ヒータ及び像加熱装置
【課題】ヒータに過剰電力が投入された時に、可及的にヒータの昇温を低減し、安全素子動作とヒータ割れとの時間マージンをより確保することができるヒータを提供する。
【解決手段】長尺の基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられた複数の抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体を被覆する絶縁保護層を有するヒータにおいて、前記絶縁保護層および前記基板には、前記複数の抵抗発熱体の間に空隙が形成されていることを特徴とする。
【解決手段】長尺の基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられた複数の抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体を被覆する絶縁保護層を有するヒータにおいて、前記絶縁保護層および前記基板には、前記複数の抵抗発熱体の間に空隙が形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱材を加熱するヒータ、特に、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載される定着装置等に適したヒータおよびそれを用いた像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に使用される定着装置として、被加熱材としての記録材に形成されたトナーを加熱溶融し、記録材上に定着させる熱定着方式が一般的に使用されている。このような、熱定着方式においては、近年、フィルム状のエンドレスベルトを使用した、フィルム定着方式の定着法が提案されている。
【０００３】
このような、フィルム定着装置においては、一般的に、絶縁基板上に抵抗発熱体を設けたセラミックヒータと称されるヒータが用いられている。ヒータの詳細は、例えば特許文献１において開示されている。
【０００４】
図８に、このようなヒータの一例を示す。
このヒータ９００は、基板９０１、抵抗発熱体９０２及び電極９０３により構成される。基板９０１は、アルミナ等の絶縁性のセラミックよりなり、抵抗発熱体９０２は、任意の導電剤をスクリーン印刷等、既知の方法により塗布または基板９０１上に固定している。電極９０３を介して、抵抗発熱体９０２に電流を流し、抵抗発熱体９０２が発熱することにより、定着装置のヒータとして作用する。
また、ヒータ９００には、一般的に絶縁層９０４が形成される。絶縁層９０４の材料としては、樹脂や耐圧ガラスが用いられる。
【０００５】
図８に示したヒータ９００では、抵抗発熱体９０２は一本で構成されるが、特許文献２に示されているように、抵抗発熱体９０２を複数設け、基板９０１上を往復させることで、より定着効率やコストに優れたヒータを供することも可能である。
【０００６】
図９は、抵抗発熱体を複数設けたヒータの一例である。
ヒータ１０００は、二本の抵抗発熱体１００２を、導電部１００５を介して基板１００１上を長手方向に沿って往復させる形で構成している。１００４は、抵抗発熱体１００２を覆う絶縁層である。この構成により、基板１００１の長手方向と直交する幅方向（基板１００１の短手方向）に、広く発熱領域が分布することになり、熱効率の観点からより有利となる。
【０００７】
また、抵抗発熱体１００２が、基板１００１上を往復しているため、電極１００３は長手方向片側に集中することで、電極１００３に接続するためのコネクタも、端部一箇所に設けるだけでよい。このため、定着装置の小型化や、低コスト化に際して有利となる。
【０００８】
さらに、抵抗発熱体１００２は、長手に均一な幅ではなく、部分的に幅を変化させることで、長手上の発熱量に分布を持たせることが可能である。このようなヒータは、特許文献３に開示されている。
基板１００１の長手方向と直交する短手方向において、抵抗発熱体１００２の幅を部分的に狭くする事により、その部分の単位長さあたりの抵抗を大きくし、発熱量を大きくする事が可能である。
【０００９】
図１０に、基板１１０１の長手方向において抵抗発熱体１１０２に発熱量の分布を持たせたヒータ１１００の例を示す。
【００１０】
基板１１０１上において導電部１１０５を介して接続された二本の抵抗発熱体１１０２は、長手端部で該長手端部以外の場所よりも幅を小さく構成している。なお、１１０３は導電部１１０５に接続される電極、１１０４は絶縁層である。
【００１１】
抵抗発熱体１１０２の長手端部においては、抵抗発熱体１１０２の末端部分において熱が逃げやすい傾向があるため、中央部に比べて温度が低下する傾向がある。このため、抵抗発熱体１１０２の長手端部において、抵抗発熱体１１０２の端部の幅を絞り、発熱量を多くすることは、長手端部の定着性能を確保するために有効である。
【００１２】
また、絶縁層１１０４の抵抗発熱体間に空隙を設けることで、より安全な定着装置を提供することが出来る。このようなヒータは特許文献４に開示されている。
図１１には、抵抗発熱体１２０２を被覆する絶縁層１２０４に抵抗発熱体間において空隙を持たせたヒータの一例を示す。図１１において、抵抗発熱体１２０２間に絶縁層１２０４が存在すると、温度上昇に伴う絶縁層１２０４の低抵抗化から、抵抗発熱体１２０２間の絶縁層１２０４にリークが発生し大電流が流れる。この大電流による発熱量増大から、ヒータの熱応力割れの可能性が高くなる。
そこで、この例では絶縁層１２０４に空隙Ｓを設けることでリークを抑え、過剰な発熱を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−１７２２５号公報（セラミックヒータの例）
【特許文献２】特開２００６−１７９３０３号公報（往復発熱体を有するセラミックヒータの例）
【特許文献３】特許第２６００８３５号公報（長手上の発熱量に分布を持たせた定着ヒータの例）
【特許文献４】特開２００６−１７９３０３号公報（抵抗発熱体を被覆する絶縁層が抵抗発熱体間において空隙を有する定着ヒータの例）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
近年、画像形成装置の高速化、カラー化が求められている。これに伴い、ヒータたるヒータにも、より大電力を投入し、発熱量を全体的に大きくする必要が生じている。
高速化に際しては、より短い時間でより多くの熱量を転写材に与える必要があるため、ヒータの発熱量も大きくしなければならない。また、カラー化に際しては、定着性向上のために定着フィルム上に弾性層が設けられたことにより、定着フィルムとしての熱伝導性低下を補うにあたり、熱量を余計に与える必要がある。とりわけ、定着装置のオンデマンド性を確保するためには、定着装置を速やかに所定温度に立ち上げる必要があるため、通常のフィルム定着装置に比べて大きな電力が必要になる。
【００１５】
このように、画像形成装置の高速化，カラー化に伴い、ヒータに投入される電力が大きくなると、定着装置が制御不能となり、大電力が連続して投入された状態に陥った際に、ヒータが割れるという問題が顕在化する。
【００１６】
ヒータ割れが発生する原因は、ヒータが高温になることで発生する熱応力にある。また、ヒータが約１０００℃近辺でヒータ割れが発生する。ヒータ割れの対策として、上記した特許文献４では、絶縁層に空隙を設けているものの、その効果には限界がある。
【００１７】
通常、ヒータに設置されている安全素子の動作によりヒータ割れが生じる前にヒータへの電力供給を遮断するようになっている。しかし、安全素子動作タイミングのバラつきを考慮すると、安全素子動作とヒータ割れとの安全上、十分な時間マージンを確保するのが高速化に伴い難しくなってきている。
【００１８】
本発明は上記した従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的は、ヒータに過剰電力が投入された時に、可及的にヒータの昇温を低減し、安全素子動作とヒータ割れとの時間マージンをより確保することができるヒータ及び像加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を解決するための、本発明は、長尺の基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられた複数の抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体を被覆する絶縁保護層を有するヒータにおいて、前記絶縁保護層および前記基板には、前記複数の抵抗発熱体の間に空隙が形成されていることを特徴とする。
