【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱体（ヒータ）、加熱装置及び画像形成装置に関するものである。より詳しくは、
１）被加熱材の通紙方向に直交する方向を長手とする基板と、前記基板の一面側に基板長手方向に沿って形成された抵抗発熱体を有し、被加熱材を加熱する加熱体
２）該加熱体を具備した加熱装置
３）該加熱装置を加熱定着装置等の像加熱装置として具備した、複写機、レーザービームプリンター等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、複写機、レーザービームプリンター等の画像形成装置においては、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセスなどの適宜の画像形成プロセス手段部で記録材（転写材シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・ＯＨＰシート・印刷用紙・フォーマット紙など）に転写方式あるいは直接方式にて形成担持させた画像情報の未定着画像（トナー画像）を該記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定着装置として熱ローラ方式の加熱装置が広く用いられていた。
【０００３】
近時は、クイックスタートや省エネルギーの観点からフィルム加熱方式の加熱装置が実用化されている。このフィルム加熱方式の加熱装置としては、例えば特許文献１〜４に提案されている。
【０００４】
この種のフィルム加熱方式の加熱装置としては、図１０に示すように、例えば、加熱体として一般にセラミックヒータ（以下、ヒータあるいは加熱体とも称する）２０を内包したフィルム（回転体）２５、このフィルム２５に圧接された別の回転体としての加圧ローラ２６を不図示の支持部材に支持させ、両回転体２５，２６を不図示の加圧手段によって加圧させて圧接ニップ部Ｎを形成させている。そして、ヒータ２０は、耐熱性の基板２０ａ上に厚膜印刷によって発熱体としての抵抗体パターン２０ｂを形成し、加圧ニップ部Ｎに対応するヒータ摺動部面には、ガラスコート層２０ｃなど、耐圧性・耐熱性・低摩擦性の摺動部材を配設してある。
【０００５】
さらに抵抗体パターン（以下、発熱体と記す）２０ｂの配置を平面で示したものが図１１である。発熱体２０ｂは、図１１（ａ）に示すように、例えば、ヒータ基板２０ａにおいて図１０に示すフィルム２５の回転方向の上流（図１０においてヒータ基板２０ａの右側）と下流（同図においてヒータ基板２０ａの左側）の間に１本、または一端が接続されて複数本（図では２本）配置され、一定の抵抗（発熱比率（例えば、３：２〜１：１））でヒータ基板長手方向に配置されている。あるいは、図１１（ｂ）に示すように、ヒータ基板２０ａにおいてフィルムの回転方向の上流と下流の間に異なる長さの複数の発熱体２０ｂが独立して配置され、これらの発熱体は被記録材のサイズ（通紙域）に応じて各々制御される。そして、同図（ａ）及び（ｂ）に示されるように、被記録材である小サイズ紙Ｐの幅Ｐｗに対応する小サイズ通紙域Ｗｐ内において、安全対策用温度検知素子である温度ヒューズ３１と温度検知制御用のメインサーミスタ２１ａを発熱体それぞれの中央部に配置し、該通紙域Ｗｐの両側の非通紙部Ｗｎのいずれか一方に温度検知制御用のサブサーミスタ２１ｂを発熱体それぞれの中央部に配置している。
【０００６】
図１０及び図１１に示される加熱装置では、ヒータ２０と、加圧部材としての加圧ローラ２６との間に耐熱性フィルム２５（定着フィルム・定着ベルト・フイルムとも称する）を挟ませて圧接ニップ部Ｎ（加熱ニップ部、定着ニップ部）を形成させ、前記圧接ニップ部Ｎの定着フィルム２５と加圧ローラ２６との間に、画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して定着フィルム２５と一緒に挟持搬送させることで、圧接ニップ部Ｎにおいてセラミックヒータ２０の熱を、定着フィルム２５を介して記録材に与え、また圧接ニップ部Ｎの加圧力にて未定着トナー画像を記録材面に熱圧定着させるものである。
【特許文献１】
特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】
特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】
特開平４−４４０７５号公報
【特許文献４】
特開平４−２０４９８０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、複写機・プリンタ等の画像形成装置は、さらなる低コスト化・小型化が求められており、例えば、定着装置におけるヒータ基板の小型化によってメインサーミスタやサブサーミスタなどの温度検知素子の発熱体との当接部（温度検知素子の設置場所）がヒータ基板の幅方向（記録材の通紙方向）に少しでもズレルと、制御温度が大きく変わり、適切な温度制御が不可能となったり、暴走時に安全対策用温度検知素子（温度ヒューズ）が作動しないといった問題が生じる。
【０００８】
また、安全対策用温度検知素子を確実に効かすためにヒータ基板から浮かすことや熱伝導グリスを塗布するといった複雑な構成もスペースやコストの面から困難である。
【０００９】
さらに温度制御不能時に安全対策用温度検知素子が作動しない状況においても、特定位置でヒータ基板を破損するための装置や例えば非通紙部にスルーホールを設ける等の対策も、定着器の小型化によりスペースがない、あるいはコストアップの観点からも設置が困難で、ヒータが不特定位置で破損する確率が大きくなる。
【００１０】
例えば、不特定位置でヒータが破損し、ＡＣライン・ＤＣラインがリークすると、特に加熱装置を画像定着装置として使用した画像形成装置は、リークの影響が通信用のコネクタを通して通信先のコンピュータに伝わり、コンピュータの誤動作などの原因となる可能性がある。
【００１１】
さらにヒータの小型化によりヒータ基板の破断応力が小さくなるため、ヒータ基板端部にスルーホールを設けると小サイズ通紙によってヒータが破損してしまう恐れもある、あるいはヒータ基板の小型化により非通紙部に熱を蓄積し易くなるため、非通紙部昇温が激しくなる。しかも複数の発熱体への電力供給を別々におこなうといった非通紙部昇温対策はコストアップとなるため、他の方法で非通紙部昇温をさらに低減しなければならない。
【００１２】
さらに近年ではコストダウンのために、発熱体ペーストを削減することが重要となってきており、上記問題を解決しながら熱効率が低下することなくヒータ基板上に効率よく発熱体を配置しなければならない。
【００１３】
本発明は、上記のような従来の問題点を解消するためになされたもので、正確な温度検知が可能で適切な温度制御を行え得る加熱体、該加熱体を備えた加熱装置及び該加熱装置を像加熱装置として備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする、加熱体、加熱装置及び画像形成装置である。
【００１５】
（１）被加熱材の通紙方向に直交する方向を長手とする基板と、前記基板の一面側に基板長手方向に沿って形成された発熱体を有し、被加熱材を加熱する加熱体において、
前記発熱体として基板長手方向で複数の発熱体を有し、各々の発熱体は基板長手方向の位置によって異なる温度分布を有し、且つ、前記被加熱材の通紙方向における複数の発熱体のトータル発熱量はほぼ均一であるように複数の発熱体を配置することを特徴とする加熱体。
【００１６】
（２）前記複数の発熱体は、トータル発熱量がほぼ均一であるように基板への配置とそれ自体の抵抗値比率によって、被加熱材の通紙方向における発熱比率を設定することを特徴とする（１）に記載の加熱体。
【００１７】
（３）前記複数の発熱体は、被加熱材の通紙方向において該発熱体に対する通紙方向上流側で、且つ、被加熱材の加熱域中央部での温度が最も高くなるように設定することを特徴とする（１）または（２）に記載の加熱体。
【００１８】
（４）前記複数の発熱体は、基板長手方向の端部において、被加熱材の通紙方向において当該発熱体に対する通紙方向上流側と下流側の温度がほぼ同等の温度分布となるように設定することを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の加熱体。
【００１９】
（５）前記複数の発熱体は、検知素子と被加熱材のサイズにより基板長手方向の温度分布を設定することを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載の加熱体。
【００２０】
（６）前記複数の発熱体は、抵抗体パターンの間引きにより温度分布を設定することを特徴とする（１）ないし（５）のいずれかに記載の加熱体。
【００２１】
（７）前記複数の発熱体は、基板長手方向において、最も温度が高くなるよう設定された箇所から端部にかけて連続的に発熱体の比率や配置を変えることを特徴とする（１）ないし（６）のいずれかに記載の加熱体。
【００２２】
（８）前記複数の発熱体において、発熱量が最も大きくなる箇所に安全対策用温度検知素子を有することを特徴とする（１）ないし（７）のいずれかに記載の加熱体。
【００２３】
（９）前記複数の発熱体において、被加熱材の通紙方向において当該発熱体に対する通紙方向上流側と下流側の発熱量に対して、１．２倍以上２倍以下になる箇所に温度制御用温度検知素子を有することを特徴とする（１）ないし（８）のいずれかに記載の加熱体。
【００２４】
（１０）固定保持された加熱体と、前記加熱体と摺動し加熱体長手方向と直交する方向に移動するフィルムとを有し、前記フィルムを介した前記加熱体からの熱により被加熱材を加熱する加熱装置において、
前記加熱体が（１）ないし（８）のいずれかに記載の加熱体であることを特徴とする加熱装置。
【００２５】
（１１）前記加熱体を固定保持する加熱体保持部材をさらに有し、前記加熱体保持部材は、加熱体において発熱量が最も大きい箇所に空隙部を有することを特徴とする（１０）に記載の加熱装置。
