圧することにより、前記未定着像を前記記録媒体に定着させるものであり、
前記ヒータユニットは、
互いに対向する１対の電極と、
前記１対の電極間に介挿され、通電により発熱する板状の発熱体と、
前記発熱体をその厚さ方向に貫通し、前記発熱体よりも高い熱伝導性を有する少なくとも１つの伝熱部材とを有し、
前記伝熱部材の熱伝導により、前記発熱体の厚さ方向での温度分布の均一化を図るように構成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
前記発熱体の外周に沿って設けられたエンドレスベルト状をなすベルト状部材を有し、前記加圧ローラは、前記ベルト状部材に押圧され、前記ベルト状部材および前記加圧ローラを互いに圧接回転させながら前記ベルト状部材と前記加圧ローラとの間で前記記録媒体を挟持搬送することにより、前記記録媒体を加熱および加圧して前記未定着像を前記記録媒体に定着させるように構成されている請求項１０に記載の定着装置。
【請求項１２】
前記発熱体は、前記ベルト状部材を介して前記加圧ローラに押圧されている請求項１１に記載の定着装置。
【請求項１３】
前記伝熱部材は、前記ベルト状部材と前記加圧ローラとの圧接部の法線方向に前記発熱体を貫通している請求項１２に記載の定着装置。
【請求項１４】
未定着像を担持する記録媒体を加熱および加圧することにより前記未定着像を前記記録媒体に定着させる定着装置を有し、
前記定着装置は、未定着像を担持する記録媒体を加熱するヒータユニットと、前記記録媒体を加圧する加圧ローラとを有し、前記ヒータユニットが前記記録媒体を加熱するとともに、前記加圧ローラが前記記録媒体を加圧することにより、前記未定着像を前記記録媒体に定着させるものであり、
前記ヒータユニットは、
互いに対向する１対の電極と、
前記１対の電極間に介挿され、通電により発熱する板状の発熱体と、
前記発熱体をその厚さ方向に貫通し、前記発熱体よりも高い熱伝導性を有する少なくとも１つの伝熱部材とを有し、
前記伝熱部材の熱伝導により、前記発熱体の厚さ方向での温度分布の均一化を図るように構成されてい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、ヒータユニット、定着装置、および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を採用するプリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置には、トナーにより形成されたトナー像を未定着状態で担持する紙等の記録媒体を加熱および加圧することにより、トナー像を記録媒体に定着させる定着装置が備えられている(例えば、特許文献１参照。)。
かかる定着装置は、一般に、熱源としてヒータユニットを備えるが、かかるヒータユニットとしては、特許文献１に開示されているように、熱源としてセラミックヒータを用いたものが知られている。かかるヒータユニットでは、板状をなすセラミックヒータの一方の面がホルダに接合・支持されている。特に、特許文献１では、セラミックヒータをＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性を有する材料で構成することで、省電力化を図るとともに、温度センサを省略して低コスト化を図っている。
【０００３】
かかるヒータユニットは一般にいわゆるベルト定着方式を採用する定着装置に用いられるが、このような定着装置では、ヒータユニットの外周に沿って無端ベルト状の定着ベルトが設けられ、この定着ベルトを介してヒータユニットに加圧ローラが押圧されている。そして、未定着のトナー像を担持する記録媒体を定着ベルトと加圧ローラとの間に通過させることにより、記録媒体を加熱・加圧して、トナー像を記録媒体に定着させることができる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１にかかるヒータユニットでは、セラミックスヒータが一様に同一材料で板状に形成されているため、セラミックスヒータの厚さが大きいと、セラミックヒータの厚さ方向での温度分布が不均一になり易く、所定の温度に安定して維持することができない場合がある。
例えば、特許文献１に開示されているようにセラミックスヒータがＰＴＣ特性を有している場合、セラミックヒータの温度分布が不均一になると、いわゆるピンチ効果により発熱量が低下してしまう。特に、連続定着処理時では、記録媒体や定着ベルトなどに熱を奪われてセラミックヒータの記録媒体側の部分の温度が低くなるにもかかわらずその反対側の部分の温度が高いままとなって、前述したようなピンチ効果による問題が顕著となる。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３１３５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、所定の温度に安定して維持することができるヒータユニット、定着装置、および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】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のヒータユニットは、互いに対向する１対の電極と、
前記１対の電極間に介挿され、通電により発熱する板状の発熱体と、
