(57)【要約】【課題】記録材が通過しない領域の過昇温を低減できる低コストで、かつ簡単な構成の加熱部材の提供。【解決手段】記録材Ｐに担持されている画像ｔを加熱する像加熱装置に用いられる加熱部材であって、通電により発熱する細長い抵抗発熱体２０と、前記抵抗発熱体の長手方向両端部に設けられている給電電極２０ａと、を有する加熱部材１２において、前記抵抗発熱体は炭化ケイ素からなり、前記抵抗発熱体の温度が２０℃から３００℃の範囲内で、抵抗温度係数が負であり、前記抵抗発熱体の抵抗変化率の絶対値が５００ｐｐｍ／℃以上であるであることを特徴とする。【選択図】図４
2011043671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材に担持されている画像を加熱する像加熱装置に用いられる加熱部材であって、通電により発熱する細長い抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体の長手方向両端部に設けられている給電電極と、を有する加熱部材において、前記抵抗発熱体は炭化ケイ素からなり、前記抵抗発熱体の温度が２０℃から３００℃の範囲内で、抵抗温度係数が負であり、前記抵抗発熱体の抵抗変化率の絶対値が５００ｐｐｍ／℃以上であることを特徴とする加熱部材。
【請求項２】
加熱部材と、前記加熱部材と接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を前記加熱部材と共に挟んでニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ画像を加熱する像加熱装置において、前記加熱部材は、通電により発熱する細長い抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体の長手方向両端部に設けられている給電電極と、を有する加熱部材であって、前記抵抗発熱体は炭化ケイ素からなり、前記抵抗発熱体の温度が２０℃から３００℃の範囲内で、抵抗温度係数が負であり、前記抵抗発熱体の抵抗変化率の絶対値が５００ｐｐｍ／℃以上であることを特徴とする像加熱装置。
【請求項３】
加熱部材と、前記加熱部材と接触しつつ回転する加熱回転部材と、前記加熱回転部材と接触してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ画像を加熱する像加熱装置において、前記加熱部材は、通電により発熱する細長い抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体の長手方向両端部に設けられている給電電極と、を有する加熱部材であって、前記抵抗発熱体は炭化ケイ素からなり、前記抵抗発熱体の温度が２０℃から３００℃の範囲内で、抵抗温度係数が負であり、前記抵抗発熱体の抵抗変化率の絶対値が５００ｐｐｍ／℃以上であることを特徴とする像加熱装置。
【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）に用いれば好適な加熱部材、及びその加熱部材を有する像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式の複写機やプリンタに搭載する像加熱装置（定着器）として、セラミックス製の基板上に発熱抵抗体を有するヒータ、このヒータに接触しつつ移動する可撓性部材、可撓性部材を介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラを有するものがある。特許文献１にはこのタイプの定着装置が記載されている。未定直トナー画像を担持する記録材は定着器の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。この定着器は、ヒータへの通電を開始し定着可能温度まで昇温するのに要する時間が短いというメリットを有する。従って、この定着器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器は、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。ところで、可撓性部材を用いた定着器を搭載するプリンタで小サイズの記録材を大サイズの記録材と同じプリント間隔で連続プリントすると、ヒータの記録材が通過しない領域（非通紙領域）が過度に昇温することが知られている。ヒータの非通紙領域が過昇温すると、ヒータを保持するホルダや加圧ローラが熱により損傷する場合がある。そこで、可撓性部材を用いた定着器を搭載するプリンタでは、小サイズの記録材に連続プリントする場合、大サイズの記録材に連続プリントする場合よりもプリント間隔を広げる制御を行いヒータの非通紙領域の過昇温を抑えている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特許第２７２７８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、プリンタにおいて、プリント間隔を広げる制御は単位時間当りの出力枚数を減らすものであり、単位時間当りの出力枚数を大サイズの記録材の場合と同等或いは若干少ない程度に抑えることが望まれている。そこで、上述した定着器に用いるヒータとして、記録材が通過しない領域の過昇温を低減できる低コストで、かつ簡単な構成のヒータが望まれている。本発明の目的は、記録材が通過しない領域の過昇温を低減できる低コストで、かつ簡単な構成の加熱部材、及びその加熱部材を有す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】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明に係る加熱部材の構成は、記録材に担持されている画像を加熱する像加熱装置に用いられる加熱部材であって、通電により発熱する細長い抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体の長手方向両端部に設けられている給電電極と、を有する加熱部材において、前記抵抗発熱体は炭化ケイ素からなり、前記抵抗発熱体の温度が２０℃から３００℃の範囲内で、抵抗温度係数が負であり、前記抵抗発熱体の抵抗変化率の絶対値が５００ｐｐｍ／℃以上であることを特徴とする。
