像加熱装置及びこの像加熱装置に用いる発熱ベルト
【課題】発熱ベルトの回転を行うことなく発熱ベルトの周方向での温度ムラの発生を抑制できるようにする。
【解決手段】
像加熱装置に用いられる筒形状の発熱ベルト１１において、前記発熱ベルトは、電力が供給されて発熱する発熱層１１ａと、表面離型層１１ｂと、を有し、前記発熱層は樹脂材料中に導電性フィラー１１ａ１が分散している層であり、ベルト母線方向における前記発熱層のシート抵抗Ｒ１は、ベルト周方向における前記発熱層のシート抵抗Ｒ２よりも大きいことを特徴とする。
【解決手段】
像加熱装置に用いられる筒形状の発熱ベルト１１において、前記発熱ベルトは、電力が供給されて発熱する発熱層１１ａと、表面離型層１１ｂと、を有し、前記発熱層は樹脂材料中に導電性フィラー１１ａ１が分散している層であり、ベルト母線方向における前記発熱層のシート抵抗Ｒ１は、ベルト周方向における前記発熱層のシート抵抗Ｒ２よりも大きいことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタなどの画像形成装置に搭載する定着装置（定着器）として用いれば好適な像加熱装置及びこの像加熱装置に用いられる発熱ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式の複写機やプリンタに搭載する定着装置（定着器）として、フィルム加熱方式の定着装置が知られている。このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックス製の基板上に通電発熱体を有するヒータと、ヒータと接触しつつ回転する筒状の定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有する。未定着トナー画像を担持する記録材はニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上のトナー像は記録材に加熱定着される。このタイプの定着装置は、ヒータへの通電を開始し定着可能温度まで昇温する時間が短いというメリットを有する。従って、この定着装置を搭載するプリンタは、プリント指令の入力後、１枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ Ｐｒｉｎｔ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ）を短くできる。またこのタイプの定着装置は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少ないというメリットもある。
【０００３】
ところで、フィルム加熱方式の定着装置では、定着フィルムの内面側に配設されたヒータで定着フィルムが加熱され、この定着フィルムの表面でトナー像が加熱定着されるため、定着フィルムの熱伝導性の向上が重要となる。しかし、定着フィルムを薄膜化して熱伝導性を改善しようとすると定着フィルムの機械的特性が低下し、定着フィルムを高速に回転させることが難しくなるといった課題がある。この問題を解決するために、特許文献１乃至特許文献３には、定着ベルト自体に発熱体を設け、この発熱体に通電することにより定着ベルトを直接発熱させるタイプの定着装置が提案されている。このタイプの定着装置は、発熱体への通電を開始し定着ベルトが定着可能温度まで昇温する時間がさらに短く、消費電力もさらに小さく、定着ベルトの回転の高速化などの面からも優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０６６５３９号公報
【特許文献２】特開平０６−２０２５１３号公報
【特許文献３】特開２００７−２７２２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
定着ベルトを直接発熱させるタイプの定着装置では、定着ベルトにおいて定着ベルトの軸線に沿う長手方向両端部に設けられる電極部材間を直線で結ぶ領域で発熱量が最大となり、定着ベルトの周方向で電極部材から遠い領域ほど発熱量が小さくなる。このため、定着べルトには定着ベルトの周方向に温度ムラが発生する。そこで、定着ベルトの発熱体への通電の開始と同時に加圧ローラを回転させ、加圧ローラの回転に追従させて定着ベルトを回転させる。定着ベルトを回転させることで、定着ベルトの周方向に温度ムラを発生させることなく定着ベルト全体を均一に昇温させることが可能となる。ところが、定着ベルトを回転させると、定着ベルトの熱で加圧ローラ表面全体を加熱することになるため、定着ベルトの昇温速度が遅くなる。このため、定着ベルトの発熱体への通電を開始し定着ベルトが定着可能温度まで昇温する時間が長くなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、発熱ベルトの回転を行うことなく発熱ベルトの周方向での温度ムラの発生を抑制できるようにした像加熱装置及びこの像加熱装置に用いられる発熱ベルト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の本発明に係る発熱ベルトの構成は、像加熱装置に用いられる筒形状の発熱ベルトにおいて、前記発熱ベルトは、電力が供給されて発熱する発熱層と、表面離型層と、を有し、前記発熱層は樹脂材料中に導電性フィラーが分散している層であり、ベルト母線方向における前記発熱層のシート抵抗は、ベルト周方向における前記発熱層のシート抵抗よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の構成は、筒形状の発熱ベルトと、前記発熱ベルトの外面に接触し前記発熱ベルトとの間にニップ部を形成するバックアップ部材と、を有する像加熱装置において、前記発熱ベルトは、電力が供給されて発熱する発熱層と、表面離型層と、を有し、前記発熱層は樹脂材料中に導電性フィラーが分散している層であり、ベルト母線方向における前記発熱層のシート抵抗は、ベルト周方向における前記発熱層のシート抵抗よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
本発明の更なる目的は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発熱ベルトの回転を行うことなく発熱ベルトの周方向での温度ムラの発生を抑制できるようにした像加熱装置及びこの像加熱装置に用いられる発熱ベルトを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は定着装置の定着ベルトと加圧ローラの関係を表す外観斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す定着ベルトと加圧ローラの横断面模式図
【図２】（ａ）は定着ベルトの発熱層の斜視図、（ｂ）は定着ベルトの発熱層の層構成を表す断面図、（ｃ）は比較例定着ベルト（１）の層構成の断面図
【図３】画像形成装置の一例の構成模式図
【図４】実施例２の定着装置に用いる定着ベルトの層構成の断面図
【図５】実施例３の定着装置を搭載するフルカラーの画像形成装置の構成模式図
【図６】（ａ）は実施例３の定着装置に用いる定着ベルトの層構成を表す断面図、（ｂ）は比較例定着ベルト（３）の層構成の断面図
【図７】実施例４の定着装置に用いる定着ベルトの層構成の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[実施例１]
（１）画像形成装置例
図３は本発明に係る像加熱装置を定着装置(定着器）として搭載する画像形成装置の一例の構成模式図である。この画像形成装置は、電子写真技術を利用して記録紙やＯＨＰシートなどの記録材に画像を形成するレーザービームプリンタ（以下、プリンタと記す）である。本実施例１に示すプリンタは、ホストコンピュータなどの外部装置（不図示）から出力されるプリント指令に応じて制御部（不図示）が所定の画像形成制御シーケンスを実行し、この画像形成制御シーケンスに従って所定の画像形成動作を行う。制御部はＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとからなり、メモリには画像形成制御シーケンス及び画像形成に必要な各種プログラムなどが記憶されている。
【００１３】
本実施例１のプリンタは、記録材上にトナー画像を形成する画像形成部と、記録材上の未定着のトナー画像を記録材に加熱定着する定着部（以下、定着装置と記す）と、を有している。画像形成制御シーケンスが実行されると、画像形成部において、先ず像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１が所定の周速度（プロセススピード)で矢印方向に回転される。そしてこの感光ドラム１の外周面（表面）が帯電部材としての帯電ローラ２によって一様に帯電される。次にこの感光ドラム１表面の帯電面に対し光走査装置３により画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームＬによる走査露光が施され、感光ドラム１表面の帯電面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。そしてこの静電潜像が現像装置４によりトナー（現像剤）を用いてトナー画像として現像される。
【００１４】
一方、給送カセット（不図示）より所定の記録材搬送機構（不図示）によって給送されてきた記録材Ｐは、感光ドラム１表面と転写部材としての転写ローラ５の外周面（表面）との間の転写ニップ部へと搬送される。この記録材Ｐは転写ニップ部で感光ドラム１表面と転写ローラ５表面とで挟持搬送される。そして感光ドラム１表面のトナー画像は記録材Ｐの搬送過程において転写ローラ５により記録材Ｐ上に転写される。これによって記録材Ｐはトナー画像を担持する。
【００１５】
トナー画像を担持した記録材Ｐは定着装置７に導入され、この定着装置７より熱と圧力を受けることによってトナー画像は記録材Ｐ上に加熱定着される。トナー画像が加熱定着された記録材Ｐは所定の記録材排出機構（不図示）によって排出トレイ（不図示）上に排出される。
【００１６】
トナー画像の転写後の感光ドラム１表面は、感光ドラム１表面に残留する残トナーがクリーニング部材としてのクリーニングブレード６によって除去され、次の画像形成に供される。
【００１７】
（２）定着装置
以下の説明において、定着装置及び定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。また長手方向とは後述する定着ベルトの軸線に沿う方向でもある。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。長さとは長手方向の寸法である。幅とは短手方向の寸法である。
【００１８】
