(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のフィルムと、前記フィルムの内面に接触し通電によって発熱するヒーターと、前記ヒーターと共に前記フィルムを介してニップ部を形成する加圧部材と、前記ヒーターの温度が所定の温度を超えた場合に前記ヒーターへの通電を遮断する安全素子と、を備え、
前記ヒーターは、細長い基板と、前記基板の長手方向に沿って長く、前記基板の長手方向の端部で折りかえされたパターンで前記基板上に形成された発熱抵抗体と、前記基板の長手方向の同じ側の端部に設けられ、前記発熱抵抗体に給電するための２つの給電接点と、前記発熱抵抗体を覆う保護層と、を有し、前記保護層は、折りかえされた前記発熱抵抗体の間に、前記基板の長手方向に亘って隙間が設けられており、
前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送してトナー像を加熱する像加熱装置において、
前記ヒーターの前記発熱抵抗体は、前記基板の長手方向の両端部に中央部よりも抵抗値が高い高抵抗領域を有し、前記ヒーターの前記保護層の両端部の前記高抵抗領域を覆う部分のうち前記給電接点に近い側の前記高抵抗領域を覆う部分のみについては、前記発熱抵抗体の前記中央部を覆う部分よりも厚みが厚いことを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
細長い基板と、前記基板の長手方向に沿って長く、前記基板の長手方向の端部で折りかえされたパターンで前記基板上に形成された発熱抵抗体と、前記基板の長手方向の同じ側の端部に設けられ、前記発熱抵抗体に給電するための２つの給電接点と、前記発熱抵抗体を覆う保護層と、を有し、前記保護層は、折りかえされた前記発熱抵抗体の間に、前記基板の長手方向に亘って隙間が設けられているヒーターにおいて、
前記発熱抵抗体は、前記基板の長手方向の両端部に中央部よりも抵抗値が高い高抵抗領域を有し、前記保護層の両端部の前記高抵抗領域を覆う部分のうち前記給電接点に近い側の前記高抵抗領域を覆う部分のみについては、前記発熱抵抗体の前記中央部を覆う部分よりも厚みが厚いことを特徴とするヒーター。
【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加熱定着装置に用いれば好適な加熱体、及びこの加熱体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として、フィルム加熱方式の加熱定着装置がある。この定着装置は、セラミック製の基板上に発熱抵抗体を有するヒーターと、ヒーターに接触しつつ移動する円筒状の薄肉のフィルムと、フィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有する。特許文献１、２にはこのタイプの定着装置が記載されている。未定着トナー画像を担持する記録材は定着装置のニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、トナー画像が記録材上に加熱定着される。この定着装置は、ヒーター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、この定着装置を搭載するプリンタは、プリント指令の入力後、一枚目の画像を出力するまでの時間（ファーストプリントアウトタイム（FPOT:first printout time)）を短くできる。またこのタイプの定着装置は、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。
【０００３】
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、定着装置のヒーターにより大きい電力を投入しなければならない。ヒーターに投入される電力が大きくなると、ヒーターへの電力供給を制御するための制御が不能になる。そのためにヒーターに対し大きな電力が連続して投入された状態に陥った際に、ヒーターが割れる、という問題が顕在化する。ヒーター割れが発生する原因は、ヒーターが高温になる事で発生する熱応力にある。また、発熱抵抗体が約１０００℃近辺でヒーター割れが発生する。
【０００４】
特許文献３には、ヒーターへの過剰電流の投入により複数の発熱抵抗体間でリークが発生することによる熱応力割れの発生を低減できる技術が開示されている。特許文献３に開示されているヒーターは、基板の長手方向に沿って設けられ通電により発熱する発熱抵抗体を基板の短手方向に並列に複数設け、その複数の発熱抵抗体の一端と他端にそれぞれ導体部を接続している。そして、基板の長手方向において複数の発熱抵抗体の間と導体部の間にそれぞれ空隙を形成するように複数の発熱抵抗体と導体部とを絶縁層によって被覆している。
【特許文献１】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献２】特開平４−２０４９８４号公報
【特許文献３】特開２００６−１７９３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術を更に発展させたものである。本発明の目的は、発熱抵抗体が基板の長手方向の両端部に中央部よりも抵抗値が高い高抵抗領域を有する構成のヒーターを用いた場合に、ヒーターに電流が流れ続ける暴走が起きても、ヒーターの割れを防止できる像加熱装置、及びその像加熱装置に用いられるヒーターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の構成は、筒状のフィルムと、前記フィルムの内面に接触し通電によって発熱するヒーターと、前記ヒーターと共に前記フィルムを介してニップ部を形成する加圧部材と、前記ヒーターの温度が所定の温度を超えた場合に前記ヒーターへの通電を遮断する安全素子と、を備え、前記ヒーターは、細長い基板と、前記基板の長手方向に沿って長く、前記基板の長手方向の端部で折りかえされたパターンで前記基板上に形成された発熱抵抗体と、前記基板の長手方向の同じ側の端部に設けられ、前記発熱抵抗体に給電するための２つの給電接点と、前記発熱抵抗体を覆う保護層と、を有し、前記保護層は、折りかえされた前記発熱抵抗体の間に、前記基板の長手方向に亘って隙間が設けられており、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送してトナー像を加熱する像加熱装置において、前記ヒーターの前記発熱抵抗体は、前記基板の長手方向の両端部に中央部よりも抵抗値が高い高抵抗領域を有し、前記ヒーターの前記保護層の両端部の前記高抵抗領域を覆う部分のうち前記給電接点に近い側の前記高抵抗領域を覆う部分のみについては、前記発熱抵抗体の前記中央部を覆う部分よりも厚みが厚いことを特徴とする。
