JP2009145466A - Heating body and image heating device having the heating body - Google Patents

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Masashi Komata
将史 小俣
Akira Kato
加藤  明
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heating body capable of preventing a heating element from being ruptured incompletely even if a substrate is ruptured due to runaway in electric conduction and abnormal temperature rise. <P>SOLUTION: The heating body 3 includes the substrate 3a, the heating element 3b energized to generate heat and provided in the longitudinal direction of the substrate on the substrate, and a protective layer 3c covering an opposite-side surface of the heating element to the substrate. The heating element is a carbon-based heating element formed by carbonizing organic substance. The protective layer is composed by blending scale-shaped filler inside heat resistant resin and layering the filler in the thickness direction of the protective layer inside the heat resistant resin. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載する加熱定着装置として用いれば好適な像加熱装置に用いられる加熱体、及びこの加熱体を有する像加熱装置に関する。特に、基板と、通電により発熱する発熱体であって、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられた発熱体と、前記発熱体の前記基板の反対側の面を覆う保護層と、を有する加熱体、及びこの加熱体を有する像加熱装置に関するものである。   The present invention relates to a heating body used in an image heating apparatus suitable for use as a heating and fixing apparatus mounted on an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or an electrophotographic printer, and an image heating apparatus having the heating body. In particular, a substrate and a heating element that generates heat upon energization, the heating element provided on the substrate along the longitudinal direction of the substrate, and a protective layer that covers a surface of the heating element opposite to the substrate, And an image heating apparatus having the heating body.

電子写真式のプリンタや複写機に搭載する像加熱装置(定着器)として、フィルム加熱方式の定着装置が知られている。このフィルム加熱方式の定着装置としては、セラミックス製の基板上に通電発熱体を有するヒータと、そのヒータに接触しつつ移動する可撓性部材と、その可撓性部材を介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有するものがある。特許文献1、2にはフィルム加熱方式の定着装置が記載されている。未定着トナー画像を担持する記録材は定着器のニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上の未定着トナー画像は記録材に加熱定着される。この定着器は、ヒータへの通電を開始し定着可能温度まで昇温するのに要する時間が短いというメリットを有する。従って、この定着器を搭載するプリンタは、プリント指令の入力後、一枚目の画像を出力するまでの時間(FPOT:First PrintOut Time)を短く出来る。またこのタイプの定着器は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少ないというメリットもある。   2. Description of the Related Art A film heating type fixing device is known as an image heating device (fixing device) mounted on an electrophotographic printer or copying machine. This film heating type fixing device includes a heater having an energized heating element on a ceramic substrate, a flexible member that moves while contacting the heater, and the heater and the nip portion via the flexible member. And a pressure roller that forms Patent Documents 1 and 2 describe a film heating type fixing device. The recording material carrying the unfixed toner image is heated while being nipped and conveyed at the nip portion of the fixing device, whereby the unfixed toner image on the recording material is heated and fixed on the recording material. This fixing device has an advantage that it takes a short time to start energizing the heater and raise the temperature to a fixable temperature. Therefore, a printer equipped with this fixing device can shorten the time (FPOT: First Print Out Time) from when a print command is input until the first image is output. This type of fixing device also has an advantage that power consumption during standby waiting for a print command is small.

ところで、可撓性部材を用いた定着器を搭載するプリンタで小サイズの記録材を大サイズの記録材と同じプリント間隔で連続プリントすると、ヒータの記録材が通過しない領域(非通紙領域)が過度に昇温することが知られている。ヒータの非通紙領域が過昇温すると、ヒータを保持するホルダや加圧ローラが熱により損傷する場合がある。   By the way, when a small-sized recording material is continuously printed at the same print interval as a large-sized recording material with a printer equipped with a fixing device using a flexible member, the area where the recording material of the heater does not pass (non-sheet passing area) Is known to overheat. If the non-sheet passing area of the heater is excessively heated, the holder and the pressure roller that hold the heater may be damaged by heat.

そこで、上記の定着器を搭載するプリンタは、小サイズの記録材に連続プリントする場合、大サイズの記録材に連続プリントする場合よりもプリント間隔を広げる制御を行いヒータの非通紙領域の過昇温を抑えている。   Therefore, a printer equipped with the above-described fixing device has a control to widen the print interval when continuously printing on a small size recording material, compared with the case of continuously printing on a large size recording material. The temperature rise is suppressed.

しかしながら、プリント間隔を広げる制御は単位時間当りの出力枚数を減らすものであり、単位時間当りの出力枚数を大サイズの記録材の場合と同等或いは若干少ない程度に抑えることが望まれる。   However, the control for extending the print interval is to reduce the number of output sheets per unit time, and it is desirable to suppress the number of output sheets per unit time to the same level or slightly less than in the case of a large size recording material.

そこで、上述した定着器に用いるヒータとして、温度が上昇するほど抵抗値が下がる特性(NTC:Negative Temperature Coefficient)のものを用いることも考えられている(特許文献3)。ヒータがNTC特性であれば、非通紙領域が過昇温しても非通紙領域の抵抗値は下がるので非通紙領域の過度の昇温(過昇温)を抑えられるという発想である。   Therefore, it is also considered to use a heater (NTC: Negative Temperature Coefficient) whose resistance value decreases as the temperature increases as the heater used in the above-described fixing device (Patent Document 3). If the heater has an NTC characteristic, the resistance value of the non-sheet passing area is lowered even if the non-sheet passing area is excessively heated, so that the excessive temperature increase (over temperature increase) of the non-sheet passing area can be suppressed. .

また特許文献4にはそのようなNTC特性をもつ炭素系発熱体を基板上に貼り付け、炭素系発熱体を使ったヒータの強度をあげた構成の定着装置が開示されている。
特開昭63−313182号公報 特開平4−44075号公報 特開2004−234998号公報 特開2006−134746号公報
Patent Document 4 discloses a fixing device having a structure in which a carbon-based heating element having such NTC characteristics is attached to a substrate and the strength of the heater using the carbon-based heating element is increased.
JP-A-63-313182 JP-A-4-44075 JP 2004-234998 A JP 2006-134746 A

通例フィルム加熱方式の定着装置に用いられるヒータは、2重3重の安全装置が盛り込まれるが、リスクアセスメントとして万一の通電暴走や異常昇温の場合まで想定して、安全対策を講じる必要がある。その安全対策の一例として、ヒータが通電暴走や異常昇温を起こした場合、最終的にはヒータ基板自体が熱ストレスにより破断して、通電発熱体が分断されることで通電が遮断するようにヒータを構成することが望ましい。   Usually, the heater used for the fixing device of the film heating system is equipped with a double or triple safety device, but it is necessary to take safety measures in the event of an energized runaway or abnormal temperature rise as a risk assessment. is there. As an example of the safety measure, when the heater has runaway energization or abnormal temperature rise, the heater substrate itself will eventually break due to thermal stress, and the energization heating element will be cut off so that the energization is cut off. It is desirable to construct a heater.

ところで、上記ヒータにおいて、通電発熱体の材料として炭素系発熱体を用いた場合、その通電発熱体の可撓性部材側の面(表面)を保護するため、通電発熱体表面に耐熱性の樹脂材料からなる保護層を設けることが考えられる。   By the way, in the above heater, when a carbon-based heating element is used as the material of the energization heating element, a heat-resistant resin is applied to the surface of the energization heating element in order to protect the surface (surface) on the flexible member side of the energization heating element. It is conceivable to provide a protective layer made of a material.

しかし、保護層の材料として耐熱性の樹脂を用いると、熱ストレスによりヒータ基板が割れた場合でも、樹脂が基板の割れるときの衝撃を吸収しやすいため、保護層がきれいに破断せず、通電発熱体もこれにつられて不完全な破断になりやすい。その場合、通電発熱体への通電がすぐに止まらない可能性がある。   However, if a heat-resistant resin is used as the material of the protective layer, even if the heater substrate is cracked due to thermal stress, the protective layer does not break cleanly and the heat generated when the resin breaks the substrate. The body also tends to break incompletely with this. In that case, energization of the energization heating element may not stop immediately.

そこで、本発明の目的は、通電暴走や異常昇温によって基板に破断が生じた場合でも、発熱体に不完全な破断が起きることを低減できるようにした加熱体、及びこの加熱体を有する像加熱装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a heating element capable of reducing the occurrence of incomplete breakage in a heating element even when the substrate breaks due to energization runaway or abnormal temperature rise, and an image having this heating element. It is to provide a heating device.

上記の目的を達成するための構成は、基板と、通電により発熱する発熱体であって、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられた発熱体と、前記発熱体の前記基板の反対側の面を覆う保護層と、を有する加熱体において、前記発熱体は有機物を炭化させて形成した炭素系発熱体であり、前記保護層は、耐熱性樹脂の内部に燐片状のフィラーを配合させ、かつ前記フィラーを前記耐熱性樹脂の内部で前記保護層の厚み方向に積層させてなることを特徴とする。   A configuration for achieving the above object is a substrate and a heating element that generates heat upon energization, the heating element provided on the substrate along the longitudinal direction of the substrate, and the heating element opposite to the substrate. A heating layer having a protective layer covering the side surface, wherein the heating element is a carbon-based heating element formed by carbonizing an organic substance, and the protective layer includes a scaly filler inside the heat-resistant resin. And the filler is laminated in the thickness direction of the protective layer inside the heat resistant resin.

本発明によれば、通電暴走や異常昇温によって基板に破断が生じた場合でも、発熱体に不完全な破断が起きることを低減できる。   According to the present invention, it is possible to reduce the occurrence of incomplete breakage in the heating element even when breakage occurs in the substrate due to energization runaway or abnormal temperature rise.

本発明を図面に基づいて説明する。   The present invention will be described with reference to the drawings.

[実施例1]
(1)画像形成装置例
図1は本発明に係る加熱体を有する像加熱装置を加熱定着装置として搭載できる画像形成装置の一例の概略構成図である。この画像形成装置は転写式電子写真プロセスを用いたレーザービームプリンタである。
[Example 1]
(1) Example of Image Forming Apparatus FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of an image forming apparatus in which an image heating apparatus having a heating body according to the present invention can be mounted as a heat fixing apparatus. This image forming apparatus is a laser beam printer using a transfer type electrophotographic process.

