JP2009258517A - 定着装置およびそれを備える画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成で非通紙部の異常昇温を抑制でき、ウォームアップ時間が短く高速化を実現可能な定着装置およびこの定着装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 定着装置１５は、未定着トナー像を記録媒体に定着させる定着ベルト１１３と、定着ベルト１１３を加熱する面状加熱部材２０３と、加圧ローラ１５ｂとを備え、加熱部材２０３は、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体２００と高熱伝導性熱拡散部材１６６とを含み、定着ベルト１１３は、無端状に形成され、少なくとも高熱伝導性熱拡散部材２０３に懸架されることで加熱され、前記発熱体１００は、高熱伝導性熱拡散部材１６６を介して定着ベルト１１３の幅方向全体に当接し、高熱伝導性熱拡散部材１６６は、定着ベルト１１３の幅方向全体に当接して、前記発熱体２００で発生した熱を定着ベルト１１３の進行方向に拡散させる。このような定着装置１５を備えて画像形成装置が実現される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、定着装置およびそれを備える画像形成装置に関するものである。

電子写真法に基づいて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置は、良好な画質品位を有する画像を容易に形成できることから、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、複合機などに広く利用される。

電子写真方式の画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」という）は、たとえば感光体と、帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段とを含む。画像形成装置は、感光体およびこれらの手段を用いて帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程および定着工程を行い、記録媒体に画像を形成する装置である。

定着工程を行う定着手段として、たとえば熱ローラ定着方式の定着装置を用いる。熱ローラ定着方式の定着装置は、定着ローラと、加圧ローラとを含む。定着ローラおよび加圧ローラは、互いに圧接するローラ対である。定着ローラおよび加圧ローラの少なくともいずれか一方の内部には、加熱手段としてハロゲンヒータなどの熱源を含む。

定着工程において、熱源が定着に必要な所定の温度（以下「定着温度」という）までローラ対を加熱した後、未定着トナー像が形成された記録媒体が定着ローラと加圧ローラとの圧接部である定着ニップ部に供給される。定着ニップ部を通過する未定着トナー像は、定着ローラおよび加圧ローラの少なくともいずれか一方から伝わる熱と、定着ローラおよび加圧ローラの圧力とによって、紙などの記録媒体に定着される。定着ニップ部において、記録媒体が通過した部分（以下「通紙部」という）は温度が低下するが、加熱源によって定着温度まで加熱される。

フルカラー印刷の可能な画像形成装置に備えられる定着装置では、たとえばシリコーンゴムなどからなる弾性層を表面に設けた定着ローラ（以下「弾性ローラ」という）を用いる。弾性ローラを用いると、定着ニップ部において弾性ローラ表面の弾性層が未定着トナー像の凹凸に対応して弾性変形し、未定着トナー像を覆い包むようにして弾性ローラと未定着トナー像とが接触するので、単色画像に比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー像に対して、定着性を良好にすることができる。また、弾性ローラ表面の弾性層の歪み解放効果によって、単色画像に比べてオフセットしやすいカラートナーの離型性を向上させることができる。具体的には、定着ニップ部で圧縮され、歪の生じた弾性層は、定着ニップ部の出口で、その歪が解放されるので、定着ニップ部の出口では、弾性層とトナー像との間にずれが生じ、その結果、弾性層のトナー像に対する付着力が低減され、離型性が向上する。また、定着ニップ部における定着ローラおよび加圧ローラの形状であるニップ形状が、定着ローラ側に凸（逆ニップ形状）となるので、定着ローラと記録媒体との剥離性能を向上させることができる。したがって、定着ローラと記録媒体とを剥離する剥離手段としてたとえば剥離爪を用いることなく記録媒体と定着ローラとの剥離が可能なセルフストリッピングを実現することができるので、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。

このようなフルカラー印刷の可能な画像形成装置に備えられる定着装置において、高速化に対応するためには定着ニップ部の幅（以下「定着ニップ幅」という）を広くする必要がある。定着ニップ幅を広くする手段として、弾性ローラの弾性層を厚くする、弾性ローラ径を大きくするという２つの方法が挙げられる。しかし、弾性ローラの弾性層の熱伝導性は非常に低いので、弾性ローラの弾性層を厚くすると、従来の弾性ローラのように弾性ローラ内部に加熱手段があると、ウォームアップ時間が長くなり、またプロセス速度を高速化すると、定着ローラの温度が定着温度に追従しなくなる問題がある。また、弾性ローラ径を大きくすると、加熱手段の消費電力が増大する問題がある。

このような問題を解決するために、定着ローラと加圧ローラと加熱ローラと定着ベルトとを含み、定着ローラと加熱用ヒータを内部に含む加熱ローラとの間に定着ベルトを掛け渡し、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとを圧接させるベルト定着方式の定着装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示の定着装置では、加熱手段である加熱ローラによって熱容量の小さい定着ベルトを加熱し、熱容量の大きい弾性層を加熱しないので、ウォームアップ時間を短くすることができ、また加熱手段を定着ローラに内蔵する必要がなく、スポンジゴムなどからなる低硬度の弾性層を厚く設けることができるので、広い定着ニップ幅を確保することができる。

前述のようなベルト定着方式の定着装置において、加熱手段を面状発熱体とする面状発熱ベルト定着方式の定着装置が特許文献２に開示されている。特許文献２に開示の定着装置は、面状発熱体の熱容量が加熱用ヒータの熱容量より小さいので、特許文献１に開示の定着装置に含まれる加熱手段と比べて、加熱手段の熱容量を小さくすることができる。また、加熱手段である面状発熱体は、定着ベルトに当接し、定着ベルトを加熱するので、加熱用ヒータで間接的に加熱ローラを加熱する特許文献１に開示の定着装置に比べて熱応答性を向上させることができ、ウォームアップ時間の更なる短縮および更なる省エネ化を達成できる。

また、特許文献１に開示の定着装置は、定着工程において、定着装置の最大通紙幅に対して小さいサイズの記録媒体（以下「小サイズ紙」という）を連続で通紙すると、定着ニップ部において、小サイズ紙が通紙する通紙部は、熱が奪われた分だけ加熱手段によって加熱されて温度が回復するのに対して、小サイズ紙の外側の非通紙部では熱が奪われないにもかかわらず加熱手段によって加熱されるので、非通紙部の温度が異常に上昇する現象が起る。この現象が起こると、その直後に普通サイズ紙を通紙した場合、異常な昇温部分による高温オフセットの発生や紙しわなどの原因となる。そのため、特許文献２に開示の定着装置では、抵抗発熱層を中央のみ発熱する系統と両端部だけが発熱する系統とに分けることで対応している。しかしながら、この場合、分割した系統の数だけ、サーミスタなどの温度センサおよびサーモスタットなどの安全スイッチが必要となり、システムが非常に複雑化してしまうという問題がある。

定着装置としては、熱ローラ定着方式の定着装置の他に、フィルム定着方式の定着装置がある。フィルム定着方式の定着装置は、定着ベルトよりも薄い定着フィルムを用い、定着ニップ部に定着フィルムを介して加熱手段を配置し、たとえばフルカラー印刷の可能な画像形成装置に備えられる定着装置として使用される。特許文献３には、前述のような問題を解決するために、加熱手段に正温度係数（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ）特性を有する発熱パターンを形成し、定着フィルムの移動方向に電流が流れるように電極を形成したフィルム定着方式の定着装置が開示されている。特許文献３に開示の定着装置によれば、システムが非常に複雑化することなく、非通紙部の異常昇温を防止することができる。