上記目的を達成するための本発明に係るヒーターの構成は、細長い基板と、前記基板の長手方向に沿って長く、前記基板の長手方向の端部で折りかえされたパターンで前記基板上に形成された発熱抵抗体と、前記基板の長手方向の同じ側の端部に設けられ、前記発熱抵抗体に給電するための２つの給電接点と、前記発熱抵抗体を覆う保護層と、を有し、前記保護層は、折りかえされた前記発熱抵抗体の間に、前記基板の長手方向に亘って隙間が設けられているヒーターにおいて、前記発熱抵抗体は、前記基板の長手方向の両端部に中央部よりも抵抗値が高い高抵抗領域を有し、前記保護層の両端部の前記高抵抗領域を覆う部分のうち前記給電接点に近い側の前記高抵抗領域を覆う部分のみについては、前記発熱抵抗体の前記中央部を覆う部分よりも厚みが厚いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発熱抵抗体が基板の長手方向の両端部に中央部よりも抵抗値が高い高抵抗領域を有する構成のヒーターを用いた場合に、ヒーターに電流が流れ続ける暴走が起きても、ヒーターの割れを防止できる像加熱装置、及びその像加熱装置に用いられるヒーターの提供を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【０００９】
（１）画像形成装置の全体構成
図６は本発明に係る像加熱装置を加熱定着装置として搭載できる画像形成装置の一例の構成模型図である。この画像形成装置は電子写真式のモノクロレーザービームプリンタである。
【００１０】
２１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、矢印方向に所定の周速度（プロセススピード）にて回転される。その感光ドラム２１は、まず感光ドラム２１の外周面（表面）が帯電装置としての帯電ローラ２２によって所定の極性・電位に一様に帯電される。
【００１１】
次に、感光ドラム２１表面の帯電面に対して露光手段としてのレーザースキャナ２３により画像情報の書き込み露光がなされる。即ちレーザスキャナ２３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)されたレーザビームＬで感光ドラム２１表面の一様帯電処理面を露光する。これにより感光ドラム２１表面の一様帯電面の露光部電位が減衰して感光ドラム２１表面に画像情報の静電潜像が形成される。その静電潜像に対し現像装置２４によりトナー（現像剤）を付着させることによって、その静電潜像をトナー画像として現像、可視化する。可視化されたトナー画像は、感光ドラム２１表面とその感光ドラム２１表面と接触する転写手段としての転写ローラ２６との間の転写ニップ部Ｔにおいて、感光ドラム２１表面から記録材Ｐ上に転写される。即ち、記録材Ｐはレジストローラ２５ａによって、感光ドラム２１表面のトナー画像の画像形成位置と記録材Ｐの先端の書き出し位置が合致するように転写ニップ部Ｔに挟持搬送される。そしてその記録材Ｐは転写ニップ部Ｔで感光ドラム２１と転写ローラ２６とにより挟持搬送される。その搬送過程において転写ローラ２６に転写バイアスが印加され、その転写バイアスによって感光ドラム２１表面のトナー画像が記録材Ｐ上に転写される。
【００１２】
転写ニップ部Ｔを通過した記録材Ｐは感光ドラム２１表面から分離され、搬送ベルト２５ｂにより入り口ガイド２５ｃを介して定着装置２７へと搬送される。そしてその定着装置２７によって記録材Ｐ上に形成担持されている未定着トナー画像が記録材上に加熱定着される。その記録材Ｐは排出ローラ（不図示）により排出トレイ上に排出される。
【００１３】
記録材分離後の感光ドラム２１表面に残存する転写残トナーはクリーニング手段２８に設けられているクリーニングブレード２８ａにより除去され、感光ドラム２１表面は次の画像形成に供される。
【００１４】
２５は搬送手段である。搬送手段２５は、レジストローラ２５ａと、搬送ベルト２５ｂと、入り口ガイド２５ｃと、排出ローラなどにより構成されている。
【００１５】
（２）定着装置２７
以下の説明において、定着装置及び定着装置を構成する部材について、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。厚み方向とは記録材の面において記録材搬送方向及び長手方向と直交する方向である。厚みとは厚み方向の寸法である。
【００１６】
２−１）定着装置２７の全体構成
図４は定着装置２７の一例の横断面模型図である。この定着装置２７は、フィルム加熱方式の定着装置である。
【００１７】
本実施例に示す定着装置２７は、発熱体としてのヒーター１と、そのヒーター１を保持する保持部材としてのヒーターホルダー２と、ホルダー２を加圧するための支持ステー３と、を有する。また、定着装置２７は、可撓性部材としての可撓性を有するエンドレスの定着フィルム（筒状のフィルム）４と、加圧部材としての加圧ローラ６と、を有する。ヒーター１、ホルダー２、ステー３、フィルム４及び加圧ローラ６は何れも長手方向に細長い部材である。
【００１８】
