JP2006004860A - 加熱体、加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱体の耐久性・信頼性の向上。
【解決手段】被加熱材を加熱する加熱体において、細長い基板１０４面上に長手方向に沿って形成された３本以上の発熱パターン１０１ａ−１・１０１ａ−２・１０１ｂを有し、前記発熱パターンのうち少なくとも１本の発熱パターンは、基板の長手方向における単位長さ当りの発熱量分布が当該発熱パターン以外の発熱パターンと異なる。そして、前記発熱パターンのうち少なくとも２本の発熱パターン１０１ａ−１・１０１ａ−２は、それぞれ基板の短手方向における一端側と他端側に配設されて直列ないしは並列で接続される第１の導通経路をなし、前記発熱パターン１０１ｂは、基板の短手方向における前記第１の導通経路の形成領域より内側に形成されて第２の導通経路をなす。
【選択図】図２

Description

本発明は、被加熱材を加熱する加熱体、及び前記加熱体を具備する加熱装置に関するものであり、複写機やレーザービームプリンタ等の画像形成装置に用いて好適なものである。

従来、複写機やレーザービームプリンタに用いられる加熱装置としての加熱定着装置（以下、像加熱装置あるいは定着装置という）における加熱方式として、フィルム加熱方式が提案され（特許文献１）、実用化されている。

このフィルム加熱方式は、加熱体に加熱用回転体である耐熱性の薄膜フィルム（定着フィルム）を加圧部材としての加圧用回転体（弾性ローラ）で密着させて摺動搬送させ、この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記録材としての被加熱材を導入して定着フィルムと一緒に搬送させて、定着フィルムを介して付与され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ものである。

このフィルム加熱方式の定着装置は、定着装置全体を低熱容量部材で構成することができるため、省電力化・ウェイトタイム短縮化（クイックスタート性）が可能である。

例えば加熱体としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等、低熱容量の板状セラミック基材をベースとし、その一面に銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）・Ｔａ_２Ｎ等を用いた発熱パターン、および前記発熱パターンに通電させるためのＡｇ等の低抵抗材材料よりなる給電電極パターンをスクリーン印刷等で形成具備させ、さらに前記発熱パターン形成面を薄肉ガラス保護層で覆ってなるものである。

この加熱体は、給電電極パターンを介して発熱パターンに通電がなされることにより発熱し、加熱体全体が急速昇温する。この加熱体の昇温を、加熱体に当接あるいは近傍に配置された温度検知手段としてのサーミスタにより検知し、通電駆動制御部へフィードバックされる。通電制御部はサーミスタで検知される加熱体温度が所定のほぼ一定温度（定着温度）に維持されるように発熱パターンに対する通電を制御する。すなわち加熱体は所定の定着温度に加熱制御される。

この種の定着装置は、低熱容量であることによりクイックスタート性に優れている反面、低熱容量であるがゆえの問題を有している。被加熱材の長手方向長さが加熱体の長手方向長さに対して比較的狭い場合、ニップ部において被加熱材が通る通紙部と通らない非通紙部とでは、加熱体から奪われる熱量が大きく異なり、従って、被加熱材に熱量が奪われない非通紙部の温度は通紙していくにしたがって徐々に上昇していく、いわゆる非通紙部昇温現象を生じやすく、低熱容量であるフィルム加熱方式においては一層厳しくなる。過度の非通紙部昇温は定着装置の構成部材を熱損させて装置寿命を低下させる等の弊害を生じさせるため、これを解決するための加熱体構成および定着装置の制御方法が提案されている。

特許文献２には、図１２（ａ）に示すような構成の加熱体７００を用いて、上記非通紙部昇温を低減させる方法が提案されている。図１３（ａ）に加熱体駆動回路７０を示す。

図１２（ａ）の加熱体７００は、セラミック基材７０４の長手方向において発熱領域が異なる複数の発熱パターン７０１ａ・７０１ｂを有し、それぞれの発熱パターンが独立に通電され得る給電電極７０２ａ・７０２ｂ、共通電極７０３を有する加熱体である。

図１３（ａ）の加熱体駆動回路７０は、前記加熱体７００の通電制御をつかさどる駆動回路の概略一例である。加熱体７００にサーミスタ５０が当接あるいはその近傍に配置され、加熱体７００の温度検知結果をＣＰＵ７１に出力している。ＣＰＵ７１はサーミスタ５０の温度検知結果に基づいて所望の温度制御をするべくトライアック７２ａ・７２ｂの点灯タイミングを駆動制御する。ここでＣＰＵ７１は、トライアック７２ａ・７２ｂの点灯比率を決定でき、所望の発熱比率をもって上記温度制御を施すことができる。また、加熱体７００の過昇温を防止する安全素子６０（温度ヒューズ、サーモスイッチ等）が通電ライン上に直列接続され、加熱体７００に当接あるいはその近傍に配置されることにより、加熱体７００の熱暴走時に前記安全素子６０を作動させて加熱体７００への通電を遮断できるように構成されている。

図１２（ａ）の加熱体７００を具備した、通紙基準が長手中央である定着装置を用いると、例えば長手方向長さが比較的大きい被加熱材（以下、大サイズ紙という）を定着させる場合には電極７０２ｂ・７０３間に通電させて発熱パターン７０１ｂを発熱させ、長手方向長さが比較的小さい被加熱材（以下、小サイズ紙という）を定着させる場合には電極７０２ａ・７０３間に通電させて発熱パターン７０１ａを発熱させることによって上記非通紙部昇温を低減することが可能となる。

