(57)【要約】【課題】通電暴走や異常昇温によって基板に破断が生じた場合でも、発熱体に不完全な破断が起きることを低減できるようにした加熱体の提供。【解決手段】基板３ａと、通電により発熱する発熱体であって、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられた発熱体３ｂと、前記発熱体の前記基板の反対側の面を覆う保護層３ｃと、を有する加熱体３において、前記発熱体は有機物を炭化させて形成した炭素系発熱体であり、前記保護層は、耐熱性樹脂の内部に燐片状のフィラーを配合させ、かつ前記フィラーを前記耐熱性樹脂の内部で前記保護層の厚み方向に積層させてなることを特徴とする。【選択図】図９
2009145466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、通電により発熱する発熱体であって、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられた発熱体と、前記発熱体の前記基板の反対側の面を覆う保護層と、を有する加熱体において、
前記発熱体は有機物を炭化させて形成した炭素系発熱体であり、前記保護層は、耐熱性樹脂の内部に燐片状のフィラーを配合させ、かつ前記フィラーを前記耐熱性樹脂の内部で前記保護層の厚み方向に積層させてなることを特徴とする加熱体。
【請求項２】
前記フィラーの材料は、セラミックスであることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項３】
前記フィラーの材料は、ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項４】
前記耐熱性樹脂の材料は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項５】
加熱体と、前記加熱体と接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を介して前記加熱体とニップ部を形成するバックアップ部材とを有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置において、
前記加熱体として請求項１から請求項４の何れかに記載の加熱体を有することを特徴とする像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、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として用いれば好適な像加熱装置に用いられる加熱体、及びこの加熱体を有する像加熱装置に関する。特に、基板と、通電により発熱する発熱体であって、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられた発熱体と、前記発熱体の前記基板の反対側の面を覆う保護層と、を有する加熱体、及びこの加熱体を有する像加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式のプリンタや複写機に搭載する像加熱装置（定着器）として、フィルム加熱方式の定着装置が知られている。このフィルム加熱方式の定着装置としては、セラミックス製の基板上に通電発熱体を有するヒータと、そのヒータに接触しつつ移動する可撓性部材と、その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。特許文献１、２にはフィルム加熱方式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未定着トナー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。従って、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、上記の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特性（ＮＴＣ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）のものを用いることも考えられている（特許文献３）。ヒータがＮＴＣ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の過度の昇温（過昇温）を抑えられるという発想である。
【０００７】
また特許文献４にはそのようなＮＴＣ特性をもつ炭素系発熱体を基板上に貼り付け、炭素系発熱体を使ったヒータの強度をあげた構成の定着装置が開示されている。
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献３】特開２００４−２３４９９８号公報
【特許文献４】特開２００６−１３４７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
通例フィルム加熱方式の定着装置に用いられるヒータは、２重３重の安全装置が盛り込まれるが、リスクアセスメントとして万一の通電暴走や異常昇温の場合まで想定して、安全対策を講じる必要がある。その安全対策の一例として、ヒータが通電暴走や異常昇温を起こした場合、最終的にはヒータ基板自体が熱ストレスにより破断して、通電発熱体が分断されることで通電が遮断するようにヒータを構成することが望ましい。
【０００９】
ところで、上記ヒータにおいて、通電発熱体の材料として炭素系発熱体を用いた場合、その通電発熱体の可撓性部材側の面(表面）を保護するため、通電発熱体表面に耐熱性の樹脂材料からなる保護層を設けることが考えられる。
【００１０】
