(57)【要約】【課題】抵抗発熱体層がスパークによって破損することを防止する。【解決手段】抵抗発熱体層３１ａが全周にわたって設けられた加熱ベルト３１の外周面に加圧ローラー３２が圧接されることによって定着ニップが形成される。加熱ベルト３１における回転方向とは直交する方向の両側の端部には、全周にわたって受電層３１ｄが設けられている。各受電層３１ｄの外周面には、給電部材３７がそれぞれ摺接し、給電部材３７によって受電層３１ｄを介して抵抗発熱体層３１ａに給電される。給電部材３７の摺接面は、加熱ベルト３１が非押圧状態にあるときの受電層３１ｄの外径と同じかそれよりも小径の円弧形状に形成され、その円弧形状の中心角が１８０°よりも大きくなっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全周に抵抗発熱体層が設けられた加熱回転体に対して加圧部材が圧接されて定着ニップが形成されており、未定着画像が形成された記録シートを前記定着ニップに通紙させて熱定着する定着装置であって、
前記加熱回転体の軸方向の両側の端部に、前記抵抗発熱体層とは導電状態で周方向に沿って設けられた一対の受電層と、
前記各受電層の外周面にそれぞれ摺接する状態で配置された給電部材と、を備え、
前記給電部材は、前記受電層との摺接面が、前記加熱回転体が非押圧状態にあるときの前記受電層の外径と同じかそれよりも小径の円弧形状に形成されて、当該円弧形状の中心角が１８０°よりも大きくなっていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記給電部材の軸方向の幅が、全体にわたって一定になっ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】
前記給電部材の軸方向の幅が、いずれか一方の端部において周方向の中央部よりも短くなっ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４】
前記給電部材の軸方向の中央位置が、前記受電層の軸方向の中央位置に一致するように配置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】
請求項１〜４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、給電によりジュール熱を発生する抵抗発熱体層を利用して未定着画像の熱定着を行う定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンター、複写機等の電子写真方式の画像形成装置では、画像データに対応したトナー画像を普通紙、ＯＨＰシート等の記録シートに転写した後に、定着装置で定着するようになっている。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り記録シートに定着する。
画像形成装置の定着装置として、通電によって発熱する抵抗発熱体層を備えた加熱ベルトを用いる構成が知られている。このような定着装置では、加熱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、発熱加熱ベルトを短時間で定着温度にまで昇温することができる。しかも、加熱ベルトの熱容量が小さいために、低電力量で所定の定着温度に維持することができ、消費電力を低減することができる。
【０００３】
特許文献１および２には、抵抗発熱体層を内蔵した円筒形状の定着フィルムの軸方向の両側の各端部に、抵抗発熱体層とは導電状態になった受電層を定着フィルムの周方向に沿って設けるとともに、それぞれの受電層に対して導電部ブラシが摺接するように設けられた定着装置が開示されている。
特許文献１および２に開示された定着装置では、それぞれの導電部ブラシに電力が供給されており、導電部ブラシに供給される電力が、摺接状態になったそれぞれの受電層を介して抵抗発熱層に供給される。これにより、抵抗発熱体層が発熱する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１３７３０４号公報
【特許文献２】特開平８−２０２１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した特許文献１および２に開示された定着装置では、導電部ブラシは、各受電層の周回移動方向に沿った円弧形状に構成されており、その円弧形状の中心角は、１８０°よりも小さな角度になっている。周回移動する定着フィルムは柔軟性を有しており、駆動源からの動力がギア等を介して伝達される場合におけるギアの振動等によって、周回移動する定着フィルムが、円弧形状の導電部ブラシから離れる方向に変位または変形するおそれがある。
【０００６】
定着フィルムの変位または変形によっては、導電部ブラシが受電層に接触しない状態になり、導電部ブラシと受電層との間の電位差が生じ、スパークが発生するおそれがある。スパークが発生すると、スパークの熱によって受電層の表面の一部が破損し、受電層と導電状態になった抵抗発熱体層が破損するおそれがある。
