(57)【要約】【課題】定着回転体における抵抗発熱層に発熱ムラが生じることを防止するとともに定着回転体の耐久性を向上させる。【解決手段】抵抗発熱層３１ｂが全周にわたって設けられた定着ベルト３１の外周面に加圧ローラ３２が圧接されることによって定着ニップが形成されている。定着ベルト３１における回転方向とは直交する方向の両側の端部に、一対の給電部材３７がそれぞれ圧接されており、給電部材３７によって抵抗発熱層３１ｂに給電される。抵抗発熱層３１ｂは、各給電部材が圧接された両側の端部の間において一定の厚さになった加熱部３１ｈと、各端部において加熱部３１ｈから外周側に突出するように肉厚になった受電部３１ｇとを有しており、加熱部３１ｈと各受電部３１ｇとが同じ材料によって一体に構成されている。【選択図】図３
2012118318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗発熱層が回転方向の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されて定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、
前記抵抗発熱層は、前記定着回転体における軸方向に沿って一定の厚さであって、電流が流れることによって発熱して前記定着ニップにおける記録シートが通過する領域を加熱する加熱部と、当該加熱部における軸方向の少なくとも一方の端部の軸方向の外側において、電流の供給が可能な状態で当該加熱部よりも厚く形成された受電部とを有し、前記加熱部と前記受電部とが、同一の材料によって一体に構成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着回転体には、前記加熱部上における最も外周側に離型層が積層されてい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】
前記受電部が、前記加熱部における軸方向の各端部外側に設けられており、
前記各受電部のそれぞれに対して給電する一対の給電部材が前記各受電部に接した状態で設けられ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】
前記定着回転体が定着ベルトであり、
当該定着ベルトの周回移動域の内部に配置された押圧部材によって当該定着ベルトが前記加圧部材に圧接され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】
前記定着回転体が定着ローラであり、当該定着ローラが前記加圧部材に圧接され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６】
前記抵抗発熱層が、耐熱性樹脂に導電性フィラーを一様に分散させて形成された成形体によって構成されてい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】
前記抵抗発熱層が、所定の電気抵抗率を有する金属によって構成されてい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８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の定着装置を有す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、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、当該定着装置を備えた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、記録シートに転写されたトナー画像を、定着装置で定着するようになっている。定着装置では、記録シート上のトナー画像を加熱して、記録シートに対して加圧することによって記録シートに定着する。
【０００３】
このような定着装置として、通電によって発熱する抵抗発熱層を備えた発熱定着ベルトを用いる構成が提案されている。発熱定着ベルトを用いた定着装置では、発熱定着ベルトの熱容量が小さいために、ウォーミングアップ時間を短くすることができ、しかも、消費電力も低減することができる。従って、発熱定着ベルトを短時間で定着温度にまで昇温することができ、また、低電力量で所定の定着温度に維持することができる。その結果、高速かつ低電力量でトナー画像を記録シートに熱定着することが可能になる。
【０００４】
特許文献１には、抵抗発熱層における両端部上に電極層が設けられた加熱ローラ（定着ローラ）または定着ベルトを有する定着装置が開示されている。加熱ローラまたは定着ベルトの抵抗発熱層は、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ等によって構成されており、電極層は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の金属またはこれらの合金をスパッタ法によって抵抗発熱層上に積層することによって形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３３５０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された定着装置では、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ等の金属によって構成された抵抗発熱層に対して、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の金属またはこれらの合金をスパッタ法によって積層されて電極層が形成されているために、抵抗発熱層と電極層とが比較的高強度で接合されている。これにより、電極層が抵抗発熱層から剥がれることが抑制されて、加熱ローラまたは定着ベルのト耐久性を向上させることができる。
