(57)【要約】      （修正有）【課題】記録材の定着性や非通紙部昇温を両立させるレンジを保持したうえで、異常昇温時の熱ストレスの上昇を可及的に遅くし得る発熱抵抗体を備えた加熱体、定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】基板１０４の短手方向中央に配置される中央の発熱抵抗体１０１ｂを挟んで短手方向両側に一対の発熱抵抗体１０１ａ−１、１０１ａ−２が配置される構成で、一対の発熱抵抗体１０１ａ−１、１０１ａ−２の長手抵抗値分布は、端部に対し所定の基準位置の抵抗が高く設定され、中央の発熱抵抗体１０１ｂの長手抵抗値分布は、基準位置に対し端部の抵抗が高く設定されており、中央の発熱抵抗体１０１ｂの抵抗温度係数が、一対の発熱抵抗体１０１ａ−１、１０１ａ−２の抵抗温度係数より大きく設定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺の基板に、該基板の短手方向中央に配置される発熱抵抗体を挟んで短手方向両側に一対の発熱抵抗体が設けられている加熱体において、
前記基板の短手方向中央に配置される発熱抵抗体の抵抗温度係数を、前記一対の抵抗温度係数より大きく設定し、
前記中央の発熱抵抗体及び一対の発熱抵抗体は、前記基板の短手方向中央位置に対して略対称な領域に形成されることを特徴とする加熱体。
【請求項２】
前記一対の発熱抵抗体の長手抵抗値分布は、前記長手方向基準位置から端部に向かって小さくなる抵抗値分布であり、
前記中央の発熱抵抗体の長手抵抗値分布は、前記長手方向基準位置から端部に向かって大きくなる抵抗値分布である請求項１に記載の加熱体。
【請求項３】
前記一対の発熱抵抗体は、電力供給時に、前記基板の前記長手方向基準位置から端部にかけて発熱量が小さくなる山型の発熱パターンであり、前記中央の発熱抵抗体は、電力供給時に、前記長手方向基準位置から端部にかけて発熱量が大きくなる谷型の発熱パターンである請求項１又は２に記載の加熱体。
【請求項４】
前記中央の発熱抵抗体が、前記基板の短手方向中央位置に対して対称的に配置される２本の発熱抵抗体に分かれている請求項１乃至３のいずれかの項に記載の加熱体。
【請求項５】
前記一対の発熱抵抗体の一方の長手抵抗値分布が、前記長手方向基準位置から端部まで均一である請求項１乃至４のいずれかの項に記載の加熱体。
【請求項６】
前記長手方向基準位置は、前記基板の長手方向中央位置であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の加熱体。
【請求項７】
加熱体と、該加熱体と摺接するフィルムと、該フィルムを介して前記加熱体とニップ部を形成する加圧部材とを有し、記録材を前記ニップ部で挟持搬送しつつ前記加熱体からの熱により、前記記録材上に形成された未定着画像を記録材に加熱定着する定着装置において、
前記加熱体は、請求項１から６のいずれかの項に記載の加熱体であることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
記録材上に形成された未定着画像を記録材に加熱定着する定着部を備えた画像形成装置であって、
前記定着部に、請求項７に記載の定着装置を用い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、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の定着部、特にフィルム加熱方式の定着部に用いられる加熱体、これを用いた定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のフィルム定着方式の定着装置としては、たとえば、特許文献１に記載のようなものが知られている。
すなわち、筒状の定着フィルムと、定着フィルムの内面に接触する加熱体と、定着フィルムを介してヒータと共にトナー像を担持する記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材とを有している。
記録材には定着フィルムを介して加熱体からの熱が付与され、熱と加圧力によって未定着画像を永久画像として定着させるものである。
加熱体は、セラミック製の基板と、基板上に形成された発熱抵抗体とを有している。発熱抵抗体は、基板の短手方向の中央に１本、中央を基準にして対称な位置関係で２本、合計３本の発熱抵抗体が設けられていた。
対称な位置関係の２本の発熱抵抗体は、加熱体の長手方向中央部から両端部に向かって前記長手方向の単位長さあたりの抵抗値が徐々に小さくなる抵抗値分布となっている。中央の１本の発熱抵抗体は、前記ヒータの長手方向中央部から両端部に向かって前記長手方向の単位長さあたりの抵抗値が徐々に大きくなる抵抗値分布となっている。
