JP2007018912A

JP2007018912A - 加熱体および加熱装置

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Publication number: JP2007018912A
Application number: JP2005200210A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nishida; 聡西田; Yusuke Nakazono; 祐輔中園; Masashi Komata; 将史小俣; Eiji Uekawa; 英治植川; Kan Takeda; 敢竹田; Noriyuki Ito; 紀之伊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2007-01-25

Abstract

【課題】導体層の抵抗を小さくしつつ、発熱領域を広く採れる加熱体の提供。
【解決手段】細長い基板１５Ａの基板面上に短手方向に離間させて長手方向に沿って形成した２本の導体層１５Ｃを有する。さらに、前記２本の導体層上および前記導体層間に形成した絶縁層１５Ｅと、前記絶縁層上に形成した発熱体層１５Ｂと、前記発熱体層と前記２本の導体層とを前記基板の短手方向における一端側と他端側で前記基板の厚み方向に導通させる導通経路Ｃと、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、被加熱材を加熱する加熱装置に用いられる加熱体、及び該加熱体を具備する加熱装置に関すものであり、特に、複写機、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。

例えば、電子写真複写機・プリンタ等の画像形成装置において、シート状の記録媒体に形成担時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画像加熱定着装置の１つとしてフィルム加熱方式の装置が知られている（特許文献１〜４）。

このフィルム加熱方式の画像加熱定着装置は、可撓性の定着フィルム（以下、フィルムと略記する）と、フィルムを加熱する加熱体と、フィルムを挟んで加熱体と定着ニップ部（以下、ニップ部と略記する）を形成する加圧ローラと、を有している。そして未定着トナー画像を形成担持した記録媒体をニップ部で挟持搬送し、その搬送過程で未定着トナー画像にフィルムを介した加熱体から熱を与えることにより未定着トナー画像を記録媒体に熱定着させるものである。

このフィルム加熱方式の画像加熱定着装置によれば、加熱体としてセラミックヒータ（以下、ヒータと略記する）を、フィルムとして低熱容量の耐熱樹脂製フィルムや金属製フィルムなどを用いてオンデマンドタイプの装置を構成することが出来る。すなわち、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのヒータに通電してフィルムを所定の定着温度（目標温度）に加熱させた状態にすればよい。したがって、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。

ヒータの一例を図２３に示す。ヒータ１５は、細長いヒータ基板（以下、基板と略記する）１５Ａの長手方向両側端部にヒータ給電用の電極部２３を有している。そしてこれらの電極部２３を基板１５Ａの長手方向に沿って接続するように基板上に抵抗発熱体（以下、発熱体と略記する）１５Ｂが形成されている。

ヒータの他の例を図２４に示す。図２３のヒータと同じ機能を有する部材・部分には同一符号を付す。

ヒータ１５は、細長い基板１５Ａの長手方向において一方の端部側に２つのヒータ給電用の電極部２３を、他方の端部側に共通電極部２３ａをそれぞれ有している。発熱体１５Ｂは同等の抵抗値で電極部２３と共通電極部２３ａの間に往復して配置されている。

上記ヒータを具備するフィルム加熱方式の画像加熱定着装置においては、比較的小さなサイズの記録媒体（小サイズ紙）を用いて未定着トナー画像の加熱定着動作を行った場合に、フィルムの放熱量に差が生じる。つまり、フィルムに記録媒体が接触する部分では記録媒体に熱を奪われるが、記録媒体が接触しない部分では記録媒体に熱を奪われることはない。このためニップ部において、記録媒体が通過する領域（以下、通紙部と記す）の温度よりも、記録媒体が通過しない領域（以下、非通紙部と記す）の温度が高くなる、所謂、非通紙部昇温と呼ばれている現象が起こる。

非通紙部昇温が生じると、ヒータ長手方向に沿うニップ内で温度ムラが生じたり、非通紙部において加圧ローラの熱膨張が高くなったりする。すると、ニップ内での温度ムラによる画像不良や、非通紙部における加圧ローラの熱膨張などによる紙しわ、搬送不良などを引き起こす。さらには非通紙部に対応するフィルム、加圧ローラ部分が熱劣化し、ひどくなると破壊に至る場合がある。

この問題を解決するために、特許文献５には図２５に示すようなヒータ１５が提案されている。

ヒータ１５は、発熱体１５ＢにＰＴＣ特性の材料を用い、小サイズ通紙により非通紙部領域の温度が上がった場合、発熱体の非通紙部の抵抗値が部分的に上昇する事により、非通紙部昇温を軽減するものである。

ヒータ１５は、基板１５Ａ上に該基板の長手方向に沿って導体層である２本の導体パターン２４を有し、この２本の導体パターンの間に発熱体１５Ｂを形成して２本の導体パターンと導通をとっている。つまり２本の導体パターン２４は発熱体１５Ｂを介して接続されている。２本の導体パターン２４のそれぞれに設けられた電極部２３には商用電源３１からトライアック３２を介して給電される。これにより２本の導体パターン２４は発熱体１５Ｂを介して基板長手方向と直交する基板幅方向へ通電する。ここで、基板幅方向は記録媒体の搬送方向と平行である。以後、このような通電形態を搬送方向通電パターンと称する。

この搬送方向通電パターン方式のヒータ１５によれば、発熱体１５ＢにＰＴＣ特性を持たせる事で、発熱体において非通紙部と対応する発熱部分の温度が上昇し、その部分の抵抗値が部分的に上昇すると、抵抗が高い部分での電流量は減少する。よって非通紙部での発熱体１５Ｂの発熱量を抑える事ができる。

特許文献６には図２６に示すようなヒータ１５が提案されている。このヒータ１５の発熱体１５Ｂも搬送方向通電パターンの一形態である（以後、分割方式と称する）。

ヒータ１５は、基板１５Ａ上に該基板の長手方向に沿って２本の導体パターン２４を有し、この２本の導体パターンの間に該導体に沿って発熱体１５Ｂを設けている。そして２本の導体パターン２４と発熱体１５Ｂとを複数本の電極２７で接続している。発熱体１５Ｂは、導体パターン２４と発熱体１５Ｂを接続する電極２７によって各発熱セグメントに分割される。商用電源３１からトライアック３２を介して２本の導体パターン２４のそれぞれに導通されている電極部２３に給電すると、導体パターンと発熱体１５Ｂには矢示のように電流が流れる。このとき発熱体１５Ｂに流れる電流の方向は基板長手方向である。
しかし、上記ヒータ１５は、図２５に示される搬送方向通電パターンと同様に、基板長手方向に延びる２本の導体パターン２４間に発熱体１５Ｂを設けた構成である。このため発熱体１５ＢにＰＴＣ特性を持たせる事で、同様の非通紙部昇温抑制効果が得られる。すなわち、発熱体１５Ｂにおいて非通紙部と対応する発熱部分の発熱セグメントでは、抵抗値が上昇し、電流量が減少して、非通紙部での発熱セグメントの発熱量を抑える事ができる。

図２５および図２６に示される搬送方向通電パターン方式のヒータ１５において、図２５の搬送方向通電パターンは、基板長手方向に延びる２本の導体パターン２４の間に無限数の並列回路を成す構成である。これに対して、図２６の分割方式の搬送方向通電パターンは、基板長手方向に延びる２本の導体パターン２４の間に有限数の並列回路を成す構成である。分割方式の搬送方向通電パターンにおいては、発熱量の増減は各発熱セグメント単位で起こる為、発熱体１５Ｂの分割が細かく、各発熱セグメントが細かいほど、多様な紙サイズに対応する事ができる。
特開昭６３−３１３１８２号公報特開平２−１５７８７８号公報特開平４−４４０７５号公報特開平４−２０４９８０号公報特開平５−１９６５２号公報特開平７−１６０１３１号公報

従来は、当時として望まれる発熱の均一性、定着性能および非通紙部昇温抑制効果を十分に満たすものであった。しかし、近年求められるようになった発熱の均一性、定着性能および非通紙部昇温抑制効果を満たすには、ヒータ１５の総抵抗を抑えつつ、導体パターン２４の抵抗を小さくすることが求められるようになった。

上記従来のヒータにおける搬送方向通電パターンを構成する基本的構造は、基板長手方向において発熱体１５Ｂと導体パターン２４を同一平面上に並べて形成する並列パターン構造である。そこで、総抵抗を抑えつつ、導体パターン２４の抵抗を下げようとして、基板幅方向において導体の面積や太さを変更すると、発熱体１５Ｂの幅が狭くなったり、ヒータ表面に凹凸が生じたりし、定着性能に支障を来たす場合がある。また、導体パターン２４と発熱体１５Ｂを共に広く確保しようとすると、基板１５Ａを拡大する必要があり、ヒータの大型化を招く。

