JP6098602B2 - 抵抗発熱体、その製造方法、加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗発熱体、その製造方法、加熱装置および画像形成装置に関する。

複写機やレーザービームプリンターなどの画像形成装置で採用される定着装置には、熱フィルム定着方式の定着装置が知られている。当該定着装置は、電源投入からコピースタートまでの時間（ウォーミングアップタイム）を短縮することが可能であり、省エネルギーの観点から優れている。

当該定着装置は、電気の供給により発熱する発熱ベルト（抵抗発熱体）を有している。当該発熱ベルトは、例えば、ポリイミドなどの耐熱性樹脂のフィルムと、その外周面を覆うフッ素樹脂などの離型層とを有する、シームレスのベルトである。当該発熱ベルトには、当該発熱ベルトの低抵抗化を目的として、または抵抗安定性を高めることを目的として、特定の要件を満たす導電性の繊維状フィラーを上記耐熱性樹脂に含有させたベルトが知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

特開２０１２−８２９９号公報 特開２０１３−２５１２０号公報

特許文献１の記載の上記発熱ベルトは、その初期抵抗値を十分に低くすることが可能である。また、特許文献２に記載の上記発熱ベルトは、従来に比べて高い抵抗安定性を有する。しかしながら、これらの発熱ベルトを使用しても経時的に抵抗値が増加し、当該発熱ベルトを画像形成装置の上記定着装置に適用した場合に、当該発熱ベルトにおける抵抗値の変動に起因する定着ムラが生じることがある。

本発明の第１の目的は、その抵抗値が長期間安定する抵抗発熱体を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、定着ムラを抑制可能な画像形成装置を提供することである。

本発明は、耐熱性樹脂と、前記耐熱性樹脂中に分散されているステンレス鋼繊維と、を含有する抵抗発熱体であって、前記ステンレス鋼繊維には、焼きなまし処理が施されており、Ｌ０を初期の抵抗発熱体の寸法、Ｌ１を２００℃に１週間放置した後の抵抗発熱体の寸法としたときに、下記式（１）を満たす抵抗発熱体、を提供する。
｛（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０｝≦｜０．０００２｜ （１）

また、本発明は、耐熱性樹脂またはその前駆体に５００〜６００℃の温度で焼きなまし処理が施されたステンレス鋼繊維を分散させる工程と、前記ステンレス鋼繊維が分散する前記耐熱性樹脂の成形体を作製する工程と、を含む抵抗発熱体の製造方法、を提供する。

また、本発明は、シート状または無端状の発熱体と、前記発熱体の内側に配置され、前記発熱体の内周面の一部分で接触する定着ローラと、前記発熱体の外側に配置され、前記定着ローラに向けて前記発熱体の外周面を押圧する加圧ローラと、前記発熱体に電気を供給する給電装置と、を有する加熱装置であって、前記発熱体がシート状または無端状の上記抵抗発熱体である加熱装置、を提供する。

さらに、本発明は、記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を加熱および加圧によって前記記録媒体に定着させる定着装置を有する画像形成装置において、前記定着装置が上記の加熱装置である画像形成装置、を提供する。

本発明によれば、その抵抗値が長期間安定する抵抗発熱体を提供することができ、定着ムラを抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る抵抗発熱体の一例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る抵抗発熱体の他の例を模式的に示す図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態に係る加熱装置の一例としての定着装置の構成を模式的に示す当該定着装置の正面図であり、図３Ｂは当該定着装置の構成を模式的に示す当該定着装置の側面図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一例の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

［抵抗発熱体］
本実施の形態に係る抵抗発熱体は、耐熱性樹脂と、当該耐熱性樹脂中に分散されているステンレス鋼繊維と、を含有する。「抵抗発熱体」は、通電によって発熱する。その形態は、特に限定されないが、例えばシートや無端ベルトなどである。上記抵抗発熱体の発熱量は、通電量やステンレス鋼繊維の含有量などによって決めることができ、これらを多くすることによって上記発熱量を多くすることが可能である。

上記耐熱性樹脂は、一種でもそれ以上でもよい。上記耐熱性樹脂の例には、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミドおよびポリエーテルエーテルケトンが含まれる。中でも、耐熱性の点から、ポリイミドが好ましい。

ポリイミドは、その前駆体であるポリアミド酸の、２００℃以上の加熱による、または触媒を用いることによる、脱水・環化（イミド化）反応を進めることによって得ることができる。このため、耐熱性樹脂としてポリイミドを用いる場合には、ポリアミド酸と、ステンレス鋼繊維とを混合した後、例えば２００℃以上の温度で加熱することが好ましい。ポリアミド酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とを溶媒に溶解し、混合・加熱による重縮合反応によって製造してもよいし、市販品を用いてもよい。上記ジアミン化合物およびテトラカルボン酸二無水物の例には、特開２０１３−２５１２０号公報の段落０１２３〜０１３０に記載の化合物が含まれる。

上記抵抗発熱体における上記耐熱性樹脂の含有量は、成形性などの観点から、４０〜９０体積％であることが好ましい。

上記ステンレス鋼繊維は、一種でもそれ以上でもよい。当該ステンレス鋼繊維のステンレス鋼の例には、オーステナイト系やマルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト・フェライト系、析出硬化系などの各種のステンレス鋼が含まれる。