本発明は、このような問題に鑑みて為されたものであり、その目的は、抵抗発熱体層に設けられた受電層と給電部材との間でスパークが発生することを防止して、抵抗発熱体層が破損することを防止する定着装置及び当該定着装置を備え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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、全周に抵抗発熱体層が設けられた加熱回転体に対して加圧部材が圧接されて定着ニップが形成されており、未定着画像が形成された記録シートを前記定着ニップに通紙させて熱定着する定着装置であって、前記加熱回転体の軸方向の両側の端部に、前記抵抗発熱体層とは導電状態で周方向に沿って設けられた一対の受電層と、前記各受電層の外周面にそれぞれ摺接する状態で配置された給電部材と、を備え、前記給電部材は、前記受電層との摺接面が、前記加熱回転体が非押圧状態にあるときの前記受電層の外径と同じかそれよりも小径の円弧形状に形成されて、当該円弧形状の中心角が１８０°よりも大きくなっていることを特徴とする。
【０００８】
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】
【０００９】
本発明に係る定着装置では、抵抗発熱体層が設けられた加熱回転体の周回移動によって、抵抗発熱体層における回転軸方向の両側の端部に設けられた受電層が給電部材に対して変形あるいは変位した場合にも、受電層の外周面は、給電部材の円弧形状になった摺接面に対して周方向のいずれかの位置において接した状態が維持される。これにより、給電部材と受電層との間でスパークが発生するおそれがなく、従って、抵抗発熱体層が破損することを防止することができる。
【００１０】
好ましくは、前記給電部材の軸方向の幅が、全体にわたって一定になっていることを特徴とする。
好ましくは、前記給電部材の軸方向の幅が、いずれか一方の端部において周方向の中央部よりも短くなっていることを特徴とする。
好ましくは、前記給電部材の軸方向の中央位置が、前記受電層の軸方向の中央位置に一致するように配置されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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ーの構成を示す概略図である。
【図２】そのプリンター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】その定着装置の構成を説明するための模式的な横断面図である。
【図４】その定着装置に設けられた加熱ベルトの周回移動方向とは直交する方向である軸方向に沿った模式的な断面図であり、図２のＹ−Ｙ線に沿った断面に相当する。
【図５】その定着装置に設けられた給電部材の斜視図である。
【図６】本発明の定着装置における効果を検証するために行われた実験の条件および結果を示す表である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、給電部材の他の例を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態における定着装置の変形例を説明するための模式的な横断面図である。
【図９】本発明の実施形態における定着装置のさらに他の変形例を説明するための模式的な横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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ーの構成を示す概略図である。このプリンターは、普通紙、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。
【００１３】
図１に示すプリンターは、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、転写ローラー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。その後、感光体ドラム１１の表面は、露光装置１３から照射されるレーザー光Ｌによって露光される。露光装置１３には、レーザー光Ｌを照射するレーザーダイオードが設けられており、レーザーダイオードが、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ー光Ｌを照射する。
【００１４】
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ー光Ｌの露光により静電潜像が形成される。感光体ドラム１１におけるレーザー光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によってトナー現像されてトナー画像として可視化される。
【００１５】
感光体ドラム１１の下方には、普通紙、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、給紙ローラー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、タイミングローラー対２３によって感光体ドラム１１に向けて搬送される。
【００１６】
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ー１５が、感光体ドラム１１に圧接した状態で設けられており、転写ローラー１５と感光体ドラム１１との間に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、タイミングローラー対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。