図１において、（ａ）は定着装置の定着ベルトと加圧ローラの関係を表す外観斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す定着ベルトと加圧ローラの横断面模式図である。本実施例１に示す定着装置７は、発熱ベルトとしての定着ベルト１１と、ガイド部材としてのベルトガイド１３と、バックアップ部材としての加圧ローラ１２などを有している。定着ベルト１１と、ベルトガイド１３と、加圧ローラ１２は、何れも長手方向に長い部材である。
【００１９】
定着ベルト１１は筒状（筒形状）に形成されている。そしてこの定着ベルト１１は横断面略半円弧状の樋型に形成されたベルトガイド１３に対し周長に余裕をもってルーズに外嵌されている。ベルトガイド１３は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等を用いて形成されている。本実施例１ではベルトガイド１３の材料として液晶ポリマーを用いた。このベルトガイド１３は、ベルトガイド１３の長手方向両端部が定着装置７の装置フレーム(不図示）に支持されている。
【００２０】
加圧ローラ１２は、芯金１２ａと、芯金１２ａの長手方向両端部の被支持部１２ａＲ，１２ａＬ以外の外周面上に設けられた弾性体層１２ｂと、弾性体層１２ｂの外周面上に設けられた最外層の離形層１２ｃなどを有している。本実施例１では、芯金１２ａはアルミ芯金を用い、弾性体層１２ｂはシリコーンゴムを用い、離形層１２ｃはＰＦＡをコーティングしたものを用いた。定着ベルト１１の下方で定着ベルト１１と平行に配された加圧ローラ１２は、芯金１２ａの長手方向両端部の被支持部１２ａＲ，１２ａＬが装置フレームに軸受(不図示）を介して回転可能に支持されている。そしてこの加圧ローラ１２に対して加圧ローラ１２の母線方向と直交する方向でベルトガイド１３の長手方向両端部を加圧ばねなどの加圧手段（不図示）により加圧している。これによって定着ベルト１１の外周面（表面（外面））を加圧ローラ１２の外周面（表面）に加圧状態に加圧し加圧ローラの弾性体層１２ｂを弾性変形させている。これにより定着ベルト１１表面と加圧ローラ１２表面との間に所定幅の定着ニップ部（ニップ部）Ｎを形成している。
【００２１】
図２を参照して、定着ベルト１１の構成を詳しく説明する。図２において、（ａ）は定着ベルトの発熱層を表す斜視図、（ｂ）は定着ベルトの発熱層の層構成を表す断面図である。
【００２２】
本実施例１に示す定着ベルト１１は、通電によって発熱する筒状の発熱層１１ａを有している。発熱層１１ａは、樹脂材料１１ａ１と、樹脂材料１１ａ１中に分散された導電性フィラー１１ａ２と、を有している。樹脂材料１１ａ１は、耐熱性樹脂であるポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳなどにより形成されている。導電性フィラー１１ａ２は、その形状が異方性を有し、長手方向がベルトの周方向に配向している。導電性フィラーとして、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル等のカーボンナノ材料、金属微粒子または金属酸化物微粒子などを用いている。樹脂材料１１ａ１に対する導電性フィラーの配合量は３０〜６０重量％が好ましい。なお、本実施例では長さ１５０μｍのカーボンナノチューブをポリイミド中に分散したものを発熱層として用いている。図２（ａ）では、導電性フィラー１１ａ２が円形に並んでいるように図示しており、また、図２（ｂ）では、導電性フィラー１１ａ２が等間隔に並んでいるように図示している。しかしながら、これら図は導電性フィラーの配向方向を示しているに過ぎない。上述のように導電性フィラー１１ａ２は樹脂材料中に分散しているので、発熱層中にランダムに存在している。ただし、導電性フィラーは、その長軸がベルト周方向に配向している。
【００２３】
本実施例１の定着ベルト１１は、導電性フィラーがベルト周方向に配向しているため、発熱層１１ａのシート抵抗Ω／□（ohm/square）には異方性を付与することができる。つまり、発熱層１１ａの長手方向（ベルト母線方向）のシート抵抗をＲ１、発熱層１１ａの周方向のシート抵抗をＲ２とすると、Ｒ１＞Ｒ２の関係が成り立つ。従って、発熱層１１ａの長手方向の電気的なシート抵抗Ｒ１は発熱層１１ａの周方向のシート抵抗Ｒ２よりも大きい。なお、シート抵抗Ｒ１とＲ２の比率は、ベルト１１の周方向の一部でベルトを母線方向に切り開いて長方形のシート状態とし、更に、長辺を短辺と同じ長さに揃えて正方形とし、正方形の対向する２辺に抵抗値測定用の端子を取り付けて測定したもの（対向する２辺は二組あるのでそれぞれ測定する）で代用できる。導電性フィラー（分散材）を発熱層１１ａの周方向に配向させる製法としては、例えば回転している円筒状の金型に対して、導電性フィラーを分散させたポリイミド前駆体溶液をビーム塗工する方法がある。また商用電源を用いて画像形成装置を動作させる場合、電源の容量、印刷速度、定着装置の立上げ速度などを考慮すると、定着ベルト１１へ投入する電力は１００Ｗ〜１５００Ｗが好ましい。従って、発熱層１１ａの長手方向（母線方向）の両端間（すなわち給電用電極間）における抵抗値は５Ω〜１００Ωの範囲にあることが好ましい。また発熱層１１ａの厚みは前記抵抗値（５Ω〜１００Ω）の範囲と定着ベルト１１の強度を考慮して３０〜２００μｍが好ましい。発熱層１１ａの外周面上には記録材Ｐが担持するトナー画像Ｔ（図１（ｂ）参照）との離型性を確保するために離型層（表面離型層）１１ｂが設けられている。離型層１１ｂは、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の耐熱性フッ素樹脂からなる。そして離型層１１ｂは、発熱層１１ａの外周面上にプライマー層（不図示）を介して接着されている。この離型層１１ｂには、カーボンやイオン導電性の電気抵抗制御物質（有機リン酸、５酸化アンチモン、酸化チタン）を分散させてもよい。
【００２４】
発熱層１１ａの長手方向両端部の領域１１ａＲ，１１ａＬ（図１（ａ）参照）において発熱層１１ａの周方向の所定の位置には、この発熱層１１ａに電力を供給するための電極部材１６Ｒ，１６Ｌが接続される。電極部材１６Ｒ，１６Ｌが接続される発熱層１１ａの長手方向両端部の領域（以下、給電領域と記す）１１ａＲ，１１ａＬにはＡｇ等の導電剤を塗布してあってもよい。
【００２５】
（３）定着装置の加熱定着動作
図１の（ｂ）を参照して、定着装置の加熱定着動作を説明する。制御部は、プリント指令に応じてモータＭを回転駆動する。モータＭの出力軸の回転は所定のギア列（不図示）を介して加圧ローラ１２の芯金１２ａに伝達される。これにより加圧ローラ１２は所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向へ回転する。加圧ローラ１２の回転は定着ニップ部Ｎにおいて加圧ローラ１２表面と定着ベルト１１表面との摩擦力によって定着ベルト１１に伝達される。これにより定着ベルト１１は、定着ベルト１１の発熱層１１ａの内周面（内面）がベルトガイド１３の外周面と接触しながら加圧ローラ１２の回転に追従して回転する。また制御部は、プリント指令に応じてＡＣ電源１５より電極部材１６Ｒ，１６Ｌを介して定着ベルト１１の発熱層１１ａに通電を開始する。これによって発熱層１１ａが発熱し定着ベルト１１は急速に昇温する。定着ベルト１１の温度は発熱層１１ａ内面に接触又は近接されているサーミスタなどの温度検知部材１７により検知される。この温度検知部材１７は装置フレーム又はベルトガイドに所定のブラケットを介して支持されている。そして制御部は、温度検知部材１７からの出力信号（温度検知信号）を取り込み、この出力信号に基づいて定着ベルト１１が所定の定着温度（目標温度）を維持するように電力を制御する。モータＭを回転駆動し、かつ、発熱層１１ａに通電を行っている状態において、未定着のトナー画像Ｔを担持した記録材Ｐがトナー画像担持面を上向きにして定着ニップ部Ｎに導入される。この記録材Ｐは定着ニップ部Ｎにおいて定着ベルト１１表面と加圧ローラ１２表面とにより挟持されその状態に搬送（挟持搬送）される。この搬送過程において記録材Ｐ上のトナー画像Ｔは定着ベルト１１により加熱されて溶融し定着ニップ部Ｎで加圧されることにより記録材Ｐ上に加熱定着される。そしてトナー画像Ｔが加熱定着された記録材Ｐは定着ニップ部Ｎから記録材排出機構に向けて搬送される。
【００２６】
（４）評価
本実施例１の定着装置と比較例の定着装置について立ち上がり時間の比較を行った。本実施例１の定着装置と比較例の定着装置のそれぞれの定着ベルトの構成について以下に説明する。説明の便宜上、本実施例１の定着ベルトを実施例定着ベルト（１）と記し、比較例の定着ベルトを比較例定着ベルト（１）と記す。比較例定着ベルト（１）において、実施例定着ベルト（１）と共通する部分には同じ符号を付している。図２の（ｃ）に比較例定着ベルト（１）の層構成の断面図を示す。
【００２７】
＜実施例定着ベルト（１）＞
図２の（ｂ）に示すように、実施例定着ベルト（１）は、発熱層１１ａと離型層１１ｂとを有する２層構造である。発熱層１１ａとして厚みが６０μｍのポリイミドを用いた。そして発熱層１１ａ中に分散する導電性フィラーとしてカーボンナノファイバー（長さ１５０μｍ）を用いた。カーボンナノファイバーはその長軸がベルト周方向に配向している。ポリイミドからなる樹脂材料１１ａ１に対する導電性フィラー（カーボンナノファイバー）の配合量は４０重量％である。この発熱層１１ａにおいて長手方向のシート抵抗Ｒ１と周方向のシート抵抗Ｒ２の比は、１．６：１であった。離型層１１ｂとして厚みが１０μｍのＰＦＡを発熱層１１ａの外周面上にコーティングしている。実施例定着ベルト（１）の内径はφ２４ｍｍ、長さは２３０ｍｍである。実施例定着ベルト（１）において発熱層１１ａの長手方向両端部の給電領域１１ａＲ，１１ａＬは離型層１１ｂをコーティングせずに発熱層１１ａを露出させている。実施例定着ベルト（１）の発熱層１１ａの長手方向の両端間における抵抗値は１５Ωであった。
【００２８】
＜比較例定着ベルト（１）＞
比較例定着ベルト（１）は、実施例定着ベルト（１）と同様、発熱層１１ａと、発熱層１１ａの外周面上に設けられた離型層１１ｂと、を有する２層構造である。発熱層として厚みが６０μｍのポリイミドを用いた。そしてこの発熱層に導電性フィラーとしてカーボンナノファイバーを３５重量％配合した。このときカーボンナノファイバーは長手方向及び周方向どちらにも配向せずに均一に分散した。つまり、発熱層１１ａは、発熱層１１ａのシート抵抗には異方性がなく長手方向及び周方向でシート抵抗が略均一になるように作られている。離型層１１ｂとして厚みが１０μｍのＰＦＡを発熱層１１ａの外周面上にコーティングしている。比較例定着ベルト（１）の内径はφ２４ｍｍ、長さは２３０ｍｍである。比較例定着ベルト（１）において発熱層１１ａの長手方向両端部の給電領域１１ａＲ，１１ａＬは、離型層１１ｂをコーティングせずに発熱層１１ａを露出させている。比較例定着ベルト（１）の発熱層１１ａの長手方向両端間における抵抗値は１５Ωであった。
【００２９】
＜立ち上がり時間の比較＞