本実施例に示すプリンタは、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラムと記す)101を有する。この感光ドラム101は、例えばアルミニウム等の導電性ドラム基体の外周面に有機光導電体等の感光層を形成した有機感光ドラムである。   The printer shown in this embodiment includes a drum-type electrophotographic photosensitive member (hereinafter referred to as a photosensitive drum) 101 as an image carrier. The photosensitive drum 101 is an organic photosensitive drum in which a photosensitive layer such as an organic photoconductor is formed on the outer peripheral surface of a conductive drum base such as aluminum.

102は帯電手段としての帯電ローラである。この帯電ローラ102により感光ドラム101の外周面(表面)が所定の極性・電位に一様に帯電処理される。本例のプリンターでは感光ドラム101表面は負極性の所定の電位に一様に帯電処理される。   Reference numeral 102 denotes a charging roller as charging means. The charging roller 102 uniformly charges the outer peripheral surface (surface) of the photosensitive drum 101 to a predetermined polarity and potential. In the printer of this example, the surface of the photosensitive drum 101 is uniformly charged to a predetermined negative potential.

103は露光手段としてのレーザー露光装置である。このレーザー露光装置103は不図示のイメージスキャナやコンピュータ等の外部機器(ホスト機器)から入力する画像情報に対応して変調したレーザー光Lを出力する。このレーザー光Lにより感光ドラム101表面の一様帯電処理面を走査露光する。この走査露光により感光ドラム101表面の露光明部の電荷が減衰または除電されて、感光ドラム101表面に画像情報に対応した静電潜像が形成される。   Reference numeral 103 denotes a laser exposure apparatus as exposure means. The laser exposure apparatus 103 outputs a laser beam L modulated in accordance with image information input from an external device (host device) such as an image scanner or a computer (not shown). The laser beam L scans and exposes the uniformly charged surface on the surface of the photosensitive drum 101. This scanning exposure attenuates or eliminates the charge of the exposed bright portion on the surface of the photosensitive drum 101, and an electrostatic latent image corresponding to the image information is formed on the surface of the photosensitive drum 101.

104は現像手段としての現像装置である。感光ドラム101表面に形成された静電潜像はこの現像装置104によりトナー像(現像像)として可視像化される。レーザービームプリンタの場合、一般に、静電潜像の露光明部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。104aは現像スリーブ、104bは現像ブレード、104cは現像バイアス印加電源、tは1成分磁性トナーである。   Reference numeral 104 denotes a developing device as developing means. The electrostatic latent image formed on the surface of the photosensitive drum 101 is visualized as a toner image (developed image) by the developing device 104. In the case of a laser beam printer, generally, a reversal development method is used in which toner is attached to an exposed bright portion of an electrostatic latent image for development. Reference numeral 104a denotes a developing sleeve, 104b denotes a developing blade, 104c denotes a developing bias application power source, and t denotes one-component magnetic toner.

107は給送カセットであり、記録材(転写材)Pを積載収納させてある。給送スタート信号に基いて給送ローラ108が駆動されて給送カセット107内の記録材Pが一枚ずつ分離給送される。その給送された記録材Pはシートパス109→レジストローラ110→トップセンサ111を通って、感光ドラム101表面と転写手段としての転写ローラ112の外周面(表面)との間の当接ニップ部である転写部Tnに所定の制御タイミングにて導入される。即ち、感光ドラム101表面上のトナー像の先端部位が転写部Tnに到達したとき、記録材Pの先端部位も到達するタイミングとなるように、レジストローラ110で記録材Pの搬送タイミングが制御される。またトップセンサ111による記録材先端通過検知信号に基いて感光ドラム101に対する画像書き出しタイミングが制御される。   Reference numeral 107 denotes a feeding cassette in which recording materials (transfer materials) P are stacked and stored. The feeding roller 108 is driven based on the feeding start signal, and the recording materials P in the feeding cassette 107 are separated and fed one by one. The fed recording material P passes through the sheet path 109 → registration roller 110 → top sensor 111, and a contact nip portion between the surface of the photosensitive drum 101 and the outer peripheral surface (front surface) of the transfer roller 112 as a transfer unit. Are introduced at a predetermined control timing into the transfer portion Tn. In other words, when the leading end portion of the toner image on the surface of the photosensitive drum 101 reaches the transfer portion Tn, the conveyance timing of the recording material P is controlled by the registration roller 110 so that the leading end portion of the recording material P also reaches the transfer portion Tn. The Further, the image writing timing to the photosensitive drum 101 is controlled based on the recording material leading edge detection signal from the top sensor 111.

転写部Tnに導入された記録材Pは感光ドラム101表面と転写ローラ112表面とにより挟持搬送され、その間、転写ローラ112には転写バイアス印加電源112aよりトナーの帯電極性とは逆極性の所定電位の転写バイアスが印加される。これにより転写部Tnにおいて感光ドラム101表面上のトナー像が記録材Pの面上に順次に静電的に転写されていく。   The recording material P introduced into the transfer portion Tn is nipped and conveyed between the surface of the photosensitive drum 101 and the surface of the transfer roller 112. During this time, the transfer roller 112 has a predetermined potential having a polarity opposite to the charged polarity of the toner from the transfer bias applying power source 112a. The transfer bias is applied. As a result, the toner image on the surface of the photosensitive drum 101 is electrostatically transferred sequentially onto the surface of the recording material P at the transfer portion Tn.

転写部Tnにおいてトナー像の転写を受けた記録材Pは、感光ドラム101表面から分離されシートパス113を通って像加熱装置である定着装置114へ搬送導入され、トナー像の加熱定着処理を受ける。   The recording material P that has received the transfer of the toner image at the transfer portion Tn is separated from the surface of the photosensitive drum 101, conveyed through the sheet path 113 to the fixing device 114, which is an image heating device, and subjected to a heat fixing process of the toner image. .

一方、記録材分離後(記録材に対するトナー像転写後)の感光ドラム101表面はクリーニング装置105のクリーニングブレード105aで転写残トナーや紙粉等の付着物の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。   On the other hand, the surface of the photosensitive drum 101 after the separation of the recording material (after the transfer of the toner image to the recording material) is cleaned by the cleaning blade 105a of the cleaning device 105 after removing the transfer residual toner and paper dust and the like. To be used for image formation.

また、定着装置114を通った記録材Pはシートパス115を通って、排出口116からプリンタ上面の排出トレイ117上に排出される。   The recording material P that has passed through the fixing device 114 passes through the sheet path 115 and is discharged from the discharge port 116 onto the discharge tray 117 on the upper surface of the printer.

給送カセット107は、給送カセット107の内部にサイズの異なる各種記録材Pを積載収納するための移動可能な規制ガイド(不図示)を有する。その規制ガイドを記録材Pのサイズに応じて変位させその記録材Pを給送カセット107内に積載収納することによって、サイズの異なる記録材Pを給送カセット107から一枚ずつ分離給送することができる。   The feeding cassette 107 has a movable regulation guide (not shown) for loading and storing various recording materials P of different sizes in the feeding cassette 107. The regulation guide is displaced according to the size of the recording material P, and the recording material P is stacked and stored in the feeding cassette 107, whereby the recording materials P of different sizes are separated and fed one by one from the feeding cassette 107. be able to.

本実施例のプリンタは、感光ドラム101、帯電ローラ102、現像装置104、クリーニング装置105の4つのプロセス機器について、これらを一括してプリンタ本体に対して着脱・交換自在のプロセスカートリッジ106として構成してある。   In the printer of this embodiment, the four process devices of the photosensitive drum 101, the charging roller 102, the developing device 104, and the cleaning device 105 are collectively configured as a process cartridge 106 that can be attached to and detached from the printer main body. It is.

(2)定着装置
以下の説明において、定着装置及びこの定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。幅とは短手方向の寸法である。長さとは長手方向の寸法である。また、記録材に関し、紙幅とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向の寸法である。
(2) Fixing Device In the following description, regarding the fixing device and the members constituting the fixing device, the longitudinal direction is a direction orthogonal to the recording material conveyance direction on the surface of the recording material. The short side direction is a direction parallel to the recording material conveyance direction on the surface of the recording material. The width is a dimension in the short direction. The length is a dimension in the longitudinal direction. Regarding the recording material, the paper width is a dimension in a direction orthogonal to the recording material conveyance direction on the surface of the recording material.

図2は定着装置114の一例の横断側面模型図である。図3は定着装置114の縦断側面模型図である。図4は定着装置114を記録材導入側から見た図である。図5の(a)はステー1の正面図、(b)はステー1の下面図(底面図)である。図6の(a)はヒータ3の表面側を表す説明図、(b)はヒータ3の裏面側を表す説明図である。また、図6の(c)は(a)のヒータ3の横断側面拡大図、(d)は(a)のヒータ3の長手方向端部の通電発熱体3bとAC給電用電極31(32)と保護層3bとの積層関係を表す縦断側面拡大図である。   FIG. 2 is a cross-sectional side view of an example of the fixing device 114. FIG. 3 is a longitudinal side view of the fixing device 114. FIG. 4 is a view of the fixing device 114 as viewed from the recording material introduction side. FIG. 5A is a front view of the stay 1, and FIG. 5B is a bottom view (bottom view) of the stay 1. FIG. 6A is an explanatory view showing the front side of the heater 3, and FIG. 6B is an explanatory view showing the back side of the heater 3. 6C is an enlarged side view of the transverse side of the heater 3 in FIG. 6A, and FIG. 6D is an energizing heating element 3b and an AC feeding electrode 31 (32) at the longitudinal end of the heater 3 in FIG. It is a vertical side surface enlarged view showing the lamination | stacking relationship of a protective layer 3b.

この定着装置は特開平4−44075〜44083号公報、同4−204980〜204984号公報等に開示のテンションレスタイプのフィルム加熱方式の像加熱装置である。このタイプのフィルム加熱方式の像加熱装置は、可撓性部材としてエンドレスベルト状もしくは円筒状の耐熱性フィルムを用いている。そしてその耐熱性フィルムの周長の少なくとも一部は常にテンションフリー(テンションが加わらない状態)とし、耐熱性フィルムは加圧部材の回転駆動力で回転駆動するようにした装置である。   This fixing device is a tensionless type film heating type image heating device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-44075 to 44083, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-20420 to 204984, and the like. This type of film heating type image heating apparatus uses an endless belt-shaped or cylindrical heat-resistant film as a flexible member. At least a part of the circumference of the heat-resistant film is always tension-free (a state in which no tension is applied), and the heat-resistant film is rotationally driven by the rotational driving force of the pressure member.