また、可撓性スリーブと、可撓性スリーブの内周に接触するヒータと、可撓性スリーブの外周面に接触しており前記ヒータと共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部にて被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する構成の像加熱装置において、前記ヒータとして上記構成のヒータを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、絶縁保護層および基板に、複数の抵抗発熱体の間を離間させる空隙を設けたので、大電力が連続して投入された時に、複数の抵抗発熱体間でのリークの発生が可及的に抑制される。したがって、ヒータの昇温を低減し、安全素子動作とヒータ割れとの時間マージンを十分確保することで、ヒータ割れ発生の可能性を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１に係るヒータを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係るヒータの構成を示す平面図である。
【図３】本発明のヒータが適用可能な定着装置を備えた画像形成装置の構成例を示す模式図である。
【図４】本発明のヒータが適用される定着装置の構成例を示す模式図である。
【図５】図４のヒータの電力制御回路を示す回路図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、比較例のヒータの電力投入時の電流推移、温度推移を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１に係るヒータの電力投入時の電流推移、温度推移を示す図である。
【図８】従来のセラミックヒータ（発熱体一本タイプ）の平面図である。
【図９】従来のセラミックヒータ（往復発熱体タイプ）の平面図である。
【図１０】ヒータ長手方向で発熱分布のある従来のヒータの平面図である。
【図１１】絶縁層が抵抗発熱体間において空隙を有する従来のヒータの平面図である。
【図１２】比較例のヒータの構成を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
（１）画像形成装置例
まず、本発明のヒータが適用可能な定着装置が搭載される画像形成装置の構成例について説明する。
【００２４】
図３は、画像形成装置の一例の構成図である。この例に示す画像形成装置は、電子写真画像形成プロセス利用のレーザープリンタである。
図において、４０１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」と記す）であり、感光ドラム４０１の表面は帯電装置としての帯電ローラ４０２によって所定の極性・電位に一様に帯電される。
【００２５】
次に、その帯電面に対して露光手段としてのレーザースキャナ４０３により画像情報の書き込み露光がなされる。即ちレーザースキャナ４０３は画像情報の時系列電気デジタル画像信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御（変調制御）されたレーザービームＬで回転感光ドラム４０１の一様帯電処理面を露光する。これにより感光ドラム４０１の一様帯電面の露光部電位が減衰して感光ドラム面に画像情報の静電潜像が形成される。
【００２６】
この静電潜像は、現像装置４０４でトナー画像として現像、可視化される。可視化されたトナー像は、感光ドラム４０１とこれに圧接させた接触転写装置としての転写ローラ４０６との圧接部である転写ニップ部Ａにおいて、被加熱材としての転写材Ｐの面に対して感光ドラム４０１面より転写される。転写材Ｐは、不図示の給紙機構部から所定の制御タイミングにて給紙される。
即ち、転写材Ｐは、感光ドラム４０１上のトナー画像の画像形成位置と転写材Ｐの先端の書き出し位置が合致するようにレジストローラ４０５により挟持搬送される。転写ニップ部Ａにおいて、感光ドラム４０１と転写ローラ４０６とにより、一定の加圧力で挟持搬送され、感光ドラム４０１面上のトナー画像が転写材Ｐ上に電気力と圧力で転写される。
【００２７】
転写ニップ部Ａを通過した転写材Ｐは、回転する感光ドラム４０１から分離され、搬送系４０８により入り口ガイド４０９を介して定着装置Ｆへと搬送され、定着装置Ｆによって、未定着トナー画像が転写材面に永久画像として加熱定着される。画像定着を受けた転写材Ｐは排紙機構部（不図示）に搬送される。
一方、転写材分離後の感光ドラム４０１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置４０７により感光ドラム４０１表面より除去され、感光ドラム４０１は繰り返して作像に供される。
【００２８】
（２）定着装置Ｆ
図４は、定着装置Ｆの一例の構成模型図である。本実施例に示す定着装置は、可撓性ス
リーブとして定着フィルムを用いた加圧ローラ駆動方式（テンションレスタイプ）の定着装置である。
【００２９】
１）定着装置Ｆの全体的構成
本実施例におけるフィルム方式の定着装置Ｆは、定着フィルム１１１と、定着フィルム１１１の内周に接触するヒータ１００と、定着フィルム１１１の外周面に接触しておりヒータ１００と共にニップ部を形成する加圧ローラ１１４と、を有している。
そして、ニップ部にて被加熱材としての転写材Ｐを挟持搬送しつつ加熱し、未定着トナー像を加熱定着する。
【００３０】
ヒータ１００はヒータホルダ１１５に保持され、また、ヒータ１００の温度調整をするために、温度を検出するサーミスタ１１３が配置されている。
定着フィルム１１１は可撓性スリーブであり、基層、導電性プライマ層、および離型性
層の三層で構成されている。フィルム基層は、絶縁性の高いポリイミド、ポリアミド、ＰＥＥＫ等が用いられ、高耐熱性を有しており、厚み１５〜６０ミクロン程度で形成され、定着フィルム１１１全体の引裂強度等の機械的強度を保っている。本実施例においては、厚み５０μｍのポリイミド製エンドレスフィルムを基層として用いている。
【００３１】
プライマ層は、本実施例においては、ポリアミド樹脂とフッ素樹脂のディスパージョンを混合したものを、ディッピングにて形成しており、厚みは２〜６μｍ程度である。プライマ層は、基層と、後述する離型性層との接着強度を確保するための層である。
【００３２】
離型性層は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂をディッピングで形成するか、フッ素チューブの形であらかじめ形成したものを基層に被覆する等の方法により設けられる。フッ素樹脂を用いるのは、トナーとの離型性を確保し、トナー等の付着による定着フィルムの汚れを防止するためである。従って、上記目的を達成することが出来るならば、フッ素樹脂以外の材料を用いても構わない。本実施例においては、ＰＴＦＥおよびＰＦＡを７：３の割合で混合した水性ディスパージョンに、酸化チタンを３０重量％分散したものをディッピング塗工により形成している。
【００３３】
ヒータホルダ１１５は、断面が略半円弧形状で、樋型の耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂の成型品である。ヒータホルダ１１５の下面に該ホルダの長手に沿ってヒータ１００が配設してある。定着フィルム１１１はこのヒータホルダ１１５にルーズに外嵌させてある。本実施例のヒータホルダ１１５は、ヒータ１００を保持する機能だけでなく、定着フィルム１１１をガイドする役割を果たす。本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５の最高使用可能温度(
耐熱温度)は、約２７０℃である。
【００３４】
サーミスタ１１３は、ヒータ１００の裏面に接触させて設置してあり、ヒータ１００の温度を検知する。サーミスタ１１３は、温度制御手段としてのＣＰＵ１１７と電気的に接続されている。ＣＰＵ１１７は、サーミスタ１１３の出力に基づいてヒータ駆動手段としてのトライアック１１８をＯＮ・ＯＦＦ制御する。
【００３５】
トライアック１１８はサーミスタ１１３の検知温度が所定の制御温度(目標温度)を維持するようにヒータ１００(正確には後述する発熱抵抗体１０２)への通電を制御している。これにより、ヒータ１００の温度が一定に保たれ、転写材Ｐ上のトナー像定着に供される。本実施例の制御温度は例えば１８０℃である。
【００３６】
