JP2011253084A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、押圧ローラなどの押圧部材が抵抗発熱層を含む定着ベルトの周回経路内側に配されている抵抗発熱式の定着装置において、定着ベルトの高寿命化を図る。
【解決手段】抵抗発熱層１５６を含む無端状の定着ベルト１５４の内側に配設されている押圧ローラ１５０を、定着ベルト１５４の周回経路外側から定着ベルト１５４を介して加圧ローラ１６０で押圧して定着ニップを形成し、未定着画像の形成されたシートを定着ニップに通紙して熱定着する定着装置であって、抵抗発熱層１５６は、その通紙領域を含む範囲に抵抗発熱層が形成されており、抵抗発熱層１５６の内周面および外周面には、通紙領域を挟む第１と第２の位置において、電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂが周回方向に沿って形成され、内周面および外周面にそれぞれ形成された電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂの双方に給電するための給電部材１７０が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、定着装置および当該定着装置を用いた画像形成装置に関し、特に、抵抗発熱層とこれに給電するための電極層が形成された定着ベルトを用いた定着装置において、当該定着ベルトの長寿命化を図る技術に関する。

従来、プリンタ等の画像形成装置では、抵抗発熱層を含む定着ベルトに直接通電することで発熱させる定着装置を採用するものがある（例えば、特許文献１）。
このような定着装置は、ハロゲンヒータを熱源とする定着装置よりも省エネルギー化を図れるという利点がある。
図８は、当該定着装置に用いられる定着ベルトの断面図である。

同図に示すように、定着ベルト５００は、補強層５５５の上に、抵抗発熱層５５６が積層されている。
また、抵抗発熱層５５６の外周面の両端部には、外部の電源から受電する電極として、金属材料からなる電極層５５９が積層されている。
さらに、抵抗発熱層５５６の外周面において、２つの電極層５５９の間に位置する領域には、記録シートとの離型性を高めるための離型層５５７が積層されている。

ここで、抵抗発熱層５５６は、電気抵抗の大きな材料から構成されているため、電流が流れるとジュール発熱するものである。
以上の構成において、外部交流電源５８０に接続された給電部材５７０を電極層５５９と接触させ、抵抗発熱層５５６の両端部に電位差を発生させることにより、抵抗発熱層５５６に電流が流れる。

これにより、抵抗発熱層５５６が発熱し、この熱が記録シートの熱定着に利用される。

特開２００７−２７２２２３号公報

しかしながら、上記構成の定着ベルト５００において、長時間通電すると、電極層５５９の離型層５５７寄りの縁部と抵抗発熱層５５６とが接触する接触部５６０付近が過剰に加熱されることが判明した。
このような局所的な過熱が生じると、当該加熱部位が他の部分よりも劣化が促進され、定着ベルト５００の寿命が低下するという問題がある。

ここで、上記局所的過熱の原因として、以下のことが考えられる。
即ち、電流は、抵抗値の小さいところを流れ易いので、給電部材５７０から電極層５５９に供給された電流は、もう一方の電極層５５９との距離ができるだけ短い位置から抵抗発熱層５５６に流れようとする。
その結果、電極層５５９と抵抗発熱層５５６との間においては、電流は、主に、電極層５５９の離型層５５７寄りの縁部と抵抗発熱層５５６とが接触する接触部５６０に集中する。

そして、上記接触部５６０から抵抗発熱層５５６へと集中的に流れ込んだ電流は、抵抗発熱層５５６の厚み方向に分散して流れ、もう一方の接触部５６０の近傍において再び集中する。
このため、接触部５６０の電流密度が最大となり、この部分において抵抗発熱層５５６が過剰に発熱するものと考えられる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、抵抗発熱式の定着装置および画像形成装置において、定着ベルトの長寿命化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、抵抗発熱層を含む無端状の発熱ベルトの周回経路内側に第１の押圧部材が配され、前記発熱ベルトの周回経路外側から第２の押圧部材で第１の押圧部材を押圧して定着ニップを形成し、未定着画像の形成された記録シートを当該定着ニップに通紙して熱定着する定着装置であって、前記発熱ベルトは、その通紙領域を含む範囲に抵抗発熱層が形成されており、前記抵抗発熱層の内周面および外周面には、前記通紙領域を挟む第１と第２の位置において、電極層が周回方向に沿って形成され、前記内周面および前記外周面に形成された双方の電極層に給電するための給電部材が設けられていることを特徴とする。