1は加熱体支持部材兼フィルムガイド部材としてのステーである。ステー1は、長手方向に長い横断面略半円形樋型の耐熱樹脂製の剛性部材である。本実施例では、ステー1の材料として高耐熱性の液晶ポリマーを用いた。ステー1の下面には、ステー1の短手方向中央に長手方向に沿って溝部1a(図5)が設けられている。また、ステー1の長手方向中央部の近傍には、後述するヒータ3の基板3aに設けられるサーミスタ5を収納する孔1bが溝部1aと連通させて設けてある。   Reference numeral 1 denotes a stay as a heating body supporting member / film guide member. The stay 1 is a rigid member made of a heat-resistant resin having a substantially semicircular saddle-like cross section that is long in the longitudinal direction. In this example, a high heat-resistant liquid crystal polymer was used as the material of the stay 1. On the lower surface of the stay 1, a groove 1 a (FIG. 5) is provided along the longitudinal direction at the center in the short direction of the stay 1. Further, in the vicinity of the central portion in the longitudinal direction of the stay 1, a hole 1b for accommodating a thermistor 5 provided in a substrate 3a of the heater 3 described later is provided in communication with the groove 1a.

3は加熱体としてのヒータである。ヒータ3は、ステー1の下面において短手方向中央にステー1の長手方向に沿って設けられた溝部1a(図5)内に嵌入させて固定支持させてある。図6の(a)に示すように、ヒータ3は、長手方向に細長いアルミナ製の基板3aを有する。その基板3aは厚さ0.65mm×幅8mm×長さ270mmの直方体である。この基板3aの表面(ニップ部N側の面)には、基板3aの短手方向中央に基板3aの長手方向に沿って通電発熱体としての炭素系発熱体3bが配置されている。この炭素系発熱体3bの長手方向両端には、炭素系発熱体3bの端部上にかかるように銀Pd(パラジウム)ペーストにてAC給電用電極31,32がスクリーン印刷にて塗布されている(図6(d))。この炭素系発熱体3bの電極31,32間の塗付領域の長さは220mmである。また、燐片状のフィラーを含む耐熱性樹脂からなる保護層3cがスクリーン印刷により炭素系発熱体3b上で厚み25μmになるように塗布されている。つまり、保護層3cは耐熱性樹脂の内部に燐片状のフィラーを配合させたものである。そしてその保護層3cは基板3aの長手方向において電極31,32の端部だけを残し炭素系発熱体3bの基板3aと反対側の面の全域を覆うように塗布されている。この保護層3cの塗付領域の長さは245mmである。   3 is a heater as a heating body. The heater 3 is fixedly supported by being fitted into a groove 1 a (FIG. 5) provided along the longitudinal direction of the stay 1 at the center in the lateral direction on the lower surface of the stay 1. As shown in FIG. 6A, the heater 3 has an alumina substrate 3a elongated in the longitudinal direction. The substrate 3a is a rectangular parallelepiped having a thickness of 0.65 mm, a width of 8 mm, and a length of 270 mm. On the surface of the substrate 3a (the surface on the nip portion N side), a carbon-based heating element 3b as an energizing heating element is disposed along the longitudinal direction of the substrate 3a at the center in the short direction of the substrate 3a. AC power feeding electrodes 31 and 32 are applied by screen printing with silver Pd (palladium) paste on both ends of the carbon-based heating element 3b in the longitudinal direction so as to cover the ends of the carbon-based heating element 3b. (FIG. 6 (d)). The length of the coating region between the electrodes 31 and 32 of the carbon-based heating element 3b is 220 mm. A protective layer 3c made of a heat-resistant resin containing a flake-like filler is applied on the carbon-based heating element 3b by screen printing so as to have a thickness of 25 μm. That is, the protective layer 3c is obtained by blending a flake-like filler in the heat resistant resin. The protective layer 3c is applied so as to cover the entire surface of the carbon-based heating element 3b opposite to the substrate 3a, leaving only the ends of the electrodes 31 and 32 in the longitudinal direction of the substrate 3a. The length of the coating area of the protective layer 3c is 245 mm.

炭素系発熱体3bは、炭素を導電物質として利用した発熱体であり、少なくとも有機物を含有する原材料(以降、“前駆体”と呼ぶ)を、炭素の非酸化雰囲気中(炭素が殆ど酸化しない雰囲気中)にて熱処理し、有機物を炭化させたものである。このような炭素系発熱体3bを有するヒータ3を用いる理由は、温度が上がると抵抗値が低下する特性、即ちヒータ3のNTC(Negative Temperature Coefficient)特性を利用するためである。そのNTC特性を利用することによってヒータ3の記録材Pが通過しない領域(非通紙領域)の過昇温を抑えることができる。その理由は後述の(4)項で説明する。   The carbon-based heating element 3b is a heating element using carbon as a conductive material, and a raw material containing at least an organic substance (hereinafter referred to as “precursor”) is placed in a non-oxidizing atmosphere of carbon (an atmosphere in which carbon is hardly oxidized). Medium) and heat treated to carbonize organic matter. The reason for using the heater 3 having such a carbon-based heating element 3b is to use the characteristic that the resistance value decreases as the temperature rises, that is, the NTC (Negative Temperature Coefficient) characteristic of the heater 3. By utilizing the NTC characteristic, it is possible to suppress an excessive temperature rise in a region (non-sheet passing region) where the recording material P of the heater 3 does not pass. The reason will be described in the item (4) described later.

2は可撓性部材としての、耐熱性に優れた円筒状の耐熱性フィルムであり、ヒータ3を支持させたステー1の外周に外嵌させてある。このフィルム2の内周長とヒータ3を含むステー1の外周長はフィルム2の方を例えば3mm程度大きくしてある。従ってフィルム2は周長に余裕を持ってステー1の外周にルーズに外嵌されている。   Reference numeral 2 denotes a cylindrical heat-resistant film having excellent heat resistance as a flexible member, and is externally fitted to the outer periphery of the stay 1 that supports the heater 3. The inner peripheral length of the film 2 and the outer peripheral length of the stay 1 including the heater 3 are made larger by about 3 mm for the film 2, for example. Accordingly, the film 2 is loosely fitted on the outer periphery of the stay 1 with a margin in circumference.

フィルム2は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム2の膜厚は総厚100μm以下程度としてある。また、フィルム2の材料として、耐熱性、離型性、強度、耐久性等のあるPTFE、PFA、FEPの単層を使用できる。或いは、ポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES、PPS等の外周表面にPTFE、PFA、FEP等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例では、フィルム2として、厚み50μmのポリイミドフィルム上に厚み10μmのPTFEをコーティングしたフィルム層厚60μmのものを使用した。フィルム2の内周面(内面)には、ヒータ3との摺動性を向上させるためにグリスが塗られている。   The film 2 has a total thickness of about 100 μm or less in order to reduce the heat capacity and improve the quick start property. Further, as the material of the film 2, a single layer of PTFE, PFA, FEP having heat resistance, releasability, strength, durability and the like can be used. Alternatively, a composite layer film in which PTFE, PFA, FEP or the like is coated on the outer peripheral surface of polyimide, polyamideimide, PEEK, PES, PPS or the like can be used. In this example, a film 2 having a film layer thickness of 60 μm obtained by coating PTFE with a thickness of 10 μm on a polyimide film with a thickness of 50 μm was used as the film 2. The inner peripheral surface (inner surface) of the film 2 is coated with grease in order to improve the slidability with the heater 3.

上記のステー1、ヒータ3、フィルム2等により加熱アセンブリ4が構成されている。   A heating assembly 4 is constituted by the stay 1, the heater 3, the film 2, and the like.

6はバックアップ部材としての弾性加圧ローラである。本例の加圧ローラ6は、外径13mmの鉄、ステンレス、アルミ等の丸軸の芯金6a上に、耐熱性弾性層6bとして、長さ240mm、厚さ3mmのシリコ−ン発泡体を被覆したものである。この加圧ローラ6はステー1に保持されているヒータ3とフィルム2を挟んで対向している。そして、加圧機構(不図示)によりステー1と加圧ローラ6の間には所定の圧力が掛けられている。この圧力により加圧ローラ6の弾性層6bがフィルム2を挟んでヒータ3に沿って長手方向に弾性変形する。これによって加圧ローラ6はフィルム2を挟んでヒータ3と記録材Pが担持する未定着トナー画像の加熱定着に必要な所定幅のニップ部(定着ニップ部)Nを形成する。   Reference numeral 6 denotes an elastic pressure roller as a backup member. The pressure roller 6 of this example is made of a silicone foam having a length of 240 mm and a thickness of 3 mm as a heat-resistant elastic layer 6 b on a core shaft 6 a of a round shaft made of iron, stainless steel, aluminum or the like having an outer diameter of 13 mm. It is coated. The pressure roller 6 is opposed to the heater 3 held by the stay 1 with the film 2 interposed therebetween. A predetermined pressure is applied between the stay 1 and the pressure roller 6 by a pressure mechanism (not shown). With this pressure, the elastic layer 6 b of the pressure roller 6 is elastically deformed in the longitudinal direction along the heater 3 with the film 2 interposed therebetween. Thus, the pressure roller 6 forms a nip portion (fixing nip portion) N having a predetermined width necessary for heating and fixing an unfixed toner image carried by the heater 3 and the recording material P with the film 2 interposed therebetween.

(3)定着装置の加熱定着動作
図7はヒータ3の給電制御系の一例のブロック図である。
(3) Heat Fixing Operation of Fixing Device FIG. 7 is a block diagram of an example of a power supply control system of the heater 3.

加圧ローラ6の芯金6aの長手方向端部に設けたドライブギアG(図4)をモータ等の駆動源Mにより回転駆動することによって加圧ローラ6は矢印方向に所定の周速度(プロセススピード)で回転される。加圧ローラ6の回転により、ニップ部Nにおける加圧ローラ6の外周面(表面)とフィルム2の外周面(表面)の摩擦力によってフィルム2に回転力が作用する。すると、フィルム2は、フィルム2内面がニップ部Nにおいてヒータ3の保護層3cの表面を摺動しながらステー1の周りを矢印方向に加圧ローラ6の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転する。このときステー1は従動回転するフィルム2内面をステー1の弧状の外周面によりガイドする。   The drive roller G (FIG. 4) provided at the longitudinal end of the metal core 6a of the pressure roller 6 is rotationally driven by a drive source M such as a motor so that the pressure roller 6 has a predetermined peripheral speed (process) in the direction of the arrow. Speed). Due to the rotation of the pressure roller 6, a rotational force acts on the film 2 by the frictional force between the outer peripheral surface (surface) of the pressure roller 6 and the outer peripheral surface (surface) of the film 2 in the nip portion N. Then, the film 2 is driven around the stay 1 in the direction of the arrow at the same peripheral speed as the rotational peripheral speed of the pressure roller 6 while the inner surface of the film 2 slides on the surface of the protective layer 3c of the heater 3 at the nip portion N. Rotate. At this time, the stay 1 guides the inner surface of the driven rotating film 2 by the arc-shaped outer peripheral surface of the stay 1.