前記発熱体をその厚さ方向に貫通し、前記発熱体よりも高い熱伝導性を有する少なくとも１つの伝熱部材とを有し、
前記伝熱部材の熱伝導により、前記発熱体の厚さ方向での温度分布の均一化を図るように構成されていることを特徴とする。
これにより、伝熱部材が発熱体よりも熱伝導性が高く、かつ、伝熱部材が発熱体の厚さ方向に貫通しているため、発熱体の厚さ方向での温度分布を均一化することができる。そのため、本発明にかかるヒータユニットは、所定の温度に安定して維持することができる。
【０００８】
本発明のヒータユニットでは、前記発熱体は、ＰＴＣ特性を有することが好ましい。
これにより、発熱体がＰＴＣ特性（自己温度制御性）を有するため、サーミスタなどの温度センサ等を設けなくても、ヒータを所定の温度に維持することができる。そのため、ヒータユニット（定着装置）を低コスト化することができる。また、本発明では、発熱体の厚さ方向での温度分布の均一化を図ることができるので、ＰＴＣ特性を有する発熱体がいわゆるピンチ効果により発熱量が低下するのを防止することができる。
【０００９】
本発明のヒータユニットでは、前記伝熱部材は、絶縁性を有することが好ましい。
これにより、伝熱部材と発熱体との間に絶縁処理を省略して、簡単化および低コスト化を図ることができる。
本発明のヒータユニットでは、前記伝熱部材は、セラミックを主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、伝熱部材と発熱体との間の隙間が小さくても、伝熱部材の熱膨張を抑えて発熱体の損傷や変形を防止することができる。
【００１０】
本発明のヒータユニットでは、前記伝熱部材は、複数設けられていることが好ましい。
これにより、発熱体の厚さ方向での温度分布をより均一化することができる。
本発明のヒータユニットでは、前記複数の伝熱部材は、前記発熱体の面方向に均一に分散するように配列されていることが好ましい。
これにより、発熱体の厚さ方向および面方向での温度分布の均一化を図ることができる。
【００１１】
本発明のヒータユニットでは、前記伝熱部材と前記発熱体との間に充填され、前記発熱体よりも熱伝導性が高く、かつ、絶縁性を有する無機粉末を主材料として構成された充填材を有することが好ましい。
これにより、発熱体と伝熱部材との間の伝熱効率を向上させることができる。その結果、発熱体の厚さ方向での温度分布をより均一化することができる。
【００１２】
本発明のヒータユニットでは、前記伝熱部材が前記各電極を貫通するように構成されていることが好ましい。
これにより、伝熱部材が発熱体の厚さ方向に熱膨張したときに電極を発熱体から離間する方向に変位させてしまうのを防止することができる。そのため、発熱体と各電極との接触不良を防止して、発熱体を安定して発熱させることができる。
本発明のヒータユニットでは、前記各電極の前記発熱体と反対側の面に接合された支持基材を有することが好ましい。
これにより、ヒータユニットの機械的強度を向上させることができる。
【００１３】
本発明の定着装置は、未定着像を担持する記録媒体を加熱するヒータユニットと、前記記録媒体を加圧する加圧ローラとを有し、前記ヒータユニットが前記記録媒体を加熱するとともに、前記加圧ローラが前記記録媒体を加圧することにより、前記未定着像を前記記録媒体に定着させるものであり、
前記ヒータユニットは、
互いに対向する１対の電極と、
前記１対の電極間に介挿され、通電により発熱する板状の発熱体と、
前記発熱体をその厚さ方向に貫通し、前記発熱体よりも高い熱伝導性を有する少なくとも１つの伝熱部材とを有し、
前記伝熱部材の熱伝導により、前記発熱体の厚さ方向での温度分布の均一化を図るように構成されていることを特徴とする。
これにより、ヒータユニットが消費電力を抑えつつ所定の温度に安定して維持することができるため、省電力でかつ信頼性の高い定着装置を提供することができる。
【００１４】
本発明の定着装置では、前記発熱体の外周に沿って設けられたエンドレスベルト状をなすベルト状部材を有し、前記加圧ローラは、前記ベルト状部材に押圧され、前記ベルト状部材および前記加圧ローラを互いに圧接回転させながら前記ベルト状部材と前記加圧ローラとの間で前記記録媒体を挟持搬送することにより、前記記録媒体を加熱および加圧して前記未定着像を前記記録媒体に定着させるように構成されていることが好ましい。
これにより、ローラ方式などの定着方式に比し、ヒータからの熱を記録媒体に効率的に伝達することができる。
【００１５】
本発明の定着装置では、前記発熱体は、前記ベルト状部材を介して前記加圧ローラに押圧されていることが好ましい。
これにより、ベルト状部材を効率的に加熱するとともに、ヒータからの熱を記録媒体に効率的に伝達することができる。その結果、より省電力なものとしつつ、定着特性を向上させることができる。
本発明の定着装置では、前記伝熱部材は、前記ベルト状部材と前記加圧ローラとの圧接部の法線方向に前記発熱体を貫通していることが好ましい。
これにより、発熱体の厚さ方向での温度分布をより均一化することができる。
【００１６】
本発明の画像形成装置は、未定着像を担持する記録媒体を加熱および加圧することにより前記未定着像を前記記録媒体に定着させる定着装置を有し、