【００２６】
（１２）前記被加熱材が、定着固定すべき未定着トナー像を担持した記録材であることを特徴とする（１０）または（１１）に記載の加熱装置。
【００２７】
（１３）記録材に画像を形成担持させる作像手段と、前記記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段が（１０）ないし（１２）のいずれか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。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
【００２９】
（第１の実施例）
（１）画像形成装置例
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例としてのレーザービームプリンタの概略構成を示す縦断面図である。
【００３０】
このレーザービームプリンタは、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」という）１を備えている。その感光ドラム１は、装置本体Ｍに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。
【００３１】
感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿ってほぼ順に、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が配設されている。
【００３２】
また、装置本体Ｍの下部には、紙等のシート状の記録材Ｐを収納した給紙カセット７が配置されており、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、本発明に係る加熱装置である定着装置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。
【００３３】
次に、上述構成の画像形成装置の動作を説明する。
【００３４】
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。
【００３５】
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）を行う。
【００３６】
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。
【００３７】
転写によって表面に未定着トナー像を担持した記録材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・排出ローラ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。
【００３８】
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」という）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。
【００３９】
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。
【００４０】
（２）定着装置
本実施形態例における加熱装置としての定着装置１１は、加熱部材として定着フィルム（定着ベルト）を用いた、加圧ローラ駆動方式によるフィルム加熱方式の画像加熱定着装置である。
【００４１】
図２は定着装置１１の一例を示す構成模型図であり、記録材Ｐの搬送（通紙）方向（矢印Ｋ方向）に沿った縦断面図である。
【００４２】
定着装置１１は、トナーを加熱する加熱体としてのセラミックヒータ２０と、このヒータ２０を内包する定着フィルム（定着回転体）２５、定着フィルム２５に当接された別の定着回転体としての加圧ローラ２６、そしてヒータ２０の温度を制御する温度制御手段２７、記録材Ｐの搬送を制御する回転制御手段２８とを主要構成部材として構成されている。
【００４３】
ヒータ２０は、アルミナ等の耐熱性の基板２０ａ上に例えば厚膜印刷によって抵抗発熱体としての抵抗体パターン２０ｂを形成し、その表面を厚膜印刷にてガラス層２０ｃで被覆したものであり、記録材Ｐの通紙方向に直交する方向に長く、すなわち、記録材Ｐの幅よりも長く形成されている。ヒータ２０は、装置本体Ｍに取り付けられた加熱体保持部材としてのヒータホルダ２２によって固定支持されている。そのヒータホルダ２２は、耐熱樹脂によって半円状に形成された部材であり、定着フィルム２５の回転をガイドするガイド部材としても作用する。
【００４４】
定着フィルム２５は、ポリイミド等の耐熱樹脂を円筒状に形成したものであり、上述のヒータ２０及びヒータホルダ２２を包んでいる。その定着フィルム２５は、後述の加圧ローラ２６によってヒータ２０に押し付けられており、これにより定着フィルム２５の裏面がヒータ２０の下面に当接・摺動されるようになっている。定着フィルム２５は、加圧ローラ２６の矢印Ｒ２６方向（図では反時計方向）の回転により記録材Ｐが矢印Ｋ方向に搬送されるのに伴って矢印Ｒ２５方向（図では時計方向）に回転されるように構成されている。
【００４５】
定着フィルム２５の左右の両端部は、ヒータホルダ２２のガイド部（不図示）によって規制されており、ヒータ２０の長手方向にはずれないようになっている。
【００４６】
また、定着フィルム２５の内面には、ヒータ２０やヒータホルダ２２間の摺動抵抗を低減させるためにグリースが塗布されている。
【００４７】
加圧ローラ２６は、金属製の芯金２６ａの外周面に、シリコーンゴム等の弾性を有する耐熱性の離型層２６ｂを設けたものであり、離型層２６ｂの外周面により下方から定着フィルム２５をヒータ２０に押し付けて、定着フィルム２５との間に定着ニップ部Ｎを構成している。この定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ２６の回転方向についての幅（ニップ幅）をａとすると、このニップ幅ａは、記録材Ｐ上のトナーを好適に加熱・加圧することができる程度に設定されている。
【００４８】
回転制御手段２８は、加圧ローラを回転駆動するモータ２９と、このモータの回転を制御するＣＰＵ３０とを有する。モータ２９としては、例えばステッピングモータ等を使用することができ、加圧ローラ２６の回転を矢印Ｒ２６方向に連続的におこなうほか、所定の角度ずつ断続的におこなうことも可能である。つまり、加圧ローラ２６の回転と停止とを繰り返しながら、記録材Ｐをステップ送りすることもできる。
【００４９】
温度制御手段２７は、ヒータ２０の裏面に取り付けられたサーミスタ（温度検知素子）２１と、このサーミスタ２１が検出する温度に基づいてトライアック２４を制御し、ヒータ２０に対する通電を制御するＣＰＵ２３とを有する。本実施例ではヒータ２０の長手方向において所定位置に配置したメインサーミスタ２１ａとサブサーミスタ２１ｂを用いてヒータ２０の温度を制御している。
【００５０】
上述のように、定着装置１１は、加圧ローラ２６の矢印Ｒ２６方向の回転により記録材Ｐを定着ニップ部Ｎにて挟持搬送し、ヒータ２０によって記録材Ｐ上のトナーを加熱する。この際、回転制御手段２８で加圧ローラ２６の回転を制御することにより、記録材Ｐの送りを適宜に制御することができ、また、温度制御手段２７によってヒータ２０の温度を適宜に制御することができるものである。
【００５１】
図３は本実施例の定着装置におけるヒータ２０の概略構成図であり、アルミナ等のセラミック基板上２０ａに厚膜印刷法（スクリーン印刷法）を用いて、Ａｇ／Ｐｄ等の導電厚膜ペーストにより、厚さ数μｍから数十μｍ程の通電発熱体２０ｂを印刷・焼成して形成し、その上を絶縁ガラス厚膜ペーストにより、図２に示すガラスコート層２０ｃを印刷・焼成したものである。
【００５２】
本実施例の通電発熱体２０ｂは、図３に示すように、セラミック基板２０ａの長手方向において一端側に接続部２０ｂ１を有する第一発熱体２０ｂ２と第二発熱体２０ｂ３を備えてなり、第一発熱体２０ｂ２は基板上の記録材搬入側（図の「上流」側）に配置され、第二発熱体２０ｂ３は同基板上の記録材搬出側（図の「下流」側）に配置されている。第一発熱体（以後、上流側発熱体と記す）２０ｂ２と第二発熱体（以後、下流側発熱体と記す）２０ｂ３の２つの発熱体はそれぞれ抵抗値、すなわち発熱比率を変えている。
【００５３】
ここでいう発熱比率とは発熱体２０ｂ自体の発熱比率とは異なり、発熱体を図３に示すように基板２０ａの幅方向ａに２分した時の上・下流側発熱体２０ｂ２・２０ｂ３の上下流発熱比率を示す。前記比率は、通紙可能な記録材Ｐとしての小サイズ紙の幅Ｐｗに対応する小サイズ通紙域Ｗｐにおいて、例えば、上・下流側発熱体２０ｂ２・２０ｂ３の通紙域中央部の発熱比率を３：１に設定し、該中央部の両端部の発熱比率を３：２に設定している。そして小サイズ通紙域Ｗｐ以外の非通紙域Ｗｎでは上・下流側発熱体の発熱比率を１：１に設定している。
【００５４】
次に発熱体２０ｂのトータル発熱量について説明する。発熱体２０ｂにおいて、上流側発熱体２０ｂ２と下流側発熱体２０ｂ３の上記各部の長手方向単位長さあたりのトータル発熱量を例えば「２０」とすれば、小サイズ通紙域Ｗｐにおける上流側発熱体の中央部の発熱量は１５、下流側発熱体の中央部の発熱量は５となり、上流側発熱体の中央部両端部の発熱量は１２、下流側発熱体の中央部両端部の発熱量は８となる。一方、非通紙域Ｗｎにおける上流側発熱体の両端部の発熱量は１０、下流側加熱体の両端部の発熱量は１０となる。
【００５５】
このような構成の発熱体２０ｂに一端を接続し電力供給部を１組設けることで、該発熱体には同電流が流れるため当該発熱体の幅方向（記録材の通紙方向）で対応する上・下流側発熱体２０ｂ２・２０ｂ３の各部の長手方向単位長さあたりのトータル発熱量は全て同等となる。
【００５６】