上記の実施例定着ベルト（１）を用いた定着装置と比較例定着ベルト（１）を用いた定着装置において、実施例定着ベルト（１）と比較例定着ベルト（１）の立ち上がり時間を計測した。即ち、実施例定着ベルト（１）と比較例定着ベルト（１）について、通電を開始してから未定着のトナー画像を定着できる温度まで昇温する時間（立ち上がり時間）を計測した。実施例定着ベルト（１）を用いた定着装置と比較例定着ベルト（１）を用いた定着装置の加圧ローラ１２は同じものを用いている。この加圧ローラ１２の外径はφ２５ｍｍである。そしてＡｌの芯金１２ａの外周面上にシリコーンゴムによって弾性層１２ｂを形成し、この弾性層１２ｂの外周面をＰＦＡ樹脂で覆うことによって離型層１２ｃを形成した。実施例定着ベルト（１）と比較例定着ベルト（１）には、それぞれ６００Ｗの一定の電力を投入した。実施例定着ベルト（１）と比較例定着ベルト（１）において、通電を開始してから実施例定着ベルト（１）及び比較例定着ベルト（１）の表面温度が１６０℃に到達するまでの時間を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
実施例定着ベルト（１）は、発熱層１１ａの長手方向のシート抵抗Ｒ１が発熱層１１ａの周方向のシート抵抗Ｒ２よりも高い。このため、発熱層１１ａの長手方向両端部から電極部材１６Ｒ，１６Ｌを介して発熱層１１ａに通電した場合、発熱層１１ａに流れる電流は発熱層１１ａの周方向に回り込み易くなる。その結果、比較例よりも発熱層１１ａの広い領域で発熱するため、装置立上げ時に実施例定着ベルト（１）を回転させる必要がない。よって、装置を定着可能状態まで立ち上げる時に加圧ローラ１２の周方向の一部に熱伝達するだけとなり、実施例定着ベルト（１）の昇温速度が速い。これに対して、比較例定着ベルト（１）は、発熱層１１ａの軸線１１ｏに沿う長手方向のシート抵抗Ｒ１と発熱層１１ａの周方向のシート抵抗Ｒ２が均一である。そのため、発熱層１１ａの長手方向両端部から電極部材１６Ｒ，１６Ｌを介して発熱層１１ａに通電した場合、発熱層１１ａに流れる電流は電極部材１６Ｒ，１６Ｌ間を直線で結ぶ領域に集中しやすい。その結果、発熱層１１ａの周方向の一部が発熱することになるため、発熱層１１ａの周方向に温度ムラが生じる可能性がある。そこで、立ち上げ時は発熱層１１ａへの通電の開始と同時に加圧ローラ１２を回転させ、加圧ローラ１２の回転に追従させて比較例定着ベルト（１）を回転させるようにする。比較例定着ベルト（１）を回転させることにより、発熱層１１ａの周方向に温度ムラを発生させることなく発熱層１１ａ全体を均一に昇温させることが可能となるが、加圧ローラ１２表面全体を加熱することになるので、昇温速度が遅くなった。
【００３２】
本実施例１の定着装置７は、定着ベルト１１の発熱層１１ａのシート抵抗に異方性がある。即ち、発熱層１１ａの長手方向（通電方向）のシート抵抗Ｒ１を発熱層１１ａの周方向のシート抵抗Ｒ２よりも大きくしている。これにより発熱層１１ａの長手方向両端部の給電領域１１ａＲ，１１ａＬを直線で結ぶ領域の電流密度が小さくなり、定着ベルト１１の周方向の温度ムラが抑制される。よって、立ち上げ時に加圧ローラ１２を回転させる必要がなくなり、定着ベルト１１を定着温度に昇温させるための時間を短縮することができる。さらに、定着ベルト１１の周方向の温度ムラが抑制されることから、電極部材１６Ｒ，１６Ｌの配置に関しては定着ベルト１１の周方向の任意の位置を選択でき、電極部材１６Ｒ，１６Ｌの配置の自由度が増す。
【００３３】
［実施例２］
本実施例２では、実施例１の定着装置よりもより高速にトナー画像Ｔの加熱定着を行うことのできる定着装置について説明する。実施例１の定着装置と同じ部材・部分については、同じ符号を付して再度の説明を省略する。図４に本実施例２の定着装置に用いる定着ベルトの層構成の断面図を示す。
【００３４】
高速にトナー画像Ｔの加熱定着を行うためには、発熱源である定着ベルト１１を効率的に加熱する必要がある。つまり、発熱層１１ａで発生した熱がより効率的に定着ベルト１１表面に伝熱することが重要であり、そのためには定着ベルト１１内側のベルトガイド１３への伝熱を最小にしなければならない。本実施例２の定着装置７では、定着ベルト１１の内面を断熱するために、定着ベルト１１の発熱層１１ａの内周面（内面）上に基層としての絶縁層１１ｃ（図４参照）を設け、この絶縁層１１ｃの外周面とベルトガイド１３の外周面を接触させている。従って、定着ベルト１１の層構成は、絶縁層１１ｃと、絶縁層１１ｃの外周面上に設けられた発熱層１１ａと、発熱層１１ａの外周面上に設けられた離型層１１ｂの３層構造である。
【００３５】
本実施例２に示す定着装置７は、発熱層１１ａの内周面上に絶縁層１１ｃを有する定着ベルト１１を用いるため、定着ベルト１１の発熱層１１ａからのベルトガイド１３への伝熱が抑制される。このため、定着ベルト１１を定着温度に昇温させるための時間をさらに短縮することができる。よって、実施例１の定着装置７よりもより高速にトナー画像Ｔの加熱定着を行うことができる。
【００３６】
［実施例３］
（１）フルカラーの画像形成装置例
本実施例３では、フルカラーの画像形成装置に搭載する定着装置について説明する。実施例１の定着装置と同じ部材・部分については、同じ符号を付して再度の説明を省略する。図５は本実施例３の定着装置を搭載するフルカラーの画像形成装置の構成模式図である。
【００３７】
本実施例３に示すフルカラーの画像形成装置は、電子写真技術を利用して記録紙やＯＨＰシートなどの記録材に画像を形成するフルカラーのレーザービームプリンタ（以下、フルカラープリンタと記す）である。本実施例３に示すフルカラープリンタは、ホストコンピュータなどの外部装置（不図示）から出力されるプリント指令に応じて制御部（不図示）が所定の画像形成制御シーケンスを実行し、この画像形成制御シーケンスに従って所定の画像形成動作を行う。制御部はＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとからなり、メモリには画像形成制御シーケンス及び画像形成に必要な各種プログラムなどが記憶されている。
【００３８】
本実施例１のフルカラープリンタは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー画像を形成する画像形成部５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｂｋを有している。またこの画像形成部で形成したトナー画像を担持する中間像担持体としての中間転写ベルト６１を有している。また中間転写ベルト６１から記録材Ｐに転写された記録材Ｐ上の未定着のトナー画像（不図示）を記録材Ｐに加熱定着する定着部（以下、定着装置と記す）６５を有している。画像形成制御シーケンスが実行されると、各画像形成部５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｂｋが順次駆動され、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）５２が所定の周速度（プロセススピード)で矢印方向に回転される。中間転写ベルト６１は、各画像形成部５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｂｋの感光ドラム５２に跨るように、駆動ローラ５８と、従動ローラ５９と、２次転写対向ローラ６０に掛け回されている。そしてこの中間転写ベルト６１は、駆動ローラ５８の回転駆動によって矢印方向へ各感光ドラム５２の回転周速度と対応した周速度で回転される。
【００３９】
先ず１色目のイエローの画像形成部５１Ｙにおいて、感光ドラム５２の外周面（表面）が帯電部材としての帯電ローラ５３によって一様に帯電される。次にこの感光ドラム５２表面の帯電面に対し光走査装置５７により画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームＬによる走査露光が施され、感光ドラム５２表面の帯電面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。そしてこの静電潜像が現像装置５４によりトナー（現像剤）を用いてトナー画像として現像される。同様の帯電、露光、現像の各工程が、２色目のマゼンタの画像形成部５１Ｍ、３色目のシアンの画像形成部５１Ｃ、４色目のブラックの画像形成部５１Ｂｋにおいても行われる。
【００４０】
各画像形成部５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｂｋにおいて、１次転写部材としての１次転写ローラ５５が中間転写ベルト６１を挟んで各感光ドラム５２と対向配置されている。そして各画像形成部５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｂｋにおいて感光ドラム５２表面に形成された各色のトナー画像は１次転写ローラ５５によって中間転写ベルト６１の外周面(表面)上に順番に重ねて転写される。これにより中間転写ベルト６１表面にフルカラーのトナー画像が担持される。トナー画像転写後の感光ドラム５２表面は、感光ドラム５２表面に残留する残トナーがクリーニング部材としてのクリーニングブレード５６によって除去され、次の画像形成に供される。
【００４１】
一方、給送カセット（不図示）より所定の記録材搬送機構（不図示）によって給送されてきた記録材Ｐは、中間転写ベルト６１表面と２次転写部材としての２次転写ローラ６４の外周面（表面）との間の転写ニップ部へと搬送される。この記録材Ｐは転写ニップ部で中間転写ベルト６１表面と２次転写ローラ６４表面とで挟持搬送される。そして中間転写ベルト６１表面のフルカラーのトナー画像は記録材Ｐの搬送過程において２次転写ローラ６４により記録材Ｐ上に転写される。これによって記録材Ｐはフルカラーのトナー画像を担持する。フルカラーのトナー画像転写後の中間転写ベルト６１表面は、中間転写ベルト６１表面に残留する残トナーがクリーニング部材としてのクリーニングブレード６３によって除去され、次の画像形成に供される。
【００４２】
フルカラーのトナー画像を担持した記録材Ｐは定着装置６５に導入され、この定着装置６５より熱と圧力を受けることによってトナー画像は記録材Ｐ上に加熱定着される。フルカラーのトナー画像が加熱定着された記録材Ｐは所定の記録材排出機構（不図示）によって排出トレイ（不図示）上に排出される。
【００４３】
（２）定着装置
本実施例３の定着装置６５の構成は、定着ベルト１１を下記の３層構成とした点を除いて、実施例１の定着装置７の構成と同じである。図６において、（ａ）は本実施例３の定着装置に用いる定着ベルトの層構成を表す断面図である。本実施例３の定着装置６５は、フルカラーのトナー画像を記録材Ｐに加熱定着するため、光沢ムラ、ＯＨＴ透過性、ハーフトーン画像の一様性といった画質の観点で、定着ベルト１１に弾性層を設けることが好ましい。つまり、定着ベルト１１の発熱層１１ａの外周面上に弾性層１１ｄ（図６（ａ）参照）を設け、この弾性層１１ｄの外周面上に離型層１１ｂを設けている。弾性層１１ｄはシリコーンゴムからなる。そして弾性層１１ｄの厚みは５０〜５００μｍが好ましい。