【０００７】
しかしながら、抵抗発熱層と電極層とは、それぞれが異なる材料であるために、両者の線膨張率が異なっている。このために、抵抗発熱層が加熱および冷却される際には、両者の界面においてずれが生じて間隙が発生するおそれがある。さらに、抵抗発熱層と電極層との間の間隙が広がると、電極層が抵抗発熱層から剥がれることになる。このように、引用文献１の構成では、加熱ローラおよび定着ベルトとして十分に満足できる耐久性を得られないという問題がある。
【０００８】
また、抵抗発熱層と電極層との界面に間隙が生じると、その間隙によって、電極層と抵抗発熱層との間において通電不良が生じ、間隙が生じた部分において、電極層と抵抗発熱層との間を流れる電流量が低下するおそれがある。電極層と抵抗発熱層との間を流れる電流量が部分的に低下すると、抵抗発熱層を全体にわたって均一に発熱させることができなくなる。
【０００９】
この場合には、抵抗発熱層に発熱ムラが生じ、抵抗発熱層に生じた低温部分において、記録シート上のトナーを確実に溶融させることはできない。このため、定着装置を通過した記録シート上のトナー画像に、定着不良、光沢ムラ等が発生するおそれがある。
また、抵抗発熱層上に電極層を設けないことにより、抵抗発熱層と電極層との界面が形成されない構成として、抵抗発熱層に対して外部から直接電流を流す構成（図５（ｃ）参照）とすることも考えられる。しかし、この場合も、電流が定着ベルトの軸方向に並行に流れず、その結果として、抵抗発熱層を全体にわたって均一に発熱させることができないおそれがある。従って、この場合にも発熱ムラが生じ、定着不良や光沢ムラなど、画質に大きな影響を与えることになる。
【００１０】
このように、抵抗発熱層と電極層との界面の問題を生じさせることなく、電流を定着ベルトの軸方向に並行に均一に流すことは困難であった。
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、抵抗発熱層に発熱ムラが生じることを防止し、しかも耐久性が向上した定着回転体を有す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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の定着装置は、抵抗発熱層が回転方向の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されて定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、前記抵抗発熱層は、前記定着回転体における軸方向に沿って一定の厚さであって、電流が流れることによって発熱して前記定着ニップにおける記録シートが通過する領域を加熱する加熱部と、当該加熱部における軸方向の少なくとも一方の端部の軸方向の外側において、電流の供給が可能な状態で当該加熱部よりも厚く形成された受電部とを有し、前記加熱部と前記受電部とが、同一の材料によって一体に構成されていることを特徴とする。
【００１２】
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】
【００１３】
本発明の定着装置では、抵抗発熱層に設けられた加熱部が一定の厚さになっており、加熱部の端部に設けられた受電部が、加熱部と同一の材料によって、加熱部よりも厚く構成されているために、抵抗発熱層の内部に界面が形成されない。従って、界面において間隙が形成されるおそれがなく、受電部から加熱部に流れる電流の一部が減少することを抑制することができる。
【００１４】
また、受電部が加熱部よりも厚くなっていることによって周方向に電流が流れやすくなり、加熱部において回転方向とは直交する方向に沿って流れる電流を周方向に均一化することができる。これにより、加熱部において発熱ムラが生じることを抑制することができる。しかも、受電部が破損することも抑制されるために、抵抗発熱層の耐久性を向上させることができる。
【００１５】
好ましくは、前記定着回転体には、前記加熱部上における最も外周側に離型層が積層されていることを特徴とする。
好ましくは、前記受電部が、前記加熱部における軸方向の各端部外側に設けられており、前記各受電部のそれぞれに対して給電する一対の給電部材が前記各受電部に接した状態で設けられていることを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記定着回転体が定着ベルトであり、当該定着ベルトの周回移動域の内部に配置された押圧部材によって当該定着ベルトが前記加圧部材に圧接されていることを特徴とする。
好ましくは、前記定着回転体が定着ローラであり、当該定着ローラが前記加圧部材に圧接されていることを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、前記抵抗発熱層が、耐熱性樹脂に導電性フィラーを一様に分散させて形成された成形体によって構成されていることを特徴とする。
