JP5787078B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、面状発熱体を用いた定着装置及び該定着装置を備える電子写真方式、静電記録方式等を利用したＦＡＸ、プリンタ、複写機またはそれらの複合機等の画像形成装置に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置として、電子写真方式を利用した画像形成装置が種々考案されており公知技術となっている。その画像形成プロセスは、像担持体である感光ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により記録紙に転写して画像を担持させ、圧力や熱等を用いる定着装置によって記録紙上のトナー画像を定着する過程により成立している。

この定着装置では、対向するローラもしくはベルトもしくはそれらの組み合わせにより構成された定着部材及び加圧部材が当接してニップ部を形成するように配置されており、該ニップ部に記録紙を挟みこみ、熱および圧力を加え前記トナー像を記録紙上に定着することを行っている。

前記定着装置の一例を挙げると、複数のローラ部材に張架された定着ベルトを定着部材として用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような定着ベルトを用いた装置は、定着部材としての定着ベルト（無端状ベルト）、定着ベルトを張架・支持する複数のローラ部材、複数のローラ部材のうち１つのローラ部材に内設されたヒータ、加圧ローラ（加圧部材）、等で構成されている。ヒータは、ローラ部材を介して定着ベルトを加熱する。そして、定着ベルトと加圧ローラとの間に形成されたニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像は、ニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着される（ベルト定着方式）。

また、上述した画像形成装置に用いられる定着装置において、回転体である定着部材の内面に摺接する固定部材を有している定着装置がある。
例えば、特許文献２では、発熱体としてのセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルム（定着フィルム）を挟ませて定着ニップ部を形成させ、前記定着ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入して、フィルムと一緒に挟持搬送させることで、ニップ部においてセラミックヒータの熱がフィルムを介して被記録材に与えられ、また、定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるフィルム加熱方式の定着装置が開示されている。このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータ及びフィルムとして低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができるとともに、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電力）等の利点がある。

また、特許文献３，４では、表面が弾性変形する回転可能な加熱定着ロールと、前記加熱定着ロールに接触したまま走行可能なエンドレスベルト（加圧ベルト）と、前記エンドレスベルトの内側に非回転状態で配置されて、前記エンドレスベルトを前記加熱定着ロールに圧接させ、前記エンドレスベルトと前記加熱定着ロールとの間に記録紙が通過させられるベルトニップを設けると共に、前記加熱定着ロールの表面を弾性変形させる加圧パッドとを具備してなる加圧ベルト方式の画像定着装置が提案されている。この定着方式によれば、下の加圧部材をベルトにし、用紙とロールの接触面積を広げることで熱伝導効率を大幅に向上させ、エネルギー消費を抑制すると同時に小型化を実現することが可能となっている。

しかしながら、上述した特許文献１記載の定着装置は、定着ローラを用いた装置に比べて装置の高速化に適しているものの、ウォームアップ時間（プリント可能な温度に達するまでに要する時間である。）やファーストプリント時間（プリント要求を受けた後にプリント準備を経てプリント動作をおこない排紙が完了するまでの時間である。）の短縮化に限界があった。

これに対して、特許文献２記載の定着装置は、低熱容量化によりウォームアップ時間やファーストプリント時間の短縮化が可能になるとともに、装置の小型化も可能になる。しか、特許文献２記載の定着装置では、耐久性の問題と、ベルト温度安定性の問題があった。すなわち、熱源であるセラミックヒータとベルト内面の摺動による耐磨耗性が不十分であり、長時間運転すると連続摩擦を繰り返す面が荒れて摩擦抵抗が増大し、ベルトの走行が不安定になる、もしくは定着装置の駆動トルクが増大する等の現象が生じ、その結果、画像を形成する転写紙のスリップが生じ画像のずれが生じる、または駆動ギヤに係る応力が増大し、ギヤの破損を引き起こすという不具合が発生した（課題１）。
また、フィルム加熱方式の定着装置では、ベルトをニップ部で局所的に加熱しているため回転するベルトがニップ入り口に戻ってくる際に、ベルト温度は最も冷えた状態になり、（特に高速回転を行うと）定着不良が出やすいという問題があった（課題２）。

一方、特許文献３では、圧力パッドの表層に低摩擦シート（シート状摺動材）としてＰＴＦＥを含浸させたガラス繊維シート（ＰＴＦＥ含浸ガラスクロス）を用い、ベルト内面と固定部材の摺動性の問題を改善する手段が開示されている。しかし、このような加圧ベルト方式の定着装置（特許文献３，４）では、定着ローラの熱容量が大きく、昇温が遅いため、ウォームアップにかかる時間が長いという問題があった。（課題３）。

以上のような課題１〜３に対して、特許文献５，６では、無端状の定着ベルトの内周側に配置される略パイプ状の対向部材（金属熱伝導体）と、前記対向部材の内周側に配置され該対向部材を加熱するセラミックヒータ等の抵抗発熱体とを設けることにより、定着ベルト全体を温めることを可能にし、ウォームアップ時間やファーストプリント時間を短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消することのできる定着装置が提案されている。しかしながら、対向部材（金属熱伝導体）を介して抵抗発熱体の熱を定着ベルトに伝える方式であるため、ウォームアップ時間やファーストプリント時間の短縮という点で不十分であった。

これに対して、特許文献７では、無端状の定着ベルトと、該定着ベルトに圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧ローラと、前記定着ベルトの内周面側に固設されて当該定着ベルトを加熱する抵抗発熱体と、を備え、前記抵抗発熱体は、前記定着ベルトの内周面に対して圧接しないように微小ギャップで配設する定着装置が提案されている。これにより、ウォームアップ時間やファーストプリント時間をより短くし、装置を高速化した場合であっても定着不良や定着部材及び抵抗発熱体の磨耗・破損等の不具合が生じないようにすることができるものとしている。

しかしながら、特許文献７記載の定着装置において、加圧ローラの回転、振動に起因する応力が抵抗発熱体に繰り返し作用して、前記抵抗発熱体の屈曲が繰り返し行われるようになるが、該抵抗発熱体が金属材料からなるものであるため、繰り返しの屈曲による疲労破壊により断線して定着ベルトの適切な加熱が行われないことがあった。

そこで、特許文献８では、絶縁性を有する基層上に、耐熱性樹脂中に導電性粒子が分散されてなる抵抗発熱層と、該抵抗発熱層に電力を供給する電極層と、が形成され、前記定着部材の軸方向、周方向に対応して所定の幅及び長さをもち可撓性を示す発熱シート（面状発熱体）を、回転する無端状ベルトの定着スリーブの内周面に当接させて、該定着スリーブを加熱する定着装置が提案されている。これにより、定着スリーブ及び面状発熱体の熱容量が小さいため、消費エネルギーの抑制を図りつつウォームアップ時間やファーストプリント時間を短くすることができ、面状発熱体における発熱シートは樹脂ベースのシートであるため、加圧部材の回転、振動に起因する応力が発熱シートに繰り返し作用して、発熱シートの屈曲が繰り返し行われても疲労破壊することがなく、長時間の運転を可能にしている。