特開平１０−３０７４９６号公報 特開２００２−３３３７８８号公報 特開２０００−２２３２４４号公報

しかしながら、特許文献３に開示されているような、定着するのに必要な２００℃程度の温度で電気抵抗が上昇する正温度係数特性を有する発熱体は、チタン酸バリウムなどのセラミック系材料の発熱体しかなく、通常、特許文献２のように、曲率を持つ面状発熱体のような形状にセラミック発熱体を加工することは困難である。したがって、正温度係数特性を有するセラミック発熱体を用いる場合は、定着ベルトまたは定着フィルムの移動方向に関して、前記発熱体が接触する幅である加熱ニップ幅が狭くなり、前記発熱体が定着ベルトまたは定着フィルムを充分に加熱することができないので、定着装置の高速化を実現できない。

本発明の目的は、簡易な構成で非通紙部の異常昇温を抑制でき、ウォームアップ時間が短く高速化を実現可能な定着装置およびこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。

本発明は、未定着トナー像を記録媒体に定着させる定着ベルトと、
定着ベルトを加熱する面状の加熱部材と、
定着ベルトを加圧して定着を補助する加圧部材とを備え、
加熱部材は、正温度係数特性を有するセラミック発熱体と、高熱伝導性熱拡散部材とを含み、
定着ベルトは、無端状に形成され、少なくとも前記高熱伝導性熱拡散部材に懸架されることで加熱され、
前記発熱体は、前記高熱伝導性熱拡散部材を介して定着ベルトの幅方向全体に当接し、
前記高熱伝導性熱拡散部材は、定着ベルトの幅方向全体に当接し、前記発熱体で発生した熱を定着ベルトの進行方向に拡散させることを特徴とする定着装置である。

また本発明は、未定着トナー像を記録媒体に定着させる定着部材と、
定着部材を加熱する定着ベルトと、
定着ベルトを加熱する面状の加熱部材と、
定着部材を加圧して定着を補助する加圧部材とを備え、
加熱部材は、正温度係数特性を有するセラミック発熱体と、高熱伝導性熱拡散部材とを含み、
定着ベルトは、無端状に形成され、少なくとも前記高熱伝導性熱拡散部材に懸架されることで加熱され、定着部材の幅方向全体に当接して定着部材を加熱し、
前記発熱体は、前記高熱伝導性熱拡散部材を介して定着ベルトの幅方向全体に当接し、
前記高熱伝導性熱拡散部材は、定着ベルトの幅方向全体に当接し、前記発熱体で発生した熱を定着ベルトの進行方向に拡散させることを特徴とする定着装置である。

また本発明は、正温度係数特性を有するセラミック発熱体は、前記発熱体で発生した熱が定着ベルトの進行方向の上流側と下流側との両方向に拡散されるよう高熱伝導性熱拡散部材に当接されることを特徴とする。

また本発明は、高熱伝導性熱拡散部材は、アルミニウム製であることを特徴とする。
また本発明は、高熱伝導性熱拡散部材は、銅製であることを特徴とする。

また本発明は、高熱伝導性熱拡散部材は、自励振動式ヒートパイプで構成されることを特徴とする。

また本発明は、高熱伝導性熱拡散部材は、その厚さが熱拡散方向に向かって薄くなる形状であることを特徴とする。

また本発明は、記録媒体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録媒体に定着する前記定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、定着装置は、未定着トナー像を記録媒体に定着させる定着ベルトと、定着ベルトを加熱する面状の加熱部材と、定着ベルトを加圧して定着を補助する加圧部材とを備え、加熱部材は、定着ベルトの幅方向全体を加熱でき、正温度係数（Positive
Temperature Coefficient；ＰＴＣ）特性を有するセラミック発熱体と、高熱伝導性熱拡散部材とを含む。定着ベルトは、無端状に形成され、少なくとも前記高熱伝導性熱拡散部材に懸架されることで加熱される。前記発熱体は、高熱伝導性熱拡散部材を介して定着ベルトの幅方向全体に当接し、高熱伝導性熱拡散部材は、定着ベルトの幅方向全体に当接して、前記発熱体で発生した熱を定着ベルトの進行方向に拡散させ、前記発熱体で発生した熱を定着ベルトに伝える。

正温度係数（以下「ＰＴＣ」ともいう）特性を有するセラミック発熱体（以下単に「セラミック発熱体」または「発熱体」ともいう）は、２００℃程度以上の温度になると、電気抵抗が上昇し、発熱が抑制されるという特性を有する。このような発熱体が高熱伝導性熱拡散部材を介して定着ベルトの幅方向全体に当接して定着ベルトを加熱すると、定着ベルトにおいて小サイズ紙を連続で通紙する場合に記録媒体と接触しない部分（以下「定着ベルト非通紙部」という）と高熱伝導性熱拡散部材を介して接する前記発熱体の部分は、２００℃程度以上の温度になると電気抵抗が上昇し、その部分の発熱が抑制されるので、加熱する必要のない定着ベルト非通紙部への加熱を抑制することができる。これによって、従来の定着装置の構成より簡単な構成で定着ベルト非通紙部の異常昇温を抑制することができる。

また加熱部材が定着ベルトの幅方向全体に当接して前記発熱体で発生した熱を定着ベルトの進行方向に拡散させる高熱伝導性拡散部材を含み、前記発熱体が高熱伝導性熱拡散部材を介して定着ベルトの幅方向全体に当接して定着ベルトを加熱することによって、前記発熱体で発生した熱が定着ベルトの進行方向に拡散され、高熱伝導性熱拡散部材を介さないで定着ベルトを加熱する場合より定着ベルトが加熱される範囲を広くできる。これによって、定着ベルトへの熱供給量を増加させることができるので、ウォームアップ時に定着ベルトの温度をすばやく上昇させることができ、また普通サイズ紙を通紙するときに温度追従性を確保することができる。したがって、簡単な構成で定着ベルト非通紙部の異常昇温を抑制でき、高速化を実現可能な定着装置を実現することができる。

また本発明によれば、定着装置は、未定着トナー像を記録媒体に定着させる定着部材と、定着部材を加熱する定着ベルトと、定着ベルトを加熱する面状の加熱部材と、定着部材を加圧して定着を補助する加圧部材とを備え、加熱部材は、定着ベルトの幅方向全体を加熱でき、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体と、高熱伝導性熱拡散部材とを含む。定着ベルトは、無端状に形成され、少なくとも高熱伝導性熱拡散部材に懸架されることで加熱され、定着部材の幅方向全体に当接して定着部材を加熱する。前記発熱体は、高熱伝導性熱拡散部材を介して定着ベルトの幅方向全体に当接し、高熱伝導性熱拡散部材は、定着ベルトの幅方向全体に当接して、前記発熱体で発生した熱を定着ベルトの進行方向に拡散させ、前記発熱体で発生した熱を定着ベルトに伝える。