【００４４】
（３）評価
本実施例３の定着装置６５と比較例の定着装置について立ち上がり時間の比較を行った。本実施例３の定着装置と比較例の定着装置のそれぞれの定着ベルトの構成について以下に説明する。説明の便宜上、本実施例３の定着ベルト１１を実施例定着ベルト（３）と記し、比較例の定着ベルトを比較例定着ベルト（３）と記す。比較例定着ベルト（３）において、実施例定着ベルト（３）と共通する部分には同じ符号を付している。図６の（ｂ）に比較例定着ベルト（３）の層構成の断面図を示す。
【００４５】
＜実施例定着ベルト（３）＞
図６の（ａ）に示すように、実施例定着ベルト（３）は、発熱層１１ａと、発熱層１１ａの外周面上に設けられた弾性層１１ｄと、弾性層１１ｄの外周面上に設けられた離型層１１ｂと、を有する３層構造である。発熱層１１ａとして厚みが６０μｍのポリイミドを用いた。そして発熱層１１ａ中に分散する導電性フィラーとしてカーボンナノファイバー（長さ１５０μｍ）を用いた。ポリイミドに対する導電性フィラー（カーボンナノファイバー）の配合量は４０重量％である。この発熱層１１ａにおいて長手方向のシート抵抗Ｒ１と周方向のシート抵抗Ｒ２の比は、１．６：１であった。弾性層１１ｄの材料はシリコーンゴムであり、弾性層１１ｄの厚みは３００μｍである。離型層１１ｂとして厚みが１０μｍのＰＦＡを弾性層１１ｄの外周面上にコーティングしている。実施例定着ベルト（３）の内径はφ２４ｍｍ、長さは２３０ｍｍである。実施例定着ベルト（３）において発熱層１１ａの長手方向両端部の給電領域１１ａＲ，１１ａＬは弾性層１１ｄと離型層１１ｂを形成せずに発熱層１１ａを露出させている。実施例定着ベルト（３）の発熱層１１ａの長手方向両端間における抵抗値は１５Ωであった。
【００４６】
＜比較例定着ベルト（３）＞
比較例定着ベルト（１）は、実施例定着ベルト（３）と同様、発熱層１１ａと、発熱層１１ａの外周面上に設けられた弾性層１１ｄと、弾性層１１ｄの外周面上に設けられた離型層１１ｂと、を有する３層構造である。発熱層１１ａとして厚みが６０μｍのポリイミドを用いた。そして発熱層に分散する導電性フィラーとしてカーボンナノファイバー（長さ１５０μｍ）を３５重量％配合した。このときカーボンナノファイバーは長手方向及び周方向いずれにも配向させることなく均一に分散した。つまり、発熱層１１ａは、発熱層１１ａのシート抵抗には異方性がなく長手方向及び周方向でシート抵抗が略均一になるように作られている。弾性層１１ｄはシリコーンゴムからなる。そして弾性層１１ｄの厚みは３００μｍである。離型層１１ｂとして厚みが１０μｍのＰＦＡを弾性層１１ｄの外周面上にコーティングしている。比較例定着ベルト（３）の内径はφ２４ｍｍ、長さは２３０ｍｍである。比較例定着ベルト（３）において発熱層１１ａの長手方向両端部の給電領域１１ａＲ，１１ａＬは、弾性層１１ｄと離型層１１ｂをコーティングせずに発熱層１１ａを露出させている。比較例定着ベルト（３）の発熱層１１ａの長手方向の両端間における抵抗値は１５Ωであった。
【００４７】
＜立ち上がり時間の比較＞
上記の実施例定着ベルト（３）を用いた定着装置と比較例定着ベルト（３）を用いた定着装置において、実施例定着ベルト（３）と比較例定着ベルト（３）の立ち上がり時間を計測した。即ち、実施例定着ベルト（３）と比較例定着ベルト（３）について、通電を開始してから未定着のトナー画像を定着できる温度まで昇温する時間（立ち上がり時間）を計測した。実施例定着ベルト（３）を用いた定着装置と比較例定着ベルト（３）を用いた定着装置の加圧ローラ１２は同じものを用いている。この加圧ローラ１２の外径はφ２５ｍｍである。そしてＡｌの芯金１２ａの外周面上にシリコーンゴムによって弾性層１２ｂを形成し、この弾性層１２ｂの外周面をＰＦＡ樹脂で覆うことによって離型層１２ｃを形成した。実施例定着ベルト（３）と比較例定着ベルト（３）には、それぞれ６００Ｗの一定の電力を投入した。実施例定着ベルト（１）と比較例定着ベルト（１）において、通電を開始してから実施例定着ベルト（１）及び比較例定着ベルト（１）の表面温度が１６０℃に到達するまでの時間を表２に示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
実施例定着ベルト（３）は、発熱層１１ａの長手方向のシート抵抗Ｒ１が発熱層１１ａの周方向のシート抵抗Ｒ２よりも高い。このため、発熱層１１ａの長手方向両端部から電極部材１６Ｒ，１６Ｌを介して発熱層１１ａに通電した場合、発熱層１１ａに流れる電流は発熱層１１ａの周方向に回り込み易い。その結果、比較例よりも発熱層１１ａの広い領域で発熱するため、装置立上げ時に実施例定着ベルト（１）を回転させる必要がない。よって、装置を定着可能状態まで立ち上げる時に加圧ローラ１２の周方向の一部に熱伝達するだけとなり、実施例定着ベルト（３）の昇温速度が速い。これに対して、比較例定着ベルト（３）は、発熱層１１ａの長手方向のシート抵抗Ｒ１と発熱層１１ａの周方向のシート抵抗Ｒ２が均一である。そのため、発熱層１１ａの長手方向両端部から電極部材１６Ｒ，１６Ｌを介して発熱層１１ａに通電した場合、発熱層１１ａに流れる電流は電極部材１６Ｒ，１６Ｌ間を直線で結ぶ領域に集中しやすい。その結果、発熱層１１ａの周方向の一部が発熱することになるため、発熱層１１ａの周方向に温度ムラが生じる可能性がある。そこで、立ち上げ時は発熱層１１ａへの通電の開始と同時に加圧ローラ１２を回転させ、加圧ローラ１２の回転に追従させて比較例定着ベルト（３）を回転させるようにする。比較例定着ベルト（３）を回転させることにより、発熱層１１ａの周方向に温度ムラを発生させることなく発熱層１１ａ全体を均一に昇温させることが可能となるが、加圧ローラ１２表面全体を加熱することになるので、昇温速度が遅くなった。
【００５０】
本実施例３の定着装置６５は、フルカラーのトナー画像を記録材Ｐに加熱定着させるために、定着ベルト１１の発熱層１１ａの外周面上に弾性層１１ｄを設けたものである。これによりフルカラーの画像を加熱定着したときに光沢ムラ、ＯＨＴ透過性、ハーフトーン画像の一様性といった画質の観点で良好な画像が得られる。またこの定着ベルト１１を用いた場合でも、立ち上げ時に加圧ローラ１２を回転させる必要がなくなり、定着ベルト１１を定着温度に昇温させるための時間を短縮することができる。
【００５１】
［実施例４］
本実施例４では、実施例３の定着装置６５よりもより高速にフルカラーのトナー画像の加熱定着を行うことのできる定着装置について説明する。実施例３の定着装置６５と同じ部材・部分については、同じ符号を付して再度の説明を省略する。図７に本実施例４の定着装置に用いる定着ベルトの層構成の断面図を示す。
【００５２】
高速にフルカラーのトナー画像の加熱定着を行うためには、発熱源である定着ベルト１１を効率的に加熱する必要がある。つまり、発熱層１１ａで発生した熱がより効率的に定着ベルト１１表面に伝熱することが重要であり、そのためには定着ベルト１１内側のベルトガイド１３への伝熱を最小にしなければならない。本実施例４の定着装置６５では、定着ベルト１１の内面を断熱するために、発熱層１１ａの内周面（内面）上に基層としての絶縁層１１ｃ（図７参照）を設け、この絶縁層１１ｃの外周面とベルトガイド１３の外周面を接触させている。従って、定着ベルト１１の層構成は、絶縁層１１ｃと、絶縁層１１ｃの外周面上に設けられた発熱層１１ａと、発熱層１１ａの外周面上に設けられた弾性層１１ｄと、弾性層１１ｄの外周面上に設けられた離型層１１ｂの４層構造である。
【００５３】
本実施例４に示す定着装置６５は、発熱層１１ａの内周面上に絶縁層１１ｃを有する定着ベルト１１を用いるため、定着ベルト１１の発熱層１１ａからのベルトガイド１３への伝熱が抑制される。このため、立ち上げ時に加圧ローラ１２を回転させる必要がなくなり、定着ベルト１１を定着温度に昇温させるための時間をさらに短縮することができる。よって、実施例３の定着装置６５よりもより高速にフルカラーのトナー画像の加熱定着を行うことができる。また定着ベルト１１の発熱層１１ａの外周面上に弾性層１１ｄを設けているため、フルカラーの画像を加熱定着したときに光沢ムラ、ＯＨＴ透過性、ハーフトーン画像の一様性といった画質の観点で良好な画像が得られる。
【００５４】
[その他の実施例]
実施例１乃至実施例４の定着装置は、未定着のトナー画像を記録材に加熱定着する装置としての使用に限られない。例えば未定着のトナー画像を加熱して記録材に仮定着する装置、或いは記録材に加熱定着されているトナー画像を加熱してトナー画像表面に光沢を付与する装置としても使用できる。
【符号の説明】
【００５５】
７：定着装置、１１：定着ベルト、１１ａ：発熱層、１１ｂ：離型層、１１ａ１：導電性フィラー、１２：加圧ローラ、Ｒ１：発熱層の長手方向のシート抵抗、Ｒ２：発熱層の周方向のシート抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタなどの画像形成装置に搭載する定着装置（定着器）として用いれば好適な像加熱装置及びこの像加熱装置に用いられる発熱ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式の複写機やプリンタに搭載する定着装置（定着器）として、フィルム加熱方式の定着装置が知られている。このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックス製の基板上に通電発熱体を有するヒータと、ヒータと接触しつつ回転する筒状の定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有する。未定着トナー画像を担持する記録材はニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上のトナー像は記録材に加熱定着される。このタイプの定着装置は、ヒータへの通電を開始し定着可能温度まで昇温する時間が短いというメリットを有する。従って、この定着装置を搭載するプリンタは、プリント指令の入力後、１枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ Ｐｒｉｎｔ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ）を短くできる。またこのタイプの定着装置は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少ないというメリットもある。
【０００３】
