像加熱装置
【課題】抵抗発熱体を像加熱装置のニップ部の外側にはみ出させた構成にした際に、セラミックス基板が急激に高温になり、セラミックス基板が割れるという可能性を抑制する。
【解決手段】加熱体は電気的に並列に接続された２本以上の抵抗発熱体を有し、ニップ部の内側に位置する抵抗発熱体の温度を制御する温度制御系を備え、ニップ部の外側に位置する抵抗発熱体が正の抵抗温度特性を有する。
【解決手段】加熱体は電気的に並列に接続された２本以上の抵抗発熱体を有し、ニップ部の内側に位置する抵抗発熱体の温度を制御する温度制御系を備え、ニップ部の外側に位置する抵抗発熱体が正の抵抗温度特性を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やＬＢＰ等、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置に使用される像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば画像の加熱定着等のための記録材の像加熱装置には、所定の温度に維持された加熱ローラと、前記加熱ローラに圧接する加圧ローラとによって被加熱材としての記録材を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ方式が多用されている。また、このほかにもフラッシュ加熱方式、オープン加熱方式、熱板加熱方式等種々の方式、構成のものが知られており、実用されている。
【０００３】
最近では、このような方式に代わって、加熱体と、加熱体の支持体（以下ではステーと記す）と、加熱体に対向圧接しつつ搬送される可撓性部材を備える方式がある。即ち、可撓性部材を介して被加熱材としての記録材を加熱体に密着させる加圧ローラを有し、加熱体の熱を可撓性部材を介して記録材へ付与することで記録材面に形成担持されている未定着画像を記録材面に加熱定着させる可撓性部材加熱方式である。
【０００４】
この加熱装置の加熱体としては、セラミックス基板上に抵抗発熱体を形成し、給電により抵抗発熱体を発熱させ、記録材を加熱する構成が一般的である。加熱体の温度は温度制御系により、加熱体に当接あるいは接着されたサーミスタ等の検温素子で検知され、その検知温度を基に所定の温度になるようにＣＰＵで温度制御されている。
【０００５】
このような可撓性部材加熱方式の像加熱加熱装置においては、加熱体として低熱容量の加熱体を用いることができる。このため、従来の接触加熱方式である熱ローラ方式、ベルト加熱方式等の装置に比べ、省電力及びウェイトタイムの短縮化（クイックスタート）が可能になる。
【０００６】
ここで、可撓性部材加熱方式の像加熱装置においては、記録材の加熱時に、記録材中の水分が水蒸気となり、記録材の印字面から噴き出すときに記録材上の未定着トナーを飛ばしてしまい、画像が乱れることがある。即ち、「尾引き」という可撓性部材加熱方式特有の現象が発生することがある。尾引きは、記録材の水分量が多い場合や像加熱装置のニップ部の内側でトナーを加圧ローラ側へ電気的に引き付ける力が弱い場合等に発生し易い。
【０００７】
尾引きを防止する構成として、記録材搬送方向に対して少なくとも２つの発熱分布のピークを持つ方式が提案されている。即ち、少なくとも１つの発熱分布のピークはニップ部にあり、他の少なくとも１つの発熱分布のピークはニップ部よりも記録材搬送方向上流側に配置されている像加熱装置である（特許文献１）。記録材がニップ部に突入する前の加熱体前面領域での前加熱（以下、プレヒート）により、記録材の中の水分の一部を蒸発させることができるため、尾引き現象を低減化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０６−３１４０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、抵抗発熱体が像加熱装置のニップ部の外側にはみ出していると、はみ出した部分は記録材や加圧ローラに熱を奪われることがないため急激に高温になる。これにより、抵抗発熱体を支持するセラミック基板（例えばアルミナのような熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ、熱膨張率が７．２×１０−６／℃程度の基板）では、はみ出させたその一部分だけ膨張して熱応力が加わり、セラミックス基板が割れるという可能性があった。
【００１０】
このセラミックス基板が割れる可能性を抑制する手段として、特許文献１では３つの構成を提案している。１つ目は、ニップ部の内側とニップ部の外側の抵抗発熱体に各々独立して電力を供給できる構成において、ニップ部の内側の温度を検知する第１の検温素子に加えて、ニップ部の外側の温度を検知する第２の検温素子を設けるという構成である。
【００１１】
２つ目は、ニップ部の内側とニップ部の外側の抵抗発熱体に各々独立して電力を供給できる構成において、ニップ部の外側の抵抗発熱体に、ニップ部の内側の抵抗発熱体に供給される最大電力よりも低い定電力を供給するという構成である。３つ目は、ニップ部の内側の温調温度に合わせてニップ部の内側とニップ部の外側の両方に同時に電力が供給される構成において、最初からニップ部の外側の抵抗発熱体の抵抗値をニップ部の内側よりも高くする。これにより、ニップ部の外側の発熱量を低くするという構成である。
【００１２】
これら３つの構成は、いずれもセラミックス基板の割れに対して有効であるものの、１つ目及び２つ目の構成は、それぞれ第２のサーミスタ及び第２の電源回路を追加する必要がある。３つ目の構成はニップ部の外側の抵抗発熱体の発熱量を最初から低く抑えるため、立ち上がりが遅くなり、尾引き現象を低減させるのに十分なプレヒートが得られなくなるという可能性がある。
【００１３】
特許文献１の実施形態では、記録材の搬送速度が１００ｍｍ／ｓと比較的低速であったために尾引き現象の低減を実現できた。しかし、現在のように記録材の搬送速度が２００ｍｍ／ｓを超える高速になった場合には、より早い立ち上がりによる大きなプレヒートが求められる。
【００１４】
本発明の目的は、尾引き現象を低減させるために前加熱（プレヒート）を与えるように抵抗発熱体を像加熱装置のニップ部の外側にはみ出させる構成にすると共に、基板の割れを簡便に抑制できる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】
【００１５】
上記目的を達成するために、この発明に係わる像加熱装置の代表的な構成は、加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他面を画像を担持した記録材と接触する可撓性部材を有し、前記可撓性部材と圧接する加圧体との間にニップ部を形成し、前記加熱体に対し前記可撓性部材と前記記録材が移動することで前記加熱体の熱を前記可撓性部材を介して前記記録材へ伝達する像加熱装置において、前記加熱体は、基板に２本以上の抵抗発熱体を備え、前記抵抗発熱体のうち少なくとも１本が前記ニップ部の内側に位置し、前記抵抗発熱体のうち少なくとも１本の全体またはその一部が前記ニップ部の上流側で前記記録材を前加熱するために前記ニップ部の外側に位置し、前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体と前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体とが電気的に並列に接続され、且つ、前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体が正の抵抗温度特性を備え、前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体の温度を制御する温度制御系を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、尾引き現象を低減させるために前加熱（プレヒート）を与えることが可能であり、かつ基板割れの恐れのあるニップ部の外側の過剰な発熱を簡便に抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る像加熱装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る像加熱装置を搭載したレーザービームプリンタの要部を示す概略構成図である。
【図３】第１の実施形態における加熱体の平面模型図である。
【図４】第１の実施形態における抵抗発熱体の抵抗温度特性の概略図である。
【図５】第１の実施形態と比較例における加熱体幅方向の温度分布の概念図である。