オーステナイト系ステンレス鋼の例には、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ２０２、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３１６およびＳＵＳ３１７が含まれる。マルテンサイト系ステンレス鋼の例には、ＳＵＳ４０３およびＳＵＳ４２０が含まれる。フェライト系ステンレス鋼の例には、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４３０およびＳＵＳ４３０ＬＸが含まれる。オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼の例には、ＳＵＳ３２９Ｊ１が含まれる。析出硬化系ステンレス鋼の例には、ＳＵＳ６３０が含まれる。中でも、酸化防止の観点から、オーステナイト系ステンレス鋼およびフェライト系ステンレス鋼が好ましい。

上記ステンレス鋼繊維は、例えば、長径（繊維長；Ｌ）に対する短径（繊維断面径；ｌ）の比（ｌ／Ｌ）が０．２５以下である。当該比ｌ／Ｌは、０．０２５〜０．２５であることがより好ましい。上記ステンレス鋼繊維の長径Ｌは、５〜１０００μｍであることが好ましく、１０〜２００μｍであることがより好ましい。上記ステンレス鋼繊維の短径ｌは、０．５〜３０μｍであることが好ましく、１〜１０μｍであることがより好ましい。なお、「繊維断面径」とは、繊維断面における長径であり、繊維断面が円形の場合は直径である。

上記ステンレス鋼繊維の長径および短径は、顕微鏡写真など画像から測定される値の平均値である。たとえば、上記長径および短径は、走査型電子顕微鏡写真でステンレス鋼繊維を５００倍にて撮影し、得られた画像をスキャナーに取り込み、得られた画像データから抽出されるステンレス鋼繊維のサンプル５００個の長径および短径を測定し、その平均値より算出することにより求められる。

ステンレス鋼繊維は、製造品でも市販品でもよい。たとえば、ステンレス鋼繊維は、従来公知の製造方法により得られる。すなわち、ノズルからステンレス鋼を引き出して繊維状にし、必要に応じてさらに延伸し、また必要に応じて加熱し、所望の短径を有するステンレス鋼素繊維を作製し、これを所望の長さに切断することによって得られる。

上記ステンレス鋼繊維には、焼きなまし処理が施されている。「焼きなまし処理」とは、ステンレス鋼繊維における加工硬化による内部のひずみを取り除く熱処理である。当該焼きなまし処理により、ステンレス鋼繊維の組織が硬化し、ステンレス鋼繊維の展延性が向上する。当該焼きなまし処理は、例えば、上記ステンレス鋼繊維を、窒素雰囲気下、ステンレス鋼繊維の温度が５００〜６００℃となるように、４〜１０時間、加熱することによって行われる。処理温度が５００℃未満であると、内部ひずみの除去が不十分となることがあり、６００℃を超えると、ステンレス鋼繊維の表面における後述の不動態被膜が破壊されることがある。

焼きなまし処理が施されたステンレス鋼繊維は、焼きなましによる特徴の有無を検出することによって確認することが可能である。たとえば、ステンレス鋼繊維は、焼きなましによって、金属組織の格子欠陥が減少し、再結晶化し、組織が均質化し、その結果、内部のひずみが実質的に除去され、内部応力（残留応力）が実質的に解消される。この焼きなましによるステンレス鋼繊維の変化は、不可逆的である。したがって、例えば、ステンレス鋼繊維の組織を金属顕微鏡で観察し、抵抗発熱体の断面における焼きなまし処理による特徴の有無およびその均一さを観察し、あるいは、抵抗発熱体中のステンレス鋼繊維のサンプルの焼きなまし処理前後における組織の変化を観察することにより、耐熱性樹脂中に分散するステンレス鋼繊維が焼きなまし処理されたステンレス鋼繊維であることを確認することが可能である。

上記ステンレス鋼繊維は、さらに被膜を有していてもよい。当該被膜は、酸化防止機能を有する酸化防止被膜であることが好ましい。たとえば、当該皮膜は、抵抗発熱体の高温での抵抗安定性の観点から、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、およびＳｉの少なくとも一の酸化物、およびこれらの複合酸化物から形成される膜であることが好ましく、酸化クロム被膜であることがより好ましい。当該酸化防止被膜は、ステンレス鋼繊維の略全体を被覆していてもよく、その一部を被覆していてもよいが、略全体を被覆していることが好ましい。

上記酸化防止被膜は、例えば、（１）酸化防止皮膜の材料の溶液にステンレス鋼繊維を浸漬する方法、（２）ステンレス鋼繊維を酸素または清浄な空気中において低温加熱する方法、または（３）ステンレス鋼繊維を、酸化剤の溶液中において陽極分極させる方法、によって作製することが可能である。作製される酸化防止皮膜の均一性の観点から、（１）の方法が好ましい。

上記酸化防止皮膜の材料は、例えば一般的な酸化剤であり、その例には、硝酸、硫酸、リン酸、クロム酸および重クロム酸が含まれる。上記（１）の方法によれば、ＣｒやＮｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｓｉなどの各種酸化物（複合酸化物）の被膜を生成させることが可能である。

上記抵抗発熱体における上記ステンレス鋼繊維の含有量は、１０〜６０体積％であることが、抵抗発熱体に適切な強度や靱性、導電性などを付与する観点から好ましく、１５〜４５体積％であることがより好ましい。

