(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材上に形成された画像を加熱する像加熱装置において、エンドレスフィルムと、前記エンドレスフィルムの内面に接触し長手方向が前記エンドレスフィルムの母線と平行となるように配置されているヒータと、前記エンドレスフィルムを介して前記ヒータと共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ヒータは、記録材搬送方向において、上流側に設けられている第１の発熱セグメントと、下流側に設けられており前記第１の発熱セグメントと電気的に直列に繋がっている第２の発熱セグメントと、を有し、前記第１の発熱セグメントと前記第２の発熱セグメントは、それぞれ、前記ヒータの長手方向に電気的に直列に繋がっている複数の発熱部分を有し、複数の前記発熱部分は、それぞれ、基板上に前記ヒータの長手方向に沿って設けられている第１の導電パターンと、前記基板上に前記ヒータの長手方向に沿って設けられており前記ヒータの長手方向において前記第１の導電パターンとオーバーラップする領域を有する第２の導電パターンと、前記第１の導電パターンと前記第２の導電パターンそれぞれの前記オーバーラップする領域同士を電気的に繋いでおり電力供給されて発熱する発熱抵抗体と、を有し、前記第１の発熱セグメントの隣り合う前記発熱部分と前記発熱部分との間の隙間の位置と、前記第２の発熱セグメントの隣り合う前記発熱部分と前記発熱部分との間の隙間の位置は、前記ヒータの長手方向において異なっていることを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記発熱抵抗体の抵抗温度特性は負であ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】
エンドレスフィルムを有し記録材上に形成された画像を加熱する像加熱装置に用いられるヒータにおいて、前記ヒータの短手方向において一方の端部側に設けられている第１の発熱セグメントと、前記ヒータの短手方向において他方の端部側に設けられており前記第１の発熱セグメントと電気的に直列に繋がっている第２の発熱セグメントと、を有し、前記第１の発熱セグメントと前記第２の発熱セグメントは、それぞれ、前記ヒータの長手方向に電気的に直列に繋がっている複数の発熱部分を有し、複数の前記発熱部分は、それぞれ、基板上に前記ヒータの長手方向に沿って設けられている第１の導電パターンと、前記基板上に前記ヒータの長手方向に沿って設けられており前記ヒータの長手方向において前記第１の導電パターンとオーバーラップする領域を有する第２の導電パターンと、前記第１の導電パターンと前記第２の導電パターンそれぞれの前記オーバーラップする領域同士を電気的に繋いでおり電力供給されて発熱する発熱抵抗体と、を有し、前記第１の発熱セグメントの隣り合う前記発熱部分と前記発熱部分との間の隙間の位置と、前記第２の発熱セグメントの隣り合う前記発熱部分と前記発熱部分との間の隙間の位置は、前記ヒータの長手方向において異なっていることを特徴とするヒータ。
【請求項４】
前記発熱抵抗体の抵抗温度特性は負であることを特徴とする請求項３に記載のヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載する加熱定着装置（定着器）として用いれば好適な像加熱装置、及びこの像加熱装置に用いられるヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式のプリンタや複写機に搭載する加熱定着装置（定着器）として、セラミック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（定着フィルム）、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と、を有するものがある。未定着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画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。したがって、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、一枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ  ＰｒｉｎｔＯｕｔ  Ｔｉｍｅ）を短く出来る。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。
【０００３】
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。
【０００４】
そこで、可撓性部材を用いた定着器を搭載するプリンタは、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。
【０００５】
しかしながら、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る。
【０００６】
そこで、上述した定着器に用いるヒータとして、温度が上昇するほど抵抗値が下がる負の抵抗温度特性（ＮＴＣ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）のものを用いることも考えられている。ヒータが負の抵抗温度特性であれば、非通紙領域が過昇温しても非通紙領域の抵抗値は下がるので非通紙領域が過度の昇温を抑えられるという発想である。
【０００７】
しかし、一般的に負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体は体積抵抗が高く、商用電源で使用できる範囲の抵抗を得ることは通常の発熱抵抗体パターンでは困難である場合が多い。
【０００８】
この負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体を用いて商用電源で使用できる範囲の抵抗を得るようにした加熱体が特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４及び特許文献５に提案されている。この加熱体では、例えばグラファイト等の負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体を基板の長手方向に分割し、分割した発熱抵抗体の１区域には基板の短手方向（記録材搬送方向）に給電し、分割した発熱抵抗体の区域同士は直列に接続してある。このような構成の発熱抵抗体パターンを有する加熱体を用いることにより、簡単な構成で非通紙部昇温を低減することができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−０２５４７４号公報
【特許文献２】特開２０００−５８２３２号公報
【特許文献３】特開２００１−４３９５６号公報
【特許文献４】特開２００７−１８９１２号公報
【特許文献５】特開２００４−１４４８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来の加熱体においては、非通紙部昇温防止と、分割された発熱抵抗体の隙間部分の定着性確保とを両立することが望まれている。
【００１１】
本発明は上述の課題に鑑み成されたものであり、非通紙部昇温防止と、分割された発熱抵抗体の隙間部分の定着性確保とを両立できる像加熱装置、及びこの像加熱装置に用いられるヒータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための構成は、記録材上に形成された画像を加熱する像加熱装置において、エンドレスフィルムと、前記エンドレスフィルムの内面に接触し長手方向が前記エンドレスフィルムの母線と平行となるように配置されているヒータと、前記エンドレスフィルムを介して前記ヒータと共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ヒータは、記録材搬送方向において、上流側に設けられている第１の発熱セグメントと、下流側に設けられており前記第１の発熱セグメントと電気的に直列に繋がっている第２の発熱セグメントと、を有し、前記第１の発熱セグメントと前記第２の発熱セグメントは、それぞれ、前記ヒータの長手方向に電気的に直列に繋がっている複数の発熱部分を有し、複数の前記発熱部分は、それぞれ、基板上に前記ヒータの長手方向に沿って設けられている第１の導電パターンと、前記基板上に前記ヒータの長手方向に沿って設けられており前記ヒータの長手方向において前記第１の導電パターンとオーバーラップする領域を有する第２の導電パターンと、前記第１の導電パターンと前記第２の導電パターンそれぞれの前記オーバーラップする領域同士を電気的に繋いでおり電力供給されて発熱する発熱抵抗体と、を有し、前記第１の発熱セグメントの隣り合う前記発熱部分と前記発熱部分との間の隙間の位置と、前記第２の発熱セグメントの隣り合う前記発熱部分と前記発熱部分との間の隙間の位置は、前記ヒータの長手方向において異なっていることを特徴とする。
