(57)【要約】【課題】給電により発熱する抵抗発熱体６を有する加熱体３によって被加熱材を加熱する加熱装置について、非通紙部昇温の防止を、装置のスペックを低下させることなく、低コストかつ簡単な構成で達成すること。【解決手段】グラファイトの持つＮＴＣ特性を有効に使い、簡単な構成で非通紙部昇温を防止する。具体的には、酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等のセラミックス基板７を凹型断面形状にして、凹部７ａにグラファイトを含有させた抵抗発熱体６を形成し、その上をガラスコート８する。抵抗発熱体６の材料はグラファイト・ガラスを主成分とする。酸化アルミニウムを基板７に用いる場合は表面発熱タイプとし、窒化アルミニウムを基板７に用いる場合は裏面発熱タイプとする。【選択図】図３
2004234998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、基板と、該基板に具備させた、給電により発熱する抵抗発熱体とからなる加熱体によって被加熱材を加熱する加熱装置において、前記加熱体は、基板が被加熱材搬送方向において中央部が端部よりも厚さが薄い凹型断面形状であり、この基板の凹部にグラファイトを含有した抵抗発熱体が充填されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他面を被加熱材と接触するフィルムとを有し、加熱体上をフィルムと被加熱材が一緒に移動することで加熱体の熱をフィルムを介して被加熱材へ伝達する加熱装置において、前記加熱体は、少なくとも、基板と、該基板に具備させた、給電により発熱する抵抗発熱体とからなり、基板が被加熱材搬送方向において中央部が端部よりも厚さが薄い凹型断面形状であり、この基板の凹部にグラファイトを含有した抵抗発熱体が充填されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の加熱装置において、前記抵抗発熱体はグラファイト・ガラスを主成分とすることを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項１から３のいづれか項に記載の加熱装置において、前記抵抗発熱体は少なくとも加熱体最大到達温度以下の温度領域において、負の抵抗温度特性を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の加熱装置において、前記基板はセラミックスであることを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
請求項５に記載の加熱装置において、前記基板は形状の異なる平板状の２枚のグリーンシートを貼り合わせた後焼成して形成するものであることを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の加熱装置において、前記基板は酸化アルミニウムからなることを特徴とする加熱装置。
【請求項８】
請求項５又は６に記載の加熱装置において、前記基板は窒化アルミニウムからなることを特徴とする加熱装置。
【請求項９】
記録材上に画像を形成する像形成手段と、該記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として請求項１から８の何れか１項に記載の加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
少なくとも、基板と、該基板に具備させた、給電により発熱する抵抗発熱体を有し、被加熱材を加熱する加熱体であり、基板が被加熱材搬送方向において中央部が端部よりも厚さが薄い凹型断面形状であり、この基板の凹部にグラファイトを含有した抵抗発熱体が充填されていることを特徴とする加熱体。
【請求項１１】
請求項１０に記載の加熱体において、前記抵抗発熱体はグラファイト・ガラスを主成分とすることを特徴とする加熱体。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の加熱体において、前記抵抗発熱体は少なくとも加熱体最大到達温度以下の温度領域において、負の抵抗温度特性を有することを特徴とする加熱体。
【請求項１３】
請求項１０から１２の何れか１項に記載の加熱体において、前記基板はセラミックスであることを特徴とする加熱体。
【請求項１４】
請求項１３に記載の加熱体において、前記基板は形状の異なる平板状の２枚のグリーンシートを貼り合わせた後焼成して形成するものであることを特徴とする加熱体。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の加熱体において、前記基板は酸化アルミニウムからなることを特徴とする加熱体。
【請求項１６】
請求項１３又は１４に記載の加熱体において、前記基板は窒化アルミニウムからなることを特徴とする加熱体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置において、未定着トナー画像を形成担持させた記録材を加熱して画像を永久固着画像として定着させる加熱定着装置として用いて好適な加熱装置に関する。
【０００２】
更には、該加熱装置を像加熱装置として具備した画像形成装置、及び、該加熱装置に使用される加熱体に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、例えば画像の加熱定着等のための記録材の加熱装置には、所定の温度に維持された加熱ローラと、弾性体層を介して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。
【０００４】