本発明の目的は、導体層の抵抗を小さくしつつ、発熱領域を広く採れる加熱体を提供することにある。

また、本発明の目的は、上記ヒータを具備する加熱装置を提供することにある。

本発明に係る加熱体の代表的な構成は、細長い基板と、前記基板の基板面上に前記基板の短手方向に離間させて前記基板の長手方向に沿って形成した２本の導体層と、を有し、被加熱材を加熱する加熱装置に用いられる加熱体において、前記２本の導体層上および前記導体層間に形成した絶縁層と、前記絶縁層上に形成した発熱体層と、前記発熱体層と前記２本の導体層とを前記基板の短手方向における一端側と他端側で前記基板の厚み方向に導通させる導通経路と、を有することを特徴とする加熱体、である。

本発明によれば、発熱体層と２本の導体層とを基板の短手方向における一端側と他端側で導通経路を介して基板の厚み方向に導通できる。これにより基板の短手方向において導体層や発熱体層に関し、幅や断面積を設計する自由度を向上させることができる。よって、導体層の抵抗を小さくしつつ、発熱体層の発熱領域を広く採ることが可能となる。

以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。

（１）画像形成装置例
図１は、本発明に係る加熱体を具備させた加熱装置を画像加熱定着装置として搭載できる画像形成装置の一例の全体構成図である。この画像形成装置は、電子写真プロセス利用のレーザビームプリンタ（以下、プリンタと略称する）である。

プリンタ１において、プリンタ本体１Ａに設けられたスタートボタン（図示せず）が押されることで像担持体（潜像担持体）としてのドラム状の電子写真感光体（以下、感光体と略記する）２が矢印Ｋ１方向に規定周速度にて回転駆動される。

帯電手段としての一次帯電機構８は、不図示のバイアス電源から帯電バイアスが印加されることにより回転中の感光体２の外周面を所定の極性・電位に一様に帯電する。

レーザスキャナユニット（以下、スキャナと略記する）５は、プリンタ本体１Ａの外部に設けられたホストコンピュータ等の画像情報提供装置（図示せず）から提供された画像情報に応じた静電潜像を回転感光体２の帯電面に形成する。すなわち、画像情報の時系列的電気デジタル画素信号に応じたレーザＬａにより感光体２の帯電面を走査し露光することによって画像情報に応じた静電潜像が形成される。

その静電潜像が現像手段としての現像装置３によりトナー像として反転現像される。現像装置３は、現像剤としてのトナーと、現像スリーブなどを有し、不図示のバイアス電源から現像バイアスが印加され、静電潜像の反転現像を行う。

一方、所定のタイミングにて駆動された給送ローラ１２により給送カセット１１から被加熱材としての記録媒体Ｐが一枚分離給送される。給送カセット１１には複数枚の記録媒体Ｐが積載収容してある。給送カセット１１はプリンタ本体１Ａにて取り外し自在に支持されている。

給送カセット１１から給送された記録媒体Ｐは、レジストローラ対１２ａにより所定の制御タイミングにて感光体２とローラ状の回転自在な転写体６との間に形成された転写ニップ部へと給送され、転写ニップ部を挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において感光体２側のトナー画像が転写体６により記録媒体Ｐ側に順次に転写される。転写体６は不図示のバイアス電源から転写バイアスが印加されることによりトナー像を記録媒体Ｐ上へ静電転写する。

記録媒体分離後の感光体２の外周面はクリーニング手段としてのクリーニングブレード（図示せず）によりクリーニングされて転写残トナーや紙粉等の残留汚染物の除去を受けて清掃される。清掃後の感光体２の外周面は繰り返して画像形成に供される。

転写ニップ部を通過した記録媒体Ｐは、画像加熱定着装置（以下、定着装置と略記する）７により未定着トナー画像の定着処理が施された後に、定着排出部１０を経由してプリンタ排出部１３によりプリンタ本体１Ａの上面に設けられた排出トレイ１４上に排出される。

４はプロセスカートリッジ（以下、カートリッジと略記する）である。カートリッジ４は、感光体２と、感光体に作用するプロセス手段としての現像装置３と、一次帯電機構８と、クリーニングブレードとを一体的にカートリッジ化している。そしてカートリッジ４はプリンタ本体１Ａに取り外し可能に装着されている。本実施例では、プリンタ本体１Ａに開閉可能に設けた開閉カバー９を開いてカートリッジ４の取り外し及び取り付け操作を行う。このカートリッジ方式によれば、装置のメンテナンスをサービスマンによらずユーザー自身で行うことができ、格段に操作性を向上させることができる。

（２）定着装置７
図２は定着装置７の要部の横断側面構成模型図である。この定着装置７は、フィルム加熱方式、加圧ローラ駆動方式の装置である。なお、従来のヒータと機能的に共通する部材・部分には同一符号を付している。

１５は加熱体（加熱源）たるセラミックヒータ（以下、ヒータと略記する）である。このヒータ１５は、記録媒体Ｐの搬送路面において記録媒体搬送方向ＦＰに交差する方向を長手とする横長・薄肉で、全体に低熱容量のものである。

１９は耐熱性・断熱性のヒータホルダ（以下、ホルダと略記する）である。このホルダ１９は横断面略半円弧状樋型で、記録媒体搬送方向ＦＰに交差する方向を長手とする横長の剛性部材である。ホルダ１９の材質は例えばフェノール系の熱硬化性樹脂製である。このホルダ１９の下面の略中央部の位置に長手に沿って形成させたヒータ嵌め込み溝部１９ａ内に上記のヒータ１５を嵌め込んで固定支持させている。

１６は可撓性部材としての円筒状またはエンドレスベルト状の定着フィルム（以下、フィルムと略記する）である。このフィルム１６は、低熱容量化を図ることにより後述の定着ニップ部Ｎ等の昇温率を向上するために、次のような層構成とされている。すなわち、ポリイミドを主成分とする無端帯状体の外周面にＰＴＦＥを主成分とする無端帯状体を被覆するという二層構造が採用されている。そしてフィルム１６の全層厚は１００μｍ以下である。

フィルム１６は、上記の二層構造に限られるものではなく、低熱容量化を図る他の有効な構造として、例えば、耐熱素材たるＰＴＦＥ、ＰＦＡ又はＦＥＰ等を主成分とする無端帯状体からなる単層構造でもよい。或いは、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ又はＰＰＳ等を主成分とする無端帯状体の外周面にＰＦＡ又はＦＥＰ等を主成分とする無端帯状体を被覆するという二層構造でもよい。また金属層をベースとする単層構造、或いは、複合層構造のものにすることもできる。又、フィルム１６の全層厚は低熱容量化を効率良く図るために、２０μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。

上記のフィルム１６は、ヒータ１５を取り付けたホルダ１９に対してルーズに外嵌させてある。すなわち、フィルム１６は、その内周長がホルダ１９の外周長より所定長、例えば３ｍｍ程度長く採られ、以てホルダに無張力にて外嵌されている。

１７は加圧部材としての加圧ローラである。この加圧ローラ１７は、アルミニウム等の金属製の円柱状若しくは略円柱状の芯金１７Ａと、その外周面に被覆した離型性の良いシリコーンゴム等を主成分とする弾性層１７Ｂとから成る弾性ローラである。

この加圧ローラ１７は芯金１７Ａの両端部を不図示の装置側板間に回転自由に軸受支持させてある。この加圧ローラ１７の上側にフィルム１６をヒータ１５側を下向にして並行に配列し、ホルダ１９の両端部側を付勢ばね（図示せず）により加圧ローラの弾性層１７Ｂの弾性に抗して所定の押圧力で押圧状態にする。こうしてヒータ１５と加圧ローラ１７とをフィルム１６を挟んで圧接させ、加圧ローラの弾性層１７Ｂを弾性変形させることで加圧ローラとフィルムとの間に所定幅の定着ニップ部（以下、ニップ部と略記する）Ｎを形成させている。

加圧ローラ１７の芯金１７Ａの一端部に設けられたドライブギア（図示せず）に回転駆動系Ｍの回転駆動力が伝達されることで加圧ローラは矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ１７の回転駆動により、ニップ部Ｎにおいて加圧ローラとフィルム１６の外面との摩擦力でフィルムに回転力が作用し、フィルムはその内面がニップ部においてヒータ１５の下面に密着して摺動しながら矢示の時計方向に従動回転する。すなわちフィルム１６は加圧ローラ１７の周速度にほぼ対応した周速度をもってホルダ１９の外回りを従動回転する。ホルダ１９は従動回転するフィルム１６のガイド部材の役目もしている。