上記抵抗発熱体は、本実施の形態の効果を奏する範囲において、上記耐熱性樹脂およびステンレス鋼繊維以外の他の構成をさらに含んでいてもよい。当該他の構成の例には、耐熱性樹脂に分散される上記ステンレス鋼繊維以外の導電性材料、電極、および、離型層などの他の層、が含まれる。

上記導電性材料は、一種でもそれ以上でもよい。当該導電性材料の例には、金や銀、鉄、アルミニウムなどの純金属、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やニクロムなどの合金、および、炭素や黒鉛などの非金属、が含まれる。上記導電性材料の形態は、特に限定されず、例えば、球状粉末、不定形粉末、扁平粉末または繊維である。

上記電極は、上記抵抗発熱体に、二以上配置され、所期の発熱のための電気を効率よく供給する観点から、抵抗発熱体の互いに対向する端部（両端縁）に一対として配置される。当該電極の例には、金属の薄板、それを丸めてなるリング、および導電性ペーストの固化物が含まれる。金属の薄板からなる電極は、例えば導電性接着剤によって抵抗発熱体の表面に接着される。上記電極の材料の例には、鉄、ニッケル、および、ＳＵＳ４３０などのステンレス鋼、が含まれる。上記導電性接着剤の例には、エポキシ樹脂などの接着母材と前述した導電性材料とを含む組成物、および、シランカップリング剤、が含まれる。当該シランカップリング剤の例には、アルキルアミノトリアルコキシシランが含まれる。

上記他の層の例には、離型層、弾性層および補強層が含まれる。上記離型層は、離型性を有する層であり、抵抗発熱体の表面に配置される。当該離型層の材料の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、アルコール可溶性ナイロン、ポリカーボネート、ポリアリレート、フェノール、ポリオキシメチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリホスファゼン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンエーテル、ポリパラバン酸、ポリアリルフェノール、フッ素樹脂、ポリ尿素、アイオノマー、シリコーン、および、これらの混合物または共重合体、が含まれる。上記離型層の厚さは、例えば５〜２０μｍである。

上記弾性層は、弾性を有する層であり、例えば抵抗発熱体と離型層との間に配置される。当該弾性層の材料の例には、シリコーンゴム、熱可塑性エラストマーおよびゴム材料が含まれる。当該弾性層の厚さは、例えば、伝熱性と弾性の十分な発現との観点から、例えば５〜３００μｍである。

上記補強層は、抵抗発熱体の機械的強度を高めるための層であり、例えば、抵抗発熱体における離型層や弾性層とは反対側の表面に配置される。当該補強層は、前述した耐熱性樹脂で構成することができ、その厚さは、適宜に決めることが可能である。

上記抵抗発熱体は、焼きなまし処理を施した上記ステンレス鋼繊維が上記耐熱性樹脂に分散されてなることから、高温環境下における寸法安定性に優れる。当該寸法安定性は、上記抵抗発熱体の用途に応じて適宜に決められる。たとえば、上記抵抗発熱体は、Ｌ０を初期の抵抗発熱体の寸法、Ｌ１を２００℃に１週間放置した後の抵抗発熱体の寸法としたときに、下記式（１）を満たすことが、電子写真方式の画像形成装置における定着装置の上記発熱ベルトに用いたときの、形成された画像における定着ムラの発生を抑制する観点から好ましい。
｛（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０｝≦｜０．０００２｜ （１）

上記｛（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０｝の絶対値が０．０００２よりも大きいと、目視で確認可能な定着ムラがベタ画像などの画像に生じることがある。上記｛（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０｝の絶対値は、例えば、前述した条件でステンレス鋼繊維の焼きなまし処理を十分に行うことによって、０．０００２以下にすることが可能である。

上記抵抗発熱体では、その用途に応じてその発熱量を適宜に決めることが可能であり、その観点からその抵抗値を適宜に（例えば当該用途における通電量をさらに勘案して）決めることが可能である。たとえば、上記抵抗発熱体の体積抵抗率は、０．０８×１０^−４〜１０．００×１０^−４Ω・ｃｍであることが、上記発熱ベルトとして効率よく発熱させる観点から好ましい。当該体積抵抗率は、例えば、抵抗発熱体に配置された二つの電極間の部分に電流を流したときの、上記部分の断面積、電流量、および、二つの電極間の電位差、から求められる。

また、上記抵抗発熱体は、高温環境下における寸法安定性に優れることから、高温環境下における抵抗の安定性にも優れる。当該抵抗の安定性も、上記抵抗発熱体の用途に応じて適宜に決められる。たとえば、上記抵抗発熱体は、ρｓ０を初期の抵抗発熱体の抵抗値（Ω）、ρｓ１を１８０℃、５０ＲＨ％の環境に１週間放置した後の抵抗発熱体の抵抗値（Ω）、としたときに、下記式（２）を満たすことが、上記定着ムラの発生を抑制する観点から好ましい。
１≦（ρｓ１／ρｓ０）≦１．０３ （２）

上記比ρｓ１／ρｓ０が上記の範囲から外れると、目視で確認可能な定着ムラがベタ画像に生じることがある。当該比ρｓ１／ρｓ０は、例えば、前述した条件でステンレス鋼繊維の焼きなまし処理を十分に行うことによって、上記の範囲内に調整することが可能である。