上記構成では、抵抗発熱層と電極層間における電流の流入および流出は、抵抗発熱層とこれの内周面および外周面に形成された電極の通紙領域挟寄りの２つの縁部とが接触する部分で行われるため、上記流入および流出が、上記２つの縁部のうちの一方でしか行われていなかった従来よりも、抵抗発熱層の第１と第２の位置における電流密度を低減することができ、局所的な過熱を生じにくくすることができる。

これにより、発熱ベルトの局所的温度上昇が緩和され、発熱ベルトの寿命を延命することができる。
また、前記電極層は、前記周回方向における全周に亘って形成されていることが望ましい。
また、前記電極層を前記周回方向と直交する平面で切断したときの断面が、コの字状となっているとしてもよい。

さらに、第１の押圧部材は、押圧ローラであり、第２の押圧部材は、加圧ローラであることが望ましい。
もしくは、第１の押圧部材は、ローラ軸体であり、前記発熱ベルトは、前記ローラ軸体の外周に形成されたローラ外皮であって、前記ローラ軸体と前記ローラ外皮とで定着ローラを構成するとしてもよい。

また、前記抵抗発熱層は、耐熱性絶縁樹脂に導電フィラーを分散させたものであることが望ましい。
なお、本発明は、上記定着装置を備えた画像形成装置としてもよい。

本発明の実施の形態に係るプリンタ全体の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の構成を示す一部切り欠き斜視図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の側面図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の軸方向における断面図である。 本発明の実施の形態に係る定着ベルトの加熱部位の温度低減効果を示す図である。 本発明の実施の形態に係る定着ベルトの加熱部位の温度低減効果を示す図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の変形例である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の変形例である。 従来の定着ベルトの断面図である。

図１は、当該プリンタ１の全体の構成を示す概略断面図である。
同図に示すように、このプリンタ１は、画像プロセス部３、給紙部４、定着部５および制御部６０を備えており、ネットワーク（例えばＬＡＮ）に接続されて、外部の端末装置（不図示）からのプリントジョブの実行指示を受け付けると、その指示に基づいてイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラック色からなるトナー像を形成し、これらを多重転写してフルカラーの画像形成を実行する。

以下、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各再現色をＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋと表し、各再現色に関連する構成部分の番号にこのＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを添字として付加する。
＜画像プロセス部＞
画像プロセス部３は、Ｙ〜Ｋ色のそれぞれに対応する作像部３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、光学部１０、中間転写ベルト１１などを備えている。

作像部３Ｙは、感光体ドラム３１Ｙ、その周囲に配設された帯電器３２Ｙ、現像器３３Ｙ、一次転写ローラ３４Ｙ、感光体ドラム３１Ｙを清掃するためのクリーナ３５Ｙなどを備えており、感光体ドラム３１Ｙ上にＹ色のトナー像を作像する。他の作像部３Ｍ〜３Ｋについても、作像部３Ｙと同様の構成になっており、同図では符号を省略している。
中間転写ベルト１１は、無端状のベルトであり、駆動ローラ１２と従動ローラ１３に張架されて矢印Ａ方向に回転駆動される。

光学部１０は、レーザダイオードなどの発光素子を備え、制御部６０からの駆動信号によりＹ〜Ｋ色の画像形成のためのレーザ光Ｌを発し、感光体ドラム３１Ｙ〜３１Ｋを露光走査させる。
この露光走査により、帯電器３２Ｙ〜３２Ｋにより帯電された感光体ドラム３１Ｙ〜３１Ｋ上に静電潜像が形成される。各静電潜像は、現像器３３Ｙ〜３３Ｋにより現像されて感光体ドラム３１Ｙ〜３１Ｋ上にＹ〜Ｋ色のトナー像が、中間転写ベルト１１上の同じ位置に重ね合わせて一次転写されるようにタイミングをずらして実行される。

一次転写ローラ３４Ｙ〜３４Ｋにより作用する静電力により中間転写ベルト１１上に各色のトナー像が順次転写されフルカラーのトナー像が形成され、さらに二次転写位置４６方向に移動する。
一方、給紙部４は、記録シートＳを収容する給紙カセット４１と、給紙カセット４１内の記録シートＳを搬送路４３上に１枚ずつ繰り出す繰り出しローラ４２と、繰り出された記録シートＳを二次転写位置４６に送り出すタイミングをとるためのタイミングローラ対４４などを備えており、中間転写ベルト１１上のトナー像の移動タイミングに合わせて給紙部４から記録シートＳを二次転写位置に給送し、二次転写ローラ４５の作用により中間転写ベルト１１上のトナー像が一括して記録シートＳ上に二次転写される。