【００１７】
記録シートＳが転写ニップ部を通過する間に、転写ローラー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、転写ローラー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。
【００１８】
＜定着装置の構成＞
図２は、定着装置３０における主要部の構成を説明するための模式的な斜視図、図３は、定着装置３０の横断面図である。なお、定着装置３０では、図１に示すように、記録シートは、下方から上方に向って通過するが、図２においては、記録シートの通過方向が、紙面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。
【００１９】
図２および図３に示すように、定着装置３０は、加圧部材としての加圧ローラー３２と、加圧ローラー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加熱ベルト３１と、加熱ベルト３１の内周面に圧接されるように加熱ベルト３１の回転域（周回移動域）の内部に配置された押圧ローラー３３とを備えている。
加熱ベルト３１は、加圧ローラー３２に圧接されて回転する加熱回転体であり、給電されることによって発熱する抵抗発熱体層３１ａ（図４参照）を備えている。
【００２０】
加熱ベルト３１は、例えば、周回移動方向と直交する方向（軸方向）の長さが、加圧ローラー３２の外周面における軸方向長さよりも若干長くなっている。加熱ベルト３１および加圧ローラー３２のそれぞれの軸心は平行になっている。加熱ベルト３１の具体的な構成については後述する。
加熱ベルト３１の周回移動域内に設けられた押圧ローラー３３は、軸心部に設けられた芯金３３ｂと、芯金３３ｂの外周面に全周にわたって積層された円筒状の押圧ローラー本体部３３ａとを有している。芯金３３ｂは、押圧ローラー本体部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する軸部３３ｃを有している。
【００２１】
押圧ローラー３３の芯金３３ｂ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。押圧ローラー本体部３３ａ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た弾性層を有している。押圧ローラー本体部３３ａの軸方向長さは、加熱ベルト３１の軸方向長さにほぼ等しくなっている。
【００２２】
加熱ベルト３１の外周面に圧接される加圧ローラー３２は、パイプ形状の芯金３２ｃの外周面に、弾性層３２ａおよび離型層３２ｂが順番に積層されて、離型層３２ｂの外周面の直径（加圧ローラー３２の外径）が２０〜１００ｍｍ程度になっている。芯金３２ｃは、加圧ローラー本体部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た軸部３２ｄを有している。
【００２３】
加圧ローラー３２の芯金３２ｃ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。加圧ローラー３２の弾性層３２ｂは、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の高耐熱性の弾性体によって、１〜２０ｍｍ程度の厚さに構成されている。
加圧ローラー３２の離型層３２ｂ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エチレン（４フッ化）樹脂）、ＥＴＦＥ（４フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂）等のフッ素系チューブ、フッ素系コーティング等によって、例えば、５〜１００μｍ程度の厚さに構成されている。なお、離型層３２ｂは、導電性であってもよい。
【００２４】
加圧ローラー３２は、図示しない付勢手段（例えば引っ張りバネ）によって、加熱ベルト３１に向って付勢されており、加圧ローラー３２の離型層３２ｂが、加熱ベルト３１を介して、押圧ローラー３３における押圧ローラー本体部３３ａの外周面に押し付けられている。これにより、加熱ベルト３１と加圧ローラー３２とが相互に圧接された状態になっている。加熱ベルト３１と加圧ローラー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。
【００２５】
加圧ローラー３２は、図示しないモータによって、図２に矢印Ｂで示す方向に回転される。加熱ベルト３１は、押圧ローラー３３が内周面に圧接されて、加圧ローラー３２が外周面に圧接されていることにより、加圧ローラー３２の回転に追従して、図２に矢印Ａで示す方向に回転（周回移動）する。また、押圧ローラー３３は、加熱ベルト３１の回転に追従して同方向に回転する。
【００２６】
定着ニップＮに搬送された記録シートＳ上の未定着のトナー画像は、当該記録シートＳが定着ニップＮを通過する間に、加圧ローラー３２と加熱ベルト３１とによって、加熱および加圧されることにより記録シートＳ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）によって加熱ベルト３１から剥離される。加熱ベルト３１から剥離された記録シートＳは、排紙ローラー対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。