最近では、このような方式に代わって、加熱体（ヒータ）と、加熱体の支持体（ステー）と、加熱体に対向圧接しつつ搬送される耐熱性フィルム（定着フィルム）と、定着フィルム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体（加圧ローラ）を有し、加熱体の熱を定着フィルム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方式、構成の画像加熱定着方式（フィルム加熱方式の加熱装置）が考案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００５】
このようなフィルム加熱方式の加熱装置ないしは画像加熱定着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】
従来のフィルム加熱方式の加熱装置においては、加熱体の基板として酸化アルミニウムや窒化アルミニウムといったセラミックスを用いている。酸化アルミニウムを用いる場合は、基板の表面（フィルム摺動面）に抵抗発熱体を形成し、基板の裏面（非フィルム摺動面）に加熱体の温度を検知し温度制御を行うための検温素子を設ける構成が一般的である（表面発熱タイプ）。
【０００７】
一方、窒化アルミニウムを用いる場合は、酸化アルミニウムより熱伝導率が高いため、基板の裏面（非フィルム摺動面）に抵抗発熱体を形成し、その上から絶縁層を介して検温素子を当接し温度制御する構成の方が熱効率が良い（裏面発熱タイプ）。
【０００８】
前述のフィルム加熱方式の加熱装置において、通紙可能な最大サイズ（以下、大サイズ紙と記す）よりもある程度小さな幅の記録材（以下、小サイズ紙と記す）を通紙した場合、加熱体もしくは被加熱材加熱部の温度制御は通紙部に設けられた検温素子の出力に基づいて行われる場合が多く、非通紙部では記録材に熱を奪われないため、非通紙部の温度が通紙部に比べて上昇する（非通紙部昇温）。
【０００９】
また、特に小サイズ紙でかつ厚い記録材（厚紙・封筒等）が重送して通紙されてしまうような場合には、通紙部では記録材に大量の熱を奪われるため、加熱体に大量の電力が供給され非通紙部昇温が顕著になる。よって重送枚数が多い場合等には、加熱体・加圧ローラ等の劣化・破損に至る危険性がある。また、非通紙部昇温が大きくなると、小サイズ紙を通紙した直後に大サイズ紙を通紙した場合、端部で高温オフセットが発生する可能性がある。
【００１０】
この非通紙部昇温を防止するために、小サイズ紙が連続して通紙される場合は非通紙部の加熱体・加圧ローラ等の保護のためスループットを下げたり（例えば、特許文献５参照）している。
【特許文献１】
特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】
特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】
特開平４−４４０７５公報
【特許文献４】
特開平４−２０４９８０号公報
【特許文献５】
特許第２７２７８９９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スループットを下げることは画像形成装置のスペックダウンになり、別部材を設けるのはコストアップになる。
【００１２】
そこで本発明は、フィルム加熱方式等の加熱装置において、上述した非通紙部昇温の防止を、装置のスペックを低下させることなく、低コストかつ簡単な構成で達成することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の構成を特徴とする加熱装置、画像形成装置、及び加熱体である。
【００１４】
（１）少なくとも、基板と、該基板に具備させた、給電により発熱する抵抗発熱体とからなる加熱体によって被加熱材を加熱する加熱装置において、前記加熱体は、基板が被加熱材搬送方向において中央部が端部よりも厚さが薄い凹型断面形状であり、この基板の凹部にグラファイトを含有した抵抗発熱体が充填されていることを特徴とする加熱装置。
【００１５】
（２）加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他面を被加熱材と接触するフィルムとを有し、加熱体上をフィルムと被加熱材が一緒に移動することで加熱体の熱をフィルムを介して被加熱材へ伝達する加熱装置において、前記加熱体は、少なくとも、基板と、該基板に具備させた、給電により発熱する抵抗発熱体とからなり、基板が被加熱材搬送方向において中央部が端部よりも厚さが薄い凹型断面形状であり、この基板の凹部にグラファイトを含有した抵抗発熱体が充填されていることを特徴とする加熱装置。
【００１６】
（３）前記（１）又は（２）に記載の加熱装置において、前記抵抗発熱体はグラファイト・ガラスを主成分とすることを特徴とする加熱装置。
【００１７】
（４）前記（１）から（３）のいづれか項に記載の加熱装置において、前記抵抗発熱体は少なくとも加熱体最大到達温度以下の温度領域において、負の抵抗温度特性を有することを特徴とする加熱装置。
【００１８】
（５）前記（１）から（４）の何れか１項に記載の加熱装置において、前記基板はセラミックスであることを特徴とする加熱装置。
【００１９】
（６）前記（５）に記載の加熱装置において、前記基板は形状の異なる平板状の２枚のグリーンシートを貼り合わせた後焼成して形成するものであることを特徴とする加熱装置。
【００２０】
（７）前記（５）又は（６）に記載の加熱装置において、前記基板は酸化アルミニウムからなることを特徴とする加熱装置。
【００２１】
（８）前記（５）又は（６）に記載の加熱装置において、前記基板は窒化アルミニウムからなることを特徴とする加熱装置。
【００２２】
（９）記録材上に画像を形成する像形成手段と、該記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として前記（１）から（８）の何れか１項に記載の加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【００２３】