【００１３】
また上記目的を達成するための構成は、エンドレスフィルムを有し記録材上に形成された画像を加熱する像加熱装置に用いられるヒータにおいて、前記ヒータの短手方向において一方の端部側に設けられている第１の発熱セグメントと、前記ヒータの短手方向において他方の端部側に設けられており前記第１の発熱セグメントと電気的に直列に繋がっている第２の発熱セグメントと、を有し、前記第１の発熱セグメントと前記第２の発熱セグメントは、それぞれ、前記ヒータの長手方向に電気的に直列に繋がっている複数の発熱部分を有し、複数の前記発熱部分は、それぞれ、基板上に前記ヒータの長手方向に沿って設けられている第１の導電パターンと、前記基板上に前記ヒータの長手方向に沿って設けられており前記ヒータの長手方向において前記第１の導電パターンとオーバーラップする領域を有する第２の導電パターンと、前記第１の導電パターンと前記第２の導電パターンそれぞれの前記オーバーラップする領域同士を電気的に繋いでおり電力供給されて発熱する発熱抵抗体と、を有し、前記第１の発熱セグメントの隣り合う前記発熱部分と前記発熱部分との間の隙間の位置と、前記第２の発熱セグメントの隣り合う前記発熱部分と前記発熱部分との間の隙間の位置は、前記ヒータの長手方向において異なっていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の更なる目的は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、非通紙部昇温防止と、分割された発熱抵抗体の隙間部分の定着性確保とを両立できる像加熱装置、及びこの像加熱装置に用いられるヒータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】フィルム加熱方式の定着装置の一例の横断側面模型図
【図２】図１に示す定着装置の縦断面模型図
【図３】図１に示す定着装置を記録材の導入側から見た図
【図４】図１に示す定着装置のニップ部Ｎ及びその周囲の横断側面拡大図
【図５】実施例１に係る加熱体の説明図であって、（ａ）は加熱体の正面図、（ｂ）は加熱体の背面図、（ｃ）は（ａ）の加熱体のＣ１−Ｃ１矢視拡大断面図
【図６】実施例１に係る加熱体の通電制御を行う回路の一例を表わす図
【図７】実施例１に係る加熱体の発熱抵抗体の分割形態を表わす図
【図８】実施例１に係る加熱体の発熱抵抗体のモデル図
【図９】従来例１に係る加熱体の正面図
【図１０】従来例１に係る加熱体の発熱抵抗体のモデル図
【図１１】従来例２にかかる加熱体の正面図
【図１２】図１２は従来例３の加熱体の正面図
【図１３】実施例２に係る加熱体の説明図であって、（ａ）は加熱体の正面図、（ｂ）は加熱体の背面図、（ｃ）は（ａ）の加熱体のＣ２−Ｃ２矢視拡大断面図
【図１４】実施例２に係る加熱体の通電制御を行う回路の一例を表わす図
【図１５】実施例２に係る加熱体の発熱抵抗体の分割形態を表わす図
【図１６】画像形成装置の一例の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[実施例１]
本発明を図面に基づいて説明する。
【００１８】
（１）画像形成装置例
図１６は本発明に係る像加熱装置を画像定着装置（定着器）として搭載する画像形成装置の一例の概略構成図である。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。このプリンタは、搬送可能な最大用紙幅をＡ４サイズ（２１０ｍｍ）とする。このプリンタの記録材の搬送基準は、記録材の搬送方向と直交する方向における記録材搬送路の中央とその方向における記録材の端部間の中央とを一致させて記録材の搬送を行う中央搬送基準である。
【００１９】
１０１は像担持体としての電子写真感光体ドラム（以下、感光体ドラムと記す）である。感光体ドラム１０は、矢示の反時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転される。
【００２０】
１０２は接触帯電ローラ等の帯電手段である。この帯電手段１０２により感光体ドラム１０１の外周面（表面）が所定の極性・電位に一様に帯電処理（一次帯電）される。
【００２１】
１０３は画像露光手段としてのレーザービームスキャナである。レーザービームスキャナ１０３は、不図示のイメージスキャナ・コンピュータ等の外部機器から入力する目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応してオン／オフ変調したレーザー光を出力して、感光体ドラム１０１の帯電処理面を走査露光（照射）する。この走査露光により感光体ドラム１０１の帯電処理面の露光明部の電荷が除電され帯電処理面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００２２】
１０４は現像装置である。現像装置１０４は、現像スリーブから感光体ドラム１０１の帯電処理面にトナー（現像剤）を供給し帯電処理面の静電潜像（静電像）をトナー画像（現像像）として現像する。レーザービームプリンタの場合、一般的に、静電潜像の露光明部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。
【００２３】
１０６は接触型・回転型の転写部材としての転写ローラである。転写ローラ１０６にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで後述の転写部位において感光体ドラム１０１のトナー画像が記録材Ｐの面上に静電的に転写される。
【００２４】
以上が像形成手段としての画像形成機構部の構成である。
【００２５】
１０９は給紙カセットである。給紙カセット１０９には記録材Ｐを積載収納させてある。給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ１０８が駆動されて給紙カセット１０９内の記録材Ｐが一枚ずつ分離給紙される。そしてその記録材Ｐは、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、感光体ドラム１０１と転写ローラ１０６との当接ニップ部である転写部位に所定のタイミングで導入される。すなわち、感光体ドラム１０１上のトナー画像の先端部が転写部位に到達したとき、記録材Ｐの先端部もちょうど転写部位に到達するタイミングとなるようにレジストローラ１１１で記録材Ｐの搬送が制御される。
【００２６】
転写部位に導入された記録材Ｐは、この転写部位を挟持搬送され、その間、転写ローラ１０６には不図示の転写バイアス印加電源から転写電圧（転写バイアス）が印加される。この転写ローラ１０６及び転写電圧制御については後述する。
【００２７】
転写部位においてトナー画像の転写を受けた記録材Ｐは、感光体ドラム１０１表面から分離されてシートパス１１３を通って像加熱装置としての画像定着装置(定着器）１０７へ搬送導入され、ここでトナー画像の加熱・加圧定着処理を受ける。
【００２８】
一方、記録材分離後（記録材Ｐに対するトナー像転写後）の感光体ドラム１０１表面はクリーニング装置１０５で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。
【００２９】
定着装置１０７を通った記録材Ｐは、シートパス１１４を通って排紙口から排紙トレイ１１５上に排出される。
【００３０】
転写ローラ１０６は、一般にＳＵＳ、Ｆｅ等の芯金上にカーボン、イオン導電性フィラー等で１×１０６〜１×１０１０Ω程度の抵抗に調整された半導電性のスポンジ弾性層を形成した弾性スポンジローラが用いられる。本実施例１では、芯金の外回りに同心一体に、ＮＢＲゴムと界面活性剤等を反応させ、導電性を有する弾性層をローラ状に成形具備させてなるイオン導電系の転写ローラを用いた。抵抗値は１×１０８〜５×１０８Ωの範囲のものを用いた。
【００３１】