【００２７】
なお、上記の説明では、加圧ローラー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、押圧ローラー３３を回転駆動させる構成として、加熱ベルト３１および加圧ローラー３２を押圧ローラー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、加圧ローラー３２および押圧ローラー３３の両方を回転駆動させる構成として、加熱ベルト３１を加圧ローラー３２および押圧ローラー３３の両方に追従させて回転させる構成としてもよい。
【００２８】
図４は、加熱ベルト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り、図２のＹ−Ｙ線に沿った断面に相当する。図４に示すように、加熱ベルト３１は、抵抗発熱体層３１ａと、抵抗発熱体層３１ａ上に積層された弾性層３１ｂと、弾性層３１ｂ上に積層された離型層３１ｃと、を有している。抵抗発熱体層３１ａ、弾性層３１ｂ、離型層３１ｃは、それぞれ一定の厚さになっている。
【００２９】
抵抗発熱体層３１ａは、電流が流れることによってジュール熱を発生し、発生したジュール熱によって定着ニップＮを通過する記録シートＳが加熱される。
抵抗発熱体層３１ａ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生するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、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、金属等によって抵抗発熱体層３１ａが構成される。
【００３０】
抵抗発熱体層３１ａ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構成する場合、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。
【００３１】
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場合には、繊維状以外の形状になっている場合に比較して、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、全体をより均一な導電状態とすることが可能になる。
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抵抗発熱体層３１ａを構成する場合、抵抗発熱体層３１ａの厚さを調整することによって電気抵抗率を調整することができる。この場合の電気抵抗率は、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。
【００３２】
また、抵抗発熱体層３１ａを金属によって構成する場合には、ＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔｉ−Ａｌ等が好適である。この場合も、抵抗発熱体層３１ａの電気抵抗率は、抵抗発熱体層３１ａの厚さを調整することによって調整することができ、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。
【００３３】
また、例えば、抵抗発熱体層３１ａ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。さらに、抵抗発熱体層３１ａが金属であって数％程度の添加物が含まれる場合には、電流の流れる方向に沿って添加物の割合が若干異なっていてもよい。
抵抗発熱体層３１ａ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、抵抗発熱体層３１ａ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、一定の厚さの円筒形に成形することによって、抵抗発熱体層３１ａを製造してもよい。
【００３４】
弾性層３１ｂは、抵抗発熱体層３１ａにおける軸方向の両側のそれぞれの端部を除いた領域上に積層されており、弾性層３１ｂの外周面における全域に離型層３１ｃが積層されている。弾性層３１ｂ上に積層された離型層３１ｃ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。
弾性層３１ｂ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。
【００３５】
抵抗発熱体層３１ａの軸方向の両側のそれぞれの端部上には、抵抗発熱体層３１ａに供給される電流を、後述する給電部材３７から受電する受電層３１ｄが全周にわたって積層されている。
離型層３１ｃ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エチレン（４フッ化）樹脂）、ＥＴＦＥ（４フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂）等のフッ素系チューブ、フッ素系コーティング等によって、例えば、５〜１００μｍ程度の厚さに構成されている。
【００３６】