セラミック発熱体は、２００℃程度以上の温度になると、電気抵抗が上昇し、発熱が抑制されるという特性を有する。このような発熱体で定着ベルトを加熱し、さらにその定着ベルトで定着部材を加熱すると、定着部材において小サイズ紙を連続で通紙する場合に記録媒体と接触しない部分（以下「定着部材非通紙部」という）と定着ベルトおよび高熱伝導性熱拡散部材を介して接する前記発熱体の部分は、２００℃程度以上の温度になると電気抵抗が上昇し、その部分の発熱が抑制されるので、加熱する必要のない定着部材非通紙部への加熱を抑制することができる。これによって、従来の定着装置の構成より簡単な構成で定着部材非通紙部の異常昇温を抑制することができる。

また加熱部材が定着ベルトの幅方向全体に当接して前記セラミック発熱体で発生した熱を定着ベルトの進行方向に拡散させる高熱伝導性拡散部材を含み、前記発熱体が高熱伝導性熱拡散部材を介して定着ベルトの幅方向全体に当接して定着ベルトを加熱し、その定着ベルトが定着部材の幅方向全体に当接して定着部材を加熱することによって、前記発熱体で発生した熱が定着ベルトの進行方向に拡散され、高熱伝導性熱拡散部材を介さないで定着ベルトを加熱する場合より定着ベルトが加熱される範囲を広くできる。これによって、定着ベルトおよび定着部材への熱供給量を増加させることができるので、ウォームアップ時に定着ベルトおよび定着部材の温度をすばやく上昇させることができ、また普通サイズ紙を通紙するときに温度追従性を確保することができる。したがって、簡単な構成で定着部材非通紙部の異常昇温を抑制でき、高速化を実現可能な定着装置を実現することができる。

また本発明によれば、正温度係数特性を有するセラミック発熱体は、前記発熱体で発生した熱が定着ベルトの進行方向の上流側と下流側との両方向に拡散するよう高熱伝導性熱拡散部材に当接される。これによって、セラミック発熱体で発生した熱が定着ベルトの進行方向の一方向にのみ拡散するようにセラミック発熱体を高熱伝導性熱拡散部材に当接させて定着ベルトを加熱する場合より、拡散する熱エネルギーを多くすることができるので、定着ベルトにおける加熱範囲を広くすることができ、定着ベルトへの熱供給量を増加させることができる。したがって、加熱部材の加熱性能を向上させることができるので、より高速の定着装置とすることができる。

また本発明によれば、高熱伝導性熱拡散部材は、アルミニウム製である。アルミニウムは、金属の中でも熱伝導性に優れ、また加工性および経済性にも優れるので、高熱伝導性熱拡散部材がアルミニウム製であることによって、加工性および経済性に優れ、定着ベルトにおける加熱範囲をより広くすることができ、定着ベルトの熱供給量をより増加させることができる高熱伝導性熱拡散部材を実現することができる。したがって、加熱部材の加熱性能を一層向上させることができるので、より一層高速の定着装置とすることができる。

また本発明によれば、高熱伝導性熱拡散部材は、銅製である。銅は、金属の中でも熱伝導性に優れ、また加工性および経済性にも優れるので、高熱伝導性熱拡散部材がアルミ製であることによって、加工性および経済性に優れ、定着ベルトにおける加熱範囲をより広くすることができ、定着ベルトの熱供給量をより増加させることができる高熱伝導性熱拡散部材を実現することができる。したがって、加熱部材の加熱性能を一層向上させることができるので、より一層高速の定着装置とすることができる。

また本発明によれば、高熱伝導性熱拡散部材は、自励振動式ヒートパイプ（商標名：ヒートレーン）で構成される。自励振動式ヒートパイプは、金属の中でも熱伝導性に優れるアルミニウムおよび銅よりさらに熱抵抗が低く、熱拡散性に優れるので、高熱伝導性熱拡散部材が自励振動式ヒートパイプで構成されることによって、定着ベルトにおける加熱範囲をより一層広くすることができ、定着ベルトの熱供給量をより一層増加させることができる高熱伝導性熱拡散部材を実現することができる。したがって、加熱部材の加熱性能をより一層向上させることができるので、より一層高速の定着装置とすることができる。

また本発明によれば、高熱伝導性熱拡散部材は、その厚さが熱拡散方向に向かって薄くなるような形状である。高熱伝導性熱拡散部材において、セラミック発熱体から遠ざかるほど、前記発熱体から拡散する熱エネルギーは徐々に少なくなる。熱拡散部材において、セラミック発熱体の近くでは熱拡散部材の厚さを厚くし、セラミック発熱体から遠くになるにつれて熱拡散部材の厚さを薄くすることで、熱拡散部材の熱容量を増やすことなく、拡散する熱エネルギーを増加させることができる。したがって、加熱部材の加熱性能をより一層向上させることができるので、より一層高速の定着装置とすることができる。

また本発明によれば、前述のような優れた本発明の定着装置と、トナー像形成手段とを備えて画像形成装置が構成される。本発明の定着装置は、高速化に対応しつつ、小サイズ紙を連続通紙するときの定着ベルト非通紙部または定着部材非通紙部の異常昇温を簡単な構成で抑制することができ、本発明の定着装置を備えて画像形成装置が構成されることによって、ウォームアップ時間が短く、高品位な画像形成できる画像形成装置とすることができる。

１、定着装置
本発明の第１の実施形態である定着装置は、未定着トナー像を記録媒体に定着させる定着ベルトと、定着ベルトを加熱する面状の加熱部材と、定着ベルトを加圧して定着を補助する加圧部材とを備える。前記加熱部材は、正温度係数特性を有するセラミック発熱体と、高熱伝導性熱拡散部材とを含む。定着ベルトは、無端状に形成され、少なくとも前記高熱伝導性熱拡散部材に懸架されることで加熱される。正温度係数特性を有するセラミック発熱体は、高熱伝導性熱拡散部材を介して定着ベルトの幅方向全体に当接し、高熱伝導性熱拡散部材は、定着ベルトの幅方向全体に当接して、前記発熱体で発生した熱を定着ベルトの進行方向に拡散させる。

＜第１Ａの実施形態の定着装置＞
図１は、本発明の第１Ａの実施形態の定着装置１５の構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、定着装置１５は、定着ローラ１５ａと、加圧ローラ１５ｂと、無端状の定着ベルト１１３と、定着ベルト１１３を懸架し、加熱するための面状加熱部材２０３と、加圧ローラ１５ｂを加熱するための熱源であるヒータランプ１２０と、定着ベルト１１３および加圧ローラ１５ｂなどの温度を検出する温度検出手段を構成する温度センサとして第１および第２サーミスタ１１８，１１９とを備える。

定着装置１５は、記録媒体の表面に形成された未定着のトナー画像を、熱および圧力によって記録媒体に定着させる。定着は、定着ベルト１１３と加圧ローラ１５ｂとが圧接する定着ニップ部１３８において、所定の定着速度および複写速度で未定着トナー像を担持した記録媒体が搬送され、熱と圧力とによって行われる。定着速度とは所謂プロセス速度のことである。また、複写速度とは１分あたりのコピー枚数のことである。これらの速度は特に限定されるものではなく、本実施形態では、定着速度は１７３ｍｍ／ｓｅｃである。