フィルム４は、エンドレスの基層（不図示）と、その基層の外周に設けられている導電性プライマー層（不図示）と、そのプライマー層の外周に設けられている離型性層（不図示）と、を有する。基層は、絶縁性の高いポリイミド、ポリアミド、ＰＥＥＫ等が用いられている。その基層は、高耐熱性を有し、厚み１５〜６０ミクロン程度で形成されている。そしてその基層は、フィルム４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。プライマー層は、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いる。プライマー層の厚みは２〜６μｍ程度である。プライマ層ーは、基層と離型性層との接着強度を確保するための層である。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予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フィルム４表面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及び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。
【００１９】
ホルダー２は、耐熱性の液晶ポリマー樹脂によって横断面略半円弧形状の樋型に形成されている成型品である。ホルダー２の下面には長手方向に沿って逆凹字形状の溝２ａが形成され、その溝２ａ内にヒーター１が固定支持されている。そしてヒーター１を支持するホルダ２ーにフィルム４をルーズに外嵌させてある。従って、ホルダー２は、ヒーター１を支持する機能だけでなく、フィルム４をガイドする役割を果たすものである。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。
【００２０】
ステー３はフィルム４の内側において、ホルダー２を加圧するための部材である。このステー３は、鉄などの金属により横断面略逆U字形状に形成されホルダー２の短手方向の中央に固定されている。
【００２１】
加圧ローラ６は、ステンレス製の丸軸の芯金６ａの外周に、射出成形によって厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層からなる弾性層６ｂを形成し、その上に離型層６ｃとして厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなるものである。この加圧ローラ６は、定着装置２７の長手方向において芯金６ａの両端部が装置フレームＦの手前側と奥側の一対の側板（不図示）に軸受を介して回転自在に保持されている。この加圧ローラ６の上側に、上記のヒーター１・ホルダー２・ステー３・フィルム４などから成る加熱アセンブリ５がヒーター１側を下向きにして加圧ローラ６と並列に配置されている。
そしてステー３の両端部を不図示の加圧機構により片側７４Ｎ（７．５ｋｇｆ）、総圧１４７Ｎ（１５ｋｇｆ）の加圧力で加圧ローラ６側に付勢することによって、フィルム４の外周面(表面）を加圧ローラ６の外周面（表面）に接触させている。これにより、フィルム４表面と加圧ローラ２表面との間に、記録材Ｐが担持する未定着トナー画像の加熱定着に必要な所定幅のニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成している。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、記録材Ｐの除去が容易な構成となっている。
【００２２】
５４はヒーター1の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタである。サーミスタ５４は、ヒーター１の基板１ａの裏面（ニップ部Nと反対側の面）に設けられている発熱抵抗体１ｂを被覆する絶縁層１ｃに接触させて配置してある。
【００２３】
５７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５７は、サーミスタ５４と同様、上記ヒーター１の絶縁層１ｃ上に絶縁層１ｃと接触させて配置してある。
【００２４】
図５はヒーター温度制御系の一例の回路図である。
【００２５】
ヒーター温度制御系は、ヒーター１に電力を供給するための電源回路Ｃ１と、ヒーター１への電力供給を制御するための制御回路Ｃ２と、を有する。電源回路Ｃ１は、ＡＣ電源５１と、リレー５２と、トライアック（加熱体駆動手段）５３と、ヒーター１と、を直列に接続している回路構成となっている。制御回路Ｃ２は、サーミスタ５４と、Ａ／Ｄ変換器５５と、ＣＰＵ（制御手段）５６と、トライアック５３と、を直列に接続している回路構成となっている。リレー５２はＣＰＵ５６とサーモスイッチ５７を介して接続されている。そのリレー５２は、ＣＰＵ５６からの指令信号によりオープン状態となって、ＡＣ電源５１とヒーター１の間を遮断するようになっている。ＣＰＵ５６は、サーミスタ５４の検知温度信号（出力信号）をＡ／Ｄ変換器５５を介して取り込み、その信号に基づいてサーミスタ５４の検知温度が所定の制御温度(目標温度）を維持するようにトライアック５３をＯＮ・ＯＦＦ制御する。本実施例では制御温度は例えば１８０℃である。サーモスイッチ５７は、定着装置２７が制御不能な状態となった際に、ヒーター１への通電が停止されず、電力が投入され続けることによる定着装置２７の破壊を防止するために設けられている。即ち、ヒーター１の温度が制御温度を超えた場合にヒーター１への通電を遮断するように作動する。つまり、安全素子であるサーモスイッチは、加熱体（ヒーター）の熱に反応して作動し発熱抵抗体への通電を遮断するようになっている。
【００２６】
２−２）定着装置２７の加熱定着動作
加圧ローラ６は、芯金６ａの端部に駆動ギア（不図示）を有し、その駆動ギアが定着モータM（図４）により回転駆動されることによって矢印方向へ回転する。加圧ローラ６が回転すると、加圧ローラ６表面と接触しているフィルム４表面がニップ部Nを通じて加圧ローラ６から回転力を受ける。これによりフィルム４は、フィルム４の内周面（内面）がヒーター１の基板１ａの表面（ニップ部Ｎ側の面）及びホルダー２の外周面と接触しながら加圧ローラ６の回転に伴い矢印方向へ従動回転する。フィルム４の回転状態においてヒーター１の基板１ａ表面及びホルダー２の外周面とフィルム４内面との摺動性を確保するために、フィルム４内面にはグリス等の潤滑剤が塗布してある。