二次転写位置４６を通過した記録シートＳは、定着部５に搬送され、記録シートＳ上のトナー像（未定着画像）が、定着部５における加熱・加圧により記録シートＳに定着された後、排出ローラ対７１を介して排出トレイ７２上に排出される。
＜定着部＞
図２は、上記定着部５の構成を示す部分断面斜視図であり、図３は、その側面図である。

同図２に示すように、定着部５は、定着ベルト１５４と、押圧ローラ１５０と、加圧ローラ１６０と、給電部材１７０とを備える。
押圧ローラ１５０は、定着ベルト１５４の周回経路内側に遊びを有した状態で配されている。
また、加圧ローラ１６０は、定着ベルト１５４の周回経路外側に配置されており、不図示の駆動機構により矢印Ｄ方向に回転駆動されると共に、定着ベルト１５４の外側から定着ベルト１５４を介して押圧ローラ１５０を押圧する。

これにより、定着ベルト１５４と押圧ローラ１５０とが矢印Ｅ方向に従動回転し、定着ベルト１５４表面との間に定着ニップＮが形成される。
そして、定着ニップＮが目標温度に維持された状態で記録シート（不図示）が当該定着ニップＮを通過すると、当該記録シート上の未定着のトナー像が加熱、加圧されて熱定着される。

以下、定着部５の構成について、詳細に説明する。
＜押圧ローラ＞
押圧ローラ１５０は、長尺で円柱状のローラ軸１５１の周囲に弾性層１５２が形成されてなる。
ローラ軸１５１は、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等からなる外径が約１８ｍｍの円柱体であり、その軸方向における両端部は、図示しない定着部５の本体側フレームの軸受部に回転自在に軸支されている。

弾性層１５２は、耐熱性及び断熱性の高い、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の発泡弾性体などからなり、その厚みは、１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であり、これにより押圧ローラ１５０の外径は、２０ｍｍ以上、１００以下に設定されるが、ここでは、５ｍｍに設定されている。
ここで、弾性層１５２のＹ軸方向の長さは、３５０ｍｍとなっている。
＜加圧ローラ＞
加圧ローラ１６０は、ローラ軸１６１の周面に、弾性層１６２と、接着層１６３と、離型層１６４とが、この順に積層されている。

ローラ軸１６１は、不図示の駆動機構により回転駆動される、例えば、外径が約３０ｍｍのアルミニウム製の中実シャフトである。
弾性層１６２は、シリコーンゴムからなる円筒体であり、Ｙ軸方向の長さは３１０ｍｍとなっている。
なお、弾性層１６２の材料としては、上記シリコーンゴムの他、フッ素ゴムなどの耐熱性の高い材料を用いてもよい。

弾性層１６２の厚みとしては、１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下が望ましく、ここでは、２ｍｍに設定されている。
離型層１６４は、厚みが１０μｍ以上、５０μｍ以下のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）またはＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素系樹脂からなる。

接着層１６３は、シリコーン接着剤などからなり、当該接着剤が弾性層１６２の表面に塗布されることにより形成される。
ここで、弾性層１６２、接着層１６３および離型層１６４のＹ軸方向の長さは、３１０ｍｍとなっており、無論、記録シートの最大通紙幅よりも大きく設定されている。
＜給電部材＞
給電部材１７０は、リード線１７５を介して外部の電源１８０に電気的に接続されており、定着ベルト１５４の後述する電極層１５９ａおよび電極層ｂに接触して、これに給電するものである。

ここで、電源１８０は、例えば、電圧１００Ｖ、周波数が５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚの商用電源である。
なお、リード線１７５には、制御部６０の指示でＯＮ・ＯＦＦするリレースイッチ（不図示）が挿設されており、必要に応じて通電される構成となっている。
給電部材１７０は、より具体的には、ブラシ部１７１ａおよびブラシ部１７１ｂと、板バネ１７２からなる。

ブラシ部１７１ａおよびブラシ部１７１ｂは、例えば、それぞれＹ軸方向における長さが１２ｍｍ、Ｙ軸方向と直交する方向の幅１０ｍｍ、厚み１５ｍｍの直方体状のブロックであって、摺動性および導伝性を有する銅黒鉛質、炭素黒鉛質などの材料からなる、いわゆるカーボンブラシである。
板バネ１７２は、導電性および弾性を有するりん青銅やステンレスなどからなるＹ字状の板体であって、当該Ｙ字の根元部分がプリンタ１の本体側（不図示）の絶縁体に固定されており、残る２つの枝部分の端部において、対向する２面のぞれぞれに、ブラシ部１７１ａおよびブラシ部１７１ｂが導電性接着剤などで接合されている。