（１０）少なくとも、基板と、該基板に具備させた、給電により発熱する抵抗発熱体を有し、被加熱材を加熱する加熱体であり、基板が被加熱材搬送方向において中央部が端部よりも厚さが薄い凹型断面形状であり、この基板の凹部にグラファイトを含有した抵抗発熱体が充填されていることを特徴とする加熱体。
【００２４】
（１１）前記（１０）に記載の加熱体において、前記抵抗発熱体はグラファイト・ガラスを主成分とすることを特徴とする加熱体。
【００２５】
（１２）前記（１０）又は（１１）に記載の加熱体において、前記抵抗発熱体は少なくとも加熱体最大到達温度以下の温度領域において、負の抵抗温度特性を有することを特徴とする加熱体。
【００２６】
（１３）前記（１０）から（１２）の何れか１項に記載の加熱体において、前記基板はセラミックスであることを特徴とする加熱体。
【００２７】
（１４）前記（１３）に記載の加熱体において、前記基板は形状の異なる平板状の２枚のグリーンシートを貼り合わせた後焼成して形成するものであることを特徴とする加熱体。
【００２８】
（１５）前記（１３）又は（１４）に記載の加熱体において、前記基板は酸化アルミニウムからなることを特徴とする加熱体。
【００２９】
（１６）前記（１３）又は（１４）に記載の加熱体において、前記基板は窒化アルミニウムからなることを特徴とする加熱体。
【００３０】
すなわち、グラファイトはある温度を境にその温度以下ではＮＴＣ特性（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：温度が上がると抵抗が低くなる負の抵抗温度特性）を、その温度以上ではＰＴＣ特性（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：温度が上がると抵抗が高くなる正の抵抗温度特性）を示す性質があり、その変曲点温度は７００℃程度である。本発明ではこのグラファイトを抵抗発熱体に含有させることで抵抗発熱体に変曲点温度以下においてＮＴＣ特性を具備させて非通紙部に対応する抵抗発熱体部分の発熱量をＮＴＣ特性にて抑制させ、これにより非通紙部昇温の防止を、装置のスペックを低下させることなく、低コストかつ簡単な構成で達成した。
【００３１】
また、加熱体基板の断面形状を凹型にして、その凹部に抵抗発熱体を充填する構成をとることによって、抵抗発熱体の断面積を大きくすることができ、シート抵抗の高いグラファイトをＮＴＣ特性を損なうことなく抵抗発熱体として用いることができる。
【００３２】
上記構成からなる加熱装置及び画像形成装置を用いることによって、非通紙部昇温を防止することができ、より安全で製品寿命が長く画像も良好な加熱装置及び画像形成装置を提供することが可能になる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
以下、図面を参照し本発明の第１の実施例を説明する。
【００３４】
（１）画像形成装置例
図１は本実施例における画像形成装置の要部の概略構成模型図である。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る。
【００３５】
１０１は像担持体として有機感光ドラム、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、１０４は現像スリーブ及び現像ブレードならびに１成分磁性トナー等からなる現像装置、１０５はクリーニングブレード、１０６は転写ローラ、１０７は加熱定着装置である。本実施例の画像形成装置は最大通紙幅をＡ４サイズ（紙幅：２１０ｍｍ）とする。また通紙は中央基準搬送でなされるものとする。
【００３６】
有機感光ドラム１０１は所定の周速度にて回転駆動され、帯電ローラ１０２によって本例の場合は負の所定電位に一様に帯電される。そしてその有機感光ドラム１０１の一様帯電処理面にレーザー露光装置１０３からのレーザービームによる画像情報の走査露光がなされて、有機感光ドラム１０１に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。
【００３７】
次に、現像装置１０４の中で帯電したネガトナーが有機感光ドラム１０１上の静電潜像の露光明部に付着して静電潜像がトナー像として可視像となる（反転現像）。
【００３８】
一方、所定の給紙制御タイミングにて給紙ローラ１０８が回転駆動されて給紙カセット１０９から紙等の記録材Ｐが１枚分離給送されて、搬送ローラ１１０、レジストローラ１１１等を含むシートパス１１２を通って有機感光ドラム１０１と転写ローラ１０６との当接部である転写ニップ部に所定の制御タイミングにて導入され、記録材Ｐの面に有機感光ドラム１０１上のトナー像が順次に転写される。
【００３９】
転写ニップ部を出た記録材Ｐは、有機感光ドラム１０１面から分離されて、シートパス１１３を通って画像加熱定着装置１０７に導入されてトナー像の加熱定着処理を受け、シートパス１１４を通って排紙トレイ１１５上に排出される。
【００４０】
また記録材分離後の有機感光ドラム１０１面はクリーニングブレード１０５により転写残トナーの除去を受けて清掃され、繰り返して作像に供される。
【００４１】
（２）画像加熱定着装置１０７
図２は本実施例における画像加熱定着装置（以下、定着装置と記す）１０７の要部の概略構成模型図である。この定着装置１０７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加熱装置である。
【００４２】
このテンションレスタイプのフィルム加熱方式の定着装置（加熱装置）は、耐熱性フィルム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、該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、フィルムは加圧部材の回転駆動力で回転駆動するようにした装置である。
【００４３】