加熱ベルト３１は、加圧ローラー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するとともに、加圧ローラー３２が圧接されることによって変形可能な柔軟性を有している。弾性層を有する押圧ローラー３３も、加熱ベルト３１を介して加圧ローラー３２が圧接されることにより変形可能になっている。加熱ベルト３１は、加圧ローラー３２が圧接されることによる押圧ローラー３３の変形に追従して、加圧ローラー３２の外周面に沿った状態に変形する。
【００３７】
なお、加熱ベルト３１は、抵抗発熱体層３１ａと、弾性層３１ｂと、離型層３１ｃとの３層構造に限るものではなく、少なくとも抵抗発熱体層３１ａを有していればよい。このために、加熱ベルト３１を、抵抗発熱体層３１ａと離型層３１ｃとの２層構造としてもよい。また、絶縁のためのＰＩ、ＰＰＳ等の樹脂層をさらに積層して、３層以上の構成としてもよい。
【００３８】
抵抗発熱体層３１ａにおける軸方向の両側の端部上においてそれぞれ全周にわたって積層された各受電層３１ｄは、抵抗発熱体層３１ａとは全周にわたって導電状態になっている。なお、各受電層３１ｄは、抵抗発熱体層３１ａとは全周にわたって導電状態になっている必要はなく、周方向の一部において抵抗発熱体層３１ａと導電状態になった構成であってもよい。しかし、抵抗発熱体層３１ａの全周にわたって電流が均一に流れることが好ましいために、各受電層３１ｄは、抵抗発熱体層３１ａとは全周にわたって導電状態になっていることが好ましい。
【００３９】
各受電層３１ｄは、それぞれが導電性の材料によって、一定の厚さおよび軸方向（幅方向）長さに構成されている。受電層３１ｄとしては、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）、真鍮、リン青銅等の金属を用いることができるが、電気抵抗率が低く、耐熱性、対酸化性に優れたニッケル、ステンレス、アルミニウム等を使用することが望ましい。
【００４０】
各受電層３１ｄは、厚くなるほど剛性が高くなるために、破断等の損傷が生じにくくなるが、剛性が高くなると変形しにくくなるために、定着ニップＮを形成する弾性層３１ｂ等の変形に影響を及ぼす可能性がある。このために、受電層３１ｄの厚さは、１０〜１００μｍ程度が好ましく、より好ましくは３０〜７０μｍ程度である。
なお、各受電層３１ｄにおける加熱ベルト３１の軸方向に沿った長さは、加熱ベルト３１の外周面の半径（受電層３１ｄの外周面の半径）によって異なるが、通常、５〜３０ｍｍ程度である。
【００４１】
各受電層３１ｄは、電鋳加工、へら絞り加工、プレス絞り加工等でリング形状に予め形成して、抵抗発熱体層３１ａの成形時に一体的に形成する方法、帯板状の金属シートをレーザー溶接等で抵抗発熱体層３１ａの両側の端部外周面に接着して形成する方法等によって製造される。なお、抵抗発熱体層３１ａとの接着性を向上させるために、エッチング加工、レーザーによる孔開け加工等によって、抵抗発熱体層３１ａとの接触部分に孔を設けてもよい。
【００４２】
また、所定形状に成形された抵抗発熱体層３１ａに対して、各受電層３１ｄを、Ｎｉメッキ、Ｃｕメッキ等によって形成してもよい。さらには、抵抗発熱体層３１ａの外周面に導電性ペーストを塗布することによって各受電層３１ｄを形成してもよい。
図２〜図４に示すように、各受電層３１ｄにおける加圧ローラー３２とは反対側の周囲には、各受電層３１ｄに電流を供給する給電部材３７がそれぞれ設けられている。各給電部材３７は、受電層３１ｄの周方向に沿った円弧形状になっている。各給電部材３７には、商用の交流電源３４（図２参照）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おり、それぞれの受電層３１ｄに対向する内周面が、受電層３１ｄの外周面に摺接することによって、それぞれの給電部材３７に供給される交流電流が、受電層３１ｄに流れる。
【００４３】
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、それぞれ同様の形状に構成されている。なお、導電ブラシとしては、銅黒鉛質、炭素黒鉛質等が用いられる。
図３に示すように、各給電部材３７は、それぞれの受電層３１ｄに対向する内周面（受電層３１ｄの外周面に摺接する摺接面）が、１８０°よりも大きな中心角度θであって、周方向の一部に開口を有する円弧形状に形成されている。本実施形態では、中心角度θが１９０°になっている。
【００４４】
給電部材３７の内周面および外周面は、それぞれ一定の半径になっている。本実施形態では、給電部材３７の内周面の曲率半径Ｒｋは、加熱ベルト３１が加圧ローラー３２によって押圧されていない状態の受電層３１ｄの外周面の半径Ｒｊに等しく、それぞれ２０ｍｍになっている。
図５は給電部材３７の斜視図である。図５に示すように、給電部材３７の軸方向長さは全体にわたって、受電層３１ｄよりも若干短い一定の長さ（５〜３０ｍｍ程度）になっている。
【００４５】
各給電部材３７は、周方向の両側の端部が加圧ローラー３２側に位置した状態で、加圧ローラー３２および押圧ローラー３３のそれぞれの軸心を結ぶ直線を含む平面に対して面対称状態になるように配置されて、全体が半径方向に沿って加圧ローラー３２側に付勢されている。この場合、受電層３１ｄは、給電部材３７の内部空間内に位置しており、受電層３１ｄの軸心位置が、給電部材３７の円弧形状になった内周面の軸心位置にほぼ一致した状態（同軸状態）になっている。
【００４６】