【００２７】
ヒーター１の発熱抵抗体１ｂにはＡＣ電源５１から電力が投入される。これにより発熱抵抗体１ｂが発熱してヒーター１は急速に昇温する。サーミスタ５４はそのヒーター１の温度を検知してＣＰＵ５６に出力する。ＣＰＵ５６は、サーミスタ５４の出力信号をＡ／Ｄ変換器５５を介して取り込み、その信号に基づいてトライアック５３をＯＮ・ＯＦＦ制御する。これによって、AＣ電源５１からヒーター１の発熱抵抗体１ｂに投入される電力が制御され、ヒーター１の温度が所定の制御温度に維持される。そのときのヒーター１の熱はフィルム４を介して記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔの加熱定着に供される。
【００２８】
加圧ローラ６及びフィルム４の回転が安定し、かつヒーター１の温度が所定の制御温度に維持されている状態において、未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐがニップ部Nに導入される。その記録材Ｐは、ニップ部Nで加圧ローラ６とフィルム４とにより挟持搬送される。その搬送過程において、記録材Ｐとトナー画像ｔは、加圧ローラ６とフィルム４を介して加圧機構に応じたニップ圧を受けるとともに、フィルム４を介してヒーター１の熱を受けることによって、トナー画像ｔが記録材Ｐ上に加熱定着される。ニップ部Nを出た記録材Ｐはフィルム４表面から曲率分離して排出ローラ７により搬送され定着装置２７から排出される。
【００２９】
（３）ヒーター１の構成
図１はヒーター１の一例の構成模型図である。図１の（ａ）はヒーター１の基板１ａ裏面側を表わす図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ矢視断面図、（ｄ）は（ａ）のｄ−ｄ矢視断面拡大図、（ｅ）は（ａ）のｅ−ｅ矢視断面拡大図である。
【００３０】
本実施例に示すヒーター１は、長手方向に細長い基板１ａと、その基板１ａの長手方向に沿って設けられ通電により発熱する発熱抵抗体１ｂと、を有する。発熱抵抗体１ｂは、基板１ａの短手方向に並列に設けられている第１の発熱抵抗体１ｂ−１と第２の発熱抵抗体１ｂ−２とからなる。また、ヒーター１は、第１及び第２の発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２の一端と他端にそれぞれ接続されている導体部１ｃと、第１及び第２の発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２と導体部１ｃを被覆する絶縁層（保護層）１ｄと、を有する。導体部１ｃは、第１の発熱抵抗体１ｂ−１の一端に接続されている電極（給電接点）１ｃ−１と、第２の発熱抵抗体１ｂ−２の一端に接続されている電極（給電接点）１ｃ−２と、を有する。また、導体部１ｃは、第１の発熱抵抗体１ｂ−１の他端と第２の発熱抵抗体１ｂ−２の他端に接続されている繋ぎ部１ｃ−３を有する。絶縁層１ｄは、第１の発熱抵抗体１ｂ−１と電極１ｃ−１及び繋ぎ部１ｃ−３の一部を被覆している第１の絶縁層１ｄ−１と、第２の発熱抵抗体１ｂ−２と電極１ｃ−２及び繋ぎ部１ｃ−３の一部を被覆している第２の絶縁層１ｄ−２からなる。そして絶縁層１ｄは、長手方向に沿って第１の絶縁層１ｄ−１と第２の絶縁層１ｄ−２との間に空隙（隙間）Ｓを有する。
【００３１】
つまり、上記のヒーターは、基板と、その基板の長手方向に沿って設けられ通電により発熱する発熱抵抗体であって、基板の長手方向と直交する短手方向に並列に設けられている複数の発熱抵抗体と、を有する。また、上記のヒーターは、基板の長手方向において複数の発熱抵抗体の一端と他端にそれぞれ接続されている導体部と、その複数の発熱抵抗体と前記導体部を被覆する絶縁層と、を有する。そして絶縁層は基板の長手方向において複数の発熱抵抗体の間と導体部の間にそれぞれ空隙を有している。
【００３２】
基板１ａの材料は電気絶縁材料である。基板１ａとしては、アルミナや窒化アルミ等の、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、絶縁層を設けたものを用いることが出来る。本実施例では、基板１ａとして、窒化アルミの厚み０．６０５ｍｍ基板を用いている。
【００３３】
発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２は、導電ペーストを基板１ａ上に塗布したり、ニクロム線等を基板１ａ上に接着等の既知の方法で固定したものを用いても良い。また、発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２は、基板１ａ上に直接形成される必要は無く、例えば、基板１ａ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。本実施例においては、基板１ａの、記録材Ｐのトナー画像面側に、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、発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２を形成した。本実施例に用いた発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２の抵抗値は、４９．７Ωとした。これにより、２４０Ｖの電圧が投入された際の定着ヒーター１００の消費電力は、１１５９Ｗとなる。発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２の長手中央部の幅は１．４３ｍｍである。基板１ａの短手方向の発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２間の距離は１．５２ｍｍである。
【００３４】