一方、図7に示すように、ヒータ3の電極31,32には、給電用コネクタ7,8を介して商用電源(AC電源)13からトライアック12を通じて給電される。これにより電極31,32間の炭素系発熱体3bが発熱してヒータ3の基板3aは迅速急峻に昇温する。そしてそのヒータ3の温度は基板3aの裏面(ニップ部Nと反対側の面)に設けられている温度検知手段としてのサーミスタ5により検知され、そのサーミスタ5の出力をA/D変換器10を介して制御手段としての給電制御部(MPU)11が取り込む。制御部11は、サーミスタ5から得られる検知温度情報に基づいてトライアック12を位相制御、或いは波数制御してヒータ3に通電する電力を制御することにより、ヒータ3を所定の温度に維持する。即ち、サーミスタ5の検知温度が所定の定着温度(目標温度)より低い時はヒータ3が昇温するように、またサーミスタ5の検知温度が所定の定着温度より高い時はヒータ3が降温するように、ヒータ3に通電する電力を制御する。これにより定着時のヒータ3の温度を所定の定着温度(目標温度)に保つ。本実施例では位相制御により出力を0〜100%まで5%刻みの21段階で変化させている。出力100%とは、発熱体に商用電源からの電力を全通電したときである。   On the other hand, as shown in FIG. 7, the electrodes 31 and 32 of the heater 3 are supplied with power from the commercial power supply (AC power supply) 13 through the triac 12 via the power supply connectors 7 and 8. As a result, the carbon-based heating element 3b between the electrodes 31 and 32 generates heat, and the temperature of the substrate 3a of the heater 3 rises rapidly and steeply. The temperature of the heater 3 is detected by a thermistor 5 as temperature detecting means provided on the back surface (surface opposite to the nip portion N) of the substrate 3a, and the output of the thermistor 5 is sent to the A / D converter 10. Via the power supply control unit (MPU) 11 as a control means. The controller 11 maintains the heater 3 at a predetermined temperature by controlling the electric power supplied to the heater 3 by controlling the phase of the triac 12 or controlling the wave number based on the detected temperature information obtained from the thermistor 5. That is, when the temperature detected by the thermistor 5 is lower than a predetermined fixing temperature (target temperature), the heater 3 is raised, and when the temperature detected by the thermistor 5 is higher than the predetermined fixing temperature, the heater 3 is lowered. In addition, the power supplied to the heater 3 is controlled. Thereby, the temperature of the heater 3 at the time of fixing is maintained at a predetermined fixing temperature (target temperature). In this embodiment, the output is changed in 21 steps from 5 to 100% from 0 to 100% by phase control. The output of 100% is when the electric power from the commercial power source is fully energized to the heating element.

ヒータ3の温度が定着温度に立ち上がり、フィルム2の回転周速度が定常化した状態で、ニップ部Nに未定着トナー画像Tを担持する記録材Pが導入される。そして、ニップ部Nにおいてその記録材Pがフィルム2表面と加圧ローラ6表面とにより挟持搬送される。その搬送過程において、記録材Pにはニップ部Nの圧力が付与されるとともにヒータ3の熱がフィルム2を介して付与されることにより、記録材P上の未定着トナー画像Tが記録材Pの面上に加熱定着される。そして未定着トナー画像Tが加熱定着された記録材Pはフィルム2表面から分離(曲率分離)してニップ部Nから排出される。   The recording material P carrying the unfixed toner image T is introduced into the nip portion N while the temperature of the heater 3 rises to the fixing temperature and the rotational peripheral speed of the film 2 is steady. Then, the recording material P is nipped and conveyed by the surface of the film 2 and the surface of the pressure roller 6 at the nip portion N. In the conveyance process, the pressure of the nip portion N is applied to the recording material P and the heat of the heater 3 is applied through the film 2, whereby the unfixed toner image T on the recording material P is transferred to the recording material P. It is heat-fixed on the surface. Then, the recording material P on which the unfixed toner image T is heat-fixed is separated (curvature separation) from the surface of the film 2 and discharged from the nip portion N.

ここで、本実施例のプリンタおける記録材の搬送基準を図3及び図7を参照して説明する。   Here, the conveyance reference of the recording material in the printer of this embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施例のプリンタは記録材Pの紙幅中央を搬送基準としている。従って、定着装置114においてはヒータ3の長手方向中央が各種サイズの記録材Pの搬送基準となる。Oは記録材の搬送基準線(仮想線)である(図7)。図3及び図7において、Aはこのプリンタで使用可能な定型の最大紙幅の記録材をニップ部Nに導入したときその記録材がヒータ3を通過する領域(最大通紙領域)である。この通紙領域Aはヒータ3の炭素系発熱体3bの長さにほぼ対応している。Bはこのプリンタで使用可能な定型の最小紙幅の記録材をニップ部Nに導入したときその記録材がヒータ3を通過する領域(通紙領域)である。Cは最大紙幅の記録材よりも紙幅の小さい記録材(小サイズ紙)をニップ部Nに導入したときその記録材がヒータ3を通過しない領域(非通紙領域)である。この非通紙領域Cの領域幅は小サイズ紙の紙幅の大小に応じて異なる。   The printer of this embodiment uses the center of the recording material P in the paper width as the conveyance reference. Therefore, in the fixing device 114, the center in the longitudinal direction of the heater 3 is a conveyance reference for the recording material P of various sizes. O is a recording material conveyance reference line (virtual line) (FIG. 7). 3 and 7, A is a region (maximum sheet passing region) through which the recording material passes through the heater 3 when a recording material having a fixed maximum paper width usable in the printer is introduced into the nip portion N. This sheet passing area A substantially corresponds to the length of the carbon-based heating element 3 b of the heater 3. B is an area (sheet passing area) through which the recording material passes through the heater 3 when a recording material having a fixed minimum sheet width usable in the printer is introduced into the nip portion N. C is a region (non-sheet passing region) where the recording material does not pass through the heater 3 when a recording material (small size paper) having a paper width smaller than that of the maximum paper width is introduced into the nip portion N. The area width of the non-sheet passing area C varies depending on the size of the small size paper.

ヒータ3の温度を検出するサーミスタ5は、ヒータ3の基板3a裏面において、大小どの紙幅の記録材をニップ部Nに導入してもその記録材が必ず通過する最小通紙領域Bに対応する位置に接触させて設けてある。   The thermistor 5 for detecting the temperature of the heater 3 is located on the back surface of the substrate 3a of the heater 3 at a position corresponding to the minimum sheet passing area B through which the recording material always passes even if a recording material having a large or small paper width is introduced into the nip portion N. It is provided in contact with.

(4)NTC発熱体の発熱特性
次にNTC特性のヒータ3を用いれば非通紙領域の過昇温が低減できる理由について図8を参照して説明する。図8はヒータ3の電気的モデル図である。
(4) Heat generation characteristics of NTC heating element Next, the reason why the excessive temperature rise in the non-sheet passing area can be reduced by using the NTC characteristic heater 3 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an electrical model diagram of the heater 3.

ヒータ3の炭素系発熱体3bに流れる電流をIとし、ヒータ3の長手方向において中央部(通紙領域)の抵抗値をR1、端部(非通紙領域の片側)の抵抗値をR2とした場合、中央部の発熱量W1はI・R1であり、端部の発熱量W2はI・R2である。なお、理解しやすいように、ニップ部Nに記録材を通紙(導入)していない状態でR1=2×R2となる位置、つまり非通紙領域の長さ(両端部の長さの和)が通紙領域の長さと等しくなる位置で通紙領域と非通紙領域を区切って考える。ここで、ニップ部Nに記録材を通紙していない状態において、炭素系発熱体3bの単位長さ当りの抵抗値はヒータ3全体で均一である。 The current flowing through the carbon-based heating element 3b of the heater 3 is I, the resistance value at the center (sheet passing area) in the longitudinal direction of the heater 3 is R1, and the resistance value at the end (one side of the non-sheet passing area) is R2. In this case, the heat value W1 at the center is I 2 · R1, and the heat value W2 at the end is I 2 · R2. For easy understanding, the position where R1 = 2 × R2 in a state where the recording material is not passed (introduced) into the nip portion N, that is, the length of the non-sheet passing region (the sum of the lengths of both ends). ) Is considered to be separated from the non-sheet-passing area at a position where it is equal to the length of the sheet-passing area. Here, in a state where no recording material is passed through the nip portion N, the resistance value per unit length of the carbon-based heating element 3 b is uniform throughout the heater 3.

PTC(Positive Temperature Coefficient)発熱体において、小サイズ紙を通紙した場合を考えると、その発熱体がフィルムを介して紙と接触するため小サイズ紙の紙幅分、中央部の熱が奪われる。サーミスタは中央部の温度を検知しており、中央部の温度が下がらないように通電制御が行われるため、紙に熱を奪われることのない端部は中央部に対して高温となる。この場合、PTC特性により端部の単位長さ当りの抵抗値は中央部の単位長さ当りの抵抗値よりも高くなるので、片側の端部の発熱量W2は中央部の発熱量W1に比べて大きくなる。つまり端部の単位長さ当りの発熱量が中央部よりも増えてしまう。また発熱量が大きくなると温度が上昇するので更に抵抗が高くなり、いっそう発熱量が増えてしまう。   Considering a case where a small-size paper is passed through a PTC (Positive Temperature Coefficient) heating element, the heating element contacts the paper through a film, so the heat of the central portion is deprived by the width of the small-size paper. Since the thermistor detects the temperature of the central portion and the energization control is performed so that the temperature of the central portion does not decrease, the end portion where the heat is not taken away by the paper becomes higher than the central portion. In this case, since the resistance value per unit length of the end portion is higher than the resistance value per unit length of the central portion due to the PTC characteristic, the heat generation amount W2 at one end is larger than the heat generation amount W1 at the central portion. Become bigger. That is, the calorific value per unit length of the end portion is larger than that in the central portion. Further, when the heat generation amount increases, the temperature rises, so that the resistance further increases and the heat generation amount further increases.