好ましくは、前記抵抗発熱層が、所定の電気抵抗率を有する金属によって構成されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る定着装置が備えられた画像形成装置の一例であるプリンタの構成を示す概略図である。
【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】その定着装置に設けられた定着ベルトの周回移動方向とは直交する方向である軸方向に沿った断面図である。
【図４】定着ベルトにおける変形例を示す軸方向に沿った断面図である。
【図５】（ａ）は、その定着ベルトを流れる電流の状態を説明するための模式図、（ｂ）は、その場合の定着ベルトにおける温度の状態を示すグラフ、（ｃ）は、受電部が設けられていない定着ベルトを流れる電流の状態を説明するための模式図、（ｄ）は、その場合の定着ベルトにおける温度の状態を示すグラフである。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、定着ベルトにおける抵抗発熱層の他の例を示す断面図である。
【図７】定着ベルトに代えて用いられる定着ローラの構成を説明するための主要部における軸方向に沿った断面図である。
【図８】定着ローラの他の例の構成を説明するための主要部における軸方向に沿った断面図である。
【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が備えられた画像形成装置の一例であるプリンタの構成を示す概略図である。このプリンタは、記録用紙、ＯＨＰシート等の記録シート上にモノクロのトナー画像を形成する。
【００２０】
図１に示す画像形成装置は、矢印Ａで示す方向に回転駆動される感光体ドラム１１を備えており、感光体ドラム１１の周囲には、電子写真方式によってトナー画像を記録シートＳ上に形成するための帯電装置１２、露光装置１３、現像装置１４、転写ローラ１５が、感光体ドラム１１の回転方向に沿って、その順番で設けられている。
回転状態になった感光体ドラム１1の表面は、帯電装置１２よりも上流側に配置された除電器１８によって残留電荷が除去された後に、帯電装置１２によって所定電位に帯電される。感光体ドラム１1の表面は、その後、露光装置１３から照射されるレーザ光Ｌによって露光される。露光装置１３には、レーザ光Ｌを照射するレーザダイオードが設けられており、レーザダイオードが、図示しない制御部によって、外部機器から入力される画像データに基づいて駆動されてレーザ光Ｌを照射する。
【００２１】
感光体ドラム１1の表面上には、露光装置１３から照射されるレーザ光Ｌによって露光されることにより、静電潜像が形成される。感光体ドラム１1におけるレーザ光Ｌが照射される位置よりも回転方向下流側には、感光体ドラム１1の表面上の静電潜像を現像する現像装置１４が、感光体ドラム１1の表面に対向して設けられている。感光体ドラム１1の表面上に形成された静電潜像は、現像装置１４でトナーにより現像されてトナー画像として可視化される。
【００２２】
感光体ドラム１１の下方には、記録用紙、ＯＨＰシート等の記録シートＳを複数枚収容できる記録シートカセット２１が設けられており、記録シートカセット２１内に収容された記録シートＳが、給紙ローラ２２によって１枚ずつ繰り出される。記録シートカセット２１から繰り出された記録シートＳは、タイミングローラ対２３によって感光体ドラム１１に向けて搬送される。
【００２３】
感光体ドラム１１の側方には、矢印Ｂ方向に回転する転写ローラ１５が、感光体ドラム１１に圧接した状態で設けられており、転写ローラ１５と感光体ドラム１１との圧接によって転写ニップ部が形成されている。記録シートカセット２１から繰り出された記録シートＳは、タイミングローラ対２３によって転写ニップ部へ搬送されて、転写ニップ部を通過する。
【００２４】
記録シートＳが転写ニップ部を通過する間に、転写ローラ１５に印加された転写電圧にて発生する転写電界の作用により、感光体ドラム１１上に形成されたトナー画像が記録シートＳ上に転写される。トナー画像が転写された記録シートＳは、剥離爪１６によって感光体ドラム１１から剥離されて、転写ローラ１５の上方に設けられた定着装置３０へ搬送される。なお、感光体ドラム１１上に残った残留トナーは、クリーニング部材１７によって感光体ドラム１１の表面から除去される。
【００２５】
＜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、紙面に対して直交する方向になるように、定着装置３０を示している。
【００２６】
図２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）可能に配置された円筒形状の定着ベルト３１と、定着ベルト３１の内周面に圧接されるように定着ベルト３１の回転域（周回移動域）の内部に配置された押圧ローラ３３とを備えている。定着ベルト３１は、加圧ローラ３２に圧接されて回転する定着回転体であり、給電されることによって発熱する抵抗発熱層３１ｂ（図３参照）を備えている。
【００２７】
定着ベルト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なっており、また、加圧ローラ３２の直径よりも若干大きな直径になっている。定着ベルト３１と加圧ローラ３２とは、それぞれの軸心が平行な状態で、定着ベルト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。定着ベルト３１の具体的な構成については後述する。