【０００６】
また、上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、加熱部材と、前記加熱部材と接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を前記加熱部材と共に挟んでニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で像を担持する記録材を挟持搬送しつつ像を加熱する像加熱装置において、前記加熱部材は、通電により発熱する細長い抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体の長手方向両端部に設けられている給電電極と、を有する加熱部材であって、前記抵抗発熱体は炭化ケイ素からなり、前記抵抗発熱体の温度が２０℃から３００℃の範囲内で、抵抗温度係数が負であり、前記抵抗発熱体の抵抗変化率の絶対値が５００ｐｐｍ／℃以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、記録材が通過しない領域の過昇温を低減できる低コストで、かつ簡単な構成の加熱部材、及びその加熱部材を有する像加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は画像形成装置の一例の構成模式図、（ｂ）は実施例１に係る定着装置の一例の横断面模式図
【図２】（ａ）は実施例１に係る定着装置の定着ニップ部及びその近傍の横断面拡大図、（ｂ）は加熱体の平面模式図と通電制御系のブロック回路図、（ｃ）は（ｂ）に示す加熱体のｂ−ｂ線断面拡大図
【図３】（ａ）は実施例１の発熱体と従来例の発熱体における抵抗温度特性の概略図、（ｂ）は実施例１の加熱体の抵抗発熱体のモデル図
【図４】（ａ）は実施例２に係る定着装置の横断面模式図、（ｂ）は実施例２に係る定着装置の定着ニップ部及びその近傍の横断面拡大図
【図５】（ａ）は従来の加熱体の平面模式図と通電制御系のブロック回路図、（ｂ）は（ａ）に示す加熱体のｃ−ｃ線断面拡大図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施例１］
画像形成装置例：以下の説明において画像形成装置及びこの画像形成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。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。幅とは短手方向の寸法である。記録材に関し、幅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。幅とは幅方向の寸法である。図１の（ａ）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転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタであって、ホストコンピュータなどの外部装置（不図示）より入力する画像情報に応じた画像を記録材に形成する。そしてこのプリンタは記録材の最大通紙幅をＡ４サイズ（紙幅：２１０ｍｍ）とする。またこのプリンタの記録材の搬送は、記録材の幅方向における記録材搬送路の中央と記録材の幅方向の中央とを一致させる中央搬送基準である。本実施例１に示す画像形成装置は、外部装置からプリント信号を入力すると、像担持体としてのドラム形状の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１を矢印方向へ所定の周速度（プロセススピード）で回転する。その感光ドラム１の外周面（表面）は帯電部材としての帯電ローラ２によって所定の電位に一様に帯電される。次にその感光ドラム１表面の帯電面に対しレーザー露光装置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による走査露光がなされて、これによって感光ドラム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。そしてその静電潜像は現像装置によりトナー（現像剤）を用いてトナー像（現像像）として現像される。一方、給送カセット（不図示）より記録材搬送機構（不図示）によって所定の給送制御タイミングにて給送された記録材Ｐは感光ドラム１表面のトナー像と同期がとられ感光ドラム１と転写部材としての転写ローラ５との間の転写ニップ部へと搬送される。感光ドラム１表面のトナー像は記録材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、記録材Ｐはそのトナー像を担持する。トナー像を担持する記録材Ｐは定着装置（定着器）７に導入され、その定着器７により熱と圧力を受けることによってトナー像は記録材Ｐ上に加熱定着される。トナー像が加熱定着された記録材Ｐは排出トレイ（不図示）上に排出される。トナー像の転写後に感光ドラム１表面に残る転写残トナーはクリーニング装置６によって感光ドラム１表面から除去される。これにより感光ドラム１表面は次の画像形成に供される。