そして、小サイズの記録材の場合、２本の発熱抵抗体のみを駆動することで、非通紙領域の昇温現象を抑制し、大サイズの記録材の場合にすべての発熱抵抗体を駆動することで、定着性を確保している。
一方、発熱抵抗体を駆動するトライアック等の駆動素子が故障し、熱暴走が生じた場合、端部において基板割れが生じる。基板の短手方向の熱応力分布に片寄りがあると、モーメントが作用することによって、基板の短手方向の一端側に引っ張り応力が集中し、熱暴走した際には、早期に基板割れが生じてしまう。そこで、この特許文献１では、3本の発
熱抵抗体を基板短手方向に対称配置することで発熱対称度を確保し、短手方向の熱応力を均等にして、早期割れを可及的に遅くしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、昨今は、従来よりもさらに、業務効率の向上のために、一枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ  ＰｒｉｎｔＯｕｔ  Ｔｉｍｅ）を短くすることが求められている。そのために、部材の低熱容量化を進めたり投入電力を増やしたりすることで、今まで以上のFPOTの短縮を図っている。
その一方で、非通紙領域の温度上昇が速くなることで、フィルムや加圧ローラにダメージを与えやすく、加熱体の急激な温度上昇により加熱体の短手方向の熱ストレスも大きくなり、耐久性・信頼性が低下する傾向がある。
【０００５】
本発明は、異常昇温時の熱ストレスの上昇を可及的に遅くし得る加熱体、この加熱体を備える定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の加熱体は、
長尺の基板に、該基板の短手方向中央に配置される発熱抵抗体を挟んで短手方向両側に一対の発熱抵抗体が設けられている加熱体において、
前記基板の短手方向中央に配置される発熱抵抗体の抵抗温度係数を、前記一対の抵抗温度係数より大きく設定し、
前記中央の発熱抵抗体及び一対の発熱抵抗体は、前記基板の短手方向中央位置に対して略対称な領域に形成されることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の定着装置は、上記した本発明の加熱体と、該加熱体と摺接するフィルムと、フィルムを介して前記加熱体とニップ部を形成する加圧部材とを有し、記録材を前記ニップ部で挟持搬送しつつ前記加熱体からの熱により、前記記録材上に形成された未定着画像を記録材に加熱定着する構成となっている。
【０００８】
さらに、本発明の画像形成装置は、記録材上に形成された未定着画像を記録材に加熱定着する定着部を備え、定着部に、上記した定着装置を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、異常昇温時の熱ストレスの上昇を可及的に遅くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る定着装置の概略断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係るヒータの概略構成図。
【図３】図２のヒータの駆動回路の一例を示す図。
【図４】図２のヒータの熱暴走時の熱ストレス分布を示す図。
【図５】本発明の実施の形態に係るヒータの変形例を示す図。
【図６】本発明の実施の形態に係るヒータの他の変形例を示す図。
【図７】本発明の実施の形態に係るヒータのさらに他の変形例を示す図。
【図８】本発明が適用される画像形成装置の一例を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明を、図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図８に、本発明の実施の形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の一例を示す。同図に示す画像形成装置は、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。
［画像形成装置の構成例］
画像形成装置は、画像形成部を構成する像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１を備えている。感光ドラム１は、装置本体Ｍによって回転自在に支持されており、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って、帯電ローラ（帯電装置）２、露光手段３、現像装置４、転写ローラ（転写装置）５、クリーニング装置６がその順に配設されている。
