JP2005228543A - 加熱ヒータ、加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータ基板に発熱体を有し、被加熱材を加熱する加熱ヒータにおいて、安全素子の上昇温度を低く抑え、被加熱材を加熱する加熱温度をより高くする。
【手段】ヒータ基板３０に発熱体３１を有し、被加熱材Ｐを加熱する加熱ヒータにおいて、前記加熱ヒータに対する安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分３２ａの発熱量を、安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分３２ｂの発熱量よりも小さくする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ヒータ基板に発熱体を有し、被加熱材を加熱する加熱ヒータ、この加熱ヒータを備える加熱装置、及びこの加熱装置を備える画像形成装置に関するものである。

従来、例えば、電子写真方式の複写機、プリンター等において、記録材面に形成担持させた未定着トナー画像を永久固着画像として加熱定着させる加熱装置（定着装置）として熱効率が良好な省エネルギータイプのフィルム加熱方式を採用している。

フィルム加熱方式の定着装置は例えば特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、特開平４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に提案されており、加熱体に加熱用回転体である耐熱性フィルム（定着フィルム）を加圧用回転体（弾性ローラ）で密着させて摺動搬送させ、該耐熱性定着フィルムを挟んで加熱体と加圧用回転体とで形成される圧接ニップ部に未定着画像を担持した転写材(記録材)を導入して耐熱性フィルムと一緒に搬送させて、耐熱性フィルムを介して付与されるセラミックヒータからなる加熱体からの熱と圧接ニップ部の加圧力によって未定着画像を転写材上に永久画像として定着させる装置である。

フィルム加熱方式の加熱装置は、加熱体として低熱容量線状加熱体を、フィルムとして薄膜の低熱容量のものを用いることが出来るため、省電力化・ウエイトタイム短縮化（クイックスタート性）が可能である。

また、この種の定着方式においては、定着フィルムの駆動方式にフィルム内周面に駆動ローラを設け、フィルムにテンションを加えながら駆動する方式、フィルムをフィルムガイドにルーズに勘合させ、加圧用回転体を駆動することで、フィルムを加圧用回転体に対し従動回転させる方式が知られているが、近年では部品点数が少なくて済むことから、後者の加圧用回転体駆動方式が採用されることが多い。

加熱体として使用されるセラミックヒータは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の電気絶縁性・良熱伝導性・低熱容量のセラミック基板を用い、その定着フィルムと対面する側の基板表面に基板長手に沿って銀パラジューム（Ａｇ／Ｐｂ）等の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷等で形成具備させ、さらに該発熱抵抗層形成面を薄肉ガラス保護層で覆ってなるものである。

このセラミックヒータは通電発熱抵抗層に通電がなされることにより該通電発熱抵抗層が発熱してセラミック基板とガラス保護層から成るヒータ全体が急速昇温する。このヒータの昇温がヒータ背面に配置されたサーミスタなどの温度検知手段により検知されて、ヒータの発熱体へ電力制御されたＡＣ電流を流すことにより温度コントロールされる。

また、ヒータの発熱体へ電力制御回路が故障してヒータがフル通電された場合に備えて、セラミックヒータには過昇温を防止する安全素子が取り付けられている。安全素子はサーモスイッチまたは温度ヒューズを用いることが一般的で、安全素子をヒータに通電するＡＣ回路に設け、安全素子自体はセラミックヒータに接触させて、異常昇温した場合は安全素子が作動することにより、ＡＣ回路を遮断しヒータへの電力供給を止めるようになっている。

しかしながら、前記セラミックヒータは以下のような問題点があった。安全素子をヒータ裏に接触させると、安全素子がヒータから熱を奪うので安全素子接触部分が定着不良や定着ムラになることがある。これを防止するために、従来より、安全素子接触部分の単位長さあたりの発熱量を安全素子接触部分以外の単位長さあたりの発熱量に比べて大きくすることが行われている。例えば特許文献１にこのような例が開示されている。
特開平０９−２９７４７８号公報

セラミックヒータでは、上述のような構成とすることで、安全素子に奪われる熱を補うことは可能であるが、安全素子に奪われる熱は一定ではないために更なる問題が発生することがある。