【００１０】
定着装置：図１の（ｂ）は本実施例１に係る定着装置の一例の横断面模式図である。図２の（ａ）は本実施例１に係る定着装置の定着ニップ部及びその近傍の横断面拡大図である。本実施例１に示す定着装置７は、特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、同４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示のテンションレスタイプのフィルム加熱方式の装置である。この定着装置は、耐熱性フィルム（定着フィルム、可撓性部材）としてエンドレスベルト状もしくは円筒状のものを用いている。そしてその耐熱性フィルム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）とし、該フィルムは加圧ローラ（バックアップ部材）の回転力で従動回転するようにした装置である。
【００１１】
ホルダの説明：１１は加熱部材としての加熱体１２を支持するためのホルダである。ホルダ１１は、横断面略樋形状に形成されている。そしてこのホルダ１１の長手方向両端部は定着装置７のフレーム（不図示）に固定支持されている。このホルダ１１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できる。本実施例１ではホルダ１１は液晶ポリマーを用いて構成した。
【００１２】
耐熱性フィルムの説明：１３は可撓性を有するエンドレス（円筒状）の耐熱性フィルム（以下、フィルムと記す）であり、加熱体１２を支持させているホルダ１１に外嵌させてある。このエンドレスのフィルム１３の内周長と加熱体１２を含むホルダ１１の外周長はフィルム１３の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、従ってフィルム１３は周長に余裕を持って外嵌している。本実施例では、フィルム１３の外径は１８ｍｍとした。このフィルム１３として、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、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の単層フィルムを用いている。或いはフィルム１３として、ベースフィルムの外周面（表面）上に離型層をコーティングした複合層フィルムを用いている。単層フィルム、或いはベースフィルムの形態はエンドレスベルト状（円筒状）である。単層フィルムの材料としては、耐熱性・離型性・強度・耐久性等のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等が用いられる。ベースフィルムの材料としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等が用いられる。離型層の材料としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等が用いられる。本実施例１では、フィルム１３として、膜厚約５０μｍのポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いた。
【００１３】
加圧ローラの説明：１４は加圧ローラであり、フィルム１３を加熱体１２と共に挟んで定着ニップ部（ニップ部）Ｎを形成し、かつフィルム１３を回転させる部材である。この加圧ローラ１４は、芯金１４ａと、芯金１４ａの外周面上に設けられている弾性体層１４ｂと、弾性体層１４ｂの外周面上に設けられている最外層の離形層１４ｃなどからなる。そしてこの加圧ローラ１４は、芯金１４ａの長手方向両端部が上記フレームに軸受（不図示）を介して回転自在に支持されている。そしてその軸受を加圧バネ（不図示）によりフィルム１３の母線方向と直交する方向に向けて加圧している。これにより加圧ローラ１４の弾性体層１４ｂを弾性変形させ加圧ローラ１４の外周面（表面）とフィルム１３の外周面（表面）との間に所定幅の定着ニップ部Ｎを形成している。本実施例１では、芯金１４ａとしてはアルミ芯金を、弾性体層１４ｂとしてはシリコーンゴムを、離形層１４ｃとしてはＰＦＡをコーティングしたものを用いた。加圧ローラ１４の外径は２０ｍｍ、弾性体層１４ｂの厚さは３ｍｍとした。
【００１４】
加熱体の説明：図２の（ｂ）は加熱体の平面模式図と通電制御系のブロック回路図であり、（ｃ）は（ｂ）に示す加熱体のｂ−ｂ線断面拡大図である。本実施例１の加熱体１２は下記の＜１＞〜＜３＞等の要素からなる全体に低熱容量の加熱体である。＜１＞記録材Ｐの面において記録材搬送方向ａに対して直交する方向を長手とする細長の耐熱性・導電性・良熱伝導性の抵抗発熱体２０。＜２＞抵抗発熱体２０の外周面（表面）に形成具備させた、抵抗発熱体２０表面を保護する絶縁性の耐熱オーバーコート層２１。＜３＞抵抗発熱体２０の長手方向両端部にそれぞれ電気的に導通させて、抵抗発熱体２０の長手方向両端部の表面部分に形成具備させた給電用電極窓（給電電極）２０ａ。抵抗発熱体２０は、炭化ケイ素セラミックス材料により形成されている。本実施例１では抵抗発熱体２０として、幅５ｍｍ・長さ２２０ｍｍ・厚さ０．５ｍｍの細長い炭化ケイ素基板を使用している。また抵抗発熱体２０の常温における電極間の総抵抗は１５Ωとした。オーバーコート層２１は、抵抗発熱体２０表面との電気的な絶縁性とフィルム１３との摺動性を確保することが主な目的である。本実施例１では、オーバーコート層２１として厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。