発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２は、それぞれ長手両端部に他の部分よりも幅の狭い領域（高抵抗領域）Ａ１を有する。発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２の幅を狭く絞って幅の狭い領域Ａ１を形成することによって、その領域Ａ１で発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２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、幅の狭い領域Ａ１を長手端部に有する発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２においては、基板１ａを通じて、発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２の長手端部方向へ、逃げる熱を補うようにしている。本実施例においては、発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２において幅の狭い領域Ａ１の幅をその他の部分に対して５％狭くし、その領域Ａ１の幅を１．３５９ｍｍとしている。
【００３５】
電極１ｃ−１，１ｃ−２は、発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２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、発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２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、電極１ｃ−１，１ｃ−２を形成した。電極１ｃ−１，１ｃ−２は、それぞれ基板１ａの長手方向において対応する発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２に接続されている。その電極１ｃ−１，１ｃ−２を通してＡＣ電圧が発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２に印加される。
【００３６】
絶縁層１ｄ−１，１ｄ−２の材料はガラスや樹脂等の絶縁物である。例えば、絶縁層１ｄ−１，１ｄ−２の材料は絶縁ガラスである。この絶縁層１ｄ−１，１ｄ−２は、発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２、電極１ｃ−１，１ｃ−２及び繋ぎ部１ｃ−３の絶縁耐圧を確保するために設けられる。本実施例では、上記の空隙Ｓを形成するように絶縁ガラスによるコート層を８０μｍの厚みで発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２、電極１ｃ−１，１ｃ−２及び繋ぎ部１ｃ−３を被覆するようにスクリーン印刷を行うことにより、絶縁層１ｄ−１，１ｄ−２を設けている。基板１ａの短手方向における空隙Ｓの幅は０．８２ｍｍである。また、絶縁層１ｄ−１，１ｄ−２は、ヒーター割れが生じる最も高温になる部分である電極１ｃ−１，１ｃ−２側から３５ｍｍ間の発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２上に、絶縁層１ｄ−１，１ｄ−２の厚みが他より大きい部分Ｔ１，Ｔ２を有する。つまり、絶縁層はそれぞれ発熱抵抗体上において厚みが他より厚い部分を一箇所有する。そしてその絶縁層において厚みが他より厚い部分は、少なくとも発熱抵抗体に規定の通電量を超えて通電がなされた場合に発熱抵抗体の発熱量が最大となる箇所に設けられている。本実施例では、その部分Ｔ１，Ｔ２の厚さを２４０μｍとしている。
【００３７】
上記ヒーター１において、例えば電極１ｃ−１に電力を投入すると、発熱抵抗体１ｂ−１、繋ぎ部１ｃ−３、発熱抵抗体１ｂ−２、電極１ｃ−２の経路を辿って電流が流れ、発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２が発熱する。
【００３８】
（４）ヒーター１に対する定着過剰電力投入試験
本実施例のヒーター１について、定着過剰電力投入試験を想定したシミュレーションでの効果・検証を実施した。本実施例のヒーター１は、上述のように、絶縁層１ｄ−１，１ｄ−２の厚みを８０μｍとし、絶縁層１ｄ−１，１ｄ−２の厚みが他より大きい部分Ｔ１，Ｔ２の厚みを２４０μｍとしている。
【００３９】
図２に本実施例のヒーター１と比較する比較例１のヒーターを示す。図３に本実施例のヒーター１と比較する比較例２のヒーターを示す。図２及び図３に示すヒーターおいて、本実施例のヒーター１と共通する部材には同じ符号を付して再度の説明を省略する。
【００４０】
図２は比較例１のヒーター１Ａの構成模型図である。図２の（ａ）はヒーター１Ａの基板１ａ裏面側を表わす図、（ｂ）は（ａ）のｆ−ｆ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のｇ−ｇ矢視断面図、（ｄ）は（ａ）のｈ−ｈ矢視断面拡大図である。図３は比較例２のヒーター１Ｂの構成模型図である。
【００４１】
図２に示すヒーター１Ａは、絶縁層１ｄ−１，１ｄ−２において発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２を被覆する領域の厚みを２４０μｍとした点を除いて、本実施例のヒーター１と同じ構成としてある。
【００４２】
図３の（ａ）はヒーター１Ｂの基板１ａ裏面側を表わす図、（ｂ）は（ａ）のｉ−ｉ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のｊ−ｊ矢視断面図、（ｄ）は（ａ）のｋ−ｋ矢視断面拡大図である。
【００４３】
図３に示すヒーター１Ｂは、絶縁層１ｄ−１，１ｄ−２において発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２を被覆する領域の厚みを８０μｍとした点を除いて、本実施例のヒーター１と同じ構成としてある。
【００４４】