【００２８】
定着ベルト３１の周回移動域内に設けられた押圧ローラ３３は、軸心部に設けられた芯金３３ｃと、芯金３３ｃの外周面に弾性層が全周にわたって積層された円筒状の押圧ローラ本体部３３ａとを有している。芯金３３ｃは、押圧ローラ本体部３３ａにおける軸方向の両側の各端面からそれぞれ両外側に突出している。
押圧ローラ本体部３３ａの芯金３３ｃは、厚さが１．０〜１０ｍｍ程度のアルミニウム、鉄等の金属パイプによって構成されている。押圧ローラ本体部３３ａの弾性層は、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、定着ベルト３１の軸方向長さにほぼ等しくなっている。
【００２９】
定着ベルト３１に圧接される加圧ローラ３２は、パイプ形状の芯金３２ｂの外周面に、弾性層および離型層が順番に積層されて外径が２０〜１００ｍｍ程度の円筒形状に構成された加圧ローラ本体部３２ａを有している。芯金３２ｂは、加圧ローラ本体部３２ａにおける軸方向の両側の各端面からそれぞれ両外側に突出している。
加圧ローラ本体部３２ａの芯金３２ｂは、厚さが１．０〜１０ｍｍ程度のアルミニウム、鉄等の金属パイプによって形成されている。加圧ローラ本体部３２ａの弾性層は、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程度の厚さに構成されている。
【００３０】
加圧ローラ本体部３２ａの離型層は離型性を有しており、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロチレン（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、例えば、５〜１００μｍ程度の厚さに構成されている。なお、離型層は、導電性であってもよい。
【００３１】
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、定着ベルト３１に向って付勢されており、加圧ローラ３２の加圧ローラ本体部３２ａが、定着ベルト３１を介して、押圧ローラ３３における押圧ローラ本体部３３ａの外周面に押し付けられている。これにより、定着ベルト３１と加圧ローラ３２とが相互に圧接された状態になっている。定着ベルト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。
【００３２】
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で示す方向に回転される。定着ベルト３１は、加圧ローラ３２が外周面に圧接されて、押圧ローラ３３が内周面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。また、押圧ローラ３３は、定着ベルト３１の回転に追従して同方向に回転する。
【００３３】
定着ニップＮに搬送された記録シートＳは、定着ニップＮを通過する間に、加圧ローラ３２と、加圧ローラ３２の回転に追従して回転する定着ベルト３１とによって、当該記録シート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り記録シート上に定着される。定着ニップＮを通過した記録シートＳは、分離爪３５（図１参照）によって定着ベルト３１から剥離される。定着ベルト３１から剥離された記録シートＳは、排紙ローラ対２４（図１参照）によって排紙トレイ１９（図１参照）上に排出される。
【００３４】
なお、上記の説明では、加圧ローラ３２を回転駆動させる構成であったが、このような構成に代えて、押圧ローラ３３を回転駆動させる構成として、定着ベルト３１および加圧ローラ３２を押圧ローラ３３の回転に追従させて回転させる構成としてもよい。あるいは、加圧ローラ３２および押圧ローラ３３の両方を回転駆動させる構成として、定着ベルト３１を加圧ローラ３２および押圧ローラ３３の両方に追従させて回転させる構成としてもよい。
【００３５】
図３は、定着ベルト３１における周回移動方向とは直交する方向である軸方向に沿った断面図である。定着ベルト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基材３１ａと、基材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、全体が同一の材料によって構成されている。
【００３６】
抵抗発熱層３１ｂは、軸方向（図３の左右方向に相当）の両側の端部を除く中央部が一定の厚さになった加熱部３１ｈになっており、定着ニップＮを通過する記録シートＳを加熱するために、電流が流れることによってジュール熱を発熱する構成になっている。この抵抗発熱層３１ｂにおける軸方向の両側の端部のそれぞれの外側に、加熱部３１ｈよりも厚くなるように全周にわたって直径方向の外側（外周側）に突出した受電部３１ｇが設けられている。加熱部３１ｈおよび各受電部３１ｇは同一の材料によって一体に形成されている。
【００３７】
加熱部３１ｈにおける軸方向に沿った長さは、記録シートＳが通過する領域（通紙領域）よりも長くなっており、受電部３１ｇのそれぞれが、通紙領域の軸方向の両外側にそれぞれ位置している。受電部３１ｇのそれぞれは、抵抗発熱層３１ｂの軸方向に沿って１０〜１５ｍｍ程度の長さであって、それぞれが一定の厚さになっている。従って、各受電部３１ｇは、軸方向に沿った縦断面が長方形状になっている。両側の各受電部３１ｇの厚さは等しくなっている。