前記定着装置は、未定着像を担持する記録媒体を加熱するヒータユニットと、前記記録媒体を加圧する加圧ローラとを有し、前記ヒータユニットが前記記録媒体を加熱するとともに、前記加圧ローラが前記記録媒体を加圧することにより、前記未定着像を前記記録媒体に定着させるものであり、
前記ヒータユニットは、
互いに対向する１対の電極と、
前記１対の電極間に介挿され、通電により発熱する板状の発熱体と、
前記発熱体をその厚さ方向に貫通し、前記発熱体よりも高い熱伝導性を有する少なくとも１つの伝熱部材とを有し、
前記伝熱部材の熱伝導により、前記発熱体の厚さ方向での温度分布の均一化を図るように構成されていることを特徴とする。
これにより、ヒータユニットが消費電力を抑えつつ所定の温度に安定して維持することができるため、省電力でかつ信頼性の高い画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のヒータユニット、定着装置、および画像形成装置の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
＜画像形成装置＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかる画像形成装置を示す全体構成の模式的断面図である。
【００１８】
図１に示す本実施形態の画像形成装置１０は、主として露光・現像・転写・定着を含む一連の画像形成プロセスによって画像を記録媒体に記録するものである。このような画像形成装置１０は、図１に示すように、静電的な潜像を担持し図示矢印方向に回転する感光体２０を有し、その回転方向に沿って順次、帯電ユニット３０、露光ユニット４０、現像ユニット５０、中間転写体６１、クリーニングユニット７５が配設されている。また、画像形成装置１０は、図１にて下部に、紙などの記録媒体Ｐを収容する給紙トレイ８２が設けられ、その給紙トレイ８２に対して記録媒体Ｐの搬送方向下流に、中間転写体６１、定着装置９０が記録媒体Ｐの搬送方向に沿って順次配設されている。また、画像形成装置１０には、記録媒体の両面に画像を形成する場合に、定着装置９０によって一方の面に定着処理された記録媒体Ｐを表裏反転させて、後述する二次転写位置へ帰還させるための搬送部８８が設けられている。
【００１９】
感光体２０は、円筒状の導電性基材（図示せず）と、その外周面に形成された感光層（図示せず）とを有し、その軸線まわりに図１中矢印方向に回転可能となっている。
帯電ユニット３０は、コロナ帯電などにより感光体２０の表面を一様に帯電するための装置である。
露光ユニット４０は、図示しないパーソナルコンピュータなどのホストコンピュータから画像情報を受けこれに応じて、一様に帯電された感光体２０上に、レーザを照射することによって、静電的な潜像を形成する装置である。
【００２０】
現像ユニット５０は、ブラック現像装置５１と、マゼンタ現像装置５２と、シアン現像装置５３と、イエロー現像装置５４との４つの現像装置を有し、これらの現像装置を感光体２０上の潜像に対応して選択的に用いて、前記潜像をトナー像として可視化する装置である。ブラック現像装置５１はブラック（Ｋ）トナー、マゼンタ現像装置５２はマゼンタ（Ｍ）トナー、シアン現像装置５３はシアン（Ｃ）トナー、イエロー現像装置５４はイエロー（Ｙ）トナーを用いて現像を行う。
【００２１】
本実施形態におけるＹＭＣＫ現像ユニット５０は、前述の４つの現像装置５１、５２、５３、５４を選択的に感光体２０に対向するように、回転可能となっている。具体的には、このＹＭＣＫ現像ユニット５０は、軸５０ａを中心として回転可能な保持体５５の４つの保持部５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄにそれぞれ４つの現像装置５１、５２、５３、５４が保持されており、保持体５５の回転により、４つの現像装置５１、５２、５３、５４が相対位置関係を維持したまま、感光体２０に選択的に対向するようになっている。
【００２２】
中間転写体６１は、エンドレスベルト状の中間転写ベルト７０を有し、この中間転写ベルト７０は、一次転写ローラ６０、従動ローラ７２、および駆動ローラ７１で張架されており、駆動ローラ７１の回転により、図１に示す矢印方向に、感光体２０とほぼ同じ周速度にて回転駆動される。
一次転写ローラ６０は、感光体２０に形成された単色のトナー像を中間転写ベルト７０に転写するための装置である。
【００２３】
中間転写ベルト７０上には、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのうちの少なくとも１色のトナー像が担持され、例えばフルカラー画像の形成時に、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの４色のトナー像が順次重ねて転写されて、フルカラーのトナー像が形成される。本実施形態では、駆動ローラ７１が、後述する二次転写ローラ８０のバックアップローラとしても機能する。また、一次転写ローラ６０、駆動ローラ７１、従動ローラ７２は、基体７３によって支持されている。
【００２４】
二次転写ローラ８０は、中間転写ベルト７０上に形成された単色やフルカラーなどのトナー像を、紙、フィルム、布等の記録媒体Ｐに転写するための装置である。
定着装置９０は、前記トナー像の転写を受けた記録媒体Ｐを加熱および加圧することにより、前記トナー像を記録媒体Ｐに融着させて永久像として定着させるための装置である。なお、定着装置９０については、後に詳述する。