しかし、保護層の材料として耐熱性の樹脂を用いると、熱ストレスによりヒータ基板が割れた場合でも、樹脂が基板の割れるときの衝撃を吸収しやすいため、保護層がきれいに破断せず、通電発熱体もこれにつられて不完全な破断になりやすい。その場合、通電発熱体への通電がすぐに止まらない可能性がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、通電暴走や異常昇温によって基板に破断が生じた場合でも、発熱体に不完全な破断が起きることを低減できるようにした加熱体、及びこの加熱体を有する像加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための構成は、基板と、通電により発熱する発熱体であって、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられた発熱体と、前記発熱体の前記基板の反対側の面を覆う保護層と、を有する加熱体において、前記発熱体は有機物を炭化させて形成した炭素系発熱体であり、前記保護層は、耐熱性樹脂の内部に燐片状のフィラーを配合させ、かつ前記フィラーを前記耐熱性樹脂の内部で前記保護層の厚み方向に積層させてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、通電暴走や異常昇温によって基板に破断が生じた場合でも、発熱体に不完全な破断が起きることを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を図面に基づいて説明する。
【００１５】
[実施例１]
（１）画像形成装置例
図１は本発明に係る加熱体を有す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を用いたレーザービームプリンタである。
【００１６】
本実施例に示すプリンタは、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１０１を有する。この感光ドラム１０１は、例えばアルミニウム等の導電性ドラム基体の外周面に有機光導電体等の感光層を形成した有機感光ドラムである。
【００１７】
１０２は帯電手段としての帯電ローラである。この帯電ローラ１０２により感光ドラム１０１の外周面（表面）が所定の極性・電位に一様に帯電処理される。本例のプリンターでは感光ドラム１０１表面は負極性の所定の電位に一様に帯電処理される。
【００１８】
１０３は露光手段としてのレーザー露光装置である。このレーザー露光装置１０３は不図示のイメージスキャナやコンピュータ等の外部機器（ホスト機器）から入力する画像情報に対応して変調したレーザー光Ｌを出力する。このレーザー光Ｌにより感光ドラム１０１表面の一様帯電処理面を走査露光する。この走査露光により感光ドラム１０１表面の露光明部の電荷が減衰または除電されて、感光ドラム１０１表面に画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００１９】
１０４は現像手段としての現像装置である。感光ドラム１０１表面に形成された静電潜像はこの現像装置１０４によりトナー像（現像像）として可視像化される。レーザービームプリンタの場合、一般に、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。１０４ａは現像スリーブ、１０４ｂは現像ブレード、１０４ｃは現像バイアス印加電源、ｔは１成分磁性トナーである。
【００２０】
１０７は給送カセットであり、記録材（転写材）Ｐを積載収納させてある。給送スタート信号に基いて給送ローラ１０８が駆動されて給送カセット１０７内の記録材Ｐが一枚ずつ分離給送される。その給送された記録材Ｐはシートパス１０９→レジストローラ１１０→トップセンサ１１１を通って、感光ドラム１０１表面と転写手段としての転写ローラ１１２の外周面（表面）との間の当接ニップ部である転写部Ｔｎに所定の制御タイミングにて導入される。即ち、感光ドラム１０１表面上のトナー像の先端部位が転写部Ｔｎに到達したとき、記録材Ｐの先端部位も到達するタイミングとなるように、レジストローラ１１０で記録材Ｐの搬送タイミングが制御される。またトップセンサ１１１による記録材先端通過検知信号に基いて感光ドラム１０１に対する画像書き出しタイミングが制御される。
【００２１】
転写部Ｔｎに導入された記録材Ｐは感光ドラム１０１表面と転写ローラ１１２表面とにより挟持搬送され、その間、転写ローラ１１２には転写バイアス印加電源１１２ａよりトナーの帯電極性とは逆極性の所定電位の転写バイアスが印加される。これにより転写部Ｔｎにおいて感光ドラム１０１表面上のトナー像が記録材Ｐの面上に順次に静電的に転写されていく。
【００２２】
転写部Ｔｎにおいてトナー像の転写を受けた記録材Ｐは、感光ドラム１０１表面から分離されシートパス１１３を通って像加熱装置である定着装置１１４へ搬送導入され、トナー像の加熱定着処理を受ける。
【００２３】
一方、記録材分離後（記録材に対するトナー像転写後）の感光ドラム１０１表面はクリーニング装置１０５のクリーニングブレード１０５ａで転写残トナーや紙粉等の付着物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。
【００２４】
また、定着装置１１４を通った記録材Ｐはシートパス１１５を通って、排出口１１６からプリンタ上面の排出トレイ１１７上に排出される。
【００２５】
給送カセット１０７は、給送カセット１０７の内部にサイズの異なる各種記録材Ｐを積載収納するための移動可能な規制ガイド（不図示）を有する。その規制ガイドを記録材Ｐのサイズに応じて変位させその記録材Ｐを給送カセット１０７内に積載収納することによって、サイズの異なる記録材Ｐを給送カセット１０７から一枚ずつ分離給送することができる。