【図６】第１の実施形態と比較例における加熱体幅方向の熱応力分布の概念図である。
【図７】比較例における加熱体の平面模型図である。
【図８】比較例における抵抗発熱体の抵抗温度特性の概略図である。
【図９】第２の実施形態における加熱体の平面模型図である。
【図１０】第２の実施形態における抵抗発熱体の抵抗温度特性の概略図である。
【図１１】第２の実施形態と比較例における加熱体幅方向の温度分布の概念図である。
【図１２】第２の実施形態と比較例における加熱体幅方向の熱応力分布の概念図である。
【図１３】抵抗発熱体が３本で構成される場合の図である。
【図１４】（Ａ）はニップ部の外側の抵抗発熱体がニップ部下流側に設けられる場合の図、（Ｂ）はニップ部下流側に設けられる抵抗発熱体が一部ニップ部からはみ出ている場合の図である。
【図１５】上流側、下流側の抵抗発熱体が基板の上方側に設けられる場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一又は対応する部分には同一の符号を付す。
【００１９】
《第１の実施形態》
（画像形成装置）
本発明の実施形態に係る像加熱装置を搭載する画像形成装置の一例の概略構成図を図２に示す。この画像形成装置は電子写真方式を用いたレーザービームプリンタである。図２において、１０１は像担持体としての有機感光ドラム、１０２は帯電部材としての帯電ローラ、１０３はレーザー露光装置である。１０４は現像スリーブ及び現像ブレード並びに１成分磁性トナー等から成る現像装置、１０５はクリーニングブレード、１０６は転写ローラ、１０７は加熱定着を行う像加熱装置である。ドラム１０１は、帯電ローラ１０２によって一様に負の電荷に帯電され、露光装置１０３からのレーザービームによってドラム１０１に静電潜像が形成される。
【００２０】
次に、現像装置１０４の中で帯電したトナーがドラム１０１上の静電潜像に付着して可視像となり、転写ローラ１０６上で記録材である紙に転写され、像加熱装置１０７で定着される。クリーニングブレード１０５は、ドラム１０１上に残ったトナーを除去する。以上の各ユニットの働きにより、画像が形成される。
【００２１】
（像加熱装置）
図１は本実施形態における像加熱装置（可撓性部材加熱方式）の一例の概略構成図である。この像加熱装置は、可撓性部材２としてエンドレスベルト状若しくは円筒状のものを用い、可撓性部材２の周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とする。この可撓性部材２は加圧体としての加圧ローラ４の回転駆動力で回転駆動されるよう、加熱体３を含むようにして可撓性部材のガイド部材であるステー１に外嵌させてある。
【００２２】
即ち、可撓性部材２は一面を加熱体３と接触摺動し、他面を画像を担持した記録材Ｐと接触し、加熱体３に対し可撓性部材２と記録材Ｐが移動することで、加熱体３の熱を可撓性部材２を介して記録材Ｐへ伝達する。このエンドレスの可撓性部材２の内周長と加熱体３を含むステー１の外周長に関し、可撓性部材２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、可撓性部材２が周長に余裕を持って外嵌しているものとする。本実施形態では、可撓性部材２の外径は１８ｍｍとした。
【００２３】
加圧ローラ４は加熱体３との間に可撓性部材２を挟んでニップ部Ｎを形成し、且つ、可撓性部材２を回転駆動させる可撓性部材外面接触駆動手段としての加圧部材である。加圧ローラ４と可撓性部材２の外面との摩擦力と、加圧ローラ４の回転駆動により、可撓性部材２に回転力が作用する。可撓性部材２の駆動ローラを兼ねる加圧ローラ４は、芯金４ａと弾性体層４ｂと最外層の離形層４ｃから成る。そして、不図示の軸受け手段、付勢手段により所定の押圧力をもって可撓性部材２を挟ませて加熱体３の表面に圧接するように配設してある。
【００２４】
本実施形態では、芯金４ａは鉄芯金を、弾性体層４ｂはシリコーンゴムを、離形層４ｃはＰＦＡをコーティングしたものを用いた。加圧ローラ４の外径は２０ｍｍ、弾性体層４ｂの厚さは３ｍｍとした。
【００２５】
ステー１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で構成している。本実施形態では液晶ポリマーを用いた。
【００２６】
可撓性部材２は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、可撓性部材膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層可撓性部材を使用できる。或いはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の可撓性部材の外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層可撓性部材を使用できる。この他に、膜厚３０μｍ以下のステンレス製の可撓性部材の外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層可撓性部材も使用できる。本実施形態では、膜厚約５０μｍのポリイミド可撓性部材の外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いた。
【００２７】
（並列配置の抵抗発熱体を含む加熱体）
加熱体３は、可撓性部材２および記録材Ｐの搬送方向ａに対して直角方向を長手方向とする細長い形状で耐熱性、絶縁性、良熱伝導性の加熱体基板３１、および基板３１の表面側の長手方向に沿って形成具備させた抵抗発熱体６、７を備える。そして、この２本の抵抗発熱体である、ニップ部の上流側に配置される上流側の抵抗発熱体６と、ニップ部の内側に位置される下流側の抵抗発熱体７は、電気的に並列に接続される。
【００２８】
加熱体３は、抵抗発熱体６、７を形成具備させた基板３１の表面（可撓性部材摺動面であるニップ部に対面する面）側を下向きに露呈させてステー１の下面側に保持させて固定配設されている。更に、この抵抗発熱体を形成した加熱体表面を保護させた耐熱性オーバーコート層３４（図３）、抵抗発熱体３２の給電用電極２１、２２（図１）を備え、全体として低熱容量の加熱体とされている。
【００２９】
図１、図３で交流電源２６に接続されるトライアック（双方向サイリスタ）２５は、相補的な２個のサイリスタを逆並列に接続する構成をとることで、双方向に電流を流すことを可能とし、直流だけでなく交流でも使えるようにしたものである。なお、サイリスタとは、主にゲートからカソードへゲートを流すことにより、アノードとカソード間を導通させることが出来る３端子のである。
【００３０】
加熱体３の裏面（非可撓性部材摺動面）には検温素子５がニップ部の内側に対応する位置に設けられ、ＣＰＵ２４と共に構成される温度制御系によって、ニップ部の内側に位置する下流側の抵抗発熱体７の温度が所定範囲内となるように制御される。
【００３１】
加熱体３の基板３１は、セラミックスとして例えば、アルミナや窒化アルミニウム等の材料が用いられる。本実施形態では、厚さ１ｍｍ、幅６．４ｍｍ、長さ２７０ｍｍのアルミナ基板を使用している。給電用電極２１、２２は銀パラジウムのスクリーン印刷パターン層を用いた。オーバーコート層３４は約５０μｍ厚の耐熱性ガラス層を用いた。
【００３２】
抵抗発熱体の材料として、上流側の抵抗発熱体６（以下では上流側の抵抗発熱体６と記す）に銀パラジウムとガラスの混合物を、下流側の抵抗発熱体７（以下では下流側の抵抗発熱体７と記す）に酸化ルテニウムを用いた。上流側の抵抗発熱体６の抵抗変化率を＋５０００ｐｐｍ／℃、下流側の抵抗発熱体７の抵抗変化率を−５０００ｐｐｍ／℃とした。このような抵抗発熱体をスクリーン印刷により、上下流とも厚み約１０μｍ、幅１．１ｍｍ、全長２２０ｍｍに塗工して形成した。下流側の抵抗発熱体６として、酸化ルテニウムを用いたが、酸化ルテニウム、カーボン、シリコンカーバイトの内、少なくとも１つから成るものを用いれば良い。
【００３３】
抵抗発熱体の基板幅方向における位置に関し、上流側の抵抗発熱体６の中心から基板中心までの距離と、下流側の抵抗発熱体７の中心から基板中心までの距離とが等しくなるように配置した。具体的には、各抵抗発熱体中心から基板中心までの距離を１．９ｍｍとした。基板幅方向の基板両端部から抵抗発熱体６、７までの距離はそれぞれ０．７ｍｍとした。
【００３４】