１はステーであり、加熱体保持部材兼フィルムガイド部材としての耐熱性・剛性部材である。３は加熱体としてのセラミックヒータであり、上記のステー１の下面にステー長手に沿って配設して保持させてある。２はエンドレス（円筒状）の耐熱性フィルムであり、加熱体３を含むフィルムガイド部材であるステー１に外嵌させてある。このエンドレスの耐熱性フィルム２の内周長と加熱体３を含むステー１の外周長はフィルム２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、従ってフィルム２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２の外径は１８ｍｍとした。
【００４４】
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できる。本実施例では液晶ポリマーを用いた。
【００４５】
フィルム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、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層フィルム、或いはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例では膜厚約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。
【００４６】
４は加熱体３との間にフィルム２を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成し、かつフィルム２を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段としての加圧ローラである。この加圧ローラ４は芯金４ａと弾性体層４ｂと最外層の離形層４ｃからなり、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フィルム２を挟ませて加熱体３の表面に圧接させて配設してある。本実施例では、芯金４ａはアルミ芯金を、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。
【００４７】
この加圧ローラ４は駆動系Ｍにより矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ４の回転駆動により、圧接ニップ部Ｎにおける該加圧ローラとフィルム外面との摩擦力でフィルム２に回転力が作用して、フィルム２はその内面側が圧接ニップ部Ｎにおいて加熱体３の表面に密着して摺動しながらステー１の外回りを矢印の反時計方向に加圧ローラ４の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転状態になる。
【００４８】
加熱体３は次の（３）項で詳述するように、グラファイトを含む抵抗発熱体を有するセラミックヒータであり、給電回路部１２・１３から抵抗発熱体に対する給電による該抵抗発熱体の発熱で迅速に昇温する。その加熱体３の昇温が検温素子５で検知され、その検知温度情報が制御回路部（ＣＰＵ）１１に入力する。制御回路部１１は検温素子５で検知される加熱体温度が所定の温度（定着温度）に維持されるように、給電回路部１２・１３から加熱体３の抵抗発熱体に対する給電を制御して加熱体３を温調する。
【００４９】
そして、加熱体３の温度が所定に立ち上がり、かつ加圧ローラ４の回転によるフィルム２の回転周速度が定常化した状態において、フィルム２を挟んで加熱体３と加圧ローラ４とで形成される圧接ニップ部Ｎに被加熱材としての画像定着すべき記録材Ｐが画像形成部（転写部）より導入される。そして、記録材Ｐがフィルム２と一緒に圧接ニップ部Ｎを挟持搬送されることにより加熱体３の熱がフィルム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はフィルム２の面から分離されて搬送される。
【００５０】
（３）加熱体３
図３の（ａ）は加熱体３の表面側の一部切欠き平面模型図と、裏面側の平面模型図と、通電制御系のブロック回路図である。（ｂ）は加熱体３の拡大横断面模型図である。
【００５１】
本実施例の加熱体３は下記の▲１▼〜▲５▼等の要素からなる全体に低熱容量で、表面発熱タイプの加熱体である。
【００５２】
▲１▼．被加熱材としての記録材Ｐの搬送方向ａに対して直角方向を長手とする細長の耐熱性・絶縁性・良熱伝導性の基板７
▲２▼．該基板７の表面側（フィルム摺動面側）の短手方向中央部に基板長手に沿って形成具備させた凹部（凹溝部）７ａに充填して具備させた抵抗発熱体６
▲３▼．該抵抗発熱体６の両端部にそれぞれ電気的に導通させて、基板両端部側の表面部分に形成具備させた第１と第２の給電用電極９・１０
▲４▼．上記の第１と第２の給電用電極９・１０部分は露呈させ、抵抗発熱体６を覆わせて基板表面に形成具備させた、抵抗発熱体を形成した加熱体表面（フィルム摺動面）を保護する耐熱性オーバーコート層８
▲５▼．基板７の裏面側（非フィルム摺動面側）において、基板長手方向の略中央部（最小通紙幅）内に配置した、加熱体の温度を制御するためのサーミスタ等の検温素子５。
【００５３】
本実施例では基板７は酸化アルミニウム基板を用いた。この酸化アルミニウム基板７は、図４のように、２枚の平板状のグリーンシート７１・７２を貼り合わせた後焼成することで凹型形状となっている。１４は２枚のグリーンシートの貼り合わせ面である。本実施例の加熱体の製法については後述する。
【００５４】
本実施例の抵抗発熱体６は、グラファイト・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板７の凹部７ａに形成して得たものである。本実施例においては、抵抗発熱体６の常温のシート抵抗は約４０Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）のものを用い、抵抗発熱体６の常温における総抵抗は３０Ωとした。