すなわち、画像形成装置において、加熱定着装置が冷えている場合には、ヒータを加熱したときに安全素子も冷えているので、安全素子に奪われる熱量は大きい。一方、プリントを重ねて加熱定着装置が熱くなってきた場合には、安全素子も熱くなっているので、ヒータから安全素子に奪われる熱量は小さくなる。

加熱定着装置が冷えている場合に合わせて、安全素子接触部分の単位長さあたりの発熱量を、安全素子接触部分以外の単位長さあたりの発熱量に比べて大きくすると、加熱定着装置が熱くなってきた場合に安全素子部分でホットオフセットと呼ばれる画像不良が発生したり、最悪の場合プリントを正常に行っている途中で安全素子が動作温度に昇温して、安全素子が切れてしまう恐れがある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ヒータ基板に発熱体を有し、被加熱材を加熱する加熱ヒータにおいて、安全素子の上昇温度を低く抑えることができると共に、被加熱材を加熱する加熱温度をより高くすることができる加熱ヒータ、この加熱ヒータを備える加熱装置、及びこの加熱装置を備える画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る加熱ヒータ、加熱装置および画像形成装置は下記の構成を特徴とするものである。

（１）ヒータ基板に発熱体を有し、被加熱材を加熱する加熱ヒータにおいて、前記加熱ヒータに対する安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分の発熱量を、安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分の発熱量よりも小さくしたことを特徴とする加熱ヒータ。

（２）前記ヒータ基板に窒化アルミニウムを用いたことを特徴とする（１）に記載の加熱ヒータ。

（３）発熱体を具備させたヒータ基板面とは反対側のヒータ基板面を被加熱材を加熱する側の面としたことを特徴とする（１）または（２）に記載の加熱ヒータ。

（４）ヒータ基板に発熱体を有し、被加熱材を加熱する加熱ヒータにおいて、前記加熱ヒータは少なくとも２本の発熱体を有し、被加熱材の通紙方向上流側の発熱体の安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分の単位長さ当たりの発熱量をＡ、安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分の単位長さ当たりの発熱量をＡ’、被加熱材の通紙方向下流側の発熱体の安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分の単位長さ当たりの発熱量をＢ、安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分の単位長さ当たりの発熱量をＢ’とすると、
Ａ＞Ａ’
Ｂ＜Ｂ’
Ａ＋Ｂ＜Ａ’＋Ｂ’
としたことを特徴とする加熱ヒータ。

（５）前記ヒータ基板に窒化アルミニウムを用いたことを特徴とする（４）に記載の加熱ヒータ。

（６）発熱体を具備させたヒータ基板面とは反対側のヒータ基板面を被加熱材を加熱する側の面としたことを特徴とする（４）または（５）に記載の加熱ヒータ。

（７）加熱ヒータと、この加熱ヒータと摺動するフィルムと、このフィルムを介して前記加熱ヒータとニップを形成する加圧部材とを有し、前記ニップのフィルムと加圧部材との間で被加熱材を挟持搬送して被加熱材を加熱する加熱装置において、前記加熱ヒータが（１）から（６）のいずれか１つに記載の加熱ヒータであることを特徴とする加熱装置。

（８）前記被加熱材が画像を担持した記録材であることを特徴とする（７）に記載の加熱装置。

（９）記録材上に未定着画像を形成する画像形成手段と、その未定着画像を前記記録材上に定着する定着手段とを有する画像形成装置において、前記定着手段が（７）または（８）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。

即ち、ヒータ基板に発熱体を有する加熱ヒータでは、加熱ヒータに対する安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分の発熱量を、安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分の発熱量よりも小さくすることで、安全素子の上昇温度を低く抑えることができる。これにより被加熱材を加熱する加熱温度をより高くすることができる。

ヒータ基板に少なくとも２本の発熱体を有する加熱ヒータでは、被加熱材の通紙方向上流側の発熱体および通紙方向下流側の発熱体の２本の発熱量を合わせると、安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分の発熱量が、安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分の発熱量よりも小さいので、安全素子の上昇温度を低く抑えることができる。これにより被加熱材を加熱する加熱温度をより高くすることができる。