そして、板バネ１７２は、図３に示すように、ブラシ部１７１ａおよびブラシ部１７１ｂを介して定着ベルト１５４の両端部を挟み込むことで、ブラシ部１７１ａを電極層１５９aに押し付けると共に、ブラシ部１７１ｂを電極層１５９ｂに押し付けている。
＜定着ベルト＞
図４は、本実施の形態に係る定着装置の加圧ローラ１６０の回転軸方向（Ｙ軸方向）における断面図である。

定着ベルト１５４は、積層構造を有する弾性変形可能な無端ベルトであり、同図に示すように、Ｙ軸方向における両端部とそれ以外の中央部分とでは積層状況が異なる。
より具体的には、定着ベルト１５４は、抵抗発熱層１５６の両端部のそれぞれにおいて、外周面には電極層１５９ａが積層されており、さらに、内周面には電極層１５９ｂが積層されている。

また、抵抗発熱層１５６の外周面において、これの両端部に形成された２つの電極層１５９ａの間には、弾性層１５７と、離型層１５８とがこの順で積層されている。
さらに、抵抗発熱層１５６の内周面において、これの両端部に形成された２つの電極層１５９ｂの間には、補強層１５５が積層されている。
以下、定着ベルト１５４を構成する各層について詳細に説明する。

補強層１５５は、導電性を有しない材料、例えば、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂)、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などのいずれかからなり、その厚みは５μｍ以上、２００μｍ以下が望ましく、ここでは、７０μｍに設定されている。
電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂは、それぞれ給電部材１７０と接触して抵抗発熱層１５６に電力を供給するものである。

より具体的には、電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂは、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｍｇ、真鍮およびリン青銅等、もしくはそれらの合金などを材料とするものであって、抵抗発熱層１５６の両端部において、その外周面および内周面にそれぞれメッキし、もしくはこれらの金属が分散された導電性インキなどを塗布して乾燥させることにより形成される。

また、電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂの体積抵抗率としては、抵抗発熱層１５６の体積抵抗率以下に設定した上で、その数値範囲を、１．０×１０^−８Ω・ｍ〜１．０×１０^−４Ω・ｍとすることが望ましい。
なお、電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂの体積抵抗率と、抵抗発熱層１５６の体積抵抗率との差が小さい場合であっても、電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂの厚みをそれぞれ厚くし、抵抗発熱層１５６の厚みを薄くすれば、電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂを電極として利用し、抵抗発熱層１５６を発熱体として利用することができる。

また、電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂは、Ｙ軸方向の長さが１５ｍｍとなっており、厚みは、１μｍ以上、１００μｍ以下であることが望ましく、ここでは２０μｍに設定されている。
ここで、電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂの厚みがあまりにも薄いと、当該電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂにおいて、給電部材１７０の接触部分を起点として、ここから周方向に半回転した位置に電流が達するまでに電圧降下が生じる。

その結果、２つの給電部材１７０を直線で繋いだ抵抗発熱層１５６上の経路およびその近傍にしか電流が流れなくなり、発熱範囲が狭くなる。
上記電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂにおける厚みの下限値は、このような不具合が生じないようにするために決められたものである。
抵抗発熱層１５６は、Ｙ軸方向における両端に電位差を設けることにより、電流が流れてジュール発熱するものである。

より具体的には、抵抗発熱層１５６は、厚みが４０μｍであって、ベースの材料（以下、「ベース材」という。）となるＰＩ（ポリイミド）製樹脂に、電気抵抗率の異なる導電フィラーを一種類もしくは複数種類分散させてなり、コーティングなどにより形成される。
また、抵抗発熱層１５６のＹ軸方向の長さは３５０ｍｍとなっている。

抵抗発熱層１５６に用いるベースの材料（以下、「ベース材」という。）として、他にもＰＰＳおよびＰＥＥＫなどの耐熱性絶縁樹脂を使用することができるが、ＰＩがもっとも高い耐熱性を有するので、ＰＩを用いることが望ましい。
ここで、導電フィラーとしては、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、ＭｇおよびＮｉなどの金属、もしくは、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーなどのカーボン系の炭素化合物粉末と、ヨウ化銀、ヨウ化銅等の無機化合物中の高イオン導電体粉末が望ましい。

また、その形状としては、単位含有量あたりの導電フィラー同士の接触する確率を高めたり、導電フィラーにベース材を浸透させ易くするために、繊維状にすることが望ましい。
導電フィラーの構成要素である、上述の金属は、温度が上昇するにつれて体積抵抗値が上昇するＰＴＣ(positive temperature coefficient)特性を有しており、また、炭素化合物粉末および高イオン導電体粉末は、温度が上昇するにつれて体積抵抗値が減少するＮＴＣ(negative temperature coefficient)特性を有しているので、性質の相反するこれらフィラーの配合比率を調整して所望の体積抵抗率に設定している。