【００２６】
本実施例のプリンタは、感光ドラム１０１、帯電ローラ１０２、現像装置１０４、クリーニング装置１０５の４つのプロセス機器について、これらを一括してプリンタ本体に対して着脱・交換自在のプロセスカートリッジ１０６として構成してある。
【００２７】
（２）定着装置
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。長さとは長手方向の寸法である。また、記録材に関し、紙幅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の寸法である。
【００２８】
図２は定着装置１１４の一例の横断側面模型図である。図３は定着装置１１４の縦断側面模型図である。図４は定着装置１１４を記録材導入側から見た図である。図５の（ａ）はステー１の正面図、（ｂ）はステー１の下面図（底面図）である。図６の（ａ）はヒータ３の表面側を表す説明図、（ｂ）はヒータ３の裏面側を表す説明図である。また、図６の（ｃ）は（ａ）のヒータ３の横断側面拡大図、（ｄ）は（ａ）のヒータ３の長手方向端部の通電発熱体３ｂとＡＣ給電用電極３１（３２）と保護層３ｂとの積層関係を表す縦断側面拡大図である。
【００２９】
この定着装置は特開平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フィルム加熱方式の像加熱装置である。このタイプのフィルム加熱方式の像加熱装置は、可撓性部材としてエンドレスベルト状もしくは円筒状の耐熱性フィルムを用いている。そしてその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。
【００３０】
１は加熱体支持部材兼フィルムガイド部材としてのステーである。ステー１は、長手方向に長い横断面略半円形樋型の耐熱樹脂製の剛性部材である。本実施例では、ステー１の材料として高耐熱性の液晶ポリマーを用いた。ステー１の下面には、ステー１の短手方向中央に長手方向に沿って溝部１ａ（図５）が設けられている。また、ステー１の長手方向中央部の近傍には、後述するヒータ３の基板３ａに設けられるサーミスタ５を収納する孔１ｂが溝部１ａと連通させて設けてある。
【００３１】
３は加熱体としてのヒータである。ヒータ３は、ステー１の下面において短手方向中央にステー１の長手方向に沿って設けられた溝部１ａ（図５）内に嵌入させて固定支持させてある。図６の（ａ）に示すように、ヒータ３は、長手方向に細長いアルミナ製の基板３ａを有する。その基板３ａは厚さ０．６５ｍｍ×幅８ｍｍ×長さ２７０ｍｍの直方体である。この基板３ａの表面（ニップ部Ｎ側の面）には、基板３ａの短手方向中央に基板３ａの長手方向に沿って通電発熱体としての炭素系発熱体３ｂが配置されている。この炭素系発熱体３ｂの長手方向両端には、炭素系発熱体３ｂの端部上にかかるように銀Ｐｄ（パラジウム）ペーストにてＡＣ給電用電極３１，３２がスクリーン印刷にて塗布されている（図６（ｄ））。この炭素系発熱体３ｂの電極３１，３２間の塗付領域の長さは２２０ｍｍである。また、燐片状のフィラーを含む耐熱性樹脂からなる保護層３ｃがスクリーン印刷により炭素系発熱体３ｂ上で厚み２５μｍになるように塗布されている。つまり、保護層３ｃは耐熱性樹脂の内部に燐片状のフィラーを配合させたものである。そしてその保護層３ｃは基板３ａの長手方向において電極３１，３２の端部だけを残し炭素系発熱体３ｂの基板３ａと反対側の面の全域を覆うように塗布されている。この保護層３ｃの塗付領域の長さは２４５ｍｍである。
【００３２】
炭素系発熱体３ｂは、炭素を導電物質として利用した発熱体であり、少なくとも有機物を含有する原材料（以降、“前駆体”と呼ぶ）を、炭素の非酸化雰囲気中（炭素が殆ど酸化しない雰囲気中）にて熱処理し、有機物を炭化させたものである。このような炭素系発熱体３ｂを有するヒータ３を用いる理由は、温度が上がると抵抗値が低下する特性、即ちヒータ３のＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性を利用するためである。そのＮＴＣ特性を利用することによってヒータ３の記録材Ｐが通過しない領域（非通紙領域）の過昇温を抑えることができる。その理由は後述の（４）項で説明する。
【００３３】
２は可撓性部材としての、耐熱性に優れた円筒状の耐熱性フィルムであり、ヒータ３を支持させたステー１の外周に外嵌させてある。このフィルム２の内周長とヒータ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程度大きくしてある。従ってフィルム２は周長に余裕を持ってステー１の外周にルーズに外嵌されている。
【００３４】
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２の膜厚は総厚１００μｍ以下程度としてある。また、フィルム２の材料として、耐熱性、離型性、強度、耐久性等のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層を使用できる。或いは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の外周表面に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、フィルム２として、厚み５０μｍのポリイミドフィルム上に厚み１０μｍのＰＴＦＥをコーティングしたフィルム層厚６０μｍのものを使用した。フィルム２の内周面（内面）には、ヒータ３との摺動性を向上させるためにグリスが塗られている。
【００３５】
