(57)【要約】【課題】基板２４ａと、基板の面に長手に沿って形成された、通電により発熱する抵抗発熱体２４ｄと、抵抗発熱体の両端部に電気的に導通させて基板の面に形成された第１と第２の給電電極２４ｄ・２４ｅと、抵抗発熱体の上に形成された絶縁保護層２４ｃと、基板の異常昇温による熱で作動して抵抗発熱体への給電を遮断する感熱素子１０３と、を有し、被加熱材を加熱する加熱装置に用いられる加熱部材において、感熱素子が加熱体割れよりも確実に先に作動するようにする。【解決手段】第１と第２の給電電極２４ｄ・２４ｅがいずれも基板の長手方向の同一端側に位置するように、抵抗発熱体２４ｂは少なくとも１回以上の往復形状を有しており、抵抗発熱体への供給電圧をＶ０、隣り合う抵抗発熱体同士の、ある長手位置における電位差をＶ１とした場合、基板の長手方向における感熱素子１０３の設置位置は、｜Ｖ１｜≧０．７５×｜Ｖ０｜を満たす領域内であること。【選択図】図７
2007242273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の面に長手に沿って形成された、通電により発熱する抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体の両端部に電気的に導通させて前記基板の面に形成された第１と第２の給電電極と、前記抵抗発熱体の上に形成された絶縁保護層と、前記基板に接触させて又は非接触に設置され、前記基板の異常昇温による熱で作動して前記抵抗発熱体への給電を遮断する感熱素子と、を有し、被加熱材を加熱する加熱装置に用いられる加熱部材において、
前記第１と第２の給電電極がいずれも前記基板の長手方向の同一端側に位置するように、前記抵抗発熱体は少なくとも１回以上の往復形状を有しており、前記抵抗発熱体への供給電圧をＶ０、隣り合う抵抗発熱体同士の、ある長手位置における電位差をＶ１とした場合、前記基板の長手方向における前記感熱素子の設置位置は、
｜Ｖ１｜≧０．７５×｜Ｖ０｜
を満たす領域内であることを特徴とする加熱部材。
【請求項２】
基板と、前記基板の面に長手に沿って形成された、通電により発熱する抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体の両端部に電気的に導通させて前記基板の面に形成された第１と第２の給電電極と、前記抵抗発熱体の上に形成された絶縁保護層と、前記基板に接触させて又は非接触に設置され、前記基板の異常昇温による熱で作動して前記抵抗発熱体への給電を遮断する感熱素子と、を有し、被加熱材を加熱する加熱装置に用いられる加熱部材において、
前記第１と第２の給電電極がいずれも前記基板の長手方向の同一端側に位置するように、前記抵抗発熱体は少なくとも１回以上の往復形状を有しており、
また、前記抵抗発熱体には、その長手両端部付近の領域において発熱量を他の領域よりも増大させた発熱量増加領域が設けられており、
前記基板の長手方向における前記感熱素子の設置位置は、前記発熱量増加領域のうちの前記第１と第２の給電電極側の発熱量増加領域内であることを特徴とする加熱部材。
【請求項３】
前記絶縁保護層はガラス材料により形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱部材。
【請求項４】
前記絶縁保護層は樹脂材料により形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱部材。
【請求項５】
前記感熱素子は前記基板にスペーサ部材を介して接触していることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の加熱部材。
【請求項６】
前記スペーサ部材は樹脂材料により形成されていることを特徴とする請求項５に記載の加熱部材。
【請求項７】
前記感熱素子はサーモスイッチであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の加熱部材。
【請求項８】
前記感熱素子は温度ヒューズであることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の加熱部材。
【請求項９】
前記基板はセラミックス材料より形成されることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の加熱部材。
【請求項１０】
加熱部材を有し、前記加熱部材の熱により被加熱材を加熱する加熱装置において、前記加熱部材が、請求項１〜９のいずれかに記載の加熱部材であることを特徴とする加熱装置。
【請求項１１】
記録材に未定着画像を形成する画像形成手段と、前記記録材に形成された未定着画像を加熱定着する定着手段と、を有する画像形成装置において、前記定着手段が、請求項１０に記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱材を加熱する加熱部材、該加熱部材を具備した加熱装置に関する。
【０００２】
また、該加熱装置を画像定着手段として搭載した、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
画像形成装置は、電子写真、静電記録、磁気記録等の画像形成プロセスにより、記録材（紙、印刷紙、転写材シート、ＯＨＴシート、光沢紙、光沢フィルム等）の面に直接方式もしくは間接（転写）方式で、画像情報に対応した未定着トナー像を形成する。そして、その画像を定着装置により記録材面に永久固着画像として定着処理している。
【０００４】
定着装置としては、記録材に形成された未定着トナー像を加熱溶融し、記録材上に定着させる熱定着方式が一般的に使用されている。
【０００５】
このような、熱定着方式の定着装置として、２本の加熱ローラの当接ニップ部に、未定着トナー像を載せた記録材を通過させ、そこでトナー像を溶融し記録材上に定着させる所謂熱ローラ定着装置が古くから用いられている。
【０００６】
一方、近年では装置の省エネ化や、ウェイトタイム短縮に対する要求が高まりから、所謂オンデマンドタイプの定着装置が広く採用されている。これは、加熱ローラの代わりに、フィルムやベルト部材を用いた加熱装置を採用することで、装置の低熱容量化を実現し、また記録材への熱伝達効率の改善を図り、加熱に要する待ち時間（ウォームアップタイム）を大幅に短縮したものである（特許文献１）。
【０００７】
この加熱装置は、金属又は樹脂よりなるフィルムを介して加熱部材であるヒータを記録材に押し当てて加熱するよう構成されている。ヒータは、細長い基板（たとえば、アルミナ等の絶縁性のセラミック基板）と、その基板の面に長手に沿って形成された、通電により発熱する抵抗発熱体と、抵抗発熱体の上に形成された絶縁保護層と、を基本構成としている。
【０００８】
また、ヒータの異常な昇温を検知して作動し、ヒータへの給電を緊急遮断する感熱素子（安全対策用温度検知素子、安全装置）が配設されている。ヒータの温度は熱の逃げ量が少ない長手中央付近においてもっとも高くなる傾向がある。そのため、感熱素子は少しでも高温部で確実に異常を検知するため、ヒータの長手中央付近に設置される。また、感熱素子としてはサーモスイッチや温度ヒューズがよく用いられている。このような感熱素子は熱容量が比較的大きい。そのため、ヒータに直接接触させると、その接触領域のヒータ温度が下がってしまい、ヒータ長手方向に関して、感熱素子が接触している領域と接触していない領域とでヒータ温度に差が生じ画像の加熱ムラが生じやすい。逆に、感熱素子をヒータに対して非接触に配置すると感熱素子の応答性が下がってしまう。この課題を解決するために、感熱素子とヒータの間に、樹脂製のスペーサ部材を設け、ヒータが異常昇温するとスペーサ部材が軟化して感熱素子がヒータに接触するようにした構成が有効である（特許文献１、２）。