また、装置本体Ｍの下部には、紙等のシート状の記録材Ｐを被加熱材として収納した給紙カセット７が配置されている。そして、記録材Ｐの搬送経路に沿って上流側から順に、給紙ローラ１５、搬送ローラ８、トップセンサー９、搬送ガイド１０、本発明に係るヒータを含む定着部としての定着装置１１、搬送ローラ１２、排紙ローラ１３、排紙トレイ１４が配置されている。
次に、上述構成の画像形成装置の動作を説明する。
【００１２】
駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に回転駆動された感光ドラム１は、帯電ローラ２によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。帯電後の感光ドラム１は、その表面に対しレーザー光学系等の露光手段３によって画像情報に基づいた画像露光Ｌがな
され、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。
静電潜像は、現像装置４によって現像される。現像装置４は、現像ローラ４ａを有しており、この現像ローラ４ａに現像バイアスを印加し、感光ドラム１上の静電潜像にトナーを付着させることで、トナー像としての現像（顕像化）をおこなう。
【００１３】
トナー像は、転写ローラ５によって紙等の記録材Ｐに転写される。記録材Ｐは、給紙カセット７に収納されており、給紙ローラ１５・搬送ローラ８によって給紙・搬送され、トップセンサー９を介して、感光ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部に搬送される。このとき、記録材Ｐは、トップセンサー９によって先端が検知され、感光ドラム１上のトナー像と同期がとられる。転写ローラ５には、転写バイアスが印加され、これにより感光ドラム１上のトナー像が、記録材Ｐ上の所定の位置に転写される。
転写によって表面に未定着トナー像が担持された記録材Ｐは、搬送ガイド１０に沿って定着装置１１に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱・加圧されて記録材Ｐ表面に定着される。なお、定着装置１１については後に詳述する。
トナー像定着後の記録材Ｐは、搬送ローラ１２・排紙ローラ１３によって装置本体Ｍ上面の排紙トレイ１４上に搬送・排出される。
一方、トナー像転写後の感光ドラム１は、記録材Ｐに転写されないで表面に残ったトナー（以下、転写残トナーと記す）がクリーニング装置６のクリーニングブレード６ａによって除去され、次の画像形成に備える。
以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。
【００１４】
［定着装置１１］
図１に、本発明に基づくフィルム加熱方式の定着装置の概略断面図を示す。
本実施の形態の定着装置１１は、加圧ローラ駆動式であり、本発明の加熱体１００と、加熱体１００と摺接する筒状のフィルム３０と、フィルム３０を介して加熱体１００と定着ニップ部Ｎを形成する加圧部材としての加圧ローラ４０とを有している。そして、記録材Ｐを定着ニップ部Ｎで挟持搬送しつつ加熱体１００からの熱により、記録材上に形成された未定着画像を記録材Ｐに加熱定着するようになっている。
【００１５】
加熱体１００は加熱体支持体２０によって保持された状態で、可撓性部材としての円筒状のフィルム３０を介して加圧部材である加圧ローラ４０に所定の押圧力をもって圧接している。そして、回転制御手段としての回転駆動部８０によって、加圧ローラ４０が矢印ｂ方向に回転駆動される。加圧ローラ４０の回転によって、フィルム３０外面との摺動摩擦力により、フィルム３０に回転力が作用し、フィルム３０が加熱体１００を保持させた加熱体支持体２０の外回りを矢印ａの方向に回転する。
【００１６】
また、電力供給手段としての加熱体駆動回路７０によって、商用電源から加熱体１００に対して電力が供給され、通電加熱されることにより、加熱体１００が所定のプリント温調に制御される。この状態において、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐを定着ニップ部Ｎで、矢印ｃの方向に挟持搬送することにより、加熱体１００の熱がフィルム３０を介して記録材Ｐに付与され、未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ面に熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐはフィルム３０の面から曲率分離されて排紙される。なお、本実施例の定着装置において、記録材Ｐの通紙基準は各部材の長手方向（記録材Ｐの搬送方向ｃに直交する方向）における中央部としている。
【００１７】