加熱体３の温度が所定温度に立ち上がり、且つ、加圧ローラ４の回転による可撓性部材２の回転周速度が定常化した状態において、可撓性部材２を挟んで加熱体３と加圧ローラ４とで形成されるニップ部Ｎに記録材Ｐが画像形成部（転写部）より導入される。そして、記録材Ｐが可撓性部材２と一緒にニップ部Ｎを挟持搬送されることにより、加熱体３の熱が可撓性部材２を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着顕画像（トナー画像）Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。圧接ニップ部Ｎを通った記録材Ｐは、可撓性部材２の面から分離されて搬送される。
【００３５】
図１に示すように、本実施形態では加熱体がニップ部の上流側に２ｍｍはみ出した構成をしており、加熱体の上流側の抵抗発熱体６の全体がニップ部の外側である上流側に位置している。本実施形態では上流側の抵抗発熱体６の全体がニップ部の上流側に位置しているが、その一部がニップ部の内側に入っていて、他の部分がニップ部の外側にはみ出ている配置でも、ニップ部の外側の部分にて同様の効果が期待出来る。図１において、下流側の抵抗発熱体７はニップ部の内側に位置している。
【００３６】
本実施形態では、検温素子５はニップ部Ｎの内側に位置し、紙が通紙された際のニップ部Ｎの内側の温度変化を検知している。したがって、ニップ部の内側の抵抗発熱体に流れる電流の量は、ニップ部の内側の温調温度に必要な発熱量を満たす量となり、その結果、良好な定着性を得ることができた。
【００３７】
検温素子５をニップ部の外側に位置させた場合、検温素子５は上流側の抵抗発熱体の温度を検知するため、ニップ部の内側に紙が通紙された際に生じる温度変化を検知することができなくなってしまう。その結果、紙の通紙に合わせてニップ部の内側の抵抗発熱体に流れる電流を制御することができなくなり、第１の実施形態のニップ部の内側の温調温度と同等の温度にするために必要な発熱量を得ることができず、定着不良が発生した。
【００３８】
図４に本実施形態における上流側の抵抗発熱体６と下流側の抵抗発熱体７の抵抗温度特性の概略図を示す。図４において実線が上流側の抵抗発熱体６の抵抗温度特性を、破線が下流側の抵抗発熱体７の抵抗温度特性をそれぞれ示す。室温からの立ち上げ領域においては、上流側の抵抗発熱体６の抵抗値Ｒ２と下流側の抵抗発熱体７の抵抗値Ｒ１の大小関係がＲ１＞Ｒ２となっているが、温調温度付近ではＲ１＜Ｒ２となっている。
【００３９】
即ち、検温素子５およびＣＰＵ２４を備える下流側（ニップ部）の温度制御系により、並列配置される抵抗発熱体にかかる電圧が制御される関係上、ニップ部の上流側で抵抗発熱体６の抵抗値が温度上昇と共に大きくなると、発熱量を小さく抑えられる。
【００４０】
図５は本実施形態における加熱体３の幅方向における温度分布を示したものであり、温度分布はほぼ対称的になっている。その結果、図６に示すように、基板内の温度差によって生じる熱応力が、セラミックス基板の割れが発生する最低熱応力を上回ることがなかったため、セラミックス基板の割れは発生しなかった。
【００４１】
なお、特許文献１ではＲ１＜Ｒ２の関係にあることを特徴としているが、図４に示すように、本実施形態では立ち上げ時においてはＲ１＞Ｒ２の関係でも良く、温調温度付近でＲ１＜Ｒ２の関係となって上流側の抵抗発熱体の温度上昇を抑制できる。また、本実施形態では立ち上げ時においてＲ１＞Ｒ２の関係となることから、立ち上げ時の電力が入りやすくなり、急速な立ち上げを実現できるため好ましい。
【００４２】
本実施形態では上流側の抵抗発熱体６の素早い立ち上げが実現できるため、高速機でも尾引き現象を低減させるだけのプレヒートを得ることができる。記録材を搬送速度２００ｍｍ／ｓで加熱定着処理したところ、尾引き現象は発生しなかった。
【００４３】
以上のように、本実施形態の構成を採ることにより、尾引き現象の低減と共に基板が割れる可能性を抑制しながら良好な定着性を得ることができる。
【００４４】
（比較例）
図７に比較例の正面図及び通電制御を行う回路を表す図を示す。抵抗発熱体の長さ、幅、厚さ、基板上における位置は第１の実施形態と同じであるが、図７に示す通り２本の抵抗発熱体は電気的に直列に接続されている。比較例では抵抗発熱体８の材料として上下流とも銀パラジウムとガラスの混合物を用いている。銀パラジウムとガラスの混合比で定まる比較例の抵抗発熱体８の抵抗温度特性を図８に示す。比較例の加熱体以外の像加熱装置及び画像形成装置の構成は第１の実施形態と同じである。
【００４５】
図６に示すように、比較例では、熱を奪われないニップ部の外側（上流側）の抵抗発熱体の発熱量がニップ部の内側（下流側）のそれに比べて大きくなるため、ニップ部の外側のセラミックス基板の温度の方がニップ部の内側よりも高くなっている。その結果、図６に示すように、比較例で発生した熱応力は、セラミックス基板が割れる最低熱応力を上回り、セラミックス基板が割れてしまった。
【００４６】
《第２の実施形態》
本実施形態においては、加熱体以外の像加熱装置の構成は第１の実施形態と同じである。図９は本実施形態における加熱体の正面図及び通電制御を行う回路を表す図である。本実施形態では、図９に示すように２本の抵抗発熱体９、１０は電気的に並列に接続されている。
【００４７】
本実施形態では、抵抗発熱体の材料として、上流側の抵抗発熱体９にキュリー温度が２００℃のチタン酸バリウムを、下流側の抵抗発熱体１０に銀パラジウムとガラスの混合物を用いた。これらをスクリーン印刷により、上下流とも厚み約１０μｍ、幅１．１ｍｍ、全長２２０ｍｍに塗工して形成した。
【００４８】
上流側の抵抗発熱体９として用いているチタン酸バリウムは、不純物を添加することにより、所望の温度にキュリー温度をシフトさせることが可能である。チタン酸バリウムのキュリー温度は約１２０℃であるが、本実施形態では鉛を添加することによってキュリー温度を２００℃にシフトさせた。
【００４９】
図１０に本実施形態における上流側の抵抗発熱体９と下流側の抵抗発熱体１０の抵抗温度特性の概略図を示す。図１０において実線が上流側の抵抗発熱体９の抵抗温度特性を、破線が下流側の抵抗発熱体１０の抵抗温度特性をそれぞれ示す。
【００５０】
下流側の抵抗発熱体１０の銀パラジウムとガラスの混合物は常温から高温まで緩やかに抵抗値が上昇し続ける。これに対し、上流側の抵抗発熱体９のチタン酸バリウムは、常温から高温になるにつれて抵抗値が下がるものの、キュリー温度である２００℃付近から抵抗値が桁違いに上昇する。抵抗発熱体９、１０は電気的に並列に接続されているため、２００℃以上で上流側の抵抗発熱体９の抵抗値が下流側の抵抗発熱体１０の抵抗値よりも桁違いに大きな値になった場合、電流は抵抗発熱体１０の方にのみ流れる。
【００５１】
したがって、上流側発熱体９は２００℃以上で電力が入らなくなるため、上流側の抵抗発熱体９は２００℃以上に昇温することができなくなり、２００℃付近で上流側の抵抗発熱体９の温度は飽和する（自己温度制御）。従って、下流側の抵抗発熱体１０の温調温度と上流側の抵抗発熱体９のキュリー温度を同じ位に調整しておくことによって、ニップ部の外側に位置する上流側の抵抗発熱体９が、サーミスタで温調されなくても、定着温度と同等の温度に維持することができる。ここで、下流側の抵抗発熱体１０の抵抗温度特性は、正あるいは負のいずれであっても良い。
【００５２】
図１１は本実施形態における加熱体の幅方向における温度分布を示したものである。上述したように、上流側の抵抗発熱体９と下流側の抵抗発熱体１０が同じ温度で維持されるため、温度分布は対称的になった。その結果、図１２に示すように、基板内の温度差によって生じる熱応力が、セラミックス基板の割れが発生する最低熱応力を上回ることがなかったため、セラミックス基板の割れは発生しなかった。
【００５３】
本実施形態で、立ち上げ時においては下流側抵抗値Ｒ１＞上流側抵抗値Ｒ２の関係であっても良く、温調温度付近ではＲ１＜Ｒ２の関係となって上流側の抵抗発熱体の温度上昇を抑制することができる。また、上流側の抵抗発熱体の急速な立ち上げを実現できるため好ましい。
【００５４】
上流側の抵抗発熱体９が２００℃で自己温度制御しているため、高速機でも尾引き現象を低減させるだけのプレヒートを得ることができる。記録材を搬送速度２００ｍｍ／ｓで加熱定着処理したところ、尾引き現象は発生しなかった。本実施形態では、ニップ部の外側に位置する抵抗発熱体の抵抗値がキュリー温度以上で急激に上昇し、それにともないニップ部の外側の抵抗発熱体には電力が入らなくなる。このため、ニップ部の外側の抵抗発熱体はキュリー温度以上に温度が上昇することができなくなる。
【００５５】
即ち、ニップ部の外側の温度は検温素子がなくてもキュリー温度付近で自己温度制御することが可能である。このキュリー温度（自己温度制御温度）をニップ部の内側の温調温度付近に調節しておくことで、尾引き現象を低減するために十分なプレヒートを得るのと同時に、ニップ部の外側とニップ部の内側の温度を均一にし基板割れを防止することが可能である。