一方、NTC発熱体において、小サイズ紙を通紙した場合では、温度が高いほうが抵抗値が低くなるので、端部の単位長さ当りの抵抗値は中央部の単位長さ当りの抵抗値よりも低くなる。よって片側の端部の発熱量W2は中央部の発熱量W1に比べて小さくなる。つまり端部の単位長さ当りの発熱量が中央部よりも少なくなる。このため、PTC発熱体のときよりも両端部の発熱を抑制できる。   On the other hand, the resistance value per unit length at the end is lower than the resistance per unit length at the center because the resistance value is lower at higher temperatures when small-size paper is passed through the NTC heating element. Also lower. Therefore, the heat value W2 at the end on one side is smaller than the heat value W1 at the center. That is, the calorific value per unit length of the end portion is smaller than that in the central portion. For this reason, the heat_generation | fever of both ends can be suppressed rather than the time of a PTC heat generating body.

以上の理由によりNTC特性の抵抗発熱体であれば小サイズ紙通紙時の端部の温度を低く抑えることができる。   For the above reasons, if the resistance heating element has an NTC characteristic, the temperature of the end portion when passing small-size paper can be kept low.

次に、炭素系発熱体3bの材料及び製法について説明する。本実施例の炭素系発熱体では特に炭化させる有機物としては、炭素の非酸化雰囲気中、例えば真空中、又は窒素ガスやアルゴンなどの不活性ガス中での熱処理により5%以上の炭化収率を示す有機物質を使用する。この有機物質として、例えば、塩素化塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル−ポリ酢酸ビニル共重合体等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ天然高分子物質が挙げられる。用いられる。また、この有機物質として、ポリアミド等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド等の熱硬化性樹脂等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ天然高分子物質が挙げられる。また、この有機物質として、リグニン、セルロース、トラガントガム、アラビアガム、糖類等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ天然高分子物質が挙げられる。その他に、この有機物質として、ナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物、コプナ樹脂等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ合成高分子物質が挙げられる。   Next, the material and manufacturing method of the carbon-based heating element 3b will be described. In the carbon-based heating element of the present embodiment, the organic substance to be carbonized has a carbonization yield of 5% or more by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere of carbon, for example, in a vacuum or an inert gas such as nitrogen gas or argon. Use organic materials shown. As this organic substance, for example, natural high molecular weight having condensed polycyclic aromatics such as chlorinated vinyl chloride resin, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride-polyvinyl acetate copolymer in the basic structure of the molecule. Examples include molecular substances. Used. In addition, this organic substance has a condensed polycyclic aromatic group such as a thermoplastic resin such as polyamide, a phenol resin, a furan resin, an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a thermosetting resin such as polyimide in the basic structure of the molecule. Examples include natural polymeric substances. Examples of the organic substance include natural polymer substances having condensed polycyclic aromatics such as lignin, cellulose, gum tragacanth, gum arabic, and sugars in the basic structure of the molecule. In addition, examples of the organic substance include synthetic polymer substances having a condensed polycyclic aromatic compound such as a formalin condensate of naphthalenesulfonic acid and a copna resin in the basic structure of the molecule.

前記炭素の非酸化雰囲気中(炭素が殆ど酸化しない雰囲気中)とは、真空中(1×10−2Pa以下)、又は窒素ガス中、不活性ガス中のことを指す。このような雰囲気中で熱処理することで、熱処理時の酸化が確実に防止でき、炭素系発熱体を安定して作ることが出来る。 The non-oxidizing atmosphere of carbon (in an atmosphere in which carbon hardly oxidizes) refers to a vacuum (1 × 10 −2 Pa or less), a nitrogen gas, or an inert gas. By performing heat treatment in such an atmosphere, oxidation during the heat treatment can be reliably prevented, and a carbon-based heating element can be stably produced.

ここでいう炭化収率とは、炭素の非酸化雰囲気中での熱処理により得られる炭化物質(グラファイトや無定形炭素などの複合体)の重量と、熱処理前の原材料中の有機物質の重量と、の比のことである。従って、例えば炭化収率が5%とは、熱処理前の有機物質の重量が100gの場合、熱処理後の炭化物質の重量が5gであるということである。因みに有機物を酸化雰囲気中で熱処理した場合には、使用する有機物の種類にもよるが、一般に500℃くらいの熱処理温度から酸化が始まる。酸化が生じるため炭素が分解または燃焼してしまい、ヒータとして利用できる安定した炭化物質が得られない。なお、使用する有機物の種類と量は、炭素系発熱体の抵抗温度特性、抵抗値、形状により適宜選択され、一種或いは数種の有機物の混合体で使用することが可能である。   The carbonization yield here means the weight of carbonized material (composite such as graphite and amorphous carbon) obtained by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere of carbon, the weight of organic material in the raw material before heat treatment, It is the ratio. Thus, for example, a carbonization yield of 5% means that when the weight of the organic material before heat treatment is 100 g, the weight of the carbonized material after heat treatment is 5 g. Incidentally, when an organic material is heat-treated in an oxidizing atmosphere, the oxidation generally starts from a heat treatment temperature of about 500 ° C., depending on the type of organic material used. Since oxidation occurs, carbon decomposes or burns, and a stable carbonized material that can be used as a heater cannot be obtained. In addition, the kind and amount of the organic substance to be used are appropriately selected depending on the resistance temperature characteristic, resistance value, and shape of the carbon-based heating element, and can be used as one kind or a mixture of several kinds of organic substances.

また予め有機物中に炭素粉末を混合しておいても良い。ここでいう炭素粉末としては、カーボンブラック、黒鉛、コークス等があり、炭素系発熱体の抵抗値、形状により一種或いは数種の混合体として使用することが可能である。この場合電子は、予め混ぜておいた炭素粉末中及び熱処理により炭化した有機物中を流れる。原材料の中に予め炭素粉末を混合する手法は、炭素系発熱体の体積抵抗を下げたい場合に有効である。   Further, carbon powder may be mixed in advance with organic matter. The carbon powder here includes carbon black, graphite, coke, and the like, and can be used as one kind or a mixture of several kinds depending on the resistance value and shape of the carbon-based heating element. In this case, electrons flow in the carbon powder mixed beforehand and in the organic substance carbonized by heat treatment. The technique of mixing carbon powder in the raw material in advance is effective when it is desired to reduce the volume resistance of the carbon-based heating element.

また、任意の抵抗値の炭素系発熱体を作るには絶縁性物質や半導電性物質を有機物と共に混合した原材料を熱処理することが望ましい。絶縁性物質、半導電物質としては、金属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属窒化物、金属酸化物、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属炭化物が好ましく、炭素系発熱体の抵抗値、形状により1種或いは数種を選択すれば良い。   In order to produce a carbon-based heating element having an arbitrary resistance value, it is desirable to heat-treat a raw material in which an insulating material or a semiconductive material is mixed with an organic material. As the insulating material and semiconductive material, metal carbide, metal boride, metal silicide, metal nitride, metal oxide, semimetal nitride, semimetal oxide, and semimetal carbide are preferable. One type or several types may be selected depending on the resistance value and shape.

絶縁性物質や半導電性物質を混合した原材料においては、炭素だけでなく炭素を伝わって流れる電子の導電阻害物質となる絶縁性物質、半導電物質も持っているため、所望の抵抗値の炭素系発熱体を容易に製造できる。これらの手法を用いることで炭素系発熱体の抵抗値や採り得る形状の自由度が広がる。   Ingredients mixed with insulating materials and semiconducting materials have not only carbon but also insulating materials and semiconducting materials that inhibit the conduction of electrons that flow through carbon. The system heating element can be easily manufactured. By using these methods, the resistance value of the carbon-based heating element and the degree of freedom of shapes that can be taken are expanded.

即ち、熱処理により炭化させる有機物と、この有機物に少なくとも絶縁性或いは半導電性の物質の一種又は数種を混合する。そして、これを成形後、炭素の非酸化雰囲気中にて熱処理することによって炭素系発熱体を作れば、抵抗温度特性、抵抗値、及び炭素系発熱体の形状の設定幅が広がる。従って、フィルム2を用いた定着装置114のヒータ3に適した炭素系発熱体3bを容易に提供できる。なお、必要に応じて、絶縁性物質や半導電性物質だけでなく、炭素粉末も原材料に混合しても良い。   That is, an organic substance to be carbonized by heat treatment is mixed with at least one or several insulating or semiconductive substances. If a carbon-based heating element is produced by heat-treating it in a non-oxidizing atmosphere of carbon after molding, the setting range of resistance temperature characteristics, resistance value, and shape of the carbon-based heating element is expanded. Therefore, the carbon-based heating element 3b suitable for the heater 3 of the fixing device 114 using the film 2 can be easily provided. If necessary, not only the insulating material and the semiconductive material, but also carbon powder may be mixed with the raw material.

また、前記絶縁性物質或いは半導電性物質は窒化ホウ素、アルミナ、炭化珪素、炭化ホウ素等が推奨される。このような物質を用いることで炭素系発熱体の抵抗値制御が容易にできる。   Further, boron nitride, alumina, silicon carbide, boron carbide or the like is recommended as the insulating material or semiconductive material. By using such a substance, the resistance value of the carbon-based heating element can be easily controlled.

また、前記炭素系発熱体の熱処理時の熱処理温度(熱処理時の最高到達温度)は、850℃以上、1750℃以下であることが好ましい。上記温度にて熱処理することで、炭素系発熱体の抵抗変化率をゼロ近傍または負にすることが可能となる。また、炭素系発熱体の抵抗値を実用的な抵抗値に調整することが出来、非通紙部昇温の抑制と電力の過不足がない定着装置が提供できる。   Moreover, it is preferable that the heat processing temperature at the time of heat processing of the said carbon-type heat generating body (the highest temperature reached at the time of heat processing) is 850 degreeC or more and 1750 degrees C or less. By performing heat treatment at the above temperature, the rate of change in resistance of the carbon-based heating element can be made near zero or negative. Further, the resistance value of the carbon-based heating element can be adjusted to a practical resistance value, and a fixing device can be provided in which the temperature rise of the non-sheet passing portion is suppressed and the power is not excessive or insufficient.

黒鉛化は熱処理する有機物及び原材料に混入する炭素粉末の種類とその入れ目量でもある程度調整が可能であるが、黒鉛化させる有機物の熱処理の条件に大きく依存し、特に熱処理温度が高いほど黒鉛化の度合いが高くなる。   Graphitization can be adjusted to some extent by the type of organic matter to be heat-treated and the carbon powder mixed in the raw materials and the amount of mesh, but it depends greatly on the heat-treating conditions of the organic matter to be graphitized. The degree of increases.