１１９は安全素子としてのサーモスイッチである。サーモスイッチ１１９は、ヒータ１００の裏面に接触して設置してある。サーモスイッチ１１９は、定着装置Ｆが制御不能な状態となった際に、ヒータ１００への通電が停止されず、電力が投入されつづけることによる定着装置の破壊を防止するために設けられている。サーもスイッチ１１９は、ヒータ１００の温度が一定以上になった場合、ヒータ１００への通電を遮断し、安全に定着装置を停止させる。
【００３７】
加圧ローラ１１４は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ１１４は芯金の両端部を装置フレーム１１６の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ１１４の上側に、前記のヒータ１００，ヒータホルダ１１５，定着フィルム１１１等から成る加熱アセンブリが、ヒータ１００側を下向きにして加圧ローラ１１４に並行に配置される。ヒータホルダの両端部は、不図示の加圧機構により、片側７４Ｎ（７．５ｋｇｆ）、総圧１４７Ｎ（１５ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２方向に附勢している。これにより、加熱定着に必要な所定幅の定
着ニップ部Ｎが形成させる。加圧機構は、圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、転写材Ｐの除去が容易な構成となっている。
【００３８】
１２０は、装置フレーム１１６に組付けた入り口ガイドであり、１１２は定着排紙ローラである。入り口ガイド１２０は、転写ニップＡを抜けた転写材Ｐが、定着ニップ部Ｎに正確に進入するよう、転写材Ｐを導く役割を果たす。
加圧ローラ１１４は加圧部材であり、駆動機構Ｍにより矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ１１４が回転すると摩擦力により定着フィルム１１１が従動回転する。定着フィルム１１１の内面にはグリスが塗布され、ヒータ１１１やヒータホルダ１１５と定着フィルム１１１内面との摺動性を確保している。
【００３９】
記録材としての転写材Ｐが定着ニップ部Ｎで挟持搬送されることにより、転写材Ｐに形成されたトナー像が、加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した転写材Ｐは、定着フィルム１１１の曲率により自然に定着フィルムから分離され、定着排紙ローラ１１２で排出される。
【００４０】
２）ヒータ１００の説明
以下に、本発明のヒータの形態を詳述する。
図１において、（ａ）はヒータ１００を長手方向上面より見た平面図、（ｂ）はヒータ１００を長手方向に直交する短手方向において垂直な面で切断した縦断面図である。
【００４１】
ヒータ１００は、基板１０１と、抵抗発熱体１０２と、導体部としての電極１０３および導電部１０５と、絶縁保護層としての絶縁層１０４等を有している。
長尺の基板１０１と、基板１０１の長手方向に沿って平行に設けられた複数の抵抗発熱体１０２と、抵抗発熱体１０２に接続する導体部としての電極１０３と、複数の抵抗発熱体１０２を被覆する絶縁保護層１０４とを有する。
【００４２】
そして、絶縁保護層１０４および基板１０１には、複数の抵抗発熱体１０２の間に空隙Ｓが形成されている。この空隙Ｓは、複数の抵抗発熱体１０２の長手方向の長さ全域に形成されている。
細長い板状の基板１０１は、窒化アルミやアルミナ等の、絶縁性のセラミックや、ＳＵＳ等の金属板にガラスコートを施す等の手段により、絶縁保護層を設けたものを用いることが出来る。本実施例においては、基板１０１として、窒化アルミの厚み１．０ｍｍの板を用いた。
【００４３】
空隙Ｓは細長い矩形状で、基板１０１を表面から裏面側まで抜いた長尺の透孔によって構成される。この空隙Ｓの基板１０１の短手方向の幅ｔは、抵抗発熱体１０２の間に形成されるもので、抵抗発熱体１０２の長手方向の長さ全域に有するように形成される。空隙Ｓの幅ｔは、たとえば、０．８ｍｍ程度に設定される。
【００４４】
基板１０１上において、基板１０１の長手方向に沿って設けられた抵抗発熱体１０２については、導電ペーストを基板１０１上に塗布したり、ニクロム線等を基板１０１上に接着等既知の方法で固定したものを用いても良い。また、抵抗発熱体１０２は、基板１０１上に直接形成される必要は無く、例えば、基板１０１への熱の拡散を防止するためのグレーズ層を介しても良い。
【００４５】
本実施例においては、基板１０１の、転写材Ｐの画像面側に、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一に、厚み２０μｍの膜状に塗布した後に焼成を行うことにより、抵抗発熱体１０２を形成した。
【００４６】
本実施例に用いた発熱抵抗体１０２の抵抗値は、５０Ωとした。これにより、２６４Ｖの電圧が投入された際の定着ヒータ１００の消費電力は、１３９４Ｗとなる。
【００４７】
抵抗発熱体１０２は、長手中央部の幅１．５ｍｍの太さで、長手方向に二本、並行に形成されている。二本の抵抗発熱体１０２間の距離は１．５５ｍｍである。二本の抵抗発熱体１０２において、電極１０３の反対側の長手端部は導電部１０５を介して電気的に接続されている。導電部１０５も基板上にスクリーン印刷法によって形成されている。
【００４８】
抵抗発熱体１０２は、長手両端部において、他の部分よりも幅の狭い領域（以下「絞り部」と記す）１０２ａ，１０２ｂを有する。基板１０１の短手方向において抵抗発熱体１０２の幅を狭く絞ることによって、絞り部１０２ａ，１０２ｂで抵抗発熱体１０２の抵抗が大きくなり、同じ値の電流が流れた際の発熱量が大きくなる。
これにより、絞り部１０２ａを有する長手端部においては、基板１０１を通じて長手端部方向へ逃げる熱を補い、長手に均一な温度に発熱するようにしている。本実施例においては、絞り部１０２ａ、１０２ｂの発熱体幅をその他の部分に対して７％狭くし、発熱体幅を１．３９５ｍｍとしている。
【００４９】
電極１０３は、定着装置や画像形成装置の電源より、抵抗発熱体１０２に電力を供給するための接点として機能するものである。本実施例においては、銀ペーストを、抵抗発熱体１０２と同様、スクリーン印刷法により均一に、厚み２０μｍの膜状に塗布した後に焼成を行うことにより形成した。電極１０３は、基板１０１上に二箇所形成され、それぞれ抵抗発熱体１０２に接続されることにより、電極１０３を通してＡＣ電圧が抵抗発熱体１０２に印加される。
【００５０】
絶縁層１０４は、ガラスや樹脂等の絶縁物により形成され、抵抗発熱体１０２、電極１０３および導電部１０５の絶縁耐圧を確保するために設けられる。本実施例においては、絶縁ガラスによる保護層を８０μｍの厚みでスクリーン印刷を行うことにより、抵抗発熱体１０２と、電極１０３および導電部１０５の一部を被覆している。すなわち、絶縁層１０４は、基板１０１の長手方向において各抵抗発熱体１０２と、各抵抗発熱体と接続する電極１０３および導電部１０５の一部を個別に被覆する形状に形成される。
【００５１】
本実施例の画像形成装置には、ヒータ１００に電力を供給するための電源回路およびヒータ１００への電力供給を制御するための制御回路等からなる電力制御系が内蔵されている。図５は、電力制御系の一例のブロック図である。
【００５２】
このヒータ温度制御系において、一方の電源回路では、ＡＣの電源５０１と、リレー５０２と、トライアック１１８と、電源５０１からの供給電力により発熱するヒータ１００とが直列に接続されて回路が構成されている。
【００５３】
また他方の制御回路では、サーミスタ１１３と、Ａ／Ｄ変換器５０４と、ＣＰＵ１１７と、トライアック１１８が直列に接続された回路が構成されている。
リレー５０２は、ＣＰＵ１１７とリレー信号線５０３を介して接続されており、ＣＰＵ１１７からの指令信号によりオープン状態となり、電源５０１とヒータ１００の間を遮断するものである。
【００５４】
３）ヒータ過剰電力投入試験についての詳述
本実施例に示すヒータ１００を用いて、ヒータ過剰電力投入試験を実施した。
過剰電力投入試験条件としては、ヒータの電極１０３に直接、最大電力が連続して入力される状態にした。電圧は、２００Ｖ圏で最も電圧の高い地域の定格２４０Ｖに対し、１０％増しの電圧、即ち、２６４Ｖを印加する設定をした。
【００５５】
４）ヒータ過剰電力投入試験結果
上記条件において、５回の過剰電力投入試験を実施し、ヒータ１００の割れが発生するまでの時間を計測したところ、最大３．８秒、最小３．５秒、平均３．６秒であった。
【００５６】
５）比較例
図１２に、比較例において使用するヒータ３００の形状を示す。（ａ）はヒータ３００を長手方向上面より見た平面図、（ｂ）はヒータ３００を長手方向に直交する短手方向において垂直な面で切断した縦断面図である。