【００５５】
第１と第２の給電用電極９・１０は銀パラジウムのスクリーン印刷パターンを用いた。
【００５６】
オーバーコート層８は、抵抗発熱体６と加熱体３表面との電気的な絶縁性とフィルム２の摺動性とを確保することが主な目的である。本実施例では、オーバーコート層８として厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。
【００５７】
検温素子５は加熱体３の裏面（非フィルム摺動面）において最小通紙幅内に設けられている。本実施例では、検温素子５として加熱体３から分離した外部当接型のサーミスタを用いている。この外部当接型サーミスタ５は、例えば支持体上に断熱層を設けその上にチップサーミスタの素子を固定し、素子を下側（加熱体裏面側）に向けて所定の加圧力により加熱体裏面に当接するような構成をとる。本実施例では、支持体として高耐熱性の液晶ポリマーを、断熱層としてセラミックスペーパーを積層したものを用いた。外部当接型サーミスタ５は制御回路部（ＣＰＵ）１１に通じている。
【００５８】
本実施例の加熱体３において、基板７は図４の（ａ）のように、被加熱材搬送方向ａにおいて中央部が端部よりも厚さが薄い凹型断面形状である。すなわち基板７の表面側（フィルム摺動面側）の短手方向中央部に基板長手に沿って凹部７ａを具備させたものである。幅７．０ｍｍ・長さ２７０ｍｍ・総厚１．６３５ｍｍとした。図４の（ａ）中のｄ１は０．６３５ｍｍ、ｄ２は１．０ｍｍとした。抵抗発熱体６は幅３．０ｍｍ・長さ２２０ｍｍ・厚さ（ｄ２）１．０ｍｍとした。
【００５９】
このような基板７は図４の（ｂ）のように、形状の異なる平板状の２枚のグリーンシート７１と７２を貼り合わせた後焼成して形成することで得られる。
【００６０】
以下に本実施例の加熱体３の製法を図４を参照して述べる。まず、焼成後に厚さ０．６３５ｍｍになる酸化アルミニウム基板の第１のグリーンシート７１と、焼成後に厚さ１．０ｍｍになる酸化アルミニウム基板の第２のグリーンシート７２と貼り合わせる。１４はグリーンシートの貼り合わせ面である。厚さ０．６３５ｍｍになる第１のグリーンシート７１は直方体であるが、厚さ１．０ｍｍになる第２のグリーンシート７２は抵抗発熱体６を充填する部分が型抜きされた形状になっている。２枚のグリーンシート７１・７２を貼り合わせた後、１５００℃程度の焼成温度で焼成し、一体化された酸化アルミニウム基板７を得る。図３・４では分かりやすくするためにグリーンシート７１・７２の貼り合わせ面１４を破線で示しているが、実際には一体化されているので境目が存在するわけではない。
【００６１】
次に、第１と第２の給電用電極９・１０を図４の（ａ）のＡ・Ｂの位置にスクリーン印刷し、８００℃程度の焼成温度で焼成する。
【００６２】
そして、前述した抵抗発熱体ペーストをスクリーン印刷により、基板７の凹部７ａに充填し焼成する。グラファイトは７００℃程度で表面酸化が始まるので、焼成温度は約６００℃とした。抵抗発熱体６の長手両端部と給電用電極９・１０は導通がとれるように、給電用電極９・１０は基板７の凹部７ａの長手方向端部の側面にも形成しておく。その後、オーバーコート層８をスクリーン印刷により形成し焼成する。グラファイトの耐熱性に考慮して、オーバーコート層８の材料は４００〜５００℃で焼成可能なガラスを選択した。
【００６３】
この加熱体３を抵抗発熱体６を形成具備させた表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してある。
【００６４】
以上の構成をとることにより、加熱体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。
【００６５】
加熱体３は、抵抗発熱体６の長手両端部の第１と第２の給電用電極９・１０に対するＡＣ電源１３からの給電により抵抗発熱体６が長手全長にわたって発熱することで昇温する。
【００６６】
検温素子５はリード線を通じて制御回路部１１に導通しており、加熱体３の昇温が該検温素子５で検知され、検温素子５の出力をＡ／Ｄ変換し制御回路部１１に取り込み、その情報に基づいてトライアック１２によりＡＣ電源１３から抵抗発熱体６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３の温度制御がなされる。
【００６７】
即ち検温素子５の検知温度が所定の設定温度より低いと加熱体３が昇温するように、設定温度より高いと降温するように通電を制御することで、加熱体３は定着時一定温度に保たれる。なお、本実施例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％は加熱体に全通電したときの出力を示す。
【００６８】
（４）グラファイトを含む抵抗発熱体について
グラファイト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、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り、その変曲点温度は７００℃程度である。
【００６９】
本発明ではこのグラファイトを抵抗発熱体に含有させることで抵抗発熱体に変曲点温度以下においてＮＴＣ特性を具備させて非通紙部に対応する抵抗発熱体部分の発熱量をＮＴＣ特性にて抑制させ、これにより非通紙部昇温の防止を、装置のスペックを低下させることなく、低コストかつ簡単な構成で達成した。
【００７０】
本実施例の加熱体３における抵抗発熱体６は、前述したように、グラファイト・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により基板７の凹部７ａに形成し焼成して得た、幅３．０ｍｍ・長さ２２０ｍｍ・厚さ（ｄ２）１．０ｍｍのものである。本実施例においては、抵抗発熱体６の常温のシート抵抗は約４０Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）のものを用い、抵抗発熱体６の常温における総抵抗は３０Ωとした。