受電層３１ｄの外周面の半径Ｒｊに等しい半径Ｒｋの内周面を有する給電部材３７は、受電層３１ｄに対して同軸状態になっていると、給電部材３７の内周面の全域が、受電層３１ｄの外周面に接した状態になり、給電部材３７と受電層３１ｄとが導電状態になる。この場合、給電部材３７の周方向の両側の各端部は、加熱ベルト３１（受電層３１ｄ）の軸心に対して加圧ローラー３２側の位置において各受電層３１ｄの外周面に接している。
【００４７】
給電部材３７の周方向の両側の端部は、図４に示すように、軸方向の中央部（幅方向）が、受電層３１ｄの外周面における軸方向（幅方向）の中央部と一致するように、受電層３１ｄの外周面に圧接されている。これにより、給電部材３７の周方向の各端部から受電層３１ｄの外周面に加えられる圧力の分布が、幅方向の中央位置からいずれか一方に片寄ることを抑制することができる。その結果、給電部材３７の各端部の内周面と受電層３１ｄの外周面とを安定的に摺接させることができ、両者を安定的に導電状態とすることができる。
【００４８】
このような構成の定着装置３０では、一方の給電部材３７に電流が供給されると、当該給電部材３７に摺接する一方の受電層３１ｄから抵抗発熱体層３１ａへ電流が供給される。抵抗発熱体層３１ａへ供給された電流は、抵抗発熱体層３１ａを軸方向に沿って流れて、他方の受電層３１ｄから、その受電層３１ｄに摺接した他方の給電部材３７へ流れる。このようにして抵抗発熱体層３１ａに電流が流れることによって、抵抗発熱体層３１ａは発熱する。
【００４９】
抵抗発熱体層３１ａにおいて発生した熱は、弾性層３１ｂを介して離型層３１ｃに伝達される。離型層３１ｃに伝達された熱は、定着ニップＮを通過する記録シート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、加圧ローラー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。
【００５０】
なお、抵抗発熱体層３１ａの電気抵抗率は、抵抗発熱体層３１ａに供給される電力、印加される電圧、抵抗発熱体層３１ａの厚さ、加熱ベルト３１の外径および周方向長さ、押圧ローラー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、加熱ベルト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加熱ベルト３１における抵抗発熱体層３１ａによって所定の発熱量が得られるように、抵抗発熱体層３１ａの厚さ、電気抵抗率等を設定すればよい。
【００５１】
周回移動される加熱ベルト３１は、記録シートが定着ニップＮを通過する場合における加熱ベルト３１に加わる圧力の変動、加熱ベルト３１を周回移動させるための回転力を伝達するギアの振動等によって、加熱ベルト３１（抵抗発熱体層３１ａ、弾性層３１ｂ、離型層３１ｃの全て）の周回移動域が、定着ニップＮに位置する部分を除いて変形するおそれがある。抵抗発熱体層３１ａが変形すると、抵抗発熱体層３１ａにそれぞれ積層された各受電層３１ｄは、加圧ローラー３２に圧接されていないために（図２参照）、抵抗発熱体層３１ａの周回移動域の変形に追従して変形しようとする。
【００５２】
しかしながら、受電層３１ｄの周回移動域が変形しようとしても、受電層３１ｄは、給電部材３７の内周面によって拘束された状態で周回移動しているために、受電層３１ｄは、給電部材３７との接触状態を維持することになる。
従って、受電層３１ｄの周回移動域がいずれの方向に変位しようとしても、給電部材３７と受電層３１ｄとの間の導電状態が確実に維持される。これにより、給電部材３７と受電層３１ｄとが非接触状態になることによるスパークの発生を防止することができる。その結果、スパークによって受電層３１ｄが損傷するおそれがなく、従って、受電層３１ｄが積層された抵抗発熱体層３１ａが損傷するおそれもない。
【００５３】
給電部材３７の中心角は、１８０°よりもわずかに大きくなっていれば、受電層３１ｄが周方向の両側の端部が受電層３１ｄの外周面に圧接されるために、給電部材３７による受電層３１ｄを拘束した状態で周回移動させることができる。従って、給電部材３７の中心角は、１８０°よりもわずかでも大きくなっていればよい。
しかし、給電部材３７の中心角が大きくなりすぎると、給電部材３７の内周面と受電層３１ｄの外周面との摺動抵抗が増加するために、給電部材３７の摩耗が促進されて耐久性が低下するおそれがある。
【００５４】
また、給電部材３７の内周面の半径Ｒｋは、受電層３１ｄの外周面の半径Ｒｊに等しい構成に限らず、受電層３１ｄの外周面の半径Ｒｊよりも若干小さくなっていてもよい。給電部材３７の内周面の半径Ｒｋが受電層３１ｄの外周面の半径Ｒｊよりも若干小さくなっている場合には、受電層３１ｄの外周面は、給電部材３７の内周面の全周に沿った状態になるが、給電部材３７の周方向の両側の端部同士の間隙から、受電層３１ｄの一部が外側に突出した状態に受電層３１ｄは変形して周回移動する。
【００５５】
しかし、受電層３１ｄの外周面の半径Ｒｊに対して、給電部材３７の内周面の半径Ｒｋが小さくなりすぎた場合（Ｒｋ＜＜Ｒｊ）にも、給電部材３７の内周面に対する受電層３１ｄの外周面の摺動抵抗が増加し、給電部材３７の耐久性が低下するおそれがある。このために、受電層３１ｄの外周面の半径Ｒｊと給電部材３７の内周面の半径Ｒｋとの差（Ｒｊ−Ｒｋ）は小さいことが好ましい。
【００５６】
以上のことから、給電部材３７の耐久性を考慮して、給電部材３７の中心角θ、受電層３１ｄの外周面の半径Ｒｊと給電部材３７の内周面の半径Ｒｋとの差（Ｒｊ−Ｒｋ）のそれぞれを設定することができる。