オーバーコート層２１においてフィルム１３の内周面（内面）と摺動するフィルム摺動面と反対側の非フィルム摺動面の抵抗発熱体２０の長手方向両端部の内側には、給電用電極窓２０ａが空いている。この給電用電極窓２０ａから抵抗発熱体２０の一部が露出している。そしてその給電用電極窓２０ａから露出している抵抗発熱体２０の一部と接触するように加熱体１２の長手方向両端部に配設されている給電用コネクタ（不図示）を介して抵抗発熱体２０に給電を行うようになっている。抵抗発熱体２０の長手方向一端部側の給電用電極窓２０ａと抵抗発熱体２０の長手方向他端部側の給電用電極窓２０ａとの間の寸法は定着ニップ部Ｎの最大通紙長さＬｍａｘと略等しくなるように設定されている（図２の（ｂ））。この加熱体１２を給電用電極窓２０ａが形成された非フィルム摺動面を上向きにしてホルダ１１の下面に支持させて固定配設してある。上記のような抵抗発熱体２０を具備する加熱体１２を用いることにより、加熱体１２の全体を熱ローラ方式に比べて低熱容量にすることができ、クイックスタートが可能になる。
【００１５】
抵抗発熱体の説明：炭化ケイ素はある温度を境にその温度以下ではＮＴＣ特性すなわち温度が上がると抵抗が低くなる負の抵抗温度特性を示し、その温度以上ではＰＴＣ特性すなわち温度が上がると抵抗が高くなる正の抵抗温度特性を示す性質がある。炭化ケイ素がある温度を境として抵抗温度特性が変わる変曲点温度は４００〜６００℃程度である。本実施例１では、炭化ケイ素よりなる抵抗発熱体２０の変曲点温度以下におけるＮＴＣ特性を利用することで、加熱体１２の記録材Ｐが通過しない非通紙領域の発熱量をＮＴＣ特性にて抑制させている。炭化ケイ素よりなる抵抗発熱体２０の製造方法としては、炭化ケイ素粉末を溶媒中に分散して得られるスラリー状の混合粉体を得る工程と、この混合粉体を成形型に流し込み乾燥させてグリーン体を得る工程と、を有する。またその得られたグリーン体を真空雰囲気下５５０℃〜６５０℃まで昇温する第１の加熱工程と、さらに窒素ガス雰囲気下で１５００℃以上の温度まで昇温した後、上記窒素ガス雰囲気下の温度条件に保持して炭化ケイ素焼結体を得る第２の加熱工程と、を有する。炭化ケイ素粉末として、α型、β型、非晶質あるいはこれらの混合物等が挙げられる。また、高純度の炭化ケイ素発熱体を得るためには、原料の炭化ケイ素粉末として、高純度の炭化ケイ素粉末を用いることが好ましい。高純度の炭化ケイ素粉末は、例えば、次の工程により得ることができる。即ち、少なくとも１種以上のケイ素化合物を含むケイ素源と、少なくとも１種以上の加熱により炭素を生成する有機化合物を含む炭素源と、重合又は架橋触媒と、を溶媒中で溶解し、乾燥した後に得られた粉末を非酸化性雰囲気下で焼成する工程である。ケイ素化合物を含むケイ素源（以下、「ケイ素源」という。）として、液状のものと固体のものとを併用することができるが、少なくとも１種は液状のものから選ばれなくてはならない。液状のものとしては、アルコキシシラン及びテトラアルコキシシランの重合体が用いられる。アルコキシシランの中ではハンドリングの点からは、エトキシシランが好ましい。また、テトラアルコキシシランの重合体としては、重合度が２〜１５程度の低分子量重合体（オリゴマー）及びさらに重合度が高いケイ酸ポリマーで液状のものが挙げられる。これらと併用可能な固体状のものとしては、酸化ケイ素が挙げられる。これらケイ素源は、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。炭素源として用いられる物質は、酸素を分子内に含有し、加熱により炭素を残留する高純度有機化合物であることが好ましい。具体的には、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂やグルコース等の単糖類、蔗糖等の少糖類、セルロース、デンプン等の多糖類などの等の各種糖類が挙げられる。これらはケイ素源と均質に混合するという目的から、常温で液状のもの、溶媒に溶解するもの、熱可塑性あるいは熱融解性のように加熱することにより軟化するものあるいは液状となるものが主に用いられる。なかでも、レゾール型フェノール樹脂やノボラック型フェノール樹脂が好適である。高純度の炭化ケイ素粉末の製造に用いられる重合及び架橋触媒としては、炭素源に応じて適宜選択できる。炭素源がフェノール樹脂やフラン樹脂の場合、トル��ンスルホン酸、トルエンカルボン酸、酢酸、しゅう酸、硫酸等の酸類が挙げられる。これらの中でも、トルエンスルホン酸が好適に用いられる。次に、上記方法によって得られた炭化ケイ素粉末を溶媒中に分散してスラリー状の混合粉体とする工程を説明する。溶媒としては、水、エチルアルコール等の低級アルコール類やエチルエーテル、アセトン等が挙げられる。溶媒としては不純物の含有量が低いものを使用することが好ましい。消泡剤としてはシリコーン消泡剤等が挙げられる。また、炭化ケイ素粉末からスラリー状の混合粉体を製造する際に有機バインダーを添加してもよい。有機バインダーとしては、解膠剤、粉体粘着剤等が挙げられる。解膠剤としては、導電性を付与する効果をさらに上げる点で窒素系の化合物が好ましく、例えばアンモニア、ポリアクリル酸アンモニウム塩等が好適に用いられる。粉体粘着剤としては、ポリビニルアルコールウレタン樹脂（例えば水溶性ポリウレタン）等が好適に用いられる。次に、得られたスラリー状の混合粉体を成形型に流し込み乾燥させてグリーン体を得ることができる。さらに、得られたグリーン体を真空雰囲気下５５０℃〜６５０℃まで昇温する第１の加熱工程と、さらに窒素ガス雰囲気下で１５００℃以上の温度まで昇温した後、その窒素ガス雰囲気下の温度条件に保持して炭化ケイ素焼結体を得る第２の加熱工程と、を有する。以上の製造方法により得られた本実施例１の加熱体１２の抵抗発熱体２０は、高純度、高密度、高靭性の特性を備える。