【００７１】
図７に従来例（比較例）の表面加熱タイプの加熱体の断面図を示す。１５は従来例の抵抗発熱体であり、銀パラジウム・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストを、平板の酸化アルミニウム基板７にスクリーン印刷により、幅３．０ｍｍ・長さ２２０ｍｍ・厚さ約１０μｍの線帯状に形成して得たものである。従来の抵抗発熱体１５は、常温のシート抵抗が約０．４Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）であるものを用いた。総抵抗は、本実施例と同じく、常温で３０Ωとした。酸化アルミニウム基板７は本実施例と同じ材質の幅７．０ｍｍ・長さ２７０ｍｍ・厚さ０．６３５ｍｍの寸法のものを用いた。１６は、オーバーコート層であり、本実施例と同じく約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。５は、本実施例と同構成の外部当接型サーミスタである。
【００７２】
図５に本実施例及び従来例の抵抗発熱体６・１５の抵抗温度特性の概略図を示す。横軸は抵抗発熱体の温度を、縦軸は抵抗値を示す。細線は従来例の抵抗発熱体１５の抵抗温度特性を示し、太線は本実施例の抵抗発熱体６の抵抗温度特性を示す。図５に示す通り、従来例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５はグラファイトの変曲点温度７００℃以下の温度領域を図示している。
【００７３】
本実施例の抵抗発熱体６の抵抗変化率は−２０００ｐｐｍ／℃程度（２５℃から３００℃までの抵抗変化率、以下の値も同様）であり、従来例の抵抗発熱体１５の抵抗変化率は１０００ｐｐｍ／℃程度である。
【００７４】
画像形成装置の待機時は加熱体の温度は常温付近になっているので、本実施例・従来例とも抵抗は３０Ω程度である。画像形成装置がプリント信号を受信すると加熱体に通電を開始し、定着温度付近まで温度が上昇するので、従来例では抵抗発熱体１５の抵抗が高くなり、本実施例では抵抗発熱体６の抵抗が低くなる。定着温度を２００℃とすると、抵抗発熱体の総抵抗は従来例で３５．２５Ω、本実施例では１９．５０Ωとなる。また、仮に抵抗発熱体の温度が３００℃になったとすると、総抵抗は従来例で３８．２５Ω、本実施例では１３．５０Ωとなる。大サイズ紙（Ａ４縦送り：紙幅２１０ｍｍ）を通紙しているときは、抵抗発熱体の中央部と端部で温度はほぼ同じであるので、中央部と端部の抵抗も同じであるが、小サイズ紙を通紙すると前述した非通紙部昇温により端部の温度が中央部よりも高くなる。よって、従来例では、端部の抵抗は中央部よりも高くなり、本実施例では端部の抵抗が中央部よりも低くなる。
【００７５】
図６は抵抗発熱体のモデル図である。抵抗発熱体に流れる電流をＩとし、中央部の抵抗をＲ１、端部の抵抗をＲ２とした場合、中央部の発熱量Ｗ１はＩ２・Ｒ１であり、端部の発熱量Ｗ２はＩ２・Ｒ２である（簡単のため、抵抗がＲ１の領域と抵抗がＲ２の領域の長さは同じと考える）。
【００７６】
従来例において小サイズ紙を通紙した場合を考えると、Ｒ２＞Ｒ１となるので、端部の発熱量Ｗ２は中央部の発熱量Ｗ１に比べて大きくなる。発熱量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。
【００７７】
一方、本実施例において小サイズ紙を通紙した場合を考えると、Ｒ２＜Ｒ１となるので、端部の発熱量Ｗ２は中央部の発熱量Ｗ１に比べて小さくなる。従来例も本実施例も、通紙は中央基準搬送でなされ、検温素子５は最小通紙幅内である加熱体中央部にあり、どちらも中央部の温度を一定にするように温度制御を行っているので、従来例の中央部の発熱量と本実施例の中央部の発熱量はほぼ同じである。よって、本実施例の端部の発熱量の方が従来例の端部の発熱量よりも小さくなり、本実施例の方が従来例よりも端部の温度を低く抑えることができる。
【００７８】
従来、フィルム加熱方式の加熱装置の抵抗発熱体は、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。本発明ではＮＴＣ特性を有するグラファイトを抵抗発熱体に含有させることで、ＮＴＣ特性を有する抵抗発熱体を実現でき、非通紙部昇温を防止することができる。
【００７９】
なお、従来例の加熱体のように、グラファイトを含有する抵抗発熱体を基板上に薄層状（厚さ１０〜１００μｍ程度）に形成する方法も考えられるが、グラファイトはシート抵抗が高いので、薄層状にするには抵抗を下げる材料を含有させる必要がある。抵抗を下げる材料としては金属が考えられるが、金属はＰＴＣ特性を有しているため、グラファイトのＮＴＣ特性が打ち消され抵抗変化率が大きくなってしまい非通紙部昇温防止の効果も低減する（抵抗変化率が小さいほど、非通紙部の温度を低くすることができる）。金属以外でグラファイトよりも抵抗が低い材料も存在するが、それらでは抵抗が高く抵抗発熱体の総抵抗を所望の値にすることが不可能である。また、仮に抵抗を下げる材料を含有させないで薄層状の抵抗発熱体を形成すると、抵抗発熱体の総抵抗が高くなりすぎ加熱体の立ち上げ及び通紙時の温度維持に必要な電力を得ることができなくなってしまう（総抵抗の値は画像形成装置のスループット・加熱装置の構成等によって決定される）。
【００８０】
本実施例のように加熱体基板７の断面形状を凹型にして、その凹部７ａに抵抗発熱体６を充填する構成をとることによって、抵抗発熱体６の断面積を大きくすることができ、シート抵抗の高いグラファイトをＮＴＣ特性を損なうことなく抵抗発熱体として用いることができる。
【００８１】