特許文献３には、同様の加熱体構成として、図１２（ｂ）に示すような３本の発熱パターンをそれぞれ独立に通電駆動する方式の加熱体も提案されている。この場合、加熱体８００は、セラミック基材８０４面上に、発熱パターン８０１ａ・８０１ｂ・８０１ｃ、給電電極８０２ａ・８０２ｂ・８０２ｃ、共通電極８０３を有し、加熱体８００を図１３（ｂ）に示す加熱体駆動回路７５によって駆動制御させることにより、それぞれの発熱パターンは独立に通電駆動され得る。

特許文献４には、更に、種々の紙サイズに応じて多段階的な発熱制御をおこなうことにより、定着性を確保しながら非通紙部昇温を一定の範囲内に抑えることが可能な円弧型発熱分布を形成しうる加熱体を用いた定着装置も提案されている。

図１２（ｃ）の加熱体９００は、セラミック基材９０４の長手方向において発熱分布が異なる複数の発熱パターン９０１ａ・９０１ｂを有し、それぞれの発熱パターンが独立に通電され得る給電電極９０２ａ・９０２ｂ、共通電極９０３を有する加熱体である。そして発熱体パターン９０１ａは、長手中央付近から端部にかけて多段階的に発熱パターン幅を広げることによって単位長さ当りの抵抗値を小さくし、通電させた場合に長手中央を発熱ピークとする山型発熱分布をなし、発熱体パターン９０１ｂは、長手中央から端部にかけて発熱パターン幅を狭めることによって単位長さ当りの抵抗値を大きくし、通電させた場合に長手中央を発熱ボトムとする谷型発熱分布をなすように形成されている。

加熱体９００を図１３（ａ）の加熱体駆動回路７０に組み込み、ＣＰＵ７１でトライアック７２ａ・７２ｂの点灯比率を決定して駆動制御させることにより、加熱体９００の長手発熱分布に円滑な勾配を持たせることが可能となる。この加熱体９００を具備した、通紙基準が中央基準である定着装置を用いた場合、例えば被加熱材の長手方向長さに応じてトライアック７２ａと７２ｂの点灯比率１０：１０〜１０：０のいずれかを選択させることにより、非通紙部昇温と定着性をより厳密に両立させることが可能となる。
特開昭６３−３１３１８２号公報 特開２０００−１６２９０９号公報 特開２０００−２５０３３７号公報 特開平１０−１７７３１９号公報

しかしながら、従来のセラミック加熱体を用いたフィルム加熱方式の定着装置においては、例えば定着装置内のトライアックが故障した場合など、いわゆる定着装置の暴走によって加熱体が過昇温し、加熱体に当接される安全素子（温度ヒューズ、サーモスイッチ）が作動する以前に加熱体に加わる熱ストレスによってセラミック基材が割れてしまう可能性があった。セラミック基材の割れ方によっては、発熱パターンを含む抵抗回路側（一次）と加熱体の温度検知をつかさどる温度検知素子側（二次）回路との間の絶縁耐圧を満足することができなくなり、上記定着装置を具備する画像形成装置本体に漏れた電流によって二次系回路を破壊する可能性があった。

基材の一断面に加わる熱ストレスσは、基材の一断面内の温度分布が対称の場合、基材の線膨張係数εとヤング率Ｅ、基材内の温度差ΔＴとして下式のように示される。ΔＴは基材の熱伝導率に依存する。

σ＝ε・Ｅ・ΔＴ
しかし、温度分布が非対称である場合には、基材に対する曲げモーメントが加わるために温度差ΔＴに単純比例しなくなり、一般的に基材のたわみ側の引張りストレスが大きくなる傾向がある。この引張りストレスが基材の曲げ強度（破断強度）を超えると破損に至る。

例えば、基板長さ３７０ｍｍ、基板幅１０ｍｍ、基板厚１ｍｍのアルミナ基材の一面に、長さ方向に沿って発熱パターンを形成した加熱体の場合、最も大きな熱ストレスが加わるのが基板幅方向断面であることが知られている。したがって、熱ストレスによる加熱体破損は、基板幅方向の温度分布に大きく依存すると考えてよい。

ここで、従来における複数ドライブ加熱体、すなわち複数のトライアックで複数の発熱パターンを独立に通電発熱させる加熱体においては、１つのトライアックが故障して加熱体が熱暴走した場合、基板幅方向断面の温度分布の非対称度が大きくなり、それに伴って前記引張りストレスが強く作用していたため、加熱体の破損に対するマージンが少なかった。

例えば、図１２（ａ）の加熱体７００では、基板の幅方向（短手方向）の略中央（以下基板短手方向略中央と記す）Ｃに対して発熱パターン７０１ａが非対称な領域に形成されているために、図１３（ａ）におけるトライアック７２ａの故障時において基板幅方向断面の温度分布の非対称度が大きくなり、前記破損マージンが少なかった。

図１２（ｂ）の加熱体８００では、発熱パターン全体の構成としては基板短手方向略中央Ｃに対して対称な領域に形成されているものの、個々の発熱パターンが独立駆動され得る構成のために、図１３（ｂ）におけるトライアック７７ａもしくはトライアック７７ｃのうちいずれか１つの故障時において、前記温度分布の非対称度が大きくなり、前記破損マージンが少なかった。