また、熱伝導の良い窒化アルミニウムを基板に用いることで、加熱装置が冷えている場合でも、安全素子に逃げる熱量を安全素子接触位置の周りから補うことができ、安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分の発熱量を、該安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分の発熱量よりも大きくする必要がない。

さらには、安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分の発熱量を、安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分の発熱量よりも小さくすることで、記録材を加熱する加熱温度をより高くすることができるので、加熱ヒータを加熱装置に適用し、あるいはその加熱装置を画像形成装置に適用すれば、加熱装置、画像形成装置の性能を上げることができスピードアップに対応することができる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳しく説明する。

（第１の実施例）
（１）画像形成装置例
図１は本発明の加熱装置を加熱定着装置として適用する画像形成装置の構成模式図である。本例の画像形成装置は転写方式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンターである。

図１において、１は像担持体たる感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスシリコン等の感光材料をアルミニウムやニッケル等のシリンダ状の基板上に形成して構成されている。

まず初めに感光ドラム１の表面は、帯電装置としての帯電ローラ２によって一様に帯電される。

次に露光手段であるレーザービーム３が画像情報の時系列電気デジタル画素信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御（変調制御）したレーザー光Ｌを出力して、上記の感光ドラム１の一様帯電面に走査露光する。この走査露光により感光ドラム１上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４で現像され、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法等が用いられ、イメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多い。

被加熱材としての記録材Ｐは収納カセットＣから給紙ローラ５によって取り出されレジストローラ６に送られる。記録材Ｐはレジストローラ６によって、感光ドラム１表面に形成されたトナー像と同期を取り感光ドラム１と転写ローラ７とで形成される転写ニップ部Ａに供給される。転写ニップ部Ａにおいて、感光ドラム１上のトナー像は不図示の電源による転写バイアスの作用で記録材Ｐに転写される。

トナー像を保持した記録材Ｐは加熱定着装置（以下、定着装置と記す）８へと搬送され、定着装置８の圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎで加熱・加圧されてトナー像が記録材Ｐ上に定着され永久画像となる。トナー像が定着された記録材Ｐは不図示の排紙機構部によって機外へ排出される。

一方、転写後に感光ドラム１上に残留する転写残留トナーは、クリーニング装置９により感光ドラム１表面より除去される。

（２）加熱定着装置
図２に本発明の加熱定着装置の一例として、フィルム加熱定着装置の概略構成断面図を示す。以下、構成ならびに動作について説明する。

ａ）定着フィルム
図２において、１０はエンドレスベルト状の耐熱フィルム（定着フィルム）であり、半円弧状のフィルムガイド部材（ステイ）１３に対して周長に余裕を持たせた形で外嵌している。

フィルム１０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、膜厚を総厚１００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下２０μｍ以上とした、耐熱性・離型性・強度・耐久性等のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＰＳ等の単層フィルム、或いはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ等のフィルム表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等を離型層としてコーティングした複合層フィルムである。

ｂ）加圧ローラ
１１は加圧部材としての加圧ローラであり、芯金２０上にシリコーンゴム等の耐熱性ゴムを成形した弾性層２１、或いはシリコーンゴムを発泡して成るスポンジ弾性層２１を構成した回転体で、前記弾性層２１上にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂から成る耐熱離型層を形成しても良い。

加圧ローラ１１は不図示のバネにより加熱部材（加熱ヒータ）としてのセラミックヒータ１２に圧接されるよう配されて駆動系Ｍにより反時計方向へ所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ１１の回転駆動による、圧接ニップ部Ｎにおける該ローラ１１と定着フィルム１０の外面との摩擦力で定着フィルム１０に時計方向の回転力が作用し、圧接ニップ部Ｎに導入された記録材Ｐを定着フィルム１０と加圧ローラ１１とで挟持して搬送する構成となっている。

記録材Ｐ上に形成担持された未定着のトナー像ｔは定着装置９の加熱部（フィルム１０及びセラミックヒータ１２）と加圧ローラ１１により形成された圧接ニップ部Ｎ内で加熱加圧され記録材Ｐ上に定着される。