未定着のトナー画像は、たとえば、非磁性トナーを含む非磁性１成分現像剤、非磁性トナーおよびキャリアを含む非磁性２成分現像剤、磁性トナーを含む磁性現像剤などの現像剤に含まれるトナーで形成される。

（１）定着ローラ
定着ローラ１５ａは、回転可能に設けられ、図示しない駆動モータ（駆動手段）によって回転駆動するローラ状部材である。定着ローラ１５ａは、定着ベルト１１３を介して加圧ローラ１５ｂに圧接することで定着ニップ部１３８を形成すると同時に、回転駆動することによって定着ベルト１１３を搬送する目的のものである。定着ローラ１５ａは直径が３０ｍｍで、その内側から順に芯金１５３、弾性層１５４が形成された２層構造からなり、芯金１５３には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層１５４にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適している。なお本実施形態では、芯金１５３に直径１５ｍｍのステンレス鋼、弾性層１５４に厚さ７．５ｍｍのシリコンスポンジゴムを用いている。

（２）加圧ローラ
加圧部材である加圧ローラ１５ｂは、定着ベルト１１３を介して定着ローラ１５ａに圧接可能に設けられるローラ状部材である。加圧ローラ１５ｂは、定着ローラ１５ａの回転に従動して回転する。したがって、加圧ローラ１５ｂは、矢符１３７の方向に定着ローラ１５ａとは逆の方向に回転する。

加圧ローラ１５ｂの内部には、加圧ローラ１５ｂを加熱するヒータランプ１２０が配置される。図示しない制御回路が図示しない電源回路からヒータランプ１２０に電力を供給（通電）させることによって、ヒータランプ１２０が発光し、ヒータランプ１２０から赤外線が放射される。これによって、加圧ローラ１５ｂの内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ１５ｂ全体が加熱される。本実施形態では、定格電力４００Ｗのヒータランプ１２０を使用する。

加圧ローラ１５ｂは、その内側から順に芯金１５１、弾性層１５２、離型層１５５が形成された３層構造からなる。芯金１５１には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅などの金属またはそれらの合金等など用いられる。弾性層１５２にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料、また離型層１５５にはＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が適している。本実施形態では、加圧ローラ１５ｂの直径は３０ｍｍで、芯金１５１に直径２４ｍｍ、肉厚２ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）、弾性層１５２に厚さ３ｍｍのシリコンソリッドゴム、離型層１５５に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いる。

定着ローラ１５ａおよび加圧ローラ１５ｂは、所定の荷重、たとえば、本実施形態では２１６Ｎで互いに圧接されて、定着ベルト１１３を介して、定着ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂとが互いに当接する部分（以下「定着ニップ部１３８」という）を形成する。本実施形態では、定着ニップ部１３８の記録紙搬送方向の幅（以下「ニップ幅」という）は７ｍｍである。この定着ニップ部１３８に未定着トナー画像を担持した記録媒体を給紙し、定着ニップ部１３８を通過させることで、記録媒体にトナー画像が定着される。記録媒体が定着ニップ部１３８を通過する際、定着ベルト１１３は記録紙のトナー画像形成面に当接し、加圧ローラ１５ｂは記録媒体におけるトナー画像形成面とは反対側の面に当接する。

（３）定着ベルト
定着ベルト１１３は、面状加熱部材２０３によって所定の温度に加熱されて、定着ニップ部１３８を通過する未定着トナー画像が形成された記録媒体を加熱するためのものである。定着ベルト１１３は、直径４５ｍｍで面状加熱部材２０３と定着ローラ１５ａとによって懸架され、定着ローラ１５ａに所定の角度θ１で巻きかかっている。本実施形態においては、θ１＝１８５°である。定着ベルト１１３は、定着ローラ１５ａの回転時には、定着ローラ１５ａに従動して矢符１３６の方向に回転する。前述のように加圧ローラ１５ｂが矢符１３７の方向に回転し、定着ベルト１１３が矢符１３６の方向に回転することによって、記録媒体が定着ニップ部１３８を通過する。

定着ベルト１１３は、ポリイミドなどの耐熱樹脂、またはステンレスおよびニッケルなどの金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に弾性層として耐熱性および弾性に優れたエラストマー材料（例えばシリコンゴム）が形成され、更にその表面に離型層として耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）が形成された３層構成となっている。基材のポリイミドには、フッ素樹脂を内添してもよい。こうすることで、面状加熱部材２０３との摺動負荷を更に低減することができる。本実施形態の定着ベルト１１３は、基材に厚さ７０μｍのポリイミド、弾性層に厚さ１５０μｍのシリコンゴム、離型層に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いる。

（４）面状加熱部材
加熱部材である面状加熱部材２０３は、回転しないように固定され、定着ベルト１１３の幅方向全体に接して定着ベルト１１３を所定の温度に加熱するものである。図２は、図１に示す面状加熱部材２０３周辺の構成を拡大して示す断面図である。図３は、図１に示す面状加熱部材２０３の正面図である。以下、図２および図３を用いて、面状加熱部材２０３の詳細な構成を説明する。

図２および図３に示すように、面状加熱部材２０３は、半円弧状の断面形状からなる熱拡散部材１６６と正温度係数（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ）特性を有するセラミック発熱体２００と給電電極２０１とを含む。本実施形態では、熱拡散部材１６６として熱伝導性に優れる高熱伝導性熱拡散部材１６６を用いる。正温度係数（以下「ＰＴＣ」という）特性を有するセラミック発熱体２００において高熱伝導性熱拡散部材１６６と接着する面と反対側の面には、アルミニウム製の板金からなる給電電極２０１がシリコン系接着剤で貼り付けられる。給電電極２０１と高熱伝導性熱拡散部材１６６との間には電源２０２が接続され、セラミック発熱体２００に給電される。

本実施形態において、面状加熱部材２０３は、定着ベルト１１３の内側に接し、定着ローラ１５ａとともに定着ベルト１１３を懸架する。面状加熱部材２０３が、定着ベルト１１３を加熱し、また懸架する部材として用いられることによって、定着ベルト１１３を懸架するための部材を別に用いる必要がなく、定着装置の構成を簡略化することができる。

（ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体）
ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体（以下単に「セラミック発熱体」ともいう）２００は、チタン酸バリウムからなるセラミック製の発熱体で、素子温度がある温度より上昇すると急激に電気抵抗値が変化する特性を有する。本実施形態は、２２０℃以上で電気抵抗が上昇する仕様のセラミック発熱体２００を用いる。

１個のセラミック発熱体２００の素子のサイズ（幅Ｗ、長さＬ、高さＨ）はＷ＝１０ｍｍ、Ｌ＝２０ｍｍ、Ｈ＝２ｍｍであり、セラミック発熱体２００は、定着装置１５の長手方向に複数並べられ、高熱伝導性熱拡散部材１６６の内面にシリコン系接着剤で固定される。長さが適度に短い、たとえば長さ２０ｍｍ程度のセラミック発熱体は、長さの長い、たとえば定着ベルトの幅方向全体の長さのセラミック発熱体より、その作製が容易なので、前述のように複数のセラミック発熱体２００を並べて用いることによって、セラミック発熱体２００の作製に掛かるコストを抑えることができる。本実施形態では、定着装置１５の長手方向に１５個のセラミック発熱体２００が並べられ、高熱伝導性熱拡散部材１６６を介して定着ベルト１１３の幅方向全体に接する。１個のセラミック発熱体２００の電気抵抗は１５０Ω、１５個のセラミック発熱体２００をトータルした電気抵抗は１０Ωである。電源２０２によって１００Ｖの交流電流（ＡＣ）が印加されることで、１５個のセラミック発熱体２００からは、トータルで約１０００Ｗの熱エネルギーが発生する。