しかしながら、特許文献８記載の定着装置において、問題なく定着処理を開始しても、その後、運転中に加熱手段である面状発熱体が故障する問題が発生した。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、面状発熱体を用いても長時間の安定した定着処理が可能な定着装置及び該定着装置を備える画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、回転する円筒形状の無端状ベルトである定着部材（定着スリーブ２１）と、前記定着部材の外周面と当接する加圧部材（加圧ローラ３１）と、前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を介して前記加圧部材と当接してニップ部を形成する当接部材（当接部材２６）と、前記定着部材の内周面に発熱面が接触して該定着部材を加熱する面状発熱体（面状発熱体２２）と、前記定着部材の内周側から該定着部材との間で前記面状発熱体を挟んで支持する発熱体支持部材（発熱体支持部材２３）と、前記当接部材と前記発熱体支持部材とを前記定着部材の円筒内部で保持するコア保持部材（コア保持部材２８）と、を備え、前記発熱体支持部材の前記面状発熱体の発熱面を支持する領域のうち、前記定着部材の回転中心からその半径方向の該発熱体支持部材の肉厚が最も薄い箇所の厚さをｔ、該発熱体支持部材の線膨張係数をαとし、前記定着部材の円筒内径をＲ、該定着部材の線膨張係数をβとしたとき、αｔ≧βＲを満たすことを特徴とする定着装置（定着装置２０）である。

本発明の定着装置によれば、装置運転時に、定着部材と発熱体支持部材が熱膨張しても、式αｔ≧βＲを満たすので、発熱体支持部材が面状発熱体の発熱面全面を定着部材に密着するように支持して、面状発熱体の発熱面の過熱を防止し、長時間の安定した定着処理を実現可能とする。

本発明に係る定着装置の第１の実施の形態における構成を示す断面図である。 定着スリーブにおける軸方向、周方向を示す概略図である。 図１の定着装置における定着スリーブとフランジ部材と側板の配置関係を示す断面図である。 本発明で用いる発熱シートの構成を示す断面図である。 面状発熱体と発熱体支持部材を組み立てた例を示す斜視図である。 面状発熱体、発熱体支持部材、端子台ステイを組み立てた例を示す斜視図である。 図６の端子台ステイ上の面状発熱体の電極端子と給電線の接続状態を示す斜視図である。 図１の定着装置における定着スリーブ側の内部機構部の構成を示す断面図である。 発熱体支持部材への面状発熱体の接着例（１）を示す断面図である。 発熱体支持部材への面状発熱体の接着例（２）を示す断面図である。 本発明で用いる面状発熱体の構成例（１）を示す図である。 本発明で用いる面状発熱体の構成例（２）を示す上面図である。 本発明で用いる面状発熱体の構成例（３）を示上面す図である。 本発明で用いる面状発熱体の構成例（４）を示す上面図である。 本発明に係る定着装置の第２の実施の形態における構成を示す断面図である。 図１５の定着装置で用いる回転支持部材の構成を示す斜視図である。 図１５の定着装置における定着スリーブ側の内部機構部の構成を示す概略図である。 本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。

以下に、本発明に係る定着装置の構成について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る定着装置の第１の実施の形態における構成を示す断面図である。
図１に示すように、定着装置２０は、回転する無端状ベルトからなる定着部材（定着スリーブ２１（定着回転体ともいう））と、前記定着部材の外周面と当接する加圧部材（加圧ローラ３１（加圧回転体ともいう））と、前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を介して前記加圧部材と当接してニップ部を形成する当接部材（当接部材２６）と、前記定着部材の内周側に該定着部材と当接または近接して配置され、前記定着部材を直接または間接的に加熱する面状発熱体（面状発熱体２２）と、前記定着部材の内周側に該定着部材との間に前記面状発熱体を挟むように配置され、該面状発熱体を所定位置で支持する発熱体支持部材（発熱体支持部材２３）と、を備える。このとき、面状発熱体２２の発熱面（加熱領域２２ｈ、後述する発熱シート２２ｓである。）は定着スリーブ２１の内周面と当接し、直接加熱する。なお、図１は、面状発熱体２２の発熱面が発熱していない、定着装置２０が室温程度に冷えた状態（冷却時の状態）を示している。

ここで、定着スリーブ２１は、軸方向が通紙される記録媒体Ｐの幅に対応する長さを有し、可撓性を有する円筒形状の無端状ベルトであり、例えば厚さが３０〜５０μｍの金属材料からなる基材上に少なくとも離型層を形成したものであって、外径が３０ｍｍになっている。なお以降、図２（ａ）に示すように、定着スリーブ２１のパイプ長手方向を軸方向と、図２（ｂ）に示すように、定着スリーブ２１のパイプ円周方向を周方向と称する。

定着スリーブ２１の基材を形成する材料としては、鉄、コバルト、ニッケル、又はこれらの合金等の伝熱性のよい金属材料を用いることができる。あるいは、耐熱性の樹脂を用いてもよい。

定着スリーブ２１の離型層は、ＰＦＡ等のフッ素化合物をチューブ状に被覆したものであって、その厚さは５０μｍになっている。離型層は、記録媒体Ｐ上のトナー像（トナー）Ｔが直接的に接する定着スリーブ２１表面のトナー離型性を高めるためのものである。

また、定着スリーブ２１は、図３に示すように、その軸方向両端部が定着装置２０の側板４２の所定位置に固定されたフランジ部材３０により回転可能に支持されている。詳しくは、フランジ部材３０は、定着スリーブ２１の軸方向端部に当接して定着スリーブ２１の軸方向の寄り止めのフランジ面を有するフランジ部３０ｂと、フランジ部３０ｂのフランジ面に立設された円筒部３０ａと、を有しており、フランジ部３０ｂが定着装置２０の側板４２に固設され、円筒部３０ａが定着スリーブ２１の軸方向端部の内径部に挿入されている。円筒部３０ａの外形（断面形状）は、当接部材２６に対応する箇所を除き、略円形、好ましくは真円形の形状を有しており、その外径は定着スリーブ２１の内径と同じかわずかに小さくなっている。これにより、定着スリーブ２１の軸方向両端部の内径部に挿入された円筒部３０ａは、定着スリーブ２１を回転可能な状態で円形状に保持する。したがって、円筒部３０ａの円の中心が定着スリーブ２１の回転中心Ｏとなる（図１）。

加圧ローラ３１は、アルミニウム、銅等の金属材料からなる芯金上に、シリコーンゴム（ソリッドゴム）等の耐熱性弾性層、離型層が順次形成されたものであって、外径が３０ｍｍになっている。弾性層は、肉厚が２ｍｍとなるように形成されている。離型層は、ＰＦＡチューブを被覆したものであって、厚さが５０μｍになるように形成されている。また、芯金内には必要に応じてハロゲンヒータなどの発熱体を内蔵してもよい。また、加圧ローラ３１は、加圧手段（不図示）により定着スリーブ２１を介して当接部材２６に圧接され、その圧接部が定着スリーブ２１側が凹んだニップ部を形成している。そして、このニップ部に、記録媒体Ｐが搬送されることになる。

また、加圧ローラ３１は、定着スリーブ２１に圧接した状態で不図示の駆動機構により回転駆動され（図１において時計回り方向に回転）、この加圧ローラ３１の回転に伴って定着スリーブ２１が回転することになる（図１において反時計回り方向に回転）。

当接部材２６は、定着スリーブ２１の軸方向に長さを有し、少なくとも定着スリーブ２１を介して加圧ローラ３１と圧接する部分がフッ素系ゴムなどの耐熱性を有する弾性体からなるものであり、コア保持部材２８により定着スリーブ２１の内周側の所定位置に保持された状態で固定されている。また、当接部分２６の定着スリーブ２１の内周面と接する部分はテフロン（登録商標）シートなどの摺動性及び耐磨耗性の優れた材料からなるものとするとよい。

コア保持部材２８は、金属などの板材が板金加工されてなり、定着スリーブ２１の軸方向の長さに対応する長さを有し断面がＨ型形状の剛性部材であり、定着スリーブ２１の内周側の略中心部分に配置されるものである。