【０００９】
また、特許文献１のヒータは、基板上に形成した２本の抵抗発熱体の一方の端部同士を接続し、基板上を一回折り返し往復させる構成としている。このようにすることにより、基板の幅方向に、広く発熱領域が分布することになり、記録材へ熱を伝える効率が向上する。また、抵抗発熱体が、基板上を往復（折り返し）しているため、抵抗発熱体への電気的接点である給電電極はいずれも長手方向の片側に集約することができる。その結果、給電電極に接続するためのコネクタも、端部一箇所に設けるのみで済み、装置の小型化や、低コスト化に対し有利なのである。
【００１０】
更に、抵抗発熱体の長手方向の発熱量に分布を持たせることが可能である。つまりヒータの長手方向の位置により、ヒータの発熱量を変化させるのである（特許文献３、４）。部分的に発熱量を変化させる手段として、部分的に抵抗発熱体の組成を変えたり、又は発熱体幅を部分的に変えることにより、その部分の単位長さあたりの抵抗値を変化させ、発熱量を変える方法が用いられる。たとえば、抵抗発熱体は、長手端部付近で、それ以外の場所よりも幅を狭く構成し、意図的に抵抗値を上げることで発熱量を増大させている。一般的に、抵抗発熱体の長手端部においては、発熱体の熱が、発熱体のないより両端のヒータ基板上や、電流給電部に逃げるため、中央部に比べて温度が低下する傾向がある。そのため、このように長手端部において抵抗発熱体の発熱量を多くすることにより、端部の温度低下を防止し、長手端部の定着性能を確保する対策がしばしば取られている。
【特許文献１】特開２００２−１１０３１３号公報
【特許文献２】特開平８−３０５１９１号公報
【特許文献３】特許第２６００８３５号公報
【特許文献４】米国特許第６，４６９，２７９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、画像形成装置のスペック向上が目覚しく、特に高速化、カラー化、及びプリント待ち時間の短縮化が進んでいる。
【００１２】
高速化に際しては、短時間内により多くの熱量を記録材に与える必要があり、また待ち時間短縮の為には、プリントに先立つ定着装置の温度立ち上げ時に熱量を集中し、昇温をより短時間で終える必要がある。つまり、共にヒータの発熱量を増大させる必要が生じている。
【００１３】
更に、カラー化に際しては、定着ベルト（フィルム）上に弾性層を設けたものを用いる必要がある。このような構成においては、弾性層の分熱容量が増し、またヒータから定着ベルト表面までの熱伝導も劣るため、同じ定着性能を得るために熱量を余計に与える必要がある。
【００１４】
ところが、このように、更なる高速化、カラー化を達成するため、より発熱量の大きいヒータを用いて実験を行ったところ、以下のような問題が発生した。
【００１５】
つまり、定着装置が制御不能となり、ヒータに最大電力が入力されつづけたことを想定して、ヒータをわざと異常昇温させ、感熱素子が正常に働くかどうかを確認する実験を行った。その結果、感熱素子の動作前にヒータ（加熱部材）が割れてしまうという問題が発生したのである。
【００１６】
ヒータ割れが生じた場合は、１次電圧が印加される部位と、サーミスタ等の２次回路やグランド部に対する沿面距離や空間距離が不十分となり、場合によっては電源回路が破壊されるという問題が考えられる。製品化の為にはヒータ割れの発生時間より短時間で感熱素子が確実に作動する必要がある。
【００１７】
そのためには、感熱素子の作動温度を低下させ、異常昇温の際より短時間で作動するようにすることが考えられるが、その場合正常状態において感熱素子が誤作動することも考えられ、対策とはならない。
【００１８】
ヒータ割れについての更なる調査の結果、このヒータ割れは、特に、折り返し形状の抵抗発熱体を採用した構成で、給電電極側近傍にて発生しやすいことが判明した。また、発熱量が同じであっても、入力電圧が大きい場合により短時間で発生する傾向があり、例えば１００Ｖの地域向けより２２０Ｖ地域向けを想定した仕様のヒータについて実験を行った際に割れ時間が早まる傾向にあった。
【００１９】
更に、通常使用時の両端部の温度低下対策として、抵抗発熱体両端部に発熱量増大領域が設けられている場合には、給電電極側の発熱量増大領域において特にヒータ割れが発生しやすいこともわかった。
【００２０】
本発明者らの検討によれば、ヒータ割れのメカニズムは以下のようなものであると推定されている。
【００２１】
まず、ヒータの温度が上昇していくと、抵抗発熱体を被覆している絶縁保護層である耐圧ガラスの抵抗値が次第に減少していく。
【００２２】
すると、それまで発熱パターン上のみを流れていた電流が、２本の抵抗発熱体の間にまたがる絶縁保護層を介しても流れるようになる。
【００２３】
このようにして流れるリーク電流は、２本の抵抗発熱体間の電位差に比例する。つまり電位差の大きい電圧供給接点側ではリーク電流が大きいのである。
【００２４】
このようなリーク電流が流れた場合、絶縁保護層自身が抵抗体となり発熱し、電源電圧供給接点側の温度が更に上昇する。その結果絶縁保護層の抵抗値が益々下がり、リーク電流が更に増加する。
【００２５】
つまり、給電電極側においては、このような悪循環が繰り返されて温度が急激に上昇していくのである。最終的には、給電電極側のリーク電流による発熱量が抵抗発熱体による本来の発熱量をしのぐようになり、熱応力によりヒータ割れが発生する。
【００２６】
実際に、ヒータを昇温させた場合の温度分布の変化を観察したところ、ヒータ割れが発生する少し前の７００℃前後に達した時点から、給電電極側の温度が急上昇する温度分布の異常が観察されている。
【００２７】
２２０Ｖ地域を想定した仕様の試験において、ヒータ割れ時間が短いのは、電位差が大きい分絶縁保護層を流れる電流がその分増し、給電側の発熱量がより増すためと考えられる。
【００２８】
更に、抵抗発熱体の両端部側に発熱量増大領域を設けたヒータにおいては、給電電極側の発熱量増大領域において発熱量が更に上乗せされるため、温度上昇も早まり、ヒータ割れが集中して発生しやすいのである。
【００２９】
また、絶縁保護層が、ポリイミド等の樹脂を用いて形成されている場合においても、同様の実験を行った。その結果、抵抗発熱体が高温になることによって、絶縁保護層の炭化が進行して低抵抗化する。そのために、上記絶縁ガラスが溶融した場合と同様に、抵抗発熱体間でリークが生じ、電圧供給電極側において特に高温になり、ヒータが熱応力割れを起こすことが確認された。
【００３０】
本発明の目的は、上記のような問題点を解消するものである。すなわち、加熱部材（ヒータ）の抵抗発熱体が折り返して往復した形状を持つ場合において、抵抗発熱体の発熱量を増大させた場合においても、感熱素子が加熱体割れ（ヒータ割れ）よりも確実に先に作動するようにする。また、感熱素子の作動から加熱体割れまでの時間のマージンを拡大することで、異常昇温時にも加熱体割れが発生しないようにする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記の目的を達成するための本発明に係る加熱部材の代表的な構成は、基板と、前記基板の面に長手に沿って形成された、通電により発熱する抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体の両端部に電気的に導通させて前記基板の面に形成された第１と第２の給電電極と、前記抵抗発熱体の上に形成された絶縁保護層と、前記基板に接触させて又は非接触に設置され、前記基板の異常昇温による熱で作動して前記抵抗発熱体への給電を遮断する感熱素子と、を有し、被加熱材を加熱する加熱装置に用いられる加熱部材において、前記第１と第２の給電電極がいずれも前記基板の長手方向の同一端側に位置するように、前記抵抗発熱体は少なくとも１回以上の往復形状を有しており、前記抵抗発熱体への供給電圧をＶ０、隣り合う抵抗発熱体同士の、ある長手位置における電位差をＶ１とした場合、前記基板の長手方向における前記感熱素子の設置位置は、