上記ヒーター１，１Ａ，１Ｂのシミュレーション条件としては、発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２に印加する電圧は、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、約２６４Ｖである。
【００４５】
上記の各ヒーター１，１Ａ，１Ｂにおいて、ヒーター割れが生じる部分は、発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２間の電位差が大きく、最も高温になる電極１ｃ−１，１ｃ−２側のＴ１，Ｔ２部分である。そのため、各ヒーター１，１Ａ，１ＢのＴ１，Ｔ２部分の温度上昇をそれぞれ比較・検証した。
【００４６】
４−１）ヒーター１とヒーター１ＢにおけるＴ１，Ｔ２部分の比較・検証
比較例２のヒーター１Ｂにおいて、Ｔ１，Ｔ２部分での発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２が８００℃に到達するのは電力供給開始から２．６４秒である。これに対して、本実施例のヒーター１は、Ｔ１，Ｔ２部分での発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２が８００℃に到達するのは電力供給開始から３．００秒である。従って、本実施例のヒーター１では、比較例２のヒーター１Ｂに比べて＋０．３６秒伸ばす事が出来た。
【００４７】
４−２）ヒーター１とヒーター１ＡにおけるＴ１，Ｔ２部分の比較・検証
比較例１のヒーター１Ａは、絶縁層１ｄ−１，１ｄ−２の厚みが２４０μｍと厚いため、発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２からサーモスイッチ５７に入る熱量が小さくなる。そのため、サーモスイッチ５７の動作が遅れてしまう。本実施例のヒーター１は、絶縁層１ｄ−１，１ｄ−２の厚みが８０μｍと薄いことから、サーモスイッチ５７の動作が遅れてしまうような問題を解決できる。
【００４８】
また、ヒーター１Ａにおいて、Ｔ１，Ｔ２部分での発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２が８００℃に到達するのは電力供給開始から２．９１秒である。これに対して、ヒーター１が３．００秒であることを考慮すると、ヒーター１Ａはヒーター割れ対策として不利である。これは、発熱抵抗体１ｂ−１，１ｂ−２の抵抗ＲはＲ＝常温時の抵抗値×（１＋温度係数×抵抗発熱体の上昇温度）であり、ヒーター供給電力ＷはＷ＝Ｖ×Ｖ／Ｒである。そのため、発熱抵抗体全体の上昇温度が大きい方がヒーター供給電力が減少し、Ｔ１，Ｔ２部分の温度上昇は低減される。従って、発熱抵抗体全体の絶縁層の厚みを厚くする事で熱容量を大きくし、発熱抵抗体全体の温度上昇を小さくしているヒーター１Ａより、発熱抵抗体全体のうち部分的に絶縁層の厚みを厚くしているヒーター１の方がヒーター割れ対策の効果が大きい。
【００４９】
ヒーター１において絶縁層はそれぞれ発熱抵抗体上において厚みが他より厚い部分を一箇所有するが、ヒーター１はこれに限られない。即ち、絶縁層はそれぞれ発熱抵抗体上において厚みが他より厚い部分を一箇所以上有するようにヒーター１を構成してもよい。つまり、絶縁層はそれぞれ発熱抵抗体上において厚みが他より厚い部分を少なくとも一箇所有するようにヒーター１を構成してもよい。絶縁層において厚みが他より厚い部分を形成する箇所は実際の製品に応じて適宜定めてよい。
【００５０】
[実施例２]
実施例１のヒーター１は、電子写真式のモノクロレーザープリンタに搭載できる定着装置に限られず、電子写真式のカラー画像形成装置に搭載できる定着装置に用いることもできる。以下にその定着装置について説明する。
【００５１】
本実施例では、実施例１の定着装置２７の部材と共通する部材には同じ符号を付して再度の説明を省略する。
【００５２】
図７はカラー画像形成装置に搭載できる定着装置の一例の横断面模型図である。
【００５３】
本実施例に示す定着装置３１は、次の３点を除いて、実施例１の定着装置２７と同じ構成としてある。即ち、可撓性部材としてエンドレス（シームレス）の定着ベルト（筒状のフィルム）３２を用いている点、その定着ベルト３２の温度をサーミスタ５４により検知している点、及び、ヒーターホルダー２にサーモスイッチ５７を設けている点の３点である。定着装置３１において、ヒーター１は実施例１と同じ構成のヒーター温度制御系により制御される。
【００５４】
定着ベルト３２は、可撓性を有するエンドレスの基層（不図示）の外周に弾性層（不図示）を有するものである。この定着ベルト３２の構成は、特開平１０−１０８９３号公報、特開平１１−１５３０３号公報等に開示されている。この定着ベルトを用いることにより、記録材Ｐが担持している未定着トナー画像ｔがニップ部Ｎを通過する際に、弾性層がトナー画像ｔのトナー層に沿って変形させることができる。その弾性層の変形によって画像上不均一に記録材Ｐに載っているトナー画像ｔが包み込まれ、トナー画像ｔに均一に熱を与えられることができる。これにより、記録材Ｐへのトナー画像ｔの均一な定着が達成できる。このように均一に定着された画像は、光沢ムラがなく、特にＯＨＴ（オーバーヘッドプロジェクター用透明シート）にカラー画像を定着した際に、画像の光透過性が優れるという特徴をもつ。定着ベルト３２において、弾性層の材料としては、シリコーンゴム等のゴム材料が用いられるのが一般的である。
【００５５】
しかしながら、定着ベルト３２の弾性層に使用されるシリコーンゴム等の熱伝導率はあまり高くない。また、定着ベルト３２と加圧ローラ６間のニップ部Ｎを記録材Ｐが通過して定着ベルト３２表面の熱を奪い、その定着ベルト３２表面の温度が低下したことを、ヒーター１のホルダー２側の面に設けられるサーミスタ５４で検出することは困難である。その理由は、サーミスタ５４はホルダー２を介して定着ベルト３２表面の温度が低下したことを検出することから、定着ベルト３２表面の温度低下の応答に時間がかかりすぎてしまう。従って、サーミスタ５４の出力信号に基づいて定着ベルト３２の温度制御を行うためには、定着ベルト３２表面の温度低下に対するサーミスタ５４の応答性を高める必要がある。