さらに図３のように安全対策用温度検知素子である温度ヒューズ３１は上流側発熱体２０ｂ２の中央部、すなわち最も発熱量が大きい箇所に設置し、メインサーミスタ２１ａ・サブサーミスタ２１ｂなどの温度検知素子はそれぞれ上・下流側発熱部２０ｂ２・２０ｂ３において発熱比率３：２・１：１に対応する部位のヒータ基板幅方向中央部に設置している。
【００５７】
次に各々の検知素子を設置するヒータ基板２０ａ上での、定着装置の回転時・停止時・暴走時・小サイズ通紙時の温度分布を図４に示す。
【００５８】
発熱体２０ｂの温度を検知して制御するメインサーミスタ２１ａの設置位置では、回転時すなわち通常プリント時に、図４（ｂ）に示すように、発熱体の幅方向においてトータル発熱量に応じたほぼ均一な温度分布になっている。このため、上・下流側発熱体の公差や製造上の問題によりメインサーミスタ２１ａの設置場所が基板幅方向に多少ズレても、上記温度分布に応じた温度を検知できることから正確な温度検知が可能となり、その検知温度に基づき温度制御を実行することで適切な温度制御が可能となる。
【００５９】
さらに温度ヒューズ３１は図４（ｃ）に示すように停止時には発熱体の幅・長手のいずれの方向においても最も昇温が激しい位置に設置されている。このため、温度ヒューズは停止時の過昇温、すなわち暴走時には、より速く異常を検知し電力供給をストップすることができる。しかし、暴走時において例えば電力をフルに投入した状態になった場合には、温度ヒューズ３１が作動する前にヒータ基板が破損する場合がある。このような時は破損位置を特定する必要があるが、発熱体２０ｂにおいて上流側発熱体の中央部の発熱量が最も大きいため、熱応力によって必ず温度ヒューズ付近でヒータ基板を破損させることが可能となる。破損位置を特定させるためには、上・下流側発熱体の中央部での発熱比率が２：１以上必要である。さらに発熱量が最も大きい箇所（本実施例では温度ヒューズまわり）のヒータホルダ２２にザグリ部（空隙部）を設けることにより、より確実に破損位置を特定することができる。
【００６０】
さらに上記の発熱量が最も大きい箇所は通常使用時（回転時）には図４（ｃ）に示すように基板幅方向において温度ピークが下流に移動するため、温度ヒューズの作動温度には充分なマージンをもって使用することができる。よって通常時と暴走時を切り分けが可能でプリント動作時に電力供給の遮断による故障やヒータ基板の破損といった問題は発生しない。
【００６１】
次に発熱体端部の小サイズ非通紙部域における温度分布について図４（ａ）を用いて説明する。小サイズ通紙時は、非通紙域では熱が奪われない、あるいはニップ部における接触面積が少なくなる等の理由で、下流への熱移動がほとんどなくなるため、上流の発熱量が大きいと非通紙部昇温が激しくなる。図４（ａ）に示す通り小サイズの非通紙域では発熱比率を上・下流同等に設定する（幅方向発熱中心をニップ中心に設定する）ことで非通紙部の昇温を抑えることが可能となる。
【００６２】
本実施例では中央基準通紙の定着装置について説明しているが、図５に示すように片側基準通紙の定着装置においても発熱体２０ｂについて発熱比率およびトータル発熱量を上述のように設定することで同様の効果が得られる。
【００６３】
本実施例によって加熱体発熱比率を長手位置によって変化させ、それぞれの検知素子を適正な位置に設置することで、安全且つ良質な定着装置を低コストで提供することが可能となった。
【００６４】
（第２の実施例）
第１実施例のヒータ２０において、例えば小サイズ通紙域における発熱体中央部の下流側は上流側に対して発熱量を極端に少なくする必要があり、さらに発熱体の面積が大きくなれば発熱量の管理、すなわち抵抗値の管理が困難となる。さらに発熱体のペースト材料はＡｇ／Ｐｄ等の大変高価な材料を用いているため、発熱が必要ない箇所のペーストを削減することで、コストダウンに大きく影響する。
【００６５】
本実施例のヒータ２０では、図６に示すように、発熱量とペースト材料を削減するために、発熱体２０ｂを間引いたパターンにする。具体的には上・下流側発熱体２０ｂ２・２０ｂ３において発熱が必要のない部分に抵抗パターン間引き部ｃを設ける。この場合でも上・下流発熱体の発熱比率は、第１実施例と同等でなければならないのはもちろんであるが、それぞれの検知素子は必ず発熱体の間引いた箇所の基板幅方向に配置しなければならない。これは抵抗値管理（発熱量管理）が確実におこなわれている、且つ温度変化が少ない箇所で温度検知を正確におこなうためである。
【００６６】
これにより正確な制御と安全性を確保し、コストダウン可能なヒータを備える定着装置を提供することができる。ただし、熱効率を維持するためにガラスコート層２０ｃを発熱パターンと逆に印刷したり、ガラスコート層２０ｃの焼成温度を高めにするなどして、ヒータの表面性を確保することが望ましい。
【００６７】
（第３の実施例）
第１及び第２実施例のヒータでは、発熱体２０ｂの長手方向における発熱比率の変更箇所（通紙可能な小サイズ通紙域中央から長手端部にかけて、発熱比率３：１の上・下流側発熱体の中央位置→発熱比率３：２の上・下流側発熱体の中央部の両端位置→発熱比率１：１の上・下流側発熱体の両端位置）を素子の位置や通紙域で段階的に規定していたため、例えば通紙域最大の記録材を通紙した時、画像に縦スジが発生したり、長手において急激な温度変化でヒータ基板に熱応力がかかり、基板やガラスコートの寿命が減少するといった不具合が生じる可能性がある。
【００６８】
本実施例のヒータ２０では、通紙可能な小サイズ通紙域中央から長手端部にかけて発熱比率を徐々に変化させることで、さらなる画質と寿命の向上をはかることを特徴とする。
【００６９】
また、安全対策用温度検知素子である温度ヒューズ３１の作動をより正確におこない、安全対策用温度検知素子が作動しなかった場合でも特定位置でヒータを破損させ、電流リークを防ぎ、この電流リークに起因する通信先コンピュータの誤動作などを防止することを特徴とする。
【００７０】
本実施例のヒータ２０においては、図７に示すように、発熱体２０ｂにおける上・下流側発熱体２０ｂ２・２０ｂ３の発熱比率を連続的に変化させている。
【００７１】
ここでまず、メインサーミスタ２１ａの位置について詳細に説明する。暴走時のヒータ破損位置が、発熱体の発熱比率が上・下流側で２：１以上である（発熱比率が上・下流側で均等になると熱応力が分散し、安全素子である温度ヒューズ３１が作動しない暴走時にヒータ基板破損位置を特定することができない）ため、破損位置とメインサーミスタ２１ａ位置を一致しないように設置しなければならない（これはトライアックの１次回路と２次回路の電流リークを防ぐためである）。さらに定着フィルム回転時に適切な制御ができるのは少なくとも、下流側発熱体の発熱量に対して上流側発熱体の発熱量が１．２倍以上でなければならない。これ以上下流側発熱体に温度ピークが移動することになると制御温度にして±５ｄｅｇ以上の誤差が生じてしまう。よってメインサーミスタ２１ａ位置は上・下流側発熱体の発熱比率が２：１以下１．２：１以上でなければならない。
【００７２】
さらに小サイズ通紙時の端部昇温を防止するため、図７に示すように上・下流側発熱体端部の発熱比率は１：１でなければならない。
【００７３】
本実施例では、中央基準通紙の場合について説明しているが、片側基準通紙の場合においても本例と同様な構成とすることで同様の効果が得られる。さらに上・下流側発熱体の発熱比率は基板幅方向の面積に限らず、厚みや材料を変更することによって抵抗値をコントロールし、発熱量を変えても同様の効果があるのはもちろんのことである。
【００７４】
本実施例により、さらに画像不良や耐久による不具合を生じることがなく、また温度分布が急激に変化することがないので、発熱分布すなわち抵抗値分布の規格緩和が可能となるため、より低コストなヒータを備える定着装置を提供することが可能となる。
【００７５】
（第４の実施例）
第１、第２及び第３実施例では、上・下流側の発熱体の発熱比率を変化させたヒータ２０の一例を示したが、本実施例ではヒータ基板上の発熱体位置を上下流方向に振って配置することで、さらなる低コスト化と高品質を実現させることを特徴とする。
【００７６】
本実施例のヒータ２０では、図８に示す発熱体２０ｂの上・下流側発熱体２０ｂ２・２０ｂ３の幅寸法は長手にわたり一定である。ただし、上・下流側発熱体の発熱比率は異なり、図９（ａ）・（ｂ）・（ｃ）に示すそれぞれの検知素子位置とヒータ基板上の温度分布が適正になるように基板２０ａ上で上・下流側発熱体２０ｂ２・２０ｂ３を上流方向に対してＶ字型に配置している。上・下流側発熱体の発熱比率は長手にわたり１：１であるが、該発熱体はＶ字型で上流方向に偏って配置されているため、基板上・下流側の発熱比率は異なり、温度分布は図９（ａ）・（ｂ）・（ｃ）に示すとおり発熱体の発熱比率を振った時と同等の温度分布が実現できる。
【００７７】
本実施例では発熱比率として１：１を用いているが、例えば上・下流側発熱体の発熱比率を振って配置の偏りを少なくしたり、逆に該発熱体の発熱比率を２：３など適宜設定することで下流側の発熱量を大きくして、上・下流側発熱体の配置を極端に上流に偏らせることや、発熱体の発熱比率と配置を適宜組み合わせることも可能である。ただし、温度分布と検知素子位置は（ａ）・（ｂ）・（ｃ）に示す通りでなければならないのはもちろんである。
【００７８】
本実施例により、画像品質、製品安全性を保ったまま、第１実施例・第３実施例に示すヒータに対して発熱体ペースト材料を概ね３割以上削減することができる。
【００７９】
もちろん片側基準通紙の場合は、小サイズ通紙域中央部を中心に上・下流側発熱体をＶ字型に配置することで同様の効果が得られる。
【００８０】
本実施例により、さらに高品質・安全で低コストな加熱装置、そして画像形成装置を提供することが可能となる。
【００８１】
以上説明したように、本実施の形態に示す加熱体としてのヒータは一端側で接続した複数の発熱体として上・下流側発熱体を有し、各々の発熱体は基板長手方向（加熱体長手方向）の位置によって異なる発熱分布を有し、且つ被加熱材としての記録材の通紙方向における複数の発熱体のトータル発熱量は均一であるように抵抗値や配置を設定したので、適正な温度検知ができるとともに、暴走時や小サイズ通紙時の安全を確保することができるという効果がある。