加熱体１００は、図２に示すように、細長いアルミナ等の耐熱性の基板１０４上に、発熱抵抗体としての発熱抵抗体１０１ａ（１０１ａ−１，１０１ａ−２）と発熱抵抗体１０１ｂと、これらの発熱抵抗体を被覆する表面保護層１０５を備えている。本実施の形態では、被覆する表面保護層１０５と後述するフィルムの摺動層を兼ねている。なお、発熱抵抗体１０１ａと発熱抵抗体１０１ｂを被覆する表面保護層１０５と摺動層を基板の表と裏
と面を分けた構成でもよい。なお、加熱体１００の詳細構成については、後述する。
【００１８】
円筒状のフィルム３０は、例えば厚み３０μｍ〜１００μｍ程度のポリイミド、もしくはＳＵＳを基層とした薄膜筒で、基層の上にプライマー層を介してＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のコートが施されており、トナーとの離型性を保っている。また、フィルム３０内面と加熱体支持体２０との間には不図示の摺動グリスが塗布されており、フィルム３０の摺動性を保っている。
加圧ローラ４０は、芯金上に例えばシリコーンゴムなどの弾性層を基層とした回転体で、基層の上にプライマー層を介して１０〜１００μｍ程度の厚みを有するＦＥＰ、ＰＦＡ等の離型層を設けて構成され、トナーとの離型性を保っている。
【００１９】
加熱体支持体２０は、断熱性・高耐熱性・剛性を有する、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）・ポリアミドイミド（ＰＡＩ）・ポリイミド（ＰＩ）・ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）・液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これ等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される。
回転駆動部８０は、加圧ローラ４０を回転駆動するモータ８１と、モータ８１の回転を制御する制御部（ＣＰＵ）８２などを有する。モータ８１としては、例えばＤＣモータやステッピングモータ等を使用することができる。
【００２０】
［加熱体１００の詳細構成］
図２に、加熱体１００の発熱抵抗体形成面と、基板幅方向断面の概略構成図を示す。
すなわち、加熱体１００は、長尺の基板１０４と、基板１０４の長手方向に沿って形成される３本の発熱抵抗体１０１ａ−１，１０１ａ−２、発熱抵抗体１０１ｂとを備えている。発熱抵抗体１０１ａ−１，１０１ａ−２は、中央の発熱抵抗体１０１ｂを挟んで対称的に配置されている。
そして、発熱抵抗体１０１ａ−１，１０１ａ−２の長手方向の単位長さ当たりの抵抗値の分布である長手抵抗値分布が、端部に対して所定の基準位置としての長手方向中央位置の抵抗が高く設定されている。また、中央の発熱抵抗体１０１ｂの長手方向の単位長さ当たりの抵抗値の分布である長手抵抗値分布は、基準位置である長手方向中央位置に対し端部の抵抗が高く設定されている。
そして、中央の発熱抵抗体１０１ｂの抵抗温度係数（ＴＣＲ）が、一組の発熱抵抗体（１０１ａ−１，１０１ａ−２）の抵抗温度係数より大きく設定されている。
【００２１】
基板１０４は、例えば、長さ３７０ｍｍ・幅１０ｍｍ・厚さ１ｍｍのアルミナ、窒化アルミ等の耐熱性・電気絶縁性・低熱容量のセラミック基材（本実施例１ではアルミナ）の長尺板が用いられている。
この基板１０４の片面に、Ａｇ／Ｐｄ等の２本の発熱抵抗体１０１ａ（１０１ａ−１，１０１ａ−２）及び１本の発熱抵抗体１０１ｂと、これらの発熱抵抗体に給電するための電極パターンとしての給電電極１０２（１０２ａ・１０２ｂ）及び共通電極１０３が形成されている。
【００２２】
次に、発熱抵抗体１０１ａ（１０１ａ−１，１０１ａ−２）、１０１ｂの詳細構成について説明する。
発熱抵抗体１０１ａ（１０１ａ−１，１０１ａ−２）は、発熱抵抗体１０１ｂを挟むように、２本配置されている。基板１０４片面の長手方向一端部側に設けた給電電極１０２ａから、長手方向他端部側に設けた共通電極１０３にかけて通電される発熱抵抗体である。図２（ａ）のように、基板１０４の幅方向（基板短手方向）の一端側と他端側に配置され、基板１０４の長手方向に沿って形成されている。この発熱抵抗体１０１ａ−１，１０１ａ−２は、互いに並列に接続されて第１の導通経路を構成し、それぞれ基板１０４の短手方向中央位置Ｃを基準にし、略対称な領域に形成されている。
そして、発熱抵抗体１０１ａ−１,１０１ａ−２は、それぞれ、長手方向中央位置附近
から端部にかけて多段階的、図示例では連続的にパターン幅を広げることによって単位長さ当り抵抗値を小さくしている。通電した場合、すなわち電力供給時に、基板１０４の長手方向における所定の長手方向基準位置すなわち略長手方向中央位置を発熱ピークとする山型の発熱分布をなすように形成されている（以下、「山型発熱パターン」ともいう）。