転写ローラ１０６の抵抗は雰囲気環境の温湿度に応じて変動しやすいことが知られている。この転写ローラ１０６の抵抗変動は転写不良や紙跡などの発生を招来する。そこで、転写ローラ１０６の抵抗変動に起因する転写不良や紙跡などの発生を防止するために、転写ローラ１０６の抵抗値を測定し、その抵抗値測定結果に応じて転写ローラ１０６に印加する転写電圧を適正に制御する「印加転写電圧制御」が採択される。
【００３２】
そのような印加転写電圧制御例として特開平２−１２３３８５号公報に開示されるＡＴＶＣ制御（Ａｃｔｉｖｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）がある。ＡＴＶＣ制御は、転写時、転写ローラに印加する転写バイアスを最適化する手段であり、転写不良、紙跡の発生を防止したものである。上記転写バイアスは、画像形成装置の前回転行程中に転写ローラから感光体ドラムに所望の定電流バイアスを印加し、その時のバイアス値から転写ローラの抵抗を検知し、印字行程の転写時に、その抵抗値に応じた転写バイアスを転写ローラに印加する。本実施例１においても、上記のＡＴＶＣ制御を用いた。
【００３３】
（２）定着装置１０７
次に、本実施例１における定着装置１０７について説明する。
【００３４】
以下の説明において、定着装置及びこの定着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をいう。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をいう。長さとは長手方向の寸法をいう。幅とは短手方向の寸法をいう。
【００３５】
図１は本実施例１に係るフィルム加熱方式の定着装置の横断側面模型図である。図２は定着装置の縦断面模型図である。図３は定着装置を記録材の導入側から見た図である。図４はニップ部Ｎ及びその周囲の横断側面拡大図である。この装置は特開平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装置である。
【００３６】
テンションレスタイプのフィルム加熱方式の定着装置は、可撓性部材として耐熱性フィルム（エンドレスフィルム）を用いている。そして耐熱性フィルムとしては、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。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、耐熱性フィルムは加圧体(バックアップ部材）としての加圧ローラの回転駆動力で回転駆動するようにした装置である。
【００３７】
（２−１）ステー
１は加熱体（ヒータ）３を支持する支持部材としてのステーである。ステー１は、加熱体支持部材兼フィルムガイド部材としての耐熱性の剛性部材である。このステー１は、ステー１の長手方向両端部が装置フレーム（不図示）に保持されている。ステー１の下面には、ステーの長手方向に沿って加熱体３を配設して保持させてある。加熱体３の詳細については後述する。
【００３８】
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１では液晶ポリマーを用いた。
【００３９】
（２−２）耐熱性フィルム（エンドレスフィルム）
２はエンドレス（円筒状）の耐熱性フィルム（以下、フィルムと称す）である。フィルム２は、加熱体３を保持しているステー１に外嵌させてある。フィルム２の内周長と加熱体３を支持しているステー１の外周長はフィルム２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてある。従ってフィルム２は周長に余裕を持ってステー１に外嵌されている。Ｋは記録材搬送方向である。
【００４０】
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、或いは複合層フィルムを使用できる。複合層フィルムとして、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１では、膜厚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。フィルム２の外径は２４ｍｍとした。
【００４１】
（２−３）加圧ローラ（バックアップ部材）
４は加圧ローラである。加圧ローラ４は、加熱体３との間にフィルム２を挟んで加熱体３とニップ部（圧接ニップ部、定着ニップ部）Ｎを形成し、かつフィルム２を回転駆動させるローラ部材である。加圧ローラ４は、丸軸状の芯金４ａと、芯金４ａの外周面上にローラ状に設けられた弾性体層４ｂと、弾性体層４ｂの外周面上に設けられた最外層の離形層４ｃと、を有する。この加圧ローラ４は、フィルム２と並列に配置され、芯金４ａの長手方向両端部が装置フレームに軸受（不図示）を介して回転自在に保持されている。そしてその軸受を加圧バネ等の付勢手段（不図示）により所定の押圧力をもって付勢し加圧ローラ４の外周面（表面）をフィルム２を挟ませて加熱体３の表面に加圧することにより加圧ローラ４の弾性体層４ｂを長手方向に弾性変形させている。その弾性体層４ｂの弾性変形によってフィルム２の外周面（表面）と加圧ローラ４表面との間に未定着トナー画像Ｔの加熱定着に必要な所定幅のニップ部Ｎを形成している(図４参照）。本実施例１では、芯金４ａはアルミ芯金を用いた。弾性体層４ｂはシリコーンゴムを用いた。離形層４ｃは厚さ約３０μｍのＰＦＡのチューブを用いた。加圧ローラ４の外径は２２ｍｍ、弾性体層４ｂの厚さは約３ｍｍとした。
【００４２】
この加圧ローラ４は、芯金４ａの長手方向一端部に設けられている駆動ギアＧが駆動系Ｍにより回転駆動されることによって矢印の時計方向に所定の周速度で回転される。この加圧ローラ４の回転により、ニップ部Ｎにおける加圧ローラ４表面とフィルム２表面との摩擦力でフィルム２に回転力が作用する。これによりフィルム２は、フィルム２の内周面（内面）がニップ部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する。
【００４３】
（２−４）加熱体（ヒータ）
次に、加熱体３について説明する。
【００４４】
図５の（ａ）は加熱体３の表面を表わす正面図、（ｂ）は加熱体３の裏面を表わす背面図、（ｃ）は加熱体３のＣ１−Ｃ１断面図である。
【００４５】
本実施例１に示す加熱体３は、長手方向に細長い基板７を有する。そしてその基板７の表面（フィルム摺動面）側に、発熱抵抗体６と、発熱抵抗体６に給電する電極としての給電用電極９・１０及び導電パターン１４と、発熱抵抗体６と導電パターン１４を保護するオーバーコート層８を設けた全体に低熱容量の加熱体である。
【００４６】
基板７は、耐熱性・絶縁性・良熱伝導性を有する。基板７の材料としては、例えば、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材料が用いられる。本実施例１では、基板７として幅７ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、厚さ１ｍｍの酸化アルミニウム製の基板を使用している。
【００４７】
発熱抵抗体６は、基板７の基板面上（基板上）に基板７の短手方向に離間させて基板７の長手方向に沿って２本（複数本）設けられている。つまり、発熱抵抗体６は、基板７の短手方向において、記録材搬送方向上流側の基板端部の内側と記録材搬送方向下流側の基板端部の内側に設けられている。以下、記録材搬送方向上流側の基板端部の内側に設けられている発熱抵抗体６を上流側の発熱抵抗体６と称す。また記録材搬送方向下流側の基板端部の内側に設けられている発熱抵抗体６を下流側の発熱抵抗体６と称す。上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６は、それぞれグラファイト・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（以下、グラファイトペーストとも称す）をスクリーン印刷により、基板７上に形成して得たものである。発熱抵抗体６の形状・特性については後述する。
【００４８】