ｃ）セラミックヒータ
図３にセラミックヒータの発熱体パターンの図を示し、図４に同ヒータと安全素子との接触形態の模式図を示す。

図２及び図３において、セラミックヒータ(以下、ヒータと記す)１２は、ヒータ基板としてのセラミック基板３０上に、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）などを用いた発熱ペーストを印刷した発熱体３１と、発熱体３１の保護と絶縁性を確保するためのガラスコーティング層３５を順次形成したものであり、ヒータ１２上の発熱体３１へヒータ駆動手段としてのヒータ駆動回路２５によって電力制御されたＡＣ電流を流すことにより発熱させる。

セラミック基板３０の裏面（定着フィルム１０とは反対側の面）には温度検知手段としてのチップサーミスタ１４が接着してあり、圧接ニップ部Ｎに記録材Ｐが導入されていない非通紙時の一定時間、ヒータ１２への通電をＯＦＦ又はＯＮした時間内の温度変化をチップサーミスタ１４により検知し、この検知結果を基に電力制御手段としての電力制御回路２６がヒータ１２の所定の目標温度に対して、ヒータ駆動回路２５を制御して、ヒータ１２への電力制御を行い、ヒータ１２のヒータ温度を目標温度（プリント温度）に保つ構成となっている。

また、電力制御回路２６およびヒータ駆動回路２５の双方または何れか一方が故障して、例えばヒータ１２がフル通電されっ放しになった場合に備えて、ヒータ１２には過昇温を防止する安全素子３６が取り付けられている。

安全素子３６はサーモスイッチまたは温度ヒューズを用いることが一般的で、ここではサーモスイッチを使用している。サーモスイッチ３６は、セラミックヒータ１２に通電するＡＣ回路に設けられており、サーモスイッチ自体はヒータ１２に接触させて、異常昇温した場合は安全素子が作動することにより、ＡＣ回路を遮断しヒータへの電力供給を止めるようになっている。

セラミック基板３０には熱伝導性が１００Ｗ／ｍＫと非常に良い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を使用した。この場合、後述のように、セラミック基板(以下、基板と記す)３０の熱伝導が良いので、発熱体３１は基板３０の、定着フィルム１０に接する面と反対側（いわゆる裏面加熱）に形成している。発熱体３１は絶縁や保護用のガラスコーィング層３５で覆われている。３２ａはサーモスイッチ３０の接触部（安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分）で、発熱量を減らすために該接触部以外の発熱体部分（安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分）よりも発熱体幅を広くしている。３３はサーモスイッチ部のキャップ部に相当する。３４は導電用パターンで銀白金（ＡｇＰｔ）からなる。

図４において、３３はサーモスイッチ３６のキャップ３３の内部にバイメタルがある。３７はサーモスイッチの本体部分、３８，３９は電極であり、それぞれ発熱体３１のＡＣラインに設けられ、異常昇温時はＡＣ電流を遮断するようになっている。サーモスイッチ３６のキャップ３３とヒータ１２間には熱伝導性を向上させるための熱伝導グリースを塗ってある。

ｄ）発熱体
図５（ａ）に発熱体３１の寸法を示す。発熱体３１の長さはＬＴＲサイズ（幅２１６ｍｍ）の記録材Ｐを定着できるように２２０ｍｍとした。発熱体３１の幅は４ｍｍとし、サーモスイッチ３６の接触部分３２ａは発熱体３１の幅を広く４．６ｍｍとした。接触部分３２ａは該接触部分以外の発熱体部分３２ｂよりも幅で４．６／４．０＝１．１５すなわち１５％幅が広いので、その部分の抵抗値は１／１．１５＝０．８７倍になる。すなわち電力は１３％少なくなる。
図５（ａ）において、４２に示した部分に接したサーモスイッチ３６のキャップ３３内部に熱電対を取り付けて、サーモスイッチのプリント中の温度上昇を測定した。４１はヒータ温度制御用のサーミスタを設置してある箇所である。図５（ｂ）にサーモスイッチ接触部分３２ａの発熱体幅（発熱体絞り量）を振って温度上昇を調べた結果のグラフを示す。

本実施例では、発熱体３１においてサーモスイッチ接触部分３２ａの発熱体幅が他の部分３２ｂより１５％広いので１１５％と記したものがそれである。１００％というのはサーモスイッチ部の発熱体幅が他の部分と同じもの。８５％というのは従来一般的なサーモスイッチ部の発熱体幅が他の部分より細いもの（この場合は１５％細い）である。