ところで、フィルム加熱方式の定着装置では、定着フィルムの内面側に配設されたヒータで定着フィルムが加熱され、この定着フィルムの表面でトナー像が加熱定着されるため、定着フィルムの熱伝導性の向上が重要となる。しかし、定着フィルムを薄膜化して熱伝導性を改善しようとすると定着フィルムの機械的特性が低下し、定着フィルムを高速に回転させることが難しくなるといった課題がある。この問題を解決するために、特許文献１乃至特許文献３には、定着ベルト自体に発熱体を設け、この発熱体に通電することにより定着ベルトを直接発熱させるタイプの定着装置が提案されている。このタイプの定着装置は、発熱体への通電を開始し定着ベルトが定着可能温度まで昇温する時間がさらに短く、消費電力もさらに小さく、定着ベルトの回転の高速化などの面からも優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０６６５３９号公報
【特許文献２】特開平０６−２０２５１３号公報
【特許文献３】特開２００７−２７２２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
定着ベルトを直接発熱させるタイプの定着装置では、定着ベルトにおいて定着ベルトの軸線に沿う長手方向両端部に設けられる電極部材間を直線で結ぶ領域で発熱量が最大となり、定着ベルトの周方向で電極部材から遠い領域ほど発熱量が小さくなる。このため、定着べルトには定着ベルトの周方向に温度ムラが発生する。そこで、定着ベルトの発熱体への通電の開始と同時に加圧ローラを回転させ、加圧ローラの回転に追従させて定着ベルトを回転させる。定着ベルトを回転させることで、定着ベルトの周方向に温度ムラを発生させることなく定着ベルト全体を均一に昇温させることが可能となる。ところが、定着ベルトを回転させると、定着ベルトの熱で加圧ローラ表面全体を加熱することになるため、定着ベルトの昇温速度が遅くなる。このため、定着ベルトの発熱体への通電を開始し定着ベルトが定着可能温度まで昇温する時間が長くなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、発熱ベルトの回転を行うことなく発熱ベルトの周方向での温度ムラの発生を抑制できるようにした像加熱装置及びこの像加熱装置に用いられる発熱ベルト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の本発明に係る発熱ベルトの構成は、像加熱装置に用いられる筒形状の発熱ベルトにおいて、前記発熱ベルトは、電力が供給されて発熱する発熱層と、表面離型層と、を有し、前記発熱層は樹脂材料中に導電性フィラーが分散している層であり、ベルト母線方向における前記発熱層のシート抵抗は、ベルト周方向における前記発熱層のシート抵抗よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の構成は、筒形状の発熱ベルトと、前記発熱ベルトの外面に接触し前記発熱ベルトとの間にニップ部を形成するバックアップ部材と、を有する像加熱装置において、前記発熱ベルトは、電力が供給されて発熱する発熱層と、表面離型層と、を有し、前記発熱層は樹脂材料中に導電性フィラーが分散している層であり、ベルト母線方向における前記発熱層のシート抵抗は、ベルト周方向における前記発熱層のシート抵抗よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
本発明の更なる目的は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発熱ベルトの回転を行うことなく発熱ベルトの周方向での温度ムラの発生を抑制できるようにした像加熱装置及びこの像加熱装置に用いられる発熱ベルトを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は定着装置の定着ベルトと加圧ローラの関係を表す外観斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す定着ベルトと加圧ローラの横断面模式図
【図２】（ａ）は定着ベルトの発熱層の斜視図、（ｂ）は定着ベルトの発熱層の層構成を表す断面図、（ｃ）は比較例定着ベルト（１）の層構成の断面図
【図３】画像形成装置の一例の構成模式図
【図４】実施例２の定着装置に用いる定着ベルトの層構成の断面図
【図５】実施例３の定着装置を搭載するフルカラーの画像形成装置の構成模式図
【図６】（ａ）は実施例３の定着装置に用いる定着ベルトの層構成を表す断面図、（ｂ）は比較例定着ベルト（３）の層構成の断面図
【図７】実施例４の定着装置に用いる定着ベルトの層構成の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[実施例１]
（１）画像形成装置例
図３は本発明に係る像加熱装置を定着装置(定着器）として搭載する画像形成装置の一例の構成模式図である。この画像形成装置は、電子写真技術を利用して記録紙やＯＨＰシートなどの記録材に画像を形成するレーザービームプリンタ（以下、プリンタと記す）である。本実施例１に示すプリンタは、ホストコンピュータなどの外部装置（不図示）から出力されるプリント指令に応じて制御部（不図示）が所定の画像形成制御シーケンスを実行し、この画像形成制御シーケンスに従って所定の画像形成動作を行う。制御部はＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとからなり、メモリには画像形成制御シーケンス及び画像形成に必要な各種プログラムなどが記憶されている。
【００１３】
本実施例１のプリンタは、記録材上にトナー画像を形成する画像形成部と、記録材上の未定着のトナー画像を記録材に加熱定着する定着部（以下、定着装置と記す）と、を有している。画像形成制御シーケンスが実行されると、画像形成部において、先ず像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１が所定の周速度（プロセススピード)で矢印方向に回転される。そしてこの感光ドラム１の外周面（表面）が帯電部材としての帯電ローラ２によって一様に帯電される。次にこの感光ドラム１表面の帯電面に対し光走査装置３により画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームＬによる走査露光が施され、感光ドラム１表面の帯電面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。そしてこの静電潜像が現像装置４によりトナー（現像剤）を用いてトナー画像として現像される。
【００１４】
一方、給送カセット（不図示）より所定の記録材搬送機構（不図示）によって給送されてきた記録材Ｐは、感光ドラム１表面と転写部材としての転写ローラ５の外周面（表面）との間の転写ニップ部へと搬送される。この記録材Ｐは転写ニップ部で感光ドラム１表面と転写ローラ５表面とで挟持搬送される。そして感光ドラム１表面のトナー画像は記録材Ｐの搬送過程において転写ローラ５により記録材Ｐ上に転写される。これによって記録材Ｐはトナー画像を担持する。
【００１５】
トナー画像を担持した記録材Ｐは定着装置７に導入され、この定着装置７より熱と圧力を受けることによってトナー画像は記録材Ｐ上に加熱定着される。トナー画像が加熱定着された記録材Ｐは所定の記録材排出機構（不図示）によって排出トレイ（不図示）上に排出される。
【００１６】
トナー画像の転写後の感光ドラム１表面は、感光ドラム１表面に残留する残トナーがクリーニング部材としてのクリーニングブレード６によって除去され、次の画像形成に供される。
【００１７】
（２）定着装置
以下の説明において、定着装置及び定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。また長手方向とは後述する定着ベルトの軸線に沿う方向でもある。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。長さとは長手方向の寸法である。幅とは短手方向の寸法である。
【００１８】
図１において、（ａ）は定着装置の定着ベルトと加圧ローラの関係を表す外観斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す定着ベルトと加圧ローラの横断面模式図である。本実施例１に示す定着装置７は、発熱ベルトとしての定着ベルト１１と、ガイド部材としてのベルトガイド１３と、バックアップ部材としての加圧ローラ１２などを有している。定着ベルト１１と、ベルトガイド１３と、加圧ローラ１２は、何れも長手方向に長い部材である。
【００１９】
定着ベルト１１は筒状（筒形状）に形成されている。そしてこの定着ベルト１１は横断面略半円弧状の樋型に形成されたベルトガイド１３に対し周長に余裕をもってルーズに外嵌されている。ベルトガイド１３は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等を用いて形成されている。本実施例１ではベルトガイド１３の材料として液晶ポリマーを用いた。このベルトガイド１３は、ベルトガイド１３の長手方向両端部が定着装置７の装置フレーム(不図示）に支持されている。
【００２０】
加圧ローラ１２は、芯金１２ａと、芯金１２ａの長手方向両端部の被支持部１２ａＲ，１２ａＬ以外の外周面上に設けられた弾性体層１２ｂと、弾性体層１２ｂの外周面上に設けられた最外層の離形層１２ｃなどを有している。本実施例１では、芯金１２ａはアルミ芯金を用い、弾性体層１２ｂはシリコーンゴムを用い、離形層１２ｃはＰＦＡをコーティングしたものを用いた。定着ベルト１１の下方で定着ベルト１１と平行に配された加圧ローラ１２は、芯金１２ａの長手方向両端部の被支持部１２ａＲ，１２ａＬが装置フレームに軸受(不図示）を介して回転可能に支持されている。そしてこの加圧ローラ１２に対して加圧ローラ１２の母線方向と直交する方向でベルトガイド１３の長手方向両端部を加圧ばねなどの加圧手段（不図示）により加圧している。これによって定着ベルト１１の外周面（表面（外面））を加圧ローラ１２の外周面（表面）に加圧状態に加圧し加圧ローラの弾性体層１２ｂを弾性変形させている。これにより定着ベルト１１表面と加圧ローラ１２表面との間に所定幅の定着ニップ部（ニップ部）Ｎを形成している。
【００２１】
図２を参照して、定着ベルト１１の構成を詳しく説明する。図２において、（ａ）は定着ベルトの発熱層を表す斜視図、（ｂ）は定着ベルトの発熱層の層構成を表す断面図である。
【００２２】
本実施例１に示す定着ベルト１１は、通電によって発熱する筒状の発熱層１１ａを有している。発熱層１１ａは、樹脂材料１１ａ１と、樹脂材料１１ａ１中に分散された導電性フィラー１１ａ２と、を有している。樹脂材料１１ａ１は、耐熱性樹脂であるポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳなどにより形成されている。導電性フィラー１１ａ２は、その形状が異方性を有し、長手方向がベルトの周方向に配向している。導電性フィラーとして、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル等のカーボンナノ材料、金属微粒子または金属酸化物微粒子などを用いている。樹脂材料１１ａ１に対する導電性フィラーの配合量は３０〜６０重量％が好ましい。なお、本実施例では長さ１５０μｍのカーボンナノチューブをポリイミド中に分散したものを発熱層として用いている。図２（ａ）では、導電性フィラー１１ａ２が円形に並んでいるように図示しており、また、図２（ｂ）では、導電性フィラー１１ａ２が等間隔に並んでいるように図示している。しかしながら、これら図は導電性フィラーの配向方向を示しているに過ぎない。上述のように導電性フィラー１１ａ２は樹脂材料中に分散しているので、発熱層中にランダムに存在している。ただし、導電性フィラーは、その長軸がベルト周方向に配向している。