給電部材３７の中心角はとして、２７０°以下が好ましく、２２５°以下がより好ましい。
【００５７】
また、受電層３１ｄの外周面の半径Ｒｊと給電部材３７の内周面の半径Ｒｋとの差（Ｒｊ−Ｒｋ）は、加熱ベルト３１の半径にもよるが、５ｍｍ（受電層３１ｄの半径の２５％）以下が好ましく、２ｍｍ（受電層３１ｄの半径の１０％）以下がより好ましい。
給電部材３７の幅（軸方向に沿った長さ）は、特に限定されるものではないが、受電層３１ｄとの接触位置において、給電部材３７の幅が短くなっていると、給電部材３７から受電層３１ｄに供給される電流密度が増加するために、給電部材３７が劣化する。給電部材３７として導電ブラシを用いる場合には、供給される電流、電圧等によって異なるが、２０Ａ／ｃｍ２以下の電流密度とすることが好ましい。このような電流密度とするためには、給電部材３７の幅は、５〜３０ｍｍ程度が好ましく、１０〜２０ｍｍ程度がより好ましい。
【００５８】
なお、給電部材３７の幅が全体にわたって一定になっている場合、受電層３１ｄが給電部材３７に対して変形するような力が加わることによって、受電層３１ｄの外周面との摺接位置が変化しても、給電部材３７から受電層３１ｄに供給される電流の電流密度が変化しないために、給電部材３７の摩耗が均一となり、耐久による接触ムラを抑制することができる。
【００５９】
次に、本発明の定着装置における効果を検証するために行った実験について説明する。
図２〜図５に示す実施形態の定着装置３０において、記録シートＳに対する定着動作を５回（５枚の記録シートに対する定着動作）実施して、給電部材３７と受電層３１ｄとの間で発生するスパークによって抵抗発熱体層３１ａが破損するかを検証した。
この場合、前述したように、受電層３１ｄの外周面の半径Ｒｊは２０ｍｍであり、給電部材３７の内周面の半径Ｒｋも２０ｍｍである。また、給電部材３７の内周面（受電層３１ｄの外周面との摺接面）は、中心角度が１９０°の円弧形状）になっている。
【００６０】
このような定着装置３０において、定着動作を５回実行しても、スパークによる抵抗発熱体層３１ａの破損は１回も生じなかった（このことを「０／５」と表す。以下同様）。この場合の条件および結果を、図６の表において実験番号４（Ｎｏ．４）として示している。
なお、給電部材３７の内周面の半径Ｒｋだけを、受電層３１ｄの外周面の半径Ｒｊよりも短い１８ｍｍ、１９ｍｍにそれぞれ変更した場合にも、５回の定着動作の実行によっては、スパークによる抵抗発熱体層３１ａの破損は１回も生じなかった（「０／５」）。これらの場合の条件および結果を、図６の表において実験番号５（Ｎｏ．５）および実験番号６（Ｎｏ．６）として示している。
【００６１】
比較のために、円弧形状になった給電部材３７の中心角度だけを、９０°、１４５°、１８０°にそれぞれ変更した。この場合、給電部材３７は、受電層３１ｄに対して付勢されており、受電層３１ｄの外周面は、給電部材３７の周方向の中央位置において接している。このような条件で、５回の定着動作を実行した。
給電部材３７の中心角度が９０°の場合には、５回の定着動作のそれぞれにおいて、スパークによる抵抗発熱体層３１ａの破損が生じた（「５／５」）。また、給電部材３７の中心角度が１４５°の場合には、スパークによる抵抗発熱体層３１ａの破損が３回生じた（「３／５」）。さらに、給電部材３７の中心角度が１８０°の場合には、スパークによる抵抗発熱体層３１ａの破損が１回生じた（「１／５」）。それぞれの条件および結果を、図６の表において実験番号１（Ｎｏ．１）、実験番号２（Ｎｏ．２）、実験番号３（Ｎｏ．３）として示している。
【００６２】
さらに比較のために、給電部材３７の内周面の半径だけを、受電層３１ｄの半径（２０ｍｍ）よりも大きな２１ｍｍ、２２ｍｍにそれぞれ変更して、５回の定着動作を実行した。この場合、受電層３１ｄに対して給電部材３７が付勢されているために、受電層３１ｄの外周面は、給電部材３７の周方向の中央位置において接している。
給電部材３７の内周面の半径が２１ｍｍの場合には、５回の定着動作の実行によって、スパークによる抵抗発熱体層３１ａの破損が１回生じ（「１／５」）、２２ｍｍの場合には、スパークによる抵抗発熱体層３１ａの破損が２回生じた（「２／５」）。それぞれの条件および結果を、図６の表において実験番号７（Ｎｏ．７）および実験番号８（Ｎｏ．８）として示している。
【００６３】
以上のように、給電部材３７の内周面の曲率半径が、受電層３１ｄの半径よりも大きくなると、受電層３１ｄの外周面が給電部材３７の内周面に接触しない状態が出現し、抵抗発熱体層３１ａがスパークによって破損したと考えられる（Ｎｏ．７およびＮｏ．８）。また、円弧形状の給電部材３７の中心角が１８０°以下であっても、受電層３１ｄの外周面が給電部材３７の内周面に接触しない状態が出現し、抵抗発熱体層３１ａがスパークによって破損したと考えられる（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）。
【００６４】
これに対して、給電部材３７の内周面の半径Ｒｋが、受電層３１ｄの半径Ｒｊ以下であって、円弧形状の給電部材３７の中心角が１９０°という条件を満たした場合には（Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６）、上記のように、加熱ベルト３１の周回移動中に、給電部材３７と受電層３１ｄとが非接触状態になることがなく、スパークによる抵抗発熱体層３１ａの破損が発生しなかったと考えられる。このように、上記の条件を満たせば、定着動作の間、給電部材３７と受電層３１ｄとの導電状態を維持して、抵抗発熱体層３１ａがスパークによって破損することを防止できることが実証された。