以下に、ヒータ基板１２の材質ごとにサーモスイッチ接触部分３２ａに熱が奪われた場合の影響を概算して見る。

本実施例の画像形成装置において、プロセススピードが１５０ｍｍ／ｓｅｃで２４ページ／分出力する。連続プリント時の定着装置の消費電力は平均６００Ｗ程度である。長手方向の発熱体幅は２２０ｍｍなので、単位長さあたりの電力は６００Ｗ／２２０ｍｍ＝２．７Ｗ／ｍｍである。

セラミックヒータ１２の基板断面は、厚さ０．６ｍｍ、幅１０ｍｍなので断面積は０．６×１０＝６ｍｍ^２すなわち６×１０^−６ｍ^２である。６×１０^−６ｍ^２の断面の基板で、サーモスイッチの接触長さ６ｍｍ程度の長さの部分が冷えたとして、これを両側から補うと考えると３ｍｍ程度の長さを熱が移動することになる。

実施例の窒化アルミニウムの熱伝導率は１００Ｗ／ｍＫなので、単位温度差あたり移動できる電力（単位時あたりの熱量）は、
１００Ｗ／ｍＫ×（６×１０^−６ｍ^２）／（３×１０^−３ｍ）＝０．２Ｗ／Ｋ
定着時にサーモスイッチ３６に熱を奪われてヒータ１２のサーモスイッチ接触部分３２ａの温度が例えば１０℃（＝１０ケルビンＫ）程度下がると、０．２Ｗ／Ｋ×１０Ｋ＝２．０Ｗ相当の電力が左右から供給されると考えられる。

ヒータ１２の単位長さあたりの電力は６００Ｗ／２２０ｍｍ＝２．７Ｗ／ｍｍで、サーモスイッチキャップ３３は直径６ｍｍの円形なので面積は３×３×３．１４＝２８．３ｍｍ^２、この面積をヒータ基板３０の幅１０ｍｍの長方形に換算すれば長さは２８．３ｍｍ^２／１０ｍｍ＝２．８３ｍｍとなる。この単位長さあたりのヒータ電力は２．７Ｗ／ｍｍ×２．８３ｍｍ＝７．６Ｗなので、この一部がサーモスイッチに奪われても両側から２．０Ｗ相当の電力が供給されれば定着不良は発生しないと考えられる。

[比較例]
一方、比較例として同じサイズのアルミナのヒータ基板３０では、
２０Ｗ／ｍＫ×（６×１０^−６ｍ^２）／（３×１０^−３ｍ）＝０．０４Ｗ／Ｋ
定着時にサーモスイッチ３６に熱を奪われて、同様にヒータ１２のサーモスイッチ接触部分３２ａの温度が例えば１０℃程度下がると、０．０４Ｗ／Ｋ×１０Ｋ＝０．４Ｗ相当の電力が左右から供給される。

サーモスイッチ３６の単位長さあたりのヒータ電力は２．７Ｗ／ｍｍ×２．８３ｍｍ＝７．６Ｗなので、この一部がサーモスイッチ３６に奪われると、アルミナの場合両側から０．４Ｗ相当の電力しか供給できない。ヒータ１２のサーモスイッチ接触部分３２ａの温度が例えば５０℃下がれば、０．０４Ｗ／Ｋ×５０Ｋ＝２．０Ｗ相当の電力が左右からすなわち窒化アルミニウムと同等の２．０Ｗ相当の電力が供給される。しかし５０℃程度もヒータ温度が低下すると、その部分で定着不良が発生してしまうことが予想される。

以下に、図５（ａ）に示す実施例と比較例との実験結果について説明する。

プリントテストは１０５ｇ／ｍ^２の厚さのＬＴＲサイズ紙を５００枚連続プリント行ったときの図５（ａ）に示す４２位置の温度変化である。本テストでのサーミスタの温度制御は２００℃とした。

本実施例による結果すなわち１１５％のグラフはサーモスイッチ接触部分３２ａの発熱量が少ないのでサーモスイッチキャップ３３内部の温度は制御温調温度２００℃より低い１８５℃で留まっている。