【００５７】
図１２に示すように、本比較例におけるヒータ３００の抵抗発熱体３０２は、ほぼ実施例１におけるヒータ１００の場合と同様に形成されるが、基板３０１の短手方向において抵抗発熱体間に空隙を設けていないことが異なる。すなわち、抵抗発熱体間にも基板が存在する構成となっている。
【００５８】
本比較例のヒータ３００を、実施例１と同様のヒータ過剰電力投入試験を実施した。
その結果、ヒータ３００の割れが発生するまでの時間は、最大３．３秒、最小３．０秒、平均３．２秒であった。
【００５９】
本比較例と実施例１を比較すると、比較例に比べ、実施例１では最大＋０．５秒、最小＋０．５秒、平均＋０．４秒と、ヒータ割れまでの時間マージンを向上することが出来ている。
【００６０】
また、ヒータ３００の割れが発生した箇所は、全て、電極側の抵抗発熱体３０２の絞り部３０２ａであった。更に、ヒータ３００に流れる電流波形を図６（ａ）、電極側の抵抗発熱体絞り部３０２ａの時系列温度変化を図６（ｂ）に示す。
実施例１のヒータ１００においても、同様に電流波形を図７（ａ）、電極側の抵抗発熱体絞り部１０２ａの時系列温度変化を図７（ｂ）に示す。
【００６１】
図６、図７より、ヒータ３００の割れが発生する直前に電流が増加し（図６（ａ）のＩ）、急激な温度上昇が計測されている（図６（ｂ）のＫ）。これに対して、実施例１のヒータ１００においては、割れが発生する直前の電流増加は見られず（図７（ａ）のＩ）、急激な温度上昇も見られない（図７（ｂ）のＬ）。
【００６２】
本比較例において、抵抗発熱体間の電位差が大きい箇所は、抵抗発熱体３０２の電極側絞り部３０２ａ付近である。その電極側絞り部３０２ａにおいて、過剰電力投入試験時に、基板３０１が低抵抗化し、抵抗発熱体間でリークが発生し、抵抗発熱体間でショート状態になった。このため、見かけ上のヒータ３００抵抗値が著しく低下し、大電流が流れたことにより、電極側付近の抵抗発熱体で過剰な発熱が起こったことで、大きな熱応力が加わった。これが、ヒータ３００が割れに到った原因である。
【００６３】
これに対して、本実施例１のヒータ１００では、基板１０１の短手方向において各抵抗発熱体１０２間に空隙Ｓを設けているため、過剰電力投入時に基板１０１が低抵抗化し、抵抗発熱体間でリークが発生する事態を回避することができる。これにより、ヒータ過剰電力投入時のヒータ割れまでの時間マージンを向上することができる。
【実施例２】
【００６４】
次に、本発明の実施例２について説明する。
本実施例２に係るヒータは、実施例１のヒータに対して、空隙の設ける場所を、抵抗発熱体間の電位差が高く、発熱量が大きくなる部分、即ち、電極側の抵抗発熱体を絞った絞
り部のみとしたものである。
【００６５】
１）ヒータ２００の説明
図２に、本実施例２に係るヒータ２００を、上面から見た平面図を示す。
すなわち、ヒータ２００は、長尺の基板２０１と、基板２０１の長手方向に沿って平行に設けられた複数の抵抗発熱体２０２と、抵抗発熱体２０２に接続する導体部としての電極２０３と、複数の抵抗発熱体２０２を被覆する絶縁保護層２０４とを有する。
【００６６】
抵抗発熱体２０２は、長手両端部において、他の部分よりも幅の狭い領域（以下「絞り部」と記す）２０２ａ，２０２ｂを有する。基板２０１の短手方向において抵抗発熱体２０２の幅を狭く絞ることによって、絞り部２０２ａ，２０２ｂで抵抗発熱体２０２の抵抗が大きくなり、同じ値の電流が流れた際の発熱量が大きくなる。
これにより、絞り部２０２ａを有する長手端部においては、基板２０１を通じて長手端部方向へ逃げる熱を補い、長手に均一な温度に発熱するようにしている。
【００６７】
この実施例２では、絶縁保護層２０４および基板２０１に形成される空隙Ｓを、この空隙Ｓは、複数の抵抗発熱体２０２，２０２間の電位差が相対的に高い部分、この例では、抵抗発熱体２０２の絞り部２０２ａに形成されている。
【００６８】
図２に示すとおり、基板２０１に空隙Ｓを設ける場所は、抵抗発熱体間のリークが発生しやすい発熱量が大きくなる箇所である、抵抗発熱体２０２の電極側先端から３０mmまでとした。
即ち、基板２０１に設けた空隙部Ｓを最小限の箇所に留めることにより、ヒータの強度を確保することができる。
【００６９】
２）ヒータ過剰電力投入試験結果
実施例１と同様の条件にて、５回の過剰電力投入試験を実施し、ヒータ２００の割れが発生するまでの時間を計測したところ、最大３．６秒、最小３．３秒、平均３．４秒であった。
実施例１の中で述べている比較例と本実施例２を比較すると、比較例に比べ、実施例２では最大＋０．３秒、最小＋０．３秒、平均＋０．２秒と、ヒータ割れまでの時間マージンを向上することが出来ている。
【００７０】
上記に示したように、ヒータ２００に十分な強度を確保するため、抵抗発熱体間の大部分に空隙を設けずに、抵抗発熱体２０２間の長手方向において発熱量が大きくなる箇所のみ空隙Ｓを設ける構成においても、ヒータ過剰電力投入時のヒータ割れまでの時間マージンを向上することができる。
【００７１】
実施例１、及び２のヒータにおいては、二本の抵抗発熱体は、いずれも同じ抵抗値を持ち、同じ抵抗発熱体幅を有する系としたが、抵抗発熱体の幅、ペーストの材料及び抵抗値は異なるものとしても構わない。例えば、ヒータ１００において、基板１０１の短手方向上流側（図１（ａ）の上方側）の抵抗発熱体１０２の発熱体幅を全体的に細くすることができる。あるいは、単位面積あたりの抵抗値の大きなペースト材料を用いて、抵抗を大きくすることにより、上流側発熱量の大きな構成とすることも可能である。更には、複数本の抵抗発熱体のうち一本を完全に導電パターンとすることも可能である。
【００７２】
また、本発明では、ヒータの抵抗発熱体間に空隙を設けることで、基板の低抵抗化による抵抗発熱体間のリークの発生を回避しているが、低抵抗化のしにくい超高抵抗絶縁物を空隙部に充填することで、抵抗発熱体間のリークの発生を抑える構成にすることも可能である。一般的に絶縁物は熱を加えることによって低抵抗化する（NTC特性）。本発明の目
的は、導電パターン間のリーク電流起因の急激な温度上昇を抑えることにあり、絶縁性のあるセラミック基板よりも熱による低抵抗化が少ない絶縁物を空気の変わりに充填すればよい。
【００７３】
また、実施例１、及び２のヒータにおいては、抵抗発熱体の本数は二本としたが、もちろん、四本またはそれ以上の本数の抵抗発熱体を基板上に形成したり、三本の抵抗発熱体に、更に一本の導電パターンを加えて、往復させる構成等を取ったりしても構わない。
さらに、実施例１、実施例２においては、基板材料として窒化アルミを用いたが、アルミナなどの絶縁性セラミックなどを用いても差し支えない。
また、上記実施例では、本発明のヒータの適用例として、画像形成装置の定着装置を例にとって説明したが、定着装置に限らず、被加熱材に光沢を付与するような像加熱装置等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１００,２００ ヒータ
１０１,２０１ 基板
１０２,２０２ 抵抗発熱体
１０３,２０３ 電極部
１０４,２０４ 絶縁層
Ｓ 空隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱材を加熱するヒータ、特に、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載される定着装置等に適したヒータおよびそれを用いた像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に使用される定着装置として、被加熱材としての記録材に形成されたトナーを加熱溶融し、記録材上に定着させる熱定着方式が一般的に使用されている。このような、熱定着方式においては、近年、フィルム状のエンドレスベルトを使用した、フィルム定着方式の定着法が提案されている。
【０００３】
このような、フィルム定着装置においては、一般的に、絶縁基板上に抵抗発熱体を設けたセラミックヒータと称されるヒータが用いられている。ヒータの詳細は、例えば特許文献１において開示されている。
【０００４】
図８に、このようなヒータの一例を示す。
このヒータ９００は、基板９０１、抵抗発熱体９０２及び電極９０３により構成される。基板９０１は、アルミナ等の絶縁性のセラミックよりなり、抵抗発熱体９０２は、任意の導電剤をスクリーン印刷等、既知の方法により塗布または基板９０１上に固定している。電極９０３を介して、抵抗発熱体９０２に電流を流し、抵抗発熱体９０２が発熱することにより、定着装置のヒータとして作用する。
また、ヒータ９００には、一般的に絶縁層９０４が形成される。絶縁層９０４の材料としては、樹脂や耐圧ガラスが用いられる。