上記抵抗発熱体は、前述した焼きなまし処理されたステンレス鋼繊維を導電性材料に用いる以外は、上記発熱ベルトを作製する通常の方法を利用して作製することが可能である。たとえば、上記抵抗発熱体は、上記耐熱性樹脂またはその前駆体に焼きなまし処理された上記ステンレス鋼繊維を分散させる工程と、当該ステンレス鋼繊維が分散する当該耐熱性樹脂の成形体を作製する工程と、を含む方法によって作製することが可能である。上記耐熱性樹脂の成形体は、耐熱性樹脂の溶液からの析出（乾燥）、上記前駆体の反応による他院熱性樹脂の生成、またはこれらの両方、によって作製され得る。

上記抵抗発熱体の一例を図１に示す。
抵抗発熱体１０は、図１に示されるように、発熱層１２および電極１４を有する。発熱層１２は、上記焼きなまし処理を施したステンレス鋼繊維を含有するポリイミドの膜である。発熱層１２の形状は、無端ベルト状である。電極１４は、金属薄板で形成された輪である。電極１４は、発熱層１２の外周面の両端部のそれぞれに配置されている。

抵抗発熱体１０は、以下の方法で製造される。まず、不図示の基体の表面に、上記ステンレス鋼繊維を含有するポリアミド酸のワニスを塗布して当該ワニスの塗膜を作製し、当該塗膜を乾燥させて固化する。次いで、上記塗膜を３５０〜４５０℃の加熱炉内で熱硬化（イミド化）させて、発熱層１２を得る。次いで、発熱層１２の両端に、導電性接着剤を塗布し、金属薄板の輪を発熱層１２の端部に嵌めるとともに接着し、電極１４を得る。

上記抵抗発熱体の他の例を図２に示す。
抵抗発熱体２０は、図２に示されるように、発熱層１２および電極１４に加えて、発熱層１２の外周面上に配置された弾性層１６と、弾性層１６の外周面上に配置された離型層１８とをさらに有する。弾性層１６は、前述したように、例えばシリコーンゴムの層である。離型層１８は、例えばフッ素樹脂の層である。

抵抗発熱体２０は、発熱層１２の表面にシリコーンゴム材料の塗料を塗布し、離型層１８となるべきフッ素樹脂のチューブ内に発熱層１２を収容し、上記塗料を硬化させて発熱層１２と上記チューブを接着するシリコーンゴムの層（弾性層１６）を作製する。当該チューブは、弾性層１６上に配置される離型層１８となる。

上記抵抗発熱体は、高い寸法安定性を有し、当該抵抗発熱体の抵抗値が長期間安定する。その理由は、以下のように考えられる。

一般に、抵抗発熱体に熱などの負荷がかかると、抵抗発熱体の抵抗値が変化することがある。これは、熱による抵抗発熱体の寸法の変化によると考えられる。しかしながら、抵抗発熱体の使用時の温度では、耐熱性樹脂による寸法の変化は、通常、生じない。このため、上記の寸法の変化は、経時的な熱負荷によるステンレス鋼繊維の変形が原因と考えられる。

すなわち、一般に金属は、切削などの加工を施すと、当該加工によって生じた応力が内部に残留し、ひずみとして残される。この応力は、加熱によって解放される。電子写真方式における定着プロセスでは、２００℃近くの温度環境が必要とされるので、抵抗発熱体を上記定着プロセスに適用すると、上記応力が残留するステンレス鋼繊維では、耐熱性樹脂中でその温度による変形を余儀なくされる。このため、耐熱性樹脂中のステンレス鋼繊維に変形が生じ、耐熱性樹脂中のステンレス鋼繊維間の距離が変わる。よって、抵抗発熱体の抵抗値が変化する、と考えられる。

一方、本実施の形態に係る抵抗発熱体は、耐熱性樹脂と、それに分散されている、焼きなまし処理を施したステンレス鋼繊維とを含有する。このように、上記抵抗発熱体は、耐熱性樹脂に分散させる前に上記応力が除去されたステンレス鋼繊維を含有している。このため、当該抵抗発熱体の発熱時（例えば、上記定着プロセスにおける発熱時）でも、当該ステンレス鋼繊維の変形が生じず、そのため、抵抗発熱体の寸法が変化しない。よって、上記抵抗発熱体では、発熱によってもその抵抗値が変化しない。

以上の説明から明らかなように、上記抵抗発熱体は、耐熱性樹脂と、当該耐熱性樹脂中に分散されているステンレス鋼繊維と、を含有し、当該ステンレス鋼繊維には、焼きなまし処理が施されていることから、その抵抗値が長期間安定する。

また、上記抵抗発熱体が上記式（１）を満たすことは、前述の定着ムラの発生を抑制する観点からより一層効果的である。

また、上記抵抗発熱体における上記ステンレス鋼繊維の含有量が１０〜６０体積％であることは、抵抗発熱体の好適な機械的および電気的な特性を実現する観点からより一層効果的である。

また、上記抵抗発熱体の体積抵抗率が０．０８×１０^−４〜１０．００×１０^−４Ω・ｃｍであることは、上記発熱ベルトとしての好適な発熱を実現する観点からより一層効果的である。

また、上記抵抗発熱体が上記式（２）を満たすことは、上記発熱ベルトに用いたときの上記定着ムラの発生を抑制する観点からより一層効果的である。

また、上記抵抗発熱体の製造方法は、耐熱性樹脂またはその前駆体に焼きなまし処理されたステンレス鋼繊維を分散させる工程と、当該ステンレス鋼繊維が分散する上記耐熱性樹脂の成形体を作製する工程と、を含むことから、その抵抗値が長期間安定する抵抗発熱体を提供することができる。