【００６５】
＜変形例＞
なお、給電部材３７は、全体にわたって一定の幅になっている必要はなく、例えば、図７（ａ）に示すように、周方向の中央部から一方の端部に接近するにつれて、順次、幅が小さくなる構成としてもよい。また、周方向の中央部から一方端部の全体にわたって順次、幅が小さくなる構成に限らず、図７（ｂ）に示すように、周方向の中央部においては一定の幅として、周方向の一方の端部においてのみ、当該端部に接近するに従って、順次、幅が小さくなる構成としてもよい。
【００６６】
いずれの場合にも、給電部材３７から受電層３１ｄに供給される電流密度が２０Ａ／ｃｍ２以下になっていることが好ましい。
このような構成では、給電部材３７の周方向の一方の端部における幅が小さくなっていることより、受動層３１ｄとの摺動抵抗を低減することができる。
また、幅が小さくなっている給電部材３７の周方向の一方の端部を、定着ニップＮにおける記録シートＳの搬送方向の下流側に配置することにより、定着ニップＮの下流側において給電部材３７の端部と受電層３１ｄとの摺動抵抗を小さくすることができる。これにより、受電層３１ｄは、記録シートＳの搬送方向の下流側に位置する給電部材３７の端部と円滑に接触するために、受電層３１ｄが給電部材３７の端部と接触する際に両者の摩擦抵抗が増加して受電層３１ｄが変形することを抑制できる。
【００６７】
また、幅が周方向の中央部よりも小さくなった給電部材３７の一方の端部の周囲におけるスペースを広くすることができ、給電部材３７を加熱ベルト３１の周囲の他の部材と干渉しないように配置することが容易になる。さらには、給電部材３７の体積が減少するために、給電部材３７を構成する材料の量が減少し、材料費を軽減することも可能である。
また、給電部材３７の配置位置についても、周方向の両側の端部を定着ニップＮ側に位置させて、両端部同士の間隔が定着ニップＮに対向するように配置する構成に限らず、加熱ベルト３１の軸方向の両側の周囲におけるスペースの状態等に合わせて変更してもよい。
【００６８】
例えば、図８に示すように、給電部材３７における周方向の中央と加熱ベルト３１の軸心とを結ぶ直線が、加圧ローラー３２および押圧ローラー３３のそれぞれの軸心を結ぶ直線に対して４５°程度傾斜した状態で配置する構成としてもよい。また、図９に示すように、給電部材３７のそれぞれを、定着ニップＮに対して軸方向の両側に、定着ニップＮを挟んで配置する構成としてもよい。いずれの場合にも、加熱ベルト３１の軸方向の両側の周囲における無駄なスペースを減少させることができ、定着装置が大型化することを抑制できる。
【００６９】
また、受電層３１ｄは、抵抗発熱体層３１ａ上に積層状態で配置する構成に限るものではなく、抵抗発熱体層３１ａに対して導電状態になっていればよい。このために、抵抗発熱体層３１ａの軸方向の両側の各端部の外側に受電層３１ｄをそれぞれ配置する構成としてもよい。
さらに、給電部材３７は、内周面が円弧形状になっていればよいために、外周面が円弧形状になっている必要はなく、平坦面に構成されていてもよい。
【００７０】
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、加熱ベルト３１あるいは押圧ローラー３３に加圧ローラー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、加圧ローラー３２に限らず、例えば、加圧ベルトを用いてもよく、さらには、加圧ローラー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。
【００７１】
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ーに限るものではなく、カラープリンターであってもよい。さらには、プリンターに限らず、複写機、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）、ＦＡＸ等（いずれの場合にも、カラー画像用、モノクロ画像用のいずれであってもよい）にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、電流が流れることによって発熱する抵抗発熱体層を有する加熱回転体を用いた定着装置において、受電層と給電部材との間でスパークが発生することを防止する技術として有用である。
【符号の説明】
【００７３】
３０      定着装置
３１      加熱ベルト
３１ａ    抵抗発熱体層
３１ｂ    弾性層
３１ｃ    離型層
３１ｄ    受電層
３２      加圧ローラー
３３      押圧ローラー
３４      交流電源
３７      給電部材
【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】
2013054163.tif 000007
【図６】
2013054163.tif 000008
【図７】
2013054163.tif 000009
【図８】
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【図９】
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