【０００５】
図８に示したヒータ９００では、抵抗発熱体９０２は一本で構成されるが、特許文献２に示されているように、抵抗発熱体９０２を複数設け、基板９０１上を往復させることで、より定着効率やコストに優れたヒータを供することも可能である。
【０００６】
図９は、抵抗発熱体を複数設けたヒータの一例である。
ヒータ１０００は、二本の抵抗発熱体１００２を、導電部１００５を介して基板１００１上を長手方向に沿って往復させる形で構成している。１００４は、抵抗発熱体１００２を覆う絶縁層である。この構成により、基板１００１の長手方向と直交する幅方向（基板１００１の短手方向）に、広く発熱領域が分布することになり、熱効率の観点からより有利となる。
【０００７】
また、抵抗発熱体１００２が、基板１００１上を往復しているため、電極１００３は長手方向片側に集中することで、電極１００３に接続するためのコネクタも、端部一箇所に設けるだけでよい。このため、定着装置の小型化や、低コスト化に際して有利となる。
【０００８】
さらに、抵抗発熱体１００２は、長手に均一な幅ではなく、部分的に幅を変化させることで、長手上の発熱量に分布を持たせることが可能である。このようなヒータは、特許文献３に開示されている。
基板１００１の長手方向と直交する短手方向において、抵抗発熱体１００２の幅を部分的に狭くする事により、その部分の単位長さあたりの抵抗を大きくし、発熱量を大きくする事が可能である。
【０００９】
図１０に、基板１１０１の長手方向において抵抗発熱体１１０２に発熱量の分布を持たせたヒータ１１００の例を示す。
【００１０】
基板１１０１上において導電部１１０５を介して接続された二本の抵抗発熱体１１０２は、長手端部で該長手端部以外の場所よりも幅を小さく構成している。なお、１１０３は導電部１１０５に接続される電極、１１０４は絶縁層である。
【００１１】
抵抗発熱体１１０２の長手端部においては、抵抗発熱体１１０２の末端部分において熱が逃げやすい傾向があるため、中央部に比べて温度が低下する傾向がある。このため、抵抗発熱体１１０２の長手端部において、抵抗発熱体１１０２の端部の幅を絞り、発熱量を多くすることは、長手端部の定着性能を確保するために有効である。
【００１２】
また、絶縁層１１０４の抵抗発熱体間に空隙を設けることで、より安全な定着装置を提供することが出来る。このようなヒータは特許文献４に開示されている。
図１１には、抵抗発熱体１２０２を被覆する絶縁層１２０４に抵抗発熱体間において空隙を持たせたヒータの一例を示す。図１１において、抵抗発熱体１２０２間に絶縁層１２０４が存在すると、温度上昇に伴う絶縁層１２０４の低抵抗化から、抵抗発熱体１２０２間の絶縁層１２０４にリークが発生し大電流が流れる。この大電流による発熱量増大から、ヒータの熱応力割れの可能性が高くなる。
そこで、この例では絶縁層１２０４に空隙Ｓを設けることでリークを抑え、過剰な発熱を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−１７２２５号公報（セラミックヒータの例）
【特許文献２】特開２００６−１７９３０３号公報（往復発熱体を有するセラミックヒータの例）
【特許文献３】特許第２６００８３５号公報（長手上の発熱量に分布を持たせた定着ヒータの例）
【特許文献４】特開２００６−１７９３０３号公報（抵抗発熱体を被覆する絶縁層が抵抗発熱体間において空隙を有する定着ヒータの例）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
近年、画像形成装置の高速化、カラー化が求められている。これに伴い、ヒータたるヒータにも、より大電力を投入し、発熱量を全体的に大きくする必要が生じている。
高速化に際しては、より短い時間でより多くの熱量を転写材に与える必要があるため、ヒータの発熱量も大きくしなければならない。また、カラー化に際しては、定着性向上のために定着フィルム上に弾性層が設けられたことにより、定着フィルムとしての熱伝導性低下を補うにあたり、熱量を余計に与える必要がある。とりわけ、定着装置のオンデマンド性を確保するためには、定着装置を速やかに所定温度に立ち上げる必要があるため、通常のフィルム定着装置に比べて大きな電力が必要になる。
【００１５】
このように、画像形成装置の高速化，カラー化に伴い、ヒータに投入される電力が大きくなると、定着装置が制御不能となり、大電力が連続して投入された状態に陥った際に、ヒータが割れるという問題が顕在化する。
【００１６】
ヒータ割れが発生する原因は、ヒータが高温になることで発生する熱応力にある。また、ヒータが約１０００℃近辺でヒータ割れが発生する。ヒータ割れの対策として、上記した特許文献４では、絶縁層に空隙を設けているものの、その効果には限界がある。
【００１７】
通常、ヒータに設置されている安全素子の動作によりヒータ割れが生じる前にヒータへの電力供給を遮断するようになっている。しかし、安全素子動作タイミングのバラつきを考慮すると、安全素子動作とヒータ割れとの安全上、十分な時間マージンを確保するのが高速化に伴い難しくなってきている。
【００１８】
本発明は上記した従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的は、ヒータに過剰電力が投入された時に、可及的にヒータの昇温を低減し、安全素子動作とヒータ割れとの時間マージンをより確保することができるヒータ及び像加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を解決するための、本発明は、長尺の基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられた複数の抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体を被覆する絶縁保護層を有するヒータにおいて、前記絶縁保護層および前記基板には、前記複数の抵抗発熱体の間に空隙が形成されていることを特徴とする。
また、可撓性スリーブと、可撓性スリーブの内周に接触するヒータと、可撓性スリーブの外周面に接触しており前記ヒータと共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部にて被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する構成の像加熱装置において、前記ヒータとして上記構成のヒータを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、絶縁保護層および基板に、複数の抵抗発熱体の間を離間させる空隙を設けたので、大電力が連続して投入された時に、複数の抵抗発熱体間でのリークの発生が可及的に抑制される。したがって、ヒータの昇温を低減し、安全素子動作とヒータ割れとの時間マージンを十分確保することで、ヒータ割れ発生の可能性を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１に係るヒータを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係るヒータの構成を示す平面図である。
【図３】本発明のヒータが適用可能な定着装置を備えた画像形成装置の構成例を示す模式図である。
【図４】本発明のヒータが適用される定着装置の構成例を示す模式図である。
【図５】図４のヒータの電力制御回路を示す回路図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、比較例のヒータの電力投入時の電流推移、温度推移を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１に係るヒータの電力投入時の電流推移、温度推移を示す図である。
【図８】従来のセラミックヒータ（発熱体一本タイプ）の平面図である。
【図９】従来のセラミックヒータ（往復発熱体タイプ）の平面図である。
【図１０】ヒータ長手方向で発熱分布のある従来のヒータの平面図である。
【図１１】絶縁層が抵抗発熱体間において空隙を有する従来のヒータの平面図である。
【図１２】比較例のヒータの構成を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
（１）画像形成装置例
まず、本発明のヒータが適用可能な定着装置が搭載される画像形成装置の構成例について説明する。
【００２４】
図３は、画像形成装置の一例の構成図である。この例に示す画像形成装置は、電子写真画像形成プロセス利用のレーザープリンタである。