［加熱装置］
本実施の形態に係る加熱装置は、シート状または無端状の発熱体と、当該発熱体の内側に配置され、当該発熱体の内周面の一部分で接触する定着ローラと、上記発熱体の外側に配置され、上記定着ローラに向けて上記発熱体の外周面を押圧する加圧ローラと、上記発熱体に電気を供給する給電装置と、を有する。上記発熱体は、シート状または無端ベルト状の上記の抵抗発熱体である。

上記加熱装置は、シート状または無端ベルト状の発熱部を有する。上記加熱装置は、面で加熱する用途に好適に用いられる。上記加熱装置の用途の例には、電子写真方式の画像形成装置の定着装置が含まれる。以下、上記加熱装置の一例としての定着装置を説明する。

定着装置７０は、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、定着ローラ７２、発熱ベルト７３、加圧ローラ７４および給電装置７５を有する。発熱ベルト７３の形状は、無端ベルト状である。発熱ベルト７３は、前述の抵抗発熱体１０に該当する。

定着ローラ７２は、円柱状の芯金７２１と、その周面上に配置される樹脂層７２２とを有する。樹脂層７２２の外径は、発熱ベルト７３の内径よりも小さい。定着ローラ７２は、発熱ベルト７３の内側に配置される。定着ローラ７２は、発熱ベルト７３の周方向における一部分で発熱ベルト７３の内周面に接触する。

加圧ローラ７４は、円柱状の芯金７４１と、その周面上に配置される樹脂層７４２とを有する。加圧ローラ７４は、発熱ベルト７３を介して定着ローラ７２に対向して配置される。加圧ローラ７４は、定着ローラ７２に向けて発熱ベルト７３の外周面を押圧可能に配置されている。加圧ローラ７４は、通常は、発熱ベルト７３と離れて配置される。

樹脂層７２２、７４２は、例えば、公知の樹脂の層または公知の樹脂が発泡してなる層である。上記樹脂の例には、シリコーンゴムおよびフッ素ゴムが含まれる。樹脂層７２２、７４２の少なくともいずれかは、加圧ローラ７４による押圧によって変形する弾性を有する。

加圧ローラ７４は、普通紙などの記録媒体やトナーなどに対する離型性を有する離型層を、樹脂層７４２上にさらに有していてもよい。この離型層の材料の例には、フッ素樹脂が含まれ、当該離型層は、フッ素系チューブやフッ素系コーティングなどによって構成される。上記離型層の厚さは、例えば５〜１００μｍである。

給電装置７５は、交流電源７５１と、電極１４に接触する給電部材７５２と、交流電源７５１および給電部材７５２を接続する導線７５３とを有する。給電部材７５２は、電極１４に向けて、板バネやコイルバネなどの弾性部材（図示せず）で付勢されている。給電部材７５２は、電極１４に対して摺動する部材であってもよいし、回転する部材であってもよい。給電部材７５２の例には、黒鉛や銅−黒鉛複合材料などのカーボン系材料で構成されたカーボンブラシが含まれる。

発熱ベルト７３、定着ローラ７２および加圧ローラ７４は、いずれも回動可能である。それぞれが独立して回動可能であってもよいし、回転駆動する一つに従って他が回動してもよい。

加圧ローラ７４が定着ローラ７２に向けて発熱ベルト７３の外周面を押圧することによって発熱ベルト７３と加圧ローラ７４の接触部（ニップ部）が形成される。当該ニップ部は、定着ローラ７２が窪んで形成されてもよいし、加圧ローラ７４が窪んで形成されてもよい。

トナー画像の定着に際して、各ローラおよび発熱ベルト７３の回動、発熱ベルト７３への給電およびニップ部の形成は、公知の定着装置と同様に行うことができる。定着装置７０は、本実施の形態の効果を奏する範囲において、公知の定着装置が有する他の構成をさらに有していてよい。

発熱ベルト７３は、抵抗発熱体１０であることから、定着装置７０の使用による発熱によっても発熱ベルト７３の寸法の変化が抑制され、抵抗値の変化が実質的に生じない。たとえば、電子写真方式の画像形成装置における定着装置としての条件で上記抵抗発熱体を通電発熱させたときに、当該抵抗発熱体の経時的な抵抗変化率（後述の動的抵抗変化率）を５％以下に抑えることが可能である。

［画像形成装置］
本実施の形態に係る画像形成装置は、記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を加熱および加圧によって前記記録媒体に定着させる定着装置を有し、当該定着装置は、上記の加熱装置である。上記画像形成装置は、上記加熱装置を上記定着装置として有する以外は、公知の画像形成装置と同様に構成され得る。以下、本実施の形態に係る画像形成装置の一例を、図４に基づいて説明する。

画像形成装置５０は、画像形成部、中間転写部、定着装置７０、画像読み取り部および記録媒体搬送部を有する。

上記画像形成部は、例えば、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各色に対応する四つの画像形成ユニットを含む。画像形成ユニットは、図４に示されるように、感光体ドラム５１、感光体ドラム５１を帯電させる帯電装置５２、帯電した感光体ドラム５１に光を照射して静電潜像を形成する露光装置５３、静電潜像が形成された感光体ドラム５１にトナーを供給して静電潜像に応じたトナー画像を形成する現像装置５４、および、感光体ドラム５１の残留トナーを除去するクリーニング装置５５、を有する。