図１２（ｃ）の加熱体９００においても同様に、発熱パターン全体の構成としては基板短手方向略中央Ｃに対して略対称な領域に形成されているものの、個々の発熱パターン９０１ａ・９０１ｂのいずれか１つの熱暴走により非対称度が大きくなり、前記破損マージンが少なかった。

本発明は、従来の加熱体を更に改善したものであり、基板短手方向の発熱対称度を確保できて、耐久性・信頼性の向上を図れ得る加熱体、及びその加熱体を備える加熱装置を提供しようとするものである。

本発明に係る加熱体、および加熱装置の代表的な構成は以下のとおりである。

（１）細長い基板と、前記基板の基板面上に長手方向に沿って形成された３本以上の発熱パターンとを有し、前記発熱パターンのうち少なくとも１本の発熱パターンは、前記基板の長手方向における単位長さ当りの発熱量分布が当該発熱パターン以外の発熱パターンと異なっている加熱体において、
前記発熱パターンのうち少なくとも２本の発熱パターンは、それぞれ前記基板の短手方向における一端側と他端側に配設されて直列ないしは並列で接続される第１の導通経路をなし、
前記第１の導通経路をなす前記発熱パターン以外の発熱パターンは、前記基板の短手方向における前記第１の導通経路の形成領域より内側に形成されて第２の導通経路をなす、ことを特徴とする加熱体。

（２）複数の導通経路を有する加熱体と、前記加熱体を通電駆動する電力供給手段と、前記加熱体と摺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加圧部材とを有し、被加熱材を前記ニップ部で挟持搬送しつつ前記加熱体からの熱により加熱する加熱装置において、
前記加熱体は、（１）に記載の加熱体であり、前記加熱体に設けられた前記複数の導通経路は前記電力供給手段によって独立に通電駆動され得ることを特徴とする加熱装置。

本発明によれば、基板短手方向の発熱対称度をそれぞれの導通経路で確保できるので、耐久性・信頼性を向上できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

（１）画像形成装置例
図１１に、本発明に係る加熱装置として画像加熱定着装置（以下、定着装置と記す）を備えた画像形成装置の一例を示す。同図に示す画像形成装置は、電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。

画像形成装置は、像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１を備えている。感光ドラム１は、装置本体Ｍによって回転自在に支持されており、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。

感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って、帯電ローラ（帯電装置）２、露光手段３、現像装置４、転写ローラ（転写装置）５、クリーニング装置６がその順に配設されている。

また、装置本体Ｍの下部には、紙等のシート状の記録材Ｐを被加熱材として収納した給紙カセット７が配置されており、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、本発明に係る加熱体を含む定着装置１１、搬送ローラ１２、排紙ローラ１３、排紙トレイ１４が配置されている。

次に、上述構成の画像形成装置の動作を説明する。

駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に回転駆動された感光ドラム１は、帯電ローラ２によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。

帯電後の感光ドラム１は、その表面に対しレーザー光学系等の露光手段３によって画像情報に基づいた画像露光Ｌがなされ、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。

静電潜像は、現像装置４によって現像される。現像装置４は、現像ローラ４ａを有しており、この現像ローラ４ａに現像バイアスを印加し、感光ドラム１上の静電潜像にトナーを付着させることで、トナー像としての現像（顕像化）をおこなう。

トナー像は、転写ローラ５によって紙等の記録材Ｐに転写される。記録材Ｐは、給紙カセット７に収納されており、給紙ローラ１５・搬送ローラ８によって給紙・搬送され、トップセンサー９を介して、感光ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部に搬送される。このとき記録材Ｐは、トップセンサー９によって先端が検知され、感光ドラム１上のトナー像と同期がとられる。転写ローラ５には、転写バイアスが印加され、これにより感光ドラム１上のトナー像が記録材Ｐ上の所定の位置に転写される。

転写によって表面に未定着トナー像を担持した記録材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。

一方、トナー像転写後の感光ドラム１は、記録材Ｐに転写されないで表面に残ったトナー（以下、転写残トナーと記す）がクリーニング装置６のクリーニングブレード６ａによって除去され、次の画像形成に備える。

以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。

（２）定着装置１１
図１に、本発明に基づくフィルム加熱方式の定着装置の概略断面図を示す。

本実施例の定着装置１１は加圧ローラ駆動式であり、加熱体(加熱ヒータ)１００を保持させた加熱体支持体２０を、可撓性部材としての円筒状の耐熱性フィルム３０を介して加圧部材である加圧ローラ４０に所定の押圧力をもって圧接させ、加熱体１００との間に定着ニップ部Ｎを形成している。

回転制御手段としての回転駆動部８０によって加圧ローラ４０が矢印ｂの方向に回転駆動され、加圧ローラ４０の回転による耐熱性フィルム３０外面との摺動摩擦力により、フィルム３０に回転力が作用してフィルム３０が加熱体１００を保持させた加熱体支持体２０の外回りを矢印ａの方向に回転し、電力供給手段としての加熱体駆動回路７０によって加熱体１００に対して通電加熱されることにより加熱体１００が所定のプリント温調に制御される。この状態において、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐを定着ニップ部Ｎで矢印ｃの方向に挟持搬送することにより、加熱体１００の熱が耐熱性フィルム３０を介して記録材Ｐに付与され、未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ面に熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは耐熱性フィルム３０の面から曲率分離されて排紙される。なお、本実施例の定着装置において、記録材Ｐの通紙基準は各部材の長手方向（記録材Ｐの搬送方向ｃに直交する方向）における中央部としている。