またコア保持部材２８は、定着スリーブ２１の内周側に配置される種々の部材を所定位置に保持するものであり、例えばコア保持部材２８のＨ型の一方（加圧ローラ３１に対向する側）のくぼんだ部分に当接部材２６を収納保持し、当接部材２６が加圧ローラ３１により加圧されても大きく変形しないようにニップ部とは反対面側から支持している。また、コア保持部材２８は、当接部材２６を該コア保持部材２８から加圧ローラ３１側に少し突出するように保持しており、ニップ部でコア保持部材２８（また後述する加熱パイプ２７）が定着スリーブ２１に接触しないように配置されている。

また、コア保持部材２８のＨ型の他方（加圧ローラ３１側とは反対側）のくぼんだ部分に、定着スリーブ２１の軸方向の長さに対応する長さを有し断面がＴ字型形状の端子台ステイ２４及び端子台ステイ２４上に延設され外部からの電力を供給する給電線２５を収納保持している。さらに、コア保持部材２８のＨ型の外面に発熱体支持部材２３を保持している。図１では、定着スリーブ２１の下方半周分（ニップ部の入側半周分）の領域で発熱体支持部材２３を保持している。その際、組み立て性を勘案して発熱体支持部材２３とコア保持部材２８を接着してもよい。あるいは発熱体支持部材２３側からコア保持部材２８側への伝熱を防止するために、両者を非接着としてもよい。

発熱体支持部材２３は、面状発熱体２２の発熱面を定着スリーブ２１の内周面と当接させて配置するために該面状発熱体２２を支持するものである。そのため、発熱体支持部材２３は、断面形状を円形とした定着スリーブ２１の内周面に沿った所定の円弧の長さの外周面を有している。

また、発熱体支持部材２３における前記円弧の半径、すなわち定着スリーブ２１の回転中心Ｏから発熱体支持部材２３の外周面までの距離は、定着スリーブ２１の内径Ｒとほぼ同じとなっている。これにより、発熱体支持部材２３が支持する面状発熱体２２の発熱面全面が定着スリーブ２１の内周面と密着して効率的に定着スリーブ２１を加熱するようになる。なお、発熱体支持部材２３における前記円弧の半径（定着スリーブ２１の回転中心Ｏから発熱体支持部材２３の外周面までの距離）は、例えば図１において、定着スリーブ２１の回転中心Ｏから発熱体支持部材２３までの距離ａ（コア保持部材２８の部分）と、定着スリーブ２１の半径方向への発熱体支持部材２３の肉厚ｔの合計である。

また、発熱体支持部材２３は、面状発熱体２２の発熱に耐えるだけの耐熱性と、回転走行する定着スリーブ２１が近接する面状発熱体２２に接触した際に変形することなく面状発熱体２２を支持するだけの強度と、面状発熱体２２の熱をコア保持部材２８側に伝えずに、定着スリーブ２１側に伝えるようにする断熱性と、を有することが好ましく、例えばポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂（ＰＥＥＫ）からなることが好ましい。なお、面状発熱体２２が定着スリーブ２１の内周面と当接するとき、回転走行する定着スリーブ２１が面状発熱体２２をニップ部側に引っ張る力が該面状発熱体２２に作用するため、発熱体支持部材２３は変形することなく面状発熱体２２を支持するだけの強度が必要になるが、この場合にもポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂（ＰＥＥＫ）が好適である。また、このポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂（ＰＥＥＫ）成型体の内部に補助的に別体のソリッドの樹脂部材を設けて剛性を向上させるようにしてもよい。

面状発熱体２２の発熱面は、図４に示すように、絶縁性を有する基層２２ａ上に、耐熱性樹脂中に導電性粒子が分散されてなる抵抗発熱層２２ｂと、該抵抗発熱層２２ｂに電力を供給する電極層２２ｃと、が形成され、定着スリーブ２１の軸方向、周方向に対応して所定の幅及び長さをもち可撓性を示す発熱シート２２ｓからなることが好ましい。また、基層２２ａ上には、抵抗発熱層２２ｂと隣接する別の給電系統の電極層２２ｃとの間や発熱シート２２ｓの縁部分と外部との間を絶縁する絶縁層２２ｄが設けられている。なお、面状発熱体２２は、発熱シート２２ｓの端部で電極層２２ｃに接続され、給電線２５から供給される電力を該電極層２２ｃに供給する電極端子２２ｅ（不図示、後述）を備える。

また、発熱シート２２ｓの厚さは０．１〜１ｍｍ程度であり、少なくとも発熱体支持部材２３の外周面に沿って巻きつけることができる程度の可撓性を有している。

ここで、基層２２ａは、ＰＥＴまたはポリイミド樹脂などのある程度の耐熱性を有する樹脂からなる薄膜の弾性体フィルムであり、このうちポリイミド樹脂からなるフィルム部材であることが好ましい。これにより、耐熱性と、絶縁性と、ある程度の柔軟性（可撓性）を備える。

抵抗発熱層２２ｂは、ポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂中にカーボン粒子や金属粒子などの導電性粒子が均一に分散してなる導電性を有する薄膜であり、通電されると内部抵抗によりジュール熱として発熱する構成となっている。このような抵抗発熱層２２ｂは、ポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂の前駆体中にカーボン粒子や金属粒子などの導電性粒子を分散させた塗料を基層２２ａ上に塗布して成膜するとよい。

また、抵抗発熱層２２ｂは、基層２２ａ上にまずカーボン粒子や金属粒子からなる薄膜の導電層が形成され、ついでその導電層上にポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂からなる絶縁性薄膜を積層して一体化したものであってもよい。

なお、抵抗発熱層２２ｂに使用するカーボン粒子は、通常のカーボンブラック粉末でもよいが、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイルの少なくともいずれかからなるカーボンナノ粒子であってもよい。

また、金属粒子は、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉなどからなる粒子であり、その形状は粒状であってもよいし、フィラメント状であってもよい。

絶縁層２２ｄは、ポリイミド樹脂などの基層２２ａと同じ耐熱性樹脂からなる絶縁材料を塗布により形成するとよい。

電極層２２ｃは、導電性インクやＡｇなどの導電性ペーストなどを塗布して形成したものでもよいし、金属箔や金属網などを接着して形成したものであってもよい。

面状発熱体２２を構成する発熱シート２２ｓは、厚みの薄いシートであることから熱容量が小さく、急速な加熱が可能であり、その発熱量は抵抗発熱層２２ｂの体積抵抗率によって任意に設定できる。すなわち、抵抗発熱層２２ｂを構成する導電性粒子の構成材料、形状、大きさ、分散量などにより発熱量を調整することが可能であり、例えば単位面積当りの発熱量３５Ｗ／ｃｍ^２で、総電力１２００Ｗ程度の出力が得られる面状発熱体２２の実現が可能である。この場合、発熱シート２２ｓは、例えば幅（軸方向）２０ｃｍ、長さ（周方向）２ｃｍ程度のサイズとなる。

また、面状発熱体としてステンレスなどの金属フィラメントからなるものを用いた場合、フィラメントの存在により面状発熱体の表面には凹凸が生じていることから、本発明のように定着スリーブ２１の内周面と摺動させると、表面が容易に磨耗してしまうが、本発明で使用する発熱シート２２ｓは前述のように表面に凹凸がなく平坦であることから、定着スリーブ２１の内周面との摺動に対して優れた耐久性を示す。またさらに、発熱シート２２ｓの抵抗発熱層２２ｂ表面にフッ素系樹脂をコーティングすると、定着スリーブ２１の内周面との接触に対する耐久性がさらに向上するので好ましい。