【００５６】
そこで、本実施例の定着装置３１は、定着ベルト３２の基層として金属ベルトを使用することに加えて、サーミスタ５４を定着ベルト３２の基層内面（金属ベルト内周面）と接触するように配置するように構成したものである。これにより、より直接的に定着ベルト３２の温度をサーミスタ５４により検知することができる。
【００５７】
しかしながら、金属ベルトを基層に用いた定着ベルト３２を有する定着装置は、ヒーター割れが発生した場合、その金属ベルトからサーミスタ等を介して前述の制御回路Ｃ２（二次回路）に一次電流が流れ込み、二次回路の破壊につながる確率が高くなる。
【００５８】
そのため、本実施例の定着装置３１においては、ヒーター割れが発生したとしても、定着ベルト３２の有する金属ベルトからサーミスタ等を介して二次回路に一次電流が流れ込むことがないようにし、安全性のマージンの向上を図る必要がある。
【００５９】
本実施例の定着装置３１において、ホルダー２に保持されているステンレス製のアーム６１の先端にサーミスタ（サーミスタ素子）５４が取り付けられている。このアーム６１は、定着ベルト３１の基層内面にサーミスタ５４を接触させるような弾性（バネ性）を有する。従って、アーム６１は、定着ベルト３２の回転動作中の挙動が不安定になってもその挙動に応じて定着ベルト３２の基層内面に対して揺動し、サーミスタ５４を定着ベルト３１の基層内面に常に接触させておくことができる。これにより、ヒーター割れが発生したとしても、定着ベルト３２の金属ベルトからサーミスタ５４を介して二次回路に一次電流が流れ込むことを防止でき、安全性のマージンの向上を図れる。
【００６０】
定着ベルト３２は、ＳＵＳの素管を引き抜き加工により、厚さ５０μｍの厚みのシームレスベルト状に形成したＳＵＳベルトの外周に、弾性層としてシリコーンゴム層を、リングコート法により形成してある。そしてそのシリコーンゴム層の外周に、離型層として厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆している。シリコーンゴム層には、極力、熱伝導率の高い材質を用い、定着ベルト３２の熱容量を小さくすることが、温度立上げの観点から望ましい。本実施例においては、熱伝導率が約１．０×１０−３ｃａｌ／ｓｅｃ・ｃｍ・Ｋと、シリコーンゴムとしては、熱伝導率が高い部類に属する材質を用いた。
【００６１】
一方、ＯＨＴ透過性や、画像上の「す」（微小なグロスムラ）といった、画質の観点からは、定着ベルト３２のシリコーンゴム層を極力厚くすることが望ましい。満足のいくレベルの画質を得るためには、２００μｍ以上のシリコーンゴム層の厚みが必要であることが分かっている。本実施例におけるシリコーンゴム層は、厚み２５０μｍとした。
【００６２】
こうして形成した定着ベルト３２の熱容量を測定したところ、２．８×１０−２ｃａｌ／ｃｍ２Ｋ（定着ベルト１ｃｍ２あたりの熱容量）であった。一般に、定着ベルト３２の熱容量が１．０ｃａｌ／ｃｍ２Ｋ以上となると、温度立ち上がりが鈍くなり、オンデマンド性が損なわれる。また、逆に１．０×１０−２ｃａｌ／ｃｍ２Ｋ以下にしようとすると、定着ベルト３２のシリコーンゴム層を極端に薄くせざるを得なくなり、ＯＨＴ透過性や「す」のレベル等、画質を維持するために必要なゴム層の厚みを確保できない。このため、オンデマンド性と、画質の両方を満足する定着ベルト２０の熱容量は、１．０×１０−２ｃａｌ／ｃｍ２Ｋ以上１．０ｃａｌ・ｃｍ２Ｋ以下の範囲に含まれることが分かる。
【００６３】
さらに、定着ベルト３２表面にフッ素樹脂層を設けることで、定着ベルト３２表面の離型性を向上し、定着ベルト３２表面にトナーが一旦付着し、再度、記録材Ｐに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。
【００６４】
また、定着ベルト３２表面のフッ素樹脂層を、ＰＦＡチューブとすることで、より簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することが可能となる。
【００６５】
本実施例の定着装置３１において、サーモスイッチ５７は、ヒーター１には直接接触せずに、ホルダー２と一体化して設けられたスペーサ（不図示）により、ヒーター１の絶縁層１ｂ−１と０．５ｍｍ程度の空隙を介して対向するように配置してある。つまり、加熱体の熱に反応して作動し発熱抵抗体への通電を遮断する安全素子が加熱体近傍に加熱体と非接触に配置されている。
【００６６】
図８は本実施例の定着装置３１を搭載できるカラー画像形成装置の一例の構成模型図である。
【００６７】
本実施例に示すカラー画像形成装置は、電子写真式のフルカラー画像形成装置である。この画像形成装置は、プロセススピードが９０ｍｍ／ｓｅｃ、一分間の印字枚数はＵＳレターサイズ紙で１６枚である。また、この画像形成装置は、プリント指令の入力後、一枚目の画像を出力するまでの時間が約１５秒である。
【００６８】
本実施の画像形成装置は、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの色トナー像を形成する４つのプロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋを有している。各カートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋは、それぞれ、像担持体としての感光ドラム６１と、帯電装置としての帯電ローラ６２と、現像装置６３と、クリーニング手段６４と、を一つの容器に支持させたものである。そしてその各カートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋは、画像形成装置の筐体を構成する画像形成装置本体Aに取り外し可能に装着されている。
【００６９】
イエローのカートリッジＹの現像装置６３にはイエロトナーが、シアンのカートリッジＣの現像装置６３にはシアントナーが、それぞれ収納されている。また、マゼンタのカートリッジＭの現像装置６３にはマゼンタトナーが、ブラックのカートリッジＫの現像装置６３にはブラックトナーが、それぞれ収納されている。