加熱体１００は、細長いアルミナ等の耐熱性の基板１０４上に、３本の発熱パターン１０１ａ（１０１ａ−１・１０１ａ−２）・１０１ｂと、該発熱体を被覆する表面保護層１０５を形成具備させたものである。加熱体１００については次の（３）項でさらに詳しく説明する。

円筒状の耐熱性フィルム３０は例えば厚み３０μｍ〜１００μｍ程度のポリイミドを基層とした薄膜筒で、基層の上にプライマー層を介してＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のコートが施されており、トナーとの離型性を保っている。また、フィルム３０内面と加熱体支持体２０との間には不図示の摺動グリスが塗布されており、フィルム３０の摺動性を保っている。

加圧ローラ３０は芯金上に例えばシリコーンゴムなどの弾性層を基層とした回転体で、基層の上にプライマー層を介して１０〜１００μｍ程度の厚みを有するＦＥＰ、ＰＦＡ等の離型層を設けて構成され、トナーとの離型性を保っている。

加熱体支持体２０は、断熱性・高耐熱性・剛性を有する、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）・ポリアミドイミド（ＰＡＩ）・ポリイミド（ＰＩ）・ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）・液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これ等の樹脂とセラミックス・金属・ガラス等との複合材料等で構成される。

回転駆動部８０は、加圧ローラ４０を回転駆動するモータ８１と、モータ８１の回転を制御する制御部（ＣＰＵ）８２などを有する。モータ８１としては、例えばＤＣモータやステッピングモータ等を使用することができる。

（３）加熱体１００
図２に加熱体１００の発熱パターン形成面と基板幅方向断面の概略構成図を示す。

加熱体１００は、例えば、長さ３７０ｍｍ・幅１０ｍｍ・厚さ１ｍｍのアルミナ、窒化アルミ等の耐熱性・電気絶縁性・低熱容量のセラミック基材（本実施例１ではアルミナ）を用いた細長い基板１０４の片面側に、Ａｇ／Ｐｄ等の発熱パターン１０１ａ（１０１ａ−１・１０１ａ−２）及び１０１ｂと、前記発熱パターン１０１に給電し得る電極パターンとしての給電電極１０２（１０２ａ・１０２ｂ）及び共通電極１０３を形成している。

次に、発熱パターン１０１ａ・１０１ｂの詳細構成について説明する。

発熱パターン１０１ａ−１・１０１ａ−２は、基板片面の長手方向一端部側に設けた給電電極１０２ａから長手方向他端部側に設けた共通電極１０３にかけて通電され得る発熱抵抗体であり、図２（ａ）のように基板幅方向（基板短手方向）の一端側と他端側に配置され、基板１０４の長手方向に沿って形成されている。この発熱パターン１０１ａ−１・１０１ａ−２は、互いに直列に接続されて第１の導通経路を構成し、それぞれ基板短手方向略中央Ｃを基準にして略対称な領域に形成されている。そして発熱パターン１０１ａ−１・１０１ａ−２はそれぞれ、長手中央付近から端部にかけて多段階的にパターン幅を広げることによって単位長さ当り抵抗値を小さくし、通電させた場合に基板１０４の長さ方向における所定の基準位置すなわち略長手中央を発熱ピークとする山型発熱分布をなすように形成されている（以下、「山型発熱パターン」ともいう）。本実施例では、発熱パターン１０１ａ−１・１０１ａ−２において、図２（ａ）の長手中央付近の基板幅方向のα−α線分付近における単位長さ当り抵抗値を端部付近の基板幅方向のβ−β線分付近における単位長さ当り抵抗値の１．２倍となるように、発熱パターン１０１ａ−１・１０１ａ−２それぞれのパターン幅を調整している。

発熱パターン１０１ｂは、基板片面の長手方向一端部側に設けた給電電極１０２ｂから上記の共通電極１０３にかけて通電され得る発熱抵抗体であり、基板幅方向において前記発熱体パターン１０１ａ−１と１０１ａ−２との間に挟まれる位置（第１の導通経路の形成領域より内側の位置）に配置されて第２の導通経路を構成し、基板１０４の長さ方向に沿って形成されている。この発熱パターン１０１ｂも基板短手方向略中央Ｃを基準にして略対称な領域に形成されている。そして発熱パターン１０１ｂは、長手中央付近から端部にかけて多段階的にパターン幅を狭めることによって単位長さ当り抵抗値を大きくし、通電させた場合に上記の所定の基準位置である略長手中央を発熱ボトムとする谷型発熱分布をなすように形成されている（以下、「谷型発熱パターン」ともいう）。本実施例では、発熱パターン１０１ｂにおいて、図２（ａ）の上記β−β線分付近における単位長さ当り抵抗値をα−α線分付近における単位長さ当り抵抗値の１．２倍となるように、発熱パターン１０１ｂのパターン幅を調整している。

また発熱パターン１０１ａ・１０１ｂの抵抗値は各々Ｒａ＝２０Ω（直列接続のためＲａ１＝Ｒａ２＝１０Ω）、Ｒｂ＝２０Ωに設定されており、それぞれの発熱パターンに対して１２０Ｖ印加させた場合に７２０Ｗずつの電力が発生されるように設定している。この抵抗設定の場合、図２（ｂ）におけるα−α線分上の発熱パターン幅の関係について、例えばＷａ１＝Ｗａ２＝１．６ｍｍ、Ｗｂ＝０．８ｍｍ、パターン間隙０．５ｍｍのような幅設定にすることにより、それぞれの発熱パターンを同一配合材料で形成させることが可能となる。