フィルム１６の回転駆動がなされ、かつヒータ１５が通電により所定の定着温度（目標温度）に昇温している状態において、未定着トナー画像Ｔを形成担持させた記録媒体Ｐがニップ部Ｎのフィルム１６と加圧ローラ１７との間に導入される。その記録媒体Ｐはニップ部Ｎにおいてフィルム１６と加圧ローラ１７とにより挟持搬送される。その搬送過程でヒータ１５の熱エネルギーがフィルム１６を介して記録媒体Ｐに付与されて未定着トナー画像Ｔが記録媒体面に加熱溶融定着される。記録媒体Ｐはニップ部Ｎを通過してフィルム１６の面から分離されて排出されていく。

フィルム１６はヒータ１５と密着摺動するため、摩耗を防いだり摺動抵抗を低減するためにフィルム内面にはグリス等の潤滑剤が塗布してある。

（３）セラミックヒータ１５
図３に、本実施例に係るヒータ１５の一例の構成模型図、断面図、および通電制御回路の一例のブロック図を示す。図４にヒータ１５の構成の一例を層別に図示する。

このヒータ１５は、大きく分けて、次の１）〜５）から構成される。

１）セラミック基板１５Ａ
記録媒体Ｐの搬送路面において記録媒体搬送方向ＦＰと直交する方向を長手とする横長のアルミナ・窒化アルミニウム・炭化ケイ素等の高絶縁性のセラミックスでできたセラミック基板（絶縁基板）（以下、基板と略記する）１５Ａである（図４の（１）参照）。

２）導体層１５Ｃ
上記基板１５Ａの表面側（ヒータ表面側）に基板長手方向に沿ってスクリーン印刷等により、例えば厚さ数十μｍで形成した帯状の導体パターンである（図４の（２）参照）。導体層としての導体パターン１５Ｃは、記録媒体搬送方向ＦＰと平行な基板幅方向（基板短手方向）に離間させて２本設けてある。すなわち導体パターン１５Ｃは、基板幅方向において記録媒体導入側の一端部と、記録媒体排出側の他端部にそれぞれ設けられている（図５参照）。２本の導体パターン１５Ｃは、それぞれ、基板長手方向に延びる長手導体２４と、この長手導体と導通させて基板長手方向の片側端部に設けられたヒータ給電用の電極部２３と、を有している。それぞれの長手導体２４と導通する電極部２３は基板長手方向の一端部と他端部にそれぞれ配置してある。それぞれの長手導体２４は基板幅方向において幅広に形成してあり、該長手導体の断面積が大きくなっている。このように２本の長手導体２４の間隔は絶縁が確保できる範囲で狭くし、それぞれの長手導体を幅広に形成するのが望ましい。長手導体２４の材料には、抵抗が低く、ＰＴＣ特性が低いものが望ましい。加熱定着時にはヒータ１５が達する定着温度（目標温度）下での抵抗を極力低くするのが望ましいため、例えば、抵抗の低いＡｇのＰＴＣ特性を比較的抑えたＡｇ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｐｄ等からなる導電材料を用いる。

３）絶縁層１５Ｅ
導体パターン１５Ｃと後述の発熱体層１５Ｂとの間に、電気的に絶縁することのできるガラスコートや樹脂コート等の絶縁層１５Ｅを、スクリーン印刷等により、例えば厚さ数十μｍの厚さで形成したものである（図４の（３）参照）。絶縁層１５Ｅは、基板幅方向において上記２本の長手導体２４がそれぞれ後述の発熱体層１５Ｂと導通する領域Ｃを残してそれぞれの長手導体上と、それぞれの長手導体間とに設けられている。したがって絶縁層１５Ｅは、それぞれの長手導体２４と発熱体層１５Ｂとを領域Ｃ以外の領域で絶縁し、かつそれぞれの長手導体２４間も絶縁する。

４）発熱体層１５Ｂ
絶縁層１５Ｅの上に、例えばＡｇ／Ｐｄからなる、ＲｕＯ_２、Ｔａ_２Ｎ、チタン酸バリウム等のＰＴＣ温度抵抗特性を持つ電気抵抗材料からなる発熱抵抗体を、スクリーン印刷等により、例えば厚さ数十μｍの厚さで形成する（図４の（４）参照）。発熱体層１５Ｂは、導体パターン１５Ｃのそれぞれの長手導体２４において絶縁層１５Ｅがない領域Ｃで長手導体と導通させるように形成してある。すなわち発熱体層１５Ｂは、基板幅方向において領域Ｃと対応する部分に記録媒体搬送方向と垂直な基板厚み方向でそれぞれの長手導体２４と導通する導通経路を有している。基板幅方向において領域Ｃの幅は、それぞれの長手導体２４と発熱体層１５Ｂとの導通が確保できる範囲で狭くするのが望ましい。

５）絶縁保護層１５Ｄ
発熱体層１５Ｂの表面に、電気的に絶縁し、フィルム１６との摺擦に耐えることが可能な薄層のガラスコートやフッ素樹脂コート等の絶縁保護層１５Ｄを、例えば厚さ数十μｍで形成する（図４の（５）参照）。

次に、ヒータ１５の通電制御方法について説明する（図２、図３、図５参照）。図５は本実施例のヒータ１５を定着装置７に適用したニップ部Ｎ付近の横断側面拡大図である。

ヒータ１５は絶縁保護層１５Ｄを設けた側が表面側であり、この絶縁保護層の面にフィルム１６が摺動する。このヒータ１５をホルダ１９のヒータ嵌め込み溝部１９ａ内にヒータ表面側を外側にして嵌め込んで耐熱性接着剤で接着して保持させてある。

基板１５Ａの裏面側には、温度検知体としてのサーミスタ１８が当接させてある。

２０は給電用コネクタ（以下、コネクタと略記する）である。コネクタ２０は、ホルダ１９に固定支持させたヒータ１５のそれぞれの導体パターン１５Ｃの電極部２３に嵌着される。これにより電極部２３にそれぞれ給電用コネクタ側の電気接点（図示せず）が接触状態になる。３１は商用電源（ＡＣ）、３２はトライアック、３３は電力（通電）制御手段（ＣＰＵ）である。ヒータ１５は、商用電源３１からトライアック３２を介してそれぞれの導体パターン１５Ｃの電極部２３間に給電される。そして電極部２３を介して長手導体２４、および通電経路Ｃを通じて発熱体層１５Ｂに通電し、発熱体層１５Ｂの発熱で迅速急峻に昇温する。その昇温した発熱体層１５Ｂにより基板１５Ａが加熱される。

基板１５Ａの温度はサーミスタ１８により検知され、その検知温度の電気的アナログ情報がアナログデジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）３４に入力し、デジタル化されて電力制御手段３３に入力する。

サーミスタ１８の検知温度に応じたデジタル情報が入力される電力制御手段３３は、サーミスタ１８の検知温度が定着温度から所定範囲内の値になるように商用電源３１からヒータ１５への通電を制御するようになっている。

上記の電力制御手段３３による商用電源３１からヒータ１５への通電制御として、商用電源から出力される交流電源の半波周期毎に商用電源からヒータ１５への通電に供される位相範囲をサーミスタ１８の検知温度に応じて変更する位相制御が採用されている。或いは、前記半波周期毎にサーミスタ１８の検知温度に応じて商用電源３１からヒータ発熱抵抗体１５Ｂへの通電を導通又は遮断のいずれか一方に切り換えるという波数制御を採用してもよい。

本実施例のヒータ１５は、細長い基板１５Ａの基板面上に、基板幅方向に離間させて基板長手方向に沿って形成した２本の導体パターン１５Ｃを有している。そして２本の導体パターン１５Ｃ上および導体パターン間に形成した絶縁層１５Ｅと、この絶縁層１５Ｅ上に形成した発熱体層１５Ｂと、を有している。そして発熱体層１５Ｂと２本導体パターン１５Ｃとを基板幅方向における一端側と他端側で導基板厚み方向に導通させる導通経路Ｃを有している。すなわち、２本の導体パターン１５Ｃと、絶縁層１５Ｅと、発熱体層１５Ｂの３層の積層体において、該導体パターンの長手導体２４と発熱体層とを基板厚み方向で立体的に導通させて、搬送方向通電パターンを立体的に形成したことを特徴としている。

以下、本実施例におけるヒータ１５と、従来の長手方向に通電するヒータに対する比較検討結果について説明する。

（非通紙部昇温に対する効果）
本実施例におけるヒータ１５では、上記のようにそれぞれの長手導体２４と発熱体層１５Ｂは基板厚み方向に導通が取られているため、発熱体層には図６の矢印に示すように、基板厚み方向、および基板幅方向に電流が流れる。したがって本実施例におけるヒータ１５も搬送方向通電パターンの一形態である。

背景技術で説明したように、定着装置７の長手方向（ヒータ１５の基板長手方向）に対し、比較的小さなサイズの記録媒体（小サイズ紙）を用いて加熱定着動作を行った場合、非通紙部昇温と呼ばれている現象が起こる。すなわち、ニップ部Ｎにおいて記録媒体が通過する領域（通紙部）の温度よりも、記録媒体が通過しない領域（非通紙部）の温度が高くなる現象が起こる。