【００１６】
定着装置の加熱定着動作：本実施例１の定着装置７は、プリント信号に応じて定着モータ（駆動源）Ｍ（図１の（ｂ））が駆動されることにより加圧ローラ１４が矢印方向に所定の周速度で回転される。この加圧ローラ１４の回転により、定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ１４表面とフィルム１３表面との摩擦力でフィルム１３に回転力が作用する。これによりフィルム１３は、フィルム１３の内周面（内面）が定着ニップ部Ｎにおいて加熱体１２のオーバーコート層２１表面と接触しながらステー１１の外回りを矢印方向に加圧ローラ１４の回転周速度とほぼ同じ周速度に追従して回転する（図１の（ａ））。またプリント信号に応じて制御手段としての制御回路部１７（図２の（ｂ））はトライアック１５をオンすることによりＡＣ電源１６から給電コネクタを通じて発熱体１２の抵抗発熱体２０に通電する。これにより抵抗発熱体２０が長手方向全長にわたって発熱し加熱体１２は急速に昇温する。発熱した抵抗発熱体２０はオーバーコート層２１のフィルム摺動面から回転中のフィルム１３を加熱する。抵抗発熱体２０の熱はオーバーコート層２１の非フィルム摺動面側に設けられている検温素子（温度検知部材）１８によって検知される。そして検温素子１８の検知温度（出力信号）はＡ／Ｄ変換されて制御回路部１７に出力される。制御回路部１７は検温素子１８からの検知温度を取り込み、その検知温度に基づいてトライアック１５によりＡＣ電源１６から抵抗発熱体２０に通電する電力を位相、波数制御等により制御して、加熱体１２の温度制御がなされる。即ち、検温素子１８の検知温度が所定の定着温度（目標温度）より低いと加熱体１２が昇温するように加熱体１２への通電を制御し、検温素子１８の検知温度が所定の定着温度より高いと降温するように加熱体１２への通電を制御している。本実施例１では位相制御により出力を０〜１００％まで５％刻みの２１段階で変化させている。出力１００％は加熱体１２に全通電したときの出力を示す。加圧ローラ１４とフィルム１３を回転させ、かつ加熱体１２を所定の定着温度に保った状態において、未定着のトナー像ｔを担持する記録材Ｐがトナー像担持面を上向きにして定着ニップ部Ｎに導入される（図１の（ｂ））。その記録材Ｐは定着ニップ部Ｎで加圧ローラ１４表面とフィルム１３表面とにより挟持されその状態に搬送（挟持搬送）される。そしてその搬送過程においてトナー像ｔにはフィルム１３を介して加熱体１２の抵抗発熱体２０の熱が加えられるとともに定着ニップ部Ｎの圧力が加えられ、その熱と圧力によってトナー像は記録材Ｐの面上に加熱定着される。そしてその記録材Ｐは加熱定着されたトナー像がフィルム１３表面から分離し定着ニップ部Ｎから排出される。
【００１７】
加熱体の評価の説明：本実施例１の加熱体１２の比較例として、従来の加熱体３０を図５に示す。図５の（ａ）は加熱体の平面模式図と通電制御系のブロック回路図であり、（ｂ）は（ａ）に示す加熱体のｃ−ｃ線断面拡大図である。従来の加熱体（以下、従来例の加熱体と記す）３０において、基板３１は細長いプレート状のアルミナセラミックス基板により形成されている。基板３１の表面には長手方向に沿って抵抗発熱体３２が形成されている。この抵抗発熱体３２は、銀／パラジウムとガラスを混合したペーストをスクリーン印刷により、幅５ｍｍ・長さ２２０ｍｍ・厚さ約１０μｍの線帯状に形成したものである。この抵抗発熱体３２の総抵抗は、本実施例１の加熱体１２の抵抗発熱体２０と同じく、常温で１５Ωとした。また、抵抗発熱体３２を保護するために抵抗発熱体３２を覆うように基板３１上に設けられているオーバーコート層３５は、本実施例１の加熱体１２のオーバーコート層２１と同じく厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。また、抵抗発熱体３２の長手方向両端部の外側には給電用電極３３・３４が形成されている。図３の（ａ）は本実施例１の発熱体と従来例の発熱体における抵抗温度特性の概略図である。図３の（ａ）において、横軸は発熱体１２・３０の温度を、縦軸は発熱体１２・３０の抵抗値を示す。破線は従来例の発熱体３０における抵抗発熱体３２の抵抗温度特性を示し、実線は本実施例１の発熱体１２における抵抗発熱体２０の抵抗温度特性を示す。図３の（ａ）に示す通り、従来例の発熱体３０では温度が上がると抵抗が高くなる正の抵抗温度特性（ＰＴＣ特性）を示し、本実施例１の発熱体１２では温度が上がると抵抗が低くなる負の抵抗温度特性（ＮＴＣ特性）を示す。なお、図３の（ａ）では本実施例１の発熱体１２における抵抗発熱体２０について炭化ケイ素の変曲点温度４００℃以下の温度領域を図示している。本実施例１の加熱体１２で用いた炭化ケイ素からなる抵抗発熱体２０の抵抗変化率は−１０００ｐｐｍ／℃（２０℃から３００℃までの抵抗変化率）である。また、従来例の発熱体３０で用いた抵抗発熱体３２の抵抗変化率は１０００ｐｐｍ／℃（２０℃から３００℃までの抵抗変化率）である。
【００１８】