【００２３】
本実施例１の定着ベルト１１は、導電性フィラーがベルト周方向に配向しているため、発熱層１１ａのシート抵抗Ω／□（ohm/square）には異方性を付与することができる。つまり、発熱層１１ａの長手方向（ベルト母線方向）のシート抵抗をＲ１、発熱層１１ａの周方向のシート抵抗をＲ２とすると、Ｒ１＞Ｒ２の関係が成り立つ。従って、発熱層１１ａの長手方向の電気的なシート抵抗Ｒ１は発熱層１１ａの周方向のシート抵抗Ｒ２よりも大きい。なお、シート抵抗Ｒ１とＲ２の比率は、ベルト１１の周方向の一部でベルトを母線方向に切り開いて長方形のシート状態とし、更に、長辺を短辺と同じ長さに揃えて正方形とし、正方形の対向する２辺に抵抗値測定用の端子を取り付けて測定したもの（対向する２辺は二組あるのでそれぞれ測定する）で代用できる。導電性フィラー（分散材）を発熱層１１ａの周方向に配向させる製法としては、例えば回転している円筒状の金型に対して、導電性フィラーを分散させたポリイミド前駆体溶液をビーム塗工する方法がある。また商用電源を用いて画像形成装置を動作させる場合、電源の容量、印刷速度、定着装置の立上げ速度などを考慮すると、定着ベルト１１へ投入する電力は１００Ｗ〜１５００Ｗが好ましい。従って、発熱層１１ａの長手方向（母線方向）の両端間（すなわち給電用電極間）における抵抗値は５Ω〜１００Ωの範囲にあることが好ましい。また発熱層１１ａの厚みは前記抵抗値（５Ω〜１００Ω）の範囲と定着ベルト１１の強度を考慮して３０〜２００μｍが好ましい。発熱層１１ａの外周面上には記録材Ｐが担持するトナー画像Ｔ（図１（ｂ）参照）との離型性を確保するために離型層（表面離型層）１１ｂが設けられている。離型層１１ｂは、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の耐熱性フッ素樹脂からなる。そして離型層１１ｂは、発熱層１１ａの外周面上にプライマー層（不図示）を介して接着されている。この離型層１１ｂには、カーボンやイオン導電性の電気抵抗制御物質（有機リン酸、５酸化アンチモン、酸化チタン）を分散させてもよい。
【００２４】
発熱層１１ａの長手方向両端部の領域１１ａＲ，１１ａＬ（図１（ａ）参照）において発熱層１１ａの周方向の所定の位置には、この発熱層１１ａに電力を供給するための電極部材１６Ｒ，１６Ｌが接続される。電極部材１６Ｒ，１６Ｌが接続される発熱層１１ａの長手方向両端部の領域（以下、給電領域と記す）１１ａＲ，１１ａＬにはＡｇ等の導電剤を塗布してあってもよい。
【００２５】
（３）定着装置の加熱定着動作
図１の（ｂ）を参照して、定着装置の加熱定着動作を説明する。制御部は、プリント指令に応じてモータＭを回転駆動する。モータＭの出力軸の回転は所定のギア列（不図示）を介して加圧ローラ１２の芯金１２ａに伝達される。これにより加圧ローラ１２は所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向へ回転する。加圧ローラ１２の回転は定着ニップ部Ｎにおいて加圧ローラ１２表面と定着ベルト１１表面との摩擦力によって定着ベルト１１に伝達される。これにより定着ベルト１１は、定着ベルト１１の発熱層１１ａの内周面（内面）がベルトガイド１３の外周面と接触しながら加圧ローラ１２の回転に追従して回転する。また制御部は、プリント指令に応じてＡＣ電源１５より電極部材１６Ｒ，１６Ｌを介して定着ベルト１１の発熱層１１ａに通電を開始する。これによって発熱層１１ａが発熱し定着ベルト１１は急速に昇温する。定着ベルト１１の温度は発熱層１１ａ内面に接触又は近接されているサーミスタなどの温度検知部材１７により検知される。この温度検知部材１７は装置フレーム又はベルトガイドに所定のブラケットを介して支持されている。そして制御部は、温度検知部材１７からの出力信号（温度検知信号）を取り込み、この出力信号に基づいて定着ベルト１１が所定の定着温度（目標温度）を維持するように電力を制御する。モータＭを回転駆動し、かつ、発熱層１１ａに通電を行っている状態において、未定着のトナー画像Ｔを担持した記録材Ｐがトナー画像担持面を上向きにして定着ニップ部Ｎに導入される。この記録材Ｐは定着ニップ部Ｎにおいて定着ベルト１１表面と加圧ローラ１２表面とにより挟持されその状態に搬送（挟持搬送）される。この搬送過程において記録材Ｐ上のトナー画像Ｔは定着ベルト１１により加熱されて溶融し定着ニップ部Ｎで加圧されることにより記録材Ｐ上に加熱定着される。そしてトナー画像Ｔが加熱定着された記録材Ｐは定着ニップ部Ｎから記録材排出機構に向けて搬送される。
【００２６】
（４）評価
本実施例１の定着装置と比較例の定着装置について立ち上がり時間の比較を行った。本実施例１の定着装置と比較例の定着装置のそれぞれの定着ベルトの構成について以下に説明する。説明の便宜上、本実施例１の定着ベルトを実施例定着ベルト（１）と記し、比較例の定着ベルトを比較例定着ベルト（１）と記す。比較例定着ベルト（１）において、実施例定着ベルト（１）と共通する部分には同じ符号を付している。図２の（ｃ）に比較例定着ベルト（１）の層構成の断面図を示す。
【００２７】
＜実施例定着ベルト（１）＞
図２の（ｂ）に示すように、実施例定着ベルト（１）は、発熱層１１ａと離型層１１ｂとを有する２層構造である。発熱層１１ａとして厚みが６０μｍのポリイミドを用いた。そして発熱層１１ａ中に分散する導電性フィラーとしてカーボンナノファイバー（長さ１５０μｍ）を用いた。カーボンナノファイバーはその長軸がベルト周方向に配向している。ポリイミドからなる樹脂材料１１ａ１に対する導電性フィラー（カーボンナノファイバー）の配合量は４０重量％である。この発熱層１１ａにおいて長手方向のシート抵抗Ｒ１と周方向のシート抵抗Ｒ２の比は、１．６：１であった。離型層１１ｂとして厚みが１０μｍのＰＦＡを発熱層１１ａの外周面上にコーティングしている。実施例定着ベルト（１）の内径はφ２４ｍｍ、長さは２３０ｍｍである。実施例定着ベルト（１）において発熱層１１ａの長手方向両端部の給電領域１１ａＲ，１１ａＬは離型層１１ｂをコーティングせずに発熱層１１ａを露出させている。実施例定着ベルト（１）の発熱層１１ａの長手方向の両端間における抵抗値は１５Ωであった。
【００２８】
＜比較例定着ベルト（１）＞
比較例定着ベルト（１）は、実施例定着ベルト（１）と同様、発熱層１１ａと、発熱層１１ａの外周面上に設けられた離型層１１ｂと、を有する２層構造である。発熱層として厚みが６０μｍのポリイミドを用いた。そしてこの発熱層に導電性フィラーとしてカーボンナノファイバーを３５重量％配合した。このときカーボンナノファイバーは長手方向及び周方向どちらにも配向せずに均一に分散した。つまり、発熱層１１ａは、発熱層１１ａのシート抵抗には異方性がなく長手方向及び周方向でシート抵抗が略均一になるように作られている。離型層１１ｂとして厚みが１０μｍのＰＦＡを発熱層１１ａの外周面上にコーティングしている。比較例定着ベルト（１）の内径はφ２４ｍｍ、長さは２３０ｍｍである。比較例定着ベルト（１）において発熱層１１ａの長手方向両端部の給電領域１１ａＲ，１１ａＬは、離型層１１ｂをコーティングせずに発熱層１１ａを露出させている。比較例定着ベルト（１）の発熱層１１ａの長手方向両端間における抵抗値は１５Ωであった。
【００２９】
＜立ち上がり時間の比較＞
上記の実施例定着ベルト（１）を用いた定着装置と比較例定着ベルト（１）を用いた定着装置において、実施例定着ベルト（１）と比較例定着ベルト（１）の立ち上がり時間を計測した。即ち、実施例定着ベルト（１）と比較例定着ベルト（１）について、通電を開始してから未定着のトナー画像を定着できる温度まで昇温する時間（立ち上がり時間）を計測した。実施例定着ベルト（１）を用いた定着装置と比較例定着ベルト（１）を用いた定着装置の加圧ローラ１２は同じものを用いている。この加圧ローラ１２の外径はφ２５ｍｍである。そしてＡｌの芯金１２ａの外周面上にシリコーンゴムによって弾性層１２ｂを形成し、この弾性層１２ｂの外周面をＰＦＡ樹脂で覆うことによって離型層１２ｃを形成した。実施例定着ベルト（１）と比較例定着ベルト（１）には、それぞれ６００Ｗの一定の電力を投入した。実施例定着ベルト（１）と比較例定着ベルト（１）において、通電を開始してから実施例定着ベルト（１）及び比較例定着ベルト（１）の表面温度が１６０℃に到達するまでの時間を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
実施例定着ベルト（１）は、発熱層１１ａの長手方向のシート抵抗Ｒ１が発熱層１１ａの周方向のシート抵抗Ｒ２よりも高い。このため、発熱層１１ａの長手方向両端部から電極部材１６Ｒ，１６Ｌを介して発熱層１１ａに通電した場合、発熱層１１ａに流れる電流は発熱層１１ａの周方向に回り込み易くなる。その結果、比較例よりも発熱層１１ａの広い領域で発熱するため、装置立上げ時に実施例定着ベルト（１）を回転させる必要がない。よって、装置を定着可能状態まで立ち上げる時に加圧ローラ１２の周方向の一部に熱伝達するだけとなり、実施例定着ベルト（１）の昇温速度が速い。これに対して、比較例定着ベルト（１）は、発熱層１１ａの軸線１１ｏに沿う長手方向のシート抵抗Ｒ１と発熱層１１ａの周方向のシート抵抗Ｒ２が均一である。そのため、発熱層１１ａの長手方向両端部から電極部材１６Ｒ，１６Ｌを介して発熱層１１ａに通電した場合、発熱層１１ａに流れる電流は電極部材１６Ｒ，１６Ｌ間を直線で結ぶ領域に集中しやすい。その結果、発熱層１１ａの周方向の一部が発熱することになるため、発熱層１１ａの周方向に温度ムラが生じる可能性がある。そこで、立ち上げ時は発熱層１１ａへの通電の開始と同時に加圧ローラ１２を回転させ、加圧ローラ１２の回転に追従させて比較例定着ベルト（１）を回転させるようにする。比較例定着ベルト（１）を回転させることにより、発熱層１１ａの周方向に温度ムラを発生させることなく発熱層１１ａ全体を均一に昇温させることが可能となるが、加圧ローラ１２表面全体を加熱することになるので、昇温速度が遅くなった。
【００３２】