【００３８】
図２に示すように、各受電部３１ｇには、導電性を有する給電部材３７が、それぞれ導電状態で圧接している。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、定着ベルト３１が回転することによって、それぞれが圧接された各受電部３１ｇに摺接する。これにより、相互に圧接された給電部材３７および受電部３１ｇが導電状態を維持する。
【００３９】
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。一方の給電部材３７に供給される電流は、当該給電部材３７に圧接された一方の受電部３１ｇから加熱部３１ｈを通って、他方の受電部３１ｇへと流れ、この他方の受電部３１ｇから当該受電部３１ｇに圧接された他方の給電部材３７へ流れる。これにより、加熱部３１ｈが発熱する。
【００４０】
なお、各給電部材３７としては、導電ブラシに限らず、金属等の導電体を用いる構成であってもよい。あるいは、絶縁体の表面に、Ｃｕ、Ｎｉ等の導電材料をメッキした部材を用いることも可能である。また、各給電部材３７は、周回移動する各受電部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。
定着ベルト３１の抵抗発熱層３１ｂに供給される電力は、定着ベルト３１おける軸方向の中央部外周面に対向して配置された温度センサ３６（図２参照）の検出結果に基づいて制御される。
【００４１】
加熱部３１ｈおよび受電部３１ｇは、同一の材料によって一体に構成されているために、各受電部３１ｇと加熱部３１ｈとの間には界面が存在しない。また、各受電部３１ｇも、それぞれ、同一の材料によって全体が一体に構成されていることから、その内部には界面が存在しない。
さらに、各受電部３１ｇが加熱部３１ｈよりも厚くなっているために、各受電部３１ｇにおいて周方向の抵抗が小さく、周方向に電流が流れやすくなる。従って、各受電部３１ｇにおいて周方向の電位差が小さくなり、一方の受電部３１ｇの全周から他方の受電部３１ｇの全周にわたって、加熱部３１ｈ内を軸方向に沿って電流が流れやすくなっている。これにより、加熱部３１ｈにおける軸方向に沿って発熱ムラが発生することを抑制することができる。
【００４２】
また、各受電部３１ｇおよび加熱部３１ｈの全体が強固に一体化されており、抵抗発熱層３１ｂ全体が、剥離、破損等のおそれがなく、耐久性に優れた構成になっている。
しかも、抵抗発熱層３１ｂの内部に界面が存在しないために、抵抗発熱層３１ｂ内において界面を挟んだ部分同士がずれるということが生じるおそれがなく、従って、抵抗発熱層３１ｂの内部に間隙が生じて通電不良が発生するおそれがない。
【００４３】
抵抗発熱層３１ｂにおける加熱部３１ｈの厚さは、特に限定されるものではないが、５〜１００μｍ程度が好ましく、通常、４０μｍ程度とされる。
各受電部３１ｇの厚さは、加熱部３１ｈの厚さの２倍以上になっていればよいが、加熱部３１ｈ内における周方向の各位置において電流が軸方向に沿って均一に流れるためには、加熱部３１ｈの厚さの５倍以上になっていることが好ましく、さらに、１０倍以上になっていることがより好ましい。
【００４４】
図３に示すように、抵抗発熱層３１ｂにおける加熱部３１ｈ上には、それぞれが一定の厚さになった弾性層３１ｃおよび離型層３１ｄが順番に積層されている。弾性層３１ｃは、両側の受電部３１ｇの間に嵌合された状態になっており、各受電部３１ｇの外周面よりも外周側に突出した状態になっている。弾性層３１ｃ上に積層された離型層３１ｄの外周面には、定着ニップＮを通過する記録シートＳが圧接される。
【００４５】
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、１〜２０ｍｍ程度の厚さに構成されている。
なお、弾性層３１ｃが、両側の受電部３１ｇの間に嵌合される場合には、各受電部３１ｇが加熱部３１ｈに対して垂直に突出していると、各受電部３１ｇが加熱部３１ｈとによってそれぞれ形成される角部が直角になるために、各角部において弾性層３１ｃに応力が集中して弾性層３１ｃが破損するおそれがある。このために、図４に示すように、各角部３１ｍをそれぞれ円弧状に湾曲させることが好ましい。
【００４６】
離型層３１ｄは離型性を有しており、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロチレン（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、例えば、５〜１００μｍ程度の厚さに構成されている。
加熱部３１ｈにおいて発生した熱は、弾性層３１ｃを介して離型層３１ｄに伝達される。離型層３１ｄに伝達された熱は、定着ニップＮを通過する際に離型層３１ｄの外周面に圧接される記録シートＳに伝達されて、記録シートＳ上のトナー画像を溶融する。溶融状態になったトナー画像は、加圧ローラ３２によって記録シートＳ上に押し付けられることにより、記録シートＳ上に定着される。
【００４７】