上述したように、面状加熱部材２０３は、１５個のＰＴＣセラミック発熱体２００で発生した熱を定着ベルト１１３に供給し、定着ベルト１１３の幅方向全体を加熱する。第１サーミスタ１１８は、定着装置１５の長手方向に関して中央部分に設置されており、この中央部の定着ベルト１１３表面温度が１８０℃になるように、電源２０２からセラミック発熱体２００への電力の供給が制御される。本実施形態において、セラミック発熱体２００の温度とは、２１０〜２２０℃となる。

普通サイズ（ここではＡ４サイズ）の用紙を連続で通紙する場合、セラミック発熱体２００で発生した熱は、用紙に均一に伝わる。これによって、定着ベルト１１３は、その長手方向に関して、ほぼ１８０℃前後で均一な温度分布となる。

小サイズ紙（ここではＡ５サイズ）を連続で通紙する場合、両サイドの定着ベルト非通紙部において、セラミック発熱体２００で発生した熱が用紙へ伝わらず、１８０℃以上の温度に上昇する。定着ベルト非通紙部の熱によって温度が２２０℃を超えたセラミック発熱体２００は、電気抵抗が上昇し、その結果、そのセラミック発熱体２００に流れる電流が抑制され、そのセラミック発熱体２００の発熱が停止することから、定着ベルト非通紙部の温度上昇が抑制される。

以上のことから、本実施形態において、セラミック発熱体２００で定着ベルト１１３を加熱すると、定着ベルト１１３において小サイズ紙を連続で通紙する場合に記録媒体と接触しない部分と高熱伝導性熱拡散部材１６６を介して接する前記発熱体２００の部分は、２２０℃以上の温度になると電気抵抗が上昇し、その部分の発熱が抑制されるので、加熱する必要のない定着ベルト非通紙部への加熱を抑制することができる。これによって、従来の定着装置１５の構成より簡単な構成で定着ベルト非通紙部の異常昇温を抑制することができる。

（高熱伝導性熱拡散部材）
高熱伝導性熱拡散部材１６６は、定着ベルト１１３の幅方向全体に当接し、前記セラミック発熱体２００で発生した熱を定着ベルト１１３の進行方向に拡散させる部材である。本実施形態において、高熱伝導性熱拡散部材１６６と定着ベルト１１３とが接触する部分の定着ベルト１１３の回転方向の幅（以下「加熱ニップ幅」という）は４４ｍｍである。

高熱伝導性熱拡散部材１６６は、銅製またはアルミニウム製であり、または自励振動式ヒートパイプ（商標名：ヒートレーン）で構成される。高熱伝導性熱拡散部材１６６の外周面には絶縁性のコート層（本実施形態では厚さ２０μｍのＰＴＦＥコート）が形成される。高熱伝導性熱拡散部材１６６の外周面にはフッ素樹脂がコーティングされ、定着ベルト１１３の基層（ＰＩ製）にはフッ素樹脂が内添されることによって、面状加熱部材２０３と定着ベルト１１３間の摩擦係数が抑制され、定着ベルト１１３がスムーズに摺動できる。本実施形態において高熱伝導性熱拡散部材１６６は直径が２８ｍｍ、肉厚１ｍｍの金属製パイプから作製される。

セラミック発熱体２００が高熱伝導性熱拡散部材１６６を介して定着ベルト１１３を加熱することによって、前記発熱体２００で発生した熱が図３の矢印で示すように定着ベルト１１３の進行方向の上流側と下流側との両方向に拡散されるので、高熱伝導性熱拡散部材１６６を介さないで定着ベルト１１３を加熱する場合より定着ベルト１１３の加熱される範囲を広くできる。これによって、曲率を持ち、定着ベルト１１３を加熱する幅の広いＰＴＣ特性を有する面状発熱体２００を実現することができる。ＰＴＣ特性を有する面状発熱体２００を用いると、定着ベルト１１３への熱供給量を増加させることができるので、ウォームアップ時に定着ベルト１１３の温度をすばやく上昇させることができ、また普通サイズ紙を通紙するときに温度追従性を確保することができる。したがって、簡単な構成で定着ベルト非通紙部の異常昇温を抑制でき、高速化を実現可能な定着装置１５を実現することができる。

前述のように、高熱伝導性熱拡散部材１６６は、銅製またはアルミニウム製であり、または自励振動式ヒートパイプ（商標名：ヒートレーン）で構成される。高熱伝導性熱拡散部材１６６がアルミニウム製である場合、アルミニウムは、金属の中でも熱伝導性に優れ、また加工性および経済性にも優れるので、高熱伝導性熱拡散部材１６６がアルミニウム製であることによって、加工性および経済性に優れ、定着ベルト１１３における加熱範囲をより広くすることができ、定着ベルト１１３の熱供給量をより増加させることができる高熱伝導性熱拡散部材１６６を実現することができる。したがって、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体２００の加熱性能を一層向上させることができるので、より一層高速の定着装置１５とすることができる。

また、高熱伝導性熱拡散部材１６６が銅製である場合、銅は、金属の中でも熱伝導性に優れ、また加工性および経済性にも優れるので、高熱伝導性熱拡散部材１６６が銅製であることによって、加工性および経済性に優れ、定着ベルト１１３における加熱範囲をより広くすることができ、定着ベルト１１３の熱供給量をより増加させることができる高熱伝導性熱拡散部材１６６を実現することができる。したがって、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体２００の加熱性能を一層向上させることができるので、より一層高速の定着装置１５とすることができる。

また、高熱伝導性熱拡散部材１６６が自励振動式ヒートパイプ（商標名：ヒートレーン）で構成される場合、自励振動式ヒートパイプは、金属の中でも熱伝導性に優れるアルミニウムおよび銅よりさらに熱抵抗が低く、熱拡散性に優れるので、高熱伝導性熱拡散部材１６６が自励振動式ヒートパイプで構成されることによって、定着ベルト１１３における加熱範囲をより一層広くすることができ、定着ベルト１１３の熱供給量をより一層増加させることができる高熱伝導性熱拡散部材１６６を実現することができる。したがって、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体２００の加熱性能をより一層向上させることができるので、より一層高速の定着装置１５とすることができる。

高熱伝導性熱拡散部材１６６において、定着ベルト１１３と当接する面の反対側の面には、セラミック発熱体２００が当接される。本実施形態において、セラミック発熱体２００は、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体２００で発生した熱が定着ベルト１１３の進行方向の上流側と下流側との両方向に拡散するように高熱伝導性熱拡散部材１６６と当接させる。そのため、本実施形態において、ＰＴＣセラミック発熱体２００は高熱伝導性熱拡散部材１６６の内面において取り付け角度θ２＝９０°の位置に取り付ける。これによって、セラミック発熱体２００で発生した熱が定着ベルト１１３の進行方向の一方向にのみ拡散するようにセラミック発熱体２００を高熱伝導性熱拡散部材１６６に当接させて定着ベルト１１３を加熱する場合より、拡散する熱エネルギーを多くすることができるので、定着ベルト１１３における加熱範囲を広くすることができ、定着ベルト１１３の熱供給量を増加させることができる。したがって、前記発熱体２００の加熱性能を向上させることができるので、より高速の定着装置１５とすることができる。