本実施例１の定着装置７は、定着ベルト１１の発熱層１１ａのシート抵抗に異方性がある。即ち、発熱層１１ａの長手方向（通電方向）のシート抵抗Ｒ１を発熱層１１ａの周方向のシート抵抗Ｒ２よりも大きくしている。これにより発熱層１１ａの長手方向両端部の給電領域１１ａＲ，１１ａＬを直線で結ぶ領域の電流密度が小さくなり、定着ベルト１１の周方向の温度ムラが抑制される。よって、立ち上げ時に加圧ローラ１２を回転させる必要がなくなり、定着ベルト１１を定着温度に昇温させるための時間を短縮することができる。さらに、定着ベルト１１の周方向の温度ムラが抑制されることから、電極部材１６Ｒ，１６Ｌの配置に関しては定着ベルト１１の周方向の任意の位置を選択でき、電極部材１６Ｒ，１６Ｌの配置の自由度が増す。
【００３３】
［実施例２］
本実施例２では、実施例１の定着装置よりもより高速にトナー画像Ｔの加熱定着を行うことのできる定着装置について説明する。実施例１の定着装置と同じ部材・部分については、同じ符号を付して再度の説明を省略する。図４に本実施例２の定着装置に用いる定着ベルトの層構成の断面図を示す。
【００３４】
高速にトナー画像Ｔの加熱定着を行うためには、発熱源である定着ベルト１１を効率的に加熱する必要がある。つまり、発熱層１１ａで発生した熱がより効率的に定着ベルト１１表面に伝熱することが重要であり、そのためには定着ベルト１１内側のベルトガイド１３への伝熱を最小にしなければならない。本実施例２の定着装置７では、定着ベルト１１の内面を断熱するために、定着ベルト１１の発熱層１１ａの内周面（内面）上に基層としての絶縁層１１ｃ（図４参照）を設け、この絶縁層１１ｃの外周面とベルトガイド１３の外周面を接触させている。従って、定着ベルト１１の層構成は、絶縁層１１ｃと、絶縁層１１ｃの外周面上に設けられた発熱層１１ａと、発熱層１１ａの外周面上に設けられた離型層１１ｂの３層構造である。
【００３５】
本実施例２に示す定着装置７は、発熱層１１ａの内周面上に絶縁層１１ｃを有する定着ベルト１１を用いるため、定着ベルト１１の発熱層１１ａからのベルトガイド１３への伝熱が抑制される。このため、定着ベルト１１を定着温度に昇温させるための時間をさらに短縮することができる。よって、実施例１の定着装置７よりもより高速にトナー画像Ｔの加熱定着を行うことができる。
【００３６】
［実施例３］
（１）フルカラーの画像形成装置例
本実施例３では、フルカラーの画像形成装置に搭載する定着装置について説明する。実施例１の定着装置と同じ部材・部分については、同じ符号を付して再度の説明を省略する。図５は本実施例３の定着装置を搭載するフルカラーの画像形成装置の構成模式図である。
【００３７】
本実施例３に示すフルカラーの画像形成装置は、電子写真技術を利用して記録紙やＯＨＰシートなどの記録材に画像を形成するフルカラーのレーザービームプリンタ（以下、フルカラープリンタと記す）である。本実施例３に示すフルカラープリンタは、ホストコンピュータなどの外部装置（不図示）から出力されるプリント指令に応じて制御部（不図示）が所定の画像形成制御シーケンスを実行し、この画像形成制御シーケンスに従って所定の画像形成動作を行う。制御部はＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとからなり、メモリには画像形成制御シーケンス及び画像形成に必要な各種プログラムなどが記憶されている。
【００３８】
本実施例１のフルカラープリンタは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー画像を形成する画像形成部５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｂｋを有している。またこの画像形成部で形成したトナー画像を担持する中間像担持体としての中間転写ベルト６１を有している。また中間転写ベルト６１から記録材Ｐに転写された記録材Ｐ上の未定着のトナー画像（不図示）を記録材Ｐに加熱定着する定着部（以下、定着装置と記す）６５を有している。画像形成制御シーケンスが実行されると、各画像形成部５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｂｋが順次駆動され、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）５２が所定の周速度（プロセススピード)で矢印方向に回転される。中間転写ベルト６１は、各画像形成部５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｂｋの感光ドラム５２に跨るように、駆動ローラ５８と、従動ローラ５９と、２次転写対向ローラ６０に掛け回されている。そしてこの中間転写ベルト６１は、駆動ローラ５８の回転駆動によって矢印方向へ各感光ドラム５２の回転周速度と対応した周速度で回転される。
【００３９】
先ず１色目のイエローの画像形成部５１Ｙにおいて、感光ドラム５２の外周面（表面）が帯電部材としての帯電ローラ５３によって一様に帯電される。次にこの感光ドラム５２表面の帯電面に対し光走査装置５７により画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームＬによる走査露光が施され、感光ドラム５２表面の帯電面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。そしてこの静電潜像が現像装置５４によりトナー（現像剤）を用いてトナー画像として現像される。同様の帯電、露光、現像の各工程が、２色目のマゼンタの画像形成部５１Ｍ、３色目のシアンの画像形成部５１Ｃ、４色目のブラックの画像形成部５１Ｂｋにおいても行われる。
【００４０】
各画像形成部５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｂｋにおいて、１次転写部材としての１次転写ローラ５５が中間転写ベルト６１を挟んで各感光ドラム５２と対向配置されている。そして各画像形成部５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｂｋにおいて感光ドラム５２表面に形成された各色のトナー画像は１次転写ローラ５５によって中間転写ベルト６１の外周面(表面)上に順番に重ねて転写される。これにより中間転写ベルト６１表面にフルカラーのトナー画像が担持される。トナー画像転写後の感光ドラム５２表面は、感光ドラム５２表面に残留する残トナーがクリーニング部材としてのクリーニングブレード５６によって除去され、次の画像形成に供される。
【００４１】
一方、給送カセット（不図示）より所定の記録材搬送機構（不図示）によって給送されてきた記録材Ｐは、中間転写ベルト６１表面と２次転写部材としての２次転写ローラ６４の外周面（表面）との間の転写ニップ部へと搬送される。この記録材Ｐは転写ニップ部で中間転写ベルト６１表面と２次転写ローラ６４表面とで挟持搬送される。そして中間転写ベルト６１表面のフルカラーのトナー画像は記録材Ｐの搬送過程において２次転写ローラ６４により記録材Ｐ上に転写される。これによって記録材Ｐはフルカラーのトナー画像を担持する。フルカラーのトナー画像転写後の中間転写ベルト６１表面は、中間転写ベルト６１表面に残留する残トナーがクリーニング部材としてのクリーニングブレード６３によって除去され、次の画像形成に供される。
【００４２】
フルカラーのトナー画像を担持した記録材Ｐは定着装置６５に導入され、この定着装置６５より熱と圧力を受けることによってトナー画像は記録材Ｐ上に加熱定着される。フルカラーのトナー画像が加熱定着された記録材Ｐは所定の記録材排出機構（不図示）によって排出トレイ（不図示）上に排出される。
【００４３】
（２）定着装置
本実施例３の定着装置６５の構成は、定着ベルト１１を下記の３層構成とした点を除いて、実施例１の定着装置７の構成と同じである。図６において、（ａ）は本実施例３の定着装置に用いる定着ベルトの層構成を表す断面図である。本実施例３の定着装置６５は、フルカラーのトナー画像を記録材Ｐに加熱定着するため、光沢ムラ、ＯＨＴ透過性、ハーフトーン画像の一様性といった画質の観点で、定着ベルト１１に弾性層を設けることが好ましい。つまり、定着ベルト１１の発熱層１１ａの外周面上に弾性層１１ｄ（図６（ａ）参照）を設け、この弾性層１１ｄの外周面上に離型層１１ｂを設けている。弾性層１１ｄはシリコーンゴムからなる。そして弾性層１１ｄの厚みは５０〜５００μｍが好ましい。
【００４４】
（３）評価
本実施例３の定着装置６５と比較例の定着装置について立ち上がり時間の比較を行った。本実施例３の定着装置と比較例の定着装置のそれぞれの定着ベルトの構成について以下に説明する。説明の便宜上、本実施例３の定着ベルト１１を実施例定着ベルト（３）と記し、比較例の定着ベルトを比較例定着ベルト（３）と記す。比較例定着ベルト（３）において、実施例定着ベルト（３）と共通する部分には同じ符号を付している。図６の（ｂ）に比較例定着ベルト（３）の層構成の断面図を示す。
【００４５】
＜実施例定着ベルト（３）＞
図６の（ａ）に示すように、実施例定着ベルト（３）は、発熱層１１ａと、発熱層１１ａの外周面上に設けられた弾性層１１ｄと、弾性層１１ｄの外周面上に設けられた離型層１１ｂと、を有する３層構造である。発熱層１１ａとして厚みが６０μｍのポリイミドを用いた。そして発熱層１１ａ中に分散する導電性フィラーとしてカーボンナノファイバー（長さ１５０μｍ）を用いた。ポリイミドに対する導電性フィラー（カーボンナノファイバー）の配合量は４０重量％である。この発熱層１１ａにおいて長手方向のシート抵抗Ｒ１と周方向のシート抵抗Ｒ２の比は、１．６：１であった。弾性層１１ｄの材料はシリコーンゴムであり、弾性層１１ｄの厚みは３００μｍである。離型層１１ｂとして厚みが１０μｍのＰＦＡを弾性層１１ｄの外周面上にコーティングしている。実施例定着ベルト（３）の内径はφ２４ｍｍ、長さは２３０ｍｍである。実施例定着ベルト（３）において発熱層１１ａの長手方向両端部の給電領域１１ａＲ，１１ａＬは弾性層１１ｄと離型層１１ｂを形成せずに発熱層１１ａを露出させている。実施例定着ベルト（３）の発熱層１１ａの長手方向両端間における抵抗値は１５Ωであった。
【００４６】
＜比較例定着ベルト（３）＞
比較例定着ベルト（１）は、実施例定着ベルト（３）と同様、発熱層１１ａと、発熱層１１ａの外周面上に設けられた弾性層１１ｄと、弾性層１１ｄの外周面上に設けられた離型層１１ｂと、を有する３層構造である。発熱層１１ａとして厚みが６０μｍのポリイミドを用いた。そして発熱層に分散する導電性フィラーとしてカーボンナノファイバー（長さ１５０μｍ）を３５重量％配合した。このときカーボンナノファイバーは長手方向及び周方向いずれにも配向させることなく均一に分散した。つまり、発熱層１１ａは、発熱層１１ａのシート抵抗には異方性がなく長手方向及び周方向でシート抵抗が略均一になるように作られている。弾性層１１ｄはシリコーンゴムからなる。そして弾性層１１ｄの厚みは３００μｍである。離型層１１ｂとして厚みが１０μｍのＰＦＡを弾性層１１ｄの外周面上にコーティングしている。比較例定着ベルト（３）の内径はφ２４ｍｍ、長さは２３０ｍｍである。比較例定着ベルト（３）において発熱層１１ａの長手方向両端部の給電領域１１ａＲ，１１ａＬは、弾性層１１ｄと離型層１１ｂをコーティングせずに発熱層１１ａを露出させている。比較例定着ベルト（３）の発熱層１１ａの長手方向の両端間における抵抗値は１５Ωであった。