｜Ｖ１｜≧０．７５×｜Ｖ０｜
を満たす領域内であることを特徴とする。
【００３２】
また、上記の目的を達成するための本発明に係る加熱部材の他の代表的な構成は、基板と、前記基板の面に長手に沿って形成された、通電により発熱する抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体の両端部に電気的に導通させて前記基板の面に形成された第１と第２の給電電極と、前記抵抗発熱体の上に形成された絶縁保護層と、前記基板に接触させて又は非接触に設置され、前記基板の異常昇温による熱で作動して前記抵抗発熱体への給電を遮断する感熱素子と、を有し、被加熱材を加熱する加熱装置に用いられる加熱部材において、前記第１と第２の給電電極がいずれも前記基板の長手方向の同一端側に位置するように、前記抵抗発熱体は少なくとも１回以上の往復形状を有しており、また、前記抵抗発熱体には、その長手両端部付近の領域において発熱量を他の領域よりも増大させた発熱量増加領域が設けられており、前記基板の長手方向における前記感熱素子の設置位置は、前記発熱量増加領域のうちの前記第１と第２の給電電極側の発熱量増加領域内であることを特徴とする。
【００３３】
また、上記の目的を達成するための本発明に係る加熱装置の代表的な構成は、加熱部材を有し、前記加熱部材の熱により被加熱材を加熱する加熱装置において、前記加熱部材が、上記の加熱部材であることを特徴とする。
【００３４】
また、上記の目的を達成するための本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、記録材に未定着画像を形成する画像形成手段と、前記記録材に形成された未定着画像を加熱定着する定着手段と、を有する画像形成装置において、前記定着手段が、上記の加熱装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
以上述べたように、本発明の構成によれば、加熱部材の異常昇温時に特に温度が高くなる給電側の領域に感熱素子を設置することが出来、感熱素子の作動をより早くできる。これに加え、異常昇温する部分の熱を感熱素子が奪うので加熱部材割れの時間をより遅くすることが出来る。その結果、発熱量を増した将来機種向けの加熱部材を用いた場合においても、加熱部材割れの発生前に確実に感熱素子を作動させることが出来るようになる。また、感熱素子の作動時間と加熱部材割れの発生時間との間の時間マージンも拡大することが出来るようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
【実施例１】
【００３７】
（１）画像形成装置例
図１は画像形成装置例の概略構成模型図である。この画像形成装置は、高速性という点で特に優れているタンデム方式を採用した電子写真カラー画像形成装置である。
【００３８】
Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋは図面上右から左に順に配列した第１〜第４の４つの色トナー像形成ユニットである。各ユニットは何れも、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）１、帯電器２、レーザー露光光学系３、現像器４、クリーニング器５等を有する電子写真プロセス機構である。感光ドラム１は矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。
【００３９】
第１のユニットＹは感光ドラム１の面にフルカラー画像のイエロー成分のトナー像を形成する。第２のユニットＭは感光ドラム１の面に同じくマゼンタ成分のトナー像を形成する。第３のユニットＣは感光ドラム１の面に同じくシアン成分のトナー像を形成する。そして、第４のユニットＫは感光ドラム１の面にブラックのトナー像を形成する。各ユニットＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋにおける電子写真画像形成原理・プロセスは公知であるからその説明は省略する。
【００４０】
６は駆動ローラ７とターンローラ８との間に懸回張設した転写ベルトであり、各ユニットＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋの下側に、全ユニットに亘たらせて配設してある。転写ベルト６は矢印の反時計方向に、感光ドラム１の周速度に対応した周速度で回動駆動される。
【００４１】
９は転写ローラであり、各ユニットＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋにおいて、感光ドラム１の下面に対して転写ベルト６を挟んで圧接して転写ニップ部を形成している。
【００４２】
１０はレジストローラであり、不図示の給紙機構部から一枚分離給紙されたシート状の記録材（転写材、用紙）Ｐを、転写ベルト６の第１のユニットＹ側の端部に所定の制御タイミングで給送する。給送された記録材Ｐは電極ローラ１１により転写ベルト６の面に静電的に貼り付けられる。転写ベルト６はその記録材Ｐを保持して第１〜第４のユニットＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋの転写ニップ部へ順次に搬送する。Ｖ１１は電極ローラ１１に対するバイアス印加電源である。Ｖ９は各転写ローラ９に対する転写バイアス印加電源である。
【００４３】
これにより、同一の記録材Ｐの面にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像、およびブラックトナー像が順次に位置合わせ状態で重畳転写されて、未定着のフルカラートナー像が合成形成される。
【００４４】
第４のユニットＫの転写ニップ部を搬送されて通過した記録材Ｐは転写ベルト６から分離され、定着装置Ｆに導入されて未定着トナー像の加熱定着処理を受けてフルカラー画像形成物として排出搬送される。
【００４５】
（２）定着装置Ｆ
図２は定着装置Ｆの横断左側面図、図３は図２の（３）−（３）線に沿う、途中部分省略の縦断正面図である。この定着装置Ｆは、円筒形状で、可撓性を有する定着ベルト（可撓性部材）を用いた、ベルト加熱方式の加熱装置である。
【００４６】
この実施例において、定着装置またはこれを構成している部材に関して、長手方向とは、記録材搬送路面内において記録材搬送方向に直交する方向に並行な方向である。また、幅または幅方向（短手方向）とは、記録材搬送方向の寸法または記録材搬送方向に平行な方向である。正面とは、記録材入口側の面から見た面、背面とは、その反対側の面（記録材出口側）である。また、左右とは、装置を正面から見て左または右である。上流側と下流側は、記録材搬送方向に関して上流側と下流側である。
【００４７】
２１は定着部材としての加熱ユニット、２２は加圧部材としての弾性加圧ローラである。この加熱ユニット２１と加圧ローラ２２とを装置筐体（板金フレーム）３１の左右の側板３２間に上下にほぼ並行に保持させて、両者の圧接による定着ニップ部（加熱ニップ部）Ｎを形成させている。
【００４８】
加熱ユニット２１は、
１）耐熱性・剛性を有する、横断面略半円弧樋状の横長のガイド部材２３
２）ガイド部材２３の下面に、該部材の長手方向に沿って設けた凹溝部２３ａ（図５）に嵌め入れて固定支持させた、加熱部材（加熱体、発熱源）としてのセラミックヒータ２４