（５）第１および第２サーミスタ
図１に戻って、定着ベルト１１３，加圧ローラ１５ｂの各々の周面には、温度検知手段としての第１および第２サーミスタ１１８，１１９が配設され、それぞれの表面温度を検出する。第１および第２サーミスタ１１８，１１９は、定着装置１５の長手方向の中央の位置に配置される。各サーミスタ１１８，１１９によって検出される温度データに基づき、温度制御手段としての図示しない制御回路が、定着ベルト１１３，加圧ローラ１５ｂの表面温度を所定の温度にするように、セラミック発熱体２００およびヒータランプ１２０への供給電力（通電）を制御する。本実施形態では第１サーミスタＡは非接触式のサーミスタ、第２サーミスタＢは接触式のサーミスタを用いる。

＜第１Ｂの実施形態の定着装置＞
次に本発明の第１Ｂの実施形態の定着装置２１５について説明する。本実施形態の定着装置２１５は、面状加熱部材２０４の構成を除いては、第１の実施形態の定着装置２１５と全く同じであることから、面状加熱部材２０４以外の定着装置２１５の構成の説明は省略する。図４を用いて、本実施形態の面状加熱部材２０４の構成を説明する。図４は、本実施形態の定着装置２１５に備わる面状加熱部材２０４周辺の断面図である。

図４に示すように、本実施形態の面状加熱部材２０４は、第１の実施形態の面状加熱部材２０４と本実施形態の面状加熱部材２０４に含まれる高熱伝導性熱拡散部材２６６ｂの形状が唯一異なる。高熱伝導性熱拡散部材２６６ｂの形状は、その厚さが熱拡散方向（熱移動方向）に向かって徐々に小さくなる形状である。具体的には、第１の実施形態の高熱伝導性熱拡散部材２６６の厚みが１ｍｍで均一であるのに対し、本実施形態の高熱伝導性熱拡散部材２６６ｂではセラミック発熱体２００に最も近い高熱伝導性熱拡散部材２６６ｂの中央部の厚さが２ｍｍであり、セラミック発熱体２００から最も遠い高熱伝導性熱拡散部材２６６ｂの端部の厚さが０．４ｍｍである。本実施形態の高熱伝導性熱拡散部材２６６ｂの熱容量は、第１の実施形態の高熱伝導性熱拡散部材２６６の熱容量と同じである。

高熱伝導性熱拡散部材２６６ｂは、その厚さが熱拡散方向に向かって薄くなるような形状である。高熱伝導性熱拡散部材２６６ｂにおいて、セラミック発熱体２００から遠ざかるほど、前記発熱体２００から拡散する熱エネルギーは徐々に少なくなる。高熱伝導性熱拡散部材２６６ｂにおいて、セラミック発熱体２００の近くでは高熱伝導性熱拡散部材２６６ｂの厚さを厚くし、セラミック発熱体２００から遠くになるにつれて高熱伝導性熱拡散部材２６６ｂの厚さを薄くすることで、高熱伝導性熱拡散部材２６６ｂの熱容量を増やすことなく、拡散する熱エネルギーを増加させることができる。したがって、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体２００の加熱性能をより一層向上させることができるので、より一層高速の定着装置２１５とすることができる。

＜その他の実施形態の定着装置＞
以上、本発明の定着装置が面状発熱体と定着ベルトとを含む面状発熱ベルト定着方式の定着装置に適用される場合について説明したが、本発明の定着装置は、面状発熱ベルト定着方式の定着装置に限定されず、たとえば図５に示すようなフィルム定着方式における定着装置２１６および図６に示すような外部加熱ベルト定着方式における定着装置２１７にも適用することができる。

図５は、本発明の第１Ｃの実施形態のフィルム定着方式における定着装置２１６の構成を示す断面図である。第１Ｃの実施形態の定着装置２１６は、定着ローラ１５ａを含まず、定着ベルト１１３の代わりに定着フィルム２０７を用い、定着フィルム２０７を介して固定された面状発熱体２０５と加圧ローラ１５ｂとが圧接することで、定着ニップ部２０８を形成することが第１Ａの実施形態の定着装置１５と異なる。定着フィルム２０７は、固定された面状発熱体２０５と、２つの懸架ローラ２１４ａ，２１４ｂとで懸架される。

本発明の第１Ｄの実施形態である定着装置は、未定着トナー像を記録媒体に定着させる定着部材と、定着部材を加熱する定着ベルトと、定着ベルトを加熱する面状の加熱部材と、定着部材を加圧して定着を補助する加圧部材とを備える。加熱部材は、正温度係数特性を有するセラミック発熱体と、高熱伝導性熱拡散部材とを含み、定着ベルトは、無端状に形成され、少なくとも前記高熱伝導性熱拡散部材に懸架されることで加熱され、定着部材の幅方向全体に当接して定着部材を加熱する。前記発熱体は、前記高熱伝導性熱拡散部材を介して定着ベルトの幅方向全体に当接し、前記高熱伝導性熱拡散部材は、定着ベルトの幅方向全体に当接し、前記発熱体で発生した熱を定着ベルトの進行方向に拡散させる。

図６は、本発明の第１Ｄの実施形態の外部加熱ベルト定着方式における定着装置２１７の構成を示す断面図である。第１Ｄの実施形態の定着装置２１７は、定着部材である定着ローラ１５ａと加圧部材である加圧ローラ１５ｂとが直接圧接することで、定着ニップ部１３８を形成し、固定された面状発熱体２０６が定着ベルト１１３を介して定着ローラ１５ａに圧接して定着ローラ１５ａを加熱し、定着ローラ１５ａが未定着トナー像を記録媒体に定着させることが第１Ａの実施形態の定着装置１５と異なる。また、本実施形態の定着ローラ１５ａは、内部にヒートランプ２０８を含み、定着ニップ幅を広くするため芯金２０９の表面に弾性層２１０を含み、定着ニップ部１３８に搬送される記録媒体との離型性を良くするため離型層２１１が設けられる。

本実施形態において、セラミック発熱体２００は、２００℃程度以上の温度になると、電気抵抗が上昇し、発熱が抑制されるという特性を有する。このような発熱体２００で定着ベルト１１３ｂを加熱し、さらにその定着ベルト１１３ｂで定着ローラ１５ａを加熱すると、定着ローラ１５ａにおいて小サイズ紙を連続で通紙する場合に記録媒体と接触しない部分（以下「定着部材非通紙部」という）と定着ベルト１１３ｂおよび高熱伝導性熱拡散部材１６６を介して接する前記発熱体２００の部分は、２００℃程度以上の温度になると電気抵抗が上昇し、その部分の発熱が抑制されるので、加熱する必要のない定着部材非通紙部への加熱を抑制することができる。これによって、従来の定着装置の構成より簡単な構成で定着部材非通紙部の異常昇温を抑制することができる。