【００７０】
６５は露光手段としてのレーザースキャナ（レーザー走査露光光学系）である。レーザースキャナ６５は、各カートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋに対応して設けられている。そしてそのレーザースキャナ６５は、各カートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光ドラム６１表面に露光を行うことによって静電潜像を形成する。
【００７１】
各カートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて、レーザースキャナ６５より、画像データに基づいた走査光が、帯電ローラ６２により一様に帯電された感光ドラム６１表面を露光することにより、感光ドラム６１表面に走査露光画像に対応する静電潜像が形成される。現像手段６３に設けられている現像ローラ６３ａに電源(不図示）から印加される現像バイアスを帯電電位と潜像（露後部）電位の間の適切な値に設定することで、負の極性に帯電されたトナーが感光ドラム６１表面の静電潜像に選択的に付着して現像が行われる。これにより、カートリッジＹの感光ドラム６１にはイエロートナー像が、シアンのカートリッジＣの感光ドラム６１にはシアントナー像が、それぞれ形成される。また、マゼンタのカートリッジＭの感光ドラム６１にはマゼンタトナー像が、ブラックのカートリッジＫの感光ドラム６１にはブラックトナー像が、それぞれ形成される。
【００７２】
各カートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光ドラム６１表面に形成された単色トナー画像は各感光ドラム６１の回転と同期して、略等速で回転する中間転写体としての中間転写ベルト６６の外周面（表面）へ所定の位置合わせ状態で順に重畳されて一次転写される。これにより、中間転写ベルト６６表面に未定着のフルカラートナー画像が合成形成される。この中間転写ベルト６６は、駆動ローラ６７ａ、二次転写ローラ対向ローラ６７ｂ、テンションローラ６７ｃの３本のローラに巻きかけて張架してあり、駆動ローラ６７ａによって駆動される。
【００７３】
各カートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光ドラム６１表面から中間転写ベルト６６表面へのトナー像の一次転写手段としては、一次転写ローラ６８を用いている。一次転写ローラ６８は中間転写ベルト６６の内周面側に設けられている。その一次転写ローラ６８に対して、トナーと逆極性の一次転写バイアスを電源（不図示）により印加することにより、各カートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光ドラム６１表面から中間転写ベルト６６表面にトナー像が一次転写される。
【００７４】
トナー像の一次転写後に各カートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光ドラム６１表面に残った転写残トナーは、クリーニング手段６４に設けられているクリーニングブレード（不図示）により除去される。本実施例においては、クリーニングブレードとして、ウレタンブレードを用いている。
【００７５】
なお、本実施の画像形成装置は、単色のみの画像形成（単色モード）時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。
【００７６】
一方、記録材Ｐは搬送ローラ６９ａによって給送カセット７０から搬送される。そしてその記録材Ｐは、所定のタイミングでレジストローラ６９ｂによって、二次転写ローラ対向ローラ６７ｂに巻きかけられている中間転写ベルト６６と二次転写ローラ７１との間の転写ニップ部Ｔに搬送される。
【００７７】
中間転写ベルト６６表面に形成された一次転写トナー像は、二次転写ローラ７１に電源（不図示）により印加されるトナーと逆極性のバイアスにより、記録材Ｐ上に一括転写される。
【００７８】
トナー像の二次転写後に中間転写ベルト６６表面に残った転写残トナーは中間転写ベルトクリーニング手段７２に設けられているクリーニングブレード７２ａにより除去される。本実施例においては、クリーニングブレード７２ａとして、ウレタンブレードを用いている。
【００７９】
記録材Ｐ上に転写されたトナー画像は、定着装置３１を通過することによって記録材Ｐ上に加熱定着される。トナー画像が加熱定着された記録材Ｐは、排出ローラ６９ｃにより排出通路６９ｄを通じて排出トレイ７３に排出される。
【００８０】
６９は搬送手段である。搬送手段６９は、搬送ローラ６９ａと、レジストローラ６９ｂと、排出ローラ６９ｃと、排出通路６９ｄなどにより構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施例１のヒーターの一例の構成模型図である。
【図２】実施例１のヒーターと比較する比較例１のヒーターの構成模型図である。
【図３】実施例１のヒーターと比較する比較例２のヒーターの構成模型図である。
【図４】実施例１の定着装置の一例の横断面模型図である。
【図５】ヒーター温度制御系の一例の回路図である。
【図６】画像形成装置の一例の構成模型図である。
【図７】実施例２の定着装置の一例の横断面模型図である。
【図８】カラー画像形成装置の一例の構成模型図である。
【符号の説明】
【００８２】
１：ヒーター（加熱体）、１ａ：基板、１ｂ−１：第１の発熱抵抗体、１ｂ−２：第２の発熱抵抗体、１ｃ−１，１ｃ−２：電極（導体部）、１ｃ−３：繋ぎ部（導体部）、１ｄ−１：第１の絶縁層、１ｄ−２：第２の絶縁層、Ｓ：空隙、Ｔ１，Ｔ２：絶縁層の厚みが他より大きい部分、４：定着フィルム（可撓性部材）、３２：定着ベルト（可撓性部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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