一方、サーモスイッチ接触部分の発熱体幅が他の部分と同じ１００％のものでは５００枚のプリントでサーモスイッチ温度が温調温度と等しい２００℃になった。サーモスイッチ部の発熱体幅が他の部分より１５％細い８５％のものではサーモスイッチ温度が温調温度より高い２１５℃まで上昇した。

本実施例で使用したサーモスイッチ３６は動作定格温度が２２０℃±１０℃のものを使用した。これはサーモスイッチ温度が２１０℃に達すると切れる可能性があるということである。本実施例ではサーモスイッチは１８５℃までしか上昇しなかったので全く問題なかった。

一方、従来のようにサーモスイッチ接触部分で発熱体を絞り発熱量を増すと、本実験から２１５℃まで上昇することがわかり、サーモスイッチが動作してヒータに通電するＡＣ回路が遮断する可能性がある。厚紙の連続プリントという通常のプリント動作でサーモスイッチが切れることは非常に問題なので、この場合は温調制御温度を下げないといけないということになる。温調制御温度を下げるとどうしても定着性が不利になるので根本的な解決にはならない。

本実施例では、上述のようにサーモスイッチ３６の上昇温度がサーモスイッチの定格温度に対してまだ余裕があるので、さらに温調温度を上げることもできる。これは、定着性を改善したり、画像形成装置のスピードアップ化に対応したりする可能性があるということを示している。

次に、本実施例の加熱定着装置が冷えている状態からのプリント動作での定着性を調べて見た。窒化アルミニウムのヒータ基板３０を用いたヒータ１２と、比較例としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の基板を用いた場合のサーモスイッチ接触部分の定着性を比較した。前述の通り窒化アルミニウムの熱伝導率は１００Ｗ／ｍＫであり、アルミナの熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫである。
表１にその結果を示す。

表１の通り、本実施例の窒化アルミニウム基板のヒータでは、サーモスイッチ接触部分の発熱量が８５，１００，１１５％いずれの場合でも定着性に問題はなかった。一方、比較例のアルミナ基板のヒータでは、サーモスイッチ接触部分の発熱量が１１５％にしなければサーモスイッチ接触部分で定着不良が、厚紙を定着装置コールド状態からの数枚のプリントでは特に定着不良が顕著であった。

以上により、窒化アルミニウムの基板を用いサーモスイッチ接触部分の発熱量をその他の部分の発熱量に対して小さくすることで、通常使用時のサーモスイッチ切れの問題なく定着温度を高めに設定できる効果がある。また、定着装置コールドスタート時のサーモスイッチ接触部分の定着不良も発生しなかった。

ここでは、安全素子にサーモスイッチ３６を用いたが、温度ヒューズでも同様に使用できる。

また、ヒータ基板３０に窒化アルミニウムを用いたが、本発明では窒化アルミニウムの高熱伝導率６０〜２５０Ｗ／ｍＫであることを利用しているので、熱伝導が良い別のセラミック基板でも同様な効果が期待できる。例えば、ＢｅＯ（ベリア）熱伝導率２５０Ｗ／ｍＫや、ＳｉＣ熱伝導率２７０Ｗ／ｍＫ等の材質を使用しても良い。

また、これまで安全素子をサーモスイッチで説明してきたが温度ヒューズでも同様の効果が得られる。

（第２の実施例）
本実施例では、加熱ヒータが２本の発熱体を有しており、被加熱材の通紙方向上流側の発熱体の安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分の単位長さ当たりの発熱量をＡ、安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分の単位長さ当たりの発熱量をＡ’、被加熱材の通紙方向下流側の発熱体の安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分の単位長さ当たりの発熱量をＢ、安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分の単位長さ当たりの発熱量をＢ’とすると、Ａ＞Ａ’、Ｂ＜Ｂ’、Ａ＋Ｂ＜Ａ’＋Ｂ’としたことを特徴とする。

その他の構成は実施例１と同様な部分の説明は省略する。

図６に本実施例で用いたヒータの発熱体パターンの図を示す。１２はヒータ基板で本実施例でも窒化アルミニウムの基板を使用した。発熱体パターンはヒータ基板３０のフィルム接触面と反対側に設けている。５１は通紙方向上流側の発熱体で、５４は通紙方向下流側の発熱体である。５５は発熱体５１・５４を絶縁及び保護するガラスコーティング層である。