また、上流側の発熱抵抗体６とその両側の導電パターン１４−１、１４−２を第１の発熱セグメントと称し、下流側の発熱抵抗体６とその両側の導電パターン１４−３、１４−４を第２の発熱セグメントと称する。第１の発熱セグメントと第２の発熱セグメントは電気的に直列に繋がっている。また、図５のように、第１の発熱セグメントは、ヒータの長手方向に４つの発熱部分（発熱part）６を有し、４つの発熱部分は電気的に直列に繋がっている。基板７の短手方向において上流側の発熱抵抗体６の両側には導電パターン１４−１（第１の導電パターン），１４−２（第２の導電パターン）が基板７の長手方向に沿って設けられている。また基板７の短手方向において下流側の発熱抵抗体６の両側には導電パターン１４−３（第１の導電パターン），１４−４（第２の導電パターン）が基板７の長手方向に沿って設けられている。そして上流側の発熱抵抗体６の外側（上流側）に設けられている導電パターン１４−１は下流側の発熱抵抗体６の内側（上流側）に設けられている導電パターン１４−３と接続されている。そして、導電パターン１４−１には給電用電極９が、導電パターン１４−４には給電用電極１０が、それぞれ接続されている。
【００４９】
また、図５のように、第１の発熱セグメントにおいて、第１の導電パターンと１４−１と第２の導電パターン１４−２はヒータ長手方向でオーバーラップする領域を有し、電力供給されて発熱する発熱抵抗体６は、第１の導電パターン１４−１と第２の導電パターン１４−２それぞれのオーバーラップする領域同士を電気的に繋いでいる。第２の発熱セグメントは、発熱抵抗体の数が第１の発熱セグメントと異なるだけで、基本的に第１の発熱セグメントと同様の形状である。
【００５０】
給電用電極９・１０と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４は、銀を材質としたペーストを基板７上にスクリーン印刷したものである。給電用電極９，１０と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４は発熱抵抗体６に給電する目的で設けられている。そのため、給電用電極９，１０と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４の抵抗は発熱抵抗体６の抵抗に対して十分低くしている。
【００５１】
オーバーコート層８は、発熱抵抗体６と加熱体３表面との電気的な絶縁性を確保することとフィルム２内面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８として厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。
【００５２】
基板７の裏面（非フィルム摺動面）には、温度検知手段として加熱体３の温度を検知する検温素子５が設けられている。本実施例１では、検温素子として加熱体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（基板６裏面側）に向けて所定の加圧力により基板６裏面に当接するような構成をとる。本実施例１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は基板７の最小通紙域内即ち基板７の長手方向においてサイズの異なる記録材が必ず通過する領域内に設けられている。そしてそのサーミスタ５は制御手段としてのＣＰＵ１１に通じている。
【００５３】
この加熱体３をオーバーコート層８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。以上の構成をとることにより、加熱体３全体を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。
【００５４】
図６は加熱体３の通電制御を行う回路の一例を表わす図である。
【００５５】
加熱体３は、基板７の長手方向端部の内側に設けられている給電用電極９，１０に電源１３から給電用コネクタ（不図示）を通じて給電される。これにより、給電用電極１０と給電用電極９間で上流側及び下流側の発熱抵抗体６に導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４を通じて図７にて矢印で示す通電経路を辿って通電される。上流側及び下流側の発熱抵抗体６は通電により長手全長にわたって発熱することで昇温する。その昇温がサーミスタ５で検知され、サーミスタ５の出力をＡ／Ｄ変換しＣＰＵ１１に取り込む。ＣＰＵ１１は、サーミスタ５からの出力情報に基づいてトライアック１２により発熱抵抗体６に通電する電力を位相制御や、波数制御等により制御して、加熱体３の温度制御を行う。即ちサーミスタ５の検知温度が所定の設定温度（目標温度）より低いと加熱体３が昇温するように、所定の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は所定の設定温度に保たれる。なお、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３に全通電したときの出力を示す。
【００５６】
加熱体３の温度が所定の設定温度に立ち上がり、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ニップ部Ｎに未定着トナー画像Ｔを担持する記録材Ｐが転写部位より導入される。そして、記録材Ｐがフィルム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の熱がフィルム２を介して記録材Ｐに付与され記録材上のトナー画像Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。ニップ部Ｎを通った記録材Ｐはフィルム２表面から分離されて搬送される。
【００５７】
以下に本実施例１の加熱体３の製法を述べる。
【００５８】
まず、酸化アルミニウム製の基板７上に給電用電極９，１０と導電パターン１４を同時にスクリーン印刷し、その給電用電極９・１０と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４を乾燥後、８００℃程度の温度で焼成する。次に発熱抵抗体６として前述のグラファイトペーストをスクリーン印刷し、そのグラファイトペーストを乾燥・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。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、そのオーバーコート層８を乾燥・焼成する。グラファイトの耐熱性を考慮して、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。
【００５９】
次に、本実施例１の発熱抵抗体６の形状・特性について詳細に説明する。
【００６０】
図７は加熱体３の発熱抵抗体６の分割形態を表わす図である。図７においては、簡単のためオーバーコート層８を省略している。
【００６１】
本実施例１では、加熱体３の発熱抵抗体６を上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６の２本に分けそれらを導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４によって直列に接続している。そして上流側の発熱抵抗体６を基板７の長手方向で４分割し、下流側の発熱抵抗体６を基板７の長手方向で３分割している。つまり、上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６を３個以上の部分に分割している。本実施例１の加熱体３の特徴は、上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６の分割数を変えるとともに、その分割によって基板７の長手方向に生じる隙間の位置（分割位置）が基板７の長手方向において異なっている（一致しない）点である。
【００６２】
上流側の発熱抵抗体６及び下流側の発熱抵抗体６において、分割された発熱抵抗体６の１区域には基板７の短手方向に給電するように導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４が設けられている。そして分割された区域同士は導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４によって基板７の長手方向に直列に接続されている。よって、給電用電極９，１０に給電されると、各区域には流れる電流Ｉは図７の矢印の向きになる。
【００６３】