上記のステー１、ヒータ３、フィルム２等により加熱アセンブリ４が構成されている。
【００３６】
６はバックアップ部材としての弾性加圧ローラである。本例の加圧ローラ６は、外径１３ｍｍの鉄、ステンレス、アルミ等の丸軸の芯金６ａ上に、耐熱性弾性層６ｂとして、長さ２４０ｍｍ、厚さ３ｍｍのシリコ−ン発泡体を被覆したものである。この加圧ローラ６はステー１に保持されているヒータ３とフィルム２を挟んで対向している。そして、加圧機構（不図示）によりステー１と加圧ローラ６の間には所定の圧力が掛けられている。この圧力により加圧ローラ６の弾性層６ｂがフィルム２を挟んでヒータ３に沿って長手方向に弾性変形する。これによって加圧ローラ６はフィルム２を挟んでヒータ３と記録材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を形成する。
【００３７】
（３）定着装置の加熱定着動作
図７はヒータ３の給電制御系の一例のブロック図である。
【００３８】
加圧ローラ６の芯金６ａの長手方向端部に設けたドライブギアＧ（図４）をモータ等の駆動源Ｍにより回転駆動することによって加圧ローラ６は矢印方向に所定の周速度（プロセススピード）で回転される。加圧ローラ６の回転により、ニップ部Ｎにおける加圧ローラ６の外周面（表面）とフィルム２の外周面（表面）の摩擦力によってフィルム２に回転力が作用する。すると、フィルム２は、フィルム２内面がニップ部Ｎにおいてヒータ３の保護層３ｃの表面を摺動しながらステー１の周りを矢印方向に加圧ローラ６の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転する。このときステー１は従動回転するフィルム２内面をステー１の弧状の外周面によりガイドする。
【００３９】
一方、図７に示すように、ヒータ３の電極３１，３２には、給電用コネクタ７，８を介して商用電源（ＡＣ電源）１３からトライアック１２を通じて給電される。これにより電極３１，３２間の炭素系発熱体３ｂが発熱してヒータ３の基板３ａは迅速急峻に昇温する。そしてそのヒータ３の温度は基板３ａの裏面（ニップ部Ｎと反対側の面）に設けられている温度検知手段としてのサーミスタ５により検知され、そのサーミスタ５の出力をＡ／Ｄ変換器１０を介して制御手段としての給電制御部（ＭＰＵ）１１が取り込む。制御部１１は、サーミスタ５から得られる検知温度情報に基づいてトライアック１２を位相制御、或いは波数制御してヒータ３に通電する電力を制御することにより、ヒータ３を所定の温度に維持する。即ち、サーミスタ５の検知温度が所定の定着温度（目標温度）より低い時はヒータ３が昇温するように、またサーミスタ５の検知温度が所定の定着温度より高い時はヒータ３が降温するように、ヒータ３に通電する電力を制御する。これにより定着時のヒータ３の温度を所定の定着温度（目標温度）に保つ。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％とは、発熱体に商用電源からの電力を全通電したときである。
【００４０】
ヒータ３の温度が定着温度に立ち上がり、フィルム２の回転周速度が定常化した状態で、ニップ部Ｎに未定着トナー画像Ｔを担持する記録材Ｐが導入される。そして、ニップ部Ｎにおいてその記録材Ｐがフィルム２表面と加圧ローラ６表面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にはニップ部Ｎの圧力が付与されるとともにヒータ３の熱がフィルム２を介して付与されることにより、記録材Ｐ上の未定着トナー画像Ｔが記録材Ｐの面上に加熱定着される。そして未定着トナー画像Ｔが加熱定着された記録材Ｐはフィルム２表面から分離（曲率分離）してニップ部Ｎから排出される。
【００４１】
ここで、本実施例のプリンタおける記録材の搬送基準を図３及び図７を参照して説明する。
【００４２】
本実施例のプリンタは記録材Ｐの紙幅中央を搬送基準としている。従って、定着装置１１４においてはヒータ３の長手方向中央が各種サイズの記録材Ｐの搬送基準となる。Ｏは記録材の搬送基準線（仮想線）である（図７）。図３及び図７において、Ａはこのプリンタで使用可能な定型の最大紙幅の記録材をニップ部Ｎに導入したときその記録材がヒータ３を通過する領域（最大通紙領域）である。この通紙領域Ａはヒータ３の炭素系発熱体３ｂの長さにほぼ対応している。Ｂはこのプリンタで使用可能な定型の最小紙幅の記録材をニップ部Ｎに導入したときその記録材がヒータ３を通過する領域（通紙領域）である。Ｃは最大紙幅の記録材よりも紙幅の小さい記録材（小サイズ紙）をニップ部Ｎに導入したときその記録材がヒータ３を通過しない領域（非通紙領域）である。この非通紙領域Ｃの領域幅は小サイズ紙の紙幅の大小に応じて異なる。
【００４３】
ヒータ３の温度を検出するサーミスタ５は、ヒータ３の基板３ａ裏面において、大小どの紙幅の記録材をニップ部Ｎに導入してもその記録材が必ず通過する最小通紙領域Ｂに対応する位置に接触させて設けてある。
【００４４】
（４）ＮＴＣ発熱体の発熱特性
次にＮＴＣ特性のヒータ３を用いれば非通紙領域の過昇温が低減できる理由について図８を参照して説明する。図８はヒータ３の電気的モデル図である。
【００４５】
ヒータ３の炭素系発熱体３ｂに流れる電流をＩとし、ヒータ３の長手方向において中央部（通紙領域）の抵抗値をＲ１、端部（非通紙領域の片側）の抵抗値を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。なお、理解しやすいように、ニップ部Ｎに記録材を通紙（導入）していない状態でＲ１＝２×Ｒ２となる位置、つまり非通紙領域の長さ（両端部の長さの和）が通紙領域の長さと等しくなる位置で通紙領域と非通紙領域を区切って考える。ここで、ニップ部Ｎに記録材を通紙していない状態において、炭素系発熱体３ｂの単位長さ当りの抵抗値はヒータ３全体で均一である。