【００２３】
本実施の形態では、発熱抵抗体１０１ａ−１，１０１ａ−２において、図２（ａ）の長手中央付近の基板幅方向のα−α線分付近における単位長さ当り抵抗値を、端部付近の基板幅方向のβ−β線分付近における単位長さ当り抵抗値の１．４倍となるように、発熱抵抗体１０１ａ−１，１０１ａ−２それぞれのパターン幅を調整している。
発熱抵抗体１０１ｂは、基板片面の長手方向一端部側に設けた給電電極１０２ｂから上記の共通電極１０３にかけて通電され得る発熱抵抗体であり、基板幅方向において前記発熱抵抗体１０１ａ−１，１０１ａ−２との間に挟まれる位置（第１の導通経路の形成領域より内側の位置）に配置されて第２の導通経路を構成し、基板１０４の長さ方向に沿って形成されている。この発熱抵抗体１０１ｂも基板短手方向略中央Ｃを基準にして略対称な領域に形成されている。
【００２４】
発熱抵抗体１０１ｂは、長手中央付近から端部にかけて多段階的に、図示例では連続的にパターン幅を狭めることによって単位長さ当り抵抗値を大きくしている。通電した場合、すなわち電力供給時に、上記の所定の基準位置である略長手中央位置を発熱ボトムとする谷型発熱分布をなすように形成されている（以下、「谷型発熱パターン」ともいう）。
本実施の形態では、発熱抵抗体１０１ｂにおいて、図２（ａ）の上記β−β線分付近における単位長さ当り抵抗値をα−α線分付近における単位長さ当り抵抗値の１．４倍となるように、発熱抵抗体１０１ｂのパターン幅を調整している。
【００２５】
また、発熱抵抗体１０１ａ及び発熱抵抗体１０１ｂの室温（２３℃）の抵抗値及び室温から２００℃まで上昇させたときのTCR（抵抗温度係数）は、Ｒａ＝１６Ω、TCRは３００ppm/℃（並列接続のためＲａ１＝Ｒａ２＝３２Ω）である。また、Ｒｂ＝１６Ω、TCRは
７５０ppm/℃に設定されており、それぞれの発熱抵抗体１０１ａ及び発熱抵抗体１０１ｂに対して１２０Ｖ印加させた場合に、９００Ｗずつの電力が発生する設定されている。また、この抵抗設定の場合、図２（ｂ）におけるα−α線分上の発熱抵抗体１０１ａと発熱抵抗体０１ｂのパターン幅は、Ｗａ１＝Ｗａ２＝１．０ｍｍ、Ｗｂ＝２．０ｍｍ、パターン間隙０．５ｍｍのような幅設定している。
そして、図２（ｂ）に示すように、発熱抵抗体１０１ａ，１０１ｂのパターン形成領域Ｗｈは、基板１０４の幅Ｗｃに対して略対称となるように形成され、定着ニップ部Ｎ内に収まるような領域幅に設定されている。本実施例では、Ｗｃ＝８ｍｍ、Ｗｈ＝５ｍｍに設定されている。
【００２６】
図３は、前記加熱体１００の通電制御をつかさどる加熱体駆動回路７０の一例である。
加熱体１００には、温度検知手段としてのサーミスタ５０が当接あるいはその近傍に配置され、加熱体１００の温度検知結果を制御部（ＣＰＵ）７１に出力している。
制御部７１は、サーミスタ５０の温度検知結果に基づいて所望の温度制御をするべく商用電源７３に接続された駆動素子としてのトライアック７２ａ・７２ｂの点灯タイミングを駆動制御する。ここで制御部７１は、トライアック７２ａ・７２ｂの点灯比率を決定でき、所望の発熱比率をもって上記温度制御を施すことができる。加熱体駆動回路７０による加熱体１００への電力制御は、電源波形の半波ごとに通電の実行と停止を制御するゼロクロス波数制御や、電源波形の半波ごとに通電する位相角を制御する位相制御等の多段階電力制御方法が用いられる。
【００２７】
また、加熱体１００の過昇温を防止する安全素子６０（温度ヒューズ、サーモスイッチ
等）が通電ライン上に直列接続されている。この安全素子６０が、加熱体１００に当接あるいは近傍に配置されることにより、加熱体１００の熱暴走時に前記安全素子を作動させて加熱体１００への通電を遮断できるように構成されている。本実施の形態１で用いた定着装置においては、安全素子６０として、ワコー電子社製のサーモスイッチ：ＣＨ−１６［定格作動温度２５０℃］が用いられている。この安全素子６０は、加熱体１００の基板１０４の長手中央付近の山型発熱パターンである発熱抵抗体１０１ａ近傍に配置されている。２４５０Ｗ（抵抗値８Ωに対して電圧１４０Ｖ印加）の電力で暴走した場合、３±１秒で上記安全素子６０が作動することが事前検討においてわかっている。
【００２８】
図４に、本実施の形態の定着装置において、トライアック７２ａ・７２ｂのいずれもが故障して加熱体１００が熱暴走した場合の、加熱体１００の幅方向断面に加わる熱ストレス分布をそれぞれ示す。
本実施の形態では、線膨張係数ε＝７．２×１０−６／℃、ヤング率Ｅ＝３４０ＧＰａ、曲げ強度３００ＭＰａの基板１０４を用いている。