感光体ドラム５１は、例えば、光導電性を有する負帯電型の有機感光体である。帯電装置５２は、例えば、コロナ帯電器である。帯電装置５２は、帯電ローラや帯電ブラシ、帯電ブレードなどの接触帯電部材を感光体ドラム５１に接触させて帯電させる接触帯電装置であってもよい。露光装置５３は、例えば、半導体レーザーで構成される。現像装置５４は、例えば、電子写真方式の画像形成装置における公知の現像装置である。「トナー画像」とは、トナーが画像状に集合した状態を言う。

上記中間転写部は、一次転写ユニットと二次転写ユニットを含む。当該一次転写ユニットは、中間転写ベルト６１、一次転写ローラ６２、バックアップローラ６３、複数の支持ローラ６４およびクリーニング装置６５を有する。中間転写ベルト６１は、無端状のベルトである。中間転写ベルト６１は、バックアップローラ６３および支持ローラ６４によって、ループ状に張架される。バックアップローラ６３および支持ローラ６４の少なくとも一つのローラが回転駆動することにより、中間転写ベルト６１は、無端軌道上を一方向に一定速度で走行する。

上記二次転写ユニットは、二次転写ベルト６６、二次転写ローラ６７および複数の支持ローラ６８を有する。二次転写ベルト６６も、無端状のベルトである。二次転写ベルト６６は、二次転写ローラ６７および支持ローラ６８によってループ状に張架される。

定着装置７０は、例えば、図３Ａおよび図３Ｂに示される定着装置７０である。紙Ｓは、記録媒体に相当する。

上記画像読み取り部は、給紙装置８１、スキャナー８２、ＣＣＤセンサー８３および画像処理部８４を有する。上記記録媒体搬送部は、三つの給紙トレイユニット９１および複数のレジストローラ対９２を有する。給紙トレイユニット９１には、坪量やサイズなどに基づいて識別された紙Ｓ（規格紙、特殊紙）が予め設定された種類ごとに収容される。レジストローラ対９２は、所期の搬送経路を形成するように配置されている。

画像形成装置５０による画像の形成を説明する。
スキャナー８２は、給紙装置８１から送られたコンタクトガラス上の原稿Ｄを光学的に走査して読み取る。原稿Ｄからの反射光がＣＣＤセンサー８３により読み取られ、入力画像データとなる。入力画像データは、画像処理部８４において所定の画像処理が施され、露光装置５３に送られる。

一方で、感光体ドラム５１は、一定の周速度で回転する。帯電装置５２は、感光体ドラム５１の表面を一様に負極性に帯電させる。露光装置５３は、各色成分の入力画像データに対応するレーザー光で感光体ドラム５１を照射する。こうして感光体ドラム５１の表面には、静電潜像が形成される。現像装置５４は、感光体ドラム５１の表面にトナーを付着させることにより静電潜像を可視化する。こうして感光体ドラム５１の表面に、静電潜像に応じたトナー画像が形成される。感光体ドラム５１の表面のトナー画像は、中間転写ベルト６１に転写される。感光体ドラム５１の転写残トナーは、クリーニング装置５５によって除去される。中間転写ベルト６１には、各感光体ドラム５１で形成された各色のトナー画像が順次重なるように転写される。

一方、二次転写ローラ６７は、二次転写ベルト６６をバックアップローラ６３に向けて押圧し、中間転写ベルト６１に圧接させる。それにより、二次転写ニップ部が形成される。他方、給紙トレイユニット９１からレジストローラ対９２を介して上記二次転写ニップ部に紙Ｓが搬送される。レジストローラ対９２は、紙Ｓの傾きを補正し、また搬送のタイミングを調整する。

二次転写ニップに紙Ｓが搬送されると、二次転写ローラ６７に転写電圧が印加され、中間転写ベルト６１上のトナー画像が紙Ｓに転写される。トナー画像が転写された紙Ｓは、二次転写ベルト６６によって、定着装置７０に搬送される。中間転写ベルト６１上の転写残トナーは、クリーニング装置６５によって除去される。

定着装置７０では、紙Ｓの搬送に際して、例えば加圧ローラ７４が定着ローラ７２および発熱ベルト７３に向けて付勢され、定着ニップ部が形成される。紙Ｓは、当該定着ニップ部で加熱、加圧される。こうして、紙Ｓ上のトナー画像が紙Ｓに定着する。トナー像が形成された紙Ｓは、機外に排出される。

前述したように、画像形成装置５０は、定着装置７０を有する。このため、定着装置７０における、発熱ベルト７３の寸法変化に伴う定着ムラなどの定着不良が長期にわたって防止される。よって、画像形成装置５０は、高品質の画像を長期にわたり安定して形成することが可能である。

本発明を、以下の実施例および比較例を用いてさらに具体的に説明する。以下、特記しない限り、各操作は、室温（２５℃）で行われる。なお、本発明は、以下の実施例などに限定されない。

［実施例１］
まず、焼きなまし処理されたステンレス鋼繊維を用意する。当該ステンレス鋼繊維は、短径８μｍ、長径３５μｍ、アスペクト比（短径／長径＝０．２２９）、鋼種ＳＵＳ４３０の繊維であり、焼きなまし処理の条件は、処理雰囲気が窒素雰囲気下であり、処理時間が１０時間、処理温度が５００℃、である。