本実施例におけるヒータ１５では、小サイズ紙が通紙され、非通紙部の温度が上昇した場合、発熱体層１５ＢがＰＴＣ特性を持つ抵抗発熱体であるため、非通紙部では抵抗が上昇する。ところが、それぞれの長手導体２４から基板幅方向に電流が流れる為、非通紙部などの温度が上昇する領域の発熱体層１５Ｂへの電流が流れにくくなり、電流は該長手導体を経由し温度が比較的に低くなる通紙部の発熱体層へ流れる。その為、非通紙部では温度が上昇しづらくなり、通紙部では逆に温度が上昇しやすくなるという特性が発生する。

（実験１）
本実施例の効果を確認する為に、本実施例における搬送方向通電ヒータと、従来の長手方向通電ヒータとの比較試験を行った。

実験に使用した本実施例におけるヒータは、図３と同様な構成である。幅７．０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの基板１５Ａ上に、基板長手方向に沿って延びる、厚さ１０μｍ、幅２．５ｍｍ、長さ２２０ｍｍの長手導体２４を０．６ｍｍの間隔をあけて、２本設けた。そしてそれぞれの長手導体２４を電極部２３と導通させた。長手導体２４と電極部２３からなる導体パターン１５Ｃは、基板１５Ａ上にＡｇ／Ｐｔペーストをスクリーン印刷によって印刷し、乾燥、焼成して形成した。２本の長手導体２４上および長手導体間には、幅４．８ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、厚さ２０μｍの絶縁層１５Ｅを設けた。基板幅方向において長手導体２４の外側０．４ｍｍずつを露出させ、この露出部分を発熱体層１５Ｂとの導通を可能する導通経路Ｃの形成領域とした。

絶縁層１５Ｅは、絶縁ガラスペーストをスクリーン印刷し、乾燥、焼成させて形成した。

２本の長手導体２４と絶縁層１５Ｅの上に、発熱体ペーストを印刷、乾燥、焼成させて、幅５．６ｍｍ、厚さ１０μｍの発熱体層１５Ｂを形成した。発熱体ペーストには、ＲｕＯ_２などから成る１０００ｐｐｍ以上の正の抵抗温度特性を持つもので、ヒータ１５の総抵抗が１０Ωとなるように配合調整されたものを使用した。基板幅方向において両側の幅０．４ｍｍずつを長手導体２４と導通させる導通経路Ｃとしているので、実効的な発熱幅は４．８ｍｍである。

その上に、さらに摺動保護用のガラス層１５Ｄを、厚さ５０μｍで設けて、セラミックヒータとした。

従来の長手方向に通電する発熱体パターンを形成したヒータとしては、図２３に示すヒータ１５と同様の構成である。幅７．０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの基板１５Ａ上に、幅４．８ｍｍ、厚さ１０μｍの帯状の発熱体１５Ｂを形成した。発熱体１５Ｂは基板長手方向の両側で電極部２３と導通させている。発熱体ペーストには、Ａｇ／Ｐｄなどから成る１０００ｐｐｍ以上の正の抵抗温度特性を持つもので、ヒータ１５の総抵抗が１０Ωとなるように配合調節されたものを使用した。その上に、さらに摺動保護用のガラス層１５Ｄを、厚さ５０μｍで設けて、セラミックヒータとした。

これらのヒータを比較として、定着器（定着装置）に組み込み、ニップ部に記録紙を通紙させた時の、ヒータの長手方向に対する非通紙部と通紙部との加圧ローラの表面温度を比較した。

条件としては、室温２３度、湿度５０％の環境下において、ヒータを、基板裏側に当接させたサーミスタにて１７０℃に温度維持するよう通電制御した定着器に、坪量８０ｇ／ｍ^２のＡ５サイズ紙を連続１０枚通紙した。そしてこの際の加圧ローラ温度の通紙部と非通紙部の温度差を測定した。加圧ローラの表面温度は、加圧ローラに耐熱性の繊維で形成されたフェルトを当接し、フェルトとローラの間に熱電対を配して測定した。定着装置の紙搬送速度は６０ｍｍ／ｓｅｃで、記録紙の通紙間隔を１９０ｍｍにし、９枚／分で通紙した場合と、通紙間隔を９０ｍｍにし、１２枚／分で通紙した場合で実験した。
以下の表１に結果を示す。

従来例の構成では、９枚／分で通紙した場合の非通紙部の加圧ローラ表面温度は２４０℃にまで達した。加圧ローラ表面温度が２４０℃を超えた状態が続くと、加圧ローラ表層の離型性が低下したり、ローラゴム層が劣化する事がある。本実験における従来例のヒータを使用した画像形成装置は、本実験で使用したＡ５サイズ紙を９枚／分、１０枚以上連続で定着処理を行う事が難しい事がわかる。一方、本実施例のヒータでは、９枚／分、１０枚通紙した時点で、非通紙部の加圧ローラ表面の温度は１９０℃であった。従来例のヒータに対して５０℃のマージンアップが図られている。

本実施例の構成では、１２枚／分で、１０枚連続通紙しても、加圧ローラ表面の温度は２３０℃であり、加圧ローラの限界温度以内であった。従来の構成に比べて、より速く、より連続して、小サイズ紙の定着処理が可能である事がわかる。

以上説明したように、本実施例におけるヒータ１５では、小サイズ紙などを定着器に通紙した際の、定着器の長手方向（ヒータ長手方向）における通紙部と非通紙部の温度差を減少させる事ができる。したがって本実施例のヒータ１５を使用することにより、定着装置の安全性をアップし、小サイズ紙を連続定着処理するスピードをアップする事が可能である。

（搬送方向通電の問題点）
以上述べたように、本実施例におけるヒータ１５では、従来の搬送方向通電パターン方式のヒータと同様に、非通紙部昇温を緩和する事ができる。

しかし、従来の搬送方向通電パターンの発熱体１５Ｂには、ヒータ長手方向で発熱ムラを起こしてしまうことがあった。

搬送方向通電パターンにおいて、導体の抵抗が、発熱体の抵抗にくらべて十分小さくないと、ヒータ長手方向で導体内にも電位差が生じる。その結果、給電部付近の発熱体に流れる電流量が、給電部から遠い部分の発熱体に流れる電流量よりも大きくなり、ヒータ長手方向で発熱ムラを起こしてしまう。

従来の搬送方向通電パターンでは、発熱体と導体を同一平面上に形成しており、通常、発熱体は幅広く、導体は幅狭く形成される。

導体の材料には、通常、銀などの十分抵抗の低い材料を用いられており、材料を変更して、これ以上抵抗を小さくすることも困難である。一般的に１００Ｖ〜２４０Ｖである商用電源を電力源として、加熱定着に必要な電力を得る為には、ヒータの総抵抗を１００Ω以下とする事が望ましく、発熱体の抵抗をあまり高くする事もできない。

その結果、従来の搬送方向通電パターンでは、導体の抵抗が、発熱体の抵抗にくらべて無視できない大きさとなり、発熱ムラが発生してしまうのである。

本実施例におけるヒータ１５では、その問題も改善される。本実施例におけるヒータ１５では、基板幅方向において２本の長手導体２４を幅広く形成しており、該長手導体２４の抵抗を小さくできる。ヒータ長手方向で長手導体内に生じる電位差は十分小さくなり、ヒータ長手方向での発熱ムラを十分小さくする事ができる。

（実験２）
本実施例におけるヒータ１５の発熱分布の均一性を確認する為に、本実施例のヒータの通電試験を行った。また同時に、比較例として、平面的に搬送方向通電パターンを形成した従来のヒータの通電試験も行った。

本実施例におけるヒータ１５は、実験１と同様の構成である。

また、比較例として、従来のヒータ１５を図７に示す。図７は平面的に構成された搬送方向通電パターンを有するヒータ１５であり、本実施例におけるヒータと同様に、基板の幅は７．０ｍｍとし、本実施例と同じ４．８ｍｍ幅の発熱体層１５Ｂを設けた。

基板幅方向において基板１５Ａの一端側と他端側には、厚さ１０μｍ、長さ２２０ｍｍ、幅０．４ｍｍの長手導体２４を２本設け、それらの長手導体を電極部２３と導通させた。発熱体層１５Ｂは２本の長手導体２４上および該長手導体間に厚さ１０μｍで形成した。発熱体ペーストには、ＲｕＯ_２などから成る１０００ｐｐｍ以上の正の抵抗温度特性を持つもので、ヒータの総抵抗が１０Ωとなるよう配合調整されたものを使用した。その上に、さらに摺動保護用のガラス層１５Ｄを、厚さ５０μｍで設けて、従来のセラミックヒータとした。