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、定着ベルト３１の外径および周方向長さ、押圧ローラ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。例えば、記録シートＳに対するトナー画像の定着性、耐久性等により、定着ベルト３１の外径および周方向長さを設定して、外径および周方向長さが設定された定着ベルト３１における抵抗発熱層３１ｂによって所定の発熱量が得られるように、抵抗発熱層３１ｂの厚さ、電気抵抗率等を設定すればよい。
【００４８】
抵抗発熱層３１ｂを構成する材料は、電流が流れることによってジュール熱を発熱し、しかも、加熱部３１ｈおよび受電部３１ｇが一体的に形成できるものであれば、特に限定されるものではない。
例えば、抵抗発熱層３１ｂは、耐熱性樹脂に導電性フィラーを一様に分散させて形成された成形体、金属等によって形成される。
【００４９】
抵抗発熱層３１ｂとして、耐熱性樹脂に導電性フィラーを一様に分散させた成形体によって形成する場合、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。特に、ＰＩが耐熱性に優れているために好ましい。導電性フィラーとしては、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ等の金属、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等の炭素化合物が好適である。
【００５０】
導電性フィラーは、繊維状になっていることが好ましい。導電性フィラーが繊維状になっていると、繊維状以外の形状になっている場合と比較して、同じ含有量であれば、導電性フィラー同士が接触する確率が高くなるために、全体を均一に導電状態とすることが可能になる。
抵抗発熱層３１ｂを、耐熱性樹脂に導電性フィラーを一様に分散させた成形体によって構成する場合、電気抵抗率は、抵抗発熱層３１ｂ（発熱層３１ｈおよび受電部３１ｇ）の厚さを調整することによって調整される。この場合の電気抵抗率は、所定の電気抵抗率、通常、１．０×１０−６〜９．９×１０−３Ω・ｍ程度、好ましくは、１．０×１０−５〜５．０×１０−３Ω・ｍ程度である。
【００５１】
また、抵抗発熱層３１ｂを金属によって形成する場合には、ＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔｉ−Ａｌ等が好適である。この場合も、抵抗発熱層３１ｂの電気抵抗率は、抵抗発熱層３１ｂの厚さを調整することによって調整され、通常、１．０×１０−８〜９．９×１０−５Ω・ｍ程度、好ましくは、１．０×１０−７〜５．０×１０−６Ω・ｍ程度とされる。
【００５２】
加熱部３１ｈおよび各受電部３１ｇを有する抵抗発熱層３１ｂは、全体が同一の材料によって構成されるが、全体にわたって均質になっている必要はなく、材料を構成する組成物の割合等が、加熱部３１ｈと各受電部３１ｇとによって若干異なっていてもよい。また、各受電部３１ｇが、加熱部３１ｈよりも外周側に突出した部分と、その他の部分とで、材料を構成する組成物の割合等が若干異なっていてもよい。
【００５３】
例えば、抵抗発熱層３１ｂが、導電性フィラーを一様に分散させた耐熱性樹脂の成形体で構成される場合、導電性フィラーの含有率が、電流の流れる方向に沿って順次変化していてもよい。また、抵抗発熱層３１ｂが金属であって数％程度の添加物が含まれる場合には、添加物の割合が若干異なっていてもよい。
抵抗発熱層３１ｂの製造方法は任意であり、特に限定されるものではない。例えば、抵抗発熱層３１ｂが導電性フィラーを一様に分散させた耐熱性樹脂の成形体で構成される場合には、通常の樹脂成形体と同様に、所定形状の金型を用いて成形することができる。また、導電性フィラーを含む耐熱性樹脂を、各受電部３１ｇの厚さに等しい一定の厚さの円筒形に成形した後に、軸方向の両側の端部が残るように、軸方向の中央部における外周側部分を除去することによって、加熱部３１ｈおよび各受電部３１ｇを有する抵抗発熱層３１ｂを製造してもよい。いずれの場合にも、抵抗発熱層３１ｂは、全体にわたって同一の材料によって構成されるために、抵抗発熱層３１ｂの内部には界面が存在しない。
【００５４】
さらには、導電性フィラーを含む耐熱性樹脂、金属等によって、加熱部３１ｈと同じ厚さの円筒形状のベルト体を形成して、このベルト体における軸方向の両側の端部外周面上に、同じ材料層を所定の厚さで全周にわたってそれぞれ積層して溶着等により一体化することによっても、加熱部３１ｈおよび各受電部３１ｇを有する抵抗発熱層３１ｂを製造することができる。
【００５５】
このような製造方法において、抵抗発熱層３１ｂを、導電性フィラーを一様に分散させた耐熱性樹脂の成形体で構成する場合には、ベルト体と、ベルト体の両側端部上に設けられる層とは、耐熱性樹脂および導電性フィラーのそれぞれの材料、導電性フィラーの形状、含有量等について全て同一であることが好ましいが、導電性フィラーの添加量、形状等が若干異なっていても問題はない。
【００５６】
抵抗発熱層３１ｂを金属によって構成する場合も、金属材料を、ポリイミド（ＰＩ）等の基材３１ａ上に、メッキ、スパッタリング、真空蒸着等によって、加熱部３１ｈと同じ厚さで積層して、この積層体における軸方向の両側の端部外周面上に、同じ金属の材料を、メッキ、スパッタリング、真空蒸着等によって積層することによって、加熱部３１ｈおよび各受電部３１ｇを有する抵抗発熱層３１ｂを製造することができる。
【００５７】
この場合、基材３１ａ上に金属材料を積層する方法と、受電部３１ｇを形成するために金属材料を積層する方法とが同一であることが、効率的に製造することができ、好ましい。