３）ヒータ２４を固定支持させたガイド部材２３にルーズに外嵌させた、円筒形状で、可撓性を有する定着ベルト２５
４）ガイド部材２３の内側に挿通した横断面下向きコ字型の金属製の剛性加圧ステイ２６
５）加圧ステイ２６の左右両端側の外方延長部２６ａにそれぞれ装着した、定着ベルト２５の長手方向（母線方向）への寄り移動を規制する規制手段としてのフランジ部材２７
等の組み立て体（アセンブリ）である。
【００４９】
<ガイド部材２３>
ガイド部材２３は、例えば液晶ポリマー等の耐熱性樹脂の成型品である。このガイド部材２３は、ヒータ２４を保持すると同時に、定着ベルト２５の回転走行をガイドする役割も担う。図４はこのガイド部材２３を上から見た外観斜視模型図、図５はガイド部材２３と、ヒータ２４と、定着ベルト２５の分解斜視模型図である。２３ｂはガイド部材２３の正面側と背面側にガイド部材長手に沿って所定の間隔で配列して具備させた、複数の定着ベルト内面ガイドリブである。
【００５０】
<ヒータ２４>
ヒータ２４の構成については、次の（３）項で詳述する。
【００５１】
<定着ベルト２５>
本実施例における定着ベルト２５は、図６の層構成模型図のように、厚さ５０μｍ、直径２４ｍｍの円筒状に成型されたＳＵＳよりなる基体層２５ａの上に、弾性層２５ｂとして２５０μｍのシリコーンゴム層２５ｂを設ける。更に、その上に、外層２５ｃとして厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆したものである。
【００５２】
定着ベルト２５の基体層２５ａとしては、ニッケル等の他の金属材料や、ポリイミド等の耐熱樹脂材料を用いることができる。
【００５３】
なお、本実施例において、弾性層２５ｂの厚みを２５０μｍとしたのは以下の理由による。つまり弾性層２５ｂを厚くすることで、定着画像の光沢ムラの防止効果が高まる一方、ヒータ２４から定着ベルト表面への熱伝達が低下し、更に定着ベルト自体の熱容量が増えるため、定着ベルトの温度立ち上がり時間が遅くなってしまう。発明者らの検討によれば、光沢ムラと温度立ち上がり両者のバランスが良いのは弾性層２５ｂの厚さが５０〜１０００ｍｍ好ましくは１００〜５００μｍ付近である。このとき定着ベルト２５の熱容量（１ｃｍ２あたり）は、およそ４．１９×１０−２Ｊ／ｃｍ２・Ｋから４．１９Ｊ／ｃｍ２・Ｋであった。そこで、本実施例では、弾性層２５ｂの厚さを２５０μｍとした。
【００５４】
また、弾性層２５ｂの熱伝導率を上げることも、定着ベルト２５の温度立ち上がり時間の短縮化や、定着能力の向上に対し有効である。そこで、本実施例では、弾性層２５のシリコーンゴムとして熱伝導率が約４．１９×１０−３Ｊ／ｓｅｃ・ｃｍ・Ｋ以上と、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。
【００５５】
<加圧ローラ２２>
加圧ローラ２２は、外径１８ｍｍの鉄製芯金２２ａの上に、厚さ３．５ｍｍのシリコーンゴム弾性層２２ｂを設け、更にその上に離型層２２ｃとして、厚さ５０μｍのＰＦＡ、ＦＥＰよりなるコート層を設けたものを用いた。加圧ローラ２２の製品硬度は６０度（ＡＳＫＥＲ−Ｃ  荷重１Ｋｇｆ）とした。
【００５６】
この加圧ローラ２２は、芯金２２ａの左右両端部を、それぞれ、装置筐体３１の左右の側板３２間に軸受け部材３３を介して回転可能に保持させて配設してある。芯金２２ａの左端部には駆動ギアＧを固着して配設してある。
【００５７】
この加圧ローラ２２の上側に、上記の加熱ユニット２１を、ヒータ２４側を下向きにして加圧ローラ２２に並行に配列して、装置筐体３１の左右の側板３２間に配設してある。この加熱ユニット２１の左右のフランジ部材２７は、それぞれ、装置筐体３１の左右の側板３２に設けた縦方向ガイドスリット３４に係合させてあり、加熱ユニット２１はガイドスリット３４に沿って上下移動可能である。そして、左フランジ部材２７の上面とその上側の不動のばね受け座３５との間、および右フランジ部材２７の上面とその上側の不動のばね受け座３５との間に、それぞれ加圧ばね３６を縮設してある。本実施例では、この左右の加圧ばね３６により左右のフランジ部材２７に総圧１９６Ｎ（２０Ｋｇｆ）の加圧力が掛かるようにしている。この加圧力により、加圧ステイ２６・ガイド部材２３を介してヒータ２４を定着ベルト２５を挟ませて加圧ローラ２２に対して押圧させている。この押圧により加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが弾性変形してヒータ２４と加圧ローラ２２との間に定着ベルト２５を挟んで記録材搬送方向に関して所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。本実施例においては、定着ニップ部Ｎの幅はおよそ７．５ｍｍである。
【００５８】
加圧ローラ２２の駆動ギアＧに定着モータＭから回転力が伝達されて、加圧ローラ２２が図２において矢印の反時計方向に所定の回転速度にて回転駆動される。この加圧ローラ２２の回転駆動に伴って定着ニップ部Ｎにおける該加圧ローラ２２と定着ベルト２５との摩擦力で定着ベルト２５に回転力が作用する。これにより、定着ベルト２５が、その内面がヒータ２４の下面に密着して摺動しながらガイド部材２３の外回りを図２において時計方向に加圧ローラ２２の回転に従動して回転状態になる（加圧ローラ駆動式）。この定着ベルト２５の回転に伴う、該定着ベルト２５のガイド部材２３の長手に沿う左方または右方への寄り移動は左または右のフランジ部材２７のつば座部の内側面で規制される。
【００５９】
定着ベルト２５は、その内側のヒータ２４およびガイド部材２３に圧接摺動しながら回転走行する。この際に生じる摩擦力を低減するため、両者間には潤滑剤としての耐熱グリスを介在させてある。耐熱性グリスとしては、たとえばフッ素オイルとフッ素樹脂の混合物を用いる事ができる。本実施例では潤滑剤として、ダウコーニグアジア（株）製ＨＰ−３００グリースを使用した。使用量は７００ｍｇとした。
【００６０】
加圧ローラ２２の回転による定着ベルト２５の回転がなされ、また、ヒータ２４に対する通電がなされて、該ヒータ２４の温度が所定の温度に立ち上げられて温調される。定着ニップ部Ｎにおいて、ヒータ２４に対して定着ベルト２５の内面が接触して回転走行することで、ヒータ２４の熱が定着ベルト２５に伝達して定着ベルト２５が加熱される。
【００６１】
定着ベルト２５の温度やヒータ２４の温度を目標値に制御する為、定着ベルト２５の内面には、第１温度検知素子であるメインサーミスタＴＨ１を接触させて設けてある。また、ヒータ２４の裏面には、後述するように、第２温度検知素子であるサブサーミスタＴＨ２（図７）を接触させて設けてある。２８はメインサーミスタＴＨ１を先端部に保持して定着ベルト２５の内面に弾性的に当接させるばね板であり、基部はガイド部材２３側に固定されている。これらのサーミスタＴＨ１・ＴＨ２の検知結果に応じてヒータ２４の発熱量（投入電力）が制御される。
【００６２】
上記の定着装置状態において、未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが定着装置Ｆ内に導入され、定着ニップ部Ｎの定着ベルト２５と加圧ローラ２２との間に進入して挟持搬送される。記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを挟持搬送され過程において、定着ニップ部Ｎで加えられる圧力と定着ベルト２５やヒータ２４から伝えられる熱によりトナーが溶融され記録材Ｐ上に定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着ベルト２５の外面から分離されて排出搬送される。
【００６３】