また加熱部材２０６が定着ベルト１１３ｂの幅方向全体に当接して前記セラミック発熱体２００で発生した熱を定着ベルト１１３ｂの進行方向に拡散させる高熱伝導性熱拡散部材１６６を含み、前記発熱体２００が高熱伝導性熱拡散部材１６６を介して定着ベルト１１３ｂの幅方向全体に当接して定着ベルト１１３ｂを加熱し、その定着ベルト１１３ｂが定着ローラ１５ａの幅方向全体に当接して定着ローラ１５ａを加熱することによって、前記発熱体２００で発生した熱が定着ベルト１１３ｂの進行方向に拡散され、高熱伝導性熱拡散部材１６６を介さないで定着ベルト１１３ｂを加熱する場合より定着ベルト１１３ｂが加熱される範囲を広くできる。これによって、定着ベルト１１３ｂおよび定着ローラ１５ａへの熱供給量を増加させることができるので、ウォームアップ時に定着ベルト１１３ｂおよび定着ローラ１５ａの温度をすばやく上昇させることができ、また普通サイズ紙を通紙するときに温度追従性を確保することができる。したがって、簡単な構成で定着部材非通紙部の異常昇温を抑制でき、高速化を実現可能な定着装置２１７を実現することができる。

２、画像形成装置
本発明の第２の実施形態である画像形成装置１００は、上述の本発明の定着装置を備えて実現される。図７は、本発明の第２の実施形態である画像形成装置１００の構成を模式的に示す概略図である。ここでは、本実施形態の画像形成装置をカラー複合機に適用した場合を記載する。

図７に示すように、本実施の形態に係るカラー複合機１００は、第１〜第４可視像形成ユニットｐａ、ｐｂ、ｐｃ、ｐｄ、中間転写ベルト１１、２次転写ユニット１４、定着ユニット１５、内部給紙ユニット１６および手差し給紙ユニット１７を備える。第１〜第４可視像形成ユニットｐａ、ｐｂ、ｐｃ、ｐｄ、中間転写ベルト１１および２次転写ユニット１４は、トナー像形成手段を構成する。

（１）可視像形成ユニット
第１可視画像形成ユニットｐａは、感光体１０１ａと、帯電ユニット１０３ａと、光学系ユニット１３３と、現像ユニット１０２ａと、１次転写ユニット１３ａとを含み、これらのユニットで感光体１０１ａにトナー像を形成し、それを中間転写ベルト１１に転写する。第１可視画像形成ユニットｐａは、像担持体となる感光体１０１ａの周囲に、帯電ユニット１０３ａ、現像ユニット１０２ａおよびクリーニングユニット１０４ａを配置する。光学系ユニット１３３は、光源４からのデータが４組の感光体１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄに届くように配置される。１次転写ユニット１３ａは、中間転写ベルト１１を介して第１可視画像形成ユニットｐａと圧接して配置される。

他の第２〜第４の可視像形成ユニットｐｂ、ｐｃ、ｐｄは、第１可視画像形成ユニットｐａと同様の構成であるので、それらの記載は省略する。各ユニットの現像ユニットにはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色のトナーが収容される。

（２）中間転写ベルト
中間転写ベルト１１には、上述の各色のトナー像が転写されて、カラートナー像が形成される。中間転写ベルト１１は、テンションローラ１１ａ、１１ｂによってたわむことなく配置され、テンションローラ１１ｂ側に廃トナーＢＯＸ１２が当接して配置される。

（３）２次転写ユニット
２次転写ユニット１４は、中間転写ベルト１１に形成されたカラートナー像を記録媒体に転写する。テンションローラ１１ａ側に２次転写ユニット１４が当接して配置される。

（４）定着ユニット
定着ユニット１５は、本発明の定着装置１５である。定着ユニット１５は定着部材１５ａ、加圧部材１５ｂから構成され、図示していない加圧手段により所定の圧力で圧接されており、２次転写ユニット１４の下流に配置されている。

（画像形成工程）
以下に、本実施形態の画像形成装置１００を用いた画像形成の工程を記載する。

感光体１０１ａ表面を帯電ユニット１０３ａで一様に帯電した後、光学系ユニット１３３により感光体１０１ａ表面を画像情報に応じてレーザー露光し静電潜像を形成する。帯電ユニット１０３ａとしては、感光体１０１ａ表面を一様に、またオゾンを極力発生させることなく帯電するために、帯電ローラ方式を採用している。その後現像ユニット１０２ａにより感光体１０１ａ上の静電潜像に対しトナー像を現像し、この顕像化されたトナー像をトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された１時転写ユニット１３ａにより中間転写ベルト１１上に転写する。他の３組の第２〜第４可視像形成ユニットｐｂ、ｐｃ、ｐｄも同様に動作し順次中間転写ベルト１１上に転写するようになっている。

中間転写ベルト１１上のトナー像は２次転写ユニット１４まで搬送され、別途、内部給紙ユニット１６の給紙ローラ１６ａまたは手差し給紙ユニット１７の給紙ローラ１７ａから給紙された記録媒体に、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加されて転写される。

転写されたトナー像を担持する記録媒体は、定着ユニットに搬送され、定着ローラおよび加圧ローラによって充分に加熱されて、トナー像が記録媒体に融着し、外部へ排出される。

以上のようにして、本実施形態の画像形成装置１００が実現される。本実施形態の定着装置１００は、前述のような優れた本発明の定着装置１５を備えて構成される。本発明の定着装置は高速化に対応しつつ、小サイズ紙を連続通紙するときの定着ベルト非通紙部または定着部材非通紙部の異常昇温を簡単な構成で抑制することができ、本発明の定着装置を備えて画像形成装置が構成されることによって、ウォームアップ時間が短く、高品位な画像を提供する画像形成装置とすることができる。

以下に、伝熱シミュレーションによる高熱伝導性熱拡散部材の熱拡散効果について記載する。伝熱シミュレーション条件としては、（１）熱拡散部材へＰＴＣセラミック発熱体を取り付ける位置、（２）熱拡散部材の材質、および（３）熱拡散部材の断面形状の３つであり、これらをパラメータとし、面状加熱部材から定着ベルトへ伝達した熱エネルギーを求めることで、高熱伝導性熱拡散部材の熱拡散性能および伝熱性能を評価した。

（１）ＰＴＣセラミック発熱体の取り付け位置
第１Ａの実施形態の定着装置を用い、ＰＴＣセラミック発熱体の取り付け角度θ２＝２５°，９０°，１５５°とした３つの場合でそれぞれ定着動作を行い、定着ベルトの加熱性能をシミュレーション解析することで、高熱伝導性熱拡散部材へＰＴＣセラミック発熱体を取り付ける位置における高熱伝導性熱拡散部材の熱拡散効果を評価した。加熱性能のシミュレーション方法としては、熱拡散部材および定着ベルトを個別要素に分割し、差分法を用いて各要素の温度変化を計算することで、熱拡散部材から定着ベルトへ伝達する熱エネルギー（すなわち定着ベルトの加熱性能）を求めた。表１に、定着ベルトの加熱性能を計算した値を示す。