このように炭素系発熱体は熱処理の条件を変え、黒鉛化を調整するだけで容易に抵抗温度特性を大きく変化させることが出来る特徴を持っている。   As described above, the carbon-based heating element has a feature that the resistance temperature characteristic can be greatly changed easily only by changing the conditions of the heat treatment and adjusting the graphitization.

なお、ヒータ3の基板3a表面に設けられた炭素系発熱体3bにおいて、フィルム2内面と摺動するフィルム摺動面には、必要に応じて、耐熱性の潤滑材層など他の所望の機能層を付加することもできる。   In the carbon-based heating element 3b provided on the surface of the substrate 3a of the heater 3, other desired functions such as a heat-resistant lubricant layer are provided on the film sliding surface sliding with the inner surface of the film 2 as necessary. Layers can also be added.

(5)ヒータ3の具体例
以下に具体的なヒータ例として、実施例ヒータ1、実施例ヒータ2の構成を説明する。また、その実施例ヒータ1、実施例ヒータ2の比較例として、比較例ヒータ1、比較例ヒータ2の構成を説明する。
(5) Specific example of heater 3 The structure of the example heater 1 and the example heater 2 will be described below as a specific heater example. In addition, as a comparative example of the example heater 1 and the example heater 2, configurations of the comparative example heater 1 and the comparative example heater 2 will be described.

実施例ヒータ1、実施例ヒータ2、比較例ヒータ1及び比較例ヒータ2の各ヒータの外観形態は図6に示すヒータ3と同じであるが、各ヒータの保護層の成分及び厚さは異なっている。各ヒータの構成を表1に示す。   The external form of each heater of the example heater 1, the example heater 2, the comparative example heater 1 and the comparative example heater 2 is the same as that of the heater 3 shown in FIG. 6, but the component and thickness of the protective layer of each heater are different. ing. Table 1 shows the configuration of each heater.

各ヒータにおいて、炭素系発熱体3bとしては、すべて共通のものを用いた。即ち、炭素系発熱体3bの前駆体として、塩素化塩化ビニル樹脂、黒鉛粉末、窒化硼素を分散させ混練し、押し出し成型機で棒状に成形後に真空中(0.01Pa以下)で1500℃にて熱処理することにより室温環境で所定の固有抵抗の基材を得る。その室温環境の温度は20℃、固有抵抗は30.1×10−3Ω・cmである。そしてこの基材を長さ250mm×幅5mm×厚さ0.2mmの形に加工し、総抵抗値75.2Ωとしたものを炭素系発熱体3bとして用いた。保護層3cについては、各ヒータにおいて保護層3cの成分を変更するとともに、保護層3cの炭素系発熱体3bへの接着のさせ方を変更した。 In each heater, a common carbon-based heating element 3b was used. That is, chlorinated vinyl chloride resin, graphite powder, and boron nitride are dispersed and kneaded as a precursor of the carbon-based heating element 3b, formed into a rod shape with an extrusion molding machine, and then vacuumed (0.01 Pa or less) at 1500 ° C. By performing the heat treatment, a substrate having a predetermined specific resistance is obtained in a room temperature environment. The temperature of the room temperature environment is 20 ° C., and the specific resistance is 30.1 × 10 −3 Ω · cm. Then, this base material was processed into a shape of length 250 mm × width 5 mm × thickness 0.2 mm, and a total resistance value of 75.2Ω was used as the carbon-based heating element 3b. About the protective layer 3c, while changing the component of the protective layer 3c in each heater, the method of making the protective layer 3c adhere to the carbon heating element 3b was changed.

(5−1)実施例ヒータ1
実施例ヒータ1では、炭素系発熱体3bは長手方向全域に渡って、アルミナ製のセラミック基板(以下、アルミナ基板と記す)3aに対してエポキシ系の接着剤(不図示)にて接着させてある。また炭素系発熱体3bを覆う保護層3cは、燐片状のフィラーとしてチッカホウ素のフィラーを耐熱性樹脂としてのポリイミド樹脂に体積比で35%wt分散させた層からなっている。つまり、燐片状のフィラーの材として窒化硼素を用いている。そしてその保護層3cは炭素系発熱体3bのアルミナ基板3aの反対側の面の上に25μmの厚みとなるように設けてある。
(5-1) Example heater 1
In the example heater 1, the carbon-based heating element 3b is bonded to an alumina ceramic substrate (hereinafter referred to as an alumina substrate) 3a with an epoxy adhesive (not shown) over the entire longitudinal direction. is there. The protective layer 3c covering the carbon-based heating element 3b is composed of a layer in which a filler of ticker boron as a scaly filler is dispersed by 35% by weight in a polyimide resin as a heat-resistant resin. That is, boron nitride is used as a material for the flake-like filler. The protective layer 3c is provided on the surface of the carbon heating element 3b opposite to the alumina substrate 3a so as to have a thickness of 25 μm.

実施例ヒータ1の作製手順を説明する。   A manufacturing procedure of the example heater 1 will be described.

まず、アルミナ基板3a上の炭素系発熱体3bの両端部にかかるように電極31,32を銀Pd(パラジウム)にて形成した(図6(d))。銀Pdペーストの塗布はスクリーン印刷にて行いその後焼成し、厚さ15μmになるように電極31,32を形成した。   First, the electrodes 31 and 32 were formed with silver Pd (palladium) so as to cover both ends of the carbon-based heating element 3b on the alumina substrate 3a (FIG. 6D). The silver Pd paste was applied by screen printing and then baked to form electrodes 31 and 32 so as to have a thickness of 15 μm.

次に、炭素系発熱体3bのアルミナ基板3aの反対側の面の全域と電極31,32の端部を覆うように窒化硼素を混ぜたポリイミドワニスをスクリーン印刷にて塗布し焼成することにより保護層(以下、ポリイミド保護層と記す)3cを形成した。窒化硼素としては、形状が燐片状の平均粒径が6μmのものを用いた。燐片状のフィラーとしては、半導電性ないし絶縁性であればよい。従って、燐片状のフィラーの材料としては、窒化硼素の他に板状アルミナ、ガラスフレーク、二硫化モリブデン(MoS)、二硫化タングステン(WS)、雲母などの燐片状フィラーを用いることもできる。しかし、定着性の観点から燐片状のフィラーの材料は熱伝導率が高いほどよいため、燐片状のフィラーの材料として、セラミックス系ないしガラス系のフィラーを用いることが望ましい。なおここにいう燐片とは、板状のものを総称した意味であり、ウィスカ形状、針形状、球形状やこれらのつらなった形状ではない。 Next, a polyimide varnish mixed with boron nitride is applied by screen printing so as to cover the entire area of the carbon-based heating element 3b on the opposite side of the alumina substrate 3a and the ends of the electrodes 31 and 32. A layer (hereinafter referred to as a polyimide protective layer) 3c was formed. Boron nitride having a flake-like shape and an average particle diameter of 6 μm was used. The scaly filler may be semiconductive or insulating. Therefore, as a material for the flake-like filler, a flake-like filler such as plate-like alumina, glass flake, molybdenum disulfide (MoS 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ), mica and the like is used in addition to boron nitride. You can also. However, from the viewpoint of fixing properties, the higher the thermal conductivity of the scaly filler material, the better. Therefore, it is desirable to use a ceramic or glass-based filler as the scaly filler material. The term “flakes” as used herein is a general term for plate-like ones, and is not a whisker shape, a needle shape, a spherical shape, or a combination of these.

図9の(a)は、ポリイミド保護層3cのポリイミド樹脂の内部の燐片状窒化硼素フィラーの配向状態を模式的に表した図である。ポリイミドワニス中に分散されたチッカホウ素の燐片状粒子は、スクリーン印刷される際に炭素系発熱体3bのアルミナ基板3aの反対側の面(炭素系発熱体3bの表面)にならうように力を受けるため、炭素系発熱体3bの表面に積層するように分布する。つまり、燐片状のフィラーである燐片状窒化硼素フィラーは耐熱性樹脂であるポリイミド樹脂の内部でポリイミド保護層3cの厚み方向に積層されている。   (A) of FIG. 9 is the figure which represented typically the orientation state of the flaky boron nitride filler inside the polyimide resin of the polyimide protective layer 3c. The flake-like particles of ticker boron dispersed in the polyimide varnish follow the surface of the carbon-based heating element 3b opposite to the alumina substrate 3a (the surface of the carbon-based heating element 3b) when screen-printed. Since it receives force, it is distributed so as to be laminated on the surface of the carbon-based heating element 3b. That is, the scaly boron nitride filler that is a scaly filler is laminated in the thickness direction of the polyimide protective layer 3 c inside the polyimide resin that is a heat-resistant resin.

図9の(b)は、ヒータ3への通電中にイレギュラーが生じ、ヒータ3が異常に高温になったときのポリイミド保護層3cの変形の様子を模式的に表した図である。このような異常高温時には、アルミナ基板3aの熱膨張や樹脂自体の熱膨張などによりポリイミド保護層3cの表面は変形しポリイミド保護層3cの内部に応力が発生する。その内部応力は、燐片状の窒化硼素フィラーがポリイミド樹脂よりも硬いため、燐片状フィラーの間の狭い範囲に挟まれているポリイミド樹脂に集中する。その結果、その燐片状フィラー間にあるポリイミド樹脂を起点にポリイミド保護層3cは破断されやすくなる。逆にポリイミド樹脂中に燐片状のフィラーがない場合には、変形による内部応力は比較的広範囲に分散されポリイミド樹脂のもつ強度が発揮されるため、燐片状のフィラーを混ぜた場合よりもかなり裂けにくい。   FIG. 9B is a diagram schematically showing a state of deformation of the polyimide protective layer 3c when irregularity occurs during energization of the heater 3 and the heater 3 becomes abnormally hot. At such an abnormally high temperature, the surface of the polyimide protective layer 3c is deformed due to the thermal expansion of the alumina substrate 3a or the thermal expansion of the resin itself, and stress is generated inside the polyimide protective layer 3c. The internal stress concentrates on the polyimide resin sandwiched in a narrow area between the scaly fillers because the scaly boron nitride filler is harder than the polyimide resin. As a result, the polyimide protective layer 3c is easily broken starting from the polyimide resin between the flake fillers. Conversely, when there is no flake-like filler in the polyimide resin, the internal stress due to deformation is dispersed in a relatively wide range and the strength of the polyimide resin is exerted, so compared with the case where the flake-like filler is mixed. It is quite difficult to tear.