本実施例の定着装置においては、坪量６０〜１００ｇ／ｍ２の普通紙等の上に画像形成を行う通常の画像形成時は、加圧ローラ２２が２１０ｍｍ／ｓの周速で駆動されると共に、定着ベルト２５の温度が２００℃となるようヒータ２４への通電が調整される。室温状態から定着温度まで立ち上げるのに要する時間（ウォームアップタイム）は１０秒であった。
【００６４】
本実施例の定着装置Ｆは上記構成を採用した結果、低熱容量、高熱伝達であり、定着ニップ部温度の立ち上がりが早く、ウェイトタイムが短いのに加え、定着ベルト２５に設けられた弾性層２５ｂの効果により定着画像の光沢ムラの発生を防止することができる。
【００６５】
（３）ヒータ２４
図７はヒータ２４の構成説明図である。このヒータ２４は下記の構成部材を有しているセラミックヒータである。
【００６６】
ａ：定着ニップ部Ｎにおける記録材搬送方向に交差（直交）する方向を長手とする、電気絶縁性・良熱伝導性・低熱容量のセラミックスの細長・薄肉の平板状ヒータ基板２４ａ
ｂ：このヒータ基板２４ａの表面側に基板長手に沿って形成具備させた、細帯状の並行２条の抵抗発熱体２４ｂ
ｃ：上記の並行２条の抵抗発熱体２４ｂの一端部側のヒータ基板面にそれぞれ抵抗発熱体２４ｂに電気的に導通させて形成具備させた、電気的接点である第１と第２の給電電極２４ｄ・２４ｅ
ｄ：上記の並行２条の抵抗発熱体２４ｂの他端部側を電気的に直列に導通させてヒータ基板面に形成具備させた接続パターン２４ｆ
ｅ：ヒータ基板２４ａの表面側において、抵抗発熱体２４ｂ、接続パターン２４ｆ、給電電極２４ｄ・２４ｅの一部分、を覆わせて設けた絶縁コート層（オーバーコート層）２４ｃ
ｆ：ヒータ基板２４ａの裏面側において、基板長手略中央部に接触させて具備させた、ヒータ２４の温度を検知する第２温度検知素子であるサブサーミスタＴＨ２
ｇ：ヒータ基板２４ａの裏面側において、上記のサブサーミスタＴＨ２と電気的に導通させて、ヒータ基板他端部側に延長して形成具備させた第１と第２の温度情報出力電極２４ｇ・２４ｈ
より具体的には、ヒータ基板２４ａは、長さＡ：２７０ｍｍ、幅Ｂ：８ｍｍ、厚さＣ：１ｍｍに成型された板形状のアルミナを用いた。ヒータ基板２４ａには、アルミナ以外にも窒化アルミ、炭化ケイ素等の、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などを用いることが出来る。
【００６７】
抵抗発熱体２４ｂは、銀・パラジウム粉末を主成分として含んだ導電ペーストをヒータ基板２４ａの上にスクリーン印刷し、それを焼成することにより，厚さ１０μｍの程度に形成したものである。抵抗発熱体２４ｂは、長さＤ：２２５ｍｍ、幅１．５ｍｍのものを２本並べて形成する。この２本の抵抗発熱体２４ｂの上記他端部同士を、抵抗発熱体２４ｂより抵抗値の低い銀、白金の混合粉末を含む接続パターン２４ｆにより電気的に接続することで、全体としてＵ字形状の往復形状を持つ抵抗発熱体とした。ここで２本の抵抗発熱体間の距離は０．７ｍｍとしている。尚、接続パターン２４ｆを用いずに、最初から抵抗発熱体２４ｂをＵ字形状に形成しても良い。
【００６８】
このようにしてＵ字形状に形成した発熱抵抗体２４ｂの抵抗値は、４５Ωとした。これにより、２２０Ｖの電圧が投入された際のヒータ２４の最大消費電力はおよそ１０８０Ｗとなる。
【００６９】
絶縁保護層である絶縁コート層２４ｃは、ガラスや樹脂等の絶縁物により形成され、抵抗発熱体２４ｂや接続パターン２４ｆの絶縁耐圧を確保するために設けられる。本実施例においては、折り返してＵ字形状とした抵抗発熱体２４ｂの全域を８０μｍ厚さで覆う耐圧ガラスによるコート層をスクリーン印刷により設け、それを焼成して用いている。
【００７０】
ここで、図７のヒータ構成図、および後述する実施例２、３、４におけるヒータ構成図はあくまでも模型図であり、構成部材の縦・横・厚さ等の図面上での寸法比率、構成部材間の図面上での寸法比率関係は、実寸での寸法比率関係と整合しているものではない。
【００７１】
本実施例ではこのヒータ２４を、ガイド部材２３の溝２３ａ内に表面側を定着ベルト内面摺動面として外側に露呈させて嵌め入れて保持させてある。こすなわち、ヒータ基板２４ａの抵抗発熱体形成面側が定着ベルト側となるようにして用いた。
【００７２】
逆に、ヒータ２４を、ガイド部材２３の溝２３ａ内に裏面側を定着ベルト内面摺動面として外側に露呈させて嵌め入れて保持させてもよい。すなわち、ヒータ基板の抵抗発熱体形成面側とは反対側の面が定着ベルト側となるようにしても良い。その場合には、定着ベルトとの摺動性向上の為、その反対側の面上に樹脂やガラスによる薄層のコーティングが施されることが多い。
【００７３】
４１は給電コネクタであり、ガイド部材２３に保持させたヒータ２４の第１と第２の給電電極２４ｄ・２４ｅ側に嵌着され、該給電電極２４ｄ・２４ｅにそれぞれ給電コネクタ４１側の電気接点が接触状態になる。
【００７４】
４２は検温コネクタであり、ガイド部材２３に保持させたヒータ２４の第１と第２の温度情報出力電極２４ｇ・２４ｈ側に嵌着され、該温度情報出力電極２４ｇ・２４ｈにそれぞれ検温コネクタ４２側の電気接点が接触状態になる。
【００７５】
ヒータ２４は、電源部（ＡＣ電源）１０２から、給電コネクタ４１、第１と第２の給電電極２４ｄ・２４ｅを介して抵抗発熱体２４ｂに給電されて（ＡＣライン）、抵抗発熱体２４ｂが全長Ｄにわたって発熱することで迅速急峻に昇温する。
【００７６】
そのヒータ２４の昇温がサブサイミスタＴＨ２により検知される。その検知温度の電気的情報が、第１と第２の温度情報出力電極パターン２４ｇ・２４ｈ、検温コネクタ４２を介して制御基板１００に入力する（ＤＣライン）。
【００７７】
また、加圧ローラ２２が駆動され、これに伴って回転する定着ベルト２５の昇温がメインサイミスタＴＨ１により検知される。その検知温度の電気的情報が制御基板１００に入力する。
【００７８】
制御基板１００は、これらのサーミスタＴＨ１・ＴＨ２の検知結果に応じてヒータ２４の発熱量（投入電力）を制御する。すなわち、トライアック１０１をコントロールして電源部１０２からヒータ２４の抵抗発熱体２４ｂに通電する電力を、位相、波数制御等により制御して、ヒータ２４の温度を所定の温度に立ち上げて温調制御する。
【００７９】
（４）感熱素子（安全対策用温度検知素子、安全装置）
１０３はヒータ２４の抵抗発熱体２４ｂに対する通電回路に電気的に直列に挿入した感熱素子（以下、安全素子と記す）である。
【００８０】
安全素子１０３としては、温度ヒューズやサーモスイッチを用いることができ、これをヒータ２４に配置し、ヒータ２４の異常昇温時（ヒータの熱暴走時）にヒータに対する電力供給を緊急遮断できるように構成されている。
【００８１】
ヒータの熱暴走は、制御基板１００・トライアック１０１等の何等かの故障原因により電源部１０２からヒータ２４の抵抗発熱体２４ｂへの通電が無制御状態に陥って抵抗発熱体２３ｂへの通電が連続化してヒータ２４が許容以上の過熱状態になることである。安全素子１０３は、このヒータの過熱により電路を遮断する動作して抵抗発熱体２４ｂへの通電を強制的にシャットダウンする。
【００８２】
安全素子１０３は、ヒータ２４に直接接触させてもよいし、ヒータ２４から一定距離離間させて近接配置してもよい。
【００８３】
本実施例では、安全素子１０３にサーモスイッチを用いている。そして、この安全素子１０３を、図２・図３のように、スペーサ部材１０４を介してヒータ２４の裏面に対して所定の一定距離離間させて近接配置してある。本実施例では、そのスペーサ部材１０４として樹脂スペーサを用いている。
【００８４】