なお、発熱シート２２ｓの定着スリーブ２１内周面における配置領域としては、図１では、定着スリーブ２１の内周面のニップ部とは反対側の位置からニップ部手前までにかけて配置された構成が示されているが、これに限定されるものではなく、例えば発熱シート２２ｓをニップ部の位置まで配置してもよいし、定着スリーブ２１のニップ部を除く内周面全周に配置してもよい。

このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。
まず、画像形成装置が出力信号を受けると（例えばユーザの操作パネルの操作あるいはパソコンからの通信などにより画像形成装置に印刷要求があると）、定着装置２０において、加圧ローラ３１が定着スリーブ２１を介して当接部材２６に押圧され、ニップ部を形成する。
ついで、不図示の駆動装置によって、加圧ローラ３１が図１の時計回り方向に回転駆動されると、定着スリーブ２１も連れ回りして時計方向に回転する。このとき、面状発熱体２２は発熱体支持部材２３で支持された状態で、定着スリーブ２１の内周面と当接し摺動する状態となる。
そして、それと同期して外部電源または内部の蓄電装置から給電線２５（後述）を通じて面状発熱体２２に電力が供給され、発熱シート２２ｓが発熱し、定着スリーブ２１は該発熱シート２２ｓと接触していることから効率的に熱が伝達され、急速に加熱される。なお、駆動装置の動作と面状発熱体２２による加熱は同時刻に同時に開始する必要はなく、適宜時間差を設けて開始しても良い。
このとき、ニップ部上流側であって、定着スリーブ２１の外側又は発熱シート２２ｓの内周側の発熱体支持部材２３内から接触又は非接触に配置された温度検知手段（不図示）で検知される温度により、ニップ部が所定の温度となるように、面状発熱体２２による加熱制御が行われており、定着に必要な温度まで昇温された後、保持され、記録媒体Ｐの通紙が開始される。

このように、本発明の定着装置では、定着スリーブ２１及び面状発熱体２２の熱容量が小さいため、省エネを図りつつウォームアップ時間やファーストプリント時間を短くすることができる。また、面状発熱体２２における発熱シート２２ｓは樹脂ベースのシートであるため、加圧ローラ３１の回転、振動に起因する応力が発熱シート２２ｓに繰り返し作用して、発熱シート２２ｓの屈曲が繰り返し行われても疲労破壊することがなく、長時間の運転が可能である。

なお、画像形成装置への出力信号がない場合、通常は消費電力を抑えるために加圧ローラ３１及び定着スリーブ２１は非回転で、面状発熱体２２は通電を停止されているが、すぐに再出力を開始したい（復帰させたい）場合は、加圧ローラ３１及び定着スリーブ２１が非回転の状態でも面状発熱体２２に通電しておくことが可能である。この場合は、面状発熱体２２に定着スリーブ２１全体を保温させておく程度の通電を行う。

ところで、図１に示す構成の定着装置を用いて定着処理を行った際に、問題なく定着処理を開始しても、その後、運転中に面状発熱体２２が故障する問題が発生した。
発明者らが、その原因を調査したところ、定着装置の運転を開始すると、面状発熱体２２の発熱面（発熱シート２２ｓ）が発熱して定着スリーブ２１を加熱するが、このとき定着スリーブ２１及び発熱体支持部材２３が熱膨張して、定着スリーブ２１の内径と定着スリーブ２１の回転中心Ｏから発熱体支持部材２３の外周面までの距離との差が大きくなり、定着スリーブ２１の内周面と面状発熱体２２の発熱面との間に微小な空隙が発生していることが判明した。すなわちその結果、面状発熱体２２の発熱面（発熱シート２２ｓ）から定着スリーブ２１への熱の伝達が断たれるため、面状発熱体２２の発熱面（発熱シート２２ｓ）の温度が急激に上昇し、発熱シート２２ｓがその耐熱温度を超えることにより故障していた。
発明者らは、これらの知見を基に、問題を解決すべく鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。すなわち、本発明に係る定着装置は、回転する円筒形状の無端状ベルトである定着部材（定着スリーブ２１）と、前記定着部材の外周面と当接する加圧部材（加圧ローラ３１）と、前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を介して前記加圧部材と当接してニップ部を形成する当接部材（当接部材２６）と、前記定着部材の内周面に発熱面が接触して該定着部材を加熱する面状発熱体（面状発熱体２２）と、前記定着部材の内周側から該定着部材との間で前記面状発熱体を挟んで支持する発熱体支持部材(発熱体支持部材２３）と、前記当接部材と、前記発熱体支持部材とを前記定着部材の円筒内部で保持するコア保持部材（コア保持部材２８）と、を備え、前記発熱体支持部材の前記面状発熱体の発熱面を支持する領域（加熱領域２２ｈ）のうち、前記定着部材の回転中心（回転中心Ｏ）からその半径方向の該発熱体支持部材の肉厚が最も薄い箇所の厚さをｔ、該発熱体支持部材の線膨張係数をαとし、前記定着部材の円筒内径をＲ、該定着部材の線膨張係数をβとしたとき、αｔ≧βＲを満たすことを特徴とするものである。
以下、本発明の根幹部分である式αｔ≧βＲについて説明する。

まず、定着スリーブ２１が面状発熱体２２の発熱により加熱されると、熱膨張する。このとき、定着スリーブ２１の温度が温度△Ｔだけ上昇した場合、定着スリーブ２１の外周長は次式（１）のようになる。
定着スリーブ２１の外周長＝２πＲ＋２πＲ×β×△Ｔ ・・・（１）
なお、Ｒは定着スリーブ２１の円筒内径（定着スリーブ２１の回転中心Ｏから内周面までの距離）、βは定着スリーブ２１の線膨張係数である。

したがって、熱膨張した定着スリーブ２１の外径は次式（２）のようになる。
定着スリーブ２１の内径＝（２πＲ＋２πＲ×β×△Ｔ）／２π
＝Ｒ＋Ｒ×β×△Ｔ ・・・（２）
よって、熱膨張による定着スリーブ２１の内径増加分は（Ｒ×β×△Ｔ）である。

また、発熱体支持部材２３が面状発熱体２２の発熱により加熱されると、熱膨張する。このとき、コア保持部材２８は熱膨張しないとすると、定着スリーブ２１の回転中心Ｏから発熱体支持部材２３の外周面までの距離は、コア保持部材２８の部分の距離ａは変化せず、発熱体支持部材２３の部分が膨張することから、冷却時よりも発熱体支持部材２３が膨張した分だけ増加する。このとき、その増分が最も少ないのは、発熱体支持部材２３における面状発熱体２２の発熱シート２２ｓを支持する領域（すなわち加熱領域（発熱面））２２ｈのうち、定着スリーブ２１の回転中心Ｏからその半径方向の該発熱体支持部材２３の肉厚が最も薄い箇所である。定着スリーブ２１の場合と同様に発熱体支持部材２３の温度が温度△Ｔだけ上昇した場合、定着スリーブ２１の回転中心Ｏからその箇所を通る発熱体支持部材２３の外周径は次式（３）のようになる。
発熱体支持部材２３の外周径＝ａ＋ｔ＋ｔ×α×△Ｔ ・・・（３）
なお、ｔは発熱体支持部材２３における面状発熱体２２の発熱シート２２ｓを支持する領域２２ｈのうち、定着スリーブ２１の回転中心Ｏからその半径方向の該発熱体支持部材２３の肉厚が最も薄い箇所の厚さ、αは発熱体支持部材２３の線膨張係数である。
よって、熱膨張による発熱体支持部材２３の外径増加分は（ｔ×α×△Ｔ）である。