(5−2)実施例ヒータ2
実施例ヒータ2の構成は、保護層の構成を除き実施例ヒータ1と同じである。よって同一構成部には同一の符号を付してその説明は割愛する。
(5-2) Example heater 2
The configuration of the example heater 2 is the same as that of the example heater 1 except for the configuration of the protective layer. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

実施例ヒータ2の保護層3cは、耐熱性樹脂としてのフッ素樹脂(PFA)中に窒化硼素の燐片状フィラーを体積比で35%wt分散させた構成である。   The protective layer 3c of the example heater 2 has a configuration in which boron nitride flake filler is dispersed by 35% by weight in a fluororesin (PFA) as a heat resistant resin.

この保護層(以下、フッ素保護層と記す)3cを塗付する場合、フッ素樹脂及び窒化硼素フィラーを分散させたディスパージョン(水系)を作製する。そしてそのディスパージョンをスプレーにて炭素系発熱体3bと電極31,32を設けたアルミナ基板3a上に、実施例ヒータ1と同様の領域、即ち炭素系発熱体3b表面と電極31,32の端部を覆うように塗布した。塗布したディスパージョンは乾燥ののち約380℃にて焼成し、厚さが10μmになるよう作製した。因みに窒化硼素の粒径は実施例ヒータ1に同じく、平均粒径6μmの物を用いた。   When this protective layer (hereinafter referred to as a fluorine protective layer) 3c is applied, a dispersion (water-based) in which a fluororesin and a boron nitride filler are dispersed is prepared. Then, the dispersion is sprayed on the alumina substrate 3a on which the carbon-based heating element 3b and the electrodes 31, 32 are provided. The same region as the heater 1 of the embodiment, that is, the surface of the carbon-based heating element 3b and the ends of the electrodes 31, 32 are used. It was applied so as to cover the part. The applied dispersion was dried and then baked at about 380 ° C. so as to have a thickness of 10 μm. Incidentally, the particle diameter of boron nitride was the same as that of the heater 1 of the embodiment, and an average particle diameter of 6 μm was used.

実施例ヒータ2のフッ素保護層3c中の窒化硼素フィラー分布状態も、実施例ヒータ1の窒化硼素フィラー分布状態である図9の(a)と同様、フッ素樹脂の内部で積層した状態になっている。これは燐片状の窒化硼素フィラーを含んだスプレーの吐液が炭素系発熱体3b表面に着弾する際に、燐片状フィラーが炭素系発熱体3b表面にならうように力を受けるためである。   The boron nitride filler distribution state in the fluorine protective layer 3c of the example heater 2 is also in a state of being laminated inside the fluororesin, as in FIG. 9A, which is the boron nitride filler distribution state of the example heater 1. Yes. This is because when the spout from the spray containing the flaky boron nitride filler lands on the surface of the carbon-based heating element 3b, the flaky filler receives a force to follow the surface of the carbon-based heating element 3b. is there.

(5−3)比較例ヒータ1
比較例ヒータ1の構成は、実施例ヒータ1の構成と保護層3cを除き同じである。よって同一構成部には同一の符号を付してその説明は割愛する。
(5-3) Comparative heater 1
The configuration of the comparative heater 1 is the same as that of the embodiment heater 1 except for the protective layer 3c. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

比較例ヒータ1の保護層3cが実施例ヒータ1の保護層3cと異なるのはポリイミド樹脂中に窒化硼素を混ぜていない点だけであり、保護層3cの塗布領域や厚みなどは実施例ヒータ1の保護層3cと全く同じに形成した。   The protective layer 3c of the comparative example heater 1 is different from the protective layer 3c of the example heater 1 only in that boron nitride is not mixed in the polyimide resin. The protective layer 3c was formed in exactly the same manner.

(5−4)比較例ヒータ2
比較例ヒータ2の構成は、実施例ヒータ2の構成と保護層3cの構成を除き同じである。よって同一構成部には同一の符号を付してその説明は割愛する。
(5-4) Comparative heater 2
The configuration of the comparative example heater 2 is the same except for the configuration of the example heater 2 and the configuration of the protective layer 3c. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

比較例ヒータ2の保護層3cが実施例ヒータ2の保護層3cと異なるのはフッ素樹脂(PFA)中に窒化硼素を混ぜていない点だけであり、保護層3cの塗布領域や厚みなどは実施例ヒータ2の保護層3cと全く同じに形成した。   The protective layer 3c of the comparative example heater 2 is different from the protective layer 3c of the example heater 2 only in that boron nitride is not mixed in the fluororesin (PFA). The protective layer 3c of the example heater 2 was formed exactly the same.

以下に、実施例ヒータ1、実施例ヒータ2、比較例ヒータ1及び比較例ヒータ2について、リスクアセスメント試験を行った結果を示す。ここでリスクアセスメント試験としては、記録材Pとして幅狭厚紙(小サイズ厚紙)が多重送したことによる局所的異常昇温を想定した異常昇温試験と、停止時にヒータへの通電が行われたことを想定した通電暴走試験の2つを行った。因みにどちらのリスクアセスメント試験も現実的には、2重故障以上の異常がないかぎり起きることはない。   Below, the result of having performed the risk assessment test about Example heater 1, Example heater 2, Comparative example heater 1, and Comparative example heater 2 is shown. Here, as the risk assessment test, an abnormal temperature increase test assuming a local abnormal temperature increase due to multiple feeding of narrow cardboard (small size cardboard) as the recording material P, and energization of the heater at the time of stop were performed. Two energizing runaway tests were performed. By the way, neither risk assessment test actually occurs unless there is an abnormality that is more than a double failure.

まず異常昇温試験の方法としては次の方法を用いた。即ち封筒(COM10)を6枚重ねた束を何束も用意し、これをプロセススピード120mm/secにてカラ回転温調をさせた定着装置に強引に12PPMの等間隔で連続通紙して、ヒータが壊れるかを試験した。通常、複写機やプリンタ等の画像形成装置は、給紙口の機構にて重送がしない構造に設計される。また、画像形成装置は、仮に重送が行われても転写部にて転写電流の変化をモニターすることで重送が検知され、駆動が停止する機構などを有する。   First, the following method was used as a method for an abnormal temperature rise test. That is, several bundles of six envelopes (COM10) are prepared, and these are continuously passed through a fixing device that is temperature-controlled at a process speed of 120 mm / sec at regular intervals of 12 PPM. It was tested whether the heater was broken. Usually, an image forming apparatus such as a copying machine or a printer is designed to have a structure in which double feeding is not performed by a paper feed opening mechanism. In addition, the image forming apparatus includes a mechanism for stopping the driving by detecting the double feeding by monitoring the change in the transfer current at the transfer unit even if the double feeding is performed.

また、通電暴走試験では、朝一の冷えた状態から加圧ローラを駆動させずにヒータへの通電だけを行い、ヒータの急速な昇温を引き起こし、ヒータを強引に熱的に破壊して調べた。通電の条件としては、サーミスタによる制御を介さない入力電圧240Vのフル通電モードで行った。この通電条件も画像形成装置のMPUの故障による通電暴走とサーミスタの異常電圧(異常高温時の出力)をハード的に検知し、リレイを強制的にオフにする安全回路の同時故障などの2重故障以上にならないかぎり起きることはない。   In the energization runaway test, only the heater was energized without driving the pressure roller from the coldest condition in the morning, causing the heater to rise rapidly, and the heater was forcibly and thermally destroyed. . As a condition for energization, the energization was performed in a full energization mode with an input voltage of 240 V without control by a thermistor. This energization condition is also detected by double detection such as simultaneous failure of the safety circuit which detects the energization runaway due to the MPU failure of the image forming apparatus and the abnormal voltage (output at abnormally high temperature) of the thermistor and turns off the relay forcibly. It won't happen unless it breaks down.

上記表2のリスクアセスメント試験結果が示すように比較例ヒータ1と比較例ヒータ2では、いずれの試験でも保護層3cが破断しないという不完全な破断であった。   As shown in the risk assessment test results in Table 2 above, the comparative heater 1 and the comparative heater 2 were incomplete fractures in which the protective layer 3c did not fracture in any of the tests.

それに対して、実施例ヒータ1は、異常昇温試験及び通電暴走試験のいずれでも効果を発揮し、保護層3cも含め完全に破断した。   On the other hand, the example heater 1 exhibited an effect both in the abnormal temperature rise test and the energization runaway test, and completely broken including the protective layer 3c.

図10の(b)は実施例ヒータ1において保護層3cも含めた完全な破断が起きた状態を模式的に表した図である。図10の(a)は比較例ヒータ1と比較例ヒータ2において保護層3cが破断していない不完全な破断を模式的に表した図である。   FIG. 10B is a diagram schematically showing a state in which the complete breakage including the protective layer 3c has occurred in the heater 1 of the embodiment. FIG. 10A is a diagram schematically showing an incomplete break in which the protective layer 3c is not broken in the comparative heater 1 and the comparative heater 2. FIG.

保護層3cが不完全な破断の場合には、図10の(a)に示すように炭素系発熱体3bが破断していても保護層3cは繋がっている。そのため、依然として炭素系発熱体3bが十分離間せず、最悪の場合に通電が遮断されない可能性があり、リスクアセスメント上好ましくない。一方、保護層3cが完全に破断した場合には、炭素系発熱体3bが図10(b)のように破断後十分離間するため通電が遮断される。   When the protective layer 3c is incompletely broken, as shown in FIG. 10A, the protective layer 3c is connected even if the carbon-based heating element 3b is broken. Therefore, the carbon-based heating element 3b is still not sufficiently separated, and in the worst case, the energization may not be cut off, which is not preferable in terms of risk assessment. On the other hand, when the protective layer 3c is completely broken, the carbon-based heating element 3b is sufficiently separated after breaking as shown in FIG.