そして図２（ｂ）に示すように、発熱パターン１０１ａ及び１０１ｂの形成領域Ｗｈは、加熱体基材１０４の基板幅Ｗｃに対して略対称となるように形成され、定着ニップＮ内に収まるような領域幅に設定されている。本実施例ではＷｃ＝１０ｍｍ、Ｗｈ＝５ｍｍに設定されている。

図３の加熱体駆動回路７０は、前記加熱体１００の通電制御をつかさどる駆動回路の概略一例である。加熱体１００に温度検知手段としてのサーミスタ５０が当接あるいはその近傍に配置され、加熱体１００の温度検知結果を制御部（ＣＰＵ）７１に出力している。ＣＰＵ７１はサーミスタ５０の温度検知結果に基づいて所望の温度制御をするべく商用電源７３に接続されたトライアック７２ａ・７２ｂの点灯タイミングを駆動制御する。ここでＣＰＵ７１は、トライアック７２ａ・７２ｂの点灯比率を決定でき、所望の発熱比率をもって上記温度制御を施すことができる。加熱体駆動回路７０による加熱体１００への電力制御は、電源波形の半波ごとに通電の実行と停止を制御するゼロクロス波数制御や、電源波形の半波ごとに通電する位相角を制御する位相制御等の多段階電力制御方法を用いている。

また、加熱体１００の過昇温を防止する安全素子６０（温度ヒューズ、サーモスイッチ等）が通電ライン上に直列接続され、加熱体１００に当接あるいは近傍に配置されることにより、加熱体１００の熱暴走時に前記安全素子を作動させて加熱体１００への通電を遮断できるように構成されている。本実施例１で用いた定着装置においては、安全素子６０としてワコー電子社製サーモスイッチ：ＣＨ−１６［定格作動温度２５０℃］を用いており、９８０Ｗ（抵抗値２０Ωに対して電圧１４０Ｖ印加）の電力で暴走した場合、１０±１秒で上記サーモスイッチ６０が作動することが事前検討においてわかっている。

図４に、本実施例の定着装置においてトライアック７２ａ・７２ｂのうち一方が故障して加熱体１００が熱暴走した場合に、加熱体１００の幅方向断面に加わる熱ストレス分布をそれぞれ示す。本実施例では線膨張係数ε＝７．２×１０^−６／℃、ヤング率Ｅ＝３４０ＧＰａ、曲げ強度３００ＭＰａのアルミナ基板１０４を用いている。各々の分布は、常温からの１４０Ｖ印加時にトライアックが故障して熱暴走した３秒後における熱ストレス分布であり、上方が圧縮ストレス側、下方引張りストレス側を示す。前述のように引張りストレスの大きさが破損に関わり、引張りストレスの絶対値が大きいほど破損マージンが小さく、破損にいたるまでの時間が短くなる。

まず、トライアック７２ａが故障して山型発熱パターン１０１ａが熱暴走した場合、引張りストレスの絶対値が最大になる箇所は、図２におけるα−α断面の基板両端部であり、１４０Ｖ印加３秒後において１０６ＭＰａに達した。これはβ−β断面における引っ張りストレス最大値の約１．２倍の大きさである。サーモスイッチ６０がなければ上記α−α断面の基板エッジ部から加熱体破損が生じ、発明者が検証したところ、破損に至るまでの所要時間は１６秒であった。前述のようにサーモスイッチ６０は熱暴走開始から１０±１秒で作動するため、実施例１の定着装置においてトライアック７２ａが故障し熱暴走しても加熱体１００が破損することなくサーモスイッチ６０が作動して加熱体１００への通電が停止される。

また、トライアック７２ｂが故障して谷型発熱パターン１０１ｂが熱暴走した場合、引張りストレスの絶対値が最大になる箇所は、図２におけるβ−β断面の基板両端部であり、１４０Ｖ印加３秒後において１７２ＭＰａに達した。これはα−α断面における引っ張りストレス最大値の約１．２倍の大きさである。サーモスイッチ６０がなければ上記β−β断面の基板エッジ部から加熱体破損が生じ、発明者が検証したところ、破損に至るまでの所要時間は１２秒であった。すなわち、実施例１の定着装置においてトライアック７２ｂが故障し熱暴走しても加熱体１００が破損することなくサーモスイッチ６０が作動して加熱体１００への通電が停止される。

比較例として、従来の加熱体９００の場合について説明する。図１２（ｃ）に示すように加熱体９００は、基板９０４の片面側に、発熱パターン９０１ａ及び９０１ｂ、給電電極９０２ａ・９０２ｂ、及び共通電極９０３等を形成している。

発熱パターン９０１ａは、給電電極９０２ａから共通電極９０３にかけて通電され得る１本の発熱抵抗体であり、長手中央付近から端部にかけて多段階的にパターン幅を広げることによって単位長さ当り抵抗値を小さくした山型発熱パターンを形成している。図１２（ｃ）のα−α線分付近における単位長さ当り抵抗値はβ−β線分付近における単位長さ当り抵抗値の１．２倍となっている。