なお、上記導電フィラーの他に、抵抗発熱層１５６における機械的強度の向上や熱伝導率向上の目的のために、ベース材に別のフィラーを添加してもよい。
電源１８０として、上述の商用電源を用いると、目的の発熱量を得るために設定すべき体積抵抗率は、１．０×１０^−６〜１．０×１０^−２ Ω・ｍ程度が望ましく、さらに、本実施の形態における定着部５の仕様においては、体積抵抗率を１．０×１０^−５〜５．０×１０^−３ Ω・ｍに設定することが望ましい。

弾性層１５７は、例えば、シリコーンゴムなどの弾性および耐熱性を有する材料からなり、その厚みは約２００μｍである。
なお、弾性層１５７の材質は、シリコーンゴムの他、フッ素ゴム等を用いても構わない。
離型層１５８は、例えば、ＰＴＦＥもしくはＰＦＡ等のフッ素系樹脂などの離型性を有する材料からなり、厚みは、５μｍ以上、１００μｍ以下である。
＜温度分布の改善確認＞
本実施の形態では、従来の定着装置のように、抵抗発熱層１５６の両端部の外周面および内周面のいずれか一方に電極層を形成するのではなく、抵抗発熱層１５６の両端部の外周面および内周面に、それぞれ電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂを形成している。

図５（ａ）は、以上のように構成された、実施の形態における定着部５において、定着ベルト１５４の一方の端部（Ｙ’方向側端部）における電極層１５９ａ、電極層１５９ｂおよび抵抗発熱層１５６の温度分布を、シミュレーションで求めた結果を示す図である。
また、図５（ｂ）は、従来の定着ベルト５００の一方の端部（Ｙ’方向側端部）における電極層５５９および抵抗発熱層５５６の温度分布を、シミュレーションで求めた結果を示す図である。

なお、ここでは発熱に直接寄与する電極層１５９ａ、電極層１５９ｂおよび抵抗発熱層のみの構成でモデル化を行っている。
ここで、図中の色が濃い部分ほど温度が低く、薄い部分ほど温度が高い部分であることを示す。
＜計算条件＞
抵抗発熱層の体積抵抗率：９．４×１０^−５Ω・ｍ
印加電圧 ：１００Ｖ
電極の体積抵抗率 ：１．７２×１０^−８Ω・ｍ
これら以外の計算条件は、本実施の形態の定着ベルト１５４と同様である。
＜寸法関係＞
同図５（ａ）、（ｂ）に記載の符号に対応する寸法は以下の通りである。
（実施例品）
ＷＪ１：３４０ｍｍ （Ｙ軸方向における幅）
ＷＪ２：１５ｍｍ
ＴＪ１：４０μｍ
ＴＪ２：２０μｍ
ＴＪ３：２０μｍ
（従来品）
ＷＯ１：３４０ｍｍ （Ｙ軸方向における幅）
ＷＯ２：１５ｍｍ
ＴＯ１：４０μｍ
ＴＯ２：２０μｍ
図５（ｂ）に示すように、従来品では、抵抗発熱層５５６において、環状の電極層５５９の定着ベルト中央寄りの周縁と接する部分（以下、「周縁部Ｇ」という。）が一番温度が高くなっている。

具体的には、周縁部Ｇの温度は、１６４℃となっており、また、２つの周縁部Ｇの間に位置する中央部における温度は、１４８℃前後となっており、１６℃もの温度差が生じている。
これに対し、実施例品では、図５（ａ）に示すように、上記周縁部Ｇに対応する部位となる抵抗発熱層１５６の周縁部Ｆ１および周縁部Ｆ２が、最も温度が高くなっているものの、従来品の周縁部Ｇに比べて温度が低くなっていることがわかる。

より具体的には、周縁部Ｆ１および周縁部Ｆ２の温度は、１５９℃となっており、また、抵抗発熱層１５６のＹ軸方向における中央部分における温度は、１５０℃であり、最も温度が高くなる部位との温度差は９℃であり、従来品よりも全体としての温度が均一化されていることがわかる。
このようになるのは、以下の理由によるものと考えられる。