【００５６】
本実施形態では、抵抗発熱体を像加熱装置のニップ部の外側にはみ出させた構成にした際にセラミックス基板が割れる可能性を、追加部品のないシンプルな構成により抑制し、さらに尾引き現象を低減させることが可能である。
【００５７】
（変形例）
上述した実施形態においては、電気的に並列に接続された２本の抵抗発熱体について記載したが、本発明はこれに限らず電気的に並列に接続された２本以上の抵抗発熱体であれば良い。即ち、抵抗発熱体のうち少なくとも１本がニップ部Ｎの内側に位置し、抵抗発熱体のうち少なくとも１本の全体またはその一部がニップ部Ｎの上流側で記録材Ｐを前加熱（プレヒート）するためにニップ部Ｎの外側に位置するようにする。
【００５８】
例えば図１３に示すように、ニップ部Ｎの内側に抵抗発熱体Ｇを設け、ニップ部Ｎの外側にニップ部上流側に向かって抵抗発熱体Ｆ（一部がニップ部Ｎよりはみ出している）、抵抗発熱体Ｅ（全部がニップ部Ｎよりはみ出している）を設けても良い。そして、この場合、下流側の抵抗発熱体Ｇが、上流側の抵抗発熱体（ここでは抵抗発熱体Ｆ、Ｅとして複数本の前記抵抗発熱体を電気的に直列に配置）と電気的に並列に接続される関係となれば良い。ここで、抵抗発熱体Ｆと抵抗発熱体Ｅとは互いに電気的に直列に配置される他、並列に配置されても良い。
【００５９】
同様に、下流側の抵抗発熱体が複数本の前記抵抗発熱体を電気的に直列に配置したものを含み、上流側の抵抗発熱体が少なくとも１本であって下流側の抵抗発熱体と電気的に並列に配置されるものであっても良い。また上流側、下流側のいずれもが複数本の前記抵抗発熱体を電気的に直列に配置したものを含み、上流側と下流側の抵抗発熱体が電気的に並列に配置されるものであっても良い。
【００６０】
なお、図１３で上流側の抵抗発熱体Ｆ、Ｅの少なくとも一方を第２の実施形態で説明した自己温度制御型の抵抗発熱体とすることもできる。
【００６１】
また上述した実施形態においては、ニップ部Ｎの外側に設けられる抵抗発熱体に関し、ニップ部Ｎの上流側に設けていたが、本発明はこれに限らず、図１４（Ａ）に示すようにニップ部Ｎの下流側に設けても良い。図１４（Ａ）で、ニップ部Ｎの内側に抵抗発熱体Ｊを設け、ニップ部Ｎの外側としてニップ部下流側に抵抗発熱体Ｋを設ける。
【００６２】
ニップ部Ｎの下流側の抵抗発熱体Ｋで加熱された可撓性部材Ｆ（位置Ｙで加熱）の部分は、コンパクト化のために全周の長さが短くされるという前提で、ほぼ一周して、ニップ部Ｎの上流側の位置Ｘに至る。位置Ｙから位置Ｘに至る経過時間が可撓性部材Ｆの内部を伝達する時間にほぼ等しく、かつ位置Ｘで記録材Ｐが前加熱（プレヒート）されるように記録材Ｐの搬送系が組まれていれば、尾引きの発生を抑えることができる。
【００６３】
ニップ部下流側の抵抗発熱体Ｋに関しては、図１４（Ａ）に示すように全体がニップ部Ｎからはみ出していても良く、あるいは図１４（Ｂ）に示すように一部がニップ部Ｎからはみ出していても良い。ニップ部上流側には抵抗発熱体を設けても良いが、図１４（Ａ）では抵抗発熱体の替わりに可撓性部材Ｆを外挿させる支持部材Ｌを構成している。
【００６４】
なお、上述した実施形態においては、抵抗発熱体を基板３１の下方側（ニップ部Ｎに対面する側）に設けたが、図１５に示すように基板３１の上方側（ニップ部Ｎに対面する側と反対側）に設けても良い。図１５で、１１は基板３１の上方側に形成された下流側の抵抗発熱体７、１０と検温素子５との間の耐電圧を満足するために設けたガラスコート、フッ素樹脂層等の保護層である。
【００６５】
また、上述した実施形態においては、２本以上の抵抗発熱体を配置する基板３１をセラミックスとしたが、熱伝導性など同様の性質を備える材質であればセラミックス以外の材質を用いても良い。
【００６６】
なお、第１の実施形態、第２の実施形態、変形例で記載した事項を本発明の範囲内として適宜組み合わせる構成を採っても良い。
【符号の説明】
【００６７】
１・・ステー、２・・可撓性部材、３・・加熱体、４・・加圧ローラ、４ａ・・芯金、
４ｂ・・弾性体層、４ｃ・・離形層、５・・検温素子、６・・上流側の抵抗発熱体、７・・下流側の抵抗発熱体、２１、２２・・給電用電極、２４・・ＣＰＵ、２５・・トライアック、２６・・ＡＣ電源、Ｎ・・ニップ部、Ｐ・・記録材、Ｔ・・トナー、ａ・・記録材搬送方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やＬＢＰ等、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置に使用される像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば画像の加熱定着等のための記録材の像加熱装置には、所定の温度に維持された加熱ローラと、前記加熱ローラに圧接する加圧ローラとによって被加熱材としての記録材を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ方式が多用されている。また、このほかにもフラッシュ加熱方式、オープン加熱方式、熱板加熱方式等種々の方式、構成のものが知られており、実用されている。
【０００３】
最近では、このような方式に代わって、加熱体と、加熱体の支持体（以下ではステーと記す）と、加熱体に対向圧接しつつ搬送される可撓性部材を備える方式がある。即ち、可撓性部材を介して被加熱材としての記録材を加熱体に密着させる加圧ローラを有し、加熱体の熱を可撓性部材を介して記録材へ付与することで記録材面に形成担持されている未定着画像を記録材面に加熱定着させる可撓性部材加熱方式である。
【０００４】
この加熱装置の加熱体としては、セラミックス基板上に抵抗発熱体を形成し、給電により抵抗発熱体を発熱させ、記録材を加熱する構成が一般的である。加熱体の温度は温度制御系により、加熱体に当接あるいは接着されたサーミスタ等の検温素子で検知され、その検知温度を基に所定の温度になるようにＣＰＵで温度制御されている。
【０００５】
このような可撓性部材加熱方式の像加熱加熱装置においては、加熱体として低熱容量の加熱体を用いることができる。このため、従来の接触加熱方式である熱ローラ方式、ベルト加熱方式等の装置に比べ、省電力及びウェイトタイムの短縮化（クイックスタート）が可能になる。
【０００６】
ここで、可撓性部材加熱方式の像加熱装置においては、記録材の加熱時に、記録材中の水分が水蒸気となり、記録材の印字面から噴き出すときに記録材上の未定着トナーを飛ばしてしまい、画像が乱れることがある。即ち、「尾引き」という可撓性部材加熱方式特有の現象が発生することがある。尾引きは、記録材の水分量が多い場合や像加熱装置のニップ部の内側でトナーを加圧ローラ側へ電気的に引き付ける力が弱い場合等に発生し易い。
【０００７】
尾引きを防止する構成として、記録材搬送方向に対して少なくとも２つの発熱分布のピークを持つ方式が提案されている。即ち、少なくとも１つの発熱分布のピークはニップ部にあり、他の少なくとも１つの発熱分布のピークはニップ部よりも記録材搬送方向上流側に配置されている像加熱装置である（特許文献１）。記録材がニップ部に突入する前の加熱体前面領域での前加熱（以下、プレヒート）により、記録材の中の水分の一部を蒸発させることができるため、尾引き現象を低減化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０６−３１４０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、抵抗発熱体が像加熱装置のニップ部の外側にはみ出していると、はみ出した部分は記録材や加圧ローラに熱を奪われることがないため急激に高温になる。これにより、抵抗発熱体を支持するセラミック基板（例えばアルミナのような熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ、熱膨張率が７．２×１０−６／℃程度の基板）では、はみ出させたその一部分だけ膨張して熱応力が加わり、セラミックス基板が割れるという可能性があった。
【００１０】
このセラミックス基板が割れる可能性を抑制する手段として、特許文献１では３つの構成を提案している。１つ目は、ニップ部の内側とニップ部の外側の抵抗発熱体に各々独立して電力を供給できる構成において、ニップ部の内側の温度を検知する第１の検温素子に加えて、ニップ部の外側の温度を検知する第２の検温素子を設けるという構成である。
【００１１】