単純に抵抗発熱体の断面積を大きくするだけであれば、平板の基板に厚く抵抗発熱体を形成する方法も考えられるが、グラファイトは強度があまり強くないため、常に加圧ローラ４で加圧された状態では耐久性に問題がある。よって、基板７の断面形状を凹型にして、抵抗発熱体６の両側の基板部分もフィルム２を介して加圧ローラ４に当接して圧接ニップ部Ｎを形成する本実施例の構成が望ましい。
【００８２】
以下に本実施例の加熱装置と従来例の加熱装置との比較を示す。本実施例と従来例で加熱体以外の構成は同じとし、加熱装置が十分室温（２５℃）になじんだ状態からハガキサイズ（小サイズ紙）の記録材を連続で１００枚通紙したときの、非通紙部の最高温度（加熱体裏面を熱電対で測定）を比較した。定着温度は２００℃とした。入力電圧は１００Ｖとし、画像形成装置のプロセススピードは８０ｍｍ／ｓｅｃ．とした。結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
2004234998.tif 000003
【００８４】
表１に示すように、本実施例の加熱装置は従来例に比べて大幅に（約５０℃）非通紙部温度を下げることができた。
【００８５】
次にＢ５サイズ（小サイズ紙）で坪量が１５７ｇ／ｍ２の厚紙を強制的に重送させて通紙し、何枚重送させると加熱装置の劣化・破損に至るかを試験した。定着温度・入力電圧・プロセススピードはハガキを通紙したときと同条件とした。試験結果を表２に示す。
【００８６】
【表２】
2004234998.tif 000004
【００８７】
表２に示すように、従来例の加熱装置の場合は、非通紙部昇温により加熱体基板に発生する熱応力によって、３または４重送で加熱体の破損に至り、ステー・フィルム・加圧ローラ表層の非通紙部に劣化が認められた。
【００８８】
一方、本実施例の加熱装置の場合は、２回とも１０重送まで重送枚数を増やしていったが、加熱体は破損せず、ステー・フィルム・加圧ローラにも劣化は認められなかった。
【００８９】
以上説明した通り、本実施例の構成をとることにより、シート抵抗の高いグラファイトをＮＴＣ特性を損なうことなしに抵抗発熱体として用いることができ、非通紙部昇温を防止することができる。
【００９０】
なお、本実施例では記録材を中央基準で通紙する場合について述べたが、本実施例は記録材を端部基準で通紙する画像形成装置にも適用可能である。
【００９１】
［実施例２］
本実施例では、加熱体基板として窒化アルミニウムを用いる。
【００９２】
実施例１のように基板７に酸化アルミニウムを用いる場合は、基板７の表面側に抵抗発熱体６を形成し、基板７の裏面側に検温素子５を設ける構成が一般的である（表面発熱タイプ）。
【００９３】
一方、窒化アルミニウムを用いる場合は、酸化アルミニウムより熱伝導率が高いため、基板の裏面側に抵抗発熱体を形成し、その上から絶縁層を介して検温素子を当接し温度制御する構成の方が熱効率が良く一般的である（裏面発熱タイプ）。よって、本実施例においても裏面発熱タイプを用いた。なお、加熱体以外の加熱装置及び画像形成装置の構成は実施例１と同じである。
【００９４】
図８に本実施例の加熱体の断面図を示す。本実施例の抵抗発熱体１７は、実施例１と同じく、グラファイト・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、窒化アルミニウム基板１８の凹部１８ａに形成して得たものである。本実施例の抵抗発熱体１７は、実施例１と同じく、常温のシート抵抗は約４０Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）、常温の総抵抗は３０Ωとした。
【００９５】
１９は、抵抗発熱体１７のオーバーコート層であり、抵抗発熱体１７と加熱体裏面との電気的な絶縁性を確保することが主な目的である。本実施例では、オーバーコート層１９として厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。２０は、フィルム２の摺動性を確保するために設けられた摺動ガラス層であり、厚さ約１０μｍの耐熱性ガラスを材料として用いた。本実施例でも基板１８は２枚のグリーンシート１８１・１８２を貼り合わせ、実施例１と同様の製法で形成されており、２１はグリーンシートの貼り合わせ面である。５は実施例１と同構成の外部当接型サーミスタである。実施例１と同様に、抵抗発熱体１７の長手方向両端部には、図３の（ａ）で示したような第１と第２の給電用電極（９・１０）が存在しており、銀パラジウムのスクリーン印刷パターンを用いている。
【００９６】
基板１８の寸法は実施例１と同じ幅７．０ｍｍ・長さ２７０ｍｍ・総厚１．６３５ｍｍであり、図８のｄ１は０．６３５ｍｍ、ｄ２は１．０ｍｍとした。つまり、実施例１の酸化アルミニウム基板７を上下反転させた形状になっている。抵抗発熱体１７も実施例１と同じ幅３．０ｍｍ・長さ２２０ｍｍ・厚さ（ｄ２）１．０ｍｍとした。
【００９７】
本実施例では実施例１と同じ抵抗発熱体を用いているので、抵抗変化率も変わらず−２０００ｐｐｍ／℃程度である。よって、非通紙部昇温防止の観点からは、実施例１と同等の効果があると考えられる。
【００９８】
以下に本実施例の加熱装置と従来例の加熱装置との比較を示す。以下の比較は実施例１で述べた比較と同条件で行った。従来例は実施例１で述べた構成と同じであり、結果も同じものである。まず、加熱装置が十分室温（２５℃）になじんだ状態からハガキサイズ（小サイズ紙）の記録材を連続で１００枚通紙したときの、非通紙部の最高温度（加熱体裏面を熱電対で測定）を比較した。定着温度・入力電圧・プロセススピードは実施例１と同条件とした。結果を表３に示す。
【００９９】
【表３】
2004234998.tif 000005
【０１００】
表３に示すように、従来例よりも大幅に温度が低下しているのはもちろん、実施例１の結果（２６５℃）よりも低い温度となった。これは、窒化アルミニウムは酸化アルミニウムに比べて熱伝導率が高いため、基板長手方向における熱伝達性が高いことによる効果である。