これらのヒータを定着装置に組み込み、実験２と同様に、ヒータ長手方向でのニップ内温度の温度差を比較した。

以下の表２にその結果を示す。

従来例におけるヒータでは、端部の温度が、中央部の温度よりも２０℃も高くなった。長手導体幅を広げている本実施例におけるヒータでは、温度ムラは２℃以内と、ほぼ均一といえる状態になった。

ヒータの発熱温度ムラが大きいと、例えばトナーなどによる未定着トナー画像を担持した記録材に加熱定着する際に、画像の光沢ムラや、ホットオフセットなどの画像不良を発生させる恐れがある。

トナー像を加熱定着させる温度にムラがあると、記録材上のトナー粒子が溶融して潰れる度合いも変わり、光沢ムラとなって現れる。ホットオフセットとは、記録材上のトナーが溶融しすぎ、溶けたトナーが記録材上からフィルム上へ転移し、フィルム１周後に再び記録材に移って記録材上を汚すものである。

実際にこれらのヒータを用いた定着器に、トナー画像を担持させた記録材を通紙して、画像不良が発生するかどうか確認した。実験には、本実施例における構成のヒータを使用した。

条件としては、室温２３度、湿度５０％の環境下において、ヒータを、基板裏側に当接させたサーミスタにて１７０℃に温度維持するよう通電制御した定着装置に、次のような記録材を通紙した。すなわち、坪量６４ｇ、ＬＴＲサイズの記録材上に、全面に黒画像を形成したものと、記録材の先端より１００ｍｍにハーフトーン画像を形成したものを通紙した。そして定着された記録材上の画像を評価した。

以下の表３にその結果を示す。

従来の搬送方向通電ヒータでは、記録材端部で画像不良が発生した。本実施例におけるヒータでは、温度ムラによる画像不良は発生しなかった。

（本実施例における立体的に構成された搬送方向通電パターンの利点）
以上説明したように、本実施例におけるヒータ１５を用いれば、温度ムラの少ない、画像不良のない定着装置を提供する事ができる。

従来の搬送方向通電パターンのヒータ１５にあっては、本実施例のヒータ１５と同じ基板幅、発熱体幅で、同じように幅広い導体２４を設ける事は困難である。

従来のヒータのように平面的に構成しながら、幅広い導体２４を設けた場合は、発熱体１５Ｂの面積を小さくするか、基板１５Ａを大きくしなければならなくなる。また、導体２４を厚くして導体の抵抗を下げようとした場合、導体だけを厚くするとヒータ表面に凸凹が生じ、記録材と発熱部の密着性が悪くなって加熱定着性能が低下する。また、導体２４、発熱体１５Ｂの厚みを上げる場合、例えばスクリーン印刷では一度に塗れる厚みが限られる為、塗工回数を増やさなければならない。

本実施例のヒータ１５のように搬送方向通電パターンを立体的に構成した場合と、従来のヒータ１５のように平面的に構成した場合で、実際にセラミックヒータを形成した場合、基板の幅、導体幅、発熱幅に生じる違いについて、以下、具体例をあげて比較する。

本実施例、従来例のヒータに共通する製造上の制約としては、基板側面より内側に０．７ｍｍずつは、工程上、導体、発熱体ペーストを塗工できない余白とし、スクリーン印刷で１度に塗れる最大厚みは１０μｍとした。

本実施例におけるヒータ１５は、幅７．０ｍｍの基板１５Ａ上に、幅２．０ｍｍ、厚み１０μｍの２本の長手導体２４を形成して、それらの長手導体上および該長手導体間に絶縁ガラスを２回塗工して厚さ２０μｍの絶縁層１５Ｅを設けた。そして絶縁層１５Ｅの上には発熱体層１５Ｂを厚さ１０μｍで形成した。長手導体２４と発熱体層１５Ｂは幅０．４ｍｍの領域で導通させ、長手導体の抵抗を十分に低くしながら、発熱体層の発熱幅を４．８ｍｍとる事ができる（図８、実施例参照）。絶縁保護層たる表層ガラス１５Ｄの形成を除くプリント工程は、導体１回、絶縁層２回、発熱体層１回の４回となる。

従来どおりの平面的な構成の搬送方向通電ヒータにおいて、導体２４の幅を２．０ｍｍとし、基板１５Ａの幅を本実施例と同様に７．０ｍｍとしたヒータ１５を従来例(1)とする（図８、従来例(1)参照）。

逆に、基板幅１５Ａを大きくし、発熱幅を実施例と同様に４．８ｍｍとなるよう調整したヒータ１５を従来例(2)とする（図８、従来例(2)参照）。

導体２４の幅を小さくし、基板１５Ａの幅と発熱幅を実施例と同様となるよう調整したヒータ１５を従来例(3)とする（図８、従来例(3)参照）。これらの従来例(1)から(3)のヒータ１５において表層ガラス形成を除くプリント工程は、導体１回、発熱体１回の２回となる。

従来どおりの平面的な構成で、基板１５Ａの幅と発熱幅を実施例と同様にし、導体２４を厚くしたヒータ（図示せず）を従来例(4)とする。

導体２４と発熱体１５Ｂの両方を厚くしたヒータ（図示せず）を従来例(5)とする。

以下の表４に以上の比較を示す。

従来例(1)では、導体パターンが形成可能な面積のうち、発熱体以外の部分が占める面積が大きくなり、発熱幅が実施例に比べて３．２ｍｍも小さい、１．６ｍｍしか形成できなくなる。実施例に比べて、定着性能が大幅に低くなる問題が生じる。

従来例(2)では、実施例と同様の性能が得られるが、形成しなければならない導体パターンが多く、実施例に比べて３．２ｍｍも大きい、１０．２ｍｍの基盤幅が必要となる。ヒータが大型化し、また、ホルダ、フィルムなど周辺の部品も大型化し、定着装置全体として、大型化、コストアップする問題が生じる。

従来例(3)では、導体パターンが形成可能な面積のうち、導体パターン以外の部分が占める面積が大きくなり、導体パターンの幅を狭くしなければならない。この為、抵抗が十分低くないため、今まで説明してきたように、発熱ムラが生じる。

従来例(4)では、ヒータ表面にも４０μｍ程度の凸凹が生じ、発熱部分と記録材が密着しなくなる為、定着性能が低下する
従来例(5)では、実施例と同等の基板幅で、同等の性能が得ることができるが、塗工回数が大幅に増加し、製造タクト、製造コストが増大する。また、狭い領域に、厚く、多数回、ペーストを塗工しようとすると、ペーストのダレなどにより、形状の精度を出すのが難しくなり、抵抗ムラなどを発生しやすくなる。

本実施例におけるヒータ１５では、導体パターン１５Ｃの幅と、発熱体層１５Ｂの発熱幅とを両立させ、小型で、発熱ムラがなく、定着性能の高いヒータとする事ができている。

以上説明したように、本実施例におけるヒータ１５は、基板長手方向に延びる２本の導体パターン１５Ｃ上に絶縁層１５Ｅを介して発熱体層１５Ｂを設けている。そして基板幅方向における一端側と他端側に基板厚み方向で２本の導体パターン１５Ｃと発熱体層１５Ｂとを導通する導通経路Ｃを有している。このような構成とすることにより、基板幅方向において導体パターンや発熱抵抗体パターンに関し、幅や断面積を設計する自由度を向上させることができる。これにより、発熱体層１５Ｂの面積を広くとりつつ、２本の導体パターン１５Ｃの幅すなわち長手導体２４の幅を広く取ることができる。よって、基板長手方向において発熱ムラが少なく、定着性能の高い、搬送方向通電パターンを実現する事ができ、また小サイズ通紙時における非通紙部昇温を軽減できる、セラミックヒータを実現する事ができる。

ヒータ１５の他の実施例を説明する。本実施例のヒータ１５を具備させる定着装置の概略構成などは実施例１と同様である。

本実施例のヒータ１５は、２本の導体パターン１５Ｃのうちの何れかの導体パターン１５Ｃに折り返しパターンを設けることを特徴としている。
（折り返しパターンを設けることの利点）
図９に、本実施例に係るヒータ１５の一例の構成模型図、断面図、および通電制御回路の一例のブロック図を示す。