発熱パターン９０１ｂは、給電電極９０２ｂから共通電極９０３にかけて通電され得る１本の発熱抵抗体であり、長手中央付近から端部にかけて多段階的にパターン幅を狭めることによって単位長さ当り抵抗値を大きくした谷型発熱パターンを形成している。図１２（ｃ）のβ−β線分付近における単位長さ当り抵抗値はα−α線分付近における単位長さ当り抵抗値の１．２倍となっている。

発熱パターン９０１ａ・９０１ｂの抵抗値は各々Ｒａ＝２０Ω、Ｒｂ＝２０Ωに設定されており、それぞれの発熱パターンに対して１２０Ｖ印加させた場合に７２０Ｗずつの電力が発生されるように設定している。この抵抗設定の場合、図１２（ｄ）におけるα−α線分上の発熱パターン幅の関係について、例えばＷａ＝２ｍｍ、Ｗｂ＝２．４ｍｍ、パターン間隙０．６ｍｍのような幅設定にすることにより、それぞれの発熱パターンを同一配合材料で形成させることが可能となる。

そして図１２（ｄ）に示すように、発熱パターン９０１ａ及び９０１ｂの形成領域Ｗｈは、加熱体基材９０４の基板幅Ｗｃに対して略対称となるように形成され、定着ニップＮ内に収まるような領域幅に設定されており、本比較例ではＷｃ＝１０ｍｍ、Ｗｈ＝５ｍｍに設定されている。

上記加熱体９００を図１３（ａ）に示す加熱体駆動回路７０に組み込んだ定着装置において、トライアック７２ａ・７２ｂのうち一方が故障して加熱体９００が熱暴走した場合に、加熱体９００の幅方向断面に加わる熱ストレス分布を図１４に示す。

まず、トライアック７２ａが故障して山型発熱パターン９０１ａが熱暴走した場合、引張りストレスの絶対値が最大になる箇所は、図１２（ｃ）におけるα−α断面の基板端部Ａ１であり、１４０Ｖ印加３秒後において２２５ＭＰａに達した。破損に至るまでの所要時間を検証したところ、８秒となり、サーモスイッチ６０の作動以前に加熱体９００が破損した。

同様に、トライアック７２ｂが故障して谷型発熱パターン９０１ｂが熱暴走した場合、引張りストレスの絶対値が最大になる箇所は、図１２（ｃ）におけるβ−β断面の基板端部Ａ２であり、１４０Ｖ印加３秒後において２２５ＭＰａに達した。破損に至るまでの所要時間を検証したところ、８秒となり、サーモスイッチ６０の作動以前に加熱体９００が破損した。

上記のように本実施例によると、従来に対して発熱パターンの熱暴走時における熱ストレスを大幅に緩和でき、加熱体破損に対するマージンを確保でき、なおかつ非通紙部昇温の低減と定着性確保とを両立することが可能となった。これは主に、基板短手方向略中央Ｃを基準にした各発熱パターン配置構成の対称度合いによるものであり、従来の複数駆動発熱パターンにおいてはそれぞれの発熱パターンが非対称に配置されていたものを、本例のように同じ導通経路上の２つの発熱パターンを基板幅の一端側と他端側に配置し、他の導通経路上の発熱パターンを基板幅方向で挟み込むことによって、いずれの通電においても上記基板短手方向略中央Ｃに対する発熱対称度を確保できる構成にすることが可能となったためである。これによってヒータの耐久性・信頼性を向上でき、ひいては定着装置の品質・信頼性を向上させることができる。

なお、本実施例１においては山型発熱分布をなす発熱パターンを基板幅方向の両端側、谷型発熱分布をなす発熱パターンをその内側に配置した場合について説明したが、図５（ａ）に示すように逆の発熱分布構成を有する加熱体１１０でも同様な効果を得ることができる。

また、本実施例１においては基板幅方向に対して全く対称な発熱パターン配置構成について説明したが、これに限らず、同じ導通経路上の発熱パターンを基板幅の一端側と他端側に配置し、他の導通経路上の発熱パターンを基板幅方向で挟み込んでさえいれば、基板幅方向で完全対称な構成でなくとも相応の作用効果を期待できる。すなわち、図５（ｂ）に示すように基板幅の一端側と他端側とで発熱分布が若干異なっている加熱体１２０においても、従来構成より発熱対称度を保つことができるため、加熱体破損に対するマージンをあまり損なわない。

実施例１による作用効果は、以下に示す実施例２の構成によっても達成される。

本実施例２に用いる加熱体２００の概略構成の一例を図６に示す。加熱体２００は、加熱体基板２０４の幅方向両端側に発熱パターン２０１ａ−１・２０１ａ−２を形成し、その内側に発熱パターン２０１ｂを形成している。上記発熱パターン２０１ａ−１・２０１ａ−２と２０１ｂのうち、発熱パターン２０１ａ−１・２０１ａ−２は給電電極２０２ａと共通電極２０３との間に、互いに並列に接続されて第１の導通経路が形成されている。発熱パターン２０１ｂは給電電極２０２ｂと共通電極２０３との間に第２の導通経路を形成している。

発熱パターン２０１ａ−１・２０１ａ−２は、実施例１と同様に長手中央付近から端部にかけて多段階的にパターン幅を広げることによって単位長さ当り抵抗値を小さくした山型発熱パターンを形成している。発熱パターン２０１ａ−１・２０１ａ−２において、図６（ａ）の長手中央付近の基板幅方向のα−α線分付近における単位長さ当り抵抗値は端部付近の基板幅方向のβ−β線分付近における単位長さ当り抵抗値の１．２倍となっている。