より具体的には、ガイド部材２３のヒータ嵌入溝２３ａの底面に、スペーサ部材１０４と安全素子１０３を嵌入するための透孔２３ｃ（図５）を具備させる。ガイド部材２３の溝２３ａ内にヒータ２４を嵌め入れて保持させる。ガイド部材２３の内側から上記の透孔２３ｃのスペーサ部材１０４を挿入し、次いで安全素子１０３を挿入する。安全素子１０３を加圧ばね１０５によりスペーサ部材１０４を介してヒータ裏面に押圧状態に保持させたものである。１０６は加圧ばね押さえ部材であり、ガイド部材２３に固定される。
【００８５】
一般的に安全素子１０３をヒータ２４に直接に接触させて配設した方が、異常時に安全素子がより早く安定して作動するのであるが、通常の画像形成時にその部分のヒータ熱が一部安全素子に奪われ、温度低下による定着不良や、光沢低下が発生する場合がある。安全素子１０３をヒータ２４に対して一定距離離間させて近接配置することで、それらの問題が発生しない反面、安全素子の作動時間を早める点で限界がある。スペーサ部材１０４として熱可塑性（熱軟化性）樹脂製の樹脂スペーサを用いるとよい。樹脂スペーサの場合は、通常使用時に奪われる熱量も少なく、また異常昇温時は樹脂スペーサが解けて、安全素子１０３がヒータ２４に接触するため、安全素子の作動時間が遅れないなどの利点がある。
【００８６】
１）安全素子１０３のヒータ２４に対する設置位置
次に、安全素子１０３のヒータ長手方向における設置位置について説明を行う。
【００８７】
本実施例では、ヒータ２４の抵抗発熱体２４ｂへの供給電圧をＶ０、隣り合う抵抗発熱体同士の、ある長手位置における電位差をＶ１とした場合、
｜Ｖ１｜≧０．７５×｜Ｖ０｜
を満たすヒータ長手位置領域内に安全素子１０３を設置することとした。
【００８８】
より具体的に述べれば、抵抗発熱体２４ｂの長手に沿う抵抗値分布が一定である本実施例の場合、入力電圧を２２０Ｖとすると、抵抗発熱体２４ｂの給電電極２４ｄ・２４ｅ側の端部における長手位置ｂでは｜Ｖ１｜＝｜Ｖ０｜＝２２０Ｖである。逆に、折り返し側の端部における長手位置ｃでは｜Ｖ１｜＝０Ｖである。このことから、安全素子１０３は｜Ｖ１｜≧１６５Ｖの領域、つまり抵抗発熱体２４ｂの長手領域Ｄのうち給電電極２４ｄ・２４ｅ側の１／４の領域ｄに設置することとなる。
【００８９】
本実施例の抵抗発熱体２４ｂの長さＤは２２５ｍｍとしたので、抵抗発熱体２４ｂの給電電極２４ｄ・２４ｅ側の端部ｂから５６．２５ｍｍまでの領域ｄと言い換えることもできる。ここで、安全素子１０３の位置とは、安全素子１０３の感熱領域の中心位置ｅで規定することとした。
【００９０】
本実施例では、上記条件を満たす給電電極２４ｄ・２４ｅ側の端部ｂから３０ｍｍのところに安全素子（サーモスイッチ）１０３の感熱部を配置した。
【００９１】
この安全素子１０３の設置位置条件は、ヒータ２４が異常昇温した場合のヒータ２４の発熱量分布の変化をモデル計算した結果と、実際の異常昇温試験の結果を総合的に判断して決定した条件である。
【００９２】
以下に本条件を決定した理由について説明する。
【００９３】
２）モデル計算
まず、本実施例のヒータ２４の抵抗発熱体２４ｂ部分を長手方向に１００箇所に分割して、図８のような簡略化した回路図にて表現することとした。
【００９４】
図８に示すように、ここでは、給電電極２４ｄ・２４ｅに近い側が１分割目、逆側が１００分割目としている。図中点線にて囲んだ部分が一分割あたりの回路図を示している。
【００９５】
ここで、Ｒｈは１本の抵抗発熱体２４ｂの単位分割あたりの抵抗値であり、Ｒｇは２本の抵抗発熱体２４ｂの間に介在する絶縁保護層部材である耐圧ガラスの単位分割あたりの抵抗値である。
【００９６】
次に、ＲｈとＲｇの値とその温度依存性を調べる必要があるが、Ｒｈは抵抗値４５Ωの１／２００であり、温度依存性は測定された抵抗発熱体のＴ．Ｃ．Ｒ．値（５００ｐｐｍ／℃）を用い計算した。
【００９７】
一方、Ｒｇの抵抗値と温度依存性は、以下のように、ヒータ２４の切断片における絶縁保護層の抵抗値を実測することにより求めた。
【００９８】
ここではヒータ２４の抵抗発熱体領域を長手さ４０ｍｍに切り出したヒータ片を用い、２本の抵抗発熱体間にまたがっている絶縁保護層２４ｃの抵抗値を測定した。
【００９９】
測定の結果から、室温では測定不能、２４０℃ではおよそ１ＧΩ程度有った抵抗値が、３６０℃ではおよそ１０ＭΩまで指数関数的に低下している傾向が確認された。こうしてえられた２４０℃〜３６０℃における温度依存性を指数関数でフィッティングした式をもとにＲｇの値とその温度依存性を得た。
【０１００】
以上のようなモデルとパラメータを用いた計算より得た、温度ごとのヒータの発熱量分布を示したものが図９である。
【０１０１】
尚、ここでは入力電圧を２２０Ｖ、抵抗発熱体２４ｂの室温での抵抗値を４５Ωとして計算している。
【０１０２】
図９を見ると、２００℃から５００℃程度までは発熱量の長手分布にほとんど変化が見られない。ところが、６００℃あたりからわずかな変化が現れ、給電電極２４ｄ・２４ｅ側の発熱量が増す一方、中央部や反対側端部の発熱量は逆に減少する。これは、リークにより給電電極２４ｄ・２４ｅ側でのみ電流が流れやすくなるためと考えられる。
【０１０３】
その後、７００℃にかけて一気に発熱分布が変動し、７００℃の時点では２４ｄ・２４ｅ側の１／４程度の領域ｄ（０〜２５の分割位置の領域）、つまり｜Ｖ１｜≧０．７５×｜Ｖ０｜を満たす長手位置領域ｄ内に発熱が集中する状態になる。
【０１０４】
実際の実験で観察される温度分布は、このような温度ごとの発熱量の積分値で表されるため、変化が若干遅れて現れているはずである。このことを考慮すると、この計算結果は、課題の部分で述べた、７００℃前後から温度分布に異常が現れた実際の観測結果を比較的良く再現していると考えられる。
【０１０５】
３）温度分布とヒータ割れ発生場所の観察結果
次に、ヒータ単品の状態で電圧を印加し続け、ヒータ割れが発生する前のヒータの温度分布を測定した結果を図１０に示す。ここでは中央部の温度を１００とし、比率にて示した。又、横軸は給電電極２４ｄ・２４ｅ側の抵抗発熱体端部位置ｂを０ｍｍとし、そこからの長手位置をｍｍ単位で示した。
【０１０６】
図１０を見ると、給電電極２４ｄ・２４ｅ側のやはり１／４程度の領域ｄ、つまり｜Ｖ１｜≧０．７５×｜Ｖ０｜を満たす長手位置領域ｄ内において、温度が高くなっている様子が分かる。尚、両端部ｂ・ｃ側で温度が低下しているのは、熱がより外側のヒータ基板上や給電電極２４ｄ・２４ｅに逃げているためである。
【０１０７】
更に、この図１０の矢印にて示した領域ｄ１は、実際の定着装置の状態で通電を続けた場合にヒータ割れが発生した場所や、又はヒータは割れなかったものの、抵抗発熱体２４ｂが熱によるダメージを受けて失われた場所が分布する領域を示している。これらは、給電電極２４ｄ・２４ｅ側の１／５程度の領域に集中しているのである。
【０１０８】
以上述べた、モデル計算の結果、及び温度分布の測定結果や、実際の割れ発生場所の調査結果から、ヒータの異常昇温状態においては給電電極２４ｄ・２４ｅ側の１／４の領域ｄ又は１／５の領域ｄ１で特に温度が高くなる傾向が確認された。
【０１０９】
そこで、本実施例では、安全素子１０３を給電電極側１／４以内の領域ｄ、つまり｜Ｖ１｜≧０．７５×｜Ｖ０｜を満たす長手位置領域ｄ内に設けることで、異常昇温時における安全素子１０３の作動時間をより早くなるようにしたのである。
【０１１０】
４）本実施例と従来例におけるヒータ割れ時間、安全装置作動時間の比較
次に、本実施例における効果を確認するため、図１１のように、安全素子１０３であるサーモスイッチを発熱抵抗体２４ｂの長手中央部に配置した場合を比較例とする。
【０１１１】
そして、この比較例と、本実施例の条件を満たす、給電電極側から３０ｍｍの場所に安全素子１０３を設置した場合（図７）とで、ヒータ割れ時間（ヒータが電気的にＯＰＥＮ状態となるまでの時間）、安全素子１０３の作動時間を測定した結果を表１に示す。