【０１０１】
次にＢ５サイズ（小サイズ紙）で坪量が１５７ｇ／ｍ２の厚紙を強制的に重送させて通紙し、何枚重送させると加熱装置の劣化・破損に至るかを試験した。定着温度・入力電圧・プロセススピードは同条件である。試験結果を表４に示す。
【０１０２】
【表４】
2004234998.tif 000006
【０１０３】
表４に示すように、本実施例の加熱装置は、２回とも１０重送まで重送枚数を増やしていったが、加熱体の破損及びステー・フィルム・加圧ローラの劣化はなく、実施例１と同じ結果となった。
【０１０４】
結局、非通紙部昇温防止という観点からは、本実施例は実施例１と同等あるいはそれ以上の効果があることが分かる。
【０１０５】
本実施例が実施例１よりも優れているのは、熱効率が良いという点である。抵抗発熱体１７で発生する熱が効率良く記録材に伝達されているか否かを判断するには、抵抗発熱体１７からみた加熱体表面方向の熱抵抗と加熱体裏面方向の熱抵抗とを比較すると分かりやすい。熱抵抗とは熱の伝わりやすさを表す物理量であり、厚さがｄ（ｍ）で厚さ方向と直交する面の面積がＡ（ｍ２）である直方体を考えたときに、その直方体の厚さ方向の熱抵抗Ｒ（Ｋ／Ｗ）は以下の式で定義される。
【０１０６】
Ｒ＝ｄ／（λ・Ａ）
ここで、λは直方体の厚さ方向の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。
【０１０７】
熱抵抗が小さいほど熱は伝わりやすく、大きいほど熱は伝わりにくいので、抵抗発熱体１７からみて加熱体表面方向の熱抵抗は小さく、加熱体裏面方向の熱抵抗は大きい方が、効率良く記録材に熱を伝達することができる。
【０１０８】
表５に本実施例と実施例１の熱抵抗の比較を示す。実施例１の酸化アルミニウムの熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・Ｋ、本実施例の窒化アルミニウムの熱伝導率は１７０Ｗ／ｍ・Ｋ、ガラス層の熱伝導率は実施例１・２とも２Ｗ／ｍ・Ｋである。なお、簡単のため、Ａは１ｍ２として計算している。
【０１０９】
【表５】
2004234998.tif 000007
【０１１０】
表５に示した熱抵抗の比が小さいほど、相対的に表面側の熱抵抗が裏面側の熱抵抗よりも小さいので熱効率が良い。よって、本実施例の方が実施例１よりも熱効率が良いことが分かる。なお、従来例の熱抵抗の比は実施例１と同じ値であるから、従来例と実施例１はほぼ同等の熱効率であると考えられる。
【０１１１】
以上説明した通り、本実施例の構成をとることにより、非通紙部昇温を防止することができる上に、実施例１よりも効率良く熱を記録材に伝達できるため、省電力にもなる。
【０１１２】
なお、本実施例では記録材を中央基準で通紙する場合について述べたが、本実施例は記録材を端部基準で通紙する画像形成装置にも適用可能である。
【０１１３】
［その他］
１）本発明の加熱装置は実施例の画像加熱定着装置としての使用に限られず、未定着画像を記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置としても有効である。
【０１１４】
またその他、例えば、紙幣等のシワ除去用の熱プレス装置、熱ラミネート装置，紙当の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状部材を加熱処理する加熱装置として用いても有効であることは勿論である。
【０１１５】
２）また加熱装置の構成は実施例のフィルム加熱方式に限られるものではないことは勿論である。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、給電により発熱する抵抗発熱体を有する加熱体によって被加熱材を加熱する加熱装置、該加熱装置を定着装置として搭載した画像形成装置について、ＮＴＣ特性でかつ抵抗変化率の小さい抵抗発熱体を実現することができ、その特性により、装置のスペックを低下させることなくかつ低コストな構成で非通紙部昇温を防止することができ、より安全で製品寿命が長く画像も良好な加熱装置及び画像形成装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における画像形成装置の要部の概略構成模型図
【図２】実施例１における加熱装置（画像加熱定着装置）の要部の概略構成模型図
【図３】加熱体の構成模型図
【図４】凹型断面形状の加熱体基板の斜視図と、その製造要領の説明図
【図５】実施例１と従来例とにおける加熱体の抵抗発熱体の抵抗温度特性の概略図
【図６】抵抗発熱体のモデル図
【図７】従来例の加熱体の拡大横断面模型図
【図８】実施例２における加熱体の拡大横断面模型図
【符号の説明】
１．ステー  ２．定着フィルム  ３．ヒータ（加熱体）  ４．加圧ローラ（加圧体）  ４ａ．芯金  ４ｂ．弾性体層  ４ｃ．離形層  ５．外部当接型サーミスタ  ６．実施例１の抵抗発熱体  ７．酸化アルミニウム基板  ８．１６．１９．オーバーコート層  ９．１０．給電用電極  １１．制御回路部（ＣＰＵ）  １２．トライアック  １３．ＡＣ電源  １４．２１．グリーンシートの貼り合わせ面１５．従来例の抵抗発熱体  １７．実施例２の抵抗発熱体  １８．窒化アルミニウム基板  ２０．摺動ガラス層  Ｎ．ニップ部  Ｐ．記録材  Ｔ．トナー  ａ．記録材搬送方向
【図１】
2004234998.tif 000008
【図２】
2004234998.tif 000009
【図３】
2004234998.tif 000010
【図４】
2004234998.tif 000011
【図５】
2004234998.tif 000012
【図６】
2004234998.tif 000013
【図７】
2004234998.tif 000014
【図８】
2004234998.tif 000015