【００２５】
クリーニングユニット７５は、一次転写ローラ６０と帯電ユニット３０との間で感光体２０の表面に当接するゴム製のクリーニングブレード７６を有し、一次転写ローラ６０によって中間転写ベルト７０上にトナー像が転写された後に、感光体２０上に残存するトナーをクリーニングブレード７６により掻き落として除去するための装置である。
搬送部８８は、定着装置９０によって一方の面に定着処理された記録媒体Ｐを挟持搬送する搬送ローラ対８８Ａ、８８Ｂと、搬送ローラ対８８Ａ、８８Ｂによって搬送される記録媒体Ｐを表裏反転しつつレジローラ８６へ向け案内する搬送路８８Ｃとを備えている。これにより、記録媒体の両面に画像形成する場合に、定着装置９０によって一方の面に定着処理された記録媒体Ｐを表裏反転して二次転写ローラ８０へ帰還させる。
【００２６】
次に、このように構成された画像形成装置１０の動作を説明する。
まず、図示しないホストコンピュータからの指令により、感光体２０、現像ユニット５０に設けられた現像ローラ（図示せず）、および中間転写ベルト７０が回転を開始する。そして、感光体２０は、回転しながら、帯電ユニット３０により順次帯電される。
感光体２０の帯電された領域は、感光体２０の回転に伴って露光位置に至り、露光ユニット４０によって、第１色目、例えばイエローＹの画像情報に応じた潜像が前記領域に形成される。
【００２７】
感光体２０上に形成された潜像は、感光体２０の回転に伴って現像位置に至り、イエロー現像装置５４によってイエロートナーで現像される。これにより、感光体２０上にイエロートナー像が形成される。このとき、ＹＭＣＫ現像ユニット５０は、イエロー現像装置５４が、前記現像位置にて感光体２０と対向している。
感光体２０上に形成されたイエロートナー像は、感光体２０の回転に伴って一次転写位置（すなわち、感光体２０と一次転写ローラ６０との対向部）に至り、一次転写ローラ６０によって、中間転写ベルト７０に転写（一次転写）される。このとき、一次転写ローラ６０には、トナーの帯電極性とは逆の極性の一次転写電圧（一次転写バイアス）が印加される。なお、この間、二次転写ローラ８０は、中間転写ベルト７０から離間している。
【００２８】
前述の処理と同様の処理が、第２色目、第３色目および第４色目について繰り返して実行されることにより、各画像信号に対応した各色のトナー像が、中間転写ベルト７０に重なり合って転写される。これにより、中間転写ベルト７０上にはフルカラートナー像が形成される。
一方、記録媒体Ｐは、給紙トレイ８２から、給紙ローラ８４、レジローラ８６によって二次転写ローラ８０へ搬送される。
【００２９】
中間転写ベルト７０上に形成されたフルカラートナー像は、中間転写ベルト７０の回転に伴って二次転写位置（すなわち、二次転写ローラ８０と駆動ローラ７１との対向部）に至り、二次転写ローラ８０によって記録媒体Ｐに転写（二次転写）される。このとき、二次転写ローラ８０は中間転写ベルト７０に押圧されるとともに二次転写電圧（二次転写バイアス）が印加される。
【００３０】
記録媒体Ｐに転写されたフルカラートナー像は、定着装置９０によって加熱および加圧されて記録媒体Ｐに融着される。その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対８７によって画像形成装置１０の外部へ排出される。
一方、感光体２０は一次転写位置を経過した後に、クリーニングユニット７５のクリーニングブレード７６によって、その表面に付着しているトナーが掻き落とされ、次の潜像を形成するための帯電に備える。掻き落とされたトナーは、クリーニングユニット７５内の残存トナー回収部に回収される。
【００３１】
記録媒体の両面に画像形成する場合には、定着装置９０によって一方の面に定着処理された記録媒体Ｐを一旦排紙ローラ対８７により挟持した後に、排紙ローラ対８７を反転駆動するとともに、搬送ローラ対８８Ａ、８８Ｂを駆動して、当該記録媒体Ｐを搬送路８８Ｃを通じて表裏反転して二次転写ローラ８０へ帰還させ、前述と同様の動作により、記録媒体Ｐの他方の面に画像を形成する。
【００３２】
＜定着装置＞
ここで、本発明にかかる定着装置９０を図２および図３に基づいて詳細に説明する。
図２は、図１に示す画像形成装置に備えられた定着装置を示す模式的断面図、図３は、図２に示す定着装置に備えられたヒータユニットを示す斜視図、図４は、図２に示す定着装置に備えられたヒータユニットの部分拡大断面図である。
【００３３】
定着装置９０は、いわゆるベルト定着方式を採用しており、図２に示すように、本発明にかかるヒータユニット１と、このヒータユニット１の外周を囲むように設けられたエンドレスベルト状のベルト状部材９１と、ベルト状部材９１の内側にてヒータユニット１と協働してベルト状部材９１を張架するローラ９２、９３と、ベルト状部材９１を介してヒータユニット１に押圧される加圧ローラ９４とを有している。
【００３４】
この定着装置９０は、ベルト状部材９１および加圧ローラ９４が互いに圧接することにより形成されるニップ部Ｎにて、トナー像Ｔを未定着状態で担持する記録媒体Ｐ（すなわち未定着像を担持する記録媒体Ｐ）を挟持搬送することにより、記録媒体Ｐを加熱および加圧して、トナー像Ｔを記録媒体Ｐに定着させる。