即ち、従来品では、電極層５５９と抵抗発熱層５５６との間においては、電流は主に周縁部Ｇと抵抗発熱層５５６との接線を介して流れるため、周縁部Ｇの電流密度が大きくなり温度が高くなるものと考えられる。
何故なら、電流は電気抵抗が小さな経路を流れようとする性質があり、電極層５５９の周縁部Ｇの外側に位置する部分では、抵抗発熱層５５６内を経由するよりも、電極層５５９内を通って周縁部Ｇまで流れた方が経路の電気抵抗が小さくなるので、電極層５５９と抵抗発熱層５５６とが面接触していても、両者の間において周縁部Ｇ以外の部分で電流が流れにくくなるからである。

一方、本実施の形態に係る定着ベルト１５４では、抵抗発熱層１５６の両端部において、その外周面および内周面に、それぞれ電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂが形成されている。
このとき、従来品と同様の理由から、電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂと抵抗発熱層５５６とが面接触していても、両者の間において周縁部Ｆ１および周縁部Ｆ２以外の部分で電流が流れにくくなる。

つまり、従来品では、抵抗発熱層５５６における周縁部Ｇに電流が集中していたものが、本実施の形態に係る定着ベルト１５４では、抵抗発熱層１５６における周縁部Ｆ１およびＦ２の２箇所に、電流が集中する場所が分散される。
これにより、電流密度が低下し、局所的な加熱を生じにくくなり、発熱ベルトの寿命を延命することができる。

図６は、上記シミュレーションにおいて算出された従来品および実施例品における抵抗発熱層の単位体積あたりの発熱量の最大値を示す図である。
同図に示すように、実施例品は、従来品に比べ、単位体積あたりの発熱量の最大値が、１／２に低減されている。
通常、定着温度は、１６０℃前後に設定されており、定着ベルト１５４の耐熱温度としては、２４０℃程度が要求される。

したがって、定着ベルト１５４において、最も温度が上昇する部位の温度が２４０℃を超えないことが求められる。
また、定着ベルト１５４は、温度が高くなる部位ほど寿命は減少し、寿命に達した部位を起点として亀裂などが発生する傾向にあり、さらに、局所的に高温になるとその部分が他の部位より熱膨張量が大きくなり熱変形が生じ易くなる。

このような不具合の発生を抑制するため、定着ベルト１５４において、最も加熱される部位の温度を低く抑えることが求められる。
本実施の形態の定着ベルト１５４は、上述のように、最も温度が上昇する部位の温度が２４０℃以下となっていると共に、従来品よりも最も加熱される部位の温度が低くなっているため、高寿命化を図ることができ、さらに、熱変形を抑制することができる。
＜変形例＞
本発明は、上述のような実施の形態に限られるものではなく、次のような変形例も実施することができる。

（１）上記実施の形態では、定着ベルト１５４は、補強層１５５と、抵抗発熱層１５６と、弾性層１５７と、離型層１５８と、電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂとを有していたが、これに限らず、少なくとも抵抗発熱層１５６と電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂとを有していればよい。
例えば、モノクロの複写機では、カラーの複写機に比べ、定着ニップ幅を小さく設定しても、定着品質の劣化がそれほど目立たないため、定着ベルト１５４内の弾性層１５７を省略することが考えられる。

（２）また、上記実施の形態では、抵抗発熱層１５６の両端部において、その外周面および内周面に、それぞれ別個の電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂを形成していたが、これに限らない。
例えば、図７に示すように、定着ベルトを前記周回方向と直交する平面で切断したとするときの断面において、上述の電極層１５９ａと電極層１５９ｂに相当する２つの電極部分（２５９ａおよび２５９ｂ）を底部２５９ｃで繋いでなる、断面がコの字状の電極２５９を、抵抗発熱層１５６の両端部にそれぞれ設けてもよい。

この場合、底部２５９ｃが、抵抗発熱層１５６の縁部の端面１５６ｃと接触していても、電流が集中して抵抗発熱層１５６へと流れる電極２５９の２つの部分、即ち、電極部分２５９ａおよび２５９ｂのそれぞれ定着ベルト中央寄りであって、抵抗発熱層１５６寄りの縁部２５９ｄおよび２５９ｅから離れているため、端面１５６ｃを介して流れる電流は極めて少なく、上記実施の形態の定着ベルト１５４と電流の流れる状況は殆ど変らないものと考えられる。

よって、このような構成の電極２５９を採用しても、定着ベルト１５４と同様に、局部的な過熱を緩和する効果を奏する。
なお、同図７に示すように、電極部分２５９ａおよび電極部分２５９ｂに、給電部材１７０をそれぞれ接触させても構わないし、電極部分２５９ａおよび電極部分２５９ｂの一方のみに給電部材１７０を接触させても構わない。