【００８２】
また、ヒータの発熱比率を、通紙方向上流側で、且つ通紙可能な小サイズ被加熱材の通紙域中央部の発熱量が最も大きくなるように設定し、その箇所の加熱体保持部材に空隙部を設け、さらに安全対策用温度検知素子を設けたので、定着装置において、より確実に通常時と暴走時の安全を確保することができるという効果がある。
【００８３】
また、ヒータの長手方向端部は、発熱量を上下流同等に設定し、さらに上流側発熱体の発熱量が下流側発熱体の発熱量に対して、１．２倍以上２倍以下になる箇所に温度検知素子を設けて制御することで、定着装置において、通紙中はもちろん、小サイズ通紙の非通紙部昇温に対しても、より正確な制御と昇温対策が可能になるという効果がある。
【００８４】
また、記録材に未定着像を形成担持させる作像手段と、記録材に形成担持させた未定着像を定着させる定着手段を有し、前記定着手段として前記加熱装置を用いるように画像形成装置を構成したので、長寿命で画質劣化がなく小型化・低コスト化に対応可能な画像形成装置を得ることができるという効果がある。
【００８５】
（その他）
１）本発明の加熱体において発熱体２０ｂは上・下流発熱量の２つに限られず、２つ以上であってもよい。また発熱比率は本例のものに限られず、必要に応じて適宜設定してよい。
【００８６】
２）本発明の加熱体はフィルム加熱方式の加熱装置に限られず、加熱体保持部材に保持させた加熱体を被加熱材に直接接触あるいは近接させて加熱する等の加熱装置等にも適用できる。
【００８７】
３）また本発明の加熱装置は加熱定着装置としてばかりでなく、その他、例えば、画像を担持した記録材を加熱してツヤ等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着処理する像加熱装置、シート状物を給送して乾燥処理・ラミネート処理・しわ取り熱プレス処理する等の加熱装置、インクジェットプリンタ等に用いられる乾燥用の加熱装置等として広く使用できる。
【００８８】
４）また本発明の加熱装置をフィルム加熱方式の加熱定着装置として用いる場合、セラミックヒータ及び定着フィルムとして低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができ、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さくできる（省電力）などの利点がある。
【００８９】
また、本発明の加熱装置において、円筒状もしくはエンドレス状の定着フィルムの駆動方法としては、第一実施例で述べたように、定着フィルムを保持するヒータホルダと加圧ローラとで圧接された定着フィルムを加圧ローラの回転駆動によって従動回転させる方法（加圧ローラ駆動方式）の他に、駆動ローラとテンションローラによって張架されたエンドレス状の定着フィルムの駆動によって加圧ローラを従動回転させる方法（定着フイルム駆動方式）を適宜採用してよい。
【００９０】
以上、本発明の様々な例と実施例が示され説明されたが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲は本明細書内の特定の説明と図に限定されるのではなく、本願特許請求の範囲に全て述べられた様々の修正と変更に及ぶことが理解されるであろう。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る加熱体によれば、正確な温度検知が可能となり、適切な温度制御を行うことができる。
【００９２】
また、該加熱体を具備する加熱装置、該加熱装置を具備する画像形成装置の信頼性・耐久性等を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における画像形成装置の概略構成を示す縦断面図
【図２】第１実施例における加熱装置としての定着装置の概略構成を示す縦断面図
【図３】図２に示す定着装置に用いるヒータの第１実施例を示し、中央基準通紙の場合におけるヒータ基板上の上・下流側発熱体の発熱比率および温度検知素子の配置例を示す説明図
【図４】図３に示すヒータ基板上の上・下流側発熱体の発熱比率と温度検知素子の配置位置での温度分布の説明図
【図５】図２に示す定着装置に用いるヒータの第１実施例の他の例を示し、片側基準通紙の場合におけるヒータ基板上の上・下流側発熱体の発熱比率および温度検知素子の配置例を示す説明図
【図６】ヒータの第２実施例を示し、ヒータ基板上の上・下流側発熱体パターンおよび温度検知素子の配置例を示す説明図
【図７】ヒータの第３実施例を示し、中央基準通紙の場合におけるヒータ基板上の上・下流側発熱体の発熱比率および温度検知素子の配置例を示す説明図
【図８】ヒータの第４実施例を示し、中央基準通紙の場合におけるヒータ基板上の上・下流側発熱体の発熱比率および温度検知素子の配置例を示す説明図
【図９】図８に示すヒータ基板上の上・下流側発熱体の発熱比率と温度検知素子の配置位置での温度分布の説明図
【図１０】従来例に係る定着装置の概略構成を示す縦断面図
【図１１】従来例に係る定着装置のヒータを示し、ヒータ基板上の発熱体パターンおよび温度検知素子の配置を示す説明図
【符号の説明】
１：像担持体（感光ドラム）、２：帯電装置（帯電ローラ）、
３：露光手段、４：現像装置、５：転写装置（転写ローラ）、
６：クリーニング装置、７：給紙カセット、８：搬送ローラ、
９：トップセンサー、１０：搬送ガイド、１１：定着装置、
１２：搬送ローラ、１３：排紙ローラ、１４：排紙トレイ、
１５：給紙ローラ、２０：加熱体（セラミックヒータ）、
２０ａ：ヒータ基板、２０ｂ：発熱体、２０ｂ１：接続部、
２１ｂ２：第一発熱体（上流側発熱体）、
２１ｂ３：第二発熱体（下流側発熱体）、
２１：温度検知素子（サーミスタ）、２２：ヒータホルダ、
２３：ＣＰＵ、２４：トライアック、
２５：定着回転体（定着フィルム）、
２６：定着回転体（加圧ローラ）、２７：温度制御手段、
２８：回転制御手段、２９：モータ、３０：ＣＰＵ、
３１：温度ヒューズ、Ｎ：定着ニップ部、Ｐ：記録材。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating element (heater), a heating device, and an image forming apparatus. More specifically,
1) A heating element for heating a material to be heated, comprising: a substrate having a length in a direction perpendicular to a sheet passing direction of the material to be heated; and a resistance heating element formed on one surface side of the substrate along the longitudinal direction of the substrate.
2) A heating device equipped with the heating element
3) The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine or a laser beam printer, which includes the heating device as an image heating device such as a heat fixing device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in an image forming apparatus such as a copying machine or a laser beam printer, a recording material (transfer material sheet / electrofax sheet) is used in an appropriate image forming process unit such as an electrophotographic process, an electrostatic recording process, and a magnetic recording process.・ An unfixed image (toner image) of image information formed and carried on a transfer method or a direct method on electrostatic recording paper, OHP sheet, printing paper, format paper, etc. as a permanent fixed image on the recording material surface by heat fixing. A heat roller type heating device has been widely used as a fixing device to be used.
[0003]
Recently, a heating device of a film heating type has been put into practical use from the viewpoint of quick start and energy saving. For example, Patent Documents 1 to 4 propose this film heating type heating device.