このような定着装置９０は、ベルト定着方式を採用しているため、ローラ方式などの定着方式に比し、ヒータユニット１からの熱を記録媒体Ｐに効率的に伝達することができる。
【００３５】
また、ヒータユニット１がベルト状部材９１の内周面に摺動可能に設けられているため、ベルト状部材９１を効率的に加熱することができる。
さらに、ヒータユニット１がベルト状部材９１を介して加圧ローラ９４に押圧されているため、ヒータユニット１からの熱を記録媒体Ｐに効率的に伝達することができる。
その上、定着装置９０は、後述するように温度分布の均一化が図られたヒータユニット１を有しているため、優れた定着特性を発揮するとともに、ウォームアップ時間の短縮化および省電力化を図ることができる。
【００３６】
以下、定着装置９０を構成する各部を順次説明する。
ヒータユニット１は、図２および図３に示すように、通電により発熱する複数の板状の発熱体１１と、この複数の発熱体１１を狭持する１対の電極１２、１３と、発熱体１１をその厚さ方向に貫通する複数の伝熱部材１４と、発熱体１１を支持するための１対の支持基材１５、１６と、これらを互いに接合するための接合材１７とを有している。
【００３７】
各発熱体１１は、板状をなし、通電により発熱するものである。また、複数の発熱体１１は、ニップ部Ｎに沿って並設されている。
このような発熱体１１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、インジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）、カーボン系材料、チタン酸化物系セラミック（ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金等が挙げられる。
【００３８】
上述したような材料の中でも、発熱体１１の構成材料としては、ＩＴＯ、カーボン系材料、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３等の正の抵抗温度特性（ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性）を有する材料が好ましい。ＰＴＣ特性を有する材料を用いることにより、例えばサーモスタット等の温度制御装置等やサーミスタなどの温度センサを用いることなく温度調節が可能である（自己温度制御性を有する）。また、温度制御装置や温度センサなどを省略することにより、定着装置９０の低コスト化、小型化、および省電力化を図ることが可能になる。
また、ＰＴＣ特性を有する材料は、電圧を印加すると、ジュール熱により、当該材料自体の温度が上昇するが、一旦所定温度に到達すると電気抵抗が急激に高くなり、電流が抑えられ、所定温度を維持することができる。このように、自己温度調節機能を有する材料は、所定温度以上に発熱することが防止され、安全性にも優れている。
【００３９】
このような発熱体１１を狭持する１対の電極１２、１３は、各発熱体１１に通電するためのものである。
本実施形態では、各電極１２、１３は、複数の発熱体１１が並設されてなる長尺体よりも若干長い寸法に形成されている。
各電極１２、１３は、ニップ部Ｎに沿って延在し、それぞれの一端部では、電極１２に配線１８が接続され、電極１３に配線１９が接続されている。これらの配線１８、１９は、図示しない電源回路に接続されていて、外部から１対の電極１２、１３を介して発熱体１１に通電することが可能となっている。
このような各電極１２、１３の構成材料としては、特に限定されず、各種電極材料を用いることができる。
【００４０】
前述した発熱体１１をその厚さ方向に貫通する複数の伝熱部材１４は、発熱体１１よりも高い熱伝導性を有し、各伝熱部材１４の熱伝導により、発熱体１１の厚さ方向での温度分布の均一化を図るように構成されている。
このように、伝熱部材１４は、発熱体１１よりも熱伝導性が高く、かつ、伝熱部材１４が発熱体１１の厚さ方向に貫通しているため、発熱体１１の厚さ方向での温度分布を均一化することができる。そのため、本発明にかかるヒータユニット１は、所定の温度に安定して維持することができる。
このような伝熱部材１４を有するヒータユニット１では、特に、発熱体１１がＰＴＣ特性を有している場合、発熱体１１の厚さ方向での温度分布の均一化を図って、発熱体１１がいわゆるピンチ効果により発熱量が低下するのを防止することができる。
【００４１】
このような伝熱部材１４の構成材料としては、発熱体１１の構成材料よりも高い熱伝導性を有する材料であれば特に限定されず、各種金属、各種セラミック等を用いることができるが、絶縁性を有しているものを用いるのが好ましい。伝熱部材１４が絶縁性を有していると、伝熱部材１４と発熱体１１との間に絶縁処理をしなくても、伝熱部材１４が１対の電極１２、１３間を短絡させてしまうことがなく、発熱体１１を通電により発熱させることができる。したがって、伝熱部材１４と発熱体１１との間の絶縁処理を省略して、ヒータユニット１の簡単化および低コスト化を図ることができる。
特に、伝熱部材１４は、セラミックを主材料として構成されているのが好ましい。これにより、伝熱部材１４と発熱体１１との間の隙間が小さくても、伝熱部材１４の熱膨張を抑えて発熱体１１の損傷や変形を防止することができる。
【００４２】