本実施例１の加熱体１２と従来例の加熱体３０について電気抵抗を比較した。本実施例１の加熱体１２を搭載する定着装置（以下、本実施例１の定着装置と記す）１２と従来例の加熱体３０を搭載する定着装置（以下、従来例の定着装置と記す）は何れも加熱体１２・３０以外の構成は同じである。また本実施例１の定着装置１２を搭載する画像形成装置と従来例の定着装置を搭載する画像形成装置は何れも定着装置以外の構成は同じである。なお、以下に説明する従来例の定着装置については本実施例１の定着装置７と同じ部材・部分には同一の符号を付している。画像形成装置の待機時は加熱体１２・３０の温度は常温付近になっているので、本実施例１の加熱体１２の抵抗発熱体２０の総抵抗と従来例の加熱体３０の抵抗発熱体３２の総抵抗はどちらも１５Ω程度である。画像形成装置がプリント信号に応じて加熱体１２・３０の抵抗発熱体２０・３２に通電を開始すると、加熱体１２・３０は定着温度付近まで温度が上昇する。このとき、従来例では抵抗発熱体３２の抵抗は高くなるが、本実施例１では抵抗発熱体２０の抵抗は低くなる。定着温度を２００℃とすると、従来例の抵抗発熱体３２の総抵抗は１７．７Ω、本実施例１の抵抗発熱体２０の総抵抗は１２．３Ωとなる。また、仮に本実施例１の抵抗発熱体２０と従来例の抵抗発熱体３２の温度が３００℃になったとすると、従来例の抵抗発熱体３２の総抵抗は１９．２Ω、本実施例１の抵抗発熱体２０の総抵抗は１０．８Ωとなる。記録材Ｐとして大サイズ紙（Ａ４縦送り：紙幅２１０ｍｍ）を定着ニップ部Ｎに通紙（導入）しているときは、抵抗発熱体２０・３２の長手方向中央部と長手方向端部で温度はほぼ同じであるので、その長手方向中央部と長手方向両端部の抵抗も同じである。ところが、小サイズ紙を定着ニップ部Ｎに通紙すると、小サイズ紙が通過する長手方向中央部では小サイズ紙に熱が奪われるが、小サイズ紙が通過しない長手方向両端部では熱が奪われることがない。そのため、長手方向両端部の温度が長手方向中央部よりも高くなる。よって、従来例の加熱体３０では抵抗発熱体３２の長手方向両端部の抵抗は長手方向中央部よりも高くなるが、本実施例１の加熱体１２では抵抗発熱体２０の長手方向両端部の抵抗は長手方向中央部よりも低くなる。図３の（ｂ）は本実施例１の加熱体の抵抗発熱体のモデル図である。抵抗発熱体２０に流れる電流をＩとし、長手方向中央部の抵抗をＲ１、長手方向両端部の抵抗をＲ２とした場合、長手方向中央部の発熱量Ｗ１はＩ×Ｉ×Ｒ１であり、長手方向両端部の発熱量Ｗ２はそれぞれＩ×Ｉ×Ｒ２である。簡単のため、抵抗がＲ１の長手方向中央部の領域の長さと抵抗がＲ２の長手方向両端部の領域の長さは同じと考える。従来例の定着装置において、加熱体３０の抵抗発熱体３２の長手方向中央部の長さと同じ幅の小サイズ紙を定着ニップ部Ｎに通紙した場合を図３の（ｂ）に基づいて考えると、上述のようにＲ２＞Ｒ１となる。そのため、抵抗発熱体３２の長手方向両端部の発熱量Ｗ２は長手方向中央部の発熱量Ｗ１に比べて大きくなる。よって、従来例の加熱体３０では、抵抗発熱体３２の長手方向両端部の発熱量Ｗ２が大きくなると温度が上昇するので更に抵抗が高くなり、また発熱量が増えるという循環を繰り返してしまう。これに対して、本実施例１の定着装置７において、加熱体１２の抵抗発熱体２０の長手方向中央部の長さと同じ幅の小サイズ紙を定着ニップ部Ｎに通紙した場合を考えると、上述のようにＲ２＜Ｒ１となる。そのため、抵抗発熱体２０の長手方向両端部の発熱量Ｗ２は長手方向中央部の発熱量Ｗ１に比べて小さくなる。上記従来例の定着装置、及び本実施例１の定着装置７において、定着ニップ部Ｎへの記録材Ｐの通紙は中央基準搬送でなされる。検温素子１８は抵抗発熱体２０・３２の長手方向中央に配設されている。この検温素子１８の配設位置は定着ニップ部Ｎに最小の記録材Ｐが通紙されたときの定着ニップ部Ｎの最小通紙長さＬｍｉｎ（図２の（ｂ）及び図５）の長手方向中央と一致している。そしてその検温素子１８の出力信号に基づいて抵抗発熱体２０・３２の長手方向中央の温度を一定にするように温度制御を行っている。そのため、従来例の加熱体３０における抵抗発熱体３２の長手方向中央の発熱量と、本実施例１の加熱体１２における抵抗発熱体２０の長手方向中央の発熱量はほぼ同じである。よって、本実施例１の加熱体１２における抵抗発熱体２０の長手方向両端部の発熱量の方が従来例の加熱体３０における抵抗発熱体３２の長手方向両端部の発熱量よりも小さくなる。よって、本実施例１の加熱体１２の方が従来例の加熱体３０よりも抵抗発熱体の長手方向両端部の温度を低く抑えることができる。従来、抵抗発熱体は金属とガラスの混合物が用いられており、金属が一般的に有するＰＴＣ特性により抵抗発熱体全体としてもＰＴＣ特性を有するものしか実用化されていない。本実施例１では、ＮＴＣ特性を有する炭化ケイ素を発熱体の材料とすることで、ＮＴＣ特性を有する抵抗発熱体２０を実現でき、上述のように非通紙部昇温を防止することができる。
【００１９】
本実施例１の定着装置７と従来例の定着装置との非通紙部昇温を比較した。本実施例１の定着装置７と従来例の定着装置において、加熱体１２・３０以外の構成は同じである。そして本実施例１の定着装置７及び従来例の定着装置が十分室温（２０℃）になじんだ状態からハガキサイズ（小サイズ紙）の記録材を定着ニップ部Ｎに連続して１００枚通紙したときの、非通紙領域の最高温度を比較した。その非通紙領域の温度測定は加熱体１２・３０の非フィルム摺動面を熱電対で測定することにより行った。検温素子１８での検知温度が２００℃になるように制御した。加熱体１２・３０の抵抗発熱体２０・３２への入力電圧は１００Ｖとし、画像形成装置のプロセススピードは１５０ｍｍ／ｓｅｃとした。結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
2011043671.tif 000003
【００２１】