上流側の発熱抵抗体６の１区域の長さａは５５ｍｍとしている。下流側の発熱抵抗体６の１区域の長さｂは７３．５ｍｍとしている。発熱抵抗体６の幅ｄは上流側の発熱抵抗体６及び下流側の発熱抵抗体６のいずれも１．５５ｍｍとしている（総発熱体幅は３．１ｍｍ）。上流側の発熱抵抗体６の４つの区域と、下流側の発熱抵抗体６の３つの区域は、それぞれ同じ形状である。分割された区域の隙間の長さｆは上流側の発熱抵抗体６及び下流側の発熱抵抗体６のいずれも０．５ｍｍとした。よって、上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６の全長は隙間を含めるといずれの発熱抵抗体６も２２１．５ｍｍになる。上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６の厚さはいずれの発熱抵抗体６も約１０μｍとした。
【００６４】
導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４の幅ｃは０．５ｍｍとした。導電パターン１４−２と導電パターン１４−３との間の幅（隙間）ｇは０．５ｍｍとした。基板７の上流側の端縁から導電パターン１４−１までの幅ｅと基板７の下流側の端縁から導電パターン１４−４までの幅ｅはそれぞれ０．７ｍｍとした。
【００６５】
上記長さｆ及び幅ｃ，ｅ，ｇは、加熱体３の製造上可能な最小の値としている。
【００６６】
本実施例１では、発熱抵抗体６の材料としてグラファイト・ガラスを主成分としたグラファイトペーストを用いており、その常温のシート抵抗は約１００Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）である。本実施例１では、上流側の発熱抵抗体６の総抵抗（４区域の総抵抗）は常温で１１．５Ωである。下流側の発熱抵抗体６の総抵抗（３区域の総抵抗）は常温で６．５Ωである。そして上流側の発熱抵抗体６の抵抗と下流側の発熱抵抗体６の抵抗を合わせた総抵抗（給電用電極９,１０間の抵抗）は常温で１８Ωである。
【００６７】
従来の発熱抵抗体は銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）等の金属を主体としたペーストで形成されているのが一般的であり、ＰＴＣ特性（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を示す。ＰＴＣ特性とは温度が上がると抵抗が高くなる正の抵抗温度特性をいう。一方、本実施例１で発熱抵抗体６の材料として用いているグラファイトは、ある温度を境にその温度以下ではＮＴＣ特性（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を、その温度以上ではＰＴＣ特性を示す性質がある。そしてその変曲点温度は７００℃程度である。ＮＴＣ特性とは温度が上がると抵抗が低くなる負の抵抗温度特性をいう。
【００６８】
加熱体３の最高到達温度は３００℃程度であるので、本実施例１の発熱抵抗体６は、定着装置１０７の実使用時においてはＮＴＣ特性を示す。本実施例１の発熱抵抗体６の抵抗変化率は−１０００ｐｐｍ／℃程度（２５℃から２００℃までの抵抗変化率  以下の抵抗変化率の値も同様）とした。ちなみに、従来の加熱体に用いられている銀パラジウムペーストの抵抗変化率は０〜１０００ｐｐｍ／℃程度である（銀とパラジウムの比率によって異なる）。
【００６９】
本実施例１との比較のために、比較例の加熱体３０について説明する（以下、この比較例を比較例１とする）。
【００７０】
図９は比較例１の加熱体３０の正面図である。
図９において、本実施例１の加熱体３と同じ部材・部分には同一の符号を付している。 
【００７１】
１７は発熱抵抗体である。発熱抵抗体１７は、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、酸化アルミニウム製の基板７上にスクリーン印刷により、幅３．１ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、厚さ約１０μｍの線帯状に形成して得たものである。発熱抵抗体１７の総発熱体幅は本実施例１の加熱体３における発熱抵抗体１７の総発熱体幅と同じである。酸化アルミニウム製の基板７は本実施例１の基板７と同じ形状とした。従来例１の発熱抵抗体１７は、常温のシート抵抗が約０．２５Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）であるものを用いている。また発熱抵抗体１７の総抵抗は本実施例１の発熱抵抗体６の総抵抗と同じく常温で１８Ωとした。また発熱抵抗体１７の抵抗変化率は５００ｐｐｍ／℃程度とした。
【００７２】
比較例１の加熱体３０において発熱抵抗体１７の材料・形状及び導電パターン１８の形状以外の構成は、本実施例１の加熱体３と同じとした。比較例１の加熱体３０においてオーバーコート層として銀パラジウムペーストと相性の良い厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いているが、図９では簡単のため省略している。
【００７３】
比較例１の加熱体３０において、発熱抵抗体１７には給電用電極９，１０及び導電パターン１８より基板７の長手方向に給電され、電流ｉは基板７の長手方向に流れる。従来の加熱体では、比較例１の加熱体３０のように基板７の長手方向に給電するタイプが一般的である。
【００７４】
比較例１の加熱体３０を備えた定着装置のニップ部に小サイズ紙を通紙（導入）すると、前述した非通紙部昇温が発生する。比較例１の加熱体３０を本実施例１で説明した定着装置１０７に搭載した場合を考え、以下、非通紙部昇温についてモデル図を用いて説明する。
【００７５】
図１０は比較例１の加熱体３０における発熱抵抗体１７のモデル図である。ここでは、発熱抵抗体１７を長さｍ（＝５５ｍｍ）に４分割して考え、中央部の２つの区域の抵抗をそれぞれｒ１、端部の２つの区域の抵抗をそれぞれｒ２とする（中央部と端部の温度が同じであればｒ１＝ｒ２）。２（ｒ１＋ｒ２）が総抵抗になり、常温では１８Ωである。発熱抵抗体１７に流れる電流をｉとすると、中央部の１区域の発熱量ｑ１はｉ２・ｒ１であり、端部の１区域の発熱量ｑ２はｉ２・ｒ２である。
【００７６】
簡単のため、幅２ｍ（＝１１０ｍｍ）の小サイズ紙が通紙された場合を考えると、中央部の抵抗がｒ１の区域は通紙部に、端部の抵抗がｒ２の区域は非通紙部になる。加熱体３０の温度制御は通紙部に設けられたサーミスタで行われるので、小サイズ紙に熱を奪われる通紙部に比べて、小サイズ紙に熱を奪われない非通紙部の温度は上昇する。発熱抵抗体１７はＰＴＣ特性を示すため、小サイズ紙通紙時はｒ１＜ｒ２となる。電流ｉは通紙部・非通紙部で同じであるためｑ１＜ｑ２となり、非通紙部の発熱量は中央部の発熱量よりも大きくなる。
【００７７】
本実施例１の加熱体３についても、同様にモデル図を用いて考えてみる。
【００７８】
図８は本実施例１の発熱抵抗体６のモデル図である。ここでは、簡単のため上流側の発熱抵抗体６のみに給電しているモデル図を用いて説明する。４分割された発熱抵抗体６の抵抗を、中央部の１区域をＲ１、端部の１区域をＲ２とする（中央部と端部の温度が同じであればＲ１＝Ｒ２）。２（Ｒ１＋Ｒ２）が総抵抗になり、常温では１１．５Ωである。つまり、温度が全て等しければＲ１＝Ｒ２である。発熱抵抗体６に流れる電流をＩとすると、中央部の１区域の発熱量Ｑ１はＩ２・Ｒ１であり、端部の１区域の発熱量Ｑ２はＩ２・Ｒ２である。
【００７９】
比較例１の加熱体３０の場合と同様に、幅２ｍ（＝１１０ｍｍ）の小サイズ紙が通紙された場合を考えると、中央部の抵抗がＲ１の区域は通紙部に、端部の抵抗がＲ２の区域は非通紙部になる。本実施例１の加熱体３でも比較例１の加熱体３０の場合と同じく、小サイズ紙を通紙すると通紙部よりも非通紙部の温度が高くなる。本実施例１の加熱体３の発熱抵抗体６はＮＴＣ特性であるため、小サイズ紙通紙時はＲ１＞Ｒ２となる。電流Ｉは通紙部・非通紙部で同じであるためＱ１＞Ｑ２となり、本実施例１の加熱体３の場合は、非通紙部の発熱量は中央部の発熱量よりも小さくなる。
【００８０】
比較例１の加熱体３０と本実施例１の加熱体３の定着性は総発熱体幅が同じ３．１ｍｍであるのでほぼ同等である。よって、同じ小サイズ紙を通紙したときの通紙部の発熱量（＝定着性）はほぼ同等、すなわちｑ１＝Ｑ１となる。故に、同じ小サイズ紙を通紙したときの非通紙部の発熱量はｑ２＞Ｑ２となり、本実施例１の加熱体３の方が比較例１の加熱体３０よりも非通紙部昇温が小さくなることが分かる。
【００８１】