[0004]
As a heating device of this type of film heating system, as shown in FIG. 10, for example, a film (rotating body) 25 generally including a ceramic heater (hereinafter also referred to as a heater or a heating body) 20 as a heating body, A pressing roller 26 as another rotating body pressed against the support 25 is supported by a support member (not shown), and both the rotating bodies 25 and 26 are pressed by a pressing means (not shown) to form a pressing nip portion N. ing. The heater 20 forms a resistor pattern 20b as a heating element by thick-film printing on a heat-resistant substrate 20a, and has a glass coating layer 20c or the like on a heater sliding portion surface corresponding to the pressure nip portion N. A sliding member having pressure resistance, heat resistance and low friction is provided.
[0005]
FIG. 11 is a plan view showing the arrangement of the resistor patterns (hereinafter, referred to as heating elements) 20b. As shown in FIG. 11A, the heating element 20b is, for example, upstream (to the right of the heater substrate 20a in FIG. 10) and downstream (to the right of the heater substrate 20a in FIG. 10) in the rotation direction of the film 25 shown in FIG. 20a (left side of 20a), or one end is connected and a plurality (two in the figure) are arranged, and a constant resistance (heat ratio (for example, 3: 2 to 1: 1)) is applied to the heater substrate in the longitudinal direction. Are located in Alternatively, as shown in FIG. 11B, a plurality of heating elements 20b of different lengths are independently arranged between the upstream and downstream in the rotation direction of the film on the heater substrate 20a, and these heating elements are used for recording. Each is controlled according to the size of the material (paper passing area). Then, as shown in FIGS. 7A and 7B, the temperature as the temperature detecting element for safety measures is set in the small-size paper passing area Wp corresponding to the width Pw of the small-size paper P as the recording material. A fuse 31 and a main thermistor 21a for temperature detection control are arranged at the center of each heating element, and a sub-thermistor 21b for temperature detection control is generated in one of the non-sheet passing portions Wn on both sides of the sheet passing area Wp. It is located in the center of each body.
[0006]
In the heating device shown in FIGS. 10 and 11, a heat-resistant film 25 (also referred to as a fixing film, a fixing belt, and a film) is sandwiched between a heater 20 and a pressing roller 26 as a pressing member. A recording material on which an unfixed toner image to be image-fixed is formed and carried between the fixing film 25 and the pressure roller 26 in the press-contact nip portion N is formed. The heat is supplied from the ceramic heater 20 to the recording material through the fixing film 25 at the press-contact nip N by being introduced and nipped and conveyed together with the fixing film 25, and unfixed by the pressing force of the press-contact nip N. The toner image is fixed by heat and pressure on the recording material surface.
[Patent Document 1]
JP-A-63-313182
[Patent Document 2]
JP-A-2-15778
[Patent Document 3]
JP-A-4-44075
[Patent Document 4]
JP-A-4-204980
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, image forming apparatuses such as copiers and printers have been demanded to be further reduced in cost and size. For example, by reducing the size of a heater substrate in a fixing device, temperature detecting elements such as a main thermistor and a sub thermistor have been required. Even if the contact part with the heating element (place where the temperature detection element is installed) is a little in the width direction of the heater substrate (the direction in which the recording material passes), the control temperature greatly changes, making it impossible to perform appropriate temperature control. In addition, there arises a problem that the safety temperature detecting element (thermal fuse) does not operate during a runaway.
[0008]
In addition, a complicated structure such as floating from the heater substrate or applying heat conductive grease to ensure the effectiveness of the safety temperature detecting element is difficult in terms of space and cost.
[0009]
Furthermore, even when the temperature sensor for safety measures does not operate when temperature control is not possible, a device for breaking the heater substrate at a specific position and measures such as providing a through hole in a non-paper passing area have been reduced in size. Therefore, there is no space, or installation is difficult from the viewpoint of cost increase, and the probability of the heater being damaged at an unspecified position increases.
[0010]
For example, if the heater is damaged at an unspecified position and the AC line / DC line leaks, especially in an image forming apparatus using the heating device as an image fixing device, the influence of the leak is transmitted to a communication destination computer through a communication connector. May cause computer malfunction.
[0011]
Further, since the breakage stress of the heater substrate is reduced by downsizing the heater, if a through hole is provided at the end of the heater substrate, the heater may be damaged due to small-size paper passing, or the heater substrate may be interrupted due to downsizing of the heater substrate. Since heat is easily accumulated in the paper section, the temperature rise in the non-paper passing section becomes severe. In addition, measures to raise the temperature of the non-sheet passing portion, such as separately supplying power to a plurality of heating elements, increase the cost. Therefore, the temperature rise of the non-sheet passing portion must be further reduced by another method.
[0012]
Furthermore, in recent years, it has become important to reduce the amount of heating element paste for cost reduction, and it is necessary to efficiently dispose the heating element on the heater substrate without reducing the thermal efficiency while solving the above-mentioned problem. .
[0013]
The present invention has been made in order to solve the conventional problems as described above, and has a heating element capable of performing accurate temperature detection and capable of performing appropriate temperature control, a heating apparatus including the heating element, and the heating apparatus. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus including the apparatus as an image heating apparatus.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a heating element, a heating device, and an image forming apparatus having the following configurations.
[0015]
(1) A heating element for heating a material to be heated, the substrate having a substrate extending in a direction perpendicular to the sheet passing direction of the material to be heated, and a heating element formed on one surface side of the substrate along the substrate longitudinal direction. At
The heating element has a plurality of heating elements in a substrate longitudinal direction, each heating element has a different temperature distribution depending on a position in the substrate longitudinal direction, and a plurality of heating elements in a paper passing direction of the material to be heated. A heating element characterized by arranging a plurality of heating elements so that the total heat generation is substantially uniform.
[0016]
(2) The plurality of heating elements are arranged such that the heat generation ratio in the sheet passing direction of the material to be heated is set by the arrangement on the substrate and the resistance ratio of the heating elements so that the total heat generation amount is substantially uniform. The heating body according to (1).
[0017]
(3) The plurality of heating elements are set so that the temperature in the sheet passing direction of the material to be heated is upstream in the sheet passing direction with respect to the heating element, and the temperature of the material to be heated at the center of the heating area is the highest. The heating element according to (1) or (2), wherein
[0018]
(4) The plurality of heating elements are arranged such that, at the ends in the longitudinal direction of the substrate, in the sheet passing direction of the material to be heated, the temperatures on the upstream side and the downstream side in the sheet passing direction with respect to the heating elements have substantially the same temperature distribution. The heating element according to any one of (1) to (3), wherein the heating element is set.
[0019]
(5) The heating element according to any one of (1) to (4), wherein the plurality of heating elements set the temperature distribution in the longitudinal direction of the substrate according to the size of the sensing element and the material to be heated.
[0020]
(6) The heating element according to any one of (1) to (5), wherein the plurality of heating elements set a temperature distribution by thinning out a resistor pattern.
[0021]
(7) The plurality of heating elements are characterized by continuously changing the ratio and arrangement of the heating elements in a longitudinal direction of the substrate from a position set to have the highest temperature to an end. The heating element according to any one of 6).
[0022]
(8) The heating element according to any one of (1) to (7), wherein a temperature detecting element for safety measures is provided at a position of the plurality of heating elements where a calorific value is the largest.
[0023]
(9) In the plurality of heating elements, the temperature is set at a point where the amount of heat generated in the sheet passing direction of the material to be heated on the upstream side and the downstream side in the sheet passing direction with respect to the heating elements is 1.2 to 2 times. The heating element according to any one of (1) to (8), further including a control temperature detecting element.
[0024]
(10) A heating body fixed and held, and a film that slides on the heating body and moves in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the heating body, and is a material to be heated by heat from the heating body via the film. In a heating device for heating
A heating device, wherein the heating element is the heating element according to any one of (1) to (8).
[0025]
(11) The heating element holding member for fixing and holding the heating element, wherein the heating element holding member has a void portion at a position where the calorific value is largest in the heating element. Heating equipment.
[0026]
(12) The heating device according to (10) or (11), wherein the material to be heated is a recording material carrying an unfixed toner image to be fixed and fixed.
[0027]
(13) In an image forming apparatus having an image forming means for forming and carrying an image on a recording material and an image heating means for heating an image on the recording material, the image heating means may be any one of (10) to (12). An image forming apparatus, which is the heating apparatus according to any one of the first to third aspects.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
[0029]
(First embodiment)
(1) Example of image forming apparatus
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a laser beam printer as an example of an image forming apparatus according to the present invention.
[0030]
The laser beam printer includes a drum-type electrophotographic photosensitive member (hereinafter, referred to as “photosensitive drum”) 1 as an image carrier. The photosensitive drum 1 is rotatably supported by the apparatus main body M, and is rotationally driven at a predetermined process speed in a direction of an arrow R1 by a driving unit (not shown).