ここで、本発明では、熱膨張による発熱体支持部材２３の外径増加分（ｔ×α×△Ｔ）が熱膨張による定着スリーブ２１の内径増加分（Ｒ×β×△Ｔ）以上とし、次式（４）を満たすものとする。
αｔ≧βＲ ・・・（４）

これにより、装置運転時の定着スリーブ２１及び発熱体支持部材２３の熱膨張によっても、少なくとも冷却時よりも定着スリーブ２１の内径と定着スリーブ２１の回転中心Ｏから発熱体支持部材２３の外周面までの距離との差が大きくなることはなくなり、定着スリーブ２１の内周面と面状発熱体２２の発熱面との間に微小な空隙が発生することを防止し両者を密着させることができるので、面状発熱体２２の発熱面（発熱シート２２ｓ）から定着スリーブ２１へ効率的に熱を伝えることができ、発熱シート２２ｓの過熱を防止することが可能となる。したがって、定着装置２０では長時間の安定した定着処理を行うことができる。

なお、式（４）を満足させるために、定着装置２０では、定着スリーブ２１及び発熱体支持部材２３の材料を選択してそれぞれの熱膨張係数を適切なものに設定するとよい。例えば、定着スリーブ２１を構成する材料（この場合、基材）をニッケル（熱膨張係数：１．３７×１０^−５／℃）とし、発熱体支持部材２３を構成する材料をポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂（線膨張係数：４．８×１０^−５／℃）とする。
あるいは、式（４）を満足させるために、定着装置２０では、発熱体支持部材２３の肉厚ｔと定着スリーブ２１の円筒内径Ｒを調整してもよい。

つぎに、定着装置２０における定着スリーブ２１側の組み立ては例えば以下の手順で行う。
（Ｓ１１） まず、発熱体支持部材２３の外周面に沿って面状発熱体２２の発熱シート２２ｓを接着剤により貼り付ける（図５）。この際、接着剤は発熱体支持部材２３への熱の流出を防ぐために熱伝導率の低いものを用いることが望ましい。

なお、このとき発熱シート２２ｓにおける定着スリーブ２１の周方向に対応する一方の端部に、前記電極層２２ｃに接続される複数の電極端子２２ｅ（電極端子２２ｅ１，２２ｅ２）の全てを設けておく。図５では、発熱シート２２ｓにおいて定着スリーブ２１の周方向に対応する一方の端部（加圧ローラ３１（ニップ部）側とは反対側の端部）の辺（端辺）上であって、定着スリーブ２１の軸方向に対応する両端それぞれに電極端子２２ｅ１，２２ｅ２が１つずつ設けられている。

これはつぎのような理由による。すなわち、面状発熱体２２には、抵抗発熱層２２ｂに電力を供給する関係上少なくとも２つの電極端子２２ｅを備えることになるが、例えば２つの電極端子２２ｅを発熱シート２２ｓの両端にそれぞれ１つずつ設けた場合、給電に要する電源ハーネス等を両端それぞれの電極端子２２ｅに接続する必要がある。このとき、発熱シート２２ｓ自体は薄膜であり、それ自体の剛性が低いために給電用ハーネスを接続するための端子台を発熱シート２２ｓの両端それぞれに備える必要があり、装置が大型化してしまう。そこで、本発明では電極端子２２ｅを発熱シート２２ｓの一方の端部にまとめて設けて給電される構成にすることにより装置の小型化を図っている。

また、発熱シート２２ｓにおける定着スリーブ２１の軸方向に対応する端部に電極端子２２ｅを配置することも考えられるが、発熱体支持部材２３の外周面に沿って発熱シート２２ｓを貼り付けたとき、電極端子２２ｅも湾曲するようになり、電源供給する電極部としてはネジ締結時の変形や端子部材の複雑化、組み立て性の悪化等の不都合が生じてしまう。そこで、本発明では発熱シート２２ｓにおける定着スリーブ２１の周方向に対応する一方の端部に複数の電極端子２２ｅを配置しており、これにより発熱体支持部材２３の外周面に沿って発熱シート２２ｓを貼り付けたときでも電極端子２２ｅを湾曲させず良好な組み立て性を実現している。

（Ｓ１２） ついで、電極端子２２ｅ近傍の発熱シート２２ｓを発熱体支持部材２３の縁に沿って折り曲げて、電極端子２２ｅが円形の定着スリーブ２１の中央側に向かうようにした上で、電極端子２２ｅ１，２２ｅ２それぞれを、端子台ステイ２４上で給電線２５と接続固定する（図６，図７）。電極端子２２ｅ１，２２ｅ２の端子台ステイ２４上での接続固定は、図７に示すようにネジ締結により行うとよい。また、発熱シート２２ｓの電極端子２２ｅが設けられる端辺の中央部から発熱シート２２ｓ固定用に延設された固定端子２２ｆが設けられており、この固定端子２２ｆも端子台ステイ２４にネジ締結して固定する。

（Ｓ１３） つぎに、コア保持部材２８をそのＨ型の一方のくぼんだ部分に端子台ステイ２４が収納されるように装着し、さらにＨ型の他方のくぼんだ部分に当接部材２６を装着して定着スリーブ２１側の内部機構部を完成する（図８）。
最後に、この内部機構部を定着スリーブ２１の内周側に挿入して、図１のように配置して定着装置２０における定着スリーブ２１側の組み立てを完了する。

なお、発熱体支持部材２３と発熱シート２２ｓを接着剤等で固定しない非接着の場合には、発熱シート２２ｓにおいてニップ部とは反対側に位置する電極端子２２ｅ及び固定端子２２ｆが端子台ステイ２４にネジ締結によって固定されるとともに、その固定された側から発熱シート２２ｓをニップ部側に引っ張るように定着スリーブ２１が回転することにより発熱シート２２ｓは発熱体支持部材２３と定着スリーブ２１の内周面との間に挟まれた状態で安定して定着スリーブ２１と接触するようになり、効率的に定着スリーブ２１の加熱が可能となる。

しかしながら、このような発熱体支持部材２３に対して発熱シート２２ｓが非接着で浮いている状態では、ジャム処理などのときに定着スリーブ２１を逆回転させた場合に発熱シート２２ｓが持ち上がるように動いて、位置がずれてしまうことがある。また、発熱シート２２ｓが動くことに伴って、電極端子２２ｅも捩れたり変形したりして破損する可能性もある。そのため、発熱シート２２ｓの位置ずれを防ぐために、該発熱シート２２ｓを発熱体支持部材２３に接着して固定することが好ましい。

なお、このとき発熱シート２２ｓのシート全面を接着すると発熱シート２２ｓの発熱がシート全面において発熱体支持部材２３に移動しやすくなるため好ましくなく、定着スリーブ２１の軸方向に対応する両端部のうち、記録媒体Ｐが通過しない領域すなわち非通紙領域（面）のみを発熱体支持部材２３に接着することが好適である。これにより、発熱シート２２ｓの位置ずれ防止とともに、発熱シート２２ｓの通紙領域（ここでは使用される記録媒体Ｐのうち最大サイズのものが通過する領域（最大通紙領域）である）は発熱体支持部材２３に接着されず浮いた状態にあることから発熱シート２２ｓの通紙領域から発熱体支持部材２３への熱移動がなくなり、発熱シート２２ｓの通紙領域で発生した熱を効率的に定着スリーブ２１の加熱に利用することが可能となる。