各々の分布は、常温からの１４０Ｖ印加時にトライアックが故障して熱暴走した１．０秒後における熱ストレス分布であり、下方が圧縮ストレス側、上方が引張りストレス側を示す。加熱体１００の破損には、引張りストレスの大きさが関わっており、引張りストレスの絶対値が大きいほど破損マージンが小さく、破損にいたるまでの時間が短くなる。
【００２９】
トライアック７２ａ、７２ｂが故障して発熱抵抗体１０１ａ、１０１ｂが熱暴走した場合、引張りストレスの絶対値が最大になる箇所は、図２におけるβ−β断面の基板両端部（図４（ｂ）のＢ１領域）である。図４（ｂ）によれば、１４０Ｖ印加１．０秒後において、１００ＭＰａに達した。これは、α―α断面における引っ張りストレス最大値の、約１．１倍の大きさである。安全素子６０がなければ、上記β−β断面の基板エッジ部から加熱体破損が生じ、発明者等が検証したところ、破損に至るまでの所要時間は５秒であった。
前述のように、安全素子６０は熱暴走開始から３±１秒で作動するため、実施の形態１の定着装置において、トライアック７２ａ、７２ｂが故障し熱暴走しても加熱体１００が破損することなく、安全素子６０が作動して加熱体１００への通電が停止される。
【００３０】
次に、加熱装置の駆動に関して説明する。
加熱体１００を、加熱体駆動回路７０に組み込み、制御部７１でトライアック７２ａ・７２ｂの点灯比率を決定して駆動制御させることにより、加熱体９００の長手発熱分布に円滑な勾配を持たせている。通紙基準が中央基準である定着装置を用いた場合、例えば記録材Ｐの長手方向長さに応じてトライアック７２ａ、７２ｂの点灯比率を１０：１０〜１０：０のいずれかを選択し、非通紙部昇温と定着性を両立させる。
【００３１】
たとえば、本装置において、通紙可能な最も幅の広い紙を通紙する際は、トライアック７２ａ，７２ｂの点灯比率を１０：１０で点灯する。これにより、山型発熱パターンである発熱抵抗体１０１ａと谷型発熱パターンである発熱抵抗体１０１ｂが発熱し、幅の広い紙を、紙幅端部まで定着させることができる。
一方、通紙可能な最も幅の狭い紙を通紙する場合、トライアック７２ａ，７２ｂの点灯比率を１０：０で点灯させる。これにより、山型発熱パターンの発熱抵抗体１０１ａのみが発熱し、非通紙部昇温を抑制している。
このように、小サイズの記録材については発熱抵抗体１０１ａ、大サイズの記録材については、山形発熱パターンの発熱抵抗体１０１ａと谷型発熱パターンの発熱抵抗体１０１ｂ両方を発熱させる。これにより、大サイズの紙の幅端部まで定着させつつ、小サイズの非通紙部昇温を抑制することができる。その間の紙幅においては、紙幅に応じて、適正な点灯比率を設定することで、定着性と非通紙部昇温を両立させることができる。
【００３２】
次に、表１、表２を参照して、本発明の実施例と比較例１，２，３における発熱の違いを説明する。
以下説明する比較例における加熱体の発熱抵抗体１０１ａと発熱抵抗体１０１ｂは、比較例１、比較例２、比較例３は、図２に記載の本実施例と同一であるものの、各発熱体の抵抗値とＴＣＲが異なっている。
なお、抵抗値は室温２３℃における抵抗値を示しており、ＴＣＲは、室温２３℃から２００℃へ上昇させるときの値を示している。
表１は、実施例１及び比較例１，２，３の、加熱体の発熱抵抗体１０１ａと発熱抵抗体１０１ｂの、各温度抵抗係数ＴＣＲ及び抵抗値を示している。
【００３３】
【表１】
2016139487.tif 000003
【００３４】
比較例１  
比較例１は、発熱抵抗体１０１ａと発熱抵抗体１０１ｂのＴＣＲをすべて同一とした時のレベルを表すものである。なお、ＦＰＯＴを同等とするため、発熱抵抗体１０１ａ、発熱抵抗体１０１ｂの抵抗値を調整し、通紙一枚目までの総電力量を同じとした。また、通紙中の発熱抵抗体１０１ａと発熱抵抗体１０１ｂの抵抗値を同等とし、点灯比率による長手温度分布の変化量を同程度とした。
比較例２  
比較例２は、比較例１のＴＣＲ違いを説明するもので、すべての発熱体でＴＣＲを同一で、比較例１よりも低く設定したものである。なお、ＦＰＯＴを同等とするため、発熱抵抗体１０１ａ、発熱抵抗体１０１ｂの抵抗値を調整し、通紙一枚目までの総電力量を同じとした。
比較例３  
比較例３は、すべての発熱抵抗体１０１ａ及び発熱抵抗体１０１ｂでＴＣＲが同一であるものの、基板１０４の短手中央に位置する発熱抵抗体１０１ｂのみ抵抗値を高くし、短手方向の中央部での発熱分布を低下させたものである。その結果、加熱体１００にかかる熱ストレスを緩和させ、加熱体割れまでの時間を延ばすことを目的としている。なお、ＦＰＯＴを同等とするため、発熱抵抗体１０１ａ、発熱抵抗体１０１ｂの抵抗値を調整し、通紙一枚目までの総電力量を同じとした。
次に、本実施例の効果を表２に表す。
【００３５】
【表２】
2016139487.tif 000004
【００３６】
まず、加熱体破損に至るまでの所要時間に関して説明する。