また、基材３１ａ上に積層された金属材料と、受電部３１ｇを形成するために積層される金属材料とが、完全に同一になっていることが好ましいが、数％程度の範囲で含有される添加材の量が異なっていても、製造された抵抗発熱層３１ｂの各受電部３１ｇ内に界面が存在するおそれがなく、特に問題はない。
【００５８】
定着ベルト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ように所定の剛性を有しているが、加圧ローラ３２が圧接されることにより、変形可能になっている。押圧ローラ３３も、定着ベルト３１を介して加圧ローラ３２が圧接されることにより変形可能になっている。定着ベルト３１は、加圧ローラ３２が圧接されることによる押圧ローラ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。
【００５９】
なお、定着ベルト３１は、基材３１ａと、抵抗発熱層３１ｂと、弾性層３１ｃと、離型層３１ｄとの４層構造に限るものではなく、少なくとも抵抗発熱層３１ｂを有していればよい。例えば、定着ベルト３１は、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、絶縁のために、ＰＩ、ＰＰＳ等の樹脂層がさらに積層された構成であってもよい。
【００６０】
このような構成の定着装置３０では、定着ベルト３１の抵抗発熱層３１ｂが、所定の定着温度になるように、各給電部材３７に対して交流電流が供給される。これにより、一方の受電部３１ｇを介して加熱部３１ｈに電流が流れ、加熱部３１ｈが発熱状態になる。
この場合、抵抗発熱層３１ｂにおける各受電部３１ｇは、加熱部３１ｈよりも厚くなっているために、各受電部３１ｇにおいて周方向に電流が流れやすくなっている。これにより、各受電部３１ｇでは、全周にわたってほぼ一定の電位になる。その結果、図５（ａ）に示すように、加熱部３１ｈでは、一方の受電部３１ｇの全周から、他方の受電部３１ｇの全周まで、軸方向に沿って均一に電流が流れる。これにより、加熱部３１ｈは、図５（ｂ）に示すように、軸方向に沿って一定の温度になり、温度ムラが生じることが防止される。
【００６１】
なお、比較のために、抵抗発熱層３１ｂに受電部３１ｇを設けない構成の定着ベルト３１における電流の流れおよび発熱温度について、図５（ｃ）および（ｄ）に基づいて説明する。抵抗発熱層３１ｂは、両側に受電部３１ｇを設けない構成であることから、一定の厚さの加熱部３１ｈのみが設けられており、加熱部３１ｈにおける軸方向の両側の端部に給電部材３７がそれぞれ摺接されることによって、加熱部３１ｈに電流を供給している。
【００６２】
このような構成の場合には、加熱部３１ｈでは、一方の給電部材３７から他方の給電部材３７までは最短距離を電流が流れようとするために、一方の給電部材３７によって、加熱部３１ｈにおける軸方向の一方の端部に供給される電流は、周方向にほとんど流れることなく、軸方向に沿って流れ易くなる。
このため、加熱部３１ｈでは、図５（ｃ）に示すように、軸方向の一方の端部における給電部材３７が摺接した部分で電流密度が高くなり、その摺接部分から軸方向に沿うように電流が流れて、軸方向の中央部では電流密度が低くなり、軸方向の他方の端部では、他方の給電部材３７が摺接する部分に電流が集中する。その結果、図５（ｄ）に示すように、加熱部３１ｈにおける軸方向の両側の端部では、各給電部材３７の摺接部分の近傍において温度が上昇し、記録シートＳの通過領域を加熱する加熱部３１ｈの軸方向中央部において温度が低下する。その結果、加熱部３１ｈには軸方向に沿って温度が均一にならず、温度ムラが生じることになる。この場合には、記録シートＳにおけるトナー画像の定着性の低下、光沢ムラ等が生じることになる。
【００６３】
なお、加熱部３１ｈの軸方向中央部における温度低下を抑制するために、一方の給電部材３７によって供給される電流量を増加させると、加熱部３１ｈの軸方向の両側端部における各給電部材３７の近傍で、過度に温度が上昇することになり、温度ムラが生じることになる。その結果、この場合も、記録シートＳにおけるトナー画像の定着性の低下、光沢ムラ等が生じることになる。
【００６４】
このように、抵抗発熱層３１ｂの加熱部３１ｈおよび受電部３１ｇは、同一の材料によって一体に構成されているために、加熱部３１ｈと受電部３１ｇとが相互に分離することが抑制される。しかも、各受電部３１ｇにおける加熱部３１ｈから突出した部分が分離（剥離）することも抑制される。これらのことから、定着ベルト３１の耐久性が向上し、定着ベルト３１を長期にわたって安定的に使用することができる。
【００６５】
なお、抵抗発熱層３１ｂにおける各受電部３１ｇは、断面が長方形状になっている必要はない。例えば、図６（ａ）に示すように、各受電部３１ｇそれぞれにおける抵抗発熱層３１ｂの軸方向に沿った厚さが、加熱部３１ｈ側になるほど順次薄くなった断面三角形状になっていてもよい。この場合にも、各受電部３１ｇにおける傾斜した外周面に給電部材３７がそれぞれ摺接されるが、各給電部材３７は、定着ベルト３１の回転に支障がないような形状とされる。
【００６６】
さらには、図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、抵抗発熱層３１ｂの軸方向に沿った厚さが、当該軸方向に沿った中央部において最も厚くなるように、抵抗発熱層３１ｂの軸方向に沿った断面が、それぞれ、半円形状および台形状に突出する構成であってもよい。