５６で示した円はサーモスイッチ３６のキャップ３３が接触する部分である。その部分５６で、通紙方向上流側の発熱体５１は５３のように幅を狭くして発熱量Ａを増加し、通紙方向下流側の発熱体は５２のように幅を広くして発熱量Ｂを減少させている。

図７（ａ）に発熱体５１・５４の寸法を示す。通紙方向上流側、下流側の発熱体５１・５４の幅はともに４ｍｍである。

通紙方向上流側の発熱体５１におけるサーモスイッチ接触位置部分５３ａの幅は３．６ｍｍであり、該発熱体幅は他の部分（安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分）５３ｂに対して９０％の幅であるからその部分の発熱体の抵抗値は１／０．９＝１．１１倍になる。発熱体５１・５４は全て直列でつながっているので流れる電流は同じため発熱量も１．１１（１１１％）になる。すなわち１１％の増加となる。

通紙方向下流側におけるサーモスイッチ接触位置部分５２ａの発熱体の幅は４．８ｍｍであり、該発熱体幅は他の部分（安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分）５２ｂに対して１２０％の幅であるからその部分の発熱体の抵抗値は１／１．２０＝０．８３になる。発熱量も８３％になる。すなわち１７％減少である。

ここで、簡易的に、Ａ＝１．１１，Ａ’＝１，Ｂ＝０．８３，Ｂ’＝１と考えると、
Ａ＋Ｂ＝２，Ａ’＋Ｂ’＝１．９４であり、Ａ＋Ａ’＜Ｂ＋Ｂ’の条件を満たしている。

図７（ｂ）に示すグラフは、本実施例のヒータと、比較例として安全素子部分もその他の部分と同じ１００％の発熱量をもったヒータとでプリントテストした結果である。プリントテストは１０５ｇ／ｍ^２の厚さのＬＴＲサイズ紙を５００枚連続プリント行ったときのサーモスイッチキャップ５６内部の温度変化である。本テストでのサーミスタの温度制御は２００℃とした。

本発明による結果すなわち実線で示した９７％のグラフはサーモスイッチ接触部分５２ａ・５３ａの発熱量が少ないのでサーモスイッチキャップ５６内部の温度は制御温調温度２００℃より低い１９５℃で留まっている。

一方、サーモスイッチ接触部分の発熱体幅が他の部分と同じ１００％のものでは５００枚のプリントでサーモスイッチ温度が温調温度と等しい２００℃になった。

本実施例で使用したサーモスイッチ３６は動作定格温度が２２０℃±１０℃のものを使用した。したがって、連続プリントにおいては比較例では２１０℃のサーモスイッチ動作温度に対して１０℃のマージンがあり、本実施例の方では１５℃のマージンがあるので本実施例の方が温調制御温度を高めるゆとりがあることがわかる。

本実施例によれば、発熱体５１・５４の発熱量を合わせると、サーモスイッチ接触位置部分５２ａ・５３ａの発熱量が、サーモスイッチ接触位置部分以外の部分５２ｂ・５３ｂの発熱量よりも小さいので、サーモスイッチの上昇温度を低く抑えることができる。これにより記録材Ｐを加熱する加熱温度をより高くすることができる。

また、電力制御回路２６およびヒータ駆動回路２５の双方または何れか一方が故障してヒータ１２がフル通電された場合で最も危険なのは、モータＭが回転せずに圧接ニップ部Ｎが異常高温になる場合である。モータＭが回転していない場合は熱が逃げないのでニップ部Ｎが異常昇温したときにより高い温度になりやすいが、本実施例ではこの場合、熱は下流に流れることはないので、通紙方向上流側の発熱体５１の安全素子接触位置部分５３ａの発熱量Ａの熱ですばやく安全素子を切断することができる。

また、通紙中は定着装置が回転していて発熱した熱は下流に流れるので、通紙方向下流側の発熱体５４の安全素子接触位置部分５２ａの発熱量Ｂは小さいが上記の発熱量Ａの発熱によりこれを補うことができるので、定着不良が発生しない。