[0031]
Around the photosensitive drum 1, a charging roller (charging device) 2, an exposing unit 3, a developing device 4, a transfer roller (transfer device) 5, and a cleaning device 6 are disposed substantially in order along the rotation direction. .
[0032]
Further, a paper feed cassette 7 containing a sheet-like recording material P such as paper is disposed below the apparatus main body M, and the paper feeding rollers 15 are arranged in order from the upstream side along the conveyance path of the recording material P. , A conveyance roller 8, a top sensor 9, a conveyance guide 10, a fixing device 11, which is a heating device according to the present invention, a conveyance roller 12, a paper discharge roller 13, and a paper discharge tray 14.
[0033]
Next, the operation of the image forming apparatus having the above configuration will be described.
[0034]
The photosensitive drum 1 rotated and driven in the direction of arrow R <b> 1 by a driving unit (not shown) is uniformly charged to a predetermined polarity and a predetermined potential by the charging roller 2. The exposed surface of the charged photosensitive drum 1 is subjected to image exposure L based on image information by exposure means 3 such as a laser optical system, and the charge of the exposed portion is removed to form an electrostatic latent image.
[0035]
The electrostatic latent image is developed by the developing device 4. The developing device 4 has a developing roller 4a, and a developing bias is applied to the developing roller 4a to cause toner to adhere to the electrostatic latent image on the photosensitive drum 1 so that development as a toner image (visible image) is performed. ).
[0036]
The toner image is transferred to a recording material P such as paper by the transfer roller 5. The recording material P is stored in a paper feed cassette 7, fed and transported by a paper feed roller 15 and a transport roller 8, and transferred via a top sensor 9 to a transfer nip between the photosensitive drum 1 and the transfer roller 5. Transported to the department. At this time, the leading end of the recording material P is detected by the top sensor 9 and synchronized with the toner image on the photosensitive drum 1. A transfer bias is applied to the transfer roller 5, whereby the toner image on the photosensitive drum 1 is transferred to a predetermined position on the recording material P.
[0037]
The recording material P carrying the unfixed toner image on the surface by the transfer is conveyed to the fixing device 11 along the conveyance guide 10, where the unfixed toner image is heated and pressed to be fixed on the surface of the recording material P. . The fixing device 11 will be described later in detail. The recording material P on which the toner image has been fixed is conveyed and discharged onto the paper discharge tray 14 on the upper surface of the apparatus main body M by the conveyance rollers 12 and the discharge rollers 13.
[0038]
On the other hand, on the photosensitive drum 1 after the transfer of the toner image, the toner remaining on the surface without being transferred to the recording material P (hereinafter referred to as “transfer residual toner”) is removed by the cleaning blade 6 a of the cleaning device 6, and is used for the next image formation. Prepare.
[0039]
Image formation can be performed one after another by repeating the above operation.
[0040]
(2) Fixing device
The fixing device 11 as a heating device in the present embodiment is a film heating type image heating and fixing device using a pressure roller driving method and using a fixing film (fixing belt) as a heating member.
[0041]
FIG. 2 is a structural model diagram showing an example of the fixing device 11, and is a longitudinal sectional view along a conveying (paper passing) direction (arrow K direction) of the recording material P.
[0042]
The fixing device 11 includes a ceramic heater 20 as a heating body for heating the toner, a fixing film (fixing rotator) 25 including the heater 20, and pressurization as another fixing rotator abutting on the fixing film 25. The roller 26, a temperature control unit 27 for controlling the temperature of the heater 20, and a rotation control unit 28 for controlling the conveyance of the recording material P are configured as main components.
[0043]
The heater 20 is formed by forming a resistor pattern 20b as a resistance heating element on a heat-resistant substrate 20a such as alumina by, for example, thick film printing, and covering the surface with a glass layer 20c by thick film printing. The recording material P is formed longer in the direction orthogonal to the sheet passing direction, that is, longer than the width of the recording material P. The heater 20 is fixedly supported by a heater holder 22 as a heating element holding member attached to the apparatus main body M. The heater holder 22 is a member formed in a semicircular shape with heat-resistant resin, and also functions as a guide member for guiding the rotation of the fixing film 25.
[0044]
The fixing film 25 is formed of a heat-resistant resin such as polyimide in a cylindrical shape, and encloses the heater 20 and the heater holder 22 described above. The fixing film 25 is pressed against the heater 20 by a pressure roller 26, which will be described later, so that the back surface of the fixing film 25 comes into contact with and slides on the lower surface of the heater 20. The fixing film 25 is rotated in the direction of the arrow R25 (clockwise in the figure) as the recording material P is transported in the direction of the arrow K by rotation of the pressure roller 26 in the direction of the arrow R (counterclockwise in the figure). It is configured to:
[0045]
The left and right ends of the fixing film 25 are regulated by guide portions (not shown) of the heater holder 22 so that the fixing film 25 does not come off in the longitudinal direction of the heater 20.
[0046]
Grease is applied to the inner surface of the fixing film 25 in order to reduce the sliding resistance between the heater 20 and the heater holder 22.
[0047]
The pressure roller 26 is provided with a heat-resistant release layer 26b having elasticity such as silicone rubber on the outer peripheral surface of a metal core 26a, and the fixing film is formed from below by the outer peripheral surface of the release layer 26b. The fixing nip N is formed between the fixing film 25 and the fixing film 25 by pressing the fixing film 25 against the heater 20. Assuming that the width (nip width) in the rotation direction of the pressure roller 26 at the fixing nip portion N is a, the nip width a is set to such an extent that the toner on the recording material P can be suitably heated and pressed. Have been.
[0048]
The rotation control means 28 has a motor 29 for rotating the pressure roller and a CPU 30 for controlling the rotation of the motor. As the motor 29, for example, a stepping motor or the like can be used. In addition to continuously rotating the pressure roller 26 in the direction of the arrow R26, it is also possible to intermittently perform rotation at a predetermined angle. That is, the recording material P can be fed stepwise while the rotation and the stop of the pressure roller 26 are repeated.
[0049]
The temperature control means 27 includes a thermistor (temperature detecting element) 21 attached to the back surface of the heater 20, and a CPU 23 that controls the triac 24 based on the temperature detected by the thermistor 21 and controls the energization of the heater 20. . In this embodiment, the temperature of the heater 20 is controlled using a main thermistor 21a and a sub thermistor 21b arranged at predetermined positions in the longitudinal direction of the heater 20.
[0050]
As described above, the fixing device 11 nips and conveys the recording material P at the fixing nip N by rotating the pressure roller 26 in the direction of the arrow R26, and heats the toner on the recording material P by the heater 20. At this time, by controlling the rotation of the pressure roller 26 by the rotation control means 28, the feeding of the recording material P can be appropriately controlled, and the temperature of the heater 20 is appropriately controlled by the temperature control means 27. Is what you can do.
[0051]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the heater 20 in the fixing device according to the present embodiment. The heater 20 is formed on a ceramic substrate 20a such as alumina using a thick film printing method (screen printing method) and a conductive thick film paste such as Ag / Pd. A heating and heating element 20b having a thickness of about several μm to several tens of μm is formed by printing and firing, and a glass coating layer 20c shown in FIG. 2 is printed and fired thereon using an insulating glass thick film paste. .
[0052]
As shown in FIG. 3, the current-carrying heating element 20b of this embodiment includes a first heating element 20b2 and a second heating element 20b3 each having a connection portion 20b1 at one end in the longitudinal direction of the ceramic substrate 20a. The heating element 20b2 is arranged on the recording material loading side ("upstream" side in the figure) on the substrate, and the second heating element 20b3 is arranged on the recording material unloading side ("downstream" side in the figure) on the substrate. . The two heating elements, ie, a first heating element (hereinafter, referred to as an upstream heating element) 20b2 and a second heating element (hereinafter, referred to as a downstream heating element) 20b3 have different resistance values, that is, heat generation ratios.
[0053]
The heat generation ratio here is different from the heat generation ratio of the heating element 20b itself, and is different from that of the upper and lower heating elements 20b2 and 20b3 when the heating element is divided into two in the width direction a of the substrate 20a as shown in FIG. Shows the downstream heat generation ratio. In the small-size paper passing area Wp corresponding to the width Pw of the small-sized paper as the recording material P that can pass the paper, for example, the heat generation ratio of the central part of the paper passing area of the upper and downstream heating elements 20b2 and 20b3 is used. Is set to 3: 1, and the heat generation ratio at both ends of the central portion is set to 3: 2. In the non-sheet passing area Wn other than the small size sheet passing area Wp, the heat generation ratio of the upper and lower heating elements is set to 1: 1.