表１の結果から、θ２＝９０°の場合、定着ベルトの加熱性能が最も優れることがわかる。この理由としては、θ２＝２５°およびθ２＝１５５°の場合では、セラミック発熱体を取り付ける位置が高熱伝導性熱拡散部材の端部に位置するので、熱拡散方向が定着ベルトの進行方向の上流側または下流側の一方向になるのに対し、θ２＝９０°の場合では、セラミック発熱体を取り付ける位置が高熱伝導性熱拡散部材の中央部に位置するので、熱拡散方向が定着ベルトの進行方向の上流側と下流側との両方向となり、その結果、一方向に拡散するように構成した場合より拡散できる熱エネルギーが多くなるので、定着ベルトの加熱性能が向上するからである。

（２）熱拡散部材の材質
第１Ａの実施形態の定着装置を用いて、高熱伝導性熱拡散部材の材料として、鉄、アルミニウム、銅、自励振動式ヒートパイプ（商標名：ヒートレーン、ティーエスヒートロニクス株式会社製）をそれぞれ用い、これらの４つの場合で定着動作を行い、定着ベルトの加熱性能をシミュレーション解析することで、高熱伝導性熱拡散部材の材質による高熱伝導性熱拡散部材の熱拡散効果を評価した。なお、シミュレーション方法としては、前述の（１）のシミュレーション方法と同じであるため、ここでは説明を省略する。各材料の熱伝導率および定着ベルトの加熱性能を計算した値を表２に示す。

表２の結果から、熱拡散部材の熱伝導率が高くなるほど、定着ベルトの加熱性能が優れることがわかる。この理由としては、熱拡散部材の熱伝導率が高くなるほど、拡散できる熱エネルギーが多くなるからである。

ここで、一般的なカラー定着装置に必要な電力について記載する。
低速機クラス（２０枚/分）：３００Ｗ程度
中速機クラス（３０枚/分）：５００Ｗ程度
高速機クラス（４０枚/分）：７００Ｗ程度

上記の一般的なカラー定着装置に必要な電力についての記載および表２に示す結果から、上記３つのカラー定着装置の中で必要な電力が最も少ない低速機クラスのカラー定着装置に必要な電力より鉄の加熱性能（Ｗ）は小さいので、熱拡散部材として鉄を使用するのは困難であることがわかる。熱拡散部材の材質は、熱伝導率が少なくともアルミニウム以上である必要があり、より熱伝導率の高い熱拡散部材を使うほど、定着装置の高速化に対応することができる。

（３）熱拡散部材の断面形状
第１Ａの実施形態の定着装置を用いた場合と、第１Ｂの実施形態の定着装置を用いた場合とで定着動作を行い、定着ベルトの加熱性能をシミュレーション解析し、熱拡散部材の断面の形状による熱拡散部材の熱拡散効果を評価した。なお、シミュレーション方法としては、前述の（１）のシミュレーション方法と同じであるため、ここでは説明を省略する。熱拡散部材の材料には、銅を用いた。表３に、定着ベルトの加熱性能を計算した値を示す。

表３に示す結果から、熱拡散部材の厚さが１ｍｍで均一な第１Ａの実施形態の定着装置は、定着ベルトの加熱性能が５００Ｗとなるのに対し、熱拡散部材の厚さが中央部では２ｍｍであるが、端部では０．４ｍｍと連続的に徐々に薄くなる形状の熱拡散部材を含む第１Ｂの実施形態の定着装置は、定着ベルトの加熱性能が６３０Ｗとなったので、熱拡散部材は、熱拡散部材の厚さが熱拡散方向に向かって薄くなる形状であると定着ベルトの加熱性能が向上することがわかる。

この理由としては、熱拡散部材において、熱源であるセラミック発熱体から遠ざかるにつれて拡散する熱エネルギーが徐々に少なくなるが、第１Ｂの実施形態の熱拡散部材のように、熱拡散部材の厚さをセラミック発熱体の近くでは厚く、セラミック発熱体から遠くになるにつれて薄くすることで、熱拡散部材の熱容量を増やすことなく、拡散する熱エネルギーを増加させることができるからである。

本発明の第１Ａの実施形態の定着装置１５の構成を模式的に示す断面図である。 図１に示す面状加熱部材２０３周辺の構成を拡大して示す断面図である。 図１に示す面状加熱部材２０３の正面図である。 本実施形態の定着装置２１５に備わる面状加熱部材２０４周辺の断面図である。 本発明の第１Ｃの実施形態のフィルム定着方式における定着装置２１６の構成を示す断面図である。 本発明の第１Ｄの実施形態の外部加熱ベルト定着方式における定着装置２１７の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態である画像形成装置１００の構成を模式的に示す概略図である。

符号の説明

１５ 定着装置
１５ａ 定着ローラ
１５ｂ 加圧ローラ
１８ 第１サーミスタ
１９ 第２サーミスタ
１１３ 定着ベルト
１６６ 高熱伝導性熱拡散部材
２００ ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体
２０１ 給電電極
２０３ 面状加熱部材

Claims (8)

1. 未定着トナー像を記録媒体に定着させる定着ベルトと、
   定着ベルトを加熱する面状の加熱部材と、
   定着ベルトを加圧して定着を補助する加圧部材とを備え、
   加熱部材は、正温度係数特性を有するセラミック発熱体と、高熱伝導性熱拡散部材とを含み、
   定着ベルトは、無端状に形成され、少なくとも前記高熱伝導性熱拡散部材に懸架されることで加熱され、
   前記発熱体は、前記高熱伝導性熱拡散部材を介して定着ベルトの幅方向全体に当接し、
   前記高熱伝導性熱拡散部材は、定着ベルトの幅方向全体に当接し、前記発熱体で発生した熱を定着ベルトの進行方向に拡散させることを特徴とする定着装置。
2. 未定着トナー像を記録媒体に定着させる定着部材と、
   定着部材を加熱する定着ベルトと、
   定着ベルトを加熱する面状の加熱部材と、
   定着部材を加圧して定着を補助する加圧部材とを備え、
   加熱部材は、正温度係数特性を有するセラミック発熱体と、高熱伝導性熱拡散部材とを含み、
   定着ベルトは、無端状に形成され、少なくとも前記高熱伝導性熱拡散部材に懸架されることで加熱され、定着部材の幅方向全体に当接して定着部材を加熱し、
   前記発熱体は、前記高熱伝導性熱拡散部材を介して定着ベルトの幅方向全体に当接し、
   前記高熱伝導性熱拡散部材は、定着ベルトの幅方向全体に当接し、前記発熱体で発生した熱を定着ベルトの進行方向に拡散させることを特徴とする定着装置。
3. 正温度係数特性を有するセラミック発熱体は、前記発熱体で発生した熱が定着ベルトの進行方向の上流側と下流側との両方向に拡散されるよう高熱伝導性熱拡散部材に当接され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。
4. 高熱伝導性熱拡散部材は、アルミニウム製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の定着装置。
5. 高熱伝導性熱拡散部材は、銅製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の定着装置。
6. 高熱伝導性熱拡散部材は、自励振動式ヒートパイプで構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の定着装置。
7. 高熱伝導性熱拡散部材は、その厚さが熱拡散方向に向かって薄くなる形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の定着装置。
8. 記録媒体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
   トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録媒体に定着する請求項１〜７のいずれか１つに記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。

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