【０１１２】
尚、この測定では、ヒータ割れ時間を確実に測定するため、安全素子１０３が作動しても給電が停止しないように配線している。
【０１１３】
【表１】
2007242273.tif 000003
【０１１４】
表１を見ると、比較例では平均時間では安全装置作動が早いものの、最悪のケースで見た場合、安全素子１０３の作動前にヒータ割れが発生する可能性があることが分かる。
【０１１５】
一方、本実施例の構成では、安全素子１０３の作動時間が期待通り早まっており、最悪の組み合わせでも０．９秒のマージンを確保出来ている。
【０１１６】
また、本実施例の構成では、好都合なことに、ヒータ割れの時間が比較例より延長していることも分かる。これは次のような理由によると考えられる。
【０１１７】
つまり、安全素子１０３であるサーモスイッチを設けた給電電極２４ｄ・２４ｅ側のヒータ温度が高くなると、安全素子１０３をヒータ２４から離間させていた樹脂スペーサ１０４が解け、安全素子１０３がヒータ２４に接触する。すると、ヒータ２４の熱が安全素子１０３に奪われるため、その部分近傍の温度上昇速度が低下するのである。その結果、ヒータ割れの時間が延長したものと考えられる。
【０１１８】
以上述べたように、本実施例の構成によれば、ヒータ２４の異常昇温時に特に温度が高くなる領域ｄに安全素子１０３を設置することが出来、安全素子１０３の作動をより早くできる。これに加え、異常昇温する部分の熱を安全素子１０３が奪うのでヒータ割れの時間をより遅くすることが出来る。その結果、発熱量を増した将来機種向けのヒータを用いた場合においても、ヒータ割れの発生前に確実に安全素子１０３を作動させることが出来るようになった。
【実施例２】
【０１１９】
本実施例では、抵抗発熱体はその長手両端部領域においてその発熱量を増大させた発熱量増加領域が設けられており、安全素子の抵抗発熱体長手方向設置位置は、抵抗発熱体の給電電極側の発熱量増加領域内としたことを特徴としている。
【０１２０】
本実施例における画像形成装置、定着装置の構成は実施例１と同様であるので、その説明は省略する。ここでは、まず始めに本実施例において用いたヒータについて説明し、次に本実施例の特徴部分である、安全素子の設置位置を決定した理由についての説明を行い、最後に本実施例を実施した場合の効果について説明を行う。
【０１２１】
（１）ヒータ構成
本実施例にて用いたヒータの概略構成を図１２に示す。このヒータ２４の基本構成の概略は実施例１と同様であり、抵抗発熱体２４ｂはＵ字の往復形状としているが、抵抗発熱体長手両端部ｂ・ｃ付近において、発熱量増大領域ｆ・ｇを設けている。
【０１２２】
より具体的に述べれば、抵抗発熱体２４ｂの両端部ｂ・ｃから５ｍｍの位置から、２５ｍｍの位置にかけて２本の抵抗発熱体２４ｂの単位長手長さあたりの発熱量を他の部分よりを７％増加させた。発熱量を増加させる手段としては、抵抗発熱体２４ｂの幅を狭める方法を用いた。つまり、抵抗発熱体２４ｂの幅を１．５ｍｍから７％狭め１．３９５ｍｍとした。このような構成を採用することにより、抵抗発熱体両端部ｂ・ｃの熱の逃げによる温度低下を補うことができ、例えば紙幅２１６ｍｍのレターサイズ紙のプリント時において、記録材の左右両側部におけるトナー画像の定着性を向上させることができる。
【０１２３】
（２）温度分布とヒータ割れ発生場所の観察結果
次に、実施例１の図１０の場合と同様に、ヒータ単品の状態で電圧を印加し続け、ヒータ割れが発生する前のヒータの温度分布を測定した結果を図１３に示す。
【０１２４】
図１３を見ると、給電電極２４ｄ・２４ｅ側の発熱量増大領域ｆである５ｍｍ〜２５ｍｍの領域において、ヒータの温度が高くなっている様子が確認された。
【０１２５】
本来、発熱量増大領域ｆは、熱が逃げて不足する分を補充するために設けられているため、通常の使用状態においては、逃げて失われる熱量と、熱量増加により補充される熱量がつりあい、発熱量増大領域ｆで目立って温度が高くなる傾向は見られないはずである。
【０１２６】
ところが、本試験で想定した最大電力が印加されつづける異常昇温状態では、発熱量が逃げ量を遥かに凌ぐようになり、発熱量増大領域ｆの温度上昇が目立つようになるのである。
【０１２７】
更にこの図１３の矢印にて示した領域ｆ１は、実際の定着装置の状態で通電を続けた場合にヒータ割れが発生した場所や、又はヒータは割れなかったものの、抵抗発熱体が熱によるダメージを受けて失われた場所が分布する領域を示している。これらの領域もやはり給電電極２４ｄ・２４ｅ側の発熱量増大領域ｆである５ｍｍ〜２５ｍｍの領域において集中して発生している事がわかる。
【０１２８】
（３）安全素子設置位置
以上述べた、温度分布の測定結果や、実際の割れ発生場所の調査結果から、本実施例では、安全素子１０３としてのサーモスイッチの感熱部の中心位置ｅが、抵抗発熱体２４ｂの長手位置において、給電電極側の発熱量増大領域ｆ内になるように配置した。つまり、安全素子１０３を給電電極２４ｄ・２４ｅ側の発熱量増大領域ｆに設けることで、異常昇温時における安全素子１０３の作動時間をより早くなるようにしたのである。
【０１２９】
（４）本実施例と従来例におけるヒータ割れ時間、安全装置作動時間の比較
次に、本実施例における効果を確認するため、図１４のように、安全素子１０３であるサーモスイッチを発熱抵抗体２４ｂの長手中央部に配置した場合を比較例とする。この比較例と、本実施例の条件を満たす、給電電極２４ｄ・２４ｅ側から２０ｍｍの場所に安全素子１０３を設置した場合（図１２）とで、ヒータ割れ時間（ヒータが電気的にＯＰＥＮ状態となるまでの時間）、安全素子１０３の作動時間を測定した。その結果を表２に示す。
【０１３０】
尚、この測定では、ヒータ割れ時間を確実に測定するため、安全素子１０３が作動しても給電が停止しないように配線している。
【０１３１】
【表２】
2007242273.tif 000004
【０１３２】
表２を見ると、比較例では平均時間では安全装置作動が早いものの、最悪のケースで見た場合、安全素子１０３の作動前にヒータ割れが発生する可能性があることが分かる。
【０１３３】
一方、本実施例の構成では、安全素子１０３の作動時間が期待通り早まっており、最悪の組み合わせでも０．７秒のマージンを確保出来ている。
【０１３４】
また、本実施例の構成においても、実施例１と同様の理由から、ヒータ割れの時間の延長も観察されている。
【０１３５】
以上述べたように、本実施例の構成によれば、ヒータ２４の異常昇温時に特に温度が高くなる領域に安全素子１０３を設置することが出来、安全素子１０３の作動をより早く、又ヒータ割れの時間をより遅く出来る。その結果、発熱量を増した将来機種向けのヒータを用いた場合においても、ヒータ割れの発生前に確実に安全素子を作動させることが出来るようになった。
【実施例３】
【０１３６】
本実施例では、実施例２と同様、抵抗発熱体にはその長手両端部領域においてその発熱量を増大させた発熱量増加領域が設けられており、安全素子の抵抗発熱体長手方向設置位置は、抵抗発熱体の給電電極側の発熱量増加領域内とした。
【０１３７】
ここでは、ヒータの抵抗発熱体を複数回折り返した形状を持つ場合についての実施例を示す。
【０１３８】
本実施例における画像形成装置、定着装置の構成は実施例１と同様であるので、その説明は省略する。ここではまず始めに本実施例において用いたヒータについて説明し、次に本実施例の特徴部分である、安全素子の設置位置を決定した理由についての説明を行い、最後に本実施例を実施した場合の効果について説明を行う。
【０１３９】
（１）ヒータ構成
本実施例にて用いたヒータの概略構成を図１５に示す。抵抗発熱体２４ｂは３箇所にて折り返しＷ字の往復形状としている。本実施例では各々の抵抗発熱体２４ｂの幅は０．７ｍｍとし、抵抗発熱体同士の間隔を０．５ｍｍとした。尚、抵抗発熱体全体の抵抗値は実施例２と同じ４５Ωとしている。