以下に本実施例１の加熱体３と比較例１の加熱体３０との非通紙部昇温の比較を示す。本実施例１の加熱体３を備えた定着装置を搭載する画像形成装置と比較例１の加熱体３０を備えた定着装置を搭載する画像形成装置において、定着装置が十分室温（２５℃）になじんだ状態からハガキサイズの記録材を連続でニップ部に１００枚通紙した。そしてその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。なお、画像形成装置に搭載されている定着装置は加熱体３，３０を除いて同じ構成としてある。定着装置の定着温度は２３０℃とした。加熱体３，３０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２００ｍｍ／ｓｅｃ．とした。
【００８２】
試験結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
0005253240.tif 000002
【００８４】
表１に示すように、比較例１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】
次に記録材としてハガキサイズで坪量が１５７ｇ／ｍ２の厚紙を定着装置のニップ部に強制的に重送させて通紙し、何枚重送させると定着装置の劣化・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非通紙部昇温を測定したときと同条件としている。
【００８６】
試験結果を表２に示す。
【００８７】
【表２】
0005253240.tif 000003
【００８８】
表２に示すように、比較例１の加熱体３０は非通紙部昇温により基板７に発生する熱応力によって、４重送または３重送で破損に至り、定着装置のステー、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。
【００８９】
一方、本実施例１の加熱体３は２回とも１０重送まで重送枚数を増やしていったが破損せず、定着装置１０７のステー、フィルム、加圧ローラ表層にも劣化は認められなかった。
【００９０】
この結果からも本実施例１の加熱体３を用いることによって、非通紙部昇温が大幅に低減できていることが分かる。
【００９１】
次に本実施例１との比較のために、本件特許出願の発明者が特許文献１で提案した加熱体の構成について説明する（以下、特許文献１で提案した加熱体を比較例２とする）。
【００９２】
比較例２の加熱体においても発熱抵抗体の材料・形状及び導電パターンの形状以外の構成は、本実施例１の加熱体３と同じとした。本実施例１の加熱体３と同じ部材・部分には同一符号を付した。
【００９３】
図１１は比較例２の加熱体４０の正面図である。
【００９４】
比較例２に示す加熱体４０は、発熱抵抗体６として、本実施例１の発熱抵抗体６と全く同じグラファイト・ガラスを主成分とするペーストを用いている。その他の基板、導電パターン、給電用電極、オーバーコート層（図１１では省略している）の材料も本実施例１の加熱体３と同じである。
【００９５】
比較例２の加熱体４０では、発熱抵抗体６を４分割している。つまり比較例２の加熱体４０は、本実施例１の加熱体３の構成から下流側の発熱抵抗体６を削除したような形状になっている。
【００９６】
発熱抵抗体６において、分割された１区域の長さａは５５ｍｍ（本実施例１の上流側の発熱抵抗体６の１区域と同じ）とし、幅ｄは２．６ｍｍとし、発熱抵抗体６の４区域とも同じ形状としている。発熱抵抗体６の厚さは本実施例１と同じく約１０μｍとした。分割された区域の隙間の長さｆは０．５ｍｍとした。基板７の短手方向において発熱抵抗体６の両側には導電パターン１９−１，１９−２が基板７の長手方向に沿って設けられている。その導電パターン１９−１，１９−２のうち発熱抵抗体６の外側（上流側）に設けられている導電パターン１９−１は基板７の下流側の端縁の内側で導電パターン１９−２と並列に設けられている導電パターン１９−３と接続されている。これらの各導電パターン１９−１，１９−２，１９−３の幅ｃは０．５ｍｍとした。また、導電パターン１９−２と導電パターン１９−３との間の幅（隙間）ｇは０．５ｍｍとした。基板７の上流側の端縁から導電パターン１９−１までの幅ｅは０．７ｍｍとした。また基板７の上流側の端縁から導電パターン１９−１までの幅ｅと基板７の下流側の端縁から導電パターン１９−３までの幅ｅはそれぞれ０．７ｍｍとした。つまり、比較例２の加熱体４０と本実施例１の加熱体３において上記長さａ，ｄ，ｆ，ｇは同じであり、また上記幅ｃ，ｅも同じである。ちなみに比較例の加熱体４０の常温における発熱抵抗体６の総抵抗も本実施例１の加熱体４０の発熱抵抗体６の総抵抗と同じく１８Ωである。なお、酸化アルミニウム製の基板７の幅は比較例２では６ｍｍとしている。
【００９７】
グラファイトペーストはＮＴＣ特性を示す材料の中ではシート抵抗が低い方であるが、銀パラジウム等の金属ペーストに比べるとシート抵抗は大きい。よって、グラファイトペーストで比較例１の加熱体３０のように長手方向に給電する発熱抵抗体パターンを形成すると、総抵抗が非常に大きくなり加熱体として用いることができない。例えば、本実施例１のシート抵抗のグラファイトペーストで、図９の比較例１の発熱抵抗体パターンを厚さ約１０μｍで形成すると、総抵抗は約７０００Ωになってしまう。これはグラファイト以外のＮＴＣ特性を示す材料にも言えることである。
【００９８】
シート抵抗の大きいグラファイトペーストを、商用電源で使用できる範囲の総抵抗にするための発熱抵抗体パターンが比較例２である。この構成であれば、モデル図で説明したように、グラファイトの有するＮＴＣ特性を非通紙部昇温低減に有効に使うことができる。しかし、比較例２の加熱体４０で問題となるのは、この構成で必須となる分割によって生じる発熱抵抗体６の隙間部分の定着性である。
【００９９】
比較例２の加熱体４０では、発熱抵抗体６の３箇所の隙間部分は全く発熱抵抗体６が存在しないので、どうしても他の部分に比べて定着性が悪くなる。この隙間部分における定着性悪化を補うために、特許文献１では、隙間の形状を斜めにしたり（隙間の形状を斜めにした加熱体を従来例３とする。図１２を参照）、形状を斜めにした上で隙間付近の発熱抵抗体の抵抗を変えたりして、定着性悪化を補っている。図１２は比較例３の加熱体５０の正面図である。
【０１００】
前述したように、画像形成装置のプロセススピードがあまり速くない場合は、比較例３のような構成の加熱体５０を用いることで発熱抵抗体６の隙間部分の定着性を使用上問題ないレベルまで補うことが可能であった。
【０１０１】
しかし、近年の画像形成装置のスピードアップにより、基板の長手方向全域において良好な定着性を確保するのも難しくなってきており、比較例３の加熱体５０のような構成では、発熱抵抗体６の隙間部分の定着性確保に限界が生じてきている。
【０１０２】
この隙間部分の定着性確保という課題を解決するものが本実施例１の加熱体３である。図７を示して説明した通り、本実施例１の加熱体３では発熱抵抗体６を上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６とに分けている。そして上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６とで発熱抵抗体６の分割数を変えることによって、上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６とで隙間の位置が一致しないようにしている。このため、基板の長手方向全域にわたって従来例２の加熱体４０のように発熱抵抗体６が全く存在しない領域がなく、プロセススピードが速い画像形成装置においても、隙間部分の定着性が他の部分に比べて著しく悪化することはない。従って、画像全体で一様かつ良好な定着性を得ることができる。
【０１０３】
非通紙部昇温防止と画像全体で一様かつ良好な定着性確保（隙間部分の定着性確保）という２つの観点から、これまで説明してきた本実施例１の加熱体３と比較例１〜３の加熱体３０，４０，５０を比較してみると、以下の表３のようになる。
【０１０４】
【表３】
0005253240.tif 000004
【０１０５】
表３に示す通り、本実施例１の加熱体３の構成が、非通紙部昇温防止と画像全体で一様かつ良好な定着性確保とを両立できる構成であることが分かる。
【０１０６】
本実施例１の加熱体３では、上流側の発熱抵抗体６の幅と下流側の発熱抵抗体６の幅を同じにして上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６の分割数を変えているので、上流側の発熱抵抗体６の抵抗が下流側の発熱抵抗体６の抵抗よりも大きくなっている。上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６において隙間の位置が一致しないのであれば、発熱抵抗体６の幅や分割数を調整して上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６を同じ抵抗に、あるいは下流側の発熱抵抗体６の抵抗を大きくしてもよい。