いずれの場合にも、各受電部３１ｇの軸方向長さは、１０〜１５ｍｍ程度とされる。
＜定着装置の他の例＞
上記の説明では、定着装置３０として、抵抗発熱層３１ｂが設けられた定着ベルト３１と、加圧ローラとによって定着ニップを形成する構成であったが、定着ベルト３１に代えて、抵抗発熱層を有する定着ローラを用いる構成としてもよい。この場合には、定着ローラと、加圧ローラ３２とによって定着ニップＮが形成される。図７は、このような定着装置において、定着ベルト３１に代えて用いられる定着ローラ３８の構成を説明するために、軸方向に沿った断面図における半体部分を示している。図８においても同様である。
【００６７】
図７に示すように、定着ローラ３８は、パイプ形状の芯金３８ａと、芯金３８ａの外周面上に全周にわたって積載された基材３８ｂと、基材３８ｂの外周面上に全周にわたって積載された抵抗発熱層３８ｃとを有している。抵抗発熱層３８ｃは、前述の定着ベルト３１に設けられた抵抗発熱層３１ｂと同様の構成になっており、軸方向の両側の端部を除く中央部において一定の厚さで形成された加熱部３８ｈと、抵抗発熱層３８ｃの軸方向の両側の端部のそれぞれに設けられた受電部３８ｇとを有している。各受電部３８ｇは、加熱部３８ｈよりも厚くなるように外周側に全周にわたって一定の厚さで突出している。
【００６８】
このような構成の定着ローラ３８が、図２に示す定着装置３０における定着ベルト３１および押圧ローラ３３に代えて使用され、図２に示す定着装置３０と同様に、抵抗発熱層３８ｃの各受電部３８ｇに、給電部材３７がそれぞれ圧接され、各給電部材３７によって供給される電流によって加熱部３８ｈが発熱する。
抵抗発熱層３８ｃにおける加熱部３８ｈ上には、それぞれが一定の厚さになった弾性層３８ｄおよび離型層３８ｅが、その順番で積層されている。弾性層３８ｄは、両側の受電部３８ｇ間に嵌合されており、各受電部３８ｇの外周面よりも外周側に突出している。弾性層３８ｄ上に積層された離型層３８ｅの外周面には、定着ニップＮを通過する記録シートＳが圧接される。
【００６９】
このような構成の定着ローラ３８も、図２に示す定着ベルト３１と同様に、加熱部３８ｈにおいて抵抗発熱層３８ｃの軸方向に沿ってほぼ一定の温度とすることができ、また、抵抗発熱層３８ｃにおける破損等が抑制されるために耐久性が著しく向上している。従って、定着ローラ３８は、長期にわたって安定的に使用することができる。
なお、定着ローラ３８は、図７に示す構成に限らず、例えば、図８に示すように、芯金３８ａの外周面上に全周にわたって弾性層３８ｄを積層し、弾性層３８ｄの外周面上に、加熱部３８ｈおよび一対の受電部３８ｇを有する抵抗発熱層３８ｃを全周にわたって積層して、抵抗発熱層３８ｃにおける加熱部３８ｈ上に、一定の厚さになった離型層３８ｅを積層する構成としてもよい。この場合には、図７に示された基材３８ｂが設けられていないことにより経済的である。
【００７０】
＜変形例＞
なお、定着ベルト３１において、各受電部３１ｇが加熱部３１ｈに対して回転軸の直径方向の外側（外周側）に突出する形状に限らず、例えば、内側（内周側）に突出する形状としてもよい。この場合、基材３１ａの軸方向の両端の外側に各受電部３１ｇが位置した状態になって、両受電部３１ｇ間に基材３１ａが挟まれた状態になる。また、一対の給電部材３７のそれぞれが、各受電部３１ｇの内周面に摺接するように、調整される。
【００７１】
さらに、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。
さらにまた、本発明に係る画像形成装置は、モノクロ画像を形成するプリンタに限るものではなく、タンデム型カラーデジタル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。カラー画像用の画像形成装置の場合には、図２および図３に示す定着ベルト３１が好適に使用される。
【００７２】
さらにまた、定着ベルト３１あるいは定着ローラ３８に加圧ローラ３２を圧接して定着ニップ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く、さらには、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。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
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の耐久性を高める技術として有用である。
【符号の説明】
【００７４】
３０      定着装置
３１      定着ベルト
３１ａ    基材
３１ｂ    抵抗発熱層
３１ｃ    弾性層
３１ｄ    離型層
３１ｇ    受電部
３１ｈ    加熱部
３２      加圧ローラ
３３      押圧ローラ
３４      交流電源
３６      温度センサ
３７      給電部材
３８      定着ローラ
３８ａ    芯金
３８ｂ    基材
３８ｃ    抵抗発熱層
３８ｄ    弾性層
３８ｅ    離型層
３８ｇ    受電部
３８ｈ    加熱部
【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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