発熱パターン２０１ｂは、実施例１と同様に長手中央付近から端部にかけて多段階的にパターン幅を狭めることによって単位長さ当り抵抗値を大きくした谷型発熱パターンを形成している。発熱パターン２０１ｂにおいて、図６（ａ）の上記β−β線分付近における単位長さ当り抵抗値はα−α線分付近における単位長さ当り抵抗値の１．２倍となっている。

発熱パターン２０１ａ・２０１ｂの抵抗値は各々Ｒａ＝２０Ω（並列接続のためＲａ１＝Ｒａ２＝４０Ω）、Ｒｂ＝２０Ωに設定されており、それぞれの発熱パターンに対して１２０Ｖ印加させた場合に７２０Ｗずつの電力が発生されるように設定している。この抵抗設定の場合、図６（ｂ）における発熱パターン幅の関係について、例えばＷａ１＝Ｗａ２＝１ｍｍ、Ｗｂ＝２ｍｍ、パターン間隙０．５ｍｍのような幅設定にすることにより、それぞれの発熱パターンを同一配合材料で形成させることが可能となる。

そして図６（ｂ）に示すように、発熱パターン２０１ａ及び２０１ｂの形成領域Ｗｈは、加熱体基材２０４の基板幅Ｗｃに対して略対称となるように形成され、定着ニップＮ内に収まるような領域幅に設定されており、本実施例ではＷｃ＝１０ｍｍ、Ｗｈ＝５ｍｍに設定されている。

実施例２では、上記Ｗａ１・Ｗａ２とＷｂとの関係が実施例１と異なる。加熱体基板２０４の両端側に形成された発熱パターン２０１ａ−１・２０１ａ−２は並列接続されて１つの導通経路をなしているため、実施例１と同じ電力を発生させるための発熱パターン２０１ａ−１・２０１ａ−２それぞれの抵抗設定は実施例１より高く設定されている（実施例１ではＲａ１＝Ｒａ２＝１０Ω、本実施例２ではＲａ１＝Ｒａ２＝４０Ω）。それに伴って、図６（ｂ）におけるＷａ１とＷａ２をＷｂの約１／２倍に設定することが可能となる（実施例１におけるＷａ１とＷａ２はＷｂの約２倍）。

上記加熱体２００を図７に示す加熱体駆動回路７０に組み込んだ定着装置において、トライアック７２ａ・７２ｂのうち一方が故障して加熱体２００が熱暴走した場合に、加熱体２００の幅方向断面に加わる熱ストレス分布を図８に示す。

基板２０４の幅方向両端側に形成した発熱パターン２０１ａ−１・２０１ａ−２のパターン幅Ｗａ１・Ｗａ２が実施例１の場合より細いとき、トライアック７２ａの故障による加熱体２００の熱暴走時において、基板幅中心部の温度上昇が抑えられ、基板幅両端部の温度上昇が促進される傾向となるため、図８（ａ）に示すような熱ストレス分布となり、加熱体２００の基板幅方向両端に加わる引張りストレスの最大値は、実施例１の場合より小さくなる。

また、発熱パターン２０１ａ−１・２０１ａ−２の内側に形成した発熱パターン２０１ｂのパターン幅Ｗｂが実施例１の場合より太いとき、トライアック７２ｂの故障による加熱体２００の熱暴走時において、基板幅中心部の温度上昇が抑えられ、基板幅両端部の温度上昇が促進される傾向となるため、図８（ｂ）に示すような熱ストレス分布となり、加熱体２００の基板幅方向両端に加わる引張りストレスの最大値は、実施例１の場合より小さくなる。

実施例１、実施例２、及び比較例における、山型発熱パターンと谷型発熱パターンそれぞれを９８０Ｗで熱暴走させたときの３秒後の引張りストレス最大値、熱暴走時加熱体破損の有無（安全素子６０がない場合の破損時間）、安全素子６０の作動有無についての検証結果を表１にまとめる。

以上、本実施例２のように加熱体基板幅方向両端側の発熱パターンを並列接続させて１つの導通経路を形成することにより、いずれかの発熱パターンの熱暴走時における引張りストレスを更に軽減することが可能となり、加熱体破損に対するマージンを上げることができた。

実施例１による作用効果は、以下に示す実施例３の構成によっても達成される。

実施例１、２においては、記録材の通紙基準が長手中央に設けられた定着装置およびそれに具備される加熱体について説明したが、本実施例３は記録材Ｐの通紙基準が各部材の長手方向（記録材Ｐの搬送方向ｃに直交する方向）における端部（長手端部）に設けられた定着装置およびそれに具備される加熱体の実施形態である。

図９は、通紙基準が長手端部に設けられた定着装置に具備される加熱体構成の一例である。加熱体構成以外の構成については実施例１、２と同様とした。加熱体３００は、加熱体基板３０４の幅方向両端側に発熱パターン３０１ａ−１・３０１ａ−２を形成し、その内側に発熱パターン３０１ｂを形成している。上記発熱パターン３０１ａ−１・３０１ａ−２と３０１ｂのうち、発熱パターン３０１ａ−１・３０１ａ−２は給電電極３０２ａと共通電極３０３との間に、互いに直列ないし並列に接続されて第１の導通経路が形成されている（本実施例では並列接続）。発熱パターン３０１ｂは給電電極３０２ｂと共通電極３０３との間に形成されて第２の導通経路を形成している。