【００４６】
ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）発熱体において、小サイズ紙を通紙した場合を考えると、その発熱体がフィルムを介して紙と接触するため小サイズ紙の紙幅分、中央部の熱が奪われる。サーミスタは中央部の温度を検知しており、中央部の温度が下がらないように通電制御が行われるため、紙に熱を奪われることのない端部は中央部に対して高温となる。この場合、ＰＴＣ特性により端部の単位長さ当りの抵抗値は中央部の単位長さ当りの抵抗値よりも高くなるので、片側の端部の発熱量Ｗ２は中央部の発熱量Ｗ１に比べて大きくなる。つまり端部の単位長さ当りの発熱量が中央部よりも増えてしまう。また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、いっそう発熱量が増えてしまう。
【００４７】
一方、ＮＴＣ発熱体において、小サイズ紙を通紙した場合では、温度が高いほうが抵抗値が低くなるので、端部の単位長さ当りの抵抗値は中央部の単位長さ当りの抵抗値よりも低くなる。よって片側の端部の発熱量Ｗ２は中央部の発熱量Ｗ１に比べて小さくなる。つまり端部の単位長さ当りの発熱量が中央部よりも少なくなる。このため、ＰＴＣ発熱体のときよりも両端部の発熱を抑制できる。
【００４８】
以上の理由によりＮＴＣ特性の抵抗発熱体であれば小サイズ紙通紙時の端部の温度を低く抑えることができる。
【００４９】
次に、炭素系発熱体３ｂの材料及び製法について説明する。本実施例の炭素系発熱体では特に炭化させる有機物としては、炭素の非酸化雰囲気中、例えば真空中、又は窒素ガスやアルゴンなどの不活性ガス中での熱処理により５％以上の炭化収率を示す有機物質を使用する。この有機物質として、例えば、塩素化塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル−ポリ酢酸ビニル共重合体等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ天然高分子物質が挙げられる。用いられる。また、この有機物質として、ポリアミド等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド等の熱硬化性樹脂等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ天然高分子物質が挙げられる。また、この有機物質として、リグニン、セルロース、トラガントガム、アラビアガム、糖類等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ天然高分子物質が挙げられる。その他に、この有機物質として、ナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物、コプナ樹脂等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ合成高分子物質が挙げられる。
【００５０】
前記炭素の非酸化雰囲気中（炭素が殆ど酸化しない雰囲気中）とは、真空中（１×１０−２Ｐａ以下）、又は窒素ガス中、不活性ガス中のことを指す。このような雰囲気中で熱処理することで、熱処理時の酸化が確実に防止でき、炭素系発熱体を安定して作ることが出来る。
【００５１】
ここでいう炭化収率とは、炭素の非酸化雰囲気中での熱処理により得られる炭化物質（グラファイトや無定形炭素などの複合体）の重量と、熱処理前の原材料中の有機物質の重量と、の比のことである。従って、例えば炭化収率が５％とは、熱処理前の有機物質の重量が１００ｇの場合、熱処理後の炭化物質の重量が５ｇであるということである。因みに有機物を酸化雰囲気中で熱処理した場合には、使用する有機物の種類にもよるが、一般に５００℃くらいの熱処理温度から酸化が始まる。酸化が生じるため炭素が分解または燃焼してしまい、ヒータとして利用できる安定した炭化物質が得られない。なお、使用する有機物の種類と量は、炭素系発熱体の抵抗温度特性、抵抗値、形状により適宜選択され、一種或いは数種の有機物の混合体で使用することが可能である。
【００５２】
また予め有機物中に炭素粉末を混合しておいても良い。ここでいう炭素粉末としては、カーボンブラック、黒鉛、コークス等があり、炭素系発熱体の抵抗値、形状により一種或いは数種の混合体として使用することが可能である。この場合電子は、予め混ぜておいた炭素粉末中及び熱処理により炭化した有機物中を流れる。原材料の中に予め炭素粉末を混合する手法は、炭素系発熱体の体積抵抗を下げたい場合に有効である。
【００５３】
また、任意の抵抗値の炭素系発熱体を作るには絶縁性物質や半導電性物質を有機物と共に混合した原材料を熱処理することが望ましい。絶縁性物質、半導電物質としては、金属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属窒化物、金属酸化物、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属炭化物が好ましく、炭素系発熱体の抵抗値、形状により１種或いは数種を選択すれば良い。
【００５４】
絶縁性物質や半導電性物質を混合した原材料においては、炭素だけでなく炭素を伝わって流れる電子の導電阻害物質となる絶縁性物質、半導電物質も持っているため、所望の抵抗値の炭素系発熱体を容易に製造できる。これらの手法を用いることで炭素系発熱体の抵抗値や採り得る形状の自由度が広がる。
【００５５】