２つ目は、ニップ部の内側とニップ部の外側の抵抗発熱体に各々独立して電力を供給できる構成において、ニップ部の外側の抵抗発熱体に、ニップ部の内側の抵抗発熱体に供給される最大電力よりも低い定電力を供給するという構成である。３つ目は、ニップ部の内側の温調温度に合わせてニップ部の内側とニップ部の外側の両方に同時に電力が供給される構成において、最初からニップ部の外側の抵抗発熱体の抵抗値をニップ部の内側よりも高くする。これにより、ニップ部の外側の発熱量を低くするという構成である。
【００１２】
これら３つの構成は、いずれもセラミックス基板の割れに対して有効であるものの、１つ目及び２つ目の構成は、それぞれ第２のサーミスタ及び第２の電源回路を追加する必要がある。３つ目の構成はニップ部の外側の抵抗発熱体の発熱量を最初から低く抑えるため、立ち上がりが遅くなり、尾引き現象を低減させるのに十分なプレヒートが得られなくなるという可能性がある。
【００１３】
特許文献１の実施形態では、記録材の搬送速度が１００ｍｍ／ｓと比較的低速であったために尾引き現象の低減を実現できた。しかし、現在のように記録材の搬送速度が２００ｍｍ／ｓを超える高速になった場合には、より早い立ち上がりによる大きなプレヒートが求められる。
【００１４】
本発明の目的は、尾引き現象を低減させるために前加熱（プレヒート）を与えるように抵抗発熱体を像加熱装置のニップ部の外側にはみ出させる構成にすると共に、基板の割れを簡便に抑制できる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】
【００１５】
上記目的を達成するために、この発明に係わる像加熱装置の代表的な構成は、加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他面を画像を担持した記録材と接触する可撓性部材を有し、前記可撓性部材と圧接する加圧体との間にニップ部を形成し、前記加熱体に対し前記可撓性部材と前記記録材が移動することで前記加熱体の熱を前記可撓性部材を介して前記記録材へ伝達する像加熱装置において、前記加熱体は、基板に２本以上の抵抗発熱体を備え、前記抵抗発熱体のうち少なくとも１本が前記ニップ部の内側に位置し、前記抵抗発熱体のうち少なくとも１本の全体またはその一部が前記ニップ部の上流側で前記記録材を前加熱するために前記ニップ部の外側に位置し、前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体と前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体とが電気的に並列に接続され、且つ、前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体が正の抵抗温度特性を備え、前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体の温度を制御する温度制御系を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、尾引き現象を低減させるために前加熱（プレヒート）を与えることが可能であり、かつ基板割れの恐れのあるニップ部の外側の過剰な発熱を簡便に抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る像加熱装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る像加熱装置を搭載したレーザービームプリンタの要部を示す概略構成図である。
【図３】第１の実施形態における加熱体の平面模型図である。
【図４】第１の実施形態における抵抗発熱体の抵抗温度特性の概略図である。
【図５】第１の実施形態と比較例における加熱体幅方向の温度分布の概念図である。
【図６】第１の実施形態と比較例における加熱体幅方向の熱応力分布の概念図である。
【図７】比較例における加熱体の平面模型図である。
【図８】比較例における抵抗発熱体の抵抗温度特性の概略図である。
【図９】第２の実施形態における加熱体の平面模型図である。
【図１０】第２の実施形態における抵抗発熱体の抵抗温度特性の概略図である。
【図１１】第２の実施形態と比較例における加熱体幅方向の温度分布の概念図である。
【図１２】第２の実施形態と比較例における加熱体幅方向の熱応力分布の概念図である。
【図１３】抵抗発熱体が３本で構成される場合の図である。
【図１４】（Ａ）はニップ部の外側の抵抗発熱体がニップ部下流側に設けられる場合の図、（Ｂ）はニップ部下流側に設けられる抵抗発熱体が一部ニップ部からはみ出ている場合の図である。
【図１５】上流側、下流側の抵抗発熱体が基板の上方側に設けられる場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一又は対応する部分には同一の符号を付す。
【００１９】
《第１の実施形態》
（画像形成装置）
本発明の実施形態に係る像加熱装置を搭載する画像形成装置の一例の概略構成図を図２に示す。この画像形成装置は電子写真方式を用いたレーザービームプリンタである。図２において、１０１は像担持体としての有機感光ドラム、１０２は帯電部材としての帯電ローラ、１０３はレーザー露光装置である。１０４は現像スリーブ及び現像ブレード並びに１成分磁性トナー等から成る現像装置、１０５はクリーニングブレード、１０６は転写ローラ、１０７は加熱定着を行う像加熱装置である。ドラム１０１は、帯電ローラ１０２によって一様に負の電荷に帯電され、露光装置１０３からのレーザービームによってドラム１０１に静電潜像が形成される。
【００２０】
次に、現像装置１０４の中で帯電したトナーがドラム１０１上の静電潜像に付着して可視像となり、転写ローラ１０６上で記録材である紙に転写され、像加熱装置１０７で定着される。クリーニングブレード１０５は、ドラム１０１上に残ったトナーを除去する。以上の各ユニットの働きにより、画像が形成される。
【００２１】
（像加熱装置）
図１は本実施形態における像加熱装置（可撓性部材加熱方式）の一例の概略構成図である。この像加熱装置は、可撓性部材２としてエンドレスベルト状若しくは円筒状のものを用い、可撓性部材２の周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とする。この可撓性部材２は加圧体としての加圧ローラ４の回転駆動力で回転駆動されるよう、加熱体３を含むようにして可撓性部材のガイド部材であるステー１に外嵌させてある。
【００２２】
即ち、可撓性部材２は一面を加熱体３と接触摺動し、他面を画像を担持した記録材Ｐと接触し、加熱体３に対し可撓性部材２と記録材Ｐが移動することで、加熱体３の熱を可撓性部材２を介して記録材Ｐへ伝達する。このエンドレスの可撓性部材２の内周長と加熱体３を含むステー１の外周長に関し、可撓性部材２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、可撓性部材２が周長に余裕を持って外嵌しているものとする。本実施形態では、可撓性部材２の外径は１８ｍｍとした。
【００２３】
加圧ローラ４は加熱体３との間に可撓性部材２を挟んでニップ部Ｎを形成し、且つ、可撓性部材２を回転駆動させる可撓性部材外面接触駆動手段としての加圧部材である。加圧ローラ４と可撓性部材２の外面との摩擦力と、加圧ローラ４の回転駆動により、可撓性部材２に回転力が作用する。可撓性部材２の駆動ローラを兼ねる加圧ローラ４は、芯金４ａと弾性体層４ｂと最外層の離形層４ｃから成る。そして、不図示の軸受け手段、付勢手段により所定の押圧力をもって可撓性部材２を挟ませて加熱体３の表面に圧接するように配設してある。
【００２４】
本実施形態では、芯金４ａは鉄芯金を、弾性体層４ｂはシリコーンゴムを、離形層４ｃはＰＦＡをコーティングしたものを用いた。加圧ローラ４の外径は２０ｍｍ、弾性体層４ｂの厚さは３ｍｍとした。
【００２５】
ステー１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で構成している。本実施形態では液晶ポリマーを用いた。
【００２６】
可撓性部材２は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、可撓性部材膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層可撓性部材を使用できる。或いはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の可撓性部材の外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層可撓性部材を使用できる。この他に、膜厚３０μｍ以下のステンレス製の可撓性部材の外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層可撓性部材も使用できる。本実施形態では、膜厚約５０μｍのポリイミド可撓性部材の外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いた。