【０１０７】
また、本実施例１の加熱体３では、上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６の２本の発熱抵抗体６を用いているが、３本以上の発熱抵抗体を、直列に接続するように構成することも可能である。
【０１０８】
更に、本実施例１の加熱体３では、上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６をそれぞれ等分割し１区域の抵抗を同じにしているが、各々の発熱抵抗体６の分割は等分割に限られない。各々の発熱抵抗体６の隙間の位置が一致しないのであれば、等分割にせず、基板７の長手方向において各々の発熱抵抗体６を分割している区域に抵抗差をつけてもよい（例えば、端部の区域を中央部の区域よりも短くする等）。
【０１０９】
このように本実施例１の加熱体３では、発熱抵抗体の本数、幅、分割数、各発熱抵抗体の接続方法を適宜変えることによって、同じシート抵抗のペーストを用いても、仕様の異なる各種の定着装置に適した所望の総抵抗を得ることができるという利点もある。
【０１１０】
[実施例２]
加熱体の他の例を説明する。
【０１１１】
本実施例２に示す加熱体は、基板として窒化アルミニウム製の基板を用いる。実施例１のように基板の材料に酸化アルミニウムを用いる場合は、基板の表面側に発熱抵抗体を形成し、基板の裏面側にサーミスタを設ける構成が一般的である（表面発熱タイプ）。一方、基板の材料に窒化アルミニウムを用いる場合は、窒化アルミニウムは酸化アルミニウムより熱伝導率が高い。そのため、基板の裏面側に発熱抵抗体を形成し、その発熱抵抗体の上から絶縁層を介してサーミスタを当接し温度制御する構成の方が定着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２においても裏面発熱タイプを用いた。
【０１１２】
本実施例２の加熱体において、実施例１の加熱体３と同じ部材・部分には同一符号を付している。
【０１１３】
以下、本実施例２の加熱体３について説明する。
【０１１４】
図１３の（ａ）は本実施例２の加熱体３の表面を表わす正面図、（ｂ）は加熱体３の裏面を表わす背面図、（ｃ）は（ａ）の加熱体３のＣ２−Ｃ２断面図である。図１４は加熱体３の通電制御を行う回路の一例を表わす図である。
【０１１５】
本実施例２の加熱体３では、基板１５として幅７ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの窒化アルミニウム製の基板を用いている。実施例１の酸化アルミニウム製の基板７では、その基板７の幅と長さは本実施例２の窒化アルミニウム製の基板１５のそれと同じあるが、厚さは１ｍｍであった。両者で基板７，１５の厚さが異なるのは以下の理由による。
【０１１６】
加熱体が高温になると基板内の温度差（基板の幅方向において発熱抵抗体が存在する部分と基板端など発熱抵抗体が存在しない部分との温度差）より熱応力が生じる。この熱応力が基板の破断強度を超えると、基板が破損してしまう。基板を厚くすると、基板の強度は増すが、その分、熱容量が大きくなりクイックスタートに不利になる。表面発熱タイプの場合はサーミスタの応答性が悪化し、裏面発熱タイプの場合は記録材へ熱が伝わりにくくなるため定着効率が悪化する、等の問題点がある。よって、基板に発生しうる熱応力に十分耐えられる範囲でなるべく基板を薄くすることが望ましい。窒化アルミニウム製基板は、酸化アルミニウム製基板よりも熱伝導率が高いので、基板内の温度差が小さく基板に生じる熱応力が小さい。基板に発生する熱応力によって基板が破損しない範囲でできるだけ薄くするという観点で、酸化アルミニウム製基板は１ｍｍという厚さを選択し、窒化アルミニウム製の基板は０．６ｍｍという厚さを選択している。
【０１１７】
本実施例２の加熱体３では、発熱抵抗体６を基板１５の裏面（非フィルム摺動面）に設けている。発熱抵抗体６は、実施例１と同様、基板１５の長手方向に沿って基板１５の短手方向に並列に２本設けられている。本実施例２においても、記録材搬送方向上流側の基板端部の内側に設けられている発熱抵抗体６を上流側の発熱抵抗体６と称す。また記録材搬送方向下流側の基板端部の内側に設けられている発熱抵抗体６を下流側の発熱抵抗体６と称す。そしてその上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６を絶縁層２０でオーバーコートしている。絶縁層２０は厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層である。この絶縁層２０は上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６を他の部材から電気的に絶縁するために設けられている。一方、基板１５の表面（フィルム摺動面）には、摺動層２１を設けている。摺動層２１は加熱体３とフィルム２内面との摺動性を確保するために設けられている。本実施例２では、摺動層２１として厚さ約１０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。
【０１１８】
上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体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１５上に形成して得たものである。発熱抵抗体６の材料は実施例１の発熱抵抗体６と同じものを用いた。発熱抵抗体６の形状・特性については後述する。
【０１１９】
基板１５の短手方向において上流側の発熱抵抗体６の両側には導電パターン２２−１，２２−２が基板１５の長手方向に沿って設けられている。また基板１５の短手方向において下流側の発熱抵抗体６の両側には導電パターン２２−３，２２−４が基板１５の長手方向に沿って設けられている。そして上流側の発熱抵抗体６の内側（下流側）に設けられている導電パターン２２−２は下流側の発熱抵抗体６の外側（下流側）に設けられている導電パターン２２−４と接続されている。そして、導電パターン２２−１には給電用電極９が、導電パターン２２−４には給電用電極１０が、それぞれ接続されている。
【０１２０】
本実施例２の加熱体３においても、基板７の長手方向端部の内側に設けられている給電用電極９，１０に電源１３(図１４)から給電用コネクタ（不図示）を通じて給電される。これにより、給電用電極１０と給電用電極９間で上流側及び下流側の発熱抵抗体６に導電パターン２２−１，２２−２，２２−３，２２−４を通じて図１５にて矢印で示す通電経路を辿って通電される。上流側及び下流側の発熱抵抗体６は通電により長手全長にわたって発熱することで昇温する。その昇温が基板１５の裏面に設けられているサーミスタ５で検知され、サーミスタ５の出力をＡ／Ｄ変換しＣＰＵ１１に取り込む。ＣＰＵ１１は、サーミスタ５からの出力情報に基づいてトライアック１２により発熱抵抗体６に通電する電力を位相制御、波数制御等により制御して、加熱体３の温度制御を行う。本実施例２でも、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。
【０１２１】
本実施例２の加熱体３の製法も実施例１の加熱体３と同様である。まず、窒化アルミニウム製の基板１５の表面に摺動層１６をスクリーン印刷し、その摺動層１６を乾燥後、８００℃程度の温度で焼成する。次に基板１５の裏面に給電用電極９，１０と導電パターン２２−１，２２−２，２２−３，２２−４を同時にスクリーン印刷し、その給電用電極９，１０と導電パターン２２−１，２２−２，２２−３，２２−４を乾燥後、８００℃程度の温度で焼成する。次に発熱抵抗体６として前述のグラファイトペーストを基板１５の裏面にスクリーン印刷し、そのグラファイトペーストを乾燥・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。その後、絶縁層２０を基板１５の裏面にスクリーン印刷し、その絶縁層２０を乾燥・焼成する。グラファイトの耐熱性を考慮して、絶縁層２０の材料は４００〜５００℃で焼成可能なガラスを選択した（実施例１のオーバーコート層８と同じ材料）。
【０１２２】
次に、本実施例２の発熱抵抗体６の形状・特性について詳細に説明する。
【０１２３】