何故なら、電極２５９は、体積抵抗率が抵抗発熱層１５６よりも小さいため、給電部材１７０を電極部分２５９ａおよび電極部分２５９ｂのうちの一方のみに接触させたとしても、ここから入り込んだ電流は、底部２５９ｃを介して他方の電極部分に回り込むからである。
（３）また、上記実施の形態では、給電部材１７０は、ブロック状のブラシ部１７１ａおよびブラシ部１７１ｂを、それぞれ定着ベルト１５４の電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂに押し付けていたが、これに限らない。

例えば、図７に示す定着ベルトにさらに改良を加え、図８に示す構成、即ち、電源１８０に接続した１次コイル２７１を定着装置本体側に設けると共に、定着ベルト２５４において、これの一方の端部に絶縁コーティングされた２次コイル２７２を設け、当該２次コイル２７２を構成する巻き線の一方の端２７２ａをＹ’方向側の電極２５９に電気的に接続し、当該巻き線のもう一方の端２７２ｂをＹ方向側の電極２５９に電気的に接続する構成とした上で、１次コイル２７１と２次コイル２７２を対向させて１次コイルに交流電流を流すことによって、２次コイルに誘導電流を生じさせ、非接触状態で電極２５９に電力を供給してもよい。

もしくは、ブラシ部１７１ａおよびブラシ部１７１ｂの代わりに１対の金属ローラを用いて、当該１対の金属ローラで定着ベルト１５４の端部を挟み込むことで、摩擦を低減させながら、電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂとの電気的接触を保ってもよい。
（４）また、上記実施の形態では、電極層１５９ａと電極層１５９ｂのＹ軸方向における形成位置が、抵抗発熱層１５６の両端部となっていたが、これに限られない。

即ち、電極層１５９ａ及び電極層１５９ｂの形成位置は、抵抗発熱層１５６の内外周面であって、Ｙ軸方向における少なくとも通紙領域を挟む第１と第２の位置に形成されていればよい。
また、抵抗発熱層１５６の同じ端部側に設けられた電極層１５９ａ及び電極層１５９ｂ同士は、Ｙ軸方向において、互いに多少ずれていても構わない。

その場合、電極層１５９ａ及び電極層１５９ｂのずれ量に応じて、給電部材１７０のブラシ部１７１ａおよびブラシ部１７１ｂの相対的位置をずらすことが望ましい。
（５）上記実施の形態では、押圧ローラ１５０が、定着ベルト１５４の周回経路内側に遊びを有した状態で配されていたが、遊びを有しない状態で定着ベルト１５４の周回経路内側に配されていても構わない。

また、押圧ローラ１５０と定着ベルト１５４とが一体となった定着ローラの構成を採用しても良い。
つまり、ローラ軸の外周面を、弾性層、抵抗発熱層、電極層および離型層などのローラ外皮で覆った構成であっても良い。
もしくは、定着ベルト１５４が、第１および第２のローラに張架された構成としてもよい。

この場合、例えば、第１のローラを加圧ローラと協働して定着ニップを形成する押圧ローラとし、第２ローラを定着ベルト１５４の長さを設定するためのローラとすることなどが考えられる。
このような構成を用いることにより、押圧ローラの外径を小さくすることにより、記録シートの離型性を高めると共に、定着ベルト１５４の長さを長くすることにより、単位時間あたりの周回数を少なくして摩耗を低減し、長寿命化を図ることができる。

（６）さらに、上記実施の形態では、導電フィラーの構成要素であるＰＴＣ特性を有する材料と、ＮＴＣ特性を有する材料の配合比率を調整して所望の体積抵抗率に設定しているとしたが、これ以外の目的で配合比率を調整しても構わない。
例えば、多数枚の小サイズのシートを連続してプリントする場合、定着ベルト１５４のうち、ベルト幅方向に当該シートが通過しない両端側の部分（以下、「非通紙部」という。）の温度が、当該シートに熱が奪われないために温度が上昇する傾向にあるが、当該非通紙部にＮＴＣ特性の導電フィラーを多く含有させることで、非通紙部の温度を上昇しにくくすることができる。

この非通紙部は、一般に電極層に近接もしくは接触する位置にあるため、電極層と抵抗発熱層との境界部分において、電流密度が高くなる部分が生じて温度が上昇すると、体積抵抗率が下がるので、加熱が抑制される効果が望める。
上記実施の形態に係る定着ベルト１５４は、もともと上記境界部分における電流密度が高くならない構成であるため、非通紙部にＮＴＣ特性の導電フィラーを多く含有させていなくても、上記境界部分の加熱を抑制することができる。