図において、４０１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」と記す）であり、感光ドラム４０１の表面は帯電装置としての帯電ローラ４０２によって所定の極性・電位に一様に帯電される。
【００２５】
次に、その帯電面に対して露光手段としてのレーザースキャナ４０３により画像情報の書き込み露光がなされる。即ちレーザースキャナ４０３は画像情報の時系列電気デジタル画像信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御（変調制御）されたレーザービームＬで回転感光ドラム４０１の一様帯電処理面を露光する。これにより感光ドラム４０１の一様帯電面の露光部電位が減衰して感光ドラム面に画像情報の静電潜像が形成される。
【００２６】
この静電潜像は、現像装置４０４でトナー画像として現像、可視化される。可視化されたトナー像は、感光ドラム４０１とこれに圧接させた接触転写装置としての転写ローラ４０６との圧接部である転写ニップ部Ａにおいて、被加熱材としての転写材Ｐの面に対して感光ドラム４０１面より転写される。転写材Ｐは、不図示の給紙機構部から所定の制御タイミングにて給紙される。
即ち、転写材Ｐは、感光ドラム４０１上のトナー画像の画像形成位置と転写材Ｐの先端の書き出し位置が合致するようにレジストローラ４０５により挟持搬送される。転写ニップ部Ａにおいて、感光ドラム４０１と転写ローラ４０６とにより、一定の加圧力で挟持搬送され、感光ドラム４０１面上のトナー画像が転写材Ｐ上に電気力と圧力で転写される。
【００２７】
転写ニップ部Ａを通過した転写材Ｐは、回転する感光ドラム４０１から分離され、搬送系４０８により入り口ガイド４０９を介して定着装置Ｆへと搬送され、定着装置Ｆによって、未定着トナー画像が転写材面に永久画像として加熱定着される。画像定着を受けた転写材Ｐは排紙機構部（不図示）に搬送される。
一方、転写材分離後の感光ドラム４０１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置４０７により感光ドラム４０１表面より除去され、感光ドラム４０１は繰り返して作像に供される。
【００２８】
（２）定着装置Ｆ
図４は、定着装置Ｆの一例の構成模型図である。本実施例に示す定着装置は、可撓性ス
リーブとして定着フィルムを用いた加圧ローラ駆動方式（テンションレスタイプ）の定着装置である。
【００２９】
１）定着装置Ｆの全体的構成
本実施例におけるフィルム方式の定着装置Ｆは、定着フィルム１１１と、定着フィルム１１１の内周に接触するヒータ１００と、定着フィルム１１１の外周面に接触しておりヒータ１００と共にニップ部を形成する加圧ローラ１１４と、を有している。
そして、ニップ部にて被加熱材としての転写材Ｐを挟持搬送しつつ加熱し、未定着トナー像を加熱定着する。
【００３０】
ヒータ１００はヒータホルダ１１５に保持され、また、ヒータ１００の温度調整をするために、温度を検出するサーミスタ１１３が配置されている。
定着フィルム１１１は可撓性スリーブであり、基層、導電性プライマ層、および離型性
層の三層で構成されている。フィルム基層は、絶縁性の高いポリイミド、ポリアミド、ＰＥＥＫ等が用いられ、高耐熱性を有しており、厚み１５〜６０ミクロン程度で形成され、定着フィルム１１１全体の引裂強度等の機械的強度を保っている。本実施例においては、厚み５０μｍのポリイミド製エンドレスフィルムを基層として用いている。
【００３１】
プライマ層は、本実施例においては、ポリアミド樹脂とフッ素樹脂のディスパージョンを混合したものを、ディッピングにて形成しており、厚みは２〜６μｍ程度である。プライマ層は、基層と、後述する離型性層との接着強度を確保するための層である。
【００３２】
離型性層は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂をディッピングで形成するか、フッ素チューブの形であらかじめ形成したものを基層に被覆する等の方法により設けられる。フッ素樹脂を用いるのは、トナーとの離型性を確保し、トナー等の付着による定着フィルムの汚れを防止するためである。従って、上記目的を達成することが出来るならば、フッ素樹脂以外の材料を用いても構わない。本実施例においては、ＰＴＦＥおよびＰＦＡを７：３の割合で混合した水性ディスパージョンに、酸化チタンを３０重量％分散したものをディッピング塗工により形成している。
【００３３】
ヒータホルダ１１５は、断面が略半円弧形状で、樋型の耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂の成型品である。ヒータホルダ１１５の下面に該ホルダの長手に沿ってヒータ１００が配設してある。定着フィルム１１１はこのヒータホルダ１１５にルーズに外嵌させてある。本実施例のヒータホルダ１１５は、ヒータ１００を保持する機能だけでなく、定着フィルム１１１をガイドする役割を果たす。本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５の最高使用可能温度(
耐熱温度)は、約２７０℃である。
【００３４】
サーミスタ１１３は、ヒータ１００の裏面に接触させて設置してあり、ヒータ１００の温度を検知する。サーミスタ１１３は、温度制御手段としてのＣＰＵ１１７と電気的に接続されている。ＣＰＵ１１７は、サーミスタ１１３の出力に基づいてヒータ駆動手段としてのトライアック１１８をＯＮ・ＯＦＦ制御する。
【００３５】
トライアック１１８はサーミスタ１１３の検知温度が所定の制御温度(目標温度)を維持するようにヒータ１００(正確には後述する発熱抵抗体１０２)への通電を制御している。これにより、ヒータ１００の温度が一定に保たれ、転写材Ｐ上のトナー像定着に供される。本実施例の制御温度は例えば１８０℃である。
【００３６】
１１９は安全素子としてのサーモスイッチである。サーモスイッチ１１９は、ヒータ１００の裏面に接触して設置してある。サーモスイッチ１１９は、定着装置Ｆが制御不能な状態となった際に、ヒータ１００への通電が停止されず、電力が投入されつづけることによる定着装置の破壊を防止するために設けられている。サーもスイッチ１１９は、ヒータ１００の温度が一定以上になった場合、ヒータ１００への通電を遮断し、安全に定着装置を停止させる。
【００３７】
加圧ローラ１１４は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ１１４は芯金の両端部を装置フレーム１１６の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ１１４の上側に、前記のヒータ１００，ヒータホルダ１１５，定着フィルム１１１等から成る加熱アセンブリが、ヒータ１００側を下向きにして加圧ローラ１１４に並行に配置される。ヒータホルダの両端部は、不図示の加圧機構により、片側７４Ｎ（７．５ｋｇｆ）、総圧１４７Ｎ（１５ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２方向に附勢している。これにより、加熱定着に必要な所定幅の定
着ニップ部Ｎが形成させる。加圧機構は、圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、転写材Ｐの除去が容易な構成となっている。
【００３８】
１２０は、装置フレーム１１６に組付けた入り口ガイドであり、１１２は定着排紙ローラである。入り口ガイド１２０は、転写ニップＡを抜けた転写材Ｐが、定着ニップ部Ｎに正確に進入するよう、転写材Ｐを導く役割を果たす。
加圧ローラ１１４は加圧部材であり、駆動機構Ｍにより矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ１１４が回転すると摩擦力により定着フィルム１１１が従動回転する。定着フィルム１１１の内面にはグリスが塗布され、ヒータ１１１やヒータホルダ１１５と定着フィルム１１１内面との摺動性を確保している。
【００３９】
記録材としての転写材Ｐが定着ニップ部Ｎで挟持搬送されることにより、転写材Ｐに形成されたトナー像が、加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した転写材Ｐは、定着フィルム１１１の曲率により自然に定着フィルムから分離され、定着排紙ローラ１１２で排出される。
【００４０】
２）ヒータ１００の説明
以下に、本発明のヒータの形態を詳述する。
図１において、（ａ）はヒータ１００を長手方向上面より見た平面図、（ｂ）はヒータ１００を長手方向に直交する短手方向において垂直な面で切断した縦断面図である。