加熱体を、図３に示す加熱体駆動回路７０に組み込んだ定着装置において、トライアック７２ａ、７２ｂのうち一方が故障して加熱体が熱暴走した場合に、加熱体の幅方向断面に加わる熱ストレス分布を図４に示す。図２（ａ）のα−α断面の加熱体幅方向断面に加わる熱ストレスを図４（ａ）に表し、β−β断面の加熱体幅方向断面に加わる熱ストレスを図４（ｂ）に表す。
なお、加熱体幅方向断面に加わる熱ストレスは、幅中央に対し左右対称であるため、加熱体１００の短手中心から片側の端部にかけて発生している応力を表している。トライアック７２ａ，７２ｂがいずれも故障し、発熱抵抗体１０１ａと、発熱抵抗体１０１ｂが熱暴走した場合、引張りストレスの絶対値が最大になる箇所は、図２（ａ）におけるβ−β断面の基板端部である。
【００３７】
１４０Ｖ印加１．０秒後において、比較例１で１８０ＭＰａ、比較例２で１９０Ｍｐａ、比較例３で１７０Ｍｐａに達した。破損に至るまでの所要時間を検証したところ、それぞれ表２に記載の値となり、比較例１及び、比較例２は、安全素子６０の作動以前に加熱体が破損した。つまり、実施例１で使用しているＴＣＲ値を用い、それぞれのＴＣＲにおいて、ＴＣＲ同一で作成した比較例１、比較例２の構成では、加熱体破損に至るまでの所要時間をサーモスイッチ作動以上に保たせることはできていないことが分かる。
本発明では、中央の発熱抵抗体１０１ｂの抵抗温度係数が、基板短手方向両側の発熱抵抗体１０１ａ−１、１０１ａ−２の抵抗温度係数よりも高いので、熱暴走の過程で、中央の発熱抵抗体１０１ｂの抵抗値の増分が大きくなる。その結果、基板１０４の短手方向中央部の発熱抵抗体１０１ｂの形成領域の温度上昇が両側の発熱抵抗体１０１ａ−１、１０１ａ−２の形成領域の温度上昇よりも相対的に低くなる。したがって、基板１０４の短手方向両側部分の長手方向の熱膨張が、相対的小さい中央部の領域によって制限され、基板の短手方向端部の引張応力の増分を緩和することができる。
【００３８】
次に、定着性に関し説明する。
定着性は、本装置での最大紙幅サイズであるＡ３サイズ紙において定着後のトナー画像を擦った場合に、画像が欠落する（×）か、欠落しない（○）かの２段階評価を行っている。定着性では、欠落しない（○）レベル以上をＯＫレベルとした。端部定着性を確認したところ、表２に記載した通り、比較例３がＮＧレベルとなった。これは、過熱の結果、谷型発熱パターンである発熱抵抗体１０１ｂへの通電電力が山形発熱パターンの発熱抵抗体０１ａへの通電電力に対して低くなるため、端部の発熱量が相対的に低くなったことに起因する。その結果、比較例３のように、抵抗値調整だけでは、端部定着性と加熱体破損の両立を図ることができていないことがわかる。
上記のように、本実施の形態によると、基板１０４の短手方向に対し、谷型発熱パターンである発熱抵抗体１０１ｂを山型発熱パターンの発熱抵抗体１０１ａで挟み込み、谷型発熱パターンの発熱抵抗体１０１ｂのTCRが山型発熱パターンの発熱抵抗体１０１ａに対
し高く設定することで、従来に比べて、次のような利点がある。
すなわち、従来に対して、熱暴走時における熱ストレスを大幅に緩和でき、加熱体破損に対するサーモスイッチ作動時間のマージンを確保でき、かつ、非通紙部昇温の低減と定着性確保とを両立することが可能となった。その結果、定着装置の急激な立ち上げを可能にしたうえで、加熱体１００の耐久性・信頼性を向上でき、ひいては定着装置の品質・信頼性を向上させることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、基板の短手方向に対して全く対称な、発熱抵抗体１０１aと発熱抵抗体１０１ｂの発熱パターン配置構成について説明したが、これには限られ
ない。
すなわち、図５に示すように、基板１２４の短手方向一端側と他端側の発熱分布が若干異なっている加熱体１２０においても、ある程度の発熱対称度を保つことができ、加熱体破損に対するマージンをあまり損なわない。
すなわち、この加熱体１２０も、基板１０４の短手方向に対し、谷型発熱パターンの発熱抵抗体１２１ｂを山型発熱パターンの発熱抵抗体１２１ａ−１，１２１ａ−２で挟み込んでいて、発熱抵抗体１２１ｂのTCR（温度抵抗係数）を、発熱抵抗体１２１ａ−１，１
２１ａ−２に対し高く設定している。
【００４０】
この図５に示す例は、一対の発熱抵抗体１２１ａ−１，１２１ａ−２のうち、一方の発熱抵抗体１２１ａ−２は、短手方向の幅が長手方向全長にわたって同一幅であり、長手抵抗値分布が、中央部（基準位置）から端部まで均一である。しかし、他方の発熱抵抗体１２１ａ−１は、図２に示す例と同一で、短手方向の幅が中央部から端部にかけて徐々に幅広となっており、長手抵抗値分布が、中央部から端部にかけて徐々に小さくなっている。したがって、完全に対称ではないが、短手方向の最大幅は同じで、中心軸線に対して対称領域に形成されている。発熱抵抗体１２１ａ−１，１２１ａ−２の合成抵抗としては、長手抵抗値分布が、中央部から端部にかけて徐々に小さくなる構成である。