前述したような観点から、伝熱部材１４は、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＭｇＯ、ＳｉＣなどの導電性および絶縁性に優れたセラミックを主材料として構成されているのが好ましい。
このような複数の伝熱部材１４は、発熱体１１の面方向に均一に分散するように配列されている。特に、本実施形態では、複数の伝熱部材１４は、ニップ部Ｎの延在方向（加圧ローラ９４の軸線方向）に互いに等ピッチで間隔を隔てて並設された複数の伝熱部材１４１と、この複数の伝熱部材１４１に対しニップ部Ｎの幅方向に間隔を隔てるとともにニップ部Ｎの延在方向に半ピッチずれた状態で互いに伝熱部材１４１と同ピッチで間隔を隔てて並設された複数の伝熱部材１４２とで構成されている。
このように伝熱部材１４が複数設けられているため、発熱体１１の厚さ方向での温度分布をより均一化することができる。
【００４３】
また、複数の伝熱部材１４が発熱体１１の面方向に均一に分散するように配列されているため、発熱体１１の厚さ方向および面方向での温度分布の均一化を図ることができる。
また、各伝熱部材１４は、発熱体１１の厚さ方向に延在する棒状をなし、その横断面が円形をなしている。すなわち、各伝熱部材１４は、円柱状をなし、その軸線が発熱体１１の厚さ方向に延在している。
【００４４】
より具体的に説明すると、図４（ａ）に示すように、発熱体１１には、その厚さ方向に貫通する貫通孔１１１が形成され、この貫通孔１１１に伝熱部材１４が挿通されている。
貫通孔１１１は、その横断面が円形をなしているとともに、伝熱部材１４の直径よりも若干大きな直径を有している。したがって、発熱体１１と伝熱部材１４との間には、間隙が形成されている。そして、この間隙には、充填材１７１が充填されている。
【００４５】
この充填材１７１は、発熱体１１よりも熱伝導性が高く、かつ、絶縁性を有する無機粉末を主材料として構成されたものである。
このような充填材１７１の無機粉末は、前述したような絶縁性および熱伝導性を有するものであれば特に限定されないが、ＳｉＮ（窒化珪素）やＡｌＮ（窒化アルミニウム）のような窒化物系セラミック、ＭｇＯ（マグネシア）のような酸化物系セラミック、ＳｉＣ（炭化珪素）のような炭化物系セラミック、またはこれらの複合セラミックなどのセラミックスを用いることができ、特に、酸化物系セラミック（特にＭｇＯ）および／または窒化物系セラミック（特にＳｉＮ、ＡｌＮ）で構成されているのが好ましい。このような無機粉末は、絶縁性および熱伝導性に優れる。したがって、発熱体１１と伝熱部材１４との間の絶縁処理を省略して、ヒータユニット１の低コスト化を図ることができる。また、発熱体１１と伝熱部材１４との間の伝熱効率を向上させることができ、その結果、発熱体１１の厚さ方向での温度分布をより均一化することができる。
【００４６】
なお、充填材１７１には、前述したような無機充填材のほか、他の成分が含まれていてもよい。例えば、充填材１７１には、熱硬化性樹脂からなる接着剤を少量含んでいてもよい。
また、このような充填材１７１は、発熱体１１と伝熱部材１４との間に圧入されているのが好ましい。これにより、発熱体１１と伝熱部材１４との間の伝熱効率を向上させることができる。
【００４７】
前述したように伝熱部材１４の横断面形状と貫通孔１１１の横断面形状とが同じである。したがって、伝熱部材１４の全周に亘って均一に発熱体１１と伝熱部材１４との間の伝熱が行われるため、発熱体１１の面方向での温度分布の均一化を図ることができる。
また、貫通孔１１１の横断面は円形をなしているため、伝熱部材１４の熱膨張に伴って発熱体１１の貫通孔１１１付近に生じる応力の集中を防止し、損傷を防止することができる。
【００４８】
また、各伝熱部材１４の両端部のうち、一端部は電極１２を貫通し、他端部は電極１３を貫通している。これにより、各伝熱部材１４が発熱体１１の厚さ方向に熱膨張したときに各電極１２、１３を発熱体１１から離間する方向に変位させてしまうのを防止することができる。そのため、発熱体１１と各電極１２、１３との接触不良を防止して、発熱体１１を安定して発熱させることができる。
【００４９】
このような電極１２の発熱体１１と反対側の面には、支持基材１５が接合され、電極１３の発熱体１１と反対側の面には、支持基材１６が接合されている。このような支持基材１５、１６が設けられていることにより、ヒータユニット１の機械的強度を向上させることができる。
ここで、電極１２は、支持基材１５上に成膜されたものであり、電極１３は、支持基材１６上に成膜されたものである。
【００５０】
各支持基材１５、１６は、熱伝導性を有するとともに、板状をなし、複数の発熱体１１を支持する機能を有している。また、本実施形態では、支持基材１６は、ベルト状部材９１の内周面を支持するとともに、ニップ部Ｎの形状を規定する機能を有する。
このような支持基材１５、１６のそれぞれの構成材料としては、特に限定されず、樹脂、金属、セラミックス、ガラス、またはこれらの複合材などを用いることができるが、ＡｌＮなどの伝熱性および絶縁性に優れたセラミックや、ステンレスまたはアルミニウム合金などの伝熱性および機械的強度に優れた金属を用いるのが好ましい。
【００５１】
ステンレスまたはアルミニウム合金などの伝熱性および機械的強度に優れた金属で支持基材１５、１６が構成されていると、ヒータユニット１の熱容量を抑えつつ機械的強度を優れたものとすることができる。