即ち、熱処理により炭化させる有機物と、この有機物に少なくとも絶縁性或いは半導電性の物質の一種又は数種を混合する。そして、これを成形後、炭素の非酸化雰囲気中にて熱処理することによって炭素系発熱体を作れば、抵抗温度特性、抵抗値、及び炭素系発熱体の形状の設定幅が広がる。従って、フィルム２を用いた定着装置１１４のヒータ３に適した炭素系発熱体３ｂを容易に提供できる。なお、必要に応じて、絶縁性物質や半導電性物質だけでなく、炭素粉末も原材料に混合しても良い。
【００５６】
また、前記絶縁性物質或いは半導電性物質は窒化ホウ素、アルミナ、炭化珪素、炭化ホウ素等が推奨される。このような物質を用いることで炭素系発熱体の抵抗値制御が容易にできる。
【００５７】
また、前記炭素系発熱体の熱処理時の熱処理温度（熱処理時の最高到達温度）は、８５０℃以上、１７５０℃以下であることが好ましい。上記温度にて熱処理することで、炭素系発熱体の抵抗変化率をゼロ近傍または負にすることが可能となる。また、炭素系発熱体の抵抗値を実用的な抵抗値に調整することが出来、非通紙部昇温の抑制と電力の過不足がない定着装置が提供できる。
【００５８】
黒鉛化は熱処理する有機物及び原材料に混入する炭素粉末の種類とその入れ目量でもある程度調整が可能であるが、黒鉛化させる有機物の熱処理の条件に大きく依存し、特に熱処理温度が高いほど黒鉛化の度合いが高くなる。
【００５９】
このように炭素系発熱体は熱処理の条件を変え、黒鉛化を調整するだけで容易に抵抗温度特性を大きく変化させることが出来る特徴を持っている。
【００６０】
なお、ヒータ３の基板３ａ表面に設けられた炭素系発熱体３ｂにおいて、フィルム２内面と摺動するフィルム摺動面には、必要に応じて、耐熱性の潤滑材層など他の所望の機能層を付加することもできる。
【００６１】
（５）ヒータ３の具体例
以下に具体的なヒータ例として、実施例ヒータ１、実施例ヒータ２の構成を説明する。また、その実施例ヒータ１、実施例ヒータ２の比較例として、比較例ヒータ１、比較例ヒータ２の構成を説明する。
【００６２】
実施例ヒータ１、実施例ヒータ２、比較例ヒータ１及び比較例ヒータ２の各ヒータの外観形態は図６に示すヒータ３と同じであるが、各ヒータの保護層の成分及び厚さは異なっている。各ヒータの構成を表１に示す。
【００６３】
各ヒータにおいて、炭素系発熱体３ｂとしては、すべて共通のものを用いた。即ち、炭素系発熱体３ｂの前駆体として、塩素化塩化ビニル樹脂、黒鉛粉末、窒化硼素を分散させ混練し、押し出し成型機で棒状に成形後に真空中（０．０１Ｐａ以下）で１５００℃にて熱処理することにより室温環境で所定の固有抵抗の基材を得る。その室温環境の温度は２０℃、固有抵抗は３０．１×１０−３Ω・ｃｍである。そしてこの基材を長さ２５０ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの形に加工し、総抵抗値７５．２Ωとしたものを炭素系発熱体３ｂとして用いた。保護層３ｃについては、各ヒータにおいて保護層３ｃの成分を変更するとともに、保護層３ｃの炭素系発熱体３ｂへの接着のさせ方を変更した。
【００６４】
（５−１）実施例ヒータ１
実施例ヒータ１では、炭素系発熱体３ｂは長手方向全域に渡って、アルミナ製のセラミック基板(以下、アルミナ基板と記す）３ａに対してエポキシ系の接着剤（不図示）にて接着させてある。また炭素系発熱体３ｂを覆う保護層３ｃは、燐片状のフィラーとしてチッカホウ素のフィラーを耐熱性樹脂としてのポリイミド樹脂に体積比で３５％ｗｔ分散させた層からなっている。つまり、燐片状のフィラーの材として窒化硼素を用いている。そしてその保護層３ｃは炭素系発熱体３ｂのアルミナ基板３ａの反対側の面の上に２５μｍの厚みとなるように設けてある。
【００６５】
実施例ヒータ１の作製手順を説明する。
【００６６】
まず、アルミナ基板３ａ上の炭素系発熱体３ｂの両端部にかかるように電極３１，３２を銀Ｐｄ（パラジウム）にて形成した（図６（ｄ））。銀Ｐｄペーストの塗布はスクリーン印刷にて行いその後焼成し、厚さ１５μｍになるように電極３１，３２を形成した。
【００６７】
次に、炭素系発熱体３ｂのアルミナ基板３ａの反対側の面の全域と電極３１，３２の端部を覆うように窒化硼素を混ぜたポリイミドワニスをスクリーン印刷にて塗布し焼成することにより保護層（以下、ポリイミド保護層と記す）３ｃを形成した。窒化硼素としては、形状が燐片状の平均粒径が６μｍのものを用いた。燐片状のフィラーとしては、半導電性ないし絶縁性であればよい。従って、燐片状のフィラーの材料としては、窒化硼素の他に板状アルミナ、ガラスフレーク、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、二硫化タングステン（ＷＳ２）、雲母などの燐片状フィラーを用いることもできる。しかし、定着性の観点から燐片状のフィラーの材料は熱伝導率が高いほどよいため、燐片状のフィラーの材料として、セラミックス系ないしガラス系のフィラーを用いることが望ましい。なおここにいう燐片とは、板状のものを総称した意味であり、ウィスカ形状、針形状、球形状やこれらのつらなった形状ではない。
【００６８】
図９の（ａ）は、ポリイミド保護層３ｃのポリイミド樹脂の内部の燐片状窒化硼素フィラーの配向状態を模式的に表した図である。ポリイミドワニス中に分散されたチッカホウ素の燐片状粒子は、スクリーン印刷される際に炭素系発熱体３ｂのアルミナ基板３ａの反対側の面（炭素系発熱体３ｂの表面）にならうように力を受けるため、炭素系発熱体３ｂの表面に積層するように分布する。つまり、燐片状のフィラーである燐片状窒化硼素フィラーは耐熱性樹脂であるポリイミド樹脂の内部でポリイミド保護層３ｃの厚み方向に積層されている。
【００６９】