また、この発熱シート２２ｓの接着は、塗布型の液体接着剤を用いてもよいが、耐熱性のあるアクリル系材料あるいはシリコーン系材料からなる両面に接着性または粘着性のあるテープ状の接着部材（両面テープ）を用いて行うとよい。これにより、面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）の発熱体支持部材２３への貼り付けが容易になるだけではなく、面状発熱体２２に異常が発生したときに両面テープを剥すだけで面状発熱体２２の交換ができる構成となり、メンテナンス性に優れたものとなる。

なおこのとき、単に発熱シート２２ｓと発熱体支持部材２３の間に両面テープを挟むようにすると、発熱シート２２ｓの表面は定着スリーブ２１の軸方向において両面テープで接着した部分がその両面テープの厚み分だけ盛り上がり、通紙領域において面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）が定着スリーブ２１に均一に接触しなくなり、加熱効率が低下するとともに軸方向の温度分布も不均一になってしまう。

そこで、面状発熱体２２において両面テープを貼り付ける部分の発熱シート２２ｓの厚みを両面テープの厚み分だけ薄くすることが好ましい。すなわち、両面テープはある程度の厚み（例えば０．１ｍｍ）があるので、図９に示すように、発熱シート２２ｓにおける例えば基層２２ａの発熱体支持部材２３側の面の軸方向の両端部分に両面テープ２２ｔの厚み分に相当する深さで周方向に延びるくぼみを設けて、そのくぼみに両面テープ２２ｔを接着し、ついでその発熱シート２２ｓを両面テープ２２ｔを介して発熱体支持部材２３の所定位置に接着するようにする。これにより、発熱シート２２ｓを発熱体支持部材２３に接着したときに、発熱シート２２ｓの定着スリーブ２１側の表面は定着スリーブ２１の軸方向において平坦となり、通紙領域において面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）が定着スリーブ２１に均一に接触するので、良好な加熱効率で定着スリーブ２１の軸方向の温度分布の均一化も図ることができる。

あるいは、図１０に示すように、発熱体支持部材２３の発熱シート２２ｓの非通紙領域に対応する位置に両面テープ２２ｔの厚み分だけくぼませることが好ましい。すなわち、発熱体支持部材２３の軸方向の両端部分であって発熱シート２２ｓの非通紙領域に対応する位置に両面テープ２２ｔの厚み分に相当する深さで周方向に延びるくぼみを設けて、そのくぼみに両面テープ２２ｔを接着し、ついでその状態の発熱体支持部材２３に発熱シート２２ｓを両面テープ２２ｔを介して接着するようにする。これによっても、発熱シート２２ｓの定着スリーブ２１側の表面は定着スリーブ２１の軸方向において平坦となり、通紙領域において面状発熱体２２（発熱シート２２ｓ）が定着スリーブ２１に均一に接触するので、良好な加熱効率で定着スリーブ２１の軸方向の温度分布の均一化も図ることができる。

つぎに、本発明で使用する面状発熱体２２における発熱シート２２ｓの詳細構成について説明する。
すなわち、発熱シート２２ｓは、基層２２ａの主面上全面あるいはある１つの領域に抵抗発熱層２２ｂが形成されたものでもよいが、基層２２ａの主面上で任意に区画された複数の領域それぞれに、抵抗発熱層２２ｂが独立して発熱可能に形成されてなることが好ましい。図１１〜図１３に、その構成例を示す。

図１１（ａ）は、面状発熱体２２の構成例（１）を示す上面図である。ここでは、面状発熱体２２を発熱体支持部材２３に貼り付ける前の状態で平坦面上に展開し上から見た状態を示している。また、図中横方向は、定着スリーブ２１の軸方向に対応する幅方向であり、縦方向は定着スリーブ２１の周方向に対応する長さ方向となっている。

図１１（ａ）において、発熱シート２２ｓは、その主面上について概略として幅方向（軸方向）で３分割され、さらに長さ方向（周方向）で２分割された６つの分割領域が形成されている。ここで、６つの分割領域を、長さ方向（周方向）が行成分、幅方向（軸方向）が列成分からなる行列マトリクスとして見たとき（図１１（ｂ））、（１，２）成分の分割領域（定着スリーブ２１の軸方向中央部に対応する領域）に所定幅と長さをもつ抵抗発熱層２２ｂ１が形成され、（２，１）成分及び（２，３）成分の分割領域（定着スリーブ２１の軸方向両端部に対応する領域それぞれ）に所定幅と長さをもつ抵抗発熱層２２ｂ２が形成されている。

また、（１，１）成分及び（１，３）成分の分割領域には、抵抗発熱層２２ｂ１に接続された電極層２２ｃが形成されており、さらにそれぞれの電極層２２ｃには発熱シート２２ｓの一辺（図中下方の一辺）から延設された電極端子２２ｅ１が設けられ、第１の発熱回路が形成されている。

また、（２，２）成分の分割領域には、２つの抵抗発熱層２２ｂ２間を接続する電極層２２ｃが形成され、さらに、２つの抵抗発熱層２２ｂ２それぞれには発熱シート２２ｓの長さ方向（周方向）であって前記一辺（図中下方の一辺）側に延びる電極層２２ｃが接続され、またさらにこれらの電極層２２ｃそれぞれには発熱シート２２ｓの該一辺から延設された電極端子２２ｅ２が設けられ、第２の発熱回路が形成されている。

また、前記第１の発熱回路と第２の発熱回路の間には両者のショートを防ぐ絶縁層２２ｄが設けられている。

図１１（ａ）の構成の面状発熱体２２において、電極端子２２ｅ１から通電すると、抵抗発熱層２２ｂ１の内部抵抗によりジュール熱として発熱し、電極層２２ｃでは低抵抗のために発熱しないことから、発熱シート２２ｓの（１，２）成分の分割領域のみが発熱することになり、定着スリーブ２１の軸方向中央部を加熱することができる。

また、電極端子２２ｅ２から通電すると、抵抗発熱層２２ｂ２の内部抵抗によりジュール熱として発熱し、電極層２２ｃでは低抵抗のために発熱しないことから、発熱シート２２ｓの（２，１）成分及び（２，３）成分の分割領域のみが発熱することになり、定着スリーブ２１の軸方向両端部を加熱することができる。

したがって、定着装置２０に小サイズ（狭い幅）の記録媒体Ｐが通紙される際には、電極端子２２ｅ１にのみ通電して、定着スリーブ２１の軸方向中央部のみを加熱し、広い幅の記録媒体Ｐが通紙される際には、電極端子２２ｅ１及び２２ｅ２に通電して、定着スリーブ２１の軸方向全幅を加熱することにより、エネルギー消費を抑えつつ記録媒体Ｐの幅に応じて適切な定着が可能となる。また、記録媒体Ｐのサイズに応じて面状発熱体２２の発熱量を制御できるので、小サイズ紙を連続して通紙しても非通紙部の温度が過度に上昇することなく、部材保護のための機器停止や生産性の低下を招くことがないようにすることができる。さらに、その異なる発熱部位の位置関係を一体の面状発熱体２２で提供することにより別体の発熱体で構成するよりも軸方向の温度偏差の少ない発熱体とすることができる。

なお、発熱シート２２ｓにおいて、それぞれの抵抗発熱層２２ｂ１，２２ｂ２の端部では、絶縁層２２ｄや比較的熱伝導率の高い電極層２２ｃへの熱の流出が発生するために発熱量が低くなる傾向にある。そのため、図１１（ａ）のように、発熱シート２２ｓの幅方向（軸方向）において中央の抵抗発熱層２２ｂ１と端部の抵抗発熱層２２ｂ２の境目を同一面とする構成であると、電極端子２２ｅ１及び２２ｅ２に通電した場合に、定着スリーブ２１の軸方向の温度分布として抵抗発熱層２２ｂ１と抵抗発熱層２２ｂ２の境界で温度低下が生じ、定着不良等の異常画像が発生していた。そこで、図１２または図１３の構成を採用し、この不具合を改善することが好ましい。