そして本実施例３において、発熱パターン３０１ａ（３０１ａ−１・３０１ａ−２）は加熱体３００の長手方向の一端側（通紙基準Ｓ側）から他端側にかけて多段階的にパターン幅を広げることによって単位長さ当り抵抗値を小さくし、通電させた場合に基板１０４の長さ方向における所定の基準位置すなわち通紙基準Ｓ側から他端にかけて発熱量が小さくなるように形成されている。発熱パターン３０１ｂは逆に多段階的にパターン幅を狭めることによって単位長さ当り抵抗値を大きくし、通電させた場合に所定の基準位置である通紙基準Ｓ側から他端にかけて発熱量が大きくなるように形成されている。

本実施例３の構成によれば、記録材の通紙基準が長手端部に設けられた定着装置において、加熱体に加わる熱ストレスを従来に対して低減させて定着装置暴走時の加熱体破損マージンを確保し、なおかつ非通紙部昇温の低減と定着性確保とを両立することが可能となった。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの実施例にとらわれるものではなく技術思想内でのあらゆる変形が可能である。

例えば、本発明の実施例においては、各発熱パターン幅の調整によって長手発熱分布を形成したが、パターン厚みや発熱抵抗体の材料配合を長手で変化させることによって長手発熱分布を形成してもよい。また、長手発熱分布は滑らかに変化しなくてもよく、階段状の発熱分布を形成しうる加熱体であってもよい（図１０（ａ））。

同様に、長手発熱領域を異ならせた各発熱パターンにおいて、それぞれの配置・接続構成を本発明の技術思想内で構成してもよい（図１０（ｂ））。

さらに、３ドライブ以上の独立通電経路を有する加熱体においても技術思想内で構成することが可能である（図１０（ｃ））。

その他、加熱体基材はアルミナに限らず、窒化アルミニウム等、種々のセラミック基材において有用であり、発熱パターン形成面は加熱体基板の表裏いずれでも構わない。

本発明における定着装置の概略断面図 実施例１における加熱体１００の概略構成図 実施例１における加熱体１００を用いた加熱体駆動回路の概略一例 実施例１における熱暴走時の熱ストレス分布 実施例１におけるその他の加熱体構成例 実施例２における加熱体２００の概略構成図 実施例２における加熱体２００を用いた加熱体駆動回路の概略一例 実施例２における熱暴走時の熱ストレス分布 実施例３における加熱体３００の概略構成図 本発明におけるその他の加熱体構成例 本発明における定着装置を備える画像形成装置の概略構成図 従来の加熱体構成例 従来の加熱体を用いた加熱体駆動回路の概略一例 従来の加熱体における熱暴走時の熱ストレス分布

符号の説明

１００・１１０・１２０・２００・３００‥‥加熱体
２０ ‥‥加熱体支持体
３０ ‥‥耐熱性フィルム
４０ ‥‥加圧ローラ
５０ ‥‥サーミスタ
６０ ‥‥安全素子
７０ ‥‥加熱体駆動回路
７２ａ・７２ｂ‥‥トライアック
Ｎ ‥‥定着ニップ
Ｐ ‥‥記録材
Ｃ ‥‥基板短手方向略中央

Claims (6)

1. 細長い基板と、前記基板の基板面上に長手方向に沿って形成された３本以上の発熱パターンとを有し、前記発熱パターンのうち少なくとも１本の発熱パターンは、前記基板の長手方向における単位長さ当りの発熱量分布が当該発熱パターン以外の発熱パターンと異なっている加熱体において、
   前記発熱パターンのうち少なくとも２本の発熱パターンは、それぞれ前記基板の短手方向における一端側と他端側に配設されて直列ないしは並列で接続される第１の導通経路をなし、
   前記第１の導通経路をなす前記発熱パターン以外の発熱パターンは、前記基板の短手方向における前記第１の導通経路の形成領域より内側に形成されて第２の導通経路をなす、ことを特徴とする加熱体。
2. 前記発熱パターンは、それぞれ前記基板の短手方向略中央を基準に略対称な領域に形成されることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
3. 前記発熱パターンの複数の導通経路のうち少なくとも１つの導通経路は、前記基板の長手方向における所定の基準位置から端部にかけて発熱量が小さくなる発熱パターンを含み、該発熱パターンを含む導通経路以外の導通経路のうち少なくとも１つの導通経路は、前記基板の長手方向における所定の基準位置から端部にかけて発熱量が大きくなる発熱パターンを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
4. 前記所定の基準位置は、前記基板の長手方向の前記発熱パターン形成領域の略中央位置であることを特徴とする請求項３に記載の加熱体。
5. 前記所定の基準位置は、前記基板の長手方向の前記発熱パターン形成領域の端部近傍であることを特徴とする請求項３に記載の加熱体。
6. 複数の導通経路を有する加熱体と、前記加熱体を通電駆動する電力供給手段と、前記加熱体と摺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加圧部材とを有し、被加熱材を前記ニップ部で挟持搬送しつつ前記加熱体からの熱により加熱する加熱装置において、
   前記加熱体は、請求項１から５のいずれかに記載の加熱体であり、前記加熱体に設けられた前記複数の導通経路は前記電力供給手段によって独立に通電駆動され得ることを特徴とする加熱装置。

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