（７）また、本実施の形態では、電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂは、定着ベルト１５４の周方向に１周する環状の形状となっていたが、これに限らず、例えば、電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂにおいて、押圧ローラ１５０の軸方向に対して直角以外の角度、もしくは、平行する少なくとも１本のスリットが設けられていても良い。
このような場合、例えば、給電部材１７０の配設位置やスリット数を適切に設定することによって、定着ベルト１５４において定着ニップＮを通過する直前の領域だけを部分加熱して、省電力化を図ることができる。

（８）上記実施の形態では、定着ベルト１５４を挟み込んだ状態で押圧し、定着ニップを形成するものが、いずれも押圧ローラ１５０や加圧ローラ１６０のような回転体で構成されていたが、これらのうちの一方のみを回転体とし、もう一方を回転させずに固定された状態で上記押圧に寄与可能な部材に置き換えてもよい。
このような部材としては、定着ベルト１５４の周回方向と直交する方向に長尺な部材であって、表面の摺動性を高めたものが用いられる。

つまり、上記押圧に寄与可能な部材としては、回転体や長尺な固定部材など、押圧に寄与することができる押圧部材でありさえすればよい。
（９）なお、上記実施の形態では、本発明に係る画像形成装置をタンデム型カラーデジタルプリンタに適用した場合の例を説明したが、これに限られず、押圧ローラなどを含めた押圧部材が定着ベルトの周回経路内側に、加圧ローラにより定着ベルトを介した状態で押圧されて定着ニップが形成される定着装置、および、当該定着装置を備える画像形成装置一般に適用することができる。

また、上記実施の形態および上記変形例の内容をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。

本発明は、抵抗発熱層とこれに給電するための電極層を含むベルトを用いた定着装置および当該定着装置を用いた画像形成装置に広く適用することができる。

１ プリンタ
３ 画像プロセス部
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ 作像部
４ 給紙部
５ 定着部
１０ 光学部
１１ 中間転写ベルト
１２ 駆動ローラ
１３ 従動ローラ
３１ 感光体ドラム
３２ 帯電器
３３ 現像器
３４ 一次転写ローラ
３５ クリーナ
４１ 給紙カセット
４２ ローラ
４３ 搬送路
４４ タイミングローラ対
４５ 二次転写ローラ
４６ 二次転写位置
６０ 制御部
７１ 排出ローラ対
７２ 排出トレイ
１５０ 押圧ローラ
１５１ ローラ軸
１５２ 弾性層
１５４ 定着ベルト
１５５ 補強層
１５６ 抵抗発熱層
１５６ｃ 端面
１５７ 弾性層
１５８ 離型層
１５９ａ、１５９ｂ 電極層
１６０ 加圧ローラ
１６１ ローラ軸
１６２ 弾性層
１６３ 接着層
１６４ 離型層
１７０ 給電部材
１７１ａ ブラシ部
１７１ｂ ブラシ部
１７２ 板バネ
１７５ リード線
１８０ 電源
２５４ 定着ベルト
２５９ 電極
２５９ａ、２５９ｂ 電極部分
２５９ｃ 底部
２５９ｄ、２５９ｅ 縁部
２７１ １次コイル
２７２ ２次コイル
２７２ａ、２７２ｂ 端

Claims (7)

1. 抵抗発熱層を含む無端状の発熱ベルトの周回経路内側に第１の押圧部材が配され、前記発熱ベルトの周回経路外側から第２の押圧部材で第１の押圧部材を押圧して定着ニップを形成し、未定着画像の形成された記録シートを当該定着ニップに通紙して熱定着する定着装置であって、
   前記発熱ベルトは、
   その通紙領域を含む範囲に抵抗発熱層が形成されており、
   前記抵抗発熱層の内周面および外周面には、前記通紙領域を挟む第１と第２の位置において、電極層が周回方向に沿って形成され、
   前記内周面および前記外周面に形成された双方の電極層に給電するための給電部材が設けられていること
   を特徴とする定着装置。
2. 前記電極層は、前記周回方向における全周に亘って形成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。
3. 前記電極層を前記周回方向と直交する平面で切断したときの断面が、コの字状となっていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 第１の押圧部材は、押圧ローラであり、第２の押圧部材は、加圧ローラであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 第１の押圧部材は、ローラ軸体であり、
   前記発熱ベルトは、前記ローラ軸体の外周に形成されたローラ外皮であって、
   前記ローラ軸体と前記ローラ外皮とで定着ローラを構成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記抵抗発熱層は、耐熱性絶縁樹脂に導電フィラーを分散させたものであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
7. 請求項１から６に記載の定着装置を備える画像形成装置。

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