【００４１】
ヒータ１００は、基板１０１と、抵抗発熱体１０２と、導体部としての電極１０３および導電部１０５と、絶縁保護層としての絶縁層１０４等を有している。
長尺の基板１０１と、基板１０１の長手方向に沿って平行に設けられた複数の抵抗発熱体１０２と、抵抗発熱体１０２に接続する導体部としての電極１０３と、複数の抵抗発熱体１０２を被覆する絶縁保護層１０４とを有する。
【００４２】
そして、絶縁保護層１０４および基板１０１には、複数の抵抗発熱体１０２の間に空隙Ｓが形成されている。この空隙Ｓは、複数の抵抗発熱体１０２の長手方向の長さ全域に形成されている。
細長い板状の基板１０１は、窒化アルミやアルミナ等の、絶縁性のセラミックや、ＳＵＳ等の金属板にガラスコートを施す等の手段により、絶縁保護層を設けたものを用いることが出来る。本実施例においては、基板１０１として、窒化アルミの厚み１．０ｍｍの板を用いた。
【００４３】
空隙Ｓは細長い矩形状で、基板１０１を表面から裏面側まで抜いた長尺の透孔によって構成される。この空隙Ｓの基板１０１の短手方向の幅ｔは、抵抗発熱体１０２の間に形成されるもので、抵抗発熱体１０２の長手方向の長さ全域に有するように形成される。空隙Ｓの幅ｔは、たとえば、０．８ｍｍ程度に設定される。
【００４４】
基板１０１上において、基板１０１の長手方向に沿って設けられた抵抗発熱体１０２については、導電ペーストを基板１０１上に塗布したり、ニクロム線等を基板１０１上に接着等既知の方法で固定したものを用いても良い。また、抵抗発熱体１０２は、基板１０１上に直接形成される必要は無く、例えば、基板１０１への熱の拡散を防止するためのグレーズ層を介しても良い。
【００４５】
本実施例においては、基板１０１の、転写材Ｐの画像面側に、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一に、厚み２０μｍの膜状に塗布した後に焼成を行うことにより、抵抗発熱体１０２を形成した。
【００４６】
本実施例に用いた発熱抵抗体１０２の抵抗値は、５０Ωとした。これにより、２６４Ｖの電圧が投入された際の定着ヒータ１００の消費電力は、１３９４Ｗとなる。
【００４７】
抵抗発熱体１０２は、長手中央部の幅１．５ｍｍの太さで、長手方向に二本、並行に形成されている。二本の抵抗発熱体１０２間の距離は１．５５ｍｍである。二本の抵抗発熱体１０２において、電極１０３の反対側の長手端部は導電部１０５を介して電気的に接続されている。導電部１０５も基板上にスクリーン印刷法によって形成されている。
【００４８】
抵抗発熱体１０２は、長手両端部において、他の部分よりも幅の狭い領域（以下「絞り部」と記す）１０２ａ，１０２ｂを有する。基板１０１の短手方向において抵抗発熱体１０２の幅を狭く絞ることによって、絞り部１０２ａ，１０２ｂで抵抗発熱体１０２の抵抗が大きくなり、同じ値の電流が流れた際の発熱量が大きくなる。
これにより、絞り部１０２ａを有する長手端部においては、基板１０１を通じて長手端部方向へ逃げる熱を補い、長手に均一な温度に発熱するようにしている。本実施例においては、絞り部１０２ａ、１０２ｂの発熱体幅をその他の部分に対して７％狭くし、発熱体幅を１．３９５ｍｍとしている。
【００４９】
電極１０３は、定着装置や画像形成装置の電源より、抵抗発熱体１０２に電力を供給するための接点として機能するものである。本実施例においては、銀ペーストを、抵抗発熱体１０２と同様、スクリーン印刷法により均一に、厚み２０μｍの膜状に塗布した後に焼成を行うことにより形成した。電極１０３は、基板１０１上に二箇所形成され、それぞれ抵抗発熱体１０２に接続されることにより、電極１０３を通してＡＣ電圧が抵抗発熱体１０２に印加される。
【００５０】
絶縁層１０４は、ガラスや樹脂等の絶縁物により形成され、抵抗発熱体１０２、電極１０３および導電部１０５の絶縁耐圧を確保するために設けられる。本実施例においては、絶縁ガラスによる保護層を８０μｍの厚みでスクリーン印刷を行うことにより、抵抗発熱体１０２と、電極１０３および導電部１０５の一部を被覆している。すなわち、絶縁層１０４は、基板１０１の長手方向において各抵抗発熱体１０２と、各抵抗発熱体と接続する電極１０３および導電部１０５の一部を個別に被覆する形状に形成される。
【００５１】
本実施例の画像形成装置には、ヒータ１００に電力を供給するための電源回路およびヒータ１００への電力供給を制御するための制御回路等からなる電力制御系が内蔵されている。図５は、電力制御系の一例のブロック図である。
【００５２】
このヒータ温度制御系において、一方の電源回路では、ＡＣの電源５０１と、リレー５０２と、トライアック１１８と、電源５０１からの供給電力により発熱するヒータ１００とが直列に接続されて回路が構成されている。
【００５３】
また他方の制御回路では、サーミスタ１１３と、Ａ／Ｄ変換器５０４と、ＣＰＵ１１７と、トライアック１１８が直列に接続された回路が構成されている。
リレー５０２は、ＣＰＵ１１７とリレー信号線５０３を介して接続されており、ＣＰＵ１１７からの指令信号によりオープン状態となり、電源５０１とヒータ１００の間を遮断するものである。
【００５４】
３）ヒータ過剰電力投入試験についての詳述
本実施例に示すヒータ１００を用いて、ヒータ過剰電力投入試験を実施した。
過剰電力投入試験条件としては、ヒータの電極１０３に直接、最大電力が連続して入力される状態にした。電圧は、２００Ｖ圏で最も電圧の高い地域の定格２４０Ｖに対し、１０％増しの電圧、即ち、２６４Ｖを印加する設定をした。
【００５５】
４）ヒータ過剰電力投入試験結果
上記条件において、５回の過剰電力投入試験を実施し、ヒータ１００の割れが発生するまでの時間を計測したところ、最大３．８秒、最小３．５秒、平均３．６秒であった。
【００５６】
５）比較例
図１２に、比較例において使用するヒータ３００の形状を示す。（ａ）はヒータ３００を長手方向上面より見た平面図、（ｂ）はヒータ３００を長手方向に直交する短手方向において垂直な面で切断した縦断面図である。
【００５７】
図１２に示すように、本比較例におけるヒータ３００の抵抗発熱体３０２は、ほぼ実施例１におけるヒータ１００の場合と同様に形成されるが、基板３０１の短手方向において抵抗発熱体間に空隙を設けていないことが異なる。すなわち、抵抗発熱体間にも基板が存在する構成となっている。
【００５８】
本比較例のヒータ３００を、実施例１と同様のヒータ過剰電力投入試験を実施した。
その結果、ヒータ３００の割れが発生するまでの時間は、最大３．３秒、最小３．０秒、平均３．２秒であった。
【００５９】
本比較例と実施例１を比較すると、比較例に比べ、実施例１では最大＋０．５秒、最小＋０．５秒、平均＋０．４秒と、ヒータ割れまでの時間マージンを向上することが出来ている。
【００６０】
また、ヒータ３００の割れが発生した箇所は、全て、電極側の抵抗発熱体３０２の絞り部３０２ａであった。更に、ヒータ３００に流れる電流波形を図６（ａ）、電極側の抵抗発熱体絞り部３０２ａの時系列温度変化を図６（ｂ）に示す。
実施例１のヒータ１００においても、同様に電流波形を図７（ａ）、電極側の抵抗発熱体絞り部１０２ａの時系列温度変化を図７（ｂ）に示す。
【００６１】
図６、図７より、ヒータ３００の割れが発生する直前に電流が増加し（図６（ａ）のＩ）、急激な温度上昇が計測されている（図６（ｂ）のＫ）。これに対して、実施例１のヒータ１００においては、割れが発生する直前の電流増加は見られず（図７（ａ）のＩ）、急激な温度上昇も見られない（図７（ｂ）のＬ）。
【００６２】
本比較例において、抵抗発熱体間の電位差が大きい箇所は、抵抗発熱体３０２の電極側絞り部３０２ａ付近である。その電極側絞り部３０２ａにおいて、過剰電力投入試験時に、基板３０１が低抵抗化し、抵抗発熱体間でリークが発生し、抵抗発熱体間でショート状態になった。このため、見かけ上のヒータ３００抵抗値が著しく低下し、大電流が流れたことにより、電極側付近の抵抗発熱体で過剰な発熱が起こったことで、大きな熱応力が加わった。これが、ヒータ３００が割れに到った原因である。
【００６３】
これに対して、本実施例１のヒータ１００では、基板１０１の短手方向において各抵抗発熱体１０２間に空隙Ｓを設けているため、過剰電力投入時に基板１０１が低抵抗化し、抵抗発熱体間でリークが発生する事態を回避することができる。これにより、ヒータ過剰電力投入時のヒータ割れまでの時間マージンを向上することができる。
【実施例２】
【００６４】
次に、本発明の実施例２について説明する。
本実施例２に係るヒータは、実施例１のヒータに対して、空隙の設ける場所を、抵抗発熱体間の電位差が高く、発熱量が大きくなる部分、即ち、電極側の抵抗発熱体を絞った絞