図１２は、面状発熱体２２の構成例（２）を示す上面図である。
図１２に示す面状発熱体２２の基本的構成は、図１１（ａ）に示すものと同じであるが、抵抗発熱層２２ｂ１と抵抗発熱層２２ｂ２のお互いの一部が発熱シート２２ｓの幅方向（軸方向）で重なり合ってオーバーラップ領域を形成している点で相違する。これにより、電極端子２２ｅ１及び２２ｅ２に通電した場合の抵抗発熱層２２ｂ１と抵抗発熱層２２ｂ２の境界での温度低下を防ぐことができる。

図１３は、面状発熱体２２の構成例（３）を示す上面図である。
図１３に示す面状発熱体２２の基本的構成は、図１２に示すものと同じであるが、抵抗発熱層２２ｂ１と抵抗発熱層２２ｂ２のオーバーラップ領域において、抵抗発熱層２２ｂ１，２２ｂ２それぞれと電極層２２ｃとの境界線を長さ方向（周方向）に対してお互いに異なる方向に傾斜させて、抵抗発熱層２２ｂ１，２２ｂ２の重なり合う量を調整している点で相違する。

これは、図１２の構成では抵抗発熱層２２ｂ１，２２ｂ２の重なり合う領域の面積比は幅方向（軸方向）で一定であり、その重なり合う幅のばらつきに伴い発熱量のばらつきも大きくなってしまうという不具合があるが、図１３の構成では、抵抗発熱層２２ｂ１，２２ｂ２の重なり合う領域における面積比が幅方向（軸方向）で一定の割合で変化するようにして発熱分布の調整及び部品ばらつきの影響を低減させ、軸方向全体での温度均一性の改善を図り、図１２の構成で生じる不具合を改善している。

以上のような図１１〜図１３の構成の発熱シート２２ｓは、まず基層２２ａ主面上の抵抗発熱層２２ｂ１，２２ｂ２に当る領域のみを露出させて塗布により抵抗発熱層２２ｂ１，２２ｂ２を形成し、ついで絶縁層２２ｄに当る領域のみを露出させた状態で塗布により耐熱性樹脂のみからなる絶縁層２２ｄを形成し、ついで電極層２２ｃに当る領域のみを露出させて導電ペーストを塗布して電極層２２ｃを形成することにより可能である。したがって、抵抗発熱層２２ｂ１，２２ｂ２に当る領域の露出形状を調整することにより、任意の形状の抵抗発熱層２２ｂ１，２２ｂ２を形成することができる。

また、本発明で使用する面状発熱体２２は、複数の発熱シート２２ｓが積層されてなり、該複数の発熱シート２２ｓはそれぞれの基層２２ａの主面上の任意の領域に、抵抗発熱層２２ｂが独立して発熱可能に形成されてなることが好ましい。図１４に、その具体的構成を示す。

図１４は、面状発熱体２２の構成例（４）を示す分解斜視図である。
図１４において、面状発熱体２２は、図中上から順に、第１の発熱シート２２ｓ、絶縁層２２ｄからなる絶縁シート、第２の発熱シート２２ｓが積層されてなるものである。

ここで、第１の発熱シート２２ｓは、その主面が幅方向（軸方向）に３分割されており、中央の分割領域に抵抗発熱層２２ｂ１が形成され、その両側の分割領域それぞれに該抵抗発熱層２２ｂ１に接続された電極層２２ｃが形成されている。また、第２の発熱シート２２ｓは、その主面が幅方向（軸方向）に５分割されており、幅方向（軸方向）の２番目と４番目の分割領域に抵抗発熱層２２ｂ２が形成され、残りの分割領域それぞれに該抵抗発熱層２２ｂ２に接続された電極層２２ｃが形成されている。

この第１の発熱シート２２ｓと第２の発熱シート２２ｓが絶縁層２２ｄからなる絶縁シートを挟んで重ね合わされており、第１の発熱シート２２ｓには独立した第１の発熱回路が形成され、第２の発熱シート２２ｓには独立した第２の発熱回路が形成されている。

これにより、第１の発熱回路に通電すると、抵抗発熱層２２ｂ１の内部抵抗によりジュール熱として発熱し、第１の発熱シート２２ｓの幅方向（軸方向）中央領域のみが発熱することになり、定着スリーブ２１の軸方向中央部を加熱することができる。また、第２の発熱回路に通電すると、抵抗発熱層２２ｂ２の内部抵抗によりジュール熱として発熱し、第２の発熱シート２２ｓの幅方向（軸方向）両端部領域のみが発熱することになり、定着スリーブ２１の軸方向両端部を加熱することができる。

図１１〜図１３に示した面状発熱体２２のように、長さ方向（周方向）の分割まで行うと必要な発熱量を確保するために面状発熱体２２全体の面積が大きくなり、小径の定着スリーブ２１に対応できなくなる場合がある。そこで、図１４に示すように面状発熱体２２の厚さ方向に異なる発熱部位の発熱シート２２ｓを積層することにより、図１１〜図１３に示した面状発熱体２２と同様に異なる発熱分布を得られる面状発熱体２２を実現しつつ、省スペース（小サイズ化）で高出力化を図ることが可能となる。

ところで、定着装置２０では、回転時はニップ部で加圧ローラ３１に引っ張られることから、ニップ部の上流側の定着スリーブ２１は張力が付与された張り側となり、定着スリーブ２１の内周面は発熱体支持部材２３に圧接した状態で面状発熱体２２と摺動している。一方で、ニップ部の下流側では定着スリーブ２１に張力は作用しておらず弛んだ状態となっており、この状態のまま装置の高速化を図ろうとすると、ニップ部の下流側の定着スリーブ２１の弛む程度がひどくなり、定着スリーブ２１の回転走行安定性に支障が出てくることになる。

そこで、本発明の定着装置２０において、定着スリーブ２１の内周側であって少なくとも前記ニップ部下流側で、該定着スリーブ２１の回転状態を支持する回転支持部材を備えることが好ましい。

図１５は、本発明に係る定着装置の第２の実施の形態における構成を示す断面図である。
図１５に示す定着装置２０は、基本的構成が図１に示すものと同じであるが、定着スリーブ２１の内周側に設けられるパイプ形状の回転支持部材２７と、回転支持部材２７の内周側であってニップ部下流側に配置されるようにコア保持部材２８のＨ型外面に断熱支持部材２９と、を備える点で相違する。

ここで、回転支持部材２７は、例えば厚さ０．１〜１ｍｍの鉄、ステンレス等の薄肉金属からなるパイプ形状のものであり、その外径が定着スリーブ２１の内径よりも直径で０．５〜１ｍｍ程度小さいものとなっている。また、回転支持部材２７の外周面においてニップ部側が軸方向に切断されて開口しており、その端部がコア保持部材２８側に折り込まれて、ニップ部に接触しないようになっている。また、回転支持部材２７の軸方向両端部の内径部にフランジ部材３０の円筒部３０ａが挿入され、該回転支持部材２７の外形（断面形状）は。円筒部３０ａの外形に沿って略円形状に保持される。この場合も、円筒部３０ａの円の中心が定着スリーブ２１の回転中心Ｏとなる。

断熱支持部材２９は、ニップ部出側で、回転支持部材２７を介して定着スリーブ２１の熱に耐えるだけの耐熱性と、定着スリーブ２１と接触する回転支持部材２７からの熱流出（損失）を防ぐ断熱性と、回転走行する定着スリーブ２１が回転支持部材２７に接触した際に変形することがないように回転支持部材２７を支持するだけの強度と、を有するものであり、発熱体支持部材２３と同じポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂（ＰＥＥＫ）からなることが好ましい。