【００２７】
（並列配置の抵抗発熱体を含む加熱体）
加熱体３は、可撓性部材２および記録材Ｐの搬送方向ａに対して直角方向を長手方向とする細長い形状で耐熱性、絶縁性、良熱伝導性の加熱体基板３１、および基板３１の表面側の長手方向に沿って形成具備させた抵抗発熱体６、７を備える。そして、この２本の抵抗発熱体である、ニップ部の上流側に配置される上流側の抵抗発熱体６と、ニップ部の内側に位置される下流側の抵抗発熱体７は、電気的に並列に接続される。
【００２８】
加熱体３は、抵抗発熱体６、７を形成具備させた基板３１の表面（可撓性部材摺動面であるニップ部に対面する面）側を下向きに露呈させてステー１の下面側に保持させて固定配設されている。更に、この抵抗発熱体を形成した加熱体表面を保護させた耐熱性オーバーコート層３４（図３）、抵抗発熱体３２の給電用電極２１、２２（図１）を備え、全体として低熱容量の加熱体とされている。
【００２９】
図１、図３で交流電源２６に接続されるトライアック（双方向サイリスタ）２５は、相補的な２個のサイリスタを逆並列に接続する構成をとることで、双方向に電流を流すことを可能とし、直流だけでなく交流でも使えるようにしたものである。なお、サイリスタとは、主にゲートからカソードへゲートを流すことにより、アノードとカソード間を導通させることが出来る３端子のである。
【００３０】
加熱体３の裏面（非可撓性部材摺動面）には検温素子５がニップ部の内側に対応する位置に設けられ、ＣＰＵ２４と共に構成される温度制御系によって、ニップ部の内側に位置する下流側の抵抗発熱体７の温度が所定範囲内となるように制御される。
【００３１】
加熱体３の基板３１は、セラミックスとして例えば、アルミナや窒化アルミニウム等の材料が用いられる。本実施形態では、厚さ１ｍｍ、幅６．４ｍｍ、長さ２７０ｍｍのアルミナ基板を使用している。給電用電極２１、２２は銀パラジウムのスクリーン印刷パターン層を用いた。オーバーコート層３４は約５０μｍ厚の耐熱性ガラス層を用いた。
【００３２】
抵抗発熱体の材料として、上流側の抵抗発熱体６（以下では上流側の抵抗発熱体６と記す）に銀パラジウムとガラスの混合物を、下流側の抵抗発熱体７（以下では下流側の抵抗発熱体７と記す）に酸化ルテニウムを用いた。上流側の抵抗発熱体６の抵抗変化率を＋５０００ｐｐｍ／℃、下流側の抵抗発熱体７の抵抗変化率を−５０００ｐｐｍ／℃とした。このような抵抗発熱体をスクリーン印刷により、上下流とも厚み約１０μｍ、幅１．１ｍｍ、全長２２０ｍｍに塗工して形成した。下流側の抵抗発熱体６として、酸化ルテニウムを用いたが、酸化ルテニウム、カーボン、シリコンカーバイトの内、少なくとも１つから成るものを用いれば良い。
【００３３】
抵抗発熱体の基板幅方向における位置に関し、上流側の抵抗発熱体６の中心から基板中心までの距離と、下流側の抵抗発熱体７の中心から基板中心までの距離とが等しくなるように配置した。具体的には、各抵抗発熱体中心から基板中心までの距離を１．９ｍｍとした。基板幅方向の基板両端部から抵抗発熱体６、７までの距離はそれぞれ０．７ｍｍとした。
【００３４】
加熱体３の温度が所定温度に立ち上がり、且つ、加圧ローラ４の回転による可撓性部材２の回転周速度が定常化した状態において、可撓性部材２を挟んで加熱体３と加圧ローラ４とで形成されるニップ部Ｎに記録材Ｐが画像形成部（転写部）より導入される。そして、記録材Ｐが可撓性部材２と一緒にニップ部Ｎを挟持搬送されることにより、加熱体３の熱が可撓性部材２を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着顕画像（トナー画像）Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。圧接ニップ部Ｎを通った記録材Ｐは、可撓性部材２の面から分離されて搬送される。
【００３５】
図１に示すように、本実施形態では加熱体がニップ部の上流側に２ｍｍはみ出した構成をしており、加熱体の上流側の抵抗発熱体６の全体がニップ部の外側である上流側に位置している。本実施形態では上流側の抵抗発熱体６の全体がニップ部の上流側に位置しているが、その一部がニップ部の内側に入っていて、他の部分がニップ部の外側にはみ出ている配置でも、ニップ部の外側の部分にて同様の効果が期待出来る。図１において、下流側の抵抗発熱体７はニップ部の内側に位置している。
【００３６】
本実施形態では、検温素子５はニップ部Ｎの内側に位置し、紙が通紙された際のニップ部Ｎの内側の温度変化を検知している。したがって、ニップ部の内側の抵抗発熱体に流れる電流の量は、ニップ部の内側の温調温度に必要な発熱量を満たす量となり、その結果、良好な定着性を得ることができた。
【００３７】
検温素子５をニップ部の外側に位置させた場合、検温素子５は上流側の抵抗発熱体の温度を検知するため、ニップ部の内側に紙が通紙された際に生じる温度変化を検知することができなくなってしまう。その結果、紙の通紙に合わせてニップ部の内側の抵抗発熱体に流れる電流を制御することができなくなり、第１の実施形態のニップ部の内側の温調温度と同等の温度にするために必要な発熱量を得ることができず、定着不良が発生した。
【００３８】
図４に本実施形態における上流側の抵抗発熱体６と下流側の抵抗発熱体７の抵抗温度特性の概略図を示す。図４において実線が上流側の抵抗発熱体６の抵抗温度特性を、破線が下流側の抵抗発熱体７の抵抗温度特性をそれぞれ示す。室温からの立ち上げ領域においては、上流側の抵抗発熱体６の抵抗値Ｒ２と下流側の抵抗発熱体７の抵抗値Ｒ１の大小関係がＲ１＞Ｒ２となっているが、温調温度付近ではＲ１＜Ｒ２となっている。
【００３９】
即ち、検温素子５およびＣＰＵ２４を備える下流側（ニップ部）の温度制御系により、並列配置される抵抗発熱体にかかる電圧が制御される関係上、ニップ部の上流側で抵抗発熱体６の抵抗値が温度上昇と共に大きくなると、発熱量を小さく抑えられる。
【００４０】
図５は本実施形態における加熱体３の幅方向における温度分布を示したものであり、温度分布はほぼ対称的になっている。その結果、図６に示すように、基板内の温度差によって生じる熱応力が、セラミックス基板の割れが発生する最低熱応力を上回ることがなかったため、セラミックス基板の割れは発生しなかった。
【００４１】
なお、特許文献１ではＲ１＜Ｒ２の関係にあることを特徴としているが、図４に示すように、本実施形態では立ち上げ時においてはＲ１＞Ｒ２の関係でも良く、温調温度付近でＲ１＜Ｒ２の関係となって上流側の抵抗発熱体の温度上昇を抑制できる。また、本実施形態では立ち上げ時においてＲ１＞Ｒ２の関係となることから、立ち上げ時の電力が入りやすくなり、急速な立ち上げを実現できるため好ましい。
【００４２】
本実施形態では上流側の抵抗発熱体６の素早い立ち上げが実現できるため、高速機でも尾引き現象を低減させるだけのプレヒートを得ることができる。記録材を搬送速度２００ｍｍ／ｓで加熱定着処理したところ、尾引き現象は発生しなかった。
【００４３】
以上のように、本実施形態の構成を採ることにより、尾引き現象の低減と共に基板が割れる可能性を抑制しながら良好な定着性を得ることができる。
【００４４】
（比較例）
図７に比較例の正面図及び通電制御を行う回路を表す図を示す。抵抗発熱体の長さ、幅、厚さ、基板上における位置は第１の実施形態と同じであるが、図７に示す通り２本の抵抗発熱体は電気的に直列に接続されている。比較例では抵抗発熱体８の材料として上下流とも銀パラジウムとガラスの混合物を用いている。銀パラジウムとガラスの混合比で定まる比較例の抵抗発熱体８の抵抗温度特性を図８に示す。比較例の加熱体以外の像加熱装置及び画像形成装置の構成は第１の実施形態と同じである。
【００４５】
図６に示すように、比較例では、熱を奪われないニップ部の外側（上流側）の抵抗発熱体の発熱量がニップ部の内側（下流側）のそれに比べて大きくなるため、ニップ部の外側のセラミックス基板の温度の方がニップ部の内側よりも高くなっている。その結果、図６に示すように、比較例で発生した熱応力は、セラミックス基板が割れる最低熱応力を上回り、セラミックス基板が割れてしまった。
【００４６】
《第２の実施形態》
本実施形態においては、加熱体以外の像加熱装置の構成は第１の実施形態と同じである。図９は本実施形態における加熱体の正面図及び通電制御を行う回路を表す図である。本実施形態では、図９に示すように２本の抵抗発熱体９、１０は電気的に並列に接続されている。