[その他]
１）本発明の加熱ヒータはフィルム加熱方式の加熱装置ばかりでなく、加熱体支持体に支持させた加熱ヒータを被加熱材に直接接触させて加熱する等の加熱装置等にも適用できる。ことは勿論である。

また本発明の加熱ヒータは、例えば、蚊取りマットの加熱体、遠赤外線ヒーター等を用いたファン、ヘアドライヤ等の加熱装置における加熱ヒータに使用することができる。

２）フィルム加熱方式の加熱装置において、エンドレスベルト状のフィルムをテンションを与えて懸回張設し、これを回転駆動させる装置構成にすることもできる。また、ロール巻きにした長尺の有端フィルムを用い、これを張り出し軸側からヒーターを経由させて巻き取り軸側へ所定の速度で走行させるように装置構成することもできる。

３）また本発明の加熱装置は画像加熱定着装置としてばかりではなく、その他、例えば、画像を担持した記録材を過熱してつや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、熱シール処理・シワ取り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。

加熱装置を加熱定着装置として具備させた画像形成装置の構成模式図 加熱定着装置の概略構成断面図 セラミックヒータの発熱体パターン図 セラミックヒータと安全素子の接触形態の模式図 （ａ）は図３に示す発熱体の寸法を示す図、（ｂ）は図３に示すセラミックヒータの効果を示すグラフ 他のセラミックヒータの発熱体パターン図 （ａ）は図６に示す発熱体の寸法を示す図、（ｂ）は図６に示すセラミックヒータの効果を示すグラフ

符号の説明

１‥‥感光ドラム、２‥‥帯電ローラ、３‥‥レーザースキャナ、４‥‥現像装置
７‥‥転写ローラ、８‥‥加熱定着装置、９‥‥クリーナー、１０‥‥定着フィルム
１２‥‥加熱ヒータ、１３‥‥フィルムガイド

Claims (9)

1. ヒータ基板に発熱体を有し、被加熱材を加熱する加熱ヒータにおいて、前記加熱ヒータに対する安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分の発熱量を、安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分の発熱量よりも小さくしたことを特徴とする加熱ヒータ。
2. 前記ヒータ基板に窒化アルミニウムを用いたことを特徴とする請求項１に記載の加熱ヒータ。
3. 発熱体を具備させたヒータ基板面とは反対側のヒータ基板面を被加熱材を加熱する側の面としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱ヒータ。
4. ヒータ基板に発熱体を有し、被加熱材を加熱する加熱ヒータにおいて、前記加熱ヒータは少なくとも２本の発熱体を有し、被加熱材の通紙方向上流側の発熱体の安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分の単位長さ当たりの発熱量をＡ、安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分の単位長さ当たりの発熱量をＡ’、被加熱材の通紙方向下流側の発熱体の安全素子接触位置部分に対応する発熱体部分の単位長さ当たりの発熱量をＢ、安全素子接触位置部分以外に対応する発熱体部分の単位長さ当たりの発熱量をＢ’とすると、
   Ａ＞Ａ’
   Ｂ＜Ｂ’
   Ａ＋Ｂ＜Ａ’＋Ｂ’
   としたことを特徴とする加熱ヒータ。
5. 前記ヒータ基板に窒化アルミニウムを用いたことを特徴とする請求項４に記載の加熱ヒータ。
6. 発熱体を具備させたヒータ基板面とは反対側のヒータ基板面を被加熱材を加熱する側の面としたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の加熱ヒータ。
7. 加熱ヒータと、この加熱ヒータと摺動するフィルムと、このフィルムを介して前記加熱ヒータとニップを形成する加圧部材とを有し、前記ニップのフィルムと加圧部材との間で被加熱材を挟持搬送して被加熱材を加熱する加熱装置において、前記加熱ヒータが請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の加熱ヒータであることを特徴とする加熱装置。
8. 前記被加熱材が画像を担持した記録材であることを特徴とする請求項７に記載の加熱装置。
9. 記録材上に未定着画像を形成する画像形成手段と、その未定着画像を前記記録材上に定着する定着手段とを有する画像形成装置において、前記定着手段が請求項７または請求項８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。