表１に示すように、本実施例１の定着装置７は従来例の定着装置に比べて大幅に非通紙領域の温度を下げることができた。従って、ＮＴＣ特性を有する炭化ケイ素により抵抗発熱体２０を構成した加熱体１２を用いることで、加熱体１２の非通紙領域の非通紙部昇温を低減することができる。本実施例１の加熱体１２は、ＮＴＣ特性を有する炭化ケイ素を用いて抵抗発熱体２０を構成しているので、記録材Ｐが通過しない非通紙領域の非通紙部昇温を低減できる。また抵抗発熱体２０は炭化ケイ素を用いて構成されているので、低コストで、かつ構成が簡単である。また、本実施例１の定着装置７を搭載した画像形成装置は、その定着装置７の有する加熱体１２によって非通紙部昇温を低減できるので、小サイズの記録材の単位時間当りの出力枚数を大サイズの記録材の場合と同等或いは若干少ない程度に抑えることができる。
【００２２】
［実施例２］
定着装置の他の例を説明する。本実施例２では、本実施例２の定着装置において実施例１の定着装置７と同じ部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００２３】
定着装置：図４の（ａ）は本実施例２に係る定着装置の横断面模式図である。図４の（ｂ）は本実施例２に係る定着装置の定着ニップ部及びその近傍の横断面拡大図である。本実施例２に示す定着装置７は熱ローラ方式の装置である。この定着装置７は、加熱体１２と、支持部材としてのホルダ４２と、加熱回転部材としての定着ローラ４０と、バックアップ部材としての加圧ローラ４１と、を有している。定着ローラ４０は以下の部材から構成される。即ち、アルミあるいは鉄製の芯金４０ａの外周面をブラスト処理等の表面粗し処理を行った後、その芯金４０ａの外周面上にシリコンゴムにより形成された弾性層（ソリッドゴム層）４０ｂを設けている。弾性層４０ｂとして、断熱効果を持たせるためにシリコンゴムを発泡して形成された弾性層（スポンジゴム層）、あるいはシリコンゴム層内に中空のフィラーを分散させ、硬化物内に気体部分を持たせ、断熱作用を高めた弾性層（気泡ゴム層）を用いてもよい。定着ローラ４０は、熱容量が大きく、また、熱伝導率が少しでも大きいと、定着ローラ４０表面から受ける加熱体４２の熱を定着ローラ４０内部に吸収しやすく、定着ローラ４０の表面温度が上昇しにくくなる。そのため、弾性層４０ｂはできるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材料の方が、定着ローラ４０の立ち上がり時間に有利である。ここで、上記シリコンゴムのソリッドゴム層は熱伝導率が０．２５〜０．２９Ｗ／（ｍ・ｋ）、スポンジゴム、気泡ゴムは０．１１〜０．１６Ｗ／（ｍ・ｋ）であり、スポンジゴム、気泡ゴムはソリッドゴムの約半分の値を示す。また、熱容量に関係する比重はソリッドゴムが約１．０５〜１．３０、スポンジゴム、気泡ゴムが約０．７５〜０．８５である。従って、定着ローラ４０の弾性層４０ｂの好ましい形態としては、熱伝導率が０．１５Ｗ／（ｍ・ｋ）以下で、比重が０．８５以下の断熱効果の高いスポンジゴムや気泡ゴム層の方が好ましい。また、定着ローラ４０の外径は小さい方が熱容量を抑えられるが、小さすぎると後述する加熱ニップ部Ｈの幅及び定着ニップ部Ｎの幅がかせぎにくくなるため適度な径が必要である。弾性層４０ｂの肉厚に関しても、薄すぎれば金属製の芯金４０ａに熱が逃げるので適度な厚みが必要である。以上を考慮して本実施例２では、適正な加熱ニップ部Ｈを形成でき、且つ熱容量を抑えるために、肉厚が４ｍｍの気泡ゴムを用いて弾性層４０ｂを形成し、外径がφ２０ｍｍの定着ローラ４０を使用した。また、上記に述べた弾性層４０ｂの外周面上には、ＰＦＡをコーティングした離型層４０ｃを形成した。この定着ローラ４０は、定着ローラ４０の芯金４０ａの長手方向両端部が定着装置７のフレーム（不図示）に軸受（不図示）を介して回転自在に支持されている。ホルダ４２は、横断面略逆凹字形状に形成されている。このホルダ４２は、ホルダ４２の長手方向両端部が上記フレームに上下移動自在に支持されている。そして加熱体１２を給電用電極窓２０ａが形成された面を上向きにしてホルダ４２の下面に支持させて固定配設してある。そしてこのホルダ４２は、ホルダ４２の長手方向両端部が加圧バネ（不図示）により定着ローラ４０の母線方向と直交する方向に向けて加圧されている。これにより定着���ーラ４０の弾性体層４０ｂを弾性変形させ加熱体１２と定着ローラ４０表面との間に所定幅の加熱ニップ部Ｈを形成している。このホルダー４２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できる。加圧ローラ４１は、定着ローラと同じ構成とした。従って、加圧ローラ４１は、芯金４１ａと、芯金４１ａの外周面上に設けられている弾性層４１ｂと、弾性層４１ｂの外周面上に設けられている離型層４０ｃと、を有している。この加圧ローラ４１は、加圧ローラ４１の芯金４１ａの長手方向両端部が上記フレームに軸受（不図示）を介して回転自在に支持されている。そしてその加圧ローラ４１の軸受を加圧バネ（不図示）により定着ローラ４０の母線方向と直交する方向に向けて加圧するとともに、定着ローラ４０の軸受を加圧バネ（不図示）により加圧ローラ４１の母線方向と直交する方向に向けて加圧している。これにより加圧ローラ４１の弾性体層４１ｂと定着ローラ４０の弾性体層４０ｂを互いに弾性変形させ加圧ローラ１４の外周面（表面）と定着ローラ４０表面との間に所定幅の定着ニップ部Ｎを形成している。
【００２４】