【００４７】
本実施形態では、抵抗発熱体の材料として、上流側の抵抗発熱体９にキュリー温度が２００℃のチタン酸バリウムを、下流側の抵抗発熱体１０に銀パラジウムとガラスの混合物を用いた。これらをスクリーン印刷により、上下流とも厚み約１０μｍ、幅１．１ｍｍ、全長２２０ｍｍに塗工して形成した。
【００４８】
上流側の抵抗発熱体９として用いているチタン酸バリウムは、不純物を添加することにより、所望の温度にキュリー温度をシフトさせることが可能である。チタン酸バリウムのキュリー温度は約１２０℃であるが、本実施形態では鉛を添加することによってキュリー温度を２００℃にシフトさせた。
【００４９】
図１０に本実施形態における上流側の抵抗発熱体９と下流側の抵抗発熱体１０の抵抗温度特性の概略図を示す。図１０において実線が上流側の抵抗発熱体９の抵抗温度特性を、破線が下流側の抵抗発熱体１０の抵抗温度特性をそれぞれ示す。
【００５０】
下流側の抵抗発熱体１０の銀パラジウムとガラスの混合物は常温から高温まで緩やかに抵抗値が上昇し続ける。これに対し、上流側の抵抗発熱体９のチタン酸バリウムは、常温から高温になるにつれて抵抗値が下がるものの、キュリー温度である２００℃付近から抵抗値が桁違いに上昇する。抵抗発熱体９、１０は電気的に並列に接続されているため、２００℃以上で上流側の抵抗発熱体９の抵抗値が下流側の抵抗発熱体１０の抵抗値よりも桁違いに大きな値になった場合、電流は抵抗発熱体１０の方にのみ流れる。
【００５１】
したがって、上流側発熱体９は２００℃以上で電力が入らなくなるため、上流側の抵抗発熱体９は２００℃以上に昇温することができなくなり、２００℃付近で上流側の抵抗発熱体９の温度は飽和する（自己温度制御）。従って、下流側の抵抗発熱体１０の温調温度と上流側の抵抗発熱体９のキュリー温度を同じ位に調整しておくことによって、ニップ部の外側に位置する上流側の抵抗発熱体９が、サーミスタで温調されなくても、定着温度と同等の温度に維持することができる。ここで、下流側の抵抗発熱体１０の抵抗温度特性は、正あるいは負のいずれであっても良い。
【００５２】
図１１は本実施形態における加熱体の幅方向における温度分布を示したものである。上述したように、上流側の抵抗発熱体９と下流側の抵抗発熱体１０が同じ温度で維持されるため、温度分布は対称的になった。その結果、図１２に示すように、基板内の温度差によって生じる熱応力が、セラミックス基板の割れが発生する最低熱応力を上回ることがなかったため、セラミックス基板の割れは発生しなかった。
【００５３】
本実施形態で、立ち上げ時においては下流側抵抗値Ｒ１＞上流側抵抗値Ｒ２の関係であっても良く、温調温度付近ではＲ１＜Ｒ２の関係となって上流側の抵抗発熱体の温度上昇を抑制することができる。また、上流側の抵抗発熱体の急速な立ち上げを実現できるため好ましい。
【００５４】
上流側の抵抗発熱体９が２００℃で自己温度制御しているため、高速機でも尾引き現象を低減させるだけのプレヒートを得ることができる。記録材を搬送速度２００ｍｍ／ｓで加熱定着処理したところ、尾引き現象は発生しなかった。本実施形態では、ニップ部の外側に位置する抵抗発熱体の抵抗値がキュリー温度以上で急激に上昇し、それにともないニップ部の外側の抵抗発熱体には電力が入らなくなる。このため、ニップ部の外側の抵抗発熱体はキュリー温度以上に温度が上昇することができなくなる。
【００５５】
即ち、ニップ部の外側の温度は検温素子がなくてもキュリー温度付近で自己温度制御することが可能である。このキュリー温度（自己温度制御温度）をニップ部の内側の温調温度付近に調節しておくことで、尾引き現象を低減するために十分なプレヒートを得るのと同時に、ニップ部の外側とニップ部の内側の温度を均一にし基板割れを防止することが可能である。
【００５６】
本実施形態では、抵抗発熱体を像加熱装置のニップ部の外側にはみ出させた構成にした際にセラミックス基板が割れる可能性を、追加部品のないシンプルな構成により抑制し、さらに尾引き現象を低減させることが可能である。
【００５７】
（変形例）
上述した実施形態においては、電気的に並列に接続された２本の抵抗発熱体について記載したが、本発明はこれに限らず電気的に並列に接続された２本以上の抵抗発熱体であれば良い。即ち、抵抗発熱体のうち少なくとも１本がニップ部Ｎの内側に位置し、抵抗発熱体のうち少なくとも１本の全体またはその一部がニップ部Ｎの上流側で記録材Ｐを前加熱（プレヒート）するためにニップ部Ｎの外側に位置するようにする。
【００５８】
例えば図１３に示すように、ニップ部Ｎの内側に抵抗発熱体Ｇを設け、ニップ部Ｎの外側にニップ部上流側に向かって抵抗発熱体Ｆ（一部がニップ部Ｎよりはみ出している）、抵抗発熱体Ｅ（全部がニップ部Ｎよりはみ出している）を設けても良い。そして、この場合、下流側の抵抗発熱体Ｇが、上流側の抵抗発熱体（ここでは抵抗発熱体Ｆ、Ｅとして複数本の前記抵抗発熱体を電気的に直列に配置）と電気的に並列に接続される関係となれば良い。ここで、抵抗発熱体Ｆと抵抗発熱体Ｅとは互いに電気的に直列に配置される他、並列に配置されても良い。
【００５９】
同様に、下流側の抵抗発熱体が複数本の前記抵抗発熱体を電気的に直列に配置したものを含み、上流側の抵抗発熱体が少なくとも１本であって下流側の抵抗発熱体と電気的に並列に配置されるものであっても良い。また上流側、下流側のいずれもが複数本の前記抵抗発熱体を電気的に直列に配置したものを含み、上流側と下流側の抵抗発熱体が電気的に並列に配置されるものであっても良い。
【００６０】
なお、図１３で上流側の抵抗発熱体Ｆ、Ｅの少なくとも一方を第２の実施形態で説明した自己温度制御型の抵抗発熱体とすることもできる。
【００６１】
また上述した実施形態においては、ニップ部Ｎの外側に設けられる抵抗発熱体に関し、ニップ部Ｎの上流側に設けていたが、本発明はこれに限らず、図１４（Ａ）に示すようにニップ部Ｎの下流側に設けても良い。図１４（Ａ）で、ニップ部Ｎの内側に抵抗発熱体Ｊを設け、ニップ部Ｎの外側としてニップ部下流側に抵抗発熱体Ｋを設ける。
【００６２】
ニップ部Ｎの下流側の抵抗発熱体Ｋで加熱された可撓性部材Ｆ（位置Ｙで加熱）の部分は、コンパクト化のために全周の長さが短くされるという前提で、ほぼ一周して、ニップ部Ｎの上流側の位置Ｘに至る。位置Ｙから位置Ｘに至る経過時間が可撓性部材Ｆの内部を伝達する時間にほぼ等しく、かつ位置Ｘで記録材Ｐが前加熱（プレヒート）されるように記録材Ｐの搬送系が組まれていれば、尾引きの発生を抑えることができる。
【００６３】
ニップ部下流側の抵抗発熱体Ｋに関しては、図１４（Ａ）に示すように全体がニップ部Ｎからはみ出していても良く、あるいは図１４（Ｂ）に示すように一部がニップ部Ｎからはみ出していても良い。ニップ部上流側には抵抗発熱体を設けても良いが、図１４（Ａ）では抵抗発熱体の替わりに可撓性部材Ｆを外挿させる支持部材Ｌを構成している。
【００６４】
なお、上述した実施形態においては、抵抗発熱体を基板３１の下方側（ニップ部Ｎに対面する側）に設けたが、図１５に示すように基板３１の上方側（ニップ部Ｎに対面する側と反対側）に設けても良い。図１５で、１１は基板３１の上方側に形成された下流側の抵抗発熱体７、１０と検温素子５との間の耐電圧を満足するために設けたガラスコート、フッ素樹脂層等の保護層である。
【００６５】
また、上述した実施形態においては、２本以上の抵抗発熱体を配置する基板３１をセラミックスとしたが、熱伝導性など同様の性質を備える材質であればセラミックス以外の材質を用いても良い。
【００６６】
なお、第１の実施形態、第２の実施形態、変形例で記載した事項を本発明の範囲内として適宜組み合わせる構成を採っても良い。
【符号の説明】
【００６７】
１・・ステー、２・・可撓性部材、３・・加熱体、４・・加圧ローラ、４ａ・・芯金、
４ｂ・・弾性体層、４ｃ・・離形層、５・・検温素子、６・・上流側の抵抗発熱体、７・・下流側の抵抗発熱体、２１、２２・・給電用電極、２４・・ＣＰＵ、２５・・トライアック、２６・・ＡＣ電源、Ｎ・・ニップ部、Ｐ・・記録材、Ｔ・・トナー、ａ・・記録材搬送方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他面を画像を担持した記録材と接触する可撓性部材を有し、前記可撓性部材と圧接する加圧体との間にニップ部を形成し、前記加熱体に対し前記可撓性部材と前記記録材が移動することで前記加熱体の熱を前記可撓性部材を介して前記記録材へ伝達する像加熱装置において、
前記加熱体は、
基板に２本以上の抵抗発熱体を備え、
前記抵抗発熱体のうち少なくとも１本が前記ニップ部の内側に位置し、