り部のみとしたものである。
【００６５】
１）ヒータ２００の説明
図２に、本実施例２に係るヒータ２００を、上面から見た平面図を示す。
すなわち、ヒータ２００は、長尺の基板２０１と、基板２０１の長手方向に沿って平行に設けられた複数の抵抗発熱体２０２と、抵抗発熱体２０２に接続する導体部としての電極２０３と、複数の抵抗発熱体２０２を被覆する絶縁保護層２０４とを有する。
【００６６】
抵抗発熱体２０２は、長手両端部において、他の部分よりも幅の狭い領域（以下「絞り部」と記す）２０２ａ，２０２ｂを有する。基板２０１の短手方向において抵抗発熱体２０２の幅を狭く絞ることによって、絞り部２０２ａ，２０２ｂで抵抗発熱体２０２の抵抗が大きくなり、同じ値の電流が流れた際の発熱量が大きくなる。
これにより、絞り部２０２ａを有する長手端部においては、基板２０１を通じて長手端部方向へ逃げる熱を補い、長手に均一な温度に発熱するようにしている。
【００６７】
この実施例２では、絶縁保護層２０４および基板２０１に形成される空隙Ｓを、この空隙Ｓは、複数の抵抗発熱体２０２，２０２間の電位差が相対的に高い部分、この例では、抵抗発熱体２０２の絞り部２０２ａに形成されている。
【００６８】
図２に示すとおり、基板２０１に空隙Ｓを設ける場所は、抵抗発熱体間のリークが発生しやすい発熱量が大きくなる箇所である、抵抗発熱体２０２の電極側先端から３０mmまでとした。
即ち、基板２０１に設けた空隙部Ｓを最小限の箇所に留めることにより、ヒータの強度を確保することができる。
【００６９】
２）ヒータ過剰電力投入試験結果
実施例１と同様の条件にて、５回の過剰電力投入試験を実施し、ヒータ２００の割れが発生するまでの時間を計測したところ、最大３．６秒、最小３．３秒、平均３．４秒であった。
実施例１の中で述べている比較例と本実施例２を比較すると、比較例に比べ、実施例２では最大＋０．３秒、最小＋０．３秒、平均＋０．２秒と、ヒータ割れまでの時間マージンを向上することが出来ている。
【００７０】
上記に示したように、ヒータ２００に十分な強度を確保するため、抵抗発熱体間の大部分に空隙を設けずに、抵抗発熱体２０２間の長手方向において発熱量が大きくなる箇所のみ空隙Ｓを設ける構成においても、ヒータ過剰電力投入時のヒータ割れまでの時間マージンを向上することができる。
【００７１】
実施例１、及び２のヒータにおいては、二本の抵抗発熱体は、いずれも同じ抵抗値を持ち、同じ抵抗発熱体幅を有する系としたが、抵抗発熱体の幅、ペーストの材料及び抵抗値は異なるものとしても構わない。例えば、ヒータ１００において、基板１０１の短手方向上流側（図１（ａ）の上方側）の抵抗発熱体１０２の発熱体幅を全体的に細くすることができる。あるいは、単位面積あたりの抵抗値の大きなペースト材料を用いて、抵抗を大きくすることにより、上流側発熱量の大きな構成とすることも可能である。更には、複数本の抵抗発熱体のうち一本を完全に導電パターンとすることも可能である。
【００７２】
また、本発明では、ヒータの抵抗発熱体間に空隙を設けることで、基板の低抵抗化による抵抗発熱体間のリークの発生を回避しているが、低抵抗化のしにくい超高抵抗絶縁物を空隙部に充填することで、抵抗発熱体間のリークの発生を抑える構成にすることも可能である。一般的に絶縁物は熱を加えることによって低抵抗化する（NTC特性）。本発明の目
的は、導電パターン間のリーク電流起因の急激な温度上昇を抑えることにあり、絶縁性のあるセラミック基板よりも熱による低抵抗化が少ない絶縁物を空気の変わりに充填すればよい。
【００７３】
また、実施例１、及び２のヒータにおいては、抵抗発熱体の本数は二本としたが、もちろん、四本またはそれ以上の本数の抵抗発熱体を基板上に形成したり、三本の抵抗発熱体に、更に一本の導電パターンを加えて、往復させる構成等を取ったりしても構わない。
さらに、実施例１、実施例２においては、基板材料として窒化アルミを用いたが、アルミナなどの絶縁性セラミックなどを用いても差し支えない。
また、上記実施例では、本発明のヒータの適用例として、画像形成装置の定着装置を例にとって説明したが、定着装置に限らず、被加熱材に光沢を付与するような像加熱装置等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１００,２００ ヒータ
１０１,２０１ 基板
１０２,２０２ 抵抗発熱体
１０３,２０３ 電極部
１０４,２０４ 絶縁層
Ｓ 空隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺の基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられた複数の抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体を被覆する絶縁保護層とを有するヒータにおいて、
前記絶縁保護層および前記基板には、前記複数の抵抗発熱体の間に空隙が形成されていることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記空隙は、前記複数の抵抗発熱体の長手方向の長さ全域に形成されることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記空隙は、前記複数の抵抗発熱体間の電位差が相対的に高い部分に形成されることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項４】
可撓性スリーブと、該可撓性スリーブの内周に接触するヒータと、前記可撓性スリーブの外周面に接触しており前記ヒータと共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部にて被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する構成の像加熱装置において、
前記ヒータとして請求項１乃至３のいずれかのヒータを用いたことを特徴とする像加熱装置。
【請求項５】
記録材に形成された未定着トナー像を加熱定着する画像形成装置の定着装置として使用される請求項４に記載の像加熱装置。
【請求項１】
長尺の基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられた複数の抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体を被覆する絶縁保護層とを有するヒータにおいて、
前記絶縁保護層および前記基板には、前記複数の抵抗発熱体の間に空隙が形成されていることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記空隙は、前記複数の抵抗発熱体の長手方向の長さ全域に形成されることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記空隙は、前記複数の抵抗発熱体間の電位差が相対的に高い部分に形成されることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項４】
可撓性スリーブと、該可撓性スリーブの内周に接触するヒータと、前記可撓性スリーブの外周面に接触しており前記ヒータと共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部にて被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する構成の像加熱装置において、
前記ヒータとして請求項１乃至３のいずれかのヒータを用いたことを特徴とする像加熱装置。
【請求項５】
記録材に形成された未定着トナー像を加熱定着する画像形成装置の定着装置として使用される請求項４に記載の像加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２４３６０３（Ｐ２０１０−２４３６０３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８９４６５（Ｐ２００９−８９４６５）
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【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２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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