このヒータ１５は、大きく分けて、次の１）〜５）から構成される。図１０にヒータ１５の構成の一例を層別に図示する。

１）セラミック基板１５Ａ（図１０の（１）参照）。

実施例１と同様である。

２）導体パターン１５Ｃ
導体パターン１５Ｃは、基板幅方向に離間させて２本設けてある。２本の導体パターン１５Ｃのうち、基板幅方向における一端側（記録媒体導入側）の導体パターン１５Ｃが折り返しパターンとしての折り返し導体２１を有している（図１０の（２）参照）。すなわちこの導体パターン１５Ｃは、基板長手方向に延びる長手導体２４と、長手導体２４の一端から基板長手方向に折り返した折り返し導体２１と、この折り返し導体に導通させた電極部２３と、を有している。基板幅方向における他端側（記録媒体排出側）の導体パターン１５Ｃは実施例１と同様である。それぞれの導体パターン１５Ｃにおいて電極部２３は基板長手方向の片側端部にまとめて配置されている。上記他端側の導体パターン１５Ｃの電極部２３は直接、長手導体２４に導通されている。

３）絶縁層１５Ｅ（図１０の（３）参照）
実施例１と同様である。

４）発熱体層１５Ｂ（図１０の（４）参照）
実施例１と同様である。

５）絶縁保護層１５Ｄ（図１０の（５）参照）
実施例１と同様である。

従来の長手方向通電ヒータ１５では、図２３、図２４のように、ヒータに流れる全ての電流は、ヒータ長手に沿って形成された発熱体１５Ｂに沿って基板長手方向に流れている。この為、ヒータ長手方向のいずれかで、ヒータが破断した場合には、通電が遮断されていた。

また、従来の搬送方向通電ヒータでは、図２５、図２６のように、記録媒体材搬送方向、つまり基板幅方向にも発熱体１５Ｂを介して電流が流れる。この為、図１１のように、基板長手方向の片側端部に電極部２３を設け、基板長手方向の片側からヒータに給電している場合、ヒータ１５が破断した場合にも、通電が遮断されない問題があった。特に、温度検知素子１８、安全素子２２が当接していない部分よりも電極部２３側で破断（例えば破線にて示すＡ部分）した場合、ヒータに通電する電力が制御不能になる。このため通電可能な領域Ｂに異常な電流が流れて、ヒータおよび周辺部品が異常高温にさらされる可能性がある。

本実施例におけるヒータ１５では、不慮の故障、破損により、ヒータが破断した場合には、折り返しパターン２１も破断して長手導体２４への通電が遮断され、ヒータが異常高温となるのを防ぐ事ができる。

従来の搬送方向通電ヒータのように平面的に構成しながら、基板表面に折り返し導体を設けた場合でも、異常高温を防ぐことができるが、折り返し導体が占める面積分、基板を大きくするか、発熱体面積を小さくしなければならない。

本実施例におけるヒータ１５のように搬送方向通電パターンを立体的に構成した場合と、従来例のように平面的に構成した場合で、実際にヒータを形成した場合、基板の幅、導体幅、発熱幅に生じる違いを以下、具体例をあげて比較する。

実施例、従来例に共通する製造上の制約として、基板側面より内側に０．７ｍｍずつは、工程上、導体、発熱体ペーストを塗工できない余白とした。また、折り返し導体２１の最小幅は０．４ｍｍとした。そして折り返し導体２１と長手導体２４との間は０．４ｍｍ以上間隔を空けることとした。

本実施例におけるヒータ１５は、幅７．０ｍｍの基板上１５Ａに、幅２．０ｍｍ、厚み１０μｍの２本の長手導体２４を形成し、これら２本の長手導体のうち基板幅方向の一端側の長手導体に幅０．４ｍｍの折り返し導体２１を形成した。そして２本の長手導体２４および折り返し導体２１の上と、折り返し導体と長手導体との間に絶縁ガラスを２回塗工して厚さ２０μｍの絶縁層１５Ｅを設けた。そして絶縁層１５Ｅの上には発熱層１５Ｂを厚さ１０μｍで形成した。それぞれの長手導体２４と発熱体１５Ｂは幅０．４ｍｍの領域で導通させ、長手導体の抵抗を十分に低くしながら、発熱幅１５Ｂを４．８ｍｍとる事ができる（図１２、実施例参照）。

また、本実施例と同様の幅の基板１５Ａを使用し、長手導体２４も本実施例と同様の幅で形成し、更に折り返し導体２１も形成したものを従来例(1)とする（図１２、従来例(1)参照）。

本実施例と同様の幅の発熱幅、長手導体２４を形成し、折り返し導体２１を設けられるよう基板幅が大きくものを使用したものを従来例(2)する（図１２、従来例(2)照）。

本実施例と同様の基板幅に、本実施例と同様の発熱幅で発熱層１５Ｂを形成し、折り返し導体２１も設けたものを従来例(3)する（図１２、従来例(3)参照）。

図７のように、折り返しパターンを設けずに、基板長手方向の両側端部に電極部２３を設けたものを従来例(4)とする。

図１３のように、基板１５Ａに貫通穴１５Ａ１を空けて、基板の裏面に折り返しパターン２１を設けたものを従来例(5)とする
比較結果を表５に示す。

従来例(1)では、導体パターンが形成可能な面積のうち、発熱体以外の部分が占める面積が大きくなり、発熱幅が、実施例に比べて４．０ｍｍも狭い、０．８ｍｍ幅でしか形成できなくなる。定着性能は大幅に低下する問題が生じる。

従来例(2)では、形成しなければならない導体パターンが多く、実施例に比べて４．０ｍｍも大きい、幅１１．０ｍｍにもなる基板が必要となり、装置の大型化が問題となる。

従来例(3)では、導体パターンが形成可能な面積のうち、長手方向導体以外の部分が占める面積が大きくなり、長手方向導体幅を狭くしなければならない為、実施例１で説明したように、発熱ムラが発生する。

従来例(4)では、実施例同様の効果を得る事ができるが、電極、コネクタ、配線が基板長手方向の両側に必要になり、定着装置の複雑化、大型化に繋がる。

従来例(5)では、実施例同様の効果を得られるが、貫通穴をあけることによるセラミック基板強度の低下などが問題となる。破断時の安全性は確保できるが、ヒータの破断現象そのものが発生しやすくなる危険性がある。

本実施例におけるヒータ１５は、２本の導体パターン１５Ｃのうちの何れかに折り返し導体２１を設けつつも、２本の導体パターンの導体幅と発熱体層１５Ｂの発熱幅とを両立させ、小型で、発熱ムラがなく、定着性能の高いヒータとする事ができる。本実施例では、折り返し導体２１を基板幅方向の一端側の長手導体２４に設けたが、一端側の長手導体２４に設けてもよい。

以上説明したように、本実施例におけるヒータ１５は、基板長手方向に延びる２本の導体パターン１５Ｃのうちの何れかの導体パターンが折り返し導体２１を有するヒータ構成としても、実施例１のヒータ１５と同様な作用、効果を得ることができる。

本実施例のヒータ１５は、２本の導電パターン１５Ｃ、および絶縁層１５Ｅ上に形成する発熱体層１５Ｂを、背景技術でも説明した搬送方向通電パターンの一形態である分割方式とする事を特徴とする。

通常の搬送方向通電パターンでは記録媒体搬送方向に電流を流す為、シート抵抗の高い抵抗発熱体を使用する必要がある。分割方式ではヒータ長手方向に沿っても電流を流す為、シート抵抗が比較的低い抵抗発熱体ペーストを用いることができる。

説明を簡単にする為に、電極部２３を基板長手方向の両側端部に設けたヒータで説明する。

本実施例におけるヒータの一例の構成模型図および断面図を図１４に示す。このヒータ１５は、大きく分けて、次の１）〜５）から構成される。図１５にヒータ１５の構成の一例を層別に図示する。

１）セラミック基板１５Ａ（図１５の（１）参照）
実施例１と同様である。

２）導体層１５Ｃ（図１５の（２）参照）
実施例１と同様である。

３）絶縁層１５Ｅ（図１５の（３）参照）
２本の導体パターン１５Ｃのそれぞれの長手導体２４上に発熱体層１５Ｂとの通電接点が、基板幅方向において一端側と他端側に交互に基板長手方向に沿って等間隔に形成されるように複数の導通穴Ｄを有する。

４）分割導体２７（図１５の（４）参照）
絶縁層１５Ｅの上には、該絶縁層の導通穴Ｄから基板幅方向に沿って複数の導体パターンを形成する。すなわち、基板幅方向において絶縁層１５Ｅの一端側の導通穴Ｄからは絶縁層の他端側に向かって、絶縁層の他端側の導通穴Ｄからは絶縁層の一端側に向かって導体パターンをそれぞれ形成する。

５）発熱体層１５Ｂ（図１５の（５）参照）
発熱体層１５Ｂを基板幅方向で複数の分割導体２７により分割することによって、各分割導体の間に抵抗発熱体を形成する。以下、分割導体２７によって区切られた抵抗発熱体と対応する発熱領域を発熱セグメントと称する。