図１５は加熱体３の発熱抵抗体６の分割形態を表わす図である。図１５においては、簡単のため絶縁層２０を省略している。
【０１２４】
本実施例２の発熱抵抗体パターンは実施例１と同じく、発熱抵抗体６を上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６の２本に分けそれらを導電パターン２２−１，２２−２，２２−３，２２−４によって直列に接続している。そして上流側の発熱抵抗体６を基板１５の長手方向で４分割し、下流側の発熱抵抗体を基板１５の長手方向で３分割している。本実施例２の加熱体３では、発熱抵抗体６は基板１５の裏面に設けられているので、発熱抵抗体のパターン及び導電パターンは実施例１の発熱抵抗体パターン及び導電パターンの上下を反転したパターンになっている。本実施例２の加熱体３においても、上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６の分割数を変えるとともに、その分割によって生じる隙間の位置が基板１５の短手方向で一致しないようにしている点が特徴である。
【０１２５】
実施例１と同じく、上流側の発熱抵抗体６及び下流側の発熱抵抗体６において、分割された発熱抵抗体の１区域には基板１５の短手方向に給電するように導電パターン２２−１，２２−２，２２−３，２２−４が設けられている。そして分割された区域同士は導電パターン２２−１，２２−２，２２−３，２２−４によって基板１５の長手方向に直列に接続されている。よって、給電用電極９，１０に給電されると、各区域には流れる電流Ｉは図１５の矢印の向きになる。
【０１２６】
上流側の発熱抵抗体６の１区域の長さａと、下流側の発熱抵抗体６の１区域の長さｂと、分割された区域の隙間の長さｆは、それぞれ実施例１の長さａ，ｂ，ｆと同じとした。また、発熱抵抗体６の幅も実施例１の幅ｄと同じとした。また、上流側の発熱抵抗体６の内側の導電パターン２２−２と下流側の発熱抵抗体６の内側の導電パターン２２−３との間の幅（隙間）ｇも実施例１と同じとした。また、基板１５の上流側の端縁から上流側の発熱抵抗体６の外側の導電パターン２２−１までの幅ｅと、基板１５の下流側の端縁から下流側の発熱抵抗体６の外側の導電パターン２２−４までの幅ｅも実施例１の幅ｅと同じとした。発熱抵抗体６の厚さも実施例１と同じく、上流側の発熱抵抗体６及び下流側の発熱抵抗体６とも約１０μｍとした。
【０１２７】
また、グラファイトペーストの常温のシート抵抗は約１００Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）とした。下流側の発熱抵抗体６の総抵抗（４区域の総抵抗）は常温で１１．５Ωである。上流側の発熱抵抗体６の総抵抗（３区域の総抵抗）は常温で６．５Ωである。そして上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６の抵抗を合わせた総抵抗（給電用電極９，１０間の抵抗）は常温で１８Ωである。これらの抵抗の値も全て実施例１と同じ設定としている。発熱抵抗体６の抵抗変化率も実施例１と同じく−１０００ｐｐｍ／℃程度とした。
【０１２８】
本実施例２の加熱体３においても、実施例１の加熱体３と同じメカニズムで、比較例１のような加熱体３０に対して非通紙部昇温低減の効果がある。
【０１２９】
また、上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６の分割によって生じる隙間部分の定着性に関しては、以下で説明する理由により、実施例１の加熱体３よりも本実施例２の加熱体３の方が優れている。
【０１３０】
本実施例２の加熱体３は、基板１５の材料に窒化アルミニウムを用いた裏面発熱タイプであり、実施例１の加熱体３のように基板１５の材料として酸化アルミニウムを用いた表面発熱タイプよりも定着効率が良い。定着効率、すなわち上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６で発生する熱が効率良く記録材に伝達されているかを判断するのは、発熱抵抗体６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。
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。
【０１３１】
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、発熱抵抗体６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、定着効率が良いと言える。
【０１３２】
実施例１の加熱体３と本実施例２の加熱体３の構成で、熱抵抗を計算してみると、表４のようになる。実施例１の加熱体３及び本実施例２の加熱体３で用いている材料の熱伝導率は以下の通りである。なお、簡単のため、Ａは１ｍ２として計算している。
・実施例１
酸化アルミニウム基板：２０Ｗ／ｍ・Ｋ    オーバーコート層：２Ｗ／ｍ・Ｋ
・本実施例２
窒化アルミニウム基板：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ    絶縁層・摺動層：２Ｗ／ｍ・Ｋ
【０１３３】
【表４】
0005253240.tif 000005
【０１３４】
表４の熱抵抗比は、表面側の熱抵抗を裏面側の熱抵抗で割った値であり、この値が小さいほど裏面側に対して表面側の熱抵抗が小さいということになるので、定着効率が良い。
【０１３５】
表４に示す通り、本実施例２の加熱体３は実施例１の加熱体３よりも熱抵抗比が小さい。すなわち、本実施例２の加熱体３の方が、発熱抵抗体６から加熱体表面に熱が伝わりやすいということになる。上記の計算では、熱は加熱体表面に対して垂直方向に進むとしているが、当然加熱体表面に対して斜め方向への熱伝達も存在し、この斜め方向の熱伝達性も本実施例２の加熱体３の方が実施例１の加熱体３よりも優れている。
【０１３６】
加熱体表面に対して斜め方向への熱伝達性が優れている方が、発熱抵抗体６の分割によって生じる隙間部分の定着性悪化を周りからの熱でより補うことができると考えられる。そのため、本実施例２の加熱体３の方が実施例１の加熱体３よりも隙間部分の定着性は良くなる。つまり、本実施例２の加熱体３の方が、発熱抵抗体６で生じた隙間部分とそれ以外の部分の温度差が、加熱体表面に熱が伝わる間に、よりならされて均一に近づくということである。
【０１３７】
よって、画像全体で一様かつ良好な定着性という観点では、本実施例２の加熱体３の方が実施例１の加熱体３よりも優れている。従って、本実施例２の加熱体３の方が実施例１の加熱体３よりも画像形成装置の更なるスピードアップにより対応しやすい構成である。
【０１３８】
本実施例２の加熱体３では、上流側の発熱抵抗体６の幅と下流側の発熱抵抗体６の幅を同じにし上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６の分割数を変えて下流側の発熱抵抗体６の抵抗を上流側の発熱抵抗体６の抵抗よりも大きくしている。上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６において隙間の位置が一致しないのであれば、発熱抵抗体６の幅や分割数を調整して上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６を同じ抵抗に、あるいは上流側の発熱抵抗体６の抵抗を大きくしてもよい。
【０１３９】
更に、本実施例２の加熱体３では、上流側の発熱抵抗体６と下流側の発熱抵抗体６をそれぞれ等分割し１区域の抵抗を同じにしているが、各々の発熱抵抗体６の分割は等分割に限られない。各々の発熱抵抗体６の隙間の位置が一致しないのであれば、等分割にせず、基板７，１５の長手方向において各々の発熱抵抗体６を分割している区域に抵抗差をつけてもよい（例えば、端部の区域を中央部の区域よりも短くする等）。
【符号の説明】
【０１４０】
２：耐熱性フィルム、３:加熱体、６：発熱抵抗体、７：基板、１４−１・１４−２・１４−３・１４−４：導電パターン、１０７：定着装置、Ｎ：ニップ部、Ｐ：記録材、Ｔ：トナー画像
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図５】
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【図１４】
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