また、ＡｌＮなどの伝熱性および絶縁性に優れたセラミックで支持基材１５、１６が構成されていると、ヒータユニット１の熱容量を抑えつつ機械的強度を優れたものとすることができるとともに、電極１２、１３が絶縁体である支持基材１５、１６で覆われることになるため、安全性を高めることができる。
【００５２】
また、支持基材１６のベルト状部材９１との摺動面には、摺動性を向上させる処理が施されているのが好ましい。このような処理としては、特に限定されないが、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）のような硬質かつ摺動性に優れた材料で構成された薄膜を形成する方法が好適に用いられる。
また、支持基材１５、１６のそれぞれの厚さは、特に限定されないが、０．５〜２ｍｍ程度であるのが好ましい。このような範囲の厚さで形成された支持基材１５、１６は、優れた機械的強度および熱伝導性を有するものとすることができる。本実施形態においては、ヒータユニット１が加圧ローラ９４により押圧されることから、その押圧に耐え得る機械的強度となるように支持基材１５、１６が構成されている。
【００５３】
また、図４（ｂ）に示すように、支持基材１５の発熱体１１側の面には、凹部１５１が形成されていて、この凹部１５１内に、伝熱部材１４の端部が進入している。なお、支持基材１６については、支持基材１５と同様に構成されているため、その説明を省略する。
凹部１５１は、その横断面が円形をなしているとともに、伝熱部材１４の直径よりも若干大きな直径を有している。したがって、支持基材１５と伝熱部材１４との間には、間隙が形成されている。そして、この間隙には、充填材１７２が充填されている。
この充填材１７２は、前述した充填材１７１と同様、発熱体１１よりも熱伝導性が高く、かつ、絶縁性を有する無機粉末を主材料として構成されたものである。
【００５４】
このように支持基材１５、１６と伝熱部材１４との間に充填材１７２を充填することにより、伝熱部材１４と支持基材１５、１６との間の伝熱性を向上させることができる。その結果、発熱体１１の面方向での温度分布の均一化を図ることができる。また、充填材１７２に接着剤を含有されている場合、伝熱部材１４や発熱体１１を支持基材１５、１６に強固に支持することができる。そのため、ヒータユニット１の機械的強度を向上させることができる。
【００５５】
このような１対の支持基材１５、１６を互いに接合する接合材１７は、発熱体１１よりも熱伝導性が高く、かつ、絶縁性を有する無機粉末を主材料として構成されたものであり、また、無機充填材のほか、熱硬化性樹脂などからなる接着剤を含んでいる。
このような接合材１７は、１対の支持基材１５、１６を互いに接合することで、発熱体１１と支持基材１５、１６との間に接着剤を用いなくても、１対の支持基材１５、１６間に発熱体１１や１対の電極１２、１３を狭持・支持することができる。そのため、ヒータユニット１の厚さ方向での伝熱性を優れたものとするとともに、ヒータユニット１の低コスト化を図ることができる。
【００５６】
このような接合材１７の無機粉末は、前述した充填材１７１、１７２の無機粉末と同様、前述したような絶縁性および熱伝導性を有するものであれば特に限定されないが、ＳｉＮ（窒化珪素）やＡｌＮ（窒化アルミニウム）のような窒化物系セラミック、ＭｇＯ（マグネシア）のような酸化物系セラミック、ＳｉＣ（炭化珪素）のような炭化物系セラミック、またはこれらの複合セラミックなどのセラミックスを用いることができ、特に、酸化物系セラミック（特にＭｇＯ）および／または窒化物系セラミック（特にＳｉＮ、ＡｌＮ）で構成されているのが好ましい。このような無機粉末は、絶縁性および熱伝導性に優れる。したがって、１対の支持基材１５、１６間や１対の電極１２、１３間を絶縁しつつ、接合材１７の伝熱により１対の支持基材１５、１６間の温度差を低減し、その結果、発熱体１１の厚さ方向での温度分布をより均一化することができる。
なお、充填材１７１や充填材１７２が無機充填材のほかに接着剤を含む場合、接合材１７と充填材１７１、１７２とを同種のものを用いることができる。これにより、製造コストを低減することができる。
【００５７】
以上説明したようなヒータユニット１の外周を囲むように、ベルト状部材９１が設けられている。
このベルト状部材９１は、エンドレスベルト状（無端帯状）をなし、加圧ローラ９４との圧接によりニップ部Ｎを形成しつつ回転可能に配設されている。
このようなベルト状部材９１の構成材料としては、特に限定されないが、ヒータユニット１の熱に対し耐熱性を有している材料が好適に用いられ、例えば、ステンレスやニッケル合金等の金属、ポリイミドやシリコーン系樹脂等の樹脂などが好適に用いられる。
【００５８】
また、ベルト状部材９１の厚さは、ベルト状部材９１の構成材料に応じて決定され、特に限定されないが、例えば、０．０３〜１ｍｍであるのが好ましく、０．０３〜０．５ｍｍであるのがより好ましい。
このような無端帯状をなすベルト状部材９１の内側には、ヒータユニット１の他に、１対のローラ９２、９３が配設され、ベルト状部材９１は、ヒータユニット１および１対のローラ９２、９３によって張架されている。すなわち、ベルト状部材９１の回転を許容しつつ、ベルト状部材９１には、ヒータユニット１と１対のローラ９２、９３との協働により張力が付与されている。
【００５９】