６）絶縁保護層１５Ｄ（図１５の（６）参照）
実施例１と同様である。

次に、各層における電流経路を説明する。図１６に本実施例のヒータ１５の電流経路を層別に図示する。

１）２本の導体パターン１５Ｃでは、実施例１と同様に、電極部２３から長手導体２４に導通する（図１６の（１）参照）。

２）絶縁層１５Ｅでは、導通穴Ｄに分割導体２７が入り込んで長手導体２４と上層の発熱体層１５Ｂとを導通させる導通経路としての通電接点が形成される（図１６の（２）参照）。

３）分割導体２７は、絶縁層１５Ｅの導通穴によって形成された通電接点Ｄを通ってそれぞれの長手導体２４と導通する（図１６の（３）参照）。

４）すなわち、商用電源３１からトライアック３２を介して電極部２３に供給された電流は、最下層に設けられた導体パターン１５Ｃの長手導体２４から、分割導体２７により絶縁層１５Ｅの導通穴によって形成された導通経路Ｄに流れる。そしてその導通経路Ｄと対応する絶縁層の上層にある複数の分割導体２７に流れる。そしてこれらの分割導体２７を介して発熱体層１５Ｂに矢印のように電流が流れる（図１６の（４）参照）。

経路は複雑だが、２本の長手導体２４の間で、基板幅方向に通電するものである。

電流の流れる方向とその効果について、図１７に示すモデル回路を用いて説明する。

実施例１、２における搬送方向通電ヒータは、無限に分割された並列回路と見なす事ができる。横向きに図示された長手導体２４を表す導線と導線の間で、縦方向に図示された抵抗発熱体１５Ｂを表す抵抗に通電される。

これに対して、本実施例における並列通電方式は、有限数に分割された並列回路と見なす事ができる。横向きに図示された長手導体２４を表す導線から、縦方向に図示された分割導体２７を介して、横方向に図示された発熱体層１５Ｂを表す抵抗に通電される。発熱体層１５Ｂに流れる電流の方向は、基板長手方向であるが、発熱体層にＰＴＣ特性を持たせる事で、実施例１、２の基板幅方向通電とほぼ同様の非通紙部昇温抑制効果が得られる。

すなわち、非通紙部に位置する発熱セグメントでは、抵抗値が上昇し、電流量が減少して、非通紙部での発熱セグメントの発熱量を抑える事ができる。発熱量の増減は各発熱セグメント単位で起こる為、発熱体層１５Ｂの分割が細かく、各発熱セグメントが細かいほど、多様な紙サイズに対応する事ができる。

また、図１８のように、分割導体２７を斜めに形成すると、この分割導体による定着ムラを軽減する事ができる。完全に基板幅方向に沿って分割導体２７を設けると、分割導体では発熱しない為に、ヒータ長手方向で全く発熱しない場所ができてしまい、ヒータ長手方向において、定着ムラが発生するためである。

（実験４）
本実施例の効果を確認する為に、本実施例における分割方式の搬送方向通電ヒータと、従来の長手方向通電ヒータの比較試験を行った。

実験に使用した本実施例におけるヒータ１５は、図１８と同様の構成で、幅７．０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの基板１５Ａ上に、厚さ１０μｍ、幅２．０ｍｍ、長さ２２０ｍｍの長手導体２４を２本設けた。そしてそれぞれの長手導体２４を電極部２３と導通させた。長手導体２４と、電極部２３から成る導体パターン１５Ｃは、基板上にＡｇ／Ｐｔペーストをスクリーン印刷によって印刷し、乾燥、焼成して形成した。それぞれの長手導体２４上および該長手導体間には、幅５．６ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、厚さ２０μｍの絶縁層１５Ｅを設けた。絶縁層１５Ｅには、０．４ｍｍ×０．４ｍｍの導通穴Ｄを計１２箇所設け、発熱体層１５Ｂとの導通を可能した。絶縁層１５Ｅは、絶縁ガラスペーストをスクリーン印刷し、乾燥、焼成させて形成した。

導体パターン１５Ｃと絶縁層１５Ｅの上に１２本の分割導体２７を形成した。分割導体２７は導通穴Ｄを通って、最下層の導体パターン１５Ｃと導通する。分割導体２７は、基板幅方向に対して斜め１５°の角度を持って形成される幅０．４ｍｍ、高さ５．６ｍｍの平行四辺形である。基板長手方向の両端の電極部２３だけは、上辺０．４ｍｍ、底辺１．９ｍｍ、高さ５．６ｍｍの台形とする。各分割導体２７の間には、幅１９．３６ｍｍ、高さ５．６ｍｍの平行四辺形の発熱体層１５Ｂを厚さ１０μｍで設け、１１ヶ所に分割された発熱セグメントを形成した。発熱体ペーストには、ＲｕＯ_２などから成る１０００ｐｐｍ以上の正の抵抗温度特性を持つもので、ヒータの総抵抗が１０Ωとなるように配合調整されたものを使用した。

従来の基板長手方向に通電する発熱体パターンを形成したヒータとしては、幅７．０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの基板上に、図２３のように、幅５．６ｍｍ、厚さ１０μｍの帯状の発熱体を形成した。発熱体は両端部で電力供給用の電極２３と導通させている。発熱体ペーストには、Ａｇ／Ｐｄなどから成る１０００ｐｐｍ以上の正の抵抗温度特性を持つもので、ヒータの総抵抗が１０Ωとなるように配合調節されたものを使用した。

これらのヒータを比較として、定着器に組み込んだ際にニップ部Ｎに紙を通紙させた時の、ヒータの長手に対する非通紙部と通紙部との加圧ローラの表面温度を比較した。

条件としては、室温２３度、湿度５０％の環境下において、ヒータを、基板裏側に当接させたサーミスタにて１７０℃に温度維持するよう通電制御した定着器に、坪量８０ｇ／ｍ^２のＡ５サイズ紙を連続１０枚通紙した。そしてその際の加圧ローラ温度の通紙部と非通紙部の温度差を測定した。加圧ローラの表面温度は、加圧ローラに耐熱性の繊維で形成されたフェルトを当接し、フェルトとローラの間に熱電対を配して測定した。定着装置の紙搬送速度は６０ｍｍ／ｓｅｃで、記録紙の通紙間隔を１９０ｍｍにし、９枚／分で通紙した場合で実験した。

以下の表６に結果を示す。

従来例の構成では、９枚／分で通紙した場合の非通紙部の加圧ローラ表面温度は２４０℃にまで達していた。一方、本実施例のヒータでは、９枚／分、１０枚通紙した時点で、非通紙部の加圧ローラ表面の温度は２００℃であった。従来例のヒータに対して４０℃のマージンアップが図られている。

図１９に本実施例の発熱体分割パターンと、小サイズ紙の紙幅の関係を示す。

Ａ５サイズ紙が中央基準で通紙された場合、１１分割された発熱セグメントの内、中央部の７セグメントは通紙部となり、両端部２セグメントずつは、ほぼ非通紙部となる。両端部２セグメントの抵抗が、非通紙部昇温による温度上昇で上昇し、電流を流れにくくして、非通紙部昇温を軽減させていることが分かる。

以上説明したように、本実施例における分割方式の搬送方向通電パターンのヒータ１５は、実施例１、２におけるヒータと同様に、小サイズ通紙における非通紙部昇温を軽減させる事ができる。

本実施例における分割方式のヒータ１５は、図２０に一例を示すように、実施例２と同様に、１本の導体パターン１５Ｃに折り返し導体２１を設け、電極部２３を基板長手方向の片側端部だけに設けることもできる。

図２６に示される分割方式のヒータにおいても、実施例１、２のヒータ１５と同様に、基板長手方向に沿って形成される長手導体２４の抵抗が、発熱体層１５Ｂの抵抗に比べて十分小さくないと、発熱ムラが発生する。また、折り返し導体２１を設けずに基板長手方向の片側だけから給電すると、ヒータ破断時に電力制御不能になり、異常高温となる危険がある。

しかしながら、本実施例におけるヒータ１５は、実施例２と同様に、折り返し導体２１を設けつつも、導体幅と発熱幅を両立させ、小型で、発熱ムラがなく、定着性能の高いヒータとする事ができる。

したがって本実施例のような分割方式の搬送方向通電ヒータ１５においても、実施例１のヒータ１５と同様な作用、効果を得ることができる。

本実施例のヒータ１５は、裏面発熱方式とする事を特徴とする。図２１に本実施例のヒータ１５を定着装置に適用したニップ部付近の横断側面拡大図を示す。

本実施例におけるヒータ１５は、基板１５Ａに、例えば窒化アルミニウムなどの良熱伝導のセラミック基板を用いている。そしてヒータ１５の、フィルム１６を介して記録媒体（図示せず）を加熱定着する面を表面とした場合、ヒータ裏面に発熱体層１５Ｂを設け、基板１５Ａを介して熱を伝える裏面発熱構成である。