【００４７】
＜立ち上がり時間の比較＞
上記の実施例定着ベルト（３）を用いた定着装置と比較例定着ベルト（３）を用いた定着装置において、実施例定着ベルト（３）と比較例定着ベルト（３）の立ち上がり時間を計測した。即ち、実施例定着ベルト（３）と比較例定着ベルト（３）について、通電を開始してから未定着のトナー画像を定着できる温度まで昇温する時間（立ち上がり時間）を計測した。実施例定着ベルト（３）を用いた定着装置と比較例定着ベルト（３）を用いた定着装置の加圧ローラ１２は同じものを用いている。この加圧ローラ１２の外径はφ２５ｍｍである。そしてＡｌの芯金１２ａの外周面上にシリコーンゴムによって弾性層１２ｂを形成し、この弾性層１２ｂの外周面をＰＦＡ樹脂で覆うことによって離型層１２ｃを形成した。実施例定着ベルト（３）と比較例定着ベルト（３）には、それぞれ６００Ｗの一定の電力を投入した。実施例定着ベルト（１）と比較例定着ベルト（１）において、通電を開始してから実施例定着ベルト（１）及び比較例定着ベルト（１）の表面温度が１６０℃に到達するまでの時間を表２に示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
実施例定着ベルト（３）は、発熱層１１ａの長手方向のシート抵抗Ｒ１が発熱層１１ａの周方向のシート抵抗Ｒ２よりも高い。このため、発熱層１１ａの長手方向両端部から電極部材１６Ｒ，１６Ｌを介して発熱層１１ａに通電した場合、発熱層１１ａに流れる電流は発熱層１１ａの周方向に回り込み易い。その結果、比較例よりも発熱層１１ａの広い領域で発熱するため、装置立上げ時に実施例定着ベルト（１）を回転させる必要がない。よって、装置を定着可能状態まで立ち上げる時に加圧ローラ１２の周方向の一部に熱伝達するだけとなり、実施例定着ベルト（３）の昇温速度が速い。これに対して、比較例定着ベルト（３）は、発熱層１１ａの長手方向のシート抵抗Ｒ１と発熱層１１ａの周方向のシート抵抗Ｒ２が均一である。そのため、発熱層１１ａの長手方向両端部から電極部材１６Ｒ，１６Ｌを介して発熱層１１ａに通電した場合、発熱層１１ａに流れる電流は電極部材１６Ｒ，１６Ｌ間を直線で結ぶ領域に集中しやすい。その結果、発熱層１１ａの周方向の一部が発熱することになるため、発熱層１１ａの周方向に温度ムラが生じる可能性がある。そこで、立ち上げ時は発熱層１１ａへの通電の開始と同時に加圧ローラ１２を回転させ、加圧ローラ１２の回転に追従させて比較例定着ベルト（３）を回転させるようにする。比較例定着ベルト（３）を回転させることにより、発熱層１１ａの周方向に温度ムラを発生させることなく発熱層１１ａ全体を均一に昇温させることが可能となるが、加圧ローラ１２表面全体を加熱することになるので、昇温速度が遅くなった。
【００５０】
本実施例３の定着装置６５は、フルカラーのトナー画像を記録材Ｐに加熱定着させるために、定着ベルト１１の発熱層１１ａの外周面上に弾性層１１ｄを設けたものである。これによりフルカラーの画像を加熱定着したときに光沢ムラ、ＯＨＴ透過性、ハーフトーン画像の一様性といった画質の観点で良好な画像が得られる。またこの定着ベルト１１を用いた場合でも、立ち上げ時に加圧ローラ１２を回転させる必要がなくなり、定着ベルト１１を定着温度に昇温させるための時間を短縮することができる。
【００５１】
［実施例４］
本実施例４では、実施例３の定着装置６５よりもより高速にフルカラーのトナー画像の加熱定着を行うことのできる定着装置について説明する。実施例３の定着装置６５と同じ部材・部分については、同じ符号を付して再度の説明を省略する。図７に本実施例４の定着装置に用いる定着ベルトの層構成の断面図を示す。
【００５２】
高速にフルカラーのトナー画像の加熱定着を行うためには、発熱源である定着ベルト１１を効率的に加熱する必要がある。つまり、発熱層１１ａで発生した熱がより効率的に定着ベルト１１表面に伝熱することが重要であり、そのためには定着ベルト１１内側のベルトガイド１３への伝熱を最小にしなければならない。本実施例４の定着装置６５では、定着ベルト１１の内面を断熱するために、発熱層１１ａの内周面（内面）上に基層としての絶縁層１１ｃ（図７参照）を設け、この絶縁層１１ｃの外周面とベルトガイド１３の外周面を接触させている。従って、定着ベルト１１の層構成は、絶縁層１１ｃと、絶縁層１１ｃの外周面上に設けられた発熱層１１ａと、発熱層１１ａの外周面上に設けられた弾性層１１ｄと、弾性層１１ｄの外周面上に設けられた離型層１１ｂの４層構造である。
【００５３】
本実施例４に示す定着装置６５は、発熱層１１ａの内周面上に絶縁層１１ｃを有する定着ベルト１１を用いるため、定着ベルト１１の発熱層１１ａからのベルトガイド１３への伝熱が抑制される。このため、立ち上げ時に加圧ローラ１２を回転させる必要がなくなり、定着ベルト１１を定着温度に昇温させるための時間をさらに短縮することができる。よって、実施例３の定着装置６５よりもより高速にフルカラーのトナー画像の加熱定着を行うことができる。また定着ベルト１１の発熱層１１ａの外周面上に弾性層１１ｄを設けているため、フルカラーの画像を加熱定着したときに光沢ムラ、ＯＨＴ透過性、ハーフトーン画像の一様性といった画質の観点で良好な画像が得られる。
【００５４】
[その他の実施例]
実施例１乃至実施例４の定着装置は、未定着のトナー画像を記録材に加熱定着する装置としての使用に限られない。例えば未定着のトナー画像を加熱して記録材に仮定着する装置、或いは記録材に加熱定着されているトナー画像を加熱してトナー画像表面に光沢を付与する装置としても使用できる。
【符号の説明】
【００５５】
７：定着装置、１１：定着ベルト、１１ａ：発熱層、１１ｂ：離型層、１１ａ１：導電性フィラー、１２：加圧ローラ、Ｒ１：発熱層の長手方向のシート抵抗、Ｒ２：発熱層の周方向のシート抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像加熱装置に用いられる筒形状の発熱ベルトにおいて、
前記発熱ベルトは、電力が供給されて発熱する発熱層と、表面離型層と、を有し、前記発熱層は樹脂材料中に導電性フィラーが分散している層であり、ベルト母線方向における前記発熱層のシート抵抗は、ベルト周方向における前記発熱層のシート抵抗よりも大きいことを特徴とする発熱ベルト。
【請求項２】
前記導電性フィラーの形状は異方性を有し、前記導電性フィラーは前記樹脂材料中でベルト周方向に配向していることを特徴とする請求項１に記載の発熱ベルト。
【請求項３】
前記ベルト母線方向における前記発熱層の両端間の抵抗値は５Ω〜１００Ωであることを特徴とする請求項２に記載の発熱ベルト。
【請求項４】
前記発熱層中の前記導電性フィラーの配合量は３０〜６０重量％であることを特徴とする請求項３に記載の発熱ベルト。
【請求項５】
前記発熱層と前記表面離型層の間には弾性層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発熱ベルト。
【請求項６】
筒形状の発熱ベルトと、前記発熱ベルトの外面に接触し前記発熱ベルトとの間にニップ部を形成するバックアップ部材と、を有する像加熱装置において、
前記発熱ベルトは、電力が供給されて発熱する発熱層と、表面離型層と、を有し、前記発熱層は樹脂材料中に導電性フィラーが分散している層であり、ベルト母線方向における前記発熱層のシート抵抗は、ベルト周方向における前記発熱層のシート抵抗よりも大きいことを特徴とする像加熱装置。
【請求項７】
前記導電性フィラーの形状は異方性を有し、前記導電性フィラーは前記樹脂材料中でベルト周方向に配向していることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【請求項８】
前記ベルト母線方向における前記発熱層の両端間の抵抗値は５Ω〜１００Ωであることを特徴とする請求項７に記載の像加熱装置。
【請求項９】
前記発熱層中の前記導電性フィラーの配合量は３０〜６０重量％であることを特徴とする請求項８に記載の像加熱装置。
【請求項１０】
前記発熱層と前記表面離型層の間には弾性層が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【請求項１】
像加熱装置に用いられる筒形状の発熱ベルトにおいて、
前記発熱ベルトは、電力が供給されて発熱する発熱層と、表面離型層と、を有し、前記発熱層は樹脂材料中に導電性フィラーが分散している層であり、ベルト母線方向における前記発熱層のシート抵抗は、ベルト周方向における前記発熱層のシート抵抗よりも大きいことを特徴とする発熱ベルト。
【請求項２】
前記導電性フィラーの形状は異方性を有し、前記導電性フィラーは前記樹脂材料中でベルト周方向に配向していることを特徴とする請求項１に記載の発熱ベルト。
【請求項３】
前記ベルト母線方向における前記発熱層の両端間の抵抗値は５Ω〜１００Ωであることを特徴とする請求項２に記載の発熱ベルト。
【請求項４】
前記発熱層中の前記導電性フィラーの配合量は３０〜６０重量％であることを特徴とする請求項３に記載の発熱ベルト。
【請求項５】
前記発熱層と前記表面離型層の間には弾性層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発熱ベルト。
【請求項６】
筒形状の発熱ベルトと、前記発熱ベルトの外面に接触し前記発熱ベルトとの間にニップ部を形成するバックアップ部材と、を有する像加熱装置において、
前記発熱ベルトは、電力が供給されて発熱する発熱層と、表面離型層と、を有し、前記発熱層は樹脂材料中に導電性フィラーが分散している層であり、ベルト母線方向における前記発熱層のシート抵抗は、ベルト周方向における前記発熱層のシート抵抗よりも大きいことを特徴とする像加熱装置。
【請求項７】
前記導電性フィラーの形状は異方性を有し、前記導電性フィラーは前記樹脂材料中でベルト周方向に配向していることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【請求項８】
前記ベルト母線方向における前記発熱層の両端間の抵抗値は５Ω〜１００Ωであることを特徴とする請求項７に記載の像加熱装置。
【請求項９】
前記発熱層中の前記導電性フィラーの配合量は３０〜６０重量％であることを特徴とする請求項８に記載の像加熱装置。
【請求項１０】
前記発熱層と前記表面離型層の間には弾性層が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１４５６５６（Ｐ２０１１−１４５６５６Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５５７８８（Ｐ２０１０−２５５７８８）
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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