[0054]
Next, the total heat value of the heating element 20b will be described. In the heating element 20b, assuming that the total heat generation per unit length in the longitudinal direction of each of the above-described upstream heating element 20b2 and the downstream heating element 20b3 is, for example, “20”, the upstream heating element in the small-size sheet passing area Wp. The calorific value at the center of the heat generating element is 15, the calorific value at the central part of the downstream heat generating element is 5, the calorific value at both ends of the central part of the upstream heat generating element is 12, and the calorific value at both ends of the central part of the downstream heat generating element. Becomes 8. On the other hand, the amount of heat generated at both ends of the upstream heating element in the non-sheet passing area Wn is 10, and the amount of heat generated at both ends of the downstream heating element is 10.
[0055]
By connecting one end to the heating element 20b having such a configuration and providing a set of power supply units, the same current flows through the heating element, so that the heating element corresponds in the width direction of the heating element (the paper passing direction of the recording material). The total calorific value per unit length in the longitudinal direction of each part of the upper and downstream heating elements 20b2 and 20b3 is all equal.
[0056]
Further, as shown in FIG. 3, a temperature fuse 31 which is a temperature detecting element for safety measures is installed at the center of the upstream side heating element 20b2, that is, at a place where the amount of heat generation is the largest, and the temperature detecting element such as the main thermistor 21a and the sub thermistor 21b Are disposed at the central portions in the width direction of the heater substrate at the portions corresponding to the heat generation ratio of 3: 2: 1: 1 in the upper and lower heat generating portions 20b2 and 20b3, respectively.
[0057]
Next, FIG. 4 shows the temperature distribution on the heater substrate 20a on which the respective detecting elements are installed, when the fixing device rotates, stops, runs away, and passes small-sized paper.
[0058]
At the installation position of the main thermistor 21a which detects and controls the temperature of the heating element 20b, during rotation, that is, during normal printing, as shown in FIG. Temperature distribution. Therefore, even if the location of the main thermistor 21a is slightly shifted in the board width direction due to tolerances of the upstream and downstream heating elements and manufacturing problems, the temperature according to the above temperature distribution can be detected, so that accurate temperature detection is possible. Executing temperature control based on the detected temperature enables appropriate temperature control.
[0059]
Further, as shown in FIG. 4C, the temperature fuse 31 is installed at a position where the temperature rises most in any of the width and length directions of the heating element when stopped. For this reason, when the temperature fuse is overheated at the time of stoppage, that is, at the time of runaway, the abnormality can be detected more quickly and the power supply can be stopped. However, for example, when the power is fully supplied during the runaway, the heater substrate may be damaged before the thermal fuse 31 operates. In such a case, it is necessary to specify the location of the damage. However, since the heating value of the central portion of the upstream heating element in the heating element 20b is the largest, the heater substrate can always be damaged near the thermal fuse due to thermal stress. It becomes. In order to specify the damage position, the heat generation ratio at the center of the upstream / downstream heat generating element needs to be 2: 1 or more. Further, by providing a counterbore portion (gap portion) in the heater holder 22 at a location where the amount of heat generation is the largest (around the temperature fuse in this embodiment), the broken position can be specified more reliably.
[0060]
Further, in the place where the heat generation amount is the largest, the temperature peak moves downstream in the substrate width direction during normal use (rotation) as shown in FIG. Can be used with a margin. Therefore, it is possible to distinguish between a normal operation and a runaway operation, and there is no problem such as failure due to interruption of power supply or damage to the heater substrate during a printing operation.
[0061]
Next, the temperature distribution in the small size non-sheet passing area at the end of the heating element will be described with reference to FIG. At the time of small-size sheet passing, heat is not taken away in the non-sheet passing area, or the contact area at the nip part is reduced, so that there is almost no heat transfer to the downstream. The temperature rise in the paper passing section becomes severe. As shown in FIG. 4 (a), in a small size non-sheet passing area, the heat generation ratio is set to be equal to the upstream and downstream (the center of heat generation in the width direction is set to the nip center) to suppress the temperature rise in the non-sheet passing section. Becomes possible.
[0062]
In the present embodiment, the fixing device for the central reference sheet passing is described. However, as shown in FIG. 5, even in the fixing device for the one-side reference sheet passing, the heat generation ratio and the total heat generation amount of the heating element 20b are set as described above. Thus, a similar effect can be obtained.
[0063]
According to this embodiment, it is possible to provide a safe and high-quality fixing device at low cost by changing the heating element heat generation ratio depending on the longitudinal position and installing each detection element at an appropriate position.
[0064]
(Second embodiment)
In the heater 20 of the first embodiment, for example, the amount of heat generated on the downstream side of the central portion of the heating element in the small-size sheet passing area needs to be extremely smaller than that on the upstream side. It becomes difficult to control the amount, that is, the resistance value. Further, since a very expensive material such as Ag / Pd is used as the paste material of the heating element, reducing the amount of paste where heat generation is not required greatly affects cost reduction.
[0065]
In the heater 20 of the present embodiment, as shown in FIG. 6, a pattern in which the heating elements 20b are thinned out is used in order to reduce the heat generation amount and the paste material. Specifically, the resistance pattern thinning portion c is provided in a portion of the upper and lower heating elements 20b2 and 20b3 that does not need to generate heat. In this case as well, the heating ratio of the upstream and downstream heating elements must be equivalent to that of the first embodiment, but each sensing element must be arranged in the board width direction at a position where the heating elements are thinned out. Must. This is for accurately detecting the temperature in a place where the resistance value management (heat generation amount management) is reliably performed and the temperature change is small.
[0066]
As a result, it is possible to provide a fixing device including a heater capable of ensuring accurate control and safety and reducing costs. However, in order to maintain the thermal efficiency, it is desirable to secure the surface properties of the heater by printing the glass coat layer 20c in reverse to the heat generation pattern or increasing the firing temperature of the glass coat layer 20c.
[0067]
(Third embodiment)
In the heaters of the first and second embodiments, the heat generation ratio is changed in the longitudinal direction of the heating element 20b (from the center of the small-size paper passing area through which the paper can pass to the longitudinal end, the heat generation ratio is 3: 1 on the upper and downstream sides). The central position of the heating element → the both end positions of the central part of the upper / downstream heating element with a heat generation ratio of 3: 2 → the both end positions of the upper / downstream heating element with a heating ratio of 1: 1) at the element position and the paper passing area. For example, when the recording material with the largest paper passing area is passed, vertical streaks are generated in the image or thermal stress is applied to the heater substrate due to a sudden temperature change in the longitudinal direction, so that the substrate or glass coating is performed. There is a possibility that a problem such as a reduction in the life of the device may occur.
[0068]
The heater 20 according to the present embodiment is characterized in that the heat generation ratio is gradually changed from the center of the small-size paper passing area through which the paper can pass to the longitudinal end, thereby further improving the image quality and the service life.
[0069]
Further, the temperature fuse 31, which is a temperature detecting element for safety measures, is operated more accurately, and even if the temperature detecting element for safety measures does not operate, the heater is damaged at a specific position to prevent current leakage. This prevents the communication destination computer from malfunctioning due to the above.
[0070]
In the heater 20 of the present embodiment, as shown in FIG. 7, the heat generation ratio of the upper and lower heating elements 20b2 and 20b3 in the heating element 20b is continuously changed.
[0071]
First, the position of the main thermistor 21a will be described in detail. The breakage position of the heater during the runaway is such that the heat generation ratio of the heating element is 2: 1 or more on the upstream and downstream sides (if the heat generation ratio is equal on the upstream and downstream sides, the thermal stress is dispersed and the thermal fuse 31 as a safety element) In this case, it is not possible to specify the position of the heater substrate breakage during a runaway in which the device does not operate. Therefore, the breaker must be installed in such a way that the position of the main thermistor 21a does not match (this is due to the current leakage of the primary and secondary circuits of the TRIAC) In order to prevent that). In addition, at least the amount of heat generated by the upstream heating element must be at least 1.2 times the amount of heat generated by the downstream heating element so that appropriate control can be performed during rotation of the fixing film. If the temperature peak moves to the downstream heating element any longer, an error of ± 5 deg or more in the control temperature occurs. Therefore, the position of the main thermistor 21a must be such that the heat generation ratio of the upstream and downstream heating elements is 2: 1 or less and 1.2: 1 or more.
[0072]
Further, in order to prevent the temperature rise at the end portion when the small-size paper is passed, as shown in FIG. 7, the heat generation ratio at the end portion of the upper and lower heating elements must be 1: 1.
[0073]
In the present embodiment, the case of the central reference sheet passing is described, but the same effect can be obtained in the case of the one-side reference sheet passing by employing the same configuration as that of the present embodiment. Furthermore, the heat generation ratio of the upstream and downstream heating elements is not limited to the area in the board width direction, and the same effect can be obtained by changing the heat generation by controlling the resistance value by changing the thickness and material. It is.
[0074]
According to the present embodiment, furthermore, there is no occurrence of a defect due to an image defect or durability, and the temperature distribution does not change abruptly. A fixing device having a heater can be provided.