ヒータ表層の保護層１５Ｆを形成する材料としては、保護、絶縁性、表面性などから、絶縁ガラスなどが用いられるが、一般的に、熱伝導性には優れない。その為、基板１５Ａに熱伝導性の良い部材を用いた場合、ガラスを介して熱を伝えるよりも、基板を介して熱を伝える裏面発熱方式とした方が効率的になる。

図２２に、本実施例におけるヒータの一例の構成模型図、断面図、および通電制御回路の一例のブロック図を示す。

例えば、幅７．０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの基板１５Ａ上に、幅５．６ｍｍ、厚さ１０μｍの発熱抵抗体をスクリーン印刷などによって印刷し、乾燥、焼成して、発熱体層１５Ｂを形成する。発熱体ペーストには、ＲｕＯ_２などから成る１０００ｐｐｍ以上の正の抵抗温度特性を持つもので、ヒータ１５の総抵抗が１０Ωとなるように配合調整されたものを使用する。

発熱体層１５Ｂの上には、幅５．６ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、厚さ２０μｍの絶縁層１５Ｅを設けた。基板幅方向における一端側と他端側において発熱体層１５Ｂの外側０．４ｍｍずつを露出させ、上層の２本の導体パターン１５Ｃのそれぞれの長手導体２４との導通を可能した。絶縁層１５Ｅは、絶縁ガラスペーストをスクリーン印刷し、乾燥、焼成させて形成した。

発熱体層１５Ｂと絶縁層１５Ｅの上には、Ａｇ／Ｐｔペーストをスクリーン印刷によって印刷し、乾燥、焼成して、基板幅方向に２本の導体パターン１５Ｃを形成した。導体パターン１５Ｃは、それぞれ、厚さ１０μｍ、幅２．５ｍｍ、長さ２２０ｍｍの長手導体２４を有している。そして基板幅方向における一端側（記録媒体導入側）の導体パターン１５Ｃは長手導体２４の一端から基板長手方向に幅０．４ｍｍの折り返し導体２１を有している。そしてそれぞれの長手導体２４を基板長手方向の片側端部にまとめた電極部２３と導通させた。

２本の導体パターン１５Ｃのそれぞれの長手導体２４上および折り返し導体２１上には、絶縁ガラスからなる厚さ２０μｍ、幅６．４ｍｍの保護層１５Ｄを設けた。

また、基板１５Ａの発熱体層１５Ｂのない面（表面）には、フィルム１６との摺動性を良くする為、厚さ３μｍのポリイミド樹脂からなる摺動保護層１５Ｆを設けている。

実施例１、２、３で説明した表面発熱方式のヒータ１５では、基板１５Ａの上に、導体パターン１５Ｃを設け、その上に絶縁層１５Ｅ、さらにその上に発熱体層１５Ｂを設けて、最後に保護層１５Ｅを設けた。

本実施例における裏面発熱形式のヒータ１５では、基板１５Ａの上に、まず発熱体層１５Ｂを設け、その上に絶縁層１５Ｅ、さらにその上に導体パターン１５Ｃを設けて、最後に保護層１５Ｅを設ける。

裏面発熱方式では、表面発熱方式とは熱を伝える方向が逆な為、発熱体層１５Ｂと導体パターン１５Ｃの位置を逆にした方が効率的である。

本実施例の裏面発熱方式のヒータ１５においても、実施例１、２と同様な作用、効果を得ることができる。また発熱体層１５Ｂを、実施例３のような搬送方向通電パターンの一形態である分割方式とした場合の効果も、実施例３と同様である。

〔その他〕
１）実施例の定着装置は加圧ローラ駆動方式の装置であるが、定着装置はこれに限られるものではない。例えば駆動ローラとテンションローラに張架させたエンドレス状のフィルムを駆動ローラにより回転駆動させて加圧ローラを従動回転させる、所謂定着フィルム駆動方式の装置でもよい。

２）本発明の加熱装置は、未定着画像を被加熱材に仮定着する仮定着装置や、定着画像を担持した被加熱材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置としても有効である。またその他、例えばシート状被加熱材のしわ除去用の熱プレス装置や、熱ラミネート装置、紙等の被加熱材の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状被加熱材を加熱処理する加熱装置として用いても有効である。

画像形成装置の一例の全体構成図である。実施例１に係る定着装置の要部の横断側面構成模型図である。実施例１に係るヒータの一例の構成模型図と断面図である。実施例１に係るヒータを層別に示した構成模型図である。実施例１に係るヒータを適用した定着装置のニップ部付近の横断側面拡大図である。実施例１に係るヒータの通電経路の説明図である。実施例１に係るヒータの比較例である従来の搬送方向通電パターンタイプのヒータの構成模型図である。実施例１の係るヒータと従来のヒータの構成上の違いを比較する構成模型図である。実施例２に係るヒータの一例の構成模型図と断面図である。実施例２に係るヒータを層別に示した構成模型図である。片側に電極部を備えた従来の搬送方向通電パターンタイプのヒータの構成模型図である。実施例２の係るヒータと従来のヒータの構成上の違いを比較する構成模型図である。実施例２に係るヒータの比較例である従来の搬送方向通電パターンタイプのヒータの構成模型図である。実施例３に係るヒータの一例の構成模型図と断面図である。実施例３に係るヒータを層別に示した構成模型図である。実施例３に係るヒータの電流経路を層別に示した説明図である。実施例１、２および３のヒータのモデル回路図である定着ムラを改善した実施例３に係るヒータの構成模型図と断面図である。実施例３に係るヒータと、実験に使用した記録材の非通紙部との関係の説明図である。実施例３に係るヒータの他の例の構成模型図と断面図である。実施例４に係るヒータを適用した定着装置のニップ部付近の横断側面拡大図である。実施例４に係るヒータの構成模型図と断面図である。従来の長手方向通電パターンタイプのヒータの一例の構成模型図である。従来の長手方向通電パターンタイプのヒータの他の例の構成模型図である。従来の搬送方向通電パターンタイプのヒータの一例の構成模型図である。従来の搬送方向通電パターンタイプのヒータの他の例の構成模型図である。

符号の説明

１５‥‥セラミックヒータ、１５Ａ‥‥セラミック基板、１５Ｂ‥‥発熱体層・発熱抵抗体、１５Ｃ‥‥導体層・導体パターン、１５Ｄ‥‥セラミックヒータ保護層、１５Ｅ‥‥絶縁層・絶縁体、１５Ｆ‥‥摺動保護層、１６‥‥定着フィルム、１７‥‥加圧ローラ、１８‥‥温度検知体・サーミスタ、１９‥‥ヒータホルダ、２０‥‥給電用コネクタ、２１‥‥折り返し導体、２２‥‥安全素子、２３‥‥電力供給用電極部、２４‥‥長手導体、２７‥‥電力供給用電極部、３１‥‥商用電源、３２‥‥トライアック、３３‥‥電力（通電）制御手段（ＣＰＵ）、３４‥‥Ａ／Ｄ変換回路、Ｔ‥‥トナー、Ｐ‥‥記録媒体

Claims

細長い基板と、前記基板の基板面上に前記基板の短手方向に離間させて前記基板の長手方向に沿って形成した２本の導体層と、を有し、被加熱材を加熱する加熱装置に用いられる加熱体において、
前記２本の導体層上および前記導体層間に形成した絶縁層と、
前記絶縁層上に形成した発熱体層と、
前記発熱体層と前記２本の導体層とを前記基板の短手方向における一端側と他端側で前記基板の厚み方向に導通させる導通経路と、
を有することを特徴とする加熱体。
前記導通経路が前記発熱体層によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
更に、前記絶縁層上に前記発熱体層を前記基板の短手方向に沿って分割する複数の分割導体を有し、前記導通経路が前記分割導体によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
前記分割導体は、前記基板の短手方向に対して所定角度傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の加熱体。
前記２本の導体層は、それぞれ、前記基板の長手方向に延びる長手導体と、前記長手導体と導通する電極部と、を有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の加熱体。
前記２本の導体層のうち何れかの導体層は、前記長手導体の一端から前記基板の長手方向に折り返して前記電極部と導通する折り返し導体を有することを特徴とする請求項５に記載の加熱体。
前記発熱体層は、１０００ｐｐｍ以上の正の抵抗温度特性を持つことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の加熱体。
細長い基板と前記基板の基板面上に前記基板の短手方向に離間させて前記基板の長手方向に沿って形成した２本の導体層とを有する加熱体と、前記加熱体に接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を挟んで前記加熱体とニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する加熱装置において、
前記加熱体は、
前記２本の導体層上および前記導体層間に形成した絶縁層と、
前記絶縁層上に形成した発熱体層と、
前記発熱体層と前記２本の導体層とを前記基板の短手方向における一端側と他端側で前記基板の厚み方向に導通させる導通経路と、
を有することを特徴とする加熱装置。