各ローラ９２、９３は、それぞれの軸線まわりに回転可能に設けられている。本実施形態では、各ローラ９２、９３は、その軸線まわりに回転自在に設けられ、ベルト状部材９１の回転に伴って従動回転するようになっている。なお、１対のローラ９２、９３のうちの一方のローラが回転駆動して、ベルト状部材９１を回転駆動するように構成されていてもよい。
このような１対のローラ９２、９３およびヒータユニット１により張架されたベルト状部材９１には、加圧ローラ９４が押圧されている。
【００６０】
加圧ローラ９４は、円筒状または円柱状をなし、その軸線まわりに回転可能となっている。本実施形態では、加圧ローラ９４は、図示しないモータなどの駆動手段の駆動力により回転するようになっている。
また、加圧ローラ９４は、図２に示すように、円柱状をなす金属製の基部（芯金）９４１と、基部９４１の外周面を覆う弾性層９４２と、弾性層９４２の外周面を覆う離型層９４３とを有している。
【００６１】
弾性層９４２の構成材料としては、例えば、Ｓｉゴム、ＥＰＤＭ、フッ素ゴムなどを好適に用いることができる。
また、弾性層９４２の厚さは、特に限定されないが、０．３〜１０ｍｍであるのが好ましく、０．６〜８ｍｍであるのがより好ましい。これにより、弾性層９４２の耐久性を優れたものとしつつ、ニップ部Ｎの幅を十分なものとすることができる。
【００６２】
また、離型層９４３の厚さは、特に限定されないが、１０〜８０μｍであるのが好ましく、２０〜５０μｍであるのがより好ましい。これにより、離型層９４３に必要な強度を保ちつつ、弾性層９４２の弾性を十分に発揮させることができる。
また、離型層９４３の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡなどを好適に用いることができる。
【００６３】
以上説明したような構成を有する定着装置９０にあっては、図示しない電源回路が１対の配線１８、１９を通じて、１対の電極１２、１３に電圧を印加する。これにより、発熱体１１に通電が行われ、発熱体１１が発熱し、ニップ部Ｎが加熱される。
一方、図示しない駆動手段の駆動力により加圧ローラ９４が回転駆動する。これにより、ベルト状部材９１とヒータユニット１の支持基材１６とが摺動しながら、ベルト状部材９１が従動回転する。このとき、ベルト状部材９１の回転に伴って、各ローラ９２、９３が従動回転する。
そして、未定着のトナー像Ｔを担持する記録媒体Ｐをニップ部Ｎに導入すると、記録媒体Ｐは、ベルト状部材９１および加圧ローラ９４により狭持搬送されながら加圧・加熱される。これにより、トナー像Ｔは、記録媒体Ｐに融着されて定着される。
以上説明したような画像形成装置１０（定着装置９０）によれば、伝熱部材１４が発熱体１１よりも熱伝導性が高く、かつ、伝熱部材１４が発熱体１１の厚さ方向に貫通しているため、発熱体１１の厚さ方向での温度分布を均一化することができる。そのため、本発明にかかるヒータユニット１は、所定の温度に安定して維持することができる。
【００６４】
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の画像形成装置を構成する各部は、同様の機能を発揮する任意のものと置換、または、その他の構成を追加することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる画像形成装置を示す全体構成の模式的断面図である。
【図２】図１に示す画像形成装置に備えられた定着装置を示す模式的断面図である。
【図３】図２に示す定着装置に備えられたヒータユニットを示す斜視図である。
【図４】図２に示す定着装置に備えられたヒータユニットの部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０‥‥‥画像形成装置  ２０‥‥‥感光体  ３０‥‥‥帯電ユニット  ４０‥‥‥露光ユニット  ５０‥‥‥現像ユニット  ５０ａ‥‥‥軸  ５１‥‥‥ブラック現像装置  ５２‥‥‥マゼンタ現像装置  ５３‥‥‥シアン現像装置  ５４‥‥‥イエロー現像装置  ５５‥‥‥保持体  ５５ａ〜５５ｄ‥‥‥保持部  ６０‥‥‥一次転写ローラ  ６１‥‥‥中間転写体  ７０‥‥‥中間転写ベルト  ７１‥‥‥駆動ローラ  ７２‥‥‥従動ローラ  ７３‥‥‥基体  ７５‥‥‥クリーニングユニット  ７６‥‥‥クリーニングブレード  ８０‥‥‥二次転写ローラ  ８２‥‥‥給紙トレイ  ８４‥‥‥給紙ローラ  ８６‥‥‥レジローラ  ８７‥‥‥排紙ローラ対  ８８‥‥‥搬送部  ８８Ａ、８８Ｂ‥‥‥搬送ローラ対  ８８Ｃ‥‥‥搬送路  ９０‥‥‥定着装置  ９１‥‥‥ベルト状部材  ９２、９３‥‥‥ローラ  ９４‥‥‥加圧ローラ  ９４１‥‥‥基部  ９４２‥‥‥弾性層  ９４３‥‥‥離型層  １‥‥‥ヒータユニット  １１‥‥‥発熱体  １２、１３‥‥‥電極  １７１、１７２‥‥‥充填材  １５、１６‥‥‥支持基材  １７‥‥‥接合材  １８、１９‥‥‥配線  １１１‥‥‥貫通孔  １４、１４１、１４２‥‥‥伝熱部材  １５１‥‥‥凹部  Ｎ‥‥‥ニップ部  Ｐ‥‥‥記録媒体  Ｔ‥‥‥トナー像（未定着像）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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