[0075]
(Fourth embodiment)
In the first, second, and third embodiments, an example of the heater 20 in which the heating ratio of the heating element on the upstream and downstream sides is changed has been described. In this embodiment, the position of the heating element on the heater substrate is set in the upstream and downstream directions. It is characterized by further reducing the cost and realizing high quality by arranging the components in a wavy manner.
[0076]
In the heater 20 of the present embodiment, the width dimension of the upper and lower heating elements 20b2 and 20b3 shown in FIG. 8 is constant over the length. However, the heating ratios of the upper and lower heating elements are different, and the positions of the sensing elements and the temperature distribution on the heater substrate shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C are adjusted on the substrate 20a so as to be appropriate. The upper and lower heating elements 20b2 and 20b3 are arranged in a V-shape with respect to the upstream direction. The heating ratio of the upper and lower heating elements is 1: 1 over the longitudinal direction. However, since the heating elements are V-shaped and arranged eccentrically in the upstream direction, the heating ratios on the upper and lower sides of the substrate are different. As shown in FIGS. 9 (a), 9 (b) and 9 (c), the distribution can achieve the same temperature distribution as when the heat generation ratio of the heating element is varied.
[0077]
In this embodiment, 1: 1 is used as the heat generation ratio. However, for example, the heat generation ratio of the heating element on the upstream and downstream sides is changed to reduce the bias of the arrangement, and conversely, the heat generation ratio of the heat generation element is set to 2: 3. By appropriately setting the amount of heat generated on the downstream side, the arrangement of the heating elements on the upstream and downstream sides can be extremely biased toward the upstream, and the heat generation ratio and the arrangement of the heating elements can be appropriately combined. However, it goes without saying that the temperature distribution and the position of the sensing element must be as shown in (a), (b), and (c).
[0078]
According to this embodiment, the heating element paste material can be reduced by about 30% or more compared to the heaters shown in the first and third embodiments while maintaining the image quality and the product safety.
[0079]
Of course, in the case of one-side reference sheet passing, the same effect can be obtained by arranging the upper and lower heating elements in a V-shape with the center of the small size sheet passing area as the center.
[0080]
According to this embodiment, it is possible to provide a high-quality, safe, and low-cost heating apparatus and an image forming apparatus.
[0081]
As described above, the heater as the heating element shown in the present embodiment has the upstream and downstream heating elements as a plurality of heating elements connected at one end side, and each heating element is disposed in the substrate longitudinal direction (heating element longitudinal direction). Direction), the resistance value and the arrangement are set so that the total heating value of the plurality of heating elements in the sheet passing direction of the recording material as the material to be heated is uniform. It is possible to detect the temperature and to ensure the safety during runaway or small-size paper passing.
[0082]
In addition, the heat generation ratio of the heater is set such that the heat generation amount at the center of the paper passing area of the small-sized heated material that can be passed on the upstream side in the paper passing direction is maximized. Since the air gap portion is provided and the temperature detecting element for safety measures is provided, there is an effect that the safety in the normal operation and the runaway can be more reliably secured in the fixing device.
[0083]
Further, the longitudinal end of the heater sets the heat generation amount to be equal to the upstream and downstream sides, and the heat generation amount of the upstream side heating element becomes 1.2 times or more and 2 times or less with respect to the heat generation amount of the downstream side heating element. By providing a temperature detection element at the location and controlling it, it is possible to more accurately control and take measures against the temperature rise in the non-paper passing area of the small size paper passing as well as the paper passing in the fixing device. It has the effect of becoming.
[0084]
The image forming apparatus further includes an image forming unit that forms and carries an unfixed image on the recording material, and a fixing unit that fixes the unfixed image that is formed and carried on the recording material, and the heating device is used as the fixing unit. Has the effect of providing an image forming apparatus that has a long service life, does not deteriorate in image quality, and can be reduced in size and cost.
[0085]
(Other)
1) In the heating element of the present invention, the number of the heating elements 20b is not limited to two, that is, the upstream and downstream heating values, and may be two or more. Further, the heat generation ratio is not limited to that of this example, and may be appropriately set as needed.
[0086]
2) The heating element of the present invention is not limited to a film heating type heating apparatus, and can be applied to a heating apparatus or the like in which a heating element held by a heating element holding member is heated by directly contacting or approaching a material to be heated. .
[0087]
3) Further, the heating device of the present invention is not only a heating and fixing device, but also, for example, an image heating device for heating a recording material bearing an image to improve the surface properties such as luster, and an image heating device for a hypothetical deposition process. It can be widely used as an apparatus, a heating device for feeding and drying a sheet, a laminating process, and a hot press for removing wrinkles, and a heating device for drying used in an ink jet printer or the like.
[0088]
4) When the heating apparatus of the present invention is used as a heating and fixing apparatus of a film heating type, an on-demand type apparatus can be constituted by using a ceramic heater and a member having a low heat capacity as a fixing film. Only when forming is performed, a ceramic heater as a heat source may be energized to generate heat at a predetermined fixing temperature, and the waiting time from power-on of the image forming apparatus to an image forming executable state is short (quick start property). In addition, there is an advantage that power consumption during standby can be significantly reduced (power saving).
[0089]
Further, in the heating device of the present invention, as a driving method of the cylindrical or endless fixing film, as described in the first embodiment, the fixing film pressed against the heater holder holding the fixing film and the pressure roller, as described in the first embodiment. In addition to the method of rotating the pressure roller by the driving of the pressure roller (pressure roller driving method), the method of rotating the pressure roller by driving the endless fixing film stretched by the driving roller and the tension roller ( (Film film driving method) may be appropriately adopted.
[0090]
Although various examples and embodiments of the present invention have been shown and described, those skilled in the art will appreciate that the spirit and scope of the present invention is not limited to the specific description and figures herein. It will be appreciated that various modifications and changes are set forth which are all set forth in the following claims.
[0091]
【The invention's effect】
As described above, according to the heating element of the present invention, accurate temperature detection can be performed, and appropriate temperature control can be performed.
[0092]
Further, it is possible to improve the reliability, durability, and the like of the heating device including the heating element and the image forming apparatus including the heating device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view illustrating a schematic configuration of an image forming apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a fixing device as a heating device in the first embodiment.
FIG. 3 shows a first embodiment of a heater used in the fixing device shown in FIG. 2, and shows an example of the heat generation ratio of the upper and lower heating elements on the heater substrate and the arrangement of the temperature detecting elements in the case of central reference sheet passing. Illustration
FIG. 4 is an explanatory diagram of a heat generation ratio of upper and lower heating elements on a heater substrate shown in FIG. 3 and a temperature distribution at a position where a temperature detecting element is arranged.
5 shows another example of the first embodiment of the heater used in the fixing device shown in FIG. 2, and shows the heat generation ratio of the upper and lower heating elements on the heater substrate and the temperature detection element in the case of one-sided reference sheet passing. Explanatory diagram showing an example of arrangement
FIG. 6 is an explanatory view showing a second embodiment of the heater and showing an example of the arrangement of upper and lower heating elements on a heater substrate and a temperature detecting element;
FIG. 7 shows a third embodiment of the heater, and is an explanatory view showing an example of the heat generation ratio of the upper and lower heating elements on the heater substrate and the arrangement of the temperature detecting elements in the case of center reference sheet passing.
FIG. 8 shows a fourth embodiment of the heater, and is an explanatory diagram showing an example of the heat generation ratio of the upper and lower heating elements on the heater substrate and the arrangement of the temperature detecting elements in the case of central reference sheet passing.
9 is an explanatory diagram of the heat generation ratio of the upper and lower heating elements on the heater substrate shown in FIG. 8 and the temperature distribution at the position where the temperature detecting element is arranged.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a fixing device according to a conventional example.
FIG. 11 is an explanatory view showing a heater of a fixing device according to a conventional example, showing the arrangement of a heating element pattern and a temperature detecting element on a heater substrate.
[Explanation of symbols]
1: image carrier (photosensitive drum), 2: charging device (charging roller),
3: exposure means, 4: developing device, 5: transfer device (transfer roller),
6: cleaning device, 7: paper cassette, 8: transport roller,
9: Top sensor, 10: Transport guide, 11: Fixing device,
12: conveyance roller, 13: discharge roller, 14: discharge tray,
15: paper feed roller, 20: heating element (ceramic heater),
20a: heater substrate, 20b: heating element, 20b1: connection part,
21b2: first heating element (upstream heating element);
21b3: second heating element (downstream heating element)
21: temperature detection element (thermistor), 22: heater holder,
23: CPU, 24: Triac,
25: fixing rotating body (fixing film),
26: fixing rotating body (pressure roller), 27: temperature control means,
28: rotation control means, 29: motor, 30: CPU,
31: thermal fuse, N: fixing nip, P: recording material.