前記抵抗発熱体のうち少なくとも１本の全体またはその一部が前記ニップ部の上流側で前記記録材を前加熱するために前記ニップ部の外側に位置し、
前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体と前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体とが電気的に並列に接続され、
且つ、前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体が正の抵抗温度特性を備え、前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体の温度を制御する温度制御系を有することを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体が負の抵抗温度特性を備えることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体が自己温度制御型を備えることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項４】
前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体が、酸化ルテニウム、カーボン、シリコンカーバイトの内、少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
【請求項５】
前記ニップ部の外側に位置する前記自己温度制御型の前記抵抗発熱体がチタン酸バリウムからなることを特徴とする請求項３に記載の像加熱装置。
【請求項６】
前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体が、前記記録材の搬送方向に対して上流側に位置することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項７】
前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体が、前記記録材の搬送方向に対して下流側に位置することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項８】
前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体が、正の抵抗温度特性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項９】
前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体と前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体の少なくとも一方が、電気的に直列に配置した複数本の前記抵抗発熱体を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項１０】
前記２本以上の抵抗発熱体が前記基板の前記ニップ部に対面する側に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項１１】
前記２本以上の抵抗発熱体が前記基板の前記ニップ部に対面する側と反対側に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項１２】
前記基板がセラミックス基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項１】
加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他面を画像を担持した記録材と接触する可撓性部材を有し、前記可撓性部材と圧接する加圧体との間にニップ部を形成し、前記加熱体に対し前記可撓性部材と前記記録材が移動することで前記加熱体の熱を前記可撓性部材を介して前記記録材へ伝達する像加熱装置において、
前記加熱体は、
基板に２本以上の抵抗発熱体を備え、
前記抵抗発熱体のうち少なくとも１本が前記ニップ部の内側に位置し、
前記抵抗発熱体のうち少なくとも１本の全体またはその一部が前記ニップ部の上流側で前記記録材を前加熱するために前記ニップ部の外側に位置し、
前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体と前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体とが電気的に並列に接続され、
且つ、前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体が正の抵抗温度特性を備え、前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体の温度を制御する温度制御系を有することを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体が負の抵抗温度特性を備えることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体が自己温度制御型を備えることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項４】
前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体が、酸化ルテニウム、カーボン、シリコンカーバイトの内、少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
【請求項５】
前記ニップ部の外側に位置する前記自己温度制御型の前記抵抗発熱体がチタン酸バリウムからなることを特徴とする請求項３に記載の像加熱装置。
【請求項６】
前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体が、前記記録材の搬送方向に対して上流側に位置することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項７】
前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体が、前記記録材の搬送方向に対して下流側に位置することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項８】
前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体が、正の抵抗温度特性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項９】
前記ニップ部の内側に位置する前記抵抗発熱体と前記ニップ部の外側に位置する前記抵抗発熱体の少なくとも一方が、電気的に直列に配置した複数本の前記抵抗発熱体を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項１０】
前記２本以上の抵抗発熱体が前記基板の前記ニップ部に対面する側に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項１１】
前記２本以上の抵抗発熱体が前記基板の前記ニップ部に対面する側と反対側に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項１２】
前記基板がセラミックス基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項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１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−７８６３２（Ｐ２０１２−７８６３２Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２４６６８（Ｐ２０１０−２２４６６８）
【出願日】平成２２年１０月４日（２０１０．１０．４）
【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２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月４日（２０１０．１０．４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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