また、回転支持部材２７は、図１６に示すように、ニップ部の上流側の一定領域の外周面が除去されて開口部２７ａが設けられている。これにより、図１７に示すように、定着スリーブ２１の内部機構部を構成した場合に、開口部２７ａから面状発熱体２２の全面が露出するようになり、該面状発熱体２２が定着スリーブ２１の内周面に当接して配置されるようになる。

また、図１５に示す定着装置２０においても、前記式（４）を満たすものとする。
これにより、図１５に示した第２の実施の形態の定着装置２０は、第１の実施の形態の定着装置２０（図１）と同様に、装置運転時の定着スリーブ２１及び発熱体支持部材２３の熱膨張によっても、少なくとも冷却時よりも定着スリーブ２１の内径と定着スリーブ２１の回転中心Ｏから発熱体支持部材２３の外周面までの距離との差が大きくなることはなくなり、定着スリーブ２１の内周面と面状発熱体２２の発熱面との間に微小な空隙が発生することを防止し両者を密着させることができるので、発熱シート２２ｓの過熱を防止することが可能となる。よって、定着装置２０では長時間の安定した定着処理を行うことができる。

また、図１５に示す定着装置２０においても、第１の実施の形態の定着装置２０（図１）と同様に、省エネを図りつつウォームアップ時間やファーストプリント時間を短くすることができる。また、面状発熱体２２における発熱シート２２ｓは樹脂ベースのシートであるため、加圧ローラ３１の回転、振動に起因する応力が発熱シート２２ｓに繰り返し作用して、発熱シート２２ｓの屈曲が繰り返し行われても疲労破壊することがなく、長時間の運転が可能である。また、面状発熱体２２において、定着スリーブ２１の軸方向の異なる発熱部位で発熱することにより、通紙する記録媒体Ｐのサイズに対応して効率的な温度制御を行うことが可能である。これに加えて、回転支持部材２７（必要に応じて断熱支持部材２９）を設けることにより、定着スリーブ２１の回転走行安定性を向上させることができ、高速化を図ること可能となる。また、回転支持部材２７において定着スリーブ２１の軸方向への熱伝導により、定着スリーブ２１の軸方向の温度均一化を補助的に行うことができるので、より高速の装置へ対応することが可能となる。

つぎに、本発明に係る画像形成装置について説明する。
図１８は、本発明に係る画像形成装置の構成を示す全体構成図である。
図１８に示すように、画像形成装置１は、タンデム型カラープリンタである。画像形成装置本体１の上方にあるボトル収容部１０１には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。
ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。その中間転写ユニット８５の中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。

各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。また、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５、現像部７６、クリーニング部７７、除電部（不図示である。）等が配設されている。そして、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）がおこなわれて、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像が形成されることになる。

感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、不図示の駆動モータによって図１８中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５の位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程である。）。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光部３から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程である。）。

その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、現像装置７６との対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程である。）。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト７８及び第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程である。）。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。

その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、クリーニング部７７との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程である。）。
最後に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。

その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト７８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。
ここで、中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４、中間転写クリーニング部８０、等で構成される。中間転写ベルト７８は、３つのローラ８２〜８４によって張架・支持されるとともに、１つのローラ８２の回転駆動によって図１８中の矢印方向に無端移動される。

４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。
そして、中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。

その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト７８は、２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ８２が、２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト７８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。
その後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト７８上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。

ここで、２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐは、装置本体１の下方に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７やレジストローラ対９８等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、給紙部１２には、転写紙等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ９７が図１８中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対９８のローラ間に向けて給送される。

レジストローラ対９８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対９８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対９８が回転駆動されて、記録媒体Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。

その後、２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着装置２０の位置に搬送される。そして、この位置で、定着スリーブ２１及び加圧ローラ３１による熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。
その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対９９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対９９によって装置外に排出された被転写Ｐは、出力画像として、スタック部１００上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。

以上説明したように、本発明の画像形成装置において、前述した定着装置２０を備えているので、長時間安定した画像形成を行うことができる。また、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短く、記録媒体Ｐのサイズが変わっても消費エネルギーを抑えつつ適切な画像形成が可能であり、装置を高速化した場合であっても定着不良等の不具合が生じるのを抑止することができる。

なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１ 画像形成装置本体
３ 露光部
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ 作像部
５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ 感光体ドラム
１２ 給紙部
２０ 定着装置
２１ 定着スリーブ
２２ 面状発熱体
２２ａ 基層
２２ｂ，２２ｂ１，２２ｂ２ 抵抗発熱層
２２ｃ 電極層
２２ｄ 絶縁層
２２ｅ，２２ｅ１，２２ｅ２ 電極端子
２２ｆ 固定端子
２２ｈ 加熱領域（発熱面）
２２ｓ 発熱シート
２２ｔ 両面テープ（接着部材）
２３ 発熱体支持部材
２４ 端子台ステイ
２５ 給電線
２６ 当接部材
２７ 回転支持部材
２７ａ 開口部
２８ コア保持部材
２９ 断熱支持部材
３０ フランジ部材
３０ａ 円筒部
３０ｂ フランジ部
３１ 加圧ローラ
４２ 側板
７５ 帯電部
７６ 現像部
７７ クリーニング部
７８ 中間転写ベルト
７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ 第１転写バイアスローラ
８０ 中間転写クリーニング部
８２ ２次転写バックアップローラ
８３ クリーニングバックアップローラ
８４ テンションローラ
８５ 中間転写ユニット
９７ 給紙ローラ
９８ レジストローラ対
９９ 排紙ローラ対
１００ スタック部
１０１ ボトル収容部
１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋ トナーボトル
Ｌ レーザ光
Ｐ 記録媒体
Ｔ トナー

特開平１１−２９８２号公報 特開平４−４４０７５号公報 特開８−２６２９０３号公報 特開１０−２１３９８４号公報 特開２００７−３３４２０５号公報 特開２００８−１５８４８２号公報 特開２００８−２１６９２８号公報 特開２０１１−１３３８３９号公報

Claims (4)

1. 回転する円筒形状の無端状ベルトである定着部材と、
   前記定着部材の外周面と当接する加圧部材と、
   前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を介して前記加圧部材と当接してニップ部を形成する当接部材と、
   前記定着部材の内周面に発熱面が接触して該定着部材を加熱する面状発熱体と、
   前記定着部材の内周側から該定着部材との間で前記面状発熱体を挟んで支持する発熱体支持部材と、
   前記当接部材と前記発熱体支持部材とを前記定着部材の円筒内部で保持するコア保持部材と、
   を備え、
   前記発熱体支持部材の前記面状発熱体の発熱面を支持する領域のうち、前記定着部材の回転中心からその半径方向の該発熱体支持部材の肉厚が最も薄い箇所の厚さをｔ、該発熱体支持部材の線膨張係数をαとし、前記定着部材の円筒内径をＲ、該定着部材の線膨張係数をβとしたとき、αｔ≧βＲを満たすことを特徴とする定着装置。
2. 前記面状発熱体の発熱面は、絶縁性を有する基層上に、耐熱性樹脂中に導電性粒子が分散されてなる抵抗発熱層と、該抵抗発熱層に電力を供給する電極層と、が形成され、前記定着部材の軸方向、周方向に対応して所定の幅及び長さをもち可撓性を示す発熱シートであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着部材の内周側で、該定着部材の回転状態を支持する回転支持部材を備え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. 請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。