図９の（ｂ）は、ヒータ３への通電中にイレギュラーが生じ、ヒータ３が異常に高温になったときのポリイミド保護層３ｃの変形の様子を模式的に表した図である。このような異常高温時には、アルミナ基板３ａの熱膨張や樹脂自体の熱膨張などによりポリイミド保護層３ｃの表面は変形しポリイミド保護層３ｃの内部に応力が発生する。その内部応力は、燐片状の窒化硼素フィラーがポリイミド樹脂よりも硬いため、燐片状フィラーの間の狭い範囲に挟まれているポリイミド樹脂に集中する。その結果、その燐片状フィラー間にあるポリイミド樹脂を起点にポリイミド保護層３ｃは破断されやすくなる。逆にポリイミド樹脂中に燐片状のフィラーがない場合には、変形による内部応力は比較的広範囲に分散されポリイミド樹脂のもつ強度が発揮されるため、燐片状のフィラーを混ぜた場合よりもかなり裂けにくい。
【００７０】
（５−２）実施例ヒータ２
実施例ヒータ２の構成は、保護層の構成を除き実施例ヒータ１と同じである。よって同一構成部には同一の符号を付してその説明は割愛する。
【００７１】
実施例ヒータ２の保護層３ｃは、耐熱性樹脂としてのフッ素樹脂（ＰＦＡ）中に窒化硼素の燐片状フィラーを体積比で３５％ｗｔ分散させた構成である。
【００７２】
この保護層（以下、フッ素保護層と記す）３ｃを塗付する場合、フッ素樹脂及び窒化硼素フィラーを分散させたディスパージョン（水系）を作製する。そしてそのディスパージョンをスプレーにて炭素系発熱体３ｂと電極３１，３２を設けたアルミナ基板３ａ上に、実施例ヒータ１と同様の領域、即ち炭素系発熱体３ｂ表面と電極３１，３２の端部を覆うように塗布した。塗布したディスパージョンは乾燥ののち約３８０℃にて焼成し、厚さが１０μｍになるよう作製した。因みに窒化硼素の粒径は実施例ヒータ１に同じく、平均粒径６μｍの物を用いた。
【００７３】
実施例ヒータ２のフッ素保護層３ｃ中の窒化硼素フィラー分布状態も、実施例ヒータ１の窒化硼素フィラー分布状態である図９の（ａ）と同様、フッ素樹脂の内部で積層した状態になっている。これは燐片状の窒化硼素フィラーを含んだスプレーの吐液が炭素系発熱体３ｂ表面に着弾する際に、燐片状フィラーが炭素系発熱体３ｂ表面にならうように力を受けるためである。
【００７４】
（５−３）比較例ヒータ１
比較例ヒータ１の構成は、実施例ヒータ１の構成と保護層３ｃを除き同じである。よって同一構成部には同一の符号を付してその説明は割愛する。
【００７５】
比較例ヒータ１の保護層３ｃが実施例ヒータ１の保護層３ｃと異なるのはポリイミド樹脂中に窒化硼素を混ぜていない点だけであり、保護層３ｃの塗布領域や厚みなどは実施例ヒータ１の保護層３ｃと全く同じに形成した。
【００７６】
（５−４）比較例ヒータ２
比較例ヒータ２の構成は、実施例ヒータ２の構成と保護層３ｃの構成を除き同じである。よって同一構成部には同一の符号を付してその説明は割愛する。
【００７７】
比較例ヒータ２の保護層３ｃが実施例ヒータ２の保護層３ｃと異なるのはフッ素樹脂（ＰＦＡ）中に窒化硼素を混ぜていない点だけであり、保護層３ｃの塗布領域や厚みなどは実施例ヒータ２の保護層３ｃと全く同じに形成した。
【００７８】
【表１】
2009145466.tif 000003
【００７９】
以下に、実施例ヒータ１、実施例ヒータ２、比較例ヒータ１及び比較例ヒータ２について、リスクアセスメント試験を行った結果を示す。ここでリスクアセスメント試験としては、記録材Ｐとして幅狭厚紙（小サイズ厚紙）が多重送したことによる局所的異常昇温を想定した異常昇温試験と、停止時にヒータへの通電が行われたことを想定した通電暴走試験の２つを行った。因みにどちらのリスクアセスメント試験も現実的には、２重故障以上の異常がないかぎり起きることはない。
【００８０】
まず異常昇温試験の方法としては次の方法を用いた。即ち封筒（ＣＯＭ１０）を６枚重ねた束を何束も用意し、これをプロセススピード１２０ｍｍ／ｓｅｃにてカラ回転温調をさせた定着装置に強引に１２ＰＰＭの等間隔で連続通紙して、ヒータが壊れるかを試験した。通常、複写機やプリンタ等の画像形成装置は、給紙口の機構にて重送がしない構造に設計される。また、画像形成装置は、仮に重送が行われても転写部にて転写電流の変化をモニターすることで重送が検知され、駆動が停止する機構などを有する。
【００８１】
また、通電暴走試験では、朝一の冷えた状態から加圧ローラを駆動させずにヒータへの通電だけを行い、ヒータの急速な昇温を引き起こし、ヒータを強引に熱的に破壊して調べた。通電の条件としては、サーミスタによる制御を介さない入力電圧２４０Ｖのフル通電モードで行った。この通電条件も画像形成装置のＭＰＵの故障による通電暴走とサーミスタの異常電圧（異常高温時の出力）をハード的に検知し、リレイを強制的にオフにする安全回路の同時故障などの２重故障以上にならないかぎり起きることはない。
【００８２】
【表２】
2009145466.tif 000004
【００８３】
上記表２のリスクアセスメント試験結果が示すように比較例ヒータ１と比較例ヒータ２では、いずれの試験でも保護層３ｃが破断しないという不完全な破断であった。
【００８４】
それに対して、実施例ヒータ１は、異常昇温試験及び通電暴走試験のいずれでも効果を発揮し、保護層３ｃも含め完全に破断した。
【００８５】
図１０の（ｂ）は実施例ヒータ１において保護層３ｃも含めた完全な破断が起きた状態を模式的に表した図である。図１０の（ａ）は比較例ヒータ１と比較例ヒータ２において保護層３ｃが破断していない不完全な破断を模式的に表した図である。
【００８６】
保護層３ｃが不完全な破断の場合には、図１０の（ａ）に示すように炭素系発熱体３ｂが破断していても保護層３ｃは繋がっている。そのため、依然として炭素系発熱体３ｂが十分離間せず、最悪の場合に通電が遮断されない可能性があり、リスクアセスメント上好ましくない。一方、保護層３ｃが完全に破断した場合には、炭素系発熱体３ｂが図１０（ｂ）のように破断後十分離間するため通電が遮断される。