また、中央の発熱抵抗体１２１ｂの短手方向の側縁は、一方の側縁が中央部が凸の円弧状で、他方の側縁が長手方向中心軸線と平行の直線となっている。発熱抵抗体１２１ｂ自体の長手抵抗値分布が、中央部から端部にかけて徐々に小さくなる構成である。円弧状の一方の側縁の中心軸線から短手方向の最大幅は、中心軸線から他方の側縁までの幅と同じであり、円弧と直線の相違はあるおのの、中心軸線に対してほぼ対称である。
なお、１２３は、発熱抵抗体１２１ａ−１，１２１ａ−２，１２１ｂの共通電極、１２２ａは発熱抵抗体１２１ａ−１，１２１ａ−２の給電電極、１２２ｂは発熱抵抗体１２１ｂへの給電電極である。
【００４１】
また、本実施例における発熱分布構成を有する加熱体は１０１ａ−１，１０１ａ−２を並列で接続したものの、これに限らない。図６に示すように、１３１ａ−１と１３１ａ−１を直列に接続しても構わない。
すなわち、図６に示す加熱体１３０は、基板１３４の短手方向に対し、谷型発熱パターンである発熱抵抗体１３１ｂを山型発熱パターンである発熱抵抗体１３１ａ−１，１３１ａ−２で挟み込んでいて、谷型発熱パターンの発熱抵抗体１３１ｂのTCRを、発熱抵抗体
１３１ａ−１，１３１ａ−２に対し高く設定している。
なお、１３３は、発熱抵抗体１３１ａ−１・１３１ａ−２，１３１ｂの共通電極、１３２ａは直列接続の発熱抵抗体１３１ａ−１・１３１ａ−２の給電電極、１３２ｂは発熱抵抗体１３１ｂへの給電電極である。
【００４２】
また、本実施例における発熱分布構成を有する加熱体は、山型発熱パターンの発熱抵抗体１０１ａで谷型発熱パターンの発熱抵抗体１０１ｂ一本が挟まれる構成で説明をおこなったものの、これに限らない。
たとえば、図７に示すように、谷型発熱パターンである中央の発熱抵抗体を、長手方向中心軸を中心に線対称位置に発熱抵抗体１４１ｂ−１，１４１ｂ−２の２本に分割した構成としてもよい。すなわち、この加熱体１４０は、基板１４４の短手方向に対し、谷型発熱パターンである発熱抵抗体１４１ｂ−１，１４１ｂ−２を山型発熱パターンである発熱抵抗体１４１ａ−１，１４１ａ−２で挟み込んだ構成である。
そして、谷型発熱パターンの発熱抵抗体１４１ｂ−１，１４１ｂ−２ｂを山型発熱パターンの発熱抵抗体１４１ａに対しＴＣＲを高く設定すれば同様な効果が得られる。
なお、１４３は、発熱抵抗体１４１ａ−１・１４１ａ−２，１４１ｂ−１，１４１ｂ−２の共通電極、１４２ａは発熱抵抗体１４１ａ−１・１４１ａ−２の給電電極である。また、１４２ｂ−１，１４２ｂ−２は発熱抵抗体１４１ｂ−１，１４１ｂ−２ｂへの給電電極である。
【００４３】
なお、上記実施の形態では、通紙基準が中央基準である定着装置を用いた場合について説明したが、基準位置が搬送方向と直交する方向の端部、加熱体に対応させれば加熱体の
長手方向一端部に基準位置がある場合でも適用できる。
この場合、中央の発熱抵抗体の短手方向両側の一対の発熱抵抗体の長手抵抗値分布は、一方の端部を基準位置とし、他方の端部に対し基準位置である一方の端部の抵抗が徐々に高くなるように設定される。また、中央の発熱抵抗体の長手抵抗値分布は、基準位置である一方の端部に対し他方の端部の抵抗が高く設定される。たとえば、図２で説明すれば、α―α断面位置に対して長手方向半分の領域構成で、長手方向の寸法が調整される。
【符号の説明】
【００４４】
１１  定着装置、
３０  フィルム、４０  加圧ローラ、
６０  安全素子（サーモスイッチ）、７０  加熱体駆動回路、７１  制御部
７２ａ、７２ｂ  トライアック（駆動素子）、７３  商用電源
１００    加熱体
１０４  基板、１０１ａ−１、１０１ａ−２  発熱抵抗体（両側）、
１０１ｂ  発熱抵抗体（中央）、
１２０        加熱体
１２４  基板、１２１ａ−１、１２１ａ−２  発熱抵抗体(両側)
１２１ｂ    発熱抵抗体（中央）
１３０    加熱体
１３４  基板、１３１ａ−１，１３１ａ−２  発熱抵抗体（両側）
１３１ｂ    発熱抵抗体（中央）
１４０    加熱体
１４４      基板
１４１ａ、１４１ａ−１、１４１ａ−２  発熱抵抗体（両側）
１４１ｂ−１、１４１ｂ−２発熱抵抗体（中央）
Ｎ            定着ニップ部
Ｐ            記録材
Ｔ            未定着トナー像
【図１】
2016139487.tif 000005
【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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