焼きなまし処理されたステンレス鋼繊維の１２ｇを、ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミド酸溶液（宇部興産株式会社製 Ｕ−ワニスＳ３０１、溶媒：Ｎ−メチル−２−ピロリドン）１００ｇに投入し、自転公転分散機により混合、攪拌脱泡し、ポリアミド酸ドープ液を調製する。

上記ポリアミド酸ドープ液をスパイラル塗布にて、焼成後の膜厚が１００μｍとなるように、円筒状の金型の外周面上に円筒状に塗布して当該ドープ液の塗膜を形成し、当該塗膜を１２０℃で６０分間乾燥し、その後、４５０℃２０分間で焼成し、円筒状の導電性ベルトを作製する。当該導電性ベルトにおける上記ステンレス鋼繊維の含有量は、２０体積％である。

その後、上記導電性ベルトの外周面の両端部のそれぞれに、幅１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの導電性テープＣＵ−３５Ｃ（３Ｍ社製）を一巻き貼り付けることにより、抵抗発熱体１が作製される。当該導電性テープ間（互いに最近の縁間）の距離は、３００ｍｍである。

［評価］
抵抗発熱体１の寸法変化ＤＬは、０．０００１である。当該寸法変化ＤＬは、抵抗発熱体１の高温環境に放置される前の電極間の距離Ｌ０と、高温環境に１週間放置された後の抵抗発熱体１の電極間の距離Ｌ１とをノギスで測定し、下記式より求められる。当該高温環境は、２００℃、５０ＲＨ％の環境である。
ＤＬ＝｜（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０｜

また、抵抗発熱体１の体積抵抗率ρは、０．１０×１０^−５Ω・ｃｍである。当該体積抵抗率は、下記式から求められる。下記式中、Ｒは抵抗発熱体１の両端の電極に電圧を印加したときの抵抗値であり、抵抗テスター（ロレスタＧＰ、三菱化学アナリテック社製）を用いて測定される。ｄは抵抗発熱体１の厚さ（ｃｍ）であり、Ｗは抵抗発熱体１の円周方向における長さ（ｃｍ）であり、Ｌは、抵抗発熱体１の電極間の距離である。
体積抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）＝（Ｒ×ｄ×Ｗ）／Ｌ

また、抵抗発熱体１の高温環境下における抵抗変化率（静的抵抗変化率）ρｓは、１．０３である。当該静的抵抗変化率ρｓは、抵抗発熱体１の高温環境に放置される前の体積抵抗率ρｓ０（上記ρ）と、高温環境に１週間放置された後の抵抗発熱体１の体積抵抗率ρｓ１との比ρｓ１／ρｓ０として求められる。当該高温環境は、１８０℃、５０ＲＨ％の環境である。

また、抵抗発熱体１の通電発熱条件における抵抗変化率（動的抵抗変化率）ρｄは、５％以下である。当該動的抵抗変化率は、抵抗発熱体１の通電前の体積抵抗率ρｄ０（上記ρ）と、通電後の抵抗発熱体１の体積抵抗率ρｄ１と求め、下記式により求められる。当該通電は、６０万枚のＡ４版の画像形成に相当する通電サイクルでの通電であり、当該通電サイクルの一サイクルは、抵抗発熱体１の電極間の１分間の通電と、１分間の通電オフとからなる。また、当該通電により抵抗発熱体１は１８０℃に維持される。
ρｄ（％）＝｜｛（ρｄ１−ρｄ０）／ρｄ０｝｜×１００

なお、抵抗発熱体１における上記の測定結果は、一体または複数の抵抗発熱体１から得られる５点の測定値の平均値である。

また、動的抵抗変化率を測定した後の抵抗発熱体１を、図４に示されるような画像形成装置に、定着ベルトとして搭載し、赤色ベタ画像（Ｒベタ画像）を記録媒体に６０万枚形成し、１万枚ごとの当該ベタ画像を目視で観察し、定着ムラの有無を以下の基準で評価する。なお、「定着ムラ」とは，トナーの固着不良と観察される部位であり、当該部位の最大長さが１ｍｍ以上である場合に「明確に定着ムラが確認できる」とする。抵抗発熱体１の定着ムラの評価は、「○」である。
○：定着ムラが確認されない
×：明確に定着ムラが確認できる

［実施例２、比較例１］
ステンレス鋼繊維の焼きなましの処理温度を５５０℃に変更する以外は実施例１と同様にすることにより、抵抗発熱体２が作製される。また、焼きなましの処理を行わないステンレス鋼繊維を用いる以外は実施例１と同様にすることにより、抵抗発熱体Ｃ１が作製される。

［比較例２〜４］
上記のように作製されたる抵抗発熱体Ｃ１を、処理温度が４００℃である以外は実施例１における前述の焼きなまし処理の条件と同じ条件で熱処理することにより抵抗発熱体Ｃ２が作製される。また、当該処理温度を４５０℃に変える以外は抵抗発熱体Ｃ２と同様にすることにより、抵抗発熱体Ｃ３が作製される。さらに、当該処理温度を５００℃に変える以外は抵抗発熱体Ｃ２と同様にすることにより、抵抗発熱体Ｃ４が作製される。