【０１４０】
このように抵抗発熱体２４ｂを複数回折り返した構成のヒータ２４は、隣り合う抵抗発熱体との間の電位差を低くすることができるため、ヒータ２４が異常昇温した場合においてもリークが発生しにくい。本構成では給電電圧をＶ０とした場合、隣り合う抵抗発熱体との電位差は常に０．５×Ｖ０以下となる。
【０１４１】
また、本実施例においても、実施例２のヒータと同様に、発熱量増大領域ｆ・ｇを設け、抵抗発熱体の両端部ｂ・ｃのそれぞれから５ｍｍの位置から、２５ｍｍの位置にかけて４本の抵抗発熱体の単位長手長さあたりの発熱量を他の部分よりを７％増加させた。発熱量を増加させる手段としては、実施例２の場合と同様に抵抗発熱体の幅を狭める方法を用い、抵抗発熱体の幅を７％狭め０．６５１．ｍｍとした。
【０１４２】
（２）温度分布とヒータ割れ発生場所の観察結果
次に、実施例２の図１３と同様に、ヒータ単品の状態で電圧を印加し続け、ヒータ割れが発生する前のヒータの温度分布を測定した結果を図１６に示す。
【０１４３】
図１６を見ると、まず抵抗発熱体両端部ｂ・ｃ側の発熱量増大領域ｆ・ｇである５ｍｍ〜２５ｍｍまたは２００ｍｍ〜２２０ｍｍの領域において、ヒータの温度が高くなっている様子が確認された。更に、図１０や図１３ほどは極端でないものの、やはり給電電極２４ｄ・２４ｅ側の領域ｆの温度が高くなっている様子が確認された。
【０１４４】
更に、この図１６の矢印にて示した領域ｆ１は、実際の定着装置の状態で通電を続けた場合にヒータ割れが発生した場所や、又はヒータは割れなかったものの、抵抗発熱体が熱によるダメージを受けて失われた場所が分布する領域を示している。今回は、ごくわずかな確率で給電電極２４ｄ・２４ｅ側と反対側の領域ｇ１においても発生したが、やはり給電電極２４ｄ・２４ｅ側の発熱量増大領域ｆである５ｍｍ〜２５ｍｍの領域において集中的に発生した。
【０１４５】
以上述べた、温度分布の測定結果や、実際の割れ発生場所の調査結果から、本実施例においても、実施例２と同様に、安全素子１０３を給電電極２４ｄ・２４ｅ側の発熱量増大領域ｆに設ける（図１５）。これにより、異常昇温時における安全素子１０３の作動時間をより早くなるようにしたのである。
【０１４６】
（３）本実施例と従来例におけるヒータ割れ時間、安全装置作動時間の比較）
次に、本実施例における効果を確認するため、図１７のように、安全素子１０３であるサーモスイッチを発熱抵抗体２４ｂの長手中央部に配置した場合を比較例とする。そして、この比較例と、本実施例の条件を満たす、給電電極側から２０ｍｍの場所に安全素子１０３設置した場合（図１５）とで、ヒータ割れ時間（ヒータが電気的にＯＰＥＮ状態となるまでの時間）、安全素子１０３の作動時間を測定した結果を表３に示す。
【０１４７】
尚、この測定では、ヒータ割れ時間を確実に測定するため、安全素子１０３が作動しても給電が停止しないように配線している。
【０１４８】
【表３】
2007242273.tif 000005
【０１４９】
表３を見ると、抵抗発熱体を３回折り返したヒータを用いた今回の場合は、全体的にヒータ割れ時間が遅くなっており、比較例においても安全素子１０３の作動よりも先にヒータ割れが発生することは無かった。しかし、比較例においては、最悪の組み合わせにおいて、マージンが０．３秒と少し不足していると見ることもできる。
【０１５０】
一方、本実施例においては、最悪の組み合わせにおいても、１秒以上と十分なマージンを確保することができた。
【０１５１】
尚、この試験結果の中には、ヒータ割れが給電電極２４ｄ・２４ｅ側と反対側の発熱量増大領域ｇで発生したものが含まれていた。ただ、その場合のヒータ割れ時間はどれも平均の割れ時間以上に長く、実際には問題にならないと考えられる。
【０１５２】
以上述べたように、本実施例の構成によれば、ヒータ２４の異常昇温時に特に温度が高くなる領域ｆに安全素子１０３を設置することが出来、安全素子１０３の作動をより早く、又ヒータ割れの時間をより遅く出来る。その結果、発熱量を増した将来機種向けのヒータを用いた場合においても、安全素子１０３の作動時間とヒータ割れの発生時間との間の時間マージンを拡大することが出来、より安全な定着装置を提供できるようになった。
【０１５３】
（その他の実施形態）
以上の実施例では、加熱部材であるヒータ２４をベルト加熱方式の定着装置で用いる例を説明してきたが、該ヒータ２４を例えば、図１８のように、定着ローラ２５Ａの表面を外側から加熱する外部加熱ユニット２１Ａの加熱源としても用いることが出来る。
【０１５４】
本発明の加熱装置は、定着装置としてばかりでなく、画像を仮定着する像加熱装置、定着または仮定着した画像を担持した記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置としても使用できる。
【０１５５】
本発明の加熱部材または加熱装置は、例えば、シート状物を給送して感想処理・ラミネート処理する等の加熱部材または加熱装置、インクジェットプリンタに用いられる乾燥用の加熱部材または加熱装置等として広く使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】実施例１における画像形成装置の概略構成を示すものである。
【図２】定着装置の横断左側面図である。
【図３】図２の（３）−（３）線に沿う、途中部分省略の縦断正面図である。
【図４】ガイド部材を上から見た外観斜視模型図である。
【図５】ガイド部材と、ヒータと、定着ベルトの分解斜視模型図である。
【図６】定着ベルトの層構成模型図である。
【図７】ヒータの構成説明図である。
【図８】モデル計算で用いたヒータを簡略化した回路図である。
【図９】モデル計算により得た、ヒータの発熱量分布を温度ごとに示した図である。
【図１０】ヒータ単品で異常昇温させた場合におけるヒータの長手方向の温度分布を示したものである。
【図１１】実施例１における比較例ヒータの模式図である。
【図１２】実施例２におけるヒータの模式図である。
【図１３】ヒータ単品で異常昇温させた場合におけるヒータの長手方向の温度分布を示したものである。
【図１４】実施例２における比較例ヒータの模式図である。
【図１５】実施例３におけるヒータの模式図である。
【図１６】ヒータ単品で異常昇温させた場合におけるヒータの長手方向の温度分布を示したものである。
【図１７】実施例３における比較例ヒータの模式図である。
【図１８】他の実施形態の定着装置の構成略図である。
【符号の説明】
【０１５７】
２４・・ヒータ（加熱部材）、２４ａ・・ヒータ基板、２４ｂ・・抵抗発熱体、２４ｃ・・絶縁保護層、２４ｄ・２４ｅ・・第1と第２の給電電極、１０３・・感熱素子
【図４】
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【図１】
2007242273.tif 000007
【図２】
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【図３】
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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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【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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