また、実施例ヒータ2においては、通電暴走試験では保護層3cが完全に破断することはなかったが、異常昇温試験では効果を発揮し、実施例ヒータ2が完全に破断された。実施例ヒータ2は保護層3cの耐熱性樹脂としてPFAを用いたが通電暴走試験のように朝一の冷えた状態から一気に昇温させるモードでは、PFAは軟らかくなっただけであり、依然PFA樹脂のもつ延性を保持した状態になっているため裂けにくいからである。一方、異常昇温試験で効果を発揮するのは、通紙する前までに温まった上で昇温するので、熱が行き渡るとともにより高温になることで、PFAが解けきり裂けるためである。   In the example heater 2, the protective layer 3c was not completely broken in the energization runaway test, but the effect was shown in the abnormal temperature rise test, and the example heater 2 was completely broken. Example heater 2 used PFA as the heat-resistant resin for protective layer 3c, but in the mode in which the temperature was raised from the cold in the morning as in the energization runaway test, PFA was only softened, and the PFA resin still remains. This is because the ductility is maintained and it is difficult to tear. On the other hand, the effect of the abnormal temperature rise test is due to the fact that the temperature rises after warming up before passing the paper, so that the heat spreads and the temperature rises, so that the PFA is broken.

逆に実施例ヒータ1が異常昇温試験と通電暴走試験のどちらの試験でも効果を発揮しているのは、保護層3cの耐熱性樹脂が熱硬化性樹脂のポリイミド樹脂であることによる。そもそも、ポリイミド樹脂はPFAなどのフッ素樹脂ほど低温で延性がなく、かつ高温でも硬くなることで脆性が増加し裂け易いからである。   Conversely, the reason why the heater 1 of the example is effective in both the abnormal temperature rise test and the energization runaway test is that the heat-resistant resin of the protective layer 3c is a thermosetting resin polyimide resin. In the first place, polyimide resin is not as ductile at a low temperature as fluororesin such as PFA, and it becomes brittle because it becomes hard even at high temperature, so that it easily breaks.

以上説明したように、ヒータ3の保護層3cは、耐熱性樹脂の内部に燐片状のフィラーが配合され、かつそのフィラーは耐熱性樹脂の内部で保護層3cの厚み方向に積層されている。そのため、実施例ヒータ1及び実施例ヒータ2に観られるように、ヒータ3の通電暴走や異常昇温等による基板3aの破断時に炭素系発熱体3b表面の保護層3cを裂けやすくすることができ、炭素系発熱体3bの破断をより安定して行うことができる。つまり、基板3aの破断時に炭素系発熱体3bに不完全な破断が起きることを低減できる。   As described above, the protective layer 3c of the heater 3 has a flake-like filler blended inside the heat resistant resin, and the filler is laminated in the thickness direction of the protective layer 3c inside the heat resistant resin. . Therefore, as seen in the example heater 1 and the example heater 2, the protective layer 3c on the surface of the carbon-based heating element 3b can be easily torn when the substrate 3a is broken due to a runaway current of the heater 3 or abnormal temperature rise. The carbon-based heating element 3b can be broken more stably. That is, it is possible to reduce the occurrence of incomplete breakage in the carbon-based heating element 3b when the substrate 3a is broken.

また、保護層3cは燐片状のフィラーの材料としてセラミックス或いはガラスを用いることにより避けやすくすることができる。   Further, the protective layer 3c can be easily avoided by using ceramics or glass as a material for the flake-like filler.

また、保護層3cは耐熱性樹脂の材料として熱硬化性樹脂を用いることにより磨耗性に優れた効果を発揮する。   Moreover, the protective layer 3c exhibits the effect excellent in abrasion property by using a thermosetting resin as a material of a heat resistant resin.

また、本実施例のヒータ3を有する定着装置114は、通電暴走や異常昇温時により確実にヒータ破断を行うことができる。   Further, the fixing device 114 having the heater 3 of the present embodiment can surely break the heater due to energization runaway or abnormal temperature rise.

[その他]
1)ヒータ3の基板3aには、基板3aを割れやすくするため必要に応じてスルーホールを設けてよい。
[Others]
1) A through-hole may be provided in the substrate 3a of the heater 3 as necessary in order to easily break the substrate 3a.

2)フィルム2内面が摺動するヒータ3の保護層3cの表面には、必要に応じて、耐熱性の潤滑材層など他の所望の機能層を付加することもできる。   2) Other desired functional layers such as a heat-resistant lubricant layer can be added to the surface of the protective layer 3c of the heater 3 on which the inner surface of the film 2 slides, if necessary.

3)定着装置114において、可撓性性部材であるフィルム2の駆動方式は実施例の加圧ローラ駆動方式に限られない。エンドレスの可撓性部材の内周面に駆動ローラを設け、可撓性部材にテンションを加えながら駆動する装置構成であってもよいし、可撓性部材をロール巻きの有端ウエブ状にしてこれを繰り出しながら走行移動させる装置構成にすることもできる。   3) In the fixing device 114, the driving method of the film 2 which is a flexible member is not limited to the pressure roller driving method of the embodiment. A driving roller may be provided on the inner peripheral surface of the endless flexible member and driven while applying tension to the flexible member, or the flexible member is formed into a roll-ended web shape. It is also possible to adopt a device configuration that travels and moves while feeding it out.

4)定着装置114において、バックアップ部材はローラ体に限られず、回動ベルト体にすることもできる。   4) In the fixing device 114, the backup member is not limited to the roller body, but may be a rotating belt body.

5)ヒータ3に設けられる温度検知手段はサーミスタに限られない。接触型または非接触型の各種のものを使用することができる。   5) The temperature detection means provided in the heater 3 is not limited to the thermistor. Various types of contact type or non-contact type can be used.

6)本発明に係る像加熱装置は、画像形成装置の定着装置に限られず、その他、画像を仮定着する像加熱装置、画像を担持した記録媒体を再加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置等としても使用できる。   6) The image heating apparatus according to the present invention is not limited to the fixing device of the image forming apparatus. In addition, the image heating apparatus that presupposes an image and the surface property such as gloss are improved by reheating the recording medium carrying the image. It can also be used as an image heating device.

7)上記実施例では、前駆体を焼成し得られた基材を発熱体の形状に加工して炭素系発熱体3bを得、これをアルミナ基板上に接着して配置している。アルミナ基板上に炭素系発熱体3bを配置する他の例として、直接アルミナ基板上に前駆体をスクリーン印刷ないし共押し出しなどで塗布の後焼成することで、炭素系発熱体をアルミナ基板上に配置させることもできる。   7) In the above embodiment, the base material obtained by firing the precursor is processed into the shape of the heating element to obtain the carbon-based heating element 3b, which is adhered and disposed on the alumina substrate. As another example of disposing the carbon-based heating element 3b on the alumina substrate, the carbon-based heating element is disposed on the alumina substrate by directly applying the precursor onto the alumina substrate by screen printing or coextrusion and then baking. It can also be made.

画像形成装置の一例の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an example of an image forming apparatus. 定着装置の一例の横断側面模型図である。It is a cross-sectional side model diagram of an example of a fixing device. 定着装置の縦断側面模型図である。It is a vertical side view model diagram of the fixing device. 定着装置を記録材導入側から見た図である。FIG. 3 is a diagram of the fixing device as viewed from the recording material introduction side. ステーの説明図である。It is explanatory drawing of a stay. ヒータの説明図である。It is explanatory drawing of a heater. ヒータの給電制御系の一例のブロック図である。It is a block diagram of an example of the electric power feeding control system of a heater. ヒータの電気的モデル図である。It is an electrical model figure of a heater. (a)はポリイミド保護層のポリイミド樹脂の内部の燐片状窒化硼素フィラーの配向状態を模式的に表した図である。(b)はヒータが異常に高温になったときのポリイミド保護層の変形の様子を模式的に示した図である。(A) is the figure which represented typically the orientation state of the flaky boron nitride filler inside the polyimide resin of a polyimide protective layer. (B) is the figure which showed typically the mode of a deformation | transformation of the polyimide protective layer when a heater became abnormally high temperature. (a)は比較例ヒータ1と比較例ヒータ2において保護層が破断していない不完全な破断を模式的に表した図である。(b)は実施例ヒータ1において保護層も含めた完全な破断が起きた状態を模式的に表した図である。(A) is the figure which represented typically the incomplete fracture | rupture which the protective layer in the comparative example heater 1 and the comparative example heater 2 has not fractured. (B) is the figure which represented typically the state by which complete fracture | rupture including the protective layer in Example heater 1 occurred.

符号の説明Explanation of symbols

2・・耐熱性フィルム、3・・ヒータ、3a・・基板、3b・・炭素系発熱体、3c・・保護層、6・・加圧ローラ、114・・定着装置、N・・ニップ部、P・・記録材、T・・未定着トナー画像 2 ... Heat-resistant film 3 ... Heater 3a ... Substrate 3b ... Carbon-based heating element 3c ... Protective layer 6 ... Pressure roller 114 ... Fixing device N ... Nip part P ... Recording material, T ... Unfixed toner image

Claims (5)

基板と、通電により発熱する発熱体であって、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられた発熱体と、前記発熱体の前記基板の反対側の面を覆う保護層と、を有する加熱体において、
前記発熱体は有機物を炭化させて形成した炭素系発熱体であり、前記保護層は、耐熱性樹脂の内部に燐片状のフィラーを配合させ、かつ前記フィラーを前記耐熱性樹脂の内部で前記保護層の厚み方向に積層させてなることを特徴とする加熱体。
A heating element that generates heat when energized, the heating element provided on the substrate along a longitudinal direction of the substrate, and a protective layer that covers a surface of the heating element opposite to the substrate. In the heating element,
The heating element is a carbon-based heating element formed by carbonizing an organic substance, and the protective layer contains a flake-like filler in the heat-resistant resin, and the filler is added in the heat-resistant resin. A heating body characterized by being laminated in the thickness direction of the protective layer.
前記フィラーの材料は、セラミックスであることを特徴とする請求項1に記載の加熱体。   The heating body according to claim 1, wherein the filler material is ceramics. 前記フィラーの材料は、ガラスであることを特徴とする請求項1に記載の加熱体。   The heating body according to claim 1, wherein the filler material is glass. 前記耐熱性樹脂の材料は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の加熱体。   The heating body according to claim 1, wherein the material of the heat resistant resin is a thermosetting resin. 加熱体と、前記加熱体と接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を介して前記加熱体とニップ部を形成するバックアップ部材とを有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置において、
前記加熱体として請求項1から請求項4の何れかに記載の加熱体を有することを特徴とする像加熱装置。
A heating member; a flexible member that moves in contact with the heating member; and a backup member that forms a nip portion with the heating member via the flexible member, and carries an image at the nip portion. In an image heating apparatus that heats a recording material to be sandwiched and conveyed,
An image heating apparatus comprising the heating body according to claim 1 as the heating body.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017198369A (en) * 2016-04-26 2017-11-02 株式会社イノアックコーポレーション Container for heat storage agent

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