定着装置の加熱定着動作：本実施例２の定着装置７は、プリント信号に応じて定着モータ（駆動源）Ｍ（図４の（ｂ））が駆動されることにより定着ローラ４０が矢印方向に所定の周速度で回転される。この定着ローラ４０の回転により、定着ニップ部Ｎにおける定着ローラ４０表面と加圧ローラ４１表面との摩擦力で加圧ローラ４１に回転力が作用する。これにより加圧ローラ４１は、定着ローラ４０の回転周速度とほぼ同じ周速度に追従して矢印方向に回転する（図４の（ａ））。またプリント信号に応じて制御手段としての制御回路部１７はトライアック１５をオンすることによりＡＣ電源１６から給電コネクタを通じて発熱体１２の抵抗発熱体２０に通電する。これにより抵抗発熱体２０が長手方向全長にわたって発熱し加熱体１２は急速に昇温する。発熱した抵抗発熱体２０はオーバーコート層２１の定着ローラ４０側の面から回転中の定着ローラ４０を加熱する。抵抗発熱体２０の熱はオーバーコート層２１の定着ローラ４０と反対側の面上に設けられている検温素子１８によって検知される。そして検温素子１８の検知温度（出力信号）はＡ／Ｄ変換されて制御回路部１７に出力される。制御回路部１７は検温素子１８からの検知温度を取り込み、その検知温度に基づいてトライアック１５によりＡＣ電源１６から抵抗発熱体２０に通電する電力を位相、波数制御等により制御して、加熱体１２の温度制御がなされる。即ち、検温素子１８の検知温度が所定の定着温度（目標温度）より低いと加熱体１２が昇温するように加熱体１２への通電を制御し、検温素子１８の検知温度が定着温度より高いと降温するように加熱体１２への通電を制御している。本実施例１では位相制御により出力を０〜１００％まで５％刻みの２１段階で変化させている。出力１００％は加熱体１２に全通電したときの出力を示す。定着ローラ４０と加圧ローラ４１を回転させ、かつ加熱体１２を所定の定着温度に保った状態において、未定着のトナー像ｔを担持する記録材Ｐがトナー像担持面を上向きにして定着ニップ部Ｎに導入される（図４の（ａ））。その記録材Ｐは定着ニップ部Ｎで定着ローラ４０表面と加圧ローラ４１表面とにより挟持されその状態に搬送（挟持搬送）される。そしてその搬送過程においてトナー像ｔには定着ローラ４０表面から熱が加えられるとともに定着ニップ部Ｎの圧力が加えられ、その熱と圧力によってトナー像は記録材Ｐの面上に加熱定着される。そしてその記録材Ｐは加熱定着されたトナー像が定着ローラ４０表面から分離し定着ニップ部Ｎから排出される。
【００２５】
加熱体の評価の説明：本実施例２の定着装置７と従来例の定着装置との非通紙部昇温を比較した。本実施例２の定着装置７と従来例の定着装置において、加熱体１２・３０以外の構成は同じである。そして本実施例２の定着装置７及び従来例の定着装置が十分室温（２０℃）になじんだ状態からハガキサイズ（小サイズ紙）の記録材を定着ニップ部Ｎに連続して１００枚通紙したときの、非通紙領域の最高温度を比較した。その非通紙領域の温度測定は定着ローラ４０の表面を赤外線放射温度計で測定することにより行った。検温素子１８での検知温度が２００℃になるように制御した。加熱体１２・３０の抵抗発熱体２０・３２への入力電圧は１００Ｖとし、画像形成装置のプロセススピードは１５０ｍｍ／ｓｅｃとした。結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】
2011043671.tif 000004
【００２７】
表２に示すように、本実施例２の定着装置７は従来例の定着装置に比べて大幅に非通紙領域の温度を下げることができた。また従来例の定着装置では定着ローラ４０の非通紙領域の温度が耐熱温度を超えてしまったが、本実施例２の定着装置７では定着ローラ４０の非通紙領域の温度が耐熱温度を超えることはなかった。従って、従来例の定着装置では定着ローラ４０の非通紙領域の温度が耐熱温度付近になるとプリント動作を中止し、定着ローラ４０の温度が降温するまで待つ動作が必要である。しかし、本実施例２の定着装置７ではプリント動作を中止する必要がないので、画像形成装置としてのスペックを低下させることがない。本実施例２の加熱体１２は、実施例１の加熱体１２と同じ構成であるので、実施例１の加熱体１２と同じ作用効果を得られる。また、本実施例２の定着装置７を搭載した画像形成装置は、その定着装置７の有する加熱体１２によって非通紙部昇温を低減できるので、実施例１の画像形成装置と同じ作用効果を得られる。
【００２８】
実施例１及び実施例２では、炭化ケイ素からなる抵抗発熱体２０を有する加熱体１２として、抵抗発熱体２０の抵抗変化率が−１０００ｐｐｍ／℃（２０℃から３００℃までの抵抗変化率）である加熱体を説明したが、加熱体はこれに限られない。炭化ケイ素からなる抵抗発熱体を有する加熱体１２として、抵抗発熱体の温度が２０℃から３００℃の範囲内で、抵抗温度係数が負であり、抵抗発熱体の抵抗変化率の絶対値が５００ｐｐｍ／℃以上である加熱体を用いても、同様の作用効果を得ることができる。
【００２９】
［その他の実施例］１）実施例１及び実施例２の定着装置７は、記録材の搬送を中央搬送基準で行う画像形成装置に限られず、記録材の搬送を片側搬送基準で行う画像形成装置に搭載してもよい。ここで、片側搬送基準とは記録材の幅方向の一方の端面を基準として記録材を搬送する搬送形態をいう。２）本発明に係る像加熱装置は、実施例１及び実施例２の定着装置７に限られず、記録材が担持する画像を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する像加熱装置など、広く記録材が担持する画像を加熱処理する手段・装置として使用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１２：加熱体、１３：耐熱性フィルム、１４：加圧ローラ、２０：抵抗発熱体、２０ａ：給電用電極窓、Ｐ：記録材、ｔ：トナー像
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011043671.tif 000007
【図４】
2011043671.tif 000008
【図５】
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