【００８７】
また、実施例ヒータ２においては、通電暴走試験では保護層３ｃが完全に破断することはなかったが、異常昇温試験では効果を発揮し、実施例ヒータ２が完全に破断された。実施例ヒータ２は保護層３ｃの耐熱性樹脂としてＰＦＡを用いたが通電暴走試験のように朝一の冷えた状態から一気に昇温させるモードでは、ＰＦＡは軟らかくなっただけであり、依然ＰＦＡ樹脂のもつ延性を保持した状態になっているため裂けにくいからである。一方、異常昇温試験で効果を発揮するのは、通紙する前までに温まった上で昇温するので、熱が行き渡るとともにより高温になることで、ＰＦＡが解けきり裂けるためである。
【００８８】
逆に実施例ヒータ１が異常昇温試験と通電暴走試験のどちらの試験でも効果を発揮しているのは、保護層３ｃの耐熱性樹脂が熱硬化性樹脂のポリイミド樹脂であることによる。そもそも、ポリイミド樹脂はＰＦＡなどのフッ素樹脂ほど低温で延性がなく、かつ高温でも硬くなることで脆性が増加し裂け易いからである。
【００８９】
以上説明したように、ヒータ３の保護層３ｃは、耐熱性樹脂の内部に燐片状のフィラーが配合され、かつそのフィラーは耐熱性樹脂の内部で保護層３ｃの厚み方向に積層されている。そのため、実施例ヒータ１及び実施例ヒータ２に観られるように、ヒータ３の通電暴走や異常昇温等による基板３ａの破断時に炭素系発熱体３ｂ表面の保護層３ｃを裂けやすくすることができ、炭素系発熱体３ｂの破断をより安定して行うことができる。つまり、基板３ａの破断時に炭素系発熱体３ｂに不完全な破断が起きることを低減できる。
【００９０】
また、保護層３ｃは燐片状のフィラーの材料としてセラミックス或いはガラスを用いることにより避けやすくすることができる。
【００９１】
また、保護層３ｃは耐熱性樹脂の材料として熱硬化性樹脂を用いることにより磨耗性に優れた効果を発揮する。
【００９２】
また、本実施例のヒータ３を有する定着装置１１４は、通電暴走や異常昇温時により確実にヒータ破断を行うことができる。
【００９３】
［その他］
１)ヒータ３の基板３ａには、基板３ａを割れやすくするため必要に応じてスルーホールを設けてよい。
【００９４】
２)フィルム２内面が摺動するヒータ３の保護層３ｃの表面には、必要に応じて、耐熱性の潤滑材層など他の所望の機能層を付加することもできる。
【００９５】
３)定着装置１１４において、可撓性性部材であるフィルム２の駆動方式は実施例の加圧ローラ駆動方式に限られない。エンドレスの可撓性部材の内周面に駆動ローラを設け、可撓性部材にテンションを加えながら駆動する装置構成であってもよいし、可撓性部材をロール巻きの有端ウエブ状にしてこれを繰り出しながら走行移動させる装置構成にすることもできる。
【００９６】
４)定着装置１１４において、バックアップ部材はローラ体に限られず、回動ベルト体にすることもできる。
【００９７】
５)ヒータ３に設けられる温度検知手段はサーミスタに限られない。接触型または非接触型の各種のものを使用することができる。
【００９８】
６)本発明に係る像加熱装置は、画像形成装置の定着装置に限られず、その他、画像を仮定着する像加熱装置、画像を担持した記録媒体を再加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置等としても使用できる。
【００９９】
７）上記実施例では、前駆体を焼成し得られた基材を発熱体の形状に加工して炭素系発熱体３ｂを得、これをアルミナ基板上に接着して配置している。アルミナ基板上に炭素系発熱体３ｂを配置する他の例として、直接アルミナ基板上に前駆体をスクリーン印刷ないし共押し出しなどで塗布の後焼成することで、炭素系発熱体をアルミナ基板上に配置させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】画像形成装置の一例の概略構成図である。
【図２】定着装置の一例の横断側面模型図である。
【図３】定着装置の縦断側面模型図である。
【図４】定着装置を記録材導入側から見た図である。
【図５】ステーの説明図である。
【図６】ヒータの説明図である。
【図７】ヒータの給電制御系の一例のブロック図である。
【図８】ヒータの電気的モデル図である。
【図９】（ａ）はポリイミド保護層のポリイミド樹脂の内部の燐片状窒化硼素フィラーの配向状態を模式的に表した図である。（ｂ）はヒータが異常に高温になったときのポリイミド保護層の変形の様子を模式的に示した図である。
【図１０】（ａ）は比較例ヒータ１と比較例ヒータ２において保護層が破断していない不完全な破断を模式的に表した図である。（ｂ）は実施例ヒータ１において保護層も含めた完全な破断が起きた状態を模式的に表した図である。
【符号の説明】
【０１０１】
２・・耐熱性フィルム、３・・ヒータ、３ａ・・基板、３ｂ・・炭素系発熱体、３ｃ・・保護層、６・・加圧ローラ、１１４・・定着装置、Ｎ・・ニップ部、Ｐ・・記録材、Ｔ・・未定着トナー画像
【図５】
2009145466.tif 000005
【図８】
2009145466.tif 000006
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009145466.tif 000009
【図４】
2009145466.tif 000010
【図６】
2009145466.tif 000011
【図７】
2009145466.tif 000012
【図９】
2009145466.tif 000013
【図１０】
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