抵抗発熱体２およびＣ１〜Ｃ４のそれぞれを、抵抗発熱体１と同様に測定、評価した。抵抗発熱体１、２およびＣ１〜Ｃ４の上記測定および評価の結果を表１に示す。

以上の説明から明らかなように、焼きなまし処理を施したステンレス鋼繊維を有する抵抗発熱体１、２は、いずれも、所期の発熱特性を有し、かつ寸法安定性に優れている。

これに対して、抵抗発熱体Ｃ１〜Ｃ４は、いずれも、所期の発熱特性を有するものの、抵抗発熱体１、２に対して寸法安定性に劣っている。これらの抵抗発熱体Ｃ１〜Ｃ４では、いずれも、わずかではあるが、抵抗発熱体として加熱したときに寸法に変化が生じ、上記の画像形成装置では定着ムラを生じる。当該定着ムラは、抵抗発熱体の寸法の変化により、抵抗発熱体全体での抵抗値が変化するため、と考えられる。

抵抗発熱体の寸法の変化は、上記の結果から、ステンレス鋼繊維の寸法の変化によると考えられる。すなわち、焼きなまし処理を施されたステンレス鋼繊維は、繊維に加工されたときの内部ひずみが除去されているのに対し、焼きなまし処理が施されていないステンレス鋼繊維は、上記の内部ひずみが残されたままであり、このような内部ひずみの有無によって抵抗発熱体の寸法変化が生じる、と考えられる。

そして、ポリイミドに封入された状態では、有効な焼きなまし処理と同じ条件で加熱しても、当該内部ひずみの除去には不十分であることが分かる。たとえば、抵抗発熱体Ｃ２〜Ｃ４における成形後の加熱処理は、ポリイミドの物性の変化を実質的にはもたらさないことが寸法変化率ＤＬの結果から分かり、かつ抵抗変化率を十分に小さくするためにはいずれも不十分であることが抵抗変化率ρｓ、ρｄの結果から分かる。

本発明によれば、発熱ベルトの寸法変化による定着ムラを生じない画像形成装置を提供することが可能である。よって、本発明によれば、電子写真方式の画像形成装置におけるさらなる高性能化および省力化が期待され、当該画像形成装置のさらなる普及が期待される。

１０、２０ 抵抗発熱体
１２ 発熱層
１４ 電極
１６ 弾性層
１８ 離型層
５０ 画像形成装置
５１ 感光体ドラム
５２ 帯電装置
５３ 露光装置
５４ 現像装置
５５、６５ クリーニング装置
６１ 中間転写ベルト
６２ 一次転写ローラ
６３ バックアップローラ
６４、６８ 支持ローラ
６６ 二次転写ベルト
６７ 二次転写ローラ
７０ 定着装置
７２ 定着ローラ
７３ 発熱ベルト
７４ 加圧ローラ
７５ 給電装置
８１ 給紙装置
８２ スキャナー
８３ ＣＣＤセンサー
８４ 画像処理部
９１ 給紙トレイユニット
９２ レジストローラ対
７２１、７４１ 芯金
７２２、７４２ 樹脂層
７５１ 交流電源
７５２ 給電部材
７５３ 導線
Ｄ 原稿
Ｓ 紙

Claims (7)

1. 耐熱性樹脂と、前記耐熱性樹脂中に分散されているステンレス鋼繊維と、を含有する抵抗発熱体であって、
   前記ステンレス鋼繊維には、焼きなまし処理が施されており、
   Ｌ０を初期の抵抗発熱体の寸法、Ｌ１を２００℃に１週間放置した後の抵抗発熱体の寸法としたときに、下記式（１）を満たす、抵抗発熱体。
   ｛（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０｝≦｜０．０００２｜ （１）
2. 前記抵抗発熱体における前記ステンレス鋼繊維の含有量は、１０〜６０体積％である、請求項１に記載の抵抗発熱体。
3. 体積抵抗率が０．０８×１０^−４〜１０．００×１０^−４Ω・ｃｍである、請求項１または２に記載の抵抗発熱体。
4. ρｓ０を初期の抵抗発熱体の抵抗値（Ω）、ρｓ１を１８０℃、５０ＲＨ％の環境に１週間放置した後の抵抗発熱体の抵抗値（Ω）、としたときに、下記式（２）を満たす、請求項１〜３のいずれか一項に記載の抵抗発熱体。
   １≦（ρｓ１／ρｓ０）≦１．０３ （２）
5. 耐熱性樹脂またはその前駆体に５００〜６００℃の温度で焼きなまし処理が施されたステンレス鋼繊維を分散させる工程と、
   前記ステンレス鋼繊維が分散する前記耐熱性樹脂の成形体を作製する工程と、を含む、抵抗発熱体の製造方法。
6. シート状または無端状の発熱体と、
   前記発熱体の内側に配置され、前記発熱体の内周面の一部分で接触する定着ローラと、
   前記発熱体の外側に配置され、前記定着ローラに向けて前記発熱体の外周面を押圧する加圧ローラと、
   前記発熱体に電気を供給する給電装置と、を有する加熱装置であって、
   前記発熱体は、シート状または無端状の、請求項１〜４のいずれか１項に記載の抵抗発熱体である、加熱装置。
7. 記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を加熱および加圧によって前記記録媒体に定着させる定着装置を有する画像形成装置において、
   前記定着装置は、請求項６に記載の加熱装置である、画像形成装置。

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